JP6687887B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、金属等の材料で構成される第１部材の表面側に前記第１部材よりも耐熱性の高いセラミックス被覆（層）を設けて成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。

特許文献１には、予め形状が決まった金属製の基体表面に組成の異なる積層構造の焼結体（セラミックス）を焼結接合して設けた複合材料であって、前記焼結体と前記基体との体積関係が規定され、更に各層の厚みが規定された複合材料が記載されている。そして、前記体積関係の各層の厚みを規定することで、各層における応力緩和を促進しつつ、耐摩、耐食性を要する最上層の性能を大幅に向上させることができる、と記載されている（００１２）。
更に、焼結体の接合方法として、金属製基体の表面に焼結体の原料部材を配置し、加熱機構で加熱すると共に加圧機構により圧力を加えて原料粉末を焼結して基体に接合することが記載されている（００３４）。

特開平９−１９４９０９号公報

特許文献１に記載の複合材料は、予め形状が決まった金属製基体の表面に対して焼結体を上記の通り加熱機構で加熱すると共に加圧機構で圧力を加えて原料粉末を焼結して基体に接合するので、元々の基体の表面と後から接合した焼結体との接合界面は焼結接合後も存在し、高温環境に晒されると前記接合界面で焼結体が剥離する虞があった。

本発明の目的は、高温環境に置かれるセラミックス部品において、耐熱性を向上させつつセラミックス層の剥離の問題を抑制することにある。

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、高温環境に置かれるセラミックス部品であって、第１材料で構成される第１部材と、前記第１部材の前記高温環境に晒される側となる面に接合され前記第１部材よりも耐熱性の高いセラミックス材料で構成されるセラミックス層とを備え、前記第１部材と前記セラミック層の接合部位は、前記第１材料と前記セラミックス材料を有する複合材料で構成され、前記第１部材からセラミックス層に向かう方向において前記第１材料の存在割合が徐々に減り、前記セラミックス材料の存在割合が徐々に増える傾斜組成に構成されていることを特徴とする。

ここで、「第１材料で構成される第１部材」における「第１材料で構成される」とは、第１材料のみで第１部材が構成されるものと、第１材料を主材料として他の材料も含んで第１部材が構成されるものの両方を含む意味である。
また「セラミックス材料で構成されるセラミックス層」における「セラミックス材料で構成される」とは、セラミックス材料のみでセラミックス層が構成されるものと、セラミックス材料を主材料として他の材料も含んでセラミックス層が構成されるものの両方を含む意味である。

本態様によれば、高温環境に置かれるセラミックス部品における前記第１部材と前記セラミック層の接合部位は、前記第１材料と前記セラミックス材料を有する複合材料で構成され、前記第１部材からセラミックス層に向かう方向において前記第１材料の存在割合が徐々に減り、前記セラミックス材料の存在割合が徐々に増える傾斜組成に構成されている。前記接合部位の前記傾斜組成により、高温環境に置かれるセラミックス部品において、耐熱性を向上させつつセラミックス層の剥離の問題を抑制することができる。
前記第１部材と前記セラミック層の接合部位の前記傾斜組成は、後述するセラミックス部品の三次元製造方法により容易に実現することができる。

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、前記セラミックス層は複数層から成り、該複数層は異なるセラミックス材料から成り、前記複数層の各層同士の接合部位も前記傾斜組成に構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、前記セラミックス層を成す複数層の各層同士の接合部位も前記傾斜組成に構成されている。即ち、異なるセラミックス材料から成る前記複数層の隣り合う各層同士は前記傾斜組成で構成されている。従って、異なるセラミックス材料同士の接合強度を増すことができ、以って複数層で構成されるセラミックス層内における剥離の虞を低減することができる。

本発明に係る第３の態様のセラミックス部品は、第１の態様において、前記セラミックス層は複数層から成り、該複数層は特性が異なり、前記複数層の各層同士の接合部位も前記傾斜組成に構成されていることを特徴とする。
ここで、「該複数層は特性が異なり」における「特性」とは、高温環境に置かれるセラミックス部品に求められる高耐熱性という特性の他に、耐酸性（腐食性）や耐水性等の高耐環境性、低熱伝導性等の特性が例示的に挙げられる。

本態様によれば、高耐熱性や高耐環境性等の特性が異なる前記複数層の隣り合う各セラミックス層同士は前記傾斜組成で接合されている。従って、特性が異なる前記複数層の隣り合う各層同士の接合強度を増すことができ、以って複数層で構成されるセラミックス層内における剥離の虞を低減することができる。

本発明に係る第４の態様のセラミックス部品は、第１の態様から第３の態様のいずれか一つの態様において、前記第１部材の全表面が前記セラミックス層で被われていることを特徴とする。

本態様によれば、前記第１部材の全表面が前記セラミックス層で被われているので、高温環境に晒される部分だけにセラミックス層を設けたものより、耐熱性を更に向上させつつセラミックス層の剥離の問題を抑制することができる。

本発明に係る第５の態様のセラミックス部品は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様において、前記セラミックス層は層厚が２００μｍ以上であることを特徴とする。

本態様によれば、前記セラミックス層は層厚が２００μｍ以上であるので、高耐熱性の効果を安定して偏りなく発揮させることができる。

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、前記傾斜組成部分の厚みは２００μｍ以上であることを特徴とする。

本態様によれば、前記傾斜組成部分の厚みは２００μｍ以上であるので、セラミックス層の剥離の虞の低減を、安定して偏りなく実現することができる。

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、前記第１材料は、ＳＵＳ系合金、チタン合金、ニッケル基合金、コバルト基合金から選ばれる一種以上の材料であり、前記セラミックス材料は、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、コージライト、ムライト、ステアタイト、カルシア、マグネシア、サイアロン、イットリア安定化ジルコニア、Ｄｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3−ＨｆＯ2、ＺｒＢ2、ＨｆＢ2から選ばれる一種以上の材料であることを特徴とする。

本態様によれば、第１材料及びセラミックス材料として、これらの材料を用いることにより、前記各態様の効果を効果的に得ることができる。

本発明に係る第８の態様のセラミックス部品の三次元製造方法は、高温環境に置かれるセラミックス部品であって、第１材料で構成される第１部材と、前記第１部材の前記高温環境に晒される側となる面に接合され前記第１部材よりも耐熱性の高いセラミックス材料で構成されるセラミックス層とを備えるセラミックス部品の三次元製造方法であって、前記第１材料の粒子を含む第１流動性組成物を第１吐出部から前記第１部材に対応する部位に吐出し、前記セラミック材料の粒子を含む第２流動性組成物を第２吐出部から前記セラミック層に対応する部位に吐出し、前記第１部材と前記セラミックス層との接合部に対応する部位には前記第１部材からセラミックス層に向かう方向において前記第１材料粒子の存在割合が徐々に減り、前記セラミックス材料粒子の存在割合が徐々に増える傾斜組成を成すように前記各流動性組成物を吐出して一つの層を形成する層形成工程と、前記層中の各粒子にエネルギーを付与して固化する固化工程と、前記層形成工程及び前記固化工程を積層方向に繰り返して前記セラミックス部品を造形することを特徴とする。

本態様によれば、前記層形成工程において、前記第１部材と前記セラミックス層との接合部に対応する部位では前記第１部材からセラミックス層に向かう方向において前記第１材料粒子の存在割合が徐々に減り、前記セラミックス材料粒子の存在割合が徐々に増える傾斜組成を成すように前記各組成物を吐出する。これにより、前記第１の態様から第７の態様に係る各セラミックス部品を容易に製造することができる。

本発明に係る第９の態様のセラミックス部品の三次元製造方法は、第８の態様において、前記層形成工程は、前記セラミックス層を異なるセラミックス材料により複数層に形成し、前記複数層の各層同士の間で前記傾斜組成を成すように前記各セラミックス材料の流動性組成物を吐出することを特徴とする。

本態様によれば、前記第２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。

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、第８の態様において、前記層形成工程は、前記セラミックス層を特性の異なる複数層に形成し、前記複数層の各層同士の間で前記傾斜組成を成すように前記各特性に対応するセラミックス材料の流動性組成物を吐出することを特徴とする。

本態様によれば、前記第３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。

本発明の実施形態１に係るセラミックス部品を表す側断面図。 本発明の実施形態１に係るセラミックス部品の傾斜組成の一例を模式的に表す側断面図。 本発明の実施形態２に係るセラミックス部品を表す側断面図。 本発明の実施形態３に係るセラミックス部品を表す側断面図。 本発明の実施形態４に係るセラミックス部品を表す側断面図。 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層形成工程を表す説明図。 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固化工程を表す説明図。 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によって形成したセラミックス部品とサポート材を表す側断面図。

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から図８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。

◆◆◆実施形態１（図１及び図２参照）◆◆◆
本実施形態１に係るセラミックス部品１Ａは、高温環境５に置かれるセラミックス部品であって、第１材料２１で構成される第１部材３と、第１部材３の高温環境５に晒される側となる面７に接合され、第１部材３よりも耐熱性の高い第２材料となるセラミックス材料２３で構成されるセラミックス層９と、を備えている。
そして、第１部材３とセラミックス層９との接合部位には、第１材料２１とセラミックス材料２３を有する複合材料で構成される複合層１１が備えられている。該複合層１１は第１部材３からセラミックス層９に向かう方向において第１材料２１の存在割合が徐々に減り、セラミックス材料２３の存在割合が徐々に増える傾斜組成に構成されている。

ここで、「第１材料２１で構成される第１部材３」における「第１材料２１で構成される」とは、第１材料２１のみで第１部材３が構成されるものと、第１材料２１を主材料として他の材料も含んで第１部材３が構成されるものの両方を含む意味である。
また、「セラミックス材料２３で構成されるセラミックス層９」における「セラミックス材料２３で構成される」とは、セラミックス材料２３のみでセラミックス層９が構成されるものと、セラミックス材料２３を主材料として他の材料も含んでセラミックス層９が構成されるものの両方を含む意味である。
また、「高温環境５に晒される側となる面７」とは、図示のように当該セラミックス部品１が所定の使用場所の被取付け部位１３に取り付けられた状態では、該被取付け部位１３との取付け面８を除いた高温環境５に置かれて直接、高温環境５の影響を受ける露出した面を意味する。

そして、本実施形態１では第１材料２１として一例として金属材料が使用されており、具体的には、ＳＵＳ系合金、チタン合金、ニッケル基合金、コバルト基合金から選ばれる一種以上の材料が適用可能である。
また、セラミックス材料２３としては、遮熱コーティング材料が適用でき、具体的にアルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、コージライト、ムライト、ステアタイト、カルシア、マグネシア、サイアロン、イットリア安定化ジルコニア、Ｄｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3−ＨｆＯ2、ＺｒＢ2、ＨｆＢ2から選ばれる一種以上の材料が適用可能である。

また、図１に表したように、本実施形態１では第１部材３は、大径部３ａと小径部３ｂとを備えた短寸の棒状部材によって一例として構成されており、被取付け部位１３内に埋め込まれる小径部３ｂの外周面と、被取付け部位１３の上面１３ａと接触する大径部３ａの下面と、を除く大径部３ａの上面と側周面が高温環境５に晒される側となる面７になっている。
また、セラミックス層９は、第１部材３の大径部３ａの上面と側周面を被覆するように設けられており、該セラミックス層９と、第１部材３の大径部３ａの上面及び側周面との間に複合層１１が設けられている。

また、セラミックス層９の層厚Ｔ１は２００μｍ以上であることが望ましく、傾斜組成が施される複合層１１の厚みＴ２も２００μｍ以上であることが望ましい。
また、図２に表したように、複合層１１は、一例として４層以上に各層Ｄ（Ｄ９、Ｄ１４）を積層して形成することが好ましく、この場合、１層当たり５０μｍ以上の厚みｔにすることが好ましい。
そして、このようにして複合層１１の厚みＴ２及び層Ｄの厚みｔを規定した場合には、セラミックス層９の耐熱性を向上させ、積層した下の層Ｄへの熱の伝搬を低減させることが可能になる。

また、図２は複合層１１に適用される傾斜組成の一例を模式的に表している。図示の実施形態１では、下部の第１部材３は層Ｄ１が５層、上部のセラミックス層９は層２０が同じく５層、これらの間に複合層１１は層Ｄ９、層Ｄ１４が５層ずつ合計で１０層設けられたセラミックス部品１Ａの積層モデルが一例として開示されている。
そして、このセラミックス部品１Ａの積層モデルでは、複合層１１中の第１材料２１の存在割合が第１部材３からセラミックス層９に向かう方向おいて徐々に減り、該複合層１１中のセラミックス材料２３の存在割合が第１部材３からセラミックス層９に向かう方向において徐々に増える傾斜組成が適用されている。
一例として、図２中の複合層１１を成す層Ｄ９では、第１材料２１の存在割合が６０％、セラミックス材料２３の存在割合が４０％になっており、図２中の複合層１１を成す層Ｄ１４では、第１材料２１の存在割合が４０％、セラミックス材料２３の存在割合が６０％になっている。
そして、このようにして構成される本実施形態１に係るセラミックス部品１Ａによれば、高温環境５に置かれるセラミックス部品において、耐熱性を向上させつつセラミックス層９の第１部材３からの剥離の問題を抑制することが可能になる。

◆◆◆実施形態２（図３参照）◆◆◆
本実施形態２に係るセラミックス部品１Ｂは、セラミックス層９の構成が実施形態１に係るセラミックス部品１Ａと一部相違しており、セラミックス層９の基本的構成と第１部材３及び複合層１１の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。

即ち、本実施形態２では、セラミックス層９が複数層９Ａ、９Ｂから成り、該複数層９Ａ、９Ｂは異なるセラミックス材料２３、２７によって構成されている。また、複数層９Ａ、９Ｂの各層同士の接合部位には、複合層１１と同様、傾斜組成に構成されている別途の複合層１５が設けられている。

具体的には、図示の実施形態２では、セラミックス層９は第１部材３を被覆する内側に設けられる第１セラミックス層９Ａと、該第１セラミックス層９Ａを被覆する外側に設けられる第２セラミックス層９Ｂの２つのセラミックス層によって構成されている。そして、第１セラミックス層９Ａと第２セラミックス層９Ｂとの間に、第２材料となるセラミックス材料２３と第３材料となる別途のセラミックス材料２７との間で傾斜組成が構成されている別途の複合層１５が設けられている。

そして、このようにして構成される本実施形態２に係るセラミックス部品１Ｂによっても、実施形態１と同様の作用、効果が発揮されてセラミックス部品１Ｂの耐熱性の向上が期待でき、セラミックス層９の第１部材３からの剥離の問題も抑制し得る。
また、本実施形態２にあっては、傾斜組成によって構成されている別途の複合層１５の存在により、異なるセラミックス材料２３、２７同士間の接合強度を増すことができ、以って複数層９Ａ、９Ｂで構成されるセラミックス層９内における剥離の虞を低減させることが可能になる。

◆◆◆実施形態３（図４参照）◆◆◆
本実施形態３に係るセラミックス部品１Ｃは、セラミックス層９の構成が実施形態１に係るセラミックス部品１Ａと一部相違しており、セラミックス層９の基本的構成と第１部材３及び複合層１１の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３に特有の構成とその作用について説明する。

即ち、本実施形態３では、実施形態２と同様、セラミックス層９が複数層９Ａ、９Ｃから成り、該複数層９Ａ、９Ｃは特性が異なる同種類又は異種類のセラミックス材料２３、２９によって構成されている。また、複数層９Ａ、９Ｃの各層同士の接合部位には、複合層１１と同様、傾斜組成に構成されている別途の複合層１７が設けられている。
尚、ここで言う「該複数層９Ａ、９Ｃは特性が異なる」とは、高温環境５に置かれるセラミックス部品１Ｃに求められる高耐熱性という特性の他に、化学的安定性としての耐酸性（腐食性）や耐水性等の高耐環境性、低熱伝導性、絶縁性等の特性が例示的に挙げられる。

具体的には、図示の実施形態３では、セラミックス層９は第１部材３を被覆する内側に設けられる第１セラミックス層９Ａと、該第１セラミックス層９Ａを被覆する外側に設けられる第３セラミックス層９Ｃの２つのセラミックス層によって構成されており、第１セラミックス層９Ａと第３セラミックス層９Ｃとの間に、第２材料となるセラミックス材料２３と第４材料となる特性の異なる別途のセラミックス材料２９との間で傾斜組成が構成されている別途の複合層１７が設けられている。

そして、このようにして構成される本実施形態３に係るセラミックス部品１Ｃによっても、実施形態１と同様の作用、効果が発揮されてセラミックス部品１Ｃの耐熱性の向上が期待でき、セラミックス層９の第１部材３からの剥離の問題も抑制し得る。
また、本実施形態３にあっては、傾斜組成によって構成されている別途の複合層１７の存在により、特性が異なる複数層９Ａ、９Ｃの隣り合う各層同士の接合強度を増すことができ、以って複数層９Ａ、９Ｃで構成されるセラミックス層９内における剥離の虞を低減させることが可能になる。

◆◆◆実施形態４（図５参照）◆◆◆
本実施形態４に係るセラミックス部品１Ｄは、セラミックス層９と複合層１１の設置範囲が実施形態１に係るセラミックス部品１Ａと相違しており、セラミックス層９、第１部材３及び複合層１１の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４に特有の構成とその作用について説明する。

即ち、本実施形態４では、セラミックス部品１Ｄにおける第１部材３に全表面がセラミックス層９で被われた構成になっている。
具体的には、セラミックス部品１Ｄは被取付け部位１３に取り付けられることなく、第１部材３の全表面が高温環境５に晒される側となる面７になっている。これに伴い、第１部材３の全表面を被うようにセラミックス層９が設けられており、該セラミックス層９と第１部材３の接合部位となる第１部材３の全表面を被うように複合層１１が設けられている。

そして、このようにして構成される本実施形態４に係るセラミックス部品１Ｄによっても、実施形態１と同様の作用、効果が発揮されてセラミックス部品１Ｄの耐熱性の向上が期待でき、セラミックス層９の第１部材３からの剥離の問題も抑制し得る。
また、本実施形態４にあっては、実施形態１に係るセラミックス部品１Ａよりも更に耐熱性を向上させることが可能になり、セラミックス層９の剥離の問題も一層抑制し得るようになる。

◆◆◆実施形態５（図６〜図８参照）◆◆◆
次に、本実施形態５によって、前記実施形態１に係るセラミックス部品１Ａ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。
（１）三次元製造装置の概略の構成（図６及び図７参照）
セラミックス部品１Ａ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、第１部材３用の材料である第１材料２１の金属粒子Ｍ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、セラミックス層９用の材料である第２材料２３のセラミックス粒子Ｃ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、サポート材２５用の材料である第５材料３５の粒子Ｎを含む第３流動性組成物３７を吐出する第３吐出ヘッド５５とを備えている。そして、これら３種類の吐出ヘッド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。

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中に含まれる第１材料２１の金属粒子Ｍと、第２材料２３のセラミックス粒子Ｃと、第５材料３５の粒子Ｎと、にエネルギーの一例であるレーザー光Ｅを個別に照射して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、が備えられている。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高温環境５に置かれるセラミックス部品１Ａの製造に使用される。

（２）セラミックス部品の三次元製造方法の内容（図６〜図８参照）
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、高温環境５に置かれるセラミックス部品１Ａであって、第１材料２１で構成される第１部材３と、該第１部材３の高温環境５に晒される側となる面７に接合され第１部材３よりも耐熱性の高いセラミックス材料２３で構成されるセラミックス層９と、を備えるセラミックス部品１Ａの三次元製造方法であって、層形成工程Ｐ１と、固化工程Ｐ２と、を備え、層形成工程Ｐ１及び固化工程Ｐ２を積層方向Ｚに繰り返して前記セラミックス部品１Ａを造形することによって基本的に構成されている。
以下、層形成工程Ｐ１と固化工程Ｐ２の内容と、これらの工程Ｐ１、Ｐ２を積層方向Ｚに繰り返してセラミックス部品１Ａを造形するまでの過程について具体的に説明する。

（Ａ）層形成工程（図６及び図８参照）
層形成工程Ｐ１は、第１材料２１の金属粒子Ｍを含む第１流動性組成物３１を第１吐出部５１から第１部材３に対応する部位に吐出し、セラミックス材料２３のセラミックス粒子Ｃを含む第２流動性組成物３３を第２吐出部５３から前記セラミックス層９に対応する部位に吐出し、第１部材３とセラミックス層９との接合部に設けられる複合層１１に対応する部位には第１部材３からセラミックス層９に向かう方向において第１材料２１の金属粒子Ｍの存在割合が徐々に減り、セラミックス材料２３のセラミックス粒子Ｃの存在割合が徐々に増える傾斜組成を成すように各流動性組成物３１、３３を吐出して一つの層Ｄを形成する工程である。
更に、本実施形態５では、図８に表すようにサポート材２５用の材料である第５材料３５の粒子Ｎを含む第３流動性組成物３７を第３吐出部５５から所定部位に供給して一つの層Ｄを形成している。

また、本実施形態５では、前記３種類の吐出部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。

尚、第１部材３の材料である第１材料２１の粒子としては、実施形態１で述べた金属粒子Ｍの他、セラミックス粒子Ｃでもよく、金属粒子Ｍも前述した実施形態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。

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Ｍ、Ｃ、Ｎ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。

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。

（Ｂ）固化工程（図７参照）
固化工程Ｐ２は、層Ｄ中の第１材料２１の金属粒子Ｍとセラミックス材料２３のセラミックス粒子ＣにエネルギーＥを付与して固化する工程である。そして、本実施形態５では当該エネルギーＥの付与手段として前述した３種類の照射ヘッド６１、６３、６５が使用されており、これらの照射ヘッド６１、６３、６５から照射されるレーザー光Ｅにより層Ｄの形成毎に当該固化工程Ｐ２を実行できるように構成されている。
尚、サポート材２５については、セラミックス部品１Ａの完成後は不要になるから後で取り除くことになる。従って、固化工程Ｐ２において前記第３照射ヘッド６５から照射されるレーザー光Ｅの出力を小さくしたり、レーザー光Ｅの照射を停止するように構成することも可能である。

（Ｃ）造形までの過程（図８参照）
以後は、前述した層形成工程Ｐ１及び固化工程Ｐ２を積層方向Ｚに所定回数、繰り返して図８に表すように所望の三次元形状のセラミックス部品１Ａに成形し、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１Ａを造形する。
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、高温環境５に置かれるセラミックス部品１Ａの耐熱性を向上させつつセラミックス層９の接合部位に設けられる複合層１１の傾斜組成を容易に実現できるようになってセラミックス部品１Ａの生産性を向上させることが可能になる。

〔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。
例えば、実施形態２に係るセラミックス部品１Ｂを製造する場合には、前述したセラミックス部品の三次元製造方法における層形成工程Ｐ１において、セラミックス層９を異なるセラミックス材料２３、２７により複数層９Ａ、９Ｂに形成し、複数層９Ａ、９Ｂの各層同士の間で別途の複合層１５が傾斜組成を成すようにセラミックス材料２３、２７の流動性組成物３３を各吐出部５３から吐出するように構成することが可能である。

また、実施形態３に係るセラミックス部品１Ｃを製造する場合には、前述したセラミックス部品の三次元製造方法における層形成工程Ｐ１において、セラミックス層９を特性の異なる複数層９Ａ、９Ｃに形成し、複数層９Ａ、９Ｃの各層同士の間でベッドの複合層１７が傾斜組成を成すように各特性に対応するセラミックス材料２３、２９の流動性組成物３３を各吐出部５３から吐出するように構成することが可能である。
また、本発明のセラミックス部品１の製造に使用される三次元製造装置４１のロボットアーム４３、４５、４７の数と、吐出ヘッド５１、５３、５５の数と、照射ヘッド６１、６３、６５の数は、使用する流動性組成物の種類等に応じて適宜、増減することが可能である。

また、三次元製造装置４１は、前述した構造の多関節式の産業用ロボットに限らず、幅方向Ｘと奥行き方向Ｙと積層方向Ｚとにスライドするテーブルを備えたスライドテーブル式のものや円筒座標系の産業用ロボット等、構造の違う種々の三次元製造装置が適用可能である。
また、前述した固化工程Ｐ２は、各層Ｄの形成毎に行う他、すべての層Ｄが形成された後、形成された固化前のセラミックス部品１を例えばまとめて焼結炉等に入れて固化の実行を行うようにすることも可能である。

１…セラミックス部品、３…第１部材、５…高温環境、７…（晒される側となる）面
８…取付け面、９…セラミックス層、１１…複合層、１３…被取付け部位
１５…（別途の）複合層、１７…（別途の）複合層、２１…第１材料
２３…第２材料（セラミックス材料）、２５…サポート材
２７…第３材料（セラミックス材料）、２９…第４材料（セラミックス材料）
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
Ｐ２…固化工程、Ｅ…レーザー光（エネルギー）、Ｄ…層、Ｍ…金属粒子、Ｎ…粒子
Ｃ…セラミックス粒子、Ｔ１…層厚、Ｔ２…厚み、ｔ…厚み、Ｘ…幅方向
Ｙ…奥行き方向、Ｚ…積層方向

Claims (6)

1. 高温環境に置かれるセラミックス部品であって、
   第１材料で構成される第１部材と、
   前記第１部材に接合され前記第１部材よりも耐熱性の高いセラミックス材料で構成されるセラミックス層と、を備え、
   前記第１部材と前記セラミックス層の接合部位は、
   前記第１材料と前記セラミックス材料を有する複合材料で構成され、
   前記第１部材からセラミックス層に向かう方向において前記第１材料の存在割合が徐々に減り、前記セラミックス材料の存在割合が徐々に増える傾斜組成に構成されており、
   前記第１部材の全表面が前記セラミックス層で被われている、
   ことを特徴とするセラミックス部品。
2. 請求項１に記載されたセラミックス部品において、
   前記セラミックス層は複数層から成り、
   該複数層は異なるセラミックス材料から成り、
   前記複数層の各層同士の接合部位も前記傾斜組成に構成されている、ことを特徴とするセラミックス部品。
3. 請求項１に記載されたセラミックス部品において、
   前記セラミックス層は複数層から成り、
   該複数層は特性が異なり、
   前記複数層の各層同士の接合部位も前記傾斜組成に構成されている、ことを特徴とするセラミックス部品。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載されたセラミックス部品において、
   前記セラミックス層は層厚が２００μｍ以上である、ことを特徴とするセラミックス部品。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載されたセラミックス部品において、
   前記傾斜組成の部分の厚みは２００μｍ以上である、ことを特徴とするセラミックス部品。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載されたセラミックス部品において、
   前記第１材料は、ＳＵＳ系合金、チタン合金、ニッケル基合金、コバルト基合金から選ばれる一種以上の材料であり、
   前記セラミックス材料は、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、コージライト、ムライト、ステアタイト、カルシア、マグネシア、サイアロン、イットリア安定化ジルコニア、Ｄｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3−ＨｆＯ2、ＺｒＢ2、ＨｆＢ2から選ばれる一種以上の材料である、ことを特徴とするセラミックス部品。

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