(57)【要約】【課題】抵抗管内のセラミック材料速度の均一化を図り、押出成形体形状の更なる安定化を実現すると共に抵抗管形状の変更を必要とせず多様な形状の成形体の成形に対応可能な押出成形装置を提供する押出成形装置を提供する。【解決手段】略円管状のバレル１３の先端に抵抗管１４を介して取り付けられた成形型３と、バレル１３の基端から投入されたセラミック材料４をバレル１３内で混練すると共に成形型３に向けて圧送するスクリュー１２とを具備し、セラミック材料４を成形型３から押出して所望の形状のセラミック成形体４２を成形する押出成形装置１であって、抵抗管１４の内径寸法を一定とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円管状のバレルの先端に抵抗管を介して取り付けられた成形型と、上記バレルの基端から投入されたセラミック材料を上記バレル内で混練すると共に上記成形型に向けて圧送するスクリューとを具備し、上記セラミック材料を上記成形型から押出して所望の形状のセラミック成形体を成形する押出成形装置であって、
上記抵抗管の内径寸法を基端側から先端側まで一定とすることを特徴とする押出成形装置。
【請求項２】
上記抵抗管の先端に基端側から先端側に向けて径小となるテーパ部を設け、該テーパ部の押出方向の長さをテーパ長Ｌ、径方向の高さをテーパ高Ｄ、該テーパ高から該テーパ長を仰ぐ角度をテーパ角θとしたとき、
０≦Ｄ／Ｌ＜１．５または、０≦θ≦５５°とする請求項１に記載の押出成形装置。
【請求項３】
上記抵抗管の内壁の表面粗さをＲｚ０．１〜２５とする請求項１または２に記載の押出成形装置。
【請求項４】
上記抵抗管の内壁に表面処理を施した請求項１ないし３のいずれか１項に記載の押出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体等のセラミック成形体の製造に用いられる押出成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排ガス浄化装置用の触媒担体、微粒子補集用フィルタ基体等として、例えばコーディエライト、窒化硅素等のセラミック材料からなり、図８に示すような多数のセル４２１を隔壁４２２により区画して設けたハニカム構造体４２が利用されている。
【０００３】
この様なハニカム構造体の製造方法としては押出成形が一般的であり、図９に示すような、略円管状のバレル１３の先端に、基端側から先端側に向けて径小となる抵抗管１４Ｂを介して取り付けられた成形型３Ｂと、上記バレル１３の基端から投入されたセラミック材料４を上記バレル１３内で混練すると共に上記成形型３に向けて圧送するスクリュー１２とを具備し、上記セラミック材料４を上記成形型３から押出して所望の形状のセラミック成形体４２Ｂを成形するスクリュー型押出成形装置１Ｂは、連続的にセラミック成形体を成形することができ生産性に優れている。
なお、上記押出成形装置１Ｂには、上記バレル１３の基端側に脱気室１０が設けられており、上記セラミック材料４は、上記脱気室１０で真空引きにより脱気され、左右一対の押し込みローラ１１によって上記バレル１３の基端側から上記バレル１３内に押し込まれる。
【０００４】
また、特許文献１には、スクリュー式の押出機の先端に抵抗管を介して取り付けられた成形型からセラミック材料を押し出して、セラミック成形体を成形する製造方法において、抵抗管の周囲から熱媒体によって加熱または冷却することにより、抵抗管内のセラミック材料の押出速度を調整してセラミック成形体の形状を制御するセラミック成形体の製造方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６０１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、近年、ハニカム構造体のセル密度を高めるべく隔壁の厚みの極薄化が進み、従来は問題とならなかったようなセラミック材料の極僅かな押出速度の分布が押出成形形状に大きく影響するようになり、図１０に示すようなハニカム構造体４２Ｂに部分的なセルよれの発生の虞が生じてきた。
【０００７】
また、従来の押出成形装置においては、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、セラミック成形体４２Ｂａ〜ｃの形状に応じて、形状を変えた様々な種類の抵抗管１４Ｂａ〜１４Ｂｃの使い分けをしていたので、作業性が悪く生産性低下の一因となっていた。
更に、上記抵抗管１４Ｂａ〜１４Ｂｃは、先端に向けて径小となるテーパ部を設けていたので、上記バレル１３の内径に対して一定寸法以下の小さな外径の成形体４２Ｂａ〜４２Ｂｃしか成形できなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記実情に鑑み、抵抗管内のセラミック材料速度の均一化を図り、押出成形体形状の更なる安定化を実現すると共に、抵抗管形状の変更を必要とせず、多様な形状の成形体の成形に対しても対応可能な押出成形装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、略円管状のバレルの先端に抵抗管を介して取り付けられた成形型と、上記バレルの基端から投入されたセラミック材料を上記バレル内で混練すると共に上記成形型に向けて圧送するスクリューとを具備し、上記セラミック材料を上記成形型から押出して所望の形状のセラミック成形体を成形する押出成形装置であって、
上記抵抗管の内径寸法を基端側から先端側まで一定とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、上記抵抗管内における上記セラミック材料の流速分布の幅が狭い範囲のみが上記成形型から押し出されるので、安定した形状のセラミック成形体を成形できる。
また、上記バレル内径を最大限に有効利用することが可能となり、外径寸法の大きなセラミック成形体を成形できる。
【００１１】
請求項２の発明では、上記抵抗管の先端に基端側から先端側に向けて径小となるテーパ部を設け、該テーパ部の押出方向の長さをテーパ長Ｌ、径方向の高さをテーパ高Ｄ、該テーパ高から該テーパ長を仰ぐ角度をテーパ角θとしたとき、０≦Ｄ／Ｌ＜１．５または、０≦θ≦５５°とする。
【００１２】
請求項２の発明によれば、上記抵抗管内において上記セラミック材料が不動となる範囲のみにテーパ部を設けることにより、上記セラミック材料の停留を防ぎ、上記抵抗管内における上記セラミック材料の流速分布の幅を更に狭くできる。従って、更に上記セラミック成形体の形状の安定化を図ることができる。
【００１３】
請求項３の発明では、上記抵抗管の内壁の表面粗さをＲｚ０．１〜２５とする。
【００１４】
請求項３の発明によれば、上記抵抗管内壁と上記セラミック材料との摩擦抵抗が小さくなるため上記セラミック材料の流速分布の幅を更に狭くできる。従って、更に上記セラミック成形体の形状の安定化を図ることができる。
【００１５】
請求項４の発明では、上記抵抗管の内壁に表面処理を施す。
【００１６】
請求項４の発明によれば、上記抵抗管内壁と上記セラミック材料との摩擦抵抗が小さくなるため上記セラミック材料の流速分布の幅を更に狭くできる。従って、更に上記セラミック成形体の形状の安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、抵抗管内のセラミック材料速度の均一化を図り、押出成形体形状の更なる安定化を実現すると共に、抵抗管形状の変更を必要とせず、多様な形状の成形体の成形に対しても対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。
本実施形態のセラミック押出成形装置１は、略円管状のバレル１３の先端に一定寸法の内径を有する抵抗管１４を介して取り付けられた成形型３と、上記バレル１３の基端から投入されたセラミック材料４を上記バレル１３内で混練すると共に上記成形型３に向けて圧送するスクリュー１２とを具備し、上記セラミック材料４を上記成形型３から押出して所望の形状のセラミック成形体４２を成形するスクリュー式の押出成形装置である。
【００１９】
上記押出成形装置１を用いたハニカム構造体等のセラミック成形体の成形方法について簡単に説明する。  上記セラミック材料としては、例えばコーディエライト等のセラミック原料とメチルセルロース等の結合材と水等の分散媒とを混合して、所望の粘度範囲に調整した坏土等が用いられる。
【００２０】
上記バレル１３の基端側には上記セラミック材料４内の空気を取り除くために真空引きされた脱気室１０が設けられ、該脱気室１０で脱気された上記セラミック材料４は押し込みローラ１１によって上記バレル１３の基端側から押し込まれていく。
更に上記セラミック材料４は、上記スクリュー１２によって混練されながら上記バレル１３の内壁１３１と上記スクリュー１２と隙間を先端側に向かって押し出されていく。この時、上記スクリュー１４の回転によって押し出されるので、バレル内セラミック材料４０の流れには、回転成分が含まれている。
しかし、上記バレル１３の先端に設けられた多数の丸穴を有する整流板１５を通過することによって上記抵抗管１４内に押し出されたときには、上記バレル内セラミック材料の流れの回転成分が打ち消される。
したがって、上記抵抗管１４内において、抵抗管内セラミック材料４１の流れは基端側から先端側に向かう一定方向に整流されている。
上記抵抗管１４の内壁１４１と上記抵抗管内セラミック材料４１との摩擦抵抗によって、上記抵抗管内セラミック材料４１の中心部分の流速と上記抵抗管内壁１４１近傍の流速とには分布が生じるが、非ニュートン流体であるので、層流とはならず比較的狭い流速分布を示す。
上記抵抗管１４は一定の内径であるので、上記抵抗管内セラミック材料４１は、径方向の圧縮力を受けず一定の流速分布を維持したまま上記成形型３に押し出されていく。
なお、上記成形型３は上記抵抗管１４の先端にダイセット１６によって取付固定されている。
【００２１】
図２に示す本発明の第１の実施形態における成形形状例（ａ）〜（ｄ）について説明する。
図２（ａ）は、外形寸法の大きなセラミック成形体４２を成形する場合の構成、図２（ｂ）は、外形寸法の小さなセラミック成形体４２ａを成形する場合の構成、図２（ｃ）は例えば断面略小判型、楕円型等の異方性の強い形状のセラミック成形体４２ｂを成形する場合の構成、図２（ｄ）は例えば断面略三角形の成形体４２ｃを成形する場合の構成を示す。
本発明によれば、上記図２（ａ）〜（ｄ）に示したいずれの場合も、上記抵抗管１４は同一のものを使用でき、上記セラミック成形体４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃの各形状に合わせた成形型３、３ａ、３ｂ、３ｃをダイセット１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって上記抵抗管１４に取付固定するだけでよい。
【００２２】
図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態を図２（ａ）の例について、一定の内径Ｄ１をもつ上記抵抗管１４から内径Ｄ２を持つ上記成形型３から上記成形体４２を押し出した時の上記抵抗管内セラミック材料４１の流れをシミュレーションにより解析した図、（ｂ）は、図３（ａ）中Ａ−Ａ面において上記抵抗管１４の中心における流速を１としたときの速度分布を示すグラフ、（ｃ）は、成形型入り口における速度分布を示す図３（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視方向から見た断面図である。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、上記バレル内セラミック材料４０は回転しながら押し出されるため、上記整流板１５の基端側直前において様々な方向の流れを形成しているが、上記整流板１５を通過後、上記バレル１４内においては、一定の速度分布を維持したまま先端方向へ押し出され、上記成形型３の入り口Ｄ２において、ほぼ一定速度で上記成形型３内に圧入される。
また、上記抵抗管内セラミック材料４１の上記成形型３の基端側端面に当たる部分においては、流速が極めて遅いため流動性がなくなり、セラミック材料停留部４１０が形成される。
しかしながら、上記セラミック停留部４１０の表面に適度なずり面を形成しながら上記抵抗管内セラミック材料４１が押し出され続けるため、上記セラミック停留部４１０が上記抵抗管内セラミック材料４１の流速分布に影響を及ぼすことはない。
図３（ｂ）に示すように、上記抵抗管１４の中心部の流速を１としたとき上記成形型３の入り口即ち内径Ｄ２の範囲においては、流速は０．８から１までの狭い範囲に保たれている。
従って、図３（ｃ）に示すように、速度分布幅の狭い範囲のみが上記成形型３内に押し出されるので、上記成形型３から均一の流速で押し出され均質な成形体４２が成形される。
【００２４】
図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態を図２（ｂ）の例について、一定の内径Ｄ１をもつ上記抵抗管１４から内径Ｄ２ａを持つ上記成形型３ａから上記成形体４２ａを押し出した時の上記抵抗管内セラミック材料４１の流れをシミュレーションにより解析した図、（ｂ）は、図４（ａ）中Ａ−Ａ面において上記抵抗管１４の中心における流速を１としたときの速度分布を示すグラフ、（ｃ）は、成形型入り口における速度分布を示す図４（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視方向から見た断面図である。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、外径の小さい上記セラミック成形体４２ａを成形する場合においても、上記抵抗管内セラミック材料４１の流速は一定である。
また、上記抵抗管内セラミック材料４１の上記成形型３ａの基端側端面に当たる部分においては、流速が極めて遅いため流動性がなくなり、セラミック材料停留部４１０ａが形成される。
しかしながら、上記セラミック停留部４１０ａの表面に適度なずり面を形成しながら上記抵抗管内セラミック材料４１が押し出され続けるため、上記セラミック停留部４１０ａが上記抵抗管内セラミック材料４１の流速分布に影響を及ぼすことはない。
図４（ｂ）に示すように上記成形型３ａの小さい内径Ｄ２ａの範囲において、流速分布は中心部を１としたとき０．９から１．０と狭くなっている。
このため、図４（ｃ）に示すように速度分布幅の更に狭い範囲のみが上記成形型３ａ内に押し出されるので、上記成形型３ａから均一の流速で押し出され均質な上記成形体４２ａが成形される。
【００２６】
図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態を図２（ｃ）の例に採用した場合における成形型入り口での速度分布と成形形状の関係を示す断面図である。図５（ａ）にＤ２ｂとして示す異方性の強い形状の上記セラミック成形体４２ｃであっても、速度分布幅の狭い範囲のみが上記成形型３ｃ内に押し出されるので、上記成形型３ｃから均一の流速で押し出され均質な上記成形体４２ｃが成形される。
同様に、図５（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を図２（ｄ）の例に採用した場合における成形型入り口での速度分布と成形形状の関係を示す断面図であり、図５（ｂ）にＤ２ｃとして示す断面三角形状の上記セラミック成形体４２ｄであっても、速度分布幅の狭い範囲のみが上記成形型３ｄ内に押し出されるので、上記成形型３ｄから均一の流速で押し出され均質な上記成形体４２ｄが成形される。
【００２７】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、前述した第１の実施形態と同様の部分についての説明は省略する。
図６（ａ）、（ｂ）に示すように本実施形態においては、抵抗管１４ａの先端に、基端側から先端側に向かって径小となるテーパ部１４３を形成する。
上記テーパ部１４３は、前述したセラミック停留部４１０、４１０ａの形成を防止することができる。
【００２８】
図７に上記テーパ部１４３の最適範囲を示す。
図７に示すように、上記抵抗管の先端に基端側から先端側に向けて径小となるテーパ部を設け、該テーパ部１４３の押出方向の長さをテーパ長Ｌ、径方向の高さをテーパ高Ｄ、該テーパ高から該テーパ長を仰ぐ角度をテーパ角θとしたとき、０≦Ｄ／Ｌ＜１．５または、０≦θ≦５５°とする。
上記テーパ高Ｄは、上記抵抗管の基端側入口内径Ｄ１と先端側出口Ｄ２との差の２分の１に相当する。
上記範囲であれば、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、上記抵抗管内セラミック材料４０の流速分布に影響を及ぼさず、より安定した押出速度で上記セラミック成形体４２を形成することができる。
【００２９】
ここで、図１２、図１３を参照して、従来の基端側に先端に向けて径小となるテーパ部が設けられた抵抗管１４Ｂの問題点について説明する。
従来の押出成形装置１Ｂにおいては、上記スクリュー１２の回転によって上記バレル１３内のバレル内セラミック材料４０を押し出すので、上記バレル内セラミック材料４０は回転しながら抵抗管１４へ押し出される。このため、上記バレル１３と上記抵抗管１４との間には、多数の丸穴を有する整流板１５を設け、上記整流板１５を上記バレル内セラミック材料４０が通過することによって上記バレル内セラミック材料４０の流れの回転成分を打ち消し、整流するようになしてある。
しかしながら、上記抵抗管１４内に押し出された抵抗管内セラミック材料４１には、上記丸穴よって多数に分割されているので、多数の界面を有する。この界面が成形体４２Ｂ内に残存すると亀裂等の不具合の原因となる虞があると考えられ、上記抵抗管１４は先端に向けて径小となるテーパ状に形成し、上記抵抗管内セラミック材料４１を圧縮しながら押し出すことにより上記界面の解消を図るのが良いと考えられていた。
【００３０】
ところが、図１２に示すように、上記抵抗管１４Ｂａの基端側入口内径Ｄ１から中腹部内径Ｄ３まで、押出方向に対して長い範囲を縮径されているので、上記抵抗管内セラミック材料４１は径方向に徐々に圧縮されながら押し出される。従って、上記抵抗管１４Ｂａの中心の流速は徐々に加速される。
このため、図２中Ａ−Ａ面での流速分布を中心部の流速を１として表した図１３（ａ）に示すように、上記抵抗管１４Ｂａ内に押し出された直後には比較的狭い流速分布であるが、図２中Ｂ−Ｂ面では図１３（ｂ）に示すように、流速分布の幅が広くなってしまう。
即ち、図１３（ｃ）に示したように内径Ｄ２ａの成形型３ａ内に押し出されるときには、速度分布の幅の狭い範囲のみならず、中心部の速度を１としたとき０．５程度の低速の部分が含まれているため、流速分布幅は広くなっている。
この様な幅の広い流速分布によって、従来の抵抗管１４Ｂａを用いて成形するとセラミック成形体４２Ｂにセルよれ等の不具合が発生すると考えられる。
【００３１】
また、近年の極めて隔壁が薄く、セル数の多いハニカム構造体４２においては、上記整流板１５に起因する界面よりも遙に多い界面が上記成形型３から押し出される際に形成されるため、上記抵抗管１４を先端に向けて径小となるテーパ状に形成し、径方向に圧縮して上記整流板１５に起因する界面を解消することの意義は無くなったものと考えられる。
【００３２】
表１に、本発明の実施結果を示す。比較例として従来の抵抗管１４Ｂ（テーパ比Ｄ／Ｌ＝０．１、即ちテーパ角θ＝８２°）を用いて押出成形した場合を示し、実施例１は、本発明の第１の実施形態に示した一定内径寸法の抵抗管１４（テーパ比Ｄ／Ｌ＝０、即ちテーパ角θ＝０°）を用いた場合を示し、実施例２は、本発明の第２の実施形態に示した抵抗管１４の先端にテーパ部１４３（テーパ比Ｄ／Ｌ＝１、即ちテーパ角θ＝４５°）を設けた抵抗管１４ａを用いた場合を示し、実施例３は、本発明の第１の実施形態において上記抵抗管１４の内側の表面粗さをＲｚ２５μmに仕上げた場合を示し、実施例４として、本発明の第１の実施形態において上記抵抗管１４の内側に硬質クロムメッキを施した場合を示す。
上記比較例および各実施例について上記成形型３を用いてハニカム構造体４２を１００個ずつ成形し、セルよれ等の不具合の発生率を比較した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１に示すように、従来の抵抗管１４Ｂを用いた場合は、成形型３内に押し出される直前の中心部と外周部との速度比は０．５と流速分布が広く、試作１００個中６個不具合が発生し、実施例１、２、３、４とも試作１００個の場合、不具合の発生は見られなかった。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能である。
例えば、上記バレル１３および上記抵抗管１４の外周には図略の温度調整装置によって、加熱または冷却された熱媒体が循環するように熱媒体循環路１３２、１４２を設けて、上記バレル内セラミック材料４０および上記抵抗管内セラミック材料４１の温度を調整するようにすれば、本発明の効果に加え上記セラミック材料４１の粘度を安定化する効果によって、さらに上記セラミック成形体４２の品質向上が期待できる。
【００３６】
また、本発明は上記実施形態に示したようなハニカム構造体の成形に特に有効であるが、ハニカム構造体の成形に限定するものではなく、複雑形状のセラミックの押出成形に適宜採用しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態における押出成形装置の構成を示す一部省略断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態における成形形状例を（ａ）〜（ｄ）に示す斜視図。
【図３】（ａ）は、本発明の第１の実施形態を図２（ａ）の例に採用した場合における抵抗管内のセラミック材料の流れ解析図、（ｂ）は、図３（ａ）中Ａ−Ａ面の速度分布を示すグラフ、（ｃ）は、成形型入り口における速度分布を示す図３（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視断面図。
【図４】（ａ）は、本発明の第１の実施形態を図２（ｂ）の例に採用した場合における抵抗管内のセラミック材料の流れ解析図、（ｂ）は、図４（ａ）中Ａ−Ａ面の速度分布を示すグラフ、（ｃ）は、成形型入り口における速度分布と成形体外形形状との関係を示す図４（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視断面図。
【図５】（ａ）は、本発明の第１の実施形態を図２（ｃ）の例に採用した場合における成形型入り口での速度分布と成形形状の関係を示す断面図、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を図２（ｄ）の例に採用した場合における成形型入り口での速度分布と成形形状の関係を示す断面図。
【図６】（ａ）は、本発明の第２の実施形態を図２（ａ）の例に採用した場合における抵抗管内のセラミック材料の流れ解析図、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態を図２（ｂ）の例に採用した場合における抵抗管内のセラミック材料の流れ解析図。
【図７】本発明の第２の実施形態おけるテーパ部の最適範囲を示す要部断面図。
【図８】押出成形装置により形成されるハニカム構造体の例を示す斜視図および一部拡大図。
【図９】従来の押出成形装置の構成を示す一部省略断面図。
【図１０】従来の押出成形装置により形成されたハニカム構造体のセルよれ不良を示す斜視図および一部拡大図。
【図１１】従来の押出成形装置を用いた場合の成形形状例と抵抗管形状例とを（ａ）〜（ｃ）に示す斜視図。
【図１２】従来の押出成形装置を用いた図１０（ａ）の例における抵抗管内のセラミック材料の流れ解析図。
【図１３】（ａ）は、図１１中Ａ−Ａ面の速度分布、（ｂ）は図１１中Ｂ−Ｂ面の速度分布、（ｃ）は成形型入り口における速度分布と成形体外形形状との関係を示す図１１（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１  押出成形装置
１０  真空室
１１  押し込みローラ
１２  押出スクリュー
１３  バレル
１４  ストレート抵抗管
１５  整流板
１６  ダイセット
３  成形型
４  セラミック材料
４０  バレル内セラミック材料
４１  抵抗管内セラミック材料
４２  セラミック成形体（ハニカム構造体）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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