JPS5914868B2 - 気密絶縁端子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、たとえば金属製気密容器内に収容された電
気機器と外部との電気的接続を行なう場合などに用いら
れる気密絶縁端子に関し、とくに気密容器内にフロンな
どの液体化合物を冷却媒体として充填し、その中に発熱
をともなう例えば大電流用の半導体整流素子を浸漬した
強制冷却方式の整流装置などに好適に用いられる気密絶
縁端子に関するものである。

この種気密絶縁端子に要求される特性は、耐熱特性に富
み経年変化がなく、極めて高度の気密（水密）特性を保
持すること、冷却媒体に対する耐食特性に富むこと、冷
熱および機械的衝撃強度が高いこと、容器などに取付け
るための基体と通電用の端子導体との絶縁特性が高いこ
とは勿論で、このほか容器への取付が容易で取付に特別
な工程あるいは技術を要せず、取付費用を含めて価格が
低廉であることなどが強く要求される。

従来、この種の気密絶縁端子として知られているものに
、電気絶縁物および気密封着材として、合成樹脂・ゴム
・ガラスあるいは磁気質を用いたものがあるが、合成樹
脂やゴムを使用したものは耐熱特性が乏しく経年変化が
あり、気密保持特性に信頼性が得られず、かつ冷却媒体
に対する耐食性の面にも多くの問題がある。

ガラス質あるいは磁器質を用いたものは、気密特性・耐
食性に関しては完全な性能を保持するか、熱および機械
的衝撃性に乏しく、そのため車両などに搭載される整流
装置などに使用した場合、振動により破損するという致
命的欠陥があり、これらを使用することは不可能である
。上記のように、全特性を保持する気密絶縁端子は従来
知られていなかつたが、耐熱特性、気密特性、冷却媒体
に対する耐食特性、機械的および冷熱衝撃特性ならびに
経年変化がないという特性面についてはこれを保持する
ものとして第１図に示すものがある。

以下第１図に従いその構造を説明する。第１図、３は縦
断図、ｂは下面図である。第１図において、１は貫通孔
１０１を有する基体であり、例えば鉄・ステンレスなど
６００℃程度の加熱に耐える金属からなり、その外周部
に機械加工を施し取付可能な構造にして、容器の器壁な
ど必要な部分に取付けられる。２は基体１の中央の貫通
孔１０１の中心部に位置する端子導体で、鉄・チタン・
銅合金、例えば銅クロームなど一般に電気の良導体が使
用される。

３は絶縁物でガラス粉末とマイカ粉末の混合粉末を原料
とし、この原料をガラス質が軟化し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基体１と端子導
体２を密封固着するガラス・マイカ塑造体である。

この構造品は、前記のように一般特性に関しては極めて
良好なものを保持するが、容器への取付が極めて困難で
あり実際に使用する段階では、第２図に示すような構造
に機械加工を施す必要があつた。その構造を第２図によ
り説明する。第２図ａは縦断面図、第２図ｂは下面図で
ある。

第２図において１，２，３は第１図と同じである。４は
基体１の上部に設けた正六角形の締付座、５は容器に取
付けるための取付ネジで、一般にテーパねじが多用され
る。

６ａ，６ｂは導体用の接続ねじ、７はガラス・マイカ塑
造体の切削面、８はマイカ剥片の配列状態を示すもので
ある。

この機械加工品の問題点について説明する。

先ず成形完了品を対象としての加工に手数を要すること
は改めて論する必要もないが、とくに六角形の取付座の
加工は手数を要し、直接価格に反影する。次に絶縁物３
の加工であるが、これは締付用治具の関係で、その外径
は第２図に示すように締付座４の対辺距離よりも短い寸
法の外径に仕上げておく必要があり、その結果第２図に
示すような形状になるが、この結果は性能的に致命的な
欠陥に連らなるようになる。このことについて詳細に説
明する。この種気密絶縁端子には前記のように基体１と
端子導体２間に高い絶縁特性が要求されるが、この場合
実際上問題になるのは沿面絶縁抵抗である。

これを高く保持するためには必然的に絶縁物の沿面長を
長くする必要がある。対策として冷却媒体に浸漬される
第１図、および第２図に示す絶縁物３ａは沿面長を長く
することに殆んど問題はないが大気外に位置する３ｂに
は問題がある。そもそも、この絶縁物を構成するガラス
・マイカ塑造体に使用するマイカ粉末は偏平な剥片形状
を有するものであり、平均面積径と厚さは３０〜５０：
１の割合を有するものである。そのためマイカ剥片の配
列状態８に示すように各部分によりその配列方向はそれ
ぞれ異なり、貫通孔１０１および媒体側の絶縁部３ａ部
分は、端子導体２と平行に配列し、絶縁部３ｂの部分は
端子導体２の外周に接する面および外周部は約４５℃の
角度で配列するが中間部は端子導体２に直角に配列して
いる。一般にガラス・マイカ塑造体の強度はマイカ剥片
の配列方向と密接に関連し、配列と平行の方向には強い
が直角の方向には弱く、とくにその厚サが厚くなると極
端にその強度は低下するようになる。そのため、沿面長
を長くするために絶縁物３ｂの厚サを厚くすることには
、自ずと限度があり、必要とする長サを確保することは
困難である。しかるに前述のように、取付操作に関連し
て絶縁物３ｂの外周を切削することが必要になる。

切削面７は第２図ａのマイカ剥片の配列状態８に示すよ
うに完全に層状に配列する部分が露出するようになる。
このことは極端な強度の低下に直結し、層間剥離を生ず
るようになる。この現象を避けるためには絶縁物３ｂの
厚サを薄くせざるを得ず、必要とする沿面絶縁特性が得
られないことになる。上記説明で明らかなように、従来
のこの種気密絶縁端子は耐熱特性、気密特性、耐食特性
、衝撃特性および経年変化に就いては極めて優れたもの
を保持し乍ら、沿面絶縁特性面に不可避の致命的欠陥が
あること、および成形後の機械加工に多くの費用を要す
ることに基ずく価格面を含め実器に使用する場合大きな
制約を受けていた。本発明者らは、上記従来品が保持す
る優れた特性は総べて完備し、かつ沿面絶縁抵抗に対す
る致命的欠陥を完全に除去し、かつ、成形後の機械加工
も殆んど不要の状態にし安価な気密絶縁端子を得る可く
、多くの研究を重ねた結果本発明を完成し、安価に提供
することに成功した。

本発明になる気密絶縁端子を第３図に示す一実施例に基
き説明する。

第３図ａは縦断面図、第３図イは成形後の状態を第３図
口は加工完了後の状態を示し、ｂは下面図である。基体
１には六角形の締付座４、および取付ねじ５を、また端
子導体２には接続ねじ６ａ，６ｂを予じめ機械加工を施
したものを使用しているので、成形後の機械加工は、締
付座４の上に締付座４よりも大きく構成された板状絶縁
物３ｃを切削して切削面７を構成することおよび接続ね
じ６ａをさらえることのみで手数を要する機械加工は殆
んど必要としない。また絶縁物３ｂは厚さが薄い六角形
の板状絶縁物３ｃの上に底部の径が締付座４の対辺距離
より短い円推形状に構成されているので取付時に締付用
治具に接触することがないので寸法的な機械加工は全く
不要である。またマイカ剥片の配列状態８は第３図イに
示すように外周部３ｄに平行して配列しているので機械
的強度は前述のように強い状態にあり層状剥離を生ずる
ようなことは全くない。そのため、その沿面長を長くす
る際に不可避の条件がないため必要とする沿面絶縁抵抗
特性品を得ることができる。次に本発明品の製造方法の
説明である力序一、理解を容易にするため、発明品の説
明に先だち従来品の製造方法の概略を第４図に従い説明
する。図中１は基体で円筒形状品である。２は端子導体
である。

９は２つ割の割壁、１０は枠、１１は２つ割の支持金で
端子導体２を支持する支持孔１１ａおよび絶縁物３ａを
構成し得る空間部１１ｂを有している。

１２は加圧金で端子導体２を貫通し得る貫通孔１２ａを
有する。

以上４部品で構成された成形型を使用する。１３は予備
成形体で、絶縁物３の原料であるガラス質粉末とマイカ
粉末の混合粉末に水分を加え混潤状態とし、予め別の成
形型（図示せず）により円筒形状品に成形し、乾燥して
水分を除去したものである。

成形は第４図イに示すように割壁９、枠１０、支持金１
１を組立て、組立てない状態の加圧金１２とともに所定
温度に加熱する。基体１、端子導体２および予備成形体
１３もそれぞれ所定温度に加熱する。加熱が完了すると
先ず支持金１１上に基体１を挿填する。次に基体１上に
予備成形体１３を挿填し、最後に端子導体２を支持金１
１の支持孔１１ａに挿填する。この時の状態が第４図イ
に示してある。挿填が完了すると加圧金１２を予備成形
体１３の上に置き、加圧成形機を用いて加圧金１２を加
圧する。予備成形体１３は流動して貫通孔１０１および
空間部１１ｂを充填し、絶縁物３ａ，３ｂを構成する。
所定温度に冷却後成形型を分解して第１図に示す成形品
を取りだし成形を完了する。成形された絶縁物３ｂの外
径は成形型の嵌合に関連して基体１の外径より太くなつ
ている。籾本発明品の製造方法であるが、一実施例につ
いて第５図に従い説明する。

割壁９は外側は勾配を有する円錐形状であるが内部は正
六角形の筒状で、２つ割構造になつている。枠１０は、
内部に勾配を有する円錐形状品で割壁９と嵌合し、これ
を締付けるようになつている。支持金１１は外側は正六
角形で、割壁９に嵌合するようになつており、中央下端
部に端子導体２を支持し得る支持孔１１ａを有し、その
上部に絶縁物３ａを構成するための空間部１１ｂを有し
、またその上部に基体１の締付座４を支持するための支
持部１１ｃを有し、この支持部１１は内部に基体１の取
付ねじ部５を収納し得る収納部１１ｄを有し、その収納
部１１ｄの深さは基体１を収納した際に基体１の底部１
ａが接触することなく空間部を保持する寸法になつてい
る。この構造で２つ割になつている。なお必要に応じこ
の支持部１１ｃを本体と分離したものを使用しても支障
はない。加圧金１２は外側は正六角形で、割壁９に嵌合
するようになつており、中央上部に端子導体２を貫通し
得る貫通孔１２ａを有しその下に円錐状の空洞部１２ｂ
を有する構造になつている。以上４部品で構成された成
形型を準備する。次に端子導体２であるが外径８１１φ
、長サＭｌｌＯＯのチタン棒で、両端にＭ８ねじを切つ
たものを使用した。

基体１には対辺２９１１の六角の鉄を使用し上部に厚サ
６１の締付座４を残し、その下部にＰＴ３／４ねじを切
り全長２５１１で内部に１４φの貫通孔１０１を有する
ものを使用した。次に予備成形体１３であるが、ガラス
質にはＰｂＯ・１．０，Ｂ２０３・０．４，Ｓｉ０２・
０．４，Ａ１Ｆ３・０．２のモル比組成品を２００メツ
シユに粉砕した粉末５＄Ｗ％、合成金弗素マイカの粉末
６０〜１００メツシユ品４５Ｗ％を混合し、水５Ｗ％を
加え湿潤状態にしたものを原料とし、６０ｇｒを秤取し
、別の成形型（図示せず）を使用し、冷間加圧成形によ
り外径２８１φ、内径１０１φの円筒形状品を成形し、
１２０℃の乾燥器中に２時間保持し水分を除去したもの
を使用した。籾成形であるが、第５図イに示すように割
壁９、枠１０および支持金１１を組立て、加圧金１２は
別に保持して電気炉により３５０℃に加熱する。

端子導体２は５００℃に、基体１は６００℃に、予備成
形体１３は６５０℃にそれぞれ加熱する。加熱が完了す
ると、基体１を支持金１１の支持部１１ｃ土に基体１の
締付座４の底４ａが接するように挿填する。この時基体
１の底部分１ａが支持金１１に接しない寸法品を使用す
る。次に予備成形体１３を基体１の上に挿填し、最後に
端子導体２を支持金１１の支持孔１１ａに挿填する。こ
の時の状態が第５図イに示してある。挿填が完了すると
加圧金１２を予備成形体１３上に載置し、加圧成形機を
使用して全圧力３０ｔ０ｎで加圧金１２を加圧する。予
備成形体１３は流動して基体１の貫通孔１０１を加圧金
１２の空間部１２ｂおよび支持金１１の空間部１１ｂを
充填してガラス・マイカ塑造体よりなる絶縁物３ａ，３
ｂを構成する。この時の状態が第５図口に示してある。
加圧状態を維持して冷却し、成形品温度が３００℃に達
した時点で説圧の後成形型を分解し成形品を取りだし成
形を完了した。成形品は厚サ約１ｍ１の板状絶縁物３ｃ
を形成しているこの部分は成形型嵌合にともなう不可避
の条件により締付座４より大きくなつているので、この
部分を除去する。

この作業は、やすりでも可能で多くの手数は要しない、
また接続ねじ６ａには予備成形体１３の粉末が附着して
いることがある。この場合、タツプにより除去する。こ
の粉末は加圧を受けていないので容易に除去される。次
に取付ねじ５であるが寸法変動は殆んどない。これは成
形加圧時基体２が締付座４で支えられており、取付ねじ
５の部分が加圧力を受けていないためで当然のことであ
る。この件に関しては前述のように、基体１の底１ａが
支持金１１に接触しないように管理することが必要であ
る。なお、従来の成形方法では、加圧力が基体１に加わ
るため、予め取付ねじ５を加工した基体１を使用すると
取付ねじ５が変形するため、使用に耐える製品を製作す
ることは不可能であつた。この関係は第４図に示してあ
る。次に第６図により他の実施例につき説明する。

この構造品の場合基体１の貫通孔１０１の上部に斜面部
１０２が設けてある。この場合、第５図に示す成形加圧
時予備成形体１３の流動が容易になるので、必要とする
成形加圧力が低減されるようになる。加圧力の低減は基
体１の変形の減少に直結するとともに成形型の耐用寿命
の増加にも直接関連するものであり、生産費用低下に有
用である。

なおこの斜面部１０２は平面削除でも曲面削除何れでも
よい。次に絶縁物３ｂの角部に曲面３ｅ，３ｆがまた絶
縁物３ａの先端にも曲面３ｇが設けてある。このことは
成形後第５図に示す加圧金１２を掃除する工程が容易に
なるとともに、使用時の欠損などに関して有用に作用す
るものでその効果も大きい。上記のように本発明になる
気密絶縁端子は耐熱特性、気密（水密）特性、冷却媒体
に対する耐食特性、機械的および、冷熱衝撃特性ならび
に経年変化に対する信頼性など必要な特性は総べて完全
にこれを保持するとともに、従来品の致命的な欠陥であ
つた沿面絶縁特性に関して、これを完全に除去するとと
もに、同時に従来品の不可避の条件であつた成形後の繁
雑な機械加工の工程も大幅に削減されその特性も安定化
した気密絶縁端子を安価に提供することに成功したもの
でその効果は極めて大きい。

なおこの発明の説明にあたつては液体を媒体とする整流
装置用の気密絶縁端子を対象にして述べたが用途はこれ
に限定されるものではなく水を充満した金属容器の防食
用、あるいは高圧ガスを充填した金属容器などにも使用
可能でその用途も極めて広範である。

なおこの発明の説明では、ガラス原料に酸化鉛を含有す
る低融点ガラスを使用したものについて説明したが、用
途に応じて鉄器琺瑯用釉薬などを使用することも可能で
、決して実施例に制約されるものでないことは当然であ
る。上記のように本発明になる気密絶縁端子は用途が極
めて広範で有用に活用されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の気密絶縁端子の成形品の状態を示す断面
図で、第１図ａは縦断面図、第１図ｂは下面図である。 第２図は第１図に示す成形品を使用可能な形態に加工し
たものの状態を示す図で、第２図ａは縦断面図、第２図
ｂは下面図である。第３図は本発明になる気密絶縁端子
の一実施例の状態を示す図で、第３図ａは縦断面図、第
３図ａイは成形後の状態を示す図、第３図Ａ，叫ま使用
可能な形態に加工したものの状態を示す図、第３図ｂは
下面図である。第４図は従来の気密絶縁端子の成形方法
を示す縦断面図で、第４図イは加圧成形直前の状態を、
第４図叫ま加圧成形完了後の状態を示す図である。第５
図は本発明になる気密絶縁端子の成形方法の一実施例を
示す縦断面図で、第５図イは加圧成形直前の状態を、第
５図叫ま加圧成形完了後の状態を示す図である。第６図
は本発明になる気密絶縁端子の他の実施例の状態を示す
図で、第６図ａは縦断面図、第６図Ａ，イは成形後の状
態を示す図、第６図Ａ，叫ま使用可能な形態に加工した
ものの状態を示す図、第６図ｂは下面図である。図中１
は基体、２は端子導体、３，３ａ，３ｂは絶縁物、４は
締付座、５は取付ねじ、６ａ，６ｂは接続ねじ、７はガ
ラス・マイカ塑造体の切削面、８はマイカ剥片の配列状
態、９は割壁、１０は枠、１１は支持金、１２は加圧金
、１３は予備成形体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中央部に貫通孔を有する基体、上記貫通孔を貫通し
   て設けられた端子導体、この端子導体と基体の空隙部を
   充填し、両者を密封固着するとともに上記貫通孔の一端
   面から突出して上記端子導体を包囲するガラス質とマイ
   カ粉末からなるマイカ・ガラス塑造体の絶縁物を備えた
   気密絶縁端子において、上記基体は外周が正六角形で、
   且つ該基体の端面に上記正六角形の対辺距離より短い寸
   法の直径を底面とする円錐形状で上記端子導体を包囲す
   るように上記絶縁物を介在させた構造に成形したことを
   特徴とする気密絶縁端子。 ２ 基体の貫通孔端部に斜面部分を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の気密絶縁端子。 ３ 端子導体を包囲して構成された絶縁物の角部分を曲
   面としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の気密絶縁端子。 ４ 成形枠内に収納した中央部に正六角形の貫通部を有
   する分割構造の壁部と、上記貫通部内に端子導体を直立
   に保持すると共に基体と上記端子導体との空間部に連結
   して該端子導体を包囲する突出部を形成し得る空間部を
   構成し、且つ基体下部の外周および基体底部が接触する
   ことのない収納部分を有し、上記収納部分を構成する外
   壁上部が上記基体上部の外周平面で支持し得るように構
   成された外周が正六角形の分割構造の支持金と、中央上
   部に上記端子導体を貫通し得る貫通孔を有し、下部の端
   面に基体の対辺距離より短い直径を底面とする円錐形状
   に形成され、上記基体と上記端子導体との空間部に連結
   して上記端子導体を包囲する突出部を形成し得る空間部
   を構成した外周が正六角形の加圧金よりなる成形型を使
   用し、上記成形型を所定温度に加熱し、上記成形枠内の
   支持金の外壁上に所定温度に加熱した上記基体を載置す
   る工程、所定温度に加熱したガラス質とマイカ粉末から
   なる円筒形状の予備成形体を上記成形枠内に挿填した基
   体上に載置する工程、上記支持金の端子導体支持部に所
   定温度に加熱した端子導体を挿填する工程、加圧金によ
   り上記予備成形体を加圧し、上記基体と端子導体の空間
   部および端子導体を包囲する空間部に充填し、基体と端
   子導体を密封固着するとともに端子導体の包囲部を形成
   する工程、および成形体が所定温度に達した後成形型を
   分解し、成形品を取り出す工程を備えたことを特徴とす
   る気密絶縁端子の製造方法。 ５ 支持金は、上記端子導体を直立に保持し得、かつ上
   記基体と端子導体との空間部に連結して該端子導体を包
   囲する突出部を形成し得る空間部を構成する第１部分と
   基体下部の外周および基体底部が上記第１部分に接する
   ことなく収納し、上面部で基体上部の外周平面で支持し
   得る構造を有する第２部分に分割したことを特徴とする
   特許請求範囲第４項記載の気密絶縁端子の製造方法。