JPH0450761B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、セラミツクスと金属との気密接合
構体に係わり、とくに熱膨張係数の著しく異なる
セラミツクスと金属円筒との気密ろう接構体に関
する。

（従来の技術） 例えば大電力クライストロンのようなマイクロ
波管の出力部には、同軸導波管が使用される。そ
してこの同軸導波管の一部に、セラミツクス誘電
体円板を備える気密窓が設けられる場合がある。
あるいはまた、大電力マイクロ波の利用の高まり
とともに真空気密装置内へのマイクロ波の導入あ
るいは導出などに、セラミツクス誘電体により所
定間隔を置いて内外導体を真空気密に接合した構
造体を一部に使用する場合が増えてきている。と
くに、マイクロ波が大電力になるにつれ、同軸導
波管の内、外導体の直径も大きくなり、しかも内
導体が筒状となり、必要に応じて内部に空気、水
等を流通させて強制冷却させる場合も多くなつて
いる。

このような同軸導波管の気密窓部分は、概略第
５図に示すような構成である。すなわち、いずれ
も銅からなる円筒状内導体１１および外導体１２
との間に、アルミナのようなセラミツクス円板１
３が、ろう接部１４，１５により気密接合されて
いる。外導体１２のろう接部の外周には、補強用
のモリブデン線１６が巻きつけられている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、銅はセラミツクスよりもはるかに大
きい熱膨張係数を有するため、ろう接工程の冷却
時に、内導体１１の収縮によりセラミツクス円板
１３の中央孔部分に大きな張力がかかる。このた
めろう接部１４のセラミツクス素材や、その内面
のメタライズ層、あるいはろう材層に亀裂や剥離
が生じやすい。またこのような同軸導波管の使用
中も、内導体が温度上昇することは多く、その場
合同様の破損が生じるおそれがある。このように
十分高い信頼性が得にくいという不都合がある。

この発明は、このような不都合を解消し、セラ
ミツクスとその透孔を貫通して気密ろう接される
銅のような熱膨張係数の大なる金属筒との組合わ
せの場合における、気密ろう接部の信頼性が高い
セラミツクス板と金属筒との気密接合構体を提供
することを目的とするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、透孔を有するセラミツクス板より
も熱膨張係数が大きい例えば銅のような金属筒に
対し、そのセラミツクス板に接合される部分の内
側に、この金属筒よりも融点が高く高温でのスプ
リング作用が大きく且つ熱膨張係数が小さい例え
ばモリブデン材あるいはタングステン材のような
丸め成形された金属リングが内接嵌合され、それ
らセラミツクス板及び金属筒、この金属筒及び金
属リングがともにろう接固着されてなるセラミツ
クス板と金属筒との気密接合構体である。

（作用） この発明によれば、セラミツクス板、内導体で
ある金属筒およびその内側に内接された金属リン
グの一体化接合部は、各金属の固有の熱膨張率が
みかけ上消滅し一体化された金属としての新たな
みかけの熱膨張を示すことになる。このみかけの
熱膨張が、セラミツクスの熱膨張とほぼ同等にな
ることによりろう接部の冷却過程、常温時、さら
に再加熱時においても、セラミツクス板と金属筒
との気密接合部に破損を生じさせるほどの応力が
生じることなく、安定な気密接合構造が得られ
る。したがつて気密接合部の高い信頼性が得られ
る。

（実施例） 以下図面を参照してその実施例を説明する。な
お同一部分は同一符号であらわす。

第１図はこの発明実施例の完成状態の要部縦断
面図である。アルミナ製セラミツクス円板２１の
中央透孔２２に、内導体となる厚さ１mmの無酸素
銅製の円筒２３が貫通されている。この円筒２３
の、セラミツクス円板に接合される位置の内周
に、モリブデン又はモリブデン合金（単にモリブ
デン材と記す）からなる厚さ0.2mmの丸め成形金
属リング２４が内接されている。なおこの金属リ
ング２４の表面には、ろう接を確実ならしめるた
めニツケルめつきが形成されている。そしてセラ
ミツクス円板２１と金属円筒２３とは、その接触
部がろう接部２５により気密接合されている。ま
た金属円筒２３の内周に、金属リング２４がろう
接部２６にて固着されている。この金属リング２
４は、円周の一部に端面の突合わせ目２４ａを有
する。

このようなセラミツクス板と金属円筒との気密
接合構体は、好ましくは次のように組立てる。す
なわちまず第２図に示すように、予めセラミツク
ス円板２１の中央透孔２２の内周面にメタライズ
層２７を被着形成しておく。このメタライズ層２
７の内側に例えば0.05mm程度のリボン状銀ろう材
２５ａ（例えば72％銀−28％銅の合金ろう）を配
置し、さらにその内側に金属円筒２３を貫通配置
する。一方、第３図に示すようにモリブデン板を
円状に丸め成形した金属リング２４を用意し、そ
の両端面突合わせ目２４ａを密着又はわずかに交
差させて直径を縮め、金属円筒２３の被ろう接部
の内周に挿入配置する。この金属リング２４はそ
れ自体のスプリング作用により金属円筒の内周面
に密接し、自己保持される。そして両者の接触部
の上にリング状のろう材２６ａ（前記と同様の銀
ろう）を配置する。

この状態で、およそ800℃まで温度上昇し、各
部を同時にろう接する。このろう接過程におい
て、セラミツクス円板よりも熱膨張係数がはるか
に大きい銅製金属円筒２３は、温度上昇により余
分に膨脹し、溶融したろう材層を挟んでセラミツ
クス円板のメタライズ層に密着する。このとき内
側のモリブデン製リング２４は、このろう接の最
高温度でもそのスプリング作用が維持されるの
で、それにより金属円筒の膨脹に追随して直径が
拡大する。したがつて金属リングの合わせ目２４
ａは幾分開いた状態になる。また同時にそれら各
部の間に溶融したろう材が流動する。

つぎの冷却過程では、まずろうが固化するの
で、金属リング２４は第４図に示すようにその合
わせ目２４ａが開いたままろう着される。同図
に、この合わせ目２４ａ内に入り込んで固化した
ろう材層の一部を符号２６ｂで示している。この
ようにして気密接合構体が完成する。なおセラミ
ツクス板の外周には、他の外導体が気密接合され
ていてもよいし、あるいはそのままで使用目的の
装置に接続されてもよい。

このように構成されたセラミツクス板と金属筒
との気密接合構体は、その後、常温から例えば
600℃程度までの繰返しの加熱、冷却を受けても、
セラミツクス円板と金属円筒との気密ろう接部に
は何ら異状を生じない。したがつて安定な気密接
合状態を維持し得る。このようなセラミツクスと
金属筒との気密ろう接部が高い安定度を有するこ
とは、ろう接により一体化された部分が、実質的
にセラミツクス円板の熱膨張率に近似する新たな
熱膨脹率を示すものとみることができる。なお、
金属筒の内側に嵌挿する丸め成形金属リングは、
この金属円筒よりも十分融点が高くろう接時の高
温でもそのスプリング作用を維持し、且つ熱膨張
率が金属円筒よりも十分小さい金属であることが
必要である。そして金属円筒の内側に内接させる
必要性から、平板材をリング状に丸め成形したも
のが最も好ましい。それにより、この種の金属に
しては成形加工が容易であり、また内接した後も
そのスプリング作用を十分持続させることが可能
である。

なお、セラミツクス板の材質はアルミナ以外で
もよく、またその透孔に貫通させる金属円筒およ
び内装する金属リングは、前述のような融点およ
び熱膨張率の関係を有する他の金属、例えばタン
グステン材などを使用し得る。また好ましくは、
金属円筒は純銅のほか銅合金でもよく、さらに内
側金属リングもモリブデンを主体とする合金であ
つてもよい。とくにモリブデンまたはその合金を
使用すると、その内部に水やその他の冷却媒体を
導入しても、化学的耐久性がよく、長期間にわた
つて信頼性の高い接合部状態を維持することがで
きる。また、ろう材は金−銅合金ろうを使用して
もよく、その場合はおよそ1000℃までろう接温度
を上げて行なう。この温度でも内接する金属リン
グとしてモリブデン材やタングステン材を使用す
れば、そのスプリング作用を失わないので、信頼
性の高い気密ろう接部を得ることができる。さら
にまた、金属円筒と内接金属リングとを接合する
ろう材として、リボン状のものを両者間に挟んで
ろう接してもよく、それにより一層確実にろう接
固着することができる。

なおこの発明は、同軸導波管に限定されず、要
するにセラミツクス板とその透孔を貫通する高膨
脹率の金属筒との気密ろう接構造を有する各種用
途のセラミツクス板と金属筒との気密接合体に適
用できる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、比較的
簡単な構造で、セラミツクス板とそれを貫通する
金属筒との一体化気密接合部が、破損を生じるこ
となく高い信頼性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す縦断面図、第
２図はその製作過程における要部断面図、第３図
はその要部部品を示す斜視図、第４図はろう接後
の要部を示す断面斜視図、第５図は従来構造を示
す縦断面図である。 ２１……セラミツクス円板、２２……透孔、２
３……金属円筒、２４……内接金属リング、２４
ａ……端面合わせ目、２５，２６……ろう接部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中央孔を有するセラミツクス板と、このセラ
   ミツクス板よりも熱膨張係数が大きく且つ該セラ
   ミツクス板の中央孔に貫通されて気密ろう接され
   る金属筒とを具備するセラミツクス板と金属筒と
   の気密接合構体において、 上記金属筒のセラミツクスに接合される部分の
   内側に、該金属筒よりも高融点で熱膨張係数の小
   なる丸め成形金属リングが内接嵌合され、前記セ
   ラミツクス板及び金属筒、該金属筒及び金属リン
   グがともにろう接固着されてなるセラミツクス板
   と金属筒との気密接合構体。 ２ 金属筒は銅または銅合金であり、内接される
   丸め成形金属リングはモリブデン材またはタング
   ステン材で形成されてなる特許請求の範囲第１項
   記載のセラミツクス板と金属筒との気密接合構
   体。