JP2002042920A - 気密端子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁体と導体ピンとの間に熱膨張係数の差に起
因する大きな応力が発生し、その応力によって絶縁体に
クラックや割れ等が発生するという問題があった。 【解決手段】軸方向に貫通孔が形成された柱状の絶縁体
１と、貫通孔に両端を突出させて挿入された導体ピン２
と、絶縁体１の端面と導体ピン２とをそれぞれ気密に接
合する金属接合部材３と、絶縁体１の外周面に接合され
る金属スリーブ４とからなり、金属接合部材３の少なく
とも一方は、絶縁体１よりも小経でかつ導体ピン２より
も大経の円筒状の本体部３ｂと、本体部３ｂの一方端側
に一体的に設けられた、絶縁体１の端面と接合される鍔
部３ｃと、本体部３ｂの他方端側に段部３ａを介して一
体的に設けられた、導体ピン２が挿通されて接合される
筒状部３ｄとから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気密端子に関し、特
に電子顕微鏡等の真空容器の内部及び外部に設置した各
種電気機器、電子装置間において電気信号の伝達を行う
のに使用される気密端子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子顕微鏡等の真空容器を備えた
理化学機器では、真空容器内の装置と真空容器外の装置
との間で電気信号を伝達するのに気密端子が用いられて
いる。この気密端子の基本構成を図３の断面図に示す。
図３において、１は絶縁体、２は導体ピン、４は金属ス
リーブ、５および６は金属層、７は金属ワッシャであ
り、主にこれらで気密端子は構成されている。

【０００３】この気密端子は、一般に、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体から成り、軸方向に貫通孔を有
する絶縁体１と、貫通孔に両端を突出させて挿入され
た、無酸素銅または鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コ
バルト（Ｃｏ）合金等の金属材料からなる導体ピン２
と、絶縁体１の少なくとも一方の端面と導体ピン２とに
ロウ材を介してロウ付けされたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等
の金属材料からなる金属ワッシャ７と、絶縁体１の外周
面にロウ材を介して接合されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等
の金属材料から成る筒状の金属スリーブ４とから構成さ
れている。

【０００４】そして、真空容器に金属スリーブ４の外周
側を固定し、かつ真空容器内の装置と真空容器外の装置
の各々を導体ピン２の両端に電気的に接続させることに
よって、真空容器の内外に設置された装置は電気信号の
伝達が可能となる。

【０００５】なお、金属ワッシャ７の絶縁体１へのロウ
付けは、絶縁体１の端面に予めモリブデン（Ｍｏ）−マ
ンガン（Ｍn）メタライズ層とＮｉメッキ層の２層構造
を有する金属層５を被着しておき、その金属層５と金属
ワッシャ７とをロウ材を介し接合させることによって行
われる。

【０００６】また、金属スリーブ４の絶縁体１へのロウ
付けは、金属ワッシャ７と同様に、絶縁体１の外周面の
所定の接合部に予めＭｏ−Ｍnメタライズ層とＮｉメッ
キ層の２層構造を有する金属層６を被着しておき、その
金属層６に金属スリーブ４をロウ材を介し接合させるこ
とによって行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の気密端子においては、図３のように、絶縁体１の一
方の端面のみに金属ワッシャ７を介して導体ピン２を接
合した場合、金属ワッシャ７と接合されてない側の導体
ピン２に接続されるケーブル等を介して、金属ワッシャ
７と導体ピン２のロウ付け部に機械的な力がてこの原理
で集中するため、このロウ付け部において絶縁体１にク
ラックや割れ等が発生して気密維持ができなくなるとい
った問題点を有していた。

【０００８】そこで、上記問題点を解消するために、図
４に示すように絶縁体１の両端面にそれぞれ金属ワッシ
ャ７を介して導体ピン２をロウ付けすることが考えられ
る。

【０００９】しかしながら、この場合、導体ピン２が無
酸素銅等の金属材料で、絶縁体１が酸化アルミニウム質
焼結体で形成されており、無酸素銅の熱膨張係数が約２
０×１０^-6／℃（室温〜８００℃）、酸化アルミニウム
質焼結体の熱膨張係数が約８×１０^-6／℃（室温〜８０
０℃）と相違すること、および絶縁体１の長さが長いこ
と等から、絶縁体１と導体ピン２との間に両者の熱膨張
係数の差に起因する大きな応力が発生し、その応力によ
って絶縁体１にクラックや割れ等が発生するという問題
点を有していた。

【００１０】本発明は、上記従来技術における問題点に
鑑み完成されたものであり、その目的は、絶縁体にクラ
ックや割れ等が発生するのを有効に防止しつつ、導体ピ
ンを強固に固定した高信頼性の気密端子を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の気密端子は、軸
方向に貫通孔が形成された柱状の絶縁体と、貫通孔に両
端を突出させて挿入された導体ピンと、絶縁体の端面と
導体ピンとをそれぞれ気密に接合する金属接合部材と、
絶縁体の外周面に接合される金属スリーブとからなる気
密端子であって、金属接合部材の少なくとも一方は、絶
縁体よりも小経でかつ導体ピンよりも大経の円筒状の本
体部とその本体部の一方端側に一体的に設けられた絶縁
体の端面と接合される鍔部と本体部の他方端側に段部を
介して一体的に設けられた導体ピンが挿通されて接合さ
れる筒状部とから成ることを特徴とするものである。

【００１２】本発明は、上記の構成により、絶縁体と導
体ピンとの熱膨張係数の相違に起因する大きな応力が発
生しても、これを金属接合部材により緩和することがで
き、応力によって絶縁体にクラックや割れ等が発生する
ことが有効に抑えられる。また、導体ピンに接続される
ケーブル等を介して作用する機械的な力が、金属接合部
材と導体ピンのロウ付け部の一方にのみに集中すること
がないため、極めて信頼性の高い気密端子とすることが
できるという作用効果を有する。

【００１３】また、本発明において好ましくは、絶縁体
の両端面の間隔が２０mm以上であることを特徴とするも
のである。

【００１４】上記の構成により、絶縁体と導体ピンとの
熱膨張係数の相違の影響が大きくなる場合においても、
絶縁体と導体ピンとの熱膨張係数の相違に起因する大き
な応力を金属接合部材の段部の弾性的変形により緩和
し、応力によって絶縁体にクラックや割れ等が発生する
のを抑えられる。従って、信頼性の高い気密端子とする
ことができるという作用効果を有する。

【００１５】さらに、本発明において好ましくは、前記
金属接合部材は、前記筒状部の内周面から前記鍔部の外
周までの幅に対して前記鍔部の前記絶縁体の端面との接
合部の幅が２０％以上５０％未満であり、かつ前記鍔部
の前記絶縁体との接合面から前記本体部の外側に向かっ
て設けた前記筒状部の先端までの長さに対して前記筒状
部の接合部の長さが２０％〜８０％であることを特徴と
する。

【００１６】上記の構成により、絶縁体と導体ピンとの
熱膨張係数の相違に起因する大きな応力を最適に緩和で
きるため、従来のように応力によって絶縁体にクラック
や割れ等が発生することが抑制され、信頼性の高い気密
端子とすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の気密端子を以下に詳細に
説明する。

【００１８】図１は本発明の気密端子を示し、実施の形
態の一例の断面図である。図１において、１は絶縁体、
２は導体ピン、３は金属接合部材、４は金属スリーブ、
５および６は金属層であり、主にこれらで気密端子は構
成されている。なお、図１において、図３と同じ部分に
は同じ符号を付している。

【００１９】絶縁体１は、軸方向、好ましくは中心軸に
貫通孔が形成された、断面形状が円形または四角形，六
角形等の多角形のものである。その貫通孔には導体ピン
２が両端を突出させた状態で挿入され、絶縁体１の端面
でキャップ状の金属接合部材３を介して固定されてい
る。また、絶縁体１の外周面には金属スリーブ４が接合
されている。

【００２０】そして、絶縁体１は、導体ピン２を電気的
絶縁をもって保持する作用を為し、酸化アルミニウム質
焼結体等の電気絶縁材料で形成されている。

【００２１】この絶縁体１は、それぞれの端面に金属層
５が被着形成されており、金属層５には導体ピン２を絶
縁体１に取り付けるための金属接合部材３が銀ロウ等の
ロウ材を介して接合される。

【００２２】本発明において、絶縁体１の両端面の間隔
が２０mm以上の場合に本発明の構成を採ることがよく、
２０ｍｍ未満では、絶縁体１と導体ピン２との熱膨張係
数の相違に起因する応力の影響は小さいため、応力によ
り絶縁体１にクラックや割れ等が発生する可能性はほと
んどなくなる。

【００２３】金属層５は、絶縁体１に金属接合部材３を
ロウ付けする際の下地金属層として作用し、Ｍｏ−Ｍｎ
等のメタライズ層と、好ましくはその表面にロウ材との
濡れ性に優れるＮｉ等の金属をメッキ法により１〜１０
μm程度の厚みに被着させたメッキ層とから成るもので
ある。これにより、金属層５に金属接合部材３を強固に
ロウ付けすることができる。

【００２４】また一方、絶縁体１は、その外周面の金属
スリーブ４との接合部には金属層６が被着されており、
その金属層６には金属スリーブ４が銀ロウ等のロウ材を
介して取着される。絶縁体１の外周面に被着された金属
層６は、絶縁体１に金属スリーブ４をロウ付けする際の
下地金属層として作用し、Ｍｏ−Ｍn等のメタライズ層
により形成されている。

【００２５】なお、金属層６は、好ましくはその表面に
ロウ材との濡れ性に優れるＮｉ等の金属をメッキ法によ
り１〜１０μm程度の厚みに被着させておくのがよく、
金属層６に金属スリーブ４を強固にロウ付けすることが
できる。

【００２６】さらに、金属層６にロウ付けされる金属ス
リーブ４は気密端子を理化学機器の真空容器に取着する
作用を為し、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料
から成る。

【００２７】また、金属スリーブ４は、円筒状の本体部
とその本体部の一方端側に一体的に設けられた鍔部から
なる形状を為し、その本体部の内周面を絶縁体１の外周
面に被着させた金属層６に銀ロウ等のロウ材により接合
させることによって絶縁体１に取着される。

【００２８】金属スリーブ４は、例えば真空容器の容器
壁に穴を形成しておき、その穴に外周の鍔部を溶接する
ことによって真空容器に取着される。

【００２９】金属層５にロウ付けされた金属接合部材３
は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなり、図
１に示すように、その少なくとも一方は、絶縁体１より
も小径でかつ導体ピン２よりも大径の円筒状の本体部３
ｂの一方端側に一体的に設けられた鍔部３ｃと、本体部
３ｂの他方端側に段部３ａを介して一体的に設けられた
筒状部３ｄとから成る。この鍔部３ｃは絶縁体１の端面
とロウ付けされ、筒状部３ｄは導体ピン２とロウ付けさ
れている。

【００３０】この金属接合部材３は、絶縁体１と導体ピ
ン２との間で両者の熱膨張係数の差に起因して発生する
応力を段部３ａの弾性的変形により吸収緩和する作用を
なす。

【００３１】そして、金属接合部材３は、図１に示すよ
うに、その筒状部３ｄの内周面から鍔部３ｃの外周まで
の幅Ｄ１に対して鍔部３ｃの絶縁体１の端面との接合部
の幅Ｄ２が２０％以上５０％未満であり、かつ鍔部３ｃ
の絶縁体１との接合面から本体部３ｂの外側に向かって
設けた筒状部３ｄの先端までの長さＬ１に対して筒状部
３ｄの接合部の長さＬ２が２０％〜８０％であることが
好ましい。

【００３２】幅Ｄ２が幅Ｄ１の２０％未満では、絶縁体
１と金属接合部材３の鍔部３ｃとの接合面積が小さくな
り、絶縁体１と金属接合部材３の接合強度が低くなり易
く、幅Ｄ２が幅Ｄ１の５０％以上では、絶縁体１と導体
ピン２との熱膨張係数の相違に起因する大きな応力を金
属接合部材３により緩和することが困難となり、応力に
よって絶縁体１にクラックや割れ等が発生し易くなる。

【００３３】長さＬ２が長さＬ１の２０％未満では、導
体ピン２と金属接合部材３の筒状部３ｄとの接合面積が
小さくなり、導体ピン２と金属接合部材３の接合強度が
低くなり、長さＬ２が長さＬ１の８０％を超えると、絶
縁体１と導体ピン２との熱膨張係数の相違に起因する大
きな応力を金属接合部材３により緩和することが困難と
なり、応力によって絶縁体１にクラックや割れ等が発生
し易くなる。

【００３４】金属接合部材３にロウ付けされた導体ピン
２は、例えば無酸素銅、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の良導
電性の金属から成る円柱状または多角柱状のものであ
り、金属接合部材３の筒状部３ｄの内周面および絶縁体
１の貫通孔内に、その両端が金属接合部材３および絶縁
体１から外部に突出するようにして嵌入されるととも
に、金属接合部材３の筒状部３ｄの内周面にロウ付け固
定されることにより、絶縁体１の貫通孔内に挿入固定さ
れる。なお、導体ピン２は絶縁体１の中心軸に限らず、
軸方向に設けられていれば良い。また、導体ピン２は複
数あっても良い。

【００３５】この導体ピン２は真空容器の内外に電気を
入出力するための導電路として作用し、導体ピン２には
真空容器の内外に入出力される電気が流される。

【００３６】かくして、本発明の気密端子は金属スリー
ブ４を理化学機器の真空容器に取着し、導体ピン２の突
出する両端に真空容器内部の装置と真空容器外部の装置
をそれぞれ電気的に接続させれば、真空容器内外の装置
間に電気信号を伝達させる端子として機能する。

【００３７】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変更を行うことは何ら差し支えない。

【００３８】例えば、図２は本発明の気密端子について
実施の形態の他の例を示す断面図であるが、同図に示す
ように、図１の気密端子において絶縁体１の一方の端面
に設ける金属接合部材３を金属ワッシャ７に変えた構成
とすることもできる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、絶縁体の端面と導体ピンとを
それぞれ接合する金属接合部材を絶縁体よりも小経でか
つ導体ピンよりも大経の円筒状の本体部とその本体部の
一方端側に一体的に設けられた絶縁体の端面と接合され
る鍔部と本体部の他方端側に段部を介して一体的に設け
られた導体ピンが挿通されて接合される筒状部とから成
る構造としたことにより、絶縁体と導体ピンとの熱膨張
係数の相違に起因する大きな応力を金属接合部材により
緩和することができ、応力によって絶縁体にクラックや
割れ等が発生することを抑えることができる。また、導
体ピンに接続されるケーブル等を介して作用する機械的
な力が、金属接合部材と導体ピンのロウ付け部の一方に
のみ集中することがないため、極めて信頼性の高い気密
端子とすることができる。

【００４０】また、絶縁体の両端面の間隔が２０mm以上
であることにより、絶縁体と導体ピンとの熱膨張係数の
相違の影響が大きくなる場合においても、絶縁体と導体
ピンとの熱膨張係数の相違に起因する大きな応力を緩和
することができ、応力によって絶縁体にクラックや割れ
等が発生するのを抑えることができる。従って、信頼性
の高い気密端子とすることができる。

【００４１】また、金属接合部材が、筒状部の内周面か
ら鍔部の外周までの幅に対して鍔部の絶縁体の端面との
接合部の幅が２０％以上５０％未満であり、かつ鍔部の
絶縁体との接合面から本体部の外側に向かって設けた筒
状部の先端までに対する筒状部の接合部の長さが２０％
〜８０％としたことにより、絶縁体と導体ピンとの熱膨
張係数の相違に起因する大きな応力を最適に緩和できる
ため、応力によって絶縁体にクラックや割れ等が発生す
るのを抑えることができ、信頼性の高い気密端子とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気密端子を示し、実施の形態の一例を
示す断面図である。

【図２】本発明の気密端子を示し、実施の形態の他の例
を示す断面図である。

【図３】従来の気密端子の一例を示す断面図である。

【図４】従来の気密端子の他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１：絶縁体 ２：導体ピン ３：金属接合部材 ３ａ：段部 ３ｂ：本体部 ３ｃ：鍔部 ３ｄ：筒状部 ４：金属スリーブ ５，６：金属層 ７：金属ワッシャ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向に貫通孔が形成された柱状の絶縁体
   と、前記貫通孔に両端を突出させて挿入された導体ピン
   と、前記絶縁体の端面と前記導体ピンとをそれぞれ気密
   に接合する金属接合部材と、前記絶縁体の外周面に接合
   される金属スリーブとからなる気密端子であって、前記
   金属接合部材の少なくとも一方は、前記絶縁体よりも小
   径でかつ前記導体ピンよりも大径の円筒状の本体部と、
   該本体部の一方端側に一体的に設けられた、前記絶縁体
   の端面と接合される鍔部と、前記本体部の他方端側に段
   部を介して一体的に設けられた、前記導体ピンが挿通さ
   れて接合される筒状部とから成ることを特徴とする気密
   端子。
2. 【請求項２】前記絶縁体の両端面の間隔が２０mm以上で
   あることを特徴とする請求項１記載の気密端子。
3. 【請求項３】前記金属接合部材は、前記筒状部の内周面
   から前記鍔部の外周までの幅に対して前記鍔部の前記絶
   縁体の端面との接合部の幅が２０％以上５０％未満であ
   り、かつ前記鍔部の前記絶縁体との接合面から前記本体
   部の外側に向かって設けた前記筒状部の先端までの長さ
   に対して前記筒状部の接合部の長さが２０％〜８０％で
   あることを特徴とする請求項１または請求項２記載の気
   密端子。