JPS63170286A - 流体透過性セラミツクス製品の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は流体透過性セラミックス製品の製造法に係り、
特に連続気孔を備えて、流体を透過し得為特峠を有する
新規なセラミックス製品を、有利に製造する方法に関す
るものである。　　　　゛（前景技術） 従来から、所定の成形型にて形成される製品キャピテイ
内に、スラリー状の所定のセラミックス材料を導いて、
固化、成形し、そしてそれを焼成せしめ本ことにより、
製造されるセラミックス成形品（製品）は、両社性、耐
熱性、耐摩耗性等に廊れ、多（の分野で広く用いられて
きている。

ところが、このようなセラミックス製品にあっては、中
子を使用す諷ことにより二内部を空洞化した管状体（パ
イプ）等の中空製品を形成することは比較的容易である
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する技術
は、未だ提供されてはいない。

（発明の構成） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を青畳として
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セ
ラミックス製品、及びかかるセラミックス製品を有利に
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、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
どを用い、その骨格構造の間隙内に、目的とするセラミ
ックス製品を与えるセラミックス材料をスラリー状態で
入り込ませて充填せしめ、そして一体的に固化した所定
形状の成形物と為した後、焼成せしめることにより、０
該セラミツクス材料を焼結させて、一体的な焼結体製品
と為すと同時に、内在する可燃性構造体部分を焼失せし
めて、該焼結体製品内部に流体の通過可能な連続した空
孔が形成されるようにしたことを特徴とする流体透過性
セラミックス製品の製造法にある。

なお、かかる本発明手法に従って得られる焼結体製品は
、妻の内部に形成される多孔構造（空孔Ｍｉ織）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された構造となっ
ているのである。

（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、石膏型などの吸水性成形型内の所定位置に、
可燃性多孔構造体として、第２図に示されている如き特
定構造の三次元網目状ポリウレタン発泡体（発泡膜除去
）等を配置乃至は存在せしめた状態下において、基地セ
ラミックスを構成する所定のセラミックス原料を調合、
攪拌して得られるスラリーを、該成形型内に、所定の圧
力下に流し込み、そして該セラミックス原料をポリウレ
タン発泡体の骨格構造間隙内に充填せしめ、更にこれを
長時間かけて乾燥させ、必要に応じて成る程度の形状に
仕上げ加工を施した後、更に焼成せしめて焼結させ、同
時に該可燃性のポリウレタン発泡体部分を焼失せしめ、
その後研磨加工等を行なうことにより、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セラミック
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、流込み成形手法による本発
明手法に従う製造の一例を示すものであって、ｌＯは石
膏型（成形型）であり、この石膏型ｌＯ内には、所定形
状の製品キャビティ２０が形成されている。そして、こ
のキャビティ２０内に、所定の三次元綱目構造のポリウ
レタン発泡体（多孔体）２２が可燃性の多孔構造体とし
てセットされているのである。なお、このような石膏型
ＩＯのキャビテイ２０内面には、所定の離型剤が適宜塗
布され、注入されるセラミックス材料のスラリー２６の
固着を回避し、以てその脱水固化後において、成形品が
石膏型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、セラミックス製品の一
面にのみ空孔が露呈される状態で、空孔による多孔組織
が形成された製品を得るべく、ビン１６等の適当な止め
具を用いて、製品キャビティ２０の底部より浮いた状態
で、ポリウレタン発泡体２２がセットせしめられている
が、そのセラミックス製品における多孔組織を与えるポ
リウレタン発泡体２２の配設位置およびその形状は限定
されるものではな（、目的とする製品に応じて適宜に決
定されるものである。

ここにおいて、このキャビティ２０内に配置、固定され
る、本発明に用いられる可燃性構造体としての三次元網
目構造を有するポリウレタン発泡体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ものであって、この三次元網目構造
の骨格組織を有する合成−樹脂発泡体に対して、その骨
格組織の間隙内に、所定のセラミックス材料が、スラリ
ー形態において導入され、そして充填せしめられるので
ある。

なお、このようなポリウレタン発泡体２２の如き可燃性
多孔構造体を用いたセラミックス製品の製造に際して、
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、その骨格構造間隙
内に充填されるセラミックス材料の焼成温度は、通常１
３００℃以上であることから、その骨格構造間隙内にセ
ラミックス材料を充填させた後、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。

そして、このような骨格構造を有するポリウレタン発泡
体２２がキャビティ２０内°に配置乃至は位置せしめら
れた状態下において、その目的とするセラミックス製品
に求められる物理特性に応じて選択されたセラミックス
材料のスラリー２６が、注入せしめられるのである。な
お、ここで用いられるセラミックス材料としては、各種
の天然原料の他、コージェライト、アルミナ、マグネシ
ア、スピネル、ムライト、ジルコニア、ＳｉＣ等の各種
の合成原料等、公知の全てのセラミックス材料が対象と
されることとなる。

このように、注入されるスラリー２６は、一般に、第１
図に示されている如（、攪拌によって充分なスラリー状
とされた後、注入口１８より製品キャビティ２０内に導
かれ、ポリウレタン発泡体２２の三次元網目構造の骨格
３４間の間隙を充満しつつ、ポリウレタン発泡体２２の
上面へ達し、そしてスラリーを形成する媒体（通常は水
）を成形型（１０）に吸収させる等して除去することに
よって、かかるポリウレタン発泡体２２内べのセラミッ
クス材料の充填が行なわれるのである。

なお、かかるスラリー状のセラミックス材料２６を、ポ
リウレタン発泡体２２の骨格組織間（セル内）に均等に
侵入させ、充填、固化させるために、上記の如き流込み
成形手法の他に、適当な注入圧がスラリー状セラミック
ス材料に加わる成形手法が、本発明にあっては、適宜に
選択されることとなる。この加圧成形手法にあっては、
石膏型内の製品キャビティにポリウレタン発泡体がセッ
トされた状態下において成形操作を行なう、所謂インサ
ート成形が実施されるのである。

次いで、前記ポリウレタン発泡体２２と基地セラミック
ス４０とがクランク等を発生させることなく一体的な固
形物（固化）構造を成すように、ゆっくりと時間をかけ
て乾燥が施され、そして成る程度の仕上げ加工が加えら
れた後、焼成することによって、基地セラミックス４０
（セラミックス材料）が焼結せしめられると同時に、ポ
リウレタン発泡体２２が分解消失せしめられ、以て該ポ
リウレタン発泡体２２の分解消失部位が連続した空孔３
６となった一体的な焼結体とされるのである。

従って、かくして得られたセラミックス一体焼結製品３
２にあっては、第３図および第４図に示されているよう
に、ポリウレタン発泡体２２の三次元綱目構造を有する
骨格３４にて構成されるセル内に基地セラミックス材料
４０が入り込んで、焼結せしめられることにより、該基
地セラミックス材料４０が一体的なマトリックスを構成
する一方、該ポリウレタン発泡体２２の三次元網目構造
の骨格３４に対応した三次元綱目状組織の空孔３６が形
成された構造となるのである。　　　　゛さらに、この
ようなセラミックス−品は、焼成による焼結一体化が完
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、本発明におけるセラ
ミックス製品にあっては、その内部に形成された、ポリ
ウレタン発泡体２２の骨格３４に対応する三次元網目状
の空孔組織の露出面３８における空孔３６の開口部が、
焼結した基地セラミックス材料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、内部に三次元綱目構
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、目的とするセラミックス製品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、本発明に係るセ
ラミックス製品３２の断面を二次元的に示すものである
ために、基地セラミックス材料４０が分断された形態を
もって示されているが、焼失により空孔３６の組織を与
えるポリウレタン発泡体２２は三次元綱目構造の骨格３
４にて構成され、そしてその内部に基地セラミックス材
料４０の充填される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。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明に係るセラミックス製品が好適に用いられる用途例を
、幾つか示すこととする。

先ず、第６図には、本発明に従う構造とされたセラミッ
クス製品を、工作機械のエアーフロートベースに用いた
場合の一例が示されている。

この図において、４２は、工作機械本体のベース乃至は
定盤であって、その平坦面とされた上面４５上にエアー
フロートベース４４がＲ置された状態で配されるように
なっている。

このエアーフロートベース４４は、前述の如き製造手法
にて製造された、連続した空孔組織を有するセラミック
ス成形体４６が、その内部に一体的に配設されてなるセ
ラミックス製品である。また、図示されている如く、か
かるセラミックス成形体４６の下面４８を除く外周面部
が、セラミックス成形体を構成する基地セラミックス材
料或いは樹脂材料、金属材料等によって形成されたカバ
ー５０により覆われていることによって、配設されたセ
ラミックス成形体４６の空孔が、該エアーフロートベー
ス４４の下面４８においてのみ開口せしめられている。

一方、かかるエアーフロートベース４４のカバー５０に
は、その側部外周面においてセラミックス成形体４６の
空孔に連通された空気供給口５２が設けられている。

そして、本例におけるエアーフロートベース４４にあっ
ては、その空気供給口５２に対して所定の圧縮空気源を
接続せしめることにより、該空気供給口５２を通じて供
給せしめられる圧縮空気が、その下面４８から下方に向
けて噴出せしめられることとなるのであり、それによっ
て該エアーフロートベース４４は、その上面上に所定の
被加工物を載置せしめた状態で、本体ベース４２から浮
上せしめられ得るのである。

すなわち、このようなエアーフロートベース４４にあっ
ては、従来の後加工によって下面に開口する多数の細孔
を、相互に連通した形態をもって穿設せしめることによ
り形成されていたものとは異なり、本発明に係る流体透
過性セラミックス製品を採用することによって、そのよ
うな後加工が全く不要となって、その生産性および製造
コストが極めて効果的に向上され得ると共に、その下面
４８に開口する空孔が、全面に亘って均等に設けられる
こととなるところから、その性能をも効果的に向上され
得ることとなるのである。

また、第７図には、本発明手法に従って製造されたセラ
ミックス製品を、金属溶湯処理用のポーラスプラグに用
いた場合の一例が示されている。

この図において、７０は、所定の金属溶湯中に吹き込ま
れるべきガスを導くパイプであって、その端部の円錐台
形状とされた取付部７２に円錐台形状のプラグ本体７４
が把持固定された状態で取り付けられるようになってい
る。

このプラグ本体７４は、前述の如き製造手法にて製造さ
れた、連続した空孔を有するセラミックス製品であって
、前記第一の実施例として示されているエアーフロート
ベース４４とは異なり、その下面及び上面において空孔
が開口せしめられており、そして下面で開口する空孔が
パイプ７０に接続された構造となっている。

従って、本例におけるポーラスプラグにあっては、その
ガス導入パイプ７０を所定のガス供給源に接続せしめる
ことによって、その下面からガスが導入せしめられるこ
ととなり、それによって該ポーラスプラグは、その上面
から所定の金属溶湯内にガスを吹き込み得ることとなる
のである。

さらに、第８図には、本発明に係る流体透過性セラミッ
クス製品を用いた別の一例が示されている。

本例にあっては、スライドテーブル用張り付はプレート
に対して本発明を適用したものである。

即ち、本例におけるプレート８０にあっては、連続した
空孔を備えたセラミックス成形体８２が、摺動面８４上
においてのみ、その空孔が開口せしめられる状態で、前
述の如き手法に従い、一体的に埋設されてなるセラミッ
クス製品であって、かかる摺動面８４を除く外周面部が
、セラミックス成形体を構成するセラミックス材料或い
は金属等からなる剛性材料等によって形成されたカバー
８８により覆われていると共に、該カバー８８の側部外
周面において、セラミックス成形体８２の空孔に連通せ
しめられた潤滑剤供給孔８６が設けられている。

従って、このような構造とされたプレー）８０にあって
は、潤滑剤供給孔８６を通じて所定の潤滑剤を供給せし
めることにより、かかる潤滑剤が、埋設されたセラミッ
クス成形体８２の空孔内を通じて、プレート８０の摺動
面８４上に容易に供給され得るのである。そして、本実
施例におけるプレート８０にあっては、このような潤滑
剤の供給が、必要な量だけをもって且つ摺動面８４全面
に亘って均一に、適宜行なうことが可能となるのである
。

以上、本発明手法に従って製造された流体透過性セラミ
ックス製品について、幾つかの用途例を示し、詳細に説
明してきたが、本発明は、これらの具体例および前記具
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、本発明に従って得られる流体透過性セラミック
ス製品を用いて、その内部の多孔組織構造部位に達して
、当該部位の空孔に接続する、流入部と流出部を設けて
、形成された多孔組織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。更に、本発明に従う流体透過性セラ・　　
ミックス製品は、従来から耐熱性の要求されるガス吸引
部材やガス吹込み部材として、更には通気性の容器、蓋
等に有利に適用されるものである。

また、例示の具体例では、可燃性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ポリウ
レタン発泡体からなる多孔体が挙げられているが、本発
明にあっては、焼失により全体として連続した空孔が焼
結体内に形成される構造のものであれば、何れも使用可
能であり、例えば例示９如き発泡膜を除去した樹脂発泡
体等の多孔構造体の他、樹脂製の櫛状体若しくは剣山状
製品などの可燃性構造体であっても、何等差支えない。

その他、−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） かくの如き本発明手法に従って得られるセラミックス製
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セラ
ミックス製品は従来においては見られず、そのセラミッ
ク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、空気噴出によ
るフローティング機構（テーブル等）及び空気吸引によ
るバキューム機構（テーブル等）への応用、またポーラ
スノズルの如きガス等の吹込み機構、通気性部材への応
用、更にはバイオリアクター（反応器）における酵素担
架への応用が可能であり、また化学薬品を用いる分野に
おいてはフィルター的な機能も得られ、しかもフィルタ
ーとして用いられる場合には、多孔構造体内部に濾遇さ
れた物質が詰ることがあっても、本発明に係るセラミッ
クス製品自体が不燃性であるところから、燃焼による清
浄化によって再利用も可能であるという利点も享受する
ことも出来る。また、基地セラミックス部分への着色も
可能であるところから、その使用目的に応じて着色、色
分けも容易に施し得ることとなり、極めて広範な範囲に
亘るセラミック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、本廃明に従うセラミックス製品にあっては、従来
の金属製などの多孔性物品に比べて、その耐蝕性、耐摩
耗性、耐熱性等が向上していることは言うまでもなく、
また該セラミックス製品を、孔明は加工等の機械的な加
工を加えることなく、従来と同様なセラミックスの成形
手法に従って、良好なる生産性をもって有利に製逝する
ことができるのであって、そこに、大きな工業的意義を
見い出すことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うセラミック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
られるポリウレタン発泡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セラミックス
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図におけるセラミックス製品の拡大図であり、第５図
はかかるセラミックス製品の全体斜視図である。また、
第６図乃至第８図は、それぞれ、本発明に係るセラミッ
クス製品を用いた部材を説明するための実施例を示す断
面説明図である。 ｌＯ：石膏型　　　　　１６：ビン １８：注入口　　　　　２０：製品キャビティ２２：ポ
リウレタン発泡体 ２６：スラリー状のセラミックス材料 ３４：骨格　　　　　　３６：空孔 ４０：基地セラミックス材料 ４４：エアーフロートベース ４６．８２：セラミックス成形体 ５２：空気供給口　　　７０：パイプ ７４：ノズル本体 ８０ニスライドテーブル用張り付はプレート８６：潤滑
剤供給孔 出願人　　株式会社　　す　ベ　ヤ 同　　　日本ファンドリーサービス 株式会社 第４図 第５図 第６ｒＭ 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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を用い、そ
   の骨格構造の間隙内に、目的とするセラミックス製品を
   与えるセラミックス材料をスラリー状態で入り込ませて
   充填せしめ、そして一体的に固化した所定形状の成形物
   と為した後、焼成せしめることにより、該セラミックス
   材料を焼結させて、一体的な焼結体製品と為すと同時に
   、内在する可燃性構造体部分を焼失せしめて、該焼結体
   製品内部に流体の通過可能な連続した空孔が形成される
   ようにしたことを特徴とする流体透過性セラミックス製
   品の製造法。
2. （２）前記可燃性構造体が三次元網目構造の骨格を有し
   、それによって前記焼結体製品中に三次元網目状の空孔
   組織が形成される特許請求の範囲第１項記載の製造法。