JP4959998B2 - Manufacturing method of particulate filter - Google Patents
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Description
本発明は、ガス中に含まれる微粒子を除去するためのパティキュレートフィルタの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method of the particulate filter for removing fine particles contained in the gas.
内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子や有害物質は、環境への影響を考慮して、排ガス中から除去する要請が高まっている。
特にディーゼル機関から排出される微粒子物質(PM)、窒素酸化物(NOx)の除去に関する関心が高まっており、これらのPMやNOxを除去するための多角形構造のフィルタ(パティキュレートフィルタという)が注目されている。
There is an increasing demand for removing fine particles and harmful substances in exhaust gas from internal combustion engines, boilers and the like from the exhaust gas in consideration of environmental impact.
In particular, there is a growing interest in the removal of particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) discharged from diesel engines, and a polygonal filter (called a particulate filter) for removing these PM and NOx. Attention has been paid.
このようなパティキュレートフィルタは、図12(a)に示すように、多孔質の隔壁により仕切られた流体通路を複数個、縦に並べた構造をしている。図12(b)に端面を示すように、約半数の通路の流入側の開口端を閉塞し、残りの通路の流出側の開口端を閉塞している。したがって多孔質の隔壁が濾過面となる。
このパティキュレートフィルタの使用にあたっては、排気ガス管内において、パティキュレートフィルタの端面を排気ガスの流路に垂直に設置する。排気ガスは、パティキュレートフィルタの端面の流体通路の流入側の開口端より侵入し、隔壁を通過して、流出側の開口端より排出される。隔壁には、微細な貫通孔が無数に形成されているため、排気ガス中の微粒子は、この微粒子に補集される。
When using this particulate filter, the end face of the particulate filter is installed perpendicularly to the exhaust gas flow path in the exhaust gas pipe. The exhaust gas enters from the opening end on the inflow side of the fluid passage on the end face of the particulate filter, passes through the partition wall, and is discharged from the opening end on the outflow side. Innumerable fine through holes are formed in the partition wall, so that the fine particles in the exhaust gas are collected by the fine particles.
従来の特許文献に開示されたパティキュレートフィルタは、1つ1つの流体通路が角柱状であり、流入口から流出口にかけて同じ断面積(直径)であった。
パティキュレートフィルタをディーゼルエンジンのマフラに用いた場合などにおいては、ディーゼルエンジンから排出される微粒子(油分が多くくっつきやすい)がパティキュレートフィルタの流入口付近に多くくっついて溜まりやすくなっている。
In the particulate filter disclosed in the conventional patent document, each fluid passage has a prismatic shape, and has the same cross-sectional area (diameter) from the inlet to the outlet.
When a particulate filter is used in a diesel engine muffler, etc., particulates discharged from the diesel engine (a lot of oil easily adheres) tend to stick to the vicinity of the inlet of the particulate filter and accumulate easily.
この構造では、流入口において約半数の流体通路の開口端が閉塞されているため、開口部の面積比率が小さく、そのためガスの補集効率が低かった。また、この構造では、開口部の面積が小さいために圧力損失が大きかった。
そこで本発明は、圧力損失が小さく、補集効率の高いパティキュレートフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
In this structure, since the open ends of about half of the fluid passages are closed at the inlet, the area ratio of the openings is small, and the gas collection efficiency is low. In this structure, the pressure loss is large because the area of the opening is small.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a particulate filter having a small pressure loss and a high collection efficiency.
本発明のパティキュレートフィルタの製造方法は、多孔質の隔壁により仕切られた流体通路によってフィルタ部が形成されており、前記流体通路の、被処理流体の流入口における開口部の断面積が、被処理流体の流出側における断面積よりも大きいパティキュレートフィルタの製造方法であって、セラミック粉末、光硬化性樹脂及び界面活性剤を含有するセラミックスラリーを製作する工程と、該セラミックスラリー中に支持板を浸漬させ、該支持板上にある前記セラミックスラリーに光照射を行って硬化させて前記支持板を降下させる工程と、前記工程を複数回繰り返すことにより、前記フィルタ部となるセラミック成形体を作製する工程と、該セラミック成形体を焼結する工程と、を含むことを特徴とする。
このパティキュレートフィルタの構造により、ディーゼルエンジンなどから排出される微粒子がパティキュレートフィルタの流入口付近に多くくっついても、流入口側の開口部の面積が比較的大きいために、圧力損失が小さくなり、微粒子の補集効率を高めることができる。
In the particulate filter manufacturing method of the present invention, the filter portion is formed by a fluid passage partitioned by a porous partition wall , and the sectional area of the opening of the fluid passage at the inlet of the fluid to be processed is a manufacturing method of the particulate filter has a size than the cross-sectional area at the outlet side of the processing fluid, a ceramic powder, a step of fabricating a ceramic slurry containing a photocurable resin and a surfactant, supported in the ceramic slurry A step of immersing a plate, irradiating the ceramic slurry on the support plate with light to cure and lowering the support plate, and repeating the steps a plurality of times, thereby forming a ceramic molded body to be the filter part. And a step of sintering the ceramic molded body .
Due to the structure of this particulate filter, even if a large amount of fine particles discharged from a diesel engine stick to the vicinity of the inlet of the particulate filter, the pressure loss is reduced because the area of the opening on the inlet side is relatively large. In addition, the collection efficiency of fine particles can be increased.
前記流体通路の断面形状は、被処理流体の流入口からある距離までは流入口と同じ形状であり、そこから流出側に行くにしたがって断面積が小さくなっているものであってもよく、この場合、流入口側の入り口付近での微粒子の補集量が多くなり、補集効率が高まる。
前記流体通路の流入口の断面形状は、多角形状であることが好ましい。開口部が多角形状であると流入口と流入口との間に存在する隔壁の面積を小さくできる。例えば、開口部が四角又は六角であれば隔壁は格子状になりさらに開口部の面積を大きくできる。
Cross-sectional shape of the fluid passageway, until a certain distance from the inlet of the fluid to be treated is the same shape as the inlet port may be one which is cross-sectional area becomes smaller toward therefrom outflow side, this In this case , the collection amount of the fine particles in the vicinity of the inlet on the inlet side increases, and the collection efficiency is increased.
The cross-sectional shape of the inlet of the fluid passage is preferably a polygonal shape. If the opening has a polygonal shape, the area of the partition existing between the inlet and the inlet can be reduced. For example, if the opening is a square or a hexagon, the partition wall has a lattice shape, and the area of the opening can be further increased.
前記流入口の開口部の断面積が、前記フィルタ部の前記開口部及び前記隔壁を含む全断面積の70〜80%であることが、ガスの補集効率が上がり、圧力損失も小さくできるので好ましい。
前記隔壁は、前記流入口付近において隣接する流入口と共有する隔壁となっており、そこから流出側に行くに従って流体通路ごとの隔壁となっている場合は、隔壁は流入口付近において隣接する流入口と共有する隔壁となっていることから、高強度である。また、そこから流出口までは各流体通路ごとに隔壁を有するものであることから、ガスの透過効率を高めることができる。
Since the cross-sectional area of the opening portion of the inlet is 70 to 80% of the total cross-sectional area including the opening portion and the partition wall of the filter portion , gas collection efficiency can be increased and pressure loss can be reduced. preferable.
The partition wall is a partition wall shared with an adjacent inlet port in the vicinity of the inflow port, and when the partition wall is a partition wall for each fluid passage from there to the outflow side, the partition wall is adjacent to the inflow port. Since it is a partition shared with the entrance, it has high strength. Moreover, since it has a partition for every fluid passage from there to an outflow port, the permeation | transmission efficiency of gas can be improved.
前記隔壁がコーディエライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、リチウムアルミノシリケート、アルミナ、ムライト、スピネルの群から選ばれる少なくとも1種である場合、耐熱性、強度、耐久性が高い。特に、熱膨張係数が小さく、特に、耐熱衝撃性が高いという点でチタン酸アルミニウムが好ましい。 When the partition is at least one selected from the group consisting of cordierite, silicon carbide, silicon nitride, aluminum titanate, lithium aluminosilicate, alumina, mullite, and spinel, heat resistance, strength, and durability are high. In particular, aluminum titanate is preferable because it has a small thermal expansion coefficient and particularly high thermal shock resistance.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下において「断面」とは、特に断りのない限りフィルタ部の長手方向(図1におけるZ方向)に対する垂直の断面を意味する。
図1は、パティキュレートフィルタの縦断面図である。図2はガスの流入端面における断面図、図3は中間部における断面図、図4はガスの流出端面における断面図を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the following, “cross section” means a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the filter portion ( Z direction in FIG. 1) unless otherwise specified.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a particulate filter. 2 is a cross-sectional view at the gas inflow end surface, FIG. 3 is a cross-sectional view at the intermediate portion, and FIG. 4 is a cross-sectional view at the gas outflow end surface.
このパティキュレートフィルタは、被処理流体の流入端面から流出端面まで縦配置された多数のフィルタ部1を有する。各フィルタ部1は、角錐状の多孔質の隔壁2により形成されている。この角錐状の多孔質の隔壁2により区間されたガスGの通路を「流体通路」という。各フィルタ部1は、複数集合して、枠体3とともに一体化して形成されている。
なお、枠体3と一体化する代わりに、例えば金属製の枠体に固定してもよい。
This particulate filter has a large number of
Instead of being integrated with the
各フィルタ部1の流入端面は、その断面図を図2に示すように、隔壁2によって格子状に仕切られている。すなわち、隣接するフィルタ部1の隔壁2が互いに共有された隔壁2となっており、これらの隔壁2が格子を形成している。
各フィルタ部1の隔壁2は、流入口から流出側(Z方向)に行くに従って、その断面形状が直線状に絞られていく。したがって、隣接するフィルタ部1の隔壁2同士は離れて行き、各フィルタ部1ごとの隔壁2となる。
As shown in FIG. 2, the inflow end face of each
The
図3は、この絞られた位置における隔壁2を示す断面図であり、フィルタ部1が角錐状に絞られた結果、流体通路の断面積が小さくなり、かつ隣接する隔壁2同士が離れている様子を示している。この中間部では、各フィルタ部1はフリーの状態であり、必ずしも相互に固定連結されていない(しかし後述するように隔壁2の先端部では固定されている)。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the
各フィルタ部1の隔壁2は、図4に示すように、流出端面において、その断面形状が最も絞られ、点状となり、格子点を形成する。すなわち、図4に示される格子5の交点が各フィルタ部1の先端に相当する。
この格子5は、例えば隔壁2と同じ材料で作られたものであり、各フィルタ部1の先端部を固定するためのものである。各フィルタ部1の先端部は、図1に示したように、格子5の中で固定される。なお、格子5を、ステンレスなどで形成してもよい。この場合、各フィルタ部1の先端部を金属ホウケイ酸ガラスなどの低融点ガラスによって封止するとよい。
As shown in FIG. 4, the
The lattice 5 is made of, for example, the same material as that of the
本実施形態の特徴は、多孔質の隔壁2により仕切られたフィルタ部1の、処理流体が流入する流入口の断面積が被処理流体の流出側の断面積よりも大きいことである。
この構造により、ディーゼルエンジンなどから排出される微粒子がパティキュレートフィルタの流入口付近に多くくっついても、流入口側の開口部の面積が比較的大きいために、流入口の詰まりが少なくなる。したがって、圧力損失が小さくなり、微粒子の補集効率を高めることができる。
The feature of this embodiment is that the cross-sectional area of the inflow port into which the processing fluid flows in the
With this structure, even if a large amount of fine particles discharged from a diesel engine or the like adhere to the vicinity of the inflow port of the particulate filter, the clogging of the inflow port is reduced because the area of the opening on the inflow port side is relatively large. Therefore, the pressure loss is reduced, and the collection efficiency of the fine particles can be increased.
図5は、1つのフィルタ部1の断面図であり、図2〜図4のX−Z面又はY−Z面で切った断面を表している。フィルタ部1の断面は、ガスGの流入端面から被処理流体の流出側に行くにしたがって絞られ、次第に細くなっていることを示している。隔壁2は直線状であり、段差がないために、流通するガスGにかかる抵抗は小さくなる。したがって、圧力損失が小さくなり、補集効率が高まる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of one
図6は、変形例に係るフィルタ部1の断面図である。フィルタ部1の断面形状は、ガスGの流入口からある距離L(ほぼ中間の位置)までは流入口と同じ形状であり、そこから流出側に行くにしたがって湾曲し、断面積が小さくなっている。このため、流入口から前記距離Lまで隔壁2の表面積が小さくならず、微粒子の補集量が多くなり、補集効率が高まる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
なお、図5,図6において、フィルタ部1のX−Y面で切った断面は、流入口側では四角形状であるが、断面積が狭くなるに従って、円形などに変形していってもよい。また、断面積が狭くなっても、四角形状をそのまま保つようにしてもよい。
次に、本発明のパティキュレートフィルタの製造方法を説明する。
図7は、パティキュレートフィルタの製造装置を示す断面模式図である。
5 and 6, the cross section taken along the XY plane of the
Next, the manufacturing method of the particulate filter of this invention is demonstrated .
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a particulate filter manufacturing apparatus.
この製造装置は、セラミックスラリを溜めておく容器11と、セラミックスラリ中を上下(Z方向)に移動可能な、X−Y面に平行に設定された支持板12とを備えている。
さらに容器11の上部空間には、光照射部としてのレーザー装置13と、そのレーザー装置13の照射光を水平方向(X−Y面上)に走査するためのXY移動部14とを備えている。
The manufacturing apparatus includes a
Further, the upper space of the
前記レーザー装置13には、紫外線レーザー、半導体レーザー、エキシマレーザー、Arイオンレーザー又はHe−Cdレーザー等のレーザー装置13があげられる。また、水銀ランプ等を光源として用い、所定形状のマスクを通して光を照射するものであってもよい。
なお、XY移動部14とは別に、光照射部の照射光を微小走査するための走査部材、例えば、レーザー装置13の照射光を反射させるための回転可能なガルバノミラー(図示せず)が設けられていてもよい。ガルバノミラーを設けた場合、レーザー装置13の照射光の方向は、ガルバノミラーで反射された光が下向き(Z方向)になるように、所定の方向(必ずしも下向きではない方向)に設定するとよい。
Examples of the
In addition to the
この製造装置でパティキュレートフィルタを製造するには、プラスチックスの成形分野で用いられている光硬化性樹脂を用いた「光造形法」を採用することができる。
この光造形法は、セラミック粉末、光硬化性樹脂及び界面活性剤等を混合してセラミックスラリー(以下、スラリーと称す)を作り、このスラリーに光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、所望形状のセラミック成形体を得た後、このセラミック成形体を加熱して光硬化性樹脂を脱脂するとともにセラミック成形体を焼結させる方法である。
In order to manufacture the particulate filter with this manufacturing apparatus, a “stereolithography method” using a photocurable resin used in the plastics molding field can be employed.
In this stereolithography method, a ceramic slurry (hereinafter referred to as a slurry) is prepared by mixing ceramic powder, a photocurable resin and a surfactant, and the slurry is irradiated with light to cure the photocurable resin. After obtaining a ceramic molded body having a desired shape, the ceramic molded body is heated to degrease the photocurable resin and sinter the ceramic molded body.
なお、前記光硬化は、スラリー中のセラミック粒子の照射波長に対する透光性により影響を受ける。そのため、用いるセラミック粒子が使用する照射波長に対して実質的に透光性を示すものにするか、又は透光性を示す照射波長を有する光源を使用することが好ましい。
本発明で用いるセラミック粉末は、酸化物、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化チタン等の炭化物、窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物、又はこれらの混合物などの各種セラミックスを用いることができる。セラミックスには、例えば、コーディエライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、リチウムアルミノシリケート、アルミナ、ムライト、スピネル、ジルコニア、イットリア等がある。
In addition, the said photocuring is influenced by the translucency with respect to the irradiation wavelength of the ceramic particle in a slurry. For this reason, it is preferable that the ceramic particles to be used have a substantially light-transmitting property with respect to the irradiation wavelength used or a light source having an irradiation wavelength exhibiting the light-transmitting property is used.
As the ceramic powder used in the present invention, various ceramics such as oxides, carbides such as silicon carbide, boron carbide and titanium carbide, nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride, or mixtures thereof can be used. Examples of the ceramic include cordierite, silicon carbide, silicon nitride, aluminum titanate, lithium aluminosilicate, alumina, mullite, spinel, zirconia, and yttria.
特に、チタン酸アルミニウムが好ましい。チタン酸アルミニウムは熱膨張係数が0に近く耐熱衝撃性に優れている。
セラミック粉末は光照射後、短時間で硬化させることができるという理由により、平均粒径は0.5〜10μmであって、粒径分布は0.1〜30μmであることが好ましい。
また、本発明で用いる光硬化性樹脂は、X線、紫外線、可視光線等の光線によって硬化する樹脂であり、例えばウレタンアクリレート系樹脂、エポキシアクリレート系樹脂、ポリエステルアクリレート系樹脂等を用いればよい。より詳しく言えば、エポキシアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート系樹脂等のラジカル重合型光硬化性樹脂、エポキシ樹脂等のカチオン重合系光硬化性樹脂等を用いることができる。
In particular, aluminum titanate is preferable. Aluminum titanate has a thermal expansion coefficient close to 0 and excellent thermal shock resistance.
The ceramic powder preferably has an average particle size of 0.5 to 10 μm and a particle size distribution of 0.1 to 30 μm because it can be cured in a short time after light irradiation.
In addition, the photocurable resin used in the present invention is a resin that is cured by light such as X-rays, ultraviolet rays, and visible light. For example, a urethane acrylate resin, an epoxy acrylate resin, a polyester acrylate resin, or the like may be used. More specifically, radical polymerization photocurable resins such as epoxy acrylate, polyether acrylate, polyester acrylate, and urethane acrylate resins, and cationic polymerization photocurable resins such as epoxy resins can be used.
さらに、アミン塩系、第4級アンモニウム塩系、ピリジウム塩系等のカチオン界面活性剤をスラリーに対して0.1〜7体積%含有させることが好ましい。
また、前記光硬化性樹脂の硬化を誘発させるための光重合開始剤としては、通常の光重合に用いる開始剤、例えば、パーオキシド系、オニウム塩系、アセトフェニル系、ベンゾインエーテル系、ベンジルペタール系、ケトン類、アミン類、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族スルホニウム塩等の開始剤を用いることができる。光重合開始剤は、光硬化性樹脂100重量%に対して、1〜20重量%であることが好ましい。なお、光重合開始剤の機能も備えた光硬化性樹脂を用いる場合には光重合開始剤を添加する必要はない。
Furthermore, it is preferable to contain 0.1-7 volume% of cationic surfactants, such as an amine salt type, a quaternary ammonium salt type, and a pyridium salt type, with respect to the slurry.
In addition, as a photopolymerization initiator for inducing curing of the photocurable resin, an initiator used for normal photopolymerization, for example, peroxide, onium salt, acetophenyl, benzoin ether, benzyl petal Initiators such as systems, ketones, amines, aromatic diazonium salts and aromatic sulfonium salts can be used. The photopolymerization initiator is preferably 1 to 20% by weight with respect to 100% by weight of the photocurable resin. In addition, when using the photocurable resin also provided with the function of the photoinitiator, it is not necessary to add a photoinitiator.
また、前記スラリーの粘度は1.5Pa・s以下であることが好ましい。1.5Pa・s以下とすることで、半硬化状となっているスラリー層の平滑性を向上させることができるため、セラミック焼結体の平滑度も向上させられる。また、成形を短時間かつ効率的に
することができ、量産性も上げられる。
なお、スラリーの粘度を1.5Pa・s以下とするには、例えば、光重合開始剤を含む光硬化性樹脂38〜44.9体積%、カチオン界面活性剤0.1〜7体積%及び平均粒径0.5〜10μmのセラミック粉末55〜61.9体積%を、容積500〜2000ccのポットに投入し、直径5〜20mmのアルミナボールを用い、回転数100〜700rpmで24時間撹拌混合すればよい。
The viscosity of the slurry is preferably 1.5 Pa · s or less. By setting it to 1.5 Pa · s or less, the smoothness of the semi-cured slurry layer can be improved, so the smoothness of the ceramic sintered body can also be improved. Further, molding can be performed in a short time and efficiently, and mass productivity can be improved.
In order to make the viscosity of the slurry 1.5 Pa · s or less, for example, 38 to 44.9% by volume of a photocurable resin containing a photopolymerization initiator, 0.1 to 7% by volume of a cationic surfactant, and an average A ceramic powder of 55 to 101.9% by volume of 0.5 to 10 μm is put into a pot of 500 to 2000 cc, and is stirred and mixed for 24 hours at a rotational speed of 100 to 700 rpm using an alumina ball having a diameter of 5 to 20 mm. That's fine.
さらに、前記スラリーの粘度は1.0Pa・s以下であることがより好ましい。スラリーの粘度を1.0Pa・s以下とするには、例えば、光重合開始剤を含む光硬化性樹脂38〜44.9体積%、カチオン界面活性剤0.1〜7体積%及び平均粒径5〜10μmのセラミック粉末27.5〜30.95体積%を、容積500〜2000ccのポットに投入し、直径5〜20mmのアルミナボールを用い、回転数100〜700rpmで0.5〜2時間撹拌混合した後、さらに前記セラミック粉末の27.5〜30.95体積%を前記ポットに投入し、24時間撹拌混合することによって得られる。 Furthermore, the viscosity of the slurry is more preferably 1.0 Pa · s or less. In order to set the viscosity of the slurry to 1.0 Pa · s or less, for example, 38 to 44.9% by volume of a photocurable resin containing a photopolymerization initiator, 0.1 to 7% by volume of a cationic surfactant, and an average particle diameter. 27.5 to 30.95% by volume of ceramic powder of 5 to 10 μm is put into a pot of 500 to 2000 cc and stirred for 0.5 to 2 hours at a rotational speed of 100 to 700 rpm using an alumina ball having a diameter of 5 to 20 mm. After mixing, 27.5 to 30.95% by volume of the ceramic powder is further charged into the pot and mixed by stirring for 24 hours.
ここで、上述のようにして得られたスラリーを用いてパティキュレートフィルタを作製する工程について、図8から図11を用いて説明する。
まず、セラミック粉末、光硬化型樹脂等を混合してスラリーを調製し、容器11に満たす。図8に示すように、支持板12をスラリーの表面から硬化層一層分だけ沈める。あるいは、先に支持板12を設置し、その後から、支持板12がスラリー中に沈む程度に、スラリーを容器11に溜めてもよい。
Here, a process of manufacturing a particulate filter using the slurry obtained as described above will be described with reference to FIGS.
First, a ceramic powder, a photocurable resin, etc. are mixed to prepare a slurry, and the
次に、スラリーの上面側から、光照射部をXY方向に走査しながら、パティキュレートフィルタの断面としての隔壁2を形成する部分に、微小径の光を照射していき、スラリーを硬化させる。この場合、紫外線の照射領域はコンピュータにより設計される。
レーザー光線の照射光量は、光硬化性樹脂の硬化深度、セラミック粉末の種類に応じて、適宜選択すればよい。例えばレーザー光線の照射光量は、50〜1000mJ/cm2とすることが好ましい。なお、レーザー光線の照射光量は、レーザー出力(mW)/(スキャン間隔(cm)×スキャン速度(cm/sec)によって定義される。
Next, from the upper surface side of the slurry, the light irradiation portion is scanned in the XY directions, and the portion where the
What is necessary is just to select the irradiation light quantity of a laser beam suitably according to the hardening depth of photocurable resin, and the kind of ceramic powder. For example, the amount of laser beam irradiation is preferably 50 to 1000 mJ / cm 2 . The amount of laser beam irradiation is defined by laser output (mW) / (scan interval (cm) × scan speed (cm / sec).
次に、図9に示すように、支持板12をZ方向に動かして硬化した隔壁2の上面が再びスラリー中に沈む程度にした後、最初に光照射して硬化させた層の上に所定厚さになるように、スラリーを供給し、フィルタ部1の部分を光照射し硬化させる。降下距離は0.05〜0.2mm程度となる。
このように、光照射し硬化させるという工程を繰り返し積層していく。このようにして、図10に示したように3次元的なセラミック成形体が作製される。隔壁2となる部分を硬化層で形成した後、内部のスラリーを排出することで中空のフィルタ部1を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 9, after the
Thus, the process of irradiating with light and curing is repeatedly laminated. In this way, a three-dimensional ceramic molded body is produced as shown in FIG. After forming the part used as the
図11は、所定寸法のフィルタ部1を形成した後、セラミックスラリ中から引き上げたところである。
次いで、セラミック成形体に含まれる光硬化性樹脂を真空雰囲気中、窒素ガス雰囲気中、又はアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で必要に応じて脱脂する。このような雰囲気で脱脂することにより、光硬化性樹脂が過度に発熱することはなく、クラックの発生を完
全に防止することができる。
FIG. 11 shows a state where the
Next, the photocurable resin contained in the ceramic molded body is degreased as necessary in a vacuum atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, or an inert gas atmosphere such as argon gas. By degreasing in such an atmosphere, the photocurable resin does not generate excessive heat, and the generation of cracks can be completely prevented.
脱脂は、真空雰囲気中、窒素ガス雰囲気中、不活性ガス雰囲気中のいずれかで、昇温速度1〜50℃/時間の範囲で、300〜600℃の範囲まで昇温し、光硬化性樹脂が急激な分解とならないように設定することが好ましい。温度条件等は、セラミック成形体の肉厚や体積に応じて個々に設定するとよい。例えば肉厚が厚いほど昇温速度はゆっくり上げる方が良く、雰囲気についても、窒素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気であってもよい。 Degreasing is performed in any one of a vacuum atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, and an inert gas atmosphere at a rate of temperature increase of 1 to 50 ° C./hour and a temperature of 300 to 600 ° C. Is preferably set so as not to cause rapid decomposition. The temperature conditions and the like may be individually set according to the thickness and volume of the ceramic molded body. For example, it is better to raise the rate of temperature rise more slowly as the wall thickness is thicker, and the atmosphere may be a mixed gas atmosphere of nitrogen gas and inert gas.
しかる後、前記脱脂されたセラミック成形体を、通常のセラミック成形体の焼成方法である常圧焼結法等によって焼結させ、セラミック焼結体を得ることができる。このようにして、図1のパティキュレートフィルタが完成する。
この製造方法によって得られるセラミック焼結体は、腐食性のガスに対し耐食性を示すとともに、緻密質であることが要求される部品、例えば液晶製造装置用部品や半導体製造装置用部品に用いることができ、特に、軽量化あるいは断熱を要求される部品にも適用する中空体のセラミック焼結体を容易に得ることができる。
Thereafter, the degreased ceramic molded body is sintered by a normal pressure sintering method or the like, which is a firing method of a normal ceramic molded body, to obtain a ceramic sintered body. In this way, the particulate filter of FIG. 1 is completed.
The ceramic sintered body obtained by this manufacturing method is resistant to corrosive gases and used for parts that are required to be dense, such as parts for liquid crystal manufacturing equipment and semiconductor manufacturing equipment. In particular, it is possible to easily obtain a hollow ceramic sintered body that is also applicable to parts that require weight reduction or heat insulation.
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
セラミック粉末として、平均粒径0.7μmのチタン酸アルミニウム粉末を用い、このアルミナ粉末100重量%に、光重合開始剤を含む光硬化性樹脂としてウレタンアクリレート20重量%を混合したペーストを30mm×30mmのプラスチック基板に塗布し、ペーストに界面活性剤0.1mlを滴下、混合してスラリーを得た。
Examples of the present invention will be specifically described below.
As the ceramic powder, an aluminum titanate powder having an average particle size of 0.7 μm was used, and a paste prepared by mixing 20% by weight of urethane acrylate as a photocurable resin containing a photopolymerization initiator in 100% by weight of the alumina powder was 30 mm × 30. The slurry was applied to a plastic substrate of mm , and 0.1 ml of a surfactant was added dropwise to the paste and mixed to obtain a slurry.
得られた混合体をそれぞれパティキュレートフィルタの製造装置の容器11に投入し、Arイオンレーザーを照射して、厚み0.1mm毎に500回積層することで、図5の形状の、50mmの長さの角錐状のフィルタ部1を形成した。次に成形体からスラリーを排出後、エタノールで洗浄して、未硬化部分を除去した。
その後、雰囲気中にて、昇温速度1.5℃/時間で600℃まで昇温し脱脂した。得られた脱脂体の、入口側及び出口側の枠体の両端をテープ状のSUS板を用いて固定した。大気中にて昇温速度200℃/時間で1700℃まで昇温、2時間保持し焼成することでパティキュレートフィルタを得た。
Each of the obtained mixtures was put into a
Then, it heated up to 600 degreeC with the temperature increase rate of 1.5 degreeC / hour in atmosphere, and degreased | defatted. The both ends of the entrance-side and exit-side frames of the obtained degreased body were fixed using a tape-shaped SUS plate. A particulate filter was obtained by raising the temperature to 1700 ° C. at a rate of temperature increase of 200 ° C./hour in the air, holding for 2 hours and firing.
作製されたパティキュレートフィルタの開口部の断面積は、フィルタ部1の開口部及び隔壁2を含む全断面積の70〜80%であった。図12に示した従来の構造では、流入口において約半数の流体通路の開口端が閉塞されているため開口部の面積比率が約50%であり、そのためガスGの補集効率が低かったが、本実施例の構造では、開口部の面積比率を70〜80%に高めることができるため、ガスGの補集効率が上がり、圧力損失も小さくできた。
The sectional area of the opening of the manufactured particulate filter was 70 to 80% of the total sectional area including the opening of the
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、前記流体通路の流入口の断面形状は、四角形状であったが、四角に限定されるものではなく、n角形状(nは3以上の整数)とすることができる。例えば六角形状であってもよい。六角形状とした場合、流入口はハニカム状になるので「ハニカムフィルタ」と呼ぶことができる。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, the cross-sectional shape of the inlet of the fluid passage is a quadrangular shape, but is not limited to a square shape, and may be an n-square shape (n is an integer of 3 or more). For example, it may be hexagonal. In the case of a hexagonal shape, the inflow port has a honeycomb shape and can be called a “honeycomb filter”. In addition, various modifications can be made within the scope of the present invention.
2 隔壁
1 フィルタ部
3 枠体
5 格子
11 容器
12 支持板
13 レーザー装置
14 XY移動部
2
Claims (2)
セラミック粉末、光硬化性樹脂及び界面活性剤を含有するセラミックスラリーを製作する工程と、
該セラミックスラリー中に支持板を浸漬させ、該支持板上にある前記セラミックスラリーに光照射を行って硬化させて前記支持板を降下させる工程と、
前記工程を複数回繰り返すことにより、前記フィルタ部となるセラミック成形体を作製する工程と、
該セラミック成形体を焼結する工程と、を含むことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。 The filter section is formed by a fluid passage partitioned by a porous partition wall, and the cross-sectional area of the opening of the fluid passage of the filter section at the inlet of the fluid to be processed is the cross-sectional area on the outflow side of the fluid to be processed. A method for producing a larger particulate filter,
Producing a ceramic slurry containing a ceramic powder, a photocurable resin and a surfactant;
Dipping a support plate in the ceramic slurry, lowering the support plate by curing the ceramic slurry on the support plate by light irradiation;
By repeating the above steps a plurality of times, a step of producing a ceramic molded body that becomes the filter portion;
Sintering the ceramic molded body, and a method for producing a particulate filter.
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