特開 2023-110688 気密端子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023110688

(43)【公開日】2023-08-09

(54)【発明の名称】気密端子

(51)【国際特許分類】

   H01R 9/16 20060101AFI20230802BHJP

   C04B 37/02 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

H01R9/16 101

C04B37/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022012282

(22)【出願日】2022-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003029

【氏名又は名称】弁理士法人ブナ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿部 伊織

【テーマコード（参考）】

4G026

5E086

【Ｆターム（参考）】

4G026BA03

4G026BA14

4G026BA16

4G026BA17

4G026BB21

4G026BF16

4G026BF24

4G026BH13

5E086PP03

5E086PP39

5E086PP47

5E086QQ05

5E086QQ06

5E086QQ12

(57)【要約】

【課題】高温および低温環境下で繰り返し使用しても、絶縁部材にクラックが発生しにくく、パーティクルも発生しにくい気密端子を提供する。
【解決手段】本開示に係る気密端子は、いずれか一方の端面の内周側に、第１段差部を有する筒状の絶縁部材と、絶縁部材の内周側に挿入され、軸方向の長さが絶縁部材よりも短い柱状の導電部材と、導電部材の外周面および第１段差部を形成する第１段差面に接合された鍔付き環状部材とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

いずれか一方の端面の内周側に、第１段差部を有する筒状の絶縁部材と、
該絶縁部材の内周側に挿入され、軸方向の長さが前記絶縁部材よりも短い柱状の導電部材と、
該導電部材の外周面および前記第１段差部を形成する第１段差面に接合された鍔付き環状部材とを備える、
気密端子。

【請求項2】

前記鍔付き環状部材は、前記第１段差部を形成する第１内周面に接合されている、請求項１に記載の気密端子。

【請求項3】

前記導電部材は、前記第１段差部の側の端面の外周側に第２段差部を有し、前記鍔付き環状部材は、前記第２段差部を形成する外周面に接合されている、請求項１または２に記載の気密端子。

【請求項4】

前記鍔付き環状部材は、前記第２段差部を形成する第２段差面に接合されている、請求項３に記載の気密端子。

【請求項5】

前記導電部材は、少なくとも前記第１段差部が設けられた側に凹部を有する、請求項１～４のいずれかに記載の気密端子。

【請求項6】

前記鍔付き環状部材の平均線膨張率は、前記絶縁部材の平均線膨張率と前記導電部材の平均線膨張率との間である、請求項１～５のいずれかに記載の気密端子。

【請求項7】

前記鍔付き環状部材は、環状の基部と該基部の径方向に延出する鍔部とを有し、前記基部の外周面と前記鍔部の前記基部側に位置する環状面とが曲面を介して接続されている、請求項１～６のいずれかに記載の気密端子。

【請求項8】

前記基部の外周面と該外周面に対向する前記絶縁部材の第２内周面との間に、環状の空隙部が介在している、請求項７に記載の気密端子。

【請求項9】

前記絶縁部材は、前記絶縁部材の第２内周面から前記絶縁部材の軸心に向かって伸び、前記環状の空隙部の一方の端部を封止する第３段差面を有する、請求項８に記載の気密端子。

【請求項10】

前記絶縁部材の第２内周面および前記第３段差面の少なくとも一方が焼成面である、請求項９に記載の気密端子。

【請求項11】

前記導電部材は、前記軸方向の中心に対して、前記鍔付き環状部材が接合されている側とは反対側の端部の外周面が、前記絶縁部材とは非接合で当接している、請求項１～１０のいずれかに記載の気密端子。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれかに記載の気密端子を備える、冷却装置。

【請求項13】

請求項１～１１のいずれかに記載の気密端子を備える、プラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、気密端子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、冷媒の蒸発や凝縮作用を利用して半導体素子などの発熱体を冷却する冷却装置では、半導体素子と外部回路との導通を行うために、気密端子が使用されている。高価な低熱膨張金属を使用することなく、接合部分を少なくすることでコストを低減するために、特許文献１には、無酸素銅からなる中心電極と、アルミナ質セラミックスからなる絶縁筒とを備える気密端子が記載されている。

【0003】

しかし、無酸素銅の平均線膨張率とアルミナの平均線膨張率との差は大きい。そのため、無酸素銅からなる中心電極と、アルミナ質セラミックスからなる絶縁筒とをろう材で接合すると、接合直後に絶縁筒にクラックが入りやすくなる。接合直後にクラックが入らなくても、高温および低温環境下で繰り返し使用すると、絶縁筒にクラックが入りやすい。

【0004】

さらに、特許文献２には、半導体素子を冷媒液と共に密閉容器内に収納し、半導体素子を冷却する沸騰冷却装置が記載されている。この沸騰冷却装置には、密閉容器壁にブッシングが設置され、ブッシングの一部である絶縁筒の密閉容器外側にその絶縁筒を貫通する貫通導体を接合し、絶縁筒の密閉容器側内壁部と貫通導体との間に隙間が設けられている。特許文献２には、この隙間に絶縁チューブを挿入して、貫通導体と密閉容器壁と絶縁する構造が記載され、絶縁チューブの一例として、四フッ化エチレンチューブが記載されている。

【0005】

しかし、四フッ化エチレンチューブなどの絶縁チューブは耐クリープ性が低いため、経年劣化を起こしやすい。さらに、経年劣化した絶縁チューブは、パーティクルが発生しやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平７－２４５３６４号公報

【特許文献2】特開昭６１－１６８２４９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、高温および低温環境下で繰り返し使用しても、絶縁部材にクラックが発生しにくく、パーティクルも発生しにくい気密端子を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る気密端子は、いずれか一方の端面の内周側に、第１段差部を有する筒状の絶縁部材と、絶縁部材の内周側に挿入され、軸方向の長さが絶縁部材よりも短い柱状の導電部材と、導電部材の外周面および第１段差部を形成する第１段差面に接合された鍔付き環状部材とを備える。

【0009】

本開示に係る冷却装置は上記の気密端子を備える。さらに、本開示に係るプラズマ処理装置は上記の気密端子を備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示に係る気密端子は、上記のような構成を有することによって、高温および低温環境下で繰り返し使用しても、絶縁部材にクラックが発生しにくい。さらに、本開示に係る気密端子は、四フッ化エチレンチューブのような樹脂製の絶縁チューブを使用していないため、パーティクルも発生しにくい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の一実施形態に係る気密端子を示す断面図である。

【図2】図１に示す領域Ｘを説明するための拡大説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本開示の一実施形態に係る気密端子を、図１および２に基づいて説明する。図１に示す一実施形態に係る気密端子１０は、絶縁部材１、導電部材２および鍔付き環状部材３を含む。図１は、一実施形態に係る気密端子１０を示す断面図である。

【0013】

絶縁部材１は、例えば、セラミックスのような絶縁部材で形成されている。絶縁部材１を形成しているセラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素窒化珪素またはサイアロンを主成分とするセラミックスなどが挙げられる。

【0014】

本明細書において「主成分」とは、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％における８０質量％以上を占める成分をいう。セラミックスに含まれる各成分の同定は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置で行い、各成分の含有量は、例えばＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置により求めればよい。

【0015】

絶縁部材１は筒状を有しており、筒状であれば限定されない。絶縁部材１は、例えば、円筒状、角筒状（例えば、三角筒状、四角筒状、五角筒状、六角筒状など）などの形状を有している。絶縁部材１の大きさは、気密端子１０を備える装置などに応じて適宜設定すればよい。絶縁部材１の長さ（軸方向の長さ）は、例えば、４０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、最外周の外径は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。角筒状の場合の外径は、最も長い外縁の長さを意味する。

【0016】

絶縁部材１には、図２に示すように、一方の端面の内周側に第１段差部１１が設けられている。図２は、図１に示す領域Ｘを説明するための拡大説明図である。

【0017】

導電部材２は、例えば、金属のような導電性を有する素材で形成されている。導電部材２を形成している金属としては、例えば、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｃｏ系合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金などが挙げられる。

【0018】

導電部材２を形成している金属が銅の場合、無酸素銅、タフピッチ銅またはりん脱酸銅であるとよい。特に、無酸素銅を選んだ場合、銅の含有量が９９．９９５質量％以上の線形結晶無酸素銅、単結晶状高純度無酸素銅または真空溶解銅であるとよい。

【0019】

炭素鋼とは、ＦｅとＣとの合金であり、Ｃが０．０２質量％以上２．１４質量％以下の割合で含まれる。Ｃ以外にＳｉ、Ｍｎ、ＰおよびＳが含まれる。このような炭素鋼としては、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４０５１：２０１６で規定されるＳ１０Ｃ、Ｓ１２Ｃ、Ｓ１５Ｃ、Ｓ１７Ｃ、Ｓ２０Ｃ、Ｓ２２Ｃ、Ｓ２５Ｃ、Ｓ２８Ｃ、Ｓ３０Ｃ、Ｓ３３Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ３８Ｃ、Ｓ４０Ｃ、Ｓ４３Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ５８Ｃ、Ｓ６０Ｃ、Ｓ６５Ｃ、Ｓ７０Ｃ、Ｓ７５Ｃなどが挙げられる。

【0020】

低合金鋼とは、Ａｌ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｖ、ＷおよびＺｒの少なくともいずれかを含み、これらの元素の含有量の合計が５質量％以下の炭素鋼をいう。

【0021】

工具鋼は、ＪＩＳ Ｇ ４４０１：２００９で規定される炭素工具鋼材およびＪＩＳ Ｇ ４４０４：２００６で規定される合金工具鋼材をいう。

【0022】

ステンレス鋼とは、ＦｅとＣｒとの合金であり、Ｃｒが１０．５質量％以上の割合で含まれ、Ｃの含有量が１．２％以下の合金である。これら以外の成分は、例えば、ＩＳＯ １５５１０:２０１４で規定される。ステンレス鋼は、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４ＵＬＣ、ＳＵＳ３１０ＵＬＣ、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１などが挙げられる。

【0023】

導電部材２は柱状を有しており、絶縁部材１の内周側に挿入され得る形状であれば、限定されない。導電部材２は、例えば、円柱状、角柱状（例えば、三角柱状、四角柱状、五角柱状、六角柱状など）などの形状を有している。例えば、絶縁部材１が円筒状であれば、導電部材２は円柱状を有し、絶縁部材１が四角筒状であれば、導電部材２は四角柱状を有する。

【0024】

導電部材２の大きさは、絶縁部材１の内周側に挿入され得る大きさであれば限定されない。具体的には、導電部材２の長さ（軸方向の長さ）は、絶縁部材１の長さ（軸方向の長さ）よりも短く、導電部材２の最外周の外径は、絶縁部材１の内径に応じて、適宜設定される。

【0025】

鍔付き環状部材３は、図２に示すように、環状の基部３１と基部３１の径方向に延出する鍔部３２とを有している。鍔付き環状部材３は、例えば、基部３１と鍔部３２とが金属などで一体的に成形されている。鍔付き環状部材３の材料となる金属としては、導電部材２と同様、例えば、炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鉄、銅、銅合金、チタン、チタン合金、モリブデン、モリブデン合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃｒ合金Ｆｅ－Ｃｏ系合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金などが挙げられる。

【0026】

鍔付き環状部材３は、導電部材２の外周面および絶縁部材１の第１段差部１１を形成する第１段差面１１ａに接合されている。鍔付き環状部材３の大きさは、絶縁部材１および導電部材２の大きさに応じて、導電部材２の外周面および絶縁部材１の第１段差部１１を形成する第１段差面１１ａに接合され得る大きさであれば、限定されない。

【0027】

導電部材２の外周面および第１段差面１１ａに鍔付き環状部材３を接合する接合剤がろう材である場合、このろう材は、例えば、ＢＡｇ－８、ＢＡｇ－８Ａ、ＢＡｇ－８Ｂ、ＢＡｇ－９などの銀ろう材、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系の活性ろう材などである。銀ろう材を用いる場合は、予め、第１段差面１１ａに、第１段差面１１ａ側からＭｏ－Ｍｎ層、ニッケルめっき層を順次形成し、これらの層を介してろう材で接合するとよい。

【0028】

一実施形態に係る気密端子１０は、上記のように絶縁部材１、導電部材２および鍔付き環状部材３を備える。そのため、一実施形態に係る気密端子１０は、高温および低温環境下で繰り返し使用しても、絶縁部材にクラックが発生しにくい。さらに、一実施形態に係る気密端子１０は、は、四フッ化エチレンチューブのような樹脂製の絶縁チューブを使用していないため、パーティクルも発生しにくい。

【0029】

鍔付き環状部材３は、図２に示すように、絶縁部材１の第１段差部１１を形成する第１内周面１１ｂに接合されていてもよい。このような構成によって、鍔付き環状部材３と絶縁部材１との接合面が増える。その結果、絶縁部材１と鍔付き環状部材３との接合強度を向上させることができ。さらに、得られる気密端子１０の気密性も、より向上させることができる。

【0030】

鍔付き環状部材３を第１内周面１１ｂに接合する接合剤がろう材である場合、このろう材は、例えば、ＢＡｇ－８、ＢＡｇ－８Ａ、ＢＡｇ－８Ｂ、ＢＡｇ－９などの銀ろう材、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系の活性ろう材などである。銀ろう材を用いる場合は、予め、第１内周面１１ｂに、第１内周面１１ｂ側からＭｏ－Ｍｎ層、ニッケルめっき層を順次形成し、これらの層を介してろう材で接合するとよい。

【0031】

導電部材２には、図２に示すように、絶縁部材１に設けられた第１段差部１１の側の端面の外周側に第２段差部２１が設けられていてもよい。この第２段差部２１を形成する外周面２１ｂに、鍔付き環状部材３が接合されていてもよい。このような構成によって、位置決めの精度が向上し、導電部材２を安定して設けることができる。さらに、絶縁部材１の軸心側に接合位置を近づけることができるので、振動が径方向に与えられるような環境で用いられても、ろう材などの接合剤にはたらく遠心力を小さくすることができ、長期間に亘って、接合強度を維持することができる。鍔付き環状部材３を外周面２１ｂに接合する接合剤がろう材である場合、ろう材は、例えば、ＢＡｇ－８、ＢＡｇ－８Ａ、ＢＡｇ－８Ｂ、ＢＡｇ－９などの銀ろう材、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系の活性ろう材などである。

【0032】

導電部材２には、図１に示すように、少なくとも第１段差部１１が設けられた側に凹部５が設けられていてもよい。このような凹部５が設けられていることによって、導電部材２と電気的に接続し得る部材を、凹部５の内部に装着することができる。さらに、装着された部材の脱離をも低減することができる。

【0033】

鍔付き環状部材３は、図２に示すように、導電部材２の第２段差部２１を形成する第２段差面２１ａに接合されていてもよい。このような構成によって、鍔付き環状部材３と導電部材２との接合面積が増える。その結果、導電部材２と鍔付き環状部材３との接合強度を向上させることができ。さらに、得られる気密端子１０の気密性も、より向上させることができる。鍔付き環状部材３を第２段差面２１ａに接合する接合剤がろう材である場合、例えば、ＢＡｇ－８、ＢＡｇ－８Ａ、ＢＡｇ－８Ｂ、ＢＡｇ－９などの銀ろう材、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系の活性ろう材などである。

【0034】

一実施形態に係る気密端子１０において、絶縁部材１の平均線膨張率、導電部材２の平均線膨張率、および鍔付き環状部材３の平均線膨張率は、特に限定されない。絶縁部材１の平均線膨張率は、例えば２．４×１０^－６／Ｋ以上７．５×１０^－６／Ｋ以下であってもよい。導電部材２の平均線膨張率は、例えば４．６×１０^－６／Ｋ以上１７．７×１０^－６／Ｋ以下であってもよい。鍔付き環状部材３の平均線膨張率は、例えば４．６×１０^－６／Ｋ以上１７．７×１０^－６／Ｋ以下であってもよい。本実施形態の気密端子は、特に、導電部材２の平均線膨張率が絶縁部材１の平均線膨張率よりも大きく、その差が１０×１０^－６／Ｋ以上である場合に有効である。

【0035】

絶縁部材１の平均線膨張率はＪＩＳ Ｒ １６１８：２００２に準拠して求めればよい。導電部材２および鍔付き環状部材３のそれぞれの平均線膨張率は、ＪＩＳ Ｚ ２２８５：２００３に準拠して求めればよい。但し、上記各部材のサイズが小さく、各部材から切り出した試料が上記ＪＩＳ規格で規定する試料のサイズとすることができない場合、可能な限り大きく切り出した試料を平均線膨張率測定用の試料としてもよい。いずれの平均線膨張率も測定の対象とする温度範囲は、４０℃以上４００℃以下である。

【0036】

例えば、鍔付き環状部材３の平均線膨張率が、絶縁部材１の平均線膨張率と導電部材２の平均線膨張率との間であってもよい。各部材の平均線膨張率がこのような関係を満たす場合、各部材に応力が蓄積されにくい状態になる。その結果、このような構成を有する気密端子１０を高温および低温環境下で繰り返し使用しても、長期間にわたって使用することができる。

【0037】

鍔付き環状部材３は、上述のように、環状の基部３１と基部３１の径方向に延出する鍔部３２とを有している。図２に示すように、基部３１の外周面と鍔部３２の基部３１側に位置する環状面とは、曲面を介して接続されていてもよい。このような構成を有していると、基部３１の外周面と鍔部３２の基部３１側に位置する環状面とが直交している場合と比べて、高温および低温環境下で繰り返し使用しても、鍔付き環状部材３に蓄積される応力が少なくなる。その結果、このような構成を有する気密端子１０は、長期間にわたって使用することができる。

【0038】

この曲面の曲率は限定されず、例えば、１．２５（１／ｍｍ）以上５（１／ｍｍ）以下であってもよい。曲率を求めるには、まず、走査型電子顕微鏡を用いて、鍔付き環状部材３の軸心を含む断面全体を撮影する。撮影された画像に表示された基部３１の外周面と鍔部３２の基部３１側に位置する環状面と介する曲面をトレースすることによって、曲面の曲率を求めればよい。

【0039】

図１および２に示すように、一実施形態に係る気密端子１０において、基部３１の外周面と外周面に対向する絶縁部材１の内周面との間に、環状の空隙部４が介在していてもよい。このような環状の空隙部４が存在していると、空隙部４内に絶縁部材１と鍔付き環状部材３と接合するろう材などの接合剤のフィレットを、空隙部４内に形成することができる。その結果、絶縁部材１と鍔付き環状部材３との接合面積を増やすことができ、両者の接合強度を高くすることができる。さらに、導電部材１の平均線膨張率が大きくても、この空隙部４によって膨張を吸収することができる。そのため、絶縁部材１にクラックが発生しにくくなる。

【0040】

図２に示すように、絶縁部材１は、絶縁部材１の第２内周面１１ｃから絶縁部材１の軸心に向かって伸び、環状の空隙部４の一方の端部を封止する第３段差面４１ａを有していてもよい。第３段差面４１ａを有することによって、第３段差面４１ａがない場合よりも空隙部４の体積を増やすことができる。その結果、接合剤のフィレットの量を増やすことができ、絶縁部材１と鍔付き環状部材３との接合の信頼性を向上させることができる。

【0041】

絶縁部材１の第２内周面１１ｃおよび第３段差面４１ａの少なくとも一方が、焼成面であってもよい。絶縁部材１の第２内周面１１ｃおよび第３段差面４１ａの少なくとも一方が焼成面であれば、破砕層が絶縁部材１の第２内周面１１ｃおよび第３段差面４１ａに存在しない。その結果、絶縁部材１の第２内周面１１ｃおよび第３段差面４１ａに沿ってガスが流れても、粒子が脱離するおそれが低減する。

【0042】

一実施形態に係る気密端子１０において、導電部材２は、絶縁部材１の軸方向の中心に対して、鍔付き環状部材３が接合されている側と反対側の端部の外周面が、絶縁部材１とは非接合で当接していてもよい。このような構成を有することによって、導電部材２と接合している側で絶縁部材１に生じる残留応力を逃がすことができる。そのため、絶縁部材１にクラックが発生しにくくなる。

【0043】

一実施形態に係る気密端子１０は、種々の装置において使用される。このような装置としては、例えば、冷却装置、プラズマ処理装置、電気自動車、ハイブリッド自動車などが挙げられる。

【0044】

本開示に係る気密端子は、上述の気密端子１０に限定されない。例えば、本開示に係る気密端子において、絶縁部材に設けられた第１段差部および第１段差面にメタライズ層が形成されていてもよい。上述の一実施形態に係る気密端子１０では、絶縁部材１に設けられた第１段差部１１および第１段差面１１ａにメタライズ層が形成されていないものの、このようなメタライズ層が形成されていることによって、例えば、セラミックスで形成された絶縁部材と金属で形成された鍔付き環状部材との接合強度を向上させることができる。

【符号の説明】

【0045】

１ 絶縁部材
１１ 第１段差部
１１ａ 第１段差面
１１ｂ 第１内周面
１１ｃ 第２内周面
２ 導電部材
２１ 第２段差部
２１ａ 第２段差面
２１ｂ 第２段差部を形成する外周面
３ 鍔付き環状部材
３１ 基部
３２ 鍔部
４ 環状の空隙部
４１ａ 第３段差面
５ 凹部
１０ 気密端子

【図1】

【図2】