专利名称：高压穿心式电容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及高压穿心式电容器及其制造方法，尤其是涉及适合于用作设置在电灶中的磁控管的噪声滤波器的高压穿心式电容器。
通常，防止无线电噪声从用于电灶的磁控管中泄漏的穿心式电容器是众所周知的，例如在日本实用新型公布S55-35803/1980(IPC∶HOIG4/42)和S55-52665/1980(IPC∶HOIG4/42)中所介绍的。
接下来参阅图33，34(a)和34(b)说明普通的穿心式电容器的结构。
该穿心式电容器具有一用陶瓷制成的穿心式圆柱形电介质1，通过在700℃至800℃温度下焙烧银膏在其两个端面上形成第一厚膜电极2和第二厚膜电极3。一导体4被设置成贯穿圆柱形电介质1，并且通过焊接经由连接板5与第一电极2电导通。一扩大的接地金属板6通过其一台阶部分6b与第二电极电导通，台阶部分6b形成了一个孔6a，该穿心导体由一绝缘管7复盖。
这些元件1，4，5都由一圆柱形外壳9复盖，外壳9是由诸如聚丁烯对酞酸盐的树脂制成的，由外壳9所限定的空间内填充有诸如环氧树脂那样的绝缘树脂，以便保护这些元件1，4和5，并且，一圆柱形绝缘外罩10复盖了该导体4的下部。
用作绝缘充填物的环氧树脂在固化时按如图34(a)和34(b)所示的箭头方向收缩，从而在圆柱形电介质1与充填在电介质1内侧的环氧树脂之间的界面1a处形成一小的缝隙，尤其是，形成圆柱形电介质4的陶瓷和环氧树脂的线热膨胀系数分别是1～10×10-6/℃和1～10×10-5/℃，在给穿心式电容器进行热冲击试验时，由于上述二热膨胀系数之间较大的差异，在陶瓷和环氧树脂之间的界面1a处会因较强的残余热应力而产生缝隙和裂缝，这造成电荷的集中和介电强度性能的降低。并且，在对该穿心式电容器进行抗湿试验时，湿气会侵入该穿心式电容器，为了防止湿气侵入，设置了绝缘管7。
具有上述结构的穿心式电容器由于是设置在磁控管的屏蔽壳中，故是暴露在高温的环境下的。在电灶中，磁控管由一冷却风扇产生的风经由冷却片冷却，该穿心式电容器也会受到风而冷却。但是，磁控管的阳极部分被加热至大约300℃的高温，而电容器总是暴露于100℃至120℃的高温下，以及经常暴露于大约150℃的更高的温度下。而且，偶尔电容器会加热至180℃至200℃的高温。
并且，由于如电灶和炉的实用商品的发展以及为了节约成本采用了冷却能力低的冷却风扇，故对穿心式电容器的抗热能力具有很高的要求。
但是，环氧树脂在大约150℃的温度时软化，它的裂化迅速发展从而在界面处造成剥落。因此，普通的穿心式电容器对上述严格的抗热要求有局限。
为了解决上述的问题，最近研制了一种抗热约200℃的树脂。但是，这种树脂硬度很高，因此由于其收缩时和热冲时产生的残余应力而会产生裂缝和断裂，并且，在界面处产生缝隙和剥落。结果是介电强度低和可靠性变差。
另一方面，已知硅橡胶具有大约200℃的高抗热性，富有弹性。但是它没有粘合力。因此不可能用硅橡胶作为穿心式电容器的绝缘充填物，因为湿气会通过在用作绝缘充填物的填入的硅橡胶与陶瓷电介质1之间形成的小缝隙，而侵入电容器内，造成绝缘性能很差。
为了解决上述问题，考虑了一个给被充填物复盖的各元件加涂料的方法。但是，由于需要一个额外的涂敷涂料的工序，并且该涂料层的控制是较困难的，因此这不可能获得稳定的电介质和抗湿性。
此外，由于在驱动磁控管时有7至8千伏的高压加到穿心式电容器上，因此该穿心式电容器要求有十几千伏数量级的介质电阻。
从上述显然可知，穿心式电容器在高介质电阻，抗热和抗热冲击方面有严格的要求。
并且，穿心式电容器要求具有高跟踪电阻(trackingresistance)作为其所具有的重要性能之一。该跟踪电阻是用于在由于温度迅速和很大的变化因而水冷凝在穿心式电容器的表面上的情况下来评估介电强度。在这方面，由通常所用的有机高聚合物制成的绝缘外壳9和外罩10的跟踪电阻很差，因为该高聚合物在一旦高压沿电容器的外缘泄漏时就碳化，因而电容器变成短路状态。
如上所述，由于硅橡胶用作绝缘管7，因此成本高，并且由于插入穿心导体的工作是很麻烦的，故电容器的成本变高。而且，采用环氧树脂作为绝缘充填物的电容器的绝缘性能在大于150℃(使用环氧树脂的上限)的较高的温度下迅速变坏。
因此，本发明的一个目的是提供一种其中采用自粘合硅橡胶作为绝缘材料的穿心式电容器。
这种使用自粘合硅橡胶的高压穿心式电容器的击穿电压的范围是26至40千伏(交流)。
相应地，本发明的另一个目的是通过将电容器的击穿电压范围集中在较高电压方面而提高该高压穿心式电容器的可靠性。
本发明又一个目的是改进绝缘外壳和/或绝缘外罩的跟踪电阻。
本发明再有一个目的是提供一种制造无裂缝且具有高击穿电压的穿心式电容器的制造方法。
为了实现上述目的，根据本发明，采用了具有很好的弹性的硅胶或自粘合硅橡胶作为充填在圆柱形的电介质内的绝缘材料。
根据本发明的一个方面，在穿心导体的相对于圆柱形电介质的内表面的中间部分的四周围预先形成一层难于粘附到自粘合硅橡胶上的表面润滑剂。该层表面润滑剂可以通过涂聚四氟乙烯，涂敷硅脂或使用硅管或聚四氟乙烯管(由聚四氟乙烯(PTFE)，四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)，或四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)制成的管)而形成。也可以给穿心导体镀上一层与自粘合硅橡胶表现出弱结合力的金属。
根据本发明的另一方面，充填入由外壳或绝缘外罩所限定的空间的粘合硅橡胶是在等于或低于80℃的一个较低的温度下固化的，并其后加热至100℃或以上以便给予其粘合性能，这称为二阶段分步固化。这能降低穿心电介质的内表面与自粘合硅橡胶之间的胶粘度的变化，从而能保证高介电性与跟踪电阻。
根据本发明的又一个方面，在将自粘合硅橡胶充填入穿心式电容器后，对该电容器的外表面进行蠕缓放电。
根据本发明的还有一方面，形成在圆柱形电介质的端面上的电极与要焊在其上的金属板之间的接触面积采用线状接触而减至最小，以便避免可能由在它们之间焊接时形成的气孔(tunnel)所造成的低劣的耐电压性能。
根据本发明的再有一个方面，设置了一个相对于穿心式电容器机械强度较弱的部分，以便在外力加在电容器上时缓冲该外力。
不具有完全桥接结构的硅胶呈现出色的粘结性和高杨氏系数，并且在固化时不会收缩。因此，这能吸收或减轻由圆柱形电介质和/或穿心式导体的热膨胀所引起的热应力。这增强了抗热性和抗热冲击的能力。
硅橡胶的自粘性是通过将一种或更多的诸如硅烷偶合剂(Couplingagent)那样的成分加入硅橡胶合成物中而获得的。该自粘合硅橡胶对陶瓷、金属、塑料之类表现出极强的粘合性，和很高的绝缘性能。并且，它能有效地吸收由热膨胀引起的热应力，因而也同样地提高了硅胶的抗热性和抗热冲击的能力。
如上所述，根据本发明的一个方面，提供了一层表面润滑剂，一个由对硅橡胶表现出差的粘合力的材料制成的管子，或一层镀在穿心导体中间部分的周围的镀层。在这一方面，该穿心导体具有若干部分和一没有粘合到其中间部分的硅橡胶上的部分。因此，填入的硅橡胶粘结到穿心导体的端部但几乎不粘结到其中间部分上。这样有效地保证了硅橡胶对该穿心导体的密封性能。
根据本发明的另一方面，通过用硅橡胶本身形成穿心式电容器的外表面可以省掉外绝缘外壳和绝缘外罩。
该硅橡胶表现出一种所谓的斥水性，因此，由于冷凝在硅橡胶的外表面上的水因其斥水性而滴落，故提高了跟踪电阻。
并且，由于硅橡胶不含碳成分，因此它不易燃烧，即使沿着穿心式电容器产生蠕缓泄漏时它也不会碳化。
因此如果产生蠕缓放电后，它能马上恢复原来的绝缘状态。
自粘合硅橡胶的固化和粘结反应在等于或高于100℃情况下历时1或2个小时。
在这些反应中，对粘结反应来说，绝对需要等于或高于100℃的温度，但对固化反应来说，即使在室温下也能产生，只是需要很长的时间。
一般说来，通过把模制的硅橡胶加热至等于或高于100℃的高温，能在制造时方便地并行地进行上述两个反应。
但是，在本发明中，敢于分别进行这两个反应。即，在低温下化一长时间进行固化反应，在固化反应完成后，进行粘结反应。根据这一方法，能在固化反应期间有效地抑制穿心导体的热膨胀。
根据本发明的又一方面，对硬化的绝缘树脂的外表面进行蠕缓放电处理，以便使其光滑。弄光滑了的外表面能防止粘附上灰尘或水，因此，能有效地避免蠕缓泄漏。
根据本发明的还有一方面，穿心导体的边缘部分和要与圆柱形电介质的第一和第二电极接触的接地金属板的接触部分是分别形成的，以便有较窄的接触面积，换言之，在它们之间成线状接触。
这种结构能防止在接触部分产生缝隙。因此，乳酪焊剂中所含的溶剂和焊剂能很容易地熔化，并不易产生孔隙或焊接气孔。
根据本发明的再一方面，当施加大于预定值的外力时，穿心导体的-Faston接片弯曲，这防止了圆柱形电介质断裂。
以下面参阅附图，结合本发明的最佳实施例所作的说明中，将会更清楚了解本发明的上述这些和其他的目的和特点。附图中
图1、2、3和4分别是根据本发明的高压穿心式电容器的剖视图;
图5、6、7和8是比较本发明的高压穿心式电容器与普通的穿心式电容器的各性能的曲线图;
图9是根据本发明的穿心式电容器的零件分解图;
图10，11和12是根据本发明的另一最佳实施例的高压穿心式电容器的剖视图;
图13(a)和13(b)是示出有关自粘合硅橡胶的粘结方向的说明性视图，其中图13(a)是图12的局部放大图，而图13(b)是沿图12中线V-V′取的局部放大剖视图;
图14和15分别是用以示出根据普通的制造方法和根据本发明的制造方法所产生的内部作用的说明性视图;
图16和17分别是示出有关普通穿心式电容器和根据本发明的穿心式电容器的击穿电压分布的直方图;
图18、19和20是用以示出如果穿心导体的边缘部分和接地金属板以较宽的接触面积与第一和第二电极接触时所造成的缺点的说明性视图;
图21，22和23分别是根据本发明的最佳实施例的穿心式电容器的主要部分的剖视图，其中穿心导体的边缘部分和接地金属板分别与圆柱形电介质的第一和第二电极线状地接触;
图24是图23的局部放大图;
图25是用以示出当一外力施加在穿心导体的Faston接片上时所产生的裂缝的说明性视图;
图26(a)和26(b)分别是根据本发明最佳实施例之一的穿心导体的正视图和侧视图。
图27是采用图26(a)和26(b)中所示的穿心导体的穿心式电容器的剖视图;
图28是根据本发明另一最佳实施例的高压穿心式电容器的剖视图;
图29(a)和(29b)分别是根据本发明又一个最佳实施例的高压穿心式电容器的侧视图和正视图;
图30(a)和30(b)分别是根据本发明的别的一个最佳实施例的高压穿心式电容器的侧视图和正视图;
图31(a)和31(b)分别是根据本发明的还有一个最佳实施例的再一个高压穿心式电容器的侧视图和正视图;
图32是装有高压穿心式电容器的磁控管的局部剖切的正视图;
图33是普通高压穿心式电容器的剖视图;
图34(a)和34(b)是用以示出固化环氧树脂方式的说明性视图，其中图34(a)是图33的局部放大图，而图34(b)是沿图33中线X-X′截取的放大剖视图。
应该指出，下文采用了与图33和34中所示的普通穿心式电容器的元件标号相同的参考标号，来表示根据本发明的穿心式电容器的元件，使它们尽量与普通电容器中那些元件相对应。
图1示出根据本发明的第一个最佳实施例。
在该最佳实施例中，硅胶11被充填入圆柱形电介质1内的空间中。
所要用的硅胶根据日本工业标准(JIS)具有60的穿透率和85%的弹性。并且，具有肖氏硬度D-90(根据日本工业标准)的环氧树脂12被充填入圆柱形电介质1外的空间中，并且被固化成沿穿心导体4的轴向有15Kg力的强度。
该穿心式电容器的其他结构基本上普通电容器的相同。
图2示出本发明的第二个最佳实施例。
在该最佳实施例中，根据日本工业标准具有穿透率60和弹性85%的硅胶11被充填在圆柱形电介质内外的空间中。被充填的硅胶的两个端面复盖了具有根据日本工业标准肖氏硬度为D-90的环氧树脂层12和12′。
该电容器的抗湿能力由这两层结构而有效地增强，且沿穿心导体4的轴线获得了15Kg力的机械强度。
根据该第一和第二最佳实施例，在抗热试验和/或热冲击试验时，所充填的硅胶吸收和减轻了由外壳9和圆柱形电介质1的热膨胀所产生的应力。
也可以采用比所述硅胶的硬度高得多的自粘合硅橡胶来代替该硅胶。
接下来参阅图3说明采用自粘合硅橡胶的第三个最佳实施例。
在该最佳实施例中，穿心导体4具有一通过锻造由一金属棒形成的连接缘13。
该连接缘13和扩大了的接地金属板6用锡-银共晶焊剂电连接到第一电极二和第2电极3上，该焊剂的熔点是220℃，此锡-铅共晶焊剂的熔点(183℃)高。因此，改善了该穿心式电容器的抗热性。采用具有很好抗热性的树脂，例如，聚亚苯基硫醚(PPS)，聚丁烯对酞酸盐(PBT)或类似的树脂也是理想的。PBT树脂的热变形温度约为210℃而PPS树脂的热变形温度为260℃。
当自粘合硅橡胶被用作绝缘材料时，采用东芝有机硅公司(ToshibaSiliconeCorp)出售的自粘合硅TSE3331是较理想的。TSE3331是一种由两种液体型组成的热固硅橡胶，并由加热固化。它是通过混合主剂(A)和固化剂(B)而制成的。
下面说明根据本发明的穿心式电容器的制造方法。该方法包括下列步骤(1)至(8)。
(1)用诸如钛酸钡的陶瓷粉末形成圆柱形电介质;
(2)锻烧上述电介质;
(3)通过锻烧用印刷方法镀在圆柱形电介质的二端面上的银糊膏或银-镤糊膏形成电极2和电极3;
(4)在各电极2和3上涂上乳酪焊剂;
(5)用合适的工具组装圆柱形电介质1，穿心导体4和扩大了的接地金属板6;
(6)用回流炉将电极2和3焊接到连接边缘13和接地金属板6上;
(7)用糠基乙酸或三氯乙烷清洗组装好的各元件;以及(8)将绝缘树脂14填充入组装好的元件的空间中。
根据上述方法制造的图3的穿心式电容器的性能下文进行说明。
图5是示出穿心式电容器的击穿电压与温度关系的特性的曲线图，曲线A和B分别表示图33中所示的普通穿心式电容器和根据本发明的穿心式电容器的击穿电压与温度的关系。
击穿电压是以下述方式测量的。
从同一批产品中任意抽取几个样品，并将它们浸入为高绝缘材料的硅油中。将硅油加热至例如120℃的高温，并在该温度下保持10至15分钟，在这样的条件下，将一交流高压加至各样品的扩大的接地金属板6与穿心导体4之间。
普通穿心式电容器的几个样品在120℃的平均击穿电压是26.5千伏(交流)。类似地也测量了其他的数据。
从图5可以清楚地看出，普通穿心式电容器的击穿电压在温度上升到150℃的急剧地下降至大约10千伏。由于在正常在情况下要求击穿电压具有等于或大于10千伏(交流)的值，因此对普通穿心式电容器来说150℃是使用的上限。
与之相反，根据本发明的穿心式电容器的击穿电压即使在200℃时也约为30千伏(交流)，因此，根据本发明，获得了比普通穿心式电容器高得多的击穿电压。
图6是示出首先被击穿的样品数目的分布的直方图，测量是在室温下(20℃)对20个样品进行的，空白方格表示普通穿心式电容器的样品，而打阴影线的方格表示本发明的穿心式电容器。
从图6所示的数据可清楚看出，与普通的电容器相比较，本发明的穿心式电容器在介电强度上大有改善。
图7是示出已在150℃的调温器中保持了1000小时的样品的击穿电压分布的直方图。
从图7中可清楚看出，所有普通穿心式电容器样品在低于10千伏的电压下被击穿，与之相反，本发明穿心式电容器样品表现出与图6中所示的初始击穿电压相似的极佳的击穿电压性能。
图8是示出在热冲击试验后在室温下获得的击穿电压分布的直方图，在该热冲击试验中，样品的先在-40℃的调温器中放30分钟，在150℃的调温器中放30分钟，这样重复200循环。
从图8可清楚看出，虽然普通的穿心式电容器的介电击穿电压特别低，但是根据本发明的样品表现出如图6所示的初始击穿电压性能类似的击穿电压特性。
图4示出本发明的第三个最佳实施例。
在该实施例中，围绕由圆柱形电介质1包围的穿心导体4的一部分形成一几乎与自粘合硅橡胶不粘合的表面滑润剂层15。该表面滑润剂层15可由聚四氟乙烯镀层，硅脂，硅管或聚四氟乙烯管(例如由聚四氟乙烯(PTEE)，四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物或四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)制成的管)。如图4所示将表面润滑剂层15的轴向长度延长超过圆柱形电介质1的轴向长度是较理想的。
自粘合硅橡胶14(例如TSE3331)被充填入穿心式电容器的空间中作为绝缘材料。
在这种结构中，由圆柱形电介质1包围的穿心导体4的中间部分不粘合到所充填的自粘合硅橡胶上，但圆柱形电介质1与后者很好地粘合。因此，即使由在热冲击试验时所加的热冲击所造成的残余应力也不会在圆柱形电介质1与所填入的硅橡胶14之间造成任何剥离。而且，穿心导体4的除了由表面润滑剂层(管)15复盖的中间部分外其他各部分是很好地粘合到填入的硅橡胶14上，因此，有效地改善了穿心式电容器的抗温，抗湿和耐电压性能。
应该注意，表面润滑剂层(管)15形成为具有的厚度(例如0.1毫米)远远薄于普通穿心式电容器中所采用的硅管厚度(约0.5毫米)，且不要求具有很好的弹性。
也可以通过围绕穿心导体的中间部分镀上如镍那样的金属形成一金属层来代替表面润滑剂管15，该金属层几乎不与自粘合硅橡胶相粘合。
图9示出要用于电源线路(诸如磁控管电路)的一实际高压穿心式电容器。这类的实际穿心式电容器设置有一对穿心式电容器，该对电容器各包括圆柱形电介质1和1′，与连接边缘13和13′成整体的穿心导体4和4′，一扩大的接地金属板6，一外壳(图中未示)和一绝缘外罩(未示)。自粘合硅橡胶填充入其内所形成的空间中。穿心导体4和4′的上端形成Faston接头4a和4a′，接头4a和4a′要被插入电灶的阴端子插座(Faston插座孔)中。
图10示出本发明的第四个最佳实施例。
在该实施例中，省出了绝缘外壳9和绝缘外罩10，自粘合硅橡胶本身形成了该电容器的外表面。
在制造这种电容器时，由聚四氟乙烯制成的一对压模被用来填入自粘合硅橡胶。在这种情况下，在上述的制造方法的步骤(8)后要加入一个在固化填入的硅橡胶后除去压模的步骤(9)。由于聚四氟乙烯不粘合到硅橡胶上，因此压模易于除去。
这种类型的穿心式电容器的击破电压性能基本上与图6至图8所示的相同。
对于跟踪电阻，进行了下列的试验。
从一箱子的顶板上吊下数个穿心式电容器样品，并用来自超声波湿润器的水喷撒。在此状态下，将5千伏(交流)的高压加到穿心导体4与接地金属板6之间，测量从开始放电至在其之间的电流增加至选择作为截止电流的10毫安所经历的时间，当电流增加至该截止电流，切断所加的电压，于是用干布擦拭该电容器的表面后，进行第二次试验。类似地进行第三和第四次试验。
表1示出了有关三个任意选择的样品的测试结果表1号数放电次数第一第二第三第四现有127分立刻击穿技术216分27分立刻击穿313分立刻击穿146分30分42分200分以上本发238分14分53分200分以上明325分43分29分200分以上在这次测试中，在本发明的样品的第四次试验中，200分钟时间内，没有检测到放电，200分钟过去时测试停止。
从表1可以清楚看出，普通的电容器由于其外壳9和绝缘外罩10的表面在一旦发生了蠕缓放电时碳化而形成导电通路(短路)，因此很容易击穿，与此相反，根据本发明的电容器能在每次出现蠕缓放电时恢复至其初始状态，因此其跟踪电阻大大提高。
在图11所示的例子中，与图4所示例子相似，在由圆柱形电介质1包围的部分的周围形成了一表面润滑剂层15。
在图12所示的例子中，沿着穿心导体4的轴向部分的整个长度形成有一与自粘合硅橡胶不相粘合的镀层16，以便沿着中间部分形成与穿心导体4不相粘结的范围。
下面参阅图12和13说明形成无粘结范围的方法。
该穿心式电容器的各元件与图10所示的穿心式电容器的各元件类似地组装起来，并在其空间中填入自粘合硅橡胶。
在填入的自粘合硅橡胶固化后，在自粘合硅橡胶填入圆柱形电介质1内的部分，便互相产生一粘合到电介质1的内壁1a上的粘合力F1和粘合到穿心导体4上的粘合力F2，如图13中箭头所示。由于在切剪情况下圆柱形电介质1的内壁(1a)与自粘合硅橡胶之间的粘结温度大约是15公斤/平方厘米，而在穿心导体4与自粘合硅橡胶之间的粘结强度约是7公斤/平方厘米，因此粘合力F1大于粘合力F2。因此，等于(F1-F2的合力施加到硅橡胶上，从而在穿心导体4与硅橡胶之间形成一缝隙(无粘结范围)。
由于穿心导体4的其他各部分没有被圆柱形电介质1包围，故只有力F2起作用，从而使自粘合硅橡胶粘合到穿心导体4的那些部分上，因此，在穿心导体4的中间部分形成无粘结范围17，而自粘合力强烈地粘结在其他部分上。这样，因温度很大变化造成的穿心导体4的热膨胀被有效地抑制，并且因温度很大变化，在硅橡胶中产生的热应力可以被减至最小，从而有效地避免了自粘合硅橡胶14的损坏。
硬化自粘合硅橡胶的方法，后面参阅图10进行说明。
例子1采用由东芝有机硅公司出售的硅橡胶作为自粘合硅橡胶14是较理想的。如上所述，TSE3331是两种液体型组成的热塑硅橡胶，它是通过将主剂A和固化剂B混和而制成的。
在该实例中，采用了如图10所示的是有裸露硅橡胶的穿心式电容器。
在详细说明本实例之前，首先说明用普通方法制造的高压穿心式电容器的击穿电压特性，根据该方法，自粘合硅橡胶经受高于100℃的温度，以同时经历固化反应和粘合反应。
根据对用普通方法制造的穿心式电容器进行击穿试验的分析，在26至32千伏(交流)的较低电压下产生的击穿是由在圆柱形电介质的内表面与硅橡胶之间的界面上的放电造成的，在34至40千伏(交流)的较高电压下击穿的电容器中，圆柱形电介质被击穿而成碎片。会产生这两类击穿模式的原因可能是在圆柱形电介质的内壁与硅橡胶之间的粘合的不稳定性。
根据固化反应和粘合反应在高温(≥100℃)下同时进行的普通方法，自粘合硅橡胶在固化的同时粘合到在高温下已膨胀的穿心导体上。在这种状态下，该穿心导体的直径由于热膨胀而增大，如图14(a)的箭头所示。
但是，当电容器放在室温下时该穿心导体缩小，因此，由于该导体的收缩在硅橡胶中产生向内的残余应力，如图14(b)中的箭头所示，这也许就是上述粘合不稳定的原因。
图15示意地示出根据本发明的二阶段固化方法的步骤(a)(b)和(c)。
图15的步骤(a)示出在低温下进行的自粘合硅橡胶的固化步骤，在该步骤中，穿心导体的热膨胀被抑制到很低。
图15的步骤(b)示出自粘合硅橡胶的粘合步骤，在该步骤中，在高温下只进行其粘合反应，并且该硅橡胶受到一压缩力(如细箭头所示)，该压缩力是由如粗箭头所示的穿心导体的热膨胀所产生的，但是，当穿心导体在室温下收缩时硅橡胶并不受到由穿心导体引起的任何应力，如图15中步骤(c)所示。
从上述可以清楚知道，根据本发明的制造方法，硅橡胶虽然受到来自穿心导体的挤压力，但它从不受到迫使它从穿心导体剥落的力。相反，根据普通的固化方法，硅橡胶受到穿心导体拉吸，从而使穿心导体与硅橡胶之间的粘合被迫剥离。也需注意的是，硅橡胶抗拉伸力的强度是大于其抗压缩力的强度的。
此外，采用具有较小热膨胀系数的金属作为穿心导体是较理想的，以避免由于热膨胀所产生的影响，即热膨胀系数分别为2.0×10-6，6.5～7.0×10-6和11.5×10-6的琥珀(36镍-铁)，42合金(42镍-铁)和铁是理想适用的。
下面讲述制造如图10所示的穿心式电容器的另一个方法。
这个方法包括(1)至(16)十六个步骤，其中步骤(1)至(7)基本上与说明第二个最佳实施例时的步骤相同，因此其特征步骤是(8)至(16)，即该方法包括下列十六个步骤(1)用诸如钛酸钡那样的陶瓷粉末形成圆柱形电介质;
(2)锻烧上述粉末形成的电介质;
(3)通过锻烧用印刷方法镀在该圆柱形电介质两端表面上的银膏糊或银-镤膏糊形成电极2和3;
(4)在各电极2和3上镀乳酪焊剂;
(5)用适当的工具组装圆柱形电介质1，穿心导件4和扩大的接地金属板6;
(6)用回流炉将电极2和3焊接到连接边缘13和接地金属板6上;
(7)用糠基乙酸或三氯乙烷清洗组装好的各元件;
(8)秤量两种液体型组成的自粘合硅橡胶，并将这两种液体混合;
(9)在等于10毫米汞柱以下的真空下去掉硅橡胶中的气孔;
(10)将硅橡胶填入由聚四氟乙烯制成的压模中;
(11)在真空下去除被填入的硅橡胶中的气孔;
(12)在50℃温度下进行固化反应48小时;
(13)在120℃温度下进行粘合反应1至2小时;
(14)翻转压模，以便在相对于接地金属板6的另一侧填入硅橡胶;
(15)重复步骤(8)至(14)，以便制造许多电容器;
(16)除去用聚四氟乙烯制成的压模。
如上所述，由于聚四氟乙烯几乎不与硅橡胶粘合，因此易于将压模除去。
可用绝缘外壳和外罩来复盖裸露的模制好的硅橡胶，因为它们对穿心导体和硅橡胶没有影响。
例子2在例子1中所采用的TSE3331一般是用来同时进行固化反应和粘合反应的，且在低温下其固化反应的速度很慢，因此很不实用。这是因为硅橡胶中含有较多反应减速剂，以便给出一个约8小时的长适用期(规定为粘度成为原粘度2倍的时间)。
因此，在例子2中采用了另一种自粘合硅橡胶来取代TSE3331。
即，采用了含少量反应减速剂的自粘合硅橡胶以便加速在低温下的固化反应。例如由东芝有机硅公司出售的XE14-804是理想适用的，由于硅橡胶在50℃温度下固化2小时，且粘合反应在120℃温度下1小时完成，这样可以缩短工作时间。但是，其适用期(约1小时)变得远远短于TES3331的适用期。
图16和17分别是示出根据普通方法制造的电容器的分布的直方图，和根据即在上面所述的本发明方法制造的电容器的分布的直方图。
对应于普通电容器的图16中所示的直方图表明初始击穿电压广泛地分布在一个从低压至高压的范围内。相反，对应于本发明的图17的直方图表明初始击穿电压集中在一个狭窄的高压范围。
在本试验中，从同一批产品中抽出相应的20个样品，并在室温下(20℃)测试初始击穿电压。
根据本发明的另一个最佳实施例，如图10所示的高压穿心式电容器经受一蠕缓放电处理。
蠕缓放电方法以后再详细介绍。
首先，将图10所示的那种高压穿心式电容器放在一高湿度状态的封闭盒子里，用设置在盒内的超声波湿润器喷水来实现所述的高湿度状态。
然后将5千伏的交流电压加至放置在盒内的各电容器上。
该状态一直保持到发生第一次蠕缓放电。截止交流电压的截止电流设定为10毫安，然后，重复蠕缓放电处理。
表2示出各放电次数和到发生放电的时间间隔，以样品A、B、C为例。
表2第一次第二次第三次第四次A46分钟30分钟42分钟没有放电B38分钟14分钟53分钟没有放电C25分钟43分钟29分钟没有放电在该表中，“没有放电”是指经过200分钟没有观察到放电，因此，其后该测量停止。
从表2可以清楚看出，所有样品在第二次放电后1小时之内发生第三次放电，但第三次放电后所有样品都没有观察到放电。
这可能是基于下列的原因(A)通过对具有较粗糙表面的硅橡胶进行蠕缓放电处理，在自粘合硅橡胶表面上形成一层二氧化硅的绝缘层。
(B)一般说来，该绝缘层不易带电，因此灰尘几乎不粘附到该绝缘层上，虽然由于硅橡胶易于带电，灰尘易于粘附到裸露的硅橡胶的表面上。
(C)硅橡胶的粗糙表面由于蠕缓放电而变得光滑，因此灰尘和水气几乎不粘附到其光滑的表面上。
上述这些事实可共同地抑制蠕缓放电的发生。
下面说明在将连接板5和接地板6与形成在圆柱形电介质1上的第一和第二电极2和3焊接在一起时所产生的问题。
如图18所示，电极2和3是通过锻烧银或银-镤膏糊而形成在圆柱形陶瓷电介质1的两端表面上的，并用乳酪焊剂18a和19a焊接到连接板13和接地金属板6的接触部分18和19上。乳酪焊剂被制成膏糊状以便镀印上去。溶剂和焊剂在熔融焊料时一般完全熔化或挥发掉。但是，它们可能会根据涂敷量、温度、加热时间和类似的因素而留在熔融的焊料中，因此，易于产生气孔18b和19b。产生这个现象是由于第一电极2与连接板13的接触部分18之间的平面接触，以及第二电极3与接地板6的接触部分19之间的平面接触。
如果在各接触部分18和19处形成许多气孔便降低了那里的连接强度。而且，即使清洗过后焊剂也易于留在焊料中，而留下的焊剂对要用作绝缘树脂的硅橡胶的粘合反应有坏影响。这是因为焊剂妨碍了两种液体型组成的硅橡胶的固化。
另外，如果接触部分18和19没有如此好的平面精度，易于产生缝隙(焊接气孔)。如形成这样的焊接气孔，便会通过其发生树脂泄漏20，如图19所示。
由于下述原因，这使电容器的介质电阻变坏。即，当将硅橡胶填入由聚四氟乙烯的压模所限定的其中放有组装元件的上部空间时，如图19的箭头A所示，填入的硅橡胶通过焊接气孔泄漏至组件的内部空间。泄漏的硅橡胶20与填入上部空间的硅橡胶一起固化。
然后翻转压模21，并将另一压模22放在压模21上。然后如图20的箭头B所示，将硅橡胶14′填入压模22中。后来填入的硅橡胶14′并不粘结到泄漏的硅橡胶20上，而其粘结状况在靠近泄漏硅橡胶20处也变得较差。这种差的粘结情况造成了介电强度差。
图21至23示出了用以解决上述问题的本发明的第五个实施例。
在该最佳实施例中，穿心导体4的边缘状连接板13的接触部分23和接地板6的接触部分形成了与圆柱形电介质1的第一电极2和第二电极3线状接触。
在图21中，接触部分23做成尖锐，而接地板6的接触部分24向上升起以便仅以该接地板的厚度与电极相接触。
在图22中，接地板6的接触部分24以45°角上举并截断，以便以其上边缘与电极3相接触。
在图23中，接地板6的内侧部分以45°角上举，并且其内缘下折形成直角，以便避免压时所产生的毛口影响该接触部分。图24示出图23所示情况的接触部分23和24的焊接状态。
在图21至23所示的这些例子中，在焊接时分别都不产生孔穴，因为乳酪焊剂中所含的溶剂和焊剂完全熔化挥发掉。这是由于接触部分23和24都分别线状地与电极相接触。
而且，在该结构中，与普通的电容器情况相比较，在接触部分难以形成缝隙，因此几乎不形成焊接气孔。这样有效地防止了硅橡胶的泄漏，大大地改善了在接触部分的介电强度和粘结强度。
下面说明本发明的第六个最佳实施例，这是用以当外力施加在穿心导体4上时，防止在圆柱形电介质1中产生裂缝。
如图25所示，当一大于预定值(例如4公斤或更大)的外力以箭头A或A′所示的方向或以垂直于A或A′的方向施加在Faston接片上时，由于外力经由穿心导体4的连接板13加在电介质上，会在圆柱形电介质1中造成裂缝25。一旦产生裂缝，介电强度便急剧下降。
在将高压穿心式电容器安装到电灶的磁控管上，测试电灶磁控管时，外力便加在Faston接片4a和4a′上。就正常使用而言，如上所述的这种裂缝几乎不会形成。但是，当电容器被强制装到电灶上或从电灶上拆下，以前插入的Faston接片4a和4a′被强制拉出或电灶从高处跌落而将一额外力加到它们上面时，会产生那样的裂缝。由于电容器各元件由硅橡胶所包围，故在电容器的外表面不可能发现有裂缝。只有在最终检查电容器时才检查出较差的介电强度。
图26示出用以防止裂缝出现的本发明的第七个实施例。
穿心导体4是通过锻压一铁棒而形成的，从而形成有边缘部分13作为连接板和Faston接片4a。在该Faston接片4a的两侧，形成有与其宽度方向平行的二凹槽26和26。而且，在Faston接片4a与边缘部分13之间的连接部分形成有与Faston接片4a的主平面垂直的方向平行的二凹槽27和27′。用镍、锡或类似的金属镀Faston接片4a是较理想的。
表3示出了由二凹槽27和27′所限定的厚度t1与加到接片4a的顶端部使Faston接片4a开始弯曲的力F1之间的关系。图26中所示各尺寸如下L1＝17毫米L2＝8.5毫米，L3＝19毫米，以及W1＝W2＝1毫米。
表3t1(毫米) 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1F1(公斤) 2 2.5 3 3.5 4 4.5
此外，表4示出了由二凹槽26和26′限定的厚度t2与加到接片4a顶端使Faston接片开始弯曲的力F2之间的关系。
表4t2(毫米) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7F2(公斤) 2 2.5 3 3.5 4根据由本发明的发明人所进行的实验，由于当加上大于4公斤的外力时，在圆柱形电介质1的第一电极2附近造成裂缝，故凹槽27与27′之间的厚度t1必须等于或小于0.9毫米，且凹槽26和26′之间的厚度t2必须等于或小于0.6毫米，以便有效地缓冲外力而不致在电介质1中造成裂缝。但是，厚度t1和t2应该适当，以便防止接片4a或4a′由于一在将穿心式电容器安装到磁控管或电灶上或在检验过程中会加在其上的一通常的外力而弯曲。
另外，应该注意，如果厚度t1和t2太薄，在启动电灶时流过的大约10安培的电流造成的焦耳热会使穿心导体变得过热。而且，根据各国所规定的工业标准来限制厚度。例如，根据英国标准(BS)，L2必须等于或大于7.9毫米，而根据西德工业标准L2必须等于或大于8毫米。
因此，它必须等于或大于8毫米，以便满足各工业标准。
图27示出一包括两个单元的实际高压穿心式电容器，各单元采用了图26中所示的穿心导体4和4′。
下面说明本发明的第八个最佳实施例。
该实施例用以防止安装在电灶上的磁控管的基波振荡频率的谐波分量泄漏掉。
该高压穿心式电容器能有效地抑制在低频区的不必要的电波的泄漏，但它几乎不能抑制不必要的高频分量的泄漏。尤其是，磁控管的基波的五次谐波分量与卫星广播所用的频率分量部分一致，因此担心泄漏的五次谐波分量会影响用于卫星广播的电波。
图28示出为抑制不必要的高频分量的泄漏而提供的第八个最佳实施例。
如图所示，在该实施例中，形成有一与连接板5成一整体的第一阻波元件28，它以一预定的长度共轴地包围住穿心导体4。第一阻波元件28的轴向长度l1确定为与一波长相对应，该波长是由一任意谐波分量(例如基波振荡频率的五次谐波分量)与4
的倒数的积所给出，式中εr是模制所用的绝缘材料的相对介电常数。
形成包围穿心导体4的与接地板6成整体的第二阻波元件29也是理想的。该第二阻波元件29的轴向长度l2确定为与一任意谐波分量(例如基波振荡频率的二次谐波分量)的波长和4εr]]>的倒数的积相对应。
磁控管的基波振荡频率是2450赫，绝缘树脂的相对介电常数εr大约为3。
应该注意，可以省略掉第一阻波元件28和第二阻波元件29中的任一个元件，且它们各相应的尺寸可以设定为抑制除了二次和五次谐波分量外的任意谐波分量，或者设定为抑制除了谐波分量外的高频分量噪声。
这些用以抑制高频噪声的阻波装置可用于图33中所示的普通高压穿心式电容器。
图29(a)和29(b)示出用以改善跟踪电阻而提出的本发明的第九个最佳实施例。
在该最佳实施例中，绝缘树脂14形成两个椭圆形的锥体14A和14B，它们由接地板6分隔开。各椭圆形锥体14A和14B有两个从接地板6倾斜至其自由端面14b的宽表面14a和14a。
跟踪电阻的测试以与本发明的第五个最佳实施例中所用的相同方法进行。测试结果如表5所示。
表5样品号至放电发生所需时间第一次第二次第三次第四次149分钟58分钟200分钟200分钟或更多或更多243分钟200分钟200分钟200分钟或更多或更多或更多335分钟45分钟40分钟200分钟或更多从表5与表1的比较可清楚看出，具有如图29(a)和29(b)所示的结构的穿心式电容器的跟踪电阻与本发明的第五个最佳实施例的相比较大大改善了。
这是因为冷凝在穿心式电容器的倾斜表面14a和14a上的水滴由于该倾斜的表面以及硅橡胶的出色的斥水性能很容易地流下来。
图30a和30b中所示的穿心式电容器具有两个沿宽表面14a和14a的纵向中心线形成的倾斜的凹槽30和30。这两条槽是用于收集凝结在各宽表面14a和14a上的水滴的，被收集的水滴从锥体14A和14B的各自由端流出。
图31(a)和31(b)示出本发明第九个最佳实施例的另一个例子，在该实例中，倾斜的凹槽30是沿着各椭圆形锥体14A和14B的各倾斜的宽表面14a的纵向中心线形成的。
与图29和30所示的两个实施例相比，由于本结构兼有它们的长处，因此在使水滴流下来方面优越得多。
图32示出了装有本发明穿心式电容器的磁控管。
在磁控管31的中心部分，设置了一阴极32。阴极32具有用以发射电子的灯丝。多个平板状的由无氧铜制成的脉管33包围在阴极32的四周径向设置。
这些脉管33固定在一阴极圆筒体34的内壁上，脉管33的基部是由无氧铜制成，或与阳极圆筒体34形成一个整体。
在脉管33的上下二端分别设有具有同样直径的内带状弹簧35和有同样直径的外带状弹簧36，弹簧36的直径大于弹簧35的直径。各内带状弹簧35和外带状弹簧36固定到脉管33上，以交替地与脉管短路。
由相邻的二脉管33和阳极圆筒体32的内壁所包围的空间形成一谐振腔。在该阳极圆筒34的中心部分，脉管33的顶端在其轴向上形成了一圆柱形空间，阴极32就设置在该圆柱形空间。
在阴极32与脉管33之间所限定的圆柱形的空间称作为作用空间37。一均匀直流磁场以平行于阴极32的中心轴的方向加在该作用空间37上。
在阴极圆筒34的上面和下面分别设置了二磁铁38和38以产生该直流磁场。而且，在阴极32与脉管33之间加有直流或低频的高压，一天线导体39设置成其一端与其中一个脉管33的一端相连接。
在上述的结构中，在谐振腔中产生的一高频电场集中在作用空间37内。由于内外带状弹簧交替地与脉管33相连接，相邻的脉管相互具有高频相反的电压。
从阴极32发射的电子在作用空间37中漂移，从而围绕阴极32旋转，在电子群与高步电场之间产生相互作用。由于这相互作用的结果，产生微波，这样产生的微波通过与脉管33连接的天线导体被导向外面。
同时，由于转换成微波的转换效率不是100%，一部分的电子群的能量作为热量消耗掉，为了冷却磁控管，围绕阳极圆筒35的四周设置了辐射散热片。
并且，在该磁控管的阴极靶基的阴极的阴极端42连接有一包括了电感线圈43和穿心式电容器A的滤波器。该滤波器完全被一屏蔽外壳44所包围。该屏蔽外壳的一部分用作穿心式电容器的接地电极6。
应该理解，在不离开本发明的范围和精神情况下，本领域的技术人员显然可以并易于对本发明作出各种修改。因此，所附的权利要求书的范围并不限于这里给出的说明，而是包括了所有属于本发明所属技术领域的技术人员可看作为与本发明的相同或等效的技术特点。
权利要求
1.一种高压穿心式电容器，其特征在于它包括一圆柱形电介质；形成在所述圆柱形电介质的两个端面上的第一和第二电极；一个轴向贯穿所述圆柱形电介质的穿心导体，该穿心导体与所述第一电极电连接；以及读入至少在所述圆柱形电介质的内表面与所述穿心导体之间限定的空间内的，从自粘合硅橡胶和弹性硅胶组中选出的绝缘树脂。
2.如权利要求1所述的高压穿心式电容器，其特征在于，围绕所述的穿心导体的被所述圆柱形电介质所包围的一部分周围形成有一表面润滑剂层，所述润滑剂层是由几乎不与所述绝缘材料粘合的材料制成的。
3.如权利要求2所述的高压穿心式电容器，其特征在于所述表面润滑剂层是由聚四氟乙烯镀层形成的。
4.如权利要求2所述的高压穿心式电容器，其特征在于所述表面润滑剂层是由硅脂形成的。
5.如权利要求2所述的高压穿心式电容器，其特征在于所述表面润滑剂层是由用从硅树脂和聚四氟乙烯组中选出的材料制成的管子形成的。
6.如权利要求2所述的高压穿心式电容器，其特征在于所述的表面润滑剂层是由一金属镀层形成的。
7.一种高压穿心式电容器，其特征在于它包括一圆柱形电介质;形成在所述圆柱形电介质的两个端面上的第一和第二电极;一轴向贯穿所述圆柱形电介质的穿心导体，该穿心导体与所述第一电极电连接;以及和所述第二电极用连接的一接地导体;其中在所述圆柱形电介质的内表面与所述穿心导体之间限定的空间中充填有自粘合硅橡胶，从而使所述穿心导体，所述接地导体的一部分和所述圆柱形电介质的外表面被自粘合硅橡胶所复盖。
8.如权利要求7所述的高压穿心式电容器，其特征在于，所述穿心导体和所述接地板分别与所述第一电极和第二电极线状接触。
9.如权利要求8所述的高压穿心式电容器，其特征在于，分别要与所述第一电极和所述第二电极相接融的所述穿心导体的端部部分和所述接地板的端部部分的至少两者中的任何一个是尖的，以使从其截面图观察时成点状接触。
10.如权利要求7所述的高压穿心式电容器，其特征在于，所述穿心导体设置了一个缓冲一大于预定值的外力的部分，当该外力加到该穿心导体的一端上时通过在所述部分处弯曲而缓冲该外力。
11.一种高压穿心式电容器，其特征在于，它包括一圆柱形电介质;形成在所述圆柱形电介质的两个端面上的第一和第二电极;一轴向贯穿所述圆柱形电介质的穿心导体，该穿心导体与所述第一电极电连接;一与所述第二电极电连接的接地板;以及用以复盖所述圆柱形电介质的内外表面、所述穿心导体的一部分和所述接地板的一部分的绝缘树脂;其中至少所述穿心导体和所述第二电极中任一个设置有与所述穿心导体共轴形成的一阻波装置，其轴向长度相当于λ/4εr]]>，式中λ是所述高压穿心式电容器与之连接的一高频波源所产生的一任意谐波的波长，而εr是所述绝缘树脂的相对介质系数。
12.一种制造高压穿心式电容器的制造方法，各电容器包括一圆柱形电介质，该圆柱形电质具有分别形成在其两端上的第一和第二电极;一与所述第一电极电连接的穿心导体和一与所述第二电极电连接的接地板，该制造方法的特征在于包括下列步骤用绝缘硅橡胶树脂模制所述圆柱形电介质和所述穿心导体;在较低的温度下固化所述的硅橡胶;将所述固化的硅橡胶加至一高温使其进行粘合反应。
13.一种制造高压穿心式电容器的制造方法，各电容器包括一圆柱形电介质，该圆柱形电质具有分别形成在其两端上的第一和第二电极;一与所述第一电极电连接的穿心导体和一与所述第二电极电连接的接地板，该制造方法的特征在于包括下列步骤用绝缘硅橡胶树脂模制所述圆柱形电介质和所述穿心导体;固化所述的硅橡胶;对所述硅橡胶的外表面进行蠕缓放电处理的步骤。
全文摘要
高压穿心式电容器包括一圆柱形电介质，电介质具有形成在其二端面上的第一和第二电极；一与第一电极连接的穿心导体和一与第二电极连接的接地板。在该高压穿心式电容器中，从自粘合硅橡胶和弹性硅胶组中选出的绝缘材料用于至少在该圆柱形电介质与穿心异体之间起绝缘作用。
文档编号H01G4/12GK1041847SQ8910741
公开日1990年5月2日 申请日期1989年9月20日 优先权日1988年9月20日
发明者上野勝, 相贺正幸, 黑田昌文 申请人:三洋电机株式会社