(57)【要約】特に内燃エンジンの排気浄化のための触媒支持体としての、通路（２）を備えた押出されたハニカム体（１）を生産するためのプロセスであって、通路（２）は、少なくとも部分的に構造物（４）を設けられた壁領域（３）によって結合され、ハニカム体（１）は、ハニカム体（１）と押出しダイ（５）との間に付加的な相対運動（９，１０，１１）が起こるように押出しダイ（５）で押出され、通路（２）の壁領域（３）が変形する。押出しハニカム体（１）を生産するための押出しダイ（５）も提案され、これは複数の固定され輪郭を付けられたピン（１７）およびハウジング（１８）を含み、これらは押出しマスク（１９）を形成し、押出しマスク（１９）は生産プロセス中に可変であるため、構造物（４）を備えた壁領域（３）を形成可能である。結果として、中を流れる流体の流れに影響を及ぼすのに好適な構造物（４）を内部に有するハニカム体を、生産工学の面から見て単純な方法で生産することができる。
2004525000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に内燃エンジンの排気浄化のための触媒支持体としての通路（２）を備えた押出されたハニカム体（１）を生産するためのプロセスであって、前記通路（２）は、少なくとも部分的に構造物（４）を設けられた壁領域（３）によって結合され、前記ハニカム体（１）は、前記ハニカム体（１）と押出しダイ（５）との間に付加的な相対運動（９、１０、１１）が起こるように前記押出しダイ（５）で押出され、前記通路（２）の前記壁領域（３）が変形する、プロセス。
【請求項２】
前記押出しダイ（５）は、押出し中に少なくとも一時的に回転する（９）、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記ハニカム体（１）は、押出し中に少なくとも一時的に回転する（９）、請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記押出しダイ（５）は、押出し中に少なくとも一時的に好ましい押出しの向き（６）に関してオフセットされる（１０）、請求項１から３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項５】
前記ハニカム体（１）は、押出し中に少なくとも一時的に好ましい押出しの向き（６）（６）に関してオフセットされる（１０）、請求項１から４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
前記ハニカム体（１）は、押出し中に少なくとも一時的に圧縮される（１１）、請求項１から５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
前記ハニカム体（１）は、押出し中に少なくとも一時的に引伸ばされる（１１）、請求項１から６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
前記ハニカム体（１）および／または前記押出しダイ（５）は、押出し中に少なくとも一時的に好ましい押出しの向き（６）に関して振動運動を行なう、請求項１から７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
前記ハニカム体（１）は、前記押出しダイ（５）を出た直後に熱処理される、請求項１から８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
前記構造物（４）を備えた前記ハニカム体（１）は、後に所望の長さ（７）に切断される、請求項１から９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１１】
前記ハニカム体（１）は、切断後に熱処理される、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
壁領域（３）によって結合される通路（２）を備えた押出されたハニカム体（１）を生産するための押出しダイ（５）であって、固定され輪郭を付けられた複数のピン（１７）およびハウジング（１８）を含み、これらは押出しマスク（１９）を形成し、前記押出しダイ（５）は、前記押出しマスク（１９）が生産プロセス中に可変であるため、構造物（４）を備えた壁領域（３）を形成可能であることを特徴とする、押出しダイ（５）。
【請求項１３】
少なくとも予め決定可能な数の前記輪郭を付けられたピン（１７）、および前記ハウジング（１８）のサブ領域（２０）は、互いに対して可動である（９，１０，１１）ことを特徴とする、請求項１２に記載の押出しダイ（５）。
【請求項１４】
前記ハウジング（１８）は、互いに対して変位可能なセグメント（２１）を有することを特徴とする、請求項１２または１３に記載の押出しダイ（５）。
【請求項１５】
前記輪郭を付けられたピン（１７）の固定（２２）は、前記ハウジング（１８）に関して可動であることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれかに記載の押出しダイ（５）。
【請求項１６】
前記輪郭を付けられたピン（１７）の固定（２２）は、曲げ可能であることを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載の押出しダイ（５）。
【請求項１７】
少なくとも予め決定可能な数の輪郭を付けられたピン（１７）は、強磁性材料から作られ、前記押出しダイ（５）は、前記輪郭を付けられたピン（１７）を前記ハウジング（１８）に関して相対的に運動させる磁化装置（２３）を含むことを特徴とする、請求項１２から１６のいずれかに記載の押出しダイ（５）。
【請求項１８】
前記輪郭を付けられたピン（１７）は、可変の外形を有することを特徴とする、請求項１２から１７のいずれかに記載の押出しダイ（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、少なくとも部分的に構造物を有する壁領域によって結合される通路を備えた押出されたハニカム体を生産するためのプロセスに関する。この種のハニカム体は、特に内燃エンジンの排気浄化用の触媒支持体として使用される。さらに、この発明は、この種のハニカム体を生産するための押出しダイに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような押出されたハニカム体の主要部は、大抵、セラミック材料で作られる。この場合の押出しプロセスは、大抵、部分的にセラミックである原材料が押出機に供給されることで進行する。押出機は、スクリューの助けを借りて、必要であれば、さまざまな原材料を混合かつ緻密にし、この混合物を押出しダイに運ぶ。この緻密にされた混合物は、押出しダイを通され、通常、継ぎ目のない輪郭が作られ、これらの輪郭は後に熱処理される。この場合の押出されたハニカム体の正確な形は、主に押出しダイによって異なり、押出しダイが基本的にマスクを形成する。このように押出された、熱処理前のハニカム体は、「圧粉体（green compact）」として知られ、生産プロセスの結果、ハニカム体の中を通
る通路壁の外形は、ほぼ滑らかである。
【０００３】
排気システム内の触媒支持体としてのこの種のセラミックハニカム体の好ましい使用方法を考えると、金属のハニカム体で既に行なわれて良好な結果をもたらしているように、ハニカム体の内部の通路壁に構造物を設けるのが望ましい。普通、通路壁には触媒活性のコーティングが施され、これは、ハニカム体の中を流れる排気ガスをこの触媒活性の表面に集中的に接触させて、排気ガスの汚染物質を効果的に浄化する役目を果たす。通路壁の構造物によって、ハニカム体の外部寸法を変化させることなく、中を流れる排気ガスは渦を巻いて強く拡散され、ハニカム体内での排気ガスの滞留時間が延びる。
【０００４】
構造物を有する通路を備えたセラミックのハニカム体の生産プロセスは、たとえば、文献ＵＳ５，４８７，８６５から公知である。この例では、まず規則的に作られたハニカム体を押出し、互いに補い合うようにこれらの圧粉体を後に接合することが提案される。特に、押出された圧粉体を薄切りの形状のセグメントにさらに分け、それらを互いに対して回転させて組合せることが提案され、個々の薄切りは、焼結プロセスによって接合されて、最終的なハニカム体が形成される。このようにして、ハニカム体内部にねじれた流路を形成することができる。しかしながら、このプロセスに対応する方法で通路壁の構造物を生産することは、特に生産工学の局面から見て非常に困難である。このプロセスによると、構造物は、どの場合でも薄切り形状のセグメントの端縁にのみ作られるため、通路ごとの構造物の数はセグメントの厚みに依存する。したがって、通路ごとの構造物の数を増やすにはセグメントを比較的薄く作らなければならず、この結果、このようなハニカム体の自動生産には大きな問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、押出されたハニカム体を生産するためのプロセスを提供することであり、通路の長さ当たりの数が多い場合でも、通路壁の構造物の生産が可能である。この場合、この種のハニカム体の連続生産に関して、このプロセスの信頼性を向上することが特に意図される。さらに、この種のハニカム体の生産に特に好適な押出しダイも提供される。
【０００６】
これらの目的は、請求項１の特徴に記載されるハニカム体を生産するためのプロセス、および請求項１２の特徴に記載される押出しダイによって達成される。さらなる有利な構造は、それぞれの従属請求項に記載される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
提案されるプロセスは、特に内燃エンジンの排気浄化用の触媒支持体としての通路を備えた押出されたハニカム体を生産するためのものであり、これらの通路は、少なくとも部分的に構造物が設けられた壁領域によって結合される。この場合、この発明によると、ハニカム体は、ハニカム体と押出しダイとの間に付加的な相対運動が起こるように押出しダイで押出され、通路の壁領域が変形する。このことは、押出しダイから押出された直後に、押出された圧粉体が押出しマスクに対して動かされることを意味する。このことは、より糸（strand）の輪郭を連続して生産する効果があり、この輪郭は、最終的に所望の長さに切断することができる。この場合の相対的な動きは、通路壁が損傷しないように、特に壁領域の破壊または通路の詰まりが起きないように設定される。結果として、大量生産の場合でも、構造物を付けられた通路壁の品質が一貫したセラミックのハニカム体を生産することができる。
【０００８】
この相対的な動きは、押出しダイとハニカム体との間の回転として行なわれるのが好ましい。これは、押出しダイまたはハニカム体が押出し中に一時的に回転することを少なくとも伴う。そのような回転によって糸状の構造の通路が作られ、通路の長さは、ハニカム体の軸方向の限界に対して延長される。この場合、回転の速度は、使用される材料および使用される押出しマスクによって異なる。つまり、押出される通路壁が入り組んでいるほど、それらが損傷するのを避けるためにゆっくりした回転速度が選ばれる。
【０００９】
このプロセスのさらなる構成によると、押出しの好ましい方向に関して、ハニカム体または押出しダイを少なくとも一時的にオフセットすることによって相対的な動きを生み出すことが提案される。このことによって、肩または段を有する通路を形成することが可能となり、通路壁の厚みはほぼ一定に保たれる。そのようなハニカム体を触媒支持体として使用する場合、肩または段は、流れを偏向させる表面の役割を果たすため、中を流れる排気ガスは渦を巻く。
【００１０】
この発明のさらなる構成によると、押出し中に少なくとも一時的にハニカム体を引伸ばすこと、および／または圧縮することが提案される。圧粉体の圧縮または引伸ばしは、特に押出しダイから出た直後の場合、押出しの向きにおいて、ハニカム体の材料をさまざまに分配する効果がある。このようにして、厚みの異なる通路の壁領域が作られる。結果として、たとえば、環状のビーズ状の微細構造が通路の壁領域に作られる。この場合、この圧縮および／または引伸ばし動作は、通路が閉鎖されないように行なわれる。
【００１１】
このプロセスのさらなる構成によると、ハニカム体および／または押出しダイは、押出しの好ましい方向に関して、押出し中に少なくとも一時的に振動運動することになる。このようにして波型の通路が形成され、振動運動の周波数によって最終的に通路の長さ上の構造物の数が決まる。このようにして、構造物が通路の長さに比較的均一に分散され、通路の長さ当たりに多くの構造物が生成される。
【００１２】
このプロセスのさらなる構成によると、ハニカム体は、押出しダイから出てきた直後に熱処理される。この場合、通路の壁領域に作られた構造物を凝固させるため、圧粉体は冷却されることが好ましい。
【００１３】
このプロセスのさらなる構成によると、構造物が生成されたハニカム体は、後に所望の長さに切断される。ここでは、この長さは、ハニカム体の後の用途によって異なる。この場合、切断後にハニカム体を熱処理すると特に有利である。この処理中、焼結プロセスによってハニカム体の強度が特に向上する。このため、このように生産されたハニカム体は、内燃エンジンの排気システムの高い熱負荷および動荷重に長期間でも耐えられる。
【００１４】
この発明のさらなる局面によると、壁領域によって結合される通路を備えた押出されたハニカム体を生産するための押出しダイが提案される。この押出しダイは、固定され輪郭を付けられた複数のピンおよびハウジングを含み、これらがともに押出しマスクを形成する。この押出しダイの特徴は、押出しマスクが生産プロセス中に可変であるため、構造物を備えた壁領域を形成可能であるという点である。ここで押出しマスクが特に意味するものは、押出しの向きに対してほぼ垂直に配置され、輪郭を付けられたピン（同様に押出しの向きに対して垂直）の断面を通るのが最も好ましい断面の自由な領域であり、この中を押出し原材料が流れることができる。結果として、押出しマスクは、押出されたハニカム体の断面にほぼ対応する。時間とともに変動し得る、この種の押出しマスクの助けによって、ハニカム体の成形は直接的な影響を受ける。たとえば、さまざまな壁領域の互いに対する厚みまたは位置が影響され得る。
【００１５】
押出しダイの有利な構成によると、少なくとも予め決定可能な数の輪郭を付けられたピン、および少なくともハウジングのサブ領域は、互いに対して可動である。この種の相対的な動きは、回転運動として、および／または押出しの好ましい方向に対して横向きに行なうことができる。
【００１６】
この場合、互いに対して変位可能なセグメントを備えたハウジングを作ると、特に有利である。この場合、部分的に弾性を備えたセグメントが特に好適であり、このセグメントは、圧粉体の外壁が損傷するのを避けるため、押出しダイの出口側近くに配置するのが好ましい。適切であれば、このようにして作られた圧粉体の構造化された外壁には、下流の剥離処理において所望の滑らかな外面が与えられる。
【００１７】
さらに、輪郭を付けられたピンの固定は、ハウジングに対して可動であることが提案される。この場合、この固定は、成形ハウジングの外側に配置されることが好ましく、特に格子状の網のような構造を有する。格子点は、主に輪郭を付けられたピンをハウジング内に取付けまたは固定するために使用される。この場合、この固定は、押出しの好ましい方向に関して横向きに動かされてもよく、たとえば回転可能であってもよい。輪郭を付けられたピンの固定が曲げ可能であると特に有利であり、ハウジングを、輪郭を付けられたピンに関して曲げるか、またはねじることで、後者の相対的な運動が生まれる。輪郭を付けられたピンが固定に比較的強く接続されている場合、輪郭を付けられたピンの互いに対する位置は変化する。
【００１８】
さらなる構成によると、少なくとも予め決定可能な数の輪郭を付けられたピンは、強磁性の材料から作られ、押出しダイは磁化装置を含み、これは、輪郭を付けられたピンをハウジングに関して相対的に動かす。輪郭を付けられたピンが強磁性の材料から作られている場合、輪郭を付けられた領域における磁界の発生によって、輪郭を付けられたピンが一時的に磁化し、後者がたとえば互いに対して動く。このような磁界が減衰すると、これらの輪郭を付けられたピンは、再び元の位置に戻る。この場合、磁界は特に相対運動の周波数に影響する。
【００１９】
さらなる構成によると、輪郭を付けられたピンは可変の外形を有する。たとえば、押出しの向きに関して垂直にそれらの断面を変化させると、押出しマスクに直接的に影響する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面を参照して、提案されるプロセスをさらに詳しく説明する。さらに、押出しダイの特に好ましい実施例を説明する。
【００２１】
図１は、内燃エンジンの排気浄化用の触媒支持体としての通路２（図示せず）を備えた押出されたハニカム体１を生産するための装置であり、通路２は壁領域３（図示せず）によって結合され、壁領域には少なくとも部分的に構造物４（図示せず）が設けられ、ハニカム体１は、ハニカム体１と押出しダイ５との間に付加的な相対運動９、１０、１１が起こるように押出しダイ５で押出され、通路２の壁領域３が変形する。
【００２２】
このプロセスにおいて、適切な粒状の材料（たとえば、セラミック粉末、金属の添加剤、潤滑剤を含む）が押出機の充填ホッパ１４に導入され、スクリュー１２の助けを借りて混合され、圧縮される。このプロセスを支援するため、装置にはスクリュー１２の領域に加熱装置１３が設けられ、これによって、出発原料の成形性が良くなる。押出しダイ５は外側ダイリング８を有し、これは実質的にハウジング１８によって結合される。外側ダイリング８は押出しマスク１９を形成し、これによって、最終的にハニカム体１または連続して生産されるより糸１５の成形が確立される。外側ダイリング８から出てくるストランド１５は、保持装置１６によって固定される。この場合、ハニカム体１またはストランド１５は、好ましい押出しの向き６で外側ダイリング８から出てくる。ハニカム体１の壁領域３に構造物４を生成するため、装置は、たとえば保持装置１６によって、外側ダイリング８の回転９、および生産されたハニカム体１またはストランドの横方向１０における変位を可能にする。結果として、異なる構造物４を備えたさまざまなハニカム体１を連続するプロセスで生産することが可能であり、均一な品質の構造物４が形成される。
【００２３】
図２は、セラミック材料で作られた押出されたハニカム体１を示す。ハニカム体１は複数の通路２を有し、これらは壁領域３によって結合される。図示のハニカム体１は、円筒形で、予め決定可能な長さ７を有する。
【００２４】
この種のハニカム体１を内燃エンジンの排気システム内の触媒支持体として使用することを考えると、通路２の数ができるだけ多くなるようにすることが望ましい。この場合、通路の密度は、６００ｃｐｓｉ（「平方インチ当たりのセル数」）よりも大きく、特に８００ｃｐｓｉよりも大きいことが好ましい。
【００２５】
図３は、提案されるプロセスによって生産されたハニカム体１の通路２の第１の実施例である。通路２を結合する壁領域３は、構造物４を有し、これらは、たとえば押出し中にハニカム体１を一時的に圧縮することによって生産することができる。この場合、構造物４は、壁領域３の厚み２４の変化によって形成される。圧縮動作中、材料の蓄積が短時間起こり、結果として壁領域３がより厚く作られる。
【００２６】
図４は、詳細としての通路２の概略的断面図である。図示の壁領域３の構造物４は、たとえば、ハニカム体１またはストランド１５に関して押出しダイ５を相対的にオフセットすることによって生産された。図３に示される実施例とは異なり、ここで示されるものは、壁領域３の厚み２４が実質的に一定である。
【００２７】
図５は、ハニカム体１の通路２のある実施例の概略的透視図であり、押出し動作中に、方向９で、押出しダイ５に関してハニカム体１の連続した回転が起きている。このようにして、実質的に糸状の構造を有する通路２が形成された。この種のハニカム体を排気浄化用に使用する場合、このことによって、排気ガスがハニカム体１内で停留する時間が延び、汚染物質の変換の効率が向上する。
【００２８】
図６は、この発明による押出しダイ５の好ましい実施例の概略的透視図である。押出しダイ５は、押出された、特にセラミックのハニカム体１（図示せず）を生産するために好適である。押出しダイ５は、複数の固定され輪郭を付けられたピン１７およびハウジング１８を有し、これらが押出しマスク１９を形成する。押出しマスク１９は、生産プロセス中に可変であるため、構造物４を有する壁領域３を備えたハニカム体１を生産することができる。この場合、押出し材料（図示せず）は、押出しの向き６に運ばれ、格子の形で示される固定２２を通される。固定２２には輪郭を付けられたピン１７が固定され、これらはハウジング１８の内部領域まで延在する。この場合、ハウジング１８のサブ領域２０は、輪郭を付けられたピン１７に対して可動である。このため、ハウジング１８はセグメント２１に分けられ、セグメント２１は回転可能９であるように押出しの向き６の後方に配置される。この結果、たとえば、輪郭を付けられたピン１７の助けを借りて生成されたハニカム構造には、それらの直後からねじれ、たとえば、実質的に糸状の通路２が形成される。
【００２９】
これに代わるものとして、押出しダイ５の図示の実施例には、輪郭を付けられたピン１７の互いに対する位置を変化させる可能性もある。この場合、たとえば、固定２２を曲げて、輪郭を付けられたピン１７の互いに対する位置を変化させることができる。さらに、図示の押出しダイ５は磁化装置２３を有し、これは強磁性の材料からなる輪郭を付けられたピン１７に影響を及ぼし、輪郭を付けられたピン１７の互いに対する位置、またはハウジング１８に対する位置を変化させることができる。押出しダイ５は、第３の可能性として、輪郭を付けられたピン１７をハウジング１８に関して相対的に動かすこともできる。このため、固定２２は、横方向１０の変位が可能となるように作られる。
【００３０】
内部に構造物を有する通路を備えた押出されたハニカム体を生産するためのこの発明のプロセス、およびこのプロセスを実行するのに特に好適な押出しダイは、中を通る流体の流れに影響を及ぼすのに好適な複数の構造物を、生産工学の面から見て単純な方法で生産することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】提案されるプロセスを実行するのに好適な装置の概略図である。
【図２】押出されたハニカム体の概略的透視図である。
【図３】通路壁の構造物の第１の実施例の図である。
【図４】通路壁の構造物の第２の実施例の図である。
【図５】ハニカム体内の通路の第３の実施例の図である。
【図６】押出しダイのある実施例の構造の概略的透視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ハニカム体、２  通路、３  壁領域、４  構造物、５  押出しダイ、６  押出しの向き、７  長さ、８  外側ダイリング、９  回転の方向、１０  横方向、１１  軸、１２
スクリュー、１３  加熱装置、１４  充填ホッパ、１５  より糸、１６  保持装置、１７  輪郭を付けられたピン、１８  ハウジング、１９  押出しマスク、２０  サブ領域、２１  セグメント、２２  固定、２３  磁化装置。
【国際公開パンフレット】
2004525000.tif 000003
2004525000.tif 000004
2004525000.tif 000005
2004525000.tif 000006
2004525000.tif 000007
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2004525000.tif 000009
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2004525000.tif 000011
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2004525000.tif 000014
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2004525000.tif 000017
2004525000.tif 000018
2004525000.tif 000019
2004525000.tif 000020
2004525000.tif 000021
【国際調査報告】
2004525000.tif 000022
2004525000.tif 000023
2004525000.tif 000024
2004525000.tif 000025
2004525000.tif 000026
2004525000.tif 000027