JPH08112809A

JPH08112809A - 押出し成形金型

Info

Publication number: JPH08112809A
Application number: JP27602194A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 隆士山本; Tomohiko Nakanishi; 友彦中西; Etsuro Yasuda; 悦朗安田
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1994-10-14
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ハニカム構造体中のセラミック繊維の配向を
抑制し、セラミック繊維をランダムに存在させてクラッ
クの進展を防止する効果を高め、耐熱衝撃性を向上させ
る。【構成】一端面に開口し、互いに独立する複数の坏土
供給穴１と、他の端面に開口し、連続するハニカム形状
の溝よりなる坏土排出溝２とを金型内で連通させた金型
において、坏土供給穴１の数を坏土排出溝２の交点の数
より少なくして排出溝２を通過する坏土の合流点を少な
くする。また金型単位面積当たりの坏土供給穴１の開口
面積を単位面積当たりの上記坏土排出溝２の開口面積よ
り小さくし、坏土の押出し圧を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック繊維を含有
するセラミックハニカム構造体を押出し成形するのに適
した押出し成形金型の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックハニカム構造体は、通常、コ
ーディエライト等の多孔質体よりなり、ディーゼルエン
ジン等の内燃機関より排出される排気ガス中の微粒子浄
化用フィルタ等に利用されている。このようなセラミッ
クハニカム構造体を押出し成形するための金型としては
種々のものが提案されており（例えば、特開昭５１−７
３００８号公報等）、その一般的な構造を図４、５に示
すと、金型は一端側に独立する多数の坏土供給穴１を、
他端側にハニカム形状の連続する坏土排出溝２を有し、
坏土供給穴１は、通常、坏土排出溝２の各交点３に連結
するように、これと同数設けられる。図５において４は
坏土の流れを示し、坏土供給穴１を通過した坏土は、坏
土排出溝２内を通過する間に、隣接する坏土供給穴１を
通過した坏土と合流、接着することによって所定形状の
ハニカム構造体を形成する。

【０００３】ところで、微粒子浄化用フィルタは、捕集
した微粒子を定期的に燃焼させてフィルタの再生を行な
っているが、再生時の熱応力でクラックが発生し、フィ
ルタが破損するおそれがあった。これを解決するため、
多孔質コーディエライトからなるマトリックスに、マト
リックス中の平均細孔径よりも長いＳｉＣ短繊維を分散
させた繊維強化多孔質体が提案されており（特開平５−
２５６２６９号公報）、フィルタ材としての利用が期待
されている。ＳｉＣ短繊維はクラックの進展方向と垂直
な方向に位置した場合にその効果を発揮し、クラックの
進展を阻んで、耐熱衝撃性を大きく向上させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、繊維強
化多孔質体を上記従来の金型で押出し成形すると、ハニ
カム構造体中のＳｉＣ短繊維が押出し方向に並んでしま
うという問題があった。これは、隣合う坏土供給穴１を
通過した坏土が坏土排出溝２内で接着し、押し出される
際の圧力でＳｉＣ短繊維が配向するためで、押出し方向
へのクラックの進展を抑制する効果が小さく、この方向
の耐熱衝撃性を向上させることができないという不具合
があった。

【０００５】しかして、本発明は、セラミック繊維をハ
ニカム構造体中にランダムに存在させ、押出し方向また
はこれと直交する方向のいずれにも高い耐熱衝撃性を有
するハニカム構造体を成形することができる押出し成形
金型を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の押出し成形金型
は（図１）、その一端面に開口し、互いに独立する複数
の坏土供給穴１と、他の端面に開口し、連続するハニカ
ム形状の溝よりなる坏土排出溝２とを金型内で連通せし
めてなる。そして、上記坏土供給穴１の数を上記坏土排
出溝２の交点の数より少なくし、かつ金型単位面積当た
りの上記坏土供給穴１の開口面積を金型単位面積当たり
の上記坏土排出溝２の開口面積より小さくしてある（請
求項１）。具体的には、上記坏土排出溝２の交点３の数
と上記坏土供給穴１の数との比が１：０．５〜１：０．
７５であり（請求項２）、金型単位面積当たりの上記坏
土排出溝２の開口面積と金型単位面積当たりの上記坏土
供給穴１の開口面積の比が１：０．５〜１：０．８であ
ることが好ましい（請求項３）。また、上記坏土供給穴
１は上記坏土排出溝２の交点３に対して規則的に配列す
るようにしてあり（請求項４）、坏土排出溝２の深さは
５ｍｍ以上とすることが望ましい（請求項５）。

【０００７】

【作用】従来の金型におけるセラミック繊維の配向は、
隣合う坏土供給穴１を通過した坏土が、坏土排出溝２で
合流し接着する際に、押出し方向の圧力を受けることに
より生じ、繊維は押出し方向に並んでしまうことにな
る。配向を抑制するには、従って、坏土が合流する場所
が減少すればよく、本発明では、坏土供給穴１の数を交
点３の数より少なくしたので、坏土の合流点が少なくな
り、繊維の配向が抑制される。また、坏土供給穴１から
供給される坏土が多いほど押出し圧が高くなり、配向を
助長するが、本発明では、金型単位面積当たりの坏土供
給穴１の開口面積を金型単位面積当たりの坏土排出溝２
の開口面積より小さくしたので、坏土の供給量が比較的
少なくなる。従って、坏土の押出し圧が小さくなり、繊
維が一定の方向に並ぶことを防止する。さらに、坏土供
給穴１を上記坏土排出溝２の交点３に対し規則的に配置
すれば、坏土を金型全体に均等に供給することが可能と
なり、坏土排出溝２の深さを５ｍｍ以上とすることで、
隣合う坏土供給穴１を通過した坏土を確実に接着させる
ことができ、成形性が向上する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の押出し成形金型を上方より見た
図であり、金型は、その上端面に開口し、図の上下方向
に延びる互いに独立した複数の坏土供給穴１と、該坏土
供給穴１と金型内で連通し、下端面に開口する坏土排出
溝２とからなる。上記坏土排出溝２はこれを通過する坏
土が所望のハニカム形状となるように、例えば連続する
格子状の溝となしてある。

【０００９】上記坏土供給穴１は、上記坏土排出溝２の
交点３に連結するように形成されるが、本実施例では、
坏土供給穴１が交点３に対し１つおきに配設されるよう
にしてある。このように、坏土排出溝２の交点３の数よ
り坏土供給穴１の数が少なくなるようにすることで、各
坏土供給穴１を通過した坏土が合流する箇所を減らし
て、坏土中のセラミック繊維の配向を抑制することがで
きる。また、坏土供給穴１を規則的に配置することで、
坏土を金型全体に均一に供給することができる。より具
体的には、上記坏土排出溝２の交点３の数と上記坏土供
給穴１の数との比が１：０．５〜１：０．７５となるよ
うにするのがよく、本実施例ではこの比が１：０．５と
なっている。上記坏土供給穴１の数がこれより少ない
と、坏土排出溝２に十分な坏土を供給できず、坏土供給
穴１の数が多すぎると、セラミック繊維の配向を抑制す
る効果が不十分で好ましくない。

【００１０】また、金型単位面積当たりの上記坏土供給
穴１の開口面積が、金型単位面積当たりの上記坏土排出
溝２の開口面積より小さくなるようにしてあり、セラミ
ック繊維の配向をさらに抑制することができる。坏土供
給側の開口面積が小さいほど坏土排出溝２へ坏土が通過
する際の圧力が小さくなり、セラミック繊維を配向させ
る力が小さくなるからである。具体的には、金型単位面
積当たりの上記坏土排出溝２の開口面積と金型単位面積
当たりの上記坏土供給穴１の開口面積の比を１：０．５
〜１：０．８とするのがよい。上記比がこれより小さい
と坏土排出溝２に十分な坏土を供給できず、これより大
きいとセラミック繊維の配向を抑制する十分な効果が得
られない。

【００１１】上記坏土排出溝２は、深さが５ｍｍ以上で
あることが望ましい。この深さが５ｍｍ未満であると、
隣合う坏土供給穴１を通過した坏土が坏土排出溝２内で
うまく合流できず、所望のハニカム構造体に成形するこ
とが難しい。

【００１２】ハニカム構造体の押出し成形に使用される
坏土は、例えば、コーディエライトの原料にＳｉＣ繊維
等のセラミック繊維を添加したものが好適に使用され
る。その他、通常、使用される造孔材、バインダー等を
添加してもよい。ここで、坏土中に含まれるセラミック
繊維の添加量は、５０％以下とすることが望ましい。添
加量が５０％を越えると押出し成形時の圧力が高くなり
すぎて押出し成形ができなくなるおそれがある。また、
セラミック繊維の平均長さは坏土供給穴１の径より小さ
いことが望ましい。セラミック繊維の平均長さが坏土供
給穴１径より大きいと、セラミック繊維が坏土供給穴１
を通過する際に切断されるおそれがある。

【００１３】図２には、本発明の他の実施例を示す。上
記実施例では、上記坏土供給穴１を上記坏土排出溝２の
交点３に対し１つおきに設けたが、本実施例では、上記
坏土供給穴１を１つおきに配した列と全交点３に連結し
た列とを交互に設けてある。この時、上記坏土排出溝２
の交点３の数と上記坏土供給穴１の数との比は１：０．
７５となる。このような構成としても、坏土供給穴１と
坏土排出溝２の開口面積（単位面積当たり）が上述した
関係を満たすようにすることで同様の効果が得られる。

【００１４】なお、上記各実施例では、上記坏土供給穴
１を上記坏土排出溝２の交点３に連結したが、その必要
は必ずしもなく、上記坏土排出溝２と連通していれば交
点３以外の個所に連結してもよい。

【００１５】次に、本発明の効果を確認するために、上
記図１の構造の押出し成形金型を作製した。この時、坏
土供給穴１の径は１．６ｍｍ、セルピッチは２．４２ｍ
ｍ、坏土排出溝２の幅は０．４５ｍｍ、坏土排出溝２の
深さは６ｍｍとし、坏土供給穴１が坏土排出溝２の交点
に対し、１つおきに配置されるようにした（坏土排出溝
２の交点の数と坏土供給穴１の数の比は１：０．５）。
また、坏土排出溝２の開口面積と坏土供給穴１の開口面
積の比は１：０．５１（金型単位面積当たり）であっ
た。

【００１６】上記構造の金型を用い、ハニカム構造体の
押出し成形を行なった。坏土は、従来公知の方法で、以
下のようにして作製した。まず、コーディエライトの原
料である溶融シリカ１８重量％、タルク３６重量％、水
酸化アルミニウム４６重量％に、セラミック繊維として
平均長さ約０．５ｍｍ、直径１５μｍ、のＳｉＣ繊維
（日本カーボン株式会社製、商品名：ニカロン）を、上
記コーディエライト原料に対し１０重量％、微粒子浄化
フィルタとして用いるための造孔材としてカーボンを２
０重量％添加した。これに、水を加えてスラリーとし、
ミキサーで十分攪拌した後、乾燥させた。さらに、バイ
ンダーとしてメチルセルロースを１０重量％、水３０重
量％を添加してニーダーで混練し、坏土とした。

【００１７】この坏土を用いて上記金型で押出し成形を
行ない、焼成してハニカム構造体を作製した。得られた
ハニカム構造体の断面を観察したところ、図３（ａ）に
示すようにセラミック繊維５がハニカム構造体６中でラ
ンダムに存在していることがわかった。このセラミック
繊維５の並びを定量的に評価するため、単位面積当たり
のセラミック繊維の押出し方向の成分とこれと直交する
方向の成分の比率（配向度）を測定した。結果を表１に
実施例１として示す。また、得られたハニカム構造体を
用いて微粒子浄化フィルタを作製し、フィルタの燃焼再
生試験を行なって破壊が生じなかった時のフィルタ内最
高温度を耐熱衝撃性として表１に併せて示した。なお、
配向度Ｔの定義は下記式の通りとした。配向度Ｔ＝Σ（Ｌ＊ｃｏｓθ）／Σ（Ｌ＊ｓｉｎθ）ここで、Ｌはセラミック繊維５の長さ、θはセラミック
繊維５が押出し方向となす角度を示し、配向度Ｔが１に
近いほどセラミック繊維５がランダムになっていること
を意味する。配向度Ｔが１を越えて大きくなるほど押出
し方向への並びが多く、逆に１より小さくなるほど押出
し方向と直交する方向への並びが多いことを示す。

【００１８】次に、上記図２の構成の金型を同様にして
作製し、配向度Ｔおよび耐熱衝撃性を測定した。坏土排
出溝２の交点３の数と坏土供給穴１の数の比は１：０．
７５であり、坏土排出溝２の開口面積と坏土供給穴１の
開口面積の比は１：０．７６（金型単位面積当たり）で
あった。結果を表１に実施例２として併記する。さら
に、表１に示すように坏土供給穴１の数と交点３の比、
および開口面積の比を変更して種々の金型を作製し、同
様の測定を行なった（実施例３〜５）。また、比較のた
め、坏土供給穴１の数と交点３の数を一致させた図４の
構造の金型（比較例１）と、坏土供給穴１の配置が実施
例１と同じで坏土供給穴１の径を大きくした図６の構造
の金型（比較例２）を作製し、同様の測定を行なった。
結果をそれぞれ表１に併記する。

【００１９】表１に明らかなように、実施例１では配向
度Ｔが１．５であり、セラミック繊維５がハニカム構造
体６中でほぼランダムに存在していることを示してい
る。これに対し、比較例１では配向度が４．５であり、
またその断面を観察したところ、図３（ｂ）に示すよう
にセラミック繊維５がハニカム構造体６中で押出し方向
に並んでいるのがわかった。なお、実施例２〜５もいず
れも２以下の配向度を示し、配向度が４前後である比較
例１、２に比しはるかに小さい。また、耐熱衝撃性も、
本実施例ではいずれも１０００℃であり、比較例に対し
６０℃以上高くなっていることがわかる。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明の押出し成形金型
を用いることにより、ハニカム構造体中のセラミック繊
維の配向を抑制することができる。つまり、得られたハ
ニカム構造体中にセラミック繊維をランダムに存在させ
ることができるので、押出し方向およびその直交方向の
いずれに対してもクラックの進展を抑制する作用を有
し、耐熱衝撃性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、押出し成形金型の正
面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す押出し成形金型の正
面図である。

【図３】本発明の効果を説明するための図で、（ａ）は
本発明の押出し成形金型によるハニカム構造体の組織を
示す模式図であり、（ｂ）は従来の押出し成形金型によ
るハニカム構造体の組織を示す模式図である。

【図４】従来の押出し成形金型の正面図である。

【図５】従来の押出し成形金型の部分断面図で、図４の
Ｖ−Ｖ線断面図である。

【図６】従来の押出し成形金型の正面図である。

【符号の説明】１坏土供給穴２坏土排出溝３交点４坏土の流れ５セラミック繊維６ハニカム構造体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型の一端面に開口し、互いに独立する
複数の坏土供給穴と、他の端面に開口し、連続するハニ
カム形状の溝よりなる坏土排出溝とを金型内で連通せし
めた押出し成形金型であって、上記坏土供給穴の数が上
記坏土排出溝の交点の数より少なく、かつ金型単位面積
当たりの上記坏土供給穴の開口面積が金型単位面積当た
りの上記坏土排出溝の開口面積より小さいことを特徴と
する押出し成形金型。
【請求項２】上記坏土排出溝の交点の数と上記坏土供
給穴の数との比が１：０．５〜１：０．７５である請求
項１記載の押出し成形金型。
【請求項３】金型単位面積当たりの上記坏土排出溝の
開口面積と金型単位面積当たりの上記坏土供給穴の開口
面積の比が１：０．５〜１：０．８である請求項１また
は２記載の押出し成形金型。
【請求項４】上記坏土供給穴を上記坏土排出溝の交点
に対し規則的に配置した請求項１ないし３記載の押出し
成形金型。
【請求項５】上記坏土排出溝の深さが５ｍｍ以上であ
る請求項１ないし４記載の押出し成形金型。