JP4280498B2 - 特にセラミックの未加工シートを押出成形するためのノズル - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の平形成形材を製作するためのノズル、特にセラミックの未加工シートを押出成形するための広幅スリットノズルに関する。
【０００２】
背景技術
例えばポリマ結合されたセラミックの平形成形材、つまりシート若しくは未加工シートを押出成形するためには、一般にプラスチック技術に基づき公知のノズル構成を有する広幅スリットノズルを備えた押出成形装置が使用される。前記のようなノズルは、図１に示したように供給部、絞りフィールドを有する分配通路、及び押し出される平形成形材の肉厚を調節することのできる可変のギャップ高さ、つまり「フレックスリップ」を有するノズル流出部若しくはマウスピースから成っている。
【０００３】
但し、特にセラミック成形材の押出成形は、基本的に２つの点においてプラスチック押出成形と異なっている。一方では押し出されるセラミック質量の粘性若しくは粘性が剪断速度に関連する構造粘性材料の場合はより正確に構造粘性はプラスチックよりも高く、他方ではセラミック質量は概して流れの境界を有している。更に、セラミックの平形成形材の押出成形の場合は、例えば脱脂又は焼結等の後続の後加工ステップが、押し出された平形成形材内で凍結された応力に極めて敏感に反応するということを考慮せねばならない。
【０００４】
更に図２には、汎用の広幅スリットノズルによって押し出されるセラミック質量が、この押し出されるセラミック質量のノズル流出部における速度分布が、様々な強さの粘性に関して示されている。この場合、ノズル縁部における流れ速度はそれぞれ０であり、中心で最大であるということが認識可能である。この場合、押し出されるセラミック質量の粘性若しくは構造粘性はいわゆる流れ指数ｍによって特徴づけられており、この流れ指数ｍは、
【０００５】
【数１】

【０００６】
によって規定されている。
【０００７】
【数２】

【０００８】
【数３】

【０００９】
ということが云える。
【００１０】
【数４】

【００１１】
【数５】

【００１２】
で算出される。
【００１３】
この場合、ｍはやはり押し出される質量の流れ指数延いては当該質量に関する構造粘性の基準であり、Ｈは注目箇所の広幅スリットノズルの高さであり、Ｂは該ノズルの幅である。
【００１４】
図２からは、特に流れの境界が存在する場合若しくは流れ指数ｍが高い場合は、押し出される材料の剪断がほぼ専らノズルの縁部域に発生するということが判る。この剪断は、ポリマー結合されたセラミック質量が押し出される場合、この質量に添加されたバインダ分子の配向を生ぜしめ、このことは例えばスクリーン印刷による印刷若しくは積層等の、押し出された平形成形材の後続の構成技術において、押し出された平形成形材の著しい後収縮を惹起する恐れがある。更に、それぞれ異なる剪断速度に基づいて、シートの肉厚にわたって一定でない分子配向度が、押し出された平形成形材に生ぜしめられるので、巨視的な変形に関連した前記のような後収縮若しくは応力緩和は一般に完全には進行しない。これにより、従来後続の印刷ステップ若しくは積層ステップにおいて不都合なジオメトリ変化（収縮）として現れる内部応力は、常に残留したままである。更に、引き続く焼結において頻繁にパフペースト状の層剥離もシート表面域に発生する。
【００１５】
本発明の課題は、前記の欠点を回避して、特に比較的均一な剪断速度及び押し出される平形成形材の肉厚にわたって比較的均一な分子配向勾配を保証する、平形成形材を製作するためのノズルを提供することである。
【００１６】
発明の利点
平形成形材を製作するための本発明によるノズルは従来技術に比べて、当該ノズルによって製作される平形成形材が後続のアニーリングに際して、従来技術と比較して著しく減少された異方性収縮を有しているという利点を有している。更にまた、引き続く印刷ステップ若しくは積層において、全体的により少ない後収縮が生ぜしめられる。更に有利には、本発明によるノズルの構成に基づき、製作された平形成形材の焼結時にパフペースト状の層剥離は見られず、「スティックスリップ」による「びびり」、つまり、押出成形時の流れ曲線の不連続箇所に基づき惹起される押出成形品の不都合なうろこ状の表面も発生しない。
【００１７】
更に有利には、本発明によるノズル流出部の変更は別として、その他の点については従来技術に基づき公知の、セラミックの未加工シート若しくはプラスチックシートを押出成形するための広幅スリットノズルを使用することができる。特別なジオメトリの構成により、ノズルの流出開口の直ぐ周辺に位置するノズル流出域しか変更されないので、本発明によるノズルは引き続き簡単に製作可能であり且つ既存の若しくは公知の押出成形装置に組込み可能である。これにより、本発明によるノズルを製作するための手間は公知のノズルにかかる手間と比肩でき、新しい押出成形装置への格別な投資は発生しない。
【００１８】
本発明の有利な改良は、請求項２以下に記載されている。
【００１９】
ノズル流出部が、第１のリップと、この第１のリップと向かい合って配置された第２のリップとによって形成されており、これらの第１及び第２のリップが、最初はスリット状の流出開口のすぐ周辺の外位で少なくとも部分的に、一定の第１の間隔を有しており、次いで流出開口において、前記の第１の間隔に比べて小さな第２の間隔を有しており、この場合、第１の間隔が流出開口のすぐ周辺の領域で第２の間隔へリニアに狭くなっていると、特に有利である。第１の間隔から第２の間隔へリニアに狭くなることが、その都度押し出されるセラミック質量の流れ指数に適合された傾斜角度を以て行われると、特に有利である。
【００２０】
実施例
本発明は、まず最初に原則として従来技術に基づき公知の、セラミックの未加工シートの押出成形用の広幅スリットノズル１０から出発する。特に、図１に示したこのような公知の広幅スリットノズル１０は、流出開口１３を通って流出する質量を供給するための供給部と、ノズル流出部２０若しくはノズルマウスピースに開口する、絞りフィールドを備えて下流側に接続された分配通路とを有している。前記ノズル流出部２０には第１のリップ１１と、この第１のリップ１１に向かい合って配置された第２のリップ１１′とが設けられており、これらの第１のリップ１１及び第２のリップ１１′は、最初は例えば１．５ｍｍの間隔を相互に有している。次いでこの間隔は流出開口１３の手前で、例えば０．５ｍｍのより小さな第２の間隔へ狭められ、狭められた後、この第２の間隔は流出開口１３まで一定のままである。この点については図１に示したように、第１のリップ１１の第２のリップ１１′からの間隔は、流出開口１３のすぐ周辺では一定であるということが従来規定されている。
【００２１】
図２には、ノズル流出部２０の流出開口１３で終わる領域１２におけるセラミック質量の速度分布が示されており、この場合、ｘ軸には流れ速度が、またｚ軸には高さが示されている。特に、リップ１１，１１′の壁の箇所では、流れ速度は０である。
【００２２】
図２から、流れ速度の勾配、即ち質量の剪断速度が、とりわけノズル１０の壁若しくは縁部付近、つまりリップ１１，１１′において特に大きいということが判る。この作用は、特に高い流れ指数ｍを有する質量若しくは流れの境界を有する質量において顕著である。
【００２３】
図３には図１の変化態様で、第１のリップ１１及び第２のリップ１１′を備えた、特にポリマ結合されたセラミックの未加工シートの押出成形用の広幅スリットノズルの本発明によるノズル流出部２０が示されており、このノズル流出部２０はスリット状の流出開口１３で開口している。図３に示したノズル流出部２０は図１に示したノズル流出部２０と、スリット状のノズル流出部２０の高さがスリット状の流出開口１３のすぐ周辺１２′で始まって、このスリット状の流出開口１３に向かって連続的且つリニアに狭くなるという点において異なっている。この点においてリップ１１，１１′は、最初は一定の第１の間隔ｈ_１を相互に有しており、次いでこの間隔ｈ_１は流出開口１３のすぐ周辺１２′でリニアに、第２のより小さな間隔ｈ_２へ狭まる。
【００２４】
このようにして、最終的なスリット高さの領域１２に、平面に対して平行な長いマウスピースを備えた図１のノズル流出部２０は、流出開口１３のすぐ周辺１２′を形成する、狭小域に設けられたテーパ状マウスピースの流出部によって代替される。これにより、流出開口１３のすぐ手前のテーパ状の狭小域１２′は、押出成形される平形成形材が流出開口１３の直前で、初めて所望の肉厚ｈ２に成形されるようにする。更に、前記狭小域１２′の手前では、ノズル流出部の高さ、つまり第１の間隔ｈ_１は図１に示した範囲１２の間隔よりも大きいので、
【数６】

の低下延いては剪断速度の勾配の減少を生ぜしめる。
【００２５】
図３に示したノズル流出部２０のテーパ状の狭小域１２′に基づき、そこで剪断流に延伸流が重畳される。この延伸流もやはり、例えばポリマ結合されたセラミック質量に含まれるポリマ分子若しくはバインダ分子のｘ方向での配向を生ぜしめるが、延伸はシート厚さにわたって均質、つまりｚ方向に関して均質である。この場合は特に、押し出される質量全体が変形するはずなので、剪断流の場合のように流れの境界に基づいて流れない領域が生ぜしめられる恐れはない。従って、本発明によるノズルジオメトリに基づき、押し出される平形成形材のバインダ分子の配向の勾配が全体的に小さくなる。
【００２６】
本発明の特に有利な構成では、狭小域１２′において第１の間隔ｈ_１から第２の間隔ｈ_２へリニアに狭くなることが、傾斜角度αを以て行われる。この傾斜角度αに関しては、
ｔａｎ α ＝ ｍ＋２
が少なくともほぼ当てはまる。
【００２７】
この場合、ｍはやはり流出開口１３を通って流出する、例えばポリマ結合されたセラミック質量の流れ指数である。αの規定は、図４からも得られる。
【００２８】
角度αの前記選択に基づき、ノズル流出部２０における延伸速度及び剪断速度が同じオーダであるということが達成される。特に、テーパ状の狭小域１２′における延伸速度が、最大剪断速度、即ち壁面剪断速度と同じであるということによって達成される。
【００２９】
その他の点について述べると、両リップ１１，１１′間の第１の間隔ｈ_１は２５０μｍ〜４０ｍｍ、特に２５０μｍ〜２ｍｍであり、流出開口１３における第２の間隔ｈ_２は７０μｍ〜１０ｍｍ、特に７０μｍ〜１ｍｍである。この点において、第１の間隔ｈ_１から第２の間隔ｈ_２へ狭くなる狭小部は、前記の値の調整及び傾斜角度αに応じて、一般に流出開口１３の手前の１ｍｍ〜５ｍｍの間隔に用いられる。この領域は、狭小域１２′若しくはスリット状の流出開口１３のすぐ周辺を規定する。広幅スリットノズル１０の幅は、最大４ｍに達してよい。
【００３０】
最後に強調しておくと、第１の間隔ｈ_１延いてはこれに伴う第２の間隔ｈ_２は、公知の形式でノズル１０において可変に調節可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術に基づき公知のセラミックの未加工シートを押出成形するための広幅スリットノズルを示した図である。
【図２】 図１に示したノズルのノズル流出部における、押し出された質量の速度分布を流れ指数ｍの関数として示した図である。
【図３】 図１に示した広幅スリットノズルの本発明によるマウスピースの断面図である。
【図４】 傾斜角度αの規定を示した図３の部分図である。
【符号の説明】
１１，１１′ リップ、１２ 狭小部、１３ 流出開口、２０ 流出部

Claims (7)

1. セラミックの未加工シートを押出成形するための広幅スリットノズルであって、流出開口で開口するスリット状のノズル流出部が設けられている形式のものにおいて、
   ノズル流出部（２０）が、第１のリップ（１１）と、この第１のリップに.向かい合って配置された第２のリップ（１１′）とから形成されており、これらの第１及び第２のリップが、流出開口（１３）のすぐ周辺の外位で少なくとも部分的に、一定の第１の間隔（ｈ_１）を有しており、流出開口（１３）において、第１の間隔（ｈ_１）に比べて小さな第２の間隔（ｈ_２）を有しており、且つ第１の間隔（ｈ _１ ）と第２の間隔（ｈ _２ ）との間に狭小部を有しており、該狭小部において、前記リップ（１１，１１′）の第１の間隔（ｈ_１）が、傾斜角度（α）を以ってリニアに第２の間隔（ｈ_２）へ狭まっており、前記狭小部は流出開口（１３）の手前の１ｍｍ〜５ｍｍの間に設けられていることを特徴とする、セラミックの未加工シートを押出成形するためのノズル。
2. 傾斜角度（α）が、
   ｔａｎ α ＝ ｍ＋２
   に当てはまり、この場合、ｍは流出開口（１３）を通って流出する質量の流れ指数である、請求項１記載のノズル。
3. 第１の間隔（ｈ_１）が２５０μｍ〜２０００μｍであり、第２の間隔（ｈ_２）が７０μｍ〜１０００μｍである、請求項１又は２記載のノズル。
4. ノズル流出部（２０）が、流出開口（１３）のすぐ周辺でテーパ状に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のノズル。
5. 第１の間隔（ｈ_１）及び／又は第２の間隔（ｈ_２）が可変に調節可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載のノズル。
6. 流出開口（１３）を通って流出する質量の供給用の供給部と、ノズル流出部（２０）に開口する、絞りフィールドを備えて下流側に接続された分配通路とが設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のノズル。
7. ポリマ結合されたセラミックの平形成形材又は未加工シートを押出成形するための押出成形装置で使用される、請求項１から６までのいずれか１項記載のノズル。

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