JP3210478B2 - 部分多孔質セラミックの製造方法及びこの製造方法によって得られた流体軸受け - Google Patents
部分多孔質セラミックの製造方法及びこの製造方法によって得られた流体軸受けInfo
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Description
に多孔質部を設けてなる部分多孔質セラミックの製造方
法、及びこの製造方法によって得られる流体軸受けに関
する。
くの試みがなされており、例えば特開昭55−6072
0号公報には、緻密質部を多孔質部と別個に作製してこ
れらを接合する方法が記載されており、また特開昭61
−44779号公報等には、セラミック形成用スラリー
を含浸させた有機質多孔体を用いる方法が記載されてい
る。
55−60720号公報に記載の方法では接合部の加工
に手間がかかること、また複雑な形状の多孔質部は作製
できないこと等の難点があった。また特開昭61−44
779号公報に記載の有機質多孔体を用いる技術につい
ては、多孔体が軟質のものの場合は精密な加工が困難で
あり、また型枠内で成形する際に変形が生ずるため精度
を要する部分多孔体の作製はできなかった。
時の精密加工については問題ないが、湿潤時にもこの硬
度が保たれるため、脱型した成形体を乾燥する際に生ず
る収縮に追随できず、このため亀裂が発生するという難
点があった。
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、乾燥時には精密な切削加工に耐える強度を有
し、湿潤時には自身の形状を保持できる硬さ及び乾燥収
縮時の変形を吸収できる柔軟さを保有する多孔性フォー
ムを使用して、複雑形状の多孔質部を有する部分多孔質
セラミックを容易に一体成形できる方法、及びこの製造
方法によって得られる流体軸受けを提供することにあ
る。
本発明の部分多孔質セラミックの製造方法は、セラミッ
ク成形体中に多孔性フォームを内包する複合構造体を泥
漿鋳込法により成形し、これを焼成することで緻密質セ
ラミック中の一部に多孔質部分を有するセラミックを製
造する方法において、前記多孔性フォームとして、乾燥
時の25%圧縮強度が1乃至50kgf/cm2、湿潤
時の25%圧縮強度が0.5乃至8kgf/cm2、且
つ乾燥時25%圧縮強度と湿潤時25%圧縮強度との比
が少なくとも1.0より大きい多孔性フォームを用い
る。このような性質を有する多孔性フォームとしては、
連続気孔を有する多孔質のポリビニルホルマール(以後
PVFと略記する。)が好適である。
×50mm×厚さ30mmの試験片を圧縮速度0.5m
m/分で圧縮し、厚さが3/4(25%圧縮)になるに
要した荷重(kgf/cm2)を意味する。
切削加工に耐える強度を有し、湿潤時には自身の形状を
保持できる硬さ及び乾燥収縮時の変形を吸収できる柔軟
さを有する多孔性フォームを使用する。
説明する。図1は本発明の製造法の一例を示す工程図で
ある。同図(a)において、先ず多孔性フォーム1を所
望の形状に加工する。多孔性フォーム1は乾燥時及び湿
潤時の25%圧縮強度が夫々1〜50kgf/cm2、
好ましくは2〜20kgf/cm2、及び0.5〜8k
gf/cm2、好ましくは1〜4.5kgf/cm2であ
り、かつ乾燥時25%圧縮強度と湿潤時25%圧縮強度
との比が少なくとも1.0より大きく、好ましくは2.
0より大きいフォームである。
cm2未満の場合は、柔らかすぎるために精密な加工が
できず、50kgf/cm2を超える場合は加工時の負
荷が大きくなる。また湿潤時の前記強度が0.5未満の
場合はスラリー湿潤時に自形を保持することが困難とな
り、一方、湿潤時の前記強度が8kgf/cm2を超え
るか、または乾燥時と湿潤時の25%圧縮強度比が1.
0以下の場合は成形体乾燥時に亀裂発生の原因となる。
してはPVFによって形成される連続気泡を有する多孔
質体が挙げられる。このPVF多孔性フォームのうち、
特に高ホルマール化(ホルマール化度70%以上)され
た気孔率80%以上のものが好ましい。
ーム1をセラミック形成用のスラリー2中に浸漬する。
すると多孔性フォーム1の連続気泡部にスラリー2が含
浸される。スラリー2は、例えばアルミナ、チタニア、
シリカ、ジルコニア等の金属酸化物の微粉末、ムライ
ト、コージェライト等の複合酸化物、窒化ケイ素、炭化
ケイ素等の非酸化物、或いはアルミニウム、銅、チタ
ン、シリコン等の金属の微粉末の単独或いは混合物を水
等の媒体に分散させてスラリー状としたものである。上
記含浸の効率を上げるために、界面活性剤によって多孔
性フォーム1表面の濡れ性を改善することが好ましい。
また、スラリー含浸中の多孔性フォーム1を真空引きし
て、スラリー2を連続気泡中に引き込む手段を採ること
も好ましい。
は、気泡の大きさ、即ち気泡の孔径及びスラリー2の粘
性に大きく影響される。多孔性フォーム1としてホルマ
ール化度70%以上の平均孔径の異なるPVF4種を用
い、スラリー2としてアルミナ微粉末を水に分散させて
スラリー化したもの(粘性50〜1000cP)を用い
た例を下記(表1)に示す。この表から明らかなよう
に、平均孔径が大きくなるほどスラリー2の粘性に対す
る鋳込み性(セラミック多孔質部分の成形性)の許容範
囲が広くなる。
ム1を、次に図1(c)に示すように吸水性型3内の所
望の場所に設置し、更に同図(d)のようにスラリー2
を充填する。この型3は、スラリー2の水分を適度に吸
収して脱型可能な成形体を得られるものがよく、例えば
石膏型を使用することが好ましい。また、多孔性フォー
ム1をスラリーに含浸させずに吸水性型3内に設置し、
スラリーを充填する方法、吸水性型3内にスラリーを充
填した後にスラリーを含浸させた多孔体を浸漬する方法
などによっても部分多孔質セラミックの成形が可能であ
る。
10℃で24時間程度乾燥し、その後にこの未焼成セラ
ミック4及び未焼成セラミック含浸の多孔性フォーム1
からなる生成形体5の加工を行う。本発明に係る多孔性
フォーム1は、湿潤時にも自形が崩れない程度の強度を
有し、一方、適度の柔軟性をも有するため乾燥時の未焼
成セラミックの収縮に追随することができる。従って生
成形体5に亀裂や剥離が生ずることがない。
ケイ素の場合は2100℃前後)で焼成を行うことによ
り、多孔性フォーム1は熱分解して除去される。この
際、多孔質部7は緻密部6に追随して収縮するため、収
縮率の差による焼成割れは生じない。最後に高精度の研
削加工を施して、同図(f)に示すような緻密部6及び
多孔質部7からなる部分多孔体8を完成する。
の例を更に詳細に説明する。実施例1〜4 多孔性フォーム1として、50mm×50mm×厚さ3
0mmの前記(表1)と同じPVF4種を使用し、スラ
リー2も前記と同じくアルミナ微粉末を原料とするスラ
リー(粘性100cP)を用い、更に、吸水性型3は内
径70mm×70mm×深さ50mmの石膏型を使用
し、前記乾燥時及び湿潤時の25%強度、乾/湿比、乾
燥時のフォーム加工性、鋳込成形後の多孔体部寸法精
度、及び乾燥工程における亀裂の発生具合を調べた。こ
の結果を下記(表2)に示す。(表2)から明らかなよ
うに、これらのPVFはいずれも本発明の製造方法に係
る多孔性フォーム1として好適に使用できる。
例1〜4)、低ホルマール化PVF多孔体(比較例5〜
7)、ポリビニルアルコール製のスポンジであって気泡
径が小さいもの(比較例8)及び気泡径が大きいもの
(比較例9)、更には多孔体カーボン(垂直方向、即ち
カーボン繊維の配向面に垂直な方向に荷重を掛けて25
%強度を測定したもの:比較例10〜13、及び平行方
向、即ちカーボン繊維の配向面に平行な方向に荷重を掛
けて25%強度を測定したもの:比較例14〜17)を
使用した以外は実施例1と同様の方法で加工性、寸法精
度及び亀裂を調べた。この結果を下記(表3)に示し
た。なお多孔体カーボンについては、乾燥時と湿潤時と
の強度が全く変らないため、湿潤時強度及び乾/湿は空
欄としてある。
レタンフォームは乾燥時であっても柔軟性があるために
加工性が悪い。低ホルマール化PVF多孔体及びスポン
ジは湿潤強度が小さいため、鋳込成形後の多孔体の寸法
精度が不良となる。一方、多孔体カーボンは硬くて加工
性は良好なものの、柔軟性に欠けるため成形体の乾燥工
程において亀裂を生ずる。
ラミックは、前記のように精密加工が可能なため、例え
ば流体軸受け(スライド、パッド、スピンドル等)等の
流体(空気、油等)吹き出し部品、気泡発生装置等の流
体吹き出し部品、真空チャック等の流体吸入部品、噴水
等のための液体吹き出し部品、フィルター等の液体吸入
部品、石鹸泡を発生させる等のための気液混合吹き出し
部品、表札等のディスプレー(文字、絵部分を多孔質部
で鮮明に形成する)等多種類の用途がある。
おいて、(a)は側面から見た部分断面図、(b)は
(a)のA−A線における断面図である。軸受け部9は
基体である緻密部10、及びエアー吹き出し部を構成す
る多孔質部11の組合わせによって形成されており、多
孔質部11には、図示しない外部ポンプからシャフト1
2にエアーを供給するための複数の吸気孔13が穿設さ
れている。本発明の製造方法による部分多孔質セラミッ
クは精密加工が可能なため、このような軸受け部9とシ
ャフト12との間隙を精度よく保持できる流体軸受けを
作製することが可能である。
図である。同図(a)乃至(c)において、真空チャッ
ク14は緻密部15およびこの緻密部15に包囲されて
形成された多孔質部16からなり、多孔質部16は図示
しない真空ポンプに接続されている。このような真空チ
ャック14は、(a)或いは(b)に示した円盤状であ
れば、例えばウェハの回転塗装のためのスピンナー用真
空チャック等に用いることができる。また(c)に示し
た長方形のものは、同じくウェハの搬送等に用いること
ができる。なお、真空ポンプの代りにエアー供給ポンプ
を接続すれば、非接触型搬送装置の搬送プレートとして
用いることも可能である。
質セラミックの製造方法によれば、乾燥時には複雑形状
に精密加工することが可能な硬さを示し、湿潤時には自
形を保持できる硬さと、セラミック形成用スラリーの乾
燥収縮に追随できる柔軟さを合わせ持つ多孔体フォーム
を使用しているため、精密加工が可能で、しかも乾燥
時、焼成時には亀裂や剥離を生じない部分多孔質セラミ
ックを作製することができる。
フォームとして乾燥時の25%圧縮強度が1乃至50k
gf/cm2、湿潤時の25%圧縮強度が0.5乃至8
kgf/cm2、乾燥時25%圧縮強度と湿潤時25%
圧縮強度との比が少なくとも1.0より大きい多孔性フ
ォームを用いて形成されるため、亀裂や剥離がなくまた
精密に加工された優秀な軸受けである。
一例を示す部分断面図(a)、及び(a)のA−A線に
おける断面図(b)
6,10,15…緻密部、7,11,16…多孔質部、
8…部分多孔体、9…軸受け部、12…シャフト、13
…吸気孔、14…真空チャック。
Claims (3)
- 【請求項1】 セラミック成形体中に多孔性フォームを
内包する複合構造体を泥漿鋳込法により成形し、これを
焼成することで緻密質セラミック中の一部に多孔質部分
を有するセラミックを製造する方法において、前記多孔
性フォームは、乾燥時の25%圧縮強度が1乃至50k
gf/cm2、湿潤時の25%圧縮強度が0.5乃至8
kgf/cm2、且つ乾燥時25%圧縮強度と湿潤時2
5%圧縮強度との比が少なくとも1.0より大きいこと
を特徴とする部分多孔質セラミックの製造方法。 - 【請求項2】 前記多孔性フォームは、連続気孔を有す
る多孔質ポリビニルホルマールであることを特徴とする
請求項1記載の部分多孔質セラミックの製造方法。 - 【請求項3】 セラミック成形体中に多孔性フォームを
内包する複合構造体が泥漿鋳込法によって成形され、こ
の複合構造体が焼成されてなる、緻密質セラミック中の
一部に多孔質部分を有する流体軸受けにおいて、この流
体軸受けの多孔質部分は、前記多孔性フォームとして、
乾燥時の25%圧縮強度が1乃至50kgf/cm2、
湿潤時の25%圧縮強度が0.5乃至8kgf/c
m2、乾燥時25%圧縮強度と湿潤時25%圧縮強度と
の比が少なくとも1.0より大きい多孔性フォームを用
いて形成されたことを特徴とする流体軸受け。
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