(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の材料からなるハニカム状基体と、この基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備える押出成形体を製造する方法であって、
前記押出成形体の押出軸に対して直交する横断面を見たときに前記基体に複数の閉空間が形成されており、前記押出軸に対して直交する横断面から見たときに、前記各閉空間に面する前記壁面が、互いに所定角度をもって交差する複数の平坦面に分かれており、
前記第一の材料を押し出すための第一の経路と前記第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられた口金を使用し、
前記第一の経路が、前記第一の材料を供給するための供給部と、この供給部から流入してきた前記第一の材料を成形するハニカム形状の空隙部とを備えており、
前記第二の経路が、前記各閉空間に対応する上流側の各入口部と、前記空隙部と並んで延びる下流側の出口部と、前記各入口部と前記出口部とを接続し、かつ前記押出軸の方向に対して略垂直な方向に延びる複数の接続部を備えており、前記入口部から前記出口部へと向かって前記複数の平坦面に対応してそれぞれ前記接続部が延びており、
前記第一の経路中で前記第一の材料を押し出すことによって前記空隙部において前記基体を形成するのと同時に、前記第二の材料を前記各接続部から前記出口部へと供給し、前記出口部から押し出すことによって前記膜を前記基体の前記各平坦面上に連続的に形成することを特徴とする、押出成形体の製造方法。
【請求項２】
前記第一の材料と前記第二の材料との少なくとも一方が、複数種の材料からなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出成形体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、複雑形状の電気化学セルを押出成形法によって量産し、実用化する研究を続けてきた。例えば、特開平１０−２８６８１２号公報においては、２軸プランジャー機構を利用したセラミックス積層体の押出成形装置が開示されている。また、特開平１１−４０１７５号公報には、電気化学セルを押出成形する装置および口金が記載されている。また、特開平１０−４０９３４号公報においては、ハニカム形状の基体を備えた電気化学セルが開示されている。また、こうした電気化学セルを押出成形法によって成形すると記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−４０９３４号公報においては、ハニカム形状の基体を備えた電気化学セルの形態は開示されており、かつこうしたセルを押出成形法によって成形するとの言明はあるが、このような複雑形状の成形体を効率的に押出成形することは難しい。特開平１１−４０１７５号公報においては、複数種類の性質の異なる材質（即ち基体の材料と膜の材料）を口金中で合流させ、積層することは記載されているが、ハニカム形状の電気化学セルのような特に複雑形状の成形体を効率的に押出成形するのに適した押出成形装置を開示するには至っていない。
【０００４】
本発明の課題は、ハニカム状基体の各空間の各壁面上に膜を効率的に押出成形する新たな方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一の材料からなるハニカム状基体と、この基体の壁面上に形成された、第二の材料からなる膜とを備える押出成形体を製造する方法であって、
前記押出成形体の押出軸に対して直交する横断面を見たときに基体に複数の閉空間が形成されており、押出軸に対して直交する横断面から見たときに、閉空間に面する壁面が、互いに所定角度をもって交差する複数の平坦面に分かれており、
第一の材料を押し出すための第一の経路と第二の材料を押し出すための第二の経路とが設けられた口金を使用し、
第一の経路が、第一の材料を供給するための供給部と、この供給部から流入してきた第一の材料を成形するハニカム形状の空隙部とを備えており、
第二の経路が、各閉空間に対応する上流側の各入口部と、口金の下流側に位置し、かつ空隙部と並んで延びる下流側の出口部と、各入口部と出口部とを接続し、かつ押出軸の方向に対して略垂直な方向に延びる複数の接続部を備えており、入口部から出口部へと向かって複数の平坦面に対応してそれぞれ接続部が延びており、
第一の経路中で前記第一の材料を押し出すことによって空隙部において基体を形成するのと同時に、第二の材料を各接続部から出口部へと供給し、出口部から押し出すことによって膜を基体の各平坦面上に連続的に形成することを特徴とする。
【０００６】
こうした口金を利用することによって、基体と膜とを同時に押出成形するのに際して、ハニカム状基体の閉空間に面する各平坦面上に膜をそれぞれ効率的に押出成形することができる。このような押出成形法によって基体と同時成形された膜は、膜厚のコントロールを正確に行うことができ、特に一般的にディップ塗布法に比べて厚い膜を形成できる。また、ディップ塗布法の場合には、基体の長手方向に向かって膜の厚さに分布ないし偏差が必然的に生ずるが、本発明によって基体と同時に押出成形される膜には、このような基体の長手方向の厚さの偏差が生じない。これによって、各平坦面に対してそれぞれ適当な分量の第二の材料を供給できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。本発明では、基体がハニカム形状をなしている。また、一つの閉空間に面する各平坦面に対して、口金内で接続部が複数設けられている。押出軸に対して直交する断面から見たときに、閉空間に面する基体壁面が、互いに所定角度をもって交差する複数の平坦面に分かれており、各平坦面に対してそれぞれ別個の接続部が設けられている。これによって、各平坦面に対してそれぞれ適当な分量の第二の材料を供給できる。
【０００８】
また、接続部が押出軸に対して略垂直な方向に向かって延びている。こうした形態は、口金の出口端部を目封じし、かつ口金に押出軸に略垂直な方向に貫通孔を形成することによって容易に形成できる。
【０００９】
図１〜図１１は、本発明の好適な実施形態に係るものである。図１１は、口金１を概略的に示す斜視図である。図１−図６は、口金１を、その長手方向Ａに対して垂直な断面に沿って切って見た断面図（横断面図）であり、それぞれ、図１１におけるＩ−Ｉ線、ＩＩ−ＩＩ線、ＩＩＩ−ＩＩＩ線、ＩＶ−ＩＶ線、Ｖ−Ｖ線、ＶＩ−ＶＩ線に沿って切ってみた断面に相当する。図７、図８は、口金１を長手方向Ａに対して水平な方向に切ってみた断面図（縦断面図）であり、それぞれＶＩＩ−ＶＩＩ線、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って切ってみた断面に相当する。図９、図１０は、口金１を長手方向Ａに対して水平な方向に切ってみた断面図（縦断面図）であり、それぞれＩＸ−ＩＸ線、Ｘ−Ｘ線に沿って切ってみた断面に相当する。口金１の長手方向Ａは、押出軸でもある。
【００１０】
図１２は、この口金１によって成形される典型的な押出成形体１１を示す横断面図である。成形体１１は、ハニカム形状の基体９を備えている。基体９は、複数個、例えば本例では９個の閉空間８を備えている。
【００１１】
本例では、閉空間８の個数は９個であるが、むろんこの個数は限定されない。また、本例では、各閉空間８の形状（横断面形状）は略正方形ないし長方形であるが、三角形、五角形、六角形、八角形、十二角形、２０角形、円形、楕円形等、種々の形状であってよい。基体９の各閉空間８側の壁面（内壁面）７には、全周にわたって膜６が形成されており、膜６の内側に閉空間１０が形成されている。基体９は第一の材料からなっており、膜６は第二の材料からなっている。なお、膜６は、各内壁面７の全周にわたって設けられている必要はなく、各閉空間８において、内壁面７の一部のみに設けられていて良い。
【００１２】
基体９を構成する第一の材料は、基体９の全体にわたって一種類であってよく、あるいは二種類以上であってよい。膜６を構成する第二の材料は、膜６の全体にわたって一種類であってよく、あるいは二種類以上であってよい。また、膜６は、閉空間１０ごとに異なる材質からなっていてよい。
【００１３】
以下、口金１の形態と各材料の流れとを説明する。口金１の手前ないし上流側には、図示しない材料供給装置が設置されている。例えば、特開平１０−２８６８１２号公報に記載されているように、各材料をそれぞれ油圧シリンダーを用いたプランジャーによって独立して口金１へと供給できるようになっている。口金１内には、第一の材料５を押し出すための第一の経路４と、第二の材料６を押し出すための第二の経路３とが形成されている。第一の材料５は、まず図１に示す断面円形の経路４Ａに入る。経路４Ａは例えば縦方向に配列されている。この材料５は、図２、図３、図８、図９に示すように下流側へと進み、次いで図４、図８、図１０に示すように経路４Ｂに広がる。経路４Ｂの横断面の形状は、図４に示されるようにハニカム形状をしており、図１２に示す基体９の横断面形状に対応している。第一の材料５は、図５、図６に示すようにほぼこの形状を維持しながら進み、口金１の下流側端面から排出される。
【００１４】
一方、第二の材料６は、図１、図７、図９、図１０に示すように、口金１の上流側に開いた入口部３Ａから供給される。入口部３Ａは、図１に示すように端面では細長い形状をしているが、図２、図７に示すように、途中から３Ｂに示すように断面円形になる。そして、図３、図４に示すように断面円形の経路３Ｂが続く。次いで、図５に示すように、各閉空間８ごとに、例えば四つの接続部１５Ａ−１５Ｄを形成する。
【００１５】
本例では、各閉空間８ごとに、壁面７に４つの互いに交差する、好ましくは直交する平坦面７ａ−７ｄが形成されている。そして、各平坦面７ａ，７ｂ、７ｃ、７ｄに対して、各接続部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄを通してそれぞれ第二の材料６を供給する。本例では、各接続部の末端において、口金本体２と第一の経路４Ｂの内側との間に、予め材料６を流して成形するための細長い空隙２０が設けられている。このため、材料６は、空隙２０へと向かって流入し、空隙２０中で、経路４Ｂ内を流れる材料５と口金１との間で挟まれた状態で成形される。この結果、第一の材料と第二の材料とが合流し、積層される。
【００１６】
このように、本発明において、接続部の下流側末端において、口金と第一の経路との間に空隙を設けておくことによって、各材料の流れが安定し、特に基体の肉厚の変動を抑制できる。
【００１７】
次いで、図６、図７、図９に示すように、第二の材料６はそれぞれ一定膜厚に制御され、膜状に成形され、ハニカム形状の基体９と共に口金の下流側に押し出される。なお、本例においては、図７に示すように、各第二の経路３の下流側末端に目封じ部分２１を形成し、これによって入口部３Ａを直進してきた材料６の流れを停止させ、接続部１５Ａ−１５Ｄの方へと流すようにしている。こうした目封じ部分それ自体は、いったん第二の経路３を押出軸Ａ方向に貫通させた後に、公知の方法で形成できる。
【００１８】
本発明によって得られた押出成形体の用途は特に限定されないが、例えば電気化学セルを例示できる。電気化学セルとしては、酸素ポンプ、高温水蒸気電解セル、水素の発生装置、水蒸気の除去装置、固体電解質型燃料電池、ＮＯｘの分解セルを例示できる。
【００１９】
電気化学セルの場合には、例えば、図１２において、基体９を固体電解質材料および緻密質の導電性材料によって形成し、膜６を電極材料によって形成できる。
【００２０】
固体電解質材料としては、酸化セリウム系セラミックス、イットリア安定化ジルコニア、イットリア部分安定化ジルコニアが好ましいが、他の材料を使用することもできる。緻密質の導電性材料は、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタンクロマイトであることが更に好ましい。耐熱性、耐酸化性、耐還元性を有しているからである。
【００２１】
電極材料としては、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物が好ましく、ランタンマンガナイト又はランタンコバルタイトであることが更に好ましく、ランタンマンガナイトが一層好ましい。ランタンクロマイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム（ランタンマンガナイトの場合）、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。また、ニッケル、ニッケル−ジルコニア混合粉末、パラジウム、ニッケル−ジルコニアサーメットが好ましい。
【００２２】
押出用材料に水系バインダーを使用すると、有機溶剤を使用した場合のように排気処理を行う必要がないので、設備を簡単にできるし、口金から押し出された積層成形体が曲がりにくくなる。この場合には、水分量を１０〜２０重量％とすることが一層好ましい。また、水系バインダーとしては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロースを例示できる。
【００２３】
また、有機バインダーとしては、ポリメチルアクリレート、ニトロセルロース、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、スターチ、ワックス、アクリル酸ポリマー、メタクリル酸ポリマーを例示することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ハニカム状基体の各空間の各壁面上に膜を効率的に押出成形する新たな方法を提供できる。本発明によって、各平坦面に対してそれぞれ適当な分量の第二の材料を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  口金１の入口付近の形状を示す横断面図であり、図１１のＩ−Ｉ断面に相当する。
【図２】  口金１の横断面図であり、図１１のＩＩ−ＩＩ断面に相当する。
【図３】  口金１の横断面図であり、図１１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に相当する。
【図４】  口金１の横断面図であり、図１１のＩＶ−ＩＶ断面に相当する。
【図５】  口金１の横断面図であり、図１１のＶ−Ｖ断面に相当する。
【図６】  口金１の横断面図であり、図１１のＶＩ−ＶＩ断面に相当する。
【図７】  口金１の縦断面図であり、図１１のＶＩＩ−ＶＩＩ断面に相当する。
【図８】  口金１の縦断面図であり、図１１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面に相当する。
【図９】  口金１の縦断面図であり、図１１のＩＸ−ＩＸ断面に相当する。
【図１０】  口金１の縦断面図であり、図１１のＸ−Ｘ断面に相当する。
【図１１】  口金１を概略的に示す斜視図である。
【図１２】  押出成形体１１を概略的に示す横断面図である。
【符号の説明】
１  口金          ２  口金本体        ３  第二の経路          ３Ａ、３Ｂ  入口部        ３Ｃ、３Ｄ  出口部        ４  第一の経路        ５  第一の材料          ６  第二の材料            ７  基体の閉空間に面する壁面        ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  壁面の平坦面        ８  閉空間          １５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ  接続部          ２０  空隙          Ａ  押出軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004454173.tif 000009
【図９】
0004454173.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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