(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の貫通孔が略平行に配置され且つ端面側から見て当該複数の貫通孔が正方形配置されたセル構造を有するとともに側面が外周スキンで覆われたハニカム構造体を押出成形するための金型であって、
ペースト状の原料組成物が供給される供給穴及び当該供給穴に連通しており前記セル構造を形成するための格子状のスリット溝を有する金型本体と、
前記金型本体の前記スリット溝が形成されている側の面の周縁部を覆うように配置され、前記ハニカム構造体の外径に対応する内径の開口を有するカバーリングと、
前記金型本体と前記カバーリングとの間に配置され、前記カバーリングの開口よりも大きい開口を有するスペーサーと、
前記金型本体に対して前記カバーリング及び前記スペーサーを固定するホルダーと、を備え、
前記スペーサーの開口は、前記カバーリングの半径よりも長い半径ｒ１の円弧と、当該円弧の中心を原点とし前記格子状のスリット溝の延びる方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする円座標系を設定したとき、中心角が０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置にそれぞれ設けられた開口拡張部とによって画成されている金型。
【請求項２】
前記開口拡張部は半径ｒ２の円弧によって画成されており、比率ｒ１／ｒ２は１〜１０である、請求項１に記載の金型。
【請求項３】
前記開口拡張部の拡張幅は１〜５ｍｍである、請求項１又は２に記載の金型。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型を押出成形装置に装着する工程と、
前記押出成形装置にペースト状の原料組成物を供給し、前記金型から押し出されるハニカム構造体を得る工程と、を備えるハニカム構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形体の製造技術に関するものであり、より詳細にはハニカム構造体成形用金型及びこれを用いたハニカム構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ハニカムフィルタ構造体が、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel  particulate  filter）用等として広く知られている。このハニカムフィルタ構造体は、多数の貫通孔を有するハニカム構造体の一部の貫通孔の一端側を封口材で封じると共に、残りの貫通孔の他端側を封口材で封じた構造を有する。特許文献１には、ハニカム構造体の製造に使用される金型が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６６３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の金型を用いて図１に示すハニカム構造体７０を押出成形した場合、側面を覆う外周スキン７０ａが均一に形成されずに内部の貫通孔７０ｂが露出した欠陥品が生じることが多かった。欠陥のない外周スキン７０ａを形成するには、外周スキン７０ａを必要以上に厚くせざるを得ないという問題があった。なお、図１に示すハニカム構造体７０は、多数の貫通孔７０ｂが略平行に配置された円柱体からなり、ハニカム構造体７０の端面側から見て、複数の貫通孔７０ｂが正方形配置、すなわち、貫通孔７０ｂの中心軸が正方形の頂点にそれぞれ位置するように配置されている。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、図１に示す態様のハニカム構造体の成形時において、外周スキンの厚さを十分に薄くでき且つ外周スキンの欠陥発生も十分に抑制できる金型を提供することを目的とする。また本発明は、当該金型を用いたハニカム構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハニカム構造体成形用金型は、多数の貫通孔が略平行に配置され且つ端面側から見て当該複数の貫通孔が正方形配置されたセル構造を有するとともに側面が外周スキンで覆われたハニカム構造体を押出成形するためのものであり、ペースト状の原料組成物が供給される供給穴及び当該供給穴に連通しておりセル構造を形成するための格子状のスリット溝を有する金型本体と、金型本体のスリット溝が形成されている側の面の周縁部を覆うように配置され、ハニカム構造体の外径に対応する内径の開口を有するカバーリングと、金型本体とカバーリングとの間に配置され、カバーリングの開口よりも大きい開口を有するスペーサーと、金型本体に対してカバーリング及びスペーサーを固定するホルダーとを備え、スペーサーの開口はカバーリングの内径よりも長い半径ｒ１の円弧と、当該円弧の中心を原点とし格子状のスリット溝の延びる方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする円座標系を設定したとき、中心角が０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置にそれぞれ設けられた開口拡張部とによって画成されていることを特徴とする。
【０００７】
円柱状のハニカム構造体を押出成形する場合、従来、外周スキンを形成するため、円形の開口を有するスペーサーが使用されている（図５参照）。スペーサーは厚さ０．３〜１．０ｍｍ程度のシート状の材料からなり、カバーリングの開口よりも一回り大きい開口を有する。かかる構成のスペーサーを金型本体とカバーリングの間に配置することで、金型本体とカバーリングの間を通過した原料組成物が外周スキンとなる。
【０００８】
本発明者らは、従来の金型を用いて図１のハニカム構造体７０を製造した場合、図５に示すように、スペーサーの開口の中心を原点Ｏとし金型本体の格子状のスリット溝（破線）の延びる方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする円座標系を設定したとき、中心角θが０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置において外周スキンに欠陥が生じやすいことを見出し、上記発明をなすに至った。正方形配置のセル構造にあっては原点Ｏから外周への方向によって原料組成物の使用量が異なる。かかる非対称性が上記位置に欠陥を生じさせる主因と推察される。すなわち、ハニカム構造体７０にあっては、例えば、中心角が０°の方向と４５°の方向を比較すると、０°の方向の方がセル構造を構成する隔壁が多く存在するため、外周スキンを形成するための原料組成物が不足し、外周スキンに欠陥が生じやすいと考えられる。
【０００９】
本発明によれば、スペーサーの特定の箇所に開口拡張部を設けたことで、当該箇所において外周スキン用の原料組成物の押出量を増大させることができる。このため、単に円形の開口を有するスペーサーが装着された従来の金型を使用する場合と比較し、外周スキンの欠陥発生を十分に抑制できる。また、欠陥が生じやすい箇所にあわせて外周スキン全体を必要以上に厚くしなくてもよいため、十分に薄い外周スキンが形成できるように金型の調整（スペーサーの開口サイズ、厚さ等の調整）を行うことができる。
【００１０】
本発明の効果をより一層高度且つ安定的に得る観点から、本発明の金型は以下の条件の一方又は両方を満たすことが好ましい。（１）開口拡張部は半径ｒ２の円弧によって画成されており、比率ｒ１／ｒ２は１〜１０である。（２）開口拡張部の拡張幅は１〜５ｍｍである。
【００１１】
本発明は上記金型を用いたハニカム構造体の製造方法を提供する。すなわち、本発明に係るハニカム構造体の製造方法は、上記金型を押出成形装置に装着する工程と、押出成形装置にペースト状の原料組成物を供給し、金型から押し出されるハニカム構造体を得る工程とを備える。この方法によれば、金型の作用により、薄い外周スキンを有するハニカム構造体を十分に高い歩留まりで製造できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、図１に示す態様のハニカム構造体の成形時において、外周スキンの厚さを十分に薄くでき且つ外周スキンの欠陥発生も十分に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）はハニカム構造体の一例を示す斜視図、（ｂ）はハニカム構造体の部分拡大図である。
【図２】金型の周縁部の構成を示す部分端面図である。
【図３】本発明に係る金型が備えるスペーサーの一例を示す平面図である。
【図４】本発明に係る金型が備えるスペーサーの他の例を示す平面図である。
【図５】金型本体及び従来の金型に装着されるスペーサーを示す平面図である。
【図６】本発明に係る金型が装着された押出成形装置の一例を示す概略断面図である。
【図７】押出成形装置が備える整流板の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。まず、本発明に係る金型の説明に先立ち、焼成前のハニカム構造体（グリーン成形体）について説明する。
【００１５】
＜ハニカム構造体＞
図１に示すハニカム構造体７０は、原料組成物を押出成形することによって得られたものである。図１の（ａ）に示すように、ハニカム構造体７０は側面をなす外周スキン７０ａを有し、多数の貫通孔７０ｂが略平行に配置された円柱体である。貫通孔７０ｂの断面形状は、図１の（ｂ）に示すように正方形である。これらの複数の貫通孔７０ｂは、ハニカム構造体７０において、端面側から見て、正方形配置、すなわち、貫通孔７０ｂの中心軸が、正方形の頂点にそれぞれ位置するように配置されている。貫通孔７０ｂの断面の正方形のサイズは、例えば、一辺０．８〜２．５ｍｍとすることができる。
【００１６】
ハニカム構造体７０の貫通孔７０ｂが延びる方向の長さは特に限定されないが、例えば、４０〜３５０ｍｍとすることができる。また、ハニカム構造体７０の外径も特に限定されないが、例えば、１００〜３２０ｍｍとすることできる。
【００１７】
ハニカム構造体７０をなす原料組成物は特に限定されないが、ＤＰＦ用のハニカム構造体を製造する場合にあっては、セラミクス原料である無機化合物源粉末、及び、メチルセルロース等の有機バインダ、及び、必要に応じて添加される添加剤を含む。ハニカム構造体の高温耐性の観点から、好適なセラミクス材料として、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、ガラス、チタン酸アルミニウム等の酸化物、シリコンカーバイド、窒化珪素等が挙げられる。なお、チタン酸アルミニウムは、更に、マグネシウム及び／又はケイ素を含むことができる。
【００１８】
例えば、チタン酸アルミニウムのハニカム構造体を製造する場合、無機化合物源粉末は、αアルミナ粉等のアルミニウム源粉末、及び、アナターゼ型やルチル型のチタニア粉末等のチタニウム源粉末を含み、必要に応じて、更に、マグネシア粉末やマグネシアスピネル粉末等のマグネシウム源粉末及び／又は、酸化ケイ素粉末やガラスフリット等のケイ素源粉末を含むことができる。
【００１９】
有機バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩を例示できる。
【００２０】
添加物としては、例えば、造孔剤、潤滑剤及び可塑剤、分散剤、溶媒が挙げられる。
【００２１】
造孔剤としては、グラファイト等の炭素材；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類；でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物材料；氷；及びドライアイス等などが挙げられる。
【００２２】
潤滑剤及び可塑剤としては、グリセリンなどのアルコール類；カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラキジン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸；ステアリン酸アルミニウムなどのステアリン酸金属塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル（ＰＯＡＡＥ）などが挙げられる。
【００２３】
分散剤としては、例えば、硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸；シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸などの有機酸；メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類；ポリカルボン酸アンモニウムなどの界面活性剤などが挙げられる。
【００２４】
溶媒としては、アルコール類及び水などを用いることができる。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどの1価アルコール類；プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどの２価アルコール類；などが挙げられる。
【００２５】
＜金型＞
図２に示す金型２０は、図１に示す態様のハニカム構造体を成形するためのものである。金型２０は、原料供給穴２１ａ及びスリット溝２１ｂを有する金型本体２１と、カバーリング２２と、スペーサー２４と、ホルダー２８とを備える。
【００２６】
金型本体２１は、押出成形装置に装着された際、上流側に配置される面Ｓ１と下流側に配置される面Ｓ２を有する。面Ｓ１には複数の原料供給穴２１ａが形成されており、面Ｓ２には原料供給穴２１ａに連通した格子状のスリット溝２１ｂが形成されている。金型本体２１の面Ｓ１側から供給される原料組成物は、原料供給穴２１ａ及びスリット溝２１ｂを通じて面Ｓ２側に至り、正方形配置されたセル構造となって押し出される。金型本体２１の材質としては、炭素鋼；ニッケル、クロム、タングステン等を含有する特殊鋼等が挙げられる。
【００２７】
カバーリング２２は、金型本体２１の面Ｓ２の周縁部を覆うように配置されている。カバーリング２２は、成形すべきハニカム構造体の外径に対応する内径の開口を有する。言い換えれば、金型本体２１の外形に関わらず、所定の内径を有するカバーリング２２を使用することによって所望の外径のハニカム構造体を得ることができる。なお、カバーリング２２の材質としては、炭素鋼；ニッケル、クロム、タングステン等を含有する特殊鋼等が挙げられる。
【００２８】
スペーサー２４は、金型本体２１とカバーリング２２との間に配置されている。スペーサー２４は厚さ０．３〜１．０ｍｍ程度のシート状の材料からなる。スペーサー２４の材質の具体例としては、銅などの金属、紙、樹脂などが挙げられる。スペーサー２４は、カバーリング２２の開口よりも一回り大きい開口２４ａを有する。カバーリング２２の開口よりも一回り大きい開口を有するスペーサー２４を金型本体２１とカバーリング２２の間に配置することで、両者の間に隙間が設けられる。この隙間を通過した原料組成物が外周スキンとなる。
【００２９】
スペーサー２４の開口２４ａは、図３に示すとおり、カバーリング２２の開口の半径よりも長い半径ｒ１の円弧２４ｂと、４つの開口拡張部２４ｃとによって画成されている。４つの開口拡張部２４ｃは、円弧２４ｂの中心を原点とし金型本体２１のスリット溝２１ｂの延びる方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向とする円座標系を設定したとき（図５参照）、中心角が０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置にそれぞれ設けられている。なお、スペーサー２４は、開口２４ａが所定のサイズ及び形状を有していることが重要であって、金型本体２１とカバーリング２２の間に適切に配置可能である限り、全体の大きさ及び形状は制限されない。
【００３０】
図３に示すスペーサー２４は、内径１４５ｍｍのカバーリングを使用する場合に用いるものであり、開口２４ａは半径ｒ１が７５ｍｍの円弧２４ｂと、半径ｒ２が１３ｍｍの円弧からなる４つの開口拡張部２４ｃによって画成されている。ｒ２の中心とｒ１の中心との距離は６４ｍｍである。
【００３１】
図４（ａ）に示すスペーサー２５は、内径１４５ｍｍのカバーリングを使用する場合に用いるものであり、開口２５ａは半径ｒ１が７５ｍｍの円弧２５ｂと、半径ｒ２が３１ｍｍの円弧からなる４つの開口拡張部２５ｃによって画成されている。ｒ２の中心とｒ１の中心との距離は４６ｍｍである。
【００３２】
図４（ｂ）に示すスペーサー２６は、内径１４５ｍｍのカバーリングを使用する場合に用いるものであり、開口２６ａは半径ｒ１が７５ｍｍの円弧２６ｂと、半径ｒ２が１５ｍｍの円弧からなる４つの開口拡張部２６ｃによって画成されている。ｒ２の中心とｒ１の中心との距離は６４ｍｍである。
【００３３】
原料組成物の粘度や成形すべきハニカム構造体のサイズなどにもよるが、スペーサーの開口の大部分をなす円弧の半径ｒ１と開口拡張部の半径ｒ２の比率ｒ１／ｒ２は、好ましくは１〜１０であり、より好ましくは５〜８である。この比率が１未満であるとハニカム構造体の外周スキンが必要以上に厚くなりやすく、他方、１０を超えると外周スキンの欠陥を抑制する効果が不十分となりやすい。
【００３４】
外径が１００〜３２０ｍｍ程度のハニカム構造体を成形する場合にあっては、開口拡張部の拡張幅（図３，４に示す幅Ｗ）は、好ましくは１〜５ｍｍであり、より好ましくは２〜３ｍｍである。拡張幅が１ｍｍ未満であると外周スキンの欠陥を抑制する効果が不十分となりやすく、他方、５ｍｍを超えるとハニカム構造体の外周スキンが必要以上に厚くなりやすい。
【００３５】
図２に示すように、ホルダー２８は金型本体２１に対してカバーリング２２及びスペーサーを固定するためのものである。ホルダー２８の材質としては、炭素鋼；ニッケル、クロム、タングステン等を含有する特殊鋼等が挙げられる。
【００３６】
図３，４に示すような態様のスペーサーを備えた金型２０によれば、開口拡張部が設けられた箇所において外周スキン用の原料組成物の押出量を増大させることができる。このため、図５に示す従来のスペーサー２７を使用する場合と比較し、外周スキンの欠陥発生を十分に抑制できる。また、欠陥が生じやすい箇所にあわせて外周スキン全体を必要以上に厚くしなくてもよいため、十分に薄い外周スキンが形成できるように金型の調整（スペーサーの開口サイズ、厚さ等の調整）を行うことができる。
【００３７】
＜押出成形装置＞
図６に示す押出成形装置１０は、上述の金型２０が装着されており、粉末状又はペースト状の原料組成物からハニカム構造体７０を製造するためのものである。
【００３８】
押出成形装置１０は、ハウジング１内の上段に設けられたスクリュー２Ａ及び下段に設けられたスクリュー２Ｂを備える。スクリュー２Ａ，２Ｂは、入口１ａから供給された原料組成物を混錬すると共に流路１ｂを通じて下流側へと移送するためのものである。スクリュー２Ａ，２Ｂの間には、真空室３が設けられており、真空室３内を減圧することによって原料組成物を脱気処理できるようになっている。真空室３内の原料組成物はローラ３ａによって下段のスクリュー２Ｂに導入される。
【００３９】
押出成形装置１０は、スクリュー２Ｂの下流側に設けられた整流板５と、原料組成物からなる成形体７０Ａが押し出される金型２０と、流路１ｂと金型２０を連通する抵抗管９とを更に備える。抵抗管９は、内部の流路がテーパ状になっており、上流側から下流側に向けて流路断面積が徐々に小さくなっている。なお、スクリュー２Ｂの径よりも径が大きい成形体７０Ａを製造する場合などになっては、抵抗管９は上流から下流に向けて流路断面が大きくなる拡大部を有してもよい。金型２０から押し出された成形体７０Ａが変形しないように、押出成形装置１０の隣には成形体７０Ａを支持するための支持台１５が設置されている。整流板５は、金型２０に原料組成物を導入するに先立ち、その流速分布の均一化を図るためのものである。
【００４０】
整流板５は、ハウジング１に対して着脱自在に設けられており、スクリュー２Ｂと金型２０の間に配置されている。整流板５は厚さ方向に貫通する複数の開口５ａを有する。整流板５は、流量調整の効果を高めるために網状の抵抗体（図示せず）を有していてもよい。図７の（ａ）は整流板５の正面図であり、図７の（ｂ）は整流板５の断面図である。
【００４１】
整流板５は、上流側から圧力を受けてもほとんど歪みを起こさない構造体であることが好ましい。かかる観点から、整流板５の材質としては、例えば、炭素鋼等が好ましい。炭素鋼以外の好適な材質として、ニッケル、クロム、タングステン等を含有する特殊鋼を例示できる。整流板５の厚さは、十分の強度を確保する観点から、１０〜１００ｍｍであることが好ましい。
【００４２】
整流板５は、厚さ方向に貫通する直径１〜１０ｍｍの開口５ａを複数有する。整流板５の開口率は３０〜８０％であることが好ましい。開口率が３０％未満の整流板５を使用した場合、上流側の圧力を過度に高くしないと、単位時間当たり十分な量の原料組成物を通過させることができず、圧力が装置の許容圧力以上となりやすい。他方、開口率が８０％を超える整流板５は強度が不十分となりやすい。整流板５の開口率は４０〜８０％であることが好ましく、５０〜８０％であることがより好ましい。
【００４３】
ここでいう「開口率」とは、整流板５の一方面における開口の面積の合計を当該一方面の面積（ハウジングによって覆われる周縁部を除く）で除すことによって算出される値を意味する。なお、開口の流路断面積が一定ではない整流板の場合、開口率は原料組成物の流れ方向に垂直な、すべての整流板の断面において最小の値をいう。
【００４４】
＜ハニカム構造体の製造方法＞
次に、押出成形装置１０を用いてハニカム構造体７０を製造する方法について説明する。まず、金型２０を押出成形装置１０に装着する。押出成形装置１０の準備が完了したら、原料組成物を入口１ａから流路１ｂ内に導入する。スクリュー２Ａ，２Ｂ及びローラ３ａを作動させることによって原料組成物を混練すると共に下流側に移送する。混練物を整流板５の開口５ａを通過させて流速分布を均一化させた後、抵抗管９を通じて金型２０に導入する。金型２０の下流側における原料組成物の線速度は１０〜１５０ｃｍ／分程度であることが好ましい。
【００４５】
流速分布の均一化が図られた原料組成物を金型２０から押し出し、支持台１５上に成形体７０Ａを回収する。成形体７０Ａを所定の長さに切断することによってハニカム構造体７０を得る。この方法によれば、金型２０の作用により、薄い外周スキンを有するハニカム構造体を十分に高い歩留まりで製造できる。
【符号の説明】
【００４６】
２０…金型、２１…金型本体、２１ａ…原料供給穴、２１ｂ…スリット溝、２２…カバーリング、２４，２５，２６…スペーサー、２４ａ，２５ａ，２６ａ…開口、２４ｂ，２５ｂ，２６ｂ…円弧、２４ｃ，２５ｃ，２６ｃ…開口拡張部、２７…従来のスペーサー、２８…ホルダー、７０…ハニカム構造体、７０ａ…外周スキン、７０ｂ…貫通孔、Ｓ１…金型本体の上流側の面、Ｓ２…金型本体の下流側の面。
【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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