JP2001018212A - 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】粉流体から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
する側面金型１４と粉流体の上下面を成形する上下面金
型１７，１８とが分離され、側面金型１４に高周波振動
を与える振動体１５が設けられている。粉流体の両端面
に振動を与えることで、肉厚ばらつきの原因であるシー
ト側面に働く摩擦抵抗のみを低減し、全幅にわたってほ
ぼ均一な肉厚のグリーンシートを成形する。

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用いられる。０．５ｍｍ
未満の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、保形性を持つものを言う。

【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】ところで、溶融樹脂を薄膜状に押し出し成
形する成形装置において、口金のスリット部に高周波振
動素子を装着して、スリット部に高周波振動を与えるこ
とで厚さ調整を行なうようにしたものが提案されている
（特開平５−２００８３１号公報）。この場合には、振
動素子によってスリット部を高周波振動させることで、
溶融樹脂と口金との摩擦係数を変化させ、厚さ調整の応
答速度を高めたものである。しかし、上記のような振動
素子を口金に設けても、シートの幅方向の肉厚の不均一
を解消することはできない。

【０００６】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差を小さくし、全幅
にわたって肉厚が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。

【０００７】

【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
面を成形する側面成形部と上記粉流体の上下面を成形す
る上下面成形部とが分離され、上記側面成形部に高周波
振動を与える振動体が設けられていることを特徴とする
押出成形金型を提供する。

【０００８】金型の中を流れた粉流体（例えばキャピラ
リ）は、上下面成形部と側面成形部とによってシート状
に成形される。このとき、側面成形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ため、
肉厚ばらつきが発生する。しかし、速度差の原因となる
側面成形部に高周波振動を与える振動体を取り付けてあ
るので、この振動体の振動によって粉流体と側面成形部
との摩擦抵抗が小さくなり、粉流体の幅方向の速度差が
小さくなる。特に、粉流体の両端面を成形する側面成形
部と粉流体の上下面を成形する上下面成形部とが分離さ
れているので、側面成形部の振動が直接上下面成形部に
伝わらず、肉厚ばらつきの原因であるシート側面に働く
摩擦抵抗のみを低減できる。したがって、全幅にわたっ
てほぼ均一な厚みのシートを成形できる。振動体の最適
な振動周波数は粉流体の粘度によって異なるが、例えば
セラミックキャピラリの場合、１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ
程度が望ましい。

【０００９】振動体の振動方向は、粉流体の押し出し方
向に対して直交方向または平行であってもよいが、請求
項２のように、粉流体の押し出し方向に向かって斜め内
方とすれば、粉流体に対して押し出し方向の駆動力を与
えることができ、幅方向の厚みの不均一を一層効果的に
低減できる。振動方向の角度は、例えば粉流体の押し出
し方向に対して３０°〜６０°が望ましい。

【００１０】左右の振動体を自動制御する方法として、
請求項３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振動体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振動体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。

【００１１】請求項３では粉流体の流速を測定したが、
請求項４のように成形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
方向に左右の振動体に駆動信号を出力する手段とを設け
たものである。なお、流速を測定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シ
ートの厚みを非接触で検出するセンサが望ましい。

【００１２】

【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、図４は上記押出成形金型１０
を正面から見た状態、図５は図４のＡ−Ａ断面を示す。
この金型１０は図１に示した押出成形金型１と同様の内
壁構造を有し、始端側にテーパ状の導入部１１、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
が押し出される。

【００１３】成形部１２の両側壁には、左右の側面金型
（側面成形部）１４が設けられている。各側面金型１４
は振動体であるアクチュエータ１５によってそれぞれ粉
流体Ｃに対して押し出し方向に向かって斜め内方へ加振
され、高周波振動が与えられる。アクチュエータ１５と
しては、例えば圧電式，磁歪式など公知の加振手段を用
いればよい。アクチュエータ１５は、連結棒１６を介し
てキャピラリＣの両端面を成形する側面金型１４に矢印
方向の往復運動を生じさせ、キャピラリＣの両端面との
間の摩擦抵抗を低くするとともに、キャピラリＣに対し
て押し出し方向の駆動力を発生させる。この駆動力は、
アクチュエータ１５の振幅または周波数を制御すること
で、調整可能である。

【００１４】成形部１２の上下面には、図４に示すよう
に上面金型１７と下面金型１８とが設けられている。こ
れら上下面金型（上下面成形部）１７，１８は図示しな
い厚み調整機構によって上下方向に調整可能である。側
面金型１４と上下面金型１７，１８とは機械的に分離さ
れており、側面金型１４と上下面金型１７，１８との間
には例えば１０〜２０μｍ程度の隙間δが設けられてい
る。これら隙間δは、側面金型１４の振幅よりやや大き
い、換言すれば側面金型１４がアクチュエータ１５によ
って振動した時に上下面金型１７，１８と接触しない距
離に設定され、かつキャピラリＣが漏れ出さない寸法に
設定されている。

【００１５】この実施例では、次のような組成の粉流体
を使用した。なお、結合剤は液体であり、その主成分は
例えばメチルセルロースである。上記組成のうち、セラ
ミック粉が５０％程度含まれるものが好ましい。

【００１６】

【表１】

【００１７】従来の押出成形金型で成形した場合には、
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、上記の
ように成形部１２の両側端にアクチュエータ１５によっ
て加振される側面金型１４を設けた場合には、図６に示
すように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１００％近くまで向上させることができ
た。

【００１８】図７は本発明にかかる押出成形金型の第２
実施例を示す。この押出成形金型２０の内壁には、始端
側にテーパ状の導入部２１、中間部に成形部２２と厚み
方向の絞り部２３、終端側に一定厚み一定幅の出口部２
４がそれぞれ設けられている。成形部２２から出口部２
４まで、その幅寸法は一定している。このような内壁形
状を持つ押出成形金型２０の場合、アクチュエータによ
って加振される側面金型２５を図７に示すように、絞り
部２３から出口部２４にかけての両側壁に取り付けるの
が望ましい。この部分で速度差が生じるからである。

【００１９】図８は本発明にかかる押出成形金型の第３
実施例を示す。この金型３０の内壁形状は第１実施例と
同様であり、始端側にテーパ状の導入部３１、終端側に
ストレート状の成形部３２がそれぞれ設けられ、成形部
３２の終端に出口部３３が開口している。出口部（上下
面金型）３３には、中央部と両側端部にそれぞれ流速セ
ンサ３４（上下２個で１組）が配置されており、これら
センサ３４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３４は金型３０の内部を流れる粉
流体の流速を検出してもよいし、金型３０から押し出さ
れた直後のシート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３５を介してコンピュー
タ３６に入力される。なお、流速センサ３４は粉流体Ｃ
の流速を非接触で検出するものが望ましく、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３６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、発振器３７に命令を送り、発振
器３７から左右の側面金型３８に内蔵されたアクチュエ
ータ（図示せず）へ送られる駆動信号を制御する。

【００２０】ここで、上記構成からなる押出成形金型３
０を用いてグリーンシートＳを成形する方法を図９にし
たがって説明する。まず、流速センサ３４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３５を
介してコンピュータ３６に送る。コンピュータ３６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、発振器３７
から右側（または左側）のアクチュエータへ駆動信号を
送り、側面金型３８を高周波振動させて流速差を減少さ
せる（ステップＳ４）。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。

【００２１】図１０は本発明にかかる押出成形金型の第
４実施例を示す。この実施例の押出成形金型４０では、
第３実施例の流速センサ３４に代えてグリーンシートＳ
の厚みを測定する肉厚センサ４１を用いた点を除き、そ
の他の構成は図８と同様である。

【００２２】肉厚センサ４１は上下２個で１組に構成さ
れ、成形部３２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４１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、側面金型３８に内
蔵されたアクチュエータをフィードバック制御する。な
お、肉厚センサ４１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、図８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。

【００２３】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７のような形状に限るもので
はない。アクチュエータの振動方向は、上記実施例のよ
うに粉流体の押し出し方向に向かって斜め内方に限定さ
れるものではなく、粉流体の押し出し方向に対して直交
方向または平行であっても摩擦抵抗を低減する効果があ
る。また、本発明で使用される粉流体は、セラミックキ
ャピラリに限らず、これより粘度の低いセラミックスラ
リー、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ーなどであってもよいし、
金属粉と結合剤，溶媒などを混合したペーストであって
もよい。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の発明によれば、粉流体の両端面を成形する側面
成形部に高周波振動を与える振動体を取り付けたので、
肉厚ばらつきの原因であるシート側面に働く摩擦抵抗の
みを低減できる。そのため、粉流体の幅方向の速度差が
小さくなり、全幅にわたってほぼ均一な厚みのシートを
成形できる。

【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の押出成形金型の正面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】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７】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。

【図８】本発明にかかる押出成形金型の第３実施例の斜
視図である。

【図９】図８に示す押出成形金型の制御方法のフローチ
ャート図である。

【図１０】本発明にかかる押出成形金型の第４実施例の
斜視図である。

【符号の説明】

１０ 押出成形金型 １２ 成形部 １４ 側面金型（側面成形部） １５ アクチュエータ（振動体） １７ 上面金型（上面成形部） １８ 下面金型（下面成形部） Ｃ 粉流体 Ｓ グリーンシート

Claims (4)

【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側面
   成形部と上記粉流体の上下面を成形する上下面成形部と
   が分離され、上記側面成形部に高周波振動を与える振動
   体が設けられていることを特徴とする押出成形金型。
2. 【請求項２】上記振動体は、上記側面成形部を粉流体の
   押し出し方向に向かって斜め内方へ振動させることを特
   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振動体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または２に記
   載の押出成形金型。
4. 【請求項４】上記金型の成形部から押し出された直後の
   粉流体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粉流体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
   る方向に左右の振動体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または２に記載の押出
   成形金型。