(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締結できるセラミック複合体を提供すること。  【解決手段】  本発明のセラミック複合体は、セラミック基体１の表面に凹部４を形成するとともに、凹部４内に、厚み方向に貫通するネジ穴を有した金属製のネジ受け部材３を嵌挿して、ネジ受け部材３と凹部４内面との当接部をロウ付けし、ネジ穴の下端側開口部に切り欠き３ａを設けて成る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基体の表面に凹部を形成するとともに、該凹部内に、厚み方向に貫通するネジ穴を有した金属製のネジ受け部材を嵌挿して、該ネジ受け部材と前記凹部内面との当接部をロウ付けし、前記ネジ穴の下端側開口部に切り欠きを設けてなるセラミック複合体。
【請求項２】
前記切り欠きの形成領域にロウ材の余剰分が収容されることを特徴とする請求項１に記載のセラミック複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種構造部品に用いられるセラミック部材と、セラミック部材にネジ止めする際のネジ受け部材との複合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミック部材をネジ止め固定する従来のネジ止め方法を、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４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締結部の要部断面図を図３に示す。図３，図４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３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との締結は、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締結される。（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。
【特許文献１】特開2002−343292号公報（第８頁、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の絶縁支柱においては、図３に示すように、セラミックス等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を機械的に締結すると、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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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締結できるセラミック複合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のセラミック複合体は、セラミック基体の表面に凹部を形成するとともに、該凹部内に、厚み方向に貫通するネジ穴を有した金属製のネジ受け部材を嵌挿して、該ネジ受け部材と前記凹部内面との当接部をロウ付けし、前記ネジ穴の下端側開口部に切り欠きを設けてなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のセラミック複合体は、上記構成において好ましくは、前記切り欠きの形成領域にロウ材の余剰分が収容されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセラミック複合体は、セラミック基体の表面に凹部を形成するとともに、凹部内に、厚み方向に貫通するネジ穴を有した金属製のネジ受け部材を嵌挿して、ネジ受け部材と凹部内面との当接部をロウ付けし、ネジ穴の下端側開口部に切り欠きを設けてなることから、セラミック基体のネジ穴に欠け等の破損が発生し易いネジ溝を施すことなくネジ止めすることができるため、セラミック基体にカケ，クラック等の破損が発生しない。
【００１４】
また、ネジ受け部材とセラミック基体の凹部内面との当接部をロウ付けすることから、ネジ受け部材とセラミック基体との間に設けられたロウ材が緩衝材として機能し、ネジ止めするときのトルクによる応力を緩和することができる。このため、セラミック基体の破損を防止する効果をより向上させることができる。その結果、大型のセラミック基体に大型のネジにより締結する際においても、セラミック基体にカケ，クラック等の破損が発生するのを抑制することができる。
【００１５】
さらに、ネジ受け部材の下端側開口部に切り欠きを設けてなることから、ネジ受け部材の下端側において凹部の底面側からネジ受け部材のネジ穴内周面のネジ溝を伝ってロウ材が這い上がってもネジ溝を塞いでしまうことがなく、ネジ受け部材の下端までネジを挿入し強固にネジ止め固定することが可能となる。
【００１６】
また、本発明のセラミック複合体は、上記構成において好ましくは、切り欠きの形成領域にロウ材の余剰分が収容されることから、ロウ材量が少し多くても、ロウ材がネジ溝を塞いでしまうことがなく、ロウ材量の管理が簡単になる。そして、ネジ受け部材と凹部内面との当接部を十分に接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。セラミック基体にネジを締結するネジ止め構造を有したセラミック複合体として、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。
【００１８】
図１は本発明のセラミック複合体の実施の形態の一例を示し、セラミック基体とネジ受け部材との接合部の要部断面図である。図１において、１は絶縁柱として用いられるセラミック基体、２はセラミック基体１に締結される電極部材、３はネジ受け部材、４はセラミック基体１の表面に形成された凹部、５はロウ材であり、主にこれらで本発明のセラミック複合体が構成される。
【００１９】
本発明のセラミック複合体は、内周面にネジ溝が加工された金属から成る筒状のネジ受け部材３がセラミック基体１に取り付けられたものであって、セラミック基体１の表面に凹部４を形成するとともに、この凹部４内に、厚み方向に貫通するネジ穴を有した金属製のネジ受け部材３を嵌挿して、このネジ受け部材３と凹部４内面との当接部をロウ付けし、ネジ穴の下端側開口部に切り欠き３ａを設けて成るものである。
【００２０】
そして、絶縁支柱は、絶縁柱となる複数のセラミック基体１の両端面に凹部４が形成されており、このセラミック基体１の両端面に互いに対向配置されるとともに両主面を貫通する貫通孔が凹部４と同軸状となるようにして複数個形成された、金属から成る２つの円環状の電極部材２と、凹部４内に、厚み方向に貫通するネジ穴を有し、外周面と凹部４内面との当接部がロウ付けされた金属から成る円筒状のネジ受け部材３と、電極部材２の貫通孔に挿通されるとともにネジ受け部材３にネジ込まれることによって、電極部材２とセラミック基体１とを締結するネジ８とを具備しており、凹部４は、横断面形状が円形状であるとともに、その内面の全面にメタライズ層４ａが形成されている。
【００２１】
本発明のセラミック基体１は、断面形状が円形、または四角形，六角形等の多角形のものであり、Ａｌ２Ｏ３質焼結体等のセラミックスから成る。セラミック基体１の両端の表面には、凹部４が形成され、凹部４の内面にモリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），タングステン（Ｗ）等から成るメタライズ層４ａが形成される。メタライズ層４ａは、ネジ受け部材３をロウ付けする際の下地金属層として機能する。
【００２２】
このようなメタライズ層４ａは、好ましくはその表面にロウ材５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４ａにネジ受け部材３を強固にロウ付けすることができる。また、セラミック基体１の表面と凹部４との間の開口部にはＣ面カット等の面取りが施されていてもよく、これによりネジ受け部材３と凹部４とを接合するロウ材５の凹部４の開口部におけるメニスカスを良好なものとし、ネジ受け部材３を凹部４に強固にロウ付けすることができる。
【００２３】
好ましくは、凹部４の底面は、図２に示すように凹んだ曲面、例えば球面状，楕円状，放物線状等の曲面となっているのがよい。この構成によって、メタライズ層４ａは、ネジ受け部材３をロウ付けする際の下地金属層として機能するとともに、電極部材２を加速電極等に接続して高い電圧を印加した際、ネジ８とメタライズ層４ａとの間に生じる電界を角部に集中させることなく凹部４の内面の滑らかな曲面状のメタライズ層４ａの全面に分散させることができ、対向するネジ８との間で生じる放電を抑制することができる。
【００２４】
また、ネジ受け部材３の下側開口部に切り欠き３ａが設けられているので、ロウ材がネジ受け部材３の下側端面を伝ってネジ穴の開口部に達しても、ネジ溝を覆って塞いでしまうことがなく、ネジ８をネジ受け部材３の下端までねじ込んで固定することができる。
【００２５】
電極部材２は、円環部に両主面を貫通する断面形状が円形の貫通孔が同じ間隔で複数個形成された円環状の金属部材であり、ＳＵＳ等の金属から成る。その貫通孔にＳＵＳ等の金属から成るネジ８が挿通されるとともにネジ受け部材３にネジ込まれることによって、電極部材２は絶縁柱としてのセラミック基体１に締結される。
【００２６】
ネジ受け部材３は、厚み方向に貫通するネジ穴の内周面にネジ溝が加工された筒状の鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，ステンレス（ＳＵＳ）等の金属部材から成り、セラミック基体１の凹部４に埋め込まれるようにして凹部４との当接部が銀（Ａｇ）ロウ，Ａｇ−銅（Ｃｕ）ロウ等のロウ材５によってロウ付けされる。ネジ受け部材３は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のようにセラミック基体１と熱膨張率の近い材料から成るのがよく、ネジ受け部材３をセラミック基体１にロウ付けする際に熱膨張差が発生するのを抑制し、セラミック基体１にクラック等の破損が発生したり、ネジ受け部材３が変形したりするのを抑制する。
【００２７】
ネジ受け部材３を凹部４に嵌め込んでロウ材５によってロウ付けすることにより、セラミック基体１に欠け等の破損が発生し易いネジ溝加工を施す必要がなく、ネジ受け部材３にネジ止めすることができるため、セラミック基体１に電極部材２を取着する際のネジ締結時に、脆いセラミック基体１にカケ，クラック等の破損が発生することがない。
【００２８】
また、ネジ受け部材３とセラミック基体１の凹部４内面との当接部をロウ材５を介して接合することから、ネジ受け部材３とセラミック基体１の凹部４内面との間に設けられた柔軟なロウ材５が緩衝材として機能するようになるので、ネジ止めするときのトルクにより凹部４とネジ受け部材３との間に生じる応力を緩和することができる。このため、セラミック基体１の破損を防止する効果をより向上させることができる。その結果、大型のセラミック基体１に大型の電極部材２を取着する際においても、セラミック基体１にカケ，クラック等の破損が発生しにくくなる。
【００２９】
さらに、ネジ受け部材３の下端側開口部に切り欠き３ａが設けられており、切り欠き３ａが凹部４の奥側（底面側）になるようにしてネジ受け部材３を凹部４に嵌め込んでロウ材５を介してロウ付けすることによって、凹部４の底面側からネジ受け部材３のねじ穴内周面のネジ溝を伝ってロウ材５が這い上がっても、ロウ材５がネジ溝を塞いでしまうことがなく、ネジ受け部材３の下端までネジ８を挿入し強固にネジ止め固定することが可能となる。
【００３０】
なお、切り欠き３ａの内周面は、ネジ溝が加工されていてもいなくてもよいが、切り欠き３ａにおいてはネジ８が締結されないので、ネジ溝加工を省略することができる。切り欠き３ａにネジ溝のように下面から上方へ連続する溝を設けると、ロウ材５が溝を伝って這い上がりやすいので、平坦な面とするか、上下に独立して連なる円形状の溝加工等をして凹凸を設けておくとよい。
【００３１】
好ましくは、ネジ受け部材３の切り欠き３ａの高さは0.5ｍｍ乃至５ｍｍであるのがよく、この構成により、凹部４の底面側からネジ受け部材３の切り欠き３ａの内周面を伝って這い上がろうとするロウ材５が這い上がるのをより確実に防止するとともに、切り欠き３ａの部分でネジ受け部材３の厚みが薄くなることから、セラミック基体１にネジ受け部材３との熱膨張差による応力が大きく作用するのを防止することができる。
【００３２】
切り欠き３ａの高さが0.5ｍｍより小さいと、切り欠き３ａの高さが小さくなりすぎてネジ受け部材３の下端側開口部から、ロウ材５が切り欠き３ａを超えてネジ受け部材３のネジ締結部まで這い上がってしまう場合がある。一方、切り欠き３ａの高さが５ｍｍを超えて大きくなると、切り欠き３ａが長くなる分だけネジ受け部材３の長さが長くなり、このようなネジ受け部材３がロウ材５を介してセラミック基体１にロウ付けされると、セラミック基体１とネジ受け部材３とのネジ受け部材３の長さ方向の熱膨張差による応力が大きく作用し、セラミック基体１にクラック等の破損が発生し易くなる。
【００３３】
また、ネジ受け部材３と凹部４の内面のメタライズ層４ａとを接合するロウ材５は、メタライズ層４ａの全面に被着しているのがよい。これにより、ロウ材５のメタライズ層４ａとの接合面積が最も大きくなるので、ロウ材５とメタライズ層４ａとの密着性をより向上させることができる。
【００３４】
また、ネジ受け部材３は筒状となっているため、ネジ受け部材３を凹部４のメタライズ層４ａにロウ材５でロウ付けした後にネジ受け部材３下側のメタライズ層４ａにおけるロウ材５の流れの状態を確認できる。
【００３５】
また、ネジ８は、先端が平坦面となっており、ネジ受け部材３にネジ込まれた際に、ネジ８の先端とネジ受け部材３の下端面とが面一になるようにネジ止めされるのがよく、ネジ８の先端およびネジ受け部材３の下端面に電界が集中するのを抑制することができ、ネジ８やネジ受け部材３に放電が生じるのを抑制することができる。
【００３６】
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等の種々のセラミック複合体に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のセラミック複合体の実施の形態の一例を示し、セラミック複合体の締結部を示す要部断面図である。
【図２】本発明のセラミック複合体の実施の形態の他の例を示し、セラミック複合体の締結部を示す要部断面図である。
【図３】従来のセラミック部材の例を示し、セラミック部材との接合部を示す要部断面図である。
【図４】従来の絶縁支柱の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：セラミック基体
２：電極部材
３：ネジ受け部材
３ａ：切り欠き
４：凹部
４ａ：メタライズ層
５：ロウ材
８：ネジ
【図１】
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【図２】
2006125944.tif 000004
【図３】
2006125944.tif 000005
【図４】
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