KR20020042514A

KR20020042514A - 금속-세라믹 접합체 및 이것을 이용한 진공 스위치 유닛

Info

Publication number: KR20020042514A
Application number: KR1020010075339A
Authority: KR
Inventors: 마키노유스케
Original assignee: 오카무라 가네오; 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2002-06-05
Also published as: DE60116584T2; EP1213735B1; EP1213735A3; US20020130108A1; EP1213735A2; DE60116584D1; JP3690979B2; US6566621B2; JP2002167285A; KR100824901B1

Abstract

(과제) 세라믹부재의 치수에 대응하여 최적한 접합구조를 채용함으로써 접합부에 절단이나 균열 등의 결함이 발생하기 어렵고 또한 접합강도가 높은 금속-세라믹 접합체를 제공하는 것, 및 이것을 이용한 진공 스위치 유닛을 제공한다.

(해결수단) 금속-세라믹 접합체를 이용한 진공 스위치 유닛(50)에 있어서는, 원통형상의 세라믹부재(통형상부재)(55)의 단면에 대해서 통형상부를 가지는 금속부재(13)의 단면을 접합 금속층(납재)(15)을 개재하고서 에지 실 형태로 맞대기 접합한 구조를 가지고 있다. 접합 금속층과 세라믹부재는, 세라믹부재의 단면의 둘레방향을 따르는 평균폭(W)(㎜)의 원환형상 영역에서 접하고 있으며, 「D≥30」과 「(1/60)×D≤W≤(D/30)＋3.1」을 모두 만족하도록 W와 D의 각 값을 조정함으로써 세라믹부재에 대한 절단 등의 발생을 방지할 수 있고, 양호한 접합상태를 얻을 수 있다.

Description

금속-세라믹 접합체 및 이것을 이용한 진공 스위치 유닛{METAL-CERAMIC COMPOSITE AND VACUUM SWICH UNIT USING THE SAME}

본 발명은 금속-세라믹 접합체 및 이것을 이용한 진공 스위치 유닛에 관한 것이다.

고전압 부하로의 전류공급을 개폐하기 위한 스위치로서, 전류차단에 수반되는 불꽃발생과 그 후의 방전단락을 방지하기 위한 충분한 절연성을 확보하기 위해서, 세라믹 용기에 접점부분을 수납하고서 그 내부를 진공 감압한 진공 스위치 유닛이 많이 이용되고 있다. 이와 같은 진공 스위치 유닛은, 세라믹 용기가 원통형상의 세라믹부재로 되어 있고, 그 양 단면을 금속제의 차폐부재로 차폐한 구조를 가지는 것이 일반적이다. 금속제의 차폐부재와 세라믹부재는 납땜에 의한 금속-세라믹 접합체를 형성한다.

원통형상의 세라믹부재의 단면에 금속부재를 기밀하게 접합하는 구조로서는 에지 실(edge seal)이라 칭하는 구조와 버트 실(butt seal)이라 칭하는 구조가 있다. 에지 실은, 원통형상의 세라믹부재의 단면에 대해서 통형상부를 가지는 금속부재의 그 통형상부의 단면을 납재를 개재하고서 맞대기 접합하는 것이고, 버트 실은, 판형상부를 가지는 금속부재(예를 들면, 금속 덮개 등)의 그 판형상부의 판면을 세라믹부재의 단면에 겹쳐지는 형태로 배치하되, 이것들의 면 사이에 납재를 개재하고서 접합하는 것이다.

그리고, 종래의 진공 스위치 유닛 등에 있어서는 세라믹부재의 외경이나 두께 등에 특별한 제약없이 에지 실과 버트 실을 적절히 선택하여 사용하여 왔다. 예를 들면, 일본국 특개소52-59863호 공보에는 금속부재를 코바(Kovar) 등의 저팽창률 합금으로 구성함으로써 에지 실과 버트 실의 종별에 관계없이 결함이 적은 양호한 접합체가 얻어지는 것이 개시되어 있다. 또, 일본국 특개평7-172946호 공보에는 버트 실 구조의 채용을 전제로 하여, 세라믹부재의 두께와 금속부재의 겹치기 접합 부분의 두께와의 비율, 또한 재료의 선팽창계수나 납재의 융점 등을 규정함으로써 양호한 접합체가 얻어지는 것이 기재되어 있다.

그러나, 상기 공보에 개시된 기술을 감안하더라도, 세라믹부재의 외경치수가 제품에 따라서 각기 다른 경우에는, 접합구조의 종별에 따라서는 납땜 접합후의 냉각시에 세라믹부재와 금속부재간의 선팽창계수의 차에 의해서 납땜 접합부의 특정 부위에 응력집중이 발생하여 접합강도가 극히 낮은 불량품이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

본 발명의 과제는, 세라믹부재의 치수에 대응하여 최적한 접합구조를 채용함으로써 접합부에 절단(cut)이나 균열 등의 결함이 발생하기 어렵고 또한 접합강도가 높은 금속-세라믹 접합체를 제공하는 것, 및 이것을 이용한 진공 스위치 유닛을 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 금속-세라믹 접합체를 이용한 진공 스위치 유닛의 일례를 나타낸 단면도

도 2는 에지 실 방식에 의한 세라믹부재와 금속부재의 접합구조를 나타낸 단면도

도 3은 도 2의 접합부를 확대하여 나타낸 확대도

도 4는 버트 실 방식에 의한 접합부의 확대 단면도

도 5는 에지 실 방식과 버트 실 방식에 의한 효과의 차를 나타낸 설명도

도 6은 에지 실 방식에 의한 접합구조의 변형예를 나타낸 단면도

도 7은 에지 실 방식에 의한 맞대기 접합구조의 제조공정 설명도

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 - 차폐공간13 - 금속부재

13b - 통형상부(금속통)15 - 납재(접합 금속층)

50 - 진공 스위치 유닛55 - 통형상부재(세라믹부재)

57 - 차폐부재

60 - 가동측 스위치 접점부(스위치 전극부재)

61 - 고정측 스위치 접점부(스위치 전극부재)

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 금속-세라믹 접합체는, 원통형상의 세라믹부재의 단면에 대해서 통형상부를 가지는 금속부재의 그 통형상부의 단면을 접합 금속층을 개재하고서 에지 실 형태로 맞대기 접합한 구조를 가지며, 접합 금속층과 세라믹부재가, 세라믹부재의 단면의 둘레방향을 따르는 평균폭(W)(㎜)의 원환형상 영역{이하, 간단히 접합영역폭(W)이라 한다}에서 접하게 되고, 또한 세라믹부재의 외경치수를 D(㎜)라 할 때,

D≥30 ; --- ①

(1/60)×D≤W≤(D/30)＋3.1 ; --- ②

을 만족하도록 W와 D의 각 값이 조정되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 진공 스위치 유닛은, 상기 본 발명의 금속-세라믹 접합체와, 원통형상으로 형성된 세라믹부재의 내측에 스위치 차폐공간을 형성하기 위해서 상기 세라믹부재의 각 단부측을 차폐하는 1쌍의 차폐부재와, 스위치 차폐공간 내에 상대적으로 접촉/이간 가능하게 배치되어 스위치 접점부를 형성하는 스위치 전극부재를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명자는, 원통형상의 세라믹부재에 금속부재를 접합 금속층(예를 들면, 납재)을 개재하고서 접합할 때에, 그 접합구조의 형태와 세라믹부재의 치수와의 관계에 착안하여 예의 검토를 하였다. 그 결과, 일반적으로 진공 스위치 유닛 등에 널리 사용되고 있는 외경 30㎜ 이상의 세라믹부재에서는(상기한 ①의 조건), 그 외경치수(D)에 대해서 접합영역폭(W)이 상대적으로 작게 된 경우, 그 접합영역의 내연(內緣) 혹은 외연(外緣) 위치에서 세라믹부재측으로 절단 등의 결함이 쉽게 발생되는 것이 판명되었다. 또한, 검토를 거듭한 결과, 이러한 절단 등이 쉽게 발생되는 것은, 상기한 2종류의 접합구조 중 버트 실 구조를 채용한 경우인 것이 판명되었다.

그리고, 상기한 검토결과를 감안하여 양호한 접합부를 얻기 위한 조건을 실험에 의해서 모색한 결과, 세라믹부재의 외경치수(D)에 대해서 그 두께를 그다지 크게 할 수 없으며, 결과로서 접합영역폭(W)이 어느 한계치, 구체적으로는「Wmax = D/30＋3.1」로 나타내는 상한치(Wmax) 이하로 될 경우, 접합구조로서 특히 에지 실 구조를 채용함으로써 접합영역의 내연 혹은 외연 위치에서 세라믹부재측으로 응력집중에 의한 절단 등이 발생하기 어렵게 되고, 더 나아가서는 접합강도가 높은 접합체를 얻을 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르른 것이다.

또, 이와 같은 접합체를 진공 스위치 유닛에 적용함으로써, 스위치의 외관이 되는 세라믹부재와 금속제의 차폐부재간에 형성되는 접합부의 내구성이 증가하여, 수명이 길고 누전 등이 발생하기 어려운 진공 스위치를 실현할 수 있다. 또, 접합부의 불량이 경감됨으로써 제품수율도 현격하게 향상된다.

접합영역폭(W)이 상기 상한치(Wmax) 이하인 경우에 에지 실 구조 이외의 접합구조, 예를 들면 버트 실 구조를 채용하면, 접합부에 있어서의 상기한 결함이 현저하게 발생하여 접합부의 강도불량에 의한 내구성 저하나 불량률 상승에 의한 제품수율의 저하로 이어진다.

또, 접합영역폭(W)이 상기 상한치(Wmax)보다도 큰 경우에는 버트 실 등의 다른 방법으로도 양호한 접합구조가 얻어지기 때문에, 굳이 에지 실 구조를 채용할만한 이점이 없다. 예를 들면, 버트 실에서는 덮개 형상의 금속부재를 납재층을 개재하고서 세라믹부재의 단면에 겹치기 접합하면 되는 등, 그 구조가 비교적 단순한 것에 대해서, 에지 실 구조는 맞대기 접합을 위한 원통형상 부분이 반드시 필요하고, 또 진공 스위치 유닛 등에 있어서는 내부공간을 차폐하기 위한 금속 덮개를 이것과는 별도로 구비할 필요가 있기 때문에, 부품수나 가공 공정수 등의 관점에서 값이 비싸지기 쉬운 측면이 있다고 말할 수 있다. 따라서, 접합영역폭(W)이 상한치(Wmax)보다도 큰 경우에 에지 실 구조를 채용하는 것은 제조비용상의 불이익으로 이어지는 경우가 있다.

한편, 접합영역폭(W)이 「Wmin=(1/60)×D(㎜)」로 나타내는 하한치(Wmin)보다도 작은 경우에는, 세라믹부재의 외경치수(D)에 대한 상대적인 접합면적이 부족하게 되어 충분한 접합강도가 얻어지지 않게 된다. 또, 접합영역폭(W)이 하한치 (Wmin) 미만이 되는 것은 두께 부족에 의한 세라믹부재 자체의 강도 저하를 초래하는 것도 의미한다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 금속-세라믹 접합체를 이용한 진공 스위치 유닛의 일례를나타낸 단면도이다. 이 진공 스위치 유닛(50)에 있어서는 외관을 이루는 원통형상의 통형상부재(55)가 세라믹부재로서 구성되어 있으며, 이 통형상부재(55)의 내측에는 금속제로 된 통형상의 아크 실드(arc-shield)부재(54)가 배치되어 있다. 통형상부재(55)의 내주면에는 그 둘레방향을 따라서 볼록돌기부(12)가 형성되어 있으며, 이 볼록돌기부(12)의 내주면에 대해서 아크 실드부재(54)의 외주면이 도시하지 않은 납재층을 통해서 접합되어 있다. 통형상부재(55)는, 예를 들면 알루미나계 세라믹(알루미나 함유율 92질량％)으로 구성되며, 외주면은 도시하지 않은 유약층으로 덮여져 있다.

한편, 상기 통형상부재(세라믹부재)(55)에는 각 단부측을 차폐하는 원판형상의 1쌍의 차폐부재(57,57)가 부착되며, 그 내부에 스위치 차폐공간(11)이 형성되어 있다. 이들 차폐부재(57)는 도 2에 나타낸 바와 같이 통형상부재(55)의 단면에 에지 실 구조로 접합되는 원통형상의 금속부재(13)의 단면을 막는 형태로 부착되어 있다. 상기 금속부재(13)는 도 3에 나타낸 바와 같이 통형상부재(55)의 단면(55a)에 대해서 통형상부(13b)의 일측 단면이 접합 금속층인 납재(15)를 통해서 에지 실 형태로 맞대기 접합되어 있다. 한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 통형상부(13b)의 타측 단면에는 그 외주면을 따라서 반지름방향 외측으로 돌출되는 플랜지(13a)가 형성되어 있으며, 이 플랜지(13a)의 판면에 차폐부재(57)가 도시하지 않은 납재층을 통해서 접합되어 있다.

또한, 금속부재(13) 및 차폐부재(57)는, 본 실시형태에서는 Fe-Ni-Co합금{예를 들면, 코발(KOVAL)(상품명) : Fe-29중량％, Ni-17∼18중량％, Co}으로 구성되어있으나, 이것 외에도 스테인리스강이나 Cu합금 등의 재질을 채용하는 것이 가능하다. 또, 납재(15)는, 예를 들면 Ag-Cu계 납재로 구성되며, 세라믹부재인 통형상부재(55)와의 사이에는 활성금속성분(예를 들면, Ti 등)과 세라믹의 반응층이 형성되어 있다.

그리고, 스위치 차폐공간(11)의 내부에는 일측의 차폐부재(57)를 관통하는 형태로 고정전극부재(4)가 배치되어 있다. 이 고정전극부재(4)에는 스위치 차폐공간(11) 밖에 위치하는 기단측에 고정측 단자부(52)가 형성되어 있고, 스위치 차폐공간(11) 내에 위치하는 선단측에 고정측 스위치 접점부(스위치 전극부재)(61)가 형성되어 있다. 또, 스위치 차폐공간(11)의 내부에는 타측의 차폐부재(57)를 관통하는 형태로 통형상부재(55)의 중심축선(0)방향으로 이동가능한 가동전극부재(5)가 배치되어 있다. 이 가동전극부재(5)에는 스위치 차폐공간(11) 밖에 위치하는 기단측에 가동측 단자부(56)가 형성되어 있고, 스위치 차폐공간(11) 내에 위치하는 선단측에 자신의 이동에 수반되어 고정측 스위치 접점부(61)와 접촉/이간되는 가동측 스위치 접점부(스위치 전극부재)(60)가 형성되어 있다. 그리고, 상기한 아크 실드부재(54)는 통형상부재(55) 내에서 고정측 스위치 접점부(61)와 가동측 스위치 접점부(60)를 에워싸는 형태로 배치되어 있다. 또한, 가동전극부재(5)는 주름상자형상의 금속 벨로스(58)에 의해서 고정측 스위치 접점부(61)에 대해서 접촉/이간되게 구동된다.

도 3(a)는 통형상부재(55)와 금속부재(13)가 접합되는 접합부의 확대 단면도를 나타낸 것이다. 납재(15)는 통형상부재(55)의 단면(55a)에 있어서의 그 둘레방향을 따르는 평균폭(W)(㎜)의 원환형상 영역에서 접하고 있다. 그리고, 통형상부재(55)의 외경치수를 D(㎜)(도 2 참조)라 할 때, 「D≥30」이고, 또한 「(1/60)×D≤W≤(D/30)＋3.1」(상기한 ②의 조건)을 만족하도록 W와 D의 값이 조정되어 있다. 또, 통형상부재(55)의 단면(55a)의 내주연 및/또는 외주연에는 모따기부(55t)가 형성되어 있다(본 실시형태에서는 양측 모두에 형성하였으나, 어느 일측에만 형성하여도 된다).

납재(15) 필릿(fillet)의 내연부 및/또는 외연부는, 납재의 체적이 작은 경우에는 특히 모따기부(55t)와 겹침이 발생하지 않지만, 납재의 체적이 커지면, 도 3(a)에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이 그 일부가 모따기부(55t)측으로 흘러내려서 이것과 겹쳐지는 경우가 있다. 또한, 납재(접합 금속층)(15)의 접합영역폭(W)은, 통형상부재(55)의 중심축선(O)과 직교하는 투영면으로의 접합영역의 정사영상(正射影像)에 있어서, 중심축선(O)에 관한 반지름방향의 폭(W)으로 나타낸다. 또한, 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 납재(15) 필릿이 모따기부(55t)와 겹쳐지는 경우는, 도면에 나타낸 W’가 접합영역폭을 의미하는 것이 된다.

상기한 ②식의 의미에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명자가 검토한 바에 의하면, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 납땜후의 냉각시 등에 있어서 세라믹부재인 통형상부재(55)에 절단(C) 등이 발생하기 쉬운 곳은 접합영역의 외연 또는 내연 위치이다. 특히, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 모따기부(55t)에 납재(15) 필릿이 겹쳐져 있는 경우, 모따기부(55t)의 내연(55e)에서의 납재층의 두께(h){중심축선(O)방향에 있어서 내연(55e)에서부터 측정한 두께}가 클수록, 또 모따기부(55t)에 대한 겹침부(15a){중심축선(O)을 중심으로 하여 내연(55e)을 통과하는 수직원통면(SC)보다도 외측에 있는 납재 필릿 부분}의 체적이 클수록 응력집중이 현저하게 되어 절단(C) 등이 쉽게 발생하게 된다. 따라서, "납재층의 두께(h)나 겹침부(15a)의 체적을 어떻게 작게 하는가"가 절단(C) 등의 발생을 억제하는데 중요하다.

상기 납재층의 두께(h)나 겹침부(15a)의 체적은 채용하는 접합구조의 종류에 따라서 크게 변화한다. 도 4는 버트 실을 채용한 경우의 접합부의 확대 모식도이다. 이 구조는 도 2에 나타낸 원통형상의 금속부재(13)를 개재하지 않고, 판형상의 차폐부재(57)를{즉, 차폐부재(57)의 판면의 외주연을} 통형상부재(55)의 단면에 직접 납땜 접합한 것에 상당한다. 이 경우, 차폐부재(57)의 판면이 통형상부재(55)의 단면의 전체 폭에 걸쳐서 거의 평행하게 대향하는 형태가 되기 때문에, 납재(15) 필릿의 주연(周緣)(15p)이 금속부재인 차폐부재(57)의 판면측과 통형상부재(55)의 단면 외연{즉, 모따기부(55t)}측 쌍방에서 끌어당겨짐으로써 오목형상의 형태를 띠게 된다. 그리고, 통형상부재(55)의 중심축선을 포함하는 단면에 있어서, 통형상부재(55)의 단면(55a){혹은 모따기부(55t)}에 대한 납재(15) 필릿의 가장자리 위치에 있어서의 납재 필릿의 상승 접선(P)과 모따기부(55t)가 이루는 각을 필릿각(ø)이라 하였을 때, 이 필릿각(ø)은 아무리 하여도 커지기 쉬운 경향이 있다. 이 경우, 납땜시에 있어서의 용융 납재는 차폐부재(57)의 판면 외연방향, 즉 통형상부재(55)의 단면(55a)과 거의 평행한 방향으로 끌어당겨지기 때문에, 모따기부(55t)측으로의 납재의 흘러내림이 쉽게 발생되어 겹침부(15a)의 체적이나 납재층의 두께(h)가대부분 커지게 된다.

그리고, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 통형상부재(55)의 두께(T), 즉 접합영역폭(W)이 어느 정도 큰 경우에는, 납재가 얇게 퍼지는 형태가 되어, 용융 납재가 표면장력에 의해서 수축하려고 하는 작용이 크게 작용된 결과, 겹침부(15a)는 그다지 커지지 않게 된다. 이 결과, 절단 등도 발생하기 어렵다고 말할 수 있다. 이것에 대해서, 납재의 체적을 극단적으로 변화시키지 않고, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 통형상부재(55)의 두께(T), 즉 접합영역폭(W)을 작게 하면, 표면장력에 의한 수축작용이 그다지 작용하지 않게 되어, 도 4에 의거하여 설명한 요인에 의해서 겹침부(15a)의 체적이 커지게 되어 절단(C) 등이 발생하기 쉽게 되는 것이라 생각된다.

이것에 대해서, 에지 실 구조의 경우는, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 통형상부재(55)의 단면 폭방향 중앙에 금속부재(13)의 통형상부(13b)의 단면이 대향하는 형태가 되기 때문에, 납재(15) 필릿은 통형상부(13b)의 외주면을 따라서 통형상부재(55)의 단면(55a)과 거의 직교하는 방향으로 끌려 올라가게 된다. 이 경우, 통형상부재(55)의 중심축선을 포함하는 단면에 있어서, 통형상부재(55)의 단면(55a){혹은 모따기부(55t)}에 대한 납재(15) 필릿의 각 가장자리 위치에 있어서의 납재 필릿의 접선(P)과 통형상부재(55)의 단면(55a)이 이루는 각을 필릿각(θ)이라 하였을 때, 이 필릿각(θ)은 쉽게 작아지게 된다. 이것에 의해서, 모따기부(55t)측으로의 납재의 흘러내림이 억제된다.

예를 들면, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 통형상부재(55)의 두께(T), 즉 접합영역폭(W)이 어느 정도 큰 경우는 물론, 도 5(d)에 나타낸 바와 같이, 통형상부재(55)의 두께(T), 즉 접합영역폭(W)을 작게 한 경우에도, 통형상부(13b)측으로 작용하는 인장력에 의해서 겹침부(15a)의 체적 혹은 납재층의 두께(h)가 그다지 커지지 않게 됨으로써 절단 등의 발생이 억제되는 것이다. 그리고, 이미 설명한 바와 같이, 접합영역폭(W)이 상한값(Wmax)(=D/30＋3.1) 이하로 될 때, 도 4에 나타낸 바와 같은 버트 실 구조에서는 방지할 수 없었던 절단 등의 결함이 도 3(a)에 나타낸 바와 같은 에지 실 구조를 채용함으로써 효과적으로 방지되며, 더 나아가서는 접합강도가 높은 접합체를 얻을 수 있는 것이다. 또한, 접합영역폭(W)은 접합면적이 부족하지 않게 되도록 「Wmin=(1/60)×D(㎜)」으로 나타내는 하한치(Wmin)보다도 크게 설정한다.

그리고, 금속부재(13)의 통형상부(13b)의 두께(t)는 「(1/120)×D ≤t≤3」으로 하는 것이 좋다. t가 3㎜를 넘으면, 납땜후의 냉각시 등에 있어서 금속부재의 수축에 의한 응력집중의 영향이 커지게 되어, 세라믹부재(55)측으로의 절단 등의 발생을 완전히 억제하지 못하게 되는 경우가 있다. 또, 통형상부(13b)의 두께(t)가 「(1/120)×D」보다도 작게 되면, 통형상부(13b)의 강도확보가 곤란하게 된다.

또한, 도 2에서는 통형상부재(세라믹부재)(55)의 단면(55a)에 금속부재(13)의 통형상부(13b)의 단면을 맞대기 접합하였으나, 도 6에 나타낸 바와 같이 통형상부(13b)의 단부측에 플랜지(13c)를 형성하여 당해 단부측을 단면 Ｌ자 형상으로 하고, 이 플랜지(13c)의 판면에 맞대기 접합하도록 하여도 된다. 이 경우, 금속부재(13)의 통형상부(13b)의 두께(t)는, 도면에 나타낸 바와 같이 플랜지(13c)의 돌출길이도 포함한 치수를 의미하는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 금속-세라믹 접합체는 상기한 바와 같은 진공 스위치 유닛에 한정하지 않고, 열교환기 등의 다른 용도에도 적용할 수 있다.

(실시예)

알루미나 소결체(알루미나 함유율 92질량％)로 이루어지는 통형상부재(55)로서, 표 1에 나타낸 각종의 외경(D) 및 내경(d)을 가지는 것을 준비하였다. 각 통형상부재의 단면의 내주연 및 외주연에는 폭 0.25㎜의 모따기부를 실시하였다. 그리고, 각 통형상부재의 양 단면에 Mo, Mn 분말을 함유한 메탈라이즈 페이스트를 도포하고서 1400℃로 베이킹 처리한 후, 전해 Ni도금을 실시함으로써 도 7(a)에 나타낸 바와 같이 통형상부재(55)의 단면에 메탈라이즈층(104)을 형성하였다. 그리고, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 대응하는 외경치수를 가짐과 아울러 각종의 두께를 가지는 코발제의 금속통(13b)을 Ag-Cu 공정(共晶) 납재 포일(Ag-28질량％, Cu)(105)을 개재한 상태에서 통형상부재(55)의 단면 폭방향 중앙에 동심적으로 위치결정되도록 배치하고, 에지 실 법에 의해서 온도 830℃에서 맞대기 접합하였다. 또한, 접합영역폭(W)은 납재 포일(105)의 치수에 따라서 조정하였다. 또, 비교예로서, 상기 금속통(13b) 대신에 코발제의 원판형상의 차폐부재(57)(도 4 참조)를 이용하여 버트 실 형태로 맞대기 접합한 시험품도 제작하였다. 얻어진 시험품의 접합부의 외관을 관찰하여 통형상부재(55)의 절단 등의 발생상황을 조사하였다. 절단 등의 발생이 전혀 발견되지 않은 것을 「O」, 절단 등의 발생이 약간 발견된 것을「△」, 다수의 절단이 발견된 것을「X」로 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

	세라믹부재	금속부재	외관판정
	D(㎜)	d(㎜)	외관판정	(D-d)/2(㎜)	W(㎜)	(D/30)＋3.1(㎜)	t(㎜)	실 형태
1	60	49	5.5	5.0	5.1	2	에지	O
2＊	60	49	5.5	5.0	5.1	2	버트＊	Ｘ
3	60	51	4.5	4.0	5.1	2	에지	O
4＊	60	51	4.5	4.0	5.1	2	버트＊	Ｘ
5	120	105	7.5	7	7.1	3	에지	O
6＊	120	105	7.5	7	7.1	3	버트＊	Ｘ
7	120	110	5	4.5	7.1	3	에지	O
8＊	120	110	5	4.5	7.1	3	버트＊	Ｘ
9	120	110	7.5	7	7.1	3.3	에지	△
10＊	60	48	6	5.5	5.1	2	에지	O
11＊	60	48	6	5.5	5.1	2	버트＊	O＊

＊는 본 발명의 범위 외인 것을 나타낸다.

이 결과에 의하면, 접합영역폭(W)이 「Wmax=(D/30)＋3.1(㎜)」이상인 경우에는, 버트 실에서는 절단 등이 현저하게 발생한 것에 대해서, 에지 실에서는 절단 등이 발견되지 않고 또한 양호한 접합상태가 얻어진 것을 알 수 있다. 한편, 접합영역폭(W)이 상한치(Wmax)보다도 큰 경우에는 버트 실에서도 양호한 접합상태가 얻어 졌으며, 에지 실이 특히 우위가 되는 것이 아니라는 것도 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 세라믹부재의 치수에 대응하여 최적한 접합구조를 채용함으로써 접합부에 절단이나 균열 등의 결함이 발생하기 어렵고 또한 접합강도가 높은 금속-세라믹 접합체를 제공할 수 있다.

또, 상기 금속-세라믹 접합체를 진공 스위치 유닛에 적용함으로써, 스위치의외관이 되는 세라믹부재와 금속제의 차폐부재간에 형성되는 접합부의 내구성이 증가하게 되어, 수명이 길고 누전 등이 발생하기 어려운 진공 스위치를 실현할 수 있다. 또, 접합부의 불량이 경감됨으로써 제품수율도 현격하게 향상된다.

Claims

원통형상의 세라믹부재의 단면에 대해서 통형상부를 가지는 금속부재의 그 통형상부의 단면을 접합 금속층을 개재하고서 에지 실 형태로 맞대기 접합한 구조를 가지며,

상기 접합 금속층과 상기 세라믹부재가, 상기 세라믹부재의 상기 단면의 둘레방향을 따르는 평균폭(W)(㎜)의 원환형상 영역에서 접하게 되고, 또한 상기 세라믹부재의 외경치수를 D(㎜)라 할 때,

D≥30,

(1/60)×D≤W≤(D/30)＋3.1

을 만족하도록 W와 D의 각 값이 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 접합체.
청구항 1에 있어서,

상기 금속부재의 상기 통형상부의 두께(t)(㎜)가

(1/120)×D≤t≤3

의 관계를 만족하도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 접합체.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 세라믹부재가 진공 스위치용의 외관인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 접합체.
청구항 3에 기재된 금속-세라믹 접합체와,

원통형상으로 형성된 세라믹부재의 내측에 스위치 차폐공간을 형성하기 위해서 상기 세라믹부재의 단부측을 차폐하는 차폐부재와,

상기 스위치 차폐공간 내에 상대적으로 접촉/이간 가능하게 배치되어 스위치 접점부를 형성하는 스위치 전극부재를 구비한 것을 특징으로 하는 진공 스위치 유닛.