(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの略円環状の金属部材が互いに対向配置され、該金属部材の対向する側の主面のそれぞれに全周にわたる壁部が形成された電極部材と、
両端部の外周面が前記壁部のそれぞれの内周面にろう付けされた円筒状の絶縁部材とを具備しており、
前記金属部材の前記対向する側の主面と反対側の主面は、前記対向する側の主面と略平行とされ、
前記金属部材の前記対向する側の主面には、前記壁部の内周に沿って、前記壁部の内周面と連続した側面を有するとともに前記絶縁部材の厚さよりも幅が小さい溝が全周にわたって形成されており、
前記溝は、深さが前記絶縁部材の厚さの４０％以上かつ６０％以下であり、幅が前記絶縁部材の厚さの６０％以上かつ８０％以下であることを特徴とする絶縁碍子。
【請求項２】
前記溝は、深さが４ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下であり、幅が６ｍｍ以上かつ７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の絶縁碍子。
【請求項３】
前記電極部材は、前記壁部の厚さが０．３〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の絶縁碍子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空装置や加速器の電子銃等に用いられ、電極部材間に絶縁部材を設けた絶縁碍子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空装置や加速器等の理化学機器においては、電子等の荷電粒子を加速する電極部材間に絶縁をとるための絶縁部材を設けた絶縁碍子が用いられている。この絶縁碍子の基本構成を図３の断面図に、図３の絶縁碍子における絶縁部材１と電極部材12とのろう付部の拡大断面図を図４に示す。これらの図において、１は絶縁部材、３はメタライズ層、４はニッケル（Ｎｉ）メッキ層、５はろう材、12は電極部材であり、主にこれらで絶縁碍子は構成されている。この絶縁碍子は、一般に酸化アルミニウム(Ａｌ2Ｏ3)質焼結体からなる円筒状の絶縁部材１と、絶縁部材１の両端部に設けられた、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る略円環状の電極部材12とから成る。２つの電極部材12は、それぞれ円環部12ｂの対向する側の主面に全周にわたって円形の壁部12ａが形成されており、その壁部12ａに絶縁部材1の両端部がそれぞれ嵌入されて両端部の外周面が壁部12ａの内周面にろう付けされている。
【０００３】
電極部材12の絶縁部材１へのろう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、その両端部の外周面に予めモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）からなるメタライズ層３とＮｉメッキ層４を順次被着しておき、そのメタライズ層３とＮｉメッキ層４が被着された絶縁部材１の両端部の外周面に電極部材12がろう材５を介して接合される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の絶縁碍子においては、絶縁部材１は酸化アルミニウム質焼結体、電極部材12はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなり、酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数が約7.9×10-6／℃(室温〜800℃)、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の熱膨張係数が約10.8×10-6／℃(室温〜800℃)と相違することから、接合の際に両者の熱膨張係数差に起因して絶縁部材１は径方向に電極部材12の圧縮応力を受けることになる。同時に絶縁部材１は、電極部材12との接合部において、電極部材12の円形の壁部12ａより軸方向に引張応力を受ける。この圧縮応力と引張応力は、絶縁部材１の両端部を径方向で圧縮するとともに軸方向に引っ張るように加わるため上記両端部に荷重が集中することとなり、絶縁部材１に発生する応力は大きいものになる。その結果、その応力が、絶縁部材１の接合部に集中し、絶縁部材１の接合部付近にクラックや割れ等が発生するという問題点を有していた。
【０００５】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、絶縁部材にクラックや割れ等が発生するのを有効に防止し、また絶縁部材に電極部材を強固に固定した高信頼性の絶縁碍子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁碍子は、２つの略円環状の金属部材が互いに対向配置され、該金属部材の対向する側の主面のそれぞれに全周にわたる壁部が形成された電極部材と、両端部の外周面が前記壁部のそれぞれの内周面にろう付けされた円筒状の絶縁部材とを具備しており、前記金属部材の前記対向する側の主面と反対側の主面は、前記対向する側の主面と略平行とされ、前記金属部材の前記対向する側の主面には、前記壁部の内周に沿って、前記壁部の内周面と連続した側面を有するとともに前記絶縁部材の厚さよりも幅が小さい溝が全周にわたって形成されており、前記溝は、深さが前記絶縁部材の厚さの４０％以上かつ６０％以下であり、幅が前記絶縁部材の厚さの６０％以上かつ８０％以下であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の絶縁碍子は、絶縁部材と電極部材との熱膨張係数差に起因して発生する応力を大幅に緩和することができ、応力によって絶縁部材にクラックや割れ等が発生するのを有効に抑制できる。その結果、絶縁部材に電極部材を強固に固定した信頼性の高い絶縁碍子となる。
【０００８】
本発明の絶縁碍子は、好ましくは、前記溝は、深さが４ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下であり、幅が６ｍｍ以上かつ７ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の絶縁碍子は、絶縁部材と電極部材との熱膨張係数差に起因して絶縁部材の両端部に発生する応力を緩和して、絶縁部材の両端部にクラックや割れ等が生じるのをより有効に抑えることができる。
【００１０】
本発明の絶縁碍子は、好ましくは、前記電極部材は前記壁部の厚さが０．３〜１ｍｍであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の絶縁碍子は、絶縁部材と電極部材との接合強度を保持するとともに、絶縁部材と電極部材との熱膨張係数差に起因する応力によって絶縁部材の両端部にクラックや割れ等が生じるのをより有効に抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の絶縁碍子を以下に詳細に説明する。本発明の絶縁碍子の基本構成を図１の断面図に、図１の絶縁碍子におけるろう付部の拡大断面図を図２に示す。これらの図において、１は絶縁部材、２はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ等の金属からなる電極部材、３はメタライズ層、４はＮｉメッキ層、５はろう材であり、主にこれらで絶縁碍子は構成されている。なお、図１，図２において図３，図４と同じ部位には同じ符号を付している。
【００１３】
そして、本発明の絶縁碍子は、２つの略円環状の金属部材が互いに対向配置され、金属部材の対向する側の主面のそれぞれに全周にわたる壁部２ｂが形成された電極部材２と、両端部の外周面が壁部２ｂのそれぞれの内周面にろう付けされた円筒状の絶縁部材１とを具備し、電極部材２は、壁部２ｂの内周に沿って、壁部２ｂの内周面と連続した側面を有するとともに絶縁部材１の厚さよりも幅が小さい溝２ａが全周にわたって形成されている。
【００１４】
本発明の絶縁部材１は、その両端部に設けられた２つの電極部材２を電気的に絶縁する作用をなし、一般に酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る。この絶縁部材１の両端部の外周面に予めＭｏ−Ｍｎ等のメタライズ層３とＮｉメッキ層４を被着しておき、メタライズ層３とＮｉメッキ層４と電極部材２とをろう材５を介して接合させる。
【００１５】
メタライズ層３の厚さは８〜35μｍがよく、８μｍ未満では、絶縁部材１と電極部材２の接合強度が低下し、また両者を接合する際の応力を緩和することが難しくなる。35μｍを超える場合、メタライズ層３の焼結時にボイド（空隙）が発生し、接合強度が低下し易くなる。
【００１６】
Ｎｉメッキ層４の厚さは１〜10μｍがよく、１μｍ未満では、ろう材５の濡れ性が劣化する。10μｍを超えると、Ｎｉメッキ層４の内部応力が高まるため、メタライズ層３とＮｉメッキ層４のと間で剥がれが生じやすくなる。
【００１７】
ろう材５の厚さは25〜75μｍがよく、25μｍ未満では、絶縁部材１と電極部材２とを接合する際の応力の緩和が難しくなる。75μｍを超えると、ろう材５が均一に流れにくくなり、溜りが生じやすくなる。
【００１８】
また、壁部２ｂの高さ、即ち接合部の軸方向の長さは４ｍｍ程度である。
【００１９】
本発明において、電極部材２と絶縁部材１とを接合する際に、両者の熱膨張係数差に起因して、絶縁部材１は、両端部（接合部）において径方向に電極部材２の圧縮応力を受けるとともに電極部材２の壁部２ｂより軸方向に引張応力を受けるが、これらの圧縮応力と引張応力は溝２ａがない場合には絶縁部材１の両端部を径方向で圧縮するとともに軸方向に引っ張るように加わるため上記両端部に荷重が集中することとなり、絶縁部材１に発生する応力は大きなものになる。その結果、応力に耐えられず、絶縁部材１の接合部付近にクラックや割れ等が発生しやすくなる。本発明の絶縁碍子は、溝２ａを有しているため、溝２ａの空洞により圧縮応力と引張応力は緩和され、絶縁部材１の接合部にかかる径方向の圧縮応力が小さくなり、絶縁部材１の接合部に発生する応力は小さくなる。よって、絶縁部材１の接合部にクラックや割れ等が発生することを有効に抑えられる。
【００２０】
溝２ａの深さＤ（図２）は３〜５ｍｍがよい。３ｍｍ未満では、絶縁部材１と電極部材12との接合部において、熱膨張係数差に起因する応力を十分に緩和させるのが困難になる。その結果、応力に耐えられず、絶縁部材１の接合部付近にクラックや割れ等が発生しやすくなる。５ｍｍを超えると、応力緩和効果が略一定になって向上しにくくなり、また溝２ａを切削等によって機械的に加工する際にバイトの振れが大きくなるため、深さＤを均一にして加工するのが困難になる。
【００２１】
溝２ａの幅Ｗ（図２）は絶縁部材１の径方向の厚さの50〜70％（５〜７ｍｍ程度）がよい。50％未満では、絶縁部材１と電極部材２との接合部において、熱膨張係数差に起因する応力を十分に緩和させるのが困難になる。その結果、応力に耐えられずに絶縁部材１の接合部付近にクラックや割れ等が発生しやすくなる。70％を超えると、絶縁部材１の端面で電極部材２に当接する面積が小さくなり、外力による振動や衝撃等に対する電極部材２の機械的強度が低下し、電極部材２が変形し易くなる。
【００２２】
また、電極部材２は壁部２ｂの厚さ（径方向の厚さ）が0.3〜１ｍｍであることが好ましい。0.3ｍｍ未満では、外力による振動や衝撃等に対する絶縁部材１と電極部材２の接合部の強度が低下し、絶縁部材１と電極部材２とが外れ易くなる。１ｍｍを超えると、絶縁部材１は電極部材２との熱膨張係数差に起因する応力に耐えられずに絶縁部材１の接合部付近にクラックや割れ等が発生しやすくなる。
【００２３】
【実施例】
本発明の絶縁碍子の実施例について以下に説明する。
【００２４】
（実施例１）
実施例１として、図５に示す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、内径が20ｍｍ、外径が40ｍｍ、長さが40ｍｍの円筒状の絶縁部材６を用意した。絶縁部材６の両端部の外周面に、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、10〜15μｍ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、絶縁部材６の両端部の外周面に、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の厚さで被着した。
【００２５】
次に、絶縁部材６の両端部の外周面に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる電極部材７の壁部７ｂの内周面をろう付けした。電極部材７において、円形の壁部７ｂの径方向の厚さは0.7ｍｍ、壁部７ｂの高さは５ｍｍであり、円環部７ｃの外径は60ｍｍ、内径は20ｍｍ、円環部７ｃの厚さは15ｍｍであり、溝７ａの深さＤは４ｍｍ、溝７ａの幅Ｗは６ｍｍである。
【００２６】
このとき、電極部材７の壁部７ｂの端面に、太さの直径が0.7ｍｍの線状のＡｇ−Ｃｕ合金からなるろう材８のプレフォームを設置し、それを820℃に加熱して、絶縁部材６の両端部の外周面と壁部７ｂの内周面との間の隙間にろう材８を毛細管現象により侵入させ、絶縁部材６と電極部材７とを接合した。これにより製作されたものをサンプルＡとした。
【００２７】
比較例１として、溝７ａの深さＤを２ｍｍ、幅Ｗを４ｍｍ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。
【００２８】
比較例２として、溝７ａの深さＤを６ｍｍ、幅Ｗを８ｍｍ（絶縁部材６の厚さ10ｍｍの80％）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。
【００２９】
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。
【００３０】
【表１】
0004189173.tif 000002
【００３１】
表１より、サンプルＡとサンプルＣには異常が見られなかった。サンプルＢは、絶縁部材６の接合部付近に３分の２周程度にわたりクラックの発生が確認された。
【００３２】
また、上記と同様に製作した別のサンプルＡ〜Ｃそれぞれを用意し、大気雰囲気中、常温で衝撃試験｛ＭＩＬ−ＳＴＤ（Military Standard：アメリカ軍用規格）−202Ｆ  ＭＥＴＨＯＤ213Ａ｝を行い、11ｍｓ（ミリ秒）の間に正弦半波の波形で50Ｇ（Ｇ：重力加速度）程度の衝撃を一回加え、各接合部について双眼顕微鏡を用いて観察し異常がないか試験した。その結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
0004189173.tif 000003
【００３４】
表２より、サンプルＡは異常が見られなかった。サンプルＢは、絶縁部材６と電極部材７をろう付する工程において絶縁部材６の接合部付近に３分の２周程度にわたりクラックが発生したことが確認された。サンプルＣは、電極部材７が変形していることが確認された。また、溝７ａの深さＤが６ｍｍの場合、加工をするうえでバイトの振れが大きくなり深さを均一にして加工するのが困難となり、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。
【００３５】
また、上記と同様に製作した別のサンプルＡ〜Ｃそれぞれを用意し、大気雰囲気中、常温で振動試験｛ＭＩＬ−ＳＴＤ−202Ｆ  ＭＥＴＨＯＤ201Ａ｝を行い、周波数10〜55Ｈｚ（ヘルツ）、最大振れ幅1.52ｍｍの振動をＸ，Ｙ，Ｚの３方向に順次各２時間づつ加え、各接合部において異常がないかを双眼顕微鏡を用いて観察し検査した。その結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
0004189173.tif 000004
【００３７】
表３より、サンプルＡは異常が見られなかった。サンプルＢは、絶縁部材６と電極部材７をろう付する工程において絶縁部材６の接合部付近に３分の２周程度にわたりクラックが発生したことが確認された。サンプルＣは、電極部材７が変形していることが確認された。また、溝７ａの深さＤが６ｍｍの場合、加工をするうえでバイトの振れが大きくなり深さＤを均一にして加工するのが困難となり、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。
【００３８】
（実施例２）
本実施例２では、実施例１のサンプルＡ、電極部材７の壁部７ｂの厚さが0.2ｍｍのもの（サンプルＤ）、壁部７ｂの厚さが1.2ｍｍのもの（サンプルＥ）をそれぞれ製作し、サンプルＤ，Ｅについて壁部７ｂの厚さ以外の構成は実施例１と同様とした。
【００３９】
サンプルＡ，Ｄ，Ｅのそれぞれについて、大気雰囲気中、常温で衝撃試験{ＭＩＬ−ＳＴＤ（Military Standard：アメリカ軍用規格）−202Ｆ  ＭＥＴＨＯＤ213Ａ}を行い、11ｍｓ（ミリ秒）の間に正弦半波の波形で50Ｇ（Ｇ：重力加速度）程度の衝撃を一回加え、各接合部について双眼顕微鏡を用いて観察し異常がないか試験した。その結果を表４に示す。
【００４０】
【表４】
0004189173.tif 000005
【００４１】
表４より、サンプルＡは接合部に異常は見られなかった。サンプルＤは電極部材７が変形していることが確認された。サンプルＥは、絶縁部材６と電極部材７をろう付する工程において絶縁部材６の接合部付近に３分の２周程度にわたりクラックが発生したことが確認された。
【００４２】
また、上記と同様に製作した別のサンプルＡ〜Ｅそれぞれを用意し、大気雰囲気中、常温で振動試験{ＭＩＬ−ＳＴＤ−202Ｆ  ＭＥＴＨＯＤ201Ａ}を行い、周波数10〜55Ｈｚ（ヘルツ）、最大振れ幅1.52mmの振動をＸ，Ｙ，Ｚの３方向に順次各２時間づつ加え、各接合部において異常がないかを双眼顕微鏡を用いて観察し検査した。その結果を表５に示す。
【００４３】
【表５】
0004189173.tif 000006
【００４４】
表５より、サンプルＡは接合部に異常は見られなかった。サンプルＤは電極部材７が変形していることが確認された。サンプルＥは、絶縁部材６と電極部材７をろう付する工程において絶縁部材６の接合部付近に３分の２周程度にわたりクラックが発生したことが確認された。
【００４５】
以上の結果より、サンプルＡが、絶縁部材６と電極部材７との熱膨張係数差に起因する応力によるクラックや割れ等が発生せず、衝撃および振動等に対して優れていることが判った。
【００４６】
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内において種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の絶縁碍子は、２つの略円環状の金属部材が互いに対向配置され、金属部材の対向する側の主面のそれぞれに全周にわたる壁部が形成された電極部材と、両端部の外周面が壁部のそれぞれの内周面にろう付けされた円筒状の絶縁部材とを具備し、電極部材は、壁部の内周に沿って、壁部の内周面と連続した側面を有するとともに絶縁部材の厚さよりも幅が小さい溝が全周にわたって形成されていることにより、絶縁部材と電極部材との熱膨張係数差に起因して発生する応力を大幅に緩和することができ、応力によって絶縁部材にクラックや割れ等が発生するのを有効に抑制できる。その結果、絶縁部材に電極部材を強固に固定した信頼性の高い絶縁碍子となる。
【００４８】
本発明の絶縁碍子は、好ましくは、溝は深さが３〜５ｍｍであり、幅が絶縁部材の厚さの50〜70％であることにより、絶縁部材と電極部材との熱膨張係数差に起因して絶縁部材の両端部に発生する応力を緩和して、絶縁部材の両端部にクラックや割れ等が生じるのをより有効に抑えることができる。
【００４９】
本発明の絶縁碍子は、好ましくは、電極部材は壁部の厚さが0.3〜１ｍｍであることにより、絶縁部材と電極部材との接合強度を保持するとともに、絶縁部材と電極部材との熱膨張係数差に起因する応力によって絶縁部材の両端部にクラックや割れ等が生じるのをより有効に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の絶縁碍子について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】図１の絶縁碍子におけるろう付部の拡大断面図である。
【図３】従来の絶縁碍子の断面図である。
【図４】図３の絶縁碍子におけるろう付部の拡大断面図である。
【図５】本発明の絶縁碍子について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁部材
２：電極部材
２ａ：溝
２ｂ：壁部
２ｃ：円環部
【図１】
0004189173.tif 000007
【図２】
0004189173.tif 000008
【図３】
0004189173.tif 000009
【図４】
0004189173.tif 000010
【図５】
0004189173.tif 000011