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 |