JPH0741369A

JPH0741369A - セラミックス管の焼成方法

Info

Publication number: JPH0741369A
Application number: JP5190472A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Akimine; 辰巳秋峯; Michihiko Koshida; 充彦越田; Yasuhiro Tanaka; 泰宏田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【構成】管状セラミックス成形体１の一方端にフランジ
部材２を挿入接着し、かつその周囲に押圧部材３を備
え、これら押圧部材３とフランジ部材２を支持板５に係
止させて、前記管状セラミックス成形体１を吊り下げ、
焼成する。【効果】長尺セラミックス管を吊り焼きにより焼成する
場合でも、吊り下げ部の破損による落下事故を防止で
き、歩留りを高くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
用支持管などのセラミックス管の焼成方法に関するもの
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。そして、発電容量を増大するために、上
記支持管は１６００ｍｍ程度の長尺のセラミックス管と
なっている。

【０００５】また、この他にも各種フィルターや保護管
など、長尺のセラミックス管はさまざまな分野で用いら
れている。

【０００６】このような長尺のセラミックス管を製造す
る場合は、セラミックス原料を押出成形によって管状に
成形した後、吊り焼きにより焼成する方法が採られてい
る。これは、図６に示すように、得られた管状セラミッ
クス成形体１の一端に孔１ａを形成し、この孔１ａに棒
状止め具２４を挿入して支持板２５に係止し、管状セラ
ミックス成形体１を吊り下げた状態で焼成する方法であ
る。また、その炉の構造は図７に示すように、蓋体２１
と内側にヒータ２７を備えた炉体２２からなり、この内
側に炉芯管２８および中蓋２３を備え、炉芯管２８の内
部に支持板２５を配置して複数の管状セラミックス成形
体１を吊り下げるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記吊り焼
きによる焼成方法では、管状セラミックス成形体１の穴
１ａを棒状留め具２４で支持する構造であったため、自
重によりこの孔１ａより亀裂が生じて破損したり、ひい
ては落下事故を誘発する恐れがあった。

【０００８】特に、上記燃料電池用支持管のような長尺
セラミックス管の場合は破損しやすく、場合によっては
落下事故の発生率が２０％以上にもなり、極めて歩留り
の悪いものであった。

【０００９】また、図７に示す炉を用いて複数の管状セ
ラミックス成形体１を焼成する際に、炉芯管２８内の周
辺部に配置した管状セラミックス成形体１は、ヒータ２
７に近い外側が内側よりも高温となって焼成収縮率が大
きくなるため、破線で示すように管状セラミックス成形
体１の下端が外側に向かって反ってしまうという問題点
があった。このような反りが発生すると、不良品となっ
てしまい、歩留りが悪いものであった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
管状セラミックス成形体の一方端にフランジ部材を挿入
接着し、かつ該フランジ部材を挿入した管状セラミック
ス成形体の周囲に押圧部材を備え、これら押圧部材とフ
ランジ部材を支持板に係止させて、前記管状セラミック
ス成形体を吊り下げ、焼成するようにしたものである。

【００１１】また、本発明は、セラミックス成形体の上
端を支持板に吊り下げ、下端の周囲に焼成収縮率の大き
い押圧部材を備えて焼成することにより、反りを防止す
るようにしたものである。

【００１２】さらに、本発明は、管状セラミックス成形
体の上端を支持板に吊り下げ、下端に荷重を加えて焼成
することにより、焼成時の反りを防止するようにしたも
のである。

【００１３】

【実施例】以下本発明実施例を説明する。

【００１４】セラミックス原料に所定のバインダーを添
加混合して、管状に押し出し成形した。次に、図１、２
に示すように、得られた管状セラミックス成形体１の一
方端に、フランジ部２ａと挿入部２ｂを持ったフランジ
部材２を挿入し、加熱硬化型の耐熱性無機接着剤からな
る接着剤４で接着し、さらに管状セラミックス成形体１
の上記フランジ部材２を挿入した側の端部の周囲に、リ
ング状の押圧部材３を接合した。

【００１５】ここで、上記フランジ部材２は、管状セラ
ミックス成形体１とほぼ同じ焼成収縮率を持つものであ
るが、押圧部材３は管状セラミックス成形体１よりも焼
成収縮率の大きな材質を用いる。なお、焼成収縮率は成
形体の生密度を変化させることによって自由に調整する
ことができ、生密度を低くすれば焼成収縮率を大きくで
きる。

【００１６】そして、上記フランジ部２ａおよび押圧部
材３を支持板５に係止させて、管状セラミックス成形体
１を吊り下げ、所定の温度で焼成する。このようにして
焼成を行えば、上記押圧部材３は焼成収縮率が大きいた
め、管状セラミックス成形体１を締めつけ、フランジ部
材２の離脱を防止する。また、フランジ部材２は、押圧
部材３の締めつけにより強固に固着し、かつ管状セラミ
ックス成形体１とは挿入部２ｂの全面で接着してあるた
め、この部分に亀裂が生じたり、破損したりする恐れを
なくすことができ、焼成時の管状セラミックス成形体１
の落下事故を防止することができる。

【００１７】なお、焼成後は上記フランジ部材２および
押圧部材３は不要となるため、切断して取り除けば良
い。

【００１８】ここで、セラミックス原料として、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。得られた混合材を真空混練機で減圧下で
混練しながら、口金部より混練材を押出成形し、生密度
３．０ｇ／ｃｍ³で長さ１６００ｍｍの円筒中空の管状
セラミックス成形体１を得た。

【００１９】そして、この管状セラミックス成形体１
に、図１、２に示すようにフランジ部材２および押圧部
材３を備えて焼成したところ、落下事故の発生率を０％
とすることができた。

【００２０】次に本発明の他の実施例を説明する。

【００２１】上記実施例と同様の管状セラミックス成形
体１に高温強度を与えるために、横にした状態で予備焼
成してわずかに焼結させた。次に、図３に示すように、
その一端に孔１ａを開け、棒状止め具２４を孔１ａに挿
入して吊り下げた。また、管状セラミックス成形体１の
下端の周囲には、焼成収縮率の大きい材質からなるリン
グ状の押圧部材１２を接合し、さらに各管状セラミック
ス成形体１の周囲を保護管１２で覆った。

【００２２】このようにして焼成すれば、管状セラミッ
クス成形体１の下端が押圧部材１２で締めつけられるた
め、反りの発生を防止することができる。また、各管状
セラミックス成形体１を保護管１１で囲むことによっ
て、輻射熱の伝わり方を均一にし、反りを防止する効果
がある。

【００２３】ここで、本発明実施例として、上記実施例
と同じ原料を用い、最終的な大きさが直径１６ｍｍで長
さ１０００ｍｍとなるように成形して、焼成収縮率が１
０．０％の管状セラミックス成形体１を得た。一方、押
圧部材１２の方は、生密度を調整して焼成収縮率が１
３．５％となるようにした。

【００２４】また、比較例として押圧部材１２を備えな
いものも用意し、両方１０本ずつ焼成した後の反り量を
測定した。

【００２５】結果は表１に示すように、比較例では平均
１．７５ｍｍの反りが生じていたのに対し、本発明の方
法で焼成したものは平均０．４５ｍｍと反りの発生を防
止できることがわかる。

【００２６】

【表１】

【００２７】さらに本発明の他の実施例を説明する。

【００２８】上記実施例と同様にして成形した管状セラ
ミックス成形体１の下端部に図４に示すように、孔１ｂ
を形成して、この孔１ｂにセラミックス製のピン１５を
通してセラミックス製の重り１６を接合する。この状態
のままで、重り１６を接合した部分が下側になるよう
に、管状セラミックス成形体１を図１、２または図３に
示すように吊り下げて焼成すれば良い。

【００２９】このようにして焼成すれば、管状セラミッ
クス成形体１の下端に鉛直方向の荷重が加わった状態で
焼成されるため、反りの発生を防止することができる。

【００３０】ここで、実際にＬａＭｎＯ₃粉末原料に所
定のバインダーを添加し、混練した後、押出成形によ
り、全長５００ｍｍ、外径１８ｍｍ、肉厚２ｍｍの管状
セラミックス成形体１を得た。この管状セラミックス成
形体１を１２００℃で予備焼成した後、一端に種々の重
さの重り１６を接合し、他端を支持して吊り焼きにより
焼成した。焼成後のセラミックス管の反りをレーザース
キャンマイクロメーターで測定した。

【００３１】その結果、重り１６の質量と、反りの最大
値との関係を図５に示す。このグラフより、荷重を加え
なかったもの（質量０）では反り量が１．９ｍｍあった
のに対し、１００ｇ以上の荷重を加えると反り量を０．
５ｍｍ以下に低くできた。したがって、本実施例の場合
は１００〜２００ｇの荷重を加えれば好適に焼成できる
ことがわかった。ただし、この荷重は、焼成する管状セ
ラミックス成形体１の大きさや肉厚等に応じて適宜選択
する必要がある。

【００３２】また、上記実施例においては、各発明を個
別に示したが、これらを組み合わせても良い。例えば、
図１、２に示すようなフランジ部材２を管状セラミック
ス成形体１に取りつけて、しかもその下端部に図３に示
すような押圧部材１２を接合したり、あるいは図４に示
すような重り１６を取りつけて焼成すればより好適であ
る。

【００３３】さらに、以上の実施例では、管状セラミッ
クス成形体１の材質としてジルコニアまたはＬａＭｎＯ
₃を用いたものを示したが、本発明はこれらの材質に限
るものではなく、アルミナ、ムライト、コージライトな
ど他のセラミックスでも同様に用いることができる。ま
た、本発明は、燃料電池用支持管に限らず、各種フィル
タや保護管などさまざまなセラミックス管の焼成方法に
適用できることは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】このように本発明によれば、管状セラミ
ックス成形体の一方端にフランジ部材を挿入接着し、か
つその周囲に押圧部材を備え、これら押圧部材とフラン
ジ部材を支持板に係止させて、前記管状セラミックス成
形体を吊り下げ、焼成するようにしたことによって、燃
料電池用支持管のような長尺セラミックス管を吊り焼き
により焼成する場合でも、吊り下げ部の破損による落下
事故を防止でき、歩留りを高くすることができる。

【００３５】また、本発明によれば、セラミックス成形
体の一方端を支持板に吊り下げ、他方端に焼成収縮率の
大きい押圧部材を備えて焼成したり、あるいは他方端に
荷重を加えて焼成することによって、焼成時の反りの発
生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を歩留り良く焼成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミックス管の焼成方法を説明する
ための斜視図である。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】本発明のセラミックス管の焼成方法における他
の方法を説明するための炉の断面図である。

【図４】本発明のセラミックス管の焼成方法における他
の方法を説明すための管状セラミックス成形体の下端部
断面図である。

【図５】管状セラミックス成形体の下端に吊り下げる重
りの質量と、焼成後の反り量との関係を示すグラフであ
る。

【図６】従来のセラミックス管の焼成方法を説明するた
めの斜視図である。

【図７】従来のセラミックス管の焼成方法を説明するた
めの炉の断面図である。

【符号の説明】

１：管状セラミックス成形体２：フランジ部材３：押圧部材４：接着剤５：支持板１１：保護管１２：押圧部材１５：ピン１６：重り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管状セラミックス成形体の一方端にフラン
ジ部材を挿入接着し、かつ該フランジ部材を挿入した管
状セラミックス成形体の周囲に押圧部材を備え、これら
押圧部材とフランジ部材を支持板に係止させて前記管状
セラミックス成形体を吊り下げ、焼成することを特徴と
するセラミックス管の焼成方法。
【請求項２】管状セラミックス成形体の上端を支持板に
吊り下げ、下端の周囲に焼成収縮率の大きい押圧部材を
備えて焼成することを特徴とするセラミックス管の焼成
方法。
【請求項３】管状セラミックス成形体の上端を支持板に
吊り下げ、下端に鉛直方向の荷重を加えた状態で焼成す
ることを特徴とするセラミックス管の焼成方法。