(57)【要約】【課題】メタライズ層の端部がセラミック基体から離れないようにすることにより、その上に金属薄膜を被着させた際のセラミック基体の両端面に設けられた電極間における導通抵抗を安定させること。【解決手段】筒状のセラミック基体１と、その内周面の両端部から両端面にかけてそれぞれ形成された活性金属成分を含む第一のメタライズ層２と、その表面に被着されたニッケルメッキ層３と、ニッケルメッキ層３のセラミック基体１の内周面側の両端部から内周面にかけてそれぞれ被着された活性金属成分を含む第二のメタライズ層４と、両端部の第二のメタライズ層４の端面およびニッケルメッキ層３の表面を覆うようにそれぞれ被着されたロウ材５と、このロウ材５を介して接合された導電性部材６と、一方の第二のメタライズ層４の表面からセラミック基体１の内周面を経て他方の第二のメタライズ層４の表面にかけて連続して被着された金属薄膜７とを具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のセラミック基体と、その内周面の両端部から両端面にかけてそれぞれ形成された、銀，金，銅，ニッケルおよびアルミニウムのうちの少なくとも１種を主成分として含有するとともにチタン，ジルコニウムおよびハフニウムのうちの少なくとも１種を活性金属成分として含有する第一のメタライズ層と、該第一のメタライズ層の表面に被着されたニッケルメッキ層と、該ニッケルメッキ層の前記セラミック基体の前記内周面側の両端部から前記内周面にかけてそれぞれ被着された、銀，金，銅，ニッケルおよびアルミニウムのうちの少なくとも１種を主成分として含有するとともにチタン，ジルコニウムおよびハフニウムのうちの少なくとも１種を活性金属成分として含有する第二のメタライズ層と、前記両端部の前記第二のメタライズ層の端面および前記ニッケルメッキ層の表面を覆うようにそれぞれ被着されたロウ材と、該ロウ材を介して前記セラミック基体の両端面側にそれぞれ接合された導電性部材と、一方の前記第二のメタライズ層の表面から前記セラミック基体の前記内周面を経て他方の前記第二のメタライズ層の表面にかけて連続して被着された金属薄膜とを具備していることを特徴とするセラミックチャンバー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシンクロトロン等において真空ダクトとして使用されるセラミックチャンバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円形粒子加速器の一種であるシンクロトロンは、電子ビームを導入する入射セクション、電子を加速する加速セクション、電子を出射する出射セクションから構成されている。このシンクロトロンの入射セクションおよび出射セクションにおいては電子ビームの軌道を大きく変化させる必要があるために磁場の時間変化が大きく、渦電流の発生による発熱と磁場の乱れを引き起こす金属製チャンバーは使用できないことから、セラミックチャンバーが用いられている。
【０００３】
しかしながら、このセラミックチャンバーにおいては、セラミックスの体積固有抵抗が大きいために電子ビームがセラミックチャンバー壁面に誘起する壁電流がセラミックチャンバー表面をスムーズに流れずセラミックチャンバー壁面に拡散していくため、この拡散した電荷によって電子ビームの軌道が不安定になってしまうことがあった。また、アルミナセラミックスから成るセラミックチャンバーの場合、セラミックチャンバーの内周面からの二次電子放出が多く、放出された二次電子がセラミックチャンバー内側の電子ビームの軌道を妨げるためにビームロス（電子ビーム中の電子の減少）を引き起こしてしまうことがあった。これらの対応策として、筒状のセラミックチャンバーの内周面に二次電子放出を抑制するＴｉＮ（窒化チタン）等の非磁性の金属薄膜を被着させる構成がとられている。この構成によれば、変動磁場が誘起する渦電流を抑制しつつ壁電流をスムーズに流すことができるため、電子ビームの軌道を安定させることができてビームロスを抑制することができる。
【０００４】
また、セラミックチャンバーには、隣接する金属製チャンバーと接続するためにフランジ（導電性部材）が設けられており、図３の断面図に示す構成のものが使用されている。
【０００５】
従来のセラミックチャンバーは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス等からなる筒状のセラミック基体１１の端面から内周面にかけてメタライズ層１２を形成し、そのメタライズ層１２の表面にニッケル（Ｎｉ）メッキ層１３を被着した後、ロウ材１４を介して金属等の導電性部材１５を接合し、その後、一方のメタライズ層１２の内周面の部位からセラミック基体１１の内周面を経て他方のメタライズ層１２の内周面の部位にかけて、蒸着等の手段によって、ＴｉＮ等の二次電子放出防止効果を有する非常に薄い金属薄膜１６を被着して成る構成となっている。この金属薄膜１６は、セラミック基体１１の内周面におけるセラミックスの露出を防止するものであり、また、セラミック基体１１の両端面に設けられた電極が金属薄膜１６を介して互いに接続されることによって、壁電流をスムーズに流すことができる。なお、金属製の導電性部材１５は、隣接して設けられる他のセラミックチャンバーや金属製チャンバーとメタルシール等を使用して気密接続させるためのものであり、ステンレス製のものが用いられる。
【０００６】
【非特許文献１】
平野英樹  著，「実用真空技術総覧」，（株）産業技術サービスセンター  出版，１９９０年１１月２６日，ｐ．９１５−９５９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のセラミックチャンバーにおいては、図３に示す従来のセラミックチャンバーの端部を拡大した図４の断面図に示すように、加工工程においてメタライズ層１２の端部がセラミック基体１１の表面から離れてしまう場合があった。そして、このような部分では、金属薄膜１６を被着させた際にメタライズ層１２とセラミック基体１１との境界付近で金属薄膜１６が連続して被着されず導通不良を生じるため、セラミック基体１１の両端面に設けられた電極間の導通抵抗が不安定なものとなるという問題点があった。このような場合、金属薄膜１６が局所的に導通不良となってしまうため、電子ビームを通過させた際に壁電流がスムーズに流れずに電荷がセラミックチャンバー壁内に拡散したり、セラミックチャンバーの内周面が露出していることによって二次電子がセラミックチャンバー内に放出されたりすることにより、電子ビームの軌道が不安定なものとなってビームロスが生じてしまい、最悪の場合は金属薄膜１６が断線して壁電流が全く流れなくなり、シンクロトロンが動作しなくなる。
【０００８】
このような問題は、メタライズ層１２を活性金属法により形成した場合、すなわち、銀（Ａｇ），金（Ａｕ），銅（Ｃｕ）等のうちの少なくとも１種を主成分とする金属に、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ）等のうちの少なくとも１種の活性金属成分を混入させて形成したメタライズ層１２の表面にニッケルメッキ層１３を被着し、その表面にロウ材を介して導電性部材１５を接合した場合に、ロウ付け温度まで加熱されたニッケルメッキ層１３がメタライズ層１２の層内に拡散するとともに、ロウ材１４とも固溶体を形成するため、メタライズ層１２を均一に保護していたニッケルメッキ層１３が不均一となってしまうことにより生ずる。
【０００９】
これにより、保護層として機能すべきニッケルメッキ層１３が消失した部分からロウ材１４の成分がメタライズ層１２に侵入してしまい、ロウ材１４の成分が侵入したメタライズ層１２の表面近傍は一部液相化してしまう。
【００１０】
特にメタライズ層１２の端部付近ではニッケルメッキ層１３の厚みが薄くなっているために、ロウ材１４の成分がメタライズ層１２に侵入しやすい状態となっている。一方で、この端部付近ではメタライズ層１２の厚みが薄いために活性金属の絶対量が少なくなり、そのためにメタライズ層１２の密着強度が弱くなっている。そして、ロウ材１４の成分がメタライズ層１２の端部に侵入することによりメタライズ層１２の端部が液相化し、メタライズ層１２の端部がセラミック基体１１の表面から離れてしまう。その結果、金属薄膜１６が被着される際に金属薄膜１６がメタライズ層１２とセラミック基体１１との境界付近で連続して被着されず導通不良を起こしやすいという問題を生じていた。
【００１１】
これに対し、ロウ材１４がメタライズ層１２の端部まで流れることを防止するために、ロウ材１４の濡れ性を良好にする作用があるニッケルメッキ層１３がメタライズ層１２の端部に形成されないようにするという構成もある。これはメタライズ層１２の端部をマスキングし、次いでニッケルメッキ層１３を形成した後にマスキングを除去するという工程により行なうものである。この構成によれば、メタライズ層１２の端部にニッケルメッキ層１３が形成されないために、ロウ材１４を流したときにメタライズ層１２の端部はロウ材１４に濡れないので、メタライズ層１２の端部がロウ材１４により液層化されることがない。しかしながら、この方法による場合、工程が長くなるとともに、マスキング除去に用いる剥離液によってセラミック基体１１やメタライズ層１２が劣化するという問題点や、剥離液の残渣によってロウ付け接合強度が低下して不良が生じやすくなるという問題点があった。
【００１２】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、セラミック基体１１とメタライズ層１２との境界付近でメタライズ層１２の端部がセラミック基体１１の表面から離れないようにすることにより、その上に金属薄膜１６を被着させた際に、セラミック基体１１の両端面に設けられた電極間における導通抵抗を安定させることができて、その結果シンクロトロン内の電子ビームを効率良く通過させるセラミックチャンバーを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミックチャンバーは、筒状のセラミック基体と、その内周面の両端部から両端面にかけてそれぞれ形成された、銀，金，銅，ニッケルおよびアルミニウムのうちの少なくとも１種を主成分として含有するとともにチタン，ジルコニウムおよびハフニウムのうちの少なくとも１種を活性金属成分として含有する第一のメタライズ層と、この第一のメタライズ層の表面に被着されたニッケルメッキ層と、このニッケルメッキ層の前記セラミック基体の前記内周面側の両端部から前記内周面にかけて被着された、銀，金，銅，ニッケルおよびアルミニウムのうちの少なくとも１種を主成分として含有するとともに、チタン，ジルコニウムおよびハフニウムのうちの少なくとも１種を活性金属成分として含有する第二のメタライズ層と、前記両端部の前記第二のメタライズ層の端面および前記ニッケルメッキ層の表面を覆うようにそれぞれ被着されたロウ材と、このロウ材を介して前記セラミック基体の両端面側にそれぞれ接合された導電性部材と、一方の前記第二のメタライズ層の表面から前記セラミック基体の前記内周面を経て他方の前記第二のメタライズ層の表面にかけて連続して被着された金属薄膜とを具備していることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のセラミックチャンバーは、内周面の両端部から両端面にかけてそれぞれ形成された活性金属成分を含む第一のメタライズ層と、第一のメタライズ層の表面に被着されたニッケルメッキ層と、このニッケルメッキ層のセラミック基体の内周面側の両端部から内周面にかけて被着された活性金属成分を含む第二のメタライズ層と、両端部の第二のメタライズ層の端面およびニッケルメッキ層の表面を覆うようにそれぞれ被着されたロウ材と、第二のメタライズ層の表面からセラミック基体の内周面を経て他方の第二のメタライズ層の表面にかけて連続して被着された金属薄膜とを具備していることから、第二のメタライズ層がロウ材に濡れにくくニッケルメッキ層の表面を覆うロウ材に対する堤防として機能するので、セラミック基体の内周面と第二のメタライズ層との境界付近にロウ材が被着しない。その結果、第一および第二のメタライズ層の端部がセラミック基体から離れないようにすることができるので、金属薄膜の導通不良を生じさせないようにでき、セラミック基体の両端面に設けられた電極間における導通抵抗を安定したものとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミックチャンバーを以下に詳細に説明する。    図１は本発明のセラミックチャンバーの実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１の要部拡大断面図である。図１、図２において、１は円筒状のセラミック基体、２はセラミック基体１の内周面の両端部から両端面にかけてそれぞれ形成された活性金属成分を含有する第一のメタライズ層、３は第一のメタライズ層２の表面に被着されたニッケルメッキ層、４はニッケルメッキ層３のセラミック基体１の内周面側の両端部からセラミック基体１の内周面にかけてそれぞれ被着された活性金属成分を含有する第二のメタライズ層、５は第二のメタライズ層４の端面およびニッケルメッキ層３の表面を覆うようにそれぞれ被着されたロウ材、６はロウ材５を介してセラミック基体１の両端面側にそれぞれ接合された導電性部材、７は第二のメタライズ層４の表面からセラミック基体１の内周面を経て他方の第二のメタライズ層４の表面にかけて連続して被着された金属薄膜である。
【００１６】
本発明のセラミックチャンバーのセラミック基体１は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス等の電気絶縁性に優れるセラミックスからなり、内周面および外周面ともに円筒状の筒状または内周面が円筒形で外周面が四角柱状等の筒状の形状を有している。そしてセラミック基体１の両端面には図１のような電極が設けられる。
【００１７】
このようなセラミック基体１は、アルミナ（Ａｌ２０３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミ（ＡｌＮ）等のセラミックスから成り、例えばアルミナセラミックスから成る場合、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ等を添加混合して調製した原料粉末を、所定形状のプレス型内に充填するとともに、これを所定圧力でプレスして成形し、しかる後得られた成形体を大気中で約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００１８】
また、セラミック基体１の内周面の両端部から両端面にかけてそれぞれ第一のメタライズ層２が被着形成される。この第一のメタライズ層２は、Ａｇ（銀），Ａｕ（金），Ｃｕ（銅），Ｎｉ（ニッケル），Ａｌ（アルミニウム）のうちの少なくとも１種を主成分として含有するとともに、Ｔｉ（チタン），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｈｆ（ハフニウム）のうちの少なくとも１種を活性金属成分として含有する導電材料から成り、導電性部材６をニッケルメッキ層３およびロウ材５を介してセラミック基体１に接合するための下地金属となる。
【００１９】
この第一のメタライズ層２は、例えばＡｇ粉末７０質量％およびＣｕ粉末２６質量％ならびに活性金属成分としてのＴｉ粉末４質量％にエチルセルロース等の適当な有機バインダおよび粘度調整用の酢酸ブチル等の溶剤を適量添加混合して得た金属ペーストを、セラミック基体１の内周面の両端部から両端面にかけて両端面全周にわたってスクリーン印刷や筆塗り法等によって約３０〜１００μｍの厚さに塗布し、これを真空炉中で約８００℃の温度で焼き付けることによって、セラミック基体１の両端面および内周面の両端部に被着形成される。
【００２０】
そして、第一のメタライズ層２の表面には、第一のメタライズ層２の酸化腐蝕を防止するとともに、ロウ材５の流れ性を向上させるために、ニッケルメッキ層３を、電解メッキ法にて１〜５μｍ程度の厚みで被着させる。
【００２１】
次いで、第一のメタライズ層２のセラミック基体１の内周面の両端部からセラミック基体１の内周面にかけて第二のメタライズ層４が被着形成される。第二のメタライズ層４となる金属ペーストは、Ａｇ（銀），Ａｕ（金），Ｃｕ（銅），Ｎｉ（ニッケル），Ａｌ（アルミニウム）のうちの少なくとも１種を主成分として含有するとともに、Ｔｉ（チタン），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｈｆ（ハフニウム）のうちの少なくとも１種を活性金属成分として含有するものであり、焼き付け時の液相温度がロウ材５と同じであるものが好ましい。
【００２２】
第二のメタライズ層４は、例えばＡｇ粉末７０質量％およびＣｕ粉末２６質量％ならびに活性金属成分としてのＴｉ粉末４質量％にエチルセルロース等の適当な有機バインダおよび粘度調整用の酢酸ブチル等の溶剤を適量添加混合して得た金属ペーストを、ディスペンサ等によってニッケルメッキ層３のセラミック基体１の内周面側の両端部からセラミック基体１の内周面にかけて全周にわたって塗布し、この金属ペーストを乾燥した後、シート状のロウ材５と導電性部材６とを治具によって組み立て配置した後に真空炉中にて約８００℃の温度にて導電性部材６のロウ付け接合と同時に被着形成される。
【００２３】
このときに第二のメタライズ層４となる金属ペーストは、セラミック基体１の内周面に被着された部分においてはセラミック基体１の表面に被着され、またニッケルメッキ層３の表面に被着された部分は、第二のメタライズ層４となる金属ペーストの上にニッケルメッキ層３が施されていないことから、ロウ材５の流れ性が悪くなり、ロウ材５がセラミック基体１の内周面に流れようとするのを阻止する堤防（ダム）として機能する。その結果、ロウ材５が第一および第二のメタライズ層２，４とセラミック基体１の表面との境界付近に流れることがなく、第一および第二のメタライズ層２，４の端部がセラミック基体１の表面から離れてしまうことがない。
【００２４】
ロウ材５は銀（約７２質量％）−銅（約２８質量％）ロウ等の流れ性が良好なロウ材５を使用するが、第一のメタライズ層２の液相温度以下のものが好ましい。ロウ材５は、ロウ付けする前の状態では第一のメタライズ層２と導電性部材６の間に挿入できるシート状のものがよく、ロウ付け時には荷重をかけてロウ付けすることが好ましい。
【００２５】
第一のメタライズ層２にニッケルメッキ層３を介してロウ付けされる導電性部材６は、セラミック基体１と熱膨張の近似した鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金などの金属、もしくはメタライズが施されたセラミックスから成る。特に金属の場合、セラミック基体１の熱膨張差等によるクラックを防止するために、応力緩和用のセラミックリング等を介してロウ付けすることが好ましい。この導電性部材６は、例えば図１に示すようにロウ付けされる側の円環状の一面と反対側に延びるように円筒部とが形成されており、隣接して設けられる他のセラミックチャンバーや金属製チャンバーの円筒部同士を接続することにより、気密に接続するためのフランジとして機能するとともに、隣接して設けられる他のセラミックチャンバーや金属製チャンバーとの間を電気的に接続する導電性部材として機能する。
【００２６】
最後に金属薄膜７を、一方の第二のメタライズ層４の表面からセラミック基体１の内周面を経て他方の第二のメタライズ層４の表面にかけて連続して被着させて本発明のセラミックチャンバーとなる。
【００２７】
金属薄膜７は、例えばＴｉＮ等の金属を厚さ１〜６μｍに蒸着させることで形成される。なお、金属薄膜７はロウ材５のセラミック基体１の内周面側の表面も覆うように被着されていてもよい。
【００２８】
かくして、第二のメタライズ層４とセラミック基体１との境界付近で第二のメタライズ層４の端部がセラミック基体１の表面から離れてしまうような隙間ができないことから、一方の第二のメタライズ層４の表面からセラミック基体１の内周面を経て他方の第二のメタライズ層４の表面にかけて金属薄膜７を被着させた際に、金属薄膜７を連続して被着させることができることにより、セラミック基体１の両端面に設けられた電極間における安定した導通抵抗を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明のセラミックチャンバーは、内周面の両端部から両端面にかけてそれぞれ形成された活性金属成分を含む第一のメタライズ層と、第一のメタライズ層の表面に被着されたニッケルメッキ層と、このニッケルメッキ層のセラミック基体の内周面側の両端部から内周面にかけて被着された活性金属成分を含む第二のメタライズ層と、両端部の第二のメタライズ層の端面およびニッケルメッキ層の表面を覆うようにそれぞれ被着されたロウ材と、第二のメタライズ層の表面からセラミック基体の内周面を経て他方の第二のメタライズ層の表面にかけて連続して被着された金属薄膜とを具備していることから、第二のメタライズ層がロウ材に濡れにくくニッケルメッキ層の表面を覆うロウ材に対する堤防として機能するので、セラミック基体の内周面と第二のメタライズ層との境界付近にロウ材が被着しない。その結果、第一および第二のメタライズ層の端部がセラミック基体から離れないようにすることができるので、金属薄膜の導通不良を生じさせないようにでき、セラミック基体の両端面に設けられた電極間における導通抵抗を安定したものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックチャンバーの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のセラミックチャンバーの要部拡大断面図である。
【図３】従来のセラミックチャンバーの例を示す断面図である。
【図４】図３の従来のセラミックチャンバーの要部拡大断面図である。
【符号の説明】１：セラミック基体  ２：第一のメタライズ層  ３：ニッケルメッキ層  ４：第二のメタライズ層
５：ロウ材  ６：導電性部材  ７：金属薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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