JP2018134761A - セラミック成形体の製造方法及びセラミック成形体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック成形体の断面形状が真円形状へ回復する程度を高めるとともに、速やかに乾燥することができるセラミック成形体の製造方法及びセラミック成形体の製造装置を提供すること。【解決手段】セラミック成形体の製造方法では、１．５ｍ以上のセラミック成形体９を、回転ローラ５１上に配置して、回転させながら乾燥させる。そして、この乾燥の際には、セラミック成形体９の押出方向における後端側（根本側）より先端側に向けて送風して乾燥させる。セラミック成形体９は、押し出された直後では、その後端側は真円の程度が高いので、セラミック成形体９の後端側より先端側に向けて送風することにより、後端側を早めに乾燥できる。一方、先端側は、自重により徐々に潰れていくので、セラミック成形体９を回転させながら、セラミック成形体９の後端側より先端側に向けて送風する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば円筒横縞型固体酸化物燃料電池等に適用することができるセラミック成形体の製造方法及びセラミック成形体の製造装置に関するものである。

従来、固体酸化物燃料電池として、円筒横縞型固体酸化物燃料電池が知られている。この円筒横縞型固体酸化物燃料電池とは、多孔質の円筒形状の絶縁体基体管（即ち支持体）上に、多数の燃料電池セルを横並びに配置して、それらの間をインターコネクタ等で接続したものである。

この円筒横縞型固体酸化物燃料電池の支持体は、通常、例えば粘土状の押出材料を用い、押出成形機を使って円筒形状に押し出して、所望の長さで切断して成形体（即ちセラミック成形体）を作製し、これを自然放置乾燥あるいは加熱乾燥し、その後焼成することで製造することができる。

このうち、切断は、ワイヤーで切るのが一般的である。例えば、押出成形機の口金付近でワイヤーを上下動させて切断する方法があり、また、切断時にかかる抵抗を小さくするために、ワイヤー径を低減させる等の方法もある（下記特許文献１参照）。

また、セラミック成形体に変形が生じた際に、その形状の補正する方法（下記特許文献２参照）や、乾燥後にセラミック成形体の変形部を破棄するなどの方法がある。
さらに、セラミック成形体の長さが１．５ｍを超えるような長尺の円筒形状の場合には、セラミック成形体の先端は、押し出されてから切断されるまでの時間がかかるため、自重で潰れて断面が楕円形状になる。

この対策として、セラミック成形体を回転ローラ上で回転させて、セラミック成形体の断面形状をある程度真円に回復させながら、自然乾燥させる技術が知られている（下記特許文献３、４参照）。

また、円筒形状のセラミック成形体を乾燥させる際には、静置されたセラミック成形体の軸中心の貫通孔に風を送ることで、セラミック成形体の外側と内側とを均一に乾燥させる技術が知られている（下記特許文献５参照）。

特開２００２−１０３３２４号公報 特開２００６−２０５５２６号公報 特開２００３−２６４６６号公報 特開２００３−１１７９１７号公報 特開平６−３３５９１０号公報

しかしながら、上述した従来技術において、切断後のセラミック成形体に対して回転させながら送風乾燥する場合は、乾燥が促進されるものの、粘土の硬化が過度に進行すると、先述した断面形状が真円形状へ回復することを阻害する恐れがある。

この真円形状への回復が不十分な場合、その後の印刷工程などでセラミック成形体を回転させながら加工する際に支障をきたすので、好ましくない。
一方、セラミック成形体の乾燥開始を遅らせて、上述した断面形状が真円形状へ回復することを重視する場合には、十分な乾燥に至る時間が長くなる。また、乾燥させながら搬送する装置においては、搬送距離が長くなることに繋がり、装置が巨大化してしまう。

なお、乾燥が不十分である場合には、セラミック成形体の強度が不足し、その後の焼成工程などにおいて、取り回しが悪化したり、場合によっては破損が発生したりするという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、セラミック成形体の断面形状が、真円形状へ回復する程度（以下「回復度」という）を高めるとともに、速やかに乾燥することができるセラミック成形体の製造方法及びセラミック成形体の製造装置を提供することにある。

（１）本発明の第１局面は、軸方向の長さが１．５ｍ以上の円筒形状のセラミック成形体を製造する、セラミック成形体の製造方法に関するものである。
このセラミック成形体の製造方法は、押出成形体を押出成形により作製する押出成形工程と、押出成形体を所定の長さに切断してセラミック成形体を作製する切断工程と、セラミック成形体を回転可能で且つ搬送可能な複数の回転ローラの上で回転する複数のセラミック成形体に対し、セラミック成形体の押出方向における後端側より先端側に向けて送風して乾燥させる乾燥工程と、を備える。

本第１局面では、セラミック成形体を、回転ローラ上に配置して、回転させながら乾燥させる。そして、この乾燥の際には、セラミック成形体の押出方向における後端側（即ち根本側）より先端側に向けて送風して乾燥させる。

セラミック成形体の先端側は、押し出されてから時間が経過しており、自重により徐々に潰れる。そのため、セラミック成形体を回転させて真円形状を回復するのに時間を要する。

一方、セラミック成形体の後端側は、押し出された直後であり、その形状をほぼ保っている。即ち、セラミック成形体の後端側は、真円の程度が高い。
そこで、本第１局面では、セラミック成形体を回転させながら、セラミック成形体の後端側より先端側に向けて送風する。これにより、真円の程度が高い後端側から乾燥させることができる一方で、先端側については、回復度を高めてから乾燥させることができ、効率良く真円の程度が高いセラミック成形体を得ることができる。

なお、送風によって、セラミック成形体の後端側にて、セラミック成形体の材料（即ち粘土）から揮発した水分が先端側に送られるので、先端側の雰囲気が変化する（即ち湿度が高くなる）。よって、この点からも、先端側における材料の柔軟性を長く維持できるので、その間に回転させることによって回復度を高めることができる。

このようにして、本第１局面では、セラミック成形体の断面形状の回復度を確保しつつ、速やかに乾燥できるという顕著な効果を奏する。また、これにより、セラミック成形体を回転させながら加工する作業が容易になり、しかも、乾燥させながら搬送する装置においては、装置をコンパクトにできるという利点がある。

特に、セラミック成形体が１．５ｍ以上の長さの場合には、自重による先端側の潰れが顕著であり、形状回復工程は必須である。
また、本第１局面では、乾燥時間を短くすることにより、鉄製等の回転ローラの成分がセラミック成形体に付着しにくい。よって、付着した物質によるセラミック成形体の性能の低下を抑制できる。例えば、セラミック成形体を焼成して焼結体とした後に、その表面に成膜する場合には、焼結体の表面に好適に成膜を行うことができる。

ここで、セラミック成形体とは、セラミック成形体の材料（例えば粘土）が押出成形され、切断されて形成されたものであり、乾燥前は、回転ローラによって整形可能な程度の柔らかさを有し、乾燥によって硬化する成形体（従って焼成前の成形体）である。

また、本第１局面では、セラミック成形体を回転させた後に、所定のタイミングで送風を開始することができる。この送風を開始する時期（タイミング）としては、セラミック成形体を回転させた以降の適切なタイミングを採用できる。このタイミングを調節することにより、断面形状の高い回復度を実現しつつ、速やかに乾燥できる。

なお、送風開始のタイミングが早い場合には、速やかな乾燥を実現でき、送風のタイミングが遅い場合には、断面形状の高い回復度を実現できる。前記送風の際の風速は、０．５ｍ／ｓ以上が望ましい。

さらに、前記回転によって前記セラミック成形体の真円率が７０％以下に回復した後に、前記送風を開始するのが望ましい。これにより、断面形状の高い回復度を実現しつつ、速やかに乾燥できる。

ここで、真円率［％］とは、セラミック成形体の真円の程度を、セラミック成形体を押出方向（即ち軸方向）から見た場合の長径（即ち軸方向に延びる貫通孔の最大の径）と短径（即ち貫通孔の最小の径）を用いて示す指標であり、下記式（１）によって示される。

真円率［％］＝
｛(一定時間乾燥後の長径と短径の差/成形直後の長径と短径の差)｝×１００・・(１)
ここで、「一定時間」とは、押出成形体を切断してから送風を開始するまでの時間であり、「成形直後」とは、押出成形体を切断してセラミック成形体とした時点である。

なお、真円率が小さい場合には真円に近く、例えば６０％以下となった場合に、押し出し直後の真円の状態に十分に回復したと見なすことができる。
また、真円率は、押出方向における測定位置によって異なる。通常は、押出方向の先端側の真円率は後端側より大きく、その値は時間とともに大きくなる。

（２）本発明の第２局面は、第１局面に記載のセラミック成形体の製造方法であって、切断工程は、切断刃によって押出成形体を切断する工程であり、押出成形体の切断過程における切断刃の速度を変更することにより、切断荷重を制御する。

押出成形体を切断する荷重が大き過ぎる場合には、切断後のセラミック成形体が変形するとともに、その変形量が大きくなる恐れがある。
それに対して、本第２局面では、切断の際に押圧成形体に加わる荷重（即ち切断荷重）を制御することにより、セラミック成形体の変形量を小さくすることができる。詳しくは、後述する実験例からも明らかなように、切断荷重を小さくすること（例えば所定値以下に小さくすること）により、セラミック成形体の変形量を小さくすることができる。

その結果、セラミック成形体の後端側の真円の程度を高く維持することができるため、セラミック成形体を回転させながら、後端側から先端側に送風して乾燥させる場合にも好適である。

また、この変形量とは、切断されたセラミック成形体の後端側の変形量であるが、切断後に残された押出成形体の先端側も同様に変形する。そのため、この押出成形体が切断されたセラミック成形体の先端側も変形することになるので、結果として、セラミック成形体の先端側の変形も抑制できるという効果もある。

（３）本発明の第３局面は、第１又は第２局面に記載のセラミック成形体の製造方法であって、押出成形工程において、押出成形体を成形する成形金型は、外ダイと、前記外ダイの先端より押出方向に突出した先端を有する内ダイと、を備え、切断工程において、切断刃を、内ダイの外周側より内ダイに向けて移動して、押出成形体を切断する。

従来技術において、セラミック成形体をワイヤーで切断する際には、切り初めで押し潰したり、切り終わりで引っ張る力がかかったりするため、セラミック成形体が変形する。特にセラミック成形体が円筒形状の場合、面で支持することができないため、変形し易い。そのため、後の乾燥工程や印刷工程などで、セラミック成形体を回転させながら加工する際に、支障をきたすことがある。

それに対して、本第３局面では、内ダイ（内側の金型）と外ダイ（外側の金型）とを備えた成形金型を用いて、押出成形によって筒状の押出成形体（例えばセラミック材料からなる押出成形体）を形成する。そして、この押出成形体に対して、切断刃を内ダイの外周側より内ダイに向けて移動させて押出成形体を切断するので、切断の際の変形を抑制できる。

つまり、本第３局面では、内ダイは外ダイより押出方向の下流側に突出しているので、押出成形体の先端側の一部は、内ダイの外周側に位置している。従って、その外周側に位置している押出成形体に対して切断刃を押し入れる（押し込む）場合には、切断刃を押し入れる方向には押出成形体を内側から支えるように内ダイがある。そのため、押出成形体は内ダイより内側（軸中心側）には変形しないので、切断時における押出成形体の変形（従って切断後のセラミック成形体の変形）が抑制される。

また、切断時にセラミック成形体の変形が抑制されるので、セラミック成形体を乾燥・硬化後、端部の変形箇所を改めて切断する等の作業を低減でき、材料ロス等も低減できるという利点がある。

なお、切断刃の材料は、内ダイの材料より柔らかい材料からなるのが望ましい。これにより、切断刃が内ダイに当たった場合でも、内ダイの変形や損傷が少なく、よって、セラミック成形体の寸法精度が低下し難いという効果がある。

（４）本発明の第４局面は、軸方向の長さが１．５ｍ以上の円筒形状のセラミック成形体を製造する、セラミック成形体の製造装置に関するものである。
このセラミック成形体の製造装置は、押出成形体を押出成形により作製する押出成形機と、押出成形体を所定の長さに切断してセラミック成形体を作製する切断機と、セラミック成形体を回転可能で且つ搬送可能な複数の回転ローラと、回転ローラの上で回転する複数のセラミック成形体に対し、セラミック成形体の押出方向における後端側より先端側に向けて送風して乾燥させる送風装置と、を備える。

本第４局面は、前記第１局面と同様な作用効果を奏する。
（５）本発明の第５局面は、第４局面に記載のセラミック成形体の製造装置であって、切断機は、押出成形体を切断する切断刃を有するとともに、押出成形体の切断過程における切断刃の速度を変更することにより、切断荷重を制御する機構を備える。

本第５局面は、前記第２局面と同様な作用効果を奏する。
（６）本発明の第６局面は、第４又は第５局面に記載のセラミック成形体の製造装置であって、押出成形機は、内ダイの先端が外ダイの先端より押出方向に突出した成形金型を備え、切断機は、成形金型より押し出された押出成形体を切断する切断刃を有し、切断刃が内ダイの外周側より内ダイに向けて移動して、押出成形体を 切断する機構を有する。

本第６局面は、前記第３局面と同様な作用効果を奏する。

本発明により、変形の少ない端部をもつ円筒形のセラミック成形体が得られる。また、そのセラミック成形体の根元側から送風することで、先端側の自重潰れの回復効果を得ながら、短時間でセラミック成形体を乾燥させることができる。

＜以下に、本発明の各構成について説明する＞
・セラミック成形体とは、セラミックを主成分（即ち固体成分のうちの最大の含有量）とする円筒形状の部材である。このセラミックの種類としては、例えばアルミナ、ジルコニア、ムライト、スピネル等が挙げられる。なお、セラミック以外に、例えばガラス等の他の成分を含んでいてもよい。

・押出成形体とは、押出成形機によって所定の粘性を有する押出材料（例えば粘土）が押し出されて形成された、セラミックを主成分とする筒状（例えば円筒形状）の成形体である。なお、この押出成形体は、セラミック成形体の切断前の成形体であるので、その材料もセラミック成形体と同様である。

・切断刃とは、押出成形体を切断してセラミック成形体を形成する切断用の部材であり、例えば樹脂や金属からなる板状等の部材である。
・成形金型とは、所定の粘性を有する押出材料（例えば粘土）から押出成形体の成形を行う金型である。外ダイは、押出成形体の外周面を形成する筒状の金型であり、内ダイとは、外ダイの軸中心側に配置されて、押出成形体の内周面を形成する金型である。

・回転ローラとは、軸中心を中心にして回転可能なローラであり、また、自身の上にセラミック成形体を搭載して、例えばコンベア等の一部としてセラミック成形体を搬送可能なローラである。この回転ローラの材質としては、例えば鉄やアルミ等の金属やセラミック等の材料が挙げられる。

第１実施形態の製造装置を示す正面図である。 製造装置を示す平面図である。 セラミック成形体を示す斜視図である。 成形金型を垂直方向に破断して示すとともに、切断機の配置を示す説明図である。 切断機や内ダイ等を押出方向の先端から見た状態を示す説明図である。 載置部、切断機、コンベアの一部等を、押出方向の先端から見た状態を示す説明図である。 切断機による切断工程を示すフローチャートである。 セラミック成形体の製造工程の一部を示す説明図である。 第２実施形態における切断機や内ダイ等を押出方向の先端から見た状態を示す説明図である。 第３実施形態における切断機や内ダイ等を押出方向の先端から見た状態を示す説明図である。 実験結果を示すグラフである。

次に、本発明のセラミック成形体の製造方法及びセラミック成形体の製造装置の実施形態について説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．セラミック成形体の製造装置の構成］
まず、第１実施形態のセラミック成形体の製造方法に用いられるセラミック成形体の製造装置（以下単に製造装置と記す）について説明する。

図１及び図２に示す様に、第１実施形態の製造装置１は、主として、押出成形体３の押出成形を行う押出成形機５と、押出成形体３の切断を行う切断機７と、切断されたセラミック成形体９（図３参照）を載置する載置部１１（図２参照）と、セラミック成形体９を搬送するコンベア１３と、セラミック成形体９に送風する送風装置１５（図２参照）とを備えている。なお、コンベア１３と送風装置１５とから、回転乾燥装置１６が構成されている。

このうち、図２に示すように、切断機７は、押出成形機５の先端側（図２の右側）に配置されており、載置部１１は、切断機７の先端側に配置されている。コンベア１３は、載置部１１の一方の横方向（図２の上側）にて地面と平行に配置されており、送風装置１５は、コンベア１３の搬送方向（矢印Ｂ方向）に対して垂直方向の一方の側（図２の左側）に配置されている。

以下、各構成について詳細に説明する。
＜押出成形機＞
押出成形機５は、筒状（即ち円筒形状）の３を押し出して成形する装置であり、円筒形状のシリンダ１７と、シリンダ１７の先端側に配置された成形金型１９とを備えている。

なお、押出成形体３が切断されて形成されるセラミック成形体９も円筒形状であり、セラミック成形体９には、軸中心に沿って延びる円柱形状の貫通孔９ａ（図３参照）が形成されている。

ここで、セラミック成形体９の寸法としては、長さ１．５ｍ〜２．５ｍの範囲の例えば２．０ｍ、外径１５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲の例えば２５ｍｍ、内径１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲の例えば２０ｍｍを採用できる。

このうち、シリンダ１７の内部には、シリンダ１７と同軸に、押出スクリュー（図示せず）が配置されている。この押出スクリューは、回転によって、シリンダ１７内に充填された粘土を押出方向（図１の右方向：矢印Ａ方向）に押し出すスクリューである。

また、成形金型１９は、図４に示すように、シリンダ１７と同軸に配置された円筒形状の外ダイ２１と、外ダイ２１の内側（即ち軸中心側）にて、外ダイ２１と同軸に配置された円柱形状の内ダイ２３とを備えている。

外ダイ２１は、その先端の内径が例えばφ１２ｍｍであり、外ダイ２１の内周面によって、セラミック成形体９の外周面が形成される。
一方、内ダイ２３は、その先端の外径が例えばφ９．８ｍｍであり、内ダイ２３の外周面によって、セラミック成形体９の内周面が形成される。

また、内ダイ２３は、その外周面の一部が外ダイ２１に覆われており、内ダイ２３の先端は、外ダイ２１の先端より例えば１０ｍｍ先端側（図４の右側）に突出している。
なお、内ダイ２３及び外ダイ２１は、例えばステンレス等の金属材料からなり、その金属材料が例えばＳＵＳ３０４の場合には、硬度はＨＢ１６０である。

＜切断機＞
図５に示すように、切断機７は、押出成形機５から押し出された押出成形体３を、押出方向と垂直に切断する装置である。

切断機７は、上下一対の切断刃２５（２５ａ、２５ｂ）と、各切断刃２５をそれぞれ上下方向に駆動する各駆動装置２７（２７ａ、２７ｂ）と、各切断刃２５にかかる荷重を検出する荷重センサ２９（２９ａ、２９ｂ）と、駆動装置２７の動作を制御する制御装置３１とを備えている。

この制御装置３１は、周知のマイコン等を備えた電子制御装置であり、各荷重センサ２９からの信号に基づいて、各駆動装置２７の動作を制御して、各切断刃２５の速度を制御する。これにより、各切断刃２５が押出成形体３に加える荷重を制御して、押出成形体３の切断状態を調節する。なお、駆動装置２７としては、周知のモータや空気圧等を用いた装置を採用できる。

各切断刃２５は、例えば厚みが２ｍｍのナイロン（例えばＭＣナイロン：登録商標）からなる板材である。このナイロンからなる切断刃２５の硬度は、ロックウエル硬度Ｒ１２０である。従って、切断刃２５は、内ダイ２３より柔らかい。

また、各切断刃２５の先端側（内ダイ２３側）には、それぞれ半円形状の刃先３３ａ、３３ｂ（３３）が形成されている。この刃先３３は、押出成形体３を切断する部分であり、切断後に内ダイ２３の外周面を周方向に一周するように（即ち囲むように）して当接する形状である。詳しくは、各切断刃２５の各刃先３３は、内ダイ２３の外周面の周方向において半周部分に当接する形状である。つまり、各刃先３３の半径は、内ダイ２３の半径と同じである。

このような構成の切断機７では、上方の切断刃２５が内ダイ２３の軸中心Ｏ側に移動して、その刃先３３が内ダイ２３の外周面（即ち上側の半円部分）に接触するとともに、下方の切断刃２５が内ダイ２３の軸中心Ｏ側に移動して、その刃先３３が内ダイ２３の外周面（即ち下側の半円部分）と接触することによって、押出成形体３を切断する。

＜載置部＞
前記図２に示すように、載置部１１は、押出方向に沿って伸びる長尺で平板状の上面を有し、押出成形体３を載置する基台３７と、基台３７上に載置された切断後のセラミック成形体９を、矢印Ｂ方向に押し出して移動させる移動機構３９とを備えている。

移動機構３９は、長尺の板材４１と、その板材４１を矢印Ｂ方向に移動させる一対の駆動部（例えばモータや空気圧等で駆動される駆動部）４３とを備えている。従って、図６に示すように、駆動部４３によって板材４１を、地面と水平で且つ矢印Ｂ方向に移動させることによって、セラミック成形体９を搬送方向に移動させてコンベア１３に搭載することができる。

＜コンベア＞
前記図２に示すように、コンベア１３は、平面視が矩形形状で地面と平行に配置されており、１又は複数のセラミック成形体９を搭載して搬送方向に移動させる装置である。

図６に示すように、このコンベア１３は、略Ｔ字状の個別部材４５が多数連結されたチェーン４７と、チェーン４７を矢印Ｃ方向に回動させる駆動ローラ４９（図１参照）と、各個別部材４５毎にその外周側に取り付けられた複数の５１とを備えている。

回転ローラ５１は、例えば鉄等の金属製の円筒形状の部材であり、図２に示すように、水平で且つ平行に配列されている。つまり、図２の左右方向に伸びて左右のチェーン４７間に挟まれるように取り付けられている。

ここで、隣り合う回転ローラ５１は、互いに接触しない間隔に配置されるとともに、隣り合う一対の回転ローラ５１によってセラミック成形体９が落下しないように保持して、セラミック成形体９を回転できる間隔に配置されている。なお、回転ローラ５１は平行に配置されるので、この間隔の幅は、長手方向におけるどの位置でも一定である。

この回転ローラ５１は、後述するように、図示しない駆動機構によって回転することによって、回転ローラ５１間に配置されたセラミック成形体９を回転させるものである。なお、回転ローラ５１は、同方向に同じ回転速度にて回転しつつ、コンベア１３の動作に伴って搬送方向に移送されるように構成されている。

＜送風装置＞
前記図２に示すように、送風装置１５は、風を発生させるファンである送風機５３と、送風機５３からの風をセラミック成形体９に送る送風部５５と、送風機５３と送風部５５とをつなぐ送風チューブ５６とを備えている。

また、送風部５５の先端には複数のノズル５７が設けられている。各ノズル５７は、コンベア１３に搭載された多数のセラミック成形体９やその周囲にそれぞれ送風できるように、搬送方向に沿って所定間隔毎に配置されている。

詳しくは、ノズル５７は、矢印Ａ方向に送風する向きに設定されるとともに、回転ローラ５１が配列される間隔で配列されている。また、ノズル５７は、コンベア１３の搬送方向に沿って全ての範囲で配置されているのではなく、搬送開始時は自然乾燥を行うために、搬送方向における後端側に配置されている。

具体的には、ノズル５７は、搭載部１１からコンベア１３の終端（図２の上端）までの範囲のうち、搭載部１１からコンベア１３の約１／３までには配置されておらず、コンベア１３の約１／３から終端までの範囲に例えば８本配置されている。

そして、このノズル５７から、セラミック成形体９やその周囲に対して、押出方向における後端側より先端側に向けて（即ち矢印Ａ方向に向けて）送風する。つまり、ノズル５７から、押出方向に沿って送風して、セラミック成形体９を乾燥させる。
［１−２．セラミック成形体の製造方法］
次に、セラミック成形体９の製造方法について説明する。
＜原料の調製工程＞
セラミック成形体９となる粘土の原料としては、周知のように、セラミック粉末と樹脂粉末と液成分とを所定の割合で混ぜたものを用いる。

セラミック粉末は、用途によって様々に選択されるが、例えば燃料電池の支持体としては、ジルコニアが一般的に選択される。
樹脂粉末は、セルロース樹脂やアクリル樹脂が、一般的に選択される。この樹脂粉末は、液成分の混合によって液状に変化するバインダである。

液成分としては、水（純水）を主成分とし、それに、周知の分散剤、滑剤、潤滑剤などが添加される。
＜混練工程＞
次に、前記粘土の原料を、混練機で練ることにより粘土を作製する。なお、押出成形機５にて混練を行ってもよい。

＜押出工程＞
次に、図１に示すように、この粘土を押出成形機５のホッパー５ａ（図１参照）から、シリンダ１７内に投入する。

シリンダ１７内では、押出スクリューを回転させて、粘土を混練しながら徐々に先端側に押し出す。
この押し出しによって、粘土を成形金型１９に通過させることによって、円筒形状の押出成形体３が形成される。この押出成形体３は、基台３７（図６参照）上に載置されて、押し出しとともに徐々に先端側に移動する。

＜切断工程＞
そして、押出成形体３が所定の長さ（例えば１５００ｍｍ以上）に押し出されたら、切断機７の一対の切断刃２５によって、例えば長さ１５００ｍｍのセラミック成形体９となるように、金型出口の位置（切断位置）にて切断する。これにより、セラミック成形体９が得られる。

上述したように、切断機７には切断刃２５に加わる荷重を測定する荷重センサ２９が取り付けられており、切断する際の荷重を検出しながら切断刃２５の速度を調整する。
ここでは、例えば図７に示す制御によって切断を行う場合について説明する。

図７のステップ（図面ではＳと記す）１００では、切断刃２５を初期設定速度で移動させる。
続くステップ１１０では、荷重センサ２９により、切断刃２５にかかる荷重を検出する。

続くステップ１２０では、切断刃２５にかかる荷重が、目的とする所定範囲内か否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１４０に進み、一方否定判断されるとステップ１３０に進む。

ステップ１３０では、切断刃２５にかかる荷重が、目的とする所定範囲内となるように、切断刃２５の速度を制御し、ステップ１１０に戻る。例えば、荷重が大き過ぎる場合には、速度を小さくして荷重を小さくする。逆に、荷重が小さ過ぎる場合には、速度を大きくして荷重を大きく。

なお、切断刃２５の速度と荷重（即ち切断荷重）との間には、一定の関係（例えば比例関係）があるので、予め速度と荷重との関係を求めておくことにより、目的とする荷重となる速度を設定することができる。

一方、ステップ１４０では、切断が終了したか否かを判定し、ここで肯定判断されるとステップ１５０に進み、一方否定判断されるとステップ１１０に戻る。
なお、切断が終了したか否かは、例えば切断刃が目的した位置（内ダイ２３に当接する位置）に到達したか否か、または、内ダイ２３に当接することにより荷重が急上昇したか否かによって判定できる。

ステップ１５０では、切断が終了したので、切断刃２５を元の位置に戻す処理を行って、一旦本処理を終了する。
なお、セラミック成形体９の変形量（即ち目的とする外径からの偏差）が０．５ｍｍ以下になるような切断荷重は、約１３０ｇｆ以下であるので、この切断荷重となるように、切断刃２５の速度を制御する。なお、この変形量とは、後述するように、セラミック成形体９の長手方向における後端側の端面での変形量である。
＜乾燥工程＞
次に、前記図６に示すように、移動機構３９によって、セラミック成形体９を、コンベア１３側（矢印Ｂ方向）に押し出して、コンベア１３上（従って回転乾燥装置１６）に移し替えて、詳しくは回転ローラ５１上に載置して、移送しながら乾燥する。

以下に、この回転乾燥装置１６を用いて乾燥を行う乾燥工程について順を追って説明する。
まず、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、セラミック成形体９を、一対の回転ローラ５１の上に長尺の方向を揃えて載置する。このとき、セラミック成形体９の後端側が送風装置１５側（即ちノズル５７側）となるように配置する。

次に、回転ローラ５１を回転させることによって、セラミック成形体９を回転させる。例えば図８（ｃ）に示すように、回転ローラ５１を矢印Ｄ方向に回転させることによって、セラミック成形体９を矢印Ｅ方向に回転させる。なお、この段階では、送風を行わない自然乾燥にて乾燥を行う。

なお、自然乾燥にて乾燥を行う場合には、回転乾燥装置１６としては、周囲とは分離された状態、即ち、例えば気密された容器内で乾燥する状態とすることが好ましい。
そして、回転が開始されてから所定のタイミングとなったときに、送風機５３による送風を開始し、ノズル５７からセラミック成形体９の後端側から先端側に向けて風を吹き付けて乾燥する。なお、送風の際の風速としては、例えば０．５ｍ／ｓ以上を採用できる。

具体的には、前記図２に示すように、コンベア１３によって、ノズル５７の配置された位置にセラミック成形体９を移動させて、ノズル５７から送風することによって、セラミック成形体９の乾燥を行う。

ここで、送風を開始するタイミングとしては、セラミック成形体９の先端側における真円率が所定の値（例えば７０％以下）となった場合が好ましい。例えばノズル５７の位置に応じてセラミック成形体９を移動させる速度等を調整して、このタイミングに合わせるようにする。

そして、セラミック成形体９が取り扱い可能な程度に乾燥したところで、セラミック成形体９をコンベア１３から取り出す。なお、取り扱い可能とは、セラミック成形体９を持ち上げても折れたり割れたりしない程度に乾燥したタイミングを採用できる。或いは、予め実験等によって、セラミック成形体９を持ち上げても変形しないような乾燥時間（完全に乾燥した時間：以下完全乾燥時間と記すこともある）を求めておき、この完全乾燥時間となった場合に排出されるよう、回転乾燥装置１６の構造（例えばコンベア１３の長さ）を設計する。

また、上述した乾燥の後に、温風を吹き付けて、更に乾燥を促進させてもよい。
＜計測工程＞
次に、セラミック成形体９の外径寸法を計測する計測工程について説明する。

上述した乾燥の際には、以下に示す方法によって、セラミック成形体９の外径寸法を計測する。
ここでは、例えば前記図８（ｃ）に示すように、セラミック成形体９の上下（即ち軸中心を挟むような上下の位置）に、レーザー距離測定機６１ａ、６１ｂ（６１）が配置されている。

このレーザー距離測定機６１は、セラミック成形体９の先端側における外径を測定するために、例えば先端から１００ｍｍ後端寄りの測定位置の外径を測定するように配置されている。

そして、セラミック成形体９を切断によって作製した直後（切断後１０秒以内）と、一定時間乾燥後に、上下のレーザー距離測定機６１からセラミック成形体９の表面までの各距離を、０．１秒毎に複数回測定する。即ち、１回転当たり６０回測定する。

ここで、「一定時間」とは、セラミック成形体９を回転させてから送風を開始するまでの時間である。
これによって、回転するセラミック成形体９の測定位置における複数の外径を、非接触にて求めることができる。ここで、１回転において得られる複数の外径のうち、最大のものを長径とし最小のものを短径とする。

従って、上述した演算値（長径、短径）を用いて、前記式（１）から、真円率を算出することができる。
＜後工程＞
乾燥後、完全に乾燥したセラミック成形体９を焼成することにより、セラミック製の支持体であるセラミック管（例えばアルミナ管）が得られる。
［１−３．効果］
次に、第１実施形態の効果について説明する。

（１）本第１実施形態では、１．５ｍ以上のセラミック成形体９を、回転ローラ５１上に配置して、回転させながら乾燥させる。そして、この乾燥の際には、セラミック成形体９の押出方向における後端側（根本側）より先端側に向けて送風して乾燥させる。

セラミック成形体９の先端側は、押し出されてから時間が経過しており、自重により徐々に潰れる。そのため、セラミック成形体９を回転させて真円形状を回復するのに時間を要する。

一方、セラミック成形体９の後端側は、押し出された直後であり、その形状をほぼ保っている。即ち、セラミック成形体９の後端側は、真円の程度が高い。
そこで、本第１実施形態では、セラミック成形体９を回転させながら、セラミック成形体９の後端側より先端側に向けて送風する。これにより、真円の程度が高い後端側から乾燥させることができる一方で、先端側については、回復度を高めてから乾燥させることができ、効率良く真円の程度が高いセラミック成形体９を得ることができる。

なお、送風によって、セラミック成形体９の後端側にて、セラミック成形体９の材料（即ち粘土）から揮発した水分が先端側に送られるので、先端側の雰囲気が変化する（即ち湿度が高くなる）。よって、この点からも、先端側における材料の柔軟性を長く維持できるので、その間に回転させることによって回復度を高めることができる。

このようにして、本第１実施形態では、セラミック成形体９の断面形状の回復度を確保しつつ、速やかに乾燥できるという顕著な効果を奏する。また、これにより、セラミック成形体９を回転させながら加工する作業が容易になり、しかも、製造装置１をコンパクトにできるという利点がある。

また、乾燥時間を短くすることにより、鉄製等の回転ローラ５１の成分がセラミック成形体９に付着しにくい。よって、付着した物質によるセラミック成形体９の性能の低下を抑制できる。例えば、セラミック成形体９を焼成して焼結体とした後に、その表面に成膜する場合には、焼結体の表面に好適に成膜を行うことができる。

さらに、本第１実施形態により、潰れの小さい切断端部をもつ例えば燃料電池用支持体を大量生産することができる。
（２）また、本第１実施形態では、セラミック成形体９を回転させた後に、所定の適切なタイミングで送風を開始することにより、断面形状の高い回復度を実現しつつ、速やかに乾燥できる。

（３）さらに、本第１実施形態では、押出成形体３を切断する際に、切断刃２５の速度を変更することにより、切断荷重を制御するので、セラミック成形体９の変形量を小さくすることができる。

なお、この変形量とは、切断されたセラミック成形体９の後端側の変形量であるが、切断後に成形金型１９側に残された押出成形体３の先端側も同様に変形するので、この押出成形体３が切断されたセラミック成形体９の先端側も変形することになる。従って、結果として、セラミック成形体９の先端側の変形も抑制できるという効果もある。

（４）その上、本第１実施形態では、成形金型１９は、外ダイ２１と外ダイ２１の先端より押出方向に突出した内ダイ２３とを有しており、切断の際には、切断刃２５を、内ダイ２３の外周側より内ダイ２３に向けて移動させて、押出成形体３を切断する。

つまり、押出成形体３に対して切断刃２５を押し入れる（押し込む）際には、切断刃２５を押し入れる方向には押出成形体３を内側から支えるように内ダイ２３があるので、押出成形体３は内ダイ２３より内側（軸中心側）には変形しない。これによって、切断時における押出成形体３の変形（従って切断後のセラミック成形体９の変形）が抑制される。

また、切断時にセラミック成形体９の変形が抑制されるので、セラミック成形体９を乾燥・硬化後、端部の変形箇所を改めて切断する等の作業を低減でき、材料ロス等も低減できるという利点がある。
［１−４．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、第１実施形態と特許請求の範囲との文言の対応関係について説明する。

本第１実施形態の、セラミック成形体９、押出成形体３、回転ローラ５１、切断刃２５、成形金型１９、外ダイ２１、内ダイ２３、製造装置１、押出成形機５、送風装置１５は、それぞれ、本発明の、セラミック成形体、押出成形体、回転ローラ、切断刃、成形金型、外ダイ、内ダイ、製造装置、押出成形機、送風装置の一例に相当する。
［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。なお、各構成の番号については、前記第１実施形態と同様なものは同様な番号を使用する。

図９に示すように、本第２実施形態では、３つの切断刃７１（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）を使用する。
各切断刃７１の平面形状は、３つの切断刃７１を内ダイ２３に当接させた場合に、押出方向における先端側から見ると、内ダイ２３の周囲を、それぞれ１２０度の角度で囲む形状とされている。

詳しくは、各切断刃７１の切断側には、それぞれ内ダイ２３の外形に対応して（即ち内ダイ２３の外周に沿うように）湾曲する刃先７３が形成されている。
従って、押出成形体３を切断する場合には、各切断刃７１を内ダイ２３の軸中心Ｏ側に同様に移動させることにより、押出成形体３を好適に切断することができる。
［３．第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、前記第２実施形態と同様な内容の説明は省略する。

図１０に示すように、本第３実施形態では、４つの切断刃８１（８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ）を使用する。
各切断刃８１の平面形状は、４つの切断刃８１を内ダイ２３に当接させた場合に、押出方向における先端側から見ると、内ダイ２３の周囲を、それぞれ９０度の角度で囲む形状とされている。

詳しくは、各切断刃８１の切断側には、それぞれ内ダイ２３の外形に対応して（即ち内ダイ２３の外周に沿うように）湾曲する刃先８３が形成されている。
従って、押出成形体３を切断する場合には、各切断刃８１を内ダイ２３の軸中心Ｏ側に同様に移動させることにより、押出成形体３を好適に切断することができる。
［４．実験例］
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。

＜実験例１＞
本実験例１では、前記第１実施形態のセラミック成形体の製造方法を用いるとともに、下記の材料及び表１に記載の条件（送風方向、風速）にて、実験に使用する本発明例のセラミック成形体の試料（試料No.２〜５、８、９）を作製した。

そして、送風開始時の真円率（Ａ）、完全に乾燥するまでの時間（完全乾燥時間）、最終真円率（Ｂ）（完全に乾燥した際の真円率：完全乾燥時の真円率）を調べた。
また、下記表１に示す条件以外は、前記発明例と同様な方法にて、実験に使用する比較例の試料（試料No.１、６、７）も作製し、同様に各特性を調べた。

以下、具体的に説明する。
実験に用いる試料の粘土の材料として、ジルコニア粉末１００重量％に対して、メチルセルロース系の樹脂粉末を外重量％で１０〜５０重量％（例えば３０重量％）と、純水を外重量％で１０〜２５重量％（例えば１５重量％）加えたものを、混練機で練ることで粘土を作製した。

この粘土を、前記第１実施形態と同様にして押出成形し切断して、規定の寸法（１５００ｍｍ）のセラミック成形体を作製した。なお、セラミック成形体の外径は平均で約φ２５ｍｍ、内径は平均で約φ２０ｍｍである。

そして、そのセラミック成形体を回転乾燥装置のコンベアに載置し、回転ローラに載せて乾燥させた。
セラミック成形体を乾燥させる場合には、下記表１に示す条件にて、送風方向を設定するとともに、風速を設定した。

また、レーザー距離測定機にて、送風開始時と完全乾燥時とにおいて、セラミック成形体の先端側の測定位置における外径を測定し、送風開始時の真円率（Ａ）と最終真円率（Ｂ）とを求めた。更に、送風開始時の真円率（Ａ）と最終真円率（Ｂ）との差（真円率差：Ａ−Ｂ）を求めた。それらの結果を、同じく下記表１に記す。

ここで、送風は、下記表１に示す真円率（Ａ）となった場合に開始した。また、完全乾燥時間とは、セラミック成形体を持ち上げるのに十分な強度が得られた時間であり、実際に持ち上げることにより確認できる。

表１に示すように、真円率差（Ａ−Ｂ）について、試料No.１及び試料No.２、試料No.７及び試料No.８をそれぞれ比較すると、比較例の試料No.１及び試料No.７に比べて、本発明例の試料No.２及び試料No.８の真円率差（Ａ−Ｂ）の方が大きいことが分かる。

この真円率差（Ａ−Ｂ）は、真円率の改善程度を示しており、セラミック成形体の先端側から後端側に向けて送風を行うよりも、セラミック成形体の後端側から先端側に向けて送風を行う方が、真円率差（Ａ−Ｂ）が大きいことが分かる。即ち、セラミック成形体の後端側から先端側に向けて送風を行うことにより、セラミック成形体の断面形状の回復度を高めることができることが分かる。

なお、表１から、風速が０．５ｍ／ｓ以上の場合には、完全乾燥時間が５時間以下であること、即ち、風速が大きいほど乾燥時間が少なくて済むことが分かる。また、送風開始時真円率（Ａ）が７０％以下の場合は、７０％を上回る場合に比べて、最終真円率（Ｂ）が小さいことが分かる。

それに対して、送風を行わない比較例の試料No.６は、完全に乾燥するまでの時間が２４時間と長く、また、表面が鉄分の付着によって変色したので、好ましくない。
＜実験例２＞
また、実験例２として、切断刃の荷重とそれによって生じるセラミック成形体の変形量との関係を調べた。

具体的には、前記第１実施形態と同様な方法で、複数（１８個）のセラミック成形体を製造した。
このとき、切断刃に加わる荷重を図１１に示すように調整して押出成形体を切断し、それによって得られたセラミック成形体の変形量（即ち後端側の変形量）を調べた。

この変形量とは、セラミック成形体の後端側（根本側）の最大外径から最小外径を差し引いた値である。なお、この後端側の測定位置は、後端から約１０ｍｍの位置であり、外径の測定には、前記レーザー距離測定機を前記測定する位置に配置して用いた。

その結果を図１１に示すが、荷重（即ち切断荷重）が大きくなるほど変形量が大きくなることが分かる。詳しくは、変形量が０．５ｍｍ以下になるような切断荷重は、約１３０ｇｆ以下であるので、この切断荷重となるように、切断刃の速度を制御することが好ましいことが分かる。

ここで、実験データの回帰直線は、図１１に示すように、ｙ＝０．００６２ｘ−０．３３０９であり、決定係数Ｒ^２は、０．９１４２である。
なお、内ダイがあるにもかかわらず、セラミック成形体の後端側に変形が生じる理由は、ダイ内部の粘土の滞留であると推定される。
［５．他の実施形態］
本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）例えば、第１実施形態では、一対の切断刃を垂直方向に配置し、押出成形体を垂直方向に切断したが、一対の切断刃を水平方向に配置し、押出成形体を水平向に切断してもよい。

（２）内ダイ、外ダイ、切断刃の材質は、上述した第１実施形態等に限定されるものではなく、周知の各種の材料を使用できる。
（３）コンベア、回転ローラ、ノズルの形状や配置は、上述した第１実施形態等に限定されるものではなく、本発明の範囲内において各種の形状や配置を採用できる。

例えば載置部を設けることなく、押出成形体をコンベア上に直接に載置してもよい。
（４）各実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。
（５）本発明は、円筒横縞型固体酸化物燃料電池等の円筒形状の支持体となるセラミック成形体に限らず、その他の各種のセラミック成形体の製造方法に適用できる。

例えば、他の種類の固体酸化物形等の燃料電池の支持体などの製造に適用できる。また、例えば、焼成炉のローラ、セラミック濾過に用いる支持体、熱電対の保護管など、長尺のセラミック管の製造に適用できる。

１…製造装置
３…押出成形体
５…押出成形機
７…切断機
９…セラミック成形体
１５…送風装置
１９…成形金型
２１…外ダイ
２３…内ダイ
２５、７１、８１…切断刃
５１…回転ローラ

Claims (6)

1. 軸方向の長さが１．５ｍ以上の円筒形状のセラミック成形体を製造する、セラミック成形体の製造方法であって、
   押出成形体を押出成形により作製する押出成形工程と、
   前記押出成形体を所定の長さに切断してセラミック成形体を作製する切断工程と、
   前記セラミック成形体を回転可能で且つ搬送可能な複数の回転ローラの上で回転する複数の前記セラミック成形体に対し、前記セラミック成形体の押出方向における後端側より先端側に向けて送風して乾燥させる乾燥工程と、
   を備える、セラミック成形体の製造方法。
2. 請求項１に記載のセラミック成形体の製造方法であって、
   前記切断工程は、切断刃によって前記押出成形体を切断する工程であり、
   前記押出成形体の切断過程における切断刃の速度を変更することにより、切断荷重を制御する、セラミック成形体の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のセラミック成形体の製造方法であって、
   前記押出成形工程において、前記押出成形体を成形する成形金型は、外ダイと、前記外ダイの先端より押出方向に突出した先端を有する内ダイと、を備え、
   前記切断工程において、切断刃を、前記内ダイの外周側より前記内ダイに向けて移動して、前記押出成形体を切断する、セラミック成形体の製造方法。
4. 軸方向の長さが１．５ｍ以上の円筒形状のセラミック成形体を製造する、セラミック成形体の製造装置であって、
   押出成形体を押出成形により作製する押出成形機と、
   前記押出成形体を所定の長さに切断してセラミック成形体を作製する切断機と、
   前記セラミック成形体を回転可能で且つ搬送可能な複数の回転ローラと、
   前記回転ローラの上で回転する複数の前記セラミック成形体に対し、前記セラミック成形体の押出方向における後端側より先端側に向けて送風して乾燥させる送風装置と、
   を備える、セラミック成形体の製造装置。
5. 請求項４に記載のセラミック成形体の製造装置であって、
   前記切断機は、前記押出成形体を切断する切断刃を有するとともに、
   前記押出成形体の切断過程における切断刃の速度を変更することにより、切断荷重を制御する機構を備える、セラミック成形体の製造装置。
6. 請求項４又は５に記載のセラミック成形体の製造装置であって、
   前記押出成形機は、内ダイの先端が外ダイの先端より押出方向に突出した成形金型を備え、
   前記切断機は、前記成形金型より押し出された前記押出成形体を切断する切断刃を有し、
   前記切断刃が前記内ダイの外周側より前記内ダイに向けて移動して、前記押出成形体を切断する機構を有する、セラミック成形体の製造装置。