JP2017149593A - 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

Abstract

【課題】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。
【解決手段】セラミックス部品１は、セラミックス材料で構成される基体２と、前記基体に設けられ該基体の一方側３から他方側４に流体が通過する複数の第１流路６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。
【選択図】図１

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。

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）。

特開２０１５−１８９６６６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態１に係るセラミックス部品を表す要部側断面図。 本発明の実施形態１に係るセラミックス部品の流体の流れ方向から見た要部拡大側断面図。 本発明の実施形態１に係るセラミックス部品の全体概略側断面図。 本発明の実施形態２に係るセラミックス部品を表す全体概略側断面図。 本発明の実施形態３に係るセラミックス部品を表す全体概略側断面図。 本発明の実施形態４に係るセラミックス部品を表す全体概略側断面図。 本発明の実施形態１に係るセラミクス部品の三次元製造方法の層形成工程を表す説明図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

◆◆◆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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

◆◆◆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。

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。

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。

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。

◆◆◆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。

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。

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。

◆◆◆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。

（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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

◆◆◆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。

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。

〔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。

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）

Claims (11)

1. 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。
3. 請求項１又は２に記載されたセラミックス部品において、
   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、ことを特徴とするセラミックス部品。
4. 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、ことを特徴とするセラミックス部品。
5. 請求項４に記載されたセラミックス部品において、
   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。
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。
7. 請求項１から６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。
8. 請求項１から７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。
9. 請求項１から７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、
   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。
10. 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セラミックス部品の三次元製造方法。
11. 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セラミックス部品の三次元製造方法。

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