(57)【要約】【課題】精度が良く、耐摩耗性に優れ、寿命の長いハニカム体成形用金型の製造方法を提供すること。【解決手段】材料を供給するための供給穴と、供給穴に連通し材料をハニカム形状に成形するための多角形格子状のスリット溝３とを有するハニカム体成形用金型１を製造する方法である。金型の穴成形面１１に供給穴を形成する穴加工工程と、金型の穴成形面１１の反対側の面である溝成形面１２にスリット溝３を形成する溝加工工程と、金型を焼き入れ処理した後、焼き戻し処理する熱処理工程と、金型の表面硬度を高める表面硬化処理工程とを有する。表面硬化処理工程では、金型の材質の相変態温度以下であり、かつ、焼き戻し処理の処理温度以下の温度で窒化処理を行い、金型の表面に窒化層を形成することにより、金型の表面硬度を８００〜１０００ＨＶとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通し材料をハニカム形状に成形するための多角形格子状のスリット溝とを有するハニカム体成形用金型を製造する方法であって、
金型の穴成形面に上記供給穴を形成する穴加工工程と、
上記金型を焼き入れ処理した後、焼き戻し処理する熱処理工程と、
上記金型の穴成形面の反対側の面である溝成形面に上記スリット溝を形成する溝加工工程と、
上記金型の表面硬度を高める表面硬化処理工程とを有し、
上記表面硬化処理工程では、上記金型の材質の相変態温度以下であり、かつ、上記焼き戻し処理の処理温度以下の温度で窒化処理を行い、金型の表面に窒化層を形成することにより、金型の表面硬度を８００〜１０００ＨＶとすることを特徴とするハニカム体成形用金型の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記窒化層は、上記金型の表面からの深さが１００μｍ以下の範囲に形成されることを特徴とするハニカム体成形用金型の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記溝加工工程と上記表面硬化処理工程との間には、上記金型の上記供給穴に研磨用の材料を供給して上記スリット溝を通過させて押出すことにより、上記金型内の材料流れ性を向上させる金型調整工程を行うことを特徴とするハニカム体成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム体成形用金型を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の排ガス浄化フィルター等として用いられるコージェライト等を主成分としたセラミック製のハニカム体は、ハニカム体成形用金型（以下、適宜、単に金型という）を用いて、セラミックス原料を含む材料を押出成形することにより製造される。このハニカム体は、隔壁を格子状に設けて多数のセルを構成してなり、そのセル形状としては、四角形、六角形等種々の形状がある。
【０００３】
上記金型としては、金型本体に、材料を供給するための供給穴と、その供給穴に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とが形成されたものを用いる。
上記金型を用いて材料を押出成形すると、供給穴及びスリット溝を流通する材料と金型本体とが接触して摩擦が生じる。この材料との摩擦により、金型本体に摩耗が生じる。特に、金型本体の押出方向の先端面である溝形成表面とスリット溝の内側面とが交わって形成される角部は、摩耗が生じ易い。そして、押出成形を繰り返し行うことにより、摩耗部分が大きくなり、成形したハニカム構造体の寸法精度が低下する。このようにして、金型の使用が困難となり、寿命となる。
【０００４】
従来から、金型を焼入れすることで、金型の耐摩耗性を向上し、金型の寿命の伸長を図る方法が提案されている。例えば、鋼材料よりなる金型を焼き入れする方法がある。これにより、４５ＨＲＣ（５５０ＨＶ）の硬度を得ていたが、更なる耐摩耗性の向上が求められていた。
【０００５】
そこで、充分な耐摩耗性を得るため、金型本体の表面全体に、ＣＶＤ処理によって耐摩耗材を成膜する方法がある（特許文献１参照）。しかしながら、ＣＶＤ処理の場合には、処理温度が高く、熱歪みが発生したり、表面を被覆する膜厚が増えるため、制御が困難であった。さらに、硬化処理後に金型調整が必要であるが、表面が硬くなっているため調整が困難であった。そのため、金型の寸法精度が不十分となり、所望の寸法のハニカム体を成形することができないおそれがある。
【０００６】
また、金型本体の表面全体に、ＰＶＤ処理を施して表面を硬化する方法がある。しかしながら、この場合には、スリット溝の内部まで硬化することができないという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２６９７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、寸法精度が良く、耐摩耗性に優れ、寿命の長いハニカム体成形用金型の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】
【０００９】
本発明は、材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通し材料をハニカム形状に成形するための多角形格子状のスリット溝とを有するハニカム体成形用金型を製造する方法であって、
金型の穴成形面に上記供給穴を形成する穴加工工程と、
上記金型を焼き入れ処理した後、焼き戻し処理する熱処理工程と、
上記金型の穴成形面の反対側の面である溝成形面に上記スリット溝を形成する溝加工工程と、
上記金型の表面硬度を高める表面硬化処理工程とを有し、
上記表面硬化処理工程では、上記金型の材質の相変態温度以下であり、かつ、上記焼き戻し処理の処理温度以下の温度で窒化処理を行い、金型の表面に窒化層を形成することにより、金型の表面硬度を８００〜１０００ＨＶとすることを特徴とするハニカム体成形用金型の製造方法にある（請求項１）。
【００１０】
上記ハニカム体成形用金型の製造方法は、上述したように、上記穴加工工程と、上記熱処理工程と、上記溝加工工程と、上記表面硬化処理工程とを行い、ハニカム体成形用金型を製造する。そして、本発明の最も注目すべき点は、上記製造方法の最終工程として、上記金型の材質の相変態温度以下であり、かつ、上記焼き戻し処理の処理温度以下の温度で窒化処理を行い、金型の表面に窒化層を形成する表面硬化処理工程を行うことにある。これにより、寸法精度を保ちつつ、金型の表面硬度を８００〜１０００ＨＶとすることができ、型強度と耐摩耗性を得ることができる。それ故、金型寿命の伸長を図ることができる。
【００１１】
上記穴加工工程や上記溝加工工程の後は、熱歪み等による寸法の変化は厳禁である。
上記窒化処理は浸透型の表面硬化方法である。ＣＶＴ処理等の表面を被覆する成膜型の場合には、その成膜の膜厚分だけ寸法が増加することを予め考慮する必要があるが、上記のごとく、浸透型の窒化処理の場合には、そのような寸法の増加をほとんど考慮することなく、表面の硬化を行うことができる。また、上記窒化処理は、上記穴加工工程及び溝加工工程において形成された供給穴やスリット溝の内部まで硬度を高めることができる。
また、上記窒化処理は、上記金型の材質の相変態温度以下であり、かつ、上記焼き戻し処理の処理温度以下の低温での処理によって、硬度を高めることができるため、金型寸法の熱歪みによる変化も起こらない。
【００１２】
このように、金型寸法の変化を抑制しながら表面硬化を行うことができるため、従来必要であった流体研磨等による金型調整は、金型の調整が必要な場合には、上気窒化処理の前に行うことができ、金型調整後の状態を窒化処理の後にも維持することができる。また、金型の調整が不要な場合には、上記金型調整を省くことが可能となる場合もある。
これにより、本発明によれば、寸法精度が良く、耐摩耗性に優れ、寿命の長いハニカム体成形用金型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】
本発明のハニカム体成形用金型の製造方法は、上述したように、上記表面硬化処理工程において、上記金型の材質の相変態温度以下であり、かつ、上記焼き戻し処理の処理温度以下の温度で窒化処理を行う。
上記表面硬化処理工程を、上記金型の材質の相変態温度を超えて、あるいは、焼き戻し処理の処理温度を超えた温度で窒化処理を行った場合には、熱歪みが生じ、金型の精度が低下するという問題がある。
【００１４】
上記窒化処理は、金属表面から窒素原子を侵入させ、浸透させて硬化層を生成することで金属を保護するものである。窒化処理の方法としては、例えば、ガス法、塩浴法、プラズマ(イオン)法等が挙げられる。
上記相変態温度は、いわゆる鋼のオーステナイト変態点であり、一般的には７２３℃程度であるが、厳密には材質によって左右される。また、上記焼き戻し処理は、一般的には
５７０〜６５０℃にて行われる。それ故、上記窒化処理は、５７０℃以下で行うことが最も好ましい。
【００１５】
上記ハニカム体成形用金型の製造方法は、上記窒化層は、上記金型の表面からの深さが１００μｍ以下の範囲に形成されることが好ましい（請求項２）。
この場合には、金型のスリット部の強度低下を抑制することができる。
上記窒化層の深さが１００μｍを超える場合には、スリット溝部や、スリット溝と供給穴との連通部が硬く脆くなり、強度が低下し、ハニカム体を成形する際に、成形圧力によりスリット溝部が剥がれるおそれがある。
【００１６】
また、上記溝加工工程と上記表面硬化処理工程との間には、上記金型の上記供給穴に研磨用の材料を供給して上記スリット溝を通過させて押出すことにより、上記金型内の材料流れ性を向上させる金型調整工程を行うことが好ましい（請求項３）。
この場合には、特に寸法精度が良く、材料流れ性に優れ、耐摩耗性に優れ、寿命の長いハニカム体成形用金型を得ることができる。
【００１７】
上記表面硬化処理工程は、上記金型の材質の相変態温度以下であり、かつ、上記焼き戻し処理の処理温度以下の温度で、上述した浸透型の硬化処理である窒化処理を行うものであるため、その工程の前後において、上記金型の寸法変形が少ない。
そのため、金型調整工程において金型内の材料流れ性を向上させるための処理を施し、その後、表面硬化処理工程において窒化処理を行うことにより、金型調整工程において得られた材料流れ性を維持したまま、金型表面を硬化させることができる。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
本例は、本発明のハニカム体成形用金型の製造方法にかかる実施例について、図１〜図４を用いて説明する。
【００１９】
本例では、図１〜図３に示すごとく、材料を供給するための供給穴２と、供給穴２に連通し材料をハニカム形状に成形するための多角形格子状のスリット溝３とを有するハニカム体成形用金型１（以下、単に金型１）を作製する。
本例の製造方法は、金型１の穴成形面１１に上記供給穴２を形成する穴加工工程と、上記金型１を焼き入れ処理した後、焼き戻し処理する熱処理工程と、上記金型１の穴成形面１１の反対側の面である溝成形面１２に上記スリット溝３を形成する溝加工工程と、上記金型１の表面硬度を高める表面硬化処理工程とを有する。
以下、これを詳説する。
【００２０】
金型１を作製するに当たっては、その金型素材として、材質がＳＫＤ６１の厚みＨが１５．５ｍｍで四角形状の板材を準備する（説明の都合上、この金型素材は、適宜、単に金型１として表現する。）。この金型素材の材質の相変態温度は７２３℃である。
【００２１】
まず、図４（ａ）に示すごく、金型１における溝成形面１２をその周囲よりも突出させるように外周部を切削する外周粗加工を行った。
次に、図４（ｂ）に示すごとく、上記外周粗加工を行った面と反対側の面である穴成形面１１に、上記穴加工工程を施した。穴加工工程においては、穴形成面１１に、ドリルを用いて、穴径Ｒがφ０．７〜１．３ｍｍの供給穴２を多数形成した。
【００２２】
続いて、熱処理工程において、上記金型１を、５５０℃で１０〜２０分油焼きした後、８５０℃で１２０分間維持し、その後、１０３０℃まで昇温し、１０３０℃で６０〜９０分間保持してから焼き入れ処理を行った。さらに、その後、６００℃で１２０分間の焼き戻し処理を２回繰り返し行った（図示略）。
【００２３】
次に、金型１の外周面や基準穴等の仕上げ加工を行った後、上記溝加工工程を行った。図４（ｃ）に示すごとく、溝加工工程では、金型１の穴成形面１１の反対側の面である溝成形面１２に、図示しない円盤状の研削砥石を用いてスリット溝３を１本ずつ多数形成し、四角形格子状とした。スリット溝３のサイズは、図３に示すごとく、溝巾ｗが０．０６〜０．３ｍｍ、溝深さｈが３．５〜５．５ｍｍとした。
次に、図４（ｄ）に示すごとく、溝加工面１２の外周形状を所望の円盤状に整える段付き加工を行って金型１の加工工程を完了させた。
【００２４】
次に、図４（ｅ）に示すごとく、上記金型調整工程を行った。具体的には、金型１をシリンダ７１の先端に当接させて、これを固定リング７３によって固定した調整装置７を用いた。そして、シリンダ７１内に、研磨用の材料５としてＳｉＣ砥粒の流体研磨剤を入れ、ピストン７２によって押圧することにより、金型１の供給穴２に材料５を供給すると共にスリット溝３を通過させて溝成形面１１から押し出すという作業により金型調整を実施した。
【００２５】
最後に、金型１に対して表面硬化処理工程を施した。この表面硬化処理工程は、金型１の表面に窒化層１３を形成することによって実施した。
上記窒化層１３の形成は、具体的には、ＣａＣＮ2（カルシウムシアナミド）を主成分とする石灰窒素粉中に金型を埋めて密封し、減圧（約２０ｔｏｒｒ）した後に、アンモニアを導入すると共に、上記金型の材質の相変態温度以下であり、かつ、上記焼き戻し処理の処理温度以下である４００〜５００℃で加熱保持することにより行った。なお、窒化層１３の深さ（厚み）は、１００μｍ以下のおよそ７０μｍとなるように行った。
【００２６】
以上のようにして得られた金型１（試料Ｅ１とする）は、寸法精度が高く、耐摩耗性に優れ、寿命の長いハニカム体成形用金型とすることができる。
これは、特に、表面硬化方法として、比較的低温処理であると共に浸透型の表面硬化方法である上記窒化処理を積極的に採用したことにある。上記窒化処理による表面硬化処理工程の実施により、硬化層による寸法増加がほとんどなく、しかも、上記穴加工工程及び溝加工工程において形成された供給穴やスリット溝の内部まで硬度を高めることができる。さらに、上記窒化処理は、上記金型１の材質の相変態温度以下であり、かつ、上記焼き戻し処理の処理温度以下の低温での処理によって硬度を高めることができるため、金型寸法の熱歪みによる変化も起こらないのである。
【００２７】
また、上記の優れた表面硬化処理工程の採用によって、その前工程において、必要に応じて上記のような金型調整工程を行うことができ、さらに寸法精度の向上を図ることができる。なお、この金型調整工程は、省略できる場合がある。また、本例において、上記スリット溝は四角格子状としたが、六角のスリット溝を形成した場合であっても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
（比較例１）
本例は、本発明の比較例として、ハニカム体成形用金型（試料Ｃ１）を作製した。
本例は、実施例１の表面硬化処理工程を行わない、従来の製造方法で行った例である。
その他は実施例１と同様に行った。
【００２９】
（実験例）
【００３０】
実施例１において作製したハニカム体成形用金型（試料Ｅ１）について、表面硬化処理前の金型の寸法との比較を行った。
表面硬化処理前の金型及び得られたハニカム体成形用金型の、基準穴ピッチ、上面の歪み、スリット溝巾を測定して比較し、表面硬化処理前後の寸法の変化を評価した。
【００３１】
上記基準穴ピッチは変化が見られず、上面の歪みは０．０４ｍｍ以内であり、スリット溝巾の変化は１μｍ以内であった。
これにより、上記試料Ｅ１は、表面硬化処理前後での、金型寸法の変化が少ないことが分かる。
【００３２】
次に、実施例１及び比較例１において作製したハニカム体成形用金型（試料Ｅ１及び試料Ｃ１）について、表面硬度の測定、及び金型寿命推測を行った。
＜表面硬度の測定＞
表面硬度は、マイクロビッカースを用いて、金型の断面硬度を測定することにより行った。測定結果を図５に示す。
図５は、横軸に表面からの距離（μｍ）、縦軸に硬さ（ＨＶ）をとったものである。同図におけるＥ１は、試料Ｅ１の結果を示し、Ｃ１は、試料Ｃ１の結果を示す。
【００３３】
図５より知られるごとく、本発明の実施例としての試料Ｅ１は、表面の硬度が８１５ＨＶであり、また、表面から５０μｍの間で、硬度がなだらかに変化していることがわかる。
また、同図より知られるごとく、本発明の比較例としての試料Ｃ１は、表面の硬度が５４０ＨＶであり、表面からの距離が変わっても一定の硬度であることが分かる。
【００３４】
＜金型寿命の推測＞
金型寿命の推測は、金型の一部に上記供給穴からスリット溝を通過するよう原料を流し、その通過時間とスリット溝巾摩耗量を測定することにより推測した。結果を図６に示す。図６は、横軸に原料通過時間（時間）、縦軸にスリット溝巾摩耗量（μｍ）をとったものである。同図におけるＥ１は試料Ｅ１の結果を示し、Ｃ１は試料Ｃ１の結果を示す。
【００３５】
従来、ハニカム体成形用金型は、スリット溝巾が６μｍ摩耗した時点で寿命としてきた。また、原料通過時間５時間で生産できるハニカム体は５０００個である。この実績を算出基準として、金型が寿命となる生産量を推測した。
【００３６】
図６より知られるごとく、本発明の実施例としての試料Ｅ１は、原料通過時間３０時間の時点で、スリット溝巾摩耗量が２μｍであった。これより、金型寿命は、原料通過時間９０時間であり、試料Ｅ１により生産できる量は９万個相当であると推測した。
また、同図より知られるごとく、本発明の比較例としての試料Ｃ１は、原料通過時間３０時間の時点で、スリット溝巾摩耗量が６μｍであった。これより、試料Ｃ１の金型寿命は３０時間であり、試料Ｃ１により生産できる量は３万個相当であると推測した。
【００３７】
上述の表面硬化処理前の金型の寸法との比較結果、表面硬度の測定結果、金型寿命の推測結果より、本発明によれば、精度が良く、耐摩耗性に優れ、寿命の長いハニカム体成形用金型を製造することができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１における、ハニカム体成形用金型を示す説明図。
【図２】実施例１における、ハニカム体成形用金型を示す拡大図。
【図３】実施例１における、ハニカム体成形用金型を示す断面図。
【図４】実施例１における、ハニカム体成形用金型の製造方法を示す説明図。
【図５】実験例における、表面からの距離と表面硬度との関係を示すグラフ図。
【図６】実験例における、原料通過時間とスリット溝巾摩耗量との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００３９】
１  ハニカム体成形用金型
１１  穴成形面
１２  溝成形面
３  スリット溝
【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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