JP2023012878A - Fitting body and connection mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、嵌合体およびこの嵌合体を有する接続機構に関する。 The present disclosure relates to a fitting and a connection mechanism having the fitting.
従来、セラミックス同士を嵌合するのに焼き嵌めが用いられている。例えば、特許文献1では、透光性アルミナからなる筒状の容器本体の両端に、透光性アルミナからなるエンドキャップを焼き嵌めにより気密接合し、内部に放電空間を形成した高圧放電ランプが提案されている。
Conventionally, shrink fitting is used to fit ceramics together. For example,
特許文献1で提案された高圧放電ランプは、透光性アルミナという熱伝導率の高いセラミックスを用い、隙間なく焼き嵌めすることにより形成されている。透光性アルミナは粒径の大きい結晶粒子からなり、熱伝導の妨げとなる粒界相の占める割合が少ない上、隙間なく焼き嵌めされているため、透光性アルミナ同士の嵌合部における熱伝導は良好になる。そのため、高い断熱性が求められる用途に、透光性アルミナの嵌合体は適さないという問題があった。
The high-pressure discharge lamp proposed in
本開示の課題は、高い断熱 性を有する嵌合体およびこの嵌合体を有する接続機構を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a fitted body with high heat insulation and a connection mechanism having this fitted body.
上記課題を解決するための本開示の第1の嵌合体は、少なくとも先端部が酸化アルミニウムを主成分とする第1セラミックスからなる柱状体と、前記先端部が挿入される凹部を有する、酸化アルミニウムを主成分とする第2セラミックスからなる基体とを備える。前記先端部は、前記凹部に嵌合され、先端部の先端面と、凹部の内底面との間に間隙を有する。 A first fitting body of the present disclosure for solving the above problems is a columnar body made of a first ceramic whose main component is aluminum oxide at least at the tip, and an aluminum oxide having a recess into which the tip is inserted. and a base made of second ceramics containing as a main component. The tip portion is fitted into the recess, and has a gap between the tip surface of the tip portion and the inner bottom surface of the recess.
本開示の第2の嵌合体は、酸化アルミニウムを主成分とする第1セラミックスからなる凸部と、該凸部を支持する基部とを有する第1部材と、前記凸部が挿入される凹部を有する、酸化アルミニウムを主成分とする第2セラミックスからなる第2部材とを備える。前記凸部は、前記凹部に嵌合され、前記凸部の先端面と、前記凹部の内底面との間に間隙を有する。 A second fitted body of the present disclosure includes a first member having a projection made of a first ceramic containing aluminum oxide as a main component, a base supporting the projection, and a recess into which the projection is inserted. and a second member made of a second ceramic containing aluminum oxide as a main component. The protrusion is fitted into the recess, and has a gap between the tip surface of the protrusion and the inner bottom surface of the recess.
本開示の接続機構は、上記第1または第2の嵌合体を有する。 The connection mechanism of the present disclosure has the first or second fitted body.
本開示の第1の嵌合体は、柱状体および基体がいずれも熱伝導率が低い酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスから形成され、しかも柱状体の先端部は基体の凹部に嵌合され、該先端部の先端面と、凹部の内底面との間に間隙があるので、断熱性が向上する。
本開示の第2の嵌合体は、第1部材および第2部材がいずれも熱伝導率が低い酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスから形成され、しかも第1部材の凸部は、第2部材の凹部に嵌合され、該凸部の先端面と凹部の内底面との間に間隙があるので、断熱性が向上する。
従って、第1または第2の嵌合体を有する接続機構は、断熱体に適用するのに好適である。
In the first fitting body of the present disclosure, both the columnar body and the base are made of ceramics mainly composed of aluminum oxide with low thermal conductivity, and the tip of the columnar body is fitted in the recess of the base, Since there is a gap between the tip surface of the tip portion and the inner bottom surface of the recess, heat insulation is improved.
In the second fitted body of the present disclosure, both the first member and the second member are made of ceramics mainly composed of aluminum oxide with low thermal conductivity, and the convex portion of the first member is the same as that of the second member. Since it is fitted in the recess and there is a gap between the tip surface of the protrusion and the inner bottom surface of the recess, heat insulation is improved.
Therefore, the connection mechanism having the first or second fitting is suitable for application to heat insulators.
以下、本開示の一実施形態に係る嵌合体およびこの嵌合体を有する接続機構を説明する。図1は、本開示の一実施形態に係る嵌合体を有する板状の断熱体1を示している。
A fitting body according to an embodiment of the present disclosure and a connection mechanism having the fitting body will be described below. FIG. 1 shows a plate-
この断熱体1は、図2に示すように、周縁に立ち上り部21を設けた基体2と、この基体2の上面に配置された蓋体3とを備える。蓋体3の下面周縁は、基体2の立ち上り部21上面に第1接合層4を介して接合され、基体2と蓋体3との間に内部空間5が形成されている。内部空間5内を真空加熱処理等により真空状態に維持することにより、断熱体1に高い断熱性を付与する。
As shown in FIG. 2, the
断熱体1には、減圧に耐え得るように、内部空間5内に複数の柱状体6が所定の間隔で配設されている。柱状体6は、基体2と蓋体3との間に介在して、基体2と蓋体3との間に一定の間隙を保持させるものである。
内部空間5は、断熱層として機能する。内部空間5の幅Wは、10mm以上60mm以下であるのがよい。基体2と蓋体3の厚さは、それぞれ10mm以上30mm以下であるのがよい。
A plurality of
The
図3は、柱状体6を凹部7に嵌合した嵌合体の一例を示している。図3に示すように、蓋体3の内表面には凹部7が形成されており、この凹部7に柱状体6の先端部が挿入される。柱状体6は、凹部7に嵌合された状態となり、断熱体1は、柱状体6の先端面と、凹部7の内底面との間に間隙8を有する。これにより、断熱性が向上する。凹部7の軸心における間隙8の幅wは、0.03mm以上であるのがよい。これにより、間隙8が占める空間が大きくなるため、断熱性がさらに向上する。幅wは、凹部7の深さの1/2以下であるのがより好ましい。幅wが凹部7の深さの1/2以下であると、凹部7に挿入された柱状体6の先端部が嵌合、固定された後、振動や引抜力が加わっても十分耐えることができる。
一方、柱状体6の後端部は、第2接合層9を介して蓋体3の内表面に接合される。
FIG. 3 shows an example of a fitted body in which the
On the other hand, the rear end portion of the
本開示において、柱状体6は、少なくとも先端部が酸化アルミニウムを主成分とする第1セラミックスからなる。また、基体2は、酸化アルミニウムを主成分とする第2セラミックスからなる。
第1セラミックスおよび第2セラミックスは、いずれも20℃における熱伝導率が33W/(m・K)以下、好ましくは32W/(m・K)以下であるのがよい。このように、柱状体6の先端部および基体2がいずれも熱伝導率が低いセラミックスから形成されているので、断熱性が確保される。
熱伝導率は、JIS R 1611:2010に準拠して求めればよい。
In the present disclosure, at least the tip portion of the
Both the first ceramics and the second ceramics should have a thermal conductivity of 33 W/(m·K) or less, preferably 32 W/(m·K) or less at 20°C. As described above, since both the tips of the
The thermal conductivity can be determined according to JIS R 1611:2010.
柱状体6の先端部を形成する第1セラミックスは、基体2の第2セラミックスよりも酸化アルミニウムの含有量が多いのがよい。これにより、第1セラミックスに含まれるガラス成分(焼結助剤)が第2セラミックスに含まれるガラス成分(焼結助剤)よりも少なくなるため、柱状体6の先端部の3点曲げ強度、剛性等の機械的特性が高くなる。一方、柱状体6の先端部の外周面に対向する凹部7の内周面からはガラス成分が後述する焼成で溶出しやすくなるため、嵌合強度が高くなり、柱状体6の後端部側から外圧がかかっても間隙8が塞がれるのを抑制することができる。
ここで、第2セラミックスに含まれる酸化アルミニウムの含有量は、95質量%以上、好ましくは96質量%以上99質量%以下であるのがよい。
The first ceramics forming the tip of the
Here, the content of aluminum oxide contained in the second ceramics is 95% by mass or more, preferably 96% by mass or more and 99% by mass or less.
第1セラミックスおよび第2セラミックスは、酸化アルミニウムを主成分とし、珪素、マグネシウムおよびカルシウムを含んでいてもよい。具体的には、珪素は、酸化物に換算して、0.01質量%以上1質量%以下含んでいてもよい。マグネシウムは、酸化物に換算して0.1質量%以上0.4質量%以下含んでいてもよい。カルシウムは、酸化物に換算して0.01質量%以上1質量%以下含んでいてもよい。
珪素、マグネシウムおよびカルシウムの元素を酸化物に換算した含有量の合計は、第1セラミックスの方が第2セラミックスよりも少ないのがよい。これにより、第1セラミックスの高温クリープ性が高くなるため、柱状体6の先端部を長くしても長期間に亘って高温環境下で用いることができる。特に、上記元素を酸化物に換算した含有量の合計の差は、0.6質量%以上1質量%以下であるとよい。
The first ceramics and the second ceramics may contain aluminum oxide as a main component and contain silicon, magnesium and calcium. Specifically, silicon may be contained in an amount of 0.01% by mass or more and 1% by mass or less in terms of oxide. Magnesium may be contained in an amount of 0.1% by mass or more and 0.4% by mass or less in terms of oxide. Calcium may be contained in an amount of 0.01% by mass or more and 1% by mass or less in terms of oxide.
The total content of silicon, magnesium, and calcium elements converted to oxides is preferably lower in the first ceramics than in the second ceramics. As a result, the high-temperature creep property of the first ceramics is enhanced, so that even if the tip portion of the
第2セラミックスに含まれる珪素、マグネシウムおよびカルシウムを酸化物に換算した含有量の合計は、1質量%以下であるのがよい。これにより、第1セラミックスおよび第2セラミックスからなる基体2の剛性を高くすることができる。
ここで、第1セラミックスにおける上記元素を酸化物に換算した含有量の合計は、例えば、0.17質量%以上0.57質量%以下である。
第1セラミックスおよび第2セラミックスにおける主成分とは、それぞれのセラミックスを構成する成分100質量%のうち、90質量%以上を占める成分をいい、各成分は、CuKα線を用いたX線回折装置で同定すればよい。同定された成分の含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析装置または蛍光X線分析装置(XRF)を用いて、元素の含有量を求め、同定された成分に換算して求めればよい。
The total amount of oxides of silicon, magnesium and calcium contained in the second ceramics is preferably 1% by mass or less. Thereby, the rigidity of the
Here, the total content of the above elements converted to oxides in the first ceramics is, for example, 0.17% by mass or more and 0.57% by mass or less.
The main component in the first ceramics and the second ceramics refers to a component that accounts for 90% by mass or more of 100% by mass of the components that constitute the respective ceramics. You just have to identify. The content of the identified component may be obtained by using an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometer or a fluorescent X-ray spectrometer (XRF) to determine the content of the element and convert it to the identified component. .
第1セラミックスは、第2セラミックスよりも酸化アルミニウムの結晶粒子の円相当径の平均値が小さいのがよい。これにより、先端部の3点曲げ強度、剛性等の機械的特性が高くなるので、先端部や後述する凸部を長くすることができる。上記円相当径は、以下の手順に従って求めればよい。
まず、基体2および柱状体6の先端部の各断面を鏡面になるまで研磨する。
具体的には、以下の第1研磨~第3研磨を順次行う。
(1)第1研磨:平均粒径D50が45μmのダイヤモンド砥粒を用いたダイヤモンドディスクによる研磨
(2)第2研磨:平均粒径D50が3μmのダイヤモンド砥粒を用いた銅板による研磨
(3)第3研磨:平均粒径D50が0.5μmのダイヤモンド砥粒を用いた錫板による研磨
上述した方法によって得られた研磨面を1350℃で熱処理して得られる面を、デジタルマクロスコープ(VHX-500)を用い、400倍の倍率で撮影することで求められる。具体的には、撮影された画像のうち、面積が7.2×10-3mm2の範囲を計測範囲とする。画像解析ソフト(例えば、三谷商事(株)製、Win ROOF)を用いて上記計測範囲を解析することによって酸化アルミニウムの結晶粒子の円相当径を得ることができる。解析するに当たり、円相当径の閾値は、0.2μmとし、0.2μm以下の円相当径は平均値の算出の対象とはしない。
It is preferable that the average value of the equivalent circle diameter of the aluminum oxide crystal grains of the first ceramics is smaller than that of the second ceramics. As a result, the mechanical properties such as the three-point bending strength and rigidity of the tip portion are enhanced, so that the tip portion and the later-described convex portion can be lengthened. The equivalent circle diameter may be obtained according to the following procedure.
First, each cross-section of the
Specifically, the following first polishing to third polishing are sequentially performed.
(1) First polishing: Polishing with a diamond disk using diamond abrasive grains with an average grain size D50 of 45 μm (2) Second polishing: Polishing with a copper plate using diamond grains with an average grain size D50 of 3 μm ( 3) Third polishing: Polishing with a tin plate using diamond abrasive grains with an average particle diameter D50 of 0.5 μm The surface obtained by heat-treating the polished surface obtained by the above-described method at 1350 ° C. is viewed with a digital macroscope. (VHX-500) and obtained by photographing at a magnification of 400 times. Specifically, a range having an area of 7.2×10 −3 mm 2 in the photographed image is taken as the measurement range. Equivalent circle diameters of aluminum oxide crystal grains can be obtained by analyzing the measurement range using image analysis software (eg, Win ROOF manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.). In the analysis, the threshold value of the equivalent circle diameter is set to 0.2 μm, and equivalent circle diameters of 0.2 μm or less are not included in the calculation of the average value.
この測定方法で求められる第1セラミックスおよび第2セラミックスの円相当径の平均値はいずれも透光性アルミナ(例えば、LUCALOX、ジェネラル・エレクトリック(株)商標)の円相当径の平均値(31.6μm~53.6μm)よりも小さい。例えば、第1セラミックスの円相当径の平均値は3μm以上8μm以下であり、第1セラミックスの円相当径の平均値は10μm以上30μm以下である。そして、第1セラミックスおよび第2セラミックスは、いずれも可視光線を透過せず、相対密度は96%以上である。第1セラミックスの相対密度は、第1セラミックスの理論密度に対する見掛密度の百分率であり、見掛密度は、JIS R 1634:1998に準拠して求められる。第2セラミックスの相対密度も同じ方法で求めることができる。 Both the average values of the equivalent circle diameters of the first ceramics and the second ceramics obtained by this measurement method are the average values of the equivalent circle diameters of translucent alumina (for example, LUCALOX, a trademark of General Electric Co., Ltd.) (31. 6 μm to 53.6 μm). For example, the average equivalent circle diameter of the first ceramics is 3 μm or more and 8 μm or less, and the average value of the equivalent circle diameters of the first ceramics is 10 μm or more and 30 μm or less. Both the first ceramics and the second ceramics do not transmit visible light and have a relative density of 96% or more. The relative density of the first ceramics is the percentage of the apparent density to the theoretical density of the first ceramics, and the apparent density is determined according to JIS R 1634:1998. The relative density of the second ceramic can also be obtained in the same way.
次に、断熱体1の製造方法を説明する。
まず、基体2を作製する工程を説明する。第2セラミックスの主成分である酸化アルミニウム粉末(純度が99.9質量%以上)と、酸化珪素、水酸化マグネシウムおよび炭酸カルシウムの各粉末とを粉砕用ミルに溶媒(イオン交換水)とともに投入して、粉末の平均粒径(D50)が1.5μm以下になるまで粉砕した後、有機結合剤と、酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤とを添加、混合してスラリーを得る。
Next, a method for manufacturing the
First, the process of manufacturing the
ここで、上記粉末の合計100質量%における酸化珪素粉末の含有量は0.01~0.05質量%、水酸化マグネシウム粉末の含有量は0.15~0.57質量%、炭酸カルシウム粉末の含有量は0.9~1.8質量%であり、残部が酸化アルミニウム粉末および不可避不純物である。 Here, the content of silicon oxide powder is 0.01 to 0.05% by mass, the content of magnesium hydroxide powder is 0.15 to 0.57% by mass, and the content of calcium carbonate powder is The content is 0.9 to 1.8% by mass, and the balance is aluminum oxide powder and unavoidable impurities.
有機結合剤は、アクリルエマルジョン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド等である。 Organic binders include acrylic emulsion, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyethylene oxide and the like.
次に、スラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、顆粒を成形型に充填する。1軸プレス成形装置または冷間静水圧加圧装置を用いて、成形圧を78Mpa以上128MPa以下として成形型に充填された顆粒を加圧して矩形板状の成形体を得る。そして、切削加工により、焼成後、凹部7となる窪みと、蓋体3を接合した後、内部空間5となる囲繞空間とを成形体1にそれぞれ形成する。囲繞空間とは、成形体の厚み方向に一方が開口し、外縁が取り囲まれた空間である。窪みの内底面にはカーボンシート(図示せず)を敷いておく。カーボンシートの厚さは、形成する間隙8の幅wと同じでよい。カーボンシートは、脱脂性を考慮すると、多孔質であるとよく、特に、気孔率が30%以上80%以下であるとよい。
Next, after the slurry is spray granulated to obtain granules, the granules are filled into a mold. Using a uniaxial press molding device or a cold isostatic pressing device, the granules filled in the mold are pressed at a molding pressure of 78 MPa or more and 128 MPa or less to obtain a rectangular plate-shaped molded body. Then, by cutting, a depression that will become the
一方、柱状体6の成形体は、基体2と同様にして得られる。このとき、柱状体6の成形体を構成する原料粉末の合計100質量%における酸化珪素粉末の含有量は0.3~1質量%、水酸化マグネシウム粉末の含有量は0.15~0.57質量%、炭酸カルシウム粉末の含有量は0.018~0.9質量%であり、残部が酸化アルミニウム粉末および不可避不純物である。
On the other hand, the molded body of the
作製された柱状体6の成形体を焼成して焼結体を得る。焼成雰囲気は大気雰囲気、減圧雰囲気、または真空雰囲気で、焼成温度は1500℃以上1700℃以下で、保持時間を4時間以上6時間以下とするのがよい。焼結体である柱状体6の先端部を凹部に挿入した状態で、上述した焼成条件と同じ焼成条件によって矩形板状の成形体を焼成する。これにより、焼成収縮によって柱状体6の先端部が凹部7に嵌合されると共に、カーボンシートは消失し、柱状体6の先端面と、凹部7の内底面との間に間隙8が形成される。
The molded body of the produced
次に、蓋体3を取り付けるが、蓋体3がセラミックス(例えば、基体2と同様な酸化アルミニウムを主成分とするセラミックス)の場合、柱状体6の他方の端面および基体2の周縁に位置する立ち上り部21の端面にそれぞれガラス・ペーストを塗布して、ガラス接合を行い、断熱体1を得る。
Next, the
一方、蓋体3が金属(例えば、SUS304、SUS630等のステンレス、アルミニウム等)の場合、柱状体6の他方の端面および基体2の周縁に位置する立ち上り部21の端面にそれぞれろう材(例えば、Ag 63~70.5質量%-Cu 27.5~35質量%-Ti 2質量%)を塗布して、ろう接し、断熱体1を得る。
On the other hand, when the
次に、本開示の他の実施形態に係る嵌合体を図4に基づいて説明する。なお、図3に示す嵌合体と同じ構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態では、凸部11bと該凸部11bを支持する基部11aとを有する第1部材11と、凸部11bが挿入される凹部17を有する第2部材12とを備える。凸部11bは、凹部17に嵌合され、凸部11bの先端面と、凹部17の内底面との間に間隙8を有する。
Next, a fitted body according to another embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the same structural member as the fitting body shown in FIG. 3, and description is abbreviate|omitted.
This embodiment comprises a first member 11 having a convex portion 11b and a base portion 11a supporting the convex portion 11b, and a
第1部材11は、前記した柱状体6と同様に、少なくとも凸部11bは、酸化アルミニウムを主成分とする第1セラミックスからなる。また、第2部材12は、前記した基体2と同様に、酸化アルミニウムを主成分とする第2セラミックスからなる。
凸部11bは、例えば、切削加工によって形成することができる。
In the first member 11, at least the projections 11b are made of the first ceramics containing aluminum oxide as a main component, similarly to the
The convex portion 11b can be formed by cutting, for example.
図3または図4に示す嵌合体を用いて作製された断熱体1は、例えば、半導体製造装置や、プラズマ装置等に使用可能であるが、これらの用途に限定されるものではない。また、図3または図4に示す嵌合体は、断熱体1への利用だけでなく、嵌合を必要とする様々な用途に利用可能である。
The
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々の変更や改善が可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments, and various modifications and improvements are possible within the scope of the present disclosure.
1 断熱体
2 基体
21 立ち上り部
3 蓋体
4 第1接合層
5 内部空間
7 凹部
8 間隙
9 第2接合層
11 第1部材
11a 基部
11b 凸部
12 第2部材
17 凹部
REFERENCE SIGNS
本開示の課題は、高い断熱性を有する嵌合体およびこの嵌合体を有する接続機構を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a fitting having high heat insulation and a connection mechanism having this fitting.
Claims (9)
前記先端部が挿入される凹部を有する、酸化アルミニウムを主成分とする第2セラミックスからなる基体とを備えてなり、
前記先端部は、前記凹部に嵌合され、前記先端部の先端面と、前記凹部の内底面との間に間隙を有する、嵌合体。 a columnar body, at least the tip portion of which is made of a first ceramic containing aluminum oxide as a main component;
a base made of a second ceramic containing aluminum oxide as a main component, having a recess into which the tip is inserted;
The fitting body, wherein the tip portion is fitted in the recess, and a gap is provided between a tip surface of the tip portion and an inner bottom surface of the recess.
前記凸部が挿入される凹部を有する、酸化アルミニウムを主成分とする第2セラミックスからなる第2部材とを備えてなり、
前記凸部は、前記凹部に嵌合され、前記凸部の先端面と、前記凹部の内底面との間に間隙を有する、嵌合体。 a first member having a projection made of a first ceramic containing aluminum oxide as a main component and a base supporting the projection;
a second member made of a second ceramic containing aluminum oxide as a main component and having a recess into which the protrusion is inserted;
The fitting body, wherein the projection is fitted into the recess, and a gap is provided between the tip surface of the projection and the inner bottom surface of the recess.
A connection mechanism comprising the fitted body according to any one of claims 1 to 8.
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