JP6279256B2 - Heat conduction member manufacturing method, heat conduction member manufacturing apparatus, and heat conduction member manufacturing jig - Google Patents
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本発明は、熱伝導部材の製造方法、熱伝導部材製造装置、及び熱伝導部材製造用冶具に関する。更に詳しくは、筒状セラミックス体を金属管で被覆した熱伝導部材を、簡便且つ低コストに製造することが可能な熱伝導部材の製造方法、及び熱伝導部材製造装置に関する。また、このような熱伝導部材の製造方法、及び熱伝導部材製造装置に好適に用いることが可能な熱伝導部材製造用冶具に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a heat conductive member, a heat conductive member manufacturing apparatus, and a jig for manufacturing a heat conductive member. More specifically, the present invention relates to a heat conductive member manufacturing method and a heat conductive member manufacturing apparatus capable of easily and inexpensively manufacturing a heat conductive member in which a cylindrical ceramic body is covered with a metal tube. Further, the present invention relates to a heat conductive member manufacturing jig and a heat conductive member manufacturing jig that can be suitably used in a heat conductive member manufacturing apparatus.
高温の流体から低温の流体へ熱交換することにより、熱を有効利用することができる。例えば、エンジンなどの燃焼排ガスなどの高温気体からの熱を回収する熱回収技術がある。気体/液体熱交換器としては、自動車のラジエター、空調室外機などのフィン付チューブ型熱交換器が一般的である。 By exchanging heat from a high temperature fluid to a low temperature fluid, heat can be effectively utilized. For example, there is a heat recovery technique for recovering heat from a high-temperature gas such as combustion exhaust gas from an engine. As the gas / liquid heat exchanger, a tube-type heat exchanger with fins such as an automobile radiator or an air conditioner outdoor unit is generally used.
化学業界や製薬業界などにおける腐食性流体の加熱,冷却,凝縮にも利用される場合があるが、この場合、酸(臭素酸,硫酸,弗酸,硝酸,塩酸など),アルカリ(苛性アルカリなど),ハロゲン化物,食塩水,有機化合物が熱交換の対象となることがある。熱交換器は、具体的には、例えば、水素製造(硫酸蒸発器)用熱交換部品、自動車排気部品などに用いられ、高温かつ耐食性が必要な箇所に使用される場合もある。耐食性が必要とされる場合には、セラミックス製の熱交換体が使用される場合がある。 It may also be used for heating, cooling and condensation of corrosive fluids in the chemical and pharmaceutical industries. In this case, acids (bromic acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, etc.), alkalis (caustic alkali, etc.) ), Halides, saline, and organic compounds may be subject to heat exchange. Specifically, the heat exchanger is used for, for example, a heat exchange part for hydrogen production (sulfuric acid evaporator), an automobile exhaust part, and the like, and may be used in a place where high temperature and corrosion resistance are required. When corrosion resistance is required, a ceramic heat exchanger may be used.
熱交換体となる筒状セラミックス体は、外側に位置する金属容器に格納される構造となっており、仮に内部でセラミックスが破損しても、流体同士が交じり合わない構造となっているものがある(特許文献1)。金属により筒状セラミックス体を被覆する場合には、高い信頼性と、安定した熱伝達特性が求められる。また、自動車部品等として使用する場合に、低コストも求められる。 The cylindrical ceramic body that serves as a heat exchanger has a structure that is stored in a metal container located on the outside, and even if the ceramic is damaged inside, the structure is such that fluids do not mix with each other. Yes (Patent Document 1). When the cylindrical ceramic body is coated with metal, high reliability and stable heat transfer characteristics are required. Further, when used as an automobile part or the like, low cost is also required.
金属により筒状セラミックス体を被覆する代表的な手法としては、金属管を加熱し、筒状セラミックス体を挿入した後に冷却する(焼き締める)焼ばめ法が知られている。焼きばめのためには、金属管の内径≦筒状セラミックス体の外径である必要がある。そして、「Δ=筒状セラミックス体の外径−金属管の内径」を、焼きばめしろと呼ぶことがある。この焼きばめしろは、熱伝導部材の熱伝達特性や信頼性に対して最も大きく寄与する要因の一つであり、製造時に最も気をつけなくてはならないパラメータである。なお、金属管の内径は、加熱時において、筒状セラミックス体の外径以上となる。 As a typical method of covering a cylindrical ceramic body with metal, a shrink fitting method is known in which a metal tube is heated, and the cylindrical ceramic body is inserted and then cooled (baked). For shrink fitting, it is necessary that the inner diameter of the metal tube ≦ the outer diameter of the cylindrical ceramic body. Further, “Δ = outer diameter of cylindrical ceramic body−inner diameter of metal tube” may be referred to as shrink fit. This shrink fit is one of the factors that make the greatest contribution to the heat transfer characteristics and reliability of the heat conducting member, and is a parameter that must be taken most care during manufacture. In addition, the internal diameter of a metal tube becomes more than the outer diameter of a cylindrical ceramic body at the time of a heating.
このような焼きばめしろとしては、極力大きく確保できる方が、より良く且つ安定した熱伝達特性を得やすくなるという利点がある。但し、従来の熱伝導部材の製造方法においては、以下のような課題があった。まず、熱伝導部材を構成する金属管、及び筒状セラミックス体の精度の問題である。即ち、金属管、及び筒状セラミックス体の円筒度や真円度等の精度が悪いと、金属管内への筒状セラミックス体の挿入が困難になることがある。例えば、ある温度で焼きばめを行う場合において、金属管の円筒度や真円度が良くないと、焼きばめ可能な焼きばめしろの範囲が狭くなり、大きな焼きばめしろを得ることが困難になる。また、予め、円筒度や真円度に優れた金属管や筒状セラミックス体を作製する場合には、金属管の追加工が必要であったり、筒状セラミックス体の外周面に対して、別途研削加工が必要であったりするため、製造コストが大きく上昇してしまう。 As such a shrink fit, there is an advantage that better and more stable heat transfer characteristics can be easily obtained if it can be secured as much as possible. However, the conventional method for producing a heat conducting member has the following problems. First, there is a problem of accuracy of the metal tube and the cylindrical ceramic body constituting the heat conducting member. That is, if the accuracy of the cylindrical and roundness of the metal tube and the cylindrical ceramic body is poor, it may be difficult to insert the cylindrical ceramic body into the metal tube. For example, when shrink fitting is performed at a certain temperature, if the cylindricality or roundness of the metal tube is not good, the range of shrink fit that can be shrink fit becomes narrow, and a large shrink fit is obtained. Becomes difficult. In addition, when a metal tube or a cylindrical ceramic body having excellent cylindricity or roundness is prepared in advance, additional processing of the metal tube is necessary or the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body is separately provided. Since grinding is necessary, the manufacturing cost is greatly increased.
また、従来の熱伝導部材の製造方法においては、加熱した金属管内に筒状セラミックス体を挿入する際における、金属管と筒状セラミックス体との位置合せが難しいという問題もあった。即ち、加熱した金属管内に、筒状セラミックス体を挿入する際には、高い精度の位置合せが必要となり、従来の製造方法においては、位置合せのために煩雑な工程を要していた。また、上述した位置合せが適切に行われていないと、筒状セラミックス体を挿入する際に、金属管の端面に筒状セラミックス体が接触してしまうことがある。金属管と筒状セラミックス体とが接触すると、金属管の熱が、筒状セラミックス体に奪われて、熱膨張した金属管が収縮してしまう。金属管の内径は、筒状セラミックス体が挿入され得る大きさまで熱膨張している必要があるが、上述した接触により金属管が収縮してしまうと、金属管の内径が、筒状セラミックス体の外径よりも小さくなってしまうことがある。このような状態においては、金属管内への筒状セラミックス体の挿入が不可能となってしまう。 Further, the conventional method for producing a heat conducting member has a problem that it is difficult to align the metal tube and the cylindrical ceramic body when the cylindrical ceramic body is inserted into the heated metal tube. That is, when a cylindrical ceramic body is inserted into a heated metal tube, alignment with high accuracy is required, and the conventional manufacturing method requires complicated steps for alignment. In addition, if the above-described alignment is not properly performed, the cylindrical ceramic body may come into contact with the end surface of the metal tube when the cylindrical ceramic body is inserted. When the metal tube and the cylindrical ceramic body come into contact, the heat of the metal tube is taken away by the cylindrical ceramic body, and the thermally expanded metal tube contracts. The inner diameter of the metal tube needs to be thermally expanded to such a size that the cylindrical ceramic body can be inserted, but if the metal tube contracts due to the contact described above, the inner diameter of the metal tube becomes smaller than that of the cylindrical ceramic body. It may be smaller than the outer diameter. In such a state, it becomes impossible to insert the cylindrical ceramic body into the metal tube.
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、筒状セラミックス体を金属管で被覆した熱伝導部材を、簡便且つ低コストに製造することが可能な熱伝導部材の製造方法、及び熱伝導部材製造装置を提供する。また、本発明は、本発明の熱伝導部材の製造方法、及び熱伝導部材製造装置に好適に用いることが可能な熱伝導部材製造用冶具を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a method for manufacturing a heat conductive member capable of easily and inexpensively manufacturing a heat conductive member in which a cylindrical ceramic body is covered with a metal tube, and A heat conductive member manufacturing apparatus is provided. Moreover, this invention provides the jig for heat conductive member manufacture which can be used suitably for the manufacturing method of the heat conductive member of this invention, and a heat conductive member manufacturing apparatus.
本発明によれば、以下に示す、熱伝導部材の製造方法、熱伝導部材製造装置、及び熱伝導部材製造用冶具が提供される。 According to this invention, the manufacturing method of a heat conductive member, the heat conductive member manufacturing apparatus, and the jig for heat conductive member manufacture shown below are provided.
[1] 筒状の金属管の一方の開口端面から筒状セラミックス体を挿入し、前記金属管と、前記金属管内に挿入した前記筒状セラミックス体とを焼きばめする焼きばめ工程を備え、熱膨張により径方向に広がった前記金属管の前記一方の開口端面を位置決めする第一ガイド部によって、前記金属管を位置決めし、且つ、前記筒状セラミックス体の姿勢を整える第二ガイド部によって、前記筒状セラミックス体の姿勢を整えて、位置決めされた前記金属管内に前記筒状セラミックス体を挿入する熱伝導部材の製造方法であって、前記第一ガイド部は、セラミックス製であるとともに、熱膨張前の前記金属管の外径よりも、その内径が大きくなるように構成されたものであり、且つ、前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが、前記筒状セラミックス体を挿入する際の軸方向に対して、同軸上に配置されており、前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが一体となった熱伝導部材製造用冶具であり、前記第一ガイド部内に、加熱前の状態の前記金属管の前記一方の開口端面側の端部が配置され、前記第一ガイド部の内周面の少なくとも一部に、前記金属管が熱膨張することにより接触するとともに、前記金属管の前記一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりが、前記第一ガイド部の内周面によって拘束されることにより、前記金属管の前記一方の開口端面が位置決めされる、熱伝導部材の製造方法。 [1] A shrink fitting process is provided in which a tubular ceramic body is inserted from one open end face of a tubular metal tube, and the metal tube and the tubular ceramic body inserted into the metal tube are shrink-fitted. By the first guide part for positioning the one opening end surface of the metal pipe that has spread in the radial direction due to thermal expansion, the second guide part for positioning the metal pipe and adjusting the posture of the cylindrical ceramic body The method of manufacturing a heat conducting member for adjusting the attitude of the cylindrical ceramic body and inserting the cylindrical ceramic body into the positioned metal tube, wherein the first guide portion is made of ceramics, The inner diameter is larger than the outer diameter of the metal tube before thermal expansion, and the first guide portion and the second guide portion are the cylindrical ceramic. It is a jig for manufacturing a heat conducting member that is arranged coaxially with respect to the axial direction when inserting the body, and in which the first guide portion and the second guide portion are integrated, In the guide portion, an end portion on the one opening end surface side of the metal tube in a state before heating is disposed , and the metal tube thermally expands on at least a part of the inner peripheral surface of the first guide portion. And the one opening end surface of the metal tube is constrained by the inner peripheral surface of the first guide portion due to thermal expansion of the end portion on the one opening end surface side of the metal tube. The manufacturing method of the heat conductive member positioned.
[2] 前記第一ガイド部は、前記第二ガイド部に向かって、前記第一ガイド部の内径が縮小する第一テーパ部を有するものである前記[1]に記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 2 ] The manufacturing of the heat conducting member according to [1 ] , wherein the first guide portion has a first tapered portion in which an inner diameter of the first guide portion decreases toward the second guide portion. Method.
[3] 前記第二ガイド部は、前記第二ガイド部内を前記筒状セラミックス体が通過することにより、位置決めされた前記金属管の前記一方の開口端面に対して、前記筒状セラミックス体の径方向の位置が適正な位置となるようにガイドするものである前記[1]又は[2]に記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 3 ] The second guide portion has a diameter of the cylindrical ceramic body with respect to the one opening end surface of the metal tube positioned by passing the cylindrical ceramic body through the second guide portion. The method for producing a heat conducting member according to [1] or [2] , wherein the guide is performed so that the position in the direction is an appropriate position.
[4] 前記第二ガイド部は、前記第一ガイド部に向かって、前記第二ガイド部の内径が縮小する第二テーパ部を有するものである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 4 ] In any one of the above [1] to [ 3 ], the second guide portion has a second tapered portion in which an inner diameter of the second guide portion decreases toward the first guide portion. The manufacturing method of the heat conductive member of description.
[5] 前記第二ガイド部の前記第二テーパ部の最小内径が、熱膨張して前記第一ガイド部によって位置決めされた前記金属管の内径と一致する、又は、前記第二ガイド部の前記第二テーパ部の最小内径が、熱膨張して前記第一ガイド部によって位置決めされた前記金属管の内径よりも小さくなるように構成されてなる前記[4]に記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 5 ] The minimum inner diameter of the second taper portion of the second guide portion coincides with the inner diameter of the metal tube positioned by the first guide portion by thermal expansion, or the second guide portion The method for manufacturing a heat conducting member according to [ 4 ], wherein the second taper portion is configured such that a minimum inner diameter is smaller than an inner diameter of the metal tube positioned by the first guide portion by thermal expansion. .
[6] 前記筒状セラミックス体を、前記金属管の一方の開口端面よりも鉛直上方から投下して、位置決めされた前記金属管内に挿入する前記[1]〜[5]のいずれかに記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 6 ] The cylindrical ceramic body according to any one of [1] to [ 5 ], wherein the cylindrical ceramic body is dropped from above one opening end surface of the metal tube from above and inserted into the positioned metal tube. A method for manufacturing a heat conducting member.
[7] 前記筒状セラミックス体が、SiCを主成分とする熱伝導部材である前記[1]〜[6]のいずれかに記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 7 ] The method for producing a heat conducting member according to any one of [1] to [ 6 ], wherein the cylindrical ceramic body is a heat conducting member containing SiC as a main component.
[8] 前記筒状セラミックス体が、隔壁によって複数のセルが区画形成されたハニカム構造である前記[1]〜[7]のいずれかに記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 8 ] The method for manufacturing a heat conducting member according to any one of [1] to [ 7 ], wherein the cylindrical ceramic body has a honeycomb structure in which a plurality of cells are partitioned by partition walls.
[9] 筒状の金属管の一方の開口端面側の端部と接触させることにより、前記金属管を位置決めする第一ガイド部と、筒状セラミックス体の姿勢を整える第二ガイド部とを備え、前記第一ガイド部が、熱膨張により径方向に広がった前記金属管の前記一方の開口端面を位置決めするものであり、前記第一ガイド部によって位置決めされた前記金属管の前記一方の開口端面から、前記第二ガイド部によって姿勢を整えられた前記筒状セラミックス体が挿入され、前記金属管と、前記金属管内に挿入された前記筒状セラミックス体とが焼きばめされる熱伝導部材製造装置であって、前記第一ガイド部は、セラミックス製であるとともに、熱膨張前の前記金属管の外径よりも、その内径が大きくなるように構成されたものであり、且つ、前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが、前記筒状セラミックス体を挿入する際の軸方向に対して、同軸上に配置されており、前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが一体となった熱伝導部材製造用冶具であり、前記第一ガイド部内に、加熱前の状態の前記金属管の前記一方の開口端面側の端部が配置され、前記第一ガイド部の内周面の少なくとも一部に、前記金属管が熱膨張することにより接触するとともに、前記金属管の前記一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりが、前記第一ガイド部の内周面によって拘束されることにより、前記金属管の前記一方の開口端面が位置決めされる、熱伝導部材製造装置。 [ 9 ] A first guide portion for positioning the metal tube by contacting the end portion on one open end face side of the cylindrical metal tube, and a second guide portion for adjusting the attitude of the cylindrical ceramic body. The first guide portion is for positioning the one open end surface of the metal tube that is radially expanded due to thermal expansion, and the one open end surface of the metal tube is positioned by the first guide portion. From the above, the cylindrical ceramic body whose posture is adjusted by the second guide part is inserted, and the metal pipe and the cylindrical ceramic body inserted into the metal pipe are heat-fitted into the heat conductive member. an apparatus, wherein the first guide portion, as well as a ceramics, than the outer diameter of the metal tube before thermal expansion, which is configured so that its inner diameter becomes larger, and the first The id part and the second guide part are arranged coaxially with respect to the axial direction when the cylindrical ceramic body is inserted, and the first guide part and the second guide part are integrated with each other. In the first guide portion, an end portion on the one opening end surface side of the metal tube in a state before heating is disposed in the first guide portion, and the inner peripheral surface of the first guide portion is arranged . At least a part of the metal tube comes into contact with the thermal expansion of the metal tube, and the expansion due to the thermal expansion of the end portion on the one opening end surface side of the metal tube is constrained by the inner peripheral surface of the first guide portion. By this, the one opening end surface of the said metal pipe is positioned, The heat conductive member manufacturing apparatus.
[10] 前記第一ガイド部は、前記第二ガイド部に向かって、前記第一ガイド部の内径が縮小する第一テーパ部を有するものである前記[9]に記載の熱伝導部材製造装置。 [ 10 ] The heat conducting member manufacturing apparatus according to [ 9 ], wherein the first guide portion includes a first tapered portion in which an inner diameter of the first guide portion decreases toward the second guide portion. .
[11] 前記第二ガイド部は、前記第二ガイド部内を前記筒状セラミックス体が通過することにより、位置決めされた前記金属管の前記一方の開口端面に対して、前記筒状セラミックス体の径方向の位置が適正な位置となるようにガイドするものである前記[9]又は[10]に記載の熱伝導部材製造装置。 [ 11 ] The second guide portion has a diameter of the cylindrical ceramic body with respect to the one opening end surface of the metal tube positioned by passing the cylindrical ceramic body through the second guide portion. The apparatus for manufacturing a heat conducting member according to [ 9] or [10] , which guides the position in the direction to be an appropriate position.
[12] 前記第二ガイド部は、前記第一ガイド部に向かって、前記第二ガイド部の内径が縮小する第二テーパ部を有するものである前記[9]〜[11]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置。 [ 12 ] The above-mentioned [ 9 ] to [ 11 ], wherein the second guide part has a second taper part in which an inner diameter of the second guide part decreases toward the first guide part. The heat conductive member manufacturing apparatus as described.
[13] 前記第二ガイド部の前記第二テーパ部の最小内径が、熱膨張して前記第一ガイド部によって位置決めされた前記金属管の内径と一致する、又は、前記第二ガイド部の前記第二テーパ部の最小内径が、熱膨張して前記第一ガイド部によって位置決めされた前記金属管の内径よりも小さくなるように構成されてなる前記[12]に記載の熱伝導部材製造装置。 [ 13 ] The minimum inner diameter of the second taper portion of the second guide portion coincides with the inner diameter of the metal tube positioned by the first guide portion by thermal expansion, or the second guide portion. The heat conduction member manufacturing apparatus according to [ 12 ], wherein the second taper portion is configured such that a minimum inner diameter is smaller than an inner diameter of the metal tube positioned by the first guide portion by thermal expansion.
[14] 前記筒状セラミックス体を、前記金属管の一方の開口端面よりも鉛直上方にて把持する把持部を更に備え、前記把持部による把持を解除することにより、前記筒状セラミックス体を、前記金属管に向けて投下するように構成された前記[9]〜[13]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置。 [ 14 ] It further includes a gripping part that grips the cylindrical ceramic body vertically above one opening end surface of the metal tube, and by releasing the gripping by the gripping part, The heat conductive member manufacturing apparatus according to any one of [ 9 ] to [ 13 ], configured to drop toward the metal pipe.
[15] 前記[9]〜[14]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置に用いられる熱伝導部材製造用冶具であって、筒状の金属管の一方の開口端面側の端部を位置決めするための第一ガイド部、及び筒状セラミックス体の姿勢を整える前記第二ガイド部を備え、前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが、同軸上に配置されており、前記第一ガイド部が、熱膨張により径方向に広がった前記金属管の前記一方の開口端面を位置決めするものである熱伝導部材製造用冶具。 [ 15 ] A heat conductive member manufacturing jig used in the heat conductive member manufacturing apparatus according to any one of [ 9 ] to [ 14 ], wherein an end portion on one open end surface side of the cylindrical metal tube is provided. A first guide portion for positioning , and the second guide portion for adjusting the attitude of the cylindrical ceramic body , wherein the first guide portion and the second guide portion are arranged coaxially, The jig for manufacturing a heat conducting member, wherein the one guide portion positions the one open end surface of the metal pipe that has spread in the radial direction due to thermal expansion.
本発明の熱伝導部材の製造方法によれば、筒状セラミックス体を金属管で被覆した熱伝導部材を、簡便且つ低コストに製造することができる。即ち、金属管が、熱膨張により径方向に広がった金属管の一方の開口端面を位置決めする第一ガイド部によって位置決めされるため、金属管内への筒状セラミックス体の挿入が容易となる。例えば、金属管の熱膨張前における円筒度及び真円度が良くない場合であっても、金属管の熱膨張に伴い、当該金属管の円筒度及び真円度が第一ガイド部により改善される。これにより、金属管の追加工等を行わなくとも、金属管内への筒状セラミックス体の挿入が容易となる。また、金属管の熱膨張に伴い、金属管が最適位置に位置決めされるため、画像処理等の煩雑な位置決め操作も必要としない。更に、本発明の熱伝導部材の製造方法によれば、大きな焼きばめしろを得ることでき、より良く且つ安定した熱伝達特性を有する熱伝導部材を得ることができる。更に、本発明の熱伝導部材の製造方法においては、第二ガイド部によって筒状セラミックス体の姿勢を整えた状態で、上記位置決めされた金属管内に筒状セラミックス体を挿入する。そのため、金属管の端面と、筒状セラミックス体との接触を有効に防止することができ、筒状セラミックス体による金属管からの奪熱、ひいては、熱膨張した金属管の熱収縮を有効に防ぐことができる。 According to the method for manufacturing a heat conductive member of the present invention, a heat conductive member in which a cylindrical ceramic body is covered with a metal tube can be manufactured easily and at low cost. That is, since the metal tube is positioned by the first guide portion that positions one open end surface of the metal tube that has spread in the radial direction due to thermal expansion, the cylindrical ceramic body can be easily inserted into the metal tube. For example, even when the cylindricity and roundness before thermal expansion of the metal tube are not good, the first guide portion improves the cylindricity and roundness of the metal tube with thermal expansion of the metal tube. The This facilitates the insertion of the cylindrical ceramic body into the metal tube without additional processing of the metal tube. Further, since the metal tube is positioned at the optimum position along with the thermal expansion of the metal tube, a complicated positioning operation such as image processing is not required. Furthermore, according to the manufacturing method of the heat conductive member of the present invention, a large shrink fit can be obtained, and a heat conductive member having better and stable heat transfer characteristics can be obtained. Furthermore, in the manufacturing method of the heat conductive member of the present invention, the cylindrical ceramic body is inserted into the positioned metal tube in a state where the posture of the cylindrical ceramic body is adjusted by the second guide portion. Therefore, it is possible to effectively prevent contact between the end surface of the metal tube and the cylindrical ceramic body, and effectively prevent heat removal from the metal tube by the cylindrical ceramic body, and thus thermal contraction of the thermally expanded metal tube. be able to.
また、本発明の熱伝導部材製造装置及び熱伝導部材製造用冶具は、上述した本発明の熱伝導部材の製造方法に好適に用いることができる。この熱伝導部材製造装置及び熱伝導部材製造用冶具により、筒状セラミックス体を金属管で被覆した熱伝導部材を、簡便且つ低コストに製造することができる。 Moreover, the heat conductive member manufacturing apparatus of this invention and the jig for heat conductive member manufacture can be used suitably for the manufacturing method of the heat conductive member of this invention mentioned above. With this heat conductive member manufacturing apparatus and heat conductive member manufacturing jig, a heat conductive member in which a cylindrical ceramic body is covered with a metal tube can be manufactured easily and at low cost.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and appropriate modifications and improvements are added to the following embodiments on the basis of ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It should be understood that what has been described also falls within the scope of the invention.
(1)熱伝導部材の製造方法:
本発明の熱伝導部材の製造方法の一の実施形態は、例えば、図1及び図2に示すような、熱伝導部材10を製造するための製造方法である。ここで、図1は、本発明の熱伝導部材の製造方法の一の実施形態によって製造された熱伝導部材の一例を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示す熱伝導部材を軸方向の一方の端面から見た平面図である。なお、本明細書において、「軸方向」とは、特に断りのない限り、筒状の金属管においては、筒状の金属管の一方の端面と他方の端面とを結ぶ方向、筒状セラミックス体においては、筒状セラミック体の一方の端面と他方の端面とを結ぶ方向のことを意味する。また、熱伝導部材の軸方向という場合は、金属管内に配置された筒状セラミック体の一方の端面と他方の端面とを結ぶ方向のこととする。
(1) Manufacturing method of heat conduction member:
One embodiment of the manufacturing method of the heat conductive member of the present invention is a manufacturing method for manufacturing the heat
(1−1)熱伝導部材:
ここで、本実施形態の熱伝導部材の製造方法によって製造される熱伝導部材について説明する。図1及び図2に示す熱伝導部材10は、筒状セラミックス体11と、筒状セラミックス体11の外周側に配設された金属管12と、を備えたものである。筒状セラミックス体11は、一方の端面2から他方の端面2まで延びる流路が形成されている。この流路には、第一の流体が流通する流路を有する。筒状セラミックス体11の内部に第一の流体を流通させ、且つ、金属管12の外周面12h側に第一の流体よりも低温又は高温の第二の流体を流通させることにより、第一の流体と第二の流体との熱交換を行うことができる。熱伝導部材10は、筒状セラミックス体11の外周側に金属管12が配置されているため、第一の流体と第二の流体とは、液密及び気密的に分離されており、これらの流体の混じり合いが有効に防止されている。また、熱伝導部材10は、金属管12を備えるため、設置場所や設置方法により加工することが容易であり、自由度が高い。熱伝導部材10は、金属管12によって筒状セラミックス体11を保護することもでき外部からの衝撃にも強い。このような金属管12と筒状セラミックス体11は、焼きばめにより一体化されたものである。
(1-1) Thermal conduction member:
Here, the heat conductive member manufactured by the manufacturing method of the heat conductive member of this embodiment is demonstrated. A
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まで延び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形状、円弧が複合されたオーバル形状、四角形、又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を示す。図1及び図2において、符号7は、筒状セラミックス体11の外周壁を示し、符号7hは、筒状セラミックス体11の外周面を示す。また、符号12hは、金属管12の外周面を示す。また、筒状セラミックス体は、図3に示す熱伝導部材10Bのように、筒状セラミックス体11Bとして、隔壁4(図2参照)を有さず外周壁7のみによって構成された中空のセラミックス管を用いたものであってもよい。図3は、本発明の熱伝導部材の製造方法の一の実施形態によって製造された熱伝導部材の他の例を模式的に示す軸方向の一方の端面から見た平面図である。図3に示す熱伝導部材において、図1及び図2に示す熱伝導部材と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
The cylindrical
また、図4に示す熱伝導部材10Cのように、金属管12Cは、筒状セラミックス体11の軸方向の長さよりも長いものであってもよい。図4は、本発明の熱伝導部材の製造方法の一の実施形態によって製造された熱伝導部材の更に他の例を模式的に示す軸方向に平行な面で切断した断面図である。このように構成すると、熱伝導部材10Cの設置場所や用途に応じて、金属管12Cの端部12aを加工しやすい。図4に示す熱伝導部材において、図1及び図2に示す熱伝導部材と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
Further, like the
図1及び図2に示す金属管12は、上述した筒状セラミックス体11と焼きばめにより一体化されたものである。金属管12としては、耐熱性、耐蝕性のあるものが好ましく、例えば、SUS管、銅管、真鍮管、チタン管、Ni合金管、Al合金管等を用いることができる。なお、この金属管12は、熱交換時における筒状セラミックス体11との熱膨張率の差により、金属管12が筒状セラミックス体11より抜け落ちないようなものであることが好ましい。
A
(1−2)熱伝導部材の製造方法:
本実施形態の熱伝導部材の製造方法は、図5に示すような焼きばめ工程を備えた製造方法である。図5は、本発明の熱伝導部材の製造方法の一の実施形態の製造工程を示す模式図である。焼きばめ工程とは、筒状の金属管12の一方の開口端面から筒状セラミックス体11を挿入し、金属管12と、この金属管12内に挿入した筒状セラミックス体11とを焼きばめする工程である。この焼きばめ工程では、まず、金属管12を加熱することによって、一時的に金属管12の内径を広げる(図5における(a)〜(c))。次に、この内径を広げた状態の金属管12内に、筒状セラミックス体11を挿入する(図5における(d))。その後、金属管12を冷却して焼き締めて、金属管12と筒状セラミックス体11とが一体化された熱伝導部材10を得る(図5における(e))。図5においては、金属管12は、挿入側の端面とは反対側の端面が、受け冶具40によって支持されている。この受け冶具40は、第一ガイド部32に向けて上下動可能に構成されおり、金属管12を第一ガイド部32内まで移動させることができる。本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、第一ガイド部32の内周面の少なくとも一部に、金属管12が熱膨張することにより接触し、当該金属管12の一方の開口端面が位置決めされる。金属管12を第一ガイド部32内まで移動させる際には、加熱前の状態において、金属管12と第一ガイド部32とが接触しないように移動させることが好ましい。即ち、加熱前の状態において、金属管12と第一ガイド部32とは接触せず、加熱時における熱膨張によって、金属管12と第一ガイド部32とが接触して位置合せが行われることが好ましい。また、図5においては、金属管12の周囲に、炉体壁42が配置されている。
(1-2) Manufacturing method of heat conduction member:
The manufacturing method of the heat conductive member of this embodiment is a manufacturing method provided with the shrink fitting process as shown in FIG. FIG. 5 is a schematic view showing a manufacturing process of an embodiment of the method for manufacturing a heat conducting member of the present invention. In the shrink fitting process, the cylindrical
本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、まず、熱膨張により径方向に広がった金属管12の一方の開口端面を位置決めする第一ガイド部32によって、金属管12を位置決めする。また、このように第一ガイド部32によって金属管12を位置決めしつつ、筒状セラミックス体11については、第二ガイド部33によって、筒状セラミックス体11の姿勢を整える。筒状セラミックス体11の姿勢を整えるとは、筒状セラミックス体11の金属管12内に挿入される側の端面が、金属管12の一方の開口端面内に位置するように、筒状セラミックス体11の位置を正すことをいう。そして、位置決めされた金属管12内に、姿勢が整えられた筒状セラミックス体11を挿入する。筒状セラミックス体11が金属管12内に挿入された状態で、金属管12が冷却されて、金属管12と筒状セラミックス体11とが焼きばめされる。このように構成することによって、金属管12と筒状セラミックス体11とが焼きばめによって一体化された熱伝導部材10を得ることができる。
In the manufacturing method of the heat conducting member of the present embodiment, first, the
本実施形態の熱伝導部材の製造方法によれば、筒状セラミックス体11を金属管12で被覆した熱伝導部材10を、簡便且つ低コストに製造することができる。即ち、金属管12が、金属管12の一方の開口端面を位置決めする第一ガイド部32によって位置決めされるため、金属管12内への筒状セラミックス体11の挿入が容易となる。例えば、金属管12の熱膨張前における円筒度及び真円度が良くない場合であっても、金属管12の熱膨張に伴い、当該金属管12の円筒度及び真円度が第一ガイド部32により改善される。これにより、金属管12の追加工等を行わなくとも、金属管12内への筒状セラミックス体11の挿入が容易となる。特に、熱伝導部材10を製造する場合には、熱伝導特性を低下させないため、薄肉の金属管12が好適に用いられることがある。このような薄肉の金属管12は、真円度が出難いため、従来の製造方法では、筒状セラミックス体を支障なく円滑に挿入することは非常に困難であった。本実施形態の熱伝導部材の製造方法によれば、薄肉の金属管12であっても、円筒度及び真円度が第一ガイド部32により改善されるため、金属管内への挿入が支障なく円滑に行われることとなる。また、金属管12が薄肉であれば、本実施形態の熱伝導部材の製造方法において、金属管12の円筒度及び真円度の改善も容易になる。また、本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、金属管の熱膨張に伴い、金属管が最適位置に位置決めされるため、画像処理等の煩雑な位置決め操作も必要としない。
According to the manufacturing method of the heat conductive member of this embodiment, the heat
また、本実施形態の熱伝導部材の製造方法によれば、大きな焼きばめしろを得ることができ、より良く且つ安定した熱伝達特性を有する熱伝導部材10を得ることができる。更に、本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、第二ガイド部33によって筒状セラミックス体11の姿勢を整えた状態で、上記位置決めされた金属管12内に筒状セラミックス体11を挿入する。そのため、金属管12の端面と、筒状セラミックス体11との接触を有効に防止することができ、筒状セラミックス体11による金属管12からの奪熱、ひいては、熱膨張した金属管12の熱収縮を有効に防ぐことができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the heat conductive member of this embodiment, a large shrink fit can be obtained, and the heat
図5に示す本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、図6に示す熱伝導部材製造用冶具31を用いて焼きばめ工程を行っている。図6は、本発明の熱伝導部材の製造方法の一の実施形態に用いられる熱伝導部材製造用冶具の一例を模式的に示す斜視図である。図6に示す熱伝導部材製造用冶具31は、中空円筒構造の冶具であり、熱伝導部材製造用冶具31の底面31y側に、第一ガイド部32を有し、熱伝導部材製造用冶具31の上面31x側に、第二ガイド部33を有する。
In the manufacturing method of the heat conductive member of this embodiment shown in FIG. 5, the shrink fitting process is performed using the heat conductive
第一ガイド部32は、図7〜図10に示すように、熱膨張により径方向に広がった金属管12の一方の開口端面を位置決めするものである。具体的には、図7及び図8に示すように、第一ガイド部32は、熱膨張前の金属管12の外径よりも、その内径が大きくなるように構成されたものである。即ち、熱伝導部材製造用冶具31の底面31y側において、金属管12の一方の開口端面側の端部が軸方向に挿入される部分が筒状に刳り貫かれた部位が、第一ガイド部32となる。金属管12の位置決めに際しては、まず、熱伝導部材製造用冶具31の底面31yの下方から、熱膨張前の金属管12を第一ガイド部32内に挿入する。この時点では、第一ガイド部32の内周面と、金属管12の外周面とが接触することなく、当該金属管12が第一ガイド部32内に収まるように配置される。なお、第一ガイド部32内への金属管12の挿入を妨げない範囲において、金属管12の外周面の一部が、第一ガイド部32の内周面に接触していてもよい。本明細書において、「金属管の外径d」は、金属管の筒状セラミックス体を挿入する側の端面において、外径を8点以上測定し、測定した点の外径の平均値とする。
As shown in FIGS. 7 to 10, the
その後、第一ガイド部32内に配置された金属管12が加熱されると、図9及び図10に示すように、金属管12が熱膨張する。金属管12の一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりは、第一ガイド部32の内周面によって拘束されている。第一ガイド部32の内周面の形状は、金属管12に挿入する筒状セラミックス体11の外周面の形状に適合した形状に設定されており、金属管12は、それ自身の熱膨張により第一ガイド部32によって位置決めされる。ここで、図7は、図6に示す熱伝導部材製造用冶具により金属管が位置決めされる工程において、金属管が位置決めされる前の状態を示す模式図である。図8は、図7におけるA−A’断面を模式的に示す断面図である。図9は、図6に示す熱伝導部材製造用冶具により金属管が位置決めされる工程において、金属管が位置決めされた状態を示す模式図である。図10は、図9におけるB−B’断面を模式的に示す断面図である。
Thereafter, when the
このような製造方法によれば、金属管の円筒度や真円度の精度が悪い場合であっても、金属管12が第一ガイド部32の内周面の形状に適合するように熱膨張させることができ、金属管の円筒度や真円度の精度の改善を図ることができる。また、上述したように、金属管12自身の熱膨張により、当該金属管12が第一ガイド部32によって位置決めされるため、極めて簡便な方法で、金属管12の一方の開口端面の位置決めを行うことができる。
According to such a manufacturing method, thermal expansion is performed so that the
金属管12を加熱する方法については特に制限はないが、例えば、誘導加熱機を用いて加熱する方法を挙げることができる。誘導加熱機としては、高周波加熱機などを挙げることができる。加熱温度については、例えば、500〜1200℃程度まで昇温させることが好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular about the method of heating the
本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、第一ガイド部の内周面の少なくとも一部に、金属管が熱膨張することにより接触し、当該金属管の一方の開口端面が位置決めされる。このように構成することによって、金属管の一方の開口端面を極めて簡便な方法により位置決めすることができる。別言すれば、金属管の熱膨張により、この金属管が自ら、所定の位置に位置決めされる。 In the method of manufacturing the heat transfer member of the present embodiment, at least a portion of the inner peripheral surface of the first guide portion, the metal pipe is in contact by thermal expansion, one opening end face of the metal tube Ru is positioned . By comprising in this way, one opening end surface of a metal tube can be positioned by a very simple method. In other words, the metal tube itself is positioned at a predetermined position by the thermal expansion of the metal tube.
また、図11に示すように、第一ガイド部32Bは、第二ガイド部33Bに向かって、第一ガイド部の内径が縮小する第一テーパ部34を有するものであってもよい。ここで、図11は、本発明の熱伝導部材の製造方法の一の実施形態に用いられる熱伝導部材製造用冶具の他の例を模式的に示す斜視図である。図11に示す熱伝導部材製造用冶具31Bは、中空円筒構造の冶具であり、熱伝導部材製造用冶具31Bの底面31y側に、第一ガイド部32Bを有し、熱伝導部材製造用冶具31Bの上面31x側に、第二ガイド部33Bを有する。第一ガイド部32Bは、図12〜図14に示すように、熱膨張により径方向に広がった金属管12の一方の開口端面を位置決めするものである。第一ガイド部32Bは、第一ガイド部の内径が縮小する第一テーパ部34を有しているため、第一ガイド部32Bの内周面と、金属管12の外周面とが接触する際に、第一テーパ部34の一部にて両者が接触することとなる。従って、第一ガイド部32Bと金属管12との接触面積を小さくすることができ、金属管12から第一ガイド部32Bへの奪熱を小さくすることができる。このため、第一ガイド部32Bとの接触時(別言すれば、金属管12の位置決め時)において、金属管12の熱収縮が起こり難く、金属管12を、第一ガイド部32Bの内周面の形状に適合するように良好に熱膨張させることが可能となる。また、第一テーパ部34により、金属管12の軸方向の熱膨張変化にも対応させることができる。即ち、金属管12が軸方向に向かって熱膨張した際に、第一テーパ部34に、金属管12の一方の開口端面が当接し、金属管12の位置決め及び金属管12の真円度の改善が行われる。また、図は省略するが、図11における第一テーパ部34の第二ガイド部33B側の先端に、第一ガイド部32Bの内径が一定になる第一ガイドストレート部を更に有していてもよい。
As shown in FIG. 11, the first guide portion 32B may have a
本実施形態の熱伝導部材の製造方法における第二ガイド部としては、第二ガイド部内を筒状セラミックス体が通過することにより、当該筒状セラミックス体の姿勢を整えるものであることが好ましい。このように構成された第二ガイド部を用いることにより、例えば、金属管が、その一方の開口端面が鉛直上方に向くように位置決めされている場合、金属管の上方から筒状セラミックス体を投下することにより、極めて簡便に金属管内に筒状セラミックス体を挿入することができる。即ち、筒状セラミックス体の自重により落下する過程において、第二ガイド部を通過することによって、筒状セラミックス体の位置合せが行われる。このため、筒状セラミックス体を金属管内に挿入する際に、筒状セラミックス体を必ずしも保持(チャック)する必要がなく、筒状セラミックス体の挿入操作が極めて簡便なものとなる。 As the second guide portion in the method for manufacturing a heat conducting member of the present embodiment, the cylindrical ceramic body is preferably adjusted by passing the cylindrical ceramic body through the second guide portion. By using the second guide portion configured in this way, for example, when the metal tube is positioned so that one opening end surface thereof is vertically upward, the cylindrical ceramic body is dropped from above the metal tube. By doing so, the cylindrical ceramic body can be inserted into the metal tube very easily. That is, the cylindrical ceramic body is aligned by passing through the second guide portion in the process of dropping due to its own weight. For this reason, when the cylindrical ceramic body is inserted into the metal tube, it is not always necessary to hold (chuck) the cylindrical ceramic body, and the insertion operation of the cylindrical ceramic body becomes extremely simple.
また、筒状セラミックス体を、金属管内に向けて投下する際には、筒状セラミックス体の鉛直上方を向く端面に重りを配置し、この重りとともに、筒状セラミックス体を投下してもよい。このように構成することによって、重りの重力が加算された状態で、筒状セラミックス体が落下するため、金属管内への挿入がより支障なく円滑に行われることとなる。 Further, when dropping the cylindrical ceramic body into the metal tube, a weight may be disposed on the end surface facing vertically upward of the cylindrical ceramic body, and the cylindrical ceramic body may be dropped together with this weight. By comprising in this way, since the cylindrical ceramic body falls in the state where the gravity of the weight is added, the insertion into the metal tube is smoothly performed without any trouble.
本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、上述したような筒状セラミックス体を自重により落下させて金属管内へ挿入する方法を用いずに、例えば、筒状セラミックス体を固定手段等により保持した状態で金属管内への挿入を行ってもよい。即ち、図15に示すように、筒状セラミックス61を、シャフト50の先端に配設された固定冶具51によって固定し、当該筒状セラミックス61を金属管62内に挿入してもよい。図15は、本発明の熱伝導部材の製造方法の他の実施形態の製造工程(焼きばめ工程)を示す模式図である。ここで、図15において、図5に示す各構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
In the manufacturing method of the heat conducting member of the present embodiment, for example, the cylindrical ceramic body is held by a fixing means or the like without using the method of dropping the cylindrical ceramic body by its own weight and inserting it into the metal tube. You may insert in a metal pipe in the state which carried out. That is, as shown in FIG. 15, the cylindrical ceramic 61 may be fixed by a fixing jig 51 disposed at the tip of the
図15に示す焼きばめ工程においては、まず、ハニカム構造体1(筒状セラミックス61)を、シャフト50の先端に配設された固定冶具51によって固定する(図15における(a))。固定冶具51による固定方法については特に制限はない。また、この焼きばめ工程では、金属管62を加熱することによって、一時的に金属管62の内径を広げる(図15における(a)〜(c))。次に、この内径を広げた状態の金属管62内に、筒状セラミックス体61を挿入する(図15における(b)及び(c))。図15に示すシャフト50は、上下動可能に構成されおり、固定冶具51によって固定された筒状セラミックス61を、重力に頼らずに、金属管62内に挿入することができる。シャフト50の上下動は、比較的ゆっくりと行うことが好ましい。筒状セラミックス61を、金属管62内に挿入した後、固定冶具51と筒状セラミックス61との固定状態を解除する。その後、シャフト50を上昇させることにより、固定冶具51を金属管62から離脱させることが好ましい。図15に示す焼きばめ工程においては、シャフト50を上下動させることにより、鉛直下方向に筒状セラミックス61を挿入する例を示しているが、上下の構成を逆にして、鉛直上方向に筒状セラミックス61を挿入するのも、好ましい様態の一つである。また、シャフト50を上下以外の方向に可動させてもよい。例えば、図示は省略するが、シャフト50を水平方向に可動させて、横向きに開口する金属管62内に、筒状セラミックス61を挿入してもよい。
In the shrink fitting process shown in FIG. 15, first, the honeycomb structure 1 (tubular ceramic 61) is fixed by a fixing jig 51 disposed at the tip of the shaft 50 ((a) in FIG. 15). There is no restriction | limiting in particular about the fixing method by the fixing jig 51. FIG. In this shrink fitting process, the metal tube 62 is heated to temporarily widen the inner diameter of the metal tube 62 ((a) to (c) in FIG. 15). Next, the cylindrical ceramic body 61 is inserted into the metal tube 62 with the inner diameter expanded ((b) and (c) in FIG. 15). The
ここで、筒状セラミックス61の軸方向の長さLと端面の直径Dとの比率(L/D)が1以下と小さい場合は、以下の2つの問題が生じることがある。1つ目の問題は、金属管62の端面で、筒状セラミックス61が入らないという不良が生じるという問題である。2つ目の問題は、筒状セラミックス61の端面が通過したとしても、挿入の途中で、筒状セラミックス61が傾いて、所望の位置まで落ちずに止ってしまうという不良が発生するという問題である。図15に示す焼きばめ工程では、シャフト50の先端に配設された固定冶具51によって筒状セラミックス61を固定して、当該筒状セラミックス61の水平を保ちながら(傾きを抑制しながら)、金属管62内に挿入することができる。したがって、上述した2つの問題を解決することができる。
Here, when the ratio (L / D) between the axial length L of the cylindrical ceramic 61 and the diameter D of the end face is as small as 1 or less, the following two problems may occur. The first problem is that the cylindrical ceramic 61 does not enter the end face of the metal tube 62. The second problem is that even if the end surface of the cylindrical ceramic 61 passes, the cylindrical ceramic 61 tilts in the middle of insertion, and a defect occurs in which the cylindrical ceramic 61 stops without falling to a desired position. is there. In the shrink fitting process shown in FIG. 15, the cylindrical ceramics 61 are fixed by the fixing jig 51 disposed at the tip of the
第一ガイド部と第二ガイド部とは、筒状セラミックス体を挿入する際の軸方向に対して、同軸上に配置されている。第一ガイド部と第二ガイド部とが一体になったものである。例えば、図5に示す熱伝導部材の製造方法においては、第一ガイド部32と第二ガイド部33とが一体となった熱伝導部材製造用冶具31を用いた場合の例を示す。図6に示すように、熱伝導部材製造用冶具31の上面31x側に、第二ガイド部33を有する。図6に示す熱伝導部材製造用冶具31の第二ガイド部33は、第一ガイド部32に向かって、第二ガイド部33の内径が縮小する第二テーパ部35を有するものである。
A first guide portion and the second guide portion, in the axial direction when inserting the cylindrical ceramic body, that are arranged coaxially. A first guide portion and the second guide portion Ru der those integral. For example, in the manufacturing method of the heat conductive member shown in FIG. 5, the example at the time of using the
図5に示すように、第二ガイド部33は、第二ガイド部33内を筒状セラミックス体11が通過することにより、金属管12の一方の開口端面に対して、筒状セラミックス体11の径方向の位置が適正な位置となるようにガイドするものである。例えば、金属管12の上方から筒状セラミックス体11を投下することにより、第二ガイド部33を通過した筒状セラミックス体11の位置決めが行われ、極めて簡便に、位置決めされた金属管12内に筒状セラミックス体11を挿入することができる。
As shown in FIG. 5, the
本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、図9に示すように、第二ガイド部33の第二テーパ部35の最小内径が、熱膨張して第一ガイド部32によって位置決めされた金属管12の内径と一致することが好ましい。また、第二ガイド部33の第二テーパ部35の最小内径が、熱膨張して第一ガイド部32によって位置決めされた金属管12の内径よりも小さくなるように構成されてなるものも、好ましい態様の1つである。上述したように構成することによって、焼きばめしろとしては、極力大きく確保することが可能となり、得られる熱伝導部材の熱伝達特性をより良く且つ安定したものとすることができる。また、図11〜図14に示すように、第二ガイド部33Bは、第二ガイド部33Bの内径が縮小する第二テーパ部を有するとともに、第二ガイド部33Bの内径が一定になる第二ガイドストレート部を更に有していてもよい。このような第二ガイドストレート部を更に有することにより、筒状セラミックス体11の姿勢が整えられた後、更に、金属管12の一方の端面に対する直角性が更に改善される。
In the manufacturing method of the heat conducting member of the present embodiment, as shown in FIG. 9, the minimum inner diameter of the second tapered
第一ガイド部及び第二ガイド部の材質については特に制限はない。但し、第一ガイド部は、加熱した金属管と直接接触するものであるため、低熱膨張、低熱伝導、耐熱性を有するものであることが好ましい。第一ガイド部と第二ガイド部とが一体化した冶具である場合にも、当該冶具は、低熱膨張、低熱伝導、耐熱性、耐摩耗性を有するものであることが好ましい。このようなものとしては、セラミックスを挙げることができる。上述した冶具が、セラミックスの場合は、酸化物、炭化物、窒化物、グラファイトカーボン等のセラミックス、及び、それらのセラミックスを含有する金属基複合材料(別言すれば、サーメット)を挙げることができる。また、参考例として、上述した冶具が、金属の場合は、Ti、W、Mo、Feを含有する単金属、及び合金を挙げることができる。合金としては、Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、低膨張鋳鉄等を挙げることができる。これらの金属に、W、Nb、Al、C、Si、Mg、Cr、Co、Mn、Ti、Mo等の元素をさらに添加してあることが好ましい。また、冶具の一部にセラミックスコーティングが施されていたり、セラミックスの冶具の一部が金属で構成されており、誘導加熱によって加熱されるハイブリット構造であることも、好ましい形態の一つである。冶具の温度が高ければ、加熱された金属管と冶具との接触時に、金属管の温度が下がりにくいので、より好ましい状態になる。具体的には、余分な条件出しが減って簡便な製造方法とすることができる。 There is no restriction | limiting in particular about the material of a 1st guide part and a 2nd guide part. However, since the first guide portion is in direct contact with the heated metal tube, the first guide portion preferably has low thermal expansion, low thermal conductivity, and heat resistance. Even when the first guide portion and the second guide portion are integrated jigs, the jigs preferably have low thermal expansion, low thermal conductivity, heat resistance, and wear resistance. As such, mention may be made of ceramics. In the case where the jig described above is a ceramic, examples thereof include ceramics such as oxides, carbides, nitrides, graphite carbon, and metal matrix composite materials (in other words, cermets) containing those ceramics. Moreover, as a reference example, when the jig mentioned above is a metal, the single metal containing Ti, W, Mo, and Fe, and an alloy can be mentioned. Examples of the alloy include Fe—Ni alloy, Fe—Ni—Co alloy, and low expansion cast iron. It is preferable that elements such as W, Nb, Al, C, Si, Mg, Cr, Co, Mn, Ti, and Mo are further added to these metals. It is also one of preferred embodiments that a ceramic coating is applied to a part of the jig, or that a part of the ceramic jig is made of metal and has a hybrid structure heated by induction heating. If the temperature of the jig is high, the temperature of the metal tube is unlikely to decrease when the heated metal tube and the jig are brought into contact with each other. Specifically, it is possible to make a simple manufacturing method by reducing extra conditions.
また、第一ガイド部においては、金属管と接触する箇所の熱容量や熱伝導を部分的に抑制するように構成してもよい。例えば、金属管と接触する箇所の第一ガイド部の厚さを薄くしたり、当該部分に溝などを形成したりしてもよい。また、金属管と接触する箇所の材質を、低熱伝導のものとしてもよい。 Moreover, in the 1st guide part, you may comprise so that the heat capacity and heat conduction of the location which contacts a metal pipe may be suppressed partially. For example, the thickness of the first guide portion at a location in contact with the metal tube may be reduced, or a groove or the like may be formed in the portion. Moreover, it is good also considering the material of the location which contacts a metal pipe as a thing of low heat conductivity.
(1−3)筒状セラミックス体:
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、更に好ましくは、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。
(1-3) Cylindrical ceramic body:
The cylindrical
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。
The cylindrical
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。上述したように、筒状セラミックス体11が、SiCを主成分とする熱伝導部材であることは、好ましい形態の1つである。
However, the entire cylindrical
なお、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、緻密体とすることにより、150W/m・K程度とすることができる。
In addition, even if it is SiC (silicon carbide), since a high thermal conductivity is not obtained in the case of a porous body, it is preferable to make it a dense body structure in the manufacturing process of the cylindrical
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、Si3N4、及び反応焼結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。更に、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。
As the cylindrical
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、その他の多角形等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。筒状セラミックス体11が、隔壁4によって複数のセル3が区画形成されたハニカム構造であることは、好ましい形態の1つである。
When the cylindrical
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、4〜320セル/cm2の範囲であることが好ましい。セル密度を4セル/cm2より大きくすると、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)を十分なものとすることができる。一方、セル密度を320セル/cm2以下とすると、熱媒体が流れる際の圧力損失を小さくすることができる。
The cell density of the honeycomb structure 1 (that is, the number of cells per unit cross-sectional area) is not particularly limited and may be appropriately designed depending on the purpose, but may be in the range of 4 to 320 cells / cm 2. preferable. When the cell density is larger than 4 cells / cm 2 , the strength of the
また、ハニカム構造体1の1つ当たりのセル数は、1〜10,000個であることが好ましく、200〜2,000個であることが更に好ましい。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できず熱流束が小さくなる。
Further, the number of cells per
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。壁厚については、50μm以上、2mm以下とすることが好ましく、60μm以上、600μm以下とすることが更に好ましい。壁厚を50μm以上とすると、機械的強度が向上して衝撃や熱応力による破損を防止できる。一方、2mm以下とすると、ハニカム構造体側に占めるセル容積の割合が大きくなることにより流体の圧力損失が小さくなり、熱交換率を向上させることができる。
The thickness (wall thickness) of the
ハニカム構造体1のセル3の隔壁4の密度は、0.5〜5g/cm3であることが好ましい。0.5g/cm3以上の場合、隔壁4の強度が十分であり、第一の流体が流路内を通り抜ける際に圧力により隔壁4が破損することを防止できる。また、5g/cm3以下であると、ハニカム構造体1自体が重くなり過ぎず、軽量化することができる。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。
The density of the
ここで、筒状セラミックス体11の作製方法について、ハニカム構造体1の作製方法を例に説明する。まず、平均粒径の異なるSiC粉末を混ぜ合わせて、SiC粉末の混合物を調製する。このSiC粉末の混合物に、バインダー、水を混ぜ合わせ、ニーダーを用いて混練することにより、混練物を得る。この混練物を真空土練機に投入し、円柱状の坏土を作製する。
Here, a method for producing the cylindrical
次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成する。押出成形では、適当な形態の口金や冶具を選択することにより、外周壁の形状や厚さ、隔壁の厚さ、セルの形状、セル密度などを所望のものにすることができる。口金は、特に限定するものではないが、摩耗し難い超硬合金で作られたものを用いることが好ましい。ハニカム成形体については、外周壁を円筒形状又は四角柱形状とし、外周壁の内部を隔壁により四角形の格子状に区分された構造となるように形成する。また、これらの隔壁については、互いに直交する方向のそれぞれで等間隔に並行し、かつ、真っすぐに外周壁の内部を横切るように形成する。これにより、外周壁の内部の最外周部以外にあるセルの断面形状を正方形にすることができる。 Next, the kneaded material is extruded to form a honeycomb formed body. In extrusion molding, the shape and thickness of the outer peripheral wall, the thickness of the partition walls, the shape of the cells, the cell density, and the like can be made desired by selecting an appropriate form of die and jig. The base is not particularly limited, but it is preferable to use a base made of a cemented carbide that does not easily wear. The honeycomb molded body is formed so that the outer peripheral wall has a cylindrical shape or a quadrangular prism shape, and the inside of the outer peripheral wall is divided into a quadrangular lattice shape by partition walls. Further, these partition walls are formed so as to be parallel to each other at equal intervals in each of the directions orthogonal to each other and straight across the inside of the outer peripheral wall. Thereby, the cross-sectional shape of the cell other than the outermost peripheral portion inside the outer peripheral wall can be made square.
次に、押出成形により得たハニカム成形体の乾燥を行う。特に限定するものではないが、ハニカム成形体を電磁波加熱方式、外部加熱方式、熱風送風方式等で乾燥し、乾燥前のハニカム成形体に含まれる全水分量の97%以上に相当する水分をハニカム成形体から除去する。 Next, the honeycomb formed body obtained by extrusion molding is dried. Although not particularly limited, the honeycomb formed body is dried by an electromagnetic wave heating method, an external heating method, a hot air blowing method, or the like, and moisture corresponding to 97% or more of the total water content contained in the honeycomb formed body before drying is added to the honeycomb. Remove from the compact.
乾燥後のハニカム成形体に対して、必要に応じて適宜外形(外径、L寸)の加工を実施した後に、脱脂を行う。更に、こうした脱脂により得られたハニカム構造体の上に金属Siの塊を載せ、真空中又は減圧の不活性ガス中で、焼成をする。この焼成中に、ハニカム構造体の上に載せた金属Siの塊を融解させ、外周壁7や隔壁4に金属Siを含浸させる。例えば、外周壁7や隔壁4の熱伝導率を100W/m・Kにする場合には、ハニカム構造体100質量部に対して70質量部の金属Siの塊を使用する。また、外周壁7や隔壁4の熱伝導率を150W/m・Kにする場合には、ハニカム構造体100質量部に対して80質量部の金属Siの塊を使用する。以上のようにして、本実施形態の熱伝導部材の製造方法に使用するハニカム構造体1(筒状セラミックス体11)を作製することができる。
The dried honeycomb formed body is appropriately degreased after appropriately processing the outer shape (outer diameter, L dimension) as necessary. Furthermore, a lump of metal Si is placed on the honeycomb structure obtained by such degreasing and fired in a vacuum or in an inert gas under reduced pressure. During this firing, the mass of metal Si placed on the honeycomb structure is melted, and the outer
(1−4)金属管:
金属管12としては、耐熱性、耐蝕性のあるものが好ましく、例えば、SUS管、銅管、真鍮管、チタン管、Ni合金管、アルミ合金管等を用いることができる。金属管12の内径は、筒状セラミックス体11と金属管12との接合部で想定される常温〜150℃までの温度域で、締まりばめの圧力が確実にかかる範囲のものであることが好ましい。
(1-4) Metal pipe:
The
金属管12の形状は、当該金属管12の端部が熱伝導部材製造用冶具31に、熱膨張の際に接触するような形状のものであればよい。従って、金属管12は、ストレート管であってもよいが、ストレート管以外の、軸方向に径の大きさが変化するように構成された管であってもよい。例えば、端部が拡管された金属管や、フレア加工により端部の直径が拡大された(別言すれば、端部が円錐状に広がった)金属管も、好ましい形態の一つである。
The shape of the
(1−5)中間材:
本実施形態の熱伝導部材の製造方法においては、金属管と筒状セラミックス体との間に中間材を挟んだ状態で焼きばめ工程を行ってもよい。中間材としては、グラファイトシート、金属シート、ゲルシート、弾塑性流体等が挙げられる。金属シートを構成する金属としては、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等が挙げられる。弾塑性流体とは、小さな力であれば、塑性変形せずに固体として振るまい(弾性率を有する)、大きな力を加えると自由に変形して流体のような変形をする材料であり、グリース等が例として挙げられる。中間材として、密着性や熱伝導性等を考慮すると、グラファイトシートを用いることが好ましい。以下、中間材として、グラファイトシートを例として説明する。
(1-5) Intermediate material:
In the manufacturing method of the heat conductive member of this embodiment, you may perform a shrink fitting process in the state which pinched | interposed the intermediate material between the metal tube and the cylindrical ceramic body. Examples of the intermediate material include a graphite sheet, a metal sheet, a gel sheet, and an elastoplastic fluid. Examples of the metal constituting the metal sheet include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al). An elasto-plastic fluid is a material that, if it is a small force, behaves as a solid without plastic deformation (has an elastic modulus), and deforms freely like a fluid when a large force is applied. Etc. are mentioned as examples. As an intermediate material, it is preferable to use a graphite sheet in consideration of adhesion and thermal conductivity. Hereinafter, a graphite sheet will be described as an example of the intermediate material.
金属管と筒状セラミックス体との間にグラファイトシートからなる中間材を挟んで焼きばめ工程を行うことにより、筒状セラミックス体と金属管との間に、グラファイトシートからなる中間材が挟み込まれた熱伝導部材を得ることができる。このような熱伝導部材においては、金属管と筒状セラミックス体との接合部の使用時の常温〜150℃の環境において、グラファイトシートに圧がかかり、熱を伝達することができる。 An intermediate material made of graphite sheet is sandwiched between the tubular ceramic body and the metal tube by performing the shrink fitting process by sandwiching the intermediate material made of graphite sheet between the metal tube and the tubular ceramic body. A heat conductive member can be obtained. In such a heat conducting member, pressure is applied to the graphite sheet and heat can be transferred in an environment of room temperature to 150 ° C. when the joint between the metal tube and the cylindrical ceramic body is used.
本明細書におけるグラファイトシートとは、膨張黒鉛を主成分とするグラファイトを圧延しシート状に加工したものや、高分子フィルムを熱分解して得られるシート状のものであり、黒鉛シート、カーボンシートと称されるものも含む。グラファイトシートは、厚み方向のヤング率が1GPa以下、厚み方向の熱伝導率が1W/m・K以上であることが好ましい。厚み方向の熱伝導率について、より好ましくは、3〜10W/m・Kである。また、面内方向の熱伝導率は、5〜1600W/m・Kが好ましく、100〜400W/m・Kがより好ましい。 The graphite sheet in the present specification is a sheet obtained by rolling a graphite mainly composed of expanded graphite into a sheet, or a sheet obtained by pyrolyzing a polymer film. Including what is called. The graphite sheet preferably has a Young's modulus in the thickness direction of 1 GPa or less and a thermal conductivity in the thickness direction of 1 W / m · K or more. The thermal conductivity in the thickness direction is more preferably 3 to 10 W / m · K. In addition, the thermal conductivity in the in-plane direction is preferably 5 to 1600 W / m · K, and more preferably 100 to 400 W / m · K.
また、グラファイトシートのヤング率は、1MPa以上、1GPa以下であることが好ましい。より好ましくは、5MPa以上、500MPa以下、更に好ましくは、10MPa以上、200MPa以下である。ヤング率が1MPa以上であればグラファイトの密度が十分であり熱伝導性が良い。一方、500MPa以下である場合、薄いグラファイトシートでも焼きばめ時に十分弾性変形し、密着性や金属管12の応力緩和効果が得られる。
The Young's modulus of the graphite sheet is preferably 1 MPa or more and 1 GPa or less. More preferably, it is 5 MPa or more and 500 MPa or less, More preferably, it is 10 MPa or more and 200 MPa or less. If the Young's modulus is 1 MPa or more, the density of graphite is sufficient and the thermal conductivity is good. On the other hand, when the pressure is 500 MPa or less, even a thin graphite sheet is sufficiently elastically deformed at the time of shrink fitting, and adhesion and stress relaxation effect of the
グラファイトシートの厚みは、25μm以上、1mm以下であることが好ましく、25μm以上、500μm以下であることがより好ましく、50μm以上、250μm以下であることが更に好ましい。グラファイトシートは、薄くなるほど高価になる。また厚くなると、熱抵抗を生じる。この範囲のグラファイトシートを使用することにより、熱伝導性が良好となり、効率的に筒状セラミックス体内の熱を金属管の外側に排出できる。 The thickness of the graphite sheet is preferably 25 μm or more and 1 mm or less, more preferably 25 μm or more and 500 μm or less, and further preferably 50 μm or more and 250 μm or less. Graphite sheets become more expensive as they become thinner. Moreover, when it becomes thick, heat resistance will be produced. By using the graphite sheet in this range, the thermal conductivity is improved, and the heat in the cylindrical ceramic body can be efficiently discharged to the outside of the metal tube.
このようなグラファイトシートを中間材として用いる場合には、金属管に挿入する前の筒状セラミックス体の外周壁の外周面に、グラファイトシートを巻き付けることが好ましい。このとき、接着剤を用いて、グラファイトシートを、筒状セラミックス体の外周壁の外周面に貼り付けてもよい。接着剤を用いることにより、一様にグラファイトシートを貼り付けることができる。接着剤は、十分に薄く良伝熱性であることが望ましい。 When such a graphite sheet is used as an intermediate material, it is preferable to wrap the graphite sheet around the outer peripheral surface of the outer peripheral wall of the cylindrical ceramic body before being inserted into the metal tube. At this time, you may affix a graphite sheet to the outer peripheral surface of the outer peripheral wall of a cylindrical ceramic body using an adhesive agent. By using an adhesive, a graphite sheet can be uniformly attached. It is desirable that the adhesive is sufficiently thin and has good heat conductivity.
(2)熱伝導部材製造装置:
次に、本発明の熱伝導部材製造装置の一の実施形態について説明する。本実施形態の熱伝導部材製造装置は、これまでに説明した本実施形態の熱伝導部材の製造方法に用いられる熱伝導部材製造装置である。図16は、本発明の熱伝導部材製造装置の一の実施形態を示す模式図である。
(2) Heat conduction member manufacturing apparatus:
Next, an embodiment of the heat conductive member manufacturing apparatus of the present invention will be described. The heat conductive member manufacturing apparatus of this embodiment is a heat conductive member manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the heat conductive member of this embodiment demonstrated so far. FIG. 16 is a schematic view showing an embodiment of the heat conducting member manufacturing apparatus of the present invention.
図16に示すように、本実施形態の熱伝導部材製造装置100は、筒状の金属管12を位置決めする第一ガイド部32と、筒状セラミックス体11の姿勢を整える第二ガイド部33とを備えたものである。第一ガイド部32は、熱膨張により径方向に広がった金属管12の一方の開口端面を位置決めするものである。即ち、第一ガイド部32は、熱膨張によって径方向に広がった金属管12と接触することで、それ以上の熱膨張を抑制し、金属管12を位置決めする。
As shown in FIG. 16, the heat conducting
本実施形態の熱伝導部材製造装置100は、第一ガイド部32によって位置決めされた金属管12の一方の開口端面から、第二ガイド部33によって姿勢を整えられた筒状セラミックス体11が挿入されるように構成されている。筒状セラミックス体11は、金属管12の上方において、把持部38によって把持され、金属管12の位置決めが終了した後、把持部38による把持が解除されて、金属管12に向けて落下するように構成されていることが好ましい。把持が解除された筒状セラミックス体11は、一対の支持ローラー43間を通過し、第二ガイド部33に到達する。第二ガイド部33に到達した筒状セラミックス体11は、第二ガイド部33によって姿勢を整えられ、第一ガイド部32によって位置決めされた金属管12内に挿入される。なお、金属管12及び筒状セラミックス体11は、熱伝導部材を製造するための部材であり、本実施形態の熱伝導部材製造装置100の構成要素ではない。
In the heat conducting
第一ガイド部と第二ガイド部とは、それぞれ独立したものであってもよいし、第一ガイド部と第二ガイド部とが一体になったものであってもよい。なお、第一ガイド部と第二ガイド部とがそれぞれ独立したものの場合には、第一ガイド部と第二ガイド部とが、筒状セラミックス体11の挿入方向に対して、同軸上に配置されている。本実施形態の熱伝導部材製造装置100における第一ガイド部32及び第二ガイド部33は、本実施形態の熱伝導部材の製造方法にて説明した第一ガイド部及び第二ガイド部と同様に構成されたものを好適に用いることができる。例えば、図6に示す熱伝導部材製造用冶具31や、図11に示す熱伝導部材製造用冶具31Bを、熱伝導部材製造装置100における第一ガイド部32及び第二ガイド部33として用いることができる。
The first guide part and the second guide part may be independent from each other, or the first guide part and the second guide part may be integrated. When the first guide part and the second guide part are independent from each other, the first guide part and the second guide part are arranged coaxially with respect to the insertion direction of the cylindrical
また、第二ガイド部は、第二ガイド部内を筒状セラミックス体が通過することにより、位置決めされた金属管の一方の開口端面に対して、筒状セラミックス体の径方向の位置が適正な位置となるようにガイドするものであることが好ましい。また、第二ガイド部は、第一ガイド部に向かって、第二ガイド部の内径が縮小する第二テーパ部を有するものであることが好ましい。この際、第二ガイド部の第二テーパ部の最小内径が、熱膨張して第一ガイド部によって位置決めされた金属管の内径と一致することが更に好ましい。また、第二ガイド部の第二テーパ部の最小内径が、熱膨張して第一ガイド部によって位置決めされた金属管の内径よりも小さくなるように構成されてなるものも、更に好ましい態様の1つである。 In addition, the second guide portion has an appropriate position in the radial direction of the cylindrical ceramic body with respect to one opening end surface of the positioned metal tube when the cylindrical ceramic body passes through the second guide portion. It is preferable to guide so that Moreover, it is preferable that a 2nd guide part has a 2nd taper part which the internal diameter of a 2nd guide part reduces toward a 1st guide part. At this time, it is more preferable that the minimum inner diameter of the second tapered portion of the second guide portion matches the inner diameter of the metal tube positioned by the first guide portion by thermal expansion. Further, a configuration in which the minimum inner diameter of the second taper portion of the second guide portion is configured to be smaller than the inner diameter of the metal tube positioned by the first guide portion by thermal expansion is also a more preferable aspect. One.
本実施形態の熱伝導部材製造装置100は、金属管12の底面側を支持する受け冶具40を更に備えている。この受け冶具40は、第一ガイド部32に向けて上下動可能に構成されおり、金属管12を第一ガイド部32内まで移動させることができる。金属管12を第一ガイド部32内まで移動させる際には、加熱前の状態において、金属管12と第一ガイド部32とが接触しないように移動させることが好ましい。即ち、加熱前の状態において、金属管12と第一ガイド部32とは接触せず、加熱時における熱膨張によって、金属管12と第一ガイド部32とが接触して位置合せが行われることが好ましい。本実施形態の熱伝導部材製造装置100は、第一ガイド部32の内周面の少なくとも一部に、金属管12が熱膨張することにより接触し、金属管12の一方の開口端面が位置決めされる。
The heat conducting
また、本実施形態の熱伝導部材製造装置100は、金属管12の周囲を取り囲むように、炉体壁42が配置されている。この炉体壁42は、例えば、石英ガラスによって形成されたものを挙げることができる。更に、本実施形態の熱伝導部材製造装置100は、金属管12を加熱するための加熱機41を更に備えていてもよい。この加熱機41としては、誘導加熱機を挙げることができる。加熱機41は、金属管12の温度を、1000℃以上まで昇温可能なものであることが好ましい。
Further, in the heat conducting
また、本実施形態の熱伝導部材製造装置100は、筒状セラミックス体の鉛直上方を向く端面に配置するための重り39を更に備えていてもよい。この重り39が、筒状セラミックス体の鉛直上方を向く端面に配置され、この重り39とともに、筒状セラミックス体11が金属管12に向けて投下される。これにより、重り39の重力が加算された状態で、筒状セラミックス体11が投下されるため、金属管12内への挿入がより支障なく円滑に行われることとなる。重り39には、ワイヤー(図示せず)を接続し、筒状セラミックス体11が金属管12内に挿入された後、このワイヤーを用いて重り39を上方に引き上げることが可能に構成されていることが好ましい。
Moreover, the heat conductive
(3)熱伝導部材製造用冶具:
次に、本発明の熱伝導部材製造用冶具の一の実施形態について説明する。本実施形態の熱伝導部材製造用冶具は、これまでに説明した熱伝導部材の製造方法に好適に用いることが可能な熱伝導部材製造用冶具である。即ち、本実施形態の熱伝導部材製造用冶具は、図6に示すような、筒状の金属管の一方の開口端面側の端部を位置決めするための第一ガイド部32を備えた熱伝導部材製造用冶具31を挙げることができる。この熱伝導部材製造用冶具31においては、第一ガイド部32が、熱膨張により径方向に広がった金属管の一方の開口端面を位置決めするように構成されている。本実施形態の熱伝導部材製造用冶具31においては、第一ガイド部32の内周面の少なくとも一部に、金属管が熱膨張することにより接触し、この金属管の一方の開口端面が位置決めされる。また、本実施形態の熱伝導部材製造用冶具31は、筒状セラミックス体の姿勢を整える第二ガイド部33を更に備えたものであってもよい。なお、本実施形態の熱伝導部材製造用冶具31は、本実施形態の熱伝導部材の製造方法において説明した熱伝導部材製造用冶具と同様に構成されたものであることが好ましい。
(3) Heat conduction member manufacturing jig:
Next, one embodiment of the jig for producing a heat conductive member of the present invention will be described. The jig for manufacturing a heat conduction member of the present embodiment is a jig for manufacturing a heat conduction member that can be suitably used in the methods for manufacturing a heat conduction member described so far. That is, the jig for manufacturing a heat conduction member according to the present embodiment includes a
また、本発明の熱伝導部材製造用冶具の他の実施形態として、図11に示すような、筒状の金属管の一方の開口端面側の端部を位置決めするための第一ガイド部32Bを備えた熱伝導部材製造用冶具31Bを挙げることができる。この熱伝導部材製造用冶具31Bは、筒状セラミックス体の姿勢を整える第二ガイド部33Bを更に備えたものであってもよい。 Moreover, as another embodiment of the jig for manufacturing a heat conducting member of the present invention, a first guide portion 32B for positioning an end portion on one opening end face side of a cylindrical metal tube as shown in FIG. The heat conduction member manufacturing jig 31B provided may be mentioned. This heat conduction member manufacturing jig 31B may further include a second guide portion 33B for adjusting the posture of the cylindrical ceramic body.
(4)熱交換器:
次に、本発明の熱伝導部材の製造方法によって製造された熱伝導部材を用いた熱交換器について説明する。図17は、本発明の熱伝導部材の製造方法の一の実施形態によって製造された熱伝導部材を用いた熱交換器を模式的に示す斜視図である。図17に示すように、熱交換器30は、熱伝導部材10と、熱伝導部材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。熱伝導部材10は、これまでに説明したように、筒状セラミックス体11としてのハニカム構造体1と、金属管12とを備えたものである。筒状セラミックス体11としてのハニカム構造体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、第二の流体よりも高温の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、熱伝導部材10の金属管12の外周面12h上を流通する。
(4) Heat exchanger:
Next, the heat exchanger using the heat conductive member manufactured by the manufacturing method of the heat conductive member of this invention is demonstrated. FIG. 17 is a perspective view schematically showing a heat exchanger using the heat conducting member produced by one embodiment of the method for producing a heat conducting member of the present invention. As shown in FIG. 17, the
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る。この第二流体流通部6と、第一流体流通部5とは、ハニカム構造体1の隔壁4及び金属管12によって隔たれており、且つ、隔壁4及び金属管12によって熱伝導可能とされている。即ち、熱交換器30は、第一流体流通部5を流通する第一の流体の熱を、隔壁4及び金属管12を介して受け取り、第二の流体である被加熱体へ熱を伝達するものである。第一の流体と第二の流体とは、液密及び気密的に分離されており、これらの流体は混じり合わないように構成されている。
That is, the second
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、流体が隔壁4により別のセル3に流れ込むことができず、この流体がハニカム構造体1の入口から出口へと直線的に進む。また、本実施形態の熱交換器30内のハニカム構造体1は、セル3の開口端部が目封止されていないことが好ましい。このように構成することによって、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。従って、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。更に、ハニカム構造体1に目封止部の形成やスリットの形成等の加工を施すことが不要なため、熱交換器30の製造コストを低減することができる。
The first
熱交換器30は、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。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、本実施形態の熱交換器30は、気体/液体熱交換器として適用することができる。
It is preferable that the
以上のような構成の熱交換器30に流通させる第一の流体である加熱体としては、熱を有する媒体であれば、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、加熱体から熱を奪う(熱交換する)第二の流体である被加熱体は、加熱体よりも低い温度であれば、媒体としては、気体、液体等、特に限定されない。
The heating body, which is the first fluid to be circulated through the
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。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1;製造例A)
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、所定の外形寸法に加工後、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46.7mm、長さ100mmの円柱状(筒状)のハニカム構造体を製造した。すなわち、筒状セラミックス体として、ハニカム構造体を用いた。ハニカム構造体のセル密度は23.3セル/cm2、隔壁の厚さ(壁厚)は0.3mm、ハニカム構造体の熱伝導率は150W/m・K、室温〜800℃間の熱膨張係数は4.2×10−6/℃であった。なお、本明細書において、室温とは、20℃のことを意味する。
(Example 1; Production Example A)
After extruding a clay containing ceramic powder into a desired shape, drying, processing to a predetermined external dimension, and then impregnating and firing Si, the material is silicon carbide, the body size is 46.7mm outer diameter, 100mm length A cylindrical (tubular) honeycomb structure was manufactured. That is, a honeycomb structure was used as the cylindrical ceramic body. The cell density of the honeycomb structure is 23.3 cells / cm 2 , the partition wall thickness (wall thickness) is 0.3 mm, the thermal conductivity of the honeycomb structure is 150 W / m · K, and the thermal expansion between room temperature and 800 ° C. The coefficient was 4.2 × 10 −6 / ° C. In this specification, room temperature means 20 ° C.
次に、ハニカム構造体の外周面に、アクリル系粘着材付きグラファイトシート(加賀テック社製、商品名:HT−710A)を貼り付けた。グラファイトシートとしては、厚みが0.25mmで、熱伝導率が厚み方向で6W/m・Kで、ヤング率がおよそ0.1GPaのものを用いた。実施例1では、粘着材付きグラファイトシートを用いたが、別途伝熱性接着剤を用いて、グラファイトシートを接着してもよい。 Next, a graphite sheet with an acrylic adhesive (trade name: HT-710A, manufactured by Kaga Tech Co., Ltd.) was attached to the outer peripheral surface of the honeycomb structure. A graphite sheet having a thickness of 0.25 mm, a thermal conductivity of 6 W / m · K in the thickness direction, and a Young's modulus of about 0.1 GPa was used. In Example 1, although the graphite sheet with an adhesive material was used, you may adhere | attach a graphite sheet using a heat conductive adhesive separately.
金属管として、肉厚0.4mm、内径47.0mm、長さ120mmのSUS管(SUS304:室温(20℃)〜1050℃間の熱膨張係数19.4×10−6/℃)を作製した。この金属管の円筒度は、0.3であった。この金属管と、上記ハニカム構造体との焼きばめしろΔは、0.2mmである。円筒度は、3次元測定器にて測定した。 As a metal tube, a SUS tube (SUS304: thermal expansion coefficient between room temperature (20 ° C.) and 1050 ° C. of 19.4 × 10 −6 / ° C.) having a wall thickness of 0.4 mm, an inner diameter of 47.0 mm, and a length of 120 mm was produced. . The cylindricity of this metal tube was 0.3. The shrinkage fit Δ between this metal tube and the honeycomb structure is 0.2 mm. The cylindricity was measured with a three-dimensional measuring device.
次に、図5に示すような方法によって、金属管12とハニカム構造体1(筒状セラミックス体11)とを焼きばめして、熱伝導部材を製造した。この際、第一ガイド部32及び第二ガイド部33を備えた熱伝導部材製造用冶具31を用いた。熱伝導部材製造用冶具31は、図6に示すように、中空円筒構造の冶具であり、その底面31y側に、第一ガイド部32を有し、熱伝導部材製造用冶具31の上面31x側に、第二ガイド部33を有する。熱伝導部材製造用冶具31は、上面31x側の内径が、上面31xから第一ガイド部32に向かって縮小するテーパ状に形成された第二ガイド部33を有するものである。また、第一ガイド部32と第二ガイド部33との間には連結路が形成されており、第二ガイド部33によって姿勢が整えられたハニカム構造体1が、この連結路を通過して、第一ガイド部32によって位置決めされた金属管12内に挿入されるように構成されている。熱伝導部材製造用冶具は、室温(20℃)の熱伝導率が30W/(m・K)、300℃の熱伝導率が10W/(m・K)、室温(20℃)〜300℃間の熱膨張係数が、7.2×10−6/℃のアルミナからなるものを用いた。
Next, the
具体的には、まず、25℃(常温)の金属管12を、受け冶具40上に配置し、この受け冶具40を上昇させて、金属管12を第一ガイド部32内まで移動させた。第一ガイド部32内に、金属管12が軸方向に0.1mm以上挿入された時点で、受け冶具40の移動を停止した。次に、金属管12を、誘導加熱機で約1000〜1100℃まで昇温させた。金属管12は、この昇温により熱膨張するが、金属管12の一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりは、第一ガイド部32の内周面によって、その広がりの一部が拘束される。金属管12の外周面全域が、第一ガイド部32の内周面に当接するまで熱膨張した後、金属管12の上方から、ハニカム構造体1を、その一方の端面を下向きにして投下した。ハニカム構造体1は、テーパ状の第二ガイド部33を通過する過程で、その姿勢が整えられ、上記投下により、金属管12とハニカム構造体1とを接触させることなく、ハニカム構造体1を金属管12内に挿入した。金属管12内に、ハニカム構造体1の軸方向全域が挿入された状態で、金属管12及びハニカム構造体1を70℃以下まで冷却し、金属管12とハニカム構造体1とを焼きばめした。表1に、「金属管の円筒度」、「焼きばめしろΔ」を示す。
Specifically, first, the
また、熱伝導部材を製造時における焼きばめについて、以下の評価基準で、評価を行った。評価結果を、表1の「焼きばめ結果」の欄に示す。評価基準は、焼きばめ時において、ハニカム構造体1が金属管12内への挿入が可能となり、冷却によって金属管12内の所定の位置にハニカム構造体1が焼きばめられた場合を「良好」とする。また、ハニカム構造体1が金属管12内に挿入不可能だった場合、又は金属管12内への挿入後、所定の位置まで落下せず金属管12の軸方向の途中でハニカム構造体1が止まってしまった場合を「不良」とする。
Moreover, it evaluated by the following evaluation criteria about the shrink fit at the time of manufacture of a heat conductive member. The evaluation results are shown in the “shrink fit result” column of Table 1. The evaluation criterion is that the
(実施例1;製造例B〜H)
金属管の円筒度、及び焼きばめしろΔを、表1に示すように変更した以外は、実施例1の製造例Aと同様の方法で、熱伝導部材を製造した。焼きばめしろの変更は、ハニカム構造体の外形加工の寸法を調整することによって行った。熱伝導部材を製造時における焼きばめについて、実施例1の製造例Aと同様の評価基準で、評価を行った。評価結果を、表1の「焼きばめ結果」の欄に示す。円筒度は、幾何学的円筒からのずれの大きさを示し、円筒度が小さいほど、円筒度が良いといえる。
(Example 1; Production Examples B to H)
A heat conducting member was produced in the same manner as in Production Example A of Example 1 except that the cylindricity of the metal tube and the shrinkage fit Δ were changed as shown in Table 1. The shrinkage fit was changed by adjusting the dimensions of the outer shape processing of the honeycomb structure. About the shrink fitting at the time of manufacture of a heat conductive member, it evaluated on the same evaluation criteria as the manufacture example A of Example 1. FIG. The evaluation results are shown in the “shrink fit result” column of Table 1. The cylindricity indicates the magnitude of deviation from the geometric cylinder, and the smaller the cylindricity, the better the cylindricity.
(比較例1;製造例I〜M)
まず、比較例1の製造例I〜Mにおいては、まず、実施例1の製造例Aと同様の方法で、ハニカム構造体及び金属管を作製した。比較例1の製造例I〜Mにおいては、この金属管とハニカム構造体とを焼きばめして、熱伝導部材を製造する際に、図6に示すような熱伝導部材製造用冶具31を用いずに焼きばめを行った。具体的には、まず、金属管の周囲を全く拘束しない状態で、誘導加熱機で約1000〜1100℃まで昇温させ、金属管を熱膨張させた。次に、金属管の上方から、ハニカム構造体を、その一方の端面を下向きにして挿入した。熱伝導部材を製造時における焼きばめについて、実施例1の製造例Aと同様の評価基準で、評価を行った。比較例1の製造例I〜Mについての評価結果を、表1の「焼きばめ結果」の欄に示す。
(Comparative Example 1; Production Examples I to M)
First, in Production Examples I to M of Comparative Example 1, first, a honeycomb structure and a metal tube were produced by the same method as Production Example A of Example 1. In Production Examples I to M of Comparative Example 1, when the metal pipe and the honeycomb structure are shrink-fitted to produce a heat conduction member, a heat conduction
(結果1)
実施例1の製造例A〜Hにおいては、金属管の端面と、ハニカム構造体(筒状セラミックス体)との接触を有効に防止することができ、良好に焼きばめを行うことができた。また、円筒度が良好でない金属管を用いた場合であっても、熱膨張時において、金属管の円筒度を改善することができ、ハニカム構造体を簡便に挿入することができた。また、第二ガイド部を通過することによって、ハニカム構造体の位置合せが行われるため、位置決めされた金属管に対して、投入するハニカム構造体の高精度な位置合せが必要なく、極めて簡便にハニカム構造体を挿入することができた。特に、焼きばめしろΔが大きい場合でも、金属管とハニカム構造体との接触を抑制することができた。
(Result 1)
In Production Examples A to H of Example 1, contact between the end face of the metal tube and the honeycomb structure (tubular ceramic body) could be effectively prevented, and good shrinkage could be performed. . Further, even when a metal tube with poor cylindricity was used, the cylindricity of the metal tube could be improved during thermal expansion, and the honeycomb structure could be easily inserted. In addition, since the honeycomb structure is aligned by passing through the second guide portion, it is not necessary to highly accurately align the honeycomb structure to be input with respect to the positioned metal pipe, and it is extremely simple. A honeycomb structure could be inserted. In particular, contact between the metal tube and the honeycomb structure could be suppressed even when the shrinkage fit Δ was large.
一方、比較例1の製造例Iでは、焼きばめが可能であったが、その他の製造例J〜Mでは、金属管の入り口でハニカム構造体が止まってしまい挿入することができず、焼きばめ結果が不良となってしまった。このように、従来の製造方法である比較例1では、例えば、円筒度が0.3の金属管を用いた場合、焼きばめしろΔは0〜0.3である。即ち、比較例1の製造方法では、製造例I〜Kの結果からも分かるように、焼きばめしろΔは、0.3が限界である。なお、比較例1の製造方法においては、焼きばめしろΔが0.3の場合であっても、焼きばめ工程の僅かな条件の違いにより、焼きばめ結果が不良になってしまうことも考えられる。また、比較例1の製造方法では、円筒度が0.6の金属管を用いた場合には、焼きばめしろΔが0.1であっても、焼きばめ結果は不良であった。 On the other hand, in Production Example I of Comparative Example 1, shrink fitting was possible, but in the other Production Examples J to M, the honeycomb structure stopped at the entrance of the metal tube and could not be inserted. The fit result was bad. Thus, in Comparative Example 1 which is a conventional manufacturing method, for example, when a metal tube having a cylindricity of 0.3 is used, the shrinkage fit Δ is 0 to 0.3. In other words, in the manufacturing method of Comparative Example 1, as can be seen from the results of Manufacturing Examples I to K, 0.3 is the limit for the shrink fit. In addition, in the manufacturing method of Comparative Example 1, even if the shrink fit Δ is 0.3, the shrink fit result becomes poor due to a slight difference in the shrink fit process. Is also possible. In the manufacturing method of Comparative Example 1, when a metal tube having a cylindricity of 0.6 was used, the shrink fit result was poor even if the shrink fit margin Δ was 0.1.
これに対し、実施例1の製造方法では、製造例A〜Eの結果からも分かるように、円筒度が0.3の金属管を用いた場合、焼きばめしろΔは、0〜0.45まで可能となる。また、円筒度が0.6の金属管を用いた場合にも、焼きばめしろΔは、0〜0.45まで可能となる。なお、本実施例では、焼きばめしろΔの最大値が0.45までの検証であったが、焼きばめしろΔが0.45の製造例D及びHにおいて、非常に円滑に金属管内にハニカム構造体を挿入することができたため、焼きばめしろΔが0.45以上の場合においても、良好な焼きばめ結果が得られることが予想される。このように、実施例1の製造方法においては、焼きばめしろΔが大きい場合でも、金属管とハニカム構造体との接触を抑制することができるとともに、焼きばめ結果が、金属管の円筒度の良し悪しに影響され難いことが分かる。このため、実施例1の製造方法によれば、例えば、比較的に安価な真円度が悪い金属管を使用しても、比較的に高価な真円度が良い金属管を使用した場合と同等の熱伝導部材を製造することができる。また、金属管の材質における制約によって高温加熱が難しい場合であっても、低温で良好な焼きばめしろΔでの製造が可能となる。 On the other hand, in the manufacturing method of Example 1, as can be seen from the results of Manufacturing Examples A to E, when a metal tube having a cylindricity of 0.3 is used, the shrink fit Δ is 0 to 0.0. Up to 45 is possible. Further, even when a metal tube having a cylindricity of 0.6 is used, the shrinkage fit Δ can be 0 to 0.45. In this example, the maximum value of the shrinkage fit Δ was verified to 0.45. However, in Production Examples D and H where the shrinkage fit Δ was 0.45, the inside of the metal tube was very smoothly performed. Since the honeycomb structure could be inserted into this, it is expected that a good shrinkage fit result can be obtained even when the shrinkage fit Δ is 0.45 or more. Thus, in the manufacturing method of Example 1, even when the shrinkage fit Δ is large, the contact between the metal tube and the honeycomb structure can be suppressed, and the shrinkage fit results in the cylinder of the metal tube. It turns out that it is hard to be influenced by good or bad. For this reason, according to the manufacturing method of Example 1, for example, even when a relatively inexpensive metal tube with poor roundness is used, a relatively expensive metal tube with good roundness is used. An equivalent heat conducting member can be manufactured. Further, even when high-temperature heating is difficult due to restrictions on the material of the metal tube, it is possible to manufacture at a low temperature with a good shrink fit Δ.
(参考例2;製造例N)
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、所望の外形寸法に加工後、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55.3mm、長さ12mmの円柱状(筒状)のハニカム構造体を製造した。すなわち、筒状セラミックス体として、ハニカム構造体を用いた。ハニカム構造体のセル密度は7.8セル/cm2、隔壁の厚さ(壁厚)は0.5mm、ハニカム構造体の熱伝導率は150W/m・K、室温(20℃)〜800℃間の熱膨張係数は4.2×10−6/℃であった。
( Reference Example 2: Production Example N)
After extruding the clay containing ceramic powder into a desired shape, drying, processing to the desired outer dimensions, and then impregnating and firing Si, the material is silicon carbide, the body size is 55.3mm outer diameter, 12mm length A cylindrical (tubular) honeycomb structure was manufactured. That is, a honeycomb structure was used as the cylindrical ceramic body. The cell density of the honeycomb structure is 7.8 cells / cm 2 , the partition wall thickness (wall thickness) is 0.5 mm, the thermal conductivity of the honeycomb structure is 150 W / m · K, and room temperature (20 ° C.) to 800 ° C. The thermal expansion coefficient between them was 4.2 × 10 −6 / ° C.
金属管として、肉厚1.0mm、内径55.0mm、長さ40mmのSUS管(フォライト系SUS430J1L:室温(20℃)〜1050℃間の熱膨張係数13.2×10−6/℃)を作製した。この金属管の円筒度は、0.3であった。この金属管と、上記ハニカム構造体との焼きばめしろΔは、0.3mmである。円筒度は、3次元測定器にて測定した。 As a metal tube, a SUS tube having a wall thickness of 1.0 mm, an inner diameter of 55.0 mm, and a length of 40 mm (folite SUS430J1L: coefficient of thermal expansion between room temperature (20 ° C.) and 1050 ° C. 13.2 × 10 −6 / ° C.) Produced. The cylindricity of this metal tube was 0.3. The shrinkage fit Δ between this metal tube and the honeycomb structure is 0.3 mm. The cylindricity was measured with a three-dimensional measuring device.
次に、図15に示すような方法によって、金属管62と筒状セラミックス体61(ハニカム構造体1)とを焼きばめして、熱伝導部材を製造した。この際、第一ガイド部32及び第二ガイド部33を備えた熱伝導部材製造用冶具31を用いた。熱伝導部材製造用冶具31は、図6に示すように、中空円筒構造の冶具であり、その底面31y側に、第一ガイド部32を有し、熱伝導部材製造用冶具31の上面31x側に、第二ガイド部33を有する。熱伝導部材製造用冶具は、超硬合金(金属基複合材料)からなるものを用いた。熱伝導部材製造用冶具の、室温(20℃)における熱伝導率は、38W/m・Kであり、熱伝導部材製造用冶具の、室温(20℃)〜300℃間の熱膨張係数は、6.4×10−6/℃であった。
Next, the metal pipe 62 and the cylindrical ceramic body 61 (honeycomb structure 1) were shrink-fitted by a method as shown in FIG. 15 to manufacture a heat conduction member. At this time, the heat conducting
また、参考例2の製造例Nでは、筒状セラミックス61を、シャフト50の先端に配設された固定冶具51によって固定して、当該シャフト50を一定の速度で降下させることによって、筒状セラミックス61を金属管62内に挿入した。具体的には、まず、25℃(常温)の金属管62を、受け冶具40上に配置し、この受け冶具40を上昇させて、金属管62を第一ガイド部32内まで移動させた。第一ガイド部32内に、金属管62が軸方向に0.1mm以上挿入された時点で、受け冶具40の移動を停止した。次に、金属管62を、誘導加熱機で約1000〜1100℃まで昇温させた。金属管62は、この昇温により熱膨張するが、金属管62の一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりは、第一ガイド部32の内周面によって、その広がりの一部が拘束される。金属管62の上方には、上述したように、シャフト50の先端に配設された固定冶具51によって固定したハニカム構造体1を配置しておく。金属管62の外周面全域が、第一ガイド部32の内周面に当接するまで熱膨張した後、ハニカム構造体1が固定されているシャフト50を、一定の速度で降下させた。ハニカム構造体1は、テーパ状の第二ガイド部33を通過する過程で、その姿勢が整えられ、金属管62とハニカム構造体1とを接触させることなく、ハニカム構造体1を金属管62内に挿入した。金属管62内に、ハニカム構造体1の軸方向全域が挿入された状態で、金属管62及びハニカム構造体1を70℃以下まで冷却し、金属管62とハニカム構造体1とを焼きばめした。表1に、「金属管の円筒度」、「焼きばめしろΔ」を示す。
In Production Example N of Reference Example 2, the cylindrical ceramic 61 is fixed by a fixing jig 51 disposed at the tip of the
また、熱伝導部材を製造時における焼きばめについて、実施例1の製造例Aと同様の評価基準で、評価を行った。評価結果を、表1の「焼きばめ結果」の欄に示す。 Moreover, it evaluated by the evaluation criteria similar to the manufacture example A of Example 1 about the shrink fit at the time of manufacture of a heat conductive member. The evaluation results are shown in the “shrink fit result” column of Table 1.
(参考例2;製造例O及びP)
金属管の円筒度、及び焼きばめしろΔを、表1に示すように変更した以外は、参考例2の製造例Nと同様の方法で、熱伝導部材を製造した。熱伝導部材を製造時における焼きばめについて、参考例2の製造例Nと同様の評価基準で、評価を行った。評価結果を、表1の「焼きばめ結果」の欄に示す。円筒度は、幾何学的円筒からのずれの大きさを示し、円筒度が小さいほど、円筒度が良いといえる。
( Reference Example 2: Production Examples O and P)
A heat conducting member was produced in the same manner as in Production Example N of Reference Example 2 except that the cylindricity of the metal tube and the shrink fit Δ were changed as shown in Table 1. About the shrink fitting at the time of manufacture of a heat conductive member, it evaluated by the same evaluation criteria as the manufacture example N of the reference example 2. FIG. The evaluation results are shown in the “shrink fit result” column of Table 1. The cylindricity indicates the magnitude of deviation from the geometric cylinder, and the smaller the cylindricity, the better the cylindricity.
(比較例2;製造例Q及びR)
まず、比較例2の製造例Q及びRにおいては、まず、参考例2の製造例Nと同様の方法で、ハニカム構造体及び金属管を作製した。比較例2の製造例Q及びRにおいては、この金属管とハニカム構造体とを焼きばめして、熱伝導部材を製造する際に、図6に示すような熱伝導部材製造用冶具31を用いずに焼きばめを行った。具体的には、まず、金属管の周囲を全く拘束しない状態で、誘導加熱機で約1000〜1100℃まで昇温させ、金属管を熱膨張させた。また、金属管の上方には、シャフトの先端に配設された固定冶具によって固定したハニカム構造体を配置しておく。次に、金属管の上方から、ハニカム構造体が固定されているシャフトを、一定の速度で降下させて、ハニカム構造体を、その一方の端面を下向きにして挿入した。熱伝導部材を製造時における焼きばめについて、実施例1の製造例Aと同様の評価基準で、評価を行った。比較例2の製造例Q及びRについての評価結果を、表1の「焼きばめ結果」の欄に示す。
(Comparative Example 2; Production Examples Q and R)
First, in Production Examples Q and R of Comparative Example 2, first, a honeycomb structure and a metal tube were produced by the same method as in Production Example N of Reference Example 2. In the manufacture examples Q and R of the comparative example 2, when the metal pipe and the honeycomb structure are shrink-fitted to manufacture the heat conductive member, the heat conductive
(結果2)
参考例2の製造例N〜Pにおいては、金属管の端面と、ハニカム構造体(筒状セラミックス体)との接触を有効に防止することができ、良好に焼きばめを行うことができた。また、シャフトの先端に配設された固定冶具によってハニカム構造体を固定して、当該ハニカム構造体の水平を保ちながら(傾きを抑制しながら)、金属管内に挿入したため、金属管の入り口を通過した後も、ハニカム構造体が傾かず、極めて良好な焼きばめを実現することができた。一方で、比較例2の製造例Q及びRにおいては、金属管の入り口でハニカム構造体が止まってしまい挿入することができず、焼きばめ結果が不良となってしまった。比較例2においては、熱膨張係数が小さい素材のため、比較例2の製造例Rのように、焼きばめしろΔが0.11であっても、焼きばめ結果が不良となってしまった。
(Result 2)
In Production Examples N to P of Reference Example 2, contact between the end face of the metal tube and the honeycomb structure (tubular ceramic body) could be effectively prevented, and good shrinkage could be performed. . In addition, the honeycomb structure is fixed by a fixing jig disposed at the tip of the shaft, and the honeycomb structure is inserted into the metal tube while maintaining the level of the honeycomb structure (while suppressing the inclination), so that it passes through the entrance of the metal tube. Even after this, the honeycomb structure did not tilt, and a very good shrink fit could be realized. On the other hand, in Production Examples Q and R of Comparative Example 2, the honeycomb structure stopped at the entrance of the metal tube and could not be inserted, resulting in poor fit results. In Comparative Example 2, since the material has a small coefficient of thermal expansion, even if the shrink fit margin Δ is 0.11, the shrink fit result is poor as in Production Example R of Comparative Example 2. It was.
本発明の熱伝導部材の製造方法は、加熱体(高温側)と被加熱体(低温側)で熱交換するための熱伝導部材を製造する方法に利用することができる。本発明の熱伝導部材製造装置、及び熱伝導部材製造用冶具は、本発明の熱伝導部材の製造方法に利用することができる。 The manufacturing method of the heat conductive member of this invention can be utilized for the method of manufacturing the heat conductive member for heat exchange with a heating body (high temperature side) and a to-be-heated body (low temperature side). The heat conductive member manufacturing apparatus and the heat conductive member manufacturing jig of the present invention can be used in the method of manufacturing a heat conductive member of the present invention.
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、10,10B,10C:熱伝導部材、11,11B,61:筒状セラミックス体、12,12C,62:金属管、12a:(金属管の)端部、12h:(金属管の)外周面、20:中心軸、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、31,31B:熱伝導部材製造用冶具、31x:(熱伝導部材製造用冶具の)上面、31y:(熱伝導部材製造用冶具の)底面、32,32B:第一ガイド部、33,33B:第二ガイド部、34:第一テーパ部、35:第二テーパ部、38:把持部、39:重り、40:受け冶具、41:加熱機、42:炉体壁、43:支持ローラー、50:シャフト、51:固定冶具、100:熱伝導部材製造装置。
1: honeycomb structure, 2: end face (in axial direction), 3: cell, 4: partition, 5: first fluid circulation part, 6: second fluid circulation part, 7: outer peripheral wall, 7h: (tubular ceramics) Outer peripheral surface, 10, 10B, 10C: heat conducting member, 11, 11B, 61: cylindrical ceramic body, 12, 12C, 62: metal tube, 12a: end of (metal tube), 12h: (metal) 20) central axis, 21: casing, 22: inlet of (second fluid), 23: outlet of (second fluid), 24: inner surface of (casing), 30:
Claims (15)
熱膨張により径方向に広がった前記金属管の前記一方の開口端面を位置決めする第一ガイド部によって、前記金属管を位置決めし、且つ、前記筒状セラミックス体の姿勢を整える第二ガイド部によって、前記筒状セラミックス体の姿勢を整えて、位置決めされた前記金属管内に前記筒状セラミックス体を挿入する熱伝導部材の製造方法であって、
前記第一ガイド部は、セラミックス製であるとともに、熱膨張前の前記金属管の外径よりも、その内径が大きくなるように構成されたものであり、且つ、
前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが、前記筒状セラミックス体を挿入する際の軸方向に対して、同軸上に配置されており、
前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが一体となった熱伝導部材製造用冶具であり、
前記第一ガイド部内に、加熱前の状態の前記金属管の前記一方の開口端面側の端部が配置され、前記第一ガイド部の内周面の少なくとも一部に、前記金属管が熱膨張することにより接触するとともに、前記金属管の前記一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりが、前記第一ガイド部の内周面によって拘束されることにより、前記金属管の前記一方の開口端面が位置決めされる、熱伝導部材の製造方法。 Inserting a cylindrical ceramic body from one open end surface of the cylindrical metal tube, and comprising a shrink fitting process of shrink fitting the metal tube and the cylindrical ceramic body inserted into the metal tube,
By a first guide part that positions the one opening end surface of the metal pipe that has spread in the radial direction due to thermal expansion, the second guide part that positions the metal pipe and adjusts the posture of the cylindrical ceramic body, A method of manufacturing a heat conduction member, which adjusts the attitude of the cylindrical ceramic body and inserts the cylindrical ceramic body into the positioned metal tube,
The first guide part is made of ceramics and is configured such that its inner diameter is larger than the outer diameter of the metal tube before thermal expansion, and
The first guide part and the second guide part are arranged coaxially with respect to the axial direction when inserting the cylindrical ceramic body,
The first guide part and the second guide part are integrated with a heat conduction member manufacturing jig,
In the first guide portion, an end portion on the one opening end face side of the metal tube in a state before heating is disposed , and the metal tube is thermally expanded on at least a part of the inner peripheral surface of the first guide portion. And the expansion due to the thermal expansion of the end of the one side of the opening of the metal tube is constrained by the inner peripheral surface of the first guide portion, whereby the one of the one of the metal tubes The manufacturing method of the heat conductive member by which an opening end surface is positioned.
前記第一ガイド部が、熱膨張により径方向に広がった前記金属管の前記一方の開口端面を位置決めするものであり、
前記第一ガイド部によって位置決めされた前記金属管の前記一方の開口端面から、前記第二ガイド部によって姿勢を整えられた前記筒状セラミックス体が挿入され、前記金属管と、前記金属管内に挿入された前記筒状セラミックス体とが焼きばめされる熱伝導部材製造装置であって、
前記第一ガイド部は、セラミックス製であるとともに、熱膨張前の前記金属管の外径よりも、その内径が大きくなるように構成されたものであり、且つ、
前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが、前記筒状セラミックス体を挿入する際の軸方向に対して、同軸上に配置されており、
前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが一体となった熱伝導部材製造用冶具であり、
前記第一ガイド部内に、加熱前の状態の前記金属管の前記一方の開口端面側の端部が配置され、前記第一ガイド部の内周面の少なくとも一部に、前記金属管が熱膨張することにより接触するとともに、前記金属管の前記一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりが、前記第一ガイド部の内周面によって拘束されることにより、し、前記金属管の前記一方の開口端面が位置決めされる、熱伝導部材製造装置。 A first guide portion for positioning the metal tube by contacting with an end portion on one opening end face side of the cylindrical metal tube, and a second guide portion for adjusting the posture of the cylindrical ceramic body,
The first guide portion is for positioning the one open end surface of the metal tube that has spread in the radial direction due to thermal expansion;
The cylindrical ceramic body whose posture is adjusted by the second guide portion is inserted from the one opening end surface of the metal tube positioned by the first guide portion, and is inserted into the metal tube and the metal tube. A heat conductive member manufacturing apparatus in which the cylindrical ceramic body is shrink-fitted,
The first guide part is made of ceramics and is configured such that its inner diameter is larger than the outer diameter of the metal tube before thermal expansion, and
The first guide part and the second guide part are arranged coaxially with respect to the axial direction when inserting the cylindrical ceramic body,
The first guide part and the second guide part are integrated with a heat conduction member manufacturing jig,
In the first guide portion, an end portion on the one opening end face side of the metal tube in a state before heating is disposed , and the metal tube is thermally expanded on at least a part of the inner peripheral surface of the first guide portion. And the expansion due to thermal expansion of the end portion on the one opening end surface side of the metal tube is constrained by the inner peripheral surface of the first guide portion, and the metal tube The heat conductive member manufacturing apparatus in which one opening end face is positioned.
筒状の金属管の一方の開口端面側の端部を位置決めするための前記第一ガイド部、及び筒状セラミックス体の姿勢を整える前記第二ガイド部を備え、前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが、同軸上に配置されており、前記第一ガイド部が、熱膨張により径方向に広がった前記金属管の前記一方の開口端面を位置決めするものである熱伝導部材製造用冶具。 A thermally conductive member manufacturing jig for use in heat-conducting member manufacturing apparatus according to any one of claims 9-14,
The first guide portion for positioning one end of the cylindrical metal tube on the side of the opening end surface , and the second guide portion for adjusting the posture of the cylindrical ceramic body , the first guide portion and the first guide The two guide portions are arranged coaxially, and the first guide portion positions the one open end surface of the metal pipe that has spread in the radial direction due to thermal expansion. .
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