特許 5837228 構造体、電子素子モジュール、熱交換器、燃料棒、及び、燃料集合体

(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】5837228

(24)【登録日】2015年11月13日

(45)【発行日】2015年12月24日

(54)【発明の名称】構造体、電子素子モジュール、熱交換器、燃料棒、及び、燃料集合体

(51)【国際特許分類】

   B32B 17/00 20060101AFI20151203BHJP

   C03C 8/02 20060101ALI20151203BHJP

   C03C 8/04 20060101ALI20151203BHJP

   C03C 8/08 20060101ALI20151203BHJP

   C03C 8/10 20060101ALI20151203BHJP

   C03C 8/18 20060101ALI20151203BHJP

   F28D 1/02 20060101ALI20151203BHJP

   G21C 3/20 20060101ALI20151203BHJP

   H01L 23/15 20060101ALI20151203BHJP

【ＦＩ】

   B32B17/00

   C03C8/02

   C03C8/04

   C03C8/08

   C03C8/10

   C03C8/18

   F28D1/02

   G21C3/20 A

   H01L23/14 C

【請求項の数】10

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-548380(P2014-548380)

(86)(22)【出願日】2012年11月21日

(86)【国際出願番号】JP2012080212

(87)【国際公開番号】WO2014080482

(87)【国際公開日】20140530

【審査請求日】2015年4月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(72)【発明者】

【氏名】石橋 良

(72)【発明者】

【氏名】内藤 孝

(72)【発明者】

【氏名】児玉 一宗

(72)【発明者】

【氏名】青柳 拓也

(72)【発明者】

【氏名】日野 哲士

(72)【発明者】

【氏名】青山 肇男

(72)【発明者】

【氏名】橋本 素行

(72)【発明者】

【氏名】高橋 克仁

(72)【発明者】

【氏名】坂野 順一

(72)【発明者】

【氏名】中野 広

【審査官】 斎藤 克也

(56)【参考文献】

【文献】 特許第２８６７５３６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００２−３０８６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５１８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０８−５００１８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ １／００ − ４３／００

Ｆ２８Ｄ １／００ − １３／００

Ｇ２１Ｃ ３／０６

Ｇ２１Ｃ ３／０７

Ｇ２１Ｃ ３／２０

Ｈ０１Ｌ ２３／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材と、
前記第１部材に対向する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材の間に設けられ、前記第１部材と前記第２部材とを接着するガラス層とを有し、
前記ガラス層のガラス転移点は、使用時の前記ガラス層の温度より低く、
前記ガラス層の軟化点は、使用時の前記ガラス層の温度よりも高いことを特徴とする構造体。

【請求項2】

前記ガラス層には、セラミックスと金属の少なくとも一方の粒子が分散していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の構造体。

【請求項3】

前記ガラス層の材料は、
ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材と、
Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材と、
Ｎａ_２Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス材と、
Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材と、
Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材と、
Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−ＳｉＯ_２系ガラス材と、
ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材と、
ＰｂＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材と、
ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材と、
ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材と、
ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−Ｓｂ_２Ｏ_３−ＢａＯ系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＭｎＯ−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−Ｎａ_２Ｏ−Ｋ_２Ｏ系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−Ｋ_２Ｏ系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２−Ａｇ_２Ｏ系ガラス材との内の少なくとも１つであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の構造体。

【請求項4】

前記第１部材は、前記ガラス層の上に成膜された膜であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の構造体。

【請求項5】

前記膜は、スパッタリング法と、蒸着法と、めっき法と、塗布法との内の少なくとも１つを用いて成膜されたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の構造体。

【請求項6】

前記ガラス転移点より低い温度帯において、
前記ガラス層の熱膨張係数は、前記第１部材と前記第２部材の熱膨張係数の間の値になっていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の構造体。

【請求項7】

請求の範囲第１項に記載の構造体を有し、
前記第１部材は、電子素子自体であるか、又は、前記電子素子を支持する支持部材であり、
前記第２部材は、基板であり、
前記ガラス層には、セラミックスと金属の粒子が分散し、
前記ガラス層の熱伝導率は２５Ｗ／ｍＫ以上であり、電気抵抗は０．１ｍΩ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする電子素子モジュール。

【請求項8】

請求の範囲第１項に記載の構造体を有し、温度が互いに異なる第１流体と第２流体を前記構造体で隔てたまま流す熱交換器であって、
前記第１部材は、前記ガラス層に対して前記第１流体の側に配置され、
前記第２部材は、前記ガラス層に対して前記第２流体の側に配置され、
前記ガラス層には、セラミックスと金属の少なくとも一方の粒子が分散し、
前記ガラス層の熱伝導率は２２Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする熱交換器。

【請求項9】

請求の範囲第１項に記載の構造体が、ペレットが収納される被覆管である燃料棒であって、
前記第１部材は、前記被覆管の外周側に配置されるセラミックス製管であり、
前記第２部材は、前記被覆管の内周側に配置される金属製管であり、
前記ガラス層には、セラミックスと金属の少なくとも一方の粒子が分散し、
前記ガラス層の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする燃料棒。

【請求項10】

請求の範囲第９項に記載の燃料棒が、複数本収納されていることを特徴とする燃料集合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造体に関し、この構造体が組み込まれた電子素子モジュール、熱交換器、燃料棒、及び、燃料集合体に関する。

【背景技術】

【0002】

構造体としては、基板上にガラス層を備えたグレーズド基板において、そのガラス層上に金属薄膜が形成された構造体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８−２０４３０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の構造体によれば、金属薄膜のグレーズド基板に対する密着性を向上することができる。ただ、この構造体を常温より高い温度で使用すると、内部に熱ひずみが生じ、金属薄膜の剥がれ等が生じると考えられる。

【0005】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、常温より高い温度での使用により内部に生じる熱ひずみを緩和できる構造体を提供する。また、この構造体が組み込まれた電子素子モジュール、熱交換器、燃料棒、及び、燃料集合体を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために、本発明は、第１部材と、前記第１部材に対向する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材の間に設けられ、前記第１部材と前記第２部材とを接着するガラス層とを有し、前記ガラス層のガラス転移点は、使用時の前記ガラス層の温度より低く、前記ガラス層の軟化点は、使用時の前記ガラス層の温度よりも高いことを特徴とする構造体である。また、この構造体が組み込まれた電子素子モジュール、熱交換器、燃料棒、及び、燃料集合体を、本発明とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、常温より高い温度での使用により内部に生じる熱ひずみを緩和できる構造体を提供できる。また、常温より高い温度での使用により内部に生じる熱ひずみを緩和できる電子素子モジュール、熱交換器、燃料棒、及び、燃料集合体を提供できる。前記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る構造体の断面図である。

【図2】ガラス層のガラス部の示差熱分析（ＤＴＡ）で得られるＤＴＡ曲線の１例である。

【図3】本発明の実施例１に係る電子素子モジュールの断面図である。

【図4】本発明の実施例２に係る熱交換器の断面図である。

【図5】本発明の実施例２に係る熱交換器に用いられる伝熱管（構造体）の断面斜視図である。

【図6】本発明の実施例３に係る燃料集合体の一部を透視した斜視図である。

【図7】本発明の実施例３に係る燃料棒の一部を透視した斜視図である。

【図8】本発明の実施例３に係る燃料棒に用いられる被覆管（構造体）の断面斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、本発明の実施形態（実施例）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。また、本発明は、ここで取り上げた複数の実施形態（実施例）の個々に限定されることはなく、適宜組み合わせてもよい。

【0010】

図１に、本発明の実施形態に係る構造体１の断面図を示す。構造体１は、第１部材（膜）２と、その第１部材２に対向する第２部材３と、第１部材２と第２部材３の間に設けられ、第１部材２と第２部材３とを接着するガラス層４とを有している。ガラス層４は、基材となるガラス部４ａと、そのガラス部４ａに分散しているセラミックス粒子４ｂと金属粒子４ｃを有している。

【0011】

図２に、ガラス部４ａ（ガラス層４）の示差熱分析（ＤＴＡ）で得られるＤＴＡ曲線の１例を示す。この例の示差熱分析では、まず、ガラス部４ａの一部をジェットミルで平均粒径が３μｍ以下になるまで粉砕し、粉末にした。そして、その粉末を用いて５℃/分の昇温速度で昇温する示差熱分析を行なっている。これにより、図２に示すようなＤＴＡ曲線を取得している。このＤＴＡ曲線から、転移点T_g、屈伏点M_g、軟化点T_s及び結晶化温度T_cryを決定（測定）することができる。なお、標準サンプルとしてアルミナ(Al₂O₃)粉末を用いた。図２に示すように、転移点（ガラス転移点）T_gは、第１吸熱ピークの開始温度とし、接線法により求めることができる。屈伏点M_gは、その第１吸熱ピークのピーク温度とし、接線法により求めることができる。軟化点T_sは、第２吸熱ピークのピーク温度とし、接線法により求めることができる。結晶化温度T_cryは、結晶化による発熱ピークの開始温度とし、接線法により求めることができる。

【0012】

また、ガラス部４ａ（ガラス層４）の特性温度（転移点T_g、屈伏点M_g、軟化点T_s）は、粘度により定義され、転移点T_g、屈伏点M_g、及び軟化点T_sは、粘度がそれぞれ10^13.3poise、10^11.0poise及び10^7.65poiseになる温度と言われている。結晶化温度T_cryは、ガラス部４ａ（ガラス層４）が結晶化を開始する温度である。ガラス部４ａ（ガラス層４）を、構造体１の使用時のガラス層４の温度T_xで軟化流動させずに接着力を確保するためには、軟化点T_sが構造体１の使用時のガラス層４の温度T_xより高ければよい。そして、熱的な残留歪を緩和するために、転移点T_gは、構造体１の使用時のガラス層４の温度T_xより低くなっている。構造体１の使用時のガラス層４の温度T_xは、転移点T_g以上であり、かつ、軟化点T_s以下である許容温度範囲内に入っている（T_g≦T_x≦T_s）。これによれば、常温より高い温度での使用により、内部に熱ひずみが生じても、その熱ひずみを緩和することができる。そして、熱ひずみによる第１部材２と第２部材３の接着面剥離や、第１部材２や第２部材３の破壊を抑制することができる。また、熱ひずみの緩和により、疲労破壊を抑制し、長期間の使用を可能にしている。

【0013】

図１に示す第１部材２は、ガラス層４の上に成膜された膜であってもよい。膜である第１部材２は、スパッタリング法や、蒸着法や、めっき法や、塗布法等の成膜法を用いて成膜することができる。なお、第１部材２がガラス層４の形成の後に形成されても、第１部材２とガラス層４の形成後の状態、さらには、構造体１の使用時のそれらの状態、及び使用後の状態は、第１部材２にガラス層４が接着している状態であると考えることができる。第１部材２と第２部材３は、ガラス層４によって接着されているとともに、第１部材２とガラス層４と第２部材３とは、３層の積層構造を構成している。

【0014】

また、図１に示すように、ガラス層４に、セラミックス粒子４ｂや金属粒子４ｃを分散させることにより、ガラス層４の見かけの熱膨張係数を、増減させることができる。すなわち、ガラス層４のガラス部４ａの正味の熱膨張係数に対して、それより大きい熱膨張係数を持つセラミックス粒子４ｂや金属粒子４ｃを入れれば、ガラス層４の見かけの熱膨張係数を大きくすることができる。逆に、ガラス部４ａの正味の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を持つセラミックス粒子４ｂや金属粒子４ｃを入れれば、ガラス層４の見かけの熱膨張係数を小さくすることができる。そして、転移点T_gより低い温度帯において、ガラス層４の見かけの熱膨張係数は、第１部材２と第２部材３の熱膨張係数の間の値に調整されている。これによれば、転移点T_gより低い温度帯においても、第１部材２と第２部材３を直接接合する場合と比べ、第１部材２と第２部材３に発生する熱ひずみを小さくすることができる。また、ガラス層４に、セラミックス粒子４ｂや金属粒子４ｃを分散させることにより、ガラス層４の見かけの熱膨張係数だけでなく、ガラス層４の見かけの熱伝導率や、見かけの電気伝導率を、制御することができる。

【0015】

セラミックス粒子（セラミックスフィラー）４ｂとしては、特に、ガラス層４の見かけの熱膨張係数を低下させるために、低熱膨張係数のセラミックス粉末（粒子）が用いられる。低熱膨張係数のセラミックス粒子４ｂとして、例えば、リン酸タングステン酸ジルコニウム（Zr₂(WO₄)(PO₄)₂）や、LiAlSiO₄等が用いられる。ただ、使用される環境やガラス部４ａとの反応を考慮して、ガラス層４の見かけの熱膨張係数を低下させることができれば、どのセラミックス粒子４ｂを選定してもよい。なお、セラミックス粒子４ｂの寸法は、添加されるガラス層４の厚さよりも小さくなっている。

【0016】

金属粒子（金属フィラー）４ｃは、特に、ガラス層４の見かけの熱伝導性や電気伝導性を上昇させるために用いられる。金属粒子４ｃの材料としては、例えば、Au、Ag、Cu等が用いられる。ただ、使用される環境やガラス部４ａとの反応を考慮して、ガラス層４の見かけの熱伝導性や電気伝導性を上昇させることができれば、どの金属粒子４ｃを選定してもよい。なお、金属粒子４ｃの寸法は、添加されるガラス層４の厚さよりも小さくなっている。また、金属粒子４ｃの添加によって、熱伝導性（熱伝導率）と電気伝導性（電気伝導率）だけでなく、ガラス層４の見かけの熱膨張係数も変化する。このため、熱伝導率と電気伝導率と熱膨張係数の中から複数の特性値を所望の値に設定するためには、セラミックス粒子４ｂと金属粒子４ｃの両方をガラス層４に添加している。ただ、セラミックス粒子４ｂと金属粒子４ｃを、ガラス層４に多く添加しすぎると、ガラス層４の第１部材２と第２部材３に対する接着力が低下する。このため、それらの添加量は、要求される熱膨張係数、熱伝導率、電気伝導率とともに考慮して設計される。

【0017】

また、ガラス層４のガラス部４ａの材料については、接着する第１部材２と第２部材３の材料と、構造体１の使用温度に応じて決まる構造体１の使用時のガラス層４の温度とによって、適切なガラス材が選定される。適切な選定により、接着する第１部材２と第２部材３の双方の材料に対するぬれ性と接着性が確保され、構造体１の使用温度（構造体１の使用時のガラス層４の温度）において、熱ひずみを緩和することができる。

【0018】

そして、ガラス層４のガラス部４ａの材料として用いることができるガラス（ガラス材）の例を、表２に示す。表２に示すガラスの転移点T_gには、ガラス毎に設定・調整可能な温度として転移点T_gがとり得る範囲が示されている。例えば、ガラス部４ａの材料に、ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材を用いれば、このガラスの成分等の調整により、２５０〜３５０℃の範囲内で転移点T_gを、設定・調整することができる。これにより、表２に示したような複数種類のガラスの中から、ガラス部４ａの材料を選択することで、転移点T_gを、例えば、最大の略８５０℃の高い温度から最小の略１５０℃の低い温度までの所望の温度に、設定・調整できる。

【0019】

そして、具体的に、ガラス層４のガラス部４ａの材料（ガラス）としては、
ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材や、
Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材や、
Ｎａ_２Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材や、
ＰｂＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−Ｓｂ_２Ｏ_３−ＢａＯ系ガラス材や、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＭｎＯ−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−Ｎａ_２Ｏ−Ｋ_２Ｏ系ガラス材や、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３系ガラス材や、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３系ガラス材や、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−Ｋ_２Ｏ系ガラス材や、
Ｖ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２−Ａｇ_２Ｏ系ガラス材を用いることができる。

【0020】

これらのガラス材では、転移点T_gが、略１５０℃〜略８５０℃という温度範囲内に存在し、ガラス材の転移点として比較的低い温度に設定・調整できるので、その転移点T_gを、構造体１の使用温度（構造体１の使用時のガラス層４の温度）より低くすることができる。表２には、ガラス材毎に転移点T_gの範囲を示す。構造体１の使用温度よりも転移点T_gが低く、第１部材２と第２部材３の被接着材料との接着力が強いガラス材を、ガラス層４のガラス部４ａの材料に選定している。これらのガラス材では、第１部材２と第２部材３の被接着材料によって、接着力が異なっており、ガラス部４ａのガラス材と、第１部材２と第２部材３の被接着材料の組合せにより、高い接着力を得ることができる。

【0021】

例えば、ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材は、アルミナ、窒化アルミニウム（AlN）、ムライト、シリコン（Si）等の被接着材料に対して、高い接着力を発揮することができる。

【0022】

Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス材は、窒化アルミニウム、ムライト、シリコン等の被接着材料に対して、高い接着力を発揮することができる。

【0023】

Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−ＳｉＯ_２系ガラス材は、アルミナ、窒化珪素（SiN）等の被接着材料に対して、高い接着力を発揮することができる。

【0024】

ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材は、炭化珪素（SiC）等の被接着材料に対して、高い接着力を発揮することができる。

【0025】

Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−Ｓｂ_２Ｏ_３−ＢａＯ系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＭｎＯ−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−Ｎａ_２Ｏ−Ｋ_２Ｏ系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３系ガラス材と、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−Ｋ_２Ｏ系ガラス材とは、アルミナ、シリコン、炭化珪素等の被接着材料に対して、高い接着力を発揮することができる。

【0026】

図１に示すように、構造体１は、第１部材２と第２部材３をガラス層４で接着させた構造であり、第１部材２と第２部材３に異なる材料を用いれば、異なる材料が互いにガラス層４を介して接着した構造体を提供することができる。第１部材２と第２部材３の材料としては、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等のセラミックスや、ガラスや、シリコン等の半導体や、モリブデン、タングステン、銅、アルミ、鉄鋼材料、チタン、ジルコニウム、ステンレス鋼等の金属および合金を用いることができる。また、Al-SiCといった金属/セラミックス複合材料や、SiC/SiC複合材といったセラミックスファイバ/セラミックスマトリックス複合材料も、第１部材２と第２部材３の材料にすることができる。表１に、種々の材料の熱膨張係数の例を示す。金属と合金の熱膨張係数は幅広く分布している。アルミニウム、黄銅、銅、金、オーステナイト系ステンレス鋼は、高い熱膨張係数を示す。一方、タングステン、モリブデン、ジルコニウムは、低い熱膨張係数を示す。表１中では、シリコンやダイヤモンドが、最も熱膨張係数の低いグループに入っている。アルミナ、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素（ケイ素）等のセラミックスでは、熱膨張係数は、3.5〜8.5×10^-6/Kの範囲に入っている。

【0027】

第１部材２と第２部材３に、熱膨張係数が異なる異種の材料を用いる場合を考える。第１部材２と第２部材３が、ガラス層４で接着される。第１部材２と第２部材３の熱膨張係数差を△αとし、常温から構造体１の使用温度までの温度変化を△Tとすると、界面には、式△ε=△α・△Tで求まる熱ひずみ△εが生じる。例えば、第１部材２と第２部材３の材料を、アルミナと銅とすると、熱膨張係数差△αは約10×10^-6/Kであり、温度変化△Tを100Kとすると、1×10^-3の熱ひずみ△εが生じる。しかし、ガラス層４のガラス部４ａの転移点（ガラス転移点）T_gは、構造体１の使用温度（構造体１の使用時のガラス層４の温度）より低く設定している。そのことによって、昇温過程では発生した熱ひずみ△εは転移点T_gを超えるとガラスの塑性流動により消滅する。使用温度が転移点T_gよりも高いために第１部材２と第２部材３同士は厳密には固定されないが、ガラス層４の接着力により剥離することはない。ガラス層４は、第１部材２と第２部材３に引き剥がす力が生じないように流動性する。逆に、冷却過程では転移点T_g以下に冷却されると熱ひずみ△εを生じる。具体的に、構造体１を使用状態から停止状態にすると、温度変化△Tは、転移点T_gから常温までとなり、その温度変化△Tに応じた冷却過程での熱ひずみ△εが生じる。ただ、この冷却過程での熱ひずみ△εは停止状態のときだけに生じる限定的なものである。また、転移点T_gを低く設定しているので、冷却過程での熱ひずみ△εも小さくなっている。そして、この冷却過程での熱ひずみ△εを緩和するために、ガラス層４の見かけの熱膨張係数を、第１部材２と第２部材３の双方の材料の熱膨張係数の間の値に設定している。

【0028】

なお、第１部材２と第２部材３に、同一の材料を用いてもよい。第１部材２と第２部材３とで熱膨張係数が等しいので、一見すると熱ひずみ△εが生じないと考えられるが、使用時に構造体１に温度勾配が発生している場合や、第１部材２と第２部材３の接着面が平面でない曲面の場合等には、熱ひずみ△εが生じる。

【0029】

使用時に構造体１に温度勾配が発生している場合は、構造体１の使用温度と、構造体１の使用時の第１部材２の温度と、構造体１の使用時の第２部材３の温度と、構造体１の使用時のガラス層４の温度とが、互いに異なっていると考えられる。このため、第１部材２と第２部材３においては温度差が生じ、熱ひずみ△εが生じる。また、構造体１の使用温度と、構造体１の使用時のガラス層４の温度においても、温度差が生じている。生じている熱ひずみ△εを緩和するためには、構造体１の使用温度ではなく、構造体１の使用時のガラス層４の温度が、転移点T_gを超えるようにガラス部４ａのガラス材を選定する必要がある。なお、一般的な構造体１においては、温度勾配はないか、あっても小さいので、構造体１の使用時のガラス層４の温度は、構造体１の使用温度と略等しいと考えることができる。また、第１部材２と第２部材３の接着面が平面でない場合にも、熱ひずみ△εが生じるので、その熱ひずみ△εを、ガラス層４によって緩和することができる。

【0030】

次に、構造体１の製造方法について説明する。まず、構造体１の使用温度に対して転移点T_gが低く、第１部材２と第２部材３の被接着材料に対して接着力の高いガラス材を選定する。

【0031】

次に、選定したガラス材（ガラス部４ａ）を製造する。ガラス材の製造では、まず、その所定の組成となるようにガラス原料を調合する。そして、調合したガラス原料を、混合して、溶融し、除冷もしくは放冷することで、ガラス材のかたまりが形成される。次に、このガラス材を粉砕して、ガラス材の粉末を作製する。

【0032】

次に、ガラス層４の見かけの熱膨張係数、熱伝導率、電気伝導率が、所定の値になるように、セラミックス粒子（セラミックスフィラー）４ｂや金属粒子（金属フィラー）４ｃの配合量を設計して計量する。ガラス材の粉末に、計量したセラミックス粒子４ｂと金属粒子４ｃを配合する。この配合物に有機物と混合して、ガラスペーストを作製する。

【0033】

次に、このガラスペーストを、第１部材２と第２部材３のどちらか一方、例えば、第２部材３の表面に塗布する。塗布の方法としては、スクリーン印刷法、スプレーコーティング法、ディップコーティング法、スピンコーティング法等の方法を用いることができる。この塗布膜を乾燥させ、有機物を塗布膜から除去する。

【0034】

次に、塗布膜を焼成し、ガラス材の粉末を軟化点T_s以上に昇温し軟化させて一体化（バルク化）し、ガラス層４が完成する。また、この焼成により、ガラス層４は、ガラスペーストを塗布した第２部材３に接着する。

【0035】

次に、もう一方の被接着材料である第１部材２を形成する。この第１部材２の形成方法には、２通りの形成方法を用いることができる。

【0036】

まず、１つ目の形成方法は、第１部材２をガラス層４上に置いて、ガラス層４の厚さを考慮して押し付けた状態で、ガラス層４の温度を軟化点T_s以上の温度に上げて接着するものである。例えば、電子素子モジュール等の構造体１において、それぞれ別工程で作製した配線基板（基板）と電子素子（素子）を接着する場合に、この形成方法が用いられる。以上で、構造体１を完成させることができる。

【0037】

もう１つの形成方法は、ガラス層４上に成膜プロセスによって第１部材２を形成するものである。例えば、第１部材２として、コーティング層や回路層（配線層）を形成する場合に、成膜プロセスが用いられる。成膜プロセスとしては、スパッタリング法、蒸着法、電気めっき法、無電解めっき法、ペースト塗布・焼成による塗布法等の成膜プロセスを用いることができる。以上で、構造体１を完成させることができる。

【0038】

次に、複数の実施例によって、この構造体１が組み込まれた各種の製品について説明する。

【実施例1】

【0039】

図３に、本発明の実施例１に係る電子素子モジュール１０１の断面図を示す。実施例１では、構造体１が組み込まれた製品の例として、電子素子モジュール１０１を説明する。そして、図３には、電子素子モジュール１０１の例として、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールを示している。電子素子モジュール１０１は、放熱基板３１ｂと、積層基板（３１ａ、２１ｂ、３４、３５）と、電子素子２１ａとを有している。放熱基板３１ｂは、Cuや、Moや、Al-SiC複合材料等の材料で作製されている。放熱基板３１ｂの上には、絶縁性の端子台５１と５２が固定されている。端子台５１の上部には、主電極５７が引き出され固定されている。端子台５２の上部には、制御電極５３が引き出され固定されている。主電極５７は、配線基板３５とリード線５５とを介して、電子素子２１ａに接続している。制御電極５３は、リード線５４を介して、電子素子２１ａに接続している。電子素子２１ａ等は、封止材５６によって封止されている。電子素子２１ａ（第１部材２）は、ガラス層４１ａ（４）によって、配線基板３１ａ（第２部材３）に接着している。これより、本発明の実施形態で説明した構造体１が、電子素子２１ａ（第１部材２）とガラス層４１ａ（４）と配線基板３１ａ（第２部材３）の積層構造によって実現していると考えられる。電子素子２１ａ（第１部材２）とガラス層４１ａ（４）と配線基板３１ａ（第２部材３）の積層構造は、電子素子モジュール１０１における小構造体１１（構造体１）になっている。

【0040】

配線基板３１ａと３５は、絶縁基板３４の上に設けられている。絶縁基板３４の下には配線基板２１ｂが設けられている。これら配線基板３１ａ、３５と、絶縁基板３４と、配線基板２１ｂとで、３層の積層基板（３１ａ、２１ｂ、３４、３５）が構成されている。配線基板２１ｂ（第１部材２）は、ガラス層４１ｂ（４）によって、放熱基板３１ｂ（第２部材３）に接着している。これより、本発明の実施形態で説明した構造体１が、配線基板２１ｂ（第１部材２）とガラス層４１ｂ（４）と放熱基板３１ｂ（第２部材３）の積層構造によって実現していると考えられる。配線基板２１ｂ（第１部材２）とガラス層４１ｂ（４）と放熱基板３１ｂ（第２部材３）の積層構造は、電子素子モジュール１０１における大構造体１２（構造体１）になっている。配線基板２１ｂ（第１部材２）とガラス層４１ｂ（４）と放熱基板３１ｂ（第２部材３）の積層構造は、電子素子２１ａを支持し支持部材としても機能している。

【0041】

電子素子モジュール１０１では、電子素子２１ａや配線基板３１ａ、２１ｂ、３５の発熱により、使用温度が例えば略２００℃程度となることから、小構造体１１（構造体１）と大構造体１２（構造体１）の使用温度も例えば略２００℃程度になっていると考えられる。さらに、電子素子モジュール１０１の使用時のガラス層４１ａ、４１ｂ（４）の温度も、例えば略２００℃程度になっていると考えられる。そこで、ガラス層４１ａ、４１ｂ（４）のガラス部４ａのガラス材としては、転移点（ガラス転移点）T_gが使用温度の略２００℃より低い略１５０℃程度になるＶ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２−Ａｇ_２Ｏ系ガラス材（表２のＶ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２−Ａｇ_２Ｏ系の欄を参照）を採用している。

【0042】

また、ガラス層４１ａ、４１ｂ（４）には、Ag製の金属粒子４ｃと、セラミックス粒子４ｂを分散させている。これにより、ガラス層４１ａ、４１ｂ（４）の見かけの熱伝導率を25W/mK以上に設定している。また、電気抵抗が0.1 mΩ/cm²以下となるように、金属粒子４ｃの添加量による見かけの電気抵抗率と、ガラス層４１ａ、４１ｂ（４）の厚さを、調整している。また、金属粒子４ｃとセラミックス粒子４ｂの添加量により、熱膨張係数を、電子素子２１ａと配線基板３１ａの間の値になり、かつ、配線基板２１ｂと放熱基板３１ｂの間の値になるように設定している。この結果、電子素子２１ａを作動させるのに必要な電気伝導性と放熱性を維持し、熱サイクルによる接着部の破壊を抑制することができる。

【0043】

なお、電子素子２１ａであれば、ＩＧＢＴに限らず、使用時には必ず発熱する。そして、発熱する電子素子２１ａであれば、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ、トランジスタ、ＬＳＩチップにも、実施例１は適用でき、同様な効果を得ることができる。特に、高出力の発光ダイオードは、高出力化に伴う稼働時温度（使用温度）の上昇のため、発光ダイオード（電子素子２１ａ）と基板の接着部において大きな熱ひずみが生じ、その接着部が疲労破壊しやすくなっていると考えられが、その接着部に、前記ガラス層４１ａ（４）を用いることにより、接着部の破壊を抑制することができる。なお、発光ダイオード（電子素子２１ａ）の熱膨張係数を考慮して、前記ガラス層４１ａ（４）の見かけの熱膨張係数が、発光ダイオード（電子素子２１ａ）と基板の熱膨張係数の間の値になるように、セラミックス粒子４ｂと金属粒子４ｃの添加量の微調整を行っている。

【実施例2】

【0044】

図４に、本発明の実施例２に係る熱交換器１０２の断面図を示す。実施例２では、構造体１が組み込まれた製品の例として、熱交換器１０２を説明する。そして、図４には、熱交換器１０２の例として、多管円筒形の熱交換器を示している。熱交換器１０２は、両端に開口６３と６４を有する円筒形状の胴６１を有している。また、胴６１の側壁のも２つの開口６５と６６が形成されている。胴６１の内部は、２枚の管板６２によって両側から閉じられている。閉じられた胴６１の内部には、複数本の伝熱管１３が設けられている。伝熱管１３は、一方の管板６２からもう一方の管板６２まで達し、それぞれの管板６２を貫通している。

【0045】

熱交換器１０２では、燃焼ガスや、高温蒸気や、高温の液体等の高温の流体６７が、開口６３から流入する。流体６７は、伝熱管１３の内側を通過しながら、伝熱管１３を加熱し、自らは放熱する。そして、流体６７は開口６４から流出する。一方、熱媒体となる水等の流体６８が、開口６５から流入する。流体６８は、伝熱管１３の外側を、かつ、胴６１の内側を通過しながら、伝熱管１３から熱を奪い、昇温する。そして、流体６８は開口６６から流出する。このように、熱交換器１０２によれば、温度が互いに異なる流体（第１流体）６８と流体（第２流体）６７を伝熱管１３（構造体１）で隔てたまま流すことができる。そして、伝熱管１３を介して、流体６７の熱を流体６８へ移動させることができる。そして、伝熱管１３（構造体１）に、本発明の実施形態で説明した構造体１の構造が実現している。

【0046】

図５に、本発明の実施例２に係る熱交換器１０２に用いられる伝熱管１３（構造体１）の断面斜視図を示す。伝熱管１３（構造体１）は、筒形状の外管２２（第１部材２）と、外管２２（第１部材２）の内側に設けられる筒形状の内管３２（第２部材３）と、外管２２（第１部材２）の内壁と内管３２（第２部材３）の外壁とを接着するガラス層４２（４）とを有している。これより、本発明の実施形態で説明した構造体１が、外管２２（第１部材２）とガラス層４２（４）と内管３２（第２部材３）の積層構造によって実現していると考えられる。この積層構造からなる伝熱管１３（構造体１）は、本発明の実施形態で説明した構造体１を実現している。

【0047】

外管２２（第１部材２）は、ガラス層４２（４）に対して、熱媒体となる水等の流体（第１流体）６８の側に配置されており、熱媒体となる水等の流体（第１流体）６８に対する耐食性を有していればよい。

【0048】

一方、内管３２（第２部材３）は、ガラス層４２（４）に対して、燃焼ガスや、高温蒸気や、高温の液体等の高温かつ腐食性の高い流体（第２流体）６７の側に配置されており、高耐食の合金管や、セラミックス管や、高耐食の合金もしくはセラミックスのコーティング層を、内管３２（第２部材３）に用いる必要がある。

【0049】

熱交換器１０２の使用時には、伝熱管１３（構造体１）では、内管３２（第２部材３）から外管２２（第１部材２）へ、熱を定常的に伝導しているので、伝熱管１３（構造体１）には、温度勾配が生じていると考えられる。このため、流体（第１流体）６８と流体（第２流体）６７の温度等から、熱交換器１０２（伝熱管１３、構造体１）の使用時のガラス層４２（４）の温度を推定した。この使用時のガラス層４２（４）の温度よりも、転移点T_g、の低いガラス材を、ガラス層４２（４）のガラス部４ａの材料に採用している。具体的には、燃焼ガス温度（流体（第２流体）６７の温度）が、略５００℃の場合は、使用時のガラス層４２（４）の温度を、略５００℃と推定した。そして、転移点（ガラス転移点）T_gが、その略５００℃以下となる、例えば、
Ｎａ_２Ｏ−ＢａＯ−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材や、
ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス材（表２の各該当欄を参照）からガラス材を選定している。

【0050】

また、伝熱管１３に用いられるガラス層４２（４）としては、熱を伝導しやすいように、熱伝導率が高いことが要求される。そこで、ガラス層４２（４）には、金属粒子４ｃとセラミックス粒子４ｂを分散させ、熱伝導率が２２Ｗ／ｍＫ以上になるように設定している。また、金属粒子４ｃとセラミックス粒子４ｂの添加量を調整して、ガラス層４２（４）の見かけの熱膨張係数を、内管３２（第２部材３）と外管２２（第１部材２）の熱膨張係数の間の値に設定している。なお、内管３２（第２部材３）と外管２２（第１部材２）とが管形状である場合は、熱膨張によって、内管３２（第２部材３）の外径は大きくなり、外管２２（第１部材２）の内径は小さくなる場合がある。このとき、ガラス層４２（４）はその体積が小さくなるように圧縮される。このような場合は、ガラス層４２（４）の見かけの熱膨張係数を、内管３２（第２部材３）と外管２２（第１部材２）の熱膨張係数より小さくなるように設定してもよい。

【0051】

また、伝熱管１３は次のように製造している。まず、内管３２を基材として用意している。次に、内管３２の外周面に、本発明の実施形態で説明したように作製したガラスペーストを、塗布している。次に、本発明の実施形態で説明したのと同様に、塗布膜を乾燥させ、塗布膜を焼成している。焼成では、選定したガラス材の軟化点T_s以上に昇温し、ガラス層４２を形成している。ガラス層４２は、その厚さが、設計された内管３２と外管２２の間隙に相当する厚さになるように形成している。

【0052】

次に、外管２２の温度を上げて外管２２を拡管した状態で、外管２２に、ガラス層４２付きの内管３２を挿入している。挿入したまま、ガラス層４２を、選定したガラス材の軟化点T_s以上の温度に昇温し、外管２２にガラス層４２を接着させている。最後に、ガラス層４２（伝熱管１３）を除冷し、外管２２とガラス層４２と内管３２の３層構造の伝熱管１３を完成させている。

【0053】

また、伝熱管１３は次のように製造してもよい。まず、外管２２を基材として用意した。次に、外管２２の内周面に、本発明の実施形態で説明したように作製したガラスペーストを、塗布している。そして、前記と同様に、ガラス層４２を形成している。次に、スパッタリング法、蒸着法、電気めっき法、無電解めっき法またはペースト塗布・焼成法等の成膜プロセスを用いることで、ガラス層４２上に、耐食合金またはセラミックスのコーティング層を、内管３２として形成している。以上により、外管２２とガラス層４２と内管３２の３層構造の伝熱管１３を完成させている。

【0054】

実施例２では、伝熱管１３を３層構造としているが、従来の１層構造では、耐食性の高い金属材料で伝熱管１３が作られている。しかし、金属材料では、耐食性に限界があり、定期的に検査しながら交換して運用されている。そこで、伝熱管１３には、構造材として優れる金属材料と、耐食性に優れるセラミックス等の機能材料を、接着し、両方の特性を備えた構造体１が有用であると考えられる。また、実施例２の伝熱管１３（構造体１）では、２つの材料を接着したことによる熱ひずみを緩和することができるので、接着面の剥離等を抑制することができる。

【0055】

実施例２では、伝熱管１３を用いる多管円筒形の熱交換器１０２を例に説明したが、伝熱管１３が中空板となったプレート式熱交換器でも、構造体１を適用できる。すなわち、中空板の内面側と外面側に第１部材２と第２部材３を使用し、それらをガラス層４で接着すればよい。また、実施例２では、熱交換器１０２について説明したが、熱を伝導する伝熱部材（伝熱管１３）や高温の物を収納したり流したりする容器又は管を有する復水器等の装置や発電機等のプラントにも使用できる。

【実施例3】

【0056】

図６に、本発明の実施例３に係る燃料集合体１０３の一部を透視した斜視図を示す。また、図７に、本発明の実施例３に係る燃料棒１０４の一部を透視した斜視図を示す。実施例３では、構造体１が組み込まれた製品の例として、原子炉に使用される燃料集合体１０３と、その燃料集合体１０３に組み込まれる燃料棒１０４を説明する。そして、図６には、燃料集合体１０３の例として、軽水炉、特に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられる燃料集合体を示している。また、図７には、燃料棒１０４の例として、軽水炉、特に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられる燃料棒を示している。なお、軽水炉の加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の燃料集合体と燃料棒も、構成は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に似ており、構造体１が組み込まれる箇所も同じであるので、記載を省略する。

【0057】

図６に示すように、燃料集合体１０３は、複数本の燃料棒１０４と、燃料棒１０４の上端部を支持する上部タイプレート７１と、燃料棒１０４の下端部を支持する下部タイプレート７２と、複数本の燃料棒１０４の側面を覆うチャンネルボックス７３とを有している。燃料集合体１０３には、複数本の燃料棒１０４が垂直方向に平行に並べられて収納されている。

【0058】

図７に示すように、燃料棒１０４は、管形状の被覆管１４（構造体１）と、被覆管１４の下端を封止し下部タイプレート７２に係止する下部端栓７８と、被覆管１４の上端を封止し上部タイプレート７１に係止する上部端栓７７と、被覆管１４内に封入される複数個のペレット７４と、ペレット７４を押圧するプレナムスプリング７６とを有している。なお、プレナムスプリング７６が配置されている閉空間はプレナム７５と呼ばれ、被覆管１４内の圧力を緩衝する機能を有している。

【0059】

原子炉（軽水炉）の運転（使用）時には、ペレット７４が発熱し、高温になる。ペレット７４は、被覆管１４（構造体１）を加熱する。軽水炉では、被覆管１４（燃料棒１０４）の周囲に水（軽水）の液体か気体（水蒸気）が存在している。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では、燃料棒１０４の周囲に、高圧・高温の水（液相）もしくは、水（液相）に水蒸気（気相）が混じった、いわゆる二相状態の高圧・高温の水（気液二相）が存在している。加圧水型原子炉（ＰＷＲ）では、燃料棒１０４の周囲に、高圧・高温の水（液体）が存在している。すなわち、被覆管１４が、その周囲の水を加熱し、高圧・高温にしている。原子炉では、この高圧・高温の水を用いてタービンを回し発電している。なお、被覆管１４の長さは略４ｍであり、直径は略１０ｍｍであり、管壁の厚さは略１ｍｍである。

【0060】

図８に、本発明の実施例３に係る燃料棒１０４に用いられる被覆管１４（構造体１）の断面斜視図を示す。被覆管１４（構造体１）は、筒形状の外管２３（セラミックス製管、第１部材２）と、外管２３の内側に設けられる筒形状の内管３３（金属製管、第２部材３）と、外管２３の内壁と内管３３の外壁とを接着するガラス層４３（４）と、外管２３の外側に設けられβ−ＳｉＣ等からなる耐環境遮断コーティング層７９とを有している。これより、本発明の実施形態で説明した構造体１が、外管２３（第１部材２）とガラス層４３（４）と内管３３（第２部材３）の積層構造によって実現していると考えられる。この積層構造からなる被覆管１４（構造体１）は、本発明の実施形態で説明した構造体１を実現している。外管２３は、SiC/SiC複合材料等を用いたセラミックス製管からなっている。内管３３は、金属製管もしくは金属層からなっている。

【0061】

原子炉（軽水炉）の運転（使用）時、すなわち、被覆管１４（構造体１）の使用時には、被覆管１４（構造体１）では、内管３３から外管２３へ、熱を定常的に伝導しているので、被覆管１４には、温度勾配が生じていると考えられる。このため、燃料棒１０４の温度とその周囲の水の温度等から、被覆管１４（構造体１）の使用時のガラス層４３（４）の温度を推定した。この使用時のガラス層４３（４）の温度よりも、転移点T_g、の低いガラス材を、ガラス層４３（４）のガラス部４ａの材料に採用している。具体的には、燃料棒１０４の使用温度は２９０〜３５０℃の範囲内であることから、使用時のガラス層４３（４）の温度を、２９０〜３５０℃の範囲内であると推定した。そして、転移点（ガラス転移点）T_gが、その範囲以下になり得る
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３系ガラス材や、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＢａＯ−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−Ｋ_２Ｏ系ガラス材や、
Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２−Ｆｅ_２Ｏ_３系ガラス材（表２の各該当欄を参照）からガラス材を選定した。

【0062】

また、被覆管１４に用いられるガラス層４３（４）としては、熱を伝導しやすいように、熱伝導率が高いことが要求される。そこで、ガラス層４３（４）には、Ag、Cuといった金属粒子４ｃとセラミックス粒子４ｂを分散させ、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上になるように設定している。また、金属粒子４ｃとセラミックス粒子４ｂの添加量を調整して、ガラス層４２（４）の見かけの熱膨張係数を、内管３３（第２部材３）と外管２３（第１部材２）の熱膨張係数の間の値に設定している。なお、内管３２（第２部材３）と外管２２（第１部材２）とが管形状である場合は、熱膨張によって、内管３３（第２部材３）の外径は大きくなり、外管２３（第１部材２）の内径は小さくなる場合がある。このとき、ガラス層４３（４）はその体積が小さくなるように圧縮される。このような場合は、ガラス層４３（４）の見かけの熱膨張係数を、内管３３（第２部材３）と外管２３（第１部材２）の熱膨張係数より小さくなるように設定してもよい。

【0063】

また、被覆管１４は次のように製造している。まず、外管２３を基材として用意している。次に、外管２３の内周面に、本発明の実施形態で説明したように作製したガラスペーストを、塗布している。次に、本発明の実施形態で説明したのと同様に、塗布膜を乾燥させ、塗布膜を焼成している。焼成では、選定したガラス材の軟化点T_s以上に昇温し、ガラス層４３を形成している。ガラス層４３の厚さは、１０〜１００μｍであり、外管２３と内管３３の熱膨張差を考慮して設定している。ガラス層４３の厚さは、外管２３に対して内管３３の熱膨張係数が大きい場合、温度が高くなるとそれらの間隙が小さくなることから、ガラス層４３の厚さはその収縮分を考慮した厚さに設定される。また、添加するセラミックス粒子４ｂおよび金属粒子４ｃの寸法がその収縮の障害にならないように設定している。

【0064】

次に、外管２３の温度を上げて外管２３を拡管した状態で、ガラス層４３付きの外管２３に、内管３３を挿入している。挿入したまま、ガラス層４３を、選定したガラス材の軟化点T_s以上の温度に昇温し、内管３３の外周面にガラス層４３を接着させた。最後に、ガラス層４３（被覆管１４）を除冷し、外管２３とガラス層４３と内管３３の３層構造の被覆管１４を完成させている。なお、内管３３として、Cu、Ni、Zr等からなる、もしくは、それらの少なくとも一つを含んだ合金からなる金属層を、ガラス層４３上に蒸着法やめっき法といった成膜プロセスを用いて形成してもよい。この場合、金属層の厚さは、３０〜２００μｍとしている。

【0065】

実施例３では、被覆管１４を３層構造としているが、従来の１層構造では、耐食性の高いZr合金製の被覆管１４が作られている。しかし、Zr合金材料では、耐食性に限界があり、定期的に検査しながら交換して運用される。そこで、被覆管１４には、構造材として優れる金属材料と、耐食性に優れるセラミックス等の機能材料を、接着し、両方の特性を備えた構造体１が有用であると考えられる。また、実施例３の被覆管１４（構造体１）では、２つの材料を接着したことによる熱ひずみを緩和することができるので、停止時と運転時の温度差による熱ひずみに起因する接着面の剥離等を抑制することができる。

【0066】

なお、本発明は、前記した実施形態と実施例１〜３に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態と実施例１〜３は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態（実施例）の構成の一部を他の実施形態（実施例）の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態（実施例）の構成に他の実施形態（実施例）の構成を加えることも可能である。また、各実施形態（実施例）の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【0067】

【表1】

【0068】

【表2】

【符号の説明】

【0069】

１ 構造体
２ 第１部材(膜)
３ 第２部材
４ ガラス層
４ａ ガラス部
４ｂ セラミックス粒子
４ｃ 金属粒子
１１ 電子素子モジュールにおける小構造体（構造体）
１２ 電子素子モジュールにおける大構造体（構造体）
１３ 伝熱管（構造体）
１４ 被覆管（構造体）
２１ａ 電子素子（ＬＥＤ、ＩＧＢＴ：第１部材）
２１ｂ 配線基板（第１部材）
２２ 外管（第１部材）
２３ セラミックス製管（第１部材、外管）
３１ａ 配線基板（第２部材）
３１ｂ 放熱基板（第２部材）
３２ 内管（第２部材）
３３ 金属製管（第２部材、内管）
４１ａ、４１ｂ ガラス層
４２ ガラス層
４３ ガラス層
６７ 第１流体
６８ 第２流体
７４ ペレット
１０１ 電子素子モジュール
１０２ 熱交換器
１０３ 燃料集合体
１０４ 燃料棒
Ｔｇ 転移点（ガラス転移点）
Ｔｘ 構造体の使用時の温度
Ｔｓ 軟化点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】