JP2002079509A - セラミックシートの成形方法及び成形装置 - Google Patents

セラミックシートの成形方法及び成形装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリュー押出機を用いて比較的幅広く厚さ
が薄いセラミックシートをしわの発生を抑制しつつ押出
成形することができる，セラミックシートの成形方法及
び成形装置を提供すること。 【解決手段】 スクリュー式の押出機２と，押出機２の
先端に配設された成形型１１とを有する成形装置１を用
い，押出機２に導入したセラミック材料を成形型１１か
らシート形状に押出成形してセラミックシートを成形す
る方法において，成形型１１を通過中のセラミック材料
を，その幅方向に複数に分割してなる各領域においてそ
れぞれ温度調整しながら押出成形を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は，例えば積層排気ガスセンサ並び
に積層ヒータ等に使用するセラミックグリーンシートの
成形方法および成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】セラミックシートの成形方法は，ドクター
ブレード法（キャスティング法）と押出成形法が知られ
ている。一般には，ドクターブレード法で製造されてい
る。この方法では，まずセラミック粉末を有機バインダ
ー（結合剤）及び溶剤などに混合し，スラリーを作成す
る。次いで，スラリーをキャリアフイルム上に設置され
たドクターブレードを有するダムへ注入し，前記キャリ
アフイルムを一定方向に一定速度で移動する。これによ
り，上記スラリーがドクターブレードとキャリアフイル
ムの隙間から連続的に流出される。その後，キャリアフ
イルムと共にスラリーを乾燥し，これをキャリアフイル
ムから剥離されることにより，一定厚さのセラミックシ
ートが得られる。
【０００３】しかし，前記ドクターブレード法において
は，多量の溶剤を加えたスラリーを使用する必要があ
り，そのため，乾燥後のシート内に溶剤の揮発した後に
出来る気孔が数多くできる。この多数の気孔の存在によ
って，セラミック粉末の充填率の低下，焼成収縮の増
大，焼成収縮のバラツキ等の不具合が発生する。そして
その結果，製品寸法がばらつくという問題が発生する。
【０００４】また，厚いシートを成形する場合，スラリ
ーから成形するために，スラリーを厚く保形するのが非
常に困難となり，厚いシートを成形することが出来な
い。そのため厚いシートを必要とする製品を製造する場
合，薄いシートを必要枚数積層して製造しなければなら
ないという問題が生じる。
【０００５】また，セラミック粉末は，完全な単分散の
粒度分布に揃えることは非常に難しく，ある程度の幅の
粒度分布を有する。そのため，上記ドクターブレード法
により仮に厚いシートが成形できたとしても，乾燥中に
上記スラリー中において，大きい粒子のセラミックが先
に自然沈降し，シートの上面部分と下面部分で密度差が
生じる。その結果，上面と下面で焼成収縮率の差が発生
し，製品が反るという問題が発生する。なお，この問題
は，ドクターブレード法の場合，薄いシートでも同様に
発生する場合がある。
【０００６】それに対して，押出成形法によれば，セラ
ミック粉末の充填率が高く，厚いシートを成形すること
ができる。押出成形には，プランジャー式とスクリュー
式があり，プランジャー式はセラミック材料を詰めてピ
ストンにより成形型から押出す方法で，セラミック材料
の詰め方にもよるが一定の流れ性を得ることが出来る
が，セラミック材料を連続的に押出すことが出来ないと
いう欠点がある。
【０００７】一方，スクリュー式は，スクリューを内蔵
した押出機を用い，スクリューを回転させることにより
成形型より連続的に押出す方法である。しかし，スクリ
ュー押出機内部でのセラミック材料の流れ性のバラツキ
により，幅が広く厚さの薄いシートを，特にスクリュー
径の小さな押出機を用いて成形しようとすると，部分的
に成形圧力が上昇したり，低下したりすることにより，
セラミック材料の流れが不均一となり，シートにしわが
発生する。
【０００８】この問題に対しては，種々の対策が提案さ
れてきた。 （１）スクリュー径を大きくすることにより，セラミッ
ク材料にかかる圧力を十分に均一化する。この対策で
は，シートへのしわの発生を防止できるが，スクリュー
押出機が非常に大型化する。そのため，セラミック材料
を変更する場合の分解洗浄に，非常に大きな工数がかか
ると共に，装置内に残るセラミック材料が多くなること
から原料歩留まりが非常に悪化するという問題がある。
【０００９】（２）特開昭６３−３０７９０３号公報で
は，プランジャー式の場合において，中央部よりも両端
部のシート温度を高くすることにより両端部と中央部の
シートの流動速度をほぼ等しくなるようにする技術が開
示されている。しかしながら，スクリュー式の場合に
は，プランジャー式のようにいつも中央部の速度が速い
とは限らず，両端部またはある一部分が早いときに調整
できないという問題が生じるので，この技術をそのまま
スクリュー式に適用することはできない。また，適用で
きたとしてもスクリュー径の大きな場合は，シート内に
欠陥を多く発生させてしまう。
【００１０】（３）特開昭６１−１２５８０５号公報に
は，整流用のブロックを出し入れすることにより流れを
調整する技術が提案されている。しかしながら，これ
は，厚肉幅広シートの為のものであり本願の目的と相違
する。 （４）特開平９−３２８３６６号公報及び特開平１０−
１５２３７９号公報には，セラミック材料（杯土）に添
加する可塑剤等を変更することにより坏土の流れ性を良
くすることにより均一なシートを得る技術が提案されて
いる。しかしながらこの方法では，添加剤の組成を変更
すると焼成収縮率等の各種セラミック特性が変わり製品
性能が変わるという問題が生じる。
【００１１】
【解決しようとする課題】このように，従来より，セラ
ミックシートへのしわの発生防止策として種々の技術が
提案されているが，スクリュー押出機を用いた場合の効
果的な対策は未だなされていない。特に，スクリュー押
出機を用いて，幅が広く厚さが薄いセラミックシートを
しわの発生を抑制しつつ押出成形する方法は，未だ確立
されていない。
【００１２】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，小径のスクリュー押出機を用いて比較的
幅広く厚さが薄いセラミックシートをしわの発生を抑制
しつつ押出成形することができる，セラミックシートの
成形方法及び成形装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題の解決手段】請求項１の発明は，スクリュー式の
押出機と，該押出機の先端に配設された成形型とを有す
る成形装置を用い，上記押出機に導入したセラミック材
料を上記成形型からシート形状に押出成形してセラミッ
クシートを成形する方法において，上記成形型を通過中
のセラミック材料を，その幅方向に複数に分割してなる
各領域においてそれぞれ温度調整しながら押出成形を行
うことを特徴とするセラミックシートの成形方法にあ
る。
【００１４】本発明において最も注目すべき点は，上記
成形型を通過中のセラミック材料を，幅方向の上記各領
域ごとに温度調整しながら押出成形を行うことである。
上記幅方向の領域の分割は，少なくとも３分割以上行う
ことが好ましい。これにより，少なくとも中央部分と両
サイド部分とを別個に温度調整することができる。な
お，具体的な分割数は，成形しようとするセラミックシ
ートの幅寸法等に応じて適宜選択することができる。
【００１５】次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明においては，上記のごとく，成形型を通過中のセ
ラミック材料を，その幅方向に複数に分割してなる各領
域においてそれぞれ温度調整しながら押出成形を行う。
そのため，押出し成形されていくセラミックシートの幅
方向における成形速度の差異，およびこれに伴う形状の
変化を，精度よく抑制することができる。
【００１６】例えば，中央部分の成形速度が速く，その
部分が波立った形状（しわ形状）となる場合には，この
中央部分に対応する領域における，成形型通過中のセラ
ミック材料の温度を相対的に低くするように温度調整を
行う。具体的には，中央部分の領域の温度を低下させる
か，その周囲の領域の温度を高めるか，あるいはこれら
の両方を行う。
【００１７】これにより，成形型通過中のセラミック材
料は，幅方向の中央部分に位置する領域の温度が相対的
に下がり，流動性も相対的に低下する。この現象は，セ
ラミック材料の流動性が温度に相関があるために生じ
る。そして，この流動性の相対的な低下によって，幅方
向中央部分の領域における押出成形速度は，相対的に低
下する。これにより，成形型から押出されるセラミック
シートは，幅方向に略均一な押出成形速度に修正され，
その形状もしわ等のない優れた形状に改善される。
【００１８】また，しわ形状の発生が中央部分でなく，
他の部分であっても，その部分に対応する領域の成形型
通過中におけるセラミック材料の温度を相対的に低下さ
せることにより，その領域に対応する部分の流動性の相
対的な低下および押出成形速度の相対的な低下を得るこ
とができる。そして，これにより，成形型から押出され
るセラミックシートは，幅方向に略均一な押出成形速度
に修正され，その形状もしわ等のない優れた形状に改善
される。
【００１９】そして，本発明では，このように積極的に
形状修正を行うことができるので，従来しわが発生して
スクリュー押出機を用いた押出成形がうまくできなかっ
た，比較的幅広で薄肉のセラミックシートであっても，
非常に優れた形状にスムーズに成形することができる。
【００２０】したがって，本発明によれば，スクリュー
押出機を用いて比較的幅広く厚さが薄いセラミックシー
トをしわの発生を抑制しつつ押出成形することができ
る，セラミックシートの成形方法を提供することができ
る。
【００２１】次に，請求項２の発明のように，押出成形
された上記セラミックシートの成形速度相関データを上
記各領域に対応する領域ごとに測定し，得られた速度相
関データに基づいて上記温度調整を行うことが好まし
い。この場合には，押出機から成形型に押出されるセラ
ミック材料の状態が変化しやすい場合などにおいても適
宜自動的に温度調整を行うことができ，更に精度よくセ
ラミックシートの形状制御を行うことができる。上記の
各領域の成形速度相関データは，例えば非接触式の速度
センサ等により測定した速度データ，あるいは速度に相
関のある形状データ，変位データを用いることができ
る。これは，成形速度の差はしわ，波うち形状等のシー
トの形状に反映されるので，その形状，変位等の測定に
より上記成形速度データの代替とすることができるため
である。
【００２２】また，請求項３の発明のように，上記押出
機に内蔵されたスクリューの外径ｄと上記セラミックシ
ートの幅寸法Ｗとは，Ｗ≧３ｄの関係にあることが好ま
しい。即ち，Ｗ≧３ｄ以上の幅広薄肉形状を有するセラ
ミックシートを成形する場合には，特にしわが発生しや
すい傾向にある。本発明は，この場合にも上記の優れた
作用効果を有効に発揮させることができ，しわ等の発生
を防止することができる。
【００２３】また，請求項４の発明のように，上記押出
機に内蔵されたスクリューの外径ｄと上記セラミックシ
ートの幅寸法Ｗとは，Ｗ≧５ｄの関係にあってもよい。
この場合には，さらにしわが発生しやすいが，上記の優
れた作用効果を有効に発揮させることができ，しわ等の
発生を防止することができる。
【００２４】また，請求項５の発明のように，上記押出
機に内蔵されたスクリューの外径ｄは７０ｍｍ以下であ
ることが好ましい。この場合には，スクリュー押出機全
体を比較的コンパクトにすることができ，材料替え等の
分解作業を１人の作業者により容易に行うことができ，
工程合理化，工数低減を図ることができる。一方，スク
リュー押出機のスクリューの外形が小さいほど，広幅の
セラミックシートの作製が困難になる傾向がある。しか
しながら，本発明では，上記作用効果の発揮によって，
従来作製困難であった幅広のセラミックシートであって
も優れた形状で成形することが可能となる。
【００２５】また，上記のごとくスクリュー径を７０ｍ
ｍ以下に小型化することにより，スクリュー押出機の内
部容積が小さくなる。これにより，スクリュー押出機内
部へ導入される空気量を少なくすることができる。それ
故，得られるセラミックシート内部への空気の混入を抑
制することができ，品質の向上を図ることができる。そ
して，この空気の混入を抑制することによって，上記セ
ラミックシートの内部欠陥を抑制することができる。さ
らに，セラミックシートを電気絶縁用の材料として用い
る際に，その絶縁不良や割れの発生を抑制することもで
きる。
【００２６】また，請求項６の発明のように，上記セラ
ミックシートの厚みは１．５ｍｍ以下であることが好ま
しい。従来厚みが１．５ｍｍ以下のセラミックシートを
作製する場合には，しわ等の発生によりその幅をあまり
広く設定することができなかった。これに対し，本発明
では，厚みが１．５ｍｍ以下の場合であっても，上記の
作用効果を有効に発揮することができ，従来作製困難で
あった幅広のセラミックシートであっても優れた形状で
成形することが可能となる。
【００２７】また，請求項７の発明のように，上記セラ
ミックシートの厚みは３００μｍ以下であってもよい。
この場合には，さらにしわ等の発生のおそれが高いが，
上記の作用効果を有効に発揮することにより，優れた形
状で成形することが可能となる。
【００２８】また，請求項８の発明のように，上記成形
型には，セラミック材料の流動抵抗を変化させる複数の
整流板を進退可能に配設してあり，上記温度調整を行う
と共に上記整流板の進退によってセラミック材料の流動
抵抗を調整しながら押出成形を行うこともできる。この
場合には，上記の領域ごとの温度調整に加えて，整流板
の進退による物理的な流動抵抗の制御を行うことによ
り，さらにしわ等の形状修正効果を高めることができ
る。
【００２９】次に，請求項９の発明は，スクリュー式の
押出機と，該押出機の先端に配設された成形型とを有
し，上記押出機に導入したセラミック材料を上記成形型
からシート形状に押出成形してセラミックシートを成形
する装置において，上記成形型には，該成形型内を通過
するセラミック材料を，その幅方向に複数に分割してな
る各領域においてそれぞれ温度調整するための温度調整
手段を有していることを特徴とするセラミックシートの
成形装置にある。
【００３０】本発明において最も注目すべき点は，上記
成形型に，上記各領域ごとにセラミック材料の温度調整
を行うための上記温度調整手段を設けたことである。上
記温度調整手段としては，後述するごとく，種々の方法
をとることができる。また，上記領域の分割数は，少な
くとも中央部と両端側とを制御できるように３分割以上
とすることが好ましい。また，上記温度調整手段は，上
記成形型の上下のいずれか一方に設けてもよいし，上下
両方に設けることもできる。そして，上下両方に設ける
場合には，上記領域の分割を上下とも同様に行ってもよ
いし，上下を異なる分割数に変更することも可能であ
る。
【００３１】次に，本成形装置の作用効果につき説明す
る。本成形装置の上記成形型には，上記温度調整手段を
設けてある。そのため，本成形装置を用いてセラミック
シートを押出成形する場合には，成形型を通過中のセラ
ミック材料を，その幅方向に複数に分割してなる各領域
において，上記温度調整手段によってそれぞれ温度調整
しながら押出成形を行うことができる。そのため，上記
のごとき非常に優れた成形方法を確実に実行することが
できる。
【００３２】それ故，本発明によれば，スクリュー押出
機を用いて比較的幅広く厚さが薄いセラミックシートを
しわの発生を抑制しつつ押出成形することができる，セ
ラミックシートの成形装置を提供することができる。
【００３３】次に，請求項１０の発明のように，上記温
度調整手段は，上記成形型を幅方向に分割してなる各領
域ごとにそれぞれ設けたチャンバーと，該チャンバーに
それぞれ加熱または冷却用の熱媒体を循環させる熱媒体
循環手段とを有することが好ましい。この場合には，各
チャンバーに循環させる熱媒体の流量あるいは温度を制
御することによって，各領域ごとのセラミック材料の温
度調整を容易に行うことができる。
【００３４】また，請求項１１の発明のように，上記温
度調整手段は，上記成形型を幅方向に分割してなる各領
域ごとに制御可能なヒータを有することもできる。この
場合には，ヒータの加熱能力によって，各領域ごとにセ
ラミック材料の温度を上昇させることができる。また，
上記ヒータは，上述したチャンバーに循環させる熱媒体
と共に用いることもでき，この場合には，加熱，冷却
等，種々の組み合わせ制御を容易に行うことができ，温
度制御の精度を向上させることができる。
【００３５】また，請求項１２の発明のように，上記成
形装置は，上記成形型から押出されたセラミックシート
の成形速度を上記各領域に対応する領域ごとに測定する
成形速度相関データ測定手段と，該成形速度相関データ
測定手段により得られた速度相関データに基づいて上記
温度調整手段を制御する制御手段を有することが好まし
い。この場合には，上記成形速度相関データ測定手段か
らフィードバックされる速度分布に応じて，精度よく上
記温度調整手段を制御することができる。なお，上記成
形速度相関データ測定手段は，直接速度を測定する速度
センサに限らず，間接的に速度に相関のある形状，ある
いは変位を測定する形状センサ，変位センサ等を適用し
て形状，変位等のデータを測定し，これを用いて制御す
ることができる。
【００３６】また，請求項１３の発明のように，上記押
出機に内蔵されたスクリューの外径ｄと上記セラミック
シートの幅寸法Ｗとは，Ｗ≧３ｄの関係にあることが好
ましい。この場合には，上記と同様に，特に有効にしわ
等の発生防止効果を発揮させることができる。
【００３７】また，請求項１４の発明のように，上記押
出機に内蔵されたスクリューの外径ｄと上記セラミック
シートの幅寸法Ｗとは，Ｗ≧５ｄの関係にあってもよ
い。この場合にも，上記と同様に，しわ等の発生防止効
果を有効に発揮させることができる。
【００３８】また，請求項１５の発明のように，上記押
出機に内蔵されたスクリューの外径ｄは７０ｍｍ以下で
あることが好ましい。この場合には，上記と同様に，ス
クリュー押出機全体を比較的コンパクトにすることがで
き，材料替え等の分解作業を１人の作業者により容易に
行うことができ，工程合理化，工数低減を図ることがで
きると共に，しわ等の発生防止効果を特に有効に発揮さ
せることができる。また，上述したごとく，得られるセ
ラミックシートへの空気の混入を抑制することもでき
る。
【００３９】また，請求項１６の発明のように，上記セ
ラミックシートの厚みは１．５ｍｍ以下であることが好
ましい。上記のごとく，厚みが１．５ｍｍ以下のセラミ
ックシートを作製する場合には，しわ等の発生によりそ
の幅をあまり広く設定することができなかったが，特に
この範囲においては，上記の作用効果を有効に発揮する
ことができる。
【００４０】また，請求項１７の発明のように，上記セ
ラミックシートの厚みは３００μｍ以下であることがよ
り好ましい。この場合には，上記のごとく，さらにしわ
等の発生のおそれが高いが，上記の作用効果を有効に発
揮することにより，優れた形状で成形することが可能と
なる。
【００４１】また，請求項１８の発明のように，上記成
形型には，セラミック材料の流動抵抗を変化させる複数
の整流板を進退可能に配設してあることが好ましい。こ
の場合には，上記温度調整手段と共に上記整流板を制御
することにより，更に優れた形状修正効果を発揮させる
ことができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかるセラミックシートの成形方
法及び成形装置につき，図１〜図５を用いて説明する。
本例のセラミックシートの成形装置１は，図１に示すご
とく，スクリュー式の押出機２，３と，押出機２の先端
に配設された成形型１１とを有し，押出機２に導入した
セラミック材料８０を成形型１１からシート形状に押出
成形してセラミックシート８を成形する装置である。上
記成形型１１には，該成形型１１内を通過するセラミッ
ク材料８０を，その幅方向に複数に分割してなる各領域
においてそれぞれ温度調整するための温度調整手段５を
有している。
【００４３】以下，これを詳説する。本例の成形装置１
は，図１に示すごとく，２段のスクリュー式押出機２，
３を連ねてなると共に，下段の押出機２の先端に上記成
形型１１を配設してある。成形型１１，図１，図２に示
すごとく，円管の一方を押しつぶしたような形状を有
し，先端に行くにつれて上下方向の寸法を狭め，かつ，
幅方向の寸法を広くしてある。そして，図１に示すごと
く，その先端には押出成形するセラミックシート８の厚
みを規制するための一対の口金１２１，１２２を配設し
てある。上方の口金１２１は，調整ねじ１２５のねじ込
み量を調整することにより進退可能に配設されており，
下方の口金１２２との間とのギャップを調整することが
できる。
【００４４】そして，成形型１１は，図１〜図３に示す
ごとく，上記温度調整手段５として，成形型１１を幅方
向に分割してなる各領域ごとにそれぞれ設けたチャンバ
ー５１と，該チャンバー５１にそれぞれ冷却用の熱媒体
６を循環させる熱媒体循環手段６０とを有する。本例の
チャンバー５１は，図２，図３に示すごとく，上下それ
ぞれに幅方向に３分割してなる領域にそれぞれ設けた。
そして，各チャンバーには，熱媒体の流入口５１１と排
出口５１２とを設け，これらに熱媒体循環手段６の循環
パイプ６２１，６２２をそれぞれ接続した。
【００４５】熱媒体循環手段６０は，ポンプ，電磁弁等
を介して熱媒体タンクからそれぞれのチャンバー５１に
適宜熱媒体６を循環できるよう構成されている。この熱
媒体循環手段６０の制御方法および詳細構造としては種
々の構成をとることができる。例えば後述する実施形態
例のようにフィードバック制御により自動制御を行うこ
ともできる。本例では，自動制御を採用せず，手動によ
り各チャンバー５１への冷却用の熱媒体６の温度および
流量を調整するよう構成した。
【００４６】また，図１に示すごとく，上記各スクリュ
ー式の押出機２，３は，いずれも，軸体２２１，３２１
の周囲にリード部２２２，３２２を螺旋状に巻回してな
る押出スクリュー２２，３２をハウジング２１，３１の
内部に内蔵してなる。本例では，上記押出スクリュー２
２，２３として，その外径（リード部の外径）ｄがφ３
０ｍｍのものを採用した。そして両者の間には，真空室
４を配設してある。また，上段の押出機３の後端上方に
は，セラミック材料８０を導入するための材料導入部３
９を配設した。
【００４７】材料導入部３９は，同図に示すごとく，逆
四角錘状に形成された開口部３９０と，その下方に配設
された左右一対の押込みローラ３９２とを有する。この
一対の押込みローラ３９２は，両者の間に投入されたセ
ラミック材料８０を噛み込んで下方の押出機３の内部に
送るよう構成されている。また，上記真空室４は，上段
の押出機３から押出されたセラミック材料８０を脱気処
理すべく，内部をポンプ５５により真空引きできるよう
構成されている。さらに，真空室４には，上記材料導入
部３９におけるものと同様の左右一対の押込みローラ２
９２を配設してある。
【００４８】次に，本例では，上記成形装置１により成
形されたセラミックシート８を乾燥させてコイル状に巻
き上げる乾燥装置７を準備した。乾燥装置７は，一対の
プーリー７１１，７１２とこれらにより駆動されるベル
ト７１３よりなるベルトコンベア７１を有する。また，
ベルトコンベア７１には，ベルト７１３が通過するヒー
タ室７３が配設されている。ヒータ室７３は，ケース７
３０内にヒータ７３１と温度センサ７３２とを有してな
り，ヒータコントローラー７３５が，上記温度センサ７
３２の測定値に基づいてヒータ７３１を制御し，一定の
温度を維持するよう制御される。
【００４９】また，上記ベルトコンベア７１の入り側に
は，押出成形されたセラミックシート８のたわみ量を測
定する変位センサ７４１と，これの測定値に基づいて上
記たわみ量が一定となるようにベルトコンベア７１の速
度を制御する速度制御装置７４が設けられている。ま
た，ベルトコンベア７１の出側には，乾燥後のセラミッ
クシート８をコイル状に巻き取るコイラー７５が設けて
ある。
【００５０】次に，上記成形装置１を用いて実際にセラ
ミックシート８を成形した。セラミック材料８０として
は，アルミナ粉末１００重量部，メチルセルロース１２
重量部，グリセリン２重量部，水２０重量部を混合した
ものを用いた。成形するセラミックシート８のサイズ
は，幅Ｗ（図２）を２５０ｍｍ，厚みＴ（図１）を２０
０μｍとした。そして，このセラミックシート８のサイ
ズに対応する形状に上記成形型１１を構成した。したが
って，上記スクリュー押出機２の押出スクリュー２２の
外径ｄ（図２）とセラミックシート８の幅寸法Ｗとの関
係は，Ｗ≧３ｄの関係にある。
【００５１】セラミックシート８の成形に当たっては，
まず上記のセラミック材料８０を材料導入部３９から投
入する。投入されたセラミック材料８０は，一対の押込
みローラ３９２によって下方の押出機３内に送られる。
押出機３内のセラミック材料８０は，押出スクリュー３
２の回転によって混練されながら前進し，真空室４へと
押出される。真空室４に進入したセラミック材料８０
は，脱気された状態で，一対の押込みローラ２９２によ
り下方の押出機２に送られる。押出機２内のセラミック
材料８０は，押出スクリュー２２の回転によってさらに
混練されながら前進し，成形型１１に進入した後，口金
１２１，１２２の間からシート状に成形されて押出され
る。押出されたセラミックシート８は，上記の乾燥装置
７によって乾燥され，コイル状に巻き取られる。
【００５２】そして，本例では，押出成形される上記セ
ラミックシート８の形状を修正すべく，上記温度調整手
段５を用いることにより，成形型１１を通過中のセラミ
ック材料８０を，その幅方向に複数に分割してなる各領
域においてそれぞれ温度調整しながら押出成形を行っ
た。
【００５３】具体的には，まず，成形開始時において
は，上記熱媒体循環手段６０によって１０℃の温度の熱
媒体６を全チャンバー５１に同様に循環させておく。そ
して，成形されるセラミックシート８の形状を観察し，
成形速度が速くしわ状となった部分に対応する領域のチ
ャンバー５１に循環させる熱媒体６の温度を低下させる
か，その他の領域のチャンバー５１に循環させる熱媒体
６の温度を上昇させるか，あるいはその両方を行う。こ
れにより，成形型１１内を通過するセラミック材料８０
の流動性が各領域ごとに調整され，口金１２１，１２２
を通過するセラミック材料８０の速度を幅方向において
ほぼ一定にすることができる。
【００５４】さらに図５を用いて説明すると，図５
（ａ）に示すごとく，押出成形されるセラミックシート
８の中央部の速度が速く，しわが発生している場合に
は，成形型１１通過中の中央の領域のセラミック材料８
０の温度が両側よりも相対的に低くなるように，各チャ
ンバー５１に循環させる熱媒体６の温度を変化させる。
【００５５】また，図５（ｂ）に示すごとく，押出成形
されるセラミックシート８の両サイドの速度が速く，し
わが発生している場合には，成形型１１通過中の両サイ
ドの領域のセラミック材料８０の温度が中央のものより
も相対的に低くなるように，各チャンバー５１に循環さ
せる熱媒体６の温度を変化させる。また，図５（ｃ）に
示すごとく，押出成形されるセラミックシート８の一部
分の速度が速く，しわが発生している場合には，成形型
１１通過中の上記一部分に対応する領域のセラミック材
料８０の温度がその他の部分よりも相対的に低くなるよ
うに，各チャンバー５１に循環させる熱媒体６の温度を
変化させる。
【００５６】なお，本例では，熱媒体６の温度を変化さ
せる方法を用いたが，熱媒体６の流量を変化させて伝熱
量を変化させる方法，あるいは，これらを組み合わせた
方法を用いることも勿論可能である。
【００５７】このように，本例の成形装置１を用いれ
ば，成形型１から押出されるセラミックシート８の形状
に応じて，上記温度調整手段５を操作することにより，
セラミックシート８の形状を優れた形状に容易に修正す
ることができる。したがって，本例の成形装置１を用い
て上記成形方法を実施すれば，比較的幅広く厚さが薄い
セラミックシートであっても，しわの発生を防止しつつ
安定的に押出成形することができる。
【００５８】また，本例では，上記スクリューの外径ｄ
を積極的に小さくし，φ３０ｍｍを採用した。このた
め，スクリュー押出機２全体をコンパクトにすることが
でき，材料替え等の分解作業を１人の作業者により容易
に行うことができ，工程合理化，工数低減を図ることが
できる。
【００５９】また，上記のごとくスクリュー径をｄを小
さくしたので，スクリュー押出機２の内部容積が小さく
なる。これにより，スクリュー押出機２内部へ導入され
る空気量を少なくすることができる。それ故，得られる
セラミックシート８内部への空気の混入を抑制すること
ができ，品質の向上を図ることができる。そして，この
空気の混入を抑制することによって，上記セラミックシ
ート８を電気絶縁用の材料として用いる際に，その絶縁
不良や割れの発生を抑制することもできる。
【００６０】実施形態例２ 本例は，図６に示すごとく，実施形態例１の成形型１１
に，セラミック材料８０の流動抵抗を変化させる整流板
１７を進退可能に配設した例である。具体的には，図７
に示すごとく，口金１２１よりも内部に，幅方向に５分
割した整流板１７を配設し，それぞれ進退ねじ１７５の
ねじ込み量の調整により進退可能に構成した。その他
は，実施形態例１と同様である。
【００６１】この場合には，上記の領域ごとの温度調整
に加えて，整流板１７の進退による物理的な流動抵抗の
制御を行うことにより，さらにしわ等の形状修正効果を
高めることができる。その他は，実施形態例１と同様の
作用効果が得られる。
【００６２】実施形態例３ 本例は，図８及び図９に示すごとく，実施形態例１の成
形型１１に設ける領域を変更した例，即ち，成形型１１
を，上下ともに幅方向に５分割した領域を設け，それぞ
れの領域にチャンバー５１を配設した例である。
【００６３】この場合には，実施形態例１の場合よりも
領域の分割数を多くしたことにより，温度調整のきめ細
かさが向上し，さらにセラミックシートの形状修正効果
が向上する。一方，比較的幅の狭いセラミックシートを
成形する場合には，５分割の領域を設ける必要がない場
合もあり，この場合には，上記実施形態例１と同様の３
分割を採用することによって，装置の簡素化および設備
費用の低減を図ることができる。その他は実施形態例１
と同様の作用効果が得られる。
【００６４】実施形態例４ 本例は，図１０及び図１１に示すごとく，実施形態例１
の成形型１１に設ける領域を変更した例，即ち，成形型
１１を，上方は幅方向に３分割（図１０（ａ）），下方
は幅方向に４分割（図１０（ｂ））した領域を設け，そ
れぞれの領域にチャンバー５１を配設した例である。こ
の場合には，例えば，セラミックシート８の上面側より
も下面側の方が幅方向の偏差が大きい場合において，下
面側を上面側よりきめ細かく温度調整することができ
る。その他は，実施形態例１と同様の作用効果が得られ
る。
【００６５】実施形態例５ 本例は，図１２に示すごとく，上記温度調整手段５とし
て，熱媒体循環手段６０に加えて，上記成形型を幅方向
に分割してなる各領域ごとに制御可能なヒータ６５を設
けた例である。即ち，成形型１１の上下には１ゾーンの
みのチャンバー５１を設け，また，上下の内壁内部には
複数のヒータ６５を複数埋設した。
【００６６】この場合には，上記チャンバー５１に循環
させる熱媒体６によって，成形型１１内を通過するセラ
ミック材料８０の全体的な温度を制御し，かつ，上記ヒ
ータ６５の部分的な制御によって上記実施形態例１の場
合と同様の温度調整を行う。この場合には，ヒータ６５
の設置間隔によって幅方向の領域の分割数を容易に細か
くすることができ，さらにきめ細かい調整を行うことが
できる。その他は，実施形態例１と同様の作用効果が得
られる。
【００６７】実施形態例６ 本例では，実施形態例１および３の成形装置を基本と
し，種々のサイズのセラミックシート８を成形して，上
記温度調整手段５の効果を試験した。試験は，表１に示
すごとく，スクリュー式の押出機２，３として，スクリ
ュー径ｄがφ３０ｍｍ，φ５０ｍｍの２種類のものを用
いた。また，セラミックシートの幅Ｗは，３０〜２５０
ｍｍの範囲とした。また，セラミックシートの厚みはす
べて２００μｍとした。また，表１には，それぞれの試
験に使用した成形型における幅方向領域の分割数（制御
ゾーン数），及びＷ／ｄの値，及び成形後のしわ発生有
無を示した。なお，各領域の分割は図３，図９に示すご
とく，上下とも３分割か上下とも５分割のいずれかとし
た。
【００６８】表１より知られるごとく，上記温度調整手
段による温度調整を行わない場合には，Ｗ／ｄが２以下
の場合では問題ないが，３になると時々しわが発生する
ようになり，３を超えた場合には，常時しわが発生し
た。これに対し，上記温度調整手段を用いて温度調整を
行った場合には，分割数が３であっても少なくともＷ／
ｄが６まで（即ち，Ｗ≧５ｄであっても）しわの発生を
十分に抑制して優れた形状のセラミックシートを成形す
ることができた。さらに，Ｗ／ｄが８．３の場合におい
ては，分割数が３の場合には若干しわが発生するもの
の，５分割化することによって，これを解消することが
できることがわかる。
【００６９】
【表１】
【００７０】実施形態例７ 本例では，図１３に示すごとく，実施形態例１の成形装
置１における温度調整手段５を自動制御化した例であ
る。同図に示すごとく，本例の温度調整手段５は，成形
型１１を幅方向に５分割してなる各領域ごとにそれぞれ
設けたチャンバー５１と，該チャンバー５１にそれぞれ
冷却用の熱媒体６を循環させる熱媒体循環手段６０とを
有する。そして本例の熱媒体循環手段６０は，上記熱媒
体循環手段６０を成形されるセラミックシート８の幅方
向各部の成形速度に応じてフィードバック制御するよう
構成してある。
【００７１】具体的には，まず成形型１１の各チャンバ
ー５１の流入口５１１と排出口５１２とにそれぞれ熱媒
体タンク６１から循環パイプ６２１，６２２を接続し
た。流入口５１１に接続した循環パイプ６２１には，流
量制御バルブ６３及びポンプ６４をそれぞれ配設してあ
り，各循環パイプ６２１に循環させる流量を各々制御で
きるように構成してある。なお，本例では，上下に対面
する領域は，同じ循環パイプ６２１，６２２を分岐して
同一経路とした。
【００７２】また，上記流量制御バルブ６３は熱媒体制
御装置６５に接続されており，これから出されるバルブ
制御命令によりバルブ開度を調整し熱媒体６の流量を調
整するよう構成されている。さらに上記熱媒体制御装置
６５は，シート成形速度評価装置６６に接続されてお
り，これから出される温度制御命令に基づいて上記バル
ブ制御命令を算出するよう構成されている。
【００７３】上記シート成形速度評価装置６６は，同図
に示すごとく，成形型１１の出側下方に配設された５つ
の成形速度センサ６６５に接続されており，これらから
得られる成形速度測定値に基づいて上記温度制御命令を
算出するよう構成されている。上記５つの成形速度セン
サ６６５は，上記温度調整のための幅方向の各分割領域
に対応している。
【００７４】そして，本例においては，上記の構成によ
って，温度調整手段を自動制御化することができる。即
ち，セラミックシート８の成形開始時には，ある特定の
初期条件で各チャンバー５１に熱媒体６を循環させてお
く。そして，成形型１１から成形されるセラミックシー
ト８の速度を，上記５つの成形速度センサ６６５によっ
て，それぞれ測定する。
【００７５】この成形速度測定値を基にして，上記シー
ト成形速度評価装置６６が，どの領域の温度を上昇させ
るかあるいは低下させるかを決定し，その内容を温度制
御命令として上記熱媒体制御装置６５に送る。熱媒体制
御装置６５では，上記温度制御命令に従って，各チャン
バー５１に循環させる熱媒体６の流量を決定し，上記流
量制御バルブ６３を制御する。
【００７６】このように，本例の成形装置および方法を
用いれば，成形しながらセラミックシート６の形状に応
じて自動的に温度調整手段５をフィードバック制御する
ことができ，制御の応答性向上及び精度向上を図ること
ができる。その他は実施形態例１と同様の作用効果が得
られる。
【００７７】実施形態例８ 本例では，実施形態例１におけるスクリュー押出機２，
３の押出スクリュー２２，２３の外径ｄを変化させ，得
られたセラミックシート８の内部欠陥量を測定した。こ
の内部欠陥は，押出成形時に空気の巻き込みによって生
じるものである。内部欠陥量の測定は，大きな欠陥につ
いては，投光器によりシートを透過し，目視により実施
し，小さな欠陥についてはＸ線マイクロフォーカスによ
り透過検査を実施した。
【００７８】測定結果を図１４に示す。同図は横軸に押
出スクリューの外径ｄを，縦軸にセラミックシート８の
内部欠陥の個数をとったものである。同図より知られる
ごとく，内部欠陥の個数は，外径ｄが大きいほど多くな
った。このことから，スクリュー外径ｄが大きいほど押
出成形時に空気の巻き込みが大きく，内部欠陥として残
りやすいことがわかる。また，外径ｄが７０ｍｍ以下の
場合には，内部欠陥数が単位面積（１ｃｍ2）あたり１
個以下であり，良好であることもわかる。
【００７９】このように，本例では，スクリュー外径ｄ
を小さくするほど内部欠陥の少ないセラミックシートを
作製できることがわかった。これを応用して，例えば電
気絶縁材料として用いるセラミックシートを作製する場
合に，できる限りスクリュー外径の小さい押出成形装置
を用いることにより，上記内部欠陥が少なくなり，絶縁
不良や，割れの発生のないセラミックシートを得ること
ができる。
【００８０】なお，上記各実施形態例においては，種々
の材質，あるいは種々の用途のセラミックシートを作製
可能である。例えば，インジェクタその他のアクチュエ
ータとして用いることができる積層型の圧電素子，ある
いは積層型のコンデンサなどのセラミック積層体用のセ
ラミックシート，その他単層で用いられる各種のセラミ
ックシートを本発明により作製可能である。具体的な材
質としては，ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛），チタン
酸バリウム，酸化ジルコニウム等を始め，様々な材質を
適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，成形装置の構成を示す
説明図。
【図２】実施形態例１における，成形型の横断面の上部
の構成を示す説明図。
【図３】実施形態例１における，成形型の押出方向に直
行する縦断面の構成を示す説明図。
【図４】実施形態例１における，乾燥装置の構成を示す
説明図。
【図５】実施形態例１における，形状修正前のセラミッ
クシートを示す説明図。
【図６】実施形態例２における，成形型の押出方向に平
行な縦断面の構成を示す説明図。
【図７】実施形態例２における，成形型の横断面の上部
の構成を示す説明図。
【図８】実施形態例３における，成形型の横断面の上部
の構成を示す説明図。
【図９】実施形態例３における，成形型の押出方向に直
行する縦断面の構成を示す説明図。
【図１０】実施形態例４における，（ａ）成形型の横断
面の上部の構成，（ｂ）成形型の横断面の下部の構成を
示す説明図。
【図１１】実施形態例４における，成形型の押出方向に
直行する縦断面の構成を示す説明図。
【図１２】実施形態例５における，成形型の押出方向に
直行する縦断面の構成を示す説明図。
【図１３】実施形態例７における，温度調整手段の構成
を示す説明図。
【図１４】実施形態例８における，スクリュー外径と内
部欠陥量との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．セラミックシートの成形装置， １１．．．成形型， １２１，１２２．．．口金， ２，３．．．押出機， ２２，３２．．．押出スクリュー， ４．．．真空室， ５．．．温度調整手段， ５１．．．チャンバー，６．．．熱媒体， ６０．．．熱媒体循環手段， ６５．．．ヒータ， ７．．．乾燥装置，

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スクリュー式の押出機と，該押出機の先
    端に配設された成形型とを有する成形装置を用い，上記
    押出機に導入したセラミック材料を上記成形型からシー
    ト形状に押出成形してセラミックシートを成形する方法
    において，上記成形型を通過中のセラミック材料を，そ
    の幅方向に複数に分割してなる各領域においてそれぞれ
    温度調整しながら押出成形を行うことを特徴とするセラ
    ミックシートの成形方法。
  2. 【請求項２】 請求項１において，押出成形された上記
    セラミックシートの成形速度相関データを上記各領域に
    対応する領域ごとに測定し，得られた速度相関データに
    基づいて上記温度調整を行うことを特徴とするセラミッ
    クシートの成形方法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２において，上記押出機に
    内蔵されたスクリューの外径ｄと上記セラミックシート
    の幅寸法Ｗとは，Ｗ≧３ｄの関係にあることを特徴とす
    るセラミックシートの成形方法。
  4. 【請求項４】 請求項１又は２において，上記押出機に
    内蔵されたスクリューの外径ｄと上記セラミックシート
    の幅寸法Ｗとは，Ｗ≧５ｄの関係にあることを特徴とす
    るセラミックシートの成形方法。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項において，
    上記押出機に内蔵されたスクリューの外径ｄは７０ｍｍ
    以下であることを特徴とするセラミックシートの成形方
    法。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項において，
    上記セラミックシートの厚みは１．５ｍｍ以下であるこ
    とを特徴とするセラミックシートの成形方法。
  7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか１項において，
    上記セラミックシートの厚みは３００μｍ以下であるこ
    とを特徴とするセラミックシートの成形方法。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項において，
    上記成形型には，セラミック材料の流動抵抗を変化させ
    る整流板を進退可能に配設してあり，上記温度調整を行
    うと共に上記整流板の進退によってセラミック材料の流
    動抵抗を調整しながら押出成形を行うことを特徴とする
    セラミックシートの成形方法。
  9. 【請求項９】 スクリュー式の押出機と，該押出機の先
    端に配設された成形型とを有し，上記押出機に導入した
    セラミック材料を上記成形型からシート形状に押出成形
    してセラミックシートを成形する装置において，上記成
    形型には，該成形型内を通過するセラミック材料を，そ
    の幅方向に複数に分割してなる各領域においてそれぞれ
    温度調整するための温度調整手段を有していることを特
    徴とするセラミックシートの成形装置。
  10. 【請求項１０】 請求項９において，上記温度調整手段
    は，上記成形型を幅方向に分割してなる各領域ごとにそ
    れぞれ設けたチャンバーと，該チャンバーにそれぞれ加
    熱または冷却用の熱媒体を循環させる熱媒体循環手段と
    を有することを特徴とするセラミックシートの成形装
    置。
  11. 【請求項１１】 請求項９又は１０において，上記温度
    調整手段は，上記成形型を幅方向に分割してなる各領域
    ごとに制御可能なヒータを有することを特徴とするセラ
    ミックシートの成形方法。
  12. 【請求項１２】 請求項９〜１１のいずれか１項におい
    て，上記成形装置は，上記成形型から押出されたセラミ
    ックシートの成形速度を上記各領域に対応する領域ごと
    に測定する成形速度相関データ測定手段と，該成形速度
    相関データ測定手段により得られた速度相関データに基
    づいて上記温度調整手段を制御する制御手段を有するこ
    とを特徴とするセラミックシートの成形装置。
  13. 【請求項１３】 請求項９〜１２のいずれか１項におい
    て，上記押出機に内蔵されたスクリューの外径ｄと上記
    セラミックシートの幅寸法Ｗとは，Ｗ≧３ｄの関係にあ
    ることを特徴とするセラミックシートの成形装置。
  14. 【請求項１４】 請求項９〜１３のいずれか１項におい
    て，上記押出機に内蔵されたスクリューの外径ｄと上記
    セラミックシートの幅寸法Ｗとは，Ｗ≧５ｄの関係にあ
    ることを特徴とするセラミックシートの成形装置。
  15. 【請求項１５】 請求項９〜１４のいずれか１項におい
    て，上記押出機に内蔵されたスクリューの外径ｄは７０
    ｍｍ以下であることを特徴とするセラミックシートの成
    形装置。
  16. 【請求項１６】 請求項９〜１５のいずれか１項におい
    て，上記セラミックシートの厚みは１．５ｍｍ以下であ
    ることを特徴とするセラミックシートの成形装置。
  17. 【請求項１７】 請求項９〜１５のいずれか１項におい
    て，上記セラミックシートの厚みは３００μｍ以下であ
    ることを特徴とするセラミックシートの成形装置。
  18. 【請求項１８】 請求項９〜１７のいずれか１項におい
    て，上記成形型には，セラミック材料の流動抵抗を変化
    させる整流板を進退可能に配設してあることを特徴とす
    るセラミックシートの成形装置。
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