JP3259779B2

JP3259779B2 - セル状基材上に均一な外皮を形成するための方法および装置

Info

Publication number: JP3259779B2
Application number: JP28305791A
Authority: JP
Inventors: フランシスコチェットジョゼフ; アーサークレーグルハリー; アーネストスタンプフフロイド
Original assignee: コーニング・インコーポレーテッド
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: BE1005084A5; KR920009545A; KR0178789B1; JPH04305077A; DE4139176A1; US5219509A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、押出しの際は流動す
る、または可塑的に変形することができ、押し出しの直
後に十分に堅くなり、その構造上の一体性を維持できる
特性を有する、個々の粒子からなるセラミックおよび／
または金属材料、等の押出し可能な材料から薄壁ハニカ
ム構造を製造する技術に関する。より詳しくは、本発明
は、押し出されたハニカム構造周辺部のセルに通常見ら
れるゆがみを事実上無くして、平滑な、またはある形状
を有する一体化した外周壁を備えたハニカム構造を形成
するための改良された押出しダイスおよびマスク機構に
関する。

【０００２】

【従来の技術】先行技術の押出しダイスおよびマスク機
構の多くは、外皮を備えたセル状構造を与えるための異
なった構造を有しているが、事実上、そのような機構は
すべて押し出したハニカム構造の外周部のセルにある程
度のゆがみを生じ、本発明の押出しダイス装置の独特な
重要性を意図してはいない。

【０００３】米国特許第3,790,654 号は、一体化したケ
ーシングを備えたハニカム構造を形成するための方法お
よび装置に関する。先細りになった表面を有する調節可
能な挿入物により、ハニカム構造の回りに一体化したケ
ーシングを形成するための輪状オリフィスに供給される
材料の流れに対する抵抗を変化させている。

【０００４】米国特許第4,168,944 号は、ハニカム構造
の周壁上に一体化して形成された断熱層を備えた管状ハ
ニカム構造を製造するための複雑な装置を開示してい
る。上記の3,790,654 号特許と同様に、4,168,944 号特
許のケーシングまたはパイプは輪状オリフィスから押し
出される。

【０００５】米国特許第4,298,328 号は、押し出された
ハニカム構造における周辺セルのゆがみを防ぐための押
出し装置を開示している。ダイス本体およびマスクは、
押出し方向で収束してその間に周辺隙間を形成する平行
な壁を備え、異なった外皮厚を備えたハニカム構造を製
造するためにその隙間を変えることができる。

【０００６】米国特許第4,368,025 号は、ハニカム構造
製造用の押出し装置を記載しているが、そこでは、上に
あるダイスマスク内に形成された溝により、またはピン
自体の中に形成された環により、マスク面内に形成され
た開口部を備えた外皮がダイスのピン面の外側に形成さ
れる。

【０００７】米国特許第4,381,912 号は、ハニカム構造
を形成するための押出しダイスを開示しているが、そこ
では、外皮材料が周辺の細長い放出隙間だけを通って、
あるいはそのような細長い隙間と切れ目を通って流れ、
中央ウェブと接合し、その上に周外皮を形成する。

【０００８】米国特許第4,349,329 号は、ハニカム構造
製造用の押出し装置を記載しているが、そこではたまり
区域が材料を供給し、外周セル間に外壁および厚くなっ
たウェブ部を形成する。

【０００９】米国特許第4,668,176 号は、ハニカム構造
製造用の押出し装置を記載しているが、そこではスプリ
ング素子が外皮材料を流す通路の幅を制御し、それによ
って形成される外皮の厚さを調整し、旋回する板がその
ような外皮材料のそのような通路への流れを調整する。

【００１０】米国特許第4,710,123 号は、ハニカム構造
製造用の押出し装置を記載しているが、そこでは外皮材
料の流量がリングの空気圧運動により調節され、外皮の
厚さがボルトで調整するスリーブ部材により決定され
る。

【００１１】米国特許第4,814,187 号は、ハニカム構造
を形成するための押出しダイス装置を記載しているが、
そこではダイス面を横切って均一な流れを与えるため
に、押出し材料の流量を流れ抵抗板により調整してい
る。

【００１２】日本国特許出願第61-5915 号は、ハニカム
形状材料を形成するための押出しダイスを開示している
が、そこでは、外皮に隣接する材料の押出し速度を、よ
り短い速度調整ピンを使用して制御し、ダイスの中央に
おける押出し速度を合わせている。

【００１３】

【発明の目的】上記の先行技術によるダイス機構の問題
点および複雑さを解決するために、本発明の目的は、外
皮形成の際に基材の外周セルのウェブが、従来は一般的
であった有害な変形やゆがみを生じることなく、平滑
な、または均一な輪郭を持った外皮を有する薄壁セル状
基材を形成するための押出しダイス機構を提供すること
である。

【００１４】実施上、ゆがみを引き起こす外皮形成材料
の有害な横方向の、または横断する流れを事実上無くし
てあるために、基材周辺部のセルを形成するウェブに事
実上ゆがみが生じないので、外皮で覆った、押出し成形
したセル状基材の乾燥圧縮強度が改善される。

【００１５】

【発明の構成】その最も簡単な形態でいえば、本発明
は、ハニカム構造の周辺セルを形成するウェブの有害な
ゆがみを無くし、それによって構造の圧縮および粉砕強
度を改良した、外皮を一体形成したハニカム構造を形成
するための、押出しダイスおよびマスク機構における新
しい概念を開示する。

【００１６】セル状基材形成材料の縦方向流れに入り込
む、外皮形成材料の横方向流れはすべてセル状基材の周
辺セルを粉砕する傾向があるので、本発明では横方向流
れ中の外皮形成材料を集め、そのような流れを基材材料
の流れ方向と平行になるように変えて、流れ方向の主成
分が縦方向になるようにし、そのような流れの僅かな横
方向成分だけがセル状基材に接触するようにして、基材
と外皮との間の接合を改良する。

【００１７】最初に、外皮形成マスクとダイスの出口面
の切り取った周辺部との間に形成した、予め大きさを決
定した集積通路内に外皮形成材料を集める。環の形の断
面を有することができる集積通路は、滑らかに湾曲した
半径、アークまたは傾斜した、ある角度の表面部分の形
の移行区域により、傾斜した外皮形成通路内に連絡する
が、この外皮形成通路は好ましくはダイスの出口面に向
かって収束する円錐台の形である。集積通路を形成す
る、外皮形成マスクおよび外側ダイス表面の周辺部の対
向する表面、移行区域、および傾斜した外皮形成通路
は、その間に通路が存在しない場合は、互いに適合し、
集積通路の厚さの変化と傾斜した外皮形成通路の厚さと
の間には一定の相関関係がある。さらに、外皮形成マス
クおよびダイスの対向する表面により、集積区域からダ
イス機構出口までの外皮形成材料の流れを制限するため
の、平行な板状表面が得られる。

【００１８】外皮形成に使用される分を含む押出し材料
は、予め決めた圧力下で、後方に開いた複数の供給孔、
つまりダイスの入り口面に供給される。押出し材料の中
央部分は、ダイスの縦軸と平行な供給孔により、複数の
連絡した放出スロットに供給され、ハニカム構造のウェ
ブを形成する。そのような押出し材料の調整された流れ
が、集積通路と連絡した周辺供給孔を通して押し出され
る。集積通路は、ダイスの縦軸を含み、その中の流れの
方向に対して直角な方向にある平面で見て、マスクとダ
イスとの間の流れ隙間または深さが、やはりダイスの縦
軸を含み、その中の流れの方向に対して直角な方向にあ
る平面で見て、マスクとダイスとの間の傾斜した外皮形
成通路の流れ隙間または深さよりも大きいので、流路の
第一の、または主要な減少が起こる。第二の、または二
次的な減少は外皮形成通路内で起こる。すなわち、円錐
台形の流路はダイスの出口面に向かって直径が減少する
ので、流路が出口面に近付くにつれて、縦軸に対して直
角な平面内で見た円錐台形の通路の断面積が減少し、２
つの板状表面の間で外皮形成材料が圧力下に置かれ、ダ
イス内部で外皮と周辺ウェブが一つに接合される。

【００１９】本発明の方法およびダイスは、様々な寸法
のハニカムまたはセル状構造を製造するのに使用できる
が、ウェブ厚さが約６ミル(0.15 mm) 未満で横断開放前
面区域が75％を越えるような製品を製造するのに特に有
用である。

【００２０】

【実施例】本発明を、図面を参照しながら以下の実施例
に基づいてさらに詳細に説明する。

【００２１】米国特許第4,386,025 および4,381,912 号
に示されているように、セル状基材上に外皮を形成する
先行技術の方法では、外皮を形成する材料の流れが大き
な横方向成分を含み、これがセル状基材を形成する材料
の縦方向の流れに衝突する。したがって、外皮を形成す
る材料流の半径方向で内側への運動量、つまり横方向の
成分には、新しく形成された、湿ったセル状基材が抵抗
しなければならない。しかし、そのような横方向の運動
量に対する抵抗は、セルのウェブが外皮に当たる区域で
しか得られない。そのために、周辺セルを形成するウェ
ブが、外皮形成材料のそのような横方向の流れ成分によ
り破壊され、変形し、ゆがんだ、または壊れた周辺セル
が形成される。

【００２２】図１に示すように、ウェブ１４により形成
された複数のセル１２を有するセル状基材１０は、外皮
１６を備えている。しかし、外皮１６を形成する材料流
の横方向成分のために、基材の周辺部に近いウェブ部分
１４ａが僅かにつぶれる、または変形し、周辺セル１２
ａが壊れる。そのようにゆがみが存在する所では、ウェ
ブはその多角柱強度の一体性および圧縮強度を失い、し
たがって基材は平衡試験中、または外皮に圧縮負荷をか
ける際に壊れることがある。

【００２３】本発明では、外皮形成材料の有害な横方向
流を事実上無くしてあるので、そのような外皮形成流の
主成分は縦方向であり、ウェブ形成材料の縦方向流を補
足している。

【００２４】外皮形成工程の際に基材にある角度で接触
する流れとして僅かな横方向成分だけが存在するよう
に、外皮形成材料の流れを制御し、外皮とセル状基材の
ウェブとの接合は、ウェブ形成材料と共に縦方向である
流れの主成分により達成される。このようにして、図２
に示すように、ウェブ１４により形成されたセル１２を
有し、一体化された外皮１６を備えた本発明のセル状基
材は、外皮形成材料により変形させられていない、均一
で真っ直ぐな周辺ウェブ部分１４ｂを有する。このよう
に、周辺ウェブ１４ｂにより支えられていない所では、
外皮が僅かなうねりを示すことがあるが、周辺セル１２
ｂは基材上への外皮１６の形成により壊されることはな
い。したがって、本発明の基材は、先行技術の基材と比
較して、圧縮強度および粉砕強度が改良されている。

【００２５】次に図３および４において、本発明の押出
しダイス機構の好ましい実施形態を２０で示すが、これ
はダイス本体２２、外皮形成マスク２４、マスク２４を
ダイス本体２２から望ましい間隔に位置させるためのシ
ム２５、流れ制御板２６および流れ制御板をダイス本体
２２の入り口端３０から離して位置させるためのスペー
サー２８を含む。ダイス本体２２は、一端でダイス本体
の入り口端３０と連絡し、反対側の端で複数の連絡した
放出スロット３４、３５と連絡する複数の個別供給孔３
２を有する。放出スロット３４はダイス本体の中央出口
面３６と連絡し、セル状基材１０中のセル１２を形成す
る複数のピン３８を取り囲む。このダイスから押し出さ
れるセル状ハニカム構造のウェブつまり壁の厚さは、一
般に放出スロットの幅に等しい。

【００２６】出口面３６の周辺部は、中央出口面３６と
平行で、そこから段をつけた出口面４２を有する複数の
周辺部分ピン４０を形成するように取り除いてある。出
口面４２に隣接して滑らかな半径４６を備えている、傾
斜した、つまり円錐台形の表面４４が、段をつけた出口
面４２を中央出口面３６に接続している。

【００２７】外皮形成マスク２４は出口面３６の周辺の
取り除いた部分を占めているが、シム２５の望ましい厚
さにより、ある間隔を置いて配置されている。図に示す
ように、マスク２４は、段をつけた出口面４２と適合す
る内側面４８、丸くなった部分４６と適合する滑らかな
丸い部分５０、傾斜面４４と適合する傾斜した、つまり
円錐台形の表面５２、および出口面３６の平面に対して
直角な、真っ直ぐな円筒状表面５４を有する。

【００２８】シム２５は、マスク２４の内側面４８を、
段をつけた面４２からある間隔を置いて配置し、輪の形
の、縦軸に対して直角な平面内にある断面を有する集積
通路５６を形成する。マスクの傾斜面５２およびダイス
本体の傾斜面４４は、ダイス本体２２の出口面３６に向
かって収束する円錐台形状の、傾斜した外皮形成通路５
８を形成する。通路５６および通路５８は、それぞれ対
向する平行な表面４２、４８および４４、５２により限
定されており、そのような通路は、滑らかな半径４６、
５０間に形成された、丸みをつけた隙間６０のような移
行区域により互いに接続されている。シム２５の目的は
隙間調整として機能し、外皮形成通路５８の表面４４と
５２との間の外皮隙間Ｇを調節することにより外皮の厚
さを調整することにあるが、シムの厚さを変えることに
より、流れ抵抗が僅かな影響を受ける。しかし、外皮材
料の流れを制御する主装置は、以下に説明するように、
ダイス本体の入り口端３０に隣接して配置した流れ制御
板２６およびスペーサー２８の組合わせである。傾斜面
４４とダイス２２の縦軸Ｘ（これは材料流の軸でもあ
る）との間の角度ａは、傾斜面５２がそのような縦軸と
形成する角度と同じであり、したがって、それらの面は
互いに平行である。外皮形成通路５８の傾斜角度を表す
角度ａは、ピン強度、外皮隙間寸法の調節性、および外
皮がダイスを離れる角度を決定する窮極の要素である。
0.053"スロット中央および0.105"深さスロットの400 セ
ルダイスに対する好ましい角度ａは縦軸から18°である
が、好ましい角度の±15°以内でも容認できる結果が得
られる。約18°の角度を使用することにより、通路５８
を形成するピンの傾斜側壁が、それぞれ崩れ難いピラミ
ッド状の基礎部に達し、ダイス面で単に裂片として現れ
る周辺部のピンに対しても、本質的な基礎支持を与え
る。さらに、18°傾斜角度は外皮形成材料をほとんどウ
ェブ形成材料の押出しの縦軸に対して平行な方向に合わ
せるので、外皮形成材料の流れの主成分が縦方向のウェ
ブ押出し流と平行になる。

【００２９】外皮形成材料のそのような流れにより、外
皮のマスク充填が改善されるだけではなく、周辺セルを
形成するウェブの有害なゆがみも事実上無くなる。ま
た、外皮形成通路における傾斜側壁を使用することによ
り、シムの厚さを変えることによってそのような通路に
おける外皮形成隙間を調整することができるが、これは
出口面に直角な、真っ直ぐなピン壁により限定される通
路を使用したのでは不可能である。シムの厚さと外皮形
成隙間寸法との間には約３：１の比があるので、シムの
厚さに0.003"(0.076 mm)を加える毎に、外皮形成隙間が
約0.001"(0.025 mm)増加する。

【００３０】各種のダイス形状に対する好ましい角度を
決定するのに、下記の

【数１】が便利であるが、ここでピン幅とはピン３８の幅であ
り、スロット深さとはスロット３４の縦方向の長さであ
り、重なりとはスロット３４が縦の流れ方向でその交差
する点で供給孔３２の中に伸びる距離である。

【００３１】シム２５の寸法と通路５８の外皮形成隙間
Ｇとの関係を良く理解するために、18°傾斜を使用する
場合の、シム２５の寸法と、マスク２４および取り除い
たダイス本体２２の輪郭により形成される傾斜した外皮
形成通路５８との間の相関関係を示す図８−１０を参照
する。まず図８において、外皮形成マスク２４とダイス
本体２２との間にシムが配置されていない場合、両者の
輪郭は水平の面４２、４８、滑らかな丸くなった部分４
６、５０、および傾斜面４４、５２に沿って一致してい
る。したがって、外皮形成マスク２４およびダイス２２
の取り除いた部分は互いにぴったりと適合する。傾斜壁
４４、５２間の関係を示すために、傾斜壁５２と真っ直
ぐな円筒状表面５４とが交差する部分を点Ｅで表し、マ
スクとダイスが互いにぴったりと適合している場合は、
マスク上の点Ｅは傾斜面４４上の点Ｅ１と接触してい
る。

【００３２】次に図９において、シム２５が外皮形成マ
スク２４とダイス２２との間に配置されている場合、マ
スクはシムの厚さと等しい距離だけ持ち上げられる。同
様に、点Ｅは点Ｅ１から同じ距離だけ、常に矢印Ａで示
す方向に移動する。しかし、傾斜表面４４、５２間の外
皮形成隙間Ｇはシムの厚さの一部しか開かない。隙間Ｇ
の実際の開きは、18°のタンジェントにシムの厚さを乗
じた値に等しい。したがって、0.010"(0.25 mm) のシム
は外皮形成隙間Ｇを0.32492x0.010(0.083 mm)、すなわ
ちシムの厚さの約1/3 開くことになる。したがって、集
積通路５６の深さ、つまり隙間Ｄがシム２５によりある
距離だけ開くと、傾斜した外皮形成通路５８の外皮隙間
Ｇはシムの厚さの約1/3 だけ開く。

【００３３】次に図１０において、シム２５の厚さがさ
らに増加すると、点Ｅと点Ｅ１との間の距離が常にシム
の厚さに等しくなるように、矢印Ａに沿った垂直距離で
点Ｅが点Ｅ１からさらに離れる。この理由は、点Ｅは常
に点Ｅ１から矢印Ａの方向に離れるためである。傾斜し
た外皮形成通路５８の外皮隙間Ｇも増加し続けるが、常
に18°のタンジェントｘシムの厚さの関係においてであ
る。シム２５が外皮形成隙間の調整としての機能を果た
し得る条件は、18°傾斜した外皮形成隙間５８の面４
４、５２が、集積通路５６の面４２、４８がそうである
ようには、互いに直角に移動せず、シムの厚さに対して
約１：３の関係で離れることである。反対に、米国特許
第4,381,912 号の図９に示されるように、外皮形成隙間
の側壁が垂直、つまり押出し流と平行である場合、外皮
形成隙間の寸法は装置の寸法により永久的に固定され、
シムの厚さの変化により外皮形成隙間は全く変化しな
い。

【００３４】再度図３において、点Ｅは、面５２および
５４が交差する点で比較的角度がついているように示さ
れているが、実際には、この点は約0.01"(0.25 mm)〜0.
025"(0.64 mm) のオーダーの小さな半径を有する。さら
に、図３には、点Ｅがダイス本体２２の出口面３６を越
えて外側に位置しているように示してあるが、この点は
出口面の高さにあってもよい。以前には、基材の周辺区
域におけるセルの崩壊を確実に防ぐために、点Ｅは放出
面の内側になければならないと考えられていた。しか
し、点Ｅをダイスの出口面を僅かに越えた所に配置する
ことによって改良された利点が得られる。すなわち、基
材は湿った状態では僅かな復元力および弾性を有するの
で、永久変形が起こる前は、外力は回復が起こり得る力
よりも大きくなければならない。したがって、点Ｅは外
皮の厚さの２倍出口面を越えて位置しても周辺部の永久
変形は起こらない。また、点Ｅを出口面３６に、または
それを越えて伸ばすことにより、外皮形成通路５８の長
さが増加し、それによって外皮形成およびその外皮とウ
ェブとの間で接合が起こるための滞留時間がより長くな
り、したがってダイスの成形表面から基材が実際に出る
前にウェブと外皮をより安定化させることができる。

【００３５】流れ隙間、輪状集積通路５６の深さまたは
厚さＤを決定するシム２５の厚さと、外皮形成隙間、外
皮形成通路５８の深さまたは厚さＧとの間の関係に関す
る上記の考察から、外皮形成材料の流れが集積通路５６
内で半径方向内側に移動し、移行区域または隙間６０を
通って外皮形成通路５８の中に入る時に、ダイスの縦軸
を含む面内で、流れの方向に対して直角の方向で、材料
の流れ深さの第一の、または主要な減少が起こる。すな
わち、外皮形成通路は集積通路の流れ隙間の約1/3 の流
れ隙間を有するので、材料流の深さは通路５８の中に流
れ込む時に減少する。流れに対して直角に見た流れ深さ
の低下の形をとる、外皮形成材料の流路の第一の、また
は主要な減少は、外皮形成材料の流れが移行区域で半径
方向内側への流れからほとんど縦方向の流れに変わる時
に起こり、そこでそのような外皮形成材料と基材の周辺
ウェブ部分との接合が開始される。この流れ隙間の著し
い減少により、流れに対する抵抗が増加し、材料が圧力
下でせん断され、これによって、以下に説明する理由に
より外皮と周辺ウェブとの接合が改良されると考えられ
る。さらに、外皮形成通路５８は円錐台形であり、ダイ
ス２２の出口面３６に向かって収束するので、ダイスの
縦軸に対して直角に見た環の断面は、丸くなった隙間６
０から出口面３６に向かって流れが進むにつれて減少す
る。したがって、丸くなった隙間６０と出口面３６との
間の通路の輪状直径が減少するために、外皮形成通路５
８を通る材料流内で断面積の低下の形で、第二の減少が
起こる。

【００３６】外皮形成材料と周辺ウェブとの接合改善に
関する我々の理論を図１１で説明する。左から右へ収束
する流れを、初期の流れ深さＤ_１から深さＤ_２に減
少する流れを示す矢印ＹおよびＺで表す。定常流では、
材料がほとんど圧縮されず、密度が一定なので、質量流
量ｍ(g/ 秒）は矢印ＹおよびＺの両方で一定であり、容
積流量ｖ(cc/秒）は一定である。しかし、平均線速度
は、流れに対して直角に見た深さが低下すると共に増加
する。材料の前線はＦ_１で示される前線からＦ_２で
示されるより好ましいプロファイルに進行し、材料のせ
ん断増加により接合が促進される。流れの深さが減少す
るにつれて、流れの方向で圧力は減少するが、流れに対
する抵抗が増加するので、Ｄ_１から進行する一定の、
または発散する流れによるよりは、大きな圧力が維持さ
れる。一定の断面または流れ隙間は、通常材料が壁での
みせん断されるプラグ流をもたらすが、本発明の収束す
る流れは特に流れの前線Ｆ_２で示される流路を横切る
材料のせん断を促進し、これが材料の接合を促進する傾
向がある。すなわち、新たにせん断された材料が外皮／
ウェブキャビティ内に送られ、材料粒子がせん断効果に
よりなお比較的動的である場合、粒子マトリックスは構
造中に均一に広がり、接合線を横切る傾向があり、事実
上、接続される外皮およびウェブと同じくらい十分に強
力な接続部が得られると考えられる。

【００３７】外皮形成材料の流れ体積の調整、つまり調
量は、ダイス本体２２の入り口端３０に隣接して取り付
けた、供給孔を閉じる、または開放することによりダイ
スへの材料流を調整する、流れ調整板２６およびスペー
サー２８により達成される。流れ調整板は流れに大きな
影響を及ぼし、スペーサーは流れの微調整を行なう。ス
ペーサー２８の厚さは実際に部分ピン４０を取り囲むス
ロット３５に材料を供給する周辺供給通路３２内への流
れを微調整する。スペーサーの内径は、通路の外にな
り、望ましい供給孔への押出し材料の流れを妨害しない
ように選択する。

【００３８】標準流れ板は、外皮形成マスクの形状およ
び寸法に近くするが、内径を等しくする必要はない。内
径の小さな流れ調整板は部分ピンへの流量を減少させ、
内径の大きな流れ調整板は部分ピンへのそのような流量
を増加させる。スペーサー２８の厚さは、流れ調整板２
６の下を移動し、ダイス２２の周辺供給孔３２および部
分ピン４０の回りのスロット３５に供給できる材料の量
を決定する。シム２５およびスペーサー２８を同じ直径
および同じ厚さに製作するのが有利であるが、そうする
必要はまったく無く、望ましい結果に合わせてそれぞれ
変えることができる。

【００３９】図３および４に示す好ましい実施形態の動
作では、ダイス本体２２の入り口端３０に材料を供給す
る。そのような材料流の中央部は中央供給孔３２を通っ
て縦方向に流れ、連絡した放出スロット３４の中に流れ
込む。スロット内の抵抗により、流れは縦方向並びに横
方向になり、ダイス本体のピン構造を取り囲むスロット
内で一様な格子状材料を形成し、出口面３６から放出さ
れる。同時に、材料は、スペーサー２８により流れ調整
板２６とダイス本体の入り口面３０との間に形成された
調量通路６２内を横方向に流れ、部分ピン４０を取り囲
むスロット３５に外皮形成材料を供給する周辺供給孔３
２に、外皮形成材料の流れを調量して送り込む。ダイス
上に残る部分ピンは、中央の全長ピン３８の本来の抵抗
の予め決めたある部分を保持する。この部分抵抗が外皮
材料の流れを助長し、また、集積通路５６内への材料流
全体をある程度制御する。

【００４０】集積通路５６は部分ピン４０に隣接するス
ロット３５を通って流れる材料を受け取り、そのような
流れをまずダイスの中心に向けて半径方向内側に移動さ
せる。外皮形成マスク２４とダイス本体２２との間の、
丸くなった隙間６０の形を採ることができる移行区域が
集積通路５６内の材料流を受取り、それを横方向の、半
径方向内側への流れからより縦方向への流れにゆるやか
に転換する。外皮形成工程は、実際に、この丸くなった
隙間６０で開始される。また、集積通路５６は、縦軸Ｘ
を含み、流れ方向と直角な平面で見た流れの深さにおい
て、傾斜した外皮形成通路５８よりも大きいので、流れ
が通路５８に入る時に、移行区域、つまり減少隙間６０
において流れ深さが減少する形の第一の、または主要な
流路減少が起こる。次に重要な第二の減少が、傾斜した
外皮形成通路５８で起こり、外皮と周辺ウェブとを接合
する。外皮形成材料が傾斜した外皮形成通路５８を通っ
て流れる時、その流れは、ダイス２２内のスロット３４
から横方向に流れる別の材料と出会い、移行隙間６０と
通路５８の接続部で始まる接合工程がこの点で開始され
る。

【００４１】18°の傾斜がついた通路５８は平行な壁４
４、５２を有し、通路５８の環の直径が移行区域、つま
り隙間６０から出口面３６に向かって減少するために、
第二の流路減少が起こり、縦軸Ｘと直角の環の断面積が
減少する。傾斜通路中で得られる、圧力下に置かれる流
れは、ウェブと外皮を強制的に接合してからダイスから
外に出る。すなわち、ウェブは、ダイスの内側で外皮と
十分に接合される。

【００４２】さらに、外皮形成通路５８内の材料流の主
成分は、中央ピン３８を取り囲むスロット３４を通るウ
ェブ形成材料の縦軸方向の流れと縦方向で平行なので、
その結果得られる、一体化された外皮を有するセル状基
材は事実上ゆがみが無い。すなわち、傾斜した外皮形成
通路５８を通る材料流の小さな横方向成分は、外皮と周
辺ウェブ部分との優れた接合を形成するには十分だが、
周辺セルを形成するウェブの有害なゆがみを生じるには
不十分だということである。外皮の厚さを調整するシム
２５、および流れを調整する流れ調整板２６は、これら
２つの、外皮形成作業の非常に重要な面のそれぞれを確
立し、制御するための個別の独立した手段を提供するよ
うに設計されている。

【００４３】次に、図５には本発明の別の実施形態を開
示するが、これは、図３および４の好ましい実施形態に
類似しているが、図３の実施形態の真っ直ぐな円筒状の
面５４を切り取り、出口面３６から外側に向かって先細
りになる、円錐台形の面６４を形成している点が異なっ
ている。従来は、点Ｅを越えたマスクの真っ直ぐな部分
は、通常、押出し方向と平行に、したがってダイス面と
直角に伸びている。そのため、そのような先行技術の押
出しの際は、基材の中央部がダイスから外に出ると、た
だちにダイスのどの部分ともまったく接触しなくなる。
しかし、外皮表面がダイスから外に出る時は、その表面
はマスクのそのような真っ直ぐな内側輪郭と接触し続け
るので、外皮が摩擦により引き摺られ、自由に移動する
内側部分と反作用する。この摩擦により周辺セル部にせ
ん断状態が生じるので、基材の構造的な一体性によりこ
れを克服しなければならない。その上、外皮表面がこす
られるので、良好な外皮が形成されず、面倒なことにな
ることがある。

【００４４】図を分かり易くするために、点Ｅより上
の、材料流の縦軸Ｘに対する切り取り角度ｂは誇張して
示してある。実際には、外皮からマスクを引き離すに
は、あまり切り取る必要はないので、この角度は非常に
小さくてよい。それに、マスクが外皮から離れたら、こ
の角度は最早押出し作業に何の影響も及ぼさないので、
90°までのどのような角度でもよい。しかし、角度ｂの
好ましい範囲は約５°までである。点Ｅより上のマスク
２４の先細り面６４は切り取り角度ｂを有するので、マ
スクは、点Ｅがダイス本体２２の出口面３６の位置に、
あるいはそれより上または下になるようにダイス２２の
上に配置することができる。動作の際は、図５に示す実
施形態は、外皮形成通路５８に沿って流れる外皮材料が
点Ｅに到達すると、切り取り角度ｂがマスクを外皮との
接触から引き離すように作用し、それによってマスクと
外皮の摩擦により引き起こされるせん断状態が除去され
る以外は、図３に示す実施形態と同じ機能を果たす。

【００４５】次に図６には本発明の別の実施形態を示す
が、これも、出口面３６の周辺部が大きく切り取られて
いるので、周辺部の部分ピンが無く、集積通路５６が周
辺供給孔３２と直接連絡している以外は、図３の好まし
い実施形態と類似している。点Ｅより上のマスク２４の
周表面７４は、図３の面５４のように真っ直ぐな円筒状
表面でも、図５の面６４のような先細りの円錐台表面で
もよい。その上、点Ｅは、中央出口面３６の位置に、あ
るいはその上または下にあってもよい。

【００４６】図６に示す実施形態の動作は、多くの点で
図３に示す実施形態と類似しているが、異なっている点
が幾つかある。材料は入り口端３０でダイス２２に入
り、供給孔３２を通って流れる。材料の中央部分は供給
孔３２を通って縦方向に流れ、連絡したスロット３４内
に入るが、材料の周辺部分は流れ調整板２６およびスペ
ーサー２８により形成された調量通路６２内を横方向に
流れ、次いで周辺供給孔３２を通って縦方向に流れ、集
積通路５６に直接入る。ピン３８より下のダイス２２の
周辺部を切り取ったことにより、周辺供給孔が明らかに
短くなり、総抵抗が、スロット３４に供給する中央供給
孔３２内の抵抗よりも小さくなっている。これによって
潜在的な流量が改善され、流れ調整装置２６、２８の、
周辺区域への材料を正確に調量する能力が高くなる。

【００４７】周辺供給孔３２から、外皮形成材料は集積
通路５６内に直接入り、次いで半径方向内側に進み、丸
くなった隙間６０として示す、滑らかな丸いアーク形移
行区域を通り、傾斜した外皮形成通路５８へ移行する。
通路５８内の流れの主成分は、縦の押出し方向にあり、
外皮形成材料の速度は、ピン３８間のスロット３４内で
セル状基材のウェブを形成する材料の速度に近くなる。
丸くなった隙間６０および傾斜した外皮形成通路５８と
交差する供給孔３３を通る流れは、そのような区域にお
ける外皮材料の滑らかな流れを妨害しないように、閉鎖
または大きく低減されている。図には示していないが、
供給孔３３内への流れは、幾つかの公知の方法、例えば
従来の支持板、必要に応じて穴を開けた流量調節板、ま
たは調節可能な供給孔直径により調整することができ
る。

【００４８】外皮形成材料が丸くなった隙間６０に入
り、傾斜した外皮形成通路５８内に移動すると、外皮形
成通路５８の流れ隙間が集積通路５６の隙間よりも小さ
くなるので、流れ方向と直角の方向で見た流れ深さまた
は隙間が減少する形で、第一の流路減少が起こる。こう
して、材料が丸くなった隙間６０からピン３８の基部に
ある点Ｆに移動するとき、外皮はほとんど材料のシート
として、スロット３４により形成されているウェブと完
全に独立して移動する。しかし、外皮材料が点Ｆに到達
すると、スロット３４を通して押し出される材料に出会
う。ダイス中のこの深さで、ウェブと外皮が互いに出会
う所で接合するのに十分な、かなりの量の内部圧力があ
る。外皮およびウェブの両方ともまだ、マスク２４およ
びダイス２２の平行な、通路５８を形成する板状壁の間
にあるので、完全に収容された環境で、ゆがみもウェブ
の膨脹も無しに、接合が起こる。

【００４９】形成されたばかりの外皮とウェブとの接合
は、外皮形成通路５８に沿った点Ｆと点Ｅとの間で起こ
る。外皮厚隙間Ｇは、図３について説明したようにし
て、シム２５の厚さにより決定される。また、外皮は円
錐台形の外皮形成通路５８に沿って半径方向内側に向か
って流れるので、円錐台形通路の環の直径が減少するた
めに、縦軸に対して直角な輪状断面で外皮形成通路が次
第に小さくなり、断面流区域が減少する形で第二の流路
減少が起こる。しかし、通路５８に沿った流れの主成分
はダイスを通る押出し流と平行なので、周辺セルの有害
なゆがみ無しに周辺ウェブと外皮材料が接合する。

【００５０】点Ｅで、外皮形成リング２４の輪郭はダイ
スの輪郭から離れ、急に押出し方向と平行になる。ダイ
ス中になお存在する圧力がウェブを横方向に押し出し続
け、外皮を外皮形成リングの真っ直ぐな側部に対して押
し付ける。したがって、外皮材料が半径方向内側に向か
って移動し、押し出されたばかりの基材に衝突し、周辺
ウェブおよびセルを壊す、または変形させる代りに、本
実施形態では、周辺ウェブが外側に移動し、外皮を外皮
形成リング２４の固い金属製の、内側周表面７４に押し
付ける。しかし、必要であれば、マスク２４の内側周表
面７４を、図５に示す実施形態の面６４のように切り取
ることもできる。

【００５１】次に図７には、多くの点で図６に示す実施
形態に類似しているが、集積通路５６が周辺供給孔３２
と直接連絡している、別の実施形態を示す。しかし、集
積通路５６と外皮形成通路５８との間に断面が拡張した
溜め部分６６が形成されている。この供給溜め部分は、
図に示すように、マスク２４の内側傾斜面部分５２を切
り取るか、あるいはダイス２２の傾斜面４４を切り取る
ことにより形成することができる。外皮形成材料が集積
通路５６から半径方向内側に向かって流れる時、丸くな
った隙間区域６０により、非常に大きな断面を有する供
給溜め部分６６に滑らかに移行する。実際には、溜め部
分６６は、同じ傾斜角度で示されているので、通路５８
の内側延長部である。しかし、点Ｆで、溜め部分６６は
滑らかなアークになって終了しているが、そのアーク
は、材料流の方向に対して直角に見て流れ深さまたは隙
間が小さくなった外皮形成通路５８に接続している。そ
のような移行方法により、そのような流れがスロット３
４からのウェブ材料と出会う直前に流れ隙間が減少す
る。そのような収縮様式により、交差するウェブの圧力
と反対の圧力を与え、それと協力するように作用し、ダ
イスのすべての部分において均質なスロット充填および
良好な接合が確保される。

【００５２】円錐台形の外皮形成通路５８の直径が減少
することにより、点Ｆと点Ｅとの間の区域の断面積が減
少するために、外皮形成材料の流路がさらに減少する。
それによってダイス内、および点ＦとＥの間で、基材の
外皮とウェブが接合し易くなる。接合区域を形成する対
向側面は互いに平行でも、ある角度を有していてもよ
い。平行な設計では、溜め部分と接合区域との間で流れ
隙間または深さが減少するために、および輪状隙間がダ
イスの出口面に近付くにつれてその周囲長が減少するた
めに、流路が二重に減少する。収束する先細りの区域で
は、流れ隙間がさらに減少し続ける。点Ｅで、押し出さ
れたセル状基材は、図６の実施形態について説明したよ
うに、その方向に従う。

【００５３】次に図１２には移行区域６０の別の実施形
態を示すが、そこでは一対の平行な、段のついた、また
は傾斜した、ある角度を有する面６８、７０が、集積通
路５６から傾斜した外皮形成通路５８へ流路を移行させ
る。一対のそのような平行な傾斜した面を示している
が、必要であれば、角度を順次増加させた、複数のその
ような面を使用して流れをより円滑に移行させることも
できる。

【００５４】次に図１３において、移行区域６０が単
に、集積通路５６と傾斜した外皮形成通路５８との間の
一対の交差する角部７８、８０として示されている。角
部７８、８０は、その製造時に、あるいは流動する材料
の摩擦により、わずかな半径を持たせることもできる。

【００５５】次に図１４〜１６には、本発明のセル状基
材に当てはまる、均一な輪郭を有する周辺外皮の各種の
形態を示す。本発明を平滑な、または輪郭を有する一体
化した外周辺外皮について説明してきたが、縦の押出し
と平行な方向で外皮表面にリブや他の補強構造を形成す
ることは自明なことである。図１４に示すように、外皮
に複数の均一な間隔を置いた、台形状の断面を有するリ
ブを設けることができ、図１５では、リブが多かれ少な
かれウェブ断面の延長であり、図１６では、外皮がその
周囲に滑らかに湾曲したうねりを備えている。外皮の突
起またはリブは、必要に応じてウェブの位置に合わせる
か、またはその中心に合わせることができる。そのよう
な設計は、外皮形成マスク２４の中に機械加工して望ま
しい効果を発揮させることができる。押出しの際に、外
皮区域における材料流を、通常の外皮および追加した突
起の両方に必要な組み合わせ体積に適合するように調整
する。

【００５６】本発明の方法およびダイスは、約６ミル
(0.15 mm) 未満の非常に薄いウェブを備えたモノリスハ
ニカムまたはセル状基材または構造、特に横断面開放前
面区域（すなわち横断面開放セル区域の合計）が75％を
越えるような横断面セル密度を備えた構造を押し出すの
に特に有利である。しかし、本発明は、より一般的なウ
ェブ厚さおよび開放前面区域を有する基材または構造に
も効果的に使用できる。正方形断面形状のセルを備えた
ハニカムまたはセル状構造の例は（記号の定義は下記参
照）、次の通りである。

【００５７】ＯＦＡＣＤ−ｅＣＤ−ｍＷＣ−ｅＷＣ−ｍＷＴ−ｅＷＴ−ｍ 80 350 54.3 0.0535 1.36 0.0057 0.145 80 440 68.2 0.0477 1.21 0.0050 0.127 80 470 72.9 0.0461 1.17 0.0048 0.122 70 16 2.5 0.2500 6.35 0.0408 1.036 70 25 3.9 0.2000 5.08 0.0327 0.831 70 100 15.5 0.1000 2.54 0.0163 0.414 70 200 31.0 0.0707 1.80 0.0115 0.292 70 300 46.5 0.0577 1.47 0.0094 0.239 70 400 62.0 0.0500 1.27 0.0082 0.208 60 150 23.3 0.0816 2.07 0.0184 0.467 60 200 31.0 0.0707 1.80 0.0159 0.404 ＯＦＡ：横断開放全面区域−％ＣＤ−ｅ：横断セル密度−セル／インチ^２ＣＤ−ｍ：横断セル密度−セル／ｃｍ^２ＷＣ−ｅ：隣接壁中央線間の横断距離−インチＷＣ−ｍ：隣接壁中央線間の横断距離−ｍｍＷＴ−ｅ：壁厚−インチＷＴ−ｍ：壁厚−ｍｍ本発明の好ましい実施形態を説明したが、当業者には、
請求項に記載する本発明の精神および範囲から逸脱する
ことなく、各種の変形および修正が可能であることは明
らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】先行技術の方法および装置により製作したハニ
カム構造およびその上に形成された外皮の、外周セルに
隣接するウェブのゆがみを示す、部分図

【図２】本発明により製作したセル状基材およびその上
に形成された外皮の部分図

【図３】本発明の好ましい押出しダイス機構の立面にお
ける部分断面図

【図４】図３の前部断面および後部断面を示す部分平面
図

【図５】本発明の押出しダイス機構の別の実施形態の立
面における部分断面図

【図６】本発明の押出しダイス機構のさらに別の実施形
態の立面における部分断面図

【図７】本発明の押出しダイス機構の他の実施形態の立
面における部分断面図

【図８−１０】外皮形成マスクとダイスの出口面との間
の関係を示す、立面における部分断面図

【図８】外皮形成マスクとダイス本体が適合しており、
その間にシムを配置していない状態を示す図

【図９】外皮形成マスクとダイス本体との間にシムを配
置した状態を示す図

【図１０】外皮形成マスクとダイス本体との間により大
きなシムを配置した状態を示す図

【図１１】本発明における、流れの深さを減少させるこ
とにより材料流中に生じるせん断効果を示す図

【図１２】本発明の一部を形成する移行区域の別の実施
形態を示す部分図

【図１３】移行区域のさらに別の実施形態を示す部分図

【図１４、１５および１６】ハニカム構造と一体形成さ
れる均一な輪郭を有する、または滑らかな外周外皮の各
種の形態を示す断面図

【符号の説明】

１０セル状基材１２セル１４ウェブ１６外皮２０押出しダイス２２ダイス本体２４マスク２５シム２６流れ制御板２８スペーサー３０入り口端３２供給孔３４、３５放出スロット３６、４２出口面３８ピン４０部分ピン４４円錐台表面５４円筒状表面５６集積通路５８外皮形成通路６０丸くなった隙間６２調量通路

フロントページの続き (72)発明者フロイドアーネストスタンプフアメリカ合衆国ニューヨーク州 14900 エルマイラアールディー１サバーバンドライヴ 2749 (56)参考文献特開昭56−101809（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−55960（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−123438（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B28B 3/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の互いに接続したウェブにより形成
された複数の縦方向に伸びるセルを有する、外皮を備え
たハニカム構造をバッチ材料から押出し、ハニカム構造
の押出しと同時に、ハニカム構造の周辺セルの有害なゆ
がみを生じること無く、前記バッチ材料から前記外皮を
前記ハニカム構造上に形成する、ハニカム構造の押出し
方法であって、中央ハニカム構造を押し出すために、押出しダイス機構
を通してバッチ材料を縦方向に流すこと、前記ハニカム構造の周囲に外皮を形成するために、前記
バッチ材料の一部を調量すること、前記押出しダイス機構内に形成されたある流れ深さを有
する流路内に、前記外皮形成用のバッチ材料を集積する
こと、集積された外皮形成用のバッチ材料の流れを、押し出し
中央ハニカム構造の周囲に向け、その流れの主成分が中
央ハニカム構造を形成するためのバッチ材料の縦方向の
流れと平行になるように、移行区域を通して流れ深さを
減少させた流路内に向けること、前記流れ深さを減少させた流路内に向けられた流れに沿
って、前記外皮形成用のバッチ材料の流路をさらに減少
させ、その際に、その流れを、前記押出しダイス機構内
で、前記押出し中央ハニカム構造の周辺ウェブ部分に、
そのようなウェブ部分に有害なゆがみを与えずに接合す
ること、および前記外皮を備えたハニカム構造を前記押
出しダイス機構から事実上ゆがみの無い単一構造として
放出することを特徴とする方法。
【請求項２】望ましい外皮を備えたセル状基材を形成
するための装置であって、入り口面および中央出口面を有するダイス本体であっ
て、前記ダイス本体が前記中央出口面の回りで周状に切
り取られて、切り取られた面を有する切り取られた部分
を形成し、前記中央出口面および前記切り取られた面
が、傾斜面により一つに接続されている、ダイス本体；バッチ材料を前記ダイス本体の中央部を通して縦軸に対
して実質的に平行に流し、前記ダイス本体の前記中央出
口面から中央セル状構造を押し出すための手段；前記中央セル状構造上に外皮を形成するために、前記バ
ッチ材料の一部を前記ダイス本体の周辺部を通して流す
ための手段；前記外皮形成用のバッチ材料を前記中央セル状構造の周
囲に集積するための集積手段；前記集積した外皮形成用のバッチ材料を、所定の流れ深
さを有する第一の流路から、より小さな流れ深さを有す
る第二の流路内へ流すための手段；前記中央セル状構造の周辺ウェブ部分のゆがみを最小に
抑えるように、前記集積した外皮形成用のバッチ材料を
前記縦軸に対して鋭い角度で流すための通路手段；前記集積した外皮形成用のバッチ材料を鋭い角度で流す
ための前記通路手段により与えられる、前記中央セル状
構造の周辺ウェブ部分が前記出口面の内側にある間に、
前記集積した外皮形成用のバッチ材料を前記ウェブ部分
と接合するための手段；望ましい外皮が形成された前記セル状構造を前記ダイス
本体の出口面から放出するための放出手段；および前記
ダイス本体の前記切り取られた部分内に、前記切り取ら
れた面と間隔を置いて取り付けられた外皮形成マスク；を有してなり、前記集積手段が、前記ダイス本体の前記切り取られた面
およびその面に対向しかつ平行な前記マスクの内側面
の、板状表面間に形成されており、前記マスクが、前記ダイス本体の前記傾斜面に対して予
め決められた間隔を置いて配置された、前記傾斜面に対
向しかつ平行な傾斜面を備え、前記集積した外皮形成用
のバッチ材料を鋭い角度で流すための前記通路手段が、
前記２つの傾斜面間に伸びる円錐台形の通路であること
を特徴とする装置。