WO1987005855A1 - Die for molding honeycomb structures - Google Patents

Description

明 細 書 ハニカム状構造物の成形用ダイス 技 術 分 野

こ の発明はハニ カ ム構造物の成形用ダ イ ス 、 さ らに 詳 し く は加圧する と離水現象を起 して流動性が悪 く な る よ う な可塑性材料を用いてハ ニ カ ム構造物を押出成 形するための成形用ダイ スに関する も のであ る。

背 景 技 術

従来ハ ニ カ ム状構造物の製造方法と しては種 々 のも のが提案されているが、 触媒と して使用 されるハニカ ム状構造物のよ う に コ ア断面に比べて コ ア長さが極め て長い も の等については、 ダ イ スを使用 した押出成形 に よ るのが通常である。 従ってダ イ ス の形状及び構造 は 、 ハ ニ カ ム状構造物を得る上で極めて重要な因子と な る も のである。

押出成形に用いられるダ イ スは、 一般的に原材料の 出 口面に格子模様の成形溝を設ける と共に、 その反対 側であ る原材料の入口面に前記成形溝の交叉部又は稜 辺部に対向 し、 かつ前記成形溝の底部に到達する深さ の送給通路を形成配置 した も の となっている。

こ の よ う な構造を有するダイ ス を用いて押出成形を する場合， 押出成形される可塑性材料が、 格子模様の 成形溝をほぼ均等な速度で通過する よ う に しなければ. 得られたハ ニ カ ム状構造物に歪みを生じた り 、 隔壁内 部のかすれや格子模様の部分消失 （ 以下棚落ち と言う） 等の欠陥が生じ る。

そ こ で、 押出成形される可塑性材料を成形溝の どの 部分から も均等な速度で押出成形するために、 ダ イ ス の送給通路.と成形溝と を連結する位置に格子模様に ¾ つて貫通孔を設けたも のが種々提案されている。

こ のよ う なダ イ ス の典形的な も のは、 実公昭 5 7 - 3 7 8 0 号公報に開示されていて、 それは第 1 図に従 来例 と して示されている。 こ の図面において、 ² 1 は ダ イ スを示し、 その出 口面 2 3 に格子模様の成形溝

2 2 を設ける と と も に、 その反対側である原材料の入 口面 2 4 に、 成形溝 2 2 の交叉部に対向 し、 かつ出口 面 2 3 に向って延びる複数の独立した送給通路 2 5 が 設け られ、 成形溝 2 2 の後端に f_H、つて溝厚よ り 大径の 多数の独立 した円形孔 2 6 がダ イ ス の側面よ り 交叉す る よ う に貫通されている。

また特開昭 5 7 - 1 7 8 7 1 2 号公報には、 得られる 二 カ ム状構造物の棚落ちを防 ぐために、 ダ イ ス の貫通 孔を （ 長径/短径 ） 比が 1. 2 5 の長円孔又は矩形と する と共に （ 貫通孔の短径 Z格子模様の切 り 込み溝巾） 比を 1. 2 1 0 と したこ と を特徵とするハ ニ カ ム状構造 物の成形用ダイ ス が開示されている。

さ ら に特公昭 6 1 - 1 6 4 号公報には、 貫通孔に相 当する ガイ ド溝なる も のを設け、 ガイ ド溝の構断面開 口面積を成形溝における構断面開口面積に比べて大き く し、 さ ら に送給通路個所に対応 して抵抗部ガイ ド溝 を有するダ イ ス が開示されて い る 。

し力 しながら、 従来提案されている これら のハニ カ ム 状構造物の成形用ダ イ ス （ 装置 ） では、 押出成形さ れ る可塑性材料の性質に よっては、 押出成形性、 及び 得られたハ - カ ム状構造物の性状、 例えば歪みや、 棚 落ち、 機械的強度、 また乾燥、 焼成時に発生する ヒ ビ 割れ等の性状において必ず しも満足のい く も のが得ら れない。

特に、 酸化チ タ ン及び z又はシ リ カ - ア ル ミ ナを主 成分とするハ ニ カ ム状構造物の原料とな る化合物と 維状物質を含む可塑性材料な どの様に、 加圧する と離 水現象を起こ して流動性が悪 く な る。 可塑性材料を押 出成形する場合は、 従来の成形用ダ イ ス では、 貫通孔 内で一部離水現象を起して生じた塊状物が成形溝の一 部を塞 ぐため、 又、 繊維状物質が成形溝の一部にから みつき流動 しない個所を生じ るため、 得られる - カ ム状構造物の棚落ちが発生 しやす く 、 ま た、 成形中に、 徐 々 に押出 し圧力が高 く なるため良好な成形性を維持 する こ と が困難であった。

したがって、 こ の発明の 目的は、 加圧する と 離水現 象を起こ して流動性が悪 く なる様な繊維状物質を含む 可塑性材料を押出成形するの に適 したハ ニ カ ム状構造 物の成形用ダイ ス を提供する こ と にある。

発 明 の 開 示

すなわち、 こ の発明のハ ニ カ ム状構造物の成形用ダ イ スは、 ノ、 二 カ ム コ ア の断面形状に対応 した断面形状 を有 し、 ダ イ ス の出口面からダ イ ス の入口面に向って 所定の深さ を有する互いに連通する成形溝と、 前記成 形溝の交叉部及び 又は稜辺部に対向 しかつダ イ ス の 入口面からダイ ス の出口面に向って所定の深さを有す る複数個の互いに独立せる送給通路と を備えたダ イ ス において、 前記各送給通路の隔壁の一部であって、 力 つ前記成形溝と連結せる位置に隣接する送給通路を互 いに連通させる貫通孔が設けられてお り 、 前記貫通孔 の断面形状が、 成形溝の溝巾を頂辺 と し送給通路の直 径を底辺の最大値とする台形と該台形の底辺に対応す る直径を有する半円形と を組み合わせた形状を有 し、 前記台形の頂辺及び底辺の互いに対応する両端を結ぶ 斜辺の延長線に よ り なす角度が 6 0 度以下であ り 、 成 形溝の断面積 (B)に対する貫通孔の断面積 (A)の比が 1. 5 〜 ³. 0 の範囲にあ り 、 成形溝の出口から入口 までの長 さが成形溝の溝巾の 5 〜 1 0 倍の範囲にあ り 、 しかも 出 口側端面の外周に、 貫通孔に対応する部分が貫通孔 側に突起 したダ イ ス マ ス ク を設置したこ と を特徴とす る も のであ る。 こ の様な、 ハ - カ ム状構造物の成形用ダ イ スは、 加 圧する と離水現象を起こ して流動性が悪 く な る様な可 塑性材料、 例えば酸化チ タ ン及び Z又はシ リ 力 - ア ル ミ ナが主成分となる様な原料と 、 繊維状物質を含む可 塑性材料、 ゼォ ラ イ ト物質を含む可塑性材料等を押出 成形す るのに好適であ る。

図面の簡単な説明

第 1 図はこ の種のダ イ ス における従来からの典形的 な例の縦断正面図である。

第 2 図はこ の発明に よ る成形用タ' イ ス の平面図であ α

第 3 図は第 1 図に示すダイ ス の拡大縦断正面図であ

第 4 図は第 2 図における鎖線 IVに囲ま れた部分の拡 大図である。

第 5 図は第 4 図を線 V - V に 、つて切断 し、 矢印の 方向にみた図面である。

発明を実施するための最良の形態

こ の発明を よ り 詳細に説明するために、 以下第 2 〜 5 図に従ってこれを説明する。

1 は正方形のダイ スであって、 第 1 図示の従来のダ ィ ス と 同様に出口面 3 に格子模様の成形溝 2 を ける と と も に、 その反対側である原材料の入口面 4 に、 成 形溝 2 の交叉部 9 に対向 し、 かつ出口面 3 に向って延 びる複数の独立 した送給通路 5 が設けられる。 こ の送 給通路 5 は交叉部 9 に対向する代 り に稜辺部 9 a に対 向配置されても よ い。

そ して各送給通路 5 間の隔壁 8 の一部であって、 成 形 と連結する位置に隣接する送給通路 5 を互いに 連通させる貫通孔 6 が設けられている。 こ の貫通孔 6 は、 成形溝 2 の後端縁 1 1 , 1 2 間を結ぶ辺を頂辺 と し、 送給通路 5 の先端縁 1 3 ， 1 4 を結ぶ辺を底辺の最大値 と する台形 1 1 ， 1 2 , 1 3 ， 1 4 と該台形の底辺 1 3 ― 1 4 に対応する直径を有する半円形と を組み合わせた 断面形状を有 し、 台形 1 1 ， 1 2 ， 1 3 , 1 4 の頂辺 1 1 - 1 2 及び底辺 1 3 - 1 4 の互いに対応する両端を結 ぶ斜辺 1 1 - 1 3 , 1 2 - 1 4 の延長線に よ り なす角度 が 6 0 度以下で、 また、 成形溝 2 の断面積（B)に対する 貫通孔 6 の断面積（A)の比力； 1.5〜 3.0 の範囲にある。 更 に該ダ イ ス 1 には、 ダ イ ス本体 7 の出口面 3 の外周に、 貫通孔 6 に対応する部分が貫通孔側に突起 したダイ ス マ ス ク 1 0 を設置してい る。 第 ³ 図 1 0 a は ダ イ ス マ ス ク 1 0 の突起部分を示す。

前記の よ う な も のに よ って成形される成形物、 例え ば触媒と して使用されるハ - カ ム状構造物、 特に脱硝 触媒の様に、 酸化チタ ンな どを主成分と するハ - カ ム 状構造物は、 特に 口径カ 1 5 0 鹧口 以上あ り 、 長さ力； 3 5 0 丽 以上にな る と機械的強度が弱 く 問題となる。 そ こで、 ハ - カ ム状構造物の強度を保っために繊維状 物質、 例えばグ ラ ス フ ァ イ バ ー、 石綿、 窒化ケィ 素 ゥ イ ス カーな どを、 原料である可塑性材料に添加 して押 出成形するのが通例である。 しか しこ の様な繊維状物 質は押出成形性に悪影響を及ぼ し、 繊維状物質の量が 多 く なればなるほど、 また押出 し圧力が高 く なればな るほ ど可塑性材料は離水現象を起 し、 可塑性材料は流 動性が悪 く なる傾向にある。 ま た、 可塑性材料中の繊 維状物質が成形溝の一部にからみつき流動しない個所 を生じ る。 前記のよ う な各従来のダ イ スは上記の様な 可塑性材料をハニ カ ム状構造物に押出成形する場合は 必ず しも満足のい く も のではなかった。

と こ ろでこ の発明は、 ダ イ ス 1 の貫通孔 6 を前記の よ う な形状とする こ と に よ り 、 上記の様な離水現象を 起 しやすい可塑性材料でも、 ダ イ ス内部で流動 しない 個所が少 く な り 、 また繊維状物質がからみつきが少ぃ 様になつたのであ り 、 それは後述する各実施例におい て明らかにする。 その実施例において、 貫通孔 6 の角 度 3 が 6 0 度よ り 大きい場合は可塑性材料の流動 しな い個所が発生 しやす く 、 そのため押出圧力が高 く な り， ま た得られたハ ニ カ ム状構造物に棚落ちが生じ る割合 が高い。 また逆に角度 3 が小さ く な り すぎる と 、 可塑 性材料は、 成形溝 2 の稜辺部方向への流動が少 く な り . 貫通孔と しての作用が害される傾向にあるので、 貫通 δ

孔 6 の角度 （9 は、 好ま し く は 6 0 度から 4 5 度の範囲 ある

ま た、 格子模様の成形溝 2 から均等な速度で可塑性 材料を通過させるためには貫通孔 6 の形状の外に成形 溝 2 の断面稷 (Β)に対する貫通孔 6 の.断面積 (Α)の比が

1. 5 ³. 0 の範囲にあるのが好ま しい。 上記断面積比が 1. 5 よ り 小さい場合は、 可塑性材料は成形溝 2 の稜辺 部 9 a の方向 （ 以下横方向 とい う ） への流動が少 く な り 、 成形溝 2 の交叉部 9 に比較して稜辺部 9 a からの 通過速度が小さ く なる傾向にある。 また逆に上記断面 稷比が ³. 0 よ り も大きい場合は、 上記と逆の傾向を生 じ て横方向への流動が大き く な り 、 ダイ ス の外周部分 からの通過速度が大と なるので好ま し く ない。

さ ら に、 繊維状物質を含まない可塑性材料を押出成 形する場合に比較して、 上記の様な離水現象を起す可 塑性材料を押出成形する場合、 良好な成形性を保つ う えで成形圧力が重要な因子と なる。 成形圧力は、 可塑 性材料の性質に も よ るが、 ダ イ ス に起因する所が大で あ り 、 該ダ イ ス 1 の成形溝 2 の出口面 3 から入口 （ 貫 通孔 6 と の接点 ） ま での長さを成形溝 2 の溝巾の 5 1 0 倍の範囲にする こ と に よ り 、 押出成形圧力を長期 間にわた り 低圧に維持する こ とが出来る。 上記の脱硝 触媒の様な - カ ム状構造物を押出成形する場合は触 媒の活性に起因する細孔容積の面から も 高圧で成形す る と マク ロ な細孔容積が小さ く なるので 2 5 ^/ci以下 の圧力で行 う のが望ま しい。

ま た、 こ の本発明に よ るダ イ ス 1 は出 口面 3 の外周 から押出 される逨度を調整する上で、 ダ イ ス マ ス ク 1 0 は貫通孔 6 側に突起部 1 0 a が設けられている 'の であ る。

以下に こ の発明の実施例を示す。

実 施 例 1

酸化チ タ ン粉末に対 して、 ガ ラ ス繊維、 粘土成分、 ボ リ エ チ レ ンオ キサイ ド と水を加えて揑和 し、 押出成 形に適した可塑性材料 (¾を調製した。

前記のダイ ス 1 を 2 段 1 軸型真空押出機に取付け使 用 した。 該ダ イ ス 1 は貫通孔 ⁶ の角度 S が ⁶ 0 度でロ 径 1 6 1 丽口 で 2 0 X 2 0 コ アを有 し、 成形溝 2 の溝巾 カ 1. 4 觸であ り 、 成形溝 2 の断面積 (B)に対する貫通孔 6 の断面積 (A)の比が ². 7 で、 成形溝 2 の溝巾に対する 長 さの比を 5· 1 と した。 こ の よ う なダ イ ス 1 を使用 し て、 上記可塑性材料 (¾を口径 1 6 1 靈口 、 長さ l m の 格子状ハニ カ ム構造物に押出成形 した。 押出成形圧力 は 1 6 〜 ： I 7 ^/cdの範囲で、 連続 して 5 0 m押出成形を 行った。 得られた 5 0 本のハ ニ カ ム状構造物を乾燥、 焼成 した も のは、 棚落ち もな く またひび割れ、 歪みも な く 良好な ものであった。

実 施 例 2 実施例 1 で使用 したダイ スにおいて貫通孔 6 の角度 d を 4 5 度成形溝 2 の断面積 (B)に対する貫通孔 6 の断 面積 (A)の比を ². 7 、 成形溝 2 の溝巾に対する長さの比 を ⁷- 3 と した外は実施例 1 と 同様の も のを使用 して、 実施例 1 で使用 した可塑性材料 Oを押出成形 した。 押 出成形圧力は 1 7〜1 8 Zedの範囲で 5 0 17 連続押出成 形を行った。 得られた 5 0 本のハ - カ ム状構造物を乾 燥、 焼成 した も のは、 棚落ち もな く 、 またひび割れ、 . 歪みもな く 良好な ものであつた。

実 施 例 3

実施例 1 で使用 したダイ ス と、 貫通孔 6 の角度 0 を 6 0 度成形溝 2 の断面積 (B)に対する貫通孔 6 の断面積 (A)の比を ². 7 成形溝 2 の溝巾に対する長さの比を 1 0 と した外は同様の も のを使用 して、 実施例 1 で使用 し た可塑材料 (X)を押出成形した。 押出成形圧力は 2 1 〜 2 2 の範囲で 5 0 771連続成形を行った。

得られたハ ニ カ ム状構造物を乾燥、 焼成したも のは 棚落ちもな く またひび割れ歪みもな く 良好な も の であ つた。

実 施 例 4

実施例 1 で使用 したダイ ス と貫通孔 6 の角度 を 6 0 度成形溝 2 の断面種- (B)に対する貫通孔 6 の断面稹 (A)の比を 1- 6 成形溝 2 の溝巾に対する長さの比を、 7. 3 と した外は同様のものを使用 して、 実施例 1 で使 用 した可塑材料 (X)を押出成形 した押出成形圧力は 1 6 〜 1 7 ^ cdの範囲で 5 0 7/ 連続成形を行った。

得られたハ ニ カ ム状構造物を乾燥、 焼成 したも のは， 棚落ち もな く 、 またひび割れ、 歪みも な く 良好な もの であった。

つ ぎに前記実施例に対する比較例を列記する。

比 較 例 1

第 1 図に示す様に貫通孔の形状が円形で、 成形溝

2 2 の断面稷 (B)に対する貫通孔 2 6 の断面積 (A)の比を 3- 1 、 成形溝 2 ² の溝巾に対する長 さの比を ⁷. ³ と し た、 1 6 1 籠口 2 0 X 2 0 コ ア の成形溝巾 1. 4 丽 の タ ' ィ ス 2 1 を使用 して、 実施例 1 の可塑性材料 (X)を押出成 形 した。 押出成形圧力は当初 2 1 ^ ciであったが、 10 m 連続押出成形した所で圧力は 2 6 if/ciになったので 押出成形を中断した。

得られたハ ニ カ ム状構造物は 1 0 本の う ち 7 本に一 部棚落ちが見られた。

比 較 例 2

実施例 1 で使用 したダ イ ス 1 と、 貫通孔 6 の角度を 8 0 度成形溝 2 の断面積（B)に対する貫通孔 6 の断面積 (A)の比を 2. 5 成形溝 2 の溝巾に対する長さの比を 10.9 と した外は同様の ものを使用 して、 実施例 1 の可塑性 材料 (X)を押出成形 した。 押出成形圧力は 2 3〜2 7 K^_ir の範囲で 1 5 m連続成形を行った。 得られた 1 5 本のハ ニ カ ム状構造物を乾燥、 焼成し た も のは、 3 本に一部棚落ちが見られた。

比 較 例 3

実施例 1 で使用 したダ イ ス 1 で、 貫通孔 6 の角度 6 0 度成形溝 2 _の断面積 (B)に対する貫通孔 6 の断面稷 (A)の比を ³. 3 成形溝 2 4 の溝巾 に対する長さの比を 7. ³ と し、 突起部 1 0 a を有していない通常のダ イ ス マ ス ク を使用 した外は実施例 1 と 同様の ものを使用 し 実施例 1 の可塑性材料 を押出成形した。 押出成形圧 力は 1 8 2 1 Ze の範囲で 1 0 771連続成形を行った。 成形状態は、 ダ イ ス外周部が非常に速 く 押出され、 得 られたハニ カ ム状構造物は外周部が肉厚となった。 又 こ の ものを乾燥したと きハ - 力 ム構造物の一部にひび 割れが認められた。

産業上の利用可能性

こ の発明は前記のよ う であ るので、 触媒又は担体の 成形、 - カ ム状構造の乾煉剤も し く は吸着剤の成形 及び有機繊維を含むセ ラ ミ ッ ク ス の成形等に有用であ る o

Claims

請 求 の 範 囲

1. ハ ニ カ ム コ アの断面形状に対応した断面形状を有 し、 かつダ イ ス の出口面力 らダ イ ス の入口面に向つ て所定の深さ を有する互いに連通する成形溝と 、 前 記成形溝の交叉部及び/ ^又は稜辺部に対向 し、 かつ ダイ ス の入口面からダイ ス の出口面に向って所定の 深さ を有する複数個の互いに独立した送給通路 と を 備えたダイ ス において、 前記各送給通路の隔壁の一 部であって、 .前記成形溝と連結する位置において隣 接する送給通路を互いに連通させる貫通孔が設けら れ、 こ の貫通孔の断面形状が成形溝の溝巾 を頂辺 と し、 送給通路の直径を最大値とする底辺を有する台 形 と 、 該台形の底辺に対応する直径を有する半円形 と を組み合わせた形状 と なってお り 、 前記台形の頂 辺及び底辺の互いに対応する両端を結ぶ斜辺の延長 線に よ り 形成される角度が 6 0 度以下であ り 、 成形 溝の断面積（B)に対する貫通孔の断面積 (A)の比が 1. 5 〜 ³. 0 の範囲で、 成形溝の出 口から入口 ま での長さ が成形溝の溝巾の 5 〜 1 0 倍の範囲にある こ と を特 徵 とするダ イ ス 。

2. ハ - カ ム コ アの断面形状に対応した断面形状を有 し、 かつ、 ダ イ ス の出口面力 らダ イ ス の入口面に向 つて所定の深さ を有する互いに連通する成形溝と 、 前記成形溝の交叉部及び 又は稜辺部に対向 しかつ ダイ ス の入口面力 らダイ ス の出 口面に向って所定の 深さ を有する複数個の互いに独立 した送給通路と を 備えたダ イ ス において、 前記各送給通路の隔壁の一 部であって、 前記成形溝と連結する位置において隣 接する送給通路を互いに連通させる貫通孔が設けら れ、 こ の貫通孔の断面形状が成形溝の溝巾 を頂辺と し、 送給通路の直径を最大値とする底辺を有する合 形 と 、 該台形の底辺に対応する直径を有する半円形 と を組み合わせた形状と なってお り 、 前記台形の頂 辺及び底辺の互いに対応する両端を結ぶ斜辺の延長 線に よ り 形成される角度が 6 0 度以下であ り 、 成形 溝の断面積（B)に対する貫通孔の断面積（A)の比が 1. 5 〜 ³. 0 の範囲で、 成形溝の出口から入口 までの長さ が成形溝の溝巾の 5 〜 1 0 倍の範囲にあ り 、 しかも 該ダ イ ス の出 口面の外周に、 貫通孔に対応する部分 が貫通孔側に突起 したダイ ス マ ス ク を設置したこ と を特徵とするダイ ス。