JPH03279274A

JPH03279274A - セラミック接合体

Info

Publication number: JPH03279274A
Application number: JP8008690A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ito; 一彦伊藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はセラミック板状体とセラミック管状体とからな
るセラミック接合体に関する。更に詳しくは、シール性
、接合強度を向上させるばかりてなく、位置精度をも向
上させたセラミック接合体に関する。

［従来の技術］セラミックスは、その成分組成が酸化物、非酸化物に拘
らず、高度の耐熱・断熱性が有り、絶縁性、導電性、磁
気的・誘電的性質等の電気的・電子的機能を有し、また
耐摩耗性等の機械的性質も優れ、各種構造物の材料とし
て既に使用され、研究開発されている。

セラミックスを機械部品材料や構造物材料として使用す
る場合、種々の形状の機械部品や構造部材が要求され、
また各部品や部材の組合せも求められることになり、一
体成形により製造されるものは別として、あらゆる部分
においてセラミックスを接合固定する必要か生しる。

各種の部品・部材の中でも平板状部材と地形状の部材と
を組合せた接合体は、機械部品や構造部材として多く使
用され、平板に孔を穿ち管状体を貫通固定して使う例も
多い。例えば、出願人か特開昭６０−６２５９２号公報
て示した工業用炉のセラミック熱交換器には多数のセラ
ミック管状体を板状体に固定した部材か使用されている
。

［発明が解決しようとする課題］上記したように、熱交換器の部品・部材としてセラミッ
クスを適用しようとする試みも多くなされ、セラミック
管状体をセラミック板状体に形成された孔部に装入し固
定させる方法として、特開昭６０−６２５９２号で出願
人が開示したように、圧縮スプリングを利用し球面接合
する方法、あるいは接着材により板状体と管状体とを接
着固定する方法か一般的に行なわれている。

例えば、第４図に示すように、板状体Ａの穿設孔１１′
と管状体Ｂとの間隙に接着材層１２′を設けるような形
状・態様にて接着固定する場合に当っては、これを例え
ば熱交換器などに用いる場合、十分なシール性及び接合
強度を得ることかできなかった。

［課題を解決するための手段］そこで、本発明者は上記課題に鑑み鋭意検討を行なった
ところ、シール性および接合強度が向上し、しかも管状
体の位置精度も向上したセラミック接合体を見出し、本
発明に至ったものである。

即ち、本発明によれば、複数の穿設孔を有するセラミッ
ク板状体と該穿設孔に装入したセラミック管状体とから
なり、該セラミック板状体の穿設孔の内周部がネジ構造
を有し、且つ該セラミック管状体の該穿設孔装入部の外
周部が該穿設孔内周部のネジ構造に対応した構造に形成
されていることを特徴とするセラミック接合体、および
、複数の穿設孔を有するセラミック板状体と、該穿設孔
に装入したセラミック管状体と、該穿設孔内において前
記セラミック板状体と前記セラミック管状体との間に挿
入されるセラミックリング状体とからなるセラミック接
合体であって、該セラミック板状体の穿設孔の内周部か
ネジ構造であり、且つ該セラミックリング状体の該穿設
孔装入部の外周部か該穿設孔内周部のネジ構造に対応し
た構造に形成されていることを特徴とするセラミック接
合体か、提供される。

以下、本発明について更に詳細に説明する。

本発明に使用されるセラミックスは、酸化物及び非酸化
物化合物等いずれのセラミックスを用いてもよく、接合
体が使用される構造部材の種類、機械的強度等必要な使
用条件に応じ適宜選択すればよい。例えば、エンジン、
産業機械及び熱交換器等に使用する場合は、高強度・高
耐熱性の窒化珪素や炭化珪素か用いられる。セラミック
板状体セラミックリング状体及びセラミック管状体はそ
れぞれ通常同種のセラミックスて構成される。

また、セラミック板状体の形状、厚み及び大きさは特に
制限されず、使用目的、条件にあわせて選択すればよい
。セラミック板状体に穿設される穿設孔は、その内周部
か、装入するセラミック管状体またはセラミックリング
状体のネジ構造に対応したネジ構造に形成される（いわ
ゆる、雄ネジと酸ネジの関係）ほかは、孔数、孔径、及
び孔の配置も特に制限されず、装入するセラミック管状
体またはセラミックリング状体の形状、大きさ及び装入
数に応して定めればよい。

本発明において装入とは、セラミック板状体の穿設孔に
セラミック管状体が貫通して突き出るかまたは穿設孔の
一端とセラミック管状体の一端部とか合致すると共に、
セラミック管状体か穿設孔の他端を通り抜けている状態
をいう。セラミック板状体の穿設孔は、セラミック板状
体の成形時に同時に設けてもよいし、セラミック板状体
に穿つようにしてもよい。

本発明のセラミック管状体は、セラミックリング状体を
使用して接合体を形成する場合には、その太さ、長さ、
形状は特に制限されず、円形状で各種の長さ及び径のセ
ラミック管を使用することがてきる。一方、セラミック
リング状体を使用せずセラミック板状体とセラミック管
状体のみで接合体を形成する場合には、セラミック管状
体は、その穿設孔装入部の外周部か穿設孔内周部のネジ
構造に対応した構造に形成される。

また、穿設孔内においてセラミック板状体とセラミック
管状体との間に挿入されるセラミックリング状体は、板
状体の穿設孔に接する外周部に穿設孔内局部のネジ構造
に対応したネジ山を設ける。またその太さ、厚さ、全体
形状等は挿入するセラミック板状体およびセラミック管
状体の形状に合せて適宜作製される。

次に、本発明の接合体の接合方法の例を説明する。

セラミック板状体、セラミック管状体、及びセラミック
リング状体からなる接合体の場合には、まず、セラミッ
ク管状体の端部にセラミックリング状体を嵌め、焼成す
ることによりこれらを接合する。

次に、セラミック板状体、セラミック管状体、及びセラ
ミックリング状体からなる接合体の場合には、接着材を
セラミック板状体の穿設孔内周部およびセラミックリン
グ状体の外周部に、またセラミック板状体とセラミック
管状体からなる接合体の場合には、上記接着材をセラミ
ック板状体の穿設孔内周部およびセラミック管状体の外
周部に塗布した後、セラミック管状体あるいはセラミッ
クリング状体を接合したセラミック管状体を、セラミッ
ク板状体の穿設孔にネジ込みなから装入し、所望の位置
に固定しこれらを接合する。また、一定の間隔て平行に
並べた複数のセラミック板状体にセラミック管状体ある
いはセラミックリング状体を接合したセラミック管状体
を装入して局着・接合してもよい。

上記したセラミック板状体の穿設孔内周面とセラミック
管状体外周面との間のクリアランス、あるいはセラミッ
ク板状体の穿設孔内周面とセラミックリング状体外周面
との間のクリアランスは、好ましくは０．０５〜０．５
■薦とするのかよい。

クリアランスか０．０５■璽より小さくなると接着材層
にむらが生じると共にシール性及び接合強度か低下し、
また０、５■扉より大きくなると位置精度が悪くなり、
接着材層の厚みか不均一となり好ましくない。

なお、本発明で用いる接着材は、セラミック板状体、セ
ラミックリング状体及びセラミック管状体に使用するセ
ラミックスの種類の機能的性質に応じて、また接合体を
使用する条件に応して選択すればよい。通常は、セラミ
ックス−セラミックス接合で一般に使用されているガラ
ス接着材、例えばＰｂＯ−８２０３ガラスか用いられる
。

［実施例］以下に、本発明の実施例について図面を参照にして詳し
く説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるも
のではない。

（実施例１）第１図は、本発明の一実施例を示した説明図であり、第
１図（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第１図（
ｂ）はセラミック管状体の断面説明図、第１図（Ｃ）は
セラミック接合体の断面説明図である。

第１図（ａ）に示したように、焼結助剤を含む窒化珪素
の微粉末を用い７００ｘ７００ｘｌＯＯ■鵬の板状体に
孔径５０ｍｍφの穿設孔１１を孔ピッチ７５ｍ＠て設置
されるようにして焼結体を作製した後、穿設孔１１の内
周部にネジ溝を設けたセラミック多孔管板Ａを作成した
。

また、セラミック管状体Ｂは、第２図（ｂ）に示すよう
に、セラミック多孔管板Ａと同様の原料の微粉末を用い
、外径５０ｍｍφ、内径４０璽鳳φで長さ１０００ｍｍ
の円管状体を作製した後、その端部１２より１００■の
部分の外周部にセラミック多孔管板Ａの穿設孔１１の内
周部のネジ溝に対応したネジ構造１５を設け、セラミッ
ク管状体Ｂを作製した。

次いて、第１図（Ｃ）にのように、セラミック多孔管板
Ａの穿設孔１１の内周部にＰｂＯＢ２Ｏ３ガラス粉砕ｅ
Ｊ１００重量部とバインダー２重量部の混合物に水４０
重量％を加えてスラリーとした接着材を塗布して接着材
層１３を形成した後、セラミック管状体Ｂの端部１２か
セラミック多孔管板Ａの外表面１４に合致するようにセ
ラミック管状体Ｂを各穿設孔１１にねじ込みなからそれ
ぞれ装入した。

上記のようにして形成した接合体を窒素雰囲気中焼成し
、セラミック接合体を作製した。焼成後、室温まて放冷
して接合体を取り出し、第４図に示すように、セラミッ
ク接合体３０を所定の治具３１にセットして水中に浸漬
し、８　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２の圧力でバイブ３２内
を加圧する方法でリーク試験を行ない、そのシール性を
測定したところ、気泡の発生は認められず、シール性は
良好であった。

また、上記接合体について片持ち曲げ強度試験により接
合強度を測定したところ、２５０　Ｍ　Ｐ　ａと高強度
であった。又、管状体の傾きも極めて小さく位置精度も
良好であった。

（実施例２）第２図は、本発明の他の実施例を示した説明図であり、
第２図（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第２図
（ｂ）はセラミック板状体の断面説明図、第２図（Ｃ）
はセラミック管状体の断面説明図第２図（ｄ）はセラミ
ックリング状体の断面説明図、第２図（ｅ）はセラミッ
ク接合体の断面説明図である。

第２図（ａ）　（ｂ）に示したように、焼結助剤を含む
窒化珪素の微粒粉末を用い７００ｘ７００ｘ１００ｍｍ
の板状体に孔径６０園■φの穿設孔１１が孔ピッチ７５
ｍｍて設置されるようにして焼結体を作製した後、穿設
孔１１の内周部にネジ溝を設け、セラミック多孔管板Ａ
を作成した。

また、セラミック管状体Ｂは、第２図（Ｃ）に示すよう
に、セラミック多孔管板Ａと同様の原料の微粉末を用い
、外径５０■１φ、内径４０■■φで長さ１０００ｍ腸
の管状体Ｂを作成した。

さらに、セラミックリング状体Ｃは、第２図（ｄ）のよ
うに、セラミック多孔管板Ａと同様の原料の微粉末を用
い、セラミック多孔管板Ａの厚さと同じ３０■■の長さ
を有し、外径６０■■φ、内径４０薦■のリング状体を
焼成した後、その外周部にセラミック多孔管板Ａの穿設
孔１１内周部のネジ溝に対応したネジ構造１６を設けた
セラミックリング状体Ｃを作成した。

次に、セラミック管状体Ｂにセラミックリング状体Ｃを
嵌め合わせ焼成することにより、両者を接合した。

次いて、第２図（ｅ）の如く、セラミック多孔管板Ａの
穿設孔１１内周部にＰｂＯ−８２０，ガラス粉砕ｅｌｌ
ＯＯ重量部とバインダー２重量部の混合物に水４０重量
％を加えてスラリーとした接着材を塗布して接着材層１
３を形成した後、セラミックリング状体を接合したセラ
ミック管状体Ｂを夫々の端部１２’　、１２かセラミッ
ク多孔管板Ａの外表面１４に合致するように各穿設孔１
１にねし込みながら装入した。

上記のようにして形成した接合体を窒素雰囲気中焼成し
、セラミック接合体を作製した。

このように作製されたセラミック接合体について実施例
１と同様にシール性を測定したところ、気泡の発生は認
められず、シール性は良好てあった。

また、上記接合体について片持ち曲げ強度試験により接
合強度を測定したところ、２３０　Ｍ　Ｐ　ａと高強度
であった。又、管状体の傾きも極めて小さく位置精度も
良好であった。さらに、繰り返し疲労試験を行なったと
ころ、１００ＭＰａ、１０Ｈｚの条件て１０００時間を
クリアーした。

（比較例）比較例として、従来、セラミック接合体を製造するとき
に行なわれていた一例を示す。

第３図は従来法の一例を示した説明図であり、第３図（
ａ）はセラミック多孔管板Ａの平面説明図であり、第３
図（ｂ）はセラミック接合体の断面説明図である。

穿設孔１１’にネジ溝を設けない以外は、実施例１と同
様にして第３図（ａ）に示すようなセラミック多孔管板
Ａを作成した。また、端部にネジ溝を設けない以外は実
施例１と同様のセラミック管状体、Ｂを作製した。

次いで、予めＰ　ｂ　ＯＢ　２０３ガラス粉砕物１００
重量部とバインダー２重量部の混合物に水４０重置火を
加えてスラリーとした接着材を、各セラミック管状体Ｂ
の端部１２′からセラミック多孔管板Ａの厚さに対応す
る長さ部分に塗布して接着層１３′を形成し、第３図（
ｂ）に示すように端部１２’がセラミック多孔管板Ａの
外表面１４′に合致するように、セラミック多孔管板Ａ
の穿設孔１１’に各セラミック管状体Ｂをそれぞれ装入
し、実施例１と同様に焼成して接合体を得た。

このように作製されたセラミック接合体について実施例
１と同様にシール性を測定したところ、気泡の発生か認
められ、シール性に劣った。

また、上記接合体について片持ち曲げ強度試験により接
合強度を測定したところ、１００　Ｍ　Ｐ　ａと低強度
であった。又、管状体の傾きも極めて大きく位置精度が
悪かった。さらに、繰り返し疲労試験を行なったところ
、ｌ　００　Ｍ　Ｐ　ａ、１０Ｈｚの条件で２００時間
てセラミック管状体か破断した。

［発明の効果］本発明のセラミック接合体は上記したような構成を有す
るので、接合部のシール性が良く、接合強度が向上する
ばかりてなく、複数のセラミック管状体を長尺方向に揃
えて接着固定する場合、固定位置精度よく接着固定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示した説明図であり、第
１図（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第１図（
ｂ）はセラミック管状体の断面説明図、第１図（Ｃ）は
セラミック接合体の断面説明図である。第２図は、本発明の他の実施例を示した説明図であり、
第２図（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第２図
（ｂ）はセラミック板状体の断面説明図、第２図（Ｃ）
はセラミック管状体の断面説明図、第２図（ｄ）はセラ
ミックリング状体の断面説明図、第２図（ｅ）はセラミ
ック接合体の断面説明図である。第３図は従来法の一例を示した説明図てあり。第３図（ａ）はセラミック多孔管板Ａの平面説明図であ
り、第３図（ｂ）はセラミック接合体の断面説明図であ
る。第４図はセラミック接合体のリーク試験を示す説明図で
ある。Ａ、Ａ’・・・セラミック多孔管板、Ｂ−・・セラミッ
ク管状体、Ｃ・・・セラミックリング状体、１１・・・
穿設孔、１２・・・セラミック管状体Ｂの端部、１２’
・・・セラミックリング状体の端部、１３・・・接着材
層１４・・・セラミック多孔管板Ａの外表面、１５゜１
６・・・ネジ構造。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の穿設孔を有するセラミック板状体と該穿設
孔に装入したセラミック管状体とからなり、該セラミッ
ク板状体の穿設孔の内周部がネジ構造を有し、且つ該セ
ラミック管状体の該穿設孔装入部の外周部が該穿設孔内
周部のネジ構造に対応した構造に形成されていることを
特徴とするセラミック接合体。
（２）複数の穿設孔を有するセラミック板状体と、該穿
設孔に装入したセラミック管状体と、該穿設孔内におい
て前記セラミック板状体と前記セラミック管状体との間
に挿入されるセラミックリング状体とからなるセラミッ
ク接合体であって、該セラミック板状体の穿設孔の内周
部がネジ構造であり、且つ該セラミックリング状体の該
穿設孔装入部の外周部が該穿設孔内周部のネジ構造に対
応した構造に形成されていることを特徴とするセラミッ
ク接合体。