JPWO2007114089A1 - ハニカム構造体成形用口金、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを有する口金基体２２を備えたハニカム構造体成形用口金１であって、第一の板状部材２３における第二の板状部材２４との接合面２８側に溝部７が形成されており、この溝部７の深さｙ（ｍｍ）が、下記式（１）を満足するものである。ｙ≦ａ・（ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２）／（ｔ１×ｔ２×Ｅ１×Ｅ２） ・・・（１）（但し、ｔ１は第一の板状部材の厚み（ｍｍ）から溝部の深さ（ｍｍ）を引いた厚み（ｍｍ）、Ｅ１は第一の板状部材の裏孔が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ｔ２は第二の板状部材の厚み（ｍｍ）、Ｅ２は第二の板状部材の２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ａは製造時の条件によって決定する係数である）

Description

本発明は、ハニカム構造体成形用口金、及びその製造方法に関する。更に詳しくは、ハニカム構造体を高精度に成形することが可能なハニカム構造体成形用口金、及びその製造方法に関する。

セラミック質のハニカム構造体の製造方法としては、従来から、成形原料（坏土）を導入する裏孔と、この裏孔に連通する格子状等のスリットとが形成された口金基体を備えたハニカム構造体成形用口金（以下、単に「口金」ということがある）を用いて押出成形する方法が広く行われている。この口金は、通常、口金基体の一方の面に、ハニカム構造体の隔壁厚さに対応する幅のスリットが格子状等に設けられており、その反対側の面（他方の面）に、スリットと連通する裏孔が大きな面積で開口して設けられている。そして、この裏孔は、通常、格子状等のスリットが交差する位置に対応して設けられ、両者は、口金基体内部で連通している。したがって、裏孔から導入されたセラミック原料等の成形原料は、比較的内径の大きな裏孔から、幅の狭いスリットへと移行して、このスリットの開口部からハニカム構造の成形体（ハニカム成形体）として押出される。

このようなハニカム構造体成形用口金を構成する口金基体としては、例えば、ステンレス合金や超硬合金等の一種類の合金から構成された板状部材や、また、異なる二種類の板状部材、例えば、スリットを形成するための板状部材と裏孔を形成するための板状部材とを積層して接合させた口金基体が用いられている（例えば、特許文献１及び２）。

従来のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、このような口金基体に、上記したスリットと裏孔とを機械加工して形成している。

特開２０００−３２６３１８号公報 特開２００３−２８５３０８号公報

上記したように異なる二種類の板状部材を接合させた口金基体を得る場合には、予め一方の板状部材に、裏孔や、裏孔から導入した成形原料をスリットに滑らかに移動させるためのスリットに対応した形状の溝部等を予め形成しておくことがある。

しかしながら、異なる二種類の板状部材を接合させた口金基体は、板状部材同士の接合面に大きな残留応力が生じるため、予め一方の板状部材に形成した裏孔や溝部が、その残留応力によって変形してしまう。このため、このような口金基体を用いて製造されたハニカム構造体成形用口金は成形精度が低いという問題があった。

また、上記したように変形した裏孔や溝部は、板状部材同士の接合面に対して垂直な方向に応力を生じさせるため、接合させた板状部材が剥離してしまうという問題もあった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、ハニカム構造体を高精度に成形することが可能なハニカム構造体成形用口金、及びその製造方法を提供する。

本発明は、以下のハニカム構造体成形用口金、及びその製造方法を提供するものである。

［１］ 成形原料を導入するための裏孔が形成された第一の板状部材と、前記成形原料を格子状に成形するためのスリットが形成された第二の板状部材と、を有する口金基体を備えたハニカム構造体成形用口金であって、前記第一の板状部材における前記第二の板状部材との接合面側に、前記スリットに対応した形状の溝部が形成されており、前記溝部の深さｙ（ｍｍ）が、下記式（１）を満足するものであるハニカム構造体成形用口金。
ｙ≦ａ・（ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２）／（ｔ１×ｔ２×Ｅ１×Ｅ２） ・・・（１）
（但し、ｔ１は前記第一の板状部材の厚み（ｍｍ）から前記溝部の深さ（ｍｍ）を引いた厚み（ｍｍ）、Ｅ１は前記第一の板状部材の前記裏孔が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ｔ２は前記第二の板状部材の厚み（ｍｍ）、Ｅ２は前記第二の板状部材の２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ａは前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とのそれぞれの熱膨張係数、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを接合する際の接合温度と常温との温度差、及び溝部の幅とピッチによって決定する係数である）

［２］ 前記第二の板状部材が、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものである前記［１］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［３］ 前記第一の板状部材が、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものである前記［１］又は［２］に記載のハニカム構造体成形用口金。

［４］ 第一の板状部材と第二の板状部材とを有する口金基体を備え、前記第一の板状部材に成形原料を導入するための裏孔が形成され、且つ、前記第二の板状部材に前記成形原料を格子状に成形するためのスリットが形成されたハニカム構造体成形用口金を製造するハニカム構造体成形用口金の製造方法であって、前記第一の板状部材の一方の表面に、前記スリットに対応した形状の溝部を、前記溝部の深さｙ（ｍｍ）が下記式（２）を満足するように形成し、その前記第一の板状部材の前記一方の表面に前記第二の板状部材を積層して、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とが接合された前記口金基体を得る工程を含むハニカム構造体成形用口金の製造方法。
ｙ≦ａ・（ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２）／（ｔ１×ｔ２×Ｅ１×Ｅ２） ・・・（２）
（但し、ｔ１は前記第一の板状部材の厚み（ｍｍ）から前記溝部の深さ（ｍｍ）を引いた厚み（ｍｍ）、Ｅ１は前記第一の板状部材の前記裏孔が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ｔ２は前記第二の板状部材の厚み（ｍｍ）、Ｅ２は前記第二の板状部材の２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ａは前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とのそれぞれの熱膨張係数、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを接合する際の接合温度と常温との温度差、及び溝部の幅とピッチによって決定する係数である）

［５］ 前記第二の板状部材として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを用いる前記［４］に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。

［６］ 前記第一の板状部材として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用いる前記［４］又は［５］に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。

［７］ 積層した前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを、前記第一の板状部材がオーステナイト変態を起こす温度以上に加熱して、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを接合する前記［６］に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。

［８］ 得られた前記口金基体を、前記少なくとも一つの相変態が開始される温度まで降温して、前記第一の板状部材を構成する金属組織又は合金組織を相変態させる前記［６］又は［７］に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。

［９］ 接合された前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを、０．１〜１００℃／ｍｉｎの降温速度にて、前記少なくとも一つの相変態が開始される温度まで降温する前記［６］〜［８］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。

［１０］ 前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを積層する前に、前記第一の板状部材に前記裏孔の少なくとも一部を形成する前記［４］〜［９］のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。

本発明のハニカム構造体成形用口金は、ハニカム構造体を高精度に成形することができるとともに、板状部材を接合させた口金基体において、板状部材の接合面における剥離を低減することができる。

また、本発明のハニカム構造体成形用口金の製造方法は、上述した本発明のハニカム構造体成形用口金を簡便に製造することができる。

本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態を模式的に示す斜視図である。 図１に示す口金を平面Ａで切断した断面を示す断面図である。 図１に示す口金によって押出成形されたハニカム構造体を示す斜視図である。 本発明のハニカム構造体成形用口金の製造方法の一の実施の形態における、第一の板状部材に溝部を形成する工程の一例を示す説明図であり、図２と同様の断面を示している。 本発明のハニカム構造体成形用口金の製造方法の一の実施の形態における、第一の板状部材と第二の板状部材とを積層する工程の一例を示す説明図であり、図２と同様の断面を示している。 本発明のハニカム構造体成形用口金の製造方法の一の実施の形態における、第二の板状部材にスリットを形成する工程の一例を示す説明図であり、図２と同様の断面を示している。

符号の説明

１：ハニカム構造体成形用口金（口金）、５：スリット、６：裏孔、７：溝部、１２：ハニカム構造体、１３：隔壁、１４：セル、２２：口金基体、２３：第一の板状部材、２４：第二の板状部材、２７：ろう材、２８：接合面（第一の板状部材と第二の板状部材との接合面）。

以下、図面を参照して、本発明のハニカム構造体成形用口金（以下、単に「口金」ということがある）、及びその製造方法の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

まず、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態について具体的に説明する。図１は、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１に示す口金を平面Ａで切断した断面を示す断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１は、成形原料を導入するための裏孔６が形成された第一の板状部材２３と、この成形原料を格子状に成形するためのスリット５が形成された第二の板状部材２４と、を有する口金基体２２を備えたハニカム構造体成形用口金１である。

この本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１は、第一の板状部材２３における第二の板状部材２４との接合面側に、スリット５に対応した形状の溝部７が形成されており、この溝部の深さｙ（ｍｍ）が、下記式（３）を満足するものである。
ｙ≦ａ・（ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２）／（ｔ１×ｔ２×Ｅ１×Ｅ２） ・・・（３）
（但し、ｔ１は第一の板状部材２３の厚み（ｍｍ）から溝部７の深さ（ｍｍ）を引いた厚み（ｍｍ）、Ｅ１は第一の板状部材２３の裏孔６が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ｔ２は第二の板状部材２４の厚み（ｍｍ）、Ｅ２は第二の板状部材２４の２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ａは第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とのそれぞれの熱膨張係数、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを接合する際の接合温度と常温との温度差、及び溝部の幅とピッチによって決定する係数である）

上記したように、溝部７の深さｙ（ｍｍ）が、前記式（３）を満足するものであることにより、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合面２８に生じる応力による溝部７の変形や歪みを減少させて、接合面２８に対して垂直方向の応力の発生を抑制することができる。このため、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１は、ハニカム構造体を高精度に成形することができるとともに、それぞれの板状部材を接合させた口金基体２２において、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合面２８における剥離を低減することができる。

なお、第一の板状部材２３の裏孔６が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率Ｅ１（ＧＰａ）は、例えば、裏孔６が形成された第一の板状部材２３の有限要素（ＦＥＭ）シミュレーションを用いることにより、容易に求めることができる。

なお、上記した係数ａは、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とのそれぞれの熱膨張係数、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを接合する際の接合温度と常温との温度差、及び溝部の幅とピッチによって決定する係数であり、下記式（４）によって算出することができる。
ａ＝ｋ×ΔＴ×（１−α２／α１）×（Ｌ−Ｍ） ・・・（４）
（但し、α１は第一の板状部材２３の熱膨張係数（１／℃）、α２は第二の板状部材２４の熱膨張係数（１／℃）、ΔＴは第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを接合する際の接合温度と常温との温度差（℃）、Ｍは溝部７の幅（ｍｍ）、Ｌは溝部７のピッチ（ｍｍ）、ｋは第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合時の相性（以下、単に「接合時の相性ｋ」ということがある）である）

上記した接合時の相性ｋは、接合強度を表す数値であり、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを実際に接合した実験結果より求めることができる。例えば、第一の板状部材２３としてステンレス鋼を用い、第二の板状部材２４として超硬合金を用いた場合には、第一の板状部材の熱膨張係数α１が１１．５×１０^−６（１／℃）、第二の板状部材の熱膨張係数α２が６．３×１０^−６（１／℃）となり、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを接合する際の接合温度と常温との温度差ΔＴを１１００℃とし、溝部７の幅Ｍを０．３ｍｍ、溝部７のピッチＬを１．０ｍｍとした場合には、上記の接合時の相性ｋは１．７５となり、係数ａは約６１０となる。

本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１は、例えば、図３に示すように、多孔質の隔壁１３を備え、この隔壁１３によって流体の流路となる複数のセル１４が区画形成されたハニカム構造体１２を押出成形するための口金である。なお、図３に示すハニカム構造体１２は、内燃機関、ボイラー、化学反応機器及び燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体や、排気ガス中の微粒子捕集フィルター等に好適に用いることができる。

図１及び図２に示すハニカム構造体成形用口金１のスリット５は、図３に示すハニカム構造体１２の隔壁１３の部分を成形するためのものであり、この隔壁１３の形状に対応して、図１に示すように格子状に形成されている。

また、裏孔６は、成形原料を導入するためのものである。裏孔６の形状については、導入された成形原料をスリット５に導くことができるような形状であれば特に制限はないが、図１及び図２に示すように、ハニカム構造体成形用口金１のスリット５における交点と連通するような位置に形成されていることが好ましい。このように構成することによって、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１を用いて押出成形を行う際に、裏孔６に導入した成形原料をスリット５全体に均一に広げることができ、高い成形性を実現することができる。

なお、裏孔６の開口径の大きさ等については、ハニカム構造体成形用口金１の大きさや、押出成形するハニカム構造体１２（図３参照）の形状等によって適宜決定することができるが、例えば、裏孔６の開口径の大きさは、１０〜０．１ｍｍであることが好ましく、３〜０．５ｍｍであることが更に好ましい。このような裏孔６は、例えば、電解加工（ＥＣＭ加工）、放電加工（ＥＤＭ加工）、レーザ加工、ドリル等の機械加工等による従来公知の方法によって形成することができる。

また、第一の板状部材２３の接合面２８側に形成された溝部７は、裏孔６から導入した成形原料をスリット５に導くための緩衝部分（バッファ）として機能するものであり、このような溝部７が形成されていることにより、ハニカム構造体の押出成形を行う際に、裏孔６から導入した成形原料を支障なく滑らかに移動させることができ、高精度にハニカム構造体を成形することができる。

また、特に限定されることはないが、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１においては、第一の板状部材２３が、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものであることが好ましい。

このような第一の板状部材２３を構成する金属又は合金としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属を含む金属又は合金を挙げることができる。また、第一の板状部材２３を構成する金属又は合金は、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の添加剤を更に含んだものあってもよい。

このような第一の板状部材２３を構成する合金としては、ステンレス合金、例えば、ＳＵＳ６３０（Ｃ；０．０７以下，Ｓｉ；１．００以下，Ｍｎ；１．００以下，Ｐ；０．０４０以下，Ｓ；０．０３０以下，Ｎｉ；３．００〜５．００，Ｃｒ；１５．５０〜１７．５０，Ｃｕ；３．００〜５．００，Ｎｂ＋Ｔａ；０．１５〜０．４５，Ｆｅ；残部（単位は質量％））を好適例として挙げることができる。このようなステンレス合金は、裏孔６の形成するための機械加工が比較的に容易であるとともに、安価な材料である。

また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１においては、第二の板状部材２４が、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものであることが好ましい。

炭化タングステン基超硬合金は、少なくとも炭化タングステンを含む合金であり、炭化タングステンを、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、及びクロム（Ｃｒ）からなる群より選択される少なくとも一つの金属で焼結した合金であることが好ましい。このように、上記群より選択される少なくとも一つの金属を結合材として使用した炭化タングステン基超硬合金は、耐摩耗性や機械的強度に特に優れている。このような炭化タングステン基超硬合金としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）を結合材として使用した炭化タングステン基超硬合金を挙げることができる。具体的には、ＷＣ−Ｃｏ（Ｃｏ含有率０．１〜５０質量％）等の合金がある。

このような第一の板状部材２３及び第二の板状部材２４の厚みについては特に制限はないが、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合面２８における残留応力を有効に減少させることができるとともに、スリット５と裏孔６との一般的な形状を考慮して適宜決定することができる。例えば、一般的なハニカム構造体成形用口金１を製造する場合には、第二の板状部材２４の厚みに対する、第一の板状部材２３の厚みの割合が、０．１〜２００であることが好ましく、１〜１０であることが更に好ましい。

また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１においては、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との間に、ろう材２７が配設されたものであってもよい。

このようなろう材２７は、異なる二種の金属や合金を接合する際に用いられている従来公知のろう材を用いることができる。

なお、特に限定されることはないが、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１に用いられるろう材２７は、第一の板状部材２３を構成する金属又は合金に浸透し得る材料から構成されたものであることが好ましい。このような材料から構成されたろう材２７を用いることにより、ろう材２７が第一の板状部材２３の組織内部に浸透するために、ろう材２７が単独の層として存在しなくなる。これにより、ハニカム構造体成形用口金１の機械的強度の低下を有効に防止することができる。また、ろう材２７が第一の板状部材２３の組織内部に浸透するものであれば、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合面２８にはろう材２７が存在しないため、ろう材２７からの腐食や磨耗を有効に防止することができる。

このようなろう材２７としては、具体的には、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択される少なくとも一つを含む金属又は合金のろう材２７を挙げることができる。なお、銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）を含んだ合金は、第一の板状部材２３として好適に用いることができるステンレス合金に対しての浸透性が高いため、特に好適に用いることができる。

また、このようなろう材２７は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、リン（Ｐ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ホウ素（Ｂ）等の添加剤を更に含んだものであってもよい。このような添加剤を更に含んだものは、接合信頼性を向上させることができる。

次に、本発明のハニカム構造体成形用口金の製造方法の一の実施の形態について具体的に説明する。本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法は、図１及び図２に示す本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態（ハニカム構造体成形用口金１）を製造する方法である。ここで、図４〜図６は、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法における各工程を説明する説明図である。なお、図４〜図６は、図２と同様の断面を示している。

本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法は、図１及び図２に示すように、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを有する口金基体２２を備え、第一の板状部材２３に成形原料を導入するための裏孔６が形成され、且つ第二の板状部材２４に成形原料を格子状に成形するためのスリット５が形成されたハニカム構造体成形用口金１を製造するハニカム構造体成形用口金の製造方法であって、図４に示すように、第一の板状部材２３の一方の表面に、スリット５（図２参照）に対応した形状の溝部７を、この溝部７の深さｙ（ｍｍ）が下記式（５）を満足するように形成し、図５に示すように、その第一の板状部材２３の一方の表面に第二の板状部材２４を積層して、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とが接合された口金基体２２を得る工程を含むハニカム構造体成形用口金の製造方法である。
ｙ≦ａ・（ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２）／（ｔ１×ｔ２×Ｅ１×Ｅ２） ・・・（５）
（但し、ｔ１は第一の板状部材２３の厚み（ｍｍ）から溝部７の深さ（ｍｍ）を引いた厚み（ｍｍ）、Ｅ１は第一の板状部材２３の裏孔６が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ｔ２は第二の板状部材２４の厚み（ｍｍ）、Ｅ２は第二の板状部材２４の２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ａは第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とのそれぞれの熱膨張係数、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを接合する際の接合温度と常温との温度差、及び溝部７の幅とピッチによって決定する係数である）

なお、上記した係数ａは、本発明のハニカム構造体成形用口金の実施の形態にて説明した上記式（４）によって算出することができる。例えば、第一の板状部材２３としてステンレス鋼を用い、第二の板状部材２４として超硬合金を用いた場合には、第一の板状部材２３の熱膨張係数α１が１１．５×１０^−６（１／℃）、第二の板状部材２４の熱膨張係数α２が６．３×１０^−６（１／℃）となり、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを接合する際の接合温度と常温との温度差ΔＴを１１００℃とし、溝部７の幅Ｍを０．３ｍｍ、溝部７のピッチＬを１．０ｍｍとした場合には、上記の接合時の相性ｋは１．７５となり、係数ａは約６１０となる。

このように構成することによって、図１及び図２に示すようなハニカム構造体成形用口金１を簡便に製造することができる。以下、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法について、各工程毎に更に具体的に説明する。

まず、図４に示すように、第一の板状部材２３の一方の表面に、スリット５（図２参照）に対応した形状の溝部７を、溝部７の深さｙ（ｍｍ）が前記式（５）を満足するように形成する。

第一の板状部材２３は、主に口金基体２２（図１参照）における裏孔６が形成される部分を構成するものであり、従来公知のハニカム構造体成形用口金に用いられる金属又は合金から構成されたものを用いることができる。特に、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態にて説明したように、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを好適に用いることができる。

このような金属又は合金としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属を含む金属又は合金を挙げることができる。なお、このような第一の板状部材２３を構成する金属又は合金は、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の添加剤を含んだものであることが更に好ましい。

例えば、第一の板状部材２３を構成する合金としては、ステンレス合金、より具体的には、ＳＵＳ６３０（Ｃ；０．０７以下，Ｓｉ；１．００以下，Ｍｎ；１．００以下，Ｐ；０．０４０以下，Ｓ；０．０３０以下，Ｎｉ；３．００〜５．００，Ｃｒ；１５．５０〜１７．５０，Ｃｕ；３．００〜５．００，Ｎｂ＋Ｔａ；０．１５〜０．４５，Ｆｅ；残部（単位は質量％））を好適例として挙げることができる。このようなステンレス合金は、裏孔６の形成するための機械加工が比較的に容易であるとともに、安価な材料である。

溝部７を形成する方法としては、例えば、ダイヤモンド砥石による研削加工や放電加工（ＥＤＭ加工）等の従来公知の方法を好適に用いることができる。

また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、第一の板状部材２３の一方の表面に溝部７を形成する前、又は溝部７を形成した後に、第一の板状部材２３の他方の表面から溝部７へと連通する裏孔６（図２参照）を形成してもよい。なお、裏孔６（図２参照）は、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを接合した後に形成することもできる。図５においては、溝部７のみを形成した場合を示している。

裏孔６を形成する方法については特に制限はないが、例えば、電解加工（ＥＣＭ加工）、放電加工（ＥＤＭ加工）、レーザ加工、ドリル等の機械加工等による従来公知の方法を好適に用いることができる。

なお、溝部７の深さｙ（ｍｍ）が、前記式（５）を満足しない、即ち、ａ・（ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２）／（ｔ１×ｔ２×Ｅ１×Ｅ２）の値を超えてしまうものであると、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合面に生じる熱応力によって溝部７が大きく変形してしまう。

次に、図５に示すように、溝部７を形成した第一の板状部材２３の一方の表面に第二の板状部材２４を積層して、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とが接合された口金基体２２を得る。この第二の板状部材２４は、主に口金基体２２（図１参照）におけるスリット５（図１参照）が形成される部分を構成するものであり、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを好適に用いることができる。

炭化タングステン基超硬合金は、少なくとも炭化タングステンを含む合金であり、炭化タングステンを、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、及びクロム（Ｃｒ）からなる群より選択される少なくとも一つの金属で焼結した合金であることが好ましい。このように、上記群より選択される少なくとも一つの金属を結合材として使用した炭化タングステン基超硬合金は、耐摩耗性や機械的強度に特に優れている。このような炭化タングステン基超硬合金としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）を結合材として使用した炭化タングステン基超硬合金を挙げることができる。具体例としては、ＷＣ−Ｃｏ（Ｃｏ含有率０．１〜５０質量％）等の合金がある。

また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、第一の板状部材２３の一方の表面に第二の板状部材２４を積層する際に、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との間にろう材を配して接合してもよい。このようなろう材としては、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施の形態にて説明したろう材を好適に用いることができる。

第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを積層して接合する際には、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを、第一の板状部材２３がオーステナイト変態を起こす温度以上に加熱して接合することが好ましい。このように構成することによって、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを良好に接合することができる。

また、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、得られた口金基体２２を、上記した少なくとも一つの相変態が開始される温度まで降温して、第一の板状部材２３を構成する金属組織又は合金組織を相変態させてもよい。このように第一の板状部材２３を相変態させることによって、第一の板状部材２３の寸法を変化させることができ、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合面２８における残留応力を小さくすることができる。具体的には、接合面２８における残留応力は１０００ＭＰａ以下にすることが好ましい。

上記した第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合面２８における残留応力（以下、単に「接合面２８における残留応力」ということがある）とは、接合面２８に残留する引張応力や圧縮応力のことであり、例えば、Ｘ線応力測定装置等を使用して測定することができる。具体的な測定方法としては、例えば、まず、特性Ｘ線を被検査対象（口金基体２２）の表面に照射し、その反射回折線を測定する。次に、被検査対象（口金基体２２）の表面の応力を、その表面に平行な成分から構成された二次元応力とし、得られた反射回折線の測定結果をもとに、弾性力学における諸公式を用いることにより、上記した残留応力を算出することができる。

なお、反射回折線を測定する方法としては、フィルム法や計数管法等を好適例として挙げることができる。このような方法としては、例えば、日本材料学会（編）、「Ｘ線応力測定方法」、養賢社、１９８１年、に記載されている。また、接合面２８における残留応力は、Ｘ線応力測定装置を用いずとも、例えば、口金基体２２に溝を加工し、その際の反りの変化量を測定することによっても測定可能である。

上記した第一の板状部材２３の寸法が変化する割合は、相変態中の降温速度に依存するため、第一の板状部材２３の寸法変化と第二の板状部材２４の寸法変化とが近づくように降温速度を調節し、第一の板状部材２３と第二の板状部材２４との接合面２８における残留応力を小さくする。

本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、接合された第一の板状部材２３と第二の板状部材２４とを、０．１〜１００℃／ｍｉｎの降温速度にて、上記した少なくとも一つの相変態が開始される温度まで降温することが好ましい。

また、第一の板状部材２３の寸法変化は、上記した相変態中の降温速度だけに依存するものではなく、例えば、第一の板状部材２３を構成する合金の成分にも影響を受ける。このため、第一の板状部材２３を構成する合金の成分を調整することにより、第一の板状部材２３の寸法変化を制御することもできる。第一の板状部材２３を構成する合金の成分を調整する方法としては、第一の板状部材２３を構成する合金に、所定の元素を添加する方法を挙げることができる。

このようにして口金基体２２を得た後、図６に示すように、口金基体２２にスリット５と裏孔６とを形成してハニカム構造体成形用口金１を製造する。なお、予め、第一の板状部材２３に裏孔６を形成した場合には、スリット５のみを形成すればよい。

スリット５を形成する方法については特に制限はないが、例えば、ダイヤモンド砥石による研削加工や放電加工（ＥＤＭ加工）等の従来公知の方法を好適に用いることができる。また、図１に示すハニカム構造体成形用口金１は、スリット５の形状が四角形の格子状のものであるが、本実施の形態のハニカム構造体成形用口金の製造方法においては、第二の板状部材２４に形成するスリット５の形状は四角形の格子状に限定されることはなく、その他の多角形の格子状であってもよい。

また、第二の板状部材２４に形成するスリット５の幅については、成形するハニカム構造体１２（図３参照）の形状によって適宜決定することができる。なお、例えば、一般的なハニカム構造体を押出成形するためのハニカム構造体成形用口金１を製造するためには、スリット５の幅は、５〜５０００μｍであることが好ましく、１０〜５００μｍであることが更に好ましい。

以上のようにして、図１及び図２に示すような、成形原料を導入するための裏孔６と、成形原料を格子状に形成するためのスリット５とが形成されたハニカム構造体成形用口金１を製造することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
成形原料を導入するための裏孔と、成形原料を格子状に形成するためのスリットとが形成され、裏孔に導入した成形原料をスリットから押出してハニカム構造体を成形するハニカム構造体成形用口金を製造した。

実施例１においては、ＳＵＳ６３０（Ｃ；０．０７以下，Ｓｉ；１．００以下，Ｍｎ；１．００以下，Ｐ；０．０４０以下，Ｓ；０．０３０以下，Ｎｉ；３．００〜５．００，Ｃｒ；１５．５０〜１７．５０，Ｃｕ；３．００〜５．００，Ｎｂ＋Ｔａ；０．１５〜０．４５，Ｆｅ；残部（単位は質量％））から構成された第一の板状部材と、ＷＣ−１６質量％Ｃｏの炭化タングステン基超硬合金から構成された第二の板状部材と、銅から構成されたろう材と、を用いてハニカム構造体成形用口金の製造を行った。

第一の板状部材は、その面の大きさが８０ｍｍ×８０ｍｍの正方形で、厚みが１２．５ｍｍであり、第二の板状部材は、その面の大きさが８０ｍｍ×８０ｍｍの正方形で、厚みが２．５ｍｍであり、ろう材は、その面の大きさが８０ｍｍ×８０ｍｍの正方形で、厚みが０．０１ｍｍである。

まず、第一の板状部材に、深さが１．０（ｍｍ）の格子状の溝部と、開口径約１ｍｍの裏孔とを電解加工（ＥＣＭ加工）によって形成した。なお、溝部の幅は０．３ｍｍとし、溝部のピッチは１．０ｍｍとした。また、第一の板状部材の裏孔が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率Ｅ１は５０ＧＰａであり、第二の板状部材の２５℃における体積弾性率Ｅ２は５００ＧＰａである。更に、第一の板状部材の熱膨張係数は１１．５×１０^−６（１／℃）であり、第二の板状部材の熱膨張係数は６．３×１０^−６（１／℃）である。

次に、第一の板状部材と第二の板状部材とを、その間にろう材を配して積層した後に１１２０℃に加熱して、第一の板状部材と第二の板状部材とを接合させて口金基体を得た。なお、接合時における常温は２０℃であり、第一の板状部材と第二の板状部材とを接合する際の接合温度と常温との温度差ΔＴは１１００℃である。また、接合時の相性ｋは１．７５であり、上記式（１）における係数ａは６１０である。

得られた口金基体を常温まで降温した後、第二の板状部材にスリットを形成してハニカム構造体成形用口金を得た。スリットは、ダイヤモンド砥石によって四角形の格子状に形成した。スリットの幅は約０．１ｍｍ、深さは約２．５ｍｍとし、隣接するスリット相互の間隔は約１．０ｍｍとした。

得られたハニカム構造体成形用口金について、第一の板状部材に形成した溝部の変形の程度と、接合面の剥離について評価を行った。溝部の変形は、口金として使用する際に問題の無い程度である場合には、溝部の変形を「小」とし、口金として使用することが困難である場合には、溝部の変形を「大」とした。また、接合面の剥離は超音波探傷映像装置によって確認した。また、得られたハニカム構造体成形用口金を用いてハニカム構造体を押出成形して、成形性についての評価を行った。表１に、第一の板状部材の厚み（ｍｍ）から溝部の深さ（ｍｍ）を引いた厚みｔ１（ｍｍ）、第一の板状部材の裏孔が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率Ｅ１（ＧＰａ）、第二の板状部材の厚みｔ２（ｍｍ）、第二の板状部材の２５℃における体積弾性率Ｅ２（ＧＰａ）、及び得られたハニカム構造体成形用口金の評価結果を示す。

本実施例のハニカム構造体成形用口金は、溝部の深さ（ｍｍ）が上記式（１）を満足するものであり、溝部の変形が良好に抑制されており、ハニカム構造体を成形する際に問題とならない程度に小さいものであった。また、第一の板状部材と第二の板状部材との接合面に対して垂直な方向の応力の発生も抑制されており、第一の板状部材と第二の板状部材と接合面の剥離も確認されなかった。また、このハニカム構造体成形用口金は、成形性も良好であり、高精度にハニカム構造体を成形することができた。

（実施例２〜５）
実施例１と同様の材料を用い、第一の板状部材の厚みを、実施例２が１３．５ｍｍ、実施例３が１３ｍｍ、実施例４が１４ｍｍ、実施例５が１７．５ｍｍとし、溝部の深さ（ｍｍ）を、実施例２が１．５ｍｍ、実施例３〜５が１．０ｍｍとした以外は、実施例１と同様の方法によってハニカム構造体成形用口金を製造した。

得られたハニカム構造体成形用口金は、溝部の深さ（ｍｍ）が上記式（１）を満足するものであり、実施例１のハニカム構造体成形用口金と同様に、溝部の変形が小さく、また、接合面の剥離もなく、更に、成形性も良好であった。

（比較例１〜３）
実施例１と同様の材料を用い、第一の板状部材の厚みを、比較例１が１４．５ｍｍ、比較例２が１８ｍｍ、比較例３が１４．５ｍｍとし、溝部の深さを、比較例１及び２が３．０ｍｍ、比較例３が１．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様の方法によってハニカム構造体成形用口金を製造した。

得られたハニカム構造体成形用口金は、溝部の深さ（ｍｍ）が上記式（１）の範囲を超えてしまうものであり、溝部の変形が大きく、第一の板状部材と第二の板状部材との接合面に対して垂直な方向に応力が生じてしまい、接合面に剥離が生じていた。また、溝部の変形や接合面の剥離が生じているために、成形したハニカム構造体に欠陥等を生じさせることがあった。

本発明のハニカム構造体成形用口金は、内燃機関、ボイラー、化学反応機器及び燃料電池用改質器等の触媒作用を利用する触媒用担体や、排気ガス中の微粒子捕集フィルター等として用いられるハニカム構造体を成形する際に用いることができる。また、本発明のハニカム構造体成形用口金の製造方法は、上記したハニカム構造体成形用口金を簡便に製造することができる。

Claims (10)

1. 成形原料を導入するための裏孔が形成された第一の板状部材と、前記成形原料を格子状に成形するためのスリットが形成された第二の板状部材と、を有する口金基体を備えたハニカム構造体成形用口金であって、
   前記第一の板状部材における前記第二の板状部材との接合面側に、前記スリットに対応した形状の溝部が形成されており、
   前記溝部の深さｙ（ｍｍ）が、下記式（１）を満足するものであるハニカム構造体成形用口金。
   ｙ≦ａ・（ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２）／（ｔ１×ｔ２×Ｅ１×Ｅ２） ・・・（１）
   （但し、ｔ１は前記第一の板状部材の厚み（ｍｍ）から前記溝部の深さ（ｍｍ）を引いた厚み（ｍｍ）、Ｅ１は前記第一の板状部材の前記裏孔が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ｔ２は前記第二の板状部材の厚み（ｍｍ）、Ｅ２は前記第二の板状部材の２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ａは前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とのそれぞれの熱膨張係数、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを接合する際の接合温度と常温との温度差、及び溝部の幅とピッチによって決定する係数である）
2. 前記第二の板状部材が、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものである請求項１に記載のハニカム構造体成形用口金。
3. 前記第一の板状部材が、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものである請求項１又は２に記載のハニカム構造体成形用口金。
4. 第一の板状部材と第二の板状部材とを有する口金基体を備え、前記第一の板状部材に成形原料を導入するための裏孔が形成され、且つ、前記第二の板状部材に前記成形原料を格子状に成形するためのスリットが形成されたハニカム構造体成形用口金を製造するハニカム構造体成形用口金の製造方法であって、
   前記第一の板状部材の一方の表面に、前記スリットに対応した形状の溝部を、前記溝部の深さｙ（ｍｍ）が下記式（２）を満足するように形成し、
   その前記第一の板状部材の前記一方の表面に前記第二の板状部材を積層して、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とが接合された前記口金基体を得る工程を含むハニカム構造体成形用口金の製造方法。
   ｙ≦ａ・（ｔ１×Ｅ１＋ｔ２×Ｅ２）／（ｔ１×ｔ２×Ｅ１×Ｅ２） ・・・（２）
   （但し、ｔ１は前記第一の板状部材の厚み（ｍｍ）から前記溝部の深さ（ｍｍ）を引いた厚み（ｍｍ）、Ｅ１は前記第一の板状部材の前記裏孔が形成された状態を考慮した見かけの２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ｔ２は前記第二の板状部材の厚み（ｍｍ）、Ｅ２は前記第二の板状部材の２５℃における体積弾性率（ＧＰａ）、ａは前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とのそれぞれの熱膨張係数、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを接合する際の接合温度と常温との温度差、及び溝部の幅とピッチによって決定する係数である）
5. 前記第二の板状部材として、炭化タングステン基超硬合金から構成されたものを用いる請求項４に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。
6. 前記第一の板状部材として、オーステナイト相の冷却によってマルテンサイト変態、ベイナイト変態、及びパーライト変態からなる群より選択される少なくとも一つの相変態を起こし得る金属又は合金から構成されたものを用いる請求項４又は５に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。
7. 積層した前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを、前記第一の板状部材がオーステナイト変態を起こす温度以上に加熱して、前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを接合する請求項６に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。
8. 得られた前記口金基体を、前記少なくとも一つの相変態が開始される温度まで降温して、前記第一の板状部材を構成する金属組織又は合金組織を相変態させる請求項６又は７に記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。
9. 接合された前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを、０．１〜１００℃／ｍｉｎの降温速度にて、前記少なくとも一つの相変態が開始される温度まで降温する請求項６〜８のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。
10. 前記第一の板状部材と前記第二の板状部材とを積層する前に、前記第一の板状部材に前記裏孔の少なくとも一部を形成する請求項４〜９のいずれかに記載のハニカム構造体成形用口金の製造方法。

Images