JP2000141337A - 粉流体の押出成形金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金型内部を流れる粉流体の中央部と側端部との
流速の差を小さくし、全幅にわたって肉厚がほぼ均一な
シートを成形できる押出成形金型を提供する。 【解決手段】グリーンシートを押し出し成形する押出成
形金型１０であって、粉流体の両端面を成形する成形部
１２の両側壁に、粉流体の両端面を押し出し方向に送り
出すベルトコンベア１４を設ける。粉流体の中央部と両
側部の流速を検出するセンサ１８と、これらセンサ１８
の検出値から粉流体の中央部の流速と側端部の流速との
速度差を検出し、この速度差が減少する方向に左右のベ
ルトコンベア１４に駆動信号を出力するコンピュータ１
７とを設け、フィードバック制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉流体（流体と粉体
との混合物）をシート状に押し出し成形する押出成形金
型、特にセラミックグリーンシートを押し出し成形する
のに適した押出成形金型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、セラミック部品を製造する際
にセラミックグリーンシートが広く用いられている。薄
肉なセラミックグリーンシートを作製する場合には、セ
ラミック原料粉末とバインダ溶液とを互いに混合するこ
とによってセラミックスラリを得た後、ドクターブレー
ド法やリバースロールコータと呼ばれる転写式シート成
形機などを用いてセラミックスラリをシート成形し、セ
ラミックグリーンシートを得るのが通例である。一方、
０．５ｍｍ以上の比較的厚肉なグリーンシートを作製す
るには、バインダ量を少なくしてキャピラリとし、押出
成形金型で押し出し成形する方法が用いられている。な
お、ここでキャピラリとはスラリに比べてバインダ量が
少なく、可塑性と保形性とを持つものを言う。

【０００３】図１は一般的なセラミックグリーンシート
の押出成形金型１の内壁形状を示し、始端側にテーパ状
の導入部２、終端側にストレート状の成形部３がそれぞ
れ設けられ、成形部３の終端に出口部４が開口してい
る。成形部３の幅寸法は一定している。金型１に押し込
まれたキャピラリＣは、導入部２で厚さ方向に絞られ
る。この時点で、幅方向は成形シートの寸法となる。こ
の後、成形部３を通過することで一定の厚みに成形さ
れ、出口部４からグリーンシートＳが押し出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような成形金型
１を用いて成形する際、キャピラリＣの流れが定常状態
であっても、成形部３の側壁３ａとキャピラリＣとの摩
擦によって、中央部と側端部とで流速差が生じてしま
う。すなわち、図２に示すように、側端部の流速が中央
部の流速に比べて小さくなる。この現象は、スラリに比
べて粘性が高いキャピラリにおいて顕著となる。そのた
め、出口部４から押し出されたグリーンシートＳは、中
央部が厚肉で側縁部が薄肉となり、幅方向に肉厚が均一
なシートを得ることができないという問題があった。そ
の結果、従来ではシートの厚みのバラツキのため、歩留
りを低下させる原因となっていた。

【０００５】そこで、本発明の目的は、金型内部を流れ
る粉流体の中央部と側端部との流速の差を小さくし、全
幅にわたって肉厚がほぼ均一なシートを成形できる押出
成形金型を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、粉流体をシート状に押し
出し成形する押出成形金型において、上記粉流体の両端
面を成形する金型の成形部の両側壁に、粉流体の両端面
を押し出し方向へ送り出す一対のベルトコンベアを設け
たことを特徴とする押出成形金型を提供する。

【０００７】金型の中を流れた粉流体（例えばキャピラ
リ）は、成形部の側壁部との摩擦によって中央部の流れ
が速く、両側端部の流れが遅くなる。しかし、速度差の
原因となる成形部の両側壁にベルトコンベアを設けてあ
るので、このベルトコンベアによって材料の両端面を押
し出し方向へ送り出すことにより、材料の幅方向の速度
差が少なくなる。その結果、全幅にわたってほぼ均一な
厚みのシートを成形でき、歩留りを向上させることがで
きる。

【０００８】左右のベルトコンベアを自動制御する方法
として、請求項２のように、成形部の出口付近であっ
て、その中央部と側端部とを流れる粉流体の流速を検出
するセンサと、これらセンサの検出値から粉流体の中央
部の流速と側端部の流速との流速差を検出する手段と、
上記流速差が減少する方向に左右のベルトコンベアに駆
動信号を出力する手段と、を設けるのが望ましい。この
場合、粉流体の中央部と側端部の流速差が大きければ、
シートの幅方向の肉厚バラツキが大きいことを意味する
ので、流速差が小さくなる方向に左右のベルトコンベア
をフィードバック制御することにより、中央部と側端部
の流速差を小さくし、幅方向の肉厚バラツキを自動的に
小さくできる。押し出し成形では様々な要因から成形シ
ートの肉厚分布、すなわち流速分布が経時的に変化する
が、上記のような構成とすれば、成形中のシートの肉厚
ばらつきの増大を自動的に防ぐことができ、肉厚管理の
省力化が可能となる。

【０００９】請求項２では、粉流体の流速を測定した
が、請求項３のようにシートの肉厚を直接測定してもよ
い。すなわち、金型の成形部から押し出された直後のシ
ートの中央部と側端部との肉厚を検出するセンサと、こ
れらセンサの検出値からシートの中央部の肉厚と側端部
の肉厚との差を検出する手段と、上記肉厚差が減少する
方向に左右のベルトコンベアに駆動信号を出力する手段
と、を設けたものである。なお、流速を検出するセンサ
および肉厚を検出するセンサとしては、共に粉流体の流
速または肉厚を非接触で検出するセンサが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図３は本発明にかかる押出成形金
型１０の一例の内壁形状を示し、図４は押出成形金型１
０の横断面図、図５は正面図である
この金型１０は図１に示した押出成形金型
１と同様の構造を有し、始端側にテーパ状の導入部１
１、終端側にストレート状の成形部１２がそれぞれ設け
られ、成形部１２の終端に出口部１３が開口している。
金型１０に押し込まれた粉流体（例えばセラミックスキ
ャピラリ）Ｃは、導入部１１で厚さ方向に絞られ、成形
部１２を通過することで一定の厚みに成形され、出口部
１３からグリーンシートＳが押し出される。

【００１１】成形部１２の両側壁には、一対のベルトコ
ンベア１４，１４が設けられている。ベルトコンベア１
４は、前後一対のプーリ１４ａ，１４ｂと、その間に巻
きかけられたベルト１４ｃとを備えており、ベルト１４
ｃの表面は成形部１２の両側で対面している。ベルト１
４ｃとしては粉流体と密着しにくい材料（例えば剥離性
が良好な樹脂シート）を使用するのが望ましい。後側の
プーリ１４ｂは駆動プーリであり、モータ１６と連結さ
れている。

【００１２】出口部１３の上下面には、図５に示すよう
に一対の口金１５，１５が設けられている。これら口金
１５，１５は図示しない厚み調整機構によって上下方向
に移動可能である。なお、ベルト１４ｃと口金１５とが
接触しないように、ベルト１４ｃと口金１５との間に粉
流体が漏れ出ない程度の隙間ｇが設けられている。口金
１５，１５には、図３に示すように中央部と両側端部に
それぞれ流速センサ１８（上下２個で１組）が配置され
ており、これらセンサ１８で粉流体Ｃの中央部と両側部
の流速を検出している。なお、センサ１８は金型１０の
内部を流れる粉流体Ｃの流速を検出してもよいし、金型
１０から押し出された直後のシートＳの流速を検出して
もよい。検出された流速データはＡ／Ｄコンバータ１９
を介してコンピュータ１７に入力される。なお、流速セ
ンサ１８は粉流体Ｃの流速を非接触で検出するものであ
り、例えば超音波のドップラー効果を利用した公知のセ
ンサを使用することができる。コンピュータ１７は各位
置の流速を算出し、それらの比較を行なうことで、中央
部と両側部の流速差を求める。そして、ドライバ２０に
命令を送り、ドライバ２０からモータ１６へ送られる駆
動信号を制御する。

【００１３】ここで、上記構成からなる押出成形金型１
０を用いてグリーンシートＳを成形する方法を図６にし
たがって説明する。まず、流速センサ１８によって粉流
体Ｃの中央部と両側部の流速を検出し（ステップＳ
１）、検出された流速データをＡ／Ｄコンバータ１９を
介してコンピュータ１７へ送る。コンピュータ１７は入
力された流速データから流速を算出し、中央部と両側部
の流速差をそれぞれ計算する（ステップＳ２）。次に、
中央部と右側部（または左側部）の流速差を予め設定さ
れた規定値と比較し（ステップＳ３）、流速差が規定値
以下の時には後述するフィードバック制御を行わず、終
了する。流速差が規定値より大きい時には、ドライバ２
０から右側（または左側）のモータ１６へ送られる駆動
信号を流速差が減少する方向へ変化させる（ステップＳ
４）。そして、この動作を流速差が規定値以下になるま
で続ける。上記のような制御を行なうことで、経時的に
変化する成形シートの肉厚分布ばらつきの増大を自動的
に防ぐことができ、肉厚管理の省力化が可能となる。

【００１４】従来の押出成形金型と本発明の押出成形金
型とを用いてセラミックグリーンシートを成形したとこ
ろ、従来の押出成形金型では、図２に示したように、側
端部の流速が中央部の流速に比べて小さく、シートの両
側端部の厚みが薄いため、歩留りを低下させる原因とな
っていた。これに対し、本発明の押出成形金型では、図
７に示すようにベルトコンベア１４，１４によって速度
分布が全幅にわたってほぼ一定となり、成形されたシー
トＳの厚みがほぼ一定となった。そのため、歩留りを１
００％近くまで向上させることができた。

【００１５】図８は本発明にかかる押出成形金型の第２
実施例を示す。この実施例の押出成形金型では、流速セ
ンサ１８に代えてグリーンシートＳの肉厚を測定する肉
厚センサ２１を用いた点を除き、その他の構成は第１実
施例と同様である。肉厚センサ２１は上下２個で１組に
構成され、成形部１２から押し出された直後のグリーン
シートＳの中央部と両側端部にそれぞれ配置されてい
る。これらセンサ２１で検出された肉厚データは上記と
同様にコンピュータ（図示せず）に入力され、モータ
（図示せず）をフィードバック制御する。なお、肉厚セ
ンサ２１としては、例えば空中超音波センサが用いられ
る。この場合も、第１実施例と同様に、成形中のグリー
ンシートＳの肉厚ばらつきの増大を自動的に防ぎ、肉厚
管理の省力化が可能となる。

【００１６】本発明における押出成形金型の内壁形状は
任意であり、図３または図８のような形状に限るもので
はない。粉流体との摩擦力が大きく、速度差に影響を及
ぼす成形部にベルトコンベアを取り付ければよい。ま
た、本発明で使用される粉流体は、セラミックスキャピ
ラリに限らず、これより粘度の低いセラミックスラリ、
セメント，モルタルまたは石膏などの水硬性無機質材料
と水とを用いたスラリなどであってもよい。金属粉と結
合剤，溶媒などを混練したペーストであってもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、粉流体の速度差に最も影響を与える成形部の両
側壁に、粉流体の両端面を押し出し方向へ送り出す一対
のベルトコンベアを設けたので、粉流体の幅方向の速度
差がほぼなくなり、全幅にわたってほぼ均一な厚みのシ
ートを成形できる。そのため、シートの歩留りを大きく
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の押出成形金型の内壁形状を示す斜視図で
ある。

【図２】従来の押出成形金型の速度分布および厚み分布
を示す図である。

【図３】本発明にかかる押出成形金型の第１実施例の内
壁形状を示す斜視図である。

【図４】図３の押出成形金型の横断面図である。

【図５】図３の押出成形金型の正面図である。

【図６】本発明にかかる押出成形金型の制御方法を示す
フローチャート図である。

【図７】図３に示す押出成形金型の速度分布および厚み
分布を示す図である。

【図８】本発明にかかる押出成形金型の第２実施例の内
壁形状を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ 押出成形金型 １２ 成形部 １３ 出口部 １４ ベルトコンベア １６ モータ １７ コンピュータ １８ 流速センサ Ｃ 粉流体 Ｓ シート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉流体をシート状に押し出し成形する押出
   成形金型において、上記粉流体の両端面を成形する金型
   の成形部の両側壁に、粉流体の両端面を押し出し方向へ
   送り出す一対のベルトコンベアを設けたことを特徴とす
   る押出成形金型。
2. 【請求項２】上記成形部の出口付近であって、その中央
   部と側端部とを流れる粉流体の流速を検出するセンサ
   と、これらセンサの検出値から粉流体の中央部の流速と
   側端部の流速との流速差を検出する手段と、上記流速差
   が減少する方向に左右のベルトコンベアに駆動信号を出
   力する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記
   載の押出成形金型。
3. 【請求項３】上記金型の成形部から押し出された直後の
   シートの中央部と側端部との肉厚を検出するセンサと、
   これらセンサの検出値からシートの中央部の肉厚と側端
   部の肉厚との差を検出する手段と、上記肉厚差が減少す
   る方向に左右のベルトコンベアに駆動信号を出力する手
   段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の押出
   成形金型。