JP2502995B2 - 流体透過性ガラス製品及びその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は流体透過性ガラス製品及びその製造法に係
り、特に連続気孔を備えて、流体を透過し得る特性を有
する新規なガラス製品、およびかかるガラス製品を、機
械的な加工などを加えることなく、有利に製造する方法
に関するものである。

（背景技術） 従来から、ガラス製品として、ガラスびん、ガラス
管、板ガラス等の各種の形状を有するものが製造されて
おり、家庭用、工業用などの各種用途に広く用いられて
いる。

ところで、このようなガラス製品にあっては、吹き
（ブロー）成形やドロー成形等によって、内部を空洞化
した管状体（パイプ）や中空体を形成することは極めて
容易であるが、その内部に、例えば焼結法にて製造され
る金属に設定される如き、三次元的に連続する微細な気
孔を設けて、ガス、液体等の流体を透過し得る特性を付
与せしめたガラス製品及びその製造法については、未だ
提供されてはいないのである。

（発明の構成） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景とし
て為されたものであって、その目的とするところは、連
続気孔を備えて、流体を透過し得る特性を有する新規な
ガラス製品、およびかかるガラス製品を、機械的な加工
などを加えることなく、有利に製造する方法を提供する
ことにある。

そして、このような目的を達成するために、本発明の
要旨とするところは、全体として連続した空孔が骨格間
及び／又は骨格内に形成された多孔構造体が、所定のガ
ラス材料からなる成形品中に一体的に埋入されて保持さ
れると共に、該多孔構造体の少なくとも一部が製品面に
露呈乃至は連通せしめられて、当該部位の空孔が外部に
開口乃至は接続せしめられた構造とされていることを特
徴とする流体透過性ガラス製品にある。

なお、かかる本発明において、好ましくは、前記多孔
構造体は、焼失にて流体が通過可能な連続した空孔を生
ぜしめ得る可燃性構造体、例えば発泡膜を除去した樹脂
発泡体、樹脂製の櫛状体若しくは剣山状製品などの骨格
の周りに所定のセラミックス材料を付着させ、そしてそ
れを焼成して焼結せしめることにより、その骨格部分を
構成する可燃性部分を焼失させて得られる、前記付着セ
ラミックス材料の焼結体にて所定の骨格構造が保持され
る一方、かかる骨格の内部が中空とされて、流体の通過
可能な全体として連続した空孔が形成されたセラミック
ス多孔体であり、且つ該セラミックス多孔体の骨格間隙
に前記ガラス材料が入り込んで、該セラミックス多孔体
に対するマトリックスを構成しているものである。

また、本発明にあっては、かかる流体透過性ガラス製
品を有利に得るために、所定のガラス材料の溶融物を所
定の成形型の成形キャビティ内に供給し、目的とする形
状の成形品を形成せしめるに際して、焼失にて流体が通
過可能な連続した空孔を生ぜしめ得る可燃性構造体、例
えば発泡膜を除去した樹脂発泡体、樹脂製の櫛状体若し
くは剣山状製品などの骨格の周りに所定のセラミックス
材料を付着させ、そしてそれを焼成して焼結せしめるこ
とにより、その骨格部分を構成する可燃性部分を焼失さ
せて得られる、前記付着セラミックス材料の焼結体にて
所定の骨格構造が保持される一方、かかる骨格の内部が
中空とされて、流体の通過可能な全体として連続した空
孔が形成されたセラミックス多孔体を用い、このセラミ
ックス多孔体を該成形キャビティ内の所定位置に配置し
た状態下において、前記ガラス材料の溶融物の供給を行
ない、かかる供給された溶融物を該セラミックス多孔体
の骨格構造内に入り込ませて、周囲の溶融物と共に一体
的に固化させることにより、該セラミックス多孔体が所
定位置に一体的に埋設されてなる成形品と為すことから
なる流体透過性ガラス製品の製造法が、好適に採用され
ることとなるのである。

（構成の具体的説明） より具体的には、本発明は、例えば第１図に示されて
いるように、金型（成形型）内の所定位置に、多孔構造
体として、第２図に示されている如き特定構造のセラミ
ックス多孔体を配置せしめた状態下において、所定のガ
ラス材料の加熱による溶融物を供給して充填することに
より、第３図乃至第５図に示されている如き、三次元的
に連続した気孔（空孔）を備えて、流体を透過し得る特
性を有するガラス製品を製造することを、目的としたも
のである。

ところで、かかる第１図は注型法による本発明製品の
製造の一例を示すものであって、10は金型であり、この
金型10内には、所定形状の成形キャビティ20が形成され
ている。そして、このキャビティ20内に、所定の三次元
網目構造のセラミックス多孔体22が多孔構造体としてセ
ットされているのである。また、このような金型10のキ
ャビティ20内面には、所定の離型剤が必要に応じて塗布
され、注入されるガラス材料の溶融物26の固着を回避
し、以てその固化後において、成形品が金型10から容易
に取り出され得るようになっている。

なお、かかる第１図においては、ガラス製品の一面に
のみ露呈される状態でセラミックス多孔体が埋入された
製品を得るべく、セラミックス多孔体22が成形キャビテ
ィ20の底部に載置された状態でセットされているが、そ
のガラス製品におけるセラミックス多孔体の配設位置お
よびその形状は限定されるものではなく、目的とする製
品に応じて決定されるものであり、例えば、該セラミッ
クス多孔体を、その幾つかの外周面が成形キャビティ20
内面から浮いた状態でセットする場合には、ピン等の適
当な止め具が適宜に用いられることとなる。

ここにおいて、このキャビティ20内に配置、固定され
る、本発明に従う多孔構造体としての三次元網目構造を
有するセラミックス多孔体22は、エステル系ウレタン等
の樹脂を発泡させた後、その骨格の周りに残った膜状物
質（発泡膜）を圧縮空気等を用いて除去することにより
得られた、三次元網目構造の骨格組織を有する合成樹脂
発泡体に対して、その骨格の表面にセラミックススラリ
ー等のセラミックス材料を付着させ、更に乾燥、焼成せ
しめることにより、得られるものである。なお、そのよ
うな合成樹脂発泡体に対して付着せしめられるセラミッ
クス材料としては、目的とする製品に要求される特性に
応じて、コージェライト、アルミナ、SiC、ムライト或
いはジルコニア等が、適宜選択、採用されるものであ
る。

そして、このようなセラミックス多孔体の製造に際し
て、例えば合成樹脂発泡体として用いられるウレタン樹
脂の熱分解温度は約400℃である一方、その骨格の表面
に付着されるセラミックス材料の焼成温度は、通常1300
℃以上であることから、その骨格の方面にセラミックス
材料を付着させた後、24時間程度焼成せしめることによ
り、かかるウレタン樹脂は略完全に分解消失させられる
こととなるのである。

従って、このような手法にて得られた、多孔構造体と
して、本発明で用いられるセラミックス多孔体22にあっ
ては、第２図に示されているように、三次元網目構造の
骨格34を有すると共に、かかる骨格34自体が中空とされ
て、全体として連続した空孔36が該骨格34内に形成され
ているのである。なお、このような構造のセラミックス
多孔体22は、一般に、60〜90％程度の空隙率を有し、ま
たセル数により異なるが、セルを構成する骨格の一辺の
長さとしては、例えば0.1〜0.4mm程度のものである。

そして、このような構造とされたセラミックス多孔体
22がキャビティ20内に配置された状態下において、その
ガラス製品に求められる物理特性に応じて選択されたガ
ラス材料の溶融物26が、注入せしめられるのである。

このように、注入される溶融ガラス材料26は、一般
に、第１図に示されている如く、加熱等によって充分な
溶融状態と為された後、成形キャビティ20内に導かれ、
セラミックス多孔体22の三次元網目構造の骨格34間の間
隙を充満しつつ、セラミックス多孔体22の上面へ達し、
それによってセラミックス多孔体22の間隙間への充填の
程度を知ることが出来る。

なお、このガラス材料26としては、それが加熱によっ
て溶解せしめられる場合にあっては、成形キャビティ20
内に導入される際、金型10内壁面との接触による温度降
下は避けられず、更にセラミックス多孔体22の設置によ
り、なおその傾向が助長されることとなるところから、
注入時の材料温度としては、通常のものより高めに設定
したり、適当な加熱手段にて金型10などを加熱すること
が望ましい。

また、かかるガラス材料26を、セラミックス多孔体22
の骨格組織（セル内）間に均等に侵入させ、充填、固化
させるために、適当な注入圧を与えるようにすることが
望ましい。この意味において、上記の如き注型手法の他
に、適当な成形圧が溶融ガラス材料に加わる加圧成形手
法が、本発明にあっては好適に採用されることとなる。
この加圧成形手法にあっては、成形金型内の成形キャビ
ティにセラミックス多孔体がセットされた状態下におい
て加圧成形操作を行なう、所謂インサート成形が実施さ
れるのである。

かくして得られた、凝固による固化の完了したガラス
製品32にあっては、第３図および第４図に示されている
ように、セラミックス多孔体22の三次元網目構造を有す
る骨格34にて構成されるセル内にガラス材料40が入り込
んで、該ガラス材料40がセラミックス多孔体22に対する
マトリックスを構成してなる一体的な構造とされる一
方、かかる埋め込まれたセラミックス多孔体22における
骨格34内の空孔36に対する溶融ガラス材料26の侵入は、
その表面張力によって阻止されることから、その空孔36
は、連通状態に保持されることとなる。

また、このようなガラス製品は、凝固による固化が完
了した後、通常の仕上げ工程を経て、目的とする完成品
32とされることとなるが、特に本発明におけるガラス製
品にあっては、その内部に埋設されたセラミックス多孔
体22の骨格34の露出面38における空孔36の開口が、固化
したガラス材料40にて閉塞されているために、かかる露
出面38に対して切削加工や研磨加工が施されることによ
って、かかる空孔36が外部に開口せしめられることとな
るのであり、それによって、第３図乃至第５図に示され
ている如き、内部に三次元網目構造の微細な連続気孔
（空孔）を備えて、流体を透過し得る特性を有する、目
的とするガラス製品32が得られるのである。

なお、第３図および第４図においては、本発明に係る
ガラス製品32の断面を二次元的に示すものであるため
に、ガラス材料40が分断された形態をもって示されてい
るが、セラミックス多孔体22は三次元網目構造の骨格34
にて構成され、内部に連続的なセルが形成されたセル構
造となっていることから、三次元的には連続した一体的
な構造をもって形成されているものであることが、理解
されるべきである。

以上、本発明に従う構造とされた流体透過性ガラス製
品について、詳細に説明してきたが、本発明は、前記具
体的な構成の説明にのみ、限定して解釈されるものでは
なく、特にその用途としては、極めて広範に亘って採用
され得るものであることが、理解されるべきである。

例えば、本発明に係る流体透過性ガラス製品を用い
て、その内部のセラミックス多孔体に達して、当該部位
の空孔に接続する、流入部と流出部を設けて、埋入され
たセラミックス多孔体の空孔内に冷却流体或いは加熱流
体を流通せしめることにより、冷却乃至は加熱部材を構
成することも可能であり、またかかる空孔を利用するこ
とにより、フィルタ部材や触媒などとして用いることも
可能である。

また、例示の具体例では、多孔構造体の好適な一例と
して、三次元網目構造の中空の骨格組織を有するセラミ
ック多孔体が挙げられているが、本発明にあっては、全
体として連続した空孔が骨格間及び／又は骨格内に形成
された多孔構造のものであれば、何れも使用可能であ
り、例えば多孔性の焼結材料であっても何等差支えない
が、なかでも、かかる多孔構造体は、例示のセラミック
多孔体の如く、焼失にて流体が通過可能な連続した空孔
を生ぜしめ得る可燃性構造体、例えば発泡膜を除去した
樹脂発泡体（例示のもの）、樹脂製の櫛状体若しくは剣
山状製品などの骨格の周りに所定のセラミックス材料を
付着させ、そしてそれを焼成して焼結せしめることによ
り、その骨格部分を構成する可燃性部分を焼失させて得
られる、前記付着セラミックス材料の焼結体にて所定の
骨格構造が保持される一方、かかる骨格の内部が中空と
されて、流体の通過可能な全体として連続した空孔が形
成されたセラミック多孔体であることが好ましく、特に
このようなセラミックス多孔体を用いることによって、
ガラス材料との一体化が効果的に行なわれ得て、目的と
する流体透過性ガラス製品を有利に得ることが出来る。

その他、一々列挙はしないが、本発明は当業者の知識
に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様に
おいて実施され得るものであり、そのような実施態様
が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも本
発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでも
ないところである。

（発明の効果） かくの如き本発明に係るガラス製品にあっては、その
内部に三次元網目構造などの多孔構造を有する微細な連
続気孔を備えて、流体を透過し得る特性を有するもので
あり、このような特性を有するガラス製品は従来におい
ては見られず、そのガラス製品の使用目的に応じて、か
かる空孔（気孔）内に空気、ガス、水、湯或いは油など
の流体を自由に且つ等分布に通ずることが可能であるこ
とから、流体供給体、吹込体、気体噴出による拡散撹拌
器などへの利用は勿論のこと、流体の噴出を利用した機
械の構成部品や、微細な連続気孔内面を用いるバイオテ
クノロジーの分野における担架材（支持体）等としても
好適に利用され得ることとなり、極めて広範な範囲に亘
るガラス製品の設計業務に新しい展開をもたらすもので
ある。

また、本発明においては、ガラスを使用して流体透過
性成形品を製造することにより、得られる成形品が透光
性を有することとなり、しかも着色が可能であることか
ら用途別に色分けすることも出来、更に、かかる成形品
を金型によって成形するため、少ない加工率でもって有
利に製造することが出来るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うガラス製品の製造法の一工程を示
す断面説明図であり、第２図はそこにおいて用いられる
セラミックス多孔体を示す要部拡大断面説明図であり、
第３図はかかる製造法にて得られるガラス製品を示す要
部拡大断面説明図であり、第４図は更に第３図における
ガラス製品の拡大図であり、第５図はかかるガラス製品
の全体斜視図である。 10:金型、20:成形キャビティ 22:セラミックス多孔体 26:ガラス材料の溶融物 34:骨格、36:空孔 40:ガラス材料

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】全体として連続した空孔が骨格間及び／又
   は骨格内に形成された多孔構造体が、所定のガラス材料
   からなる成形品中に一体的に埋入されて保持されると共
   に、該多孔構造体の少なくとも一部が製品面に露呈乃至
   は連通せしめられて、当該部位の空孔が外部に開口乃至
   は接続せしめられた構造とされていることを特徴とする
   流体透過性ガラス製品。
2. 【請求項２】前記多孔構造体が、焼失にて流体が通過可
   能な連続した空孔を生ぜしめ得る可燃性構造体、例えば
   発泡膜を除去した樹脂発泡体、樹脂製の櫛状体若しくは
   剣山状製品などの骨格の周りに所定のセラミックス材料
   を付着させ、そしてそれを焼成して焼結せしめることに
   より、その骨格部分を構成する可燃性部分を焼失させて
   得られる、前記付着セラミックス材料の焼結体にて所定
   の骨格構造が保持される一方、かかる骨格の内部が中空
   とされて、流体の通過可能な全体として連続した空孔が
   形成されたセラミックス多孔体であり、且つ該セラミッ
   クス多孔体の骨格間隙に前記ガラス材料が入り込んで、
   該セラミックス多孔体に対するマトリックスを構成して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体
   透過性ガラス製品。
3. 【請求項３】所定のガラス材料の溶融物を所定の成形型
   の成形キャビティ内に供給し、目的とする形状の成形品
   を形成せしめるに際して、 焼失にて流体が通過可能な連続した空孔を生ぜしめ得る
   可燃性構造体、例えば発泡膜を除去した樹脂発泡体、樹
   脂製の櫛状体若しくは剣山状製品などの骨格の周りに所
   定のセラミックス材料を付着させ、そしてそれを焼成し
   て焼結せしめることにより、その骨格部分を構成する可
   燃性部分を焼失させて得られる、前記付着セラミックス
   材料の焼結体にて所定の骨格構造が保持される一方、か
   かる骨格の内部が中空とされて、流体の通過可能な全体
   として連続した空孔が形成されたセラミックス多孔体を
   用い、このセラミックス多孔体を該成形キャビティ内の
   所定位置に配置した状態下において、前記ガラス材料の
   溶融物の供給を行ない、かかる供給された溶融物を該セ
   ラミックス多孔体の骨格構造内に入り込ませて、周囲の
   溶融物と共に一体的に固化させることにより、該セラミ
   ックス多孔体が所定位置に一体的に埋設されてなる成形
   品と為したことを特徴とする流体透過性ガラス製品の製
   造法。