JP2019096522A - Insulation structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一対の電極間を絶縁する絶縁構造に関する。 The present invention relates to an insulating structure that insulates between a pair of electrodes.
従来、一対の電極間を絶縁する絶縁構造を有するものとしては、例えば、真空バルブがある。真空バルブは、円筒状の絶縁容器である支持部材内に一対の電極を設けたものである。支持部材は、セラミック製の絶縁体からなる一対の絶縁筒の間に、円筒状に形成されたステンレス製の放電規制部を接合して構成したものである。一対の電極は、支持部材の一方側端部の絶縁筒と他方側端部の絶縁筒とに互いに離間されるように配設され、互いに絶縁している。この種の真空バルブは、放電規制部が絶縁筒の間に設けられていることにより、支持部材の内外表面の絶縁破壊電圧を上昇させることができる(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a vacuum valve, for example, as one having an insulating structure that insulates between a pair of electrodes. The vacuum valve is a cylindrical insulating container provided with a pair of electrodes in a support member. The support member is configured by joining a stainless steel discharge restricting portion formed in a cylindrical shape between a pair of insulating cylinders made of a ceramic insulator. The pair of electrodes are disposed to be separated from each other by the insulating cylinder at one end of the support member and the insulating cylinder at the other end, and are insulated from each other. This type of vacuum valve can raise the dielectric breakdown voltage of the inner and outer surfaces of the support member by providing the discharge restricting portion between the insulating cylinders (see, for example, Patent Document 1).
上述の真空バルブにおいては、絶縁筒と放電規制部との接合は、異なる材料同士の接合なので、接合強度が低くなるという問題があった。 In the above-mentioned vacuum valve, since joining of an insulating cylinder and a discharge control part is joining of different materials, there existed a problem that joint strength became low.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、絶縁筒と放電規制部とを接合する場合よりも強度の高い絶縁構造を提供することを目的とする。 This invention is made in view of the above, Comprising: It aims at providing the insulation structure whose intensity | strength is higher than the case where an insulating cylinder and a discharge control part are joined.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る絶縁構造は、一対の電極を支持部材の互いに離間した位置に相互に絶縁した状態で支持させた電極の絶縁構造であって、前記支持部材は、非金属元素及び金属元素を含む絶縁体として構成され、かつ一部に前記非金属元素が離脱されて前記金属元素を含む導体として構成された放電規制部を有し、前記一対の電極は、前記支持部材の絶縁体部分に保持され、前記放電規制部は、表面を露出した状態で前記一対の電極の間に介在されていることを特徴とする。 In order to solve the problems described above and achieve the object, the insulating structure according to the present invention is an insulating structure of an electrode in which a pair of electrodes are supported at mutually spaced positions of a support member in a mutually insulated state The support member is configured as an insulator containing a nonmetal element and a metal element, and has a discharge restricting portion formed as a conductor including the metal element by partial detachment of the nonmetal element. The pair of electrodes is held by the insulator portion of the support member, and the discharge restricting portion is interposed between the pair of electrodes with the surface exposed.
また、本発明に係る絶縁構造において、前記支持部材は、円筒形状に形成され、前記支持部材の両端に前記電極が配設され、前記放電規制部は、前記支持部材の内周を一周するリング状の部分であるとよい。 Further, in the insulating structure according to the present invention, the support member is formed in a cylindrical shape, the electrodes are disposed at both ends of the support member, and the discharge restricting portion is a ring that goes around the inner periphery of the support member. It is good to be a part of the shape.
また、本発明に係る絶縁構造において、前記支持部材は、板状に形成され、一方の前記電極は、前記支持部材の一方の板面に配設され、他方の前記電極は、前記支持部材の一方の板面又は他方の板面に配設され、前記放電規制部は、前記一方の電極を囲むように形成されているとよい。 Further, in the insulating structure according to the present invention, the support member is formed in a plate shape, one of the electrodes is disposed on one plate surface of the support member, and the other of the electrodes is of the support member. It is good to be arrange | positioned by one plate surface or the other plate surface, and the said discharge control part is formed so that the said one electrode may be enclosed.
また、本発明に係る絶縁構造において、前記他方の電極は、前記支持部材の他方の板面に配設され、前記放電規制部は、前記支持部材の側面を一周する部分であるとよい。 Further, in the insulating structure according to the present invention, the other electrode may be disposed on the other plate surface of the support member, and the discharge restricting portion may be a portion which goes around the side surface of the support member.
また、本発明に係る絶縁構造において、前記放電規制部は、互いに絶縁するようにして複数設けられているとよい。 Further, in the insulating structure according to the present invention, it is preferable that a plurality of the discharge restricting portions be provided so as to insulate each other.
上述の構成によれば、支持部材は、非金属元素及び金属元素を含む絶縁体として構成され、かつ一部に非金属元素が離脱されて金属元素を含む導体として構成された放電規制部を有しているので、支持部材の絶縁体部分と放電規制部との結合強度が高く、絶縁構造の強度を高くできる。 According to the above-described configuration, the support member is configured as an insulator including a nonmetallic element and a metallic element, and has a discharge restricting portion configured as a conductor including a metallic element from which the nonmetallic element is partially released. Thus, the bonding strength between the insulator portion of the support member and the discharge regulating portion is high, and the strength of the insulating structure can be increased.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る絶縁構造の好適な実施形態の一例について詳細に説明する。実施形態1の絶縁構造は、真空バルブや真空ブッシングに用いられ、実施形態2の絶縁構造は、MEMSのパターンやIGBTモジュールのDCB基板等に用いられるものである。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an example of a preferred embodiment of an insulating structure according to the present invention will be described in detail. The insulating structure of the first embodiment is used for a vacuum valve or a vacuum bushing, and the insulating structure of the second embodiment is used for a pattern of a MEMS, a DCB substrate of an IGBT module, or the like.
(実施形態1)
実施形態1の絶縁構造1は、図1及び図2に示すように、円筒状の支持部材2と、支持部材2の両端に設けられた一対の電極3と、を備えている。支持部材2は、支持部材本体4と、放電規制部5と、が一体に成形されたものである。支持部材本体4は、窒素(非金属元素)とアルミニウム(金属元素)とを含んだ窒化アルミニウム製であり、絶縁性を呈するものである。放電規制部5は、窒化アルミニウムから窒素を離脱させてアルミニウムを析出させ、導体として構成されたものである。放電規制部5は、表面が露出した状態で、支持部材2の中央部において内周面を1周する所定幅のリング状に形成されている。
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the insulating structure 1 according to the first embodiment includes a
電極3は、銅等の導電体によって成形したもので、第一円柱部11と、第二円柱部12とを備えている。第一円柱部11は、支持部材2の中心孔よりも大きな外径を有するように形成され、第二円柱部12は、支持部材2の中心孔に嵌合することができる内径に形成されている。第一円柱部11及び第二円柱部12は、同軸配置となった状態で一体に形成されている。電極3は、第二円柱部12を支持部材2の中心孔に嵌合させることによって支持部材2の両端部に取り付けられている。一対の電極3は、それぞれ支持部材本体4にのみ接触し、放電規制部5からは離隔された状態にある。支持部材2の内部は真空に保つことができるようになっている。
The
ここで、絶縁構造1を適用した真空バルブの形成方法を説明する。まず、窒化アルミニウムを用いて支持部材本体4を円筒状に形成する。次いで、支持部材本体4の内周面にリング状の放電規制部5を形成する。放電規制部5の形成方法としては、支持部材本体4にレーザを照射する方法や、支持部材本体4に放電照射を行う方法等がある。レーザを支持部材本体4に照射すると、支持部本体4を構成する窒化アルミニウムから窒素が離脱し、アルミニウムが析出する。このアルミニウム部分が放電規制部5である。レーザを照射して放電規制部5を形成する際には、レーザの投入パワー密度を0.07W・min/mm程度にするとよい。また、レーザの焦点は、支持部材本体4の放電規制部5を形成する部分の表面にセットするとよい。
Here, a method of forming a vacuum valve to which the insulating structure 1 is applied will be described. First, the support member
放電照射による放電規制部5の形成方法については、図3、図4に基づいて説明する。支持部材本体4の内周面に矩形板状の一対の電極20,21を配設する。一対の電極20,21は、放電規制部5を設けたい部分を挟むようにして配設する。支持部材本体4の外周面には、支持部材本体4の内周面の電極20,21を覆う様に背後電極22を設ける。背後電極22は、支持部材本体4の内周面に設置した片方の電極21と接続し、接地する。そして、支持部材本体4の内周面に設置した一対の電極20,21間に高電圧電源23によって高電圧をかける。尚、高電圧電源23は接地されている。そうすると、一対の電極20,21間においてフラッシオーバが発生し、窒化アルミニウムから窒素が離脱され、アルミニウムが析出する。これが放電規制部5となる。支持部材本体4の厚みが薄いと、フラッシオーバする前に支持部材本体4を貫通する貫通破壊が起きる恐れがある。そこで、支持部材本体4の厚みと、一対の電極20,21間の距離との比を1:10として電圧をかけるとよい。また、電圧は複数回かけてもよい。
The formation method of the
放電規制部5を形成すると、支持部材本体4と放電規制部5からなる支持部材2が完成する。その後、一対の電極3と支持部材2とを接合する。一方の電極3は他方の電極3に接離自在となるように配設する。そうすると、絶縁構造1を適用した真空バルブが完成する。
When the
上述の絶縁構造1においては、一対の電極3が互いに離間するように配設されているとともに、一対の電極3が支持部材2の絶縁体部分に支持されているので、一対の電極3間は、絶縁されている。そして、一対の電極3間には、放電規制部5が形成されているので、絶縁破壊電圧を高くすることができる。また、支持部材2は、窒素及びアルミニウムを含む絶縁体(支持部材本体4)として構成され、かつ一部に窒素が離脱されてアルミニウムを含む導体として構成された放電規制部5を有している。従って、金属を絶縁体に接合して放電規制部を形成する場合と比較すると、放電規制部5と支持部材2の絶縁体部分(支持部材本体4)との結合が強固である。また、金属材料が不要なので、材料費を低減できる。また、金属を焼き付けるために昇温する時間が必要ないので、工数も低減でき、コスト削減できる。
In the insulating structure 1 described above, the pair of
(変形例1)
本変形例1の絶縁構造1aは、実施の形態1に記載の絶縁構造1と、放電規制部の形状が異なり、その他は同一である。変形例1の絶縁構造1aにおいては、図5に示すように、放電規制部31は、一対の電極3間の中央部に支持部材2の内周面を回るらせん状に形成されている。放電規制部31は、一対の電極3とは接していない。放電規制部31と支持部材本体4とによって支持部材32が構成されている。この構成によれば、一方の電極3から他方の電極3に至る経路の途中に導体部が複数回出現するので、より絶縁破壊電圧を高めることができる。
(Modification 1)
The insulating
(変形例2)
本変形例2の絶縁構造1bは、実施の形態1に記載の絶縁構造1と、放電規制部の個数が異なり、その他は同一である。変形例2の絶縁構造1bにおいては、図6に示すように、放電規制部5が、一対の電極3間の中央部に、支持部材2の軸方向に互いに間を空けて、互いに絶縁するようにして複数形成されている。放電規制部5は、一対の電極3とは接していない。複数の放電規制部5と支持部材本体4とによって支持部材33が構成されている。この構成によれば、一方の電極3から他方の電極3に至る経路の途中に導体部が複数回出現するので、絶縁破壊電圧を高めることができる。この構成によれば、電極3間に電圧をかけた際には、複数の放電規制部5がそれぞれ異なる電位となるので、電界を段階的に緩和することができる。従って、放電規制部がらせん状の場合と比較して、より絶縁破壊電圧を高めることができる。
(Modification 2)
The insulating
(変形例3)
本変形例3の絶縁構造1cは、実施の形態1に記載の絶縁構造1と、放電規制部の配設場所が異なり、その他は同一である。変形例3の絶縁構造1cにおいては、図7及び図8に示すように、放電規制部34が、一対の電極3間の中央部に、支持部材2の外周面を1周するリング状に形成されている。放電規制部34は、一対の電極3とは接していない。放電規制部34と支持部材本体4とによって支持部材35が構成されている。この構成によれば、支持部材35の外面側も真空状態に保つ構造であっても、支持部材35の外周面の絶縁破壊電圧を高めることができる。
(Modification 3)
The insulating
(変形例4)
本変形例4の絶縁構造1dは、実施の形態1に記載の絶縁構造1と、放電規制部の配設場所及び形状が異なり、その他は同一である。変形例4の絶縁構造1dにおいては、図9に示すように、放電規制部36が、一対の電極3間の中央部であって、支持部材本体4の外周面に、外周面を回るらせん状に形成されている。放電規制部36は、一対の電極3とは接していない。放電規制部36と支持部材本体4とによって支持部材37が構成されている。この構成によれば、支持部材37の外面側を真空状態に保つ構造であっても、支持部材37の外周面の絶縁破壊電圧を高めることができる。また、一方の電極3から他方の電極3に至る経路の途中に導体部が複数回出現するので、より絶縁破壊電圧を高めることができる。
(Modification 4)
The insulating
(変形例5)
本変形例5の絶縁構造1eは、変形例3に記載の絶縁構造1cと、放電規制部の個数が異なり、その他は同一である。変形例5の絶縁構造1eにおいては、図10に示すように、放電規制部34が、一対の電極3間の中央部であって、支持部材2の外周面に支持部材2の軸方向に互いに間隔を空けて、互いに絶縁するようにして複数形成されている。複数の放電規制部34は、一対の電極3とは接していない。複数の放電規制部34と支持部材本体4とによって支持部材38が構成されている。この構成によれば、支持部材38の外面側を真空状態に保つ構造であっても、支持部材38の外周面の絶縁破壊電圧を高めることができる。また、一方の電極3から他方の電極3に至る経路の途中に導体部が複数回出現するので、より絶縁破壊電圧を高めることができる。この構成によれば、電極3間に電圧をかけた際には、複数の放電規制部34がそれぞれ異なる電位となるので、電界を段階的に緩和することができる。従って、放電規制部がらせん状の場合と比較して、より絶縁破壊電圧を高めることができる。
(Modification 5)
The insulating
尚、放電規制部は、支持部材本体4の外周面と内周面とに両方に設けられていても良い。尚、一対の電極3の内、一方の電極3は、他方の電極3に対し、接離自在に設けられていても良い。
The discharge regulating portion may be provided on both the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the support member
(実施形態2)
実施形態2の絶縁構造41は、実施形態1の絶縁構造1と支持部材の形状及び電極の形状が異なる。実施形態2の絶縁構造41における支持部材本体46の材質は、実施形態1の絶縁構造1における支持部材本体4の材質と同一である。実施形態2の絶縁構造41における放電規制部45の材質は、実施形態1の絶縁構造1における放電規制部5の材質と同一である。実施形態2の絶縁構造41は、図11及び図12に示すように、支持部材42と、一対の電極43,44と、を備えている。支持部材42は、矩形の平板状に形成されている。支持部材42は、放電規制部45と、矩形平板状の支持部材本体46と、が一体に形成されたものである。一対の電極43,44は、矩形板状に形成され、支持部材42の一方の板面に互いに間隔を空けて積層されている。一対の電極43,44間は、絶縁されている。
Second Embodiment
The insulating
放電規制部45は、支持部材本体46の一方の板面に、一対の電極43,44と接しないように、かつ、一方の電極43を囲むように、四角いリング状に形成されている。放電規制部45は、同心配置で、互いに間隔を空けて、互いに絶縁するようにして複数形成されている。尚、他方の電極44は接地されている。放電規制部45は、他方の電極44を囲むように四角いリング状に形成されていてもよい。放電規制部45の形成方法は、実施形態1の放電規制部5の形成方法と同一である。絶縁構造41は、放電規制部45によって、絶縁破壊電圧を高くすることができる。また、支持部材42は、窒素及びアルミニウムを含む絶縁体(支持部材本体46)として構成され、かつ一部に窒素が離脱されてアルミニウムを含む導体として構成された放電規制部45を有している。従って、放電規制部45と支持部材41の絶縁体部分(支持部材本体46)との結合が強固である。
The
(変形例1)
本変形例1の絶縁構造41aは、実施の形態2に記載の絶縁構造41と、放電規制部が形成されている部分が異なり、その他は同一である。変形例1の絶縁構造41aにおいては、図13に示すように、放電規制部45は、支持部材本体46上において、一方の電極43の周りを囲むように、かつ、一対の電極43,44と接しない四角い、リング状に形成されている。放電規制部45は、電極43を中心とした同心配置で、互いに間隔を空けて、互いに絶縁するようにして複数形成されている。他の放電規制部45は、支持部材本体46上において、他方の電極44の周りを囲むように、かつ、一対の電極43,44と接しない四角い、リング状に形成されている。他の放電規制部45は、電極44を中心とした同心配置で、互いに間隔を空けて、互いに絶縁するようにして複数形成されている。尚、他方の電極44は接地されている。一方の電極43を囲む放電規制部45と、他方の電極44を囲む放電規制部45と、支持部材本体46とによって、支持部材51が構成されている。この構成によれば、一方の電極43のまわりだけでなく、他方の電極44の周りにも放電規制部45を配設しているので、より絶縁破壊電圧を高めることができる。
(Modification 1)
The insulating
(変形例2)
本変形例2の絶縁構造41bは、実施の形態2に記載の絶縁構造41と、放電規制部の形状が異なり、その他は同一である。変形例2の絶縁構造41bにおいては、図14に示すように、放電規制部52は、支持部材本体46上において、一対の電極43,44と接しないように、かつ、一方の電極43の周りを囲むようにらせん状に形成されている。放電規制部52は、他方の電極44の周りを囲むようにらせん状に形成されていてもよい。放電規制部52と支持部材本体46とにより支持部材53が構成されている。
(Modification 2)
The insulating
(変形例3)
本変形例3の絶縁構造41cは、変形例2に記載の絶縁構造41bと、放電規制部が形成されている部分が異なり、その他は同一である。変形例3の絶縁構造41cにおいては、図15に示すように、放電規制部52は、支持部材本体46上において、一方の電極43の周りを囲むように、かつ、一対の電極43,44と接しないらせん状に形成されている。他の放電規制部52は、支持部材本体46上において、他方の電極44の周りを囲むように、かつ、一対の電極43,44と接しないらせん状に形成されている。一方の電極43を囲む放電規制部52と、他方の電極44を囲む放電規制部52と、支持部材本体46とによって、支持部材54が構成されている。この構成によれば、一方の電極43のまわりだけでなく、他方の電極44の周りにも放電規制部45を配設しているので、より絶縁破壊電圧を高めることができる。
(Modification 3)
The insulating
(変形例4)
本変形例4の絶縁構造41dは、実施形態2に記載の絶縁構造41と、他方の電極の形状及び配設位置が異なり、その他は同一である。変形例4の絶縁構造41dにおいては、図16に示すように、他方の電極55は、支持部材本体46と同じ形状に形成され、支持部材本体46の他方の板面に積層されている。一対の電極43,55は、放電規制部45と接しないようになっている。一対の電極43,55間は、絶縁されている。変形例4では、他方の電極55が接地されているが、他方の電極55の代わりに一方の電極43を接地してもよい。この構成によれば、実施形態2の絶縁構造41と同様の効果を得ることができる。
(Modification 4)
The insulating
(変形例5)
本変形例5の絶縁構造41eは、変形例2に記載の絶縁構造41bと、他方の電極の形状及び配設位置が異なり、その他は同一である。変形例5の絶縁構造41eにおいては、他方の電極55は、図17に示すように、支持部材本体46と同じ大きさに形成され、支持部材本体46の他方の板面に積層されている。一対の電極43,55は、放電規制部52と接しないようになっている。一対の電極43,55間は、絶縁されている。変形例5では、他方の電極55が接地されているが、他方の電極55の代わりに一方の電極43を接地してもよい。この構成によれば、変形例2の絶縁構造41bと同様の効果を得ることができる。
(Modification 5)
The insulating
(変形例6)
本変形例6の絶縁構造41fは、変形例4に記載の絶縁構造41dと、支持部材本体の構成と、放電規制部の位置とが異なり、その他は同一である。変形例6の絶縁構造41fにおいては、支持部材本体61は、図18,図19に示すように、板状の絶縁部材64,65であって、端面が放電規制部62となっている絶縁部材64と、端面が絶縁体のままである絶縁部材65とを交互に積層して構成されている。放電規制部62は、表面を露出させて、支持部材本体61の側面を一周する四角いリング状に形成されている。放電規制部62は、支持部材本体61の厚さ方向に互いに間隔を空けて、互いに絶縁するようにして複数形成されている。放電規制部62は、一対の電極43,55と接しないようになっている。放電規制部62と支持部材本体61とから支持部材63が構成されている。変形例6では、他方の電極55が接地されているが、他方の電極55の代わりに一方の電極43を接地してもよい。この構成によれば、支持部材本体61の板面に放電規制部を形成できない場合であっても、放電規制部を形成でき、実施の形態2の絶縁構造41と同様の効果を得ることができる。
(Modification 6)
The insulating
尚、上述の実施形態及び変形例においては、支持部材本体を窒化アルミニウムで形成し、放電規制部をアルミニウムで形成しているが、これに限られない。支持部材本体は、金属元素と非金属元素とからなる絶縁体で構成され、放電規制部は、支持部材本体を構成する絶縁体から非金属元素を離脱させた金属元素からなる導体で構成されていればよい。 In the above-mentioned embodiment and modification, although a supporting member main part is formed with aluminum nitride and a discharge control part is formed with aluminum, it is not restricted to this. The support member main body is formed of an insulator formed of a metal element and a nonmetal element, and the discharge control portion is formed of a conductor formed of a metal element formed by separating the nonmetal element from the insulator of the support member body. Just do it.
1 絶縁構造
2 支持部材
3 電極
4 支持部材本体
5 放電規制部
11 第一円柱部
12 第二円柱部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記支持部材は、非金属元素及び金属元素を含む絶縁体として構成され、かつ一部に前記非金属元素が離脱されて前記金属元素を含む導体として構成された放電規制部を有し、
前記一対の電極は、前記支持部材の絶縁体部分に保持され、
前記放電規制部は、表面を露出した状態で前記一対の電極の間に介在されていることを特徴とする絶縁構造。 An insulating structure of an electrode in which a pair of electrodes are supported at mutually spaced positions of a support member in a mutually insulated state,
The support member is configured as an insulator including a nonmetallic element and a metallic element, and has a discharge restricting portion configured as a conductor including the metallic element from which the nonmetallic element is partially separated.
The pair of electrodes is held by an insulator portion of the support member,
The said discharge control part is interposed between the said pair of electrodes in the state which exposed the surface, The insulation structure characterized by the above-mentioned.
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