(57)【要約】【課題】電流を導入する際の熱により絶縁部材の貫通孔の中間付近の金属層が融解して貫通孔の金属層が断線して、リードピンと金属部材との導通がとれなくなるという課題があった。【解決手段】電流導入端子は、略円柱状の絶縁体１ａから成り、両端面間を貫通する貫通孔１ｃが形成されているとともに貫通孔１ｃの内周面を経て両端面間にわたって金属層１ｂが形成されている絶縁部材１と、絶縁部材１の一方の端面の金属層１ｂに一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピン２と、絶縁部材１の他方の端面の金属層１ｂに一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材３とを具備し、貫通孔１ｃに、その内周面の金属層１ｂに両端部がロウ付けされた、長さが貫通孔１ｃの軸方向の長さの５５％以上１００％未満とされた金属棒５が設置されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱状の絶縁体から成り、両端面間を貫通する貫通孔が形成されているとともに該貫通孔の内周面を経て前記両端面間にわたって金属層が形成されている絶縁部材と、該絶縁部材の一方の端面の前記金属層に一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピンと、前記絶縁部材の他方の端面の前記金属層に一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材とを具備しており、前記貫通孔に、その内周面の前記金属層に両端部がロウ付けされた、長さが前記貫通孔の軸方向の長さの５５％以上１００％未満とされた金属棒が設置されていることを特徴とする電流導入端子。
【請求項２】
前記金属棒は、断面の直径が０．５乃至１ｍｍの略円柱状とされ、長さが前記貫通孔の軸方向の長さの５５乃至９５％とされていることを特徴とする請求項１記載の電流導入端子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子顕微鏡の電子銃等の電流導入部に使用される電流導入端子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子顕微鏡等の電子銃の電流導入部では、略円柱状の絶縁部材の一方の端面に設けられた、電流を流し電子を放出させるフィラメントが取付けられるリードピンと、絶縁部材の他方の端面に設けられた、外部から電流を入力するための金属部材とを有する電流導入端子が用いられている。この電流導入端子の基本構成を図２の断面図に示す。同図において、１は絶縁部材、１ａは絶縁体、１ｂはメタライズ層等から成る金属層、２はリードピン、３は金属部材、４はロウ材であり、主にこれらで電流導入端子は構成されている。この電流導入端子は、一般に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（セラミックス）等からなる略円柱状の絶縁体１ａから成り、その両端面間を貫通する貫通孔１ｃが形成されているとともに貫通孔１ｃの内周面を経て両端面間にわたって金属層１ｂが形成されている絶縁部材１と、絶縁部材１の一方の端面の金属層１ｂに一端に形成された略円形の大径部がロウ付されたリードピンと、絶縁部材１の他方の端面の金属層１ｂに一端面がロウ付された略円筒状の金属部材３とを具備している。
【０００３】
リードピン２と金属部材３の絶縁部材１へのロウ付による接合は以下のようにして行なわれる。絶縁部材１は、その貫通孔１ｃの内周面を経て両端面にわたり予めモリブデン（Ｍｏ）−（Ｍｎ）からなるメタライズ層とＮｉメッキ層との２層構造の金属層１ｂを被着しておき、絶縁部材１の両端面の金属層１ｂにリードピン２と金属部材３とがロウ材４を介して接合される。これにより、リードピン２と金属部材３とは、金属層１ｂによって導通され、電流を導入することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電流導入端子においては、絶縁部材１の貫通孔１ｃの内周面の金属層１ｂの被着状態は目視での確認ができないため、貫通孔１ｃの内周面で途切れなく形成されているか否か判別するのは困難である。即ち、特に貫通孔１ｃの中間付近は絶縁部材１の両端面より最も遠い位置になり、また金属層１ｂの厚みが最も薄い箇所となる。このため、電子顕微鏡等の電子銃に組み込んで使用した際に電流導入による熱により貫通孔１ｃの中間付近の金属層１ｂが融解し、貫通孔１ｃの金属層１ｂが断線することとなる。その結果、リードピン２と金属部材３とは導通がとれなくなり、電子銃に電流を導入できなくなるという問題点を有していた。
【０００５】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電流を安定的に導入できる高信頼性の電流導入端子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流導入端子は、略円柱状の絶縁体から成り、両端面間を貫通する貫通孔が形成されているとともに該貫通孔の内周面を経て前記両端面間にわたって金属層が形成されている絶縁部材と、該絶縁部材の一方の端面の前記金属層に一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピンと、前記絶縁部材の他方の端面の前記金属層に一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材とを具備しており、前記貫通孔に、その内周面の前記金属層に両端部がロウ付けされた、長さが前記貫通孔の軸方向の長さの５５％以上１００％未満とされた金属棒が設置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の電流導入端子は、貫通孔にその内周面の金属層に両端部がロウ付けされた、長さが貫通孔の軸方向の長さの５５％以上１００％未満とされた金属棒が設置されていることから、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔の中間付近の金属層が融解して貫通孔の金属層が断線しても、リードピンと金属部材とは金属棒を介して電流を導入することができる。また、電流の大部分は金属棒を通ることから、貫通孔の金属層が断線するのを有効に防ぐことができる。その結果、安定して電流を導入できる高信頼性の電流導入端子となる。
【０００８】
本発明の電流導入端子において、好ましくは、前記金属棒は、断面の直径が０．５乃至１ｍｍの略円柱状とされ、長さが前記貫通孔の軸方向の長さの５５乃至９５％とされていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電流導入端子は、金属棒は、断面の直径が０．５乃至１ｍｍの略円柱状とされ、長さが貫通孔の軸方向の長さの５５乃至９５％とされていることから、絶縁体と金属棒との熱膨脹係数差に起因する応力によって絶縁体にクラックや割れ等が生じるのを有効に抑えることができ、その結果、絶縁体と金属部材との接合強度を保持することができる。従って、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔の中間付近の金属層が融解して貫通孔の金属層が断線しても、金属部材からリードピンに金属棒により電流をより安定的に導入することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の電流導入端子を以下に詳細に説明する。本発明の電流導入端子の基本構成を図１の断面図に示す。同図において、１は絶縁部材、１ａは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（セラミックス）等からなる絶縁体、１ｂは金属層、２はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなるリードピン、３はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなる金属部材、４はロウ材、５はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなる金属棒であり、主にこれらで電流導入端子は構成されている。
【００１１】
本発明の電流導入端子は、略円柱状の絶縁体１ａから成り、両端面間を貫通する貫通孔１ｃが形成されているとともに貫通孔１ｃの内周面を経て両端面間にわたって金属層１ｂが形成されている絶縁部材１と、絶縁部材１の一方の端面の金属層１ｂに一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピン２と、絶縁部材１の他方の端面の金属層１ｂに一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材３とを具備し、貫通孔１ｃに、その内周面の金属層１ｂに両端部がロウ付けされた、長さが貫通孔１ｃの軸方向の長さの５５％以上１００％未満とされた金属棒５が設置されている。
【００１２】
なお、金属棒５は、図１に示すようにその長さ方向が貫通孔１ｃの軸方向に沿って貫通孔１ｃに設置されるものである。
【００１３】
本発明の絶縁部材１を構成する絶縁体１ａは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体等のセラミックスなどの電気的な絶縁体から成る。リードピン２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｗ等の金属から成る。また、金属部材３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｗ等の金属から成る。
【００１４】
絶縁部材１に形成されている貫通孔１ｃは、直径（内径）が０．５５〜１．０５ｍｍ程度の断面形状が略円形のものであるが、断面形状が楕円形、また四角形や六角形等の多角形であってもよい。また、金属棒５は、その断面の直径が０．５〜１ｍｍの略円柱状のものがよいが、貫通孔１ｃの直径と金属棒５の直径との差は０．０５〜０．１５ｍｍであることが好ましい。差が０．０５ｍｍ未満では、金属棒５の両端部の外周面と貫通孔１ｃの内周面との間にロウ材４を毛細管現象で侵入させて接合することが困難になる。差が０．１５ｍｍを超えると、ロウ材４が均一に流れにくくなり、局所的なロウ材４の溜りが生じやすくなる。
【００１５】
また、金属棒５の両端部は、中央部よりも小径化されていることが好ましい。この場合、金属棒５の両端部にロウ材４が侵入しやすくなるためロウ付けが容易になるとともに金属棒５の中央部は貫通孔１ｃの金属層１ｂに接し易くなる。その結果、金属棒５の両端部のロウ付け状態が不良であったとしても、金属棒５の中央部が貫通孔１ｃの金属層１ｂに接していれば、リードピン２と金属部材３との導通を確保することができる。
【００１６】
さらに、金属棒５の両端面と外周面との間が、円弧状曲面やＣ面等の面取り部とされていることがよく、この場合、面取り部から外周面にロウ材４を導入することが容易になり、また面取り部にロウ材４のメニスカスを形成したり面取り部にロウ材４の溜りを形成することができ、金属棒５のロウ付けを確実かつ強固に行なうことができる。
【００１７】
リードピン２と金属部材３と金属棒５との絶縁部材１へのロウ付けによる接合は以下のようにして行なわれる。絶縁部材１は、その貫通孔１ｃの内周面を経て両端面にわたり予めモリブデン（Ｍｏ）−（Ｍｎ）からなるメタライズ層とＮｉメッキ層の２層構造を有する金属層１ｂを被着しておき、絶縁部材１の両端面の金属層１ｂにそれぞれリードピン２と金属部材３とがロウ材４を介して接合され、また貫通孔１ｃの金属層１ｂに金属棒５の両端部がロウ材４を介して接合される。
【００１８】
本発明においては、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔１ｃの中間付近の金属層１ｂが融解し、貫通孔１ｃの金属層１ｂが断線しても、リードピン２と金属部材３とは金属棒５により導通が維持され電流を安定的に導入できる。
【００１９】
本発明において、金属棒５の断面の直径は０．５〜１ｍｍの略円柱状がよい。０．５ｍｍ未満では、絶縁部材１の貫通孔１ｃをドリルを用いて機械的に加工形成する際にドリルの振れが大きくなるため、直径を均一にして加工するのが困難になる。１ｍｍを超えると、例えば絶縁体１ａが酸化アルミニウム質焼結体｛熱膨脹係数約７．９×１０−６／℃（室温〜８００℃）｝から成り、金属棒５がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金｛熱膨脹係数約１０．８×１０−６／℃（室温〜８００℃）｝から成ると、これらの熱膨張係数が相違することから、接合のための加熱の際に両者の熱膨脹係数差に起因する応力によって絶縁体１ａにクラックや割れ等が発生しやすくなる。
【００２０】
金属棒５の長さは、貫通孔１ｃの軸方向の長さの５５〜９５％がよい。５５％未満では、貫通孔１ｃの金属層１ｂの中間付近が融解したときに金属層１ｂの断線を防ぐことが困難であり、リードピン２と金属部材３との導通を確保することが困難になる。９５％を超えると、例えば絶縁体１ａが酸化アルミニウム質焼結体から成り、金属棒５がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合、これらの熱膨張係数が相違することから、接合のための加熱の際に両者の熱膨脹係数差に起因して金属棒５が貫通孔１ｃから突出することがある。そうすると、リードピン２と金属部材５は金属棒５に押されて接合位置がずれたり、接合強度が低下することとなる。
【００２１】
【実施例】
本発明の電流導入端子の実施例について以下に説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１の構成のものを以下のようにして製作した。純度９９重量％の酸化アルミニウム質焼結体から成り、外径が６０ｍｍ、長さ（高さ）が１５ｍｍ、両端面間を貫通する直径０．７ｍｍの貫通孔１ｃが形成された円柱状の絶縁体１ａを用意した。絶縁体１ａの貫通孔１ｃの内周面を経て両端面にわたって、Ｍｏ粉末とＭｎ粉末と酸化ケイ素（ＳｉＯ２）粉末とに有機バインダや溶剤を混合してなる金属ペーストを、約１０μｍの厚さとなるように印刷塗布し、乾燥後加湿したフォーミングガス中で約１４００℃の温度で焼成した。こうして、絶縁体１ａの貫通孔１ｃの内周面を経て両端面間にわたって、Ｍｏ−Ｍｎ合金からなるメタライズ層を被着した。その後、メタライズ層上にＮｉメッキ層を電解メッキ法により約２μｍの厚さで被着して金属層１ｂを形成した。
【００２３】
次に、絶縁体１ａの一方の端面の金属層１ｂにリードピン２を、絶縁体１ａの貫通孔１ｃの金属層１ｂに金属棒５を、絶縁体１ａの他方の端面の金属層１ｂに金属部材３をそれぞれロウ付けした。これらのリードピン２、金属部材３および金属棒５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなるものとした。リードピン２は、断面が略円形の小径部が直径２ｍｍで長さ１０ｍｍであり、大径部が直径４ｍｍで長さ０．５ｍｍである。略円筒状の金属部材１０は、外径が３０ｍｍ、内径が２０ｍｍ、長さが１５ｍｍである。略円柱状の金属棒５は、直径が０．７ｍｍ、長さが１０．５ｍｍである。
【００２４】
このとき、リードピン２の大径部側の端面と金属部材３の絶縁部材１側の端面で貫通孔１ｃに対向する部位に、厚みが０．１ｍｍの板状のＡｇ−Ｃｕ合金からなるロウ材４のプレフォームを設置し、それらのプレフォームを約８２０℃に加熱して、絶縁部材１の両端面の金属層１ｂにリードピン２および金属部材３をロウ付けした。また、貫通孔１ｃの内周面と金属棒５の両端部の外周面との隙間にロウ材４を毛細管現象により侵入させ、金属棒５の両端部を貫通孔１ｃの金属層１ｂにロウ付けした。これにより製作されたものをサンプルＡとした。
【００２５】
比較例１として、貫通孔１ｃの直径を０．３５ｍｍ、金属棒５の直径を０．３ｍｍとした以外は上記実施例１と同様に作製したものをサンプルＢとした。
【００２６】
比較例２として、貫通孔１ｃの直径を１．２５ｍｍ、金属棒５の直径を１．２ｍｍとした以外は上記実施例１と同様に作製したものをサンプルＣとした。
【００２７】
そして、サンプルＡ〜Ｃの接合部を双眼顕微鏡を用いて観察し異常がないか検査した結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１より、サンプルＡは、接合部の絶縁体１ａにクラックが発生せず異常が見られなかった。サンプルＢは、接合部の絶縁体１ａにクラックが発生しなかったが、貫通孔１ｃの直径が０．３ｍｍと小さいため、貫通孔１ｃをドリルで形成する際にドリルの振れが大きくなり、直径を均一にして形成するのが困難となった。そのため、加工歩留まりが低下し高コストになるといった問題が生じた。サンプルＣは、絶縁体１ａの両端面の接合部付近に長さ３ｍｍ程度のクラックが発生しているのが確認された。
【００３０】
（実施例２）
本実施例２では、実施例１のサンプルＡ、金属棒５の長さが４．５ｍｍのもの（サンプルＤ）、金属棒５の長さが１５ｍｍのもの（サンプルＥ）をそれぞれ製作した。サンプルＤ，Ｅについては、金属棒５の長さ以外の構成は実施例１と同様とした。これらのサンプルＡ，Ｄ，Ｅについて、大気雰囲気中常温で７Ａ（アンペア）の電流を１０００時間流し、その後テスターで導通の有無の確認を行なった。その結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２より、サンプルＡは導通が有り異常は見られなかった。サンプルＤは導通が無かった。サンプルＥは、導通は有ったが接合部でリードピン２および金属部材３の位置がずれており、ロウ付け部の形状に異常が発生した。
【００３３】
以上より、本発明のサンプルＡが、絶縁体１ａと金属棒５との熱膨脹係数差に起因する応力によるクラックや割れ等が絶縁体１ａに発生せず、また導通性も優れていることが判った。
【００３４】
なお、本発明は上記実施の形態および実施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において種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の電流導入端子は、略円柱状の絶縁体から成り、両端面間を貫通する貫通孔が形成されているとともに貫通孔の内周面を経て両端面間にわたって金属層が形成されている絶縁部材と、絶縁部材の一方の端面の金属層に一端に形成された略円形の大径部がロウ付けされたリードピンと、絶縁部材の他方の端面の金属層に一端面がロウ付けされた略円筒状の金属部材とを具備し、貫通孔に、その内周面の金属層に両端部がロウ付けされた、長さが貫通孔の軸方向の長さの５５％以上１００％未満とされた金属棒が設置されていることにより、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔の中間付近の金属層が融解して貫通孔の金属層が断線しても、リードピンと金属部材とは金属棒を介して電流を導入することができる。また、電流の大部分は金属棒を通ることから、貫通孔の金属層が断線するのを有効に防ぐことができる。その結果、安定して電流を導入できる高信頼性の電流導入端子となる。
【００３６】
本発明の電流導入端子は、好ましくは、金属棒は断面の直径が０．５〜１ｍｍの略円柱状とされ、長さが貫通孔の軸方向の長さの５５〜９５％とされていることにより、絶縁体と金属棒との熱膨脹係数差に起因する応力によって絶縁体にクラックや割れ等が生じるのを有効に抑えることができ、その結果、絶縁体と金属部材との接合強度を保持することができる。従って、使用中に電流を導入する際の熱により貫通孔の中間付近の金属層が融解して貫通孔の金属層が断線しても、金属部材からリードピンに金属棒により電流をより安定的に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電流導入端子について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】従来の電流導入端子について実施の形態の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁部材
１ａ：絶縁体
１ｂ：金属層
２：リードピン
３：金属部材
４：ロウ材
５：金属棒
【図１】
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【図２】
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