JP4670174B2

JP4670174B2 - セラミックシートの成形方法及び成形装置

Info

Publication number: JP4670174B2
Application number: JP2001139179A
Authority: JP
Inventors: 忠志鶴田; 悟山口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: DE10131692A1; DE10131692B4; US7090480B2; US6802996B2; JP2002079509A; US20020014710A1; US20050025849A1

Description

【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い，
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にある。
また，請求項２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い，
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３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１の発明では，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。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２の発明では，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７０ｍｍ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５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６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７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８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おり，
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にある。
また，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おり，
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８の発明では，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９の発明では，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１４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１５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１６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２２，２３として，その外径（リード部の外径）ｄがφ３０ｍｍ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３９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２９２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７３０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７３２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２００μｍ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３２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８０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，３０〜２５０ｍｍ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

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い，
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。
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い，
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。
請求項１又は２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。
請求項１〜３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。
請求項１〜４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。
請求項１〜４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。
請求項１〜６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。
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おり，
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。
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おり，
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。
請求項８又は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。
請求項８〜１０のいずれか１項において，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。
請求項８〜１１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。
請求項８〜１２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装置。
請求項８〜１３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。
請求項８〜１３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。
請求項８〜１５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。