JPH08253373A - 真空気密容器用封着材、真空気密容器、およびセラミックス−金属接合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 活性金属法を用いた簡便な真空気密容器の封
着において、容器内部を高真空度に維持することを可能
にした真空気密容器用封着材および真空気密容器を提供
する。 【構成】 接合金属と活性金属とを含む粒子および繊維
から選ばれる少なくとも1種の三次元的に任意形状の集
合体からなる真空気密容器用封着材１１であって、その
内部に真空引き用流路を有する。あるいは、接合金属部
材と活性金属部材とを有する真空気密容器用封着材であ
って、活性金属部材は凹凸状の接合金属部材との接触面
を有し、接合金属部材は凹凸状の接触面を介して活性金
属部材と部分的に接している。真空気密容器は、これら
真空気密容器用封着材を用いて、セラミックス容器１２
と封止金具１３とを真空中で封着したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空遮断器、真空バル
ブ、サイリスタ等に用いられる真空気密容器作製用の封
着材および真空気密容器、さらには真空気密容器の作製
に好適なセラミックス−金属接合体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】送電等に使用されている真空遮断器は、
一対の接点が配置される気密絶縁性を有するセラミック
ス容器の開口部端に、その内部を真空気密状態に保持し
ながら金属製の封止金具を封着（接合）したものであ
り、セラミックス容器内部の真空状態を良好に維持する
と共に、電力の遮断時に生じる高衝撃に耐える必要があ
る。特に、セラミックス容器と金属製封止金具との封着
部（接合部）には、高強度と高気密性とが要求される。
また、封止金具の接合は、セラミックス容器内部を真空
気密状態に維持しつつ行う必要があり、これらの条件を
満足する信頼性の高い接合方法が求められている。

【０００３】上述したようなセラミックス容器に封止金
具を封着する方法としては、従来、Mo-Mn法を用いた封
着が行われてきたが、 Mo-Mn法はメタライズ工程、めっ
き工程、ろう付け工程と多くの工程が必要で、封着工程
が複雑になると共に、高温の熱処理を必要としたり、さ
らには十分な接合強度が得られない等の問題を有してい
た。

【０００４】そこで、 Mo-Mn法に代わる封着方法とし
て、活性金属法を用いる封着が検討されている（特開平
3-254030号公報等参照）。これは、 Ag-Cu合金等の金属
ろう材にTi、Zr等の活性金属を加えた活性金属含有ろう
材を有機バインダと混合したペースト状態で、あるいは
板状のろう材として用いる方法である。しかし、このよ
うな活性金属法のうち、ペーストを用いた場合には熱処
理過程で発生する有機バインダの分解ガスのために、容
器内部の真空度が落ちるという問題があった。また、平
板状のろう材を用いた場合でも、加熱に伴い容器の内部
から不純物分解ガスや吸着ガス、あるいは容器内部に設
置された部材を構成する物質の蒸気等が発生するため
に、やはり容器内部の真空度が低下するという問題があ
った。

【０００５】上記したようなガスを容器内部から外部に
排出しつつ、セラミックス容器に封止金具を封着しなく
ては、良好な真空気密状態を得ることは困難である。そ
のためには、接合時にろう材が加熱により溶融して封着
がなされる直前まで、容器内部からガスを排気し得る通
路を確保する必要である。

【０００６】上述したような目的を達成するために、従
来の Mo-Mn法を用いた真空容器の作製工程においては、
予めセラミックス容器のメタライズされた開口部端上
に、凹凸を設けた波型ろう材を配置することが行われて
きた。しかし、 Mo-Mn法ではろう材の溶融温度直下にな
るとろう材が軟化し、封止金具や固定用治具の重量でろ
う材が変形することによって、凹凸形状が保てなくな
り、封着の完了直前まで十分に容器内部を排気すること
ができないという問題があった。

【０００７】また、活性金属法では、金属ろう材の構成
元素に活性金属を加えなければならないが、金属ろう材
中に合金元素として活性金属を添加した場合には加工性
が著しく悪くなり、所定の寸法精度の凹凸を有した波型
ろう材を作製することは容易ではなかった。また、金属
ろう材に活性金属を張合わせたクラッドろう材（例えば
特開昭61-82993号公報参照）では、活性金属の張合わせ
が圧延やめっき等によるため、このようなろう材に内部
のガスを排気するための凹凸を設けることは難しく、ま
た熱間圧延等の過程でCuとTiが硬く脆い金属間化合物を
生成し、やはり成形が難しくなるという問題があった。

【０００８】一方、活性金属法による封着部（接合部）
の信頼性に関しては、セラミックス容器の開口部端の面
積（接合面面積）が金属製封止金具の接合部面積に比べ
て大きいことに加え、活性金属ろう材の金属に対する塗
れ性がセラミックスに対するそれに比べて相対的に良好
であるため、図１７に示すように活性金属ろう材１がセ
ラミックス容器２の開口部端２ａに濡れ広がらず、金属
製封止金具３側に吸い寄せられる現象が起こり、活性金
属ろう材１とセラミックス容器２との接触面積が低下す
ることから、接合部の強度や気密性に対する信頼性を十
分に確保することが難しいという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、真空
遮断器やサイリスタ等に用いられる真空気密容器を作製
するにあたり、従来の活性金属ろう材を用いたセラミッ
クス容器と金属製封止金具との封着（接合）では、封着
の完了直前まで十分に容器内部を排気することができ
ず、容器内部を高真空度に維持することができないとい
う問題や、活性金属ろう材の濡れ性がセラミックス容器
に比べて封止金具の方が良好であるために、接合部（封
着部）の強度や気密性に対する信頼性を十分に確保する
ことが難しいという問題があった。

【００１０】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、基本的には真空気密容器を作製する
際の封着（接合）時に、その気密性や強度を十分に高め
ることを可能にすることを目的としており、具体的には
活性金属法を用いた簡便な真空気密容器の封着におい
て、容器内部を高真空度に維持することを可能にした真
空気密容器用封着材および真空気密容器を提供するこ
と、さらには接合部（封着部）の強度や気密性に対する
信頼性を十分に高めることを可能にした真空気密容器の
作製に好適なセラミックス−金属接合体の製造方法を提
供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段と作用】本発明における第
１の真空気密容器用封着材は、請求項１に記載したよう
に、接合金属と活性金属とを含む粒子および繊維から選
ばれる少なくとも 1種の三次元的に任意形状の集合体か
らなり、前記集合体はその内部に真空引き用流路を有す
ることを特徴としている。

【００１２】また、第２の真空気密容器用封着材は、請
求項２に記載したように、接合金属部材と活性金属部材
とを有する真空気密容器用封着材であって、前記活性金
属部材は凹凸状の前記接合金属部材との接触面を有し、
前記接合金属部材は前記凹凸状の接触面を介して前記活
性金属部材と部分的に接していることを特徴としてい
る。

【００１３】本発明における第１の真空気密容器は、請
求項３に記載したように、真空容器を構成するセラミッ
クス容器と、前記セラミックス容器の開口部を封止する
封止金具とを具備する真空気密容器であって、前記セラ
ミックス容器に前記封止金具を、請求項１記載の第１の
真空気密容器用封着材を用いて真空中で接合してなるこ
とを特徴としている。

【００１４】また、第２の真空気密容器は、請求項４に
記載したように、真空容器を構成するセラミックス容器
と、前記セラミックス容器の開口部を封止する封止金具
とを具備する真空気密容器であって、前記セラミックス
容器に前記封止金具を、請求項２記載の第２の真空気密
容器用封着材を用いて真空中で接合してなることを特徴
としている。

【００１５】さらに、第３の真空気密容器は、請求項５
に記載したように、真空容器を構成するセラミックス容
器と、前記セラミックス容器の開口部を封止する封止金
具とを具備する真空気密容器であって、前記封止金具の
前記セラミックス容器への当接部に真空引き用流路を形
成する凹部が設けられていることを特徴としている。本
発明における第１のセラミックス−金属接合体の製造方
法は、請求項６に記載したように、セラミックス部材の
接合面に、前記セラミックス部材の接合面より面積が小
さい接合面を有する金属部材を、接合金属と活性金属と
を含むろう材を用いて接合して、セラミックス−金属接
合体を製造するにあたり、前記セラミックス部材の接合
面における前記金属部材の接合面に対向する領域に比べ
て前記対向領域以外の部分に、前記活性金属の量を相対
的に多くしたろう材を配置して、前記セラミックス部材
と金属部材とを接合することを特徴としている。

【００１６】また、第２のセラミックス−金属接合体の
製造方法は、請求項７に記載したように、セラミックス
部材の接合面に、前記セラミックス部材の接合面より面
積が小さい接合面を有する金属部材を、接合金属と活性
金属とを含むろう材を用いて接合して、セラミックス−
金属接合体を製造するにあたり、前記セラミックス部材
の接合面上に、前記ろう材中の少なくとも活性金属を配
置し、前記活性金属をレーザ照射により溶融させてメタ
ライズ層を形成し、前記メタライズ層もしくは前記メタ
ライズ層と前記接合金属との積層体を介して、前記セラ
ミックス部材と金属部材とを接合することを特徴として
いる。

【００１７】以下、本発明について詳細に説明する。ま
ず、本発明の第１の真空気密容器用封着材は、接合金属
と活性金属とを含む粒子および繊維から選ばれる少なく
とも1種の三次元的に任意形状の集合体からなる多孔質
ろう材である。ここで、上記接合金属としては、例えば
Ag-Cu、Ag-Cu-In、Ag-Cu-Sn、 Ag-Pd、Cu、Ni等が用い
られる。また、活性金属としては、Ti、Zr、Hfおよびこ
れらを含む合金等が挙げられる。

【００１８】活性金属の量は特に限定されるものではな
いが、封着材の融点が最も低くなる組成の近傍にするこ
とが好ましく、具体的には最低融点の組成に対して活性
金属組成が±10原子% 以内となる範囲、あるいは接合金
属に対して 0.1〜30重量% の範囲とすることが好まし
い。上記範囲を超える量の活性金属を含むと、封着材の
必要以上の融点上昇を招く。さらに好ましい範囲は最低
融点の組成に対して活性金属組成が± 5原子% 以内とな
る範囲である。また、熱処理等の前処理で酸化するおそ
れがある場合には、通常のろう材より活性金属の量が多
くなるようにすることが好ましく、望ましくは 1〜15重
量% の範囲である。封着材中の活性金属は、全体に均一
となるような組成としてもよいが、例えばセラミックス
と接する側を活性金属組成が高くなるようにすることが
好ましい。このような状態は、傾斜組成や組成の異なる
いくつかの層を組合せることで実現できる。最も単純な
組合せでは組成の異なる 2層を用いればよい。

【００１９】上述した多孔質状態の封着材は、その内部
に真空引き用流路、すなわち微細な空隙を有しており、
この空隙の体積率は 1〜 50%の範囲とすることが好まし
い。空隙の体積率が1%未満であると、真空気密容器を作
製する際、すなわちセラミックス容器等に金属製封止金
具を接合する際に、その内部を十分に真空排気すること
ができず、また 50%を超えると封着（接合）後に真空気
密性を十分に保持できないおそれがある。上記した流路
の体積率は、集合体の作製に用いる粒子や繊維の形状、
その作製条件等によって制御することができる。

【００２０】第１の真空気密容器用封着材となる集合体
の作製に用いる粒子や繊維としては、接合金属からなる
粒子や繊維と活性金属からなる粒子や繊維との混合体、
接合金属の構成元素単体からなる粒子や繊維と活性金属
からなる粒子や繊維との混合体、あるいは接合金属と活
性金属との合金の粒子や繊維が挙げられる。これら粒子
や繊維は、粒子単独または繊維単独で用いてもよいし、
粒子と繊維を混合して用いてもよい。

【００２１】第１の真空気密容器用封着材においては、
粒子や繊維間の空隙を真空引きの流路として用いるの
で、例えば粒子径ができるだけ揃っているものを用いる
ことが望ましい。具体的な粒子径は 1μm 〜 3mm程度の
ものを用いることが望ましい。また、アスペクト比が10
以下の粒子を用いれば気孔率が高く、加工性もよい。活
性金属の粒子を接合金属の粒子と混合して用いる場合に
は、均一に混合しやすいように、それらの粒子径はほぼ
等しくすることが望ましい。繊維を使用する場合には、
直径が 1μm 〜 1mm程度、長さが 1μm 〜10mm程度の繊
維を用いることが好ましい。

【００２２】上述したような第１の真空気密容器用封着
材は、例えば以下のようにして作製される。

【００２３】すなわち、まず粒子や繊維を混合し、所望
形状に成形した後、真空中あるいは不活性雰囲気中で熱
処理を行う。高温加圧成形であれば、プレス圧も小さく
てすむので望ましい。熱処理を行う際に粒子や繊維間の
結合をとるために、バインダを 0.1〜10体積% 程度添加
して成形性を向上させることが好ましい。上記バインダ
としては、エチルセルロース、ポリエチレングリコー
ル、ＰＶＡ、ＰＶＢ等が挙げられる。バインダの脱ガス
は十分に行うようにする。加熱温度は773K以下、保持時
間は30分以下とすることが好ましい。熱処理により粒子
や繊維間の結合に寄与する拡散層が、例えば直径の 10%
以下あるいは50μm 以下となるようにすることが好まし
い。これ以上の熱処理を行うと、粒子や繊維間の相互拡
散が過度に進み、粒子や繊維間の空隙が挟まったり、高
融点の金属間化合物が生成する可能性があるためであ
る。

【００２４】本発明の第１の真空気密容器は、上述した
ような第１の真空気密容器用封着材を用いて、真空中で
真空容器を構成するセラミックス容器と、このセラミッ
クス容器の開口部を封止する封止金具とを封着（接合）
したものである。例えば図１に示すように、封着材１１
はセラミックス容器１２の開口部端１２ａと封止金具１
３の接合面（当接面）１３ａとの中間に設置する。

【００２５】この際、封着材１１の位置ずれを防止し、
かつ溶融した封着材１１が均質に濡れ広がることを保証
する目的で、図２に示すように、多孔質の封着材１の直
上に封着材固定板１４を設置してもよい。封着材固定板
１４は基本的にはどのような金属で形成してもよいが、
熱応力の観点からは W、Mo、Fe -Ni合金、コバール、イ
ンバー、 Cu-Cr合金、Cr-W合金等の低膨張金属や、Ag、
Cu等の低ヤング率金属で形成することが好ましい。封着
材固定板１４の厚さは25μm 〜 5mm程度が作業性の点か
ら好ましい。なお、図２において、１５は封止金具１３
と封着材固定板１４とを接合させるために配置したろう
材である。さらに、図３に示すように、単に多孔質の封
着材１１と通常の板状のろう材１５や活性金属部材とを
組合せて用いてもよい。

【００２６】また、本発明による多孔質状態の封着材
は、さらに真空引きの効率を上げるために、図４に示す
ように表面に凹部を設けた構造や、図５に示すように凹
凸を設けた波型構造として用いてもよい。第１の封着材
１１は、粒子や繊維の成形および熱処理による集合体で
あるために、図４や図５に示すような構造を比較的容易
に作製することができる。また、上述したように、封着
材１１の表面に凹部を設ける際に、その一部を封止金具
１３の位置決め用凹部として利用することもできる。

【００２７】ここで、上記セラミックス容器１２の材質
は特に限定されるものではないが、アルミナ、マグネシ
ア、シリカ等の熱的に安定な酸化物系セラミックス材料
が好ましい。なぜなら、製造時の高温プロセス中におい
て、安定に存在することが必要となるからである。ま
た、封止金具１３の材質は特に限定されず、一般的なス
テンレス材等を用いることができる。

【００２８】図１、図２および図３に示したように各部
品を設置した後、真空中でセラミックス容器１２と封止
金具１３とで構成される真空容器内の不純物ガス等の排
気を行いつつ、封着のための熱処理を行う。真空度は高
ければ高いほどよく、0.01Paオーダよりも高い方が好ま
しく、これにより封着材の粒子や繊維の空隙を介して真
空容器内部を十分に真空に引きすることが可能となる。
熱処理は封着金属の溶融温度以上で当該温度より100K高
い温度以下程度で行えばよい。保持時間は 1分〜 1時間
であり、 3〜30分程度が望ましい。

【００２９】封着材１１中の接合金属は溶融すること
で、はじめて活性金属と全面的に接触し、これにより溶
融した接合金属中に活性金属が溶け込む。言い換える
と、封着材中の活性金属が接合金属中に溶け込むまで、
すなわち実際に封着が行われる寸前まで真空容器内部を
十分に排気することできる。このような点から、封着材
１１となる集合体の作製に用いる粒子や繊維としては、
接合金属からなる粒子や繊維と活性金属からなる粒子や
繊維との混合体や接合金属の構成元素単体からなる粒子
や繊維と活性金属からなる粒子や繊維との混合体を用い
ることが望ましい。上述したように、接合金属中に活性
金属が溶け込むことによって、セラミックス容器１２と
封止金具１３とが強固に接合される。なお、真空容器を
炉内に設置する際に傾いていた場合には、溶融金属が低
い方へと流れて偏りを起こす可能性があるが、封着材固
定板１４を用いることにより、傾きが数度程度であれば
毛細管現象により溶融金属を保持し、良好な封着を行う
ことができる。

【００３０】次に、本発明の第２の真空気密容器用封着
材について述べる。

【００３１】第２の真空気密容器用封着材は、例えば図
６に示すように、活性金属部材２１に凹凸状の接合金属
部材との接触面を設け、このような凹凸状の接触面を介
して活性金属部材２１と接合金属部材２２とが部分的に
接するように積層した封着材２３である。なお、活性金
属部材２１と接合金属部材２２の配置位置は、逆であっ
てもよい。ここで、活性金属部材２１および接合金属部
材２２としては、第１の封着材と同様な材質が用いら
れ、また接合金属部材２２は各構成元素の積層体を用い
てもよい。このような積層体としては、箔を重ねた構造
のものやメッキ、圧延等で一体化したもの等が用いられ
る。

【００３２】活性金属部材の接合金属部材に対する接触
面積は、封着材の構造を維持できる程度の少ない面積で
の接触であることが好ましいが、ハンドリング等を考慮
して接合金属部材に対して表面積の 30%以上が非接触で
あればよい。活性金属部材は、接触面に箔等として連続
して存在させることが望ましいが、排気効率を上げるた
めに部分的に配置した状態で用いてもよい。活性金属部
材は、溶融前の強度と溶融性や接合後の熱応力の点か
ら、 0.5〜20μm 程度の厚さを有することが好ましい。
また、活性金属部材に設ける凹凸部の高さは10μm 〜10
mmまでの範囲であれば、真空容器内部の排気を良好に行
うことができる。好ましくは 100μm 〜 5mmの範囲であ
る。活性金属部材の凹凸状接触面は、例えば活性金属の
箔を波型に折り曲げたり、活性金属の箔に部分的に凸状
の折り曲げ部を設けたり、あるいは活性金属の箔上に部
分的に活性金属のワイヤやロッドを配置する等によって
形成することができる。

【００３３】活性金属部材と接合金属部材とは、単に重
ねて積層しただけでもよいし、またスポット溶接等で部
分的に強固に接合しておいてもよい。本発明の第２の封
着材は、クラッドろう材等と比べて接触面積が少ないた
めに、位置ずれやろう流れ不良等を起こしやすいため、
図７に示すように、活性金属部材２１と接合金属部材２
２との積層体（封着材２３）上に、接合中に溶融しない
封着材固定板１４を配置したり、また図８に示すよう
に、接合金属部材２２の一部を折り曲げて活性金属部材
１１を固定する等を行うことが好ましい。封着材固定板
１４としては、前述した第１の封着材で例示したものと
同様な材質を用いることができ、例えば封着材固定板１
４としてCuを用いた場合には、接触金属部材２２として
Agのみを用いて Ag-Cuろうを形成することが可能とな
る。図８に示したように、接合金属部材２２の一部を折
り曲げて活性金属部材２１を固定すれば、排気用の通路
も確保できるので、効率のよい排気が可能となる。

【００３４】さらに、第２の真空気密容器用封着材の構
造は、図９に示すような構造でもよい。すなわち、セラ
ミックス容器１２の開口部端１２ａ上に接合金属部材２
２を配置し、その上に凹凸を設けた活性金属部材２１を
配置し、さらに封着材固定板１４とろう材１５を配置し
た構造であり、活性金属部材２１は接合金属部材２２と
封着材固定板１４にそれぞれ部分的に接している。この
ような構造にした場合、活性金属部材２１が内部に位置
し、最表面にはある程度の厚みを持つ接合金属部材２２
が位置するようになるので作業性が向上する。各層の固
定は、前述と同様にスポット溶接等で部分的に固定する
方法、あるいは図１０に示すように、接合金属部材２２
を折り曲げて固定する方法、あるいは単に重ねておく方
法等が適用される。図１０に示したように、封着材固定
板１４も部分的に折り曲げることによって、位置合わせ
がしやすくなり、かつ位置ずれを防ぐことができる。

【００３５】本発明の第２の真空気密容器は、上述した
ような第２の真空気密容器用封着材を用いて、真空中で
真空容器を構成するセラミックス容器と、このセラミッ
クス容器の開口部を封止する封止金具とを接合したもの
である。第２の真空気密容器用封着材の配置方法は、図
６ないし図１０に示した通りである。第２の真空気密容
器用封着材を用いて封着（接合）を行う際の条件や、セ
ラミックス容器および封止金具の構成材料は、第１の真
空気密容器と同様とする。

【００３６】第２の真空気密容器用封着材は、従来の波
型ろう材とは異なり、活性金属が単体で存在しており、
それ自体の融点はろう材より十分に高いので、接合金属
部材の融点近傍になっても剛性を保ち、排気用の通路を
確保することができる。従って、真空容器内部を十分に
真空引きすることが可能になる。そして、接合金属部材
が溶融することではじめて活性金属部材と全面的に接触
し、これにより溶融金属に活性金属が溶け込み、セラミ
ックス容器と封止金具との接合を強固に行うことが可能
となる。さらに、従来のクラッドろう材とは異なり、接
合金属構成元素と活性金属とが昇温度過程において脆化
相を生成することがなくなる。

【００３７】なお、真空気密容器を炉内に設置する際に
傾いていた場合には、溶融金属が低い方へと流れて偏り
を起こす可能性があるが、封着材固定板を用いることに
よって、傾きが数度程度であれば毛細管現象により溶融
金属を保持し、良好な封着を行うことができる。

【００３８】次に、本発明の第３の真空気密容器につい
て述べる。

【００３９】第３の真空気密容器は、図１１に示すよう
に、封止金具１３のセラミックス容器１２への当接部
に、真空引き用流路を形成する凹部３１を設けたもので
あり、第１および第２の真空気密容器と同様に、真空容
器内を十分に真空引きした状態で、セラミックス容器１
２と封止金具１３とを接合することができる。この接合
に用いる封着材３２は、本発明の第１および第２の封着
材であってもよいし、また通常の活性金属ろう材からな
る封着材であってもよい。特に、本発明の第１および第
２の封着材を用いることによって、真空容器内部の真空
引きをより良好に実施することが可能となる。

【００４０】上記封止金具１３の当接部に設ける凹部３
１は、封着材３２が溶融した際に封着材３２で完全に充
填される形状とし、かつ封着材３２の脚長部によって完
全に被覆される形状とする。

【００４１】次に、本発明の第１のセラミックス−金属
接合体の製造方法について述べる。ここで、従来技術で
説明したセラミックス表面（特に円筒状容器の開放部端
の半径方向外側）の濡れ性が悪くなる理由は、ろう材中
の活性金属が十分にセラミックと反応（還元）する前
に、金属製封止金具にろう材が吸いよせられてしまうこ
とにある。このため、濡れ性を改善してセラミックス表
面を均一に濡らすためには、セラミックス部材と活性金
属との反応性を向上させ、短時間で反応を起こさせる必
要がある。一般にセラミックスの反応性は、ろう材中の
活性金属の相対的な量によって決まる。すなわち、相対
的な活性金属量が多い場合には、セラミックスとの反応
性が向上する。

【００４２】本発明の第１のセラミックス−金属接合体
の製造方法は、上記現象を利用したもので、セラミック
ス部材の接合面より金属部材の接合面の方が小さく、ろ
う材がセラミックス部材の接合面に均一に濡れにくい場
合に、セラミックス部材の接合面の金属部材の接合面と
の対向領域以外の部分に、予め相対的に活性金属量の多
くしたろう材を配置することによって、ろう材のセラミ
ックス部材に対する濡れ性の改善を図ったものである。

【００４３】第１のセラミックス−金属接合体の製造方
法を、セラミックス容器の開放部端に金属製封止金具を
接合して真空気密容器を製造する際に適用する場合に
は、セラミックス容器の開放部端の封止金具の接合面と
の対向領域以外の部分に、予め相対的に活性金属量の多
くしたろう材を配置すればよい。この際、封止金具の接
合面対向領域に対して、半径方向外側部分および半径方
向内側の双方に、相対的に活性金属量を多くしたろう材
を配置してもよいが、少なくとも半径方向外側部分に相
対的に活性金属量を多くしたろう材を配置することによ
って、目的を達成することができる。

【００４４】上記ろう材中の接合金属および活性金属
は、前述した本発明の真空気密容器用封着材と同様なも
のが用いられる。そして、このようなろう材中の活性金
属の組成比を金属部材の接合面との対向領域に比べて対
向領域以外の部分で多くなるようにする。ろう材の組成
比変化は、例えば活性金属の箔と接合金属の箔を積層し
て用いる場合、活性金属箔の厚さを連続的もしくは段階
的に変化させたり、また活性金属と接合金属の合金を用
いる場合には、その合金中の活性金属濃度を連続的もし
くは段階的に変化させる等により実現できる。また、図
１２に示すように、活性金属部材ワイヤ４１等を組成比
が変化するように複数並べて配置し、その上に接合金属
部材４２を配置する等によっても、上述したろう材の組
成比変化を実現することができる。さらに、粉末やペー
スト状のろう材を濃度を変化させるように塗布してもよ
い。

【００４５】ろう材の組成差は特に限定されるものでは
ないが、最も活性金属組成が少ない部分と多い部分との
差が 1〜10原子% の範囲とすることが好ましい。なぜな
ら、10原子% より組成差が大きくなると、融点の差が大
きくなりすぎ低融点側の不必要なろう材の蒸発を招くお
それがあり、一方 1原子% より組成差が小さいとその効
果を十分に得られないおそれがあるからである。さらに
好ましい組成差は同様な理由から 3〜 8原子% の範囲で
ある。

【００４６】上述したような組成差を有するろう材を介
してセラミックス部材と金属部材、例えば真空容器を構
成するセラミックス容器と金属製封止金具とを接合する
と、例えば図１３に示すように、セラミックス容器１２
の開放部端１２ａに対して均一にろう材４３が濡れて、
セラミックス容器１２とろう材４３とを十分な面積で接
合させることができる。従って、高強度と高気密性とを
満足する接合部（封着部）が得られ、信頼性に優れた真
空気密容器等のセラミックス−金属接合体を得ることが
可能となる。このように、本発明の第１のセラミックス
−金属接合体の製造方法は、特に真空気密容器の製造に
好適である。

【００４７】次に、本発明の第２のセラミックス−金属
接合体の製造方法について述べる。Ti、Zr、Hf等の活性
金属は、酸素や窒素等との親和力が強く、アルミナ等の
酸化物系セラミックスと接触させ、高温で反応させるこ
とができれば、その表面を容易に還元してメタライズ層
を形成させることができる。セラミックスと金属の接触
を容易に起こさせるには、蒸気状または液状で接触させ
る方法が有効である。本発明の第２のセラミックス−金
属接合体の製造方法は、少なくとも活性金属をレーザ照
射により溶融し、液相状にしてセラミックス部材と接触
させてメタライズ層を形成させるものである。

【００４８】メタライズ層の形成に使用する金属として
は、前述と同様な活性金属または 1種以上の活性金属を
含有する合金が挙げられる。この合金としては、特に限
定されるものではないが、前述と同様な接合金属もしく
は接合金属の構成元素単体等と活性金属との合金が好ま
しい。なぜなら、これらの合金は溶融しやすく、またセ
ラミックス部材上での濡れ性が優れているからである。

【００４９】上述したような活性金属または活性金属を
含む合金をセラミックス部材の接合面上に配置する方法
は特に限定されないが、粉末状、ペースト状、箔状等で
配置することが好ましい。なぜなら、レーザ照射前に接
合面上に坦持しやすいからである。また、これらの金属
の供給方法としては、粉末状でレーザ照射面に吹き付け
る方法でもよい。さらに、粉末をセラミックス部材の接
合面にすり込むようにして配置してもよい。

【００５０】レーザ照射は、大気中で行ってもかまわな
いが、真空中またはAr、He等の不活性ガス中が行うこと
が好ましい。なぜなら、メタライズ金属の酸化を低減で
き、セラミックス部材の還元作用を大きくすることがで
きるために、メタライズ層を形成させやすいからであ
る。レーザの照射方法は、これらのガスで置換されたチ
ャンバ内で行ってもよいが、これらのガスをアシストガ
スとして照射面に吹き付ける方法でもよい。また、使用
するレーザは、CO₂ レーザや YAGレーザ等のように、金
属を溶融させることができれば特に限定はしない。

【００５１】メタライズ後は、例えば真空中または不活
性ガス中でろう付け接合する。なぜなら、メタライズ層
の酸化を低減することができ、ろう付け性が良好になる
からである。ここで、メタライズ層が活性金属および接
合金属の双方を含む場合にはメタライズ層のみを介し
て、またメタライズ層が活性金属もしくは活性金属と接
合金属の一部のみを含む場合にはメタライズ層と接合金
属とを介して、セラミックス部材と金属部材との接合を
行う。

【００５２】メタライズ層の厚さは特に規定されない
が、活性金属とセラミックス部材との界面に 100nm以上
の反応層（酸素または窒素拡散層）が形成され、かつ金
属層がその上を覆っていることが好ましい。なぜなら、
反応層がこれ以下であると、ろう付け時の濡れ性が悪
く、また接合後の強度も弱いからである。

【００５３】上述したように、予めろう材中の少なくと
も活性金属をレーザ照射でメタライズしておくことによ
って、セラミックス部材と金属部材、例えば真空容器を
構成するセラミックス容器と金属製封止金具とを接合す
る際に、セラミックス容器とろう材とを十分な面積で接
合させることができる。従って、高強度と高気密性とを
満足する接合部（封着部）が得られ、信頼性に優れた真
空気密容器等に好適なセラミックス−金属接合体を得る
ことが可能となる。このように、本発明の第２のセラミ
ックス−金属接合体の製造方法は、特に真空気密容器の
製造に好適である。

【００５４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００５５】実施例１ まず、直径20μm のAg、Cu、Tiの各粒子を、組成が Ag-
Cu共晶に対してTiが1.5重量% となるように調合した。
これら粒子をバインダであるエチルセルロースと共に混
合し、ホットプレスで外径50mm、内径40mm、厚さ 0.3mm
に成形した後、673K×10分の条件で熱処理を施すことに
よって、粒子の集合体からなる多孔質状態の封着材、す
なわち本発明の第１の封着材を作製した。この封着材中
の真空引き用流路の体積率は 10%であった。

【００５６】一方、外径50mm、内径40mm、高さ60mmのア
ルミナ製円筒容器を準備し、その開放部両端の接合部
に、上記多孔質状態の封着材を配置し、さらにその上に
SU304L製の封止金具を配置した。これらを 2.7×10^-4Pa
の真空中にて、昇温速度 15K/min で1083K まで加熱
し、その温度で10分間保持して接合（封着）を行うこと
によって真空気密容器を作製した。

【００５７】また、本発明との比較例として、一般的な
Mo-Mn法でアルミナ製円筒容器の開放部端を予めメタラ
イズした後、平板状の72%Ag-Cu合金箔を用いて同様の熱
処理を行って真空気密容器を作製した。

【００５８】上記実施例および比較例により作製した各
真空気密容器の内部圧力をマグネトロン方式により測定
したところ、実施例による真空気密容器は 5.3×10^-4Pa
と良好な真空度を示したのに対し、比較例による真空気
密容器では 1.2×10^-4Paと低い真空度しか得られなかっ
た。

【００５９】実施例２ まず、直径15μm のAg、Cu、In、Tiの各粒子を、組成比
が Ag:Cu:In=35:30:35に対してTiが 2重量% となるよう
に調合した。これらの粒子をバインダであるＰＶＡと共
に混合し、ホットプレスで外径50mm、内径40mm、厚さ
0.1mmに成形した後、673K× 5分の条件で熱処理を施す
ことによって、粒子の集合体からなる多孔質状態の封着
材、すなわち本発明の第１の封着材を作製した。この封
着材中の真空引き用流路の体積率は8%であった。

【００６０】一方、外径50mm、内径40mm、高さ60mmのア
ルミナ製円筒容器を準備し、その開放部両端の接合部
に、上記多孔質状態の封着材とCuからなる厚さ 0.1mmの
封着材固定板とを配置し、その上に厚さ 0.1mmの Ag-Cu
共晶ろうを配置し、次いで SUS304 製の封止金具を配置
した。これらを 2.7×10^-4Paの真空中にて、昇温速度15
K/minで873Kまで加熱し、その温度で10分間保持して接
合（封着）を行うことによって真空気密容器を作製し
た。

【００６１】また、本発明との比較例として、72%Ag-Cu
ろう粉末にTi粉を 5重量% 添加混合してペースト状とし
たものを、アルミナ製円筒容器の開放部端に塗布し、同
様の熱処理を行って真空気密容器を作製した。

【００６２】上記実施例および比較例による真空気密容
器の封止金具について引張り試験を行ったところ、実施
例の容器は1100kgの強度を示したが、比較例は 400kg程
度の強度であった。

【００６３】また、マグネトロン方式により内部圧力を
測定したところ、実施例の真空気密容器は 5.3×10^-4Pa
と良好な真空度を示したが、比較例では 1.2×10^-2Paと
低い真空度しか得られなかった。

【００６４】実施例３ まず、直径10μm 、長さ 0.5mmのAg、Cu、Tiの各繊維
を、組成比が Ag:Cu=72:28に対してTiが 1.5重量% とな
るように準備した。これらの繊維をバインダであるＰＶ
Ｂと溶媒のＭＩＢＫと共に混合してスラリーを調合し、
外径50mm、内径40mm、厚さ 0.1mmになるように型を用い
て成形し、673K×20分の条件で熱処理を施すことによっ
て、繊維の集合体からなる多孔質状態の封着材、すなわ
ち本発明の第１の封着材を作製した。この封着材中の真
空引き用流路の体積率は 20%であった。

【００６５】一方、外径50mm、内径40mm、高さ60mmのア
ルミナ製円筒容器を準備し、その開放部両端の接合部
に、上記多孔質状態の封着材とMoからなる厚さ0.15mmの
封着材固定板とを配置し、その上に厚さ50μm の72%Ag-
Cu合金箔を配置した後、42アロイ製の封止金具を配置し
た。これらを 2.7×10^-4Paの真空中にて、昇温速度 15K
/minで 1093Kまで加熱し、その温度で10分間保持して接
合（封着）を行うことによって真空気密容器を作製し
た。

【００６６】また、本発明との比較例として、 150μm
厚の72%Ag-Cu合金箔にTiを熱間圧延でクラッドした積層
ろう材をアルミナ製円筒容器の開放部端に配置し、同様
の熱処理を行って真空気密容器を作製した。

【００６７】上記実施例および比較例による真空気密容
器の封着部の断面観察を行ったところ、実施例の封着部
ではアルミナ界面にTiを含む反応層が生成しており、そ
の上部に Ag-Cu共晶組織が観察され、良好な接合がなさ
れていることが確認されたが、比較例ではこれらの組織
の中に微細な Cu-Ti金属間化合物の分散が認められ、こ
の周囲にひけ巣が観察された。封止金具について引張り
試験を行ったところ、本発明の容器は1100kgの強度を示
したが、比較例は 600kg程度の強度であった。また、マ
クネトロン方式により内部圧力を測定したところ、実施
例の真空気密容器は 5.3×10^-4Paと良好な真空度を示し
たが、比較例では 1.2×10^-3Paと低い真空度しか得られ
なかった。

【００６８】実施例４ まず、直径20μm のAg、Cu、Tiの各粒子を、組成比が A
g-Cu共晶に対してTiが1.5重量% となるように調合し
た。これら粒子をバインダであるエチルセルロースと共
に混合し、凹凸の形成された金型を用いたホットプレス
で、外径50mm、内径40mm、厚さ 0.3mmのリングの一平面
に深さ0.05mm、幅 1mmの凹凸を設けた形状に成形した
後、673K×10分の条件で熱処理を施すことによって、粒
子の集合体からなる多孔質状態の封着材、すなわち本発
明の第１の封着材を作製した。この封着材中の真空引き
用流路の体積率は7%であった。

【００６９】一方、外径50mm、内径40mm、高さ60mmのア
ルミナ製円筒容器を準備し、その開放部両端の接合部
に、上記多孔質状態の封着材を配置し、さらにその上に
SU304L製の封止金具を配置した。これらを 2.7×10^-4Pa
の真空中にて、昇温速度 15K/min で1083K まで加熱
し、その温度で10分間保持して接合（封着）を行うこと
によって真空気密容器を作製した。

【００７０】また、本発明との比較例として、一般的な
Mo-Mn法でアルミナ製円筒容器の開放部端を予めメタラ
イズした後、平板状の72%Ag-Cu合金箔を用いて同様の熱
処理を行って真空気密容器を作製した。

【００７１】上記実施例および比較例により作製した各
真空気密容器の内部圧力をマグネトロン方式により測定
したところ、実施例による真空気密容器は 1.3×10^-4Pa
と良好な真空度を示したのに対し、比較例による真空気
密容器では 1.2×10^-4Paと低い真空度しか得られなかっ
た。

【００７２】実施例５ まず、外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒
容器を準備し、その開放部両端の接合部に、図１４に示
すように円周方向に約20mmおきに高さ 1mmの凸部を設け
た厚さ 5μm のTi箔と、厚さ50μm の72%Ag-Cu合金箔と
を配置した後、メッキしたSUS304製の封止金具を配置し
た。Ti箔と Ag-Cu合金箔とは予め 4点をスポット溶接し
て部分的に固定したものであり、これが本発明の第２の
封着材である。なお、接合金属に対する活性金属の割合
は約 5重量% に相当する。これらを 2.7×10^-4Paの真空
中にて、昇温速度 15K/minで 1083Kまで加熱し、その温
度で10分間保持して接合（封着）を行うことによって真
空気密容器を作製した。

【００７３】また、本発明との比較例として、一般的な
Mo-Mn法でアルミナ製円筒容器の開放部端を予めメタラ
イズした後、平板状の72%Ag-Cu合金箔を用いて同様の熱
処理を行って真空気密容器を作製した。

【００７４】上記実施例および比較例により作製した各
真空気密容器の封止金具について、引張り試験を行った
ところ、実施例の真空気密容器では1100kgの強度を示し
たのに対し、比較例の容器では 800kg程度の強度しか得
られなかった。

【００７５】また、内部圧力をマグネトロン方式により
測定したところ、実施例による真空気密容器は 4.0×10
^-4Paと良好な真空度を示したのに対し、比較例による真
空気密容器では 1.1×10^-3Paと低い真空度しか得られな
かった。

【００７６】実施例６ まず、外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒
容器を準備し、その開放部両端の接合部に、図７に示す
ように円周方向におおよそ20mmおきに幅 1mmの折曲げ部
を設けて凹凸をつけた厚さ 4μm のTi箔と厚さ40μm の
Ag箔とを配置し、さらにCuからなる封着材固定板および
72%Ag-Cu合金箔を順に配置した後、 Fe-42wt%Ni 合金製
の封止金具を配置した。Ti箔とAg箔はスポット溶接は行
わず、重ねるのみとしたが、位置ずれを防止する目的で
Cu製の封着材固定板を同様に重ね、この封着材固定板で
あるCuとAgとで接合金属を形成するようにした。72%Ag-
Cu合金箔の膜厚は60μm とした。これらを 2.7×10^-4Pa
の真空中にて、昇温度速度15K/min で 1103Kまで加熱
し、その温度で10分間保持して接合（封着）を行うこと
によって真空気密容器を作製した。

【００７７】また、本発明との比較例として、72%Ag-Cu
ろう粉末にTi粉を 5重量% 添加混合してペースト状とし
たものを、アルミナ製円筒容器の開放部端に塗布し、同
様の熱処理を行って真空気密容器を作製した。

【００７８】上記実施例および比較例におけるろう材の
濡れ広がりを観察したところ、実施例の封着部ではろう
材が良好な濡れ広がりを示したが、比較例ではろう材が
封止金具の部分に凝集していた。封止金具について引張
り試験を行ったところ、実施例の容器は1100kgの強度を
示したが、比較例は 400kg程度の強度であった。

【００７９】また、マグネトロン方式により内部圧力を
測定したところ、実施例の真空気密容器は 4.0×10^-4Pa
と良好な真空度を示したが、比較例では 1.2×10^-2Paと
低い真空度しか得られなかった。

【００８０】実施例７ まず、外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒
容器を準備し、その開放部両端の接合部に72%Ag-Cu合金
箔を配置し、次いで図１６に示すように円周方向におお
よそ10mmおきに 0.5mmの凹凸を形成した厚さ 3μm のTi
箔とAgからなる封着材固定板とを配置し、再度72%Ag-Cu
合金箔を配置した後、コバール製封止金具を配置した。
箔同士の固定は、合金箔の 4カ所の端部を幅 5mm、長さ
5mm程折り返して行った。位置ずれを防止する目的で、
封着材固定板に同様に 4カ所の幅5mm、長さ 5mmの突起
部を作り、この突起部を折り返して封着材の固定に用い
た。これらを 2.7×10^-4Paの真空中にて、昇温速度 15K
/minで 1093Kまで加熱し、その温度で10分間保持して接
合（封着）を行うことによって真空気密容器を作製し
た。

【００８１】また、本発明との比較例として、50μm 厚
の72%Ag-Cu合金箔にTiを熱間圧延でクラッドした積層ろ
う材をアルミナ製円筒容器の開放部端に配置し、同様の
熱処理を行って真空気密容器を作製した。

【００８２】上記実施例および比較例による真空気密容
器の封着部の断面観察を行ったところ、実施例の封着部
ではアルミナ界面にTiを含む反応層が生成しており、そ
の上部に Ag-Cu共晶組織が観察され、良好な接合がなさ
れていることが確認されたが、比較例ではこれらの組織
の中に微細な Cu-Ti金属間化合物の分散が認められ、こ
の周囲にひけ巣が観察された。封止金具について引張り
試験を行ったところ、本発明の容器は1100kgの強度を示
したが、比較例は 600kg程度の強度であった。また、マ
クネトロン方式により内部圧力を測定したところ、実施
例の真空気密容器は 4.0×10^-4Paと良好な真空度を示し
たが、比較例では 1.2×10^-3Paと低い真空度しか得られ
なかった。

【００８３】実施例８ まず、SUS304製の封止金具に幅 2mm、高さ 0.1mmの凹部
を 6カ所に形成した。また、組成比が Ag:Cu:In=35:30:
35に対してTiが 2重量% となるように調合した、厚さ
0.1mmの板状の活性金属ろうを、外径50mm、内径40mmに
打ち抜き、これを上記封止金具と組合せた。

【００８４】一方、外径50mm、内径40mm、高さ60mmのア
ルミナ製円筒容器を準備し、その開放部両端の接合部
に、上記活性金属ろうと封止金具との組合せを配置し
た。これらを 2.7×10^-4Paの真空中にて、昇温速度 15K
/ min で873Kまで加熱し、その温度で10分間保持して接
合（封着）を行うことによって真空気密容器を作製し
た。また、本発明との比較例として、凹部を形成してい
ない封止金具と前述の板状の活性金属ろうとを用いて、
同様の熱処理を行って真空気密容器を作製した。

【００８５】上記実施例および比較例により作製した各
真空気密容器の内部圧力をマグネトロン方式により測定
したところ、実施例による真空気密容器は 9.3×10^-4Pa
と良好な真空度を示したのに対し、比較例による真空気
密容器では 8.0×10^-2Paと低い真空度しか得られなかっ
た。

【００８６】実施例９ 外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒容器の
開放部端の接合面上に、その半径方向内側と外側にTiの
組成比が異なる 2枚のTi-Ag-Cu箔状ろう材を配置した。
半径方向内側にはTiの組成比が 1原子% のTi-Ag-Cu箔状
ろう材、半径方向外側にはTiの組成比が 6原子% のTi-A
g-Cu箔状ろう材を配置した。外側と内側のろう材では、
AgとCuの比率は同じだが、外側のろう材のTi組成を 5原
子% 大きくした。このようなろう材上に、SUS304製封止
金具を配置し、真空炉内で 1123Kの温度で接合を行って
真空遮断器を作製した。

【００８７】上記接合後において、外観状ろう材の金属
部への偏りは見られず、アルミナの接合面は良好にろう
材で覆われていた。また、この真空遮断器のフィールド
試験を行ったところ、1000回以上の遮断回数でも破壊電
圧の低下は生じなかった。

【００８８】一方、Tiの組成比が 2原子% のTi-Ag-Cu箔
状ろう材のみでアルミナ製円筒容器とSUS304製封止金具
との接合を行ったところ、ろう材が金属側に偏り、アル
ミナの接合面上にろう材が濡れ広がらない部分が生じ
た。この部品フィールド試験を行ったところ、1000回の
遮断回数で破壊電圧の低下が見られ、遮断器内の内部圧
力が上昇していることが分かった。

【００８９】実施例１０ 外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒容器の
開放部端の接合面上に、その半径方向内側から外側に向
けて連続的にTi組成が変化するTi-Ag-Cu箔状ろう材を配
置した。このろう材の内側端部におけるTi濃度は 2原子
% であり、外側端部におけるTi組成は 5原子% とした。
このようなろう材上に、SUS304製封止金具を配置し、真
空炉内で 1123Kの温度で接合を行って、真空遮断器を作
製した。上記接合後において、外観状ろう材の金属部へ
の偏りは見られず、アルミナの接合面は良好にろう材で
覆われていた。また、この真空遮断器のフィールド試験
を行ったところ、1000回以上の遮断回数でも破壊電圧の
低下は生じなかった。

【００９０】一方、Tiの組成比が 1原子% のTi-Ag-Cu箔
状ろう材のみでアルミナ製円筒容器とSUS304製封止金具
との接合を行ったところ、ろう材が金属側に偏り、アル
ミナの接合面上にろう材が濡れ広がらない部分が生じ
た。この部品フィールド試験を行ったところ、1000回の
遮断回数で破壊電圧の低下が見られ、遮断器内の内部圧
力が上昇していることが分かった。

【００９１】実施例１１ 外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒容器の
開放部端の接合面上に、Ti箔と Ag-Cu合金箔とを重ねて
配置した。これらの箔は、 Ag-Cu合金箔の厚さは50μm
で一定としたが、Ti箔は半径方向内側から外側に連続的
厚さが厚くなっているもので、内側端部では厚さ 0.5μ
m 、外側端部では厚さ 2μm とした。このようなろう材
上に、SUS304製封止金具を配置し、真空炉内で 1123Kの
温度で接合を行って、真空遮断器を作製した。

【００９２】上記接合後において、外観状ろう材の金属
部への偏りは見られず、アルミナの接合面は良好にろう
材で覆われていた。また、この真空遮断器のフィールド
試験を行ったところ、1000回以上の遮断回数でも破壊電
圧の低下は生じなかった。

【００９３】一方、厚さ 1μm のTi箔と厚さ50μm の A
g-Cu合金箔とを重ねたろう材を用いて、アルミナ製円筒
容器とSUS304製封止金具との接合を行ったところ、ろう
材が金属側に偏り、アルミナの接合面上にろう材が濡れ
広がらない部分が生じた。この部品フィールド試験を行
ったところ、1000回の遮断回数で破壊電圧の低下が見ら
れ、遮断器内の内部圧力が上昇していることが分かっ
た。

【００９４】実施例１２ 外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒容器の
開放部端の接合面上に、まず粒径20μm のTi粉末を塗布
し、この塗布面にArガスをアシストガスとしCO₂ レーザ
を照射してTiを溶融させ、Tiのメタライズ層を形成し
た。このメタライズ層上に Ag-Cu共晶ろう材を配置した
後、SUS304製封止金具を真空炉内で接合することによっ
て、真空遮断器を作製した。

【００９５】得られた真空遮断器の接合部の引張り強度
を測定したところ、 50MPaと良好な値を示した。また、
接合後の断面観察により、アルミナとTiメタライズ層と
の界面には厚さ 1μm の反応層が生成していることを確
認した。

【００９６】一方、同じアルミナ製円筒容器とSUS304製
封止金具とを、従来法の Mo-Mn法でメタライズし、さら
にNiメッキを施した後、 Ag-Cu共晶ろう材により接合し
て、真空遮断器を作製した。この真空遮断器の引張り強
度は7MPaであり、本発明方法より強度が大きく劣ること
が分かった。

【００９７】実施例１３ 外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒容器の
開放部端の接合面上に、まず粒径10μm のZr粉末を塗布
し、この塗布面にArガスをアシストガスとしCO₂ レーザ
を照射してZrを溶融させ、Zrのメタライズ層を形成し
た。このメタライズ層上に Ag-Cu共晶ろう材を配置した
後、SUS304製封止金具を真空炉内で接合することによっ
て、真空遮断器を作製した。

【００９８】得られた真空遮断器の接合部の引張り強度
を測定したところ、 40MPaと良好な値を示した。また、
接合後の断面観察により、アルミナとZrメタライズ層と
の界面には厚さ 1.5μm の反応層が生成していることを
確認した。

【００９９】一方、同じアルミナ製円筒容器とSUS304製
封止金具とを、従来法の Mo-Mn法でメタライズし、さら
にNiメッキを施した後、 Ag-Cu共晶ろう材により接合し
て、真空遮断器を作製した。この真空遮断器の引張り強
度は7MPaであり、本発明方法より強度が大きく劣ること
が分かった。

【０１００】実施例１４ 外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒容器の
開放部端の接合面上に、粒径40μm のTi粉末を塗布し、
この塗布面にHeガスをアシストガスとしたCO₂レーザを
照射してTiを溶融させ、Tiメタライズ層を形成した。こ
のメタライズ層上に Ni-Cuろう材を配置した後、Cu製封
止金具を真空炉内で接合することによって、真空遮断器
を作製した。

【０１０１】得られた真空遮断器の接合部の引張り強度
を測定したところ、 45MPaと良好な値を示した。また、
接合後の断面観察により、アルミナとTiメタライズ層と
の界面には厚さ 1μm の反応層が生成していることを確
認した。

【０１０２】一方、同じアルミナ製円筒容器とCu製封止
金具とを、従来法の Mo-Mn法でメタライズし、さらにNi
メッキを施した後、 Ag-Cu共晶ろう材により接合して、
真空遮断器を作製した。この真空遮断器の引張り強度は
7MPaであり、本発明方法より強度が大きく劣ることが分
かった。

【０１０３】実施例１５ 外径50mm、内径40mm、高さ60mmのアルミナ製円筒容器の
開放部端の接合面上に、粒径40μm のAg-Cu-Ti粉末を塗
布し、この塗布面にHeガスをアシストガスとしてCO₂ レ
ーザを照射してAg-Cu-Tiを溶融させ、Ag-Cu-Tiメタライ
ズ層を形成した。このメタライズ層上に Ag-Cuろう材を
配置した後、SUS304製封止金具を真空炉内で接合するこ
とによって、真空遮断器を作製した。

【０１０４】得られた真空遮断器の接合部の引張り強度
を測定したところ、 55MPaと良好な値を示した。また、
接合後の断面観察により、アルミナとAg-Cu-Tiメタライ
ズ層との界面には厚さ 0.5μm の反応層が生成している
ことを確認した。

【０１０５】一方、同じアルミナ製円筒容器とSUS304製
封止金具とを、従来法の Mo-Mn法でメタライズし、さら
にNiメッキを施した後、 Ag-Cu共晶ろう材により接合し
て真空遮断器を作製した。この真空遮断器の引張り強度
は7MPaであり、本発明方法より強度が大きく劣ることが
分かった。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の真空気密
容器用封着材によれば、活性金属法を用いた簡便な封着
において、真空気密容器内部を安定して高真空度に維持
することが可能になる。また、本発明の真空気密容器
は、上記本発明の真空気密容器用封着材や真空引き用流
路となる凹部を設けた封止金具を用いているため、高真
空度を安定して得ることが可能となる。さらに、本発明
のセラミックス−金属接合体の製造方法によれば、接合
部（封着部）の強度や気密性に対する信頼性を十分に高
めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の真空気密容器用封着材の配置
状態の一例を示す断面図である。

【図２】 本発明の第１の真空気密容器用封着材を封着
材固定板と共に配置した状態を示す断面図である。

【図３】 本発明の第１の真空気密容器用封着材の配置
状態の他の例を示す断面図である。

【図４】 本発明の第１の真空気密容器用封着材の変形
例の構成を示す断面図である。

【図５】 本発明の第１の真空気密容器用封着材の他の
変形例の構成を示す断面図である。

【図６】 本発明の第２の真空気密容器用封着材の配置
状態の一例を示す断面図である。

【図７】 本発明の第２の真空気密容器用封着材を封着
材固定板と共に配置した状態を示す断面図である。

【図８】 本発明の第２の真空気密容器用封着材の固定
状態の一例を示す断面図である。

【図９】 本発明の第２の真空気密容器用封着材の配置
状態の他の例を示す断面図である。

【図１０】 本発明の第２の真空気密容器用封着材の固
定状態の他の例を示す断面図である。

【図１１】 本発明の第３の真空気密容器の要部構成を
示す断面図である。

【図１２】 本発明の第１のセラミックス−金属接合体
の製造方法における活性金属の配置例を示す断面図であ
る。

【図１３】 本発明の第１のセラミックス−金属接合体
の製造方法による接合部の状態を示す図である。

【図１４】 本発明の一実施例で使用した活性金属部材
を示す図である。

【図１５】 本発明の他の実施例で使用した活性金属部
材を示す図である。

【図１６】 本発明のさらに他の実施例で使用した活性
金属部材を示す図である。

【図１７】 従来の真空気密容器における封着部の状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１１……多孔質状態の封着材 １２……セラミックス容器 １３……封止金具 ２１、４１……活性金属部材 ２２、４２……接合金属部材 ２３、３２、４３……封着材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末永 誠一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 立石 浩史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中橋 昌子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 荒井 真次 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 奥冨 功 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 大川 幹夫 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接合金属と活性金属とを含む粒子および
   繊維から選ばれる少なくとも 1種の三次元的に任意形状
   の集合体からなり、前記集合体はその内部に真空引き用
   流路を有することを特徴とする真空気密容器用封着材。
2. 【請求項２】 接合金属部材と活性金属部材とを有する
   真空気密容器用封着材であって、前記活性金属部材は凹
   凸状の前記接合金属部材との接触面を有し、前記接合金
   属部材は前記凹凸状の接触面を介して前記活性金属部材
   と部分的に接していることを特徴とする真空気密容器用
   封着材。
3. 【請求項３】 真空容器を構成するセラミックス容器
   と、前記セラミックス容器の開口部を封止する封止金具
   とを具備する真空気密容器であって、前記セラミックス
   容器に前記封止金具を、請求項１記載の真空気密容器用
   封着材を用いて真空中で封着してなることを特徴とする
   真空気密容器。
4. 【請求項４】 真空容器を構成するセラミックス容器
   と、前記セラミックス容器の開口部を封止する封止金具
   とを具備する真空気密容器であって、前記セラミックス
   容器に前記封止金具を、請求項２記載の真空気密容器用
   封着材を用いて真空中で封着してなることを特徴とする
   真空気密容器。
5. 【請求項５】 真空容器を構成するセラミックス容器
   と、前記セラミックス容器の開口部を封止する封止金具
   とを具備する真空気密容器であって、前記封止金具の前
   記セラミックス容器への当接部に、真空引き用流路を形
   成する凹部が設けられていることを特徴とする真空気密
   容器。
6. 【請求項６】 セラミックス部材の接合面に、前記セラ
   ミックス部材の接合面より面積が小さい接合面を有する
   金属部材を、接合金属と活性金属とを含むろう材を用い
   て接合して、セラミックス−金属接合体を製造するにあ
   たり、 前記セラミックス部材の接合面における前記金属部材の
   接合面に対向する領域に比べて前記対向領域以外の部分
   に、前記活性金属の量を相対的に多くしたろう材を配置
   して、前記セラミックス部材と金属部材とを接合するこ
   とを特徴とするセラミックス−金属接合体の製造方法。
7. 【請求項７】 セラミックス部材の接合面に、前記セラ
   ミックス部材の接合面より面積が小さい接合面を有する
   金属部材を、接合金属と活性金属とを含むろう材を用い
   て接合して、セラミックス−金属接合体を製造するにあ
   たり、 前記セラミックス部材の接合面上に、前記ろう材中の少
   なくとも活性金属を配置し、前記活性金属をレーザ照射
   により溶融させてメタライズ層を形成し、前記メタライ
   ズ層もしくは前記メタライズ層と前記接合金属との積層
   体を介して、前記セラミックス部材と金属部材とを接合
   することを特徴とするセラミックス−金属接合体の製造
   方法。