(57)【要約】【課題】外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を、ささくれやセルつぶれ等の欠陥を生じさせることなく製造することが可能なハニカム構造体の押出成形装置及び製造方法を提供すること。【解決手段】円形状のスリーブ２１と、セラミック原料を混練すると共に前進させるスクリュー２２とを備えた押出スクリュー部２と、押出スクリュー部２から押し出されるセラミック原料の通過速度分布の均一化を図る整流板３１を有する整流部３と、整流部３から押し出されるセラミック原料が通過する断面積を徐々に減少させる抵抗管４と、抵抗管４から押し出されるセラミック原料を所望のオーバル形状に成形するための成形金型５とを有する。整流板３１は上流端から整流板配設部に至る間に円形状からオーバル形状に徐々に変化する形状変化部３２を有する。抵抗管４は、上流端から下流端に至る間にオーバル形状を維持したまま徐々に断面積が小さくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外皮と、該外皮内にハニカム状に配設された隔壁と、該隔壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう軸方向に沿って形成された多数のセルとを有し、外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を押出し成形するための押出成形装置であって、
円形状のスリーブと、該スリーブ内においてセラミック原料を混練すると共に前進させるスクリューとを備えた押出スクリュー部と、
該押出スクリュー部から押し出される上記セラミック原料の通過速度分布の均一化を図るための整流板を有する整流部と、
該整流部から押し出される上記セラミック原料が通過する断面積を徐々に減少させる抵抗管と、
該抵抗管から押し出される上記セラミック原料を所望のオーバル形状に成形するための成形金型とを有してなり、
上記整流部は、上流端から上記整流板配設部に至る間に、上記スリーブの内径と略同じ内径の円形状から、その内径と同等以上の短径及び該短径よりも大きい長径を有するオーバル形状に徐々に変化する形状変化部を有しており、上記整流板の形状及び下流端の内形状がオーバル形状となっており、
上記抵抗管は、上流端から下流端に至る間に、オーバル形状を維持したまま徐々に断面積が小さくなって上記成形金型に接続されていることを特徴とするハニカム構造体の押出成形装置。
【請求項２】
請求項１において、上記整流部の下流端の内形状は、短径に対する長径の比が１．１以上のオーバル形状であることを特徴とするハニカム構造体の押出成形装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記抵抗管は、長径の縮径率Ａと短径の縮径率Ｂとが、０．９＜Ａ／Ｂ＜１．１の関係にあることを特徴とするハニカム構造体の押出成形装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記抵抗管は、長径の縮径率Ａ及び短径の縮径率Ｂがいずれも０．７以下であることを特徴とするハニカム構造体の押出成形装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記抵抗管の上流端と下流端の内形状は、相似形状であることを特徴とするハニカム構造体の押出成形装置。
【請求項６】
外皮と、該外皮内にハニカム状に配設された隔壁と、該隔壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう軸方向に沿って形成された多数のセルとを有し、外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を製造する方法であって、
少なくとも原料粉末と水とを含むセラミック原料を混練して押出成形するに当たり、請求項１〜５のいずれか一項に記載の押出成形装置を用い、上記押出スクリュー部から押し出された上記セラミック原料の通過断面形状を、上記整流部における上記整流板の上流側においてオーバル形状に変化させ、その後、上記抵抗管においてオーバル形状を維持したまま通過断面積を徐々に減少させてから上記成形金型によってオーバル形状に成形することを特徴とす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、オーバル形状を有するセラミック製のハニカム構造体の押出成形装置及び製造方法に関する。なお、本明細書中の「オーバル形状」は、直径が長い部分（長径部）と短い部分（短径部）とを有し、一般的に楕円と呼ばれる形状であって、幾何学上の「楕円」に限らず、半円と直線とを組み合わせたいわゆるレーストラック形状、及び楕円とレーストラック形状との中間的な形状を含む概念である。
【背景技術】
【０００２】
セラミック製のハニカム構造体は、自動車の排ガス浄化用触媒の担体等として広く用いられている。ハニカム構造体を形成する方法としては、一般的に、押出成形もしくはプランジャー成形が用いられる。押出成形により製造する場合は、混練した原料を成形金型を用いて押出成形した後、乾燥、焼成することにより製造することができる。
【０００３】
従来、オーバル形状のハニカム構造体を押出成形に用いる押出成形装置は、後述する比較例に示すごとく、押出スクリュー部の直後に整流板が設けられ、その整流板に隣接して、原料を金型に送り込むための抵抗管が設けられている。上記抵抗管は、上流端では円形状であり、下流端でオーバル形状である。そのため、抵抗管の長径部方向の縮径率と短径部方向の縮径率には大きな差があり、原料の押出しの速度分布が不均一となっていた。それ故、押出されたオーバル形状のハニカム構造体の長径部方向では、原料が十分に行き渡らないため、スキンにささくれが発生し、短径部方向では、原料が過剰となるため、最悪の場合には、セルつぶれが発生するという問題がある。そのため、全体として、オーバル形状が更につぶれた形状となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６７８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を、ささくれやセルつぶれ等の欠陥を生じさせることなく製造することが可能なハニカム構造体の押出成形装置及び製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、外皮と、該外皮内にハニカム状に配設された隔壁と、該隔壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう軸方向に沿って形成された多数のセルとを有し、外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を押出し成形するための押出成形装置であって、
円形状のスリーブと、該スリーブ内においてセラミック原料を混練すると共に前進させるスクリューとを備えた押出スクリュー部と、
該押出スクリュー部から押し出される上記セラミック原料の通過速度分布の均一化を図るための整流板を有する整流部と、
該整流部から押し出される上記セラミック原料が通過する断面積を徐々に減少させる抵抗管と、
該抵抗管から押し出される上記セラミック原料を所望のオーバル形状に成形するための成形金型とを有してなり、
上記整流板は、上流端から上記整流板配設部に至る間に、上記スリーブの内径と略同じ内径の円形状から、その内径と同等以上の短径及び該短径よりも大きい長径を有するオーバル形状に徐々に変化する形状変化部を有しており、上記整流板の形状及び下流短の内形状がオーバル形状となっており、
上記抵抗管は、上流端から下流端に至る間に、オーバル形状を維持したまま徐々に断面積が小さくなって上記成形金型に接続されていることを特徴とするハニカム構造体の押出成形装置にある（請求項１）。
【０００７】
本発明のハニカム構造体の押出成形装置において、最も注目すべき点は、円形状からオーバル形状に徐々に変化する形状変化部を有する整流部を設け、さらに、上記抵抗管を、オーバル形状を維持したまま徐々に縮径した点にある。つまり、上記整流部を設けることによって、整流板において、オーバル形状で通過速度分布の均一化を良好に行うことができ、その後、上記抵抗管において、長径部方向の縮径率と短径部方向の縮径率に大きな差がない状態で、断面積を減少させることができる。これにより、押出し速度分布が均一な状態で押出成形を行うことができる。それ故、得られるハニカム構造体は、オーバル形状であっても、ささくれやセルつぶれ等の欠陥がほとんどない。
【０００８】
上記整流部は、上述したように形状変化部を有しており、上流端においてはスリーブとの接触をスムーズとするために円形状となっているが、上記整流板の形状及び下流端の内形状はオーバル形状となっている。また、上記形状変化部は、上記整流部の上流端の内径と同等以上の短径及び該短径よりも大きい長径を有するオーバル形状に徐々に変化する。これにより、セラミック原料がオーバル形状の整流板を通過する際に、通過速度分布の均一化図ることができる。
【０００９】
また、上記抵抗管は、上流端から下流端に至る間に、オーバル形状を維持したまま徐々に断面積が小さくなっている。つまり、上記抵抗管において、長径部方向の縮径率と短径部方向の縮径率の差が小さい。これにより、抵抗管において、上記セラミック原料の通過速度分布を均一に保つことができる。それ故、成形金型から押し出されるセラミック原料の押出し速度分布を均一にすることができる。
【００１０】
このように、本発明によれば、整流部を設け、抵抗管の形状を限定することによって、外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を、ささくれやセルつぶれ等の欠陥を生じさせることなく製造することが可能な押出成形装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明は、外皮と、該外皮内にハニカム状に配設された隔壁と、該隔壁内に区画されていると共に両端に貫通するよう軸方向に沿って形成された多数のセルとを有し、外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を製造する方法であって、
少なくとも原料粉末と水とを含むセラミック原料を混練して押出成形するに当たり、第１の発明に記載の押出成形装置を用い、上記押出スクリュー部から押し出された上記セラミック原料の通過断面形状を、上記整流部における上記整流板の上流側においてオーバル形状に変化させ、その後、上記抵抗管においてオーバル形状を維持したまま通過断面積を徐々に減少させてから上記成形金型によってオーバル形状に成形することを特徴とするハニカム構造体の製造方法にある（請求項６）。
【００１２】
本発明のハニカム構造体の製造方法は、上述したように、押出成形するに当たり、第１の発明に記載の押出成形装置を用いている、そのため、セラミック原料の押出し速度分布が均一な状態で、押出成形をすることができる。
このように、本発明によれば、外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を、ささくれやセルつぶれ等の欠陥を生じさせることなく製造することが可能なハニカム構造体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明の、ハニカム構造体の押出成形装置は、上記整流部の下流端の内形状は、短径に対する長径の比が１．１以上のオーバル形状であることが好ましい（請求項２）。
上記短径に対する長径の比が１．１以上、好ましくは１．３以上の場合に、本発明の効果を顕著に得ることができる。
【００１４】
また、上記抵抗管は、長径の縮径率Ａと短径の縮径率Ｂとが、０．９＜Ａ／Ｂ＜１．１の関係にあることが好ましい（請求項３）。
この場合には、更に、通過速度分布を均一にすることができ、押出成形時にゆがみ等が発生することを抑制することができる。
【００１５】
また、上記長径の縮径率Ａと短径の縮径率Ｂとの関係が、０．９≧Ａ／Ｂの場合には、短径部方向へ流れるセラミック原料が過剰となるため、短径部方向でセルつぶれが発生するおそれがある。一方、Ａ／Ｂ≧１．１である場合には、長径部方向へ流れるセラミック原料が過剰となるため、長径部方向でセルつぶれが発生するおそれがある。
【００１６】
また、上記抵抗管は、長径の縮径率Ａ及び短径の縮径率Ｂがいずれも０．７以下であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、更に、押出成形時にゆがみ等が発生することを抑制することができる。
また、長径の縮径率Ａと短径の縮径率Ｂのいずれかが０．７を超える場合には、整流板により分離したセラミック原料を再度結合できないおそれや、スキンまでセラミック原料が行き渡らず、ささくれが発生するおそれがある。
【００１７】
また、上記抵抗管の上流端と下流端の内形状は、相似形状であることが好ましい（請求項５）。
すなわち、上記抵抗管における内形状は、オーバル径状が維持されておればよく、その形状が多少変化しても目的を達成できる。しかしながら、上記のごとく、抵抗管の上流端から下流端まで相似径状である場合には、全周における縮径率が変化しないので最も理想的である。この場合には、更に、押出し速度分布の均一化を図ることができる。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
本例は、本発明の実施例について、図１〜図６を用いて説明する。
図１は、押出成形装置の全体図を示す。図２（ａ）は、押出成形装置の長径部方向の断面図を示し、図２（ｂ）は、短径部方向の断面図を示す。
本例に用いるハニカム構造体の押出成形装置１は、図１に示すごとく、上方に設けた混練機１１に対面した投入口１２を有していると共に、その下方には上段スクリュー１３、押出スクリュー２２、上記上段スクリュー１３と押出スクリュー２２との間に真空室１４と噛込ローラ１５とを備えている。
【００１９】
上記押出スクリュー２２の前方には、上記整流部３が設けてあり、更にその前方には抵抗管４、その先に成形金型５が配設してある。成形金型５には、ガイドリング１６が設けられ、その前方には、押出されたハニカム構造体６を支持するスポンジ受け台１７を設けてある。
また、本例の押出成形装置１は、上段スクリュー１３と押出スクリュー２２とを有するが、上段スクリュー１３と押出スクリュー２２との間に、更に、中段スクリューを設けても良い。
以下、これを詳説する。
【００２０】
上記押出成形装置１は、図２に示すごとく、円形状のスリーブ２１と、該スリーブ２１内においてセラミック原料を混練すると共に前進させるスクリュー２２とを備えた押出スクリュー部２と、該押出スクリュー部２から押し出される上記セラミック原料の通過速度分布の均一化を図るための整流板３１を有する整流部３と、該整流部３から押し出される上記セラミック原料が通過する断面積を徐々に減少させる抵抗管４と、該抵抗管４から押し出される上記セラミック原料を所望のオーバル形状に成形するための成形金型５とを有してなる。
【００２１】
上記整流部３は、上流端から上記整流板配設部に至る間に、上記スリーブ２１の内径と略同じ内径の円形状から、その内径と同等以上の短径及び該短径よりも大きい長径を有するオーバル形状に徐々に変化する形状変化部を有しており、上記整流板３１の形状及び下流端の内形状がオーバル形状となっている。
【００２２】
上記整流部３の下流端の内形状は、長径が２４０ｍｍ、短径が１９０ｍｍ、つまり、短径に対する長径の比が１．２６のオーバル形状である。
また、上記整流板３１は、図３に示すごとく、セラミック原料を通過させるための多数の孔３３を有しており、その孔３３の直径はφ５ｍｍである。また、同図に示すごとく、整流板３１は、長径Ｗ１が２７０ｍｍ、短径Ｈ１が２２０ｍｍのオーバル形状を有し、厚みが３０ｍｍである。また、上記整流部の下流端と同じサイズ（長径Ｗ２が２４０ｍｍ、短径Ｈ２が１９０ｍｍ）である領域Ｓが、実際にセラミック原料が通過する領域である。
【００２３】
上記抵抗管４は、上流端から下流端に至る間に、オーバル形状を維持したまま徐々に断面積が小さくなって上記成形金型５に接続されている。
図４（ａ）は、抵抗管４の上流端を示し、図４（ｂ）は、抵抗管４の断面を示し、図４（ｃ）は、抵抗管４の下流端を示す。
上記抵抗管４の内形状は、図４（ａ）に示すごとく、上流端は、長径Ｈ３が２４０ｍｍ、短径Ｗ３が１９０ｍｍのオーバル形状である。また、図４（ｂ）に示すごとく、上流端と下流端との距離Ｌが３５５ｍｍである。また、図４（ｃ）に示すごとく、下流端は、長径Ｗ４が１７０ｍｍ、短径Ｈ４が１３０ｍｍのオーバル形状である。すなわち、長径の縮径率Ａ及び短径の縮径率Ｂは０．７であり、長径の縮径率Ａと短径の縮径率Ｂとが、Ａ／Ｂ＝１の関係にある。そのため、上記抵抗管４の上流端と下流端の内形状は、相似形状である。
【００２４】
そして、上記成形金型５の内形状は、図５（ａ）に示すごとく、長径Ｗ５が１７０ｍｍ、短径Ｈ５が１１５ｍｍのオーバル形状を有している。図５（ｂ）は、成形金型５の側面図である。
また、上記ガイドリング１６の内形状は、図６（ａ）に示すごとく、長径Ｗ６が１５４ｍｍ、短径Ｈ６が９８ｍｍのオーバル形状を有している。このオーバル形状が、最終成形品と略相似形状となる。図６（ｂ）は、ガイドリング１６の断面形状を示す。
【００２５】
次に、ハニカム構造体の製造方法について説明する。
本例により製造するハニカム構造体は、２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2により表される理論組成を有するコーディエライトを主成分とするものである。通常、コーディエライトは、ＳｉＯ2を４９．０〜５３．０重量%、Ａｌ2Ｏ3を３３．０〜３７．０重量％、ＭｇＯを１１．５〜１５．５重量％の割合で含有する。
【００２６】
そのため、上記セラミック原料としては、所望のコーディエライト組成となるように調整したコーディエライト化原料に、成形助剤を添加、混練したものを用いる。コーディエライト化原料としては、タルク（Ｍｇ3Ｓｉ4Ｏ10（ＯＨ）2）、カリオン（Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ5（ＯＨ）4）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）等がある。また、Ｍｇ源、Ａｌ源、Ｓｉ源となる酸化物、水酸化物、塩化物等を使用することができる。例えば、蛇紋石（Ｍｇ3Ｓｉ2Ｏ5（ＯＨ）4）、パイロフェライト（Ａｌ2Ｓｉ4Ｏ10（ＯＨ）2）、ブルーサイト（Ｍｇ（ＯＨ）2）等がある。
【００２７】
また、コーディエライト化原料に添加する成形助剤としては、通常使用される潤滑剤及び保湿剤、バインダ等を使用することができる。潤滑剤及び保湿剤としては、例えば、ワックス、水溶性多価アルコール誘導体、界面活性剤等がある。また、上記バインダとしては、例えば、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等がある。
【００２８】
まず、図１に示すごとく、上記コーディエライト化原料と成形助剤とを、混練機１１により混練してセラミック原料とした。その後、上記混練機１１から原料投入口１２に、上記セラミック原料を投入し、これを、上段スクリュー１３の回転による推進力によって、真空室１４及び噛込ローラ１５を介してスクリュー２２に送り込む。
【００２９】
その後、上記セラミック原料を上記押出スクリュー部２から押し出し、上記整流部３における上記整流板３１の上流側において、セラミック原料の通過断面形状をオーバル形状に変化させ、その後、上記抵抗管４においてオーバル形状を維持したまま通過断面積を徐々に減少させ、上記成形金型５より押し出し、ガイドリング１６を通過させることによってオーバル形状のハニカム構造体６を成形する。押出し条件は、押出し圧力が１００〜２００ｋｇ／ｃｍ2、押出し速度が１．０〜２．０ｍ／ｍｉｎ、原料温度が１０〜２０℃で行う。
【００３０】
押出されたハニカム構造体６は、スポンジ受け台１７に支持されて前方に送られる。
次に、押出成形の後、上記ハニカム構造体６は、上記スポンジ受け台１７に載置したまま、所定長さに切断する。そして、分離された個々のハニカム構造体６は、スポンジ受け台１７上において、そのまま１時間放置し、乾燥工程を行った。
【００３１】
次に、乾燥工程が終了した後、ハニカム構造体を焼成炉内に運搬し、焼成を行った。焼成は、１４００℃の温度に５時間保持する条件で行った。焼成終了後には、個々のハニカム構造体の切断端部除去等の仕上げ工程を行って、オーバル形状を有するハニカム構造体が得られた。
本例により、ささくれやセルつぶれ等の欠陥を生じさせることなく、外形形状がオーバル形状であるセラミック製のハニカム構造体を得ることができた。
【００３２】
（比較例１）
本比較例は、本発明の比較例について図７を用いて示す。
本比較例は、同図に示すごとく、従来の押出成形装置９を用いて押出成形を行った例である。
上記押出成形装置９は、実施例１における整流部３及び抵抗管４を変更したものである。つまり、上記押出成形装置９は、円形状の整流板９１のみからなる整流部と、円形状からオーバル形状に変化する抵抗管９２とを有する。他は、実施例１と同様の方法で行った。
【００３３】
本比較例では、押出スクリュー部２から押し出されたセラミック原料は、通過断面形状が円形の状態で整流板９１を通過した後、抵抗管９２において、通過断面形状が円形状からオーバル形状に変化する。抵抗管９２は長径部方向の縮径率と短径部方向の縮径率には大きな差があるため、原料の押出しの速度分布が不均一となる。それ故、本例により得られたハニカム構造体は、短径部方向にセルつぶれが見られ、長径方向にささくれが見られた。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１における、押出成形装置を示す説明図。
【図２】実施例１における、押出成形装置を示す説明図。
【図３】実施例１における、整流板を示す説明図。
【図４】実施例１における、抵抗管を示す説明図。
【図５】実施例１における、成形金型を示す説明図。
【図６】実施例１における、ガイドリングを示す説明図。
【図７】比較例１における、押出成形装置を示す説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１  押出成形装置
２  押出スクリュー部
２１  スリーブ
２２  押出スクリュー
３  整流部
３１  整流板
３２  形状変化部
４  抵抗管
５  成形金型
【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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