セラミックハニカム体および製造方法
【課題】
さまざまなチャネルの大きさおよび壁厚を有するハニカム体を生産するための押出ダイ、および押出ダイを製造する方法。
【解決手段】
ハニカム体は、交差する内壁によって画成された複数のチャネルを含む。チャネルは、交互パターンで配列された不均等な断面寸法を有する。チャネルは、本体の外周壁に隣接した少なくとも１列のチャネルを含む第１の領域、および残りのチャネルを含む第２の領域に分けられる。第１の領域における内壁は、外周壁にまで及ぶ軸に沿って増大する厚さを有する。
さまざまなチャネルの大きさおよび壁厚を有するハニカム体を生産するための押出ダイ、および押出ダイを製造する方法。
【解決手段】
ハニカム体は、交差する内壁によって画成された複数のチャネルを含む。チャネルは、交互パターンで配列された不均等な断面寸法を有する。チャネルは、本体の外周壁に隣接した少なくとも１列のチャネルを含む第１の領域、および残りのチャネルを含む第２の領域に分けられる。第１の領域における内壁は、外周壁にまで及ぶ軸に沿って増大する厚さを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、セラミックハニカム体、およびこれらハニカム体の製造方法に関する。さらに具体的には、本開示は、チャネルの大きさが交互し、壁厚が変化しているハニカム体製造用のハニカム押出ダイを製造するための放電加工（ＥＤＭ）法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒基板および微粒子ろ過用途に用いられるハニカム体は、長手方向の相互接続したウェブによって画成された、長手方向の平行なチャネルを有するモノリス体からなる。ハニカム体は、典型的には、焼成後にコージエライト、チタン酸アルミニウムまたは炭化ケイ素などのセラミック材料を形成する、可塑化バッチ材料を押出成形することによって作られる。ハニカム体の製造に用いられる押出ダイは、相互接続したスロットによって画成された縦ピンの配列を含む吐出端を備えたダイ本体を有する。縦ピンの配列は、触媒基板および微粒子ろ過用途に有用な、長方形、三角形、または六角形などの任意の幾何学的形状を有するピンを含みうる。ダイ本体の入口端には、ダイ本体の基部から、相互接続したスロットまで延在する、バッチ材料をスロットに供給するために用いられる、送り孔が備わっている。押出ダイを使用してハニカム体を製造するため、可塑化バッチ材料が送り孔に供給され、相互接続したスロットを通じて押出成形される。相互接続したスロットを通じて押出成形されたバッチ材料は、ハニカム体の相互接続したウェブを形成する。
【０００３】
一部の実施の形態では、押出ダイ・ピンは、吐出端全体にわたって均一な断面形状および大きさを有するが、他の実施の形態では、吐出端全体にわたり異なる断面形状または大きさを有するピンを採用する。一部の実施の形態では、相互接続したスロットは、吐出端全体にわたり均一な幅を有するが、他の実施の形態では、吐出端全体にわたって異なるまたは変化する幅を有する相互接続したスロットを採用する。
【０００４】
ハニカム押出ダイは、一般に、プランジＥＤＭ法を使用して作製される。典型的なプランジＥＤＭ法では、所望のピン／スロット・パターンを有する成形電極が、誘電性流体の浴中で、押出ダイとなるであろうワークピースに対し、近接した間隔をおいて配置される。成形電極とワークピースとの間の薄いギャップにおける一連の繰り返し放電によって、ピン／スロット・パターンが、ワークピースに形成される。放電は、ワークピースを溶融し、電極のピン／スロット・パターンをワークピースに転写するのに十分な熱を発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さまざまなチャネルの大きさおよび壁厚を有するハニカム構造の製造は、特有の課題を提示し、このような構造の効率的製造には革新的な方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の１つの態様はハニカム体を含む。本明細書に記載する１つの実施の形態では、ハニカム体は、ハニカム体の両端の間に延在する交差する内壁によって画成された、複数の平行なチャネルを備える。チャネルは、交互パターンで配列された不均等な断面寸法を有する。外周壁は、チャネルを取り囲み、内壁と相互接続される。チャネルは、外周壁に隣接する少なくとも１列のチャネルを含む第１の領域と、残りのチャネルを含む第２の領域とに分けられる。第１の領域における内壁は、外周壁にまで及ぶ軸に沿って増大する厚さを有する。
【０００７】
本開示のさらなる態様はハニカム押出ダイを含む。１つの実施の形態では、ハニカム押出ダイには、入口面および入口面と反対側の吐出面を有するダイ本体が備わっている。複数の送り孔は、入口面からダイ本体まで延在し、放出スロットの交差する配列は、吐出面からダイ本体まで延在する。放出スロットの配列は、ダイ本体内の送り孔／スロットの交差位置で、送り孔と接続している。放出スロットの交差する配列は、複数のピンの２つの異なる断面積を画成し、前記複数のピンは、断面積が交互になっているピンの市松模様のマトリクスを形成する。放出スロットの幅は、ダイの外周縁まで延在する軸に沿って増大する。
【０００８】
本開示のさらなる態様は押出ダイを製造する方法を含む。１つの実施の形態では、押出ダイを製造する方法は、ダイ・ブランクを提供し、第１のＥＤＭ電極をダイ・ブランクに差し込むことによって、ダイ・ブランクの表面に均一幅の複数の交差する放出スロットを有するダイ・パターンを形成する、各工程を有してなる。交差する放出スロットは、２つの異なる断面積を有する複数のダイ・ピンの側面を形成し、複数のダイ・ピンは、大きさが交互するピンの市松模様のマトリクスを形成する。ダイ・パターンは、ダイの周囲に隣接したスロットおよびピンを含む第１の領域と、ダイ・パターン内の残りのスロットおよびピンを含む第２の領域とに分けられる。ダイ・パターンの第１の領域は、第２のＥＤＭ電極をダイ・パターンの第１の領域に差し込むことによって修正される。
【０００９】
追加の特性および利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その説明から当業者にとって容易に明らかになるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含めた本明細書に記載する実施の形態を実施することによって認識されよう。
【００１０】
前述の概要および後述する詳細な説明は、単に典型例であって、本発明の性質および特徴を理解するための外観または枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。添付の図面は、さらなる理解を提供することが意図されており、本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は１つ以上の実施の形態を例証し、その説明と共に、さまざまな実施の形態の原理および動作を説明する役割をする。
【００１１】
次に説明する添付の図面は、本発明の典型的な実施の形態を例証するものであって、他の同様に効果的な実施の形態およびそれらの特性を説明する開示について、限定すると見なされるべきではない。図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではなく、図面のある特定の特徴およびある特定の表示は、明瞭かつ簡潔にするために、規模または図式化に誇張が見られる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】大きさが交互する入口および出口チャネルを有するハニカム物品の実例。
【図２】大きさが交互する入口および出口チャネルの１つの実施の形態を例証する、図１のハニカム物品の入口面の拡大部分。
【図３】壁がハニカム物品の外周縁に近づくにつれて変化（増大）する壁厚を例証する、図１のハニカム物品の断面部分。
【図４Ａ】ワークピース上にダイ・パターンを形成するための複数の相互接続するウェブを有するプランジ電極の概略図。
【図４Ｂ】ワークピース上にダイ・パターンを形成するための電極差し込み位置。
【図５】押出ダイの一部の断面。
【図６】押出ダイ上で二次的ＥＤＭ加工を行うダイ修正電極の概略図。
【図７Ａ】押出ダイ上で二次的ＥＤＭ加工を行う１／４パターンのダイ修正電極の概略図。
【図７Ｂ】ピンの大きさが交互になった適切な配列のための互いにオフセットする隣接した差し込み位置を伴う、ダイの全周囲を修正する際に、単一の１／４パターン電極が占める４つの異なる位置を例証する図。
【図７Ｃ】隣接した差し込み位置にある電極のオフセットを例証する、図７Ｂの１／４パターンのダイ修正電極の拡大部分。
【図８】ハニカム体の周囲に隣接した壁厚の増大を提供するためのダイ修正電極の一部。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付の図面に例証される典型的な実施の形態について、詳細に説明する。実施の形態の説明における多くの具体的詳細は、読み手に完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、これらの具体的詳細の一部またはすべては、必ずしも必要ではないことは、当業者には明らかであろう。他の事例では、周知の特性および／または工程段階については、典型的な実施の形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、詳細に説明していない。同一または類似の部分についての言及には、図面全体を通じて、できる限り、同一の参照番号を用いている。
【００１４】
２つの異なる水力直径を提供する２つの異なる断面寸法を有するセルチャネルを備えた、末端塞栓されたハニカム構造の上面図が、図１に例証されている。ハニカム１０は、前面または入口端１２、および入口端１２の反対側の出口端（図示せず）を有する。入口セルチャネル１４と出口セルチャネル１６に分けられる複数のセルチャネルが、入口端と出口端の間に延在している。セルチャネルは、一般に、内部の多孔質の壁１８によって形成された正方形の断面を有する。内壁１８は、ハニカム１０の入口および出口端の間に、実質的に長手方向に延在する。セルチャネル１４、１６は、入口セルチャネル１４と出口セルチャネル１６を交互に繰り返すように配列されて、小さいサイズと大きいサイズの交互のセルチャネルパターンを生じる。例証される実施の形態では、各入口セルチャネル１４は、すべての側面が出口セルチャネル１６に接しており、逆もまた同様になっている。外周壁２０は、セルチャネル１４、１６および内壁１８を取り囲む。外周壁２０はまた、一般にハニカム１０の「表皮」と称されるものを形成する。
【００１５】
入口セルチャネル１４および出口セルチャネル１６は、入口端１２または出口端のいずれかにおいて、それらの長さの一部に沿って塞栓される。図１および２では、入口端１２が例証されており、塞栓された出口セルチャネル１６が見られる。すなわち、入口セルチャネル１４は入口端１２では開放され、出口端では塞栓されている。逆に、出口セルチャネル１６は、入口端１２で塞栓され、出口端で開放されている。この「市松模様」の塞栓構成は、流体流れと構造体の多孔質壁のさらに緊密な接触を可能にする。排ガスの流体流れは、入口セルチャネル１４を通じてハニカム１０に流入し、その後、多孔性のセル壁１８を通過し、出口セルチャネル１６を通じてハニカム１０の外に流出する。当然ながら、図示したものとは異なる塞栓パターンも利用して差し支えなく、一部の実施の形態では、部分フィルタを形成することを目的として、チャネル１４、１６の一部は、完全に閉塞されていなくてもよい。
【００１６】
図２は、図１の小断面１００の拡大図を例証しており、ハニカム１０のセルチャネル１４、１６の大きさが交互する構造をさらに分かりやすく示している。内壁１８の第１の部分は、入口１４および出口１６の両方のセルに共通している。参照番号１８ａで表されるこの部分は、出口セル１６の全長に渡って存在するが、入口セル１４の一部だけに存在する。内壁１８の部分１８ａは、動作中に、エンジン排ガスが入口通路１４から出口通路１６までそこを通じて流れることを意味する、ろ過活性であることが好ましい。内壁１８の残りの部分１８ｂは、出口通路１６と連通せずに入口通路１４の部分と係合する。内壁部分１８ｂは、動作中に、排ガスが入口通路１４からそこを通じて流れ、出口通路１６に達することがあまりないことを意味する、ろ過不活性であって差し支えない。しかしながら、一部の炭素および灰微粒子はその中に捕捉され、収集されうることに留意しなければならない。１つの実施の形態では、入口セルチャネル１４の断面または水力直径は、出口セルチャネル１６の水力直径より約１．１〜２．０倍大きい。別の実施の形態では、入口セルチャネル１４の断面または水力直径は、出口セルチャネル１６の水力直径より約１．３〜１．６倍大きい。１つの実施の形態では、ハニカム１０は、約１００〜３００セル／平方インチ（１５．５〜４６．５セル／ｃｍ2）のセル密度を有するが、その範囲より大きいまたは小さいセル密度も意図されている。１つの実施の形態では、ハニカム１０は、約０．００１〜０．０２５インチ（０．２５〜０．６４ｍｍ）の壁厚を有するが、その範囲より大きいまたは小さい壁厚も意図されている。説明のため、図示するハニカム１０の一部の特徴の大きさおよび割合は、大幅に誇張されており、正確な縮尺ではないことに留意すべきである。
【００１７】
再び図１を参照すると、仮想線２３は、セルチャネル１４、１６を第１の領域２２と第２の領域２４に適切に分ける分け方の説明のための一例として描かれている。特に、第１の領域２２は、外周壁２０に隣接したセルチャネル１４、１６を含み、第２の領域２４は、中心軸２１の方向に残りのセルチャネル１４、１６を含む。図１では、ハニカム１０の特徴の相対的な大きさは歪められている（特に、セルチャネル１４、１６の大きさおよび数）。しかしながら、１つの実施の形態では、第１の領域２２は、外周壁２０に隣接した、少なくとも１列のチャネル１４、１６を含むが、他の実施の形態では、第１の領域２２は、外周壁２０に隣接して、４列より多く、７列より多く、１０列より多く、または２０列より多くのチャネルを含んで差し支えない。
【００１８】
図３を参照すると、外周壁２０に隣接したハニカム１０の大幅な拡大部分が概略的に例証されている。図３に見られるように、第１の領域２２のセル１４、１６は、内壁１８が外周壁２０に近づくにつれて厚くなるように、矢印２５が示す、外周壁２０の方に伸びる軸に沿って増大する壁厚を有する。１つの実施の形態では、第１の領域２２の壁１８の厚さは、例えば軸２１近くなどの第２の領域２４の壁１８の厚さの１．０１〜４倍またはそれ以上増大する。外周壁２０近くの壁１８の厚みの増大は、ハニカム１０の耐熱衝撃性に有害な影響を及ぼさずに、ハニカム１０にアイソスタティック強度の増大をもたらし、また、圧力損失における最低効果も有することが分かった。
【００１９】
１つの実施の形態では、図３に示すように、フィレット２６は、セルチャネル１４、１６の第１の領域２２の壁１８どうしの少なくとも接合部または交差位置に形成される。フィレットは、第２の領域２４の壁１８の接合部、および外周壁２０を有する壁１８の接合部にも形成される。１つの実施の形態では、壁１８の接合部におけるフィレットは、第１および第２の領域２２、２４のものと同一のままであるが、セルチャネル１４のフィレットの半径は、セルチャネル１６のものとは異なっていて差し支えない。別の実施の形態では、外周壁２０に近いフィレットは、ハニカム１０の中心軸２１の近くのフィレットの半径より大きい半径を有していてもよい。
【００２０】
上記のように、大きさが交互になっているチャネルおよび外周壁２０の近くで増大する壁厚を有するハニカム１０を作製する適切な方法は、粉末化した原料の可塑化混合物を形成し、これを、セルチャネルの大きさが交互になっており、壁厚が変化しているハニカム体へと、ダイを通じて押出成形し、次に、随意的に乾燥し、塞栓したハニカムフィルタを形成するための既知の装置および方法を使用して焼成および塞栓する各工程を有してなる。塞栓ハニカムフィルタは、典型的には、耐熱性の弾性マットがフィルタの側壁と筐体の壁の間に配置されたフィルタ筐体内に、フィルタをぴったりと配置することによって、取り付けられる（例えば車載など）。筐体の両端には、排ガスを、ハニカムフィルタの交互に塞栓されたチャネルおよび、多孔質の壁内に導き、通すための入口および出口コーンが備わっていて差し支えない。
【００２１】
上記のように、大きさが交互になっているチャネルおよび外周壁２０の近くで増大する壁厚を有するハニカム１０を作製するための押出ダイは、放出スロットによって分けられた、大きさが交互するピンを含む対応するピン配列を有し、ここで、放出スロットは、ダイの外周縁まで延在する軸に沿った方向に、徐々に広がる。このようなダイを作製するための方法の１つにプランジＥＤＭ法がある。
【００２２】
図４Ａおよび４Ｂを参照すると、プランジＥＤＭ法では、特徴のパターンを有する成形電極１０８が、最終的にダイになるワークピース１０２（時にはダイ・ブランクとも称される）に、それらの特徴を加工するために用いられる。プランジＥＤＭ法を行うための適切な放電電極１０８は、当技術分野で既知のように、移動ワイヤー放電加工（ワイヤーＥＤＭ）を使用して、銅−タングステン合金素地から形成することができる。電極１０８のための他の適切な材料としては、例えば、銀−タングステン、グラファイト、および銅−グラファイトが挙げられる。使用時、電極１０８は、ワークピース１０２の近くに配置され、電極１０８とワークピース１０２との間のギャップに放出される反復的な電荷を通して、電極１０８の特徴がワークピース１０２内に加工される。例えば、図４Ａに示すように、相互接続したウェブの格子を有するハニカム押出ダイでは、成形電極１０８は、ハニカムパターンまたはハニカムパターンの一部を形成する、相互接続したウェブの格子を備えている。成形電極１０８は、複数の特徴（例えば、ピンおよびスロットの複数の列および段）を一度に形成するように構成される。一般に、成形電極１０８は、任意の所望の形状の特徴を有するパターンを形成するように構成されて差し支えない。一例を挙げれば、電極１０８によってワークピース１０２に形成されるパターンは、均一幅のスロットによって分けられた、大きさが交互するピン配列である。
【００２３】
図４Ａおよび４Ｂでは、電極１０８は、完全なダイ・パターン４００の一部分である長方形の形状に対応して、全般的な長方形の形状を有するように示されている（図４Ｂ）。最終的なダイの大きさに応じて、電極１０８の幅は、ダイ・パターン４００の全幅、ダイ・パターンの半幅、または幾つかのより小さい部分に対応していてもよい。図４Ｂは、ワークピース１０２上の差し込み位置４０２ａ〜４０２ｋ（集合的差し込み位置４０２）を有する、ワークピース１０２上の完全なダイ・パターン４００を例証している。図４Ｂには、１１の差し込み位置４０２が例証されているが、任意の他の数の差し込み位置４０２を使用してもよい。差し込み位置４０２の数は、例えば、完全なダイ・パターン４００の大きさおよび電極１０８の大きさに応じて決まる。
【００２４】
図５は、上記のように、プランジＥＤＭ法を使用してワークピース１０２にピン５００およびスロット５０２を形成した後のワークピース１０２の断面の典型的な図を示している。押出ダイの形成を完了するため、送り孔５０４をワークピース１０２に形成することができ、最終的なダイ６００は、ワークピースから、任意の所望の形状（例えば、円形、楕円形、長方形など）に切断されて差し支えない。ワークピース１０２から切断された円形のダイ６００が図６に例証されている。送り孔５０４は、可塑化バッチ材料をスロット５０２に供給し、そこを通じて押出成形できるようにするため、典型的には、ワークピース１０２の基部５０６からスロット５０２まで延在する。ピン５００、スロット５０２、および送り孔５０４を備えたワークピース１０２は、他のハニカム押出ダイの鋳型としての役割をする。例えば、ピン５００は、特定の用途にさらに適した他の幾何学的形状を達成するために必要に応じて修正して差し支えない。
【００２５】
上述のＥＤＭダイの製造法は、ダイの吐出面全体にわたり均一な幅の放出スロットを有するピン配列を有するダイを提供する。したがって、外周壁２０に近づくにつれて厚さが増大する壁１８を有するハニカム１０を提供するため、ハニカム１０の第２の領域２４に対応するダイ位置の放出スロット５０２の幅を、さらに修正する必要がある。このような修正は、ダイ修正電極７００を用いて二次的なダイ修正プランジＥＤＭ法を行うことにより達成されうる。
【００２６】
放出スロット５０２の一部（すなわち、第２の領域２４に対応する部分）のみが修正を必要とすることから、二次的プランジＥＤＭ法に用いられるダイ修正電極７００は、修正が行われるダイの領域を包含することのみを必要とする。特に、ダイの外周縁に隣接した放出スロット５０２の拡張には、ダイの第２の領域２４（外周壁２０に隣接した）の複数のピンがダイ修正電極によってさらに加工されることが必要とされる。
【００２７】
図６および７Ａは、ダイ６００および、本開示に従ったダイ修正電極７００の実施の形態を概略的に示している。ダイ６００には、成形電極１０８によってすでに加工されたピン５００および放出スロット５０２が備わっている。ダイ修正電極７００には、交差するウェブ７０４の網状組織によって形成された開口部７０２が備わっている。ウェブ７０４は、電極７００の内縁７０８の反対側にある、電極７００の外縁７０６に近づくにつれて、増大する幅を有する。ウェブ７０４の幅は、連続的または段階的に、ダイ６００の周囲に、放出スロット５０２の公称（元の）厚さから所望の厚さに至るまで増大される。例えば、１つの実施の形態では、ウェブ７０４の幅（および対応するスロット５０２の幅）は、それぞれのその後のピン位置において所定の量（例えば、０．５ミル（０．０１２５ｍｍ）、０．７５ミル（０．０１８７５ｍｍ）、１ミル（０．０２５ｍｍ）、または任意の他の選択量）だけ増大される。１つの実施の形態では、ウェブ７０４が電極７００の外縁７０６に達するにつれて、幅の増大はさらに大きくなる。例えば、電極７００が１０列のピン５００を修正するように構成される場合、ウェブ７０４の幅は、第１の４つのピンのそれぞれについて０．５ミル（０．０１２５ｍｍ）ずつ、次の４つのピンのそれぞれについて０．７５ミル（０．０１８７５ｍｍ）ずつ、最終的な２つのピンについて１ミル（０．０２５ｍｍ）ずつ増大させて構わない。当然ながら、異なる距離およびピン数を用いた他のこのような例は、無限に構成可能である。
【００２８】
ダイ修正プランジＥＤＭ法の間、ダイ６００を固定保持すると同時に、電極７００をピン５００の配列まで下げる。電極７００がピン５００の配列内に下げられるときに、既存のスロット５０２より厚くなっているウェブ７０４が、ピン５００のすべての側面から材料を除去する。交差するウェブ７０４の隅々にフィレットが充填される場合、材料はピン５００の隅々から取り除かれる。結果として、既存のスロット５０２は、取り囲むピン５００を狭くすることによって、より幅広くなるように加工される。そのように提供される場合、押出したハニカムにフィレットが生じるように、ウェブ７０４のフィレット充填された隅々は、ピン５００の隅々を内径とする。修正を必要とするピン列の数に応じて、電極７００の大きさ、開口部７０２の数およびウェブ７０４の厚さは、然るべく変化する。
【００２９】
ダイ修正プランジＥＤＭ法は、ダイ６００の入口または送り孔部分を多少なりとも変化させない、すなわち、必要とされるダイの入口部分にはいずれの変化も存在しない。この設計の加工されたダイから生産された押出したハニカム１０の幾何学的形状は、ハニカム１０の外周壁２０に隣接するセルの領域において連続的に増大する壁の厚みと共に、大きさが交互になったチャネルを有する。
【００３０】
図６の実施の形態において、ダイ修正電極７００は、ダイ６００の周囲全体を制限する単一の構造を含む。しかしながら、当業者は、多くの精密な機械加工工程が必要とされることに起因した、このような電極の作製における複雑性および高コストを認識することができよう。全３６０°のパターンを包含する単一の電極の創出は、あまりにも費用がかかり過ぎる可能性があり、高い可変性の危険性、および電極の製造プロセスの間の工具破壊、停電などの思いがけない混乱、ならびに人的ミスに起因する廃棄の危険性を含む。
【００３１】
これらの理由によって、図７Ａ〜７Ｃに例証される別の実施の形態では、ダイ修正電極７００は、ダイ６００の周囲全体が加工されるまで、差し込み、取り出し、回転および再び差し込む、１／４パターンの電極７２０を含む（すなわち、電極７２０は、ダイ６００の周囲に９０°の弧を限局する）。１／４パターンのダイ修正電極７２０は、上述の問題に対する費用効率が高い解決法である。
【００３２】
しかしながら、ダイ６００の交互になっているピンの大きさの理由から、１／４パターン電極／４回転プランジＥＤＭダイ修正法は、１つの差し込み位置から次へと移動するときに、ピン５００の大きさが交互する１／４パターンのダイ修正電極７２０における開口部の大きさが交互する整列に特有の課題を提示する。特に、ダイ６００の交互になっている大チャネル／小チャネルのパターンは、電極７２０が次の差し込み位置まで単純に９０°回転する場合に、差し込み交差位置において、１／４パターン電極７２０との配列のずれを生じる。すなわち、交互になっているピンの大きさを加工するための１／４パターン電極７２０は、１８０°回転させる（よって、それらの間にある９０°の弧を飛ばす）場合にのみ、適切に整列する。この問題を解決するための１つの選択肢は、２つの異なる電極がダイ周囲の２つの対向する９０°の弧を覆うように成形された、２つの異なる１／４パターン電極を使用することである。２つの特有の１／４パターン電極の使用は、配列の問題を解決するが、その解決法は、複雑性および次の費用：１）第２の電極の作製；および２）追加の工具の切り替えおよび第２の１／４パターン電極に必要とされる設置に起因する加工時間の増大、を加えることになる。追加の工程は、その工程に取り込まれるエラーの機会を増大することにもなる。
【００３３】
したがって、本開示は、上記のダイ修正電極の配列の問題に対する解決を提供し、単一の１／４パターン電極７２０の使用を可能にする。１／４パターン電極７２０とダイ６００との適切な配列は、次の差し込み位置に配置するときに、１／４パターン電極７２０の位置をオフセットすることによって達成される。図７Ｂおよび７Ｃを参照すると、このようなオフセットの可能な例の１つが示されている。特に、電極７２０は、電極７２０のウェブ７０４がダイ６００の放出スロット５０２と連携するように、隣接した差し込み位置７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃおよび７１０ｄから、１列以上内側または外側に移動する。１つの実施の形態では、図７Ａ〜７Ｃに示すように、差し込み位置７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃおよび７１０ｄは、１／４パターン電極７２０の両端がダイ６００のピン５００およびスロット５０２の方向に対して４５°の角度で配置されるように、位置している。隣接した差し込み位置の間のオフセットは、４つの位置７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ、７１０ｄのすべてについて、同一の１／４パターン電極７２０の使用を可能にする。図７Ｃに見られるように、電極７２０の両端は、隣接した差し込み位置に適合されるように、「ジグザグ」の形状が備わっている。
【００３４】
ピン５００を修正するため、ダイ修正電極７００／７２０を使用して、ピン５００の両端から材料を取り除く。図８は、複数のピン５００（破線の箱５００ａの内側）が、ダイ修正プランジＥＤＭ法および本明細書に記載のダイ修正電極７００に従って加工されている、ダイ６００の一部分を示している。修正したピン５００は、小さい寸法を有し、この結果、参照番号５０２ａで指定される矢印が示すように、徐々に広がった放出スロット５０２を生じる。放出スロット５０２は、ダイ６００の外周縁にまで延在する軸２５に沿った方向に徐々に広がる（線６０２で指定される）。
【００３５】
これまで本発明を限られた数の実施の形態に関して説明してきたが、本開示の利益を有する当業者は、本明細書の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱せずに、他の実施の形態を考案できることを認識するであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、セラミックハニカム体、およびこれらハニカム体の製造方法に関する。さらに具体的には、本開示は、チャネルの大きさが交互し、壁厚が変化しているハニカム体製造用のハニカム押出ダイを製造するための放電加工（ＥＤＭ）法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒基板および微粒子ろ過用途に用いられるハニカム体は、長手方向の相互接続したウェブによって画成された、長手方向の平行なチャネルを有するモノリス体からなる。ハニカム体は、典型的には、焼成後にコージエライト、チタン酸アルミニウムまたは炭化ケイ素などのセラミック材料を形成する、可塑化バッチ材料を押出成形することによって作られる。ハニカム体の製造に用いられる押出ダイは、相互接続したスロットによって画成された縦ピンの配列を含む吐出端を備えたダイ本体を有する。縦ピンの配列は、触媒基板および微粒子ろ過用途に有用な、長方形、三角形、または六角形などの任意の幾何学的形状を有するピンを含みうる。ダイ本体の入口端には、ダイ本体の基部から、相互接続したスロットまで延在する、バッチ材料をスロットに供給するために用いられる、送り孔が備わっている。押出ダイを使用してハニカム体を製造するため、可塑化バッチ材料が送り孔に供給され、相互接続したスロットを通じて押出成形される。相互接続したスロットを通じて押出成形されたバッチ材料は、ハニカム体の相互接続したウェブを形成する。
【０００３】
一部の実施の形態では、押出ダイ・ピンは、吐出端全体にわたって均一な断面形状および大きさを有するが、他の実施の形態では、吐出端全体にわたり異なる断面形状または大きさを有するピンを採用する。一部の実施の形態では、相互接続したスロットは、吐出端全体にわたり均一な幅を有するが、他の実施の形態では、吐出端全体にわたって異なるまたは変化する幅を有する相互接続したスロットを採用する。
【０００４】
ハニカム押出ダイは、一般に、プランジＥＤＭ法を使用して作製される。典型的なプランジＥＤＭ法では、所望のピン／スロット・パターンを有する成形電極が、誘電性流体の浴中で、押出ダイとなるであろうワークピースに対し、近接した間隔をおいて配置される。成形電極とワークピースとの間の薄いギャップにおける一連の繰り返し放電によって、ピン／スロット・パターンが、ワークピースに形成される。放電は、ワークピースを溶融し、電極のピン／スロット・パターンをワークピースに転写するのに十分な熱を発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さまざまなチャネルの大きさおよび壁厚を有するハニカム構造の製造は、特有の課題を提示し、このような構造の効率的製造には革新的な方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の１つの態様はハニカム体を含む。本明細書に記載する１つの実施の形態では、ハニカム体は、ハニカム体の両端の間に延在する交差する内壁によって画成された、複数の平行なチャネルを備える。チャネルは、交互パターンで配列された不均等な断面寸法を有する。外周壁は、チャネルを取り囲み、内壁と相互接続される。チャネルは、外周壁に隣接する少なくとも１列のチャネルを含む第１の領域と、残りのチャネルを含む第２の領域とに分けられる。第１の領域における内壁は、外周壁にまで及ぶ軸に沿って増大する厚さを有する。
【０００７】
本開示のさらなる態様はハニカム押出ダイを含む。１つの実施の形態では、ハニカム押出ダイには、入口面および入口面と反対側の吐出面を有するダイ本体が備わっている。複数の送り孔は、入口面からダイ本体まで延在し、放出スロットの交差する配列は、吐出面からダイ本体まで延在する。放出スロットの配列は、ダイ本体内の送り孔／スロットの交差位置で、送り孔と接続している。放出スロットの交差する配列は、複数のピンの２つの異なる断面積を画成し、前記複数のピンは、断面積が交互になっているピンの市松模様のマトリクスを形成する。放出スロットの幅は、ダイの外周縁まで延在する軸に沿って増大する。
【０００８】
本開示のさらなる態様は押出ダイを製造する方法を含む。１つの実施の形態では、押出ダイを製造する方法は、ダイ・ブランクを提供し、第１のＥＤＭ電極をダイ・ブランクに差し込むことによって、ダイ・ブランクの表面に均一幅の複数の交差する放出スロットを有するダイ・パターンを形成する、各工程を有してなる。交差する放出スロットは、２つの異なる断面積を有する複数のダイ・ピンの側面を形成し、複数のダイ・ピンは、大きさが交互するピンの市松模様のマトリクスを形成する。ダイ・パターンは、ダイの周囲に隣接したスロットおよびピンを含む第１の領域と、ダイ・パターン内の残りのスロットおよびピンを含む第２の領域とに分けられる。ダイ・パターンの第１の領域は、第２のＥＤＭ電極をダイ・パターンの第１の領域に差し込むことによって修正される。
【０００９】
追加の特性および利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その説明から当業者にとって容易に明らかになるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含めた本明細書に記載する実施の形態を実施することによって認識されよう。
【００１０】
前述の概要および後述する詳細な説明は、単に典型例であって、本発明の性質および特徴を理解するための外観または枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。添付の図面は、さらなる理解を提供することが意図されており、本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は１つ以上の実施の形態を例証し、その説明と共に、さまざまな実施の形態の原理および動作を説明する役割をする。
【００１１】
次に説明する添付の図面は、本発明の典型的な実施の形態を例証するものであって、他の同様に効果的な実施の形態およびそれらの特性を説明する開示について、限定すると見なされるべきではない。図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではなく、図面のある特定の特徴およびある特定の表示は、明瞭かつ簡潔にするために、規模または図式化に誇張が見られる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】大きさが交互する入口および出口チャネルを有するハニカム物品の実例。
【図２】大きさが交互する入口および出口チャネルの１つの実施の形態を例証する、図１のハニカム物品の入口面の拡大部分。
【図３】壁がハニカム物品の外周縁に近づくにつれて変化（増大）する壁厚を例証する、図１のハニカム物品の断面部分。
【図４Ａ】ワークピース上にダイ・パターンを形成するための複数の相互接続するウェブを有するプランジ電極の概略図。
【図４Ｂ】ワークピース上にダイ・パターンを形成するための電極差し込み位置。
【図５】押出ダイの一部の断面。
【図６】押出ダイ上で二次的ＥＤＭ加工を行うダイ修正電極の概略図。
【図７Ａ】押出ダイ上で二次的ＥＤＭ加工を行う１／４パターンのダイ修正電極の概略図。
【図７Ｂ】ピンの大きさが交互になった適切な配列のための互いにオフセットする隣接した差し込み位置を伴う、ダイの全周囲を修正する際に、単一の１／４パターン電極が占める４つの異なる位置を例証する図。
【図７Ｃ】隣接した差し込み位置にある電極のオフセットを例証する、図７Ｂの１／４パターンのダイ修正電極の拡大部分。
【図８】ハニカム体の周囲に隣接した壁厚の増大を提供するためのダイ修正電極の一部。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付の図面に例証される典型的な実施の形態について、詳細に説明する。実施の形態の説明における多くの具体的詳細は、読み手に完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、これらの具体的詳細の一部またはすべては、必ずしも必要ではないことは、当業者には明らかであろう。他の事例では、周知の特性および／または工程段階については、典型的な実施の形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、詳細に説明していない。同一または類似の部分についての言及には、図面全体を通じて、できる限り、同一の参照番号を用いている。
【００１４】
２つの異なる水力直径を提供する２つの異なる断面寸法を有するセルチャネルを備えた、末端塞栓されたハニカム構造の上面図が、図１に例証されている。ハニカム１０は、前面または入口端１２、および入口端１２の反対側の出口端（図示せず）を有する。入口セルチャネル１４と出口セルチャネル１６に分けられる複数のセルチャネルが、入口端と出口端の間に延在している。セルチャネルは、一般に、内部の多孔質の壁１８によって形成された正方形の断面を有する。内壁１８は、ハニカム１０の入口および出口端の間に、実質的に長手方向に延在する。セルチャネル１４、１６は、入口セルチャネル１４と出口セルチャネル１６を交互に繰り返すように配列されて、小さいサイズと大きいサイズの交互のセルチャネルパターンを生じる。例証される実施の形態では、各入口セルチャネル１４は、すべての側面が出口セルチャネル１６に接しており、逆もまた同様になっている。外周壁２０は、セルチャネル１４、１６および内壁１８を取り囲む。外周壁２０はまた、一般にハニカム１０の「表皮」と称されるものを形成する。
【００１５】
入口セルチャネル１４および出口セルチャネル１６は、入口端１２または出口端のいずれかにおいて、それらの長さの一部に沿って塞栓される。図１および２では、入口端１２が例証されており、塞栓された出口セルチャネル１６が見られる。すなわち、入口セルチャネル１４は入口端１２では開放され、出口端では塞栓されている。逆に、出口セルチャネル１６は、入口端１２で塞栓され、出口端で開放されている。この「市松模様」の塞栓構成は、流体流れと構造体の多孔質壁のさらに緊密な接触を可能にする。排ガスの流体流れは、入口セルチャネル１４を通じてハニカム１０に流入し、その後、多孔性のセル壁１８を通過し、出口セルチャネル１６を通じてハニカム１０の外に流出する。当然ながら、図示したものとは異なる塞栓パターンも利用して差し支えなく、一部の実施の形態では、部分フィルタを形成することを目的として、チャネル１４、１６の一部は、完全に閉塞されていなくてもよい。
【００１６】
図２は、図１の小断面１００の拡大図を例証しており、ハニカム１０のセルチャネル１４、１６の大きさが交互する構造をさらに分かりやすく示している。内壁１８の第１の部分は、入口１４および出口１６の両方のセルに共通している。参照番号１８ａで表されるこの部分は、出口セル１６の全長に渡って存在するが、入口セル１４の一部だけに存在する。内壁１８の部分１８ａは、動作中に、エンジン排ガスが入口通路１４から出口通路１６までそこを通じて流れることを意味する、ろ過活性であることが好ましい。内壁１８の残りの部分１８ｂは、出口通路１６と連通せずに入口通路１４の部分と係合する。内壁部分１８ｂは、動作中に、排ガスが入口通路１４からそこを通じて流れ、出口通路１６に達することがあまりないことを意味する、ろ過不活性であって差し支えない。しかしながら、一部の炭素および灰微粒子はその中に捕捉され、収集されうることに留意しなければならない。１つの実施の形態では、入口セルチャネル１４の断面または水力直径は、出口セルチャネル１６の水力直径より約１．１〜２．０倍大きい。別の実施の形態では、入口セルチャネル１４の断面または水力直径は、出口セルチャネル１６の水力直径より約１．３〜１．６倍大きい。１つの実施の形態では、ハニカム１０は、約１００〜３００セル／平方インチ（１５．５〜４６．５セル／ｃｍ2）のセル密度を有するが、その範囲より大きいまたは小さいセル密度も意図されている。１つの実施の形態では、ハニカム１０は、約０．００１〜０．０２５インチ（０．２５〜０．６４ｍｍ）の壁厚を有するが、その範囲より大きいまたは小さい壁厚も意図されている。説明のため、図示するハニカム１０の一部の特徴の大きさおよび割合は、大幅に誇張されており、正確な縮尺ではないことに留意すべきである。
【００１７】
再び図１を参照すると、仮想線２３は、セルチャネル１４、１６を第１の領域２２と第２の領域２４に適切に分ける分け方の説明のための一例として描かれている。特に、第１の領域２２は、外周壁２０に隣接したセルチャネル１４、１６を含み、第２の領域２４は、中心軸２１の方向に残りのセルチャネル１４、１６を含む。図１では、ハニカム１０の特徴の相対的な大きさは歪められている（特に、セルチャネル１４、１６の大きさおよび数）。しかしながら、１つの実施の形態では、第１の領域２２は、外周壁２０に隣接した、少なくとも１列のチャネル１４、１６を含むが、他の実施の形態では、第１の領域２２は、外周壁２０に隣接して、４列より多く、７列より多く、１０列より多く、または２０列より多くのチャネルを含んで差し支えない。
【００１８】
図３を参照すると、外周壁２０に隣接したハニカム１０の大幅な拡大部分が概略的に例証されている。図３に見られるように、第１の領域２２のセル１４、１６は、内壁１８が外周壁２０に近づくにつれて厚くなるように、矢印２５が示す、外周壁２０の方に伸びる軸に沿って増大する壁厚を有する。１つの実施の形態では、第１の領域２２の壁１８の厚さは、例えば軸２１近くなどの第２の領域２４の壁１８の厚さの１．０１〜４倍またはそれ以上増大する。外周壁２０近くの壁１８の厚みの増大は、ハニカム１０の耐熱衝撃性に有害な影響を及ぼさずに、ハニカム１０にアイソスタティック強度の増大をもたらし、また、圧力損失における最低効果も有することが分かった。
【００１９】
１つの実施の形態では、図３に示すように、フィレット２６は、セルチャネル１４、１６の第１の領域２２の壁１８どうしの少なくとも接合部または交差位置に形成される。フィレットは、第２の領域２４の壁１８の接合部、および外周壁２０を有する壁１８の接合部にも形成される。１つの実施の形態では、壁１８の接合部におけるフィレットは、第１および第２の領域２２、２４のものと同一のままであるが、セルチャネル１４のフィレットの半径は、セルチャネル１６のものとは異なっていて差し支えない。別の実施の形態では、外周壁２０に近いフィレットは、ハニカム１０の中心軸２１の近くのフィレットの半径より大きい半径を有していてもよい。
【００２０】
上記のように、大きさが交互になっているチャネルおよび外周壁２０の近くで増大する壁厚を有するハニカム１０を作製する適切な方法は、粉末化した原料の可塑化混合物を形成し、これを、セルチャネルの大きさが交互になっており、壁厚が変化しているハニカム体へと、ダイを通じて押出成形し、次に、随意的に乾燥し、塞栓したハニカムフィルタを形成するための既知の装置および方法を使用して焼成および塞栓する各工程を有してなる。塞栓ハニカムフィルタは、典型的には、耐熱性の弾性マットがフィルタの側壁と筐体の壁の間に配置されたフィルタ筐体内に、フィルタをぴったりと配置することによって、取り付けられる（例えば車載など）。筐体の両端には、排ガスを、ハニカムフィルタの交互に塞栓されたチャネルおよび、多孔質の壁内に導き、通すための入口および出口コーンが備わっていて差し支えない。
【００２１】
上記のように、大きさが交互になっているチャネルおよび外周壁２０の近くで増大する壁厚を有するハニカム１０を作製するための押出ダイは、放出スロットによって分けられた、大きさが交互するピンを含む対応するピン配列を有し、ここで、放出スロットは、ダイの外周縁まで延在する軸に沿った方向に、徐々に広がる。このようなダイを作製するための方法の１つにプランジＥＤＭ法がある。
【００２２】
図４Ａおよび４Ｂを参照すると、プランジＥＤＭ法では、特徴のパターンを有する成形電極１０８が、最終的にダイになるワークピース１０２（時にはダイ・ブランクとも称される）に、それらの特徴を加工するために用いられる。プランジＥＤＭ法を行うための適切な放電電極１０８は、当技術分野で既知のように、移動ワイヤー放電加工（ワイヤーＥＤＭ）を使用して、銅−タングステン合金素地から形成することができる。電極１０８のための他の適切な材料としては、例えば、銀−タングステン、グラファイト、および銅−グラファイトが挙げられる。使用時、電極１０８は、ワークピース１０２の近くに配置され、電極１０８とワークピース１０２との間のギャップに放出される反復的な電荷を通して、電極１０８の特徴がワークピース１０２内に加工される。例えば、図４Ａに示すように、相互接続したウェブの格子を有するハニカム押出ダイでは、成形電極１０８は、ハニカムパターンまたはハニカムパターンの一部を形成する、相互接続したウェブの格子を備えている。成形電極１０８は、複数の特徴（例えば、ピンおよびスロットの複数の列および段）を一度に形成するように構成される。一般に、成形電極１０８は、任意の所望の形状の特徴を有するパターンを形成するように構成されて差し支えない。一例を挙げれば、電極１０８によってワークピース１０２に形成されるパターンは、均一幅のスロットによって分けられた、大きさが交互するピン配列である。
【００２３】
図４Ａおよび４Ｂでは、電極１０８は、完全なダイ・パターン４００の一部分である長方形の形状に対応して、全般的な長方形の形状を有するように示されている（図４Ｂ）。最終的なダイの大きさに応じて、電極１０８の幅は、ダイ・パターン４００の全幅、ダイ・パターンの半幅、または幾つかのより小さい部分に対応していてもよい。図４Ｂは、ワークピース１０２上の差し込み位置４０２ａ〜４０２ｋ（集合的差し込み位置４０２）を有する、ワークピース１０２上の完全なダイ・パターン４００を例証している。図４Ｂには、１１の差し込み位置４０２が例証されているが、任意の他の数の差し込み位置４０２を使用してもよい。差し込み位置４０２の数は、例えば、完全なダイ・パターン４００の大きさおよび電極１０８の大きさに応じて決まる。
【００２４】
図５は、上記のように、プランジＥＤＭ法を使用してワークピース１０２にピン５００およびスロット５０２を形成した後のワークピース１０２の断面の典型的な図を示している。押出ダイの形成を完了するため、送り孔５０４をワークピース１０２に形成することができ、最終的なダイ６００は、ワークピースから、任意の所望の形状（例えば、円形、楕円形、長方形など）に切断されて差し支えない。ワークピース１０２から切断された円形のダイ６００が図６に例証されている。送り孔５０４は、可塑化バッチ材料をスロット５０２に供給し、そこを通じて押出成形できるようにするため、典型的には、ワークピース１０２の基部５０６からスロット５０２まで延在する。ピン５００、スロット５０２、および送り孔５０４を備えたワークピース１０２は、他のハニカム押出ダイの鋳型としての役割をする。例えば、ピン５００は、特定の用途にさらに適した他の幾何学的形状を達成するために必要に応じて修正して差し支えない。
【００２５】
上述のＥＤＭダイの製造法は、ダイの吐出面全体にわたり均一な幅の放出スロットを有するピン配列を有するダイを提供する。したがって、外周壁２０に近づくにつれて厚さが増大する壁１８を有するハニカム１０を提供するため、ハニカム１０の第２の領域２４に対応するダイ位置の放出スロット５０２の幅を、さらに修正する必要がある。このような修正は、ダイ修正電極７００を用いて二次的なダイ修正プランジＥＤＭ法を行うことにより達成されうる。
【００２６】
放出スロット５０２の一部（すなわち、第２の領域２４に対応する部分）のみが修正を必要とすることから、二次的プランジＥＤＭ法に用いられるダイ修正電極７００は、修正が行われるダイの領域を包含することのみを必要とする。特に、ダイの外周縁に隣接した放出スロット５０２の拡張には、ダイの第２の領域２４（外周壁２０に隣接した）の複数のピンがダイ修正電極によってさらに加工されることが必要とされる。
【００２７】
図６および７Ａは、ダイ６００および、本開示に従ったダイ修正電極７００の実施の形態を概略的に示している。ダイ６００には、成形電極１０８によってすでに加工されたピン５００および放出スロット５０２が備わっている。ダイ修正電極７００には、交差するウェブ７０４の網状組織によって形成された開口部７０２が備わっている。ウェブ７０４は、電極７００の内縁７０８の反対側にある、電極７００の外縁７０６に近づくにつれて、増大する幅を有する。ウェブ７０４の幅は、連続的または段階的に、ダイ６００の周囲に、放出スロット５０２の公称（元の）厚さから所望の厚さに至るまで増大される。例えば、１つの実施の形態では、ウェブ７０４の幅（および対応するスロット５０２の幅）は、それぞれのその後のピン位置において所定の量（例えば、０．５ミル（０．０１２５ｍｍ）、０．７５ミル（０．０１８７５ｍｍ）、１ミル（０．０２５ｍｍ）、または任意の他の選択量）だけ増大される。１つの実施の形態では、ウェブ７０４が電極７００の外縁７０６に達するにつれて、幅の増大はさらに大きくなる。例えば、電極７００が１０列のピン５００を修正するように構成される場合、ウェブ７０４の幅は、第１の４つのピンのそれぞれについて０．５ミル（０．０１２５ｍｍ）ずつ、次の４つのピンのそれぞれについて０．７５ミル（０．０１８７５ｍｍ）ずつ、最終的な２つのピンについて１ミル（０．０２５ｍｍ）ずつ増大させて構わない。当然ながら、異なる距離およびピン数を用いた他のこのような例は、無限に構成可能である。
【００２８】
ダイ修正プランジＥＤＭ法の間、ダイ６００を固定保持すると同時に、電極７００をピン５００の配列まで下げる。電極７００がピン５００の配列内に下げられるときに、既存のスロット５０２より厚くなっているウェブ７０４が、ピン５００のすべての側面から材料を除去する。交差するウェブ７０４の隅々にフィレットが充填される場合、材料はピン５００の隅々から取り除かれる。結果として、既存のスロット５０２は、取り囲むピン５００を狭くすることによって、より幅広くなるように加工される。そのように提供される場合、押出したハニカムにフィレットが生じるように、ウェブ７０４のフィレット充填された隅々は、ピン５００の隅々を内径とする。修正を必要とするピン列の数に応じて、電極７００の大きさ、開口部７０２の数およびウェブ７０４の厚さは、然るべく変化する。
【００２９】
ダイ修正プランジＥＤＭ法は、ダイ６００の入口または送り孔部分を多少なりとも変化させない、すなわち、必要とされるダイの入口部分にはいずれの変化も存在しない。この設計の加工されたダイから生産された押出したハニカム１０の幾何学的形状は、ハニカム１０の外周壁２０に隣接するセルの領域において連続的に増大する壁の厚みと共に、大きさが交互になったチャネルを有する。
【００３０】
図６の実施の形態において、ダイ修正電極７００は、ダイ６００の周囲全体を制限する単一の構造を含む。しかしながら、当業者は、多くの精密な機械加工工程が必要とされることに起因した、このような電極の作製における複雑性および高コストを認識することができよう。全３６０°のパターンを包含する単一の電極の創出は、あまりにも費用がかかり過ぎる可能性があり、高い可変性の危険性、および電極の製造プロセスの間の工具破壊、停電などの思いがけない混乱、ならびに人的ミスに起因する廃棄の危険性を含む。
【００３１】
これらの理由によって、図７Ａ〜７Ｃに例証される別の実施の形態では、ダイ修正電極７００は、ダイ６００の周囲全体が加工されるまで、差し込み、取り出し、回転および再び差し込む、１／４パターンの電極７２０を含む（すなわち、電極７２０は、ダイ６００の周囲に９０°の弧を限局する）。１／４パターンのダイ修正電極７２０は、上述の問題に対する費用効率が高い解決法である。
【００３２】
しかしながら、ダイ６００の交互になっているピンの大きさの理由から、１／４パターン電極／４回転プランジＥＤＭダイ修正法は、１つの差し込み位置から次へと移動するときに、ピン５００の大きさが交互する１／４パターンのダイ修正電極７２０における開口部の大きさが交互する整列に特有の課題を提示する。特に、ダイ６００の交互になっている大チャネル／小チャネルのパターンは、電極７２０が次の差し込み位置まで単純に９０°回転する場合に、差し込み交差位置において、１／４パターン電極７２０との配列のずれを生じる。すなわち、交互になっているピンの大きさを加工するための１／４パターン電極７２０は、１８０°回転させる（よって、それらの間にある９０°の弧を飛ばす）場合にのみ、適切に整列する。この問題を解決するための１つの選択肢は、２つの異なる電極がダイ周囲の２つの対向する９０°の弧を覆うように成形された、２つの異なる１／４パターン電極を使用することである。２つの特有の１／４パターン電極の使用は、配列の問題を解決するが、その解決法は、複雑性および次の費用：１）第２の電極の作製；および２）追加の工具の切り替えおよび第２の１／４パターン電極に必要とされる設置に起因する加工時間の増大、を加えることになる。追加の工程は、その工程に取り込まれるエラーの機会を増大することにもなる。
【００３３】
したがって、本開示は、上記のダイ修正電極の配列の問題に対する解決を提供し、単一の１／４パターン電極７２０の使用を可能にする。１／４パターン電極７２０とダイ６００との適切な配列は、次の差し込み位置に配置するときに、１／４パターン電極７２０の位置をオフセットすることによって達成される。図７Ｂおよび７Ｃを参照すると、このようなオフセットの可能な例の１つが示されている。特に、電極７２０は、電極７２０のウェブ７０４がダイ６００の放出スロット５０２と連携するように、隣接した差し込み位置７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃおよび７１０ｄから、１列以上内側または外側に移動する。１つの実施の形態では、図７Ａ〜７Ｃに示すように、差し込み位置７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃおよび７１０ｄは、１／４パターン電極７２０の両端がダイ６００のピン５００およびスロット５０２の方向に対して４５°の角度で配置されるように、位置している。隣接した差し込み位置の間のオフセットは、４つの位置７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃ、７１０ｄのすべてについて、同一の１／４パターン電極７２０の使用を可能にする。図７Ｃに見られるように、電極７２０の両端は、隣接した差し込み位置に適合されるように、「ジグザグ」の形状が備わっている。
【００３４】
ピン５００を修正するため、ダイ修正電極７００／７２０を使用して、ピン５００の両端から材料を取り除く。図８は、複数のピン５００（破線の箱５００ａの内側）が、ダイ修正プランジＥＤＭ法および本明細書に記載のダイ修正電極７００に従って加工されている、ダイ６００の一部分を示している。修正したピン５００は、小さい寸法を有し、この結果、参照番号５０２ａで指定される矢印が示すように、徐々に広がった放出スロット５０２を生じる。放出スロット５０２は、ダイ６００の外周縁にまで延在する軸２５に沿った方向に徐々に広がる（線６０２で指定される）。
【００３５】
これまで本発明を限られた数の実施の形態に関して説明してきたが、本開示の利益を有する当業者は、本明細書の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱せずに、他の実施の形態を考案できることを認識するであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム体の両端の間に延在する交差する内壁によって画成され、かつ、交互パターンで配列された不均等な断面寸法を有する、複数の平行なチャネルと、
前記チャネルを取り囲み、さらに前記内壁と相互接続している外周壁と、
を備えたハニカム体であって、
前記チャネルが、前記外周壁に隣接するチャネルを少なくとも１列含む第１の領域と、残りのチャネルを含む第２の領域とに分けられ、
前記第１の領域における内壁が、前記外周壁にまで及ぶ軸に沿って増大する厚さを有する、
ハニカム体。
【請求項２】
前記第１の領域が、前記外周壁に隣接した少なくとも４列のチャネルを含むことを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
【請求項３】
前記第１の領域における内壁が、前記第２の領域における内壁厚の１．０１〜４倍の厚さを有することを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
【請求項４】
前記チャネルが、第１の断面積を有する入口チャネルと、第２の断面積を有する出口チャネルとを含み、
前記第２の断面積が、前記第１の断面積より小さく、前記入口および出口チャネルが交互パターンで配列され、
前記入口チャネルが前記ハニカム体の出口端において塞栓され、前記出口チャネルが前記ハニカム体の入口端において塞栓されている
ことを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
【請求項５】
前記入口のセルが、前記出口のセルより１．１〜２倍大きい水力直径を有することを特徴とする請求項４記載のハニカム体。
【請求項１】
ハニカム体の両端の間に延在する交差する内壁によって画成され、かつ、交互パターンで配列された不均等な断面寸法を有する、複数の平行なチャネルと、
前記チャネルを取り囲み、さらに前記内壁と相互接続している外周壁と、
を備えたハニカム体であって、
前記チャネルが、前記外周壁に隣接するチャネルを少なくとも１列含む第１の領域と、残りのチャネルを含む第２の領域とに分けられ、
前記第１の領域における内壁が、前記外周壁にまで及ぶ軸に沿って増大する厚さを有する、
ハニカム体。
【請求項２】
前記第１の領域が、前記外周壁に隣接した少なくとも４列のチャネルを含むことを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
【請求項３】
前記第１の領域における内壁が、前記第２の領域における内壁厚の１．０１〜４倍の厚さを有することを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
【請求項４】
前記チャネルが、第１の断面積を有する入口チャネルと、第２の断面積を有する出口チャネルとを含み、
前記第２の断面積が、前記第１の断面積より小さく、前記入口および出口チャネルが交互パターンで配列され、
前記入口チャネルが前記ハニカム体の出口端において塞栓され、前記出口チャネルが前記ハニカム体の入口端において塞栓されている
ことを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
【請求項５】
前記入口のセルが、前記出口のセルより１．１〜２倍大きい水力直径を有することを特徴とする請求項４記載のハニカム体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１７３４２１（Ｐ２０１１−１７３４２１Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−３９６９７（Ｐ２０１１−３９６９７）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【復代理人】
【識別番号】１００１１６５４０
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 香
【復代理人】
【識別番号】１００１３９７２３
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 洋
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９６９７（Ｐ２０１１−３９６９７）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【復代理人】
【識別番号】１００１１６５４０
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 香
【復代理人】
【識別番号】１００１３９７２３
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 洋
【Ｆターム（参考）】
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