JP2003340318A

JP2003340318A - セラミックス製ノズル及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003340318A
Application number: JP2002151316A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kobayashi; 善宏小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2003-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】製造コストを低減することが出来、しかも正確
な流量を吐出する。【解決手段】中央に流体が通過する円筒状の流路１を有
する第１の円筒部と、中央に上記流路１よりも流路径が
小さい円筒状の細孔２を有し、かつ、第１の円筒部より
も外径が小さい第２の円筒部と、流路１と細孔２とを連
結する円錐孔３を有し、かつ、第１の円筒部と第２の円
筒部とを連結する円錐部とを有してなり、流路１、円錐
孔３及び細孔２のそれぞれが滑らかな曲線で繋がるよう
に形成しているセラミックス製ノズルにおいて、細孔２
の端部のみ若しくは細孔２の端部と第２の円筒部の外周
２ｂのそれぞれを研削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、流体を噴出させる
ための各種セラミックス製ノズル及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧力のある液体、気体等の流
体を噴出させる流路を備えたノズルは、各種タービンの
噴出口のような機械的ノズルと、流量測定に用いられる
ようなフローノズルに大別される。

【０００３】機械的ノズルとは、高圧の流体が管の中か
ら放出するとき、放出断面積を小さくすると、ベルヌー
イの定理により圧力水頭が速度水頭に変わり、流体が噴
出するものである。このエネルギーを利用するものとし
て水力機械、内燃機関、蒸気タービン、高速気流の研究
等各方面に広く用いられている。その形状は目的によっ
て図５に示すように流路５１と、該流路５１に連通する
円錐孔５３、及び該円錐孔５３に更に連通する細孔５２
を有するものがあり、ガス噴出には図５（ａ）の平行ノ
ズルや、同図（ｂ）の先細ノズルが用いられている。

【０００４】また、フローノズルとは、ベンチュリ管、
オリフィスと同様にパイプに取り付けて、その前後に生
じる圧力差を利用する流量計で、ベンチュリ管とオリフ
ィスの中間的な性質を有する。即ち、オリフィスに比較
して圧力損失、管内面のあらさによる影響が少なく流量
係数はベンチュリ管に近いものである。

【０００５】上記、各種ノズル５０の材質としては金
属、ガラス、プラスチックス、セラミックス等様々な材
料が使われているが、耐熱、耐薬品性等の耐環境性を考
慮すると、高強度で耐久性の高いセラミックスによって
形成することが提案されている（特開昭６４−８０１２
号、特開平１１−４８２８７号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記セラミ
ックスからなるノズル５０は、射出成形やプレス成形に
て流路５１、円錐孔５３、細孔５２を成形した場合に
は、細孔５２の径が小さく成形ピンが折れるという問題
を生じる。

【０００７】また、押出成形にて製造する場合は、細孔
５２を予め成形段階で形成しておき、焼成後研削、研磨
加工にて最終形状を形成するが、その際上記流路５１、
円錐孔５３、及び細孔５２をなめらかな曲線で繋がるよ
うに機械加工することは困難であるために、そのいびつ
な形状により円滑に流体が流れなくなるという欠点を有
し、正確な流量を流さなければならないノズルにおいて
は、大きな問題となっていた。

【０００８】さらに、流速が早い場合には、このいびつ
な形状により微小領域に乱流が発生しやすく、更に正確
な流量が流れないという欠点を有していた。

【０００９】また、押出成形で製造するために、外周及
び端部等は機械加工にて研削しなければならず、その加
工工程が多くなることにより製造コストが低減できない
と言う問題を生じていた。

【００１０】そこで、本発明はセラミックスを用いて、
予め流路５１を成形段階で形成しておき、セラミックス
の超塑性現象を利用して、上記流路５１、円錐孔５３、
及び細孔５２をなめらかな曲線で繋がるように加工する
方法を提案する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
セラミック体の中央に流体が通過する円筒状の流路を有
する第１の円筒部と、セラミック体の中央に上記流路よ
りも流路径が小さい円筒状の細孔を有し、かつ、上記第
１の円筒部よりも外径が小さい第２の円筒部と、上記流
路と細孔とを連結する円錐孔とを有し、かつ、上記第１
の円筒部と第２の円筒部とを連結するセラミック体の円
錐部とを有してなり、上記流路、円錐孔及び細孔のそれ
ぞれが滑らかな曲線で繋がるように形成し、上記細孔の
端部のみ、若しくは上記細孔の端部と第２の円筒部の外
周のみが研削加工面であることを特徴とするセラミック
ス製ノズルを提供する。

【００１２】また、本発明は前記セラミック体はＺｒＯ
₂を主成分とし、Ｙ₂Ｏ₃を２〜４ｍｏｌ％、Ａｌ₂Ｏ₃を
０．０５〜１重量％、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣａＯ、Ｎａ
₂Ｏ及びＦｅ₂Ｏ₃の各々を０．１重量％以下としたこと
を特徴とするセラミックス製ノズルを提供する。

【００１３】更に、前記セラミックス製ノズルにおい
て、中央に上記流路が貫通したセラミックスからなる円
筒体を用意し、該円筒体を１０００〜１６００℃に加熱
するとともに、上記円筒体の両端から長手方向に引張荷
重を印加して超塑性変形させることによって、上記円筒
体の略中央部を細くして上記円錐部及び第２の円筒部を
形成した後、上記円筒体の略中央部を研削加工にて切断
することを特徴とするセラミックス製ノズルの製造方法
を提供する。

【００１４】また、前記加熱前の円筒体の略中央部に凹
部を予め研削により形成しておくことを特徴とするセラ
ミックス製ノズルの製造方法を提供する。

【００１５】即ち、本発明のセラミックス製ノズルで
は、流路、円錐孔、及び細孔をなめらかな曲線で繋げ、
かつ上記細孔の端部のみもしくは該細孔の端部及び細孔
の外周のみが研削面であり、それ以外の面は焼結したま
まの面とすることにより、製造コストを低減出来しかも
正確な流量を吐出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図によっ
て説明する。

【００１７】図１は本発明のセラミックス製ノズルの一
実施形態を示し、図１（ａ）は斜視図であり、図１
（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。

【００１８】本発明のセラミックス製ノズル１０は、中
央に流体が通過する円筒状の流路１を有する第１の円筒
部と、中央に上記流路よりも流路径が小さい円筒状の細
孔２を有し、かつ、上記第１の円筒部４よりも外径が小
さい第２の円筒部５と、上記流路１と細孔２とを連結す
る円錐孔３を有し、かつ、上記第１の円筒部４と第２の
円筒部５とを連結する円錐部６とを有してなり、上記流
路１、円錐孔３及び細孔２のそれぞれが滑らかな曲線で
繋がるように形成しているセラミックス製ノズルにおい
て、上記細孔２の端部のみ、若しくは上記細孔２の端部
と第２の円筒部５の外周２ｂのそれぞれが研削されてい
る。

【００１９】ここで、滑らかな曲線と表現しているが、
図１（ｂ）に示す様に、曲率を有した線であればよく、
上記流路１、円錐孔３及び細孔２のつなぎ部分に角部が
なく、曲線で結ばれていることを意味する。

【００２０】また、流路径とは円筒状であるので、流路
１の直径を示し、１００μｍ以上であれば適用可能であ
る。これは１００μｍ未満であれば、成形時に成形ピン
が折れるからである。

【００２１】次に、第１の円筒部４は第２の円筒部５よ
り直径が大きければよく、外径は１ｍｍ以上であれば成
形が可能である。

【００２２】ここで、研削された面については製造方法
と絡めて詳しく後述するが、セラミックスの超塑性現象
を利用して、セラミックスの焼結体の略中央部を引き伸
ばして細径化をはかり、その後に略中央部を切断するこ
とにより本発明のセラミックス製ノズル１０を製造する
ので、結果としてこのような表面状態となる。

【００２３】この様に、本発明のセラミックス製ノズル
では、流路１、円錐孔３、及び細孔２をなめらかな曲線
で繋げ、かつ上記細孔２の端部のみもしくは該細孔２の
端部及び細孔２の外周のみが研削面であり、それ以外の
面は焼結したままの面とすることにより、製造コストを
低減出来しかも正確な流量を吐出することができる。

【００２４】材料としては、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ムラ
イト、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＡｌＮや、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ
₃系、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系の結晶化ガラス等のガラスセラ
ミックス、及びＡｌ₂Ｏ₃を主成分としＺｒＯ₂を混合し
たジルコニア分散アルミナセラミックス、Ａｌ₂Ｏ₃の結
晶粒界に粒径がナノレベルの非常に微細なＺｒＯ₂粒子
を分散させ、粒界強度を飛躍的に向上させたジルコニア
分散アルミナセラミックス、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分としてＡ
ｌ₂Ｂ₂Ｏ₉を混合したセラミックス等の各種複合セラミ
ックス等を用いることが出来るが、これらの中でも耐候
性、曲げ強度、表面粗さ等がより優れ、しかも超塑性加
工を行いやすい部分安定化ジルコニアセラミックスを用
いることがより好ましい。

【００２５】本発明のセラミックス製ノズル１０は、セ
ラミックスの超塑性現象を応用して流路１と該流路１に
連通する円錐孔３と該円錐孔３に更に連通する細孔２を
有し、それらが滑らかな曲線で繋がっていることが大き
な特徴である。

【００２６】このように流路１と該流路１に連通する円
錐孔３と該円錐孔３に更に連通する細孔２が滑らかな曲
線で繋がっていることにより、ノズル１０での流量損失
がなく正確な流量を吐出できうるセラミックス製ノズル
を得ることができる。

【００２７】ここで、流量の測定方法は、流れている流
体中における音波の伝播速度が流れの方向に伝わる場合
には見かけ上流速のみが速くなり、逆の方向にはそれだ
け遅くなることを応用し、指向性がよく水の中で極めて
よく通る超音波を利用してセラミックス製ノズルの細孔
２を通過する流体の単位時間あたりの流量（ｃｍ³／
ｓ）を測定できる超音波流量計を用いて測定することに
より正確な流量を測定することが出来る。

【００２８】また、本発明のセラミックス製ノズルは、
ＺｒＯ₂を主成分とし、Ｙ₂Ｏ₃を２〜４ｍｏｌ％とＡｌ₂
Ｏ₃を０．０５〜１重量％含有し、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、
ＣａＯ、Ｎａ₂ＯおよびＦｅ₂Ｏ₃の各々の含有量を０．
１重量％以下とすることが好ましい。

【００２９】即ち、Ｙ₂Ｏ₃を含む部分安定化ジルコニア
セラミックスにおいて、Ｙ₂Ｏ₃の含有量を２〜４ｍｏｌ
％として、正方晶の結晶を主体として強度や靱性を高く
するためであり、また、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量を０．０５〜
１重量％としたのは、Ａｌ₂Ｏ₃は焼結助剤として作用す
るため、０．０５重量％未満では低温での焼成が困難と
なるためであり、１重量％を超えると過焼成となるため
である。なお、Ａｌ ₂Ｏ₃は上記ＺｒＯ₂等の出発原料中
に含まれているが、必要に応じて添加することにより、
最終的に上記範囲内となるようにすればよい。

【００３０】さらに、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の含有量をそれ
ぞれ０．１重量％以下とすることによって、高温での耐
久性を向上させることを見出した。この理由は、ＳｉＯ
₂とＴｉＯ₂の含有量が多いと結晶粒界に液相が発生し、
この液相中にＹ₂Ｏ₃が固溶して偏析しやすくなり、その
結果として高温での耐久性が低くなるものと考えられ
る。いずれか一方の含有量が０．１重量％を超えると、
高温での耐久性を向上する効果に乏しいためである。な
お、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂は、ＺｒＯ₂やＹ₂Ｏ₃等の出発原
料粉末中に不純物として通常０．１重量％以上存在する
ものであるが、後述する製造方法により予めこれらの不
純物を除いておけば良い。また、ＣａＯ、Ｎａ₂Ｏ、及
びＦｅ₂Ｏ₃の各々の含有量を０．１重量％以下とするこ
とによって、上述したＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂と同様に、液相
の形成を防止するためである。

【００３１】なお、上述のような原料粉末を得るため
に、ＺｒＯ₂やＹ₂Ｏ₃等の出発原料に不純物としてＳｉ
Ｏ₂やＴｉＯ₂、あるいはＣａＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｆｅ₂Ｏ₃等
が含まれているが、この原料を精製することによって、
ＳｉＯ₂やＴｉＯ₂等の含有量を各々０．１重量％以下と
することができる。具体的な精製方法としては、酸やア
ルカリ等の薬品で処理したり、あるいは比重差を利用し
た重力選鉱等の手法を用いる。このように、予め出発原
料を酸処理等で精製することによって、ＳｉＯ₂やＴｉ
Ｏ₂等の含有量を容易に減らすことができるのである。

【００３２】このように、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂ _、ＣａＯ、
Ｎａ₂Ｏ、Ｆｅ₂Ｏ₃の含有量をそれぞれ０．１重量％以
下としてあることにより、粒界に液相がほとんど形成さ
れず、そのためＹ₂Ｏ₃の偏析を防止することができ、黒
斑点の発生を防止できるとともに、水分の存在する高温
中での相転移を防止し、表面荒れや表面変形を防止でき
る。

【００３３】次に、図２に本発明のセラミックス製ノズ
ルの他の実施形態について説明する。

【００３４】図２（ａ）は第１の円筒部４の外周１ａと
第２の円筒部５の外周２ｂとが滑らかな曲線で繋がって
いる場合であり、また図２（ｂ）は外周２ｂが端部２ａ
に近いほど径が小さくなる形状を示している。いずれの
場合でも、本発明の同一の効果を奏することが出来る。

【００３５】次に、上記セラミックス製ノズルをジルコ
ニアセラミックスにて作製する方法について説明する。

【００３６】先ず、ＺｒＯ₂にＹ₂Ｏ₃を２〜４ｍｏｌ％
添加混合し、中和共沈または加水分解等の方法により反
応・固溶させる。

【００３７】そして、上記ＺｒＯ₂やＹ₂Ｏ₃等の出発原
料に不純物としてＳｉＯ₂やＴｉＯ₂、あるいはＣａＯ、
Ｎａ₂Ｏ、Ｆｅ₂Ｏ₃等が含まれているが、この原料を酸
やアルカリ等の薬品で処理したり、あるいは比重差を利
用した重力選鉱等の方法によって精製し、ＳｉＯ₂やＴ
ｉＯ₂等の含有量を各々０．１重量％以下となるように
原料粉末を調整する。

【００３８】次いで、得られた原料を押出成形やプレス
成形や射出成形等により流路１となる孔を有する成形体
を得、必要によって外周に切削加工等を行った後、大気
雰囲気中で１２００℃〜１５５０℃の温度で焼成しセラ
ミック体である円筒体２０を得る。

【００３９】このあと、円筒体２０の外周２１を研削加
工して、凹部２２を形成してもよい。

【００４０】次に、図３（ａ）に示す様に、上記ノズル
となる円筒体２０を引張治具３１に固定して１０００〜
１６００℃の温度にヒータ３１を用いて少なくとも円筒
体２０の略中央部を加熱するとともに、長手方向に引張
荷重を印加して超塑性変形させることによって略中央部
を細くする。この場合、局部的にヒータ３２を用いる方
法でも、円筒体２０全体を高温チャンバーに投入する方
法でもよい。

【００４１】次に、図３（ｂ）に示す様に、略中央部を
ダイヤモンド砥石３３を用いて研削加工にて切断するこ
とにより、図３（ｃ）に示すセラミックス製ノズルが完
成する。

【００４２】以上の製造方法により本発明のセラミック
ス製ノズルが形成されるために、細孔２の端部２ｂのみ
もしくは該細孔２の端部２ｂ及び細孔２の外周２ａのみ
が研削面であり、それ以外の面は焼結したままの面とな
る。

【００４３】またこのあと、細孔２の表面を研磨加工に
て仕上げ加工することであってもかまわない。

【００４４】ここで、焼成温度を１２００〜１５５０℃
という低温で焼成することによって円筒体２０の平均結
晶粒径を１μｍ以下として緻密な焼結体とする。また、
原料の１次粒子径を小さくして比表面積を大きくするこ
とでさらに緻密な焼結体を得ることができる。

【００４５】なお、上記焼成温度と平均結晶粒径は比例
の関係にあり、焼成温度が高くなるに従い平均結晶粒径
も大きくなる。本発明においては、焼成温度を１２００
℃で平均粒径０．２５μｍ、１３７０℃で０．３４μ
ｍ、１５５０゜で０．５μｍとすることができる。

【００４６】また、上記円筒体２０を１０００〜１６０
０℃、好ましくは１２００〜１５５０℃の温度で超塑性
加工する理由は、温度が１０００℃未満となると、充分
に塑性変形させることができず、一方１６００℃を超え
るとジルコニアの粒成長が顕著となり、また加工治具と
の反応が生じやすく、このため超塑性加工により円筒体
２０の特性が大幅に低下する。

【００４７】なお、上記超塑性加工における超塑性変形
とは加工部分が均一に変形する塑性変形、及び加工部分
が不均一に変形する塑性変形の両者を含むものとする。

【００４８】また、超塑性加工における加工速度は、加
工温度、セラミックスの結晶粒径、正方晶系ジルコニア
の量、加工方法等によって一様ではないが、加工を高温
で行うため経済的な観点から比較的早い速度で変形を生
じさせることが適当であり、このためセラミックスの結
晶粒界で粒界すべりを起こす最少応力以上、即ち臨界剪
断応力以上の応力が加わるような加工速度とすることが
好ましい。

【００４９】上記超塑性加工の加工速度である歪速度
は、０．０１〜０．５％／秒とすることが好ましい。歪
速度が０．０１％／秒未満となると加工時間が長くな
り、生産性が劣る。一方、０．５％／秒を超えると空洞
化が生じやすくなり強度が低下する恐れがあるからであ
る。

【００５０】上記ジルコニアセラミックスからなる円筒
体２０を超塑性加工によって変形させることができるの
は、ジルコニアセラミックスが一般に微細であり、対称
性が良いことから、この正方晶系のジルコニアセラミッ
クスの結晶粒界において上記した加工温度域で塑性流動
を生じ易く、また正方晶系ジルコニア結晶が準安定相と
なる加工後の低温域では、加工により生じた残留応力を
正方晶系ジルコニアの応力誘起変態強化機構によって保
持できるために円筒体２０が破壊し難いからであると考
えられる。

【００５１】このようにして超塑性加工したセラミック
スでは、粒界すべりによって、結晶粒界、特に粒界三重
点に隙間、即ちキャビティが発生、成長する。このキャ
ビティの発生、成長は、一般に超塑性加工時の拡散や流
動等によるキャビティの縮小よりも大きく、このためキ
ャビティが内在欠陥あるいは応力集中源となり、応力が
負荷された場合、本来有していた強度特性よりも低い応
力下で破損の起点となって成形体が破壊する原因とな
る。このキャビティは、加工温度を高くし、或いは、加
工速度を遅くすることにより、拡散や流動により縮小さ
せることも可能である。

【００５２】ここで、引張治具３１は１０００〜１６０
０℃の温度条件下において、寸法変化及び劣化しない材
質のものを用いる必要があり、具体的には、大気中であ
れば炭化珪素製の金型、還元雰囲気もしくは真空中であ
れば黒鉛製あるいは超耐熱合金製の金型を用いることが
好ましい。

【００５３】次いで、超塑性加工した後に常圧又は加圧
下で１３００〜１６５０℃で熱処理することがより好ま
しい。この熱処理によって超塑性加工した後のキャピラ
リ２中のキャビティを縮小、消滅させることができる。
熱処理温度は、超塑性加工温度と同一又はそれ以上の温
度、即ち１４００〜１６００℃とすることが好ましい。
この熱処理は、超塑性加工後別工程で行ってもよく、加
工後に引続いて冷却することなく熱処理してもよい。熱
処理時間は、温度、セラミックスの組性、変形量等によ
って一定ではないが、通常、常圧では、１〜１０時間程
度、加圧下では３０分〜３時間程度とすればよい。

【００５４】この熱処理により、加工時に生成したキャ
ビティは、セラミックスの原子の拡散や流動によって縮
小又は消滅し、緻密化されて強度が著しく向上する。ま
た、超塑性加工前の円筒体２ｃに内在していた大きな空
孔や不均質相等の欠陥は、超塑性変化時の応力により、
圧縮や分散され、更に引き続き熱処理によって縮小す
る。この時の熱処理条件によれば超塑性加工前よりも更
に欠陥が縮小することもあり、その場合には、強度特性
は、超塑性加工前よりも向上し、ノズル１０の信頼性は
著しく高いものとなる。

【００５５】この熱処理温度が、１３００℃未満となる
と強度向上効果が奏されず、一方１６５０℃を超える
と、セラミックスの粒成長が顕著となり熱処理後に正方
晶系ジルコニアが単斜晶系ジルコニアに変態することに
よって成形体の機械的強度が低くなる。また、熱処理時
の圧力は、常圧でも充分効果が奏されるが、加圧するこ
とにより強度がさらに向上し、また熱処理時間を短縮す
ることもできる。加圧時の圧力は、均質に加圧できる静
水圧、特にガス圧が好ましく、経済的には２トン／ｃｍ
²以下の圧力が有利である。また、１０Ｋｌ／ｃｍ²程度
の圧力でも加圧による効果は奏されるが、好ましくは超
塑性加工時に加えた応力よりも高い圧力とする。

【００５６】また、セラミックスにおける結晶粒径は、
超塑性加工により生成するキャビティの大きさと関係
し、粒径が大きくなるに従って大きなキャビティが生
じ、その後の熱処理によりキャビティを消滅、縮小させ
るために多くのエネルギーを要することとなる。したが
って、セラミックスにおける結晶粒径は、１μｍ以下で
あることが好ましく、０．５μｍ以下がより好ましい。
また、超塑性加工において、加工性を良くするためにも
結晶粒径は１μｍ以下であることが好ましい。

【００５７】以上、本発明のセラミックス製ノズルをジ
ルコニアを用いて説明してきたが、これに限ることなく
超塑性現象を有するセラミックスであれば、いかなるも
のにも適用することが出来る。

【００５８】次に、図４を用いて超塑性成形前の円筒体
の形状を説明する。

【００５９】図４（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ三角断面、
半円形断面、Ｕ型断面の凹部２２を有した形状である。
図４（ｅ）は外周２１の両端部側に凸部設けた形状であ
る。この場合も略中央部に凹部２２を設けた形状と見る
ことが出来る。

【００６０】また、図４（ｄ）は凹部２２を設けていな
い形状である。いずれの形状でも本発明の効果を奏する
ことが出来る。

【００６１】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。

【００６２】図１に示すようなセラミックス製ノズルを
得るため、本発明である原料を押出成形にて流路１とな
る孔を有する成形体を得、大気雰囲気中で１３５０℃の
温度で焼成し円筒体２０を得た。このあと、円筒体２０
の外周２１を研削加工して、凹部２２を形成した。次
に、円筒体２０を引張治具３１に固定して１４００℃の
温度のチャンバーに投入した。次に、略中央部をダイヤ
モンド砥石３３を用いて研削加工にて切断することによ
り、本発明のセラミックス製ノズルを得た。

【００６３】これに対し、従来の押出成形にて細孔２を
成形し焼成した後、流路１と円錐孔３を機械加工により
形成した従来のセラミックス製ノズルを作成した。

【００６４】ここで、射出成形も試みてみたが、成形ピ
ンが折れたので、試作を中断した。

【００６５】各セラミックス製ノズル試料の形状は、全
体の長さが１０ｍｍ、外径がφ５ｍｍ、流路の内径がφ
２ｍｍ、細孔の内径φ０．１ｍｍ、細孔の長さを１．５
ｍｍとして、それぞれ５このサンプルを作成した。

【００６６】各試料の流路に流量３００ｃｍ³／ｓ、２
５℃の蒸留水を流し、細孔から流出した流体の流量を超
音波流量計にて測定した。

【００６７】その結果を表１に示す。

【００６８】

【表１】

【００６９】表１より明らかなように、従来のサンプル
では平均値２８６．４ｃｍ³／ｓ、ばらつき９．４４９
であったのに対し、本発明のサンプルでは平均値２９
９．７ｃｍ³／ｓ、ばらつき１．１９４となり本発明の
セラミックス製ノズルはかなり流量が精密に吐出するこ
とが確認できた。これは超塑性により滑らかな曲線とし
たことにより流体も滑らかな動きできたためと考えられ
る。

【００７０】次に、上記試験のサンプル作成時に成形か
ら製品完成までの正味時間を測定した。

【００７１】従来の加工時間を１００としたときの本発
明での加工時間を百分率表示し、その結果を、表２に示
す。

【００７２】

【表２】

【００７３】以上より、従来例の加工時間１００に対し
て、本発明は６７．４％と大幅に加工時間を削減するこ
とが出来た。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、中央に流体が通過する
円筒状の流路を有する第１の円筒部と、中央に上記流路
よりも流路径が小さい円筒状の細孔を有し、かつ、上記
第１の円筒部よりも外径が小さい第２の円筒部と、上記
流路と細孔とを連結する円錐孔を有し、かつ、上記第１
の円筒部と第２の円筒部とを連結する円錐部とを有して
なり、上記流路、円錐孔及び細孔のそれぞれが滑らかな
曲線で繋がるように形成しているセラミックス製ノズル
において、上記細孔の端部のみ若しくは上記細孔の端部
と第２の円筒部の外周のそれぞれを研削することによ
り、製造コストを低減することが出来しかも正確な流量
を吐出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のセラミックス製ノズルの一実
施形態を示す斜視図であり、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−
Ｘ線における断面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明のセラミックス製ノズ
ルの他の実施形態を示す断面図である。

【図３】本発明のセラミックス製ノズルの製造方法を示
す断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明のセラミックス製ノズ
ルの引張荷重をかける前の円筒体の形状を示す断面図で
ある。

【図５】（ａ）、（ｂ）は一般的なノズルを示す断面図
である。

【符号の説明】

１：流路１ａ：外周２：細孔２ａ：端部２ｂ：外周３：円錐孔４：第１の円筒部５：第２の円筒部６：円錐部１０：ノズル２０：円筒体２１：外周２２：凹部３１：引張治具３２：ヒータ３３：砥石５０：ノズル５１：流路５２：細孔５３：円錐孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック体の中央に流体が通過する円筒
状の流路を有する第１の円筒部と、セラミック体の中央に上記流路よりも流路径が小さい円
筒状の細孔を有し、かつ、上記第１の円筒部よりも外径
が小さい第２の円筒部と、上記流路と細孔とを連結する円錐孔とを有し、かつ、上
記第１の円筒部と第２の円筒部とを連結するセラミック
体の円錐部とを有してなり、上記流路、円錐孔及び細孔のそれぞれが滑らかな曲線で
繋がるように形成し、上記細孔の端部のみ、若しくは上
記細孔の端部と第２の円筒部の外周のみが研削加工面で
あることを特徴とするセラミックス製ノズル。
【請求項２】前記セラミック体はＺｒＯ₂を主成分と
し、Ｙ₂Ｏ₃を２〜４ｍｏｌ％、Ａｌ₂Ｏ₃を０．０５〜１
重量％、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣａＯ、Ｎａ₂Ｏ及びＦｅ₂
Ｏ₃の各々を０．１重量％以下としたことを特徴とする
請求項１記載のセラミックス製ノズル。
【請求項３】請求項１又は２記載のセラミックス製ノズ
ルにおいて、中央に上記流路が貫通したセラミックスか
らなる円筒体を用意し、該円筒体を１０００〜１６００
℃に加熱するとともに、上記円筒体の両端から長手方向
に引張荷重を印加して超塑性変形させることによって、
上記円筒体の略中央部を細くして上記円錐部及び第２の
円筒部を形成した後、上記円筒体の略中央部を研削加工
にて切断することを特徴とするセラミックス製ノズルの
製造方法。
【請求項４】前記加熱前の円筒体の略中央部に凹部を予
め研削により形成しておくことを特徴とする請求項３記
載のセラミックス製ノズルの製造方法。