JPS6220267A - 気密絶縁端子 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気密絶縁端子に関する。さらに詳しくは、金
属製気密容器内に収納された電気機器と外部との電気的
接続を行なうばあいなどに用いられる通電用導体（以下
、単に「通電極」という）を有する気密絶縁端子に閃す
る。

［従来の技術］ この種の気密絶縁端子においては、たとえば気密容器内
に７０ンなどの液体化合物を冷却媒体として充填し、そ
の内部に発熱をともなうたと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で車輛に搭
載されるものについては、装置自体の軽量化を実現する
ために、同一形状品では通電容量がより大きいこと、ま
た同−通電容量品では重量ができるだけ軽いことが強く
要求される。

またこの種気密絶縁端子に要求される一般的特性として
は、経年変化がなく安定して高度の気密特性を維持する
ことをはじめとし、耐熱特性に富み、冷熱および機械的
衝撃強度が高いこと、また電気絶縁特性については沿面
絶縁特性を含め使用条件に応じた特性を具備することな
どがある。

従来より、この種気密絶縁端子の電気絶縁物および気密
封着材として、合成樹脂、ゴム類、ガラス質または磁器
質材料を用いたものが公知であるが、合成樹脂やゴム類
を使用したものは耐熱特性が乏しく経年変化があり、長
期の使用において気密保持特性に信頼性かえられず、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。

一方ガラス質または磁器質材料を用いたものは、気密特
性、耐食特性に関してはほとんど問題がないが、熱およ
び機械的衝撃強度に乏しく、そのため車輛に搭載される
整流装置などに使用したばあい、振動により破損する危
険性が極めて高く使用することは不可能である。このよ
うに前記材料はそれぞれ致命的な欠陥がある。

その点、本発明者らが先に提案しているがラス質粉末と
マイカ粉末の混合粉末を原料とし、該原料粉末をガラス
質が軟化し加圧により流動する温度に加熱し、加熱状態
で加圧成形してえられるガラス、マイカ塑造体を電気絶
縁物および気密封着材として使用した気密絶縁端子は、
前記の一般的特性すなわち安定した気密保持特性、耐熱
特性、冷熱および機械的衝撃強度、電気絶縁特性などは
優れているが、通電容量当りの重量が重いこと、形状容
積当りの通電容量が小さいこと、また高電圧用に用いら
れる沿面絶縁特性の高いものをうろことができないこと
など、致命的な欠陥がある。

そのため車輛に搭載する整流装置のように軽量であるこ
とが要求されるものには用いることができない。

以下、第２図に示す代表的な実施例にもとづき従来製品
の前記欠陥の発生原因を説明する。図においてけ）は気
密容器に気密的に接続される基体、（２）は逆電極、（
３）は絶縁物である絶縁物（３）は、ガラス質粉末とマ
イカ粉末の混合粉末を原料とし、前記原料をガラス質が
軟化し、加圧により流動する温度に加熱し、加熱状態で
加圧成形しでえられるガラス、マイカ塑造体であり、専
用の成形用金型を使用して基体（１）の貫通孔と逆電極
（２）の間隙部（４）に封着絶縁物（３ｃ）が、基体（
１）の上面（１ａ）および下面（１ｂ）において貫通孔
から突出している逆電極（２）の周面を包囲するように
沿面絶縁部（３ａ）、（３ｂ）がそれぞれ形成されでい
る。封着絶縁物（３ｃ）は基体（１）と逆電極（２）の
絶縁性および気密性を保持する封着材の効果を、また沿
面絶縁部（３ａ）、（３ｂ）は両者の沿面絶縁抵抗を保
持する役割をそれぞれ果たしている。

基体（１）は気密容器内の充填物たとえばフロンおよび
大気に対する耐食性を保持する必要がある。

また熱膨張率はガラス、マイカ塑造体の転位温度以下の
熱膨張率より大きいものを使用する。このガラス、マイ
カ塑造体の転位温度は、原料ガラスの転位温度と同等で
あると考えて差支えない。またその熱膨張率は原料ガラ
スの成分構成およびマイカ粉末との混合比率に大きく支
配されるものでその値は９〜１２Ｘ１０−６／”Ｃ程度
のものがえられる。

逆電極（２）は、耐食特性に関しては基体（１）と同様
であり、熱膨張率はガラス、マイカ塑造体の熱膨張率よ
り小さいものを使用する。

前述したように、基体（１）、逆電極（Ｚ）および絶繊
物（３）の材料選択に際し熱膨張率を重視するのは、こ
の種の気密絶縁端子にとって最重要特性である気密特性
を確保するためである。熱膨張率は気密特性と密接に関
係し、以下、この理由について説明するが、理由は製造
方法と密接に関連するため併せて説明を行なう。

成形には専用の成形用金型を使用し、基体（１）、逆電
極（２）とともに所定温度に加熱する。原料粉末は、あ
らかじめ必要な形状の予備成形体に成形して使用する。

前記予備成形体を加圧により流動する温度に加熱し、加
熱状態の成形用金型内に加熱状態の基体（１）、逆電極
（２）とともに挿填され、その後予備成形体を加圧して
絶縁物（３）が成形される。

成形された絶縁物（３）は、原料ガラスの転位温度より
も高い温度領域では加圧により流動または変形が可能で
あるが、転位温度以下の温度では固化し、固体としての
挙動を示す。基体（１）と逆電極（２）の間隙部（４）
に存在する封着絶縁物（３ｃ）は、絶縁物（３）が固化
した温度から常温に至るあいだ、外周部にある熱膨張率
の大きい基体（１）の収縮により、中心部に向って大き
な締めっけ圧力を受ける。この現象は焼嵌現象と極似し
ている。同時にこの封着絶縁物（３ｃ）は中心部に位置
する熱膨張率の小さい逆電極（２）を強力に圧縮し締め
っける。

そのため封着絶縁物（３ｃ）の内外周面すなわち基体（
１）と逆電極（２）の接触面に圧縮力が発生し、気密絶
縁端子は優れた気密保持特性が確保される。

前記説明で明らかなように、優れた気密保持特性をうる
ためには基体（１）が封着絶縁物（３ｃ）を強力に締め
っけることが必要である。そのため基体（１）は機械的
強度、とくに耐力が大きいことが望まれるが、基体（１
）の肉厚が薄いばあいには基体（１）自体が伸び圧縮力
を発生しなくなるので、伸びを生じない絶対耐力を確保
するためには自ずと肉厚品が必要となる。従来製品では
前記条件を考慮して基体（１）には肉厚のステンレスが
使用されている。また逆電極（２）には、耐食性があり
熱膨張率が小さいチタン、コバールなどが使用されてい
る。それらの熱膨張率は、基体（１）に用いられるステ
ンレスが１８Ｘ　１０−’／’Ｃ、逆電極（２）に用い
られるチタン、コバールがそれぞれ８Ｘ１０−’だＣ１
５〜６Ｘ１０−’／”Ｃであり、絶縁物（３）を構成す
るガラス、マイカ塑造体が中間の９〜ｌｌＸｌ０−６／
”Ｃであるので前述した条件は完全に満たされる。その
結果、封着絶縁物（３ｃ）の内外周面には強力な圧縮力
が発生し高度の気密保持特性が確保される。

以上の説明で明らかなように、従来製品のばあい基体（
１）に比重が大きいステンレスを使用し、かつその筒体
は肉厚が厚くなるため基体（１）は重量が必然的に重く
なる。また逆電極（２）に銅または銅合金などに比べ導
電率がはるかに劣るチタンまたはコバールなどを使用し
ているため、必然的に逆電極（２）の径に対する通電容
量が小さくなり、形状容積当りの通電容量が小さくなる
。

つぎに、高電圧用に使用される沿面絶縁特性が高いもの
かえられない理由を説明する。これは逆電極（２）の熱
膨張率より沿面絶縁部（３ｂ）の熱膨張率が大きいこと
が直接の原因である。すなわち、沿面絶縁部（３ｂ）の
熱膨張率が逆電極（２）の熱膨張率より大きいので、原
料ガラスの転位温度がら常温に至るまでの熱収縮量は沿
面絶縁部（３ｂ）の方が大きいが、中心部に収縮量が小
さい逆電極（２）が存在するために沿面絶縁部（３ｂ）
は自由な収縮ができず、必然的に沿面絶縁部（３ｂ）に
亀裂が発生するからである。この現象は沿面絶縁部（３
ｂ）が長くなるほど顕著になり、そのため高電圧用に使
用される沿面絶縁部（３ｂ）の長いものかえられないの
である。

一方、沿面絶縁部（３ｂ）の短い気密絶縁端子のばあい
は、次に述べる方法により亀裂の発生が防止されている
。以下その内容を説明する。一般にこの種気密絶縁端子
に使用するガラス、マイカ塑造体の原料ガラスには、硼
酸、珪酸および酸化鉛を主成分とする転位温度が３００
〜３７０℃程度の低融点ガラスで、転位温度以下の熱膨
張率が９．５〜１３×１０−６／　”Ｃのものが多く使
用される。またマイカ粉末は約８Ｘ１０−６／’Ｃ程度
の熱膨張率を有するものが使用される。ガラス、マイカ
塑造体の熱膨張率ハｆｆラス質の熱膨張率およびガラス
粉末とマイカ粉末の混合比率に支配され、同一ガラスの
ばあいガラス粉末の混合比率が低いほど熱膨張率は小さ
くなる。またガラス、マイカ塑造体の機械的強度はガラ
ス粉末の混合比率が２５〜３５容量％の範囲内が最も強
く、前記範囲をはずれると低下する。

従来製品では前記の一般的な特性を利用し、ガラス粉末
にはできるだけ熱膨張率の小さいものを使用しかつガラ
ス粉末の混合比率を２５〜３５容量％としてその熱膨張
率をできるだけ小さくしているが、逆電極（２）の熱膨
張率と同程度にすることは不可能である。しかしながら
前述したようにガラス粉末の混合比率が２５〜３５容量
％のばあいにガラス、マイカ塑造体の機械的強度が最大
となるため、沿面絶縁部（３ｂ）が短いばあいには、前
記機械的強度に支えられ亀裂の発生が防止される。

ところで、前記のごとくガラス粉末の混合比率が２５〜
３５容量％の原料粉末を成形するばあいには、加圧成形
時における流動性を確保するために原料粉末の加熱温度
を高くする必要があるが、加熱温度が高くなり過ぎると
マイカ粉末ががフス質に侵食され成形品のｌｆ１械的強
度が低下する現象が現れる。したがって加熱温度は、ガ
ラス質の転位温度より３００℃程度高い温度が限度であ
る。そこで流動性を確保するためには成形圧力を高くす
る以外に方法がなく、一般に１．５〜３　ｔｏｎ／ｃｘ
２の圧力で加圧成形される。このように成形圧力が高い
ばあいには加圧成形工程完了の直前に中心部に位置する
通電極（２）は外周面から大きな加圧力を受けることに
なり、通電極（２）の機械的強度が弱いばあいには紋ら
れて切断されるようになる。この現象を避けるためには
機械的強度が大きい材料を使用することが必須条件であ
る。つます機械的強度が大きくかつ熱膨張が小さい材料
が必要であるということになり、やむをえず導電率が悪
いチタン、コバールなどが使用される。そのため沿面絶
縁部（３ｂ）の長いものかえられないのである。

前記説明で明らかなように、気密保持特性の確保、成形
上の制約条件などにより使用材料の選択および形状が必
然的に制約されるため前記致命的な欠陥は容易に除去す
ることができなかった。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上述べたように、従来の気密絶縁端子には通電容量当
りの重量が重いこと、形状容積当りの通電容量が小さい
ことおよび高電圧用に使用される沿面絶縁特性が高いも
のかえられないという致命的な欠陥があった。

本発明は、かかる欠陥を解消するためになされたもので
端子自体の重量を軽くし、形状容積当りの通電容量が大
きくかつ艮い沿面絶縁部の形成が可能で沿面絶縁特性が
高い気密絶縁端子をうろことを目的とする。

［問題を解決するための手段１ 本発明は、単数または複数の貫通孔を有する基体と、前
記貫通孔に周壁との間隙部を保持しつつ貫通し両端が前
記基体の両端面から突出して配設された通電極と、前記
間隙部に介在し基体と通電極を電気絶縁するとともに密
封固着し、かつ通電極の貫通孔からの突出部周辺を包囲
する沿面絶縁部を形成した絶縁部とからなり、前記絶縁
物が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
状態で加圧成形してえられるガラス、マイカ塑造体であ
る気密絶縁端子において、前記ガラス、マイカ塑造体の
原料中のガラス質粉末が４０容量％以上、９０容量％以
下である気密絶縁端子に関する。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の構造を示す縦断面図であり
、図中の符号は第２図と全く同一のものを示す。基体（
１）は気密容器内の充填物たとえばフロンおよび大気に
対する耐食性を保持することは必須の条件であるが、締
めつけ圧力の発生を必要としないので熱膨張率について
の制約がなく、広い範囲の材料から選択することができ
る。つまりステンレスはもちろんインコーネル、銅合金
、アルミニウム合金などを使用することができる。

また締めつけ圧力を必要としないことにより絶対耐力の
保持も不要となり、肉厚の薄いものを用いることができ
る。通電極（２）は基体（１）同様フロンおよび大気に
対する耐食特性を保持することが必要であり、熱膨張率
についてはガラス、マイカ塑遺体と等しいかまたはこれ
よりも大きいことが望ましい。

さらに加圧成形工程における成形圧力が低いため、通電
極（２）は外周面に大きな圧力を受けそのために紋られ
て切断されることがないので、機械的強度の大きい材料
を使用する必要がなく導電率の良好な材料たとえば銅お
よび銅合金などを好適に使用することができる。絶縁物
（３）を構成するガラス、マイカ塑造体については、原
料ガラスとして従来製品に使用したものと同様硼酸、珪
酸、酸化鉛を主成分とする転位温度が３００〜３７０℃
の低融点ガラスで、加熱条件で失透現象を生じずかつ組
成物を粒度２００メツシユ以下に粉砕した粉末を使用す
る。転位温度は前記範囲に限定されるものではないが、
なるべく低い温度が望ましい。また転位温度以下の熱膨
張率は９．５〜１３Ｘ　ｉｏ−６７℃の範囲になる。マ
イカ粉末はがラス粉末と混在して加熱されたときに、熱
分解したり、またガラス質に侵食されたりすることがな
く安定した状態を保持するものが望ましく、天然マイカ
より合成マイカの方が好ましく、たとえば合威含弗素金
マイカなどは好適であり、粒度は６０〜２００メツシユ
の範囲のものが最適である。粒度が粗大なものは均一な
分散状態をうろことが困難でありまた粒度が微細なもの
は弾性を付与する能力が劣る。

原料粉末の調整についてはガラス粉末の合成比率を少な
くとも４０容量％以上とすることが必要である。４０容
量％以下のばあいにはマイカ粉末が露出し、基体（１）
および通電様（２）との融着状態が悪くなり、気密保持
特性が悪くなる。また上限は９０容量％であり、これよ
り多くなると機械的強度が低下し微細な亀裂が発生しや
すくなる。

つぎに具体的な実施例にもとづき説明する。基体（１）
に外径が１８１１内径が１４　ｚ　ｚ　Ｓ長さが２５１
１のステンレス管を、通電様（２）に外径が８ｚｘ、長
さが１２０ｙＩＩの銅りローム棒を使用した。原料ガラ
スにはＰｂＯ７５％、８２０３７％、５ｉ０２６％、＾
ｆＦ３１２％の組成をもち転位温度３０４℃、熱膨張率
１２．７５ＸＩＯ−６／”Ｃの特性を有するものを２０
０メツシユ以下に粉砕したものを、またマイカ粉末には
合成含弗素金マイカで粒度６０〜２００メツシユのもの
を使用した。〃ラス粉末８０容量％、マイカ粉末２０容
量％の混合比率で原料粉末を調整し、５％の水分を加え
湿潤状態にし、冷間加圧成形により成形用金型に挿填で
きる円筒形状の予備成形体を成形し、これを乾燥させ水
分を除去して使用した。成形用金型は、従来製品の成形
に使用したものと同様の構造品であり、分割構造の壁部
、壁部を締めつける枠、壁部内にあり基体（１）と通電
様（２）を保持し沿面絶縁部（３ｂ）を構成しうる空間
を保有する受金および中央に通電様（２）を嵌合できる
貫通孔を有し外周が壁部に嵌合する加圧金よりなるもの
を使用した。

通電様（２）を成形型内に挿填し３５０℃に加熱し、基
体（１）と予ｉ成形体を５５０℃に加熱し、加熱が完了
すると基体（１）と予備成形体を成形型内に挿填し、３
５０℃に加熱した加圧金型を予備成形体上に載置し、５
００ｋｇ／ｃ１１２の圧力で加圧し、予備成形体を流動
させ沿面絶縁部（３ｂ）の長さが７０１となるように絶
縁物（３）を形成し、冷却後成形型を分解し気密絶縁端
子をえた。気密保持特性をヘリウム・リークデテクター
を用いて測定した結果、デテクターの最高感度１０−”
　ｃｃ／５ｅｅ（１気圧）においてリークを検知しなか
った。また沿面絶縁部（３ｂ）に亀裂の発生は全く見ら
れず完全な沿面絶縁特性を保持した。

本発明の気密絶縁端子のばあい、成形したガラス、マイ
カ塑造体の熱膨張率は１１．４２Ｘ　１０’″６／℃で
あり、通電様（２）の銅クロームの熱膨張率は１７．ｌ
Ｘｌ０−’／’Ｃであるため通電様（２）の外周面およ
び基体（１）の内周面には全く締めっけ圧力が発生して
いない。

にもかかわらず本発明の気密絶縁端子が高度の気密保持
特性を有するのは、混合原料中のガラス含有比が高く、
ガラス質と金属面が完全に融着し気密を保持しているか
らである。

また沿面絶縁部（３ｂ）においては、通電様（２）の収
縮率が大きいため沿面絶縁部（３ｂ）は円周方向にはほ
とんど応力を受けないが軸方向に圧縮応力を受けるので
強度が増加し、亀裂の発生は全くなく安定した状態が維
持される。さらに成形圧力については、ガラス含有比が
高く流動性が良好であるため大きな加圧力を必要とせず
、本実施例では５００Ａｙ／ｃｚ２を設定したが、これ
より小さい加圧力でも成形が可能である。したがって通
電様（２）は大きな機械的強度を必要とせず、導電率が
良好な銅および銅合金を使用することが可能である。

前記説明に際しては液体を媒体とする整流装置用の気密
絶縁端子を対象とし通電様の径が８Ｈのものについて述
べたが、通電様の径についての制約はない。また基体の
中心に通電様が１本だけ介在する単極端子について述べ
たが、基体に複数の貫通孔を有し各貫通孔に通電様がそ
れぞれ介在する多極構造の気密絶縁端子についても本発
明は適用されうるちのである。

［発明の効果］ 本発明の気密絶縁端子は、従来の気密絶縁端子が保持す
る気密特性、耐食特性、冷熱および機械的衝撃強度を完
全に保持し、かつ従来製品ではうることができなかった
長い沿面絶縁部を有するものかえられるため、高電圧が
印加される用途にも使用可能である。本発明の最大の効
果は、基体に締めつけ圧力を発生させる必要がないため
材料を自由に選択でき、かつ肉厚の薄いものが使用可能
なため端子自体の重量が軽量化され、さらに通電極に導
電率の良好な銅または銅合金の使用が可能になり容積当
りの通電容量が増加し、従来製品の致命的な欠陥のすべ
てが完全に除去されたことである。そのため車輛に搭載
する整流装置などに重宝に適用され、装置自体の軽量小
形化を実現することができる。なお、製造工程に関して
も小さな加圧力ですむなど容易化され、その実用的およ
び技術的効果は極めて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気密絶縁端子の一実施例の構造を示す
縦断面図、第２図は従来の気密絶縁端子の一実施例の構
造を示す縦断面図である。 図において、（１）は基体、（２）は通電極、（３）は
絶縁物、（３ａ）、（３ｂ）は沿面絶縁部、（３ｃ）は
８着絶縁物である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）単数または複数の貫通孔を有する基体と、前記貫
   通孔に周壁との間隙部を保持しつつ貫通し両端が前記基
   体の両端面から突出して配設された通電極と、前記間隙
   部に介在し基体と通電極を電気絶縁するとともに密封固
   着し、かつ通電極の貫通孔からの突出部周辺を包囲する
   沿面絶縁部を形成した絶縁部とからなり、前記絶縁物が
   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
   で加圧成形してえられるガラス、マイカ塑造体である気
   密絶縁端子において、前記ガラス、マイカ塑造体の原料
   中のガラス質粉末が４０容量％以上、９０容量％以下で
   あることを特徴とする気密絶縁端子。