(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄い金属板の両面を一対のセラミックスで挟み、前記薄い金属板を介して前記一対のセラミックスを一体化し、前記薄い金属板または金属母材を容器状に形成し、この薄い金属板を前記金属母材に接合してなることを特徴とするセラミックス金属接合体。
【請求項２】
前記薄い金属板と前記金属母材との間に形成される空間を水冷または空冷流路としてなることを特徴とする請求項１記載のセラミックス金属接合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば大電力の高周波を用いる粒子加速器，レーダ，通信機等で使用される導波管や加速空胴ポートの終端に取り付けられるダミーロードや、その他一般に使用されるセラミックス金属接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大電力の高周波を使用する粒子加速器、レーダ、通信機等で使用する導波管、または加速空胴ポートの終端に取り付けられるダミーロードには、高周波の吸収体として、近年ＳｉＣやＡｌＮ等のセラミックスが使用する例が増加している。これらのセラミックスは金属製真空容器の内面に取り付けられることが多い。
【０００３】
セラミックスは高周波を吸収して発熱するので、効率良く熱を除去しなければならない。セラミックスをロー付け等により金属製真空容器の内面に完全接合すれば、良好な熱接触が得られ、真空容器を介して冷却水や冷却ガスに効率良く熱を放散させることができる。
【０００４】
一般に、セラミックスは金属に比べて線膨張係数が小さく、ロー付け等の高温接合を行った場合には降温の際に大きな熱応力が発生し、セラミックスやその接合界面が破壊するという問題点がある。以下に、この問題点を解決するために従来から知られているセラミックスと金属の接合技術を、図４および図５により説明する。
【０００５】
図４（ａ），（ｂ）は従来のセラミックス金属接合体の第１の例を示すものである。図４（ａ）はセラミックス１と金属母体２の接合体を示し，（ｂ）は（ａ）の接合体を用いて真空容器４を構成した例を断面図で示している。
【０００６】
すなわち、図４（ａ）において、符号１は例えばＳｉＣなどのセラミックスで、２は銅などの金属母材を示している。金属母材２の両面にセラミックス１，１をロー材３で接合し、セラミックス１と金属母材２の接合体を構成している。図４（ｂ）は（ａ）における接合体の金属母材２側で真空容器を構成した例を示している。すなわち、金属母材２の内面にセラミックス１を配置した真空容器を構成し、高周波吸収体に使用している。
【０００７】
接合方法としては、金属母材２の両側をセラミックス１で挟み、活性金属製ロー材３でロー付け等により、必要なセラミックス１の面積の全面にわたって直接両者を接合している。
【０００８】
金属母材２の両側をセラミックス１で挟んで拘束することにより、セラミックス１に加わる応力を緩和している。ロー材３でロー付けで接合した場合には、図４（ａ）に示すようにロー材３がしみ出すことが多い。また、接合体に熱負荷がある場合、それを除去するために、図４（ｂ）に示すように金属母材２に冷却器５を取付けて冷却水路６を形成し、水冷あるいは空冷を行っている。
【０００９】
図５（ａ）は従来の第２の例を示している。第２の例では図５（ａ）に示すように金属母材２とセラミックス１の間に薄い緩衝金属７を挟み込んで、活性金属製ロー材３によるロー付け等により、必要なセラミックス１の面積の全面にわたって直接セラミックス１と金属母材２を接合している。緩衝金属７としてはＭｏやＴａ等の線膨張係数の小さな金属，ＣｕやＡｇ等の耐力の小さな金属または、これらの組み合わせが選択される。
【００１０】
しかしながら、この第２の例ではロー材３でロー付けで接合した場合には、図５（ａ）に示すようにロー材３がしみ出すことが多い。また、図５（ｂ）に示すように真空容器４を構成した場合、接合体の熱負荷を除去するために、金属母材２の外面に冷却器５を取付けて冷却水路６を形成し、水冷あるいは空冷を行う必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
金属母材２の両側をセラミックス１で挟んで接合した第１の例の接合体、金属母材２とセラミックス１の間に薄い緩衝金属７を挟んで接合した第２の例の接合体ともに、比較的大面積で直接両者が接合しているため、接合後に金属母材２に大きな力が加わって歪みが生じた場合に、セラミックス１の欠けや接合部分の剥離が発生する課題がある。
【００１２】
これは、例えば下流工程で溶接のような金属母材２の歪みの生じ易い方法で接合体を組み立てたり、ベーキングで熱変形が生じたりするような場合に、接合部の健全性を確保することが困難となる。
【００１３】
また、金属母材２とセラミックス１の接合自体において、金属母材２とセラミックス１の熱膨張差によって発生する応力を緩和して接合の健全性を確保するためには、金属母材２の厚みを薄く制限する必要がある。このような薄い金属母材２で真空容器４を構成する場合には真空引き時の変形が大きくなり、やはりセラミックス１の欠けや剥離の原因となる課題がある。
【００１４】
さらに、接合体の熱負荷の除去についても、接合部から離れた母材側に水路を形成して間接冷却する手段であるため、除熱の効率が悪く、しかも接合面近辺に放出ガス量が多く、ロー材３などがしみ出し、真空容器４の真空性能を低下させるなどの課題がある。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、金属母材の歪みの影響を受け難くして金属母材の形状の自由度を増し、接合部の信頼性が高くて除熱効率が高く、真空性能に優れた用途の広いセラミックス金属接合体を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段によりセラミックス金属接合体を構成する。
請求項１に対応する発明は、薄い金属板の両面を一対のセラミックスで挟み、前記薄い金属板を介して前記一対のセラミックスを一体化し、前記薄い金属板または金属母材を容器状に形成し、この薄い金属板を前記金属母材に接合してなることを特徴とする。このような構成とすれば、金属母材に歪みが生じても、薄い金属板が変形を吸収するため、大きな面積にわたって金属母材とセラミックスを直接接合させた場合に比べて大幅に母材の歪みの影響を低減し、接合部の健全性を確保することができる。この場合、金属母材の厚みの制限が基本的にはなくなり、母材の形状の自由度が増すので、より用途の範囲を広げることができる。
【００２３】
請求項２に対応する発明は、請求項１の発明において前記薄い金属板と前記金属母材との間に形成される空間を水冷または空冷流路としてなることを特徴とする。このような構成とすれば、セラミックスの接合した薄い金属板を直接冷却することができ、金属母材側に形成した水路から間接的に冷却する場合に比べて接合体に加わる熱負荷を効率的に除去し、冷却効率を向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るセラミックスと金属の接合体の第１の実施の形態を図１により説明する。
図１は本実施の形態によるセラミックス金属接合体の縦断面を示している。本実施の形態は図１に示すように、セラミックス１と金属母材２の両方にスリット８を設け、このスリット８内に薄い金属片９を差し込み、薄い金属片９の両側にセラミックス１と金属母材２を接合させて接合体を構成したことにある。
【００２５】
本実施の形態のように構成すると、金属母材２側に歪みが生じた場合、その変位は接合面に伝わるが、金属片９が金属母材２よりも薄いため接合面内での変位の総量は小さく、また、金属片９の剛性が弱く自身で変位を吸収してしまうため、接合面に対する歪みの影響を低減できる。
【００２６】
例えば、下流工程で溶接のような金属母材２の歪みの生じ易い方法で接合体を組み立てたり、ベーキングで熱変形が生じたりするような場合に、接合部の健全性を確保することができる。
【００２７】
また、同様の理由で熱膨張による変位差の影響を低減できるので、セラミックス１と金属母材２の接合自体の信頼性も向上させることが可能となる。さらに、接合面がスリット８内に納められるので、放出ガス量が多くて問題となるロー材等のしみ出しを極力抑えることができる。これにより、図１に示す接合体で真空容器を構成した場合には放出ガス量を抑制でき、高い真空度が得られ、真空性能を向上できる。
【００２８】
つぎに、図２（ａ），（ｂ）により本発明に係るセラミックス金属接合体の第２の実施の形態を説明する。すなわち、本実施の形態は図２（ａ）に示すようにセラミックス１と金属母材２の両方に角型溝10を設け、この角型溝10内に角管11を差し込み、この角管11の両側にセラミックス１と金属母材２を接合させてセラミックス１と金属母材２の接合体を構成したことにある。また、図２（ｂ）は図２（ａ）中の角型溝10と角管11に代えて半円状溝12と円管13を使用して図２（ａ）と同様にセラミックス１と金属母材２の接合体を構成したことにある。本実施の形態によれば、図２（ａ），（ｂ）ともに、金属母材２側に歪みを生じると、その変位は接合面に伝わるが、角管11または円管13が小さいため接合面内での変位の総量は小さく、また、角管11または円管13の剛性が弱く自身で変位を吸収してしまうため、接合面に対する歪みの影響を低減できる。
【００２９】
また、同様の理由で熱膨張による変位差の影響を低減できるので、セラミックス１と金属母材２の接合自体の信頼性も向上させることが可能となる。
角管11または円管13内に冷却水や冷却ガスを流して冷却する冷却機構（図示せず）を接続することにより、接合面から直接除熱をすると、金属母材２側から間接的に冷却する場合に比べて伝熱距離を短縮できるとともに冷却の効率を向上させることができる。角管11または円管13の数を増加することにより、熱負荷の大きい接合体にも使用可能となる。
【００３０】
さらに、接合面が溝10または12内に納められるので、放出ガス量が多くて問題となるロー材等のしみ出しを極力抑えることができ、これによって高い真空性能を得ることができる。
【００３１】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、金属母材の歪みの生じた場合でも接合部の健全性を確保することができ、接合自体の信頼性を向上することもできる。また、放出ガス量を抑制して真空性能を向上させることができる。さらに、角管11または円管13を冷却管とし、冷却機構を取付けて使用することによって除熱効率を向上させることができる。
【００３２】
つぎに、図３（ａ）により本発明に係るセラミックス金属接合体の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は、図３（ａ）に示すように２個のセラミックス１，１の対向面に薄い金属板14を挟み込む浅い溝15，15をそれぞれ形成して、それぞれの溝15，15内に薄い金属板14を圧入して薄い金属板14の両面をセラミックス１，１で挟んで接合し、この薄い金属板14を容器状金属母材16に接合したことにある。
【００３３】
本実施の形態によれば、金属母材16側に歪みが生じても、薄い金属板14は剛性が弱く自身で変位を吸収してしまうため、セラミックス１と金属母材16の接合面に対する歪みの影響を低減できる。
【００３４】
また、金属母材16と金属板14の間に形成される空間に冷却水や冷却ガスを流して冷却する冷却機構（図示せず）を接続することにより、薄い金属板14を直接除熱をすることができ、金属母材16側から間接的に冷却する場合に比べて伝熱距離を短くして冷却の効率を向上させることができる。
【００３５】
図３（ｂ）は図３（ａ）における薄い金属板14の代りに容器状の薄い金属板17を使用し、この容器状の薄い金属板17の両面にセラミックス１，１を挟み込んで金属母材２に接合した例を示している。
【００３６】
図３（ａ），（ｂ）に示す、第３の実施の形態によれば、金属母材の歪みが生じた場合でも接合部の健全性を確保することができる。また、金属母材と薄い金属板の隙間を冷却管とし冷却機構を接続することによって除熱効率を向上させることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、セラミックスと金属母材の中間に薄い金属板を介在させ、この金属板に金属母材の歪みを吸収させることができるため、金属母材の歪みの影響を受け難くして金属母材の形状の自由度を増し、接合部の信頼性および除熱効率を高くできる。また、このセラミックス金属接合体により真空容器を構成した場合には、ガス放出量がなく、真空性能が優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミックス金属接合体の第１の実施の形態を示す縦断面図。
【図２】（ａ）は本発明に係るセラミックス金属接合体の第２の実施の形態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の他の例を示す縦断面図。
【図３】（ａ）は本発明に係るセラミックス金属接合体の第３の実施の形態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の他の例を示す縦断面図。
【図４】（ａ）は従来のセラミックス金属接合体の第１の例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の接合体により構成した真空容器を示す縦断面図。
【図５】（ａ）は従来のセラミックス金属接合体の第２の例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の接合体により構成した真空容器を示す縦断面図。
【符号の説明】
１…セラミックス、２…金属母材、３…ロー材、４…真空容器、５…冷却器、６…冷却水路、７…緩衝金属、８…スリット、９…薄い金属片、10…角型溝、11…角管、12…半円状溝、13…円管、14…薄い金属板、15…溝、16…容器状金属母材、17…容器状薄い金属板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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