(57)【要約】  【課題】セラミック部材に強固にネジ止めしてもセラミック部材を破損させることがなく、セラミック部材にネジにより強固に固定できる絶縁支柱を提供すること。  【解決手段】  絶縁支柱は、両端面にメタライズ層が形成されたセラミックスから成る絶縁柱１と、絶縁柱１の両端面にロウ付けされた、平板状でロウ付け面と反対側の他端面に突出させて形成されたネジ受け部３ａを有する金属接合部材３と、両主面間を貫通し、ネジ受け部３ａが嵌挿されるネジ挿通用の貫通孔２ａが形成されるとともに、一主面が金属接合部材３の他端面に当接されるようにネジ４を介して金属接合部材３に固定された電極部材２を具備する。【選択図】  図１
2006208220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端面にメタライズ層が形成されたセラミックスから成る絶縁柱と、該絶縁柱の両端面にロウ付けされた、平板状でロウ付け面と反対側の他端面に突出させて形成されたネジ受け部を有する金属接合部材と、両主面間を貫通し、前記ネジ受け部が嵌挿されるネジ挿通用の貫通孔が形成されるとともに、一主面が前記金属接合部材の前記他端面に当接されるように前記ネジを介して前記金属接合部材に固定された電極部材とを具備することを特徴とする絶縁支柱。
【請求項２】
前記絶縁柱が酸化アルミニウム質焼結体から成り、前記金属接合部材が銅−タングステン合金から成ることを特徴とする請求項１記載の絶縁支柱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速器の真空容器内において荷電粒子等を加速して粒子ビームを生成するための電圧を印加する部分に使用される絶縁支柱に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の絶縁支柱を、核融合実験装置等に用いられる中性粒子加熱装置における絶縁支柱を例にとり以下説明する。
【０００３】
核融合実験装置等に用いられる中性粒子加熱装置では、荷電粒子を加速して加速された粒子ビームを生成するための電圧を印加する部分、すなわち加速電極等の支持部材等としてセラミックス製の絶縁支柱が用いられている。この絶縁支柱の基本構成を図３に斜視図で示す。また、この絶縁支柱における絶縁柱と電極部材との固定部の要部断面図を図２に示す。図２，図３において、11は絶縁柱、12は加速電極等に接続される電極部材、17はネジ穴、18はボルト等のネジであり、主にこれらで絶縁支柱は構成されている。
【０００４】
図２に示す絶縁支柱において、絶縁柱11は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体等のセラミックスからなり、その各端面に内面にネジ溝が切られている１つあるいは複数のネジ穴17が形成されている。また、平板状の電極部材12およびネジ18はＳＵＳ等の金属から成る。
【０００５】
なお、絶縁柱11と電極部材12との固定は、電極部材12に予め絶縁柱11のネジ穴17に対応する位置に貫通孔をあけておき、その電極部材12を絶縁柱11の両端面にあて、ネジ18を電極部材12の貫通孔に挿通させて絶縁柱11のネジ穴17にネジ込んで締め付けることによって機械的に固定される（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００６】
また、ネジ穴17には、ステンレススチール（ＳＵＳ）等の金属から成る筒状でその内側面および外側面にネジ加工が施されたヘリサートが挿入されていてもよく、この場合、ヘリサートの外側面が絶縁柱11のネジ穴17にネジ込まれるとともに内側面のネジ加工部にネジ18がネジ込まれ、絶縁柱11に対するネジ18の締め付けをより強固なものとすることができる。
【０００７】
また、絶縁支柱において絶縁柱11と電極部材12とをロウ材や絶縁接着剤等によって接着固定する構成のものもあった（例えば、下記の特許文献２参照）。
【特許文献１】特開2002−343292号公報（第８頁、図７）
【特許文献２】特開2002−164199号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の絶縁支柱においては、図２に示すように、セラミックスの脆い材料から成る絶縁柱11のネジ穴17の内面に直接ネジ溝が加工されているため、絶縁柱11のネジ穴17にネジをネジ込んで締め付けることにより電極部材12を機械的に固定すると、ネジ18を介してネジ穴17のネジ溝に引っ張り応力や剪断応力等の応力が加わり、ネジ穴17のネジ溝にカケ，クラック等の破損が発生し易かった。
【０００９】
このようなネジ穴17のネジ溝に破損が生じると、絶縁柱11に対するネジ18の締め付け強度が低下して、絶縁柱11と電極部材12とを強固に接合できなくなり、絶縁支柱としての保持機能を果たさなくなるという問題点があった。
【００１０】
特に近時では核融合実験装置における中性粒子加熱装置は大型化しており、それに伴ってネジ18を介してネジ穴17のネジ溝に加わる引っ張り応力や剪断応力等の応力が大きくなって、絶縁柱11のネジ溝の破損が顕著に現れるようになってきた。
【００１１】
また、絶縁支柱として、絶縁柱11の両端に固定された電極部材12同士の絶縁距離を確保するために、上記従来の絶縁支柱においては、絶縁柱11の両端に締め付けられたネジ18の先端部同士の距離を両端の電極部材12に印加される電位差に応じて適宜設定しなければならず、絶縁柱11の長さをネジ穴17の深さ寸法分だけ長くしなければならないという問題点があった。
【００１２】
また、絶縁柱11と成るセラミックスは硬い材料であるため、ネジ穴17を加工するために特殊加工を必要とするとともに加工に多大な時間を要するため、ネジ穴17の加工の作業は極めて作業効率が低く、効率よく絶縁支柱を製造することができないという問題点があった。
【００１３】
また、絶縁柱11と電極部材12とがロウ材によって接着固定される構成のものにおいては、電極部材12が絶縁柱11に直接ロウ付け接合されるため、絶縁柱11に電極部材12との熱膨張差による大きな応力が作用して、絶縁柱11がクラック等によって破損し易いという問題点があり、絶縁柱11と電極部材12とが絶縁接着剤によって接着固定される構成のものにおいては、接着強度が不十分となり、絶縁柱11と電極部材12とを強固に接着固定できない場合があった。
【００１４】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、セラミック部材に強固にネジ止めしてもセラミック部材を破損させることがなく、セラミック部材にネジにより強固に固定できる絶縁支柱を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の絶縁支柱は、両端面にメタライズ層が形成されたセラミックスから成る絶縁柱と、該絶縁柱の両端面にロウ付けされた、平板状でロウ付け面と反対側の他端面に突出させて形成されたネジ受け部を有する金属接合部材と、両主面間を貫通し、前記ネジ受け部が嵌挿されるネジ挿通用の貫通孔が形成されるとともに、一主面が前記金属接合部材の前記他端面に当接されるように前記ネジを介して前記金属接合部材に固定された電極部材とを具備することを特徴とする。
【００１６】
また本発明の絶縁支柱において、好ましくは、前記絶縁柱が酸化アルミニウム質焼結体から成り、前記金属接合部材が銅−タングステン合金から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の絶縁支柱は、両端面にメタライズ層が形成されたセラミックスから成る絶縁柱と、この絶縁柱の両端面にロウ付けされた、平板状でロウ付け面と反対側の他端面に突出させて形成されたネジ受け部を有する金属接合部材と、両主面間を貫通し、ネジ受け部が嵌挿されるネジ挿通用の貫通孔が形成されるとともに、一主面が金属接合部材の他端面に当接されるようにネジを介して金属接合部材に固定された電極部材とを具備することから、セラミックスから成る脆い絶縁柱に直接ネジをネジ込んで締め付けるということがなくなるので、絶縁柱にネジ締め時の引っ張り応力や剪断応力等の応力が加わることがない。
【００１８】
また、ネジ溝は金属接合部材に切られるので、ネジ穴の長さを短くでき、絶縁支柱を小型にできる。
【００１９】
また、絶縁柱の両端に固定された電極部材同士の絶縁距離を確保するために、従来、絶縁柱の両端に締め付けられたネジの先端部同士の距離を両端の電極部材に印加される電位差に応じて適宜設定しなければならず、絶縁柱の長さをネジ穴の深さ寸法分だけ長くしなければならなかったのだが、本発明においては、絶縁柱の両端にロウ付け接合された金属接合部材の距離を適宜設定すればよくなり、絶縁柱の長さを必要最小限に抑え、必要以上に絶縁支柱が大型化するのを防止することができる。
【００２０】
また、絶縁柱への穴加工がなくなること自体によって、穴加工部周辺で絶縁柱の機械的強度の低下を避けることができ、絶縁柱を破損し難くすることができる。
【００２１】
また、電極部材よりも薄い平板状の金属接合部材がロウ付け接合されていることによって、熱膨張差による応力で絶縁柱にカケ，クラック等の破損を発生させることなく、金属接合部材を強固に接合させることができる。また、金属接合部材は平板状であるから、この金属接合部材のネジ受け部にネジをネジ締めしても、ネジ締め時の応力が絶縁柱の一部に集中的に大きく作用するということがなく、平板形状によって広く分散されるので、ネジ締め時の応力集中で絶縁柱にカケ，クラック等の破損を発生させることがない。
【００２２】
これらの結果、絶縁柱にカケ，クラック等の破損がなく、絶縁柱と電極部材とをネジにより強固に固定できる絶縁支柱となる。
【００２３】
また、従来のように、絶縁柱にネジ穴を形成するということがなくなるため、ネジ穴を加工するための特殊加工が不要となるとともに加工時間を短縮でき、効率よく絶縁支柱を製造することができる。
【００２４】
また、本発明において好ましくは、絶縁柱が酸化アルミニウム質焼結体から成り、金属接合部材が銅−タングステン合金から成ることにより、絶縁柱と金属接合部材の熱膨張係数の差が小さくなるため、絶縁柱と金属接合部材のロウ付け面の面積を可能な限り大きくすることができる。その結果、絶縁柱の断面積を大きくすることができ、絶縁支柱の大型化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。絶縁支柱として、核融合実験装置等に用いられる中性粒子加熱装置における絶縁支柱を例にとり以下説明する。図１は本発明の絶縁支柱の固定部を拡大して示す断面図である。図１において、１は両端面にメタライズ層１ａが形成されたセラミックスから成る絶縁柱、２は絶縁柱１にロウ付けされ、一主面が金属接合部材３の他端面に当接されるようにネジを介して金属接合部材３に固定される電極部材、３は平板状でロウ付け面と反対側の他端面に突出させて形成されたネジ受け部３ａを有する金属接合部材、４はネジであり、主にこれらで絶縁支柱は構成されている。
【００２６】
本発明の絶縁支柱は、セラミックスから成る絶縁柱１の両端面のそれぞれに、絶縁柱１の端面よりも大きい主面を有し両主面間を貫通するようにしてネジ挿通用の貫通孔２ａが形成された電極部材２が、ネジ４を介して固定されて成る絶縁支柱であって、絶縁柱１の両端面には、電極部材２よりも薄い平板状で、絶縁柱１にロウ付けされる面と反対側の他端面に、電極部材２の厚み寸法よりも小さい寸法で突出するようにして形成されたネジ受け部３ａを有した金属接合部材３がロウ付け接合されるとともに、電極部材２の貫通孔２ａはネジ受け部３ａと対応する位置にネジ受け部３ａが嵌挿可能な大きさで設けられ、電極部材２の一主面が金属接合部材３の他端面に当接されるとともにネジ受け部３ａにネジ４を介して電極部材２が固定されているものである。
【００２７】
また本発明の絶縁支柱において、好ましくは、絶縁柱１が酸化アルミニウム質焼結体から成り、金属接合部材３が銅−タングステン合金から成る。
【００２８】
本発明の絶縁柱１は、断面形状が円形，四角形または六角形等の柱状のものであり、Ａｌ２Ｏ３質焼結体等のセラミックスから成る。絶縁柱１の両端の表面には、モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），タングステン（Ｗ）等から成るメタライズ層１ａが形成される。メタライズ層１ａは、金属接合部材３をロウ付けする際の下地金属層として機能する。
【００２９】
このようなメタライズ層１ａは、好ましくはその表面にロウ材との濡れ性に優れるニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ）等の金属をメッキ法により１〜10μｍ程度の厚みに被着させるとよく、メタライズ層１ａに金属接合部材３を強固にロウ付けすることができる。
【００３０】
電極部材２は、両主面を貫通する断面形状が円形のネジ挿通用の貫通孔２ａが同心円の円周上に等間隔に複数個形成された円環状の金属部材であり、ＳＵＳ，銅（Ｃｕ）−Ｗ合金等の金属から成る。その貫通孔２ａにＳＵＳ等の金属から成るボルト等のネジ４が挿通されるとともに金属接合部材３のネジ受け部３ａにネジ込まれることによって、電極部材２は絶縁柱１の両端に固定される。
【００３１】
金属接合部材３は、電極部材２よりも薄い平板状で端面から電極部材２の貫通孔２ａの深さよりも短い寸法で突出するようにして形成されたネジ受け部３ａを有したＣｕ−Ｗ合金，鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，ＳＵＳ等の金属から成るものであり、絶縁柱１の両端面に銀（Ａｇ）ロウやＡｇ−Ｃｕロウ等によってロウ付け接合される。ネジ受け部３ａは、金属接合部材３の平板状の他端面から電極部材２の厚み寸法よりも小さく、貫通孔２ａの深さよりも短い寸法で突出するように突出部が形成され、この突出部に設けられた孔の内周面にネジ溝が加工されて成る。
【００３２】
この構成により、セラミックスから成る脆い絶縁柱１に直接ネジ４をネジ込んで締め付けるということがなくなるので、絶縁柱１にネジ締め時の引っ張り応力や剪断応力等の応力が加わることがない。また、絶縁柱１への穴加工がなくなること自体によって、穴加工部周辺で絶縁柱１の機械的強度を低下させないようにでき、絶縁柱１を破損し難くすることができる。
【００３３】
また、電極部材２よりも薄い平板状の金属接合部材３がロウ付け接合されていることによって、熱膨張差による応力で絶縁柱１にカケ，クラック等の破損を発生させることなく、金属接合部材３を強固に接合させることができる。また、金属接合部材３は平板状であるから、この金属接合部材３のネジ受け部３ａにネジ４をネジ締めしても、ネジ締め時の応力が絶縁柱１の一部に集中的に大きく作用するということがなく、平板形状によって広く分散される。従って、ネジ締め時の応力集中で絶縁柱１にカケ，クラック等の破損を発生させることがない。
【００３４】
これらの結果、絶縁柱１にカケ，クラック等の破損がなく、絶縁柱１と電極部材２とをネジ４により強固に螺着して固定できる絶縁支柱となる。
【００３５】
また、絶縁柱１の両端に固定された電極部材２同士の絶縁距離を確保するために、従来、図２に示すように絶縁柱11の両端に締め付けられたネジ18の先端部同士の距離を両端の電極部材12に印加される電位差に応じて適宜設定しなければならず、絶縁柱11の長さをネジ穴17の深さ寸法分だけ長くしなければならなかったのだが、本発明においては、図１に示すように、絶縁柱１の両端にロウ付け接合された金属接合部材３の距離を適宜設定すればよくなり、絶縁柱１の長さを必要最小限に抑え、必要以上に絶縁支柱が大型化するのを防止することができる。
【００３６】
また、従来のように、絶縁柱１にネジ穴を形成するということがなくなるため、ネジ穴を加工するための特殊加工が不要となるとともに加工時間を短縮でき、効率よく絶縁支柱を製造することができる。
【００３７】
また例えば、絶縁柱１がＡｌ２Ｏ３質焼結体から成る場合、金属接合部材３はＣｕ−Ｗ合金のように絶縁柱１と熱膨張率の近い材料から成るのがよく、金属接合部材３を絶縁柱１にロウ付けする際に熱膨張差が発生するのを抑制し、絶縁柱１にクラック等の破損が発生したり、金属接合部材３が変形したりするのを防止する。従って、絶縁柱１と金属接合部材３のロウ付け面の面積を可能な限り大きくすることができる。その結果、絶縁柱１の断面積を大きくすることができ、絶縁支柱の大型化を実現できる。
【００３８】
また、ネジ４は、ＳＵＳ等の金属材料から成るボルト等である。好ましくは、図１に示すように、電極部材２の貫通孔２ａには開口周囲に座繰り部が形成され、この座繰り部にネジ４の頭部が埋設される構成とされるのがよい。この構成により、ネジ４の頭部が電極部材２の端面から突出するということがなく、ネジ４の頭部を起点として放電等が発生するのを有効に防止することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能である。例えば、上記の実施の形態の例ではセラミック複合体として中性粒子加熱装置における絶縁支柱を例に説明したが、本発明は電子流を加速させるための加速管や絶縁フランジ、その他高電圧を使用する装置等の種々の絶縁支柱に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の絶縁支柱の実施の形態の一例を示し、絶縁柱と電極部材との接合部を示す要部断面図である。
【図２】従来の絶縁支柱の例を示し、絶縁柱と電極部材との接合部を示す要部断面図である。
【図３】従来の絶縁支柱の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：絶縁柱
２：電極部材
２ａ：貫通孔
３：金属接合部材
３ａ：ネジ受け部
４：ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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