(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒型の固体電解質型燃料電池セルを焼成工程で支持する円筒型製品の支持装置において、
前記円筒型製品を挿通可能な開口部を有し、
前記開口部には、前記開口部の開口径が漸次下方に行くに連れて縮小されるように設けられたテーパ面が形成され、
前記円筒型製品の外周部の周方向全体に亘って形成される被支持領域と前記テーパ面との間には、複数のボールが設けられ、前記ボールの直径は、前記焼成工程中で前記テーパ面と前記被支持領域の間の最小の隙間より大きい
円筒型製品の支持装置。
【請求項２】
請求項１記載の円筒型製品の支持装置において、
前記ボールは、前記円筒型製品と同じ材料で形成されている
円筒型製品の支持装置。
【請求項３】
円筒型の固体電解質型燃料電池セルを焼成工程で支持する円筒型製品の支持装置において、
前記円筒型製品を挿通可能な開口部を有し、
前記開口部には、前記開口部の開口径が漸次下方に行くに連れて縮小されるように設けられたテーパ面が形成され、
前記円筒型製品の外周部の周方向全体に亘って形成される被支持領域と前記テーパ面との間には、製品保持体が設けられ、
前記製品保持体は、その内部に前記円筒型製品を挿通させた状態で弾性変形して前記円筒型製品を締付け、その外周面はテーパ状に形成され、前記外周面が前記テーパ面に接触支持される
円筒型製品の支持装置。
【請求項４】
請求項３記載の円筒型製品の支持装置において、
前記製品保持体は、前記円筒型製品と同じ材料で形成されている
円筒型製品の支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒型製品の支持装置および円筒型製品の製造方法に関し、特に円筒型セラミックス製品（固体電解質型燃料電池セル、高温水蒸気電解セルなど）を安定的に吊下げて焼成する円筒型製品の支持装置および円筒型製品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒型固体電解質型燃料電池の焼成方法は、横置きにするかあるいは自立させる方法が用いられていた。この従来の焼成方法には、次のような問題があった。
【０００３】
（１）焼成時に横置きにする場合の問題点
固体電解質型燃料電池は焼成時に収縮するため、電池本体が横置きで敷板と接している部分にクラックが発生し、著しい場合には、電池本体の途中から破断が発生する。また、横置きの場合には、焼成時に敷板に拘束されるため、変形が著しい。
【０００４】
（２）自立させて焼成する場合の問題点
長尺の固体電解質型燃料電池を焼成すると焼成中に転倒してしまう。また、長さが短く転倒がない場合でも自重を支えるために下側におかれた部分が大きく変形する場合もある。
【０００５】
そこで、上記問題を解決する技術が、本出願人からの出願である特開平１０−９２４４９号公報に記載されている。この技術は、図７に示すように、円筒型固体電解質型燃料電池１０１を貫通する穴１０２を開け、その穴１０２にセラミックスの棒あるいは管１０３を挿入し、焼成時に、挿入したセラミックス製の管あるいは棒１０３を支持台１０４により支持するものである。この技術によれば、上記問題点が解決され、長尺の円筒型固体電解質型燃料電池も焼成時に損傷がなく、焼成できるとともに、さらに、変形も少なく焼成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７の上記技術では、円筒型固体電解質型燃料電池１０１は、円筒型固体電解質型燃料電池１０１の貫通孔１０２に挿通された棒あるいは管１０３が、支持台１０４に接触（当接）することで支持される。
【０００７】
この場合、棒あるいは管１０３と支持台１０４との接触面積が小さいことから、円筒型固体電解質型燃料電池１０１が支持台１０４から落下することがあった。
また、棒あるいは管１０３と円筒型固体電解質型燃料電池１０１との接触面積が小さいことから、棒あるいは管１０３から円筒型固体電解質型燃料電池１０１が脱落することがあった。
特に、円筒型固体電解質型燃料電池１０１の長さが長く、荷重が大きいと落下や脱落しやすくなる。
【０００８】
円筒型製品を吊下げて焼成する際には、円筒型セラミックス製品の落下、脱落を防ぐことが望まれる。
円筒型セラミックス製品を吊下げて焼成する際には、円筒型セラミックス製品の落下、脱落を防ぐことが望まれる。
円筒型固体電解質型燃料電池を吊下げて焼成する際には、円筒型固体電解質型燃料電池の落下、脱落を防ぐことが望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、円筒型製品を吊下げて支持する際に、円筒型製品の落下、脱落を防ぐ支持装置および製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、円筒型製品を吊下げて焼成する際に、円筒型製品の落下、脱落を防ぐ支持装置および製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、円筒型セラミックス製品を吊下げて焼成する際に、円筒型セラミックス製品の落下、脱落を防ぐ支持装置および製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、円筒型固体電解質型燃料電池を吊下げて焼成する際に、円筒型固体電解質型燃料電池の落下、脱落を防ぐ支持装置および製造方法を提供することにある。
【００１０】
【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。
【００１１】
本発明は、円筒型製品を支持する円筒型製品の支持装置であって、前記円筒型製品（３８）の外周部の周方向に延在する被支持領域を支持し、前記円筒型製品（３８）のうち前記被支持領域を除く領域と非接触の状態で前記円筒型製品（３８）を吊下げ支持する。
【００１２】
本発明の円筒型製品の支持装置において、前記円筒型製品（３８）は、大径部（３８ａ）と小径部（３８ｂ）とを有し、前記被支持領域は、前記大径部（３８ａ）と前記小径部（３８ｂ）との間の段部として形成され、前記円筒型製品の支持装置（１１）は、中空部を有しその内径が前記小径部（３８ｂ）より大きい円筒状に形成され、その内周部と外周部との間に肉厚部を有し、前記小径部（３８ｂ）を前記中空部に挿入させた状態で前記段部を前記肉厚部で支持する。
【００１３】
本発明の円筒型製品の支持装置において、前記円筒型製品（３９）を挿通可能な開口部（１３）を有し、前記開口部（１３）には、前記開口部（１３）の開口径が漸次下方に行くに連れて縮小されるように設けられたテーパ面（１３ａ）が形成され、前記円筒型製品（３９）の前記外周部の周方向全体に亘って形成される前記被支持領域と、前記テーパ面（１３ａ）との間には、複数の粒体（１５）が設けられる。
【００１４】
本発明の円筒型製品の支持装置において、前記粒体（１５）は、前記円筒型製品（３９）と同じ材料で形成されている。
【００１５】
本発明の円筒型製品の支持装置において、前記円筒型製品（３９）を挿通可能な開口部（１３）を有し、前記開口部（１３）には、前記開口部（１３）の開口径が漸次下方に行くに連れて縮小されるように設けられたテーパ面（１３ａ）が形成され、前記円筒型製品（３９）の前記外周部の周方向全体に亘って形成される前記被支持領域と、前記テーパ面（１３ａ）との間には、製品保持体（１８）が設けられ、前記製品保持体（１８）は、その内部に前記円筒型製品（３９）を挿通させた状態で弾性変形して前記円筒型製品（３９）を締付け、その外周面はテーパ状に形成され、前記外周面が前記テーパ面（１３ａ）に接触支持される。
【００１６】
本発明の円筒型製品の支持装置において、前記製品保持体（１８）は、前記円筒型製品（３９）と同じ材料で形成されている。
【００１７】
本発明の円筒型製品の支持装置において、前記円筒型製品（３８）は、円筒型固体電解質型燃料電池である。
【００１８】
本発明の円筒型製品の支持装置において、前記円筒型製品（３８）が焼成されているときに、前記円筒型製品（３８）を支持する。
【００１９】
本発明は、円筒型製品を製造する円筒型製品の製造方法であって、（ａ）  前記円筒型製品（３８）の外周部の周方向に延在する被支持領域を支持するステップと、（ｂ）  前記円筒型製品（３８）を支持した状態で前記円筒型製品（３８）を焼成するステップとを備え、前記（ａ）は、前記円筒型製品（３８）のうち前記被支持領域を除く領域と非接触の状態で前記円筒型製品（３８）を吊下げ支持する。
【００２０】
【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製造方法の実施の形態を以下に説明する。
【００２１】
本実施形態に係る円筒型製品の製造方法は、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）に燃料極、電解質、インタコネクタが印刷されたものを焼成するとき（図６の符号４２）、および、その後、空気極が印刷されたものを焼成するとき（図６の符号４７）に用いられる。
【００２２】
燃料電池セルの構造を図５に示す。図５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。
【００２３】
次に、図６を参照して、図５に示した燃料電池セルの製造方法について述べる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。次いで、基体管３３の成型が行われ、その後、基体管３３の乾燥が行われる。
【００２６】
次いで、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。
【００２７】
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）。
【００２８】
上述したように、本実施形態の製造方法は、上記図６の符号４２で示した焼成工程、および図６の符号４７で示した焼成工程にて用いられる。以下、その製造方法について詳述する。なお、焼成時の温度は１３００℃程度であり、焼成後には焼成前と比較して体積が２０％程度収縮する。
【００２９】
（参考例）
図１は、参考例の円筒型製品の製造方法を説明するための図であり、燃料電池セルが支持台により吊下げられるときの支持構造を拡大して示している。
【００３０】
図１において、符号３８は、図６の符号３５または符号４５のスクリーン工程が行われた後の燃料電池セル（基体管）を示している。
符号１１は、燃料電池セル３８が焼成されるときに燃料電池セル３８を吊下げ支持するための支持体である。
【００３１】
燃料電池セル３８は、大径部３８ａと、小径部３８ｂとを有している。
小径部３８ｂは、燃料電池セル３８のうち製品（燃料電池セル）としての使用を前提とした部分であり、大径部３８ａは、燃料電池セル３８を支持体１１に引掛けるための部分である。大径部３８ａと小径部３８ｂとの間には、周方向の全体に連続する段部３８ｃが形成されている。
【００３２】
支持体１１は、中空の円筒状に形成されている。支持体１１の内径は、小径部３８ｂの外径よりも大きく、大径部３８ａの径よりも小さく形成されている。支持体１１は、その外周部１１ａと内周部１１ｂとの間に肉厚部１１ｃを有している。これにより、燃料電池セル３８を小径部３８ｂの側から支持体１１の内部に挿入したときに、段部３８ｃ（大径部３８ａ）が支持体１１の縁部（肉厚部１１ｃ）に全周に亘って引掛り、燃料電池セル３８が支持体１１によって吊下げ支持される。大径部３８ａが支持体１１の縁部に全周に亘って引っ掛かることから、安定的に支持される。
【００３３】
焼結によって体積が収縮した後であっても、大径部３８ａは、支持体１１の縁部への全周に亘る引掛りが外れない大きさに形成される。
【００３４】
燃料電池セル３８の製造方法は、次の通りである。
【００３５】
基体管押出工程３０において、押出し機３２から基体管３３が押出し成形されるときの基体管３３の外径は、大径部３８ａの外径と概ね等しくなるように設定される。すなわち、押出し成形直後の基体管３３は、その部分によらずに一律の外径寸法（概ね大径部３８ａの外径寸法）を有している。
【００３６】
その後、図６の符号４２で示した焼成工程の前までに、上記基体管３３の外周部の一部を削ることで、小径部３８ｂを形成する。この削取り工程は、スクリーン印刷工程３５にて燃料極、電解質、インタコネクタの転写された基体管３３を乾燥させた後に行われる。
【００３７】
（第１実施形態）
次に、図２を参照して、第１実施形態について説明する。図２は、第１実施形態の円筒型製品の製造方法を説明するための図であり、燃料電池セルが支持台により吊下げられるときの支持構造を拡大して示している。
【００３８】
図２において、符号３９は、図６の符号３５または符号４５のスクリーン工程が行われた後の燃料電池セル（基体管）を示している。符号１２は、燃料電池セル３９が焼成されるときに燃料電池セル３９を吊下げ支持するための支持体である。
【００３９】
燃料電池セル３９では、参考例の燃料電池セル３８のような径の異なる部分を特別に設けることがない（削り取り工程不要）。
支持体１２には、燃料電池セル３９を挿通可能な開口部１３が形成されている。開口部１３の平面視形状は円状に形成され、開口部１３には、下方に進むに連れて漸次小径となるテーパ面１３ａが形成されている。
【００４０】
開口部１３の最小径（最下端）部は、燃料電池セル３９の外径よりも大きく形成されている。燃料電池セル３９と支持体１２が接触または近接していると、焼結時に燃料電池セル３９と支持体１２とが固着してしまうおそれがあるためである。燃料電池セル３９と支持体１２との距離は、燃料電池セル３９が収縮した際にその隙間から、後述するセラミックビーズ１５が落下しない程度とされている。
【００４１】
開口部１３と燃料電池セル３９の間には、複数のセラミックスの粒体（セラミックビーズ）１５が置かれている。
セラミックビーズ１５は、燃料電池セル３９の基体管（３３）と同じ材料で形成されており、線膨張係数は等しい。したがって、性状の違いによる焼結中の亀裂は生じない。また、セラミックビーズ１５は、本実施形態で使用される前（焼成前）に線膨張係数の示す限界まで収縮しており、焼成中は収縮しない。
【００４２】
各セラミックビーズ１５の径は、開口部１３の最小径（最下端）部と、燃料電池セル３９（焼結により体積収縮した燃料電池セル３９）の外径部との隙間よりも大きく形成されている。
【００４３】
次に、第１実施形態の作用について説明する。
【００４４】
開口部１３と燃料電池セル３９の間には、複数のセラミックビーズ１５が自重により密に詰まっているため、燃料電池セル３９は、その外周部側から押圧される。これにより、燃料電池セル３９が支持体１２によって吊下げ支持される。
【００４５】
燃料電池セル３９が焼結によって収縮すると、その収縮によって広がった空間（開口部１３と燃料電池セル３９との隙間）に、新たにセラミックビーズ１５が自重により入り込むため、依然としてセラミックビーズ１５が密に詰まった状態のままとなる。すなわち、燃料電池セル３９の外周部が複数のセラミックビーズ１５によって接触支持された状態が、継続する。
【００４６】
第１実施形態によれば、燃料電池セル３９の外周面の一部が全周に亘る広い接触面積で支持されることになるため、燃料電池セル３９は安定的に支持される。
【００４７】
（第２実施形態）
次に、図３および４を参照して、第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態の円筒型製品の製造方法を説明するための図であり、燃料電池セルが支持台により吊下げられるときの支持構造を拡大して示している。図４は、セラミック保持体を示す斜視図である。図３および図４において、図２と同じ構成要素については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
第２実施形態では、第１実施形態のセラミックビーズ１５に代えて、セラミック保持体１８が用いられている。セラミック保持体１８は、コレットチャックのように機能する。セラミック保持体１８は、その内部に燃料電池セル３９を挿通させた状態で弾性変形して燃料電池セル３９を締付ける。セラミック保持体１８の外面はテーパ状に形成されており、開口部１３のテーパ面１３ａに接触支持される。これにより、燃料電池セル３９が支持体１２によって吊下げ支持される。
【００４９】
セラミック保持体１８は、燃料電池セル３９の基体管（３３）と同じ材料で形成されており、線膨張係数は等しい。したがって、性状の違いによる焼結中の亀裂は生じない。また、セラミック保持体１８は、本実施形態で使用される前（焼成前）に線膨張係数の示す限界まで収縮しており、焼成中は収縮しない。
【００５０】
燃料電池セル３９が焼結によって収縮すると、その収縮分だけセラミック保持体１８が弾性変形して燃料電池セル３９を締付ける。その収縮分だけ弾性変形することでセラミック保持体１８の径は小さくなるため、セラミック保持体１８は、自重により開口部１３内で下降する。その下がった位置にてセラミック保持体１８の外面部は、テーパ面１３ａに接触支持される。これにより、燃料電池セル３９が支持体１２によって吊下げ支持された状態が継続する。
【００５１】
第２実施形態によれば、燃料電池セル３９の外周面の一部が全周に亘る広い接触面積で支持されることになるため、燃料電池セル３９は安定的に支持される。
【００５２】
なお、第１実施形態のセラミックビーズ１５および第２実施形態のセラミック保持体１８は、再利用可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の円筒型製品の支持装置によれば、円筒型製品を吊下げる際に、円筒型製品の落下、脱落を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、円筒型製品の製造方法の参考例において、燃料電池セルが支持台により吊下げられるときの支持構造の要部を拡大して示す側面図である。
【図２】  図２は、本発明の円筒型製品の製造方法の第１の実施の形態において、燃料電池セルが支持台により吊下げられるときの支持構造の要部を拡大して示す側面図である。
【図３】  図３は、本発明の円筒型製品の製造方法の第２の実施の形態において、燃料電池セルが支持台により吊下げられるときの支持構造の要部を拡大して示す側面図である。
【図４】  図４は、本発明の円筒型製品の製造方法の第２の実施の形態において、用いられるセラミック保持体を示す斜視図である。
【図５】  図５は、本発明の円筒型製品の製造方法の第１から２の実施の形態又は参考例において、製造される燃料電池の構造を示す側面図である。
【図６】  図６は、本発明の円筒型製品の製造方法の第１から２の実施の形態又は参考例において、製造される燃料電池の製造方法を示す図である。
【図７】図７は、従来の円筒型燃料電池セルが支持されるときの支持構造を示し、図７（ａ）はその正面図、図７（ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
１１  支持体
１１ａ  外周部
１１ｂ  内周部
１１ｃ  肉厚部
１２  支持体
１３  開口部
１３ａ  テーパ面
１５  セラミックビーズ
１８  セラミック保持体
３０  基体管押出工程
３１  原料
３２  押出し機
３３  基体管
３４  中子
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
３８  燃料電池セル
３８ａ  大径部
３８ｂ  小径部
３８ｃ  段部
３９  燃料電池セル
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
１０１  円筒型固体電解質型燃料電池
１０２  穴
１０３  棒あるいは管
１０４  支持台
【図１】
0003935700.tif 000002
【図２】
0003935700.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003935700.tif 000007
【図７】
0003935700.tif 000008