(57)【要約】【課題】絶縁柱と電極部材との接合の信頼性を高くすることができるとともに、ネジからの放電を解消して、長期にわたって正常に機能する絶縁支柱を提供すること。【解決手段】互いに対向配置されるとともにそれぞれ上下面を貫通する貫通孔が複数個形成された、金属からなる２つの円環状の電極部材２と、両端面に凹部４が形成されており、凹部４が貫通孔と同軸状となるようにして両端面が２つの電極部材２の対向する主面にそれぞれ接合された、セラミックスからなる複数の円柱状の絶縁柱１と、凹部４に嵌入ロウ付けされた、金属からなる円筒状のネジ止め部材３と、貫通孔に挿入されるとともにネジ止め部材３にネジ込まれることによって、電極部材２と絶縁柱１とをネジ止めしているネジ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底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層４ａが形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置されるとともにそれぞれ上下面を貫通する貫通孔が複数個形成された、金属からなる２つの円環状の電極部材と、両端面に凹部が形成されており、該凹部が前記貫通孔と同軸状となるようにして前記両端面が前記２つの電極部材の対向する主面にそれぞれ接合された、セラミックスからなる複数の円柱状の絶縁柱と、前記凹部に嵌入ロウ付けされた、金属からなる円筒状のネジ止め部材と、前記貫通孔に挿入されるとともに前記ネジ止め部材にネジ込まれることによって、前記電極部材と前記絶縁柱とをネジ止めしているネジとを具備しており、前記凹部は、横断面形状が円形状であるとともに底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層が形成されていることを特徴とする絶縁支柱。
【請求項２】
前記ネジ止め部材の厚みが０．５乃至２．５ｍｍであ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合実験装置等に用いられる中性粒子加熱装置の真空容器内において荷電粒子等を加速して加速ビームを生成するために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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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、即ち加速電極等の支持部材などとして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接合部の拡大断面図を図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。
【０００３】
この図２の絶縁支柱において、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１つあるいは複数のネジ穴１７が形成されている。また、電極部材１２およびネジ１８はＳＵＳ等の金属から成る。
【０００４】
なお、絶縁柱１１と電極部材１２の接合は、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接合している。（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００５】
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。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３４３２９２号公報（第８頁、図７）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の絶縁支柱においては、図２のようにネジ穴１７がセラミックスから成る絶縁柱１１に直接ネジ加工が施されているため、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を機械的に接合すると、ネジ１８を介してネジ穴１７のネジ加工部に引っ張り応力や剪断応力等の応力が加わり、ネジ穴１７のネジ加工部にカケ，クラック等の破損が発生し易くなっていた。
【０００８】
このようなネジ穴１７のネジ加工部に破損が生じると、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を強固に接合できなくなり、絶縁支柱として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のネジ加工部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のネジ加工部の破損が顕著に現れるようになってきた。
【００１０】
また、電極部材１２を加速電極等に接続し高い電圧を印加すると、絶縁柱１１の両端面にネジ込まれたネジ１８にも高い電圧が加わり、ネジ１８の角部から対向するネジ１８に向けて放電が起きやすくなるという問題点もあった。
【００１１】
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、電極部材を絶縁柱に強固にネジ止めしても絶縁柱を破損させることがなく、絶縁柱と電極部材との接合の信頼性を高くすることができるとともに、ネジからの放電を解消して、長期にわたって正常に機能する絶縁支柱を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁支柱は、互いに対向配置されるとともにそれぞれ上下面を貫通する貫通孔が複数個形成された、金属からなる２つの円環状の電極部材と、両端面に凹部が形成されており、該凹部が前記貫通孔と同軸状となるようにして前記両端面が前記２つの電極部材の対向する主面にそれぞれ接合された、セラミックスからなる複数の円柱状の絶縁柱と、前記凹部に嵌入ロウ付けされた、金属からなる円筒状のネジ止め部材と、前記貫通孔に挿入されるとともに前記ネジ止め部材にネジ込まれることによって、前記電極部材と前記絶縁柱とをネジ止めしているネジとを具備しており、前記凹部は、横断面形状が円形状であるとともに底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、互いに対向配置されるとともにそれぞれ上下面を貫通する貫通孔が複数個形成された、金属からなる２つの円環状の電極部材と、両端面に凹部が形成されており、この凹部が貫通孔と同軸状となるようにして両端面が２つの電極部材の対向する主面にそれぞれ接合された、セラミックスからなる複数の円柱状の絶縁柱と、凹部に嵌入ロウ付けされた、金属からなる円筒状のネジ止め部材と、貫通孔に挿入されるとともにネジ止め部材にネジ込まれることによって、電極部材と絶縁柱とをネジ止めしているネジとを具備しており、凹部は、横断面形状が円形状であるとともに底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層が形成されていることより、セラミックス製の絶縁柱に欠けなどの破損が発生し易いネジ加工を施すことなくネジ止めすることができるため、電極部材の対向する主面に絶縁柱を接合する際のネジ止め時に、絶縁柱にカケ，クラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００１４】
また、ネジ止め部材と絶縁柱とを接合するロウ材がネジ止めによる応力を有効に緩和することができるため、絶縁柱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、近時の核融合実験装置における中性粒子加熱装置に用いられる大型の絶縁支柱においても、絶縁柱にカケ，クラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００１５】
さらに、絶縁柱の両端面に形成された凹部は、横断面形状が円形状であるとともに底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層が形成されているため、電極部材を加速電極等に接続して高い電圧を印加した際、ネジに生じる電荷は角部に集中することなく凹部内面の滑らかな曲面状のメタライズ層全面に分散させることができ、対向するネジ間での放電を有効に抑制することができる。
【００１６】
また本発明の絶縁支柱において、好ましくは、前記ネジ止め部材の厚みが０．５乃至２．５ｍｍであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の絶縁支柱は、ネジ止め部材の厚みが０．５乃至２．５ｍｍであることにより、絶縁柱にネジ止め部材をロウ付けする際に発生する熱膨張差による応力で絶縁柱にカケ，クラック等の破損が発生するのを防止できるとともに、ネジ止め部材が変形してネジ止めできなくなるのを防止できる。その結果、長期にわたってより正常に機能する絶縁支柱を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の絶縁支柱について以下に詳細に説明する。図１は本発明の絶縁支柱における絶縁柱と電極部材との接合部断面図である。図１において、１は絶縁柱、２は電極部材、３はネジ止め部材、４は凹部、５はロウ材であり、主にこれらで絶縁支柱は構成されている。
【００１９】
そして、本発明の絶縁支柱は、互いに対向配置されるとともにそれぞれ上下面を貫通する貫通孔が複数個形成された、金属からなる２つの円環状の電極部材２と、両端面に凹部４が形成されており、この凹部４が貫通孔と同軸状となるようにして両端面が２つの電極部材２の対向する主面にそれぞれ接合された、セラミックスからなる複数の円柱状の絶縁柱１と、凹部４に嵌入ロウ付けされた、金属からなる円筒状のネジ止め部材３と、貫通孔に挿入されるとともにネジ止め部材３にネジ込まれることによって、電極部材２と絶縁柱１とをネジ止めしているネジ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底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層４ａが形成されている。
【００２０】
本発明の絶縁柱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。絶縁柱１の両端面には、底面が凹んだ曲面、例えば球面状，放物線状の曲面となった凹部４が形成され、凹部４内全面にモリブデン（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が形成されている。
【００２１】
メタライズ層４ａは、ネジ止め部材３をロウ付けする際の下地金属層として作用するとともに、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に生じる電荷を角部に集中することなく分散させる作用もする。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にネジ止め部材３を強固にロウ付けすることができる。また、凹部４の開口部には面取りが施されていてもよく、これによりネジ止め部材３と凹部４とを接合するロウ材５のメニスカスを良好なものとし、ネジ止め部材３を凹部４に強固にロウ付けすることができる。
【００２２】
絶縁柱１の両端面に形成された凹部４は、横断面形状が円形状であるとともに底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層４ａが形成されているため、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、ネジに８生じる電荷は角部に集中することなく凹部４内面の滑らかな曲面状のメタライズ層４ａ全面に分散させることができ、対向するネジ８間での放電を有効に抑制することができる。
【００２３】
電極部材２は、円環部に上下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等から成る。その貫通孔にＳＵＳ等から成るネジ８が挿入されるとともにネジ止め部材３にネジ込まれることによって、電極部材２は絶縁柱１に接合されている。
【００２４】
好ましくは、電極部材２の表面は凹凸が小さくなっているのがよく、具体的にその表面の算術平均粗さ（Ｒａ）はＲａ≦０．４μｍとなっているのがよい。この場合、電極部材２に電圧を印加し電子等の荷電粒子を加速させる際、電極部材２間での微少放電の発生を有効に抑えられ、安定して高電圧を印加することができる。なお、電極部材２に形成される貫通孔は、４〜６個程度である。
【００２５】
ネジ止め部材３は、内周面にネジ加工が施された筒状の金属部材から成り、絶縁柱１の凹部４に嵌め込まれて銀（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。例えば、ネジ止め部材３はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のように絶縁柱１のセラミックスと熱膨張率の近い材料から成るのがよく、ネジ止め部材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、ネジ止め部材３が変形するのを防止する。
【００２６】
また、ネジ止め部材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とともに、ネジ止め部材３の下端面とメタライズ層４ａとの間にはみ出したロウ材５に放電が生じるのをより有効に抑制することができる。
【００２７】
また、ネジ止め部材３は筒状となっているため、ネジ止め部材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止め部材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、ネジ止め部材３と凹部４との接合面全面にわたってロウ付けできているかどうかを目視で確認できる。
【００２８】
好ましくは、ネジ止め部材３の厚みは０．５乃至２．５ｍｍであるのがよく、この構成により、絶縁柱１にネジ止め部材３をロウ付けする際に発生する熱膨張差による応力で絶縁柱１にカケ，クラック等の破損が発生するのを防止できるとともに、ネジ止め部材３が変形してネジ８をネジ止めできなくなるのを防止できる。厚みが０．５ｍｍより小さいと、ネジ止め部材３を絶縁柱１にロウ付けする際に熱膨張差によって変形してネジ８をネジ止めし難くなる。一方、厚みが２．５ｍｍを超えると、ネジ止め部材３と絶縁柱１とのロウ付け時に熱膨張差による大きな応力がこれらの間に生じ、この応力によって絶縁柱１にクラック等の破損が発生し易くなる。
【００２９】
なお、ネジ止め部材３の厚みとは、ネジ止め部材３の内周面に形成されたネジ山の頂点とネジ止め部材３の外側側面との距離のことである。
【００３０】
また、ネジ止め部材３は、内周面に形成されたネジ加工が下端部に達していないことがより好ましい。これにより、ネジ止め部材３の下端部周辺に、電荷が集中し易い尖った部分がなくなり、ネジ止め部材３に放電が生じるのをより有効に抑制することができる。
【００３１】
また、ネジ８は、ネジ底が平坦となっており、ネジ止め部材３にネジ込まれてネジ８のネジ底とネジ止め部材３の下端部とが面一になるようにネジ止めされているのがよい。これにより、ネジ８のネジ底やネジ止め部材３の下端部に電荷が集中するのをより有効に抑制することができ、ネジ８やネジ止め部材３に放電が生じるのをより有効に抑制することができる。
【００３２】
【実施例】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００３３】
図１に示す構成のものを以下のようにして作製した。
【００３４】
純度９９重量％のＡｌ２Ｏ３質焼結体から成る、直径８０ｍｍ、長さ２９０ｍｍの円柱状の絶縁柱１を用意した。絶縁柱１の両端面にはそれぞれ直径１５ｍｍで深さ２６ｍｍの凹部４が２カ所設けられていた。凹部４の底角部は半径５ｍｍの円弧状の曲面となっており、開口部は３ｍｍの面取りが施されていた。
【００３５】
そして、絶縁柱１の両端面の全面，凹部４の内面及び面取り部の全面にＭｏとＭｎとシリカ（ＳｉＯ２）をそれぞれ８９重量％、６重量％、５重量％の割合で含有する金属ペーストを、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１４００℃の温度で焼成した。こうして、絶縁柱１の両端面の全面，凹部４の内面及び面取り部の全面にＭｏ−Ｍｎ合金から成るメタライズ層４ａを被着させた。その後、メタライズ層４ａ上にＮｉメッキ層を電解メッキ法により約２μｍの厚さで被着させた。
【００３６】
次に、絶縁柱１の凹部４に外側の直径が１５ｍｍで内側の全長にわたってＭ１０（ＪＩＳ  Ｂ０１２３による）のネジ加工が施され（これによりネジ止め部材３の厚みは２．５ｍｍとなった）、長さ２１ｍｍの円筒状で外側表面のＲａが６．３μｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るネジ止め部材３を嵌め込んで、メタライズ層４ａにネジ止め部材３の外側面をロウ材５でロウ付け固定した。このとき、絶縁柱１の凹部４の面取り部とネジ止め部材３との間に、直径１ｍｍのワイヤー状のＡｇ−Ｃｕ合金から成るロウ材５を直径１５ｍｍのリング形状にして設置し、それを８２０℃に加熱して接合させた。これにより、製作されたものをサンプルＡ１とした。
【００３７】
さらに、ネジ止め部材３の内側のネジ加工部をＭ１１としたサンプルＡ２（ネジ止め部材３の厚みは２ｍｍ），ネジ加工部をＭ１２としたサンプルＡ３（ネジ止め部材３の厚みは１．５ｍｍ），ネジ加工部をＭ１３としたサンプルＡ４（ネジ止め部材３の厚みは１ｍｍ），ネジ加工部をＭ１４としたサンプルＡ５（ネジ止め部材３の厚みは０．５ｍｍ）をそれぞれ作製した。
【００３８】
比較例としてサンプルＡ１と同じ絶縁柱１の凹部４部に外側の直径が１５ｍｍで内側の全長にわたってＭ９（ＪＩＳ  Ｂ０１２３による）のネジ加工が施され（これによりネジ止め部材３の厚みは３ｍｍとなった）、長さ２１ｍｍの円筒状で外側表面のＲａが６．３μｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るネジ止め部材３を嵌め込んで、メタライズ層４ａにネジ止め部材３の外側面をロウ材５でロウ付け固定した。接合の方法はサンプルＡ１と同じとした。これにより製作されたものをサンプルＢとした。
【００３９】
また、比較例としてサンプルＡ１と同じ絶縁柱１の凹部４部に外径の直径が１４．８ｍｍで内側の全長にわたってＭ１４（ＪＩＳ  Ｂ０１２３による）のネジ加工が施され（これによりネジ止め部材３の厚みは０．４ｍｍとなった）、長さ２１ｍｍの円筒状で外側表面のＲａが６．３μｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るネジ止め部材３を嵌め込んで、メタライズ層４ａにネジ止め部材３の外側面をロウ材５でロウ付け固定した。接合の方法はサンプルＡ１と同じとした。これにより製作されたものをサンプルＣとした。
【００４０】
サンプルＡ１〜Ａ５，Ｂ，Ｃのぞれぞれについて、ネジ止め部材３のネジ加工部に適合するボルト８を挿入し、６５Ｎ・ｍのトルクを加え試験を行った。
【００４１】
サンプルＡ１〜Ａ５は６５Ｎ・ｍトルクでも破壊しなかった。
【００４２】
サンプルＢはロウ付け時に絶縁柱１の凹部４を起点とするクラックが発生した。
【００４３】
サンプルＣでは、ネジ止め部材３の厚さが薄すぎてメタライズ層４ａとのロウ付け時にネジ止め部材３が変形してしまいボルト８が挿入できなかった。
【００４４】
以上の結果、ネジ止め部材３の肉厚は０．５〜２．５ｍｍであるのが好ましいことが判った。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態の例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で変更、改良を施すことは何ら差し支えない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、互いに対向配置されるとともにそれぞれ上下面を貫通する貫通孔が複数個形成された、金属からなる２つの円環状の電極部材と、両端面に凹部が形成されており、この凹部が貫通孔と同軸状となるようにして両端面が２つの電極部材の対向する主面にそれぞれ接合された、セラミックスからなる複数の円柱状の絶縁柱と、凹部に嵌入ロウ付けされた、金属からなる円筒状のネジ止め部材と、貫通孔に挿入されるとともにネジ止め部材にネジ込まれることによって、電極部材と絶縁柱とをネジ止めしているネジとを具備しており、凹部は、横断面形状が円形状であるとともに底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層が形成されていることより、セラミックス製の絶縁柱に欠けなどの破損が発生し易いネジ加工を施すことなくネジ止めすることができるため、電極部材の対向する主面に絶縁柱を接合する際のネジ止め時に、絶縁柱にカケ，クラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００４７】
また、ネジ止め部材と絶縁柱とを接合するロウ材がネジ止めによる応力を有効に緩和することができるため、絶縁柱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、近時の核融合実験装置における中性粒子加熱装置に用いられる大型の絶縁支柱においても、絶縁柱にカケ，クラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００４８】
さらに、絶縁柱の両端面に形成された凹部は、横断面形状が円形状であるとともに底面が凹んだ曲面とされており、その内面の全面にメタライズ層が形成されているため、電極部材を加速電極等に接続して高い電圧を印加した際、ネジに生じる電荷は角部に集中することなく凹部内面の滑らかな曲面状のメタライズ層全面に分散させることができ、対向するネジ間での放電を有効に抑制することができる。
【００４９】
本発明の絶縁支柱は、ネジ止め部材の厚みが０．５乃至２．５ｍｍであることにより、絶縁柱にネジ止め部材をロウ付けする際に発生する熱膨張差による応力で絶縁柱にカケ，クラック等の破損が発生するのを防止できるとともに、ネジ止め部材が変形してネジ止めできなくなるのを防止できる。その結果、長期にわたってより正常に機能する絶縁支柱を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の絶縁支柱における絶縁柱と電極部材との接合部について実施の形態の一例を示す部分拡大断面図である。
【図２】従来の絶縁支柱における絶縁柱と電極部材との接合部を示す部分拡大断面図である。
【図３】従来の絶縁支柱の斜視図である。
【符号の説明】
１：絶縁柱
２：電極部材
３：ネジ止め部材
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】
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【図３】
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