JP5034492B2 - ハニカム構造体成形用金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム構造体の押出成形に用いられるハニカム構造体成形用金型の製造方法に関する。

例えば、自動車の排ガス浄化フィルター等に用いられるセラミック製のハニカム構造体は、ハニカム構造体成形用金型（以下、適宜、単に金型という）を用いて、セラミックス原料を含む材料を押出成形することにより製造される。

上記金型としては、材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通して格子状に設けられ、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金型が用いられていた（特許文献１及び特許文献２参照）。
このような金型の作製にあたっては、まず、金型の材料となる金型素材を準備し、この金型素材の一方の面からドリル加工により、金型素材を貫通しない深さまで上記供給穴を形成し、次いで、もう一方の面から、円形薄刃砥石を用いて研削加工を行い、供給穴に連結する上記スリット溝を格子状に形成していた。

しかしながら、スリット溝の形成時には、金型素材を切削することによって生じる切削粉が円形薄刃砥石に付着し、直線状に形成すべきスリット溝が蛇行するおそれがあった。また、円形薄刃砥石に付着した切削粉と金型との摩擦によって発熱し円形薄刃砥石に焼き付きが生じるおそれがあった。その結果、円形薄刃砥石が破損したり、スリット溝の幅が所望の幅よりも大きくなってしまうおそれがあった。そのため、例えば設計図通りに、所望の形状のハニカム構造体成形用金型を作製することが困難であった。

特許第３７５０３４８号公報 特許第３８１４８４９号公報

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、スリット溝形成時の砥石の破損を防止できると共に、所望の形状のスリット溝を形成できるハニカム構造体成形用金型の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通すると共に略四角格子状に設けられ、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の製造方法において、
上記供給穴を設ける穴加工面と、上記スリット溝を形成するスリット加工面とを表裏に有する金型素材を準備する準備工程と、
上記金型素材の上記穴加工面側から上記スリット加工面側へ向けて、上記金型素材を貫通しない深さの上記供給穴を形成する供給穴形成工程と、
回転する円形薄刃砥石を略直線状に進行させつつ上記金型素材を研削し、該金型素材の上記スリット加工面側から上記供給穴に連通し略直線状の上記スリット溝を形成する研削加工を繰り返し行うことにより、上記スリット溝を略四角格子状に配設するスリット溝形成工程とを有し、
該スリット溝形成工程においては、上記研削加工を行って略直線状の上記スリット溝を形成するたびに、上記円形薄刃砥石に付着した切削粉を除去する除去工程を行い、
該除去工程においては、上記スリット溝を形成するたびに、表面に研削溝が配設されたドレス用砥石の上記研磨溝内に、上記円形薄刃砥石の少なくとも外縁を通過させることにより上記切削粉を除去し、
上記除去工程においては、上記円形薄刃砥石の進行方向における上記金型素材の上流側に上記ドレス用砥石を配置し、
上記ドレス用砥石には、その表面に複数の上記研磨溝が配設されており、該研磨溝は、上記金型素材に形成する上記スリット溝同士の間隔と少なくとも同じ間隔で配設さ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にある（請求項１）。

本発明において最も注目すべき点は、上記スリット溝形成工程において、上記研削加工を行って略直線状の上記スリット溝を形成するたびに、上記円形薄刃砥石に付着した切削粉を除去する除去工程を行うことにある。そのため、上記スリット溝形成工程においては、上記円形薄刃砥石への切削粉の付着量が少ない状態を維持しながら研削加工を行うことができる。その結果、上記円形薄刃砥石に付着した研削粉によって、上記研削加工中に略直線状に形成すべき上記スリット溝が蛇行したり、上記円形薄刃砥石に焼き付きが起こることを抑制することができる。したがって、上記研削加工を繰り返し行ってスリット溝を略四角格子状に配設するまでに、蛇行や焼き付き等の不具合が発生することをより確実に防止することができる。

このように、本発明の製造方法においては、スリット溝形成時の砥石の破損を防止できると共に、所望の形状のスリット溝を有するハニカム構造体成形用金型を製造することができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明においては、準備工程と、供給穴形成工程と、スリット溝形成工程とを行うことにより、ハニカム構造体成形用金型を作製する。
上記準備工程においては、上記供給穴を設ける穴加工面と、上記スリット溝を形成するスリット加工面とを表裏に有する金型素材を準備する。
上記金型素材としては、例えばＳＫＨ（高速度工具鋼）、ＳＫＤ（合金工具鋼）、ステンレス、アルミニウム合金、チタン、インコネル、ハステロイ、ステライト、超硬合金、サーメット等の金属又はそれに類する素材を用いることができる。

上記供給穴形成工程においては、上記金型素材の上記穴加工面側から上記スリット加工面側へ向けて、上記金型素材を貫通しない深さの上記供給穴を形成する。
上記供給穴は例えばドリル等によって形成することができる。また、ドリル加工の深さ（供給穴の深さ）は、作製しようとする金型に応じて任意に選定することができる。

上記スリット溝形成工程においては、例えば回転する円形薄刃砥石を上記金型素材の一方の端部から他方の端部まで略直線状に進行させつつ上記金型素材を研削し、該金型素材の上記スリット加工面側から上記供給穴に連通しかつ略直線状の上記スリット溝を形成する研削加工を繰り返し行う。これにより、例えば略直線状の上記スリット溝を所定間隔で複数形成すると共に、該スリット溝と略直交する上記スリット溝を所定間隔で複数形成することができる。

即ち、上記研削加工を行うことにより、上記供給穴に連通する１本の直線状のスリット溝を形成することができる。そして、この研削加工を繰り返し行うことにより、直線状でかつ互いに直交する複数のスリット溝を形成し、該スリット溝を略四角格子状に配設することができる。
上記円形薄刃砥石としては、例えば厚み約３０μｍ〜３００μｍの円盤状の砥石を用いることができる。

また、スリット溝形成工程においては、上記除去工程を行う。即ち、回転する円形薄刃砥石を略直線状に進行させて略直線状の上記スリット溝を形成するたびに、即ち上記研削加工を１回行うたびに、上記円形薄刃砥石に付着した切削粉を除去する。

上記除去工程においては、表面に研削溝が配設されたドレス用砥石の上記研磨溝内に、上記円形薄刃砥石の少なくとも外縁を通過させることにより上記切削粉を除去することが好ましい。
この場合には、上記円形薄刃砥石に付着した上記切削粉を簡単に除去することができる。

また、上記除去工程においては、上記円形薄刃砥石の進行方向における上記金型素材の上流側及び／又は下流側に上記ドレス用砥石を配置しておくことが好ましい。
上記ドレス用砥石が上記金型素材の上流側に配置されている場合には、上記円形薄刃砥石の少なくとも外縁を上記ドレス用砥石の上記スリット溝内を通過させた後に、さらに上記円形薄刃砥石を略直線状に進行させて上記金型素材に上記スリット溝を形成する上記研削加工を行うことができる。
また、上記ドレス用砥石が上記金型素材の下流側に配置されている場合には、上記円形薄刃砥石を略直線状に進行させて上記金型素材に上記スリット溝を形成する上記研削加工を行った後に、さらに上記円形薄刃砥石を進行させて該円形薄刃砥石の少なくとも外縁を下流側に配置された上記ドレス用砥石の上記スリット溝内を通過させることができる。
また、上記ドレス用砥石が上記金型素材の上流側及び下流側の両方に配置されている場合には、上記円形薄刃砥石の少なくとも外縁を上記ドレス用砥石の上記スリット溝内を通過させた後に、さらに上記円形薄刃砥石を略直線状に進行させて上記金型素材に上記スリット溝を形成する上記研削加工を行い、その後さらに上記円形薄刃砥石を略直線状に進行させて該円形薄刃砥石の少なくとも外縁を上記ドレス用砥石の上記スリット溝内を通過させることができる。
いずれの場合においても、上記研削加工と上記除去工程とを連続的に行うことができる。そのため、簡単かつ短時間で上記ハニカム構造体成形用金型を製造することができる。

上記ドレス用砥石には、その表面に複数の上記研磨溝が配設されており、該研磨溝は、上記金型素材に形成する上記スリット溝同士の間隔と少なくとも同じ間隔で配設されていることが好ましい。
この場合には、上記研削加工を行うたびに、上記ドレス用砥石の上記研磨溝の位置と、形成しようとする上記スリット溝の位置とを一致させる必要がなくなり、より簡単に上記ハニカム構造体成形用金型を製造することができる。

上記スリット溝形成工程においては、上記研削加工１回あたりに長さ３００ｍｍ以下の上記スリット溝を形成することが好ましい（請求項２）。
研削加工１回あたりに加工する上記スリット溝の長さが３００ｍｍを越える場合、即ち、上記円形薄刃砥石が金型素材を研削しながら移動するときの移動距離が３００ｍｍを越える場合には、上記除去工程において上記円形薄刃砥石に付着した上記切削粉を十分に除去することが困難になるおそれがある。また、上記除去工程において上記切削粉を十分に除去できたとしても、上記研削加工中に生じる切削粉による悪影響を受けやすくなるおそれがある。より好ましくは、研削加工１回あたりに加工する上記スリット溝の長さは４０ｍｍ以下がよく、さらに好ましくは３０ｍｍ以下がよい。

次に、本発明の実施例について、図１〜図９を用いて説明する。
本例においては、ハニカム構造体成形用金型を製造する。
図１及び図２に示すごとく、本例において作製するハニカム構造体成形用金型１（以下、適宜、単に金型１という）は、例えばセラミックス原料等を含む材料を押出成形して、ハニカム構造体を成形するために用いられる金型１である。金型１は、材料を供給するための供給穴１２と、供給穴１２に連通して格子状に設けられ、材料をハニカム形状に成形するためのスリット溝１３とを有する。

本例においては、準備工程と、供給穴形成工程と、スリット溝形成工程とを行うことにより、金型１を製造する。
準備工程においては、供給穴を設ける穴加工面１２０と、スリット溝を形成するスリット加工面１３０とを表裏に有する金型素材１１を準備する（図３参照）。
供給穴形成工程においては、金型素材１１の穴加工面１２０側からスリット加工面１３０側へ向けて、金型素材１１を貫通しない深さの供給穴１２を形成する（図４参照）。

また、スリット溝形成工程においては、回転する円形薄刃砥石２５を略直線状に進行させつつ金型素材１１を研削し、金型素材１１のスリット加工面１３０側から供給穴１２に連通し、かつ略直線状のスリット溝１３を形成する研削加工を繰り返し行う（図５参照）。これにより、略直線状のスリット溝１３を所定間隔で複数形成すると共に、各スリット溝と略直交する複数のスリット溝１３を形成し、スリット溝１３を略四角格子状に配設する。

また、スリット溝形成工程においては、上記研削加工を行って略直線状のスリット溝１３を形成するたびに、円形薄刃砥石２２５に付着した切削粉を除去する除去工程を行う（図５参照）。
このようにして、供給穴１２と、これに連通すると共に略四角格子状に設けられたスリット溝１３とを有するハニカム構造体成形用金型１を作製する（図１及び図２参照）。
以下、本例の製造方法を詳細に説明する。

＜準備工程＞
図３に示すごとく、まず、供給穴を設ける穴加工面１２０と、スリット溝を形成するスリット加工面１３０とを表裏に有する金型素材１１を準備した。この金型素材１１としては、ＳＫＤ６１よりなる鋼版を準備した。また、金型素材１１には、周囲より突出したスリット加工面１３０を予め研削加工により設けてある。

＜供給穴形成工程＞
次に、図４に示すごとく、金型素材１１の穴加工面１２０に、所定の深さの供給穴１２を形成した。本例においては、超硬ドリルを用いて、穴加工面１２０から金型素材１１を貫通しない所定の深さまでドリル加工を行って供給穴１２を形成した。供給穴１２は、スリット加工面１３０における突出部分の底部に若干進入する程度の深さまで形成した。この時点では、穴加工面１２０とスリット加工面１３０は貫通していない。

＜スリット溝形成工程＞
次いで、図５（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、金型素材１１のスリット加工面１３０側から円形薄刃砥石２５によって研削加工を行い供給穴１２に連通するスリット溝１３を形成する。
スリット溝形成工程においては、図６及び図７に示すごとく、２枚の円盤状のフランジ２１、２２に挟まれた円形薄刃砥石２５を有する研削工具２を用いて研削加工を行う。研削工具２には、これを回転装置（図示略）等に連結させて研削工具２を回転させるための回転孔２９が形成されている。

また、本例のスリット溝形成工程においては、図８に示すごとく、ドレス用砥石３を用いる。同図に示すごとく、ドレス用砥石３は、その一方の表面に複数の研磨溝３５を有している。研磨溝３５は、金型素材に形成しようとするスリット溝間と同じピッチで配設されている。そして、図５（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、このドレス用砥石３を円形薄刃砥石２５の進行方向における金型素材１１の上流側に配置した。
このように金型素材１１の上流側に配置することにより、直線状のスリット溝を形成する研削加工の前に、円形薄刃砥石２５の少なくとも外縁をドレス用砥石３の研磨溝３５内を通過させることができる。

具体的には、図５（ａ）及び図（ｂ）に示すごとく、まず、円形薄刃砥石２５を略直線状に進行させて、円形薄刃砥石２５の少なくとも外縁をドレス用砥石３の研磨溝３５内を通過させた。
次いで、図５（ｃ）に示すごとく、研磨溝を通過して研磨された円形薄刃砥石２５をさらに進行させて、円形薄刃砥石２５を金型素材１１の一方の端部１１１から金型素材１１に進入させた。そして、回転する円形薄刃砥石２５によりスリット加工面１３０から供給穴１２に連通する深さまで研削加工を行いながら、円形薄刃砥石２５を金型素材１１の他方の端部１１２まで進行させて、円形薄刃砥石２５の進行方向に伸びる略直線状のスリット溝１３形成した。

次に、円形薄刃砥石２５を再びドレス用途石３の研磨溝３５内を通過させ、さらに金型素材１１の研削加工を行った。このような研削加工とドレス用砥石による研磨とを繰り返し行うことにより、図１に示すごとく、金型素材１１のスリット加工面１３０側に四角格子状のスリット溝１３を形成した。その後、スリット加工面１３０を円形上に成形することにより、ハニカム構造体成形用金型１を得た（図１及び図２参照）。

次に、本例の製造方法の作用効果につき、説明する。
本例のスリット溝形成工程においては、図５（ｃ）に示すごとく、回転する円形薄刃砥石２５を金型素材１１の一方の端部１１１から他方の端部１１２まで略直線状に進行させつつ金型素材１１を研削し、そのスリット加工面１３０側から供給穴１２に連通し略直線状のスリット溝１３を形成する研削加工を繰り返し行うことにより、略直線状のスリット溝１３を所定間隔で複数形成すると共に、スリット溝１３と略直交するスリット溝１３を所定間隔で複数形成する。このようにして、図１及び図２に示すごとく、四角形格子状に配されたスリット溝１３を形成することができる。

本例においては、図５（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、上記研削加工を行って略直線状の上記スリット溝を形成するたびに、即ち円形薄刃砥石２５を金型素材１１の一方の端部１１１から他方の端部１１２まで進行させるたびに、円形薄刃砥石２５を研磨するためのドレス砥石３の研磨溝３５内に円形薄刃砥石２５の少なくとも外縁を通過させる。そのため、円形薄刃砥石２５を金型素材１１の一方の端部１１１から他方の端部１１２まで略直線状に進行させて金型素材１１を研削する研削加工を１回行うたびに、円形薄刃砥石２５に付着した切削粉を除去することができる。

即ち、図９に示すごとく、研削加工を行うと、その度に、円形薄刃砥石２５の外縁に埋め込まれている砥粒２５５間等に金型素材１１の研削粉１１９が付着する。本例においては、研削加工を１回行うたびに、円形薄刃砥石２５に付着した研削粉１１９を除去することができる。そのため、スリット溝形成工程においては、円形薄刃砥石２５への切削粉１１９の付着量が少ない状態を維持しつつ研削加工を行うことができる。その結果、研削加工中に、スリット溝１３が蛇行したり、円形薄刃砥石２５に焼き付きが起こることを抑制することができる。そのため、研削加工を繰り返し行ってスリット溝１３を略四角格子状に配設するまでに、蛇行や焼き付き等の不具合が発生することを防止することができる（図５参照）。
したがって、本例の製造方法によれば、スリット溝形成時の砥石の破損を防止できると共に、所望の形状のスリット溝を有するハニカム構造体成形用金型を製造することができる。

また、本例においては、図５（ｂ）に示すごとく、表面に研削溝３５が配設されたドレス用砥石３の研磨溝内３５に、円形薄刃砥石２５の少なくとも外縁を通過させることにより切削粉を除去している。そのため、円形薄刃砥石２５に付着した切削粉を簡単に除去することができる。
また、除去工程においては、円形薄刃砥石２５の進行方向における金型素材１１の上流側にドレス用砥石３を配置している。そのため、上述のごとく、円形薄刃砥石２５の少なくとも外縁をドレス用砥石３のスリット溝３５内に通過させた後、さらに円形薄刃砥石２５を進行させて連続的に研削加工を行うことができる（図５（ａ）〜（ｃ）参照）。そのため、簡単かつ短時間でハニカム構造体成形用金型を製造することができる。

また、ドレス用砥石３には、その表面に複数の研磨溝３５が配設されており、該研磨溝３５は、金型素材１１に形成するスリット溝１３同士の間隔と少なくとも同じ間隔で配設されている（図１及び図８参照）。そのため、図５（ａ）〜（ｃ）に示すごとく、研削加工を行うたびに、ドレス用砥石３の研磨溝３５の位置と、形成しようとするスリット溝１３の位置とを一致させる必要がなくなり、より簡単にハニカム構造体成形用金型を製造することができる。

また、本例のスリット溝形成工程においては、研削加工１回あたりに長さ３００ｍｍ以下のスリット溝１３を形成した。そのため、除去工程において円形薄刃砥石２５に付着した切削粉を十分に除去することができる。また、１回の研削加工中に生じる切削粉の量が多くなりすぎてスリット溝が蛇行したり、摩擦熱が発生したりすることを抑制することができる。

以上のように、本例によれば、スリット溝形成時の砥石の破損を防止できると共に、所望の形状のスリット溝を有するハニカム構造体成形用金型を製造することができる。

実施例にかかる、ハニカム構造体成形用金型をスリット溝側から観察した様子を示す説明図。 実施例にかかる、ハニカム構造体成形用金型の構造を図１のＡ−Ａ線矢視断面からみた説明図。 実施例にかかる、金型素材の全体を示す斜視図。 実施例にかかる、供給穴を形成した金型素材の断面を示す説明図。 実施例にかかる、スリット溝形成工程において円形薄刃砥石がドレス用途石の上流にある状態をスリット溝と平行な断面からみた様子を示す説明図（ａ）、スリット溝形成工程において円形薄刃砥石がドレス用途石の研磨溝内にある状態をスリット溝と平行な断面からみた様子を示す説明図（ｂ）、スリット溝形成工程において円形薄刃砥石が金型素材を研削加工している状態をスリット溝と平行な断面からみた様子を示す説明図（ｃ）。 実施例にかかる、研削工具を円形薄刃砥石の側面から見た様子を示す説明図。 実施例にかかる、研削工具を図６のＢ−Ｂ線矢視断面からみた説明図。 実施例にかかる、ドレス用途石の全体を示す斜視図。 実施例にかかる、円形薄刃砥石の砥粒間に研削粉が付着した状態を示す円形薄刃砥石の外縁部の部分拡大図。

符号の説明

１ ハニカム構造体成形用金型
１１ 金属素材
１２ 供給穴
１２０ 穴加工面
１３ スリット溝
１３０ スリット加工面
２５ 円形薄刃砥石
３ ドレス用途石
３５ 研磨溝

Claims (4)

1. 材料を供給するための供給穴と、該供給穴に連通すると共に略四角格子状に設けられ、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の製造方法において、
   上記供給穴を設ける穴加工面と、上記スリット溝を形成するスリット加工面とを表裏に有する金型素材を準備する準備工程と、
   上記金型素材の上記穴加工面側から上記スリット加工面側へ向けて、上記金型素材を貫通しない深さの上記供給穴を形成する供給穴形成工程と、
   回転する円形薄刃砥石を略直線状に進行させつつ上記金型素材を研削し、該金型素材の上記スリット加工面側から上記供給穴に連通し略直線状の上記スリット溝を形成する研削加工を繰り返し行うことにより、上記スリット溝を略四角格子状に配設するスリット溝形成工程とを有し、
   該スリット溝形成工程においては、上記研削加工を行って略直線状の上記スリット溝を形成するたびに、上記円形薄刃砥石に付着した切削粉を除去する除去工程を行い、
   該除去工程においては、上記スリット溝を形成するたびに、表面に研削溝が配設されたドレス用砥石の上記研磨溝内に、上記円形薄刃砥石の少なくとも外縁を通過させることにより上記切削粉を除去し、
   上記除去工程においては、上記円形薄刃砥石の進行方向における上記金型素材の上流側に上記ドレス用砥石を配置し、
   上記ドレス用砥石には、その表面に複数の上記研磨溝が配設されており、該研磨溝は、上記金型素材に形成する上記スリット溝同士の間隔と少なくとも同じ間隔で配設さ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。
2. 請求項１において、上記スリット溝形成工程においては、上記研削加工１回あたりに長さ３００ｍｍ以下の上記スリット溝を形成す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。
3. 請求項１又は２において、上記円形薄刃砥石は、厚みが３０μｍ〜３００μｍ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。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記金型素材は、ＳＫＨ（高速度工具鋼）、ＳＫＤ（合金工具鋼）、ステンレス、アルミニウム合金、チタン、インコネル、ハステロイ（登録商標）、ステライト、超硬合金、又はサーメットからな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。

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