(57)【要約】【課題】  セラミック体の絶縁破壊の発生を抑制する。【解決手段】  金属層付きセラミック部材であって、金属酸化物を主成分とし少なくともＳｉを含むセラミック体と、前記セラミックス体の表面に被着した、金属を主成分とし少なくともＳｉを含む金属層と、前記金属層の表面に形成された、Ｓｉを主成分とし前記金属を含む半導電層とを備えることを特徴とする金属層付きセラミック部材を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層付きセラミック部材であって、
金属酸化物を主成分とし少なくともＳｉを含むセラミック体と、
前記セラミックス体の表面に被着した、金属を主成分とし少なくともＳｉを含む金属層と、
前記金属層の表面に形成された、Ｓｉを主成分とし前記金属を含む半導電層とを備えることを特徴とする金属層付きセラミック部材。
【請求項２】
前記金属層の内側から前記半導体層の外表面の側に向かって、Ｓｉの含有割合が漸増しているＳｉ漸増領域を有することを特徴とする請求項１記載の金属層付きセラミック部材。
【請求項３】
前記セラミック体はアルミナを主成分とすることを特徴とする請求項１または２記載の金属層付きセラミック部材。
【請求項４】
前記金属層の前記金属は、ＭｏおよびＭｎを含むことを特徴とする請求項１または２記載の金属層付きセラミック部材。
【請求項５】
金属酸化物を主成分とし少なくともＳｉを含むセラミック体と、
前記セラミック体の表面の一部に被着した、金属を主成分とし少なくともＳｉを含む金属層と、
前記金属層の表面に形成された、Ｓｉを主成分とし前記金属を含む半導電層とを備える金属層付きセラミック部材と、
前記金属層付きセラミック部材の表面の前記金属層が被着した領域以外の部分から、前記半導電層の表面の少なくとも一部にわたって連続して形成されたメタライズ層と、
前記メタライズ層を介して前記セラミック体と接合した金属体とを有することを特徴とするセラミック体と金属体との接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属層付きセラミック部材およびセラミック体と金属体との接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ等のセラミック体は高い絶縁性を有しており、いわゆる碍子や真空スイッチにおける絶縁容器など、高い絶縁性と高い機械強度が要求される用途に用いられてきた。碍子や真空スイッチでは、アルミナ等のセラミック体の表面にいわゆるメタライズ層とよばれる金属層が形成された後、この金属層を介して電極となる金属体が接合されて、この金属体から高い電圧が印加される。例えば下記特許文献１には、円筒状のセラミック体の両端面に金属体が接合された真空スイッチの例が開示されている。このような碍子や真空スイッチでは、セラミック体の両端面それぞれに形成されたメタライズ層を介して、端面それぞれに金属体が接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２２０２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば下記特許文献１の真空スイッチにおいて、セラミック体の両端面に形成された電極の間に高い電圧を印加した場合、セラミック体に直接接合されたメタライズ層の周縁部において電界集中が生じ、この周縁部に蓄積された電荷が一気にセラミック体の表面を流れてしまう絶縁破壊現象が生じることがあった。本発明はかかる課題を解決することを目的とする
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、金属層付きセラミック部材であって、金属酸化物を主成分とし少なくともＳｉを含むセラミック体と、前記セラミックス体の表面に被着した、金属を主成分とし少なくともＳｉを含む金属層と、前記金属層の表面に形成された、Ｓｉを主成分とし前記金属を含む半導電層とを備えることを特徴とする金属層付きセラミック部材を提供する。
【０００６】
また、金属酸化物を主成分とし少なくともＳｉを含むセラミック体と、前記セラミック体の表面の一部に被着した、金属を主成分とし少なくともＳｉを含む金属層と、前記金属層の表面に形成された、Ｓｉを主成分とし前記金属を含む半導電層とを備える金属層付きセラミック部材と、前記金属層付きセラミック部材の表面の前記金属層が被着した領域以外の部分から、前記半導電層の表面の少なくとも一部にわたって連続して形成されたメタライズ層と、前記メタライズ層を介して前記セラミック体と接合した金属体とを有することを特徴とするセラミック体と金属体との接合体を併せて提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、セラミック体に被着した金属層に比較的高い電圧を印加した際の、セラミック体の絶縁破壊の発生を抑制することができる。また、セラミック体に被着した金属層を介して接合した金属体に比較的高い電圧を印加した際の、絶縁破壊の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のセラミック体と金属体との接合体の一実施形態について説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。本発明のセラミック体と金属体との接合体１（以降、単に接合体１ともいう）の一実施形態について説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大断面図である。
【００１０】
接合体１はいわゆる絶縁碍子であって、金属酸化物を主成分とし少なくともＳｉを含むセラミック体２と、セラミック体２の表面の一部に被着した、金属を主成分とし少なくともＳｉを含む金属層４と、金属層４の表面に形成された、Ｓｉ酸化物を主成分とし金属を含む半導電層６とを備える金属層付きセラミック部材１０と、金属層付きセラミック部材１０の表面の金属層４が被着した領域以外の部分から、半導電層６の表面の少なくとも一部にわたって連続して形成されたメタライズ層１２と、メタライズ層１２を介してセラミック体２と接合した金属体８とを有する。接合体１はまた、セラミック体２の側面に被着された釉薬層９を有する。
【００１１】
セラミック体２は円筒状の部材であり、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする。セラミック体２は、アルミナの焼結の為の焼結助剤に含まれていたＳｉ成分を含有している。Ｓｉ成分は、酸化物シリコンまたは非晶質シリコンの形でセラミック体２（アルミナ）中に含有されている。
【００１２】
金属層４は、セラミック体２の側面の両方の端面それぞれの近傍に設けられている。金属層４は、ＭｏおよびＭｎを少なくとも含み、Ｓｉ成分も含有する。より詳しくは酸化物換算でＭを約７０〜９９質量％、Ｍｎを約１〜１１質量％程度含んでいる。金属層４の一部は、釉薬層９の表面を覆うように側面に沿って延在している。
【００１３】
半導電層６は、Ｓｉを主成分とし、少なくともＭｏおよびＭｎを含む金属を含有する。金属層４中のＳｉ成分、および半導電層６中のＳｉ成分は、酸化物シリコンまたは非晶質シリコンの形で各層に含まれている。金属層４の厚さは、１μｍ〜３０μｍ程度である。
【００１４】
本実施形態では、セラミック体２と金属層４と半導電層６とがいずいれもＳｉ成分を含有しており、各層の境界部分それぞれで各層のＳｉ成分同士は強固に接合するので、セラミック体２と金属層４と半導電層６は高強度で接合している。
【００１５】
釉薬層９は、Ｓｉの酸化物を主成分とする層であり、セラミック体２の汚れを防止する等の作用を奏する。釉薬層９も多くのＳｉ成分を含有しており、金属層４と半導電層６は釉薬層９にも高強度で接合している。
【００１６】
半導電層６は、Ｓｉを主成分とし、少なくともＭｏおよびＭｎを含む金属を含有しており、この含まれる金属によって電気抵抗が低減されて半導電性を有する。ここで半導電性とは電気抵抗が例えば１００〜１０１３Ω・ｃｍの範囲にあることをいう。半導電性６の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍ程度である。
【００１７】
メタライズ層１２は、いわゆるＭｏ−Ｍｎメタライズ層であり、ＭｏおよびＭｎを含む。このメタライズ層１２を介して、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる金属体８が接合されている。より詳しくは、本実施形態では、メタライズ層１２と図示しないＮｉメッキ層およびＡｇ−Ｃｕロウ等を介して、金属体８が接合されている。例えばセラミック体１２の両端の金属体８の間で比較的高い電圧が印加された場合、すなわち金属体８がそれぞれ所定の電圧に設定された場合、セラミック体２の両端それぞれのメタライズ層１２の周
縁部Ｅには、他方のメタライズ層１２との電位差にともなう電界が発生する。本実施形態では、半導電層６の電気抵抗が１００〜１０１３Ω・ｃｍと比較的小さいので、この半導電層６内にも緩やかに広がるように電界が広がるので、周縁部Ｅに集中する電界の大きさを比較的小さくすることができる。加えて、半導電層６が１００〜１０１３Ω・ｃｍ程度の電気抵抗を有するので、この半導電層６を通じてメタライズ層１２の周縁部Ｅに集中した電荷が緩やかに拡散していき、この作用によっても周縁部Ｅに集中する電界の大きさをさらに小さくすることができる。本実施形態の接合体１および金属層付きセラミック部材１０では、このようにメタライズ層の周縁部Ｅへの電界の集中を抑制し、ひいては絶縁破壊を抑制することができる。
【００１８】
なお、接合体１は、金属層４の内側から半導電層６の表面の側に向かって、Ｓｉの含有割合が漸増しているＳｉ漸増領域を有する。本実施形態では、金属層４と半導電層６の厚さ方向全体にわたって、Ｓｉの含有割合が漸増しているＳｉ漸増領域となっている。Ｓｉの含有割合が漸増している領域では、電気抵抗が厚さ方向に沿って漸増しており、形成される電界分布強度の傾斜も緩やかとなり、過度な電界集中や電荷集中を抑制することができる。
【００１９】
以下、本実施形態の接合体１の製造方法について記載する。
【００２０】
まず、ＳｉＯ２を焼結助剤として含みアルミナを主成分とするセラミック体２と、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる金属体８とを準備する。
【００２１】
次に、セラミック体２の側面に、釉薬層９を形成しておく。この釉薬としては、例えば、高純度のＳｉＯ２粒子をバインダと混合させたペースト状のものを用いればよい。この釉薬を所定温度にて焼成し、セラミック体２の側面に釉薬層９を形成しておく。
【００２２】
次に、金属層４と半導電層６とを同時に形成する。まず、いわゆるＭｏ−ＭｎＯ２粉末（組成：Ｍｏ７０〜９９質量％、ＭｎＯ２１〜１１質量％）粉末を準備する。なお、Ｍｏ−ＭｎＯ２粉末は、ＴｉＯ２粉末を０．５質量％程度、ＳｉＯ２粉末を０．５質量％程度含有することが好ましい。酸化物換算で次の組成のガラスペースト（別ファイルの組成）を準備する。ＳｉＯ２：７６質量％、Ａｌ２Ｏ３：１４質量％、Ｋ２Ｏ：質量％、ＣａＯ：１．５質量％、Ｎａ２Ｏ等：０．５質量％。Ｍｏ−ＭｎＯ２粉末とガラス粉末を混合した混合ペーストを作成する。Ｍｏ−ＭｎＯ２粉末とガラス粉末の質量比は、Ｍｏ−ＭｎＯ２粉末：ガラス７０：３０〜１００：０である。ガラス粉末の融点は、Ｍｏ−ＭｎＯ２粉末のメタライズ温度とほぼ同じである。
【００２３】
この混合ペーストを、セラミック体２の側面の両方の端面それぞれの近傍に塗布する。この際、混合ペーストの一部は釉薬層９の表面を覆うように塗布する。この状態で、全体を窒素と水素の混合ガス（Ｎ２とＨ２の体積比は１：３程度）中で、１３００℃〜１４５０℃で加熱する。この加熱にともない混合ペースト中のＳｉＯ２等のＳｉ成分は、アルミナ焼結体中に拡散する。セラミック体２にもＳｉＯ２等のＳｉ成分が含まれているため、ＳｉＯ２やＳｉの非晶質体同士が化学的に反応して結合する。これにより、セラミック体２と、加熱後に形成される金属層４とがより強固に接合される。さらに混合ペースト中のＳｉＯ２成分は、セラミック体２の側に拡散するだけではなく、混合ペーストの表面側にも拡散して凝集し、これにより、金属層４の表面に形成された、Ｓｉ酸化物を主成分とし金属を含む半導電層６が形成される。本実施形態ではこのように、ガラス粉末と金属粉末との混合ペーストを用いることで、金属層４と半導電層６とを形成することができる。このような工程によれば、比較的少ないコストで、金属層４と半導電層６とを有する本実施形態の金属層付きセラミック部材を形成することができる。
【００２４】
最後に、いわゆるＭｏ−Ｍｎメタライズ層であるメタライズ層１２を形成した後、図示しないＮｉメッキ層を介して金属体８を接合することで、本実施形態のセラミック体と金属体との接合体を形成する。
以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限定されるものでない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００２５】
１  セラミック体と金属体との接合体
２  セラミック体
４  金属層
６  半導電層
８  金属体
１０  金属層付きセラミック部材
１２  メタライズ層
【図１】
2015189624.tif 000003