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JP6853091B2 - Vacuum switch container - Google Patents
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セラミック構造体および真空スイッチ用容器に関する。 Regarding ceramic structures and containers for vacuum switches.

従来、高電圧負荷装置への電流供給を開閉するスイッチとして、電流遮断に伴う火花発生と、その後の放電短絡とを防止して十分な電気絶縁性を確保するために、シリコン整流器等の半導体素子をセラミック製の筒状容器(以下、この筒状容器を容器という。)に収納し、容器の内部を減圧した真空スイッチが用いられている。この容器の外周面は、通常、表面を平滑化することにより汚れの付着を抑制したり、沿面放電短絡等に対する絶縁耐電圧を高くしたりするために、釉薬からなる被覆層によって覆われている。特許文献1では、SiO;60〜80重量%、Al;10〜20重量%、KO;4〜10重量%を含むとともに、残部に、NaO、MgO、CaO、Feのうち少なくとも1種を含む釉薬が提案されている。 Conventionally, as a switch that opens and closes the current supply to a high-voltage load device, a semiconductor element such as a silicon rectifier is used to prevent sparks due to current interruption and subsequent discharge short circuit to ensure sufficient electrical insulation. Is stored in a ceramic tubular container (hereinafter, this tubular container is referred to as a container), and a vacuum switch is used in which the inside of the container is depressurized. The outer peripheral surface of this container is usually covered with a coating layer made of glaze in order to suppress the adhesion of dirt by smoothing the surface and to increase the insulation withstand voltage against creeping discharge short circuit and the like. .. Patent Document 1 contains SiO 2 ; 60 to 80% by weight, Al 2 O 3 ; 10 to 20% by weight, K 2 O; 4 to 10% by weight, and Na 2 O, MgO, CaO, Fe in the balance. A glaze containing at least one of 2 O 3 has been proposed.

また、セラミック基板用グレーズ組成物として、特許文献2に、Si0;60〜70モル%、Al;5.1〜12モル%、B;0.5〜5モル%、CaO;3〜18モル%、BaO;1〜15モル%、Sr0;0.5〜25モル%よりなることが記載されている。 Further, as for a ceramic substrate glaze composition, in Patent Document 2, Si0 2; 60 to 70 mol%, Al 2 0 3; 5.1~12 mol%, B 2 0 3; 0.5~5 mol%, It is described that CaO; 3 to 18 mol%, BaO; 1 to 15 mol%, Sr0; 0.5 to 25 mol%.

特開2001−89268号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-89268 特開昭60−118648号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-118648

容器の小型化が求められ、容器の内壁と半導体素子との間隔が狭くなると、外部から到来する高周波の雑音電波を被覆層が十分吸収することができない場合に、半導体素子等の電子部品が誤作動を引き起こすおそれがある。また、被覆層において、大気中に含まれる水分が吸着した場合、絶縁性が低下するという問題があった。 When the container is required to be miniaturized and the distance between the inner wall of the container and the semiconductor element is narrowed, the electronic component such as the semiconductor element is erroneously used when the coating layer cannot sufficiently absorb high-frequency noise radio waves coming from the outside. May cause operation. Further, when moisture contained in the atmosphere is adsorbed in the coating layer, there is a problem that the insulating property is lowered.

本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、電子部品が誤作動を引き起こすおそれが少ないとともに、被覆層の絶縁性が低下しにくいセラミック構造体および真空スイッチ用容器を提供する。 The present disclosure has been devised in view of such circumstances, and provides a ceramic structure and a container for a vacuum switch, which are less likely to cause malfunction of electronic components and whose coating layer insulation is less likely to deteriorate. To do.

本開示の真空スイッチ用容器は、セラミック構造体を備える真空スイッチ用容器であって、前記セラミック構造体は、セラミックスからなる基体と、該基体上の少なくとも一部に位置する被覆層とを備える。該被覆層は、珪素と、カルシウムと、アルミニウムと、カリウムと、バリウムおよびストロンチウムの少なくともいずれかと、酸素とを含む。前記被覆層は、該被覆層を構成する全成分の合計100質量%のうち、各含有量が、珪素をSiO換算で60質量%以上、カルシウムをCaO換算で12質量%以上18質量%以下、アルミニウムをAl換算で10質量%以上14質量%以下、カリウムをKO換算で3質量%以上7質量%以下、バリウムをBaO換算およびストロンチウムをSrO換算の合計で0.2質量%以上0.6質量%以下である。
The container for a vacuum switch of the present disclosure is a container for a vacuum switch including a ceramic structure, and the ceramic structure includes a substrate made of ceramics and a coating layer located at least a part of the substrate. The coating layer contains silicon, calcium, aluminum, potassium, at least one of barium and strontium, and oxygen. In the coating layer, out of a total of 100% by mass of all the components constituting the coating layer, each content is 60% by mass or more in terms of SiO 2 for silicon and 12% by mass or more and 18% by mass or less in terms of CaO for calcium. , Aluminum is 10% by mass or more and 14% by mass or less in terms of Al 2 O 3 , potassium is 3% by mass or more and 7% by mass or less in terms of K 2 O, barium is converted to BaO and strontium is converted to SrO, totaling 0.2% by mass. % Or more and 0.6% by mass or less.

本開示の真空スイッチ用容器は、電子部品が誤作動を引き起こすおそれが少ないとともに、被覆層の絶縁性が低下しにくい。その結果、真空スイッチ用容器の小型化を図ることができる。また、信頼性に優れているため、長期間に亘って使用することができる。
In the vacuum switch container of the present disclosure, there is little possibility that electronic components will malfunction, and the insulating property of the coating layer is unlikely to deteriorate. As a result, the size of the vacuum switch container can be reduced. Moreover, since it is excellent in reliability, it can be used for a long period of time.

本実施形態の真空スイッチ用容器の概略構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the schematic structure of the container for a vacuum switch of this embodiment.

本開示のセラミック構造体および真空スイッチ用容器について図を参照しながら説明する。 The ceramic structure and the container for the vacuum switch of the present disclosure will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の真空スイッチ用容器の概略構成の一例を示す断面図である。図1に示す真空スイッチ用容器20は、セラミックスからなる基体1と、基体1上の少なくとも一部に位置する被覆層2とを有するセラミック構造体3を備えている。基体1は内周面1aおよび外周面1bを有する筒状体からなり、外周面1bが被覆層2により覆われている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a vacuum switch container of the present embodiment. The vacuum switch container 20 shown in FIG. 1 includes a ceramic structure 3 having a substrate 1 made of ceramics and a coating layer 2 located at least a part of the substrate 1. The substrate 1 is formed of a tubular body having an inner peripheral surface 1a and an outer peripheral surface 1b, and the outer peripheral surface 1b is covered with a coating layer 2.

基体1は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、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からなる。 The substrate 1 is made of, for example, ceramics containing aluminum oxide, zirconium oxide, silicon carbide, silicon nitride or sialon as a main component.

基体1は、例えば、外径が60mm以上100mm以下、内径が50mm以上80mm以下、高さHが50mm以上70mm以下に設定できる。そして、筒状をなす金属製のアークシールド4がろう材からなる接合層5を介して内周面1bに接合されている。 The substrate 1 can have, for example, an outer diameter of 60 mm or more and 100 mm or less, an inner diameter of 50 mm or more and 80 mm or less, and a height H 1 of 50 mm or more and 70 mm or less. Then, a tubular metal arc shield 4 is joined to the inner peripheral surface 1b via a joining layer 5 made of a brazing material.

基体1の上側には円板状の第1金属板6、下側には円板状の第2金属板7がそれぞれ取り付けられている。第1金属板6および第2金属板7は、いずれもフェルニコ系合金からなる。 A disk-shaped first metal plate 6 is attached to the upper side of the substrate 1, and a disk-shaped second metal plate 7 is attached to the lower side. Both the first metal plate 6 and the second metal plate 7 are made of a Fernico alloy.

そして、第1金属板6には、固定電極8が取り付けられている。固定電極8は、第1金属板6の中央部を貫通して第1金属板6に固定される固定軸8aと、固定軸8aの先端側に接続される固定側接点8bとを備えている。一方、第2金属板7には、可動電極9が取り付けられている。可動電極9は、第2金属板7の中央部を貫通する可動軸9aと、可動軸9aの先端側に接続される可動側接点9bとを備えている。なお、可動電極9は、蛇腹状の金属製のベローズ10によって、固定電極8に対して接近または離間するようになっている。このような構成であることによって、可動側接点9bは、固定側接点8bに対して当接または離間するようになる。そして、可動側接点9bが固定側接点8aに当接すると、基体1の軸方向Aに通電する。 A fixed electrode 8 is attached to the first metal plate 6. The fixed electrode 8 includes a fixed shaft 8a that penetrates the central portion of the first metal plate 6 and is fixed to the first metal plate 6, and a fixed side contact 8b that is connected to the tip end side of the fixed shaft 8a. .. On the other hand, the movable electrode 9 is attached to the second metal plate 7. The movable electrode 9 includes a movable shaft 9a penetrating the central portion of the second metal plate 7, and a movable side contact 9b connected to the tip end side of the movable shaft 9a. The movable electrode 9 is approached or separated from the fixed electrode 8 by a bellows-shaped metal bellows 10. With such a configuration, the movable side contact 9b comes into contact with or separates from the fixed side contact 8b. Then, when the movable side contact 9b comes into contact with the fixed side contact 8a, electricity is applied in the axial direction A of the substrate 1.

固定側接点8aおよび可動側接点9bは、アークシールド4の内部に配置されている。アークシールド4は、電圧印加によって、固定側接点8aおよび可動側接点9bから発生した金属蒸気の内周面1aへの付着を抑制して、基体1の絶縁性低下を防止する。また、ベローズ10は、ベローズカバー11によって覆われている。ベローズカバー11は、ベローズ10への金属蒸気の付着を抑制する。 The fixed side contact 8a and the movable side contact 9b are arranged inside the arc shield 4. The arc shield 4 suppresses the adhesion of metal vapor generated from the fixed side contact 8a and the movable side contact 9b to the inner peripheral surface 1a by applying a voltage, and prevents the deterioration of the insulating property of the substrate 1. Further, the bellows 10 is covered with a bellows cover 11. The bellows cover 11 suppresses the adhesion of metal vapor to the bellows 10.

そして、セラミック構造体3を構成する被覆層2は、珪素と、カルシウムと、アルミニウムと、カリウムと、バリウムおよびストロンチウムの少なくともいずれかと、酸素とを含む。言い換えれば、被覆層2は、珪素の酸化物、カルシウムの酸化物、アルミニウムの
酸化物、カリウムの酸化物、バリウムの酸化物およびストロンチウムの酸化物の少なくともいずれかを含むものである。
The coating layer 2 constituting the ceramic structure 3 contains silicon, calcium, aluminum, potassium, at least one of barium and strontium, and oxygen. In other words, the coating layer 2 contains at least one of an oxide of silicon, an oxide of calcium, an oxide of aluminum, an oxide of potassium, an oxide of barium and an oxide of strontium.

被覆層2は、被覆層2を構成する全成分の合計100質量%のうち、各含有量が、珪素をSiO換算で60質量%以上、カルシウムをCaO換算で12質量%以上18質量%以下、アルミニウムをAl換算で10質量%以上14質量%以下、カリウムをKO換算で3質量%以上7質量%以下、バリウムをBaO換算およびストロンチウムをSrO換算の合計で0.2質量%以上0.質量%以下である。 The content of the coating layer 2 is 60% by mass or more in terms of SiO 2 and 12% by mass or more and 18% by mass or less of calcium in terms of CaO, out of a total of 100% by mass of all the components constituting the coating layer 2. , Aluminum is 10% by mass or more and 14% by mass or less in terms of Al 2 O 3 , potassium is 3% by mass or more and 7% by mass or less in terms of K 2 O, barium is converted to BaO and strontium is converted to SrO, totaling 0.2% by mass. % Or more 0. It is mass% or less.

以下においては、珪素の酸化物がSiO、カルシウムの酸化物がCaO、アルミニウムの酸化物がAl、カリウムの酸化物がKO、バリウムの酸化物がBaO、ストロンチウムの酸化物がSrOであるものとして記載する。 In the following, silicon oxide is SiO 2 , calcium oxide is CaO, aluminum oxide is Al 2 O 3 , potassium oxide is K 2 O, barium oxide is BaO, and strontium oxide is. Described as SrO.

SiOは、被覆層2となる釉薬の骨格を形成するための成分であり、線膨張係数は被覆層2を構成する上記各酸化物のうち、最も小さい。従って、SiOの含有量が少な過ぎると、被覆層2の耐候性が低下する。また、他に含まれる酸化物の量が増えることとなるため、被覆層2の線膨張係数が大きくなる。本開示のセラミック構造体を構成する被覆層2は、珪素がSiO換算で60質量%以上であることによって、耐候性に優れる。また、他の酸化物の含有量に絡み、被覆層2の線膨張係数を基体1の線膨張係数に近づけることができる。 SiO 2 is a component for forming the skeleton of the glaze to be the coating layer 2, and the coefficient of linear expansion is the smallest among the above oxides constituting the coating layer 2. Therefore, if the content of SiO 2 is too small, the weather resistance of the coating layer 2 is lowered. In addition, since the amount of oxides contained in the coating layer 2 increases, the coefficient of linear expansion of the coating layer 2 increases. The coating layer 2 constituting the ceramic structure of the present disclosure is excellent in weather resistance because silicon is 60% by mass or more in terms of SiO 2. Further, the coefficient of linear expansion of the coating layer 2 can be brought close to the coefficient of linear expansion of the substrate 1 in relation to the content of other oxides.

CaOは、被覆層2を構成するアルカリ金属の移動を制限するため、化学的耐久性(耐酸性および耐アルカリ性)を向上させる成分であるが、CaOの含有量が少な過ぎると、化学的耐久性を向上させることができない。また、CaOの含有量が多過ぎると、失透による異物が被覆層2内に発生する。そして、CaOは、上記各酸化物のうち、線膨張係数が大きいものである。本開示のセラミック構造体を構成する被覆層2は、カルシウムがCaO換算で12質量%以上18質量%以下であるによって、化学的耐久性を有しつつ、失透による異物の発生を抑制することができる。また、基体1の線膨張係数と被覆層2の線膨張係数との差を小さくすることができる。 CaO is a component that improves chemical durability (acid resistance and alkali resistance) because it restricts the movement of the alkali metal constituting the coating layer 2. However, if the CaO content is too small, the chemical durability Cannot be improved. Further, if the CaO content is too large, foreign matter due to devitrification is generated in the coating layer 2. Of the above oxides, CaO has a large coefficient of linear expansion. The coating layer 2 constituting the ceramic structure of the present disclosure has a calcium content of 12% by mass or more and 18% by mass or less in terms of CaO, so that it has chemical durability and suppresses the generation of foreign substances due to devitrification. Can be done. Further, the difference between the linear expansion coefficient of the substrate 1 and the linear expansion coefficient of the coating layer 2 can be reduced.

Alは、被覆層2の耐水性、耐熱性および耐失透性を高くする成分であって、Alの含有量が少な過ぎると、失透による異物が発生したりする。また、Alは、被覆層2の軟化温度を高めることができ、被覆層2を形成した後のろう付け、特に、高真空下でのろう付けする場合、被覆層2の表面粗化による外観の劣化や、汚れ付着による絶縁性の低下を生じにくくすることができる。また、ろう付けしない場合でも、セラミック構造体3を高温環境にて用いる場合、被覆層2の表面粗化を抑制することができる。また、Alの含有量が多過ぎると、化学的耐久性が低くなる。 Al 2 O 3 is a component that enhances the water resistance, heat resistance, and devitrification resistance of the coating layer 2. If the content of Al 2 O 3 is too small, foreign matter may be generated due to devitrification. Further, Al 2 O 3 can raise the softening temperature of the coating layer 2, and the surface of the coating layer 2 is roughened when brazing after forming the coating layer 2, especially when brazing under high vacuum. It is possible to prevent deterioration of the appearance due to the above and deterioration of the insulating property due to the adhesion of dirt. Further, even when brazing is not performed, when the ceramic structure 3 is used in a high temperature environment, the surface roughness of the coating layer 2 can be suppressed. Further, if the content of Al 2 O 3 is too large, the chemical durability is lowered.

本開示のセラミック構造体3を構成する被覆層2は、アルミニウムがAl換算で10質量%以上14質量%以下であるによって、耐水性、耐熱性および耐失透性に優れる。また、失透による異物の発生を抑制することができる。 The coating layer 2 constituting the ceramic structure 3 of the present disclosure is excellent in water resistance, heat resistance and devitrification resistance because aluminum is 10% by mass or more and 14% by mass or less in terms of Al 2 O 3. In addition, it is possible to suppress the generation of foreign matter due to devitrification.

Oは、被覆層2を形成する際に、適度な流動性を与えるため、被覆層3の表面の平滑性に寄与する。本開示のセラミック構造体3を構成する被覆層2は、カリウムがKO換算で3質量%以上7質量%以下であると、被覆層2の表面の平滑性が向上するため、汚れが付着しにくくなり、絶縁性の低下を抑制することができる。また、被覆層2の表面に光沢を与える。 K 2 O contributes to the smoothness of the surface of the coating layer 3 because it imparts appropriate fluidity when forming the coating layer 2. Coating layer 2 constituting the ceramic structure 3 of the present disclosure, the potassium is at most 3 mass% or more and 7% by weight K 2 O in terms, since the smoothness of the surface of the coating layer 2 is improved, dirt adhesion It becomes difficult to do so, and the deterioration of the insulating property can be suppressed. It also gives gloss to the surface of the coating layer 2.

BaOおよびSrOは、電磁波吸収能が高い成分である。そのため、少な過ぎると電磁波吸収能が高いものとならない。また、含有量が多過ぎると、失透による異物が被覆層2
内に発生する。
BaO and SrO are components having high electromagnetic wave absorption ability. Therefore, if the amount is too small, the electromagnetic wave absorption capacity will not be high. Further, if the content is too large, foreign matter due to devitrification will be removed from the coating layer 2
Occurs within.

本開示のセラミック構造体3を構成する被覆層2は、バリウムがBaO換算およびストロンチウムがSrO換算の合計で0.2質量%以上0.質量%以下であることによって、失透による異物が被覆層2内に発生しにくくなるとともに、外部から到来する電磁波を吸収することができる。そのため、セラミック構造体3の内部に配置される固定側接点8a、可動側接点9b等の電子部品の誤動作が少なくなる。 In the coating layer 2 constituting the ceramic structure 3 of the present disclosure, the total of barium in terms of BaO and strontium in terms of SrO is 0.2% by mass or more. When the mass is less than%, foreign matter due to devitrification is less likely to be generated in the coating layer 2, and electromagnetic waves arriving from the outside can be absorbed. Therefore, malfunctions of electronic components such as the fixed side contact 8a and the movable side contact 9b arranged inside the ceramic structure 3 are reduced.

また、被覆層2は、さらにナトリウムを含み、被覆層2を構成する全成分の合計100質量%における含有量がNaO換算で0.6質量%以上1.6質量%以下であってもよい。NaOは、被覆層2を形成する際に、適度な流動性を与えるため、被覆層3の表面の平滑性に寄与する。ナトリウムがNaO換算で上記範囲の含有量を含んでいるときには、高い防汚性により、浮遊する金属粉の付着を抑制することができる。また、絶縁性の低下を抑制することができる。 Further, the coating layer 2 further contains sodium, and even if the content of all the components constituting the coating layer 2 in a total of 100% by mass is 0.6% by mass or more and 1.6% by mass or less in terms of Na 2 O. Good. Na 2 O imparts appropriate fluidity when forming the coating layer 2, and thus contributes to the smoothness of the surface of the coating layer 3. When sodium contains a content in the above range in terms of Na 2 O, the high antifouling property can suppress the adhesion of floating metal powder. In addition, it is possible to suppress a decrease in insulating property.

また、被覆層2は、さらに鉄を含み、被覆層2を構成する全成分の合計100質量%における含有量がFe換算で0.1質量%以上0.3質量%以下であってもよい。鉄がFe換算で上記範囲の含有量を含んでいるときには、セラミック構造体3の耐衝撃性を高くすることができる。 Further, the coating layer 2 further contains iron, and the content of all the components constituting the coating layer 2 in a total of 100% by mass is 0.1% by mass or more and 0.3% by mass or less in terms of Fe 2 O 3. May be good. When iron contains a content in the above range in terms of Fe 2 O 3 , the impact resistance of the ceramic structure 3 can be increased.

また、被覆層2は、表面の算術平均粗さRaが0.2μm以下であってもよい。また、被覆層2は、表面の最大断面高さRtが4μm以下であってもよい。被覆層2の表面の算術平均粗さRaが0.2μm以下、あるいは最大断面高さRtが4μm以下であるときには、被覆層2の表面の水に対する接触角が大きくなるため、大気雰囲気中の水分が吸着しにくくなり、耐電圧の低下を抑制することができる。 Further, the surface of the coating layer 2 may have an arithmetic mean roughness Ra of 0.2 μm or less. Further, the coating layer 2 may have a maximum surface height Rt of 4 μm or less. When the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the coating layer 2 is 0.2 μm or less, or the maximum cross-sectional height Rt is 4 μm or less, the contact angle of the surface of the coating layer 2 with water becomes large, so that the moisture in the air atmosphere Is less likely to be adsorbed, and a decrease in withstand voltage can be suppressed.

被覆層2の表面の算術平均粗さRaおよび最大断面高さRtは、JIS B 0601:2001に準拠し、例えば、触針式の表面粗さ計((株)小坂研究所製、表面粗さ・輪郭形状測定機SEF3500)を用い、測定長さを10mm、カットオフ値を0.8mm、触針先端半径を5μm、触針の走査速度を0.5mm/秒として求めればよい。 The arithmetic mean roughness Ra and the maximum cross-sectional height Rt of the surface of the coating layer 2 conform to JIS B 0601: 2001. For example, a stylus type surface roughness meter (manufactured by Kosaka Laboratory Co., Ltd., surface roughness) -Using a contour shape measuring machine SEF3500), the measurement length may be 10 mm, the cutoff value may be 0.8 mm, the tip radius of the stylus may be 5 μm, and the scanning speed of the stylus may be 0.5 mm / sec.

また、基体1は、気孔の円相当径の平均値が5μm以下であってもよい。気孔の円相当径の平均値がこの範囲であるときには、大気雰囲気中の水分やガス分子の気孔内への浸入およびこの浸入による気孔内への吸着が抑制されるため、耐電圧の低下を抑制することができる。 Further, the substrate 1 may have an average value of the equivalent circle diameter of the pores of 5 μm or less. When the average value of the equivalent circle diameters of the pores is within this range, the infiltration of water and gas molecules in the atmospheric atmosphere into the pores and the adsorption into the pores due to this invasion are suppressed, so that the decrease in withstand voltage is suppressed. can do.

また、基体1は、気孔の円相当径の最大値が14μm以下であってもよい。気孔の円相当径の最大値がこの範囲であるときには、大気雰囲気中の水分が浸入しやすい大きな気孔が減少するため、耐電圧の低下をさらに抑制することができる。 Further, in the substrate 1, the maximum value of the equivalent circle diameter of the pores may be 14 μm or less. When the maximum value of the equivalent circle diameter of the pores is in this range, the large pores in which moisture in the atmosphere is likely to enter is reduced, so that the decrease in withstand voltage can be further suppressed.

また、基体1は、気孔の面積率が4.5%以下であってもよい。気孔の面積率がこの範囲であるときには、大気雰囲気中の水分が浸入する面積が減少するため、耐電圧の低下をさらに抑制することができる。 Further, the substrate 1 may have a pore area ratio of 4.5% or less. When the area ratio of the pores is in this range, the area in which moisture in the atmospheric atmosphere infiltrates decreases, so that the decrease in withstand voltage can be further suppressed.

基体1は、隣り合う気孔の重心間距離の平均値は気孔の円相当径の平均値の5.5倍以上であってもよい。隣り合う気孔の重心間距離の平均値と気孔の円相当径の平均値との関係がこの範囲であるときには、隣り合う気孔の間隔が気孔の円相当径に比べて相対的に大きいため、気孔の内部に電荷がチャージしても、高湿度、例えば湿度40%以上の雰囲気に長時間曝されても、耐電圧の低下をさらに抑制することができる。 In the substrate 1, the average value of the distance between the centers of gravity of the adjacent pores may be 5.5 times or more the average value of the equivalent circle diameters of the pores. When the relationship between the average value of the distance between the centers of gravity of adjacent pores and the average value of the equivalent circle diameters of the pores is within this range, the distance between the adjacent pores is relatively large compared to the equivalent circle diameter of the pores. Even if the inside of the is charged with charge or exposed to high humidity, for example, an atmosphere having a humidity of 40% or more for a long time, the decrease in withstand voltage can be further suppressed.

次に、基体1の円相当径の平均値、円相当径の最大値および面積率ならびに気孔の重心間距離の平均値の測定方法について説明する。 Next, a method for measuring the average value of the equivalent circle diameter of the substrate 1, the maximum value and the area ratio of the equivalent circle diameter, and the average value of the distance between the centers of gravity of the pores will be described.

まず、基体1を切り出し、断面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨する。そして、研磨によって得られた鏡面を洗浄した後、光学顕微鏡を用いて175倍の倍率で観察し、面積が、例えば、3.3mm(横方向の長さが2.0mm、縦方向の長さが1.7mm)となる範囲を光学顕微鏡付属のCCDカメラを用いて撮影し、画像データを取得する。得られた画像データを用いて、画像解析ソフト「A像くん(ver2.52)」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)による粒子解析を行うことで、基体1の円相当径の平均値、円相当径の最大値および面積率を求めることができる。なお、粒子解析の設定条件としては、例えば、明度を暗、2値化の方法を手動、小図形除去面積を3μm、雑音除去フィルタを有とした上で、画面上に現れるマーカーが気孔の形状と一致するように、しきい値を設定すればよい。 First, the substrate 1 is cut out and its cross section is polished with diamond abrasive grains. Then, after cleaning the mirror surface obtained by polishing, the mirror surface is observed with an optical microscope at a magnification of 175 times, and the area is, for example, 3.3 mm 2 (horizontal length is 2.0 mm, vertical length). The range of 1.7 mm) is photographed using a CCD camera attached to an optical microscope, and image data is acquired. Using the obtained image data, particle analysis was performed using the image analysis software "A image-kun (ver2.52)" (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.), and the average value of the equivalent circle diameter of the substrate 1 was obtained. , The maximum value of the circle equivalent diameter and the area ratio can be obtained. As the setting conditions for particle analysis, for example, the brightness is darkened, the binarization method is manual, the small figure removal area is 3 μm 2 , and the noise removal filter is provided, and the markers appearing on the screen are the pores. The threshold value may be set so as to match the shape.

また、気孔の重心間距離は、上記画像データを用いて、上記画像解析ソフトの重心間距離法を適用することで求めることができる。なお、重心間距離法の設定条件は、粒子解析の設定条件と同じとすればよい。 Further, the distance between the centers of gravity of the pores can be obtained by applying the distance method between the centers of gravity of the image analysis software using the above image data. The setting condition of the distance between the centers of gravity may be the same as the setting condition of the particle analysis.

以上、本実施形態のセラミック構造体が真空スイッチ用容器に用いられる場合について説明したが、絶縁碍子等の高い絶縁性が要求される用途に用いてもよい。 Although the case where the ceramic structure of the present embodiment is used for the container for a vacuum switch has been described above, it may be used for applications requiring high insulation such as insulators.

次に、本実施形態のセラミック構造体の製造方法の一例を説明する。 Next, an example of the method for manufacturing the ceramic structure of the present embodiment will be described.

主成分が酸化アルミニウムであるセラミック構造体を得る場合、まず、主成分である酸化アルミニウム粉末と、焼結助剤として酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムの各粉末と、必要に応じて酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤と、バインダーとをボールミルまたはビーズミルにより40〜50時間湿式混合してスラリーとする。 To obtain a ceramic structure whose main component is aluminum oxide, first, aluminum oxide powder, which is the main component, silicon oxide, magnesium oxide, and calcium oxide powders as sintering aids, and aluminum oxide powder, if necessary, are used. The dispersant and the binder are wet-mixed with a ball mill or a bead mill for 40 to 50 hours to prepare a slurry.

ここで、上記粉末の合計100質量%における酸化珪素粉末の含有量は3.3〜5質量%、炭酸カルシウム粉末の含有量は、1.3〜2.0質量%、酸化マグネシウム粉末の含有量は、1.7〜2.6質量%である。 Here, the content of the silicon oxide powder in the total 100% by mass of the powder is 3.3 to 5% by mass, the content of the calcium carbonate powder is 1.3 to 2.0% by mass, and the content of the magnesium oxide powder is Is 1.7 to 2.6% by mass.

ここで、気孔の円相当径の平均値が5μm以下、気孔の円相当径の最大値が14μm以下あるいは気孔の面積率が4.5%以下であるである基体を得るには、ビーズミルを用い、粉砕時間で調整すればよい。 Here, a bead mill is used to obtain a substrate in which the average value of the equivalent circle diameter of the pores is 5 μm or less, the maximum value of the equivalent circle diameter of the pores is 14 μm or less, or the area ratio of the pores is 4.5% or less. , It may be adjusted by the crushing time.

また、隣り合う気孔の重心間距離の平均値は前記気孔の円相当径の平均値の5.5倍以上である基体を得るには、分散剤の添加量で調整すればよい。 Further, in order to obtain a substrate in which the average value of the distance between the centers of gravity of the adjacent pores is 5.5 times or more the average value of the equivalent circle diameters of the pores, the amount of the dispersant added may be adjusted.

そして、スラリーを噴霧乾燥することで主成分が酸化アルミニウムである顆粒を得る。次に、顆粒を所定の成形型に充填し、成形圧を、例えば、80MPa以上120Mpa以下として、1軸プレス装置を用いて円筒状の成形体を得る。 Then, the slurry is spray-dried to obtain granules whose main component is aluminum oxide. Next, the granules are filled in a predetermined molding mold, and the molding pressure is set to, for example, 80 MPa or more and 120 MPa or less, and a cylindrical molded body is obtained using a uniaxial press device.

得られた成形体を1530℃以上1630℃以下で保持してセラミックスからなる基体を得ることができる。 The obtained molded product can be held at 1530 ° C. or higher and 1630 ° C. or lower to obtain a substrate made of ceramics.

次に、炭酸バリウム、カオリン、石灰、溶融シリカおよび長石の各粉末を準備する。 Next, barium carbonate, kaolin, lime, fused silica and feldspar powders are prepared.

上記粉末の合計100質量%における各粉末の比率は、炭酸バリウムを5質量%以上9質量%以下、カオリンを10質量%以上16質量%以下、石灰を10質量%以上16質量
%以下、溶融シリカを27質量%以上35質量%以下、残部を長石とする。バリウム源は炭酸バリウムであり、カリウム源はカオリンおよび長石である。
The ratio of each powder in the total 100% by mass of the above powders was 5% by mass or more and 9% by mass or less for barium carbonate, 10% by mass or more and 16% by mass or less for kaolin, 10% by mass or more and 16% by mass or less for lime, and molten silica. Is 27% by mass or more and 35% by mass or less, and the balance is feldspar. The barium source is barium carbonate, and the potassium sources are kaolin and feldspar.

上記粉末を水およびバインダーとともにポットミルに投入した後、混合、粉砕してペーストを得る。 The powder is put into a pot mill together with water and a binder, and then mixed and pulverized to obtain a paste.

基体の外周面に刷毛塗り、スプレー塗布等によってペーストを塗布し、保持する温度を1350℃以上1450℃以下、保持する時間を2時間以上4時間以下として熱処理することで被覆層が形成され、本実施形態のセラミック構造体を得ることができる。 A coating layer is formed by applying a paste to the outer peripheral surface of the substrate by brush coating, spray coating, etc., and heat-treating with a holding temperature of 1350 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower and a holding time of 2 hours or more and 4 hours or less. The ceramic structure of the embodiment can be obtained.

被覆層の表面の算術平均粗さRaが0.2μm以下であるセラミック構造体を得るには、ポットミルにおける粉砕時間を40時間以上45時間以下とすればよい。 In order to obtain a ceramic structure having an arithmetic mean roughness Ra of the surface of the coating layer of 0.2 μm or less, the pulverization time in the pot mill may be 40 hours or more and 45 hours or less.

1:基体
2:被覆層
3:セラミック構造体
4:アークシールド
5:接合層
6:第1金属板
7:第2金属板
8:固定電極
9:可動電極
10:ベローズセラミック構造体
11:ベローズカバー
20:真空スイッチ用容器
1: Base 2: Coating layer 3: Ceramic structure 4: Arc shield 5: Bonding layer 6: First metal plate 7: Second metal plate 8: Fixed electrode 9: Movable electrode 10: Bellows ceramic structure 11: Bellows cover 20: Vacuum switch container

Claims (9)

セラミック構造体を備える真空スイッチ用容器であって、
前記セラミック構造体は、セラミックスからなる基体と、該基体上の少なくとも一部に位置する被覆層とを備え、
該被覆層は、珪素と、カルシウムと、アルミニウムと、カリウムと、バリウムおよびストロンチウムの少なくともいずれかと、酸素とを含み、
前記被覆層を構成する全成分の合計100質量%のうち、
珪素をSiO換算で60質量%以上、
カルシウムをCaO換算で12質量%以上18質量%以下、
アルミニウムをAl換算で10質量%以上14質量%以下、
カリウムをKO換算で3質量%以上7質量%以下、
バリウムをBaO換算およびストロンチウムをSrO換算の合計で0.2質量%以上0.6質量%以下含む、真空スイッチ用容器
A vacuum switch container with a ceramic structure.
The ceramic structure includes a substrate made of ceramics and a coating layer located at least a part of the substrate.
The coating layer contains silicon, calcium, aluminum, potassium, at least one of barium and strontium, and oxygen.
Of the total 100% by mass of all the components constituting the coating layer
60% by mass or more of silicon in terms of SiO 2
Calcium is 12% by mass or more and 18% by mass or less in terms of CaO,
Aluminum is 10% by mass or more and 14% by mass or less in terms of Al 2 O 3,
Potassium or 3% by mass K 2 O in terms of 7 wt% or less,
A container for a vacuum switch containing 0.2% by mass or more and 0.6% by mass or less in total of barium in terms of BaO and strontium in terms of SrO.
前記被覆層は、さらにナトリウムを含み、前記被覆層を構成する全成分の合計100質量%における含有量がNaO換算で0.6質量%以上1.6質量%以下である、請求項1に記載の真空スイッチ用容器The coating layer further comprises a sodium content in the total 100 mass% of all the components constituting the coating layer is not more than 1.6 mass% to 0.6 mass% in terms of Na 2 O, claim 1 The container for the vacuum switch described in. 前記被覆層は、さらに鉄を含み、前記被覆層を構成する全成分の合計100質量%における含有量がFe換算で0.1質量%以上0.3質量%以下である、請求項1または請求項2に記載の真空スイッチ用容器The coating layer further contains iron, and the content of all the components constituting the coating layer in a total of 100% by mass is 0.1% by mass or more and 0.3% by mass or less in terms of Fe 2 O 3. 1 or the container for a vacuum switch according to claim 2. 前記被覆層は、表面の算術平均粗さRaが0.2μm以下である、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の真空スイッチ用容器 The vacuum switch container according to any one of claims 1 to 3, wherein the coating layer has an arithmetic mean roughness Ra of the surface of 0.2 μm or less. 前記基体は、気孔の円相当径の平均値が5μm以下である、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の真空スイッチ用容器 The vacuum switch container according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate has an average value of the equivalent circle diameter of pores of 5 μm or less. 前記基体は、気孔の円相当径の最大値が14μm以下である、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の真空スイッチ用容器 The vacuum switch container according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate has a maximum value of the equivalent circle diameter of the pores of 14 μm or less. 前記基体は、気孔の面積率が4.5%以下である、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の真空スイッチ用容器 The vacuum switch container according to any one of claims 1 to 6, wherein the substrate has a pore area ratio of 4.5% or less. 前記基体は、隣り合う気孔の重心間距離の平均値は前記気孔の円相当径の平均値の5.5倍以上である、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の真空スイッチ用容器 The vacuum switch container according to any one of claims 1 to 7, wherein the average value of the distance between the centers of gravity of the adjacent pores is 5.5 times or more the average value of the equivalent circle diameters of the pores. .. 前記基体が内周面および外周面を有する筒状体からなり、前記外周面が前記被覆層により覆われている、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の真空スイッチ用容器 The container for a vacuum switch according to any one of claims 1 to 8, wherein the substrate is made of a tubular body having an inner peripheral surface and an outer peripheral surface, and the outer peripheral surface is covered with the coating layer.
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