(57)【要約】【課題】無機物のシール部材を用いた電気配線貫通装置において、導体間絶縁性能を高める。【解決手段】電気配線貫通装置は、電気絶縁性の無機物材料からなり複数の貫通孔１３が形成されたシール部材１１と、シール部材１１の貫通孔１３を貫通する複数の金属製の導体１２と、複数の貫通孔１３それぞれを囲むシール部材１１の表面の一部に気密に付着したメタライズ層１４と、メタライズ層１４と導体１２とを気密に接合するろう材部１５と、を有する。複数の貫通孔１３同士の間を仕切るようにシール部材１１の表面に沿って延びる溝１６または隔壁が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性の無機物材料からなり複数の貫通孔が形成されたシール部材と、
前記シール部材の前記貫通孔を貫通する複数の金属製の導体と、
前記複数の貫通孔それぞれを囲む前記シール部材の表面に気密に付着したメタライズ層と、
前記メタライズ層と前記導体とを気密に接合するろう材部と、
を有する電気配線貫通装置であって、
前記複数の貫通孔同士の間を仕切るように前記シール部材の表面に沿って延びる仕切り部が形成され、前記仕切り部の表面のうちの少なくとも一部が前記メタライズ層と前記ろう材部のいずれとも接していないこと、
を特徴とする電気配線貫通装置。
【請求項２】
前記仕切り部は、前記シール部材の表面に沿って延びる溝であって、前記溝の表面のうちの少なくとも底部が前記メタライズ層と前記ろう材部のいずれとも接していないこと、
を特徴とする請求項１に記載の電気配線貫通装置。
【請求項３】
前記溝内に電気絶縁材の絶縁充填材が充填されていること、を特徴とする請求項２に記載の電気配線貫通装置。
【請求項４】
前記仕切り部は、前記シール部材の表面に沿って延びる隔壁であって、前記隔壁の表面のうちの少なくとも頂部が前記メタライズ層と前記ろう材部のいずれとも接していないこと、
を特徴とする請求項１に記載の電気配線貫通装置。
【請求項５】
前記隔壁は、前記貫通孔と、前記メタライズ層と、前記ろう材部とを囲むように配置され、
前記隔壁で囲まれた領域内に電気絶縁材の絶縁充填材が充填されていること、を特徴とする請求項４に記載の電気配線貫通装置。
【請求項６】
前記シール部材、前記メタライズ層および前記ろう材部の表面を覆う電気絶縁材の絶縁カバーをさらに有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電気配線貫通装置。
【請求項７】
前記複数の貫通孔が千鳥配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電気配線貫通装置。
【請求項８】
前記メタライズ層の一部は、前記シール部材の前記貫通孔の内表面の少なくとも一部に付着しており、前記ろう材部の一部は前記貫通孔の内表面に付着した前記メタライズ層の一部と前記導体とを接続していること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電気配線貫通装置。
【請求項９】
電気絶縁性の無機物材料からなるシール部材に複数の貫通孔を形成し、前記シール部材の表面に沿って前記複数の貫通孔同士の間を仕切って延びるように仕切り部を形成するシール部材形成ステップと、
前記シール部材形成ステップの後に、前記複数の貫通孔それぞれを囲む前記シール部材の表面で前記仕切り部以外の部分にメタライズ層を気密に付着させるメタライズ層形成ステップと、
前記メタライズ層形成ステップの後に、前記複数の貫通孔それぞれに金属製の導体を挿入する導体挿入ステップと、
前記導体挿入ステップの後に、前記導体と前記メタライズ層とをろう材部によって気密に接合するろう付けステップと、
を有する電気配線貫通装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気配線貫通装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に原子力発電所の原子炉格納容器等の隔壁を貫通する電気配線は、放射線遮蔽あるいは気密のために、電気配線貫通装置（電気ペネトレーション）により接続されている。この電気配線貫通装置の貫通孔には、円筒状で中心に導体を通したモジュールが、メタルＯリングを介して取り付けられている。モジュールには一般にシール材が充填されており、貫通する導体を気密にシールしている。
【０００３】
従来の原子炉格納容器の電気配線貫通装置のモジュールは、シール材としてエポキシ樹脂などの有機物材料が使用されており、温度・放射線および経年の影響によりシール性能や絶縁性能が劣化する。今後のプラントの長寿命化や、過酷事故（ＳＡ）環境下での長期的な機能維持の観点から、電気配線貫通装置に対しての耐温度・放射線性能の向上および経年劣化への耐性が求められる。
【０００４】
上記課題を解決する方法として、バウンダリのシール材にセラミック等の無機物材料を使用する案が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６１−１５３４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した無機物シール材を用いた電気配線貫通装置のモジュールにおいては、セラミック等の無機物材料と導体は直接接合することはできず、シール材をセラミック等の無機物とする場合には、モジュールを貫通する導体とシール材の接合部にメタライズ処理を施したうえで、ろう付けによる接合を行う必要がある。しかしながら、既設の原子力発電所で使用されている多ピン構造モジュールとの互換性を考慮したモジュールでは、メタライズ層により隣接する導体間の絶縁離隔距離が狭まり、絶縁性能確保が困難となる。
【０００７】
本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、無機物のシール部材を用いた電気配線貫通装置において、導体間絶縁性能を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係る電気配線貫通装置は、電気絶縁性の無機物材料からなり複数の貫通孔が形成されたシール部材と、前記シール部材の前記貫通孔を貫通する複数の金属製の導体と、前記複数の貫通孔それぞれを囲む前記シール部材の表面に気密に付着したメタライズ層と、前記メタライズ層と前記導体とを気密に接合するろう材部と、を有する電気配線貫通装置であって、前記複数の貫通孔同士の間を仕切るように前記シール部材の表面に沿って延びる仕切り部が形成され、前記仕切り部の表面のうちの少なくとも一部が前記メタライズ層と前記ろう材部のいずれとも接していないこと、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る電気配線貫通装置製造方法は、電気絶縁性の無機物材料からなるシール部材に複数の貫通孔を形成し、前記シール部材の表面に沿って前記複数の貫通孔同士の間を仕切って延びるように仕切り部を形成するシール部材形成ステップと、前記シール部材形成ステップの後に、前記複数の貫通孔それぞれを囲む前記シール部材の表面で前記仕切り部以外の部分にメタライズ層を気密に付着させるメタライズ層形成ステップと、前記メタライズ層形成ステップの後に、前記複数の貫通孔それぞれに金属製の導体を挿入する導体挿入ステップと、前記導体挿入ステップの後に、前記導体と前記メタライズ層とをろう材部によって気密に接合するろう付けステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、無機物のシール部材を用いた電気配線貫通装置において、導体間絶縁性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気配線貫通装置の断面図。
【図２】図１のＩＩ部分の拡大断面図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面であって、絶縁カバーを設けていない状態を示す図。
【図４】図３のＩＶ部分の拡大断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る電気配線貫通装置の製造方法を示すフロー図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る電気配線貫通装置の断面図であって、図１のＩＩ部分に相当する部分の拡大断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る電気配線貫通装置の断面図であって、図１のＩＩ部分に相当する部分の拡大断面図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る電気配線貫通装置の断面図であって、図１のＩＩ部分に相当する部分の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る電気配線貫通装置の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気配線貫通装置の断面図である。図２は図１のＩＩ部分の拡大断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面であって、絶縁カバーを設けていない状態を示す図である。図４は図３のＩＶ部分の拡大断面図である。
【００１４】
本実施形態に係る電気配線貫通装置は、たとえば円柱状の電気絶縁性の無機材料からなるシール部材１１と、シール部材１１を貫通する金属製の複数の導体１２と、を有する。シール部材１１には複数の貫通孔１３が軸方向に互いに平行に形成され、各導体１２が各貫通孔１３内を貫通する。
【００１５】
シール部材１１は、たとえばガラスやセラミックが用いられる。導体１２は、線状に延び、銅などの高電気伝導率材料が用いられる。
【００１６】
ガラスやセラミックなどの無機材料は直接ろう付けなどによる接続ができないので、シール部材１１の表面で導体１２を取り囲む位置にメタライズ層１４（図２、図３、図４参照）を形成し、メタライズ層１４と導体１２の間にろう材部１５を形成する。これにより、導体１２とシール部材１１との間が、メタライズ層１４およびろう材部１５を介して、気密にかつ強固に接合される。ここで、メタライズ層１４としては、たとえばＭｏ−ＭｎやＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉが適用可能である。また、ろう材部１５としては、たとえばＡｇ−ＣｕやＡｕ−Ｎｉが適用可能である。
【００１７】
図３に示すように、導体１２は、千鳥格子状に配列されている。これにより、限られたシール部材１１の大きさの中で、導体１２同士の最近接部の距離を所定値以上に保ちながら最大数の導体１２を配列することができる。
【００１８】
この実施形態では、シール部材１１の表面でメタライズ層１４から離れた位置に、貫通孔１３同士を仕切るように溝１６が形成されている。溝１６内にはメタライズ層１４もろう材部１５も存在しないのが好ましい。特に、少なくとも溝１６の底部１７（図２参照）にはメタライズ層１４もろう材部１５も存在しないのが好ましい。
【００１９】
図３および図４に示すように、シール部材１１の表面で各貫通孔１３を囲むようにメタライズ層１４が形成され、各メタライズ層１４を取り囲むように溝１６が網目状に形成されている。図３および図４に示す例では、各メタライズ層１４は六角形状であるが、円形であってもよい。また、図３および図４に示す例では、メタライズ層１４は溝１６の縁にまで延びているが、メタライズ層１４の外縁は溝１６の縁まで延びている必要はなく、メタライズ層１４の外縁が溝１６の縁の手前まで延びている構成でもよい。
【００２０】
このように、貫通孔１３同士を仕切るように溝１６が形成されていることから、互いに隣接するメタライズ層１４同士の間で長い沿面距離を確保することができる。それにより、シール部材１１の表面に沿った気中放電を避けることができ、絶縁性能を向上することができる。
【００２１】
さらに、溝１６内には、電気絶縁材の絶縁充填材２１が充填されている。また、シール部材１１、メタライズ層１４、ろう材部１５および絶縁充填材２１の全体を覆うように電気絶縁材の絶縁カバー（絶縁コーティング）２２が配置されている。絶縁充填材２１および絶縁カバー２２に適用される絶縁材料は、特に、耐高温性に優れたものであることが好ましく、たとえば、エポキシ樹脂である。また、絶縁充填材２１および絶縁カバー２２に異なる絶縁材料を用いてもよい。このように、メタライズ層１４の外気に触れる部分に絶縁充填材２１および絶縁カバー２２が配置されることにより、気中放電を避けることができ、絶縁性能を向上することができる。
【００２２】
なお、上記説明では絶縁充填材２１および絶縁カバー２２を区別して記述したが、これらは一体のものとして絶縁カバー２２でメタライズ層１４およびろう材部１５を覆うようにしてもよい。
【００２３】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、複数の導体１２を千鳥配置とすることにより、導体１２同士の間の最接近部の距離を所定値以上に保ちながら最大数の導体１２を配列することができる。また、導体１２間のシール部材１１の表面に溝１６を形成することにより、各導体１２と無機物シール部材１１を接合するためのメタライズ層１４同士の間の沿面距離が確保される。また、形成した溝１６内に絶縁材料を充填し、絶縁材料がメタライズ層１４の溝１６近傍を覆うような形状とすることにより、メタライズ層１４間の気中放電を防止し、導体１２間の絶縁性能を確保することができる。
【００２４】
ここで、第１の実施形態に係る電気配線貫通装置の製造方法について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る電気配線貫通装置の製造方法を示すフロー図である。
【００２５】
初めに、電気絶縁性の無機材料からシール部材１１を形成する（シール部材形成ステップＳ１１）。シール部材１１には、複数の貫通孔１３を形成し、また、溝１６を形成する。貫通孔１３および溝１６は、切削加工などによって形成してもよいし、焼成などにより初めから一体的に形成してもよい。
【００２６】
つぎに、各貫通孔１３を囲むシール部材１１の表面で溝１６以外の部分にメタライズ層１４を気密に付着させる（メタライズ層形成ステップＳ１２）。つぎに、複数の貫通孔１３それぞれに金属製の導体１２を挿入する（導体挿入ステップＳ１３）。つぎに、導体１２とメタライズ層１４との間をろう付けしてろう材部１５を形成する（ろう付けステップＳ１４）。つぎに、溝１６内に絶縁充填材２１を充填する（溝充填ステップＳ１５）。つぎに、メタライズ層１４およびろう材部１５全体を絶縁カバー２２で覆うように、コーティングを行う（コーティングステップＳ１６）。
【００２７】
以上説明したように、第１の実施形態に係る電気配線貫通装置を組み立てることができる。
【００２８】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る電気配線貫通装置の断面図であって、図１のＩＩ部分に相当する部分の拡大断面図である。
【００２９】
この第２の実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態の溝１６を隔壁３０に置き換えた構成である。第１の実施形態における図３および図４に相当する図は省略するが、この第２の実施形態では、図３および図４で溝１６として表示されている部分が隔壁３０に置き換えられる。
【００３０】
すなわち、この第２の実施形態では、シール部材１１の表面でメタライズ層１４から離れた位置に、貫通孔１３同士を仕切るように隔壁３０が形成されている。隔壁３０の表面にはメタライズ層１４もろう材部１５も存在しないのが好ましい。特に、少なくとも隔壁３０の頂部３１にはメタライズ層１４もろう材部１５も存在しないのが好ましい。
【００３１】
図３および図４に示す構成とほぼ同様に、この第２の実施形態では、シール部材１１の表面で各貫通孔１３を囲むようにメタライズ層１４が形成され、各メタライズ層１４を取り囲むように隔壁３０が網目状に形成されている。ただし、この第２の実施形態では、図３および図４に示す溝１６の代わりに隔壁３０が配置されている。
【００３２】
メタライズ層１４の外縁は隔壁３０の縁まで延びていてもよいし、隔壁３０の縁の手前まで延びていてもよい。
【００３３】
この第２の実施形態では、貫通孔１３同士を仕切るように隔壁３０が形成されていることから、互いに隣接するメタライズ層１４の間で長い沿面距離を確保することができる。それにより、シール部材１１の表面に沿った気中放電を避けることができ、絶縁性能を向上することができる。
【００３４】
さらにこの第２の実施形態では、隔壁３０で囲まれた領域内には、電気絶縁材の絶縁充填材２１が充填されている。また、シール部材１１、メタライズ層１４、ろう材部１５および絶縁充填材２１の全体を覆うように電気絶縁材の絶縁カバー２２が配置されている。この第２の実施形態における絶縁充填材２１および電気絶縁材の絶縁カバー２２の機能や構成材料は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００３５】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態とほぼ同様に、導体１２同士の間の最接近部の距離を所定値以上に保ちながら最大数の導体１２を配列することができ、各導体１２と無機物シール部材１１を接合するためのメタライズ層１４同士の間の沿面距離を確保できる。また、メタライズ層１４間の気中放電を防止し、導体１２間の絶縁性能を確保することができる。
【００３６】
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態に係る電気配線貫通装置の断面図であって、図１のＩＩ部分に相当する部分の拡大断面図である。
【００３７】
第３の実施形態は第１の実施形態の変形である。この第３の実施形態では、シール部材１１の貫通孔１３のうちで、ろう材部１５に近い部分が他の部分よりも大径となって孔大径部４０が形成され、その孔大径部４０の内面およびその周辺のシール部材１１の表面にメタライズ層１４が形成されている。
【００３８】
ろう材部１５は、メタライズ層１４と導体１２とを接合するように形成されている。孔大径部４０の内面に沿って形成されたメタライズ層１４と導体１２との間の環状の隙間は、ろう材で充満されてろう材部１５の一部を構成する。
【００３９】
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、孔大径部４０にメタライズ層１４およびろう材部１５が形成されることから、導体１２とシール部材１１との接合面積が大きくなり、強度や耐圧性能の向上を図ることができる。
【００４０】
［第４の実施形態］
図８は、本発明の第４の実施形態に係る電気配線貫通装置の断面図であって、図１のＩＩ部分に相当する部分の拡大断面図である。
【００４１】
第４の実施形態は第３の実施形態の変形である。上述の第３の実施形態では、第１の実施形態の変形として、貫通孔１３に孔大径部４０が形成されているものとした。第４の実施形態では、第３の実施形態における貫通孔１３の孔大径部４０に相当するものを、前述の第２の実施形態の電気配線貫通装置に組み込む。
【００４２】
すなわち、第４の実施形態では、第２の実施形態の電気配線貫通装置と同様の電気配線貫通装置において、シール部材１１の貫通孔１３のうちで、ろう材部１５に近い部分が他の部分よりも大径となって孔大径部４０が形成され、その孔大径部４０の内面およびその周辺のシール部材１１の表面にメタライズ層１４が形成されている。ろう材部１５は、メタライズ層１４と導体１２とを接合するように形成されている。
【００４３】
この第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４４】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１１…シール部材、  １２…導体、  １３…貫通孔、  １４…メタライズ層、  １５…ろう材部、  １６…溝、  １７…底部、  ２１…絶縁充填材、  ２２…絶縁カバー、  ３０…隔壁、  ３１…頂部、  ４０…孔大径部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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