JP2738900B2 - セラミックス接合体の製造方法 - Google Patents
セラミックス接合体の製造方法Info
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- JP2738900B2 JP2738900B2 JP5072085A JP7208593A JP2738900B2 JP 2738900 B2 JP2738900 B2 JP 2738900B2 JP 5072085 A JP5072085 A JP 5072085A JP 7208593 A JP7208593 A JP 7208593A JP 2738900 B2 JP2738900 B2 JP 2738900B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス多孔板と
セラミックス管状体との接合体の製造方法に関する。
セラミックス管状体との接合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、その成分組成が酸化
物、非酸化物に拘らず、高度の耐熱・断熱性が有り、絶
縁性、導電性、磁気的・誘電的性質等の電気的・電子的
機能を有し、また、耐摩耗性等の機械的性質も優れ、各
種構造物の材料として既に使用され、研究開発されてい
る。セラミックスを機械部品材料や構造物材料として使
用する場合、種々の形状の機械部品や構造部材が要求さ
れ、また各部品や部材の組み合わせも求められることに
なり、一体成形により製造されるものは別として、あら
ゆる部分においてセラミックスを接合固定する必要が生
じる。
物、非酸化物に拘らず、高度の耐熱・断熱性が有り、絶
縁性、導電性、磁気的・誘電的性質等の電気的・電子的
機能を有し、また、耐摩耗性等の機械的性質も優れ、各
種構造物の材料として既に使用され、研究開発されてい
る。セラミックスを機械部品材料や構造物材料として使
用する場合、種々の形状の機械部品や構造部材が要求さ
れ、また各部品や部材の組み合わせも求められることに
なり、一体成形により製造されるものは別として、あら
ゆる部分においてセラミックスを接合固定する必要が生
じる。
【０００３】各種の部品・部材の中でも平板状部材と他
形状の部材とを組み合わせた接合体は、機械部品や構造
部材として多く使用され、平板に複数の孔を穿ち管状体
を貫通固定して使う例も多い。例えば、多管式熱交換器
などには、複数のセラミック管状体の両端部に複数の穿
設孔が形成された多孔板が接合固定された部材が使用さ
れている。
形状の部材とを組み合わせた接合体は、機械部品や構造
部材として多く使用され、平板に複数の孔を穿ち管状体
を貫通固定して使う例も多い。例えば、多管式熱交換器
などには、複数のセラミック管状体の両端部に複数の穿
設孔が形成された多孔板が接合固定された部材が使用さ
れている。
【０００４】このような複数の管状体の両端部に多孔板
が接合されたセラミックス接合体を製造する方法とし
て、図４に示すような複数の穿設孔３を有するセラミッ
クス未焼結体である多孔板１の各々の穿設孔に、セラミ
ックス焼結体である管状体を、管状体の端部が多孔板１
の一表面と合致するように挿入した状態で加熱焼成し、
両者の焼成収縮率の差を利用して一体的に接合する方法
が知られている。
が接合されたセラミックス接合体を製造する方法とし
て、図４に示すような複数の穿設孔３を有するセラミッ
クス未焼結体である多孔板１の各々の穿設孔に、セラミ
ックス焼結体である管状体を、管状体の端部が多孔板１
の一表面と合致するように挿入した状態で加熱焼成し、
両者の焼成収縮率の差を利用して一体的に接合する方法
が知られている。
【０００５】そして、この場合、図６に示すように管状
体２が床面に対して垂直になるようにし、管状体の上端
部に接合される多孔板１を支持体６で支持した状態にて
加熱焼成を行うのが普通である。すなわち、多孔板に設
けられた穿設孔の孔径は、加熱焼成前においては管状体
の外径よりも大きいため、このように支持体を用いて多
孔板を支持し、接合部の位置決めをしてやらなければ、
多孔板が落下してしまうのである。
体２が床面に対して垂直になるようにし、管状体の上端
部に接合される多孔板１を支持体６で支持した状態にて
加熱焼成を行うのが普通である。すなわち、多孔板に設
けられた穿設孔の孔径は、加熱焼成前においては管状体
の外径よりも大きいため、このように支持体を用いて多
孔板を支持し、接合部の位置決めをしてやらなければ、
多孔板が落下してしまうのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に支持体を用いて多孔板を支持する場合、複数の管状体
が穿設孔に挿入されている多孔板の中央付近には、その
支持位置をとることができず、したがって図６に示すよ
うに穿設孔の形成されていない端部（ツバ部）でのみ支
持することとなる。そして、このように多孔板中央付近
の支持がなく、支持位置間隔の比較的広い状態にて加熱
焼成を行う従来の方法においては、焼成中に多孔板の中
央部が自重によって落ち込み、多孔板に反りが発生した
り、それに伴って接合部の気密性が劣化するなどの問題
があった。
に支持体を用いて多孔板を支持する場合、複数の管状体
が穿設孔に挿入されている多孔板の中央付近には、その
支持位置をとることができず、したがって図６に示すよ
うに穿設孔の形成されていない端部（ツバ部）でのみ支
持することとなる。そして、このように多孔板中央付近
の支持がなく、支持位置間隔の比較的広い状態にて加熱
焼成を行う従来の方法においては、焼成中に多孔板の中
央部が自重によって落ち込み、多孔板に反りが発生した
り、それに伴って接合部の気密性が劣化するなどの問題
があった。
【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
焼成収縮率差を利用したセラミックス多孔板とセラミッ
クス管状体の接合体の製造において、多孔板の大きさや
重量などに見合った適度な支持間隔・支持位置にて多孔
板を支持した状態で焼成接合が行え、多孔板の反りなど
の無い優れたセラミック接合体を製造できる方法を提供
することにある。
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
焼成収縮率差を利用したセラミックス多孔板とセラミッ
クス管状体の接合体の製造において、多孔板の大きさや
重量などに見合った適度な支持間隔・支持位置にて多孔
板を支持した状態で焼成接合が行え、多孔板の反りなど
の無い優れたセラミック接合体を製造できる方法を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
め、本発明によれば、複数の穿設孔を有するセラミック
ス未焼結体である多孔板の各々の穿設孔に、セラミック
ス焼結体である管状体を、該管状体の端部が該多孔板の
一表面と合致するように挿入した状態で加熱焼成し、両
者の焼成収縮率の差を利用して一体的に接合して、複数
の管状体の両端部に多孔板が接合されたセラミックス接
合体を製造する方法において、前記複数の管状体のう
ち、少なくとも一部の管状体は、穿設孔に挿入されない
胴部の外径φＢが穿設孔に挿入される接合部の外径φＡ
より大きくなった段差形状を有し、かつ該胴部外径φＢ
と該接合部の外径φＡと前記穿設孔の孔径φＣとが、φ
Ａ＜φＣ＜φＢ、φＢ−φＣ≧０．５mmの関係を満たす
ものであり、管状体を立設し、管状体の段差部分によっ
て多孔板を支持した状態にて加熱焼成し、一体的に接合
することを特徴とするセラミックス接合体の製造方法が
提供される。
め、本発明によれば、複数の穿設孔を有するセラミック
ス未焼結体である多孔板の各々の穿設孔に、セラミック
ス焼結体である管状体を、該管状体の端部が該多孔板の
一表面と合致するように挿入した状態で加熱焼成し、両
者の焼成収縮率の差を利用して一体的に接合して、複数
の管状体の両端部に多孔板が接合されたセラミックス接
合体を製造する方法において、前記複数の管状体のう
ち、少なくとも一部の管状体は、穿設孔に挿入されない
胴部の外径φＢが穿設孔に挿入される接合部の外径φＡ
より大きくなった段差形状を有し、かつ該胴部外径φＢ
と該接合部の外径φＡと前記穿設孔の孔径φＣとが、φ
Ａ＜φＣ＜φＢ、φＢ−φＣ≧０．５mmの関係を満たす
ものであり、管状体を立設し、管状体の段差部分によっ
て多孔板を支持した状態にて加熱焼成し、一体的に接合
することを特徴とするセラミックス接合体の製造方法が
提供される。
【０００９】
【作用】 本発明において接合に供せられる少なくとも
一部の管状体は、図５に示す従来用いられていた管状体
２のように、多孔板の穿設孔に挿入される接合部の外径
と接合部以外の部分の外径とが等しいものではなく、図
１に示す管状体２’のように多孔板１の穿設孔３に挿入
されない胴部４の外径φＢが穿設孔３に挿入される接合
部５の外径φＡより大きくなった段差形状を有してい
る。そして、胴部外径φＢ、接合部外径φＡ、穿設孔の
孔径φＣとが、φＡ＜φＣ＜φＢの関係を満たすことに
より、支持体を用いなくても、管状体を立設することに
より各々の管状体の段差部分によって多孔板を支持して
接合部の位置決めを行うことができ、更に多孔板中央付
近を含む適度な間隔で支持位置をとることができるの
で、焼成過程における多孔板の反りが防止できる。
一部の管状体は、図５に示す従来用いられていた管状体
２のように、多孔板の穿設孔に挿入される接合部の外径
と接合部以外の部分の外径とが等しいものではなく、図
１に示す管状体２’のように多孔板１の穿設孔３に挿入
されない胴部４の外径φＢが穿設孔３に挿入される接合
部５の外径φＡより大きくなった段差形状を有してい
る。そして、胴部外径φＢ、接合部外径φＡ、穿設孔の
孔径φＣとが、φＡ＜φＣ＜φＢの関係を満たすことに
より、支持体を用いなくても、管状体を立設することに
より各々の管状体の段差部分によって多孔板を支持して
接合部の位置決めを行うことができ、更に多孔板中央付
近を含む適度な間隔で支持位置をとることができるの
で、焼成過程における多孔板の反りが防止できる。
【００１０】なお、φＢ−φＣ≧０．５mmとしたのは、
多孔板を支持する管状体の胴部外径φＢと多孔板の穿設
孔の孔径φＣとの差が０．５mm以上ない場合には、支持
が不安定になるからである。また、本発明においては、
接合に供する全ての管状体を上記のような段差形状を有
するものとする必要はなく、支持する多孔板の重量や大
きさ等に見合った適度な支持が得られる間隔・位置に部
分的に設置されていればよい。
多孔板を支持する管状体の胴部外径φＢと多孔板の穿設
孔の孔径φＣとの差が０．５mm以上ない場合には、支持
が不安定になるからである。また、本発明においては、
接合に供する全ての管状体を上記のような段差形状を有
するものとする必要はなく、支持する多孔板の重量や大
きさ等に見合った適度な支持が得られる間隔・位置に部
分的に設置されていればよい。
【００１１】本発明に使用されるセラミックスとして
は、酸化物及び非酸化物化合物等のいずれのセラミック
スを用いてもよく、接合体が使用される構造部材の種
類、機械的強度等必要な使用条件に応じ適宜選択すれば
よい。例えば、エンジン、産業機械及び熱交換器等に使
用する場合は、高強度・高耐熱性の窒化珪素や炭化珪素
が用いられる。多孔板と管状体とは、通常同種のセラミ
ックスで構成される。また、多孔板の形状、厚み、大き
さ、多孔板に穿設される穿設孔の孔数や配置などは特に
制限されず、使用目的、条件等にあわせて適宜選択すれ
ばよい。多孔板の穿設孔は、多孔板の基本形状となる板
状体の成形時に同時に設けてもよいし、成形後に押し抜
きや超音波加工等の手段により穿つようにしてもよい。
は、酸化物及び非酸化物化合物等のいずれのセラミック
スを用いてもよく、接合体が使用される構造部材の種
類、機械的強度等必要な使用条件に応じ適宜選択すれば
よい。例えば、エンジン、産業機械及び熱交換器等に使
用する場合は、高強度・高耐熱性の窒化珪素や炭化珪素
が用いられる。多孔板と管状体とは、通常同種のセラミ
ックスで構成される。また、多孔板の形状、厚み、大き
さ、多孔板に穿設される穿設孔の孔数や配置などは特に
制限されず、使用目的、条件等にあわせて適宜選択すれ
ばよい。多孔板の穿設孔は、多孔板の基本形状となる板
状体の成形時に同時に設けてもよいし、成形後に押し抜
きや超音波加工等の手段により穿つようにしてもよい。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
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。
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。
【００１３】（実施例）窒化珪素粉末１０００ｇに、焼
結助剤としてＹ2Ｏ3１０ｇ、ＭｇＯ１０ｇ、ＺｒＯ3５
ｇ、有機バインダーとしてポリビニルアルコール１ｇを
添加し、更に水１０００ｇを加え、窒化珪素玉石（φ５
mm）を用いてアトライタにより４時間粉砕・混合を行っ
た。得られた微粉砕混合物を、スプレードライヤーによ
って乾燥・造粒して得た粉末を原料として、押出成形に
より胴部の外径が接合部の外径より大きくなった段差形
状を有する管状の成形体を作製し、１１０℃で１０時間
乾燥させた。乾燥後５００℃で５時間バインダー仮焼を
行い、更に１６５０℃で１時間焼成して、内径６mm、胴
部の外径１０mm、接合部の外径８mm、長さ３００mmの段
差形状を有する管状体を得た。また、同様の手法で内径
６mm、外径８mmの段差を持たない通常形状の管状体を得
た。
結助剤としてＹ2Ｏ3１０ｇ、ＭｇＯ１０ｇ、ＺｒＯ3５
ｇ、有機バインダーとしてポリビニルアルコール１ｇを
添加し、更に水１０００ｇを加え、窒化珪素玉石（φ５
mm）を用いてアトライタにより４時間粉砕・混合を行っ
た。得られた微粉砕混合物を、スプレードライヤーによ
って乾燥・造粒して得た粉末を原料として、押出成形に
より胴部の外径が接合部の外径より大きくなった段差形
状を有する管状の成形体を作製し、１１０℃で１０時間
乾燥させた。乾燥後５００℃で５時間バインダー仮焼を
行い、更に１６５０℃で１時間焼成して、内径６mm、胴
部の外径１０mm、接合部の外径８mm、長さ３００mmの段
差形状を有する管状体を得た。また、同様の手法で内径
６mm、外径８mmの段差を持たない通常形状の管状体を得
た。
【００１４】また、管状体の作製に用いたものと同じ原
料を用いて、静水圧プレス成形により、７ton/cm2の圧
力を加えて板状の成形体を作製した。これを上記管状体
の作製におけると同様の条件で乾燥及びバインダー仮焼
し、更に窒素雰囲気中１３５０℃で３時間仮焼を行っ
た。得られた３５０×１７０mm、厚さ２０mmの仮焼体
に、超音波加工により、管状体を挿入し接合するための
孔径９mmの複数の穿設孔を形成して、多孔板を得た。
料を用いて、静水圧プレス成形により、７ton/cm2の圧
力を加えて板状の成形体を作製した。これを上記管状体
の作製におけると同様の条件で乾燥及びバインダー仮焼
し、更に窒素雰囲気中１３５０℃で３時間仮焼を行っ
た。得られた３５０×１７０mm、厚さ２０mmの仮焼体
に、超音波加工により、管状体を挿入し接合するための
孔径９mmの複数の穿設孔を形成して、多孔板を得た。
【００１５】次いで、得られた多孔板の図３に示す３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇの７箇所の穿
設孔には段差形状を有する管状体を、その他の穿設孔に
は段差を持たない通常形状の管状体を、それぞれその端
部が多孔板の一表面に合致するよう挿入し、支持体を使
用せずに段差形状を有する管状体によって自立させた状
態で窒素雰囲気中１６５０℃で３時間加熱焼成し、接合
一体化して、図２に示すような管状体２、２’の上下端
部に多孔板１が接合されたセラミックス接合体を得た。
なお、焼成接合の締め代は０．２mmとした。
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇの７箇所の穿
設孔には段差形状を有する管状体を、その他の穿設孔に
は段差を持たない通常形状の管状体を、それぞれその端
部が多孔板の一表面に合致するよう挿入し、支持体を使
用せずに段差形状を有する管状体によって自立させた状
態で窒素雰囲気中１６５０℃で３時間加熱焼成し、接合
一体化して、図２に示すような管状体２、２’の上下端
部に多孔板１が接合されたセラミックス接合体を得た。
なお、焼成接合の締め代は０．２mmとした。
【００１６】得られたセラミックス接合体について、そ
の多孔板の平面度を測定したところ、結果は平面度０．
１mmで、ほとんど反りの無いものであった。また、この
セラミックス接合体から、１本の管状体に上端部又は下
端部のどちらか一方のみ多孔板が接合されたサンプルを
切り出し、図７に示す気密性試験装置を用いて接合部の
気密性を調べた。図７においてサンプル１１は、水槽８
に設置された保持治具７により保持されており、保持治
具７とサンプル１１との間はＯリング９により封止され
ている。そして、この状態で７kg/cm2のエアを通気路１
０を介して負荷し接合部からのエアの漏出の有無を調べ
たところ、漏出は認められなかった。
の多孔板の平面度を測定したところ、結果は平面度０．
１mmで、ほとんど反りの無いものであった。また、この
セラミックス接合体から、１本の管状体に上端部又は下
端部のどちらか一方のみ多孔板が接合されたサンプルを
切り出し、図７に示す気密性試験装置を用いて接合部の
気密性を調べた。図７においてサンプル１１は、水槽８
に設置された保持治具７により保持されており、保持治
具７とサンプル１１との間はＯリング９により封止され
ている。そして、この状態で７kg/cm2のエアを通気路１
０を介して負荷し接合部からのエアの漏出の有無を調べ
たところ、漏出は認められなかった。
【００１７】（比較例）多孔板の全ての穿設孔に、段差
を持たない通常形状の管状体を挿入し、図６に示すよう
に支持体６を用いて上部の多孔板１を支持した状態で加
熱焼成を行った以外は、実施例と同様にしてセラミック
ス接合体を作製した。得られたセラミックス接合体につ
いて、その多孔板の平面度を測定したところ、結果は平
面度５．０mmで、かなりの反りが生じていることが確認
された。また、この接合体について、実施例と同様にし
て接合部の気密性を調べた結果、かなりの量のエア漏れ
が認められた。
を持たない通常形状の管状体を挿入し、図６に示すよう
に支持体６を用いて上部の多孔板１を支持した状態で加
熱焼成を行った以外は、実施例と同様にしてセラミック
ス接合体を作製した。得られたセラミックス接合体につ
いて、その多孔板の平面度を測定したところ、結果は平
面度５．０mmで、かなりの反りが生じていることが確認
された。また、この接合体について、実施例と同様にし
て接合部の気密性を調べた結果、かなりの量のエア漏れ
が認められた。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
焼成収縮率差を利用したセラミックス多孔板とセラミッ
クス管状体の接合体の製造において、多孔板の大きさや
重量などに見合った適度な支持間隔・支持位置にて多孔
板を支持した状態で焼成接合が行え、多孔板の反りや接
合部の気密性劣化の無い優れた接合体を製造することが
できる。
焼成収縮率差を利用したセラミックス多孔板とセラミッ
クス管状体の接合体の製造において、多孔板の大きさや
重量などに見合った適度な支持間隔・支持位置にて多孔
板を支持した状態で焼成接合が行え、多孔板の反りや接
合部の気密性劣化の無い優れた接合体を製造することが
できる。
【図１】本発明の製造方法における、管状体の接合部外
径φＡ、胴部外径φＢ、多孔板の穿設孔の孔径φＣの関
係を表す断面説明図である。
径φＡ、胴部外径φＢ、多孔板の穿設孔の孔径φＣの関
係を表す断面説明図である。
【図２】本発明の製造方法により得られるセラミックス
接合体の一例を示す側面説明図である。
接合体の一例を示す側面説明図である。
【図３】実施例において段差形状を有する管状体の挿入
位置を示すための多孔板の平面説明図である。
位置を示すための多孔板の平面説明図である。
【図４】多孔板の平面図である。
【図５】段差を持たない通常形状の管状体の断面図であ
る。
る。
【図６】支持体を用いた従来のセラミックス接合体の製
造方法を示す側面説明図である。
造方法を示す側面説明図である。
【図７】気密性試験装置を示す説明図である。
１ 多孔板 ２ 管状体（段差形状無し） ２’管状体（段差形状有り） ３ 穿設孔 ４ 管状体胴部 ５ 管状体接合部 ６ 支持体 ７ 保持治具 ８ 水槽 ９ Ｏリング １０ 通気路 １１ サンプル
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の穿設孔を有するセラミックス未焼
結体である多孔板の各々の穿設孔に、セラミックス焼結
体である管状体を、該管状体の端部が該多孔板の一表面
と合致するように挿入した状態で加熱焼成し、両者の焼
成収縮率の差を利用して一体的に接合して、複数の管状
体の両端部に多孔板が接合されたセラミックス接合体を
製造する方法において、前記複数の管状体のうち、少な
くとも一部の管状体は、穿設孔に挿入されない胴部の外
径φＢが穿設孔に挿入される接合部の外径φＡより大き
くなった段差形状を有し、かつ該胴部外径φＢと該接合
部外径φＡと前記穿設孔の孔径φＣとが、φＡ＜φＣ＜
φＢ、φＢ−φＣ≧０．５mmの関係を満たすものであ
り、管状体を立設し、管状体の段差部分によって多孔板
を支持した状態にて加熱焼成し、一体的に接合すること
を特徴とするセラミックス接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5072085A JP2738900B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | セラミックス接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5072085A JP2738900B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | セラミックス接合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06279134A JPH06279134A (ja) | 1994-10-04 |
| JP2738900B2 true JP2738900B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=13479217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5072085A Expired - Fee Related JP2738900B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | セラミックス接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2738900B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63248778A (ja) * | 1987-04-06 | 1988-10-17 | 株式会社 長野計器製作所 | セラミツク部材の結合方法及び結合具 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP5072085A patent/JP2738900B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06279134A (ja) | 1994-10-04 |
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