(57)【要約】【課題】絶縁耐圧がばらつかず、高い機械的強度や絶縁耐圧を有するアルミナ焼結体、絶縁体、真空スイッチ用容器、及び絶縁碍子を提供すること。【解決手段】絶縁体（１）は、φ４０ｍｍ×厚み５ｍｍの円盤状の板材であり、全体がアルミナ焼結体からなる。特に、アルミナ焼結体のアルミナ純度が８５重量％以上（好ましくは９０重量％以上）、真比重比が９１％以上（好ましくは９２％以上）、且つ、アルミナの平均結晶粒径が１〜５μｍの範囲（好ましくは２〜４μｍの範囲）である。従って、絶縁体（１）は、絶縁耐圧のばらつきが少なく、優れた絶縁耐圧（厚みが５ｍｍのアルミナ焼結体の平均絶縁耐圧が９．０ｋＶ／ｍｍ以上）及び機械的強度を有している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ純度が８５重量％以上のアルミナ焼結体において、
真比重比が９１％以上、且つ、前記アルミナの平均結晶粒径が１〜５μｍの範囲であることを特徴とするアルミナ焼結体。
【請求項２】
前記アルミナ純度が９０重量％以上であることを特徴とする前記請求項１に記載のアルミナ焼結体。
【請求項３】
前記真比重比が９２％以上であることを特徴とする前記請求項１又は２に記載のアルミナ焼結体。
【請求項４】
前記アルミナの平均結晶粒径が２〜５μｍの範囲であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載のアルミナ焼結体。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれかに記載のアルミナ焼結体を、絶縁のための構成として用いたことを特徴とする絶縁体。
【請求項６】
厚みが５ｍｍの前記アルミナ焼結体の平均絶縁耐圧が、９．０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする前記請求項５に記載の絶縁体。
【請求項７】
前記請求項５又は６に記載の絶縁体を備えたことを特徴とする真空スイッチ用容器。
【請求項８】
前記請求項５又は６に記載の絶縁体を備えたことを特徴とする絶縁碍子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアルミナ焼結体を電気絶縁体として利用する分野に関し、具体的には、例えば真空スイッチ用容器、絶縁碍子、半導体容器、導入端子などに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アルミナ焼結体は、機械的強度及び絶縁抵抗が高いので、各種の電気絶縁材料として用いられている。
また、アルミナ焼結体のアルミナ純度を上げると、絶縁性の向上が見られることはよく知られている（非特許文献１参照）。
【０００３】
更に、アルミナ純度及び副成分（ＢａＯ、ＳｉＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ等）の組成を規定し、絶縁性を向上させるという技術も開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
日本セラミックス協会編、「セラミック工学ハンドブック」  技報堂出版、１９８９年４月、ｐ１５６１〜ｐ１５６５
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５９−１５２２６３号公報  （第１頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の製造方法にて、アルミナ焼結体を製造した場合でも、絶縁耐圧がばらついたり、機械的強度や絶縁耐圧が低いアルミナ焼結体しか得られないことがあり、必ずしも十分ではない。
【０００７】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁耐圧がばらつくことなく高い絶縁性を有するとともに、高い機械的強度を有するアルミナ焼結体、絶縁体、真空スイッチ用容器、及び絶縁碍子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）前記目的を達成するための請求項１の発明は、アルミナ純度が８５重量％以上のアルミナ焼結体において、真比重比が９１％以上、且つ、前記アルミナの平均結晶粒径が１〜５μｍの範囲であることを特徴とするアルミナ焼結体を要旨とする。
【０００９】
本発明では、アルミナ純度が８５重量％以上であるので、基本的に、高い絶縁性（絶縁耐圧）を有している。しかも、本発明では、真比重比（＝見かけ比重／真比重）が９１％以上であるので、焼結体内の気孔が少なく、その点からも、絶縁耐圧が高いという特長がある。
【００１０】
つまり、電気は気孔内壁面を伝って流れると考えられるので、気孔が増大すると絶縁耐圧が低下すると推定されるが、本発明では、焼結体内の気孔が少ないので、絶縁耐圧が高いと考えられる。その上、本発明では、焼結体内の気孔が少ないことにより、機械的強度も高いという利点もある。
【００１１】
更に、本発明では、アルミナの平均結晶粒径が１〜５μｍの範囲であるので、製造コストが低く、絶縁耐圧及び機械的強度が高いという効果がある。
つまり、アルミナの平均結晶粒径が１μｍ以上の場合には、アルミナ原料をそれほど細かくする必要がなく、粉末の製造コストを低く抑えることができる。また、平均結晶粒径が５μｍ以下の場合には、絶縁耐圧が高いが、これは、大きな結晶粒では抵抗が低下するからと推定される。更に、平均結晶粒径が５μｍ以下の場合には、小さな結晶粒が緻密に結合することにより、機械的強度が向上する。
【００１２】
従って、本発明のアルミナ焼結体は、絶縁耐圧がばらつくことなく高い絶縁性を有するとともに、高い機械的強度を有するという顕著な効果を奏する。
尚、ここで絶縁耐圧とは、測定対象（ここではアルミナ焼結体）に電圧を印加した場合に絶縁が破壊される電圧を意味しており、絶縁性を示す指標である。
【００１３】
（２）請求項２の発明は、前記アルミナ純度が９０重量％以上であることを特徴とする前記請求項１に記載のアルミナ焼結体を要旨とする。
本発明は、アルミナ純度のより好ましい範囲を例示したものである。つまり、アルミナ純度が９０重量％以上の場合には、一層絶縁耐圧が向上する。
【００１４】
（３）請求項３の発明は、前記真比重比が９２％以上であることを特徴とする前記請求項１又は２に記載のアルミナ焼結体を要旨とする。
本発明は、真比重比のより好ましい範囲を例示したものである。つまり、真比重比が９２重量％以上の場合には、一層絶縁耐圧及び機械的強度が向上する。
【００１５】
（４）請求項４の発明は、前記アルミナの平均結晶粒径が２〜５μｍの範囲であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載のアルミナ焼結体を要旨とする。
本発明は、アルミナの平均結晶粒径のより好ましい範囲を例示したものである。つまり、アルミナの平均結晶粒径が２〜５μｍの範囲の場合には、製造コストが十分に低く、一層絶縁耐圧及び機械的強度が向上する。
【００１６】
（５）請求項５の発明は、前記請求項１〜４のいずれかに記載のアルミナ焼結体を、絶縁のための構成として用いたことを特徴とする絶縁体を要旨とする。
本発明では、絶縁体は、例えば全体又は一部が上述したアルミナ焼結体から構成されているので、そのアルミナ焼結体により、高い絶縁耐圧を有する。
【００１７】
（６）請求項６の発明は、厚みが５ｍｍの前記アルミナ焼結体の平均絶縁耐圧が、９．０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする前記請求項５に記載の絶縁体を要旨とする。
本発明の絶縁体は、平均絶縁耐圧が、９．０ｋＶ／ｍｍ以上であるので、高い絶縁性能を有する。ここで、平均絶縁耐圧とは、少なくとも３点以上の測定値（絶縁耐圧）より求めた平均値である。
【００１８】
尚、このアルミナ焼結体は、厚みが５ｍｍの部材であり、両端面の中心間の縁面距離は５０ｍｍ以上である。
（７）請求項７の発明は、前記請求項５又は６に記載の絶縁体を備えたことを特徴とする真空スイッチ用容器を要旨とする。
【００１９】
本発明は、上述した絶縁体を用いた真空スイッチ用容器（例えば絶縁バルブ）であり、この真空スイッチ用容器内に電極などを配置することにより、絶縁性に優れた真空スイッチ（電気回路開閉器）を形成することができる。
（８）請求項８の発明は、前記請求項５又は６に記載の絶縁体を備えたことを特徴とする絶縁碍子を要旨とする。
【００２０】
本発明は、上述した絶縁体を用いた絶縁碍子であり、この絶縁碍子を用いることにより、高い絶縁性能を発揮できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のアルミナ焼結体、絶縁体、真空スイッチ用容器、及び絶縁碍子の実施の形態の例（実施例）を、図面を参照して説明する。
（実施例１）
ａ）ここでは、全体がアルミナ焼結体からなるテストピースの絶縁体を例に挙げる。
【００２２】
本実施例の絶縁体１（図１参照）は、φ４０ｍｍ×厚み５ｍｍの円盤状の板材であり、全体がアルミナ焼結体からなる。
特に、本実施例では、アルミナ焼結体のアルミナ純度が８５重量％以上（好ましくは９０重量％以上）、真比重比が９１％以上（好ましくは９２％以上）、且つ、アルミナの平均結晶粒径が１〜５μｍの範囲（好ましくは２〜４μｍの範囲）である。
【００２３】
従って、本実施例の絶縁体１は、後の実験例からも明らかな様に、絶縁耐圧のばらつきが少なく、優れた絶縁耐圧（厚みが５ｍｍのアルミナ焼結体の平均絶縁耐圧が９．０ｋＶ／ｍｍ以上）及び機械的強度を有している。
ｂ）次に、この絶縁体１の製造方法を説明する。
【００２４】
まず、主成分として、平均粒径１．７μｍの市販のα−Ａｌ２Ｏ３を、８３重量％以上と、副成分として、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、及びＭｇＣＯ３とを、水と共に粉砕調合した。
次に、これに有機バインダーを投入、攪拌し、泥しょうを製造し、この泥しょうを噴霧乾燥して、プレス粉末を製造した。
【００２５】
次に、このプレス粉末を、成形圧力９８ＭＰａの圧力で成形して、所定形状の成形体を製造した。
次に、この成形体を、１５５０〜１６００℃の温度範囲で焼成し、φ４０ｍｍ、厚み６ｍｍの円板状の焼結体を製造した。
【００２６】
次に、この板材の両表面を研削して、板厚５ｍｍのセラミックス焼結体からなる絶縁体１を製造した。
ｃ）次に、前記製造方法にて製造した絶縁体１の特性を調べた実験例について説明する。
【００２７】
▲１▼アルミナ純度
アルミナ純度は、原材料のアルミナの重量％により規定し、焼成体を組成分析して、そのアルミナ純度を確認した。組成分析は、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により、加速電圧２０ｋＶ、スポット径１００μｍとし、５点測定して、その平均を求めた。ここでは、下記表１に示す様に、アルミナ純度として、８３．０〜９５．１重量％の絶縁体を製造した。つまり、下記表１に示す１０種類の絶縁体の試料を製造した。
【００２８】
▲２▼真比重比
周知の比重瓶を用いる測定法により真比重を求め、また、絶縁体の体積と重量とから見かけ比重を求め、（見かけ比重／真比重）の演算により、真比重比を求めた。その結果を同じく下記表１に記す。
【００２９】
尚、真比重比は、焼成温度を変更することにより調節した。具体的には、所定の焼成温度にて真比重比がピーク（極大値）となるので、焼成温度により真比重比の大きさを調節した。
▲３▼結晶粒径
アルミナの平均結晶粒径は、次のようにして求めた。
【００３０】
まず、絶縁体を破断し、その破断面を鏡面加工し、（煮沸７５秒の）熱リン酸（試薬）にてエッチングした。その表面を、走査型電子顕微鏡にて１０００倍に拡大して撮影し、この写真に放射状に直線を引いた。具体的には、縦６０ｍｍ×横８０ｍｍの矩形状の写真に対して、その中心を通るように、縦、横、及び２本の対角線の直線を引いた（直線の合計は３４０ｍｍ）。そして、各直線が結晶粒界をよぎる交点を数え、（直線の総延長（ｍｍ））／（交点総数×写真倍率）の演算により、アルミナの平均結晶粒径を求めた。その結果を同じく下記表１に記す
▲４▼絶縁耐圧
絶縁耐圧は、図１に示す実験装置により調べた。具体的には、鉱油又はアルキルベンゼン等の低粘度絶縁油（ＪＩＳ  Ｃ２３２０）３中に、絶縁体１を配置し、その絶縁体１の両表面（但し導電材等の異物が付着していない状態の表面）に、銅製の電極５、７を当てて挟み、その状態で、両電極５、７間に６０Ｈｚの交流を印加した。そして、その際に、絶縁が破壊される絶縁耐圧を、明治電気工業製  耐電圧試験装置により測定した。尚、各同種の試料とも３個づつ絶縁耐圧を測定し、その平均絶縁耐圧を求めた。その結果を同じく下記表１に記す。また、同表１には、絶縁耐圧の最大値（ｍａｘ）から最小値（ｍｉｎ）を引いた絶縁耐圧の差も合わせて記す。
【００３１】
▲５▼機械的強度
機械的強度は、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１における３点曲げ強さ試験方法の規定に従って、試料を切り出し、測定した。その結果を同じく下記表１に記す。
尚、下記表１の試料のうち、試料Ｎｏ．１〜３、８〜１１が、本発明（請求項１）の条件を満たすものであり、試料Ｎｏ．４〜７が、本発明の範囲外の比較例である。
【００３２】
【表１】
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この表１から明らかな様に、本発明の範囲内の試料Ｎｏ．１〜３、８〜１１のものは、絶縁耐圧がばらつくことなく、その平均値は９．０ｋＶ／ｍｍ以上と高く、しかも、機械的強度も３００ＭＰａ以上と高いので、好適である。
【００３３】
これに対して、本発明の範囲外の比較例の試料Ｎｏ．４〜７のものは、平均絶縁耐圧が８．５ｋＶ／ｍｍ以下と低く、ばらつきも大きく、機械的強度も３００ＭＰａ未満と低いので、好ましくない。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００３４】
本実施例は、前記実施例１の絶縁体を構成するセラミック焼結体を、容器の材料に用いた真空スイッチ用容器である。
即ち、本実施例の真空スイッチ用容器は、セラミック焼結体からなる絶縁バルブであり、この絶縁バルブ内に電極等を内蔵し、高電圧、大電流の開閉に適した真空スイッチ（高負荷開閉器）に用いられる。
【００３５】
詳しくは、図２に示す様に、真空負荷開閉器１１は、絶縁バルブ１３と、絶縁バルブ１３の端部を塞いで取り付けられた第１及び第２の端蓋１５、１７と、第１の端蓋１５に取り付けられ絶縁バルブ１３内に突出された固定電極１９と、第２の端蓋１７に摺動自在に配置された可動電極２１とを備え、固定電極１９と可動電極２１により接点２３を構成している。
【００３６】
前記絶縁バルブ１３は、アルミナ純度９２重量％のセラミック焼成体で形成され、内径８０ｍｍ×肉厚５ｍｍ程度×長さ１００ｍｍの略円筒形である。また、絶縁バルブ１３は、内径が一定の直胴部２５及び内周壁２７の中間にて内側に突出して周設される凸状部２９を有している。更に、絶縁バルブ１３の外周面には、釉薬層３１を備えている。
【００３７】
前記第１、２端蓋１５、１７は、円板状のコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）板で形成され、各中央部に固定電極１９、ガイド３３を固着するための穴３５、３７が設けられている。このガイド３３は、可動電極２１の可動軸３９が摺動し易いように設けられている。
【００３８】
前記固定電極１９は、先端が穴３５に固着される固定軸４１となり、先端が絶縁バルブ１３内に突出される円環状の電極４３となっている。
前記可動電極２１は、後端がガイド３３内を摺動する可動軸３９となり、先端が固定電極１９側の電極４３に接触する電極４５となっている。この可動電極２１は、電極４５付近の可動軸３９と第２の端蓋１７との間に設けられる蛇腹状の金属べローズ４７により、真空保持状態で開閉動作を可能とされている。
【００３９】
前記金属ベローズ４７は、ベローズカバー４９で囲まれ、電流開閉時に、電極４３、４５（即ちその先端の接触子５１、５３）から発生する金属蒸気が直接触れるのを防いでいる。
前記接点２３は、電極４３、４５の接触が行われる接触子５１、５３に、高融点のタングステン系の焼結金属を用い、発生する真空アークにより溶着し難い構造となっている。
【００４０】
また、接点２３を囲んでアークシールド５５が配置されている。このアークシールド５５は、前述の金属蒸気が絶縁バルブ１３の内周壁２７に付着して絶縁が低下するのを防止するために、絶縁バルブ１３の凸状部２９に（ロー材５７による）ロー付けにより接合されている。
【００４１】
本実施例では、絶縁バルブ１３は、上述したセラミック焼結体から構成されているので、前記実施例１と同様に、高い絶縁耐圧及び機械的強度を有する。
（実施例３）
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００４２】
本実施例は、前記実施例１の絶縁体を構成するセラミック焼結体を、絶縁碍子の材料に用いたものである。
図３に示す様に、本実施例の絶縁碍子６１は、いわゆるクレビス型懸垂碍子と呼ばれるものであり、硬質磁器６３を可鍛鋳鉄や炭素鋼等で構成されたキャップ６５とピン６７とにより挟み、セメント層でこれらを接着した構造を有する。
【００４３】
そして、前記硬質磁器６３が上述したセラミック焼結体からなり、この硬質磁器６３の表面が釉薬層（図示せず）により覆われている。
前記構造の絶縁碍子６１は、キャップ６５の上部が耳金６９とされており、ここに他の碍子のピンを差し込んで、コックボルト７１に連結できるようになっている。
【００４４】
本実施例では、絶縁碍子６１は、そのセラミック部分が上述したセラミック焼結体から構成されているので、前記実施例１、２と同様に、高い絶縁耐圧及び機械的強度を有する。
尚、本発明は前記実施例になんら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において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００４５】
例えば本発明のセラミック焼結体は、絶縁性が必要な半導体容器や導入端子にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の絶縁体に対する実験方法を示す説明図である。
【図２】実施例２における真空スイッチを破断して示す説明図である。
【図３】実施例３の絶縁碍子を破断して示す説明図である。
【符号の説明】
３…絶縁体
１３…絶縁バルブ（真空スイッチ用容器）
１１…真空スイッチ（高負荷開閉器）
６１…絶縁碍子
６３…硬質磁器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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