(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出システムにおいて、
（イ）バインダ成分を有するバッチ材料を受け取り、該バッチ材料をダイに通して押し出して、押出物を形成するように構成された押出機と、
（ロ）制御部と、
（ハ）流体を含む流体供給部と、
（二）前記制御部に連結され、かつ前記流体供給部に流体連結された温度ユニットであって、前記制御部が、所望の均一な流体温度を得るように前記温度ユニットの出力を調節可能に制御する温度ユニットと、
（ホ）前記ダイから離間しているとともに該ダイより下流に設けられたアプリケータ装置であって、
（ｉ）前記流体を受け取るために前記温度ユニットに流体連結されている入口および出口と、
（ｉｉ）互いに枢動可能に連結されている第１の部分および第２の部分を有し、前記押出物が通過する前記第１の部分と前記第２の部分との間の開口部を画定する環状ハウジングと、
（ｉｉｉ）前記第１の部分内に配置され、前記アプリケータ装置の前記入口に連結された第１の本体と、
（ｉｖ）前記第２の部分内に配置された第２の本体であって、前記第１の本体および前記第２の本体が外側チャンバおよび内側チャンバを画定し、前記外側チャンバが前記入口に流体連結され、前記内側チャンバおよび前記外側チャンバが邪魔板を介して互いに流体連結されている、第２の本体と、
（ｖ）前記第１の本体および前記第２の本体の前記内側チャンバ内に配置され、前記出口に流体連結されているインサートと、を有するアプリケータ装置と、
を備え、
前記インサートはその内径の回りに半径方向に画定された複数のスロットを含み、前記複数のスロットは、前記アプリケータ装置の前記出口を形成するとともに、前記流体が前記押出物に向かって、該押出物の長手軸方向に垂直な方向に流れるように構成されており、それにより、前記流体が前記押出物上に均一に施され、前記押出物の表皮層が均一な流れおよび温度の両方に曝され、前記バインダ成分がゲル化するよう構成されている、
押出システム。
【請求項２】
前記流体供給部から前記温度ユニットまでの前記流体の流れを測定するように構成された流量計と、
前記押出物の前記外層の温度を測定するように構成された温度センサと、
を備える、前記制御部と電気通信している測定システムをさらに備え、
前記温度測定に基づいて、前記制御部が、前記流体供給部からの前記流体の流れを制御可能に調整するように構成されている、
請求項１に記載の押出システム。
【請求項３】
前記制御部と電気通信し、前記押出機からの前記押出物の押出速度を測定するように構成されたエンコーダをさらに備え、
前記測定した温度に基づいて、前記制御部が、前記押出速度、前記温度ユニットの前記出力または前記流体供給部からの前記流体の流れを制御可能に調整するように構成されている、
請求項２に記載の押出システム。
【請求項４】
前記アプリケータ装置および前記エンコーダが、前記ダイと切断工具との間に配置され、前記アプリケータ装置が前記切断工具に隣接して配置され、前記エンコーダが前記ダイに隣接して配置されている、
請求項３に記載の押出システム。
【請求項５】
押出システムにおいて、
（イ）バインダ成分を有するバッチ材料を受け取り、該バッチ材料をダイに通して押し出して、押出物を形成するように構成された押出機と、
（ロ）制御部と、
（ハ）流体を含む流体供給部と、
（二）前記制御部に連結され、かつ前記流体供給部に流体連結された温度ユニットであって、前記制御部が、所望の均一な流体温度を得るように前記温度ユニットの出力を調節可能に制御する温度ユニットと、
（ホ）前記ダイから離間したアプリケータ装置であって、
（ｉ）前記流体を受け取るために前記温度ユニットに流体連結されている入口および出口と、
（ｉｉ）互いに枢動可能に連結されている第１の部分および第２の部分を有し、前記押出物が通過する前記第１の部分と前記第２の部分との間の開口部を画定する環状ハウジングと、
（ｉｉｉ）前記第１の部分内に配置され、前記アプリケータ装置の前記入口に連結された第１の本体と、
（ｉｖ）前記第２の部分内に配置された第２の本体であって、前記第１の本体および前記第２の本体が外側チャンバおよび内側チャンバを画定し、前記外側チャンバが前記入口に流体連結され、前記内側チャンバおよび前記外側チャンバが邪魔板を介して互いに流体連結されている、第２の本体と、
（ｖ）前記第１の本体および前記第２の本体の前記内側チャンバ内に配置され、前記出口に流体連結されているインサートと、を有するアプリケータ装置と、
（ヘ）前記制御部と電気通信し、前記押出機からの前記押出物の押出速度を測定するように構成されたエンコーダと、
を備え、
前記インサートはその内径の回りに半径方向に画定された複数のスロットを含み、前記複数のスロットは、前記アプリケータ装置の前記出口を形成するとともに、前記流体が前記押出物に向かって、該押出物の長手軸方向に垂直な方向に流れるように構成されており、それにより、前記流体が前記押出物上に均一に施され、前記押出物の表皮層が均一な流れおよび温度の両方に曝され、前記バインダ成分がゲル化するよう構成されているおり、
前記アプリケータ装置および前記エンコーダが、前記ダイと切断工具との間に配置され、前記アプリケータ装置が前記切断工具に隣接して配置され、前記エンコーダが前記ダイに隣接して配置されている、
押出システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１２０条に基づいて、２０１２年８月３０日付けで出願された米国特許出願第１３／５９９，４０５号明細書の優先権の利益を主張し、その全内容が利用され、参照によって本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、押出体を形成するための押出システムおよび方法、詳細には、押出体内に生じる欠陥を抑制または防止するために押出体の剛性を制御するための押出システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
可塑化材料の混合物をセル状構造（すなわちハニカム）に押し出すには、変形能（形状成形のため）と構造的一体性（形状保持のため）との微妙なバランスが必要である。そのような混合物は、無機セラミック粉末、バインダ成分および液体成分を含み得、それらの量は、押出工程中には低圧、低トルクおよび低温を維持し、一方、形成時には取り扱い得る自立体を作るように制御される。
【０００４】
押出物のセル状構造は、成形体の周囲近傍のセルが、成形体の中間もしくは中央近傍のセルと比較してより小さいまたは減少した断面を有し得るように形成され得る。理想または本来のセル状構造では、各セルの内圧と、成形体外側の環境圧力または大気圧との間で圧力平衡が達成される。しかしながら、押出工程によっては押出物が、鋸刃などの切断工具によって所望の長さに切断される。押出物が切断される際に、刃は構造のより微細な外側セルを「擦り」または潰し得る。断面積がより小さいそれらのセルは寸法がより小さいために、切断ステップ中に、より擦れ、または潰れやすい傾向がある。
【０００５】
押出物の周囲または外層近傍のセルが擦れによって潰れると、潰れたセルと環境との圧力平衡が失われる。押出物は長さ寸法を有するため、各セルはこの長さによって画定された細長いチャンネルを形成する。したがって、セルが潰れると圧力平衡が損なわれるために、チャンネルの一端部が密閉され、チャンネルの残りが内側に潰れる。それによって、潰れたセルまたはチャンネルには、押出物の長さに沿って「皮溝」と呼ばれる外観上の欠陥が生じる。
【０００６】
皮溝は、多くの顧客が押出品に望まない外観上の欠陥であるため望ましくない。より重要なことには、皮溝は高い応力集中の原因となり得、場合によってはクラックまたは微小亀裂が溝内に生じ得る。クラックまたは微小亀裂が発生すると、成形部品の構造的一体性が低下し、その結果、欠陥品になり得る。
【０００７】
皮溝を減らし、またはなくすために使用されている従来の技術は、中程度以下の成果しかないが、改善された切断工程を含み、機械的方法または他のスコアリング法(scoring methods)によって表皮に通気を行い、バッチの水の比率を下げることによってバッチ材料を硬化させ、赤外線エネルギーまたはマイクロ波エネルギーで押出物の表皮をゲル化および／または乾燥させる。マイクロ波エネルギーを使用することによって、湿潤押出セラミック体を硬化させるそのような一例がＢｅｒｇｍａｎらの特許文献１に記載されており、その全体が参照により本明細書に援用される。マイクロ波エネルギーの使用により、場合によっては良好な結果が得られているが、マイクロ波エネルギーは、特に押出物の外層またはその近傍で不均一な加熱パターンが生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００９３２０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、押出工程、特に、切断する前の湿潤セラミック押出物の構造的一体性を改善する必要がある。また、均一手段によって、押出物の周囲またはその近傍の押出物の構造的一体性を改善するシステムを提供することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の例示的実施形態では、ハニカムセル状構造を有する湿潤押出物の外層を硬化させるための方法が提供される。本方法は、押出装置を通して押出物を押し出すステップと、押出物の外層上に流体の実質的に均一な流れを方向付けるステップとを含む。本方法はまた、押出物のバインダ材料の温度をそのゲル化点まで上昇させるステップと、押出物の少なくとも外層を硬化させるステップとを含む。
【００１１】
実施形態の一態様では、本方法は、押出物の少なくとも外層から水の一部を除去するステップを含み得る。それに加えて、本方法は、硬化した押出物を切断工具で切断するステップを含み得る。別の態様では、本方法は、外層が切断ステップによって潰れるのを防止するステップを含む。また本方法は、加熱装置で流体を実質的に均一な温度まで加熱するステップを含み得る。その際に、本方法は、方向付けステップの後に押出物の外層の温度を測定するステップと、バインダ材料のゲル化を達成するように加熱ステップを制御するステップとを含み得る。
【００１２】
さらなる態様では、本方法は、押出装置からの押出物の押出速度を決定するステップと、バインダ材料のゲル化を達成するように加熱ステップまたは押出速度を制御するステップとを含み得る。さらに、押出物の外層は、実質的に均一な温度まで加熱することができる。
【００１３】
別の実施形態では、バインダ成分を有するバッチ材料を受け取り、バッチ材料をダイを通して押し出して、押出物を形成するように構成された押出機を含む押出システムが提供される。本システムは、制御部と、流体を含む流体供給部と、制御部に連結され、かつ流体供給部に流体連結された温度ユニットとを含む。制御部は、所望の流体温度を得るように温度ユニットの出力を調節可能に制御する。本システムはまた、ダイから離間し、入口および出口を有するアプリケータ装置であって、入口が、流体を受け取るために温度ユニットに流体連結されているようなアプリケータ装置を含む。出口は、バインダ成分の温度をそのゲル化点まで上昇させ、かつ／また外層から水の一部を除去するために押出物の外層上に流体の実質的に均一な流れを方向付けるように構成された、画定された開口部を含む。
【００１４】
この実施形態の一態様では、本システムは、アプリケータ装置から離間した切断工具を含む。切断工具は、押出物を少なくとも２つの部分に分離するように構成される。本システムはまた、制御部と電気通信している測定システムを含み得る。測定システムは、流体供給部から温度ユニットまでの流体の流れを測定するように構成された流量計と、押出物の外層の温度を測定するように構成された温度センサとを含み得る。温度測定に基づいて、制御部は、流体供給部からの流体の流れを制御可能に調整するように構成される。
【００１５】
関連する態様では、押出システムはまた、制御部と電気通信しているエンコーダを含み得る。エンコーダは、押出機からの押出物の押出速度を測定するように構成される。温度測定に基づいて、制御部は、押出速度、温度ユニットの出力または流体供給部からの流体の流れを制御可能に調整するように構成される。異なる態様では、アプリケータ装置およびエンコーダは、ダイと切断工具との間に配置される。アプリケータ装置は切断工具に隣接して配置され、エンコーダはダイに隣接して配置される。
【００１６】
本実施形態の態様では、アプリケータ装置は、互いに枢動可能に連結されている第１の部分および第２の部分を有する環状ハウジングを含み得る。ハウジングは、押出物が通過する第１の部分と第２の部分との間の開口部を画定する。アプリケータ装置はさらに、第１の部分内に配置され、アプリケータ装置の入口に連結された第１の本体と、第２の部分内に配置された第２の本体とを含む。第１の本体および第２の本体は、外側チャンバおよび内側チャンバを画定し、外側チャンバは入口に流体連結され、内側チャンバおよび外側チャンバは邪魔板を介して互いに流体連結される。装置はまた、出口に流体連結されるように第１の本体および第２の本体の内側チャンバ内に配置されたインサートを含む。この態様に関して、アプリケータ装置の出口に画定された開口部は、インサートに画定された複数のスロットを備える。
【００１７】
異なる実施形態では、バインダ成分を有するバッチ材料から形成されている湿潤セル状セラミック押出物の剛性を制御するための方法が提供される。本方法は、押出装置を通して押出物を押し出すステップと、流体を温度ユニットに供給するステップと、温度ユニットにおける流体の温度を制御するステップと、押出物を押出装置からアプリケータ装置まで移動させるステップとを含む。本方法はまた、温度ユニットからの流体を、アプリケータ装置に画定された開口部を通して方向付けるステップと、押出物の外層を流体の均一な流れに接触させるステップと、バインダ成分の温度をそのゲル化点まで上昇させるステップと、押出物をアプリケータ装置に通過させ、押出物を硬化させるステップとを含む。
【００１８】
この実施形態の一態様では、本方法は、押出物がアプリケータ装置から出る際に押出物の温度を測定するステップを含む。別の態様では、本方法は、温度ユニットに供給されている流体の流速を測定するステップと、押出物の押出速度を測定するステップとを含む。それに関して本方法は、測定温度が、バインダ成分がそのゲル化点に達する閾値温度に相当するかどうかを判定するステップを含み得、測定温度が閾値温度未満であれば、本方法は、測定温度が閾値温度に達するまで流体の流速、押出速度または温度ユニットの出力を調節可能に制御するステップを含むようなものである。さらなる態様では、本方法は、アプリケータ装置の外側チャンバ内に流体を受け取るステップと、外側チャンバの周りに流体を循環させるステップと、アプリケータ装置の外側チャンバと内側チャンバとの間に配置された邪魔板に画定された複数の開口部を通って流体を漏出させるステップと、アプリケータ装置のインサートに画定された１つもしくは複数のスロットまたは孔に流体を均一に通過させるステップとを含み得る。
【００１９】
添付図面と共に、例示的実施形態の以下の説明を参照することによって、本開示の上記態様およびそれら態様を得る方法がより明らかとなり、特許請求する発明自体が一層よく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】湿潤セラミック体の本来の外側セル層の部分断面図である。
【図２】湿潤セラミック体の擦れた外側セル層の部分断面図である。
【図３】温度および剛性から見た２つの異なる押出物のグラフである。
【図４】押出システムの第１の実施形態におけるブロック図である。
【図５】アプリケータ装置の第１の実施形態における斜視図である。
【図６】図５のアプリケータ装置の分解図である。
【図７】押出システムの第２の実施形態におけるブロック図である。
【図８】アプリケータ装置の第２の実施形態における等角図である。
【図９】図８のアプリケータ装置の断面図である。
【図１０】押出工程のフローチャートである。
【００２１】
複数の図全体を通して、対応する参照符号を用いて対応部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に説明する実施形態は、包括的または限定的なものではない。むしろ実施形態は、当業者が、本明細書で特許請求するような本発明の原理および実施を認識し、理解し得るように選択し、説明する。
【００２３】
本開示のために、本明細書で使用するような用語「押出段階」または「押し出す」は、押出機のバレルを通してバッチ材料を搬送または輸送し、ダイアセンブリを通してバッチ材料を送ることを意味する。用語「流れ方向」および「押出方向」は同じ意味を意図しており、バッチ材料がバレルを通して搬送され、ダイアセンブリを通して送られる方向を意味するものである。さらに、用語「押出機」および「押出機装置」は同じ意味を意図している。
【００２４】
本明細書で使用するような用語「バッチ材料」は、クレー、タルク、アルミナおよびムライトなどの乾燥セラミック原材料、メチルセルロース（セルロースエーテル）もしくはポリビニルアルコールなどのバインダ／可塑剤、ならびに／または水の湿潤混合物であり得る。例として、バッチ材料中には、約５０〜７５重量％の乾燥成分および約２５〜５０重量％の湿潤成分が存在し得る。バッチ材料は反応すると、炭化物、耐火性酸化物またはコージエライトなどのセラミック材料を形成し得る。
【００２５】
図１を参照すると、湿式鋸によって切断された後の例示的湿潤セラミック押出物の断面部分が示される。押出物は、複数のセル１０２が材料の内壁１０６によって画定されているハニカム構造１００からなる。図１に示すように、内部セル１０２の多くは、４つ以上の縁部を有して形成され得る。これらの内部セル１０２の形状または構造は、形成されている押出物の種類およびダイアセンブリの構造に依存し得る。
【００２６】
しかしながら図１に示すように、押出物の周囲近傍に形成された内部セルは、周囲１０８から離間したそれらの内部セル１０２より小さい断面積を有し得る。押出物の周囲１０８すなわち外壁によって、最外内部セルの断面積が約半分減少し得る。例として、そのような１つの内部セル１０４が略三角形の断面を有しているのを示す。この例では、内部セル１０４は画定された内部を有する（すなわち、セル１０４は所望の状態である）。
【００２７】
しかしながら図２を参照すると、内部セル１０４は擦れ、または潰れている。図２のハニカム構造２００は、最外内部セル２０２の１つまたは複数が潰れた湿潤セラミック押出物の異なる実施形態を示し得る。構造２００はさらに、断面積がより大きい複数の内部セル１０２を含む。より小さい断面のセル２０２が潰れているのを示し、したがって、セル２０２は押出物の長さに沿って皮溝２０４を形成する。先に説明したように、セル２０２が押出物の一端部で潰れると、潰れたセル２０２の内圧と大気圧との圧力平衡が失われ、それによってセル２０２がその全長に沿って潰れる。押出物の周囲１０８のセル全体がこのように潰れることにより、皮溝２０４が形成される。
【００２８】
種々の研究を通して、これらの皮溝の形成は経時で生じることが確認されている。言いかえれば、第１のログ（すなわち湿潤押出物）は、図１に示すものと類似した断面を有して形成され得る。しかしながら、多数のログが形成され、切断された後、ログの外層近傍のより小さい内部セルは、切断工具によって擦れ、最終的に潰れる傾向がある。より複雑な押出物が形成されると、これらの内部セルの断面積はより小さくなり続け、したがって皮溝を形成する可能性が高まる。
【００２９】
既に説明したように、材料は押出機を通して押し出されるため、皮溝欠陥は、材料の柔軟性および変形能に起因し得る。材料は、所望の最終製品を形成し得るように変形可能であることが望ましいが、あるレベルの構造的一体性も維持することが同様に望まれる。従来の方法ではマイクロ波エネルギー、無線周波エネルギーまたは赤外線エネルギーによって材料を硬化させようとしてきたが、材料の内部セルの外層を均一に硬化させることができないために結果はまちまちであった。
【００３０】
本開示は、これらのセルの１つまたは複数が潰れるのを抑制または防止するために、内部セルの外層を効率的に硬化させるためのいくつかの実施形態を提供する。本開示は、押出しによって成型され、形作られ得る任意の塑性変形可能な材料に適用可能である。そのような材料は、無機粉末（すなわち、セラミック原材料）と有機形成化合物（すなわちバインダ、界面活性剤、可塑剤、潤滑剤など）との混合物を含み得る。少なくとも１つの有機化合物は、多くの場合、バインダ成分であるが、熱ゲル化点を有し得る。特に適切な塑性材料は、コージエライトおよび／またはムライトを含むセラミック物品を形成することができる混合物を含み得る。そのような混合物の例には、２％〜６０％のムライトおよび３０％〜９７％のコージエライトが含まれ得、他の相の許容量は典型的には最大１０重量％である。熱ゲル化点を有する、コージエライト形成に適したバインダは、メチルセルロースおよび／またはメチルセルロース誘導体などのセルロースエーテルバインダである。
【００３１】
セラミック原材料、バインダおよび残りの有機成分は、水などの液体ビヒクルと混合し、可塑化バッチを形成し得る。バッチは押出機に入れ、ダイを通して押し出すことができる。押出機は当技術分野においてよく知られており、材料をダイに通して送るラムまたはスクリュフィードを備え得る。セラミック材料は、押出機ダイを離れる際には「ログ」と呼ばれる長いチューブ状の塊の形状をしており、次いで刃または湿式鋸などの切断工具を使用して切断され、形作られる。
【００３２】
本開示は、様々な種類の基材に適し得、特にセラミック基材を押し出す工程に良く適している。従来の押出工程では、新しく押し出されたログは一般に湿潤強度が低く、ウェブが非常に薄いために一般にはしっかりと自立しない（すなわち、図１および図２に示すようなハニカム構造）。このことにより、変形によってなどの損傷を引き起こすことなく後の処理ステップ（すなわち湿式取扱い、切断および乾燥）でログを取り扱うことが困難になり得る。これによってまた、皮溝の形成を引き起こすことなくログを所望の長さに切断することが難しくなる。
【００３３】
上で説明した種類の塑性変形可能な材料は、熱ゲル化点を有する有機バインダ成分を含み得る。温度がゲル化点に向かって上昇するにつれ、材料の粘性は減少する。しかしながらゲル化点に達すると、温度上昇に伴って粘性が非常に急速に増加し得る。したがって、ほとんどの従来の工程では、この種の塑性変形可能な材料は、有機バインダのゲル化点直下の温度で加工および形成される傾向がある。
【００３４】
しかしながら図３に示すように、本開示は、ゲル化点に達し、またはそれを超えるように塑性変形可能な材料のバインダ成分の温度を上昇させる実施形態を提供する。図３を参照すると、グラフ３００は、含水量が異なる、２つの実質的に同一の塑性変形可能な材料に関する研究を示す。図３に線３０２で示す第１の材料は、約３４％の水を有する。線３０４で示す第２の材料は、約３２％の水を有する。
【００３５】
この研究では、レオロジー手法を用いて、熱を均一に加えることによって各材料をある範囲の温度上昇に晒し、各材料中の有機バインダの硬化に対して材料がどのように反応するかを確認した。そのために、毛管レオメータの温度掃引を行って、各材料を加熱することに対する、各材料から水の少なくとも一部を除去することの効果を分析した。図３において、各材料が押出機を通過する前は、表皮温度は約３１℃であった。これは、第１の材料については基準点３０６、第２の材料については基準点３０８で示す。
【００３６】
押出工程中、２つの材料は、材料の剛性と相関がある毛細管圧において差を示す。ここで、材料が定常状態にある間、剛性の差は材料間における含水量の差に起因する。この差は基準点３１６によって示され、これはこの研究において約１００ｐｓｉ（６８９ｋＰａ）に等しい。したがって、２％の水の差が約１００ｐｓｉ（６８９ｋＰａ）の剛性の大きさの変化に寄与している。言いかえれば、材料から水の少なくとも一部を除去するステップが、約１００ｐｓｉ（６８９ｋＰａ）の圧力（ひいては剛性）変化に寄与し得ることが確認される。
【００３７】
押出機を通して各材料を押し出した時に、表皮温度を再び測定した。多くの従来の押出工程では、バインダ成分のゲル化点を超えることなく、その近傍で押出しを制御することが望ましい。２軸スクリュ押出機では、２軸スクリュをより速く回転させることによって、より多くの材料を押し出すことができる。２軸スクリュが回転すると、バッチ材料内でより多くのせん断が引き起こされ、これにより材料の温度が上昇する。図３では、基準点３１０が、第１の材料のバインダ成分のゲル化点を示す。同様に、基準点３１２が、第２の材料のバインダ成分のゲル化点を示す。各材料は、バインダ成分のゲル化点またはそれ未満で押し出した。
【００３８】
しかしながら押出工程後、次いで各材料を温度ユニット（例えば加熱器）に通過させ、表皮温度をさらに上昇させた。図３にさらに示すように、第２の材料が温度ユニットから出た時、測定された表皮温度は基準点３１４で示すような約４７℃に達した。したがって、測定された表皮温度は約４０℃のゲル化点を超えた。
【００３９】
図３に示すように、表皮温度をバインダ成分のゲル化点を超えて上昇させることによって、硬化を改善することができる。特に、基準点３１４と基準点３０８との圧力差は、バインダ成分をそのゲル化点まで加熱することによって約３１７ｐｓｉ（２１８６ｋＰａ）（すなわち、基準点３１８によって識別される）、すなわち、ほぼ８５％の改善を示す。残りの１５％は、材料を押し出した後に、材料から除去されている水の少なくとも一部に起因する。したがって、材料のバインダ成分がそのゲル化点に達するように、押出機から出た時に熱を湿潤押出物に均一に加えることによって、表皮層の剛性を高めて、この層内の皮溝形成を抑制または防止することができる。
【００４０】
図４〜図６を参照すると、バッチ材料のバインダ成分をゲル化することによって、押し出された材料、特に材料の表皮層または外層の剛性を高めるための押出システムの例示的実施形態が示される。システム４００は、従来の押出機４０２と、所望の押出物を形成するためのダイアセンブリ４０４とを含む。バッチ材料は、入口（図示せず）を通って押出機４０２に入り、２軸スクリュ押出装置を通過して、バッチ材料を混合し、ふるいにかけ、脱気し、搬送し、ダイアセンブリ４０４を通して送ることができる。押出物は、ダイアセンブリ４０４を通過すると、空気軸受４２８に沿って配置された空気のポケットによって支持されている湿潤ログ４２６の形をとる。空気軸受４２８は、中に画定され、空気が通過する複数の孔を有するアルミニウム体を備える。空気軸受４２８は、押出物４２６を支持するために、湿潤押出物４２６の断面形状と一致するように曲線を付けられた断面形状を有し得る。
【００４１】
システム４００は、主制御部４１６に電力を供給する電源４１４を含み得る。主制御部４１６は、プログラマブル論理制御装置４１２すなわちＰＬＣと電気的に結合され、電気通信し得る。ＰＬＣ４１２は、システム４００の動作を制御するようにソフトウェア、較正、コンピュータ読取可能命令、プログラムループなどによってプログラムすることができる。ＰＬＣ４１２およびその機能性については、以下にさらに詳細に説明する。
【００４２】
図４では、システム４００は、押出物４２６の押出速度を測定するエンコーダ４２２を含む。エンコーダ４２２は、無線ネットワークまたは有線通信リンクのいずれかを介してＰＬＣ４１２と電気通信することができる。有線または無線のいずれかの通信リンク４３２によって、ＰＬＣ４１２はシステム内の様々な装置を制御することができる。
【００４３】
システム４００はまた、切断工具４２４を含む。切断工具４２４は、湿式鋸、切断刃、または任意の既知の切断装置であり得る。切断工具４２４は、押出速度と実質的に同じ速度で移動することができる。さらに切断工具４２４は、切断ステップおよび切断するタイミングを制御するためのそれ自体の制御部を有し得る。あるいは、切断工具４２４は、主制御部４１６またはＰＬＣ４１２のいずれかに動作可能に連結することができる。
【００４４】
図４の実施形態では、システム４００は、押出物４２６が押出機４０２から出たら押出物４２６の温度を調整するための温度ユニット４１０をさらに含み得る。温度ユニット４１０は、主制御部４１６に電気的に結合されているが、実施形態によっては、ＰＬＣ４１２によって動作可能に連結され、制御され得る。通信リンク４３６は、主制御部４１６またはＰＬＣ４１２のいずれかとの間に設けることができる。
【００４５】
温度ユニット４１０は、入口および出口を含み得る。入口は、流体供給部４０６に流体連結することができる。流体供給部４０６は、圧縮空気、圧縮窒素またはアルゴンなどのプロセスガスを含み得る。他の実施形態では、水などの液体が流体供給部４０６に含まれてもよい。本開示のために、流体供給部は、温度ユニット４１０に供給される液体または気体を含み得る。そのため、用語「流体」は気体または液体と呼ぶことができる。
【００４６】
流量計４０８は、流体の流れを測定するために流体供給部４０６と温度ユニット４１０との間に連結することができる。流量計４０８は、システム４００の測定ユニットの一部を形成し、ＰＬＣ４１２に電気的に結合することができる。この電気的結合により、流量計４０８とＰＬＣ４１２との間の有線または無線接続部４３０を信号が通過することができる。本構成では、均一な流れを確実するために、ＰＬＣ４１２は流体供給部の流速を監視および制御することができる。流体が入口を通って温度ユニット４１０に流れ込む際に、流体温度を所望温度または閾値温度に応じて調整することができる。多くの場合には、温度ユニット４１０は、流体温度を上昇させるための加熱器として機能する。しかしながら、温度ユニット４１０が冷却器として機能するような、流体温度を低下させる他の場合があってもよい。温度ユニット４１０は、それを通過する流体の温度を均一に変化させることが望ましい。
【００４７】
温度ユニット４１０の出口は、アプリケータ装置４１８に流体連結される。アプリケータ装置４１８は、押出機４０２から離間し、切断工具４２４と押出機４０２との間に配置される。図５および図６を参照してより詳細に説明するように、アプリケータ装置４１８は、温度ユニット４１０から流体を受け取り、その流体を、アプリケータ装置４１８の開口部を通過する押出物４２６上に均一に方向付ける。
【００４８】
流体は、バインダ成分がそのゲル化温度に達するように、押出物４２６の表皮層上に方向付け、または表皮層に均一に施すことが望ましい。表皮層の一部が流体の均一な流れに晒されない場合、内部セルの壁を形成する材料は所望の剛性まで硬化しないことがあり、したがって、切断工具４２４が材料を切断した時に潰れることがある。流体がアプリケータ装置を通して均一に供給される構造および方法を図５および図６に示す。さらに流体は、バインダ成分のゲル化温度またはそれを超える温度である均一な温度に達することが望まれ得る。したがって、流体を実質的に均一な流れおよび温度で押出物４２６の表皮層に晒すことができる。
【００４９】
しかしながら図５および図６を参照する前に、システム４００の測定部分もまた、温度センサ４２０を含み得る。温度センサ４２０は、熱電対、赤外線熱画像カメラもしくは電子画像装置、高温計温度センサ、または温度を検出するための他の既知の検知装置の形であり得る。温度センサ４２０は、押出物４２６がアプリケータ装置４１８を通過する際に表皮温度を測定するための位置に配置することができる。温度センサ４２０は、有線または無線通信リンク４３４を介してＰＬＣ４１２と電気通信し得る。したがって、システムの動作中に、エンコーダ４２２は、システムを通過する押出物４２６の押出速度をＰＬＣ４１２に伝えることができる。流量計４０８は、温度ユニット４１０に供給されている流体の流速を示す信号をＰＬＣ４１２に送ることができ、温度センサ４２０は、表皮温度がバインダ成分のゲル化する閾値温度に達したかどうかを示す温度測定値をＰＬＣ４１２に送ることができる。これらの測定値に基づいて、ＰＬＣ４１２は、温度ユニット４１０の出力（例えば、流体温度を上昇させるために加熱器の出力を増加させる）、流体供給部４０６によって供給される流体の流速（例えば、バルブを開ける量）、または場合によっては押出速度（例えば、２軸スクリュの回転速度）さえ制御することができる。
【００５０】
上記を考慮して、システム４００のプロセス制御により、湿潤押出セラミックログ４２６の周囲付近の表皮を均一に加熱することができる。表皮は、望ましくは有機バインダ（本開示では「バインダ成分」とも呼ぶ）の「ゲル化」を確実するのに十分な温度まで加熱し、それによってログの外周または表皮層を硬化させて、溝切欠陥をなくし、または減らす。プロセス制御により、表皮および周囲のセル状構造が、切断工具によってなされる切断の結果として生じる擦れに耐えるように、表皮および周囲のセル状構造を硬化させることができる。その際に、本システムによって、押出物を押し出し続ける時に表皮を内側に潰す（それによって溝を形成）主要な開始因子（擦れた独立セル）をなくし、または著しく減らすことができる。プロセス制御によってまた、表皮の均一な硬化を達成することができる。熱を均一に加えることで表皮の弾性率（剛性）が増加し、これによって少量の擦れが切断工具で生じても表皮が「引っ込み」または潰れない。この均一な表皮の硬化は、さらに皮溝の発生を減らし／なくすことができる因子である。
【００５１】
図４のアプリケータ装置４１８は、押出物が切断工具４２４によって切断される前に、湿潤セラミック押出物に熱を均一に加えるように構成される。図５および図６を参照すると、例示的アプリケータ装置５００が示される。装置５００は、第１の部分５０４および第２の部分５０６を含み得る。第１の部分５０４および第２の部分５０６は、枢動点５３６を中心に枢動可能に互いに連結し得る。一態様では、枢動点５３６はヒンジ連結部であり得る。当業者であれば、２つの部分を互いに対して枢動させるための他の既知の手段を考えることができる。
【００５２】
第１の部分５０４は、入口カプラ５１０を含み得る。入口カプラ５１０は、入口６０４または開口部を画定し得る。図５に示すように、入口カプラ５１０は、コネクタまたは取付具５０８を介して流体パイプまたはチューブ５０２に連結することができる。取付具５０８は、入口カプラ５１０およびチューブ５０２の両方と螺合し得る。あるいは、連結部はプレス嵌合具、スナップ嵌合具または他の既知の連結手段であり得る。流体パイプまたはチューブ５０２は、流体が押されてチューブ５０２を通り、入口カプラ５１０の入口６０４を通るように、図４の温度ユニット４１０および流体供給部４０６に連結することができる。このように、アプリケータ装置５００は、流体供給部４０６および温度ユニット４１０と流体連通し、または流体連結される。一態様では、アプリケータ装置５００。
【００５３】
アプリケータ装置５００は、第１のハウジング５１２および第２のハウジング５１４によって形成されている外側ハウジングをさらに含む。第１の部分５０４および第２の部分５０６が互いに連結されると、第１のハウジング５１２および第２のハウジング５１４は単一の外側ハウジングを形成する。クランプ部分６００およびラッチ部分６４２（図６参照）を含むクランプ部材５１６は、２つのハウジングを共に連結するために、第１のハウジング５１２または第２のハウジング５１４のいずれかの上に配置することができる。第１および第２のハウジングは、互いに連結されると略六角形状の構造を形成し得る。しかしながら他の実施形態では、ハウジングは半円状、半球状、または他の所望の形状の構造を形成し得る。あるいは、第１のハウジング５１２は、第２のハウジング５１４と異なる寸法および形状をとり得る。
【００５４】
図６に示すように、第１のハウジング５１２および第２のハウジング５１４は、実質的に中が空洞であり、湾曲した内部境界を有する。１つまたは複数の取付板６０２は、アプリケータハウジング５００を別の構造物（例えば、レールまたはビーム）に取り付けるために、一方のハウジングに連結することができる。２つのハウジングが互いに連結されると、湾曲した内部境界は、押出物が通過することができる、ハウジングの開口部を画定する。特に、ハウジングに画定された開口部を押出物が通過する際に、第１のハウジング５１２および第２のハウジング５１４は完全に押出物を囲む。これにより、押出物の周囲または表皮層全体を、アプリケータ装置５００を通過する流体に晒すことができる。押出物が通過するハウジングの開口部は、第１のハウジング５１２および第２のハウジング５１４に対して中央に画定することができる。他の実施形態では、開口部は、第１および第２のハウジングに対してずらして画定してもよい。
【００５５】
アプリケータ装置５００は、第１の内側ハウジング５１８および第１のインサート５２２を含み得る。第１の内側ハウジング５１８は、第１の外側ハウジング５１２内に収まるように、第１の外側ハウジング５１２よりわずかに小さく構成することができる。第１の内側ハウジング５１８は、外径および内径を有し得る。この内径は、第１のハウジング５１２の湾曲した内部境界に対応し、またはそれと実質的に合い得る。したがって、第１の内側ハウジング５１８は、アプリケータ装置５００を通過する押出物に干渉しない。第１の内側ハウジング５１８はまた、入口カプラ５１０に連結される。これは、一体型連結器、ねじ連結器、プレス嵌合連結器、スナップ嵌合連結器、または第１の内側ハウジング５１８を入口カプラ５１０に連結するための他の既知の手段であり得る。
【００５６】
第１のインサート５２２は、内径および外径を有して、三日月状に構成することができる。第１のインサート５２２の寸法および形状は、第１の内側ハウジング５１８に取り外し可能に連結することができるようなものであり、第１の内側ハウジング５１８は、連結された時に第１のインサート５２２を実質的に囲む。第１のインサート５２２は、軸方向に外向きに突出する複数のタブまたはピン６０６、６０８、６１０を有し得る。第１のインサート５２２を第１の内側ハウジング５１８に連結すると、第１のピン６０６は第１の内側ハウジング５１８の第１の開口部またはスロット６１２と係合する。同様に、第２のピン６０８は第２のスロット６１４と係合し、第３のピン６１０は第３のスロット６１６と係合する。このように、第１のインサート５２２は、第１の内側ハウジング５１８に連結され、たとえあったとしても、数度より大きく回転または枢動することはできない。
【００５７】
アプリケータ装置５００はまた、第１の内側ハウジング５１８および第１のインサート５２２と同様に構成され、互いに連結されている第２の内側ハウジング５２０および第２のインサート５２４を含む。特に、第２のインサート５２４は、内側ハウジング５２０の対応するスロット６３０と係合するピン６２４を含み得る。同様に、第２のピン６２６および第３のピン６２８はそれぞれ、スロット６３２、６３４と係合することができる。
【００５８】
図５を参照すると、第１のインサート５２２および第２のインサート５２４はそれぞれ、第１および第２の外側ハウジング、ならびに第１および第２の内側ハウジングの両方に実質的に囲まれている。そのため、第１および第２のインサートは、アプリケータ装置５００を通過する押出物に近接して配置される。第１および第２のインサートは共に、その内径の周りに半径方向に画定された少なくとも１つの開口部またはスロットを含む。本開示のために、図５では半径方向を線Ｒ−Ｒで示し、軸方向を線Ｘ−Ｘで示す。開口部は、第１および第２のインサートの周りに半径方向に画定された複数の開口部を備え得る。
【００５９】
図５の図示した実施形態では、開口部は、第１のインサート５２２に画定された複数の半径方向に画定されたスロット５２６と、第２のインサート５２４の対応する数のスロット５２８との形をしている。これらの半径方向に画定されたスロット５２６、５２８は、各インサートが２つ以上のスロットを含み得るように軸方向Ｘ−Ｘの周りに互いに離間し得る。次に、半径方向に画定された各スロットは、アプリケータ装置５００の出口を形成する。スロット５２６、５２８は、流体が押出物に向かって、軸方向Ｘ−Ｘに実質的に垂直な方向に流れるように構成することができる。あるいは、スロット５２６、５２８は、軸方向に対してある角度で配置することができる。第１の部分５０４および第２の部分５０６が互いに連結されると、アプリケータ装置５００は複数の出口を有し得、流体はその出口を通って装置から出て、押出物の表皮層上に方向付けられる。
【００６０】
アプリケータ装置５００中の流体の流れをさらに理解するために、第１および第２の内側ハウジングは、外側流体チャンバ５３０および内側流体チャンバ５３２を画定し得る。外側流体チャンバ５３０および内側流体チャンバ５３２のそれぞれは、第１および第２の内側ハウジング内に画定される。外側流体チャンバ５３０および内側流体チャンバ５３２は、邪魔板５３４に画定された複数の供給オリフィス（図示せず）を介して互いに流体連結される。邪魔板５３４は、流体が外側チャンバ５３０から内側チャンバ５３２に均一に流れ込むように、２つのチャンバ間に配置される。
【００６１】
本実施形態では、邪魔板５３４が、外側チャンバ５３０内の流体圧力を高め、流れの均一性を高める。したがって流体は、アプリケータ装置５００の入口６０４を通過すると、外側チャンバ５３０に入る。流体は、第１の内側ハウジング５１８と第２の内側ハウジング５２０との間で外側チャンバ５３０の周りを循環することができる。外側チャンバ５３０内で圧力が高まると、邪魔板５３４に画定された供給孔によって流体が内側チャンバ５３２に漏出する。流体が内側チャンバ５３２に入ると、出口すなわちスロット５２６、５２８は、流体を押出物の表皮層上に施し、または方向付けることができるように内側チャンバ５３２に流体連結される。流体は、表皮温度を所望温度または閾値温度まで上昇させるために、押出物上に均一に施し、または方向付けることができる。流体が、押出物と接触する際に均一であると、表皮層もまた、流体温度と、アプリケータ装置５００を通過する前の表皮温度との均一な温度差に晒される。言いかえれば、流体は温度ユニットを通過し、所望の均一な温度を得る。したがって、表皮層が均一な流れおよび温度の両方に晒され、有機バインダがゲル化する。
【００６２】
図７を参照すると、押出システム７００の別の実施形態が提供される。図７の異なる構成要素および特徴は、図４の構成要素および特徴と類似しており、「４」ではなく「７」で始まる参照番号で表示される。例えば、図４の湿潤セラミック押出物４２６は、図７では７２６と表示される。
【００６３】
図４のシステム４００と同様に、システム７００は、押出工程を制御し、かつ押出物７２６中の有機バインダが確実にゲル化するのに必要な調整を行うことができるプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）７１２を含む。ＰＬＣ７１２は、所望の押出工程を達成するために、ソフトウェアの形をした、命令を記憶するための記憶装置を有し得る。ＰＬＣ７１２は、主制御部７１６に連結される。主制御部７１６は、電源ユニット７１４によって電力が供給され、リンク７３６を介して電流を温度ユニット７１０に供給する。主制御部７１６によって温度ユニット７１０に送られる電流の量は、ユニットの温度出力を制御するために調整することができる。ＰＬＣ７１２は、通信リンク７３４を介して温度センサ７２０と電気通信しているが、温度ユニット７１０の出力を調整するために主制御部７１６とも通信することができる。
【００６４】
温度センサ７２０は、熱電対、赤外線熱画像カメラもしくは電子画像装置、高温計、またはそれらの任意の組合せであり得る。押出物７２６に沿った複数の位置で押出物の表皮温度を測定するために、１つまたは複数のセンサ７２０が存在し得る。温度センサ７２０は、押出物７２６がアプリケータ装置７１８を通過する際にセンサ７２０が表皮温度を測定し、その測定温度をＰＬＣ７１２に伝えるように、装置７１８に隣接した位置に配置することができる。
【００６５】
図７のアプリケータ装置７１８は、押出機７０２の出口に隣接して配置される。押出機７０２は、押出機７０２の前面近傍にダイ７０４を含み得る。押出物７２６がダイ７０４を通して押し出されると、図４の軸受４２８と類似した空気軸受７２８は、押出物７２６を支持する空気ポケットを設ける。空気軸受７２８は、押出物７２６がアプリケータ装置７１８および切断工具７２４を通過する際に押出物７２６を支持する。切断工具７２４は、湿式鋸、刃、ナイフ、または所望の位置で押出物を切断するための他の既知の手段であり得る。
【００６６】
システム７００はまた、システムの押出速度を測定するためのエンコーダ７２２を含み得る。エンコーダ７２２は、通信リンク７３２を介して押出測定値をＰＬＣ７１２に伝えるためにＰＬＣ７１２と電気通信し得る。ＰＬＣ７１２はまた、通信リンク７３０を介して流量計７０８と電気通信する。通信リンク７３０、７３２および７３４は、有線または無線リンクであり得る。流量計７０８は、流体供給部７０６と温度ユニット７１０との間に配置される。流体供給部７０６は、流体、例えば圧縮空気、圧縮窒素、アルゴンなどの液体または気体を含み得る。流体供給部７０６は、流体管路７３８を通して流体を流体供給部７０６から温度ユニット７１０に供給するためのポンプまたは他の供給手段を含み得る。流体は、温度ユニット７１０を通過すると、流体管路７４０を通ってアプリケータ装置７１８に流れる。図８を参照すると、流体管路７４０の一部がアプリケータ装置８００の入口チューブ８０４として示される。
【００６７】
図４および図７に示したシステムを参照すると、１つの違いは、押出機に対するアプリケータ装置の位置である。図４では、アプリケータ装置４１８は押出機４０２の下流にある。特にアプリケータ装置４１８は、押出物４２６がアプリケータ装置４１８から切断工具４２４まで移動する距離を最小にするように、切断工具４２４に隣接して位置決めされる。この距離を短くしておくことによって、装置４１８と切断工具４２４との間で湿潤セラミック押出物から放散する熱量を実質的に減少させることができる。このことは、切断工具４２４によって切断される際に、表皮層近傍の内部セルが擦れ、潰れるのを抑制または防止する助けとなり得る。言いかえれば、切断工具４２４に対してアプリケータ装置４１８を位置決めすることで温度低下がより少なくなるため、表皮層は、切断工具４２４によって切断される際により堅い。
【００６８】
しかしながら図７では、アプリケータ装置７１８は、押出機７０２に隣接して配置され、切断工具７２４からさらに離間している。この位置決めは、システム内で使用されるアプリケータ装置の種類に応じて有利になり得る。この配置から利益を受け得るアプリケータ装置のそのような１つの実施形態を図８および図９に示す。ここでアプリケータ装置８００は、円錐台形状の本体またはハウジング８０２を有する。ハウジング８０２は外径および内径を有し得、外径またはその近傍に入口チューブ８０４が連結される。入口チューブ８０４は、画定された通路を備え、実質的に中空であり得る。通路は、図７の流体管路７４０に連結している入口８０６を含み得る。したがって、流体が温度ユニット７１０から出ると、流体管路７４０および入口８０６を通過して、アプリケータ装置のハウジング８０２内に入る。流体はハウジング８０２に入ると、ハウジング８０２内の流体経路に沿って、装置８００の出口８０８を通って外に方向付けられ得る。出口８０８は、ハウジング８０２の内径の周りに半径方向に画定された１つまたは複数のオリフィスの形であり得る。あるいは、出口８０８は、図５のスロットと類似した１つまたは複数の半径方向に画定されたスロットを形成し得る。
【００６９】
アプリケータ装置８００を通る流体の流路をさらに示すために、図９は、図８の線Ａ−Ａにおける装置の断面である。示すように、装置８００は、その外径近傍の平坦部９０２と、平坦部９０２から押出機７０２の方へ角度が付けられた略円錐部分９０４とを含む。これは、内表面９１６を有するボウル状または凹状の形状を形成する。アプリケータ装置８００の内径Ｄ２は、押出物９１４が装置８００を通過することができるように、押出物９１４の外径Ｄ１または幅より大きい。
【００７０】
図９に示すように、流体は、入口８０６を通ってアプリケータ装置８００に入り得る。流体は、装置８００の外径近傍に入ると外径の周りを循環し、装置の寸法および形状により、装置８００のチャンバのような部分９１８内で流体圧力が高まる。次いで流体は、方向９０６に沿って押出物９１４に向かって流れ始める。アプリケータ装置８００の出口９０８は、内径近傍に画定され、１つまたは複数の開口部の形をとり得る。開口部は、画定されたオリフィス、孔、スロットまたはそれらの組合せを備え得る。示すように、流体が方向９１０に沿って出口９０８を通って出る際に押出物９１４の表皮層と接触するように方向付けられるように、出口９０８は押出物９１４に近接して画定される。
【００７１】
押出物９１４は、矢印９１２によって識別する押出方向に沿って、押出機７０２およびダイ７０４を通って移動する。流体の均一な流れは、方向９１０に沿ってアプリケータ装置８００の出口９０８から出る際に、その全周に沿って表皮層と接触する。さらに、アプリケータ装置８００が押出機７０２に隣接して配置されると、環状キャビティ９２８が、押出機７０２と、押出物９１４と、アプリケータ装置８００の円錐部分９０４との間に形成される。特に押出機７０２は、ダイ７０４を越えて延在し、かつ外側リップ部を形成する前面９００を含む。結果として、外側リップ部は、押出物９１４を実質的に囲む内表面９２４を有する。表面９２４に実質的に垂直で、ダイ７０４と実質的に一直線になる別の表面９２６もまた、キャビティ９２８を形成する。したがって流体は、アプリケータ装置８００から出ると押出物９１４と接触するように、表面９２６の方に方向付けられる。次いで流体は、押出物９１４の表皮層をさらに加熱するためにキャビティ９２８内で方向９２０の周りを循環し得る。キャビティ９２８内で圧力が高まると、流体は、アプリケータ装置８００の円錐部分９０４と押出機７０２との間に画定された隙間を通って方向９２２に沿って漏出し得る。
【００７２】
各アプリケータ装置について上で示し、説明したように、各装置の出口は、互いに近接離間し、環状に並んだ画定された開口部、単一の環状スロット、または複数の環状スロットを備え得る。環状に並んだ画定された開口部は、十分な気流を供給することができ、１つまたは複数の領域で熱を集中させることが所望される場合に特に有益である。１つまたは複数の環状スロットを含む実施形態は、押出物の表皮層の周りにより均一な流れを供給することができる。スロットは、有機バインダのゲル化を達成するために、所望量の流れを供給するように寸法付けることができる。
【００７３】
有機バインダ温度をそのゲル化点を超えて上昇させるための工程方法およびプロセス制御について、上で詳細に説明および参考してきた。図１０には、有機バインダのゲル化を制御するための例示的方法。方法１０００は、システム内で使用するアプリケーション装置の種類と、システムの様々な要素に対してＰＬＣが有する制御量とに応じて異なり得るため、限定的なものではない。プロセス制御方法１０００をさらに説明する手段として、図４〜図９の実施形態が参照されてもよい。
【００７４】
図１０に示すように、方法１０００は、複数のステップを含み得る。繰り返すが、これは単なる例であり、本開示で提供されるあらゆる可能な制御方法を示すものではない。制御方法によっては、ステップを追加、または減らすことができる。さらに、これらのステップの性能は異なる順番で起こり得るため、図１０のステップの構成は単なるそのような１つの実施形態として示す。
【００７５】
ステップ１００２では、方法１０００により、湿潤セラミック体（すなわち押出物、ログなど）を押出装置を通して押し出す。押出装置は、ラム、２軸もしくは単軸スクリュ、または押出機を通してバッチ材料を押し出すための他の既知の手段を含み得る。バッチ材料は、ゲル化する温度を有する有機バインダを含む様々な成分を含み得る。本方法では、所望温度または閾値温度は、有機バインダがそのゲル化点に達するこの温度に相当する。
【００７６】
ステップ１００４では、流体供給部またはドラムは、圧縮空気、圧縮窒素、アルゴンまたは他の既知のプロセスガスなどの流体を含み得る。流体はまた、実施形態に応じて液体であり得る。流体供給部は、流体を供給部から温度ユニットまで放出するために、バルブまたは他の計量装置を含み得る。流体供給部および温度ユニットは、流体管路によって互いに連結または結合され得る。流体量および流体を供給する速度は、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）などの制御部によって制御することができる。あるいは、流体供給部は、システム制御装置またはＰＬＣと電気通信している、それ自体の制御部を有し得る。このようにＰＬＣは、温度ユニットに供給されている流体の量を制御し、この量を調整して有機バインダの所望の温度を得ることができる。
【００７７】
流量計は、流体供給部と温度ユニットとの間の流体供給管路に連結または取り付けることができる。ステップ１００６では、流量計は、温度ユニットに供給されている流体の流速を測定することができる。そのため流量計は、測定データをＰＬＣに送るためにＰＬＣと電気通信し得る。ＰＬＣが流体供給部の流速を調整すると、流量計は流速を繰り返し連続的に測定し、測定された流速をＰＬＣに伝えることができる。流量計はまた、流体流速を制御するためにバルブまたは他の測定手段を含んでもよい。
【００７８】
次にステップ１００８では、流体温度は、必要であると思われる場合にはＰＬＣによって制御または調整することができる。特に、温度ユニットを通過する流体の温度は、所望の通り上昇または低下させることによって影響を受け得る。これは、湿潤セラミック体の表皮層の測定温度に基づき得る。流体が温度ユニットを通過する際に、流体の温度を上昇または低下させるという他の必要性があり得る。湿潤セラミック体の表皮層を加熱することが望ましい実施形態では、温度ユニットは、それを通過する流体の温度を上昇させるために熱を出力することができる。さらに、温度ユニットは、流体の温度を実質的に均一な温度に調整する。一態様では、温度ユニットは、流体温度を有機バインダのゲル化温度またはそれを超える実質的に均一な温度に調整することができる。
【００７９】
ステップ１０１０では、流体は温度ユニットから出て、アプリケータ装置の入口を通過する。入口は、図５〜図６および図８〜図９に示した実施形態と類似したアプリケータ装置の外径または周囲近傍に画定することができる。流体がアプリケータ装置の入口で受け取られると、流体の流れはステップ１０１２で均一になる。このことは、例えば、流体がアプリケータ装置の外側チャンバ５３０の周りを循環する図５および図６を参照して説明した。内部に供給オリフィスが画定された邪魔板５３４は、流体圧力が外側チャンバ５３０内で高まると、流体が供給オリフィスを通って内側チャンバ５３２内に漏出するように、外側チャンバ５３０と内側チャンバ５３２との間に配置される。これにより、アプリケータ装置の内側チャンバ５３２への流体の均一な流れを作ることができる。アプリケータ装置の出口はまた、開口部またはスロットの配置および構成に基づいて均一な流体の流れを作る。
【００８０】
ステップ１０１４では、流体の流れを湿潤セラミックの外層または表皮層上に均一に方向付けることができる。先の実施形態で説明したように、アプリケータ装置は、流体が通って流れる、複数の開口部またはスロットによって画定された出口を含み得る。複数の開口部またはスロットは、アプリケータ装置の内径の周りに半径方向に配置することができる。一実施形態では、複数の開口部がアプリケータ装置の出口に画定される。別の実施形態では、単一の狭いスロットが出口に画定される。スロットは、湿潤セラミック体がアプリケータ装置を通過する際に、装置から出る流体に外層全体が晒されるように、アプリケータ装置の内径全体の周りに形成される。同様の実施形態では、２つ以上の狭いスロットが出口に画定され、各スロットは隣接するスロットから離間している。スロットは、軸方向または半径方向に互いに離間し得る。
【００８１】
湿潤セラミック体の外層または表皮層が流体に晒される際に、湿潤セラミック体は、押出方向に沿って移動し続け、アプリケータ装置に画定された開口部を通過する。湿潤セラミック体が通過する際に、温度センサはステップ１０１６で外層温度を測定する。温度測定は、有機バインダがそのゲル化点に達したかどうか、ひいては切断工具に到達する前に硬化したかどうかを判定するために用いることができる。ＰＬＣは、温度センサから温度測定値を受け取り、表皮温度が閾値温度を満たすかどうかを判定するようにプログラムすることができる。方法１０００のステップとして示していないが、ＰＬＣはまた、押出速度を測定するエンコーダと電気通信し得る。
【００８２】
ステップ１０１８では、ＰＬＣは、測定温度が有機バインダのゲル化する閾値温度を満たすかどうかを判定することができる。測定温度が閾値温度を満たさない場合には、ＰＬＣまたは他の制御部が、流体供給部によって供給されている流体の流速を調整することができる。ＰＬＣはまた、温度ユニットを通過する流体の流体温度を上昇または低下させるために温度ユニットの出力を調整してもよい。図４および図７の実施形態では、主制御部が、温度ユニットに電流を供給する。これらの実施形態では、ＰＬＣは、主制御部が温度ユニットにより多くの、またはより少ない電流を供給するよう命令することができる。ＰＬＣはまた、押出速度を制御するよう決定してもよい。例えば、押出速度が低下すると、湿潤セラミック体はすぐにはアプリケータ装置を通過せず、したがってより長い時間、外層が流体に晒される。一実施形態では、ＰＬＣは、流速、温度ユニットの出力、または押出速度のいずれかを制御するだけでもよい。別の実施形態では、ＰＬＣは、これらの３つの出力のうちの２つを制御するだけでもよい。異なる実施形態では、ＰＬＣは、測定された表皮温度が有機バインダのゲル化する温度閾値を満たすまで、３つの出力のそれぞれを調整または制御してもよい。
【００８３】
ステップ１０２０では、湿潤セラミック体を湿式刃、鋸、ナイフまたは他の既知の切断装置などの切断工具によって、所望の長さに切断することができる。流体の流速、温度および押出速度を制御することによって、制御方法１０００では、湿潤セラミック体中の有機バインダの温度をそのゲル化点まで上昇させることができる。その結果、湿潤セラミック体を所望の長さに切断する際に表皮層近傍の内部セルが擦れ、または潰れないように、湿潤セラミック体を硬化させることができる。結果として、皮溝および関連する欠陥を、本開示で説明したシステムおよび方法によって減らし、またはなくすことができる。
【００８４】
特許請求する発明の原理を組み込む例示的実施形態を本明細書上記に開示してきたが、本開示は開示した実施形態に限定されない。その代わりに、本開示は、その一般的な原理を使用する、特許請求する発明のいかなる変形、使用または適応もカバーするものである。さらに本出願は、特許請求する発明が関連し、添付の特許請求の範囲における限定に含まれる当技術分野の公知または慣用の実施に入るような、本開示から離れるものをカバーするものである。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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