(57)【要約】  格子状の成形溝と、前記成形溝と連通する坏土供給孔とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型であって、前記成形溝の幅が0.05〜0.5 mmであり、前記坏土供給孔が前記成形溝の交差部ごと、又は前記成形溝の交差部に千鳥状に配置されており、坏土供給孔が配置された成形溝の交差部の中心点と、その坏土供給孔の中心軸との距離の平均値が10〜100μmであることを特徴とするセラミックハニカム構造体成形用金型。
2009119422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状の成形溝と、前記成形溝と連通する坏土供給孔とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型であって、前記成形溝の幅が0.05〜0.5 mmであり、前記坏土供給孔が前記成形溝の交差部ごと、又は前記成形溝の交差部に千鳥状に配置されており、坏土供給孔が配置された成形溝の交差部の中心点と、その坏土供給孔の中心軸との距離の平均値が10〜100μmであることを特徴とするセラミックハニカム構造体成形用金型。
【請求項２】
請求項1に記載のセラミックハニカム構造体成形用金型において、１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、その成形溝の中心線に対して両側に位置することを特徴とするセラミックハニカム構造体成形用金型。
【請求項３】
請求項1に記載のセラミックハニカム構造体成形用金型において、１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、前記成形溝の中心線に対して同じ側に位置することを特徴とするセラミックハニカム構造体成形用金型。
【請求項４】
請求項1に記載のセラミックハニカム構造体成形用金型において、１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、前記成形溝の中心線に対して千鳥状に位置することを特徴とするセラミックハニカム構造体成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子状の成形溝と、この成形溝の交差部ごと、又はこの成形溝の交差部に千鳥状に配置された、前記成形溝と連通する坏土供給孔を有するセラミックハニカム構造体成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックハニカム構造体は、例えばコーディエライト質となるセラミック坏土を、セラミックハニカム構造体成形用金型(以下、「成形用金型」という)の坏土供給孔側から成形溝側に向けて押出して、セラミックハニカム状の成形体とし、乾燥及び焼成して製造される。成形用金型31は、図4(a)及び図4(b)に示すように、格子状の成形溝12と、前記成形溝と連通する坏土供給孔13とからなる。【０００３】
成形用金型31の供給孔13は、図5(a)、図5(b)及び図5(c)に示すように、成形溝交差部33と重なるように設けられている。供給孔13より成形用金型31内に導入されたセラミック坏土は、成形溝12でハニカム状に成形される。格子状に設けた成形溝30の交差部33ごとに成形溝12と供給孔13とが連通している場合や、成形溝12の各交差部33に対して一つおきの位置で千鳥状に成形溝12と供給孔13とが連通している場合（図5(a)、図5(b)及び図5(c)に示す場合）がある。【０００４】
自動車排ガスの浄化に用いられるセラミックハニカム構造体は、排気ガス流路の開口面積を大きくするため、また触媒を担持した場合に活性化温度まで早く昇温するため、セル壁厚が0.05〜0.5 mmと薄くなってきている。このため、成形用金型31の成形溝12の幅12w（図5(c)参照）も狭くなってきている。一方で、成形時の成形体の変形や曲がりを防止するため、成形溝12の深さ12dは幅12wの10倍以上必要とされている。【０００５】
成形溝12の幅12wが狭く、深さ12dが深くなると、坏土供給孔13から供給される坏土(太い点線の矢印で示す)が成形溝12を通過する際の抵抗が大きくなる。このため、成形用金型が反り返る(一点鎖線で誇張して示す)と共に、坏土供給孔13と成形溝12との重複部14bにかかる応力が大きくなる。【０００６】
特開2006-142579号は、成形溝を形成する複数のセルブロックのピッチを、中心部から外周に向かって段階的に拡大した成形用金型を開示しており、この成形用金型を用いることにより、乾燥時の不均一加熱による変形歪みのために生じる、中央部と外周部との間のセルピッチのばらつきが抑えられ、均一なセルピッチのセラミックハニカム構造体が得られると記載している。【０００７】
特開2006-88556号は、格子状の成形溝と、前記格子状の成形溝の交差部に千鳥状に配置されて前記成形溝と連通する坏土供給孔を有するセラミックハニカム構造体成形用金型であって、図5(c)において、１つの成形溝12に連通した坏土供給孔13の側面13aと、前記成形溝12に隣接する別の成形溝12の側面(セルブロック14の側面)14aとの最短距離をA、成形溝12と坏土供給孔13との重複部14bの軸方向長さをL、成形溝の深さからL引いた長さをDとした時、A/Lが1〜5、A/Dが0.05〜0.3である成形用金型を開示している。特開2006-88556号は、この成形用金型は、金型の加工時や成型体を押出成形する時に破損することがない高い強度を有し、焼成後のセラミックハニカム構造体の強度を向上させると記載している。【０００８】
しかしながら、特開2006-142579号及び特開2006-88556号に記載の成形用金型は、押出し成形時に坏土供給孔13と成形溝12との重複部14bにかかる応力を十分に緩和することができないため、特にセル壁厚が薄いセラミックハニカム構造体の成形に対応して、金型の成形溝の幅を狭くしてゆくと、前記重複部14bに応力が集中し、隣接する坏土供給孔13,13間に亀裂が発生することがある。従って、セル壁厚が薄いセラミックハニカム構造体の成形に対応した成型用金型が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、押出し成形時に坏土供給孔と成形溝の重複部にかかる応力を緩和することができ、成形溝の幅が狭い場合であっても、前記重複部に亀裂が発生し難く、亀裂が発生しても進展し難く、長期間使用可能な成形用金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、成形溝の交差部の中心点と、その交差部に配置した坏土供給孔の中心軸とをずらすことにより、押出し成形時に坏土供給孔と成形溝の重複部にかかる応力を緩和できることを見出し、本発明に想到した。【００１１】
すなわち本発明のセラミックハニカム構造体成形用金型は、格子状の成形溝と、前記成形溝と連通する坏土供給孔とを有するセラミックハニカム構造体成形用金型であって、前記成形溝の幅が0.05〜0.5 mmであり、前記坏土供給孔が前記成形溝の交差部ごと、又は前記成形溝の交差部に千鳥状に配置されており、坏土供給孔が配置された成形溝の交差部の中心点と、その坏土供給孔の中心軸との距離の平均値が10〜100μmであることを特徴とする。【００１２】
１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、その成形溝の中心線に対して両側に位置するのが好ましい。【００１３】
１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、その成形溝の中心線に対して同じ側に位置するのが好ましい。【００１４】
１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、その成形溝の中心線に対して千鳥状に位置するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の成形用金型は、押出し成形時に坏土供給孔と成形溝との重複部にかかる応力を緩和できるため、前記重複部に亀裂が発生し難く、亀裂が発生しても進展し難く、長期間使用可能となる。従って、成形溝の幅を狭くすることができ、セル壁厚が薄いセラミックハニカム構造体の成形に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１（ａ）】実施の形態1及び実施例1の成形用金型を示す部分平面図である。
【図１（ｂ）】図1(a)のA-A断面図である。
【図１（ｃ）】図1(b)の坏土供給孔と成形溝との重複部を拡大して示す部分断面図である。
【図２（ａ）】実施の形態1の成形用金型を用いて坏土を押出した時の、亀裂の進展状況を模式的に示す平面図である。
【図２（ｂ）】従来の成形用金型を用いて坏土を押出した時の、亀裂の進展状況を模式的に示す平面図である。
【図３（ａ）】実施の形態2の成形用金型を示す部分平面図である。
【図３（ｂ）】図3(a)のB-B断面図である。
【図３（ｃ）】図3(b)の坏土供給孔と成形溝との重複部を拡大して示す部分断面図である。
【図４（ａ）】成形用金型の一例を示す成形溝側からの斜視図である。
【図４（ｂ）】成形用金型の一例を示す坏土供給孔側からの斜視図である。
【図５（ａ）】従来の成形用金型の成形溝と坏土供給孔との位置関係の一例を示す正面図である。
【図５（ｂ）】図5(a)を拡大して示す部分平面図である。
【図５（ｃ）】図5(b)のC-C断面図である。
【図６（ａ）】成形溝の中心線に対して、坏土供給孔の中心軸が両側に位置する例を示す模式図である。
【図６（ｂ）】成形溝の中心線に対して、坏土供給孔の中心軸が同じ側に位置する例を示す模式図である。
【図６（ｃ）】成形溝の中心線に対して、坏土供給孔の中心軸が同じ側に位置するもう一つの例を示す模式図である。
【図６（ｄ）】成形溝の中心線に対して、坏土供給孔の中心軸が千鳥状に位置する例を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
幅が0.05〜0.5 mmの成形溝を有するセラミックハニカム構造体成形用金型において、坏土供給孔が配置された成形溝の交差部の中心点とその坏土供給孔の中心軸とが一致しないように坏土供給孔を配置し、隣接する坏土供給孔同士の間隔が一定とならないようにする。成形溝の交差部の中心と坏土供給孔の中心軸との距離の平均値は10〜100μmである。このように坏土供給孔を配置することにより、押出し成形時に坏土供給孔と成形溝との重複部にかかる応力が分散され、隣接する坏土供給孔間に亀裂が発生しにくくなる。たとえ亀裂が発生した場合でも、亀裂がそれ以上成長し難くなる。その結果、長期間に渡って使用可能な成形用金型が得られる。成形溝の交差部の中心と坏土供給孔の中心軸との距離の平均値は、任意の10点の坏土供給孔について測定して求めた値である。【００１８】
前記平均値が10μm未満である場合、坏土供給孔の間隔が実質的にほぼ一定となるため、押出し成形時に、坏土供給孔と成形溝の重複部にかかる応力が高まり、隣接する坏土供給孔間に亀裂が発生し易くなる。一方、前記平均値が100μmを超えると、セラミック坏土を押出し成形する際に坏土が成形溝に均等に広がりにくいため成形体が曲がったり、変形したりすることがある。前記平均値は、好ましくは20〜90μmである。【００１９】
成形溝の交差部の中心と坏土供給孔の中心軸とが一致しないように坏土供給孔を配置するには、成形溝及び／又は坏土供給孔の加工位置の座標を調整することにより、従来の金型加工技術をそのまま使用して行うことができる。ここで、成形溝の交差部の中心に対して、坏土供給孔の中心軸をずらす方向は、成形溝の縦溝方向であっても、それに直交する横溝方向であっても良く、さらには両方向にずらしても良い。【００２０】
１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、図6(a)に示すように、前記成形溝の中心線に対して両側に位置するのが好ましい。このように配置することにより、坏土供給孔と成形溝との重複部にかかる応力がより分散され、隣接する坏土供給孔間の亀裂の発生をより抑えることができる。図6(d)に示すように、１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、前記成形溝の中心線に対して千鳥状に位置するのが特に好ましい。【００２１】
図6(b)又は図6(c)に示すように、１本の成形溝に沿って配置された各坏土供給孔の中心軸が、前記成形溝の中心線に対して同じ側に位置する場合も、同様に坏土供給孔と成形溝との重複部へ発生する応力が分散され、隣接する坏土供給孔間の亀裂の発生を抑えることができる。【００２２】
以下に、本発明を実施の形態に基づき説明する。【００２３】
実施の形態1
実施の形態1は、焼成後の口径が120 mmとなるコーディエライト質セラミックハニカム構造体の成形用金型11である。この成形用金型11は、例えば0.10〜0.25質量％のC、1質量％以下のSi、2質量％以下のMn、1〜2.5％質量のCr、Mo＋1/2Wとして1％質量以下のMo及び／又はW、0.03〜0.15質量％のV、0.1〜1質量％のCu、0.05質量％以下のS、2質量％以下のNi、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成の金型材を、29〜33HRCにプリハードンした後、坏土供給孔13と成形溝12とを加工して製造することができる。金型材としては、公知のものが使用でき、例えばJIS SK1313D61のような合金工具鋼、JIS SUS420J2のようなマルテンサイト系ステンレスが好ましい。【００２４】
成形溝12は、図1(a)、図1(b)及び図1(c)に示すように、0.26 mmの幅12w及び1.56 mmのピッチ12pで形成した多数の縦溝と、これに直交するように同幅及び同ピッチで形成した多数の横溝とからなる。坏土供給孔13は、1.2 mmの直径13d及び20 mmの加工深さで、前記成形溝12の交差部33に千鳥状に配置されている。各坏土供給孔13の中心軸13cは、成形溝12の交差部33の中心12cから、横方向成形溝の中心線Xに沿って、縦方向成形溝の中心線Yに対して同一の側に距離Z離して配置されている。各坏土供給孔13についての距離Zは一定ではなく、10点の平均値は10〜100μmの範囲にある。なお、成形溝12は、溝底と側面とを角のない連続した曲面で接続している。【００２５】
前記距離Zは、株式会社ミツトヨ製の画像測定機「クイックビジョン」を用いて、成形溝12側から成形用金型11を撮影した画像から、成形溝12の交差部の中心12cと坏土供給孔13の中心軸13cとを求め、その間の距離を10点平均することにより求めることができる。成形溝12の交差部の中心12cは、成形溝12の交差部の4つの角を画像検出して求め、坏土供給孔13の中心軸13cは、成形溝12部分に見える坏土供給孔13の輪郭の一部（４ヶ所）を画像検出して求める。【００２６】
実施の形態1の成形用金型11を用いて坏土供給孔13から成形溝12に向けて坏土を押出し成形した時の、隣接する坏土供給孔13,13間の亀裂(CRK)の進展状況を図2(a)に模式的に示す。成形用金型11は、坏土供給孔13の中心軸13cを成形溝12の交差部33の中心12cからx軸方向成形溝の中心線に沿って同一の方向にずらしているため、y軸方向に隣接する坏土供給孔13,13の成形溝における間隔13wが長くなり、成形溝12の底12aと坏土供給孔13との交差する部分13bにかかる応力が緩和される。そして、押出し成形の繰り返しにより、重複部14bが金属疲労を起こして、坏土供給孔13,13間に亀裂(CRK)が発生した場合でも、亀裂(CRK)が成長しにくいため、長期間の使用が可能となる。【００２７】
一方、従来の成形用金型31（図5参照）を用いて、同様に坏土を押出し成形した時の、隣接する坏土供給孔13,13間の亀裂(CRK)の進展状況を図2(b)に模式的に示す。成形用金型31は、成形溝12の交差部33の中心12cと坏土供給孔13の中心軸13cが一致しているので、隣接する坏土供給孔13,13の間隔13wが一定となり、成形溝12の底12aと坏土供給孔13との交差する部分13bに集中する応力が緩和されない。そして、押出し成形の繰り返しにより、重複部14bが金属疲労を起こして、坏土供給孔13、13間に亀裂(CRK)が発生した場合、実施の形態1に比較して、亀裂(CRK)が大きくなって、さらに進展し易くなり、長期間の使用が困難となる。【００２８】
実施の形態2
実施の形態2は、焼成後の口径が100 mmとなるコーディエライト質セラミックハニカム構造体の成形用金型21である。この成形用金型21は、図3(a)に示すように、格子状の成形溝12の交差部33ごとに坏土供給孔13を配置したもので、実施の形態1で例示した金型材を用いて作製できる。【００２９】
成形溝12は、0.22 mmの幅12w及び1.25 mmのピッチ12pで形成した多数の縦溝と、これに直交するように同幅及び同ピッチで形成した多数の横溝とからなる。坏土供給孔13は、1.0 mmの直径13d及び22 mmの加工深さで、前記成形溝12の各交差部33に配置されている。成形溝12は、坏土供給孔13を加工した後に形成する。各坏土供給孔13の中心軸13cは、成形溝12の交差部33の中心12cから、x軸方向成形溝の中心線に沿って、y軸方向成形溝の中心線に対して千鳥状に距離Z離して配置されている。各坏土供給孔13についての距離Zは一定ではなく、10点の平均値は10〜100μmの範囲にある。なお、成形溝12は、溝底と側面とを角のない連続した曲面で接続している。【００３０】
実施の形態2の成形用金型21を用いて、坏土供給孔13から成形溝12に向けて坏土を押出し成形した時の、隣接する坏土供給孔13,13間の亀裂(CRK)の進展状況を図3(a)に模式的に示す。成形用金型21は、坏土供給孔13の中心軸13cを成形溝12の交差部33の中心12cからx軸方向成形溝の中心線に沿って千鳥状にずらしているため、y軸方向に隣接する坏土供給孔13,13の成形溝における間隔23wが長くなり、成形溝12の底12aと坏土供給孔13との交差する部分13bにかかる応力が緩和される。そして、押出し成形の繰り返しにより、重複部14bが金属疲労を起こして、坏土供給孔13,13間に亀裂(CRK)が発生した場合でも、亀裂(CRK)が成長しにくいため、長期間の使用が可能となる。【００３１】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００３２】
実施例１
成形用金型の試験用型材は、0.20質量％のC、0.44質量％のSi、1.95質量％のMn、1.25質量％のCr、0.50質量％のMo、0.04質量％のV、0.30質量％のCu、0.015質量％のS、残部Fe及び不可避的不純物からなる組成を有する金型材を、坏土供給孔13及び成形溝12の加工前に31.3HRCにプリハードンして作製した。【００３３】
この型材をマシニングセンタ(図示せず)に搭載し、超硬ドリルにより、図1(a)、図1(b)及び図1(c)に示すように、1.2 mmの直径13d及び20 mmの深さを有する坏土供給孔13を3.12 mmのピッチで千鳥状に加工した。このとき、坏土供給孔13は、後で形成する成形溝の交差部の中心に対して、10〜100μmの範囲で、成形溝の中心線に対して同じ側に位置するように加工した。坏土供給孔13が形成された型材を溝加工専用の工作機械に搭載し、幅0.26 mmのダイヤモンド電着砥石で、4 mmの深さ12d及び1.56 mmのピッチ12pで多数の成形溝を縦方向に形成した後、横方向の成形溝を縦方向溝と同様にして形成し、試験用の成形用金型11Aを作製した。【００３４】
成形用金型11Aは、格子状に形成された成形溝12の交差部33に坏土供給孔13が千鳥状に配置されていた。各坏土供給孔13の中心軸13cは、成形溝12の交差部33の中心12cから、横方向成形溝の中心線Xに沿って、縦方向成形溝の中心線Yに対して同一の側に距離Z離して配置されていた。距離Zは105μm以下であり、任意の10点を測定した平均値は11μmであった。【００３５】
実施例2〜6
成形溝の中心線に対する坏土供給孔の配置、及び距離Zの平均値が表1に示した配置及び値になるように坏土供給孔13を形成した以外は実施例1と同様にして、実施例2〜6の成形用金型11Aを作製した。【００３６】
比較例1
成形溝12の交差部33の中心12cと坏土供給孔13の中心軸13cとが一致するように坏土供給孔13を形成した以外は実施例1と同様にして、比較例1の試験用の成形用金型31Aを作製した。【００３７】
比較例2
距離Zの平均値が9μmとなるように坏土供給孔13を形成した以外は実施例1と同様にして、比較例2の試験用の成形用金型31Bを作製した。【００３８】
比較例3
距離Zの平均値が110μmとなるように坏土供給孔13を形成した以外は実施例3と同様にして、比較例3の試験用の成形用金型31Cを作製した。【００３９】
成形用金型の耐久性試験
実施例1〜6の試験用の成形用金型11A、及び比較例1〜3の試験用の各成形用金型31A、31B、31Cを用いて、コーディエライト質のセラミック坏土の押出し成形を繰り返して耐久性試験を行った。コーディエライト質のセラミック坏土は、カオリン粉末、タルク粉末、シリカ粉末、アルミナ粉末等を調整して、50質量％のSiO2、35質量％のAl2O3及び13質量％のMgOを含むコーディエライト生成原料粉末を調製し、成形助剤としてメチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースをコージェライト化原料100質量部に対して総量で7質量部配合添加し、造孔剤としてグラファイトを適量添加し、乾式で十分混合し、規定量の水を添加して十分に混練して作製した。【００４０】
耐久性は、押出し成形を繰り返した結果、坏土供給孔間に亀裂が発生し成形用金型が使用不可能になった時の成形回数、及び100回目の押出しで得たハニカム成形体の歪みを目視により評価した。成形用金型が使用不可能になった時の成形回数は、比較例1の金型の成形回数を1とした相対値で表した。成形体の歪みは、以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
成形体に曲がりや変形の生じていないもの・・・○
成形体に曲がりや変形は生じているもののセラミックハニカム構造体として使用可能なもの・・・△
成形体に曲がりや変形が生じてセラミックハニカム構造体として使用できないもの・・・×【００４１】
【表１】
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【００４２】
表1に示すように、成形溝12の交差部33の中心12cと坏土供給孔13の中心軸13cとの距離Zの平均値が10〜100μmである実施例1〜6の成形用金型11Aは、比較例1に対して成形可能な回数が1.20〜1.48倍多く、成形体の歪みも少なかった。【００４３】
一方、成形溝12の中心12cと坏土供給孔13の中心軸13cとを一致させた比較例1の成形用金型31Aは、実施例1〜6の成形用金型11Aに対して成形回数が少なかった。成形溝12の中心12cと坏土供給孔13の中心軸13cとの距離Zの平均値が10μm未満の比較例2の成形用金型31Bは、実施例1〜6の成形用金型11Aに対して成形回数が少なかった。成形溝12の交差部33の中心12cと坏土供給孔13の中心軸13cとの離間Zの平均値が100μm超である比較例3の成形用金型31Cは、供給孔から押出される坏土が成形溝に均等に広がりにくいため成形体の歪みが大きかった。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図１（ｃ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
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【図６（ｄ）】
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【国際調査報告】
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2009119422.tif 000022
2009119422.tif 000023
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