JP2009272142A - ハーメチックシール部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接続ピンと保持部材をガラスでハーメチックシールする際にガラスが焼成治具に接触しないようにして焼成治具のガラスへの転写を防止するようにしたハーメチックシール部品の製造方法を提供する。
【解決手段】貫通孔１ｄが形成された金属材料からなる保持部材１を焼成治具に５に載置して立設保持し、貫通孔に接続ピン１２を挿通し貫通孔の内周面と接続ピンとの間をガラス１５で封止するハーメチックシール部品の製造方法において、接続ピン１２の中間部分の外周面にガラス１５を固定して形成した中間組立体１６を保持部材の貫通孔に挿通し、かつ焼成治具の保持部材を載置する面と中間組立体のガラスの対向する端面１５ａとの間に隙間Ｓを設けた状態で保持部材を加熱してガラスを軟化させて貫通孔の内周面との間を封止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、貫通孔が形成された金属材料からなる保持部材を焼成治具に載置して立設保持し、前記貫通孔に接続ピンを挿通し前記貫通孔の内周面と接続ピンとの間をガラスで封止するハーメチックシール部品の製造方法に関する。

周知のようにハーメチックシールは、高い圧力の加わる箇所等の液密を保つ必要のある場合や真空容器などの高い気密性を必要とするセンサ等のシールに適したもので、コバールやステンレス鋼（以下「ＳＵＳ」という）等の金属部材からなる保持部材（シェル或いはケース）と接続ピンとの間をガラス（硝子）で焼き固めた構造になっている。このため、信頼性が極めて高く、高耐圧、高液密又は高気密、高絶縁性等を要するセンサの接続端子（接続ピン）のシールに適用されている。

図６は、従来のハーメチックシール部品の製造方法の一例を示す。保持部材１は、金属材料からなる円柱形状をなし、上面１ａに大径の凹部１ｂが同心状に形成され、この凹部１ｂの底面１ｃに図７に示すように同一円周上に周方向に等間隔で複数例えば４個の貫通孔１ｄが軸線方向に沿って形成されている。そして、これらの各貫通孔１ｄには夫々ガラス管２が嵌挿され、各ガラス管２には接続ピン３が嵌挿される。この保持部材１は、耐熱性、耐圧性、耐銹性等に優れた例えばＳＵＳ等の金属部材により形成されている。

ハーメチックシール用焼成治具５は、保持部材１よりも大径の円盤状をなし上面５ａに保持部材１の下部が嵌合する円形の凹部５ｂと、凹部５ｂの底面５ｃの保持部材１の各貫通孔１ｄと対応した位置に突設されて貫通孔１ｄに夫々嵌合する円柱状の位置決め用の突起部（ボス）５ｄと、突起部５ｄの中心に接続ピン３を挿通させかつ該接続ピン３の突出長さを決める位置決め用のピン穴５ｅが形成されている。

ハーメチックシール用焼成治具６は、保持部材１の上端に冠着されて各接続ピン３を位置決めするためのもので、焼成治具５と同径の円盤状をなし下面６ａに円形の凹部６ｂと凹部６ｃが同心状にかつ段差をなして形成されている。凹部６ｂは、保持部材１の上端部が嵌合可能に形成されており、凹部６ｃは、凹部６ｂよりも僅かに小径とされている。そして、凹部６ｃの底面（天井）６ｄの保持部材１の上方に突出する各接続ピン３と対応する位置にこれらを挿通させて位置決めするための位置決め用のピン孔６ｅが形成されている。

これらのハーメチックシール用の焼成治具５及び６は、ガラス管２の焼成温度が約１０００℃付近まで上昇すること、また、カーボンは、溶融したガラスが付着しない性質を有することからこれらの焼成治具５及び６は、カーボンによって形成されている。尚、焼成治具６は、溶融したガラスと接触しないためにＳＵＳ等の金属部材で形成しても良い。

保持部材１は、下部が焼成治具５の凹部５ｂに嵌合され下面１ｅが凹部５ｂの底面５ｃに当接し、かつ貫通孔１ｄの下端部に突起部５ｄが嵌合されて立設して保持される。ガラス管２は、保持部材１の上方から貫通孔１ｄに嵌挿され自重により落下して下端面２ａが突起部５ｄの上面５ｆに当接して支持される。接続ピン３は、上方からガラス管２に嵌挿されて自重により落下し焼成治具５の突起部５ｄのピン穴５ｅに嵌挿されて下端面３ａが当該ピン穴５ｅの底面５ｈに当接して位置決めされる。

そして、焼成治具６が保持部材１に冠着されてピン孔６ｅに接続ピン３の上部が挿通されて位置決めされた後、電気炉に搬入されて所定の高温度に加熱される。ガラス管２は、加熱により溶融して保持部材１の貫通孔１ｄの内周面と接続ピン３の外周面に密着されて保持部材１と接続ピン３との間を封止する。

ハーメチックシールを適用したものとして、粉末ガラスをプレス成形により固めて中空円筒状の粉末ガラスを成形し、この固形状の粉末ガラスがリード線挿入孔内に挿入され、次いで、プラグによってリード線挿入孔の両開口端が覆われる。次いで、リード線挿入孔が垂直方向に延びるように金属基盤が配置され、リード線挿入孔の下方開口端はプラグにより覆われ、リード線挿入孔の上方開口端はプラグにより覆われている。この状態で固形状の粉末ガラスを焼成することにより形成される絶縁封止ガラスによってリード線をハーメチックシールするようにした電気配線のハーメチックシール方法及びハーメチックシール治具が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１２５８４号公報（３−４頁、図５）

ガラス管２の下端面２ａは、焼成治具５の突起部（ボス）５ｄの上面５ｆに接した状態で組み付けられ、焼成中にガラス管２が軟化してガラス管２の下端面（表面）２ａに焼成治具５の突起部５ｄの上面（上面）５ｆの凹凸の形状が転写してガラス管２の下端面の凹凸が大きくなり、その後の工程での洗浄残渣等の付着等により絶縁抵抗低下の原因となる。また、焼成治具５に使用しているカーボンの微粉末がガラス管２の下端面（表面）２ａに付着して絶縁抵抗の原因となる等の問題がある。特許文献１に開示されている技術についても同様の問題がある。

本発明の目的は、接続ピンと保持部材をガラスでハーメチックシールする際にガラスが焼成治具に接触しないようにして焼成治具のガラスへの転写を防止するようにしたハーメチックシール部品の製造方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明に係るハーメチックシール部品の製造方法は、
貫通孔が形成された金属材料からなる保持部材を焼成治具に載置して立設保持し、前記貫通孔に接続ピンを挿通し前記貫通孔の内周面と接続ピンとの間をガラスで封止するハーメチックシール部品の製造方法において、
前記接続ピンの中間部分の外周面にガラスを固定して形成した中間組立体を前記保持部材の貫通孔に挿通し、かつ前記焼成治具の前記保持部材を載置する面と前記中間組立体のガラスの対向する端面との間に隙間を設けた状態で前記保持部材を加熱して前記ガラスを軟化させて前記貫通孔の内周面との間を封止することを特徴としている。

接続ピンの中間部分にガラスを密着固定して所謂串焼き状をなす中間組立体を形成し、この中間組立体を保持部材の貫通孔に挿入して焼成治具に組み付け、かつ焼成治具と対向するガラスの端面（表面）との間に隙間を設けて加熱し、ガラスの外周面を保持部材の貫通孔の内周面に密着固定する。

接続ピンとガラスは一体化しており、かつ焼成治具とガラスの端面との間に隙間を設けてあるため、保持部材と中間組立体のガラスの加熱中に焼成治具とガラスの端面とが接触することがなく、焼成治具によるガラスの端面への治具転写を防止することが可能となる。これにより、その後の工程での洗浄残渣等による絶縁抵抗の低下や、焼成治具に使用しているカーボンの粉末がガラスの端面（表面）に付着して絶縁抵抗が低下することを有効に防止することができる。

また、本発明の請求項２に係るハーメチックシール部品の製造方法は、請求項１に記載のハーメチックシール部品の製造方法において、
前記中間組立体は、所定の長さのガラス管に前記接続ピンを挿通させて両端部分を露出させ、加熱して前記ガラス管を軟化させて当該ガラス管の内周面を前記接続ピンの外周面に密着固定したことを特徴としている。

中間組立体を形成する際に所定のガラス管に接続ピンを挿通させ、中間部分の周囲にガラスを配置して当該接続ピンの両端部分を露出させる。そして、加熱してガラス管を軟化させて当該ガラス管の内周面を接続ピンの外周面に密着固定する。これにより、接続ピンの中間部分の外周面にガラス管の内周面を密着固定することができる。更に、中間組立体のガラスの外径の変化を抑えることにより保持部材の貫通孔に中間組立体を僅かなクリアランスで挿入することが可能となる。

また、本発明の請求項３に係るハーメチックシール部品の製造方法は、請求項１に記載のハーメチックシール部品の製造方法において、
前記中間組立体は、中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスを複数重ねて所定の長さに形成して前記接続ピンを挿通させて両端部分を露出させ、加熱して前記ガラスを軟化させて当該ガラスの貫通孔の内周面を前記接続ピンの外周面に密着固定したことを特徴としている。

前記中間組立体は、中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスを複数重ねて所定の長さに形成して前記接続ピンを挿通させて両端部分を露出させ、加熱して前記ガラスを軟化させて当該ガラスの内周面を前記接続ピンの外周面に密着固定したことを特徴としている。

中間組立体を形成する際に中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスを複数重ねて所定の長さのガラス管とし、このガラス管に接続ピンを挿通させて当該接続ピンの中間部分の周囲にガラスを配置し、両端部分を露出させる。そして、加熱してこれらのガラス管を軟化させその内周面を接続ピンの外周面に密着固定する。これにより、接続ピンの中間部分の外周面に各厚板ガラスの貫通孔の内周面を密着固定することができる。更に、中間組立体のガラスの外径の変化を抑えることにより保持部材の貫通孔に中間組立体を僅かなクリアランスで挿入することが可能となる。

また、接続ピンに中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスを順次外嵌させて積重ねることで、接続ピンへのガラス管の装着が容易である。更に、積重ねる中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスの数を変えることにより、接続ピンの中間部分に密着固定するガラス管の長さを容易に変えることができる。

また、本発明の請求項４に係るハーメチックシール部品の製造方法は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のハーメチックシール部品の製造方法において、
前記保持部材を、前記中間組立体のガラスを軟化させる温度よりも高い温度で加熱して前記貫通孔内に挿入された前記中間組立体のガラスを軟化させることを特徴としている。

保持部材の貫通孔に中間組立体を挿入し、中間組立体のガラスを軟化させる温度よりも高い温度に加熱して中間組立体のガラスを軟化させてその外周面を保持部材の貫通孔の内周面に密着固定する。これにより、中間組立体の接続ピンとガラスとを一体化したままの状態で当該中間組立体と保持部材の貫通孔との間をハーメチックシールすることができる。

また、中間組立体のガラスは、軟化した際に下端面が表面張力によって凹凸が平滑化される。従って、その後の工程での洗浄残渣等による絶縁抵抗の低下が防止されて極めて絶縁性の高いハーメチックシールを実現することができる。

また、本発明の請求項５に係るハーメチックシール部品の製造方法は、請求項１又は請求項４に記載のハーメチックシール部品の製造方法において、
前記保持部材を、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスの雰囲気中で加熱して前記水素ガスによる還元作用により前記保持部材の表面に酸化スケールが付着することを抑制するようにしたことを特徴としている。

保持部材と組立体のガラスとの二次焼成を行う際に還元作用という化学反応を利用する。即ち、焼成雰囲気に混合ガスを利用し、更に、酸化抑制のためにプロセス中に水素置換を行う。そして、二次焼成を行うガラスの粘度低下温度域において混合ガス中の水素ガスにより還元領域を作り出して保持部材の表面を還元する。これにより、二次焼成における保持部材の表面に酸化スケールが生成されることを防止することが可能となる。

また、本発明の請求項６に係るハーメチックシール部品は、
金属材料からなる保持部材の貫通孔に接続ピンを挿通し前記貫通孔の内周面と接続ピンとの間をガラスで封止した構造のハーメチックシール部品に用いる中間組立体であって、
前記中間組立体は、前記接続ピンと、前記接続ピンの両端部を突出させた状態で当該接続ピンの外周面に接合されかつ前記貫通孔に挿通可能なガラスとからなることを特徴としている。

接続ピンの両端部を突出させた状態でガラスを接合して所謂串焼き状をなす中間組立体を形成する。この中間組立体を保持部材の貫通孔に挿入して組み付ける。これにより、保持部材の貫通孔への接続ピン及び封止用のガラスの組み付けが容易となる。

本発明によると、接続ピンと保持部材をガラスでハーメチックシールする際にガラスが焼成治具に接触しないようにして焼成治具のガラスへの転写を防止するようにしたことにより、その後の工程での洗浄残渣等による絶縁抵抗の低下が防止されて極めて絶縁性の高いハーメチックシールを実現することができる。

以下、本発明の実施形態に係るハーメチックシール部品の製造方法を図面に基づいて説明する。本発明は、保持部材の貫通孔に接続ピンを挿通して貫通孔の内周面と接続ピンとの間をガラスでハーメチックシールする際に、ガラスが焼成治具に接触しないようにして焼成治具のガラスの表面への転写を防止するようにしたものである。

そこで、本発明では接続ピンの両端部分を残して中間部分の周囲（外周面）にガラスを密着固定して所謂串焼き状の中間組立体を形成する。次いで、この中間組立体を保持部材の貫通孔に挿通して焼成治具に組付け、かつ焼成治具と対向するガラスの表面（端面）との間に隙間を設けて加熱してハーメチックシールを行う。これにより、ガラス表面への焼成治具の転写を防止する。

図１は、本発明に係る中間組立体の製造方法を示し、焼成治具としてのプレート１１は、上面１１ａと下面１１ｂが平行に、かつ上面１１ａが平滑な平面をなして形成されている。このプレート１１は、上面１１ａにピン穴１１ｃが垂直に複数形成されている。そして、これらのピン穴１１ｃは、接続ピン１２が挿入可能とされかつ所定の深さｄに設定されている。このプレート１１は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等により形成されている。尚、プレート１１としてはカーボンを使用することも可能である。

そして、プレート１１の各ピン穴１１ｃに接続ピン１２を挿入して当該接続ピン１２の下端面１２ｄをピン穴１１ｃの底面１１ｄに当接させる。この状態において接続ピン１２は、プレート１１の上面１１ａに対して垂直をなし、かつ下端部分１２ａがピン穴１１ｃに挿入されている。次いで、これらの接続ピン１２に封止用のガラスとして、例えば中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラス（以下「タブレットガラス」という）１３、又は厚肉の円筒状のガラス管１４を外嵌する。

タブレットガラス１３は、接続ピン１２が僅かなクリアランスで挿通し、かつ後述する図３に示す保持部材１の貫通孔１ｄ内に僅かなクリアランスで挿入可能な内径及び外径を有して所定の高さｈに形成されている。そして、このタブレットガラス１３を複数積み重ねて所定の高さＨに設定する。

或いは、接続ピン１２に所定の高さ（長さ）Ｈのガラス管１４を外嵌する。このガラス管１４もタブレットガラス１３と同様に接続ピン１２が僅かなクリアランスで挿通し、かつ保持部材１の貫通孔１ｄ内に僅かなクリアランスで挿入可能な内径及び外径に形成されている。接続ピン１２の中間部１２ｃに装着されるガラス管１４の長さはＬｃ（＝Ｈ）に設定されている。

接続ピン１２は、例えばＦｅ−５０Ｎｉ合金が使用されており、タブレットガラス１３、ガラス管１４は、例えば硼珪酸ガラスが使用されている。しかしながら、接続ピン１２やタブレットガラス１３、ガラス管１４は、これらの部材に限るものではなく、使用目的に応じて最適な部材を選択すればよい。

接続ピン１２に外嵌された最下段のタブレットガラス１３の下端面１３ａ、又はガラス管１４の下端面１４ａは、プレート１１の上面１１ａに当接している。従って、プレート１１のピン穴１１ｃの深さにより接続ピン１２に対するガラスの位置、即ち接続ピン１２の下端部分１２ａの長さＬａを容易に調節することができる。下端部分１２ａの長さＬａは、図３に示す焼成治具５の突起部５ｄの中心に形成されているピン穴５ｅの深さよりも僅かに長く設定されている。また、接続ピン１２の最上段のタブレットガラス１３の上端面１３ｂ又はガラス管１４の上端面１４ｂから突出している上端部分１２ｂは、所定の長さＬｂとされている。

そして、接続ピン１２とタブレットガラス１３又はガラス管１４をプレート１１に組み付けた後、これらを電気炉に搬入して加熱（一次焼成）する。加熱する温度は、タブレットガラス１３又はガラス管１４の外径が僅かに変形する程度の温度（例えば、７００℃程度）により軟化させ、内周面を接続ピン１２の中間部分１２ｃの外周面に密着させて固定する。複数のタブレットガラス１３は、当接し合う面同士も溶着されて一体化する。

次いで、プレート１１から接続ピン１２を取り外し、図２（ａ），（ｂ）に示すような中間組立体１６を形成する。尚、以後説明を分かり易くするために中間組立体１６を形成するタブレットガラス１３又はガラス管１４を単にガラス１５と称する。中間組立体１６は、接続ピン１２の中間部分１２ｃの外周部を覆うようにガラス１５を密着固定し、両端部分１２ａ、１２ｂを露出（突出）させた所謂串焼き状をなしている。尚、中間組立体１６のガラス１５の下端面１５ａにはプレート１１の上面１１ａの僅かな凹凸に起因して僅かながら凹凸が転写されることもある。

中間組立体１６は、タブレットガラス１３又はガラス管１４の外径が僅かに変形する程度の温度に加熱して軟化させ、内周面を接続ピン１２の中間部分１２ｃの外周面に密着させて固定することにより、後述するように保持部材１の貫通孔１ｄ内に中間組立体１６を僅かなクリアランスで挿入することが可能となる。

次に、上述したように形成した中間組立体１６を適用して本発明に係るハーメチックシール部品を製造する方法を図３乃至図５に基づいて説明する。尚、図３において図６に示した部材と同一部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図３及び図４に示すように保持部材１は、下部が焼成治具５の凹部５ｂに嵌合され下面１ｅが凹部５ｂの底面５ｃに当接し、かつ貫通孔１ｄの下端部に位置決め用の突起部５ｄが嵌合されて立設して保持される。中間組立体１６は、保持部材１の上方から貫通孔１ｄに挿入され自重により落下する。そして、接続ピン１２の下端部分１２ａが焼成治具５の突起部５ｄの中心に設けられている位置決め用のピン穴５ｅ内に挿入され、下端面１２ｄがピン穴５ｅの底面５ｈに当接して位置決めされる。

中間組立体１６は、前述したようにガラス１５の外径が僅かに変化している程度であるために保持部材１の貫通孔１ｄの内周面に僅かなクリアランスで挿入可能とされ、かつ接続ピン１２の下端部分１２ａの長さＬａが突起部５ｄのピン穴５ｅの深さよりも長く設定されているためにガラス１５の下端面１５ａが突起部５ｄの上面５ｆから離隔している。即ち、ガラス１５の下端面１５ａと突起部５ｄの上面５ｆとの間に隙間Ｓが形成されて、当該ガラス１５の下端面１５ａが焼成治具５の突起部５ｄの上面５ｆと接触しない。次いで、焼成治具６を保持部材１に装着してピン孔６ｅに接続ピン１２の上端部分１２ｂを挿通させて位置決めする。

次に、これらを図示しない電気炉に搬入して中間組立体１６を形成するときの前記加熱温度（約７００℃）よりも高い所定の温度（例えば、約９８０℃〜１０００℃）に加熱（二次焼成）する。ガラス１５は、所定温度に達すると軟化してその外周面が貫通孔１ｄの内周面に密着して保持部材１との間を封止する。接続ピン１２とガラス１５は、既に一体化しておりかつ下端面１５ａと突起部５ｄの上面５ｆとの間に隙間Ｓが形成されているため、加熱中（二次焼成中）に下端面１５ａが焼成治具５の突起部５ｄの上面５ｆと接触することが無くなり、当該上面５ｆによる下端面１５ａへの治具転写が防止される。

また、ガラス１５は、軟化した際に下端面１５ａが表面張力によって凹凸が平滑化される。従って、中間組立体１６を形成した際にプレート１１の上面１１ａにより下端面１５ａに僅かに転写痕が発生した場合でもこの転写痕も残らない。そして、ハーメチックシール工程が終了した後、焼成治具５，６から保持部材１を取り出す。ガラス１５は下端面１５ａに焼成治具５による転写痕が防止されるために、その後の工程での洗浄残渣等による絶縁抵抗の低下が防止されて極めて絶縁性の高いハーメチックシールを実現することができる。

また、前述したように接続ピン１２に対するガラス１５の位置、即ち接続ピン１２の下端部分１２ａの長さＬａを調節することによりガラス１５の長さを調節することができる。例えば、図５に示すように接続ピン１２の下端部分１２ａの長さＬａを長くし（例えば、図１参照）、ガラス１５の長さを短くすることにより、必要とする耐圧に応じたハーメチックシールを施すことが可能となる。この場合、図１に示す治具としてのプレート１１のピン穴１１ｃを深くし、タブレットガラス１３を使用してその積み重ね数を少なくすることにより容易に対処することが可能である。

ところで、保持部材１の貫通孔１ｄに中間組立体１６を挿入してハーメチックシールを行う工程（二次焼成）において、金属（ＳＵＳ）製の保持部材１の表面に酸化スケールが付着するという問題がある。ガラスハーメチックシール技術において金属（ＳＵＳ材）に付着した酸化スケールの除去を必要とする場合、主に利用されるのは強酸薬品（例えば、硝酸ＨＮＯ_３）による化学研磨である。しかしながら、化学研磨を施すと酸化物ごと除去することになるために金属特有の表面の組織が破壊されてしまい、金属表面のクロム（Ｃｒ）濃度が低くなり、耐食性が低下してあらゆる環境に対応可能なハーメチックシールとは言い難いものとなる。

そこで、本発明においては、保持部材１と中間組立体１６のガラス１５との二次焼成を行う際に還元作用という化学反応を利用する。即ち、焼成雰囲気に混合ガスを利用し、更に、酸化抑制のためにプロセス中に水素置換を行う。混合ガスとして化学反応を起こし難い例えば窒素ガス（Ｎ_２）と還元作用を有する水素ガス（Ｈ_２）との混合ガス（Ｎ_２＋Ｈ_２）を使用する。

この場合、高温域での水素置換は危険なため、低温域から窒素ガスに水素ガスを少量加え、水蒸気として大気に放出するラインを確保しておく。そして、二次焼成を行うガラスの粘度低下温度域において混合ガス（Ｎ_２＋Ｈ_２）中の水素ガス（Ｈ_２）により還元領域を作り出して保持部材１の表面を還元する。尚、混合ガスとして窒素ガス（Ｎ_２）に代えて他のガス、例えばアルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスを使用しても良い。

これにより、二次焼成における保持部材１の表面に酸化スケールが生成されることを防止することが可能となる。このように、二次焼成を行う際に還元作用という化学反応を利用しているために金属特有の組織破壊を防ぐことが可能となり、金属（ＳＵＳ材）表面のクローム（Ｃｒ）が少なくならないため、錆に強い耐食性に優れた高品質なハーメチックシールが生産可能である。

また、この混合ガスを利用した方法は、使用し易くかつ生産性の向上及び大幅なコストダウンを図ることが可能となる。更に、強酸薬品の使用による不具合が懸念されることにより構造上ガラスハーメチックシールを断念せざるを得なかった製品への利用や、強酸薬品が使用不可能な環境下におけるガラスハーメチックシールが可能となる。

ハーメチックシールは、保持部材（筐体）−ガラス−接続ピンを封止する技術であり、焼成前はそれぞれの部材間にクリアランスが存在する。クリアランスは、ガラス封止の際に気泡残存の要因となり、上述したプロセスのような水素ガスを使用するという厳しい条件下では気泡残存の影響が大きい。

しかしながら、本発明のように接続ピン１２とガラス１５とを事前に熱処理（一次焼成）して中間組立体１６を形成しておくことにより、接続ピン１２とガラス１５との間のクリアランスを無くすことが可能となり、気泡残存の要因を多少でも削減することができるため気泡発生の懸念事項を削減することが可能となる。

また、この場合中間組立体１６を形成する際にガラス管１４を使用することが好ましい。その理由は、ガラス管１４はタブレットガラス１３と異なり引きガラスであり、ガラス内に気泡が存在しないためである。従って、中間組立体１６のガラスとしてガラス管１４を使用する方がガラスの残存気泡をより少なくすることが可能となる。

上述したように接続ピンに対してガラスの位置を調整した焼成治具を製作し、接続ピンとガラスのみを焼成治具に組み付けて加熱し（一次焼成）、接続ピンにガラスを密着固定して所謂串焼き状をなす中間組立体を形成する。その後、この中間組立体と保持部材を焼成治具に組み付け、かつ焼成治具と対向するガラスの端面（表面）との間に隙間を設けて加熱し（二次焼成）、ガラスの外周面を保持部材の貫通孔の内周面に密着固定する。

接続ピンとガラスは事前に一体化しており、かつ焼成治具とガラスの端面との間に隙間を設けてあるため、保持部材及びガラスの加熱中（二次焼成中）に焼成治具とガラスの端面とが接触することがなく、焼成治具によるガラスの端面への治具転写を防止することが可能となる。これにより、その後の工程での洗浄残渣等による絶縁抵抗の低下や、焼成治具に使用しているカーボンの粉末がガラスの端面に付着して絶縁抵抗が低下することを有効に防止することができる。

また、中間組立体を形成する際に所定の長さのガラス管に接続ピンを挿通させ、中間部分の周囲にガラス管を配置して両端部分を露出させ、加熱してガラス管を軟化させて接続ピンの外周面に密着固定する。これにより、接続ピンの中間部分の外周面にガラス管の内周面を密着固定することができ、更に、中間組立体のガラスの外径の変化を抑えることにより保持部材の貫通孔に中間組立体を僅かなクリアランスで挿入することが可能となる。

また、中間組立体を形成する際に中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスを複数重ねて所定の長さのガラス管として接続ピンを挿通させ、中間部分の周囲にガラス管を配置して両端部分を露出させ、ガラス管の外径が僅かに変形する温度の温度に加熱してガラス管を軟化させて当該ガラス管の内周面を接続ピンの外周面に密着固定する。

これにより、接続ピンの中間部分の外周面にガラス管の内周面を密着固定することができる。更に、中間組立体のガラスの外径の変化を抑えることにより保持部材の貫通孔に中間組立体を僅かなクリアランスで挿入することが可能となる。また、接続ピンに中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスを順次外嵌させて積重ねることで、接続ピンへのガラス管の装着が容易であり、更に積重ねる中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスの数を変えることにより、接続ピンの中間部分に密着固定するガラス管の長さを容易に変えることができる。

また、保持部材の貫通孔に中間組立体を挿入し、中間組立体のガラスを軟化させる温度よりも高い温度に加熱して中間組立体のガラスを軟化させて保持部材の貫通孔の内周面に密着固定することにより、中間組立体の接続ピンとガラスとを一体化したままの状態で当該中間組立体と保持部材の貫通孔との間をハーメチックシールすることができる。

また、中間組立体のガラスは、軟化した際に下端面が表面張力によって凹凸が平滑化される。従って、その後の工程での洗浄残渣等による絶縁抵抗の低下が防止されて極めて絶縁性の高いハーメチックシールを実現することができる。

また、保持部材と組立体のガラスとの二次焼成を行う際に還元作用という化学反応を利用する、即ち焼成雰囲気に化学反応を起こし難い、例えば窒素ガス（Ｎ_２）と還元作用を有する水素ガス（Ｈ_２）との混合ガス（Ｎ_２＋Ｈ_２）を利用し、更に酸化抑制のためにプロセス中に水素置換を行う。そして、二次焼成を行うガラスの粘度低下温度域において混合ガス中の水素ガスにより還元領域を作り出して保持部材の表面を還元する。これにより、二次焼成における保持部材の表面に酸化スケールが生成されることを防止することが可能となる。

本発明の実施形態に係るハーメチックシール部品の製造方法に適用する中間組立体を形成するための説明図である。 図１に示した中間組立体の正面図である。 本発明の実施形態に係るハーメチックシール部品の製造方法を示す断面図である。 図３に示したハーメチックシール用治具及びハーメチックシール部品の要部拡大図である。 図３に示したハーメチックシール部品の変形例を示す要部拡大説明図である。 従来のハーメチックシール部品の製造方法を示す断面図である。 図６に示したハーメチックシール部品の矢線VII−VIIに沿う断面図である。

符号の説明

１ 保持部材
１ａ 上面
１ｂ 凹部
１ｃ 底面
１ｄ 貫通孔
１ｅ 下面
２ ガラス管
２ａ 下端面
３ 接続ピン
３ａ 下端面
５ （ハーメチックシール用）焼成治具
５ａ 上面
５ｂ 凹部
５ｃ 底面
５ｄ 突起部
５ｅ ピン穴
５ｆ 突起部の上面
５ｈ 突起部の底面
６ （ハーメチックシール用）焼成治具
６ａ 下面
６ｂ，６ｃ 凹部
６ｄ 底面（天井）
６ｅ ピン孔
１１ プレート（焼成治具）
１１ａ 上面
１１ｂ 下面
１１ｃ ピン穴
１１ｄ 底面
１２ 接続ピン
１２ａ 下端部分
１２ｂ 上端部分
１２ｃ 中間部分
１２ｄ 下端面
１３ 封止ガラス（タブレットガラス）
１３ａ 下端面
１３ｂ 上端面
１４ ガラス管
１４ａ 下端面
１４ｂ 上端面
１５ ガラス
１５ａ 下端面（表面）
１６ 中間組立体
ｄ プレートのピン穴の深さ
ｈ タブレットガラスの高さ
Ｈ ガラス管の高さ
Ｌａ 接続ピンの下端部分の長さ
Ｌｂ 接続ピンの上端部分の長さ
Ｌｃ 接続ピンの中間部分の長さ
Ｓ 隙間

Claims (6)

1. 貫通孔が形成された金属材料からなる保持部材を焼成治具に載置して立設保持し、前記貫通孔に接続ピンを挿通し前記貫通孔の内周面と接続ピンとの間をガラスで封止するハーメチックシール部品の製造方法において、
   前記接続ピンの中間部分の外周面にガラスを固定して形成した中間組立体を前記保持部材の貫通孔に挿通し、かつ前記焼成治具の前記保持部材を載置する面と前記中間組立体のガラスの対向する端面との間に隙間を設けた状態で前記保持部材を加熱して前記ガラスを軟化させて前記貫通孔の内周面との間を封止することを特徴とするハーメチックシール部品の製造方法。
2. 前記中間組立体は、所定の長さのガラス管に前記接続ピンを挿通させて両端部分を露出させ、加熱して前記ガラス管を軟化させて当該ガラス管の内周面を前記接続ピンの外周面に密着固定したことを特徴とする、請求項１に記載のハーメチックシール部品の製造方法。
3. 前記中間組立体は、中心に貫通孔を有する円板状の厚板ガラスを複数重ねて所定の長さに形成して前記接続ピンを挿通させて両端部分を露出させ、加熱して前記ガラスを軟化させて当該ガラスの貫通孔の内周面を前記接続ピンの外周面に密着固定したことを特徴とする、請求項１に記載のハーメチックシール部品の製造方法。
4. 前記保持部材を、前記中間組立体のガラスを軟化させる温度よりも高い温度で加熱して前記貫通孔内に挿入された前記中間組立体のガラスを軟化させることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れかに記載のハーメチックシール部品の製造方法。
5. 前記保持部材を、不活性ガスと水素ガスとの混合ガスの雰囲気中で加熱して前記水素ガスによる還元作用により前記保持部材の表面に酸化スケールが付着することを抑制するようにしたことを特徴とする、請求項１又は請求項４に記載のハーメチックシール部品の製造方法。
6. 金属材料からなる保持部材の貫通孔に接続ピンを挿通し前記貫通孔の内周面と接続ピンとの間をガラスで封止した構造のハーメチックシール部品に用いる中間組立体であって、
   前記中間組立体は、前記接続ピンと、当該接続ピンの両端部を突出させた状態で当該接続ピンの外周面に接合されかつ前記貫通孔に挿通可能なガラスとからなることを特徴とする中間組立体。
   

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