JP5281899B2 - ハニカム構造体成形用口金 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム構造体成形用口金に関し、更に詳しくは、原料導入側の表面（導入面）が摩耗しても、簡便に摩耗部分の交換を行うことができ、成形されるハニカム構造体の形状を良好に維持することが可能なハニカム構造体成形用口金に関する。

セラミック質のハニカム構造体の製造方法としては、従来、成形原料（坏土）を導入する裏孔と、この裏孔に連通する格子状等のスリットとが形成されたハニカム構造体成形用口金を用いて押出成形する方法が広く行われている。この口金は、通常、一方の面（導入面）側に、複数の裏孔が大きな面積で開口して形成された導入部を有し、その反対側の面（他方の面）に、ハニカム構造体の隔壁厚さに対応する幅のスリットが格子状等に設けられた成形部を有する。そして、裏孔は、通常、格子状等のスリットが交差する位置に対応して設けられ、両者は、口金内部で連通している。従って、裏孔から導入されたセラミック原料等の成形原料は、比較的内径の大きな裏孔から、幅の狭いスリットへと移行して、このスリットの開口部からハニカム構造の成形体として押出される。

このようなハニカム構造体成形用口金としては、例えば、ステンレス合金や超硬合金等の一種類の合金から構成された板状の部材や、異なる二種類の板状の部材を接合して形成された板状の部材が用いられている（例えば、特許文献１〜４参照）。
特開２０００−３２６３１８号公報 特開２００３−２８５３０８号公報 特開平１０−３１５２１３号公報 特開２００６−５１６８２号公報

しかしながら、ステンレス等を使用した口金は、その耐摩耗性が低いために、各種表面処理による摩耗防止策を必要とするうえ、連続した押出成形においてはスリットが摩耗し、押出成形するハニカム構造体の形状が徐々に変化してしまうという問題があった。また、超硬合金を使用した口金基体は、その耐摩耗性については優れていることから、スリットの摩耗を軽減することはできるが、逆に、摩耗等による影響の少ない裏孔を形成する際には、労力及び時間を非常に要するという問題があった。また、超硬合金は脆性材料であるため、押出し時の圧力によって口金が割れてしまうという問題があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、押出成形時に、原料導入側の表面（導入面）が摩耗しても、簡便に摩耗部分の交換を行うことができ、成形されるハニカム構造体の形状を良好に維持することが可能なハニカム構造体成形用口金を提供することを特徴とする。

上記課題を達成するため、本発明によって以下のハニカム構造体成形用口金が提供される。

［１］一方の面（導入面）側に設けられ複数の裏孔を有する導入部と、他方の面側に設けられ前記裏孔と連通するスリットが形成された成形部とを備え、前記導入部の裏孔から導入された成形原料を、前記成形部のスリットを通してハニカム形状に成形する板状のハニカム構造体成形用口金であって、前記導入部が、前記導入面を構成する板状の摩耗部と、前記摩耗部と前記成形部との間に位置する導入部本体との２層からなり、前記摩耗部の厚さが、０．５〜５．０ｍｍであり、前記摩耗部が、ＣＶＤ、ＰＶＤ又は硬質メッキにより表面処理されているとともに、前記導入部本体に、ボルト締め又はピンはめ合いにより着脱自在に配設されたハニカム構造体成形用口金。

［２］前記摩耗部の材質が、ステンレススチール、工具鋼又は超硬合金である［１］に記載のハニカム構造体成形用口金。

本発明のハニカム構造体成形用口金によれば、導入部が、導入面を構成する板状の摩耗部と導入部本体との２層からなり、摩耗部が、導入部本体に着脱自在に配設されているため、ハニカム構造体成形用口金の導入面が使用により摩耗し、押出成形するハニカム構造体の形状が変形する状態になっても、摩耗部だけを交換することにより簡便に良好なハニカム構造体の形状を維持することが可能となる。

本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態を模式的に示した、裏孔の伸びる方向に並行な断面図である。 本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態を、押出成形機の先端部分の押え板で固定した状態を模式的に示した、裏孔の伸びる方向に並行な断面図である。

符号の説明

１：ハニカム構造体成形用口金、２：成形部、３：導入部、４：導入部本体、５：摩耗部、６：スリット、７：裏孔、８：導入面、１１：押え板、１２：裏押え板、１３：スペーサ、Ａ：成形原料の流れ方向、Ａ１：横方向の流れ。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

図１は、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態を模式的に示した、裏孔の伸びる方向（成形原料の流れ方向）に並行な断面図である。図１において、矢印Ａは成形原料の流れ方向である。図１に示すように、本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、一方の面（導入面８）側に設けられ複数の裏孔７を有する導入部３と、他方の面側に設けられ裏孔７と連通するスリット６が形成された成形部２とを備える板状の口金である。そして、導入部３は、導入面８を構成する板状の摩耗部５と、摩耗部５と成形部２との間に位置する導入部本体４との２層からなるものであり、摩耗部５は、導入部本体４に着脱自在に配設されたものである。本実施形態のハニカム構造体成形用口金１によれば、導入部３の裏孔７から導入された成形原料を、成形部２のスリット６を通してハニカム形状に成形することができる。スリット６は、成形原料の流れ方向に垂直な面において格子状に形成されることが好ましく、裏孔７は、格子状等のスリット６が交差する位置に対応して設けられることが好ましい。尚、スリット６が成形部２から導入部３の一部にまで延びるように設けられ、そのスリット６に連通するように導入部３に裏孔７が形成されてもよいし、逆に、裏孔７が導入部３から成形部２の一部にまで延びるように設けられ、その裏孔７に連通するようにスリット６が形成されてもよい。

このように、導入部３が、導入面８を構成する板状の摩耗部５と導入部本体４との２層からなり、摩耗部５が、導入部本体４に着脱自在に配設されているため、ハニカム構造体成形用口金１の導入面８が使用により摩耗し、押出成形するハニカム構造体の形状が変形しそうになっても、摩耗部５だけを交換することにより簡便に良好なハニカム構造体の形状を維持することが可能となる。

図２は、本発明のハニカム構造体成形用口金の一の実施形態を、押出成形機の先端部分の押え板で固定した状態を模式的に示した、裏孔の伸びる方向に並行な断面図である。図２においては、押出成形機の他の部分は省略してある。図２において、ハニカム構造体成形用口金１は、成形部２が下流側を向く（導入部３が上流側を向く）ように配置され、上流側に位置する裏押え板１２と下流側に位置する押え板１１とにより、スペーサ１３を介して挟まれることにより固定されている。ここで、上流側というときは、成形原料の流れ方向（押出方向）における上流側をいい、下流側というときは、成形原料の流れ方向（押出方向）における下流側をいう。

図２に示すように、成形原料を流れ方向Ａに流し、ハニカム構造体成形用口金１に導入すると、成形原料の多くは、そのまま導入部３の裏孔７に導入され、幅の狭いスリット６へと移行して、このスリットの開口部からハニカム構造の成形体として押出される。そして、成形原料の一部は、ハニカム構造体成形用口金１と裏押え板１２との隙間に、成形原料の流れ（横方向の流れ）Ａ１で示すように入り込み、その隙間を通って裏孔７に導入され、押え板１１と成形部２との間から外部に押し出される。このとき、押え板１１と成形部２との間から押し出される成形原料がハニカム構造体の外周壁を形成する。

図２に示すように配置した本実施の形態のハニカム構造体成形用口金１は、押出成形を続けると、特に横方向の流れＡ１により導入面８が顕著に摩耗する。すなわち、導入面８の中で、裏押え板１２と重なる部分が大きく摩耗することになる。このような摩耗が生じると、導入面８と裏押え板１２との間の隙間が不均一、且つ大きくなるため、横方向の流れＡ１の流量、すなわち、上記ハニカム構造体の外周壁を形成する成形原料の供給量が不均一、且つ多くなり、ハニカム構造体が変形するという問題につながっていた。

このように、導入面８が摩耗したときに、従来のハニカム構造体成形用口金であれば、口金全体を交換したり、摩耗した導入面を研削加工等により平面状に加工し直す必要があったが、本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は、摩耗部５を交換すればよいので、低コスト且つ簡易にハニカム構造体成形用口金１の状態を良好に維持することが可能となる。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１を構成する、成形部２と導入部本体４とは一体的に形成されていてもよいし、２種の部材（同種の２つの部材であってもよい）を、結合材を用いて張り合わせたものであってもよい。また、摩耗部５は、導入部本体４に、ボルト締め、ピンはめ合い等により着脱自在に配設されていることが好ましい。

摩耗部５は、その厚さが０．５〜５．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜３．０ｍｍであることが更に好ましい。０．５ｍｍより薄いと、押出成形するハニカム構造体の形状が変形する前に摩耗部５を交換する必要が生じることがあり、５．０ｍｍより厚いと、ハニカム構造体成形用口金が厚くなりすぎることがあり、また、それにより押出成形時に圧力損失が大きくなることがある。

摩耗部５は、裏孔７が導入部本体４の対応する裏孔７と同じ位置及び孔径で形成されていることが好ましいが、実際には裏孔７の位置ズレや孔径ばらつきにより摩耗部５と導入部本体４それぞれの裏孔７の相対的なズレが懸念されることが多いため、摩耗部５の裏孔７を導入部本体４の裏孔７の孔径よりも０．０２０〜０．１５０ｍｍ大きくあるいは小さくするのが好ましい。これにより導入面８での圧力損失を均一にすることができる。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１を構成する成形部２の厚さ（成形原料の流れ方向の長さ）は、特に限定されるものではないが、ハニカム構造体の成形性等の面から、１．０〜７．０ｍｍであることが好ましい。

また、本実施形態のハニカム構造体成形用口金１を構成する導入部３の厚さは、特に限定されるものではないが、押出し成形の圧力に対する強度や圧力損失の面から、１０〜１００ｍｍであることが好ましい。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１の材質は、特に限定されないが、耐摩耗性の高い材料を使用することが好ましい。また、ハニカム構造体成形用口金１を構成する、成形部２、導入部本体４及び摩耗部５のそれぞれの材質は、全てが同じであってもよいし、異なるものが一つあってもよいし、全てが異なってもよい。成形部２の材質としては、ステンレススチール、工具鋼、超硬合金等を挙げることができる。導入部本体４の材質としては、ステンレススチール、工具鋼、超硬合金等を挙げることができる。摩耗部５の材質としては、ステンレススチール、工具鋼、超硬合金等を挙げることができる。摩耗部５は、摩耗により交換される部分であるため、安価なステンレススチール、工具鋼等を使用することが好ましい。また、成形部２と導入部本体４とが、２種の部材を結合材を用いて張り合わせたものである場合には、使用する結合材としては、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム等の金属やこれらの群の少なくとも一つを含む合金等を挙げることができる。

摩耗部５は、ＣＶＤ、ＰＶＤ又は硬質メッキにより表面処理されていることが好ましい。これにより、耐摩耗性を向上させることが可能となる。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による表面処理は、例えば、プラズマＣＶＤ法等により行うことができる。また、ＰＶＤ（イオンプレーティング）による表面処理は、プラズマエネルギーを利用して２００〜５５０℃の低い温度で摩耗部の表面にコーティングを施すものである。また、硬質メッキによる表面処理は、電気メッキ若しくは無電解メッキにより施すことができる。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１は板状であるが、その外周形状は特に限定されず、装着する押出成形機の先端の形状に合わせて適宜決定することができる。例えば、円形、楕円形等を挙げることができる。この外周形状は、成形部２、導入部３及び摩耗部５の外周形状でもある。また、ハニカム構造体成形用口金１に形成される裏孔７及びスリット６の配設領域（ハニカム構造体成形用口金１の各表面における領域）の形状は、特に限定されず、成形するハニカム構造体の形状に合わせて適宜決定することができる。例えば、円形、楕円形、四角形、六角形、その他の多角形等を挙げることができる。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１の大きさは、特に限定されず、成形するハニカム構造体の大きさに合わせて適宜決定することができる。例えば、円板状である場合、直径１５０〜６００ｍｍ、厚さ１０〜１００ｍｍのものを好適に使用することができる。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１の成形部２に形成されるスリット６は、格子状に形成されることが好ましく、格子の形状としては、四角形、六角形、その他の多角形等が好ましい。スリット６の幅及び隣接するスリット６間の間隔は、特に限定されず、成形するハニカム構造体の隔壁厚さ及びセルの大きさに合わせて適宜決定することができる。例えば、スリットの幅は、０．０５０〜０．４００ｍｍ程度が好ましく、隣接するスリット間の間隔は、０.６０〜２．５０ｍｍ程度が好ましい。また、スリットの本数も特に限定されず、成形するハニカム構造体の外形寸法に合わせて適宜決定することができる。

本実施形態のハニカム構造体成形用口金１の導入部３に形成される裏孔７の、導入面８に平行な断面の形状は、特に限定されず、加工のし易さ、成形原料の流れ易さ等により適宜決定することができる。例えば、円形、楕円形、四角形等の多角形等を挙げることができる。

また、裏孔７の配置位置は、特に限定されないが、格子状に形成されたスリット６の交差位置に連通するように形成することが好ましく、スリット６の交差位置に裏孔７の中心が配置されるようにすることが更に好ましい。裏孔７の孔径（導入面８に平行な断面の径）及び隣接する裏孔７間の距離は、特に限定されず、スリット６の幅や形成位置等により適宜決定することができる。例えば、裏孔の断面形状が円形の場合、その孔径は、０．５０〜２．５０ｍｍ程度が好ましい。

次に、本発明のハニカム構造体成形用口金の一実施形態の製造方法について説明する。

本発明のハニカム構造体成形用口金の一実施形態の製造方法は、まず、成形部となる板状の第１部材と導入部本体となる板状の第２部材とを接合し、接合体を形成する。尚、一枚の板状部材の一方の面側にスリットを形成し、他方の面側に裏孔を形成することにより、成形部と導入部本体とを一体的に形成してもよいが、ここでは、接合体を形成する場合について説明する。

第１部材の材質は、上記本発明のハニカム構造体成形用口金の一実施形態における成形部（以下、「上記成形部」ということがある。）の材質として挙げた材質を使用することが好ましく、第２部材の材質は、上記本発明のハニカム構造体成形用口金の一実施形態における導入部本体（以下、「上記導入部本体」ということがある。）の材質として挙げた材質を使用することが好ましい。また、第１部材の厚さ、外周形状等は、上記成形部の厚さ、形状等と同様とすることが好ましく、第２部材の厚さ、外周形状等は、上記導入部本体の厚さ、形状等と同様とすることが好ましい。

次に、接合体の、第１部材側にスリットを形成し、第２部材側にスリットに連通するように裏孔を形成する。このスリットと裏孔とを形成する工程には、従来のハニカム構造体成形用口金を製造する方法と同様の方法を用いることができる。例えば、スリットは、砥石による研削加工や放電加工（ＥＤＭ加工）によって形成することができる。裏孔は、レーザー加工、ドリル加工、電解加工等により形成することができる。

尚、スリットや裏孔は、第１部材と第２部材とを接合した後に形成してもよいが、接合前に、スリットの一部及び／又は、裏孔の一部若しくは全部を、少なくとも一方の部材に形成しておいてもよい。

スリット及び裏孔の形状、大きさ等は、上記本発明のハニカム構造体成形用口金の一実施形態におけるスリット及び裏孔の形状、大きさ等と同様とすることが好ましい。

摩耗部は、板状の第３部材に、上記導入部本体に形成した裏孔と、同じ位置及び大きさの裏孔を形成して作製することができる。第３部材の厚さ、外周形状等は、上記本発明のハニカム構造体成形用口金の一実施形態における摩耗部と同様とすることが好ましい。裏孔の形成は、レーザー加工、ドリル加工、電解加工等により行うことができる。

次に、上記スリット及び裏孔を形成した接合体の、導入部本体側に摩耗部をネジ留め、ピンはめ合い等により着脱自在に取付けることにより、本実施形態のハニカム構造体成形用口金を得ることができる。このとき、図１に示すように、摩耗部５に形成された裏孔７と、導入部本体４に形成された裏孔７とが同じ位置になるように、摩耗部５を装着することが好ましい。

本発明のハニカム構造体成形用口金は、セラミック質のハニカム構造体の押出成形に利用することができ、本発明により、押出成形時に原料導入側の表面（導入面）が摩耗しても、簡便に摩耗部分の交換を行うことができ、成形されるハニカム構造体の形状を良好に維持することが可能である。

Claims (2)

1. 一方の面（導入面）側に設けられ複数の裏孔を有する導入部と、他方の面側に設けられ前記裏孔と連通するスリットが形成された成形部とを備え、前記導入部の裏孔から導入された成形原料を、前記成形部のスリットを通してハニカム形状に成形する板状のハニカム構造体成形用口金であって、
   前記導入部が、前記導入面を構成する板状の摩耗部と、前記摩耗部と前記成形部との間に位置する導入部本体との２層からなり、
   前記摩耗部の厚さが、０．５〜５．０ｍｍであり、
   前記摩耗部が、ＣＶＤ、ＰＶＤ又は硬質メッキにより表面処理されているとともに、前記導入部本体に、ボルト締め又はピンはめ合いにより着脱自在に配設されたハニカム構造体成形用口金。
2. 前記摩耗部の材質が、ステンレススチール、工具鋼又は超硬合金である請求項１に記載のハニカム構造体成形用口金。

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