JP2002231499A

JP2002231499A - 絶縁継手

Info

Publication number: JP2002231499A
Application number: JP2001019159A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shudo; 弘之首藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: JP3752424B2

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁性部材と金属製接合部材とをロウ付けす
る際に、熱膨張係数の差に起因して両者の嵌め合わせ部
分の隙間が大きくなり、ロウ材が隙間に均一に流れず、
その結果絶縁性部材と金属製接合部材の接合強度にばら
つきが生じ、充分な接合強度が確保できないという問題
点があった。また、ロウ材に亀裂が生じて気密維持がで
きなくなるといった問題点もあった。【解決手段】軸方向に貫通孔１１ａを有し、両端部に
それぞれ外形寸法が端面に向けて漸次小さくされた傾斜
面１１ｂを有する筒状の絶縁性部材１１の両端部に、中
央部に貫通孔１１ａと略同心の開口１２ａを有し、内側
面を傾斜面１１ｂに当接させてキャップ状の金属製接合
部材１２が接合されるとともに、金属製接合部材１２の
開口１２ａ周辺に、中央部に貫通孔１１ａと略同心の開
口１３ａを有する環状の導電性部材１３が接合されてい
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、特に核融合装置等
に使用される大型ヘリカル装置等の真空装置や加速器に
おいて導電性部材に電圧をかけることによって、電子等
の荷電粒子のビームを発生させるのに使用される絶縁継
手に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、核融合装置等に使用される大型ヘ
リカル装置等の真空容器を備えた理化学機器では、電子
等の荷電粒子のビームを発生させるのに絶縁継手が用い
られている。この絶縁継手の基本構成の断面図を図５お
よび図６に示す。なお図６は、図５のB部の詳細を表す
拡大断面図である。図５および図６において、１は絶縁
性部材、２は金属製接合部材、３は導電性部材、４はメ
タライズ金属層、５はNｉメッキ層、６はロウ材であ
り、主にこれらで絶縁継手は構成されている。

【０００３】この絶縁継手は、一般に、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体や窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）質焼結
体等から成る絶縁性部材１と、絶縁性部材１の両端部の
それぞれの外周面にロウ材６を介して接合されたＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る金属製接合部材２
を有している。

【０００４】そして、金属製接合部材２の鍔部に環状の
導電性部材３の主面の外周部を当接し、金属製接合部材
２の鍔部と導電性部材３とを溶接等の手段により気密に
接合させる。これにより、導電性部材３，３は気密に接
合される。そして、導電性部材３，３のそれぞれに異な
る電圧をかけることによって電子等の荷電粒子を加速さ
せることが可能となる。

【０００５】なお、金属製接合部材２の絶縁性部材１へ
のロウ付けは、絶縁性部材１の両端部のそれぞれの外周
面に予めモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍn）等から
なるメタライズ金属層４とNｉメッキ層５を被着してお
き、そのNｉメッキ層５に金属製接合部材２をロウ材６
を介し接合させることによって行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の絶縁継手においては、絶縁性部材１が酸化アルミニ
ウム質焼結体や窒化珪素質焼結体等からなり、金属製接
合部材２がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る
が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数は
約８×１０^-6／℃（室温〜８００℃）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金の熱膨張係数は約１０．８×１０^-6／℃（室温〜
８００℃）と相違することから、両者をロウ付けする際
に熱膨張係数の差に起因して、両者の嵌め合わせ部分の
隙間が大きくなるため、ロウ材が隙間で偏って存在し、
均一に流れない。その結果、絶縁性部材１と金属製接合
部材２の接合強度にばらつきが生じ、充分な接合強度が
確保できない。また、ロウ材に亀裂が生じて、気密維持
ができなくなるといった問題点を有していた。

【０００７】そこで、上記問題点を解消するために、図
７に示すように絶縁性部材１の両端面にそれぞれ断面が
略コの字状の金属接合部材２をロウ付けすることが考え
られる。

【０００８】しかしながら、この場合、絶縁性部材１と
金属製接合部材２の両者の熱膨張係数の差により隙間を
生じることは無いが、絶縁性部材１と金属製接合部材２
との接合構造が軸方向に対して垂直な面でロウ付けされ
ていることから、両者の熱膨張係数の差に起因する応力
は絶縁性部材１の両端面にその面に平行な方向に発生す
る。そして、その応力によって絶縁性部材１の端面の金
属製接合部材２と接合されていない外周部に引っ張り応
力として作用するため、その外周部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。

【０００９】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、絶縁性部材と
金属製接合部材とを接合するロウ材に亀裂等が発生する
のを防止し、また絶縁性部材にクラック、割れ等が発生
するのを有効に防止し、さらに金属製接合部材を強固に
固定できる信頼性の高いものとすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の絶縁継手は、軸
方向に貫通孔を有し、両端部にそれぞれ外形寸法が端面
に向けて漸次小さくされた傾斜面を有する筒状の絶縁性
部材の両端部に、中央部に貫通孔と略同心の開口を有
し、内側面を傾斜面に当接させてキャップ状の金属製接
合部材が接合されるとともに、この金属製接合部材の開
口周辺に、中央部に貫通孔と略同心の開口を有する環状
の導電性部材が接合されていることを特徴とするもので
ある。

【００１１】本発明は、上記構成により、絶縁性部材と
金属製接合部材の両者の熱膨張係数の差に起因して接合
部に隙間が生じても、絶縁性部材と金属製接合部材の自
重によって軸方向に接合部は押圧されるため、隙間はか
なり小さくなる。その結果、ロウ材が隙間に均一に流
れ、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の接合強度のば
らつきを抑えることができ、充分な接合強度を確保する
ことができる。また、ロウ材に亀裂が生じて、気密維持
ができなくなるといった問題の発生を有効に抑えられ
る。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることができ
るという作用効果を有する。

【００１２】また、本発明において好ましくは、筒状の
絶縁性部材の傾斜面の軸方向に対する傾斜角が５〜４５
°であることを特徴とするものである。

【００１３】上記構成により、絶縁性部材と金属製接合
部材の両者の熱膨張係数の差に起因して生じるロウ付け
時の接合部の隙間が小さくなるとともに、絶縁性部材と
金属製接合部材との両者の熱膨張係数の差に起因する応
力が絶縁性部材の両端面に平行な方向に発生しにくいた
め、その応力によってにクラックや割れ等が発生するの
を抑えられる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とする
ことができるという作用効果を有する。

【００１４】さらに、本発明において好ましくは、導電
性部材の外周部と金属製接合部材の外周部とを接合した
こと特徴とするものである。

【００１５】上記構成により、導電性部材と金属製接合
部材との接合を内周部と外周部の２カ所で保持できるた
め、両者の接合強度を高めることができる。その結果、
信頼性の高い絶縁継手とすることができるという作用効
果を有する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の絶縁継手を以下に詳細に
説明する。本発明の絶縁継手を図１、図２に示す。図１
は本発明の絶縁継手の基本構成を示す断面図、図２は図
１のA部の詳細を表す拡大断面図である。図１および図
２において、１１は絶縁性部材、１２は金属製接合部
材、１３は導電性部材、１４はメタライズ金属層、１５
はNｉメッキ層、１６はロウ材であり、主にこれらで絶
縁継手は構成されている。

【００１７】絶縁性部材１１は、軸方向に貫通孔１１ａ
を有し、好ましくは中心軸に貫通孔１１ａが形成され
た、断面形状が円形または楕円形のものである。そし
て、その両端部にそれぞれ外形寸法が端面に向けて漸次
小さくされた傾斜面１１ｂを有する筒状のものである。
その絶縁性部材１１の両端部の傾斜面１１ｂには、中央
部に絶縁性部材１１の貫通孔１１ａとほぼ同心の開口１
２ａを有したキャップ状の金属製接合材１２の内側面が
当接され接合されている。

【００１８】絶縁性部材１１は、例えば図３（ａ）に示
すように一方の端部の外形寸法を他方の端部の外形寸法
より漸次小さくした、外形が錐台状のものとし得る。こ
の場合、外形寸法の大きい側の傾斜面２１ｂに垂直にか
かる押圧力は、図１に比べて大きくなるため、隙間はよ
り小さくなる。その結果、ロウ材が隙間に均一に流れ、
絶縁性部材２１と金属製接合部材１２の両者の接合強度
のばらつきを抑えることができ、充分な接合強度を確保
することができるという効果がある。また、外形寸法の
大きい側の傾斜面２１ｂの面方向の下方にかかる自重に
よる力は、図１のものよりも小さくなるため、絶縁性部
材１１の自重による下方への位置ずれは小さくなる。

【００１９】また、（ｂ）は、基本的に（ａ）と同様の
構成であって、絶縁性部材３１の一方（上側）の端部に
別個の傾斜面３１ｂが形成されていないものである。そ
して、絶縁性部材３１の外面３１ａ自体の傾斜に合わせ
て、金属製接合部材１２内測面が絶縁性部材３１の外面
３１ａの上側の端部に接合された構成である。この場
合、（ａ）に比べて形状が単純化され、低コストに製造
できるという効果がある。

【００２０】そして、絶縁性部材１１は金属製接合部材
１２，１２の相互を電気的に絶縁する作用を為し、酸化
アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体や窒化珪素（Ｓｉ₃
Ｎ₄）質焼結体等の電気絶縁材料から成る。この絶縁性
部材１１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体の場合、
アルミナ、シリカ、カルシア、マグネシア等の原料粉末
をプレス成形して所定の形状の生セラミック体とし、こ
の生セラミック体を約１６００℃の温度で焼成すること
によって製造される。

【００２１】この絶縁性部材１１は、両端部の傾斜面１
１ｂに予めメタライズ金属層１４が被着形成され、さら
にメタライズ金属層１４にはNｉメッキ層１５が形成さ
れており、Nｉメッキ層１５には金属製接合部材１２が
銀ロウ等のロウ材１６を介して接合される。

【００２２】本発明において、絶縁性部材１１の傾斜面
１１ｂの軸方向に対する傾斜角は下記表１に示す結果か
ら５〜４５°であることが好ましい。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１より、５°未満では、絶縁性部材１１
と金属製接合部材１２との接合において、熱膨張係数の
差に起因する隙間を低減する効果が少ないため、ロウ材
が隙間に均一に流れにくくなる。その結果、絶縁性部材
１１と金属製接合部材１２の接合強度が充分に確保でき
なくなり、またロウ材の亀裂が生じて、気密維持ができ
なくなった。また、構造的にも金属製接合部材１２の位
置が定めにくくなる。

【００２５】４５°を超えると、絶縁性部材１１と金属
製接合部材１２との接合において熱膨張係数の差に起因
する応力は、絶縁性部材１１の両端面にその面に平行な
方向に発生する。そして、その応力によって絶縁性部材
１１の端面の金属製接合部材１２と接合されていない外
周部に引っ張り応力として作用するため、その外周部に
クラックや割れ等が発生しやすくなった。

【００２６】本発明において、メタライズ金属層１４
は、絶縁性部材１１に金属製接合部材１２をロウ付けす
る際の下地金属層として作用し、Mｏ−Mｎ等の高融点金
属から成る。このメタライズ金属層１４は、Mｏ−Mｎ等
の高融点金属粉末を含む金属ペーストを絶縁性部材１１
の傾斜面１１ｂにスクリーン印刷等の厚膜法を用いて印
刷し、これを約１４００℃の温度で焼成して形成され
る。

【００２７】Ｎｉメッキ層１５は、メタライズ金属層１
４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、好ましくは１〜１０μm程度の厚みに被
着させておくのがよい。その場合、メタライズ金属層１
４の酸化を防ぐとともに、メタライズ金属層１４と金属
製接合部材１２との接合を容易にし、かつ接合強度を高
めることができる。

【００２８】金属製接合部材１２は、中央部に絶縁性部
材１１の貫通孔１１ａと略同心の開口１２ａを有したキ
ャップ状の部材であり、金属製接合部材１２の内側面を
絶縁性部材１１の傾斜面１１ｂに銀ロウ等のロウ材１６
を介して当接接合させることによって絶縁性部材１１に
取着される。

【００２９】金属製接合部材１２は、例えば図４（ａ）
に示すように、開口１２ａ周辺の形状を軸方向と平行な
円筒状の形状とすることもできる。この場合、導電性部
材１３との接合部が軸方向に平行になり、その接合部の
端が上方に向いているため、シーム溶接装置のローラ電
極等を接合部の上端に容易に当接させることができ、溶
接の作業性が向上するという効果がある。また、金属製
接合部材１２の外周部は軸方向に垂直な鍔部となってお
り、この鍔部で、環状の導電性部材１３の主面から垂直
下方に延出された外周部を支持し接合する構成としてい
るため、金属製接合部材１２の２箇所の接合部は互いに
直交する面で接合されることとなる。従って、導電性部
材１３の金属製接合部材１２に対する接合強度が向上
し、導電性部材１３に外力が加わっても接合が壊れ難い
ものとなる。

【００３０】また、（ｂ）のように、金属製接合部材１
２の開口１２ａ周辺と外周部の両方を軸方向と平行な円
筒状の形状とし得る。この場合も（ａ）と同様に溶接の
作業性が向上するという効果がある。

【００３１】（ｃ）のように、金属製接合部材１２の面
全体を、絶縁性部材１１の傾斜面１１ｂの角度と同一角
度で、開口１２ａ方向および外周方向に延長した形状、
即ち円錐状等にすることもできる。この場合も（ａ）と
ほぼ同様に溶接の作業性が向上するという効果がある。

【００３２】金属製接合部材１２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金等の金属材料からなり、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金からなる場合、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット
（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法、絞り加工法等の
従来周知の金属加工法を施すことによって製作される。

【００３３】なお、金属製接合部材１２は、その外表面
に耐食性に優れ、かつロウ材１６に対して濡れ性が良い
金属、具体的には厚さ１〜１０μmのＮｉメッキ層を被
着させておくのがよく、金属製接合部材１２が酸化する
のを有効に防止することができるとともに、絶縁性部材
１１との接合を容易にしかつ接合強度を高めることがで
きる。

【００３４】また、金属製接合部材１２の開口１２ａ周
辺と外周部には、中央部に絶縁性部材１１の貫通孔１１
ａと略同心の開口１３ａを有する環状の導電性部材１３
が溶接等の接合手段により気密に接合される。

【００３５】導電性部材１３は、中央部に絶縁性部材１
１の貫通孔１１ａとほぼ同心の開口１３ａを有する環状
のものである。その開口１３ａ周辺には、金属製接合部
材１２が溶接等の接合手段により気密に接合されてい
る。また、環状の導電性部材１３は、外周部を延長して
金属製接合部材１２の外周部と溶接等の接合手段により
気密に接合されるのがよい。これにより、金属製接合部
材１２と導電性部材１３は強固に接合され信頼性の高い
絶縁継手とすることができる。

【００３６】この導電性部材１３，１３は、それぞれ異
なる電圧をかけることによって電子等の荷電粒子のビー
ムを発生させることが可能となる。

【００３７】かくして、本発明の絶縁継手は、絶縁性部
材１１と金属製接合部材１２の両者の熱膨張係数の差に
起因して接合部に隙間が生じても、絶縁性部材１１と金
属製接合部材１２の自重によって軸方向に接合部は押圧
されるため、隙間は小さくなる。その結果、ロウ材が隙
間に均一に流れ、絶縁性部材１１と金属製接合部材１２
の両者の接合強度のばらつきを抑えることができ、充分
な接合強度を確保することができる。また、ロウ材に亀
裂が生じて気密維持ができなくなるといった問題の発生
も有効に抑えられる。その結果、気密信頼性が高くな
る。このため、絶縁継手内を真空にした場合に加わる大
気圧、および電子等の荷電粒子のビームを発生させるた
めの電圧印加による抵抗加熱の熱応力が、絶縁性部材１
１と金属製接合部材１２の接合部及び金属製接合部材１
２と導電性部材１３の接合部に加わっても、両者の接合
状態が損なわれにくい。従って、真空漏れ等の気密不良
発生のおそれがない。このため、本発明の絶縁継手は、
従来のものに比べて格段に信頼性が高くなる。

【００３８】なお、本発明は上記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。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、軸方向に貫通孔を有し、両端
部にそれぞれ外形寸法が端面に向けて漸次小さくされた
傾斜面を有する筒状の絶縁性部材の両端部に、中央部に
貫通孔と略同心の開口を有し、内側面を傾斜面に当接さ
せてキャップ状の金属製接合部材が接合されるととも
に、金属製接合部材の開口周辺に、中央部に貫通孔と略
同心の開口を有する環状の導電性部材が接合されている
ことにより、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の熱膨
張係数の差に起因して接合部に隙間が生じても、絶縁性
部材と金属製接合部材の自重によって軸方向に接合部は
押圧されるため、隙間は小さくなる。その結果、ロウ材
が隙間に均一に流れ、絶縁性部材と金属製接合部材の両
者の接合強度のばらつきを抑えることができ、充分な接
合強度を確保できる。また、ロウ材に亀裂が生じて気密
維持ができなくなるといった問題の発生も有効に抑えら
れる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることがで
きる。

【００４０】また本発明は、好ましくは絶縁性部材の傾
斜面の軸方向に対する傾斜角が５〜４５°であることに
より、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の熱膨張係数
の差に起因して生じるロウ付け時の接合部の隙間が小さ
くなる。また、絶縁性部材と金属製接合部材との両者の
熱膨張係数の差に起因する応力が、絶縁性部材の両端面
にその面に平行な方向に発生し、その応力によって絶縁
性部材の端面の金属製接合部材と接合されていない外周
部に引っ張り応力が生じ、絶縁性部材にクラックや割れ
等が発生するといった不具合の発生を抑えられる。その
結果、信頼性の高い絶縁継手とすることができる。

【００４１】さらに、好ましくは導電性部材の外周部と
金属製接合部材の外周部とを接合したことにより、導電
性部材と金属製接合部材との接合を内周部と外周部の２
カ所で保持できるため、両者の接合強度を高めることが
できる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁継手について実施の形態の一例を
示す断面図である。

【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。

【図３】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の絶縁性部材
について実施の形態の他の例を示す断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の金属製接合
部材について実施の形態の他の例を示すものであり、金
属製接合部材の接合部付近の拡大断面図である。

【図５】従来の絶縁継手の断面図である。

【図６】図５のＢ部の拡大断面図である。

【図７】従来の絶縁継手について他の例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１１：絶縁性部材１１ａ：貫通孔１１ｂ：傾斜面１２：金属製接合部材１２ａ：開口１３：導電性部材１３ａ：開口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に貫通孔を有し、両端部にそれぞ
れ外形寸法が端面に向けて漸次小さくされた傾斜面を有
する筒状の絶縁性部材の前記両端部に、中央部に前記貫
通孔と略同心の開口を有し、内側面を前記傾斜面に当接
させてキャップ状の金属製接合部材が接合されるととも
に、該金属製接合部材の前記開口周辺に、中央部に前記
貫通孔と略同心の開口を有する環状の導電性部材が接合
されていることを特徴とする絶縁継手。
【請求項２】前記絶縁性部材の前記傾斜面の前記軸方
向に対する傾斜角が５〜４５°であることを特徴とする
請求項１記載の絶縁継手。
【請求項３】前記導電性部材の外周部と前記金属製接
合部材の外周部とを接合したこと特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の絶縁継手。