JPH0740322A - 押出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】押出成形装置におけるコアピン１５の先端をダ
イス１４先端面から突出させるか、またはコアピン１５
の直線部分の長さを管状セラミックス成形体１７の長さ
の２．０％以上とする。 【効果】管状セラミックス成形体１７の反りを防止する
ことができ、特に燃料電池用支持管のような長尺セラミ
ックス管であっても歩留り良く製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば固体電解質型燃
料電池用支持管等に用いられるセラミックス管や、その
他の管状または棒状セラミック体を成形するための押出
成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料電池発電システムは、エネル
ギー問題、地球環境問題に大きな貢献をするものとし
て、世界的にその期待が高まっている。燃料電池発電シ
ステムは、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネ
ルギーに変換できるシステムであり、高いエネルギー変
換効率を有し、燃料の多様化が可能で、低公害で、しか
も発電効率が設備規模によって影響されず、極めて有望
な技術である。

【０００３】特に、固体電解質型燃料電池は、リン酸型
燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池と異なり、液体、融体
を用いないため電池の構成がシンプルであり、高温の排
熱利用も含めるとエネルギー効率８０〜９０％が期待で
きるものである。

【０００４】この固体電解質燃料電池の構造は、多孔質
ジルコニアセラミックスなどからなる支持管の外表面に
陽極と、固体電解質および陰極が順次積層された構造を
成している。そして、上記支持管の内側には空気を、外
側には燃料をそれぞれ供給し、これらが固体電解質を介
して反応するときのエネルギーを直接電力の形で取り出
すものである。

【０００５】そして、上記支持管を成すセラミックス管
は、セラミックス原料を管状に押出成形することによっ
て得られるものであった。例えば図６に示すような押出
成形装置を用いて、セラミック原料をシリンダー１２内
に充填し、ピストン１１によって下方へ加圧して、コア
ピン１５とダイス１４の間よりセラミック原料を押出し
て、管状セラミックス成形体１７を押出成形するように
なっている。

【０００６】また、燃料電池用支持管を形成する場合
は、このようにして得られた管状セラミックス成形体１
７の片側を封止して焼成し、外形を研磨するようになっ
ている。

【０００７】さらに、他の押出成形装置として、図７に
示すように、投入口２１から投入されたセラミック原料
をパッグスクリュー２２で混練しながら前方へ送り、さ
らにオーガスクリュー２４で前方へ押出して、ダイス２
６より棒状セラミックス成形体２７を押出成形するよう
にしたものもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記図６に
示す押出成形装置を用いて成形した管状セラミックス成
形体１７は、両端が反りやすいうという問題点があっ
た。特に燃料電池用支持管として用いられる管状セラミ
ックス成形体１７は１６００ｍｍと長いため、反りが発
生しやすかった。これは、押出成形された管状セラミッ
クス成形体１７は、ダイス１４から出てしまうと支持す
るものがないことから、内在する歪みによって横方向に
曲げられ、反りの発生となるのであった。

【０００９】そして、管状セラミックス成形体１７に反
りが生じると、この後の片側封止工程や、焼成工程等が
困難となり、セラミックス管にクラックが生じるなどの
問題点があった。

【００１０】一方、図７に示すオーガスクリュー２４を
用いた押出成形装置によって棒状セラミックス成形体２
７を得る場合、セラミック原料の流れは渦巻き状に押出
されていくため、中央部分の詰まりが悪く、棒状セラミ
ックス成形体２７の中央部分に空洞が生じやすいという
問題点があった。そして中央に空洞を生じたまま焼成す
ると、クラックが生じやすいという不都合があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
管状成形体を得るための押出成形装置におけるコアピン
をダイスの先端面から突出させることによって、管状成
形体がダイスから押出された直後もコアピンによって支
持し、反りの発生を防止できるようにしたものである。

【００１２】また、本発明は、管状成形体を得るための
押出成形装置におけるコアピンの直線部分の長さを管状
成形体の長さの２．０％以上とすることにより、押出成
形時の直線方向の加圧領域を長くして成形体に内在する
歪みを少なくし、得られた管状成形体の反りを防止する
ようにしたものである。

【００１３】また、本発明は、スクリューを用いて原料
を押出成形する装置において、ダイスの直前に整流板を
備えることによって、渦巻き状に押出される原料を直線
方向の流れに変換させ、その結果中央部分の詰まりの良
い棒状セラミックス成形体を得るようにしたものであ
る。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。

【００１５】図１に示す押出成形装置は、フレーム１３
にピストン１１およびシリンダー１２が固定され、該シ
リンダー１２の先端にダイス１４を備え、このダイス１
４の内部にはスパイダー１６で支持されたコアピン１５
が配置されており、このコアピン１５の先端部はダイス
１４の先端面よりも突出して構成されている。

【００１６】いま、セラミックス管を押出成形する場合
は、セラミック原料をシリンダー１２の中に入れ、ピス
トン１１で下方に加圧し、原料をダイス１４とコアピン
１５の隙間から押出すことにより、管状セラミックス成
形体１７を得ることができる。

【００１７】また、このとき、コアピン１５の先端がダ
イス１４の先端面から突出しているため、管状セラミッ
クス成形体１７がダイス１４から押し出された直後も、
コアピン１５によって支持されており、管状セラミック
ス成形体１７が横方向へ曲がることを防止できる。

【００１８】そして、上記管状セラミックス成形体１７
の曲がり（反り）を防止するためには、コアピン１５先
端のダイス１４先端面からの突出量ａは、５ｍｍ以上必
要である。ただし、この突出量ａが３０ｍｍよりも大き
いと折れやすくなるため、結局上記突出量は５〜３０ｍ
ｍの範囲内が良い。

【００１９】さらに、管状セラミックス成形体１７の反
りを防止するためには、押出成形時に生じる管状セラミ
ックス成形体１７の内部歪みを少なくすればよいが、こ
れは図２に示すコアピン１５の直線部１５ａの長さＬに
関係することがわかった。

【００２０】つまり、セラミック原料はコアピン１５の
テーパ部１５ｂを通過する際に押し固められ、直線部１
５ａを通過する際には最終形状に形を整えられることに
なるが、この直線部１５ａを通過する際の長さが短い
と、内部歪みを生じて曲がり（反り）を発生させやすい
のである。

【００２１】そこで、コアピン１５の直線部１５ａの長
さＬを種々に変化させたときの、得られた管状セラミッ
クス成形体１７の反り量を測定する実験を行った。

【００２２】セラミック原料として、１５モル％のカル
シアを含む安定化ジルコニア原料粉末に、セラミゾール
等の分散剤、グリセリン等の可塑剤、ＰＶＡ等の結合
剤、および焼結体の開気孔率が３８％程度となるように
繊維状のセルロース等を加え、混合攪拌機を用いて混合
した。得られた混合材を図１に示す押出成形装置を用い
て生密度３．０ｇ／ｃｍ³ 、長さ１６００ｍｍの管状セ
ラミックス成形体１７を得、その後の片側封止工程での
クラック発生率を調べた。

【００２３】その結果、管状セラミックス成形体１７の
長さ（１６００ｍｍ）に対するコアピン１５の直線部１
５ａの長さＬの比と、得られた管状セラミックス成形体
１７のクラック発生率との関係を図３に示す。

【００２４】この結果より明らかに、コアピン１５の直
線部１５ａの長さＬが管状セラミックス成形体１７の長
さの２．０％以上になると、クラック発生率が０％とな
り、優れた結果を示した。したがって、コアピン１５の
直線部１５ａの長さＬを管状セラミックス成形体１７の
長さの２．０％以上にすれば、管状セラミックス成形体
１７の反りを少なくし、その後の製造工程におけるクラ
ック発生を防止できることがわかる。

【００２５】なお、上記のようにコアピン１５の先端を
ダイス１４の先端面から突出させるとともに、コアピン
１５の直線部１５ａの長さを管状セラミックス成形体１
７の２．０％以上とすればより好適である。また、この
ようなコアピン１５の構造は、図１に示す押出成形装置
に限らず、後述する図４に示すようなスクリューを用い
た押出成形装置にも適用することができる。

【００２６】次に本発明の他の実施例を説明する。

【００２７】図４に示す押出成形装置は、セラミック原
料の投入口２１と、原料を混練するパッグスクリュー２
２と、原料を押出すオーガスクリュー２４を有し、該オ
ーガスクリュー２４の前方に整流板２５を介してダイス
２６を備えている。

【００２８】そして、この装置を用いて押出成形する場
合は、投入口２１より投入したセラミック原料をパッグ
スクリュー２２で混練しながら前方に送り、さらにオー
ガスクリュー２４で前方へ押し出されたセラミック原料
は、整流板２５を通過してダイス２６より棒状セラミッ
クス成形体２７として押出成形されるようになってい
る。

【００２９】また、上記整流板２５は、図５に示すよう
に複数の整流羽根２５ａとその間の貫通項２５ｂを備え
ている。そして、セラミック原料はオーガスクリュー２
４によって渦巻き状に押し出されるが、その後この整流
板２５を通過する際に渦巻き方向から直線方向の流れへ
と変換されてダイス２６へ向かうことになる。そのた
め、得られた棒状セラミックス成形体２７は中央部まで
完全に押し固められ、空洞部の発生を防止することがで
きる。

【００３０】なお、上記整流板２５は、図５に示す形状
に限定されるものではなく、セラミック原料の流れを渦
巻き方向から直線方向に変換できるように、直線方向に
沿った複数の整流羽根２５ａと貫通孔２５ｂを備えたも
のであれば良い。

【００３１】ここで、上記実施例と同じセラミック原料
を用いて、直径１５ｍｍ、長さ１００ｍｍの棒状セラミ
ックス成形体２７を押出成形する実験を行った。本発明
実施例として、図４に示す押出成形装置を用いて成形
し、一方比較例として図７に示す整流板２５を用いない
押出成形装置を用いて成形した。それぞれ、１０本づつ
成形し、１０００℃で乾燥、１２００℃で仮焼、１５８
０℃で焼成した時の各工程で、外観および内部のクラッ
クの有無を調べ、クラックや割れの生じたものは不良と
した。また、乾燥後および仮焼後に、それぞれ２本づつ
縦方向に切断して内部のクラック有無を調べた。

【００３２】それぞれ、各工程での良品数は表１に示す
通りであり、この結果より明らかに、比較例では焼成後
でも内部クラックがなく良品であったものの数が０であ
ったのに対し、本発明の押出成形装置を用いた場合は、
全数が良品となり優れた結果を示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】なお、以上の実施例では、原料としてジル
コニアを主成分とするセラミックスを示したが、この他
にアルミナ、ムライト、コージライトなどさまざまなセ
ラミックスや、あるいはセラミックス以外の各種粉末原
料の押出成形に、本発明の押出成形装置を適用できるこ
とは言うまでもない。

【００３５】

【発明の効果】このように本発明によれば、管状成形体
を得るための押出成形装置におけるコアピンの先端をダ
イス先端面から突出させるか、またはコアピンの直線部
分の長さを管状成形体の長さの２．０％以上としたこと
によって、管状成形体の反りを防止することができ、特
に燃料電池用支持管のような長尺セラミックス管であっ
ても歩留り良く製造することができる。

【００３６】また、本発明によれば、押出成形装置のダ
イスの直前に整流板を備えたことによって、セラミック
原料の流れを直線方向に整流し、中央部分の詰まりが良
い棒状セラミックス成形体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の押出成形装置を示す側面図である。

【図２】図１中のコアピンのみを示す側面図である。

【図３】管状セラミックス成形体の長さに対するコアピ
ンの直線部の長さＬの比率と、その後の工程におけるク
ラック発生率との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の他の実施例に係る押出成形装置を示す
断面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は、図４の押出成形装置における
整流板を示す正面図および側面図である。

【図６】従来の押出し成形装置を示す側面図である。

【図７】従来の押出し成形装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１１：ピストン １２：シリンダー １３：フレーム １４：ダイス １５：コアピン １６：スパイダー １７：管状セラミックス成形体 ２１：投入口 ２２：パッグスクリュー ２４：オーガスクリュー ２５：整流板 ２６：ダイス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管状成形体を得るためにダイスの内側にコ
   アピンを備えてなる押出成形装置であって、上記コアピ
   ンの先端がダイスの先端面よりも突出していることを特
   徴とする押出成形装置。
2. 【請求項２】管状成形体を得るためにダイスの内側にコ
   アピンを備えてなる押出成形装置であって、上記コアピ
   ンの直線部分の長さが、上記管状成形体の長さの２．０
   ％以上であることを特徴とする押出成形装置。
3. 【請求項３】原料をスクリューで混練しダイスから所定
   形状に押出成形するための装置であって、上記ダイスの
   直前に整流板を備えたことを特徴とする押出成形装置。