JP2633917B2

JP2633917B2 - コンデンサーブシュのシール方法

Info

Publication number: JP2633917B2
Application number: JP63207995A
Authority: JP
Inventors: ロイバニスタージュニアジェイムズ; ウェスリーホールジュニアジュリアン; ジェイローゼンバーガージー
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1988-08-22
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: CA1291544C; SE466895B; SE8802919D0; JPS6482609A; US4846163A; SE8802919L

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は一般に改良されたコンデンサーのブシュのシ
ールに関し、更に詳細には電気メッキせずにロウ接する
ための磁器の製造方法に関する。

従来の技術コンデンサーブシュには、幾つかの作用がある。ブシ
ュの主な作用はコンデンサー容器の金属体からの導電線
を互いに遮断することである。またコンデンサーブシュ
は外部の環境からコンデンサーの内側の内容物を遮断す
るのに使用される。湿気またはほこりによる汚染は誘電
流体を劣化してコンデンサー破損を導くことがあるの
で、内部のコンデンサー部品を外部の環境と接すること
を防止する必要がある。またコンデンサーブシュは誘導
流体を内側にシールし、流体が環境に逃げることを防止
する。

磁器の如き絶縁材料からできているコンデンサーブシ
ュを、通常はステンレス鋼であるコンデンサー容器及び
通常は黄銅または銅の如きスズ引き金属である末端部の
キャップと接合するのに問題がある。磁器ブシュを容器
キャップ及び末端部のキャップに結合するのに使用され
る従来の方法は、ブシュを金属部分にロウ接することで
あった。

現在の技術を用いてブシュをロウ接することは、銀ベ
ースの塗料の二つの被覆を塗布し、各被覆の間で乾燥
し、焼成しついで電気メッキするという複雑な操作を伴
なう。電気メッキは、磁器に加熱焼成された銀塗料に対
して銅をメッキする操作である。このメッキ法は“焼成
された銀メッキ済みのブシュ”を希硫酸浴に浸漬し、二
度すすぎ、ついでブシュを硝酸浴に浸漬し、再度すす
ぎ、水、硫酸及び硫酸第二銅からなる銅メッキ溶液中に
ブシュを浸漬し、その溶液に電流を通して銅を付着させ
ることを伴なう。銅でメッキした後にブシュを２回水で
すすぎ、ついで銅メッキと同様に操作してスズでメッキ
する。これにひき続いて更に二回水ですすぎ、炭酸ナト
リウムですすぎ、熱水ですすぎ、乾燥し、最後にロウ接
工程が行なわれる。既に知られているように、ブシュを
製造するのに使用される従来の伝統的電気メッキ法には
重大な問題が伴なっている。

最も自明の問題は、複雑で時間の消費を伴なう多大の
労力を要する数々の工程である。硫酸浴、硝酸浴、銅メ
ッキ溶液浴、及びスズメッキ溶液浴の如き材料の過大な
費用は更に重大である。また別の問題は、これらの浴が
環境汚染物と考えられ、廃棄時に厳しく考慮されるべき
薬品を含むことである。また浴からのヒューム（fume
s）はこれに対する特別な排気を必要とし、腐蝕性ヒュ
ームは排気装置を早く劣化させるので排気そのものが追
加の設備維持費を必要とする。

絶縁材料にロウ接を施す試みが米国特許第4,101,710
号明細書に示されている。しかしながら先行技術の方法
は厚膜組成物とその他の電気部品との間に電気ロウ接に
よる接続を与えて処理し、金属とセラミックとを圧力に
耐え得るように接合させねばならない状況を処理し得な
かった。ガラスに適用される組成物を金属化することを
開示する米国特許第3,649,567号明細書をも参照された
い。

発明の要約本発明の方法は、結合すべき磁器ブシュの領域を“フ
リットが多く銀含量の少ない第一被覆”で塗布して磁器
に結合し、次いで“銀が多くフリットが少ない第二被
覆”を第一被覆の上面に塗布し、この第二被覆は調製済
みの第一被覆に結合し、この第二被覆に対してはんだ合
金は容易に結合する。被覆後のブシュは注意して制御さ
れた条件下に焼成され、その結果磁器ブシュの割れを防
止し厚膜インクまたは被覆物の磁器への充分な結合を確
実にする。ついで末端部のキャップ及び容器カバーは通
常の手段でブシュにロウ接される。

好ましい態様の詳細な説明第１図を参照すると、ケーシング20中に１個以上のコ
ンデンサーロール10を含むコンデンサー19が示される。
このケーシングは誘電流体で満たされている。ロール10
からのタップ17及び18は、コンデンサーブシュ40及び末
端部のキャップ42中を通るリード線（図示されない）に
電気的に一緒に結合される。タップ17及び18はコンデン
サーの幾つかの製作方法において省略されてもよい。

コンデンサーロール10は一対の隔置された金属箔電極
及び中間のポリプロピレンフィルムストリップを含み、
その結果複数の対のポリプロピレンフィルムストリップ
は、当業界で公知のようにしてロール中の箔電極ストリ
ップの間に存在する。タップストラップ17及び18はロー
ル10中に挿入され電極ストリップに隣接しており電極の
電気接続として役立つ。タップ17を接続し末端部のキャ
ップ42で外部の電気接続にリードする電気リード線は、
コンデンサー19の金属ケーシング20から電気的に絶縁さ
れる。

誘電流体例えばイソプロピルビフェニル及びフェニル
キシリルエタンはコンデンサー19を含浸するのに使用さ
れる。典型的には、コンデンサーロール10を含む誘電膜
が減圧乾燥されて水蒸気及びガスを除去する。また誘電
流体はコンデンサーの含浸前に乾燥されている。

コンデンサー19及び“水蒸気その他の不純物を含まな
い誘電流体”を維持するために、コンデンサーはシール
される必要がある。これらのコンデンサーシールは日
光、極度の温度変化への長期暴露及び素子への暴露を含
む環境への常時の暴露に耐え得るものでなければならな
い。一般に、全ての型の地理的条件及び気象条件の下で
ユーティリティ極（utility poles）の頂部に見られる
ような条件は世界中に知られていた。更に、これらのコ
ンデンサーシールは約20年の有効寿命で存続し得るもの
でなければならない。

コンデンサーブシュ40は磁器またはその他の絶縁材料
を含むことから、コンデンサー19のシールは困難であ
る。絶縁材料は、金属ケーシング20及び末端部のキャッ
プ42の如き金属部品には容易に接合されない。第２及び
第３図に示されるようにコンデンサーブシュ40は二つの
場所、即ちブシュ40が末端部のキャップ42と接続するブ
シュ40の上端部48及びブシュ40が開口部52を通してタン
クカバー44と接続するブシュ40の下端部50でシールされ
なければならない。Ｏ−リング46は末端部のキャップ42
とブシュ40との間の付加的なシールを与える。

ブシュ40を金属部品、即ち末端部のキャップ42及びタ
ンクカバー44に接合する最も有効な手段はこれらの部品
をロウ接することであった。本発明に従ってロウ接法で
ブシュ40を調製するとコンデンサー製造に関する材料費
及び労務費を実質的に減ずる。

ロウ接を受けられるようにブシュを調製するために、
二工程の塗装法がブシュ40の上端部48及び下端部50で適
用される。厚膜インクまたは被覆物は、ブシュ40が回転
されて乾燥される際に、ブシュ40に塗装される。第４図
を参照のこと。厚膜インクが乾燥された後に、異なる組
成の第二被覆が第一被覆の上面に塗布され乾燥される。

上記の厚膜インクは三つの主成分即ちビヒクル、金属
部分及びバインダーからなる。第一被覆即ち下塗は比較
的に多いバインダー含量を含み、磁器セラミックへの必
要な高強度の結合をつくらなければならない。第二被覆
即ち上塗は下塗に結合しなければならず、しかもシール
用のロウ接基材として作用しなければならない。

二つの被覆層の夫々の組成は、必要とされる作用に応
じて変化する。両者は１〜10ミクロンの大きさの範囲の
無定形の沈降粉末及びフレークの微粉砕された微細な板
状体の形態の銀を含む。また両者は油系の市販の塗料に
類似して重合体樹脂、溶媒及び分散剤からなる有機ビヒ
クルを含有する。ビヒクルは、焼成された時に平滑な膜
を与える適正なレオロジー性質をもたなければならな
い。塗料中のセラミックバインダーはシールに活性な相
を形成する。両者の混合物は同様のガラスフリット及び
酸化物を含む。これらのガラスフリット及び酸化物は、
溶融ガラス混合物を急冷して無定形のカレットを形成
し、次いでこれらを１〜２ミクロンの粒径の微粉末に粉
砕することにより、先行技術に従ってつくられる。

第１表ビヒクルの典型的な組成重合体樹脂 10〜15部溶媒残部分散剤１〜５部厚膜インクの第一被覆は“磁器への結合に良好な性質
を示す多量のバインダーと少量の銀とから成る組成物”
を含む。第一被覆の典型的な組成は第２表に示される。

第２表銀 58〜62％バインダー相５〜10％ビヒクル残部下塗は塗装されてから乾燥され、次いで第二被覆が同
様に塗布される。第二被覆は銀が多くてバインダーが少
なく、第一被覆と“後の工程で適用されるはんだ合金”
との両者に容易に結合する。第二被覆の典型的な組成は
第３表に示される。

第３表銀 62〜70％バインダー相１〜６％ビヒクル残部第二被覆が乾燥された後にコンデンサーブシュは焼成
される。焼成工程は第一被覆と磁器との間及び第一被覆
と第二被覆との間に分子レベルで結合が達成されるよう
に設定される。また温度及び温度上昇は、比較的脆い磁
器ブシュが加熱及び冷却の工程中で割れないように設定
される。典型的な加熱温度、温度上昇速度及び冷却速度
は第４表に示される。これらの時間は最少時間と考えら
れ、温度上昇速度をもっと遅くしてもよく、ブシュが特
別な温度に保たれる時間をもっと長くしてもよい。

第４表 A.装填 1.領域０装填領域は93.33℃（200゜F）でソーク（soa
k）する B.加熱 2.領域１ 371.11℃（700゜F）まで１時間でランプ（ram
p）する 3.領域２ 371.11℃で30分間ソークする 4.領域３ 594℃（1100゜F）まで１時間45分ランプする 5.領域４ 594℃で30分間ソークする 6.領域５ 716℃（1320゜F）まで50分間ランプする 7.領域６ 716℃で40分間ソークする C.冷却 8.領域７ 371.11℃まで６時間30分で下げてランプする D.取出し 9.領域８ 93.33℃でソークするブシュが雰囲気温度近くに冷却された時、ブシュ40の
被覆された上面48及び被覆された下端部50は軽くつや出
しされる。次いでそれらはフラックスで被覆され常法で
ロウ接される。得られた焼成膜はほぼ0.0015〜0.002イ
ンチ（0.04〜0.05mm）の厚さの、塗布された領域の本体
にしっかり結合された明るい銀色の比較的不透明な接着
層である。このセラミック−金属（サーメット）膜は、
複合の熱膨張係数と充分なメイラビリティ（maleabilit
y）を有し、これがその膜を膨張させて磁器基材に一様
に接触させる。この膜は、通常の処理技術を用いてスズ
−鉛またはスズ−鉛−銀のはんだ合金で容易に湿潤（we
t）される。

末端部のキャップ42は、典型的にはスズメッキされた
黄銅で製造される。末端部のキャップ42及びスズ引きさ
れる金属ステンレス鋼の容器カバー44の両者に使用され
るはんだ合金は、50-50のスズ鉛はんだ合金である。末
端部のキャップ42をロウ接する前に、Ｏ−リング46はキ
ャップ42中に挿入されて付加的なシール性を与えられ
る。またＯ−リング46は、若干脆いブシュ40と末端部の
キャップ42への外部接続との間に幾らか弾性を与える。
通常の操作において、まず末端部のキャップ42はブシュ
40にロウ接され、ついでブシュ40は開口部52の所で容器
カバー44にロウ接されるが、この順序は容易に逆にし得
る。ロウ接温度が210〜230℃の範囲である場合に最適の
結合強度が得られる。

発明の効果本発明に従って調製されたブシュの試験は幾つかの重
要な試験で著しい改良を示した。例えばプッシュ試験
（push test）と称される試験においてカバープレート
が付着されたブシュは管上で逆にされ、ステンレス鋼カ
バーから水圧により押し出される。本発明により容器の
頂部にロウ接されたコンデンサーを用い、直径12.7cm
（５インチ）の円筒を用いるプッシュ試験の水圧は約60
00ポンド即ち21.7kg/cm²(310psi)であった。当該工業に
おける先行技術の電気メッキ法で調製されたコンデンサ
ーブシュを用いる先のプッシュ試験結果はカバーからブ
シュを取り除くのに約4000ポンド即ち15.75kg/cm²(225p
si)の水圧を必要とした。これらは本発明によるブシュ
の結合強度の有意な増加を示す。

先行技術に対する本発明の別の有意な改良は漏洩率の
改良であり、製造の約0.1％まで改良を達成した。比較
のために既存の技術を用いた場合の部品の漏洩率は約1.
0％であった。かくして不合格水準及び必要な再処理の
相当な改良が実現された。

本発明に従ってコンデンサーを製造する際に達成され
る材料及び労力の節約は意義あるものであった。本発明
に従って調製されたブシュを用いて製造されたコンデン
サーに関する製造費は、電気メッキ法により調製された
ブシュを備えたコンデンサーに関する製造費の約40％未
満である。この節約の殆どが材料費の節約であった。別
の利点は環境に感受性の材料を製造工程から省略するこ
とであった。

【図面の簡単な説明】

添付図面の第１図は、部分切断されたコンデンサーの斜
視図である。第２図は、部分切断されたコンデンサーブシュの斜視図
である。第３図は、コンデンサーブシュ、容器頂部及び末端部の
キャップの分解図である。第４図は、部分切断された、厚膜インクの層（複数）を
備えたブシュの一部の拡大図である。 10……コンデンサーロール、17、18……タップストラッ
プ、19……コンデンサー、20……ケーシング、40……ブ
シュ、42……末端部のキャップ、44……容器カバー、46
……Ｏ−リング、48……ブシュ頂部、50……ブシュ底
部、52……開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジュリアンウェスリーホールジュニアアメリカ合衆国サウスカロライナ州 29646 グリーンウッドエメラルドロード 1520 (72)発明者ジージェイローゼンバーガーアメリカ合衆国ペンシルバニア州 19355 マルヴァーンコネストガロード 86

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属部品にコンデンサーブシュをロウ接す
る方法において、コンデンサーブシュに厚膜インクの第
一被覆を塗布し；該第一被覆を乾燥し；該第一被覆の上面に厚膜インクの第二被覆を塗布し；該第二被覆を乾燥し；該ブシュを焼成し；次いで該ブシュを常法でロウ接する諸工程を含むことを特徴とする上記の方法。
【請求項２】第一被覆がバインダーを多く含み、銀を少
なく含む請求項（１）記載のコンデンサーブシュのロウ
接方法。
【請求項３】第二被覆が銀を多く含み、バインダーを少
なく含む請求項（１）記載のコンデンサーブシュのロウ
接方法。
【請求項４】第一被覆が58〜62％の銀含有量を有する請
求項（２）記載のコンデンサーブシュのロウ接方法。
【請求項５】第二被覆が62〜70％の銀含有量を有する請
求項（３）記載のコンデンサーブシュのロウ接方法。
【請求項６】ガラス及びセラミックから成る群から選ば
れる絶縁材を金属に結合する方法において、厚膜インクの第一被覆を絶縁材に塗布し；該第一被覆を乾燥し；該第一被覆の上面に厚膜インクの第二被覆を塗布し；該第二被覆を乾燥し；該ブシュを焼成し、次いで該第二被覆を金属に接合する諸工程を含むことを特徴とする上記の方法。
【請求項７】接合がロウ接によるものである請求項
（６）記載の結合方法。
【請求項８】接合が硬ロウ付けによるものである請求項
（６）記載の結合方法。
【請求項９】インクが金属相、バインダー相及びビヒク
ルを含む請求項（６）記載の結合方法。
【請求項１０】金属相が銀、パラジウム及び白金から成
る群から選ばれる請求項（９）記載の結合方法。
【請求項１１】バインダー相が酸化鉛45〜50％；酸化ケイ素24〜30％；酸化ホウ素10〜15％；酸化アルミニウム１〜３％；酸化チタン３〜６％；酸化ナトリウム１〜３％；酸化カドミウム１〜４％；酸化亜鉛１〜４％；及び酸化ビスマス５〜20％；を含む請求項（９）記載の結合方法。
【請求項１２】第一被覆が銀58〜62％；バインダー相５〜10％；及びビヒクル残部を含む請求項（６）記載の結合方法。
【請求項１３】第二被覆が銀62〜70％；バインダー相１〜６％；及びビヒクル残部を含む請求項（６）記載の結合方法。