(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス成形体の製造に用いられる押出成形機であって、
スクリュー、及び前記スクリューを収容可能なバレルを有する押出部と、
一端に１つの口金を有し、他端が前記押出部の押出口に接続された成形部と、
前記押出部と前記成形部との間に配置された整流板と
を備え、
前記成形部と前記整流板との間に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、押出方向における厚さが１〜５０ｍｍである断熱部材が配置されている押出成形機。
【請求項２】
前記断熱部材が断熱性樹脂から形成されている、請求項１に記載の押出成形機。
【請求項３】
前記成形部と前記整流板との間の成形材料と接する位置に、前記断熱部材を保護するための保護部材が配置されている、請求項２に記載の押出成形機。
【請求項４】
前記成形部に温度調節手段が設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の押出成形機。
【請求項５】
前記成形部内にスクリーンが設けられており、前記スクリーンと前記口金との間に前記温度調節手段が設けられている、請求項４に記載の押出成形機。
【請求項６】
前記成形部が拡径部を有し、前記拡径部に前記温度調節手段が設けられている、請求項４又は５に記載の押出成形機。
【請求項７】
前記温度調節手段が、内部を流体が流通可能な温度調節ドラムである、請求項４〜６のいずれか一項に記載の押出成形機。
【請求項８】
前記成形部の外周が断熱シートで被覆されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の押出成形機。
【請求項９】
前記セラミックス成形体がハニカム形状を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の押出成形機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の押出成形機を用いてセラミックス成形材料を成形するセラミックス成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出成形機、及び成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種成形体を製造するために押出成形機が用いられている。例えば、自動車排ガス浄化用触媒担体、ディーゼル微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）、ガソリン微粒子除去フィルタ（ＧＰＦ）、燃焼装置用蓄熱体などに用いられるハニカム形状のセラミックス構造体の製造では、生産性の観点から、押出成形機を用いてハニカム形状のセラミックス成形体を製造することが主流となっている。【０００３】
ところでＤＰＦやＧＰＦなどの用途に用いられるセラミックス構造体は、寸法精度が低いと、熱応力などによって亀裂が入るなどの不具合が生じ易い。そのため、焼成前のセラミックス成形体に対しても高い寸法精度が要求されている。【０００４】
押出成形機によって得られる成形体の寸法精度を向上させる技術としては、例えば、特許文献１には、押出金型に隣接した前方セクションに加熱素子を配置してセラミックバッチ材料（成形材料）の温度を制御することにより、押出物の押出速度を制御して押出物の寸法精度を向上させる技術が提案されている。
また、特許文献２には、押出成形機の整流板とダイ（口金）との間の抵抗管に、抵抗管の管壁を貫通するように設けられ、抵抗管の内側に突出する長さが変更自在の複数のピンを配置し、当該ピンの温度を制御することにより、ダイに導入される原料組成物（成形材料）の押出速度の均一化を図り、成形体の寸法精度を向上させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６２５８９６２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９３２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、成形材料の温度制御に多くの機器が必要であるため、装置が大型化及び複雑化する。また、成形材料を加熱する際には電気量が多くなるため、製造コストも増大する。
特許文献２に記載の技術は、ピンが成形材料の流れを阻害するため、特定の押出速度を確保するためには押出圧力を高めなければならない。また、ピンと成形材料との接触面積が小さいため、ピンによる温度制御には時間がかる。【０００７】
このように成形体の寸法精度を向上させる従来の技術では、上記のような様々な問題があることから、寸法精度が高い成形体を製造するための別の技術の開発が望まれていた。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、寸法精度が高い成形体を製造することができる押出成形機を提供することを目的とする。
また、本発明は、寸法精度が高い成形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】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、押出速度に影響を与える成形材料の不均一な温度分布が、押出部によって成形部が冷却されることに起因しているという知見に基づき、所定の位置に断熱部材を配置することにより、成形材料の温度分布を均一化し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００９】
すなわち、本発明は、セラミックス成形体の製造に用いられる押出成形機であって、スクリュー、及び前記スクリューを収容可能なバレルを有する押出部と、一端に１つの口金を有し、他端が前記押出部の押出口に接続された成形部と、前記押出部と前記成形部との間に配置された整流板とを備え、前記成形部と前記整流板との間に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下、押出方向における厚さが１〜５０ｍｍである断熱部材が配置されている押出成形機である。
また、本発明は、上記の押出成形機を用いてセラミックス成形材料を成形するセラミックス成形体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、寸法精度が高い成形体を製造することができる押出成形機を提供することができる。
また、本発明によれば、寸法精度が高い成形体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る押出成形機の概略構成を示す模式図である。
【図２】整流板側からみた断熱部材の正面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る押出成形機の概略構成を示す模式図である。
【図４】ドラム側からみた温度調節ドラムの正面図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る押出成形機の概略構成を示す模式図である。
【図６】実施例における成形体の温度分布の測定結果である。
【図７】撮影写真から凸量の測定方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る押出成形機の概略構成を示す模式図である。
図１に示されるように、本実施形態に係る押出成形機１は、押出部１０と、押出部１０に接続された成形部２０と、押出部１０と成形部２０との間に配置された整流板３０と、成形部２０と整流板３０との間に配置された断熱部材４０を備えている。押出部１０は、スクリュー１１と、スクリュー１１を収容可能なバレル１２とを有する。また、成形部２０は、一端に口金２１を有し、他端が押出部１０の押出口１３に接続されている。
【００１４】
上記のような構成を有する押出成形機１では、押出部１０において成形材料の混練が行われる。このとき押出部１０内の温度が高いと、成形材料が乾燥して硬化してしまうことがあるため、押出部１０内の温度を制御するために、押出部１０は冷却されている。
一方、成形部２０は冷却されていないため、押出部１０の押出口１３から排出された成形材料は、整流板３０を通って成形部２０に進行するにつれて温度が徐々に上昇する。
【００１５】
従来の押出成形機では、成形部２０と整流板３０との間に断熱部材４０が配置されていないため、冷却された押出部１０の影響により、押出部１０側の成形部２０まで冷却されてしまう。このような状態では、成形材料の押出方向（進行方向）に垂直な断面において中心部の温度が高く、外周部の温度が低くなる傾向にある。成形材料の温度は、押出速度に影響するため、中心部の押出速度が速く、外周部の押出速度が遅くなる結果、所望の寸法精度を有する成形体が得られなかった。
【００１６】
これに対して本実施形態に係る押出成形機１では、成形部２０と整流板３０との間に断熱部材４０を配置しているため、押出部１０と成形部２０との間が断熱され、冷却された押出部１０の影響により、押出部１０側の成形部２０が冷却されることを抑制することができる。そのため、成形材料の押出方向に垂直な断面において中心部の温度と外周部の温度との差が小さくなる。これにより、成形部２０における押出速度が均一化され、成形体の寸法精度を向上させることができる。
【００１７】
以下、本実施形態に係る押出成形機１を構成する部材について詳細に説明する。
（押出部１０）
押出部１０は、スクリュー１１と、スクリュー１１を収容可能なバレル１２とを有していれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
スクリュー１１は、スクリュー軸１４と、スクリュー軸１４に沿って螺旋状に形成された羽根部１５とを有することが好ましい。
また、スクリュー１１は、成形材料、特にセラミックス成形材料の混練性の観点から、同方向に回転する２軸スクリューであることが好ましく、かみ合い型の２軸スクリューであることがより好ましい。この場合、一対のスクリュー１１は、バレル１２の内部に平行に併設される。
【００１８】
スクリュー１１の根元部は、駆動装置１６に接続されている。駆動装置１６は、モータ及びギアボックス（図示しない）を含み、予め規定された押出圧力となるように回転数を制御してスクリュー１１を回転させる。
押出部１０の上流側には、押出部１０内に成形材料を供給するための材料投入部１７が設けられる。材料投入部１７から供給された成形材料は、スクリュー１１によって混錬され、成形部２０に供給される。
【００１９】
（成形部２０）
成形部２０は、内部に空間を有するドラム２２を含み、一端に口金２１を有し、他端が押出部１０の押出口１３に接続されている。
ドラム２２の形状は、特に限定されず、縮径部や拡径部を一部に有していてもよい。例えば、図１に示されるように、ドラム２２は、押出口１３側に拡径部を有する。このような構造を有するドラム２２は、１つの部材から構成されていてもよいが、複数の部材から構成されていてもよい。複数の部材からドラム２２を構成する場合、拡径ドラムとストレートドラムとを組み合わせることによってドラム２２を得ることができる。
【００２０】
口金２１の形状は、特に限定されず、製造する成形体の形状に応じて適宜設定することができる。例えば、ハニカム形状を有する成形体を製造する場合、ハニカム成形体の隔壁の厚さに対応するスリットを有する口金２１が用いられる。
【００２１】
ドラム２２（成形部２０）内には、スクリーン（濾過網）２３が設けられていることが好ましい。スクリーン２３は、メッシュ状の素材で形成され、成形材料に混入した粗粒やその他夾雑物を除去し、口金２１に供給される成形材料を安定させることができる。
【００２２】
ドラム２２（成形部２０）の外周は、断熱シート（図示していない）で被覆されていることが好ましい。このような構成とすることにより、ドラム２２内の温度を一定に保つことができるため、成形材料の押出方向に垂直な断面において中心部の温度と外周部の温度との差が小さくなり、成形体の寸法精度を向上させる効果が高くなる。
【００２３】
（整流板３０）
整流板３０は、押出部１０と成形部２０との間に配置されている。整流板３０は、貫通孔を有し、成形材料の挙動を整える機能を有する。
貫通孔の数、位置及び形状については、特に限定されず、適宜設定することができる。
整流板３０の材質は、特に限定されないが、鉄系、ステンレス系の材料などを用いることができる。
【００２４】
（断熱部材４０）
断熱部材４０は、成形部２０と整流板３０との間に配置されている。
ここで、整流板３０側からみた断熱部材４０の正面図を図２に示す。図２に示されるように、断熱部材４０は、成形材料が通過可能な貫通孔４１を中央部に有する。
断熱部材４０としては、特に限定されないが、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。このような熱伝導率を有する断熱部材４０であれば、押出部１０と成形部２０との間の断熱効果を十分に確保することができる。なお、断熱部材４０の熱伝導率は、小さいほど断熱効果が高いため好ましいが、その下限は、入手可能な材料を考慮すると、０．０２Ｗ／ｍ・Ｋである。また、本明細書において「熱伝導率」とは、２５℃で測定された熱伝導率を意味する。
【００２５】
断熱部材４０の押出方向における厚さは、特に限定されないが、好ましくは１〜５０ｍｍである。このような厚さの断熱部材４０であれば、押出部１０と成形部２０との間の断熱効果を十分に確保することができる。
【００２６】
断熱部材４０の材質は、断熱性を有していれば特に限定されないが、断熱性樹脂から形成されていることが好ましい。
断熱性樹脂としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。断熱性樹脂の例としては、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの合成樹脂が挙げられる。
【００２７】
断熱部材４０は、成形材料と接触してもよいが、成形材料との接触によって摩耗する場合がある。このような場合には、成形部２０と整流板３０との間の成形材料と接する位置に、断熱部材４０を保護するための保護部材５０を配置することが好ましい。
保護部材５０は、個別の部品としてもよいが、図１に示されるように、断熱部材４０と接するドラム２２の端部を加工することによって保護部材５０をドラム２２に一体形成してもよい。
保護部材５０の材質は、特に限定されないが、ドラム２２と同じ材料（例えば、鉄系、ステンレス系の材料など）を用いることができる。
【００２８】
上記のような構造を有する押出成形機１は、成形体の製造方法に用いることができる。その中でも、押出成形機１は、セラミックス成形材料を用いるセラミックス成形体、特にハニカムセラミックス成形体の製造方法に用いるのに適している。
この押出成形機１を用いた成形体の製造方法によれば、寸法精度が高い成形体を得ることができる。
【００２９】
成形体の製造方法では、まず、材料投入部１７からバレル１２の内部に成形材料が供給される。成形材料は、スクリュー１１の回転によって剪断力を付与されながら混錬され、バレル１２の先端の押出口１３側に搬送される。バレル１２の押出口１３から押し出された成形材料は、整流板３０の貫通孔を通過し、スクリーン２３を通過して口金２１に供給される。成形材料は、口金２１を通じて成形材料が押し出され、所望の形状の成形体が得られる。
【００３０】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る押出成形機は、温度調節手段が設けられていることを除けば実施形態１の押出成形機と同一である。よって、ここでは、本発明の実施形態１に係る押出成形機と共通する構成については説明を省略し、異なる構成のみについて説明する。
図３は、本発明の実施形態２に係る押出成形機の概略構成を示す模式図である。
図３に示されるように、本実施形態に係る押出成形機２は、スクリーン２３と口金２１との間に温度調節手段２４ａが設けられている。温度調節手段２４ａによって成形材料の外周部の温度を制御することにより、成形体の端面に凸部が形成され難くなり、成形体の寸法精度をより一層高めることができる。作製する成形体のサイズ（特に、押出方向に垂直な断面の直径）や使用する成形材料の特性によっても異なるが、例えば、温度調節手段２４ａによって成形材料の外周部を加熱し、外周部の温度を中心部の温度よりも高くすることで、上記の効果を得ることができる。ただし、外周部の温度と中心部の温度との差が小さい方が上記の効果が得られることもあるため、作製する成形体のサイズや使用する成形材料の特性に応じて、温度調節手段２４ａによる温度制御を行うべきである。
【００３１】
温度調節手段２４ａとしては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。その中でも、内部を流体が流通可能な温度調節ドラムを温度調節手段２４ａとして用いることが好ましい。温度調節ドラムは、流体の温度を調整することで、温度制御が可能であるため、加熱素子などの加熱手段を用いた場合に比べて、電気量の消費を少なくすることができる。例えば、ボイラーなどを用いて温度制御した温水を温度調節ドラムに流通させることにより、成形材料を容易且つ効率的に加温することができる。
【００３２】
ここで、ドラム２２側からみた温度調節ドラムの正面図を図４に示す。図４に示されるように、温度調節ドラム２５は、流体の供給口２６及び排出口２７を有し、周方向にわたって流体の流路が形成されている。図示していないが、供給口２６及び排出口２７は、流体の供給装置にチューブなどを介して接続される。この供給装置で流体の温度を管理しつつ、流体を循環させることにより、温度調節を容易に行うことができる。
【００３３】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係る押出成形機は、成形部２０の拡径部に温度調節手段が更に設けられていることを除けば実施形態２の押出成形機２と同一である。よって、ここでは、本発明の実施形態２に係る押出成形機２と共通する構成については説明を省略し、異なる構成のみについて説明する。
図５は、本発明の実施形態３に係る押出成形機の概略構成を示す模式図である。
図５に示されるように、本実施形態に係る押出成形機３は、成形部２０の押出口１３側に拡径部を有し、この拡径部に温度調節手段２４ｂが設けられている。温度調節手段２４ｂによって成形材料の外周部の温度を制御することにより、成形体の端面に凸部が形成され難くなり、成形体の寸法精度をより一層高めることができる。作製する成形体のサイズ（特に、押出方向に垂直な断面の直径）や使用する成形材料の特性によっても異なるが、例えば、温度調節手段２４ｂによって成形材料の外周部を加熱し、外周部の温度を中心部の温度よりも高くすることで、上記の効果を得ることができる。ただし、外周部の温度と中心部の温度との差が小さい方が上記の効果が得られることもあるため、作製する成形体のサイズや使用する成形材料の特性に応じて、温度調節手段２４ｂによる温度制御を行うべきである。
【００３４】
温度調節手段２４ｂとしては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。例えば、図５に示されるように、成形部２０を拡径ドラム２８及びストレートドラム２９を用いて形成し、内部を流体が流通可能な温度調節ドラムを拡径ドラム２８として用いればよい。拡径ドラム２８に用いられる温度調節ドラムは、温度調節ドラムの軸方向に沿って拡径させることを除けば本発明の実施形態２に用いられる温度調節ドラム２５と同じ構成とすることができる。
【００３５】
なお、上記では、本発明の実施形態３に係る押出成形機３の特徴について、本発明の実施形態２に係る押出成形機２と異なる部分のみを説明したが、この特徴は、本発明の実施形態１に係る押出成形機１にも適用し得ることに留意すべきである。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。【００３７】
（実施例１）
図１に示される、断熱部材４０を有する押出成形機１を作製した。断熱部材４０は、熱伝導率が０．２５Ｗ／ｍ・Ｋのポリアセタール樹脂を用いて形成し、押出方向における厚さを１０ｍｍとした。また、ドラム２２及び整流板３０は、いずれも鉄系材料から形成し、断熱部材４０を保護するための保護部材５０をドラム２２に一体形成した。ドラム２２（保護部材５０）と整流板３０とが接触する面積は６ｃｍ2である。【００３８】
（実施例２）
図３に示される、断熱部材４０及び温度調節手段２４ａを有する押出成形機２を作製した。温度調節手段２４ａとしては温度調節ドラム２５を用い、温度調節ドラム２５には４５℃の温水を流通させた。また、温度調節手段２４ａ以外の構成は、実施例１と同様にした。【００３９】
（実施例３）
図５に示される、断熱部材４０及び温度調節手段２４ａ、２４ｂを有する押出成形機２を作製した。温度調節手段２４ａとしては温度調節ドラム、温度調節手段２４ｂとしては拡径部を有する温度調節ドラムをそれぞれ用い、各温度調節ドラムには４５℃の温水を流通させた。また、温度調節手段２４ａ、２４ｂ以外の構成は、実施例１と同様にした。【００４０】
（比較例１）
断熱部材４０及び温度調節手段２４ａ、２４ｂを有していない従来の押出成形機を準備した。この押出成形機の各部材の構成は、実施例１〜３と同様にした。なお、ドラム２２と整流板３０とが接触する面積は１５０ｃｍ2である。【００４１】
上記の実施例の押出成形機１〜３及び比較例の押出成形機を用い、コージェライト系のセラミックス成形材料を用い、成形材料の供給量を３００ｋｇ／ｈ、スクリュー１１の回転数を５５ｒｐｍとして、円柱状のセラミックスハニカム成形体（押出方向に垂直な断面の直径が１９６ｍｍ）の成形を行い、以下の評価を行った。【００４２】
（成形体の温度分布）
口金２１から排出された直後のセラミックスハニカム成形体の温度分布を赤外線サーモグラフィカメラ（日本アビオニクス株式会社製Ｔｈｅｒｍｏ  ＧＥＡＲ  Ｇ１２０ＥＸ）を用いて測定した。温度分布の結果は、セラミックスハニカム成形体の押出方向に垂直な断面全体の結果を図６に示す。また、セラミックスハニカム成形体の押出方向に垂直な断面の外周部及び中心部の温度を表１に示す。【００４３】
（真円度）
デジタルノギスを用いてセラミックスハニカム成形体の真円度を測定した。その結果を表１に示す。【００４４】
（成形体端面の凸量）
口金２１から排出された直後のセラミックスハニカム成形体を押出方向と垂直な方向に切断した後、その切断面を押出方向と垂直な方向から写真撮影し、成形体端面の凸量を測定した。凸量の測定は、撮影写真において、２つの外周端面部を繋ぐ直線を引き、当該直線に対して隆起している凸部の距離を求めることによって行なった。撮影写真から凸量の測定方法を説明するための模式図を図７に示す。その結果を表１に示す。【００４５】
【表１】
0006788130.tif 000002
【００４６】
表１及び図６に示されるように、断熱部材４０を有する実施例１の押出成形機１は、断熱部材４０を有していない比較例１の押出成形機に比べて、成形体の温度分布が均一であり、真円度が良好で凸量が少ない成形体を与えた。
また、温度調節手段２４ａを追加した実施例２の押出成形機２は、実施例１の押出成形機１に比べて、真円度及び凸量の結果が良好な成形体を与えた。
さらに、温度調節手段２４ｂを更に追加した実施例３の押出成形機２は、実施例２の押出成形機２に比べて、真円度及び凸量の結果がより良好な成形体を与えた。【００４７】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、寸法精度が高い成形体を製造することができる押出成形機を提供することができる。また、本発明によれば、寸法精度が高い成形体の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１、２、３  押出成形機
１０  押出部
１１  スクリュー
１２  バレル
１３  押出口
１４  スクリュー軸
１５  羽根部
１６  駆動装置
１７  材料投入部
２０  成形部
２１  口金
２２  ドラム
２３  スクリーン
２４ａ、２４ｂ  温度調節手段
２５  温度調節ドラム
２６  供給口
２７  排出口
２８  拡径ドラム
２９  ストレートドラム
３０  整流板
４０  断熱部材
４１  貫通孔
５０  保護部材
【要約】
スクリュー１１、及びスクリュー１１を収容可能なバレル１２を有する押出部１０と、一端に口金２１を有し、他端が押出部１０の押出口１３に接続された成形部２０と、押出部１０と成形部２０との間に配置された整流板３０とを備える押出成形機１である。押出成形機１には、成形部２０と整流板３０との間に断熱部材４０が更に配置されている。【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】
0006788130.tif 000009