(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子管の信号線を外部に導き出すための電子管用セラミックス部品において、信号線を導き出すための信号線取出用管を挿入するための信号線取出用孔が斜めに設けられていると共に、信号線取出用孔の断面において下側の辺の低い部分から引いた水平線からの信号線取出用孔の角度が５〜３０°であり、信号線取出用管と信号線取出用孔がメタライズ層を介したろう付けにより接合されていることを特徴とする電子管用セラミックス部品。
【請求項２】
セラミックスがアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウムの少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１記載の電子管用セラミックス部品。
【請求項３】
電子管用セラミックス部品の肉厚が３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の電子管用セラミックス部品。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子管用セラミックス部品を用いたことを特徴とする電子管。
【請求項５】
電子管が、イメージ増幅管、ＧＴＯ管の少なくとも１種であることを特徴とする請求項４記載の電子管。
【請求項６】
信号線取出用管にストッパーが設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の電子管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子管用セラミックス部品において、信号線を外部に導き出すための部品およびそれを用いた電子管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子管としては、イメージ増幅管、ＧＴＯ管（ゲートターンオフ管）など様々なものが存在する。例えば、イメージ増幅管の代表例としてＸ線イメージ管がある。Ｘ線イメージ管はＸ線像を可視像に変換する電子管であり、主として医療分野において使用されている。
Ｘ線イメージ管の一般的な構成は図４に示した通り、真空容器となる外囲器７、ＣＣＤカメラ等を収納した収納部６、その収納部６と外囲器７との間に信号線を外部に導き出すための部品として電子管用セラミックス部品１を具備している。電子管用セラミックス部品１は、主として外囲器７に設けられた半導体チップの信号線を外部回路等に接続するために使用されている。
従来の電子管用セラミックス部品は、例えば図３に示したように信号線取出用管２を挿入するための信号線取出用孔５が実質的に水平に設けられていた。そのため、信号線取出用管２を電子管用セラミックス部品にメタライズやろう付け等により接合する際、抜け落ち易い等の製造性の悪さが問題となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するために、信号線取出用孔５に予めろう材を塗布しておくことも考えられるが、信号線取出用孔５は直径５ｍｍ以下と小さいことからろう付けを行う際の熱処理により毛細管現象が起きてしまい信号線取出用管２を孔５から押出してしまっていた。そのためろう付け中に信号線取出用管２を左右から抑えるための冶具が別途必要となり、必ずしも製造性がよいとは言えなかった。
信号線取出用管２を使用しないことも考えられるが、電子用セラミックス部品１は真空容器である外囲器７に接続されるものであることから気密性が求められる。そのため信号線取出用管２がない場合は信号線取出用孔２のサイズを信号線そのもののサイズに合わせるか、別途封着工程を行い気密性を保たねばならなかった。しかしながら、信号線のサイズに合わせることは孔の径を精密加工せねばならず、仮に精密加工を行ったとしても径が小さいことから信号線を挿入することが難しい。また、封着工程としてろう材や接着剤による固定を行ったとしても信号線を直接的に封着していることから電子管の稼動時の信号線の発熱により封着強度が低下する恐れがある。
【０００４】
このようなことから電子管において信号線を外部に導き出すために信号線取出用管は必要であったが、従来の信号線を外部に導き出すための信号線取出用管を有する電子管用セラミックス部品を用いた電子管は必ずしも製造性がよいとは言えなかった。それに対し、本発明の電子管用セラミックス部品はこのような不具合を改善し、製造性を大幅に向上させた電子管用セラミックス部品およびそれを用いた電子管を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子管用セラミックス部品は、電子管の信号線を外部に導き出すためのものであり、信号線を導き出すための信号線取出用管を挿入するための信号線取出用孔が斜めに設けられていることを特徴とするものである。また、セラミックスはアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウムの少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。
【０００６】
また、信号線取出用孔の角度が５〜３０°であることが好ましく、信号線取出用管と信号線取出用孔がメタライズ層を介したろう付けにより接合されていることが好ましい。また、電子管用セラミックス部品の肉厚が３ｍｍ以上であるものに特に有効である。
また、本発明では、このような電子管用セラミックス部品を用いた電子管をも包含するものである。電子管とは、イメージ増幅管、ＧＴＯ管の少なくとも１種であることが好ましい。また、信号線取出用管にストッパーが設けられていることが好ましい。
このような電子管用セラミックス部品であれば、信号線取出用管を信号線取出用孔に挿入または接合時の信号線取出用管の抜け落ち等の不具合が無くなると共に、メタライズろう材を信号取出孔内に予め設けていたとしても熱処理による毛細管現象により抜け落ちると言った不具合も改善できる。特に、信号線取出用孔を斜めに設けることにより、電子管用セラミックス部品の肉厚が３ｍｍ以上と厚いものに対して、ろう付けする際の不良発生率を大幅に低減することができる。
【０００７】
また、本発明の電子管用セラミックス部品を電子管に装着したとしても、従来の電子管用セラミックス部品と何等変らぬ耐久性を具備しており、電子管としての信頼性も十分である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の電子管用セラミックス部品は、電子管の信号線を外部に導き出すための部品であり、信号線を導き出すための信号線取出用管を挿入するための信号線取出用孔が斜めに設けられていることを特徴とするものである。
図１は本発明の電子管用セラミックス部品の一例を示す断面図である。図１において、１は電子管用セラミックス部品、２は信号線取出用管、３は外囲器７の電子管用セラミックス部品取付部、４はストッパー、５は信号線取出用孔、６は収納部を示すものである。外囲器は真空容器を示すものである。収納部６は例えばＸ線イメージ管においてＣＣＤカメラ等を収納している部分である。電子管においては、外囲器の電子管用セラミックス部品取付部３に電子管用セラミックス部品１をろう付けすると共に、電子管用セラミックス部品１に収納部６をろう付けすることにより電子管構造を形成している。
本発明では、この信号線取出用孔５を斜めに設けたことを特徴とするものである。斜めに設けることにより特にろう付け時のろう材の毛細管現象による信号線取出用管の抜け落ちや位置ずれを抑制することができる。
【０００９】
斜めの角度については例えば図２に示したように信号線取出用孔５の断面において下側の辺を利用し、低い部分から水平線を引き、角度θを求めるものとする。下側、上側については外囲器７側を上、収納部６側を下側とする。
【００１０】
この角度が５°以上であれば本発明の効果が得られるが、好ましくは５〜３０°である。角度θが５°未満では角度を設けた効果が得難くい。また、角度θが３０°を超えると孔を設けることが困難になると共に、孔の断面積が必要以上に大きくなってしまうので電子管用セラミックス部品の強度低下の原因となり易い。
【００１１】
本発明において信号線取出用孔５の断面は、上辺および下辺が平行であるものが好ましいが、例えば、断面において電子管用セラミックス部品１の外側の孔の大きさ（直径）と内側の孔の大きさ（直径）が異なる大きさ（直径）であってもよい。また、信号線取出用孔５は円形が好ましいが、四角等の多角形であってもよい。また、信号線取出用孔５は図１において１つしか設けていないが、必要に応じ複数の孔を設けて良い。また、外側の孔と内側の孔がどちらが上にあっても良いが、信号線取出用管２をろう付けする際に外側の孔が上側にあった方が好ましい。
【００１２】
このような所定の角度θを有する信号線取出用孔５を設けることにより信号線取出用管２を挿入、接合する際に抜け落ち等の不具合が改善される。また、信号線取出用管２と信号線取出用孔５はメタライズ層を介したろう付け等により固定することが好ましい。
【００１３】
信号線取出用管２とは、管の中に信号線を通すためのものであり、この信号線が外囲器に設けられた半導体チップや収納部にあるＣＣＤカメラ等に接続される。また、外囲器は真空容器であることから、そこに接続される電子管用セラミックス部品１においても気密性は求められる。そのため信号線取出用管２と信号線取出用孔５の隙間が空かないようにしておくことは重要である。信号線取出用管２と信号線取出用孔５の接合・固定方法として、(1)ろう付けによる固定方法、(2)メタライズ法により固定する方法、(3)信号線取出用孔５の直径と信号線取出用管２の直径を同じにすることにより挿入のみによる固定方法、  (4)接着剤による固定方法などが挙げられる。
いずれの方法であっても信号線取出用管２の固定は可能であるが、(3)挿入のみによる固定では電子管用セラミックス部品１および信号線取出用管２に必要以上に応力がかかり電子管使用時の熱膨張により信号線取出用孔５または信号線取出用管２が破損する恐れもある。また、(4)接着剤による固定方法では電子管使用時の熱により接着剤が溶け出す恐れがあり気密性の信頼性が低下する可能性がある。
【００１４】
一方、(1)ろう付けや(2)メタライズ法による固定で前述のような熱膨張や溶け出しによる不具合は生じない。しかしながら、(1)ろう付けによる固定方法では、ろう材として主に使用されるＢＡｇ−８等の銀系ろう材や銅系ろう材がセラミックスとの濡れ性が悪いことから十分な接合強度が得られない。
(2)メタライズ法のみによる固定に関しては、主にＷ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｒ等の高融点金属層が用いられる。このような高融点金属層はセラミックスとの濡れ性は改善されるものの、前記ろう材と比べて高価であることから気密性を保つために分厚い層を形成することは経済的でない。メタライズ層の形成方法としては、スパッタ等の真空蒸着、有機溶媒中に高融点金属粉末を混合した高融点金属ペーストの塗布など様々な方法が適用可能である。
【００１５】
このようなことから、好ましい固定方法としては、電子管用セラミックス部品１の信号線取出用孔５の内面にメタライズ層を形成し、必要に応じＮｉメッキを施した後、ろう材を塗布して、信号線取出用孔５に信号線取出用管２を挿入した後約７００〜９００℃で熱処理により固定することが好ましい。このような方法であれば、気密性が高く、熱に強い接合状態を得ることができる。
【００１６】
メタライズ層およびろう材層（必要に応じＮｉメッキ層）からなる接合層の厚さは信号線取出用管２と信号線取出用孔５の間を埋めるものであることから特に限定されるものではないが５〜１５０μｍ（０．００５〜０．１５ｍｍ）程度が好ましい。接合層の厚さが５μｍ未満では接合強度が弱くなり易い。一方、１５０μｍを超えると毛細管現象が大きくなり熱処理中に信号線取出用管２が信号線取出用孔５から抜け落ち易くなってしまう。また、あまり接合層が厚いと均一に熱処理し難いことからポアの多い接合層になり気密性の低下の原因になる。言い換えると、信号線取出用孔５と信号線取出用管２との隙間は５〜１５０μｍの範囲内であることが好ましいといえる。
【００１７】
本発明の電子管用セラミックス部品は信号線取出用孔５が斜めに設けられていることから、そこに挿入した信号線取出用管２は常に下側に抜け落ちようとする力（重力）を受けている。そのめた、接合中に生じる毛細管現象とこの下側に抜け落ちようとする力のバランスがつりあうことにより接合固定のための熱処理中に信号線取出用管２が抜け落ちるといった不具合が抑制されるのである。
また、毛細管現象は電子管用セラミックス部品１の肉厚が厚いほど大きくなるが、本発明の電子管用セラミックス部品であれば肉厚が３ｍｍ以上であっても製造性および取り扱いが良好である。同様に信号線取出用孔５の直径が小さい場合も毛細管現象は大きくなるが、本発明の電子管用セラミックス部品であれば信号線取出用孔５の直径が１〜３ｍｍのものであっても製造性が良い。
【００１８】
また、下側に抜け落ちようとする力が強い場合には、図１に示したように信号線取出用管２にストッパー４を設けることが好ましい。なお、下側に抜け落ちようとする力は、信号線取出用管２のサイズ、信号線取出用孔５のサイズ、接合層の厚さなど様々な要因が挙げられることから、ストッパー４は必要に応じ適宜設けることとする。
ストッパー４を設ける位置については特に限定されるものではないが、信号線取出用管２が信号線取出用孔５の内側から突出しないような位置に設けることが好ましい。信号線取出用管２が内側に突出してしまうと、外囲器等に接続した場合に半導体チップ等に接触してしまう可能性があるからである。
【００１９】
信号線取出用管２の材質は特に限定されるものではないが、メタライズまたは／およびろう付けにより固定される場合は、コバール合金やインバー合金などの低熱膨張合金またはセラミックスからなることが好ましい。前述のようにメタライズやろう付けによる接合は接合の際に熱を加えねばならないため、信号線取出用管２が銅やアルミニウムのように熱膨張率が高いものからなると熱処理時に変形する恐れがある。また、低熱膨張合金やセラミックスは電子管用セラミックス部品を構成するセラミックスと熱膨張率が近似しやすいことからも好ましい。熱膨張率が近似していれば熱膨張に伴う変形を緩和できる。
【００２０】
次に、本発明の電子管用セラミックス部品の製造方法について説明する。製造方法については特に限定されるものではないが、例えば次のような方法がある。
主成分となるセラミックス粉末と、必要に応じ焼結助剤を混合し、成形、脱脂、焼成する方法である。成形については、射出成形、泥しょう鋳込み、プレス成形、押出し成形など様々な方法が適用可能である。焼成についても、常圧焼結、雰囲気加圧、ホットプレス、ＨＩＰなど特に限定されるものではなく、電子管用セラミックス部品のサイズや材質に応じ適宜選択可能である。
信号線取出用孔５の加工は、焼成前の成形体に直接設けても良いし、焼成後に穴あけ加工を施しても良い。
【００２１】
【実施例】
（実施例１〜５、比較例１）
アルミナを主成分とする円筒状の電子管用セラミックス部品（外径60mm、内径50mm、高さ10mm、肉厚5mm）を作製した。この電子管用セラミックス部品に対し、表１に示したように直径2mmの信号線取出用孔の角度を変えたものを用意した。
このような電子管用セラミックス部品に、インバー合金製信号線取出用管をMoメタライズ層／Niメッキ層／BAg-8ろう材層からなる接合層により固定した。なお、接合層の厚さは３０μｍとした。
このとき、信号線取出用管の抜け落ちる確立（接合不良率）を測定した。
なお、比較例１として信号線取出用孔を水平（角度θ＝０°）にしたものについても同様の測定を行った。その結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
0004664488.tif 000002
【００２３】
表１から分かる通り、本発明の電子管用セラミックス部品においては、信号線取出用管の取付時のメタライズ不良率が６％以下であることが判明した。また、信号線取出用孔の角度θは５〜３０°、さらには１０〜２０°の範囲が好ましいことが分かった。なお、実施例５のように角度が３０°を超えるとセラミックスの成形性が悪く、所定の角度θを具備した孔を形成することが難しくなる。
それに対し、比較例１のものは毛細管現象等により、抜け落ち易いことが判明した。
【００２４】
（実施例６〜１０、比較例２）
実施例１〜５、比較例１と同じ形状の電子管用セラミックス部品を用い、図１に示したように信号線取出用管に信号線取出用孔より一回り大きなストッパーを設け、実施例１と同様にメタライズ不良率を測定した。その結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
0004664488.tif 000003
【００２６】
表２から分かる通り、信号線取出用管にストッパーを設けることにより、信号線取出用孔を斜めに設けたものは、メタライズ処理中の抜け落ち等の不良を抑制できることが判明した。
それに対し、比較例２のように角度θが０°のものを設けてもその効果が少ないことが分かった。
【００２７】
（実施例１１〜１３）
実施例２の電子部品用メタライズ部品において、セラミックスをアルミナから表３に示したものに代えた場合について同様の測定を行った。その結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】
0004664488.tif 000004
【００２９】
表３から分かる通り、セラミックスの材質を変えても本発明の効果が得られることが分かった。
【００３０】
（実施例１４〜１８、比較例３）
実施例１〜５、比較例１の電子管用セラミックス部品を用い、表４に示す分野の電子管に装着した。各電子管を稼動させた際の不具合の有無を検討した。「不具合の有無」は各電子管を１０分間稼動→１０分停止を１サイクルとし、３０サイクルの条件で稼動した際の電子管用セラミックス部品の不具合の有無を確認した。その結果を表４に示す。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
表４から分かる通り、いずれも不具合は確認されなかった。その結果、信号線取出用孔を斜めに設けた本発明の電子管用セラミックス部品は、孔を水平に設けた従来品と同じレベルの耐久性を具備していることが判明した。このことから、孔を斜めに設けたとしても気密性や熱膨張の影響は特に問題ないことが分かる。
【００３３】
（実施例１９〜２１、比較例４〜５）
実施例２の電子管用セラミックス部品をにおいて、電子管用セラミックス部品の内径、外径を表５のように変えることにより肉厚を変えたものを作製した。このような電子管用セラミックス部品について同様の測定を行った。
また、比較のために比較例１のもについても肉厚を変えたものを作製し、同様の測定を行った。その結果を表５に示す。
【００３４】
【表５】
0004664488.tif 000006
【００３５】
表４から分かる通り、肉厚が３ｍｍ以上の厚いものに、本発明は有効であることが分かった。それに対し、比較例のものは肉厚が３ｍｍ以上と厚いと信号線取出用管の毛細管現象が起きてしまうため接合不良率を増加させてしまうことが分かった。
このように本発明の電子管用セラミックス部品は肉厚が３ｍｍ以上と厚いものであっても有効であることが判明した。
【００３６】
（実施例２２〜２５）
次に、実施例２の電子管用セラミックス部品をにおいて、電子管用セラミックス部品の信号線取出用孔の直径、信号線取出用孔と信号線取出用管の隙間を表６のように変えたものを作製した。このような電子管用セラミックス部品について同様の測定を行った。また、比較のために比較例１のもについて前記直径及び前記隙間を変えたもについても同様の検討を行った。その結果を表６に示す。
【００３７】
なお、前記隙間については、いずれもMoメタライズ層／Niメッキ層／BAg-8からなる接合層により埋めるものとする。従って、前記隙間＝接合層の厚さとなる。
【００３８】
【表６】
0004664488.tif 000007
【００３９】
表６から分かる通り、本発明の電子管用セラミックス部品であれば、信号線取出用孔のサイズが５ｍｍ以下、さらには１〜３ｍｍと小さくても有効である。さらに信号線取出用孔と信号線取出用管の隙間が０．０１〜０．１５ｍｍ、つまりは接合層の厚さが０．０１〜０．１５ｍｍであっても有効である。このことは、例えば接合層の厚さが０．１５ｍｍと厚くなり、毛細管現象が起き易くなったとしても十分有効であることを示すものである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のように、電子管の信号線を外部に導き出すための電子管用セラミックス部品において、信号線を導き出すための信号線取出用管を挿入するための信号線取出用孔が斜めに設けたものは信号線取出用管を取付ける際の接合不良率を大幅に低減できることが判明した。
特に、電子管用セラミックス部品の肉厚が３ｍｍ以上と厚くても十分効果が得られるものである。
また、各種電子管に適用したとしても耐久性は従来品と同等であり、使用上の問題は何等発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電子管用セラミックス部品の一例を示した断面図である。
【図２】  本発明の電子管用セラミックス部品の信号線取出用孔の角度を測定する一例を示した断面図である。
【図３】  従来の電子管用セラミックス部品を示した断面図である。
【図４】  電子管用セラミックス部品を装着した電子管の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
１……電子管用セラミックス部品
２……信号線取出用管
３……外囲器のセラミックス部品取付部
４……ストッパー
５……信号線取出用孔
６……収納部
７……外囲器
【図１】
0004664488.tif 000008
【図２】
0004664488.tif 000009
【図３】
0004664488.tif 000010
【図４】
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