JP2008239437A - Insulator and insulation joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば絶縁容器、加速管、絶縁基板、端子、絶縁碍子等に利用でき、対峙する導電体との間に電圧がかかり、沿面絶縁を要求される絶縁体及び絶縁接合体に関するものである。 The present invention relates to an insulator and an insulating joint that can be used for, for example, an insulating container, an acceleration tube, an insulating substrate, a terminal, an insulator, and the like, and a voltage is applied between opposing conductors and creeping insulation is required. is there.
従来より、アルミナ等のセラミック部材に金属部材を接合する場合には、例えばセラミック部材の表面にメタライズを施し、このメタライズの表面に、メッキや金属ペースト層を介して、ろう付けや半田付けにより金属部材を接合する方法が提案されていた(特許文献1、2参照)。 Conventionally, when a metal member is bonded to a ceramic member such as alumina, for example, the surface of the ceramic member is metallized, and the metallized surface is plated or plated with a metal paste layer by brazing or soldering. A method of joining members has been proposed (see Patent Documents 1 and 2).
上述した特許文献2の技術では、まず、アルミナ焼結体の表面に、スクリーン印刷や筆塗り等によって、モリブデンやタングステン等の高融点金属粉のペーストを塗布した後に、加湿した還元雰囲気にてメタライズ焼成を行い、次に、ろう付けや半田付け等の接合を容易にするために、焼き付けたメタライズ上にニッケル等の電解又は無電解メッキを施していた。そして、これによって金属濡れ性が向上したメッキ層の上にて、ろう付けや半田付け等により金属部材の接合を行っていた。 In the technique of Patent Document 2 described above, first, a paste of a high melting point metal powder such as molybdenum or tungsten is applied to the surface of the alumina sintered body by screen printing or brush coating, and then metallized in a humidified reducing atmosphere. After firing, in order to facilitate joining such as brazing and soldering, electrolytic or electroless plating of nickel or the like was performed on the baked metallization. And the metal member was joined by brazing, soldering, etc. on the plating layer which improved metal wettability by this.
このように、メタライズ層上にメッキを施した場合、通常、メッキは露出したメタライズ層表面全体に析出して被着されるので、メタライズ層を含めた導電部(即ちメタライズ層とメッキ層の積層体)の先端は、メッキ成分となる。 As described above, when plating is performed on the metallized layer, the plating is usually deposited and deposited on the entire surface of the exposed metallized layer, so that the conductive portion including the metallized layer (that is, the lamination of the metallized layer and the plated layer). The tip of the body is a plating component.
ところが、セラミック等の絶縁体を挟み、これに接触し対峙した導電部材間に電圧をかけた場合、絶縁体の表面にて沿面放電が起き、絶縁体としての機能を損ねることがある。この放電は、導電体、絶縁体、及び気体の3つの異なる相が重なった点(トリプルジャンクション)で生じる。 However, when an insulator such as ceramic is sandwiched and a voltage is applied between conductive members in contact with each other, creeping discharge may occur on the surface of the insulator, thereby impairing the function as the insulator. This discharge occurs at the point (triple junction) where three different phases of conductor, insulator, and gas overlap.
従って、上述したように、導電部の先端がメッキ成分となった場合には、この沿面放電が起きやすいという問題があった。
この対策として、ろう付けの接合部分に絶縁材料を塗布するという技術が提案されている(特許文献3参照)。
Therefore, as described above, when the tip of the conductive portion becomes a plating component, there is a problem that this creeping discharge is likely to occur.
As a countermeasure, a technique of applying an insulating material to a brazed joint has been proposed (see Patent Document 3).
また、これとは別に、絶縁性部材と金属製接合部材とを斜面にてろう付けするという技術が提案されている(特許文献4参照)。
しかしながら、この引用文献3の技術の場合は、絶縁材料の塗布は部品組付けをした後になるので、組み付け構造が複雑な場合には、必要な箇所に絶縁材料を塗布する作業が困難であるという問題があった。
However, in the case of the technique of the cited
また、引用文献4の技術では、斜面で接合するので、高さ方向の寸法精度が低く、加工
し難いという問題があった。
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、加工が容易であり、しかも、沿面放電を容易に防止できる絶縁体及び絶縁接合体を提供することにある。
Moreover, in the technique of the cited reference 4, since it joined on the slope, there existed a problem that the dimensional accuracy of a height direction was low and it was difficult to process.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an insulator and an insulating joint that can be easily processed and can prevent creeping discharge easily.
(1)前記目的を達成するための請求項1の発明(絶縁体)は、絶縁性を有するセラミック製基体の同一平面又は平行する平面の表面に、少なくとも一対のメタライズ層が被着されるとともに、前記各メタライズ層の上にそれぞれ導電層が被着された絶縁体において、前記絶縁体は、前記導電層を介して、金属部材に接合される接合用部材であり、前記メタライズ層の抵抗率が前記導電層の抵抗率より大きく、且つ、前記メタライズ層の外縁部が、前記導電層より外側に露出したことを特徴とする。 (1) According to the invention (insulator) of claim 1 for achieving the above object, at least a pair of metallized layers is deposited on the surface of the same or parallel plane of the insulating ceramic substrate. In the insulator in which a conductive layer is deposited on each metallized layer, the insulator is a bonding member bonded to a metal member via the conductive layer, and the resistivity of the metallized layer Is larger than the resistivity of the conductive layer, and the outer edge of the metallized layer is exposed to the outside of the conductive layer.
本発明では、絶縁体は、導電層を介して、同一平面又は平行する平面の表面にて、金属部材に接合される接合用部材であるので、接合の際の高さ方向の寸法精度が高く、加工し易いという利点がある。 In the present invention, since the insulator is a joining member joined to the metal member on the surface of the same plane or parallel plane via the conductive layer, the dimensional accuracy in the height direction at the time of joining is high. There is an advantage that it is easy to process.
特に、本発明では、絶縁体のメタライズ層の抵抗率が導電層の抵抗率より大きく、且つ、メタライズ層の外縁部が、導電層(の外縁部分)より外側に露出しているので、例えば絶縁体を挟んで(或いは同一平面上に並んで)対峙する導電層間に高い電圧が印加された場合に、導電層間に沿面放電が発生することを抑制できる。 In particular, in the present invention, the resistivity of the metallized layer of the insulator is larger than the resistivity of the conductive layer, and the outer edge portion of the metallized layer is exposed to the outside of the conductive layer (the outer edge portion thereof). When a high voltage is applied between the conductive layers facing each other with the body sandwiched (or arranged on the same plane), it is possible to suppress the occurrence of creeping discharge between the conductive layers.
つまり、沿面放電は、上述した様に、導電体、絶縁体、及び気体の3つの異なる相が重なったトリプルジャンクションで生じ易いが、本発明では、このようなトリプルジャンクションにおける帯電を緩和するために、(導電層より抵抗率が大きな)メタライズ層の外縁部が導電層の外縁部より外側に露出した構成であるので、対峙する導電層間での沿面放電が発生し難いという効果がある。 That is, as described above, creeping discharge is likely to occur in a triple junction in which three different phases of a conductor, an insulator, and a gas are overlapped. In the present invention, in order to alleviate charging in such a triple junction. Since the outer edge portion of the metallized layer (having a higher resistivity than the conductive layer) is exposed outside the outer edge portion of the conductive layer, there is an effect that creeping discharge is unlikely to occur between the opposing conductive layers.
なお、本発明では、複数のメタライズ層及び導電層の積層部分(接合積層部と称する)があり、全ての接合積層部が上述した構成であれば好ましいが、少なくとも1箇所(或いは対峙する2箇所)でも効果がある。 In the present invention, there are a plurality of laminated portions of metallized layers and conductive layers (referred to as junction laminate portions), and it is preferable if all the junction laminate portions are configured as described above, but at least one location (or two opposing locations). ) But it is also effective.
(2)請求項2の発明では、前記セラミック製基体は、筒状又は棒状であり、前記絶縁体は、前記導電層を介して、前記セラミック製基体の軸方向の端面にて、金属部材に接合されることを特徴とする。 (2) In the invention of claim 2, the ceramic substrate is in a cylindrical shape or a rod shape, and the insulator is a metal member on the end surface in the axial direction of the ceramic substrate via the conductive layer. It is characterized by being joined.
本発明は、セラミック製基体等の構成を例示したものである。
(3)請求項3の発明では、前記セラミック製基体は、角箱形状であり、その表面(例えば同一平面上)に、前記メタライズ層及び導電層が形成されていることを特徴とする。
The present invention exemplifies the configuration of a ceramic substrate or the like.
(3) The invention according to
本発明は、セラミック製基体等の構成を例示したものである。
(4)請求項4の発明では、前記セラミック製基体は、平板形状であり、その表面(例えば同一平面上)に、前記メタライズ層及び導電層が形成されていることを特徴とする。
The present invention exemplifies the configuration of a ceramic substrate or the like.
(4) The invention of claim 4 is characterized in that the ceramic substrate has a flat plate shape, and the metallized layer and the conductive layer are formed on the surface (for example, on the same plane).
本発明は、セラミック製基体等の構成を例示したものである。
(5)請求項5の発明では、前記絶縁体は、前記導電層を介して、溶融金属接合材(例えばろう材)によって金属部材に接合される接合用部材であることを特徴とする。
The present invention exemplifies the configuration of a ceramic substrate or the like.
(5) The invention of claim 5 is characterized in that the insulator is a joining member joined to a metal member by a molten metal joining material (for example, a brazing material) through the conductive layer.
本発明は、絶縁体の用途を例示したものであり、この絶縁体にろう材等を用いて金属部材を接合することができる。
(6)請求項6の発明では、前記メタライズ層の抵抗率が、前記導電層の抵抗率の1.4倍以上であることを特徴とする。
The present invention exemplifies the use of an insulator, and a metal member can be joined to the insulator using a brazing material or the like.
(6) The invention of claim 6 is characterized in that the resistivity of the metallized layer is 1.4 times or more the resistivity of the conductive layer.
本発明では、後述する実験例から明かな様に、メタライズ層の抵抗率が導電層の抵抗率の1.4倍以上であるので、沿面放電による破壊電圧が高いという利点がある。
(7)請求項7の発明では、前記メタライズ層の露出幅が、0.2mm以上であることを特徴とする。
As will be apparent from the experimental examples described later, the present invention has an advantage that the breakdown voltage due to creeping discharge is high because the resistivity of the metallized layer is 1.4 times or more the resistivity of the conductive layer.
(7) In the invention of claim 7, the exposed width of the metallized layer is 0.2 mm or more.
本発明では、後述する実験例から明かな様に、メタライズ層の露出幅が0.2mm以上(好ましくは0.3mm以上)であるので、沿面放電による破壊電圧が高いという利点がある。 In the present invention, as will be apparent from the experimental examples described later, since the exposed width of the metallized layer is 0.2 mm or more (preferably 0.3 mm or more), there is an advantage that the breakdown voltage due to creeping discharge is high.
なお、この露出幅は、露出部分の全てにおいて確保されていることが好ましい。
(8)請求項8の発明では、前記露出幅は、前記メタライズ層の突出部分における露出幅であることを特徴とする。
In addition, it is preferable that this exposure width is ensured in all the exposed parts.
(8) The invention of claim 8 is characterized in that the exposed width is an exposed width at a protruding portion of the metallized layer.
メタライズ層が外方向(表面に沿ってメタライズ層から遠ざかる方向)に突出している場合には、そこから沿面放電が生じやすい。よって、少なくともメタライズ層の突出部分における露出幅が前記請求項7に記載の露出幅であると、沿面放電が生じにくいので好適である。 If the metallized layer protrudes outward (in the direction away from the metallized layer along the surface), creeping discharge tends to occur from there. Therefore, it is preferable that the exposed width at least in the protruding portion of the metallized layer is the exposed width described in the seventh aspect, because creeping discharge hardly occurs.
(9)請求項9の発明では、前記セラミックが、アルミナであることを特徴とする。
本発明は、セラミックの材料を例示したものである。
(10)請求項10の発明(絶縁接合体)は、前記請求項1〜9のいずれかに記載の絶縁体の導体層上に、溶融金属接合材(例えばろう材)を介して金属部材が接合されたことを特徴とする。
(9) The invention of
The present invention illustrates a ceramic material.
(10) In the invention (insulation joined body) of
本発明は、絶縁体に金属部材が接合された絶縁接合体を示したものである。
・なお、前記セラミック製基体の材料としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ムライト等が挙げられる。メタライズ層の材料としては、例えば、モリブデン、タングステン等が挙げられる。導電層の材料としては、例えば、ニッケル、銅、銀、スズ、金、それらを含む合金等が挙げられる。溶融金属接合材の材料としては、例えば、銀、銅、金、スズ、亜鉛、アルミニウム、それらを含む合金等が挙げられる。金属部材としては、例えば、銅、コバール、ニッケル−鉄合金、ステンレス、アルミニウム、鉄等が挙げられる。
The present invention shows an insulating bonded body in which a metal member is bonded to an insulating body.
In addition, examples of the material for the ceramic substrate include alumina, aluminum nitride, silicon nitride, mullite, and the like. Examples of the material for the metallized layer include molybdenum and tungsten. Examples of the material for the conductive layer include nickel, copper, silver, tin, gold, and alloys containing them. Examples of the material for the molten metal bonding material include silver, copper, gold, tin, zinc, aluminum, and alloys containing them. Examples of the metal member include copper, kovar, nickel-iron alloy, stainless steel, aluminum, and iron.
・また、本発明は、前記絶縁接合体を有する真空スイッチに適用できる。この真空スイッチとは、例えばセラミック製の絶縁バルブを用いた電気回路開閉器であり、特に高電圧、大電流の開閉に好適なものである。 -Moreover, this invention is applicable to the vacuum switch which has the said insulation joined body. The vacuum switch is an electric circuit switch using an insulating valve made of ceramic, for example, and is particularly suitable for high voltage and large current switching.
更に、本発明は、前記絶縁接合体を有する真空容器(例えば絶縁バルブ)に適用できる
。この真空容器内に電極などを配置することにより、真空スイッチ(電気回路開閉器)を形成することができる。
Furthermore, the present invention can be applied to a vacuum container (for example, an insulating valve) having the insulating joined body. A vacuum switch (electric circuit switch) can be formed by arranging an electrode or the like in the vacuum vessel.
次に、本発明の絶縁体及び絶縁接合体の最良の形態の例(実施例)について説明する。(実施例1)
a)まず、本実施例の絶縁体の構成について説明する。
Next, an example (example) of the best mode of the insulator and the insulating joined body of the present invention will be described. Example 1
a) First, the structure of the insulator of the present embodiment will be described.
図1に模式的に示す様に、本実施例の絶縁体1は、絶縁性を有する円筒状のセラミック製基体(アルミナ焼結体)3を備えており、そのアルミナ焼結体3の軸方向の両端の表面において、図2に示す様に、メタライズ層5と導電層7とが順次積層された構成を備えるものである。なお、メタライズ層5と導電層7の積層部分を、接合積層部8と称する。
As schematically shown in FIG. 1, the insulator 1 of this embodiment includes a cylindrical ceramic substrate (alumina sintered body) 3 having an insulating property, and the axial direction of the alumina sintered
詳しくは、アルミナ焼結体3は、例えば内径50mm×外径60mm×長さ90mmの円筒状の部材であり、その(軸方向から見て)リング状の両端には、中央部分が軸方向外側に突出して幅4mmのリング状の凸状部9が形成されている。
Specifically, the alumina sintered
また、両端の内側と外側の角部は、斜面となるようにテーパ加工(テーパ角約45°)されて、リング状の内側テーパ部11及び外側テーパ部13が形成されている。
前記メタライズ層5は、例えばモリブデンペースト焼付層からなり、凸状部9の全表面を覆うとともに、内側テーパ部11及び外側テーパ部13の一部を覆っている。詳しくは、内側テーパ部11及び外側テーパ部13の凸状部9側を、各テーパ部11、13の幅の約4/5の幅で覆うように、メタライズ層5が形成されている。
In addition, the inner and outer corners of both ends are tapered (taper angle of about 45 °) so as to form a slope, thereby forming a ring-shaped inner tapered
The metallized layer 5 is made of, for example, a molybdenum paste baking layer and covers the entire surface of the
更に、前記導電層7は、例えばニッケルペースト焼付層からなり、メタライズ層5の中央部分を覆う様に、リング状に形成されている。
特に本実施例では、前記メタライズ層5の径方向(軸方向と垂直の方向)における内側及び外側の外縁部15、17が、それぞれ全周にわたって、導電層7から幅0.2mm以上(例えば0.3mm程度)露出するように形成されている。
Further, the conductive layer 7 is made of, for example, a nickel paste baking layer, and is formed in a ring shape so as to cover the central portion of the metallized layer 5.
In particular, in this embodiment, inner and outer
また、メタライズ層5の抵抗率は、導電層7の抵抗率よりも1.4倍以上大きく設定されている。例えば、メタライズ層の抵抗率は、192×10-8Ωm、導電層の抵抗率は、120×10-8Ωmに設定されている。 Further, the resistivity of the metallized layer 5 is set to be 1.4 times larger than the resistivity of the conductive layer 7. For example, the resistivity of the metallized layer is set to 192 × 10 −8 Ωm, and the resistivity of the conductive layer is set to 120 × 10 −8 Ωm.
なお、絶縁体1の軸方向において対峙する両端面(軸方向と垂直な端面)10には、導電層7を介して、例えば後述する金属部材31(図4参照)などが接合される。
b)次に、本実施例の絶縁体1の製造方法について説明する。
Note that, for example, a metal member 31 (see FIG. 4), which will be described later, is joined to both end faces 10 (end faces perpendicular to the axial direction) 10 facing each other in the axial direction of the insulator 1 through the conductive layer 7.
b) Next, the manufacturing method of the insulator 1 of a present Example is demonstrated.
まず、アルミナ粉末をプレス成形し、筒状体(円筒部材)を作製した。
次に、この筒状体を、大気中にて約1600℃で焼成し、外径60mm×内径50mm×高さ90mmのアルミナ焼結体3を得た。
First, alumina powder was press-molded to produce a cylindrical body (cylindrical member).
Next, this cylindrical body was baked at about 1600 ° C. in the atmosphere to obtain an alumina sintered
なお、アルミナ焼結体3の両端の内側及び外側の角部には、例えばテーパ角が約45°の面取りが施してある。
次に、この円筒状のアルミナ焼結体3の軸方向の両端の表面に、高融点金属を主成分と
した第1ペーストを塗布した。詳しくは、両端の突出部の全面を覆うとともに、突出部の内側及び外側の面取り部(内側テーパ部11及び外側テーパ部13)の2/3を覆うように、第1ペーストを塗布した。
The inner and outer corners of both ends of the alumina sintered
Next, the 1st paste which has a refractory metal as a main component was apply | coated to the surface of the both ends of the axial direction of this cylindrical alumina sintered
なお、この第1ペーストは、Mo粉末、Mn粉末を用いて混合物を作成し、この混合物の粉末(例えば87質量%)を粉砕混合し、エチルセルロース等の有機バインダ(例えば13質量%)と混合して製造した。 In addition, this 1st paste prepares a mixture using Mo powder and Mn powder, pulverizes and mixes the powder (for example, 87 mass%) of this mixture, and mixes with organic binders (for example, 13 mass%), such as ethyl cellulose. Manufactured.
次に、第1ペーストを塗布したアルミナ焼結体3を、加湿還元雰囲気(H2+N2)中にて約1400℃で焼成した。これにより、アルミナ焼結体3の両端にリング状にメタライズ層5を形成した。
Next, the alumina sintered
次に、焼き付けたメタライズ層5上に、ニッケル粉末を主成分とする第2ペーストを塗布した。この際には、メタライズ層5の内側及び外側の外縁部15、17が全周にわたり幅0.2mm以上露出するように、第2ペーストを塗布した。
Next, a second paste mainly composed of nickel powder was applied onto the baked metallized layer 5. At this time, the second paste was applied so that the inner and outer
なお、この第2ペーストは、Ni粉末をバインダと共に粉砕混合することにより製造した。
次に、この第2ペーストを塗布したアルミナ焼結体3を、還元雰囲気中にて約1000℃で焼成した。これにより、リング状のメタライズ層5上に、メタライズ層5の内側及び外側の外縁部15、17より幅がそれぞれ0.2mm以上狭いリング状の導電層7を形成した。なお、導電層7を、ニッケルメッキによって形成してもよい。
The second paste was produced by pulverizing and mixing Ni powder together with a binder.
Next, the alumina sintered
上述した製造方法により、アルミナ焼結体3の両端に、メタライズ層5及び導電層7が積層被着された絶縁体1を製造した。
この様に、本実施例では、メタライズ層5の抵抗率が導電層7の抵抗率より大きく、且つ、メタライズ層5の外縁部が、導電層7の外縁部より外側に露出しているので、沿面放電の発生を抑制する効果が高いという利点がある。
(実施例2)
次に、実施例2について説明するが、本実施例2の絶縁体は前記実施例1とは、その製造方法が異なるので、異なる点について説明する。
The insulator 1 in which the metallized layer 5 and the conductive layer 7 were laminated and deposited on both ends of the alumina sintered
Thus, in this example, the resistivity of the metallized layer 5 is larger than the resistivity of the conductive layer 7 and the outer edge portion of the metallized layer 5 is exposed outside the outer edge portion of the conductive layer 7. There is an advantage that the effect of suppressing the occurrence of creeping discharge is high.
(Example 2)
Next, the second embodiment will be described. The insulator of the second embodiment is different from the first embodiment in its manufacturing method, and different points will be described.
a)本実施例の絶縁体の製造方法では、まず、前記実施例1のアルミナ焼結体の両端に、メタライズ層となる下層として、ニッケルを少量添加した高融点金属を主成分とする第1のペーストを塗布した。 a) In the insulator manufacturing method of the present example, first, a first high-melting point metal having a small amount of nickel added as a lower layer to be a metallized layer at both ends of the alumina sintered body of Example 1 is the first. The paste was applied.
なお、この第1のペーストは、モリブデン粉末、タングステン粉末、ニッケル粉末を混合し、エチルセルロース等のバインダと混合して製造した。
次に、導電層となる上層として、第1のペーストからなる下層の上に、ニッケル、銅を主成分とする合金粉からなる第2のペーストを塗布した。
The first paste was manufactured by mixing molybdenum powder, tungsten powder, and nickel powder and mixing with a binder such as ethyl cellulose.
Next, as an upper layer to be a conductive layer, a second paste made of an alloy powder mainly composed of nickel and copper was applied on a lower layer made of the first paste.
なお、この第2のペーストは、ニッケル−銅の合金粉末をバインダと粉砕混合して製造した。
この第2のペーストの塗布の際にも、前記実施例1と同様に、下層の内側及び外側の外縁部が上層より所定の幅(例えば0.3mm)で露出するようにした。
The second paste was produced by pulverizing and mixing nickel-copper alloy powder with a binder.
Also during the application of the second paste, as in Example 1, the inner and outer outer edges of the lower layer were exposed with a predetermined width (for example, 0.3 mm) from the upper layer.
次に、下層の上に上層を積層したアルミナ焼結体を、約1140℃の還元雰囲気中で加熱して、上下層を同時焼成した。
これによって、アルミナ焼結体の両端にて、メタライズ層の上に導電層が積層されるとともに、メタライズ層の内側及び外側の外縁部が例えば0.3mmの幅で露出した絶縁体が得られた。また、比較例として、同様に露出のない絶縁体も製作した。
Next, the alumina sintered body having the upper layer laminated on the lower layer was heated in a reducing atmosphere at about 1140 ° C., and the upper and lower layers were simultaneously fired.
As a result, an electrically conductive layer was laminated on the metallized layer at both ends of the alumina sintered body, and an insulator in which the inner and outer outer edges of the metallized layer were exposed with a width of, for example, 0.3 mm was obtained. . As a comparative example, an insulator with no exposure was also produced.
また、本実施例では、(ニッケル含有高融点金属からなる)メタライズ層の抵抗率は、175×10-8Ωmであり、(ニッケル合金からなる)導電層の抵抗率は、123×10-8Ωmである。 In this example, the resistivity of the metallized layer (made of nickel-containing refractory metal) is 175 × 10 −8 Ωm, and the resistivity of the conductive layer (made of nickel alloy) is 123 × 10 −8. Ωm.
そして、後述する実験例2と同様な実験条件にて、沿面放電の発生する電圧を測定したところ、本実施例2の絶縁体は、約59kV(56〜61kV)にて放電が発生し、比較例の絶縁体は、約49kV(47〜53kV)にて放電が発生した。 Then, when the voltage at which creeping discharge occurs was measured under the same experimental conditions as those of Experimental Example 2 to be described later, the insulator of Example 2 generates a discharge at about 59 kV (56 to 61 kV). In the example insulator, discharge occurred at about 49 kV (47-53 kV).
この結果から明らかな様に、本実施例2の絶縁体は、沿面放電を抑制する能力が高く好適である。
つまり、本実施例においても、メタライズ層の抵抗率が導電層の抵抗率より大きく、且つ、メタライズ層の外縁部が、導電層の外縁部より外側に露出しているので、沿面放電の発生を抑制する効果が高いという利点がある。
(実施例3)
次に、実施例3について説明するが、前記実施例1、2と同様な箇所の説明は省略する。
As is clear from this result, the insulator of Example 2 is preferable because of its high ability to suppress creeping discharge.
That is, also in this example, the resistivity of the metallized layer is larger than the resistivity of the conductive layer, and the outer edge of the metallized layer is exposed to the outside of the outer edge of the conductive layer. There is an advantage that the suppression effect is high.
(Example 3)
Next, the third embodiment will be described, but the description of the same parts as the first and second embodiments will be omitted.
本実施例は、前記実施例1のような絶縁体にろう材によって金属部材を接合した絶縁接合体である。
図4に示す様に、絶縁接合体21は、前記実施例1と同様な絶縁体23(即ちアルミナ焼結体25の軸方向の端部の表面にメタライズ層27と導電層29を積層したもの)を備えるとともに、その絶縁体23の軸方向の端面(軸方向と垂直な端面)24に、例えばコバールからなる金属部材31をろう材33にて接合したものである。なお、接合に寄与するメタライズ層27と導電層29とろう材33を、接合部34と称する。
The present embodiment is an insulating bonded body in which a metal member is bonded to an insulating body as in the first embodiment with a brazing material.
As shown in FIG. 4, the insulating joined
このろう材33は、金属部材31の下端側の外周から、導電層29の表面を覆うように広がっているが、導電層29の内側及び外側にて露出する外縁部35、37の表面には広がっていない。
The
従って、本実施例においても、前記実施例1、2と同様に、沿面放電を抑制する能力が高いという利点がある。
(実施例4)
次に、実施例4について説明するが、前記実施例3と同様な箇所の説明は省略する。
Therefore, the present embodiment also has an advantage that the ability to suppress creeping discharge is high as in the first and second embodiments.
Example 4
Next, Example 4 will be described, but the description of the same parts as Example 3 will be omitted.
本実施例は、前記実施例3のような絶縁体接合体を用いた真空スイッチである。即ち、本実施例の真空スイッチは、真空容器内に電極等を内蔵し、高電圧、大電流の開閉に適した高負荷開閉器である。 The present embodiment is a vacuum switch using an insulator joined body as in the third embodiment. That is, the vacuum switch according to the present embodiment is a high load switch that is suitable for switching a high voltage and a large current by incorporating an electrode or the like in a vacuum vessel.
詳しくは、図5(A)に示す様に、真空負荷開閉器41においては、外管をなす円筒状のアルミナ焼結体43を備えており、そのアルミナ焼結体43の内側には金属製の筒状のアークシールド部材45が配置されている。なお、アルミナ焼結体43の外周面は図示し
ない釉薬層にて覆われている。
Specifically, as shown in FIG. 5A, the
また、アルミナ焼結体43には、各端部側を遮蔽する円板蓋状の1対の遮蔽部材47、49が設けられ、内部にスイッチ遮蔽空間51が形成され、このスイッチ遮蔽空間51内にて、アークシールド部材45に囲まれるように、固定電極51と可動電極53とが配置されている。
Further, the alumina sintered
また、図5(B)に拡大して示す様に、前記遮蔽部材47、49は、(アルミナ焼結体43の軸方向の端部にエッジシール構造にて接合される)円筒状の金属部材55、57の端部を塞ぐ形にて設けられている。また、金属部材55、57は、アルミナ焼結体43の端部にろう材59を介してエッジシール形態により突合せ接合されている。
Further, as shown in an enlarged view in FIG. 5B, the shielding
つまり、本実施例においても、アルミナ焼結体43の端部の表面には、前記実施例1と同様なメタライズ層及び導電層(図示せず)が形成されているので、この導電層にろう材55が接合することにより、アルミナ焼結体43と金属部材55、57とが接合されている。
That is, also in the present embodiment, the same metallized layer and conductive layer (not shown) as in the first embodiment are formed on the surface of the end portion of the alumina sintered
なお、金属部材55、57と遮蔽部材47、49とも、図示しないろう材により接合されている。
従って、本実施例においても、前記実施例1〜3と同様に、沿面放電を抑制する能力が高いという利点がある。
(実施例5)
次に、実施例5について説明するが、前記実施例1と同様な箇所の説明は省略する。
The
Therefore, the present embodiment also has an advantage that the ability to suppress creeping discharge is high as in the first to third embodiments.
(Example 5)
Next, although Example 5 is demonstrated, description of the location similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted.
本実施例は、角箱形状の絶縁接合体である封止接点装置に関するものである。
図6に示す様に、この封止接点装置61は、角箱形状のアルミナ製の絶縁体であるセラミック製封止容器63に、ろう材によって銅合金製の接点用部材65、67や42アロイ製のフランジ69等の金属部材が接合されたものである。
The present embodiment relates to a sealed contact device which is a rectangular box-shaped insulating joined body.
As shown in FIG. 6, this sealed
本実施例では、図7に示す様に、セラミック製封止容器63の上面と各接点用部材65、67とは、接合部71、73にて接合されている(なお、図8では、各接合部71、73における環状のメタライズ層75、77を示してある)。また、セラミック製封止容器63の側面の下端面とフランジ69とは四角枠状の同様な接合部79にて接合されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the upper surface of the
ここで、前記接合部71の構成について、図9に示す。なお、他の接合部73、79も同様な構成である。
同図に示す様に、接合部71は、前記実施例1と同様に、セラミック製封止容器63の凸状部81の表面に、(外縁部82が露出する)メタライズ層75が形成されるとともに、その上に導電層83が積層され、更にその上に、接点用部材65がろう材85によって接合されたものである。
Here, the configuration of the joint 71 is shown in FIG. The
As shown in the figure, in the
従って、本実施例においても、前記実施例1と同様に、沿面放電を抑制する能力が高いという利点がある。
(実施例6)
次に、実施例6について説明するが、前記実施例1と同様な箇所の説明は省略する。
Therefore, the present embodiment also has an advantage that the ability to suppress creeping discharge is high as in the first embodiment.
(Example 6)
Next, although Example 6 is demonstrated, description of the location similar to the said Example 1 is abbreviate | omitted.
本実施例は、平板形状の絶縁接合体に関するものである。
図10に示す様に、この絶縁接合体91は、平板形状のアルミナ製のセラミック基板93の一方の表面に、ろう材によって複数の素子(金属部材)95〜99が接合されるとともに、他方の表面に、ヒートシンク(金属部材)101が接合されたものである。
The present embodiment relates to a flat plate-shaped insulating joined body.
As shown in FIG. 10, the insulating bonded
本実施例では、素子95〜99及びヒートシンク101は、それぞれ接合部103〜109にて接合されている(なお、図11では、各接合部103〜107における長方形状のメタライズ層111〜115を示してある)。
In the present embodiment, the
ここで、前記接合部103の構成について、図12に示す。なお、他の接合部105〜109も同様な構成である。
同図に示す様に、接合部103は、前記実施例1と同様に、セラミック基板93の凸状部81の表面に、(外縁部110が露出する)メタライズ層111が形成されるとともに、その上に導電層117が積層され、更にその上に、素子95がろう材119によって接合されたものである。
Here, the configuration of the joint 103 is shown in FIG. In addition, the other junction parts 105-109 are also the same structure.
As shown in the figure, the joint 103 is formed with a metallized layer 111 (exposing the outer edge 110) on the surface of the
従って、本実施例においても、前記実施例1と同様に、沿面放電を抑制する能力が高いという利点がある。
<実験例1>
次に、実験例1について説明する。
Therefore, the present embodiment also has an advantage that the ability to suppress creeping discharge is high as in the first embodiment.
<Experimental example 1>
Next, Experimental Example 1 will be described.
本実験例1は、絶縁体として、板状のテストピースを作成して、メタライズ層及び導電層の抵抗率を測定したものである。なお、各メタライズ層及び導電層の代表サンプルとしてテストピースを作製する。 In this Experimental Example 1, a plate-like test piece was prepared as an insulator, and the resistivity of the metallized layer and the conductive layer was measured. A test piece is prepared as a representative sample of each metallized layer and conductive layer.
具体的には、本実験例1では、焼成済みのアルミナ基板上に、メタライズ層となる第1ペーストを塗布し(幅1mm×長さ25mm×厚み約15μm)、各ペーストに適した焼成条件にて焼成して4種のテストピース(試料No.1〜3、7〜9と、No.4〜6、10〜12と、No.13〜15と、No.16〜18の4種)を作成した。なお、試料No.1〜3、
7〜9の金属成分の組成(質量比)は、Mo:Mn=93:7であり、No.13〜15の
金属成分の組成は、Mo:Ni=97:3であり、No.16〜18の金属成分の組成は、
Mo:W:Ni=65:32:3である。
Specifically, in this Experimental Example 1, a first paste to be a metallized layer was applied on a fired alumina substrate (width 1 mm ×
The composition (mass ratio) of the metal components 7 to 9 is Mo: Mn = 93: 7, the composition of the metal components No. 13 to 15 is Mo: Ni = 97: 3, The composition of the 18 metal components is
Mo: W: Ni = 65: 32: 3.
そして、このテストピースのメタライズ層に対して、接触式抵抗計(端子間距離20mm)によって抵抗を測定した。また、工具顕微鏡を用いてメタライズ層の寸法を測定し、蛍光X線膜厚計を用いてメタライズ層の厚みを測定した。 And resistance was measured with the contact-type resistance meter (distance 20mm between terminals) with respect to the metallization layer of this test piece. Moreover, the dimension of the metallization layer was measured using the tool microscope, and the thickness of the metallization layer was measured using the fluorescent X-ray film thickness meter.
更に、上述した測定結果から、下記式(1)を用いて抵抗率を算出した。
抵抗値=(長さ/(幅×厚み))×抵抗率 ・・・(1)
その結果を、下記表1に記す。
Furthermore, the resistivity was calculated from the measurement results described above using the following formula (1).
Resistance value = (length / (width × thickness)) × resistivity (1)
The results are shown in Table 1 below.
また、同様にして第2ペーストを用いて導電層のテストピース(試料No.7〜12と、No.13〜18の2種)を作成し、同様な測定を行った。その結果も、下記表1に記す。なお、試料No.13〜18の金属成分の組成(質量比)は、Ni:Cu=43:57である
。
Similarly, test pieces (two types of sample Nos. 7 to 12 and Nos. 13 to 18) of the conductive layer were prepared using the second paste, and the same measurement was performed. The results are also shown in Table 1 below. In addition, the composition (mass ratio) of the metal component of sample No. 13-18 is Ni: Cu = 43: 57.
なお、試料No.1〜6のテストピースに関しては、導電層をメッキで形成したが、この
場合には、ステンレス(SUS)上にメッキを施した後に、メッキ被膜を剥がし、樹脂に埋め込み、1mm×20mm×約0.15mmのテストピースを作成した。そして、テストピースに対して、前記と同様な測定を行った。その結果も、下記表1に記す。
For the test pieces of Sample Nos. 1 to 6, the conductive layer was formed by plating. In this case, after plating on stainless steel (SUS), the plating film was peeled off and embedded in resin. A test piece of × 20 mm × about 0.15 mm was prepared. And the measurement similar to the above was performed with respect to the test piece. The results are also shown in Table 1 below.
<実験例2>
次に、実験例2について説明する
本実験例2は、絶縁体として、円筒状のテストピースを作成して、沿面破壊電圧を測定したものである。
<Experimental example 2>
Next, Experimental Example 2 will be described. In Experimental Example 2, a cylindrical test piece was created as an insulator, and the creeping breakdown voltage was measured.
本実験例2では、まず、周知の方法によりアルミナ製の円筒焼成体を作製した(外径60mm×内径50mm×高さ90mm)。次に、円筒焼成体の両端の表面に、下記表1に示す材料を用い、同表1の露出幅となるように、前記実施例1、2に記載した方法にて、メタライズ層及び導電層を形成してテストピースを作成した。 In this experimental example 2, first, an alumina cylindrical fired body was produced by a known method (outer diameter 60 mm × inner diameter 50 mm × height 90 mm). Next, using the materials shown in Table 1 below on the surfaces of both ends of the cylindrical fired body, the metallized layer and the conductive layer were formed by the method described in Examples 1 and 2 so that the exposed width shown in Table 1 was obtained. To form a test piece.
そして、図3に示す様に、大気中にて、このテストピースの両端の導電層に、交流電圧(60Hz、昇圧速度:約5kV/秒)を印加し、その際の短絡電圧(沿面破壊電圧)を測定した。この測定は3回実施した。 Then, as shown in FIG. 3, an alternating voltage (60 Hz, boosting speed: about 5 kV / sec) is applied to the conductive layers at both ends of the test piece in the atmosphere, and a short-circuit voltage (creeping breakdown voltage) at that time is applied. ) Was measured. This measurement was performed three times.
その結果を、下記表1に記す。 The results are shown in Table 1 below.
表1の抵抗率の単位は、(×10-8)Ωmであり、抵抗率比は、「メタライズ層の抵抗率/導電層の抵抗率」である。また、判定の◎は1回でも60kVを上回ることを示し、
○は55kVを上回り60kV以下を示し、△は52kVを上回り55kV以下を示し、×は52kV以下を示している。更に、試料No.1、4、7、10、13、16は比較例
であり、試料No.2、3、5、6はマスキングを利用して導電層の露出幅を調節したもの
である。
The unit of resistivity in Table 1 is (× 10 −8 ) Ωm, and the resistivity ratio is “resistivity of metallized layer / resistivity of conductive layer”. In addition, ◎ of the judgment indicates that it exceeds 60 kV even once,
The symbol “◯” represents a value exceeding 55 kV and 60 kV or less, “Δ” represents a value exceeding 52 kV and 55 kV or less, and “x” represents 52 kV or less. Further, Sample Nos. 1, 4, 7, 10, 13, and 16 are comparative examples, and Sample Nos. 2, 3, 5, and 6 are obtained by adjusting the exposed width of the conductive layer using masking.
この表1から明かな様に、本発明の様に所定の抵抗率を設定するとともに露出幅を設定したものは、沿面破壊電圧が高く好適であることが分かる。
なお、前記表1の実験例の試料のうち、No.7〜12が、実施例1(上層と下層を順次
焼成する例)に相当するものであり、試料No.1〜6がその変形例(上層をメッキで形成
する例)であり、試料No.13〜18が実施例2(上層と下層を同時焼成する例)に相当
するものである。
As is apparent from Table 1, it can be seen that a device having a predetermined resistivity and an exposure width as in the present invention has a high creepage breakdown voltage and is suitable.
Of the samples of the experimental examples in Table 1, Nos. 7 to 12 correspond to Example 1 (an example in which the upper layer and the lower layer are sequentially fired), and Samples Nos. 1 to 6 are variations thereof. (Example in which the upper layer is formed by plating), and sample Nos. 13 to 18 correspond to Example 2 (example in which the upper layer and the lower layer are fired simultaneously).
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば本発明は、筒状の絶縁体以外に棒状の絶縁体にも適用できる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
For example, the present invention can be applied to a rod-shaped insulator in addition to a cylindrical insulator.
1、23…絶縁体
3、25、43…セラミック製基体(アルミナ焼結体)
5、27、75、77、111、113、115…メタライズ層
7、29、83、117…導電層
10、24…(絶縁体の軸方向の)端面
15、17、82、110…外縁部
21、91…絶縁接合体
31、55、57…金属部材
33、55、85、119…ろう材
61…接点封止装置
63…セラミック製封止容器
93…セラミック基板
1, 23 ...
5, 27, 75, 77, 111, 113, 115 ... metallized
Claims (10)
前記絶縁体は、前記導電層を介して、金属部材に接合される接合用部材であり、
前記メタライズ層の抵抗率が前記導電層の抵抗率より大きく、且つ、前記メタライズ層の外縁部が、前記導電層より外側に露出したことを特徴とする絶縁体。 In an insulator in which at least a pair of metallized layers are deposited on the same or parallel surfaces of a ceramic substrate having insulating properties, and a conductive layer is deposited on each of the metallized layers,
The insulator is a joining member joined to a metal member via the conductive layer,
An insulator, wherein the resistivity of the metallized layer is larger than the resistivity of the conductive layer, and an outer edge portion of the metallized layer is exposed to the outside of the conductive layer.
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