JP2022114360A - airtight terminal - Google Patents

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Abstract

To provide an airtight terminal that, even if a ceramic ring and a sleeve and a conductor and the sleeve are connected by using brazing material, reduces the likelihood of the occurrence of cracks in the ceramic ring and the sleeve after the joining.SOLUTION: An airtight terminal 1 according to the present disclosure includes: a columnar conductor 11; a metal ring 12 located coaxially with the conductor; an insulating ring 13 located coaxially with the conductor; a flange 14 installed on the insulating ring and partitioning the columnar conductor into two areas; a first fixing member 15 for fixing the insulating ring to the conductor; and a second fixing member 16 for fixing the insulating ring to the flange. The metal ring, first fixing member, and second fixing member are formed of carbon steel, low alloy steel, tool steel, stainless steel, iron, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, molybdenum, or molybdenum alloy. The metal ring and first fixing member are connected with each other, and the insulating ring is fixed to the conductor while separated from the metal ring.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、気密端子に関する。 The present disclosure relates to hermetic terminals.

従来、粒子加速器、核融合装置などに使用される高真空排気系の一部に、電源系統から電気的に絶縁することができるセラミックリングを用いた気密端子が使用されている。例えば、特許文献1には、このようなセラミックリングが開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an airtight terminal using a ceramic ring that can be electrically insulated from a power supply system is used in a part of a high-vacuum pumping system used in particle accelerators, nuclear fusion devices, and the like. For example, Patent Literature 1 discloses such a ceramic ring.

実開昭59-47916号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-47916

セラミックリングのいずれか一方側にコバールリングを当接した状態で、スリーブを介してセラミックリングを導体に固定する場合、セラミックリングおよびスリーブと、導体およびスリーブとをそれぞれろう材を用いて接続すると、接合後にセラミックリングやスリーブにクラックが発生することがある。特に、導体が重量物になると、クラックの発生が顕著である。 When the ceramic ring is fixed to the conductor via the sleeve while the Kovar ring is in contact with one side of the ceramic ring, connecting the ceramic ring and the sleeve to the conductor and the sleeve using a brazing material results in Cracks may occur in ceramic rings and sleeves after joining. In particular, when the conductor becomes a heavy object, the occurrence of cracks is remarkable.

本開示に係る気密端子は、柱状の導体と、導体と同軸上に位置する金属リングと、導体と同軸上に位置する絶縁リングと、絶縁リング上に設置され、柱状の導体を2つの領域に区画するフランジと、導体に絶縁リングを固定するための第1固定部材と、フランジに絶縁リングを固定するための第2固定部材とを含む。金属リング、第1固定部材および第2固定部材が、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタンまたはチタン合金、モリブデンまたはモリブデン合金で形成されている。金属リングと第1固定部材とが接続されており、絶縁リングが、金属リングから離間して導体に固定されている。 An airtight terminal according to the present disclosure includes a columnar conductor, a metal ring coaxial with the conductor, an insulating ring coaxial with the conductor, and installed on the insulating ring to divide the columnar conductor into two regions. A defining flange, a first securing member for securing the insulating ring to the conductor, and a second securing member for securing the insulating ring to the flange. The metal ring, the first fixing member and the second fixing member are made of carbon steel, low alloy steel, tool steel, stainless steel, iron, copper, copper alloys, titanium or titanium alloys, molybdenum or molybdenum alloys. A metal ring and a first fixing member are connected, and an insulating ring is spaced from the metal ring and fixed to the conductor.

本開示に係る気密端子は、第1固定部材および第2固定部材をそれぞれ絶縁リングにろう材で接合しても、絶縁リングの第2固定部材側の表層部に残る応力が低減する。その結果、絶縁リング、第1固定部材および第2固定部材にクラックが発生しにくくなる。 In the airtight terminal according to the present disclosure, even if the first fixing member and the second fixing member are respectively joined to the insulating ring with brazing material, the stress remaining on the surface layer portion of the insulating ring on the side of the second fixing member is reduced. As a result, cracks are less likely to occur in the insulating ring, the first fixing member, and the second fixing member.

本開示の一実施形態に係る気密端子を示す斜視図である。1 is a perspective view of an airtight terminal according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 図1に示すX-X線で切断した際の断面を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a cross section taken along line XX shown in FIG. 1; 本開示の一実施形態に係る気密端子に含まれる第2固定部材の変形例を示す。4 shows a modification of the second fixing member included in the airtight terminal according to the embodiment of the present disclosure; 本開示の一実施形態に係る気密端子に含まれる金属リングを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a metal ring included in the airtight terminal according to one embodiment of the present disclosure;

本開示の一実施形態に係る気密端子を、図1および2に基づいて説明する。図1に示す一実施形態に係る気密端子1は、導体11、金属リング12、絶縁リング13、フランジ14、第1固定部材15、第2固定部材16、およびスペーサ17を含む。 An airtight terminal according to an embodiment of the present disclosure will be described based on FIGS. 1 and 2. FIG. A hermetic terminal 1 according to one embodiment shown in FIG.

一実施形態に係る気密端子1に含まれる導体11は柱状を有しており、柱状であれば大きさや形状については限定されない。図1に示すように、導体11は、円柱状部分と四角柱状(板状)部分とが存在するような形状であってもよい。導体11の大きさは、気密端子1を備える装置などに応じて適宜設定すればよい。導体11が円柱状部分と四角柱状(板状)部分とが軸方向に接続する形状である場合、例えば、長さ(全長)が200mm~300mm程度であり、円柱状部分の外径が90mm~110mm程度であり、四角柱状(板状)部分の幅が80mm~88mm程度である。導体11は、例えば、無酸素銅、タフピッチ銅、リン脱酸銅などの銅や銅合金などで形成されている。 The conductor 11 included in the airtight terminal 1 according to one embodiment has a columnar shape, and the size and shape are not limited as long as it is columnar. As shown in FIG. 1, the conductor 11 may have a shape that includes a columnar portion and a square columnar (plate-like) portion. The size of the conductor 11 may be appropriately set according to the device provided with the airtight terminal 1 or the like. When the conductor 11 has a shape in which a columnar portion and a square columnar (plate-like) portion are connected in the axial direction, for example, the length (total length) is about 200 mm to 300 mm, and the outer diameter of the columnar portion is 90 mm to 90 mm. It is about 110 mm, and the width of the square columnar (plate-like) portion is about 80 mm to 88 mm. The conductor 11 is made of, for example, copper such as oxygen-free copper, tough pitch copper, phosphorus-deoxidized copper, or a copper alloy.

一実施形態に係る気密端子1に含まれる金属リング12は、導体11と同軸上に位置するように備えられている。金属リング12は、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタン、チタン合金、モリブデンまたはモリブデン合金で形成されている。金属リング12を形成するこれらの金属は、30℃~400℃における平均線膨張率が導体11を構成する銅や銅合金などの平均線膨張率と同等、あるいは銅や銅合金などの平均線膨張率よりも低いため、後述するろう材で金属リング12を導体11に加熱接合する場合、金属リング12と導体11との間に隙間を発生させることなく、気密の信頼性を高くすることができる。 A metal ring 12 included in the airtight terminal 1 according to one embodiment is provided so as to be positioned coaxially with the conductor 11 . The metal ring 12 is made of carbon steel, low alloy steel, tool steel, stainless steel, iron, copper, copper alloys, titanium, titanium alloys, molybdenum or molybdenum alloys. These metals forming the metal ring 12 have an average linear expansion coefficient at 30° C. to 400° C. that is equal to the average linear expansion coefficient of copper or copper alloy that constitutes the conductor 11, or the average linear expansion coefficient of copper or copper alloy Therefore, when the metal ring 12 is heat-bonded to the conductor 11 with a brazing material, which will be described later, airtight reliability can be improved without creating a gap between the metal ring 12 and the conductor 11. .

炭素鋼とは、Feと0.02~2.14質量%のCとの合金であり、C以外にSi、Mn、P、Sが含まれる。このような炭素鋼としては、例えば、JIS G4051:2016で規定されるS10C,S12C,S15C,S17C,S20C,S22C,S25C,S28C,S30C,S33C,S35C,S38C,S40C,S43C,S45C,S48C,S50C,S53C,S55C,S58C,S60C,S65C,S70C,S75Cである。
低合金鋼とは、Al、B、Co、Cr、Cu、La、Mo、Nb、Ni、Pb、Se、Te、Ti、V、WおよびZrの少なくともいずれかを含み、これらの元素の含有量の合計が5質量%以下の炭素鋼をいう。
工具鋼とは、JIS G 4401:2009で規定される炭素工具鋼材およびJIS G 4404:2006で規定される合金工具鋼材をいう。
ステンレス鋼とは、Feと10.5質量%以上のCrとの合金であり、Cの含有量が1.2%以下のものをいい、これら以外の成分は、例えば、ISO 15510:2014で規定される。
絶縁リング13がセラミックスからなる場合、セラミックスは、上記金属よりも30℃~400℃における平均線膨張率が最も低い。セラミックスからなる絶縁リング13を第1固定部材15および第2固定部材16に加熱接合する場合、セラミックスにクラックを発生させるおそれが最も低いという点で、金属リング1は、チタンまたはチタン合金を用いるのがよい。チタンやチタン合金の平均線膨張率は、セラミックスの平均線膨張率に近いからである。
金属リング12は、導体11の外周面に、例えば、銀ろう材(Bag-8、Bag-9など)などによって取り付けられている。
Carbon steel is an alloy of Fe and 0.02 to 2.14% by mass of C, containing Si, Mn, P, and S in addition to C. Examples of such carbon steel include S10C, S12C, S15C, S17C, S20C, S22C, S25C, S28C, S30C, S33C, S35C, S38C, S40C, S43C, S45C, S48C, They are S50C, S53C, S55C, S58C, S60C, S65C, S70C and S75C.
Low alloy steel contains at least one of Al, B, Co, Cr, Cu, La, Mo, Nb, Ni, Pb, Se, Te, Ti, V, W and Zr, and the content of these elements Carbon steel with a total of 5% by mass or less.
Tool steel refers to carbon tool steel specified in JIS G 4401:2009 and alloy tool steel specified in JIS G 4404:2006.
Stainless steel is an alloy of Fe and 10.5% by mass or more of Cr, with a C content of 1.2% or less. be done.
When the insulating ring 13 is made of ceramics, ceramics has the lowest average coefficient of linear expansion at 30° C. to 400° C. as compared with the above metals. Titanium or a titanium alloy is used for the metal ring 1 because the ceramics are least likely to crack when the insulating ring 13 made of ceramics is heat-bonded to the first fixing member 15 and the second fixing member 16 . is good. This is because the average coefficient of linear expansion of titanium and titanium alloys is close to the average coefficient of linear expansion of ceramics.
The metal ring 12 is attached to the outer peripheral surface of the conductor 11 with, for example, a silver brazing material (Bag-8, Bag-9, etc.).

金属リング12は、図2に示すように、第1固定部材15とも接続されている。金属リング12が第1固定部材15と接続されていると、導体11と第1固定部材15との接合を補強することができる。金属リング12と第1固定部材15とは、例えば、ロウ付けによって接続されていてもよく、単に接触している形態であってもよい。 The metal ring 12 is also connected to the first fixing member 15, as shown in FIG. When the metal ring 12 is connected to the first fixing member 15, the joint between the conductor 11 and the first fixing member 15 can be reinforced. The metal ring 12 and the first fixing member 15 may be connected, for example, by brazing, or may simply be in contact with each other.

金属リング12の大きさは、導体11を挿入し得る大きさであれば限定されない。例えば、金属リング12の外径は、導体11の外径の1.1倍以上1.4倍以下である。金属リング12の厚みも限定されず、例えば、2mm~4mm程度である。 The size of the metal ring 12 is not limited as long as the size allows the conductor 11 to be inserted. For example, the outer diameter of the metal ring 12 is 1.1 to 1.4 times the outer diameter of the conductor 11 . The thickness of the metal ring 12 is also not limited, and is, for example, about 2 mm to 4 mm.

一実施形態に係る気密端子1に含まれる絶縁リング13は、導体11と同軸上に位置するように備えられている。絶縁リング13の両側の主面13a、13bの平面度は、いずれも50μm以下であるとよい。主面13aの平面度が50μm以下であると、主面13a上にメタライズ層(図示しない)を形成して、第1固定部材15と絶縁リング13をろう材で接合する場合、主面13aとメタライズ層との間に隙間が生じにくくなり、第1固定部材15と絶縁リング13との接合信頼性が向上する。同様に、主面13bの平面度が50μm以下であると、主面13b上にメタライズ層(図示しない)を形成して、第2固定部材16と絶縁リング13をろう材で接合する場合、主面13bとメタライズ層との間に隙間が生じにくくなり、第2固定部材16と絶縁リング13との接合信頼性が向上する。
メタライズ層は、例えば、マンガンを10質量%~30質量%含み、残部がモリブデンからなる。
主面13bに対する主面13aの平行度は0.1mm以下であるとよい。平行度が0.1mm以下であると、絶縁リング13の内周側空間に導体11を挿入して固定する場合、絶縁リング13の内周面が導体11の外周面に接触してこの外周面に傷を入れるおそれを低減させる。
絶縁リング13は、絶縁性を有する物質、例えば、体積抵抗率が1012Ω・m以上の物質で形成されていれば限定されない。このような絶縁性を有する物質としては、例えば、酸化アルミニウム、炭化珪素または窒化珪素を主成分とするセラミックスなどが挙げられる。
これらの物質の中でも、1次原料が安価であり、加工が容易であるという点で、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスを用いるのがよい。
An insulating ring 13 included in the airtight terminal 1 according to one embodiment is provided so as to be positioned coaxially with the conductor 11 . The flatness of both main surfaces 13a and 13b of the insulating ring 13 is preferably 50 μm or less. When the main surface 13a has a flatness of 50 μm or less, when a metallized layer (not shown) is formed on the main surface 13a and the first fixing member 15 and the insulating ring 13 are joined with a brazing material, the main surface 13a and A gap is less likely to occur between the first fixing member 15 and the metallized layer, and the reliability of bonding between the first fixing member 15 and the insulating ring 13 is improved. Similarly, when the main surface 13b has a flatness of 50 μm or less, when a metallized layer (not shown) is formed on the main surface 13b to join the second fixing member 16 and the insulating ring 13 with a brazing material, A gap is less likely to occur between the surface 13b and the metallized layer, and the reliability of bonding between the second fixing member 16 and the insulating ring 13 is improved.
The metallized layer contains, for example, 10% by mass to 30% by mass of manganese and the balance is molybdenum.
The parallelism of the main surface 13a with respect to the main surface 13b is preferably 0.1 mm or less. If the parallelism is 0.1 mm or less, when the conductor 11 is inserted into the space on the inner peripheral side of the insulating ring 13 and fixed, the inner peripheral surface of the insulating ring 13 contacts the outer peripheral surface of the conductor 11 and the outer peripheral surface reduce the risk of scratching the
The insulating ring 13 is not limited as long as it is made of an insulating material, such as a material having a volume resistivity of 10 12 Ω·m or more. Examples of substances having such insulating properties include ceramics containing aluminum oxide, silicon carbide, or silicon nitride as a main component.
Among these substances, it is preferable to use ceramics containing aluminum oxide as a main component because the primary raw material is inexpensive and the processing is easy.

酸化アルミニウムの結晶は、5μm以上20μm以下の平均粒径を有するのがよい。本発明における主成分とは、セラミックスを構成する成分の合計100質量%における80質量%以上を占める成分をいう。セラミックスに含まれる各成分の同定は、CuKα線を用いたX線回折装置で行い、各成分の含有量は、例えばICP(InductivelyCoupled Plasma)発光分光分析装置または蛍光X線分析装置により求めればよい。 The aluminum oxide crystals preferably have an average grain size of 5 μm or more and 20 μm or less. The main component in the present invention refers to a component that accounts for 80% by mass or more of the total 100% by mass of the components constituting the ceramics. Each component contained in the ceramics is identified by an X-ray diffractometer using CuKα rays, and the content of each component is determined by, for example, an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometer or a fluorescent X-ray spectrometer.

酸化アルミニウムの結晶の平均粒径が5μm以上であると、5μm未満である場合に比べて、単位面積当たりの粒界相の占める面積が少なくなるため、熱伝導性が向上する。一方、平均粒径が20μm以下であると、平均粒径が20μmを超える場合に比べて、単位面積当たりの粒界相の占める面積が増えるため、ろう材を構成する成分のアンカー効果により、密着性が高くなるので、信頼性が向上するとともに、機械的強度が高くなる。 When the average grain size of the aluminum oxide crystals is 5 μm or more, the area occupied by the grain boundary phase per unit area is smaller than when the grain size is less than 5 μm, thereby improving the thermal conductivity. On the other hand, when the average grain size is 20 μm or less, the area occupied by the grain boundary phase per unit area increases compared to when the average grain size exceeds 20 μm. Since the strength is increased, the reliability is improved and the mechanical strength is increased.

酸化アルミニウムの結晶の粒径は、以下のようにして求めることができる。まず、絶縁リング13の表面から厚み方向に0.6mmの深さまで、平均粒径D50が3μmのダイヤモンド砥粒を用いて銅盤にて研磨する。その後、平均粒径D50が0.5μmのダイヤモンド砥粒を用いて錫盤にて研磨する。これらの研磨によって得られる研磨面を、結晶粒子と粒界層とが識別可能になるまで1480℃で熱処理して、観察面とする。熱処理は、例えば30分程度行う。 The grain size of aluminum oxide crystals can be determined as follows. First, the surface of the insulating ring 13 is ground to a depth of 0.6 mm in the thickness direction with a copper disk using diamond abrasive grains having an average particle size D50 of 3 μm. After that, it is polished with a tin plate using diamond abrasive grains having an average particle diameter D50 of 0.5 μm. The polished surface obtained by these polishing is heat-treated at 1480° C. until the crystal grains and the grain boundary layer become distinguishable, and is used as an observation surface. The heat treatment is performed, for example, for about 30 minutes.

観察面を光学顕微鏡で観察し、例えば400倍の倍率で撮影する。撮影された画像のうち、面積が4.8747×102μmの範囲を計測範囲とする。この計測範囲を、画像解析ソフト(例えば、三谷商事(株)製、Win ROOF)を用いて解析することによって、個々の結晶の粒径と、この粒径から平均粒径を算出することができる。 The observation surface is observed with an optical microscope and photographed at a magnification of, for example, 400 times. A range having an area of 4.8747×10 2 μm in the photographed image is defined as a measurement range. By analyzing this measurement range using image analysis software (e.g., Win ROOF manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.), the grain size of individual crystals and the average grain size can be calculated from this grain size. .

さらに、局部的な機械的強度の低下を抑制する点で、酸化アルミニウムの結晶の粒径が0以上の尖度を有するのがよく、1以上8以下であってもよい。酸化アルミニウムの結晶の粒径の尖度が0以上であると、粒径のバラツキが抑制される。その結果、気孔の凝集が減少して、気孔の輪郭や内部から生じる脱粒を減らすことができ、特に1以上であるとよい。一方、酸化アルミニウムの結晶の粒径の尖度が8以下であると、粒径の大きい結晶と粒径の小さい結晶とが適切な比率で存在し、粒径の小さい結晶が3重点を充填するような構造になるため熱伝導率が向上する。 Furthermore, in order to suppress local decrease in mechanical strength, the grain size of aluminum oxide crystals preferably has a kurtosis of 0 or more, and may be 1 or more and 8 or less. When the kurtosis of the grain size of the aluminum oxide crystal is 0 or more, the variation in the grain size is suppressed. As a result, aggregation of pores can be reduced, and shedding caused from the contours and interior of pores can be reduced. On the other hand, when the kurtosis of the grain size of the aluminum oxide crystals is 8 or less, crystals with a large grain size and crystals with a small grain size exist in an appropriate ratio, and crystals with a small grain size fill the triple points. Since it becomes such a structure, thermal conductivity improves.

ここで、尖度とは、分布のピークと裾が正規分布からどれだけ異なっているかを示す指標(統計量)であり、尖度が0よりも大きい場合、鋭いピークを有する分布となり、尖度が0の場合、正規分布となり、尖度が0よりも小さい場合、分布は丸みがかったピークを有する分布となる。酸化アルミニウムの結晶の粒径の尖度は、Excel(登録商標、Microsot Corporation)に備えられている関数Kurtを用いて求めればよい。 Here, kurtosis is an index (statistic) that indicates how much the peak and tail of a distribution differ from a normal distribution. is 0, the distribution is normal, and if the kurtosis is less than 0, the distribution is a distribution with rounded peaks. The kurtosis of the grain size of aluminum oxide crystals can be obtained using the function Kurt provided in Excel (registered trademark, Microsot Corporation).

絶縁リング13は、第1固定部材15を介して導体11に固定されている。第1固定部材15は、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタン、チタン合金、モリブデンまたはモリブデン合金で形成されている。第1固定部材15を形成するこれらの金属は、30℃~400℃における平均線膨張率が導体11を構成する銅や銅合金などの平均線膨張率と同等、あるいは銅や銅合金などの平均線膨張率よりも低い。また、絶縁リング13がセラミックスからなる場合、ろう材で第1固定部材15を導体11および絶縁リング13に加熱接合しても、第1固定部材15と導体11との間、また、第1固定部材15と絶縁リング13との間に隙間を発生させることなく、気密の信頼性を高くすることができる。これらの金属の中でも、30℃~400℃における平均線膨張率が最も低く、セラミックスからなる絶縁リング13を加熱接合する場合、セラミックスにクラックを発生させるおそれが最も低いという点で、第1固定部材11は、チタンまたはチタン合金を用いるのがよい。 The insulating ring 13 is fixed to the conductor 11 via the first fixing member 15 . The first fixing member 15 is made of carbon steel, low alloy steel, tool steel, stainless steel, iron, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, molybdenum, or molybdenum alloy. These metals forming the first fixing member 15 have an average linear expansion coefficient at 30° C. to 400° C. that is equal to the average linear expansion coefficient of copper, copper alloy, etc. that constitute the conductor 11, or the average coefficient of thermal expansion of copper, copper alloy, etc. Lower than the coefficient of linear expansion. Further, when the insulating ring 13 is made of ceramics, even if the first fixing member 15 is heat-bonded to the conductor 11 and the insulating ring 13 with a brazing material, the first fixing member 15 and the conductor 11 cannot be connected to each other. Airtight reliability can be improved without creating a gap between the member 15 and the insulating ring 13 . Among these metals, the first fixing member has the lowest average linear expansion coefficient at 30° C. to 400° C. and the lowest possibility of cracking the ceramics when the insulating ring 13 made of ceramics is heat-bonded. 11 is preferably made of titanium or a titanium alloy.

絶縁リング13の大きさは、導体11を挿入し得る大きさであれば限定されない。例えば、絶縁リング13の外径は、導体11の外径よりも1.2~1.5倍程度大きい。絶縁リング13の厚みも限定されず、例えば、28mm~32mm程度である。絶縁リング13の第2固定部材16側の表層部に残る応力がより低減するため、クラックがより発生しにくくなる点で、絶縁リング13の厚みは、金属リング12の厚みの5倍以上であるのがよい。また、材料費を抑制することができるという点で、絶縁リング13の厚みは、金属リング12の厚みの15倍以下であるのがよい。 The size of the insulating ring 13 is not limited as long as the size allows the conductor 11 to be inserted. For example, the outer diameter of the insulating ring 13 is about 1.2 to 1.5 times larger than the outer diameter of the conductor 11 . The thickness of the insulating ring 13 is also not limited, and is, for example, about 28 mm to 32 mm. The thickness of the insulating ring 13 is at least 5 times the thickness of the metal ring 12 because the stress remaining on the surface layer of the insulating ring 13 on the side of the second fixing member 16 is further reduced, so cracks are less likely to occur. It's good. In addition, the thickness of the insulating ring 13 is preferably 15 times or less as large as the thickness of the metal ring 12 in order to reduce the material cost.

絶縁リング13は、金属リング12から離間して導体11に固定されている。金属リング12と絶縁リング13とを離間して備えることによって、絶縁リング13の第2固定部材16側の表層部に残る応力が低減しているので、加熱および冷却を繰り返したとしても絶縁リング13、第1固定部材15および第2固定部材16にクラックが生じにくくなる。金属リング12と絶縁リング13との離間距離は限定されず、気密端子1の大きさに応じて適宜設定される。金属リング12と絶縁リング13との離間距離は、例えば、8mm~12mm程度である。 An insulating ring 13 is fixed to the conductor 11 at a distance from the metal ring 12 . Since the metal ring 12 and the insulating ring 13 are separated from each other, the stress remaining on the surface layer of the insulating ring 13 on the side of the second fixing member 16 is reduced. , cracks are less likely to occur in the first fixing member 15 and the second fixing member 16 . The distance between the metal ring 12 and the insulating ring 13 is not limited, and is appropriately set according to the size of the airtight terminal 1 . A distance between the metal ring 12 and the insulating ring 13 is, for example, about 8 mm to 12 mm.

一実施形態に係る気密端子1に含まれるフランジ14は、絶縁リング13上に設置され、導体11を2つの領域に区画している。一実施形態に係る気密端子1では、図1に示すように、フランジ14は、導体11を円柱状部分と四角柱状(板状)部分とに区画している。 A flange 14 included in the hermetic terminal 1 according to one embodiment is placed on the insulating ring 13 and divides the conductor 11 into two regions. In the airtight terminal 1 according to one embodiment, as shown in FIG. 1, the flange 14 divides the conductor 11 into a columnar portion and a square columnar (plate-like) portion.

フランジ14は、第2固定部材16を介して絶縁リング13に固定されている。第2固定部材16は、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタン、チタン合金、モリブデンまたはモリブデン合金で形成されている。第2固定部材16を形成するこれらの金属は、30℃~400℃における平均線膨張率が導体11を構成する銅や銅合金などの平均線膨張率と同等、あるいは銅や銅合金などの平均線膨張率よりも低い。また、絶縁リング13がセラミックスからなる場合、ろう材で第2固定部材16を導体11および絶縁リング13に加熱接合しても、第2固定部材16と導体11との間、また、第2固定部材16と絶縁リング13との間に隙間を発生させることなく、気密の信頼性を高くすることができる。これらの金属の中でも、30℃~400℃における平均線膨張率が最も低く、セラミックスからなる絶縁リング13を加熱接合する場合、セラミックスにクラックを発生させるおそれが最も低いという点で、チタンまたはチタン合金を用いるのがよい。
金属リング12、第1固定部材15および第2固定部材16の少なくともいずれか1つがステンレス鋼からなる場合、そのステンレス鋼は、例えば、SUS304、SUS304L、SUS304ULC、SUS310ULCまたはSUSXM15J1である。
The flange 14 is fixed to the insulating ring 13 via the second fixing member 16 . The second fixing member 16 is made of carbon steel, low alloy steel, tool steel, stainless steel, iron, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, molybdenum, or molybdenum alloy. These metals forming the second fixing member 16 have an average linear expansion coefficient at 30° C. to 400° C. that is equal to the average linear expansion coefficient of copper, copper alloy, etc. constituting the conductor 11, or the average linear expansion coefficient of copper, copper alloy, etc. Lower than the coefficient of linear expansion. Further, when the insulating ring 13 is made of ceramics, even if the second fixing member 16 is heat-bonded to the conductor 11 and the insulating ring 13 with a brazing material, there will be a gap between the second fixing member 16 and the conductor 11 and the second fixing member 16 and the second fixing member. Airtight reliability can be improved without creating a gap between the member 16 and the insulating ring 13 . Among these metals, titanium or a titanium alloy has the lowest average coefficient of linear expansion at 30° C. to 400° C. and is least likely to cause cracks in the ceramics when the insulating ring 13 made of ceramics is heated and joined. should be used.
When at least one of the metal ring 12, the first fixing member 15 and the second fixing member 16 is made of stainless steel, the stainless steel is, for example, SUS304, SUS304L, SUS304ULC, SUS310ULC or SUSXM15J1.

フランジ14の大きさは、導体11を挿入し得る大きさであれば限定されない。例えば、フランジ14の外径は、絶縁リング13の外径の1.5倍以上2.5倍以下である。フランジ14の厚みは限定されず、例えば、8mm~16mm程度である。フランジ14には、複数の孔が形成されている。この孔は、気密端子1を装置に固定するために使用されるネジ孔である。 The size of the flange 14 is not limited as long as the size allows the conductor 11 to be inserted. For example, the outer diameter of the flange 14 is 1.5 times or more and 2.5 times or less the outer diameter of the insulating ring 13 . The thickness of the flange 14 is not limited, and is, for example, about 8 mm to 16 mm. A plurality of holes are formed in the flange 14 . This hole is a screw hole used to fix the airtight terminal 1 to the device.

一実施形態に係る気密端子1に含まれるスペーサ17は、金属リング12と第1固定部材15との間に備えられている。スペーサ17を備えることによって、絶縁リング13の外周部における保持力が高くなり、得られる気密端子1の信頼性がより向上する。スペーサ17は、例えば、SUS304、SUS304L、SUS304ULC、SUS310ULC、SUSXM15J1などのステンレス鋼で形成されている。スペーサ17の厚みは限定されず、例えば、6mm~14mm程度である。 A spacer 17 included in the airtight terminal 1 according to one embodiment is provided between the metal ring 12 and the first fixing member 15 . By providing the spacer 17, the holding force at the outer peripheral portion of the insulating ring 13 is increased, and the reliability of the obtained airtight terminal 1 is further improved. The spacer 17 is made of stainless steel such as SUS304, SUS304L, SUS304ULC, SUS310ULC, and SUSXM15J1. The thickness of the spacer 17 is not limited, and is, for example, approximately 6 mm to 14 mm.

スペーサ17は、周方向(円柱状の導体11であれば、円周方向)に沿って複数備えられている。絶縁リング13の外周部を、比較的均一に保持することができる点で、スペーサ17は、等間隔で備えられているのがよい。その結果、得られる気密端子1の信頼性がより向上する。さらに、スペーサ17の少なくとも1つには、スペーサ17の外周面に第1溝部が形成されていてもよい。第1溝部を形成することによって、加熱および冷却を繰り返したとしても、第1溝部によって熱応力が緩和されるため、絶縁リング13にかかる応力をより低減することができる。第1溝部は、例えば、上記周方向に沿って形成されており、その形状は、V溝状、U溝状等である。
同様に、図4に示すように、金属リング12は、内周面に第2溝部12aが複数形成されていてもよい。第2溝部12aを形成することによって、加熱および冷却を繰り返したとしても、第2溝部12aによって熱応力が緩和されるため、金属リング12にかかる応力をより低減することができる。特に、第2溝部12aは、内周面に沿って等間隔に位置しているとよく、第2溝部の個数は、例えば、3個以上20個以下である。
第2溝部12aの形状は、例えば、図4(a)に示すように矩形状、図4(b)に示すように半円状である。
A plurality of spacers 17 are provided along the circumferential direction (circumferential direction in the case of the cylindrical conductor 11). The spacers 17 are preferably provided at equal intervals in that the outer peripheral portion of the insulating ring 13 can be held relatively uniformly. As a result, the reliability of the obtained airtight terminal 1 is further improved. Furthermore, at least one of the spacers 17 may have a first groove formed on the outer peripheral surface of the spacer 17 . By forming the first groove, even if heating and cooling are repeated, thermal stress is relieved by the first groove, so the stress applied to the insulating ring 13 can be further reduced. The first groove portion is formed, for example, along the circumferential direction, and has a V-groove shape, a U-groove shape, or the like.
Similarly, as shown in FIG. 4, the metal ring 12 may have a plurality of second grooves 12a formed on the inner peripheral surface. By forming the second groove portion 12a, even if heating and cooling are repeated, thermal stress is relieved by the second groove portion 12a, so the stress applied to the metal ring 12 can be further reduced. In particular, the second grooves 12a are preferably positioned at equal intervals along the inner peripheral surface, and the number of the second grooves is, for example, 3 or more and 20 or less.
The shape of the second groove portion 12a is, for example, rectangular as shown in FIG. 4(a) and semicircular as shown in FIG. 4(b).

本開示に係る気密端子は、上述の一実施形態に限定されない。例えば、上述の気密端子1は、スペーサ17を備えている。しかし、本開示に係る気密端子はスペーサ17を備えていなくてもよい。スペーサ17は、本開示に係る気密端子の効果をより向上させるために使用される部材である。 The hermetic terminal according to the present disclosure is not limited to the one embodiment described above. For example, the hermetic terminal 1 described above includes a spacer 17 . However, the hermetic terminal according to the present disclosure may not include spacers 17 . The spacer 17 is a member used to further improve the effect of the airtight terminal according to the present disclosure.

本開示に係る気密端子において、第1固定部材15および第2固定部材16の少なくとも一方は、屈曲部を有するスリーブからなっていてもよい。このような構成によって、第1固定部材15および第2固定部材16の屈曲部周辺における応力がより低減され、クラックがより発生しにくくなる。屈曲部の内径半径は限定されず、より優れた応力の低減効果を考慮すると、2mm以上であるのがよく、4mm以下であってもよい。
特に、図2に示すように、第1固定部材15は、屈曲部を3個有するスリーブからなるとよい。このような構成であると、第1固定部材15は、絶縁リング13の金属リング12側の主面および導体11の外周面を接合面とすることができる。これらが接合面であれば、接合面積を大きくすることが容易となり、気密の信頼性をさらに向上させることができる。
また、図2に示すように、第2固定部材16は、屈曲部を有するスリーブからなり、該スリーブの一部が絶縁リング13のフランジ14側の主面と、フランジ14の絶縁リング13側の主面との間に設置されているとよい。このような構成であると、第2固定部材16は、絶縁リング13のフランジ14側の主面およびフランジ14の絶縁リング13側の主面を接合面とすることができる。これらが接合面であれば、接合面積を大きくすることが容易となり、気密の信頼性をさらに向上させることができる。さらに、絶縁リング13の反対側からフランジ14に高圧が加えられたとしても、耐久性を十分維持することができる。
In the airtight terminal according to the present disclosure, at least one of the first fixing member 15 and the second fixing member 16 may consist of a sleeve having a bent portion. With such a configuration, the stress around the bent portions of the first fixing member 15 and the second fixing member 16 is further reduced, and cracks are less likely to occur. The radius of the inner diameter of the bent portion is not limited, and is preferably 2 mm or more and may be 4 mm or less in consideration of a better stress reduction effect.
In particular, as shown in FIG. 2, the first fixing member 15 is preferably a sleeve having three bends. With such a configuration, the first fixing member 15 can use the main surface of the insulating ring 13 on the metal ring 12 side and the outer peripheral surface of the conductor 11 as joint surfaces. If these are joint surfaces, the joint area can be easily increased, and the airtight reliability can be further improved.
As shown in FIG. 2, the second fixing member 16 is formed of a sleeve having a bent portion. It is good to be installed between the main surfaces. With such a configuration, the second fixing member 16 can use the principal surface of the insulating ring 13 on the flange 14 side and the principal surface of the flange 14 on the insulating ring 13 side as joint surfaces. If these are joint surfaces, the joint area can be easily increased, and the airtight reliability can be further improved. Furthermore, even if a high pressure is applied to the flange 14 from the opposite side of the insulating ring 13, sufficient durability can be maintained.

さらに、本開示に係る気密端子において、導体11の軸心から第1固定部材15および第2固定部材16それぞれの先端面15a、16aまでの距離L1、L2は、図2に示すように同じであってもよく、図3に示すように異なっていてもよい。絶縁リング13に軸方向に沿うクラックが発生しにくくなる点で、導体11の軸心から第1固定部材15および第2固定部材16それぞれの先端面15a、16aまでの距離L1、L2は、図3に示すように異なっているのがよい。例えば、ろう材の接合工程で降温でろう材が収縮して絶縁リング13が軸方向に引っ張られても、その引張応力を抑制することができるためである。導体11の軸心から第1固定部材15および第2固定部材16それぞれの先端面15a、16aまでの距離L1、L2の差δは、例えば、3mm以上6mm以下である。 Furthermore, in the airtight terminal according to the present disclosure, the distances L1 and L2 from the axial center of the conductor 11 to the tip surfaces 15a and 16a of the first fixing member 15 and the second fixing member 16 are the same as shown in FIG. There may be, or they may be different as shown in FIG. The distances L1 and L2 from the axial center of the conductor 11 to the distal end surfaces 15a and 16a of the first fixing member 15 and the second fixing member 16, respectively, are determined in order to prevent cracks from occurring in the insulating ring 13 along the axial direction. 3 should be different. For example, even if the insulating ring 13 is pulled in the axial direction due to contraction of the brazing material due to a temperature drop in the joining process of the brazing material, the tensile stress can be suppressed. A difference δ between the distances L1 and L2 from the axial center of the conductor 11 to the tip surfaces 15a and 16a of the first fixing member 15 and the second fixing member 16 is, for example, 3 mm or more and 6 mm or less.

上述の気密端子1において、導体11は、円柱状部分と四角柱状(板状)部分とが存在するような形状を有している。しかし、本開示に係る気密端子において導体の形状は、柱状であれば限定されない。導体の形状は、気密端子を備える装置などに応じて、適宜設計すればよい。 In the airtight terminal 1 described above, the conductor 11 has a shape having a columnar portion and a square columnar (plate-like) portion. However, in the airtight terminal according to the present disclosure, the shape of the conductor is not limited as long as it is columnar. The shape of the conductor may be appropriately designed according to the device having the airtight terminal.

1 気密端子
11 導体
12 金属リング
13 絶縁リング
14 フランジ
15 第1固定部材
16 第2固定部材
17 スペーサ
1 Airtight Terminal 11 Conductor 12 Metal Ring 13 Insulation Ring 14 Flange 15 First Fixing Member 16 Second Fixing Member 17 Spacer

Claims (12)

柱状の導体と、
該導体と同軸上に位置する金属リングと、
前記導体と同軸上に位置する絶縁リングと、
該絶縁リング上に設置され、柱状の前記導体を2つの領域に区画するフランジと、
前記導体に前記絶縁リングを固定するための第1固定部材と、
前記フランジに前記絶縁リングを固定するための第2固定部材と、
を含み、
前記金属リング、前記第1固定部材および前記第2固定部材が、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタン、チタン合金、モリブデンまたはモリブデ合金で形成されており、
前記金属リングと前記第1固定部材とが接続されており、
前記絶縁リングが、前記金属リングから離間して前記導体に固定されている、気密端子。
a columnar conductor;
a metal ring positioned coaxially with the conductor;
an insulating ring positioned coaxially with the conductor;
a flange mounted on the insulating ring and dividing the columnar conductor into two regions;
a first fixing member for fixing the insulating ring to the conductor;
a second fixing member for fixing the insulating ring to the flange;
including
The metal ring, the first fixing member and the second fixing member are made of carbon steel, low alloy steel, tool steel, stainless steel, iron, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, molybdenum or molybde alloy. cage,
the metal ring and the first fixing member are connected,
A hermetic terminal, wherein said insulating ring is fixed to said conductor spaced apart from said metal ring.
前記絶縁リングが、前記金属リングの厚みの5倍以上15倍以下の厚みを有する請求項1に記載の気密端子。 2. The airtight terminal according to claim 1, wherein the insulating ring has a thickness of 5 times or more and 15 times or less than the thickness of the metal ring. 前記第1固定部材および前記第2固定部材の少なくとも一方が、屈曲部を有するスリーブからなり、いずれかの屈曲部の内径半径が2mm以上である請求項1または2に記載の気密端子。 3. The airtight terminal according to claim 1, wherein at least one of said first fixing member and said second fixing member comprises a sleeve having a bent portion, and either bent portion has an inner radius of 2 mm or more. 前記第1固定部材は、屈曲部を3個有するスリーブからなる、請求項1~3のいずれかに記載の気密端子。 4. The airtight terminal according to claim 1, wherein said first fixing member comprises a sleeve having three bent portions. 前記第2固定部材は、屈曲部を有するスリーブからなり、該スリーブの一部が前記絶縁リングの前記フランジ側の主面と、前記フランジの前記絶縁リング側の主面との間に設置されてなる、請求項1~4のいずれかに記載の気密端子。 The second fixing member comprises a sleeve having a bent portion, and a part of the sleeve is installed between the main surface of the insulating ring on the flange side and the main surface of the flange on the insulating ring side. The airtight terminal according to any one of claims 1 to 4, comprising: 前記導体の軸心から前記第1固定部材および前記第2固定部材それぞれの先端面までの距離が異なる請求項1~5のいずれかに記載の気密端子。 The airtight terminal according to any one of claims 1 to 5, wherein distances from the axial center of the conductor to the tip end surfaces of the first fixing member and the second fixing member are different. 前記金属リングと前記第1固定部材との間に、周方向に沿って複数のスペーサが備えられている請求項1~6のいずれかに記載の気密端子。 7. The airtight terminal according to claim 1, wherein a plurality of spacers are provided along the circumferential direction between said metal ring and said first fixing member. 前記スペーサを等間隔で配置する請求項7に記載の気密端子。 8. An airtight terminal according to claim 7, wherein said spacers are arranged at regular intervals. 前記スペーサの少なくとも1つは、外周面に第1溝部が形成されている請求項7または8に記載の気密端子。 9. The airtight terminal according to claim 7, wherein at least one of said spacers has a first groove formed on an outer peripheral surface thereof. 前記金属リングは、内周面に第2溝部が複数形成されている、請求項1~9のいずれかに記載の気密端子。 The airtight terminal according to any one of claims 1 to 9, wherein the metal ring has a plurality of second grooves formed on its inner peripheral surface. 前記絶縁リングが、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスを含み、酸化アルミニウムの結晶が、5μm以上20μm以下の平均粒径を有する請求項1~10のいずれかに記載の気密端子。 The airtight terminal according to any one of claims 1 to 10, wherein the insulating ring contains ceramics containing aluminum oxide as a main component, and the aluminum oxide crystals have an average grain size of 5 µm or more and 20 µm or less. 前記酸化アルミニウムの結晶の粒径が、0以上の尖度を有する請求項11に記載の気密端子。 12. The airtight terminal according to claim 11, wherein the grain size of the aluminum oxide crystal has a kurtosis of 0 or more.
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