JP2013204704A - セラミックス構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成せずとも外力に対して保形性を有し、また柔軟性を有するセラミックス構造体を提供すること。
【解決手段】セラミックス構造体１は基本ユニット２と固定ピン３とを組み合わせて構成されている。基本ユニット２は、略直方体形状をした本体部２Ａと、本体部２Ａの側面から突出する枢軸部２Ｂとを備える。本体部２Ａは、枢軸部２Ｂと嵌合可能な嵌合凹部２２、上部スライド係合部２３及び下部スライド係合部２４を有する。構造体１の周方向Ｘにおいて、嵌合凹部２２と枢軸部２Ｂとの嵌合によって、複数の基本ユニット２からなる環状体２０が構成される。構造体１の軸方向Ｚにおいて、上部スライド係合部２３と下部スライド係合部２４との係合によって環状体２０’，２０”どうしが連結し、両者の間に複数の隙間４が形成される。隙間４に固定ピン３が挿入されて、環状体２０の周方向Ｘの摺動を規制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックスからなる複数の基本ユニットと複数の固定ピンとを組み合わせて構成された管状のセラミックス構造体に関する。

複数の小さな基本ユニットを組み合わせて大型のセラミックス構造体を製造する技術が知られている。例えば特許文献１には、中空構造を有する三次元の複雑形状を持つ複数個のユニットどうしが組み合わされ接合され、一体化されている中空セラミック構造体が記載されている。ユニットどうしの接合部は嵌め合い構造を有しており、それによって隣り合う複数のユニットが固定されている。同文献には、当該セラミックス構造体は、軽量、大型で高い断熱性が必要とされる部材、例えば鋳造用のストーク等として有用であり、小規模な生産設備によって高精度で生産できると記載されている。

特開２００７−２３８３６６号公報

特許文献１に記載の管状のセラミックス構造体は、個々のユニット間が焼成によって接合されているので、外力に対する柔軟性が十分でない場合がある。逆に、柔軟性を得るためにユニットどうしを接合せずにセラミックス構造体となした場合、該構造体の保形性を十分に確保できない場合がある。また、個々のユニットどうしが強固に接合されている場合には、該ユニットのうちの一部が破損したときに、その破損部分のみの交換が容易でなく経済的とは言い難い。

したがって本発明の課題は、前述した従来技術よりも更に各種の性能が向上したセラミックス構造体を提供することにある。

本発明は、セラミックスからなる複数の基本ユニットと、該セラミックスと同一の又は異なるセラミックスからなる複数の固定ピンとを組み合わせて構成された管状のセラミックス構造体であって、
前記基本ユニットは、前記構造体の周方向において対向する第１側面及び第２側面と、前記構造体の軸方向において対向する上面及び下面とを有する略直方体形状をした本体部と、第１側面から前記周方向に突出し、かつ前記軸方向に延びる軸心を有する枢軸部とを備え、
前記本体部は、第２側面側に、前記枢軸部と嵌合可能な嵌合凹部を有するとともに、前記上面及び前記下面からそれぞれ突出する上部スライド係合部及び下部スライド係合部とを有し、
前記上部スライド係合部は、前記上面から前記軸方向に突出する基部と、該基部の先端から前記周方向に向けて前記上面と略平行に張り出した第１張り出し部とからなり、
前記下部スライド係合部は、前記下面から前記軸方向に突出する基部と、該基部の先端から前記周方向に向けて前記下面と略平行に張り出した第２張り出し部とからなり、
第１張り出し部と第２張り出し部とは前記周方向の反対方向に張り出しており、
前記周方向において、一の基本ユニットが、他の基本ユニットの枢軸部周りに回動可能となるように、該一の基本ユニットの嵌合凹部と該他のユニットの枢軸部とが嵌合することにより、複数の基本ユニットからなる環状体が構成され、
前記軸方向において、一の環状体における上部スライド係合部と、該一の環状体の直上に位置する他の環状体における下部スライド係合部とが係合することによって、該環状体どうしが連結しており、
一の環状体と他の環状体とが連結した状態において、両者の間には、一の環状体における上部スライド係合部と他の環状体における下部スライド係合部との係合によって生じた複数の隙間が、前記周方向に沿って形成され、各隙間に前記固定ピンが挿入されて、該環状体の周方向の摺動を規制しているセラミックス構造体を提供するものである。

本発明のセラミックス構造体は、焼成せずとも外力に対して保形性を有する。また柔軟性も有する。更に、該構造体を構成する基本ユニットの一部のみの交換も容易に行える。

図１（ａ）は本発明のセラミックス構造体の一実施形態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す構造体の側面図である。 図２（ａ）は、図１に示すセラミックス構造体を構成する基本ユニットの斜視図であり、図２（ｂ）は、図１に示すセラミックス構造体を構成する固定ピンの斜視図である。 図３（ａ）は、図２（ａ）に示す基本ユニットの上面図であり、図３（ｂ）は、図２（ａ）に示す基本ユニットの側面図である。 図４（ａ）は、図３（ｂ）に示す基本ユニットにおけるIVａ−IVａ線断面図であり、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示す基本ユニットにおけるIVｂ−IVｂ線断面図である。 図５は、一の基本ユニットの嵌合凹部と他のユニットの枢軸部とを嵌合させる工程を示す斜視図である。 図６は、環状体どうしを上下に連結させる工程を示す斜視図である。 図７は、互いに係合した環状体間の隙間に固定ピンを挿入する工程を示す斜視図である。 図８は、固定ピンが挿入される隙間を、環状体の一部を切り欠いて示す斜視図である。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。図１に示す本実施形態のセラミックス構造体１（以下、構造体１ともいう）は周方向Ｘ、径方向Ｙ及び軸方向Ｚを有し、内部が中空の管状をしている。構造体１は、その横断面が略円形をしている。横断面の直径は、軸方向Ｚの任意の位置において略同一になっている。

構造体１は、複数の基本ユニット２と、複数の固定ピン３とを組み合わせて構成されている。具体的には、図１、図５及び図６に示すとおり、構造体１は、その周方向Ｘに隣接する基本ユニット２どうしが、後述する嵌め合い構造を介して嵌合することによって、複数の基本ユニット２が連結して環状体２０を構成している。更に図１、図６及び図７に示すとおり、構造体１の軸方向Ｚにおいて、上下に隣接する環状体２０どうしが、後述する上部スライド係合部２３及び下部スライド係合部２４からなる係合構造を介してスライド係合することによって連結している。そして、図１、図７及び図８に示すとおり、環状体２０どうしのスライド係合によって生じた複数の隙間４に固定ピン３が一つずつ挿入されることにより、構造体１が構成されている。

図１及び図２に示すとおり、基本ユニット２は、構造体１の周方向Ｘにおいて対向する第１側面２ａ及び第２側面２ｂと、構造体１の軸方向Ｚにおいて対向する上面２ｃ及び下面２ｄとを有する略直方体形状をした本体部２Ａを有する。第１側面２ａと第２側面２ｂとは略平行になっている。同様に上面２ｃ及び下面２ｄも略平行になっている。上面２ｃ及び下面２ｄは、第１側面２ａ及び第２側面２ｂと直交している。本体部２Ａは、更に、構造体１の径方向Ｙに対向する第３側面２ｅ及び第４側面２ｆを有する。第３側面２ｅは、構造体１の内方を向く面である。第４側面２ｆは、構造体１の外方を向く面である。第３側面２ｅ及び第４側面２ｆは略平行な略平坦面になっている。

なお、図２ないし図４には、単独の基本ユニット２及び単独の固定ピン３が示されているところ、以下の説明では、これらの図２ないし図４についても、図１と同様に、構造体１の方向（すなわち、周方向Ｘ、径方向Ｙ及び軸方向Ｚ）を用いて説明する。図３（ａ）は基本ユニット２を軸方向Ｚから見た上面図であり、図３（ｂ）は、基本ユニット２を径方向Ｙ外側から見た側面図である。なお、以下の説明において、径方向Ｙ外側とは径方向Ｙにおける構造体１の外方を指し、径方向Ｙ内側は径方向Ｙにおける構造体１の内方を指す。

図２（ａ）及び図３（ａ）に示すとおり、本体部２Ａには、その内部を軸方向Ｚに貫通する貫通孔である軸方向空洞部２５が形成されている。軸方向空洞部２５は、図３（ａ）に示すとおり、軸方向Ｚから見て円形状をしており、周方向Ｘにおいても、径方向Ｙにおいても、基本ユニット２の略中央域に位置している。軸方向空洞部２５は、上部スライド係合部２３及び下部スライド係合部２４を含めて本体部２Ａを軸方向Ｚに貫通している。このように、構造体１は、基本ユニット２を中空に形成しているので、中実品に比べて軽量化されている。

基本ユニット２は、第１側面２ａから構造体１の周方向Ｘに突出し、かつ構造体１の軸方向Ｚに延びる軸心２１を有する枢軸部２Ｂを有している。枢軸部２Ｂは、軸方向Ｚから見たとき、略円形状をしている。枢軸部２Ｂは、第１側面２ａからその全体が突出していてもよいし、その一部が突出していてもよい。本実施形態においては、基本ユニット２は、第１側面２ａから周方向Ｘに突出して、第１側面２ａと一の側面を共有する略三角柱状をした側方基部２Ｃを有しており、枢軸部２Ｂはその先端に形成されている。

略三角柱状をした側方基部２Ｃにおける３つの側面のうち、本体部２Ａの第１側面２ａと共有する側面以外の残りの２側面である第１壁面２ｇ及び第２壁面２ｈに関しては、第１壁面２ｇが構造体１の内方を向く一方、第２壁面２ｈが構造体１の外方を向いている。第１壁面２ｇ及び第２壁面２ｈはいずれも平坦面である。図３（ａ）に示すとおり、基本ユニット２を軸方向Ｚから見ると、略三角形である側方基部２Ｃは、第１側面２ａを底辺とする２つの底角のうち、第１側面２ａと第１壁面２ｇとがなす底角、及び第１側面２ａと第２壁面２ｈとがなす底角がいずれも鋭角である。また、基本ユニット２を軸方向Ｚから見ると、第１壁面２ｇの仮想延長面２ｇ_iと、第２壁面２ｈとは直交している。

図３（ａ）に示すとおり、側方基部２Ｃにおける第１壁面２ｇは、基本ユニット２の径方向Ｙ内側の端面である第３側面２ｅまで延在している。軸方向Ｚから見て、本体部２Ａの第１壁面２ｇと側方基部２Ｃの第３側面２ｅとは鈍角となっており、それらの面が交わって形成される稜線Ｅ１（図３（ａ）参照）は、基本ユニット２の一隅を形成している。一方、側方基部２Ｃの第２壁面２ｈと、本体部２Ａの第１側面２ａとは、本体部２Ａの外側側縁Ｅ２（図３（ａ）参照）よりも径方向Ｙ内側で交わっている。

枢軸部２Ｂ及び側方基部２Ｃは、軸方向Ｚにおいて、本体部２Ａの上面２ｃ及び下面２ｄよりも上下方向に延出していないことが、後述する上部スライド係合部２３及び下部スライド係合部２４の周方向Ｘの長さを確保する観点から好ましい。本実施形態においては、図３（ｂ）に示すとおり、枢軸部２Ｂ及び側方基部２Ｃは、軸方向Ｚの上面及び下面が、本体部２Ａの上面２ｃ及び下面２ｄと略同一平面上に位置している。

基本ユニット２は、第２側面２ｂに枢軸部２Ｂと嵌合可能な嵌合凹部２２を有している。図３（ａ）及び（ｂ）に示すとおり、嵌合凹部２２は、軸方向Ｚから見て点２２ａ及び点２２ｂを結ぶ線を弦とする弓形部分を切り欠いた略円形をしている。嵌合凹部２２は軸方向Ｚに延びて、本体部２Ａの全長にわたり形成されている。嵌合凹部２２と枢軸部２Ｂとの嵌合は、図５に示すとおり、一の基本ユニット２’の嵌合凹部２２と、他の基本ユニット２”の枢軸部２Ｂとが嵌合した状態で、一の基本ユニット２’が、他の基本ユニット２”の枢軸部２Ｂ周りに回動可能となるようになされている。これによって、構造体１は、外力、特に径方向Ｙの力に対して柔軟に変形可能になっている。嵌合凹部２２と枢軸部２Ｂとの嵌合は、ＪＩＳ Ｂ０４０１−１（１９９８）におけるはめあい公差がすきまばめであることが好ましく、Ｈ９の基準穴に対して、軸の公差域クラスがｅ７〜ｅ９程度であることが更に好ましい。

外力が加わったときの構造体１の大幅な変形を防止する観点から、図５に示すとおり、一の基本ユニット２’による他の基本ユニット２”の枢軸部２Ｂ周りの内向きの回動は、該一の基本ユニット２’の本体部２Ａにおける第２側面２ｂと、該他の基本ユニット２”の側方基部２Ｃにおける第１壁面２ｇとの衝合によって規制されるようになされている。同様の観点から、図５に示すとおり、一の基本ユニット２’による他の基本ユニット２”の枢軸部２Ｂ周りの外向きの回動は、他の基本ユニット２”の側方基部２Ｃにおける第２壁面２ｈと、一の基本ユニット２’における嵌合凹部２２内面との衝合によって規制されるようになされている。

図２及び図３に示すとおり、本体部２Ａは、上面２ｃ及び下面２ｄからそれぞれ突出する上部スライド係合部２３及び下部スライド係合部２４を有する。上部スライド係合部２３は、上面２ｃから軸方向Ｚに突出する第１基部２３ａと、該第１基部２３ａの先端から周方向Ｘに向けて上面２ｃと略平行に張り出した第１張り出し部２３ｂとからなる。一方、下部スライド係合部２４は、下面２ｄから軸方向Ｚに突出する第２基部２４ａと、該第２基部２４ａの先端から周方向Ｘに向けて下面２ｄと略平行に張り出した第２張り出し部２４ｂとからなる。第１張り出し部２３ｂと第２張り出し部２４ｂとは、それら張り出し部の自由端縁が対向するように、周方向Ｘの反対方向に張り出している。図３（ａ）に示すとおり、軸方向Ｚから見たとき、第１張り出し部２３ｂの自由端縁２３ｂ’は、本体部２Ａの第１側面２ａと略平行になっている。また図示していないが、軸方向Ｚから見たとき、第２張り出し部２４ｂの自由端縁も、本体部２Ａの第１側面２ａと略平行になっている。図２（ａ）及び図３（ａ）に示すとおり、上部スライド係合部２３及び下部スライド係合部２４は、本体部２Ａを軸方向空洞部２５が貫通することによってそれらの一部が切り欠かれている。

図３（ｂ）に示すとおり、上部スライド係合部２３の軸方向Ｚの突出長さＬ_23zと下部スライド係合部２４の軸方向Ｚの突出長さＬ_24zとは略等しい。また同図に示すとおり、第１張り出し部２３ｂの軸方向Ｚの厚みＴ_23b及び第２張り出し部２４ｂの軸方向Ｚの厚みＴ_24bは、いずれも径方向Ｙに沿って略一定である。第１張り出し部２３ｂの厚みＴ_23bと第２張り出し部２４ｂの厚みＴ_24bとは、同じでもよく、あるいは異なっていてもよい。上面２ｃと第１張り出し部２３ｂとの隙間Ｓ₂₃（図３（ｂ）参照）は、第２張り出し部２４ｂの厚みＴ_24bと略等しく、該第２張り出し部２４ｂがスライド係合可能なように調節されている。同様に、下面２ｄと第２張り出し部２４ｂとの隙間Ｓ₂₄（図３（ｂ）参照）は、第１張り出し部２３ｂの厚みＴ_23bと略等しく、該第１張り出し部２３ｂがスライド係合可能なように調節されている。

図４（ａ）に示すとおり、上部スライド係合部２３における基部２３ａは、本体部２Ａの径方向Ｙの全域にわたり形成されている。また周方向Ｘに関しては、本体部２Ａの第１側面２ａ寄りの位置に形成されている。詳細には、基部２３ａは、周方向Ｘの背面２３ａ’が、本体部２Ａの第１側面２ａと面一になっている。基部２３ａの周方向Ｘの自由端面２３ａ”は、軸方向Ｚから見たとき、本体部２Ａの第１側面２ａに対して傾斜した直線になっている。その結果、基部２３ａは、周方向Ｘの長さが、径方向Ｙに沿って異なっている。具体的には、基部２３ａの周方向Ｘの長さＬ_23aは、径方向Ｙに沿ってみたとき、外側ほど短く内側ほど長くなっている（ただし前記の軸方向空洞部２５により貫通された部分を除く。）。したがって、該基部２３ａに連なる第１張り出し部２３ｂの張り出し量Ｌ_23b（図３（ｂ）参照）は、径方向Ｙに沿ってみたとき、外側ほど長く内側ほど短くなっている（ただし前記の軸方向空洞部２５により貫通された部分を除く。）。

図４（ｂ）に示すとおり、下部スライド係合部２４における基部２４ａは、本体部２Ａの径方向Ｙの全域にわたり形成されている。また周方向Ｘに関しては、本体部２Ａの第２側面２ｂ寄りの位置に形成されている。詳細には、基部２４ａは、周方向Ｘの背面２４ａ’が、本体部２Ａの第２側面２ｂと面一になっている。基部２４ａの周方向Ｘの自由端面２４ａ”は、軸方向Ｚから見たとき、本体部２Ａの第２側面２ｂに対して傾斜した直線になっている。その結果、基部２４ａは、周方向Ｘの長さが、径方向Ｙに沿って異なっている。具体的には、基部２４ａの周方向Ｘの長さＬ_24aは、径方向Ｙに沿ってみたとき、外側ほど短く内側ほど長くなっている（ただし前記の軸方向空洞部２５により貫通された部分を除く。）。したがって、該基部２４ａに連なる第２張り出し部２４ｂの張り出し量Ｌ_24b（図３（ｂ）参照）は、径方向Ｙに沿ってみたとき、外側ほど長く内側ほど短くなっている（ただし前記の軸方向空洞部２５により貫通された部分を除く。）。

第１張り出し部２３ｂの張り出し量Ｌ_23bが、外側ほど長く内側ほど短くなっており、かつ第２張り出し部２４ｂの張り出し量Ｌ_24bが、外側ほど長く内側ほど短くなっていることによって、基本ユニット２を組み合わせて後述する図７に示す環状体２０を組み立てるときに、各基本ユニット２が径方向Ｙの内向き性向を示すので、該環状体２０の組み立てが容易になる。しかも、基本ユニット２が径方向Ｙの外向きになりづらいので、構造体１に外力が加わってもその構造が破壊されづらくなる。

図３（ｂ）に示すとおり、上部スライド係合部２３の周方向Ｘの長さＬ₂₃は、環状体２０における、下部スライド係合部２４間の部分の周方向Ｘ長さＬ１（図６参照）よりも短く形成されている。図３（ｂ）及び図６に示すとおり、この長さＬ１は、基本ユニット２の周方向Ｘの長さ２ｘのうち、下部スライド係合部２４及び枢軸部２Ｂを除く部分の長さと同程度の長さである。同様に、下部スライド係合部２４の周方向Ｘの長さＬ₂₄は、図６に示すとおり、環状体２０における隣り合う基本ユニット２における一方の基本ユニットの第１基部２３ａの背面２３ａ’と、他方の基本ユニットにおける第１張り出し部２３ｂの自由端縁２３ｂ’との距離のうち最も短い位置での距離Ｌ２よりも短く形成されている。

基本ユニット２の寸法は、構造体１の具体的な用途に応じ適宜設定することができる。一例として、基本ユニット２は、周方向Ｘの全長２ｘ（図３（ｂ）参照）が２７〜３１ｍｍであることが好ましい。また、軸方向Ｚの全長２ｚ（図３（ｂ）参照）が２７〜３１ｍｍであることが好ましい。径方向Ｙの長さ２ｙ（図３（ａ）参照）は１６〜２０ｍｍであることが好ましい。

次に図２（ｂ）を参照しながら固定ピン３について説明する。固定ピン３は、先端が切り欠かれた略三角形の板状をしている。具体的には先端が切り欠かれた略二等辺三角形の板状をしている。固定ピン３は軸方向Ｚの厚みが略一定になっている。固定ピン３の厚みは、前記の上部スライド係合部２３の突出長さＬ_23z及び下部スライド係合部２４の突出長さＬ_24zと略等しい。固定ピン３における周方向Ｘに向き合う２つの側面３ａ及び側面３ｂはいずれも平坦面であり、それらの長さＬ３（図２（ｂ）参照）は、基本ユニット２の径方向Ｙの長さ２ｙと略等しい。固定ピン３における径方向Ｙに向き合う側面３ｃ（先端面）及び側面３ｄは、互いに平行な平坦面である。前記の略二等辺三角形の頂角は、後述する隙間４における背面２３ａ’と背面２４ａ’との角度によって決定される。

基本ユニット２及び固定ピン３は、セラミックス粉末を含む原料を各種の成型法によって成型し、得られた成型体を焼成することで得ることができる。特に成型法として射出成型法を用いると低コストで基本ユニット２及び固定ピン３を製造できるので有利である。

次に、これまで説明してきた基本ユニット２及び固定ピン３をそれぞれ複数用いて構造体１を組み立てる工程について説明する。まず図５に示すとおり、一の基本ユニット２’の嵌合凹部２２と、他の基本ユニット２”の枢軸部２Ｂとを嵌合させることにより、基本ユニット２’，２”どうしを、一の基本ユニット２’が隣接する他の基本ユニット２”の枢軸部２Ｂ周りに回動可能となるように連結する。これによって、図６に示すとおり、複数の基本ユニット２からなる複数の環状体２０を形成する。各環状体２０に含まれる基本ユニット２の数は同じである。一の環状体２０を構成する基本ユニット２は、目的とする構造体１の具体的な用途に応じ、例えば１０〜２００個とすることができる。

このようにして複数個の環状体２０を用意する。そして図６に示すとおり、一の環状体２０’と該環状体２０’の直上に位置する他の環状体２０”とを係合させて環状体２０を積み上げていき、目的とする構造体１を得る。具体的には以下に述べる操作を行う。まず、上側の環状体２０”の下部スライド係合部２４の下面を、下側の環状体２０’の、周方向Ｘにおける上部スライド係合部２３間の部分の上面に当接させる。これとともに、下側の環状体２０’の上部スライド係合部２３の上面を、上側の環状体２０”の周方向Ｘにおける下部スライド係合部２４間の部分の下面に当接させる。前記の上部スライド係合部２３間の部分の上面とは、側方基部２Ｃ、枢軸部２Ｂ及び本体部２Ａそれぞれの上面のことである。同様に、前記の下部スライド係合部２４間の部分の下面とは、側方基部２Ｃ、枢軸部２Ｂ及び本体部２Ａそれぞれの下面である。

次いで、上側の環状体２０”と下側の環状体２０’とが前記の当接状態を維持しつつ、周方向Ｘに向けて反対方向に摺動することによって、上側の環状体２０”の下部スライド係合部２４と下側の環状体２０’の上部スライド係合部２３とを係合させることができる。この手順で、所望の数の環状体２０を軸方向Ｚにわたり連結させることができる。

上述した隙間Ｓ₂₃、Ｓ₂₄及び厚みＴ_23b、Ｔ_24bの寸法関係に起因して、図７及び図８に示すとおり、上側の環状体２０”と下側の環状体２０’との係合部分においては、軸方向Ｚに沿ってみたときに、上側の環状体２０”の下面２ｄと、下側の環状体２０’の第１張り出し部２３ｂの上面との間には隙間が殆ど生じていない。同様に、下側の環状体２０’の第１張り出し部２３ｂの下面と、上側の環状体２０”の第２張り出し部２４ｂの上面との間にも隙間が殆ど生じていない。同様に、上側の環状体２０”の第２張り出し部２４ｂの下面と、下側の環状体２０’の上面２ｃとの間にも隙間が殆ど生じていない。

構造体１の周方向Ｘで見たときには、第１張り出し部２３ｂ及び第２張り出し部２４ｂの張り出し量Ｌ_23b，Ｌ_24bの関係に起因して、前記の係合状態において、上側の環状体２０”の第２基部２４ａと下側の環状体２０’の第１張り出し部２３ｂとの間には隙間が殆ど生じていない。同様に、下側の環状体２０’の第１基部２３ａと上側の環状体２０”の第２張り出し部２４ｂとの間にも隙間が殆ど生じていない。

図７及び図８に示すとおり、一の環状体２０”の下部スライド係合部２４と、該環状体２０”の直下に位置する他の環状体２０’の上部スライド係合部２３とが係合することによって、上側の環状体２０”と、下側の環状体２０’との間には周方向Ｘに沿って規則的に複数の隙間４が生じる。軸方向Ｚに隣接する環状体２０どうしの間に形成される隙間４の数は、一つの環状体２０を構成する基本ユニット２と同数である。

図８に示すとおり、上側の環状体２０”の第２基部２４ａの背面２４ａ’と、下側の環状体２０’の第１基部２３ａの背面２３ａ’とは周方向Ｘに間隔を置いて向き合っている。隙間４は、周方向Ｘにおいてこの背面２３ａ’と背面２４ａ’とによって画定される。そして隙間４は、環状体２０の径方向Ｙの外側から内側に向けて、周方向Ｘの距離が次第に狭くなっている。

軸方向Ｚに関しては、上側の環状体２０”の側方基部２Ｃの下面及び本体部２Ａの下面２ｄと、下側の環状体２０’の側方基部２Ｃの上面、枢軸部２Ｂの上面及び本体部２Ａの上面２ｃとが、軸方向Ｚに間隔を置いて向き合っている。隙間４は、周方向Ｘにおいてこれらの面によって画定される。

図７及び図８に示すとおり、複数の隙間４にそれぞれ、固定ピン３を、その先端側を構造体１の径方向Ｙの内側に向けて挿入する。各隙間４に固定ピン３を挿入した状態では、周方向Ｘに並んだ複数の固定ピン３からなる固定ピン列３０（図１参照）が形成される。固定ピン列３０は、構造体１の軸方向Ｚに複数並んでいる。中空になっている構造体１の内面は、固定ピン３の先端面３ｃ、基本ユニット２の第３側面２ｅ並びに上部スライド係合部２３及び下部スライド係合部２４の径方向Ｙ内側端面によって構成されている。

以上の構成を有する構造体１においては、前記係合構造を介して環状体２０どうしが係合しているので、構造体１に軸方向Ｚの力が加わっても、構造体１はその状態を維持することができる。また、構造体１に周方向Ｘの力、例えば軸方向Ｚに隣接する環状体２０どうしの係合を解除するように構造体１を周方向Ｘに捻る力が働いても、前記の隙間４に固定ピン３が挿入されていることによって、環状体２０どうしの係合が解除されにくいので、構造体１はその構造を維持することができる。このように、構造体１は焼成せずとも外力に対して十分な保形性を有する。また柔軟性も有する。

更に構造体１を大型化しても、その製造は比較的小さな基本ユニット２及び固定ピン３の形成ですむために、小規模の製造設備で対応が可能となり、製造工程での原料ロスも低減しやすい。これに対して、従来のように大型なセラミックス管を一体的に製造すると、通常は大掛かりな成形設備が必要となってしまい、また歩留まりも低くなってしまう。

構造体１の一部の基本ユニット２が万が一破損した場合には、損傷した基本ユニット２を含む環状体２０を構造体１から取り外し、取り外された環状体２０に含まれる損傷した基本ユニット２を交換し、該環状体２０を再び構造体１中に組み込めばよいので、交換時間の短縮化や低コスト化、及び環境負荷の軽減等を実現できる。

構造体１の柔軟性を高める観点から、基本ユニット２の大半は、隣接する基本ユニット２と化学的に接合されていないことが好ましい。化学的な接合には、例えば焼成による接合や、接着剤等による接合などが含まれる。構造体１を構成する基本ユニット２のうち、軸方向Ｚ及び周方向Ｘのいずれにおいても、隣接する基本ユニット２と接合されていない基本ユニット２の数が９％以上であることが好ましく、更に好ましくは１８％以上である。すべての基本ユニット２が、軸方向Ｚ及び周方向Ｘのいずれにおいても、隣接する基本ユニット２と接合されていなくてもよい。

また、上述した一の固定ピン３０列を構成する固定ピン３のうち少なくとも一つが周囲と固定されていることが好ましい。これによって、固定ピン３が介在する一の環状体２０と他の環状体２０との間の係合状態が意図せず解除してしまうことを確実に防止できるので、構造体１に外力が加わったときの保形性を一層高めることができる。固定ピン３は例えば、隙間４を画成する基本ユニット２の各部位のうちのいずれかと固定されていることが好ましい。固定ピン３の意図しない抜けを確実に防止する観点からは、該固定ピン３は、隙間４を画成する基本ユニット２のすべての部位と固定されていることが好ましい。固定は、例えば、固定ピン３と隙間４との間に接着剤を介在させることにより行うことができる。

基本ユニット２を構成するセラミックスとしては、種々の酸化物系セラミックス、非酸化物系セラミックス又はそれらの複合物等を挙げることができる。例えば、酸化物系セラミックスの例としては、アルミナ、ジルコニア及びムライトなどが挙げられる。非酸化物系セラミックスの例としては、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン、ホウ素化合物などが挙げられる。固定ピン３を構成するセラミックスは、基本ユニット２を構成するセラミックスと同一でも異なっていてもよい。その例として、基本ユニット２を構成するセラミックスとして前記で挙げたものと同様のものを挙げることができる。

構造体１の長さ（軸方向Ｚの長さ）及び外径は、構造体１の用途に応じて定めることができる。特に、構造体１の長さは、環状体２０を連結させることで容易に変更可能である。外径は例えば１００〜５００ｍｍとすることができる。

本発明の構造体１は、例えば炉心管、高温プラントの内壁、燃焼管等の大型部材に好適に用いることができる。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば、枢軸部２Ｂ及び嵌合凹部２２の形状は、図面に示されるものに限られず、枢軸部２Ｂが嵌合凹部２２に嵌合可能であり、かつ基本ユニット２が枢軸部２Ｂ周りに回動可能であれば、その他の形状であってもよい。同様に、上部スライド係合部２３及び下部スライド傾向部２４の形状も図面に示されるものに限られず、両係合部が係合可能であれば他の形状であってもよい。

また、前記実施形態においては、枢軸部２Ｂ及び側方基部２Ｃの下面と、本体部２Ａの下面２ｄとが面一の関係にあったが、これに代えて、枢軸部２Ｂ及び側方基部２Ｃの下面を更に垂下させて、該下面と第２張り出し部２４ｂの下面とが面一の関係となるようにしてもよい。

〔実施例１〕
９８％アルミナ粉末１０００ｇに対して、バインダーを質量比約１４％の割合で添加して混合物を得た。バインダーは、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂及びパラフィンワックスからなるものを用いた。この混合物を、約１５０℃で加熱しながら加圧ニーダで約１時間加圧混練処理を行った。混練処理物を冷却し、破砕したのち、射出成形機に投入して、図２ないし図４に示す基本ユニット２及び固定ピン３の成型体を製造した。これらの成型体を、大気中において最高５００℃で加熱して脱脂処理を行い、次に大気中において１６００℃まで加熱して３時間保持し焼成した。得られた基本ユニット２及び固定ピン３を用いて上述した組み立て工程に従い、図１に示す構造体１を作製した。作製した構造体１は、周方向Ｘに１３個の基本ユニット２が組み合わされ、隙間４に同数の固定ピン３が挿入されたものであった。軸方向Ｚには、環状体２０が１９個連結していた。全長は５７０ｍｍ、外径は１２５ｍｍであった。各固定ピン列３０について、固定ピン列３０を構成する固定ピン３の１つにおける側面３ａ、側面３ｂ、上面及び下面に、耐熱性のあるアロンセラミックスを薄く塗布し、基本ユニット間に挿入した。これによって、構造体１の全体を固定することができた。

〔実施例２〕
実施例１において、構造体１の全長を１５００ｍｍとした。この構造体１を炉心管として使用した。使用過程で、処理物との接触等による破損が生じたが、破損部分のみの交換により短納期で修復が可能となった。

〔実施例３〕
アルミナに代えて、炭化ケイ素、ジルコニア、サイアロン、ムライト及び窒化ホウ素を用いて基本ユニット２及び固定ピン３を製造した。得られた基本ユニット２及び固定ピン３を用い、実施例１と同様の構造体を得た。各固定ピン列３０について、固定ピン列３０を構成する固定ピン３の１つにおける側面３ａ、側面３ｂ、上面及び下面に、耐熱性のあるアロンセラミックスを薄く塗布し、基本ユニット間に挿入した。これによって、構造体１の全体を固定することができた。

１ セラミックス構造体
２ 基本ユニット
２Ａ 本体部
２ａ 第１側面
２ｂ 第２側面
２ｃ 上面
２ｄ 下面
２２ 嵌合凹部
２３ 上部スライド係合部
２３ａ 基部
２３ｂ 第１張り出し部
２４ 下部スライド係合部
２４ａ 基部
２４ｂ 第１張り出し部
２５ 軸方向空洞部
２Ｂ 枢軸部
２１ 軸心
２Ｃ 側方基部
２ｇ 第１壁面
２ｈ 第２壁面
３ 固定ピン
４ 隙間

Claims (5)

1. セラミックスからなる複数の基本ユニットと、該セラミックスと同一の又は異なるセラミックスからなる複数の固定ピンとを組み合わせて構成された管状のセラミックス構造体であって、
   前記基本ユニットは、前記構造体の周方向において対向する第１側面及び第２側面と、前記構造体の軸方向において対向する上面及び下面とを有する略直方体形状をした本体部と、第１側面から前記周方向に突出し、かつ前記軸方向に延びる軸心を有する枢軸部とを備え、
   前記本体部は、第２側面側に、前記枢軸部と嵌合可能な嵌合凹部を有するとともに、前記上面及び前記下面からそれぞれ突出する上部スライド係合部及び下部スライド係合部とを有し、
   前記上部スライド係合部は、前記上面から前記軸方向に突出する基部と、該基部の先端から前記周方向に向けて前記上面と略平行に張り出した第１張り出し部とからなり、
   前記下部スライド係合部は、前記下面から前記軸方向に突出する基部と、該基部の先端から前記周方向に向けて前記下面と略平行に張り出した第２張り出し部とからなり、
   第１張り出し部と第２張り出し部とは前記周方向の反対方向に張り出しており、
   前記周方向において、一の基本ユニットが、他の基本ユニットの枢軸部周りに回動可能となるように、該一の基本ユニットの嵌合凹部と該他のユニットの枢軸部とが嵌合することにより、複数の基本ユニットからなる環状体が構成され、
   前記軸方向において、一の環状体における上部スライド係合部と、該一の環状体の直上に位置する他の環状体における下部スライド係合部とが係合することによって、該環状体どうしが連結しており、
   一の環状体と他の環状体とが連結した状態において、両者の間には、一の環状体における上部スライド係合部と他の環状体における下部スライド係合部との係合によって生じた複数の隙間が、前記周方向に沿って形成され、各隙間に前記固定ピンが挿入されて、該環状体の周方向の摺動を規制しているセラミックス構造体。
2. 前記枢軸部は、前記本体部の第１側面から前記周方向に突出した側方基部の先端に形成されており、
   前記側方基部は、第１側面と一の側面を共有する略三角柱状をしており、かつ該側方基部の残りの２つの側面である第１壁面及び第２壁面は、第１壁面が前記構造体の内方を向く一方、第２壁面が該構造体の外方を向いており、
   一の基本ユニットの嵌合凹部と、他の基本ユニットの枢軸部とが嵌合した状態で、該一の基本ユニットの該枢軸部周りの内向きの回動が、該一の基本ユニットの第２側面と該他の基本ユニットの第１壁面との衝合によって規制されるようになされている請求項１記載のセラミックス構造体。
3. 前記基本ユニットの大半は、隣接する基本ユニットと化学的に接合されていない請求項１又は２記載のセラミックス構造体。
4. 前記周方向に並んだ複数の前記固定ピンが一の固定ピン列を構成し、該固定ピン列が前記軸方向に複数並んでおり、各固定ピン列を構成する前記固定ピンの少なくとも一つが周囲と固定されている請求項１ないし３のいずれか１項記載のセラミックス構造体。
5. 前記基本ユニットがアルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、サイアロン、ムライト、ホウ素化合物又はそれらの複合物からなる請求項１ないし４のいずれか１項記載のセラミックス構造体。

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