WO2019116598A1 - 気密端子 - Google Patents

気密端子 Download PDF

Info

Publication number
WO2019116598A1
WO2019116598A1 PCT/JP2018/008750 JP2018008750W WO2019116598A1 WO 2019116598 A1 WO2019116598 A1 WO 2019116598A1 JP 2018008750 W JP2018008750 W JP 2018008750W WO 2019116598 A1 WO2019116598 A1 WO 2019116598A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lead
glass
metal
outer ring
alloy
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/008750
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大輔 福島
浩喜 本田
小林　直樹
Original Assignee
ショット日本株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ショット日本株式会社 filed Critical ショット日本株式会社
Priority to EP18889720.1A priority Critical patent/EP3703188A4/en
Priority to US16/769,708 priority patent/US11417970B2/en
Priority to KR1020207019609A priority patent/KR102417281B1/ko
Priority to CN201880080093.XA priority patent/CN111480266B/zh
Publication of WO2019116598A1 publication Critical patent/WO2019116598A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/521—Sealing between contact members and housing, e.g. sealing insert
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/533—Bases, cases made for use in extreme conditions, e.g. high temperature, radiation, vibration, corrosive environment, pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/5216—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases characterised by the sealing material, e.g. gels or resins

Definitions

  • the present invention relates to a hermetic terminal.
  • the airtight terminal is obtained by airtightly sealing a lead in the insertion hole of the metal outer ring via an insulating material.
  • the airtight terminal is used to supply an electric current to an electric device or element housed in the airtight container, or to lead a signal from the electric device or element to the outside.
  • the GTMS (Glass-to-Metal-Seal) -type hermetic terminal in which a metal outer ring and a lead are sealed with insulating glass is roughly classified into two types, a matching sealing type and a compression sealing type.
  • the insulating glass for sealing is determined based on the material of the metal outer ring and the lead, the required temperature profile and the thermal expansion coefficient thereof.
  • the material of the insulating glass is selected so that the thermal expansion coefficient of the metal material matches the thermal expansion coefficient of the insulating glass as much as possible.
  • materials of metal material and insulating glass are selected intentionally so that the thermal expansion coefficient is different so that the metal outer ring compresses the insulating glass and the leads.
  • Kovar alloy Fe 54
  • a steel outer ring made of carbon steel or stainless steel an iron-nickel alloy (Fe 50%, Ni 50, etc.) so as to apply concentric compressive stress to the glass in the operating temperature range.
  • an iron-chromium alloy Fe 72%, Cr 28%) and the like are sealed with insulating glass made of soda barium glass.
  • dumet wire as a metal wire sealed in a soft glass sealing portion of a semiconductor device such as an electron tube, a light bulb, a discharge lamp and a diode, a thermistor or the like.
  • the dumet wire is an iron-nickel alloy core material and a copper-coated composite wire, and the surface is oxidized or borated.
  • the thermal expansion coefficient of the low resistance metal is larger than that of the steel material used for the metal outer ring.
  • the lead material largely shrinks after sealing, so that the compressive stress applied from the insulating glass becomes too small to ensure the airtightness.
  • both the metal outer ring and the lead material are made of high thermal expansion coefficient materials such as silver, copper, aluminum and their alloys, in such a case, the compressive stress applied to the insulating glass becomes too large, and cracks in the insulating glass Can not be adopted because
  • a hermetic terminal using a copper core lead has been proposed.
  • Patent Document 1 there is a hermetic terminal using a composite lead material in which the surface of a copper core is coated with alloy steel.
  • the outer jacket of alloy steel is fixedly coated on the surface of the inner core of copper.
  • the mechanical strength of the lead can not be maintained if the diameter of the inner core of copper is increased to thin the outer jacket of the alloy steel due to the restriction of mounting the lead in the metal outer ring of limited size.
  • the outer jacket of the alloy steel can not resist the large thermal expansion of copper, and a sufficient compression seal can not be obtained. Conversely, if the inner core diameter is reduced and the outer jacket of the alloy steel is thickened, it becomes difficult to obtain the desired lead resistance value.
  • the outer jacket of steel material is always energized as a current path. Since the outer jacket of alloy steel has an electric resistance several tens of times that of copper, even if heat generation is suppressed in the copper material portion, large heat generation occurs in the steel portion. If the copper core is made thicker in order to suppress the energization of the steel material, the heat generation of the steel material can be suppressed and the thermal stress between the lead and the glass can be reduced. Instead, a large thermal stress occurs between the current-carrying copper material and the steel material, and the material interface tends to peel off.
  • the dumet wire conventionally used as a glass-sealed electrode material is one obtained by oxidizing or borate finishing the surface of a composite wire in which a core material iron-nickel alloy is coated with copper.
  • the dumet wire is defined, for example, in Japanese Industrial Standards of Non-Patent Document 1 or the like.
  • a copper coating is applied to a core wire made of an iron-nickel alloy.
  • the copper surface is oxidized to cuprous oxide (Cu 2 O) at 950 ° C.
  • the oxalic acid (H 3 BO 3 ) which is dipped in a boric acid solution and pulled up and deposited, is decomposed and fired at 800 ° C. to 950 ° C. to form glassy boron oxide (B 2 O 3 ) on the outermost surface.
  • the dumet wire is a core material of Fe-based metal coated with a copper material.
  • silicate and borate constituting insulating glass By chemically bonding silicate and borate constituting insulating glass to the copper oxide layer present on the surface of the copper material, the dumet wire is sealed to the insulating glass.
  • the copper oxide and the boron oxide of the glass component are preliminarily reacted chemically.
  • the boron oxide film has a function of preventing an excessive reaction between the insulating glass and the copper oxide and protecting an oxide layer present on the bonding surface between the copper base and the sealing glass.
  • cupric oxide In general, there are two types of copper oxides: red cuprous oxide (Cu 2 O) and black cupric oxide (CuO). Since cupric oxide is brittle, it is limited to cuprous oxide to exhibit good sealing properties by reacting with glass. However, cuprous oxide is easy to dissolve in glass. When the glass is directly sealed to a single copper base, the oxide layer connecting the glass and the metal diffuses into the glass and disappears, or the oxide layer is partially transformed to cupric oxide. Sometimes. There has been a problem that airtight failure is likely to occur starting from these parts.
  • An object of the present invention is to provide an airtight terminal in which the wettability of a lead material to glass is secured and the airtight reliability of a glass sealing portion is improved in an airtight terminal for high power.
  • the metal outer ring having at least one through hole, the lead inserted through the through hole of the metal outer ring, the metal outer ring and the lead And an insulating material for sealing.
  • the lead includes a core, a binder covering at least the outer diameter portion of the core, an intermediate material made of a low electrical resistance material having adhesion to the binder and covering the surface of the binder, and an intermediate And an envelope material having stable glass bondability at the sealing temperature.
  • the adhesion between the core material and the intermediate material can be enhanced.
  • the outer covering material having stable glass bondability at the sealing temperature on the outermost surface of the lead the seal airtightness can be easily secured even if an intermediate material inferior in glass adhesion is used.
  • the coating material can be formed using plating finish or cladding finish even on large diameter pins, which conventionally had difficulty in forming borates, so that stable glass bonding that does not easily cause erosion due to reaction with glass is achieved. Surface coverage can be easily obtained.
  • FIG. 2 is a front partial cross-sectional view showing an airtight terminal according to the present invention, taken along line II-II of FIG. 1; It is a bottom view showing an airtight terminal concerning the present invention.
  • the airtight terminal 10 includes a metal outer ring 11 having at least one through hole, and a lead 12 inserted through the through hole of the metal outer ring 11, as shown in FIGS. 1 to 3.
  • An insulating material 13 for sealing the metal outer ring 11 and the lead 12 is provided.
  • the lead 12 includes a core 12a functioning as a structural material, a binder 12b covering at least the outer diameter of the core 12a, an intermediate material 12c of low electrical resistance material covering the surface of the binder 12b, and an intermediate And a cover material 12d having a glass bondability stable at sealing temperature, covering the surface of the material 12c.
  • the low electric resistance material having low adhesion to glass is disposed on the intermediate material 12c.
  • the adhesion to the glass can be secured by the surface covering material 12 d.
  • the core 12a of the present embodiment is made of Fe or Fe-based alloy of a structural material.
  • the binder 12b of the present invention may be any material as long as it has affinity to the core 12a and the intermediate 12c and is difficult to diffuse into the core 12a and the intermediate 12c.
  • Ni, Cu, Ag, a Ni alloy, a Cu alloy, or an Ag alloy can be suitably used as the bonding material 12b.
  • any material may be used as long as it is a low electric resistance material having an electric resistance value equal to or less than that of a copper material.
  • a metal composed of Cu or Al as the intermediate material 12c, or an alloy containing 5% by weight or more of at least one of Cu and Al can be suitably used.
  • the outer covering material 12d of the present embodiment any material may be used as long as it has stable glass bondability at a sealing temperature of 600 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.
  • the cover material 12d is made of a metal consisting of a transition element of group 6A to 8 except Tc in the long period periodic table, or an alloy containing 5% by weight or more of at least one of the metals.
  • these outer covering materials 12d are slow to dissolve in the surface compound such as the oxide or the metal itself. Therefore, even if the film thickness of the surface compound and metal is thin, defects due to reaction with the glass are less likely to occur, which is preferable.
  • an outer covering material 12d made of a metal selected from the group of Cr, Ni, Ni-P and Pd can be suitably used.
  • the outer covering material 12d prevents the excessive reaction with the sealing glass at the lead interface of the airtight terminal while using the low electric resistance material having weak adhesion to the glass as the intermediate material 12c, and the airtightness is excellent. Enables sealing.
  • the outer covering material 12 d may be partially provided only at the interface with the insulating material 13.
  • the airtight terminal of three terminals is illustrated in this specification and a drawing, as long as it is the airtight terminal which carried out glass sealing of the lead to the outer ring, any form may be used and it is not limited to the illustrated airtight terminal.
  • the airtight terminal 10 of Example 1 includes a metal outer ring 11 of carbon steel having three through holes, and a lead 12 inserted through the through holes of the metal outer ring 11.
  • the insulating material 13 of soda barium glass for sealingly bonding the metal outer ring 11 and the lead 12 is provided.
  • the lead 12 includes a core material 12a of Fe-Cr alloy, a Ni bonding material 12b covering the outer diameter portion of the core material 12a, a Cu intermediate material 12c covering the surface of the bonding material 12b, and an intermediate material 12c. And a covering material 12d of Cr covering the surface.
  • the airtight terminal 10 of Example 2 includes a metal outer ring 11 of carbon steel having three through holes, and a lead 12 inserted through the through holes of the metal outer ring 11.
  • the insulating material 13 of soda barium glass for sealingly bonding the metal outer ring 11 and the lead 12 is provided.
  • the lead 12 includes a core material 12a of Fe-Cr alloy, a Ni bonding material 12b covering the outer diameter portion of the core material 12a, a Cu intermediate material 12c covering the surface of the bonding material 12b, and an intermediate material 12c. And a covering material 12d of Ni covering the surface.
  • the airtight terminal 10 of Example 3 includes a metal outer ring 11 of carbon steel having three through holes, and a lead 12 inserted through the through holes of the metal outer ring 11.
  • the insulating material 13 of soda barium glass for sealingly bonding the metal outer ring 11 and the lead 12 is provided.
  • the lead 12 includes a core material 12a of Fe-Cr alloy, a Ni bonding material 12b covering the outer diameter portion of the core material 12a, a Cu intermediate material 12c covering the surface of the bonding material 12b, and an intermediate material 12c. And a covering material 12d of Pd covering the surface.
  • the airtight terminal 10 of the fourth embodiment includes a metal outer ring 11 of stainless steel having three through holes, and a lead 12 inserted through the through holes of the metal outer ring 11.
  • the insulating material 13 of soda barium glass for sealingly bonding the metal outer ring 11 and the lead 12 is provided.
  • the lead 12 includes a core material 12a of Fe-Cr alloy, a Cu bonding material 12b covering the outer diameter portion of the core material 12a, an Al intermediate material 12c covering the surface of the bonding material 12b, and an intermediate material 12c. And a covering material 12d of Cr covering the surface.
  • the airtight terminal 10 of the fifth embodiment includes a metal outer ring 11 of stainless steel having three through holes, and a lead 12 inserted through the through hole of the metal outer ring 11.
  • the insulating material 13 of soda barium glass for sealingly bonding the metal outer ring 11 and the lead 12 is provided.
  • the lead 12 includes a core material 12a of Fe-Cr alloy, a Ni bonding material 12b covering the outer diameter portion of the core material 12a, an Al intermediate material 12c covering the surface of the bonding material 12b, and an intermediate material 12c. And a covering material 12d of Ni covering the surface.
  • the airtight terminal 10 of Example 6 includes a metal outer ring 11 of stainless steel having three through holes, and a lead 12 inserted through the through hole of the metal outer ring 11.
  • the insulating material 13 of soda barium glass for sealingly bonding the metal outer ring 11 and the lead 12 is provided.
  • the lead 12 includes a core 12a of Fe-Cr alloy, a binder 12b of Ag covering the outer diameter portion of the core 12a, an intermediate 12c of Al covering the surface of the binder 12b, and the intermediate 12c.
  • the core material described in each of the above-mentioned embodiments any material may be used as long as it can constitute the base structure of the intermediate material and the sheath material.
  • the material of the core material is not limited to the Fe-Cr alloy, and may be an Fe-Ni alloy, carbon steel or the like.
  • the insulating material described in each of the above-described embodiments is not limited to soda-barium glass and may be any glass material as long as the lead and the metal outer ring can be insulated and hermetically sealed. It is possible to use a resin material such as an epoxy resin instead of the glass material as the insulating material, taking advantage of the function of protecting the chemically weak intermediate material from the interface erosion, corrosion, etc. of the outer covering material of the present embodiment. . In addition, an insulating coating such as silicone resin may be attached to a part of the lead and the metal outer ring of the hermetic terminal of the present embodiment.
  • the hermetic terminal according to the present invention can be used particularly as a hermetic terminal that is compatible with high voltage and high current and that requires high hermeticity.
  • Airtight terminal 11 metal outer ring, 12 lead, 12a core material, 12b bonding material, 12c intermediate material, 12d outer covering material, 13 insulation material.

Landscapes

  • Connections Arranged To Contact A Plurality Of Conductors (AREA)

Abstract

大電力用の気密端子において、リード材のガラスに対する濡れ性を確保し、ガラス封着部の気密信頼性を向上した気密端子を提供する。気密端子（１０）は、少なくとも１個の貫通孔を有する金属外環（１１）と、金属外環（１１）の貫通孔に挿通したリード（１２）と、金属外環（１１）とリード（１２）とを封着する絶縁材（１３）とを備えている。リード（１２）は、芯材（１２ａ）と、少なくとも芯材（１２ａ）の外径部を覆った結合材（１２ｂ）と、結合材（１２ｂ）の表面を覆った低電気抵抗材からなる中間材（１２ｃ）と、中間材（１２ｃ）を覆った、封着温度において安定なガラス結合性を有する外被材とを有する。

Description

気密端子
　本発明は、気密端子に関する。
　気密端子は、金属外環の挿通孔に絶縁材を介してリードを気密に封着したものである。気密端子は、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。金属外環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種類に大別される。
　気密端子において信頼性の高い気密封止を確保するには、外環およびリードの金属材の熱膨張係数と、絶縁ガラスの熱膨張係数とを適正に選択することが重要となる。封止用の絶縁ガラスは、金属外環およびリードの材質、要求される温度プロファイルおよびその熱膨張係数を基準に決定されている。
　整合封止の場合、金属材の熱膨張係数と絶縁ガラスの熱膨張係数とが可能な限り一致するように絶縁ガラスの材料を選定する。一方、圧縮封止の場合は、金属外環が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金属材と絶縁ガラスの材料を選択する。
　高い気密信頼性ならびに電気絶縁性を確保するため、従来の整合封止型気密端子においては、金属外環およびリード材に広い温度範囲でガラス材と熱膨張係数が一致しているコバール合金（Ｆｅ５４％、Ｎｉ２８％、Ｃｏ１８％）を使用し、両者をホウケイ酸ガラスからなる絶縁ガラスで封着していた。従来の圧縮封止型気密端子においては、使用温度範囲においてガラスに同心円状の圧縮応力が加わるように、炭素鋼またはステンレス鋼などの鋼製の金属外環と、鉄ニッケル合金（Ｆｅ５０％、Ｎｉ５０％）や鉄クロム合金（Ｆｅ７２％、Ｃｒ２８％）などの鉄合金のリード材を使用して、両者をソーダバリウムガラスからなる絶縁ガラスで封着していた。
　電子管、電球、放電ランプおよびダイオード、サーミスタなどの半導体デバイスの軟質ガラス封入部に封着される金属線材にジュメット線がある。ジュメット線は、鉄－ニッケル合金を芯材とし、それに銅を被覆した複合線で、表面をオキシダイズ仕上げないしボレート仕上げしたものである。
特開昭６１－２６０５６０号公報
日本工業規格　ＪＩＳ　Ｈ　４５４１－１９９７　ジュメット線
　近年、気密端子の大電力対応が求められるようになっている。たとえばコンビニエンスストアのようなスペースが限られた店舗内に設置される冷凍機用に小型かつ高性能なコンプレッサーが求められるようになっている。このように業務用途を中心に近年のコンプレッサーは、従来サイズに比し小型化される傾向にあるが、冷凍機の能力向上に伴ってコンプレッサーに取り付けられた気密端子を通る最大電流値は自ずと上昇する傾向にある。
　従来から冷凍機用気密端子においては、リードピンに求められる機械的強度などの制約からリード材に鉄合金などの高抵抗金属を用いている。このため、電気的な過負荷がかかるとリード材のジュール熱により絶縁ガラスが溶融し、気密性が確保できなくなり、最悪の場合はリード材が抜け落ちる可能性があった。特に大電力用途向けには、気密端子のリード材の通電発熱を抑制できれば、大電力への対応や省電力化など電気エネルギーの効率利用の観点からより好ましい。
　従来の鉄合金製のリード材から、銅やアルミニウム合金などの低抵抗金属製のリード材に変更した場合には、これら低抵抗材は機械的強度が鉄合金より低く、組立や設置作業時にリードピンが曲がりやすくなるため不都合である。封止に利用する絶縁ガラスは概して低熱膨張係数材料のため、リード材に高熱膨張係数材料の銀、銅、アルミニウムや銀合金、銅合金、アルミニウム合金などを用いると、整合封止が原理上利用できなくなる。
　低抵抗金属の熱膨張係数は、金属外環に使用する鋼材に比べて大きい。圧縮封止において低抵抗金属をリード材に用いると、封着後にリード材が大きく収縮するため、絶縁ガラスから負荷される圧縮応力が小さくなりすぎ気密性の確保が難しくなる。敢えて金属外環とリード材をともに銀、銅、アルミニウムやその合金などの高熱膨張係数材料で構成することも考えられるが、その場合は絶縁ガラスに加わる圧縮応力が大きくなりすぎ、絶縁ガラスに割れが生じたりするので採用できない。
　リード材の電気抵抗を低減する目的で銅芯リードを使った気密端子が提案されている。特許文献１に示されるように銅芯の表面を合金鋼で被覆した複合リード材を用いた気密端子がある。しかしながら、特許文献１の気密端子のリード材においては、銅のインナコアの表面に合金鋼のアウタジャケットを固着被覆している。
　大きさが限られた金属外環内にリードを装着する制約のため、銅のインナコア径を大きくして合金鋼のアウタジャケットを薄くすると、リードの機械的強度が保てない。それだけでなく、銅の大きな熱膨張に合金鋼のアウタジャケットが抗しきれずに追従してしまい、充分な圧縮封止を得られない。逆にインナコア径を小さくして合金鋼のアウタジャケットを厚くすると、所望するリードの抵抗値を得ることが難しくなる。
　また、リードに実用範囲の機械的強度を具備させた場合は、電流経路として鋼材のアウタジャケットにも必ず通電されるようになる。合金鋼のアウタジャケットは銅の数十倍の電気抵抗を有するので、銅材部で発熱を抑えても鋼材部で大きな発熱が生じてしまう。鋼材への通電を抑制するため銅芯をより太くすれば鋼材の発熱は抑えられ、リードとガラスとの間の熱応力を小さくできる。その代わりに通電側の銅材と鋼材との間に大きな熱応力が生じ材料界面が剥離しやすくなる。
　従って、鋼材のアウタジャケットと銅材のインナコアの構成では、銅芯材の電気抵抗を下げる効果がある反面、銅芯材の過大な熱膨張による問題が発生する。鋼材のアウタジャケットと銅材のインナコアの構成では、熱応力による界面剥離が生じ、金属材の複合界面が熱履歴の影響を受けて気密性を損ない易い。
　従来からガラス封止される電極材として用いられるジュメット線は、芯材の鉄－ニッケル合金に銅を被覆した複合線の表面を、オキシダイズ仕上げないしボレート仕上げしたものである。ジュメット線については、たとえば非特許文献１の日本工業規格などに規定されている。
　ジュメット線材を製造する際は、鉄－ニッケル合金からなる芯線に銅被覆を施す。銅表面を９５０℃で酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）に酸化させる。引き続き硼酸溶液に浸漬させて引き上げ被着させた硼酸（Ｈ３ＢＯ３）を、８００℃から９５０℃で分解焼成して最表面にガラス状の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を生成させる。
　しかしながら、この製法は、しなやかな長尺線材のリール送線による連続処理の場合には採算ベースに乗るが、リジッドな大径ピンの個片を用いてバッチ処理で同様な成膜を行うと生産効率が悪くコスト高となってしまう欠点がある。また、大径ピンの個片のバッチ処理では、多数のピン材同士が互いに接触や衝突する機会が多くなる。このため、ボレート膜の不均一や剥落が発生する。ボレート膜が薄い箇所や脱落してしまった箇所ではガラスのなじみや密着が悪くなり、リークが発生し易いという課題があった。従って、ジュメット線は、灯具などの球管用の比較的細線径のものしか無く、これを大電力用の気密端子に適用し難い状況にある。
　ジュメット線は、Ｆｅ系金属の芯材に対して銅材を被覆したものである。銅材表面に存在する銅酸化物層に、絶縁ガラスを構成する珪酸塩や硼酸塩を化学結合させることで、ジュメット線を絶縁ガラスに封着させる。ジュメット線の最表面にコーティングされたガラス状の酸化ホウ素膜には、予備的に銅酸化物とガラス成分の酸化ホウ素とを化学反応させておく。酸化ホウ素膜で絶縁ガラスの濡れ性を良くすることで短時間での封着が可能となる。また酸化ホウ素膜は、絶縁ガラスと銅酸化物との過剰な反応を防止し、銅素地と封止ガラスとの接合面に介在する酸化物層を保護する機能を有している。
　一般に銅酸化物には、赤色の酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）と黒色の酸化第二銅（ＣｕＯ）の二種類がある。酸化第二銅は脆いため、ガラスと反応して良好な封着性を示すのは酸化第一銅に限られる。ところが、酸化第一銅はガラスに溶解し易い。単独の銅素地に直接ガラスを封着させると、ガラスと金属とを繋ぎ止めている酸化物層がガラス中に拡散して消失したり、酸化物層が部分的に酸化第二銅に変質することがある。これらの部分を起点に気密もれが生じやすくなるという課題があった。
　本発明の目的は、大電力用の気密端子において、リード材のガラスに対する濡れ性を確保し、ガラス封着部の気密信頼性を向上した気密端子を提供することにある。
　本発明の一実施の形態に係る気密端子によれば、少なくとも１個の貫通孔を有した金属外環と、上記金属外環の上記貫通孔に挿通したリードと、上記金属外環と上記リードとを封着する絶縁材とを備えている。上記リードは、芯材と、少なくとも上記芯材の外径部を覆った結合材と、上記結合材に密着性を有し結合材表面を覆った低電気抵抗材からなる中間材と、中間材を覆った、封着温度において安定なガラス結合性を有する外被材とを有している。
　芯材の表面に結合材を設けたことで、芯材と中間材との密着性を高めることができる。リードの最外面に封着温度において安定なガラス結合性を有する外被材を設けたことで、ガラス密着性に劣る中間材を用いても容易に封着気密性を確保することができる。これにより、従来、ボレート形成が困難であった大径ピンにも、めっき仕上げやクラッド仕上げなどを用いて外被材を形成できるので、ガラスとの反応による浸食が生じにくい安定したガラス結合性の表面被覆を容易に得ることができる。
本発明に係る気密端子を示す平面図である。 本発明に係る気密端子を示し、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿って切断した正面部分断面図である。 本発明に係る気密端子を示す下面図である。
　本実施の形態に係る気密端子１０は、図１ないし図３に示すように、少なくとも１個の貫通孔を有する金属外環１１と、金属外環１１の貫通孔に挿通されたリード１２と、金属外環１１とリード１２とを封着する絶縁材１３とを備えている。リード１２は、構造材として機能する芯材１２ａと、少なくとも芯材１２ａの外径部を覆った結合材１２ｂと、この結合材１２ｂの表面を覆った低電気抵抗材の中間材１２ｃと、中間材１２ｃの表面を覆った、封着温度において安定なガラス結合性を有する外被材１２ｄとを有する。低電気抵抗材の中間材１２ｃの表面を封着温度において安定なガラス結合性を有する外被材１２ｄで覆ったことにより、中間材１２ｃにガラスとの密着性が弱い低電気抵抗材を配置しながら表面の外被材１２ｄでガラスとの密着性を確保できる。
　本実施の形態の芯材１２ａは、構造材のＦｅまたはＦｅ基合金からなる。本発明の結合材１２ｂは、芯材１２ａおよび中間材１２ｃに親和性を有し、かつ芯材１２ａおよび中間材１２ｃに拡散し難いものなら何れの材料を使用してもよい。たとえば、結合材１２ｂとしてＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ合金、Ｃｕ合金、または、Ａｇ合金が好適に利用できる。
　本実施の形態の中間材１２ｃは、銅材と同等ないし、それ以下の電気抵抗値を示す低電気抵抗材なら何れの材料を使用してもよい。たとえば、中間材１２ｃとしてＣｕまたはＡｌからなる金属、または、ＣｕおよびＡｌの少なくとも１つを５重量％以上含む合金が好適に利用できる。
　本実施の形態の外被材１２ｄは、６００℃以上１１００℃以下の封着温度において安定なガラス結合性を有する外被材なら何れの材料を使用してもよい。たとえば、外被材１２ｄは、長周期型周期表におけるＴｃを除く６Ａ族から８族の遷移元素からなる金属、または、該金属の少なくとも１つを５重量％以上含む合金からなる。これらの外被材１２ｄは、封着温度において、その酸化物等の表面化合物または該金属自身のガラスへの溶解が遅い。そのため、その表面化合物および金属の膜厚が薄くてもガラスとの反応による欠損部が発生し難いため好適である。特にＣｒ、Ｎｉ、Ｎｉ－ＰおよびＰｄの群から選択した金属からなる外被材１２ｄが好適に利用できる。
　上記構成により、中間材１２ｃにガラスとの密着性が弱い低電気抵抗材を用いながら、外被材１２ｄが気密端子のリード界面における封止ガラスとの過剰な反応を防止し気密性に優れた封着を可能とする。また、外被材１２ｄは、絶縁材１３との界面のみに部分的に設けてもよい。
　なお、本明細書および図面において三端子の気密端子を例示するが、リードを外環にガラス封止した気密端子であれば何れの形態を用いてもよく、例示した気密端子に限定されない。
　実施例１の気密端子１０は、図１から図３に示すように、３個の貫通孔を有した炭素鋼の金属外環１１と、金属外環１１の貫通孔に挿通したリード１２と、金属外環１１とリード１２とを封着するソーダバリウムガラスの絶縁材１３とを備えている。リード１２は、Ｆｅ－Ｃｒ合金の芯材１２ａと、芯材１２ａの外径部を覆ったＮｉの結合材１２ｂと、結合材１２ｂの表面を覆ったＣｕの中間材１２ｃと、中間材１２ｃの表面を覆ったＣｒの外被材１２ｄとを有する。
　実施例２の気密端子１０は、図１から図３に示すように、３個の貫通孔を有した炭素鋼の金属外環１１と、金属外環１１の貫通孔に挿通したリード１２と、金属外環１１とリード１２とを封着するソーダバリウムガラスの絶縁材１３とを備えている。リード１２は、Ｆｅ－Ｃｒ合金の芯材１２ａと、芯材１２ａの外径部を覆ったＮｉの結合材１２ｂと、結合材１２ｂの表面を覆ったＣｕの中間材１２ｃと、中間材１２ｃの表面を覆ったＮｉの外被材１２ｄとを有する。
　実施例３の気密端子１０は、図１から図３に示すように、３個の貫通孔を有した炭素鋼の金属外環１１と、金属外環１１の貫通孔に挿通したリード１２と、金属外環１１とリード１２とを封着するソーダバリウムガラスの絶縁材１３とを備えている。リード１２は、Ｆｅ－Ｃｒ合金の芯材１２ａと、芯材１２ａの外径部を覆ったＮｉの結合材１２ｂと、結合材１２ｂの表面を覆ったＣｕの中間材１２ｃと、中間材１２ｃの表面を覆ったＰｄの外被材１２ｄとを有する。
　実施例４の気密端子１０は、図１から図３に示すように、３個の貫通孔を有したステンレス鋼の金属外環１１と、金属外環１１の貫通孔に挿通したリード１２と、金属外環１１とリード１２とを封着するソーダバリウムガラスの絶縁材１３とを備えている。リード１２は、Ｆｅ－Ｃｒ合金の芯材１２ａと、芯材１２ａの外径部を覆ったＣｕの結合材１２ｂと、結合材１２ｂの表面を覆ったＡｌの中間材１２ｃと、中間材１２ｃの表面を覆ったＣｒの外被材１２ｄとを有する。
　実施例５の気密端子１０は、図１から図３に示すように、３個の貫通孔を有したステンレス鋼の金属外環１１と、金属外環１１の貫通孔に挿通したリード１２と、金属外環１１とリード１２とを封着するソーダバリウムガラスの絶縁材１３とを備えている。リード１２は、Ｆｅ－Ｃｒ合金の芯材１２ａと、芯材１２ａの外径部を覆ったＮｉの結合材１２ｂと、結合材１２ｂの表面を覆ったＡｌの中間材１２ｃと、中間材１２ｃの表面を覆ったＮｉの外被材１２ｄとを有する。
　実施例６の気密端子１０は、図１から図３に示すように、３個の貫通孔を有したステンレス鋼の金属外環１１と、金属外環１１の貫通孔に挿通したリード１２と、金属外環１１とリード１２とを封着するソーダバリウムガラスの絶縁材１３とを備えている。リード１２は、Ｆｅ－Ｃｒ合金の芯材１２ａと、芯材１２ａの外径部を覆ったＡｇの結合材１２ｂと、結合材１２ｂの表面を覆ったＡｌの中間材１２ｃと、この中間材１２ｃの表面を覆ったＰｄの外被材１２ｄとを有する。
　本実施の形態に係る気密端子は、リードを金属外環にガラス封着させた後、さらに金属表面に所望の仕上げめっきを施すことができる。また、上記各実施例に記載の芯材は、中間材および外被材のベース構造を構成できれば何れの材料を用いてもよい。たとえば芯材の材質はＦｅ－Ｃｒ合金に限られず、Ｆｅ－Ｎｉ合金、炭素鋼等でもよい。
　また、上記各実施例に記載の絶縁材は、リードと金属外環とを絶縁および気密封着できればよく、ソーダバリウムガラスに限らず任意のガラス材を用いることができる。本実施の形態の外被材が化学的に弱い中間材を界面浸食や腐食等から守る機能があることを活かして、絶縁材としてガラス材に替えてエポキシ樹脂等の樹脂材を用いてもよい。また、本実施の形態の気密端子のリードおよび金属外環の一部にシリコーン樹脂等の絶縁被覆を装着させても差し支えない。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明に係る気密端子は、特に高電圧および高電流に対応し、かつ高い気密性が要求される気密端子として利用することができる。
　１０　気密端子、１１　金属外環、１２　リード、１２ａ　芯材、１２ｂ　結合材、１２ｃ　中間材、１２ｄ　外被材、１３　絶縁材。

Claims (8)

  1. 　少なくとも１個の貫通孔を有する金属外環と、
    　前記金属外環の前記貫通孔に挿通されたリードと、
    　前記金属外環と前記リードとを封着する絶縁材とを備え、
    　前記リードは、構造材の芯材と、少なくとも前記芯材の外径部を覆った結合材と、前記結合材の表面を覆った低電気抵抗材からなる中間材と、前記中間材を覆った、封着温度において安定なガラス結合性を有する外被材とを有する、気密端子。
  2. 　前記芯材は、構造材のＦｅまたはＦｅ基合金からなる、請求項１に記載の気密端子。
  3. 　前記結合材は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ合金、Ｃｕ合金およびＡｇ合金の群から選択された金属からなる、請求項１または請求項２に記載の気密端子。
  4. 　前記中間材は、銅材と同等ないし、それ以下の電気抵抗値を示す低電気抵抗材からなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気密端子。
  5. 　前記中間材は、ＣｕまたはＡｌからなる金属、または、ＣｕおよびＡｌの少なくともいずれかを５重量％以上含む合金からなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の気密端子。
  6. 　前記封着温度は、６００℃以上１１００℃以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の気密端子。
  7. 　前記外被材は、長周期型周期表におけるＴｃを除く６Ａ族から８族の遷移元素からなる金属、または、前記金属の少なくとも１つを５重量％以上含む合金からなる、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の気密端子。
  8. 　前記遷移元素からなる金属および前記合金は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｉ－ＰおよびＰｄの群から選択した金属からなる、請求項７に記載の気密端子。
PCT/JP2018/008750 2017-12-12 2018-03-07 気密端子 WO2019116598A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18889720.1A EP3703188A4 (en) 2017-12-12 2018-03-07 HERMETIC TERMINAL
US16/769,708 US11417970B2 (en) 2017-12-12 2018-03-07 Hermetic terminal with improved adhesion of glass seal to high power lead
KR1020207019609A KR102417281B1 (ko) 2017-12-12 2018-03-07 기밀 단자
CN201880080093.XA CN111480266B (zh) 2017-12-12 2018-03-07 气密端子

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017237670 2017-12-12
JP2017-237670 2017-12-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019116598A1 true WO2019116598A1 (ja) 2019-06-20

Family

ID=66820151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/008750 WO2019116598A1 (ja) 2017-12-12 2018-03-07 気密端子

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11417970B2 (ja)
EP (1) EP3703188A4 (ja)
KR (1) KR102417281B1 (ja)
CN (1) CN111480266B (ja)
WO (1) WO2019116598A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11434858B2 (en) * 2019-04-03 2022-09-06 Cummins Inc. Hermetically sealed stator coil
JP7160876B2 (ja) * 2019-10-08 2022-10-25 ショット日本株式会社 気密端子
JP7467273B2 (ja) * 2020-08-07 2024-04-15 ショット アクチエンゲゼルシャフト 気密端子

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61260560A (ja) 1985-05-10 1986-11-18 エマ−ソン・エレクトリツク・カンパニ− 密閉端子組立体
JPS63246802A (ja) * 1987-04-01 1988-10-13 株式会社村田製作所 サ−ミスタ
JPH094541A (ja) 1995-06-20 1997-01-07 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃料噴射装置
JP2017084634A (ja) * 2015-10-29 2017-05-18 エヌイーシー ショット コンポーネンツ株式会社 気密端子

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3992774A (en) * 1975-09-19 1976-11-23 Honeywell Inc. Method for fabricating lead through for Dewar flask
JPS5677087A (en) * 1979-11-29 1981-06-25 Toshiba Corp Complex wire
JPH01245913A (ja) * 1988-03-26 1989-10-02 Fujikura Ltd 複合線の製造方法
US5584716A (en) * 1994-07-14 1996-12-17 Copeland Corporation Terminal assembly for hermetic compressor
US6509525B2 (en) * 1998-11-07 2003-01-21 Emerson Electric Co. Hermetic terminal assembly
US8794999B2 (en) * 2012-08-10 2014-08-05 Emerson Electric Co. Hermetic terminal having pin-isolating feature
DE102015206314B4 (de) * 2015-04-09 2018-06-28 Il-Metronic Sensortechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Glasdurchführung mit Kontaktstiften und Kontaktstifte für Glasdurchführungen
CN204936367U (zh) * 2015-09-18 2016-01-06 蔡汉华 玻封套铜精密合金丝
JP6385010B2 (ja) * 2015-12-15 2018-09-05 ショット日本株式会社 気密端子

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61260560A (ja) 1985-05-10 1986-11-18 エマ−ソン・エレクトリツク・カンパニ− 密閉端子組立体
JPS63246802A (ja) * 1987-04-01 1988-10-13 株式会社村田製作所 サ−ミスタ
JPH094541A (ja) 1995-06-20 1997-01-07 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃料噴射装置
JP2017084634A (ja) * 2015-10-29 2017-05-18 エヌイーシー ショット コンポーネンツ株式会社 気密端子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3703188A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN111480266A (zh) 2020-07-31
EP3703188A4 (en) 2021-07-21
US11417970B2 (en) 2022-08-16
EP3703188A1 (en) 2020-09-02
US20200388940A1 (en) 2020-12-10
KR20200090909A (ko) 2020-07-29
CN111480266B (zh) 2022-06-03
KR102417281B1 (ko) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019116598A1 (ja) 気密端子
JP6385010B2 (ja) 気密端子
US5023398A (en) Aluminum alloy semiconductor packages
TWI632122B (zh) 無鉛玻璃組成物、玻璃複合材料、玻璃糊、密封結構體、電氣電子零件及塗佈零件
US3109053A (en) Insulated conductor
TWI442424B (zh) And a method of manufacturing the same, wherein the coil is sealed to the core portion and the apparatus for sealing the core portion of the powder and the method of manufacturing the same,
CN212010937U (zh) 一种陶瓷与无氧铜金属封接结构
CA2572635C (en) Flexible high temperature cables
CN109037422B (zh) 一种具有包覆体结构的热电元器件
JP2015064928A (ja) 気密端子
JP2015069732A (ja) 化学強化ガラスを用いた気密端子およびその製造方法
JP6290154B2 (ja) 気密端子
JP6433878B2 (ja) 気密端子
CN210403699U (zh) 一种降低引线根部裂纹的封装外壳
JP7325214B2 (ja) 気密端子
WO2021015049A1 (ja) 気密端子
JP6633414B2 (ja) 気密端子及びその製造方法
US7687996B2 (en) Compound body and a process for the production of a mechanical connection
JP7282059B2 (ja) 気密端子
JP2001326002A (ja) 気密端子
CN2395381Y (zh) 霓虹灯电极
JPH0416921B2 (ja)
JP2007324615A (ja) コイル用巻き枠及びコイル
US20200149635A1 (en) Hermetic glass-to-metal seal reinforced with a ceramic disc to prevent crack propagation
JPH0416931B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18889720

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018889720

Country of ref document: EP

Effective date: 20200527

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20207019609

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A