JP2014164978A - 圧縮封止型気密端子 - Google Patents

Abstract

【課題】導出リード材に銅材やアルミニウム合金材などの低抵抗金属を使用しながら、使用温度範囲において絶縁ガラスに圧縮応力が加わるようにして気密の信頼性を高めた気密端子を提供する。
【解決手段】圧縮封止型気密端子１０は、鉄または鉄合金の金属外環１１と、金属外環１１に挿通した鉄合金のパイプリード１２と、金属外環１１の内壁とパイプリード１２の外径とを気密に封着する絶縁ガラス１３と、パイプリード１２を貫通した銀、銅、アルミニウムまたは銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属からなる導出リード１４とを備え、導出リード１４の熱膨張を緩衝するための所定の間隙部１５を金属外環１１の内側に設けて、導出リード１４は、接合部１６によりパイプリード１２と気密に接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は大電力用途に使用でき、かつ高い気密信頼性を有する圧縮封止型気密端子に関する。

気密端子は、金属外環または金属外環の挿通孔に絶縁材を介してリードを気密に封着したもので、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。特に金属外環とリードを絶縁ガラスで封着するＧＴＭＳ（Ｇｌａｓｓ−ｔｏ−Ｍｅｔａｌ−Ｓｅａｌ）タイプの気密端子は、整合封止型と圧縮封止型の２種類に大別される。信頼性の高い気密封止を確立するには、外環およびリードの金属材と絶縁ガラスの熱膨張係数を適正に選択することが重要となる。封止用の絶縁ガラスは、金属外環とリードの素材、要求温度プロファイルおよびその熱膨張係数によって決定されている。
整合封止の場合、金属材と絶縁ガラスの熱膨張係数が可能な限り一致するように封止素材を選定する。一方、圧縮封止は、金属外環が絶縁ガラスおよびリードを圧縮するように意図的に異なる熱膨張係数の金属材と絶縁ガラスの材料が選択されている。

従来の気密端子は高い気密信頼性ならびに電気絶縁性を確保するため、整合封止型気密端子においては、金属外環およびリード材に広い温度範囲でガラス材と熱膨張係数が一致しているコバール合金（Ｆｅ５４％、Ｎｉ２８％、Ｃｏ１８％）を使用して、両者をホウケイ酸ガラスからなる絶縁ガラスで封着し、圧縮封止型気密端子においては、使用温度範囲においてガラスに同心円状の圧縮応力が加わるように、炭素鋼またはステンレス鋼などの鋼製の金属外環と、鉄ニッケル合金（Ｆｅ５０％、Ｎｉ５０％）や鉄クロム合金（Ｆｅ７２％、Ｃｒ２８％）などの鉄合金のリード材を使用して、両者をソーダバリウムガラスからなる絶縁ガラスで封着していた。

特開昭６１−２６０５６０号公報 実開平０２−０３９４７２号公報

近年、パワー・デバイスや２次電池などの所謂ハイレート電力デバイス用に気密端子の大電力対応が求められるようになっている。リード材に鉄合金などの高抵抗金属を使用した従来の気密端子は、過大な負荷をかけるとリード材の自己発熱により絶縁ガラスが溶融し気密性が確保できなくなり、ついにはリード材が抜け落ちるなどの危険があった。気密端子のリード材を、従来の鉄合金から銅やアルミニウム合金などの低抵抗金属に変更できれば大電力への対応や省電力化など電気エネルギーの効率利用の観点からより好ましいが、封止に利用する絶縁ガラスは概して低熱膨張係数材料のため、銀、銅、アルミニウムや銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属をリード材に用いると整合封止は原理上使用できない。さらに、圧縮封止においても、上記例示の低抵抗金属は熱膨張係数が鋼材などの鉄合金に比べてより大きく、これをリード材に用いると絶縁ガラスに適切な圧縮応力を加えることができず、気密性の確保が難しくなるという課題があった。また、金属外環とリード材をともに銀、銅、アルミニウムやその合金などの高熱膨張係数材料に変更すると絶縁ガラスに加わる圧縮応力が大きくなりすぎ、ガラス割れが生じたりするので使用することが難しくなる。

従来、銅芯リードを使った気密端子には、特許文献１に示されるような銅芯の表面を合金鋼で被覆した複合リード材を用いた気密端子がある。しかしながら、特許文献１の気密端子のリード材は、銅のインナコア表面に合金鋼のアウタジャケットを固着被覆してあるので、リードの電気抵抗を小さくするため、銅のインナコア径を大きくして合金鋼のアウタジャケットを薄くすると、銅の大きな熱膨張に合金鋼の被覆が抗しきれず追従してしまい充分な圧縮封止を得られない。逆にインナコアの銅径を小さくし合金鋼の被覆を厚くすると、所望のリード抵抗値を得ることが難しくなるという構造上の欠点があった。

一方、パイプリードを使用した気密端子には、従来、特許文献２に示されるように、リチウム電池等の非水型電池に用いられる気密端子として、ステンレス鋼の金属外環の筒状部にガラスを介して鉄クロム合金製のパイプリードを気密に封着するとともに、パイプリードにニッケル製の導出リードを挿通し、パイプリードと導出リードとを接続固着封止した電池ケース用気密端子がある。しかし、この考案は、電池内の短絡などで発生したガスにより電池内圧が異常上昇した際に、封止ガラスがガス抜きの安全弁を兼ねるように設計されており、気密信頼性の向上を目論んだものではなく、むしろパイプリードと絶縁ガラスのシール面が破壊されることを前提にした構成となっている。また、気密端子に用いる金属材の熱膨張係数値も互いに近い値に整合するように設計されており、金属外環とパイプリードに近い熱膨張係数を有するニッケル材を導出リードに使用しているので、導出リード材の電気抵抗を犠牲にした構成となっている。このため、気密端子の導出リードに熱膨張係数が大きい銀、銅、アルミニウムや該元素を主成分とする合金などの低抵抗金属を使用するための手段については、何ら記載されておらず上述の課題を解決するものではなかった。さらに、金属外環とパイプリードとを封着炉でガラス封着させた後、別工程でパイプリードに導出リードを挿入し、導出リードとパイプリードの一端をレーザ溶接して気密を完成させる必要があるので工程が複雑となり、余分な製造コストを要する欠点があった。

本発明の目的は、上記課題を解消するため提案するものであり、ＧＴＭＳタイプの気密端子をハイレート電力デバイス用途に適用可能とするため、導出リード材に銅材やアルミニウム合金材などの低抵抗金属を使用しながら、使用温度範囲において絶縁ガラスに圧縮応力が加わるようにして気密の信頼性を高めたことを特徴とした圧縮封止型気密端子を提供することにある。

本発明によれば、金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、金属外環の内壁とパイプリードの外径とを気密に封着する絶縁ガラスと、パイプリードを貫通した低抵抗金属からなる導出リードとを備え、導出リードの熱膨張を緩衝するための所定の間隙部をパイプリードの内側に設けて、導出リードは、接合材を充填した接合部によりパイプリードと気密に接合されたことを特徴とする圧縮封止型気密端子が提供される。

本発明の第２の観点によると、金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、金属外環の内壁とパイプリードの外径とを気密に封着する絶縁ガラスと、パイプリードを貫通した低抵抗金属からなる導出リードとを備え、導出リードの熱膨張を緩衝するための所定の間隙部をパイプリードの内側に設け、さらに導出リードの外径またはパイプリードの内径に１ないし２つの周溝部を設け、この周溝部により接合材の接合範囲を画定した接合部を用いて導出リードとパイプリードとを気密に接合したことを特徴とする圧縮封止型気密端子が提供される。

本発明の第３の観点によると、金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、金属外環の内壁とパイプリードの外径とを気密に封着する絶縁ガラスと、パイプリードを貫通した低抵抗金属からなる導出リードとを備え、導出リードに縮径部を設け、この縮径部とパイプリードとの間に導出リードの熱膨張を緩衝するための所定の間隙部を形成し、導出リードは、縮径部を除いたパイプリードの内壁とその対向する導出リードとの間に接合材を充填して設けた接合部によりパイプリードと気密に接合されたことを特徴とする圧縮封止型気密端子が提供される。

本発明の第４の観点によると、金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、金属外環の内壁とパイプリードの外径とを気密に封着する絶縁ガラスと、パイプリードを貫通した低抵抗金属からなる導出リードとを備え、パイプリードの内径に縮径部を設けて、縮径部の内壁とその対向する導出リードとの間を接合材で埋めて接合部とし、この接合部を除いたパイプリードの内径と導出リードとの間に所定の間隙部を形成し、導出リードは、接合部によりパイプリードの縮径部と気密に接合されたことを特徴とする圧縮封止型気密端子が提供される。

本発明に係る圧縮封止型気密端子の間隙部は、絶縁ガラスと対向する位置にあるパイプリードの内壁面と導出リードの外径との間に形成された所定のクリアランスを有する自由空間からなり、絶縁ガラスに金属外環とパイプリードの圧縮応力を負荷させながら、導出リードの熱膨張を間隙部の空間で緩衝することができるので、熱膨張係数が大きい低抵抗金属を導出リードに使用した圧縮封止型気密端子を実現することができる。なお、接合部は、上記間隙の所定部分をロウ材などの接合材で充填して気密に接合して設けられる。すなわち、本発明に係る気密端子は、金属外環とパイプリードを用いて絶縁ガラスを圧縮封止するとともに、パイプリードと導出リードとの間に間隙部を設け、この間隙部が形成する自由空間により低抵抗金属からなる導出リードの過大な熱膨張を緩衝することで、電気抵抗が極めて小さい圧縮封止の気密端子を実現する。本発明に用いる金属外環の熱膨張係数をα１、パイプリードの熱膨張係数をα２、導出リードの熱膨張係数をα３とすると、三者の関係はα３＞＞α１≧α２となる。

本発明により、金属外環に用いられる鉄および鉄基合金より熱膨張が過大であるため気密端子のリード材として用いることができなかった高熱膨張係数材料を、導出リードに用いることができる。さらには、高熱膨張係数材料である銀材、銅材、アルミニウム材またはその合金などの低抵抗金属を気密端子の導出リードに用いることができるので、ハイレート電力デバイスに対応が容易な気密端子を圧縮封止で安価かつ安定に製造することができる。また、金属外環とパイプリードの熱膨張係数差で絶縁ガラスにコンプレッションが働き、リーク洩れの惧れがなくなる。さらに、本発明に係る圧縮封止型気密端子は、従来のパイプリードを用いた気密端子が、封着治具へ各構成部品をセットする振込工程、ガラス封着工程、導出リード挿入工程、溶接工程の４工程で組立てられていたのを、封着治具へ各構成部品をセットする振込工程、絶縁ガラスおよび接合材を炉中で溶融させて各構成部品を気密に封着させる封着工程の２工程に短縮できる。

本発明に係る圧縮封止型気密端子１０の平面図を示す。 本発明に係る圧縮封止型気密端子１０を示し、（ａ）は接合部を絶縁ガラス中に埋設したタイプの正面部分断面図を、（ｂ）は接合部を絶縁ガラスの外側に設けたタイプの正面断面図を示す。 本発明に係る圧縮封止型気密端子２０を示し、（ａ）は接合部を絶縁ガラス中に埋設したタイプの正面部分断面図を、（ｂ）は接合部を絶縁ガラスの外側に設けたタイプの正面断面図を示す。 本発明に係る圧縮封止型気密端子３０を示し、（ａ）は接合部を絶縁ガラス中に埋設したタイプの正面部分断面図を、（ｂ）は接合部を絶縁ガラスの外側に設けたタイプの正面断面図を示す。 本発明に係る圧縮封止型気密端子４０を示し、（ａ）は接合部を絶縁ガラス中に埋設したタイプの正面部分断面図を、（ｂ）は接合部を絶縁ガラスの外側に設けたタイプの正面断面図を示す。 本発明の変形例１である圧縮封止型気密端子５０を示し、（ａ）は接合部を絶縁ガラス中に埋設したタイプの正面部分断面図を、（ｂ）は接合部を絶縁ガラスの外側に設けたタイプの正面断面図を示す。 本発明の変形例２である圧縮封止型気密端子６０を示し、（ａ）は接合部を絶縁ガラス中に埋設したタイプの正面部分断面図を、（ｂ）は接合部を絶縁ガラスの外側に設けたタイプの正面断面図を示す。

以下、本発明の気密端子について、図面を参照しながら説明する。

本発明の圧縮封止型気密端子１０は、図１および図２に示すように鉄または鉄合金の金属外環１１と、金属外環１１に挿通した鉄合金のパイプリード１２と、金属外環１１の内壁とパイプリード１２の外径とを気密に封着する絶縁ガラス１３と、パイプリード１２を貫通した銀、銅、アルミニウムまたは銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属からなる導出リード１４とを備え、導出リード１４の熱膨張を緩衝するための所定の間隙部１５をパイプリード１２の内側に設けて、導出リード１４は、ロウ材などの接合材を充填した接合部１６によりパイプリード１２と気密に接合されたことを特徴とする。導出リード１４の直径φ１は、金属外環１１の内径φ２の５０％以上９０％以下と成るように構成される。間隙部１５は、導出リード１４と、この導出リード１４の軸と同心円上に配置したパイプリード１２との間の空間うち、ロウ材などの接合材が占有する接合部１６を除外した残りの空間からなる。接合部１６は、予めパイプリード１２の上部開口に沿ってリング状の接合材を設置しておき、これを加熱溶融することでパイプリード１２と導出リード１４の間隙部の片側開口端の全周を接合材で気密に接合して形成する。パイプリード１２の開口に沿ってリング状に配置した接合材は、加熱溶融され開口を埋めて接合部１６を形成する。接合材は、ガラス封着炉で溶融接合させてもよい。この場合、絶縁ガラスの封着と同時に接合材の接合封止を完了することができるので、従来のパイプリード付き気密端子の組立工程よりも工程を２工程短縮できる。気密端子１０のパイプリード１２の内径に設ける接合部１６は、導出リード１４の大きな熱膨張を緩衝できるように、図２（ａ）に示すように少なくとも一部を金属外環１１の内側すなわち少なくとも一部が絶縁ガラス１３に埋設するように設けても、図２（ｂ）のように金属外環１１の外側すなわち全体が絶縁ガラス１３の外部に出るように設けてもよい。なお、図１（ａ）の接合部１６を絶縁ガラス１３に埋設する場合は、埋設される接合部１６の長さは、絶縁ガラス２３に充分な圧縮応力を負荷させるため、絶縁ガラス１３の厚さの２／３以下となるように設ける。

本発明の圧縮封止型気密端子２０は、図３に示すように、鉄または鉄合金の金属外環２１と、金属外環２１に挿通した鉄合金のパイプリード２２と、金属外環２１の内壁とパイプリード２２の外径とを気密に封着する絶縁ガラス２３と、パイプリード２２を貫通した銀、銅、アルミニウムまたは銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属からなる導出リード２４とを備え、導出リード２４の熱膨張を緩衝するための所定の間隙部２５をパイプリード２２の内側に設け、さらに導出リード２４の外径またはパイプリード２２の内径に１ないし２つの周溝部２７を設け、この周溝部２７によりロウ材など接合材の接合範囲を画定した接合部２６を用いて導出リード２４とパイプリード２２とを気密に接合したことを特徴とする。導出リード２４の直径φ１は、金属外環２１の内径φ２の５０％以上９０％以下と成るように構成される。間隙部２５は、導出リード２４と、この導出リード２４の軸と同心円上に配置したパイプリード２２との間の空間うち、ロウ材などの接合材が占有する接合部２６を除外した残りの空間からなる。接合部２６は、予めパイプリード２２の開口に近い側の周溝部２７に沿ってリング状の接合材を固定しておき、接合材を固定した周溝部２７をパイプリード２２に挿入して、加熱溶融することでパイプリード２２と導出リード２４の間隙部の片側開口端の全周を接合材で気密に接合して形成する。もう一方の接合材を配置しない空の周溝部２７は、所望する接合部２６以外に溶融した接合材が拡張しすぎないようにするためのギャップとして機能する。開口に近い側の周溝部２７に沿ってリング状に固定した接合材は、加熱溶融され開口を埋めて接合部２６を形成する。このとき、接合部２６に隣接して周溝部２７が設けられるので、周溝部２７に挟まれた接合部２６のみに毛細管現象を利用して接合材を流し込むことができ、接合材の流れを制御し余分な拡張を防いで接合範囲を画定できる。開口に近い側の周溝部２７に固定した接合材は、ガラス封着炉で溶融接合させてもよい。この場合、絶縁ガラスの封着と同時に接合材の接合封止を完了することができるので、従来のパイプリード付き気密端子の組立工程よりも工程を２工程短縮できる。気密端子２０のパイプリードの内径に設ける接合部２６は、導出リード２４の大きな熱膨張を緩衝できるように、図３（ａ）に示すように少なくとも一部を金属外環２１の内側すなわち少なくとも一部が絶縁ガラス２３に埋設するように設けても、図３（ｂ）のように金属外環２１の外側すなわち全体が絶縁ガラス２３の外部に出るように設けてもよい。なお、図３（ａ）の接合部２６を絶縁ガラス２３に埋設する場合は、埋設される接合部２６の長さは、絶縁ガラス２３に充分な圧縮応力を負荷させるため、絶縁ガラス２３の厚さの２／３以下となるように設ける。

本発明の圧縮封止型気密端子３０は、図４に示すように鉄または鉄合金の金属外環３１と、金属外環３１に挿通した鉄合金のパイプリード３２と、金属外環３１の内壁とパイプリード３２の外径とを気密に封着する絶縁ガラス３３と、パイプリード３２を貫通した銀、銅、アルミニウムまたは銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属からなる導出リード３４とを備え、導出リード３４に縮径部３７を設け、この縮径部３７とパイプリード３２との間に導出リード３４の熱膨張を緩衝するための所定の間隙部３５を形成し、導出リード３４は、縮径部３７を除いたパイプリード３２の内壁とその対向する導出リード３４との間にロウ材などの接合材を充填して設けた接合部３６により、パイプリード３２と気密に接合されたことを特徴とする。導出リード３４の直径φ１は、金属外環３１の内径φ２の５０％以上９０％以下と成るように構成される。間隙部３５は、導出リード３４と、この導出リード３４の軸と同心円上に配置したパイプリード３２との間の空間のうち、接合材で占有される接合部２６を除外した残りの空間からなる。接合部３６は、予めパイプリード３２の上部開口に沿ってリング状の接合材を設置しておき、これを加熱溶融することでパイプリード３２と導出リード３４の間隙部の片側開口端の全周を接合材で気密に接合して形成する。縮径部３７とパイプリード３２との間に設けた所定の間隙部３５は、所望する接合部３６以外に溶融した接合材が拡張しすぎないようにするためのギャップとして機能する。パイプリード３２の上部開口に沿ってリング状に設置した接合材は、加熱溶融され開口を埋めて接合部３６を形成する。このとき、接合部３６に隣接して縮径部３７が設けられるので、狭まった接合部３６のみに毛細管現象を利用して接合材を流し込むことができ、接合材の流れを制御し余分な拡張を防いで接合範囲を画定できる。上部開口に沿って配置した接合材は、ガラス封着炉で溶融接合させてもよい。この場合、絶縁ガラスの封着と同時にロウ材の接合封止を完了することができるので、従来のパイプリード付き気密端子の組立工程よりも工程を２工程短縮できる。また、導出リード３４に縮径部３７を設けることで、間隙部３５が接合部３６の接合厚に左右されることなく所望するクリアランスに調整できる。気密端子３０のパイプリードの内径に設ける接合部３６は、導出リード３４の大きな熱膨張を緩衝できるように、図４（ａ）に示すように少なくとも一部を金属外環３１の内側すなわち少なくとも一部が絶縁ガラス３３に埋設するように設けても、図４（ｂ）のように金属外環３１の外側すなわち全体が絶縁ガラス３３の外部に出るように設けてもよい。なお、図４（ａ）の接合部３６を絶縁ガラス３３に埋設する場合は、埋設される接合部３６の長さは、絶縁ガラス３３に充分な圧縮応力を負荷させるため、絶縁ガラス３３の厚さの２／３以下となるように設ける。

本発明の圧縮封止型気密端子４０は、図５に示すように鉄または鉄合金の金属外環４１と、金属外環４１に挿通した鉄合金のパイプリード４２と、金属外環４１の内壁とパイプリード４２の外径とを気密に封着する絶縁ガラス４３と、パイプリード４２を貫通した銀、銅、アルミニウムまたは銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属からなる導出リード４４とを備え、パイプリード４２の内径に縮径部４７を設けて、縮径部４７の内壁とその対向する導出リード４４との間をロウ材などの接合材で埋めて接合部４６とし、この縮径部４７を除いたパイプリード４２の内径と導出リード４４との間に所定の間隙部４５を形成し、導出リード４４は、接合部４６によりパイプリード４２の縮径部４７と気密に接合されたことを特徴とする。導出リード４４の直径φ１は、金属外環４１の内径φ２の５０％以上９０％以下と成るように構成される。間隙部４５は、導出リード４４と、この導出リード４４の軸と同心円上に配置したパイプリード４２との間の空間うち、接合材で占有される接合部４６を除外した残りの空間からなる。接合部４６は、予めパイプリード４２の上部開口に沿ってリング状の接合材を設置しておき、加熱溶融することでパイプリード４２と導出リード４４の間隙部の片側開口端の全周を接合材で気密に接合して形成する。パイプリード４２の縮径部４７と導出リード４４との間に設けた所定の間隙部４５は、所望する接合部４６以外に溶融した接合材が拡張しすぎないようにするためのギャップとして機能する。パイプリード４２の上部開口に沿ってリング状に設置した接合材は、加熱溶融され開口を埋めて接合部４６を形成する。このとき、接合部４６は縮径部４７と同じ範囲に設けられているので、縮径部４７によって狭まった接合部４６のみに毛細管現象を利用して接合材を流し込むことができ、接合材の流れを制御し余分な拡張を防いで接合範囲を画定できる。上部開口に沿って配置した接合材は、ガラス封着炉で溶融接合させてもよい。この場合、絶縁ガラスの封着と同時に接合材の接合封止を完了することができるので、従来のパイプリード付き気密端子の組立工程よりも工程を２工程短縮できる。また、パイプリード４２の内径に縮径部４７を設けることで、間隙部４５が接合部４６の接合厚に左右されることなく、所望するクリアランスに調整することが容易になるほか、縮径部４７のリード軸方向の長さを接合部４６の接合長と一致させることができるので、接合部４６のサイズ調整が容易になる。気密端子４０のパイプリードの内径に設ける接合部４６は、導出リード４４の大きな熱膨張を緩衝できるように、図５（ａ）に示すように少なくとも一部を金属外環４１の内側すなわち少なくとも一部が絶縁ガラス４３に埋設するように設けても、図５（ｂ）のように金属外環４１の外側すなわち全体が絶縁ガラス４３の外部に出るように設けてもよい。なお、図５（ａ）の接合部４６を絶縁ガラス４３に埋設する場合は、埋設される接合部４６の長さは、絶縁ガラス４３に充分な圧縮応力を負荷させるため、絶縁ガラス４３の厚さの２／３以下となるように設ける。

上述した発明の実施形態の気密端子は、何れも金属外環とパイプリードを用いて絶縁ガラスを圧縮封止するとともに、パイプリードと導出リードとの間に間隙部を設け、この間隙部が形成する自由空間およびパイプリードの剛性により低抵抗金属からなる導出リードの過大な熱膨張を緩衝することで、電気抵抗が極めて小さい圧縮封止の気密端子を実現する。このとき金属外環の熱膨張係数をα１、パイプリードの熱膨張係数をα２、導出リードの熱膨張係数をα３とすると、三者の関係はα３＞＞α１≧α２となる。導出リードの直径φ１は、金属外環の内径φ２の５０％以上９０％以下と成るように構成される。導出リードの熱膨張を緩衝する間隙部は、接合部においてパイプリードと導出リードとの間隔が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下となるように設けられ、より好ましくは０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下となるように設けられ、さらに導出リードおよびパイプリードの加工精度によるバラツキなどを考慮すると０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下にするのが最も好ましい。この間隙部が０．０１ｍｍ未満の場合は、ロウ材などの接合材による気密封止が困難となる。接合部を所望の接合範囲に画定する手段は、接合代を除いた他の間隙部にさらに０．２ｍｍ以上のギャップを形成させるため、該接合代に隣接する間隙部に周溝部または縮径部を設け、接合部の間隙を狭めて接合代のみに毛細管現象を利用してロウ材を流し込むことで、ロウ材の流れを制御し余分な拡張を防いで接合範囲を画定することができる。気密端子のパイプリードの内径に設ける接合部は、導出リードの大きな熱膨張を緩衝できるように、少なくとも一部を金属外環の内側すなわち少なくとも一部が絶縁ガラスに埋設するように設けてもよく。また、金属外環の外側すなわち全体が絶縁ガラスの外部に出るように設けてもよい。接合部を絶縁ガラスに埋設する場合は、絶縁ガラスに充分な圧縮応力を負荷させるため、埋設される接合部の長さを絶縁ガラスの厚さの２／３以下となるように設ける。すなわちパイプリードの有する剛性（弾性変形）のために、接合部を除いた間隙部に面した範囲もガラスの圧縮応力が僅かに小さくなって、管状でない実体リードを使用したときに比較して幾分コンプレッションの掛かり方が弱まってしまうので、要求される気密性を確保するには、絶縁ガラスの封着面積に対して適切な間隙部の面積が必要になることに因る。例えば、埋設される接合部の長さが絶縁ガラスの厚さの２／３を超えると、ガラスに圧縮応力を掛けられる有効面積が極端に狭まってしまうため気密の信頼性が確保できなくなる。

本発明に係る圧縮封止型気密端子の金属外環には、必要に応じて図５ないし図７の４８、５８、６８にそれぞれ図示されるようなフランジ部を設けてもよい。また、特に図示しないが、貫通孔を１つ以上設けた金属板を金属外環として用いてもよい。この場合、金属板の金属孔は金属外環の内径として利用される。

本発明に係る圧縮封止型気密端子は、製造方法を１つに限定するものではないが、黒鉛などの耐熱性封着治具に設けられた所定位置に、金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、金属外環の内径とパイプリードの外径との間に配置した絶縁ガラスからなる筒状のガラスペレットと、パイプリードの内径を貫通した銀、銅、アルミニウムまたは銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属からなる導出リードと、この導出リードとパイプリードの内径との間に配置したロウ材などの接合材とをセットする振込工程、前記振込工程で各構成部材を所定位置にセットした封着治具を封着炉に通してガラスペレットと接合材とを一括溶融させて、金属外環とパイプリードとの間を絶縁ガラスで気密に封着し、かつ導出リードの熱膨張を緩衝するための所定の間隙部をパイプリードの内側に設けてパイプリードと導出リードとの間を接合材で気密に接合する封着工程の２工程で製造が可能となる。

本発明に係る実施例１の圧縮封止型気密端子１０は、図２（ａ）に示すように外径１００ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの冷間圧延鋼（ＪＩＳ ＳＳ４００相当）の金属外環１１と、金属外環１１に挿通した外径２０ｍｍ、内径１６．２ｍｍ、厚さ１．９ｍｍの鉄ニッケル合金（Ｆｅ５０％，Ｎｉ５０％）のパイプリード１２と、金属外環１１の内壁とパイプリード１２の外径とを気密に封着するソーダバリウムガラスの絶縁ガラス１３と、パイプリード１２を貫通した直径１６ｍｍ、長さ１００ｍｍのアルミニウムからなる導出リード１４とを備え、導出リード１４の熱膨張を緩衝するための０．１ｍｍの間隙部１５をパイプリード１２の内側に設けて、導出リード１４は、銀ロウ材の接合部１６によりパイプリード１２と気密に接合される。なお、パイプリード１２は、鉄ニッケル合金に替えてコバール合金（Ｆｅ５４％，Ｎｉ２８％，Ｃｏ１８％）を使用してもよい。

本発明に係る実施例２の圧縮封止型気密端子２０は、図３（ｂ）に示すように外径１００ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの４２アロイ（Ｆｅ５８％，Ｎｉ４２％）の金属外環２１と、金属外環２１に挿通した外径２０ｍｍ、内径１６．２ｍｍ、厚さ１．９ｍｍのコバール合金（Ｆｅ５４％，Ｎｉ２８％，Ｃｏ１８％）のパイプリード２２と、金属外環２１の内壁とパイプリード２２の外径とを気密に封着するボロンシリケートガラスの絶縁ガラス２３と、パイプリード２２を貫通した直径１６ｍｍ、長さ１００ｍｍのニッケルめっき銅材からなる導出リード２４とを備え、導出リード２４の熱膨張を緩衝するための０．２ｍｍの間隙部２５を金属外環２１の内側に設け、さらに導出リード２４の外径またはパイプリード２２の内径に深さ０．３ｍｍの２つの周溝部２７を設け、この周溝部２７によりロウ材の接合範囲を画定した銀ロウ材の接合部２６を用いて導出リード２４とパイプリード２２とを気密に接合したことを特徴とする。なお、特に図示しないが圧縮封止型気密端子２０の導出リード２４に設ける２つの周溝部２７を、周溝部１つに変形してもよい。例えば、予めパイプリード２２の上部開口に沿って銀ロウ材を配置しておき、接合部２６の下側の周溝部２７のみを空の状態で設けて、銀ロウ材を加熱溶融することで毛細管現象を利用して上部開口より接合部２６に流し込むことで、所望する接合部２６以外に溶融したロウ材が拡張しないようにできる。パイプリード２２は、コバール合金に替えて鉄ニッケル合金（Ｆｅ５０％，Ｎｉ５０％）を使用してもよい。

本発明に係る実施例３の圧縮封止型気密端子３０は、図４（ａ）に示すように外径１００ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の金属外環３１と、金属外環３１に挿通した外径２０ｍｍ、内径１６．２ｍｍ、厚さ１．９ｍｍの鉄ニッケル合金（Ｆｅ５０％，Ｎｉ５０％）のパイプリード３２と、金属外環３１の内壁とパイプリード３２の外径とを気密に封着するソーダバリウムガラスの絶縁ガラス３３と、パイプリード３２を貫通した直径１６ｍｍ、長さ１００ｍｍのニッケルめっき銅材からなる導出リード３４とを備え、さらに導出リード３４に縮径部３７を設け、この縮径部３７とパイプリード３２との間に導出リード３４の熱膨張を緩衝するための０．５ｍｍの間隙部３５を形成し、導出リード３４は、銀ロウ材の接合部３６によりパイプリード３２と気密に接合されたことを特徴とする。圧縮封止型気密端子３０の導出リード３４に設ける縮径部３７は、図６に示す変形例１ように軸の一部分だけ縮径を施すように変形してもよい。パイプリード３２は、鉄ニッケル合金に替えて鉄クロム合金（Ｆｅ７２％，Ｃｒ２８％）を使用してもよい。

本発明に係る実施例４の圧縮封止型気密端子４０は、図５（ｂ）に示すように外径１２０ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの炭素鋼の金属外環４１と、金属外環４１に挿通した外径２０ｍｍ、内径１７．０ｍｍ、厚さ１．９ｍｍの鉄クロム合金のパイプリード４２と、金属外環４１の内壁とパイプリード４２の外径とを気密に封着するソーダライムガラスの絶縁ガラス４３と、パイプリード４２を貫通した直径１６ｍｍ、長さ１００ｍｍの銀からなる導出リード４４とを備え、パイプリード４２の内径に縮径部４７を設け、この縮径部４７を除いたパイプリード４２の内径と導出リード４４との間に０．５ｍｍの間隙部４５を形成し、導出リード４４は、銀ロウ材の接合部４６によりパイプリード４２の縮径部４７と気密に接合されたことを特徴とする。圧縮封止型気密端子４０の導出リード４４に設ける縮径部４７は、図７に示す変形例２ように内径側だけ縮径するように変形してもよい。パイプリード４２は、鉄クロム合金に替えて鉄ニッケル合金を使用してもよい。

本発明は、特に高電圧・高電流に耐久し、高絶縁性が要求される気密端子に利用できる。

１０，２０，３０，４０，５０，６０・・・圧縮封止型気密端子、
１１，２１，３１，４１，５１，６１・・・金属外環、
１２，２２，３２，４２，５１，６１・・・パイプリード、
１３，２３，３３，４３，５３，６３・・・絶縁ガラス、
１４，２４，３４，４４，５４，６４・・・導出リード、
１５，２５，３５，４５，５５，６５・・・間隙部、
１６，２６，３６，４６，５６，６６・・・接合部、
２７・・・周溝部、 ３７，４７，５７，６７・・・縮径部、
４８，５８，６８・・・フランジ部、
φ１・・・導出リードの直径、 φ２・・・金属外環の内径。

Claims (14)

1. 金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、前記金属外環と前記パイプリードとを気密に封着する絶縁ガラスと、前記パイプリードを貫通した低抵抗金属からなる導出リードとを備え、前記導出リードの熱膨張を緩衝するための所定の間隙部を前記パイプリードの内側に設けて、さらに前記導出リードは、接合材を充填した接合部により前記パイプリードと気密に接合されたことを特徴とする圧縮封止型気密端子。
2. 金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、前記金属外環の内壁とパイプリードの外径とを気密に封着する絶縁ガラスと、前記パイプリードを貫通した低抵抗金属からなる導出リードとを備え、前記導出リードの熱膨張を緩衝するための所定の間隙部を前記パイプリードの内側に設け、さらに前記導出リードの外径または前記パイプリードの内径に１ないし２つの周溝部を設け、この周溝部により接合材の接合範囲を画定した接合部を用いて前記導出リードと前記パイプリードとを気密に接合したことを特徴とする圧縮封止型気密端子。
3. 金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、前記金属外環の内壁と前記パイプリードの外径とを気密に封着する絶縁ガラスと、前記パイプリードを貫通した低抵抗金属からなる導出リードとを備え、前記導出リードに縮径部を設け、この縮径部と前記パイプリードとの間に前記導出リードの熱膨張を緩衝するための所定の間隙部を形成し、前記導出リードは、前記縮径部を除いた前記パイプリードの内壁とその対向する前記導出リードとの間に接合材を充填して設けた接合部により前記パイプリードと気密に接合されたことを特徴とする圧縮封止型気密端子。
4. 金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、前記金属外環の内壁と前記パイプリードの外径とを気密に封着する絶縁ガラスと、前記パイプリードを貫通した低抵抗金属からなる導出リードとを備え、前記パイプリードの内径に縮径部を設け、この縮径部の内壁とその対向する前記導出リードとの間を接合材で埋めて接合部とし、この接合部を除いた前記パイプリードの内径と前記導出リードとの間に所定の間隙部を形成し、前記導出リードは、接合部により前記パイプリードの前記縮径部と気密に接合されたことを特徴とする圧縮封止型気密端子。
5. 前記接合部は、少なくとも一部が前記絶縁ガラスに埋設した請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の圧縮封止型気密端子。
6. 前記絶縁ガラスに埋設される前記接合部の長さを、前記絶縁ガラスの厚さの２／３以下となるように設けた請求項５に記載の圧縮封止型気密端子。
7. 前記接合部は、全体を前記絶縁ガラスの外部に設けた請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の圧縮封止型気密端子。
8. 前記導出リードは、その直径を前記金属外環の内径の５０％以上９０％以下とした請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の圧縮封止型気密端子。
9. 前記導出リードは、銀、銅、アルミニウムまたは銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属からなる請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の圧縮封止型気密端子。
10. 前記パイプリードは、鉄クロム合金、コバール合金、鉄ニッケル合金、ステンレス鋼などの鉄合金からなる請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の圧縮封止型気密端子。
11. 前記金属外環は、鉄または炭素鋼、ステンレス鋼、鉄ニッケル合金などの鉄合金からなる請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の圧縮封止型気密端子。
12. 前記間隙部は、前記パイプリードと前記導出リードとの間隔が０．０１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲で設けられた請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の圧縮封止型気密端子。
13. 前記間隙部に周溝部または縮径部を設けることで、さらに０．２ｍｍ以上のギャップを設けて接合部を画定させたことを特徴とする請求項２ないし請求項４の何れか１つに記載の圧縮封止型気密端子。
14. 黒鉛などの耐熱性封着治具に設けられた所定位置に、金属外環と、この金属外環に挿通したパイプリードと、前記金属外環の内径と前記パイプリードの外径との間に配置した絶縁ガラスからなる筒状のガラスペレットと、前記パイプリードの内径を貫通した銀、銅、アルミニウムまたは銀合金、銅合金、アルミニウム合金などの低抵抗金属からなる導出リードと、この導出リードと前記パイプリードの内径との間に配置したロウ材などの接合材とをセットする振込工程、前記振込工程で各構成部材を所定位置にセットした前記封着治具を封着炉に通して前記ガラスペレットと前記接合材とを一括溶融させて、前記金属外環と前記パイプリードとの間を前記絶縁ガラスで気密に封着し、かつ前記導出リードの熱膨張を緩衝するための所定の間隙部を前記パイプリードの内側に設けて前記パイプリードと前記導出リードとの間を前記接合材で気密に接合する封着工程の２工程で製造されたことを特徴とする圧縮封止型気密端子の製造方法。
    

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