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JP6441701B2 - Fluid rectifier - Google Patents

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JP6441701B2
JP6441701B2 JP2015017311A JP2015017311A JP6441701B2 JP 6441701 B2 JP6441701 B2 JP 6441701B2 JP 2015017311 A JP2015017311 A JP 2015017311A JP 2015017311 A JP2015017311 A JP 2015017311A JP 6441701 B2 JP6441701 B2 JP 6441701B2
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ceramic
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高木 俊
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Ibiden Co Ltd
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Description

本発明は、繊維強化セラミック複合材料を用いた流体用整流部材に関する。   The present invention relates to a fluid rectifying member using a fiber-reinforced ceramic composite material.

繊維強化セラミック複合材料は、耐熱性、強度、靱性を備えているので、様々な分野で利用されている。
繊維強化セラミック複合材料の用途として、高い耐熱性、強度を利用して、高温、高速の流体の流体用整流部材として用いられている。
繊維強化セラミック複合材料は、セラミックよりなる母材(マトリックス)に、骨材としてセラミック繊維を加えた材料である。母材であるセラミックは、耐熱性、強度を備えているものの、弾性率が高いセラミック材料の特徴により脆い素材である。繊維強化セラミック複合材料は、さらにセラミック繊維を複合させることによってセラミックの母材の弱点である脆性を改良した素材である。
Since the fiber reinforced ceramic composite material has heat resistance, strength, and toughness, it is used in various fields.
As a use of the fiber reinforced ceramic composite material, it is used as a fluid rectifying member for high-temperature and high-speed fluid by utilizing high heat resistance and strength.
The fiber reinforced ceramic composite material is a material obtained by adding ceramic fibers as an aggregate to a base material (matrix) made of ceramic. Although ceramic as a base material has heat resistance and strength, it is a brittle material due to the characteristics of a ceramic material having a high elastic modulus. The fiber reinforced ceramic composite material is a material in which brittleness, which is a weak point of a ceramic base material, is improved by further combining ceramic fibers.

特許文献1は、繊維強化セラミック複合材料の1つである炭素繊維強化炭素複合材料よりなる炭素部品が記載されている。この炭素部品は、炭素繊維を層状に堆積させた堆積層からなる基材と、その基材の表面を覆う高純度かつ硬質の物質からなる被覆層とからなることを特徴とする炭素部品であり、具体的には、半導体製造装置用のガス整流部材について記載されている。
このガス整流部材は、半導体製造装置において、導入部を介して導入される不活性ガスを整流して石英るつぼ内にそれを確実に導くための部材である。
Patent Document 1 describes a carbon component made of a carbon fiber reinforced carbon composite material which is one of fiber reinforced ceramic composite materials. This carbon component is a carbon component characterized by comprising a base material composed of a deposited layer in which carbon fibers are deposited in layers, and a coating layer composed of a high-purity and hard substance covering the surface of the base material. Specifically, a gas rectifying member for a semiconductor manufacturing apparatus is described.
This gas rectifying member is a member for rectifying the inert gas introduced through the introducing portion and reliably guiding it into the quartz crucible in the semiconductor manufacturing apparatus.

この炭素部品は、炭素繊維が液体中に懸濁するスラリーを吸引成形し、乾燥、焼成、純化した後に、表面に熱分解炭素からなる被覆層を形成する被覆層形成工程を経て、製造されている。
このため、耐熱性、強度、化学的安定性を有している上に、半導体に対して不純物となる元素が含まれていないので、半導体製造装置用のガス整流部材として好適に用いられている。
This carbon component is manufactured through a coating layer forming step of forming a coating layer made of pyrolytic carbon on the surface after suction molding a slurry in which carbon fibers are suspended in a liquid, drying, firing, and purification. Yes.
For this reason, since it has heat resistance, strength, and chemical stability and does not contain an element that becomes an impurity to the semiconductor, it is suitably used as a gas rectifying member for a semiconductor manufacturing apparatus. .

特開2002−68851号公報JP 2002-68851 A

しかしながら、前述したような炭素部品(繊維強化セラミック複合材料)では、熱膨張や物理的な力が作用すると繊維が変形する。繊維が束で用いられている場合には、変形の程度が限度を超えると、繊維が折れる場合がある。繊維を細くすると繊維は折れにくくなるが、繊維束の密度が大きくなり、無駄に重くなってしまう。   However, in the carbon component (fiber reinforced ceramic composite material) as described above, the fiber is deformed when thermal expansion or physical force is applied. If the fibers are used in bundles, the fibers may break if the degree of deformation exceeds the limit. If the fiber is thinned, the fiber is difficult to break, but the density of the fiber bundle increases and becomes unnecessarily heavy.

本発明では、前記課題を鑑み、重量増を抑えて表面の強度が十分な構造の流体用整流部材を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fluid rectifying member having a structure with a sufficient surface strength while suppressing an increase in weight.

前記課題を解決するための本発明の流体用整流部材は、中心軸を包囲する筒状部を有する流体用整流部材であって、前記筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、前記支持材を覆うセラミックマトリックスと、からなり、前記セラミック繊維層を複数の単位セラミック繊維を束ねたストランドで構成するとともに、前記単位セラミック繊維の断面積が、先記最表層のセラミック繊維層に近いほど小さい。   The fluid rectifying member of the present invention for solving the above-mentioned problem is a fluid rectifying member having a cylindrical portion surrounding a central axis, and the cylindrical portion includes an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic layer. A ceramic matrix covering the support material, and the ceramic fiber layer is composed of strands in which a plurality of unit ceramic fibers are bundled, and the cross-sectional area of the unit ceramic fibers is The closer to the outermost ceramic fiber layer, the smaller.

流体用整流部材は、中心軸を包囲する筒状部を有する。筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、支持材を覆うセラミックマトリックスとを有する。
セラミック繊維層は、複数の単位セラミック繊維を束ねたストランドで構成されており、単位セラミック繊維は、最表層のセラミック繊維層に近いほどその断面積が小さい。このため、最表層のセラミック繊維層に近いほどストランドを断面積が小さい単位セラミック繊維で形成するので、最表層のストランドを高密度で形成して強度を確保することができる。
なお、単位セラミック繊維の断面形状は、通常は円形とみなせる程の真円度であるため、単位セラミック繊維の断面積は最表層に近いほど小さいと言うこともできる。
The fluid rectifying member has a cylindrical portion surrounding the central axis. The cylindrical portion includes a support material composed of an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic fiber layer, and a ceramic matrix covering the support material.
The ceramic fiber layer is composed of a strand in which a plurality of unit ceramic fibers are bundled, and the unit ceramic fiber has a smaller cross-sectional area as it is closer to the outermost ceramic fiber layer. For this reason, since the strand is formed of unit ceramic fibers having a smaller cross-sectional area as it is closer to the outermost ceramic fiber layer, the outermost layer strand can be formed at a high density to ensure strength.
In addition, since the cross-sectional shape of the unit ceramic fiber is usually roundness enough to be regarded as a circle, it can be said that the cross-sectional area of the unit ceramic fiber is smaller as it is closer to the outermost layer.

これにより、流体に近接して最も破損しやすい最表層のセラミック繊維層を断面積が小さい単位セラミック繊維で形成するので、ストランドが変形しても単位セラミック繊維が折れにくく、全体として破損しにくい流体用整流部材を提供できる。
また、最表層のセラミック繊維層に絞って断面積が小さい単位セラミック繊維を用い、最表層以外のセラミック繊維層では、最表層の単位セラミック繊維よりも断面積が大きい単位セラミック繊維を用いることができるので、過度の重量化を抑制できる。
なお、流体の流れとは、流体用整流部材に対して相対的に流体が移動する場合をいい、流体用整流部材に対して流体が流れる場合および流体中を流体用整流部材が移動する場合を含む。
As a result, the outermost ceramic fiber layer that is most prone to breakage in the vicinity of the fluid is formed with unit ceramic fibers having a small cross-sectional area, so that even if the strand is deformed, the unit ceramic fibers are not easily broken, and the fluid is less likely to break as a whole. A flow straightening member can be provided.
In addition, unit ceramic fibers having a small cross-sectional area by focusing on the outermost ceramic fiber layer can be used, and unit ceramic fibers having a larger cross-sectional area than the unit ceramic fibers of the outermost layer can be used in the ceramic fiber layers other than the outermost layer. Therefore, excessive weight increase can be suppressed.
The fluid flow refers to the case where the fluid moves relative to the fluid rectifying member. The case where the fluid flows relative to the fluid rectifying member and the case where the fluid rectifying member moves within the fluid. Including.

さらに、本発明の流体用整流部材は、以下の態様であることが望ましい。
(1)前記単位セラミック繊維は、前記最表層のセラミック繊維層において最も高密度である。
本発明の流体用整流部材は、最表層のセラミック繊維層において単位セラミック繊維が最も高密度であるので、最表層のストランドを高密度で形成して強度を確保することができる。
なお、単位セラミック繊維が高密度であるとは、同一断面積の中に断面積が小さい単位セラミック繊維多数本入れることで単位セラミック繊維の軸線間寸法を小さくして密集させることにより達成できる。
Furthermore, it is desirable that the fluid flow regulating member of the present invention has the following aspect.
(1) The unit ceramic fiber has the highest density in the outermost ceramic fiber layer.
Since the unit ceramic fibers have the highest density in the outermost ceramic fiber layer, the fluid rectifying member of the present invention can ensure the strength by forming the outermost strands at a high density.
Note that the high density of the unit ceramic fibers can be achieved by putting a large number of unit ceramic fibers having a small cross-sectional area in the same cross-sectional area so as to reduce the size between the axis lines of the unit ceramic fibers so as to be dense.

(2)前記最表層のセラミック繊維層を構成する前記ストランドと、前記中心軸を含む平面と、のなす角度が80度〜90度である。
このため、本発明の流体用整流部材は、中心軸を含む平面と最表層のセラミック繊維層を構成するストランドとのなす角度が80度〜90度であると、ストランドに沿って気流がスムーズに流れることができる。
また、ストランドの断面積の大小に起因する凹凸は、1/sin20度倍(2.92倍)以上に中心軸方向に引き伸ばされるので、流体の乱れを小さくでき、抵抗を小さくできる。これにより、最表層のセラミック繊維層の強度を一層増すことができる。
(2) The angle formed by the strands constituting the outermost ceramic fiber layer and the plane including the central axis is 80 to 90 degrees.
For this reason, in the fluid rectifying member of the present invention, when the angle formed between the plane including the central axis and the strands constituting the outermost ceramic fiber layer is 80 degrees to 90 degrees, the air flow smoothly along the strands. Can flow.
In addition, since the unevenness caused by the size of the cross-sectional area of the strand is stretched in the direction of the central axis by 1 / sin 20 times (2.92 times) or more, the turbulence of the fluid can be reduced and the resistance can be reduced. Thereby, the strength of the outermost ceramic fiber layer can be further increased.

(3)前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部が開口している。
本発明の流体用整流部材は、筒状部の中心軸に沿った両端部が開口しているので、筒状部の外周面および内周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材は、内部に流体を流す配管や、流体内を移動する飛翔体、推進体などとして使用することができる。
(3) Both ends of the cylindrical portion along the central axis are open.
In the fluid rectifying member of the present invention, both end portions along the central axis of the cylindrical portion are open, so that the fluid can flow smoothly along the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical portion. For this reason, the fluid rectifying member of the present invention can be used as a pipe for flowing a fluid therein, a flying body moving in the fluid, a propelling body, or the like.

(4)前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口している。
本発明の流体用整流部材は、筒状部の、中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口しているので、筒状部の外周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材は、流体内を移動する飛翔体などとして使用することができる。
(4) The cylindrical portion has a lid at at least one of both end portions along the central axis and is closed.
The fluid rectifying member of the present invention has a lid at at least one of both ends along the central axis of the cylindrical portion and is closed, so that the fluid flows smoothly along the outer peripheral surface of the cylindrical portion. be able to. For this reason, the flow regulating member for fluid of the present invention can be used as a flying object moving in the fluid.

(5)前記筒状部の、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい。
筒状部は、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状を呈しているので、本発明の流体用整流部材は、例えば円錐や円錐台等に類似した形状となっている。このような形状は滑らかに断面積が変化するので、渦流の発生を抑え、流体の流れをスムーズすることができる。このように一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状に沿って流体が流れる場合には、筒状部の一方と他方の間で流体の流速が異なり、弾性流体においてはさらに密度も異なるようになる。このため、流体と接する筒状部の内側面または外側面は、流体との相互作用が強く、特に流体の乱れを生成させやすい。本発明の流体用整流部材における筒状部は、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きいので、流体の流れに乱れを生成させにくくすることができる。このため、本発明の流体用整流部材は、配管や流体内を移動する飛翔体、推進体などとして好適に利用することができる。
(5) The other end surface contour shape of the cylindrical part is larger than the one end surface contour shape.
Since the cylindrical portion has a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, the fluid flow regulating member of the present invention has a shape similar to, for example, a cone or a truncated cone. In such a shape, the cross-sectional area changes smoothly, so that the generation of vortex flow can be suppressed and the fluid flow can be made smooth. In this way, when the fluid flows along a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, the flow velocity of the fluid differs between one and the other of the cylindrical portions, and the elastic fluid further has a density. Will also be different. For this reason, the inner surface or the outer surface of the cylindrical portion in contact with the fluid has a strong interaction with the fluid, and in particular, it is easy to generate fluid turbulence. Since the other end face contour shape is larger than the one end face contour shape, the cylindrical portion in the fluid rectifying member of the present invention can make it difficult to generate turbulence in the fluid flow. For this reason, the fluid rectifying member of the present invention can be suitably used as a flying body, a propelling body, or the like that moves in piping or fluid.

(6)前記セラミックマトリックスは、SiCである。
SiCは、高強度であるので、流体用整流部材の強度を増すことができる。また、SiCは、耐蝕性、耐酸化性にも優れ、セラミックマトリックスにSiCを用いることにより、流体用整流部材を高温、腐食性雰囲気でも好適に利用できる。
(6) The ceramic matrix is SiC.
Since SiC has high strength, the strength of the fluid rectifying member can be increased. Further, SiC is excellent in corrosion resistance and oxidation resistance, and by using SiC for the ceramic matrix, the fluid rectifying member can be suitably used even in a high temperature and corrosive atmosphere.

(7)前記単位セラミック繊維は、SiC繊維である。
SiC繊維は、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、支持材にSiCを用いることにより、高温、腐食性雰囲気でセラミックマトリックスが損傷した場合でも、単位セラミック繊維がクラックの進展を止め、安全に使用することができる。
(7) The unit ceramic fiber is a SiC fiber.
Since SiC fiber has excellent corrosion resistance and oxidation resistance and high strength, even if the ceramic matrix is damaged in a corrosive atmosphere at high temperature by using SiC as the support material, the unit ceramic fiber will develop cracks. Can be stopped and used safely.

(8)前記中心軸は、流体の流れ方向に配置される。
中心軸を流体の流れ方向に配置することにより、中心軸を包囲する筒状部も流体の流れ方向に配置されるので、流体の流れを乱さない。
(8) The central axis is disposed in the fluid flow direction.
By disposing the central axis in the fluid flow direction, the cylindrical portion surrounding the central axis is also disposed in the fluid flow direction, so that the fluid flow is not disturbed.

本発明によれば、流体に近接する最表層のセラミック繊維層を形成する単位セラミック繊維の断面積が小さいので、ストランドが変形しても単位セラミック繊維が折れにくく、全体として破損しにくい。また、最表層以外のセラミック繊維層では、最表層のストランドよりも断面積が大きいストランドを用いることができる。これにより、過度の重量化を抑制して表面の強度が十分な構造の流体用整流部材が得られる。   According to the present invention, since the cross-sectional area of the unit ceramic fiber forming the outermost ceramic fiber layer close to the fluid is small, even if the strand is deformed, the unit ceramic fiber is not easily broken and is not easily damaged as a whole. In the ceramic fiber layer other than the outermost layer, a strand having a larger cross-sectional area than the outermost layer strand can be used. Thereby, the fluid rectification | straightening member of a structure where the intensity | strength of surface is sufficient is suppressed by suppressing excessive weight increase.

(A)は本発明に係る流体用整流部材の製造方法におけるストランドのフープ巻きによる巻回工程を示す工程図であり、(B)および(C)は本発明に係る流体用整流部材の製造方法におけるストランドのヘリカル巻きによる巻回工程を示す工程図であり、(D)はストランドの軸方向配置工程を示す工程図である。(A) is process drawing which shows the winding process by the hoop winding of the strand in the manufacturing method of the fluid rectification member which concerns on this invention, (B) and (C) are the manufacturing method of the rectification member for fluids which concerns on this invention It is process drawing which shows the winding process by helical winding of the strand in (D), and (D) is process drawing which shows the axial direction arrangement | positioning process of a strand. (A)は芯材の周囲に筒状部となる支持材が形成された状態を示す断面図であり、(B)は芯材を取り出して筒状部が形成される状態を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the state in which the support material used as a cylindrical part was formed in the circumference | surroundings of a core material, (B) is sectional drawing which shows the state from which a core material is taken out and a cylindrical part is formed. is there. (A)は第1実施形態の流体用整流部材の斜視図であり、(B)は1本のストランドを(A)中C方向から見た側面図である。(A) is the perspective view of the rectification | straightening member for fluids of 1st Embodiment, (B) is the side view which looked at one strand from C direction in (A). (A)はセラミック繊維層の最外側の断面の斜視図であり、(B)は最表層のセラミック繊維層におけるストランドの断面図であり、(C)は最表層以外のセラミック繊維層におけるストランドの断面図である。(A) is a perspective view of the outermost cross section of the ceramic fiber layer, (B) is a cross sectional view of the strand in the outermost ceramic fiber layer, and (C) is a strand of the ceramic fiber layer other than the outermost layer. It is sectional drawing. 第2実施形態の流体用整流部材の斜視図である。It is a perspective view of the rectification member for fluids of a 2nd embodiment. (A)は第3実施形態において芯材の周囲に筒状部および蓋部となる支持材が形成された状態を示す断面図であり、(B)は芯材を取り出して筒状部および蓋部が形成される状態を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the state in which the support material used as a cylindrical part and a cover part was formed in the circumference | surroundings of a core material in 3rd Embodiment, (B) took out a core material, and a cylindrical part and a lid | cover It is sectional drawing which shows the state in which a part is formed. 本発明の実施形態の流体用整流部材の製造工程を示し、(A)は支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程の順に製造する製造工程、(B)は支持材形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する製造工程、(C)は支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する製造工程を示す。The manufacturing process of the rectification | straightening member for fluids of embodiment of this invention is shown, (A) is the manufacturing process manufactured in order of a support material formation process, a matrix formation process, and a centering process, (B) is a support material formation process, centering. The manufacturing process which manufactures in order of a process and a matrix formation process, (C) shows the manufacturing process manufactured in order of a support material formation process, a matrix formation process, a centering process, and a matrix formation process. 本発明の実施形態の流体用整流部材の支持材形成工程の詳細な製造工程を示し、(A)は巻回工程が最初と最後にある製造工程、(B)は巻回工程が最初にある製造工程、(C)は巻回工程が最後にある製造工程を示す。The detailed manufacturing process of the support material formation process of the flow straightening member of embodiment of this invention is shown, (A) is a manufacturing process with the winding process first and last, (B) has a winding process first. Manufacturing process, (C) shows the manufacturing process with the winding process at the end. 本発明の実施形態の流体整流部材の適用例であり、具体的にはシリコン単結晶引上げ装置のガス整流部材への適用例である。It is an application example of the fluid rectifying member of the embodiment of the present invention, specifically, an application example of the silicon single crystal pulling apparatus to the gas rectifying member.

本発明の流体用整流部材について説明する。   The fluid rectifying member of the present invention will be described.

前記課題を解決するための本発明の流体用整流部材は、中心軸を包囲する筒状部を有する流体用整流部材であって、前記筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、前記支持材を覆うセラミックマトリックスと、からなり、前記セラミック繊維層を複数の単位セラミック繊維を束ねたストランドで構成するとともに、前記単位セラミック繊維の断面積が、先記最表層のセラミック繊維層に近いほど小さい。   The fluid rectifying member of the present invention for solving the above-mentioned problem is a fluid rectifying member having a cylindrical portion surrounding a central axis, and the cylindrical portion includes an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic layer. A ceramic matrix covering the support material, and the ceramic fiber layer is composed of strands in which a plurality of unit ceramic fibers are bundled, and the cross-sectional area of the unit ceramic fibers is The closer to the outermost ceramic fiber layer, the smaller.

流体用整流部材は、中心軸を包囲する筒状部を有する。筒状部は、内層のセラミック繊維層と最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、支持材を覆うセラミックマトリックスとを有する。
セラミック繊維層は、複数の単位セラミック繊維を束ねたストランドで構成されており、単位セラミック繊維は、最表層のセラミック繊維層に近いほどその断面積が小さい。このため、最表層のセラミック繊維層に近いほどストランドを断面積が小さい単位セラミック繊維で形成するので、最表層のストランドを高密度で形成して強度を確保することができる。
The fluid rectifying member has a cylindrical portion surrounding the central axis. The cylindrical portion includes a support material composed of an inner ceramic fiber layer and an outermost ceramic fiber layer, and a ceramic matrix covering the support material.
The ceramic fiber layer is composed of a strand in which a plurality of unit ceramic fibers are bundled, and the unit ceramic fiber has a smaller cross-sectional area as it is closer to the outermost ceramic fiber layer. For this reason, since the strand is formed of unit ceramic fibers having a smaller cross-sectional area as it is closer to the outermost ceramic fiber layer, the outermost layer strand can be formed at a high density to ensure strength.

これにより、流体に近接して最も破損しやすい最表層のセラミック繊維層を断面積が小さい単位セラミック繊維で形成するので、ストランドが変形しても単位セラミック繊維が折れにくく、全体として破損しにくい流体用整流部材を提供できる。
また、最表層のセラミック繊維層に絞って断面積が小さい単位セラミック繊維を用い、最表層以外のセラミック繊維層では、最表層の単位セラミック繊維よりも断面積が大きい単位セラミック繊維を用いることができるので、過度の重量化を抑制できる。
なお、流体の流れとは、流体用整流部材に対して相対的に流体が移動する場合をいい、流体用整流部材に対して流体が流れる場合および流体中を流体用整流部材が移動する場合を含む。
As a result, the outermost ceramic fiber layer that is most prone to breakage in the vicinity of the fluid is formed with unit ceramic fibers having a small cross-sectional area, so that even if the strand is deformed, the unit ceramic fibers are not easily broken, and the fluid is less likely to break as a whole. A flow straightening member can be provided.
In addition, unit ceramic fibers having a small cross-sectional area by focusing on the outermost ceramic fiber layer can be used, and unit ceramic fibers having a larger cross-sectional area than the unit ceramic fibers of the outermost layer can be used in the ceramic fiber layers other than the outermost layer. Therefore, excessive weight increase can be suppressed.
The fluid flow refers to the case where the fluid moves relative to the fluid rectifying member. The case where the fluid flows relative to the fluid rectifying member and the case where the fluid rectifying member moves within the fluid. Including.

さらに、本発明の流体用整流部材は、以下の態様であることが望ましい。
(1)前記単位セラミック繊維は、前記最表層のセラミック繊維層において最も高密度である。
本発明の流体用整流部材は、最表層のセラミック繊維層において単位セラミック繊維が最も高密度であるので、最表層のストランドを高密度で形成して強度を確保することができる。
なお、単位セラミック繊維が高密度であるとは、同一断面積の中に断面積が小さい単位セラミック繊維を多数本入れることで単位セラミック繊維の軸線間寸法を小さくして密集させることにより達成できる。
Furthermore, it is desirable that the fluid flow regulating member of the present invention has the following aspect.
(1) The unit ceramic fiber has the highest density in the outermost ceramic fiber layer.
Since the unit ceramic fibers have the highest density in the outermost ceramic fiber layer, the fluid rectifying member of the present invention can ensure the strength by forming the outermost strands at a high density.
Note that the high density of the unit ceramic fibers can be achieved by putting a large number of unit ceramic fibers having a small cross-sectional area in the same cross-sectional area so as to reduce the size between the axis lines of the unit ceramic fibers to be dense.

(2)前記最表層のセラミック繊維層を構成する前記ストランドと、前記中心軸を含む平面と、のなす角度が80度〜90度である。
このため、本発明の流体用整流部材は、中心軸を含む平面と最表層のセラミック繊維層を構成するストランドとのなす角度が80度〜90度であると、ストランドに沿って気流がスムーズに流れることができる。
また、ストランドの断面積の大小に起因する凹凸は、1/sin20度倍(2.92倍)以上に中心軸方向に引き伸ばされるので、流体の乱れを小さくでき、抵抗を小さくできる。これにより、最表層のセラミック繊維層の強度を一層増すことができる。
(2) The angle formed by the strands constituting the outermost ceramic fiber layer and the plane including the central axis is 80 to 90 degrees.
For this reason, in the fluid rectifying member of the present invention, when the angle formed between the plane including the central axis and the strands constituting the outermost ceramic fiber layer is 80 degrees to 90 degrees, the air flow smoothly along the strands. Can flow.
In addition, since the unevenness caused by the size of the cross-sectional area of the strand is stretched in the direction of the central axis by 1 / sin 20 times (2.92 times) or more, the turbulence of the fluid can be reduced and the resistance can be reduced. Thereby, the strength of the outermost ceramic fiber layer can be further increased.

(3)前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部が開口している。
本発明の流体用整流部材は、筒状部の中心軸に沿った両端部が開口しているので、筒状部の外周面および内周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材は、内部に流体を流す配管や、流体内を移動する飛翔体、推進体などとして使用することができる。
(3) Both ends of the cylindrical portion along the central axis are open.
In the fluid rectifying member of the present invention, both end portions along the central axis of the cylindrical portion are open, so that the fluid can flow smoothly along the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical portion. For this reason, the fluid rectifying member of the present invention can be used as a pipe for flowing a fluid therein, a flying body moving in the fluid, a propelling body, or the like.

(4)前記筒状部の、前記中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口している。
本発明の流体用整流部材は、筒状部の、中心軸に沿った両端部の少なくとも一方に蓋部を有し閉口しているので、筒状部の外周面に沿って流体をスムーズに流すことができる。このため、本発明の流体用整流部材は、流体内を移動する飛翔体などとして使用することができる。
(4) The cylindrical portion has a lid at at least one of both end portions along the central axis and is closed.
The fluid rectifying member of the present invention has a lid at at least one of both ends along the central axis of the cylindrical portion and is closed, so that the fluid flows smoothly along the outer peripheral surface of the cylindrical portion. be able to. For this reason, the flow regulating member for fluid of the present invention can be used as a flying object moving in the fluid.

(5)前記筒状部の、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい。
筒状部は、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状を呈しているので、本発明の流体用整流部材は、例えば円錐や円錐台等に類似した形状となっている。このような形状は滑らかに断面積が変化するので、渦流の発生を抑え、流体の流れをスムーズすることができる。このように一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状に沿って流体が流れる場合には、筒状部の一方と他方の間で流体の流速が異なり、弾性流体においてはさらに密度も異なるようになる。このため、流体と接する筒状部の内側面または外側面は、流体との相互作用が強く、特に流体の乱れを生成させやすい。本発明の流体用整流部材における筒状部は、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きいので、流体の流れに乱れを生成させにくくすることができる。このため、本発明の流体用整流部材は、配管や流体内を移動する飛翔体、推進体などとして好適に利用することができる。
(5) The other end surface contour shape of the cylindrical part is larger than the one end surface contour shape.
Since the cylindrical portion has a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, the fluid flow regulating member of the present invention has a shape similar to, for example, a cone or a truncated cone. In such a shape, the cross-sectional area changes smoothly, so that the generation of vortex flow can be suppressed and the fluid flow can be made smooth. In this way, when the fluid flows along a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, the flow velocity of the fluid differs between one and the other of the cylindrical portions, and the elastic fluid further has a density. Will also be different. For this reason, the inner surface or the outer surface of the cylindrical portion in contact with the fluid has a strong interaction with the fluid, and in particular, it is easy to generate fluid turbulence. Since the other end face contour shape is larger than the one end face contour shape, the cylindrical portion in the fluid rectifying member of the present invention can make it difficult to generate turbulence in the fluid flow. For this reason, the fluid rectifying member of the present invention can be suitably used as a flying body, a propelling body, or the like that moves in piping or fluid.

(6)前記セラミックマトリックスは、SiCである。
SiCは、高強度であるので、流体用整流部材の強度を増すことができる。また、SiCは、耐蝕性、耐酸化性にも優れ、セラミックマトリックスにSiCを用いることにより、流体用整流部材を高温、腐食性雰囲気でも好適に利用できる。
(6) The ceramic matrix is SiC.
Since SiC has high strength, the strength of the fluid rectifying member can be increased. Further, SiC is excellent in corrosion resistance and oxidation resistance, and by using SiC for the ceramic matrix, the fluid rectifying member can be suitably used even in a high temperature and corrosive atmosphere.

(7)前記単位セラミック繊維は、SiC繊維である。
SiC繊維は、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、支持材にSiCを用いることにより、高温、腐食性雰囲気でセラミックマトリックスが損傷した場合でも、単位セラミック繊維がクラックの進展を止め、安全に使用することができる。
(7) The unit ceramic fiber is a SiC fiber.
Since SiC fiber has excellent corrosion resistance and oxidation resistance and high strength, even if the ceramic matrix is damaged in a corrosive atmosphere at high temperature by using SiC as the support material, the unit ceramic fiber will develop cracks. Can be stopped and used safely.

(8)前記中心軸は、流体の流れ方向に配置される。
中心軸を流体の流れ方向に配置することにより、中心軸を包囲する筒状部も流体の流れ方向に配置されるので、流体の流れを乱さない。
(8) The central axis is disposed in the fluid flow direction.
By disposing the central axis in the fluid flow direction, the cylindrical portion surrounding the central axis is also disposed in the fluid flow direction, so that the fluid flow is not disturbed.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について以下説明する。
本発明の流体用整流部材の製造方法は、支持材形成工程と、マトリックス形成工程と、芯抜工程とからなる。最初に支持材を形成した後に、芯抜工程およびマトリックス形成工程を行う。芯抜工程とマトリックス形成工程の順序は特に限定されず、芯抜工程の前後にマトリックス形成工程を行ってもよい。
図7(A)〜図7(C)は本発明の第1実施形態の流体用整流部材の製造工程を示す。図7(A)は支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程の順に製造する製造工程、図7(B)は支持材形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する製造工程、図7(C)は支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する製造工程を示す。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below.
The manufacturing method of the flow straightening member of the present invention includes a support material forming step, a matrix forming step, and a centering step. After the support material is first formed, a centering process and a matrix forming process are performed. The order of the centering step and the matrix forming step is not particularly limited, and the matrix forming step may be performed before and after the centering step.
FIG. 7A to FIG. 7C show the manufacturing process of the fluid flow regulating member according to the first embodiment of the present invention. 7A is a manufacturing process for manufacturing in the order of the support material forming process, the matrix forming process, and the centering process, and FIG. 7B is a manufacturing process for manufacturing in the order of the support material forming process, the centering process, and the matrix forming process, FIG. 7C shows a manufacturing process for manufacturing in the order of the support material forming process, the matrix forming process, the centering process, and the matrix forming process.

次に、支持材形成工程について説明する。支持材形成工程は、芯材の周囲にストランドを巻回し、支持材を形成する。支持材形成工程はストランドの配置、巻き方などで細かく分類される。支持材形成工程は、軸方向に対して直交する方向に配向する巻回工程と、軸方向に沿って配向する軸方向配置工程とからなる。巻回工程は、さらにヘリカル巻き工程と、フープ巻き工程とが含まれる。
図8(A)〜図8(C)は、本発明の第1実施形態の流体用整流部材の支持材形成工程の詳細な製造工程を示す。
Next, a support material formation process is demonstrated. In the support material forming step, a strand is wound around the core material to form a support material. The support material forming step is finely classified by the arrangement and winding method of the strands. A support material formation process consists of the winding process orientated in the direction orthogonal to an axial direction, and the axial direction arrangement | positioning process orientated along an axial direction. The winding process further includes a helical winding process and a hoop winding process.
FIG. 8A to FIG. 8C show the detailed manufacturing process of the support material forming process of the fluid flow regulating member of the first embodiment of the present invention.

図8(A)は、巻回工程が最初と最後にある製造工程であり、この製造方法により、支持材の内層のセラミック繊維層の外側および内側を覆う最表層のセラミック繊維層が中心軸に対して直交して配向しているストランドによって流体用整流部材を構成することができる。
図8(B)は、巻回工程が最初にあり、最後にはない製造工程であり、この製造方法により、支持材の内層のセラミック繊維層の内側面を覆う最表層のセラミック繊維層が中心軸に対して直交して配向しているストランドによって流体用整流部材を構成することができる。
図8(C)は、巻回工程が最後にあり最初にはない製造工程であり、この製造方法により、支持材の内層のセラミック繊維層の外側面を覆う最表層のセラミック繊維層が中心軸に対して直交して配向しているストランドによって流体用整流部材を構成することができる。最初または最後の巻回工程の間は、ストランドの配置、巻回方法、回数、順序は限定されず、自由に組み合わせることができる。
このとき、最初と最後の巻回工程では、その間の工程で用いるストランドの繊維間密度よりも高密度でストランドを巻回する。また、最初または最後の巻回工程の間は、ストランドの配置、巻回方法、回数、順序は限定されず、自由に組み合わせることができる。
FIG. 8A shows a manufacturing process in which the winding process is the first and last. By this manufacturing method, the outermost ceramic fiber layer covering the inner and outer ceramic fiber layers of the support material is centered on the center axis. The fluid rectifying member can be constituted by strands that are orthogonally oriented with respect to each other.
FIG. 8B shows a manufacturing process in which the winding process is the first and not the last, and by this manufacturing method, the outermost ceramic fiber layer covering the inner surface of the ceramic fiber layer as the inner layer of the support material is the center. The fluid rectifying member can be constituted by strands oriented perpendicular to the axis.
FIG. 8C shows a manufacturing process that is not the first process in which the winding process is the last. By this manufacturing method, the outermost ceramic fiber layer covering the outer surface of the ceramic fiber layer as the inner layer of the support material is the central axis. The fluid rectifying member can be constituted by strands that are oriented perpendicularly to each other. During the first or last winding step, the arrangement, the winding method, the number of times, and the order of the strands are not limited and can be freely combined.
At this time, in the first and last winding steps, the strands are wound at a higher density than the inter-fiber density of the strands used in the steps in between. Moreover, the arrangement | positioning of a strand, the winding method, the frequency | count, and an order are not limited between the first or the last winding process, It can combine freely.

次にマトリックス形成工程について説明する。マトリックス形成工程は、骨材であるストランドの周囲にセラミックマトリックスを充填する。
セラミックマトリックスはどのようなものでもよく特に限定されない。例えば、SiC、アルミナ、Si、BCなどを利用できる。セラミックマトリックスはどのような方法で形成してもよい。例えば、有機物である前駆体(プレカーサ)を熱分解させセラミックのマトリックスを得るプレカーサ法、原料ガスを熱分解させセラミックマトリックスを得るCVD法などが利用できる。またこれらを併用してもよい。
Next, the matrix forming process will be described. In the matrix forming process, the ceramic matrix is filled around the strands that are aggregates.
The ceramic matrix may be anything and is not particularly limited. For example, SiC, alumina, Si 3 N 4 , B 4 C, or the like can be used. The ceramic matrix may be formed by any method. For example, a precursor method in which a precursor (precursor) that is an organic substance is thermally decomposed to obtain a ceramic matrix, a CVD method in which a raw material gas is thermally decomposed to obtain a ceramic matrix, and the like can be used. These may be used in combination.

以下プレカーサ法、CVD法について説明する。
プレカーサ法では、熱分解によりセラミックが得られる前駆体を適宜選定する。プレカーサ法では、液体の前駆体を支持体に塗布または含浸したのち、加熱処理し、最終的に焼成することによりセラミックマトリックスを得る。加熱処理では、前駆体の形態によってさまざまな処理が行われる。前駆体が溶液である場合には溶媒の乾燥、前駆体がモノマー、ダイマーまたはオリゴマーなどの場合には重合反応、前駆体がポリマーである場合には熱分解反応の処理が行われる。
Hereinafter, the precursor method and the CVD method will be described.
In the precursor method, a precursor from which ceramic can be obtained by thermal decomposition is appropriately selected. In the precursor method, a liquid matrix is applied to or impregnated on a support, and then heat-treated and finally fired to obtain a ceramic matrix. In the heat treatment, various treatments are performed depending on the form of the precursor. When the precursor is a solution, the solvent is dried. When the precursor is a monomer, dimer or oligomer, a polymerization reaction is performed. When the precursor is a polymer, a thermal decomposition reaction is performed.

前駆体は、液体の形態で使用する。液体であるとは、前駆体を溶媒に溶かした溶液、液状の前駆体、固体の前駆体を加熱して溶融した液状の前駆体などが利用できる。なお、プレカーサ法では、最終的に前駆体を焼成し、セラミックマトリックスを生成させる。
前駆体は、例えば次のようなものが利用できる。前駆体が炭素の場合は、フェノール樹脂、フラン樹脂などが利用できる。前駆体がSiCの場合はポリカルボシラン(PCS:Polycarbosilane)などが利用できる。これらの樹脂をストランド間に浸透させて、熱分解することによりセラミックマトリックスを得ることができる。
また、プリカーサ法は支持材形成工程のなかで軸方向配置工程が最後にあり、軸方向に並んだストランドが最表層にある場合に、ストランドの脱落や毛羽立ちを防止するためのバインダーとすることもできる。この場合には、前駆体が、乾燥、重合または熱分解する過程で、ストランド同士を結合させた状態を維持することができるので、好適に利用することができる。
The precursor is used in liquid form. As the liquid, a solution obtained by dissolving a precursor in a solvent, a liquid precursor, a liquid precursor obtained by heating and melting a solid precursor, and the like can be used. In the precursor method, the precursor is finally fired to form a ceramic matrix.
For example, the following can be used as the precursor. When the precursor is carbon, a phenol resin, a furan resin, or the like can be used. When the precursor is SiC, polycarbosilane (PCS) can be used. A ceramic matrix can be obtained by impregnating these resins between the strands and thermally decomposing them.
In addition, the precursor method has an axial arrangement step at the end of the support material formation step, and when the strands arranged in the axial direction are on the outermost layer, the precursor method may be used as a binder for preventing the strands from dropping or fluffing. it can. In this case, since the precursor can maintain the state in which the strands are bonded in the process of drying, polymerization, or thermal decomposition, it can be suitably used.

CVD法では、CVD炉に支持材をいれ、加熱した状態で原料ガスを導入する。原料ガスは、CVD炉内で拡散するとともに、加熱された支持材に接触すると熱分解が起こり、原料ガスに対応するセラミックマトリックスが支持材を構成するストランドの表面に形成される。
CVD法で使用する原料ガスは、セラミックマトリックスの種類によって適宜選択する。
In the CVD method, a support material is placed in a CVD furnace, and a source gas is introduced in a heated state. The source gas diffuses in the CVD furnace, and when it contacts the heated support material, thermal decomposition occurs, and a ceramic matrix corresponding to the source gas is formed on the surface of the strand constituting the support material.
The source gas used in the CVD method is appropriately selected depending on the type of ceramic matrix.

目的とするセラミックマトリックスが炭素の場合は、メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素ガスが利用できる。
目的とするセラミックマトリックスがSiCの場合には、炭化水素ガスと、シラン系ガスの混合ガス、炭素と珪素を有する有機シラン系ガスなどが利用できる。これらの原料ガスは、水素がハロゲンで置換されたガスも利用することができる。シラン系ガスとしては、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、有機シラン系ガスの場合には、メチルトリクロロシラン(Methyltrichlorosilane)、メチルジクロロシラン(Methyldichlorosilane)、メチルクロロシラン(Methylchlorosilane)、ジメチルジクロロシラン(Dimethyldichlorosilane)、トリメチルジクロロシラン(Trimethyldichlorosilane)などが利用できる。またこれらの原料ガスを適宜混合して用いてもよく、さらに水素、アルゴンなどのキャリアガスとしても用いることもできる。キャリアガスとして水素を用いた場合には、平衡の調整に関与することができる。
When the target ceramic matrix is carbon, hydrocarbon gases such as methane, ethane, and propane can be used.
When the target ceramic matrix is SiC, a mixed gas of hydrocarbon gas and silane-based gas, organosilane-based gas containing carbon and silicon, or the like can be used. As these source gases, gas in which hydrogen is replaced with halogen can also be used. Silane-based gases include chlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane, tetrachlorosilane, and organic silane-based gases such as methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, methylchlorosilane, dimethyldichlorosilane ( Dimethyldichlorosilane), trimethyldichlorosilane, etc. can be used. Further, these raw material gases may be used by mixing them as appropriate, and can also be used as a carrier gas such as hydrogen or argon. When hydrogen is used as the carrier gas, it can be involved in equilibrium adjustment.

また、他のセラミック材料の場合には、目的のセラミックマトリックスにあわせて適宜原料ガスを選定することができる。
CVDの温度は、原料ガスの分解温度、分解速度に応じて適宜選定することができ、例えば800〜2000℃である。CVDの圧力は、セラミックマトリックスの沈着の状態に応じて適宜選択することができる。使用できる範囲は、例えば0.1〜100kPaの減圧CVD法、また圧力を制御しない常圧CVD法でもよい。
In the case of other ceramic materials, the source gas can be appropriately selected according to the target ceramic matrix.
The CVD temperature can be appropriately selected according to the decomposition temperature and decomposition rate of the source gas, and is, for example, 800 to 2000 ° C. The CVD pressure can be appropriately selected according to the state of deposition of the ceramic matrix. The usable range may be, for example, a low pressure CVD method of 0.1 to 100 kPa, or an atmospheric pressure CVD method in which the pressure is not controlled.

次に、芯抜工程について説明する。
芯抜工程の位置によって3つのパターンが存在する。
芯抜工程が、マトリックス形成工程の後の場合、支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程の順に製造する(図7(A))。
芯抜工程が、マトリックス形成工程の前の場合、支持材形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する(図7(B))。
芯抜工程が、マトリックス形成工程の中にある場合、支持材形成工程、マトリックス形成工程、芯抜工程、マトリックス形成工程の順に製造する(図7(C))。
Next, the centering process will be described.
There are three patterns depending on the position of the centering process.
When the centering step is after the matrix forming step, the support material forming step, the matrix forming step, and the centering step are manufactured in this order (FIG. 7A).
When the centering step is before the matrix forming step, the support material forming step, the centering step, and the matrix forming step are manufactured in this order (FIG. 7B).
When the centering step is in the matrix forming step, the support material forming step, the matrix forming step, the centering step, and the matrix forming step are manufactured in this order (FIG. 7C).

図7(A)に示すように、芯抜工程が、マトリックス形成工程の後の場合、芯抜工程で分離される段階では、すでにセラミック繊維強化セラミック複合材料が形成され、本発明の流体用整流部材そのものである。この場合には、形状が固定された段階で芯抜きされるので、寸法精度の高い流体用整流部材を得ることができる。   As shown in FIG. 7A, when the centering step is after the matrix forming step, the ceramic fiber reinforced ceramic composite material is already formed at the stage of separation in the centering step. The member itself. In this case, since the core is cored when the shape is fixed, a fluid rectifying member with high dimensional accuracy can be obtained.

図7(B)に示すように、芯抜工程が、マトリックス形成工程の前の場合、芯抜工程で分離されるものは、セラミック繊維層からなる支持材そのものである。この場合には、支持材の内側面および外側面に同時にセラミックマトリックスを形成することができ、効率よく流体用整流部材を得ることができる。   As shown in FIG. 7B, when the centering step is before the matrix forming step, what is separated in the centering step is the support material itself made of the ceramic fiber layer. In this case, the ceramic matrix can be simultaneously formed on the inner side surface and the outer side surface of the support material, and the fluid rectifying member can be obtained efficiently.

図7(C)に示すように、芯抜工程が、マトリックス形成工程の中にある場合、芯抜工程で分離される段階では、セラミック繊維強化セラミック複合材料の途中段階の製品である。この場合には、支持材の内側面および外側面に同時にセラミックマトリックスを形成することができ、寸法精度の高い流体用整流部材を効率よく得ることができる。   As shown in FIG. 7C, when the centering step is in the matrix forming step, the product is an intermediate stage product of the ceramic fiber reinforced ceramic composite material at the stage of being separated in the centering step. In this case, the ceramic matrix can be simultaneously formed on the inner side surface and the outer side surface of the support member, and a fluid rectifying member with high dimensional accuracy can be obtained efficiently.

いずれの方法をとってもよいが、芯抜工程が、マトリックス形成工程の中にある場合の製造方法(図7(C)参照)を用いることが好ましい。
芯抜工程が、マトリックス形成工程の中にある場合には、支持体のセラミック繊維間にセラミックマトリックスが形成されセラミック繊維強化セラミック複合材料になった後に芯材が抜かれるので、芯材が抜かれた後に変形しにくくすることができる。
Any method may be used, but it is preferable to use a manufacturing method (see FIG. 7C) in which the centering step is in the matrix forming step.
When the core forming process is in the matrix forming process, the core material is removed after the ceramic matrix is formed between the ceramic fibers of the support and becomes a ceramic fiber reinforced ceramic composite material. It can be made difficult to deform later.

また、この場合、芯材が抜かれた後、支持体の外側面と内側面の両側からセラミックマトリックスを形成することができるので、ストランドを確実にセラミックマトリックスで覆うことができ、ほつれにくくより強固なセラミック繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。   In this case, since the ceramic matrix can be formed from both the outer side surface and the inner side surface of the support after the core material is removed, the strand can be surely covered with the ceramic matrix, and is more resistant to fraying and stronger. A ceramic fiber reinforced ceramic composite material can be obtained.

また、マトリックス形成工程の中に芯抜き工程がある場合には、芯抜工程の前後のマトリックス形成工程は同一の方法を用いてもよいし、異なる方法を用いてもよい。なかでも、芯抜工程の前はプリカーサ法を用い、芯抜工程の後はCVD法を用いることが好ましい。プリカーサ法は、簡単な方法で支持体を固めることができ、変形を防止できるようになる。CVD法では、緻密で強固な膜が得られるので流体用整流部材の最表面を構成する膜として好適に利用することができる。   Moreover, when there exists a centering process in a matrix formation process, the matrix formation process before and behind a centering process may use the same method, and may use a different method. In particular, it is preferable to use a precursor method before the centering step and to use a CVD method after the centering step. In the precursor method, the support can be hardened by a simple method, and deformation can be prevented. In the CVD method, a dense and strong film can be obtained, so that it can be suitably used as a film constituting the outermost surface of the fluid rectifying member.

図1(A)〜図1(D)および図2(A)〜図2(B)に基づいて、流体用整流部材の製造方法について説明する。
流体用整流部材10Aの製造方法は、柱状に形成された芯材11の中心軸CLに対する周方向に沿ってストランド21を巻回する巻回工程と、芯材11の中心軸CLに対して平行にストランド21を配置する軸方向配置工程を有する。
なお、ストランド21は、多数の単位セラミック繊維40を束ねて形成される(図4(B)、図4(C)参照)。
Based on FIGS. 1A to 1D and FIGS. 2A to 2B, a method for manufacturing a fluid rectifying member will be described.
The fluid rectifying member 10 </ b> A is manufactured by a winding step of winding the strand 21 along the circumferential direction with respect to the central axis CL of the core material 11 formed in a columnar shape, and parallel to the central axis CL of the core material 11. And an axial arrangement step of arranging the strands 21 in the axial direction.
The strand 21 is formed by bundling a large number of unit ceramic fibers 40 (see FIGS. 4B and 4C).

巻回工程においては、図1(A)、図1(B)および図1(C)に示すように、中心軸CL回りに回転する芯材11の外周面にストランド21を巻回してセラミック繊維層22を形成する。
図1(A)はフープ巻きによるストランド21の巻回工程を示し、図1(B)はヘリカル巻きによるストランド21の巻回工程の往路を示し、図1(C)はヘリカル巻きによるストランド21の巻回工程の復路を示す。
In the winding step, as shown in FIGS. 1 (A), 1 (B), and 1 (C), the strand 21 is wound around the outer peripheral surface of the core material 11 that rotates about the central axis CL, and the ceramic fiber is wound. Layer 22 is formed.
FIG. 1 (A) shows the winding process of the strand 21 by hoop winding, FIG. 1 (B) shows the outward path of the winding process of the strand 21 by helical winding, and FIG. 1 (C) shows the strand 21 by the helical winding. The return path of a winding process is shown.

このとき、ストランド21を収容するロール211を、芯材11の一端側(図1(A)および図1(B)において右端側)から他端側(図1(A)および図1(B)において左端側)へ移動(矢印A参照)させることにより、ストランド21を芯材11の外側面に巻回することができる。
なお、図1(C)に示すヘリカル巻きによるストランド21の巻回工程の復路では、ストランド21を収容するロール211を、芯材11の他端側(図1(C)において左端側)から一端側(図1(C)において右端側)へ移動させる(矢印B参照)。
At this time, the roll 211 that accommodates the strand 21 is moved from one end side (right end side in FIGS. 1A and 1B) to the other end side (FIGS. 1A and 1B). The strand 21 can be wound around the outer surface of the core material 11 by moving to the left end side (see arrow A).
In the return path of the winding step of the strand 21 by helical winding shown in FIG. 1C, the roll 211 that accommodates the strand 21 is connected to the core 11 from the other end side (the left end side in FIG. 1C) to one end. To the side (right end side in FIG. 1C) (see arrow B).

このとき、ストランド21は、フープ巻きによるストランド21の巻回工程においても厳密には螺旋状に巻回される。ロール211の送り速度によって巻回されるストランド21の形態が変化する。すなわち、ロール211の送り速度を調整することにより軸線間距離を調整して、繊維間密度を所望の密度に設定することができる。送り速度を遅くしてストランド21で覆われた分だけロール211を送り、ストランド21を輪のよう巻く巻回方法をフープ巻きといい、繊維間密度が高密度となる。また、送り速度を速くしてストランド21に間隔が空くようにロール211を送り、ストランド21を螺旋のよう巻く巻回方法をヘリカル巻きという。この場合には、繊維間密度が低密度となる。
なお、筒状部が略円錐形状である場合、芯材11の回転速度とロール211の送り速度とを適宜調整することによって、ヘリカル巻きの螺旋角度を40〜65度にすることができる。
At this time, the strand 21 is wound spirally in the winding process of the strand 21 by hoop winding. The form of the strand 21 wound varies depending on the feed speed of the roll 211. That is, the inter-axis distance can be adjusted by adjusting the feed speed of the roll 211, and the density between fibers can be set to a desired density. A winding method of slowing the feeding speed and feeding the roll 211 by the amount covered with the strand 21 and winding the strand 21 like a ring is called hoop winding, and the inter-fiber density becomes high. The winding method in which the roll 211 is fed so that the feeding speed is increased and the strands 21 are spaced apart and the strands 21 are spirally wound is referred to as helical winding. In this case, the density between fibers becomes low.
When the cylindrical portion has a substantially conical shape, the helical angle of the helical winding can be set to 40 to 65 degrees by appropriately adjusting the rotation speed of the core member 11 and the feed speed of the roll 211.

フープ巻きでは、ロール211の送り速度がストランド21の断面積と同等程度であり、一方向の送りで芯材11のほぼ全外周面をストランド21で覆ってセラミック繊維層22を形成することができる。
これに対して、ヘリカル巻きでは1回の送りでは芯材11の全外周面を覆うことができないので、ロール211を何往復も繰り返し送りながら芯材11の外周面にセラミック繊維層22を形成する。
In the hoop winding, the feed speed of the roll 211 is about the same as the cross-sectional area of the strand 21, and the ceramic fiber layer 22 can be formed by covering almost the entire outer peripheral surface of the core material 11 with the strand 21 by feeding in one direction. .
On the other hand, in helical winding, the entire outer peripheral surface of the core material 11 cannot be covered by a single feed, so the ceramic fiber layer 22 is formed on the outer peripheral surface of the core material 11 while repeatedly feeding the roll 211. .

ストランド21の一方向の送りを1単位とすると、フープ巻きを繰り返した場合、任意の単位のストランド21は前後それぞれ1単位のストランド21と接点を有する。
これに対しヘリカル巻きでは、1単位のストランド21では、芯材11の全外周面を覆い尽くすことができないので、任意の単位のストランド21は前後それぞれ複数の単位のストランド21と接触する。
Assuming that the unidirectional feeding of the strand 21 is 1 unit, when the hoop winding is repeated, the strand 21 of an arbitrary unit has a contact point with the 1 strand 21 of the front and rear respectively.
On the other hand, in helical winding, since one unit of strand 21 cannot cover the entire outer peripheral surface of the core material 11, an arbitrary unit of strand 21 comes into contact with a plurality of units of strands 21 in the front and rear directions.

また、セラミック繊維層22がフープ巻きとヘリカル巻きとの組み合わせである場合には、その界面は、互いに交差しあうストランド21の接点が多数存在し、高強度のセラミック繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。
なお、図面においては、わかりやすくするために、隣接するストランド21同士の間隔を大きく表示している。
Further, when the ceramic fiber layer 22 is a combination of hoop winding and helical winding, the interface has many contact points of the strands 21 crossing each other, and a high strength ceramic fiber reinforced ceramic composite material is obtained. Can do.
In the drawing, for easy understanding, the interval between adjacent strands 21 is shown large.

第1実施形態の流体用整流部材10Aは、筒状部20Aの内層のセラミック繊維層の外側を覆う最表層のセラミック繊維層22(最外側セラミック繊維層222)が、中心軸CLに対して直交して配向しているストランド215によって構成される。
このような筒状部20Aを得るために、筒状部20Aの外側の最表層として巻回工程によってセラミック繊維層22を形成する。
In the fluid rectifying member 10A of the first embodiment, the outermost ceramic fiber layer 22 (outermost ceramic fiber layer 222) covering the outer side of the inner ceramic fiber layer of the cylindrical portion 20A is orthogonal to the central axis CL. The strands 215 are oriented.
In order to obtain such a cylindrical part 20A, the ceramic fiber layer 22 is formed by a winding process as the outermost layer on the outer side of the cylindrical part 20A.

軸方向配置工程においては、例えば図1(D)に示すように、芯材11の一端側および他端側に係止部212、213を設けておき、係止部212と係止部213とに交互にストランド21を引っ掛けることにより、ストランド21を芯材11の中心軸CLに沿って配置してセラミック繊維層22を形成する。従って、係止部212、213の間隔により繊維間隔が決定され、繊維間密度を設定することができる。
これを芯材11の外側面に沿って全周に実施する。このとき、ストランド21は、係止部212、213の断面積、配置によっては、中心軸CLを含む平面に対し、斜めに配置されることもあるが、隣接するストランド21同士は非常に近接しているので、中心軸CLに対して平行に配置されると言える。なお、図1(D)においては、わかりやすくするために、隣接するストランド21同士の間隔を大きく表示している。
In the axial arrangement step, for example, as shown in FIG. 1D, locking portions 212 and 213 are provided on one end side and the other end side of the core material 11, and the locking portion 212 and the locking portion 213 are provided. By alternately hooking the strands 21 to each other, the strands 21 are arranged along the central axis CL of the core material 11 to form the ceramic fiber layer 22. Therefore, the fiber interval is determined by the interval between the locking portions 212 and 213, and the density between fibers can be set.
This is performed on the entire circumference along the outer surface of the core material 11. At this time, the strands 21 may be arranged obliquely with respect to the plane including the central axis CL depending on the cross-sectional areas and arrangements of the locking portions 212 and 213, but the adjacent strands 21 are very close to each other. Therefore, it can be said that they are arranged parallel to the central axis CL. In FIG. 1D, the interval between adjacent strands 21 is shown large for easy understanding.

最上層を形成する前は、巻回工程と軸方向配置工程とを繰り返し実施して、セラミック繊維層22を積層する。巻回工程と軸方向配置工程との順番および実施回数は任意である。
例えば、巻回工程と軸方向配置工程とを1回ずつ交互に実施することができるが、巻回工程および軸方向配置工程を各々複数回ずつ実施して交互に実施することもできる。また、巻回工程には、ヘリカル巻き、フープ巻きがある。このため、ヘリカル巻きによる巻回工程(ヘリカル巻き工程)、フープ巻きによる巻回工程(フープ巻き工程)、軸方向配置工程の3つの工程を適宜選択しながらセラミック繊維層22を積層し、筒状部20Aを構成することができる(図8参照)。
Before the uppermost layer is formed, the ceramic fiber layer 22 is laminated by repeatedly performing the winding process and the axial arrangement process. The order of the winding process and the axial arrangement process and the number of executions are arbitrary.
For example, the winding process and the axial arrangement process can be alternately performed once, but the winding process and the axial arrangement process can be alternately performed by performing each of the plurality of times. The winding process includes helical winding and hoop winding. For this reason, the ceramic fiber layer 22 is laminated while appropriately selecting three processes of a winding process by helical winding (helical winding process), a winding process by hoop winding (hoop winding process), and an axial arrangement process. The unit 20A can be configured (see FIG. 8).

これにより、複数のセラミック繊維層22を堆積させて支持材が芯材の表面に形成された筒状の基材23を形成する(図2(A)参照)。基材23は、例えば円筒、円錐、円錐台等に類似した形状となっているが、以下においては、円錐形状の場合について例示する。
この際、基材23において芯材11の側面111から最も離れた最外側セラミック繊維層222において、中心軸CLに対して直交する平面PL(図3参照)にストランド21が沿う(平行となる)ように基材23を製造する。
Thus, a plurality of ceramic fiber layers 22 are deposited to form a cylindrical base material 23 in which a support material is formed on the surface of the core material (see FIG. 2A). The base material 23 has a shape similar to, for example, a cylinder, a cone, a truncated cone, and the like. In the following, a case of a cone shape will be exemplified.
At this time, in the outermost ceramic fiber layer 222 farthest from the side surface 111 of the core material 11 in the base material 23, the strands 21 extend along the plane PL (see FIG. 3) orthogonal to the central axis CL (become parallel). Thus, the base material 23 is manufactured.

このとき、図4(A)に示すように、最外側セラミック繊維層222をストランド215で形成し、最表層以外のセラミック繊維層223をストランド215で形成する。なお、セラミック繊維層223を形成するストランド215の方向は、最外側セラミック繊維層222を形成するストランド215と交差するのが望ましい。
図4(B)に示すように、最外層セラミック繊維層222を形成するストランド215は、断面積が小さい単位セラミック繊維41を束ねて形成される。また、最外層以外のセラミック繊維層223を形成するストランド215は、単位セラミック繊維41よりも断面積が大きい単位セラミック繊維42で形成される。
これにより、ストランド215とストランド215の断面積が同一の場合、ストランド215の単位セラミック繊維41は、ストランド215の単位セラミック繊維42よりも高密度で形成される。
At this time, as shown in FIG. 4A, the outermost ceramic fiber layer 222 is formed with the strands 215, and the ceramic fiber layer 223 other than the outermost layer is formed with the strands 215. The direction of the strand 215 that forms the ceramic fiber layer 223 preferably intersects with the strand 215 that forms the outermost ceramic fiber layer 222.
As shown in FIG. 4B, the strand 215 forming the outermost ceramic fiber layer 222 is formed by bundling unit ceramic fibers 41 having a small cross-sectional area. The strands 215 forming the ceramic fiber layer 223 other than the outermost layer are formed of unit ceramic fibers 42 having a larger cross-sectional area than the unit ceramic fibers 41.
Thereby, when the cross-sectional areas of the strand 215 and the strand 215 are the same, the unit ceramic fibers 41 of the strand 215 are formed at a higher density than the unit ceramic fibers 42 of the strand 215.

次いで、支持体のストランド21間にセラミックマトリックスを形成させて、中心軸CLを包囲する筒状部20Aを形成する。第1実施形態では、セラミックマトリックスをCVD法により形成する。セラミック繊維層22を有する支持材をCVD炉に入れ、CVD炉にメチルトリクロロシランガスを導入し、SiCのセラミックマトリックスを形成する。   Next, a ceramic matrix is formed between the strands 21 of the support to form a cylindrical portion 20A that surrounds the central axis CL. In the first embodiment, the ceramic matrix is formed by a CVD method. The support material having the ceramic fiber layer 22 is put into a CVD furnace, and methyltrichlorosilane gas is introduced into the CVD furnace to form a SiC ceramic matrix.

そして、図2(B)に示すように、分離する工程では、芯材11から筒状部20Aを脱型させて、筒状部20Aを焼成し、流体用整流部材10Aを製造する。
これに限定されず、筒状部20Aを芯材11から分離する工程は、セラミックマトリックスを形成する前、形成した後、セラミックマトリックスを形成する途中段階のいずれであってもよい(図7参照)。
Then, as shown in FIG. 2B, in the separating step, the cylindrical portion 20A is removed from the core material 11, the cylindrical portion 20A is baked, and the fluid rectifying member 10A is manufactured.
Without being limited thereto, the step of separating the cylindrical portion 20A from the core material 11 may be any stage before forming the ceramic matrix and after forming the ceramic matrix (see FIG. 7). .

なお、ここでは、筒状部20Aの中心軸CLに沿った両端面が開口している場合を示しているが、一方の端面が閉じている場合も同様に製造することができる。
一方の端面が閉じている場合には、例えば、筒状部20Aと、蓋部とを有する基材23を用い、セラミックマトリックスを沈着する方法、後から蓋部を組み合わせる方法などが利用できる。
In addition, although the case where both end surfaces along the central axis CL of the cylindrical portion 20A are open here is shown, the same manufacturing can be performed when one end surface is closed.
When one end surface is closed, for example, a method of depositing a ceramic matrix using a base material 23 having a cylindrical portion 20A and a lid, a method of combining the lid later, or the like can be used.

次に、流体用整流部材10Aについて説明する。
図3(A)に示すように、流体用整流部材10Aは、中心軸CLを包囲する筒状部20Aを有する。流体用整流部材10Aは、例えば、中心軸CLを流体の流れ方向(図2(B)中矢印F参照)に配置することにより使用することができる。
筒状部20Aは、一方の端面203の輪郭形状よりも他方の端面204の輪郭形状の方を大きく形成することもできる。また、筒状部20Aは、一方の端面203および他方の端面204が開口している。なお、筒状部20Aを、両端が開口した円柱形状とすることもできる(図示省略)。
Next, the fluid rectifying member 10A will be described.
As shown in FIG. 3A, the fluid rectifying member 10A has a cylindrical portion 20A surrounding the central axis CL. The fluid straightening member 10A can be used, for example, by arranging the central axis CL in the fluid flow direction (see arrow F in FIG. 2B).
The cylindrical portion 20 </ b> A can be formed so that the contour shape of the other end surface 204 is larger than the contour shape of the one end surface 203. Moreover, as for cylindrical part 20A, one end surface 203 and the other end surface 204 are opening. Note that the cylindrical portion 20A may be formed in a cylindrical shape with both ends opened (not shown).

筒状部20Aは、SiC繊維であるストランド21からなる支持材により形成されたセラミック繊維層22を積層した基材23(図2参照)を有しており、このストランド21にCVD法によってセラミックマトリックスを沈積させ繊維強化セラミック複合材料を得ることができる。ストランド21は、セラミック繊維を束ねたストランドを用いることもできる。   The cylindrical portion 20A has a base material 23 (see FIG. 2) on which a ceramic fiber layer 22 formed by a support material made of a strand 21 made of SiC fiber is laminated. A ceramic matrix is formed on the strand 21 by a CVD method. To obtain a fiber-reinforced ceramic composite material. The strand 21 can be a strand in which ceramic fibers are bundled.

筒状部20Aの最外側セラミック繊維層(最表層)222は、ストランド215が中心軸CLに対して直交する仮想の平面PLに沿うように形成されたセラミック繊維層22である。   The outermost ceramic fiber layer (outermost layer) 222 of the cylindrical portion 20A is a ceramic fiber layer 22 formed so that the strands 215 are along a virtual plane PL orthogonal to the central axis CL.

ここで、最外側セラミック繊維層222を構成するストランド215と、中心軸CLを含む平面PL2(図3(A)参照)とのなす角度θは、80度〜90度である(図3(B)参照)。
すなわち、図3(A)に示すように、中心軸CLを含む仮想の平面PL2によって切断される筒状部20Aの断面を、平面PL2に沿って観ると(図3(A)中矢印C参照)、図3(B)に示すように平面PL2に対してストランド215は、角度θで交差する。
Here, the angle θ formed by the strand 215 constituting the outermost ceramic fiber layer 222 and the plane PL2 including the central axis CL (see FIG. 3A) is 80 to 90 degrees (FIG. 3B). )reference).
That is, as shown in FIG. 3A, when the cross section of the cylindrical portion 20A cut by the virtual plane PL2 including the central axis CL is viewed along the plane PL2 (see arrow C in FIG. 3A). ), As shown in FIG. 3B, the strand 215 intersects the plane PL2 at an angle θ.

次に、第1実施形態の流体用整流部材10Aの作用、効果について説明する。
第1実施形態の流体用整流部材10Aによれば、セラミック繊維層22は、複数の単位セラミック繊維40を束ねたストランド21で構成されており、単位セラミック繊維40は、最表層の最外側セラミック繊維層222に近いほどその断面積が小さい。
これにより、流体に近接して最も破損しやすい最外側セラミック繊維層222を断面積が小さい単位セラミック繊維41で形成するので、ストランド215が変形しても単位セラミック繊維41が折れにくく、全体として破損しにくい流体用整流部材10Aを提供できる。
また、最外側セラミック繊維層222に絞って断面積が小さい単位セラミック繊維41を用い、最表層以外のセラミック繊維層223では、最表層の単位セラミック繊維41よりも断面積が大きい単位セラミック繊維42を用いることができるので、過度の重量化を抑制できる。
Next, the operation and effect of the fluid rectifying member 10A of the first embodiment will be described.
According to the flow straightening member 10A of the first embodiment, the ceramic fiber layer 22 is composed of the strands 21 in which a plurality of unit ceramic fibers 40 are bundled, and the unit ceramic fibers 40 are the outermost ceramic fibers of the outermost layer. The closer to layer 222, the smaller the cross-sectional area.
As a result, the outermost ceramic fiber layer 222 that is most prone to breakage in the vicinity of the fluid is formed by the unit ceramic fibers 41 having a small cross-sectional area. It is possible to provide a fluid rectifying member 10A that is difficult to perform.
Further, the unit ceramic fibers 41 having a small cross-sectional area that is confined to the outermost ceramic fiber layer 222 are used. In the ceramic fiber layers 223 other than the outermost layer, unit ceramic fibers 42 having a larger cross-sectional area than the unit ceramic fibers 41 of the outermost layer are used. Since it can be used, excessive weight increase can be suppressed.

第1実施形態の流体用整流部材10Aによれば、単位セラミック繊維40は、最外側セラミック繊維層222において最も高密度であるので、最表層のストランド215を高密度で形成して強度を確保することができる。   According to the fluid rectifying member 10A of the first embodiment, since the unit ceramic fibers 40 are the highest density in the outermost ceramic fiber layer 222, the outermost strands 215 are formed at a high density to ensure strength. be able to.

第1実施形態の流体用整流部材10Aによれば、最外側セラミック繊維層222を構成するストランド215と、中心軸CLを含む平面PL2とのなす角度θが80度〜90度であると、ストランド21に沿って気流がスムーズに流れることができる。
また、ストランド21の断面積の大小に起因する凹凸は、1/sin20度倍(2.92倍)以上に中心軸CL方向に引き伸ばされるので、流体の乱れを小さくでき、抵抗を小さくできる。
According to the flow straightening member 10A of the first embodiment, when the angle θ between the strand 215 constituting the outermost ceramic fiber layer 222 and the plane PL2 including the central axis CL is 80 degrees to 90 degrees, The airflow can flow smoothly along the line 21.
In addition, since the unevenness caused by the size of the cross-sectional area of the strand 21 is stretched in the direction of the central axis CL by 1 / sin 20 degrees (2.92 times) or more, the turbulence of the fluid can be reduced and the resistance can be reduced.

第1実施形態の流体用整流部材10Aによれば、筒状部20Aは中心軸CLに沿った両端部が開口している場合には、筒状部20Aの外周面および内周面に沿って流体を流すことができ、流体を整流することができる。このため、配管や流体内を移動する飛翔体として使用することができる。   According to the fluid rectifying member 10A of the first embodiment, when both ends along the central axis CL are open, the cylindrical portion 20A is along the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical portion 20A. The fluid can flow and the fluid can be rectified. For this reason, it can be used as a flying object that moves in a pipe or fluid.

第1実施形態の流体用整流部材10Aによれば、筒状部20Aは、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい形状を呈しているので、例えば円錐や円錐台等に似ている形状となっている。
そして、端面輪郭形状が小さい一方の端面203が開口していない場合には、一方の端面203から相対的に流れてくる流体を、筒状部20Aの最外側セラミック繊維層222による抵抗を小さくすることができる。また、一方の端面203も開口している場合には、筒状部20Aの最外側セラミック繊維層222および最内側セラミック繊維層221に沿って流体を流すことができるので、外周面および内周面に沿って流れてくる流体の抵抗を小さくすることができる。このため、流体用整流部材10Aは、配管や流体内を移動する飛翔体として利用することができる。
According to the fluid rectifying member 10A of the first embodiment, the cylindrical portion 20A has a shape in which the other end surface contour shape is larger than the one end surface contour shape, and thus resembles, for example, a cone or a truncated cone. It has a shape.
When one end face 203 having a small end face contour shape is not open, the resistance caused by the outermost ceramic fiber layer 222 of the cylindrical portion 20A is reduced by the fluid flowing relatively from the one end face 203. be able to. Further, when one end face 203 is also open, fluid can flow along the outermost ceramic fiber layer 222 and the innermost ceramic fiber layer 221 of the cylindrical portion 20A. It is possible to reduce the resistance of the fluid flowing along. For this reason, 10 A of fluid rectification members can be utilized as a flying body which moves in piping or fluid.

第1実施形態の流体用整流部材10Aによれば、セラミックマトリックスは、SiCである。
SiCは、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、セラミックマトリックスにSiCを用いることにより、流体用整流部材を高温、腐食性雰囲気でも好適に利用できる。
According to the flow straightening member 10A of the first embodiment, the ceramic matrix is SiC.
Since SiC is excellent in corrosion resistance and oxidation resistance and has high strength, the fluid rectifying member can be suitably used even in a high temperature and corrosive atmosphere by using SiC for the ceramic matrix.

第1実施形態の流体用整流部材10Aによれば、セラミック繊維は、SiC繊維である。
SiC繊維は、耐蝕性、耐酸化性が優れ、高強度であるので、支持材にSiCを用いることにより、高温、腐食性雰囲気でセラミックマトリックスが損傷した場合でも安全に使用することができる。
According to the flow straightening member 10A of the first embodiment, the ceramic fiber is a SiC fiber.
Since SiC fiber is excellent in corrosion resistance and oxidation resistance and has high strength, it can be safely used even when the ceramic matrix is damaged in a high temperature and corrosive atmosphere by using SiC as a support material.

第1実施形態の流体用整流部材10Aによれば、中心軸CLは、流体の流れ方向に配置される。
中心軸CLを流体の流れ方向に配置することにより、中心軸CLを包囲する筒状部20Aも流体の流れ方向に配置されるので、流体の抵抗を小さくすることができる。
According to the fluid rectifying member 10A of the first embodiment, the central axis CL is arranged in the fluid flow direction.
By disposing the central axis CL in the fluid flow direction, the cylindrical portion 20A surrounding the central axis CL is also disposed in the fluid flow direction, so that the resistance of the fluid can be reduced.

また、第1実施形態の流体用整流部材の製造方法によれば、巻回工程において柱状に形成された芯材11の中心軸CLに対する周方向に沿ってストランド21を巻回するとともに、軸方向配置工程において芯材11の中心軸CLに対して平行にストランド21を配置する。こうして、複数のセラミック繊維層22によって筒状部20Aの基材23を形成する。このとき、最外側セラミック繊維層222を形成するストランド215を断面積が小さい単位セラミック繊維41で構成する。この単位セラミック繊維41は、最表層以外のセラミック繊維層223を構成する単位セラミック繊維42よりも断面積が小さいものとする。   Moreover, according to the manufacturing method of the fluid rectifying member of the first embodiment, the strand 21 is wound along the circumferential direction with respect to the central axis CL of the core 11 formed in the columnar shape in the winding step, and the axial direction In the arranging step, the strands 21 are arranged in parallel to the central axis CL of the core material 11. Thus, the base material 23 of the cylindrical portion 20 </ b> A is formed by the plurality of ceramic fiber layers 22. At this time, the strand 215 forming the outermost ceramic fiber layer 222 is composed of the unit ceramic fibers 41 having a small cross-sectional area. The unit ceramic fiber 41 is assumed to have a smaller cross-sectional area than the unit ceramic fiber 42 constituting the ceramic fiber layer 223 other than the outermost layer.

次いで、基材23のストランド21間に浸透するようにセラミックマトリックスを形成する。
セラミックマトリックスはどのようなものでもよく特に限定されない。例えば、SiC、アルミナ、Si、BCなど利用できる。セラミックマトリックスはどのような方法で形成してもよい。例えば、有機物である前駆体(プレカーサ)を熱分解させセラミックのマトリックスを得るプレカーサ法、原料ガスを熱分解させセラミックマトリックスを得るCVD法などが利用できる。
Next, a ceramic matrix is formed so as to penetrate between the strands 21 of the substrate 23.
The ceramic matrix may be anything and is not particularly limited. For example, SiC, alumina, Si 3 N 4 , B 4 C, etc. can be used. The ceramic matrix may be formed by any method. For example, a precursor method in which a precursor (precursor) that is an organic substance is thermally decomposed to obtain a ceramic matrix, a CVD method in which a raw material gas is thermally decomposed to obtain a ceramic matrix, and the like can be used.

以下、プレカーサ法、CVD法について説明する。
プレカーサ法では、熱分解によりセラミックが得られる前駆体を適宜選定する。プレカーサ法では、液体の前駆体を支持体に塗布または含浸したのち、加熱処理しセラミックマトリックスを得る。加熱処理では、前駆体の形態によってさまざまな処理が行われる。
前駆体が溶液である場合には溶媒の乾燥、前駆体がモノマー、ダイマーまたはオリゴマーなどの場合には重合反応の後に熱分解反応、前駆体がポリマーである場合には熱分解反応の処理が行われる。
前駆体は、液体の形態で使用する。液体であるとは、前駆体を溶媒に溶かした溶液、液状の前駆体、固体の前駆体を加熱して溶融した液状の前駆体などが利用できる。なお、プレカーサ法では、最終的に前駆体を焼成し、セラミックマトリックスを生成させる。
Hereinafter, the precursor method and the CVD method will be described.
In the precursor method, a precursor from which ceramic can be obtained by thermal decomposition is appropriately selected. In the precursor method, a liquid precursor is applied to or impregnated on a support, followed by heat treatment to obtain a ceramic matrix. In the heat treatment, various treatments are performed depending on the form of the precursor.
When the precursor is a solution, the solvent is dried. When the precursor is a monomer, dimer or oligomer, a thermal decomposition reaction is performed after the polymerization reaction. When the precursor is a polymer, a thermal decomposition reaction is performed. Is called.
The precursor is used in liquid form. As the liquid, a solution obtained by dissolving a precursor in a solvent, a liquid precursor, a liquid precursor obtained by heating and melting a solid precursor, and the like can be used. In the precursor method, the precursor is finally fired to form a ceramic matrix.

CVD法では、CVD炉に支持材をいれ、加熱した状態で原料ガスを導入する。原料ガスは、CVD炉内で拡散するとともに、加熱された支持材に接触すると熱分解が起こり、原料ガスに対応するセラミックマトリックスが支持材を構成するストランドの表面に形成される。
次に、芯材11から筒状部20Aを脱型させる。これにより、流体用整流部材を製造することができる。
In the CVD method, a support material is placed in a CVD furnace, and a source gas is introduced in a heated state. The source gas diffuses in the CVD furnace, and when it contacts the heated support material, thermal decomposition occurs, and a ceramic matrix corresponding to the source gas is formed on the surface of the strand constituting the support material.
Next, the cylindrical portion 20 </ b> A is removed from the core material 11. Thereby, the rectification | straightening member for fluids can be manufactured.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。
なお、前述した第1実施形態の流体用整流部材10Aと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図5に示すように、第2実施形態の流体用整流部材10Bでは、筒状部20Bの最内側セラミック繊維層221および最外側セラミック繊維層222は、ストランド21が中心軸CLに対して直交する仮想の平面PL(図3(A)参照)に沿うように形成されたセラミック繊維層22となっている。
また、最内側セラミック繊維層221および最外側セラミック繊維層222では、断面積が小さい単位セラミック繊維41で構成されたストランド216、214が用いられており、他のセラミック繊維層223に比してストランド21が高密度に形成されている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which is common in 10 A of fluid rectifying members of 1st Embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 5, in the fluid rectifying member 10 </ b> B of the second embodiment, the innermost ceramic fiber layer 221 and the outermost ceramic fiber layer 222 of the cylindrical portion 20 </ b> B have the strands 21 orthogonal to the central axis CL. The ceramic fiber layer 22 is formed along a virtual plane PL (see FIG. 3A).
Further, in the innermost ceramic fiber layer 221 and the outermost ceramic fiber layer 222, the strands 216 and 214 composed of the unit ceramic fibers 41 having a small cross-sectional area are used, and the strands are compared with the other ceramic fiber layers 223. 21 is formed with high density.

これにより、最外側セラミック繊維層222および最内側セラミック繊維層221の強度を増すことができるので、支持材の強度を充分に発揮することができ、無駄な重量増を防止して高強度の繊維強化セラミック複合材料から構成される流体用整流部材10Bが得られる。
また、流体の流れを阻害する起伏が出来にくく、流体に乱れが生じにくいので抵抗を小さくできる。ここで、流体の流れとは、流体用整流部材10Bに対して相対的に流体が移動する場合をいい、流体用整流部材10Bに対して流体が流れる場合および流体中を流体用整流部材10Bが移動する場合を含む。
なお、流体用整流部材10Bの製造方法は、第1実施形態において説明した製造方法を用いることができる。これは、巻回工程が支持材形成工程の最初と最後にあることにより得ることができる。
As a result, the strength of the outermost ceramic fiber layer 222 and the innermost ceramic fiber layer 221 can be increased, so that the strength of the support material can be sufficiently exerted, and a high-strength fiber that prevents useless weight increase can be prevented. A fluid rectifying member 10B made of a reinforced ceramic composite material is obtained.
In addition, it is difficult to make ups and downs that obstruct the flow of the fluid, and the fluid is less likely to be disturbed. Here, the flow of the fluid means a case where the fluid moves relative to the fluid rectifying member 10B. The case where the fluid flows relative to the fluid rectifying member 10B and the case where the fluid rectifying member 10B passes through the fluid. Includes moving case.
In addition, the manufacturing method demonstrated in 1st Embodiment can be used for the manufacturing method of the rectification | straightening member 10B for fluids. This can be obtained by having the winding step at the beginning and end of the support material forming step.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。
なお、前述した第1実施形態の流体用整流部材10Aおよび第2実施形態の流体用整流部材10Bと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図6(A)および図6(B)に示すように、第3実施形態の流体用整流部材10Cでは、筒状部20Cの一方の端面203に蓋部を有しており、中心軸CL方向に貫通していない。
このため、筒状部20Cでは、最外側セラミック繊維層222のストランド215のみが断面積が小さい単位セラミック繊維41で形成されたストランド215で形成されればよい。また、中心軸CLに対して直交する仮想の平面PL(図3(A)参照)に沿うように形成されたセラミック繊維層22となっていれば良い。なお、最内側セラミック繊維層(最表層)221のストランドをも中心軸CLに対して直交する仮想の平面PL(図3(A)参照)に沿うように形成することも可能である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which is common in 10 A of fluid rectification members of 1st Embodiment mentioned above, and the fluid rectification member 10B of 2nd Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
As shown in FIGS. 6A and 6B, the fluid rectifying member 10C of the third embodiment has a lid on one end surface 203 of the cylindrical portion 20C, and is in the direction of the central axis CL. Not penetrated.
For this reason, in the cylindrical part 20C, only the strands 215 of the outermost ceramic fiber layer 222 may be formed of the strands 215 formed of the unit ceramic fibers 41 having a small cross-sectional area. Moreover, what is necessary is just to become the ceramic fiber layer 22 formed so that the virtual plane PL (refer FIG. 3 (A)) orthogonal to the central axis CL may be followed. The strands of the innermost ceramic fiber layer (outermost layer) 221 can also be formed along a virtual plane PL (see FIG. 3A) orthogonal to the central axis CL.

これにより、流体の流れによってセラミック繊維束が変形してもセラミック繊維が折れにくく、全体として破損しにくい。また、最表層以外のセラミック繊維層では、最表層のストランドよりも断面積が大きいストランドを用いることができる。これにより、過度の重量化を抑制して表面の強度が十分な構造の流体用整流部材が得られる。
なお、流体用整流部材10Cの製造方法は、第1実施形態において説明した製造方法を用いることができる。
Thereby, even if the ceramic fiber bundle is deformed by the flow of the fluid, the ceramic fibers are not easily broken and are not easily damaged as a whole. In the ceramic fiber layer other than the outermost layer, a strand having a larger cross-sectional area than the outermost layer strand can be used. Thereby, the fluid rectification | straightening member of a structure where the intensity | strength of surface is sufficient is suppressed by suppressing excessive weight increase.
In addition, the manufacturing method demonstrated in 1st Embodiment can be used for the manufacturing method of 10 C of fluid rectifying members.

本発明の流体用整流部材は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形,改良等が可能である。
すなわち、前述した各実施形態においては、最表層のセラミック繊維層22が、中心軸CLに直交する方向に巻回されたストランド21によって形成されている場合について例示したが、最表層のセラミック繊維層22が、中心軸CLに沿った方向に配向されたストランド21によって形成される場合にも適用可能である。
The fluid rectifying member of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications and improvements can be made.
That is, in each of the above-described embodiments, the outermost ceramic fiber layer 22 is illustrated as being formed by the strands 21 wound in the direction orthogonal to the central axis CL. It is also applicable when 22 is formed by strands 21 oriented in a direction along the central axis CL.

また、図9は、本発明の各実施形態において説明した流体用整流部材の適用例であり、具体的にはシリコン単結晶引上げ装置300のガス整流部材312への適用例である。
図9に示すシリコン単結晶引上げ装置300は、シリコン材料を加熱していったん溶融させた後、シリコンを単結晶として引き上げることにより、高純度のシリコンインゴットを得るためのものである。
FIG. 9 shows an application example of the fluid rectifying member described in each embodiment of the present invention, specifically, an application example of the silicon single crystal pulling apparatus 300 to the gas rectifying member 312.
A silicon single crystal pulling apparatus 300 shown in FIG. 9 is for obtaining a high-purity silicon ingot by heating and melting a silicon material and then pulling silicon as a single crystal.

このシリコン単結晶引上げ装置300を構成する密閉本体302の上部には、その内部に不活性ガスを導入するための導入部303が設けられている。密閉本体302の内部には、石英るつぼ304、るつぼ305、回転軸306、ヒータ307、保温筒308、上部リング309、下部リング310、底部遮熱板311およびガス整流部材312(流体用整流部材)等が収容されている。   An introduction portion 303 for introducing an inert gas into the inside of the sealed main body 302 constituting the silicon single crystal pulling apparatus 300 is provided therein. Inside the sealed main body 302, there are a quartz crucible 304, a crucible 305, a rotating shaft 306, a heater 307, a heat insulating cylinder 308, an upper ring 309, a lower ring 310, a bottom heat shield plate 311 and a gas rectifying member 312 (fluid rectifying member). Etc. are housed.

シリコン材料が投入される石英るつぼ304は、その外側に配置されたるつぼ305に保持されている。るつぼ305の底面中央部は回転軸306によって下方から支持されている。図示しない駆動手段によって回転軸306が回転すると、それに伴ってるつぼ305が回転する。るつぼ305の側部の周囲に配置されたヒータ307によってるつぼ305が加熱され、シリコン材料が溶融するようになっている。ヒータ307の側部の周囲に設けられた保温筒308は、上部リング309と下部リング310との間に支持されている。密閉本体302の内底面には、底面から熱が逃げるのを防止するための底部遮熱板311が配設されている。   The quartz crucible 304 into which the silicon material is charged is held by the crucible 305 disposed on the outside thereof. The central portion of the bottom surface of the crucible 305 is supported from below by a rotating shaft 306. When the rotating shaft 306 is rotated by a driving means (not shown), the crucible 305 is rotated accordingly. The crucible 305 is heated by a heater 307 disposed around the side of the crucible 305 so that the silicon material is melted. A heat retaining cylinder 308 provided around the side of the heater 307 is supported between the upper ring 309 and the lower ring 310. A bottom heat shield plate 311 for preventing heat from escaping from the bottom surface is disposed on the inner bottom surface of the sealed main body 302.

ガス整流部材312は先細り形状のテーパ状部材であり、小径側の端部を下方に向けた状態で、大径側の端部が密閉本体302の上面内側に固定されている。
本発明の流体用整流部材は、このようなシリコン単結晶引上げ装置300のガス整流部材312への適用も可能である。
The gas rectifying member 312 is a tapered member having a tapered shape, and the end on the large diameter side is fixed to the inside of the upper surface of the sealed body 302 with the end on the small diameter side facing downward.
The fluid rectifying member of the present invention can also be applied to the gas rectifying member 312 of such a silicon single crystal pulling apparatus 300.

(実施例1)
次に、流体用整流部材の具体例を示す。ここでは、ストランド21として、セラミック繊維を束ねたストランドを用いており、束ねたセラミック繊維(ストランド)の間隔によって繊維密度を調整している。
まず、フィラメント径が7.5μmで1600本/束の繊維束で構成される糸を横糸として用い、フィラメントワインディングにて最も内側の層を構成する。
次いで、フィラメント径が10μmで800本/束の繊維束で構成される糸を斜め糸として用い、フィラメントワインディングにて内側から2番目の層を構成する。
フィラメント径が10μmで800本/束の繊維束で構成される糸を横糸として用い、フィラメントワインディングにて内側から3番目の層を構成する。
フィラメント径が10μmで800本/束の繊維束で構成される糸を斜め糸として用い、フィラメントワインディングにて内側から4番目の層を構成する。
フィラメント径が10μmで800本/束の繊維束で構成される糸を横糸として用い、フィラメントワインディングにて内側から5番目の層を構成する。
上記の繊維束としては、宇部興産株式会社製のTyranno-SA(Tyrannoは登録商標)を用いることができる。
Example 1
Next, a specific example of the fluid rectifying member will be shown. Here, a strand in which ceramic fibers are bundled is used as the strand 21, and the fiber density is adjusted by the interval between the bundled ceramic fibers (strands).
First, a yarn composed of 1600 fibers / bundle with a filament diameter of 7.5 μm is used as a weft, and the innermost layer is formed by filament winding.
Next, a yarn composed of a bundle of 800 fibers / bundle with a filament diameter of 10 μm is used as an oblique yarn, and the second layer from the inside is formed by filament winding.
A yarn composed of a bundle of 800 fibers / bundle with a filament diameter of 10 μm is used as a weft, and the third layer from the inside is formed by filament winding.
A yarn having a filament diameter of 10 μm and composed of 800 bundles / bundle is used as an oblique yarn, and the fourth layer from the inside is formed by filament winding.
A yarn composed of 800 bundles / bundle with a filament diameter of 10 μm is used as a weft yarn, and the fifth layer from the inside is formed by filament winding.
As the fiber bundle, Tyranno-SA (Tyranno is a registered trademark) manufactured by Ube Industries, Ltd. can be used.

本発明の流体用整流部材は、流体用配管、飛翔体の外装、バーナーのノズル等およびその製造に用いることができる。   The fluid rectifying member of the present invention can be used for fluid piping, a flying body exterior, a burner nozzle, and the like, and the production thereof.

10A、10B、10C 流体用整流部材
20A、20B、20C 筒状部
203 一方の端面(両端部)
204 他方の端面(両端部)
21 ストランド
22 セラミック繊維層
221 最内側セラミック繊維層(最表層)
222 最外側セラミック繊維層(最表層)
223 セラミック繊維層(最表層以外)
40 単位セラミック繊維
41 単位セラミック繊維(最表層)
42 単位セラミック繊維(最表層以外)
CL 中心軸
PL 平面
10A, 10B, 10C Fluid rectifying members 20A, 20B, 20C Cylindrical portion 203 One end face (both ends)
204 The other end face (both ends)
21 Strand 22 Ceramic fiber layer 221 Innermost ceramic fiber layer (outermost layer)
222 Outermost ceramic fiber layer (outermost layer)
223 Ceramic fiber layer (other than the outermost layer)
40 Unit ceramic fiber 41 Unit ceramic fiber (outermost layer)
42 unit ceramic fiber (other than outermost layer)
CL center axis PL plane

Claims (4)

流体の流れ方向に配置される中心軸を包囲する筒状部を有する流体用整流部材であって、
前記筒状部の前記中心軸に沿った両端部が開口し、当該筒状部の外周面および内周面に沿って、当該流体用整流部材に対して相対的に移動する前記流体を整流し、
前記筒状部は、内層のSiC繊維からなるセラミック繊維層と前記流体と近接するように前記外周面及び/または前記内周面に位置する最表層のセラミック繊維層とからなる支持材と、前記支持材を覆うSiCからなるセラミックマトリックスと、からなり、
前記セラミック繊維層を複数の単位セラミック繊維を束ねたストランドをフィラメントワインディングして構成するとともに、
前記単位セラミック繊維の断面積が、前記最表層のセラミック繊維層に近いほど小さい流体用整流部材。
A fluid rectifying member having a cylindrical portion surrounding a central axis arranged in a fluid flow direction ,
Both end portions along the central axis of the cylindrical portion are opened, and the fluid moving relative to the fluid rectifying member is rectified along the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical portion. ,
The cylindrical portion comprises a support material comprising a ceramic fiber layer made of an inner layer SiC fiber and an outermost surface ceramic fiber layer located on the outer peripheral surface and / or the inner peripheral surface so as to be close to the fluid ; A ceramic matrix made of SiC covering the support material,
The ceramic fiber layer is constituted by filament winding a strand in which a plurality of unit ceramic fibers are bundled,
The fluid rectifying member having a smaller cross-sectional area of the unit ceramic fiber as it is closer to the outermost ceramic fiber layer.
請求項1に記載の流体用整流部材であって、
前記単位セラミック繊維は、前記最表層のセラミック繊維層において最も高密度である流体用整流部材。
The fluid rectifying member according to claim 1,
The unit ceramic fiber is a fluid rectifying member having the highest density in the outermost ceramic fiber layer.
請求項1または請求項2に記載の流体用整流部材であって、
前記最表層のセラミック繊維層を構成する前記ストランドと、前記中心軸を含む平面と、のなす角度が80度〜90度である流体用整流部材。
The fluid rectifying member according to claim 1 or 2,
A fluid rectifying member in which an angle formed between the strand constituting the outermost ceramic fiber layer and a plane including the central axis is 80 to 90 degrees.
請求項1ないし請求項のうちのいずれか1項に記載の流体用整流部材であって、
前記筒状部の、一方の端面輪郭形状よりも他方の端面輪郭形状が大きい流体用整流部材。
The fluid rectifying member according to any one of claims 1 to 3 ,
The fluid rectifying member having the other end surface contour shape larger than the one end surface contour shape of the cylindrical portion.
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