JPS62252201A - セラミックス板と金属筒との気密接合構体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、セラミッ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ックスと
金属円筒との気密ろう１１３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、セラミックス誘電体円
板を備芙る気密窓が設【プられる場合がある。あるいは
また、大電力マイクロ波の利用の八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
ラミッ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っている。

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どの間に、アルミナの
ようなセラミックス円板１３が、ろう接部１４．１５に
より気密接合されている。外導体１，２のろう接部の外
周には、補強用のモリブデンＩＩｊＡ１Ｂ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、銅はセラミッ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１
１の収縮によりセラミックス円板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のセラミック
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ｍ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おる。

この発明は、このような不都合を解消し、セラミックス
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ッ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ッ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
ミッ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
、それらセラミックス板及び金属筒、この金属筒及び金
属リングがともにろう接置着されてなるセラミックス板
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、セラミックス板、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、セラミックスの熱膨張と
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、セラミックス板と金属筒
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。したがって
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
分は同一符号であうわす。

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。アルミナ製セラミックス円板２１の中央透孔２２に
、内導体となる厚ざ１１ＩｌｌｌＩの無酸素銅製の円筒
２３が貫通されている。この円筒２３の、セラミックス
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
めるためニッケルめっきが形成されている。そしてセラ
ミックス円板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２
３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２４は、円周の一部に端面の突合わせ目
２４ａを有する。

このようなセラミッ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、予めセラミックス円板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２７の内側に例えば０．０５ｍｎ＋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２
３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、セラミック
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張し、溶融したろう材
層を挟んでセラミッ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ている
ので、それにより金属円筒の膨張に追随して直径が拡大
する。したがって金属リングの合わせ目２４ａは幾分間
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図に示ず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
おセラミックス板の外周には、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ックス板と金属筒との気密
接合構体は、その俊、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、セラミックス円板と
金属円筒との気密ろう接部には何ら異状を生じない。し
たがって安定な気密接合状態を維持し得る。このような
セラミッ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
的にセラミックス円板の熱膨張率に近似する析たな熱膨
張率を示すものとみることができる。なａ３、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部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ざ
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、この欅の金属に
しては成形加工が容易であり、また内接した模もそのス
プリング作用を十分持続させることが可能である。

なお、セラミッ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
金であってもよい。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、長期間にわたって信頼性の
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置着することが
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ずる高膨張率の金属筒
との気密ろう接溝造を有する各種用途のセラミックス板
と金属筒との気密接合構体に適用できる。

［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、セラミッ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図はろう接接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おる。 ２１・・・セラミックス円板、 ２２・・・透孔、 ２３・・・金属円筒、 ２４・・・内接金属リング、 ２４ａ・・・端向合わせ目、 ２５．２６・・・ろう接部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中央孔を有するセラミックス板と、このセラミッ
   クス板よりも熱膨張係数が大きく且つ該セラミックス板
   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
   するセラミッ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ッ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、前記セラミック
   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ックス板と金属筒との気密接合
   構体。
2. （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
   形成されでなる特許請求の範囲第１項記載のセラミック
   ス板と金属筒との気密接合構体。