JP4062920B2

JP4062920B2 - ハニカム構造体成形用金型の製造方法

Info

Publication number: JP4062920B2
Application number: JP2001397717A
Authority: JP
Inventors: 武福嶋; 章佐々木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003011111A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，薄肉のハニカム構造体を押出成形するための成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
例えばコーディエライト等を主成分とした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，隔壁を格子状に設けて多数のセルを構成してなり，そのセル形状としては例えば四角形，六角形等がある。
そして，上記ハニカム構造体成形用金型としては，材料を供給するための供給穴と，供給穴に連通し材料を上記ハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型が用いられる。
【０００３】
上記ハニカム構造体としては，近年その隔壁の薄肉化，例えば１００μｍ以下の薄肉化が求められている。これに対応して，上記ハニカム構造体成形用金型のスリット溝の溝幅も当然に幅狭化が求められている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，ハニカム構造体成形用金型のスリット溝の溝幅を狭くすれば，上記供給穴から供給され材料がスリット溝を通過する際の材料流れが悪化する。そのため，成形時の成形圧力が増大し，成形性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，成形性を低下させることなく，薄肉のハニカム構造体を成形することができるハニカム構造体成形用金型及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
少なくとも，材料を供給するための供給穴と，該供給穴に連通し材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型において，
上記スリット溝の底部と上記供給穴の側面とが交わって形成される角部に傾斜部が設けられており，該傾斜部においては，上記スリット溝の深さが上記供給穴に近づくにしたがって徐々に深くなっていることを特徴とするハニカム構造体成形用金型がある。
【０００７】
上記ハニカム構造体成形用金型は，上記のごとく，スリット溝の深さが均一ではなく，上記角部に傾斜部を設けて，スリット溝の深さを上記供給穴に近づくに従って深くしてある。そのため，供給穴からスリット溝に抜ける材料の流れをスムーズにすることができる。
【０００８】
すなわち，上記スリット溝の底部と供給穴の側面とが交差する上記角部が傾斜しているので，供給穴からスリット溝に抜ける材料が，上記傾斜部に沿って徐々に広がる。そのため，上記角部に傾斜部がない場合と比べて，材料が幅方向に広がる際の流れ方向の変化を小さくすることができる。それ故，材料が供給穴からスリット溝に侵入する際の材料流れをスムーズにすることができる。
そして，それ故，上記スリット溝の溝幅を狭幅化した場合においても，成形圧力の増大等を抑制することができ，優れた成形性を維持することができる。
【０００９】
本発明は，少なくとも，材料を供給するための供給穴と，該供給穴に連通し材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型を製造する方法において，
金型素材の穴形成面から上記供給穴を形成した後，
該穴形成面と反対側の溝形成面の溝形成位置に対して水を噴射して水柱を形成すると共に，該水柱の中を通してレーザ光を照射し，該レーザ光の照射位置を上記溝形成位置に沿って移動させて同じ溝形成位置を複数回通過させる照射スキャンを行い，
かつ，形成される上記スリット溝の底部と上記供給穴の側面とが交わって形成される角部近傍において上記照射スキャンの回数を増やし，上記スリット溝の深さが上記供給穴に近づくにしたがって徐々に深くなる傾斜部を設けることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法（請求項１）にある。
【００１０】
本発明においては，上記のごとく，スリット溝の加工に上記水柱の中を通すレーザ光を用いる。そして，このレーザ光を上記のごとく照射スキャンさせることにより徐々に溝深さを深くする。
このようなレーザ加工方法を採用することによって，局部的に照射スキャンの回数を変更することにより，局部的に溝深さを変更することができる。
【００１１】
そのため，本発明では，この照射スキャン回数の変化によって，上記スリット溝の底部と供給穴の側面とが交わって形成される角部近傍において，上記照射スキャンの回数を増やす。これにより，上記角部に傾斜部を形成し，供給穴に近づくほどスリット溝の深さを深くすることができる。
【００１２】
また，本発明では，上記のごとく水柱の中を上記レーザ光を通して照射する。これにより，レーザ光が上記水柱の径内に収まった状態で進行し，溝幅を上記水柱の径内に精度よく制御することができる。それ故，上記ハニカム構造体成形用金型に要求される精度に十分対応できる高精度のスリット溝加工を行うことができる。
【００１３】
このように，本発明では，上記レーザ加工方法を積極的に採用することにより，従来の研削方法或いは放電加工方法では極めて困難であった局部的な溝深さの変更を実現した。そして，特に上記角部に傾斜部を形成するように溝深さを変化することにより，上記のごとく材料流れのスムーズなハニカム構造体成形用金型を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記ハニカム構造体成形用金型における上記角部の傾斜部は，例えば，いわゆる面取りを行った場合のような非常に微細な傾斜でもよいし，比較的長いテーパ状のものでもよい。さらに，上記傾斜部分が直線であっても，曲線状であってもよい。
また，上記スリット溝の配置は，四角形格子状，あるいは六角形格子状等，様々な配置をとることができる。
【００１５】
また，スリット溝の溝幅としては，例えば２０〜１５０μｍという狭い幅寸法を採用することができる。この場合にも，上記のごとく成形材料のスムーズな流れを確保することができる。また，上記スリット溝の溝深さは，溝幅の１０倍以上に設定することもできる。この場合にも，上記角部の傾斜が有効に作用し，成形材料の流れの悪化を抑制することができる。
【００１６】
また，本発明において，上記レーザ光の照射位置の移動は，相対速度１５０ｍｍ／分以上で行うことが好ましい（請求項２）。これにより，レーザ光を照射して溶融した溶融部を容易に分離除去しながら少しずつ溝加工を進めることができる。一方，上記相対速度が１５０ｍｍ／分未満の場合には，上記溶融部の分離除去が十分に行われず，溝形成の能率が低下するという問題がある。
【００１７】
また，本発明において，上記傾斜部は，上記供給穴の側面との距離が０．５ｍｍ以内の範囲において設けることが好ましい（請求項３）。この場合には，上記傾斜部の形成を比較的容易に行うことができる。
【００１８】
また，上記傾斜部は，上記供給穴の側面との距離が０．３ｍｍ以上の範囲にわたって設けられており，その最終深さは０．３ｍｍ以上であることが好ましい（請求項４）。
この場合には，上記傾斜部の存在による材料流れをスムーズにする効果を十分に発揮することができる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例につき，図１〜図３を用いて説明する。
本例のハニカム構造体成形用金型８は，図１，図２に示すごとく，少なくとも，材料を供給するための供給穴８１と，該供給穴８１に連通し材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝８２とを有するハニカム構造体成形用金型である。そして本例のハニカム構造体成形用金型８においては，スリット溝８２の底部８２０と供給穴８１の側面８１０とが交わって形成される角部に傾斜部８５が設けられており，該傾斜部８５においては，スリット溝８２の深さが上記供給穴８１に近づくにしたがって徐々に深くなっている。
【００２０】
このハニカム構造体成形用金型８を製造するに当たっては，図３に示すレーザ加工装置３を用いる。このレーザ加工装置３は，レーザ光を発生させるレーザ発生部３１と発生したレーザ光を所望の径に絞るレーザヘッド３２と，これらの間を結びレーザ光を導く光ファイバー部３３と，レーザ光１の周囲において噴射する水柱１８用の高圧水をレーザヘッド３２部分に供給する高圧水供給部３５と，高圧水を水柱１８として噴射するノズル３６とを有する。
また，金型素材７を保持すると共に平面上で移動可能なベッド３８を有する。このベッド３８に内蔵されたベッド駆動部，高圧水供給部３５，およびレーザ発生部３１はこれらを操作するための操作盤３９に接続されている。
【００２１】
金型素材７は，同図に示すごとく，厚さ１５ｍｍ，幅×長さが２００×２００ｍｍの四角形の金属板であり，材質はＳＫＤ６１よりなる。もちろん，これと異なるサイズ，材質の金型素材を用いることも可能である。
この金型素材７に対して，本例では，幅０．１ｍｍ，深さ２．０ｍｍのスリット溝を形成する。また，本例では，スリット溝８２の加工の前に，予めドリルにより供給穴８１を設けた。
【００２２】
そして，図示しない支持装置に上記金型素材７を平面方向に移動可能に保持する。そして，図３の矢印Ａの方向に金型素材７を移動させながら，レーザ加工装置３から金型素材７における溝形成面の溝形成位置に対して水を噴射して水柱１８を形成すると共に，該水柱１８の中を通してレーザ光１を照射する。さらに，レーザ光１の照射位置を上記溝形成位置に沿って移動させて同じ溝形成位置を複数回通過させる照射スキャンを行う。
【００２３】
このとき，金型素材７の移動速度は，１５０ｍｍ／分以上の２４０ｍｍ／分とした。そして，まず全ての溝形成位置を偏り無く１５０回通過するように照射スキャンした。これにより，上記のごとく幅０．１ｍｍ，深さ２．０ｍｍのサイズを有する幅狭深底のスリット溝８２が得られた。
【００２４】
さらに本例では，形成されたスリット溝８２の底部８２０と供給穴８１の側面８１０とが交わって形成される角部の近傍において，供給穴８１に近づくほどスキャン回数が多くなるように照射回数を増やした。これにより，図２に示すごとく，上記角部に傾斜部８５が得られ，スリット溝８２の深さが，供給穴８１に近づくにしたがって徐々に深くなるように加工された。
【００２５】
次に，本例の作用効果につき説明する。
本例のハニカム構造体成形用金型８は，上記のごとく，スリット溝８２の深さが均一ではなく，角部を傾斜させて傾斜部８５を形成し，スリット溝８２の深さを供給穴８１に近づくに従って深くしてある。そのため，供給穴８１からスリット溝８２に抜ける材料の流れをスムーズにすることができる。
【００２６】
すなわち，上記スリット溝８２の底部８２０と供給穴８１の側面８１０とが交差する角部が傾斜しているので，供給穴８１からスリット溝に抜ける材料が，傾斜部８５に沿って徐々に広がる。そのため，角部に傾斜部８５がない場合と比べて，材料が幅方向に広がる際の流れ方向の変化を小さくすることができる。それ故，材料が供給穴８１からスリット溝８２に侵入する際の材料流れをスムーズにすることができる。そして，それ故，上記のごとくスリット溝８２の溝幅が０．１ｍｍと狭い場合においても，成形圧力の増大等を抑制することができ，優れた成形性を維持することができる。
【００２７】
また，このような優れたハニカム構造体成形用金型８のスリット溝８２を加工するに当たり，上記の独特な加工方法を採用している。すなわち，水柱１８の中を通すレーザ光１を用い，その照射スキャン回数を局部的に変更する。これにより，局部的に溝深さを変更することができる。
【００２８】
そして本例では，この照射スキャン回数の増加を上記角部の近傍において行う。これにより，容易に上記傾斜部８５を形成することができ，供給穴８１に近づくほどスリット溝８２の深さが深くなる形状得ることができるのである。
そして，このような有利な点は，従来より行われていた研削方法或いは放電加工方法では得ることが困難である。
【００２９】
（比較例１）
比較例１は，図４に示すごとく，スリット溝８２の加工方法を従来よりある放電加工方法に変更し，スリット溝８２の深さを均一にしたハニカム構造体成形用金型９の例である。その他の構造は実施例１と同様である。
この比較例１のハニカム構造体成形用金型９及び上記実施例１のハニカム構造体成形用金型８を用いてハニカム構造体を押出成形した場合の材料の流れ方を図２，図４に示す。なお，上記ハニカム構造体用のセラミック材料としては，例えば，コーディエライトの原料となる複数の粉末とバインダーを混練したものがある。また原料粉末の粒径としては６０μｍ以下のものを採用することができる。
【００３０】
図４に示すごとく，従来のハニカム構造体成形用金型９の場合には，スリット溝８２の深さが均一に形成されているので，供給穴８１に矢印Ｂ方向に供給された成形材料の流れは，スリット溝８２と交わる角部で直角の矢印Ｄ方向に変更された後，スリット溝８２内での成形材料同士の衝突により矢印Ｅ方向に変更されてスリット溝８２から押出成形される。
【００３１】
一方，図２に示すごとく，本発明のハニカム構造体成形用金型８の場合には，上記傾斜部８５を有しており，スリット溝８２の深さが供給穴８１に近づくにしたがって徐々に深くなっているので，供給穴８１に矢印Ｂ方向に供給された成形材料の流れは，スリット溝８２と交わる角部で上記傾斜部８５の傾斜に沿って，矢印Ｃ方向に流れを変える。そして，最終的に矢印Ｅ方向に変更されてスリット溝８２から押出成形される。
【００３２】
このように，実施例１のハニカム構造体成形用金型を用いた場合には，比較例１のハニカム構造体成形用金型を用いた場合よりも材料流れの方向変化量が少ないので，変形圧力の増加を抑制することができる。そのため，スリット溝幅が狭くなっても優れた成形性を維持することができる。
【００３３】
（実施例２）
本例では，図５に示すごとく，六角形格子状のスリット溝８２を有するハニカム構造体成形用金型８を製造する例である。
この場合には，実施例１におけるレーザ光１の照射スキャン経路を工夫して，その軌跡が六角形格子状となるようにした。その他は実施例１と同様である。
この場合にも実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００３４】
（実施例３）
本例では，実施例１と同様に，ハニカム構造体成形用金型８に傾斜部８５を設け，その形状を定量的に測定した。
図６に示すごとく，本例のハニカム構造体成形用金型８は，供給穴８１の直径を１ｍｍ，供給穴のピッチを２ｍｍとすると共に，実施例１と同様にして傾斜部８５を設けた。なお，スリット溝８２の幅は実施例１と同様に０．１ｍｍである。
【００３５】
本例の傾斜部８５は，同図に示すごとく，上記供給穴８１の側面８１０との距離Ｌが０．３ｍｍ以上の範囲にわたって設けられており，その最終深さＤ（ダレ距離）は０．３ｍｍ以上である。
【００３６】
本例では，比較のために，図７に示すごとく，上記スリット溝８２の形成を研削加工に変更し，傾斜部を有していない構造のハニカム構造体成形用金型９を作製した。そして，上記本例のハニカム構造体成形用金型８（本発明品）と比較のためのハニカム構造体成形用金型９（比較品）とを用いて実際に押出成形を行い，比較した。
【００３７】
比較の結果，本発明品の場合には，比較品に比べて，材料の流れがスムーズになり，優れた押出成形性が得られた。
この結果から，上記のごとく，少なくともスリット溝８２の幅が０．１ｍｍの場合には，供給穴８１の側面８１０との距離Ｌが０．３ｍｍ以上の範囲にわたって設けられており，その最終深さＤ（ダレ距離）は０．３ｍｍ以上であるような傾斜部８５を設けることによって，供給穴８１からスリット溝８２への材料の流れ性を向上させることができることが分かった。
【００３８】
また，この結果，従来と同様の材料の流れ性でよい場合には，スリット溝８２の深さを浅くしても十分に流れ性を確保することができる。そのため，例えば，上記ダレ距離Ｄの１／３程度の距離について，スリット溝８２の深さを小さくすることができるので，加工時の能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１におけるハニカム構造体成形用金型の，（ａ）平面図，（ｂ）要部拡大図。
【図２】実施例１におけるハニカム構造体成形用金型の，図１のＡ−Ａ線矢視から見た断面図。
【図３】実施例１におけるレーザ加工装置の構成を示す説明図。
【図４】比較例１におけるハニカム構造体成形用金型の断面図。
【図５】実施例２におけるハニカム構造体成形用金型の，（ａ）平面図，（ｂ）要部拡大図。
【図６】実施例３におけるハニカム構造体成形用金型の傾斜部の拡大説明図。
【図７】比較例におけるハニカム構造体成形用金型の傾斜部の拡大説明図。
【符号の説明】
１．．．レーザ光，
３．．．レーザ加工装置，
７．．．金型素材，
８．．．ハニカム構造体成形用金型，
８１．．．供給穴，
８１０．．．側面，
８２．．．スリット溝，
８２０．．．底部，

Claims

少なくとも，材料を供給するための供給穴と，該供給穴に連通し材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝とを有するハニカム構造体成形用金型を製造する方法において，
金型素材の穴形成面から上記供給穴を形成した後，
該穴形成面と反対側の溝形成面の溝形成位置に対して水を噴射して水柱を形成すると共に，該水柱の中を通してレーザ光を照射し，該レーザ光の照射位置を上記溝形成位置に沿って移動させて同じ溝形成位置を複数回通過させる照射スキャンを行い，
かつ，形成される上記スリット溝の底部と上記供給穴の側面とが交わって形成される角部近傍において上記照射スキャンの回数を増やし，上記スリット溝の深さが上記供給穴に近づくにしたがって徐々に深くなる傾斜部を設けることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
請求項１において，上記レーザ光の照射位置の移動は，相対速度１５０ｍｍ／分以上で行うことを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
請求項１又は２において，上記傾斜部は，上記供給穴の側面との距離が０．５ｍｍ以内の範囲において設けられていることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項において，上記傾斜部は，上記供給穴の側面との距離が０．３ｍｍ以上の範囲にわたって設けられており，その最終深さは０．３ｍｍ以上であることを特徴とするハニカム構造体成形用金型の製造方法。