KR20140106408A

KR20140106408A - 압축 밀봉형 기밀단자

Info

Publication number: KR20140106408A
Application number: KR1020140019018A
Authority: KR
Inventors: 히데후미 야마모토; 히로키 혼다; 하야토 야마우치
Original assignee: 엔이씨 쇼트 컴포넌츠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-09-03
Also published as: CN104009301A; TW201503511A; JP2014164978A; TWI584545B; KR102011526B1; JP6029140B2

Abstract

본 발명의 압축 밀봉형 기밀단자(10)는, 철 또는 철합금의 금속 외환(11)과, 금속 외환(11)에 삽통한 철합금의 파이프 리드(12)와, 금속 외환(11)의 내벽과 파이프 리드(12)의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리(13)와, 파이프 리드(12)를 관통한 은, 구리, 알루미늄 또는 은합금, 구리합금, 알루미늄합금 등의 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드(14)를 구비하고, 도출 리드(14)의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부(15)를 금속 외환(11)의 내측에 마련하고, 도출 리드(14)는, 접합부(16)에 의해 파이프 리드(12)와 기밀로 접합한다.

Description

압축 밀봉형 기밀단자{COMPRESSION SEALED AIRTIGHT TERMINAL}

본 발명은 대전력 용도에 사용할 수 있고, 또한 높은 기밀 신뢰성을 갖는 압축 밀봉형 기밀단자에 관한 것이다.

기밀단자는, 금속 외환 또는 금속 외환의 삽통구멍에 절연재를 통하여 리드를 기밀로 봉착(封着)함으로써, 기밀용기 내에 수용된 전기 기기나 소자에 전류를 공급하거나, 전기 기기나 소자로부터 신호를 외부에 도출하거나 하는 경우에 이용된다(예를 들면, 일본 특개소61-260560호 공보, 일본 실개평02-039472호 공보).

특히, 금속 외환과 리드를 절연유리로 봉착하는 GTMS(Glass-to-Metal-Seal) 타입의 기밀단자는, 정합 밀봉형과 압축 밀봉형의 2종류로 대별된다. 신뢰성이 높은 기밀 밀봉을 확립하려면, 외환 및 리드의 금속재와 절연유리의 열팽창계수를 적정하게 선택하는 것이 중요해진다.

밀봉용의 절연유리는, 금속 외환과 리드의 소재, 요구 온도 프로파일 및 그 열팽창계수에 의해 결정되고 있다. 정합 밀봉의 경우, 금속재와 절연유리의 열팽창계수가 가능한 한 일치하도록 밀봉 소재를 선정한다. 한편, 압축 밀봉은 금속 외환이 절연유리 및 리드를 압축하도록 의도적으로 다른 열팽창계수의 금속재와 절연유리의 재료가 선택되어 있다.

종래의 기밀단자는 높은 기밀 신뢰성 및 전기 절연성을 확보하기 위해, 정합 밀봉형 기밀단자에서는, 금속 외환 및 리드재에 넓은 온도 범위에서 유리재와 열팽창계수가 일치하고 있는 코바르합금(Fe54%, Ni28%, Co18%)을 사용하여, 양자를 붕규산 유리로 이루어지는 절연유리로 봉착하고, 압축 밀봉형 기밀단자에서는, 사용 온도 범위에서 유리에 동심원형상의 압축 응력이 가하여지도록, 탄소강 또는 스테인리스강 등의 강제의 금속 외환과, 철니켈 합금(Fe50%, Ni50%)이나 철크롬 합금(Fe72%, Cr28%) 등의 철합금의 리드재를 사용하여, 양자를 소다바륨 유리로 이루어지는 절연유리로 봉착하고 있다.

일본 특개소61-260560호 공보 일본 실개평02-039472호 공보

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부한 도면과 관련하여 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

본 발명에 의하면, 금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 금속 외환의 내벽과 파이프 리드의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리와, 파이프 리드를 관통한 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드를 구비하고, 도출 리드의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부를 파이프 리드의 내측에 마련하고, 도출 리드는, 접합재를 충전한 접합부에 의해 파이프 리드와 기밀로 접합된 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자가 제공된다.

본 발명의 제2의 관점에 의하면, 금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 금속 외환의 내벽과 파이프 리드의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리와, 파이프 리드를 관통한 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드를 구비하고, 도출 리드의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부를 파이프 리드의 내측에 마련하고, 또한 도출 리드의 외경 또는 파이프 리드의 내경에 하나 내지 2개의 둘레홈부를 마련하고, 이 둘레홈부에 의해 접합재의 접합 범위를 확정한 접합부를 이용하여 도출 리드와 파이프 리드를 기밀로 접합한 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자가 제공된다.

본 발명의 제3의 관점에 의하면, 금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 금속 외환의 내벽과 파이프 리드의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리와, 파이프 리드를 관통한 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드를 구비하고, 도출 리드에 축경부(縮徑部)를 마련하고, 이 축경부와 파이프 리드와의 사이에 도출 리드의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부를 형성하고, 도출 리드는, 축경부를 제외한 파이프 리드의 내벽과 그 대향하는 도출 리드와의 사이에 접합재를 충전하여 마련한 접합부에 의해 파이프 리드와 기밀로 접합된 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자가 제공된다.

본 발명의 제4의 관점에 의하면, 금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 금속 외환의 내벽과 파이프 리드의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리와, 파이프 리드를 관통한 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드를 구비하고, 파이프 리드의 내경에 축경부를 마련하고, 축경부의 내벽과 그 대향하는 도출 리드와의 사이를 접합재로 메워서 접합부로 하고, 이 접합부를 제외한 파이프 리드의 내경과 도출 리드와의 사이에 소정의 간극부를 형성하고, 도출 리드는, 접합부에 의해 파이프 리드의 축경부와 기밀로 접합된 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자가 제공된다.

본 발명에 관한 압축 밀봉형 기밀단자의 간극부는, 절연유리와 대향하는 위치에 있는 파이프 리드의 내벽면과 도출 리드의 외경과의 사이에 형성된 소정의 클리어런스를 갖는 자유공간으로 이루어지고, 절연유리에 금속 외환과 파이프 리드의 압축 응력을 부하(負荷)시키면서, 도출 리드의 열팽창을 간극부의 공간에서 완충할 수 있기 때문에, 열팽창계수가 큰 저 저항 금속을 도출 리드에 사용한 압축 밀봉형 기밀단자를 실현할 수 있다. 또한, 접합부는, 상기 간극의 소정 부분을 납재 등의 접합재로 충전하여 기밀로 접합하여 마련된다. 즉, 본 발명에 관한 기밀단자는, 금속 외환과 파이프 리드를 이용하여 절연유리를 압축 밀봉함과 함께, 파이프 리드와 도출 리드와의 사이에 간극부를 마련하고, 이 간극부가 형성하는 자유공간에 의해 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드의 과대한 열팽창을 완충함으로써, 전기저항이 극히 작은 압축 밀봉의 기밀단자를 실현한다. 본 발명에 이용하는 금속 외환의 열팽창계수를 α1, 파이프 리드의 열팽창계수를 α2, 도출 리드의 열팽창계수를 α3로 하면, 3자의 관계는 α3>>α1≥α2가 된다.

도 1은 제1의 실시 형태에 관한 압축 밀봉형 기밀단자(10)의 평면도.
도 2는 제1의 실시 형태에 관한 압축 밀봉형 기밀단자(10)를 도시하고, (a)는 접합부를 절연유리 중에 매설한 타입의 정면 부분 단면도, (b)는 접합부를 절연유리의 외측에 마련한 타입의 정면 단면도.
도 3은 제2의 실시 형태에 관한 압축 밀봉형 기밀단자(20)를 도시하고, (a)는 접합부를 절연유리 중에 매설한 타입의 정면 부분 단면도, (b)는 접합부를 절연유리의 외측에 마련한 타입의 정면 단면도.
도 4는 제3의 실시 형태에 관한 압축 밀봉형 기밀단자(30)를 도시하고, (a)는 접합부를 절연유리 중에 매설한 타입의 정면 부분 단면도, (b)는 접합부를 절연유리의 외측에 마련한 타입의 정면 단면도.
도 5는 제4의 실시 형태에 관한 압축 밀봉형 기밀단자(40)를 도시하고, (a)는 접합부를 절연유리 중에 매설한 타입의 정면 부분 단면도, (b)는 접합부를 절연유리의 외측에 마련한 타입의 정면 단면도.
도 6은 본 발명의 변형예 1인 압축 밀봉형 기밀단자(50)를 도시하고, (a)는 접합부를 절연유리 중에 매설한 타입의 정면 부분 단면도, (b)는 접합부를 절연유리의 외측에 마련한 타입의 정면 단면도.
도 7은 본 발명의 변형예 2인 압축 밀봉형 기밀단자(60)를 도시하고, (a)는 접합부를 절연유리 중에 매설한 타입의 정면 부분 단면도, (b)는 접합부를 절연유리의 외측에 마련한 타입의 정면 단면도.

이하, 본 실시 형태의 기밀단자에 관해, 도면을 참조하면서 설명한다.

[제1의 실시 형태]

본 실시 형태의 압축 밀봉형 기밀단자(10)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 철 또는 철합금의 금속 외환(11)과, 금속 외환(11)에 삽통한 철합금의 파이프 리드(12)와, 금속 외환(11)의 내벽과 파이프 리드(12)의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리(13)와, 파이프 리드(12)를 관통한 은(銀), 구리, 알루미늄, 은합금, 구리합금, 알루미늄합금 등의 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드(14)를 구비하고, 도출 리드(14)의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부(15)를 파이프 리드(12)의 내측에 마련하고, 도출 리드(14)는, 납재 등의 접합재를 충전한 접합부(16)에 의해 파이프 리드(12)와 기밀로 접합된 것을 특징으로 한다.

도출 리드(14)의 직경(φ1)은, 금속 외환(11)의 내경(φ2)의 50% 이상 90% 이하가 되도록 구성된다. 간극부(15)는, 도출 리드(14)와, 이 도출 리드(14)의 축과 동심원상에 배치한 파이프 리드(12)와의 사이의 공간 중, 납재 등의 접합재가 점유하는 접합부(16)를 제외한 나머지 공간으로 이루어진다. 접합부(16)는, 미리 파이프 리드(12)의 상부 개구에 따라 링형상의 접합재를 설치하여 두고, 이것을 가열 용융함으로써 파이프 리드(12)와 도출 리드(14)의 간극부의 편측 개구단의 전둘레를 접합재로 기밀로 접합하여 형성한다. 파이프 리드(12)의 개구에 따라 링형상으로 배치한 접합재는, 가열 용융되어 개구를 메워서 접합부(16)를 형성한다. 접합재는, 유리 봉착로(封着爐)에서 용융 접합시켜도 좋다. 이 경우, 절연유리의 봉착과 동시에 접합재의 접합 밀봉을 완료할 수 있기 때문에, 종래의 파이프 리드 부착 기밀단자의 조립 공정보다도 공정을 2공정 단축할 수 있다.

기밀단자(10)의 파이프 리드(12)의 내경에 마련하는 접합부(16)는, 도출 리드(14)의 큰 열팽창을 완충할 수 있도록, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이 적어도 일부를 금속 외환(11)의 내측 즉 적어도 일부가 절연유리(13)에 매설하도록 마련하여도 도 2(b)와 같이 금속 외환(11)의 외측 즉 전체가 절연유리(13)의 외부로 나오도록 마련하여도 좋다. 또한, 도 1(a)의 접합부(16)를 절연유리(13)에 매설하는 경우는, 매설되는 접합부(16)의 길이는, 절연유리(23)에 충분한 압축 응력을 부하시키기 위해, 절연유리(13)의 도출 리드의 축방향의 두께의 2/3 이하가 되도록 마련한다.

[제2의 실시 형태]

본 실시 형태의 압축 밀봉형 기밀단자(20)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 철 또는 철합금의 금속 외환(21)과, 금속 외환(21)에 삽통한 철합금의 파이프 리드(22)와, 금속 외환(21)의 내벽과 파이프 리드(22)의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리(23)와, 파이프 리드(22)를 관통한 은, 구리, 알루미늄, 은합금, 구리합금, 알루미늄합금 등의 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드(24)를 구비하고, 도출 리드(24)의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부(25)를 파이프 리드(22)의 내측에 마련하고, 또한 도출 리드(24)의 외경 또는 파이프 리드(22)의 내경에 하나 내지 2개의 둘레홈부(27)를 마련하고, 이 둘레홈부(27)에 의해 납재 등 접합재의 접합 범위를 확정한 접합부(26)를 이용하여 도출 리드(24)와 파이프 리드(22)를 기밀로 접합한 것을 특징으로 한다.

도출 리드(24)의 직경(φ1)은, 금속 외환(21)의 내경(φ2)의 50% 이상 90% 이하가 되도록 구성된다. 간극부(25)는, 도출 리드(24)와, 이 도출 리드(24)의 축과 동심원상에 배치한 파이프 리드(22)와의 사이의 공간 중, 납재 등의 접합재가 점유하는 접합부(26)를 제외한 나머지 공간으로 이루어진다. 접합부(26)는, 미리 파이프 리드(22)의 개구에 가까운 측의 둘레홈부(27)에 따라 링형상의 접합재를 고정하여 두고, 접합재를 고정한 둘레홈부(27)를 파이프 리드(22)에 삽입하여, 가열 용융함으로써 파이프 리드(22)와 도출 리드(24)의 간극부의 편측 개구단의 전둘레를 접합재로 기밀로 접합하여 형성한다. 또한 한쪽의 접합재를 배치하지 않는 빈 둘레홈부(27)는, 소망하는 접합부(26) 이외에 용융한 접합재가 너무 확장하지 않도록 하기 위한 갭으로서 기능한다. 개구에 가까운 측의 둘레홈부(27)에 따라 링형상으로 고정한 접합재는, 가열 용융되어 개구를 메워서 접합부(26)를 형성한다. 이 때, 접합부(26)에 인접하여 둘레홈부(27)가 마련되기 때문에, 둘레홈부(27)에 끼여진 접합부(26)만으로 모세관 현상을 이용하여 접합재를 유입할 수 있고, 접합재의 흐름을 제어하여 여분의 확장을 막아서 접합 범위를 확정할 수 있다. 개구에 가까운 측의 둘레홈부(27)에 고정한 접합재는, 유리 봉착로에서 용융 접합시켜도 좋다. 이 경우, 절연유리의 봉착과 동시에 접합재의 접합 밀봉을 완료할 수 있기 때문에, 종래의 파이프 리드 부착 기밀단자의 조립 공정보다도 공정을 2공정 단축할 수 있다.

기밀단자(20)의 파이프 리드의 내경에 마련하는 접합부(26)는, 도출 리드(24)의 큰 열팽창을 완충할 수 있도록, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이 적어도 일부를 금속 외환(21)의 내측 즉 적어도 일부가 절연유리(23)에 매설하도록 마련하여도 도 3(b)와 같이 금속 외환(21)의 외측 즉, 전체가 절연유리(23)의 외부로 나오도록 마련하여도 좋다. 또한, 도 3(a)의 접합부(26)를 절연유리(23)에 매설하는 경우는, 매설되는 접합부(26)의 길이는, 절연유리(23)에 충분한 압축 응력을 부하시키기 위해, 절연유리(23)의 도출 리드의 축방향의 두께의 2/3 이하가 되도록 마련한다.

[제3의 실시 형태]

본 실시 형태의 압축 밀봉형 기밀단자(30)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 철 또는 철합금의 금속 외환(31)과, 금속 외환(31)에 삽통한 철합금의 파이프 리드(32)와, 금속 외환(31)의 내벽과 파이프 리드(32)의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리(33)와, 파이프 리드(32)를 관통한 은, 구리, 알루미늄, 은합금, 구리합금, 알루미늄합금 등의 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드(34)를 구비하고, 도출 리드(34)에 축경부(37)를 마련하고, 이 축경부(37)와 파이프 리드(32)와의 사이에 도출 리드(34)의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부(35)를 형성하고, 도출 리드(34)는, 축경부(37)를 제외한 파이프 리드(32)의 내벽과 그 대향하는 도출 리드(34)와의 사이에 납재 등의 접합재를 충전하여 마련한 접합부(36)에 의해, 파이프 리드(32)와 기밀로 접합된 것을 특징으로 한다.

도출 리드(34)의 직경(φ1)은, 금속 외환(31)의 내경(φ2)의 50% 이상 90% 이하가 되도록 구성된다. 간극부(35)는, 도출 리드(34)와, 이 도출 리드(34)의 축과 동심원상에 배치한 파이프 리드(32)와의 사이의 공간 중, 접합재로 점유되는 접합부(26)를 제외한 나머지 공간으로 이루어진다. 접합부(36)는, 미리 파이프 리드(32)의 상부 개구에 따라 링형상의 접합재를 설치하여 두고, 이것을 가열 용융함으로써 파이프 리드(32)와 도출 리드(34)의 간극부의 편측 개구단의 전둘레를 접합재로 기밀로 접합하여 형성한다. 축경부(37)와 파이프 리드(32)와의 사이에 마련한 소정의 간극부(35)는, 소망하는 접합부(36) 이외에 용융한 접합재가 너무 확장하지 않도록 하기 위한 갭으로서 기능한다. 파이프 리드(32)의 상부 개구에 따라 링형상으로 설치한 접합재는, 가열 용융되어 개구를 메워서 접합부(36)를 형성한다. 이 때, 접합부(36)에 인접하여 축경부(37)가 마련되기 때문에, 좁아진 접합부(36)만에 모세관 현상을 이용하여 접합재를 유입할 수 있고, 접합재의 흐름을 제어하여 여분의 확장을 막아 접합 범위를 확정할 수 있다. 상부 개구에 따라 배치한 접합재는, 유리 봉착로로 용융 접합시켜도 좋다. 이 경우, 절연유리의 봉착과 동시에 납재의 접합 밀봉을 완료할 수 있기 때문에, 종래의 파이프 리드 부착 기밀단자의 조립 공정보다도 공정을 2공정 단축할 수 있다. 또한, 도출 리드(34)에 축경부(37)를 마련함으로써, 간극부(35)가 접합부(36)의 접합 두께에 좌우되는 일 없이 소망하는 클리어런스로 조정할 수 있다.

기밀단자(30)의 파이프 리드의 내경에 마련하는 접합부(36)는, 도출 리드(34)의 큰 열팽창을 완충할 수 있도록, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이 적어도 일부를 금속 외환(31)의 내측 즉 적어도 일부가 절연유리(33)에 매설하도록 마련하여도 도 4(b)와 같이 금속 외환(31)의 외측 즉 전체가 절연유리(33)의 외부로 나오도록 마련하여도 좋다. 또한, 도 4(a)의 접합부(36)를 절연유리(33)에 매설하는 경우는, 매설되는 접합부(36)의 길이는, 절연유리(33)에 충분한 압축 응력을 부하시키기 위해, 절연유리(33)의 도출 리드의 축방향의 두께의 2/3 이하가 되도록 마련한다.

[제4의 실시 형태]

본 실시 형태의 압축 밀봉형 기밀단자(40)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 철 또는 철합금의 금속 외환(41)과, 금속 외환(41)에 삽통한 철합금의 파이프 리드(42)와, 금속 외환(41)의 내벽과 파이프 리드(42)의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리(43)와, 파이프 리드(42)를 관통한 은, 구리, 알루미늄, 은합금, 구리합금, 알루미늄합금 등의 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드(44)를 구비하고, 파이프 리드(42)의 내경에 축경부(47)를 마련하고, 축경부(47)의 내벽과 그 대향하는 도출 리드(44)와의 사이를 납재 등의 접합재로 메워서 접합부(46)로 하고, 이 축경부(47)를 제외한 파이프 리드(42)의 내경과 도출 리드(44)와의 사이에 소정의 간극부(45)를 형성하고, 도출 리드(44)는, 접합부(46)에 의해 파이프 리드(42)의 축경부(47)와 기밀로 접합된 것을 특징으로 한다.

도출 리드(44)의 직경(φ1)은, 금속 외환(41)의 내경(φ2)의 50% 이상 90% 이하가 되도록 구성된다. 간극부(45)는 도출 리드(44)와, 이 도출 리드(44)의 축과 동심원상에 배치한 파이프 리드(42)와의 사이의 공간 중, 접합재로 점유된 접합부(46)를 제외한 나머지 공간으로 이루어진다. 접합부(46)는, 미리 파이프 리드(42)의 상부 개구에 따라 링형상의 접합재를 설치하여 두고, 가열 용융함으로써 파이프 리드(42)와 도출 리드(44)의 간극부의 편측 개구단의 전둘레를 접합재로 기밀로 접합하여 형성한다. 파이프 리드(42)의 축경부(47)와 도출 리드(44)와의 사이에 마련한 소정의 간극부(45)는, 소망하는 접합부(46) 이외에 용융한 접합재가 너무 확장하지 않도록 하기 위한 갭으로서 기능한다. 파이프 리드(42)의 상부 개구에 따라 링형상으로 설치한 접합재는, 가열 용융되어 개구를 메워서 접합부(46)를 형성한다. 이 때, 접합부(46)는 축경부(47)와 같은 범위에 마련되어 있기 때문에, 축경부(47)에 의해 좁아진 접합부(46)만에 모세관 현상을 이용하여 접합재를 유입할 수 있고, 접합재의 흐름을 제어하여 여분의 확장을 막아 접합 범위를 확정할 수 있다. 상부 개구에 따라 배치한 접합재는, 유리 봉착로로 용융 접합시켜도 좋다. 이 경우, 절연유리의 봉착과 동시에 접합재의 접합 밀봉을 완료할 수 있기 때문에, 종래의 파이프 리드 부착 기밀단자의 조립 공정보다도 공정을 2공정 단축할 수 있다. 또한, 파이프 리드(42)의 내경에 축경부(47)를 마련함으로써, 간극부(45)가 접합부(46)의 접합 두께에 좌우되는 일 없이, 소망하는 클리어런스로 조정하는 것이 용이해지는 외에, 축경부(47)의 리드 축방향의 길이를 접합부(46)의 접합 길이와 일치시킬 수 있기 때문에, 접합부(46)의 사이즈 조정이 용이해진다.

기밀단자(40)의 파이프 리드의 내경에 마련하는 접합부(46)는, 도출 리드(44)의 큰 열팽창을 완충할 수 있도록, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이 적어도 일부를 금속 외환(41)의 내측 즉 적어도 일부가 절연유리(43)에 매설하도록 마련하여도 도 5(b)와 같이 금속 외환(41)의 외측 즉 전체가 절연유리(43)의 외부로 나오도록 마련하여도 좋다. 또한, 도 5(a)의 접합부(46)를 절연유리(43)에 매설하는 경우는, 매설되는 접합부(46)의 길이는, 절연유리(43)에 충분한 압축 응력을 부하시키기 위해, 절연유리(43)의 도출 리드의 축방향의 두께의 2/3 이하가 되도록 마련한다.

상술한 제1 내지 제4의 실시 형태의 기밀단자는, 어느 것이나 금속 외환과 파이프 리드를 이용하여 절연유리를 압축 밀봉함과 함께, 파이프 리드와 도출 리드와의 사이에 간극부를 마련하고, 이 간극부가 형성하는 자유공간 및 파이프 리드의 강성에 의해 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드의 과대한 열팽창을 완충함으로써, 전기저항이 극히 작은 압축 밀봉의 기밀단자를 실현한다. 이와 같은 기밀단자는, 금속 외환의 열팽창계수를 α1, 파이프 리드의 열팽창계수를 α2, 도출 리드의 열팽창계수를 α3로 하면, 3자의 관계는 α3>>α1≥α2의 관계를 충족시키고, 도출 리드의 직경(φ1)은, 금속 외환의 내경(φ2)의 50% 이상 90% 이하가 되도록 구성되는 것이 바람직하다.

도출 리드의 열팽창을 완충하는 간극부의 폭은, 파이프 리드의 내벽과 도출 리드의 외벽과의 사이의 간격과 동등하고, 이러한 간격은 접합부에 의해 조절할 수 있다. 이러한 간극부의 폭은, 0.01㎜ 이상 1㎜ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01㎜ 이상 0.5㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한 도출 리드 및 파이프 리드의 가공 정밀도에 의한 편차 등을 고려하면 0.1㎜ 이상 0.3㎜ 이하로 하는 것이 가장 바람직하다. 이 간극부의 폭이 0.01㎜ 미만인 경우는, 납재 등의 접합재에 의한 기밀 밀봉가 곤란해진다. 접합부를 소망하는 접합 범위로 확정하는 수단은, 접합대(接合代)를 제외한 다른 간극부에 또한 0.2㎜ 이상의 갭을 형성시키기 때문에, 그 접합대에 인접하는 간극부에 둘레홈부 또는 축경부를 마련하고, 접합부의 간극을 인접한 부위의 간극보다도 좁혀서 접합대만에 모세관 현상을 이용하여 납재를 유입함으로써, 납재의 흐름을 제어하고 여분의 확장을 막아 접합 범위를 확정할 수 있다.

기밀단자의 파이프 리드의 내경에 마련하는 접합부는, 도출 리드의 큰 열팽창을 완충할 수 있도록, 적어도 일부를 금속 외환의 내측 즉 적어도 일부가 절연유리에 매설하도록 마련하여도 좋고, 또한, 금속 외환의 외측 즉 전체가 절연유리의 외부로 나오도록 마련하여도 좋다. 접합부를 절연유리에 매설하는 경우는, 절연유리에 충분한 압축 응력을 부하시키기 위해, 매설되는 접합부의 길이를 절연유리의 두께의 2/3 이하가 되도록 마련한다. 즉 파이프 리드가 갖는 강성(탄성변형) 때문에, 접합부를 제외한 간극부에 면한 범위도 유리의 압축 응력이 약간 작아지고, 관형상(管狀)이 아닌 실체(實體) 리드를 사용한 때에 비교하여 어느 정도 컴프레션이 걸리는 편이 약해져 버리기 때문에, 요구되는 기밀성을 확보하려면, 절연유리의 봉착 면적에 대해 적절한 간극부의 면적이 필요해짐에 인한다. 예를 들면, 매설되는 접합부의 길이가 절연유리의 도출 리드의 축방향의 두께의 2/3을 초과하면, 유리에 압축 응력을 걸 수 있는 유효 면적이 극단적으로 좁아져 버리기 때문에 기밀의 신뢰성을 확보할 수가 없게 된다.

제1 내지 제4의 실시 형태의 압축 밀봉형 기밀단자의 금속 외환에는, 필요에 응하여 도 5 내지 도 7의 48, 58, 68에 각각 도시되는 바와 같은 플랜지부를 마련하여도 좋다. 또한, 특히 도시하지 않지만, 관통공을 1개 이상 마련한 금속판을 금속 외환으로서 이용하여도 좋다. 이 경우, 금속판의 금속공은 금속 외환의 내경으로서 이용된다.

제1 내지 제4의 실시 형태의 압축 밀봉형 기밀단자는, 제조 방법을 하나로 한정하는 것은 아니지만, 흑연 등의 내열성 봉착 치구에 마련된 소정 위치에, 금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 금속 외환의 내경과 파이프 리드의 외경과의 사이에 배치한 절연유리로 이루어지는 통형상(筒狀)의 유리 펠릿과, 파이프 리드의 내경을 관통한 은, 구리, 알루미늄, 은합금, 구리합금, 알루미늄합금 등의 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드와, 이 도출 리드와 파이프 리드의 내경과의 사이에 배치한 납재 등의 접합재를 세트하는 진입(振入) 공정과, 상기 진입 공정으로 각 구성 부재를 소정 위치에 세트한 봉착 치구를 봉착로에 통과하여 유리 펠릿과 접합재를 일괄 용융시켜서, 금속 외환과 파이프 리드와의 사이를 절연유리로 기밀로 봉착하고, 또한 도출 리드의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부를 파이프 리드의 내측에 마련하고 파이프 리드와 도출 리드와의 사이를 접합재로 기밀로 접합하는 봉착 공정의 2공정으로 제조가 가능해진다.

[실시예]

[실시예 1]

본 발명에 관한 실시예 1의 압축 밀봉형 기밀단자(10)는, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이 외경 100㎜, 내경 30㎜, 두께 15㎜의 냉간압연강(JISSS400 상당)의 금속 외환(11)과, 금속 외환(11)에 삽통한 외경 20㎜, 내경 16.2㎜, 두께 1.9㎜의 철니켈 합금(Fe50%, Ni50%)의 파이프 리드(12)와, 금속 외환(11)의 내벽과 파이프 리드(12)의 외경을 기밀로 봉착하는 소다바륨 유리의 절연유리(13)와, 파이프 리드(12)를 관통한 직경 16㎜, 길이 100㎜의 알루미늄으로 이루어지는 도출 리드(14)를 구비하고, 도출 리드(14)의 열팽창을 완충하기 위한 폭 0.1㎜의 간극부(15)를 파이프 리드(12)의 내측에 마련하고, 도출 리드(14)는, 은 납재의 접합부(16)에 의해 파이프 리드(12)와 기밀로 접합된다. 또한, 파이프 리드(12)는, 철니켈 합금에 대신하여 코바르합금(Fe54%, Ni28%, Co18%)을 사용하여도 좋다.

[실시예 2]

본 발명에 관한 실시예 2의 압축 밀봉형 기밀단자(20)는, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이 외경 100㎜, 내경 30㎜, 두께 15㎜의 42알로이(Fe58%, Ni42%)의 금속 외환(21)과, 금속 외환(21)에 삽통한 외경 20㎜, 내경 16.2㎜, 두께 1.9㎜의 코바르합금(Fe54%, Ni28%, Co18%)의 파이프 리드(22)와, 금속 외환(21)의 내벽과 파이프 리드(22)의 외경을 기밀로 봉착하는 보론실리케이트 유리의 절연유리(23)와, 파이프 리드(22)를 관통한 직경 16㎜, 길이 100㎜의 니켈도금 구리재로 이루어지는 도출 리드(24)를 구비하고, 도출 리드(24)의 열팽창을 완충하기 위한 폭 0.2㎜의 간극부(25)를 금속 외환(21)의 내측에 마련하고, 또한 도출 리드(24)의 외경 또는 파이프 리드(22)의 내경에 깊이 0.3㎜의 2개의 둘레홈부(27)를 마련하고, 이 둘레홈부(27)에 의해 납재의 접합 범위를 확정한 은 납재의 접합부(26)를 이용하여 도출 리드(24)와 파이프 리드(22)를 기밀로 접합한 것을 특징으로 한다.

또한, 특히 도시하지 않지만 압축 밀봉형 기밀단자(20)의 도출 리드(24)에 마련하는 2개의 둘레홈부(27)를, 둘레홈부 하나로 변형하여도 좋다. 예를 들면, 미리 파이프 리드(22)의 상부 개구에 따라 은 납재를 배치하여 두고, 접합부(26)의 하측의 둘레홈부(27)만을 빈 상태에서 마련하고, 은 납재를 가열 용융함으로써 모세관 현상을 이용하여 상부 개구로부터 접합부(26)에 유입함으로써, 소망하는 접합부(26) 이외에 용융한 납재가 확장하지 않도록 할 수 있다. 파이프 리드(22)는, 코바르합금에 대신하여 철니켈 합금(Fe50%, Ni50%)을 사용하여도 좋다.

[실시예 3]

본 발명에 관한 실시예 3의 압축 밀봉형 기밀단자(30)는, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이 외경 100㎜, 내경 30㎜, 두께 15㎜의 오스테나이트계 스테인리스강 SUS304의 금속 외환(31)과, 금속 외환(31)에 삽통한 외경 20㎜, 내경 16.2㎜, 두께 1.9㎜의 철니켈 합금(Fe50%, Ni50%)의 파이프 리드(32)와, 금속 외환(31)의 내벽과 파이프 리드(32)의 외경을 기밀로 봉착하는 소다바륨 유리의 절연유리(33)와, 파이프 리드(32)를 관통한 직경 16㎜, 길이 100㎜의 니켈도금 구리재로 이루어지는 도출 리드(34)를 구비하고, 또한 도출 리드(34)에 축경부(37)를 마련하고, 이 축경부(37)와 파이프 리드(32)와의 사이에 도출 리드(34)의 열팽창을 완충하기 위한 폭 0.5㎜의 간극부(35)를 형성하고, 도출 리드(34)는, 은 납재의 접합부(36)에 의해 파이프 리드(32)와 기밀로 접합된 것을 특징으로 한다. 압축 밀봉형 기밀단자(30)의 도출 리드(34)에 마련하는 축경부(37)는, 도 6에 도시하는 변형예 1과 같이 축의 일부분만 축경을 행하도록 변형하여도 좋다. 파이프 리드(32)는, 철니켈 합금에 대신하여 철크롬 합금(Fe72%, Cr28%)을 사용하여도 좋다.

[실시예 4]

본 발명에 관한 실시예 4의 압축 밀봉형 기밀단자(40)는, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 외경 120㎜, 내경 30㎜, 두께 15㎜의 탄소강의 금속 외환(41)과, 금속 외환(41)에 삽통한 외경 20㎜, 내경 17.0㎜, 두께 1.9㎜의 철크롬 합금의 파이프 리드(42)와, 금속 외환(41)의 내벽과 파이프 리드(42)의 외경을 기밀로 봉착하는 소다라임유리의 절연유리(43)와, 파이프 리드(42)를 관통한 직경 16㎜, 길이 100㎜의 은으로 이루어지는 도출 리드(44)를 구비하고, 파이프 리드(42)의 내경에 축경부(47)를 마련하고, 이 축경부(47)를 제외한 파이프 리드(42)의 내경과 도출 리드(44)와의 사이에 폭 0.5㎜의 간극부(45)를 형성하고, 도출 리드(44)는, 은 납재의 접합부(46)에 의해 파이프 리드(42)의 축경부(47)와 기밀로 접합된 것을 특징으로 한다. 압축 밀봉형 기밀단자(40)의 도출 리드(44)에 마련한 축경부(47)는, 도 7에 도시하는 변형예 2와 같이 내경측만 축경하도록 변형하여도 좋다. 파이프 리드(42)는, 철크롬 합금에 대신하여 철니켈 합금을 사용하여도 좋다.

본 발명은, 특히 고전압·고전류에 내구(耐久)되고, 고절연성이 요구되는 기밀단자에 이용할 수 있다. 본 발명에 의해, 금속 외환에 사용되는 철 및 철기 합금보다 열팽창이 과대하기 때문에고 기밀단자의 리드재로서 이용할 수가 없었던 고열 팽창계수 재료를, 도출 리드에 이용할 수 있다. 나아가서는, 고열팽창계수 재료인 은재, 구리재, 알루미늄재 또는 그 합금 등의 저 저항 금속을 기밀단자의 도출 리드에 이용할 수 있기 때문에, 하이 레이트 전력 디바이스에 대응이 용이한 기밀단자를 압축 밀봉하여 염가이면서 안정하게 제조할 수 있다. 또한, 금속 외환과 파이프 리드의 열팽창계수차로 절연유리에 컴프레션이 작용하여, 리크 누설의 우려가 없어진다. 또한, 본 발명에 관한 압축 밀봉형 기밀단자는, 종래의 파이프 리드를 이용한 기밀단자가, 봉착 치구에 각 구성 부품을 세트하는 진입 공정, 유리 봉착 공정, 도출 리드 삽입 공정, 용접공정의 4공정으로 조립되어 있던 것을, 봉착 치구에 각 구성 부품을 세트하는 진입 공정, 절연유리 및 접합재를 로 중에서 용융시켜서 각 구성 부품을 기밀로 봉착시키는 봉착 공정의 2공정으로 단축할 수 있다.

본 발명의 실시의 형태에 관해 설명하였지만, 금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

10, 20 : 기밀단자 11, 21 : 금속 외환
12, 22 : 파이프 리드 13, 23 : 절연유리
14, 24 : 도출 리드 15, 25 : 간극부
16, 26 : 접합부 27 : 둘레홈부

Claims

금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 상기 금속 외환과 상기 파이프 리드를 기밀로 봉착하는 절연유리와, 상기 파이프 리드를 관통한 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드를 구비하고,
상기 도출 리드의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부를 상기 파이프 리드의 내측에 마련하고, 또한 상기 도출 리드는 접합재를 충전한 접합부에 의해 상기 파이프 리드와 기밀로 접합된 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 상기 금속 외환의 내벽과 파이프 리드의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리와, 상기 파이프 리드를 관통한 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드를 구비하고,
상기 도출 리드의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부를 상기 파이프 리드의 내측에 마련하고, 또한 상기 도출 리드의 외경 또는 상기 파이프 리드의 내경에 하나 내지 2개의 둘레홈부를 마련하고, 이 둘레홈부에 의해 접합재의 접합 범위를 확정한 접합부를 이용하여 상기 도출 리드와 상기 파이프 리드를 기밀로 접합한 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 상기 금속 외환의 내벽과 상기 파이프 리드의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리와, 상기 파이프 리드를 관통한 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드를 구비하고,
상기 도출 리드에 축경부를 마련하고, 이 축경부와 상기 파이프 리드와의 사이에 상기 도출 리드의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부를 형성하고, 상기 도출 리드는, 상기 축경부를 제외한 상기 파이프 리드의 내벽과 그 대향하는 상기 도출 리드와의 사이에 접합재를 충전하여 마련한 접합부에 의해 상기 파이프 리드와 기밀로 접합된 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 상기 금속 외환의 내벽과 상기 파이프 리드의 외경을 기밀로 봉착하는 절연유리와, 상기 파이프 리드를 관통한 저 저항 금속으로 이루어지는 도출 리드를 구비하고,
상기 파이프 리드의 내경에 축경부를 마련하고, 이 축경부의 내벽과 그 대향하는 상기 도출 리드와의 사이를 접합재로 메워서 접합부로 하고, 이 접합부를 제외한 상기 파이프 리드의 내경과 상기 도출 리드와의 사이에 소정의 간극부를 형성하고, 상기 도출 리드는, 접합부에 의해 상기 파이프 리드의 상기 축경부와 기밀로 접합된 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합부는, 적어도 일부가 상기 절연유리에 매설한 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 5항에 있어서,
상기 절연유리에 매설되는 상기 접합부의 길이를, 상기 절연유리의 두께의 2/3 이하가 되도록 마련한 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합부는, 전체를 상기 절연유리의 외부에 마련한 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도출 리드는, 그 직경을 상기 금속 외환의 내경의 50% 이상 90% 이하로 한 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도출 리드는, 은, 구리, 알루미늄, 은합금, 구리합금 또는 알루미늄합금인 저 저항 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파이프 리드는, 철크롬 합금, 코바르합금, 철니켈 합금 또는 스테인리스강인 철합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 외환은, 철, 또는 탄소강, 스테인리스강 및 철니켈 합금으로 이루어지는 군의 어느 하나의 철합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간극부의 폭은, 0.01㎜ 이상 1㎜ 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간극부에 둘레홈부 또는 축경부를 마련함으로써, 또한 0.2㎜ 이상의 갭을 마련하여 접합부를 확정시킨 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자.
내열성 봉착 치구에 마련된 소정 위치에, 금속 외환과, 이 금속 외환에 삽통한 파이프 리드와, 상기 금속 외환의 내경과 상기 파이프 리드의 외경과의 사이에 배치한 절연유리로 이루어지는 통형상의 유리 펠릿과, 상기 파이프 리드의 내경을 관통한 도출 리드와, 이 도출 리드와 상기 파이프 리드의 내경과의 사이에 배치한 접합재를 세트하는 진입 공정과,
상기 진입 공정에서 각 구성 부재를 소정 위치에 세트한 상기 봉착 치구를 봉착로에 통과하여 상기 유리 펠릿과 상기 접합재를 일괄 용융시켜, 상기 금속 외환과 상기 파이프 리드와의 사이를 상기 절연유리로 기밀로 봉착하고, 또한 상기 도출 리드의 열팽창을 완충하기 위한 소정의 간극부를 상기 파이프 리드의 내측에 마련하여 상기 파이프 리드와 상기 도출 리드와의 사이를 상기 접합재로 기밀로 접합하는 봉착 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축 밀봉형 기밀단자의 제조 방법.