JP7132120B2 - airtight terminal - Google Patents
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- H01R9/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, e.g. terminal strips or terminal blocks; Terminals or binding posts mounted upon a base or in a case; Bases therefor
- H01R9/16—Fastening of connecting parts to base or case; Insulating connecting parts from base or case
Description
本発明は、気密端子に関する。 The present invention relates to hermetic terminals.
気密端子は、アイレットまたはアイレットの挿通孔にガラスを介してリードを気密に封着したもので、気密容器内に収容された電気機器や素子に電流を供給したり、電気機器や素子から信号を外部に導出したりする場合に用いられる。例えば、特開平10-214646号公報(特許文献1)に記載されるように、冷蔵庫やエアコンなどの冷媒コンプレッサに用いられる気密端子は、天板部、この天板部の外周端から下方に向かって延びる開口部(筒状部)、この開口部の下端から斜め外方に広がったフランジ部、及び天板部から内方側に向かって延びるリード封着孔を形成する3個の小開口部を備えたアイレットが用いられている。そして、このアイレットのリード封着孔にそれぞれ封着用ガラスを介して封着されたリードが気密封着される。 An airtight terminal is a lead hermetically sealed in an eyelet or an eyelet insertion hole via glass, and is used to supply current to or transmit signals from an electrical device or element housed in an airtight container. It is used when deriving to the outside. For example, as described in Japanese Patent Laying-Open No. 10-214646 (Patent Document 1), an airtight terminal used in refrigerant compressors of refrigerators, air conditioners, etc., has a top plate portion, and extends downward from the outer peripheral end of the top plate portion. an opening (cylindrical portion) extending upward, a flange portion extending obliquely outward from the lower end of this opening, and three small openings forming lead sealing holes extending inward from the top plate portion. eyelets are used. Then, the sealed leads are airtightly sealed in the lead sealing holes of the eyelet via the sealing glass.
一般にアイレットとリードを絶縁ガラスで封着するGTMS(Glass-to-Metal-Seal)タイプの気密端子は、整合封止型と圧縮封止型の2種類に大別されている。気密封止の信頼性を確保すためには、アイレットおよびリードの金属材と絶縁ガラスの熱膨張係数を適正に選択することが重要である。このため、封止用の絶縁ガラスは、アイレットとリードの素材、要求温度プロファイルおよびその熱膨張係数によって選定されている。整合封止の場合、アイレットと絶縁ガラスの熱膨張係数が可能な限り一致するように封止素材は選定される。一方、冷蔵庫、エアコンなどの冷媒コンプレッサ(圧縮機)に用いられる気密端子においては、コンプレッサが冷媒を充填した耐圧容器の中に配置されるため、これに電気供給する気密端子は、高耐圧、高耐電圧が要求され、専ら圧縮封止型の気密端子が用いられる。圧縮封止型気密端子は、鋼製のアイレットによって絶縁ガラスおよびリードを圧縮するように意図的に熱膨張係数が異なるようにアイレットの材料と絶縁ガラスの材料を組み合わせて選定されている。従来、圧縮機用の気密端子の絶縁ガラスは、図8に示されるように、耐電圧を確保する必要から、アイレット内径端からリード露出部までの沿面距離が極力大きく取れるように(a)釣鐘型ないし(b)円錐型にリードに這わせて肉厚に盛り付けされていた。特にモータ駆動部を有する耐圧容器のインナ側(内側)リードの絶縁ガラスには、金属部材の摺動部などから生じた微細な金属粉などが経年付着することもあり、耐トラッキング性を向上させる意味でも沿面距離を大きく取ることが好ましいとされている。 In general, GTMS (Glass-to-Metal-Seal) type airtight terminals, in which an eyelet and a lead are sealed with insulating glass, are roughly classified into two types: matching sealing type and compression sealing type. In order to ensure the reliability of hermetic sealing, it is important to appropriately select the thermal expansion coefficients of the metal materials of the eyelets and leads and the insulating glass. For this reason, insulating glass for sealing is selected according to eyelet and lead materials, required temperature profile and its coefficient of thermal expansion. For matched sealing, the sealing material is chosen so that the thermal expansion coefficients of the eyelet and the insulating glass match as closely as possible. On the other hand, in airtight terminals used in refrigerant compressors (compressors) of refrigerators and air conditioners, the compressor is placed in a pressure-resistant container filled with refrigerant. A high withstand voltage is required, and compression-sealed hermetic terminals are exclusively used. Compression-sealed hermetic terminals are designed with a combination of eyelet and insulating glass materials with different thermal expansion coefficients so that the steel eyelet compresses the insulating glass and leads. Conventionally, as shown in FIG. 8, insulating glass for airtight terminals for compressors is required to ensure withstand voltage. The mold or (b) was thickly laid on the reeds in a conical shape. In particular, the insulating glass on the inner side (inner) lead of a pressure-resistant container that has a motor drive part may adhere over time to fine metal powder generated from the sliding parts of metal members, etc., improving tracking resistance. It is said that it is preferable to take a large creepage distance also in the meaning.
特許文献1:特開平10-214646号公報 Patent document 1: JP-A-10-214646
前述した冷凍機の圧縮機などに用いられる気密端子は、粘りと伸びを調和させて適切な機械的強度を持たせる必要から、金属材料をアイレットとして低炭素鋼またはステンレス鋼を使用したアイレットや鉄-クロム合金材を使用したリードが使用されることが多い。前述のようにアイレットが、いわゆる焼嵌め効果によって絶縁ガラスおよびリードを強く圧縮するため、アイレットの開口部の縁辺からリードにかけて絶縁ガラスにクラックが発生し易くなる。絶縁ガラスへのクラック発生は、これが外界から水分などを招き入れる経路となり、アイレットとリード間の絶縁を損なうことにつながるので好ましくない。 The airtight terminals used in the compressors of refrigerators mentioned above need to have an appropriate mechanical strength by harmonizing stickiness and elongation. - Leads using chromium alloy materials are often used. As described above, the eyelet strongly compresses the insulating glass and the lead due to the so-called shrink-fitting effect, so cracks are likely to occur in the insulating glass from the edge of the opening of the eyelet to the lead. The occurrence of cracks in the insulating glass is undesirable because it becomes a path for inviting moisture from the outside, leading to loss of insulation between the eyelet and the lead.
本発明は、アイレットから受ける圧縮応力を絶縁ガラスにおいて分散できるように改良された気密端子を提供する。 The present invention provides an improved hermetic terminal that allows the compressive stress received from the eyelet to be distributed in the insulating glass.
本発明によると、アイレットに設けた開口部にリードを貫通させて、さらにアイレットとリードとを絶縁ガラスにより気密封着し電気絶縁した気密端子であって、少なくとも耐圧容器のインナ側(内側)の絶縁ガラスは、アイレット開口部の内璧端からリード周壁部まで延在させており、かつ少なくともインナ側の絶縁ガラスの表面形状がカテナリー状フィレット、すなわち絶縁ガラスの断面がアイレットの開口部側に窪んだ弧状になるように成形した気密端子が提供される。リードに盛り付ける絶縁ガラスの表面は、状来よりリードに近い位置で、よりリード周壁に沿った形状で必要最小限の厚みに成形されて盛り付けられる。絶縁ガラスの表面をカテナリー状フィレットに成形することでアイレットから受ける圧縮応力を円弧状曲面に分散することできる。 According to the present invention, there is provided an airtight terminal in which a lead is passed through an opening provided in an eyelet, and the eyelet and the lead are hermetically sealed and electrically insulated by insulating glass. The insulating glass extends from the inner edge of the eyelet opening to the peripheral wall of the lead, and the surface shape of the insulating glass on at least the inner side is a catenary fillet. A hermetic terminal is provided which is shaped into an arcuate shape. The surface of the insulating glass to be applied to the leads is formed to have a minimum necessary thickness in a position closer to the leads and in a shape that conforms more closely to the peripheral walls of the leads. By forming the surface of the insulating glass into a catenary fillet, the compressive stress received from the eyelet can be distributed to the arc-shaped curved surface.
従来は、図8に示すように、絶縁ガラス86、96をアイレット85、95に設けた開口部(筒状部)84、94からリード87、97の周壁部まで延在させて、リード87、97の周壁からアイレット85、95までの沿面距離を極力大きく取れるように絶縁ガラス86、96を、図8(a)の釣鐘型ないし図8(b)の円錐型にリード壁面からできるだけ大きく張り出すように厚く盛り付けていた。アイレット85、95の圧縮応力(白抜きの矢印)は、開口部84、94を締め付けるように付加されるので、開口部84、94端部の絶縁ガラス86、96には、上記圧縮応力と反対方向に剪断応力(ドットハッチングの矢印)が発生する(図8(a)参照)。従来の気密端子は、開口端部の絶縁ガラスの盛り付け量が最も厚くなっている。しかし、従来の絶縁ガラスの表面形状では、開口部84、94の径中心方向に圧縮する圧縮応力を、絶縁ガラスが図8(a)の釣鐘型で垂直に、図8(b)の円錐型で直線45度の傾斜面で受け止めていたので、構造的に弱くアイレットの開口端から平衡にクラックが発生しやすかった。
Conventionally, as shown in FIG. 8,
本発明の絶縁ガラスは、図7の(a)、(b)および(c)に示すように、絶縁ガラスをアイレットの開口部の内璧端からリード周壁部まで延在させて、耐電圧に必要な沿面距離を確保しつつ、絶縁ガラスの露出面をカテナリー状フィレット、すなわちガラス断面輪郭がアイレットの開口部側に窪んだ弧状に成形したことで、アイレットからの圧縮応力を45度未満の浅い角度で、かつ弧状曲線からなる懸垂曲面(カテナリー曲面)で受け止めることができる。これにより、アイレットとリード間の高耐電圧を確保しながら、アイレット開口端部領域の圧縮応力(白抜きの矢印)によるガラスクラック89、99を抑止する。
As shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, the insulating glass of the present invention extends from the inner edge of the opening of the eyelet to the peripheral wall of the lead, thereby increasing the withstand voltage. While securing the necessary creepage distance, the exposed surface of the insulating glass is formed into a catenary-shaped fillet, that is, the cross-sectional profile of the glass is formed into an arc that is recessed toward the opening of the eyelet. It can be received at an angle and with a catenary curved surface consisting of an arc-shaped curve. This suppresses
本発明の一実施形態によれば、気密端子のガラスクラックを抑制することができる。 According to one embodiment of the present invention, glass cracks in the airtight terminal can be suppressed.
本発明の気密端子は、鋼材からなるアイレットに設けた開口部に鉄系合金材または銅芯鉄系合金材のリードを貫通させて、さらにアイレットとリードとを絶縁ガラスによって気密封着し電気絶縁した気密端子であって、少なくともインナ側の絶縁ガラスは、アイレットの貫通孔からリードに延在させており、かつ少なくともインナ側の絶縁ガラスの表面形状は、カテナリー状フィレットすなわち絶縁ガラスの断面輪郭がアイレットの開口部側に窪んだ弧状になるように成形されている。アイレットは、絶縁ガラスとリードとを圧縮封止でき耐圧容器等と溶接できれば何れの材料も利用でき、特に限定されないが、例えば炭素鋼またはステンレス鋼が好適である。リード材は、ガラスとの封着性に優れ導電性の部材であれば何れの材料も利用でき、特に限定されないが、例えば鉄クロム合金材または銅芯鉄クロム合金材が好適である。絶縁ガラス材は、アイレットとリードとを電気絶縁し気密封着できれば何れのガラス材料も利用でき、特に限定されないが、例えばソーダライムガラス、ソーダバリウムガラスなどが好適である。アイレットの開口部にリードを挿通し、絶縁ガラスにより気密封着してアイレットとリードを電気的に絶縁する。 In the airtight terminal of the present invention, a lead made of an iron-based alloy material or a copper-cored iron-based alloy material is passed through an opening provided in an eyelet made of steel material, and the eyelet and the lead are hermetically sealed with insulating glass to provide electrical insulation. In the airtight terminal, at least the inner insulating glass extends from the through hole of the eyelet to the lead, and the surface shape of at least the inner insulating glass is a catenary fillet, that is, the cross-sectional contour of the insulating glass. It is formed in an arcuate shape that is recessed on the side of the opening of the eyelet. Any material can be used for the eyelet as long as the insulating glass and the lead can be compression-sealed, and the material can be welded to a pressure vessel or the like. Carbon steel or stainless steel is suitable, for example, although there is no particular limitation. Any material can be used for the lead material as long as it is a conductive member having excellent sealing properties with glass, and is not particularly limited, but for example, an iron-chromium alloy material or a copper-core iron-chromium alloy material is suitable. Any glass material can be used as the insulating glass material as long as it can electrically insulate and hermetically seal the eyelet and the lead. Although not particularly limited, soda lime glass, soda barium glass, and the like are suitable. The lead is passed through the opening of the eyelet and hermetically sealed with insulating glass to electrically insulate the eyelet from the lead.
本発明に係る実施例1の気密端子10は、図1ないし図3に示されるように、炭素鋼からなるアイレット15に設けた開口部(筒状部)14に鉄クロム合金のリード17を貫通させて、さらにアイレット15とリード17とをソーダバリウムガラスの絶縁ガラス16によって気密封着し電気絶縁した気密端子であって、インナ側の絶縁ガラス16aは、アイレット15の開口部14からリード17の周壁部に向けて所定の長さに渡って延在させており、かつインナ側の絶縁ガラス16aの表面形状はカテナリー状フィレット、すなわちガラス断面輪郭が開口部14の側に弓形に窪んでスムーズな円弧を描いた弧状になるように成形された冷凍機の圧縮機用の圧縮封止型気密端子である。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
実施例1の気密端子10は、天板部11と円筒部12と、円筒部12の外周から斜め外方に広がるフランジ部13および3個の開口部(筒状部)14を一体に有する炭素鋼のアイレット15と、アイレット15の開口部14にソーダバリウムガラスの絶縁ガラス16によって気密封着した鉄-クロム合金のリード17とを有し、インナ側の絶縁ガラス16aは、アイレット15の開口部14からリード17の周壁部に向けて所定の長さに渡って延在させており、かつインナ側の絶縁ガラス16aの表面形状はカテナリー状フィレットになるように成形されている。インナ側の絶縁ガラス16aは、図2および図3に示すように、アイレット15の開口部14からリード17に延在させて、高耐電圧に必要な沿面距離を確保しつつ、絶縁ガラス16aの表面形状をカテナリー状フィレットに成形したことで、アイレット15からの圧縮応力を45度未満の浅い角度かつ曲線断面で受け止め、開口部14側に弓形に窪んだ弧状曲面に分散して反らすことができる。これにより、アイレット15とリード17間の沿面距離を確保して、開口端部領域のガラスクラックを抑止し絶縁抵抗の低下を防止することができる。耐圧容器のアウタ側(外側)の絶縁ガラス16bは、リード17への絶縁ガラスの延在部を有さないが、絶縁ゴム被覆18を設けている。
The
本発明に係る実施例2の気密端子20は、図4ないし図6に示されるように、炭素鋼からなるアイレット25に設けた開口部(筒状部)24に鉄クロム合金のリード27を貫通させて、さらにアイレット25とリード27とをソーダバリウムガラスの絶縁ガラス26によって気密封着し電気絶縁した気密端子であって、インナ側の絶縁ガラス26aおよびアウタ側の絶縁ガラス26bは、アイレット25の開口部24からリード27の周壁部に向けて所定の長さに渡って延在させており、かつインナ側の絶縁ガラス26aおよびアウタ側の絶縁ガラス26bの表面形状は、カテナリー状フィレット、すなわちガラス断面輪郭が開口部24の側に弓形に窪んでスムーズな円弧を描いた弧状になるように成形された冷凍機の圧縮機用の圧縮封止型気密端子である。
In the
実施例2の気密端子20は、天板部21と円筒部22と、円筒部22の外周から斜め外方に広がるフランジ部23および3個の開口部(筒状部)24を一体に有する炭素鋼のアイレット25と、アイレット25の開口部24にソーダバリウムガラスの絶縁ガラス26によって気密封着した鉄-クロム合金のリード27とを有し、インナ側の絶縁ガラス26aおよびアウタ側の絶縁ガラス26bは、アイレット25の開口部24からリード27の周壁部に向けて所定の長さに渡って延在させており、かつインナ側の絶縁ガラス26aおよびアウタ側の絶縁ガラス26bの表面形状はカテナリー状フィレットになるように成形されている。インナ側の絶縁ガラス26aおよびアウタ側の絶縁ガラス26bは、図4ないし図6に示すように、アイレット25の開口部24からリード27に延在させて、高耐電圧に必要な沿面距離を確保しつつ、絶縁ガラス26a、26bの表面形状をカテナリー状フィレットに成形したことで、アイレット25からの圧縮応力を45度未満の浅い角度かつ曲線断面で受け止め、開口部24の側に弓形に窪んだ弧状曲面に分散して反らすことができる。これにより、アイレット25とリード27間の沿面距離を確保して、開口端部領域のガラスクラックを抑止し絶縁抵抗の低下を防止することができる。
The
本発明に係る気密端子の絶縁ガラスの形状は、図7の(a)、(b)および(c)に示すように、少なくとも耐圧容器のインナ側(内側)の絶縁ガラスは、アイレット開口部の内璧端からリード周壁部まで延在させており、かつ少なくともインナ側の絶縁ガラスの表面形状がカテナリー状フィレット、すなわち絶縁ガラスの断面がアイレットの開口部側に窪んだ弧状になるように成形する。絶縁ガラスは、開口部の内璧端からリードの周壁部に向けて所定の長さに渡って延在させる。絶縁ガラスは、アイレットの開口部の内璧面のみに接するように封着するのがよい。絶縁ガラスの露出表面は、アイレット開口部の内璧端からリードの所定周壁部にかけてガラス断面輪郭が開口部の側に窪んだ弧状の懸垂曲面となるよう成形される。このときアイレット開口部の内璧端と接する絶縁ガラスの端面は、天板部71の平面に対して傾斜角45度未満で封着するのがよい。例えば絶縁ガラスの形状は、図7の(a)、(b)および(c)に示す実施例のように成形する。図7の実施例(a)の絶縁ガラスの形状は、アイレット開口部の内璧の内側から、天板平面に対して一旦水平面を描いてからリード壁面まで封着されている。図7の実施例(b)の絶縁ガラスの形状は、アイレット開口部の内璧端(エッジ)から一旦開口部の内側に凹んでJ字を描いてリード壁面まで封着されている。図7の実施例(c)の絶縁ガラスの形状は、アイレット開口部の内璧端(エッジ)から一旦天板平面に対して傾斜角45度未満で水平面を描いてからリード壁面を這い上がるように封着されている。
As for the shape of the insulating glass of the airtight terminal according to the present invention, as shown in FIGS. It extends from the inner edge to the peripheral wall of the lead, and the surface shape of the insulating glass on at least the inner side is a catenary fillet, that is, the cross section of the insulating glass is formed in an arc shape recessed toward the opening of the eyelet. . The insulating glass extends over a predetermined length from the inner edge of the opening toward the peripheral wall of the lead. The insulating glass is preferably sealed so as to contact only the inner wall surface of the opening of the eyelet. The exposed surface of the insulating glass is formed so that the cross-sectional profile of the glass from the inner edge of the eyelet opening to the predetermined peripheral wall portion of the lead is an arcuate catenary curved surface recessed toward the opening. At this time, the end surface of the insulating glass that contacts the inner edge of the eyelet opening is preferably sealed at an inclination angle of less than 45 degrees with respect to the plane of the
図7においてアイレット75の圧縮応力700は、開口部を締め付けるように付加されるので、絶縁ガラス76には、圧縮応力と反対方向に剪断応力701が発生する(図7(a)参照)。図7の(a)、(b)および(c)に示す実施例の絶縁ガラス形状は、絶縁ガラス76をアイレットの開口部の内璧端702からリード周壁部703まで延在させて、耐電圧に必要な沿面距離を確保しつつ、絶縁ガラスの露出面をカテナリー状フィレット、すなわちガラス断面輪郭がアイレットの開口部側に窪んでスムーズな円弧を描いた弧状に成形したことで、アイレット75からの圧縮応力700を45度未満の浅い角度で、かつ弧状曲線からなる懸垂曲面(カテナリー曲面)で受け止めることができる。これにより、アイレット75とリード77間の耐電圧を確保しながら、アイレット開口端部領域の圧縮応力700を懸垂曲面に分散しガラスクラックを抑止する。
In FIG. 7, the
これに対して図7の(d)に示す比較例の絶縁ガラスの形状は、アイレット開口部の内璧端702よりガラスが図の下側に垂れるようにはみ出た部分fがあり、絶縁ガラス76が天板71平面に対してほぼ垂直(天板平面に対し傾斜角45度以上)に封着されており、アイレット75からの圧縮応力700を、従来の気密端子と同様に垂直に受け止めてしまうため、開口端からリードまで平行にクラックが発生しやすい。 On the other hand, the shape of the insulating glass of the comparative example shown in FIG. is sealed almost perpendicularly to the plane of the top plate 71 (inclination angle of 45 degrees or more with respect to the plane of the top plate). Therefore, parallel cracks tend to occur from the open end to the lead.
本発明は、高耐圧性、高絶縁性が要求される気密端子に使用でき、特に冷凍機の圧縮機用の気密端子に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for airtight terminals that require high pressure resistance and high insulation properties, and can be used particularly for airtight terminals for compressors of refrigerators.
気密端子10、20、天板部11、21、71、円筒部12、22、フランジ部13、23、開口部(筒状部)14、24、84、94、アイレット15、25、75、85、95、リード17、27、77、87、97、絶縁ガラス16、26、76、86、96、インナ側の絶縁ガラス16a、26a、アウタ側の絶縁ガラス16b、26b、絶縁ゴム被覆18、圧縮応力700、剪断応力701、アイレット内璧端702、リード周壁部703、はみ出た部分f、ガラスクラック89、99。
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