KR0149896B1 - 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조 - Google Patents

Abstract

양측의 영역을 기밀(氣密) 또는 액밀(液密)로 구획하는 격벽(隔璧)부재로서의 금속제의 베이스부재(4)에 구멍(5)을 형성하고, 이 구멍(5)에 전기도선(1), 기체 또는 액체를 흐르게 하는 파이프부재, 열매체를 흐르게 하는 히트파이프, 광신호를 전송하는 광파이버 등의 부재를 관통시켜 인출하는 구조에 있어서, 상기 부재를 합성수지제의 봉지(封止)부재(3)를 개재하여 배치하고, 베이스부재(4)의 소성변형작용 및 봉지부재(3)의 탄소성(彈塑性)을 이용한 변형작용에 의한 봉입에 의하여 상기 구멍(5)을 봉지하고, 이로서 초고압에 대해서도 높은 내압(耐壓)성능을 발휘하고, 또한 상기 구멍(5)을 장기간 안정되게 봉지하는 것을 가능하게 한다.

Description

[발명의 명칭]

금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 금속제 격벽(隔璧)부재의 부재관통공의 봉지(封止)구조에 관한 것이며, 특히 예를 들면 압력용기, 진공용기, 기체나 액체를 수용하는 밀봉용기와 같이 내외의 영역을 격리하는 금속제 격벽부재에 형성된 구멍에, 예를 들면 전기신호 또는 전력을 전송하기 위한 도선이나 도전핀, 기타의 도전체, 유체를 흐르게 하기 위한 금속제 파이프부재, 열매체를 흐르게 하기 위한 히트파이프, 광신호를 전송하기 위한 광파이버 등의 부재를 관통한 구조에 있어서, 고압에 대해서도 높은 내압(耐壓)성능을 가지고, 또한 상기 구멍을 장기간 안정되게 봉지할 수 있도록 전술한 구멍을 봉지하여 당해 부재를 고정하는 구조에 관한 것이다.

[배경기술]

예를 들면 유압쇼벨등의 유압기계에서는, 당해 기계를 작동시키는 유압구동장치의 작동상태를 파악하기 위해, 장치내부의 압력상태등을 계측할 수 있도록, 장치내의 각 부에서 압유내에 예를 들면 압력센서, 차압센서, 변위센서 등을 배치한다. 압력센서 등이 배치되는 환경은 장치내부의 압유내의 고압환경이다. 예를 들면 압력센서는 통상 왜(歪)게이지를 이용한 휘트스톤브리지회로 등을 포함하며, 전기유니트로서 구성된다. 검출대상인 유압은 전기유니트로서의 압력센서에 의해 전기량으로 변환되어, 전기신호로서 검출된다. 압력센서에서 발생한 전기신호는 신호인출선으로 고압의 장치내부에서 대기압의 장치외부에 인출된다. 장치외부에는 유압구동장치의 동작을 제어하기 위한 제어장치가 설치되어 있으며, 신호인출선으로 외부에 인출된 검출신호는 제어장치에 입력되고, 작동상태에 관한 정보로서 그 후의 각종 제어에 사용된다.

상기 구성에 있어서, 신호인출선을 장치외부에 인출하기 위한 종래의 대표적인 구조는, 예를 들면 장치의 금속제 용기의 일부에 구멍을 형성하고, 이 구멍에 신호인출선을 관통시키고, 또한 공기밀봉시일(hermetic seal)구조를 적용하여 신호인출선을 구멍내에 고정하고, 이로써 압유에 대한 봉지와, 신호인출선과 금속제 용기와의 사이의 전기적 절연성을 유지하고 있었다. 이와 같은 공기밀봉시일구조에는, 종래 유리공기밀봉시일과 플라스틱공기밀봉시일이 존재하였다.

종래의 신호선인출부의 봉지구조에 있어서, 유리공기밀봉시일에서는 노(爐)를 사용하여 N₂분위기중에서 1000℃ 정도의 고온처리가 필요하게 된다. 따라서, 제작코스트가 전체적으로 높아진다. 또한, 선팽창계수에 관해서도 주의를 기울일 필요가 있고, 신호선의 심재(芯材)나 베이스로 될 금속재가 한정된다. 예를 들면 신호선의 심재에는 Fe-Ni을 사용하고, 용기벽의 금속재에는 팽창율이 큰 스테인레스를 사용하고 있었다. 그 결과, 더욱 제작코스트가 높아진다. 또한, 유리를 사용하는 점에서 취약성이 문제로 되고, 토목기계나 건설기계용으로서는 실용화가 곤란했었다.

또한, 플라스틱공기밀봉시일에서는 베이스로 될 금속재와의 사이의 접합력에 문제가 있으며, 고압에서는 사용에 견디지 못하여 내구성의 부족하다는 문제를 가지고 있었다.

전술한 예에서는, 고압인 장치내에 배치되는 전기유니트로부터 공급되는 전기신호를 대기압상태의 장치외부에 신호인출선을 사용하여 취출하는 구조에 대하여 설명하였으나, 이와 같은 문제는 예를 들면 높은 진공도를 가진 진공용기의 내부에 배치된 전기유니트로부터 전기신호를 대기압상태의 용기외부에 취출하는 구조에 대해서도 일어날 수 있다.

또한, 상기의 문제를 일반적으로 생각하여, 예를 들면 밀봉금속용기 등과 같이 내외를 격리하는 금속제 격벽부재가 존재하고, 이 격벽부재에 의해 양측의 영역이 서로 격리되고 또한 양측의 각 영역에 존재하는 장치를 강성(剛性)을 가진 어떤 부재로 접속 또는 연결할 필요가 있을 때, 당해 부재를 격벽부재에 형성한 구멍에 관통시키고, 당해구멍을 봉지하는 구조를 형성하지 않으면 안된다. 이 봉지구조는 전술한 바와 같이 격벽부재의 양측 영역의 압력이 크게 다르다고 하는 경우만에 한정되지 않고, 격벽부재의 양측의 물리적 또는 화학적인 조건 등(존재하는 기체나 액체 등의 종류가 다른 등)이 다른 경우에도 필요하게 된다.

또한, 금속제 격벽부재에 형성된 구멍에 관통되는 부재는 전술한 신호인출선만이 아니고, 일반적으로 전기신호 또는 전력을 전송하기 위한 도전체, 각종 유체를 흐르게 하기 위한 파이프부재, 열매체를 흐르게 하기 위한 히트파이프, 광신호를 전송하기 위한 광파이버 등. 소요의 강성을 가진 부재가 포함된다. 이들 부재를 금속제 격벽부재의 구멍에 관통시키고, 이 구멍을 봉지하는 경우에도 전술한 문제가 제기된다.

또한, 본 발명에 관련되는 종래기술문헌으로서, 여기에 일본국특개소 63(1988)-214429호 공보와 특개소 63(1988)-214430호 공보의 두 문헌을 든다. 이들 문헌에 개시(開示)된 기술은 2개의 부재를 결합하기 위한 기술이며, 봉지구조를 제안하는 것은 아니지만, 유사한 관련기술로서 파악할 수도 있으므로, 다음에 설명한다.

일본국 특개소 63(1988)-214429호 공보에 개시된 기술은 섬유강화수지제의 통형부재와 금속제의 장착부재를 결합하는 구조에 관한 것이며, 예를 들면 당해 문헌의 제1도~제3도에 나타낸 바와 같이, 통형부재의 일단부를 장착부재에 형성된 구멍에 삽입하고, 통형부재의 내부의 스텝부에 보강부재를 끼우고, 장착부재의 구멍의 삽입구의 주위의 부분을 펀치압력으로 압입하고, 장착부재의 구멍내면에 소성변형(메탈플로)를 일으켜서 소성변형부분과 부강부재로 통형부재의 단부를 협지하여, 통형부재와 장착부재를 결합하고 있다. 상기 제1도의 실시예에서는, 펀치에 의한 가압을 이용하여 구멍의 한쪽의 개구부 근방의 내주면 부분에 메탈플로를 발생시키고 있다. 또한, 당해 문헌의 제4도에 나타낸 실시예에서는, 구멍의 양단의 개구부 근방의 내주면 부분에 메탈플로를 발생시켜서 결합하는 구조를 나타내고 있다.

또한, 일본국 특개소 63(1988)-214430호 공보에 개시된 기술은 섬유강화수지제의 봉형(棒形)부재와 금속제의 장착부재를 결합하는 구조에 관한 것이며, 상기 문헌(일본국 특개소 63(1988)-214429호 공보)에서 설명된 메탈플로를 이용한 결합구조와 실질적으로 같은 구조를 가진다. 예를 들면 당해 문헌의 제10도에서는 구멍의 일단의 개구부의 근방의 내주면에 메탈플로를 발생시키는 구조를 나타내고, 상기 문헌의 제11도에서는 구멍의 양단의 개구부 근방의 내주면 부분에 메탈플로를 발생시키는 구조를 나타낸다.

상기 두 문헌에 개시된 기술은 모두 섬유강화수지로 만들어진 부재와 금속제 장착부재를 메탈플로의 기술을 이용하여 결합하기 위한 기술이다. 그 결합부의 봉지성능이라는 관점에서는, 전술한 섬유강화수지제의 통형부재 또는 봉형부재는, 예를 들면 필라멘트와인딩법 등으로 감은 탄소섬유나 유리섬유 등의 경질의 섬유재료에 수지를 함침시켜서 형성되므로, 전체로서 경도가 높아서 바람직한 탄소성(彈塑性)을 가지고 있지 않고, 유효한 변형이 생기지 않으므로, 충분한 봉지성능을 발휘할 수 없다. 따라서, 전술한 두 종래문헌에 개시된 기술은 단지 섬유강화수지제 부재와 금속제 장착부재와의 결합을 목적으로 하는 것으로서, 양자간의 봉지를 목적으로 하는 것은 아니다. 그 사실은 예를 들면 일본국 특개소 63(1988)-214429호 공보에 있어서의 제7도에 나타낸 바와 같이, 봉지용의 O링을 별도로 배설하는 것으로부터도 명백하다.

또한, 다른 관점에서의 문제를 설명하면, 일본국 특개소 63(1988)-214429호의 결합구조에서는, 섬유강화수지제의 통형부재의 내부에 링형의 보강부재를 배치하고 있으나, 그 축방향의 길이는 금속제 장착부재의 두께와 대략 같으므로, 비록 양단에서 압압하여 결합했다고 해도, 통형부재에 벤딩응력이 가해졌을 때에는 부강부재의 단부주위를 지점(支点)으로 한 벤딩응력이 가해져서, 결합부에 크리프가 발생하기 쉽다는 문제가 있으며, 결합의 신뢰성이 낮다. 또한, 일본국 특개소 63(1988)-214430호의 결합구조에서는, 섬유강화수지제의 봉형부재는 수지가 존재하는 부분에 관해서는 강성이 낮으므로, 압압부근방은 국부적으로 집중하여 변형하는 한편, 전체로서는 강성이 높으므로 내부에 압압력이 가해지지 않는다는 문제를 가지고 있다.

본 발명의 목적은 예를 들면 압력용기, 진공용기, 기체나 액체를 수용하는 밀봉용기와 같이, 내외의 영역을 격리하는 용기의 금속제 격벽부재의 부분에 형성된 구멍에, 예를 들면 전기신호 또는 전력을 전송하기 위한 도선, 도전핀, 그 외의 도전체, 유체를 흐르게 하기 위한 파이프부재, 히트파이프, 광파이버등의 부재를 관통시킨 구조에 있어서, 상기 부재가 관통한 당해 구멍을 매우 높은 내압성능으로 확실하게 봉지할 수 있고, 또한 장기간 안정되게 봉지할 수 있고, 또한 간단한 구조를 가지며, 염가로 또한 간소한 공정으로 제작할 수 있는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조를 제공하는 것에 있다.

[발명의 개시]

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 구성을 가지고 있다.

금속제 격벽부재에 형성된 구멍에 내부기기와 외부기기를 접속하기 위한 관통부재가 관통되고, 상기 관통부재와 상기 구멍의 내벽면과의 사이에 봉지부재가 배치되고, 상기 구멍의 양단 개구부의 최소한 한쪽에, 상기 개구부의 주위부분에서의 구멍축방향의 가압에 의하여 상기 구멍의 내벽으로부터 팽출하는 소성변형부를 형성함으로써, 협착부가 형성되고, 상기 협착부에 의해 상기 관통부재와 상기 봉지부재를 주위로부터 압압하고 또한 상기 봉지부재를 상기 구멍내에 봉입하고, 이로써 상기 구멍을 봉지하도록 구성된다.

상기 구성에 있어서, 바람직하기로는 상기 구멍의 양단 개구부의 주위부분에 대하여 상기 가압을 행하여 소성변형을 일으키게 함으로써, 상기 봉지부재를 실질적으로 방추형으로 변형시켜서 상기 구멍내에 봉입하고, 당해 봉입에 위한 내압으로 상기 관통부재를 상기 구멍에 고정하여 상기 구멍을 봉지하도록 구성한다.

또한, 상기 구성항에 있어서, 바람직하기로는 상기 구멍의 일단의 개구부의 내측 주위부분에 상기 봉지부재가 상기 구멍 밖으로 팽출변형하는 것을 방해하는 변형억지부를 배설하고, 상기 구멍의 타단의 개구부의 주위부분에 대하여 상기 가압을 행하여 상기 소성변형을 일으키게 함으로써, 상기 협착부를 형성하여 상기 봉지부재를 변형시켜서 상기 구멍내에 봉입하고, 당해 봉입에 의한 내압으로 상기 관통부재를 상기 구멍에 고정하여 상기 구멍을 봉지하도록 구성한다.

상기 봉지부재는 바람직하기로는 합성수지를 사용하여 형성된다. 이 경우에 합성수지는 PPS, PEI, PEEK, PI 및 이것과 유사한 합성수지재 중 어느 하나가 사용된다.

또한, 전술한 금속제 격벽부재의 예로서는, 바람직하기로는 그 양측의 영역간에 압력차가 존재하는 용기의 벽부이다. 더욱 상세하게는 상기 용기는 내부영역이 고압상태이며, 외부영역이 대기압상태인 압력용기, 또는 내부영역은 진공상태이며, 외부영역이 대기압상태인 진공용기이다.

또한, 상기 금속제 격벽부재는 바람직하게는 그 양측의 영역간에 화학적인 환경이 다른 용기의 벽부이며, 상기 용기의 내부영역과 외부영역에 존재하는 기체 또는 액체의 상이 다르고, 상기 용기는 밀봉용기이다.

본 발명의 다른 구성으로는, 금속제 격벽부재에 형성된 구멍에 내측의 전기적 장치와 외측의 전기적 장치를 접속하기 위한 전기전도용의 관통부재가 관통되고, 상기 관통부재와 상기 구멍의 내벽면과의 사이에 전기적 절연성을 가진 봉지부재가 배치되고, 상기 구멍의 양단 개구부의 최소한 한쪽에, 상기 개구부의 주위부분에서의 구멍축방향의 가압에 의하여 상기 구멍의 내벽으로부터 팽출하는 소성변형부를 형성함으로써, 협착부가 형성되고, 상기 협착부에 의해 상기 관통부재와 상기 봉지부재를 주위로부터 압압하고 또한 상기 봉지부재를 상기 구멍내에 봉입하고, 이로써 상기 구멍을 봉지하도록 구성된다.

상기 구성에 있어서, 바람직하기로는 상기 구멍의 양단의 개구부의 주위부분에 대하여 상기 가압을 행하여 상기 소성변형을 일으키게 함으로써, 상기 구멍의 양단의 개구부에 상기 협착부를 형성하고, 상기 봉지부재를 실질적으로 방추형으로 변형시켜서 상기 구멍내에 봉입하고, 당해 봉입에 의한 내압으로 상기 관통부재를 상기 구멍에 고정하여 상기 구멍을 봉지하도록 구성된다.

상기 구성항에 있어서, 바람직하기로는 상기 구멍의 일단의 개구부의 내측 주위부분에 상기 봉지부재가 상기 구멍 밖으로 팽출변형하는 것을 방해하는 변형억지부를 배설하고, 상기 구멍의 타단의 개구부의 주위부분에 대하여 가압을 행하여 상기 소성변형을 일으키게 함으로써, 상기 협착부를 형성하여 상기 봉지부재를 변형시켜서 상기 구멍내에 봉입하고, 당해 봉입에 의한 내압으로 상기 관통부재를 상기 구멍에 고정하여 상기 구멍을 봉지하도록 구성된다.

상기 관통부재는 바람직하기로는 선형부재 또는 핀형부재이다. 또한, 상기 관통부재는 내부에 전기적 장치를 수용하는 밀봉형 케이스에 배설된 전기를 도통시키기 위한 단자이며, 또는 반관통부재 소자를 사용하여 구성되는 디바이스이다.

상기 봉지부재는 바람직하기로는 합성수지를 사용하여 형성된다. 이 경우에 합성수지는 PPS, PEI, PEEK, PI 및 이것과 유사한 합성수지재 중 어느 하나가 사용된다.

또한, 전술한 금속제 격벽부재의 예로서는, 바람직하기로는 그 양측의 영역간에 압력차가 존재하는 용기의 벽부이다. 더욱 상세하게는, 상기 용기는 내부영역이 고압상태이며, 외부영역이 대기압상태인 압력용기, 또는 내부영역은 진공상태이며, 외부영역이 대기압상태인 진공용기이다.

특징적인 작용에 대하여 설명한다. 예를 들면, 탄소성을 가진 합성수지제 봉지부재로 피복된 심(芯)부재를 금속제 격벽부재(금속베이스)에 형성된 구멍에 관통시킨 상태에서, 당해 구멍의 개구부의 주위부분에 압착금구를 이용하여 체결을 위한 압입동작을 행하면, 구멍의 개구부 주위의 금속부분(구멍의 내주면)에 소성변형이 생기고, 이 소성변형으로 삽통공의 내벽면 부분에 환상의 팽출부(膨出部)가 형성된다. 금속베이스의 소성변형에 의한 팽출부는 개구부의 근방에서 구멍의 내벽으로부터 전주에 걸쳐서 대략 균일하게 안쪽으로 팽출하는 환형상을 가진다. 당해 팽출부는 봉지부재를 전주로부터 압압하여 소요의 조건을 만족시키도록 압궤하여 변형시키고, 이로써 심부재를 고정하여 구멍의 봉지를 행한다. 금속베이스의 소성변형으로 생긴 팽출부에 의한 협착압박작용, 및 합성수지제 봉지부재를 경년항복열화를 방지할 정도의 고압상태에서 상기 구멍내에 봉입(예를 들면 방추형의 변형)함으로써, 당해 봉입에 의한 내압으로 심부재를 관통시키기 위한 구멍을 높은 봉지 성능으로 봉지한다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 기본적 실시예를 나타내며, 금속제 격벽부재에 형성된 구멍에 도전체 등의 소정부재를 관통시키고, 그 상태로 당해 구멍을 봉지한 구조를 나타낸 요부 종단면도이다.

제2도는 본 발명의 봉지구조를 제작하는 프로세스를 설명하기 위한 제1의 상태(압착력을 가하기 전의 상태)를 나타낸 요부 종단면도이다.

제3도는 본 발명의 봉지구조를 제작하는 프로세스를 설명하기 위한 제2의 상태(압착력을 가한 후의 상태)를 나타낸 요부 종단면도이다.

제4도는 압착금구의 압착력과 심재인 도체의 인발력과의 관계를 실험수치로 나타낸 표를 나타낸 도면이다.

제5도는 본 발명에 의한 봉지구조의 성능에 관한 실험결과를 얻기 위한 시험편의 개요를 나타낸 정면도이다.

제6도는 본 발명의 봉지구조에 관한 임펼스시험의 결과를 나타낸 표를 나타낸 도면이다.

제7도는 압착금구에 의해 금속베이스를 압입했을 때에 생기는 합성수지(봉지부재)의 내주면에서의 압축응력분포를 나타낸 도면이다.

제8도는 압착금구에 의해 금속베이스를 압입했을 때에 생기는 합성수지(봉지부재)의 외주면에서의 합축응력분포를 나타낸 도면이다.

제9도는 본 발명의 봉지구조에 있어서의 온도와 도체 인발력과의 관계를 나타낸 도면이다.

제10도는 본 발명에 관한 봉지구조의 다른 실시예를 나타낸 요부종단면도이다.

제11도는 본 발명에 관한 봉지구조의 또 다른 실시예를 나타낸 요부종단면도이다.

제12도는 2개의 도전체가 본 발명의 봉지구조를 적용하여 장착된 금속베이스의 외관사시도이다.

제13도는 다수의 도전체가 본 발명의 봉지구조를 적용하여 장착된 플러그의 외관사시도이다.

제14도는 본 발명의 봉지구조를 적용하여 최소한 2개의 도전체를 장착한 나사식 플러그의 종단면도이다.

제15도는 복수의 도전체를 본 발명의 봉지구조를 일괄적으로 적용함으로써 장착한 나사식 플러그의 종단면도이다.

제16도는 본 발명에 관한 봉지구조의 다른 실시예를 나타낸 요부종단면도이다.

제17도는 본 발명의 봉지구조를 적용하여 제작된 신호인출선의 취출부를 가진 압유내에 배치된 차압센서유니트의 종단면도이다.

제18도는 본 발명의 봉지구조를 적용하여 제작된 신호인출선의 취출부를 가진 작동유내에 배치된 변위센서유니트의 종단면도이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

다음에, 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 첩부도면에 따라서 설명한다.

제1도에 본 발명에 관한 봉지(封止)구조의 대표적인 실시예를 나타내며, 금속제 격벽(隔璧)부재에 형성된 구멍에 도전체 등의 소정의 부재가 관통되고, 그 상태에서 당해 구멍이 봉지되어 당해 부재가 구멍에 고정되는 구조를 나타낸다. 제2도 및 제3도는 당해 봉지구조가 만들어지는 프로세스를 나타낸다.

제1도~제3도에 나타낸 실시예에서, (4)는 금속베이스의 일부단면을 나타내며, 금속베이스(4)는 전체로서 금속제의 격벽부재로서의 기능을 가진다. (5)는 금속베이스에 형성된 구멍이며, 구멍(5)은 도면중 상하에 개구부를 가지며, 금속베이스(4)의 양측의 영역을 연통한다. 부호(5)로 나타낸 구멍은 본 발명에 관한 봉지구조가 형성되기 전의 구멍이며, 후술하는 구멍(5A)은 당해 봉지구조가 형성된 후의 구멍이다. (1)은 금속베이스(4)의 구멍(5)에 관통되고, 그 후, 본 발명에 의한 봉지구조를 구멍(5)에 적용함으로써 구멍(5)내에서 고정되는 부재이며, 이 실시예에서는 부재(1)는 도체(2)와 절연체(3)로 이루어지는 도전체이다. 도전체(1)에 있어서 도체(2)는 절연체(3)에 의해 피복되어 있다. 도전체(1)는 예를 들면 전기신호 또는 전력을 전송하기 위한 부재이며, 최소한 구멍(5)의 양단의 개구부보다 외측에 돌출하는 것이 가능한 적당한 축방향의 길이를 가지고 있다. 즉, 도전체(1)의 길이는 금속베이스(4)의 두께보다 크다.

도전체(1)를 금속베이스(4)의 구멍(5)에 관통시켜서, 후술하는 바와 같이 구멍(5)에서 본 발명에 관한 봉지구조를 형성하면, 제1도에 나타낸 바와 같이 구멍(5)은 그 직경이 작아져서 구멍(5A)으로 된다.

상기 도전체(1)는 상기와 같이 전기신호 또는 전력을 전송하기 위한 것이므로, 도체(2)를 다른 도전성 부재로부터 전기적으로 절연하여 보호하는 점에서 절연체(3)는 필연적인 것이다. 그러므로, 구멍(5)에 관통된 상태에서 고정되는 부재는 일체불가분의 관계에 있는 도체(2)와 절연체(3)이다. 본 실시예에서의 특징적인 점은 소요의 탄소성(彈塑性)(탄성 및 소성)을 가진 합성수지로 형성된 당해 절연체(3)를 구멍(5)에 도체(2)를 고정하는 동시에, 이 구멍(5)을 매우 높은 봉지성능으로 봉지하는 봉지부재로서 사용하는 것에 있다.

본 실시예에서는 금속베이스(4)의 구멍(5)에 관통·고정되는 부재가 도체(2)이고 또한 구멍(5)의 봉지부재가 합성수지 절연체(3)로서 설명하였으나, 일반적으로는 급속베이스(4)의 구멍(5)에 관통·고정되는 부재는 강성(剛性)을 가진 부재(심으로 되는 부재)이며, 또한 구멍(5)의 봉지부재는 상기 심부재를 피복하고 또한 소요의 탄소성과 축방향 길이의 체적을 가진 합성수지체이다.

구멍(5)에 관통되어 고정되는 부재로서는, 각종의 부재를 상정할 수 있다. 그 구체적인 예에 대해서는 후에 설명한다. 단, 다른 관통부재에 대하여 당해 관통부재를 구멍(5)에 장착하고 또한 그 구멍(5)을 봉지함에 있어서, 봉지부재로서의 합성수지는 절연체(3)와 실질적으로 동일 재질이지만, 절연기능은 반드시 요구되지 않으므로, 순수하게 봉지부재로서만 기능한다.

본 발명에 의한 봉지구조의 봉지성능에 의하면, 내압(耐壓)성능이 높고, 내충격성이 풍부하며, 장기간 안정되게 봉지하는 것이 가능하게 된다.

제1도는 도전체(1)가 관통된 상태의 금속베이스(4)의 구멍(5)에 본 발명에 관한 봉지구조를 적용하여 구멍(5A)을 형성하고, 금속베이스(4)의 소성변형(메탈플로)작용과 절연체(3)의 탄소성에 의한 변형작용에 의해 도전체(1)를 금속베이스(4)의 구멍(5)에 고정하는 동시에 구멍(5)을 봉지하는 상태를 나타낸다.

금속베이스(4)는 예를 들면 내부가 고압인 압력용기, 내부가 높은 진공상태인 진공용기, 내부에 밀폐상태로 기체 또는 액체를 봉입하는 밀봉용기 등의 용기의 벽부(壁部)이며, 금속부분이다. 금속베이스(4)는 그 양측의 영역을 격리하는 격벽부재이다. 금속베이스(4)가 용기의 일부인 경우에 금속베이스(4)는 용기의 내외의 영역을 격리하는 것이다. 금속베이스(4)가 압력용기 또는 진공용기인 경우에는, 금속베이스(4)의 내측의 영역은 고압 또는 진공의 영역이며, 외측의 영역은 대기압의 영역이다. 즉, 금속베이스(4)는 바람직하기로는 압력차가 존재하는 2개의 영역의 격벽부재로서 작용한다.

또한, 다른 예로서, 금속베이스(4)의 양측의 영역은 대략 동일압력의 이종(異種)의 기체나 액체가 존재하는 영역으로 하고, 금속베이스(4)를 2종류의 기체 등의 격벽부재로 하여 기능시킬 수도 있다. 이것을 일반화하면, 금속베이스(4)를 그 양측의 영역의 사이에 있어서 물리(화학)적인 환경이 다른 격벽부재로 할 수 있다. 그 외에, 물리적인 환경의 상위로서 동일 종류의 기체 또는 액체로서 양측의 상(相)(상태나 성질)이 다른 경우를 상정할 수 있다.

금속베이스(4)의 두께는 예를 들면 3~10mm 의 정도이다. 또한, 금속베이스(4)의 구체적 재질로서, 동, 연철, 알루미늄계 금속, 브론즈계 금속, 스테인레스(SUS)등의 소성변형이 발생하는 임의의 금속을 사용하는 것이 가능하다.

또한, 금속베이스(4)를 금속 이외의 재질로 형성된 용기의 일부에 배설된 금속부재, 또는 금속 이외의 재질로 형성된 용기에 대하여 착탈가능하게 장착할 수 있는 플러그로 하는 것도 가능하다. 본 발명에 관한 봉지구조를 실현하기 위해서는, 베이스(4)자체는 본래 금속부재인 것이 필요하지만, 용기는 반드시 금속일 필요는 없다.

도전체(1)는 전술한 바와 같이 심재(芯材)로 될 도체(2)와, 이도체(2)를 피복하여 도체(2) 및 금속베이스(4)의 사이의 절연을 유지하는 절연체(3)로 구성된다. 절연체(3)는 봉지부재로서 기능하는 것이 중요하다. 절연체(3)의 길이는 금속베이스(4)의 두께와 동등 이상의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 도체(2) 및 절연체(3)는 구멍(5)의 양단 개구부보다 위측에 돌출하고 있는 것이 바람직하다.

도체(2)는 강성이 높은 예를 들면 선형물(線形物)또는 핀형물이며, 전기신호인출선이나 전기적 접속부재로서 기능한다. 선형물인 도체(2)는 예를 들면 나선(裸線)와이어이며, 핀형물인 도체(2)는 예를 들면 중계(中繼)단자 또는 전류공급단자 등에 사용되는 핀이다. 제1도에서는, 선형물 또는 핀형물인 도체(2)의 일부를 나타내고 있다. 도체(2)의 직경은 예를 들면 0.5mm이다.

또한, 도체(2)가 중계단자 또는 전류공급단자 등에 사용되는 핀인 경우, 이들 단자는 내부에 전기적 장치를 수용하는 밀봉형 케이스에 배설된 전기를 도통시키기 위한 단자로 되고, 금속베이스(4)는 당해 밀봉형 케이스의 일부로 된다. 통상에 있어서, 상기 전기적 장치는 반도체소자 등을 사용하여 구성되는 디바이스이다.

절연체(3)는 탄소성을 가진 재질로 만들어지고, 도체(2)와 금속베이스(4)를 절연하는 작용을 가지는 동시에, 도전체(1)를 구멍(5)에 고정할 때에 구멍(5)을 봉지하는 봉지부재로서의 작용을 가진다. 절연체(3)의 재질은 바람직하기로는 합성수지재가 사용된다. 합성수지재의 구체적인 재질로서는, 예를 들면 PPS(폴리페닐렌 설파이드), PEI(폴리에테르 이미드), PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PI(폴리이미드)등의 상대적으로 경질의 수지가 사용된다. 봉지부재로서의 절연체(3)의 봉지작용에 의해 구멍(5)에 있어서의 봉지성능을 매우 높은 것으로 하고, 도체(2)를 압출하려고 하는 힘에 대하여 매우 높은 내성을 가진다. 절연체(3)는 예를 들면 튜브형상을 가지며, 그 중심축부에 도체(2)를 삽통시키기 위한 구멍(3a)이 형성된다. 절연체(3)의 구멍(3a)은 후술하는 봉지구조의 관점에서 적절한 직경으로 형성된다. 절연체(3)의 구멍(3a)의 내경과 도체(2)의 직경과는 대략 같은 것이 바람직하다. 일반적으로, 절연체(3)에 대하여 별개로 준비된 도체(2)를 튜브형상의 절연체(3)의 구멍(3a)에 삽통시킴으로써 도전체(1)가 만들어진다. 또한, 절연체(3)의 외경은 금속베이스(4)의 구멍(5)의 내경과 대략 같은 것이 바람직하다. 환언하면, 도전체(1)를 구멍(5)내에 관통시킨 상태에 있어서, 도전체(1)와 구멍(5)의 내면과의 간격이 0인 것이 이상적이다. 수치적으로, 절연체(3)의 외경(외주면의 직경)은 예를 들면 약 1.6mm이다.

도전체(1)의 다른 제작방법으로서, 용융상태에 있는 합성수지가 수용된 용기내에 선형의 도체(2)를 넣고, 이 도체(2)를 소정의 직경을 가진 구멍을 통과시킴으로써, 합성수지가 도체(2)에 자연히 부착하고, 또한 그 후의 냉각에 의해 합성수지가 피복재로 되어서 도체(2)의 표면에 부착시키는 방법이 있다. 이 경우, 합성수지인 절연체(3)는 도체(2)의 표면에 밀착상태로 강고(强固)히 부착한다.

도체(2)와 이것을 피복하는 절연체(3)로 이루어지는 도전체(1)는 금속베이스(4)에 형성된 구멍(5)에 관통된 상태에서, 구멍(5)의 양단의 개구부 근방의 금속베이스(4)의 팽출부(6)에 의해 조여진다. 이 팽출부는 협착부(狹窄部)로서 작용한다. 도전체(1)는 상하의 팽출부(6) 및 절연체(3)의 변형에 의하여 발생하는 압박력(또는 긴박력)으로 금속베이스(4)의 구멍(5)에 강고히 고정되는 동시에, 상하의 팽출부(6) 및 절연체(3)의 변형에 의하여 도전체(1)를 인출하기 위한 구멍(5)을 봉지한다.

본 발명에 의한 봉지구조에 대하여 그 물리적 작용을 더욱 상세히 설명한다.

제1도에 나타낸 붕지구조에 따르면, 구멍(5)에 관통시킨 도전체(1)를 조일 목적으로 구멍(5)의 양단(제1도중 상하)의 개구부 주위의 금속베이스(4)에 압력(압착력)을 가하면, 구멍(5)의 제1도중 상하의 개구부 근방의 금속베이스에서 소성변형(소성유통)이 생기고, 이 소성변형으로 금속베이스의 일부가 구멍(5)의 중심축측 및 구멍축방향의 중앙부측으로 이동하여 팽출부(6)를 형성한다. 구멍(5)의 양단에 형성되는 팽출부(6)는 각각 구멍(5)의 내벽면으로부터 전주에 걸쳐서 대략 균일하게 안쪽으로 팽출하는 형을 가지며, 환(環)형상을 가지고 있다. 구멍(5)의 양단 개구부의 근방에 형성된 협착작용을 가진 팽출부(6)에 의해 탄소성을 가진 절연체(3)는 전주위로부터 강하게 압궤된다. 이때, 절연체(3)는 봉지부재로서 작용하고, 그 탄소성에 의하여 그 자체, 팽출부(6)의 압입작용으로 전주위에 걸쳐서 균일하게 안쪽으로 변형한다. 이러한 변형작용에 의하여 절연체(3)는 전체형상으로서 실질적으로 방추형(紡錘形)(또는 통형)으로 변형하여 도피할 곳이 없는 상태로 유지되고, 그곳에 발생하는 내압이 상하의 팽출부(6)에 의해 규정되는 공간에 그 경년(經年)항복열화를 방지할 정도의 높은 압력상태로 봉입된다. 이와 같이 변형된 절연체(3)는 도체(2)를 매우 강한 내압으로 고정하고, 내압성능이 매우 높은 봉지작용을 발휘한다. 또한, 이러한 봉지작용에 의해 장기간에 걸쳐서 안정되게 봉지를 행할 수 있다.

상기에 있어서 전술한 바와 같이, 금속베이스(4)는 바람직하게는 내부가 고압상태인 압력용기 또는 내부가 높은 진공상태인 진공용기의 용기벽의 일부이며, 도전체(1)는 고압환경에 배치된 압력센서등의 전기유니트 또는 진공환경에 배치된 기타의 전기유니트로부터 공급되는 전기적 신호를 용기의 외부에 취출하기 위한 신호전송부재 또는 전력전송부재로서의 기능을 가진다.

다음에, 제2도와 제3도를 참조하여 도전체(1)가 금속베이스(4)의 구멍(5)에 고정되고 또한 봉지구조가 형성되는 프로세스에 대하여 설명한다.

제2도에서는, 금속베이스(4)에 형성된 구멍(5)내에 도체(2)와 절연체(3)로 이루어지는 도전체(1)를 관통시켜 배치하고, 도전체(1)의 중심선(7)에 중심축 위치를 일치시킨 상태에서 2개의 환상(環狀)의 압착금구(8),(9)를 각각 구멍(5)의 양단에 개구부 근방에 배치한다. 이 배치상태에 있어서, 2개의 압착금구(8),(9)를 중심선(7)에 따라서 금속베이스(4)옆으로 이동시켜서, 금속베이스(4)에 있어서의 구멍(5)의 개구부 주위의 부분에 소요의 압착력(11)을 가하여 압입한다. 압착금구(8),(9)의 압입동작의 양태는 임의이다. 즉, 타압하듯이 단시간에 압입할 수도 있고, 시간이 걸려서 비교적 서서히 압입할 수도 있다. 또한, 2개의 압착금구(8),(9)는 동시에 압입동작을 행해도 되고, 시간차를 두고 압입동작을 행해도 된다. 압착금구(8),(9)에 압입동작을 행하게 하기 위한 장치의 도시는 생략한다.

압착금구(8),(9)에 압입동작을 행하게 하면, 제3도에 나타낸 바와 같이, 압착금구(8),(9)는 구멍(5)의 양단 개구부의 주위의 금속베이스(4)에 압력(압착력)(11)을 가하여 소성변형을 일으켜서 팽출부(6)를 형성한다. 팽출부(6)는 구멍(5)의 내벽면의 전주에 따라서 환상의 형상을 가진다. 팽출부(6)의 팽출량은 압착금구(8),(9)에 의한 압입량과 실질적으로 같다. 금속베이스(4)의 소성변형으로 팽출부(6)가 형성되면, 도전체(1)의 절연체(3)에 대하여 팽출부(6)에 의한 협착압박력이 가해진다. 양단 개구부 근방의 금속베이스(4)의 팽출부(6)에 의한 협착압박력에 의하여 탄소성을 가진 합성수지로 형성된 절연체(3)는 교축되어, 그 경년항복열화를 방지할 정도의 고압상태로 상기 구멍내에 봉입되고, 그 결과 절연체(3)는 실질적으로 방추형으로 변형된다. 도전체(1)의 도체(2)는 협착압박력으로 방추형으로 변형된 절연체(3)에서 생기는 압축응력에 의해 매우 높은 강도로 고정되며, 이로써 도전체(1)를 관통시키는 구멍(5)의 봉지구조가 형성된다.

압착금구(8),(9)에 의해 구멍(5)의 양단 개구부의 주위의 금속베이스 부분을 압입하므로, 제1도에 나타낸 바와 같이 개구부 주위에는 환상의 홈(10)이 형성된다.

또한, 압착금구에 의한 압입동작은 2개의 압착금구(8),(9)을 사용하여 구멍(5)의 양단 개구부의 2개소에서 행할 수 있고, 또는 한쪽의 압착금구를 사용하여 구멍(5)의 양단 개구부의 어느 한쪽의 개소에서만 행할 수도 있다. 2개소에서 행하는 경우에는, 고압의 액체나 기체등의 봉지에 적합하다. 또한, 비교적 저압의 유체의 봉지 등의 경우에는, 1개소에서 행하는 것도 가능하다.

다음에, 압착금구에 의해 부여되는 압착력(압입하중)과, 금속베이스(4)에 고정된 도전체(1)에 있어서의 도체(2)의 인발력과의 관계에 대하여 실험적으로 얻어진 구체적인 수치의 일예를 제4도의 표에 나타낸다. 실험에 사용된 시험편의 치수에 관한 개요도를 제5도에 나타낸다. 제5도에 있어서의 길이의 단위는 mm이며, 이 도면에서는 최소한 3개의 도전체(1)가 금속베이스(4)에 장착된다. 금속베이스(4)의 재질은 쾌삭황동(快削黃銅),도체(2)의 재질은 Fe-Ni 선이다. 제4도에 나타낸 표에서는, 각 압착력에 대하여 절연체(3)로서 재질이 다른 2종류의 절연체(합성수지)A,B를 사용한 경우의 인발력을 나타내고 있다. 절연체 A는 PPS를 사용하고, 절연체 B는 PEEK를 사용하고 있다. 제4도의 표에서 명백한 바와 같이, 압착력이 커지면 인발력도 커진다. 또한, 인발력은 절연체(3)의 재질에 따라서 다르다.

제6도는 내압에 관한 임펄스시험(3파(波)임펄스)의 결과를 나타낸 표이다.

이시험에 있어서, 베이스압은 350kgf/cm², 피크압은 525kgf/cm²이며, 시험조 및 시험유의 온도가 100℃, 반복회수는 100만회(1회/1초)이다. 이시험에서도 절연체(3)에 관해 2종류의 합성수지재(PPS, PEEK)가 사용되었다. PPS가 사용된 절연체에서는 300~500kgf의 압착력에 대하여 문제없음(OK)의 결과가 얻어지고, PEEK가 사용된 절연체에서는 300~600kgf의 압착력에 대하여 문제없음(OK)의 결과가 얻어졌다.

다음에, 제7도를 참조하여, 압착금구(8)를 금속베이스(4)에 압입한 후, 압착금구(8)를 제거한 상태에 있어서의 절연체(3)의 내주면상에서의 반경방향의 압축응력의 분포에 대하여 설명한다. 이 경우, 절연체(3)를 형성하는 합성수지에는 PEEK가 사용되고, 도체(2), 금속베이스(4)의 재질은 전술한 바와 같다.

제7도의 위 도면에 있어서, (2)는 도체, (3)은 절연체, (4)는 금속베이스이다. 도체(2)와 절연체(3)로 이루어지는 도전체(1)는 설명의 편의상 제7도의 위 도면중 횡방향으로 또한 좌단부분의 위절반만을 나타낸다. (8)은 전술한 압착금구이며, 그 절반이 도시되어 있다. 또한, 2점쇄선으로 나타낸(8A)도 압착금구이며, 이것은 압착력(11)의 방향으로 압입된 상태의 압착금구를 나타내고 있다. (7)은 중심선이다. 압착력(11)에 의해 압착금구(8)가 (8A)의 위치로 압입되면, 금속베이스(4)에 있어서 구멍(5)의 개구부 근방의 내벽면의 전주에 걸쳐서 소성변형이 생겨서, 전술한 팽출부(6)가 형성된다.

제7도의 아래 도면은 압착금구(8)로 구멍(5)의 개구부 주위의 금속베이스(4)를 조이는 가공시뮬레이션을 비선형(非線型)구조 해석프로그램(NIKEH/2D)을 이용하여 행한 결과를 나타낸다. 해석모델은 2차원 축대칭이다. 구속조건에 대해서는, 중심선(12)과 평행의 방향으로 각 부가이동가능하게 하였다. 제7도의 아래 도면에 있어서, 횡축의 좌표는 제7도의 위 도면에 있어서의 위치관계에 대응하고, 절연체(3)의 좌단부(여기를 원점으로 함)로부터의 거리를 나타내며, 종축은 절연체(3)의 내주면에 있어서의 경방향의 압축응력을 나타낸다. 얻어진 응력분포(13)에 있어서, 응력치는 압축응력을 마이너스로 나타낸다.

제7도의 응력분포(13)에 나타낸 바와 같이, 도체(2)는 절연체(3)에 의해 큰 체부력(締付力)으로 고정되어 있다. 응력분포(13)에 따르면, 특히 압착금구(8)에 의해 압력이 가해지는 표면개소보다도 금속베이스 내부측의 위치(점 14)에서 큰 체부력으로 되는 압축응력부분(13a)이 발생하고, 그 이외의 부분에서도 약 3kgf/mm²의 압축응력이 발생하고 있다. 이 응력분포(13)에 나타낸 바와 같이, 도전체(1)의 심재인 도체(2)는 압착금구(8)의 가압에 의하여 절연체(3)에 가해지는 협착압박력에 의해 절연체(3)에 내압이 발생하고, 강고히 고정되어 유지된다. 그리고, 전술한 큰 체부력부분(13a)에서는 약16kgf/mm²이상의 피크치를 얻는다. 이 피크치에 의해 봉지성능이 매우 양호한 봉지구조가 형성된다. 또한, 응력분포(13)는 압착력을 조정하여 압입량을 변화시킴으로써 임의로 변화시키는 것이 가능하다. 상기의 응력분포의 특성은 절연체(3)의 우단부에서도 제7도의 아래 도면에 나타낸 분포에 대칭의 형상으로 동일하게 형성된다.

제8도는 압착금구(8)를 금속베이스(4)에 압입한 후, 압착금구(8)를 제거한 상태에 있어서의 절연체(3)의 외주면상에서의 반경방향의 압축응력의 분포를 나타낸다.

제8도의 위 도면은 제7도의 위 도면과 같은 도면이며, 제8도의 아래 도면은 제7도의 아래 도면과 실질적으로 같으며, 절연체 외주면상에서의 반경방향의 압축응력의 분포를 나타낸다. 이경우에도, 비선형구조해석프로그램(NIKEH/2D)을 이용하여 행한 가공시뮬레이션 결과이다. 응력분포(15)에 따르면, 절연체(3)의 외주면에 있어서도 압착금구(8)에 의해 압력이 가해지는 표면개소보다도 내부측위치에서 큰 체부력부분(15a)이 발생하고, 그 이외의 중앙부분에서도 약 3kgf/mm²의 압축응력이 발생하고 있다. 이 응력분포(15)에서도 협착압박력 및 그에 따른 절연체(3)의 변형에 의한 도체(2)의 유지가 명백하다. 또한, 체부력부분(15a)에서는 12kgf/mm²의 피크치를 얻고, 이 피크치에 의해 봉지성능이 매우 양호한 봉지구조가 형성된다.

상기의 각 가공시뮬레이션의 결과로부터도 도체(2)와 절연체(즉 봉지부재로서의 합성수지재)(3)와 금속베이스(4)가 각각 압축응력을 받으면서 봉지작용을 한다는 것이 명백하며, 그 결과 매우 높은 내압성능을 가진 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조가 실현된다.

다음에, 제9도에 나타낸 표를 참조하여, 온도상승과 인발력과의 관계에 대하여 설명한다. 제9도에 나타낸 온도상승과 인발력과의 관계는 압착금구에 의한 압착력을 600kgf로 하고, 절연체로서 전술한 절연체 B(PEEK)를 사용함으로써 얻어진 것이다. 도체(2) 및 금속베이스(4)의 재질은 상기의 경우와 동일하다. 제9도에 나타낸 표에 의하면, 120℃의 고온에 있어서의 인발력은 -40℃의 인발력의 절반으로 저하한다. 그러나, 도체(2)의 직경이 작은(실용적으로는 약 0.5mm)것을 고려하면, 120℃의 인발력 7kgf으로 충분하다. 계산상으로는, 내부의 압력이 350kgf/cm²인 압력용기내에서 신호를 취출하는 경우, 안전율은 12이다.

제10도는 본 발명에 관한 부재관통공의 봉지구조의 다른 실시예를 나타낸다. 제10도는 제3도에 대응하며, 제10도에 있어서 제3도에 나타낸 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙인다.

이 실시예에 의한 구조에서는, 금속베이스(4)에 형성된 구멍(5A)의 예를 들면 하측의 개구부에 최초부터 경방향 내측에 돌출한 환상의 돌기부가 형성되어, 단이 있는 구멍부(4a)로 되어 있다. 그러므로, 구멍(5A)의 하측 개구부의 직경은 다른 부분에 비교하여 작게 되어 있다. 도전체(1)는 압압 전의 구멍(5)의 상측 개구부로부터 삽입된다. 도전체(1)의 절연체(3)의 하부에는 소경부(小徑部)를 형성하여 스텝부(3a)를 형성한다. 이 스텝부(3a)는 단이 있는 구멍부(4a)에 계합하고, 도전체(1)가 구멍(5A)의 하측 개구부로부터 빠져나가는 것을 저지한다. 압착금구는 상측의 압착금구(8)만이 배치된다. 금속베이스(4)의 구멍(5)내에 도전체(1)를 배치한 상태에 있어서 상측의 압착금구(8)를 금속베이스(4)에 압입하면, 구멍(5A)이 형성되고, 제10도에 나타낸 봉지구조로 된다. 단이 있는 구멍부(4a)는 절연체(3)가 빠져 나가는 것을 방지하므로, 구멍(5A)의 상단 개구부에서 압착금구(8)의 가압에 의해 생기는 금속베이스(4)의 소성변형으로 전술한 팽출부(6)가 형성되고, 협착압박력이 발생하여 절연체(3)를 변형시킨다. 이때, 절연체(3)의 하부는 단이 있는 구멍부(4a)에 의해 변형이 억지되고, 그 결과 절연체(3)는 단이 있는 구멍부(4a)와 팽출부(6)로 결정되는 공간에 봉입된다. 본 실시예의 구성에 의하면, 압착금구가 하나로 족한 동시에, 내압성능이 높은 봉지구조를 만들 수 있다.

제11도는 제10도에 나타낸 실시예를 변형한 것이다. 이 실시예에서는 구멍(5A)의 하부에 형성되는 단이 있는 구멍부(4a)의 상면, 즉 구멍(5A)의 내부측의 면이 테이퍼면으로 되어 있다. 그 외의 구성은 제10도에서 설명한 구성과 같다. 이 실시예에 의하면, 압착금구(8)로 구멍(5)의 상단 개구부의 주위의 금속베이스(4)를 압입하면, 상단 개구부의 근방의 구멍내면에 소성변형에 의한 팽출부(6)가 형성되는 동시에, 하부의 단이 있는 구멍부(4a)가 변형억지부로서 작용하여 절연체(3)를 봉입한다.

제12도는 금속베이스(4)에 예를 들면 2개의 구멍을 형성하고, 이들 구멍의 각각에 도전체(1)를 관통하고, 예를 들면 제1도에서 나타낸 전술한 봉지구조로 봉지한 외관구성에 예를 나타낸다. 설명의 편의상, 금속베이스(4)는 봉지구조가 형성되는 부분의 주변을 잘라내어 나타내고 있다. 제12도에서 명백한 바와 같이, 압착급구(8)로 구멍의 개구부 주위를 조이므로, 환상의 홈(10)이 형성된다. 그리고, 이 도전체(1)에서는 선형의 도체(2) 즉 도선이 사용된다.

제13도는 전술한 봉지구조를 적용함으로써 복수의 도선인출부가 형성된 플러그의 실시예를 나타내고 있다. 이 플러그(21)는 6개의 선형도체(2)를 인출하기 위한 도선인출부(22)가 형성되어 있다. 플러그(21)의 재질은 상기 금속베이스와 같으며,이 플러그(21)의 주위면은 환상의 요소(凹所)가 형성되고, 이 요소에 0링(23)이 장착된다. 그 외의 구성에 대하여 제13도에 나타낸 요소(要素)와 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙인다.

제14도는 나사식 플러그에 배설한 도선인출부에 제1도에 나타낸 봉지구조를 적용한 실시예를 나타낸다. 나사식 플러그(24)는 하부 주위면에 나사부(25)를 가지며, 장착부의 나사구멍에 나사맞춤되어 장착되어 높은 봉지성능을 발휘한다. 제14도에 나타낸 바와 같이, 최소한 2개의 도채(2)가 각각의 방추형의 절연체(3)에 의하여 피복된 상태로 나사식 플러그(24)에 형성된 구멍(5A)에 고정되고, 전술한 봉지구조가 각 도전체(1)에 관해 형성되어 있다. 나사식 플러그(24)의 재질은 상기 금속베이스(4)의 재질과 동일하다.

제15도는 나사식 플러그의 다른 실시에를 나타낸다. 이 실시예의 나사식 플러그에서는, 최소한 2개의 선형 도체(2)를 하나의 구멍(26) 및 절연체(27)를 사용하며, 전술한 봉지구조를 적용하여 구멍(26)에 고정하고 있다. 이 실시예에 의하면, 구조가 간단하게 되어 제작이 용이하게 된다.

상기 각 실시예에서 설명한 봉지구조에서는, 심재인 도체(2)와 이것을 피복하는 봉지부재로서의 합성수지절연체(3)로 이루어지는 도전체(1)를 금속베이스(4)에 형성된 구멍(5)에 고정하여 봉지하는 구조였지만, 전술한 바와 같이 구멍(5)에 관통시켜서 상기 봉지구조에 의해 구멍(5)에 고정되는 대상부재는 도체(2)에 한정되지 않는다. 당해 대상부재로서는, 예를 들면 기체나 액체를 흐르게 하기 위한 금속제 파이프부재, 열매체를 흐르게 하기 위한 히트파이프, 광신호를 전송하기 위한 광파이버, 및 이들과 유사한 부재와 같이, 소정의 강성을 가지며, 또한 금속베이스(4)의 두께보다 긴 적당한 길이를 가진 부재로 고정·봉지하는 구조에 있어서도 적용할 수 있다. 이들 부재는 상기 절연체(3)에 실질적으로 같은 합성수지재로 피복한 상태에 있어서, 상기 구멍(5)에 관통시켜서 전술한 봉지구조로 고정할 수 있다.

기체나 액체를 흐르게 하기 위한 급속제 파이프부재의 구체적인 예로서는, 냉장고의 냉동기에 사용되는 냉각용 매체를 흐르게 하기 위한 파이프가 있다. 기체나 액체를 흐르게 하기 위한 금속제 파이프부재가 고정되는 금속베이스는 예를 들면 기체 또는 액체를 봉입하는 밀봉용기의 용기벽의 일부이다. 또한, 히트파이프나 광파이버 등의 부재를 금속베이스(4)의 구멍(5)에 관통시키고, 이 구멍(5)에 상기 봉지구조를 형성하여 고정하는 경우에, 상기 절연체(4)인 합성수지재는 그 절연성보다도 봉지성능이 중시되며, 봉지부재로서 기능한다.

또한, 금속베이스(4)는 전술한 바와 같이 진공용기의 용기벽의 경우도 있을수 있다. 이때, 도전체(1)에 배설된 봉지구조는 진공용기내의 감압영역과 진공용기 밖의 대기압영역을 격리하기 위한 구조로 된다. 또한, 이 경우 도전체(1)는 진공용기내에 배설된 전기유니트와 진공용기 밖에 배최된 전기적 장치와의 사이를 접속하는 전기적 접속수단으로 된다.

상기 금속제 진공용기에 본 발명에 관한 봉지구조를 적용한 경우의 진공봉지성능에 관하여, 진공봉지성의 기밀실험결과에 대하여 나타내면, 다음과 같다.

(1) 시험방법 :

헬륨(He) 리크시험기를 사용하여 진공외위법(眞空外圍法)으로 시험을 행하였다.

(2) 시험결과 :

He 리크디텍터로 110^-9atmcc/sec 이하의 성능이 얻어졌다.

따라서, 진공장치에 있어서의 예를 들면 헬륨가스의 봉지구조에 대해서도, 본 발명에 관한 봉지구조는 높은 진공봉지성능을 발휘할 수 있다.

다음에, 상기 봉지구조에 있어서, 금속베이스(4)에 형성된 구멍(5)과, 이 구멍에 관통되어 고정되는 부재와, 봉지부재인 합성수지재에 있어서의 각각의 사이의 밀착성에 대하여 설명한다. 관통되는 부재의 표면과 구멍(5)의 내주면 중 최소한 어느 한쪽에 조면(粗面)가공이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 금속베이스(4)에 소성변형을 일으켜서, 봉지부재인 합성수지재를 봉입할 때, 전술한 합성수지재(봉지부재)의 내압에 더하여, 관통부재의 표면 및/또는 구멍(5)의 내주면의 조면의 성질에 의하여 합성수지부재에 높은 밀착성을 가지고 접촉한다.

구멍(5)에 관통되는 부재의 조면가공의 예로서는, 예를 들면 표면에 매우 미세한 요철(예를 들면 샌드블라스트처리)을 형성한다. 또한, 당해 부재에 있어서의 구멍(5)내에 위치하는 부분의 표면에 비교적 큰 요철부를 형성하거나, 또한 제16도에 나타낸 바와 같이 관통부재(심재)(32)에 있어서의 구멍(5A)내에 위치하는 부분에 환상의 홈(31)을 예를 들면 2개 형성할 수도 있다.

제16도에 나타낸 실시예에서는, 미리 홈(31)이 형성된 도체(32)를 사용하고, 제1도 등의 실시예에서 설명한 바와 같이, 이러한 도체(32)를 합성수지의 절연체(3)로 피복한 상태에서 구멍(5)에 관통하고, 압착금구(8),(9)를 사용하여 전술한 바와 같이 금속베이스(4)에 압착력을 가하면, 금속베이스(4)에서의 소성변형으로 절연체(3)가 봉입되어, 환상홈(31)으로 절연체(3)가 유동한다. 이렇게 하여 도체(32)와 절연체(3)가 강고히 밀착한다. 이 경우에 있어서, 압착금구에 의한 압착량(또는 압착력)은 환상홈(31)의 체적량을 고려하여 설정할 필요가 있다. 또한, 다른 실시예로서, 금속베이스(4)의 구멍에 관통시키기 전의 단계에서, 또는 관통상태로 배치한 단계에서, 미리 도체(32)와 합성수지 절연체(3)를 밀착상태로 결합시키도록 구성해도 된다.

제17도는 전술의 도전체를 관통시키기 위한 구멍의 봉지구조를 응용한 예를 나타낸다. 이 응용에는 유압회로내에 내장되는 차압센서 유니트로부터의 신호선인출부의 봉지구조에 관한 것이다.

제17도에 있어서, (41)은 케이싱, (42)는 케이싱커버이다. 케이싱(41)은 유압장치의 예를 들면 금속제 용기의 벽부의 일부이며, 압유 등의 압력매체를 도입하기 위한 구멍을 가진 본체부이지만, 여기에서는 편의상 케이싱이라고 한다. 케이싱(41)에는 그 중심부에 요부(43), 하면으로부터 요부(43)에 통하는 제1의 압유도입로(44), 측면으로부터 요부(43)에 통하는 제2의 압유도입로(45)가 형성된다. 케이싱(41)의 요부(43)에는 저부에 금속재로 형성된 다이어프램기체(基體)(46), 상부 개구부에 금속베이스(7), 중간부에 스페이서(48)가 배치된다.

다이어프램기체(46)는 지지부(46a)와 다이어프램부(46b)로 형성된다. 다이어프램부(46b)는 표리 양면에서 다른 압력을 받는 기왜부(起歪部)로서 기능한다. 금속베이스(47)는 요부(43)의 덮개로서 기능하고, 내부에 도입된 압유를 폐입(閉入)하며, 또한 복구의 도전체(51)를 고정상태로 구비한다.

도전체(51)는 선형 도체(52)와 절연체(53)로 형성된다. 금속베이스(47)에 있어서 도전체(51)를 인출하여 고정하고, 그 인출공을 봉지하는데 있어서 전술한 봉지구조가 형성된다. 다이어프램기체(46)와 금속베이스(47)와의 사이에는 스페이서(48)로 공간이 확보된다. 다이어프램부(46b)의 상면에는 절연막을 형성하고, 또한 이 절연막의 위에 왜게이지와 배선막을 형성함으로써, 다이어프램부(46b)의 양면에 가해지는 압력의 차를 검출하기 위한 차압검출용 성막부(49)가 형성된다. 차압검출용 성막부(49)로부터 출력되는 검출신호는 FPC(플랙시블프린트회로)(50)를 경유하여 도전체(51)에서 외부로 취출된다.

다이어프램부(46b)의 하면에는 제1의 압유도입로(44)에서 제1의 압유 C가 공급되고, 상면에는 제2의 압유도입로(45)에서 제2의 압유D가 공급된다. 따라서, 다이어프램기체(46)의 상측 공간에는 제2의 압유 D가 충전되어 있다. 차압검출용 성막부(49)는 보호막으로 피복되어 압유로부터 보호되고 있다. 도전체(51)의 도체(52)의 하단은 FPC(50)에 접속되고, 도체(52)의 상단은 증폭키(54)에 접속되어 있다. 케이싱(41)과 케이싱커버(42)는 복수의 볼트(55)로 결합되어 일체화된다. 금속베이스(47)는 케이싱커버(42)로 압착되어 고정된다. 그리고, (56)은 봉지용 0링이다.

상기 구성에 의하면, 차압검출용 성막부(49)에서 검출된 차압신호를 FPC(50)를 통해 금속베이스(47)의 도전체(51)에 도입하고, 도전체(51)를 경유하여 증폭기(54)에 취출한다. 금속베이스(47)의 하측의 공간에는 제2의 압유 D가 도입되고, 높은 압력이 발생하고 있다. 금속베이스(47)에 있어서의 도전체(51)의 장착공의 봉지구조에 의하면, 압유중의 고압영역에 배치된 차압검출용 성막부(49)로부터 증폭기(54)가 존재하는 대기압영역측으로 전기신호를 취출할 수 있다. 이때, 제2의 압유도입로(45)를 통해 350kgf/cm²를 초과하는 고압이 반복하여 도입되어도, 도전체(51)의 장착부의 봉지구조의 내압성능은 충분히 만족되는 것이 실험적으로 확인되었다.

제18도는 본 발명에 관한 봉지구조를 이용한 도선인출부의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는, 밸브장치의 내부에 내장되는 변위센서로부터의 신호인출부의 봉지구조를 나타내고 있다. 제18도에 있어서, (61)은 케이싱이며, 내부에 기정(旣定)의 공간을 가진다. 이 공간의 내부에는 압유가 충전되어 있으며, 또한 당해 내부에는 가동부재(스풀)(62)가 슬라이드가능하게 배치된다. 가동부재(스풀)(62)는 압유의 유입 또는 유출로 이동하고, 밸브로서의 기능을 가진다. (63)은 변위센서이며, 상기 공간의 단부에서 압유내에 배치된다. 변위센서(63)는 자동변압기의 기능을 이용하여 구성된다. (64)는 변위센서의 통형 홀더이며, 금속재로 제작되어 있다. 또한, 홀더(64)의 도면중 우단(右端)은 폐색벽부(65)로 되어 있다. 홀더(64)의 내부에는 코일(66)이 배설된다. 가동부재(스풀)(62)의 우단에는 로드형의 페라이트코어(67)가 장착된다. 이 페라이트코어(67)는 가동부재(스풀)(62)의 위치변화에 따라서 코일(66)의 내부공간을 이동한다. 코일(66)에 있어서 페라이트코어(67)가 이동함으로써 가동부재(스풀)(62)의 변위를 전기신호로서 취출할 수 있다.

변위센서(63)에 있어서, 코일(66)은 여자(勵磁)상태로 유지된다. 따라서, 코일권선에 소요의 전류를 흐르게 할 목적으로 도선을 통해 전류가 공급된다. 도면중, (68)은 변위센서(63)로부터 외부에 인출되는 도선이다. 이들 복수개의 도선(68)의 인출에 있어서, 도시예에서는 엄밀하게 나타나 있지 않지만, 홀더(64)의 벽부(65)에 전술한 신호선인출부의 봉지구조가 적용된다. 제18도에 있어서, (69)는 전숙한 피복합성수지제를 나타내고 있다. 또한, 홀더(64)와 밸브케이싱(61)과의 사이에는 0링(70)이 배설되며, 변위센서(63)의 주위에 있어서의 압유의 봉지를 행하고 있다.

상기 변위센서(63)에 있어서, 본 발명에 관한 봉지구조를 이용하면, 높은 내부압력에 대하여 충분히 이것을 봉지할 수 있다.

상기 실시예의 외에, 본 발명에 의한 부재관통공의 봉지구조를 고압기체의 봉지구조, 기재 N₂를 봉입한 센서에 있어서의 유사한 봉지구조, 반도체디바이스에 있어서의 동일한 봉지구조등에 이용할 수 있다.

상기 전형적 실시예에서는, 튜브형상의 절연체(3)의 구멍에 도체(2)를 삽통시켰으나, 도체(2)와 절연체(3)의 사이를 접착제로 결합시키도록 할 수도 있다. 이 구조에 의하면 봉지성능을 더욱 높일 수 있다.

또한, 도체(2)대신에 가요성을 가진 FPC(플랙시블프린트회로)를 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 도체로서의 FPC는 사출성형법 등을 이용하여 절연체(3)로 피복된다. 절연체(3)로 피복된 FPC는 전술한 봉지구조를 금속베이스에 고정된다.

본 발명에 의하면, 주로 탄소성을 가진 합성수지 봉지부재로 피복된 심재부재를 금속제 격벽부재에 형성된 구멍에 관통시켜서 이 구멍을 봉지하는 봉지구조로서, 봉지부재에 협착압박결합부가 형성되어, 내압성능이 매우 높은 봉지구조를 형성할 수 있다. 특히, 구멍의 양단 개구부 근방에 조임부를 형성하는 구조에 의하면, 봉지부재는 실질적으로 방추형으로 되어 봉지성능이 향상된다. 이 봉지구조는 간단한 구조를 가지고, 또한 염가로 또한 간단한 공정으로 제작할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 봉지구조에 의해 도전체 등의 인출부 또는 접속부의 내압신뢰성을 향상시키고, 경제성을 높일 수 있다.

[산업상의 이용가능성]

예를 들면, 금속재로 만들어진 압력용기, 진공용기, 기체나 액체를 수용하는 밀봉용기와 같이 내외의 영역을 격리하는 격벽부재의 금속부분에 형성된 구멍에, 예를 들면 전기신호 또는 전력을 전송하기 위한 도선이나 도전핀, 그 외의 도전체, 유체를 흐르게 하기 위한 금속제 파이프부재, 열매체를 흐르게 하기 위한 히트파이트, 광신호를 전송하기 위한 광파이버 등의 부재를 관통한 구조에 있어서, 초고압에 대해서도 높은 내압성능을 가지고, 또한 상기 구멍을 장기간 안정되게 봉지하는 봉지구조를 실현하고, 각종 부재의 연출부를 봉지구조로서 이용된다.

Claims (22)

1. 금속제 격벽부재(4)에 형성된 구멍(5)에 내부기기와 외부기기를 접속하기 위한 관통부재(2)가 관통되고, 상기 관통부재(2)와 상기 구멍(5)의 내벽면과의 사이에 봉지부재(3)가 배치되고, 상기 구멍(5)의 양단 개구부의 최소한 한쪽에, 상기 개구부의 주위부분에서의 구멍축방향의 가압에 의하여 상기 구멍(5)의 내벽으로부터 팽출하는 소성변형부를 형성함으로써, 협착부(6)가 형성되고, 상기 협착부(6)에 의해 상기 관통부재(2)와 상기 봉지부재(3)를 주위로부터 압압하고 또한 상기 봉지부재(3)를 상기 구멍(5)내에 봉입하고, 이로써 상기 구멍(5)을 봉지한 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 구멍(5)의 양단 개구부의 주위부분에 대하여 상기 가압을 행하여 소성변형을 일으키게 함으로써, 상기 봉지부재(3)를 실질적으로 방추형으로 변형시켜서 상기구멍(5)내에 봉입하고, 당해 봉입에 의한 내압으로 상기 관통부재(2)를 상기 구멍(5)에 고정하여 상기 구멍(5)을 봉지한 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 구멍(5)의 일단의 개구부의 내측 주위부분에 상기 봉지부재(3)가 상기 구멍(5) 밖으로 팽출변형하는 것을 방해하는 변형억지부(4a)를 배설하고, 상기 구멍(5)의 타단의 개구부의 주위부분에 대하여 상기 가압을 행하여 상기 소성변형을 일으키게 함으로써, 상기 협착부(6)를 형성하여 상기 봉지부재(3)를 변형시켜서 상기 구멍(5)내에 봉입하고, 당해 봉입에 의한 내압으로 상기 관통부재(2)를 상기 구멍(5)에 고정하여 상기 구멍(5)을 봉지한 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
4. 제1항~제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 봉지부재(3)는 합성수지를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
5. 제4항에 있어서, 상기 합성수지는 PPS, PEI, PEEK, PI 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
6. 제1항~제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속제 격벽부재는 그 양측의 영역간에 압력차가 존재하는 용기의 벽부인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
7. 제6항에 있어서, 상기 용기는 내부영역이 고압상태이며, 외부영역이 대기압상태인 압력용기인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
8. 제6항에 있어서, 상기 용기는 내부영역이 진공상태이며, 외부영역이 대기압상태인 진공용기인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
9. 제1항~제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속제 격벽부재(4)는 그 양측의 영역간에 화학적인 환경이 다른 용기의 벽부인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
10. 제9항에 있어서, 상기 용기의 내부영역과 외부영역에 존재하는 기체 또는 액체의 상이 다른 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
11. 제9항에 있어서, 상기 용기는 밀봉용기인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
12. 금속제 격벽부재(4)에 형성된 구멍(5)에 내측의 전기적 장치와 외측의 전기적 장치를 접속하기 위한 전기전도용의 관통부재(2)가 관통되고, 상기 관통부재(2)와 상기 구멍(5)의 내벽면과의 사이에 전기적 절연성을 가진 봉지부재(3)가 배치되고, 상기 구멍(5)의 양단 개구부의 최소한 한쪽에, 상기 개구부의 주위부분에서의 구멍축방향의 가압에 의하여 상기 구멍(5)의 내벽으로부터 팽출하는 소성변형부를 형성함으로써, 협착부(6)가 형성되고, 상기 협착부(6)에 의해 상기 관통부재(2)와 상기 봉지부재(3)를 주위로부터 압압하고 또한 상기 봉지부재(3)를 상기 구멍(5)내에 봉입하고, 이로써 상기 구멍(5)을 봉지한 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
13. 제12항에 있어서, 상기 구멍(5)의 양단의 개구부의 주위부분에 대하여 상기 가압을 행하여 소성변형을 일으키게 함으로써, 상기 구멍(5)의 양단의 개구부에 상기 협착부(6)를 형성하고, 상기 봉지부재(3)를 실질적으로 방추형으로 변형시켜서 상기 구멍(5)내에 봉입하고, 당해 봉입에 의한 내압으로 상기 관통부재(2)를 상기 구멍(5)에 고정하여 상기 구멍(5)을 봉지한 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
14. 제12항에 있어서, 상기 구멍(5)의 일단의 개구부의 내측 주위부분에 상기 봉지부재(3)가 상기 구멍(5)밖으로 팽출변형하는 것을 방해하는 변형억지부(4a)를 배설하고, 상기구멍(5)의 타단의 개구부의 주위부분에 대하여 가압을 행하여 상기 소성변형을 일으키게 함으로써, 상기 협착부(5)를 형성하여 상기 봉지부재(3)를 변형시켜서 상기 구멍(5)내에 봉입하고, 당해 봉입에 의한 내압으로 상기 관통부재(2)를 상기 구멍(5)에 고정하여 상기 구멍(5)을 봉지한 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
15. 제12항 ~ 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통부재(2)를 선형부재 또는 핀형부재인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
16. 제12항 ~ 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통부재(2)는 내부에 전기적 장치를 수용하는 밀봉형 케이스에 배설된 전기를 도통시키기 위한 단자인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
17. 제16항에 있어서, 상기 전기적 장치는 반도체 소자를 사용하여 구성되는 디바이스인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
18. 제12항 ~ 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 봉지부재(3)는 합성수지를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
19. 제18항에 있어서, 상기 합성수지는 PPS, PEI, PEEK, PI 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
20. 제12항 ~ 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속제 격벽부재는 그 양측의 영역간에 압력차가 존재하는 용기의 벽부인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
21. 제20항에 있어서, 상기 용기는 내부영역이 고압상태이며, 외부영역이 대기압상태인 압력용기인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.
22. 제20항에 있어서, 상기 용기는 내부영역이 진공상태이며, 외부영역이 대기압상태인 진공용기인 것을 특징으로 하는 금속제 격벽부재의 부재관통공의 봉지구조.