(57)【要約】【課題】長期間の使用においても、リブ欠陥の発生を抑制することができる六角セルハニカム構造体成形用金型を提供すること。【解決手段】六角セルハニカム構造体成形用金型は、材料を供給するための供給穴２と、供給穴２に連通して六角形格子状に設けたスリット溝３とを有し、供給穴２は、スリット溝３を構成する各六角形格子の格子点に対応する場所に、１つ飛びに形成されている。スリット溝３は、供給穴２に対応する場所にある有穴格子点３０１と供給穴２に対応しない場所にある無穴格子点３０２との間において、少なくとも両格子点３０１、３０２間の途中から無穴格子点３０２に近づくにしたがって溝幅が徐々に広くなっている拡大溝部３２を有している。【選択図】図３
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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、該供給穴に連通して六角形格子状に設けたスリット溝とを有し、上記供給穴は、上記スリット溝を構成する各六角形格子の格子点に対応する場所に、１つ飛びに形成されている六角セルハニカム構造体成形用金型において、
上記スリット溝は、上記供給穴に対応する場所にある有穴格子点と上記供給穴に対応しない場所にある無穴格子点との間において、少なくとも両格子点間の途中から上記無穴格子点に近づくにしたがって溝幅が徐々に広くなっている拡大溝部を有していることを特徴とする六角セルハニカム構造体成形用金型。
【請求項２】
請求項１において、上記拡大溝部の内側面は、所定の曲率を有して曲面状に形成されていることを特徴とする六角セルハニカム構造体成形用金型。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記拡大溝部の内側面の最小曲率半径は、上記スリット溝における上記拡大溝部以外の部分であり、溝幅が一定である同幅溝部の溝幅の１．５〜３倍であることを特徴とする六角セルハニカム構造体成形用金型。
【請求項４】
請求項３において、上記同幅溝部の溝幅は、６０〜１３０μｍであることを特徴とする六角セルハニカム構造体成形用金型。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記スリット溝は、放電加工により形成してあることを特徴とする六角セルハニカム構造体成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、六角形格子状のセル壁に囲まれた六角形状のセルを多数設けてなる六角セルハニカム構造体を押出成形するための六角セルハニカム構造体成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排ガス浄化用基材として用いられ、例えばコーディエライト等を主成分とするセラミック製のハニカム構造体は、成形用金型を用いて材料を押出成形することにより製造される。このハニカム構造体は、セル壁を格子状に設けて多数のセルを構成してなり、その形状として例えば三角形、四角形、六角形等がある。
近年、排ガス浄化性能の点から、圧力損失が小さく、触媒を均一な厚さに担持させることが容易な、セルを六角形状としたハニカム構造体（以下、六角セルハニカム構造体という）が採用されている。
【０００３】
上記六角セルハニカム構造体を押出成形する成形用金型としては、例えば材料を供給するための供給穴と、その供給穴に連通して六角形格子状に設けたスリット溝とを有し、供給穴がスリット溝を構成する各六角形格子の格子点に対応する場所に１つ飛びに形成されている六角セルハニカム構造体成形用金型がある（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、上記六角セルハニカム構造体成形用金型は、供給穴がスリット溝を構成する各六角形格子の格子点に対応する場所に１つ飛びに形成されているため、供給穴がある格子点（以下、有穴格子点という）と供給穴がない格子点（以下、無穴格子点という）とが存在する。そのため、材料を押出成形する際に、有穴格子点付近は材料の流通量が多く、材料との摩擦によるスリット溝の内側面の磨耗が早く進む。一方、無穴格子点付近は供給穴から離れているために材料の流通量が少なく、スリット溝の内側面の磨耗も遅い。
【０００５】
これにより、無穴格子点付近のスリット溝は、上記金型を使い続けている間に、有穴格子点付近に比べて磨耗が遅い分だけ相対的に溝幅が狭い状態となり、材料の流れが悪くなる。そして、無穴格子点付近のスリット溝を流れてきた材料同士の接触・接合が不充分となり、上記金型を用いて成形した六角セルハニカム構造体には、セル壁の未接合部分、いわゆるリブ欠陥が発生する。それ故、得られる六角セルハニカム構造体の品質低下を防止するには、上記のリブ欠陥が発生する前に金型を交換する必要が生じてしまい、金型の寿命が短くなってしまう。
【０００６】
この問題を解決する手段として、スリット溝を構成する各六角形格子のすべての格子点に対応する場所に供給穴を形成しておく方法がある。ところが、この場合には、２倍の供給穴が必要となると共に、供給穴の径をさらに小さくしなければならない。そのため、より精密な加工が必要となり、金型を製造する時間も長くなる。また、供給穴の数が増えることで金型の強度が低下するおそれもある。さらに、材料を押し出す際に高い圧力が必要となるため、押出成形が困難となるおそれがある。
【０００７】
このようなことから、従来と基本的な構造が同じであり、長期間の使用においても、リブ欠陥の発生を抑制することができる六角セルハニカム構造体成形用金型が求められている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−０６７０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、長期間の使用においても、リブ欠陥の発生を抑制することができる六角セルハニカム構造体成形用金型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】
【００１０】
本発明は、材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通して六角形格子状に設けたスリット溝とを有し、上記供給穴は、上記スリット溝を構成する各六角形格子の格子点に対応する場所に、１つ飛びに形成されている六角セルハニカム構造体成形用金型において、
上記スリット溝は、上記供給穴に対応する場所にある有穴格子点と上記供給穴に対応しない場所にある無穴格子点との間において、少なくとも両格子点間の途中から上記無穴格子点に近づくにしたがって溝幅が徐々に広くなっている拡大溝部を有していることを特徴とする六角セルハニカム構造体成形用金型にある（請求項１）。
【００１１】
本発明の六角セルハニカム構造体成形用金型において、六角形格子状に設けた上記スリット溝は、上記有穴格子点と上記無穴格子点との間において、少なくとも両格子点間の途中から上記無穴格子点に近づくにしたがって溝幅が徐々に広くなっている上記拡大溝部を有している。すなわち、上記無穴格子点付近の上記スリット溝は、上記拡大溝部で構成されており、上記有穴格子点付近の上記スリット溝よりも溝幅が広い。また、その溝幅は、上記無穴格子点に近づくにしたがって広くなっている。
【００１２】
そのため、材料の押出成形時において、上記供給穴から供給された材料が上記スリット溝を通過し、上記無穴格子点に向かって流れていく際、その材料が上記スリット溝の内側面から受ける抵抗は小さくなる。それ故、上記無穴格子点付近に材料を流れ易くすることができる。つまり、予め上記無穴格子点付近の上記スリット溝の溝幅を僅かに広くしておくことで、上記無穴格子点付近への材料の流通を良好なものとすることができると共に、上記無穴格子点において材料を確実に接触させ、接合することができる。
【００１３】
例えば、材料の流通量が多く、材料との摩擦による上記スリット溝の内側面の磨耗が生じ易い上記有穴格子点付近において、上記スリット溝の内側面の磨耗が進んで溝幅が広くなった場合でも、上記の効果を充分に維持することができる。すなわち、上記無穴格子点付近の上記スリット溝の溝幅は、最初から大きく広がっているため、上記有穴格子点付近の上記スリット溝の溝幅よりも相対的に狭くなるまでには多くの期間を要する。そのため、長期間に渡って上記の効果を充分に維持することができる。
【００１４】
これにより、上記六角セルハニカム構造体成形用金型は、長期間の使用においても、成形した六角セルハニカム構造体に、材料の接合不良により生じるセル壁の未接合部分、いわゆるリブ欠陥が発生することを抑制することができる。そしてそれ故、品質の安定した六角セルハニカム構造体を長期間に渡って成形することができると共に、金型の寿命を向上させることができる。
【００１５】
このように、本発明によれば、長期間の使用においても、リブ欠陥の発生を抑制することができる六角セルハニカム構造体成形用金型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】
【００１６】
本発明においては、上記拡大溝部の内側面は、所定の曲率を有して曲面状に形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記無穴格子点付近への材料の流れ易さをさらに向上させることができる。なお、上記拡大溝部の内側面は、曲率を全ての部分において一定とすることもできるし、段階的に変化させることもできる。
【００１７】
また、上記拡大溝部の内側面の最小曲率半径は、上記スリット溝における上記拡大溝部以外の部分であり、溝幅が一定である同幅溝部の溝幅の１．５〜３倍であることが好ましい（請求項３）。
上記最小曲率半径が上記同幅溝部の溝幅の１．５倍未満の場合には、上記無穴格子点付近への材料の流通を向上させる効果やリブ欠陥の発生を抑制する効果を充分に得ることができないおそれがある。一方、３倍を超える場合には、上記拡大溝部の溝幅の広がりが大きくなり、押出成形時の材料の流通にバランスを欠いてしまうおそれがある。そのため、成形した六角セルハニカム構造体において、セル壁及びセルの形状が変形してしまうおそれがある。
【００１８】
また、上記同幅溝部の溝幅は６０〜１３０μｍであることが好ましい（請求項４）。
上記同幅溝部の溝幅が６０μｍ未満の場合には、成形した六角セルハニカム構造体において、上記同幅溝部に対応する部分に形成されるセル壁の強度、または六角セルハニカム構造体自身の強度を充分に得ることができないおそれがある。一方、１３０μｍを超える場合には、上記スリット溝の溝幅が元々広いことで材料の流動性を確保することができるため、上記拡大溝部を設ける必要性に乏しい。
【００１９】
また、上記スリット溝は、放電加工により形成してあることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記スリット溝を高い精度で所望の形状に形成することができる。なお、放電加工以外にも、レーザー加工、ウォータージェットレーザー加工等の方法を用いて上記スリット溝を形成することができる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる六角セルハニカム構造体成形用金型について、図１〜図４を用いて説明する。
本例の六角セルハニカム構造体成形用金型１は、図２〜図４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に連通して六角形格子状に設けたスリット溝３とを有し、供給穴２は、スリット溝３を構成する各六角形格子の格子点に対応する場所に、１つ飛びに形成されている。
また、スリット溝３は、供給穴２に対応する場所にある有穴格子点３０１と供給穴２に対応しない場所にある無穴格子点３０２との間において、両格子点３０１、３０２間の途中から無穴格子点３０２に近づくにしたがって溝幅が徐々に広くなっている拡大溝部３２を有している。
以下、これを詳説する。
【００２１】
本例の六角セルハニカム構造体成形用金型１は、例えばコーディエライト等の原料となる複数のセラミックス原料粉末を含むスラリー状の材料を押出成形し、六角形格子状のセル壁に囲まれた六角形状のセルを多数設けてなる六角セルハニカム構造体を成形する際に用いるものである。
【００２２】
図１に示すごとく、六角セルハニカム構造体成形用金型１は、所定厚みを有する２５０ｍｍ×２５０ｍｍの四角形の金型用素材を加工したものを用いており、材質はＳＫＤ６１よりなる。なお、六角セルハニカム構造体成形用金型１としては、様々なサイズ・材質の金型用素材を用いることができる。
【００２３】
また、同図に示すごとく、六角セルハニカム構造体成形用金型１は、材料を供給する供給面１０１と材料を押し出す押出面１０２とを有している。押出面１０２には、周囲よりも突出したスリット溝形成部１１が形成されており、成形する六角セルハニカム構造体のセル壁の形状に対応したスリット溝３が加工されている。
【００２４】
また、図４に示すごとく、六角セルハニカム構造体成形用金型１は、供給面１０１から内部に向かって供給穴２が形成されている。この供給穴２は、また、六角セルハニカム構造体成形用金型１のスリット溝形成部１１において、押出面１０２から内部に向かってスリット溝３が形成されている。なお、スリット溝３の深さは２〜４ｍｍである。そして、供給穴２とスリット溝３とは、六角セルハニカム構造体成形用金型１の内部において連通されている。
【００２５】
また、図２に示すごとく、スリット溝３は、上述したように六角形格子状に設けられている。そして、供給穴２は、スリット溝３を構成する各六角形格子の格子点に対応する場所に、１つ飛びに形成されている。すなわち、スリット溝３の格子点には、供給穴２に対応する場所にある有穴格子点３０１と供給穴２に対応しない場所にある無穴格子点３０２とがある。
【００２６】
また、図３に示すごとく、単位六角形を構成するスリット溝３に注目した場合、スリット溝３は、有穴格子点３０１と無穴格子点３０２との間において、両格子点３０１、３０２間の途中から無穴格子点３０２に近づくにしたがって溝幅が徐々に広くなっている上述の拡大溝部３２と、拡大溝部３２以外の部分であり、有穴格子点３０１から溝幅が一定である同幅溝部３１とを有している。なお、同幅溝部３１の溝幅は１００μｍである。
【００２７】
また、同図に示すごとく、スリット溝３の内側面３０のうち、同幅溝部３１の内側面３１１は直線状に形成されており、拡大溝部３２の内側面３２１は所定の曲率を有して曲線状に形成されている。本例では、拡大溝部３２の内側面３２１の全ての部分において、曲率が一定となっている。
また、拡大溝部３２の内側面３２１の最小曲率半径は、同幅溝部３１の溝幅の１．５〜３倍であることが好ましい。なお、本例では、拡大溝部３２の内側面３２１の曲率半径は０．３ｍｍであり、この値が最小曲率半径となる。そして、同幅溝部３１の溝幅の約３倍である。
【００２８】
また、同図に示すごとく、スリット溝３は、無穴格子点３０２において３方向から合流している。そして、スリット溝３の拡大溝部３２の内側面３２１は、無穴格子点３０２において曲率半径０．３ｍｍの滑らかな曲線状を呈しながら、隣接する拡大溝部３２の内側面３２１と繋がっている。
【００２９】
次に、本例の六角セルハニカム構造体成形用金型１の製造方法について、図１を参照して説明する。
本例の六角セルハニカム構造体成形用金型１を製造するに当たっては、まず所定厚みを有する２５０ｍｍ×２５０ｍｍの四角形の金型用素材１を準備する。そして、金型用素材１の押出面１０２を加工し、周囲よりも突出したスリット溝形成部１１を設ける。
【００３０】
次に、金型用素材１の供給面１０１に、所定深さの供給穴２をドリル等により形成する。そして、スリット溝形成部１１の押出面１０２に、上述したような形状（図３、図４参照）のスリット溝３を放電加工により形成する。なお、スリット溝３の加工方法は、放電加工以外にもレーザー加工、ウォータージェットレーザー加工等を用いることができる。また、供給穴２とスリット溝３の加工手順は、必ず供給穴２をドリル等で形成した後、スリット溝３の加工を行う。
以上により、図１の六角セルハニカム構造体成形用金型１を得る。
【００３１】
次に、本例の六角セルハニカム構造体成形用金型１の作用効果について説明する。
本例の六角セルハニカム構造体成形用金型１において、六角形格子状に設けたスリット溝３は、有穴格子点３０１と無穴格子点３０２との間において、少なくとも両格子点３０１、３０２間の途中から無穴格子点３０２に近づくにしたがって溝幅が徐々に広くなっている拡大溝部３２を有している。すなわち、無穴格子点３０２付近のスリット溝３は、拡大溝部３２で構成されており、有穴格子点３０１付近のスリット溝３である同幅溝部３１よりも溝幅が広い。また、その溝幅は、無穴格子点３０２に近づくにしたがって広くなっている。
【００３２】
そのため、材料の押出成形時において、供給穴２から供給された材料がスリット溝３を通過し、無穴格子点３０２に向かって流れていく際、その材料がスリット溝３の内側面３０（特に拡大溝部３２の内側面３２１）から受ける抵抗は小さくなる。それ故、無穴格子点３０２付近に材料を流れ易くすることができる。つまり、予め無穴格子点３０２付近のスリット溝３である拡大溝部３２の溝幅を僅かに広くしておくことで、無穴格子点３０２付近への材料の流通を良好なものとすることができると共に、無穴格子点３０２において材料を確実に接触させ、接合することができる。
【００３３】
例えば、材料の流通量が多く、材料との摩擦によるスリット溝３の内側面３０の磨耗が生じ易い有穴格子点３０１付近において、同幅部３１の内側面３１１の磨耗が進んで溝幅が広くなった場合でも、上記の効果を充分に維持することができる。すなわち、無穴格子点３０２付近の拡大溝部３２の溝幅は、最初から大きく広がっているため、有穴格子点３０１付近の同幅溝部３１の溝幅よりも相対的に狭くなるまでには多くの期間を要する。そのため、長期間に渡って上記の効果を充分に維持することができる。
【００３４】
これにより、六角セルハニカム構造体成形用金型１は、長期間の使用においても、成形した六角セルハニカム構造体に、材料の接合不良により生じるセル壁の未接合部分、いわゆるリブ欠陥が発生することを抑制することができる。そしてそれ故、品質の安定した六角セルハニカム構造体を長期間に渡って成形することができると共に、金型の寿命を向上させることができる。
【００３５】
また、本発明においては、拡大溝部３２の内側面３２１は、所定の曲率を有して曲面状に形成されている。そのため、無穴格子点３０２付近への材料の流れ易さをさらに向上させることができる。なお、拡大溝部３２の内側面３２１は、本例のように曲率を全ての部分において一定とすることもできるし、段階的に変化させることもできる。
【００３６】
また、拡大溝部３２の内側面３２１の最小曲率半径は、同幅溝部３１の溝幅の約３倍である。そのため、無穴格子点３０２付近への材料の流通を向上させる効果を充分に得ることができる。
また、同幅溝部３１の溝幅は１００μｍである。そのため、成形した六角セルハニカム構造体において、同幅溝部３１に対応する部分に形成されるセル壁の強度、及び六角セルハニカム構造体自身の強度を充分に得ることができる。これにより、品質の高い六角セルハニカム構造体を製造することができる。
【００３７】
また、スリット溝３は、放電加工により形成してある。そのため、スリット溝３を高い精度で所望の形状に加工することができる。なお、放電加工以外にも、レーザー加工、ウォータージェットレーザー加工等の方法を用いてスリット溝３を加工することができる。
【００３８】
このように、本例によれば、長期間の使用においても、リブ欠陥の発生を抑制することができる六角セルハニカム構造体成形用金型を提供することができる。
【００３９】
（実施例２）
本例では、実施例１の六角セルハニカム構造体成形用金型１を用いて、六角セルハニカム構造体を成形した場合における金型の使用寿命を評価した。
【００４０】
評価を行う本発明品としては、実施例１の六角セルハニカム構造体成形用金型１において、拡大溝部３２の最小曲率半径が同幅溝部３１の溝幅の約３倍である本発明品Ｅ１〜Ｅ５を準備した。なお、拡大溝部３２の最小曲率半径は０．３ｍｍ、同幅溝部３１の溝幅は１００μｍである。その他のサイズ・形状等も、実施例１と同様である。
【００４１】
また、比較のために、拡大溝部３２を有しておらず、スリット溝３の溝幅が全ての部分において同じであること以外は実施例１の六角セルハニカム構造体成形用金型１と同じ構成である従来の六角セルハニカム構造体成形用金型（従来品Ｃ１）を準備した。従来品Ｃ１のスリット溝３の溝幅は、実施例１の同幅溝部３１と同じ１００μｍである。
【００４２】
次に、金型の使用寿命の評価方法について説明する。
まず、本発明品Ｅ１〜Ｅ５の六角セルハニカム構造体成形用金型１を用いて、六角セルハニカム構造体用の材料を押出成形し、外径φ１００ｍｍ、長さ２００ｍｍの六角セルハニカム構造体を成形した。そして、これを繰り返し行い、品質の安定した六角セルハニカム構造体を成形することができなくなった時点で、金型の使用寿命とした。そして、使用寿命となるまでに成形した六角セルハニカム構造体の数を測定した。なお、ここでいう品質の安定した六角セルハニカム構造体とは、リブ欠陥が見当たらず、セル壁の厚さが最初に成形した六角セルハニカム構造体のセル壁の厚さを超えないものをいう。
また、従来品Ｃ１についても、本発明品Ｅ１〜Ｅ５と同様の評価を行った。
【００４３】
なお、本例の六角セルハニカム構造体用の材料としては、セラミックス原料を含むスラリー材料を用いた。このスラリー材料は、セラミックス原料の原料粉末に水、バインダー、水溶性潤滑材等を所定量添加し、混練することによって得られる。スラリー材料の粘度は、２５００〜８０００（ｐｏｉｓｅ）とした。
また、上記セラミックス原料の原料粉末としては、カオリン、タルク、アルミナ、水酸化アルミニウム、溶融シリカ等を焼成後に２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2よりなるコーディエライト組成となるように混合し、スプレードライにより顆粒化したものを用いた。この原料粉末は、各成分が最終的にＡｌ2Ｏ3：３４〜３８％、ＳｉＯ2：４８〜５２％、ＭｇＯ：１２〜１６％となるように調整してある。
【００４４】
金型の使用寿命の評価結果を図５に示す。同図では、従来品Ｃ１が使用寿命までに成形した六角セルハニカム構造体の数を使用寿命１．０として表している。
同図から分かるように、本発明品Ｅ１〜Ｅ５は、いずれも従来品Ｃ１に比べて使用寿命が１．３２〜１．６倍向上している。すなわち、本発明品Ｅ１〜Ｅ５の六角セルハニカム構造体成形用金型１は、長期間の使用においてもリブ欠陥を抑制することができ、成形した六角セルハニカム構造体の品質を高い状態で維持できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１における、六角セルハニカム構造体成形用金型を示す斜視図。
【図２】実施例１における、押出面に加工されたスリット溝の形状を示す説明図。
【図３】実施例１における、単位六角形を構成するスリット溝の形状を示す説明図。
【図４】図２におけるＡ−Ａ断面斜視図。
【図５】実施例２における、金型の使用寿命の評価結果を示す説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１  六角セルハニカム構造体成形用金型
２  供給穴
３  スリット溝
３０１  有穴格子点
３０２  無穴格子点
３１  同幅溝部
３２  拡大溝部
【図１】
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【図２】
2007175898.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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