特許 5775477 セラミックス金属接合体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5775477

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】セラミックス金属接合体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 1/19 20060101AFI20150820BHJP

   C04B 37/02 20060101ALI20150820BHJP

   B23K 3/00 20060101ALI20150820BHJP

   B23K 101/02 20060101ALN20150820BHJP

【ＦＩ】

   B23K1/19 H

   C04B37/02 B

   B23K3/00 310M

   B23K101:02

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-60573(P2012-60573)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-193094(P2013-193094A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2013年11月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088616

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 一平

(74)【代理人】

【識別番号】100089347

【弁理士】

【氏名又は名称】木川 幸治

(74)【代理人】

【識別番号】100154379

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 博幸

(74)【代理人】

【識別番号】100154829

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 成

(72)【発明者】

【氏名】高橋 博紀

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏幸

【審査官】 青木 正博

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２６５１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０８０１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１４４８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５１７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１３５０７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／１３４１８９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １／１９

Ｂ２３Ｋ ３／００

Ｃ０４Ｂ ３７／０２

Ｂ２３Ｋ ２０／００−２０／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状セラミックス体の外周面に、その外周面との間に間隙を有した状態で金属管を被せ、
前記間隙にろう材又ははんだを充填し、
前記金属管の外側から前記金属管の熱膨張を抑制するように加圧して変形させつつ昇温することにより前記ろう材又は前記はんだを溶融させ、
前記ろう材又は前記はんだを固化させて前記筒状セラミックス体と前記金属管とを接合したセラミックス金属接合体を製造するセラミックス金属接合体の製造方法。

【請求項2】

前記金属管の外側に、前記金属管の金属よりも熱膨張係数の小さい素材からなる型締め用型を配置して前記金属管を変形させつつ、還元雰囲気炉内で昇温することにより前記ろう材又は前記はんだを溶融させる請求項１に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【請求項3】

前記筒状セラミックス体を形成するセラミックスがＳｉＣ系である場合に、前記型締め用型は、グラファイトカーボン材である請求項２に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【請求項4】

前記金属管の金属がステンレス鋼である場合に、前記型締め用型が、炭素鋼、鉄、ステンレス鋼、コバール、インバー、ＮｉＣｏ合金のいずれかである請求項２に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【請求項5】

前記金属管の外側から前記金属管を変形させつつ昇温する装置として、ホットプレスまたはＨＩＰを用いる請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【請求項6】

前記筒状セラミックス体は、隔壁を有し、前記隔壁によって、流体の流路となる多数の
セルが区画形成されたハニカム構造体である請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミ
ックス金属接合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

筒状セラミックスの外側に金属管を被せて接合したセラミックス金属接合体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミックスと金属を接合する方法として、強度と耐熱性が要求される場合は、一般的にろう付けが用いられることが多い（例えば、特許文献１，２）。セラミックスと金属の間に箔状もしくはペースト状のろう材を挟んだ状態で真空炉内に設置し、昇温することでろう材を溶かしセラミックスと金属間の接合を得る。しかしながら、筒状セラミックスと金属管を接合する場合は難しい。なぜなら、あらかじめ金属管の中に筒状セラミックスを配置し、その隙間を埋めるようにろう材を充填したとしても、熱膨張係数の違いから、昇温した際に隙間が広がってしまう。そのため、充填していたろう材では足りなくなり、大きな欠陥（ボイド）が生じ、十分な密着性が得られないからである。セラミックス、金属の双方に対してよほど良好な濡れ性をもったろう材、または、セラミックスや金属への表面処理があれば、毛細管現象を利用してろう材を注ぎ足すことが可能となるが、真空炉等の還元雰囲気炉中で行う場合、複雑で高価な装置が必要になり、また制御も極めて難しいものとなる。また、焼きばめという手法もあるが、筒状セラミックスと金属管では、外径・内径公差を正確に管理しなくてはならず、セラミックスの加工が必須となる。そのため、コスト高という欠点がある上に、熱膨張係数の差から高温では緩みが生じ、外れてしまう欠点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４２１０４１７号公報

【特許文献2】特許第３８１３６５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のように、筒状セラミックスの外側に金属管を被せた状態で一体化し、耐熱性、密着性がよい接合体を製造する方法が求められている。

【0005】

本発明の課題は、筒状セラミックスの外側に金属管を被せて接合した、耐熱性があり密着性のよいセラミックス金属接合体の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者らは、金属管を筒状セラミックス体に被せ、それらの間隙にろう材又ははんだを充填し、金属管の外側から金属管を変形させつつ、ろう材又ははんだを溶融させることにより、上記課題を解決しうることを見出した。本発明によれば、以下のセラミックス金属接合体の製造方法が提供される。

【0007】

［１］ 筒状セラミックス体の外周面に、その外周面との間に間隙を有した状態で金属管を被せ、前記間隙にろう材又ははんだを充填し、前記金属管の外側から前記金属管の熱膨張を抑制するように加圧して変形させつつ昇温することにより前記ろう材又は前記はんだを溶融させ、前記ろう材又は前記はんだを固化させて前記筒状セラミックス体と前記金属管とを接合したセラミックス金属接合体を製造するセラミックス金属接合体の製造方法。

【0008】

［２］ 前記金属管の外側に、前記金属管の金属よりも熱膨張係数の小さい素材からなる型締め用型を配置して前記金属管を変形させつつ、還元雰囲気炉内で昇温することにより前記ろう材又は前記はんだを溶融させる前記［１］に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【0009】

［３］ 前記筒状セラミックス体を形成するセラミックスがＳｉＣ系である場合に、前記型締め用型は、グラファイトカーボン材である前記［２］に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【0010】

［４］ 前記金属管の金属がステンレス鋼である場合に、前記型締め用型が、炭素鋼、鉄、ステンレス鋼、コバール、インバー、ＮｉＣｏ合金のいずれかである前記［２］に記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【0011】

［５］ 前記金属管の外側から前記金属管を変形させつつ昇温する装置として、ホットプレスまたはＨＩＰを用いる前記［１］〜［４］のいずれかに記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【0012】

［６］ 前記筒状セラミックス体は、隔壁を有し、前記隔壁によって、流体の流路となる多数のセルが区画形成されたハニカム構造体である前記［１］〜［５］のいずれかに記載のセラミックス金属接合体の製造方法。

【発明の効果】

【0013】

本発明のセラミックス金属接合体の製造方法により製造されたセラミックス金属接合体は、筒状セラミックス体にひびや割れが生じにくい。また、筒状セラミックス体と金属管との密着性が良いため、熱伝導性がよい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明のセラミックス金属接合体を示す軸方向の一方の端面から見た模式図である。

【図2】本発明のセラミックス金属接合体を示す斜視図である。

【図3A】筒状セラミックス体に金属管を被せるところを示す図である。

【図3B】筒状セラミックス体と金属管との間隙にろう材を充填したところを示す部分拡大図である。

【図3C】金属管の外側から金属管を変形させるところを示す図である。

【図4】本発明のセラミックス金属接合体の他の実施形態を示す軸方向の一方の端面から見た模式図である。

【図5】本発明のセラミックス金属接合体を含む熱交換器を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

【0016】

図１に、本発明のセラミックス金属接合体（以下、単に接合体ともいう）１０を軸方向の一方の端面から見た模式図、図２に、接合体１０の斜視図を示す。接合体１０は、筒状セラミックス体１１と、その筒状セラミックス体１１の外周面７ｈに被された金属管１２と、を含む。そして、筒状セラミックス体１１と金属管１２との間に、ろう材又ははんだが充填され、それが固化して接合材層１３となり筒状セラミックス体１１と金属管１２とが接合されている（なお、以下、ろう材を例として説明する）。

【0017】

本発明のセラミックス金属接合体の製造方法では、筒状セラミックス体１１の外周面に、その外周面との間に間隙４９を有した状態で金属管１２を被せ（図３Ａ参照）、間隙４９にろう材を充填する（図３Ｂ参照）。そして、金属管１２の外側から金属管１２を変形させつつ昇温することによりろう材を溶融させる。金属管１２の外側から金属管１２を変形させる方法としては、金属管１２の外側に、金属管１２の金属よりも熱膨張係数の小さい素材からなる型締め用型４０を配置して（図３Ｃ参照）、型締め用型４０にて行う方法が好ましい。ろう材の溶融は、真空炉等の還元雰囲気内で昇温することにより行うことが好ましい。金属管１２の外側から金属管１２を変形させつつ昇温する装置としては、ホットプレスまたはＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ：熱間静水圧プレス）を用いても好適に行うことができる。その後、ろう材を固化させることにより、筒状セラミックス体１１と金属管１２とを接合したセラミックス金属接合体１０を製造することができる。ろう材を溶融させる際に、言い換えると、ろう付け温度に達するまでの間、及びろう付け温度キープ時に、型締め用型４０にて金属管１２を外側から加圧することにより、金属管１２の熱膨張を抑制し、筒状セラミックス体１１と金属管１２との間隙４９を増加させないようにする（むしろ減少させる）ことができる。これにより、ろう付け時のろう材不足を回避することができる。

【0018】

型締め用型４０は、金属管１２の金属よりも熱膨張係数の小さい素材からなる。さらに、型締め用型４０の熱膨張係数は、筒状セラミックス体１１を形成するセラミックスの熱膨張係数に近いほど好ましい。型締め用型４０の熱膨張係数が筒状セラミックス体１１の熱膨張係数よりも大きくなりすぎると、筒状セラミックス体１１と金属管１２との間隙４９を増加させない効果が小さくなってしまうことがある。また、型締め用型４０の熱膨張係数がセラミックスの熱膨張係数よりも小さくなりすぎると、筒状セラミックス体１１に過大な力がかかり、破損させることがある。

【0019】

筒状セラミックス体１１を形成するセラミックスがＳｉＣ系である場合に、型締め用型４０は、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ：冷間静水圧プレス）、押出等で製造されたグラファイトカーボン材であることが好ましい。

【0020】

金属管１２の金属がステンレス鋼である場合には、型締め用型４０が、炭素鋼、鉄、ステンレス鋼、コバール、インバー、Ｎｉ合金であることが好ましい。

【0021】

セラミックス金属接合体１０を熱伝導部材として用いる場合には、筒状セラミックス体１１は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。より好ましくは、１２０〜３００Ｗ／ｍ・Ｋ、さらに好ましくは、１５０〜３００Ｗ／ｍ・Ｋである。この範囲とすることにより、熱伝導性が良好となり、効率的に筒状セラミックス体１１内の熱を金属管１２の外側に排出できる。

【0022】

なお、筒状セラミックス体１１とは、セラミックスで筒状に形成され、軸方向の一方の端面２から他方の端面２まで貫通する流体の流路を有するものである。筒状とは、円筒状（円柱状）に限らず、軸（長手）方向に垂直な断面が楕円の楕円柱状でもよいし、軸（長手）方向に垂直な断面が四角形、またはその他の多角形の、角柱状であってもよい。筒状セラミックス体１１は、隔壁４を有し、隔壁４によって、流体の流路となる多数のセル３が区画形成されたハニカム構造体１であることが好ましい。隔壁４を有することにより、筒状セラミックス体１１の内部を流通する流体からの熱を効率よく集熱し、外部に伝達することができる。図１及び図２は、多数のセル３が形成されたハニカム構造体１を筒状セラミックス体１１として用いた実施形態である。また、図４には、隔壁４を有さず外周壁７のみで内部が中空のセラミックス管を筒状セラミックス体１１として用いた実施形態を示す。

【0023】

また、筒状セラミックス体１１は、軸方向の一方の端面２から他方の端面２まで貫通する流体の流路を有するものであれば、必ずしも１本のハニカム構造体１で構成されていなくてもかまわない。２本以上のハニカム構造体１を直列に並べて、金属管１２内に配置し、ハニカム構造体１と金属管１２とを接合させた接合体１０も好ましい形態の一つである。また、直列に並べたハニカム構造体間に０．０１ｍｍ〜５ｍｍの隙間があってもかまわない。

【0024】

筒状セラミックス体１１は、耐熱性に優れるセラミックスを用いることが好ましく、特に伝熱性を考慮すると、熱伝導性が高いＳｉＣ（炭化珪素）が主成分であることが好ましく、気孔率が低い緻密体であることがより好ましい。なお、主成分とは、筒状セラミックス体１１の５０質量％以上が炭化珪素であることを意味する。

【0025】

但し、必ずしも筒状セラミックス体１１の全体がＳｉＣ（炭化珪素）で構成されている必要はなく、ＳｉＣ（炭化珪素）が本体中に含まれていれば良い。即ち、筒状セラミックス体１１は、ＳｉＣ（炭化珪素）を含むセラミックスからなるものであることが好ましい。

【0026】

但し、ＳｉＣ（炭化珪素）であっても多孔体の場合は高い熱伝導率が得られないため、筒状セラミックス体１１の作製過程でシリコンを含浸させて緻密体構造とすることが好ましい。緻密体構造にすることで高い熱伝導率が得られる。例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）の多孔体の場合、２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるが、緻密体構造（気孔率１０％以下）とすることにより、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とすることができる。

【0027】

筒状セラミックス体１１として、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＳｉＣ等を採用することができるが、高い熱交換率を得るための緻密体構造とするためにＳｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣを採用することができる。Ｓｉ含浸ＳｉＣは、ＳｉＣ粒子表面を金属珪素融体の凝固物が取り囲むとともに、金属珪素を介してＳｉＣが一体に接合した構造を有するため、炭化珪素が酸素を含む雰囲気から遮断され、酸化から防止される。さらに、ＳｉＣは、熱伝導率が高く、放熱しやすいという特徴を有するが、Ｓｉを含浸するＳｉＣは、高い熱伝導率や耐熱性を示しつつ、緻密に形成され、伝熱部材として十分な強度を示す。つまり、Ｓｉ−ＳｉＣ系［Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ］材料からなる筒状セラミックス体１１は、耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性をはじめ、酸やアルカリなどに対する耐蝕性に優れた特性を示すとともに、高熱伝導率を示す。

【0028】

筒状セラミックス体１１を、隔壁４によって流路となる複数のセル３が区画形成されたハニカム構造体１として形成する場合、セル形状は、円形、楕円形、三角形、四角形、六角形、その他の多角形及びそれらの組み合わせ等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。

【0029】

ハニカム構造体１のセル密度（即ち、単位断面積当たりのセルの数）については特に制限はなく、目的に応じて適宜設計すればよいが、２５〜２０００セル／平方インチ（４〜３２０セル／ｃｍ^２）の範囲であることが好ましい。セル密度が２５セル／平方インチより小さくなると、隔壁４の強度、ひいてはハニカム構造体１自体の強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）が不足するおそれがある。一方、セル密度が２０００セル／平方インチを超えると、熱媒体が流れる際の圧力損失が大きくなるおそれがある。

【0030】

また、ハニカム構造体１の１つ当たりのセル数は、１〜１０，０００が望ましく、２００〜２，０００が特に望ましい。セル数が多すぎるとハニカム自体が大きくなるため第一の流体側から第二の流体側までの熱伝導距離が長くなり、熱伝導ロスが大きくなり熱流束が小さくなる。またセル数が少ない時には第一の流体側の熱伝達面積が小さくなり第一の流体側の熱抵抗を下げることが出来ず熱流束が小さくなる。

【0031】

ハニカム構造体１のセル３の隔壁４の厚さ（壁厚）についても、目的に応じて適宜設計すればよく、特に制限はない。壁厚を５０μｍ〜２ｍｍとすることが好ましく、６０〜５００μｍとすることが更に好ましい。壁厚を５０μｍ未満とすると、機械的強度が低下して衝撃や熱応力によって破損することがある。一方、２ｍｍを超えると、ハニカム構造体側に占めるセル容積の割合が低くなったり、流体の圧力損失が大きくなったり、熱媒体が透過する熱交換率が低下するといった不具合が発生するおそれがある。

【0032】

ハニカム構造体１のセル３の隔壁４の密度は、０．５〜５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ^３未満の場合、隔壁４は強度不足となり、第一流体が流路内を通り抜ける際に圧力により隔壁４が破損する可能性がある。また、５ｇ／ｃｍ^３を超えると、ハニカム構造体１自体が重くなり、軽量化の特徴が損なわれる可能性がある。上記の範囲の密度とすることにより、ハニカム構造体１を強固なものとすることができる。また、熱伝導率を向上させる効果も得られる。

【0033】

熱交換器３０（図５参照）に流通させる第一の流体（高温側）が排ガスの場合、第一の流体（高温側）が通過するハニカム構造体１のセル３内部の壁面には、触媒が担持されていることが好ましい。これは、排ガス浄化の役割に加えて、排ガス浄化の際に発生する反応熱（発熱反応）も熱交換することが可能になるためである。貴金属（白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、及び金）、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、亜鉛、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス及びバリウムからなる群から選択された元素を少なくとも一種を含有すると良い。これらは金属、酸化物、及びそれ以外の化合物であっても良い。

【0034】

第一の流体（高温側）が通過するハニカム構造体１の第一流体流通部５のセル３の隔壁４に担持される触媒（触媒金属＋担持体）の担持量としては、１０〜４００ｇ／Ｌであることが好ましく、貴金属であれば０．１〜５ｇ／Ｌであることが更に好ましい。触媒（触媒金属＋担持体）の担持量を１０ｇ／Ｌ未満とすると、触媒作用が発現し難いおそれがある。一方、４００ｇ／Ｌを超えると、圧損が大きくなる他、製造コストが上昇するおそれがある。

【0035】

次に、本発明のセラミックス金属接合体１０の製造方法を説明する。まず、セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出し、ハニカム成形体を作製する。ハニカム構造体１の材料としては、前述のセラミックスを用いることができるが、例えば、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とするハニカム構造体１を製造する場合、所定量のＳｉＣ粉末、バインダー、水又は有機溶媒を混練し坏土とし、成形して所望形状のハニカム成形体を得る。

【0036】

そしてハニカム成形体を乾燥し、Ｓｉ含浸焼成することによって、隔壁４によってガスの流路となる複数のセル３が区画形成されたハニカム構造体１を得ることができる。

【0037】

次に、ろう付けにより、金属管１２とハニカム構造体１とを接合する方法を説明する。まず、図３Ａに示すように、ハニカム構造体１（筒状セラミックス体１１）に金属管１２を被せる。そして、図３Ｂに示すように、ハニカム構造体１と金属管１２との間隙４９にろう材を充填する。ろう材としては、あらゆるろう材を使用することができ、特に限定するものではないが、金ろう材、銀ろう材、銅ろう材、パラジウムろう材、黄銅ろう材、アルミろう材、Ｎｉろう材、Ｆｅろう材、Ｔｉろう材等を用いることができる。高い耐熱性を必要としない場合は、より低融点のはんだを用いることもできる。はんだとしては、あらゆるはんだを使用することができ、特に限定するものではないが、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ａｇ、Ｚｎ、Ａｌ等を含むはんだを用いることができる。ろう材およびはんだは、ペースト状、シート状のものを利用することができる。常温で入りにくい場合は、金属管１２を温めるとよい。また、間隙４９に充填するろう材は、充填率が５０％以上となるように充填することが好ましく、８０％以上となるように充填することがより好ましい。ハニカム構造体１（筒状セラミックス体１１）の外周面および金属管１２の内周面に、Ｎｉめっき、Ｃｕめっき、金めっき等の表面処理が施されていることも望ましい形態の一つである。上記のような表面処理を施すことにより、ろう材およびはんだの濡れ性が向上し、密着強度等を向上させることができる。

【0038】

次に図３Ｃに示すように、金属管１２を被せたハニカム構造体１（筒状セラミックス体１１）を還元雰囲気炉に入れ、金属管１２を外周面１２ｈ側から離型材４１を挟んで型締め用型４０で押圧する。そして、真空炉等の還元雰囲気中でろう材の固相線温度以上に昇温してろう付けする。離型材４１を挟むことにより、型締め用型４０と金属管１２が固着されてしまうことを防ぐことができる。また、クッション性を有する離型材４１を挟むことにより、型締め用型４０の力を金属管１２に均等に伝えることができる。間隙４９に充填されたろう材は、昇温、冷却により接合材層１３となり、金属管１２とハニカム構造体１とが接合される。なお、型締め用型４０は、熱膨張係数が金属管１２の熱膨張係数以下である材料を用いて形成されたものであることが好ましく、型が開かないように金属管１２の熱膨張係数以下である材料でネジ止めもしくは荷重を負荷した状態で使用されることが望ましい。

【0039】

図５に本発明のセラミックス金属接合体１０を含む熱交換器３０の斜視図を示す。図５に示すように、熱交換器３０は、接合体１０（ハニカム構造体１＋接合材層１３＋金属管１２）と、接合体１０を内部に含むケーシング２１とによって形成されている。筒状セラミックス体１１のハニカム構造体１のセル３が第一の流体が流通する第一流体流通部５となる。熱交換器３０は、ハニカム構造体１のセル３内を、第二の流体と温度差をもつ第一の流体が流通するように構成されている。また、ケーシング２１に第二の流体の入口２２及び出口２３が形成されており、第二の流体は、接合体１０の金属管１２の外周面１２ｈ上を流通する。例えば、第二の流体よりも高温である第一の流体を流通させ、第一の流体から第二の流体へ熱伝導するようにすることが好ましい形態の一つである。

【0040】

つまり、ケーシング２１の内側面２４と金属管１２の外周面１２ｈとによって第二流体流通部６が形成されている。第二流体流通部６は、ケーシング２１と金属管１２の外周面１２ｈとによって形成された第二の流体の流通部であり、第一流体流通部５とハニカム構造体１の隔壁４、接合材層１３、金属管１２によって隔たれて熱伝導可能とされており、第一流体流通部５を流通する第一の流体の熱を隔壁４、接合材層１３、金属管１２を介して受け取り、流通する第二の流体である被加熱体へ熱を伝達する。第一の流体と第二の流体とは、完全に分離されており、これらの流体は混じり合わないように構成されている。

【0041】

第一流体流通部５は、ハニカム構造として形成されており、ハニカム構造の場合、流体がセル３の中を通り抜ける時には、流体は隔壁４により別のセル３に流れ込むことが出来ず、ハニカム構造体１の入口から出口へと直線的に流体が進む。また、本発明の熱交換器３０内のハニカム構造体１は、目封止されておらず、流体の伝熱面積が増し熱交換器３０のサイズを小さくすることができる。さらに、２本以上のハニカム構造体１を金属管１２内に多段に接合することで熱交換効率を高めることができる。これにより、熱交換器３０の単位体積あたりの伝熱量を大きくすることができる。

【0042】

熱交換器３０は、第一の流体および第二の流体に温度差が生じていれば、その大小に関わらず熱交換を効率良く行うことができる。例えば、第一の流体として気体を流通させ、第二の流体として液体を流通させると、第一の流体と第二の流体の熱交換を効率よく行うことができる。つまり、本発明の熱交換器３０は、気体／液体熱交換器として適用することができる。なお、第一の流体および第二の流体に温度差が生じていれば、その大小に関わらず熱交換を効率良く行うことができるのは、本発明の製造方法で接合体１０を製造した場合の特徴である。焼きばめ等の方法で製造した場合には、第一の流体が第二の流体よりも高温である必要があるため使用方法が限定される。

【0043】

以上のような構成の本発明の熱交換器３０に流通させる第一の流体および第二の流体としては、気体、液体等、特に限定されない。例えば、気体であれば自動車の排ガス等が挙げられる。また、第二の流体は、第一の流体と温度差があれば、媒体としては、気体、液体等、特に限定されない。

【実施例】

【0044】

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0045】

（実施例１）
セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥し、Ｓｉ含浸焼成することによって、材質が炭化珪素、本体サイズが外径４３．２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱状（筒状）のハニカム構造体１を製造した。すなわち、筒状セラミックス体１１として、ハニカム構造体１を用いた。ハニカム構造体１のセル密度は２３．３セル／ｃｍ^２、隔壁４の厚さ（壁厚）は０．３ｍｍ、ハニカム構造体１の熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数は、５×１０^−６／℃であった。

【0046】

金属管１２として外径４５．０ｍｍ、内径４４．１３ｍｍのＳＵＳ管（ＳＵＳ３０４：熱膨張係数１７×１０^−６／℃）を作製した。

【0047】

筒状セラミックス体１１に金属管１２を被せて、その間隙４９（０．４６５ｍｍ）に厚さ０．４ｍｍのアルミろう材を約８６％充填した。型締め用型４０としての型締め用金型（ＳＵＳ４３０：熱膨張係数１１×１０^−６／℃）と金属管１２との間に、離型材４１としてのアルミナブランケット（厚さ３ｍｍ）を挟み、型締め用金型により０．５ｋＮで型締めしつつ、真空炉内でろう付け温度まで昇温した。これにより、間隙４９を９７％以上充填することができた。
（実施例２）

【0048】

筒状セラミックス体１１に金属管１２を被せて、その間隙４９（０．４６５ｍｍ）にペーストのＮｉろう材を約９０％充填した。型締め用型４０としての型締め用型（グラファイトカーボン：熱膨張係数５．０×１０^−６／℃）と金属管１２との間に、離型材４１としてのアルミナブランケット（厚さ３ｍｍ）を挟み、型締め用金型により０．５ｋＮで型締めしつつ、真空炉内でろう付け温度まで昇温した。これにより、間隙４９を９７％以上充填することができた。

【0049】

（比較例１）
厚さ０．４ｍｍのアルミろう材を約８６％充填し、型締めをせずに昇温した。これにより、間隙４９を８０％未満しか充填することができなかった。明らかなろう材不足となり大きな欠陥（ボイド）が生じ、十分な密着性が得られず、セラミックスに割れが発生した。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明の製造方法は、筒状セラミックス体と金属管との接合に利用することができる。本発明のセラミックス金属接合体は、筒状セラミックス体が金属管で保護されており、熱交換体等に利用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１：ハニカム構造体、２：（軸方向の）端面、３：セル、４：隔壁、５：第一流体流通部、６：第二流体流通部、７：外周壁、７ｈ：（筒状セラミックス体の）外周面、１０：セラミックス金属接合体、１１：筒状セラミックス体、１２：金属管、１２ｈ：（金属管の）外周面、１３：接合材層、２１：ケーシング、２２：（第二の流体の）入口、２３：（第二の流体の）出口、２４：（ケーシングの）内側面、３０：熱交換器、４０：型締め用型、４１：離型材、４９：間隙。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】