JP2005015773A - 端子のシール構造およびそれに用いるシール材 - Google Patents

Abstract

【課題】 シールするための処理温度が低く、シール作業が容易で生産性の高い端子のシール構造を提供することにある。
【解決手段】 シール材９９の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製封止ケースブロック４０の線膨張係数と同等以上にしたことを特徴とする端子のシール構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は端子のシール構造、例えば、回路を開閉する電磁継電器、スイッチ、タイマー等の開閉装置に使用される端子のシール構造に関する。

従来、金属製ハウジングからなる開閉装置にかかる端子のシール構造としては、例えば、熱応動スイッチがある（例えば、特許文献１参照。）。
すなわち、金属製容器２と蓋板３とで密閉容器を構成し、蓋板３の二つの貫通孔の各々には導電端子ピン８Ａ，８Ｂが電気絶縁性充填材７により絶縁固定されている。前記容器２の内部には熱応動板が固定され、可動接点６と固定接点９とで接点機構を構成する。ヒーター１０は導電端子ピン８Ｂと蓋板３とに接続固定され、接点の溶着時にはその一部が溶断して電路を遮断する。そして、電気絶縁性充填材７の密閉容器内部側表面は耐熱性無機絶縁材１１で覆われている。
特開平１０−１４４１８９号公報 （図３）

しかしながら、前述の熱応動スイッチでは、導電端子ピン８Ａ，８Ｂをハーメチックシールで気密に絶縁固定するために電気絶縁性充填材７としてガラスを使用している。このため、前記電気絶縁性充填材７の処理温度が高いので、シール作業に手間がかかるだけでなく、生産性が低いという問題点があった。

本発明は、前記問題点に鑑み、シールするための処理温度が低く、シール作業が容易で生産性の高い端子のシール構造を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明にかかる端子のシール構造は、前記課題を解決すべく、金属製ハウジングに設けた端子孔に端子を挿入するとともに、シール材を注入，固化してシールするシール構造において、前記シール材の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製ハウジングの線膨張係数と同等以上にした構成としてある。

本発明にかかる他の端子のシール構造としては、金属製ハウジングの開口部から露出する樹脂製ハウジングの端子孔に端子を挿入するとともに、前記金属製ハウジングの開口部にシール材を注入，固化してシールする端子のシール構造において、前記シール材の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製ハウジングの線膨張係数と同等以上にした構成であってもよい。

前述の発明によれば、シール材の熱膨張係数が金属製ハウジングの熱膨張係数と同等以上であるので、加熱，冷却による膨張，収縮によって熱衝撃を加えても、端子と金属製ハウジングとの間に大きな熱ストレスが生じず、所望のシール性を確保できる。特に、本発明のシール材は液状熱硬化性ポリマーを主体とするので、従来例にかかるガラスと異なり、処理温度が低く、シール作業が容易で生産性の高い端子のシール構造が得られる。

本発明の実施形態としては、液状熱硬化性ポリマーが、潜在性エポキシ樹脂であってもよい。また、無機質充填材は平均粒径１ないし３０μｍの酸化アルミニウム粉粒体であってもよい。さらに、無機質充填材の添加量は７０重量％ないし８５重量％であればよい。
本実施形態よれば、シール材の主成分が液状熱硬化性ポリマーであるので、シール作業が容易であるだけでなく、添加する無機質充填材の粒径、種類、量を適宜選択することにより、多種多様なシール材が得られるので、使い勝手の良いシール材でシールできる端子のシール構造が得られる。

他の発明としては、端子を挿入した金属製ハウジングの端子孔に注入，固化してシールするシール材において、前記シール材の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製ハウジングの熱膨張係数と同等以上にしてもよい。

別の発明としては、樹脂製ハウジングの端子孔および前記端子孔に挿入した端子が露出する金属製ハウジングの開口部に注入，固化してシールするシール材において、前記シール材の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製ハウジングの熱膨張係数と同等以上にしてもよい。

前述の発明によれば、シール材の熱膨張係数が金属製ハウジングの熱膨張係数と同等以上であるので、加熱，冷却による膨張，収縮によって熱衝撃を加えても、端子と金属製ハウジングとの間に大きな熱ストレスが生じず、所望のシール性を確保できる。特に、本発明のシール材は液状熱硬化性ポリマーを主体とするので、従来例にかかるガラスと異なり、処理温度が低く、シール作業が容易で生産性の高いシール材が得られる。
さらに、シール材の主成分が液状熱硬化性ポリマーであるので、シール作業が容易であるだけでなく、添加する無機質充填材の粒径、種類、量を適宜選択することにより、多種多様なシール材が得られるので、使い勝手の良いシール材でシールできる端子のシール構造が得られるという効果がある。

本発明にかかる実施形態を図１ないし図１０の添付図面に従って説明する。
本発明にかかる第１実施形態は、図１ないし図７に示すように、高気密の直流電流開閉用リレーに適用した場合であり、一体化した箱形ケース１０と箱形カバー１５とで仕切られた空間内に、リレー本体２０が収納されている。

前記箱形ケース１０は、図３に示すように、後述する電磁石ブロック３０を収納可能な凹所１１を有し、対角線上に位置する平面隅部に一対の固定用貫通孔１２を設けてあるとともに、残る平面隅部に接続用凹部１３を設けてある。前記接続用凹部１３内には接続用金具（図示せず）を埋設してある。

前記箱形カバー１５は、前記箱形ケース１０に嵌合可能であるとともに、後述する封止ケースブロック４０を収納可能な形状である。さらに、前記箱形カバー１５の天井面には、リレー本体２０の接続端子７５，８５が突出する接続孔１６，１６が設けられているとともに、ガス抜きパイプ２１を収納する突部１７，１７が突設されている。前記突部１７，１７は仕切壁１８で連結され、これらは絶縁壁としての機能をも有している。そして、前記箱形カバー１５の下方開口縁部に設けた係合孔１９を、前記箱形ケース１０の上方開口縁部に設けた係合爪１４に係合することにより、両者は結合一体化される。

リレー本体２０は、図３に示すように、電磁石ブロック３０に搭載した封止ケースブロック４０内に接点機構ブロック５０（図４）を密封したものである。

前記電磁石ブロック３０は、図５に示すように、コイル３１を巻回した一対のスプール３２を並設し、かつ、２本の鉄芯３７，３７およびヨーク３９を介して一体化したものである。

前記スプール３２は両端に設けた鍔部３２ａ，３２ｂのうち、下方側鍔部３２ａの対向する両側端面に中継端子３４，３５を側方からそれぞれ圧入してある。そして、前記スプール３２に巻回したコイル３１は、その一端部を一方の中継端子３４の一端部（からげ部）３４ａにからげてハンダ付けしてあるとともに、その他端部を他方の中継端子３５の一端部（からげ部）３５ａにからげてハンダ付けしてある。そして、前記中継端子３４，３５は、前記からげ部３４ａを曲げ起こしてあるとともに、その他端部（連結部）３５ｂをも曲げ起こしてある。ついで、並設したスプール３２，３２に組み付けた中継端子３４，３５のうち、隣接する一方の中継端子３５の連結部３５ｂと他方の中継端子３４のからげ部３４ａとを接合してハンダ付けしてある。さらに、隣接する一方の中継端子３５のからげ部３５ａと他方の中継端子３４の連結部３４ｂとを接合してハンダ付けすることにより、２本のコイル３１，３１が接続される。さらに、前記スプール３２の一対の鍔部３２ａ，３２ｂにコイル端子３６，３６がそれぞれ架け渡され（図４）、前記中継端子３４，３５の連結部３４ｂ，３５ｂにそれぞれ接続されている。

封止ケースブロック４０は、後述する接点機構ブロック５０を収納可能な封止ケース４１と、前記封止ケース４１の開口部を封止する封止カバー４５とからなるものである。前記封止ケース４１の底面には鉄芯３７を圧入するための一対の圧入孔４２を設けてある（図６）。一方、前記封止カバー４５には、プレス加工で形成した凹所４５ａの底面に、後述する接点機構ブロック５０の接続端子７５，８５を挿通できる一対の挿通孔４６，４６と、ガス抜きパイプ２１を遊嵌できる遊嵌孔４７とを設けてある（図４）。

前記電磁石ブロック３０と封止ケース４０との組立は、次の手順で行われる。
まず最初に、スプール３２の一方の鍔部３２ａに中継端子３４，３５をそれぞれ圧入するとともに、前記スプール３２にコイル３１を巻回し、引出し線を前記中継端子３４，３５のからげ部３４ａ，３５ａにそれぞれからげてハンダ付けする。ついで、前記中継端子３４，３５のからげ部３４ａ，３５ａおよび連結部３４ｂ，３５ｂを曲げ起こした一対のスプール３２を並設する。そして、隣接する中継端子３５のからげ部３５ａと他の中継端子３４の連結部３４ｂとを接合してハンダ付けする。さらに、隣接する中継端子３５の連結部３５ｂと他の中継端子３４のからげ部３４ａとを接合してハンダ付けすることにより、コイル３１，３１を接続する。

一方、図６に示すように、封止ケース４１の底面に設けた圧入孔４２に鉄芯３７をそれぞれ挿入し、突出する鉄芯３７の軸部３７ａにパイプ３８を嵌合する。そして、前記鉄芯３７の軸心方向に前記パイプ３８の開口縁部から加圧すると、鉄芯３７の首下部３７ｂが封止ケース４１の圧入孔４２を押し広げて圧入するとともに、パイプ３８の内径を押し広げて圧入する。さらに、前記パイプ３８の開口縁部および鉄心３７の頭部（磁極部）３７ｃが、封止ケース４１の圧入孔４２の開口縁部に上下から圧着する。したがって、封止ケース４１の圧入孔４２の開口縁部は三方からカシメ固定されることになる。

本実施形態によれば、封止ケース４１を鉄芯３７およびパイプ３８の熱膨張係数と同等以上の素材、例えば、アルミニウムで形成してあるので、温度が変化しても、気密性が損なわれないという利点がある。
なぜならば、温度が上昇して各部品が膨張しても、封止ケース４１の厚さ方向の膨張が他部品よりも相対的に大きいので、封止ケース４１が鉄芯３７の頭部３７ｃとパイプ３８とで強く挟持されるからである。一方、温度が低下して各部品が収縮しても、封止ケース４１の圧入孔４２の直径方向における収縮が他部品よりも相対的に大きいので、鉄芯３７の首下部３７ｂを締め付けるからである。
なお、気密性を確保しつつ、熱ストレスの発生を防止するためには、鉄芯３７とパイプ３８との熱膨張係数がほぼ等しいことが好ましい。
また、前記金属製ハウジングの材質としては純アルミニウムだけに限らず、例えば、純銅、オーステナイト系ステンレス鋼、低炭素鋼が挙げられる。また、シール材のシール性を高めるとともに、シール材の劣化を防止するため、前記金属製ハウジングに、例えば、ニッケルメッキを施しておいてもよい。

そして、前記スプール３２の中心孔３２ｃに鉄芯３７およびパイプ３８をそれぞれ挿入し、突出する鉄芯３７の先端部をヨーク３９のカシメ孔３９ａに挿通し、カシメて固定することにより、封止ケース４１を搭載した電磁石ブロック３０が完成する。なお、前記ヨーク３９とスプール３２の鍔部との間には、絶縁性能を高めるために絶縁シート３９ｂが介在している（図５）。

ついで、スプール３２の一対の鍔部３２ａ，３２ｂにコイル端子３６をそれぞれ架け渡すとともに、コイル端子３６の下端部を中継端子３４，３５の連結部３４ｂ，３５ｂにそれぞれ連結する。

接点機構ブロック５０は、図４に示すように、可動接点ブロック６０と、その両側に組み付けられる固定接点ブロック７０，８０と、これらに嵌合してユニット化する絶縁ケース９０と、からなるものである。

前記可動接点ブロック６０は、可動絶縁台６１に一対の並設した可動接触片６２，６３（図１、図２）を接点バネ６４，６４と共にそれぞれ組み付けたものである。前記可動絶縁台６１は、その中央部下面に断面略十文字形状の脚部を突設するとともに、その両側部にコイル状復帰バネ６５を挿入したリベット６６を介して可動鉄片６７をカシメ固定してある。前記可動鉄片６７の下面は遮磁板で被覆されている。

前記可動接触片６２，６３のうち、一方の可動接触片６２は突入電流に耐えうる高融点のモリブデン製帯状導電材であり、他方の可動接触片６３は肉厚の帯状銅板の表面に銀メッキを施したものである。

前記接点バネ６４は、前記可動接触片６２，６３に接点圧を付与するために配置されたものである。そして、前記接点バネ６４は、帯状バネ材を略山形に屈曲するとともに、両端縁部を折り曲げて係止爪を形成してある。

前記可動絶縁台６１内に並設した一対の組付孔６１ｂ，６１ｃ（図２）に前記可動接触片６２，６３および接点バネ６４，６４をそれぞれ挿入して組付けることにより、可動接触片６２，６３の両端部に接点バネ６４の係止爪が係止する。これにより、前記可動接触片６２，６３の上下方向のガタツキを規制できる。さらに、前記可動接触片６２を前記可動接触片６３よりも低い位置に位置決めすることにより、一対の前記可動接触片６２，６３間に段差がある。このため、前記可動接触片６２は、前記可動接触片６３が固定接点に接触するよりも前に固定接点に接触する。

前記固定接点ブロック７０，８０は、図４に示すように、同一形状であり、樹脂成形品である固定接点台７１，８１に、接続端子７５，８５をカシメ固定した断面略Ｃ字形の固定接点端子７６，８６および永久磁石７７，８７（図１）をそれぞれ組み付けたものである。前記固定接点台７１，８１は、突き合せ用突部７２，８２を内側側方にそれぞれ突設するとともに、支持用脚部７３，８３を垂直下方にそれぞれ突設してある。

前記絶縁ケース９０は、図４に示すように、接点機構ブロック５０をユニット化するためのものである。そして、可動接点ブロック６０に一対の固定接点ブロック７０，８０を両側から組み付けた後、これらに嵌合することにより、前記絶縁ケース９０の端子孔９１，９１の縁部に形成した環状リブ９１ａから前記接続端子７５，８５が突出する。さらに、前記絶縁ケース９０には、前記端子孔９１の近傍に一対のガス抜き孔９２が設けられている。一対のガス抜き孔９２を設けたのは、組立時の方向性を解消するためである。

次に、前記接点機構ブロック５０の組立て手順について説明する。
まず、可動絶縁台６１に、復帰バネ６５を挿通したリベット６６を介して可動鉄片６７および遮磁板（図示せず）を組み付ける。そして、前記可動絶縁台６１に可動接触片６２，６３および接点バネ６４，６４を組み付ける。ついで、前記復帰バネ６５の下端側を持ち上げつつ、可動絶縁台６１の両側から固定接点ブロック７０，８０を組み付け、突き合せ用突部７２，８２を相互に突き合せる。さらに、前記固定接点ブロック７０，８０に絶縁ケース９０を嵌合することにより、接点機構ブロック５０が完成する。

ついで、電磁石ブロック３０に搭載した封止ケース４１に前記接点機構ブロック５０を挿入すると、固定接点台７０，８０の脚部７３，８３が鉄芯３７の磁極部に当接し、可動鉄片６７が鉄心３７の磁極部に接離可能に対向する。そして、前記封止ケース４１に封止カバー４５を嵌合して溶接一体化する。このとき、図１に示すように、封止カバー４５の端子孔４６，４６内には端子７５，８５がそれぞれ挿入されているとともに、絶縁カバー９０の環状リブ９１ａがそれぞれ嵌合している。さらに、遊嵌孔４７から絶縁ケース９０のガス抜き孔９２にガス抜きパイプ２１を圧入する。ついで、前記封止カバー４５の凹所４５ａにシール材９９を注入，固化して接続端子７５，８５およびガス抜きパイプ２１の基部周辺をシールする。そして、前記ガス抜きパイプ２１から封止ケース４０内の空気を抜き、所定の混合ガスを注入した後、前記ガス抜きパイプ２１をカシメて封止する。さらに、前記スプール３２の一対の鍔部３２ａ，３２ｂにコイル端子３６を架け渡して取り付けることにより、リレー本体２０が完成する。

そして、前記リレー本体２０をケース１０の凹所１１に収納するとともに、コイル端子３６を接続用凹部１３に配置する。さらに、前記ケース１０にカバー１５を組み付けることにより、直流電流開閉用リレーが完成する。

前記シール材９９としては、液状熱硬化性ポリマーに無機充填材を充填したものである。前記液状熱硬化性ポリマーとしては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。

特に、液状芳香族系および水添芳香族系エポキシ樹脂はベンゼン環、ナフタレン環、水添ベンゼン環のような芳香族環または水添芳香族環と２個以上の末端エポキシ基とを有し、室温付近で液状のエポキシ樹脂を意味する。
前記芳香族および水添芳香族環にはアルキル、ハロゲンなどの置換基が結合していてもよい。末端エポキシ基と芳香族環または水添芳香族環とはオキシアルキレン、ポリ（オキシアルキレン）、カルボオキシアルキレン、カルボポリ（オキシアルキレン）、アミノアルキレンなどにより結合されている。芳香族環や水添芳香族環には直接またはオキシアルキレン、ポリ（オキシアルキレン）、カルボオキシアルキレンなどにより結合されている。具体的にはビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物ジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡ−１，３−プロピレンオキサイド２モル付加物ジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、オルソフタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロイソオルソフタル酸ジグリシジルエステル、Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジグリシジルトルイジン、Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリン−３−グリシジルエーテル、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、１，３−ビス（Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアミノメチレン）シクロヘキサンなどが例示できる。本発明ではこれらのエポキシ樹脂群の中から１種以上を選択して使用できる。場合によっては、前記以外の室温付近で固体の単官能あるいは多官能エポキシ樹脂を１種以上添加してもよい。固体の単官能あるいは多官能エポキシ樹脂としては、化学式１に示す構造式のもの、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ、ナフトール変性ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレンジグリシジルエーテル、ビスクレゾールフルオレンジグリシジルエーテル、ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテルなどがある。

前記無機充填材としては、前記液状熱硬化性ポリマーに添加してシール材９９の熱膨張係数を前記封止ケースブロック４０の熱膨張係数と同等以上にするためのものである。例えば、酸化アルミニウム、溶融シリカ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、ムライト等が挙げられる。
また、前記無機充填材は、平均粒径１ないし３０μｍ、特に、平均粒径１０ないし１２μｍのものが好適である。１μｍ未満であると、混合が不可能となるからであり、３０μｍを越えると、粘度が高くなって所望の流動性が得られなくなるからである。
さらに、前記無機充填材の添加量は、前記液状熱硬化性樹脂の７０ないし８５重量％、特に、７５ないし８５重量％が好適である。７０重量％未満であると、液状熱硬化性樹脂が硬化中に部品の隙間から内部に侵入し、内部構成部品に悪影響を与えるからであり、８５重量％を越えると、粘度が大きくなりすぎて常温で対象物の細部に注入，充填することが困難となるからである。

また、液状熱硬化性ポリマーに硬化剤および／または硬化促進剤を必要に応じて添加できる。硬化剤としては、例えば、ジカルボン酸無水物、トリカルボン酸無水物、テトラカルボン酸無水物、ジカルボン酸ジヒドラジド、ジシアンジアミド等が挙げられる。そして、硬化剤の添加量は重量比で３〜１５％が適当である。３％未満であると、適切な硬化促進機能が得られず、１５％を越えると、接着剤としての特性が得られないからである。

さらに、硬化促進剤としては、例えば、固体エポキシ化合物アミンアダクトとして市販されているアミキュアＰＮ−２３，ＰＮ−３１，ＰＮ−４０，ＭＹ−２４，ＭＹ−Ｈ（味の素ファインテクノ社製）やハードナーＨ３２９３Ｓ，Ｈ３６１５Ｓ（エー・シー・アール社製）が挙げられる。そして、硬化促進剤の添加量は重量比で１〜３０％が適当である。１％未満であると、所望の硬化促進機能が得られず、３０％を越えると、接着剤としての特性が得られないからである。

なお、前記シール材の粘度は、１５０×１０^４ｍＰａ・ｓ以下、特に、５０×１０^４ないし７０×１０^４ｍＰａ・ｓが好適である。５０×１０^４ｍＰａ・ｓ未満であると、シール材が部品の隙間から侵入して内部構成部品に悪影響を与えるからであり、１５０×１０^４ｍＰａ・ｓを越えると、常温においてエア式塗布装置でシール材を注入する封止作業が極めて困難となるからである。

例えば、エポキシ樹脂に略球状で平均粒径の異なる酸化アルミニウム（アルミナ）粉粒体を７５重量％ずつ添加した場合の粘度を測定した。測定結果を図７Ａに示す。ただし、アルミナ粉粒体は全て昭和電工社製のものを使用し、平均粒径２６．２μｍのものには商品番号ＡＳ−１０を、平均粒径１１．７μｍのものには商品番号ＡＳ−５０を、平均粒径１１．３μｍのものには商品番号ＡＳ−５０を、平均粒径２．７μｍのものには商品番号ＣＢ−Ａ０５Ｓを使用した。また、粘度測定には回転粘度計でせん断速度０．５（１／ｓ）の条件で測定した。

図７Ａに示す粘度から明らかなように、添加する無機質充填材は平均粒径２６．２μｍ、１１．７μｍおよび１１．３μｍの無機質充填材が適していることが判った。また、無機質充填材の形状が略球状であっても、平均粒径を適宜選択すれば、所望の粘度を有するシール材を得られることが判明した。

また、エポキシ樹脂に平均粒径および形状が異なるアルミナ粉粒体を８５重量％ずつ添加した場合の粘度を測定した。測定結果を図７Ｂに示す。
なお、アルミナ粉粒体が平均粒径１１．３μｍのものには昭和電工社製のＡＳ−５０を、平均粒径１０．６μｍのものにはアドマファイン社製の商品番号ＡＯ−５０９を使用した。

図７Ｂに示す粘度から明らかなように、無機質充填材の添加量が８５重量％であっても、無機質充填材の形状が真球であれば、所望の粘度を有するシール材を得られることが判った。また、無機質充填材の添加量が同一であっても、無機質充填材の形状が異なると、粘度が大きく変化することが明白となり、特に、形状が真球であれば、粘度が著しく低下することが判明した。

第２実施形態は、図８ないし図１０に示すように、第１実施形態と同様、直流負荷開閉用リレーに適用した場合である。本実施形態にかかる直流負荷開閉用リレーは、第１実施形態にかかる直流負荷開閉用リレーとほぼ同様であり、異なる点は第１実施形態にかかる封止カバー４５を有していない点である。このため、同一部分に同一番号を付して説明を省略する。

（実施例１）
直径４８．１ｍｍ、厚さ１ｍｍの純アルミニウム製（Ａ１０５０）の円板にドリルで孔を開け、さらに、絞り加工を施して直径９ｍｍ、深さ２ｍｍの端子孔を設けた。そして、前記端子孔に直径７ｍｍの無酸素銅（Ｃ１０２０）からなる端子を挿入し、両者の隙間にシール材を注入し、１２０℃で１．５時間加熱して硬化させることにより、試験模型１（図１１Ａ）を得た。

前記シール材は、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤とを重量比率１００：４：３の割合で配合し、ついで、アルミナ粉粒体を総重量比率で２５％、５０％、７５％、９０％となるように添加し、攪拌装置で混合して１液性液状エポキシ樹脂を得た。ただし、アルミナ粉粒体を総重量比率で９０％となるように添加した場合には、混合することは可能であったが、粘性が大きすぎて試験模型１に充填できなかったので、気密性評価は行わなかった。

前記エポキシ樹脂としては、液状芳香族系多官能エポキシ樹脂であるビスフェノールＡジグリシジルエーテル（エポキシ等量１９０）を用いた。硬化剤としては、固体エポキシ樹脂硬化剤である平均粒径１０μｍのジシアンジアミドを用いた。また、硬化促進剤としては、平均粒径１０μｍの固体エポキシ化合物アミンアダクト（ＰＮ−２３ 味の素ファインテクノ社製）を用いた。さらに、アルミナ粉粒体としては平均粒径１０μｍのものを使用し、特に、アルミナ粉粒体の添加量が重量比で２５％、５０％、７５％の場合は形状が略球状のＡＳ−５０（昭和電工社製）を使用し、９０％の場合は形状が真球状のＡＯ−５０９（アドマファイン社製）を使用した。

そして、前記試験模型１に熱衝撃を加えた後、図１２に示す試験装置であるリークディテクタ（ＵＬ−２００ インフィコン社製）に前記試験模型１を取り付け、気密性評価を行った。なお、前述の熱衝撃は、前記試験模型１を温度−４０℃で５分間保持し、ついで、３分間の間に温度１２５℃まで加熱して５分間保持した後、再度、３分間の間に温度−４０℃まで冷却する操作を反復して行った。

気密性評価は、図１２に示すように、前記試験模型１の一方側を内圧０．１Ｐａ以下の真空度で吸引する一方、その他方側にヘリウムガスを０．１ＭＰａの圧力で注入して加圧した場合における常温状態でのヘリウムリーク率を計測して行った。合格基準は、１×１０^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下であることとした。この合格基準は、常温で１０年後に内部のガス圧力が初期封入時の半分を残すことができる漏れ量（リーク率）であることを意味する。測定結果を図１４Ａに示す。

（実施例２）
厚さ１ｍｍのアルミニウム製円板に直径１３ｍｍの端子孔を設けるとともに、端子孔周辺の上面縁部に外径１５ｍｍ、内径１３ｍｍ、高さ３ｍｍの円筒体を溶接一体化する。さらに、前記端子孔周辺の下面縁部に位置決めした外径１６ｍｍ、内径９ｍｍ、厚さ１ｍｍの樹脂製シール用円板の中心孔に、下端部に直径１３ｍｍのフランジを一体化した直径７ｍｍの端子を挿通する。そして、アルミナ粉粒体の添加量を７５重量％、８５重量％とし、他は実施例１と同様に処理して得たシール材を注入し、加熱硬化させて試験模型２（図１１Ｂ）を得た。なお、アルミナ粉粒体の平均粒径は１０μｍであり、その添加量が重量比で７５％の場合は形状が略球状のＡＳ−５０（昭和電工社製）を使用し、８５％の場合は形状が真球状のＡＯ−５０９（アドマファイン社製）を使用した。
そして、前述の実施例１と同一条件で熱衝撃を反復して加え、気密性評価を行った。測定結果を図１４Ｂに示す。

（実施例３）
図１ないし図６で示した第１実施形態に係る直流負荷開閉用リレーに適用した場合である。特に、図４に示すように、厚さ１ｍｍの板状純アルミニウム製材（Ａ１０５０）をプレス加工して得た巾２１ｍｍ、長さ３６ｍｍ、凹所の深さ４ｍｍの封止ケースカバーの底面に、直径１２ｍｍの端子孔および直径５ｍｍのガス抜き孔を設けた。そして、樹脂製絶縁カバーのフランジ部を介して最大外径７ｍｍ、最小外径５ｍｍの銅合金（アロイ１９４）製端子を前記端子孔に挿通して位置決めする一方、外径３ｍｍの純銅製のガス抜きパイプを樹脂製絶縁カバーに圧入して位置決めした。そして、アルミナ粉粒体の添加量を７０重量％、７５重量％、８０重量％とし、他は前述の実施例１と同様に処理して得たシール材を前記封止カバーの凹所に注入し、１２５℃で２時間加熱して固化させることにより、試験模型３を得た。ついで、熱衝撃を反復して加えた後、図１３で示す評価システムで気密性評価を行った。測定結果を図１４Ｃに示す。

なお、本実施例で添加したアルミナ粉粒体には、形状が略球状で平均粒径１０μｍ、昭和電工社製のＡＳ−５０を使用した。

前記試験模型３に対する熱衝撃は、前記試験模型３を温度−４０℃で３０分間保持し、ついで、５分間の間に温度１２５℃まで加熱して３０分間保持した後、再度、５分間の間に温度−４０℃まで冷却する操作を反復して行った。前記熱衝撃は、実際の使用条件で与えられる熱ストレス１０年分相当を想定して行った。

また、実施例３の気密性評価は熱衝撃を負荷する前に水素を絶対圧０．３ＭＰａで封入ケースブロック内に封入し、熱衝撃後に内部の残圧を図１３に示す自作の内圧測定器で測定し、残圧が０．１５ＭＰａ以上であれば、合格とした。合格基準は、１０年分相当の熱ストレスが負荷された後の内部ガスの漏れ程度の指標として試験後のガス圧力が初期封入ガス圧力の半分以上となる場合である。

内圧測定方法は、図１３に示すように、真空計Ｍ_１と真空計Ｍ_２との圧力差を利用して内部ガス開放室Ｒに収納した試験模型３の残留する内部ガス圧を計測するものである。
すなわち、まずバルブＶ_１およびバルブＶ_２を開放し、バルブＶ_３およびバルブＶ_４を閉じておき、真空ポンプＰを始動する。一方、内部ガス開放室Ｒに試験模型３を収納する。そして、バルブＶ_２を閉じて真空計Ｍ_１が大気圧であることを確認する。ついで、バルブＶ_４を開けた後、バルブＶ_３を開放して内部ガス開放室を真空排気し、真空計Ｍ_２の圧力（ｍ_１）を記録する。さらに、バルブＶ_１，Ｖ_４を閉じてバルブＶ_２を開放し、内部ガス開放室Ｒに空気を入れて真空計Ｍ_２の圧力（ｍ_２）を記録する。バルブＶ_２を閉じてバルブＶ_４を開放して真空排気する。そして、バルブＶ_４を閉じてから内部ガス開放室Ｒに付属する穴あけドリルＤで試験模型３の封入ケースブロックに穴を開け、試験模型３内に残存する水素ガスを内部ガス開放室Ｒに放出し、真空計Ｍ_２の圧力（ｍ_３）を記録する。ついで、バルブＶ_４を開放して放出した水素ガスを排気する。そして、排気後にバルブＶ_４を閉じ、バルブＶ_１を開放して真空計Ｍ_１が大気圧になったことを確認してバルブＶ_１を閉じる。次に、バルブＶ_２を開放して大気を導入した後、真空計Ｍ_２の圧力（ｍ_４）を記録する。最後に、バルブＶ_２を閉じ、バルブＶ_４を開放して真空排気した後、バルブＶ_４，バルブＶ_３を閉じてバルブＶ_１，Ｖ_２を開放し、内部ガス開放室Ｒを大気に開放状態として試験模型３を取り出す。

次に、バルブＶ_１とバルブＶ_２との間の配管内空気の体積をＣとし、大気圧をＡとすると、
開封前の内部ガス開放室Ｒ内の体積Ｂ_１は、
Ｂ_１＝Ｃ（Ａ−ｍ_２）／（ｍ_２−ｍ_１）
で求められる。一方、開封後の内部ガス開放室Ｒ内の体積Ｂ_２は、
Ｂ_２＝Ｃ｛（Ａ−ｍ_４）／（ｍ_４−ｍ_１）−（Ａ−ｍ_２）／（ｍ_２−ｍ_１）｝
で求められる。このため、試験模型３に残存する内部ガス圧力Ｐ_１は、
Ｐ_１＝Ｂ_２（ｍ_３−ｍ_１）／（Ｂ_２−Ｂ_１）
となる。計算結果を図１４Ｃに示す。

（実施例４）
図８ないし図１０で示した第２実施形態に係る直流負荷開閉用リレーに適用した場合である。前述の実施例３と同様の手順で組み立てて試験模型４を得、これに対して実施例３と同一条件下で実験を行った。測定結果および計算結果を図１４Ｄに示す。

図１４Ａ，図１４Ｂの測定結果から明らかなように、７５重量％以上のアルミナ粉粒体を添加することにより、また、図１４Ｃ，図１４Ｄに示す結果から明らかなように、７０重量％以上のアルミナ粉粒体を添加することにより、熱衝撃に強いシール構造を得られることが判った。これは、シール材にアルミナ粉粒体を添加することにより、シール材の熱膨張係数がハウジングおよび端子の熱膨張係数に近似し、同様に膨張，収縮するためであると考えられる。

また、実施例１，２と実施例３，４とを比較，検討することにより、金属製ハウジングに設けた端子孔に金属製端子を挿入してシールする場合、あるいは、金属製ハウジングと金属端子とを直接シールする場合だけでなく、合成樹脂を介在させた場合であっても同様なシール性を確保できることを確認できた。

本発明にかかる端子のシール構造およびシール材は電磁継電器に限らず、スイッチ等の他の開閉器にも適用できることは勿論である。

本発明にかかるシール構造の第１実施形態を示す開閉器の正面断面図である。 図１で示した開閉器の側面断面図である。 図１で示した開閉器の分解斜視図である。 図３で示したリレー本体の分解斜視図である。 図４で示した電磁石ブロックの分解斜視図である。 図５で示した封止ケースブロックの分解斜視図である。 本実施形態にかかるシール材の粘度特性を示す図表である。 本発明にかかるシール構造の第２実施形態を示す開閉器の正面断面図である。 図８で示した開閉器の側面断面図である。 図８で示した開閉器の分解斜視図である。 図Ａは実施例１を示す断面図、図Ｂは実施例２を示す断面図である。 実施例１，２の測定方法を示す概略図である。 実施例３，４の測定方法を示す概略図である。 図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは実施例１，２，３，４の測定結果，計算結果をそれぞれ示す図表である。

符号の説明

２１：ガス抜きパイプ
４０：封止ケースブロック
４１：封止ケース
４５：封止カバー
４５ａ：凹所
４６：端子孔
４７：遊嵌孔
７５，８５：端子
９０：絶縁ケース
９１ａ：環状リブ
９９：シール材

Claims (7)

1. 金属製ハウジングに設けた端子孔に端子を挿入するとともに、シール材を注入，固化してシールする端子のシール構造において、
   前記シール材の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製ハウジングの線膨張係数と同等以上にしたことを特徴とする端子のシール構造。
2. 金属製ハウジングの開口部から露出する樹脂製ハウジングの端子孔に端子を挿入するとともに、前記金属製ハウジングの開口部にシール材を注入，固化してシールする端子のシール構造において、
   前記シール材の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製ハウジングの線膨張係数と同等以上にしたことを特徴とする端子のシール構造。
3. 液状熱硬化性ポリマーが、潜在性エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の端子のシール構造。
4. 無機質充填材が平均粒径１ないし３０μｍの酸化アルミニウム粉粒体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の端子のシール構造。
5. 無機質充填材の添加量が７０重量％ないし８５重量％であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の端子のシール構造。
6. 端子を挿入した金属製ハウジングの端子孔に注入，固化してシールするシール材において、
   前記シール材の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製ハウジングの熱膨張係数と同等以上にしたことを特徴とするシール材。
7. 樹脂製ハウジングの端子孔および前記端子孔に挿入した端子が露出する金属製ハウジングの開口部に注入，固化してシールするシール材において、
   前記シール材の熱膨張係数を、液状熱硬化性ポリマーに無機質充填材を添加して前記金属製ハウジングの熱膨張係数と同等以上にしたことを特徴とするシール材。
   

Images