JPH08276487A - ハニカム構造体の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セルの数の多いハニカムの押出方法におい
て、低コストで大型のものを製造する。 【解決手段】 上流方向からバッチ材料を供給するため
の多数の供給孔11が設けられた入口面および下流方向に
ハニカムとしてバッチ材料を排出するための多数の排出
スロットが設けられた出口面を有する押出ダイと、押出
ダイに連結し、入口面から上流に伸びる少なくとも１つ
の支持ロッド14と、入口面から上流方向に位置し、選択
された押出圧力でのハニカムの押出し最中に押出ダイの
応力および歪みを減少させるために支持ロッド14と連結
した支持手段18からなる押出ダイ装置を用いてバッチ材
料をハニカムに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は大型のハニカム構造
体の製造に関し、より詳しくは、タービンエンジン内の
熱交換ホイール等の用途のための、セルの数が多く、セ
ル壁が薄い大型のハニカム構造体を押し出す方法および
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックハニカム構造体をガスタービ
ンエンジン内の熱交換ホイールに使用することがよく知
られている。例えば、ホレンベックの米国特許第3,112,
184 号には、熱交換器用途のハニカム構造体を製造する
レイアップ法として知られている方法が記載されてい
る。この方法においては、セラミック前駆体材料に紙の
ような繊維材料の支持シートを含浸させ、その後、この
シートを波形の形状に造型する。次いで、波形シート
を、同様に含浸させた平らなシートと組み合わせて、波
形二重層（bilayer ）を形成し、この二重層を巻いて、
波形ハニカム形状の大型のホイールを形成する。

【０００３】レイアップ技術により、セル密度が大き
く、セル壁が薄いセラミックハニカムを形成することが
できる。しかしながら、この方法には時間と費用がかか
ってしまい、したがって、薄壁の高セル密度のハニカム
構造体の大量生産には適さない。

【０００４】セラミックハニカムはまた、バグレイの米
国特許第3,790,654 号に開示されているような、それほ
ど費用のかからない押出方法によっても作成されてい
る。これらの方法によると、可塑化したセラミックバッ
チ材料をハニカム押出ダイに通して押し出すことによ
り、自動車の排気ガスコントロール触媒用の支持体等の
用途のためのハニカムを製造している。

【０００５】これらの押出方法に使用するダイアセンブ
リには、プレートの形状にあるスチールダイまたはダイ
ボディがあり、このプレートには、機械加工された供給
孔の列が形成された上流面または入口面と、交差する排
出スロットの列が形成された下流面または出口面とが設
けられている。供給孔は排出スロットと相交わり、所望
のハニカム構造体の十字壁または交差壁に排出される間
に造型されるバッチ材料をこの排出スロットに供給す
る。

【０００６】押出方法はレイアップ法よりも速くなおか
つ安価であるが、今のところ、セルの数が多く、セル壁
の薄い大型ハニカムを製造できるほどまでは発達してい
ない。現在、大型ハニカム構造体、すなわち、直径が約
15ｃｍ（６インチ）を越える構造体が、比較的重い押出
ダイアセンブリにより、セルの数が比較的すくない状態
で製造されている。このような構造体の一般的なセルの
数は62セル／ｃｍ２（400 セル／ｉｎ２ ）より少な
く、セル壁の厚さは約178 μｍ（0.007 インチ）であ
る。

【０００７】この大きさとセル密度の構造体をうまく押
し出すために、約５ｃｍ（２インチ）以上の厚さを有す
るスチールプレートから製造した重いハニカム押出ダイ
が用いられている。ダイの厚さが厚くなったことにかか
わらず、ダイを通る押出路が長くなったために押出背圧
が増加するので、ある程度ダイが歪む可能性がまだあ
り、そのため、バッチ材料をダイにうまく押し込むため
には大きい押出ラム圧が必要とされる。セルの多い薄壁
ハニカムに必要とされるように、排出スロットおよび供
給孔の構造をより細かくしようとするにつれ、このよう
な難しさが増す。

【０００８】熱交換器の環境に使用するためには、セル
密度が少なくとも800 セル／ｉｎ２であり、セル壁の厚
さが0.007 インチより薄い大型（直径が15ｃｍよりも大
きい）セラミック構造体が必要とされる。押出しにより
製造する場合には、これらのハニカムの設計には、セル
の数が多い排出スロットの列に十分なバッチ材料を供給
するために、非常に多数の非常に細かい供給孔が形成さ
れた押出ダイが必要とされる。孔開けの制限のために、
これらの押出しに厚いダイを使用することは実際的では
なく、薄いダイプレート用の必要な強度と剛性を有する
材料はまだ入手できない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
セルの数の多い熱交換器ホイールまたはコアを低コスト
かつ大容積で製造する押出方法であって、タービンエン
ジンの環境において使用するのに良好な熱耐久性および
高強度を与える押出方法を提供することにある本発明の
さらなる目的は、セル壁が薄くセルの数が多い大型ハニ
カム構造体を押し出すのに適した押出ダイ装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】セルの数が多い熱交換構
造体を製造する目的のために、本発明は比較的薄いスチ
ールプレートを使用してダイを形成するが、ダイを補強
するために補助的な支持手段も使用する。採用した手法
は、ダイを通過してダイの後ろまたは上流の支持体に固
定された中央ロッド支持体またはプルロッドを用いて、
押出圧の元でプレートの歪みを制限し、プレートの故障
を防ぐものである。この手法により、従来可能なよりも
いっそう薄いダイを用いて、セルの数が多く薄壁の比較
的大型のハニカム構造体を押し出すことができる。そし
て、一部には、ダイの厚さが比較的薄く、結果として供
給孔が短いために、以前に可能であると考えられていた
ものよりも小さい押出圧を用いることができる。

【００１１】したがって、第１に、本発明は、上流方向
からのバッチ材料を供給するための多数の供給孔が設け
られた入口面および出口方向においてハニカムとしてバ
ッチ材料を排出するための多数の排出スロットが設けら
れた出口面を有する、一般的にプレートの形状にある押
出ダイからなる、ハニカム構造体を押し出すためのダイ
装置を提供する。このダイ装置には、ダイに連結し、ダ
イの入口面から上流方向に延びる少なくとも１つの支持
ロッドが含まれている。支持ロッドの上流延長端は、ダ
イの上流に間隔をおいて、固定支持手段に連結されてい
る。支持ロッドおよび支持手段は、バッチ材料をダイに
通して押し出す最中に、押出ダイにおける移動を抑制す
る（応力と歪みを減少させる）ように機能する。

【００１２】第２に、本発明は、直径が大きく、セルの
数が多いハニカムボディを押し出す方法であって、支持
力を上流方向にダイに加えながら、直径が大きく、セル
の数が多いハニカム押出ダイからのバッチ材料を下流方
向に押し出す工程を含む方法を提供する。本発明による
と、押出ダイの中央部分に連結され、ダイから上流に位
置する支持手段に取り付けられた少なくとも１つの支持
部材またはロッドにより、支持力が押出ダイの中央部分
に加えられる。

【００１３】上述した方法により製造されるハニカム構
造体は、押出中に支持ロッドの存在を反映する構造を有
する。一般的に、この構造体は、支持ロッドにより塞が
れたダイの入口面または出口面の領域により形成されこ
れに対応するハニカムの面に形成された中央開口部から
なる。しかしながら、回転熱交換器のような用途のため
には、タービンエンジンの環境における熱回復を行なう
のに通例となっているように、ハブ部材に適切な位置を
設けて熱交換器の回転を容易にするといった点で、この
ような中央開口部は有利である。

【００１４】上述したような押出ダイ装置の操作を数学
的に分析することにより、予め選択した押出圧力レベル
で最小のダイ圧力が達成できる好ましい群のダイを確認
した。これらの群は、最も厚いダイからなるものではな
く、代わりに、押出しによる大型ハニカム構造体の製造
に適切であると以前考えられた厚さよりも小さい範囲の
厚さのダイからなるものであった。驚くべきことに、ダ
イの厚さがその範囲より大きくなったり、また小さくな
ったりすると、最大の押出応力が発生するダイの出口面
の臨界領域の応力および歪みがより大きくなることが分
かった。

【００１５】本発明のダイ装置において、支持ロッドは
一般的に、多かれ少なかれダイの入口面の中央に連結さ
れている。支持ロッドが通って延びるダイに設けられた
開口部により単純な取付けを行なってもよく、支持ロッ
ドのダイへの締付けは、ボルト留め、ピン留め、または
その他の手段により行なう。予測される押出圧力に応じ
て、支持ロッドを入口面に溶接またはセメント付けする
等の選択肢を含む他の取付け選択肢を用いることもでき
る。

【００１６】支持ロッドの厚さは決定的ではないが、ロ
ッドが厚いと薄いロッドよりもダイの応力を減少させる
のにより効果的であるので、重要である。理想的には、
ロッドは、ほとんどまたはまったく延びもしくは降伏歪
が生じないように押出応力を支持する。ロッドの断面形
状は、丸くても、四角くても、または他の形状であって
も、ロッドをダイとロッドの上流の支持体とに取り付け
るのに用いた方法等の要因に依存して変更してもよい。

【００１７】ロッドの上流の支持体は、押出機のバレル
に取り付けられるか、または押出機に連結したダイの囲
いもしくはカートリッジに取り付けられる１つ以上の架
橋部材もしくは支持部材からなっていてもよい。ダイの
囲いまたはカートリッジは、ダイを押出機のバレルに搭
載するための従来の構造体であり、ダイ、支持ロッド、
およびロッドのための支持構造体を最終的に支持する良
好な基盤を構成する。

【００１８】ロッドを支持する便利な手段の１つは、押
出機またはダイの上流に位置するダイの囲いに固定され
たそらせ板（baffle plate）もしくは他の厚いポート板
（ported plate）である。そらせ板は、押出しを妨害し
なければ所望の厚さであって差支えなく、したがって、
採用すべきほとんどどの押出圧力でも支持ロッドに比較
的堅いベースを提供できる。このそらせ板は一般的に、
押出工程中にバッチ材料が押し込められる孔が形成され
た厚い金属プレートから単になる。

【００１９】支持体がそらせ板である場合には、支持体
とダイとの相対的な間隔が重要となり得る。その場合、
支持ロッドは、そらせ板により生じるバッチ流動のどの
ような妨害も押出しハニカムの形状を妨害しないよう
に、十分に長く、すなわち、ダイと支持体との間隔が十
分に大きくなければならない。

【００２０】本発明によるハニカムの押出し用の好まし
いダイ装置を図１および２に示す。これらの図に示すよ
うに、ダイ10は、ダイの出口面10a がダイの囲いまたは
カートリッジ12から外側に面するようにカートリッジ12
内に配置されている。ダイ10には排出スロットおよび供
給孔11があり、これら排出スロットは出口面10a 内に形
成され、これらのスロットと連結している供給孔はダイ
の入口面10b 内に形成されている。このように、カート
リッジ内のバッチ材料をダイ10に通して押し出し、従来
の様式のハニカムとして出口面10a から排出することが
できる。

【００２１】支持ロッド14がダイ10に取り付けられ、そ
の入口面10b から延びている。支持ロッド14はワッシャ
ー15およびナット16によりダイに取り付けられている。
ダイ10の中央開口部を通って延びている支持ロッド14の
一方の端部にナットが捩じ込まれている。

【００２２】支持ロッド14の反対側の端部がそらせ板18
に取り付けられており、この取付けは、そらせ板18を通
って延び支持ロッド14のベース端部に捩じ込む押えねじ
19によるものである。そらせ板18は、スペーサ20により
（したがって、最終的にはダイカートリッジのリップま
たはマスク12a により）カートリッジ12の背面の縁に支
えられているが、ダイ10よりも厚く、したがって、十分
に堅くて強く、バッチの押出しの最中に支持ロッド14お
よびダイ10を固定する実質的に不動の支持手段を提供す
る。

【００２３】図１および２は１つの支持ロッドのみを用
いた好ましいダイ設計を示しているが、ハニカム構造体
内に多数の開口部が形成された製品を望む場合には、多
数の支持ロッドを用いた他の設計を使用しても差支えな
いことが分かる。

【００２４】無機またはセラミックのハニカム押出しの
ような用途に関して、有用なダイ設計の基準は、どの構
成部材の降伏応力も越えずに約1,000 −2,000 ｐｓｉの
押出圧力で操作できる構成部材および構成部材のアセン
ブリを選択することにある。このレベルの性能を発揮で
きる材料が以前に確認されており、好ましい材料とし
て、高強度ステレンススチールを挙げる。これらの材料
は、フェライトタイプ、オーステナイトタイプ、マルテ
ンサイトタイプまたは析出硬化タイプのステンレススチ
ールを含んでいてもよく、これらは特定された構成部材
に必要とされる強度および弾性率に基づいて選択され
る。一般的には、少なくとも50,000ｐｓｉの降伏強度お
よび少なくとも28×10６ ｐｓｉの弾性率を有するスチ
ール材料が使用される。

【００２５】これらの押出圧力で操作することを意図し
た設計を確認する重要な手段は、有限要素分析である。
この有限要素分析では、使用すべきスチールダイの構成
部材の物理特性および寸法に基づいて数理的ダイモデル
を分析する。ダイ、そらせ板、ダイとそらせ板を連結す
る支持ロッド、およびアセンブリのための剛性周囲支持
構造体からなる、上述したようなダイのモデルにこのよ
うな分析を行なうと、使用中にアセンブリ内の各々の点
で予期すべき応力を正確に予測することができる。

【００２６】応力管理の見地から見ると、押出ダイアセ
ンブリ内の主な関心領域は、最高の引張応力下にある領
域である。最も重要なこれら領域は、押出し荷重下にあ
る最大の歪みを経験するダイプレートの部分を覆うダイ
の出口面の表面領域である。

【００２７】図３は、図１および２に示した本発明によ
る支持ロッドを備えたダイを含むダイアセンブリの応力
モデルの概略図である。分析のために形成したモデルに
おいて、部材10Ｍ、12Ｍ、14Ｍおよび18Ｍは、それぞ
れ、図１および２におけるダイ10、カートリッジ12、支
持ロッド14およびそらせ板18の模型である。応力分析の
目的のために、図１および２の軸対称ダイアセンブリの
半分のみを考慮する必要があり、そのようなモデルを示
す。

【００２８】この設計における最大ダイ応力の領域は領
域σ−ｍａｘである。この領域は、部材14Ｍおよび12Ｍ
により付与される支持体の間のダイ部材10Ｍの出口面に
位置している。構造体の他の部品もまた引張応力下にあ
るが（図面には示したり確認されていない）、領域σ−
ｍａｘは、このダイにおいて遭遇することが予期される
押出圧力の範囲全体に亘り最大応力の領域である。

【００２９】ダイの分析過程において、様々なダイの厚
さを評価して、最大応力へのダイプレートの厚さの影響
を求めた。予期せぬことに、出口面の最大応力が最小値
に達したプレート厚の範囲を発見した。厚さが減少する
と応力が大きくなるという事実は驚くべきことではない
が、支持ロッドダイ設計において、ある厚さ範囲でダイ
が厚くなると、ダイの最大応力が減少するどころかむし
ろ増加するということは以前には知られていなかった。

【００３０】理論に関連付けることを意図するものでは
ないが、この発見を以下のように説明する。記載したタ
イプの支持ロッドダイにおいて、最適範囲より薄い厚さ
のダイは、予期したように、ダイプレートの歪みにより
大きく歪む。このことは、支持体により中心の歪みが制
限されているときでさえ生じるが、このタイプのダイに
観察される歪みは球状というよりも環状である。予期し
たように、例えば、最適範囲の値までダイの厚さが増加
すると、この歪みが減少し、したがって、生じる応力も
減少する。

【００３１】しかしながら、ダイプレートの厚さが最適
範囲を越えて増加すると、ダイの最大応力は、引き続き
減少するどころか予期せぬことに増加する。このことは
今のところ、これらの圧力での曲げはプレートというよ
りもむしろ主に支持ロッドにより制限されるので、プレ
ートを厚くすることによって、現在関心を集めている押
出圧力でのこれらのダイにおけるプレートの曲げが著し
くは減少しないという事実に帰するものとする。プレー
トの曲げは実質的に減少しないので、プレートを厚くす
ると、最大領域における応力が実際に大きくなり、この
影響はビーム曲げ計算により確認される。最終結果は、
より厚いプレートの出口面は、最適範囲にあるプレート
の出口面よりも応力が大きいこととなる。

【００３２】ダイの出口面の応力レベルにおけるこの極
小の存在および位置は、この業界では馴染みのある有限
要素分析技術を用いた計算により確認してもよい。ある
いは、予め選択したどの押出圧力での応力レベルを、ダ
イプレートの厚さを関数とした歪みの測定を用いて選択
した形状と組成のどのダイにプロットしてもよい。

【００３３】図４は、所定の一定押出圧力での応力−厚
さ関数σ−ＭＡＸ（Ｔ）を評価することにより得られる
応力と厚さとのプロットを示すグラフである。このグラ
フにおいて、ある範囲のダイの厚さに関する応力値σ−
ＭＡＸがｙ軸に、ダイの厚さＴがｘ軸にプロットされて
いる。点線で示したプロット領域は、実際に計算した応
力データではなく、上述した理論的な考察に基づいたダ
イ応力の推定値または予想値を示す。

【００３４】プロットが示すように、最大のダイ応力σ
−ＭＡＸは、ダイの厚さＴが非常に小さな値（グラフの
ｘ−ｙの発端近く）から増加するにつれ、ダイの厚さに
比例して減少する。しかしながら、中間または最適厚さ
点Ｔ−ｏｐｔで最小の応力点に到達する。この点Ｔ−ｏ
ｐｔよりダイの厚さがさらに増加しても、σ−ＭＡＸは
減少せずに増加する。

【００３５】グラフも示唆するように、Ｔ−ｏｐｔより
も著しく大きいダイの厚さではダイにおけるさらなる応
力の減少が理論的に可能であるが、これらのダイの厚さ
は実際的ではない。理由は２つある。まず第１に、利用
できる供給孔孔開け技術が、ドリルを過剰に破壊した
り、孔を過剰に広げたり、または位置決めに失敗したり
せずに、厚いダイに必要なだけ細かい孔の列を形成する
ほど十分には発達していないことが挙げられる。第２
に、厚いダイにおいてほどよい押出速度を達成するのに
必要な押出圧力が大きすぎることが挙げられる。

【００３６】上記考察に基づいて、本発明の支持ロッド
を有するダイは一般的に、増加するダイの厚さに対して
減少する最大応力レベルをプロットしたグラフおいて、
最大のダイ応力が、選択した押出圧力およびダイの形状
に関して第１の極小に達する値に近いプレート厚を有す
る。第１の極小は、ダイの厚さがゼロから有限値まで増
加するにつれ、ダイの厚さσ−ＭＡＸ（Ｔ）の最大応力
関数に観察される第１の応力の最小を意味する。好まし
くは、本発明に使用するダイの厚さは、この関数におい
て第１の応力の極小が観察される厚さＴ−ｏｐｔの±25
％以内、最も好ましくは±10％以内である。

【００３７】弾性率が30×10６ ｐｓｉのステンレスス
チールから製造すべき特定のダイの設計の場合、1800ｐ
ｓｉの選択した押出圧力で2.22ｃｍ（7/8 インチ）の支
持ロッドを備えた、直径が30ｃｍ（12インチ）の支持ロ
ッドダイモデルに有限要素応力分析を行なうことによ
り、約2.7 ｃｍ（1.0625インチ）のダイの厚さで出口面
の最大応力（σ−ｍａｘ）の値が第１の極小を示した。
このダイの厚さでの最大応力はたった約16ｋｓｉであっ
た。最大応力は、ダイの厚さが2.54ｃｍ（1.00インチ）
まで減少するにつれ約18.5ｋｓｉまで増加し、ダイの厚
さが2.845 ｃｍ（1.12インチ）まで増加するにつれ19.5
ｋｓｉまで増加した。

【００３８】本発明により提供すべき支持ロッド押出ダ
イの孔開けおよび立削りは、従来の機械的または電気化
学的加工技術を用いて行なうことができる。ダイプレー
トの入口面に供給孔を形成する方法としては、ガンドリ
リングが挙げられる。この技術により、直径が１ｍｍ
（0.040 インチ）の範囲にある、多数の近接して配置さ
れた孔を製造することができ、そのため、細かい排出ス
ロットの列を供給する必要な密度の供給孔パターンを形
成することができる。

【００３９】好ましくは、放電加工（ＥＤＭ）方法によ
りダイの出口面に排出スロットを形成する。この方法に
よると、0.005 インチの範囲のスロット幅で排出スロッ
トを形成することができる。このような幅は、熱交換器
用途に望ましい非常に小さな壁厚を形成するのに都合よ
い。ＥＤＭにより、長いスロットを形成するのが容易に
なる。このような長いスロットは、ここに記載するよう
な前面面積の大きいハニカムの押出しに必要である。

【００４０】本発明による押出ダイの製造に従来のどの
ようなスロットパターンを使用することもできるが、本
発明に使用するのに好ましいスロットパターンは、「複
合スロット」パターンとして従来技術において称されて
いるタイプのものである。このパターンにはスロットの
２つの重ね合わされた列があり、例えば、米国特許第4,
902,216 号に記載されている。第１スロットと称される
第１群のスロットは、従来の十字排出スロットのように
配列され、列のその他すべてのスロットの交差点に１つ
の供給孔からバッチ材料が供給される。第２群のスロッ
トは、第１群のスロットと交差するが、第１群のスロッ
トよりも一般的にはやや幅広く、浅いスロットからな
る。第２スロットと称する第２群のスロットには、供給
孔によってではなく、第１群のスロットからのバッチ材
料によりバッチ材料が供給される。複合スロットダイの
設計の利点は、この設計により全てのスロット交差点に
供給孔を設ける必要なくセル密度の大きいハニカム基体
を押し出すことができることである。

【００４１】

【実施例】本発明の構成および本発明による押出ダイの
使用を示す実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

【００４２】直径が約30ｃｍ（12インチ）、厚さが2.70
ｃｍ（1.0625インチ）、前面面積の平方インチ当たり約
988 の矩形のセルを有する環状ハニカム体を押し出すた
めの押出ダイを製造した。厚さが2.70ｃｍ（1.0625イン
チ）であるＡＩＳＩタイプ422 ステンレススチールのプ
レートからなるスチールダイブランクからダイを形成し
た。このスチールは、硬化され焼戻されたときに、降伏
強度が約760 ＭＰａ（110 ｋｓｉ）、引張強度が約960
ＭＰａ（140 ｋｓｉ）、破損点伸びが約13％となった。

【００４３】最初にダイブランクにガンドリリングを行
ない、このダイブランクの一面に供給孔の列を形成し
た。供給孔は、直径が約１ｍｍ（0.040 インチ）であ
り、深さが約2.494 ｃｍ（0.982 インチ）であった。こ
れらの供給孔は、ダイの入口面に投影された側に約0.16
3 ｃｍ（0.064 インチ）の正方形の格子列の全ての交差
点にドリルで孔を開けたものであった。ドリリング工程
を完了した後、洗浄剤溶液中にドリルがけしたダイプレ
ートを浸漬して洗浄し、ドリルがけした供給孔からガン
ドリリング油の全てを完全に除去した。

【００４４】次に、ドリルがけしたダイプレートにスロ
ッティング工程を行ない、供給孔列とは反対のダイプレ
ート表面に排出スロット列を形成した。最初に供給孔の
位置を注意深く測定し、適切な供給孔とスロットの位置
合せを確実にし、次いで、第１と第２の排出スロットの
列をその出口面のダイプレート中に加工した。第１の排
出スロットは幅が約0.152 ｍｍ（0.006 インチ）、深さ
が2.743 ｃｍ（0.108インチ）であり、1.143 ｍｍ（0.0
45 インチ）の間隔が開いて、一面に亘って位置する別
のスロット交差点が形成され、前にドリルで孔をあけた
供給孔の上に位置して開いた十字正方形セル列を形成し
た。

【００４５】第２の排出スロットは幅0.178 ｍｍ（0.00
7 インチ）、深さ1.778 ｍｍ（0.070 インチ）であり、
1.143 ｍｍ（0.045 インチ）の間隔がおいてあり、一方
向のみに加工された。すなわち、ある第２のスロット
は、縦方向にダイを横切る各々２つの第１のスロットの
間に位置するが、どの第２のスロットも水平方向には加
工されておらず、第１と第２のスロットの重なり合いに
より矩形のセル列が形成された。どの供給孔も第２のス
ロットとは交差していなかった。

【００４６】次に、直径が約2.225 ｃｍ（0.876 イン
チ）の孔を加工ダイの面の中心を通して供給孔と平行に
ドリルがけした。この孔はダイの最終的なダイアセンブ
リのための支持ロッドを収容するためのものであった。
次いで、ダイをワイヤ放電加工により円形の最終的な外
側寸法に切断した。

【００４７】このようにして作成した、ドリルがけしス
ロットを形成したダイを、供給孔とスロットの列に流体
研磨化合物を繰り返し通すことにより研磨した。使用し
た化合物は、エクストルードホーンコーポレーション
（ペンシルベニア州、アーウィン）から得られる研磨剤
956-Ｎ-1であった。

【００４８】次にダイのための支持ロッドを用意した。
この支持ロッドは、硬化され焼戻されると降伏強度が21
5 ｋｓｉ、引張強度が250 ｋｓｉ、破損点伸びが８％と
なるＡＩＳＩタイプ420 ステンレススチールから製造し
た丸くテーパーのかかったロッドであった。この支持ロ
ッドは、ダイに固定すべき端部で直径が22.225ｍｍ（0.
875 インチ）であり、ダイの上流に固定すべき基礎端部
で直径が7.264 ｃｍ（2.68インチ）であった。

【００４９】支持ロッドの基礎端部にドリルで孔を開
け、タップを立てて、28の押えねじを受容するようにし
た。これらの押えねじは、後に基礎端部を支持部材に固
定するために用意したものである。ダイを保持するよう
に適応した支持ロッドの端部に、強度を大きくするため
の丸底ねじ山設計を用いてねじ山を形成した。長さが約
２インチで合致するねじ山がきられたスチールナット
を、予測した押出圧力下で押出方向のダイの曲げを防ぐ
停止手段として設けた。

【００５０】このようにして設けた支持ロッドを、押え
ねじにより厚さが約５ｃｍ（２インチ）のドリルがけし
たスチールそらせ板に固定し、支持ロッドのねじ山端部
をダイに通し、ワッシャーとねじ山ナットで固定した。
そらせ板には、押し出すべきバッチ材料がダイの入口面
に供給されるのに通過する孔が前面に亘って形成されて
いた。ドリルがけされているが、このそらせ板には、後
の押出し中にダイおよび支持ロッドに作用するのが予測
されている荷重の大部分を支持する十分な厚さおよび剛
性がある。

【００５１】スチールダイカートリッジには、ダイ、支
持ロッド、およびそらせ板が搭載され、ダイアセンブリ
の構成部材を備えたカートリッジは油圧ラム押出機の出
口部分にボルトで留められた。押出用のセラミックバッ
チを押出機に装填した後、多くの押出しを行なった。

【００５２】実施例を行なう際に使用したバッチは、粘
土、タルクおよびアルミナを、水および適切な結合剤並
びに潤滑剤とともに含む混合物からなるものであった。
これらのバッチは、生のセラミックハニカムの押出しに
従来用いている種類のものであり、乾燥したハニカムの
適切な熱処理によりコージエライトセラミックハニカム
に転化できた。あるいは、アルミノケイ酸リチウム、他
のケイ酸塩、まは他の耐火性セラミック等の他セラミッ
ク材料からなる、他のセラミックバッチを使用してもよ
い。

【００５３】この実施例のコージエライトバッチに関し
ては、ダイに通す押出しに適した粘度を達成するため
に、水の含有量を34−35重量％の範囲に設定した。ハニ
カムは、1000−1600ｐｓｉの範囲の押出圧力でダイから
押し出した。より粘度が小さく水の含有量の多いバッチ
に関して、これらの圧力において、ダイの面からの流動
前面は、約1.5 フィート／分の押出速度で均一であっ
た。

【００５４】このようにして押し出したハニカムを乾燥
させ、使用した組成の大型セラミックハニカムにとって
一般的なスケジュールを用いて焼成した。焼成後、押出
ハニカムのセルの寸法は0.052 ｃｍ×0.106 ｃｍ（0.02
05インチ×0.04179 インチ）であり、セルの数はハニカ
ムの前面面積に関して1166セル／平方インチであった。
セルを規定するウェブは、厚さが0.015 −0.017 ｃｍ
（0.0058−0.0065インチ）であった。押し出した焼成ハ
ニカム内に支持ロッド固定ワッシャーにより形成された
中心孔の直径は約2.05ｃｎ（0.806 インチ）であった。
環状からずれた外径部分の誤差を約１％以内に保持でき
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態である押出ダイ装置
の部分断面図

【図２】図１に示した押出ダイ装置の上面図

【図３】図１および２に示した押出ダイ装置の応力モデ
ルの概略図

【図４】図１および２に示した押出ダイ装置の最大出口
面応力に対してダイの厚さをプロットしたグラフ

【符号の説明】

10 ダイ 11 供給孔 12 カートリッジ 14 支持ロッド 15 ワッシャー 16 ナット 18 そらせ板 19 押えねじ 20 スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド ウォード ランバート アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング ウェスト フィフス スト リート 207 (72)発明者 ジョージ ダニエル リップ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14870 ペインテッド ポスト キーフ ブルバ ード 110

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハニカム構造体を押し出すダイ装置であ
   って、 上流方向からバッチ材料を供給するための多数の供給孔
   が設けられた入口面および下流方向にハニカムとして前
   記バッチ材料を排出するための多数の排出スロットが設
   けられた出口面を有する押出ダイ、 前記押出ダイに連結し、前記入口面から前記上流に伸び
   る少なくとも１つの支持ロッド、および前記入口面から
   前記上流方向に位置し、選択された押出圧力でのハニカ
   ムの押出し最中に前記押出ダイの応力および歪みを減少
   させるために前記支持ロッドと連結した支持手段からな
   ることを特徴とするダイ装置。
2. 【請求項２】 １つの支持ロッドを備え、該支持ロッド
   が前記押出ダイの中央部分と連結していることを特徴と
   する請求項１記載のダイ装置。
3. 【請求項３】 前記押出ダイ、支持ロッド、および支持
   手段が、ダイカートリッジ内に含まれていることを特徴
   とする請求項２記載のダイ装置。
4. 【請求項４】 前記支持手段が、前記ダイカートリッジ
   に取り付けられた架橋部材からなることを特徴とする請
   求項３記載のダイ装置。
5. 【請求項５】 前記支持手段が、前記ダイカートリッジ
   内に含まれる支持プレートからなることを特徴とする請
   求項３記載のダイ装置。
6. 【請求項６】 前記支持手段が、前記ダイ装置が取り付
   けられる押出機のバレルに取り付けられる架橋部材であ
   ることを特徴とする請求項２記載のダイ装置。
7. 【請求項７】 前記押出ダイが高強度のステンレススチ
   ールからなることを特徴とする請求項２記載のダイ装
   置。
8. 【請求項８】 前記ステンレススチールが、降伏強度が
   少なくとも50,000ｐｓｉであり、弾性率が少なくとも28
   ×10６ ｐｓｉである、フェライト型ステンレス、オー
   ステナイト型ステンレス、マルテンサイト型ステンレス
   または析出硬化型ステンレスからなる群より選択される
   ことを特徴とする請求項７記載のダイ装置。
9. 【請求項９】 前記押出ダイが、該押出ダイに関するダ
   イの厚さと最大応力との関数における最初の極小を示す
   ダイの厚さの±25％の範囲内にあるダイの厚さを有する
   ことを特徴とする請求項２記載のダイ装置。
10. 【請求項１０】 前記ダイの厚さが、ダイの厚さと最大
    応力との関数における最初の極小を示すダイの厚さの±
    10％の範囲内にあるダイの厚さを有することを特徴とす
    る請求項９記載のダイ装置。
11. 【請求項１１】 前記押出ダイが、0.75インチ−1.25イ
    ンチの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項８記
    載のダイ装置。
12. 【請求項１２】 可塑化したバッチ材料からハニカム体
    を形成する方法であって、 前記バッチ材料をハニカム押出ダイに下流方向に通して
    押し出す一方で、 上流方向に前記押出ダイの中央部分に支持力を加える各
    工程を含み、該支持力が、前記押出ダイの中央部分を前
    記押出ダイの上流に位置する支持手段に連結することに
    より加えられることを特徴とする方法。
13. 【請求項１３】 前記ハニカム体において、セルの数が
    少なくとも800 セル／平方インチであり、直径が６イン
    チを越えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記ハニカム体のセル壁の厚さが0.00
    7 インチ以下であることを特徴とする請求項１３記載の
    方法。
15. 【請求項１５】 前記バッチ材料を、2000ｐｓｉ以下の
    押出圧力で前記ハニカム押出ダイに通して押し出すこと
    を特徴とする請求項１３記載の方法。