JP4210087B2 - 電流導入端子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子顕微鏡の電子銃等の電流導入部に使用される電流導入端子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子顕微鏡等の電子銃の電流導入部では、略円柱状の絶縁部材の一方の端面に設けられた、電流を流し電子を放出させるフィラメントが取付けられるリードピンと、絶縁部材の他方の端面に設けられた、外部から電流を入力するための金属部材とを有する電流導入端子が用いられている。この電流導入端子の基本構成を図2の断面図に示す。同図において、1は絶縁部材、1aは絶縁体、1bはメタライズ層等から成る金属層、2はリードピン、3は金属部材、4はロウ材であり、主にこれらで電流導入端子は構成されている。この電流導入端子は、一般に酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体(セラミックス)等からなる略円柱状の絶縁体1aから成り、その両端面間を貫通する貫通孔1cが形成されているとともに貫通孔1cの内周面を経て両端面間にわたって金属層1bが形成されている絶縁部材1と、絶縁部材1の一方の端面の金属層1bに一端に形成された略円形の大径部がロウ付されたリードピンと、絶縁部材1の他方の端面の金属層1bに一端面がロウ付された略円筒状の金属部材3とを具備している。
【0003】
リードピン2と金属部材3の絶縁部材1へのロウ付による接合は以下のようにして行なわれる。絶縁部材1は、その貫通孔1cの内周面を経て両端面にわたり予めモリブデン(Mo)−(Mn)からなるメタライズ層とNiメッキ層との2層構造の金属層1bを被着しておき、絶縁部材1の両端面の金属層1bにリードピン2と金属部材3とがロウ材4を介して接合される。これにより、リードピン2と金属部材3とは、金属層1bによって導通され、電流を導入することが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電流導入端子においては、絶縁部材1の貫通孔1cの内周面の金属層1bの被着状態は目視での確認ができないため、貫通孔1cの内周面で途切れなく形成されているか否か判別するのは困難である。即ち、特に貫通孔1cの中間付近は絶縁部材1の両端面より最も遠い位置になり、また金属層1bの厚みが最も薄い箇所となる。このため、電子顕微鏡等の電子銃に組み込んで使用した際に電流導入による熱により貫通孔1cの中間付近の金属層1bが融解し、貫通孔1cの金属層1bが断線することとなる。その結果、リードピン2と金属部材3とは導通がとれなくなり、電子銃に電流を導入できなくなるという問題点を有していた。
【0005】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電流を安定的に導入できる高信頼性の電流導入端子を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流導入端子は、略円柱状の絶縁体から成り、両端面間を貫通する貫通孔が形成されているとともに該貫通孔の内周面を経て前記両端面間にわたって金属層が形成されている絶縁部材と、該絶縁部材の一方の端面の前記金属層の一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピンと、前記絶縁部材の他方の端面の前記金属層に一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材と、前記貫通孔内に配置された、前記貫通孔の軸方向の長さの55%以上100%未満とされた金属棒とを具備しており、前記金属棒の両端部の径は前記金属棒の中央部の径よりも小さく、前記両端部が前記貫通孔の前記金属層とロウ付けされ、前記中央部は前記貫通孔の前記金属層と接していることを特徴とする。
【0008】
本発明の電流導入端子において、好ましくは、前記金属棒は、断面の直径が0.5乃至1mmの略円柱状とされ、長さが前記貫通孔の軸方向の長さの55乃至95%とされていることを特徴とする。
【0009】
本発明の電流導入端子は、金属棒は、断面の直径が0.5乃至1mmの略円柱状とされ、長さが貫通孔の軸方向の長さの55乃至95%とされていることから、絶縁体と金属棒との熱膨脹係数差に起因する応力によって絶縁体にクラックや割れ等が生じるのを有効に抑えることができ、その結果、絶縁体と金属部材との接合強度を保持することができる。従って、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔の中間付近の金属層が融解して貫通孔の金属層が断線しても、金属部材からリードピンに金属棒により電流をより安定的に導入することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の電流導入端子を以下に詳細に説明する。本発明の電流導入端子の基本構成を図1の断面図に示す。同図において、1は絶縁部材、1aは酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体(セラミックス)等からなる絶縁体、1bは金属層、2はFe−Ni−Co合金等の金属からなるリードピン、3はFe−Ni−Co合金等からなる金属部材、4はロウ材、5はFe−Ni−Co合金等からなる金属棒であり、主にこれらで電流導入端子は構成されている。
【0011】
本発明の電流導入端子は、略円柱状の絶縁体1aから成り、両端面間を貫通する貫通孔1cが形成されているとともに貫通孔1cの内周面を経て両端面間にわたって金属層1bが形成されている絶縁部材1と、絶縁部材1の一方の端面の金属層1bに一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピン2と、絶縁部材1の他方の端面の金属層1bに一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材3とを具備し、貫通孔1cに、その内周面の金属層1bに両端部がロウ付けされた、長さが貫通孔1cの軸方向の長さの55%以上100%未満とされた金属棒5が設置されている。
【0012】
なお、金属棒5は、図1に示すようにその長さ方向が貫通孔1cの軸方向に沿って貫通孔1cに設置されるものである。
【0013】
本発明の絶縁部材1を構成する絶縁体1aは、酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体、窒化ケイ素(Si3N4)質焼結体等のセラミックスなどの電気的な絶縁体から成る。リードピン2は、Fe−Ni−Co合金、Cu−W等の金属から成る。また、金属部材3は、Fe−Ni−Co合金、Cu−W等の金属から成る。
【0014】
絶縁部材1に形成されている貫通孔1cは、直径(内径)が0.55〜1.05mm程度の断面形状が略円形のものであるが、断面形状が楕円形、また四角形や六角形等の多角形であってもよい。また、金属棒5は、その断面の直径が0.5〜1mmの略円柱状のものがよいが、貫通孔1cの直径と金属棒5の直径との差は0.05〜0.15mmであることが好ましい。差が0.05mm未満では、金属棒5の両端部の外周面と貫通孔1cの内周面との間にロウ材4を毛細管現象で侵入させて接合することが困難になる。差が0.15mmを超えると、ロウ材4が均一に流れにくくなり、局所的なロウ材4の溜りが生じやすくなる。
【0015】
また、金属棒5の両端部は、中央部よりも小径化されていることが好ましい。この場合、金属棒5の両端部にロウ材4が侵入しやすくなるためロウ付けが容易になるとともに金属棒5の中央部は貫通孔1cの金属層1bに接し易くなる。その結果、金属棒5の両端部のロウ付け状態が不良であったとしても、金属棒5の中央部が貫通孔1cの金属層1bに接していれば、リードピン2と金属部材3との導通を確保することができる。
【0016】
さらに、金属棒5の両端面と外周面との間が、円弧状曲面やC面等の面取り部とされていることがよく、この場合、面取り部から外周面にロウ材4を導入することが容易になり、また面取り部にロウ材4のメニスカスを形成したり面取り部にロウ材4の溜りを形成することができ、金属棒5のロウ付けを確実かつ強固に行なうことができる。
【0017】
リードピン2と金属部材3と金属棒5との絶縁部材1へのロウ付けによる接合は以下のようにして行なわれる。絶縁部材1は、その貫通孔1cの内周面を経て両端面にわたり予めモリブデン(Mo)−(Mn)からなるメタライズ層とNiメッキ層の2層構造を有する金属層1bを被着しておき、絶縁部材1の両端面の金属層1bにそれぞれリードピン2と金属部材3とがロウ材4を介して接合され、また貫通孔1cの金属層1bに金属棒5の両端部がロウ材4を介して接合される。
【0018】
本発明においては、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔1cの中間付近の金属層1bが融解し、貫通孔1cの金属層1bが断線しても、リードピン2と金属部材3とは金属棒5により導通が維持され電流を安定的に導入できる。
【0019】
本発明において、金属棒5の断面の直径は0.5〜1mmの略円柱状がよい。0.5mm未満では、絶縁部材1の貫通孔1cをドリルを用いて機械的に加工形成する際にドリルの振れが大きくなるため、直径を均一にして加工するのが困難になる。1mmを超えると、例えば絶縁体1aが酸化アルミニウム質焼結体{熱膨脹係数約7.9×10-6/℃(室温〜800℃)}から成り、金属棒5がFe−Ni−Co合金{熱膨脹係数約10.8×10-6/℃(室温〜800℃)}から成ると、これらの熱膨張係数が相違することから、接合のための加熱の際に両者の熱膨脹係数差に起因する応力によって絶縁体1aにクラックや割れ等が発生しやすくなる。
【0020】
金属棒5の長さは、貫通孔1cの軸方向の長さの55〜95%がよい。55%未満では、貫通孔1cの金属層1bの中間付近が融解したときに金属層1bの断線を防ぐことが困難であり、リードピン2と金属部材3との導通を確保することが困難になる。95%を超えると、例えば絶縁体1aが酸化アルミニウム質焼結体から成り、金属棒5がFe−Ni−Co合金から成る場合、これらの熱膨張係数が相違することから、接合のための加熱の際に両者の熱膨脹係数差に起因して金属棒5が貫通孔1cから突出することがある。そうすると、リードピン2と金属部材5は金属棒5に押されて接合位置がずれたり、接合強度が低下することとなる。
【0021】
【実施例】
本発明の電流導入端子の実施例について以下に説明する。
【0022】
(実施例1)
図1の構成のものを以下のようにして製作した。純度99重量%の酸化アルミニウム質焼結体から成り、外径が60mm、長さ(高さ)が15mm、両端面間を貫通する直径0.7mmの貫通孔1cが形成された円柱状の絶縁体1aを用意した。絶縁体1aの貫通孔1cの内周面を経て両端面にわたって、Mo粉末とMn粉末と酸化ケイ素(SiO2)粉末とに有機バインダや溶剤を混合してなる金属ペーストを、約10μmの厚さとなるように印刷塗布し、乾燥後加湿したフォーミングガス中で約1400℃の温度で焼成した。こうして、絶縁体1aの貫通孔1cの内周面を経て両端面間にわたって、Mo−Mn合金からなるメタライズ層を被着した。その後、メタライズ層上にNiメッキ層を電解メッキ法により約2μmの厚さで被着して金属層1bを形成した。
【0023】
次に、絶縁体1aの一方の端面の金属層1bにリードピン2を、絶縁体1aの貫通孔1cの金属層1bに金属棒5を、絶縁体1aの他方の端面の金属層1bに金属部材3をそれぞれロウ付けした。これらのリードピン2、金属部材3および金属棒5は、Fe−Ni−Co合金からなるものとした。リードピン2は、断面が略円形の小径部が直径2mmで長さ10mmであり、大径部が直径4mmで長さ0.5mmである。略円筒状の金属部材3は、外径が30mm、内径が20mm、長さが15mmである。略円柱状の金属棒5は、直径が0.7mm、長さが10.5mmである。
【0024】
このとき、リードピン2の大径部側の端面と金属部材3の絶縁部材1側の端面で貫通孔1cに対向する部位に、厚みが0.1mmの板状のAg−Cu合金からなるロウ材4のプレフォームを設置し、それらのプレフォームを約820℃に加熱して、絶縁部材1の両端面の金属層1bにリードピン2および金属部材3をロウ付けした。また、貫通孔1cの内周面と金属棒5の両端部の外周面との隙間にロウ材4を毛細管現象により侵入させ、金属棒5の両端部を貫通孔1cの金属層1bにロウ付けした。これにより製作されたものをサンプルAとした。
【0025】
比較例1として、貫通孔1cの直径を0.35mm、金属棒5の直径を0.3mmとした以外は上記実施例1と同様に作製したものをサンプルBとした。
【0026】
比較例2として、貫通孔1cの直径を1.25mm、金属棒5の直径を1.2mmとした以外は上記実施例1と同様に作製したものをサンプルCとした。
【0027】
そして、サンプルA〜Cの接合部を双眼顕微鏡を用いて観察し異常がないか検査した結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】
表1より、サンプルAは、接合部の絶縁体1aにクラックが発生せず異常が見られなかった。サンプルBは、接合部の絶縁体1aにクラックが発生しなかったが、貫通孔1cの直径が0.3mmと小さいため、貫通孔1cをドリルで形成する際にドリルの振れが大きくなり、直径を均一にして形成するのが困難となった。そのため、加工歩留まりが低下し高コストになるといった問題が生じた。サンプルCは、絶縁体1aの両端面の接合部付近に長さ3mm程度のクラックが発生しているのが確認された。
【0030】
(実施例2)
本実施例2では、実施例1のサンプルA、金属棒5の長さが4.5mmのもの(サンプルD)、金属棒5の長さが15mmのもの(サンプルE)をそれぞれ製作した。サンプルD,Eについては、金属棒5の長さ以外の構成は実施例1と同様とした。これらのサンプルA,D,Eについて、大気雰囲気中常温で7A(アンペア)の電流を1000時間流し、その後テスターで導通の有無の確認を行なった。その結果を表2に示す。
【0031】
【表2】
【0032】
表2より、サンプルAは導通が有り異常は見られなかった。サンプルDは導通が無かった。サンプルEは、導通は有ったが接合部でリードピン2および金属部材3の位置がずれており、ロウ付け部の形状に異常が発生した。
【0033】
以上より、本発明のサンプルAが、絶縁体1aと金属棒5との熱膨脹係数差に起因する応力によるクラックや割れ等が絶縁体1aに発生せず、また導通性も優れていることが判った。
【0034】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【0035】
【発明の効果】
本発明の電流導入端子は、略円柱状の絶縁体から成り、両端面間を貫通する貫通孔が形成されているとともに貫通孔の内周面を経て両端面間にわたって金属層が形成されている絶縁部材と、絶縁部材の一方の端面の金属層に一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピンと、絶縁部材の他方の端面の金属層に一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材とを具備し、貫通孔に、その内周面の金属層に両端部がロウ付けされた、長さが貫通孔の軸方向の長さの55%以上100%未満とされた金属棒が設置されていることにより、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔の中間付近の金属層が融解して貫通孔の金属層が断線しても、リードピンと金属部材とは金属棒を介して電流を導入することができる。また、電流の大部分は金属棒を通ることから、貫通孔の金属層が断線するのを有効に防ぐことができる。その結果、安定して電流を導入できる高信頼性の電流導入端子となる。
【0036】
本発明の電流導入端子は、好ましくは、金属棒は断面の直径が0.5〜1mmの略円柱状とされ、長さが貫通孔の軸方向の長さの55〜95%とされていることにより、絶縁体と金属棒との熱膨脹係数差に起因する応力によって絶縁体にクラックや割れ等が生じるのを有効に抑えることができ、その結果、絶縁体と金属部材との接合強度を保持することができる。従って、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔の中間付近の金属層が融解して貫通孔の金属層が断線しても、金属部材からリードピンに金属棒により電流をより安定的に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電流導入端子について実施の形態の例を示す断面図である。
【図2】従来の電流導入端子について実施の形態の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1:絶縁部材
1a:絶縁体
1b:金属層
2:リードピン
3:金属部材
4:ロウ材
5:金属棒
Claims (2)
- 略円柱状の絶縁体から成り、両端面間を貫通する貫通孔が形成されているとともに該貫通孔の内周面を経て前記両端面間にわたって金属層が形成されている絶縁部材と、
該絶縁部材の一方の端面の前記金属層の一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピンと、
前記絶縁部材の他方の端面の前記金属層に一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材と、
前記貫通孔内に配置された、前記貫通孔の軸方向の長さの55%以上100%未満とされた金属棒とを具備しており、
前記金属棒の両端部の径は前記金属棒の中央部の径よりも小さく、前記両端部が前記貫通孔の前記金属層とロウ付けされ、前記中央部は前記貫通孔の前記金属層と接していることを特徴とする電流導入端子。 - 前記金属棒は、断面の直径が0.5乃至1mmの略円柱状とされていることを特徴とする請求項1記載の電流導入端子。
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