JP2015145321A - セラミック部材および金属部材の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】接合部の接合性を確保しつつガスに対する高い耐食性を有するセラミック部材および金属部材の接合構造を提供する。
【解決手段】セラミック部材および金属部材の接合構造（２０）は、ガスが通過する部位に設置された装置（１０）のセラミック部材（５０）と金属部材（３２ａ，３２ｂ）とを接合する接合構造であって、セラミック部材と金属部材とを接合する接合部（２１ａ，２１ｂ）を備え、接合部は、ガラスによって構成されたガラス部（２２ａ，２２ｂ）と、ガラスよりもガスに対する高い耐食性を有する金属ロウ材によって構成された金属ロウ材部（２３ａ，２３ｂ）とを有し、金属ロウ材部のガスに接触する面積はガラス部のガスに接触する面積よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明はセラミック部材および金属部材の接合構造に関する。

従来、セラミック部材および金属部材を有する種々の装置が知られている。このような装置として、例えば特許文献１には、内燃機関の排気等のガスが通過する部位に設置されて、このガスと冷媒との間で熱交換を行う熱交換装置が開示されている。具体的には特許文献１に係る熱交換装置は、金属製のハウジング（特許文献１ではケーシングと称されている）と、このハウジングの内部に配置されたセラミック製の熱交換体（特許文献１ではハニカム構造体と称されている）とを備え、熱交換体の内部をガスが通過し、熱交換体の外周に冷媒通路が設けられた構造を有している。特許文献１に係る熱交換装置において、熱交換体が前述したセラミック部材に相当し、ハウジングが前述した金属部材に相当する。

国際公開第２０１１／０７１１６１号公報

特許文献１に係る熱交換装置を実際に製造する場合、セラミック部材と金属部材とを接合することが必要となる。このセラミック部材と金属部材とを接合する接合構造として、例えば金属部材と金属部材との接合に広く使用されている金属ロウ材によるロウ付け接合を適用して、金属ロウ材のみからなる接合部によってセラミック部材と金属部材とを接合することが考えられる。しかしながら、この場合、金属ロウ材のセラミック部材に対する濡れ性は十分に高いとはいえないため、接合部とセラミック部材とが接合できない可能性がある。また、特許文献１に係る熱交換装置のように、ガスが通過する部位に設置された装置の場合、セラミック部材と金属部材とを接合する接合構造には、ガスに対する高い耐食性を有することも望まれる。

本発明は、接合部の接合性を確保しつつガスに対する高い耐食性を有するセラミック部材および金属部材の接合構造を提供することを目的とする。

本発明に係るセラミック部材および金属部材の接合構造は、ガスが通過する部位に設置された装置のセラミック部材と金属部材とを接合する接合構造であって、前記セラミック部材と前記金属部材とを接合する接合部を備え、前記接合部は、ガラスによって構成されたガラス部と、前記ガラスよりも前記ガスに対する高い耐食性を有する金属ロウ材によって構成された金属ロウ材部とを有し、前記金属ロウ材部の前記ガスに接触する面積は前記ガラス部の前記ガスに接触する面積よりも大きいことを特徴とする。

ガラスは、金属部材に対して十分な濡れ性を有しつつ、金属ロウ材よりもセラミック部材に対する高い濡れ性を有している。したがって、本発明に係るセラミック部材および金属部材の接合構造によれば、接合部がガラス部を備えていることから、接合部が金属ロウ材のみで構成されている場合に比較して、接合部の接合性を確保できる。また、本発明に係るセラミック部材および金属部材の接合構造によれば、金属ロウ材部のガスに接触する面積がガラス部のそれよりも大きいことから、ガスに対する高い耐食性も有している。

上記構成において、前記ガスは内燃機関の排気であり、前記セラミック部材の内部には前記排気が通過し、前記金属部材は、前記接合部によって、前記セラミック部材の前記排気の流動方向で上流側の第１端部と、前記セラミック部材の前記排気の流動方向で下流側の第２端部とに接合され、前記第１端部と前記金属部材とを接合する前記接合部において、前記金属ロウ材部は前記ガラス部よりも前記排気の流動方向で上流側に配置され、前記第２端部と前記金属部材とを接合する前記接合部において、前記金属ロウ材部は前記ガラス部よりも前記排気の流動方向で下流側に配置されていてもよい。

この構成によれば、接合部の接合性を確保し且つ排気に対する高い耐食性を有しつつ内部に排気が通過するセラミック部材の第１端部および第２端部と金属部材とを接合することができる。また、この構成によれば、内部に排気が通過するセラミック部材の第１端部および第２端部のいずれか一方においてのみ接合部が設けられている場合に比較して、内部に排気が通過するセラミック部材と金属部材とを強固に接合することができる。

上記構成において、前記金属ロウ材は貴金属を含んでいてもよい。この構成によれば、金属ロウ材部のガスに対する耐食性を向上させることができる。それにより、接合構造のガスに対する耐食性を向上させることができる。

上記構成において、前記貴金属は銀であってもよい。銀は貴金属の中でも特に安価である。それにより、この構成によれば、コストの上昇を抑制しつつ金属ロウ材部のガスに対する耐食性を向上させることができる。それにより、コストの上昇を抑制しつつ接合構造のガスに対する耐食性を向上させることができる。また、銀は貴金属の中でも融点が特に低い。それにより、溶融状態の金属ロウ材が冷却されて固化した後に金属ロウ材部に残留する応力（残留応力）を少なくすることができる。

本発明は、接合部の接合性を確保しつつガスに対する高い耐食性を有するセラミック部材および金属部材の接合構造を提供することができる。

図１は実施例に係る内燃機関の模式図である。 図２（ａ）はＥＧＲクーラの模式的断面図である。図２（ｂ）はＥＧＲクーラの熱交換体、リング部材および接合構造の模式的斜視図である。図２（ｃ）は熱交換体の模式的断面図である。 図３（ａ）はＥＧＲクーラの熱交換体の第１端部近傍を拡大した模式的断面図である。図３（ｂ）はＥＧＲク−ラの熱交換体の第２端部近傍を拡大した模式的断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例に係るセラミック部材および金属部材の接合構造２０（以下、接合構造２０と略称する）について説明する。この接合構造２０は、ガスが通過する部位に設置された装置のセラミック部材と金属部材とを接合する構造である。本実施例においては、このガスの一例として、内燃機関１の排気を用いる。また、内燃機関１の排気が通過する部位に設置された装置の一例として、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラ１０を用いる。そこで、まずは、ＥＧＲクーラ１０を備える内燃機関１の全体構造について説明し、次いで接合構造２０の詳細について説明する。

図１は内燃機関１の模式図である。内燃機関１は車両に搭載されている。内燃機関１の種類は、特に限定されるものではなく、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の種々の内燃機関を用いることができる。本実施例においては、内燃機関１の一例としてガソリンエンジンを用いる。内燃機関１は、気筒３を有する機関本体２と、気筒３に吸気を導く吸気通路４と、気筒３から排出された排気が通過する排気通路５とを備えている。なお、機関本体２は、気筒３が形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、気筒３に配置されたピストンとを備えている。本実施例において、気筒３の数は複数（具体的には４つ）である。但し気筒３の数はこれに限定されるものではない。

また内燃機関１は、前述したＥＧＲクーラ１０を備えるとともに、ＥＧＲ通路６０と、ＥＧＲ通路６０に配置されたＥＧＲバルブ７０と、冷媒供給通路８０と、冷媒排出通路８１とを備えている。ＥＧＲ通路６０は、排気の一部を吸気通路４の通路途中に再循環させる通路である。具体的には本実施例に係るＥＧＲ通路６０は、吸気通路４の通路途中と排気通路５の通路途中とを接続している。これ以降、ＥＧＲ通路６０を通過する排気をＥＧＲガスと称する。ＥＧＲバルブ７０は、制御装置としての機能を有するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の指示を受けてＥＧＲ通路６０を開閉する。ＥＧＲバルブ７０がＥＧＲ通路６０を開閉することで、ＥＧＲガスの流量を調整することができる。

ＥＧＲクーラ１０はＥＧＲ通路６０に配置されている。すなわち、ＥＧＲクーラ１０は、ＥＧＲガス（排気）が通過する部位（ＥＧＲ通路６０）に設置された装置である。ＥＧＲクーラ１０は、冷媒とＥＧＲガスとの間で熱交換をすることで、ＥＧＲガスを冷却する。冷媒供給通路８０は、機関本体２の内部に形成された冷媒通路（以下、機関本体冷媒通路と称する）の冷媒をＥＧＲクーラ１０に導く冷媒通路である。冷媒排出通路８１は、ＥＧＲクーラ１０の内部を通過した冷媒を機関本体冷媒通路に戻す冷媒通路である。なお、前述した接合構造２０は、このＥＧＲクーラ１０において用いられている。

図２（ａ）はＥＧＲクーラ１０の模式的断面図である。ＥＧＲクーラ１０は、前述した接合構造２０に加えて、金属製のハウジング３０と、冷媒が通過する冷媒通路４０と、セラミック製の熱交換体５０とを備えている。本実施例に係る接合構造２０は、具体的には、セラミック部材としての熱交換体５０と、金属部材としてのハウジング３０（具体的には本実施例においては、後述するリング部材３２ａ，３２ｂ）とを接合している。なお、接合構造２０は、接合部２１ａおよび接合部２１ｂを備えているが、この詳細は後述する。

図２（ａ）に図示されている軸線１００は、ハウジング３０および熱交換体５０の中心軸を表す線である。以下、軸線１００に沿った方向を軸線方向と称する。図２（ａ）において、ＥＧＲガスは、軸線方向に沿って左から右に向う方向に流動する。またＥＧＲガスは熱交換体５０の内部を通過する。すなわち、本実施例に係る熱交換体５０は、その内部にＥＧＲガス（すなわち排気）が通過するセラミック部材である。熱交換体５０の軸線方向にある両端部のうち、ＥＧＲガスの流動方向で上流側の端部（上流側の端面から所定距離下流側に至る領域）を第１端部５１と称し、ＥＧＲガスの流動方向で下流側の端部（下流側の端面から所定距離上流側に至る領域）を第２端部５２と称する。なお、これ以降の説明において、上流と称した場合、特段の断りが無い限りＥＧＲガスの流動方向で上流を意味し、下流と称した場合、特段の断りが無い限りＥＧＲガスの流動方向で下流を意味することとする。

ハウジング３０は、金属製のアウターパイプ３１と、アウターパイプ３１の内側に配置された金属製のリング部材３２ａ，３２ｂとを備えている。図２（ｂ）はＥＧＲクーラ１０の熱交換体５０、リング部材３２ａ，３２ｂおよび接合構造２０の模式的斜視図である。なお、図２（ｂ）においてリング部材３２ｂ近傍は透視されて図示されている。図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、リング部材３２ａ，３２ｂは、リング形状を有する金属部材である。リング部材３２ａは、接合部２１ａによって、熱交換体５０の第１端部５１に接合されている。リング部材３２ｂは、接合部２１ｂによって、熱交換体５０の第２端部５２に接合されている。

図２（ａ）を参照して、アウターパイプ３１は略円筒形状を有している。アウターパイプ３１の上流側の端部および下流側の端部は内側に屈曲している。アウターパイプ３１の上流側の端部はリング部材３２ａの外周に接合し、アウターパイプ３１の下流側の端部はリング部材３２ｂの外周に接合している。本実施例においてアウターパイプ３１とリング部材３２ａ，３２ｂとは、溶接によって接合している。但し、アウターパイプ３１とリング部材３２ａ，３２ｂとの接合手法はこのような溶接に限定されるものではなく、金属ロウ材によるロウ付け接合等の種々の接合手法を用いることができる。

ハウジング３０（具体的にはアウターパイプ３１およびリング部材３２ａ，３２ｂ）の材質である金属の具体的な種類は特に限定されるものではないが、冷媒に対する耐食性が高く且つ安価であることが好ましい。このような金属の一例としてステンレス（ＳＵＳ）が挙げられる。そこで、本実施例においてはハウジング３０の材質の一例としてステンレスを用いる。また、アウターパイプ３１、リング部材３２ａおよび３２ｂの材質はそれぞれ同じ種類の金属である必要はなく、互いに異なる種類の金属であってもよい。

冷媒通路４０は、冷媒通路４０の冷媒が熱交換体５０の外周を直接冷却するように（つまり、冷媒が熱交換体５０の外周に直接接するように）、ＥＧＲクーラ１０の内部に設けられている。具体的には本実施例に係る冷媒通路４０は、アウターパイプ３１と熱交換体５０とリング部材３２ａ，３２ｂと接合部２１ａ，２１ｂとによって囲まれた空間に設けられている。また、アウターパイプ３１のうち冷媒通路４０の一部を構成している部分には、冷媒供給口４１および冷媒排出口４２が設けられている。冷媒供給口４１には図１で説明した冷媒供給通路８０が接続され、冷媒排出口４２には図１で説明した冷媒排出通路８１が接続されている。冷媒供給通路８０を通過した冷媒は、冷媒供給口４１から冷媒通路４０に流入する。冷媒通路４０を通過した冷媒は、冷媒排出口４２から冷媒排出通路８１に流入する。

熱交換体５０は、ＥＧＲガスの熱を冷媒に伝導させる媒体である。図２（ｃ）は熱交換体５０の模式的断面図である。具体的には図２（ｃ）は、図２（ａ）の熱交換体５０を熱交換体５０の軸線方向を法線方向とする面で切断した断面を模式的に図示している。本実施例に係る熱交換体５０は、ＥＧＲガスが通過する内部ガス通路５３を複数有している。この内部ガス通路５３は、熱交換体５０の外周を構成する外周部材５４の内部が複数の隔壁部材５５によって仕切られることにより形成されている。なお、本実施例において外周部材５４は円筒形状を有しているが、外周部材５４の形状はこれに限定されるものではない。また本実施例において隔壁部材５５は格子状に配置されているが、隔壁部材５５の配置態様はこれに限定されるものではない。

熱交換体５０の材質（具体的には外周部材５４および隔壁部材５５の材質）であるセラミックの具体的な種類は特に限定されるものではないが、ＳｉＣが好ましい。ＳｉＣは、セラミックの中でも高い熱伝導率を有するとともに、排気に対する高い耐食性を有し、また加工性が高く且つコストも高価でないため、ＥＧＲクーラ１０用の熱交換体５０の材質として特に適しているからである。そこで、本実施例においては、熱交換体５０の材質の一例として、ＳｉＣを含むセラミックを用いる。このＳｉＣを含むセラミックの具体例としては、ＳｉＣ（つまりＳｉＣの他に添加物が添加されていないもの）、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ等を用いることができる。本実施例においては、熱交換体５０の材質の一例としてＳｉ含浸ＳｉＣを用いる。

ＥＧＲクーラ１０は次のように作用する。まず、熱交換体５０の内部ガス通路５３にＥＧＲガスが流入した場合、ＥＧＲガスの熱は、隔壁部材５５を伝導して外周部材５４に伝導する。外周部材５４に伝導した熱は冷媒通路４０の冷媒に奪われる。このようにしてＥＧＲクーラ１０は、ＥＧＲガスの熱を冷媒によって冷却している。前述したように本実施例に係る冷媒通路４０は、冷媒が熱交換体５０の外周を直接冷却するように設けられているため、冷媒通路４０と熱交換体５０との間に何らかの部材が配置されている場合（つまり、冷媒が間接的に熱交換体５０の外周を冷却する構成の場合）に比較して、ＥＧＲクーラ１０のＥＧＲガスの冷却性能は高い。

続いて接合構造２０の詳細、具体的には接合部２１ａ，２１ｂの詳細について説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、接合部２１ａは、熱交換体５０（すなわちセラミック部材）の第１端部５１とリング部材３２ａ（すなわち金属部材）とを接合している。接合部２１ｂは、熱交換体５０の第２端部５２とリング部材３２ｂとを接合している。

図３（ａ）はＥＧＲクーラ１０の熱交換体５０の第１端部５１近傍を拡大した模式的断面図である。図３（ｂ）はＥＧＲク−ラ１０の熱交換体５０の第２端部５２近傍を拡大した模式的断面図である。接合部２１ａはガラス部２２ａと金属ロウ材部２３ｂとを有している。接合部２１ｂはガラス部２２ｂと金属ロウ材部２３ｂとを有している。ガラス部２２ａ，２２ｂは、ガラスによって構成された部位である。金属ロウ材部２３ａ，２３ｂは、ガラスよりもガス（本実施例では排気）に対する高い耐食性を有する金属ロウ材（金属製のロウ材）によって構成された部位である。なお、これらガラスおよび金属ロウ材の材質の具体例は後述する。

図３（ａ）を参照して、金属ロウ材部２３ａおよびガラス部２２ａは、金属ロウ材部２３ａの排気に接触する面積がガラス部２２ａの排気に接触する面積よりも大きくなるように配置されている。図３（ｂ）を参照して、金属ロウ材部２３ｂおよびガラス部２２ｂは、金属ロウ材部２３ｂの排気に接触する面積がガラス部２２ｂの排気に接触する面積よりも大きくなるように配置されている。具体的には、本実施例に係る接合部２１ａ，２１ｂはそれぞれ次に説明する構成になっている。

まず、図３（ａ）を参照して、本実施例に係る金属ロウ材部２３ａは、ガラス部２２ａよりも上流側に配置されている。また金属ロウ材部２３ａは、リング部材３２ａの内周３３ａと、熱交換体５０の第１端部５１の外周５６ａとの間に配置されている。また本実施例に係る金属ロウ材部２３ａはガラス部２２ａの上流側の面全体を覆っている。そのため、本実施例においてガラス部２２ａは排気に接触しない構成となっている。すなわち、金属ロウ材部２３ａの排気に接触する面積は、ガラス部２２ａの排気に接触する面積（本実施例ではゼロである）よりも大きくなっている。但し、金属ロウ材部２３ａの排気に接触する面積がガラス部２２ａのそれよりも大きいのであれば、ガラス部２２ａは排気に接触していてもよい。この一例を挙げると、ガラス部２２ａの上流側の面の一部が金属ロウ材部２３ａによって覆われていない構成であってもよい。

また、ガラス部２２ａは、金属ロウ材部２３ａよりも下流側に配置され且つリング部材３２ａの内周３３ａと熱交換体５０の第１端部５１の外周５６ａとの間に配置されている。これにより、本実施例に係るガラス部２２ａは、熱交換体５０とリング部材３２ａとを接合する接合材としての機能を有するとともに、冷媒通路４０の冷媒が熱交換体５０とリング部材３２ａとの間から外部に漏洩することを抑制するシール材としての機能も有している。また本実施例に係るガラス部２２ａの熱交換体５０に接触する面積は金属ロウ材部２３ａの熱交換体５０に接触する面積よりも大きく、且つガラス部２２ａのリング部材３２ａに接触する面積も金属ロウ材部２３ａのリング部材３２ａに接触する面積よりも大きい。

なお、本実施例に係るガラス部２２ａは、リング部材３２ａの下流側の端面３４ａの一部にも配置されているが、ガラス部２２ａの構成はこれに限定されるものではない。例えばガラス部２２ａは、リング部材３２ａの端面３４ａには配置されていなくてもよい。但し、本実施例のようにガラス部２２ａがリング部材３２ａの端面３４ａにも配置されていることにより、リング部材３２ａと熱交換体５０との接合強度をより向上できるとともに、冷媒通路４０の冷媒の外部への漏洩もより抑制できる。

図３（ｂ）を参照して、本実施例に係る接合部２１ｂの構成は、上述した接合部２１ａの構成と左右対称の構成となっている。具体的には金属ロウ材部２３ｂは、ガラス部２２ｂよりも下流側に配置されている。また金属ロウ材部２３ｂは、リング部材３２ｂの内周３３ｂと熱交換体５０の第２端部５２の外周５６ｂとの間に配置されている。また本実施例に係る金属ロウ材部２３ｂはガラス部２２ｂの下流側の面全体を覆っている。そのため、本実施例においてガラス部２２ｂは排気に接触しない構成となっている。すなわち、金属ロウ材部２３ｂの排気に接触する面積は、ガラス部２２ｂの排気に接触する面積（本実施例ではゼロである）よりも大きくなっている。但し、金属ロウ材部２３ｂの排気に接触する面積がガラス部２２ｂのそれよりも大きいのであれば、ガラス部２２ｂは排気に接触していてもよい。この一例を挙げると、ガラス部２２ｂの下流側の面の一部が金属ロウ材部２３ｂによって覆われていない構成であってもよい。

また、ガラス部２２ｂは、金属ロウ材部２３ｂよりも上流側の部分に配置され且つリング部材３２ｂの内周３３ｂと熱交換体５０の第２端部５２の外周５６ｂとの間に配置されている。これにより、本実施例に係るガラス部２２ｂは、熱交換体５０とリング部材３２ｂとを接合する接合材としての機能を有するとともに、冷媒通路４０の冷媒が熱交換体５０とリング部材３２ｂとの間から外部に漏洩することを抑制するシール材としての機能も有している。また本実施例に係るガラス部２２ｂの熱交換体５０に接触する面積は金属ロウ材部２３ｂのそれよりも大きく、且つガラス部２２ｂのリング部材３２ｂに接触する面積も金属ロウ材部２３ｂのそれよりも大きい。なお本実施例に係るガラス部２２ｂは、リング部材３２ｂの上流側の端面３４ｂの一部にも配置されているが、ガラス部２２ｂの構成はこれに限定されるものではなく、例えばガラス部２２ｂはリング部材３２ｂの端面３４ｂには配置されていなくてもよい。但し、本実施例のようにガラス部２２ｂがリング部材３２ｂの端面３４ｂにも配置されていることにより、リング部材３２ｂと熱交換体５０との接合強度をより向上できるとともに、冷媒通路４０の冷媒の外部への漏洩もより抑制できる。

本実施例に係る接合部２１ａ，２１ｂは、焼成処理によって形成されている。この焼成処理の詳細は次のとおりである。まず、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの原材料（焼成前の材料）である金属ロウ材を図３（ａ）および図３（ｂ）のように熱交換体５０とリング部材３２ａ，３２ｂとの間に配置した後に、第１の焼成処理を施す。それにより、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂが形成される。次いで、ガラス部２２ａ，２２ｂの原材料であるガラスを図３（ａ）および図３（ｂ）のように熱交換体５０とリング部材３２ａ，３２ｂとの間に配置した後に、第２の焼成処理を施す。それにより、ガラス部２２ａ，２２ｂが形成される。以上のような焼成処理によって本実施例に係る接合部２１ａ，２１ｂは形成されている。但し、接合部２１ａ，２１ｂの具体的な形成手法はこれに限定されるものではない。

続いてガラス部２２ａ，２２ｂおよび金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質の具体例について説明する。ガラス部２２ａ，２２ｂの材質であるガラスとしては、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２に各種添加材（例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等）が添加されたガラス、部分結晶化ガラス等、種々のガラスを用いることができる。なお、部分結晶化ガラスとは、リチウムやアルミ等を含んだガラスに特殊な熱処理を施して、内部に微細な水晶の結晶を析出させたガラスをいい、ガラスセラミックと別称される場合もある。

ガラス部２２ａ，２２ｂの具体的な材質を選定するにあたっては、次のことを考慮することが好ましい。まず、ガラス部２２ａ，２２ｂの材質は、接合するセラミック部材のセラミックおよび金属部材の金属に対する濡れ性ができるだけ高いガラスであることが好ましい。また、セラミックと金属との中間の熱膨張率を有するガラスであることがさらに好ましい。

また本実施例に係るＥＧＲクーラ１０は排気の熱で高温になる可能性があるため、本実施例においてガラス部２２ａ，２２ｂの材質は、高い耐熱性（例えば８００℃程度に耐え得る耐熱性）を有するガラスであることが好ましい。また、前述したように、本実施例に係るガラス部２２ａ，２２ｂは焼成処理によって形成されているため、熱交換体５０およびリング部材３２ａ，３２ｂの耐熱温度を超えない温度で焼成処理できるガラスであることが好ましい。さらに、前述したように、本実施例に係るガラス部２２ａ，２２ｂは、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂよりも後に焼成処理されるため、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの焼成温度よりも低い焼成温度で焼成できるものであることが好ましい。また、本実施例に係るガラス部２２ａ，２２ｂは排気に接触していないため、ガラス部２２ａ，２２ｂの排気に対する耐食性は特に問題とならない。但し、仮にガラス部２２ａ，２２ｂが排気に接触する構成の場合、ガラス部２２ａ，２２ｂは排気に対する耐食性ができるだけ高いものが好ましい。

なお、前述したガラスの材質のうち、ＳｉＯ_２に各種添加材（例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等）が添加されたガラスおよび部分結晶化ガラスは、上述した好ましい条件を全て満たしている。そのため、ガラス部２２ａ，２２ｂのガラスとしては、これらの中から選択されたガラスを用いることが特に好ましい。そこで、本実施例においては、ガラス部２２ａ，２２ｂの材質の一例として、ＳｉＯ_２にＡｌ_２Ｏ_３が添加されたものを用いることとする。なお、ガラス部２２ａおよびガラス部２２ｂの材質はそれぞれ同じである必要はなく、互いに異なる材質を用いてもよい。

金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質は、ガラス部２２ａ，２２ｂのガラスよりもガスに対する高い耐食性を有する金属を主成分とするロウ材であればよく、接合構造２０が適用される装置を通過するガスの種類に応じて適切な材質を選択すればよい。例えば、本実施例のように、接合構造２０が適用される装置を通過するガスが内燃機関１の排気の場合、この排気は酸性のガスであるため、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質として、少なくとも酸性のガスに対する耐食性がガラスのそれよりも高い金属を主成分とする金属ロウ材を用いればよい。あるいは、仮に接合構造２０が適用される装置を通過するガスがアルカリ性のガスである場合には、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質として、少なくともアルカリ性のガスに対する耐食性がガラスのそれよりも高い金属を主成分とする金属ロウ材を用いればよい。

ここで、ガラスよりもガスに対する高い耐食性を有する金属ロウ材群の中において、貴金属を含んだ金属ロウ材は、酸性のガスおよびアルカリ性のガスの両方に対してガラスよりも特に高い耐食性を有している。そこで、本実施例においては、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質の一例として、貴金属を含んだ金属ロウ材を用いる。この金属ロウ材の貴金属としては、例えば白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等を用いることができる。本実施例においては、貴金属の一例として銀を用いる。すなわち、本実施例に係る金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの金属ロウ材は銀を含んでいる。なお、この銀を含む金属ロウ材の具体例としては、例えば銀を主成分とし、これに銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）等が添加された金属ロウ材等を用いることができる。また、金属ロウ材部２３ａおよび金属ロウ材部２３ｂの材質はそれぞれ同じである必要はなく、互いに異なる材質を用いてもよい。

また金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質は、接合するセラミック部材のセラミック（本実施例ではＳｉＣ）と金属部材の金属（本実施例ではＳＵＳ）との濡れ性ができるだけ高いものが好ましい。また金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質は、セラミックと金属との中間の熱膨張率を有する金属ロウ材であることがさらに好ましい。また、本実施例に係る金属ロウ材部２３ａ，２３ｂが適用されるＥＧＲクーラ１０は前述したように高温になる可能性があるため、本実施例においては、耐熱性（例えば８００℃程度に耐え得る耐熱性）を有しているものを用いることが好ましい。さらに、前述したように本実施例に係る金属ロウ材部２３ａ，２３ｂは焼成処理によって形成されているため、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの金属ロウ材は、熱交換体５０およびリング部材３２ａ，３２ｂの耐熱温度を超えない焼成温度で焼成処理できるものが好ましい。なお、前述した貴金属を含んだ金属ロウ材はこれら好ましい条件を全て満たしている。

続いて本実施例に係る接合構造２０の作用効果について説明する。まず、ガラスは、金属部材に対して十分な濡れ性を有しつつ、金属ロウ材よりもセラミック部材に対する濡れ性が高い。したがって、本実施例に係る接合構造２０によれば、接合部２１ａ，２１ｂがそれぞれガラス部２２ａ，２２ｂを備えていることから、例えば接合部２１ａ，２１ｂが金属ロウ材のみによって構成されている場合に比較して、接合部２１ａ，２１ｂの接合性を確保できる。その結果、接合構造２０によれば、セラミック部材としての熱交換体５０および金属部材としてのリング部材３２ａ，３２ｂが熱膨張した場合であっても、両者の熱膨張差に起因して接合部２１ａ，２１ｂが熱交換体５０およびリング部材３２ａ，３２ｂから剥離することを抑制できる。それにより、本実施例に係る接合構造２０によれば、接合部２１ａ，２１ｂの接合強度を向上させることができる。また本実施例において、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの金属ロウ材は、ガラスよりもガス（具体的には本実施例では排気）に対する高い耐食性を有している。そして、このような金属ロウ材によって構成された金属ロウ材部２３ａ，２３ｂのガスに接触する面積は、ガラス部２２ａ，２２ｂのそれよりも大きくなっている。それにより、本実施例に係る接合構造２０は、ガスに対する高い耐食性も有している。

また本実施例に係る接合構造２０によれば、図３（ａ）および図３（ｂ）において説明したように、リング部材３２ａは接合部２１ａによって熱交換体５０の第１端部５１と接合され、リング部材３２ｂは接合部２１ｂによって熱交換体５０の第２端部５２と接合されている。そして、金属ロウ材部２３ａはガラス部２２ａよりも排気（具体的には本実施例ではＥＧＲガス）の流動方向で上流側に配置され、金属ロウ材部２３ｂはガラス部２２ｂよりも排気の流動方向で下流側に配置されている。この構成により、接合構造２０によれば、接合部２１ａ，２１ｂの接合性を確保し且つ排気に対する高い耐食性を有しつつ内部に排気が通過する熱交換体５０（すなわちセラミック部材）の第１端部５１および第２端部５２とリング部材３２ａ，３２ｂ（すなわち金属部材）とを接合することができる。

なお、本実施例において熱交換体５０の第１端部５１および第２端部５２の両方において、本実施例に係る接合構造２０が用いられているが、これに限定されるものではない。例えば、接合構造２０は、熱交換体５０の第１端部５１および第２端部５２のいずれか一方のみに用いられていてもよい。但し、本実施例のように熱交換体５０の第１端部５１および第２端部５２の両方に接合構造２０が用いられている場合の方が、熱交換体５０の第１端部５１および第２端部５２のいずれか一方のみに接合構造２０が用いられている場合に比較して、熱交換体５０とリング部材３２ａ，３２ｂとを強固に接合することができる点で好ましい。

また本実施例に係る接合構造２０によれば、前述したように接合部２１ａおよび接合部２１ｂの接合性を確保できることにより、冷媒通路４０の冷媒が熱交換体５０とリング部材３２ａ，３２ｂとの間から漏洩することも抑制できる。

また本実施例において、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質として貴金属を含む金属ロウ材が用いられていることから、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの材質として貴金属を含まない金属ロウ材が用いられる場合に比較して、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの排気に対する耐食性がより向上している。それにより、接合構造２０の排気に対する耐食性はより向上している。

また本実施例において、この貴金属の一例として銀が用いられている。ここで、銀は貴金属の中でも特に安価である。それにより、本実施例に係る接合構造２０によれば、コストの上昇を抑制しつつ金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの排気に対する耐食性を向上させることができる。その結果、コストの上昇を抑制しつつ接合構造２０の排気に対する耐食性を向上させることができる。また、銀は貴金属の中でも融点が特に低い。それにより、溶融状態の金属ロウ材が冷却されて固化した後に金属ロウ材部２３ａ，２３ｂに残留する応力（残留応力）を少なくすることができる。その結果、金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの残留応力によって金属ロウ材部２３ａ，２３ｂが変形したり、この金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの変形によって熱交換体５０に亀裂が発生したりすることを抑制できる。

また、ガラス部２２ａ，２２ｂの材質であるガラスは、貴金属を含んだ金属ロウ材よりも安価である。そのため、本実施例に係る接合構造２０によれば、接合部２１ａ，２１ｂが全て貴金属を含んだ金属ロウ材によって構成されている場合に比較して、接合部２１ａ，２１ｂの接合性を確保できるという効果に加えて、コストも低減できるという効果を奏することもできる。

なお、図３（ａ）および図３（ｂ）において説明したように、本実施例において、ガラス部２２ａ，２２ｂの熱交換体５０に接触する面積は金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの熱交換体５０に接触する面積よりも大きく且つガラス部２２ａ，２２ｂのリング部材３２ａ，３２ｂに接触する面積も金属ロウ材部２３ａ，２３ｂのリング部材３２ａ，３２ｂに接触する面積よりも大きい。しかしながら、ガラス部２２ａ，２２ｂおよび金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの構成はこれに限定されるものではない。例えば、ガラス部２２ａ，２２ｂの熱交換体５０に接触する面積は金属ロウ材部２３ａ，２３ｂの熱交換体５０に接触する面積以下であってもよく、ガラス部２２ａ，２２ｂのリング部材３２ａ，３２ｂに接触する面積も金属ロウ材部２３ａ，２３ｂのリング部材３２ａ，３２ｂに接触する面積以下であってもよい。しかしながら、本実施例のように、ガラス部２２ａ，２２ｂの熱交換体５０に接触する面積が金属ロウ材部２３ａ，２３ｂのそれよりも大きく且つガラス部２２ａ，２２ｂのリング部材３２ａ，３２ｂに接触する面積も金属ロウ材部２３ａ，２３ｂのそれよりも大きい方が、接合部２１ａ，２１ｂの接合強度をより向上できる点で好ましい。

なお、本実施例においては、接合構造２０が適用される装置（具体的には、ガスが通過する部位に設置された装置）の一例として、内燃機関１の排気が通過する部位に設置されたＥＧＲクーラ１０を用いているが、接合構造２０が適用される装置はＥＧＲクーラ１０に限定されるものではない。例えば接合構造２０は、内燃機関１の排気のような酸性のガスが通過する部位に配置された装置に適用されるのみならず、アルカリ性のガスが通過する部位に配置された装置に適用することもできる。この場合においても本実施例に係る接合構造２０によれば、接合部２１ａ，２１ｂの接合性を確保しつつガスに対する高い耐食性を発揮することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 内燃機関
１０ ＥＧＲクーラ
２０ 接合構造
２１ａ，２１ｂ 接合部
２２ａ，２２ｂ ガラス部
２３ａ，２３ｂ 金属ロウ材部
３２ａ，３２ｂ リング部材
５０ 熱交換体
５１ 第１端部
５２ 第２端部

Claims (4)

1. ガスが通過する部位に設置された装置のセラミック部材と金属部材とを接合する接合構造であって、
   前記セラミック部材と前記金属部材とを接合する接合部を備え、
   前記接合部は、ガラスによって構成されたガラス部と、前記ガラスよりも前記ガスに対する高い耐食性を有する金属ロウ材によって構成された金属ロウ材部とを有し、
   前記金属ロウ材部の前記ガスに接触する面積は前記ガラス部の前記ガスに接触する面積よりも大きいことを特徴とするセラミック部材および金属部材の接合構造。
2. 前記ガスは内燃機関の排気であり、
   前記セラミック部材の内部には前記排気が通過し、
   前記金属部材は、前記接合部によって、前記セラミック部材の前記排気の流動方向で上流側の第１端部と、前記セラミック部材の前記排気の流動方向で下流側の第２端部とに接合され、
   前記第１端部と前記金属部材とを接合する前記接合部において、前記金属ロウ材部は前記ガラス部よりも前記排気の流動方向で上流側に配置され、
   前記第２端部と前記金属部材とを接合する前記接合部において、前記金属ロウ材部は前記ガラス部よりも前記排気の流動方向で下流側に配置されていることを特徴とする請求項１記載のセラミック部材および金属部材の接合構造。
3. 前記金属ロウ材は貴金属を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック部材および金属部材の接合構造。
4. 前記貴金属は銀であることを特徴とする請求項３記載のセラミック部材および金属部材の接合構造。

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