(57)【要約】  溶融金属等を濾過するために有用なフィルタエレメントは、少なくとも２層（２０）を有する前躯体またはテンプレート（１０）から製造される。各層は、互いに固定された関係で接合された複数の三次元幾何学的形状ケージ（２２）から組み立てられる。一部の実施形態は、層を取り囲む周縁部材（２６）を含む。このような場合は、これらの層を固定された離間関係で保持するために、スペーサ部材（２８）を周縁部材間に架け渡すことができる。他の複数の実施形態においては、隣接し合う層のケージの少なくとも一部を固定された関係で接合することによって、離間関係をもたらすことができる。各ケージは、或る材料製の複数の直線セグメントを幾何学立体の辺に基づくパターンで接合することによって構築可能である。テンプレートは、三次元プリントなどの自動化された手法によって形成され得る。ポリマーから製造される場合、前躯体は、フィルタエレメントをもたらすために、セラミックスラリーで被覆されて焼成される。
2018528850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過用装置のための前躯体（１０）であって、
少なくとも２層（２０）のフィルタエレメントを備え、各層のフィルタエレメントは、互いに固定された関係で接合された複数の三次元幾何学的形状ケージ（２２）を備える、
前躯体（１０）。
【請求項２】
各層（２０）は、前記層を取り囲む周縁部材（２６）を更に備える、
請求項１に記載のフィルタ前躯体（１０）。
【請求項３】
一対の隣接層の前記周縁部材に架け渡されて前記層を固定された離間関係で保持する複数のスペーサ部材（２８）を更に備える、
請求項２に記載のフィルタ前躯体（１０）。
【請求項４】
一対の隣接層の複数の前記三次元幾何学的形状ケージ（２２）は互いに固定された関係で接合されて、前記層を固定された離間関係で保持する、請求項１に記載のフィルタ前躯体（１０）。
【請求項５】
前記複数の三次元幾何学的形状ケージの各々は、幾何学立体の形状に互いに接合された或る材料製の複数の直線セグメントを備え、前記接合は、各直線セグメントが前記幾何学立体の辺を表すように行われる、請求項１〜４の何れか１項に記載のフィルタ前躯体（１０）。
【請求項６】
前記複数の三次元幾何学的形状ケージの各々は、上下の正方形面を有する一部切頂八面体の形状に配置された或る材料製の２０の直線セグメントと８つの台形面とを備え、前記台形面の最も長い辺は前記上下の正方形面の間に赤道を画成し、前記赤道は４つの辺と４つの頂点とを有する、請求項５に記載のフィルタ前躯体（１０）。
【請求項７】
前記層にわたって平行な関係に配置されて前記層を複数の列に細分割する複数の直線支持部材（２４）を更に備え、前記細分割は、各対の隣接直線支持部材の間に、各列の一部切頂八面体の形状を有する前記複数のケージが前記列を画成する前記直線支持部材の各々に前記赤道において接合されるように行われる、請求項６に記載のフィルタ前躯体（１０）。
【請求項８】
各列に沿って配置された一部切頂八面体の形状を有する前記ケージは、前記隣接ケージの各々から離間された関係にある、請求項７に記載のフィルタ前躯体。
【請求項９】
各列に沿って配置された一部切頂八面体の形状を有する前記ケージは、それに隣接する前記ケージの各々に接合される、請求項７に記載のフィルタ前躯体。
【請求項１０】
前記三次元幾何学的形状ケージの各々は、６つの正方形面と８つの台形面とを有する全切頂八面体の形状に配置された或る材料製の３６の直線セグメントを備える、請求項５に記載のフィルタ前躯体。
【請求項１１】
前記全切頂八面体ケージの各々は、隣接する全切頂八面体ケージに辺対辺で接合される、請求項１０に記載のフィルタ前躯体。
【請求項１２】
前記全切頂八面体ケージの各々は、前記それぞれのケージの正方形面に基づき、隣接する全切頂八面体ケージに面対面で接合される、請求項１０に記載のフィルタ前躯体。
【請求項１３】
前記材料は、三次元プリンタのプリントヘッドからの押し出しに適した熱可塑性ポリマーである、請求項６〜１２の何れか１項に記載のフィルタ前躯体。
【請求項１４】
前記材料は、三次元プリンタのプリントヘッドからの押し出しに適したスラリー形態のセラミックである、請求項６〜１２の何れか１項に記載のフィルタ前躯体。
【請求項１５】
前記ポリマーはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）重合体である、請求項１３に記載のフィルタ前躯体。
【請求項１６】
溶融金属を濾過するためのフィルタであって、
セラミックスラリーで被覆されて焼成された請求項１に記載のフィルタ前躯体を備える、フィルタ。
【請求項１７】
溶融金属を濾過するためのフィルタ（１１０）の製造方法であって、
請求項１に記載のフィルタ前躯体の三次元モデルを計算装置上で生成し、前記三次元モデルを三次元プリンタに対する命令セットとして実現するステップと、
前記三次元プリンタを使用して、前記命令セットに従って材料を層単位プロセスで堆積させることによって前記フィルタ前躯体（１０）を構築するステップと、
前記構築されたフィルタ前躯体をセラミックスラリーで被覆するステップと、
前記被覆されたフィルタ前躯体を焼成するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年７月２２日出願の米国仮特許出願第６２／１９５３７２号の本出願であり、その優先権を主張するものである。この仮出願は、参照によりその全体が本願明細書に記載されているかのように本願明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
分野
開示される各実施形態は、特にセラミック材料から、および特に三次元プリント技術を用いて、フィルタ濾材を作製する方法に関する。このようなフィルタは、鋳造工程において溶融金属からドロス、介在物等々を濾過するために有用である。本出願は、本方法によって形成されるフィルタにも関する。
【背景技術】
【０００３】
溶融金属を注入するとき、この金属内の一部の不純物が固体状態のままであろう。これら不純物の一部は、溶融金属が大気中の酸素に暴露されたことによって形成される金属の酸化物である。これらを除去するために、セラミックフィルタの使用が一般的である。その理由は、処理される金属の温度、および酸化物系不純物が示すセラミック材料への付着親和性である。アルミニウムおよびアルミニウム合金の反応特性により、これら金属は望ましくない酸化物を特に形成し易いため、濾過が必要となる。
【０００４】
セラミックフィルタは、水の濾過にも有用である。ただし、セラミック粉末を浄水器に形成するために有用な、セラミック粉末の焼結などの手法は、溶融金属用のフィルタの製造には有用でない。その理由は、浄水器の目的は、物質をミクロンレベルで除去することであり、溶融金属を溶融状態に維持するために溶融金属を素早く通すために必要なはるかに大きい流路面積で物質を除去することではないからである。
【０００５】
当分野における最近の研究の一例は、洞察力に富んでいるが、解決のためには重大な問題が依然として存在しているように思われる。Ｓｃｈｌｉｅｎｇｅｒの特許文献１には、良好な濾過のために望ましい複雑な流路を有するセラミックフィルタを提供する必要性が記載されている。この発明者らは、発泡ポリスチレンの球体にセラミックスラリーを染み込ませることが従来技術において公知であったことをそこで示している。スラリーが燃えるとポリスチレンが燃え尽き、それまで球体によって占められていた細孔の蛇行流路を支持していた不規則な向きのリガメントのネットワークが残る。この手法の欠陥は、一部の球体の近接により、使用中に欠け得る脆弱なリガメントを発生させ、実際にフィルタが介在物の発生源になり得ることである。
【０００６】
特許文献１によって不適切と評されている別の手法は、セラミックまたはポリマー粒子の充填層である。この場合、基本的に流路に細孔が足りないにも拘らず、複数の隙間が流路をもたらすことになる。この解決策では、粒子が占めるフィルタ容積の割合が望ましくないほど高い。特許文献１に教示されている解決策は、三次元の「工学的に設計されて電子的に画成された幾何学的形状」を提供することである。ここで、リガメントの細孔サイズ、曲路率、および最小直径が事前に決定されるが、これらの詳細は一切提供されていない。所定の三次元幾何学的形状をテンプレートとして使用している特許文献１は、セラミック材料を含有する光重合性樹脂をレーザによって選択的に活性化して網状ネットワークを形成するために、ステレオリソグラフィ手法を使用することを説明している。ポリマー‐セラミック複合ネットワークは、その後、バーンアウトを含む公知の手法によってセラミックに変えられる。
【０００７】
相互接続された細孔を有する三次元網状スケルトン構造を有するセラミックフィルタエレメントを作製するためのやや先行する手法は、Ｔａｎｕｍａの特許文献２に教示されているように、セル膜を一切有さない網状合成樹脂フォームにセラミックスラリーを含浸させることである。何れの場合も特許文献２においては、網状樹脂フォームはセラミックの含浸前に円筒形状に形成されるので、もたらされる全てのセラミックフィルタエレメントがスムーズな軸方向流路を有し、濾過作用が発生するとすれば、円筒形エレメントの半径方向への流れによって発生する。これは、網状ポリマーフォームへのセラミックスラリーの浸透の実現において多大な困難が存在することを示唆するであろう。
【０００８】
したがって、従来技術の満たされていない一利点は、注湯内の不純物を除去するためのセラミックフィルタエレメントであって、曲路率と構造安定性との釣り合いが適正なセラミックフィルタエレメントを提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８，７９４，２９８号
【特許文献２】米国特許第６，２０３，５９３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記および他の満たされていない利点は、以下により詳細に説明および図示される装置および方法によって提供される。
【００１１】
満たされていない諸利点のうちの一部は、溶融金属を濾過する装置のための前躯体によって満たされる。この装置は、少なくとも２層のフィルタエレメントを有し、各層のフィルタエレメントは、互いに固定された関係で接合された複数の三次元幾何学的形状ケージを備える。
【００１２】
一部の実施形態において、フィルタ前躯体の各層は、その層を取り囲む周縁部材を更に備える。これら実施形態のうちの一部においては、一対の隣接層の周縁部材間に架け渡されてこれらの層を固定された離間関係で保持する複数のスペーサ部材が存在する。
【００１３】
他の複数の実施形態において、これらの層は、一方の層の複数の三次元幾何学的形状ケージを隣接層の三次元幾何学的形状ケージに接合することによって、固定された離間関係で保持される。
【００１４】
これらフィルタ前躯体の多くにおいて、三次元幾何学的形状ケージの各々は、或る材料製の直線セグメントを複数備え、これら直線セグメントは、各直線セグメントが幾何学立体の一辺を表すように、幾何学立体の形状に互いに接合される。
【００１５】
特に、これら三次元幾何学的形状ケージの各々は、一部切頂八面体の形状に配置された、或る材料製の２０本の直線セグメントを備え得る。このような形状は、上下の正方形面と８つの台形面とを有し、これら台形面の最も長い辺は、上下の正方形面の間に赤道を画成する。この赤道は、４つの辺と４つの頂点とを有する。
【００１６】
一部切頂八面体形状が使用されるときは、複数の直線支持部材も存在し得る。これら支持部材は、層にわたって平行な関係で配置され、この層を複数の列に細分割する。各対の隣接し合う直線支持部材の間で、すなわち各列において、一部切頂八面体の形状を有する複数のケージがその列を画成する直線支持部材の各々に、赤道において接合される。
【００１７】
この配置において、一部切頂八面体の形状を有する各ケージは、隣接ケージの各々から離間された関係で各列に沿って配置され得る。ただし、他の複数の実施形態において、これらケージは各列に沿って配置され、それぞれの隣接ケージの各々に接合され得る。
【００１８】
別の実施形態において、三次元幾何学的形状ケージの各々は、６つの正方形面と８つの台形面とを有する全切頂八面体の形状に配置された或る材料製の３６本の直線セグメントをそれぞれ備えることができる。このような場合、全切頂八面体ケージの各々は、隣接する全切頂八面体ケージに辺対辺で接合可能である。または代わりに、全切頂八面体ケージの各々は、隣接する全切頂八面体ケージに、それぞれのケージの正方形面に基づき、面対面で接合可能である。
【００１９】
本発明の概念のフィルタ前躯体は、三次元プリンタのプリントヘッドからの押し出しに適した熱可塑性材料、または三次元プリンタのプリントヘッドからの押し出しに適したスラリーの形態のセラミック、から形成されることが好ましい。熱可塑性物質の場合、好適な材料はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）重合体である。
【００２０】
これらの場合、前躯体は、セラミックスラリーで前躯体を被覆し、焼成することによってフィルタに変換される。
【００２１】
これを行うための１つの方法は、請求項１に記載のフィルタ前躯体の三次元モデルを計算装置上で生成することである。このモデルは、三次元プリンタに対する命令セットとして実現され得る。この場合、この命令セットは、三次元プリンタを用いて、命令セットに従って層単位のプロセスで材料を堆積させることによってフィルタ前躯体を構築するために有用である。更に、使用される材料がポリマーである場合は特に、構築されたフィルタ前躯体をセラミックスラリーで被覆し、被覆されたフィルタ前躯体を焼成することによって、フィルタに仕上げる。
【００２２】
使用される材料がセラミックである場合は、耐熱材料のフィルタを提供するために前躯体を焼成するだけで十分であり得るが、被覆はフィルタの曲路率を増やすために有用であり得る。
【００２３】
添付の図面および以下の詳細な説明を読まれることにより、開示されている実施形態のより良好な理解が得られるであろう。添付の図面において、同一の参照符号は同一の部分を指している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】フィルタエレメントテンプレートの上面斜視図である。
【図２】セラミックスラリーで被覆され焼成された後の、図１のテンプレートの上面斜視図である。
【図３Ａ】極頂点が切り取られた幾何学的八面体の前面斜視図である。
【図３Ｂ】全ての頂点が切り取られた幾何学的八面体の前面斜視図である。
【図４】図１のテンプレートの一層の一部分の上面図である。
【図５】図１のテンプレートの第１の代替層の一部分の上面図である。
【図６】図１のテンプレートの第２の代替層の一部分の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
三次元プリント手法の発展は、プラスチック積層（ＬＰＤ：ｌａｙｅｒ  ｐｌａｓｔｉｃ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術におけるモデルの精確な積層（ｂｕｉｌｄ  ｕｐ）を可能にする。三次元プリンタの製造者の１つは、ポーランドのゾートラックス社（Ｚｏｒｔｒａｘ）である。ゾートラックス社の代表的なプリント装置では、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共重合体などのポリマー樹脂のフィラメントがロボット制御されるアームの端部にある押出機を通して加熱されたプラットフォーム上に精確に供給され、所定のモデルに従って層単位で構造が作り上げられる。
【００２６】
三次元プリントは、「プリント」される物体のコンピュータモデルが存在すれば、他の公知の技術を用いて実現され得る。２０１０年以降、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ：Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）は、所謂「積層造形技術（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）」を７つのカテゴリに分類する一組の規格を開発したことを理解されたい。これらは、１）液槽光重合（ｖａｔ  ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）、２）材料噴射（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｊｅｔｔｉｎｇ）、３）結合剤噴射（ｂｉｎｄｅｒ  ｊｅｔｔｉｎｇ）、４）材料押出（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）、５）粉末床溶融結合（ｐｏｗｄｅｒ  ｂｅｄ  ｆｕｓｉｏｎ）、６）シート積層（ｓｈｅｅｔ  ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、および７）指向性エネルギー堆積（ｄｉｒｅｃｔｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。
【００２７】
液槽光重合においては、液状フォトポリマー樹脂の容器が光源、一般にはレーザ、によって選択的に固体化または硬化される。この種の最も一般的な技術は、ステレオリソグラフィ、すなわちＳＬＡ（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、と称されるプロセスで紫外線源を使用する。このカテゴリの他の手法は、連続液界面製造、すなわちＣＬＩＰ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）、フィルム転写（ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｍａｇｉｎｇ）、およびソリッドグラウンドキュアリングである。
【００２８】
材料噴射は、インクジェット印刷と同様に、材料の液滴を小径ノズルから噴射するが、層毎に噴射し、ＵＶ光によって固体化する。この技術の提供者は、ストラタシス社（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ）である。
【００２９】
結合剤噴射は２つの材料を使用する。粉体基材がビルドチャンバ内で複数の等しい層に広げられる。ジェットノズルから噴射される液状結合剤が、基材を所望の物体の形状に「接着」する。完了すると、余分な基材粉体がプリントされた物体から除去される。この物体は、通常は光によって、硬化される。一般的な基材粉体は、金属粉末であり得る。この技術の提供者は、エクスワン社（ＥｘＯｎｅ）である。
【００３０】
最も一般的に使用される材料押出法は、熱溶解積層法、すなわちＦＤＭ（ｆｕｓｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ）、である。プラスチックフィラメントまたは金属ワイヤが、流れのオンとオフの切り替えが可能な押出ノズルに通される。このノズルは、物体がその上に構築されるテーブルの上方でコンピュータモデルによって三次元に移動される。使用される主プラスチックは、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ：ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｓｔｙｒｅｎｅ）またはポリ乳酸（ＰＬＡ：ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ）である。用語ＦＤＭはストラタシス社（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ）の登録商標であるので、代わりに用語「熱溶解積層方式（ｆｕｓｅｄ  ｆｉｌａｍｅｎｔ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）」、すなわちＦＦＦ、が使用されることが多い。
【００３１】
粉末床溶融結合がその最も一般的な手法として例示されている。これは、選択的レーザ焼結、すなわちＳＬＳ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）である。この手法では、高出力レーザが選択された材料の小さな粒子を溶融して層単位で三次元形状にする。明らかに、このレーザは、プリントされる物体のコンピュータモデルによって方向付けられる。例示的粒子は、プラスチック、金属、セラミック、またはガラスであり得る。
【００３２】
シート積層においては、シート状の材料同士が外力によって結合される。これらシートは、金属、紙、またはポリマー製とすることができる。複数の金属シートを超音波溶接によって結合でき、その後にＣＮＣフライス加工を行える。紙シートは、一般に接着剤によって接着される。この技術におけるトップ企業は、エムコア・テクノロジーズ社（Ｍｃｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）である。
【００３３】
これらカテゴリの最後は、指向性エネルギー堆積である。この手法では、多軸ロボットアームが金属粉末またはワイヤを表面上に堆積させるノズルを方向付け、エネルギー源が金属粉末またはワイヤを表面上で溶融させる。例示的エネルギー源として、レーザ、電子ビーム、またはプラズマアークが挙げられるであろう。この技術における一企業は、シャーキー社（Ｓｃｉａｋｙ）である。
【００３４】
図１は、本発明の概念を組み込んだセラミックフィルタの一実施形態を製造するために組み立てられたテンプレート１０の上面斜視図を示す。組み立てられたテンプレートの典型的な一実施形態は、互いに所定の固定関係で配置された三次元幾何学的形状ケージ２２の層２０を２層以上備える。以下により詳細に説明するように、各層２０は、隣接する個々のケージ２２に接合されて所定位置に保持された個々のケージ２２、支持部材２４、周縁部材２６、またはこれらの何らかの組み合わせを有する。通常、各三次元幾何学的形状ケージ２２は、ポリマー製、または、場合によっては、セラミック材料製、の直線セグメントを複数備える。セラミック材料が使用される場合、このセラミック材料はプリントヘッド、特に三次元プリンタのプリントヘッド、から押し出し可能な材料である。三次元プリント法では、隣接し合う層２０が互いに直接接合されるようにテンプレート１０を構築できるが、これは本発明の概念の重要な側面とはみなされず、個々の層の積み上げとその後の隣接層への接合とをそれぞれ別の工程または方法によって行うことができる。図示の実施形態において、テンプレート１０は、円形の周縁部材２６によって囲まれた層２０を複数有する。個々の周縁部材２６は、スペーサ部材２８によって離間された関係で接合される。図示の実施形態において、全ての構造要素、すなわちケージ２２、支持部材２４、周縁部材２６、およびスペーサ部材２８、はポリマーであってもセラミックであっても、同じ材料を備える。
【００３５】
図１は、テンプレート１０に使用される層２０の具体的な一実施形態を開示しているが、本発明の概念のために有用であることが知られている層２０の代替実施形態が明らかに複数存在する。その理由により、これら実施形態の一部のより詳細な説明が以下により詳細に記載されている。
【００３６】
次に図２に注目すると、図１のテンプレートから製作された仕上げ後のフィルタ１１０が図１と同じ前面斜視図で示されている。フィルタ１１０のこの仕上げは、テンプレートがポリマーから構築される場合に必要であるが、テンプレートがセラミック材料から構築される場合は、望ましいが、必須ではない。テンプレートを仕上げ後のフィルタ１１０に変えるために、テンプレートはセラミックスラリーで被覆され、次に焼成されることによって、フィルタとして溶融金属に暴露されるために適したセラミック材料の全体として不規則であるが概ね連続的な表面１１２がもたらされる。セラミックスラリーによるこのような被膜によってもたらされる利点は、スラリーから被覆されたセラミックがフィルタ内の閉鎖容積を増やし、更には、そうしなければ規則的な構造にかなりの量の不規則性がもたらされ、より高い曲路率を製品に与えることである。一部の事例において、セラミックスラリーは、三次元幾何学的形状ケージに存在する六角形および正方形の「窓」を効果的に閉じる。
【００３７】
ここまで、本発明の概念を具現化するフィルタ内の構造要素としての「三次元幾何学的形状ケージ」の使用に言及してきた。一般に、有用な三次元幾何学的形状ケージは、正多面体の形状を有する枠またはケージである傾向がある。このような正多面体で特に有用なものは、八面体、または八面体から派生した構造である。周知のように、八面体はプラトンの立体の１つであり、１２の辺と、３つの対向する対として配設された６つの頂点とを有し、これらの対はその他の対に対して直交関係にある。８つの面が存在し、各面は正三角形である。対向する一対の頂点が切り取られると、図３Ａに斜視図で示されているような立体が得られる。この構造４０を「一部切頂八面体（ｐａｒｔｉａｌｌｙ−ｔｒｕｎｃａｔｅｄ  ｏｃｔａｈｅｄｒｏｎ）」と称することにする。これは、上下の正方形面４２（そのうちの１つのみが図３Ａに見える）と８つの台形面４４（そのうちの４つが図３Ａに見える）とを有する。これは、どちらの正方形面４２とも交差しない４つの辺４８で画成される「赤道（ｅｑｕａｔｏｒ）」４６を有する。切頂後に残った４つの頂点５０は、赤道４６上に位置する。
【００３８】
一部切頂面八面体４０の残りの４つの頂点５０が切り取られると、図３Ｂに斜視図で示されている構造６０が得られる。この構造６０を「全切頂八面体（ｆｕｌｌｙ  ｔｒｕｎｃａｔｅｄ  ｏｃｔａｈｅｄｒｏｎ）」と称することにする。これは、１４の面を有する。そのうちの６つの面が正方形面６２（そのうちの３つが図３Ｂに見える）であり、８つの面が六角形面６４（そのうちの４つが図３Ｂに見える）である。同じ長さの辺６８が合計で３６存在し、これらの辺は合計２４の頂点で交わる。６つの正方形面６２は、３対の対向する正方形面として配置される。これらの対の何れかに基づき、その対の正方形面によって画成された平面に平行な４つの辺６８によって「赤道」６６が画成される。全切頂八面体は、三次元空間に隙間なく並べられる「空間充填」立体である。
【００３９】
幾何学立体の各辺を画成する直線セグメントから構築される他の幾何学的形状、一般には２０の正三角形面を有する二十面体を含む幾何学的形状、のケージも有用であり得ることが理解されるであろう。さらに多くの辺および頂点を有するより複雑な構造の構築および使用も可能であるが、向上された濾過能力からの増分利益は大幅に低減される。
【００４０】
また、所与の一層には同一の三次元幾何学的形状ケージを複数使用することが好ましいと考えられているが、所与の一層にサイズまたは形状が異なる三次元幾何学的形状ケージを使用すること、または隣接層間でサイズまたは形状を違えることが可能であり、状況によっては有利であり得る。
【００４１】
これらの定義を念頭に置き、次に図４を注目すると、図１に示されている層２０の一部分の上面図が詳細をよりわかり易くする拡大図で示されている。この場合、各ケージ２２は、図３Ａの一部切頂八面体の各辺の位置にある直線セグメントから成る開口枠として形成されている。正方形面１４２がはっきりと見られ、４つの台形面１４４もはっきりと見られる。各ケージ２２の２つの頂点１５０が支持部材２４に接合され、残りの２つの頂点が隣接ケージの頂点に接合されている。このデザインの複数の変形例において、隣接し合うケージ２２が互いに接触しないように、これらケージ２２を支持部材２４に沿って更に離間させることもできるであろう。これにより、多孔性および／または曲路率の点での柔軟性が与えられる。支持部材２４は、離間に加え、隣接列のケージ２２を正方形状または三角形状ピッチのどちらかでの配置を可能にする。
【００４２】
図５は、図１のような装置１０のための層２２０を設けるための異なる配置を上面図で示す。この状況において、層２２０は、全切頂八面体のように形作られた複数の直線要素であるケージ２６０を複数備える。これらケージ２６０は、上の正方形面２６２を基準としてケージの赤道を画成する隣接辺に沿って接合された隣接ケージ２６０を複数有する。ここでも、この描写は、層の一部分のみであるが、層を周縁部材によって収容可能な基本的に平坦なシート状に完全に構築できる方法を示している。この層２２０は、正方形面２６２同士を接合することによって、その上または下の隣接層２２０に直接取り付けることも、これらの層を図１のようにスペーサ部材によって離間させることも可能である。
【００４３】
図６に注目すると、ケージ２６０の別の配置方法が斜視図で示されている。これらケージ２６０は、「辺対辺の」接合ではなく、一対の向かい合った正方形面２６２を用いて「面対面が」合わされる。これは、層の別の実施形態３２０を提供する。これは、理解を助けるために、小さな部分のみが提示されている。
【００４４】
状況によっては、組み立てられるフィルタの多孔性を変化させるために、ケージの構築に使用されるポリマーまたはセラミック製の直線セグメントの直径を変えることが有利であり得る。
【００４５】
フィルタのための基本構造が決定されたら、三次元プリント手法および装置によるテンプレートの構築を可能にするコンピュータモデルを記述できる。
【００４６】
本発明の好適な一実施形態を図示および記述してきたが、当業者は、記載されている発明に影響する多くの変形例および変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、行われ得ることを認識されるであろう。したがって、上記要素のうちの多くは、変更され得る、または同じ結果をもたらし本発明の精神の範囲内に収まる異なる要素に交換され得る。したがって、目的は、特許請求の範囲にのみ示されているように本発明を限定することである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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