JP3921863B2

JP3921863B2 - セラミック成形体の押出成形装置

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Publication number: JP3921863B2
Application number: JP04327799A
Authority: JP
Inventors: 悟山口; 康直三浦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2019-02-22
Also published as: JP2000238022A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，例えばセラミックハニカム構造体等のセラミック成形体を成形するための押出成形装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば自動車の排ガス浄化装置の触媒担体としては，図６に示すごとく，多数のセル８８を隔壁８１により設けてなるセラミック製のハニカム構造体８が用いられている。このセラミック製のハニカム構造体のようなセラミック成形体は，通常，押出成形により製造される。
従来のセラミック成形体の押出成形装置９は，図５に示すごとく，セラミック成形体８を成形するための成形型９１と，該成形型９１にセラミック材料８０を供給してこれを押出す押出機９２とよりなる。
【０００３】
押出機９２は，混練されたセラミック材料の供給を受ける真空引きされた脱気室９３と，該脱気室９３に連通して設けられたスクリュー室９４と，スクリュー室９４に配設されセラミック材料８０を成形型９１に押出す押出スクリュー９５とを有する。
【０００４】
そして，スクリュー室９４の外部には，突出した押出スクリュー９５の軸部９５１を回転可能に支承する軸受部９６を設けてある。また，脱気室９３と軸受部９６との間には，スクリュー室９４からのセラミック材料８０の洩れ出しを防止するための耐材料シール材９７１と，軸受部９６からのオイルと空気の侵入を防止するための耐真空シール材９７２とを配設してある。
【０００５】
また，上記脱気室９３の上部側面には，セラミック材料を混練してこれを脱気室９３に押込むための押込スクリュー９８を連結してある。また，上記成形型９１と押出機９２とは，円錐状の中空部を有する抵抗管９８により連結してある。
そして，押込スクリュー９８から脱気室９３に押込まれたセラミック材料８０は，押出スクリュー９５の押出し力によって成形型９１より押出され，セラミック成形体８に成形される。
【０００６】
【解決しようとする課題】
ところで，近年，例えば上記ハニカム構造体においては，そのセル密度を高めるべく隔壁の厚みを小さくすることが強く求められている。この隔壁の薄肉化に対応した場合には，上記成形型９１の押出し抵抗が従来よりも大幅に増加する。そのため，押出し機９２の押出し力も大きくなり，スクリュー室９４内の材料圧力も従来よりも高くなる。
また，上記薄肉化に対応する場合には，セラミック材料の平均粒径も従来よりも小さくなる。
【０００７】
このスクリュー室９４内の圧力の増加とセラミック材料の小径化は，セラミック材料８０が上記２種類のシール材９７１，９７２によって防ぎきれずに軸受部９６に侵入するという不具合を招いてしまう。
また，シール材９７１，９７２が摩耗等した場合には，軸受部９６から空気がスクリュー室９４に流入し，スクリュー室９４および脱気室９３の真空度の確保が困難になり，成形体の品質に悪影響を及ぼす。
【０００８】
また，軸受部９６に侵入したセラミック材料は，内部のベアリング等を破損して軸受部９６を故障させる場合がある。また，この場合には，セラミック成形体の成形作業を中止して成形装置９のオーバーホールを行うことが必要となり，生産性の大幅な低下を来してしまう。
一方，上記問題に対し，シール材の改良等により対策することも考えられるが，これだけでは十分に対応することができない。
【０００９】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，成形する成形体の品質を良好に維持することができ，かつ，装置故障を抑制することができる，セラミック成形体の押出成形装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題の解決手段】
請求項１に記載の発明は，セラミック成形体を成形するための成形型と，該成形型にセラミック材料を供給してこれを押出す押出機とよりなり，
該押出機は，セラミック材料内の空気を取り除くために真空引きされた脱気室と，該脱気室に連通して設けられたスクリュー室と，該スクリュー室に配設されセラミック材料を上記成形型に押出す押出スクリューと，上記スクリュー室の外部に突出した上記押出スクリューの軸部を回転可能に支承する軸受部とを有し，
該軸受部と上記スクリュー室との間には真空引きされた真空室を設けてこれに上記軸部を貫通させてあり，
かつ，上記真空室と上記スクリュー室との間においてはセラミック材料の洩れを防止するための第１シール材を，上記真空室と上記軸受部との間においてはオイルと空気の流通を防止するための第２シール材を，それぞれ上記軸部の周囲に配設してあることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置にある。
【００１１】
本発明において最も注目すべきことは，上記軸受部とスクリュー室との間には上記真空室を設けてあり，かつ，真空室とスクリュー室との間においては上記第１シール材を，真空室と軸受部との間においては上記第２シール材をそれぞれ軸部の周囲に配設してあることである。
【００１２】
上記真空室は，上記のごとく，内部を上記押出スクリューの軸部が貫通するように設けると共に，内部を真空状態とする。
また，上記真空室と上記スクリュー室との間は，例えば，上記押出スクリューの軸部を配置する貫通穴により連通させる。そして，この貫通穴と軸部の周囲との間の隙間を密封すべく，上記第１シール材を配設する。これにより，上記真空室とスクリュー室との間においては，上記軸部の周囲に第１シール材が配設された状態とすることができる。
【００１３】
また，上記真空室と上記軸受部との間は，例えば，上記押出スクリューの軸部を配置する貫通穴により連通させる。そして，この貫通穴と軸部の周囲との間の隙間を密封すべく，上記第２シール材を配設する。これにより，上記真空室と軸受部との間においては，上記軸部の周囲に第２シール材が配設された状態とすることができる。
【００１４】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明の押出成形装置を用いてセラミック成形体を成形するに当たっては，まず，混練したセラミック材料を真空状態の脱気室に供給する。脱気室内のセラミック材料は，真空雰囲気の作用効果によって内部に含有された空気を放出した状態で，上記スクリュー室に送られる。
【００１５】
スクリュー室においては，押出スクリューの回転によってセラミック材料を成形型に向けて押圧する。このとき，成形型における押出し抵抗によって，スクリュー室内のセラミック材料の圧力が高まり，押出スクリューの軸部の表面に沿って軸受部側にセラミック材料を逆流させる力が働く。
【００１６】
上記真空室とスクリュー室との間には，上記第１シール材を配設してある。そのため，逆流しようとするセラミック材料は，上記第１シール材により，堰き止められ，スクリュー室内に保持される。
ここで，上記第１シール材は，上記のごとく，真空室とスクリュー室という真空状態の２つの空間に挟まれているので，空気やオイルの流通を考慮する必要がない。そのため，第１シール材は，セラミック材料の流通防止のみを考慮してこれに最適なタイプのシール材を選択することができる。
【００１７】
但し，第１シール材は，回転する押出スクリューの軸部と摺動する状態で配設されているので，完璧なシール性を発揮することは困難である。そのため，セラミック材料の逆流を上記第１シール材により防止できない場合もあり，例えば粒径の小さい材料が第１シール材と軸部との間を通り抜ける場合が発生しうる。
【００１８】
ここで，本発明においては，上記スクリュー室の隣りに上記真空室を設けてある。そのため，第１シール材を通り抜けてきたセラミック材料は，真空室内に貯留され，上記軸受部にまでは到達しない。それ故，従来のような，セラミック材料の混入による軸受部の破損を確実に防止することができる。
【００１９】
また，上記軸受部と真空室との間には，上記第２シール材を配設してある。この第２シール材は，上記のごとく，セラミック材料の流通を考慮する必要がないので，空気とオイルの流通防止に最適なシール材を選択することができる。
但し，第２シール材も，上記第１シール材と同様に，押出スクリューの軸部と摺動する状態で配設されるので，完璧なシール性を維持することは困難である。
【００２０】
ここで，本発明においては，上記のごとく，軸受部とスクリュー室との間には，上記真空室を配設してある。そのため，第２シール材を通り抜けた空気やオイルがあった場合には，これらは真空室内の真空引きによって排除され，スクリュー室への悪影響を防止することができる。
【００２１】
このように，本発明においては，上記真空室，第１シール材，第２シール材の設置により，軸受部のセラミック材料混入による破損を確実に防止することができると共に，スクリュー室内を容易に健全な状態に維持することができる。
従って，本発明によれば，成形する成形体の品質を良好に維持することができ，かつ，装置故障を抑制することができる，セラミック成形体の押出成形装置を提供することができる。
【００２２】
次に，請求項２に記載の発明のように，上記セラミック成形体は，セル密度が３００〜１５００セル／平方インチ，又はセルの隔壁厚さが０．０４〜０．１２５ｍｍ，あるいはセル密度が３００〜１５００セル／平方インチでありかつセルの隔壁厚さが０．０４〜０．１２５ｍｍのハニカム構造体とすることができる。即ち，ハニカム構造体は，もともと押出成形時の押出し圧力が高い。特にセル密度，セル隔壁が上記範囲内にある場合には，上記押出し圧力がさらに高くなる。そのため，セル密度，セル隔壁が上記範囲内にある場合には，特に上記構成の押出成形装置の作用効果を有効に発揮しうることができる。なお，上記セルの形状としては，四角，三角，六角等種々の形状がある。
【００２３】
また，請求項３に記載の発明のように，上記脱気室と上記スクリュー室との間には，上記脱気室に供給されたセラミック材料を上記スクリュー室に押込むための一対の押込ローラを配設したローラ室を設けてあることが好ましい。この場合には，脱気室に供給されたセラミック材料を，上記押込ローラにより挟持して塊状態を崩すことにより，脱気作用を向上させることができる。
【００２４】
また，請求項４に記載の発明のように，上記押込ローラの軸部は，上記ローラ室から突出して配設されていると共に上記真空室を貫通してローラ軸受部に支承されており，かつ，上記真空室と上記ローラ室との間においては上記第１シール材を，上記真空室と上記ローラ軸受部との間においては上記第２シール材を，それぞれ上記押込ローラの軸部の周囲に配設してあることが好ましい。即ち，上記押込ローラの軸部の周辺構造についても，上記押出スクリューの軸部の周辺構造と同様にすることが好ましい。この場合には，ローラ室の真空状態を容易に維持しつつ，上記ローラ軸受部の破損を確実に防止することができる。
【００２５】
また，請求項５に記載の発明のように，上記脱気室の真空度Ｖ₁は，６０Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい（Ｔｏｒｒの値が小さいほど真空度は高い）。上記真空度Ｖ₁が６０Ｔｏｒｒを超える場合には，セラミック材料の脱気が十分にできないという問題がある。一方，真空度Ｖ₁が１Ｔｏｒｒ未満の非常に高い真空度を得るには，設備コストが高くなりすぎるという問題がある。
【００２６】
また，請求項６に記載の発明のように，上記真空室の真空度Ｖ₂（Ｔｏｒｒ）と，上記脱気室の真空度Ｖ₁（Ｔｏｒｒ）との関係はのＶ₂≧Ｖ₁であることが好ましい。上記真空度Ｖ₂が上記範囲を外れる場合には，真空室を設置することによる作用効果が十分に得られないという問題がある。
【００２７】
また，請求項７に記載の発明のように，上記脱気室と上記真空室とは，共通の真空回路に接続されていることが好ましい。この場合には，上記脱気室と真空室の真空度を，容易に同等レベルに制御することができると共に，装置の構造をコンパクトにすることができる。
【００２８】
また，請求項８に記載の発明のように，上記第１シール材は，Ｖ字状の断面形状を有すると共にそのＶ字の下部頂点を上記真空室に向けて配設してあることが好ましい。この場合には，上記Ｖ字形状の内部に上記セラミック材料を確保しやすく，セラミック材料の洩れ防止効果を高めることができる。
【００２９】
また，請求項９に記載の発明のように，上記第２シール材は，ＮＢＲよりなることが好ましい。これにより，耐油性に優れたＮＢＲの特長を生かし，軸受部に用いたオイルによるシール材の劣化を防止することができ，第２シール材の耐久性を向上させることができる。
【００３０】
また，請求項１０に記載の発明のように，上記第２シール材は，耐圧力が０．０２ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることが好ましい。耐圧力が０．０２ｋｇｆ／ｍｍ²未満の場合には，シール材が破壊して上記真空室の真空度の維持が困難であるという問題がある。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本発明の実施形態例にかかるセラミック成形体の押出成形装置につき，図１〜図３を用いて説明する。
本例の押出成形装置１は，図１，図２に示すごとく，セラミック成形体８を成形するための成形型１１と，該成形型１１にセラミック材料を供給してこれを押出す押出機２とよりなる。
【００３２】
該押出機２は，図１，図２に示すごとく，セラミック材料８０内の空気を取り除くために真空引きされた脱気室２１と，該脱気室２１に連通して設けられたスクリュー室２２と，該スクリュー室２２に配設されセラミック材料８０を上記成形型１１に押出す押出スクリュー２３と，上記スクリュー室２２の外部に突出した上記押出スクリュー２３の軸部２３０を回転可能に支承する軸受部２４とを有する。
【００３３】
軸受部２４と上記スクリュー室２２との間には真空引きされた真空室３を設けてこれに上記軸部２３０を貫通させてある。
かつ，上記真空室３と上記スクリュー室２２との間にはセラミック材料８０の洩れを防止するための第１シール材４１を，上記真空室３と上記軸受部２４との間にはオイルと空気の流通を防止するための第２シール材４２を，それぞれ上記軸部２３０の周囲に配設してある。
【００３４】
また，図１，図２に示すごとく，本例においては，上記脱気室２１と上記スクリュー室２２との間には，脱気室２１に供給されたセラミック材料８０をスクリュー室２２に押込むための一対の押込ローラ２６を配設したローラ室２５を設けてある。
そして，押込ローラ２６の軸部２６０は，上記ローラ室２５から突出して配設されていると共に真空室３を貫通してローラ軸受部２７に支承されている。
真空室３とローラ室２５との間には上記第１シール材４１を，真空室３とローラ軸受部２７との間には上記第２シール材４２を，それぞれ押込ローラ２６の軸部２６０の周囲に配設してある。
【００３５】
上記脱気室２１は，真空ポンプ５１に連結されており，該真空ポンプ５２の稼働によって約１Ｔｏｒｒまで減圧され，真空状態に維持されている。
また，上記真空室３は，真空ポンプ５２に連結されており，該真空ポンプ５１の稼働によって約１Ｔｏｒｒまで減圧され，真空状態に維持されている。なお，本例では，上記のごとく，２つの真空ポンプ５１，５２を用いて脱気室２１と真空室３を個別に真空引きしたが，これに代えて，脱気室２１と真空室３とを共通の真空回路に接続することもできる。
【００３６】
図１，図３に示すごとく，上記真空室３とスクリュー室２２との間に配設された第１シール材４１は，Ｖ字状の断面形状を有する５つのものを組合わせて構成してある。そのうち４つの第１シール材４１は，上記Ｖ字の下部頂点４１１を真空室３に向けて配設してある。また第１シール材４１としてはＮＢＲよりなるものを用いた。
【００３７】
また，同図に示すごとく，上記真空室３と軸受部２４との間に配設した第２シール材４２は，断面略Ｕ字状であって，軸部２３０との当接辺部４２１を外方に付勢するタイプのものである。また，この第２シール材４２としては，ＮＢＲより作製した，耐圧力が０．１ｋｇｆ／ｍｍ²のものを用いた。
また，上記押込ローラ２６の軸部２６０の周囲に設けた第１シール材４１および第２シール材４２も上記押出スクリュー２３の軸部２３０の周囲に配設したものと同じである。
【００３８】
また，同図に示すごとく，上記第１シール材４１はハウジング１０における２箇所のシール溝１４，１５に，上記第２シール材４２はシール溝１６にそれぞれ収めてある。
【００３９】
なお，図４に示すごとく，第１シール材４１のシール溝１４，１５においては，第１リング材４１の凹部に沿った断面形状を有するリング１４５，１５５を挿入配置することもできる。この場合には，第１シール材４１をより強固に固定することができる。
【００４０】
また，図１，図２に示すごとく，脱気室２１の上部側面には，セラミック材料８０を混練してこれを脱気室２１に押込むための押出スクリュー２９を連結してある。押出スクリュー２９の前方には，材料供給用の小穴２８０を多数設けた仕切板２８を設けてある。そして，押出スクリュー２９により前方へ押されるセラミック材料８０は，仕切板２８の小穴２８０を通って脱気室２１内に供給される。
なお，脱気室２１内の真空状態は，セラミック材料８０自体がシール材の役割を果たし，維持される。
【００４１】
また，押出スクリュー２３および押出スクリュー２９は，従来と同様に，螺旋状に巻回した帯状のスクリュー片２３２，２９２を有しており，これの回転によりセラミック材料８０を前方に進めるよう構成されている。
また，スクリュー室２２の先端には，材料流路の外径を成形型１１に対応させるための抵抗管１８を配設し，更にその前方に上記成形型１１を配設してある。
【００４２】
また，本例において成形するセラミック成形体８は，コージェライトを主成分とするハニカム構造体である。このセラミック成形体８は，前述した図６に示すごとく，正方形状のセル８８０を多数有するものである。そして，本例のセラミック成形体８は，セル密度が６００セル／平方インチかつ隔壁８１厚みが０．０７５ｍｍ，およびセル密度が９００セル／平方インチかつ隔壁８１厚みが０．０５ｍｍという，高セル密度，薄肉隔壁を有するものである。
【００４３】
次に，本例の作用効果につき説明する。
本例の押出成形装置１を用いてセラミック成形体８を成形するに当たっては，まず，混練したセラミック材料８０を，上記押出スクリュー２９によって真空状態の脱気室２１に供給する。脱気室２１内に供給されたセラミック材料８０は，真空雰囲気の作用効果によって内部に含有された空気を放出した状態で，スクリュー室２２に送られる。
【００４４】
スクリュー室２２においては，押出スクリュー２３の回転によってセラミック材料８０を成形型１１に向けて押圧する。このとき，成形型１１における押出し抵抗によって，スクリュー室２２内のセラミック材料８０の圧力が高まり，押出スクリュー２３の軸部２３０の表面に沿って軸受部２４側にセラミック材料８０を逆流させる力が働く。
【００４５】
真空室３とスクリュー室２２との間には，上記第１シール材４１を配設してある。そのため，逆流しようとするセラミック材料８０は，第１シール材４１により，堰き止められ，スクリュー室２２内に保持される。但し，セラミック材料８０の逆流を上記第１シール材４１により完全には防止できない場合もある。
【００４６】
ここで，本例においては，スクリュー室２２の隣りに上記真空室３を設けてある。そのため，第１シール材４１を通り抜けてきたセラミック材料８０は，真空室３内に貯留され，軸受部２４にまでは到達しない。それ故，従来のようなセラミック材料８０の混入による軸受部２４の破損を確実に防止することができる。
【００４７】
また，軸受部２４と真空室３との間には，第２シール材４２を配設してある。これにより，軸受部２４側から真空室３内への空気またはオイルの侵入を防止することができる。
一方，第２シール材４２により空気又はオイルの流通を防止しきれない場合も発生しうる。この場合には，第２シール材４２を通り抜けた空気やオイルが真空室３内の真空引きによって排除され，スクリュー室２２への悪影響を防止することができる。
【００４８】
このように，本例においては，真空室３，第１シール材４１，第２シール材４２の設置により，軸受部２４のセラミック材料８０混入による破損を確実に防止することができると共に，スクリュー室２２内を容易に健全な状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例における，押出成形装置の構造を示す説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施形態例における，真空室周辺の構造を示す説明図。
【図４】実施形態例における，第１シール材の配設構造の別例を示す説明図。
【図５】従来例における，押出成形装置の構造を示す説明図。
【図６】従来例における，セラミック成形体を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．押出成形装置，
２１．．．脱気室，
２２．．．スクリュー室，
２３．．．押出スクリュー，
２３０．．．軸部，
２４．．．軸受部，
２５．．．ローラ室，
２６．．．押込ローラ，
２６０．．．軸部，
２７．．．ローラ軸受部，
２９．．．押込スクリュー，
４１．．．第１シール材，
４２．．．第２シール材，
５１，５２．．．真空ポンプ，
８．．．セラミック成形体，
８０．．．セラミック材料，
８８．．．セル，

Claims

セラミック成形体を成形するための成形型と，該成形型にセラミック材料を供給してこれを押出す押出機とよりなり，
該押出機は，セラミック材料内の空気を取り除くために真空引きされた脱気室と，該脱気室に連通して設けられたスクリュー室と，該スクリュー室に配設されセラミック材料を上記成形型に押出す押出スクリューと，上記スクリュー室の外部に突出した上記押出スクリューの軸部を回転可能に支承する軸受部とを有し，
該軸受部と上記スクリュー室との間には真空引きされた真空室を設けてこれに上記軸部を貫通させてあり，
かつ，上記真空室と上記スクリュー室との間においてはセラミック材料の洩れを防止するための第１シール材を，上記真空室と上記軸受部との間においてはオイルと空気の流通を防止するための第２シール材を，それぞれ上記軸部の周囲に配設してあることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１において，上記セラミック成形体は，セル密度が３００〜１５００セル／平方インチ，又はセルの隔壁厚さが０．０４〜０．１２５ｍｍ，あるいはセル密度が３００〜１５００セル／平方インチでありかつセルの隔壁厚さが０．０４〜０．１２５ｍｍのハニカム構造体であることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１又は２において，上記脱気室と上記スクリュー室との間には，上記脱気室に供給されたセラミック材料を上記スクリュー室に押込むための一対の押込ローラを配設したローラ室を設けてあることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項３において，上記押込ローラの軸部は，上記ローラ室から突出して配設されていると共に上記真空室を貫通してローラ軸受部に支承されており，かつ，上記真空室と上記ローラ室との間においては上記第１シール材を，上記真空室と上記ローラ軸受部との間においては上記第２シール材を，それぞれ上記押込ローラの軸部の周囲に配設してあることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１〜４のいずれか１項において，上記脱気室の真空度Ｖ₁は，６０Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１〜５のいずれか１項において，上記真空室の真空度Ｖ₂（Ｔｏｒｒ）と，上記脱気室の真空度Ｖ₁（Ｔｏｒｒ）との関係はのＶ₂≧Ｖ₁であることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１〜６のいずれか１項において，上記脱気室と上記真空室とは，共通の真空回路に接続されていることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１〜７のいずれか１項において，上記第１シール材は，Ｖ字状の断面形状を有すると共にそのＶ字の下部頂点を上記真空室に向けて配設してあることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１〜８のいずれか１項において，上記第２シール材は，ＮＢＲよりなることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。
請求項１〜９のいずれか１項において，上記第２シール材は，耐圧力が０．０２ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることを特徴とするセラミック成形体の押出成形装置。