JPS63192549A - 流体透過性製品の製造方法 - 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、流体透過性製品の製造方法に係り、特に、内
部に形成された連続気孔を通じて、流体を透過し得る特
性を有する鋳造品や注型品等の製品であって、その流体
透過特性がより一層向上された製品を、冶金的乃至は機
械的な処理を特に加えることなく、有利に製造すること
のできる方法に関するものである。

（背景技術） 連続気孔を備えて、流体を透過し得る特性を有する鋳造
品等の製品として、本願出願人は、先に、特願昭６１＝
２４６３６０号、特願昭６１−２８１４６７号及び特願
昭６１−３０４７４４号等において、多孔組織を形成す
る骨格自体が中空とされて、全体として連続した空孔が
該骨格内に形成されたセラミックス多孔体を用い、その
多孔構造の間隙内に所定のマトリックス材料を入り込ま
せて一体的な構造と為すことにより、該セラミックス多
孔体の多孔構造の骨格内に形成された空孔を利用して、
流体を透過せしめ得るようにした新規な製品、例えば鋳
造品や注型品、更にはその焼結体等を明らかにした。

ところで、このような流体透過性製品にあっては、例え
ば、多孔構造の骨格内に流体を透過し得る空孔を有する
セラミックス多孔体を、適当な成形型によって形成され
た製品キャビティ内の所定位置に配置せしめた状態下に
おいて、該製品キャビティ内に所定のマトリックス材料
を供給せしめることにより、かかるセラミックス多孔体
が製品の一部分に埋設されて、そこに連続した空孔が形
成されてなる構造をもって製造することができるのであ
り、従ってそのような製品の内部に形成された空孔に連
通ずる流体供給孔乃至は排出孔を、後加工等によって形
成せしめることにより、エアーフロートベースやエアー
吸着テーブル、軸受部材、或いは熱交換部材やフィルタ
、触媒などを、困難な冶金的乃至は機械的な処理を加え
ることなく、単体構造をもって極めて有利に製造するこ
とが可能となるのである。

ところが、このようにセラミックス多孔体が内部に埋設
されると共に、その空孔に連通ずる流体供給乃至は排出
孔が形成されてなる流体透過性製品にあっては、その流
体供給乃至は排出孔を介して空孔内に作用される流体圧
に対して、該流体供給乃至は排出孔からの距離に応じた
圧力損失が惹起されることとなり、そのために流体供給
孔乃至は排出孔の形態によって、空孔内における流通流
体の圧力および流量の分布が、不均一となる恐れがある
のである。

それ故、例えば内部に埋設されたセラミックス多孔体の
空孔が製品の一面において開口されて、流体噴出面が構
成されていると共に、その空孔に連通ずる流体供給孔が
、製品の壁部に形成されてなる構造とされた静圧流体軸
受やエアーフロートベース等にあっては、かかる流体噴
出面における流体噴出圧乃至は噴出量が、流体供給口か
ら離れる程小さくなることとなり、そのために特にこの
ような流体噴出量の均一性が重要視される製品において
は、充分なる性能乃至は特性が得られないといった問題
を有していたのである。

ところで、このような製品の内部に形成された空孔を介
して作用せしめられる流体圧の均一化を図る一手法とし
て、かかる製品中に埋設されたセラミックス多孔体の背
部に、流体供給乃至は排出孔が連通される流体溜りとし
ての空間を形成すると共に、該空間に対して、セラミッ
クス多孔体の空孔を、流体噴出面と平行な面上において
開口させて連通せしめることにより、かかる空孔におけ
る流体供給口から噴出口までの距離を全体に亘って均一
化せしめるようにすることが考えられるが、そのような
空間を機械的な加工によって形成するに際しては、かか
る製品を少なくとも二分割構造としなければならないた
めに、加工工程の増加等によってコストの上昇が避けら
れ得ず、また形状的に極めて困難な場合もあり、効果的
な手法と言い得るものではないのである。

（解決手段） 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、製品
内に埋設されたセラミックス多孔体の骨格内に形成され
た空孔によって、流体透過性が付与された製品において
、その流体透過特性を向上せしめるべく、かかるセラミ
ックス多孔体の所定の面の少なくとも一部における空孔
開口部に対して連通される流体溜りが、製品の内部に形
成されてなる流体透過性製品を、冶金的乃至は機械的な
処理を特に加えることな（、有利に製造することのでき
る方法を提供することにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明の特徴と
するところは、多孔！１１１１織を形成する骨格自体が
中空とされて、該骨格内に空孔が形成されたセラミック
ス多孔体を、所定の製品キャビティ内に配置せしめた状
態下において、該製品キャビティ内に所定のマトリック
ス材料を供給することにより、該セラミックス多孔体に
おける骨格の間隙内に該マトリックス材料を入り込ませ
て一体的な構造と為す一体造形操作を実施して、該セラ
ミックス多孔体の多孔構造の骨格内に形成された空孔を
利用して、流体を透過せしめ得るようにした製品を製造
するに際して、前記セラミックス多孔体として、その骨
格内に形成された空孔を、製品中に埋設される所定の面
における少なくとも一部において開口せしめると共に、
該空孔が開口された面に対して、前記一体造形操作時に
おけるマトリックス材料との接触によって消失せず、且
つその一体造形操作後に除去可能な材料からなる流体溜
り形成部材を、該開口部を覆蓋するように固着せしめた
ものを用いる一方、該一体造形操作の後に、かかる流体
溜り形成部材を除去せしめることにより、得られる製品
の内部に、前記セラミ・ノクス多孔体の骨格内に形成さ
れた空孔に連通ずる流体溜りを形成せしめるようにした
ことにある。

（具体的構成・実施例） 以下、本発明を、更に具体的に明らかにするために、本
発明手法に従い、例えば流体透過性鋳造品を製造する場
合について、図面に示された実施例を参照しつつ、詳細
に説明することとする。

先ず、第１図には、その内部に形成された相互に連通ず
る多数の空孔が、製品の一面（表面）において開口され
て、露出面を構成していると共に、かかる空孔に連通ず
る流体供給乃至は排出孔が、製品の壁部に形成されてな
る構造とされた、エアーフロートベースやエアー吸着テ
ーブルの如き鋳造製品を、本発明手法に従って製造する
場合の一工程が示されている。

すなわち、この図において、１０は、鋳型であって、上
型１２と下型１４とから構成されており、一般に生型砂
または樹脂を硬化媒体に用いた自硬性鋳型抄成いはパー
マネント鋳型（金型）等によって製作されたものである
。また、かかる鋳型１０内には、受湯口１６、湯道１８
および所定形状の鋳造キャビティ２２が形成されており
、所定の金属溶湯２４が、取鍋２６より受湯口１６、湯
道１８を通じて、鋳造キャビティ２２内に導かれるよう
になっている。そして、この鋳造キャビティ２２内の所
定位置に、セラミックス多孔体２８がセットされている
のである。

ここにおいて、この鋳造キャビティ２２内に配置、固定
されるセラミックス多孔体２８としては、多孔組織を形
成する骨格自体が中空とされて、その骨格内に空孔が形
成されたものであって、例えば、第２図に示されている
如く、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、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、焼成せしめて、かかる樹脂発泡体を焼
失せしめることにより得られる、三次元網目構造の骨格
３０自体が中空とされて、全体として連続した空孔３２
が該骨格３０内に形成されたものなどが、用いられるこ
ととなる。

なお、このようなセラミックス多孔体２８を形成するセ
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２８にあっては
、第３図に示されているように、その空孔３２が、鋳造
品中に埋設されるべき少なくとも一つの面、より具体的
には製品の露出面において外部に露呈されるべき面に対
して表裏関係をなす面において開口せしめられ、更にこ
の空孔３２が開口された面に対して、非消失性材料にて
形成された所定大きさの流体溜り形成材としての中子３
４が、該空孔３２の開口部を覆蓋するように固着せしめ
られることとなる。

すなわち、このようなセラミックス多孔体２８の骨格３
０内に形成された空孔３２は、通常、その外周面部にお
いて閉塞された状態で形成されることとなるが、それら
の空孔３２が、鋳造品中に埋設されて流体供給乃至は排
出孔に連通せしめられるべき一面において、研磨加工や
切削加工等によって開口せしめられるのであり、その後
かかる空孔３２が開口された面に対して、それらの空孔
３２の開口部を覆蓋するように中子３４が固着せしめら
れるのである。

ところで、かかる中子３４の形成材料としては、鋳造に
際しての金属溶湯２４に対する接触によって消失せず、
その形態を保持し得るものであって、且つ後述するよう
に、鋳造後における除去が可能なものであれば、何れも
採用することができるが、特に例示の如き鋳造製品にお
いては、鋳物砂が好適に用いられることとなる。

また、このような中子３４をセラミックス多孔体２８に
固着せしめるに際しては、適当な接着剤３６が適宜用い
られ、そしてそれら両部材間に介在される接着剤層（３
６）にて、鋳造時における金属溶湯２４の該両部材間へ
の侵入が阻止されることによって、かかるセラミックス
多孔体２８における前記空孔３２の開口が、有効に確保
され得るのである。なお、かかる接着剤３６としても、
前記中子３４と同様、鋳造に際しての金属溶湯２４に対
する接触によって消失せず、その形態を保持し得るもの
であって、且つ後述するように、鋳造後における除去が
可能なものであることが必要であり、例えばポリ酢酸ビ
ニル、石綿、メタノール、酢酸エチル及び活性剤にて構
成された常温速乾性の中子接着剤の如き公知のものが好
適に用いられることとなる。

そして、このようにその−面に中子３４が固着せしめら
れたセラミックス多孔体２８は、例えば、第１図に示さ
れているように、鋳造キャビティ２２内において、かか
る中子３４が、該鋳造キャビティ２２の内面から浮いた
状態で、ケレン等の適当な止め金具３８を用いてセット
されることとなるが、その他、特に本発明手法にあって
は、第７図に示されている如く、幅木を備えた中子４０
を用いることによって、該中子４０にてセラミックス多
孔体２８を鋳造キャビティ２２内の所定位置に保持する
ことができるのであり、またそれによって、後述する如
き、流体供給乃至は排出孔（連通孔４６）を、鋳造と同
時に形成することが可能となるのである。なお、かかる
第７図においては、理解を容易とするために、第１図に
示されている実施例と同一の構造とされた部材に対して
、同一の符号を付しておくこととする。

而して、このようにセラミックス多孔体２８が所定位置
に配置せしめられた鋳造キャビティ２２内に対して、製
品たる鋳造品に求められる物理特性に応じて管理された
化学成分を有する金属溶湯２４が注湯せしめられる。な
お、かかる金属溶湯２４としては、鋳鉄や鋳鋼が一般に
用いられるものであるが、その他、銅合金やアルミニウ
ム合金等の種々なる金属製品の鋳造にも、本発明は有利
に適用され得るものであり、それ故、かかる金属溶湯２
４としては、そのような製品原料に応じて適宜に選定さ
れるものであることは、言うまでもないところである。

また、このように注湯される金属溶湯２４は、一般に、
第１図に示されている如く、受湯口１６、湯道１８を通
じて、鋳造キャビティ２２内に導かれ、セラミックス多
孔体２８の多孔構造の骨格３０間の間隙を充満しつつ、
該鋳造キャビティ２２内に充填せしめられることによっ
て注湯作業が完了する。

従って、第４図に示されているように、かくの如き鋳造
手法に従い、その金属溶湯２４が凝固することによって
得られる鋳造品４２にあっては、セラミックス多孔体２
８の多孔組織を形成する骨格３０にて構成されるセル内
に、鋳造金属４４が入り込んで、該鋳造金属４４がセラ
ミックス多孔体２８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、かかる鋳込まれたセラミ
ックス多孔体２８における骨格３０内の空孔３２に対す
る金属溶湯２４の侵入は、該空孔３２の開口部が閉塞状
態にあることから、その空孔３２は連通状態に保持され
ることとなる。そして更に、かかる鋳造品４２にあって
は、前記中子３４及び接着剤３６が、セラミックス多孔
体２８の一面において、その骨格３０内に形成された空
孔３２の開口部を覆蓋する状態で、鋳造金属４４内に埋
設されてなる構造をもって形成されているのである。

次いで、このような凝固の完了した鋳造品４２は、通常
の鋳造作業と同様な手法によって、解枠及び冷却せしめ
られるのであり、そしてそれによって取り出された鋳造
品４２に対して、流体供給乃至は排出孔としての連通孔
４６が、第６図に示されている如く、その外表面から内
部に埋設された中子３４にまで達するように、機械加工
等によって穿設せしめられる。

そして、その後かかる鋳造品４２に対して、ハイドロブ
ラストやショツトブラスト等を用いた機械的処理や、或
いは適当な薬品を用いた化学的処理が施されることによ
り、その内部に埋設された中子３４、更には接着剤３６
が、連通孔４６を通じて、除去乃至は溶出せしめられる
。即ち、かかる中子３４、更には接着剤３６の除去操作
によって、第５図及び第６図に示されているように、鋳
造品４２の内部において、セラミックス多孔体２１　　
に ８の骨格３０内に形成された空孔３２に連通ずる流体溜
り４８が形成されることとなるのである。

また、このような鋳造品４２にあっては、通常、その内
部に埋設されたセラミックス多孔体２Ｂの骨格３０の露
出面（鋳造品表面）における空孔３２の開口が、セラミ
ックス乃至は鋳造金属４４によって閉塞されているため
に、かかる露出面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３２が外部に開口せしめら
れると共に、更に通常の手法に従い、スナソキングや清
浄およびグラインダー仕上げ等が、必要に応じて施され
ることとなり、それによって目的とする多孔性鋳造製品
５０が得られるのである。

従って、かくして得られた多孔性鋳造製品５０にあって
は、その内部において流体溜り４８を有しており、該鋳
造製品５０内に埋設されたセラミックス多孔体２８にお
ける、露出面５１に対して背面に位置する空孔３２の開
口部が、それぞれ、かかる流体溜り４８に連通せしめら
れているところから、それらの空孔３２に対して連通孔
４６を通じて行なわれる流体の供給乃至は排出が、この
流体溜り４８を介して為されることとなるのであり、そ
れによってそれら空孔３２の背面開口部に対して、全面
に亘って均一の流体圧が作用せしめられ得ることとなる
のである。

そして、それ故かかる多孔性鋳造製品５０において、セ
ラミックス多孔体２８の空孔３２が開口される露出面５
１と、該空孔３２が流体溜り４８内に開口される背面と
が、平行面となるように形成することによって、その露
出面５１に位置する空孔３２の開口部から噴出乃至は吸
入される流体の流量及び圧力を、全面に亘って均一化す
ることが可能となるのである。

すなわち、本発明手法に従えば、エアーフートベースや
エアー吸着テーブル等に好適に用いられ得る、優れた流
体透過特性を備えた鋳造製品を、冶金的乃至は機械的な
加工を特に加えることなく、容易に且つ低コストにて製
造することができるのであり、更にまた本実施例におい
て例示されている如き、三次元網目構造のセラミックス
多孔体を用いることによって、製品の露出面５１におい
て開口する空孔３２の分布を、全面に亘って略均−に設
定することが極めて容易となるのであり、それ故製品に
おいて、優れた性能が安定して得られるといった利点を
も有しているのである。

ところで、前記実施例にあっては、その鋳造手法として
、水平鋳込法が採用されていたが、本発明は、垂直鋳込
法も良好に採用され得るものであることは勿論であり、
第８図及び第９図において、その−適用例を示すことと
する。なお、このような垂直鋳込法による鋳造に際して
も、その鋳造方法は、前記実施例と基本的に同一である
ために、図中、前記実施例に対応する部材に対して、同
一の符号を付することにより、その詳細な説明は省略す
ることとする。

すなわち、これらの図に示されているように、特に本発
明手法に用いられる中子５２．５２を、幅木を有する形
状をもって形成し、かかる鋳造と同時に、流体供給乃至
は排出孔（連通孔４６）を形成せしめるようにすること
によって、セラミソクス多孔体２８における、垂直鋳型
５４の鋳造キャビティ２２内の所定位置への保持を、特
別な止め金具等を用いることなく、良好に行なうことが
できるのである。

なお、これら第８図及び第９図に示された、鋳型５４や
中子５２を用いて製造される鋳造製品にあっては、セラ
ミックス多孔体２８が、鋳造金属内に完全に埋設される
ことによって、製品内部に連続した空孔が形成される一
方、かかる空孔に対して流体を供給及び排出せしめる連
通孔が、該セラミックス多孔体２８の表裏関係をなす両
側面に位置する空孔に対して連通された形態をもって形
成されてなる構造を有しており、フィルターや触媒等と
して好適に用いられるものである。

そして、このような構造とされた鋳造製品にあっても、
前記実施例と同様に、その内部に埋設されたセラミック
ス多孔体２８の流体供給側及び排出側の面において、そ
れぞれの面上に位置する空孔開口部が連通せしめられる
、所定容積の流体溜りが形成され、それらの空孔に対す
る流体の供給　Ｑ 乃至は排出が、かかる流体溜りを介して為されることと
なるところから、それらの面上に位置する空孔開口部に
対して均一な流体圧が作用せしめられ得、その流体透過
特性が有効に向上せしめられ得るのであり、それ故フィ
ルターや触媒等として用いることによって、その性能が
有利に向上され得ることとなるのである。

以上、流体透過性鋳造品を製造する具体例に基づいて、
本発明の詳細な説明してきたが、本発明は、そのような
具体例及びそれに関連する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、例えば例示の鋳造品の
製造以外にも、マトリックス材料として、プラスチック
材料、ガラス材料、更にはセラミックス材料を用い、そ
れらを所定のセラミックス多孔体の骨格をなす組織間隙
内に充填せしめ、またセラミックス材料にあっては、そ
のような充填材料を焼結して、セラミックス多孔体と一
体的な構造と為すことにより、目的とする流体透過性製
品を製造することも可能である。

また、本発明手法において用いられるセラミックス多孔
体としては、例示の如き三次元網目構造を有する樹脂発
泡体の他、樹脂等の焼結時において消失され得る材料に
て形成された、櫛状体若しくは剣山状製品等の骨格の周
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得られるものなどが、
何れも良好に採用されるものであり、特に本発明にあっ
ては、そのようなセラミックス多孔体の骨格内に形成さ
れた空孔が、流体供給側乃至は排出側において製品内に
形成された流体溜りによって、相互に連通せしめられる
ところから、それらの空孔が、セラミックス多孔体内に
おいて三次元的に連続している必要はないのである。

さらに、前記実施例にあっては、流体溜り４８が、製品
内に埋設されるセラミックス多孔体２８の所定の面の全
面に亘って、そこに位置する空孔３２の開口部が連通さ
れる状態で、設けられていたが、かかる流体溜り４８は
、必ずしも全面に亘って設ける必要はなく、任意の位置
に任意の形状２　υ をもって形成されるものであることが理解されるべきで
あり、例えば、製品内に埋設された円筒状のセラミック
ス多孔体の内周面が露出されて、流体噴出面とされた静
圧流体軸受にあっては、かかる埋設されたセラミックス
多孔体の外周面上に、周方向に延びる複数本の流体溜り
を形成せしめることによって、その流体噴出面における
噴出圧および噴出量を周方向に亘って均一化せしめるこ
とができるのである。

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） このような本発明に従えば、製品内に埋設されたセラミ
ックス多孔体の少なくとも一面における空孔の開口部に
対して連通される流体溜りが、かかる製品の造形操作と
同時に、冶金的乃至は機械的な処理を特に加えることな
く、形成され得ることとなるところから、そのような流
体溜りを備えた流体透過性製品を、良好なる製造性をも
って有利に製造することができるのである。

そして、かくの如き本発明手法に従って得られた流体透
過性製品においては、流体供給乃至は排出孔を、その流
体溜りに連通ずる形態をもって設けることにより、該流
体溜りに開口する全ての空孔に対して、均一な流体圧を
作用せしめることができるのであり、それによってかか
る流体透過性製品における流体透過特性が極めて効果的
に向上され得るのである。

従って、例えば、その内部に埋設されたセラミックス多
孔体の空孔が製品の一面において開口されて、流体噴出
面が構成されてなる製品にあっては、かかるセラミック
ス多孔体の背部における空孔の開口部が、該流体噴出面
と平行な面上において連通される流体溜りを形成せしめ
ることにより、かかる空孔における流体供給口から噴出
口までの距離を全体に亘って均一化せしめるようにする
ことができるのであり、それによって噴出面における流
体の噴出圧及び噴出量を、全面に亘って均一化せしめる
ことが可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明手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
示す要部拡大断面図であり、第３図はかかるセラミック
ス多孔体に対して流体溜り形成部材たる中子を固着せし
めた状態を説明するための要部拡大断面図であり、第４
図はかかる製造法にて得られる鋳造品を示す断面説明図
であり、第５図はかかる鋳造品に対して仕上げ加工を施
すことによって得られる鋳造製品を示す断面説明図であ
り、第６図はかかる鋳造製品の要部を拡大して示す断面
説明図である。また、第７図は幅木を備えた中子を用い
てセラミックス多孔体を鋳造キャビティ内の所定位置に
配置せしめた状態を示す、第１図に相当する断面説明図
であり、更に第８図は本発明手法に従う他の実施例を示
す、第１図に相当する断面説明図であり、第９図は第８
図におけるＩＸ−ＩＫ断面図である。 １０．５４：鋳型　　２２：鋳造キャビティ２４；金属
溶湯　　　２８；セラミックス多孔体３０：骨格　　　
　　３２：空孔 ３４．４０．５２＝中子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多孔組織を形成する骨格自体が中空とされて、該骨格内
   に空孔が形成されたセラミックス多孔体を、所定の製品
   キャビティ内に配置せしめた状態下において、該製品キ
   ャビティ内に所定のマトリックス材料を供給することに
   より、該セラミックス多孔体における骨格の間隙内に該
   マトリックス材料を入り込ませて一体的な構造と為す一
   体造形操作を実施して、該セラミックス多孔体の多孔構
   造の骨格内に形成された空孔を利用して、流体を透過せ
   しめ得るようにした製品を製造するに際して、 前記セラミックス多孔体として、その骨格内に形成され
   た空孔を、製品中に埋設される所定の面における少なく
   とも一部において開口せしめると共に、該空孔が開口さ
   れた面に対して、前記一体造形操作時におけるマトリッ
   クス材料との接触によって消失せず、且つその一体造形
   操作後に除去可能な材料からなる流体溜り形成部材を、
   該開口部を覆蓋するように固着せしめたものを用いる一
   方、該一体造形操作の後に、かかる流体溜り形成部材を
   除去せしめることにより、得られる製品の内部に、前記
   セラミックス多孔体の骨格内に形成された空孔に連通す
   る流体溜りを形成せしめるようにしたことを特徴とする
   流体透過性製品の製造方法。