JP2000202818A

JP2000202818A - 粉流体の流動制御装置および押出成形金型

Info

Publication number: JP2000202818A
Application number: JP11068951A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Fujita; 泰庸藤田; Takeshi Inao; 健稲男
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-07-25

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】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、粉流体の両端面に対して押し出し方向
の駆動力を発生させる楕円運動を生じる超音波モータ１
４を取り付けた。

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）の流動を制御する装置、および粉流体をシ
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。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、０．５ｍ
ｍ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】そこで、本発明の目的は、通路を流れる粉
流体と通路の内壁との摩擦抵抗を軽減して流動性を向上
させる粉流体の流動制御装置を提供することにある。他
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、粉流体の通路の側壁に、
上記粉流体に対して流動方向の駆動力を発生させる楕円
運動を生じる振動体を取り付けたことを特徴とする粉流
体の流動制御装置を提供する。また、請求項３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、粉流体の両端面に対して押し出し方向
の駆動力を発生させる楕円運動を生じる振動体を取り付
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振動体を取り付けてあるの
で、この振動体の楕円運動によって材料の両端面に対し
て押し出し方向の駆動力を発生させることができ、材料
の幅方向の速度差が殆どなくなる。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る。

【０００８】ここで、本発明における駆動力の発生原理
を図３にしたがって説明する。図３において、可動物体
である粉流体Ｍが、振動する振動体Ｂに予圧Ｗで押し付
けられているとする。振動体Ｂが進行波で励振されてい
る場合あるいは回転する振動モードで励振されている場
合、その表面の質点は楕円運動を描いて振動している。
そして、振動体Ｂの表面には、楕円運動する多数の質点
がｘ軸方向に位相が変化するように配列されていると考
えることができる。このとき、粉流体Ｍが接触している
質点はすべて同一方向の速度を持っており、逆方向の速
度を持った質点とは常に離れている。それ故に、粉流体
Ｍは振動体Ｂから一方向の駆動力を受け、移動する。粉
流体Ｍの受ける駆動力Ｆは、粉流体Ｍと振動体Ｂとの摩
擦係数をμとすると、Ｆ＝μ・Ｗで与えられる。

【０００９】振動体としては、請求項２，４のように、
超音波モータを用いるのが望ましい。超音波モータに
は、リニア形モータと回転形モータとがあるが、いずれ
の場合も、効率がよく、構造が簡単であり、しかも振動
周波数が高いので、送り出されるシートの成形性に悪影
響を及ぼさないという特徴がある。

【００１０】楕円運動を得るための方式は、単一振動モ
ード方式と複合振動モード方式に大別される。そして、
単一振動モード方式には、定在波形方式と進行波形方式
とがあり、複合振動モード方式には、モード変換形方
式，多重モード形方式，モード回転形方式，複合振動子
形方式がある。いずれの振動モード方式も、本発明に適
用できる。

【００１１】請求項５のように、振動体を、粉流体の押
し出し方向に延びる振動部材と、振動部材の長手方向両
端部に取り付けられた起振用および振動吸収用の圧電体
とを備えた超音波モータとするのが望ましい。この場合
には、起振用圧電体によって振動部材にその共振周波数
で屈曲振動を生じさせ、振動吸収用圧電体によって伝播
してきた振動波を減衰させることで、振動波の反射が防
止される。そのため、乱れの少ない楕円運動を発生させ
ることができ、粉流体に対して安定した駆動力を与える
ことができる。

【００１２】左右の振動体を自動制御する方法として、
請求項６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。

【００１３】請求項６では、粉流体の流速を測定した
が、請求項７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。

【００１４】

【発明の実施の形態】図４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５は上記押出成形金
型１０を正面から見た状態を示す。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１
３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。成
形部１２の両側壁には、振動体の一例である一対の超音
波リニアモータ１４，１４が設けられている。

【００１５】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。リニアモータ１４と口金１５とは相
対移動可能に配置されている。超音波リニアモータ１４
の一端には高周波電源１６から電流が印加され、他端は
アースされている。

【００１６】超音波リニアモータ１４は、図６に示すよ
うに、キャピラリＣの両端面を成形する成形部１２の両
側壁に矢印方向の楕円運動を生じさせ、キャピラリＣの
両端面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、例えば超音波リニアモータ１４の振幅を電
力で制御することで、調整可能である。

【００１７】超音波モータ１４から粉流体表面に伝わる
駆動力を内部まで効率よく伝えるには、粉流体に含まれ
る粒子同士の力学的相互作用が働く必要がある。そのた
めには、粒子同士が接触あるいは接近していることが必
要である。そこで、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。

【００１８】

【表１】

【００１９】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の両側端に超音波リニアモータ１４，
１４を設けて成形を行なうと、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１０
０％近くまで向上させることができた。

【００２０】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、楕円運動を生じる振
動体２５を図７に示すように、絞り部２３から出口部２
４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。

【００２１】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（口金
部）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３
６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
ら左右の超音波リニアモータ３８へ送られる駆動信号を
制御する。

【００２２】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）の超音波リニアモータ３８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。

【００２３】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。

【００２４】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、超音波リニアモー
タ３８をフィードバック制御する。なお、肉厚センサ４
１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。

【００２５】図１１，図１２は振動体を組み込んだ押出
成形金型の第５実施例を示す。５０は金型本体、５１は
金型成形部の両側壁に設けられた振動体である。振動体
５１は、進行波型の超音波リニアモータであり、粉流体
の押し出し方向に延びる振動部材５２と、振動部材５２
の長手方向両端部に取り付けられた圧電体５３，５４
と、圧電体５３，５４と振動部材５２とを連結する伝達
部材５５，５６と、圧電体５３，５４の振動を増幅する
ための重り５７，５８とを備えている。

【００２６】振動部材５２は、図１３に示すように金属
材料によって略角筒形に形成されており、粉流体（例え
ばキャピラリ）Ｃと接する接触部５２ａの背部に長手方
向に延びるリブ５２ｂが一体に形成されている。リブ５
２ｂの幅方向両側にはリブ５２ｂの屈曲振動を拘束しな
いよう薄肉部５２ｃが形成されている。リブ５２ｂの長
手方向両端部に上記伝達部材５５，５６が螺着等によっ
て固定されており、圧電体５３，５４とリブ５２ｂとの
間で振動が良好に伝わるようにしてある。振動部材５２
の接触部５２ａと対向する側面には、圧電体５３，５４
や伝達部材５５，５６との干渉を防止するための切欠部
５２ｄが形成されている。

【００２７】粉流体の上流側に配置された圧電体５３は
起振用であり、振動部材５２のリブ５２ｂにその共振周
波数で屈曲振動を生じさせる働きをする。下流側の圧電
体５４は振動吸収用であり、リブ５２ｂを伝播してきた
振動波により強制振動をうけて発電し、伝播してきた振
動波を減衰させる働きをする。超音波エネルギーは電気
エネルギーに変換され、さらに電気エネルギーは熱エネ
ルギーなどに変換されて放出される。そのため、圧電体
５４には負荷抵抗などを有する回路が接続される。この
ように、上流側の圧電体５３によって発生した振動波は
振動部材５２の他端部まで伝播した後、下流側の圧電体
５４によって吸収され、上流側へ振動が反射するのが抑
制される。

【００２８】上記のようにして、振動部材５２の接触部
５２ａには楕円運動が発生し、粉流体Ｃを矢印方向へ押
し出す方向に駆動力を発生させる。この実施例では、振
動吸収用の圧電体５４を設けることで、反射を解消して
いるので、乱れの少ない楕円運動を発生させることがで
き、粉流体Ｃに対して安定した駆動力を与えることがで
きる。

【００２９】振動体の駆動力（送り速度）は、予め一定
に設定しておいてもよいが、シートの厚み分布に応じて
可変制御してもよい。電力を変化させると、振動体の振
幅が変化するので、駆動力を容易に可変できる。制御方
法は自動制御に限らず、手動で制御してもよい。

【００３０】上記実施例では押出成形金型について説明
したが、本発明は押出成形金型に限らず、粉流体を通過
させるあらゆる通路に適用できる。例えば、細い管を通
して粉流体を流す際に、管に振動体を取り付けることに
より、流動性を向上させ、目詰まりを解消できる。

【００３１】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４または図７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
ぼす部位に振動体を取り付ければよい。振動体は超音波
モータに限るものではなく、押出成形される粉流体の性
質に応じた振動周波数を持つ振動体を用いればよい。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。

【００３２】

【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、粉流体の通路の側壁に、粉流体
に対して流動方向の駆動力を発生させる楕円運動を生じ
る振動体を取り付けたので、粉流体の流動性が向上し、
目詰まりや流動不良を解消できる。

【００３３】また、請求項３に記載の発明によれば、粉
流体の速度差に最も影響を与える金型の成形部の両側壁
に、粉流体の両端面に対して押し出し方向の駆動力を発
生させる振動体を取り付けたので、粉流体の幅方向の速
度差がなくなり、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】本発明における駆動力の発生原理を示す図であ
る。

【図４】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５】図４の押出成形金型の正面図である。

【図６】図４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。

【図１１】本発明にかかる押出成形金型の第５実施例の
斜視図である。

【図１２】図１１のＸ−Ｘ線部分断面図である。

【図１３】図１１の実施例の振動部材の斜視図である。

【符号の説明】

１０押出成形金型１２成形部１３出口部１４振動体（超音波モータ）Ｃ粉流体Ｓシート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉流体の通路の側壁に、上記粉流体に対し
て流動方向の駆動力を発生させる楕円運動を生じる振動
体を取り付けたことを特徴とする粉流体の流動制御装
置。
【請求項２】上記振動体は、超音波モータであることを
特徴とする請求項１に記載の粉流体の流動制御装置。
【請求項３】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、粉流体の両端面に対して押し出し
方向の駆動力を発生させる楕円運動を生じる振動体を取
り付けたことを特徴とする押出成形金型。
【請求項４】上記振動体は、超音波モータであることを
特徴とする請求項３に記載の押出成形金型。
【請求項５】上記振動体は、粉流体の押し出し方向に延
びる振動部材と、振動部材の長手方向両端部に取り付け
られた起振用および振動吸収用の圧電体とを備えた超音
波モータであることを特徴とする請求項３または４に記
載の押出成形金型。
【請求項６】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３ないし５のい
ずれかに記載の押出成形金型。
【請求項７】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３ないし５のいずれかに
記載の押出成形金型。