JP6523415B2 - METHOD OF MANUFACTURING HEAT CONDUCTING MEMBER, HEAT CONDUCTING MEMBER MANUFACTURING DEVICE, AND JIG FOR MANUFACTURING HEAT CONDUCTING MEMBER - Google Patents
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Description
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 of manufacturing a heat transfer member, a heat transfer member manufacturing apparatus, and a jig for manufacturing a heat transfer member. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a heat conducting member capable of easily and inexpensively producing a heat conducting member in which a cylindrical ceramic body is covered with a metal pipe, and a heat conducting member manufacturing apparatus. The present invention also relates to a method of manufacturing such a heat conducting member, and a jig for manufacturing a heat conducting member that can be suitably used for the heat conducting 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。 Heat can be used effectively by exchanging heat from the high temperature fluid to the low temperature fluid. For example, there is a heat recovery technology for recovering heat from high temperature gas such as combustion exhaust gas from an engine or the like. As gas / liquid heat exchangers, radiators of automobiles, finned tube heat exchangers such as outdoor units of air conditioning, etc. are 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 etc. In this case, acid (bromic acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid etc.), alkali (caustic alkali etc.) ), Halides, saline, and organic compounds may be targets for heat exchange. Specifically, the heat exchanger is used, for example, as a heat exchange part for hydrogen production (sulfuric acid evaporator), an automobile exhaust part, etc., and may be used at 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 to be the heat exchange body is structured to be stored in the metal container located on the outside, and even if the ceramic is broken inside, the fluid is not mixed with each other. (Patent Document 1). In the case of coating the cylindrical ceramic body with metal, high reliability and stable heat transfer characteristics are required. In addition, low cost is also required when used as automobile parts and the like.
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 coating a cylindrical ceramic body with metal, a shrink-fit method is known in which a metal tube is heated, and after inserting the cylindrical ceramic body, it is cooled (baked). For shrink fitting, it is necessary that the inner diameter of the metal tube ≦ the outer diameter of the cylindrical ceramic body. And "(DELTA) = outer diameter of cylindrical ceramic body-inner diameter of metal pipe" may be called a shrink-fit margin. This shrink-fit is one of the most contributing factors to the heat transfer characteristics and the reliability of the heat conducting member, and is the most careless parameter in manufacturing. The inner diameter of the metal tube is equal to or greater than the outer diameter of the cylindrical ceramic body at the time of 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 margin, there is an advantage that it is easier to obtain better and stable heat transfer characteristics if it is possible to secure as large as possible. However, the conventional method for manufacturing a heat conductive member has the following problems. First, there is the problem of the accuracy of the metal tube and the cylindrical ceramic body that constitute the heat conducting member. That is, when the accuracy of the metal pipe and the cylindrical ceramic body, such as the degree of cylindricality or roundness, is poor, the insertion of the cylindrical ceramic body into the metal pipe may be difficult. For example, in the case of performing shrink fitting at a certain temperature, if the metal pipe has poor cylindricity or roundness, the range of the shrink fitable shrink fit becomes narrow and a large shrink fit is obtained. Will be difficult. In addition, in the case of preparing a metal tube or cylindrical ceramic body excellent in cylindricality and roundness in advance, additional machining of the metal pipe is necessary, or the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic body is separately prepared. Since the grinding process is required, 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。 In addition, in the conventional method of manufacturing a heat conducting member, there is also a problem that when the cylindrical ceramic body is inserted into the heated metal pipe, the alignment between the metal pipe and the cylindrical ceramic body is difficult. That is, when inserting a cylindrical ceramic body into a heated metal pipe, alignment with high accuracy is required, and in the conventional manufacturing method, a complicated process is required for alignment. In addition, if the above-described alignment is not properly performed, the cylindrical ceramic body may come in contact with the end face of the metal tube when the cylindrical ceramic body is inserted. When the metal pipe and the cylindrical ceramic body come in contact with each other, the heat of the metal pipe is taken away by the cylindrical ceramic body, and the thermally expanded metal pipe 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 when the metal tube contracts due to the above-mentioned contact, the inner diameter of the metal tube becomes the same as that of the cylindrical ceramic body. It may be smaller than the outer diameter. In such a state, the cylindrical ceramic body can not be inserted 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 conducting member capable of easily and inexpensively producing a heat conducting member in which a cylindrical ceramic body is covered with a metal tube, and A heat conduction member manufacturing apparatus is provided. Furthermore, the present invention provides a method of manufacturing a heat conduction member of the present invention, and a jig for manufacturing a heat conduction member that can be suitably used for the heat conduction 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 the present invention, the following method of manufacturing a heat conducting member, a heat conducting member manufacturing apparatus, and a jig for producing a heat conducting member 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、前記第一ガイド部は、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、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、且つ、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し、前記第一ガイド部の内周面によって前記金属管の一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりを拘束させ、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 cylindrical ceramic body is inserted from one open end surface of the cylindrical metal pipe, and the metal pipe and the cylindrical ceramic body inserted into the metal pipe are shrink-fitted and provided with a shrinking step. The second guide portion positions the metal pipe and adjusts the posture of the cylindrical ceramic body by the first guide portion which positions the one open end face of the metal pipe expanded in the radial direction by thermal expansion. A method for manufacturing a heat conducting member, wherein the cylindrical ceramic body is inserted into the metal tube positioned by adjusting the posture of the cylindrical ceramic body, the first guide portion and the second guide portion An inner diameter of the first guide portion is larger than an outer diameter of the metal pipe before thermal expansion in the axial direction in which the cylindrical ceramic body is inserted; Composed And the end portion on the side of the one open end face of the metal pipe in a state before heating is disposed in the first guide portion, and at least a part of the inner peripheral surface of the first guide portion The metal tube is brought into contact by thermal expansion, and the inner circumferential surface of the first guide portion restrains the expansion due to thermal expansion of the end on the one open end face side of the metal tube, A method of manufacturing a heat conducting member, wherein one open end face is 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 the above [1], wherein the first guide portion has a first tapered portion in which the 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 open end surface of the metal pipe positioned by the cylindrical ceramic body passing through the inside of the second guide portion. The manufacturing method of the heat conduction member as described in said [1] or [2] which is guided so that the position of direction may turn into 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 the inner diameter of the second guide portion decreases toward the first guide portion. The manufacturing method of the thermally-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 tapered portion of the second guide portion is thermally expanded to coincide with the inner diameter of the metal pipe positioned by the first guide portion, or the second guide portion of the second guide portion The method for manufacturing a heat conducting member according to [ 4 ], wherein the minimum inner diameter of the second taper portion is configured to be thermally expanded and smaller than the inner diameter of the metal pipe positioned by the first guide portion. .
[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 tubular ceramic body according to any one of the above [1] to [ 5 ], wherein the tubular ceramic body is dropped from above vertically from one open end face of the metal pipe and inserted into the positioned metal pipe. Method of manufacturing a heat conducting member
[7] 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を用いる前記[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 manufacturing a heat conduction member according to any one of the above [1] to [ 6 ], using a jig for manufacturing a heat conduction member in which the first guide portion and the second guide portion are integrated.
[8] 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]〜[7]のいずれかに記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 8 ] The method for producing a heat conducting member according to any one of the above [1] to [ 7 ], wherein the cylindrical ceramic body is a heat conducting member containing SiC as a main component.
[9] 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]〜[8]のいずれかに記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 9 ] The method for producing a heat conducting member according to any one of the above [1] to [ 8 ], wherein the cylindrical ceramic body is a honeycomb structure in which a plurality of cells are partitioned by partition walls.
[10] 前記第一ガイド部が、セラミックスからなるもの、金属からなるもの、又はセラミックスコーティングが施されたものである前記[1]〜[9]のいずれかに記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 10 ] The method for producing a heat conducting member according to any one of the above [1] to [ 9 ], wherein the first guide portion is made of a ceramic, a metal or a ceramic coating. .
[11] 前記第一ガイド部が、セラミックスからなるものである前記[10]に記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 11 ] The method for producing a heat conducting member according to [ 10 ], wherein the first guide portion is made of ceramic.
[12] 前記第一ガイド部が、酸化物、炭化物、窒化物、及びグラファイトカーボンのうちの少なくとも1種のセラミックス、並びに当該セラミックスを含有する金属基複合材料からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなるものである前記[1]〜[9]のいずれかに記載の熱伝導部材の製造方法。 [ 12 ] At least one kind of at least one selected from the group consisting of a ceramic of at least one of oxide, carbide, nitride, and graphitic carbon, and a metal matrix composite material containing the ceramic, [ 12 ] The manufacturing method of the heat conduction member in any one of said [1]-[ 9 ] which consists of materials.
[13] 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、前記金属管を加熱するための加熱機と、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、前記第一ガイド部が、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、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、且つ、前記第一ガイド部は、前記金属管が熱膨張することにより前記第一ガイド部の内周面の少なくとも一部に接触し前記内周面によって前記金属管の一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりを拘束させて、前記金属管の前記一方の開口端面が位置決めされるように構成されている、熱伝導部材製造装置。 [ 13 ] A first guide for positioning the metal pipe, a second guide for adjusting the posture of the cylindrical ceramic body, and a second guide for positioning the metal pipe by bringing the metal pipe into contact with the end on one open end side of the metal pipe And a heater for heating the metal pipe , wherein the first guide portion positions the one open end surface of the metal pipe which is expanded in the radial direction by thermal expansion, and the first guide portion The cylindrical ceramic body whose posture has been adjusted by the second guide portion is inserted from the one open end face of the metal pipe positioned by the step, and the metal pipe and the cylindrical shape inserted in the metal pipe A heat conducting member manufacturing apparatus in which a ceramic body is shrink-fit, wherein the first guide portion and the second guide portion are coaxial with an axial direction when the cylindrical ceramic body is inserted. Placed on The first guide portion, than the outer diameter of the metal tube before thermal expansion, which is configured so that its inner diameter increases, the first guide portion, said metal tube in the state before heating And the first guide portion is in contact with at least a part of the inner peripheral surface of the first guide portion by thermal expansion of the metal pipe , and The heat conduction member manufacturing apparatus is configured such that the one open end face of the metal tube is positioned by restricting the spread due to thermal expansion of the end on the one open end face side of the metal tube by the circumferential surface .
[14] 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[13]に記載の熱伝導部材製 [ 14 ] The heat conducting member according to the above [ 13 ], wherein the first guide portion has a first tapered portion in which the inner diameter of the first guide portion is reduced toward the second guide portion.
[15] 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[13]又は[14]に記載の熱伝導部材製造装置。 [ 15 ] The second guide portion has a diameter of the cylindrical ceramic body with respect to the one open end surface of the metal pipe positioned by the cylindrical ceramic body passing through the inside of the second guide portion. The heat conduction member manufacturing apparatus according to the above [13] or [14] , which guides the position of the direction to an appropriate position.
[16] 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[13]〜[15]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置。 [ 16 ] In any of the above-mentioned [ 13 ] to [ 15 ], the second guide portion has a second tapered portion in which the inner diameter of the second guide portion decreases toward the first guide portion. The heat-conductive member manufacturing apparatus as described.
[17] 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[16]に記載の熱伝導部材製造装置。 [ 17 ] The minimum inner diameter of the second tapered portion of the second guide portion is thermally expanded to coincide with the inner diameter of the metal pipe positioned by the first guide portion, or the second guide portion of the second guide portion The apparatus for producing a heat conducting member according to [ 16 ], wherein the minimum inner diameter of the second tapered portion is configured to be thermally expanded and smaller than the inner diameter of the metal pipe positioned by the first guide portion.
[18] 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[13]〜[17]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置。 [ 18 ] The tubular ceramic body is further provided with a gripping portion for gripping the cylindrical ceramic body vertically above one open end face of the metal pipe, and the tubular ceramic body is released by releasing the gripping by the gripping portion. The heat conducting member manufacturing apparatus according to any one of the above [ 13 ] to [ 17 ], which is configured to be dropped toward the metal pipe.
[19] 前記第一ガイド部と前記第二ガイド部とが、1つの熱伝導部材製造用冶具からなる前記[13]〜[18]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置。 [ 19 ] The heat conduction member manufacturing apparatus according to any one of the above [ 13 ] to [ 18 ], wherein the first guide portion and the second guide portion are formed of one heat conduction member manufacturing jig.
[20] 前記第一ガイド部が、セラミックスからなるもの、金属からなるもの、又はセラミックスコーティングが施されたものである前記[13]〜[19]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置。 [ 20 ] The apparatus for producing a heat conducting member according to any one of the above [ 13 ] to [ 19 ], wherein the first guide portion is made of a ceramic, a metal or a ceramic coating.
[21] 前記第一ガイド部が、セラミックスからなるものである前記[20]に記載の熱伝導部材製造装置。 [ 21 ] The heat conducting member manufacturing apparatus according to [ 20 ], wherein the first guide portion is made of a ceramic.
[22] 前記第一ガイド部が、酸化物、炭化物、窒化物、及びグラファイトカーボンのうちの少なくとも1種のセラミックス、並びに当該セラミックスを含有する金属基複合材料からなる群より選択される少なくとも一種の材料からなるものである前記[13]〜[21]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置。 [ 22 ] At least one kind of at least one selected from the group consisting of a ceramic of at least one of oxide, carbide, nitride, and graphitic carbon, and a metal matrix composite material containing the ceramic, [ 22 ] The heat conductive member manufacturing apparatus in any one of said [ 13 ]-[ 21 ] which consists of materials.
[23] 前記加熱機の加熱手段が誘導加熱である前記[13]〜[22]のいずれかに記載の熱伝導部材製造装置。 [ 23 ] The heat conduction member manufacturing apparatus according to any one of the above [13] to [22], wherein the heating means of the heater is induction heating.
[24] 前記[13]〜[23]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る熱伝導部材製造用冶具。 [ 24 ] A jig for manufacturing a heat conduction member used in the apparatus for manufacturing a heat conduction member according to any one of the above [ 13 ] to [ 23 ], wherein an end on one open end face side of a cylindrical metal pipe is A jig for manufacturing a heat conducting member, comprising a first guide portion for positioning, wherein the first guide portion positions the one open end face of the metal pipe which is expanded in the radial direction by thermal expansion.
[25] 筒状セラミックス体の姿勢を整える第二ガイド部を更に備えた前記[24]に記載の熱伝導部材製造用冶具。 [ 25 ] The jig for manufacturing a heat conducting member according to the above [ 24 ], further comprising a second guide portion for adjusting the posture of the cylindrical ceramic body.
[26] 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いる前記[25]に記載の熱伝導部材製造用冶具。 [ 26 ] The jig for manufacturing a heat conducting member according to [ 25 ], wherein the first guide portion and the second guide portion are coaxially arranged.
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 of manufacturing a heat conducting member of the present invention, a heat conducting member in which a cylindrical ceramic body is covered with a metal pipe can be easily produced at low cost. That is, since the metal pipe is positioned by the first guide portion which positions one open end face of the metal pipe which is expanded in the radial direction by thermal expansion, insertion of the cylindrical ceramic body into the metal pipe becomes easy. For example, even if the cylindricity and the roundness before the thermal expansion of the metal pipe are not good, with the thermal expansion of the metal pipe, the cylindricity and the roundness of the metal pipe are improved by the first guide portion Ru. As a result, the cylindrical ceramic body can be easily inserted into the metal tube without the need for additional processing of the metal tube. In addition, since the metal pipe is positioned at the optimum position along with the thermal expansion of the metal pipe, complicated positioning operation such as image processing is not required. Furthermore, according to the method for producing a heat transfer member of the present invention, a large shrink-fit can be obtained, and a heat transfer member having better and stable heat transfer characteristics can be obtained. Furthermore, in the method for manufacturing a heat conducting member according to the present invention, the cylindrical ceramic body is inserted into the above-mentioned positioned metal pipe in a state where the posture of the cylindrical ceramic body is adjusted by the second guide portion. Therefore, contact between the end face of the metal pipe and the cylindrical ceramic body can be effectively prevented, and heat removal from the metal pipe by the cylindrical ceramic body and, consequently, thermal contraction of the thermally expanded metal pipe can be effectively prevented. 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 and the heat conductive member manufacturing jig of the present invention can be suitably used for the method of manufacturing a heat conductive member of the present invention described above. By the heat conducting member manufacturing apparatus and the heat conducting member manufacturing jig, a heat conducting member in which a cylindrical ceramic body is covered with a metal pipe can be easily produced 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 changes, improvements, etc. can be added to the following embodiments based on the 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 is also within the scope of the present 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 conducting member:
One embodiment of a method of manufacturing a heat conducting member of the present invention is, for example, a manufacturing method for manufacturing the
(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) Heat conducting member:
Here, the heat conductive member manufactured by the manufacturing method of the heat conductive member of this embodiment is demonstrated. The
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, as in a
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。
The
(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) Method of manufacturing heat conducting member:
The method of manufacturing the heat conducting member of the present embodiment is a manufacturing method including a shrink fitting process as shown in FIG. FIG. 5: is a schematic diagram which shows the manufacturing process of one Embodiment of the manufacturing method of the heat conductive member of this invention. In the shrink-fitting step, 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 conduction 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 conduction member of the present embodiment, the
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 method of manufacturing a heat conducting member of the present embodiment, a large shrink-fit margin can be obtained, and a
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 conduction member of this embodiment shown in FIG. 5, the shrinking process is performed using the
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, even if the accuracy of the cylindricality or the roundness of the metal pipe is poor, the 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 to heat 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 conduction member according to the present embodiment, the metal pipe contacts with at least a part of the inner peripheral surface of the first guide portion by thermal expansion, and one open end face of the metal pipe is positioned . By this configuration, one open end face of the metal tube can be positioned by an extremely simple method. In other words, the thermal expansion of the metal tube positions the metal tube itself at a predetermined position.
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。
Further, as shown in FIG. 11, the first guide portion 32B may have a first tapered
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。 It is preferable that as the second guide portion in the method of manufacturing the heat conduction member of the present embodiment, the cylindrical ceramic body passes the inside of the second guide portion to adjust the posture of the cylindrical ceramic body. By using the second guide portion configured in this way, for example, when the metal pipe is positioned such that one open end face thereof is directed vertically upward, the cylindrical ceramic body is dropped from above the metal pipe. By doing this, the cylindrical ceramic body can be inserted into the metal tube extremely easily. That is, in the process of falling by its own weight of the cylindrical ceramic body, alignment of the cylindrical ceramic body is performed by passing through the second guide portion. For this reason, when inserting a cylindrical ceramic body in a metal pipe, it is not necessary to necessarily hold | maintain a cylindrical ceramic body (chuck), and the insertion operation of a cylindrical ceramic body becomes very 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。 When the cylindrical ceramic body is dropped into the metal tube, a weight may be disposed on the end face of the cylindrical ceramic body facing vertically upward, and the tubular ceramic body may be dropped along with the weight. By this configuration, since the cylindrical ceramic body falls in a state where the gravity of the weight is added, the insertion into the metal pipe can be 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 method of manufacturing the heat conduction 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 as described above by its own weight and inserting into the metal tube. Insertion into the metal tube may be performed in the state as described above. That is, as shown in FIG. 15, the cylindrical ceramic 61 may be fixed by the 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 shrinking step shown in FIG. 15, first, the honeycomb structure 1 (cylindrical ceramics 61) is fixed by a fixing jig 51 disposed at the tip of the shaft 50 ((a) in FIG. 15). There is no particular limitation on the fixing method by the fixing jig 51. Further, in the shrinking step, the inner diameter of the metal pipe 62 is temporarily expanded by heating the metal pipe 62 ((a) to (c) in FIG. 15). Next, the cylindrical ceramic body 61 is inserted into the metal pipe 62 in a state in which the inner diameter is 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) of the axial length L of the cylindrical ceramic 61 to the diameter D of the end face is as small as 1 or less, the following two problems may occur. The first problem is a defect that the cylindrical ceramic 61 does not enter at the end face of the metal pipe 62. The second problem is that even if the end face of the cylindrical ceramic 61 passes, there is a defect that the cylindrical ceramic 61 is inclined during the insertion, and does not fall to a desired position. is there. In the shrinking step shown in FIG. 15, the cylindrical ceramic 61 is 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ことが好ましい。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。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。
It is preferable that the first guide portion and the second guide portion be coaxially arranged with respect to the axial direction when inserting the cylindrical ceramic body. The first guide portion and the second guide portion may be independent of each other, or the first guide portion and the second guide portion may be integrated. For example, in the manufacturing method of the heat conduction 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, when the cylindrical
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 method of manufacturing the heat conduction member of the present embodiment, as shown in FIG. 9, the metal of which 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、例えば、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、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 pipe, it is preferable that the first guide portion has low thermal expansion, low thermal conductivity, and heat resistance. Also in the case where the first guide portion and the second guide portion are integrated, it is preferable that the jig has low thermal expansion, low thermal conductivity, heat resistance, and wear resistance. As such a thing, ceramics can be mentioned, for example. When the jig described above is a ceramic, it can be a ceramic such as an oxide, a carbide, a nitride, or a graphitic carbon, and a metal matrix composite material (in other words, cermet) containing such a ceramic. Moreover, when the jig mentioned above is a metal, Ti, W, Mo, the single metal containing Fe, and an alloy can be mentioned. As an alloy, an Fe-Ni alloy, an Fe-Ni-Co alloy, low expansion cast iron, etc. can be mentioned. It is preferable to further add an element such as W, Nb, Al, C, Si, Mg, Cr, Co, Mn, Ti or Mo to these metals. In addition, it is also one of the preferable modes that a ceramic coating is applied to a part of the jig, or 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 pipe does not easily decrease when the heated metal pipe contacts the jig, which is more preferable. Specifically, extra conditions can be reduced and a simple manufacturing method can be achieved.
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。 Further, in the first guide portion, the heat capacity and the heat conduction of the portion in contact with the metal pipe may be partially suppressed. For example, the thickness of the first guide portion at a portion in contact with the metal pipe may be reduced, or a groove or the like may be formed in the portion. Further, the material of the portion in contact with the metal pipe may be made to have low thermal 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) Tubular 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, since high thermal conductivity can not be obtained in the case of a porous body even if it is SiC (silicon carbide), it is preferable to set it as a dense body structure in the preparation 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 according to the purpose, but it is in the range of 4 to 320 cells / cm 2. preferable. When the cell density is greater 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 one
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, the method of manufacturing 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 clay is extrusion-formed to form a honeycomb formed body. In extrusion molding, the shape and thickness of the outer peripheral wall, the thickness of the partition wall, the shape of the cell, the cell density and the like can be made as desired by selecting an appropriate die or jig. Although the die is not particularly limited, it is preferable to use one made of hard-to-wear hard metal. With respect to the honeycomb formed body, the outer peripheral wall is formed in a cylindrical shape or a quadrangular prism shape, and the inside of the outer peripheral wall is formed to have a structure divided into square grids by partition walls. In addition, these partition walls are formed so as to be parallel to each other at equal intervals in each of directions orthogonal to each other and to cross the inside of the outer peripheral wall straight. Thereby, the cross-sectional shape of the cell other than the outermost periphery 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 the water corresponding to 97% or more of the total water content contained in the honeycomb formed body before drying is 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。
Degreasing is carried out after processing of the outer shape (outer diameter, L size) is appropriately performed on the dried honeycomb molded body, if necessary. Furthermore, a mass of metal Si is placed on the honeycomb structure obtained by such degreasing, and firing is performed in vacuum or in an inert gas under reduced pressure. During the firing, a 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 method of manufacturing the heat conduction member of the present embodiment, the shrink fitting step may be performed in a state in which the intermediate material is sandwiched between the metal pipe and the cylindrical ceramic body. Examples of the intermediate material include a graphite sheet, a metal sheet, a gel sheet, an elasto-plastic fluid, and the like. Examples of the metal constituting the metal sheet include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al) and the like. Elasto-plastic fluid is a material that behaves as a solid (with elastic modulus) without plastic deformation if it has a small force, and it deforms freely like a fluid when a large force is applied, and grease Etc. are mentioned as an example. It is preferable to use a graphite sheet as the intermediate material in consideration of adhesion, thermal conductivity and the like. Hereinafter, as an intermediate material, a graphite sheet will be described as an example.
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。 By performing the shrinking step by sandwiching the intermediate material made of the graphite sheet between the metal tube and the cylindrical ceramic body, the intermediate material made of the graphite sheet is sandwiched between the cylindrical ceramic body and the metal tube. The heat conduction member can be obtained. In such a heat conducting member, the graphite sheet can be pressurized and can transfer heat in an environment of normal temperature to 150 ° C. in use of the joint between the metal pipe and the cylindrical ceramic body.
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 containing expanded graphite as a main component into a sheet, or a sheet obtained by thermal decomposition of a polymer film, and a graphite sheet, a carbon sheet Also includes 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. Further, 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, still more preferably 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 the adhesion and the 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 still more preferably 50 μm or more and 250 μm or less. Graphite sheets become more expensive the thinner they are. Moreover, when it becomes thick, it produces a thermal resistance. 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 pipe.
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 using such a graphite sheet as an intermediate material, it is preferable to wind a graphite sheet on the outer peripheral surface of the outer peripheral wall of the cylindrical ceramic body before inserting in a metal pipe. At this time, the graphite sheet may be attached to the outer peripheral surface of the outer peripheral wall of the cylindrical ceramic body using an adhesive. By using an adhesive, it is possible to stick the graphite sheet uniformly. It is desirable that the adhesive be sufficiently thin and have 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, one embodiment of the heat conduction member manufacturing apparatus of the present invention will be described. The heat conduction member manufacturing apparatus of the present embodiment is a heat conduction member manufacturing apparatus used in the method of manufacturing the heat conduction member of the present embodiment described above. FIG. 16 is a schematic view showing an embodiment of a 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 conduction
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 conduction
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ことが好ましい。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 portion and the second guide portion may be independent of each other, or the first guide portion and the second guide portion may be integrated. In the case where the first guide portion and the second guide portion are independent of each other, the first guide portion and the second guide portion are coaxially arranged 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。 Further, the second guide portion is a position where the radial position of the cylindrical ceramic body is appropriate with respect to one open end face of the metal tube positioned by the cylindrical ceramic body passing through the inside of the second guide portion. It is preferable to guide so that Moreover, it is preferable that a 2nd guide part is what has a 2nd taper part to 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 pipe positioned by the first guide portion by thermal expansion. In addition, one in which the minimum inner diameter of the second tapered portion of the second guide portion is configured to be thermally expanded and smaller than the inner diameter of the metal pipe positioned by the first guide portion is one of the more preferable embodiments. It is 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 conduction
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。
Moreover, the
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 conduction
(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) Jig for manufacturing a heat conducting member:
Next, one embodiment of the heat conductive member manufacturing jig of the present invention will be described. The heat conductive member manufacturing jig of the present embodiment is a heat conductive member manufacturing jig that can be suitably used for the heat conductive member manufacturing method described above. That is, the heat conductive member manufacturing jig of the present embodiment is provided with the
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。 Further, as another embodiment of the heat conductive member manufacturing jig of the present invention, as shown in FIG. 11, a first guide portion 32B for positioning an end portion on one open end face side of a cylindrical metal pipe is used. The heat conductive member manufacturing jig 31B provided can be mentioned. The heat conducting 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, a heat exchanger using the heat conduction member manufactured by the method for manufacturing a heat conduction member of the present invention will be described. FIG. 17 is a perspective view schematically showing a heat exchanger using the heat conduction member manufactured by the embodiment of the method for manufacturing a heat conduction member according to 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。
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。
As a heating body which is the 1st fluid made to circulate through
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。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present 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 clay containing ceramic powder into a desired shape, it is dried and processed to a predetermined external dimension, then impregnated with Si and fired, the material is silicon carbide, the main body size is 46.7 mm, and the length is 100 mm. A cylindrical (cylindrical) honeycomb structure was produced. That is, a honeycomb structure was used as a cylindrical ceramic body. The cell density of the honeycomb structure is 23.3 cells / cm 2 , the thickness (wall thickness) of the partition walls 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 the present 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 (product 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 approximately 0.1 GPa was used as the graphite sheet. In Example 1, although the graphite sheet with an adhesive 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 (SUS 304: coefficient of thermal expansion 19.4 x 10 -6 / ° C between room temperature (20 ° C) and 1050 ° C) with a thickness of 0.4 mm, an inner diameter of 47.0 mm and a length of 120 mm was prepared. . The cylindricity of this metal tube was 0.3. The shrink fit Δ between this metal tube and the above honeycomb structure is 0.2 mm. Cylindricity was measured by 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 fitting at the time of manufacture of a heat conductive member. An evaluation result is shown in the column of "shrinkage result" 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 cylindricalness of the metal tube and the shrink fit margin Δ were changed as shown in Table 1. The change of the shrink-fit was performed by adjusting the dimensions of the external processing of the honeycomb structure. Evaluation was performed on the same evaluation criteria as in Production Example A of Example 1 with regard to shrink fitting during production of the heat conducting member. An evaluation result is shown in the column of "shrinkage result" of Table 1. 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 in the same manner as in Production Example A of Example 1. In Production Examples I to M of Comparative Example 1, when the heat conduction member is manufactured by shrink-fitting the metal tube and the honeycomb structure, a
(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, the contact between the end face of the metal tube and the honeycomb structure (cylindrical ceramic body) could be effectively prevented, and the shrink fit could be performed well. . In addition, even when a metal tube having poor cylindricality was used, the cylindricality of the metal tube could be improved during thermal expansion, and the honeycomb structure could be inserted easily. In addition, since the honeycomb structure is aligned by passing through the second guide portion, the highly accurate alignment of the honeycomb structure to be fed to the positioned metal tube is not necessary, which is extremely simple. The honeycomb structure could be inserted. In particular, even when the shrinkage Δ was large, the contact between the metal tube and the honeycomb structure could be suppressed.
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 stumbling results have become bad. Thus, in Comparative Example 1 which is a conventional manufacturing method, for example, when a metal pipe having a cylindricality of 0.3 is used, the shrink fit margin Δ is 0 to 0.3. That is, in the manufacturing method of Comparative Example 1, as can be understood from the results of Manufacturing Examples I to K, the shrinkage tolerance Δ has a limit of 0.3. In the manufacturing method of Comparative Example 1, even when the shrinkage Δ is 0.3, a slight difference in the conditions of the shrinking step results in a poor shrinkage result. Is also conceivable. Further, in the manufacturing method of Comparative Example 1, when a metal pipe having a cylindricity of 0.6 was used, the result of the shrinking was poor even if the shrinkage 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 is understood from the results of Production Examples A to E, when a metal pipe having a sphericity of 0.3 is used, the shrinkage Δ is 0 to 0. Up to 45 are possible. In addition, even when a metal pipe having a cylindricality of 0.6 is used, the shrink fit Δ can be from 0 to 0.45. In this example, the verification was performed until the maximum value of the shrink-fit margin Δ was 0.45, but in Production Examples D and H in which the shrink-fit margin Δ is 0.45, the metal pipe is very smoothly. Since it was possible to insert the honeycomb structure, it is expected that a good shrink-fit result can be obtained even when the shrink-fit Δ is 0.45 or more. As described above, in the manufacturing method of the first embodiment, even when the shrink fit margin Δ is large, the contact between the metal tube and the honeycomb structure can be suppressed, and the result of the shrink fit is a cylinder of the metal tube. It turns out that it is hard to be influenced by good and bad. For this reason, according to the manufacturing method of the first embodiment, for example, even when a relatively inexpensive metal tube having a poor roundness is used, a relatively expensive metal tube having a good roundness is used. Equivalent heat conducting members can be manufactured. In addition, even when high temperature heating is difficult due to the restriction on the material of the metal pipe, it is possible to manufacture at a low temperature and with a good shrink-fit margin Δ.
(実施例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。
(Example 2; Production Example N)
After extruding clay containing ceramic powder into a desired shape, it is dried and processed to desired external dimensions, and then impregnated with Si and fired, the material is silicon carbide, the main body size is 55.3 mm, the length is 12 mm. A cylindrical (cylindrical) honeycomb structure was produced. That is, a honeycomb structure was used as a cylindrical ceramic body. The cell density of the honeycomb structure is 7.8 cells / cm 2 , the thickness (wall thickness) of the partition walls is 0.5 mm, the thermal conductivity of the honeycomb structure is 150 W / m · K, 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 stainless steel tube (wallite SUS 430 J 1 L: thermal expansion coefficient 13.2 × 10 -6 / ° C between room temperature (20 ° C) and 1050 ° C) with a thickness of 1.0 mm, an inner diameter of 55.0 mm and a length of 40 mm Made. The cylindricity of this metal tube was 0.3. The shrink fit Δ between this metal pipe and the above honeycomb structure is 0.3 mm. Cylindricity was measured by 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-fit by a method as shown in FIG. 15 to produce a heat conduction member. At this time, the heat conducting
また、実施例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。
Further, in Production Example N of Example 2, the tubular ceramic 61 is fixed by the 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 same evaluation criteria as manufacture example A of Example 1 about the heat fitting at the time of manufacture of a heat conductive member. An evaluation result is shown in the column of "shrinkage result" of Table 1.
(実施例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、実施例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、実施例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。
(Example 2; Production Examples O and P)
A heat conducting member was produced in the same manner as in Production Example N of Example 2 except that the cylindricalness of the metal tube and the shrink fit margin Δ were changed as shown in Table 1. Evaluation was performed on the same evaluation criteria as in Production Example N of Example 2 with regard to shrink fitting at the time of production of the heat conductive member. An evaluation result is shown in the column of "shrinkage result" of Table 1. 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、実施例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 Production Example N of Example 2. In Production Examples Q and R of Comparative Example 2, when the heat conduction member is manufactured by shrink-fitting the metal tube and the honeycomb structure, a
(結果2)
実施例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 Example 2, the contact between the end face of the metal tube and the honeycomb structure (cylindrical ceramic body) could be effectively prevented, and the shrink fit could be performed well. . In addition, since the honeycomb structure is fixed by the fixing jig disposed at the tip of the shaft and inserted into the metal tube while maintaining the horizontality of the honeycomb structure (while suppressing the inclination), it passes through the entrance of the metal tube Even after the heat treatment, 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 pipe and could not be inserted, and the result of the shrink fitting was poor. In Comparative Example 2, because the material has a small thermal expansion coefficient, as in Production Example R of Comparative Example 2, even if the shrink fit Δ is 0.11, the result of the shrink fit is poor. The
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 conduction member of the present invention can be used for the method of manufacturing the heat conduction member for exchanging heat between the heating body (high temperature side) and the heating body (low temperature side). The heat conducting member manufacturing apparatus and the heat conducting member manufacturing jig of the present invention can be used for the method of producing a heat conducting 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: 4: Partition wall 5: First fluid circulation part 6: 6: Second fluid circulation part 7: 7: Outer
Claims (26)
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、
前記第一ガイド部は、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、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、且つ、
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し、前記第一ガイド部の内周面によって前記金属管の一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりを拘束させ、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。 A tubular ceramic body is inserted from one open end face of the tubular metallic pipe, and a shrink-fitting step is carried out to shrink-fit the metallic pipe and the tubular ceramic body inserted into the metallic pipe,
The second guide portion positions the metal tube and adjusts the posture of the cylindrical ceramic body by the first guide portion which positions the one open end face of the metal tube expanded in the radial direction by thermal expansion. It is a manufacturing method of the heat conduction member which adjusts the posture of the cylindrical ceramic body, and inserts the cylindrical ceramic body into the positioned metal tube,
The first guide portion and the second guide portion are coaxially arranged in the axial direction when the cylindrical ceramic body is inserted,
The first guide portion is configured such that the inner diameter thereof is larger than the outer diameter of the metal tube before thermal expansion, and the first guide portion is in the first guide portion in a state before heating of the metal tube. An end on the side of the one open end face is disposed, and
The metal pipe comes in contact with at least a part of the inner peripheral surface of the first guide portion by thermal expansion, and the inner peripheral surface of the first guide portion is an end portion on one open end face side of the metal pipe The manufacturing method of the heat conduction member which restrains the expansion by thermal expansion, and the said one opening end surface of the said metal tube 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、
前記第一ガイド部が、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、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、且つ、
前記第一ガイド部は、前記金属管が熱膨張することにより前記第一ガイド部の内周面の少なくとも一部に接触し前記内周面によって前記金属管の一方の開口端面側の端部の熱膨張による広がりを拘束させて、前記金属管の前記一方の開口端面が位置決めされるように構成されている、熱伝導部材製造装置。 A first guide for positioning the metal pipe, a second guide for adjusting the posture of the cylindrical ceramic body, and the metal pipe by bringing the metal pipe into contact with the end on one open end face side of the cylindrical metal pipe And a heater for heating ,
The first guide portion positions the one open end surface of the metal pipe which is expanded in the radial direction by thermal expansion,
The cylindrical ceramic body whose posture is adjusted by the second guide portion is inserted from the one open end face of the metal pipe positioned by the first guide portion, and is inserted into the metal tube and the metal tube. A heat conducting member manufacturing apparatus in which the sealed cylindrical ceramic body is shrink-fitted,
The first guide portion and the second guide portion are coaxially arranged in the axial direction when the cylindrical ceramic body is inserted,
The first guide portion is configured such that the inner diameter is larger than the outer diameter of the metal tube before thermal expansion, and the first guide portion is configured to have the metal tube in a state before heating. An end on the side of the one open end face is disposed, and
Said first guide portion, the metal tube end portion of one opening end face of said metal pipe by at least a portion in contact with the inner peripheral surface of the inner peripheral surface of the first guide portion by thermal expansion by constraining the expansion due to thermal expansion, the one opening end surface of the metal tube to be positioned, heat-conducting member manufacturing apparatus.
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る熱伝導部材製造用冶具。 A jig for manufacturing a heat conduction member, which is used in the heat conduction member manufacturing apparatus according to any one of claims 13 to 23 , wherein
The first guide portion for positioning the end portion on one open end face side of a cylindrical metal pipe, the first guide portion being the one opening of the metal pipe radially expanded by thermal expansion A jig for manufacturing a heat conducting member, which positions an end face.
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