JP4126172B2 - 円筒型製品の搬送成型装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒型製品の搬送成型装置、基体管の搬送成型方法および円筒型製品の搬送成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）などの円筒型セラミックス製品を製造する際には、図５の符号３０に示すように、まず原料３１を混合させてスラリー状にしたものを、押出し機３２から円筒状に押し出す。押し出された直後の基体管３３は、乾燥が終了していないため、変形（特に自重による撓曲）することがある。
特に、押し出された基体管３３の長さが長い程、変形する可能性が高くなる。
そのため、基体管３３が押し出された後は、成型が行われる。
【０００３】
すなわち、図６（ａ）に示すように、押し出された円筒状の基体管３３は、その表面を滑らかにする為に、その円筒の中空部に中子３４を挿入後、ローラ成型機１００により成型される。
【０００４】
ローラ成型機１００では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる複数の回転ローラ１０２のそれぞれが定位置で自転している。図６（ｂ）に示すように、互いに隣接する２つの回転ローラ１０２の間に、中子３４が挿入された基体管３３が載置されることで、その中子３４が挿入された基体管３３も回転する（符号Ｒ参照）。これにより、基体管３３の断面が極力真円になるように成型される。
【０００５】
その成型の後は、基体管３３をローラ成型機１００から搬出した後に、乾燥させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上記のように、成型、乾燥がそれぞれ別の機器を用いて行われるため、円筒型セラミックス製品３３の長さが長い場合、人手によってその製品を運搬する際に複数の作業者が必要となり、また多くの時間を要していた。
【０００７】
また、乾燥後の次工程（ＳＯＦＣの場合、印刷工程。他のセラミックス製品であれば焼成工程）迄の運搬も考慮する必要がある。
【０００８】
円筒型製品の搬送・成型を行うに際して、人の介在をより少なくすることが望まれている。
円筒型製品の搬送・成型を行うに際して、タクトタイムの調整を自由に行えることが望まれている。
円筒型製品の搬送・成型・乾燥が同時並行的に一度に行えることが望まれている。
【０００９】
固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・成型を行うに際して、人の介在をより少なくすることが望まれている。
固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・成型を行うに際して、タクトタイムの調整を自由に行えることが望まれている。
固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・成型・乾燥が同時並行的に一度に行えることが望まれている。
【００１０】
円筒型製品に成膜を行うに際し、成膜された膜の膜厚の均一化・搬送を行うに際して、人の介在をより少なくすることが望まれている。
円筒型製品に成膜を行うに際して、タクトタイムの調整を自由に行えることが望まれている。
円筒型製品の搬送・成膜・乾燥が同時並行的に一度に行えることが望まれている。
【００１１】
固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・印刷による成膜を行うに際して、人の介在をより少なくすることが望まれている。
固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・印刷による成膜を行うに際して、タクトタイムの調整を自由に行えることが望まれている。
固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・印刷による成膜が同時並行的に一度に行えることが望まれている。
【００１２】
本発明の目的は、円筒型製品の搬送・成型を行うに際して、人の介在をより少なくすることが可能な円筒型製品の搬送成型装置を提供することである。
本発明の他の目的は、円筒型製品の搬送・成型を行うに際して、タクトタイムの調整を自由に行える円筒型製品の搬送成型装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、円筒型製品の搬送・成型・乾燥が同時並行的に一度に行える円筒型製品の搬送成型装置を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・成型を行うに際して、人の介在をより少なくすること可能な基体管の搬送成型方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・成型を行うに際して、タクトタイムの調整を自由に行える基体管の搬送成型方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・成型・乾燥が同時並行的に一度に行える基体管の搬送成型方法を提供することである。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、円筒型製品に成膜を行うに際し、成膜された膜の膜厚の均一化・搬送を行うに際して、人の介在をより少なくすることが可能な円筒型製品の搬送成膜方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、円筒型製品に成膜を行うに際して、タクトタイムの調整を自由に行える円筒型製品の搬送成膜方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、円筒型製品の搬送・成膜・乾燥が同時並行的に一度に行える円筒型製品の搬送成膜方法を提供することである。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・印刷による成膜を行うに際して、人の介在をより少なくすることができる基体管の搬送成膜方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・印刷による成膜を行うに際して、タクトタイムの調整を自由に行える基体管の搬送成膜方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、固体電解質型燃料電池の基体管となる円筒型セラミックス製品の搬送・印刷による成膜が同時並行的に一度に行えることができる基体管の搬送成膜方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１９】
本発明の円筒型製品の搬送成型装置は、円筒型製品（３３）の中空部に挿入された支持軸体（３４）と接触し前記円筒型製品（３３）を回転させるタイミングベルト（１２）と、軸部（１５ａ）の外周面に前記支持軸体（３４）の少なくとも一部が入る凹部（１５ｃ）が螺旋状に形成されてなり、前記軸部（１５ａ）を回転させることにより前記凹部（１５ｃ）に入れられた前記支持軸体（３４）を前記軸部（１５ａ）の軸線方向に案内移動させる搬送部（１５）とを備えている。
【００２０】
本発明の円筒型製品の搬送成型装置（１０）において、前記搬送部（１５）による前記円筒型製品（３３）の搬送路には、前記円筒型製品（３３）を乾燥させるための乾燥手段（５０）が設けられている。
【００２１】
本発明の円筒型製品の搬送成型装置（１０）において、前記円筒型製品（３３）は、押出し機（３２）により押出されてなる固体電解質型燃料電池の基体管（３３）である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明による円筒型製品の搬送成型装置の実施の形態を以下に説明する。上述した部材と同一の部材については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３０】
（実施の形態１）
本実施形態に係る円筒型製品の搬送成型装置は、円筒型固体電解質型燃料電池の基体管（セラミックスチューブ）に対して適用される。
【００３１】
燃料電池セルの構造を図４に示す。図４に示すように、燃料電池セルは基体管３３、燃料極５１、電解質５２、インタコネクタ５３、空気極５４から構成されている。
【００３２】
次に、図５を参照して、図４に示した燃料電池セルの製造方法について述べる。
【００３３】
この製造方法は、印刷法によるものである。
まず、基体管押出工程３０では、原料３１として、酸化カルシウム（ＣａＯ）を固溶したカルシウム安定化ジルコニア（ＣＳＺ）、有機バイダ−、及び有機溶剤を用いる。これらの原料３１は、押出し機３２の中で混ぜ合わされ、スラリーとなる。スラリーは、押出し機３２から円筒状の基体管３３として押し出される。
【００３４】
押出し機３２から押し出された基体管３３の円筒中空部には、中子３４が挿入される。中子３４は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる中実の円柱状の棒体として形成されている。中子３４が中実の円柱状に形成されているのは、中空の円筒状であると、中子３４自体が変形してしまい、基体管３３の変形（特に自重による撓曲）を防止できないためである。中子３４の直径は基体管３３の内径より１ｍｍ程度短い。
【００３５】
中子３４の挿入された基体管３３は、本実施形態の円筒型製品の搬送成型装置にセットされる。
【００３６】
図１は、本実施形態の円筒型製品の搬送成型装置の側面図であり、図２は、同装置の平面図であり、図３は、図２の矢印Ａ方向から見た図である。
【００３７】
図１から図３に示すように、搬送成型装置１０には、押出し機３２から円筒状に押し出された基体管３３に中子３４が挿入されたものがセットされている。
基体管３３の両端部のそれぞれから中子３４の一部（以下、突出部という）３４ａが突出している。
【００３８】
図２に示すように、本実施形態の円筒型製品の搬送成型装置１０は、１台のベルト駆動用モータ１１と、一対のワーク自転用ベルト（タイミングベルト）１２、１２と、コンベア駆動用モータ（図示略）と、一対のワーク搬送スパイラルコンベア１５、１５とを備えている。
【００３９】
搬送成型装置１０において、複数の基体管３３は、それらの軸線が互いに概ね平行となるように載置される。ワーク自転用ベルト１２、１２およびワーク搬送スパイラルコンベア１５、１５のそれぞれは、基体管３３の軸線と概ね直交する方向に延在するように設けられている。
【００４０】
ワーク自転用ベルト１２、１２およびワーク搬送スパイラルコンベア１５、１５のそれぞれは、中子３４のうち基体管３３の両端部のそれぞれから突出した突出部３４ａ、３４ａに接触し、基体管３３には接触しない位置に設けられている。
【００４１】
基体管３３の両端部から突出した一対の突出部３４ａ、３４ａにそれぞれ接触するように、ワーク自転用ベルト１２、１２およびワーク搬送スパイラルコンベア１５、１５はそれぞれ一対ずつ設けられている。
【００４２】
ワーク自転用ベルト１２は、無端環状のベルトであり、一対のホイール１２ａ、１２ａによって循環させられる。一対のワーク自転用ベルト１２、１２の一方側のホイール１２ａ、１２ａ同士は、共通の回転軸１２ｂによって接続され、他方側のホイール１２ａ、１２ａ同士は、共通の回転軸１２ｃによって接続されている。共通軸１２ｂが単一のベルト駆動用モータ１１によって回転駆動されることで、一対のワーク自転用ベルト１２、１２は同期して移動する（図１の矢印Ｒ１方向）。
【００４３】
ワーク搬送スパイラルコンベア１５は、円柱状の軸体１５ａと、螺旋状凸部１５ｂとを有している。螺旋状凸部１５ｂは、軸体１５ａの外周面から突出するように設けられ、軸体１５ａの軸線方向に連続的に螺旋（渦巻き）を描くように延在している。螺旋状凸部１５ｂが螺旋状に形成されている結果、ワーク搬送スパイラルコンベア１５のうち螺旋状凸部１５ｂが形成されていない部分（以下、螺旋状凹部という）１５ｃも螺旋状に形成されている。螺旋状凸部１５ｂを雄ねじのねじ山に相当するとしたときに、螺旋状凹部１５ｃは谷底に相当する。
【００４４】
このように、概ねコイル状または雄ネジ状に形成されるワーク搬送スパイラルコンベア１５は、図１に示すように、螺旋状凹部１５ｃに、突出部３４ａの少なくとも一部が収まるように、螺旋状凸部１５ｂのピッチの１／２は、突出部３４ａ（中子３４）の直径よりも大きく形成されている。ここで、ピッチとは、ネジのピッチと同様に、隣り合う螺旋状凸部１５ｂの部分間の距離である。
【００４５】
ワーク搬送スパイラルコンベア１５は、その軸線を回転軸として、コンベア駆動用モータによって回転駆動させられる（図１の矢印Ｒ２参照）。一対のワーク搬送スパイラルコンベア１５、１５は、同期して回転する。
【００４６】
突出部３４ａは、ワーク自転用ベルト１２および螺旋状凸部１５ｂには接触しているが、軸体１５ａには接触していない。基体管３３は、ワーク自転用ベルト１２およびワーク搬送スパイラルコンベア１５のいずれにも接触していない。
【００４７】
次に、搬送成型装置１０の動作について説明する。
【００４８】
図１に示すように、ワーク自転用ベルト１２、１２が矢印Ｒ１方向に回転駆動させられると、突出部３４ａは、それと同じ方向Ｒ１に移動しようとするが、螺旋状凸部１５ｂに当接するため、それ以上はＲ１方向には移動できず、矢印Ｒ３方向に自転する。それとともに、ワーク搬送スパイラルコンベア１５、１５が矢印Ｒ２方向に回転駆動させられると、突出部３４ａは、螺旋状凸部１５ｂに案内されて矢印Ｙ１方向に移動する。
【００４９】
上記のように、突出部３４ａが矢印Ｒ３方向に自転することにより、中子３４とともに基体管３３も自転する。これにより、基体管３３に遠心力が作用し、基体管３３の断面が概ね真円に成型される。押出し機から押出された直後の基体管３３は、搬送成型装置１０におけるワーク搬送方向Ｙ１の上流側に置かれ、下流側に搬送される過程で上記の成型工程が同時並行的に行われる。
【００５０】
また、図１から図３に示すように、搬送成型装置１０の直下位置には、乾燥機５０が設けられている。乾燥機５０は、赤外線ランプヒータや熱風乾燥機などで構成されている。基体管３３と乾燥機５０の間には何も障害物が無く、基体管３３は、直接的に乾燥させられる。乾燥機５０は、ワーク搬送方向Ｙ１の最上流部および最下流部を除く中央部に設置されている。乾燥機５０は、基体管３３の真下に代えて、基体管３３の真上位置に置かれることができる。なお、基体管３３の乾燥温度は２００℃以下であって、乾燥による基体管３３の縮小は殆ど無い。
【００５１】
搬送成型装置１０による搬送路に乾燥機５０が設置されることで、基体管３３は、搬送成型装置１０によって成型および乾燥されながら搬送される。これにより、基体管３３に代表されるセラミックス製品の押出し後の（成型）→（運搬）→（乾燥）→（運搬）までの工程を一連の機器として（単一の工程として）実施することができる。
【００５２】
上記のように、基体管３３は、搬送成型装置１０および乾燥機５０により、同時並行的に成型・乾燥・搬送された後、図５に示すように、スクリーン印刷法により燃料極、電解質、インタコネクタがその順で転写される（符号３５参照）。スクリーン印刷は、基体管３３へ転写する対象となる材料をペースト状にしたものをメッシュ３７などの開口部からスキージで押し出し、基体管３３に転写することにより行う。
【００５３】
さらに、燃料極、電解質、インタコネクタの転写された基体管３３を焼成することにより、一体焼結を行う（符号４２参照）。
その後、空気極のスクリーン印刷を行い（符号４５参照）、さらに焼成することによって空気極焼結を行う（符号４７参照）。
【００５４】
以上述べたように、本実施形態の搬送成型装置１０によれば、以下の効果を奏することができる。
従来に比べ、人の介在が少ない分だけコストダウンとなる。
また、搬送速度（ワーク搬送スパイラルコンベア１５の回転速度）の調整（停止を含む）により自由にタクトタイムの調整が可能となる。搬送成型装置１０の下流側の次工程での処理能力（処理進捗状況）に応じて、搬送成型装置１０の搬送速度を制御し、バッファとしての機能を果たすことができる。この場合、ワーク搬送スパイラルコンベア１５の回転速度と独立してワーク自転用ベルト１２の回転速度を制御できるため、基体管３３の成型工程は搬送工程とは別々に実行することができる。さらに、この場合、乾燥機５０の制御も、成型工程または搬送工程とは別々に実行することができる。
【００５５】
（参考例）
本参考例においては、スクリーン印刷機にて印刷後に、搬送成型装置１０にて、ワークを回転（自転）搬送し、その遠心力を利用して、印刷された膜の膜厚を均一にする。この印刷後の膜厚を搬送成型装置１０を用いて搬送しつつ均一にする工程は、次の２工程において行うことができる。
【００５６】
まず、１つ目は、図５の符号３５に示すように、燃料極５１、電解質５２、インタコネクタ５３を基体管３３に対してそれぞれ転写する度に、その基体管３３に中子３４を挿入して搬送成型装置１０にセットし、上記と同様に中子３４を回転させることにより、転写後の膜厚を均一にする。この膜厚均一化工程は、燃料極５１、電解質５２、インタコネクタ５３の各層を形成する度に行ってもよいし、その粘度等の関係で特に膜厚が均一に成り難い層についてのみ行うこともできる。
その後に、中子３４を抜いて、基体管３３を一体燒結する（符号４２）。
【００５７】
２つ目は、図５の符号４５に示すように、空気極５４をスクリーン印刷した後、その基体管３３に中子３４を挿入して搬送成型装置１０にセットし、上記と同様に中子３４を回転させることにより、転写後の膜厚を均一にする。
その後に、中子３４を抜いて、空気極燒結を行う（符号４７）。
【００５８】
なお、本参考例において、固体電解質燃料電池セルは、高温水蒸気電解セルと読み代えることができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の円筒型製品の搬送成型装置によれば、円筒型製品の搬送・成型を行うに際して、人の介在をより少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の円筒型製品の搬送成型装置の一実施形態を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の円筒型製品の搬送成型装置の一実施形態を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の円筒型製品の搬送成型装置の一実施形態を示す図２のＡ矢視図である。
【図４】図４は、本発明の円筒型製品の搬送成型装置の一実施形態が適用される円筒型固体電解質型燃料電池セルの構造を示す側断面図である。
【図５】図５は、本発明の円筒型製品の搬送成型装置の一実施形態が適用される円筒型固体電解質型燃料電池セルの製造方法である印刷法（焼結型）を説明するための図である。
【図６】図６（ａ）は、従来の円筒型製品の成型に用いられるローラ成型機を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、その要部を拡大して示す側面図である。
【符号の説明】
１０ 搬送成型装置
１１ ベルト駆動用モータ
１２ ワーク自転用ベルト
１２ａ ホイール
１２ｂ 回転軸
１２ｃ 回転軸
１５ ワーク搬送スパイラルコンベア
１５ａ 軸体
１５ｂ 螺旋状凸部
１５ｃ 螺旋状凹部
３０ 基体管押出工程
３１ 原料
３２ 押出し機
３３ 基体管
３４ 中子
３４ａ 突出部
３５ 燃料極、電解質、インタコネクタのスクリーン印刷工程
３７ メッシュ
４２ 一体焼結工程
４５ 空気極のスクリーン印刷工程
４７ 空気極の焼結工程
５０ 乾燥機
５１ 燃料極
５２ 電解質
５３ インタコネクタ
５４ 空気極
１００ ローラ成型機
１０２ 回転ローラ

Claims (3)

1. 円筒型製品の中空部に挿入された支持軸体と接触し前記円筒型製品を回転させるタイミングベルトと、
   軸部の外周面に前記支持軸体の少なくとも一部が入る凹部が螺旋状に形成されてなり、前記軸部を回転させることにより前記凹部に入れられた前記支持軸体を前記軸部の軸線方向に案内移動させる搬送部と
   を備えた
   円筒型製品の搬送成型装置。
2. 請求項１に記載の円筒型製品の搬送成型装置において、
   前記搬送部による前記円筒型製品の搬送路には、前記円筒型製品を乾燥させるための乾燥手段が設けられている
   円筒型製品の搬送成型装置。
3. 請求項１から２のいずれか１項に記載の円筒型製品の搬送成型装置において、
   前記円筒型製品は、押出し機により押出されてなる固体電解質型燃料電池の基体管である
   円筒型製品の搬送成型装置。

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