(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形体を下方向に連続的に押出し、成形体が所定長さとなった時に切断する縦押し成形方法において、成形体が前記所定長さになるまでは成形体の押出し長さに応じた大きさの反力で成形体の下面を支持し、成形体切断時には被切断部がほとんど圧縮力を受けないような反力で成形体の下面を支持することを特徴とする縦押し成形方法。
【請求項２】
成形体を下方向に連続的に押出し、成形体が所定長さとなった時に切断する縦押し成形方法において、
押出された長さを基に押出された成形体重量を算出し、
その算出された成形体重量に基づき、
（１）成形体が前記所定長さになるまでは成形体の押出された重量に応じて増加するように制御した反力で成形体の下面を支持し、
（２）成形体切断開始時には被切断部がほとんど圧縮力を受けないようにした反力で成形体の下面を支持し、
（３）切断が開始されると被切断部の未切断面が引張り応力で破壊しないように制御した反力で成形体の下面を支持することを特徴とする縦押し成形方法。
【請求項３】
前記（２）又は（３）の工程では、成形体の被切断部以下の押出し重量に基づいて反力を定めることを特徴とする請求項２に記載の縦押し成形方法。
【請求項４】
成形体切断開始時は、成形体の被切断部に非圧縮応力が作用するような反力で支持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の縦押し成形方法。
【請求項５】
成形体が所定長さになると張力を付与した細線を往方向に移動して成形体を切断し、次の成形体が所定長さになると前記張力を付与した細線を復方向に移動して成形体を切断する切断動作を繰り返す請求項１乃至４のいずれかに記載の縦押し成形方法。
【請求項６】
表面に流体通気孔を有し工程間を移動することができる治具を成形体の下方に供給し、該治具を介して押出される成形体の下面に反力を付与し、成形体が切断された後は治具と共に成形体を搬出する請求項１乃至５のいずれかに記載の縦押し成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦押出し法で押出される成形体の成形方法に係り、特にセラミックハニカム成形体に好適な成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成形体の押出し成形法としては、横向きに押出す横押出し成形法が主に用いられている。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るため自動化がやり易いという利点がある。しかし、自重が成形体強度より大きいものに対しては、成形体が自重で変形を起こし寸法精度の良い製品を得難いという問題がある。ハニカム構造の成形体は、薄肉の隔壁で囲まれた多数のセルが形成されているが、隔壁が変形するとセル形状も変形し、所定の製品性能が得難くくなる。特に、自動車排ガス浄化システムの触媒担体に使用されるセラミック製のハニカム成形体では、セルに排ガスが流れるので、隔壁の局部的な変形や出っ張りなどは極力小さいことが求められている。
これを解決するために、セラミック成形体を縦向きに押出す縦押出し成形法が提案されており、例えば特開昭６３−２３０３０４号（公知例１）には、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が開示されている。反力を発生する方法としては、成形体の押出し長さ又はそれに比例する計量値を計測して、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。
【０００３】
また、押出されたセラミック成形体を歪ませることなく切断するとともに、切断効率を高くするための切断技術が種々開示されている。例えば特開平６−２７００９２号（公知例２）には、横押出しされた成形体をワイヤーで横断することによって切断する方法において、２つの滑車間に張ったワイヤーにバネにより張力を与え、ワイヤーの押切方向の速度よりも引切方向の速度を相対的に大きくして切断する方法が開示されている。また、特開２０００−２９６４９７号（公知例３）には、同じく横押出しされた成形体をワイヤーで横断することによって切断する方法において、２個のサーボモータに設けたボビン間に張ったワイヤーに、サーボモータのトルクを制御してワイヤーの引張り強度を超えない張力を与えながら走行させて切断する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内部に隔壁を有する成形体、特に自動車排ガス浄化システムの触媒担体に使用されるセラミック製のハニカム成形体を、隔壁部を歪ませることなく得るためには、押出し時に変形が生じないようにするとともに、切断時に隔壁をつぶさないようにすることが重要である。公知例１においては、押出される成形体の変形を防止するための技術に関しては記載があるが、成形体を切断することについては細いワイヤーを用いることが記載されている以外詳細な記述はない。即ち、押出される成形体の変形を防止するために付与する反力は、成形体押出し長さに比例した力を付与し、その最大値は所定長さの成形体重量の５倍を超えない範囲で設定することが記載されている。このことは、例えば反力を成形体重量の５倍とした場合、成形機の口金に近い成形体の切断部分には、成形体重量の約４倍の圧縮力が作用していることになる。従って、切断に当たって、ワイヤーが成形体を通過する際に受ける抵抗が大きく、隔壁をつぶすことなくシャープに切断するためには、小さな直径のワイヤーに大きな張力を掛ける必要がある。このため、ワイヤーが破断したり寿命が短くなることが推察される。また、公知例２、３に引用したように、従来の成形体切断技術はいずれも横押出し成形体を対象にしており、自重が支持された成形体を重力方向からワイヤーで切断するため、ワイヤーには成形体の自重に係わる荷重は作用しない。実際にこれらの技術を縦押出し成形に適用してみると、成形体に自重が加わっているため、外周壁や隔壁を変形させることなく切断することは困難であった。
本発明は、縦押出し法において、変形を抑えながら押出し、内部構造を歪ませないように切断して成形体を得る成形方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成形体を下方向に連続的に押出し、成形体が所定長さとなった時に切断する縦押し成形方法において、成形体が前記所定長さになるまでは成形体の押出し長さに応じた大きさの反力で成形体の下面を支持し、成形体切断時には被切断部がほとんど圧縮力を受けないような反力で成形体の下面を支持することを特徴としている。
また本発明は、成形体を下方向に連続的に押出し、成形体が所定長さとなった時に切断する縦押し成形方法において、押出された長さを基に押出された成形体重量を算出し、その算出された成形体重量に基づき、（１）成形体が前記所定長さになるまでは成形体の押出された重量に応じて増加するように制御した反力で成形体の下面を支持し、（２）成形体切断開始時には被切断部がほとんど圧縮力を受けないようにした反力で成形体の下面を支持し、（３）切断が開始されると被切断部の未切断面が引張り応力で破壊しないように制御した反力で成形体の下面を支持することを特徴としている。なお、前記（２）及び（３）の工程では、成形体の被切断部以下の押出し重量に基づいて反力を定めるようにするとよい。本発明においては、成形体切断開始時は、成形体の被切断部に非圧縮応力が作用するような反力で支持することが好ましい。また、本発明においては、成形体が所定長さになると張力を付与した細線を往方向に移動して成形体を切断し、次の成形体が所定長さになると前記張力を付与した細線を復方向に移動して成形体を切断する切断動作を繰り返すようにすることが好ましい。また、本発明においては、表面に流体通気孔を有し工程間を移動することができる治具を成形体の下方に供給し、該治具を介して押出される成形体の下面に反力を付与し、成形体が切断された後は治具と共に成形体を搬出するようにすることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面をもとに説明する。
図１は本発明の一実施例に係る縦押出し成形装置の概略図である。成形装置は、成形体２を形成するダイス（図示せず）を有する成形機１と、成形体２に制御された反力を付与する手段であるエレベータ１０と、エレベータ１０に載置されて成形体２と当接する治具３と、押出された成形体２を所定長さに切断する切断機２０とを有している。本実施例では、成形装置回りには、切断された成形体２を載置した治具３を次工程に搬出するコンベア４と、次工程から空の治具３を搬入するコンベア５と、エレベータ１０とコンベア４及び５間の治具３の移載を行うハンドリング装置６及び７とが配設されている。
【０００７】
成形機１は、セラミックを含むスラリーを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セラミックハニカム体を成形する縦押しの成形機である。治具３は、エレベータ１０に供給セットされて成形機１から押出される成形体２を支持するとともに、切断後の成形体をそのまま載置して次工程に搬送することができる矩形状或いは円状の略平面状体である。治具３表面は、押出される成形体が変形しないよう、成形体内部のセルが外部空間と流体的に流通するとともに、成形体２が横づれし難いよう形成されている。即ち、多数の空気流通穴を表面に貫通させて形成したり、多孔性材料を用いることが好ましい。
【０００８】
図２にエレベータ１０の詳細を示すが、上下方向に駆動される直進テーブル１１と、その上に設置された上下方向コンプライアンス手段１２と、コンプライアンス手段１２で支持された受台１３を備えており、受台１３の上面に治具３が載置される。直進テーブル１１は、サーボモータ（図示せず）で駆動されるボールネジ１４に連結されており、位置と速度の制御がなされる。本発明におけるコンプライアンス手段１２は、変位量にかかわらず所望の反力が設定できるものであり、例えばエアーシリンダを使用するとよい。本実施例では、コンプライアンス手段１２として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シリンダ（以下、単にシリンダ１２と称する）を用い、電空レギュレータを連結して電気信号でエアーシリンダ１２の出力を制御するようにした。シリンダ１２のロッド先端に取付けられた受台１３は、ロッドの動きに応じて、ガイド機構により上下方向に直進移動することができ、その移動量はシリンダ１２に内蔵したリニアセンサで検出することができる。
【０００９】
切断機２０は、成形体２を切断するための極細のピアノ線（以下、細線と称する）２６が略水平に張られている切断ユニット３０を、成形体２の押出し方向（上下方向）とそれと直交する方向（水平方向）に直進できる直交２軸の移動手段に取り付け、サーボモータ２１、２２で位置と速度が制御できるよう構成され、押出し中の成形体２を水平に切断することができる。切断機２０は、押出される成形体２を成形機１のダイスに近い位置で切断できるような位置に配置する。
【００１０】
切断ユニット３０は、図３に示すように、コの字型フランジ３１の基底部３１ｂに、細線２６を繰出す繰出ボビン３２及びその回転手段３３と、細線２６を巻き取る巻取ボビン３４及びその回転手段３５と、細線２６に張力を与える張力付与手段３６とを設け、フランジ３１の一方の枝部３１ｕと他方の枝部３１ｄには、細線２６の走行経路を形成する複数の滑車３７と、細線２６に付着した成形体の切り粉を取り除くワイパー３８が設けられている。細線２６は、繰出ボビン３２から繰出され、滑車３７ａ及びフランジの一方の枝部３１ｕの先端に設けた滑車３７ｂ、滑車３７ｃで方向を変え、他方の枝部３１ｄ先端に設けた滑車３７ｄ、滑車３７ｅへと導かれ、張力付与手段３６に設けた滑車３７ｆ、滑車３７ｇと、フランジ３１に設けられた滑車３７ｈ、滑車３７ｉを経て巻取ボビン３４へと至る走行経路が形成されている。
【００１１】
張力付与手段３６は、成形体２を良好に切断するための所定張力を細線２６に付与するもので、例えば精密圧力制御弁に連結された低摩擦エアーシリンダや、一定力を発生するような特殊バネを使用するとよい。本実施例では、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シリンダ（以降、単に張力用シリンダ３６と称する）を用いた。張力用シリンダ３６のロッド先端には、２個の滑車３７ｆ、３７ｇが固定された先端金具３８が取付られている。本実施例では、張力用シリンダ３６のロッド戻り側の出力を制御して細線２６に張力を付与している。先端金具３８は、繰出ボビン３２や巻取ボビン３４が回転していない時、または成形体２を切断していない時は、細線２６に所定の張力を与えつつ適宜位置で停止している。この停止位置は内蔵されたリニアセンサによって検出することができる。
【００１２】
成形体２の切断は、細線２６の、コの字型フランジ３１の両枝部３１ｕ、３１ｄの先端に渡された部分で行う。この部分の細線２６ｃは、図３において矢印Ａ方向から押される場合には、一方の枝部３１ｕ先端に設けた滑車３７ｂと他方の枝部３１ｄ先端に設けた滑車３７ｅで支持され、逆に矢印Ｂ方向から押される場合には一方の枝部３１ｕ先端に設けた滑車３７ｃと他方の枝部３１ｄ先端に設けた滑車３７ｄで支持されるよう配設されている。従って、切断は、切断ユニット３０の往復動作時のいずれでも行うことができる（例えば、切断ユニット３０が成形体２に近づくように移動する場合を往動作、切断ユニットが成形体２から離れるように移動する場合を復動作とする）。また、繰出ボビン３２及び巻取ボビン３４を適宜回転し、成形体２を切断する細線２６ｃを新規に更新することで、細線の切断を防ぐことができる。
【００１３】
次に、成形動作について、図４を参照しながら説明する。
まず、エレベータ１０の初期位置を設定する。直進テーブル１１に設けたシリンダ１２に所定圧力の空気を供給し、治具３を載置した受台１３を上昇させ、上昇端にある時をシリンダ１２の原点とし、この時のシリンダ１２に内蔵されたリニアセンサーの値を読取り、制御装置８の記憶部に記憶する。この状態で直進テーブル１１を上方に移動し、治具３の上面が、図４（ａ）に示すように切断機２０の細線２６が成形体２を切断開始する位置（Ｘ１）と同じレベルになった時を直進テーブル１１の原点とし、この時のサーボモータの位置センサ値を制御装置８の記憶部に読み込む。シリンダ１２と直進テーブル１１とも原点にある時をエレベータ１０の初期位置とする。なお、シリンダ１２及び直進テーブル１１の原点位置は任意に設定することができ、また、どちらもが原点にある時をエレベータ１０の初期位置としなくても、原点から所定位置にある時を初期位置としてもよく、要は、初期位置における例えば治具３の上面と、成形機１又は切断機２０の基準とする位置との間の位置関係が規定されればよい。
【００１４】
次に切断機２０の初期位置を設定する。切断ユニット３０をサーボモータ２１で上下方向に移動し、細線２６が成形体２を切断開始する前述した位置（Ｘ１）にきた時を切断ユニット３０の上下方向原点とし、サーボモータ２１の位置センサ値を読み込み制御装置８の記憶部に記憶する。切断開始位置Ｘ１は、切断ユニット３０が成形機１の先端に接触しない範囲で、成形機先端近くに設定することが好ましい。次いで、切断ユニット３０をサーボモータ２２で水平方向に移動し、コの字型フランジ３１が成形体と交差しない位置で、その両枝部に渡された細線２６ｃが、図４（ａ）に示すように、押出される成形体２の軸心から所定距離Ｒ離れた成形体表面に接触しない位置にきた時を、切断ユニット３０の水平方向原点とし、サーボモータ２２の位置センサ値を読み込み制御装置８の記憶部に記憶する。切断機２０の初期位置は、切断ユニット３０が上下方向原点及び水平方向原点にある時とする。
【００１５】
成形体の押出し動作が開始されると、図４（ｂ）に示すように、エレベータ１０は、シリンダ１２は原点のままで、直進テーブル１１を原点から距離Ｓだけ下降させ、受台１３に載置された治具３を、所定距離Ｓだけ初期位置から下方に移動し待機させる。成形機１から押出された成形体２が下方に伸長し、成形体切断位置Ｘ１から長さＳに達すると、成形体下端が治具３に当接し、上昇端にあったシリンダ１２のロッドを後退させる。シリンダ１２のロッドが所定値、例えばストロークの半分まで移動すると、直進テーブル１１は成形体２の押出し速度に同期した速度で下降を開始する。成形体２の押出し速度は、ダイス通過時の抵抗等で多少変動することがあるが、シリンダ１２が上下動することで吸収される。
【００１６】
この間、成形体２の下面は、治具３の上面からシリンダ１２に供給された空気圧力で決まる反力で支持されている。成形体２の自重と反力が異なると、成形体２のダイス近傍部にその差分が引張り力又は圧縮力として作用する。この差分が成形体２の押出される自重に係わらずほぼ一定値で、かつ成形体２をくびれさせたり座屈させるほどの大きさでなければ特に問題はないが、成形体２の自重とともに変化すると、くびれや座屈を引起す恐れがある。このため、反力は押出される成形体２の重量増加に合わせて増やすことが好ましい。成形体２の重量は、単位長さ当たりの重量が既知であれば押出し長さを基に算出することができる。本実施例では、図４（ｃ）に示すように、切断開始位置Ｘ１から上のダイス部までの部分は長さがＫで一定であり、切断開始位置Ｘ１から下の部分の長さＬ０は治具３の移動量、即ちシリンダ１２と直進テーブル１１の移動量の合計値で計測できるため、Ｋ＋Ｌ０の長さから重量を求めることができる。
【００１７】
任意の押出し長さの時の重量が算出されれば、これに対応した反力は、シリンダ１２へ供給する空気圧力を制御することで得ることができる。空気圧力の制御は電空レギュレータへの電気信号で行うことができ、治具３の移動量Ｌ０をもとに算出して出力することができる。また、この反力は、成形体２の下面が治具３上面からずれることを抑制する摩擦力を生み、成形体が曲がったりねじれたりすることを阻止している。前述したように、治具３の表面には多数の凹部を有するなど摩擦力を大きくするための工夫をしているが、治具３の反力は大きい方が有効である。また、成形体２内部の密度を均一にするためにも圧縮力が作用するようにした方がよい。反力をいくらにすべきかは、成形体が使用される用途や、スラリーの材質、性状、及び成形体の断面と長さの比率等の形状差異からくる圧縮強度などで異なるが、押出し長さ変化に伴う成形体重量変化に合わせ、押出された部分の重量の１．３〜２倍の反力を付与するとよい。なお、成形体２の下面が治具３に当接していても、成形体２内部のセルは治具３の流体流通穴を通じて外部と通じているため、セル内部が大きく負圧になることはなく、そのための変形は生じない。
【００１８】
成形体２が設定した所定の長さになると切断を開始する。切断ユニット３０は、所定速度で水平方向に前進し、細線２６が成形体２に接触する直前に、成形体２の押出し速度と切断ユニット３０の前進速度で決まる速度で下降を開始し、成形体２をその下端面と平行になるように切断する。切断に当たっては、切断抵抗が小さい方が、切断面はシャープで切断時間も短く、かつ細線の破断も防止できるので好ましい。前述したように、成形体２に圧縮力が作用するように反力をかけると、被切断部に圧縮力が作用しており、そのまま切断すると切断抵抗は大きい。このため、切断時には、被切断部がほとんど圧縮力を受けないよう、例えば引張り力が作用するように反力を制御する。これは、成形体２の被切断部以下の押出し重量より小さな所定の反力を付与するように、電空レギュレータに所定の電気指令を出力することで行うことができる。しかし、切断終了時まで引張り力が作用していると、切離されていない面の引張り応力が大きくなっていき、切断される前に引きちぎられる恐れがある。従って、切断が開始されると、未切断面が引張り応力で破壊しないように反力を制御することが好ましい。簡易的に、切断開始後から所定時間経過後は、反力を被切断部以下の押出し重量とほぼ等しくなるようにしてもよい。
【００１９】
切断が終了すると、直進テーブル１１は高速で下降し、所定長さに切断された成形体２を保持した治具３が、受台１３からコンベア４へ搬出される。治具３と成形体２の当接面には横ずれし難いような摩擦力が作用しているので、搬送途中で、成形体２が大きくずれることはない。その後新しい治具３がコンベア５から受台１３に載置されると、直進テーブル１１は高速で上昇して、エレベータ１０の初期位置から所定距離Ｓだけ下方の所定位置で停止し、連続して押出されている新たな成形体２の平坦な下端を支持すべく待機する。前記所定距離Ｓは、成形体２の押出し速度、直進テーブル１１の下降速度、治具３を入れ替えるための時間、及び直進テーブル１１の上昇速度から、直進テーブル１１上の治具３が押出される成形体２に接する位置を求めておき、これをもとに適宜決定するとよい。
【００２０】
切断ユニット３０を水平方向に前進させて成形体２の切断を行った場合（往動作）、切断ユニット３０を前進端で停止したまま上昇させ、上下方向のみ原点位置に戻して待機する。この間、次の成形体は、コの字型フランジ３１の両枝部３１ｕ、３１ｄの間を通るように押出されている。従って、次の切断では、切断ユニット３０は水平方向に後退して（復動作）切断動作を行う。このように、切断ユニット３０の往動作と復動作を繰り返しながら連続した成形体を切断すると、一方方向からだけの切断の場合のように、細線２６ｃを成形体２に当たらないようにユニット３０を戻す必要がなく、細線と成形体が接触するというトラブルの恐れがない。
また、成形体２を切断抵抗を小さくして切断するので、切断中に細線２６を走行させる必要はない。適宜な回数の切断を行なった後、回転手段２０、２１を駆動し、細線の切断に使用する細線部位を変えればよく、細線の消費量を少なくすることができる。また、所定長さに切断された成形体２は、治具３ごとエレベータ１０から取除かれるので、成形体を次工程へ搬出するに際して変形が生じる恐れがなく、搬送も効率的に行える。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、成形機のダイス直下の成形体部には、押出し長さに応じて自重が増加するにも係わらず、所定値以下の荷重しか作用させないので、くびれや座屈などの変形を防止することができる。また、切断時には、成形時の支持力から、切断に望ましい支持力に変えるので、シャープに切断でき、成形体を変形させることを防止できる。また、成形体を次工程に送る時にも変形させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦押し成形方法を実施するため一例を示す概略図
【図２】本発明に係わる成形装置のエレベータを示す概略図
【図３】本発明に係わる切断ユニットを示す概略図
【図４】押出し成形におけるエレベータと切断ユニットの関係を示す概略図
【符号の説明】
１…成形機、  ２…成形体、  ３…治具、  １０…エレベータ、
１１…直進テーブル、  １２…上下方向コンプライアンス手段、  １３…受台、
２０…切断機、  ２６…細線、
３０…切断ユニット、  ３１…コの字型フランジ、  ３６…張力付与手段、
３７…滑車
【図１】
0004158138.tif 000002
【図２】
0004158138.tif 000003
【図３】
0004158138.tif 000004
【図４】
0004158138.tif 000005