JP3285757B2 - セラミック端子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック端子及
びその製造方法に関し、より詳細には液化ガスタンク等
の気密容器内に電力を供給するためのセラミック端子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵
するためのガスタンク内には、液化ガスを汲みだすため
の電動ポンプが設置されており、該ポンプへの給電は、
セラミック端子を介して行われている。

【０００３】かかるセラミック端子は、図２に示すよう
にアルミナセラミックス等の電気絶縁性セラミックスか
ら成り、両端外周部にタングステンやモリブデン、マン
ガン等の高融点金属から成るメタライズ金属層１２ａ、
１２ｂが被着された略円筒状のセラミックスリーブ１１
と、前記セラミックスリーブ１１内を貫通する銅等の良
導電性の金属から成る電極棒１３と、該電極棒１３の一
端側とセラミックスリーブ１１の一端側に跨設され、電
極棒１３及びセラミックスリーブ１１の一端側のメタラ
イズ金属層１２ａにロウ付けされた鉄−ニッケル−コバ
ルト合金等の金属から成る円筒状の接合金具１４と、セ
ラミックスリーブ１１の他端側と電極棒１３の他端側と
の間に跨設され、セラミックスリーブ１１の他端側のメ
タライズ金属層１２ｂ及び電極棒１３とにロウ付けされ
た鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成るベロー
ズ１５とから構成されており、ガスタンクの内外を気密
に仕切るためのフランジ１０に、該フランジ１０を貫通
した状態で取り付け使用される。

【０００４】かかるセラミック端子は、ポンプへの給電
に伴う電極棒１３のジュール発熱による温度上昇や液化
ガスによる直接あるいは間接の冷却による温度低下を繰
り返し受ける。

【０００５】前記セラミック端子は、セラミックスリー
ブ１１を構成するアルミナセラミックスの熱膨張係数が
７×１０^-6／℃であるのに対して電極棒１３を構成する
銅の熱膨張係数が約２７×１０^-6／℃であり両者の熱膨
張係数が大きく異なるため、ポンプへの給電に伴う電極
棒１３のジュール発熱による温度上昇や液化ガスの冷却
による温度低下により電極棒１３がセラミックスリーブ
１１に対して大きく伸縮する。

【０００６】前記セラミック端子では、ポンプへの給電
に伴う電極棒１３のジュール発熱や液化ガスの冷却によ
る電極棒１３の伸縮に伴ってセラミックスリーブ１１と
電極棒１３との間に発生する応力は電極棒１３の他端側
とセラミックスリーブ１１との間に跨設されたベローズ
１５が電極棒１３の伸縮に伴い適宜弾性変形することに
より吸収されるようになっており、セラミックスリーブ
１１と電極棒１３との間に発生する応力がベローズ１５
の弾性変形により吸収されることからポンプへの給電に
伴う電極棒１３のジュール発熱や液化ガスの冷却による
電極棒１３の収縮に伴うセラミック端子の破壊が有効に
防止されることとなる。

【０００７】前記セラミック端子は、セラミックスリー
ブ１１に被着させたメタライズ金属層１２ａ、１２ｂと
接合金具１４及びベローズ１５とが、また銅から成る電
極棒１３と鉄−ニッケル−コバルト合金から成る接合金
具１４及びベローズ１５とが各々その融点が大きく異な
るために、これらを溶接により接合することが極めて困
難なこと等から、一般に全ての接合部位をロウ付けによ
り接合することにより製作されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のセラミック端子によると、セラミックスリーブ１１
と接合金具１４及びベローズ１５、並びに電極棒１３と
接合金具１４及びベローズ１５とをそれぞれ銀ロウ等の
高融点ロウ材を介して接合する際、電極棒１３の熱膨張
係数がセラミックスリーブ１１の熱膨張係数よりも極め
て大きいことから、ロウ付けのためにロウ材の溶融温度
以上の温度に加熱する昇温時に電極棒１３がベローズ１
５の中を滑りながらセラミックスリーブ１１に比較して
極めて大きく伸長し、その状態でセラミックスリーブ１
１と接合金具１４及びベローズ１５とが並びに電極棒１
３と接合金具１４及びベローズ１５とが接合固定され、
その後、冷却過程において前記大きく伸長した電極棒１
３がセラミックスリーブ１１に対して極めて大きく熱収
縮しようとし、この熱収縮に伴う大きな応力がベローズ
１５に印加され、その結果、該応力によりベローズ１５
がその弾性変形による応力吸収能力の限界近くまで、あ
るいは限界を越えて大きく変形してしまい、セラミック
端子をタンクに取り付けた後、ポンプへの給電に伴う電
極棒１３のジュール発熱や液化ガスの冷却による電極棒
１３の伸縮に伴って発生する応力を繰り返し受けると、
該応力を弾性変形により十分に吸収することができずに
ベローズ１５に金属疲労による亀裂が発生してセラミッ
ク端子の気密信頼性が損なわれてしまうという欠点を有
していた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック端子
は、両端部にメタライズ金属層が被着された筒状のセラ
ミックスリーブと、前記メタライズ金属層の一方にロウ
付けされた鉄系合金から成る第一接合金具と、前記メタ
ライズ金属層の他方にロウ付けされた鉄系合金から成る
第二接合金具と、前記セラミックスリーブの内部に挿通
され、一端側が前記第一接合金具にロウ付けされた銅か
ら成る電極棒と、前記電極棒の他端側と前記第二接合金
具との間に跨設され、前記電極棒にロウ付けされるとと
もに前記第二接合金具の外周面に溶接された鉄系合金か
ら成るベローズとから成り、前記各メタライズ金属層に
前記第一接合金具及び前記第二接合金具を、並びに前記
電極棒に前記第一接合金具及び前記ベローズをロウ付け
した後、前記第二接合金具とベローズとを溶接したこと
から各メタライズ金属層に前記第一接合金具及び前記第
二接合金具を、並びに前記電極棒に前記第一接合金具及
び前記ベローズをロウ付けする際、電極棒の他端側はベ
ローズを介してセラミックスリーブに接合されておらず
自由に伸縮可能であるためベローズにセラミックスリー
ブと電極棒との熱膨張係数の差に起因する大きな熱応力
が作用することはなく、また前記第二接合金具とベロー
ズとを溶接する際、溶接の熱が第二接合金具とベローズ
との接合部に局所的に印加されてセラミックスリーブ及
び電極棒に伝達されにくいことからベローズにセラミッ
クスリーブと電極棒との熱膨張係数の差に起因する大き
な熱応力が作用することもなく、これによってベローズ
にその弾性変形による応力吸収能力の限界近くまでの、
あるいは限界を越えた大きな変形を与えることはなくな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明のセラミック端子の一
実施形態を添付の図面を基に詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明のセラミック端子の一実施
形態を示し、１はセラミックスリーブ、２は電極棒、３
は第一接合金具、４は第二接合金具、５はベローズであ
る。

【００１２】セラミックスリーブ１は、アルミナセラミ
ックス等の電気絶縁性セラミックから成る円筒体であ
り、その中心軸に沿って電極棒２を挿通可能な貫通孔１
ａを有しており、該貫通孔１ａ内に電極棒２が挿通され
るとともにその一端部に電極棒２の一端側が第一接合金
具３を介して、その他端部に電極棒２の他端側が第二接
合金具４及びベローズ５を介して接合されている。

【００１３】前記セラミックスリーブ１は、セラミック
端子をガスタンクを気密に仕切るフランジに取着した際
に電極棒２とフランジとを電気的に絶縁する作用をな
し、その中央外周部がフランジにロウ付けあるいは溶接
されることによってセラミック端子がフランジに取着さ
れる。

【００１４】尚、前記セラミックスリーブ１の中央外周
部をガスタンク内外を気密に仕切るフランジに取着する
には、セラミックスリーブ１の中央外周部に適当なメタ
ライズ金属層（不図示）を被着形成させておくととも
に、該メタライズ金属層とフランジとを直接あるいは適
当な接合用金具を介してロウ付けあるいは溶接する方法
が採用され得る。

【００１５】また、前記セラミックスリーブ１の両端外
周部には、その全周にわたりタングステン、モリブデ
ン、マンガン等の高融点金属から成るメタライズ金属層
６ａ、６ｂが被着形成されており、該メタライズ金属層
６ａ、６ｂには、それぞれ第一接合金具３及び第二接合
金具４が銀ロウ等のロウ材を介して接合されている。

【００１６】尚、前記メタライズ金属層６ａ、６ｂは、
それぞれセラミックスリーブ１に第一接合金具３及び第
二接合金具４を接合させるための下地金属として作用す
る。

【００１７】前記メタライズ金属層６ａに接合された第
一接合金具３は、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る
円筒体であり、該第一接合金具３には、銅から成る電極
棒２の一端側が銀ロウ等のロウ材を介して接合されてい
る。

【００１８】前記第一接合金具３は、セラミックスリー
ブ１に電極棒２を接合させるための接合用金具として作
用し、その熱膨張係数が約６〜１０×１０^-6/℃とセラ
ミックスリーブ１を形成するアルミナセラミックスの熱
膨張係数に近似する鉄−ニッケル−コバルト合金から成
ることから、該第一接合金具３とセラミックスリーブ１
とを銀ロウ等のロウ材を介して接合させる際にセラミッ
クスリーブ１と第一接合金具３との熱膨張係数の差に起
因してセラミックスリーブ１にクラックが発生したり、
第一接合金具３がセラミックスリーブ１から剥離したり
することはなくセラミックスリーブ１に強固に接合さ
れ、また該第一接合金具３は、靱性に優れる鉄−ニッケ
ル−コバルト合金から成ることから、該第一接合金具３
と電極棒２とを銀ロウ等のロウ材を介して接合させる際
に第一接合金具３と電極棒２との熱膨張係数の差に起因
して該第一接合金具３に大きな熱応力が印加されたとし
ても第一接合金具３にクラックや割れが発生することは
なく、その結果、セラミックスリーブ１の一端部に電極
棒２の一端側を該第一接合金具３を介して強固に接合さ
せることができる。

【００１９】また、前記メタライズ金属層６ｂに接合さ
れた第二接合金具４は、前記第一接合金具３と同様に鉄
−ニッケル−コバルト合金から成る円筒体であり、該第
二接合金具４には同じく鉄−ニッケル−コバルト合金か
ら成るベローズ５が溶接により接合されている。

【００２０】前記第二接合金具４は、セラミックスリー
ブ１にベローズ５を接合させるための接合用金属として
作用し、その熱膨張係数が約６〜１０×１０^-6/℃とセ
ラミックスリーブ１を形成するアルミナセラミックスの
熱膨張係数に近似する鉄−ニッケル−コバルト合金から
成ることから、該第二接合金具４とセラミックスリーブ
１とを銀ロウ等のロウ材を介して接合させる際にセラミ
ックスリーブ１と第二接合金具４との熱膨張係数の差に
起因してセラミックスリーブ１にクラックが発生した
り、第二接合金具４がセラミックスリーブ１から剥離し
たりすることはなく、またベローズ５と同様の鉄−ニッ
ケル−コバルト合金から成ることから、その融点がベロ
ーズ５の融点と実質的に同一であり、従って該第二接合
金具４とベローズ５との接合を溶接により行うことがで
きる。

【００２１】更に、前記第一接合金具３にその一端側が
接合された電極棒２は、該一端側に第一接合金具３との
接合用の鍔部２ａが形成された無酸素銅から成る略円柱
体であり、該鍔部２ａが第一接合金具３に銀ロウ等のロ
ウ材を介して接合されることにより、その一端側が第一
接合金具３を介してセラミックスリーブ１の一端部に接
合されている。

【００２２】前記電極棒２は、ガスタンク内のポンプに
必要な電力を供給するための電力供給路として作用し、
該電極棒２には、セラミック端子をガスタンクに取り付
けた後、ガスタンク内のポンプに必要な電力を供給する
ための電流が流される。

【００２３】尚、前記電極棒２は導電性に優れる銅から
成ることからガスタンク内のポンプに必要な電力を該電
極棒２を介して極めて効率よく供給することができる。

【００２４】また、前記電極棒２の他端側は、前記第二
接合金具４に溶接により接合されたベローズ５に銀ロウ
等のロウ材を介して接合されている。

【００２５】前記第二接合金具４と電極棒２との間に接
合されたベローズ５は、電極棒２の外径よりわずかに大
きな内径を有する円筒状の電極接合部５ａと、該電極接
合部５ａに連なりその内径がラッパ状に広がる拡大部５
ｂと、該拡大部５ｂに連なりその内径が第二接合金具４
の外径よりわずかに大きな円筒状の金具接合部５ｃとか
ら成り、電極接合部５ａが電極棒２に銀ロウ等のロウ材
を介して接合されているとともに金具接合部５ｃが第二
接合金具４の外周面に溶接により接合されており、セラ
ミックスリーブ１と第一接合金具３及び第二接合金具４
並びに電極棒２と第一接合金具３及びベローズ５とが銀
ロウ等のロウ材を介して接合された後、溶接により第二
接合金具４に接合されている。

【００２６】前記ベローズ５は、適度な弾性を有する鉄
−ニッケル−コバルト合金から成り、電極棒２に通電さ
れた際に該電極棒２が発生するジュール熱によってセラ
ミック端子が加熱されたり、液化ガスによりセラミック
端子が冷却された際にセラミックスリーブ１と電極棒２
との熱膨張係数の差に起因して両者間に発生する大きな
熱応力を拡大部５ｂが適宜弾性変形することにより吸収
緩和してセラミック端子の気密性が破壊されるのを防止
する作用をし、セラミックスリーブ１と第一接合金具３
及び第二接合金具４並びに電極棒２と第一接合金具３及
びベローズ５とが銀ロウ等のロウ材を介して接合された
後、溶接により第二接合金具４に接合されていることか
ら、セラミックスリーブ１と第一接合金具３及び第二接
合金具４並びに電極棒２と第一接合金具３及びベローズ
５とが銀ロウ等のロウ材を介して接合される際には、該
ロウ付けの熱によって電極棒２がセラミックスリーブ１
よりも大きく伸縮しても電極棒２の伸縮に伴って自由に
変位可能であり、従ってロウ付けの熱による電極棒２の
伸縮に伴う大きな変形を受けておらず、また第二接合金
具４に溶接により接合される際にも、第二接合金具４及
びベローズ５が熱伝導性に劣る鉄−ニッケル−コバルト
合金から成り、該溶接の熱がセラミックスリーブ１及び
電極棒２には伝達されにくいことから、該溶接の熱で電
極棒２がセラミックスリーブ１よりも大きく伸縮するこ
とはなく、従って電極棒２の伸縮に伴う大きな変形を受
けておらず、このためセラミック端子がガスタンクに取
着された後、通電により電極棒２がジュール発熱してセ
ラミック端子が温度上昇したり液化ガスによりセラミッ
ク端子が冷却された際にセラミックスリーブ１と電極棒
２との熱膨張係数の相違によってセラミックスリーブ１
と電極棒２との間に発生する熱応力をベローズ５の弾性
変形により十分に吸収緩和することができ、優れた気密
信頼性を提供する。

【００２７】かくして本発明のセラミック端子によれ
ば、セラミックスリーブ１と第一接合金具３及び第二接
合金具４並びに電極棒２と第一接合金具３及びベローズ
５とが銀ロウ等のロウ材を介して接合された後、第二接
合金具４とベローズ５とが接合され、セラミックスリー
ブ１をガスタンクの内外を気密に仕切るフランジに接合
することによりガスタンクに取り付けられる。

【００２８】次に本発明のセラミック端子の製造方法に
ついて説明する。

【００２９】まず、セラミックスリーブ１、電極棒２、
第一接合金具３、第二接合金具４、ベローズ５を準備す
る。

【００３０】前記セラミックスリーブ１は、アルミナ、
シリカ、マグネシア、カルシア等のセラミック原料粉末
に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して該原料粉
末を調整するとともに該調整された原料粉末を従来周知
のプレス成型法、押し出し成型法等のセラミック成型法
を採用して円筒状の生セラミック体を得、しかる後、前
記生セラミック体を高温で焼成して円筒状のセラミック
焼結体となすとともに前記セラミック焼結体の両端外周
部にメタライズ金属層となるモリブデン、マンガンから
成る金属ペーストを印刷塗布し、最後に前記金属ペース
トが印刷塗布されたセラミック焼結体を高温で焼成し、
セラミック焼結体にメタライズ金属層を焼き付けること
によって製作される。

【００３１】尚、前記メタライズ金属層となる金属ペー
ストは、モリブデン、マンガン等の金属粉末に少量のガ
ラス成分、有機バインダー、溶剤を添加混合し、適当な
ペースト状となすことによって製作される。

【００３２】また、前記電極棒２、第一接合金具３、第
二接合金具４及びベローズ５は、銅や鉄−ニッケル−コ
バルト合金等の金属から成るインゴットに従来周知の種
々の金属加工法を施すことにより所定の形状に製作され
る。

【００３３】次に、セラミックスリーブ１と第一接合金
具３及び第二接合金具４とを、並びに電極棒２と第一接
合金具３及びベローズ５とをそれぞれの接合部（図１に
Ａで示した箇所）の間に銀ロウ等のロウ材を挟んで互い
に相対的に所定の位置関係に保持するとともにこれらを
雰囲気炉中でロウ材が溶融する温度以上の温度に加熱し
てロウ材を一旦溶融させた後、該溶融したロウ材を冷却
固化させ、セラミックスリーブ１と第一接合金具３及び
第二接合金具４とを、並びに電極棒２と第一接合金具３
及びベローズ５とをロウ付けする。

【００３４】このとき、セラミックスリーブ１と第一接
合金具３及び第二接合金具４、並びに電極棒２と第一接
合金具３及びベローズ５とは、相対的に所定の位置関係
に保持され、その状態でお互いにロウ付けされるもの
の、第二接合金具４とベローズ５とは相対的に所定の位
置関係に保持されないことから、セラミックスリーブ１
と第一接合金具３及び第二接合金具４、並びに電極棒２
と第一接合金具３及びベローズ５とをロウ付けする際の
昇温時には電極棒２の他端側はベローズ５とともに自由
に伸長し、該伸長した状態でベローズ５とロウ付けさ
れ、また冷却時には前記伸長した分だけ収縮して元の位
置に戻るのだけであるのでベローズ５にセラミックスリ
ーブ１の熱膨張係数と電極棒２の熱膨張係数の差に起因
する大きな熱応力が印加されることは一切なく、従って
ベローズ５が大きく潰れてベローズ５の弾性変形による
応力吸収の能力が大きく損なわれることはない。

【００３５】最後に前記第二接合金具４とベローズ５と
を両者の接合部（図１にＢで示す箇所）で溶接すること
によって図１に示すようなセラミック端子が完成する。

【００３６】このとき、第二接合金具４とベローズ５と
を溶接する熱は、主に第二接合金具４とベローズ５とに
局部的に印加され、セラミックスリーブ１及び電極棒２
には直接印加されないことから、該溶接の熱によって電
極棒２が大きく伸長することはなく、従ってベローズ５
にセラミックスリーブ１の熱膨張係数と電極棒２の熱膨
張係数との差に起因する大きな熱応力が印加されること
は一切なく、ベローズが潰れてベローズ５の弾性変形に
よる応力吸収能力が大きく損なわれてしまうことはな
い。

【００３７】

【発明の効果】本発明のセラミック端子は、両端部にメ
タライズ金属層が被着された筒状のセラミックスリーブ
と、前記メタライズ金属層の一方にロウ付けされた鉄系
合金から成る第一接合金具と、前記メタライズ金属層の
他方にロウ付けされた鉄系合金から成る第二接合金具
と、前記セラミックスリーブの内部に挿通され、一端側
が前記第一接合金具にロウ付けされた銅から成る電極棒
と、前記電極棒の他端側と前記第二接合金具との間に跨
設され、前記電極棒にロウ付けされるとともに前記第二
接合金具の外周面に溶接された鉄系合金から成るベロー
ズとから成り、前記各メタライズ金属層に前記第一接合
金具及び前記第二接合金具を、並びに前記電極棒に前記
第一接合金具及び前記ベローズをロウ付けした後、前記
第二接合金具とベローズとを溶接したことから各メタラ
イズ金属層に前記第一接合金具及び前記第二接合金具
を、並びに前記電極棒に前記第一接合金具及び前記ベロ
ーズをロウ付けする際、電極棒の他端側はベローズを介
してセラミックスリーブに接合されておらず自由に伸縮
可能であるためベローズにセラミックスリーブと電極棒
との熱膨張係数の差に起因する大きな熱応力が作用する
ことはなく、また前記第二接合金具とベローズとを溶接
する際、溶接の熱が第二接合金具とベローズとの接合部
に局所的に印加されてセラミックスリーブ及び電極棒に
伝達されにくいことからベローズにセラミックスリーブ
と電極棒との熱膨張係数の差に起因する大きな熱応力が
作用することもなく、これによってベローズにその弾性
変形による応力吸収能力の限界近くまでの、あるいは限
界を超えた大きな変形を与えることは一切なく優れた気
密信頼性を有するセラミック端子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック端子の一例を示す断面図で
ある。

【図２】従来のセラミック端子の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・・・セラミックスリーブ ２・・・・・・電極棒 ３・・・・・・第一接合金具 ４・・・・・・第二接合金具 ５・・・・・・ベローズ ６ａ、６ｂ・・メタライズ金属層

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端部にメタライズ金属層が被着された筒
   状のセラミックスリーブと、前記メタライズ金属層の一
   方にロウ付けされた鉄系合金から成る第一接合金具と、
   前記メタライズ金属層の他方にロウ付けされた鉄系合金
   から成る第二接合金具と、前記セラミックスリーブの内
   部に挿通され、一端側が前記第一接合金具にロウ付けさ
   れた銅から成る電極棒と、前記電極棒の他端側と前記第
   二接合金具との間に跨設され、前記電極棒にロウ付けさ
   れるとともに前記第二接合金具の外周面に溶接された鉄
   系合金から成るベローズとから成るセラミック端子。
2. 【請求項２】両端部にメタライズ金属層が被着された筒
   状のセラミックスリーブと、前記メタライズ金属層の一
   方にロウ付けされた鉄系合金から成る第一接合金具と、
   前記メタライズ金属層の他方にロウ付けされた鉄系合金
   から成る第二接合金具と、前記セラミックスリーブの内
   部に挿通され、一端側が前記第一接合金具にロウ付けさ
   れた銅から成る電極棒と、前記電極棒の他端側と前記第
   二接合金具との間に跨設され、前記電極棒にロウ付けさ
   れるとともに前記第二接合金具に溶接された鉄系合金か
   ら成るベローズとから成るセラミック端子の製造方法で
   あって、前記各メタライズ金属層と前記第一接合金具及
   び前記第二接合金具、並びに前記電極棒と前記第一接合
   金具及び前記ベローズとをロウ付けした後、前記第二接
   合金具とベローズとを溶接することを特徴とするセラミ
   ック端子の製造方法。