CN102388508A - 耐高压气密密封端子及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
披露了一种耐高压气密密封端子(10)，该耐高压气密密封端子包括眼孔(15)和导线(30)，该眼孔(15)具有通孔(14)，而导线(30)经由玻璃元件(20)而电气绝缘和气密密封于通孔(14)中，其中玻璃元件(20)被焊接成：从通孔(14)的端部延伸至通孔(14)在眼孔(15)的下表面中的周围区域。眼孔(15)在眼孔(15)的下表面中于通孔的周围区域中具有沉孔部分(40)。较佳的是，玻璃元件(20)焊接于沉孔部分的内部。
Description
技术领域
本发明涉及耐高压气密密封端子，且更确切地涉及较佳地用作压缩机中导入端子的气密密封端子，该压缩机具有不低于10MPa的内压，例如冰箱、空气以及热水器。
背景技术
气密密封端子通过经由玻璃将导线气密地密封到眼孔或金属外环的插入孔中而形成，并且用于为封闭在气密密封封装中的电气装置或电气元件供给电流，并用于从电气装置或电气元件引出信号。例如，如日本专利特开号2008-258100(专利文献1)所披露的那样，一种用于诸如冰箱和空调之类压缩机的气密密封端子设有金属外环、圆柱形部分、凸缘部分以及三个较小圆锥形部分，金属外环包括顶板部分，圆柱形部分从顶板部分的外周缘向下延伸，凸缘部分从圆柱形部分的下端倾斜地向外扩开，而三个较小圆柱形部分形成从顶板部分向内延伸的导线密封孔。此外，在金属外环的每个导线密封孔中，导线经由密封玻璃而被气密地密封。
例如，近年来，为了防止全球变暖并减小环境负担，从诸如HFC134a之类的制冷剂变换成诸如二氧化碳之类自然制冷剂的活动日益活跃，HFC134a是基于对于含氯氟烃的替代复合物并且通常用在压缩机中，而二氧化碳对环境具有较小的负担。虽然碳一直存在于自然界中并且对于全球变暖具有微小的影响，但其应用于诸如空调之类的压缩机所产生的内压会比应用HFC134a而产生内压高大约十倍。因此，对于环境友好型压缩机所使用的气密密封端子的机械强度的要求变得更严格。这样，最近需要将气密密封端子用于超乎想像更严厉的使用环境中的情形日益增加。在使用上文示例中所描述的自然制冷剂的压缩机的情形中，内压到达10MPa或更高。通常，如日本专利特开号59-141179(专利文献2)中所披露的那样，需要耐受此种高压的气密密封端子需要特定的措施，例如对金属外环和导线使用特定金属材料的结构。
引用列表
专利文献
文献1：日本专利特开号2008-258100
文献2：日本专利特开号59-141179
发明内容
技术问题
用于上述压缩机的耐高压气密密封端子需具有韧性和伸长率的平衡，以具有合适的机械强度，因此例如低碳钢或不锈钢用于眼孔，而铁铬合金材料用于导线。这使得与具有不同热膨胀系数的密封玻璃的匹配较难，并且由于材料膨胀系数之间的差值易于发生开裂。开裂会引入来自外部的湿气，并且破坏眼孔和导线之间的绝缘。具体地说，本发明人已发现此种开裂易于发生在眼孔中通孔的内端区域中，并且已着手研究用于防止该区域中发生开裂的有效措施。现在，本发明人提出一种气密密封端子，该气密密封端子在眼孔和导线之间提供长时间令人满意的电气绝缘。
因此，本发明提出对于上文所述缺点的解决方案，且本发明的目的是提供新的且改进的气密密封端子并提出制造此种气密密封端子的方法，该气密密封端子维持眼孔和导线之间的稳定气密绝缘。
问题的解决方案
本发明提供一种耐高压气密密封端子，该耐高压气密密封端子包括眼孔和导线，该眼孔具有通孔，而导线经由玻璃材料而电气绝缘和气密密封于通孔中。玻璃材料被焊接成：在眼孔的下表面上，从通孔的端部延伸至通孔的端部周围。较佳的是，眼孔在下表面处具有沉孔，该沉孔在围绕通孔的周围区域中延伸，且玻璃材料焊接至沉孔内部。
较佳的是，在上述发明中，焊接于沉孔内部的玻璃材料具有0.4mm到2mm的厚度。此外，较佳的是，沉孔具有不小于0.4mm的深度，并且具有不小于通孔内直径1.2倍的内直径。此外，较佳的是，焊接于沉孔内部的玻璃材料具有平坦成形表面。
本发明还提供一种制造耐高压气密密封端子的方法，该耐高压气密密封端子具有在围绕通孔的部分中延伸的玻璃材料。该方法包括间隙成形步骤和充填步骤，在间隙成形步骤中，与密封夹具相对而提供具有通孔和沉孔的眼孔，在沉孔和密封夹具之间形成间隙，而沉孔形成在下表面中并且在围绕通孔的周围区域中延伸，而在充填步骤中，在导线插入而通过通孔的情形下，在通孔和间隙中充填熔融玻璃材料。
较佳的是，在充填步骤中，使用毛细管作用来使间隙充填有玻璃材料。此外，较佳的是，密封夹具具有与眼孔相对的平坦表面。较佳的是，在该充填步骤中，玻璃材料与密封夹具的接触面被模制成平坦的。
发明的有利效果
本发明能增大眼孔和导线之间的沿面距离，并且能够提供耐高压气密密封端子。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的气密密封端子的俯视图。
图2是沿着图1的线A-A得到的气密密封端子的垂直剖视图。
图3是图1所示气密密封端子的仰视图。
图4是图1所示气密密封端子的通孔部分的放大垂直剖视图。
图5是说明图1所示气密密封端子的各密封过程状态的主要部分剖视图。
图6是传统示例的气密密封端子的通孔部分的放大垂直剖视图。
具体实施方式
本发明的耐高压气密密封端子包括眼孔和导线，该眼孔具有通孔，而导线经由通孔中的密封玻璃材料而电气绝缘和气密密封。眼孔呈板形，且通孔从上表面延伸贯通至下表面。板形眼孔的上表面和下表面的形状可以是例如但不局限于圆形构造。对于眼孔来说，具有通孔并且呈任何形状的眼孔可例如通过对碳钢材料S10C到S45C中的任何一种进行切削而形成。虽然导线的材料并不受限制，但是使用由铁铬合金制成的导线是较佳的，此种导线具有与玻璃的良好密封性能。密封玻璃材料延伸至在眼孔下表面侧的通孔端部周围的一部分。较佳的是，沉孔在通孔周围的区域中形成在眼孔的下表面中，并且延伸至围绕该通孔的一部分。密封玻璃材料的上述延伸部分扩展到沉孔中，且沉孔对密封玻璃材料扩出的区域进行限制。也就是说，熔融玻璃材料进入沉孔的流动会形成密封玻璃材料的延伸部分。密封玻璃材料的延伸部分能够防止密封玻璃材料中产生裂口，而此种裂口产生在眼孔的通孔端部处的区域中。下文中，将参照附图描述本发明的耐高压气密密封端子的实施例。
图1至3示出作为根据本发明一实施例的气密密封端子10。图1是气密密封端子10的俯视图。图2是沿图1的线A-A的垂直剖视图。图3是气密密封端子10的仰视图。如图1至3所示，气密密封端子10包括眼孔15，在该眼孔15中，通过对中碳钢S30C进行切削而一体地形成圆形板部分12和凸缘部分13，圆形板部分12具有圆形横截面，而凸缘部分13具有圆形横截面并且从圆形板部分12的外周缘向外倾斜地扩开。眼孔15还包括具有圆形横截面的三个通孔14。气密密封端子10还包括导线30，该导线由铁铬合金所制成，并且经由实施为钠玻璃的密封玻璃材料20而气密地密封在眼孔15的每个通孔14中。每个通孔14从眼孔15的上表面11延伸贯通至下表面17。导线30具有连接于相应端板50的两个相对端部。
圆形沉孔40形成在眼孔15的下表面17中，以在围绕每个通孔14的周围区域中延伸。密封玻璃材料也焊接于该部分。焊接于沉孔40内部的玻璃材料在本文中被称为玻璃材料的延伸部分20。沉孔40可形成为具有如下沉孔形状：该沉孔形状例如具有9mm的直径以及1.5mm的深度。焊接于沉孔40内部并且形成延伸部分20a的密封玻璃材料抑制产生朝向大气打开的裂口以及抑制产生眼孔和导线彼此连接的裂口，并且能防止绝缘退化。之后将参见图4来描述其原理。较佳的是，延伸部分20a的玻璃材料具有0.4mm到2mm的厚度。
现在，假定沉孔40具有直径D而通孔14具有孔径d，则沉孔的直径D通过其与通孔孔径d的比值D/d而限定。较佳的是，D/d在1.2到2的范围内。更佳的是，D/d在1.4到1.8的范围内。如果D/d具有小于1.2的数值，则在眼孔15和导线30之间无法获得充分的沿面距离。另一方面，如果D/d的数值超过2，则难以通过浸润将密封玻璃材料扩展到盘状形状中而使密封玻璃材料从眼孔15的通孔14延伸并突入到沉孔的切削部分中。例如在本实施例中，通孔可具有d＝6mm的孔径，而沉孔40可具有D＝9mm的直径D，其中D/d为1.5。
玻璃材料20还沿导线30的轴线进一步焊接至下方并超出沉孔40。在沉孔40下方，例如以图2所示逐渐变窄的锥形方式来焊接玻璃材料20。玻璃材料的锥形部分在下文中被称作玻璃充填部分45，且玻璃充填部分45的倾斜面在下文中被称作玻璃充填倾斜面44。玻璃充填部分45的形状可由制造工艺中所使用的夹具形状所调节。除了形成在导线轴线上的玻璃充填部分45以外，形成在沉孔40中的延伸部分20a增大眼孔15和导线30之间的沿面距离，而这可具有以下效果：防止由于粘附有压缩机内部驱动系统所产生的诸如切屑之类金属细粉而导致的绝缘退化和电气断路。
图4是气密密封端子10的通孔部分的放大垂直剖视图。如图4所示，在上述气密密封端子10中，设置成位于眼孔15的下表面17侧并且到达围绕通孔14的区域的沉孔40充填有密封玻璃材料20，该密封玻璃材料相对于沉孔40的端面41保持均匀厚度，以形成延伸部分20a。如上所述，较佳地使延伸部分20a具有0.4mm到2mm的厚度。因此，为了将玻璃材料焊接成具有此种厚度的圆盘形，较佳的是相对于夹具提供具有所希望厚度的间隙，并且使用毛细作用通过浸润来扩展熔融玻璃。在此种情形中，延伸部分20a具有形成为平坦表面的表面42，该平坦表面用作与夹具的接触面并且是非自由表面。
玻璃材料的焊接至沉孔40的延伸部分20a将压缩应力分布在玻璃材料20的弯曲部分60、70上，且该压缩应力是由于眼孔15和玻璃材料20的热膨胀差而产生。玻璃材料20的弯曲部分60形成在通孔14的端部上，而弯曲部分70形成在玻璃平坦表面43和玻璃充填倾斜面44的相交部处。虽然来自弯曲部分60、70的裂口例如分别沿平行方向61、71延伸，但是这些裂口都不将眼孔15和导线30互相连接。因此，即使渗入湿气之类，裂口仍较不易致使绝缘退化。注意到对于裂口61，由于该裂口封闭在玻璃材料20中并且并不开放，因而湿气之类首先难以渗入到裂口中，并且可实现对于绝缘破坏的抑制。此外，将压缩应力分布在弯曲部分60、70上能够缓解应力集中，且较不容易产生较大的裂口。如果产生将眼孔15和导线30彼此连接的裂口，例如在用作将气密密封端子安装在装置上的预处理工艺的碱清洗中，铁物质渗入到裂口中会在眼孔和导线之间导致绝缘破坏。然而，在本实施例的气密密封端子中，此种裂口较不易于如上所述地产生，并且能实现防止绝缘破坏。
图6是传统示例的气密密封端子的通孔部分的放大垂直剖视图。在图6所示的气密密封端子中，导线3经由形成在眼孔5中的通孔14中的密封玻璃材料2而被气密地密封。通孔14充填有玻璃材料2。此外，玻璃材料2超出通孔的端部9a而形成为逐渐变窄的锥形，且该锥形部分的倾斜面构成玻璃充填倾斜面4。在图6所示的气密密封端子中，通孔14的端部9a用作弯曲点和裂口9的起始点。始自该点而产生的裂口9将眼孔5和导线3彼此连接，由此导致绝缘破坏。此外，由于压缩应力集中在端部9a上，因而较易产生大尺寸的裂口9。
如上所述，本发明的气密密封端子能够将应力分别分布在形成于通孔下端的角部处的玻璃弯曲部分以及眼孔的下表面侧上，并且能够实现方式产生将眼孔和导线连接于彼此的裂口以及防止绝缘破坏，其中应力集中在图6所示气密密封端子中通孔的端部上。此外，由于能够缓解在一点处的应力集中，因而较不易于产生大裂口。
图5示出在根据本发明的气密密封端子中充填密封玻璃材料的充填方法。该充填方法使用具有凸部80b的密封夹具80，该凹部80b能装配并插到沉孔40中。密封夹具80在凸部80b的中心处具有用于插入导线30的通孔，而通孔开口80a具有朝开端扩宽的锥形。首先，如St1中所示，眼孔15放置在密封夹具80上，使得眼孔15的沉孔40和密封夹具80的凸部80b彼此相对，且在沉孔40和密封夹具80的凸部80b之间形成间隙(间隙成形步骤)。然后，通过眼孔15的通孔14以及密封夹具80的通孔插入导线30。玻璃小板(tablet)81预烧结并成形，以事先围绕导线30。注意的是，柱形玻璃小板81可事先放置在眼孔15的通孔14中，之后将导线30插入并通过玻璃小板81和眼孔15的通孔14。
然后，如St2中所示，连同密封夹具80一起在加热炉中执行加热，以熔融玻璃小板81，使得导线30经由眼孔15的通孔14中的密封玻璃材料20而密封。与此同时，形成在沉孔底面42和密封夹具80之间的间隙用作毛细管，且毛细作用致使熔融玻璃材料82通过浸润而爬升并扩开，并致使熔融玻璃材料82到达沉孔端面41，使得玻璃材料82紧密地充填沉孔，以形成延伸部分20a。此外，熔融玻璃材料延伸并还充填密封夹具80的通孔开口80a(充填步骤)。在本实施例的气密密封端子10中，例如通过在沉孔底面42和密封夹具80的凸部80a之间提供0.8mm的间隙，则具有0.8mm厚度并且与沉孔底面42平行的玻璃材料延伸部分20a沿正交于通孔14的方向成形为盘状形状。
此时，允许玻璃材料延伸部分20a在其与密封夹具80的接触面被模制成平坦的同时进行粘附，该延伸部分20a沿用作毛细管的间隙行进并且成形为盘状形状。接触面在本文是指玻璃材料中作为非自由表面的表面。气密密封端子在保持与密封夹具80接触的同时从熔炉温度缓慢地冷却。在玻璃材料82粘附于眼孔15的沉孔底面42之后，将密封夹具80如St3中所示从气密密封端子10移除，气密密封端子完成。
本发明的气密密封端子能够通过调节沉孔部分的直径来使得眼孔和导线之间的沿面距离延伸到所希望的程度。此外，本发明气密密封端子的眼孔无需铸型变化，因此与压制产品相比，能以低成本并且以较短的交货时间进行设计变化。这允许与安装有气密密封端子的装置的铸型变化等相对应地快速适应，并且能够实现显著地减小交货时间。此外，无需使用诸如绝缘套之类的传统使用部件。因此，能够在不改变传统材料构成的条件下实现制造，因此无需额外的材料成本即可实现较容易地组装。
更进一步地，与大量绝缘套或之类部件附连于内端部分的传统方法相比，本发明实现减小设置在导线轴线上部件的体积，并且提供易于适应于气密密封端子的小型化的优点。
通过经由眼孔的通孔中的密封玻璃材料而使引导器电气绝缘且气密密封，并且通过致使密封玻璃材料从眼孔下表面侧的通孔端部延伸至通孔端部周围，从而形成本发明的气密密封端子，并且防止将眼孔和导线彼此连接的裂口产生。此外，突到沿着眼孔下表面侧上通孔端部而形成的沉孔中的玻璃材料以及与突入的玻璃材料相接续并且形成在导线眼孔的轴线上的玻璃充填倾斜面增加了眼孔和导线之间的沿面距离，以增大它们之间的绝缘距离，并且能够实现防止由于粘附于眼孔和导线之间的金属细粉而导致的绝缘退化和短路。此外，使得施加于眼孔通道的端部区域的一个位置的压缩应力减小，并且防止大裂口的产生。对于上述原因来说，能实现防止绝缘退化。此外，无需使用绝缘套或之类的传统绝缘措施，且能仅仅通过绝缘玻璃来实现绝缘。因此，提供减少了的制造成本的良好的作用效果。
然后，使上述实施例的气密密封端子10和用作比较示例的传统气密密封端子同时经受防水绝缘性能测试，并且在表1中示出结果。比较示例是气密密封端子具有如下通孔：该通孔在下表面附近的结构是图6所示的结构。在通孔下方，仅仅形成具有玻璃充填倾斜面4的锥形玻璃充填部分。
在以下测试条件下进行该防水绝缘性能测试。从本实施例的气密密封端子和比较示例的气密密封端子中各自取出二十八个试样。在施加500V的直流电一分钟之后，测量初始绝缘防水性并作为一数值。随后，在60℃的2％碱清洗流体中浸入、搅拌并清洗试样，在常温下使试样自然干燥，然后在恒定温度下并且在调节成65℃/97％RH的湿度箱中保持试样24小时，之后在从湿度箱中取出试样之后，马上在施加500V的直流电一分钟之后测量绝缘防水性，并作为一数值。
表1
在防水性绝缘性能测试下、本发明气密密封端子和传统气密密封端子之间的比较表格
本发明试样在测试之前和测试之后在绝缘防水性数值方面并不改变，并且表现出良好的测试结果。另一方面，比较示例的试样甚至在初始绝缘防水性数值方面就有较大程度的变化，并且显示在防水性绝缘性能测试之后绝缘防水性数值减小。
工业应用性
本发明可具体用作需要具有耐高压并具有高介电强度的气密密封端子。
附图标记列表
10气密密封端子，11上表面，12圆形板部分，13凸缘部分，14通孔，15眼孔，17下表面，20密封玻璃材料，20a延伸部分，30导线，40沉孔，41沉孔端面，42沉孔底面，43玻璃平坦表面，44玻璃充填倾斜面，45玻璃充填部分，50端板，60下表面通孔的角部，70玻璃弯曲部分，80密封夹具，82熔融玻璃材料。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种耐高压气密密封端子，包括：
眼孔(15)，所述眼孔具有通孔(14)；以及
导线(30)，所述导线经由玻璃材料(20)而电气绝缘并且气密密封于所述通孔(14)中，
所述玻璃材料(20)包括：充填所述通孔(14)的一部分；延伸部分(20a)，所述延伸部分(20a)被焊接成在所述眼孔(15)的下表面上从所述通孔(14)的端部延伸至所述通孔(14)的所述端部的周围；以及玻璃充填部分(45)，所述玻璃充填部分(45)沿所述导线(30)形成在所述延伸部分(20a)下方，并且呈逐渐变窄的锥形，并且
所述玻璃充填部分(45)的直径小于所述延伸部分(20a)的直径。
2.如权利要求1所述的耐高压气密密封端子，其特征在于，
所述眼孔(15)在所述下表面中具有沉孔(40)，所述沉孔(40)在围绕所述通孔(14)周围的区域中延伸，以及
所述延伸部分(20a)是焊接于所述沉孔(40)内部的一部分。
3.如权利要求2所述的耐高压气密密封端子，其特征在于，
焊接于所述沉孔(40)内部的所述玻璃材料(20)具有0.4mm到2mm的厚度。
4.如权利要求2所述的耐高压气密密封端子，其特征在于，
所述沉孔(40)具有不小于0.4mm的深度，并且具有不小于所述通孔内直径1.2倍的内直径。
5.如权利要求2所述的耐高压气密密封端子，其特征在于，
焊接于所述沉孔(40)内部的所述玻璃材料(20)具有平坦表面。
6.一种制造耐高压气密密封端子的方法，包括：
间隙成形步骤，在所述间隙成形步骤中，与密封夹具(80)相对而提供具有通孔(14)和沉孔(40)的眼孔(15)，在所述沉孔(40)和所述密封夹具(80)之间形成间隙，而所述沉孔(40)形成在下表面中并且在围绕所述通孔(14)的周围区域中延伸；以及
充填步骤，在所述充填步骤中，在导线(30)插入而通过所述通孔(14)的情形下，使所述通孔(14)和所述间隙充填有熔融玻璃材料(82)。
7.如权利要求6所述的制造耐高压气密密封端子的方法，其特征在于，
在所述充填步骤中，使用毛细管作用来使所述间隙充填有所述玻璃材料(82)。
8.如权利要求6所述的制造耐高压气密密封端子的方法，其特征在于，
所述密封夹具(80)具有与所述眼孔(15)相对的平坦表面，且在所述充填步骤中，所述玻璃材料(82)与所述密封夹具(80)的接触面被模制成平坦的。
Claims (8)
1.一种耐高压气密密封端子，包括：
眼孔(15)，所述眼孔具有通孔(14)；以及
导线(30)，所述导线经由玻璃材料(20)而电气绝缘并且气密密封于所述通孔(14)中，
所述玻璃材料(20)被焊接成：在所述眼孔(15)的下表面上从所述通孔(14)的端部延伸至所述通孔(14)的所述端部的周围。
2.如权利要求1所述的耐高压气密密封端子，其特征在于，
所述眼孔(15)在所述下表面中具有沉孔(40)，所述沉孔(40)在围绕所述通孔(14)周围的区域中延伸，以及
所述玻璃材料(20)焊接于所述沉孔(40)的内部。
3.如权利要求2所述的耐高压气密密封端子，其特征在于，
焊接于所述沉孔(40)内部的所述玻璃材料(20)具有0.4mm到2mm的厚度。
4.如权利要求2所述的耐高压气密密封端子，其特征在于，
所述沉孔(40)具有不小于0.4mm的深度，并且具有不小于所述通孔内直径1.2倍的内直径。
5.如权利要求2所述的耐高压气密密封端子，其特征在于，
焊接于所述沉孔(40)内部的所述玻璃材料(20)具有平坦表面。
6.一种制造耐高压气密密封端子的方法，包括：
间隙成形步骤，在所述间隙成形步骤中，与密封夹具(80)相对而提供具有通孔(14)和沉孔(40)的眼孔(15)，在所述沉孔(40)和所述密封夹具(80)之间形成间隙，而所述沉孔(40)形成在下表面中并且在围绕所述通孔(14)的周围区域中延伸；以及
充填步骤，在所述充填步骤中，在导线(30)插入而通过所述通孔(14)的情形下，使所述通孔(14)和所述间隙充填有熔融玻璃材料(82)。
7.如权利要求6所述的制造耐高压气密密封端子的方法，其特征在于，
在所述充填步骤中，使用毛细管作用来使所述间隙充填有所述玻璃材料(82)。
8.如权利要求6所述的制造耐高压气密密封端子的方法，其特征在于，
所述密封夹具(80)具有与所述眼孔(15)相对的平坦表面，且在所述充填步骤中，所述玻璃材料(82)与所述密封夹具(80)的接触面被模制成平坦的。
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