(57)【要約】【課題】  ハニカム体とインテグラルスキンとを共押出しするためのダイ装置および方法。【解決手段】  ダイ本体を製造するためのダイ装置および方法は、ハニカム網目および複数のピンの終端部分を貫通延在する外皮スロットを提供し、ここで前記外皮スロットは、それぞれハニカム網目と流体連通する対向側を備えている。さらなる実施の形態では、外皮スロットを備えたダイ本体を用いて、ハニカム体とインテグラルスキンを共押出しする方法が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出スロットのハニカム網目を画成するために、間隔をおいて配置されたピン配列を含むダイ本体と、
前記ハニカム網目と複数の前記ピンの終端部分とを貫通延在する外皮スロットと、
を備え、
前記外皮スロットが、それぞれ前記ハニカム網目と流体連通する対向側を備えている、
ハニカム押出ダイ装置。
【請求項２】
前記ピン配列の少なくとも１つのピンが、前記少なくとも１つのピンの終端表面から所定の深さに位置するディボットを備え、
前記ディボットが前記少なくとも１つのピンを取り囲むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記外皮スロットが、前記排出スロットの幅よりも広い幅を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記外皮スロットが、前記外皮スロットの幅の少なくとも５倍の深さを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記外皮スロットが、前記排出スロットの深さより短い深さを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記ハニカム網目の外側部を覆うために、前記ダイ本体に取り付けられるように構成されたマスク部材をさらに備え、
前記マスク部材が前記ダイ本体に取り付けられる際に、前記マスク部材が前記外皮スロットの外側と位置合わせするように構成された周縁を有する開口部を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ダイ装置および方法に関し、さらに具体的には、ハニカム体とインテグラルスキンとを共押出しするためのダイ装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカム体を押出成形するための従来の方法は、外皮とハニカム体を共押出しする、押出ダイを含んでなる。しかしながら、外皮はハニカム体に十分には付着しない場合がある。そのような場合、押出した部分は廃棄されるか、あるいは、さらなる加工技術に供される必要がありうる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一例を挙げれば、ハニカム押出ダイ装置は、排出スロットのハニカム網目を画成するために、間隔をおいて配置されたピン配列を含むダイ本体を含んでなる。ダイ装置はまた、ハニカム網目と複数のピンの終端部分とを貫通延在する外皮スロットを備えている。外皮スロットは、それぞれハニカム網目と流体連通する対向側を含んでなる。
【０００４】
別の例を挙げれば、ハニカム体とインテグラルスキンを共押出しするように構成されたダイ本体を製造するための方法が提供される。本方法は、排出スロットのハニカム網目を画成するために、間隔をおいて配置されたピン配列を提供し、その後、外皮スロットを提供する、各工程を有してなる。外皮スロットは、ハニカム網目および複数のピンの終端部分を貫通延在する。外皮スロットは、それぞれハニカム網目と流体連通する対向側を備えている。
【０００５】
別の例を挙げれば、ハニカム体とインテグラルスキンをハニカム押出ダイ装置で共押出しするための方法が提供される。ハニカム押出ダイ装置は、排出スロットのハニカム網目を画成するために間隔をおいて配置されたピン配列を含むダイ本体を含んでなる。外皮スロットは、ハニカム網目および複数のピンの終端部分を貫通する。外皮スロットは、それぞれハニカム網目と流体連通する対向側を備える。ハニカム押出ダイ装置はさらに、マスク部材を含んでなる。本方法は、ハニカム網目の外側部を覆うために、ダイ本体にマスク部材を取り付ける工程を有してなる。本方法はまた、ハニカム体が、ハニカム網目の内側部分によって形成されるように、バッチ材料がダイ本体を通じて押出成形される工程を有してなる。インテグラルスキンは、外皮スロットと流体連通する排出スロットの複数を貫通するバッチ材料によって形成される。
【０００６】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を、添付の図面を参照しながら読むことによって、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ハニカム押出ダイ装置のダイ本体の一例の上面概略図。
【図２】図１のダイ本体に対して位置合わせされたマスクの上面概略図。
【図３】ダイ本体の、バッチ材料が入る繰出し孔部分を有する、図２の線３−３に沿ったハニカム押出ダイ装置の部分断面図。図３Ａは図３の線３Ａ−３Ａに沿ったダイ本体の部分断面図である。
【図４】図３のハニカム押出ダイ装置の一部の拡大図。
【図５】放電機械加工によって形成される外皮スロットを有する、ダイ本体の拡大部分の概略図。
【図６】ダイ本体の排出スロットおよび外皮スロットに入るバッチ材料部分が、繰出し孔を継続して通過する、図３のハニカム押出ダイ装置の部分断面図 。図６Ａは図６の線６Ａ−６Ａに沿ったダイ本体の部分断面図である。
【図７】バッチ材料部分が排出スロットおよび外皮スロットを完全に通過し、ハニカム体とインテグラルスキンの共押出しとしてダイ本体から出る、図６のハニカム押出ダイ装置の部分断面図。図７Ａは図７の線７Ａ−７Ａに沿ったダイ本体の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の例となる実施の形態を示す添付の図面を参照すると共に、例について説明する。 可能であればいつでも、図面全体を通して、同一または類似する部分についての言及には、同一の参照番号が使用される。しかしながら、例は、多くの異なる形態で具現化でき、本明細書に記載される例に限定されると解釈されるべきではない。
【０００９】
ハニカム体およびインテグラルスキンは、セメント混合物など、さまざまなバッチ材料から形成することができる。例となるセメント混合物には、ポリマー結合剤および／または低分子量の液体と混合した粒子および／または粉末、ならびに、これらの材料およびセメントスラリー形成用などの他の材料の組合せなど、ペーストおよび／またはスラリーが含まれうる。セメント混合物に使用するのに有用でありうる、および／または、ハニカム体およびインテグラルスキンを製造するための例となる材料についての説明は、多くの特許および特許出願に認められる。コージエライトを含む、例となるセラミックバッチ材料組成物は、米国特許第３，８８５，９７７号、米国再特許第３８，８８８号、米国特許第６，３６８，９９２号、同第６，３１９，８７０号、同第６，２１０，６２６号、同第５，１８３，６０８号、同第５，２５８，１５０号、同第６，４３２，８５６号、同第６，７７３，６５７号、同第６，８６４，１９８号、および米国特許出願公開第２００４／００２９７０７号、同第２００４／０２６１３８４号、および同第２００５／００４６０６３号の各明細書に開示されている。チタン酸アルミニウムを形成するためのセラミックバッチ材料組成物の例としては、米国特許第４，４８３，９４４号、同第４，８５５，２６５号、同第５，２９０，７３９号、同第６，６２０，７５１号、同第６，９４２，７１３号、同第６，８４９，１８１号、および米国特許出願公開第２００４／００２０８４６号、同第２００４／００９２３８１号の各明細書、および国際公開第２００６／０１５２４０号、同第２００５／０４６８４０号、および同第２００４／０１１３８６号の各パンフレットに開示されている。
【００１０】
図に記載されるように、ハニカム体とインテグラルスキンとを共押出し可能にするための例となるハニカム押出ダイ装置および方法が提供される。ハニカム体は、セルの形状がどうであれ、セルの網目を画成するさまざまな構造を含みうる。例えばセルは、円、楕円、または他の曲線の形状など、曲線状のセルを含みうる。 さらに例を挙げれば、セルは、三角、矩形（例えば正方形）または他の多角形の形状を含みうる。ハニカム体は、例えば、燃焼機関からの排ガスを処理するための微粒子フィルタを含む、さまざまな濾過用途に使用することができる。
【００１１】
図１は、例となるダイ本体２２を備えたハニカム押出ダイ装置２０の上面概略図を提供する。ダイ本体２２は、実質的に平坦な終端表面３２で終了する終端部分２５を備えることができるピン配列２４を含む。図３に示すように、実質的に平坦な終端表面３２のそれぞれは共通平面２７に沿って延在し、ダイ本体２２の出口面３８全体にわたって一般に平坦な表面を与える。さらに例を挙げれば、１つ以上の終端表面は、異なる面に沿って延在して差し支えなく、非平面状であってもよく、および／または非平面的な方式で配置されてもよい。
【００１２】
各終端部分２５は、さまざまな代替となる周囲形状およびサイズを含み、さまざまなハニカムチャネルを生成することができる。図示するように、図１、２、および３Ａでは、各ピン２４の終端部分２５は、実質的に正方形の形状を含みうるが、１つ以上の終端部分は、他の矩形形状、三角形、および／または他の多角形の形状を有して差し支えない。加えて、または代替として、１つ以上の終端部分２５は、円、楕円、または他の曲線の形状を有することもできる。図に示すように、ピン２４は実質的に互いに同一であって差し支えなく、略同一のサイズを有していてもよい。さらに例を挙げれば、ピンは異なる形状および／またはサイズを有することも可能である。例えば、あるピンが曲線の形状をした終端部分を有すると同時に、他の終端部分が多角形の形状を有していて差し支えない。さらなる例を挙げれば、ピンは、異なるサイズを有する幾何学的に相似した形状を含んでもよい。例として、終端部分は、ダイ本体２２の中心軸から径方向に増減したサイズを有する、実質的に同一の幾何学的形状を有していて構わない。
【００１３】
図に示すように、ピン配列２４は、ピンが所定の行および所定の列に沿って一定の間隔になるように、等間隔の行と列を有する、ピンの行列として分布されうる。あるいは、ピン２４は、所定の列および／または行全体にわたり、不均等な列／行または不規則および／または不均一に、などさまざまな他の配列パターンで分布することもできる。ピン２４は、排出スロット２６のハニカム網目を画成するために、間隔をおいて配置される。排出スロット２６のハニカム網目は、ピン２４のそれぞれの終端部分２５の配置および特性に応じて、さまざまなパターンを有しうる。例えば、図示する排出スロット２６は、略同一の幅を備え、ダイ本体２２の出口面３８において均一な直線的行列を提供することができる。このような配置により、略同一の壁厚が備わったハニカム体を生成することができる。別の例を挙げれば、網目は、異なる壁厚を有するハニカム体を生成するように、異なる寸法を有するスロットを含みうる。例として、ハニカム押出ダイ装置は、ハニカム体の中心軸からの半径方向距離に基づいて壁の厚さが増減するハニカム体を生じるように設計することができる。
【００１４】
図３を参照すると、ピン配列のうち少なくとも１つのピン２４は、少なくとも１つのピン２４の終端表面３２から所定の深さに位置する、ディボット４０を含みうる。図３Ａに示すように、隠線は、ディボット４０が対応するピン２４を完全に取り囲むことができることを例証しているが、さらなる例においては、ディボットは、ピンを取り囲まないか、または完全には取り囲まない。例として、ピンの片側に１つ以上のディボットが備わっていて差し支えなく、または、互いに接続されていてもいなくてもよいが、複数の側にそれぞれ１つ以上のディボットが備わっていてもよい。さらには、ディボットは、さまざまな形状およびサイズを有していて構わない。例として、ディボットは１つ以上の陥凹部または溝を含みうる。例となる溝には、Ｕ字形、Ｖ字形、Ｃ字形、または他の溝の形状が挙げられる。図示するように、ディボット４０は、下流方向に向かって内部が先細りになる、ピン２４を取り囲む単一の溝を備える。図示するように、内部の先細りは、終端部分２５の段部４２で終わる最大深さに向かって、深さが増大する。
【００１５】
ハニカム押出ダイ装置２０はさらに、排出スロット２６のハニカム網目と複数のピン２４の終端部分２５とを貫通延在する、外皮スロット２８を備える。図１および３Ａに示すように、外皮スロット２８は、外皮スロットの通路２９に沿って実質的に連続しうる。したがって、外皮スロット２８が、対応するピン２４の終端部分２５と、対応するピン２４の間に配置される排出スロット２６とを交互に通過することから、図示する外皮スロット２８は連続しているとみなされる。図３Ａに示すように、排出スロット２６の位置では、外皮スロットの対向側２８ａ，２８ｂは、排出スロット２６のハニカム網目と流体連通するように配置することができる。実際に、排出スロット２６の位置では、図示する外皮スロット２８は、排出スロット２６のハニカム網目と流体連通する径方向内側２８ａを備えている。同様に、排出スロット２６の位置では、図示する外皮スロット２８は、排出スロット２６のハニカム網目と流体連通する対向する径方向外側２８ｂを備える。さらに図示されるように、排出スロット２６の位置では、外皮スロット２８は、排出スロット２６のハニカム網目と流体連通する底部２８ｃを備えうる。後にさらに十分に述べるように、本明細書に記載される特徴を有する外皮スロット２８の提供は、ハニカム体およびインテグラルスキンの効果的な共押出しを促進することができる。
【００１６】
図４を参照すると、外皮スロット２８は、排出スロット２６の幅Ｗ2よりも広い幅Ｗ1を有しうる。外皮スロット２８の幅Ｗ1は、共押出し技術の後のバッチ材料の予想される収縮を考慮しつつ、外皮の所望の最終的な厚さに基づいてあらかじめ決定することができる。 例となる用途では、外皮スロット２８は、外皮の完全な形成および外皮のハニカム体との一体化を可能にするために、外皮スロット２８の幅Ｗ1の少なくとも５倍の深さＤ1を有しうる。さらなる例では、外皮スロットの深さＤ1は、バッチ材料組成、処理パラメータ、および／または他の条件に応じて、スロットの幅Ｗ1の５倍前後でありうる。
【００１７】
外皮スロット２８の深さＤ1は、外皮スロット２８の深さＤ2以上でありうる。あるいは、図に示すように、外皮スロット２８は、排出スロット２６の深さＤ2未満の深さＤ1を有していてもよい。例として、ピン配列のうち少なくとも１つのピン２４がディボット４０を備えている用途では、外皮スロット２８は、少なくとも１つのピン２４の終端部分２５に、ディボット４０の深さまで貫通延在しうる。図示するように、外皮スロット２８は、バッチ材料が最初にディボット４０とぶつかる、ディボット４０の下流端まで延在する。さらに例を挙げれば、外皮スロット２８は、ディボットの中間部分まで、または、バッチ材料がディボット４０を離れるディボット４０の上流端まで延在していて構わない。外皮スロット２８はディボットまで延在していなくてもよく、あるいは、さらなる例では、ディボットを通り越して延在して差し支えないことも理解されよう。
【００１８】
図２に示すように、ハニカム押出ダイ装置２０は、排出スロット２６のハニカム網目の外側部を覆うためにダイ本体に取り付けられた、マスク部材５４をさらに備えうる。マスク部材は、クランプ機構などを含めた多くの方法で装着することができる。図示する例では、マスク部材５４は、ダイ本体２２に着脱可能に取り付けられるように構成される。所望のマスキング構造を提供するため、マスク部材は互いに取り付けられた複数の部分を含んでいてもよいが、図示するように、マスク部材５４は単一の構造を備えることもできる。マスク部材５４は、特定の用途に応じて、さまざまな形状およびサイズを有していて構わない。図示する実施の形態では、マスク部材５４は、マスク部材５４の外側部によって完全に囲まれている開口部５６を備える。さらに例を挙げれば、開口部５６は、マスク部材の外周の１つ以上の領域に対して開放されていて差し支えない。さらには、開口部５６は、円の形状を備えているが、開口部は楕円または他の曲線形状を有していてもよい。加えて、または代替として、開口部５６は、三角、矩形（例えば正方形）または他の多角形の形状を有していてもよい。図２に示すように、開口部５６には、外皮スロット２８に対して方向付けられるように構成された周縁５８を設けることができる。図４に示すように、マスク部材５４をダイ本体２２に取り付ける際に、周縁５８を外皮スロット２８の外側２８ｂと位置合わせすることができる。さらに例を挙げれば、周縁５８は、外皮スロット２８の外側２８ｂとずれて配置されていてもよい。例えば、図４の隠線が示すように、周縁５８ａは外皮スロット２８の外側２８ｂに対して径方向内向きに延在して差し支えない。さらに隠線が示すように、周縁５８ｂは外皮スロット２８の外側２８ｂに対して径方向外向きに延在していてもよい。
【００１９】
図５は、ピン２４の終端部分２５を機械加工した外皮スロット２８の概略図である。図示するように、放電機械加工部品６０を６２の方向に差し込んで、外皮スロットを機械加工することができる。その後、部品６０は方向６４の方向に抜去することができる。抜去時に、外皮スロット２８が残留し、先に十分に説明したように配置されうる。放電機械加工（ＥＤＭ）が図示されているが、外皮スロット２８の提供のためには、さまざまな他の機械加工技術を用いて差し支えないことが認識されよう。例えば、外皮スロットは、研磨、穿孔、または他の機械加工法によって形成されうる。さらには、外皮スロットは、化学処理または他の機械加工ではない方法で形成されてもよい。
【００２０】
図３、３Ａ、６、６Ａ、７、および７Ａを参照しつつ、ハニカム体１００を共押出しする方法について説明する。図６および７を参照すると、バッチ材料７０によって隠れたピン２４の部分は、明確にするために破線で示されている。図３に示すように、ダイ本体２２は、入口面３９と排出スロット２６との伝達を提供するための繰出し孔３０を備えることができる。図３Ａに示すように、繰出し孔３０は、スロットの各列および各行に沿って、他の排出スロットの交点のそれぞれと直接流体連通するためにオフセットされて構わない。図２を参照すると、マスク部材５４は、排出スロット２６のハニカム網目の外側部を覆うためにダイ本体２２に取り付けられて差し支えない。図４に示すように、マスク部材５４は、共通平面２７に沿って配置されるように構成された、平坦な下面５９を備えることができる。次に、開口部５６が排出スロットのハニカム網目の内側部分に対して位置合わせされるように、マスク部材５４を配置することができる。図４に示すように、一例を挙げれば、開口部５６の周縁５８は外皮スロット２８の外側２８ｂと位置合わせすることができる。適切に配置された後、マスク部材５４はダイ本体２２に取り付けることができる。
【００２１】
次に、ダイ本体２２を通じて、バッチ材料７０を押出成形することができる。実際、図３に示すように、バッチ材料は最初に繰出し孔３０を通じて導入することができ、排出スロット２６のハニカム網目まで、７１の方向に、上に向かって流れる。次いで、バッチ材料７０は外皮スロット２８に達し、それぞれ繰出し孔３０の各軸から離れて放射状に広がり始める。
【００２２】
図６および６Ａに示すように、バッチ材料７０が排出スロット２６に達して時点で、材料はそれぞれ繰出し孔３０の各軸３１から離れて放射状に広がり始める。図６にさらに示すように、バッチ材料７０は、最初に排出スロット２６の下部を貫流した後、外皮スロット２８の各対向側２８ａ，２８ｂおよび底部２８ｃを貫流する。図６および６Ａにおける方向を示す矢印７２は、バッチ材料が、排出スロット２６のハニカム網目の外側部から外皮スロット２８の径方向外側２８ｂを通じて移動できることを明示している。図６および６Ａにおける矢印７３もまた、バッチ材料が、排出スロット２６のハニカム網目の内側部分から外皮スロット２８の径方向内側２８ａを通じて移動できることを明示している。図示するように、バッチ材料７０は、ピン２４のそれぞれのディボット４０にぶつかる。提供される場合には、ディボット４０は、インテグラルスキン１０２が形成される際に、バッチ材料の分布を補助するための集積帯を提供することができる。
【００２３】
図７および７Ａに示すように、ハニカム体１００はハニカム網目の内側部分によって形成され、インテグラルスキン１０２は、外皮スロット２８と連通する複数の排出スロット２６を通過するバッチ材料７０によって形成される。図７に示すように、マスク部材５４はハニカム網目の外側部を覆い、バッチ材料７０がダイ本体２２の外側部を通じて軸方向に押出されることを防止する。さらには、マスク部材５４は、材料をハニカム網目の外側部から外皮スロット２８の径方向内向きに７２の方向に移動するように押し進める。
【００２４】
先に言及したように、各外皮スロット２８の対向側２８ａ，２８ｂは、排出スロット２６のハニカム網目と流体連通する。このようにして、バッチ材料７０は、外皮スロット２８の底部２８ｃと同様、外皮スロット２８の径方向対向側２８ａ，２８ｂから外皮スロット２８に入って差し支えない。このような外皮スロットの構成は、径方向外向き７３に押し進められるバッチ材料が、径方向内向き７２に押し進められるバッチ材料によって相殺されるときに、圧力が増強される。得られた圧力は、インテグラルスキン１０２とハニカム体１００との一体化を促進することができる。
【００２５】
図示するように、本方法は、最初に、マスク部材５４による相互作用なしに、外皮スロット２８によって実質的に完全にインテグラルスキン１０２を形成することができる。 このような構成は、インテグラルスキン１０２の表面欠陥を促進する、および／または、ハニカム体からインテグラルスキンを引き離す傾向がある力を生み出す可能性がある、マスク部材５４との相互作用を低減しうる。相互作用をさらに防ぐために、図４に示すように、周縁５８ｂは、外皮スロット２８の外側２８ｂから離れてオフセットされてもよい。代替となる構成では、共押出しされたハニカム体およびインテグラルスキンがダイ本体２２の出口面３８を離れる際に、インテグラルスキン１０２を周縁と相互作用させることが望ましい。例えば、図４に示すように、周縁５８ａは、外皮スロット２８の外側２８ｂに対して径方向内向きに延在して差し支えない。このような配置は、外皮スロット２８内の圧力をさらに増大させ、それによって、インテグラルスキン１０２とハニカム体１００との一体性を向上させうる。
【００２６】
さらに図示するとおり、バッチ材料の一部は、最初にハニカム網目の一部分を通過し、その後、外皮スロット２８を通過してインテグラルスキンを形成してもよい。例として、図６に示すように、バッチ材料は最初に繰出し孔３０を通じて押出される。次に、バッチ材料は排出スロット２６に達し、ハニカム網目を形成し始める。次いで、最初に形成されたハニカム網目の一部が外皮スロット２８に入り、インテグラルスキン１０２を形成する。最後に、外皮とハニカム構造が共押出しされて１つの連続したハニカム体を形成する、ダイ本体２２の出口面３８を通じて、バッチ材料が押し出される。
【００２７】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明にさまざまな変更および変形が行われうることは、当業者にとって明白であろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内にある、本発明の変更および変形にも及ぶことが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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