JPWO2015068782A1 - Manufacturing method of honeycomb structure - Google Patents
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Abstract
少なくとも第1端面と第2端面と第1側壁と第2側壁とを有し、内壁によって仕切られ前記第1端面から前記第2端面に延びる複数の流路を有するセラミックからなるハニカム構造体に、前記第1側壁から、ウォータージェットの水流の中を通過するレーザー光によって、前記第1側壁または前記第2側壁に形成された第1の開口と、前記第1の開口に対向する複数の内壁に形成され複数の流路を接続する第2の開口と、からなる接続孔を形成する。A honeycomb structure made of ceramic having at least a first end face, a second end face, a first side wall, and a second side wall, and having a plurality of flow paths partitioned by an inner wall and extending from the first end face to the second end face, From the first side wall, a first opening formed in the first side wall or the second side wall and a plurality of inner walls facing the first opening by laser light passing through a water flow of a water jet. A connection hole including a second opening that is formed and connects the plurality of flow paths is formed.
Description
本発明は、セラミックからなるハニカム構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a honeycomb structure made of ceramic.
ハニカム構造体は、内部が内壁によって仕切られた多数の流路で構成されている。ハニカム構造体の流路を流体が通過する際に、内壁を介して熱、物質などを移動させることができるので、フィルター、熱交換器として広く利用されている。 The honeycomb structure is composed of a large number of flow paths whose interior is partitioned by inner walls. When a fluid passes through the flow path of the honeycomb structure, heat, a substance, and the like can be moved through the inner wall, so that it is widely used as a filter and a heat exchanger.
中でもセラミックからなるハニカム構造体は、耐熱性、化学的安定性に優れるので、高い温度、腐食性環境下で使用される排ガスフィルター、熱交換器などに用いられている。 特許文献1には、内側を貫流する流体と外側に存在する流体との間で熱量の交換を行わせる多孔質炭化珪素焼結体製のエレメントを備えた高温用熱交換器であって、前記エレメントは長手方向に延びた複数のセルを有するハニカム構造体であることを特徴とした高温用熱交換器が記載されている。このようなハニカム構造体を用いた熱交換器によれば強度に優れると共に、温度の異なる流体間での熱量の交換を効率良く行わせることができることが記載されている。 In particular, a honeycomb structure made of ceramic is excellent in heat resistance and chemical stability, and thus is used in an exhaust gas filter, a heat exchanger, and the like used in a high temperature and corrosive environment. Patent Document 1 is a high-temperature heat exchanger including an element made of a porous silicon carbide sintered body that exchanges heat between a fluid flowing through the inside and a fluid existing outside. A high temperature heat exchanger is described in which the element is a honeycomb structure having a plurality of cells extending in the longitudinal direction. It is described that a heat exchanger using such a honeycomb structure is excellent in strength and can efficiently exchange heat between fluids having different temperatures.
セラミックがハニカム構造体に用いられるのは、材料を構成する原子が共有結合で強く結合し、高強度、耐熱性、耐腐食性を有しているからである。一方、このような共有結合の特長によって、セラミック材料は、硬く、脆い材料となる。
このため、セラミックからなるハニカム構造体は、押出成形など単純な成形方法によって製造され、一方向に流路が並んだ単純な形状である。このような形状であるため、ハニカム構造体を適用する部品は一方向に並んだ流路を前提に設計され、ハニカム構造体の設計の自由度は小さい。The ceramic is used in the honeycomb structure because the atoms constituting the material are strongly bonded by a covalent bond and have high strength, heat resistance, and corrosion resistance. On the other hand, the ceramic material becomes a hard and brittle material due to such a feature of the covalent bond.
For this reason, a honeycomb structure made of ceramic is manufactured by a simple forming method such as extrusion, and has a simple shape in which flow paths are arranged in one direction. Because of this shape, the parts to which the honeycomb structure is applied are designed on the premise of channels arranged in one direction, and the degree of freedom in designing the honeycomb structure is small.
本発明では、このような従来のハニカム構造体の適用範囲を超え、ハニカム構造体に新しい機能を付与し、新しい流体の流れを扱いことのできるセラミックからなるハニカム構造体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a method for manufacturing a honeycomb structure made of ceramic that exceeds the range of application of such a conventional honeycomb structure, imparts a new function to the honeycomb structure, and can handle a new fluid flow. With the goal.
本明細書において、ハニカム構造体の断面は、流路に沿って接続孔の深さ方向に切断された断面を示す。例えば、図17に図1の断面図である図3の切断位置が詳しく記載されている。図1の断面図である図4、図5の断面図である図6、図7の断面図である図8も同様に断面図が作成されている。 In the present specification, the cross section of the honeycomb structure indicates a cross section cut in the depth direction of the connection hole along the flow path. For example, FIG. 17 describes in detail the cutting position of FIG. 3, which is a cross-sectional view of FIG. 4 is a sectional view of FIG. 1, FIG. 6 is a sectional view of FIG. 5, and FIG. 8 is a sectional view of FIG.
前記課題を解決するための本発明の解決手段は、少なくとも第1端面と第2端面と第1側壁と第2側壁とを有し、内壁によって仕切られ前記第1端面から前記第2端面に延びる複数の流路を有するセラミックからなるハニカム構造体に、前記第1側壁から、ウォータージェットの水流の中を通過するレーザー光によって、前記第1側壁または前記第2側壁に形成された第1の開口と、前記第1の開口に対向する複数の内壁に形成され複数の流路を接続する第2の開口と、からなる接続孔を形成することを特徴とするハニカム構造体の製造方法である。 The solving means of the present invention for solving the above-mentioned problems has at least a first end face, a second end face, a first side wall, and a second side wall, is partitioned by an inner wall and extends from the first end face to the second end face. A first opening formed in the first side wall or the second side wall by a laser beam passing through the water flow of the water jet from the first side wall to the honeycomb structure made of ceramic having a plurality of flow paths. And a second opening that is formed on a plurality of inner walls facing the first opening and connects a plurality of flow paths, and forming a connection hole.
本発明の製造方法で得られるハニカム構造体は、第1端面から第2端面に向かって流路が延びている。また、ハニカム構造体の側面は、第1側壁と第2側壁を有し、第2側壁は、第1側壁の反対に位置する。 In the honeycomb structure obtained by the manufacturing method of the present invention, the flow path extends from the first end face toward the second end face. Moreover, the side surface of the honeycomb structure has a first side wall and a second side wall, and the second side wall is located opposite to the first side wall.
本発明の製造方法で得られるハニカム構造体によれば、従来の一方向に流路の延びたハニカム構造体とは異なり、ハニカム構造体を横切る方向に流体の流れをつくることができる。また、このようなハニカム構造体は、第1の開口および第1の開口の内側に第2の開口が形成されているので、最外周に位置する流路のみならず、内側の流路にも流体の流れをつくることができる。また、第2の開口は第1の開口に対向する位置に形成されているので、第2の開口の内側の流路との流体の移動を最短距離で行うことができ、効率良く流体が流れることができる。 According to the honeycomb structure obtained by the manufacturing method of the present invention, unlike the conventional honeycomb structure in which the flow path extends in one direction, a fluid flow can be created in the direction across the honeycomb structure. Further, in such a honeycomb structure, since the first opening and the second opening are formed inside the first opening, not only the flow path located on the outermost periphery but also the flow path on the inner side. A fluid flow can be created. In addition, since the second opening is formed at a position facing the first opening, the fluid can be moved to the flow path inside the second opening in the shortest distance, and the fluid flows efficiently. be able to.
このようなハニカム構造体は、前記第1側壁から、ウォータージェットの水流の中を通過するレーザー光によって、前記第1側壁または前記第2側壁に形成された第1の開口と、前記第1の開口に対向する複数の内壁に形成され複数の流路を接続する第2の開口と、からなる接続孔を形成する製造方法によって得ることができる。従来のレーザー光は、焦点近傍では高い加工能力を有しているが、本発明に記載の接続孔は、開口に対して深いので、深部の加工を行うことが困難であったが、ウォータージェットの水流の中をレーザー光が進むので光が拡散することなく加工することができハニカム構造体の流路をつなぐ接続孔を形成することができる。 Such a honeycomb structure has a first opening formed in the first side wall or the second side wall by the laser beam passing through the water flow of the water jet from the first side wall, and the first side wall. It can be obtained by a manufacturing method in which a connection hole is formed, which is formed on a plurality of inner walls facing the opening and formed by a second opening that connects a plurality of flow paths. Conventional laser light has a high processing ability in the vicinity of the focal point. However, since the connection hole described in the present invention is deep with respect to the opening, it is difficult to process a deep part. Since the laser beam travels through the water stream, the laser beam can be processed without being diffused, and a connection hole that connects the channels of the honeycomb structure can be formed.
さらに本発明のハニカム構造体の製造方法は、以下の態様であることが好ましい。
(1)前記流路の一部に光拡散媒体を挿入することによりレーザー光を減衰させ、底を有する前記接続孔を形成する。Furthermore, the manufacturing method of the honeycomb structure of the present invention is preferably the following mode.
(1) A laser beam is attenuated by inserting a light diffusion medium into a part of the flow path, and the connection hole having a bottom is formed.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、高い加工性能のウォータージェットの水流を併用したレーザー加工機を用いて、さらに前記流路の一部に光拡散媒体を挿入することによりレーザー光を減衰させ、底を有する前記接続孔を形成する。このようにして接続孔の底を貫通させることなく加工することができる。
接続孔の底を残して加工するには、レーザー光を所定の箇所に挿入された光拡散媒体により散乱させ、光エネルギーを分散させることにより実現できる。所定の箇所に光拡散媒体を挿入することによりそれより下側ではレーザー光が弱められ、加工することができず、底を有する接続孔を形成することができる。The method for manufacturing a honeycomb structure of the present invention attenuates laser light by inserting a light diffusion medium into a part of the flow path using a laser processing machine combined with a water flow of a water jet having high processing performance. And forming the connection hole having a bottom. Thus, it can process without penetrating the bottom of a connection hole.
Processing while leaving the bottom of the connection hole can be realized by scattering the laser light by a light diffusion medium inserted at a predetermined location and dispersing light energy. By inserting the light diffusing medium at a predetermined location, the laser light is weakened below it and cannot be processed, and a connection hole having a bottom can be formed.
(2)前記光拡散媒体は、曲面を有する光透過性のある棒、失透ガラス、気泡を有するガラスまたは水である。
曲面を有する光透過性のある物質は、レーザー光で加熱されることがない上に、曲面で光が散乱されるので、レーザー光の加工の能力を低下させることができ、貫通させることなく接続孔の底を残して加工することができる。(2) The light diffusion medium is a light-transmitting rod having a curved surface, devitrified glass, glass having bubbles, or water.
A light-transmitting substance with a curved surface is not heated by laser light, and light is scattered on the curved surface, so that the ability to process laser light can be reduced and connected without penetrating. It can be processed leaving the bottom of the hole.
また、失透ガラスは、表面が曲面でなくても内部が相分離しているので、光が散乱しやすく、レーザー光の加工の能力を低下させることができ、貫通させることなく底を形成することができる。また、水を所定の箇所に充填することにより接続孔の底を残して加工することができる。水を充填すると、ウォータージェットの水流との混合および加工により加熱された水の沸騰により、大量の気泡を発生させる。このため、充填された水の中でレーザー光が急速に減衰し、接続孔の底を残して加工することができる。 In addition, devitrified glass has a phase-separated interior even if the surface is not curved, so that light is easily scattered, the ability to process laser light can be reduced, and the bottom is formed without penetrating. be able to. Moreover, it can process by leaving the bottom of a connection hole by filling water in a predetermined location. When filled with water, a large amount of bubbles are generated by boiling water heated by mixing and processing with a water jet stream. For this reason, the laser beam is rapidly attenuated in the filled water, and processing can be performed while leaving the bottom of the connection hole.
(3)前記接続孔を形成した後に、前記第1または第2の開口を有する前記流路に前記第1端面および前記第2端面にそれぞれ封止部を形成する。 (3) After forming the connection hole, sealing portions are respectively formed on the first end surface and the second end surface in the flow path having the first or second opening.
前記第1または第2の開口を有する前記流路に前記第1端面および前記第2端面にそれぞれ封止部を形成することにより、前記第1または第2の開口を有する前記流路は前記第1端面および前記第2端面にそれぞれ封止部を有し、前記第1または第2の開口を有する前記流路は前記接続孔で接続されることにより第1の空間を構成するとともに第1の開口および第2の開口のない前記流路は、第1端面から第2端面に延びる第2の空間を構成し、前記第1の空間と、前記第2の空間は前記内壁で互いに隔離されているハニカム構造体を得ることができる。 By forming sealing portions on the first end face and the second end face respectively in the flow path having the first or second opening, the flow path having the first or second opening becomes the first flow path. The first end face and the second end face each have a sealing portion, and the flow path having the first or second opening constitutes a first space by being connected by the connection hole, and the first end face The flow path without the opening and the second opening constitutes a second space extending from the first end surface to the second end surface, and the first space and the second space are separated from each other by the inner wall. A honeycomb structure can be obtained.
このようなハニカム構造体は、第1または第2の開口を有する流路が、第1端面および第2端面にそれぞれ封止部を有することによって、第1または第2の開口を有する流路に第1端面および第2端面側からの流体の侵入を防止することができる。また、第1または第2の開口を有する流路が接続孔で接続されることにより、第1の空間を構成することができる。さらに第1の空間は、第1の開口および第2の開口のない前記流路が構成する第1端面から第2端面に延びる第2の空間と内壁によって隔てられるため、第1の空間を流れる流体(第1の流体)と第2の空間を流れる流体(第2の流体)とが直接接することない。このため、内壁に伝熱、濾過などの機能を保有させることにより、熱交換器、フィルター、分離などの機能を有するハニカム構造体として使用することができる。 In such a honeycomb structure, the flow path having the first or second opening has the sealing portions on the first end face and the second end face, respectively, thereby forming the flow path having the first or second opening. Intrusion of fluid from the first end face and the second end face can be prevented. Further, the first space can be configured by connecting the flow paths having the first or second openings through the connection holes. Furthermore, since the first space is separated by the inner wall from the second space extending from the first end surface to the second end surface, which is constituted by the flow path without the first opening and the second opening, the first space flows through the first space. The fluid (first fluid) and the fluid flowing in the second space (second fluid) are not in direct contact. For this reason, by having functions such as heat transfer and filtration on the inner wall, it can be used as a honeycomb structure having functions such as a heat exchanger, a filter, and separation.
(4)前記セラミックは、炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなる。
ハニカム構造体が炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることにより、耐熱性、耐食性を備え、高強度なハニカム構造体を得ることができるが、これらのセラミックは加工性が悪く本発明の高い加工性能のウォータージェットの水流を併用したレーザー加工機を用いたハニカム構造体の製造方法によって得ることができる。(4) The ceramic is made of silicon carbide, silicon-impregnated silicon carbide, alumina, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, or zirconia.
When the honeycomb structure is made of silicon carbide, silicon-impregnated silicon carbide, alumina, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, or zirconia, a high-strength honeycomb structure having heat resistance and corrosion resistance can be obtained. However, these ceramics are poor in workability and can be obtained by a method for manufacturing a honeycomb structure using a laser processing machine in combination with a water flow of a water jet having high processing performance according to the present invention.
本発明によれば、ハニカム構造体の内壁によって形成される流路のみならず、流路を横切る方向に流体の流れを引き出すことができるので、従来のハニカム構造体にない新しい機能を付与することができるハニカム構造体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, not only the flow path formed by the inner wall of the honeycomb structure but also the fluid flow can be drawn in the direction crossing the flow path, so that a new function not provided in the conventional honeycomb structure is provided. The manufacturing method of the honeycomb structure which can be provided can be provided.
本明細書において、ハニカム構造体の断面は、流路に沿って接続孔の深さ方向に切断された断面を示す。例えば、図17に図1の断面図である図3の切断位置が詳しく記載されている。図1の断面図である図4、図5の断面図である図6、図7の断面図である図8も同様に断面図が作成されている。 In the present specification, the cross section of the honeycomb structure indicates a cross section cut in the depth direction of the connection hole along the flow path. For example, FIG. 17 describes in detail the cutting position of FIG. 3, which is a cross-sectional view of FIG. 4 is a sectional view of FIG. 1, FIG. 6 is a sectional view of FIG. 5, and FIG. 8 is a sectional view of FIG.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、少なくとも第1端面と第2端面と第1側壁と第2側壁とを有し、内壁によって仕切られ前記第1端面から前記第2端面に延びる複数の流路を有するセラミックからなるハニカム構造体に、前記第1側壁から、ウォータージェットの水流の中を通過するレーザー光によって、前記第1側壁または前記第2側壁に形成された第1の開口と、前記第1の開口に対向する複数の内壁に形成され複数の流路を接続する第2の開口と、からなる接続孔を形成することを特徴とする。 The method for manufacturing a honeycomb structure of the present invention includes at least a first end surface, a second end surface, a first side wall, and a second side wall, and is partitioned by an inner wall and extends from the first end surface to the second end surface. A honeycomb structure made of ceramic having a path, a first opening formed in the first side wall or the second side wall by laser light passing through the water flow of the water jet from the first side wall, A connection hole including a second opening formed on a plurality of inner walls facing the first opening and connecting a plurality of flow paths is formed.
本発明の製造方法で得られるハニカム構造体は、第1端面から第2端面に向かって流路が延びている。また、ハニカム構造体の側面は、第1側壁と第2側壁を有し、第2側壁は、第1側壁の反対に位置する。 In the honeycomb structure obtained by the manufacturing method of the present invention, the flow path extends from the first end face toward the second end face. Moreover, the side surface of the honeycomb structure has a first side wall and a second side wall, and the second side wall is located opposite to the first side wall.
本発明の製造方法で得られるハニカム構造体によれば、従来の一方向に流路の延びたハニカム構造体とは異なり、ハニカム構造体を横切る方向に流体の流れをつくることができる。また、このようなハニカム構造体は、第1の開口および第1の開口の内側に第2の開口が形成されているので、最外周に位置する流路のみならず、内側の流路にも流体の流れをつくることができる。また、第2の開口は第1の開口に対向する位置に形成されているので、第2の開口の内側の流路との流体の移動を最短距離で行うことができ、効率良く流体が流れることができる。 According to the honeycomb structure obtained by the manufacturing method of the present invention, unlike the conventional honeycomb structure in which the flow path extends in one direction, a fluid flow can be created in the direction across the honeycomb structure. Further, in such a honeycomb structure, since the first opening and the second opening are formed inside the first opening, not only the flow path located on the outermost periphery but also the flow path on the inner side. A fluid flow can be created. In addition, since the second opening is formed at a position facing the first opening, the fluid can be moved to the flow path inside the second opening in the shortest distance, and the fluid flows efficiently. be able to.
このようなハニカム構造体は、前記第1側壁から、ウォータージェットの水流の中を通過するレーザー光によって、前記第1側壁または前記第2側壁に形成された第1の開口と、前記第1の開口に対向する複数の内壁に形成され複数の流路を接続する第2の開口と、からなる接続孔を形成する製造方法によって得ることができる。従来のレーザー光は、焦点近傍では高い加工能力を有しているが、本発明に記載の接続孔は、開口に対して深いので、深部の加工を行うことが困難であったが、ウォータージェットの水流の中をレーザー光が進むので光が拡散することなく加工することができハニカム構造体の流路をつなぐ接続孔を形成することができる。 Such a honeycomb structure has a first opening formed in the first side wall or the second side wall by the laser beam passing through the water flow of the water jet from the first side wall, and the first side wall. It can be obtained by a manufacturing method in which a connection hole is formed, which is formed on a plurality of inner walls facing the opening and formed by a second opening that connects a plurality of flow paths. Conventional laser light has a high processing ability in the vicinity of the focal point. However, since the connection hole described in the present invention is deep with respect to the opening, it is difficult to process a deep part. Since the laser beam travels through the water stream, the laser beam can be processed without being diffused, and a connection hole that connects the channels of the honeycomb structure can be formed.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、流路の一部に光拡散媒体を挿入することによりレーザー光を減衰させ、底を有する前記接続孔を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a honeycomb structured body of the present invention, it is preferable to attenuate the laser light by inserting a light diffusion medium into a part of the flow path to form the connection hole having a bottom.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、高い加工性能のウォータージェットの水流を併用したレーザー加工機を用いて、さらに前記流路の一部に光拡散媒体を挿入することによりレーザー光を減衰させ、底を有する前記接続孔を形成する。このようにして接続孔の底を貫通させることなく加工することができる。
接続孔の底を残して加工するには、レーザー光を所定の箇所に挿入された光拡散媒体により散乱させ、光エネルギーを分散させることにより実現できる。所定の箇所に光拡散媒体を挿入することによりそれより下側ではレーザー光が弱められ、加工することができず、底を有する接続孔を形成することができる。The method for manufacturing a honeycomb structure of the present invention attenuates laser light by inserting a light diffusion medium into a part of the flow path using a laser processing machine combined with a water flow of a water jet having high processing performance. And forming the connection hole having a bottom. Thus, it can process without penetrating the bottom of a connection hole.
Processing while leaving the bottom of the connection hole can be realized by scattering the laser light by a light diffusion medium inserted at a predetermined location and dispersing light energy. By inserting the light diffusing medium at a predetermined location, the laser light is weakened below it and cannot be processed, and a connection hole having a bottom can be formed.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、前記光拡散媒体が、曲面を有する光透過性のある棒、失透ガラス、気泡を有するガラスまたは水であることが好ましい。
曲面を有する光透過性のある物質は、レーザー光で加熱されることがない上に、曲面で光が散乱されるので、レーザー光の加工の能力を低下させることができ、貫通させることなく接続孔の底を残して加工することができる。In the method for manufacturing a honeycomb structured body of the present invention, the light diffusion medium is preferably a light-transmitting rod having a curved surface, devitrified glass, glass having bubbles, or water.
A light-transmitting substance with a curved surface is not heated by laser light, and light is scattered on the curved surface, so that the ability to process laser light can be reduced and connected without penetrating. It can be processed leaving the bottom of the hole.
また、失透ガラスは、表面が曲面でなくても内部が相分離しているので、光が散乱しやすく、レーザー光の加工の能力を低下させることができ、貫通させることなく底を形成することができる。また、水を所定の箇所に充填することにより接続孔の底を残して加工することができる。水を充填すると、ウォータージェットの水流との混合および加工により加熱された水の沸騰により、大量の気泡を発生させる。このため、充填された水の中でレーザー光が急速に減衰し、接続孔の底を残して加工することができる。 In addition, devitrified glass has a phase-separated interior even if the surface is not curved, so that light is easily scattered, the ability to process laser light can be reduced, and the bottom is formed without penetrating. be able to. Moreover, it can process by leaving the bottom of a connection hole by filling water in a predetermined location. When filled with water, a large amount of bubbles are generated by boiling water heated by mixing and processing with a water jet stream. For this reason, the laser beam is rapidly attenuated in the filled water, and processing can be performed while leaving the bottom of the connection hole.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、前記接続孔を形成した後に、前記第1または第2の開口を有する前記流路に前記第1端面および前記第2端面にそれぞれ封止部を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a honeycomb structured body of the present invention, after forming the connection holes, sealing portions are respectively formed on the first end face and the second end face in the flow path having the first or second opening. It is preferable.
前記第1または第2の開口を有する前記流路に前記第1端面および前記第2端面にそれぞれ封止部を形成することにより、前記第1または第2の開口を有する前記流路は前記第1端面および前記第2端面にそれぞれ封止部を有し、前記第1または第2の開口を有する前記流路は前記接続孔で接続されることにより第1の空間を構成するとともに第1の開口および第2の開口のない前記流路は、第1端面から第2端面に延びる第2の空間を構成し、前記第1の空間と、前記第2の空間は前記内壁で互いに隔離されているハニカム構造体を得ることができる。 By forming sealing portions on the first end face and the second end face respectively in the flow path having the first or second opening, the flow path having the first or second opening becomes the first flow path. The first end face and the second end face each have a sealing portion, and the flow path having the first or second opening constitutes a first space by being connected by the connection hole, and the first end face The flow path without the opening and the second opening constitutes a second space extending from the first end surface to the second end surface, and the first space and the second space are separated from each other by the inner wall. A honeycomb structure can be obtained.
このようなハニカム構造体は、第1または第2の開口を有する流路が、第1端面および第2端面にそれぞれ封止部を有することによって、第1または第2の開口を有する流路に第1端面および第2端面側からの流体の侵入を防止することができる。また、第1または第2の開口を有する流路が接続孔で接続されることにより、第1の空間を構成することができる。さらに第1の空間は、第1の開口および第2の開口のない前記流路が構成する第1端面から第2端面に延びる第2の空間と内壁によって隔てられるため、第1の空間を流れる流体(第1の流体)と第2の空間を流れる流体(第2の流体)とが直接接することない。このため、内壁に伝熱、濾過などの機能を保有させることにより、熱交換器、フィルター、分離などの機能を有するハニカム構造体として使用することができる。 In such a honeycomb structure, the flow path having the first or second opening has the sealing portions on the first end face and the second end face, respectively, thereby forming the flow path having the first or second opening. Intrusion of fluid from the first end face and the second end face can be prevented. Further, the first space can be configured by connecting the flow paths having the first or second openings through the connection holes. Furthermore, since the first space is separated by the inner wall from the second space extending from the first end surface to the second end surface, which is constituted by the flow path without the first opening and the second opening, the first space flows through the first space. The fluid (first fluid) and the fluid flowing in the second space (second fluid) are not in direct contact. For this reason, by having functions such as heat transfer and filtration on the inner wall, it can be used as a honeycomb structure having functions such as a heat exchanger, a filter, and separation.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、前記セラミックは、炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることが好ましい。
ハニカム構造体が炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることにより、耐熱性、耐食性を備え、高強度なハニカム構造体を得ることができるが、これらのセラミックは加工性が悪く本発明の高い加工性能のウォータージェットの水流を併用したレーザー加工機を用いたハニカム構造体の製造方法によって得ることができる。In the method for manufacturing a honeycomb structured body of the present invention, the ceramic is preferably made of any of silicon carbide, silicon-impregnated silicon carbide, alumina, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, or zirconia.
When the honeycomb structure is made of silicon carbide, silicon-impregnated silicon carbide, alumina, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, or zirconia, a high-strength honeycomb structure having heat resistance and corrosion resistance can be obtained. However, these ceramics are poor in workability and can be obtained by a method for manufacturing a honeycomb structure using a laser processing machine in combination with a water flow of a water jet having high processing performance according to the present invention.
次に本発明のハニカム構造体の製造方法が適用されるハニカム構造体について説明するが、本発明の製造方法はこれらのハニカム構造体に限定されない。 Next, although the honeycomb structure to which the manufacturing method of the honeycomb structure of the present invention is applied will be described, the manufacturing method of the present invention is not limited to these honeycomb structures.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体のハニカムのパターン、大きさは特に限定されない。本実施形態では、8×8の格子状の流路を有するハニカム構造体について説明したが、例えば6角形状の流路のハニカム、8角形と4角形の流路の組合せのハニカムなど特に限定されない。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体の形状は、特に限定されない。6面体、6角柱などの角柱の他円柱なども適用できる。円柱の場合、側面のうち、一群の接続孔の形成されている領域を第1側壁、その反対側の領域を第2側壁と定義できる。The honeycomb pattern and size of the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied are not particularly limited. In the present embodiment, a honeycomb structure having an 8 × 8 grid-like flow path has been described. However, for example, a honeycomb having a hexagonal flow path or a honeycomb having a combination of octagonal and quadrangular flow paths is not particularly limited. .
The shape of the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied is not particularly limited. Other cylinders such as hexahedrons and hexagonal cylinders can also be applied. In the case of a cylinder, a region where a group of connection holes are formed in the side surface can be defined as a first side wall, and a region on the opposite side can be defined as a second side wall.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、少なくとも第1端面と第2端面と第1側壁と第2側壁とを有し、内壁によって仕切られ前記第1端面から前記第2端面に延びる複数の流路を有するセラミックからなるハニカム構造体において、前記第1側壁または前記第2側壁に形成された第1の開口と、前記第1の開口に対向する複数の内壁に形成され複数の流路を接続する第2の開口と、からなる接続孔を有する。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、第1端面から第2端面に向かって流路が延びている。また、ハニカム構造体の側面は、第1側壁と第2側壁を有し、第2側壁は、第1側壁の反対に位置する。A honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied has at least a first end face, a second end face, a first side wall, and a second side wall, and is partitioned by an inner wall and extends from the first end face to the second end face. In a honeycomb structure made of ceramic having a plurality of flow paths, a plurality of flow streams formed on a first opening formed on the first side wall or the second side wall and on a plurality of inner walls facing the first opening. And a second opening for connecting the roads.
In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the flow path extends from the first end face toward the second end face. Moreover, the side surface of the honeycomb structure has a first side wall and a second side wall, and the second side wall is located opposite to the first side wall.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体によれば、従来の一方向に流路の延びたハニカム構造体とは異なり、ハニカム構造体を横切る方向に流体の流れをつくることができる。また、このようなハニカム構造体は、第1の開口および第1の開口の内側に第2の開口が形成されているので、最外周に位置する流路のみならず、内側の流路にも流体の流れをつくることができる。また、第2の開口は第1の開口に対向する位置に形成されているので、第2の開口の内側の流路との流体の移動を最短距離で行うことができ、効率良く流体が流れることができるハニカム構造体を提供することができる。
さらに本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、セラミックからなるので、耐熱性、耐蝕性を備え、高強度であるので、高温環境下あるいは腐食性環境下など過酷な環境下でも流体を扱うことができる。According to the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, unlike the conventional honeycomb structure in which the flow path extends in one direction, a fluid flow can be created in the direction across the honeycomb structure. Further, in such a honeycomb structure, since the first opening and the second opening are formed inside the first opening, not only the flow path located on the outermost periphery but also the flow path on the inner side. A fluid flow can be created. In addition, since the second opening is formed at a position facing the first opening, the fluid can be moved to the flow path inside the second opening in the shortest distance, and the fluid flows efficiently. A honeycomb structure that can be provided can be provided.
Furthermore, since the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied is made of ceramic, it has heat resistance and corrosion resistance, and has high strength. Can be handled.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、特に限定されないが、接続孔を複数有することが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、接続孔を複数有することによって、より多くの流体をハニカム構造体の流路を横切る方向に流体を流すことができる。The honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied is not particularly limited, but preferably has a plurality of connection holes.
The honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied has a plurality of connection holes, so that a larger amount of fluid can flow in the direction crossing the flow path of the honeycomb structure.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、前記接続孔が、前記第1側壁または前記第2側壁が面する複数の前記流路に交互に形成されていることが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、接続孔が前記第1側壁または前記第2側壁が面する複数の前記流路に交互に形成されていることにより、ハニカム構造体の流路を横切る方向への流れを交互の流路に配置することができる。このため、流路に沿って流れる流体(第2の流体)と、流路を横切る方向に流れる流体(第一の流体)を隔てる内壁の面積を大きくとることができる。In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, it is preferable that the connection holes are alternately formed in the plurality of flow paths facing the first side wall or the second side wall.
In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the connection holes are alternately formed in the plurality of channels facing the first side wall or the second side wall. The flow in the direction crossing can be arranged in alternate flow paths. For this reason, the area of the inner wall separating the fluid flowing along the flow path (second fluid) and the fluid flowing in the direction crossing the flow path (first fluid) can be increased.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、前記第1または第2の開口を有する前記流路は前記第1端面および前記第2端面にそれぞれ封止部を有し、前記第1または第2の開口を有する前記流路は前記接続孔で接続されることにより第1の空間を構成するとともに第1の開口および第2の開口のない前記流路は、第1端面から第2端面に延びる第2の空間を構成し、前記第1の空間と、前記第2の空間は前記内壁で互いに隔離されていることが好ましい。 In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the flow path having the first or second opening has sealing portions on the first end surface and the second end surface, respectively, The flow path having the second opening constitutes the first space by being connected by the connection hole, and the flow path without the first opening and the second opening extends from the first end face to the second end face. The first space and the second space are preferably separated from each other by the inner wall.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、第1または第2の開口を有する流路が、第1端面および第2端面にそれぞれ封止部を有することによって、第1または第2の開口を有する流路に第1端面および第2端面側からの流体の侵入を防止することができる。また、第1または第2の開口を有する流路が接続孔で接続されることにより、第1の空間を構成することができる。さらに第1の空間は、第1の開口および第2の開口のない前記流路が構成する第1端面から第2端面に延びる第2の空間と内壁によって隔てられるため、第1の空間を流れる流体(第1の流体)と第2の空間を流れる流体(第2の流体)とが直接接することない。このため、内壁に伝熱、濾過などの機能を保有させることにより、熱交換器、フィルター、分離などの機能を有するハニカム構造体を提供することができる。 In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the flow path having the first or second opening has the sealing portions on the first end face and the second end face, respectively. Intrusion of fluid from the first end face and the second end face into the flow path having the opening can be prevented. Further, the first space can be configured by connecting the flow paths having the first or second openings through the connection holes. Furthermore, since the first space is separated by the inner wall from the second space extending from the first end surface to the second end surface, which is constituted by the flow path without the first opening and the second opening, the first space flows through the first space. The fluid (first fluid) and the fluid flowing in the second space (second fluid) are not in direct contact. For this reason, the honeycomb structure which has functions, such as a heat exchanger, a filter, and isolation | separation, can be provided by having functions, such as heat transfer and filtration, in an inner wall.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、前記第1の空間は、複数の前記接続孔を有することが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、第1の空間に複数の接続孔を有することにより、複数の接続孔が、第1の空間を流れる流体の入口と出口となることができる。第1の空間に複数の接続孔により入口と出口を設けることによって、第1の空間を流れる流体(第1の流体)を連続的に供給することができる。In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the first space preferably has a plurality of the connection holes.
The honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied has a plurality of connection holes in the first space, so that the plurality of connection holes can serve as an inlet and an outlet for the fluid flowing in the first space. . By providing an inlet and an outlet with a plurality of connection holes in the first space, the fluid (first fluid) flowing through the first space can be continuously supplied.
また、第1の空間に複数の接続孔を有することにより、内壁を通過する熱、物質の量を大きくする効果もある。第1の空間と第2の空間を隔てる内壁を通過する熱は、第1の空間と第2の空間の温度差に比例する。第1の空間を流れる流体に入口から入り出口への流れを形成することにより、常に新しい第1の流体を供給し、内壁に温度差が生させ移動する熱量を大きくすることができる。第1の空間と第2の空間を隔てる内壁が媒質などの濃度差を生じさせる分離機能を有する場合、第1の空間と第2の空間の濃度差が大きくなると、目詰まり、浸透圧などに効果により、移動する媒質の量が小さくなる。第1の空間を流れる流体に入口から入り出口への流れを形成することにより、常に新しい第1の流体を供給し、内壁での濃度差小さくすることによりハニカム構造体の分離機能を大きくすることができる。 In addition, by having a plurality of connection holes in the first space, there is an effect of increasing the amount of heat and substance passing through the inner wall. The heat that passes through the inner wall that separates the first space and the second space is proportional to the temperature difference between the first space and the second space. By forming a flow from the inlet to the outlet in the fluid flowing through the first space, a new first fluid can be constantly supplied, and a temperature difference can be generated on the inner wall to increase the amount of heat that moves. When the inner wall that separates the first space and the second space has a separation function that causes a density difference such as a medium, if the density difference between the first space and the second space increases, clogging, osmotic pressure, etc. Due to the effect, the amount of moving medium is reduced. By forming a flow from the inlet to the inlet to the fluid flowing in the first space, a new first fluid is always supplied, and the separation function of the honeycomb structure is increased by reducing the concentration difference on the inner wall. Can do.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、前記接続孔を前記第1側壁および前記第2側壁にそれぞれ有することが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、接続孔を第1側壁および第2側壁にそれぞれ有することにより、入口と出口を結ぶ第1の流体の流れる距離が、どの流路を通っても同等にすることができる。このため、内壁全体に第1の流体を行き渡らせることができるので効率良く熱移動または物質移動のできるハニカム構造体を提供することができる。The honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied preferably has the connection holes on the first side wall and the second side wall, respectively.
The honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied has a connection hole on each of the first side wall and the second side wall, so that the flow distance of the first fluid connecting the inlet and the outlet passes through which flow path. Can be made equivalent. For this reason, since the first fluid can be spread over the entire inner wall, it is possible to provide a honeycomb structure capable of efficiently performing heat transfer or mass transfer.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、前記第1の開口および前記第2の開口が、スリット状に構成され、前記第1の開口の長さは、前記第2の開口の長さよりも長いことが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、第1の開口および第2の開口をスリット状に構成することによって、細長い流路の横から効率良く流体を供給することができる。さらに第1の開口を第2の開口よりも大きくすることによって、ハニカム構造体全体の強度低下への影響を小さくしながら、第1の開口における第1の流体の抵抗を小さくすることができ、圧力損失を効率良く低減させることができる。In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the first opening and the second opening are formed in a slit shape, and the length of the first opening is the length of the second opening. Longer than this is preferable.
The honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied can efficiently supply fluid from the side of the elongated channel by configuring the first opening and the second opening in a slit shape. Furthermore, by making the first opening larger than the second opening, it is possible to reduce the resistance of the first fluid in the first opening while reducing the influence on the strength reduction of the entire honeycomb structure, Pressure loss can be reduced efficiently.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、複数の前記第2の開口は、第1の開口に向かって順に長くなっていることが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、第2の開口は、第1の開口に向かって順に長くなるように構成することによって、ハニカム構造体の強度低下への影響を小さくしながら、第1の開口における第1の流体の抵抗を小さくすることができ、圧力損失をさらに効率良く低減させることができる。In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the plurality of second openings are preferably elongated in order toward the first openings.
The honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied is configured such that the second opening becomes longer in order toward the first opening, thereby reducing the influence on the strength reduction of the honeycomb structure. The resistance of the first fluid in the first opening can be reduced, and the pressure loss can be reduced more efficiently.
前記第1の開口および第2の開口は、スリット状に構成され、前記第1の開口の長さおよび、複数の前記第2の開口の長さは、いずれも等しいことが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、第1の開口および第2の開口が、スリット状に形成され、第1の開口の長さおよび、複数の第2の開口の長さが、いずれも等しくなるように構成することにより、第1の開口および第2の開口で形成される接続孔の容積を大きくすることができる。接続孔の容積を大きくすることによって、接続孔につながるそれぞれの流路で発生する抵抗に応じて効率良く第1の流体を分配することができる。Preferably, the first opening and the second opening are configured in a slit shape, and the length of the first opening and the length of the plurality of second openings are both equal.
In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the first opening and the second opening are formed in a slit shape, and the length of the first opening and the lengths of the plurality of second openings are By configuring so that both are equal, the volume of the connection hole formed by the first opening and the second opening can be increased. By increasing the volume of the connection hole, the first fluid can be efficiently distributed according to the resistance generated in each flow path connected to the connection hole.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体の前記接続孔は5層以上の第2の開口が積み重なっているが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、5層以上の第2の開口を積み重ねることによって第1の側壁側から数えて6個目の流路に第1の流体を供給することができる。このような構成にすることによって、第1の空間と第2の空間を隔てる内壁の面積を大きくすることができる。
また、5層以上の第2の開口を積み重ねることにより形成される接続孔の径または幅と深さとのアスペクト比は正方形の流路であれば6以上となり、深い位置にある流路を接続孔でつなぐことができる。The connection hole of the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied preferably has five or more layers of second openings stacked.
In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the first fluid can be supplied to the sixth channel counted from the first side wall by stacking the second openings of five layers or more. it can. By adopting such a configuration, the area of the inner wall that separates the first space and the second space can be increased.
In addition, the aspect ratio between the diameter or width and depth of the connection hole formed by stacking the second openings of five layers or more is 6 or more if the channel is a square channel, and the channel in the deep position is connected to the connection hole. Can be connected.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体の前記接続孔は、10層以上の第2の開口が積み重なっていることが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、5層以上の第2の開口を積み重ねることによって第1の側壁側から数えて11個目の流路に第1の流体を供給することができる。このような構成にすることによって、第1の空間と第2の空間を隔てる内壁の面積をさらに大きくすることができる。
また、10層以上の第2の開口を積み重ねることにより形成される接続孔の径または幅と深さとのアスペクト比は正方形の流路であれば11以上となり、さらに深い位置にある流路を接続孔でつなぐことができる。It is preferable that ten or more layers of second openings are stacked in the connection hole of the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied.
In the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied, the first fluid is supplied to the eleventh channel counted from the first side wall side by stacking the second openings of five layers or more. it can. With such a configuration, the area of the inner wall separating the first space and the second space can be further increased.
In addition, the aspect ratio of the diameter or width and depth of the connection hole formed by stacking the second openings of 10 layers or more is 11 or more in the case of a square channel, and a channel at a deeper position is connected. Can be connected with holes.
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体のセラミックは、炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることが好ましい。
本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体は、炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることにより、耐熱性、耐食性を備え、高強度なハニカム構造体を提供することができる。
熱交換器に用いる場合、炭化珪素、シリコンを含浸した炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素を用いることが望ましい。これらのセラミックは熱伝導率が高く、熱交換器として好適である。The honeycomb structure ceramic to which the manufacturing method of the present invention is applied is preferably made of any of silicon carbide, silicon-impregnated silicon carbide, alumina, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, or zirconia.
The honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied is composed of any one of silicon carbide, silicon-impregnated silicon carbide, alumina, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, or zirconia, thereby providing heat resistance and corrosion resistance. A high-strength honeycomb structure can be provided.
When used in a heat exchanger, it is desirable to use silicon carbide, silicon carbide impregnated with silicon, aluminum nitride, or silicon nitride. These ceramics have high thermal conductivity and are suitable as heat exchangers.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、ハニカム状のセラミックの第1側壁または第2側壁に接続孔を形成することにより得ることができる。第1および第2の開口を形成することにより得ることができる。ハニカム状のセラミックに第1側壁または第2側壁にウォータージェットの水流を併用したレーザー加工によって接続孔を形成することができる。レーザー加工機のレーザー光の波長、出力は、ハニカム状のセラミックに応じて適宜選択することができる。 The method for manufacturing a honeycomb structure of the present invention can be obtained by forming connection holes in the first side wall or the second side wall of the honeycomb-shaped ceramic. It can be obtained by forming the first and second openings. The connection hole can be formed by laser processing using a honeycomb-shaped ceramic in combination with a water flow of a water jet on the first side wall or the second side wall. The wavelength and output of the laser beam of the laser processing machine can be appropriately selected according to the honeycomb ceramic.
ウォータージェットの水流を併用したレーザー加工機とは、ウォータージェットの水流の中にレーザー光を通過させるレーザー加工機であり、ウォーターガイドレーザー加工機とも言う。
また、ウォータージェットの水流を併用したレーザー加工法は、ウォータージェットの水流中にレーザー光を導き、全反射させながら加工点に導くことができ、レーザー光が拡散することなく,細い水流中を通過するので、焦点の深度が深く、レーザー光だけの加工機よりも高い加工性能を有している。The laser processing machine using a water jet water flow is a laser processing machine that allows laser light to pass through the water jet water flow, and is also called a water guide laser processing machine.
In addition, the laser processing method combined with the water jet water flow can guide the laser light into the water jet water flow and guide it to the processing point while totally reflecting it, and it passes through the thin water flow without diffusing the laser light. Therefore, the depth of focus is deep and the processing performance is higher than that of a processing machine using only laser light.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、高い加工性能のウォータージェットの水流を併用したレーザー加工機を用いて、接続孔の底を貫通させることなく加工することによって得ることができる。
接続孔の底を残して加工するには、レーザー光を所定の箇所で散乱させ、光エネルギーを分散させることにより実現できる。所定の箇所に光拡散媒体を挿入することによりそれより下側ではレーザー光が弱められ、加工することができない。光拡散媒体は光を分散させることができれば特に限定されない。例えば、ガラス棒などの曲面を有する光透過性のある棒、失透ガラス、気泡を内部に有するガラス、水などが利用できる。光透過性のある物質は、レーザー光で加熱されることがない上に、曲面で光が散乱されるので、レーザー光の加工の能力を低下させることができ、貫通させることなく接続孔の底を残して加工することができる。The method for manufacturing a honeycomb structured body of the present invention can be obtained by processing without penetrating the bottom of the connection hole by using a laser processing machine combined with a water flow of a water jet having high processing performance.
Processing while leaving the bottom of the connection hole can be realized by scattering laser light at a predetermined location and dispersing light energy. By inserting the light diffusing medium at a predetermined location, the laser light is weakened below and cannot be processed. The light diffusion medium is not particularly limited as long as light can be dispersed. For example, a light-transmitting rod having a curved surface such as a glass rod, devitrified glass, glass having bubbles inside, water, and the like can be used. A light-transmitting substance is not heated by laser light, and light is scattered on a curved surface, so that the ability to process laser light can be reduced, and the bottom of the connection hole can be formed without penetrating. Can be processed.
また、失透ガラスは、表面が曲面でなくても内部が相分離しているので、光が散乱しやすく、レーザー光の加工の能力を低下させることができ、貫通させることなく底を形成することができる。また、水を所定の箇所に充填することにより接続孔の底を残して加工することができる。水を充填すると、ウォータージェットの水流との混合および加工により加熱された水の沸騰により、大量の気泡を発生させる。このため、充填された水の中でレーザー光が急速に減衰し、接続孔の底を残して加工することができる。なお、水を充填していない場合でも、レーザー光とともに水流によって水が供給されるが、水流に用いられる水は量が少なくレーザー光がセラミックを加工する箇所(加工点)近傍で速やか飛散するので、レーザー光を弱めるほど区間に気泡を形成することができない。 In addition, devitrified glass has a phase-separated interior even if the surface is not curved, so that light is easily scattered, the ability to process laser light can be reduced, and the bottom is formed without penetrating. be able to. Moreover, it can process by leaving the bottom of a connection hole by filling water in a predetermined location. When filled with water, a large amount of bubbles are generated by boiling water heated by mixing and processing with a water jet stream. For this reason, the laser beam is rapidly attenuated in the filled water, and processing can be performed while leaving the bottom of the connection hole. Even when water is not filled, water is supplied by the water flow along with the laser light, but the amount of water used for the water flow is small and the laser light scatters quickly near the place where the ceramic is processed (processing point). As the laser beam is weakened, bubbles cannot be formed in the section.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、様々な接続孔の変形例があるが、形状に応じてレーザー光を、傾斜させたり、走査することにより加工することができる。 The manufacturing method of the honeycomb structure of the present invention includes various modifications of the connection holes, but can be processed by tilting or scanning the laser beam according to the shape.
また、レーザー光を走査しながら加工する際に、それぞれの流路に挿入する光拡散媒体の長さを適宜変更することにより目的の形状の接続孔を形成することもできる。
本発明の封止部はどのように形成してもよく特に限定されない。例えば内壁を構成する材料と同じセラミック材料からなる栓を挿入してもよい。例えば、ハニカム構造体が炭化珪素、窒化珪素、シリコン含浸した炭化珪素からなる場合は、シリコンの粉末を接着材として栓に塗布したのち、焼成しても良い。シリコンが溶融し、接着材として機能する。
また、例えば、無機バインダと有機バインダと無機粒子の混合したペーストを注入し、焼成することによって得ることもできる。無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾルなどが利用でき、有機バインダは、ポリビニールアルコール、フェノール樹脂などが利用でき、無機粒子は炭化珪素、アルミナ、コージライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニアなどが利用できる。Further, when processing while scanning with laser light, the connection hole having a desired shape can be formed by appropriately changing the length of the light diffusion medium inserted into each flow path.
The sealing part of the present invention may be formed in any way and is not particularly limited. For example, a plug made of the same ceramic material as that constituting the inner wall may be inserted. For example, when the honeycomb structure is made of silicon carbide, silicon nitride, or silicon carbide impregnated with silicon, silicon powder may be applied to the plug as an adhesive and then fired. Silicon melts and functions as an adhesive.
Further, for example, it can be obtained by injecting and baking a paste in which an inorganic binder, an organic binder, and inorganic particles are mixed. Alumina sol, silica sol, etc. can be used as the inorganic binder, polyvinyl alcohol, phenol resin, etc. can be used as the organic binder, and silicon carbide, alumina, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, zirconia, etc. can be used as the inorganic particles.
次に、本発明の製造方法が適用されるハニカム構造体の実施形態1、実施形態2について、説明する。 Next, Embodiment 1 and Embodiment 2 of the honeycomb structure to which the manufacturing method of the present invention is applied will be described.
実施形態1は、第1端面および第2端面が開放し、第1側壁に接続孔が形成されているハニカム構造体である。 Embodiment 1 is a honeycomb structure in which the first end surface and the second end surface are open and the connection hole is formed in the first side wall.
実施形態2は、以下形態のハニカム構造体である。
第1側壁が面する複数の流路に交互に接続孔が形成され、接続孔の底は第2端面まで達している。なお、接続孔は第2端面を貫通していない。第1の開口および第2の開口を有する流路の第1端面および第2端面はそれぞれ封止部を有することにより、第1の空間を構成している。
また第1の開口および第2の開口のない流路は、第1端面から第2端面に延びる第2の空間を構成し、第1の空間と第2の空間は内壁で互いに隔離されている。第1の空間は、第1側壁および第2側壁の側に接続孔を有している。4つの独立した空間が第1の空間を構成し、4×8の独立した流路32本が第2の空間を構成する。Embodiment 2 is a honeycomb structure of the following form.
Connection holes are alternately formed in the plurality of channels facing the first side wall, and the bottoms of the connection holes reach the second end surface. The connection hole does not penetrate the second end face. The first end face and the second end face of the flow path having the first opening and the second opening each have a sealing portion, thereby constituting a first space.
The flow path without the first opening and the second opening constitutes a second space extending from the first end surface to the second end surface, and the first space and the second space are separated from each other by the inner wall. . The first space has connection holes on the first and second side walls. Four independent spaces constitute the first space, and 32 4 × 8 independent flow paths constitute the second space.
<実施形態1>
実施形態1のハニカム構造体について、図を用いながら説明する。
図1は本発明に係る実施形態1のハニカム構造体の斜視図。図2は本発明に係る実施形態1のハニカム構造体の変形例の斜視図。図3は本発明に係る実施形態1のハニカム構造体の断面図であり、(a)は、図1のA−A’断面図、(b)は図1のB−B’断面図である。図4は本発明に係る実施形態1のハニカム構造体の接続孔の変形例の断面図である。図1のA−A’の断面図に相当する。図5は本発明に係る実施形態1のハニカム構造体の変形例の斜視図。図6は図5のハニカム構造体の変形例の断面図であり、(a)は図5(a)のC−C’断面図、(b)は図5(b)のE−E’断面図、(c)は図5(a)のD−D’断面図および図5(b)のF−F’断面図である。<Embodiment 1>
The honeycomb structure of Embodiment 1 will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 is a perspective view of a honeycomb structure according to Embodiment 1 of the present invention. Fig. 2 is a perspective view of a modified example of the honeycomb structure according to the first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of the honeycomb structure according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. . FIG. 4 is a cross-sectional view of a modified example of the connection hole of the honeycomb structure according to the first embodiment of the present invention. This corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. Fig. 5 is a perspective view of a modified example of the honeycomb structure according to the first embodiment of the present invention. 6 is a cross-sectional view of a modified example of the honeycomb structure of FIG. 5, (a) is a cross-sectional view along CC ′ in FIG. 5 (a), and (b) is a cross-sectional view along EE ′ in FIG. 5 (b). FIG. 5C is a sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 5A and a sectional view taken along the line FF ′ in FIG.
実施形態1のハニカム構造体1000は、図1に示すように、8×8の流路を有するハニカム構造体1000の第1側壁21に接する8本の流路60の内、交互になるように接続孔30を4本有している。図3に示すように、それぞれの接続孔30は、第1側壁21に形成された第1の開口31および内壁50に形成された複数の第2の開口32により構成される。図3(a)に示されるように第1の開口31および第2の開口32は、スリット状の形状であり、第1の開口31および第2の開口32の長さは同一である。図3(b)に示されるように、接続孔30の形成されている列の隣の列の断面は、内壁50に孔を有していない。
As shown in FIG. 1, the
接続孔30の位置、形状、数は特に限定されない。図2および図5は、接続孔30の位置、表面形状の異なる変形例である。図2(a)は1個のスリット状の接続孔30を有するハニカム構造体1000を示し、図2(b)は、第1側壁21が面する流路60全てにスリット状の接続孔30が形成されている。いずれの接続孔30もスリット状に形成されている。図5(a)は、8×8の流路60を有するハニカム構造体の第1側壁21に接する8本の流路60の内、交互になるように4個の円形の接続孔30を有するハニカム構造体1000を示している。図5(b)は、8×8の流路を有するハニカム構造体の第1側壁21に接する8本の流路60の内、交互になるように4つの群の接続孔30を有し、1つの群の接続孔30は、円形の接続孔30が5個で構成されるハニカム構造体1000である。図5(c)は、1個の円形の接続孔30を有するハニカム構造体1000を示す。
The position, shape, and number of the connection holes 30 are not particularly limited. 2 and 5 are modified examples in which the position of the
接続孔30の深さ方向の形状も特に限定されない。図4は、接続孔30の変形例を示し、接続孔30の流路方向の断面図であり、図1のA−A’断面を示す。(a)は、断面形状がV字状である接続孔を示し、第1の開口31が第2の開口32よりも長く、複数の第2の開口32が第1の開口31に向かって順に長くなるように構成されている。(b)は、第1および第2の開口の片側が垂直になるように揃った接続孔を示し、第1の開口31が第2の開口32よりも長く、複数の第2の開口32が第1の開口31に向かって順に長くなるように構成され接続孔の断面が台形である。(c)は、第1の開口31および第2の開口32の長さが同一で第1側壁21および第2側壁22を貫通した接続孔30を示す。(d)は、第1側壁21および第2側壁22から接続孔30が形成され、それぞれ底となる内壁を共有する接続孔30を示す。(e)は、内部の方が大きい接続孔30を示し、第1の開口31が第2の開口32よりも短く、複数の第2の開口32が第1の開口31に向かって順に短くなるように構成されている。
The shape of the
ハニカム構造体1000のハニカムのパターン、大きさは特に限定されない。本実施形態では、8×8の格子状の流路60を有するハニカム構造体1000について説明したが、例えば6角形状の流路のハニカム、8角形と4角形の流路の組合せのハニカムなど特に限定されない。
The honeycomb pattern and size of the
本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム状のセラミックの第1側壁21または第2側壁22に接続孔30を形成することにより得ることができる。第1および第2の開口を形成する方法は、図9に示すように第2側壁22に面する流路60に光拡散媒体90を挿入し、レーザー源85を移動させてレーザー光80を走査することによって加工することができる。接続孔30の形状によっては、図10のように光拡散媒体90の挿入する長さを適宜変えることによって目的の形状の接続孔30を得ることができる。また、図11、図12に示されるようにレーザー光80を適宜傾斜または旋回させながら走査することにより、目的の形状の接続孔30を得てもよい。
The honeycomb structure of the present embodiment can be obtained by forming the connection holes 30 in the
本実施形態のハニカム構造体1000は、光拡散媒体90を挿入することによって接続孔30の底を残して加工することできる。図14は、光拡散媒体90によってレーザー光80が拡散する様子を示している。図14(a)、(b)、(c)は、レーザー光80と水流82との複合による加工を示している。レーザー光80と水流82との複合した加工機は、例えば、牧野フライス社製MCS300型レーザー加工機を利用することができる。
The
図14(a)は、光拡散媒体90にガラス棒91を用いた説明図であり、ガラスの凸面によるレーザー光80の拡散によって接続孔30の底を残して加工することができる。
図14(b)は、光拡散媒体90に失透ガラス92を用いた説明図であり、ガラス内部の乱反射によってレーザー光80を拡散させ接続孔30の底を残して加工することができる。
図14(c)は、光拡散媒体90に水93を用いた説明図であり、加工による熱、水の乱流によって発生した気泡の乱反射によってレーザー光80を拡散させ接続孔30の底を残して加工することができる。FIG. 14A is an explanatory diagram in which a
FIG. 14B is an explanatory diagram in which a
FIG. 14C is an explanatory
<実施形態2>
実施形態2のハニカム構造体1000について、図を用いながら説明する。
図7(a)は本発明に係る実施形態2のハニカム構造体1000の斜視図。(b)は本発明に係る実施形態2のハニカム構造体1000の変形例の斜視図。図8は本発明に係る実施形態2のハニカム構造体1000の断面図であり、(a)は図7(a)のG−G’断面図、(b)は図7(b)のI−I’断面図、(c)は図7(a)のH−H’断面図、および図7(b)のJ−J’断面図である。<Embodiment 2>
The
Fig.7 (a) is a perspective view of the
実施形態2のハニカム構造体1000は第1側壁21が面する複数の流路60に交互に接続孔30が形成され、接続孔30の底は第2側壁22まで達している。なお、接続孔30は第2側壁22を貫通していない。第1の開口および第2の開口を有する流路の第1端面11および第2端面12にはそれぞれ封止部70を有することにより、第1の空間を構成している。
In the
また第1の開口および第2の開口のない流路は、第1端面11から第2端面12に延びる第2の空間を構成し、第1の空間と第2の空間は内壁互いに隔離されている。第1の空間は、第1側壁および第2側壁の側に接続孔を有している。第1の空間は4つの独立した空間で構成され、4×8の独立した流路32本が第2の空間を構成する。
第1の空間は、第1側壁21から、第2側壁22への(およびその逆の)流体の流れを作ることができる。また第2の空間は、第1端面11から、第2端面12への(およびその逆の)流体の流れを作ることができる。第1の空間と第2の空間は内壁で隔てられているので、互いに混ざり合うことがなく、内壁を通じて熱、物質移動をさせることができる。この効果は熱交換器、フィルター、分離膜の支持体などとして好適に利用することができる。The flow path without the first opening and the second opening constitutes a second space extending from the
The first space can create a fluid flow from the
本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム状のセラミックの第1側壁または第2側壁に接続孔を形成することにより得ることができる。第1および第2の開口を形成する方法は、図9に示すように第2側壁22に面する流路60に光拡散媒体90を挿入し、レーザー光80を走査することによって加工することができる。接続孔30の形状によっては、図10のように光拡散媒体90の挿入する長さを適宜変えることによって目的の形状の接続孔30を得ることができる。また、図11、図12に示されるようにレーザー光80を適宜傾斜または旋回させながら走査することにより、目的の形状の接続孔30を得てもよい。まず、図9の例と同様、図11(a)、図12(a)に示すように長さの同じスリット状の第1および第2の開口31、32を形成した後、図11(b)、図12(b)に示すように、レーザー光80を適宜傾斜させながら走査する。図11の例では、第1の開口は第2の開口よりも長く、第2の開口は第1の開口に向かって順に長くなっており、図12の例では、第1の開口は第2の開口よりも短く、第2の開口は第1の開口に向かって順に短くなっている。
The honeycomb structure of the present embodiment can be obtained by forming connection holes in the first side wall or the second side wall of the honeycomb-shaped ceramic. As shown in FIG. 9, the first and second openings can be processed by inserting a
本実施形態のハニカム構造体は、光拡散媒体90を挿入することによって接続孔30の底を残して加工することできる。図13、図14は、光拡散媒体90によってレーザー光が拡散する様子を示している。図13(a)、(b)、(c)は、レーザー光80のみ、図14(a)、(b)、(c)は、ウォータージェットを併用したレーザー光による加工を示している。ウォータージェットを併用したレーザー加工機は、例えば、牧野フライス社製MCS300型レーザー加工機を利用することができる。
The honeycomb structure of the present embodiment can be processed by leaving the bottom of the
図13(a)、図14(a)は、光拡散媒体90にガラス棒91を用いた説明図であり、ガラスの凸面によるレーザー光80の拡散によって接続孔の底を残して加工することができる。
図13(b)、図14(b)は、光拡散媒体90に失透ガラス92を用いた説明図であり、ガラス内部の乱反射によってレーザー光80を拡散させ接続孔の底を残して加工することができる。 図13(c)、図14(c)は、光拡散媒体90に水93を用いた説明図であり、加工による熱、水の乱流によって発生した気泡の乱反射によってレーザー光80を拡散させ接続孔の底を残して加工することができる。FIGS. 13 (a) and 14 (a) are explanatory views using a
FIG. 13B and FIG. 14B are explanatory diagrams in which a
本実施例では、実際に多孔質の炭化珪素からなるハニカム状のセラミックに台形の断面を有する接続孔を形成し、本発明に係るハニカム構造体1000を製造した結果について図15、図16を用いて説明する。
24×24個、計576個の正方形の流路を有し、34mm×34mm×130mmの炭化珪素からなるハニカム状のセラミックを用いて、本発明に係るハニカム構造体1000を製作した。なお、長手方向の端面は、流路の開口を有し、第1端面11および第2端面12である。第1端面11および第2端面12以外の4つの面は側壁であり、そのうち接続孔30を形成する面が第1側壁21、その反対側の面が第2側壁22となる。内壁50の厚さは0.25mm、第1および第2の側壁の厚さは、0.3mmである。流路60の大きさは、一辺が1.14mmの正方形である。In this example, connection holes having a trapezoidal cross section are formed in a honeycomb-shaped ceramic actually made of porous silicon carbide, and the
A
図15に示すように、このハニカム状のセラミックに接続孔30を形成した。第1側壁21に面する流路24本の内、交互となるよう12本の流路に第1の開口31を形成し、さらに第2の開口を形成することにより、12個の接続孔30を形成した。接続孔30の底は、第2側壁22であり、全ての内壁には第2の開口が形成されている。第1の開口および第2の開口と第1端面との距離は10mm、第1の開口31は第1端面11から40mmの位置まで延び、最下層の第2の開口は、第1端面11から25mmの位置まで延びている。第2の開口は第1の開口31に向かって順に長くなり、接続孔30の断面は、台形である。また、第1の開口の幅は、0.6mmである。
As shown in FIG. 15, connection holes 30 were formed in the honeycomb-shaped ceramic. The 12 connection holes 30 are formed by forming the
以下に製造方法について詳しく説明する。
接続孔30を形成する際、第2側壁22に面する流路には、流路よりも長い円形のガラス棒を挿入し、その他の流路には、前記台形の流域以外の部分まで円形のガラス棒を挿入した。(図10参照)
次に第1側壁21に面する流路60に沿って牧野フライス社製MCS300型レーザー加工機を用いて加工した。レーザーの波長は532nm、出力80W、水流82のノズル径はφ80μm、走査速度は300mm/minで加工した。The manufacturing method will be described in detail below.
When the
Next, it processed using the MCS300 type | mold laser processing machine by Makino milling company along the
このように加工して得られたハニカム構造体1000を接続孔30に沿って切断し、接続孔30を確認した。図16に示すように接続孔30の断面は台形であり、内壁は全て貫通し、第1の開口31が長さ30mm、最下層の第2の開口32が長さ15mmであった。
このように水流を用いたレーザー加工機で接続孔を形成できることが確認でできた。The
Thus, it was confirmed that the connection hole can be formed by a laser processing machine using a water flow.
また、接続孔の大きさ、配置、数は適宜選択することができ、必要に応じて適宜、流路の第1端面および第2端面に封止部を形成することによって熱交換器、フィルターなどとして使用することができる。 In addition, the size, arrangement, and number of connection holes can be selected as appropriate, and heat exchangers, filters, etc. can be formed by forming sealing portions on the first and second end surfaces of the flow path as necessary. Can be used as
本出願は、2013年11月6日出願の日本特許出願、特願2013−230358に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2013-230358 filed on Nov. 6, 2013, the contents of which are incorporated herein by reference.
本発明のハニカム構造体の製造方法は、内燃機関、燃焼炉、などの排ガスフィルター、内燃機関、燃焼炉などの熱交換器、浄水、汚水処理、化学プラント用のフィルター、半透膜を利用した淡水製造装置の基材などの製造に利用することができる。 The method for manufacturing a honeycomb structure of the present invention uses exhaust gas filters for internal combustion engines, combustion furnaces, etc., heat exchangers for internal combustion engines, combustion furnaces, etc., filters for water purification, sewage treatment, chemical plants, and semipermeable membranes. It can utilize for manufacture of the base material of a freshwater manufacturing apparatus.
11 第1端面
12 第2端面
21 第1側壁
22 第2側壁
30 接続孔
31 第1の開口
32 第2の開口
50 内壁
60 流路
70 封止部
80 レーザー光
82 水流(ウォータジェット)
85 レーザー源
90 光拡散媒体
91 ガラス棒
92 失透ガラス
93 水
1000 ハニカム構造体DESCRIPTION OF
85
Claims (5)
前記第1側壁から、ウォータージェットの水流の中を通過するレーザー光によって、
前記第1側壁または前記第2側壁に形成された第1の開口と、
前記第1の開口に対向する複数の内壁に形成され複数の流路を接続する第2の開口と、
からなる接続孔を形成することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。A honeycomb structure made of ceramic having at least a first end face, a second end face, a first side wall, and a second side wall, and having a plurality of flow paths partitioned by an inner wall and extending from the first end face to the second end face,
From the first side wall, by laser light passing through the water jet water stream,
A first opening formed in the first sidewall or the second sidewall;
A second opening formed on a plurality of inner walls facing the first opening and connecting a plurality of flow paths;
A method for manufacturing a honeycomb structure, characterized in that a connection hole made of is formed.
前記流路の一部に光拡散媒体を挿入することによりレーザー光を減衰させ、底を有する前記接続孔を形成することを特徴とする請求項1に記載のハニカム構造体の製造方法。In the method for manufacturing the honeycomb structure,
2. The method for manufacturing a honeycomb structured body according to claim 1, wherein a laser light is attenuated by inserting a light diffusion medium into a part of the flow path to form the connection hole having a bottom.
前記接続孔を形成した後に、前記第1または第2の開口を有する前記流路に前記第1端面および前記第2端面にそれぞれ封止部を形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。The method for manufacturing the honeycomb structure includes:
The sealing portion is formed on each of the first end face and the second end face in the flow path having the first or second opening after the connection hole is formed. The manufacturing method of the honeycomb structure as described in any one of Claims.
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