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JP2000154070A - セラミックス三次元構造体及びその製造方法 - Google Patents

セラミックス三次元構造体及びその製造方法

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JP2000154070A
JP2000154070A JP10324635A JP32463598A JP2000154070A JP 2000154070 A JP2000154070 A JP 2000154070A JP 10324635 A JP10324635 A JP 10324635A JP 32463598 A JP32463598 A JP 32463598A JP 2000154070 A JP2000154070 A JP 2000154070A
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JP
Japan
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ceramic
knitted fabric
yarn
dimensional structure
dimensional
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JP10324635A
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English (en)
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Eiichi Koyama
栄一 小山
Yoshio Tsumura
美男 津村
Yoshiaki Nagae
芳章 長江
Kazuhiro Ueda
和宏 上田
Yoshiharu Nishino
善春 西野
Takeo Nishimura
威夫 西村
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NISHIMURA TOGYO KK
Suminoe Co Ltd
Original Assignee
NISHIMURA TOGYO KK
Suminoe Textile Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造制御を厳密になし得ると共に、構造設計
の自由度が大きく、また流体の圧力損失が小さく、かつ
流体との接触効率に優れた、三次元流路を有するセラミ
ックス三次元構造体及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 連続孔を有する三次元立体構造の編織物
の表面にセラミックスが付着された複合中間体を焼成す
ることによって編織物の有機成分を除去すると共にセラ
ミックス構造体１を成形する。編織物へのセラミックス
の付着はセラミックススラリーに織編物を浸漬すること
によって行うのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、三次元流路を有
するセラミックス三次元構造体に関するものであり、例
えばバーナーヘッド等として、あるいは表面に触媒、吸
着剤等の機能材料が付着されて、濾過、脱臭、消臭、空
気浄化等のためのフィルター等として好適に用いられる
セラミックス三次元構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば触媒担体等として用いられ
る多孔性セラミックス構造体としては、連続気泡の発泡
ポリウレタンにセラミックスを含浸させた後、これを焼
成して得られるセラミックフォームや、蜂の巣状のセル
構造に合わせた網目状の口金から連続して押出成形する
ことで製造される平行なセラミックスの薄壁に囲まれた
多数の貫通孔（１０１）…を有するハニカム構造の多孔
性セラミックス（１００）が知られている（図１０参
照）。
【０００３】いずれも多孔性の構造となされているか
ら、気体等との接触表面積が大きいという特徴を有す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の多孔性セラミックスにおいては次のような問題があ
った。即ち、前者のセラミックフォームでは、連続気泡
の気泡間が目詰まりしやすく、このため圧力損出が大き
くなるという問題があった。また、ベースの構造として
発泡ポリウレタンを用いるものであるから、気泡の大き
さが不均一であり、従って得られるセラミックス構造体
の特性にばらつきを生じやすく、製品としての品質を十
分に確保できるものではなかった。更に、ベースの構造
として発泡ポリウレタンを用いるから、大きな気泡即ち
大きな開口部を構造体に設けることは困難であり、この
ように構造が自ずと限定されてしまい、設計の自由度が
小さく、必然的に適用用途が限定され、汎用性に乏しい
ものであった。
【０００５】また、後者のハニカム構造の多孔性セラミ
ックスでは、気体などの流体の流れが貫通孔（１０１）
の軸線方向に沿った一方向のみとなるために、各貫通孔
（１０１）において孔の中心付近においては流速が早い
のに対して、孔の側壁近傍付近においては流速が遅くな
るという現象が生じることが避けられず、これにより気
体等の流体との接触効率が低下するという問題があっ
た。更に、製造する多孔性セラミックスの構造に合わせ
た金型を必要とするが、このような金型は非常に高価で
あるから製造コストが増大するし、また近年の趨勢であ
る多品種少量生産を行う場合においてはそれぞれの品種
（タイプ）毎に高価な金型を準備しなければならず、こ
のような多品種少量生産には到底対応し得ないという難
点もあった。
【０００６】この発明は、かかる技術的背景に鑑みてな
されたものであって、低コストであって、構造制御を厳
密になし得ると共に、構造設計の自由度が大きく、また
流体の圧力損失が小さく、かつ流体との接触効率に優れ
た、三次元流路を有するセラミックス三次元構造体及び
その製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は鋭意研究の結果、連続孔を有する三次元
立体構造の編織物にセラミックスを付着せしめた構造体
を焼成するものとすれば、この焼成によって編織物の有
機成分が焼失除去されて上記所望のセラミックス三次元
構造体が得られることを見出し、この発明を完成した。
【０００８】即ち、この発明に係るセラミックス三次元
構造体は、連続孔を有する三次元立体構造の編織物の構
成繊維表面にセラミックスが付着された複合中間体を焼
成することによって編織物の有機成分が除去されて得ら
れたことを特徴とするものである。
【０００９】セラミックス三次元構造体の構造原型とし
て、編織物を利用するものであるから、得られる構造体
において開口部の大きさや連結柱の間隔等の構造を厳密
に制御することができる。また、連続孔を有する三次元
立体構造の編織物としては、設計の自由度が極めて大き
く、従って様々な立体形状や大きさのセラミックス三次
元構造体を得ることができる。更に、得られるセラミッ
クス三次元構造体は三次元流路が形成されるから、乱流
が発生しやすく、これにより流体との接触効率に優れた
ものとなる。更に、従来のセラミックフォーム等のよう
に目詰まりを起こすようなこともなく、従って構造体を
流過する流体の圧力損失も小さい。加えて、編織物は構
造原型として利用するだけであって焼成により除去され
るので、得られるセラミックス構造体は軽量である。な
お、この三次元構造体はセラミックスからなるものであ
るから、耐熱性、低熱膨張性、電気絶縁性にも優れてい
る。
【００１０】上記三次元立体構造の編織物は、所定間隔
を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編織
地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付けら
れたものからなるのが好ましい。このような編織物は例
えばダブルラッセル編機等の編織機によって製作できる
ことから、極めて厳密に構造制御されたセラミックス三
次元構造体を得ることができる。また、編織機を用いる
ことができるので、生産性に優れており、低コストとな
し得る。
【００１１】また、上下２層の編織地組織間に、開口部
を複数有する編織地組織が１層ないし複数層配置されて
いる場合には、このような開口部のある中間層（組織）
の存在により、一層乱流が発生しやすくなるから、流体
との接触効率が向上する。
【００１２】更に、構造体表面に触媒、吸着剤等の機能
材料が付着されてなる場合には、例えば脱臭材、消臭
材、濾過材、排ガス浄化材、あるいは水処理材等として
用いることができる。
【００１３】一方、この発明に係るセラミックス三次元
構造体の製造方法は、連続孔を有する三次元立体構造の
編織物をセラミックススラリーに浸漬した後、スラリー
より取り出した編織物に所定温度で焼成を行い、該焼成
により編織物の有機成分を除去すると共にセラミックス
構造体を得ることを特徴とするものである。
【００１４】この製造方法により得られるセラミックス
構造体は、上記発明のセラミックス三次元構造体である
から、上述したのと同様の効果を奏する。この製造方法
は、セラミックススラリーに浸漬することによってセラ
ミックスを編織物に付着せしめるものであるから、該付
着を均一に行うことができ、従って強度的に優れたセラ
ミックス三次元構造体を製造することができる。また、
スラリーに浸漬するだけで付着を行えるので、生産性に
も優れている。
【００１５】上記セラミックススラリーは有機質結合剤
を含有するものであるのが好ましく、これによりセラミ
ックスの編織物への付着性が向上する。
【００１６】また、三次元立体構造の編織物が、所定間
隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編
織地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付け
られたものからなる場合には、この編織物を編織機を用
いて製造できることから、生産性を一段と向上できると
共に、極めて厳密に構造制御されたセラミックス三次元
構造体を得ることができる。
【００１７】更に、連結糸の少なくとも一部に１００〜
２０００デニールのモノフィラメント糸を用いるのが好
ましい。
【００１８】連結糸として上記のモノフィラメント糸を
選択することで、スラリー浸漬により付着したセラミッ
クスによって連結糸自体が収縮して編織物の厚さ（上下
２層間の距離）が縮小されてしまうことを効果的に防止
できると共に、編織物として上下２層間の力学的強度を
十分に確保することができ、特に編織物を変形加工する
場合において好適である。
【００１９】上記連結糸としては、スパン糸及びマルチ
フィラメント糸からなる群より選ばれる１種または２種
の糸と、１００〜２０００デニールのモノフィラメント
糸との組み合わせ糸を用いるのが好ましい。
【００２０】モノフィラメント糸と組み合わせる糸とし
て上記のものを選択することで、連結糸へのセラミック
スや有機質結合剤の付着性を一段と向上させることがで
きる。なお、組み合わせ糸の形態としては、撚糸、引き
揃え糸、ラップヤーン等が挙げられる。
【００２１】あるいは、上記連結糸としては、スパン糸
及びマルチフィラメント糸からなる群より選ばれる１種
または２種の糸と、１００〜２０００デニールのモノフ
ィラメント糸とを組み合わせ糸形態とせずにそれぞれ別
個にその構成糸として用いるのが良い。具体的には、例
えば併用する糸（スパン糸及び／又はマルチフィラメン
ト糸）とモノフィラメント糸とを任意の間隔を開けて配
置する構成が挙げられる。上記同様にスパン糸及びマル
チフィラメント糸からなる群より選ばれる１種または２
種の糸を併用することで連結糸へのセラミックスや有機
質結合剤の付着性を一段と向上させることができる。
【００２２】なお、前者の組み合わせ糸形態で用いる方
法の方が、連結糸へのセラミックス等の十分な付着を、
個々の連結糸に対しても確実になし得る点で、より望ま
しい。
【００２３】更に、上下２層の編織地組織を構成する糸
の少なくとも一部に、スパン糸及びマルチフィラメント
糸からなる群より選ばれる１種または２種の糸を用いる
のが好ましい。編織地組織の構成糸として上記のものを
選択することで、編織地組織の構成糸へのセラミックス
や有機質結合剤の付着性を一段と向上させることがで
き、得られるセラミックス三次元構造体において一層優
れた力学的強度を確保することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に、この発明に係るセラミック
ス三次元構造体の一実施形態を図面に基づいて説明す
る。このセラミックス三次元構造体（１）は、所定間隔
を隔てて配置されたセラミックスからなる上層体（２）
と下層体（３）の間に、セラミックスからなる多数の連
結柱（４）…が配置されてその両端をそれぞれ上層体
（２）、下層体（３）に接合されてなるものである。上
層体（２）は多数の開口部（２ａ）…を有し、かつ下層
体（３）も多数の開口部（３ａ）…を有するものとなさ
れており、これらが連結柱（４）…間の多数の空隙部と
連通状態となっていることによって、セラミックス三次
元構造体（１）全体として連続孔を有するものとなされ
ているものである。すなわち、全体として三次元流路が
形成されている。
【００２５】この発明のセラミックス三次元構造体
（１）は、次のようにして製作されたものである。即
ち、連続孔を有する三次元立体構造の編織物の構成繊維
表面にセラミックスが付着された複合中間体を焼成する
ことによって編織物の有機成分を除去すると共にセラミ
ックス三次元構造体を成形してなるものである。
【００２６】このセラミックス三次元構造体（１）は三
次元の流路が形成されているから、乱流が発生しやす
く、従って流体との接触効率に優れている。また、従来
のセラミックフォーム等のように目詰まりを起こすこと
がないので、構造体（１）を流過する流体の圧力損失も
小さい。更に、編織物（２０）は構造原型として利用す
るだけであって焼成により除去されるので、その分セラ
ミックス構造体（１）は軽量となる。もちろん、この三
次元構造体（１）はセラミックスであるから、耐熱性、
低熱膨張性、電気絶縁性にも優れている。
【００２７】上記三次元立体構造の編織物としては、連
続孔を有するものであれば特に限定されず、例えばベル
ベット織機、ダブルラッセル編機等の編織機を用いて製
編織して製作することができる。このような編織物とし
ては、例えば図５、６に示すような構造を有する三次元
立体構造の編織物（２０）が好適である。
【００２８】以下、上記編織物（２０）を利用した製造
方法の好適例について詳述する。上記三次元立体構造の
編織物（２０）は、所定間隔を隔てて配置された上下２
層の編織地組織（２１）（２２）間に、連結糸（２３）
が掛けわたすようにして編み付けられたものである。そ
して、この実施形態では上下２層の組織（２１）（２
２）として編地組織が採用されている。この編織地組織
（２１）（２２）はそれぞれ複数の開口部（２１ａ）…
（２２ａ）…を有しており、これらが連結糸（２３）…
間の多数の空隙部と連通状態となっていることによっ
て、三次元立体構造の編織物（２０）全体として連続孔
を有するものとなされている。この編織物（２０）は、
ダブルラッセル編機を用いて製編されたものである。
【００２９】編織地組織（２１）（２２）及び連結糸
（２３）…を構成する素材としては、特に限定されるも
のではなく、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリア
クリロニトリル等の合成繊維や再生繊維、あるいはウー
ル、絹などの天然繊維等が挙げられる。上記素材のいず
れかを単独で用いても良いし、これらのいくつかを併用
して用いても良い。中でも、焼成処理時に分解されやす
い、すなわち分解温度の低いものが好ましく、特にポリ
エステル、ポリプロピレンが最適である。
【００３０】また、編織地組織（２１）（２２）を構成
する糸の形状としては、特に限定されず、例えば丸断面
糸でも異形断面糸等でも良く、更にはモノフィラメント
糸、マルチフィラメント糸、スパン糸、捲縮加工糸、流
体交絡糸等であっても良く、もちろんこれらを混用して
も良く、このように種々の形態を採用することができ
る。中でも、編織地組織（２１）（２２）を構成する糸
の少なくとも一部にスパン糸及びマルチフィラメント糸
からなる群より選ばれる１種または２種の糸を用いるの
が好ましく、これにより編織地組織の構成糸へのセラミ
ックスや有機質結合剤の付着性を一段と向上させること
ができ、従って得られるセラミックス三次元構造体の強
度を一段と向上させることができる。この際、モノフィ
ラメント糸等を併用するものとしても良い。併用の形態
も特に限定されず、組み合わせ糸とする形態、単に別個
に構成糸とする形態等いずれであっても良い。また、編
織地組織の構成糸としてモノフィラメント糸を用いる場
合には、連結糸（２３）の少なくとも一部に、スパン糸
及びマルチフィラメント糸からなる群より選ばれる１種
または２種の糸を用いる構成とするのが好ましく、連結
糸（２３）における編織地組織（２１）（２２）に編み
付けられた部分によって編織地組織側へのセラミックス
や有機質結合剤の付着性を向上させることができて、セ
ラミックス三次元構造体（１）としての強度の確保が可
能となる。
【００３１】更に、編織地組織（２１）（２２）の組織
形態としては、複数の開口部を有する編織地であれば特
に限定されるものではなく、例えば亀甲編地、マーキゼ
ット編地（図７参照）、メッシュ編地、平織地、朱子織
地等が挙げられる。本実施形態においては亀甲編地形態
が採用されている。
【００３２】前記上層の編織地組織（２１）と下層の編
織地組織（２２）とで組織形態や開口部の大きさ等を同
一としても良いが、流体との接触効率を一層向上させる
観点から、上層の組織（２１）と下層の組織（２２）と
で組織形態、開口部の大きさのうち、少なくともいずれ
か一方を異なるものとするのが望ましい。このような構
成とすれば、得られるセラミックス三次元構造体の内部
において一段と乱流が発生しやすくなり、ひいてはセラ
ミックス三次元構造体の連続孔を通過する流体との接触
効率を一段と向上させることができるからである。
【００３３】一方、連結糸（２３）の上下組織（２１）
（２２）間における配置形態としては、特に限定される
ものではなく、例えば連結糸（２３）の配置間隔は適宜
に設定すれば良い。また、連結糸（２３）は、編織物
（２０）の断面視において、上下２層の編織地組織（２
１）（２２）に対して垂直方向に掛けわたす態様で配置
されていても良いし、あるいは斜交配置、たすき掛け状
配置、ジグザグ状配置、菱形形状配置、ハニカム状配置
等いずれであっても良い。もちろん、これらを任意に組
み合わせた配置構成であっても良い。また、連結糸（２
３）の配列を、部分的に歯抜け状に欠落させたような構
成とすることもできる。
【００３４】次に、上記三次元立体構造の編織物（２
０）をセラミックススラリーに浸漬するのであるが、一
般に製編織した編織物（２０）は表面に油分等が残存し
ている場合が多く、このままの状態で浸漬処理を行うと
セラミックスの付着を十分になし得ないことがあるた
め、次の浸漬処理前に脱脂液に浸漬することにより油分
等を除去しておくのが望ましい。このような脱脂液とし
ては、油分等を溶解等して除去し得るものであれば特に
限定されず、例えばケイ酸塩類、炭酸塩類、金属イオン
封鎖剤（例えばエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）な
ど）を主成分とする無燐型中温用アルカリ脱脂剤等が挙
げられる。
【００３５】次に、上記三次元立体構造の編織物（２
０）をセラミックススラリーに浸漬する。ここで、セラ
ミックススラリーを構成するセラミックスとしては特に
限定されず、例えばアルミナ、コーディエライト、βス
ポデューメン、フォルステライト、ステアタイト、ジル
コン、ムライト等が挙げられる。また、このスラリーを
構成するセラミックスの粒径は、特に限定されるもので
はないが、０．５〜４．０μｍが好適である。なお、ス
ラリーに浸漬する時間も特に限定されるものではない
が、通常１０〜３０分浸漬すれば十分である。また、こ
の浸漬処理は複数回繰り返して行うものとしても良い。
なお、セラミックスラリーとしては、通常、水系のもの
が使用される。
【００３６】上記セラミックススラリーにおけるセラミ
ックス含量は、スラリー液全体に対して５０〜８０重量
％の範囲とするのが好ましい。５０重量％未満では編織
物への付着量が不十分となる傾向があるので好ましくな
いし、一方８０重量％を超えると編織物の空隙部（連続
孔）が目詰まりを生じやすく、得られる構造体（１）に
おいて流体との接触効率が低下することとなり、また流
体の圧力損失も大きくなるので好ましくない。
【００３７】上記セラミックススラリーには有機質結合
剤を含有させるのが好ましく、これによってセラミック
スの編織物（２０）への付着性を向上させることができ
る。また、有機質であるから焼成の際に焼失除去するこ
とができる。このような有機質結合剤としては、例えば
ポリアクリル酸エステル、メチルセルロース、ポリビニ
ルアルコール、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ワック
ス等が挙げられる。なお、エチレン−酢酸ビニル共重合
体やワックス等を用いる場合にはエマルジョン形態で含
有せしめるのが好ましい。この有機質結合剤の含有量
は、セラミックス１００重量部に対して１〜６重量部の
範囲とするのが好ましい。
【００３８】また、セラミックススラリーの粘度は、三
次元立体構造の編織物（２０）を構成する繊維の太さや
断面形状、撚りの形態、あるいは編織地の目付量に合わ
せて適宜に設定すれば良いが、１０００〜１００００ｃ
ｐｓの範囲内に設定するのが好ましい。
【００３９】次に、前記スラリーより取り出した編織物
（２０）に所定温度で焼成を行う。この時、取り出し後
の編織物（２０）を乾燥させてから焼成を行うのが望ま
しい。乾燥させずに直ちに焼成を行うと編織物（２０）
とスラリーの接着が不十分となりやすいからである。ま
た、必要に応じて、この乾燥処理と焼成処理の間に分解
処理を行うものとしても良い。この分解処理とは、編織
物（２０）の有機成分及び有機質結合剤を焼失除去させ
るためのものであり、室温から５００℃までの温度範囲
内で熱処理を行うものである。
【００４０】焼成温度はセラミックスの種類に応じて適
宜設定すれば良いが、通常８００〜１７００℃の範囲で
あり、例えばアルミナでは１５８０〜１６５０℃が好適
であり、コーディエライトでは１２８０〜１３３０℃が
好適であり、βスポデューメンでは１２８０〜１３３０
℃が好適である。また、焼成処理時間は、特に限定され
ないが、通常、２〜３時間も行えば十分である。
【００４１】このような焼成処理によって、編織物の有
機質成分が焼失除去されて、セラミックスからなるセラ
ミックス三次元構造体（１）を成形することができるも
のである。
【００４２】このように連続孔を有する三次元立体構造
の編織物（２０）を、セラミックス三次元構造体（１）
の構造の原型として利用するものであるから、得られる
セラミックス三次元構造体（１）の三次元立体構造は基
本的に原型である編織物（２０）の立体構造を反映した
ものとなる。即ち、製造されるセラミックス三次元構造
体（１）の構造は、出発構造体である三次元立体構造の
編織物（２０）の立体構造を所望の構造に設定すること
によって制御することができる。ここで、連続孔を有す
る三次元立体構造の編織物（２０）としては、設計の自
由度が極めて大きいものであり、従って製造するセラミ
ックス三次元構造体（１）においても様々な形状や大き
さのものを、更には立体的に複雑な構造のものでも容易
に製造することができる利点がある。また、編織物（２
０）において開口部の大きさや連結糸の間隔等は厳密に
制御することが可能である、即ち厳密な構造制御を行う
ことができるので、得られるセラミックス三次元構造体
（１）としても厳密に構造制御されたものとなる。即
ち、所望の場合には、所定の大きさに均一に制御された
開口部を有する構造体（１）を得ることができるもので
ある。
【００４３】なお、上記実施形態においては、セラミッ
クスの付着をスラリー浸漬により行うものとしている
が、例えばスプレー塗布法、蒸着法等により行うことも
可能である。ただ、スプレー塗布法や蒸着法では、１回
の付着量が少なく多数回行う必用があり生産性があまり
良好ではなく、また編織物が複雑な立体構造である場合
にはその立体構造の内部にまでセラミックスを均一に付
着させることが難しく、また編織物の構成糸として例え
ばマルチフィラメント糸を採用する場合には、該マルチ
フィラメント糸の中の方までセラミックスが十分に入っ
ていかないので、好ましくない。これに対し、スラリー
法では、編織物が複雑な立体構造であっても立体構造の
内部にまでセラミックスを均一に付着させることがで
き、またマルチフィラメント糸の場合でも糸の中の方に
まで十分にセラミックスを浸透させることができる。
【００４４】なお、上記実施形態においては、三次元立
体構造の編織物（２０）は、その外形が浅箱形状に形成
されて、このままの形状でスラリー浸漬処理、焼成処理
を行うものとしているが、このような処理の前に該編織
物（２０）を変形加工することによって例えば円筒状、
円錐状、球状等の所望の形状に変形させ、このような変
形形状で焼成処理を行うものとすれば、円筒状、円錐
状、球状等の所望の形状を有するセラミックス三次元構
造体（１）を得ることができる。このような変形加工法
としては、例えば円筒状に変形させる場合、図８に示す
ように編織物（２０）の両端面に接着剤（４０）を塗布
した後、これら両塗布面同士が当接するように湾曲せし
めて円筒状に変形し、これを円筒形状の金属枠等の枠体
（４１）の内側に挿入配置せしめ、この状態で接着剤を
接着硬化させて変形させる方法等が挙げられる。ただ、
この場合には変形加工において立体形状を保持させるべ
く優れた力学的強度を有することが要求される。このよ
うな要求を満足するためには、連結糸（２３）として適
度な弾力性および反発性を有することが必要であり、こ
の観点から連結糸（２３）として単糸デニールが１００
〜２０００デニールのモノフィラメント糸を用いるのが
好ましい。特に好ましくは２００〜８００デニールであ
る。しかしながら、このモノフィラメント糸は、表面が
平滑であるために表面積が小さく、連結糸部分にセラミ
ックスや有機質結合剤が十分には付着しにくく、得られ
るセラミックス三次元構造体（１）における上下２層
（２）（３）間の力学的強度が低下することとなるので
強度面からはあまり好ましいものではない。
【００４５】そこで、特に編織物（２０）を変形加工す
る場合には、上記付着性と強度の両特性を両立させるた
めに、連結糸（２３）としては、スパン糸及びマルチフ
ィラメント糸からなる群より選ばれる１種または２種の
糸と、１００〜２０００デニールのモノフィラメント糸
との組み合わせ糸を用いるか、あるいは、スパン糸及び
マルチフィラメント糸からなる群より選ばれる１種また
は２種の糸と、１００〜２０００デニールのモノフィラ
メント糸とを組み合わせ糸形態とせずにそれぞれ別個に
連結糸の構成糸として用いるのが好ましい。前者の組み
合わせ糸の形態としては、特に限定されないが、撚糸、
引き揃え糸、ラップヤーンが好適に用いられ、これらの
中でも個々の構成糸の繊度が２０デニール以下である撚
糸、引き揃え糸、ラップヤーンがより一層好適である。
また、後者の具体例としては、例えば併用する糸（スパ
ン糸及び／又はマルチフィラメント糸）とモノフィラメ
ント糸とを任意の間隔を開けて配置する構成等が挙げら
れる。上記前者、後者いずれの場合においても、モノフ
ィラメント糸によって上下２層（２）（３）間の力学的
強度を維持できると共に、スパン糸及び／又はマルチフ
ィラメント糸の毛細管現象等によって連結糸（２３）へ
のセラミックスや有機質結合剤の付着性を一段と向上さ
せることができる。もちろん、変形加工しない場合にお
いても上記構成を採用するのが望ましいことは言うまで
もない。
【００４６】なお、上記実施形態においては、編織物に
おける編織地組織は上下２層となされているが、これら
両編織地組織間に、更に１ないし複数の編織地組織（開
口部を有する）を配置する構成としても良い。即ち、セ
ラミックス三次元構造体は、例えば図４に示すように、
上下両層体（２）（３）間に１ないし複数のセラミック
スからなる開口部を有する中間層体（７）が配置され
て、各層体がそれぞれセラミックスからなる連結柱
（４）…によって連結された構成であっても良い。
【００４７】この発明に係るセラミックス三次元構造体
（１）は、耐熱性、低熱膨張性、電気絶縁性に優れるこ
とから、例えばコーディエライト、βスポデューメン等
をセラミックス素材として用いて暖房器具、給湯器、ボ
イラ、乾燥炉、硝子製造用の焼鈍炉、金型の予熱炉等の
バーナーヘッドとして好適に用いることができる。バー
ナーヘッドとして用いた場合には燃焼ガスを小さな孔か
ら出すものとしても、三次元流路を有するから炎が拡が
り、炎を従来のような点状ではなく、面で燃焼させるこ
とができ、従って燃焼効率が良く、一酸化炭素の発生も
低減することができる。また、セラミックスからなり高
耐熱性であるから耐久性能にも優れている。
【００４８】この発明に係るセラミックス三次元構造体
（１）は、上記のバーナーヘッドのようにこのままの形
態で用いることもできるが、例えばＭｎやＦｅ系の酸化
物等の金属系触媒、酸化チタン等の光触媒、バクテリア
や酵素等の生体触媒などの機能材料をこの構造体（１）
に担持せしめることによって、空気清浄器、脱臭器等の
濾過材、脱臭材、消臭材として用いることができる。ま
た、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属や、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ等の遷
移金属酸化物系の金属系触媒をこの構造体（１）に担持
せしめることによって、プラスチック成形機、調理器具
等の排ガス浄化材、脱臭材、消臭材として用いることが
できる。更に、亜硫酸カルシウム等の吸着剤をこの構造
体（１）に付着固定した構成とすれば、水処理剤等とし
て用いることもできる。
【００４９】なお、この発明のセラミックス三次元構造
体の用途は、上記例示のものに特に限定されるものでは
ない。また、この発明のセラミックス三次元構造体は、
上記例示のスラリーに浸漬する製造方法によって製造さ
れるものに特に限定されるものではない。
【００５０】
【実施例】次に、この発明の具体的実施例について説明
する。
【００５１】＜実施例１＞有機質結合剤としてポリアク
リル酸エステルを３．０重量％、メチルセルロースを
２．０重量％含有する水系エマルジョン３０重量部と、
純度９２％のアルミナ粉末（粒径０．５〜４．０μｍ）
７０重量部とを、ポットミルで混合することにより、ス
ラリーを作製した。
【００５２】一方、ダブルラッセル編機（９ゲージ／イ
ンチ）を用い、パイル糸（連結糸）として、６００デニ
ールのポリエステルモノフィラメント糸と１３００デニ
ール９６フィラメントのポリエステルフィラメント糸と
の撚加工糸を用い、編地組織の構成糸として１３００デ
ニール９６フィラメントのポリエステルフィラメント糸
の撚加工糸を用いて、図５〜６に示すような構成の三次
元立体構造の編織物（厚さ１２ｍｍ）を編成した。この
編織物は、上下２層の編地組織共に亀甲編地組織であ
る。次に、図９に示すようにこの編織物の両端面にホッ
トメルト接着剤（ポリエステル樹脂）を塗布した後、こ
れら両塗布面同士が当接するように湾曲せしめて円筒状
に変形し、これを円筒形状の金属枠の内側に挿入配置せ
しめ、この状態で接着剤を硬化させることによって直径
５０ｍｍの円筒状に成形した。
【００５３】次に、この円筒状の三次元立体構造の編織
物を前記アルミナスラリー中に１０分間浸漬した後、取
り出して十分に液切りを行ってこの編織物の表面にアル
ミナの皮膜を形成させた。次いで、１００℃で３０分間
乾燥させた後、１６００℃の温度で２分間焼成して、ア
ルミナ三次元構造体を得た。なお、この１６００℃での
焼成により、構造原型である編織物は焼失除去された。
【００５４】次に、塩化白金酸を０．５重量％、ポリビ
ニルアルコールを５．０重量％含有する水系スラリー液
中に、前記アルミナ構造体を５分間浸漬した。次いでア
ルミナ構造体を取り出し１００℃で３０分間乾燥させた
後、５５０℃の温度で３時間焼成することによって酸化
白金が０．２重量％担持された触媒を得た。
【００５５】上記触媒について触媒性能を調べたとこ
ろ、空間速度（スペースヴェロシティ：ＳＶ）１０００
０Ｈ-1、触媒温度３００℃の条件下でスチレンガスの脱
臭率が９９．３％であり、従来の球状型（直径５ｍｍ）
のアルミナ触媒と比較して２％触媒活性が向上してい
た。
【００５６】＜実施例２＞有機質結合剤としてポリアク
リル酸エステルを２．５重量％、メチルセルロースを
２．０重量％含有する水系エマルジョン２５重量部と、
コーディエライト粉末（粒径０．５〜４．０μｍ）７５
重量部とを、ポットミルで混合することにより、スラリ
ーを作製した。
【００５７】次に、実施例１と同じ素材を用いて同様に
して図５〜６に示すような構成の三次元立体構造の編織
物（厚さ１２ｍｍ）を編成した。
【００５８】この三次元立体構造の編織物を前記コーデ
ィエライトスラリー中に３０分間浸漬した後、取り出し
て十分に液切りを行ってこの編織物の表面にコーディエ
ライトの皮膜を形成させた。次いで、１００℃で３０分
間乾燥させた後、１３５０℃の温度で１２０分間焼成し
て、コーディエライト三次元構造体（縦３０ｍｍ×横３
０ｍｍ×厚さ１２ｍｍ）を得た。
【００５９】上記コーディエライト三次元構造体を、給
湯器のバーナーヘッドとして用いたところ、従来の一般
的な円板型（炎が点状になるタイプ）のバーナーヘッド
と比較して燃焼効率が２０％向上し、一酸化炭素の発生
も１０％低減できることを確認し得た。
【００６０】＜実施例３＞有機質結合剤としてメチルセ
ルロースを４．０重量％含有する水系エマルジョン３０
重量部と、βスポデューメン粉末（粒径０．５〜４．０
μｍ）７０重量部とを、ポットミルで混合することによ
り、スラリーを作製した。
【００６１】一方、ダブルラッセル編機（９ゲージ／イ
ンチ）を用い、パイル糸（連結糸）として、３００デニ
ールのポリエステルモノフィラメント糸と５．３番手の
アクリルスパン糸との撚加工糸、及び６００デニールの
ポリエステルモノフィラメント糸を併用して用い、編地
組織の構成糸として１０番手のアクリルスパン糸を２本
撚加工した糸を用いて、図５〜６に示すような構成の三
次元立体構造の編織物（厚さ１２ｍｍ）を編成した。こ
の編織物は、上下２層の編地組織共に亀甲編地組織であ
る。この編織物を、実施例１と同様にして変形加工を行
って直径５０ｍｍの円筒状に成形した。
【００６２】次に、この円筒状の三次元立体構造の編織
物を前記βスポデューメンスラリー中に３０分間浸漬し
た後、取り出して十分に液切りを行ってこの編織物の表
面にβスポデューメンの皮膜を形成させた。次いで、１
００℃で３０分間乾燥させた後、１３２０℃の温度で１
２０分間焼成して、βスポデューメン三次元構造体を得
た。なお、この１３２０℃での焼成により、構造原型の
編織物は焼失除去された。
【００６３】次に、実施例１と同様にして、このβスポ
デューメン構造体に酸化白金の担持を行い、酸化白金が
０．２重量％担持された触媒を得た。
【００６４】上記触媒について触媒性能を調べたとこ
ろ、空間速度（スペースヴェロシティ：ＳＶ）１０００
０Ｈ-1、触媒温度３５０℃の条件下でホルムアルデヒド
ガスの脱臭率が９５．８％であり、従来の球状型（直径
５ｍｍ）の触媒と比較して５％触媒活性が向上してい
た。
【００６５】
【発明の効果】この発明のセラミックス三次元構造体
は、その構造の原型として連続孔を有する三次元立体編
織物を利用するから、例えば開口部の大きさや連結柱の
間隔等の構造を厳密に制御することができる。また、前
記編織物としては設計の自由度が極めて大きいから、様
々な立体構造を有するセラミックス三次元構造体を得る
ことができる。更に、このセラミックス構造体には三次
元流路が形成されており、これによって乱流が容易に発
生するので、流体との接触効率に優れている。更に、従
来のセラミックフォーム等のように目詰まりを起こした
りしないので、流体が流過する際の圧力損失も小さい。
また、構造原型の編織物は焼成により除去されるので、
その分軽量化を図ることができる。また、セラミックス
からなるものであるから耐熱性、低熱膨張性、電気絶縁
性にも優れている。
【００６６】また、上記三次元立体構造の編織物が、所
定間隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有す
る編織地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み
付けられたものからなる場合には、この編織物を編織機
によって製作できるので、極めて厳密に構造制御された
構造体を得ることができると共に、低コストとなし得
る。
【００６７】また、上下２層の編織地組織間に、開口部
を複数有する編織地組織が１層ないし複数層配置されて
いる場合には、一層乱流が発生しやすくなるので、流体
との接触効率をより向上させることができる。
【００６８】更に、構造体表面に触媒、吸着剤等の機能
材料が付着されてなる場合には、該構造体が流体との接
触効率に優れていることから、例えば脱臭材、消臭材、
濾過材、排ガス浄化材、あるいは水処理材等として性能
に優れたものとなる。
【００６９】また、この発明の製造方法によれば、セラ
ミックスの編織物への付着を均一に行うことができるの
で、強度的に優れたセラミックス三次元構造体を製造す
ることができる。また、スラリーに浸漬するだけで付着
を行えるので生産性にも優れているし、製造に際し高価
な金型を要しないので低コストで製造できる。更に、得
られるセラミックス構造体は、上記発明のセラミックス
三次元構造体であるから、上述したのと同様の効果を奏
する。
【００７０】上記セラミックススラリーが有機質結合剤
を含有するものである場合には、セラミックスの編織物
への付着性を向上させることができるので、得られるセ
ラミックス三次元構造体の強度を一層向上させることが
できる。
【００７１】また、三次元立体構造の編織物が、所定間
隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編
織地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付け
られたものからなる場合には、この編織物を編織機を用
いて製造することができるので、極めて厳密に構造制御
された構造体を製造できると共に、生産性に優れて一層
低コストで製造することができる。
【００７２】更に、連結糸の少なくとも一部に１００〜
２０００デニールのモノフィラメント糸を用いる場合に
は、連結糸としてモノフィラメント糸を選択すること
で、スラリー浸漬によって編織物の厚さ（上下２層間の
距離）が縮小されてしまうことを効果的に防止できると
共に、編織物として上下２層間の力学的強度を十分に確
保することができ、特に編織物を変形加工する場合にお
いて好適である。
【００７３】更に、連結糸として、スパン糸及びマルチ
フィラメント糸からなる群より選ばれる１種または２種
の糸と、１００〜２０００デニールのモノフィラメント
糸との組み合わせ糸を用いる場合には、連結糸へのセラ
ミックスや有機質結合剤の付着性を一段と向上させるこ
とができ、セラミックス構造体における上下２層間の強
度を一段と向上させることができる。
【００７４】また、スパン糸及びマルチフィラメント糸
からなる群より選ばれる１種または２種の糸と、１００
〜２０００デニールのモノフィラメント糸とを組み合わ
せ糸形態とせずにそれぞれ別個に前記連結糸の構成糸と
して用いる場合にも、前記同様にセラミックス構造体に
おける上下２層間の強度を一段と向上させることができ
る。
【００７５】更に、上下２層の編織地組織を構成する糸
の少なくとも一部に、スパン糸及びマルチフィラメント
糸からなる群より選ばれる１種または２種の糸を用いる
場合には、編織地組織の構成糸へのセラミックス等の付
着性を一段と向上させることができ、得られるセラミッ
クス構造体において一層優れた力学的強度を確保するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るセラミックス三次
元構造体を示す要部斜視図である。
【図２】同じく断面図である。
【図３】上記セラミックス三次元構造体の上層体を示す
上面図である。
【図４】別の実施形態に係るセラミックス三次元構造体
を示す断面図である。
【図５】編織物を示す断面図である。
【図６】上記編織物の上層の組織の平面図である。
【図７】編織物の上下層組織の他の形態を示す平面図で
ある。
【図８】編織物の変形加工方法を工程順次に従って示す
斜視図であり、（イ）は編織物に接着剤を塗布した状
態、（ロ）は塗布面同士が当接するように円筒状に変形
した状態、（ハ）は枠体の内側に挿入配置した状態をそ
れぞれ示す。
【図９】バーナーヘッドとして用いる場合の燃焼装置の
概略図である。
【図１０】従来の多孔性セラミックスを示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
１…セラミックス三次元構造体 ２…上層体 ２ａ…開口部 ３…下層体 ３ａ…開口部 ４…連結柱 ２０…三次元編織物 ２１…上層の編織地組織 ２１ａ…開口部 ２２…下層の編織地組織 ２２ａ…開口部 ２３…連結糸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長江 芳章 大阪府三島郡島本町青葉３−12−３ (72)発明者 上田 和宏 大阪府柏原市太平寺２−７−43 (72)発明者 西野 善春 奈良市南永井町甲231番地の16 (72)発明者 西村 威夫 京都市山科区川田清水焼団地町３番地の２ 西村陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G019 FA11

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連続孔を有する三次元立体構造の編織物
    の構成繊維表面にセラミックスが付着された複合中間体
    を焼成することによって編織物の有機成分が除去されて
    得られたセラミックス三次元構造体。
  2. 【請求項２】 前記三次元立体構造の編織物が、所定間
    隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編
    織地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付け
    られたものからなる請求項１に記載のセラミックス三次
    元構造体。
  3. 【請求項３】 前記上下２層の編織地組織間に、開口部
    を複数有する編織地組織が１層ないし複数層配置されて
    いる請求項２に記載のセラミックス三次元構造体。
  4. 【請求項４】 構造体表面に触媒、吸着剤等の機能材料
    が付着されてなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の
    セラミックス三次元構造体。
  5. 【請求項５】 連続孔を有する三次元立体構造の編織物
    をセラミックススラリーに浸漬した後、スラリーより取
    り出した編織物に所定温度で焼成を行い、該焼成により
    編織物の有機成分を除去すると共にセラミックス構造体
    を得ることを特徴とするセラミックス三次元構造体の製
    造方法。
  6. 【請求項６】 前記セラミックススラリーが有機質結合
    剤を含有するものである請求項５に記載のセラミックス
    三次元構造体の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記三次元立体構造の編織物が、所定間
    隔を隔てて配置された上下２層の開口部を複数有する編
    織地組織間に、連結糸が掛けわたすようにして編み付け
    られたものからなる請求項５または６に記載のセラミッ
    クス三次元構造体の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記連結糸の少なくとも一部に１００〜
    ２０００デニールのモノフィラメント糸を用いる請求項
    ７に記載のセラミックス三次元構造体の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記連結糸として、スパン糸及びマルチ
    フィラメント糸からなる群より選ばれる１種または２種
    の糸と、１００〜２０００デニールのモノフィラメント
    糸との組み合わせ糸を用いる請求項８に記載のセラミッ
    クス三次元構造体の製造方法。
  10. 【請求項１０】 スパン糸及びマルチフィラメント糸か
    らなる群より選ばれる１種または２種の糸と、１００〜
    ２０００デニールのモノフィラメント糸とを組み合わせ
    糸形態とせずにそれぞれ別個に前記連結糸の構成糸とし
    て用いる請求項８に記載のセラミックス三次元構造体の
    製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記上下２層の編織地組織を構成する
    糸の少なくとも一部に、スパン糸及びマルチフィラメン
    ト糸からなる群より選ばれる１種または２種の糸を用い
    る請求項８〜１０のいずれか１項に記載のセラミックス
    三次元構造体の製造方法。
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