ハニカム構造体成形用金型及びそれを用いたハニカム構造体の製造方法
【課題】発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができるハニカム構造体成形用金型及びそれを用いたハニカム構造体の製造方法を提供すること。
【解決手段】少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材を含有する材料を用いてハニカム構造体を成形するハニカム構造体成形用金型１は、供給穴３１を設けた供給穴部３とスリット溝４１を設けたスリット溝部４とを有する金型本体２と、ガイド立設部５１とガイド突出部５２とを有するガイドリング５とを備えている。スリット溝部４は、材料の押出方向に突出した段付部４２を有する。スペーサ厚ａ、クリアランスｂ及び段付高さｃは、（ｃ−ａ）／ｂ＞１、かつ（ａ／ｂ）＞１の関係を満たす。段付角度θは、９０°≦θ≦１３０°を満たす。
【解決手段】少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材を含有する材料を用いてハニカム構造体を成形するハニカム構造体成形用金型１は、供給穴３１を設けた供給穴部３とスリット溝４１を設けたスリット溝部４とを有する金型本体２と、ガイド立設部５１とガイド突出部５２とを有するガイドリング５とを備えている。スリット溝部４は、材料の押出方向に突出した段付部４２を有する。スペーサ厚ａ、クリアランスｂ及び段付高さｃは、（ｃ−ａ）／ｂ＞１、かつ（ａ／ｂ）＞１の関係を満たす。段付角度θは、９０°≦θ≦１３０°を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体を押出成形するためのハニカム構造体成形用金型及びそれを用いたハニカム構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排ガス浄化装置におけるフィルタとして、ハニカム状のセル壁と該セル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体が用いられている。
上記ハニカム構造体は、一般的に、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、セラミックス等の原料粉末を含有する材料を押出成形し、乾燥、焼成することによって製造される。
【０００３】
上記ハニカム構造体をディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質）を含む排ガスを浄化するＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタに適用する場合、パティキュレートを捕集するための細孔をセル壁に設ける。
セル壁にパティキュレートを捕集するための細孔を設ける方法としては、例えば材料中に有機系の発泡材等を含有させておく方法が知られている（特許文献１参照）。また、細孔を効率よく設けるために、加熱時にガス成分を生じて発泡（膨張）する熱膨張性の発泡材が用いられる。
【０００４】
また、図８に示すごとく、上記金型９１としては、材料８０を供給するための供給穴９３１と材料８０をハニカム状に成形するためのスリット溝９４１とを有する金型本体９２と、スリット溝９４１から押し出された材料８０を案内して所望の外形を得るためのガイドリング９５とを備えているものがある。金型本体９２の押出方向端面であるスリット溝形成面９４０は、ガイドリング９５に対面する部分と対面しない部分とが面一の平面状となっている。
【０００５】
上記金型９１を用いて材料８０を押出成形した場合、同図に示すごとく、ガイドリング９５に対面するスリット溝９４１から押出方向に押し出された材料８０は、金型本体９２とガイドリング９５との間の間隙９６に流入し、金型本体９２の中心方向に向かって流動する。そして、ガイドリング９５の先端部９５１に案内されて押出方向に方向転換し、外周スキン８３を形成する。また、ガイドリング９５に対面しないスリット溝９４１から押出方向に押し出された材料８０は、そのまま押出方向にセル壁８１を形成する。このようにして、セル壁８１と外周スキン８３とを同時進行で一体的に形成する。押出成形後、乾燥、焼成することにより、ハニカム構造体８（図５参照）を得る。なお、図８では、材料８０は、押し出された材料のみを示している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１９３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記金型を用いて加熱時にガス成分を生じる発泡材を含有する材料を押出成形した場合には、次のような問題があった。
すなわち、図８に示すごとく、金型本体９２のスリット溝形成面９４０が面一の平面状であるため、材料８０がガイドリング９５の先端部９５１に案内されて押出方向に方向転換する際に、一部の材料８０がそのまま金型本体９２の中心方向へ流動してしまう。そのため、外周スキン８３の内側（内周面８３１）の形状が材料８０の自由流れによって形成されていた。
【０００８】
これにより、図９（ａ）に示すごとく、外周スキン８３の形状（特に内周面８３１の形状）・厚みが不安定となっていた。また、これによって、外周スキン８３とセル壁８１とが充分に接合されている部分とそうでない部分とが生じ、両者の間に隙間８９（図１０（ａ）参照）が発生していた。そして、このような状態のハニカム構造体８を乾燥させると、材料８０中に含まれる発泡材の作用によって、図９（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、外周スキン８３の外周面８３２に膨れ８３９が発生していた。
【０００９】
外周スキンにおける膨れ発生のメカニズムは、未だ明確にされていないが、次のように推測される。
すなわち、図１０（ａ）に示すごとく、外周スキン８３とセル壁８１との間に隙間８９が形成された状態のハニカム構造体８を加熱して乾燥させると、図１０（ｂ）に示すごとく、含有されている発泡材８０１からガス成分８０２が生じ、そのガス成分８０２が隙間８９に溜まる。そして、図１０（ｃ）に示すごとく、ガス成分８０２が膨張することにより、外周スキン８３とセル壁８１とが離れる。このようにして、外周スキン８３の外周面８３２に膨れ８３９が発生する。
【００１０】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができるハニカム構造体成形用金型及びそれを用いたハニカム構造体の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じる熱膨張性の発泡材を含有する材料を用いて、ハニカム状のセル壁と該セル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体を成形するためのものであり、上記セル壁と上記外周スキンとを一体的に成形することができるハニカム構造体成形用金型であって、
該ハニカム構造体成形用金型は、上記材料を供給するための供給穴を設けた供給穴部と、上記供給穴に連通して上記材料をハニカム状に成形するための格子状のスリット溝を設けたスリット溝部とを有する金型本体と、上記スリット溝部の外周部から上記材料の押出方向に伸びたガイド立設部と、該ガイド立設部から内方に向かって突出していると共に上記スリット溝部との間に間隙を設けたガイド突出部とを有するガイドリングとを備えており、
上記スリット溝部は、上記ガイド突出部に対面しない部分に、上記材料の押出方向に突出した段付部を有し、
上記スリット溝部と上記ガイド突出部との間の上記間隙の厚さをスペーサ厚ａ、上記段付部の外周側面と上記ガイド突出部の先端部との間の距離をクリアランスｂ、上記スリット溝部における上記段付部を有する部分の高さを段付高さｃとした場合に、（ｃ−ａ）／ｂ＞１、かつ（ａ／ｂ）＞１の関係を満たし、
上記段付部の外周側面と上記スリット溝部における上記段付部の周囲の部分のスリット溝形成面とが成す角度を段付角度θとした場合に、９０°≦θ≦１３０°を満たすことを特徴とするハニカム構造体成形用金型にある（請求項１）。
【００１２】
本発明のハニカム構造体成形用金型は、上記ハニカム構造体を成形するためのものであり、上記セル壁と上記外周スキンとを一体的に成形することができるよう構成されている。上記金型は、上記金型本体と上記ガイドリングとにより構成されている。そして、上記金型本体の上記スリット溝部は、上記ガイドリングの上記ガイド突出部に対面しない部分に、材料の押出方向（以下、適宜、単に押出方向という）に突出した上記段付部を有する。
【００１３】
上記構成の金型を用いて材料を押出成形した場合、上記スリット溝部と上記ガイド突出部との間の上記間隙を通過する材料により、得ようとするハニカム構造体の外周スキンが形成される。すなわち、上記ガイド突出部に対面する上記スリット溝から押出方向に押し出された材料は、上記間隙に流入し、上記金型本体の中心方向（以下、適宜、単に中心方向という）に向かって流動する。そして、上記ガイド突出部の先端部に案内されて押出方向に方向転換し、外周スキンを形成する。
【００１４】
ここで、本発明では、上記スリット溝部の上記ガイド突出部に対面しない部分に、材料の押出方向に突出した上記段付部が設けられている。そして、上記スペーサ厚ａと上記クリアランスｂと上記段付高さｃとが（ａ／ｂ）＞１、かつ（ｃ−ａ）／ｂ＞１の関係を満たしている。そしてさらに、上記段付角度θは、９０°≦θ≦１３０°である。これにより、本発明の金型は、発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができる。
この理由について、以下に説明する。
【００１５】
上記構成の金型を用いて材料を押出成形した場合において、材料が上記ガイド突出部の先端部に案内されて押出方向に方向転換する際に、材料の中心方向への流動を上記段付部によって規制することができる。また、押出方向に方向転換した材料によって形成される外周スキンの内側の形状は、上記段付部の外周側面によって規定される。これにより、外周スキンの内周面は、上記段付部を設けない場合に比べて凹凸や変形等のない寸法精度の良いものとなる。そして、外周スキンとセル壁との接合部分において、両者の接合状態を充分なものとすることができる。
【００１６】
また、外周スキンは、上記スペーサ厚ａである上記間隙を通過した材料が、上記クリアランスｂである上記段付部の外周側面と上記ガイド突出部の先端部との間を通過することにより形成され、上記クリアランスｂによって得ようとする外周スキンの厚みが決定される。そのため、上記スペーサ厚ａと上記クリアランスｂとが（ａ／ｂ）＞１の関係を満たしていることにより、つまり上記スペーサ厚ａを上記クリアランスｂよりも大きくすることにより、外周スキンを形成するのに必要な材料を上記間隙からの供給によってほとんど賄うことができる。これにより、外周スキンを形成する材料の供給量が不足するおそれがなく、所望の厚みの外周スキンを安定的に得ることができる。
【００１７】
また、上記スペーサ厚ａと上記クリアランスｂと上記段付高さｃとが（ｃ−ａ）／ｂ＞１の関係を満たしていることにより、つまり上記段付高さｃを充分に確保しておくことにより、材料の中心方向への流動を規制するという上記段付部を設けたことによる効果を充分に発揮することができる。また、外周スキンの内側の形状を規定するという効果も充分に発揮することができる。
【００１８】
また、上記段付角度θが９０°≦θ≦１３０°であることにより、材料が上記ガイド突出部の先端部に案内されて押出方向に方向転換する際に、材料の中心方向への流動を上記段付部によって規制することができると共に、材料の押出方向への方向転換をスムーズに行うことができる。また、外周スキンとセル壁との接合状態を良好なものとすることができる。
【００１９】
以上のように、上記段付部を設け、上記スペーサ厚ａと上記クリアランスｂと上記段付高さｃとを上記関係式を満たすように設定し、さらに上記段付角度θを上記特定の範囲の角度とすることにより、従来の問題点を解決することができる。
つまり、外周スキンの内側の形状が材料の自由流れによって形成され、外周スキンの形状・厚みが不安定となり、外周スキンとセル壁との間に隙間（図１０（ａ）参照）が発生することを防ぐことができる。そして、成形したハニカム構造体を加熱して乾燥させる際に、材料に含有されている発泡材からガス成分が生じても、そのガス成分が外周スキンとセル壁との間の隙間に溜まることもなく、また隙間に溜まったガス成分が膨張して外周スキンの膨れを発生させることもなくなる。
【００２０】
このように、本発明のハニカム構造成形用金型によれば、発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができる。
【００２１】
第２の発明は、ハニカム状のセル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体を製造する方法であって、
上記第１の発明のハニカム構造体成形用金型を用いて、少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材を含有する材料を押出成形し、上記ハニカム構造体を成形する成形工程と、
上記ハニカム構造体を乾燥させる乾燥工程と、
上記ハニカム構造体を焼成する焼成工程とを有することを特徴とするハニカム構造体の製造方法にある（請求項３）。
【００２２】
本発明のハニカム構造体の製造方法は、上記のごとく、成形工程、乾燥工程、焼成工程を順に行う。そして、上記成形工程においては、上記第１の発明のハニカム構造体成形用金型を用いて、上記発泡材を含有する材料を押出成形し、上記ハニカム構造体を成形する。そのため、本発明の製造方法によれば、上記乾燥工程における外周スキンの膨れを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
上記第１の発明において、上記のスペーサ厚ａ、クリアランスｂ及び段付高さｃの関係について、（ｃ−ａ）／ｂ≦１である場合には、材料の中心方向への流動を上記段付部によって規制するという効果を充分に発揮することができないおそれがある。
また、（ａ／ｂ）≦１である場合には、上記間隙を通過する材料の量が外周スキンを形成するために必要な量に対して不充分となり、外周スキンを安定的に形成することができないおそれがある。
【００２４】
また、上記段付角度θについて、θ＜９０°である場合には、セル壁と外周スキンとの接合状態が不充分となり、両者を一体的に形成することができないおそれがある。一方、θ＞１３０°である場合には、材料の中心方向への流動を上記段付部によって規制するという効果を充分に発揮することができないおそれがある。
したがって、上記段付角度θは、１００°≦θ≦１２０°であることがより好ましい（請求項２）。
【００２５】
上記第２の発明において、上記発泡材は、例えば排ガス中のパティキュレートを捕集するための細孔をハニカム構造体に形成するため、予め材料中に含有させておく。
上記発泡材は、加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材であり、一般的に有機物で構成されている。そして、上記発泡材は、成形したハニカム構造体の乾燥時に加熱されてガス成分が生じ、そのガス成分によって発泡（膨張）する。その後、焼成時に焼失する。これにより、上記発泡材が焼成により焼失した部分に細孔を形成することができる。
【００２６】
また、上記材料に対する上記発泡材の含有率は、１〜１０重量％であることが好ましい（請求項４）。
上記発泡材の含有量が１重量％未満の場合には、上記発泡材を含有することによる効果を充分に得ることができないおそれがある。一方、１０重量％を超える場合には、得られるハニカム構造体の強度が低下するおそれがある。
したがって、上記材料に対する上記発泡材の含有率は、３〜７重量％であることがより好ましい（請求項５）。
【００２７】
また、上記発泡材は、熱可塑性高分子よりなるポリマー外殻の内部に、低沸点炭化水素よりなる液状ガスを内包してなる粒子からなることが好ましい（請求項６）。
上記発泡材は、加熱されたときに、上記ポリマー外殻の内部に内包された上記液状ガスが気化してガス圧が増加すると共に上記ポリマー外殻が軟化することで体積が大幅に増加し、発泡（膨張）する。これにより、上記発泡材が焼成により焼失した部分に、細孔を設けることができる。つまり、上記ハニカム構造体のセル壁に、排ガス中のパティキュレートを捕集するための細孔を効率よく設けることができる。
【００２８】
上記発泡材としては、具体的には、松本油脂製薬株式会社のマツモトマイクロスフェアー等を用いることができる。これは、アクリロニトリル、塩化ビニリデン共重合物等からなるポリマー外殻の内部に、液状ガスとしてブタン等を内包してなる熱膨張性のマイクロカプセルである。
もちろん、上記発泡材としては、上記以外の構造を有するもの、上記以外の材料よりなるもの等を用いることができる。
【００２９】
また、上記ハニカム構造体は、コーディエライトセラミックスにより構成することができる。なお、上記以外の材料により構成することもできる。
また、上記ハニカム構造体は、内燃機関から排出される排ガス中のパティキュレートを捕集して排ガスの浄化を行うＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタとして用いることができる。
【００３０】
また、上記ハニカム構造体を実際にＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタとして用いる場合には、上記セルの両端のいずれか一方の端部を閉塞する栓部を設ける等して用いられる。
この場合には、例えば上記焼成工程の後に上記栓部を構成する材料（栓材）を上記セルの所望の位置に充填し、焼成することによって上記栓部を設けることができる。また、上記乾燥工程の後に上記栓材を上記セルの所望の位置に充填し、上記焼成工程において上記ハニカム構造体と上記栓材とを一体的に焼成することによって上記栓部を設けることもできる。なお、上記栓部を構成する材料である上記栓材としては、例えば上記ハニカム構造体を構成する材料と同様のものを用いることができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
実施例にかかる本発明のハニカム構造体成形用金型及びそれを用いたハニカム構造体の製造方法について説明する。
本例のハニカム構造体成形用金型１は、図１〜図３に示すごとく、少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び熱膨張性の発泡材を含有する材料を用いて、ハニカム状のセル壁８１とセル壁８１に囲まれた多数のセル８２と外周側面を覆う筒状の外周スキン８３とを有するハニカム構造体８（図５参照）を成形するためのものであり、セル壁８１と外周スキン８３とを一体的に成形することができる。
【００３２】
金型１は、図１、図２に示すごとく、金型本体２と外周ガイドリング５とにより構成されている。図示を省略したが、金型本体２及びガイドリング５には、それぞれピン穴が設けられている。そして、金型本体２とガイドリング５とは、それぞれに設けられた上記ピン穴にピンを挿設することによって固定されている。
【００３３】
金型本体２は、図２に示すごとく、材料を供給するための供給穴３１を設けた供給穴部３と、供給穴３１に連通して材料をハニカム状に成形するための格子状のスリット溝４１を設けたスリット溝部４とを有している。
【００３４】
図２、図３（ａ）に示すごとく、スリット溝部４のスリット溝形成面４００には、四角形格子状のスリット溝４１が設けられている。また、スリット溝部４は、後述するガイド突出部５２に対面しない部分に、材料の押出方向に突出した円形状の段付部４２を有している。また、スリット溝形成面４００は、段付部４２における中央スリット溝形成面４０２と段付部４２の周囲の部分における外周スリット溝形成面４０１とを有している。本例において、段付部４２の中央スリット溝形成面４０２の外径（段付径Ａ）は１６０．５ｍｍである。
【００３５】
また、図３（ａ）に示すごとく、スリット溝部４に形成されたスリット溝４１のうち、最も外側のスリット溝４１９は、押出成形時に材料がスリット溝部４の外周側面４０９から漏れ出すことを防止するために、充填材、金属材等の材料を用いて象眼細工様の方法により目止めがされている。
【００３６】
図２に示すごとく、供給穴部３の供給穴形成面３００（スリット溝形成面４００の反対側の面）には、スリット溝４１に連通する供給穴３１が多数設けられている。
また、図３（ｂ）に示すごとく、供給穴３１は、四角形格子状のスリット溝４１の格子点のうち、縦方向及び横方向の１つおきの格子点に対応する場所に形成されている。
【００３７】
ガイドリング５は、図１、図２に示すごとく、スリット溝部４の外周部から材料の押出方向に伸びたガイド立設部５１と、ガイド立設部５１から内方に向かって突出していると共にスリット溝部４との間に間隙６を設けたガイド突出部５２とを有する。本例では、ガイド立設部５１とガイド突出部５２とは、別体で構成されている。
【００３８】
ガイド立設部５１は、スリット溝部４とガイド突出部５２との間に設けられ、両者の間の間隙６を確保している。
ガイド突出部５２は、スリット溝部４の外周スリット溝形成面４０１と対面するガイド対向面５００がスリット溝部４との間の間隙６を維持するように内方に突出するように設けられている。また、ガイド突出部５２の先端部５２１が呈する形状は、得ようとするハニカム構造体８の外形寸法に合わせた円形状としてある。本例において、ガイド突出部５２の先端部５２１の内径（ガイドリング径Ｂ）は１６２．１ｍｍである。
【００３９】
そして、本例の金型１において、図２に示すごとく、スリット溝部４とガイド突出部５２との間の間隙６の厚さをスペーサ厚ａ、段付部４２の外周側面４２０とガイド突出部５２の先端部５２１との間の距離をクリアランスｂ（＝（ガイドリング径Ｂ−段付径Ａ）／２）、スリット溝部４のうちの段付部４２を有する部分における高さを段付高さｃとした場合に、（ｃ−ａ）／ｂ＞１、かつ（ａ／ｂ）＞１の関係を満たす。本例において、スペーサ厚ａは１．０ｍｍ、クリアランスｂは０．８ｍｍ、段付高さｃは２．０ｍｍである。
【００４０】
また、同図に示すごとく、段付部４２の外周側面４２０とスリット溝部４における段付部４２の周囲の部分のスリット溝形成面４００、すなわち外周スリット溝形成面４０１とが成す角度を段付角度θとした場合に、９０°≦θ≦１３０°を満たす。本例において、段付角度θは１１０°である。
【００４１】
次に、上記構成のハニカム構造体成形用金型１を用いてハニカム構造体８を製造する方法について説明する。
【００４２】
まず、金型１をスクリュー式の押出成形装置（図示略）の先端にセットする。そして、上記押出成形装置内に混練した材料を投入する。材料としては、カオリン、溶融シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルクを含有し、最終的にコーディエライトを主成分とする化学組成となるように調整した原料粉末に水、バインダ、発泡材等を加えて混練したものを用いた。
【００４３】
なお、本例では、発泡材として、松本油脂製薬株式会社のマツモトマイクロスフェアーを用いた。これは、熱可塑性高分子であるアクリロニトリルよりなるポリマー外殻の内部に、液状ガス（低沸点炭化水素）としてのブタンを内包してなる熱膨張性のマイクロカプセルである。材料に対する発泡材の含有量は５重量％とした。
【００４４】
次いで、図４に示すごとく、上記押出成形装置から金型１に材料８０が供給され、供給穴３１、スリット溝４１を順に通過して押し出され、所定の長さで切断することにより、ハニカム構造体８（図５参照）が成形される。なお、図４では、材料８０は、押し出された材料のみを示している。
【００４５】
具体的に説明すると、同図に示すごとく、スリット溝部４とガイド突出部５２との間の間隙６を通過する材料８０により、得ようとするハニカム構造体８の外周スキン８３が形成される。すなわち、ガイド突出部５２のガイド対向面５００に対面する外周スリット溝形成面４０１のスリット溝４１から押し出された材料８０は、間隙６に流入し、中心方向に向かって流動する。そして、ガイド突出部５２の先端部５２１に案内されて押出方向に方向転換し、段付部４２の外周側面４２０とガイド突出部５２の先端部５２１との間を通過して、外周スキン８３を形成する。
【００４６】
このとき、同図に示すごとく、材料８０が押出方向に方向転換する際には、段付部４２によって材料８０の中心方向への流動が規制される。
また、押出方向に方向転換した材料８０が段付部４２の外周側面４２０とガイド突出部５２の先端部５２１との間を通過して外周スキン８３を形成する際には、内側（内周面８３１）の形状が段付部４２の外周側面４２０によって規定され、外側（外周面８３２）の形状がガイド突出部５２の先端部５２１によって規定される。
【００４７】
一方、同図に示すごとく、ガイド突出部５２のガイド対向面５００に対面しない中央スリット溝形成面４０２のスリット溝４１から押し出される材料８０は、直接、四角形格子状のセル壁８１を形成する。
このようにして、セル壁８１と外周スキン８３とを同時に進行しながら一体的に形成する。そして、図５に示すごとく、ハニカム状のセル壁８１とセル壁８１に囲まれた多数のセル８２と外周側面を覆う筒状の外周スキン８３とを有するハニカム構造体８を成形する。
【００４８】
次いで、押出成形後のハニカム構造体８を乾燥し、所定温度で焼成する。このとき、材料中に含まれる発泡材は、乾燥時に加熱されてポリマー外殻の内部に内包された液状ガスが気化してガス圧が増加すると共にポリマー外殻が軟化することで体積が大幅に増加し、発泡（膨張）する。その後、焼成時に焼失する。そして、発泡材が焼成により焼失した部分に細孔が形成される。
以上により、コーディエライトセラミックからなるハニカム構造体８を得る。本例で得られたハニカム構造体８の気孔率は、６０〜６５％であった。
【００４９】
次に、本例のハニカム構造体成形用金型１における作用効果について説明する。
本例の金型１は、スリット溝部４のガイド突出部５２に対面しない部分に、材料８０の押出方向に突出した段付部４２が設けられている。そして、スペーサ厚ａとクリアランスｂと段付高さｃとが（ａ／ｂ）＞１、かつ（ｃ−ａ）／ｂ＞１の関係を満たしている。そしてさらに、段付角度θは、９０°≦θ≦１３０°である。これにより、本例の金型１は、発泡材を含有する材料８０を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキン８３の膨れを抑制することができる。
この理由について、以下に説明する。
【００５０】
上記構成の金型１を用いて材料８０を押出成形した場合において、材料８０がガイド突出部５２の先端部５２１に案内されて押出方向に方向転換する際に、材料８０の中心方向への流動を段付部４２によって規制することができる。また、押出方向に方向転換した材料８０によって形成される外周スキン８３の内側の形状は、段付部４２の外周側面４２０によって規定される。これにより、外周スキン８３の内周面は、段付部４２を設けない場合に比べて凹凸や変形等のない寸法精度の良いものとなり、所望の形状・厚みの外周スキン８３を安定的に得ることができる。そして、外周スキン８３とセル壁８１との接合部分においても、両者の接合状態を充分なものとすることができる。
【００５１】
また、外周スキン８３は、スペーサ厚ａである間隙６を通過した材料８０が、クリアランスｂである段付部４２の外周側面４２０とガイド突出部５２の先端部５２１との間を通過することにより形成され、クリアランスｂによって得ようとする外周スキン８３の厚みが決定される。そのため、スペーサ厚ａとクリアランスｂとが（ａ／ｂ）＞１の関係を満たしていることにより、つまりスペーサ厚ａをクリアランスｂよりも大きくすることにより、外周スキン８３を形成するのに必要な材料８０を間隙６からの供給によってほとんど賄うことができる。これにより、外周スキン８３を形成する材料８０の供給量が不足するおそれがなく、所望の厚みの外周スキン８３を安定的に得ることができる。
【００５２】
また、スペーサ厚ａとクリアランスｂと段付高さｃとが（ｃ−ａ）／ｂ＞１の関係を満たしていることにより、つまり段付高さｃを充分に確保しておくことにより、材料８０の中心方向への流動を規制するという段付部４２を設けたことによる効果を充分に発揮することができる。また、外周スキン８３の内側の形状を規定するという効果も充分に発揮することができる。
【００５３】
また、段付角度θが９０°≦θ≦１３０°であることにより、材料８０がガイド突出部５２の先端部５２１に案内されて押出方向に方向転換する際に、材料８０の中心方向への流動を段付部４２によって規制することができると共に、材料８０の押出方向への方向転換をスムーズに行うことができる。また、外周スキン８３とセル壁８１との接合状態を良好なものとすることができる。
【００５４】
以上のように、段付部４２を設け、スペーサ厚ａとクリアランスｂと段付高さｃとを上記関係式を満たすように設定し、さらに段付角度θを上記特定の範囲の角度とすることにより、従来の問題点を解決することができる。
つまり、外周スキンの内側の形状が材料の自由流れによって形成され、外周スキンの形状・厚みが不安定となり、外周スキンとセル壁との間に隙間（図１０（ａ）参照）が発生することを防ぐことができる。そして、成形したハニカム構造体を加熱して乾燥させる際に、材料に含有されている発泡材からガス成分が生じても、そのガス成分が外周スキンとセル壁との間の隙間に溜まることもなく、また隙間に溜まったガス成分が膨張して外周スキンの膨れを発生させることもなくなる。
【００５５】
このように、本例のハニカム構造成形用金型によれば、発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができる。
【００５６】
なお、本例において製造されたハニカム構造体８は、例えば内燃機関から排出される排ガス中のパティキュレートを捕集して排ガスの浄化を行うＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタとして用いることができる。
ハニカム構造体８を実際にＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタとして用いる場合には、セル８２の軸方向両端のいずれか一方の端部を閉塞する栓部を設ける。
【００５７】
この栓部を設ける方法としては、例えば焼成工程の後に上記栓部を構成する材料（栓材）をセル８２の所望の位置に充填し、焼成することによって設けることができる。また、乾燥工程の後に上記栓材をセル８３の所望の位置に充填し、焼成工程においてハニカム構造体８と上記栓材とを一体的に焼成することによって設けることもできる。なお、上記栓部を構成する材料である上記栓材としては、例えばハニカム構造体８を構成する材料と同様のものを用いることができる。
【００５８】
（実施例２）
本例は、本発明のハニカム構造体成形用金型における効果を検証した例である。
本例では、金型の段付角度θと外周スキンの膨れを抑制する効果との関連性について検証した。
【００５９】
以下、試験方法について説明する。
本例では、まず、基本的な構成が実施例１と同様であり、段付角度θのみが異なる複数の金型を準備した。段付角度θは、９０°〜１４０°の範囲で５°刻みとした。次いで、準備した複数の金型を用いて、ハニカム構造体を成形した（ｎ＝３０）。そして、ハニカム構造体を乾燥させた後、外周スキンを目視により観察し、不良対象である膨れの発生を確認した。
【００６０】
次に、試験結果を示す。
図６は、段付角度θ（°）と膨れ発生率（％）との関係を示したものである。同図からわかるように、段付角度θが９０°〜１３０°の範囲では、膨れ発生率が５％以下であり、外周スキンの膨れを充分に抑制することができる。さらに、段付角度θが１００°〜１２０°の範囲では、膨れ発生率がほぼ０％であり、外周スキンの膨れをほとんど完全に防止することができる。
【００６１】
また、図７には、段付角度θが１１０°の金型（実施例１と同様のもの）を用いて成形したハニカム構造体８を示した。
図７（ａ）に示すごとく、外周スキン８３の内周面８３１は、凹凸や変形等のない寸法精度の良いものとなっている。また、外周スキン８３とセル壁８１との接合状態も良好である。また、図７（ｂ）に示すごとく、外周スキン８３の外周面８３２には、膨れの発生は見当たらない。
【００６２】
以上の結果から、段付角度θを本発明の範囲である９０°〜１３０°とすることにより、外周スキンの膨れを抑制する効果を充分に得られることがわかった。また、段付角度θを１００°〜１２０°とすることにより、外周スキンの膨れをほとんど防止することができることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１における、ハニカム構造体成形用金型を示す説明図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図。
【図３】実施例１における、（ａ）スリット溝部を示す平面図、（ｂ）スリット溝形成面の拡大図。
【図４】実施例１における、ハニカム構造体を成形する様子を示す説明図。
【図５】実施例１における、ハニカム構造体を示す説明図。
【図６】実施例２における、段付角度と膨れ発生率との関係を示す説明図。
【図７】実施例２における、（ａ）ハニカム構造体の径方向断面を示す写真、（ｂ）外周スキンを示す写真。
【図８】従来における、ハニカム構造体を成形する様子を示す説明図。
【図９】従来における、（ａ）ハニカム構造体の径方向断面を示す写真、（ｂ）外周スキンの外周面を示す写真、（ｃ）ハニカム構造体の軸方向断面を示す写真。
【図１０】従来における、外周スキンの膨れ発生のメカニズムを示す説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１ ハニカム構造体成形用金型
２ 金型本体
３ 供給穴部
３１ 供給穴
４ スリット溝部
４１ スリット溝
４２ 段付部
５ ガイドリング
５１ ガイド立設部
５２ ガイド突出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体を押出成形するためのハニカム構造体成形用金型及びそれを用いたハニカム構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排ガス浄化装置におけるフィルタとして、ハニカム状のセル壁と該セル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体が用いられている。
上記ハニカム構造体は、一般的に、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、セラミックス等の原料粉末を含有する材料を押出成形し、乾燥、焼成することによって製造される。
【０００３】
上記ハニカム構造体をディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質）を含む排ガスを浄化するＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタに適用する場合、パティキュレートを捕集するための細孔をセル壁に設ける。
セル壁にパティキュレートを捕集するための細孔を設ける方法としては、例えば材料中に有機系の発泡材等を含有させておく方法が知られている（特許文献１参照）。また、細孔を効率よく設けるために、加熱時にガス成分を生じて発泡（膨張）する熱膨張性の発泡材が用いられる。
【０００４】
また、図８に示すごとく、上記金型９１としては、材料８０を供給するための供給穴９３１と材料８０をハニカム状に成形するためのスリット溝９４１とを有する金型本体９２と、スリット溝９４１から押し出された材料８０を案内して所望の外形を得るためのガイドリング９５とを備えているものがある。金型本体９２の押出方向端面であるスリット溝形成面９４０は、ガイドリング９５に対面する部分と対面しない部分とが面一の平面状となっている。
【０００５】
上記金型９１を用いて材料８０を押出成形した場合、同図に示すごとく、ガイドリング９５に対面するスリット溝９４１から押出方向に押し出された材料８０は、金型本体９２とガイドリング９５との間の間隙９６に流入し、金型本体９２の中心方向に向かって流動する。そして、ガイドリング９５の先端部９５１に案内されて押出方向に方向転換し、外周スキン８３を形成する。また、ガイドリング９５に対面しないスリット溝９４１から押出方向に押し出された材料８０は、そのまま押出方向にセル壁８１を形成する。このようにして、セル壁８１と外周スキン８３とを同時進行で一体的に形成する。押出成形後、乾燥、焼成することにより、ハニカム構造体８（図５参照）を得る。なお、図８では、材料８０は、押し出された材料のみを示している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１９３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記金型を用いて加熱時にガス成分を生じる発泡材を含有する材料を押出成形した場合には、次のような問題があった。
すなわち、図８に示すごとく、金型本体９２のスリット溝形成面９４０が面一の平面状であるため、材料８０がガイドリング９５の先端部９５１に案内されて押出方向に方向転換する際に、一部の材料８０がそのまま金型本体９２の中心方向へ流動してしまう。そのため、外周スキン８３の内側（内周面８３１）の形状が材料８０の自由流れによって形成されていた。
【０００８】
これにより、図９（ａ）に示すごとく、外周スキン８３の形状（特に内周面８３１の形状）・厚みが不安定となっていた。また、これによって、外周スキン８３とセル壁８１とが充分に接合されている部分とそうでない部分とが生じ、両者の間に隙間８９（図１０（ａ）参照）が発生していた。そして、このような状態のハニカム構造体８を乾燥させると、材料８０中に含まれる発泡材の作用によって、図９（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、外周スキン８３の外周面８３２に膨れ８３９が発生していた。
【０００９】
外周スキンにおける膨れ発生のメカニズムは、未だ明確にされていないが、次のように推測される。
すなわち、図１０（ａ）に示すごとく、外周スキン８３とセル壁８１との間に隙間８９が形成された状態のハニカム構造体８を加熱して乾燥させると、図１０（ｂ）に示すごとく、含有されている発泡材８０１からガス成分８０２が生じ、そのガス成分８０２が隙間８９に溜まる。そして、図１０（ｃ）に示すごとく、ガス成分８０２が膨張することにより、外周スキン８３とセル壁８１とが離れる。このようにして、外周スキン８３の外周面８３２に膨れ８３９が発生する。
【００１０】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができるハニカム構造体成形用金型及びそれを用いたハニカム構造体の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じる熱膨張性の発泡材を含有する材料を用いて、ハニカム状のセル壁と該セル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体を成形するためのものであり、上記セル壁と上記外周スキンとを一体的に成形することができるハニカム構造体成形用金型であって、
該ハニカム構造体成形用金型は、上記材料を供給するための供給穴を設けた供給穴部と、上記供給穴に連通して上記材料をハニカム状に成形するための格子状のスリット溝を設けたスリット溝部とを有する金型本体と、上記スリット溝部の外周部から上記材料の押出方向に伸びたガイド立設部と、該ガイド立設部から内方に向かって突出していると共に上記スリット溝部との間に間隙を設けたガイド突出部とを有するガイドリングとを備えており、
上記スリット溝部は、上記ガイド突出部に対面しない部分に、上記材料の押出方向に突出した段付部を有し、
上記スリット溝部と上記ガイド突出部との間の上記間隙の厚さをスペーサ厚ａ、上記段付部の外周側面と上記ガイド突出部の先端部との間の距離をクリアランスｂ、上記スリット溝部における上記段付部を有する部分の高さを段付高さｃとした場合に、（ｃ−ａ）／ｂ＞１、かつ（ａ／ｂ）＞１の関係を満たし、
上記段付部の外周側面と上記スリット溝部における上記段付部の周囲の部分のスリット溝形成面とが成す角度を段付角度θとした場合に、９０°≦θ≦１３０°を満たすことを特徴とするハニカム構造体成形用金型にある（請求項１）。
【００１２】
本発明のハニカム構造体成形用金型は、上記ハニカム構造体を成形するためのものであり、上記セル壁と上記外周スキンとを一体的に成形することができるよう構成されている。上記金型は、上記金型本体と上記ガイドリングとにより構成されている。そして、上記金型本体の上記スリット溝部は、上記ガイドリングの上記ガイド突出部に対面しない部分に、材料の押出方向（以下、適宜、単に押出方向という）に突出した上記段付部を有する。
【００１３】
上記構成の金型を用いて材料を押出成形した場合、上記スリット溝部と上記ガイド突出部との間の上記間隙を通過する材料により、得ようとするハニカム構造体の外周スキンが形成される。すなわち、上記ガイド突出部に対面する上記スリット溝から押出方向に押し出された材料は、上記間隙に流入し、上記金型本体の中心方向（以下、適宜、単に中心方向という）に向かって流動する。そして、上記ガイド突出部の先端部に案内されて押出方向に方向転換し、外周スキンを形成する。
【００１４】
ここで、本発明では、上記スリット溝部の上記ガイド突出部に対面しない部分に、材料の押出方向に突出した上記段付部が設けられている。そして、上記スペーサ厚ａと上記クリアランスｂと上記段付高さｃとが（ａ／ｂ）＞１、かつ（ｃ−ａ）／ｂ＞１の関係を満たしている。そしてさらに、上記段付角度θは、９０°≦θ≦１３０°である。これにより、本発明の金型は、発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができる。
この理由について、以下に説明する。
【００１５】
上記構成の金型を用いて材料を押出成形した場合において、材料が上記ガイド突出部の先端部に案内されて押出方向に方向転換する際に、材料の中心方向への流動を上記段付部によって規制することができる。また、押出方向に方向転換した材料によって形成される外周スキンの内側の形状は、上記段付部の外周側面によって規定される。これにより、外周スキンの内周面は、上記段付部を設けない場合に比べて凹凸や変形等のない寸法精度の良いものとなる。そして、外周スキンとセル壁との接合部分において、両者の接合状態を充分なものとすることができる。
【００１６】
また、外周スキンは、上記スペーサ厚ａである上記間隙を通過した材料が、上記クリアランスｂである上記段付部の外周側面と上記ガイド突出部の先端部との間を通過することにより形成され、上記クリアランスｂによって得ようとする外周スキンの厚みが決定される。そのため、上記スペーサ厚ａと上記クリアランスｂとが（ａ／ｂ）＞１の関係を満たしていることにより、つまり上記スペーサ厚ａを上記クリアランスｂよりも大きくすることにより、外周スキンを形成するのに必要な材料を上記間隙からの供給によってほとんど賄うことができる。これにより、外周スキンを形成する材料の供給量が不足するおそれがなく、所望の厚みの外周スキンを安定的に得ることができる。
【００１７】
また、上記スペーサ厚ａと上記クリアランスｂと上記段付高さｃとが（ｃ−ａ）／ｂ＞１の関係を満たしていることにより、つまり上記段付高さｃを充分に確保しておくことにより、材料の中心方向への流動を規制するという上記段付部を設けたことによる効果を充分に発揮することができる。また、外周スキンの内側の形状を規定するという効果も充分に発揮することができる。
【００１８】
また、上記段付角度θが９０°≦θ≦１３０°であることにより、材料が上記ガイド突出部の先端部に案内されて押出方向に方向転換する際に、材料の中心方向への流動を上記段付部によって規制することができると共に、材料の押出方向への方向転換をスムーズに行うことができる。また、外周スキンとセル壁との接合状態を良好なものとすることができる。
【００１９】
以上のように、上記段付部を設け、上記スペーサ厚ａと上記クリアランスｂと上記段付高さｃとを上記関係式を満たすように設定し、さらに上記段付角度θを上記特定の範囲の角度とすることにより、従来の問題点を解決することができる。
つまり、外周スキンの内側の形状が材料の自由流れによって形成され、外周スキンの形状・厚みが不安定となり、外周スキンとセル壁との間に隙間（図１０（ａ）参照）が発生することを防ぐことができる。そして、成形したハニカム構造体を加熱して乾燥させる際に、材料に含有されている発泡材からガス成分が生じても、そのガス成分が外周スキンとセル壁との間の隙間に溜まることもなく、また隙間に溜まったガス成分が膨張して外周スキンの膨れを発生させることもなくなる。
【００２０】
このように、本発明のハニカム構造成形用金型によれば、発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができる。
【００２１】
第２の発明は、ハニカム状のセル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体を製造する方法であって、
上記第１の発明のハニカム構造体成形用金型を用いて、少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材を含有する材料を押出成形し、上記ハニカム構造体を成形する成形工程と、
上記ハニカム構造体を乾燥させる乾燥工程と、
上記ハニカム構造体を焼成する焼成工程とを有することを特徴とするハニカム構造体の製造方法にある（請求項３）。
【００２２】
本発明のハニカム構造体の製造方法は、上記のごとく、成形工程、乾燥工程、焼成工程を順に行う。そして、上記成形工程においては、上記第１の発明のハニカム構造体成形用金型を用いて、上記発泡材を含有する材料を押出成形し、上記ハニカム構造体を成形する。そのため、本発明の製造方法によれば、上記乾燥工程における外周スキンの膨れを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
上記第１の発明において、上記のスペーサ厚ａ、クリアランスｂ及び段付高さｃの関係について、（ｃ−ａ）／ｂ≦１である場合には、材料の中心方向への流動を上記段付部によって規制するという効果を充分に発揮することができないおそれがある。
また、（ａ／ｂ）≦１である場合には、上記間隙を通過する材料の量が外周スキンを形成するために必要な量に対して不充分となり、外周スキンを安定的に形成することができないおそれがある。
【００２４】
また、上記段付角度θについて、θ＜９０°である場合には、セル壁と外周スキンとの接合状態が不充分となり、両者を一体的に形成することができないおそれがある。一方、θ＞１３０°である場合には、材料の中心方向への流動を上記段付部によって規制するという効果を充分に発揮することができないおそれがある。
したがって、上記段付角度θは、１００°≦θ≦１２０°であることがより好ましい（請求項２）。
【００２５】
上記第２の発明において、上記発泡材は、例えば排ガス中のパティキュレートを捕集するための細孔をハニカム構造体に形成するため、予め材料中に含有させておく。
上記発泡材は、加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材であり、一般的に有機物で構成されている。そして、上記発泡材は、成形したハニカム構造体の乾燥時に加熱されてガス成分が生じ、そのガス成分によって発泡（膨張）する。その後、焼成時に焼失する。これにより、上記発泡材が焼成により焼失した部分に細孔を形成することができる。
【００２６】
また、上記材料に対する上記発泡材の含有率は、１〜１０重量％であることが好ましい（請求項４）。
上記発泡材の含有量が１重量％未満の場合には、上記発泡材を含有することによる効果を充分に得ることができないおそれがある。一方、１０重量％を超える場合には、得られるハニカム構造体の強度が低下するおそれがある。
したがって、上記材料に対する上記発泡材の含有率は、３〜７重量％であることがより好ましい（請求項５）。
【００２７】
また、上記発泡材は、熱可塑性高分子よりなるポリマー外殻の内部に、低沸点炭化水素よりなる液状ガスを内包してなる粒子からなることが好ましい（請求項６）。
上記発泡材は、加熱されたときに、上記ポリマー外殻の内部に内包された上記液状ガスが気化してガス圧が増加すると共に上記ポリマー外殻が軟化することで体積が大幅に増加し、発泡（膨張）する。これにより、上記発泡材が焼成により焼失した部分に、細孔を設けることができる。つまり、上記ハニカム構造体のセル壁に、排ガス中のパティキュレートを捕集するための細孔を効率よく設けることができる。
【００２８】
上記発泡材としては、具体的には、松本油脂製薬株式会社のマツモトマイクロスフェアー等を用いることができる。これは、アクリロニトリル、塩化ビニリデン共重合物等からなるポリマー外殻の内部に、液状ガスとしてブタン等を内包してなる熱膨張性のマイクロカプセルである。
もちろん、上記発泡材としては、上記以外の構造を有するもの、上記以外の材料よりなるもの等を用いることができる。
【００２９】
また、上記ハニカム構造体は、コーディエライトセラミックスにより構成することができる。なお、上記以外の材料により構成することもできる。
また、上記ハニカム構造体は、内燃機関から排出される排ガス中のパティキュレートを捕集して排ガスの浄化を行うＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタとして用いることができる。
【００３０】
また、上記ハニカム構造体を実際にＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタとして用いる場合には、上記セルの両端のいずれか一方の端部を閉塞する栓部を設ける等して用いられる。
この場合には、例えば上記焼成工程の後に上記栓部を構成する材料（栓材）を上記セルの所望の位置に充填し、焼成することによって上記栓部を設けることができる。また、上記乾燥工程の後に上記栓材を上記セルの所望の位置に充填し、上記焼成工程において上記ハニカム構造体と上記栓材とを一体的に焼成することによって上記栓部を設けることもできる。なお、上記栓部を構成する材料である上記栓材としては、例えば上記ハニカム構造体を構成する材料と同様のものを用いることができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
実施例にかかる本発明のハニカム構造体成形用金型及びそれを用いたハニカム構造体の製造方法について説明する。
本例のハニカム構造体成形用金型１は、図１〜図３に示すごとく、少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び熱膨張性の発泡材を含有する材料を用いて、ハニカム状のセル壁８１とセル壁８１に囲まれた多数のセル８２と外周側面を覆う筒状の外周スキン８３とを有するハニカム構造体８（図５参照）を成形するためのものであり、セル壁８１と外周スキン８３とを一体的に成形することができる。
【００３２】
金型１は、図１、図２に示すごとく、金型本体２と外周ガイドリング５とにより構成されている。図示を省略したが、金型本体２及びガイドリング５には、それぞれピン穴が設けられている。そして、金型本体２とガイドリング５とは、それぞれに設けられた上記ピン穴にピンを挿設することによって固定されている。
【００３３】
金型本体２は、図２に示すごとく、材料を供給するための供給穴３１を設けた供給穴部３と、供給穴３１に連通して材料をハニカム状に成形するための格子状のスリット溝４１を設けたスリット溝部４とを有している。
【００３４】
図２、図３（ａ）に示すごとく、スリット溝部４のスリット溝形成面４００には、四角形格子状のスリット溝４１が設けられている。また、スリット溝部４は、後述するガイド突出部５２に対面しない部分に、材料の押出方向に突出した円形状の段付部４２を有している。また、スリット溝形成面４００は、段付部４２における中央スリット溝形成面４０２と段付部４２の周囲の部分における外周スリット溝形成面４０１とを有している。本例において、段付部４２の中央スリット溝形成面４０２の外径（段付径Ａ）は１６０．５ｍｍである。
【００３５】
また、図３（ａ）に示すごとく、スリット溝部４に形成されたスリット溝４１のうち、最も外側のスリット溝４１９は、押出成形時に材料がスリット溝部４の外周側面４０９から漏れ出すことを防止するために、充填材、金属材等の材料を用いて象眼細工様の方法により目止めがされている。
【００３６】
図２に示すごとく、供給穴部３の供給穴形成面３００（スリット溝形成面４００の反対側の面）には、スリット溝４１に連通する供給穴３１が多数設けられている。
また、図３（ｂ）に示すごとく、供給穴３１は、四角形格子状のスリット溝４１の格子点のうち、縦方向及び横方向の１つおきの格子点に対応する場所に形成されている。
【００３７】
ガイドリング５は、図１、図２に示すごとく、スリット溝部４の外周部から材料の押出方向に伸びたガイド立設部５１と、ガイド立設部５１から内方に向かって突出していると共にスリット溝部４との間に間隙６を設けたガイド突出部５２とを有する。本例では、ガイド立設部５１とガイド突出部５２とは、別体で構成されている。
【００３８】
ガイド立設部５１は、スリット溝部４とガイド突出部５２との間に設けられ、両者の間の間隙６を確保している。
ガイド突出部５２は、スリット溝部４の外周スリット溝形成面４０１と対面するガイド対向面５００がスリット溝部４との間の間隙６を維持するように内方に突出するように設けられている。また、ガイド突出部５２の先端部５２１が呈する形状は、得ようとするハニカム構造体８の外形寸法に合わせた円形状としてある。本例において、ガイド突出部５２の先端部５２１の内径（ガイドリング径Ｂ）は１６２．１ｍｍである。
【００３９】
そして、本例の金型１において、図２に示すごとく、スリット溝部４とガイド突出部５２との間の間隙６の厚さをスペーサ厚ａ、段付部４２の外周側面４２０とガイド突出部５２の先端部５２１との間の距離をクリアランスｂ（＝（ガイドリング径Ｂ−段付径Ａ）／２）、スリット溝部４のうちの段付部４２を有する部分における高さを段付高さｃとした場合に、（ｃ−ａ）／ｂ＞１、かつ（ａ／ｂ）＞１の関係を満たす。本例において、スペーサ厚ａは１．０ｍｍ、クリアランスｂは０．８ｍｍ、段付高さｃは２．０ｍｍである。
【００４０】
また、同図に示すごとく、段付部４２の外周側面４２０とスリット溝部４における段付部４２の周囲の部分のスリット溝形成面４００、すなわち外周スリット溝形成面４０１とが成す角度を段付角度θとした場合に、９０°≦θ≦１３０°を満たす。本例において、段付角度θは１１０°である。
【００４１】
次に、上記構成のハニカム構造体成形用金型１を用いてハニカム構造体８を製造する方法について説明する。
【００４２】
まず、金型１をスクリュー式の押出成形装置（図示略）の先端にセットする。そして、上記押出成形装置内に混練した材料を投入する。材料としては、カオリン、溶融シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、タルクを含有し、最終的にコーディエライトを主成分とする化学組成となるように調整した原料粉末に水、バインダ、発泡材等を加えて混練したものを用いた。
【００４３】
なお、本例では、発泡材として、松本油脂製薬株式会社のマツモトマイクロスフェアーを用いた。これは、熱可塑性高分子であるアクリロニトリルよりなるポリマー外殻の内部に、液状ガス（低沸点炭化水素）としてのブタンを内包してなる熱膨張性のマイクロカプセルである。材料に対する発泡材の含有量は５重量％とした。
【００４４】
次いで、図４に示すごとく、上記押出成形装置から金型１に材料８０が供給され、供給穴３１、スリット溝４１を順に通過して押し出され、所定の長さで切断することにより、ハニカム構造体８（図５参照）が成形される。なお、図４では、材料８０は、押し出された材料のみを示している。
【００４５】
具体的に説明すると、同図に示すごとく、スリット溝部４とガイド突出部５２との間の間隙６を通過する材料８０により、得ようとするハニカム構造体８の外周スキン８３が形成される。すなわち、ガイド突出部５２のガイド対向面５００に対面する外周スリット溝形成面４０１のスリット溝４１から押し出された材料８０は、間隙６に流入し、中心方向に向かって流動する。そして、ガイド突出部５２の先端部５２１に案内されて押出方向に方向転換し、段付部４２の外周側面４２０とガイド突出部５２の先端部５２１との間を通過して、外周スキン８３を形成する。
【００４６】
このとき、同図に示すごとく、材料８０が押出方向に方向転換する際には、段付部４２によって材料８０の中心方向への流動が規制される。
また、押出方向に方向転換した材料８０が段付部４２の外周側面４２０とガイド突出部５２の先端部５２１との間を通過して外周スキン８３を形成する際には、内側（内周面８３１）の形状が段付部４２の外周側面４２０によって規定され、外側（外周面８３２）の形状がガイド突出部５２の先端部５２１によって規定される。
【００４７】
一方、同図に示すごとく、ガイド突出部５２のガイド対向面５００に対面しない中央スリット溝形成面４０２のスリット溝４１から押し出される材料８０は、直接、四角形格子状のセル壁８１を形成する。
このようにして、セル壁８１と外周スキン８３とを同時に進行しながら一体的に形成する。そして、図５に示すごとく、ハニカム状のセル壁８１とセル壁８１に囲まれた多数のセル８２と外周側面を覆う筒状の外周スキン８３とを有するハニカム構造体８を成形する。
【００４８】
次いで、押出成形後のハニカム構造体８を乾燥し、所定温度で焼成する。このとき、材料中に含まれる発泡材は、乾燥時に加熱されてポリマー外殻の内部に内包された液状ガスが気化してガス圧が増加すると共にポリマー外殻が軟化することで体積が大幅に増加し、発泡（膨張）する。その後、焼成時に焼失する。そして、発泡材が焼成により焼失した部分に細孔が形成される。
以上により、コーディエライトセラミックからなるハニカム構造体８を得る。本例で得られたハニカム構造体８の気孔率は、６０〜６５％であった。
【００４９】
次に、本例のハニカム構造体成形用金型１における作用効果について説明する。
本例の金型１は、スリット溝部４のガイド突出部５２に対面しない部分に、材料８０の押出方向に突出した段付部４２が設けられている。そして、スペーサ厚ａとクリアランスｂと段付高さｃとが（ａ／ｂ）＞１、かつ（ｃ−ａ）／ｂ＞１の関係を満たしている。そしてさらに、段付角度θは、９０°≦θ≦１３０°である。これにより、本例の金型１は、発泡材を含有する材料８０を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキン８３の膨れを抑制することができる。
この理由について、以下に説明する。
【００５０】
上記構成の金型１を用いて材料８０を押出成形した場合において、材料８０がガイド突出部５２の先端部５２１に案内されて押出方向に方向転換する際に、材料８０の中心方向への流動を段付部４２によって規制することができる。また、押出方向に方向転換した材料８０によって形成される外周スキン８３の内側の形状は、段付部４２の外周側面４２０によって規定される。これにより、外周スキン８３の内周面は、段付部４２を設けない場合に比べて凹凸や変形等のない寸法精度の良いものとなり、所望の形状・厚みの外周スキン８３を安定的に得ることができる。そして、外周スキン８３とセル壁８１との接合部分においても、両者の接合状態を充分なものとすることができる。
【００５１】
また、外周スキン８３は、スペーサ厚ａである間隙６を通過した材料８０が、クリアランスｂである段付部４２の外周側面４２０とガイド突出部５２の先端部５２１との間を通過することにより形成され、クリアランスｂによって得ようとする外周スキン８３の厚みが決定される。そのため、スペーサ厚ａとクリアランスｂとが（ａ／ｂ）＞１の関係を満たしていることにより、つまりスペーサ厚ａをクリアランスｂよりも大きくすることにより、外周スキン８３を形成するのに必要な材料８０を間隙６からの供給によってほとんど賄うことができる。これにより、外周スキン８３を形成する材料８０の供給量が不足するおそれがなく、所望の厚みの外周スキン８３を安定的に得ることができる。
【００５２】
また、スペーサ厚ａとクリアランスｂと段付高さｃとが（ｃ−ａ）／ｂ＞１の関係を満たしていることにより、つまり段付高さｃを充分に確保しておくことにより、材料８０の中心方向への流動を規制するという段付部４２を設けたことによる効果を充分に発揮することができる。また、外周スキン８３の内側の形状を規定するという効果も充分に発揮することができる。
【００５３】
また、段付角度θが９０°≦θ≦１３０°であることにより、材料８０がガイド突出部５２の先端部５２１に案内されて押出方向に方向転換する際に、材料８０の中心方向への流動を段付部４２によって規制することができると共に、材料８０の押出方向への方向転換をスムーズに行うことができる。また、外周スキン８３とセル壁８１との接合状態を良好なものとすることができる。
【００５４】
以上のように、段付部４２を設け、スペーサ厚ａとクリアランスｂと段付高さｃとを上記関係式を満たすように設定し、さらに段付角度θを上記特定の範囲の角度とすることにより、従来の問題点を解決することができる。
つまり、外周スキンの内側の形状が材料の自由流れによって形成され、外周スキンの形状・厚みが不安定となり、外周スキンとセル壁との間に隙間（図１０（ａ）参照）が発生することを防ぐことができる。そして、成形したハニカム構造体を加熱して乾燥させる際に、材料に含有されている発泡材からガス成分が生じても、そのガス成分が外周スキンとセル壁との間の隙間に溜まることもなく、また隙間に溜まったガス成分が膨張して外周スキンの膨れを発生させることもなくなる。
【００５５】
このように、本例のハニカム構造成形用金型によれば、発泡材を含有する材料を成形した場合であっても、乾燥時における外周スキンの膨れを抑制することができる。
【００５６】
なお、本例において製造されたハニカム構造体８は、例えば内燃機関から排出される排ガス中のパティキュレートを捕集して排ガスの浄化を行うＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタとして用いることができる。
ハニカム構造体８を実際にＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタとして用いる場合には、セル８２の軸方向両端のいずれか一方の端部を閉塞する栓部を設ける。
【００５７】
この栓部を設ける方法としては、例えば焼成工程の後に上記栓部を構成する材料（栓材）をセル８２の所望の位置に充填し、焼成することによって設けることができる。また、乾燥工程の後に上記栓材をセル８３の所望の位置に充填し、焼成工程においてハニカム構造体８と上記栓材とを一体的に焼成することによって設けることもできる。なお、上記栓部を構成する材料である上記栓材としては、例えばハニカム構造体８を構成する材料と同様のものを用いることができる。
【００５８】
（実施例２）
本例は、本発明のハニカム構造体成形用金型における効果を検証した例である。
本例では、金型の段付角度θと外周スキンの膨れを抑制する効果との関連性について検証した。
【００５９】
以下、試験方法について説明する。
本例では、まず、基本的な構成が実施例１と同様であり、段付角度θのみが異なる複数の金型を準備した。段付角度θは、９０°〜１４０°の範囲で５°刻みとした。次いで、準備した複数の金型を用いて、ハニカム構造体を成形した（ｎ＝３０）。そして、ハニカム構造体を乾燥させた後、外周スキンを目視により観察し、不良対象である膨れの発生を確認した。
【００６０】
次に、試験結果を示す。
図６は、段付角度θ（°）と膨れ発生率（％）との関係を示したものである。同図からわかるように、段付角度θが９０°〜１３０°の範囲では、膨れ発生率が５％以下であり、外周スキンの膨れを充分に抑制することができる。さらに、段付角度θが１００°〜１２０°の範囲では、膨れ発生率がほぼ０％であり、外周スキンの膨れをほとんど完全に防止することができる。
【００６１】
また、図７には、段付角度θが１１０°の金型（実施例１と同様のもの）を用いて成形したハニカム構造体８を示した。
図７（ａ）に示すごとく、外周スキン８３の内周面８３１は、凹凸や変形等のない寸法精度の良いものとなっている。また、外周スキン８３とセル壁８１との接合状態も良好である。また、図７（ｂ）に示すごとく、外周スキン８３の外周面８３２には、膨れの発生は見当たらない。
【００６２】
以上の結果から、段付角度θを本発明の範囲である９０°〜１３０°とすることにより、外周スキンの膨れを抑制する効果を充分に得られることがわかった。また、段付角度θを１００°〜１２０°とすることにより、外周スキンの膨れをほとんど防止することができることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１における、ハニカム構造体成形用金型を示す説明図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図。
【図３】実施例１における、（ａ）スリット溝部を示す平面図、（ｂ）スリット溝形成面の拡大図。
【図４】実施例１における、ハニカム構造体を成形する様子を示す説明図。
【図５】実施例１における、ハニカム構造体を示す説明図。
【図６】実施例２における、段付角度と膨れ発生率との関係を示す説明図。
【図７】実施例２における、（ａ）ハニカム構造体の径方向断面を示す写真、（ｂ）外周スキンを示す写真。
【図８】従来における、ハニカム構造体を成形する様子を示す説明図。
【図９】従来における、（ａ）ハニカム構造体の径方向断面を示す写真、（ｂ）外周スキンの外周面を示す写真、（ｃ）ハニカム構造体の軸方向断面を示す写真。
【図１０】従来における、外周スキンの膨れ発生のメカニズムを示す説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１ ハニカム構造体成形用金型
２ 金型本体
３ 供給穴部
３１ 供給穴
４ スリット溝部
４１ スリット溝
４２ 段付部
５ ガイドリング
５１ ガイド立設部
５２ ガイド突出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材を含有する材料を用いて、ハニカム状のセル壁と該セル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体を成形するためのものであり、上記セル壁と上記外周スキンとを一体的に成形することができるハニカム構造体成形用金型であって、
該ハニカム構造体成形用金型は、上記材料を供給するための供給穴を設けた供給穴部と、上記供給穴に連通して上記材料をハニカム状に成形するための格子状のスリット溝を設けたスリット溝部とを有する金型本体と、上記スリット溝部の外周部から上記材料の押出方向に伸びたガイド立設部と、該ガイド立設部から内方に向かって突出していると共に上記スリット溝部との間に間隙を設けたガイド突出部とを有するガイドリングとを備えており、
上記スリット溝部は、上記ガイド突出部に対面しない部分に、上記材料の押出方向に突出した段付部を有し、
上記スリット溝部と上記ガイド突出部との間の上記間隙の厚さをスペーサ厚ａ、上記段付部の外周側面と上記ガイド突出部の先端部との間の距離をクリアランスｂ、上記スリット溝部における上記段付部を有する部分の高さを段付高さｃとした場合に、（ｃ−ａ）／ｂ＞１、かつ（ａ／ｂ）＞１の関係を満たし、
上記段付部の外周側面と上記スリット溝部における上記段付部の周囲の部分のスリット溝形成面とが成す角度を段付角度θとした場合に、９０°≦θ≦１３０°を満たすことを特徴とするハニカム構造体成形用金型。
【請求項２】
請求項１において、上記段付角度θは、１００°≦θ≦１２０°を満たすことを特徴とするハニカム構造体成形用金型。
【請求項３】
ハニカム状のセル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体を製造する方法であって、
請求項１又は２に記載のハニカム構造体成形用金型を用いて、少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材を含有する材料を押出成形し、上記ハニカム構造体を成形する成形工程と、
上記ハニカム構造体を乾燥させる乾燥工程と、
上記ハニカム構造体を焼成する焼成工程とを有することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、上記材料に対する上記発泡材の含有率は、１〜１０重量％であることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４において、上記材料に対する上記発泡材の含有率は、３〜７重量％であることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項において、上記発泡材は、熱可塑性高分子よりなるポリマー外殻の内部に、低沸点炭化水素よりなる液状ガスを内包してなる粒子からなることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項１】
少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材を含有する材料を用いて、ハニカム状のセル壁と該セル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体を成形するためのものであり、上記セル壁と上記外周スキンとを一体的に成形することができるハニカム構造体成形用金型であって、
該ハニカム構造体成形用金型は、上記材料を供給するための供給穴を設けた供給穴部と、上記供給穴に連通して上記材料をハニカム状に成形するための格子状のスリット溝を設けたスリット溝部とを有する金型本体と、上記スリット溝部の外周部から上記材料の押出方向に伸びたガイド立設部と、該ガイド立設部から内方に向かって突出していると共に上記スリット溝部との間に間隙を設けたガイド突出部とを有するガイドリングとを備えており、
上記スリット溝部は、上記ガイド突出部に対面しない部分に、上記材料の押出方向に突出した段付部を有し、
上記スリット溝部と上記ガイド突出部との間の上記間隙の厚さをスペーサ厚ａ、上記段付部の外周側面と上記ガイド突出部の先端部との間の距離をクリアランスｂ、上記スリット溝部における上記段付部を有する部分の高さを段付高さｃとした場合に、（ｃ−ａ）／ｂ＞１、かつ（ａ／ｂ）＞１の関係を満たし、
上記段付部の外周側面と上記スリット溝部における上記段付部の周囲の部分のスリット溝形成面とが成す角度を段付角度θとした場合に、９０°≦θ≦１３０°を満たすことを特徴とするハニカム構造体成形用金型。
【請求項２】
請求項１において、上記段付角度θは、１００°≦θ≦１２０°を満たすことを特徴とするハニカム構造体成形用金型。
【請求項３】
ハニカム状のセル壁に囲まれた多数のセルと外周側面を覆う筒状の外周スキンとを有するハニカム構造体を製造する方法であって、
請求項１又は２に記載のハニカム構造体成形用金型を用いて、少なくともセラミックス原料粉末、水、バインダ及び加熱時にガス成分を生じうる熱膨張性の発泡材を含有する材料を押出成形し、上記ハニカム構造体を成形する成形工程と、
上記ハニカム構造体を乾燥させる乾燥工程と、
上記ハニカム構造体を焼成する焼成工程とを有することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、上記材料に対する上記発泡材の含有率は、１〜１０重量％であることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４において、上記材料に対する上記発泡材の含有率は、３〜７重量％であることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項において、上記発泡材は、熱可塑性高分子よりなるポリマー外殻の内部に、低沸点炭化水素よりなる液状ガスを内包してなる粒子からなることを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図７】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図７】
【図９】
【公開番号】特開２００９−６１６８３（Ｐ２００９−６１６８３Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３１６７１（Ｐ２００７−２３１６７１）
【出願日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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