JPH0574250A - 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

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JPH0574250A
JPH0574250A JP3263699A JP26369991A JPH0574250A JP H0574250 A JPH0574250 A JP H0574250A JP 3263699 A JP3263699 A JP 3263699A JP 26369991 A JP26369991 A JP 26369991A JP H0574250 A JPH0574250 A JP H0574250A
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Tetsuya Abe
哲也 阿部
Yoshio Murakami
義夫 村上
Akihiko Ikegaya
明彦 池ケ谷
Naoharu Fujimori
直治 藤森
Tetsuo Yashiki
哲男 矢敷
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Japan Atomic Energy Agency
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Japan Atomic Energy Research Institute
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 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を提供すること
である。 【構成】 セラミックスの薄板により絶縁層1を構成し
た絶縁部材において、上記の絶縁層1を構成する薄板の
セラミックスとして、SiC、Si3 4 、AlN及び
Al2 3 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、かつその絶縁層
1にろう材2を介して熱応力緩衝層3を形成した構成と
した。

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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する絶
縁部材は、図1に示すように、セラミックスの薄板でな
る絶縁層1にろう材2を介して熱応力の緩衝層3を接合
一体化したものである。
【0011】絶縁層1を構成する薄板のセラミックスと
しては、SiC、Si3 4 、AlN及びAl2 3
ら選ばれた少なくとも一つを使用し、その厚さを0.1
mm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 4 が好ましい。また製
品コストを低く抑えるためにはAl2 3 が好ましい。
【0012】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 3
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。
【0013】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。
【0014】なお、図1において、4はろう材2の濡れ
性をよくするために絶縁層1の両面に形成されたメタラ
イズ層である。但し、ろう接に際して、ろう材と濡れ性
の良い部材をろう接する場合には必ずしもメタライズ層
は必要としない。
【0015】図2は前記の課題を解決する電気部品であ
り、図1の構成をもった絶縁部材5の両面にろう材2に
より導電性基台6と導電性部材7を接合一体化したもの
である。
【0016】
【実施例】図3に示す第1実施例は、オーステナイト系
ステンレス鋼からなる導電性基台6上に絶縁部材5を介
してろう材2により銅製の電極等の導電性部材7を接合
一体化した電気部品である。
【0017】絶縁部材5は、厚さ0.5mmのAl2 3
セラミックス焼結体薄板により絶縁層1を形成し、その
両面にメタライズ層4を形成し、更にメタライズ層4を
形成した厚さ0.8mmの10%Cu−W合金でなる緩衝
層3をろう材2により接合し、更にその外側にろう材2
により42メッシュ(新JIS:目の開き 355μ
m)の銅メッシュ8を接合一体化したものである。
【0018】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。
【0019】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。緩衝材として
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。
【0020】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材と
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。
【0021】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。
【0022】緩衝材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。
【0023】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。
【0024】図4に示す第2実施例は、オーステナイト
系ステンレス鋼からなる導電性基台6に、絶縁をとって
銅製の導電性部材7を接合一体化した電気部品である。
絶縁の信頼性を高めるため、導電性基台6側に第1絶縁
部材5’、導電性部材7側に第2絶縁部材5’’を用い
ている。第1絶縁部材5’は、基台6と、それと同一部
材でなるステンレス鋼部材6’との間に介在され、また
第2絶縁部材5’’は導電性部材7と、それと同一材料
でなる銅部材7’との間に介在される。このように、同
一材料の間に各絶縁部材5’、5’’を介在させるの
は、製作上の容易さのためである。
【0025】上記の第1絶縁部材5’は、絶縁層1とし
て、熱伝導度の高いAlN焼結体を用い、その両面にメ
ラタイズ層4を形成している。また、上記の絶縁層1を
ステンレス鋼製基台6とステンレス鋼部材6’で挾んで
ろう接する際の熱応力の緩和を図るために、AlNの線
膨張係数(α=4.4×10-6deg-1) より大きく、
ステンレス鋼の線膨張係数(α=16×10-6de
-1) より小さい10%Cu−W合金(α=6.0×1
-6deg-1) により内側緩衝層3を形成し、また30
%Cu−W合金(α=10.2×10-6deg-1) によ
り外側緩衝層3’を形成している。
【0026】これらの緩衝層3、3’には、いずれもそ
の両面にメタライズ層4が形成される。
【0027】上述のように、それぞれメタライズ層4が
形成された絶縁層1、内側緩衝層3及び外側緩衝層3’
は、それぞれろう材2により接合され、第1絶縁部材
5’を構成する。
【0028】この第1絶縁部材5’と導電性基台6と
は、導電性基台6側にメタライズ層4を形成してろう材
2により接合され、またステンレス鋼部材6’も、これ
にメタライズ層4を形成してろう材2により接合され
る。
【0029】また、第2絶縁部材5’’は、絶縁層1と
して熱伝導度の高いSiC焼結体を用い、また熱応力の
緩和を図るため、SiCの線膨張係数(α=3.8×1
-6deg-1) より大きい10%Cu−W合金により内
側緩衝層3を形成し、また30%Cu−W合金により外
側緩衝層3’を形成している。
【0030】上記の絶縁層1及び各緩衝層3、3’の両
面にそれぞれメタライズ層4を形成すること、及びこれ
らをろう材2で接合一体化する点は、前述の第1絶縁部
材5’と同様である。また銅製の導電性部材7及び銅部
材7’にそれぞれメタライズ層4を施し、これらをろう
材2により第2絶縁部材5’’と接合一体化すること
も、上述の場合と同様である。但し、この場合、銅製の
導電性部材7と銅部材7’の表面のメタライズ層4は省
略しても差支えない。
【0031】上記のように、導電性基台6側の部材と、
導電性部材7側の部材とを別々に製作したのち、両者の
ステンレス鋼部材6’と、銅部材7’とにそれぞれメタ
ライズ層4を形成し、これらの各部材6’、7’を先に
接合したろう材2が溶融しない温度でろう材2により接
合し、全体として一体化する。
【0032】以上の構成の電気部品は、絶縁破壊電圧
5.5KV、曲げ破壊強度30kg/mm2 、耐熱温度65
0℃の特性を有する。
【0033】
【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。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の絶縁部材の構成を示す概略図
【図2】この発明の電気部品の構成を示す概略図
【図3】第1実施例の構成を示す概略図
【図4】第2実施例の構成を示す概略図
【符号の説明】
1 絶縁層 2 ろう材 3、3’ 緩衝層 4 メタライズ層 5 絶縁部材 5’ 第1絶縁部材 5’’ 第2絶縁部材 6 導電性基台 6’ ステンレス鋼部材 7 導電性部材 7’ 銅部材
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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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 4 、AlN及び
    Al2 3 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、かつその絶縁層
    にろう材を介して熱応力緩衝層を形成したことを特徴と
    する絶縁部材。
  2. 【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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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