JP2017149593A - Ceramic component and method for three-dimensionally producing ceramic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排ガス等の高温の流体が通過する流路を有し、該流路に排ガス浄化触媒等の反応関与部材が設けられているセラミックス部品及びセラミックス部品の三次元製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic part having a flow path through which a high-temperature fluid such as exhaust gas passes, and a reaction participating member such as an exhaust gas purification catalyst provided in the flow path, and to a three-dimensional manufacturing method of the ceramic part.
特許文献1には、排ガス浄化用のハニカムフィルタ(セラミックス部品)が記載されている。このハニカムフィルタは排ガスが通過する流路を区画する隔壁を多孔質体にした構造である。そして、この構造のハニカムフィルタを三次元造形法を用いて製造する製造方法が開示されている(0048)。
高温の流体は、セラミックス部品の流路内を通過する際に流路内面との接触により熱がセラミックス部品側に伝熱しつつ該流路の上流側から下流側に流れる。そのため、流体の温度は流路の上流側から下流側に向かって低くなり、温度分布が生じて排ガスの浄化能力が安定しにくい問題があった。また、セラミックス部品の流路の上流側は下流側より高温の流体に晒されるので、該上流側で高温劣化が発生しやすい問題があった。
特許文献1には、前記温度分布の問題については記載も示唆もされていない。
When the high-temperature fluid passes through the flow path of the ceramic component, heat flows from the upstream side to the downstream side of the flow channel while transferring heat to the ceramic component side by contact with the inner surface of the flow channel. For this reason, the temperature of the fluid decreases from the upstream side to the downstream side of the flow path, and there is a problem that the temperature distribution is generated and the purification ability of the exhaust gas is difficult to stabilize. Moreover, since the upstream side of the flow path of the ceramic component is exposed to a fluid having a higher temperature than the downstream side, there is a problem that high temperature deterioration is likely to occur on the upstream side.
本発明の目的は、自動車の排ガス等の高温の流体を処理する際に、該流体の流れる方向における温度分布の影響を低減して処理を行えるようにすることにある。 An object of the present invention is to reduce the influence of the temperature distribution in the direction in which the fluid flows when processing a high-temperature fluid such as automobile exhaust gas.
上記課題を解決するために、本発明に係る第1の態様のセラミックス部品は、セラミックス材料で構成される基体と、前記基体に設けられ該基体の一方側から他方側に流体が通過する複数の第1流路と、前記第1流路の内面に設けられた反応関与部材とを有するセラミックス部品であって、前記第1流路は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a ceramic component according to a first aspect of the present invention includes a base made of a ceramic material, and a plurality of fluids that are provided on the base and pass from one side of the base to the other side. A ceramic component having a first flow path and a reaction participating member provided on an inner surface of the first flow path, wherein the first flow path is from an upstream side to a downstream side in a direction in which the fluid passes. The channel resistance is increased.
ここで「反応関与部材」とは、流路を通過する流体と接して所望の化学反応の進行に関わる機能を有するものである。例えば、排ガス浄化処理に用いられる触媒等である。
また、「流路抵抗」とは、第1流路を流体が通過する際の抵抗のことで、流路抵抗が大きい流路は流体が通り難く、流路抵抗が小さい流路は流体が通りやすい。例えば流路断面積が小さい或いは流路内径が小さいと流路抵抗は大きくなり、流路断面積が大きい或いは流路内径が大きいと流路抵抗は小さくなる。
Here, the “reaction participation member” has a function related to the progress of a desired chemical reaction in contact with the fluid passing through the flow path. For example, a catalyst used for exhaust gas purification treatment.
The “flow path resistance” is a resistance when a fluid passes through the first flow path. A flow path with a large flow path resistance is difficult to pass through a fluid, and a flow path with a low flow resistance is passed through a fluid. Cheap. For example, when the channel cross-sectional area is small or the channel inner diameter is small, the channel resistance increases. When the channel cross-sectional area is large or the channel inner diameter is large, the channel resistance decreases.
本態様によれば、第1流路は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなるので、高温で流路に流入した排ガス等の流体は、流路の入口側すなわち流れ方向における上流側では流路抵抗が小さいので高速で通過する。一方、流路の出口側すなわち下流側は流路抵抗が上流側より大きいので低速で通過することになる。
従って、前記流路の上流側部分では高温流体から当該セラミックス部品への伝熱量が減り、該流体の温度低下が抑制された状態で流路の下流側に移動する。一方、前記流路の下流側部分では流体の通過速度が低下することにより前記伝熱量が増える。これにより、前記流体の流れる方向における温度分布の影響を低減して前記反応関与部材による排ガス浄化等の処理の安定化を促進することができる。また、流路の上流側部分の高温劣化を抑制することができる。
尚、このような構造のセラミックス部品は、後述する三次元製造方法により容易に製造することができる。
According to this aspect, the first channel has a channel resistance that increases from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes. Since the flow path resistance is small on the inlet side, that is, the upstream side in the flow direction, it passes at a high speed. On the other hand, the outlet side, that is, the downstream side of the flow path passes at a low speed because the flow path resistance is larger than that of the upstream side.
Therefore, the amount of heat transferred from the high-temperature fluid to the ceramic component is reduced in the upstream portion of the flow path, and the fluid moves to the downstream side of the flow path in a state where the temperature drop of the fluid is suppressed. On the other hand, in the downstream portion of the flow path, the amount of heat transfer increases due to a decrease in the passage speed of the fluid. Thereby, the influence of the temperature distribution in the direction in which the fluid flows can be reduced, and stabilization of processing such as exhaust gas purification by the reaction participating member can be promoted. Moreover, the high temperature deterioration of the upstream part of a flow path can be suppressed.
The ceramic component having such a structure can be easily manufactured by a three-dimensional manufacturing method described later.
本発明に係る第2の態様のセラミックス部品は、第1の態様において、前記第1流路は前記一方側から他方側に向かう方向と交差する方向に流体が通過する複数の第2流路を有し、前記第2流路は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなることを特徴とする。 According to a second aspect of the ceramic component of the present invention, in the first aspect, the first flow path includes a plurality of second flow paths through which fluid passes in a direction crossing a direction from the one side toward the other side. And the second channel has a channel resistance that increases from the upstream side toward the downstream side in the direction in which the fluid passes.
本態様によれば、第2流路も前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなるので、第2流路においても温度分布の影響を低減して前記反応関与部材による排ガス浄化等の処理の安定化を促進することができる。また、流路の上流側部分の高温劣化を抑制することができる。
尚、この態様は、当該セラミックス部品の流体の入り口部分の口径が、当該セラミックス部品の本体部分(複数の流路が存在する部分)の径より小さい構造の場合に特に有効である。
このような第2流路を備える構造のセラミックス部品も、後述する三次元製造方法により容易に製造することができる。
According to this aspect, since the flow resistance of the second flow path also increases from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes, the influence of the temperature distribution is also reduced in the second flow path. Stabilization of processing such as exhaust gas purification by the participating member can be promoted. Moreover, the high temperature deterioration of the upstream part of a flow path can be suppressed.
This aspect is particularly effective in the case where the diameter of the fluid inlet portion of the ceramic component is smaller than the diameter of the main body portion (portion where a plurality of flow paths exist) of the ceramic component.
A ceramic component having a structure including such a second flow path can also be easily manufactured by a three-dimensional manufacturing method described later.
本発明に係る第3の態様のセラミックス部品は、第1の態様又は第2の態様において、前記第1流路と前記第2流路の少なくとも一方は、気孔の連なりにより形成され、気孔率の違いにより前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなることを特徴とする。
ここで、「気孔の連なり」とは当該セラミックス部品を原料粒子を焼結固化して製造した場合に原料粒子同士の間にできる隙間(気孔)が隣の隙間(気孔)と連通した状態になり、その連通によって第1流路等の流路が形成されていることを意味する。
According to a third aspect of the ceramic component of the present invention, in the first aspect or the second aspect, at least one of the first flow path and the second flow path is formed by a series of pores. Due to the difference, the flow path resistance increases from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes.
Here, “a series of pores” means that when a ceramic part is produced by sintering and solidifying raw material particles, a gap (pore) formed between the raw material particles communicates with an adjacent gap (pore). This means that a channel such as the first channel is formed by the communication.
本態様によれば、原料粒子同士の隙間を利用して第1流路などの流体の流路を形成することができる。 According to this aspect, a fluid flow path such as the first flow path can be formed by utilizing the gap between the raw material particles.
本発明に係る第4の態様のセラミックス部品は、セラミックス材料で構成される基体と、前記基体に設けられ該基体の一方側から他方側に流体が通過する複数の第1流路と、前記第1流路の内面に設けられた反応関与部材とを有するセラミックス部品であって、前記反応関与部材は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって高温活性から低温活性に特性が変わることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a ceramic component comprising: a base composed of a ceramic material; a plurality of first flow paths provided on the base and allowing fluid to pass from one side to the other side of the base; A ceramic component having a reaction participating member provided on the inner surface of one flow path, wherein the reaction changing member changes its property from high temperature activity to low temperature activity from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes. It is characterized by that.
本態様によれば、前記反応関与部材は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって高温活性から低温活性に特性が変わるので、前記温度分布が生じても反応関与部材の特性によってその温度分布の影響を受けにくくなっている。即ち、前記上流側の部分は最も高温の流体と接するが、該部分の反応関与部材は高温活性の特性のものであるので効果的な処理がなされる。そして、流体は下流に進むにつれて伝熱により温度が下がるが、前記下流側の部分には低温活性の反応関与部材が設けられているので、その低下した温度において効果的な処理がなされる。これにより、前記流体の流れる方向における温度分布の影響を低減して前記反応関与部材による排ガス浄化等の処理の安定化を促進することができる。
尚、このような構造のセラミックス部品は、後述する三次元製造方法により容易に製造することができる。
According to this aspect, since the characteristic of the reaction participating member changes from the high temperature activity to the low temperature activity from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes, the reaction participating member depends on the characteristics of the reaction participating member even if the temperature distribution occurs. It is less affected by the temperature distribution. That is, the upstream portion is in contact with the hottest fluid, but the reaction-related member in this portion has a high-temperature active characteristic, so that an effective treatment is performed. As the fluid proceeds downstream, the temperature decreases due to heat transfer. However, since the downstream portion is provided with a low-temperature active reaction participating member, effective processing is performed at the decreased temperature. Thereby, the influence of the temperature distribution in the direction in which the fluid flows can be reduced, and stabilization of processing such as exhaust gas purification by the reaction participating member can be promoted.
The ceramic component having such a structure can be easily manufactured by a three-dimensional manufacturing method described later.
本発明に係る第5の態様のセラミックス部品は、第4の態様において、前記第1流路は前記一方側から他方側に向かう方向と交差する方向に流体が通過する複数の第2流路を有し、前記第2流路は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって前記反応関与部材の特性が高温活性から低温活性に変わることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the ceramic component of the present invention, in the fourth aspect, the first flow path includes a plurality of second flow paths through which fluid passes in a direction intersecting with the direction from the one side toward the other side. And the second flow path is characterized in that the characteristic of the reaction participating member changes from high temperature activity to low temperature activity from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes.
本態様によれば、第2流路も前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって前記反応関与部材の特性が高温活性から低温活性に変わるので、第2流路においても温度分布の影響を低減して前記反応関与部材による排ガス浄化等の処理の安定化を促進することができる。
尚、この態様は、当該セラミックス部品の流体の入り口部分の口径が、当該セラミックス部品の本体部分(複数の流路が存在する部分)の径より小さい構造の場合に特に有効である。
このような第2流路を備える構造のセラミックス部品も、後述する三次元製造方法により容易に製造することができる。
According to this aspect, since the characteristic of the reaction participating member changes from the high temperature activity to the low temperature activity from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes, the temperature distribution also in the second channel. Thus, stabilization of treatment such as exhaust gas purification by the reaction participating member can be promoted.
This aspect is particularly effective in the case where the diameter of the fluid inlet portion of the ceramic component is smaller than the diameter of the main body portion (portion where a plurality of flow paths exist) of the ceramic component.
A ceramic component having a structure including such a second flow path can also be easily manufactured by a three-dimensional manufacturing method described later.
本発明に係る第6の態様のセラミックス部品は、第1の態様から第5の態様のいずれか一つの態様において、前記基体は、前記一方側から前記他方側に複数のブロックを重ねた状態のブロック重ね構造であり、前記複数のブロックは各ブロック毎に前記流路抵抗又は反応関与部材の特性が異なることを特徴とする。 The ceramic component according to a sixth aspect of the present invention is the ceramic component according to any one of the first to fifth aspects, wherein the base body has a plurality of blocks stacked from the one side to the other side. The block has a stacked structure, and the plurality of blocks have different characteristics of the flow path resistance or the reaction participating member for each block.
本態様によれば、複数のブロックを重ねた状態のブロック重ね構造であるので、複数の各ブロック毎に前記流路抵抗又は反応関与部材の特性を変えることで、前記各態様の構造を製造容易に実現することができる。 According to this aspect, since it is a block overlapping structure in which a plurality of blocks are overlapped, the structure of each aspect can be easily manufactured by changing the characteristics of the flow path resistance or the reaction participating member for each of the plurality of blocks. Can be realized.
本発明に係る第7の態様のセラミックス部品は、第1の態様から第6の態様のいずれか一つの態様において、前記反応関与部材は排ガス処理用の触媒であることを特徴とするセラミックス部品。 The ceramic component according to a seventh aspect of the present invention is the ceramic component according to any one of the first to sixth aspects, wherein the reaction participating member is a catalyst for exhaust gas treatment.
本態様によれば、前記反応関与部材は排ガス処理用の触媒であるので、自動車(ガソリン車及びディーゼル車)等の排ガス処理用のセラミックス部品に適用すると効果的である。 According to this aspect, since the reaction participating member is a catalyst for exhaust gas treatment, it is effective when applied to ceramic parts for exhaust gas treatment of automobiles (gasoline vehicles and diesel vehicles).
本発明に係る第8の態様のセラミックス部品は、第1の態様から第7の態様のいずれか一つの態様において、前記基体は前記一方側から他方側に向かう方向において複数設けられ、前記反応関与部材は前記各基体毎に異なる種類であることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the ceramic component according to any one of the first to seventh aspects, a plurality of the bases are provided in a direction from the one side to the other side, and the reaction participation is performed. The member is of a different type for each of the substrates.
例えばディーゼルエンジン車等のように、排ガス中にHC、CO及びNOX等の除去対象気体の他に粒子状物質(PM)が含まれている場合に、流体の流れ方向において前記除去対象気体の浄化用部分(酸化触媒担持部分)を前段に配置し、前記PM除去部分(PM除去フィルタ)を後段に配置する構造が採用されるが、このような構造のセラミックス部品に本態様を適用すると効果的である。 For example, when the particulate matter (PM) is contained in the exhaust gas in addition to the gas to be removed such as HC, CO and NOX, such as a diesel engine car, the purification of the gas to be removed in the fluid flow direction. The structure in which the part for the catalyst (oxidation catalyst supporting part) is arranged in the previous stage and the PM removal part (PM removal filter) is arranged in the subsequent stage is adopted. It is effective to apply this aspect to the ceramic parts having such a structure. It is.
本発明に係る第9の態様のセラミックス部品は、第1の態様から第6の態様のいずれか一つの態様において、該セラミックス部品の前記基体は前記一方側から他方側に向けて複数に分割され、前記一方側の基体に対応するセラミックス部品の熱容量は他の基体に対応するセラミックス部品の熱容量より小さいことを特徴とする。 A ceramic component according to a ninth aspect of the present invention is the ceramic component according to any one of the first to sixth aspects, wherein the base of the ceramic component is divided into a plurality from the one side to the other side. The heat capacity of the ceramic component corresponding to the substrate on the one side is smaller than the heat capacity of the ceramic component corresponding to the other substrate.
本態様によれば、セラミックス部品の前記基体は前記一方側から他方側に向けて複数に分割され、前記一方側の基体に対応するセラミックス部品の熱容量は他の基体に対応するセラミックス部品の熱容量より小さいので、流体処理の開始当初に室温状態の当該セラミックス部品に流体が流入した際に、最初に接触する部分は熱容量が小さいので短時間で適切な温度に上昇し、効果的な処理状態を短時間で実現することができる。 According to this aspect, the base of the ceramic part is divided into a plurality from the one side to the other side, and the heat capacity of the ceramic part corresponding to the base on the one side is greater than the heat capacity of the ceramic part corresponding to the other base. When the fluid flows into the ceramic part at room temperature at the beginning of fluid treatment, the portion that comes into contact first has a small heat capacity, so it rises to an appropriate temperature in a short time, shortening the effective treatment state. Can be realized in time.
本発明に係る第10の態様のセラミックス部品の三次元製造方法は、セラミックス材料で構成される基体と、前記基体に設けられ該基体の一方側から他方側に流体が通過する複数の第1流路と、前記第1流路の内面に設けられた反応関与部材と、を有するセラミックス部品の三次元製造方法であって、前記基体用のセラミックス材料粒子を含む第1流動性組成物を第1吐出部から前記基体に対応する部位に吐出し、前記第1流路用の材料であって加熱消失可能な材料を含む第2流動性組成物を第2吐出部から前記第1流路に対応する部位に吐出するに際して前記加熱消失によって形成される第1流路が前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなるように吐出し、前記反応関与部材用の材料の粒子を含む第3流動性組成物を第3吐出部から前記反応関与部材に対応する部位に吐出して一つの層を形成する層形成工程と、前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程と、前記層にエネルギーを付与して前記加熱消失可能な材料を加熱消失させて前記第1流路を形成すると共に前記粒子を固化して前記セラミックス部品を造形する固化工程とを有することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional manufacturing method for a ceramic component, comprising: a base composed of a ceramic material; and a plurality of first flows provided on the base and allowing fluid to pass from one side to the other side of the base. A three-dimensional manufacturing method of a ceramic component having a path and a reaction-related member provided on the inner surface of the first flow path, wherein the first fluid composition containing ceramic material particles for the substrate is first A second flowable composition containing a material that is discharged from the discharge portion to the portion corresponding to the substrate and that is a material for the first flow path and that can be heat-dissipated corresponds to the first flow path from the second discharge section. The first flow path formed by the loss of heating is discharged so that the flow resistance increases from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes. Contains particles of material A layer forming step of forming a single layer by discharging a three-fluid composition from a third discharge portion to a site corresponding to the reaction-participating member, a laminating step of repeating the layer forming step in the laminating direction, And a solidification step of forming the first flow path by applying energy and causing the heat-dissipable material to disappear by heating, and solidifying the particles to form the ceramic part.
本態様によれば、第1の態様のセラミックス部品を容易に製造することができる。 According to this aspect, the ceramic component of the first aspect can be easily manufactured.
本発明に係る第11の態様のセラミックス部品の三次元製造方法は、セラミックス材料で構成される基体と、前記基体に設けられ該基体の一方側から他方側に流体が通過する複数の第1流路と、前記第1流路の内面に設けられた反応関与部材と、を有するセラミックス部品の三次元製造方法であって、前記基体用のセラミックス材料粒子を含む第1流動性組成物を第1吐出部から前記基体に対応する部位に吐出し、前記第1流路用の材料であって加熱消失可能な材料を含む第2流動性組成物を第2吐出部から前記第1流路に対応する部位に吐出し、前記反応関与部材用の異種材料の粒子を含む複数の第3流動性組成物を複数の第3吐出部から前記反応関与部材に対応する部位に吐出するに際して高温活性の反応関与部材が第1流路の上流側に位置し、低温活性の反応関与部材が下流側に位置するように吐出して一つの層を形成する層形成工程と、前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程と、前記層にエネルギーを付与して前記加熱消失可能な材料を加熱消失させて前記第1流路を形成すると共に前記粒子を固化して前記セラミックス部品を造形する固化工程とを有することを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional manufacturing method of a ceramic component comprising: a base composed of a ceramic material; and a plurality of first flows provided on the base and allowing fluid to pass from one side to the other side of the base. A three-dimensional manufacturing method of a ceramic component having a path and a reaction-related member provided on the inner surface of the first flow path, wherein the first fluid composition containing ceramic material particles for the substrate is first A second flowable composition containing a material that is discharged from the discharge portion to the portion corresponding to the substrate and that is a material for the first flow path and that can be heat-dissipated corresponds to the first flow path from the second discharge section. Reaction at a high temperature when discharging a plurality of third fluid compositions containing particles of different materials for the reaction-participating member from a plurality of third discharge portions to a part corresponding to the reaction-participating member. Participating member on the upstream side of the first flow path And a layer forming step for forming a single layer by discharging so that a low temperature active reaction-related member is located on the downstream side, a laminating step for repeating the layer forming step in the laminating direction, and applying energy to the layer And a solidification step of forming the first flow path by causing the heat-dissipable material to disappear by heating and solidifying the particles to form the ceramic part.
本態様によれば、第4の態様のセラミックス部品を容易に製造することができる。 According to this aspect, the ceramic component of the fourth aspect can be easily manufactured.
以下に、本発明の実施形態に係るセラミックス部品及びセラミックス部品の三次元製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。
尚、以下の説明では、最初に図1及び図2に表す実施形態1を例にとって、本発明の実施形態1に係るセラミックス部品の構成と、その作用を具体的に説明する。次に図3から図5に個別に表す実施形態2から実施形態4に係る三つの実施形態について、前記実施形態1との差異を中心にセラミックス部品の構成と、その作用を説明する。
次に、本発明の実施形態5に係るセラミックス部品の三次元製造方法の内容を、図6に基づいて該三次元製造方法に使用する三次元製造装置の概略の構成と共に説明する。最後に前記各実施形態と部分的構成を異にする本発明のセラミックス部品及びセラミックス部品の三次元製造方法の他の実施形態について言及する。
Hereinafter, a ceramic component and a three-dimensional manufacturing method of the ceramic component according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the following description, the configuration and operation of the ceramic component according to
Next, the content of the three-dimensional manufacturing method for ceramic parts according to
◆◆◆実施形態1(図1乃至図3参照)◆◆◆
本実施形態1に係るセラミックス部品1A(1)は、ガソリンエンジン車用の排ガス処理装置に用いられるセラミックス部品である。本実施形態のセラミックス部品1Aは、セラミックス材料で構成される基体2と、基体2に設けられ該基体2の一方側3から他方側4に高温の排ガスである流体5が通過する複数の第1流路6と、第1流路6の内面7(図2)に設けられた反応関与部材8(図2)と有する。
そして、第1流路6は流体5の通過する方向における上流側(一方側3)から下流側(他方側4)に向かって流路抵抗が大きくなるように構成されている。
◆◆◆ Embodiment 1 (see FIGS. 1 to 3) ◆◆◆
The
And the
基体2を成すセラミックス材料は、ここではコージェライトが用いられているが、これに限定されず、アルミナ、炭化ケイ素等の他のセラミックス材料も使用できる。
また、反応関与部材8とは、第1流路6を通過する流体5と接して所望の化学反応の進行に関わる機能を有するものであり、本実施形態では、排ガス浄化処理に用いられるガソリン車用の三元触媒(Pt-Rh-Pd、Pt-Rh-CeO2等)である。該三元触媒(8)は、アルミナコート層9に含まれる形で基体2の内面7に設けられている。勿論、反応関与部材8は前記三元触媒に限定されない。
また、「流路抵抗」とは、第1流路6を流体5が通過する際の通り易さ又は通り難さのことで、流路抵抗が大きい流路は流体5が通り難く、流路抵抗が小さい流路は流体5が通りやすい。ここでは、流体5の流れ方向における上流側では流路断面積が大きく、別の言い方では流路内径が大きく形成され、流体の流れ方向における下流側では流路断面積が上流側のものより小さく形成され、別の言い方では流路内径が上流側のものより小さく形成されている。
Here, cordierite is used as the ceramic material forming the
The
The “flow path resistance” means the ease or difficulty of passage of the
上記実施形態1によれば、第1流路6は流体5の通過する方向における上流側(一方側3)から下流側(他方側4)に向かって流路抵抗が大きくなる。これにより、高温で流路に流入した排ガス等の流体5は、流路6の入口側(一方側3)すなわち流れ方向における上流側では流路抵抗が小さいので、高速で通過する。一方、流路の出口側(他方側4)すなわち下流側は流路抵抗が上流側より大きいので、低速で通過することになる。
従って、流路6の上流側部分では高温流体から当該セラミックス部品1Aへの伝熱量が減り、流体5の温度低下が抑制された状態で流路6の下流側に移動する。一方、流路6の下流側部分では流体5の通過速度が低下することにより前記伝熱量が増える。これにより、流体5の流れる方向における温度分布の影響を低減して反応関与部材8による排ガス浄化等の処理の安定化を促進することができる。また、流路6の上流側部分(一方側3)の高温劣化を抑制することができる。
According to the first embodiment, the flow resistance of the
Therefore, the amount of heat transferred from the high-temperature fluid to the
更に、本実施形態1では、第1流路6は一方側3から他方側4に向かう方向(X方向)と交差する方向(Y方向及びZ方向)に流体5が通過する複数の第2流路6も設けられている。ここからの説明においては、第1流路6と第2流路6を区別する場合は「第1流路6A」と「第2流路6B」と記す。同様に流体5も第1流路6Aに沿って流れるものを「流体5A」と記し、第2流路6Bに沿って流れるものを「流体5B」と記す。
そして、第2流路6Bは流体5Bの通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなるように構成されている。図1において、基体2で囲われた各流路を示す格子のサイズの大小は、前記流路抵抗の大小をイメージしやすく表したものである。実際は、流体5が流れる方向(図1の符号5A、5B)に流路はつながっている。
図1と図3において、符号10はセラミックス部品のハウジングである。
Furthermore, in the first embodiment, the
And the
1 and 3,
第2流路6Bを有する本実施形態1によれば、第2流路6Bも流体5の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなるので、第2流路6Bにおいても温度分布の影響を低減して反応関与部材8による排ガス浄化等の処理の安定化を促進することができる。また、流路の上流側部分の高温劣化を抑制することができる。
尚、第2流路6Bを有する上記構造は、当該セラミックス部品1Aの流体5の入り口部分の口径R1(図3)が、当該セラミックス部品1Aの本体部分(複数の流路が存在する部分)の径R2(図3)より小さい構造の場合に特に有効である。
According to the first embodiment having the
In the structure having the
更に、本実施形態1では、基体2は、一方側3から他方側4に複数(4つ)のブロックB1、B2、B3、B4を重ねた状態のブロック重ね構造Bに構成されている。そして、4つのブロックB1、B2、B3、B4は各ブロック毎に前記流路抵抗が異なるように構成されている。
具体的には、最上流側のブロックB1よりも次段のブロックB2の方が、一方側3から他方側4に向かう方向(X方向)において流路抵抗が大きく構成されている。他のブロックB3、B4との関係も同様であり、後段のブロックは前段のブロックよりも流路抵抗が大きくなるように構成されている。
更に各ブロック内で、前記方向Xと交差する方向(Y方向及びZ方向)に流路抵抗が異なるように構成されている。具体的には、図3に表したように、各ブロックはいずれも中央部分(図3において上、中、下と三つに分けたときの「中」の部分)が流路抵抗大、周囲の部分(図3において上、中、下と三つに分けたときの「上」と「下」の部分)が中央部分より流路抵抗小に構成されている。
Further, in the first embodiment, the
Specifically, the next-stage block B2 has a larger flow resistance in the direction from the one
Furthermore, in each block, it is comprised so that flow-path resistance may differ in the direction (Y direction and Z direction) which cross | intersects the said direction X. FIG. Specifically, as shown in FIG. 3, each block has a central portion (in FIG. 3, the “middle” portion when divided into three parts, upper, middle, and lower). (The “upper” and “lower” portions in FIG. 3 divided into upper, middle, and lower) are configured to have a smaller flow resistance than the central portion.
ブロック重ね構造Bを有する本実施形態1によれば、複数のブロックB1、B2、B3、B4を重ねた状態のブロック重ね構造であるので、複数の各ブロックB1、B2、B3、B4毎に前記流路抵抗を変えることで、前記構造のセラミックス部品1Aを製造容易に実現することができる。
尚、実施形態1の構造のセラミックス部品1Aの詳細な製造方法は後述する。
According to the first embodiment having the block overlap structure B, since the block overlap structure is a state in which a plurality of blocks B1, B2, B3, and B4 are overlapped, the block B1, B2, B3, and B4 are described for each of the blocks B1, B2, B3, and B4. By changing the channel resistance, the
In addition, the detailed manufacturing method of 1 A of ceramic components of the structure of
◆◆◆実施形態2(図4参照)◆◆◆
本実施形態2に係るセラミックス部品1B(1)は、流体の流れる方向における温度分布の影響を低減するための構成及び反応関与部材の種類が実施形態1に係るセラミックス部品1Aと一部相違しており、他の基本的構成については実施形態1と同様である。
従って、ここでは実施形態1と同様の構成については説明を省略し、実施形態1と相違する本実施形態2に特有の構成とその作用について説明する。
◆◆◆ Embodiment 2 (see FIG. 4) ◆◆◆
The
Therefore, the description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted here, and the configuration and operation unique to the second embodiment that are different from the first embodiment will be described.
本実施形態2に係るセラミックス部品1Bにおいては、反応関与部材8は流体5の通過する方向における上流側から下流側に向かって高温活性から低温活性に特性が変わるように構成されている。即ち、高温活性の反応関与部材8が第1流路6の上流側に位置し、低温活性の反応関与部材8が下流側に位置するように構成されている。
具体的には、第1流路6の上流側から下流側に向かって高温特性の異なる4つの反応関与部材8A、8B、8C、8Dが設けられている。反応関与部材8Aの高温活性が最も高く、反応関与部材8Dの高温活性が最も低く低温活性が最も高くなる関係で設けられている。第1流路6の流路抵抗は実施形態1のように異ならせず、流体5の流れる方向において一様に構成されている。反応関与部材として高温活性が高い材料は、高温であっても部材が変性せず高い活性を示す。また、低温活性が高い材料は、前記高温より低温域において高い活性を示す。
In the
Specifically, four
本実施形態2によれば、反応関与部材8は流体5の通過する方向における上流側から下流側に向かって高温活性から低温活性に特性が変わるので、前記温度分布が生じても反応関与部材8A、8B、8C、8Dの特性によってその温度分布の影響を受けにくい。即ち、前記上流側の部分は最も高温の流体5と接するが、該部分の反応関与部材8Aは高温活性の特性のものであるので効果的な処理がなされる。そして、流体5は下流に進むにつれて伝熱により温度が下がるが、前記下流側の部分には低温活性の反応関与部材8Dが設けられているので、その低下した温度において効果的な処理がなされる。これにより、流体5の流れる方向における温度分布の影響を低減して反応関与部材8による排ガス浄化等の処理の安定化を促進することができる。
According to the second embodiment, the
更に、本実施形態2では、実施形態1と同様に、第1流路6は一方側3から他方側4に向かう方向(X方向)と交差する方向(Y方向及びZ方向)に流体5が通過する複数の第2流路6も設けられている。第1流路6Aと第2流路6Bの構造は、流路抵抗が一様である点が実施形態1と相違するが、その他の構造は同じである。
そして、第2流路6Bも流体5の通過する方向における上流側から下流側に向かって反応関与部材8の特性が低温活性から高温活性に変わるように構成されている。具体的には、図4に表したように、基体2の中央部分(図4において上、中、下と三つに分けたときの「中」の部分)が高温活性の反応関与部材8であり、周囲の部分(図4において上、中、下と三つに分けたときの「上」と「下」の部分)は中央部分より高温活性が低く低温活性の反応関与部材8が設けられている。
Further, in the second embodiment, as in the first embodiment, the
The
第2流路6Bを有する本実施形態2によれば、第2流路6Bも流体5Bの通過する方向における上流側から下流側に向かって反応関与部材8の特性が高温活性から低温活性に変わるので、第2流路6Bにおいても温度分布の影響を低減して反応関与部材8による排ガス浄化等の処理の安定化を促進することができる。
According to the second embodiment having the
更に、本実施形態2では、実施形態1と同様に、基体2は、一方側3から他方側4に複数(4つ)のブロックB1、B2、B3、B4を重ねた状態のブロック重ね構造Bに構成されている。そして、4つのブロックB1、B2、B3、B4は各ブロック毎に反応関与部材の特性が異なるように構成されている。
具体的には、最上流側のブロックB1よりも次段のブロックB2の方が、一方側3から他方側4に向かう方向(X方向)において、より低温活性な反応関与部材が設けられている。他のブロックB3、B4との関係も同様であり、後段のブロックは前段のブロックよりも反応関与部材は、より低温活性になるように構成されている。
更に各ブロック内で、前記方向Xと交差する方向(Y方向及びZ方向)に反応関与部材の特性が異なるように構成されている。具体的には、図4に表したように、各ブロックはいずれも中央部分(図3において上、中、下と三つに分けたときの「中」の部分)が高温活性であり、周囲の部分(図3において上、中、下と三つに分けたときの「上」と「下」の部分)が中央部分より高温活性が低く低温活性となるように構成されている。
Further, in the second embodiment, as in the first embodiment, the
Specifically, the next-stage block B2 is provided with a reaction participation member that is active at a lower temperature in the direction from the one
Furthermore, the characteristics of the reaction-participating member are different in each block in the direction (Y direction and Z direction) intersecting the direction X. Specifically, as shown in FIG. 4, each block has a central portion (in FIG. 3, “middle” portion when divided into three parts, upper, middle, and lower), which is active at high temperature, and surroundings. (The “upper” and “lower” parts when divided into three parts, upper, middle, and lower in FIG. 3) are configured such that the high-temperature activity is lower than the central part and the low-temperature activity is achieved.
ブロック重ね構造Bを有する本実施形態2によれば、複数のブロックB1、B2、B3、B4を重ねた状態のブロック重ね構造であるので、複数の各ブロックB1、B2、B3、B4毎に前記反応関与部材8の特性を変えることで、前記構造のセラミックス部品1Bを製造容易に実現することができる。
尚、実施形態2の構造のセラミックス部品1Bの詳細な製造方法は後述する。
According to the second embodiment having the block overlapping structure B, since the block overlapping structure is a state in which a plurality of blocks B1, B2, B3, and B4 are overlapped, the block B1, B2, B3, and B4 are described for each of the blocks B1, B2, B3, and B4. By changing the characteristics of the
In addition, the detailed manufacturing method of the
◆◆◆実施形態3(図5参照)◆◆◆
本実施形態3に係るセラミックス部品1C(1)は、異なる種類の反応関与部材を有する複数の基体2を流体の流れる方向において離間した配置した構成が実施形態1又は実施形態2に係るセラミックス部品1A、1Bと相違しており、その他の基本的構成については実施形態1又は実施形態2と同様である。
従って、ここでは実施形態1又は実施形態2と同様の構成については説明を省略し、それらと相違する本実施形態3に特有の構成とその作用について説明する。
◆◆◆ Embodiment 3 (see FIG. 5) ◆◆◆
The
Therefore, the description of the same configuration as that of the first embodiment or the second embodiment is omitted here, and the configuration and operation unique to the third embodiment which are different from those will be described.
ディーゼルエンジン車等のように、排ガス中にHC、CO及びNOX等の除去対象気体の他に粒子状物質(PM)が含まれている場合に、流体5の流れ方向において前記除去対象気体の浄化用部分(酸化触媒担持部分)を前段に配置し、前記PM除去部分(PM除去フィルター)を後段に配置する構造が採用される。
When the particulate matter (PM) is contained in the exhaust gas in addition to the gas to be removed such as HC, CO and NOX as in a diesel engine vehicle, the purification of the gas to be removed in the flow direction of the
本実施形態3では、基体2は前記一方側から他方側に向かう方向において複数個の基体2A、2Bが別個に設けられている。基体2A、2Bの基本構造は実施形態1のものと同じである。即ち、基体2A、2Bの第1流路6は、流体5の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなるように構成されている。
そして、反応関与部材8は各基体2A、2B毎に異なる種類である。具体的は、基体2Aの反応関与部材8Eは、HC、CO及びNOX等の除去対象気体に対して浄化能力のある触媒(酸化触媒)である。基体2Bの反応関与部材8Fは、粒子状物質(PM)に対して浄化能力のある触媒(パーティキュレート・フィルター)である。
In
And the
本実施形態3によれば、ディーゼルエンジン車等のように、排ガス中にHC、CO及びNOX等の除去対象気体の他に粒子状物質(PM)が含まれている場合に、流体の流れ方向において前記除去対象気体の浄化用部分としての反応関与部材2A(酸化触媒)を前段に配置し、前記PM除去部分としての反応関与部材2B(PM除去フィルター)を後段に配置する構造が採用することで、効果的に排ガス浄化を行うことができる。 According to the third embodiment, when the particulate matter (PM) is contained in the exhaust gas in addition to the gas to be removed such as HC, CO and NOX as in a diesel engine vehicle, the flow direction of the fluid 2A, the reaction participation member 2A (oxidation catalyst) as a portion for purifying the gas to be removed is disposed in the previous stage, and the reaction participation member 2B (PM removal filter) as the PM removal portion is disposed in the rear stage. Thus, exhaust gas purification can be performed effectively.
◆◆◆実施形態4(図6参照)◆◆◆
本実施形態4に係るセラミックス部品1D(1)は、基体2を複数に分割した構成が実施形態1又は実施形態2に係るセラミックス部品1A、1Bと相違しており、その他の基本的構成については実施形態1又は実施形態2と同様である。
従って、ここでは実施形態1又は実施形態2と同様の構成については説明を省略し、それらと相違する本実施形態4に特有の構成とその作用について説明する。
◆◆◆ Embodiment 4 (see FIG. 6) ◆◆◆
The
Therefore, the description of the same configuration as that of the first embodiment or the second embodiment is omitted here, and the configuration and operation unique to the fourth embodiment, which are different from those, will be described.
本実施形態4では、基体2は前記一方側から他方側に向かう方向において複数個の基体21、22に分割されている。そして、前記一方側3の基体21に対応するセラミックス部品1D1の熱容量は他の基体22に対応するセラミックス部品1D2の熱容量より小さくなるように構成されている。具体的には、基体21は基体22より小さく形成され、この大きさの違いによって熱容量の前記差が作られている。
In the fourth embodiment, the
本実施形態4によれば、セラミックス部品1Dの基体2は一方側3から他方側4に向けて複数個の基体21、22に分割され、一方側3の基体21に対応するセラミックス部品1D1の熱容量は他の基体22に対応するセラミックス部品1D2の熱容量より小さいので、流体処理の開始当初に室温状態の当該セラミックス部品1Dに流体5が流入した際に、最初に接触する部分(21)は熱容量が小さいので短時間で適切な温度に上昇し(コールドスタート対応)、効果的な処理状態を短時間で実現することができる。
According to the fourth embodiment, the
◆◆◆実施形態5(図7参照)◆◆◆
次に、本実施形態5によって、前記実施形態に係るセラミックス部品1を製造するのに使用できる三次元製造装置41の概略の構成と、当該三次元製造装置41を使用することによって実行される本発明のセラミックス部品の三次元製造方法の一例の内容を説明する。
◆◆◆ Embodiment 5 (see FIG. 7) ◆◆◆
Next, according to the fifth embodiment, a schematic configuration of a three-
(1)三次元製造装置の概略の構成(図7参照)
セラミックス部品1を製造する三次元製造装置41としては、一例として複数本のロボットアーム43、45、47を備えた多関節式の産業用ロボットが採用できる。
具体的には、基体2用のセラミックス材料粒子を含む第1流動性組成物31を吐出する第1吐出ヘッド51と、第1流路6用の材料であって加熱消失可能な材料を含む第2流動性組成物33を吐出する第2吐出ヘッド53と、反応関与部材用の材料の粒子を含む第3流動性組成物を吐出する第3吐出ヘッド55とを備えている。更に必要に応じて使用するサポート材用の材料を含む第4流動性サポート材を吐出する第4吐出ヘッド(図示せず)を備えている。そして、これらの吐出ヘッド51、53、55は、それぞれ第1吐出部51、第2吐出部53、第3吐出部55となっている。
(1) Schematic configuration of 3D manufacturing equipment (see Fig. 7)
As an example of the three-
Specifically, the
ここで、第1流路6用の材料であって加熱消失可能な材料における加熱消失可能な材料とは、セラミックス粒子を焼結する加熱処理において加熱分解されて消失して消失後に空隙となって第1流路6を形成することが可能な材料であり、バインダー等の有機物や造孔材等が挙げられる。
Here, the heat-dissipative material in the material for the
また、三次元製造装置41には、これらの吐出ヘッド51、53、55から吐出された各流動性組成物31、33、37によって形成された層11にエネルギーの一例であるレーザー光Eを照射して焼結固化させる複数の照射ヘッド61、63、65と、各流動性組成物31、33、37が吐出され、その上面に層形成領域となる一例として平板状のベースプレート71を備えたステージ73と、ロボットアーム43、45、47の駆動及びステージ73の積層方向Zの昇降動作を実行する図示しない駆動部と、これらの駆動部の駆動と吐出ヘッド51、53、55から吐出される各流動性組成物31、33、37の吐出制御と、照射ヘッド61、63、65から照射されるレーザー光Eの照射制御を行う図示しない制御部と、を備えている。三次元製造装置41は、一例としてこれらの部材を備えることによって前記セラミックス部品1の製造に使用される。
Further, the three-
(2)セラミックス部品の三次元製造方法の内容(図7参照)
本実施形態5に係るセラミックス部品の三次元製造方法は、セラミックス材料で構成される基体2と、基体2に設けられ該基体2の一方側3から他方側4に流体5が通過する複数の第1流路6と、第1流路6の内面に設けられた反応関与部材8と有するセラミックス部品の三次元製造方法であって、層形成工程と、積層工程と、固化工程を有することによって基本的に構成されている。
以下各工程について順番に説明する。
(2) Details of the three-dimensional manufacturing method for ceramic parts (see Fig. 7)
The three-dimensional manufacturing method of a ceramic part according to the fifth embodiment includes a
Hereinafter, each step will be described in order.
(A)層形成工程(図7参照)
この層形成工程は、基体2用のセラミックス材料粒子を含む第1流動性組成物31を第1吐出部51から基体2に対応する部位に吐出し、第1流路6用の材料であって加熱消失可能な材料を含む第2流動性組成物33を第2吐出部53から第1流路6に対応する部位に吐出するに際して前記加熱消失によって形成される第1流路6が流体5の通過する方向における上流側3から下流側4に向かって流路抵抗が大きくなる(流路断面積が小さくなる)ように吐出し、反応関与部材8用の材料の粒子を含む第3流動性組成物37を第3吐出部55から反応関与部材8に対応する部位に吐出して一つの層11を形成する工程である。
ここで、反応関与部材8に対応する部位に吐出とは、第2流動性組成物(加熱消失可能な材料を含む)33と第1流動性組成物31との間の位置、即ち第1流路6の内面7に対応する位置である。
更に、本実施形態5では、図示しないが、必要に応じてサポート材用の材料を含む第4流動性サポート材を第4吐出ヘッドから所定部位に供給して一つの層Dを形成している。
(A) Layer formation step (see FIG. 7)
In this layer forming step, the
Here, the discharge to the site corresponding to the
Further, in the fifth embodiment, although not shown, a fourth fluid support material containing a material for a support material is supplied from a fourth discharge head to a predetermined portion as necessary to form one layer D. .
また、本実施形態5では、前記3種類の吐出部51、53、55のすべてをそれぞれ吐出ヘッド51、53、55によって構成し、前記3種類の流動性組成物31、33、37のすべてを液滴状態で吐出するように構成されている。
また、前記3種類の吐出部51、53、55は必ずしも吐出ヘッドによって構成されていなくてもよく、これらの一部又は全部を構造の違う他の手段(例えば塗工ローラーなど)によって構成することも可能である。
In the fifth embodiment, all of the three types of
In addition, the three types of
尚、セラミックス材料としては、実施形態1で述べたものに限らず、使用条件や用途等に応じて以下に示す各種金属や金属化合物等の粒子が適用可能である。
例えば、アルミニウム、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼等の各種金属、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコン、酸化錫、酸化マグネシウム、チタン酸カリウム等の各種金属酸化物、窒化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム等の各種金属窒化物;炭化珪素、炭化チタン等の各種金属炭化物、硫化亜鉛等の各種金属硫化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の各種金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の各種金属の硫酸塩、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等の各種金属のケイ酸塩、リン酸カルシウム等の各種金属のリン酸塩、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸マグネシウム等の各種金属のホウ酸塩や、これらの複合化物等、石膏(硫酸カルシウムの各水和物、硫酸カルシウムの無水物)が挙げられる。
The ceramic material is not limited to that described in the first embodiment, and various kinds of particles such as various metals and metal compounds shown below can be applied depending on the use conditions and applications.
For example, various metals such as aluminum, titanium, iron, copper, magnesium, stainless steel, maraging steel, etc., various metal oxides such as silica, alumina, titanium oxide, zinc oxide, zircon oxide, tin oxide, magnesium oxide, potassium titanate, etc. Metal nitrides such as silicon nitride, titanium nitride and aluminum nitride; various metal carbides such as silicon carbide and titanium carbide; various metal sulfides such as zinc sulfide; carbonates of various metals such as calcium carbonate and magnesium carbonate; Sulfates of various metals such as calcium sulfate and magnesium sulfate, silicates of various metals such as calcium silicate and magnesium silicate, phosphates of various metals such as calcium phosphate, various metals such as aluminum borate and magnesium borate Borate and their composites, gypsum (calcium sulfate hydrates, sulfuric acid Anhydrides of calcium) and the like.
また、各流動性組成物31、33、37には、前述した3種類の材料21、23、35の粒子の他に溶媒又は分散媒とバインダーとが一般に含まれている。
溶媒又は分散媒としては、例えば、蒸留水、純水、RO水等の各種水の他、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)等のエーテル類(セロソルブ類)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ペンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン等の長鎖アルキル基及びベンゼン環を有する芳香族炭火水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドンのいずれか一つを含む芳香族複素環類、アセトニトクル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル類、N,N−ジメチルアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、カルボン酸塩又はその他の各種油類等が挙げられる。
In addition, each
Examples of the solvent or dispersion medium include various waters such as distilled water, pure water, and RO water, as well as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, octanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, and the like. Alcohols, ethers such as ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve) (cellosolves), esters such as methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl formate, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isopropyl ketone , Ketones such as cyclohexanone, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and octane, cyclic hydrocarbons such as cyclohexane and methylcyclohexane, benzene, toluene, xylene, hexylbenzene and hebutylbenzene Aromatic hydrocarbons with long-chain alkyl groups and benzene rings such as zen, octylbenzene, nonylbenzene, decylbenzene, undecylbenzene, dodecylbenzene, tridecylbenzene, tetradecylbenzene, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride , Halogenated hydrocarbons such as 1,2-dichloroethane, aromatic heterocycles containing any one of pyridine, pyrazine, furan, pyrrole, thiophene, and methylpyrrolidone, nitriles such as acetononitrile, propionitrile, acrylonitrile, etc. , N, N-dimethylamide, amides such as N, N-dimethylacetamide, carboxylates or other various oils.
バインダーとしては、前述した溶媒又は分散媒に可溶であれば、限定されない。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂、合成樹脂等を用いることができる。また、例えば、PLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
また、可溶状態でなく、上述したアクリル樹脂などの樹脂の微小な粒子の状態で、前述した溶媒又は分散媒中に分散させるようにしてもよい。
加熱消失可能な材料としては、上述した溶媒又は分散媒、バインダー等が挙げられる。
The binder is not limited as long as it is soluble in the aforementioned solvent or dispersion medium. For example, an acrylic resin, an epoxy resin, a silicone resin, a cellulose resin, a synthetic resin, or the like can be used. Further, for example, thermoplastic resins such as PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide) can be used.
Moreover, you may make it disperse | distribute in the solvent or dispersion medium mentioned above not in a soluble state but in the state of the fine particle | grains of resin, such as an acrylic resin mentioned above.
Examples of the material that can be heat-dissipated include the above-described solvents or dispersion media, and binders.
(B)積層工程と固化工程
前記層形成工程に続いて、該層形成工程を積層方向Zに繰り返す。層形成工程を積層方向Zに所定回数、繰り返して層11が複数積層された所望の三次元形状のセラミックス部品の前駆体を成形する。その後に、層11が積層された状態のセラミックス部品前駆体にエネルギーを付与して前記加熱消失可能な材料を加熱消失させて第1流路6を形成すると共に前記粒子を固化してセラミックス部品1を造形する。不要なサポート材25を取り除いて製品としてのセラミックス部品1となる。
そして、このようにして構成される本実施形態に係るセラミックス部品の三次元製造方法によれば、実施形態1、実施形態3、実施形態4のセラミックス部品1を容易に製造することができる。
(B) Lamination process and solidification process Subsequent to the layer formation process, the layer formation process is repeated in the lamination direction Z. The layer forming process is repeated a predetermined number of times in the stacking direction Z to form a desired three-dimensional ceramic component precursor in which a plurality of
And according to the three-dimensional manufacturing method of the ceramic component which concerns on this embodiment comprised in this way, the
◆◆◆実施形態6◆◆◆
次に、本実施形態6は、実施形態2に係るセラミックス部品1Bを製造するのに使用できるセラミックス部品の三次元製造方法の一例である。
基本的には実施形態5と同様の部分がほとんどであるので、その部分の説明は省略し、本実施形態6に特有の部分について説明する。
本実施形態6では、反応関与部材8は流体5の通過する方向における上流側から下流側に向かって高温活性から低温活性に特性が変わるようにするために、以下のように行われる。
◆◆◆
Next, the sixth embodiment is an example of a three-dimensional manufacturing method of a ceramic component that can be used to manufacture the
Basically, since most of the parts are the same as those in the fifth embodiment, description of those parts is omitted, and only the parts unique to the sixth embodiment will be described.
In the sixth embodiment, the
基体2用のセラミックス材料粒子を含む第1流動性組成物31を第1吐出部51から基体2に対応する部位に吐出し、第1流路用6の材料であって加熱消失可能な材料を含む第2流動性組成物33を第2吐出部53から第1流路6に対応する部位に吐出し、反応関与部材8用の異種材料の粒子を含む複数の第3流動性組成物を複数の第3吐出部55,55,…から反応関与部材8に対応する部位に吐出するに際して高温活性の反応関与部材8Aが第1流路の上流側に位置し、低温活性の反応関与部材8Dが下流側に位置するように吐出して一つの層11を形成する。
そして、このようにして構成される本実施形態に係るセラミックス部品の三次元製造方法によれば、実施形態2のセラミックス部品1を容易に製造することができる。
A
And according to the three-dimensional manufacturing method of the ceramic component which concerns on this embodiment comprised in this way, the
〔他の実施形態〕
本発明に係るセラミックス部品1及びセラミックス部品の三次元製造方法は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。
(1)例えば、本発明の適用対象は、ガソリンエンジン車やディーゼルエンジン車に限定されず、他の排ガスを発生するものにも適用可能である。
(2)上記の実施形態では、第1流路用6の材料であって加熱消失可能な材料を含む第2流動性組成物33を第2吐出部53から吐出する製造方法を説明したが、この加熱消失可能な材料は、基体2用のセラミックス材料粒子を含む第1流動性組成物31の中に加えてもよい。この場合は、層形成工程は以下のようにする。
基体2用のセラミックス材料粒子と第1流路6用の材料であって加熱消失可能な材料を含む第1流動性組成物31を第1吐出部51から基体2に対応する部位に吐出し、且つ加熱消失によって形成される第1流路6が流体5の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなるように(流路断面積が小さくなるように)吐出して一つの層11を形成する。そして、積層工程後に、層11にエネルギーを付与して加熱消失可能な材料を加熱消失させて前記第1流路を形成すると共に前記粒子を焼結固化してセラミックス部品を造形する。
この製造方法は、基体2の材料粒子の粒径の大小によって粒子同士の隙間にできる隙間(気孔)のサイズが異なることを利用したものである。基体2の材料粒子の粒径を調整し、更に加熱消可能な材料の混合割合を調整して前記気孔が連なって流路ができるようにすることで実可能である。
(3)反応関与部材8用の材料は、該反応関与部材8の無い状態のセラミックする部品前駆体を造形した後、含浸させ、更に乾燥固化させることより第1流路の内面に付着させることもできる。
(4)固化工程の加熱源として、レーザー光に限定されず、焼結炉等で加熱してもよい。
(5)流路抵抗の大小の作り方は、一様な内径の流路にメッシュ材を充填して、その充填率の差によって流路抵抗の大小を調整することも可能である。
[Other Embodiments]
The
(1) For example, the application target of the present invention is not limited to a gasoline engine vehicle or a diesel engine vehicle, but can be applied to other exhaust gas generating vehicles.
(2) In the above embodiment, the manufacturing method of discharging the second fluid composition 33 containing the material for the
Discharging the
This manufacturing method utilizes the fact that the size of the gaps (pores) formed between the particles varies depending on the particle size of the material particles of the
(3) The material for the
(4) The heating source for the solidification step is not limited to laser light, and may be heated in a sintering furnace or the like.
(5) The flow resistance can be adjusted by filling the flow path with a uniform inner diameter with a mesh material and adjusting the flow resistance by the difference in the filling rate.
1…セラミックス部品、2…基体、3…一方側、4…他方側、5…流体、
6…第1流路、第2流路、7…内面、8…反応関与部材、9…セラミックスコート層、
10…ハウジング、11…層、31…第1流動性組成物、33…第2流動性組成物、
35…第5材料、37…第3流動性組成物、41…三次元製造装置、
43…ロボットアーム、45…ロボットアーム、47…ロボットアーム、
51…第1吐出ヘッド(第1吐出部)53…第2吐出ヘッド(第2吐出部)、
55…第3吐出ヘッド(第3吐出部)、61…第1照射ヘッド、63…第2照射ヘッド、
65…第3照射ヘッド、71…ベースプレート(層形成領域)、73…ステージ、
P1…層形成工程、E…レーザー光(エネルギー)
DESCRIPTION OF
6 ... 1st flow path, 2nd flow path, 7 ... Inner surface, 8 ... Reaction participation member, 9 ... Ceramic coating layer,
DESCRIPTION OF
35 ... 5th material, 37 ... 3rd fluid composition, 41 ... 3D manufacturing apparatus,
43 ... Robot arm, 45 ... Robot arm, 47 ... Robot arm,
51 ... 1st discharge head (1st discharge part) 53 ... 2nd discharge head (2nd discharge part),
55 ... 3rd discharge head (3rd discharge part), 61 ... 1st irradiation head, 63 ... 2nd irradiation head,
65 ... third irradiation head, 71 ... base plate (layer formation region), 73 ... stage,
P1 ... layer formation process, E ... laser beam (energy)
Claims (11)
前記基体に設けられ該基体の一方側から他方側に流体が通過する複数の第1流路と、
前記第1流路の内面に設けられた反応関与部材と、を有するセラミックス部品であって、
前記第1流路は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなる、ことを特徴とするセラミックス部品。 A substrate composed of a ceramic material;
A plurality of first flow paths provided in the base and through which fluid passes from one side of the base to the other;
A ceramic component having a reaction participation member provided on an inner surface of the first flow path,
The ceramic part according to claim 1, wherein the first channel has a channel resistance that increases from an upstream side toward a downstream side in a direction in which the fluid passes.
前記第1流路は前記一方側から他方側に向かう方向と交差する方向に流体が通過する複数の第2流路を有し、
前記第2流路は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなる、ことを特徴とするセラミックス部品。 The ceramic component according to claim 1,
The first flow path has a plurality of second flow paths through which fluid passes in a direction intersecting the direction from the one side to the other side,
The ceramic part according to claim 2, wherein the second channel has a channel resistance that increases from the upstream side toward the downstream side in the direction in which the fluid passes.
前記第1流路と前記第2流路の少なくとも一方は、
気孔の連なりにより形成され、
気孔率の違いにより前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなる、ことを特徴とするセラミックス部品。 In the ceramic part according to claim 1 or 2,
At least one of the first channel and the second channel is
Formed by a series of pores,
A ceramic part characterized in that flow path resistance increases from an upstream side to a downstream side in a direction in which the fluid passes due to a difference in porosity.
前記基体に設けられ該基体の一方側から他方側に流体が通過する複数の第1流路と、
前記第1流路の内面に設けられた反応関与部材と、を有するセラミックス部品であって、
前記反応関与部材は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって高温活性から低温活性に特性が変わる、ことを特徴とするセラミックス部品。 A substrate composed of a ceramic material;
A plurality of first flow paths provided in the base and through which fluid passes from one side of the base to the other;
A ceramic component having a reaction participation member provided on an inner surface of the first flow path,
The ceramic part characterized in that the characteristics of the reaction participating member change from high temperature activity to low temperature activity from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes.
前記第1流路は前記一方側から他方側に向かう方向と交差する方向に流体が通過する複数の第2流路を有し、
前記第2流路は前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって前記反応関与部材の特性が低温活性から高温活性に変わる、ことを特徴とするセラミックス部品。 In the ceramic part according to claim 4,
The first flow path has a plurality of second flow paths through which fluid passes in a direction intersecting the direction from the one side to the other side,
The ceramic component according to claim 2, wherein the characteristic of the reaction participating member changes from a low temperature activity to a high temperature activity from the upstream side to the downstream side in the fluid passage direction.
前記基体は、前記一方側から前記他方側に複数のブロックを重ねた状態のブロック重ね構造であり、
前記複数のブロックは各ブロック毎に前記流路抵抗又は特性が異なる、ことを特徴とするセラミックス部品。 In the ceramic component according to any one of claims 1 to 5,
The base has a block overlapping structure in which a plurality of blocks are stacked from the one side to the other side,
The ceramic part, wherein the plurality of blocks have different flow path resistances or characteristics for each block.
前記反応関与部材は排ガス処理用の触媒である、ことを特徴とするセラミックス部品。 In the ceramic component according to any one of claims 1 to 6,
The ceramic component, wherein the reaction participating member is a catalyst for exhaust gas treatment.
前記基体は前記一方側から他方側に向かう方向において複数設けられ、
前記反応関与部材は前記各基体毎に異なる種類である、ことを特徴とするセラミックス部品。 In the ceramic component according to any one of claims 1 to 7,
A plurality of the bases are provided in the direction from the one side to the other side,
The ceramic component characterized in that the reaction participating member is of a different type for each of the substrates.
該セラミックス部品の前記基体は前記一方側から他方側に向けて複数に分割され、
前記一方側の基体に対応するセラミックス部品の熱容量は他の基体に対応するセラミックス部品の熱容量より小さい、ことを特徴とするセラミックス部品。 In the ceramic component according to any one of claims 1 to 7,
The base of the ceramic component is divided into a plurality from the one side to the other side,
A ceramic part having a heat capacity of a ceramic part corresponding to the base on one side is smaller than a heat capacity of a ceramic part corresponding to the other base.
前記基体に設けられ該基体の一方側から他方側に流体が通過する複数の第1流路と、
前記第1流路の内面に設けられた反応関与部材と、を有するセラミックス部品の三次元製造方法であって、
前記基体用のセラミックス材料粒子を含む第1流動性組成物を第1吐出部から前記基体に対応する部位に吐出し、前記第1流路用の材料であって加熱消失可能な材料を含む第2流動性組成物を第2吐出部から前記第1流路に対応する部位に吐出するに際して前記加熱消失によって形成される第1流路が前記流体の通過する方向における上流側から下流側に向かって流路抵抗が大きくなるように吐出し、前記反応関与部材用の材料の粒子を含む第3流動性組成物を第3吐出部から前記反応関与部材に対応する部位に吐出して一つの層を形成する層形成工程と、
前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程と、
前記層にエネルギーを付与して前記加熱消失可能な材料を加熱消失させて前記第1流路を形成すると共に前記粒子を固化して前記セラミックス部品を造形する固化工程と、
を有することを特徴とするセラミックス部品の三次元製造方法。 A substrate composed of a ceramic material;
A plurality of first flow paths provided in the base and through which fluid passes from one side of the base to the other;
A reaction participating member provided on the inner surface of the first flow path;
A first fluid composition containing ceramic material particles for the substrate is discharged from a first discharge portion to a portion corresponding to the substrate, and a first flow path material that is a material that can be heat-dissipated. When the two-fluid composition is discharged from the second discharge portion to the portion corresponding to the first flow path, the first flow path formed by the heat dissipation disappears from the upstream side to the downstream side in the direction in which the fluid passes. And discharging the third fluid composition containing particles of the material for the reaction-participating member from the third discharge part to a part corresponding to the reaction-participating member to form one layer. Forming a layer; and
A laminating step for repeating the layer forming step in the laminating direction;
A solidification step of forming the ceramic part by solidifying the particles while forming the first flow path by applying energy to the layer to dissipate the heat-dissipable material by heating;
A three-dimensional manufacturing method of ceramic parts, comprising:
前記基体に設けられ該基体の一方側から他方側に流体が通過する複数の第1流路と、
前記第1流路の内面に設けられた反応関与部材と、を有するセラミックス部品の三次元製造方法であって、
前記基体用のセラミックス材料粒子を含む第1流動性組成物を第1吐出部から前記基体に対応する部位に吐出し、前記第1流路用の材料であって加熱消失可能な材料を含む第2流動性組成物を第2吐出部から前記第1流路に対応する部位に吐出し、前記反応関与部材用の異種材料の粒子を含む複数の第3流動性組成物を複数の第3吐出部から前記反応関与部材に対応する部位に吐出するに際して高温活性の反応関与部材が第1流路の上流側に位置し、低温活性の反応関与部材が下流側に位置するように吐出して一つの層を形成する層形成工程と、
前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程と、
前記層にエネルギーを付与して前記加熱消失可能な材料を加熱消失させて前記第1流路を形成すると共に前記粒子を固化して前記セラミックス部品を造形する固化工程と、
を有することを特徴とするセラミックス部品の三次元製造方法。 A substrate composed of a ceramic material;
A plurality of first flow paths provided in the base and through which fluid passes from one side of the base to the other;
A reaction participating member provided on the inner surface of the first flow path;
A first fluid composition containing ceramic material particles for the substrate is discharged from a first discharge portion to a portion corresponding to the substrate, and a first flow path material that is a material that can be heat-dissipated. A two-fluid composition is ejected from a second ejection part to a portion corresponding to the first flow path, and a plurality of third fluid compositions containing particles of different materials for the reaction participating member are ejected to a plurality of third fluids. When discharging from a section to a site corresponding to the reaction-related member, the high-temperature active reaction-related member is positioned upstream of the first flow path, and the low-temperature active reaction-related member is positioned downstream. A layer forming step of forming two layers;
A laminating step for repeating the layer forming step in the laminating direction;
A solidification step of forming the ceramic part by solidifying the particles while forming the first flow path by applying energy to the layer to dissipate the heat-dissipable material by heating;
A three-dimensional manufacturing method of ceramic parts, comprising:
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