WO2020171048A1 - 気密端子および耐圧容器 - Google Patents

Abstract

気密端子（１０）は、少なくとも１個の封着孔を有する金属ベース（１１）と、上記金属ベース（１１）の上記封着孔に挿通したリード（１２）と、上記金属ベース（１１）と上記リード（１２）とを気密に封着する絶縁材（１３）と、この気密端子（１０）が耐圧容器に取り付けられた状態においてインナー側に位置して上記耐圧容器に封入された冷媒と接触する上記気密端子（１０）の表面の少なくとも一部に設けられた断熱体（１４）とを備えている。

Description

気密端子および耐圧容器

　本開示は、気密端子およびそれを用いた耐圧容器に関する。

　気密端子は、アイレットまたは金属ベースの挿通孔にガラスからなる絶縁材を介してリードを気密に封着したものである。気密端子は、気密容器内に収容された電気機器や素子に電流を供給したり、電気機器や素子から信号を外部に導出したりする場合に用いられる。たとえば、冷蔵庫やエアコンの圧縮機に用いられる気密端子が、国際公開ＷＯ２０１０／１１７０００号（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示された気密端子においては、天板部と、この天板部の外周端から下方に向かって延びる筒状部と、この筒状部の下端から斜め外方に広がったフランジ部と、天板部から内方側に向かって延びるリード封着孔を形成する３個の小筒部とを備えた金属ベースが用いられている。この金属ベースのリード封着孔にそれぞれ封着用のガラス絶縁材を介してリードが気密に封着されている。

　ハイブリッド自動車では、エンジンによる環境への影響を軽減する目的から、自動車が信号などで一時停止する場合にはエンジンが停止するものがある。この場合、エンジンで駆動する圧縮機を用いていると、自動車が停止する度に空調が止まることになり、夏季や冬季、極寒や極暑の地では特に問題になる。

　ハイブリッド自動車や電気自動車では、エンジンで駆動する圧縮機ではなく電動機で駆動する圧縮機が用いられている。電動の圧縮機においては、屋内用エアコンと同様に圧縮機構を電動機とともに気密容器に内蔵させている。車載用電動圧縮機は、狭隘なエンジンルームへの設置を考慮して、出来るだけ省スペースかつ小型軽量のものが好ましい。電動機は気密容器の端子取付孔に取付けた気密端子を通じて供給された電気で駆動される。用いられる気密端子は、たとえば、中国実用新案公告ＣＮ２０６０９８７６９Ｕ号明細書（特許文献２）に示されたような、省スペースのためにピンを直列（一線状）配置したものが多い。

国際公開ＷＯ２０１０／１１７０００号 中国実用新案公告ＣＮ２０６０９８７６９Ｕ号明細書

　車載用の電動圧縮機においては、冷媒および潤滑油と電動機とを収容した気密容器の端子取付孔に気密端子が取り付けられる。電源から気密端子を通して電動機に電気を供給して冷媒を圧縮および循環させて車内外の熱交換に利用する。このとき、気密端子は容器内側の冷媒と接触することで金属の表面が冷却されて、容器外側の端子のリードや金属ベースの表面が結露してしまうことがあった。結露は、電気絶縁上好ましくなかった。従来の気密端子にリードや金属ベースの表面結露を防止するという発想はなかった。

　これまで冷凍機用の気密端子において、容器外側の金属ベースとアウタリードとに電気絶縁性を向上させる目的で、シリコーンゴムなどの絶縁被覆を設けることがあった。シリコーンゴムは、耐冷媒性および耐油性を備えておらず容器内側に適用することはできない。

　本開示の目的は、車載用の電動圧縮機においてアウター側の表面の結露を防止する気密端子およびそれを用いた耐圧容器を提供することにある。

　本開示の一実施形態に係る気密端子に従えば、少なくとも１個の封着孔を有する金属ベースと、上記金属ベースの上記封着孔に挿通したリードと、上記金属ベースと上記リードとを気密に封着する絶縁材と、この気密端子が耐圧容器に取り付けられた状態においてインナー側に位置して上記耐圧容器に封入された冷媒と接触する上記気密端子の表面の少なくとも一部に設けられた断熱体とを備えている。

　気密端子のインナー側の露出表面を断熱体で被覆することにより、気密端子の金属表面が冷媒と接触しないようになる。金属ベースやリードの表面が冷媒によって直接冷却されることがないので、気密端子のアウター側の結露を防止することができる。

　上記断熱体は、耐冷媒性および耐油性を有する電気絶縁材で構成してもよい。
　上記断熱体は、ゴム、エラストマーおよびプラスチックから選択された材料、または、ゴム、エラストマーおよびプラスチックを複合させた複合材若しくは複合構成体で構成してもよい。

　上記断熱体は、エポキシ樹脂およびＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）から選択されたプラスチックで構成してもよい。

　上記断熱体は、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）およびＥＰＤＭ（エチレン－プロピレン－ジエンゴム）から選択されたゴムで構成してもよい。

　上記断熱体を構成する上記ゴムは、カーボンブラックフリーまたはカーボンブラックレスでもよい。

　上記ゴムには、シリカおよび珪酸マグネシウムから選択された１種類以上の無機フィラーが１～５質量％添加されていてもよい。

　上記ゴムには、モノフェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤およびポリフェノール系酸化防止剤から選択された１種類以上のヒンダードフェノール系老化防止剤が１０質量％未満添加されていてもよい。

　上記断熱体は、少なくともインナー側に位置する上記リードの表面に沿って延び上記リードの先端部を除いて被覆する部分を有してもよい。

　上記断熱体の上記リードを被覆する部分は、その外周を周回する突起を有してもよい。
　上記突起は、上記耐圧容器の内側に配置された電動機の配線コードに繋がるコネクタの内径に合致する外径を有し、上記コネクタの内径部への冷媒および潤滑油の進入を阻止してもよい。

　上記突起は、複数設けられてもよい。
　複数の上記突起は、互いに間隔をあけて設けられてもよい。

　上記断熱体は、上記金属ベースの表面を上記気密端子が上記耐圧容器に取り付けられた状態において上記耐圧容器の端子取付孔の内壁面に到達するまで被覆する部分を有してもよい。

　上記断熱体は、少なくとも上記耐圧容器に設けられた端子取付孔の内側の上記気密端子の表面全体を、上記インナー側の上記リードの先端部を除いて隙間なく覆うように設けられ、上記先端部は、上記耐圧容器の内側に配置された電動機の配線コードに繋がるコネクタに挿入される部分としてもよい。

　上記金属ベースは、ネジ止めのため設けた複数の通孔を有してもよい。
　上記金属ベースは、直線上に配置した複数の上記封着孔を有してもよい。

　上記いずれかの気密端子を備えた耐圧容器を構成してもよい。

　本開示の一実施形態に係る気密端子によれば、気密端子の表面の結露を防止することができる。

本開示に係る気密端子１０を示し、（ａ）はインナー側を示す平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はアウター側を示す下面図、（ｄ）は側面図である。 本開示に係る気密端子２０を示し、（ａ）はインナー側を示す平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はアウター側を示す下面図、（ｄ）は側面図である。 本開示に係る気密端子が耐圧容器に取付けられた状態を示し、（ａ）は電動機のコネクタを外して耐圧容器のインナー側から見た平面図、（ｂ）は耐圧容器を正面から見た部分断面図である。

　本開示に係る気密端子は、少なくとも１個の封着孔を有する金属ベースと、上記金属ベースの上記封着孔に挿通したリードと、上記金属ベースと上記リードとを気密に封着する絶縁材と、この気密端子が耐圧容器に取り付けられた状態においてインナー側に位置して上記耐圧容器に封入された冷媒と接触する上記気密端子の表面の少なくとも一部に設けられた断熱体とを備えている。

　必要に応じて、断熱体の所定表面には電動機への配線コネクタの内径に合致する外径を有する外周を周回する突起を設けることができる。気密端子のインナー側の露出表面を断熱体で覆ったことにより、少なくとも断熱体で覆われた気密端子の金属表面に冷媒が直接接触することがない。このため断熱体で覆われた気密端子のインナー側の金属ベースやリードの表面が冷媒によって直接冷却されることがないので、気密端子のアウター側において結露を抑制することができる。

　本発明に係る断熱体は、耐冷媒性および耐油性を有する電気絶縁材からなる。特に限定されないが、断熱体は、ゴム、エラストマーおよびプラスチックから選択された材料、または、ゴム、エラストマーおよびプラスチックを複合させた複合材若しくは複合構成体で構成することができる。断熱体の材料として、たとえばＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン－プロピレン－ジエンゴム）、エポキシ樹脂およびＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）が好適に利用できる。

　断熱体の物性低下を防止する安定剤にカーボンブラックを添加することがある。しかし、カーボンブラックの含有量が多すぎると断熱体の電気絶縁性や耐電圧性が低下することがある。本開示に係る断熱体は、気密端子の電気絶縁性や耐電圧性の要求特性を満足させるためにカーボンブラックの添加量を限りなく低減させている。たとえば、一般にＨＮＢＲのゴムに耐冷媒性、耐油性を付加させる場合、カーボンブラックを数％から１０％未満の範囲で添加したものが使われるが、本実施形態の気密端子用の断熱体に用いるＨＮＢＲは、絶縁性向上のためカーボンブラックフリーあるいはカーボンブラックレスとした。言い換えると、本実施の形態の気密端子に用いるＨＮＢＲは、通常よりカーボンブラックの配合量を低減した。このＨＮＢＲにシリカおよび珪酸マグネシウムのいずれか１種類以上の無機フィラーを１～５質量％添加したものが好ましい。

　さらに好ましくは、上記気密端子用の断熱体組成物に、芳香環１個にフェノール性水酸基１個の基本骨格を有するモノフェノール系酸化防止剤、芳香環２個を有し各芳香環にフェノール性水酸基１個の基本骨格を有するビスフェノール系酸化防止剤、芳香環１個にフェノール性水酸基２個の基本骨格を有するポリフェノール系酸化防止剤のいずれか１種類以上のヒンダードフェノール系老化防止剤（酸化防止剤）をさらに１０質量％未満含有させたものを利用するのがよい。

　本開示の気密端子１０は、図１に示すように、封着孔を有した金属ベース１１と、金属ベース１１の封着孔に貫通したリード１２と、金属ベース１１とリード１２とを気密に封着するガラス絶縁材１３と、断熱体１４とを備えている。断熱体１４は、気密端子１０が耐圧容器３５に取り付けられた状態においてインナー側に位置して耐圧容器３５に封入された冷媒と接触する部位の、金属ベース１１、リード１２および絶縁材１３の表面を覆う。

　図３に示すように、気密端子１０は、冷媒および潤滑油とともに電動機を収めた耐圧容器３５の端子取付孔３６にネジ３７などの固定手段で気密に固定される。

　断熱体１４のリード１２を被覆する部分には、その外周を周回する突起（図２において符号２１０で示す）が設けられていてもよい。突起は、耐圧容器３５の内側に配置された電動機の配線コード３８に繋がるコネクタ３９の内径に合致する外径を有し、このコネクタ３９の内径部への冷媒および潤滑油の進入を阻止する。

　気密端子１０のインナー側（図１（ａ））の露出表面を断熱体１４で覆ったことにより、気密端子１０の金属ベース１１およびガラス絶縁材１３に冷媒が接触しないようになる。これらの実施形態において、断熱体１４は、少なくとも耐圧容器３５に設けられた端子取付孔３６の内側の気密端子１０の表面全体を、インナー側のリード１２先端部を除いて隙間なく覆うように設けられている。インナー側のリード１２の先端部は、電動機への接続のためコネクタ３９に全体が挿入されてしまうので、気密端子１０の金属ベースやリードの表面が冷媒に触れて冷却されることがない。これらにより、気密端子１０のアウター側（図１（ｃ））の結露を防止することができる。なお、断熱体１４は、気密端子のインナー側の冷媒および潤滑油が接触する箇所の一部に設けた場合でもある程度の効果は得られる。

　断熱体１４は、耐冷媒性および耐油性を有する電気絶縁材であればいずれの材料を用いてもよい。たとえば断熱体１４の材料として、ＨＮＢＲ、ＥＰＤＭなどのゴムが好適である。

　一般的に電気絶縁性が１０^１１［Ω・ｃｍ］とやや劣るＨＮＢＲなどの断熱体１４を用いる場合には、カーボンブラックフリーまたはカーボンブラックレスのカーボンブラックを低減した配合とし、これにシリカおよび珪酸マグネシウムのいずれか１種類以上の無機フィラーを１～５質量％添加したものが好ましい。さらにモノフェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤およびポリフェノール系酸化防止剤のいずれか１種類以上のヒンダードフェノール系老化防止剤をさらに１０質量％未満含有させたものを利用するのがよい。ＨＮＢＲの断熱体１４の組成を上記の範囲内とすることで、ＨＮＢＲの電気絶縁性を１０^１５［Ω・ｃｍ］程度に向上させることができる。

　本開示の気密端子１０は、少なくとも冷媒と接触する部位に耐冷媒性および耐油性の断熱体１４の被覆を設け、かつ断熱体１４に電気絶縁性を持たせたことで、結露防止のみならずインナー側の金属ベース１１とリード１２との沿面距離を増大させて気密端子１０の耐トラッキング性、電気絶縁性および耐電圧性も同時に向上させることができる。

　また、本開示の気密端子１０は、図３に示すように、インナー側のリード１２の外周を覆う断熱体１４の外径を、これを取付けるコネクタ３９の内径に合致させることにより、リード接続部を含むコネクタの内部に低絶縁物である潤滑油（特にＰＡＧ［ポリアルキレングルコール］オイルは絶縁性が低い）等が進入しないように密栓することができる。これにより潤滑油による気密端子１０の絶縁低下も防ぐことができる。

　本開示に係る実施例１の気密端子１０は、図１に示すように、ネジ止めのため設けた複数の通孔１００および直線上に配置した３個の封着孔を有した炭素鋼の金属ベース１１と、金属ベース１１の封着孔に挿通したＦｅ－Ｃｒ鉄基合金製のリード１２と、金属ベース１１とリード１２とを気密に封着するホウ珪酸ガラスの絶縁材１３と、断熱体１４とを備えている。断熱体１４は、気密端子１０が耐圧容器に取り付けられた状態においてインナー側に位置して冷媒と接触する部位の金属ベース１１、リード１２および絶縁材１３の表面を覆った被覆であり、ＨＮＢＲ製である。

　断熱体１４の一部は、インナー側（図１（ａ））のリード１２の表面に沿って延び、リード１２を先端部を除いて被覆する。断熱体１４の他部は、絶縁材１３の表面全体を覆って、さらに、金属ベース１１の封着孔端を超えて、金属ベース１１の表面を気密端子１０が取り付けられる耐圧容器３５の端子取付孔３６の内壁面に到達するまでの範囲にわたって被覆する。

　図１（ａ）のインナー側のリード１２の先端部は金属表面が露出しているが、先端部は、図３に示す耐圧容器３５内の電動機に配線されるコネクタ３９に挿し込まれるため使用状態において表面に露出しない。気密端子１０のインナー側の露出表面を全てＨＮＢＲの断熱体１４で覆ったことにより、気密端子１０の金属ベース１１の表面およびガラスの絶縁材１３に冷媒および潤滑油が直接接触しないようになる。このため気密端子２０の金属ベース１１やリード１２の表面が冷媒によって直接冷却されることがなく、気密端子１０のアウター側（図１（ｃ））の表面の結露を防止することができる。

　断熱体１４のＨＮＢＲは、カーボンブラックフリーまたはカーボンブラックレスのカーボンブラックを低減した配合とし、これにシリカおよび珪酸マグネシウムのいずれか１種類以上の無機フィラーを１～５質量％添加し、さらにモノフェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤およびポリフェノール系酸化防止剤のいずれか１種類以上のヒンダードフェノール系老化防止剤をさらに１０質量％未満含有させたものを用いて絶縁性を向上させている。インナー側の金属ベース１１とリード１２との沿面距離を増大させることで耐トラッキング性、電気絶縁性および耐電圧性を向上させることができる。

　本開示に係る実施例２の気密端子２０は、図２に示すように、ネジ止めのため設けた複数の通孔２００および直線上に配置した３個の封着孔を有した炭素鋼の金属ベース２１と、金属ベース２１の封着孔に挿通したＦｅ－Ｃｒ鉄基合金製のリード２２と、金属ベース２１とリード２２とを気密に封着するソーダバリウムガラスの絶縁材２３と、断熱体２４とを備えている。断熱体２４は、気密端子２０が耐圧容器に取り付けられた状態においてインナー側に位置して冷媒と接触する部位の金属ベース２１、リード２２および絶縁材２３の表面を覆った被覆であり、ＥＰＤＭ製である。

　断熱体２４の一部は、インナー側（図２（ａ））のリード２２の表面に沿って延び、リード２２を先端部を除いて被覆する。断熱体２４の他部は、絶縁材２３の表面全体を覆って、さらに、金属ベース２１の封着孔端を超え、金属ベース２１の表面をこれが取付けられる端子取付孔３６の内壁面に到達するまでの範囲にわたって被覆する。

　断熱体２４のリード２２を被覆する部分には、その外周を周回する突起２１０が複数個、間隔をあけて設けられている。突起２１０は気密端子２０を取り付ける耐圧容器内側に配置された電動機に配線されるコネクタの内径に合致する外径を有している。突起２１０はコネクタの内径部に冷媒および潤滑油が進入するのを阻止し、かつコネクタが脱落するのを抑制する。

　気密端子２０のインナー側の露出表面を全てＥＰＤＭの断熱体で覆ったことにより、気密端子の金属ベース２１の表面およびガラスの絶縁材２３に冷媒および潤滑油が直接接触しないようになる。このため気密端子２０の金属ベース２１およびリード２２の表面が冷媒によって冷却されることがなく、気密端子２０のアウター側（図２（ｃ））において結露を防止することができる。

　実施例２の気密端子２０は、断熱体２４にＥＰＤＭを用いているので、耐冷媒性、特にＰＯＥ［ポリオールエステル］オイルに対する耐油性を満足させることができる。さらに、ＥＰＤＭを用いることでインナー側の金属ベース２１とリード２２との沿面距離を増大させて、耐トラッキング性、電気絶縁性および耐電圧性を向上させることができる。

　本開示に係る気密端子は、図３に示すように、これを取り付ける耐圧容器３５の内部に納められた電動機にリードを電気的に接続させた後、耐圧容器３５の端子取付孔３６に挿着され、ネジ３７等で締結されて取り付けることができる。

　本開示に係る気密端子のリードは、その表面に所望のめっき被覆を施すことができる。また、リードおよび金属ベースは、気密端子に利用可能な金属材であればいずれの材料を用いてもよい。たとえばＦｅ－Ｃｒ合金を、Ｆｅ－Ｎｉ合金、炭素鋼、銅合金、アルミニウム合金等に変更してもよい。

　同様に実施例に記載の絶縁材は、リードと金属ベースとを電気絶縁および気密封着できればよく、ソーダバリウムガラスに限らず任意のガラス材を用いることができる。本開示の絶縁材は、必要に応じて絶縁材の一部を互いに異なるガラス材で形成してもよい。必要に応じて、ガラス材の一部または全部をエポキシ樹脂等の樹脂材に変えてもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　本開示は、気密端子に利用でき、特に車載用の気密端子に利用することができる。

　１０，２０　気密端子、１１，２１　金属ベース、１２，２２　リード、１３，２３　絶縁材、１４，２４　断熱体、３５　耐圧容器、３６　端子取付孔、３７　ネジ、３８　配線コード、３９　コネクタ、１００，２００　通孔、２１０　突起。

Claims (18)

1. 　少なくとも１個の封着孔を有する金属ベースと、
   　前記金属ベースの前記封着孔に挿通したリードと、
   　前記金属ベースと前記リードとを気密に封着する絶縁材と、
   　この気密端子が耐圧容器に取り付けられた状態においてインナー側に位置して前記耐圧容器に封入された冷媒と接触する前記気密端子の表面の少なくとも一部に設けられた断熱体とを備えた、気密端子。
2. 　前記断熱体は、耐冷媒性および耐油性を有する電気絶縁材からなる、請求項１に記載の気密端子。
3. 　前記断熱体は、ゴム、エラストマーおよびプラスチックから選択された材料、または、ゴム、エラストマーおよびプラスチックを複合させた複合材若しくは複合構成体からなる、請求項１または請求項２に記載の気密端子。
4. 　前記断熱体は、エポキシ樹脂およびＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）から選択されたプラスチックからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気密端子。
5. 　前記断熱体は、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）およびＥＰＤＭ（エチレン－プロピレン－ジエンゴム）から選択されたゴムからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気密端子。
6. 　前記断熱体を構成する前記ゴムは、カーボンブラックフリーまたはカーボンブラックレスである、請求項５に記載の気密端子。
7. 　前記ゴムには、シリカおよび珪酸マグネシウムから選択された１種類以上の無機フィラーが１～５質量％添加されている、請求項６に記載の気密端子。
8. 　前記ゴムには、モノフェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤およびポリフェノール系酸化防止剤から選択された１種類以上のヒンダードフェノール系老化防止剤が１０質量％未満添加されている、請求項６または請求項７に記載の気密端子。
9. 　前記断熱体は、少なくともインナー側に位置する前記リードの表面に沿って延び前記リードの先端部を除いて被覆する部分を有する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の気密端子。
10. 　前記断熱体の前記リードを被覆する部分は、その外周を周回する突起を有する、請求項９に記載の気密端子。
11. 　前記突起は、前記耐圧容器の内側に配置された電動機の配線コードに繋がるコネクタの内径に合致する外径を有し、前記コネクタの内径部への冷媒および潤滑油の進入を阻止した、請求項１０に記載の気密端子。
12. 　前記突起は、複数設けられた、請求項１０または請求項１１に記載の気密端子。
13. 　複数の前記突起は、互いに間隔をあけて設けられた、請求項１２に記載の気密端子。
14. 　前記断熱体は、前記金属ベースの表面を前記気密端子が前記耐圧容器に取り付けられた状態において前記耐圧容器の端子取付孔の内壁面に到達するまで被覆する部分を有する、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の気密端子。
15. 　前記断熱体は、少なくとも前記耐圧容器に設けられた端子取付孔の内側の前記気密端子の表面全体を、前記インナー側の前記リードの先端部を除いて隙間なく覆うように設けられ、前記先端部は、前記耐圧容器の内側に配置された電動機の配線コードに繋がるコネクタに挿入される部分である、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の気密端子。
16. 　前記金属ベースは、ネジ止めのため設けた複数の通孔を有する、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の気密端子。
17. 　前記金属ベースは、直線上に配置した複数の前記封着孔を有する、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の気密端子。
18. 　請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の気密端子を備えた、耐圧容器。

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