JP2001518439A - 空気遮断ガラス対金属シールの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 空気遮断シールが形成される前に、耐食性貴金属（例えば金）コーティングが伝導ピン（１６）へ施される、伝導ピン（１６）と外側本体（１２）の間に空気遮断ガラス対金属シールを形成する方法。この方法は一般に、貴金属被覆伝導ピン（１６）を準備し、約６５０℃以下の軟化点を有するガラス（１４）を外側本体（１２）の空洞（１８）中に配置し、ガラスプリフォーム（１４）中のボア（２０）中に被覆した伝導ピン（１６）を挿入し、アセンブリをガラスの軟化点以上ではあるが約７００℃以下の温度へ加熱し、そしてアセンブリを冷却することを含む。アセンブリの部品熱膨張係数は好ましくは得られる空気遮断シールが空気遮断圧縮シールであるように選定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【本発明の分野】

本発明は、一般に電子デバイスのガラス対金属シールに、そしてさらに詳しく
はデバイスの電極上に貴金属コートを有する電子デバイスのための空気遮断ガラ
ス対金属シールに関する。

【０００２】

【本発明の背景】

電子デバイスの空気遮断シールは、該デバイスの種々の部品のための気密環境
を確実にするために電子工業の多数の分野において重要である。多数のデバイス
（例えば自動車エアバッグインフレーター）は長期間の高い信頼性を必要とし、
そして典型的には中空の外側本体内に空気遮断的にシールされる。シールされた
電子デバイスと外部回路の間の電気的相互接続は外側本体の開口を通る伝導ピン
によって提供される。伝導ピンと外側本体との間の空気遮断および絶縁シールを
提供するため、その間のギャップはガラス対金属シールを形成するようにガラス
で充填することができる。

【０００３】 二つのタイプのガラス対金属シールがある、空気遮断性がガラスと金属部品の
間の分子接合により主として得られる時、それは同調シールと呼ばれる。分子接
合を得るため、金属部品（例えば伝導ピンおよび外側本体）の表面は典型的には
ガラスが容易にその上に接着できる表面を提供するように酸化される。ガラスは
酸化された外側本体と酸化された伝導ピンの間のギャップに配置される。例えば
ガラスのプリフォームを外側本体内に挿入することができ、そしてピンをガラス
プリフォーム中のボアへ挿入することができる。このアセンブリのガラス軟化点
以上への続いての加熱は、金属部品の酸化物コーティングの上へのガラスの流れ
を発生させる。アセンブリを冷却する時、分子接合が酸化物表面とガラスの間に
形成される。種々の部品間の残留熱応力を避けるため、部品は典型的には実質上
同調した熱膨張係数（ＣＴＥ）を持っている。

【０００４】 他方圧縮シールは、異なるＣＴＥによる種々の部品に生ずる残留応力の相互作
用によって空気遮断性を得る。すなわち、外側本体は典型的にはガラスプリフォ
ームのＣＴＥより大きいＣＴＥを持っている。加えて、ガラスプリフォームは伝
導ピンよりも大きいＣＴＥを持つことができる。シールを形成するため、組立て
た部品はガラスプリフォームの軟化点以上の温度へ、典型的には約９５０℃また
はそれより高い加熱され、そのためガラスは伝導ピンと外側本体の間の隙間を充
満するように流れる。冷却すると、外側本体はガラスよりも速い速度で収縮し、
それによってガラスおよび伝導ピンへ圧縮力を加える。これらの圧縮力は種々の
部品間のシールを提供する。圧縮シールの一例はＭａｒｑｕｉｔらの米国特許Ｎ
ｏ．５，２４３，４９２に開示されており、その全体をここに参照として取り入
れる。

【０００５】 これらの用途に使用される伝導ピンは典型的には鉄−ニッケル合金によってつ
くられる。多数の用途においては、伝導ピンの外表面に貴金属（例えば金、銀、
白金、パラジウム等）のような耐食性コーティングを提供することが望ましい。
最も普通に使用される貴金属層コーティングは金である。下層金属へ金コーティ
ングの適切な接着を提供するためには、ニッケルのような他の金属の中間コーテ
ィングが典型的には設けられる。しかしながら、金は約７００℃およびそれ以上
の温度においてニッケル中へ実質的に拡散しようとし、それによりコーティング
の耐食性を劣化させる。加えて、同調シールを形成するためアセンブリの加熱前
の伝導ピンの全表面の金コーティングは、酸化されたコーティングが金コーティ
ングへ容易に接着できないから実際的でない。

【０００６】 Ｓｕｐｐｉｎｇｅｒらの米国特許Ｎｏ．４，７０６，３８２は、同調シールに
おいて、ヘッダー中のそれらのアセンブリ前の伝導ピンの金めっきは、効果的な
ガラス対金属シールを得るためあらかじめ酸化された無めっき金属表面の必要性
のため実用的な代替法ではないことを開示している。アセンブリ前のめっきは、
利用するガラスのシール温度、すなわち約９５０℃ないし１０００℃のため、Ｓ
ｕｐｐｉｎｇｅｒらの開示したプロセスにおいても実際的でない。

【０００７】 Ａｈｅａｒｎらの米国特許Ｎｏ．４，７８８，３８２およびＷａｎｇらの米国
特許Ｎｏ．５，１５７，８１１は、共に伝導ピンは耐食性を改善するため金の層
でめっきできることを開示している。これら特許の開示からは明らかでないが、
金をピン上にめっきする時、めっきはこれら特許に用いられているシール温度の
ため空気遮断シールの形成後に行われるものと信じられる。例えばＡｈｅａｒｎ
らは、約１０００℃のシール温度を有するコーニング社から提供されるコーニン
グ９０１０または９０１３の使用を開示している。Ｗａｎｇらはガラスを７５０
℃ないし１５００℃の温度へ加熱することを開示し、そして金属シエルおよびピ
ンは酸化物層を形成するように酸化雰囲気で加熱されることを開示している。

【０００８】 金めっきしたピンが望まれる時、金は典型的には、金が電子デバイスの他の金
属部品をめっきしないように、伝導ピンのマスキングおよび／または選択的めっ
きによってアセンブリおよび空気遮断シール形成後に伝導ピンへめっきされる。
マスキングおよび選択的めっきは時間消費的かつ労働集約的プロセスであり、そ
れ故デバイスの全コストを有意義に増す。加えて、マスキングプロセスはしばし
ば不精密であり、他の区域への金の偶発的めっきを発生し、電気的ショートを発
生させ、または腐食を受け易い区域を残して伝導ピンの全露出表面の不完全なカ
バーを生ずる。

【０００９】 それ故、コーティングされた伝導ピンにガラス対金属シールを形成するための
比較的費用のかからない効率的プロセスに対して需要がある。もしそのようなプ
ロセスが高価なそして時間消費的なマスキングおよび／または選択的めっき工程
を避け、そして外側本体のコーティングの可能性および電気的ショートの発生を
避けるならば有益であろう。また、もしピンの露出した未被覆区域の腐食による
デバイスの故障の可能性を減らすように、ピンの実質上全露出表面上に伝導ピン
を貴金属で信頼してコートできたならばやはり有益であろう。

【００１０】

【本発明の概要】 本発明の一面によれば、シールを形成するため部品が加熱される前に伝導ピン
が貴金属の層で被覆されている、伝導ピンとガラスと外側本体の間にガラス対金
属シールを形成するための方法が提供される。この方法は、一般にピンの外表面
の少なくとも一部に被覆された金または白金のような貴金属の層を有する伝導ピ
ンを準備するステップと、外側本体の空洞内に約６５０℃以下の軟化点を有する
ガラスを配置するステップと、被覆されたピンをガラス中に挿入するステップと
、部品をガラスの軟化点に少なくとも等しくそして約７００℃以下の温度へ加熱
するステップと、そしてガラスを固化しそしてガラス対金属シールを形成するよ
うに部品を冷却するステップを含んでいる。約６５０℃以下の軟化点を有するガ
ラスを使用することにより、加熱ステップは貴金属が下層の金属中へ実質上拡散
する温度より下の温度で実施することができ、それにより例えば低コストバレル
めっき法によって加熱前に伝導ピンをめっきすることを許容する。加熱ステップ
前にめっきできることは、伝導ピンをその外表面の実質上全部において被覆する
ことを許容し、不完全な耐食性めっきによって発生する製品故障を減らす。

【００１１】 本発明のこの面の一具体例においては、外側本体はガラスのＣＥＴより大きい
ＣＴＥを有し、それにより圧縮シールを形成する。外側本体のＣＴＥは好ましく
はガラスのＣＴＥより少なくとも約１０×１０^-7／℃大きい。例えば、外側本体
は約１２０×１０^-7／℃ないし約２００×１０^-7／℃のＣＴＥを持つことができ
、そしてガラスプリフォームは約８０×１０^-7／℃ないし約１１０×１０^-7／℃
のＣＴＥを持つことができる。他の具体例においては、ガラスと伝導ピンの間の
残留応力を避けるため、ガラスは伝導ピンのＣＴＥへ実質上類似のＣＥＴを持っ
ている。例えば、伝導ピンとガラスのＣＴＥ間の差は好ましくは約２５×１０^-7 ／℃以下である。例えば、ガラスは約８０×１０^-7／℃ないし約１１０×１０^-7 ／℃のＣＴＥを持つことができ、そして伝導ピンは約９０×１０^-7／℃ないし１
１５×１０^-7／℃のＣＴＥを持つことができる。

【００１２】 本発明のこの面の一具体例によれば、外側本体は金属、好ましくはステンレス
鋼である。他の具体例においては、伝導ピンはその外表面の実質上全体に被覆さ
れた貴金属の層を有する。なお他の具体例においては、伝導ピンは鉄−ニッケル
合金からつくられる。伝導ピンへの貴金属層の接着を改善するため、サブ層、例
えば約２５マイクロインチないし約２００マイクロインチの厚みを有するニッケ
ルを貴金属層の下に設けることができる。貴金属層は好ましくは約５０マイクロ
インチないし約３００マイクロインチ、もっと好ましくは約８０マイクロインチ
ないし約１５０マイクロインチの厚みを有する。伝導ピンは有利には、大量のピ
ンを便利で安価なやり方でめっきできるようにバレルめっき法を使用して被覆（
すなわちサブ層および貴金属層の両方）することができる。

【００１３】 ガラスは、有利には被覆したピンを挿入的に受け入れるボアを有する引いたチ
ューブまたは圧縮粉末プリフォームのようなガラスプリフォームの形にあること
ができる。加熱ステップは、伝導ピン中への貴金属の実質的拡散が発生する温度
より低温度へ加熱することを含む。好ましくは、加熱ステップは約６００℃以下
、もっと好ましくは約５００℃以下へ加熱することを含む。

【００１４】 本発明の他の一面によれば、ガラス対金属シールを形成する方法が提供される
。この方法は、伝導金属ピンを準備するステップ、金属ピンを貴金属（例えば金
または白金）でめっきするステップ、外側金属本体の空洞中へ貫通ボアを有する
ガラスプリフォームを配置するステップを含み、ここでガラスは約６５０℃以下
の軟化点を有し、そして金属本体よりも少なくとも約１０×１０^-7／℃低い熱膨
張係数を持っている。ピンがガラスフォームのボアへ挿入され、そして部品はガ
ラスの軟化点を超えるが約７００℃以下の温度へ加熱され、そして本体はガラス
対金属シールを形成するように冷却される。

【００１５】 この方法の一具体例によれば、めっきステップは金属ピンを貴金属の層でバレ
ルめっきするステップを含んでいる。バレルめっきはピンをめっきするための速
いそして経済的方法である。ピンはまた、めっきステップの前に金属サブ層（例
えばニッケル）で前めっき（例えばバレルめっきにより）されることができる。

【００１６】 本発明の他の一面によれば、ガラス対金属シールが提供される。このガラス対
金属シールは、一般に空洞を有する外側本体と、伝導ピンの外表面の実質上全部
の上に被覆された貴金属（例えば金または白金）の層を有する伝導ピンと、そし
てピンと外側本体の間の空気遮断シールを形成する、空洞内に配置された融解ガ
ラスを含み、ここで外側本体はガラスよりも大きい熱膨張係数を有し、そしてガ
ラスは約６５０℃以下の軟化点を持っている。外表面の実質上全部の上の貴金属
被覆はピンのすべての部分上の早期腐食を防止する。

【００１７】 本発明のこの面の一具体例によれば、外側本体はガラスの熱膨張係数より少な
くとも約１０×１０^-7／℃大きい熱膨張係数を有する金属である。例えば、外側
本体は約１２０×１０^-7／℃ないし約２００×１０^-7／℃の熱膨張係数を持つこ
とができ、そして融解したガラスは約８０×１０^-7／℃ないし約１１０×１０^-7 ／℃の熱膨張係数を持つことができる。好ましくは、融解ガラスは伝導ピンの熱
膨張係数に実質上類似の熱膨張係数を有する。外側本体は有利にはステンレス鋼
である。ガラスは好ましくは約５５０℃以下、もっと好ましくは約４５０℃以下
の軟化点を有する。伝導ピンは有利には貴金属の伝導ピンへの接着を改善するた
めサブ層（例えばニッケルよりなる）を含むことができる。そのようなサブ層は
好ましくは約２５マイクロインチないし約２００マイクロインチの厚みを持って
いる。貴金属層は好ましくは約５０マイクロインチないし約３００マイクロイン
チの厚みを持つことができる。

【００１８】 本発明のなお他の面によれば、貫通する空洞を有する金属外側本体と、該空洞
を通って延び、そしてピンの外表面の実質上全体の上に被覆された金の層を有す
る金属ピンと、そして空洞内のピンと外側本体の間の実質上空気遮断シールを形
成する融解ガラスを含み、その中で融解ガラスは外側本体の熱膨張係数よりも少
なくとも約１０×１０^-7／℃小さい熱膨張係数を有し、そして約６５０℃以下の
軟化点を有するガラス対金属シールが提供される。好ましくは具体例においては
、ガラスは約４５０℃以下の軟化点を有する。

【００１９】

【詳細な説明】

本発明は、伝導ピンと外側本体の空洞の間にガラス対金属シールを形成するた
めの改良方法に関する。この方法は、一般的に伝導ピンの外表面に被覆された貴
金属（例えば金、白金、銀、パラジウム等）を有する伝導ピンを準備し、中空本
体の空洞内にガラスを配置し、ガラス中へ被覆したピンを挿入し、アセンブリを
ガラスの軟化点より上であるがしかし約７００℃以下の温度へ加熱し、そしてア
センブリをガラスの軟化点の下へ冷却するステップを含んでいる。

【００２０】 この方法の重要な特徴は、貴金属が下の伝導ピン中へ実質的に拡散する温度よ
り低い温度へ加熱することであり、それによりアセンブリを加熱することによっ
てガラス対金属シールの形成前に伝導ピン上に貴金属を被覆することを許容する
ことである。この特徴は、アセンブリの融着後に伝導ピンを被覆する必要性を避
け、それによってマスキングおよび／または選択的めっきのような費用のかかる
時間消費プロセスを避けるので、特に有益である。本発明の一具体例においては
、アセンブリは実質的な拡散を防止するため約７００℃以下の温度へ加熱される
。

【００２１】 本発明の好ましい具体例は、図１，２および６に図示したようなエアバッグイ
ンフレーターのためのヘッダーのような空気遮断貫通孔の製造に関する。特に図
１を参照すると、貫通孔のあらかじめ組立てられた部品は、アイレット１２と、
ガラスチューブ１４と、金被覆伝導ピン１６と、そして溶接ピン１７を含んでい
る。

【００２２】 この具体例によれば、外側本体はアイレット１２であり、そして伝導性金属、
好ましくはステンレス鋼のような耐食性金属からつくられる。ステンレス鋼はさ
びおよび腐食に抵抗性であり、これはデバイスが長期間にわたって条件（例えば
極端な温度および湿度）のある範囲へ服された後に作動しなければならない時に
有益である。さらに、ステンレス鋼は、以後論ずるようにある種のガラス組成物
と共に使用する時強い圧縮シールを有利につくることができる。好ましくは、ス
テンレス鋼は、約１７８×１０^-7／℃のＣＴＥを有する、タイプ３０４Ｌステン
レス鋼のように溶接可能である。外側本体はまた、ニッケルめっき冷延鋼のよう
な他の金属から、またはポリ結晶性セラミックのような非金属からつくることも
できる。

【００２３】 図１〜３に示すように、代表的具体例のアイレット１２は円筒形であり、そし
てその中に形成された円筒形空洞１８を有する。空洞１８はアイレット１２を貫
通し、そしてアイレット１２の中心軸と同心である。

【００２４】 ヘッダーのアセンブリの間、ガラスチューブ１４はアイレットの空洞内に配置
される。好ましくはガラスチューブ１４は大気泡またはポアを実質含まない。も
っと好ましくは、ガラス内のどんな泡も直径約０．０１５インチ（０．３８ｍｍ
）より小さい。しかしながら融解の間いくらかのポアが生成し、最終製品中に存
在することができる。プリフォームへプレスされた粉末ガラスのようなガラスの
他の形も本発明の実施に用いることができることを認識すべきである。

【００２５】 本発明の一具体例によれば、ガラスは、十分な圧縮シールが生成するように、
外側本体（例えばアイレット１２）のＣＴＥより低いＣＴＥを持っている。必要
とするＣＴＥの差は部品寸法によって変動し、部品が大きければ大きい程より小
さい差を必要とするであろう。好ましくは、ガラスのＣＴＥは外側本体のＣＴＥ
より少なくとも約１０×１０^-7／℃低く、そしてもっと好ましくは少なくとも５
０×１０^-7／℃低い。一具体例において、ガラスは８９×１０^-7／℃のような約
８０×１０^-7／℃ないし約１１０×１０^-7／℃のＣＴＥを有する。例えば、ニュ
ーヨーク州コーニングのコーニング社によって品名７５７６として販売されてい
るガラスで、約１００×１０^-7／℃のＣＴＥを有する亜鉛−ホウ酸−鉛ガラスが
特に有用である。他の特に有用なガラスは、約８１×１０^-7／℃のＣＴＥを有す
る鉛−アルミノシリケートガラスであるコーニング１４１６である。好ましい具
体例においては、ガラスは約８９×１０^-7／℃のＣＴＥを有する鉛−アルミノシ
リケートガラスであるコーニング１４１７（“１４１７ガラス”）よりなる。

【００２６】 本発明によれば、ガラスチューブ１４は、伝導ピン１６上に貴金属コーティン
グが下部の材料中へ実質的に拡散する温度より下の軟化点を有する。ここで使用
する“軟化点”なる術語は、材料が１０^7.6 ポイズの粘度を有する温度をいう。
下部材料中の貴金属コーティングの有意な拡散は、コーティングの耐食性に悪影
響し得る。例えば、記載した具体例においては、金コーティングは改善した接着
のため使用したニッケルサブ層中へ約７００℃またはそれ以上において実質的に
拡散する傾向を有する。好ましくは、ガラスは実質的な拡散が起こる温度より少
なくとも約５０℃低い軟化点を持つように選択される。それ故、記載した具体例
中のガラスチューブ１４は約６５０℃またはそれ以下の軟化点を持つように選ば
れる。好ましくは軟化点は約４５０℃以下である。記載した具体例においては、
１４１７ガラスチューブ１４は約４２７℃の軟化点を有する。

【００２７】 記載したように、軟化点は、ガラス対金属シールは典型的には軟化点より少な
くとも約５０℃高い温度において形成されるので、実質的な拡散が起こる温度よ
り少なくとも約５０℃低いことが好ましい。この高い方の温度はしばしばシーリ
ング温度と呼ばれる。例えば記載した具体例においては、１４１７ガラスチュー
ブ１４は約４８７℃のメーカー推奨シーリング温度を持っている。

【００２８】 ガラスチューブ１４は伝導ピン１６を受け入れるのに適したボア２０を含んで
いる。図示した具体例においては、ボア２０の中心はガラスの中心と整列してい
る。ガラスチューブ１４をアイレット中に配置した後、伝導ピンをガラスチュー
ブのボアを通して配置する。

【００２９】 伝導ピン１６は、好ましくはガラスに実質上類似したＣＴＥ、例えば約２５×
１０^-7／℃以内またはそれ以下のＣＴＥを有する。１４１７ガラスを使用する時
、ピン１６は好ましくは約１１０×１０^-7／℃のＣＴＥを有する鉄−ニッケル合
金（Ｎｉ５２％およびＦｅ４８％）である合金５２に相当する材料からつくるこ
とができる。ピンは、合金４２（Ｎｉ４２％およびＦｅ５８％）としても知られ
るＫｏｖａｒ（Ｅ．Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡのウエスチングハウス、エレク
トリック、コーポレーションの登録商標）のような他の金属からつくることもで
きよう。ガラスおよびピンのＣＴＥは約２５×１０^-7／℃以内にあり、そのため
伝導ピン１６は加熱および冷却の間ガラスへ有意義な付加的応力を加えないこと
が好ましい。

【００３０】 本発明の好ましい具体例においては、ピン１６はアセンブリ前および金めっき
前ニッケルのサブ層でめっきされる。サブ層の適用は金コーティングの接着を改
善し、そして金のピン基材中への拡散を阻害する。例えば、ピンはそれらを適当
な電解質を有するバレルへロードすることにより、ニッケルの約２５マイクロイ
ンチないし約２００マイクロインチ、好ましくは約８０マイクロインチないし約
１００マイクロインチでバレルめっきすることができる。バレルめっきは、大量
のピン（例えば５インチ×６インチバレル中約１０，０００ピンまたはそれ以上
）を同時にめっきできるので有利である。

【００３１】 バレルめっき法の一具体例においては、ピンはピンのくつ付きを防止するショ
ット媒体（例えばプラスチック、ステンレス鋼または適当な材料の）と共に、回
転し得るスクリーンバレル中へ入れられる。バレルはスルフアミン酸ニッケル浴
中に浸漬され、それを通って電流が通され、ニッケルによるピンのめっきが得ら
れる。めっき後、ピン１６は好ましくは応力を緩和し、そしてめっきをち密化す
るため還元性雰囲気（例えば水素または窒素）中で約７５０℃ないし８５０℃に
おいて焼鈍される。

【００３２】 本発明によれば、シールを形成するため部品をアセンブリしそして融合する前
に、伝導ピンはその外表面の少なくとも一部分の上に貴金属で被覆される。好ま
しくは、ピンの全外表面が被覆される。好ましい具体例においては、貴金属は金
である。ここで使用する“金”または“金コーティング”なる術語は、金と、少
なくとも約５０重量％金を含んでいる金合金を含む。好ましくは、金コーティン
グは金９９重量％またはそれ以上である。一具体例においては、金コーティング
は伝導ピンの実質上全表面をカバーし、そしてピンは前に記載したニッケルめっ
き作業のために利用したのと類似のバレルめっき法のような、バルクコーティン
グプロセスによって好ましくは被覆される。バレルめっき法を用いて金でピンを
被覆するため、典型的にはシアン化金が使用される。ピンはピンがくっ付くのを
防止するためのショット媒体と共に回転し得るスクリーンバレルに入れられる。
バレルはシアン化金浴中に浸漬され、それを通って電流が通され、そしてピンは
金でめっきされる。金コーティングは好ましくは約５０ないし約３００マイクロ
インチの、もっと好ましくは約８０ないし約１５０マイクロインチの範囲内の厚
みを有する。他のめっき方法も用いることを認識すべきである。

【００３３】 上に一般的に記載したように部品を組立てた後、ガラスはガラスと金属部品の
間に実質的に空気遮断シールをつくるように融解される。ここで使用する融解な
る術語は、ガラスが粘性的に流動またはクリープすることを許容するようにガラ
スをガラスの軟化点に等しいかそれ以上の温度へ加熱するプロセスをいう。この
温度は特定のガラス組成に依存して変動するであろうが、しかし貴金属コーティ
ングが下層中へ実質的に拡散する温度以下でなければならない。好ましくは、加
熱温度は約７００℃以下、もっと好ましくは約６００℃以下、最も好ましくは約
５００℃以下である。

【００３４】 本発明の一具体例においては、融解作業はアセンブリのパーツを実質的にアラ
インメントに維持するための固定具の使用によって支援される。

【００３５】 図４および５を参照すると、固定具はアイレット１（図１）の上面がくぼみ２
４の下面に係合座着するように、アイレットを受け入れそして固定するのに適し
た複数のくぼみ２４を有する下方部分２２を含んでいる。その後個々の固定具キ
ャップ２６がピンの端部を固定し、そして融解の間有意に動くことを防止するよ
うにアセンブリの上に配置される。固定具キャップ２６は、好ましくは固定具キ
ャップが固定具の下方部分２２の上に配置された時、伝導ピン１６の端部の上に
嵌合するのに適したホール２８と、そして溶接ピン１７（図１）の端部の上に嵌
合するのに適した他のホール２９を含んでいる。この構造は伝導ピン１６（図１
）を融解プロセスの間実質上整列にそして静止に保つための手段を有利に提供す
る。

【００３６】 固定具部品は、好ましくはステンレス鋼または真ちゅうのような金属でつくら
れる。黒鉛も使用し得るが、しかし鉛含有ガラスと黒鉛との間の両存性のため記
載した具体例では好ましくない。

【００３７】 好ましくは複数のアイレット１２のアセンブリを保持する固定具は炉に入れら
れる。１４１７ガラスチューブを使用する時、ガラスチューブは好ましくは軟化
点（４２７℃）から約７００℃の、そしてもっと好ましくは約４４０℃から約４
８０℃の温度への加熱によって融解される。加熱温度はガラスの組成に従って変
動し得る。好ましくは酸素含有雰囲気（例えば空気）が１４１７ガラスの融解の
間使用される。そのような雰囲気は、その伝導性のためデバイスの性質に悪影響
し得るガラスに含まれる酸化鉛の鉛への還元を有利に防止する。非鉛ガラスが使
用される時は、金属部品上の酸化物生成を最小化するから還元性雰囲気が有利で
あり得る。

【００３８】 アイレットアセンブリを含んでいる固定具の加熱および室温への固定具の冷却
の完全サイクルはかなり速く起こることができる。本発明による一具体例におい
ては、完全サイクルは約５０分またはそれ以下を要する。例えば、例示的加熱サ
イクルの間、アセンブリは環境温度から約４６０℃へ約２５℃／分の速度で加熱
されることができる。次にアセンブリは４６０℃に約２０分間保たれ、その後３
００℃へ約１０℃／分の速度で冷却されることができる。アセンブリは次に環境
温度へ炉冷却されることができる。固定具が冷却された後、固定具キャップ２６
が除去され、そして融解したアセンブリが固定具の下方部分２２から取出される
。

【００３９】 記載した具体例の融解および冷却プロセスはアイレット１２とガラス１４の間
に実質的に空気遮断性シールをつくり出す。ガラスの熱膨張は外側本体の熱膨張
より低いので、デバイス内に空気遮断圧縮シールが形成される。これはガラスと
金属部品の間に強いシールをつくる。ここで使用するように、空気遮断シールは
、ミリタリスタンダードの方法１０１４．９によるヘリウムリークテストの間ヘ
リウムの約１０^-6ｃｃ／秒以下の浸透を許容するものである。

【００４０】 デバイスがエアバッグヘッダーまたは類似のデバイスとして使用される時、ガ
ラス内１４内の伝導ピン１６の強度（引張り強度）も重要である。高い引張り強
度は噴射剤爆発が偶発的にピン１６をデバイスの外へ押し出し、エアバッグ中の
ガスの減少した圧力を発生させる低い確率をもたらす。より高い引張り強度はま
た、爆発性物質がヘッダーアセンブリに抗して高い圧力でコンパクト化されるこ
とを許容する。好ましくは、伝導ピンの引張り強度は力約４０ポンドをこえる。

【００４１】 デバイスがヘッダーまたは類似のデバイスである時、接地ピン１７を電気的接
地として機能するようにデバイスへ取付けることができる。好ましくは、接地ピ
ン１７は金属アイレットへ抵抗溶接される。抵抗溶接はより少ないはねをつくり
、例えばアーク衝撃溶接よりも強い溶接ジョイントとより一貫性ある溶接をつく
る。接地ピンはタイプ３０４Ｌのようなステンレス鋼を含む多数の金属からつく
ることができる。溶接後、アイレット１２は好ましくは溶接が十分に強いことを
確かめるため検査される。少なくとも力約４０ポンドの軸強度が好ましい。

【００４２】 図２は、本発明の一具体例による空気遮断同軸貫通孔の断面を図示する。ガラ
ス１４は実質上空気遮断シールをつくるようにアイレット１２へ融着している。
本発明の一具体例においては、アセンブリの頂表面は頂表面のあらさを減らすた
め機械加工される。

【００４３】 以上のプロセスの結果、金コーティングはアイレット１２に接触することなく
伝導ピン１６の実質上全部の露出表面をカバーする。さらに、このプロセスはデ
バイスの組立ておよび融着前に金を被覆することを許容し、それにより費用のか
かるマスキングおよび／または選択的めっきプロセスではなく、低コストめっき
プロセスの使用を可能とする。伝導ピンのためのめっきコストは本発明のために
約８０％減らすことができるものと信じられる。

【００４４】 本発明によるデバイスは、低コストの信頼性ある耐食性コーティングが必要な
用途を含む、多数の用途において使用することができる。例えば、このプロセス
はエアバッグヘッダー、電子パッケージ、コネクター、リレーヘッダーベース、
および電気的ハウジングを製作するために使用できる。ガラス対金属シールの空
気遮断性は、マイクロウエーブパッケージのような空気遮断用途に特に使用し得
る。

【００４５】 図６を参照すると、デバイスがエアバッグヘッダーまたは類似のデバイスであ
るとき、デバイスを十分に機械加工した後ピン１６とアイレット１２の間にブリ
ッジワイヤ３０を適用することができる。ブリッジワイヤ３０は有利にはワイヤ
接合プロセスによって適用され、そして伝導ピン１６の端部をアイレット表面へ
接続するため融解ガラス表面を横切る。典型的には、ブリッジワイヤ３０は約０
．０００８ないし約０．００１３インチ（０．０２０ないし０．０３３ｍｍ）の
直径を有する。

【００４６】 本発明の他の一面によれば、伝導ピン１６は貴金属コーティングの適用前にコ
バルトのサブ層で被覆される。貴金属コーティングとして金を使用する時、金の
コバルトサブ層中へ拡散はニッケル中へ金が拡散する温度に比較して比較的高い
温度で開始することが判明した。例えば、コバルト中への金の実質的拡散は約１
０００℃またはそれ以上で起きるが、ニッケル中への金の実質拡散は７００℃ま
たはそれ以上で起きる。好ましい具体例においては、伝導ピンはタングステンま
たはモリブデンのベース材料に、ニッケルのサブ層よりなる。コバルトコーティ
ングはその後に適用され、次に貴金属コーティングが続く。この具体例において
拡散が起こる高い温度のため、貴金属層は空気遮断シールのアセンブリおよび融
合前に適用することができる。そのようなプロセスに対する唯一の制限は、下層
のコバルト層中への貴金属の拡散を避けるために約９５０℃以下の軟化点を有す
るガラスの使用である。

【００４７】

【実施例】

約０．２８８インチの外径と、約０．１２０インチの空洞を有する、約１７８
×１０^-7／℃のＣＴＥを有するステンレス鋼アイレット（タイプ３０４Ｌステン
レス鋼）を用意する。

【００４８】 約０．１１６インチの外径と、約０．０４２インチの直径の内孔を有するガラ
スチューブをアイレットの空洞内に配置する。ガラスは、異物および泡を実質上
含まない鉛−アルミノシリケートガラス（Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｎ．Ｙ．のＣｏｒｎ
ｉｇ，Ｉｎｃ．からのＣｏｒｎｉｎｇ １４１７）である。このガラスは４２７
℃の軟化点と、４８７℃の推奨シール温度と、約８９×１０^-7／℃のＣＴＥを持
っている。

【００４９】 約０．０４０インチの直径を有する伝導ピンも用意する。伝導ピンは合金５２
（５２％Ｎｉおよび４８％Ｆｅ）からつくられている。約１０，０００個のピン
を８ｍｍショット媒体約１００ｍｌと共に回転スクリーンバレル中へ入れる。バ
レルを約１０．２オンス／ガロン（７６．５ｇ／ｌ）のニッケル濃度を与えるス
ルファミン酸ニッケル濃度を有するスルファミン酸ニッケル浴に浸漬する。浴は
、水、ホウ酸および抗ピット剤および耐食添加剤のような他の添加剤も含んでい
る。約１０アンペアの電流を浴を通って通電し、その間ピンをバレル中で回転す
る。通電およびバレル回転は約９２分間続け、その時点でバレルをめっき浴から
取出し、そしてピンをバレルから取出す。次にピンは焼鈍炉へ入れられ、水素２
５％と窒素約７５％よりなる雰囲気内で約８００℃の温度へ加熱される。

【００５０】 ニッケルコーティングが焼鈍された後、ピンは類似のバレルめっき装置に入れ
られる。今度はめっき溶液は約０．９トロイオンス／ガロンの金濃度を有するシ
アン化金浴である。約８アンペアの電流が通電され、通電およびバレル回転は約
２０分間続けられ、その後ピンが取出される。

【００５１】 伝導ピンは今や８０マイクロインチのニッケルサブ層上に１００マイクロイン
チ金コーティングで完全にめっきされ、そして約１００×１０^-7／℃のＣＴＥを
有する。伝導ピンは次に、アイレット空洞内に配置されているガラスチューブの
内孔に入れられる。

【００５２】 このアセンブリは真ちゅう固定具に配置され、そして実質上環境温度にある炉
に入れられる。固定具はピンを係合し、融解の間伝導ピンが実質的に傾くことを
防止する。炉は空気下で約４６０℃まで約２５℃／分の速度で加熱される。アセ
ンブリは４６０℃に約２０分間保持され、次に約３００℃へ約１０℃／分の速度
で冷却される。アセンブリは次に環境温度まで炉冷却される。

【００５３】 融着アセンブリは固定具から除去され、そして機械加工作業を受ける。アイレ
ットの上表面が表面あらさを減ずるため機械加工される。

【００５４】 中心伝導ピンは約４０ポンド以上の引張り強度を有し、デバイスは実質上空気
遮断性である。デバイスはヘッダーとして使用のため頂面を横断してめっきまた
は溶接したブリッジワイヤおよび／またはアイレットへ溶接した接地ピンを持つ
ことができる。アイレットへの接地ピンの溶接は、もし望むならばアセンブリの
融着前に行うこともできる。

【００５５】 本発明の種々の具体例を詳細に記載したが、これらの具体例の修飾および適応
化は当業者に自明である。しかしながらそのような修飾および適応化は本発明の
精神および範囲内であることか理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一具体例により空気遮断貫通孔デバイスをつくるための種々
の部品の部分断面におけるアセンブリ図。

【図２】 図１に示した部品を利用する完成した空気遮断貫通孔デバイスの断面
図。

【図３】 図１および２に示したアイレットの端面図。

【図４】 本発明の実施に有用な融解固定具の頂部分を示す。

【図５】 図４の頂部分と共に有用な融解固定具の底部分を示す。

【図６】 本発明に従って製作したヘッダーデバイスの斜視図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3D054 DD23 DD28 DD40 FF02 FF16 FF18 FF20 4G061 AA13 BA02 BA03 CA03 CB04 CB13

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）外表面を有し、外表面の少なくとも一部分上に被覆された貴金属の層を
   有する伝導ピンを準備するステップ、 （ｂ）外側本体の空洞内に、約６５０℃以下の軟化点を有するガラスを配置す
   るステップ、 （ｃ）前記被覆したピンを前記ガラス中に挿入するステップ、 （ｄ）前記外側本体、被覆ピンおよびガラスを前記ガラスの軟化点に少なくと
   も等しくそして約７００℃以下の温度へ加熱するステップ、 （ｅ）前記外側本体、被覆ピンおよびガラスを前記ガラスを固化しそしてガラ
   ス対金属シールを形成するように冷却するステップ、 を含んでいるガラス対金属シールを形成するための方法。
2. 【請求項２】 前記貴金属は金および白金よりなる群から選ばれる請求項１の方法。
3. 【請求項３】 前記貴金属は金である請求項１の方法。
4. 【請求項４】 前記外側本体は前記ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する請求項
   １の方法。
5. 【請求項５】 前記外側本体の熱膨張係数は前記ガラスの熱膨張係数よりも少なくとも約１０
   ×１０^-7／℃大きい請求項４の方法。
6. 【請求項６】 前記外側本体は、約１２０×１０^-7／℃ないし約２００×１０^-7／℃の熱膨張
   係数を有し、前記ガラスは約８０×１０^-7／℃ないし約１１０×１０^-7／℃の熱
   膨張係数を有する請求項４の方法。
7. 【請求項７】 前記ガラスは、前記伝導ピンの熱膨張係数と実質上類似の熱膨張係数を有する
   請求項１の方法。
8. 【請求項８】 前記ガラスは、約８０×１０^-7／℃ないし約１１０×１０^-7／℃の熱膨張係数
   を有し、前記伝導ピンは約９０×１０^-7／℃ないし約１１５×１０^-7／℃の熱膨
   張係数を有する請求項７の方法。
9. 【請求項９】 前記外側本体はステンレス鋼よりなる請求項１の方法。
10. 【請求項１０】 前記伝導ピンは、前記外表面の実質上全体に被覆された貴金属の層を有する請
    求項１の方法。
11. 【請求項１１】 前記伝導ピンはその上に被覆された貴金属の層を有する鉄−ニッケル合金であ
    る請求項１の方法。
12. 【請求項１２】 前記被覆されたピンは金の層の下にニッケルのサブ層を含んでいる請求項１の
    方法。
13. 【請求項１３】 前記ニッケルのサブ層は約２５マイクロインチないし約２００マイクロインチ
    の厚みを有する請求項１２の方法。
14. 【請求項１４】 前記貴金属の層は約５０マイクロインチないし約３００マイクロインチの厚み
    を有する請求項１の方法。
15. 【請求項１５】 前記貴金属の層は約８０マイクロインチないし約１５０マイクロインチの厚み
    を有する請求項１４の方法。
16. 【請求項１６】 前記ガラスは前記被覆ピンを挿入的に受入れる貫通ボアを有するガラスプリフ
    ォームよりなる請求項１の方法。
17. 【請求項１７】 前記加熱ステップは約６００℃以下の温度へ加熱することを含む請求項１の方
    法。
18. 【請求項１８】 前記加熱ステップは約５００℃以下の温度へ加熱することを含む請求項１の方
    法。
19. 【請求項１９】 前記準備ステップは、前記貴金属の層を得るように伝導ピンをバレルめっきす
    るステップを含んでいる請求項１の方法。
20. 【請求項２０】 請求項１の方法でつくられたガラス対金属圧縮シール。
21. 【請求項２１】 （ａ）外表面を有する金属ピンを準備するステップ、 （ｂ）前記外表面上へ金の層をめっきするステップ、 （ｃ）外側金属本体の空洞内に、貫通ボアを有しそして約６５０℃以下の軟化
    点と前記外側金属本体よりも少なくとも約１０×１０^-7／℃小さい熱膨張係数を
    有するガラスプリフォームを配置するステップ、 （ｄ）前記ガラスプリフォームのボア中へ前記めっきピンを挿入するステップ
    、 （ｅ）前記金属本体、前記めっきピンおよび前記ガラスプリフォームを前記ガ
    ラスプリフォームの軟化点に少なくとも等しくそして約７００℃以下の温度へ加
    熱するステップ、 （ｆ）前記本体、前記めっきピンおよび前記ガラスプリフォームを前記ガラス
    を固化し、そしてガラス対金属シールを形成するように冷却するステップ、 を含んでいるガラス対金属シールを形成するための方法。
22. 【請求項２２】 前記めっきステップは、前記金属ピンを金の層でバレルめっきすることを含む
    請求項２１の方法。
23. 【請求項２３】 前記金属ピンを前記めっきステップの前に金属サブ層を前めっきするステップ
    をさらに含んでいる請求項２１の方法。
24. 【請求項２４】 前記サブ層はニッケルサブ層である請求項２３の方法。
25. 【請求項２５】 前記加熱ステップは約６００℃以下の温度へ加熱することを含む請求項２１の
    方法。
26. 【請求項２６】 前記加熱ステップは約５００℃以下の温度へ加熱することを含む請求項２１の
    方法。
27. 【請求項２７】 （ａ）空洞を有する外側本体と、 （ｂ）前記空洞を通って延び、外表面と外表面の実質上全体の上に被覆された
    貴金属の層を有する伝導ピンと、 （ｃ) 前記空洞内に配置され、そして前記ピンと前記外側本体の間に実質上空
    気遮断シールを形成している融解ガラスを含み、 前記融解ガラスは約６５０℃以下の軟化点を有し、そして前記外側本体は前記
    ガラスの熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する、ガラス対金属シール。
28. 【請求項２８】 前記貴金属は金である請求項２７のガラス対金属シール。
29. 【請求項２９】 前記外側本体は、前記ガラスの熱膨張係数よりも少なくとも約１０×１０^-7／
    ℃大きい熱膨張係数を持っている金属である請求項２７のガラス対金属シール。
30. 【請求項３０】 前記外側本体は約１２０×１０^-7／℃ないし約２００×１０^-7／℃の熱膨張係
    数を有する金属であり、前記融解ガラスは約８０×１０^-7／℃ないし約１１０×
    １０^-7／℃の熱膨張決数を有する請求項２７のガラス対金属シール。
31. 【請求項３１】 前記融解ガラスは前記伝導ピンの熱膨張係数へ実質上類似の熱膨張係数を持っ
    ている請求項２７のガラス対金属シール。
32. 【請求項３２】 前記融解ガラスは約８０×１０^-7／℃ないし約１１０×１０^-7／℃の熱膨張係
    数を有し、前記伝導ピンは約９０×１０^-7／℃ないし約１１５×１０^-7／℃の熱
    膨張係数を有する請求項３１のガラス対金属シール。
33. 【請求項３３】 前記外側本体は前記空洞を区画する円筒形開口を有するチューブ状金属アイレ
    ットよりなる請求項２７のガラス対金属シール。
34. 【請求項３４】 前記外側本体はステンレス鋼よりなる請求項２７のガラス対金属シール。
35. 【請求項３５】 前記ガラスは約５５０℃以下の軟化点を有する請求項２７のガラス対金属シー
    ル。
36. 【請求項３６】 前記ガラスは約４５０℃以下の軟化点を有する請求項２７のガラス対金属シー
    ル。
37. 【請求項３７】 前記伝導ピンは鉄−ニッケル合金よりなる請求項２７のガラス対金属シール。
38. 【請求項３８】 前記伝導ピンは前記貴金属の層の下にニッケルのサブ層を有する請求項２７の
    ガラス対金属シール。
39. 【請求項３９】 前記貴金属の層は約５０マイクロインチないし約３００マイクロインチの厚み
    を有する請求項２７のガラス対金属シール。
40. 【請求項４０】 前記貴金属の層は約８０マイクロインチないし約１５０マイクロインチの厚み
    を有する請求項２７のガラス対金属シール。