(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置され、前記作業流体の熱音響自励振動によって前記貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと前記管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックであって、
複数の前記貫通孔は、熱伝導率が１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の材料からなる柱状部材にその中心軸に沿って形成され、
前記柱状部材は、その中心軸に垂直な断面において前記貫通孔が形成された中央部と、前記貫通孔が形成されていない外周部とを有し、この外周部の面積の割合が当該柱状部材の断面の２０％以下である
ことを特徴とする熱音響装置用スタック。
【請求項２】
前記柱状部材は、ポリイミドおよびガラスの一方から構成される
ことを特徴とする請求項１記載の熱音響装置用スタック。
【請求項３】
前記貫通孔は、正六角形、正三角形、正方形、および、長方形のうち何れか１つの断面形状を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱音響装置用スタック。
【請求項４】
一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置され、前記作業流体の熱音響自励振動によって前記貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと前記管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックの製造方法であって、
第１の孔が複数形成された中央部と、この中央部の周囲に設けられ、前記第１の孔が形成されていない外周部とを有する２つの金属板に対し、前記第１の孔の形状に対応する断面形状を有する複数の棒状部材それぞれの両端を各金属板の前記第１の孔に固定することにより、前記金属板および前記棒状部材からなる第１の構造体を形成する第１のステップと、
熱伝導率が１０ ［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の材料を溶融させて前記第１の構造体の前記金属板および前記棒状部材の間の空間に流し込んで固化させることにより前記第１の構造体および前記材料からなる第２の構造体を形成する第２のステップと、
２つの前記金属板の間の任意の位置で、前記第２の構造体を前記棒状部材の軸方向に垂直な方向に切断する第３のステップと、
切断された前記第２の構造体の少なくとも１つを電解液中に浸漬し、電気分解によって当該第２の構造体に含まれる前記棒状部材を溶出させる第４のステップと、
前記棒状部材を溶出させた前記第２の構造体を、前記棒状部材の軸方向に垂直な方向に切断して前記金属板を除去する第５のステップと
を有することを特徴とする熱音響装置用スタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響効果を用いて管内の流体に温度勾配を与えて振動させたり、流体に与えた振動から温度勾配を得る熱音響装置に用いる熱音響装置用スタックおよび熱音響装置用スタックの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
細い流路の中にある作業流体に対して、ある臨界値以上の温度勾配を与えると、流路の壁と作業流体との熱交換によって「熱音響自励振動」と呼ばれる振動現象が現れることが知られている。このような熱音響現象は、作業流体に温度勾配を与えて熱から流体振動（音波）を行う熱音響原動機（熱音響エンジン）や、流体振動（音波）から温度勾配を生じさせる熱音響ヒートポンプといった熱音響装置に利用されている。また、この熱音響装置を基本要素として、熱音響原動機により生ずる音波を、すなわち機械的振動から電力へとエネルギー変換を行う熱音響発電機や、流体振動（音波）によって生じた温度勾配を介して加熱または冷却するというエネルギー変換を行う熱音響冷却装置について、現在盛んに研究開発がされている（例えば、非特許文献１，２参照。）。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、熱音響自励振動を利用した装置として、熱音響エンジンが開示されている。図１４に示す熱音響エンジン１００は、作業流体１１０を封入した管１０１と、この管１０１内部に設けられ小さな流路を有するスタック（蓄熱器）１０２と、管１０１内部においてスタック１０２をその管１０１の軸線方向の両側から挟むように設けられ、スタック１０２に温度勾配を与える高温側熱交換器１０３および低温側熱交換器１０４とを備えている。また、管１０１外部において、高温側熱交換器１０３の側には高温熱源１０５、低温側熱交換器１０４の側には低温熱源１０６が設けられている。このように、図１４に示す熱音響エンジン１００は、ガソリンエンジンなどに用いられるピストンやバルブなどの可動部品を有しておらず、管１０１内部に封入された作業流体１１０のみが動くものである。
【０００４】
ここで、スタック１０２は、上述した流路となる管１０１の軸線方向に沿った多数の貫通孔１０２ａを備えており、この貫通孔１０２ａ内部に流入した作業流体１１０と、その壁面１０２ｂとの間で熱交換を行うことにより、蓄熱器、蓄冷器、再生器などとして機能する。このように、スタック１０２の役割は、作業流体１１０と熱的相互作用を行う壁面１０２ｂを提供することにあって、熱と振動のエネルギー変換はそのスタック１０２内部で行われる。そのエネルギー変換の効率を向上させるには、壁面１０２ｂを多く形成すればよいので、貫通孔１０２ａの直径は後述するように１［ｍｍ］以下という小さな値に設定されている。このため、熱音響現象を用いた装置のスタックには、金網や金属製不織布などの金属製メッシュを積層させたものや貫通孔がハニカム状に形成されたセラミックスなどがよく用いられている。
【０００５】
このような構造を有する熱音響エンジンは、管１０１の形状が異なる３種類の方式が提案されている。すなわち、図１５Ａに示すように、直線状の管の中に熱音響自励振動によって発生する定在波音波を利用する直管方式と、図１５Ｂに示すように、ループ状の管の中に熱音響自励振動によって発生する進行波音波を利用するループ管方式と、図１５Ｃに示すように、直線状とループ状の管を組み合わせた枝管付きループ管方式とが提案されている。これらのうち、図１５Ｂに示すループ管方式は、熱から流体振動への変換効率が熱力学的な上限値（理想的なカルノー効率）に近いことが理論的に示されている。一方、図１５Ａに示す直管方式では、音圧と粒子速度とが位相差π／２だけずれた定在波が生じるため、不可逆的な熱交換による時間遅れが生じて波動によるエネルギー輸送量が非常に小さいので、熱から音波への変換効率が熱力学的な上限値と比べて低いとされている。
【０００６】
上述した熱音響装置の応用分野として、工場からの排熱や自動車のエンジンからの排熱などの回収利用が挙げられているが、大規模設備を集約できる工場や発電所などからの排熱を回収するプラントでの応用を除けば、装置自体ができる限り小型であることが望ましい。また、排熱を熱源とするので、その排熱温度が比較的高温ではないことが多いので、できる限り低い温度の熱源で熱音響自励振動が起こることが望ましい。なお、低温熱源（ヒートシンク）の温度は、環境温度、すなわち室温を想定している。
【０００７】
図１５Ｂに示すようなループ管方式の場合、熱から音響への変換効率が高いものの、ループ状の管内を最低一波長分の長さの音波が進行しなければならないので、装置が大型になりやすい。例えば、ループ状の管の音響回路長をＬとすると、１気圧、２５［℃］前後での音速ｃが約３４０［ｍ／ｓｅｃ］であるので、振動周波数νが１００［Ｈｚ］程度の音波の場合、その進行波の波長λｔは３．４［ｍ］程度となる（例えば、非特許文献３参照。）。ループ状の管は最低一波長分の長さを必要とするので、必然的に管長が３．４［ｍ］程度の大きな装置とならざるを得ない。そこで、振動周波数νを５倍の５００［Ｈｚ］とすると、長さ６８［ｃｍ］程度のループ管（Ｌ＝λｔ＝ｃ／ν＝３４０００［ｃｍ／ｓｅｃ］÷５００［Ｈｚ］=６８［ｃｍ］）となり、３０［ｃｍ］の直線状の管２本と４［ｃｍ］の半円状の管２本から構成されたやや小型の装置とすることができる。このように、管路長Ｌは熱音響装置の占有体積に影響を及ぼすので、管路長Ｌを短縮することにより熱音響装置の小型化の実現が可能となる。
【０００８】
一方、図１５Ａに示すような直管方式の場合には、熱から音響への変換効率がループ管の理想効率には至らないものの、直管であるがゆえに小型化を容易に実現できる。これは、片側が閉ざされた直管内に励起される気柱共鳴定在波の波長λｓが、管路長の４倍となるからである（λｓ＝４Ｌ）。したがって、直管方式の場合には、大きさと占有面積のいずれも小さくすることが可能である。
【０００９】
ところが、ループ管方式および直管方式のいずれの場合も、小型化しようとすればするほど、管路長Ｌを短縮しなければならないので、必然的に直管内またはループ管内に自励する音波（音響振動）の波長が短くなるため、高周波の定在波または進行波を励起しなければならない。作業流体１１０によって励起される音響振動が、管路長に応じた周波数からなる定在波または進行波を含むからである。したがって、作業流体１１０と貫通孔１０２ａの壁面１０２ｂとの間のエネルギー交換を担うスタック１０２において、貫通孔１０２ａの半径ｒで定まる熱緩和時間τ［ｓｅｃ］と、管路の長さＬ［ｍ］とから定まる自励振動角周波数ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］（＝２πν［Ｈｚ］）との関係が重要となる。すなわち、作業流体１１０と壁面１０２ｂとの間で熱交換が行われるには、作業流体１１０の熱伝導率κ［Ｗ／ｍ・Ｋ］、密度ρ［ｋｇ/ｍ3］および定圧比熱ｃp［ｋＪ/ｋｇ・Ｋ］により定まる熱拡散係数α(＝κ／ρｃp)［ｍ2／ｓｅｃ］、並びに、貫通孔１０２ａの流路半径ｒから決まる熱緩和時間τ= ｒ2／（２α）［ｓｅｃ］程度の相互作用時間が必要となる。角周波数ωが高く、ωτ≫１となる場合、壁面１０２ｂと作業流体１１０との熱交換はほとんど行われず、断熱過程となるので、貫通孔１０２ａ内を断熱音波が伝搬することとなる。一方、角周波数ωが低く、ωτ≪１となる場合、壁面１０２ｂと作業流体１１０との間で熱交換が十分に行われ、等温過程となる。非特許文献１によれば、熱音響自励振動が効率よく起こるのは、そのωτの値がほぼ１〜１０の間にあるときである。非特許文献２に開示された熱音響理論によれば、図１６Ａ、図１６Ｂに示すように、自励開始温度とωτとの関係は、最小値を有することが示されている。図１６Ａでは、自励開始温度を、高温熱源の絶対温度ＴHと低温熱源の絶対温度ＴCとの温度比（ＴH／ＴC）により、またωτの代わりにその平方根を取ったｒ／δαによって示している。これは、下式（１）に基づくものである。なお、下式（１）において、δαは音波を担う作業流体１１０の熱境界層厚さを表している。
【００１０】
ωτ＝ω・（ｒ2／２α）＝｛ｒ／（２α／ω）1/2｝2＝（ｒ／δα）2  ・・・（１）
【００１１】
この式（１）からすると、熱音響自励振動により共鳴する管１０１の管路長（Ｌ＝ループ管内の進行波の波長λｔ、または、４Ｌ＝直管内の定在波の波長λｓ）から定まるω（＝２πν＝２πｃ／λ）に対して、自励開始温度比（ＴH／ＴC）が最小となる最適のωτの値があることがわかる。上述したように、管路長Ｌが短くなれば、ωが大きくなり、これに伴ってτが小さくなるので、スタック１０２の貫通孔１０２ａの半径ｒも小さくなければならない。非特許文献２によれば、図１６Ａ，図１６Ｂは管の長さＬが３０［ｍｍ］、管の径が１０［ｍｍ］、スタックの長さが３［ｍｍ］であり、貫通孔１０２ａの半径ｒを計算で求める設計パラメータとしたときの値を示している。また、作業流体１１０は大気圧（１０１［ｋＰａ］）の窒素（ほぼ空気と同じ）とされ、低温熱源の温度ＴCが３００［Ｋ］（ほぼ室温の２７℃）の場合を想定したものである。図１６Ａによれば、上記条件で計算された熱音響装置において自励開始温度が最も低くなるのは、ｒ／δαが３程度のときである。このとき、この直管方式の熱音響装置内に定在波音波が励起され、定在波音波によるエネルギー変換がωτ＝（ｒ／δα）2＝１〜１０で行われていることを意味している。この場合の最低自励開始温度比は１．４、高温熱源の温度ＴHはおおよそ１５０℃＝４２０［Ｋ］となり、自励振動の周波数は図１６Ｂより３［ｋＨｚ］となる。この周波数での熱境界層厚δαは０．０４８［ｍｍ］となり、ｒ／δαの値が３の場合の条件を用いると、最適な貫通孔１０２ａの直径が約０．１４４［ｍｍ］となる。これは極めて小さな値である。
【００１２】
これらを踏まえた上で熱音響装置の小型化について検討すると、小型化することにより自励振動周波数が高周波になるので、ωτの値を１〜１０程度に保つには、対応する熱緩和時間τを短くする必要がある。ところが、作業流体１１０の比熱、熱伝導率、密度といった熱物性値がさほど大きく変動しないので、τを短くするにはスタックの貫通孔１０２ａの半径ｒを小さくしなければならない。そこで、想定しうる作業流体１１０と、この作業流体１１０に対応する熱境界層の厚さの概算値の関係を図１７に示す。この図１７は、１気圧の大気（空気）を作業流体とする構成であって、例えば自励振動周波数ωを４００［Ｈｚ］と仮定した場合、波長λｓが約８５［ｃｍ］、管１０１の片側を閉じた直管の場合にはλｓ＝４Ｌなので、管１０１の長さＬは約２１．３［ｃｍ］となるので、貫通孔１０２ａの直径は０．７８９［ｍｍ］程度となる。このように、小型の熱音響装置を実現するには、直径１［ｍｍ］以下の貫通孔１０２ａを多数備えたスタック１０２を設けなければならない。
【００１３】
また、熱音響自励振動は、高温（温度ＴH）側熱交換器１０３と低温（温度ＴC）側熱交換器１０４との間に挟まれた長さＬｓのスタック１０２における温度勾配ΔＴ｛＝（ＴH−ＴC）／Ｌｓ｝がある臨界値(ΔＴ)critを越えた際に起こることが知られている。したがって、ΔＴ ＞ (ΔＴ)critを満足するように温度スケーリングを行うことによって、すなわち、スタックの長さＬｓを短くすることで、高温側熱交換器１０２の温度ＴHをより低い温度へとスケールできると考えられる。
【００１４】
実際、図１８はスタックの長さと自励開始温度比の関係を示すものであるが、この図１８に示すように、スタック１０２の長さＬｓを短くすることによって、自励開始温度比（ＴH／ＴC）を低下させることがある程度まで可能である。しかし、スタック長Ｌｓをあまりにも短くすると、スタック１０２を構成する貫通孔１０２ａとその支持部材（外周部）のうち、支持部材による直接熱伝導が高温側から低温側への熱流の大半を占有するように
なり、熱から音響振動へのエネルギー変換が行われなくなる。すなわち、スタック１０２は、その動径方向（作業流体の流通方向に対して垂直な方向）には無限の熱伝導を有して一様温度になることが望まれるが、その流通方向である軸方向に対しては、定常的に線形な温度勾配が形成可能な程度に高い熱抵抗、すなわち熱絶縁性を備えている必要がある。
【００１５】
上述した事項を踏まえると、小型かつ低温度で自励振動可能とする熱音響装置に必要とされるスタックが備えるべき諸性質が明らかとなる。すなわち、（１）直径が１［ｍｍ］以下の小さな貫通孔１０２ａを多数備えていること、（２）作業流体１１０が振動する振動方向（貫通孔の軸方向）には温度勾配が生じるようにある程度熱伝導率が低いこと、（３）振動方向に直交するスタックの動径方向には熱交換がスムーズに行われるように、ある程度熱伝導性がよいことが挙げられる。
【００１６】
このような性質を備えるべきスタック１０２として、従来は、上述したように、アルミニウム、アルミニウム合金、セラミックス等の伝熱体で形成された複数のプレートを軸方向に積層させたスタックや、セラミックス、焼結金属、金網、金属製不織布などのように熱容量の大きい素材からなり、軸方向に貫通する複数の貫通孔を備えたスタック、あるいは、微小の球状セラミックスなどを敷き詰めて貫通孔として作用する蛇行した導通路を形成するスタック、ハニカム形状のセラミックス、脱脂綿などの繊維材料を圧縮させ、これによって蛇行した導通路を形成したスタックなどが提案されている。一般に、高温側熱交換器の温度が７００から８００℃まで到達する場合には、スタックを構成する材料には耐熱性が要求される。このような温度範囲では、ＳＵＳ３０４などの金属材料やコージライトなどのセラミックス材料が用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】上田 祐樹、「熱音響発電機」、電気学会誌、Vol. 128、No. 12、pp. 812-815、 (2008)．
【非特許文献２】上田 祐樹、「熱音響発電−熱音響現象の基礎−」、桑野博喜監修、「エネルギーハーベスティング技術の最新動向」（シーエムシー出版、2010年）、pp. 171-183 に所蔵。
【非特許文献３】坂本眞一、渡辺好章、「音と熱のコラボレーション−熱音響冷凍機実現に向けて−」、電子情報通信学会誌、Vol. 90, No. 11, pp. 993-337 (2007年11月)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、これまでに提案されているスタックでは、小型かつ低温度で自励振動可能な熱音響装置を実現することが困難であった。
【００１９】
例えば、金属やセラミックス等の伝熱体のプレートを管の軸に略平行に複数積層するスタックの場合は、プレートの間に平面状壁の非常に狭い隙間を形成でき、軸方向に垂直な２つの方向のうち一方の方向（積層方向）には熱交換のための壁面を設けることができる。ところが、他方の方向では、熱交換を行うための壁面がないので、熱エネルギーから振動エネルギーへのエネルギー変換を行うことができない。また、軸方向に沿って平行に積層した金属プレートを用いた場合には、軸方向の熱伝導率が高いので、スタックの長さＬｓを短くすることができない。
【００２０】
また、金網や焼結金属などを積層したスタックの場合は、作業流体と熱交換を行う表面積を大きくすることができ、スタック中で熱交換する流体の経路も長くできる。特に金網の場合、個々の金網に関しては、単位面積当りの網目数を指定することも可能である。ところが、最終的に形成された貫通孔の径を明確に設定することができず、最適な直径の貫通孔を設けることが困難である。
【００２１】
また、ハニカム形状のセラミックスを用いたスタックの場合は、例えば正方格子状など所定の断面形状の貫通孔を形成でき、かつ、その直径を１［ｍｍ］以下とすることが可能である。さらに、材料として用いられているコージライトは、熱伝導率が４［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度の値を有しているために自励開始温度を低温化できるので、金属などの伝熱体をスタック材料にする場合よりもスタックの長さＬｓを短くすることも可能である。ところが、一般に射出成型により多孔が形成されているので、貫通孔を高密度に形成することが困難である。具体的には、セル密度９００［ｃｐｓｉ（cell per square inchi）］のもの（正方格子の一辺が約０．７９［ｍｍ］）が最小孔径であって、例えば１２００［ｃｐｓｉ］（正方格子の一辺が約０．７２［ｍｍ］）といったさらに高密度に貫通孔を形成することが困難である。また、射出成形により多孔を形成する場合、射出の際に高温で押し出された素材が成型用口金の孔内で密着して、目詰まりする可能性が高いので、製造が困難である。
【００２２】
なお、熱音響装置が大型で、励起される自励振動音波の波長が長い場合には、その振動数も５０〜１００［Ｈｚ］の低周波帯域であるので、スタックとして効率的な貫通孔の直径は１［ｍｍ］〜５［ｍｍ］となる。この程度の直径の貫通孔であれば、金属ブロックに窄孔加工したり、セラミックスを射出成型したり、銅などの金属パイプを束ねるなどして、スタックを容易に形成できる。例えば、波長が３．４［ｍ］、周波数１００［Ｈｚ］程度の熱音響装置のスタックには、メッシュ間隔１［ｍｍ］程度の金属のメッシュやセル間隔が０．７９［ｍｍ］程度のハニカム状セラミックスが用いられている。ところが、高周波の自励振動を起こすには、さらに小さな直径でかつ多数の貫通孔を備えたスタックを用意する必要がある。すなわち、熱音響装置の小型化に伴って、作業流体を１気圧の空気（あるいは窒素）とする場合、励起されるべき自励振動周波数が１００［Ｈｚ］(ループ管なら３．４［ｍ］、直管なら８５［ｃｍ］)、５００［Ｈｚ］(ループ管なら６８［ｃｍ］、直管なら１７［ｃｍ］)、１［ｋＨｚH］ (ループ管なら３４［ｃｍ］、直管なら８．５［ｃｍ］)と高周波化する。これに伴って、スタックに設けられる貫通孔に要求される孔径（直径）も、１．５５［ｍｍ］、０．７０［ｍｍ］、０．４９［ｍｍ］と小さくなり、しかも同一断面積に孔径の逆２乗に比例した数だけ貫通孔を設ける必要が生じる。
【００２３】
そこで、本願発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、小型化に伴ってより高い周波数でも低温度差で自励振動できる熱音響装置用スタックおよび熱音響装置用スタックの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る熱音響装置用スタックは、一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置され、作業流体の熱音響自励振動によって貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックであって、複数の貫通孔は、熱伝導率が１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の材料からなる柱状部材にその中心軸に沿って形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
上記熱音響装置用スタックにおいて、柱状部材は、ポリイミドおよびガラスの一方から構成されるようにしてもよい。
【００２６】
また、上記熱音響装置用スタックにおいて、柱状部材は、その中心軸に垂直な断面において貫通孔が形成された中央部と、貫通孔が形成されていない外周部とを有し、この外周部の面積の割合が当該柱状部材の断面の２０％以下であるようにしてもよい。
【００２７】
また、上記熱音響装置用スタックにおいて、貫通孔は、正六角形、正三角形、正方形、および、長方形のうちいずれか１つの断面形状を有するようにしてもよい。
【００２８】
また、本発明に係る熱音響装置用スタックの製造方法は、一方向に沿った複数の貫通孔を備え、管の内部に作業流体とともに配置され、作業流体の熱音響自励振動によって貫通孔に沿って流れる熱エネルギーと管内の作業流体の振動エネルギーとを変換する熱音響装置用スタックの製造方法であって、第１の孔が複数形成された中央部と、この中央部の周囲に設けられ、第１の孔が形成されていない外周部とを有する２つの金属板に対し、第１の孔の形状に対応する断面形状を有する複数の棒状部材それぞれの両端を各金属板の第１の孔に固定することにより、金属板および棒状部材からなる第１の構造体を形成する第１のステップと、熱伝導率が１０ ［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の材料を溶融させて第１の構造体の金属板および棒状部材の間の空間に流し込んで固化させることにより第１の構造体および材料からなる第２の構造体を形成する第２のステップと、２つの金属板の間の任意の位置で、第２の構造体を棒状部材の軸方向に垂直な方向に切断する第３のステップと、切断された第２の構造体の少なくとも１つを電解液中に浸漬し、電気分解によって当該第２の構造体に含まれる棒状部材を溶出させる第４のステップと、棒状部材を溶出させた第２の構造体を、棒状部材の軸方向に垂直な方向に切断して金属板を除去する第５のステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、複数の貫通孔が形成された柱状部材を熱伝導率が１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の材料から構成することにより、スタックの長さを短くしても温度勾配をスケーリング（比例縮小）することが可能となるので、臨界温度勾配を達成するのに必要な高温側熱交換器の温度を低くすることができる。結果として、小型化に伴って必要となるより高い周波数での自励振動を温度差が低い場合にも実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明に係る熱音響エンジンの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、熱音響エンジンにおけるスタックの構成を模式的に示す斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、スタックを流れる熱流を説明する図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、比較例のスタックを流れる熱流を説明する図である。
【図４】図４は、熱伝導がよい材料と悪い材料とを用いた際のωτと自励開始温度比との関係を示す図である。
【図５】図５は、スタックの構成材料とその物性値を示す図である。
【図６】図６は、スタックの作成するための金属板および棒状部材の構成を模式的に示す図である。
【図７】図７は、本発明に係るスタックの製造方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明に係るスタックの製造方法を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明に係るスタックの製造方法を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明に係るスタックの製造方法を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明に係るスタックの製造方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明に係るスタックの製造方法を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本発明に係るスタックの製造方法を説明するための図である。
【図１４】図１４は、従来の熱音響エンジンの構成を模式的に示す断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、直管方式の熱音響エンジンを模式的に示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、ループ方式の熱音響エンジンを模式的に示す図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、枝管付きループ方式の熱音響エンジンを模式的に示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、自励開始温度比とωτとの関係を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、自励周波数とωτとの関係を示す図である。
【図１７】図１７は、作業流体と熱境界層厚との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、自励開始温度比とスタックの長さとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、「スタック」とは、一般的には複数の部材を積層したものを指すが、本明細書においては、１つの部材から形成された熱音響装置用のエネルギー変換部材も「スタック」と呼ぶこととする。
【００３２】
＜熱音響エンジンの構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係る熱音響装置用スタックを備えた熱音響エンジン１は、作業流体１０を封入した管２と、この管２内部に設けられたスタック３と、管２内部においてスタック３をその管２の軸線方向の両側から挟むように設けられスタック３に温度勾配を与える高温側熱交換器４および低温側熱交換器５とを備えている。また、管２外部において、高温側熱交換器４の側には高温熱源６、低温側熱交換器５の側には低温熱源７が設けられている。このような熱音響エンジン１は、管１内に封入された作業流体１０と、高温側熱交換器４から低温側熱交換器５へと流れる熱エネルギーの間で、エネルギー交換を行うものである。
【００３３】
図２に示すように、スタック３は、例えばガラスやポリイミドなど熱伝導率が１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の材料からなり、円筒状の管２の内部形状に対応した円柱の形状を有するものである。また、スタック３は、軸線がスタック３の軸線方向に沿った円筒状の中央部３ａと、この中央部３ａの周囲に位置する円筒状の外周部３ｂとから構成される。中央部３ａは、スタック３の中心軸が含まれる位置に配置されており、その軸方向に沿った複数の貫通孔３１が形成されている。この貫通孔３１は、管２の長さ（共鳴周波数ω）と熱緩和時間τ（＝ｒ2／α、ｒは孔の半径、αは作業流体の熱拡散係数）がτω＝１〜１０となるように設定される。すなわち、貫通孔３１の直径は、図１６Ａに示されるように、共鳴する管の長さから定まる共鳴周波数ωと熱緩和時間τとの積が最小となる条件で定まる。他方、貫通孔３１のピッチは、貫通孔３１をできるだけ稠密に形成されるように定める。これは、スタック３の空隙率は高ければ高いほどよいので、ピッチも狭い方がよいからである。例えば、共鳴周波数を４００〜５００［Ｈｚ］とした場合、外周部３ｂの厚さが加工限界などから０．１［ｍｍ］以上０．２［ｍｍ］未満に制限されるので、貫通孔３１は、直径が０．７６〜０．５［ｍｍ］、ピッチが０．９〜０．６［ｍｍ］程度となる。
また、外周部３ｂは、軸方向に対して垂直な方向の断面の面積が、貫通孔３１を含むスタック３のその垂直な方向の断面の総面積の２０％以下とされる。このようなスタック３は、貫通孔３１の延在方向が管２の軸線方向に沿った状態で、管２内部に配設されている。なお、以下においては、スタック３の材料としてガラスを用いた場合を例に説明する。
【００３４】
ここで、外周部３ｂの断面積をスタック３の総断面積の２０％を超えないようにする理由について、図３Ａ，図３Ｂを参照して説明する。図３Ａは、本実施の形態であり、断面の総面積に対する外周部３ｂの面積が２０％以下であるスタック３を流れる熱流を示す図、図３Ｂは、比較例であって、断面の総面積に対する外周部５００ｂの面積が２０％を超えるスタック５００を流れる熱流を示す図である。
【００３５】
図３Ｂに示す外周部５００ｂの断面積の割合が２０％を超えるスタック５００の場合、高温側から低温側にスタック５００中を流れる熱流は、点線矢印ｂ、ｃで示すように、主に貫通孔５０１が形成されていない外周部５００ｂを流れる。これは、空隙率εで貫通孔５０１が形成された中央部５００ａには、高い熱伝導率κ１を有するスタック５００の材料と極めて低い熱伝導率κ２を有する作業流体１０が占有する領域が共存しており、この領域の平均熱伝導率＜κ＞av、が下式（２）で表されるように、貫通孔５０１が形成されていない外周部５００ｂの熱伝導率κ１よりも小さくなるからである。すなわち、高温側熱交換器４から低温側熱交換器５へ流れる熱流のうち、大半が外周部５００ｂを直接流れて貫通熱となるので、作業流体との貫通孔の壁面を介する熱交換が十分に行われず、熱エネルギーから作業流体の振動エネルギーへのエネルギー変換の観点からすると、熱損失が大きくなってしまう。
【００３６】
＜κ＞av＝（１−ε）κ1＋εκ2  ・・・（２）
【００３７】
一方、図３Ａに示す外周部３ｂの断面積の割合が２０％以下のスタック３の場合、そのスタック３を流れる熱流は、点線矢印ａで示すように、外周部３ｂから漏れ出る量が少なく、その外周部３ｂと中央部３ａとで均等な量となる。実際、実験によれば、スタックの総断面積に対する外周部３ｂの面積を１０．６％としたスタック３を製造した場合、自励開始温度比を図１８の６００［ｃｐｓｉ］まで低下させることができた。一方、スタックの総断面積に対する外周部５００ｂの面積を２３．６％としたスタック５００では、自励開始温度比が図１８の９５０［ｃｐｓｉ］程度であった。
【００３８】
図４は、貫通孔３１の孔径を異ならせたスタック３に熱伝導がよい材料と悪い材料とを用いた際のωτ（横軸）と自励開始温度比ＴH／ＴC（縦軸）との関係を示す図である。図４において点線で示す熱伝導がよい材料の場合、および、実線で示す熱伝導が悪い場合のいずれにおいても、貫通孔３１の孔径の縮小（τの減少）に伴って、自励開始温度比が低下している。これは、図１６Ａに示した理論的予測が示す傾向に一致している。また、貫通孔３１の孔径が同一の場合、熱伝導が悪い材料の方が自励開始温度比が低下していることがわかる。すなわち、熱伝導率が低い材料をスタック３の構成材料として用いることにより、全体的に自励開始温度比をさらに低下できることがわかる。
【００３９】
本実施の形態では、スタック３の材料として１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の熱伝導率を有する材料を用いるので、その材料として金属等を用いた場合と比較して、１，２桁ほど熱伝導率を小さくすることができる。これにより、スタック３の長さをより短くすることができる。上述したように、熱音響自励振動は、高温（温度ＴH）側熱交換器４と低温（温度ＴC）側熱交換器５との間に挟まれた長さＬｓのスタック３における温度勾配ΔＴ｛＝（ＴH−ＴC）／Ｌｓ｝がある臨界値(ΔＴ)critを越えた際に起こるので、ΔＴ ＞ (ΔＴ)critを満足するように温度スケーリングを行うことによって、さらに高温側熱交換器４の温度ＴHをより低い温度にすることができる。
なお、スタック３の材料として１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］を超えない熱伝導率を有する材料を用いる理由について、以下に説明する。
【００４０】
スタック３（断面積Ａ）は、貫通孔３１が形成された中央部３ａ（面積Ａin）と、外周部３ｂ（面積Ａout）とにより構成される。このことから、高温側熱交換器４（温度ＴH）から低温側熱交換器５（温度ＴC）へと単位時間に流れる平均熱流＜Ｑ＞は、下式（３）で示すように、外周部３ｂを流れる熱流Ｑoutと貫通孔３１が形成された中央部３ａを流れるＱinの和で表される。
【００４１】
＜Ｑ＞＝Ｑout＋Ｑin  ・・・（３）
【００４２】
ところで、長さＬSで熱伝導率κ［Ｗ／ｍ・Ｋ］のスタック３において、高温側熱交換器４から低温側熱交換器５へと外周部３ｂを流れる熱流Ｑoutは、固体であるスタック３内を熱伝導により流れるので、下式（４）で表される。この下式（４）において、ΔＴm≡（ＴH−ＴC）／ＬSとした。
【００４３】
Ｑout＝Ａoutκ｛（ＴH−ＴC）／ＬS｝＝Ａoutκ・ΔＴm  ・・・（４）
【００４４】
他方、空隙率ε（０＜ε＜１）の中央部３ａを流れる熱流は、主に空隙率εで定まる空間内の作業流体を介在して流れるので、その作業流体の熱伝達率をｈ［Ｗ／ｍ2・Ｋ］とすると、下式（５）で表される。
【００４５】
Ｑin＝ε・Ａinｈ（ＴH−ＴC）＋（１−ε）・Ａinκ・ΔＴm  ・・・（５）
【００４６】
したがって、スタック３を流れる平均熱流＜Ｑ＞／Ａは、Ａ＝Ａout＋Ａinを用いると、下式（６）で表される。
【００４７】
【数１】
0005616287.tif 000002
【００４８】
上式（６）において、左辺はスタック３を介して高温側熱交換器４から低温側熱交換器５を流れる平均熱流を表している。また、右辺第１項は、スタック３中を直接熱伝導することによる熱損失、右辺第２項は作業流体に伝達された熱エネルギーを示している。Ａout／Ａは、外周部３ｂの面積比率である。この外周部３ｂの面積比率が高いほど、また空隙率εが低いほど、高温側熱交換器４からの熱は、作業流体へ伝達されずに、低温側熱交換器５への貫通熱として無駄に損失することとなる。
【００４９】
作業流体へ伝達されることで有効利用される熱の成分は、空隙率ε、スタック３両端の温度差（ＴH−ＴC）および中央部３ａの面積比率（Ａin／Ａout）に比例する。他方、上式（６）の右辺第１項が示すように、貫通熱として損失する熱エネルギーは、スタック長ＬSに反比例するので、スタック長の短縮に伴ってその貫通熱が増大する。
空気の熱伝達率ｈは、約２５［Ｗ／ｍ2・Ｋ］であるから、空隙率εを８０％、外周部の面積比率を２０％とすると、上式（６）を下式（７）として整理することができる。この下式（７）は、温度ＴHの高温側熱交換器４から温度ＴCの低温側熱交換器５へと流れる単位面積当たりの熱流＜Ｑ＞／Ａを、その熱流が生じる温度差（ＴH−ＴC）で規格化したものである。
【００５０】
＜Ｑ＞／｛Ａ（ＴH−ＴC）｝＝０．３６（κ／ＬS）＋１６  ・・・（７）
【００５１】
上式（７）の右辺第１項から、スタック３を直接熱伝導して損失となる成分は、スタック３の長さＬSの短縮に伴って増大することがわかる。また、右辺第２項から、熱伝達による作業流体へのエネルギー移動量は、温度差に関わらず一定の値（１６［Ｗ／ｍ2・Ｋ］）であることがわかる。
したがって、熱音響効果が起こる条件であるΔＴｍ＞（ΔＴ）critを満足するように、スタック長ＬSを短くしつつ、高温側熱交換器４の温度ＴHをより低い温度へとスケーリングするには、上式（７）の右辺第１項（直接熱伝導の寄与）を右辺第２項（熱伝達による寄与）に対して小さく留めておくか、同程度に留めておく必要がある。そこで、スタック長ＬSを例えば半分に短縮するには、熱伝導率κも同様に半分にすると、比（κ／ＬS）を少なくとも不変に留めることができる。熱伝導率κが１６．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］のＳＵＳ３０４製スタックを半分の長さのスタックで構成するには、その熱伝導率は少なくとも、ＳＵＳ３０４の半分以下（８．１５［Ｗ／ｍ・Ｋ］）とすればよいことになる。この値や誤差等を踏まえて、本実施の形態においては、スタック３の材料として、１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の熱伝導率を有する材料であるものとした。このような条件を満足する材料としては、図５に示すように、コージライト（４［Ｗ／ｍ・Ｋ］）、ガラス（１．１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］）、ポリイミド（０．２９［Ｗ／ｍ・Ｋ］）などが挙げられる。
【００５２】
＜スタックの製造方法＞
次に、本実施の形態に係る熱音響エンジン１におけるスタック３の製造方法について説明する。
【００５３】
まず、スタック３の材料としては、熱伝導率が１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満と低く熱容量の大きな材料を用いる。図５に示すように、非特許文献３に記載されているハニセラムなどのセラミックス材料（コージライト）と比較して、ガラスの熱伝導率は約４分の１小さく、さらにポリイミドの熱伝導率は約１３分の１である。したがって、ガラスやポリイミドなどをスタック３の構成材料として用いることが考えられる。
【００５４】
しかしながら、ガラスやポリイミド等に多数の貫通孔を稠密に開孔することは困難であった。例えば、特定波長の光を吸収するガラスにレーザビームを照射して、その部分に貫通孔を形成する技術が存在するが、このようなレーザ加工法では、一つの貫通孔と隣接する貫通孔との間を充分離す必要がある。これは、レーザ加工によって生じる熱により、隣接する貫通孔間を隔てるガラス壁が溶融して変形してしまうためである。このため、従来のレーザ加工法では、多数の貫通孔を稠密に形成することができなかった。
【００５５】
そこで、本実施の形態では、２枚の板状部材と、電気分解によって溶出する材料からなる多数の棒状部材とによって鋳型を形成し、この鋳型に例えばガラスやポリイミドなどの熱伝導率が低い材料を流し込んだ後、棒状部材を酸に電気溶出させることで、設計した孔径の貫通孔３１が稠密に形成されたスタック３を作成する。本実施の形態においては、その棒状部材の材料として、純銅を用いた場合を例に説明する。
【００５６】
初めに、作製したいサイズおよび形状の貫通孔３１に対応する第１の孔３１１ａが形成された平面視略円形の金属板３００を２枚用意する。この金属板３００は、図６に示すように、その金属板３００と同心の平面視略円形の領域からなり、第１の孔３１１ａが形成された中央部３１１と、この周囲に位置し、第１の孔３１１ａが形成されず、位置合わせ用の第２の孔３１２ａが形成された外周部３１２とから構成される。
ここで、外周部３１２は、第２の孔３１２ａを含む総面積が、第１の孔３１１ａおよび第２の孔３１２ａの開口部の面積を含む金属板３００の総面積の２０％以下とされる。
このような金属板３００は、例えばＳＵＳ３０４から構成され、加工容易性の観点からその厚さを１〜５［ｍｍ］程度とされる。
【００５７】
このような、金属板３００は、ドリル等により、まず位置合わせ用の第２の孔３１２ａを通常は２箇所形成した後、第１の孔３１１ａを設計通りの箇所に形成するために、直径０．０５［ｍｍ］のスタート貫通孔を形成する。そして、スタート貫通孔を形成した２枚の金属板３００を位置合わせ用の第２の孔３１２ａにピンを貫通させて積層した後、各スタート貫通孔に一本ずつワイヤを通して、ワイヤ放電加工法によりそのスタート貫通孔の形状を所定の形状に整形する。これにより、所定の形状を有する第１の孔３１１ａが所定の箇所に形成された金属板３００が形成される。
【００５８】
また、図６に示すように、貫通孔３１の断面形状と同一の断面形状を有する複数の棒状部材４００を用意し、図７に示すように、それらの棒状部材４００の一端を一方の金属板３００の各第１の孔３１１ａに挿入する。その棒状部材４００は、純銅から構成され、生成するスタック３の軸方向の長さに応じてその延在方向の長さが設定される。なお、本実施の形態においては、一辺の長さが０．５［ｍｍ］の正六角の断面形状を有する六角柱を棒状部材として使用するが、その断面形状は正六角形に限らず、正三角形、正方形、円形など、貫通孔３１の断面形状に応じて適宜自由に設定することができる。棒状部材４００としてそのような六角柱を用いることにより、スタック３に形成される貫通孔３１の軸に垂直な断面は、正六角形となる。このような正六角形の断面形状の貫通孔３１を周期的に多数設けたいわゆるハニカム状とすることより、貫通孔３１の密度を高くする、すなわちスタック３の空隙率を高くできるので、エネルギー交換すべき作業流体１０をスタック３内に高い充填率で貯留させておくことが可能となり、結果として、エネルギー変換効率を向上させることができる。
【００５９】
次に、棒状部材４００の他端に他方の金属板３００の第１の孔３１１ａを挿入し、棒状部材４００の両端と金属板３００との接触部分を溶接する。このとき、棒状部材４００の他端は、一端が挿入された一方の金属板３００の第１の孔３１１ａと同じ位置にある他方の金属板の第１の孔３１１ａに挿入される。これにより、図８に示すように、複数の棒状部材４００の両端に金属板３００が取り付けられた略円柱状の鋳型８００が形成される。
【００６０】
次に、図９に示すように鋳型８００をこの鋳型８００の外部形状に対応した内部空間を有する円筒状の鋳型収納容器８０１に収納し、この両端を封止した後、例えば溶融ガラスなど棒状部材４００よりも融点の低い流動化したガラスを鋳型収納容器８０１内部に流し込む。これにより、２枚の金属板３００の間の棒状部材４００が配置された空間に、流動化したガラスが導かれることとなる。
【００６１】
ガラスを冷却した後、鋳型収納容器８０１から鋳型８００を取り出すと、図１０に示すように、２枚の金属板３００の間の棒状部材４００が配置された空間に埋め込まれたガラスから構成されるガラスブロック８０２が形成される。なお、スタック３の構成材料としてポリイミドを用いる場合には、溶融ガラスの代わりに熱溶融ポリイミドを用いるようにすればよい。
【００６２】
ガラスブロック８０２を取り出すと、図１１に示すように、そのガラスブロック８０２を鋳型８００とともに、金属板３００間の任意の位置で切断する。その任意の位置は、最終的にスタック３として利用する長さに基づいて設定される。
【００６３】
続いて、図１２に示すように、金属エッチング液などの電解液９０１が入れられた電解液収納容器９００の底部に対向電極９０２を配置し、切断されたガラスブロック８０２を金属板３００を上方に向けた状態で、その電解液９０１に半分ほど浸漬させる。そして、電源９０３の正極をその金属板３００に、負極を対向電極９０２に接続し、それらの間に電流を流すことで、ガラスブロック８０２に埋め込まれた棒状部材４００を電気分解して溶出させる。
【００６４】
最後に、ガラスブロック８０２のうち金属板３００を含む側をその金属板３００とともに切断し、その残りを対象とするスタック３に適した形状に研磨などによって加工する。これにより、図１３に示すように、ガラスから構成され、微細な貫通孔３１が稠密に形成されたスタック３が形成される。
【００６５】
これにより、設計通りの微細な孔径を有する貫通孔３１が稠密に形成された中央部３ａと、設計通りの面積を有する外周部３ｂとを備えたスタック３を生成することができる。このようなスタック３を生成することにより、高温熱源から低温熱源へと流れる熱流が、中央部３ａと外周部３ｂとで均等に流れるので、その熱流が外周部３ｂを貫通熱として直接伝わって、熱エネルギーから作業流体１０の振動エネルギーへの変換に対して熱損失となるのを防ぐことができる。結果として、臨界温度勾配を達成するのに必要な高温側熱交換器の温度を低くすることができる。
【００６６】
なお、最終的に生成されたスタック３の貫通孔３１中に棒状部材４００の残滓が残っている場合には、電解液９０１を流動させた容器中に、その電解液９０１の流動方向と、スタック３の貫通孔３１の軸線方向とを一致させた状態でスタック３をその電解液９０１に浸漬することで、全ての棒状部材４００の残滓を溶出させることができる。
【００６７】
ここで、棒状部材４００の電気化学的な溶出に要する電流と時間について説明する。計算を簡単にするために、棒状部材４００としては、一辺が０．５［ｍｍ］、長さが20［ｍｍ］の正六角柱状の純銅からなる棒状部材を用いたとする。この棒状部材４００は１本当たり約１３．０［ｍｍ3］の体積を有するので、これを５００本稠密に配置すると、その体積は約６．５×１０3［ｍｍ3］となる。純銅の密度は８９６０［ｋｇ／ｍ3］＝８．９６×１０-3［ｇ／ｍｍ3］であるから、溶出させるべき棒状部材４００の質量は約５８．２［ｇ］となる。
【００６８】
図１２に示した電気化学的溶出法において、電解液９０１として硫酸銅（II）溶液（ＣｕＳＯ4）、対向電極９０２として銅板を用いたとすると、このときの電気化学反応は、正極側が下式（３）、負極側が下式（４）で表される。
【００６９】
Ｃｕ  →  Ｃｕ2+  ＋  ２ｅ-  ・・・（３）
Ｃｕ2+  ＋  ２ｅ-  →  Ｃｕ  ・・・（４）
【００７０】
この場合、２［ｍｏｌ］の電子（２［Ｆｄ］ファラデー）が反応して、１［ｍｏｌ］の銅が析出する。銅１［ｍｏｌ］は６３．５５［ｇ］であるので、上述した溶出させるべき棒状部材４００は約０．９１６［ｍｏｌ］に相当する。これを電気量に換算すると、０．９１６［ｍｏｌ］×２［Ｆｄ／ｍｏｌ］＝１．８３２×９６５００［Ｃ］＝１．７７×１０5［Ｃ］となる。電源９０３で１［Ａ］の電流を流したとすると、全ての棒状部材４００を電気化学的に析出させるためには、約４９．４時間、すなわち約２日間かかることとなる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、複数の貫通孔３１が形成されたスタック３を熱伝導率が１０［Ｗ／ｍ・Ｋ］未満の材料から構成することにより、スタック３の長さを短くしても温度勾配をスケーリング（比例縮小）することが可能となるので、臨界温度勾配を達成するのに必要な高温側熱交換器の温度を低くすることができる。結果として、小型化に伴って必要となる、より高い周波数での自励振動を温度差が低い場合にも実現することができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、貫通孔３１が正六角形の平面形状を有する場合を例に説明したが、その平面形状は正六角形に限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、円形、楕円形、正三角形、正方形、長方形、正五角形などにしてもよい。ここで、平面形状を多角形にする場合には、各辺の長さは同一でなくてもよい。また、貫通孔３１の平面形状は、全て同一でなくてもよい。そのように、平面形状を適宜設定して、多数の貫通孔３１を設けることにより、その貫通孔３１の内壁面を多数形成できるので、エネルギー変換効率を向上させることができる。
【００７３】
また、本実施の形態では、スタック３が円柱の形状を有する場合を例に説明したが、スタック３の形状は円柱に限定されず、例えば、楕円柱、三角柱、角柱、五角柱、六角柱、八角柱など、中央部に貫通孔が形成可能な形状であるならば各種形状を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、熱音響装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…熱音響エンジン、２…管、３…スタック、３ａ…中央部、３ｂ…外周部、４…高温側熱交換器、５…低温側熱交換器、６…高温熱源、７…低温熱源、３１…貫通孔、３００…金属板、３１１…中央部、３１１ａ…第１の孔、３１２…外周部、３１２ａ…第２の孔、４００…棒状部材、８００…鋳型、８０１…鋳型収容器、８０２…ガラスブロック、９００…電解液収納容器、９０１…酸性腐食剤、９０２…対向電極、９０３…電源。
【図１】
0005616287.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
0005616287.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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