JPS6012688A - 気密絶縁端子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、気密絶縁端子の製造方法に関するものであ
り、とりわけ、金属製気密容器の壁面を貫通して取付け
られる気密絶縁端子、とくに気密容器内に沸騰系の液体
化合物を冷却媒体として充填し、その中に発熱をともな
う大電流用の半導体からなる整流素子を浸漬した強制冷
却方式の整流装置などに用いられる気密絶縁端子の製造
方法に関するものである。

近時、′上記の整流装置は車両に搭載されることが多く
なり、その場合、全体の重量に関係する気密絶縁端子に
、軽量小形化に対する要求が強く、同時？と振動等に対
して安定であることも併せて要求されている。

従来、前記気密端子として一般に使用されているものに
、゛気密封着剤および電気絶縁物として、ゴム、ガラス
あるいは磁器を用いたものがあるが、ゴムを用いたもの
は耐熱特性に乏しく経年変化があり、さらには冷却媒体
に対する耐食特性等に問題があり、ガラスまたは磁器を
用いたものは、耐振動衝は性に乏しく破損の危険率が高
いため、車両に搭載する整流装置等には殆んど使用され
ていない。

前述したように、上記従来の気密絶縁端子には不可避の
致命的欠陥があった。

上記の致命的欠陥すなわち耐熱特性、経年特性、冷却媒
体に対する耐食性、耐振動衝撃性を完備し、きわめて優
れた特性を保持するものとして、ガラス質の粉末とマイ
カの粉末の混合粉末を原料とし、ガラス質が加圧により
流動する温度に加熱し、加熱状態下で加圧成形して得ら
れる絶縁物、いわゆるガラス・マイカ塑造体を気密封着
剤兼絶縁物に使用したものが、本発明者らｌこよって提
案された。

しかし上記の気密絶縁端子で上記特性を保持するのは、
通電用導体（以下通電極という）の径が太いもの、例え
ば直径が／左〜２　Ｏｍｒ＆あるいは、これより太いも
のに限定され、逆電極径が小さくなるにしたがい気密保
持特性が低下し、とくに直径が２〜ｌＩｍａ程度に小さ
くなると、その気密保持特性は極端に低下し、現実的に
使用不可能のものしか製造し得なかった。これは従来の
製造方法に起因する不可避の事情であった。

この発明の説明に先立ち、理解を容易にするため、逆電
極径の太いものを対象にした従来の製造方法を説明する
。

第１図に従来の逆電極径の大きい気密絶縁端子の構造を
示す。図において棒状の逆電極／は、銅または銅合金な
ど電気伝導率の良好な材料でなり、金属製気密容器の壁
面を貫通して取付けるようになっている金属筒コは、機
械的強度に富み、かつ、できるだけ熱膨張率、熱収縮率
の大きい金属でなり、一般にはステンレス等が使用され
る。絶縁部材３は、ガラス質粉末とマイカ粉末の混合粉
末を原料とし、ガラス質が加圧により流動可能な温度に
加熱し、加熱状態で加圧成形して得たガラス・マイカ塑
造体よりなっている。

次に第２図により、上記気密絶縁端子の従来の製造方法
を説明する。図において、分割構造の壁体左には底部に
受金７を収納できる四部３−／が形成されている。壁体
Ｓは枠体基により締けられる。

受金７には通・ｒｌ　−１，＝　ｌが挿入される挿入孔
？−／と冷却水路７−２が形成されている。冷却水路７
−２の両端には注水および排水が可能なパイプ（図示せ
ず）が取り伺けられている。加圧金ざには冷却水路ｇ−
ｌが設けられており、冷却水路ｇ−／の両端には注水環
よび排水が可能なパイプ（図示せず）が取付けられてい
る。成形には上記の成形型が用いられる。

絶縁部材３の原料は、ガラス質の粉末とマイカの粉末の
混合物に水分を加えて湿潤状態にし、これを別の成形型
（図示せず）を用いて冷間加圧成形により、中央に通電
（へ／を貝通し得る貝通孔を有−する円筒状の予備成形
体りとして使用する。

成形は、成形型中、壁体ｊ１枠体６および受金７を第一
図（ａ）に示すように組立て所定温度に加熱する。また
逆電極／、金属筒コおよび予備成形体りもそれぞれ所定
温度に加熱する。これらの加熱が完了すると、逆電極ｌ
を挿入孔？−／に、金属筒コを壁体Ｓ内に、予備成形体
グは金属筒コ上にそれぞれ装填する。このときの状態が
第２図（ａ）に示しである。次に加圧金ｇを予備成形体
ｑ上に載置して加圧成形機により加圧金ｇを加圧し、予
備成形体ダを流動させて金属筒コと逆電極ｌの間隙部ワ
に圧入、充填する。このときの状態を第一図（ｂ）に示
す。加圧が完了すると、直に受金７および加圧金ｇに設
けられた冷却水路７−コ、　ｇ−／に通水を行う。この
間、加圧を継続する。成形された絶縁部材３の温度がガ
ラス質の転位温度以下の温度に達して固化した時点で通
水を止め、脱圧の後、成形型を分？＋％　ｔ、て成形品
を取り出す。

上記の製造工程において、加圧工程が完了すると同時に
行う受金７および加圧金ｇの冷却水路への通水により、
受金７と加圧金３は急速に冷却される。

この受金７と加圧金ざに接している逆電極ｌは熱伝導率
が良好な銅もしくは銅合金により構成されているので、
この逆電極／は他の部分に優先して冷却され、体積が収
縮し、その径が細くなる。そのため通′ｒ！Ｊ、極／の
外周面き成形された絶縁部拐３との接触面に空隙が発生
するようになるが、一方、成形されたｔ３縁部材３はこ
の時点において流動可能な状態にあり、しかも上部から
加圧力を受けているので、この空隙に絶縁部材３が充填
され、現実にはこの空隙が発生しない。次に絶縁部材３
は逆電極ｌによって・　冷却され固化する。このとき外
周部の金属筒コは、後に詳細に説明するが、絶縁物３に
比べて加熱温度が高いので、高い温度を保持しており、
絶縁部材３の固化状態において、より高い温度から冷却
するので、その体積収縮は絶縁部材３に対する締付圧に
なり、あたかも焼嵌めと同等の現象が具現される結果、
気密特性が確保される。

上記従来の製造方法によれば、通電極径が大きい製品の
場合には、上記説明で明らかなようにきわめて気密保持
特性が優れたものが得られるのであるが、通電極径が小
さくなるにしたがい気密保持特性が低下し、とくに直径
が２〜＋　ｙ＋ｍになるとその特性が極端に低下し、使
用に耐えないものしか得られなかった。その理由につい
て以下に説明する。

上記の製造方法において、具現しなければならない必須
の条件は、成形された絶縁部材３の温度下降に優先して
逆電極／の温度を下降させること、および金属筒コの温
度下降を絶縁部材３のそれより遅らせることである。こ
のような条件を具現するために、加圧成形完了後、受金
７、および加圧金３の冷却水路？−２，ｇ−／に通水し
ているが、成形前に逆電極１１金属筒２、予備成形体ダ
および成形型を加熱するに際して各々温度差を設け、上
記条件が確保されるようにしている。

以下、各加熱温度について説明する。まず、逆電極／の
加熱温度であるが、考え方としては低いほど望ましいが
、実際にはガラス質の転位温度もしくはそれより幾分高
くしておく必要がある。この温度より低いと加熱状態の
予備成形体ケが接した際、予備成形体グのガラスが固化
して表面に低密度の層を構成することになるからである
。このことは気密特性上、最悪の事態であるので上記の
温度に加熱する必要がある。次に金属筒２の加熱温度で
あるが、考え方としては高いほど望ましいが、高温時に
おける機械的強度に支配される。第２図（ａ）に示すよ
うに装填時には金属筒コの外周部と壁体５の内壁面の間
に空隙１０が存在するが、加圧成形後の第一図（ｂ）に
おいては金属筒コが変形し、上記の空隙ｌθが消失し、
完全に密着する。

金属筒λの加熱は、加圧方向における変形が問題になり
、使用材質によっても異なるが実際には６θ０−Ａ！；
０℃が限度である。次に予備成形体りの加熱温度である
が、温度を高くすると、充填完了後金属筒コの温度を上
昇させ、冷却速度を遅くさせるためには有効であるが、
同時に逆電極ｌの温度も上昇させることになり、通ｇ、
極ｌの最優先冷却に対して恕効呆を及はすこきになる。

したがって、その設定温度はきわめて難しく、加圧によ
り十分に流動する温度にする。最後に成形型の加熱温度
であるが全屈筒コの温度下降速度を遅くするために高い
はど望ましいが機械的強度に関連し５り０℃が限度であ
る。

成形する気密絶縁端子の逆電極ｌの直径が／ｊ〜λＯＶ
ａあるいはこれより大きい場合には、必然的に金属筒コ
の形状も大きくなり、肉厚が厚くなり、また成形型も当
然大きくなり各部分の熱容量が大きいため、受金７およ
び加圧金ｇの冷却水路に通水して逆電極ｌを最優先して
冷却する効果が完全に得られ、前記の必須の条件が完全
に夾現して気密保持特性の高い気密絶縁端子が得られる
。

ところで、逆電極ｌの直径が小さいものを、上記従来の
成形方法によって製造すると、治定な気密特性を保持す
る製品が得られないのは、上記の必須条件が崩れること
が最大の理由であり、その原因として、逆電極径の縮少
に伴う金属筒２および成形型の小型化による熱容量の不
足が考えられる。

この発明は、以上の点に着目してなされたもので、従来
の製造方法の致命的な欠陥、すなわち、逆電極径の小さ
いもの−が−その気密保持特性が低下することを完全に
除去し、従来の製造方法で得た逆電極径の大きいものが
保持する各種特性を維持するとともに、逆電極径に関係
なく完全な気密保持特性を具備する気密絶縁端子が得ら
れる製造方法を提供することを目的とするものである。

また、この発明の目的は、金属筒の中心部に逆電極を配
置し、両者の間に、ガラス質粉末とマイカ粉末の混合粉
末を原料とし、ガラス質が加圧により流動する温度に加
熱し、加熱状態で加圧成形したガラス・マイカ塑造体か
らなる絶縁部材を介在させた気密絶縁端子を製造する方
法において、上部に金属筒、逆電極および原料粉末を円
筒状に成形した予備成形体を装填することができ、下部
に冷却用水路および逆電極の挿入孔を有する受金を収納
し得る分割構造の壁体と、この壁体を締付ける枠体と、
中央に逆電極の嵌合用貫通孔を有する加圧金とからなる
成形型を使用し、金属筒には装填時に壁体に接する底部
に底溝、および対面する外周面に螺子溝もしくは環状溝
を有するものを使用し、逆電極、金属筒、予備成形体お
よび成形型を各所定温度に加熱し、逆電極を受−金の挿
入孔Ｉこ挿入し、壁体の上部に金属筒および予備成形体
を装填し、加圧金を予備成形体上に載置する工程と、加
圧金を加圧して予備成形体を逆電極と金属筒の間隙部に
圧入、充填し、高密度の絶縁部材を成形する工程と、加
圧が完了した時点で加圧を継続しながら受金ｌこ通水し
て逆電極を急冷する工程と、絶縁部材の温度がガラス質
の転位温度以下の温度に達した時点で成形型を分解して
成形品を取り出す工程とからなる気密絶縁端子の製造方
法を提供することである。

以下、この発明の一実施例を第３図を参照して具体的に
説明する。図中、第２図におけると同一符号は同一部分
を示す。図において金属筒／２には、外周面に螺子溝も
しくは環状溝よりなる外周溝ｌコー／および壁体Ｓに接
する底部に底溝／コー２を有するものを使用する。成形
型中、加圧金／ｇには冷却水路を具備しないものを使用
する。

成形の手順は、従来の方法と同じく、逆電極／、金属筒
７．２予備成形体ダおよび成形型をそれぞれ所定温度に
加熱し、逆電極／を受金７の挿入孔７−／に挿入し、金
属筒／、２、および予備成形体グを壁体５内に装填する
。このときの状態が、第３図（ａ）に示しである。次に
加圧金／ｇを予備成形体ダ上に載置し、加圧成形機によ
り加圧金／ｇを加圧し、予備成形体グを流動させ逆電極
ｌと金属筒１２の間隙部デに圧入、充填する。このとき
の状態が第３図（１））に示しである。加圧充填が完了
すると直に受金７に設けられた冷却水路クーコに通水を
行う。

この間加圧を継続する。成形された絶縁部材３の温度が
ガラス質の転位温度以下の温度に達して固化した時点で
通水を止め、脱圧の後成形型を分解して成形品を取り出
し、外周溝／、２−／および底溝／２−２の除去等、必
要な機械加工を施し、製品に仕上げる。

この発明になる上記の製造方法によれば、加圧充填工程
が完了した時点で、受金７は通水により急速に冷却され
るため、逆電極ｌは他の部分に優先して冷却されるよう
になる。また、加圧金／ｇは冷却水路を有せず、直接冷
却されないため、逆電極ｌを急冷する効果がないが、同
時に接面する成形された絶縁部材３も急冷されず、逆電
極ｌが受金７により急冷され寸法収縮を生ずることによ
り発生した外周面の空間部に連続して絶縁部材３が充填
される。一方、金属筒／コは外周面に外周溝ｌコーｌを
、底部に底溝／２−２を有しており、成形時に変形して
壁体Ｓに接するが、その接面する面積が著しく減少して
いるため、温度の低い壁体Ｓにより冷却される速度が極
端に遅くなる。上記一連の関係により、この種の気密絶
縁端子の製造条件における必須の具備条件である、成形
された絶縁部材３の温度下降に優先して逆電極／の温度
を下降させること、および金属筒ｌコの温度下降を絶縁
部材３の温度下降より遅くすることが確実に具現される
。

例えば、通電棒ｌに直径＋　ｍｒｎの銅クロームを使用
し、従来の製造方法に従った場合、ヘリウムのリークデ
テクターを用いて試験した結果、洩れ量が、ｓ　Ｘ　／
　Ｏ−’ａｔｍ　ｃｃ／ｓｅｃ　（ｙ）ものしか得らレ
ナカッたが、この発明の製造方法に従ったものはｔ　ｘ
　ｌｏ　’−１１ａｔｍｃｃ／ｓｅａの洩れ量を示し、
その効果が顕著に示された。

以上のように、この発明の製造方法によれば、従来の製
造方法では得ることができなかった通電極径の小さいも
のの場合でも気密保持特性の高い気密絶縁端子が容易に
得られるようになり、気密絶縁端子の小形化が可能にな
り、整流装置自体の軽量小形化ができるので、その技術
的ならびに実用的効果はきわめて大きい。

なお、以上の説明においては、強制冷却方式の整流装置
を対象としたが、その気密絶縁端子の製造に限定される
ものでなく、高圧の気体あるいは液体を充満した容器に
取り付けて使用される気密絶縁端子の製造に実施できる
ことは勿論、その用途はきわめて広範囲である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の気密絶縁端子の縦断面図、第一図は従来
の製造方法を示す半裁縦断面図で、同図（ａ）は加圧成
形直前の状態を、同図（ｂ）は加圧成形完了後の状態を
示す。第３図はこの発明による製造方法を示す半裁縦断
′面図で、同図（ａ）は加圧成形直前の状態を、同図（
ｂ）は加圧成形完了後の状態を示す。 図中、ｌは通電棒、３は絶縁部材、ダは予備成形体、Ｓ
は壁体、６は枠体、７は受金、７−７は挿入孔、７−２
は冷却水路、９は間隙部、１２は金属筒、／２−／は外
周溝、ｌコースは底溝である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大岩増雄 焔３ （Ｇ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属筒の中心部に棒状の逆電極を配設し、両者の間に、
   ガラス質粉末とマイカ粉末の混合粉末を原料とし前記ガ
   ラス質が加圧により流動する温度に加熱し加熱状態で加
   圧成形したガラス・マイカ塑造体からなる絶縁部材を介
   在させてなる気密絶縁端子の製造方法において、上部に
   前記金属筒、前記逆電極および前記絶縁部材の原料粉末
   を収納することができ下部に冷却用水路および前記逆電
   極の挿入孔を有する受金を収納し得る分割構造の壁体と
   、この壁体を締付ける枠体と、中央に前記逆電極の嵌合
   用貫通孔を有する加圧金とからなる成形型を使用すると
   ともに、前記壁体に接する外周溝および底溝を有する前
   記金属筒を使用し、前記逆電極、前記金属筒、予め中心
   部に貫通孔を有する板状に成形した前記原料粉末の予備
   成形体、および前記成形型をそれぞれ所定温度に加熱す
   る工程と、加熱状態で前記逆電極を前記受金の前記挿入
   孔に挿入し前記金属筒および前記予備成形体を前記壁体
   の上部に装填する工程と、前記加圧金を前記予備成形体
   の上部に載置する工程と、前記加圧金を加圧して前記予
   備成形体を前記逆電極と前記金属筒の間隙部に圧入、充
   填する工程と、この充填が完了した時点で加圧を継続し
   ながら前記受金に通水して前記逆電極を急冷する里程と
   、充填成形された前記絶縁部材の温度が前記ガラス質の
   転位温度以下の温度に達した時点で前記成形型を分解し
   て成形品を取り出す工程と、機械加工により前記金属筒
   の前記外周溝および前記底溝を除去し製品に仕上げる工
   程とからなることを特徴とする気密絶縁端子の製造方法
   。