JP2014199844A

JP2014199844A - 貫通コンデンサ

Info

Publication number: JP2014199844A
Application number: JP2013073780A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎村田; Koichiro Murata; 洋輔稲垣; Yosuke Inagaki; 浩二奥田; Koji Okuda; 名古屋　博昭; Hiroaki Nagoya; 博昭名古屋
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-23

Abstract

【課題】貫通コンデンサの大型化を招くことなく、簡単な構成で貫通リードと金属ケースとの間の本質安全防爆に影響する沿面距離を長くとることが可能な貫通コンデンサを提供する。【解決手段】絶縁性の熱収縮チューブ８ａを貫通リード３の金属ケース２の一端部２ｃの開口から外部に突出した所定部分から内周電極４の一端４ａまで被覆するとともに、絶縁性の熱収縮チューブ８ｂを貫通リード３の金属ケース２の他端部２ｅの開口から外部に突出した所定部分から内周電極４の他端４ｂまで被覆したうえで、絶縁性の熱収縮チューブ８ａ、８ｂを加熱すると、絶縁性の熱収縮チューブ８ａ、８ｂが熱収縮して貫通リード３に密着する。こうして、貫通コンデンサ１の貫通リード３の金属ケース２の両端部２ｃ、２ｅの各開口から外部に突出した所定部分まで絶縁する。【選択図】図１

Description

本発明は、簡単な構成で貫通リードと金属ケースとの間の沿面距離を長くとることが可能な貫通コンデンサに関するものである。

従来からプラントや各種産業プロセス現場に設置される電空ポジショナ、電空変換器、差圧発信器等のフィールド機器においては、通常アルミニウム合金からなるダイキャスト製の装置ケースを備え、この装置ケースの内部に各種機構、電気部品を搭載した回路基板等を収納する。そして、上位装置と接続した電線をこの装置ケースの防爆構造を有する導入口から導いて装置ケース内部の端子部に接続し、その端子部と装置ケース内部の回路基板との間を結線することで、上位装置から動作電源と制御信号を受信したり、あるいは、測定した物理量に基づく測定信号を上位装置に送信することで、各種制御対象の制御や各種測定対象の物理量測定を行なっている。

この様なフィールド機器では安定して精度よく動作することが求められるが、そのために外部からの電磁的なノイズが回路基板上の電気部品に侵入しないように端子部と回路基板間に貫通コンデンサを設けることが多く、その具体的構造の一例を図２に示す。図２は特許文献１に示された電子装置（フィールド機器）の要部を示す側断面図である。同図において、９は電子回路を搭載した回路基板、１０は回路基板９に搭載された電子回路との間の電気信号を中継する端子部、１１は装置ケース、１２は貫通コンデンサである。

装置ケース１１は、ケース本体１１−１とキャップ１１−２とを備えており、キャップ１１−２はケース本体１１−１の開口部１１ａに被せられている。キャップ１１−２にはケース本体１１−１の内部を覗くことができるようにガラス窓１１ｂが設けられている。また、ケース本体１１−１およびキャップ１１−２は導電性部材で形成されており、ケース本体１１−１の内部空間１１ｃにはその内部空間１１ｃを左側室１１ｃ１と右側室１１ｃ２とに分ける位置に内段面１１ｄが設けられている。

回路基板９は、電子回路が搭載された側の面を表面９ａ、電子回路が搭載された側の面とは反対側の面を裏面９ｂとし、裏面９ｂの全面に導電性のパターン９ｃが形成されている。そして、表面９ａを内部空間１１ｃ内の左側室１１ｃ１側に向けて、裏面９ｂに形成されている導電性のパターン９ｃを内部空間１１ｃ内の内段面１１ｄの一方側の壁面１１ｄ１に接触させて、回路基板９が装置ケース１１の内部空間１１ｃ内にネジ１３，１３によって固定されている。

端子部１０は、端子台１０−１と、この端子台１０−１に設けられた複数の端子ネジ１０−２とから構成され、端子ネジ１０−２には電線（電源ラインや信号ライン）が接続される。端子台１０−１は内部空間１１ｃ内の内段面１１ｄの他方側の壁面（装置ケースの内面）１１ｄ２にネジ１４，１４によって固定されている。

貫通コンデンサ１２は、回路基板９に搭載された電子回路と端子部１０との間に回路基板９を貫通させて、かつその接地面１２ａを導電性のパターン９ｃに接触させて設けられている。この例では、貫通コンデンサ１２の本体部１２ｂが円筒状とされ、この本体部１２ｂの下面を接地面１２ａとし、この接地面１２ａを導電性のパターン９ｃに接触させている。また、本体部１２ｂの一方側から導出されたリード１２ｃを端子部１０の端子ネジ１０−２に接続し、本体部１２ｂの他方側から導出されたリード１２ｄを回路基板９を貫通させて表面９ａ側に突出させ、表面９ａに形成されている内部回路への配線パターンに半田接続している。

この様に導電性部材の装置ケース１１の内面と回路基板９の裏面９ｂに形成されている導電性のパターン９ｃ、及び、この導電性のパターン９ｃにその接地面１２ａを接触させて設けられた貫通コンデンサ１２によって、回路基板９に搭載された電子回路を外来電磁波から遮蔽する遮蔽構造が形成される。

次に、従来の貫通コンデンサ１２の内部構造を図３に基づき説明する。なお、この従来の貫通コンデンサ１２の外観は特許文献２の図５に掲載されているが、図３はその側断面図である。図３を参照すると、貫通コンデンサ１２は、側断面が凸形状の筒状体である金属ケース１２−１の中心を貫通して金属ケース１２−１の両端部の各開口から外部に突出する導線である貫通リード１２−２を有し、この貫通リード１２−２の外周に貫通リード１２−２を囲むように筒状の内周電極１２−３が設けられる。また、金属ケース１２−１の内周面に接触した状態で内周電極１２−３と同心状に筒状の外周電極１２−４が設けられている。なお、金属ケース１２−１はこの外周電極１２−４と接触しているためアース電極の役割を果たす。そして、内周電極１２−３と外周電極１２−４に挟まれた空間内の金属ケース１２−１の軸方向の中央領域には所定の厚みを有する誘電体層１２−５が形成されるとともに、金属ケース１２−１の両端部の各開口から誘電体層１２−５の両端面にかけて絶縁体である樹脂が充填されて絶縁体層１２−６が形成される。この絶縁体層１２−６によって、内周電極１２−３、および、外周電極１２−４が密封されて外部と絶縁される。なお、金属ケース１２−１の外周面は、軸方向の一端部から中央領域にかけて基板や端子台に設けられた雌ネジと螺着するための雄ネジ１２−１ａが形成されるとともに、その雄ネジ１２−１ａの境界部から他端部にかけてはネジ頭１２−１ｂが形成されている。

ところで、前述のフィールド機器は可燃性雰囲気下のような危険な現場でも安全に使用できるように、耐圧防爆構造（フィールド機器筐体内部で火花が発生しても筐体外には発火させない機械的保護機構）が採用されるだけでなく、更に、本質安全防爆構造（危険なガスに着火しないように電気的にエネルギーを制限する電気的安全回路構成）も求められる機器もある。この本質安全防爆構造はフィールド機器内に収容される電気回路の構成によって求められ、前述の貫通コンデンサの場合であれば、貫通コンデンサから外部に突出する貫通リードと貫通コンデンサの金属ケースとの沿面距離が電気回路の構成によって決まる本質安全防爆の規定距離よりも長くとらなければならない場合がある。

一方、近年、フィールド機器は小型化が求められており、本質安全防爆構造を求められるフィールド機器も例外ではない。ところが、図３に示す従来の貫通コンデンサ１２においては、貫通リード１２−２と金属ケース１２−１間の沿面距離は寸法Ｌで決まってしまうので、沿面距離Ｌが本質安全防爆構造の基準距離以上の条件を満たす大きな貫通コンデンサを使用しなくてはならず、本質安全防爆構造と機器の小型化とを両立させることが困難であるという問題が生じている。

特開２０１２−１１９５５６号公報特開２０００−０６８１５０号公報

本発明は、貫通コンデンサの大型化を招くことなく、簡単な構成で貫通リードと金属ケースとの間の本質安全防爆に影響する沿面距離を長くとることが可能な貫通コンデンサを提供しようとするものである。

本発明の貫通コンデンサは、筒状体である金属ケースと、金属ケースの中心を貫通して金属ケースの両端部の各開口から外部に突出する導線である貫通リードと、貫通リードの外周面を囲んで設けられる筒状の内周電極と、金属ケースの内周面に接触した状態で内周電極と同心状に設けられる筒状の外周電極と、内周電極と外周電極に挟まれた空間内の金属ケースの軸方向の中央領域に設けられる誘電体層と、金属ケースの両端部の各開口から誘電体層の両端面にかけて設けられて内周電極および外周電極を外部と絶縁する絶縁体層と、貫通リードの金属ケースの両端部の各開口から外部に突出した所定部分まで貫通リードの外周面に被覆密着した絶縁性の熱収縮チューブとを有することを特徴とする。

本発明では、貫通リードの金属ケースの両端部の各開口から外部に突出した所定部分までその外周面に絶縁性の熱収縮チューブを被覆密着させて絶縁したので、貫通コンデンサの沿面距離を長くすることが可能となり、貫通コンデンサの大型化を招くことなく、簡単な構成で本質安全防爆構造を達成できる。また、絶縁性の熱収縮チューブの長さを調整することで必要な沿面距離を確保できるので、様々な大きさの貫通コンデンサにも同じ構造で対応することができる。

図１は本発明の一実施例の貫通コンデンサの側断面図である。図２は回路基板と端子部との間に貫通コンデンサを設置したフィールド機器の内部構成を示した説明図である。図３は従来の貫通コンデンサの側断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の貫通コンデンサの一実施例の側断面図である。

図１を参照すると、貫通コンデンサ１は、側断面が凸形状の筒状体である金属ケース２を備える。この金属ケース２の外周面は、軸方向の一端部２ｃから中央領域にかけて基板や端子台に設けられた雌ネジと螺着するための雄ネジ２ａが形成されるとともに、その雄ネジ２ａの境界部２ｄから軸方向の他端部２ｅにかけてはネジ頭２ｂが形成されている。そして、金属ケース２の中心を貫通して金属ケース２の両端部２ｃ、２ｅの各開口から外部に突出する導線である貫通リード３が設けられる。この貫通リード３は金属もしくは合金等の導電性材料により構成される。更に、この貫通リード３の外周面には貫通リード３を囲むように筒状の内周電極４が設けられる。また、金属ケース２の内周面に接触した状態で内周電極４と同心状に筒状の外周電極５が設けられている。なお、内周電極４と外周電極５は金属もしくは合金などの導電性材料で形成される。また、金属ケース２はこの外周電極５と接触しているためアース電極の役割を果たす。そして、内周電極４と外周電極５に挟まれた空間内の金属ケース２の軸方向の中央領域には所定の厚みを有する誘電体層６が形成される。この誘電体層６としては、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、シリコン樹脂、塩化ビニル等の有機高分子材料が用いられる。一方、金属ケース２の両端部２ｃ、２ｅの各開口から誘電体層６の両端面にかけて絶縁体である樹脂が充填されて絶縁体層７が形成される。この絶縁体層７としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ＰＥＴ等が用いられる。そして、絶縁体層７によって、内周電極４、および、外周電極５が密封されて外部と絶縁される。

ここまでは、図３に示す従来の貫通コンデンサ１２と構造的に差異はないが、沿面距離を長くすることが可能な本発明の貫通コンデンサ１の特有の構成は、貫通リード３の金属ケース２の両端部２ｃ、２ｅの各開口から外部に突出した所定部分までその外周面に絶縁性の熱収縮チューブ８ａ、８ｂを被覆密着させて絶縁した点にある。貫通コンデンサ１の製造工程で、絶縁体層７を形成する前に絶縁性の熱収縮チューブ８ａを貫通リード３の金属ケース２の一端部２ｃの開口から外部に突出した所定部分から内周電極４の一端４ａまで被覆するとともに、絶縁性の熱収縮チューブ８ｂを貫通リード３の金属ケース２の他端部２ｅの開口から外部に突出した所定部分から内周電極４の他端４ｂまで被覆したうえで、絶縁性の熱収縮チューブ８ａ、８ｂを加熱すると、絶縁性の熱収縮チューブ８ａ、８ｂが熱収縮して貫通リード３に密着する。その後、絶縁体層７を形成することで図１に示す貫通コンデンサ１が容易に製造できる。なお、絶縁性の熱収縮チューブ８ａ、８ｂとしては、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、熱可塑性ポリエステルエラストマー等の材料が用いられる。

このような構成を有する本発明の貫通コンデンサ１においては、本質安全防爆構造上の沿面距離は絶縁性の熱収縮チューブ８ａ（８ｂ）の先端の貫通リード３の露出部から金属ケース２の一端部２ｃ（他端部２ｅ）までの距離Ｌ１となり、図１の貫通コンデンサ１と図３の貫通コンデンサ１２とが同じスケールであれば、Ｌ１＞Ｌとなり、簡単な構成で沿面距離を延ばすことができる。また、絶縁性の熱収縮チューブ８ａ、８ｂの長さを調整することで必要な沿面距離Ｌ１を確保できるので、様々な大きさの貫通コンデンサに同じ構造で対応可能である。したがって、本質安全防爆構造が求められ、かつ、貫通コンデンサを搭載する機器の小型化の要求にも容易に対応が可能である。

なお、図１の貫通コンデンサ１には金属ケース２の外周面に雄ネジ２ａとネジ頭２ｂを形成されているが、これらは基板や端子台に設けられた雌ネジと螺着することで固定することを想定したものであり、他の方法（例えば、半田付け、あるいは接着剤による固定）を用いるのであれば、そのように形成する必要はない。また、絶縁性の熱収縮チューブ８ａ、８ｂは内部に接着剤が塗布されているものを用いてもよい。

以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

本発明は、プラントや各種産業プロセス現場に設置される本質安全防爆構造が要求されるフィールド機器などに搭載される貫通コンデンサとして適用できるものである。

１・・・貫通コンデンサ、２・・・金属ケース、２ａ・・・雄ネジ、２ｂ・・・ネジ頭、２ｃ・・・一端部、２ｄ・・・境界部、２ｅ・・・他端部、３・・・貫通リード、４・・・内周電極、５・・・外周電極、６・・・誘電体層、７・・・絶縁体層、８ａ・・・絶縁性の熱収縮チューブ、８ｂ・・・絶縁性の熱収縮チューブ、９・・・回路基板、９ａ・・・表面、９ｂ・・・裏面、９ｃ・・・導電性のパターン、１０・・・端子部、１０−１・・・端子台、１０−２・・・端子ネジ、１１・・・装置ケース、１１−１・・・ケース本体、１１−２・・・キャップ、１１ａ・・・開口部、１１ｂ・・・ガラス窓、１１ｃ・・・内部空間、１１ｃ１・・・左側室、１１ｃ２・・・右側室、１１ｄ・・・内段面、１１ｄ１・・・壁面、１１ｄ２・・・壁面、１２・・・貫通コンデンサ、１２ａ・・・接地面、１２ｂ・・・本体部、リード１２ｃ、リード１２ｄ、１２−１・・・金属ケース、１２−１ａ・・・雄ネジ、１２−１ｂ・・・ネジ頭、１２−２・・・貫通リード、１２−３・・・内周電極、１２−４・・・外周電極、１２−５・・・誘電体層、１２−６・・・絶縁体層、１３・・・ネジ、１４・・・ネジ

Claims

筒状体である金属ケースと、前記金属ケースの中心を貫通して前記金属ケースの両端部の各開口から外部に突出する導線である貫通リードと、前記貫通リードの外周面を囲んで設けられる筒状の内周電極と、前記金属ケースの内周面に接触した状態で前記内周電極と同心状に設けられる筒状の外周電極と、前記内周電極と前記外周電極に挟まれた空間内の前記金属ケースの軸方向の中央領域に設けられる誘電体層と、前記金属ケースの両端部の各開口から前記誘電体層の両端面にかけて設けられて前記内周電極および外周電極を外部と絶縁する絶縁体層と、前記貫通リードの前記金属ケースの両端部の各開口から外部に突出した所定部分まで前記貫通リードの外周面に被覆密着した絶縁性の熱収縮チューブとを有することを特徴とする貫通コンデンサ。