(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方向に押出されるセラミックハニカム成形体の外周面をガイドで規制して当該成形体が真っ直ぐになるようにし、かつ押出された成形体の下端面が接触する冶具を介し当該成形体を一定の反力を生じるシリンダで支持しつつ成形体の成形速度に同調して前記シリンダが別体として設けられている可動部で前記冶具を下降させ、成形体下部の横ずれを抑制し、成形体の曲げやねじりを防止しつつ成形体を所定長さに切断するセラミックハニカム成形体の押出し成形方法であって、押出された成形体が冶具に接触し、当該冶具を介して成形体を支持しているシリンダのロッドが初期位置から一定距離だけ成形体で押戻されたことをシリンダのリニアセンサが検出したときに前記可動部で冶具の下降を開始することを特徴とするセラミックハニカム成形体の押出し成形方法。
【請求項２】
セラミックスラリーを下方向に押出しセラミックハニカム成形体を成形する成形機と、成形機から押出された成形体が真っ直ぐになるようその外周面を規制するガイドと、成形体の成形速度を検出する速度検出手段と、押出される成形体を支持して昇降するエレベータと、押出されている成形体を略水平状態に切断する切断機と、各機器を制御する制御手段とを備え、
ガイドは成形機ダイスの下方近傍に設けられ、エレベータは、前記速度検出手段が検出した成形体の成形速度に同調し速度制御されて昇降する可動部と、前記成形機から押出され前記可動部に載置された冶具に下端面が接触する成形体を一定の反力で支持するシリンダとを有し、切断機はガイドの下方に設け、押出速度に合せて切断具の軸方向速度と軸直角方向速度を速度制御できる移動手段を有し、さらに前記シリンダはそのロッドの変位量を検出可能なリニアセンサを有し、前記可動部は、前記成形機で押出された成形体が前記冶具に接触し、前記シリンダのロッドが初期位置から一定距離だけ当該成形体で押戻されたことを前記リニアセンサが計測したときに下降を開始するよう構成されており、さらに前記シリンダは前記可動部に別体として設けられていることを特徴とするセラミックハニカム成形体の押出し成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック成形体を変形させないように押出すための押出し成形方法及び成形装置に関し、特に薄肉ハニカム構造のセラミック成形体に好適な押出し成形方法及び押出し成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック成形体の押出し成形方法は、横方向に押し出す成形方法と縦方向に押し出す成形方法が用いられている。横押出し方法は、後工程におけるセッティング等が便利であり自動化がやり易いという反面、自重が成形体強度より大きいものに対しては、成形体が自重変形を起こし寸法精度の良い製品が得られないという問題がある。
これを解決するための技術として、特開昭６３−２３０３０４にセラミックスの押出し成形方法と押出し成形装置が開示されている。この押出し成形方法は、セラミック成形体を縦方向に押出しする下押出し成形方法であって、押出しダイスを介して下向きに押出される成形体を、上方向に反力を付与して保持することにより、押出し成形体の変形を防止しつつ所定長さに切断することを特徴としている。反力の発生方法として、成形体の押出し長さまたは押出し長さに比例する計量値を計測しつつ、成形体保持用の受台を支持するプランジャーの流体圧力を制御する方法や、受台にかかる力を検出し、その力が成形体長さに比例するように受台の位置を制御する方法が記載されている。これにより、成形体が長くなるにしたがい増加する自重分を受台で支持するので、ダイス近傍の成形体には一定の引張り力しかかからず、径が細くなって変形するようなことはない、と述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車部品等に用いられるハニカム構造セラミック成形品は、一段と小型軽量化が求められ、外形寸法は小さく、セル密度は高く、壁厚は薄くなってきている。このようなものは、従来品に対して自重が軽いだけでなく、自重に対する断面積の比率は大きくなる傾向にあり、縦押出し成形において、ダイス近傍の成形体に作用する引張り力は小さくなっている。従って、自重に起因する延びによる寸法精度悪化という点よりも、軸方向の曲がりやねじれの方が問題となってきている。これは、スラリーが通過するダイス各部の形状や摩擦力の違い等により発生する押出し時の成形体の曲がりを、従来は自重で矯正できていたものが、できなくなってきたことによるものと考えられる。
前記公知例は、自重が大きい成形体を如何に自重を作用させないように押出すか、と言う点が技術ポイントであり、自重作用が弱いものに対しては課題があることさえ提示していない。
従って本発明は、セラミック成形品、特に小型軽量で厳しい形状精度が要求される自動車用のセラミックハニカム成形品を、縦押出しにより、曲げやねじれ変形を起さないように、かつ生産性高く成形する成形方法及び成形装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミックハニカム成形体の押出し成形方法は、下方向に押出されるセラミックハニカム成形体の外周面をガイドで規制して当該成形体が真っ直ぐになるようにし、かつ押出された成形体の下端面が接触する冶具を介し当該成形体を一定の反力を生じるシリンダで支持しつつ成形体の成形速度に同調して前記シリンダが別体として設けられている可動部で前記冶具を下降させ、成形体下部の横ずれを抑制し、成形体の曲げやねじりを防止しつつ成形体を所定長さに切断するセラミックハニカム成形体の押出し成形方法であって、押出された成形体が冶具に接触し、当該冶具を介して成形体を支持しているシリンダのロッドが初期位置から一定距離だけ成形体で押戻されたことをシリンダのリニアセンサが検出したときに前記可動部で冶具の下降を開始することを特徴としている。
【０００５】
また本発明のセラミックハニカム成形体の押出し成形装置は、セラミックスラリーを下方向に押出しセラミックハニカム成形体を成形する成形機と、成形機から押出された成形体が真っ直ぐになるようその外周面を規制するガイドと、成形体の成形速度を検出する速度検出手段と、押出される成形体を支持して昇降するエレベータと、押出されている成形体を略水平状態に切断する切断機と、各機器を制御する制御手段とを備え、ガイドは成形機ダイスの下方近傍に設けられ、エレベータは、前記速度検出手段が検出した成形体の成形速度に同調し速度制御されて昇降する可動部と、前記成形機から押出され前記可動部に載置された冶具に下端面が接触する成形体を一定の反力で支持するシリンダとを有し、切断機はガイドの下方に設け、押出速度に合せて切断具の軸方向速度と軸直角方向速度を速度制御できる移動手段を有し、さらに前記シリンダはそのロッドの変位量を検出可能なリニアセンサを有し、前記可動部は、前記成形機で押出された成形体が前記冶具に接触し、前記シリンダのロッドが初期位置から一定距離だけ当該成形体で押戻されたことを前記リニアセンサが計測したときに下降を開始するよう構成されており、さらに前記シリンダは前記可動部に別体として設けられていることことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
成形装置の基本構成は、図１に示すように、成形機１と、成形体２（２ａ、２ｂ、…）を支持・載置する治具３（３ａ、３ｂ、…）と、成形体２の外周を真直になるように支持するガイド４と、押出し中の成形体を支持する治具３を昇降制御するエレベータ５と、押出された成形体を分離する切断機６と、制御装置（図示せず）を有している。
成形機１は、セラミックスラリーをハニカム構造のダイスを通して下方向に押出し、例えば外形が略円筒形のハニカム体を成形する縦押し形の成形機である。
治具３は表面が平らな例えば矩形の板材で、成形機１から押出されている時の成形体２を支持するとともに、切断後の成形体をそのまま載置するものである。
【０００７】
ガイド４は、成形機１のダイスに接近した位置で成形体を挟むように設ける。例えば、図２に示すように、押出される成形体２の外径と略同一の曲率を有するゴム、スポンジ等の弾性体からなるローラとし、その外周が成形体２外周と接触して回転するように、例えば成形体を挟んで左右に２個設ける。これにより、ダイス通過時の押出し抵抗の違いによる成形体の曲がりやねじれを抑制し、成形体２が真っ直ぐになるように規制する。
【０００８】
エレベータ５は、成形体２の押出し方向に沿って可動部が動く上下方向移動手段と、その可動部に設けた上下方向コンプライアンス手段８と、コンプライアンス手段８に取付けられた受台９を備えており、受台９に治具３が載置される。上下方向移動手段は、サーボアクチュエータと、サーボアクチュエータで駆動され位置と速度の制御がされる可動部としての直進テーブル７を有している。コンプライアンス手段８は、変位量にかかわらず一定の反力を発生させる構造とし、例えば精密圧力制御弁に連結された低摩擦形エアーシリンダや、一定力を発生するような特殊バネを用いることができる。以下、リニアセンサを内蔵し、変位量が検出できるような低摩擦形エアシリンダ（以降、単にシリンダ８と称する）を用いた例で説明する。シリンダ８のロッド先端に受台９を取付ける。受台９はロッドの動きに合せて、ガイド機構により上下方向に平行移動することができ、その移動量はシリンダ８に内蔵したリニアセンサで計測することができる。
【０００９】
切断機６は、極細線のピアノ線が成形体を水平方向に横断できるように張られた切断ユニットを、成形体の押出し方向（上下方向）と成形体の横断方向（水平方向）にサーボ制御できるようにしたものである。従って、押出し中の成形体でも、水平に切断することができる。切断機６は前記ガイド４の下方に設け、成形体切断開始位置はできるだけガイド４に近くなるようにする。
【００１０】
また、成形機１のダイスの下方に、押し出される成形体２の押出速度を検出するためのセンサー１０を設ける。成形体２の押出速度は、成形機１側のスラリー押出し手段からの情報から得ることもできるが、成形体２を直接計測したほうが、実際の速度が得られるため望ましい。センサー１０は、レーザを用いた非接触式のものを用いることができるが、図２に示すように、成形体２のガイド４をローラとした場合、ローラの回転軸にロータリーエンコーダ１５を取付け、この回転をもとに計測するようにしても良い。
【００１１】
次に、動作について説明する。
まず、エレベータ５の初期位置を設定する。直進テーブル７に設けたシリンダ８に所定の空気圧力を作用させ、治具３を載せた受台９を上昇させ、上昇端にある時をコンプライアンス手段の初期位置とし、この時のシリンダ内蔵のリニアセンサーの値を原点として読取る。この状態で直進テーブル７を移動し、治具３の上面が、切断機６のピアノ線が成形体２を切断開始する位置と同レベルになった時を上下方向移動手段の初期位置とし、この時のサーボアクチュエータの位置センサ値を読み込み原点とする。ここでは後の説明を分かり易くするために、コンプライアンス手段と上下移動手段とも原点にある時をエレベータ５の初期位置として設定する。即ち、載置した治具３の上面が、切断開始時のピアノ線のラインに一致しており、原点からの移動量がそのまま成形体の長さに相当することになる。なお、前記各手段の原点や前記エレベータ５の初期位置は、前記のような位置に設定しなくても、成形機１又は切断機６の任意に決めた基準位置をもとに適宜決めることができることは言うまでもない。
【００１２】
初回の成形においては、成形機１で押出される成形体２ａは、ダイスを出た直後に、ガイド４で真直な姿勢に矯正されて下方に延びていく。成形体２ａは下端が治具３ａに接触した後は、シリンダ８を推し戻しつつ押出されていく。この時、シリンダ内蔵のリニアセンサ値は変化し、シリンダ８のロッド移動量、即ち、切断位置を基準とした押出し量が計測される。次いで、シリンダ８のロッドが所定値、例えばストロークの半分移動した時、直進テーブル７はセンサ１０で計測される成形体押出し速度に同調して下降を開始する。以降、成形体２の延びにあわせて直進テーブル７が下降して行く。
この間、実際の成形体２ａの押出速度と、直進テーブル７の移動速度に誤差が生じても、成形体２ａを支持しているシリンダ８のロッドが上下することで誤差を吸収することができる。また、成形体２ａの下端は、シリンダ８の出力から受台９と治具３ａの重量分等を差し引いた一定力で治具３ａと当圧しており、これによる摩擦力で成形体下端が治具上面からずれることを抑制し、よって成形体が曲がったり、ねじれたりすることを防いでいる。
【００１３】
成形体２が設定した所定の長さになると切断する。所定長さの判定は、直進テーブル７の移動量とシリンダ８のロッド移動量を加算することで行なうことができ、正確な成形体長さを得ることができる。所定長さ検出信号をもとに、切断機６が作動し、切断ユニットが水平方向と上下方向に同時に動作する。切断ユニットの各方向速度を、成形体２ａの切断長さと、成形体押出速度をもとに制御することにより、押出し中であっても平坦な切断面を得ることができる。
【００１４】
切断が終了すると、直進テーブル７は高速下降し、所定長さに切断された成形体２ａを載置した治具３ａが受台９から搬出される。その後新しい治具３ｂが受台９に載置されると、直進テーブル７は上昇して所定位置で停止し、連続して押出されている新たな成形体２ｂの平坦な下端を支持すべく待機する。成形体２の押出速度と、治具３ａ、３ｂの入れ替えのための時間、直進テーブル７の昇降速度は予め知ることができるので、直進テーブル７上の治具３ｂが成形体２ｂに接する直前の位置は求めることができ、この位置まで高速で上昇させることができる。これにより、成形体２ｂが所定の成形長さになる前のできるだけ早い段階で、成形体２ｂの下端を支持することができる。
【００１５】
前述したように待機位置は設定することができ、従って成形体２ｂが治具３ｂに接触する時の成形体長さはわかるので、以後は前述したと同様にして成形体２ｃ、２ｄ…が所定長さになった時、検出信号を受け切断することができる。なお、成形体の下端支持に当たっては、直進テーブル７は必ずしも停止していなくても、低速で上昇中であっても対応できることは言うまでもない。なお、シリンダ８の出力は、成形体が治具と接触する時の衝撃力小さくするためには小さい方がよいが、前述した摩擦力で成形体のずれを阻止するためには大きい方がよく、適宜エアー圧力を調整して設定するとよい。
【００１６】
なお、ガイド４は、成形体を押付けるように左右に２個配設した弾性体ローラとして説明したが、成形体のねじれや曲がりを規制できる構造であれば限定されない。例えば、ローラを３個以上設けてもよいし、上下方向にも設けてもよいし、ローラでなく成形体と摺動するようなものでもよいし、更には機械的なガイドではなく、成形体の外形と所定隙間を有する筒体から、内部にエアー等流体を供給しその圧力で支持するような構造としてもよい。
【００１７】
（実施例２）
図３に、より生産性の高いセラミックハニカム体製造プロセスに対応できるよう、さらに成形体を連続的に次工程の例えば乾燥炉（図示せず）に搬入できる搬送手段を備えた成形装置の別の構成例を示したものを示す。
図３（ａ）に示すように、押出される成形体を支持する２式のエレベータ５Ｌ、５Ｒを押出し位置を挟んで紙面に向かって左右に設ける。各エレベータは左右方向軸を有しており、押出される成形体を支持する位置と、成形体を乾燥炉へ搬入するための位置との間を移動できる。乾燥炉への搬送手段１１は、左右のエレベータ５Ｌ、５Ｒ固有に紙面に垂直方向に２式（１１Ｌ、１１Ｒ）設ける。図３（ａ）は、左側エレベータ５Ｌが乾燥炉への左側搬送手段１１Ｌ側にあり、右側エレベータ５Ｒは押出し位置で成形体を支持している状態を示している。図３（ｂ）は、Ａ方向から見た、左側エレベータ５Ｌとその搬送手段１１Ｌを示している。
【００１８】
図３（ｂ）を参照して、搬送手段の構成と動作を説明する。
搬送手段１１は、エレベータ停止位置を挟んで、治具ストックマガジン１２（１２Ｌ、１２Ｒ）とローラコンベア１３（１３Ｌ、１３Ｒ）が配設されたものである。治具ストックマガジン１２には、多数の治具が積み重ねられて収納されており、押出しシリンダ１４（１４Ｌ、１４Ｒ）で最下段の治具を押出すことができる。即ち、エレベータ５Ｌが搬送手段１１Ｌ側で下降位置にあると、押出しシリンダ１４Ｌで押出された治具は、エレベータ５Ｌの受台上に移動し載置される。これにより、押出された成形体２を載置していた治具は受台９から押出されてローラコンベア１３Ｌ上に移動する。従って、ローラコンベア１３Ｌ上に載置されていた治具は、治具一枚分右方向に搬送されることになる。
【００１９】
本構成例における成形装置の動作は次の通りである。なお、押出された成形体を支持し、切断することに関しては前述したと同様であるので説明は省略する。
成形機１で成形された例えば成形体２ｉが切断されると、エレベータ５Ｌは高速下降するとともに、搬送手段１１Ｌ側へ水平移動する。装入位置で停止すると、押出しシリンダ１４Ｌが作動し、治具ストックマガジン１２Ｌからの治具３ｊを押出してエレベータ上に搬入するとともに、成形体２ｉを載置した治具３ｉをローラコンベア１３Ｌ上に移動させる。これにより、ローラコンベア上の最先端の成形体２ｅを載置した例えば治具３ｅが、乾燥炉内へ搬入される。
この間、治具が載置されたもう一方のエレベータ５Ｒが、押出し成形体支持位置へ移動して前述したように所定位置まで高速で上昇し、連続的に押出されている成形体を支持する。このようにして、切断されて一端がフリーの押出し成形体を、すばやく治具で支持することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は次のような効果を有する。
１）押出し直後に、成形体の外形部をガイドするので、曲がりやねじりの発生を抑制することができる。
２）さらに、成形体下部と治具上面とを一定力で当接させているので、安定した摩擦力が得られ、一層曲がりやねじりの発生を抑制することができる。
３）押出し中の成形体を支持するエレベータを２式設け交互に用いることにより、切断後に押出されている新たな成形体を素早く支持することができ、押出速度の早い成形体にも対応でき、生産性が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形装置の一構成例
【図２】本発明の成形装置におけるガイドの一構成例
【図３】本発明の成形装置の別の構成例
【符号の説明】
１…成形機、  ２…成形体、  ３…治具、  ４…ガイド、  ５…エレベータ、６…切断機、  ７…直進テーブル、  ８…コンプライアンス手段、  ９…受台、１０…速度検出センサ、  １１…搬送手段、  １２…治具ストックマガジン、
１３…ローラコンベア、  １４…治具押出しシリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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