(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に貫通孔を有し、一方の端部の外径寸法が他方の端部の外径寸法より漸次小さくされた筒状の絶縁性部材の両端部に、それぞれ外形寸法が端面に向けて漸次小さくされた傾斜面を有しており、前記絶縁性部材の前記両端部に、中央部に前記貫通孔と略同心の開口を有し、内側面を前記傾斜面に当接させてキャップ状の金属製接合部材が接合されるとともに、該金属製接合部材の前記開口周辺に、中央部に前記貫通孔と略同心の開口を有する環状の導電性部材が接合されていることを特徴とする絶縁継手。
【請求項２】
前記絶縁性部材の前記傾斜面の前記軸方向に対する傾斜角が５〜４５°であることを特徴とする請求項１記載の絶縁継手。
【請求項３】
前記導電性部材の外周部を垂直方向に延長して前記金属製接合部材の外周部と接合したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の絶縁継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に核融合装置等に使用される大型ヘリカル装置等の真空装置や加速器において導電性部材に電圧をかけることによって、電子等の荷電粒子のビームを発生させるのに使用される絶縁継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、核融合装置等に使用される大型ヘリカル装置等の真空容器を備えた理化学機器では、電子等の荷電粒子のビームを発生させるのに絶縁継手が用いられている。この絶縁継手の基本構成の断面図を図５および図６に示す。なお図６は、図５のB部の詳細を表す拡大断面図である。図５および図６において、１は絶縁性部材、２は金属製接合部材、３は導電性部材、４はメタライズ金属層、５はNｉメッキ層、６はロウ材であり、主にこれらで絶縁継手は構成されている。
【０００３】
この絶縁継手は、一般に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）質焼結体等から成る絶縁性部材１と、絶縁性部材１の両端部のそれぞれの外周面にロウ材６を介して接合されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る金属製接合部材２を有している。
【０００４】
そして、金属製接合部材２の鍔部に環状の導電性部材３の主面の外周部を当接し、金属製接合部材２の鍔部と導電性部材３とを溶接等の手段により気密に接合させる。これにより、導電性部材３，３は気密に接合される。そして、導電性部材３，３のそれぞれに異なる電圧をかけることによって電子等の荷電粒子を加速させることが可能となる。
【０００５】
なお、金属製接合部材２の絶縁性部材１へのロウ付けは、絶縁性部材１の両端部のそれぞれの外周面に予めモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍn）等からなるメタライズ金属層４とNｉメッキ層５を被着しておき、そのNｉメッキ層５に金属製接合部材２をロウ材６を介し接合させることによって行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の絶縁継手においては、絶縁性部材１が酸化アルミニウム質焼結体や窒化珪素質焼結体等からなり、金属製接合部材２がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るが、例えば、酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数は約８×１０-6／℃（室温〜８００℃）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の熱膨張係数は約１０．８×１０-6／℃（室温〜８００℃）と相違することから、両者をロウ付けする際に熱膨張係数の差に起因して、両者の嵌め合わせ部分の隙間が大きくなるため、ロウ材が隙間で偏って存在し、均一に流れない。その結果、絶縁性部材１と金属製接合部材２の接合強度にばらつきが生じ、充分な接合強度が確保できない。また、ロウ材に亀裂が生じて、気密維持ができなくなるといった問題点を有していた。
【０００７】
そこで、上記問題点を解消するために、図７に示すように絶縁性部材１の両端面にそれぞれ断面が略コの字状の金属接合部材２をロウ付けすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、この場合、絶縁性部材１と金属製接合部材２の両者の熱膨張係数の差により隙間を生じることは無いが、絶縁性部材１と金属製接合部材２との接合構造が軸方向に対して垂直な面でロウ付けされていることから、両者の熱膨張係数の差に起因する応力は絶縁性部材１の両端面にその面に平行な方向に発生する。そして、その応力によって絶縁性部材１の端面の金属製接合部材２と接合されていない外周部に引っ張り応力として作用するため、その外周部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。
【０００９】
本発明は、上記従来技術における問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、絶縁性部材と金属製接合部材とを接合するロウ材に亀裂等が発生するのを防止し、また絶縁性部材にクラック、割れ等が発生するのを有効に防止し、さらに金属製接合部材を強固に固定できる信頼性の高いものとすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の絶縁継手は、軸方向に貫通孔を有し、一方の端部の外径寸法が他方の端部の外径寸法より漸次小さくされた筒状の絶縁性部材の両端部に、それぞれ外形寸法が端面に向けて漸次小さくされた傾斜面を有しており、前記絶縁性部材の前記両端部に、中央部に前記貫通孔と略同心の開口を有し、内側面を前記傾斜面に当接させてキャップ状の金属製接合部材が接合されるとともに、この金属製接合部材の前記開口周辺に、中央部に前記貫通孔と略同心の開口を有する環状の導電性部材が接合されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明は、上記構成により、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の熱膨張係数の差に起因して接合部に隙間が生じても、絶縁性部材と金属製接合部材の自重によって軸方向に接合部は押圧されるため、隙間はかなり小さくなる。その結果、ロウ材が隙間に均一に流れ、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の接合強度のばらつきを抑えることができ、充分な接合強度を確保することができる。また、ロウ材に亀裂が生じて、気密維持ができなくなるといった問題の発生を有効に抑えられる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることができるという作用効果を有する。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、筒状の絶縁性部材の傾斜面の軸方向に対する傾斜角が５〜４５°であることを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成により、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の熱膨張係数の差に起因して生じるロウ付け時の接合部の隙間が小さくなるとともに、絶縁性部材と金属製接合部材との両者の熱膨張係数の差に起因する応力が絶縁性部材の両端面に平行な方向に発生しにくいため、その応力によってクラックや割れ等が発生するのを抑えられる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることができるという作用効果を有する。
【００１４】
さらに、本発明において好ましくは、導電性部材の外周部を垂直方向に延長して金属製接合部材の外周部と接合したことを特徴とするものである。
【００１５】
上記構成により、導電性部材を金属製接合部材の内周部と金属製接合部材の外周部との２カ所で保持できるため、両者の接合強度を高めることができる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることができるという作用効果を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の絶縁継手を以下に詳細に説明する。本発明の絶縁継手を図１、図２に示す。図１は本発明の絶縁継手の基本構成を示す断面図、図２は図１のA部の詳細を表す拡大断面図である。図１および図２において、１１は絶縁性部材、１２は金属製接合部材、１３は導電性部材、１４はメタライズ金属層、１５はNｉメッキ層、１６はロウ材であり、主にこれらで絶縁継手は構成されている。
【００１７】
絶縁性部材１１は、軸方向に貫通孔１１ａを有し、好ましくは中心軸に貫通孔１１ａが形成された、断面形状が円形または楕円形のものである。そして、その両端部にそれぞれ外形寸法が端面に向けて漸次小さくされた傾斜面１１ｂを有する筒状のものである。その絶縁性部材１１の両端部の傾斜面１１ｂには、中央部に絶縁性部材１１の貫通孔１１ａとほぼ同心の開口１２ａを有したキャップ状の金属製接合材１２の内側面が当接され接合されている。
【００１８】
本発明の絶縁性部材１１は、図３（ａ）に示すように一方の端部の外形寸法を他方の端部の外形寸法より漸次小さくした、外形が錐体状のものである。この場合、外形寸法の大きい側の傾斜面２１ｂに垂直にかかる押圧力は、図１に比べて大きくなるため、隙間はより小さくなる。その結果、ロウ材が隙間に均一に流れ、絶縁性部材２１と金属製接合部材１２の両者の接合強度のばらつきを抑えることができ、充分な接合強度を確保することができるという効果がある。また、外形寸法の大きい側の傾斜面２１ｂの面方向の下方にかかる自重による力は、図１のものよりも小さくなるため、絶縁性部材１１の自重による下方への位置ずれは小さくなる。
【００１９】
また、（ｂ）は、基本的に（ａ）と同様の構成であって、絶縁性部材３１の一方（上側）の端部に別個の傾斜面３１ｂが形成されていないものである。そして、絶縁性部材３１の外面３１ａ自体の傾斜に合わせて、金属製接合部材１２内測面が絶縁性部材３１の外面３１ａの上側の端部に接合された構成である。この場合、（ａ）に比べて形状が単純化され、低コストに製造できるという効果がある。
【００２０】
そして、絶縁性部材１１は金属製接合部材１２，１２の相互を電気的に絶縁する作用を為し、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）質焼結体等の電気絶縁材料から成る。この絶縁性部材１１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体の場合、アルミナ、シリカ、カルシア、マグネシア等の原料粉末をプレス成形して所定の形状の生セラミック体とし、この生セラミック体を約１６００℃の温度で焼成することによって製造される。
【００２１】
この絶縁性部材１１は、両端部の傾斜面１１ｂに予めメタライズ金属層１４が被着形成され、さらにメタライズ金属層１４にはNｉメッキ層１５が形成されており、Nｉメッキ層１５には金属製接合部材１２が銀ロウ等のロウ材１６を介して接合される。
【００２２】
本発明において、絶縁性部材１１の傾斜面１１ｂの軸方向に対する傾斜角は下記表１に示す結果から５〜４５°であることが好ましい。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１より、５°未満では、絶縁性部材１１と金属製接合部材１２との接合において、熱膨張係数の差に起因する隙間を低減する効果が少ないため、ロウ材が隙間に均一に流れにくくなる。その結果、絶縁性部材１１と金属製接合部材１２の接合強度が充分に確保できなくなり、またロウ材の亀裂が生じて、気密維持ができなくなった。また、構造的にも金属製接合部材１２の位置が定めにくくなる。
【００２５】
４５°を超えると、絶縁性部材１１と金属製接合部材１２との接合において熱膨張係数の差に起因する応力は、絶縁性部材１１の両端面にその面に平行な方向に発生する。そして、その応力によって絶縁性部材１１の端面の金属製接合部材１２と接合されていない外周部に引っ張り応力として作用するため、その外周部にクラックや割れ等が発生しやすくなった。
【００２６】
本発明において、メタライズ金属層１４は、絶縁性部材１１に金属製接合部材１２をロウ付けする際の下地金属層として作用し、Mｏ−Mｎ等の高融点金属から成る。このメタライズ金属層１４は、Mｏ−Mｎ等の高融点金属粉末を含む金属ペーストを絶縁性部材１１の傾斜面１１ｂにスクリーン印刷等の厚膜法を用いて印刷し、これを約１４００℃の温度で焼成して形成される。
【００２７】
Ｎｉメッキ層１５は、メタライズ金属層１４の表面にロウ材との濡れ性に優れるＮｉ等の金属をメッキ法により、好ましくは１〜１０μm程度の厚みに被着させておくのがよい。その場合、メタライズ金属層１４の酸化を防ぐとともに、メタライズ金属層１４と金属製接合部材１２との接合を容易にし、かつ接合強度を高めることができる。
【００２８】
金属製接合部材１２は、中央部に絶縁性部材１１の貫通孔１１ａと略同心の開口１２ａを有したキャップ状の部材であり、金属製接合部材１２の内側面を絶縁性部材１１の傾斜面１１ｂに銀ロウ等のロウ材１６を介して当接接合させることによって絶縁性部材１１に取着される。
【００２９】
金属製接合部材１２は、例えば図４（ａ）に示すように、開口１２ａ周辺の形状を軸方向と平行な円筒状の形状とすることもできる。この場合、導電性部材１３との接合部が軸方向に平行になり、その接合部の端が上方に向いているため、シーム溶接装置のローラ電極等を接合部の上端に容易に当接させることができ、溶接の作業性が向上するという効果がある。また、金属製接合部材１２の外周部は軸方向に垂直な鍔部となっており、この鍔部で、環状の導電性部材１３の主面から垂直下方に延出された外周部を支持し接合する構成としているため、金属製接合部材１２の２箇所の接合部は互いに直交する面で接合されることとなる。従って、導電性部材１３の金属製接合部材１２に対する接合強度が向上し、導電性部材１３に外力が加わっても接合が壊れ難いものとなる。
【００３０】
また、（ｂ）のように、金属製接合部材１２の開口１２ａ周辺と外周部の両方を軸方向と平行な円筒状の形状とし得る。この場合も（ａ）と同様に溶接の作業性が向上するという効果がある。
【００３１】
（ｃ）のように、金属製接合部材１２の面全体を、絶縁性部材１１の傾斜面１１ｂの角度と同一角度で、開口１２ａ方向および外周方向に延長した形状、即ち円錐状等にすることもできる。この場合も（ａ）とほぼ同様に溶接の作業性が向上するという効果がある。
【００３２】
金属製接合部材１２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料からなり、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる場合、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法、絞り加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって製作される。
【００３３】
なお、金属製接合部材１２は、その外表面に耐食性に優れ、かつロウ材１６に対して濡れ性が良い金属、具体的には厚さ１〜１０μmのＮｉメッキ層を被着させておくのがよく、金属製接合部材１２が酸化するのを有効に防止することができるとともに、絶縁性部材１１との接合を容易にしかつ接合強度を高めることができる。
【００３４】
また、金属製接合部材１２の開口１２ａ周辺と外周部には、中央部に絶縁性部材１１の貫通孔１１ａと略同心の開口１３ａを有する環状の導電性部材１３が溶接等の接合手段により気密に接合される。
【００３５】
導電性部材１３は、中央部に絶縁性部材１１の貫通孔１１ａとほぼ同心の開口１３ａを有する環状のものである。その開口１３ａ周辺には、金属製接合部材１２が溶接等の接合手段により気密に接合されている。また、環状の導電性部材１３は、外周部を延長して金属製接合部材１２の外周部と溶接等の接合手段により気密に接合されるのがよい。これにより、金属製接合部材１２と導電性部材１３は強固に接合され信頼性の高い絶縁継手とすることができる。
【００３６】
この導電性部材１３，１３は、それぞれ異なる電圧をかけることによって電子等の荷電粒子のビームを発生させることが可能となる。
【００３７】
かくして、本発明の絶縁継手は、絶縁性部材１１と金属製接合部材１２の両者の熱膨張係数の差に起因して接合部に隙間が生じても、絶縁性部材１１と金属製接合部材１２の自重によって軸方向に接合部は押圧されるため、隙間は小さくなる。その結果、ロウ材が隙間に均一に流れ、絶縁性部材１１と金属製接合部材１２の両者の接合強度のばらつきを抑えることができ、充分な接合強度を確保することができる。また、ロウ材に亀裂が生じて気密維持ができなくなるといった問題の発生も有効に抑えられる。その結果、気密信頼性が高くなる。このため、絶縁継手内を真空にした場合に加わる大気圧、および電子等の荷電粒子のビームを発生させるための電圧印加による抵抗加熱の熱応力が、絶縁性部材１１と金属製接合部材１２の接合部及び金属製接合部材１２と導電性部材１３の接合部に加わっても、両者の接合状態が損なわれにくい。従って、真空漏れ等の気密不良発生のおそれがない。このため、本発明の絶縁継手は、従来のものに比べて格段に信頼性が高くなる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態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で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、軸方向に貫通孔を有し、一方の端部の外径寸法が他方の端部の外径寸法より漸次小さくされた筒状の絶縁性部材の両端部に、それぞれ外形寸法が端面に向けて漸次小さくされた傾斜面を有しており、絶縁性部材の両端部に、中央部に貫通孔と略同心の開口を有し、内側面を傾斜面に当接させてキャップ状の金属製接合部材が接合されるとともに、金属製接合部材の開口周辺に、中央部に貫通孔と略同心の開口を有する環状の導電性部材が接合されていることにより、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の熱膨張係数の差に起因して接合部に隙間が生じても、絶縁性部材と金属製接合部材の自重によって軸方向に接合部は押圧されるため、隙間は小さくなる。その結果、ロウ材が隙間に均一に流れ、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の接合強度のばらつきを抑えることができ、充分な接合強度を確保できる。また、ロウ材に亀裂が生じて気密維持ができなくなるといった問題の発生も有効に抑えられる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることができる。
【００４０】
また本発明は、好ましくは絶縁性部材の傾斜面の軸方向に対する傾斜角が５〜４５°であることにより、絶縁性部材と金属製接合部材の両者の熱膨張係数の差に起因して生じるロウ付け時の接合部の隙間が小さくなる。また、絶縁性部材と金属製接合部材との両者の熱膨張係数の差に起因する応力が、絶縁性部材の両端面にその面に平行な方向に発生し、その応力によって絶縁性部材の端面の金属製接合部材と接合されていない外周部に引っ張り応力が生じ、絶縁性部材にクラックや割れ等が発生するといった不具合の発生を抑えられる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることができる。
【００４１】
さらに、好ましくは導電性部材の外周部を垂直方向に延長して金属製接合部材の外周部と接合したことにより、導電性部材を金属製接合部材の内周部と金属製接合部材の外周部との２カ所で保持できるため、両者の接合強度を高めることができる。その結果、信頼性の高い絶縁継手とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の絶縁継手について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の絶縁性部材について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の金属製接合部材について実施の形態の他の例を示すものであり、金属製接合部材の接合部付近の拡大断面図である。
【図５】従来の絶縁継手の断面図である。
【図６】図５のＢ部の拡大断面図である。
【図７】従来の絶縁継手について他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１：絶縁性部材
１１ａ：貫通孔
１１ｂ：傾斜面
１２：金属製接合部材
１２ａ：開口
１３：導電性部材
１３ａ：開口
【図１】
0003752424.tif 000003
【図２】
0003752424.tif 000004
【図３】
0003752424.tif 000005
【図４】
0003752424.tif 000006
【図５】
0003752424.tif 000007
【図６】
0003752424.tif 000008
【図７】
0003752424.tif 000009