JP3905446B2

JP3905446B2 - ピン型ファスナ付き耐熱構造体とその製造方法及びその耐熱構造体に用いるピン型ファスナ

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Publication number: JP3905446B2
Application number: JP2002276405A
Authority: JP
Inventors: 輝臣中谷; 正道松嶋; 修岡本; 誠三鈴木; 博徳野口; 好康梁瀬
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2004114708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱防御材としての耐火パネル、耐火タイル又は耐火レンガ等の耐熱構造体、特に構造物の装着面に着脱自在に装着することができるピン型ファスナ付き耐熱構造体とその製造方法、及びその耐熱構造体に用いるピン型ファスナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐熱タイル、耐熱レンガ等の耐熱構造体は、断熱性を発揮する構成部分としてセラミックス部分を有している。セラミックスは強度が金属よりも低下するのが避けられないので、セラミックスの部分自体をボルトやナット等の固着具を用いて構造物に装着することができない。そこで、セラミックスから金属まで、両者の組成成分が順次段階的に変化する、所謂、傾斜機能材料を製作し、金属の部分において構造物に装着することが提案されている。耐熱構造体を構造物に取り付ける技術としては、接着による技術、又はファスナによる技術が存在する。かしながら、高温向きの耐熱構造体についてファスナとの一体化の提案は限られており、そうした耐熱構造体に関する技術として、着脱可能な耐熱二次元ファスナ部と傾斜機能材料の耐熱タイルとを一体成形し、更にその後、一体焼成して製品化する「金属製耐熱二次元ファスナを備えた耐熱構造体及びその製造方法」が挙げられる程度である（特許文献１参照）。
【０００３】
着脱可能な金属製耐熱二次元ファスナ部は、耐熱線材を用いたループ形状に構成した網構造と、それに噛み合うフック形状の網構造とに加工されている。そうした網構造のため、二次元ファスナは複雑な形状とならざるを得ない。また、硬度が高い線材を高密度で平面状に編み上げるには、一旦鈍した後、編み加工し、再焼き入れ等の処理を行うことができる特殊な加工機の開発が必要であり、現状では量産化が困難である。更に、編み加工した二次元ファスナを傾斜機能材から成る耐熱タイル成形枠内に係着する技術、及び一体焼成等の一連の量産化技術が確立されていないという問題がある。
【０００４】
一方、既設の焼却炉や転炉等の高温炉においては、炉壁を構成する耐火レンガの施工方式としては、殆ど、下からの積重ね方式が採用されている。そのため、炉壁の一部に老朽化や損傷が生じた場合、その老朽化部分や損傷部分についてのみの部分改修が困難であり、通常、炉壁全体を解体し再度作り直すことが行なわれている。炉壁の解体作業は崩落事故の危険の可能性が皆無とは言えず、環境を汚染する等の問題点が指摘されることもある。更に、積重ね方式であるため、下方の耐火レンガは上方に積まれた耐火レンガの重量を支える必要があるため、自身の大きさや重量も小型化・軽量化についても限界がある。
【０００５】
従来の耐火レンガの積層組立てによって建設される高温焼却炉では、上部燃焼空間の内壁形状には燃焼上の制約条件がある。特に、上部コーナー部の内壁においては凹凸が生じるのが避け難く、この部分における燃焼には不完全燃焼を無くすことが困難である。上部コーナー部は、オーバーハング状態に取り付ける必要があり、耐火レンガの構造物への取付けは非常に困難な作業となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−１０３８８７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、傾斜機能材料を用いた耐熱構造体において、傾斜機能材料の一部を構成する金属部と構造の簡単なピン型ファスナとを組み合わせることで、耐熱構造体を構造物の表側から容易に且つ確実に装着可能にする点で解決すべき課題がある。この発明の一つの目的は、構造物の表面を敷き詰めて覆うことができ、また表面側からの作業のみで構造物の表面に施工することも可能にし、更に、特定の耐熱構造体のみを交換、補充する等の部分的な補修をも可能にするピン型ファスナ付き耐熱構造体を提供することである。
【０００８】
また、傾斜機能材料を用いた耐熱構造体について、傾斜機能材料を製作する工程の中で、傾斜機能材料の一部を構成することになる金属部にピン型ファスナを結合させることで、耐熱構造体を構造物の表側から容易に且つ確実に装着可能とするピン型ファスナ付き耐熱構造体を製造可能にする点で解決すべき課題がある。この発明の別の目的は、傾斜機能材料を製作する工程を利用して、傾斜機能材料の一部を構成することになる金属部にピン型ファスナを結合させることで、ピン型ファスナ付き耐熱構造体を簡単に且つ的確に製造することを可能にするピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法を提供することである。
【０００９】
また、傾斜機能材料を用いた耐熱構造体において、傾斜機能材料の一部を構成することになる金属部に強固に結合可能なピン型ファスナを得る点で解決すべき課題がある。この発明の他の目的は、それ自身が堅牢であり、傾斜機能材本体と強固に結合可能であり、既存の工作機械を用いて量産化することが可能な、耐熱構造体に用いるピン型ファスナを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の耐熱構造体についての課題を解決するため、この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体は、耐熱セラミックスから成るセラミックス部、構造物への取付け側となる金属部、及び前記セラミックス部と前記金属部との間に前記耐熱セラミックスと金属との組成比率が段階的又は連続的に変化した組成遷移部が一体的に結合された傾斜機能材本体と、一端側で前記金属部に埋設状態に融着一体結合され他端側で前記構造物への取付けに適用され熱的に隔離されたピン型ファスナとを備えており、前記傾斜機能材本体は該ピン型ファスナと、前記構造物に配設された他のファスナとの螺合により又は該構造物の孔へのアダプタを介しての差込結合により該構造物の表面に敷き詰められ且つ前記螺合または前記差込結合を解くことにより容易に交換することが可能なように構成されていることから成っている。
【００１１】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体によれば、金属とセラミックスとの組成比率が段階的又は連続的に変化した組成遷移部が、耐熱セラミックスから成るセラミックス部と構造物への取付け側となる金属部とに一体的に結合されて耐熱構造体の傾斜機能材本体を構成しており、金属部にピン型ファスナを埋設状態に結合することで傾斜機能材本体とピン型ファスナとを一体化しているので、耐熱構造体は傾斜機能材本体とピン型ファスナとを一体化したものとして取り扱うことができ、ピン型ファスナを構造物に取り付けることによって、熱に曝されるセラミックス部を表側に向けた状態で耐熱構造体が構造物に取り付けられる。金属部と金属製のピン型ファスナとの結合は、一体焼成することで金属同士が融着した堅固な結合とすることができる。また、耐熱構造体には、一つ又は複数のピン型ファスナを設けることが可能である。
【００１２】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体において、前記傾斜機能材本体は、前記セラミックス部の表面を平面とし前記傾斜機能材本体の側面を矩形平面とした角柱体形状に形成することができる。複数のピン型ファスナ付き耐熱構造体を構造物の表面に沿って平面的に並べたとき、角柱体形状に形成されている各耐熱構造体は、隣接する耐熱構造体と隙間なく密集可能である。角柱体形状は、直方体が最も製作し易く且つ構造物への敷き詰めも容易であるが、それに限らず、三角柱状、四角柱状、或いは六角柱状であっても周囲に隣接する耐熱構造体と隙間なく密集可能に配置することが可能である。
【００１３】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体において、前記傾斜機能材本体を、前記セラミックス部の表面として凸面を有し、周囲側面として前記セラミックス部側が拡がり前記セラミックス部の前記凸面と交叉する稜線が外側に凸となった曲線である扇形面を有する立体形状に形成することができる。傾斜機能材本体をこのような立体形状に形成した耐熱構造体は、凸曲面から成る任意表面を持つ構造物に沿って並設したとき、セラミックス部の凸面は互いに接続して上記任意表面に沿った凸球面のような連続凸曲面を与えることができる。
【００１４】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体において、前記傾斜機能材本体を、前記セラミックス部の表面として凸面を有し、互いに反対方向を向いた一方の対の周囲側面として前記セラミックス部側が拡がり前記セラミックス部の前記凸面と交叉する稜線が外側に凸となった曲線である互いに平行な扇形面を有し、他方の対の周囲側面として前記扇形面と繋がる平行四辺形面をする立体形状に形成することができる。傾斜機能材本体をこのような立体形状に形成した耐熱構造体は、凸面から成る円筒表面を持つ構造物に沿って並設したとき、セラミックス部の凸面は互いに連なって円筒表面に沿った凸円筒面を与えることができる。これらのピン型ファスナ付き耐熱構造体において、セラミックス部の外側の凸面は、滑らかな凸曲面とすることが好ましい。複数の耐熱構造体を並べるときに、耐熱構造体の扇形面又は平行四辺形面が隣接する耐熱構造体の扇形面又は平行四辺形面との間で隙間なく密集可能であり、セラミックス部の外側面同士は、滑らかに接続して凸球面又は凸円筒面のような連続凸曲面を形成することができる。
【００１５】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体において、前記傾斜機能材本体を、前記セラミックス部の表面として凹面を有し、周囲側面として前記セラミックス部側が窄み前記セラミックス部の前記凹面と交叉する稜線が外側に凹となった曲線である逆扇形面を有する立体形状に形成することができる。傾斜機能材本体をこのような立体形状に形成した耐熱構造体は、凹曲面から成る任意表面を持つ構造物に沿って並設したとき、セラミックス部の凹面は互いに接続して上記任意表面に沿った凹球面のような連続凹曲面を与えることができる。
【００１６】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体において、前記傾斜機能材本体を、前記セラミックス部の表面として凹面を有し、互いに反対方向を向いた一方の対の周囲側面として前記セラミックス部側が窄み前記セラミックス部の前記凹面と交叉する稜線が外側に凹となった曲線である互いに平行な逆扇形面を有し、他方の対の周囲側面として前記逆扇形面と繋がる平行四辺形面をする立体形状に形成することができる。傾斜機能材本体をこのような立体形状に形成した耐熱構造体は、凹曲面から成る円筒表面を持つ構造物に沿って並設したとき、セラミックス部の凹面は互いに連なって窪んだ円筒表面に沿った凹円筒面を与えることができる。セラミックス部の外側の凹面は、滑らかな凹曲面とすることが好ましい。複数の耐熱構造体を並べるときに、耐熱構造体の逆扇形面又は平行四辺形面が隣接する耐熱構造体の逆扇形面又は平行四辺形面との間で隙間なく密集可能であり、セラミックス部の外側面同士は、滑らかに接続して凹球面又は凹円筒面のような連続凹曲面を形成することができる。
【００１７】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体において、前記傾斜機能材本体を粒子状の前記耐熱セラミックスと前記金属との焼結体とし、前記ピン型ファスナは前記金属が焼結されて形成された前記金属部の中に埋設状態で結合させることができる。即ち、傾斜機能材本体を粒子状の耐熱セラミックスと金属との焼結体とすることで、金属粒子の中に埋め込んだ状態で焼結によって金属部を形成するときに、ピン型ファスナは取付け部に一体焼結されて埋設状態に結合される。このように、ピン型ファスナは、傾斜機能材本体との一体焼成のため、耐熱構造体の金属部へ確実に融着・一体化し、堅固なピン型ファスナ付き耐熱構造体が得られる。
【００１８】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体は、表面側が高温に曝される環境下、例えば、宇宙往復機の機体表面に貼着される耐熱パネル、若しくは加熱炉、焼却炉又は精錬用転炉の耐火レンガに適用可能である。一部の耐熱構造体が損傷を受けた場合であっても、全部の耐熱構造体を解体・再構築することなく、その耐熱構造体のみを補充したり取り換えたりする部分的な補修にも対応可能である。
【００１９】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体において、前記セラミックス部にダイヤモンド粒子を混合させて超耐熱機能を備えさせることができる。ダイヤモンド粒子は、炭素原子間の結合が強いため、硬度と耐摩耗性と共に耐熱性にも優れており、セラミックス部に混合させることにより、セラミックス部の耐熱機能を更に高めることができる。
【００２０】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体において、前記セラミックス部、前記金属部及び前記組成遷移部がカーボンナノチューブ混合物を積層させて成形されており、各積層間の剥離の防止と耐熱性とを備えさせることができる。カーボンナノチューブは、熱に対して安定な物質であると同時に、混合物の焼成状態では積層間において材料同士の結合を高める作用があるので、剥離の防止と耐熱性を向上させることができる。
【００２１】
上記の課題を解決するため、この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法は、型枠内の一つ又は複数の装着穴に対しピン型ファスナの雌ねじ部に合する軸部を持った保護キャップを介して該ピン型ファスナを装着するピン型ファスナ装着工程と、前記型枠内に金属粒子とセラミックス粒子との組成比率が異なる複数のスラリーを順次鋳込み、前記金属粒子によって前記装着穴に装着された前記ピン型ファスナの一部を浸漬する金属層、前記金属粒子と前記セラミックス粒子の組成比率が異なる組成遷移層、及び前記セラミックス粒子から成るセラミックス層を沈積して成るピン型ファスナ付き成形体を形成する成形工程と、前記ピン型ファスナ付き成形体を乾燥し形状を整えてピン型ファスナ付き整形体を成形する整形工程と、前記ピン型ファスナ付き整形体を焼成して、前記金属粒子を前記ピン型ファスナと一体焼成して成る金属部、前記組成遷移層を焼成して成る組成遷移部、及び前記セラミックス層を焼成して成るセラミックス部を形成する焼成工程とから成っている。
【００２２】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法によれば、構造物に係合可能なピン型ファスナが用意され、ピン型ファスナ装着工程において型枠内の底部に形成された一つ又は複数の装着穴にピン型ファスナが装着される。次の成形工程では、型枠内に金属粒子とセラミックス粒子とを含むスラリーが鋳込まれる。装着穴に装着されたピン型ファスナの一部を金属粒子が浸漬する態様で金属層が形成され、金属層の上に金属粒子とセラミックス粒子の組成比率が異なる組成遷移層が積層され、更にその上にセラミックス粒子から成るセラミックス層が沈積して、ピン型ファスナ付き成形体が形成される。次の整形工程では、ピン型ファスナ付き成形体は乾燥し形状を整えられて、最終製品形状に実質的に同じ形状を有するピン型ファスナ付き整形体に整形される。更に、焼成工程において、ピン型ファスナ付き整形体は焼成され、金属層をピン型ファスナと一体焼成して成る金属部、組成遷移層を焼成して成る組成遷移部、及びセラミックス層を焼成して成るセラミックス部が連続的且つ一体的に形成される。成形体が形成された段階で乾燥させる中間乾燥工程を設けること、成形体の成形工程において乾燥加圧成形する過程を設けることもできる。なお、スラリーは、２種類以上の金属固体粒子とセラミックス固体粒子に複数の中間材配合粒子が加えられ、分散剤液で流動化された混合物として形成される。
【００２３】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法において、前記成形工程は、前記型枠内に前記金属粒子を含む金属スラリーを鋳込んで前記金属層を形成し、次に前記型枠内に前記金属粒子と前記セラミックス粒子とを含み前記セラミックスの組成比率が順次増加する中間スラリーを順に鋳込んで組成比率が階段状に変化した前記組成遷移層を形成し、更に前記セラミックス粒子を含むセラミックススラリーを鋳込んで前記セラミックス層を形成することから成っている。組成遷移層を形成するためのこの方式は、鋳込み（積層）方式であり、型枠内に、まず金属粒子を流動化させた金属スラリーをピン型ファスナの一部を被い埋設する状態に鋳込み、次に順次、金属粒子とセラミックス粒子とを含む混合物を流動化させて成りセラミックスの組成比率が順次増加する複数（十種類）の中間スラリーを鋳込んで多積層し、最後にセラミックス粒子を流動化させて成る高耐熱用セラミック・スラリーが鋳込まれる。
【００２４】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法において、前記成形工程は、前記型枠内に前記金属粒子と前記セラミックス粒子とを含む混合スラリーを鋳込み、前記型枠を遠心分離機で回転させるときに作用する遠心力によって、前記混合スラリーから前記金属層、前記金属粒子と前記セラミックス粒子とを含み前記セラミックスの組成比率が連続的に変化した前記組成遷移層、及び前記セラミックス層を前記型枠内に強制沈降させることから成っている。即ち、成形工程には、型枠を回転させるときに作用する遠心力によって、一度に注入された混合物スラリーを、遠心力の大きい底側から順にピン型ファスナの一部が浸漬された実質的に金属粒子のみを含む金属層、セラミックスと金属との組成比率が金属からセラミックスまで連続的に変化した組成遷移層、及び実質的にセラミックス粒子のみを含むセラミックス層から成る沈積物として強制沈降させる遠心沈降工程を含むことができる。沈殿物は水分等の液体成分を含んでいるので排液・乾燥させてピン型ファスナ付き成形体とされるが、この場合、液体窒素等の極低温流体を注ぐことによって内部に含まれる液体成分を表面に滲み出させて急速凍結し、凍結成分を真空環境下に置いて昇華させて取り除く凍結乾燥工程を含むことが好ましい。高温焼結することにより、金属層はピン型ファスナの一部が内部に埋設される状態で一体焼結された金属部に、セラミックス層はセラミックス部に、組成遷移層は組成遷移部として焼成され、全体は耐熱傾斜機能材本体として形成される。
【００２５】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法において、前記ピン型ファスナは、耐熱性の保護キャップを被せた状態で前記装着穴内に装着することが好ましい。ピン型ファスナは、ステンレス材等の金属製とされるが、ピン型ファスナの金属部との一体結合部分以外の部分に存在する構造物への固定のためにねじ加工を施した凹凸部は、高温焼成時に高熱から保護される必要がある。そこで、セラミックス（ジリコニア材等）焼結温度での焼成時には、ピン型ファスナの内外形状を耐熱材（カーボン粒子等）で円筒状に被った状態として、ピン型ファスナの下部形状を保持することが好ましい。
【００２６】
このピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法において、前記ピン型ファスナ装着工程に代えて、ピン型ファスナ用鋳型を型枠に装着する鋳型装着工程を有し、前記成形工程において、前記型枠内に前記金属粒子を含む金属スラリーを鋳込むことで、前記金属層を形成するとともに、前記ピン型ファスナ用鋳型に鋳込まれる前記金属スラリーによって前記金属層と一体成形される前記ピン型ファスナを形成することから成っている。この製造方法によれば、ピン型ファスナ用鋳型を型枠に装着するので、予めピン型ファスナを製作することなく、金属層を形成すると同時に金属層と一体的なピン型ファスナを製造することができる。埋設されるピン型ファスナ用鋳型は、耐熱構造体の構造物へのボルト、ナット又はアダプタ差込み等の固定方式に応じて、鋳型形状を適宜選択することができる。
【００２７】
ピン型ファスナ付き耐熱構造体の傾斜機能材本体については、平面である構造物の表面に対応して、セラミックス部の表面を平面とした直方体に製造するのが最も簡素で且つ製造も容易である。しかしながら構造物の表面が曲面であることに対応してセラミックス部の表面を凸面又は凹面に形成し、耐熱構造体を並設したときに隣接した耐熱構造体と隙間無く敷き詰め可能とするために、セラミックス部の表面形状に応じて傾斜機能材本体をセラミックス部側が膨らみ又は窄んだ立体形状に形成することが好ましい。そうした傾斜機能材本体の形状に対応して、型枠を底壁と底壁に密着可能で開口側に向かって拡大した又はすぼんだ傾斜面を持つ周壁とで構成することができる。セラミックス部の表面を凸面に形成する場合には、周壁の開口側端部に密着付加及び取外し可能な筒状部を設けることにより、周壁に密着付加した状態の筒状部を満たすまで充填したセラミックススラリーの成形後で且つ焼成前に、筒状部を取り除いてセラミックス層の表面を凸面に加工することができる。セラミックス部の表面を凹面に形成する場合には、周壁の開口側からセラミックス層の表面に直接加工を施すことができる。
【００２８】
更に、上記課題を解決するため、この発明による耐熱構造体に用いるピン型ファスナは、耐熱セラミックスから成るセラミックス部、構造物への取付け側となる金属部、及び前記セラミックス部と前記金属部との間に前記耐熱セラミックスと金属との組成比率が段階的又は連続的に変化した組成遷移部が一体的に結合された傾斜機能材本体の構造物への取付けに適用可能であり、前記金属部の金属組成と融着できる金属素材から成り、一端側に前記金属部に埋設状態に融着一体結合されるフランジ部を備え、及び前記フランジ部から他端側に伸び且つ前記構造物への取付けに適用可能であり熱的に隔離された凸軸部を有し、該凸軸部には前記構造物に配設された他のファスナに螺合する雌ねじが形成されていることから成っている。
【００２９】
この発明によるピン型ファスナによれば、傾斜機能材本体の金属部の金属組成と融着できる金属素材から成り、一端側に金属部に埋設状態に結合されるフランジ部を備えているので、フランジ部が金属部と融著して一体となってピン型ファスナと傾斜機能材本体との結合が強固になり、傾斜機能材本体がピン型ファスナから剥がれ落ちる等の不具合を予め防止することができる。また、ピン型ファスナは、フランジ部から他端側に伸びる凸軸部を有しているので、凸軸部を利用しての傾斜機能材本体の構造物へ取付けを容易にすることができる。
【００３０】
このピン型ファスナは、前記金属部に個別に分散配置される個別ピン型ファスナ、又は前記金属部に埋設される共通フランジ板を持つ複合ピン型ファスナとすることができる。個別に分散配置する場合には、個々にピン型ファスナを扱う必要があるが、耐熱構造体の大きさ等の仕様に応じて配設場所及び配設個数について適宜対応可能である。複合ピン型ファスナとする場合には、ピン型ファスナの位置が互いに拘束されるが、一括しての取扱いが可能になり、また、傾斜機能材本体の金属部との結合を更に強固にすることができる。
【００３１】
また、このピン型ファスナにおいて、前記凸軸部は、前記構造物への取付け用のボルト又はナットが螺合する雌ねじ又は雄ねじ部が形成されているねじ軸、或いは前記構造物への取付け用の係合部を備えたアダプタが取付け可能な係合軸とすることができる。雌ねじ部が形成される場合にはボルト固定方式で、また雄ねじ部が形成される場合にはナット固定方式にて、耐熱構造体を構造物の取付けフレームに、直接にボルトやナットで取り付けることができる。また、凸軸部をアダプタが取付け可能な係合軸とすることで、アダプタを介した間接的な差込固定方式によって耐熱構造体を構造物に取り付けることができる。アダプタの凸軸部への取付けは、ねじ軸に形成された雄ねじ部又は雌ねじ部へのねじ係合で行うことができる。また、アダプタの係合部は、先端に設けられた楔状のすり割り構造とすることができる。
【００３２】
更に、このピン型ファスナにおいて、前記耐熱構造体の高温焼成において前記凸軸部の形状確保するため保護キャップを取り付けることができる。金属製のピン型ファスナは、それ自体、耐熱性能に優れていて通常の使用状態での強度は確保されるが、高温下での焼成においては耐熱構造体の金属部に埋設するフランジ部以外を保護キャップで被うことで、ピン型ファスナの形状を保持することができる。
【００３３】
ピン型ファスナ付き耐熱構造体の取付け態様は、ピン型ファスナとアダプタの組合せによって選択可能である。ピン型ファスナは、一方が耐熱構造体の金属部に埋設するフランジ部、他方がねじ加工（雄ねじ部、雌ねじ部）等の種々の形状加工が施された凸状軸に構成されているので、全体として堅固であり、構造物にボルトやナット或いはアダプタを用いて簡単に取付け可能である。また、フランジ部やねじ部等の加工は、既設の旋盤等の自動工作機械による量産化が可能である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて、この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体とその製造方法、及びその耐熱構造体に用いられるピン型ファスナの実施例を説明する。図１はこの発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の概念図、図２は本発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の一製造方法を示す工程図、図３は本発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の別の製造方法を示す工程図、図４は本発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の他の製造方法を示す工程図である。
【００３５】
図１（Ａ）は、この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の概念を示す概略断面図である。図１（Ａ）によれば、ピン型ファスナ付き耐熱構造体（以下、簡単のため、単に「耐熱構造体」と略称する）１で覆われることで、構造物６への熱的影響が防止・緩和される。耐熱構造体１は、後述する傾斜機能材本体２と、傾斜機能材本体２と一体に成型されたピン型ファスナ８とから成っている。構造物６には取付け板７が固定されており、取付け板７に取付けボルト９で取付け板７を挟んでピン型ファスナ８にねじ込むことにより、傾斜機能材本体２がピン型ファスナ８を介して構造物６に取り付けられる。傾斜機能材本体２は、ピン型ファスナ８が鋳込み成形されてピン型ファスナ８と一体的に形成された金属部３、金属部３に積層されて金属とセラミックスとの組成が段階的に変化する組成遷移部４、及び組成遷移部４に積層されたセラミックス部５から成っている。
【００３６】
図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すピン型ファスナ付き耐熱構造体の傾斜機能材本体について厚み方向の位置に応じたセラミックス混合比を示すグラフであり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）に示すピン型ファスナ付き耐熱構造体を高温雰囲気下で使用したときの傾斜機能材本体の厚み方向の位置に応じた温度変化を示すグラフである。図１（Ｂ）に示すように、傾斜機能材本体２中のセラミックス混合比は、金属部３では０％であって、セラミックス部５では１００％である。組成遷移部４では、セラミックス混合比は金属部３側から段階的に次第に増加している。ピン型ファスナ付き耐熱構造体１を実際の使用状態と同様の高温環境下（表面側温度が２０００℃（実線）と１０００℃（点線））に置いたとき、傾斜機能材本体２中の温度変化は、図１（Ｃ）に示すようになっており、構造物６に取り付ける取付け側での温度は十分に低下していることが判る。
【００３７】
図２は、本発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の一製造方法を示す工程図である。図２（Ａ）は、耐熱構造体に埋め込まれるピン型ファスナの一例を示す断面図である。ピン型ファスナ１００は、鋳込み時には金属層内に埋設されることになる一端側の埋込み用フランジ部１０１と、埋込み用フランジ部１０１から凸軸部として他端側に延びる筒状部１０２と、筒状部１０２に内部に形成された雌ねじ部１０３とを備えている。筒状部１０２の雌ねじ部１０３にボルトやナットをねじ込むことにより、耐熱構造体を構造物に取り付けることができる。図２（Ａ）右側に示すように、ピン型ファスナ１００については、金属層に浸漬される埋込み用フランジ部１０１以外の部分に保護キャップ１０６を被せることにより、高温下での焼成においてピン型ファスナ１００の形状を保持することができる。保護キャップ１０６には、雌ねじ部１０３に嵌入する軸部１０７を形成しておくのが好ましい。保護キャップ１０６の周囲形状は、円柱形状又は四角柱形状等の簡単な形状に設定されている。
【００３８】
図２（Ｂ）は、耐熱構造体を鋳込み成形するための鋳込み用型枠を示す断面図である。図２（Ｂ）に示す鋳込み用型枠（以下、簡素化のため単に「型枠」と略称する）１０は、底壁１１と周壁１２とから構成されており、底壁１１には、ピン型ファスナ１００を設定するための複数（図示の例では２個であるが、これに限られない。）の円柱状の装着穴１３が形成されている。装着穴１３の開口周囲には、埋込み用フランジ部１０１を金属部分に埋設しやすくするため、座ぐりによってすり鉢状の円錐部１３ａが形成されている。底壁１１と周壁１２とによって、内部に鋳込み空間１４が形成される。保護キャップ１０６が被せられたピン型ファスナ１００（図２（Ａ））を、図２（Ｂ）に示す鋳込み用型枠１０の底壁１１に形成されている装着穴１３に挿入嵌着することにより、図２（Ｃ）に示されている鋳込み前の準備段階が完了する。なお、図２（Ｃ）において、一方のピン型ファスナ１００については断面で示しているが、他方のピン型ファスナ１００については断面としていない。
【００３９】
初めに、型枠内に十数層から成る階段状の組成遷移層（傾斜機能材）を形成させるために、金属製のピン型ファスナの部分に鋳込み且つ融着可能な金属粒子（ステンレス：比重８．１等）と耐熱・耐硬度があるセラミックス粒子（ジルコニア：比重６．１等）とから、図１（Ｂ）に模式的に示すように、注入順に金属粒子とセラミックス粒子の混合比を順次変えた複数種類（約十種類）の中間スラリーが用意される。図２（Ｃ）に示す状態の型枠１０の鋳込み空間１４に、金属粒子を分散させて流動化させた金属スラリー１５が注入・充填される。図２（Ｄ）に示すように、金属スラリー１５は、ピン型ファスナ１００の埋込み用フランジ部１０１を完全に浸漬する程度にまで注入されて金属層を構成し、その後、中間乾燥が施される。金属スラリー１５の乾燥後、図２（Ｅ）に示すように、順次、型枠１０の鋳込み空間１４には、金属粒子とセラミックス粒子から成る中間スラリー１６が注入される。中間スラリー１６の混合比の順に鋳込みと乾燥工程を繰り返し、十数層から成る階段状の組成遷移層が積層して構成される。最後に、図２（Ｆ）に示すように、成分１００％のセラミックススラリー１７が鋳込まれて乾燥される。セラミックススラリー１７が乾燥したとき、図２（Ｇ）に示すように、鋳型内の金属層、組成遷移層及びセラミックス層から成るピン型ファスナ付き沈積物（以下、「沈積物」と略す）をホットプレス又はプレスして表面等の成型を施して加圧成形することで、残存している気泡成分を排出すると共に密度の高度化と一様化を図り一定の硬度を有するピン型ファスナ付き成形体（以下、「成形体」と略す）１８を形成する。成形体１８については、更に加工して所定の整形体とし、仮焼結させて中間製品とすることができる。中間製品はガス雰囲気炉に入れて形状を整えて本焼結させて、製品（ピン型ファスナ付き耐熱構造体）とされる。セラミックスの混合比が異なる各層及び層間であっても粒子間の結合がおこなわれ、乾燥スラリーが一体的に焼結される。
【００４０】
焼結された製品は、冷却後、型枠１０と保護キャップ１０６とを外すことによって図２（Ｈ）に示すようにピン型ファスナ１００と一体化された耐熱構造体２０が得られる。図２のピン型ファスナ１００を含む円形点線部分で囲む領域が図２（Ｉ）に拡大して示されている。耐熱構造体２０の焼結部分は、図１に示す構造と対応させると、構造物６への取付け側である金属部３から組成遷移部４を経て表面側であるセラミックス部５に至る傾斜機能材本体２となっている。構造物６（図１）への取付け側において、ピン型ファスナ１００がその埋込み用フランジ部１０１を完全に金属部３内に埋設した状態で一体化される。すり鉢状の円錐部１３ａに対応して、金属部３は埋込み用フランジ部１０１を取り囲む補強部３ａで厚く形成されており、ピン型ファスナ１００との結合を補強している。
【００４１】
図３は、この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の別の製造方法を示す工程図である。図３に示す製造方法は、ピン型ファスナを耐熱構造体を構成することになる金属部と一体成形によって形成する方法である。図３（Ａ）は、耐熱構造体と一体成形されるピン型ファスナ用鋳型の一例を示す断面図である。ピン型ファスナ用鋳型１１０は、外側部分１１１が円柱形状又は四角柱形状等の簡単な形状に設定されている。ピン型ファスナ用鋳型１１０の中心部には、外側部分１１１に連なる雄ねじ部１１２が形成されており、外側部分１１１と雄ねじ部１１２との間には、鋳込みによって雌ねじ型のピン型ファスナを形成するための環状の鋳込み空間１１３が形成されている。
【００４２】
図３（Ｂ）は、耐熱構造体を鋳込み成形するための鋳込み用型枠を示す断面図である。図３（Ｂ）に示す鋳込み用型枠は、図２（Ｂ）に示す型枠１０と同じ構造であるので、各構成部位には図２（Ｂ）に用いた符号と同じ符号を用いることで、再度の詳細な説明を省略する。装着穴１３の開口周囲には、一体成形されるピン型ファスナとの結合を補強するため、すり鉢状の円錐部１３ａが形成されている。ピン型ファスナ鋳型１１０を図３（Ｂ）に示す型枠１０の底壁１１に形成されている装着穴１３に挿入嵌合することにより、図３（Ｃ）に示されているような、鋳込み前の準備段階が完了する。
【００４３】
図３（Ｃ）に示す状態の型枠１０の鋳込み空間１４に、金属スラリー１５が注入される。図３（Ｄ）に示すように、金属スラリー１５は、ピン型ファスナ鋳型１１０の鋳込み空間１１３に浸入し、更に円錐部１３ａの上部を埋めて底壁１１に平行な金属層を形成するまで注入される。金属スラリー１５の乾燥後、図３（Ｅ）に示すように、型枠１０の鋳込み空間１４には順次、図２（Ｅ）及び（Ｆ）に示す場合と同様に、金属とセラミックスから成る中間スラリー１６、成分１００％のセラミックススラリー１７が鋳込まれて乾燥される。セラミックススラリー１７が乾燥したとき、図３（Ｆ）においては、図２（Ｇ）に示すのと同様に、加圧成形して得られた成形体を焼成することによって、金属スラリー１５、中間スラリー１６及びセラミックススラリー１７の各層及び層間で粒子間の結合がおこなわれ、乾燥スラリーが一体的に焼結される。
【００４４】
焼結された製品は、型枠１０とピン型ファスナ用鋳型１１０とを外すことによって、図３（Ｇ）に示すように雌ねじ型のピン型ファスナ１１４と一体化された耐熱構造体２１が得られる。図３（Ｇ）のピン型ファスナ１１４を含む円形点線部分で囲む領域が図３（Ｈ）に拡大して示されている。耐熱構造体２１の焼結部分は、構造物６への取付け側である金属部２３から組成遷移部４を経て表面側であるセラミックス部５に至る傾斜機能材本体２２となっている。構造物６（図１）への取付け側において、ピン型ファスナ１１４が金属層２３と一体化される。すり鉢状の円錐部１３ａに対応して、金属層２３は補強部２３ａで肉厚に形成され、ピン型ファスナ１１４との結合を補強することができる。ピン型ファスナ１１４に形成される雌ねじ部１１５は、取付け側において、取付けボルト（後述する）の雄ねじ部のねじ込み用に供される。
【００４５】
図４は、この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の他の製造方法を示す工程図である。図３に示す製造方法は、型枠内にピン型ファスナを設けた状態で、複数の傾斜機能素材からなるスラリーを一度に流し込んで遠心分離器で沈積、排液後、凍結乾燥にて沈積固形体を得て、沈積固形体を取り出した後、焼結させて製品とする方法である。図４（Ａ）は、耐熱構造体と一体成形されるピン型ファスナの一例を示す断面図であり、図２（Ａ）と同様の構造を有しているので、図２（Ａ）で用いたのと同じ符号を用いることで再度の説明を省略する。
【００４６】
図４（Ｂ）は、耐熱構造体を鋳込み成形するための鋳込み用型枠を示す断面図である。図４（Ｂ）に示す鋳込み用型枠についても、図２（Ｂ）に示す型枠１０と同じ構造であるので、各構成部位には図２（Ｂ）に用いた符号と同じ符号を用いることで、再度の詳細な説明を省略する。ピン型ファスナ１００を図４（Ｂ）に示す型枠１０の底壁１１に形成されている設置穴１３に挿入嵌合することにより、図４（Ｃ）に示されているような鋳込み前の準備段階が完了する。耐熱構造体の傾斜機能材料を形成するため、図４（Ｄ）に示すように、型枠１０の鋳込み空間１４に金属及びセラミックスから成る混合スラリー３０が一度に注ぎ込まれる。
【００４７】
型枠１０を遠心分離機に装着し、底壁１１が公転回転の遠心側を占めるように型枠１０を回転させることにより、比重の重い金属粒子が底壁１１側に沈積して金属層３３が形成され、公転回転の中心側には比重の軽いセラミックス粒子が沈積してセラミックス層３５が形成される（図４（Ｅ））。両層の間には、金属とセラミックスとの組成が連続的に変化する組成遷移層３４が形成される。セラミックス層３５の上部に染み出した液体成分を排液し、更に液体窒素で瞬間的に凍結することで成形体内に残存する液体成分を表面に浸出させて成形体３１が乾燥される。成形体３１は、図４（Ｆ）に示すように、更にプレス成形されてピン型ファスナ付き整形体（以下、「整形体」と略す）３２となり、整形体３２が焼結される（図４（Ｇ））。整形体３２を焼結することによって、金属層３３、組成遷移層３４及びセラミックス層３５がそれぞれ焼結され、ピン型ファスナ１００が一体的に埋設された金属部３７、金属とセラミックスとの組成が連続的に変化した組成遷移部３８、及びセラミックス部３９から成る傾斜機能材本体３６ａが形成される。型枠１０と保護キャップ１０６とを取り外すことで、図４（Ｈ）に示すように、ピン型ファスナ１００と一体化された耐熱構造体３６が得られる。図４（Ｉ）には、図４（Ｈ）に示す円形点線部分が拡大されている。ピン型ファスナ１００の鋳込み用フランジ部１０１が埋設される金属部３７の一部は、ピン型ファスナ１００との結合を補強する肉厚の補強部３７ａとなっている。なお、成形体の形成においては、図２又は図３に示した順次積層方式によって得られた沈漬物に対して、図４に示す遠心分離方式を適用してもよい。
【００４８】
埋設型のピン型ファスナは、種々の形状加工が可能で、堅固で耐熱性能に優れ、且つ量産化が容易である。ピン型ファスナの各種形状について、図５に基づいて説明する。図５は、耐熱構造体に埋設されるこの発明によるピン型ファスナの実施例を示す図である。図５（Ａ）は、既に説明したボルト止め方式によるピン型ファスナ１００を示す例であり、左側は側面図、右側は断面図である。円筒部１０２の外周面には、係止用の肩部１０４が形成されている。ピン型ファスナ１００は、耐熱構造体の取付側の金属部に埋設・融着されて一体となる円盤状のフランジ部１０１と、構造物６（図１）に固定するために耐熱構造体本体の取付け側から凸状に突き出すねじ固定部から成る。この例の場合、ねじ固定部は雌ねじ部１０３が形成された円筒部１０２であり、耐熱構造体の取付け方式は雌ねじ部１０３に取付けボルト（図１の符号９を参照）をねじ込むボルト固定方式である。
【００４９】
図５（Ｂ）は、ピン型ファスナ１２０を示す別の例であり、一端には、耐熱構造体の金属部に埋設・融着されて一体となる円盤状の埋込み用フランジ１２１が形成されていると共に、埋め込み用フランジ１２１から凸状軸部としてねじが形成されたねじ固定用の雄ねじ部１２２が一体的に延びている。ピン型ファスナ１２０の埋込み用フランジ１２１と雄ねじ部１２２との境界部には取付け時の係止用の肩部１２４が形成されている。雄ねじ部１２２を取付け側の構造物６（図１参照）の取付け板７に層通し、雄ねじ部１２２に螺合させたナットによって取付け板７を挟み込むことによって、耐熱構造体を構造物６に取り付けることができる。耐熱構造体の取付け方式は、雄ねじ部１２２に取付けナットをねじ込むナット固定方式である。
【００５０】
ピン型ファスナ１００，１２０はステンレス製等の金属製であるが、焼結工程において高温に加熱される。そのため、ピン型ファスナ１００，１２０を耐熱保護する必要がある。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す金属製のピン型ファスナ１００，１２０のフランジ部１０１，１２１を除く下部部分（ねじ加工を施した凹凸部）の内外形状をカーボン粒子等の耐熱材で円筒状に被って固形化し、ピン型ファスナ把持駒（ボルト固定方式とナット固定方式）を形成し、ジルコニア材等のセラミックスの焼結温度において、ピン型ファスナ１０１，１２１の円筒部１０２又は雄ねじ部１２２等の下部形状を保持することが好ましい。
【００５１】
ピン型ファスナによる固定方式として、筐体の取付け板に直接、ボルトやナットで固定する方法の他に、ピン型ファスナにアダプタを取り付けて間接的に固定する差込固定方式がある。図６は、差込固定方式を用いたこの発明によるピン型ファスナの例を示す図である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すアダプタ１３０，１４０は、図５（Ａ）に示すピン型ファスナ１００にねじ込んで使用するアダプタであり、基端側がピン型ファスナ１００の雌ねじ部１０３にねじ込まれる雄ねじ部１３１，１４１となっており、それぞれ鍔部１３２，１４２がピン型ファスナ１００の端部に当接するまでねじ込むことができる。図６（Ａ）に示すアダプタ１３０の先端側は、楔状のすり割り構造１３３に形成されており、取付け板７（図１参照）の孔に差し込んで鍔部１３２とすり割り構造１３３の係止部１３４との間で挟み込むことで、耐熱構造体を構造物６に固定することができる。図６（Ｂ）に示すアダプタ１４０の先端側は、球形のすり割り構造１４３に形成されており、図６（Ａ）と同様に取付け板７の孔に差し込んで、鍔部１４２とすり割り構造１３３の係止部１４４との間で挟み込むこと耐熱構造体を構造物６に取り付けることができる。
【００５２】
図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示すアダプタ１５０，１６０は、図５（Ｂ）に示すピン型ファスナ１２０にねじ込んで使用するアダプタであり、基端側にピン型ファスナ１２０の雄ねじ部１２２にねじ込まれる雌ねじ部１５１，１６１を備えている。図６（Ｃ）に示すアダプタ１５０の先端側は、係止部１５４を持つ楔状のすり割り構造１５３に形成されており、耐熱構造体を構造物６に固定するために、取付け板７（図１参照）の孔に差し込むことができる。図６（Ｄ）に示すアダプタ１６０の先端側は、係止部１６４を持つ球形のすり割り構造１６３に形成されており、図６（Ｂ）と同様に取付け板７の孔に差し込んで用いられる。図６（Ｅ）に示すリードフレーム形のアダプタ１７０は、本体部分１７１と、本体部分１７１の両側で一体的に折り曲げて繋がるフック部分１７３，１７３とから成っている。ピン型ファスナ１００，１２０〜１６０は、アダプタ１７０の本体部分１７１に形成されているねじ止め用の孔１７２を利用してボルト又はナットで固定される。アダプタ１７０は、フック部分１７３，１７３を構造物６の取付け板７に引っ掛けて使用される。
【００５３】
図７は、図２又は図４に示す製造方法によって製造された平面型の耐熱構造体２０，３６（以下、代表して「耐熱構造体２０」という）の構造物への取付け状態を示す断面図である。耐熱構造体２０の取付け方法については、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、図５に示すピン型ファスナ１００，１２０、図３に示す製造方法によって金属部と一体に形成されるピン型ファスナ１１４、或いは図５に示すピン型ファスナ１００，１２０に図６に示す各種アダプタ１３０〜１７０を組み合せた各種の固定方式を選ぶことができる。図７（Ａ）は、耐熱構造体２０を構造物の中間フレーム１８０（図１に示す取付け板７に相当する）に直接、取付けボルト１８２で固定するボルト固定方式である。ピン型ファスナ１００（又は１１０，１２０）を中間フレーム１８０に形成された取付け孔１８１に挿通し、取付けボルト１８２をピン型ファスナ１１０の雌ねじ部１０３にねじ込むことにより、ピン型ファスナ１００の肩部１０４と取付けボルト１８２で支持されたばね座金１８３とで中間フレーム１８０を挟み付けることで、耐熱構造体２０を中間フレーム１８０に取り付けることができる。なお、ばね座金１８３をピン型ファスナ１００に対してガタ付くのを防止するため、ピン型ファスナ１００の周面に係止用の切欠きや溝を形成することができる。
【００５４】
図７（Ｂ）は、耐熱構造体２０を構造物の中間フレーム１８０にナット固定方式で取り付けた取付け状態を示す断面図である。ピン型ファスナ１２０を中間フレーム１８０に形成された取付け孔１８１に挿通し、締付けナット１８４がピン型ファスナ１２０の雄ねじ部１２２に締め付けられる。ピン型ファスナ１２０の肩部１２４と締付けナット１８４で支持されたばね座金１８３とで中間フレーム１８０を挟み付けることで、耐熱構造体２０を締付けナット１８４によって直接に中間フレーム１８０に取り付けることができる。
【００５５】
図７（Ｃ）は、耐熱構造体２０を構造物の中間フレーム１８５にアダプタを介して間接的に固定する差込み固定方式で取り付けた取付け状態を示す断面図である。図６（Ａ）に示すアダプタ１３０の雄ねじ部１３１が、ピン型ファスナ１００の雌ねじ部１０３に対して、鍔部１３２がピン型ファスナ１００に当接するまでねじ込まれる。アダプタ１３０の先端側に形成されている楔状のすり割り構造１３３を中間フレーム１８５の挿通孔１８６に突き刺し、鍔部１３２と係止部１３４との間で中間フレーム１８５を挟み付けることで、耐熱構造体２０を中間フレーム１８５に取り付けることができる。
【００５６】
図７（Ｄ）は、アダプタを介してボルト固定方式と差込み固定方式とにより、耐熱構造体２０を構造物の中間取付けフレーム１８７に間接的に取り付けた取付け状態を示す断面図である。取付けボルト１８２をリードフレーム形の止め金具であるアダプタ１７０の本体部分１７１に形成された孔１７２を通してボルト固定方式のピン型ファスナ１００にねじ込むことで、アダプタ１７０がピン型ファスナ１００を介して耐熱構造体２０に取り付けられる。次に、アダプタ１７０のフック部分１７３，１７３を中間取付けフレーム１８７に形成されている係合孔１８８の係合部に係合させることで、耐熱構造体２０を、アダプタ１７０を介して中間取付けフレーム１８７に取り付けることができる。以上、図２及び図４に示す製造方法によって製造された平型の耐熱構造体２２の取付けについて説明したが、図３に示す製造方法によって製造された平面型の耐熱構造体２１の構造物への取付けについても同様である。上記の（Ａ）〜（Ｄ）に示した取付け型式以外に、ピン型ファスナの凸軸部に取り付けられるアダプタを、構造物の表面に取り付けられているネット状ばね、コイル状ばね及びベローズ状ばねから選択されるファスナばねに係合させることによって、耐熱構造体を構造物に取り付けることもできる。
【００５７】
図８は、ピン型ファスナ付きの耐熱構造体の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。耐熱構造体は、例えば、図２に示す製造方法によって製造された平面型の耐熱構造体２０であるので、断面構造についての説明を省略する。耐熱構造体２０には、平面図（Ａ）に示すように、四つのピン型ファスナ１００が、それぞれ金属部３の補強部３ａによって個別に埋設された状態にある。この例では、耐熱構造体におけるピン型ファスナ１００の位置を個別に設定可能である。図９は、ピン型ファスナ付き耐熱構造体の別の例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面図である。耐熱構造体は、例えば、図８の場合と同様、図２に示す製造方法によって製造された平面型の耐熱構造体２０である。耐熱構造体２０に設けられる四つのピン型ファスナ１００のうち、横方向に隣接する二つのピン型ファスナ１００のフランジ部１０１ａ，１０１ａが一枚の共通フランジ板１０１ｂとして連なっており、その周囲が金属部３の補強部３ａによって取り囲まれて埋設された状態にある。二つのピン型ファスナ１００が互いに連結されているので、ピン型ファスナ１００間の距離が確定していると共に耐熱構造体２０との一体化を一層強固にすることができる。
【００５８】
図１０は、凸面を有するピン型ファスナ付き耐熱構造体（凸面型耐熱構造体）の製造工程の一例を示す概略図及びそうして製造された凸面型耐熱構造体を示す断面図である。図１０（Ａ）は型枠への鋳込み状態を示す断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）に示す耐熱構造体の乾燥・凸表面成形・凍結工程を示す断面図、及び図１０（Ｃ）は型枠から取り出した製品としての耐熱構造体を示す断面図である。図１０に示すセラミック部の表面が凸面となっている耐熱構造体とその製造工程は、型枠の構造、及び乾燥（凍結乾燥を含む）工程と焼成工程との間に凸面成形工程を設ける点以外には、図２〜図４に示す平面型のピン型ファスナ付き耐熱構造体及びその製造工程と実質的に変わるところはない。
【００５９】
図１０（Ａ）に示すように、耐熱構造体の製造のための鋳込み型枠４０は、底壁４１と底壁４１に液密に密着嵌合する周壁４２とから成っている。周壁４２は、内周面が開口側に向かって拡大した角錐面４３ａに形成された周壁本体部４３と、周壁本体部４３の開口側端部上に密着載置された背の低い筒状部４４とから成っている。保護キャップ１０６を被せたピン型ファスナ１００を底壁４１の装着穴４１ａに装着した状態でスラリーを注入し、順次積層方式又は遠心分離方式によって、底壁４１側に金属粒子から成る金属層４６ａ、表面側に至るほど次第にセラミックス含有率が上昇する組成遷移層４７ａ、及び表面側のセラミックス層４８ａから成る成形体４５ａが形成される。図１０（Ｂ）に示すように、筒状部４４を周壁本体部４３から取り外して周壁本体部４３から外側の成形体４５ａの頂部表面に滑らかな凸曲面から成る凸面４９を成形した後、成形体４５ａに含まれる水分を吸水・蒸発・凍結乾燥等によって取り除く乾燥工程が施される。乾燥された成形体４５ａの各層は、金属層４６ｂ、組成遷移層４７ｂ及びセラミックス層４８ｂから成る整形体４５ｂとなる。凸面４９は、周壁本体部４３の角錐面４３ａの縁部４３ｂにおいて摺切り状に交わる曲面とするのが好ましい。整形体４５ｂに焼結を施し、焼結完了後に型枠４０と保護キャップ１０６とを取り除くことにより、図１０（Ｃ）に示すような凸面４９を持つ凸面型耐熱構造体（以下、単に「耐熱構造体」と称する）４５ｃが得られる。
【００６０】
耐熱構造体４５ｃにおいては、金属層４６ｂが焼成されてピン型ファスナ１００のフランジ１０１が一体的に埋設された状態となる金属部４６ｃ、組成遷移層の金属粒子とセラミックス粒子とが焼結されて金属とセラミックスとの組成が段階的又は連続的に変化する組成遷移部４７ｃ、及びセラミックス粒子が焼結されたセラミックス部４８ｃが一体的に接続する傾斜機能材本体が形成される。耐熱構造体４５ｃは、凸状の物体表面に沿って取り付けて連続する耐熱凸表面を形成する耐熱タイルとして用いるのに有効である。耐熱構造体４５ｃの側面は角錐状の傾斜面４３ｃとなっており、隣接配置される耐熱構造体４５ｃの傾斜面４３ｃと当接して連続する凸面４９，４９を形成するか、又は平面型の耐熱構造体２０（３６）の側面と当接して凸面４９とセラミックス部５の平らな表面とを滑らかに接続させることができる。
【００６１】
耐熱構造体４５ｃを、傾斜機能材本体の周囲側面についてすべてセラミックス部４８ｃ側が拡がりセラミックス部４８ｃの凸面４９と交叉する稜線が外側に凸となった曲線である扇形面状の傾斜面４３ｃとなった立体形状に形成することができる。この場合、複数の耐熱構造体４５ｃを、凸曲面から成る表面を持つ構造物に沿って隙間無く密集した状態に並設させることができ、セラミックス部４８ｃの凸面４９は互いに接続して凸球面のような連続凸曲面を与える。耐熱構造体４５ｃを、互いに反対方向を向いた一方の対の周囲側面のみを互いに平行な扇形面状の傾斜面４３ｃとし、他方の対の周囲側面を扇形面と繋がる平行四辺形面とした立体形状に形成すると、複数の耐熱構造体４５ｃを並べるときに、セラミックス部４８ｃの凸面４９は互いに連なって円筒表面に沿った凸円筒面を与える。
【００６２】
図１１は、凹面を有するピン型ファスナ付き耐熱構造体（凹面型耐熱構造体）の製造工程の一例を示す概略図及びそうして製造された凹面型耐熱構造体を示す断面図である。図１１（Ａ）は型枠への鋳込み状態を示す断面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に示す耐熱構造体の乾燥・凸面成形・凍結工程を示す断面図、及び図１１（Ｃ）は型枠から取り出した製品としての耐熱構造体を示す断面図である。図１１に示す凹面を有する耐熱構造体とその製造工程は、型枠の構造、及び乾燥（凍結乾燥を含む）工程と焼成工程との間に凹面成形工程を設ける点以外には、図１０に示す凸面を持つピン型ファスナ付き耐熱構造体とその製造工程と実質的に変わらない。
【００６３】
図１１（Ａ）に示すように、耐熱構造体の製造のための鋳込み型枠５０は、底壁５１と底壁５１に液密に密着嵌合する周壁５２とから成っている。周壁５２は、内周面が開口側に向かって縮小した角錐面５３ａに形成された周壁本体部５３として構成されている。保護キャップ１０６を被せたピン型ファスナ１００を底壁５１の装着穴５１ａに装着した状態でスラリーを注入し、順次積層方式又は遠心分離方式によって、底壁５１側に金属粒子から成る金属層５６ａ、表面側に至るほど次第にセラミックス含有率が上昇する組成遷移層５７ａ、及び表面側のセラミックススラリー層５８ａから成る成形体５５ａが形成される。図１１（Ｂ）に示すように、成形体５５ａの頂部表面に凹面５９を成形した後、成形体５５ａに含まれる水分を吸水・蒸発・凍結乾燥等によって取り除く乾燥工程が施される。乾燥された成形体５５ａの各層は乾燥されて、金属層５６ｂ、組成遷移層５７ｂ及びセラミックス層５８ｂから成る整形体５５ｂとなる。凹面５９は、周壁本体部５３の角錐面５３ａの縁部５３ｂにおいて摺切り状に交わる曲面とするのが好ましい。整形体５５ｂに焼結を施し、焼結完了後に型枠５０と保護キャップ１０６とを取り除くことにより、図１１（Ｃ）に示すような凹面５９を持つ凹面型耐熱構造体（以下、単に「耐熱構造体」と称する）５５ｃが得られる。
【００６４】
耐熱構造体５５ｃにおいては、金属層５６ｂが焼成されてピン型ファスナ１００のフランジ１０１が一体的に埋設された状態となる金属部５６ｃ、中間層の金属粒子とセラミックス粒子とが焼結されて金属とセラミックスとの組成が段階的又は連続的に変化する組成遷移部５７ｃ、及びセラミックス粒子が焼結されたセラミックス部５８ｃが一体的に接続する傾斜機能材料本体が形成される。耐熱構造体５５ｃは、凹状の物体表面に沿って取り付けて連続する耐熱凹表面を形成する耐熱タイルとして用いるのに有効である。耐熱構造体５５ｃの側面は角錐状の傾斜面５３ｃとなっており、隣接配置される耐熱構造体５５ｃの傾斜面５３ｃと当接して連続する凹表面５９，５９を形成するか、又は平面型の耐熱構造体２０（３６）の側面と当接して凹表面５９とセラミックス部５の平らな表面とを滑らかに接続させることができる。
【００６５】
耐熱構造体５５ｃを、傾斜機能材本体の周囲側面がすべてセラミックス部５８ｃ側が窄まりセラミックス部５８ｃの凹面５９と交叉する稜線が外側に凹となった曲線である逆形面状の傾斜面５３ｃとなった立体形状に形成することができる。この場合、複数の耐熱構造体５５ｃを凹曲面から成る表面を持つ構造物に沿って隙間無く密集した状態に並設させることができ、セラミックス部５８ｃの凹面５９は互いに接続して凹球面のような連続凹曲面を与える。耐熱構造体５５ｃを、互いに反対方向を向いた一方の対の周囲側面のみを互いに平行な逆扇形面状の傾斜面５３ｃとし、他方の対の周囲側面を逆扇形面と繋がる平行四辺形面とした立体形状に形成することもできる。この場合、複数の耐熱構造体５５ｃを並べるときに、セラミックス部５８ｃの凹面５９は互いに連なって窪んだ円筒表面に沿った凹円筒面を与える。
【００６６】
図１２は、上記の各製造方法によって得られた平面型耐熱構造体、凸面型耐熱構造体及び凹面型耐熱構造体をそれぞれ耐火レンガとして用いた高温焼却炉への適用例を示す断面概略図である。図１２に示すように、高温焼却炉６０は、炉基礎構造６１に対して外壁構造材６２、及び更にその内側に配設した中間耐熱隔壁６３を備えており、中間耐熱隔壁６３には、各耐火レンガを取り付けるための複数の取付けフレーム（構造物に相当する）６４が並べて配置されている。耐火レンガの種類として、平面型耐熱構造体から成る平面耐火レンガ６５、凸面型耐熱構造体から成る凸面型耐火レンガ６６、及び凹面型耐熱構造体から成る凹面型耐火レンガ６７が用意される。耐火レンガの取付けフレーム６４への装着には、取付けフレーム６４に向かっての作業が許容されるのみであるので、耐火レンガ６５〜６７の取付け部に一体的に埋設して設けられるピン型ファスナとしては、図６に示すような差込み式のファスナ１３０〜１６０が用いられる。中間耐熱隔壁６３の表面形状（平面、凸表面又は凹表面）に応じて耐火レンガ６５〜６７を選択し、ピン型ファスナを取付けフレーム６４に差し込むことによって、表面が滑らかに連続した高温焼却炉６０のための耐火レンガ面６９が得られる。耐火レンガ６５〜６７と中間耐熱隔壁６３との間には冷却用空隙部６８が形成され、空隙部６８を通過することで温度上昇した空気の熱を回収利用することができる。冷却用空隙部６８には、必要に応じて断熱材粉末を充填することもできる。
【００６７】
耐火レンガ方式によって建設される高温焼却炉では、耐火レンガ６５〜６７の取付け作業は、耐火レンガ６５〜６７を表側から取付けフレーム６４に差し込むだけで済むので、取付け作業が安全であると共に作業時間が短縮できる。また、高温焼却炉６０の燃焼効率を上げるには、上部燃焼空間の最適内壁形状の確保が必要であるが、ピン型ファスナ付きの耐火レンガ方式は重量・強度の条件が厳しくなく、特に、不完全燃焼を起こし易い上部コーナー部の内壁表面を凹凸のない滑らかにすることができ、内壁上部の形状改善を容易に行うことができる。
【００６８】
図１３は、上記の各製造方法によって得られた平面型耐熱構造体、凸面型耐熱構造体及び凹面型耐熱構造体をそれぞれ耐火レンガとして用いた高温焼却炉への別の適用例を示す断面概略図である。図１２に示す高温焼却炉６０に用いられている部品や要素と同じものについては、それらに付された符号と同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。図１３に示すように、高温焼却炉７０は、炉基礎構造６１に対して、上部構造７１については、高温焼却炉６０の場合と同様に、外壁構造材６２、その内側に配設した中間耐熱隔壁６３、及び中間耐熱隔壁６３上の複数の耐熱タイル取付けフレーム６４が並べて配置されている。また、高温焼却炉６０の場合と同様、耐火レンガの種類としては、平面型耐火レンガ６５、凸面型耐火レンガ６６及び凹面型耐火レンガ６７が用意され、耐火レンガの取付け部に一体的に埋設して設けられるピン型ファスナには、図６に示すような差込み式のファスナ１３０〜１６０が用いられる。高温焼却炉７０の下部構造７２においては、外壁構造材６２の内側に既存の耐火レンガ７３が敷き詰められ、外壁構造材６２と耐火レンガ７３との間に形成される冷却用空隙部７４には断熱材粉末材７５が充填される。重量・強度の条件が厳しい上部構造７１については、この耐火レンガ６５〜６７を用いることにより、軽量に構築することができ、且つ不完全燃焼を回避するために要求される滑らかな耐火面が確保される。また、耐火レンガ７３は、その荷重に対して安定に敷き詰めることができる下部構造７２についてのみ用いられるので、安価に且つ頑丈に構築することができ、比較的軽量な上部構造７１の支持を確保できる。
【００６９】
図１４は、この発明による耐熱構造体を内壁に適用した精錬用転炉の一例の外観を示す概略斜視図（図１４（Ａ））とその一部を拡大して示す断面図（図１４（Ｂ））である。精錬用転炉８０は、横置きされた概略円筒状の構造を有しており、水平中心軸の周りに回転可能に設置されている。精錬用転炉８０の炉壁８１には、修理点検用出入り口としての転炉入口８８が形成されている。炉壁８１は、図１４（Ｂ）に示すように、外壁筒８２とその内側に同心状に配置された内壁筒８３とから構成されている。内壁筒８３の内周面には複数の取付けフレーム８４が等間隔に隔置して配設されており、ピン型ファスナ付き耐熱構造体としての凹表面を有する耐火レンガ８７（一部にのみ符号を付す）が、そのピン型ファスナを取付けフレーム８４に係合させることにより、隙間無く敷き詰められている。耐火レンガ８７を内側から取付け可能にするため、ピン型ファスナは図１２及び図１３に示す高温焼却炉の場合と同様にアダプタを利用した差込み式とされている。外壁筒８２と内壁筒８４との間の環状空隙８５及び内壁筒８４と耐火レンガ８７との間の環状空隙８６には、必要に応じて断熱材粉末を充填することができる。耐火レンガ８７は、周囲側面のうち、互いに反対方向を向いた一対の側面が逆扇形面であって、他方の対の側面が平行四辺形面である立体形状を有する凹面型耐熱構造体６７である。
【００７０】
この発明による耐熱構造体の適用例としては、上記のように、加熱炉、焼却炉、転炉、工業等の炉の耐熱壁面を構成する耐火レンガが考えられる。固定用ファスナが個々の耐火レンガに取り付けられているので、炉の耐熱壁の一部が損傷を受けることがあれば、該当する損傷部分の耐火レンガのみを取り外して、新規な耐火レンガに取り替えることが可能である。また、別の適用例としては、エンジンや燃焼器の燃焼室内壁面にも適用可能である。更に、スペースシャトルのような地上と宇宙との間を往復飛行し、大気突入時に高温に晒される機体表面に用いられる耐熱パネルにも適用可能である。いずれも、固定用ファスナが埋設状態に固定される金属部と耐熱セラミックスから成るセラミックス部とを組成遷移部で一体的に連結しているので、耐熱セラミックス材料を金属製の取付け部に固着具で取り付ける必要がなく、取扱いが極めて容易である。また、損傷が生じれば、該当部分のみを取り換えれば良く、取換え作業もファスナの嵌外しや嵌込みのみで済み、低コストにて対応可能である。ピン型ファスナの先端形状部品は、固定する構造体に合わせて種々の形状のものが加工選択できるので、排気ノズル、研磨器具等にも応用が期待できる。更に、この製品群は、従来の地場産業の陶磁器製造技術と設備改造で量産化が可能である。
【００７１】
【発明の効果】
この発明による耐熱構造体は、上記のように構成されており、耐熱性のセラミックス部と、金属とセラミクスの組成成分が段階的又は連続的に変化する組成遷移部と共に傾斜機能材料を構成する金属部において、ピン型ファスナを一体的に埋設して結合させているので、ピン型ファスナと金属部との結合が強固になり取扱いが容易になる。また、構造物に対して表面側からの作業のみで耐熱構造体を貼り付けることができ、耐熱構造体の構造物への取付け・取外しが容易になる。更に、複数の耐熱構造体によって構造物の表面を敷き詰めて覆うことができ、特定の耐熱構造体のみを交換、補充する等の部分的な補修が可能になる。また、この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法は、金属層を形成する工程においてピン型ファスナを浸漬させ、或いはピン型ファスナ用鋳型を用いて金属部と同時にピン型ファスナを焼結形成しているので、傾斜機能材料を製作する工程を利用して、傾斜機能材料の一部を構成することになる金属部にピン型ファスナを結合させている。従って、ピン型ファスナ付き耐熱構造体を簡単に且つ的確に製造することができる。更に、傾斜機能材料を用いた耐熱構造体において、傾斜機能材料の一部を構成することになる金属部に強固に結合可能なピン型ファスナが得られる。ピン型ファスナは、それ自身が堅牢であって既存の工作機械を用いて量産化することが可能であり、フランジ部を金属部に埋設させることによって、傾斜機能材本体とも強固に結合可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の概念図である。
【図２】この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体をピン型ファスナの埋込みによって製造する製造方法を示す工程図である。
【図３】この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体をピン型ファスナの一体的な鋳込み成形によって製造する製造方法を示す工程図である。
【図４】この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体をスラリーの遠心分離及び凍結乾燥によって製造する製造方法を示す工程図である。
【図５】耐熱構造体に用いられるこの発明によるピン型ファスナの実施例を示す図である。
【図６】差込固定方式を用いたこの発明によるピン型ファスナの例を示す図である。
【図７】図２又は図４に示す製造方法によって製造された平面型耐熱構造体の筐体への取付け状態を示す断面図である。
【図８】この発明によるピン型ファスナ付きの耐熱構造体の一例を示す図である。
【図９】この発明によるピン型ファスナ付き耐熱構造体の別の例を示す図である。
【図１０】この発明による凸表面を有するピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造工程の一例を示す概略図及びそうして製造された耐熱構造体を示す断面図である。
【図１１】この発明による凹表面を有するピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造工程の一例を示す概略図及びそうして製造された耐熱構造体を示す断面図である。
【図１２】この発明による平面型、凸表面型及び凹表面型の各種耐熱構造体を耐火タイルとして用いた高温焼却炉への適用例を示す断面概略図である。
【図１３】この発明による平面型、凸表面型及び凹表面型の各種耐熱構造体を耐火タイルとして用いた高温焼却炉への別の適用例を示す断面概略図である。
【図１４】この発明による耐熱構造体を耐火レンガとして内壁に適用した精錬用転炉の一例の外観を示す概略斜視図とその一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１，２０，２１，３６，４５ｃピン型ファスナ付き耐熱構造体
２，２２，３６ａ傾斜機能材本体
３，２３，３７，４６ｃ，５６ｃ金属部
４，３８，４７ｃ，５７ｃ組成遷移部
５，３９，４８ｃ，５８ｃセラミックス部
６構造物７取付け板
８ピン型ファスナ９取付けねじ
１０，４０，５０鋳込み型枠
１１，４１，５１底壁１２，４２，５２周壁
１３，４１ａ，５１ａ装着穴１３ａ円錐部
１５金属スラリー１６中間スラリー１７セラミクススラリー
１８，３１，４５ａ，５５ａピン型ファスナ付き成形体
２３ａ，３７ａ補強部
３０混合スラリー
３２，４５ｂ，５５ｂ整形体
３３，４６ａ，５６ａ金属層
３４，４７ａ，５７ａ組成遷移層
３５，４８ａ，５８ａセラミックス層
４３，５３周壁本体部４３ｃ，５３ｃ傾斜面４４筒状部
４９凸面５９凹面
６０，７０高温燃焼炉６４取付けフレーム
６５平面型耐火レンガ
６６凸面型耐火レンガ
６７凹面型耐火レンガ８７耐火レンガ
８０精錬用転炉
１００，１１０，１１４，１２０ピン型ファスナ
１０１，１２１埋込み用フランジ１０１ｂ共通フランジ板
１０３雌ねじ部１０４，１２４肩部
１０６保護キャップ
１３０，１４０，１５０，１６０アダプタ
１７０リードフレーム型アダプタ
１３１，１４１，１５１，１６１雄ねじ部
１３３，１４３，１５３，１６３すり割り構造
１３４，１４４，１５４，１６４係止部
１８０，１８５中間フレーム１８７中間取付けフレーム
１８１取付け孔１８６挿通孔
１８２取付けボルト１８３ばね座金
１８４締付けナット１８８係合孔

Claims

耐熱セラミックスから成るセラミックス部、構造物への取付け側となる金属部、及び前記セラミックス部と前記金属部との間に前記耐熱セラミックスと金属との組成比率が段階的又は連続的に変化した組成遷移部が一体的に結合された傾斜機能材本体と、一端側で前記金属部に埋設状態に融着一体結合され他端側で前記構造物への取付けに適用され熱的に隔離されたピン型ファスナとを備えており、前記傾斜機能材本体は該ピン型ファスナと、前記構造物に配設された他のファスナとの螺合により又は該構造物の孔へのアダプタを介しての差込結合により該構造物の表面に敷き詰められ且つ前記螺合または前記差込結合を解くことにより容易に交換することが可能なように構成されていることを特徴とするピン型ファスナ付き耐熱構造体。
前記傾斜機能材本体は、前記セラミックス部の表面を平面とし前記傾斜機能材本体の側面を矩形平面とした角柱体形状に形成されていることから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
前記傾斜機能材本体は、前記セラミックス部の表面として凸面を有し、周囲側面として前記セラミックス部側が拡がり前記セラミックス部の前記凸面と交叉する稜線が外側に凸となった曲線である扇形面を有する立体形状に形成されていることから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
前記傾斜機能材本体は、前記セラミックス部の表面として凸面を有し、互いに反対方向を向いた一方の対の周囲側面として前記セラミックス部側が拡がり前記セラミックス部の前記凸面と交叉する稜線が外側に凸となった曲線である互いに平行な扇形面を有し、他方の対の周囲側面として前記扇形面と繋がる平行四辺形面をする立体形状に形成されていることから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
前記傾斜機能材本体は、前記セラミックス部の表面として凹面を有し、周囲側面として前記セラミックス部側が窄み前記セラミックス部の前記凹面と交叉する稜線が外側に凹となった曲線である逆扇形面を有する立体形状に形成されていることから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
前記傾斜機能材本体は、前記セラミックス部の表面として凹面を有し、互いに反対方向を向いた一方の対の周囲側面として前記セラミックス部側が窄み前記セラミックス部の前記凹面と交叉する稜線が外側に凹となった曲線である互いに平行な逆扇形面を有し、他方の対の周囲側面として前記逆扇形面と繋がる平行四辺形面をする立体形状に形成されていることから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
前記傾斜機能材本体は粒子状の前記耐熱セラミックスと前記金属との焼結体であり、前記ピン型ファスナは前記金属が焼結されて形成された前記取付け部の中に埋設状態で結合されていることから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
前記セラミックス部にダイヤモンド粒子を混合させて超耐熱機能を備えたことから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
前記セラミックス部、前記金属部及び前記組成遷移部がカーボンナノチューブ混合物を積層させて成形されており、各積層間の剥離の防止と耐熱性とを備えたことから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
宇宙往復機の機体表面に貼着される耐熱パネル、若しくは加熱炉、焼却炉又は精錬用転炉の耐火レンガに適用可能であることから成る請求項１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体。
型枠内の一つ又は複数の装着穴に対しピン型ファスナの雌ねじ部に合する軸部を持った保護キャップを介して該ピン型ファスナを装着するピン型ファスナ装着工程と、前記型枠内に金属粒子とセラミックス粒子との組成比率が異なる複数のスラリーを順次鋳込み、前記金属粒子によって前記装着穴に装着された前記ピン型ファスナの一部を浸漬する金属層、前記金属粒子と前記セラミックス粒子の組成比率が異なる組成遷移層、及び前記セラミックス粒子から成るセラミックス層を沈積して成るピン型ファスナ付き成形体を形成する成形工程と、前記ピン型ファスナ付き成形体を乾燥し形状を整えてピン型ファスナ付き整形体を成形する整形工程と、前記ピン型ファスナ付き整形体を焼成して、前記金属粒子を前記ピン型ファスナと一体焼成して成る金属部、前記組成遷移層を焼成して成る組成遷移部、及び前記セラミックス層を焼成して成るセラミックス部を形成する焼成工程とから成るピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法。
前記成形工程は、前記型枠内に前記金属粒子を含む金属スラリーを鋳込んで前記金属層を形成し、次に前記型枠内に前記金属粒子と前記セラミックス粒子とを含み前記セラミックスの組成比率が順次増加する中間スラリーを順に鋳込んで組成比率が階段状に変化した前記組成遷移層を形成し、更に前記セラミックス粒子を含むセラミックススラリーを鋳込んで前記セラミックス層を形成することから成る請求項１１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法。
前記成形工程は、前記型枠内に前記金属粒子と前記セラミックス粒子とを含む混合スラリーを鋳込み、前記型枠を回転させるときに作用する遠心力によって、前記混合スラリーから前記金属層、前記金属粒子と前記セラミックス粒子とを含み前記セラミックスの組成比率が連続的に変化した前記組成遷移層、及び前記セラミックス層を前記型枠内に強制沈降させることから成る請求項１１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法。
前記ピン型ファスナは、耐熱性の保護キャップを被せた状態で前記装着穴内に装着されることから成る請求項１１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法。
前記ピン型ファスナ装着工程に代えて、ピン型ファスナ用鋳型を型枠に装着する鋳型装着工程を有し、前記成形工程において、前記型枠内に前記金属粒子を含む金属スラリーを鋳込むことで、前記金属層を形成するとともに、前記ピン型ファスナ用鋳型に鋳込まれる前記金属スラリーによって前記金属層と一体成形される前記ピン型ファスナを形成することから成る請求項１１に記載のピン型ファスナ付き耐熱構造体の製造方法。
耐熱セラミックスから成るセラミックス部、構造物への取付け側となる金属部、及び前記セラミックス部と前記金属部との間に前記耐熱セラミックスと金属との組成比率が段階的又は連続的に変化した組成遷移部が一体的に結合された傾斜機能材本体の構造物への取付けに適用可能であり、前記金属部の金属組成と融着できる金属素材から成り、一端側に前記金属部に埋設状態に融着一体結合されるフランジ部を備え、及び前記フランジ部から他端側に伸び且つ前記構造物への取付けに適用可能であり熱的に隔離された凸軸部を有し、該凸軸部には前記構造物に配設された他のファスナに螺合する雌ねじが形成されていることから成るピン型ファスナ。
前記ピン型ファスナは、前記金属部に個別に分散配置される個別ピン型ファスナ、又は前記金属部に埋設される共通フランジ板を持つ複合ピン型ファスナであることから成る請求項１６に記載のピン型ファスナ。
前記凸軸部は、前記構造物への取付け用のボルト又はナットが螺合する雌ねじ又は雄ねじ部が形成されているねじ軸、或いは前記構造物への取付け用の係合部を備えたアダプタが取付け可能な係合軸であることから成る請求項１６に記載のピン型ファスナ。
前記耐熱構造体の高温焼成において前記凸軸部の形状確保するため保護キャップが取り付けられていることから成る請求項１６に記載のピン型ファスナ。