JP2012192590A

JP2012192590A - 気孔体製造方法及び気孔体製造装置

Info

Publication number: JP2012192590A
Application number: JP2011057639A
Authority: JP
Inventors: Shoko Murofuse; 祥子室伏; Nobuhiko Kubota; 伸彦久保田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】所望の開気孔を有する気孔体を製造する。
【解決手段】所望の形状と同一形状の繊維を位置調整する位置調整手段１２と、溶解した気孔体の材料を供給する供給手段１３と、前記位置調整手段で位置調整された繊維を導入し、当該繊維に前記供給手段から供給された材料を被覆させて、気孔体の外形を形成する形成手段１４と、前記形成手段で材料が被覆された繊維を消失し、気孔体とする消失手段１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は開気孔を有する気孔体を製造する気孔体製造方法及び気孔体製造装置に関する。

多孔体や単孔体等の気孔体は様々な分野で利用されている。例えば、多孔体は、フィルターや燃料電池の多孔質電極又は触媒担体、マイクロバブルの発生装置、金属回収装置、陽イオン交換体等、活用の幅が広い。多孔体の場合、孔のサイズや形状が定まらないランダム型の多孔体よりも、孔のサイズや形状を所望に調整した貫通型の多孔体の方が需要が高いのが現状である。また、単孔体であっても、孔のサイズや形状が所望に調整されることが好ましい場合もある。

現在、貫通型の多孔体の多くは、セラミックスや金属を材料として製造されている（例えば、特許文献１及び２参照）。セラミックスや金属を材料とする貫通型の多孔体の製造方法には、陽極酸化法、磁場配向法又は電気泳動法等がある。最近では、押出成形を応用してセラミックスによる大型な多孔体の製造も行われている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００７−２３８４１６号公報特開２００５−２６３５７３号公報

東京工業大学応用セラミックス研究所/理工学研究科材料工学専攻、"可燃繊維‐押出成形法多孔質セラミックスの特長"、[online]、[平成２３年１月１７日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.msl.titech.ac.jp/~matsushita/InnovationJapan2010.pdf＞

しかしながら、陽極酸化法や磁場配向法は装置の大きさに依存しているため、製造される気孔体の大きさや長さは限界があり、所望の気孔体を製造することは困難である。また、押出成形を利用した非特許文献１で記載される製造方法では、気孔の形成材として短い繊維をランダムに加えてセラミックスの多孔体を製造している。したがって、非特許文献１で記載されるような押出形成を利用した場合、製造される多孔体は、理想的な貫通型ではない。すなわち従来の方法では、所望の気孔を有する気孔体を製造することが困難であった。

上記課題に鑑み、本発明は、所望の開気孔を有する気孔体を製造する気孔体製造方法及び気孔体製造装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内部に所望の形状の空洞を有する気孔体を製造する気孔体製造方法であって、所望の形状と同一形状の繊維を位置調整するステップと、位置調整された繊維に気孔体の材料を被覆させて、気孔体の外形を形成するステップと、気孔体の材料で被覆された繊維を消失し、気孔体とするステップとを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、内部に所望の形状の空洞を有する気孔体を製造する気孔体製造装置であって、所望の形状と同一形状の繊維を位置調整する位置調整手段と、溶解した気孔体の材料を供給する供給手段と、前記位置調整手段で位置調整された繊維を導入し、当該繊維に前記供給手段から供給された材料を被覆させて、気孔体の外形を形成する形成手段と、前記形成手段で材料が被覆された繊維を消失し、気孔体とする消失手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、前記位置調整手段で位置調整する繊維は特定の色の繊維であるとともに、前記供給手段が供給する材料は透明であって、前記消失手段は、前記特定の色の物質を消失させる波長の光を出力する発光手段であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、前記位置調整手段で位置調整する繊維は黒色の繊維であるとともに、前記供給手段が供給する材料は透明な樹脂であって、前記消失手段は、波長が約１０６４ｎｍ程度の光を出力する発光手段であることを特徴とする。

本発明によれば、所望の気孔を有する気孔体を製造することができる。

実施形態に係る気孔体製造装置の構成を説明する図である。実施形態に係る気孔体製造装置で製造する単孔体及び使用する繊維について説明する図である。実施形態に係る気孔体製造装置で製造する多孔体及び使用する繊維について説明する図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る気孔体製造方法及び気孔体製造装置について説明する。この気孔体製造方法及び気孔体製造装置で製造される気孔体は、いわゆる開気孔（オープンポア）を有する気孔体である。

図１に示すように、実施形態に係る気孔体製造装置１は、繊維Ａを送出する送出用リール１１及び位置調整装置１２と、溶解した気孔体の材料Ｂを供給する供給装置１３と、位置調整装置１２によって送出された繊維Ａに供給装置１３から供給された材料Ｂを被覆し、材料Ｂで気孔体の外形を形成する形成装置１４と、形成装置１４で繊維Ａに被覆された材料Ｂを冷却する冷却装置１５と、材料Ｂが被覆された繊維Ａを消失し、気孔体Ｃとするレーザ装置１６と、製造された気孔体Ｃを回収する回収用リール１７とを備えている。

図１に示す例では、気孔体製造装置１は、加熱で溶解し、冷却で固化する樹脂（熱可塑性樹脂）を材料Ｂとして気孔体を製造する装置である。具体的には、気孔体製造装置１では、材料として光を透過することができる透明の樹脂を利用する。この気孔体製造装置では、気孔体が糸状で形成されるが、切断することで、製造された気孔体の長さを調節することができる。

送出用リール１１は、気孔体製造装置１で利用する繊維Ａが巻かれている。気孔体製造装置１では、気孔体を製造する際に、この送出用リール１１に巻かれている繊維Ａを、位置調整装置１２によって位置調整して形成装置１４に送出する。この繊維Ａは、気孔体Ｃに形成される開気孔の形状や大きさを決める型として利用される。したがって、気孔体製造装置１では、製造する気孔体Ｃが有する開気孔と同一形状の繊維Ａを用いる。例えば、図２（ａ）に示すような円柱形の開気孔Ｄを有する気孔体を製造する場合には、図２（ｂ）に示すように断面が円形で開気孔に求める径と同一径の糸状の繊維Ａを利用する。また例えば、四角柱形の開気孔を有する気孔体を製造する場合には、断面が四角形の糸状の繊維Ａを利用する。具体的には、気孔体製造装置１は、炭素繊維やナイロン等を繊維Ａとして利用する。

ここで、気孔体製造装置１が単孔体を製造する場合、送出用リール１１及び位置調整装置１２は一対あれば足りる。したがって、位置調整装置１２による位置調整は１本の繊維Ａを形成装置１４に合わせれば良い。これに対し、図３（ａ）に示すような複数の開気孔Ｄを有する多孔体を製造する場合、送出用リール１１及び位置調整装置１２は複数対必要になり、複数本の繊維Ａを形成装置１４に送出する。すなわち、１０の開気孔を有する気孔体（多孔体）を製造する場合、１０台の送出用リール１１及び１０台の位置調整装置１２が必要になる。したがって、位置調整装置１２による位置調整は、図３（ｂ）に示すように複数本の繊維Ａの位置関係を調整したうえで、これら複数本の繊維Ａを形成装置１４に合わせて送出する必要がある。

供給装置１３は、気孔体の材料Ｂである樹脂を内部に有しており、加熱により液体となった材料Ｂを形成装置１４に供給する。または、供給装置１３は、加熱により気体となった材料Ｂを形成装置１４に供給してもよい。

形成装置１４は、位置調整装置１２によって送出された繊維Ａに、供給装置１３から供給された材料Ｂを被覆するとともに気孔体Ｃの外周を形成する。例えば、材料Ｂが液体で供給される場合、導入口から導入された繊維Ａに材料Ｂを被覆させて排出口から排出するような押し出し型を形成装置１４とすることができる。

この形成装置１４で繊維Ａを材料Ｂで被覆する際、繊維Ａと材料Ｂとの間に空間ができると、気孔体Ｃに形成される開気孔は所望の形状にならない。したがって、繊維Ａと材料Ｂとの間に空間が生じないように被覆させる必要がある。複数本の繊維Ａを利用して多孔体を製造する場合には、繊維Ａと繊維Ａとの間も材料Ｂで隙間なくする必要がある。繊維Ａと材料Ｂの間や材料Ｂ内に空間が生じないようにするため、形成装置１４内は真空であることが好ましい。形成装置１４だけでなく、送出用リール１１から形成装置１４までの全てが真空内に収められている場合、繊維Ａと材料Ｂの間や材料Ｂ内に、より空間が生じにくくすることができる。

冷却装置１５には、形成装置１４で材料Ｂが被覆された繊維Ａが導入される。冷却装置１５は、材料Ｂが被覆された繊維Ａが導入されると、繊維Ａを被覆する材料Ｂを冷却して固化する。すなわち、形成装置１４では液体又は気体の状態の材料Ｂを繊維Ａに被覆させたため、形成装置１４から排出された状態では、材料Ｂは軟らかい。そのため、冷却装置１５で冷却して固化する。例えば、冷却装置１５は、ヒートポンプ等を使って材料Ｂを冷却する。

レーザ装置１６には、冷却装置１５で固化された材料Ｂで被覆された繊維Ａが導入される。レーザ装置１６は、材料Ｂを透過して繊維Ａに照射する光を発光するレーザ（図示せず）を有している。レーザ装置１６で繊維Ａに照射するレーザ光の波長は、繊維Ａを焼ききることのできる波長である。例えば、繊維Ａが黒色である場合、レーザ光の波長は黒色に反応する１０６４ｎｍにすることで、材料Ｂ内の繊維Ａを消失させて気孔体Ｃとすることができる。また、波長１０６４ｎｍのレーザ光は炭素に吸収されやすいため、黒色の炭素繊維を利用した場合には、波長１０６４ｎｍにすることが好ましい。

回収用リール１７は、レーザ装置１６で繊維Ａが消失されることで製造された気孔体Ｃを巻き取って回収する。その後、回収用リール１７で回収された糸状の気孔体Ｃを用途に合わせて切断して使用することができる。

ここで、送出用リール１１から送出されるのは繊維Ａであって、回収用リール１７で回収されるのは気孔体Ｃであるが、これらは一本に連続している。すなわち、送出用リール１１から形成装置１４までは繊維Ａの状態、形成装置１４からレーザ装置１６までは繊維Ａに材料Ｂが被覆された状態、レーザ装置１６以降は繊維Ａが消失されて製造された気孔体Ｃであるが、これらは連続している。繊維Ａが弛んだ状態で形成装置１４に導入されると、位置調整装置１２によって調整された位置関係を保つことができない。そのため、回収用リール１７は、これら繊維Ａから繊維Ａに連続する気孔体Ｃまでを弛まないように僅かにテンションをかけて気孔体Ｃを回収する。

上述したように、実施形態に係る気孔体製造装置１では、開気孔の型となる繊維Ａを材料Ｂで被覆して固化した後、繊維Ａをレーザ光で消失させることで気孔体Ｃを製造している。したがって、繊維Ａの形状や位置調整を利用して、所望の開気孔を有する気孔体Ｃを製造することができる。

また、上述した気孔体製造装置１では、樹脂を材料Ｂとして気孔体Ｃを製造している。したがって、従来はセラミックスや金属の気孔体が主流であったが、軽くて丈夫であるとともに加工が容易な樹脂を用いて気孔体Ｃを製造することができる。

〈変形例１〉
上述した実施形態に係る気孔体製造装置１では、糸状の繊維Ａを利用するものとして説明したが、繊維Ａの形状は糸状に限られない。例えば、織目が粗く細長い繊維を利用することもできる。このように織目の粗い繊維を開気孔の型として利用した場合、製造された気孔体は一直線の開気孔ではなく、曲線の開気孔や複数の角がある開気孔を有する。したがって、一直線の開気孔を有する気孔体Ｃとは異なる用途で利用することができる。

〈変形例２〉
上述した実施形態に係る気孔体製造装置１では、気孔体Ｃの材料Ｂで被覆された繊維Ａをレーザ光で消失させるものとして説明したが、レーザ光以外の方法で繊維Ａを消失させてもよい。例えば、繊維Ａに電流を流して電流により繊維Ａを焼き切ることで消失させることができる。このようにレーザ光を使用しないで繊維Ａを消失させる場合、透明でない材料Ｂを使用する場合にも気孔体Ｃを製造することができる。

〈変形例３〉
上述した実施形態に係る気孔体製造装置１では、材料Ｂとして熱可塑性樹脂を利用するものとして説明したが、熱可塑性樹脂の他、ガラスを利用してもよい。ガラスは樹脂よりも融点が高いため、ガラスを利用した場合には供給装置１３において樹脂よりも高温でガラス溶解して供給する必要がある。一方、気孔体Ｃを樹脂で耐えられない程度の高温で使用する場合、ガラスで製造することで、有用な気孔体Ｃを製造することができる。また、熱可塑性樹脂の代わりに、熱硬化性樹脂を利用してもよい。熱硬化性樹脂を利用した場合、レーザを照射した際に熱で変形するおそれもない。なお、熱可塑性樹脂を使用する場合には、冷却装置１５は不要である。

〈変形例４〉
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。

１…気孔体製造装置
１１…送出用リール
１２…位置調整装置（位置調整手段）
１３…供給装置（供給手段）
１４…形成装置（形成手段）
１５…冷却装置
１６…レーザ装置（消失手段）
１７…回収用リール

Claims

内部に所望の形状の空洞を有する気孔体を製造する気孔体製造方法であって、
所望の形状と同一形状の繊維を位置調整するステップと、
位置調整された繊維に気孔体の材料を被覆させて、気孔体の外形を形成するステップと、
気孔体の材料で被覆された繊維を消失し、気孔体とするステップと、
を備えることを特徴とする気孔体製造方法。
内部に所望の形状の空洞を有する気孔体を製造する気孔体製造装置であって、
所望の形状と同一形状の繊維を位置調整する位置調整手段と、
溶解した気孔体の材料を供給する供給手段と、
前記位置調整手段で位置調整された繊維を導入し、当該繊維に前記供給手段から供給された材料を被覆させて、気孔体の外形を形成する形成手段と、
前記形成手段で材料が被覆された繊維を消失し、気孔体とする消失手段と、
を備えることを特徴とする気孔体製造装置。
前記位置調整手段で位置調整する繊維は特定の色の繊維であるとともに、前記供給手段が供給する材料は透明であって、
前記消失手段は、前記特定の色の物質を消失させる波長の光を出力する発光手段であることを特徴とする請求項２に記載の気孔体製造装置。
前記位置調整手段で位置調整する繊維は黒色の繊維であるとともに、前記供給手段が供給する材料は透明な樹脂であって、
前記消失手段は、波長が１０６４ｎｍの光を出力する発光手段であることを特徴とする請求項２に記載の気孔体製造装置。