JP2642008B2 - 絶縁部材及びそれを用いた電気部品 - Google Patents
絶縁部材及びそれを用いた電気部品Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Ceramic Products (AREA)
- Insulating Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高温プラズマを内包
する真空容器のように、高温、高電圧、高温度勾配、衝
撃荷重といった特に過酷な環境下で用いることのできる
絶縁部材及びその絶縁部材を用いて絶縁を施した電気部
品に関するものである。
する真空容器のように、高温、高電圧、高温度勾配、衝
撃荷重といった特に過酷な環境下で用いることのできる
絶縁部材及びその絶縁部材を用いて絶縁を施した電気部
品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般的な絶縁部材としては、陶
器、磁器(碍子)、ベークライト、雲母、プラスチッ
ク、ゴム等が用いられ、これらを締結、接着、ろう接、
嵌合等の手段で基台と導電性部材との間に挾んで一体化
することにより絶縁された電気部品を構成していた。こ
のような構成によっても、通常の使用環境下では所要の
絶縁性能を有する電気部品としての機能を果たすことが
できた。
器、磁器(碍子)、ベークライト、雲母、プラスチッ
ク、ゴム等が用いられ、これらを締結、接着、ろう接、
嵌合等の手段で基台と導電性部材との間に挾んで一体化
することにより絶縁された電気部品を構成していた。こ
のような構成によっても、通常の使用環境下では所要の
絶縁性能を有する電気部品としての機能を果たすことが
できた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、高温プラズマを内包する真空容器内部の電気部品の
ように、高温、高電圧、高温度勾配という過酷な環境下
で、しかも限られた空間に設置され、衝撃的な荷重を受
けるようなものにおいては、耐熱性、耐絶縁性、耐熱衝
撃性、耐衝撃性等が同時に要求され、更に占有スペース
が小さいことも要求される。
ば、高温プラズマを内包する真空容器内部の電気部品の
ように、高温、高電圧、高温度勾配という過酷な環境下
で、しかも限られた空間に設置され、衝撃的な荷重を受
けるようなものにおいては、耐熱性、耐絶縁性、耐熱衝
撃性、耐衝撃性等が同時に要求され、更に占有スペース
が小さいことも要求される。
【0004】例えば、トカマク型プラズマ封じ込め装置
において用いられるダイバータ(プラズマ周辺の磁力線
の形状を工夫して外に逃げ出したプラズマが直接近くの
壁に当たらないように排気部に導くようにした装置)
は、冷却部材に支持されるが、その冷却部材を取り付け
る真空容器内壁との間に介在される絶縁部材は、上述の
ごとき過酷な環境下で使用されるものの一例である。上
記の絶縁用電気部品は、具体的には1KV以上の絶縁耐
力、耐熱温度600℃以上が要求され、更に限られた空
間に据えられるので、占有スペースが小さいことが要求
される。
において用いられるダイバータ(プラズマ周辺の磁力線
の形状を工夫して外に逃げ出したプラズマが直接近くの
壁に当たらないように排気部に導くようにした装置)
は、冷却部材に支持されるが、その冷却部材を取り付け
る真空容器内壁との間に介在される絶縁部材は、上述の
ごとき過酷な環境下で使用されるものの一例である。上
記の絶縁用電気部品は、具体的には1KV以上の絶縁耐
力、耐熱温度600℃以上が要求され、更に限られた空
間に据えられるので、占有スペースが小さいことが要求
される。
【0005】このような要求に応えるためには、以下の
理由により、従来の絶縁部材を用いることは困難であ
る。
理由により、従来の絶縁部材を用いることは困難であ
る。
【0006】 陶磁器やセラミックス等の碍子は、ボ
ルト、ナット等での締結が必要であるため、装置全体が
大きくなる。ろう材で接合した場合には、基台金属との
熱膨張係数の大きな違いによる割れや剥離が起こり易く
なる。また、一般的に熱伝導率が低く、大きな熱勾配に
耐えられない。さらに、硬くて脆いという性質のため、
衝撃的な荷重がかかる部位には使用しにくい。
ルト、ナット等での締結が必要であるため、装置全体が
大きくなる。ろう材で接合した場合には、基台金属との
熱膨張係数の大きな違いによる割れや剥離が起こり易く
なる。また、一般的に熱伝導率が低く、大きな熱勾配に
耐えられない。さらに、硬くて脆いという性質のため、
衝撃的な荷重がかかる部位には使用しにくい。
【0007】 ベークライト、プラスチック、ゴム等
は耐熱温度が低く、200℃を連続的に越えるところで
は使用できない。また、真空中でのガスの放出は避けら
れない。
は耐熱温度が低く、200℃を連続的に越えるところで
は使用できない。また、真空中でのガスの放出は避けら
れない。
【0008】 雲母は耐熱性、耐絶縁性とも高いが、
へき開性を有しているため強度が低い。
へき開性を有しているため強度が低い。
【0009】この発明は、上記のごとき問題点に鑑み、
高温、高電圧、高温度勾配、衝撃荷重といった特に過酷
な環境下で用いることのできる絶縁部材及びそれを用い
た電気部品を提供することを技術的課題とする。
高温、高電圧、高温度勾配、衝撃荷重といった特に過酷
な環境下で用いることのできる絶縁部材及びそれを用い
た電気部品を提供することを技術的課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明に係る絶縁部材は、セラミックスの薄板
により絶縁層を構成した絶縁部材において、上記の絶縁
層を構成する薄板のセラミックスとして、SiC、Si
3 N4 、AlN及びAl2 O3 から選ばれた少なくとも
一つを使用し、その厚さを0.1mm以上2.0mm以下と
し、かつ上記絶縁層の両面にそれぞれろう材を介してC
u−W合金でなる第1の緩衝層を接合すると共に、該緩
衝層にろう材を介して銅、鉄、ステンレス鋼、ニッケル
又はモネルからなるメッシュで形成された第2の緩衝層
を接合した構成としたものである。
めに、この発明に係る絶縁部材は、セラミックスの薄板
により絶縁層を構成した絶縁部材において、上記の絶縁
層を構成する薄板のセラミックスとして、SiC、Si
3 N4 、AlN及びAl2 O3 から選ばれた少なくとも
一つを使用し、その厚さを0.1mm以上2.0mm以下と
し、かつ上記絶縁層の両面にそれぞれろう材を介してC
u−W合金でなる第1の緩衝層を接合すると共に、該緩
衝層にろう材を介して銅、鉄、ステンレス鋼、ニッケル
又はモネルからなるメッシュで形成された第2の緩衝層
を接合した構成としたものである。
【0011】また、電気部品は、上記の絶縁部材を導電
性基台と導電性部材との間に介在して接合一体化した構
成としたものである。
性基台と導電性部材との間に介在して接合一体化した構
成としたものである。
【0012】
【実施例】以下、図1に基づいて、この発明に係る絶縁
部材及びその絶縁材を用いた電気部品について説明す
る。
部材及びその絶縁材を用いた電気部品について説明す
る。
【0013】図1に示すように絶縁部材5は、セラミッ
クスの薄板により構成された絶縁層1を有する。そのセ
ラミックスとしては、SiC、Si3 N4 、AlN及び
Al2 O3 から選ばれた少なくとも一つを使用し、その
厚さを0.1mm以上2.0mm以下とする。高い熱伝導度
が求められる場合には、AlN、SiCが好ましく、機
械的強度が求められる場合はSiC、Si3 N4 が好ま
しい。また製品コストを低く抑えるためにはAl2 O3
が好ましい。
クスの薄板により構成された絶縁層1を有する。そのセ
ラミックスとしては、SiC、Si3 N4 、AlN及び
Al2 O3 から選ばれた少なくとも一つを使用し、その
厚さを0.1mm以上2.0mm以下とする。高い熱伝導度
が求められる場合には、AlN、SiCが好ましく、機
械的強度が求められる場合はSiC、Si3 N4 が好ま
しい。また製品コストを低く抑えるためにはAl2 O3
が好ましい。
【0014】また、これらのセラミックスは、薄すぎる
と割れ易く、取扱いが難しいので、少なくとも0.1mm
の厚さが必要である。一方、厚過ぎるとセラミックス自
体のコストが影響して製品コストが高くなるので、2.
0mm以下であることが望ましい。なかでもAl2 O3 は
安価である利点はあるが、熱伝導度が悪いので、その厚
さは0.5mm以下とすることが好ましい。
と割れ易く、取扱いが難しいので、少なくとも0.1mm
の厚さが必要である。一方、厚過ぎるとセラミックス自
体のコストが影響して製品コストが高くなるので、2.
0mm以下であることが望ましい。なかでもAl2 O3 は
安価である利点はあるが、熱伝導度が悪いので、その厚
さは0.5mm以下とすることが好ましい。
【0015】また、絶縁層1が一層であると、その層の
絶縁破壊が生じた際に、絶縁部材として機能しなくなる
ため、用途によっては絶縁層を二層以上の多層絶縁構造
とするのが好ましい。
絶縁破壊が生じた際に、絶縁部材として機能しなくなる
ため、用途によっては絶縁層を二層以上の多層絶縁構造
とするのが好ましい。
【0016】上記絶縁層1の両面に、メタライズ層4が
形成されている。このメタライズ層4はろう材との濡れ
性をよくするために形成されるものである。濡れ性の良
い部材をろう接する場合は、メタライズ層4を省略する
ことができる。
形成されている。このメタライズ層4はろう材との濡れ
性をよくするために形成されるものである。濡れ性の良
い部材をろう接する場合は、メタライズ層4を省略する
ことができる。
【0017】第1の緩衝層3aは、厚さ0.8mmの10
%Cu−W合金により形成され、その両面にメタライズ
層4′が形成される。
%Cu−W合金により形成され、その両面にメタライズ
層4′が形成される。
【0018】前記の絶縁層1と第1の緩衝層3aそれら
のメタライズ層4、4′相互間において、ろう材2によ
り接合される。
のメタライズ層4、4′相互間において、ろう材2によ
り接合される。
【0019】更に、上記第1の緩衝層3aの外側のメタ
ライズ層4′に第2の緩衝層3bがろう材2により接合
される。この第2の緩衝層3bは、42メッシュ(新J
IS:目の開き355μm)の銅メッシュにより形成さ
れる。
ライズ層4′に第2の緩衝層3bがろう材2により接合
される。この第2の緩衝層3bは、42メッシュ(新J
IS:目の開き355μm)の銅メッシュにより形成さ
れる。
【0020】メッシュの材質は上記の銅のほか、鉄、ス
テンレス鋼、ニッケル及びモネルを用いることができる
が、真空ろう付けをする際のろう材との濡れ性が良好な
ことから銅及びニッケルが特に好ましい。緩衝層として
の働きは変形し易い銅の方がニッケルよりも優れてお
り、線膨張係数の差が大きい場合には銅の方がニッケル
よりも接合し易い。しかし、接合強度に関しては逆にニ
ッケルの方が銅よりも高いものが得られる。
テンレス鋼、ニッケル及びモネルを用いることができる
が、真空ろう付けをする際のろう材との濡れ性が良好な
ことから銅及びニッケルが特に好ましい。緩衝層として
の働きは変形し易い銅の方がニッケルよりも優れてお
り、線膨張係数の差が大きい場合には銅の方がニッケル
よりも接合し易い。しかし、接合強度に関しては逆にニ
ッケルの方が銅よりも高いものが得られる。
【0021】メッシュのサイズは網目のメッシュが粗い
ほど、接合界面での接合面積が小さくなるので緩衝層と
しては効果があるが、逆に接合強度は小さくなり、熱伝
導度も小さくなる。
ほど、接合界面での接合面積が小さくなるので緩衝層と
しては効果があるが、逆に接合強度は小さくなり、熱伝
導度も小さくなる。
【0022】メッシュの織り方は、平織、綾織、平畳
織、綾畳織等を用いることができる。綾織では平織では
織りにくい比較的高メッシュの金網で線径、開き目のほ
とんど等しい金網が得られ、平畳織では太い線径で細か
いメッシュが得られる。さらに綾畳織では平畳織を綾織
式に2本またぎに織るので、平畳織と同一の線径で2倍
までメッシュを細かくできる。平織が最も変形し易く緩
衝材として効果的であるが、熱伝導度や接合強度を重要
視する場合には接合面積を多く取れる綾畳織、平畳織、
綾織がこの順に有利である。
織、綾畳織等を用いることができる。綾織では平織では
織りにくい比較的高メッシュの金網で線径、開き目のほ
とんど等しい金網が得られ、平畳織では太い線径で細か
いメッシュが得られる。さらに綾畳織では平畳織を綾織
式に2本またぎに織るので、平畳織と同一の線径で2倍
までメッシュを細かくできる。平織が最も変形し易く緩
衝材として効果的であるが、熱伝導度や接合強度を重要
視する場合には接合面積を多く取れる綾畳織、平畳織、
綾織がこの順に有利である。
【0023】緩衝層として用いるメッシュのサイズと織
り方は銅メッシュの平織では16から100メッシュ
(新JIS:目の開き 1mmから150μm)が好まし
く、ニッケルの平織では12から60メッシュ(新JI
S:目の開き 1.4mmから250μm)が好ましい。
り方は銅メッシュの平織では16から100メッシュ
(新JIS:目の開き 1mmから150μm)が好まし
く、ニッケルの平織では12から60メッシュ(新JI
S:目の開き 1.4mmから250μm)が好ましい。
【0024】またメッシュの接合方法は、ボイド、酸化
物等の欠陥の少ない健全な接合部を得るために、ろう接
は真空ろう付けを行うことが好ましい。600℃以上の
耐熱性を確保するためにろう材は真空ろう付けが可能な
ものであり、融点が800℃以上で、ろう付け温度は8
50℃以上で行うことが好ましい。真空ろう付けに際し
ては接合界面に数10μmから数百μmの厚さのホイル
状のろう材を挾み込み、接合面に垂直な方向から治具で
しっかりと圧下して固定し、真空ろう付けを行う。
物等の欠陥の少ない健全な接合部を得るために、ろう接
は真空ろう付けを行うことが好ましい。600℃以上の
耐熱性を確保するためにろう材は真空ろう付けが可能な
ものであり、融点が800℃以上で、ろう付け温度は8
50℃以上で行うことが好ましい。真空ろう付けに際し
ては接合界面に数10μmから数百μmの厚さのホイル
状のろう材を挾み込み、接合面に垂直な方向から治具で
しっかりと圧下して固定し、真空ろう付けを行う。
【0025】絶縁部材5の構成は以上のごときものであ
り、これを用いた電気部品は、上記絶縁部材5の上下面
に、それぞれろう材2を介して導電性基台6及び導電性
部材7を接合一体化したものである。
り、これを用いた電気部品は、上記絶縁部材5の上下面
に、それぞれろう材2を介して導電性基台6及び導電性
部材7を接合一体化したものである。
【0026】上記の導電性基台6は、オーステナイト系
ステンレス鋼により形成され、また導電性部材7は、例
えば銅製の電極である。
ステンレス鋼により形成され、また導電性部材7は、例
えば銅製の電極である。
【0027】上記構造の電気部品は、絶縁破壊電圧4.
1KV、曲げ破壊強度20kg/mm2、耐熱温度600℃
の特性を有する。
1KV、曲げ破壊強度20kg/mm2、耐熱温度600℃
の特性を有する。
【0028】
【発明の効果】以上のように、この発明の絶縁部材及び
その絶縁部材を用いた電気部品は、耐熱性、絶縁性、耐
温度勾配及び機械的強度に優れ、更に容積も小さい利点
があり、高温プラズマを内包した真空容器のような高
温、高電圧、高温度勾配を受ける過酷な環境下で使用す
るのに適する。
その絶縁部材を用いた電気部品は、耐熱性、絶縁性、耐
温度勾配及び機械的強度に優れ、更に容積も小さい利点
があり、高温プラズマを内包した真空容器のような高
温、高電圧、高温度勾配を受ける過酷な環境下で使用す
るのに適する。
【0029】また、熱応力の緩衝機能を有する緩衝層を
二層形成し、熱応力の影響を受けやすい外側に、緩衝機
能の大きい銅等のメッシュで形成された第2の緩衝層を
設けたので、熱応力の緩衝機能に優れた効果を発揮す
る。
二層形成し、熱応力の影響を受けやすい外側に、緩衝機
能の大きい銅等のメッシュで形成された第2の緩衝層を
設けたので、熱応力の緩衝機能に優れた効果を発揮す
る。
【図1】この発明の実施例の概略図
1 絶縁層 2 ろう材 3a 第1の緩衝層 3b 第2の緩衝層 4、4′ メタライズ層 5 絶縁部材 6 導電性基台 7 導電性部材
フロントページの続き (72)発明者 池ケ谷 明彦 伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友電気 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 藤森 直治 伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友電気 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 矢敷 哲男 伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友電気 工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平3−201322(JP,A)
Claims (2)
- 【請求項1】 セラミックスの薄板により絶縁層を構成
した絶縁部材において、上記の絶縁層を構成する薄板の
セラミックスとして、SiC、Si3 N4 、AlN及び
Al2 O3 から選ばれた少なくとも一つを使用し、その
厚さを0.1mm以上2.0mm以下とし、かつ上記絶縁層
の両面にそれぞれろう材を介してCu−W合金でなる第
1の緩衝層を接合すると共に、該緩衝層にろう材を介し
て銅、鉄、ステンレス鋼、ニッケル又はモネルからなる
メッシュで形成された第2の緩衝層を接合したことを特
徴とする絶縁部材。 - 【請求項2】 請求項1に記載の絶縁部材を導電性基台
と導電性部材との間に介在して接合一体化したことを特
徴とする電気部品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3263699A JP2642008B2 (ja) | 1990-10-12 | 1991-10-11 | 絶縁部材及びそれを用いた電気部品 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27433490 | 1990-10-12 | ||
JP2-274334 | 1990-10-12 | ||
JP3263699A JP2642008B2 (ja) | 1990-10-12 | 1991-10-11 | 絶縁部材及びそれを用いた電気部品 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0574250A JPH0574250A (ja) | 1993-03-26 |
JP2642008B2 true JP2642008B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=26546148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3263699A Expired - Fee Related JP2642008B2 (ja) | 1990-10-12 | 1991-10-11 | 絶縁部材及びそれを用いた電気部品 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2642008B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62216972A (ja) * | 1986-03-17 | 1987-09-24 | 住友セメント株式会社 | セラミツクスと金属との高耐熱衝撃性接合方法および接合製品 |
-
1991
- 1991-10-11 JP JP3263699A patent/JP2642008B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0574250A (ja) | 1993-03-26 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |