JPH04348905A - セラミック中空本体とその製造方法 - 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】 【産業上の利用分野】

【０００１】本発明は好ましくは一体的に形成されたダ
イアフラムを有する型のセラミック中空本体とそのよう
なセラミック中空本体の製法とに関する。

【従来の技術】

【０００２】最近、セラミック材は種々の技術分野で多
く使用されるようになってきている。温度抵抗及び成形
の一貫性から考えて、それらの材料は有機合成材ではう
まくいかないような条件のもとで使用される。それにも
拘らず、例えば中空本体のような特に複雑な形の部材を
製造するためにセラミック材の使用に関する問題がある
。現在まで、焼成、即ち焼結工程の前の例えばプレス工
程において、普通のプレス工具により未焼成状態で形成
される非常に簡単な形のセラミック部分に対して量産が
可能である。セラミック中空本体は、含水セラミックパ
ウダーが多孔性壁を通って液体を除去することにより多
孔性壁を有する閉鎖モールド内で凝縮されるような、い
わゆる軟泥状成型法によって製造された。しかしながら
、そこで生じる密度、ひいてはそのような本体の安定性
は不満足なものであって、複雑でエネルギー消耗が大で
あるような方法から逃れているが、個別製造の場合にし
か適用できない。

【０００３】また、特に空所をそなえた複雑な形のセラ
ミック本体はいわゆる積層技術によって形成される。こ
こでは、所望の外形又は内部開口を有する複数の肉薄の
未焼成セラミックホイルはそのように形成された本体の
焼成、又は焼結作用の前に積層体に形成される。内部ス
ペースは焼成工程中に蒸発又は昇華される剛性挿入部材
で充填されねばならない。そのような積層技術は特に比
較的小さな部材を製造する場合は、処理がむづかしいこ
とは明らかである。

【０００４】セラミック本体の使用に関してもうひとつ
の問題がある。所望の使用個所にそれらの本体を固定す
ることは比較的むづかしい。現在では、複雑な金属クラ
ンプ装置、又はハウジングが必要であり、また、金属接
続部材は非常に特別の技術工程によりセラミック本体に
埋めこまれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は製造が簡単であるにも拘らず、安定性や再生性、およ
びまたは正確な寸法のような所望の特性を有するセラミ
ック中空本体を提供することである。本発明のもうひと
つの目的は、そのようなセラミック中空本体の製造方法
を提供することである。本発明のさらにもうひとつの目
的は、使用装置に容易に取付けることのできるセラミッ
ク中空本体を提供することである。本発明のさらにもう
ひとつの目的は、そのようなセラミック中空本体の特定
の効果的使用を指定することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は請求項１
と２に記載した工程で成る。本発明のセラミック中空本
体は請求項３の特徴で成り、本発明のセラミック中空本
体の適用は請求項４，５に記載されている通りである。

【０００７】本発明に従った方法の好ましい改良体やセ
ラミック中空本体及びその適用は以下の通りである。即
ち、

【０００８】（１）前記形成工程は前記個々の部分の少
なくとも１つの部分に一体的に形成された少なくとも１
つのダイアフラムを形成することで成ることを特徴とす
る請求項１に記載の方法。 （２）前記形成工程は前記個々の部分の少なくとも１つ
に一体的に形成された前記通路を有する少なくとも１個
の接続手段を形成することを含む、請求項１に記載の方
法。 （３）前記個々の部分の少なくとも１個の部分は、セン
サー部材を前記ダイアフラムにそなえる工程をさらに有
するようなセンサーベースとして形成されることを特徴
とする上記（１）に記載の方法。

【０００９】（４）前記ダイアフラムは多孔性ダイアフ
ラムとして形成されることを特徴とする上記（３）に記
載の方法。 （５）前記形成工程は湿潤プレス，ドライプレス，地殻
均衡プレス，引抜き，軟泥成型，或いは射出成型の工程
から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法
。 （６）前記個々の部品の前記補足し合う接触表面は、円
筒形に、まっすぐ円錐形に、円錐形にカーブして、或い
は段部をもって形成されることを特徴とする請求項１に
記載の方法。 （７）前記個々の部品の前記補足し合う接触面は、個々
の部品が互いにきちんとはまり合うように１本の軸に平
行に伸長することを特徴とする請求項１に記載の方法。 （８）カーブした個々の部品は互いに補足し合う平らな
接触面にともに置かれることを特徴とする上記（７）に
記載の方法。

【００１０】（９）形成工程は前記空所の一側を幽閉す
るダイアフラムを形成する工程を含むことを特徴とする
請求項２に記載の方法。 （１０）前記形成工程は前記本体に前記通路を有する少
なくとも１個の接続手段を形成する工程を含むことを特
徴とする請求項２に記載の方法。 （１１）前記中空本体はセンサーベースとして形成され
、さらに前記ダイアフラムにセンサー部材をそなえる工
程を含むことを特徴とする上記（１０）に記載の方法。 （１２）前記中空本体はセンサーベースとして形成され
、さらに、前記ダイアフラムにセンサー部材をそなえる
工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 （１３）前記空所は前記本体に一体的に形成されるダイ
アフラムによって一側を幽閉されることを特徴とする請
求項３に記載の中空本体。 （１４）前記中空本体はセンサーベースとして形成され
、さらに、前記ダイアフラムに装着されるセンサー部材
を有することを特徴とする上記（１３）に記載の中空本
体。

【００１１】（１５）前記ダイアフラムは多孔性ダイア
フラムとして形成されることを特徴とする請求項１４に
記載の中空本体。 （１６）前記接続手段はねじ山を有するスタッブねじで
成ることを特徴とする請求項３に記載の中空本体。 （１７）前記接続手段はホースを接続させるようになっ
ていることを特徴とする請求項３に記載の中空本体。 （１８）前記接続手段はシールと接続部材を挿入させる
円錐形開口と、前記円錐形開口に前記接続部材をそれに
固定するマフをねじ係合する外ねじ山とで成ることを特
徴とする請求項３に記載の中空本体。 （１９）前記接続手段は液封接続のためシール手段を有
することを特徴とする請求項３に記載の中空本体。

【００１２】（２０）セラミック材料で一体的に形成さ
れ、少なくとも一側がこれも一体的に形成されたダイア
フラムによって幽閉される空所を有し、自動車の燃焼分
野で流体分離のために一体的に形成された接続手段を有
することを特徴とする請求項４に記載のセラミック中空
本体の使用法。 （２１）セラミック材料で一体的に形成され、一体的に
形成されたダイアフラムにより少なくとも一側が幽閉さ
れる空所を有し、バイオテクノロジーの分野で流体分離
のためそこに一体的に形成された接続手段を有すること
で成る上記（２０）に記載のセラミック中空本体の使用
法。本発明の他の効果や特徴は図面に関連して後述する
実施例の記載から明らかとなるであろう。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示し、本発明の
中空本体１の主要部材として基本的に円筒形の帽子型部
材３があり、この部材３はその頂部側がダイアフラム２
によって橋渡された好ましくは矩形横断面の比較的剛直
なねじりリング１３で一体的に形成され、また可撓性移
行部分６により放射方向の装着フランジ５に接続する。 装着フランジ５は本体１を所望の使用装置に取付ける。 ダイアフラム２には後文で詳述するように、適切な物理
的特性を決定するため好ましくは肉厚フィルムスクリー
ン印刷技術によって部材４が取付けられる。

【００１４】円筒形外周面８を有する挿入部材１０は、
部材３の内周面７と接触状態で部材３内にきちんと適合
する。内面７と外面８との間のこの接触の他に、フラン
ジ５の底側は放射方向への伸長面９を備え、この伸長面
９は挿入部材１０の対応面１５と接続する。部材３と挿
入部材１０はセラミック材で形成され、これらのセラミ
ック材は例えば、種々異なる焼成収縮率のように一緒の
合同を強調するような種々の特性を有し、それらはとも
に未焼結状態におかれ、焼結工程で焼成されて１つの一
体化した本体１となり、それぞれの接触面７と８，９と
１５とにより互いに強力に接合する。

【００１５】挿入部材１０と対向するダイアフラム２は
空所１１を形成し、この空所１１には、好ましくは内ね
じ１２を備えた通路１４を通って流体が供給され、その
流体はダイアフラム２と接触することになる。図面から
わかるように、挿入部材１０はそれがセラミック材で比
較的容易に形成され、それから基本的には同一材、又は
異なる材で形成された部材３内へ挿入されるように、逆
カットなしに簡単なプラグタイプの形を有する。挿入部
材１０を部材３へ挿入することにより、空所１１が形成
される。かくして、焼結中、空所１１を形成するために
コア挿入体、又は同様の手段を必要としない。単純な外
形を有する挿入部材１０は同様に正確に形成される部材
３内へ全く正確に適合することにより容易に形成される
。

【００１６】そのような組合わせた中空本体１の焼成、
又は焼結の後、その中空本体１は矢印で示すように、フ
ランジ５により測定位置等に固定される。また、本発明
によれば、接触面７と８が接触面９と１５に対して直角
をなすために、フランジ５のようにさらに固定部材を必
要とすることなしに内ねじ山１２により他の所望の接続
手段によって接続することもできる。空所１１に高圧が
かかる場合でさえ、いずれの接触面も、分離の危険はな
い。

【００１７】図２は本発明の第２実施例を示し、これは
未焼成部材をプレスする時に形成され、空所３１と接続
用内ねじ山１２とを備えた安定性の高い中空本体２１で
成る。ねじ山１２はこの実施例の接続手段５を構成する
。空所１１を形成するためにヘキサブロモベンゼンのよ
うな蒸発可能な材料、即ち昇華可能な材料の補足コア挿
入体１７（一点鎖線）は適切なモールド内でプレスされ
るセラミック材により包囲される。ねじ山は非常に簡単
な方法でダクトに直接接続することを可能にする。接続
部材をねじ山１２にねじ係合させることによって歪みが
生じても、それは移行部分６ａによりダイアフラム２か
ら除去される。かくして、中空本体２１を包囲するため
に、又は装着するために別のハウジングを必要とするこ
とはない。この実施例は特に、生産工程が少なく、生産
費も安価である。

【００１８】図１，２の中空本体は、圧力センサーとし
て特願平２−５３８８６号に開示されたものに似ている
。しかしながら、本願の場合、以下の特徴を基本とする
。即ち、

【００１９】１．形成及び製造工程の両方とも一般に、
セラミック中空本体に使用されるが、本発明の基本は、
接触面を大きくするために、互いにはまり込むことによ
って、即ち合同することによって互いに補足し合う接触
面で接続するので、高度の安定性があり、個々の部材の
輪郭は比較的安価な工具で大量生産を行うことができる
ようにできるだけ簡単に選択される。

【００２０】２．接続手段として、又は装着手段として
内ねじ山を使用できるばかりでなく、セラミック中空本
体に接続手段、又は装着手段が直接、形成される。例え
ば、外ねじ山は引抜き中、ねじカッターにより未焼成の
外側本体に適用される。妥当な内径をもった内ねじ山に
対して同様の方法を適用することができる。もうひとつ
の特に簡単な実施例は、一体的にダイアフラムで成る剛
性ベース本体であってその外周にねじ山を備えている。

【００２１】３．セラミック中空本体の設計は圧力セン
サーダイアフラムと挿入プラグとをそなえた帽子型の一
体的部材に制限されるものではなく、その個々の部品が
例えばドライプレスによって容易に形成され、しかも適
度に大きな接触面と、互いにシフト又ははめ込みの可能
性をもつ設計になっている限り、その他の設計や形も使
用することができる。

【００２２】４．そのようなセラミック中空本体は基本
本体として圧力センサーとして使用されるばかりでなく
、他の型のセンサーにも使用され、さらに他の用途にさ
え使用される。

【００２３】５．セラミック中空本体がダイアフラムで
成る限り、そのダイアフラムはそれに圧力トランスジュ
ーサー部材が使用される場合に制限されるものではない
。そのダイアフラムは種々の他の目的を有し、例えば多
孔性ダイアフラムとしても適切に設計できる。

【００２４】これらの全ての特徴に対して、個々に、又
は結合体で保護が請求される。適用可能な材料、好まし
くはＡｌ２Ｏ３に関し、さらに焼成、或いは焼結の詳細
と共に、簡単な個々の部材を形成するために適用される
方法に関して言えば、それは「Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ　
　Ｋｅｒａｍｉｋ　　Ｖｕｌｋａｎ　　ＶｅｒｌａｇＥ
ｓｓｅｎ」初版（１９８８年）に言及されている。従っ
て、特に好ましいと考えられるいくつかの例がその中に
説明されている。

【００２５】図３乃至１１に示す実施例はこの技術に精
通した人にとって容易に理解されるであろう。かくして
、例えば、図３は他の型の装置に中空本体を非常に簡単
に接続するものとして示されている。プラグ２０は環状
溝２２を有し、その溝には、例えばクランプカプリング
のクランプがはまる。

【００２６】図４はホースを適用するため環状突起、即
ちリング３２を有するプラグ３０の形を示す。図５は通
路を有するプラグ４０を示し、この通路には、リングシ
ール４４によってシールされる管４８が挿入される。管
４８はクランプ部材４６を含むクランプ接続部材４２に
よって取付られる。

【００２７】図６は外ねじ山５２を有するプラグ５０を
示し、その外ねじ山には、ナット（図示せず）が固定さ
れ、それらの間にシール５４が配設される。

【００２８】図７の中空本体の場合、プラグ６０が使用
され、このプラグ６０は取巻きリム、即ち突起６２をそ
なえた伸長部を有するので、再度そこにホースを使用し
たり、そのリムの後方に結合するクランプを有するカプ
リングを使用することもできる。

【００２９】図８はプラグ７０を有する中空本体を示し
、このプラグ７０はナット７２を固定させる外ねじ山と
、円錐形に広がった通路とを有し、この通路には、環状
シール７６をそなえ、前記通路に対応する形の円錐部材
が挿入される。

【００３０】図９の実施例において、挿入されるプラグ
１１４を有する中空本体１１０は外ねじ山によって管（
図示せず）にねじ係合する。図１０の概略図は外ねじ山
１０２によりポット型中空本体１００を固定する可能性
を示す。簡単にするために、図１に従った中空本体の基
本型の変形が図３乃至９に示されているけれども、本発
明はそのような型の変形に制限されるものではない。 セラミック中空本体を結局、形成する個々の部材は、そ
れらが互いにはまり合うことにより互いに接触するよう
な対応接触面がそこに形成される限り、所望の形にする
ことができる。また、図２の一体化した本体２１は図３
乃至９に示す接続手段の１つ（又はいくつか）をそなえ
ることができる。最も好ましいことは、その接続手段は
空所１１へ続く通路を有する。

【００３１】例えば、図１１を参照すれば、２個のカー
ブした個々の部品、例えば、球体の２個の半体間の接続
を示す。上部半球体２００は円筒形環状伸長部２０４を
そなえ、これは下部半球体２０２に形成された対応溝に
適合する。内部の形又は内面に重要性がない限り、内側
に簡単な段部接続が使用される。

【００３２】前述の実施例において、接触面は基本的に
は補足し合う円筒形表面として説明される。しかしなが
ら、結局、カーブした壁と共に、好ましくはわずかに円
錐形に形成された壁も適用可能である。円錐形壁の場合
、補足し合う接触面は、挿入時、互いに対してわずかに
プレスされる。また、補足し合う表面で段部があるもの
も同様に使用される。接続手段、又は装着手段が中空本
体に直接形成されることにより、金属で成る別個の接続
部材を使用する必要がない。本体を使用装置に、又はホ
ースに、或いは他のダクトに接続したその時にも、装着
手段は必要でさえない。

【００３３】前述のように、好ましい実施例のセラミッ
ク中空本体を一体的に形成したダイアフラムは、所望の
用途に従ってそれにふさわしい適切な設計を有する。圧
力センサーに代わる好ましい用途は、ガス分離用の多孔
性ダイアフラムとしてである。なぜなら、これらのダイ
アフラムは数百度の温度を受けるからである。従って、
処理ガスの軽い分子は無圧又は低圧・高温で分離される
。平均孔の半径は１５〜３０オングストロームである（
化学技術雑誌５６（１９８４年）Ｎｒ．９Ｓ．１７２０
参照。）。もうひとつの用途はＰＨセンサーに対してセ
ラミックダイアフラムを伝わる酸素イオンとしてである
（サイエンス，２０７巻、１９８０年３月１４日、１２
００〜１２０２頁）。本発明に従ったセラミック中空本
体として形成されるセンサーのさらにもうひとつの好ま
しい用途は、導電度の変化に応答してガスの吸着や放出
を探知する温度センサー、ガスセンサー又は湿度センサ
ーであり、さらに、パイロ電気効果を使用した赤外線セ
ンサーである（セラミック誌６４巻，Ｎｏ．１２（１９
８５年），１５８１〜１５８５頁）。さらにもうひとつ
の用途は熱伝導度センサーとしてである（測定技術、ヤ
ールガング著５１，１９８４年、ヘフト１１．３８５〜
３９３頁）。

【００３４】前述の用途から、発明のセラミック中空本
体は高温工程で特定の用途となることがわかる。これに
関連して、多孔性ダイアフラムは、これらの流体がたと
えば浸透圧により半透過性壁として多孔性ダイアフラム
を通って拡散するような、ガス又は液体の分離のために
次第に重要となっている。厚みや孔のサイズを適切に選
択することによって、ダイアフラムは広範囲に所望の条
件に対してうまく適応できる。その重要な適用分野は特
に自動車に関連した環境及び汚染問題に関する。

【００３５】本発明のさらにもうひとつのダイアフラム
の用途はアルコール分離のための上記透過性ダイアフラ
ムであり、水素の分離のためのガス分離ダイアフラムで
あり、高温滅菌のための超濾過ダイアフラムである。そ
のようなダイアフラムは、超濾過ダイアフラムが酸素の
回復のために使用されるような、アルコールの発酵過程
としてバイオテクノロジー的プロセスにも同様に使用さ
れる。

【００３６】要するに、本発明に関連して考慮すること
に基づけば、充分な安定性を有するセラミック本体を簡
単な方法で製造することができることも明らかである。 このセラミック中空本体は、センサーの技術分野で、さ
らにガス又は液体の処理技術分野で一体的に形成された
１個又は複数個のダイアフラムを有するセラミック中空
本体の特定の使用分野で種々の用途を提供する。本体が
接続手段を一体的にそなえている場合、その使用装置に
対する装着、即ち取付けは、金属ハウジングをそなえる
ような特定の手段を使用することもなく、全く簡単であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１および２】セラミック中空本体の２つの実施例の
正面からみた横断面図。

【図３乃至９】本発明に従ったセラミック中空本体が接
続部分を有する実施例説明図。

【図１０】非常に簡単な装着手段又は接続手段をそなえ
た本発明に係るセラミック中空本体の概略横断面図。

【図１１】互いに補足し合う接触面をそなえた部分で形
成される本発明に係るもうひとつのセラミック中空本体
の実施例説明図。

【符号の説明】

１，１１０　　中空本体 ２　　ダイアフラム ３　　帽子型部材 ４　　部材 ５　　フランジ ６　　移行部分 ７　　内周面 ８　　外面 ９　　放射方向の伸長面 １０　　挿入部材 １１　　空所 １２　　内ねじ山 １３　　ねじりリング １４　　通路 １５　　補足し合う面 １７　　コア挿入部材 ２０，４０，６０，７０　　プラグ ３２　　環状突起 ４４　　リングシール ４６　　クランプ部材 ４８　　管 ５２，１０２，１１２　　外ねじ山 ５４　　シール １１０　　中空本体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　それぞれが空所とこの空所のための出
   口通路とを有する少くとも２個の未焼成部材を形成し、
   且つこの各部材に１つの軸に対して平行に延在すると共
   に互いに相補関係にある接触面を形成する行程と；未焼
   成の結合本体を形成するため、前記各部材の前記接触面
   間に大きな接触面積が得られるように、前記１つの軸の
   方向へ前記各部材を互いに嵌合させる工程と；前記結合
   した本体を焼成してそれを一体化させる工程とから成る
   セラミック中空本体の製造方法。
2. 【請求項２】　　空所とその空所用通路とを有するセラ
   ミック中空本体の製造方法であって、この方法は、前記
   空所の形に対応するコア挿入部材を前記中空本体の外側
   輪郭に対応した形状のモールド内に置く工程と；前記モ
   ールド内の残りの自由スペースへセラミック粉末を充填
   する工程と；前記粉末をプレスする工程とから成り、焼
   成工程で前記コア挿入部材の除去をも行うことを特徴と
   するセラミック本体の製法。
3. 【請求項３】　　内部に形成される空所と、前記空所へ
   の通路を含む一体的接続手段とで成る、セラミック材で
   一体的に形成される中空本体。
4. 【請求項４】　　少なくとも一側が、一体的に形成され
   たダイアフラムによって限定される空所を有し、さらに
   流体分離のためそれと一体的に形成された接続手段を有
   する、セラミック材で一体的に形成されるセラミック中
   空本体。
5. 【請求項５】　　少なくとも一側が一体的に形成された
   ダイアフラムにより限定される空所を有し、流体分離の
   ために一体的に形成され且つ例えばＰＨセンサー，温度
   センサー，湿度センサー又は熱伝導度センサーのような
   センサーと共に設けられた接続手段を有することを特徴
   とするセラミック材で一体的に形成されたセラミック中
   空本体。