JP2015069732A - 化学強化ガラスを用いた気密端子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気密端子の絶縁ガラスの自由表面に化学強化を施すことで絶縁ガラスにクラックが生じないようにした気密端子を提供する。
【解決手段】気密端子１０は、金属外環１１と、この金属外環１１に挿通した導出リード１２と、金属外環１１の内壁と導出リード１２とを気密に封着するアルカリ金属を含む絶縁ガラス１３とを備え、絶縁ガラス１３は、自由表面に化学強化による圧縮応力層１４を有し、圧縮応力層１４において、リチウムイオンとナトリウムイオンとの少なくとも一方を部分的に、よりイオン半径が大きいアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電気・電子装置に用いられる気密端子に関し、特に絶縁ガラスならびにリードに挿着したガラス製スリーブの表面に化学強化を施した気密端子に関する。

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。気密封止の信頼性を確保するには、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、気密端子は、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ている。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る。

気密端子の金属外環とリードとの間の耐トラッキング性を保証するために、例えば、特許文献１に記載されるように、金属外環のリード挿通孔から円錐状にガラスを突設したり、該リードにセラミック・スリーブを挿通させ、封着ガラスから碍管端をさらに突出させたり、あるいは特許文献２に記載されるように、封止パッケージの内方リードにセラミック・スリーブを装着させ、さらに金属外環の天板面と外方リードの一部をエポキシ樹脂またはシリコーンゴムで被覆して沿面距離を大きくとるようにするなど、従来から種々の構成が取られてきた。特に気密端子のスリーブは、沿面距離を拡張できるように筒形のほかにも様々な形状の物が提案されている。その一例として、漏斗形の絶縁スリーブを装着した気密端子が特許文献３に開示される。なお、ここで技術背景の説明のため冷凍機の圧縮機に適用される気密端子を例示したが、本発明は冷凍機用の気密端子に限定されない。

一方、化学強化されたガラス材については、例えば特許文献４に、携帯電話、ＰＤＡ、ノート型コンピュータなどのディスプレイに用いるガラス薄板に光学特性を維持しながら、高い表面強度と引掻抵抗性、および曲げ歪みと衝撃損傷に対する耐久性を改善する目的で、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスなどガラス板の表面にイオン交換表面層からなる表面圧縮層を施した耐衝撃損傷性ガラス板が記載されている。

また、ガラス物品の化学強化については、特許文献５に、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、４．６〜５．４重量％のＬｉ_２Ｏと、８．１〜９．７重量％のＮａ_２Ｏとを含むガラスを用意し、このガラスをアルカリ含有塩溶融物中で保存して、ガラスのアルカリイオンを塩溶融物のより大きいアルカリイオンと交換し、それによってガラス物品の表面に圧縮応力ゾーンを形成して化学強化ガラスを得る方法が知られている。特許文献５によると、ガラスをアルカリ含有塩溶融物中に保存するステップは、８時間以下の時間にわたって実施され、その際、塩溶融物は４２０℃を超えることなく温度調整され、圧縮応力ゾーンの深さを少なくとも５０マイクロメートルにして、圧縮応力が少なくとも６００ＭＰａ発生するように製作する化学強化ガラス物品の製造方法が記載されている。

実開昭６３−００８５７４号公報 特開昭５７−０２７５８２号公報 特開平０７−３２６４０９号公報 特表２０１３−５１６３８７号公報 特表２０１３−５２０３８８号公報

従来の気密端子は、封止ガラス材の強度が弱いため、不時の外力がリードピンや金属外環に加わると封止ガラスにクラックが生じやすく、著しい場合には気密漏れや絶縁破壊などの事故につながる惧れがあった。特に整合封止型気密端子は、金属外環の熱膨張係数とガラス材の熱膨張係数を一致させた構成であり、金属外環の圧縮力を利用できない分、封止ガラス材の割れによる気密漏れや絶縁破壊に対して脆弱である。また、圧縮封止型気密端子は、金属外環の圧縮力により封止部のガラスを締め付けているため、応力がかかっている部分のガラス材についてはクラックを抑制できる。しかし、金属外環よりリード軸方向にガラスを這い上がらせて設けた突設部は、金属外環の圧縮力を享受できないので金属外環の板端より板面と平行にクラックが入りやすく、沿面距離を拡張するため金属外環からガラスを突出して設けても、その効果が充分に発揮し難い状況にあった。また、気密端子のトラッキングを防止する目的でリードに装着されるスリーブは、従来、機械的強度の観点からガラス材が使用できず、専らセラミック製のものが使用されており多孔質体のため表面に微細な凹凸が多く異物が付着し易いので、より大きな沿面距離を必要とし好ましくなかった。

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、気密端子の絶縁材にガラス材のみを使用しながら、該ガラス材の露出表面すなわち大気と接した自由表面に化学強化を施すことで絶縁ガラスに圧縮応力層を設けて容易にクラックが生じないようにしたことを特徴とする気密端子を提供することにある。本発明により金属外環のリード挿通孔からリード軸方向に突出させた封止ガラス材のみで沿面距離を安定的に確保することができ、余分にセラミック材や樹脂またはゴム材などの部材を使う必要が無くなる。樹脂やゴムのインサート成形の工程も不要となるため、資材の節減や工程の簡素化の観点からも好ましい。また、セラミック製スリーブに替えてガラス製スリーブが使用できるようになるため、より安価なガラス材を用いてスリーブに異物などが付着し難い平滑表面を実現することができ、スリーブの耐トラッキング性を向上させることができる。

本発明によれば、金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードと、金属外環の内壁と導出リードとを気密に封着するアルカリ金属を含む絶縁ガラスとを備え、絶縁ガラスは、自由表面に化学強化による圧縮応力層を有し、圧縮応力層において、アルカリ金属イオンを部分的に、このアルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする気密端子が提供される。

本発明の別の観点によると、（１）アルカリ金属を含有する絶縁ガラス材を封着材に用いて、金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードとを、気密に封着した気密端子を用意し、（２）この気密端子をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、該気密端子の絶縁ガラスの自由表面のアルカリ金属イオンを塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって気密端子の絶縁ガラスの自由表面に圧縮応力層を形成し化学強化した気密端子の製造方法が提供される。

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導出リードと、金属外環の内壁と導出リードとを気密に封着するアルカリ金属を含む絶縁ガラスと、さらに少なくとも片側の導出リード（即ち、気密端子パッケージの内側リードと外側リードの少なくとも何れか片側）に挿着して絶縁ガラスを含む金属外環に固着したアルカリ金属を含むガラス製スリーブとを備え、絶縁ガラスとガラス製スリーブとは、自由表面に化学強化による圧縮応力層を有し、圧縮応力層において、アルカリ金属イオンを部分的に、このアルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする気密端子が提供される。

本発明の第４の観点によると、（１）アルカリ金属を含む絶縁ガラスからなるガラス製スリーブを用意し、（２）これとは別にアルカリ金属を含有する絶縁ガラスを封着材に用いて、金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードとを気密に封着した気密端子を用意し、（３）この気密端子と該スリーブとを同時または個別にアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、絶縁ガラスとスリーブの自由表面のアルカリ金属イオンを該塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって絶縁ガラスおよびスリーブの自由表面に圧縮応力層を形成し、（４）化学強化後の気密端子の少なくとも片側の導出リードに、化学強化したスリーブを挿通して、このスリーブの一端と絶縁ガラスの端面を含む金属外環の板面とを固着したスリーブ付き気密端子の製造方法が提供される。

本発明の第５の観点によると、（１）アルカリ金属を含む絶縁ガラスからなるガラス製スリーブを用意し、（２）これとは別にアルカリ金属を含有する絶縁ガラスを封着材に用いて、金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードとを気密に封着した気密端子を用意し、（３）この気密端子の少なくとも片側の導出リードに、該スリーブを挿通して、このスリーブの一端と絶縁ガラスの端面を含む金属外環の板面とを固着し、（３）該スリーブを含む気密端子をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、絶縁ガラスとスリーブの自由表面のアルカリ金属イオンを該塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって絶縁ガラスおよびスリーブの自由表面に圧縮応力層を形成し化学強化したスリーブ付き気密端子の製造方法が提供される。

本発明の第６の観点によれば、導体とその支持物とのあいだを絶縁するために用いるガラス器具であって、貫通孔を設けたアルカリ金属を含む絶縁ガラスの筒状体と、必要に応じてこの筒状体の周壁に設けた沿面距離拡張手段とを備え、絶縁ガラスは、自由表面に化学強化による圧縮応力層を有し、圧縮応力層において、アルカリ金属イオンを部分的に、このアルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とするガラス製スリーブが提供される。

本発明の第７の観点によれば、（１）貫通孔を設けたアルカリ金属を含有する絶縁ガラスの筒状体と、必要に応じてこの筒状体の周壁に設けた沿面距離拡張手段とを備えたガラス製スリーブを用意し、（２）このスリーブをアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、該スリーブの絶縁ガラスの自由表面のアルカリ金属イオンを塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによってスリーブの絶縁ガラスの自由表面に圧縮応力層を形成し化学強化したガラス製スリーブの製造方法が提供される。

本発明により気密端子に用いるガラス材を、外力を受けてもクラックが生じない強靭な化学強化ガラスに変化させることができ、金属外環のリード挿通孔からリード軸方向に突出させたガラス材を用いて沿面距離を安定的に確保することができるようになる。さらに、ガラスの化学強化による表面圧縮効果により、ハトメ孔など形状の制約を受けない整合封止を用いて圧縮封止と同様の圧縮効果を得ることできる。

高耐電圧対応の気密端子を供する場合、金属端子間の沿面距離を稼ぐためにセラミック製スリーブ等を被せることがある。このセラミック製スリーブをガラス製スリーブに替えることで、異物などが付着し難いより平滑なスリーブ表面を実現することができ、気密端子の耐トラッキング性を向上させることができる。また、余分にセラミック材や樹脂またはゴム材などの部材を用いないため、樹脂やゴムのインサート成形の工程も不要となり資材の低減、半導体装置等の有機材料コンタミを嫌う装置への適用や工程の簡素化ができる。

本発明に係る気密端子１０を示し、（ａ）は正面断面図を、（ｂ）は平面図を示す。 本発明に係るガラス製スリーブ付き気密端子２０を示し、（ａ）は正面断面図を、（ｂ）は平面図を示す。 気密端子１０を変形した気密端子３０を示し、（ａ）は正面断面図を、（ｂ）は平面図を示す。 気密端子１０を変形した気密端子４０を示し、（ａ）は正面断面図を、（ｂ）は平面図を示す。 本発明に係る気密端子５０を示し、（ａ）は正面断面図を、（ｂ）は平面図を示す。 本発明に係るガラス製スリーブ６０を示し、（ａ）は正面断面図を、（ｂ）は平面図を示す。

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。

本発明に係る気密端子１０は、図１に示すように鉄または鉄合金の金属外環１１と、この金属外環１１に挿通した鉄合金の導出リード１２と、金属外環１１の内壁と導出リード１２とを気密に封着する絶縁ガラス１３とを備え、絶縁ガラス１３は、アルカリ金属を含むガラス材からなり、自由表面に化学強化による圧縮応力層１４を有し、圧縮応力層１４において、上記アルカリ金属イオンを部分的に、このアルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする。母材ガラスとなる絶縁ガラス１３の自由表面から化学強化により脱離する脱離イオン種は、これとイオン交換される置換イオンよりイオン半径が小さいアルカリ金属元素であればよい。例えば、脱離イオンがリチウムイオンとナトリウムイオンとからなる場合は、よりイオン半径が大きいカリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオンの群から選ばれた少なくとも１つの置換イオンと、該脱離イオンの少なくとも一方が部分的に交換された化学強化ガラスが使用できる。特にイオン半径がＮａ以下のアルカリ金属を含むガラス材を絶縁ガラス１３に用いて、そのガラス表層部のリチウムイオンとナトリウムイオンとの少なくとも一方を部分的にカリウムイオンに交換した化学強化ガラスが好適である。例えば、絶縁ガラス１３には、ソーダライムガラス、ソーダバリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むガラス材が母材として使用でき、中でも特にＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むアルミノケイ酸ガラスまたはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３およびＢ_２Ｏ_３に加えて、少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むアルミノホウケイ酸ガラスが好適である。

該気密端子１０は、（１）アルカリ金属を含む絶縁ガラス１３を封着材に用いて、金属外環１１と、この金属外環１１に挿通した導出リード１２とを、気密に封着した気密端子を用意し、（２）この気密端子をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、気密端子の絶縁ガラス１３の自由表面のアルカリ金属イオンを塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって気密端子の絶縁ガラス１３の自由表面に化学強化による圧縮応力層１４を形成して得られる。化学強化に供する気密端子は、絶縁ガラス１３を封着材に用いて、金属外環１１と導出リード１２との間を略１０００℃の温度で気密に封着して組み立てられる。この気密端子をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して絶縁ガラス１３の自由表面に圧縮応力層１４を形成する浸漬ステップは、８時間以下の時間にわたって実施する。このとき浸漬中の塩溶融物の温度が絶縁ガラス１３の徐冷点以下に温度調節され、圧縮応力層を厚さ２０マイクロメートル以上になるように形成して、少なくとも５００ＭＰａの圧縮応力を発生させる。

本発明に係る気密端子２０は、図２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導出リード２２と、金属外環２１の内壁と導出リード２２の外径とを気密に封着する絶縁ガラス２３と、さらに少なくとも片側の導出リード２２に挿着して金属外環２１に当接したガラス製スリーブ２５とを備え、絶縁ガラス２３とガラス製スリーブ２５とは、アルカリ金属を含むガラス材からなり、自由表面に化学強化による圧縮応力層２４を有し、圧縮応力層２４において、該アルカリ金属イオンを部分的に、このアルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする。母材ガラスとなる絶縁ガラス２３およびガラス製スリーブ２５の自由表面から化学強化により脱離する脱離イオン種は、これとイオン交換される置換イオンよりイオン半径が小さいアルカリ金属元素であればよい。例えば、脱離イオンがリチウムイオンとナトリウムイオンとからなる場合は、よりイオン半径が大きいカリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオンの群から選ばれた少なくとも１つの置換イオンと、該脱離イオンの少なくとも一方が部分的に交換された化学強化ガラスが使用できる。特にイオン半径がＮａ以下のアルカリ金属を含むガラス材を絶縁ガラス２３およびガラス製スリーブ２５に用いて、両ガラス表層部のリチウムイオンとナトリウムイオンとの少なくとも一方を部分的にカリウムイオンに交換した化学強化ガラスが好適である。例えば、絶縁ガラス２３およびガラス製スリーブ２５には、ソーダライムガラス、ソーダバリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むガラス材が母材として使用でき、中でも特にＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むアルミノケイ酸ガラスまたはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３およびＢ_２Ｏ_３に加えて、少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むアルミノホウケイ酸ガラスが好適である。

該スリーブ付き気密端子２０は、（１）アルカリ金属を含む絶縁ガラスからなるガラス製スリーブ２５を用意し、（２）これとは別にアルカリ金属を含有する絶縁ガラス２３を封着材に用いて、金属外環２１と、この金属外環２１に挿通した導出リード２２とを気密に封着した気密端子を用意し、（３）この気密端子とスリーブ２５とを同時または個別にアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、気密端子の絶縁ガラス２３とスリーブ２５の自由表面のアルカリ金属イオンを塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって気密端子の絶縁ガラス２３およびスリーブ２５の自由表面に圧縮応力層２４を形成し、（４）その後、気密端子の少なくとも片側の導出リード２２に、化学強化したスリーブ２５を挿通して、スリーブ２５の一端と絶縁ガラス２３の端面を含む金属外環２１の板面とを固着して得られる。化学強化に供する気密端子は、絶縁ガラス２３を封着材に用いて、金属外環２１と導出リード２２との間を略１０００℃の温度で気密に封着して組み立てられる。この気密端子とガラス製スリーブ２５をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して絶縁ガラス２３とガラス製スリーブ２５との自由表面に圧縮応力層２４を形成する浸漬ステップは、８時間以下の時間にわたって実施する。このとき浸漬中の塩溶融物の温度が絶縁ガラス２３およびスリーブ２５の徐冷点以下に温度調節され、圧縮応力層２４を厚さ２０マイクロメートル以上になるように形成して、少なくとも５００ＭＰａの圧縮応力を発生させる。気密端子とガラス製スリーブ２５との組み立て順序は、先にスリーブ２５の一端と絶縁ガラス２３の端面を含む金属外環２１の板面とを固着した後、アルカリ含有塩溶融物中に一括して浸漬して露出ガラス表面を化学強化しても良い。なお、ガラス製スリーブ２５の一端と絶縁ガラス２３の端面を含む金属外環２１の板面との固着手段は、スリーブ２５と絶縁ガラス２３の両ガラス材の歪点を越えない温度で、水ガラス系などの無機接着剤あるいはエポキシ系合成樹脂、アクリル系合成樹脂などの有機接着剤または低融点ガラスを用いて接着または溶着される。

上述した各気密端子の金属外環および導出リードは、アルカリ金属含有塩に対する防食性を向上させる目的で、少なくとも露出表面をＮｉめっき材やＣｒめっき材などで被覆しても良い。

本発明に係るガラス製スリーブ６０は、図６に示すように、導体とその支持物とのあいだを絶縁するために用いるガラス器具であって、貫通孔６７を設けた絶縁ガラス６３の筒状体と、必要に応じてこの筒状体の周壁に設けた沿面距離拡張手段６８とを備え、絶縁ガラス６３は、アルカリ金属を含むガラス材からなり、自由表面に化学強化による圧縮応力層６４を有し、圧縮応力層６４において、該アルカリ金属イオンが部分的に、このアルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンによって交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする。母材ガラスとなる絶縁ガラス６３の自由表面から化学強化により脱離する脱離イオン種は、これとイオン交換される置換イオンよりイオン半径が小さいアルカリ金属元素であればよい。例えば、脱離イオンがリチウムイオンとナトリウムイオンとからなる場合は、よりイオン半径が大きいカリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオンの群から選ばれた少なくとも１つの置換イオンと、該脱離イオンの少なくとも一方が部分的に交換された化学強化ガラスが使用できる。特にイオン半径がＮａ以下のアルカリ金属を含むガラス材を絶縁ガラス６３に用いて、両ガラス表層部のリチウムイオンとナトリウムイオンとの少なくとも一方を部分的にカリウムイオンに交換した化学強化ガラスが好適である。例えば、絶縁ガラス６３は、ソーダライムガラス、ソーダバリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むガラス材が母材として使用でき、中でも特にＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むアルミノケイ酸ガラスまたはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３およびＢ_２Ｏ_３に加えて、少なくともＬｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれた１つ以上の成分を含むアルミノホウケイ酸ガラスが好適である。

該ガラス製スリーブ６０は、（１）貫通孔６７を設けたアルカリ金属を含有する絶縁ガラス６３の筒状体と、必要に応じてこの筒状体の周壁に設けた沿面距離拡張手段６８とを備えたガラス製スリーブ６０を用意し、（２）このスリーブ６０をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、前記スリーブ６０の絶縁ガラス６３の自由表面のアルカリ金属イオンを塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによってスリーブ６０の絶縁ガラス６３の自由表面に圧縮応力層６４を形成して得られる。化学強化に供するガラス製スリーブ６０をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して絶縁ガラス６３の自由表面に圧縮応力層６４を形成する浸漬ステップは、８時間以下の時間にわたって実施する。このとき浸漬中の塩溶融物の温度が絶縁ガラス６３の徐冷点以下に温度調節され、圧縮応力層６４を厚さ２０マイクロメートル以上になるように形成して、少なくとも５００ＭＰａの圧縮応力を発生させる。

本発明に係る実施例１の気密端子１０は、図１に示すように外径３０ｍｍ、内径７ｍｍ、厚さ５ｍｍの冷間圧延鋼（ＪＩＳ ＳＳ４００相当、表面Ｎｉめっき仕上げ）の金属外環１１と、金属外環１１に挿通した直径２ｍｍの鉄ニッケル合金（Ｆｅ５０％，Ｎｉ５０％、表面Ｎｉめっき仕上げ）の導出リード１２と、金属外環１１と導出リード１２とを気密に封着する絶縁ガラス１３とを備え、絶縁ガラス１３は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３およびＢ_２Ｏ_３に加えて、Ｌｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの成分を含むアルミノホウケイ酸ガラスの自由表面に厚さ３０マイクロメートルの化学強化による圧縮応力層１４を有し、圧縮応力層１４は絶縁ガラス１３のリチウムイオンとナトリウムイオンとをカリウムイオンに交換した化学強化ガラスからなる。金属外環１１と絶縁ガラス１３との沿面距離は、耐トラッキング性を向上させる目的で必要に応じて拡張できる。例えば、図３または図４に示す変形例のように金属外環３１、４１の板面よりリード軸方向に絶縁ガラス３３、４３を突設するように変形してもよい。また、従来、圧縮応力をかけることができなかった絶縁ガラスの突設部３６、４６にも圧縮応力をかけることができるようになり、クラックの発生を防止して沿面距離を安定的に確保することができるようになる。

実施例１およびその変形例の気密端子は、次の方法で作製される。（１）ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３およびＢ_２Ｏ_３に加えて、Ｌｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの成分を含むアルミノホウケイ酸ガラスを絶縁ガラス１３に用いて、金属外環１１と、金属外環１１に挿通した導出リード１２とを、気密に封着した気密端子を用意し、（２）この気密端子を硝酸カリウム塩溶融物中に浸漬して、気密端子の絶縁ガラス１３の自由表面のナトリウムイオンを、塩溶融物のイオン半径がより大きいカリウムイオンと交換し、それによって気密端子の絶縁ガラス１３に化学強化による圧縮応力層１４を形成した気密端子を得る。気密端子は、絶縁ガラス１３を封着材に用いて金属外環１１と導出リード１２との間を９５０℃の温度で気密に封着して組み立てられ、次にこれを４００℃に温度調節された硝酸カリウム塩溶融物中に７時間浸漬して、絶縁ガラス１３の自由表面に圧縮応力層１４を厚さ２０マイクロメートルになるように形成して５００ＭＰａの圧縮応力を発生させる。これにより気密端子に用いる封止ガラス材を、外力を受けてもクラックが生じない強靭な化学強化ガラスとすることができる。

本発明に係る実施例２の気密端子２０は、図２に示すように外径３０ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の金属外環２１と、この金属外環２１に挿通した直径４ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の導出リード２２と、金属外環２１と導出リード２２とを気密に封着する絶縁ガラス３３と、さらに少なくとも片側の導出リード２２に挿着して金属外環２１に当接したガラス製スリーブ２５とを備え、絶縁ガラス２３とガラス製スリーブ２５は、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、Ｌｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの成分を含むアルミノケイ酸ガラスからなり、その自由表面に厚さ５０マイクロメートルの化学強化による圧縮応力層２４を有し、圧縮応力層２４は絶縁ガラス３３のリチウムイオンとナトリウムイオンの一部をカリウムイオンに交換した化学強化ガラスからなる。

実施例２の気密端子２０は、次の方法で作製される。（１）ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、Ｌｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの成分を含むアルミノケイ酸ガラスからなるガラス製スリーブ２５を用意し、（２）これとは別にＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、Ｌｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの成分を含むアルミノケイ酸ガラスからなる絶縁ガラス２３を封着材に用いて、金属外環２１と、この金属外環２１に挿通した導出リード２２とを気密に封着した気密端子を用意し、（３）該気密端子と該スリーブ２５とを同時に硝酸カリウム塩溶融物中に浸漬して、気密端子の絶縁ガラス２３とスリーブ２５の自由表面のリチウムイオンとナトリウムイオンを塩溶融物のカリウムイオンと交換し、それによって気密端子の絶縁ガラス２３およびスリーブ２５の自由表面に圧縮応力層２４を形成し、（４）その後、気密端子の外側の導出リード２２に化学強化した該スリーブ２５を挿通して、スリーブ２５の一端と絶縁ガラス２３の端面を含む金属外環２１の板面とを固着したスリーブ付き気密端子の製造方法が提供される。化学強化に供する気密端子は、絶縁ガラス２３を封着材に用いて、金属外環２１と導出リード２２との間を９８０℃の温度で気密に封着して組み立てられる。この気密端子とガラス製スリーブ２５とを４２０℃に温度調節された硝酸カリウム塩溶融物中に８時間浸漬して絶縁ガラス２３およびガラス製スリーブ２５の自由表面に厚さ５０マイクロメートルの圧縮応力層２４形成して、６００ＭＰａの圧縮応力を発生させる。ガラス製スリーブ２５の一端と絶縁ガラス２３の端面を含む金属外環２１の板面との固着手段は、バナジウム−リン−酸素系低融点ガラスペーストを用いて温度３９０℃で溶着される。

本発明に係る実施例３の気密端子５０は、図５に示すように長辺２３ｍｍ、短辺１０ｍｍ、開口部長辺２０ｍｍ、開口部短辺７ｍｍ、厚さ２．５ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の金属外環５１と、金属外環５１に挿通した複数の直径０．５ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ３０４の導出リード５２と、金属外環５１の内壁と導出リード５２とを気密に封着する絶縁ガラス５３とを備え、絶縁ガラス５３は、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、Ｌｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの成分を含むアルミノケイ酸ガラスからなり、その自由表面に厚さ３０マイクロメートルの化学強化による圧縮応力層５４を有し、圧縮応力層５４は絶縁ガラス５３のリチウムイオンとナトリウムイオンの一部をカリウムイオンに交換した化学強化ガラスからなる。

実施例３の気密端子５０は、次の方法で作製される。（１）ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に加えて、Ｌｉ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの成分を含むアルミノケイ酸ガラスを絶縁ガラス５３に用いて、金属外環５１と、この金属外環５１に挿通した導出リード５２とを、気密に封着した気密端子を用意し、(２)この気密端子を硝酸ナトリウムと硝酸カリウムとの混合塩溶融物中に浸漬して、気密端子の絶縁ガラス５３の自由表面のリチウムイオンとナトリウムイオンを、それぞれ混合塩溶融物のイオン半径がより大きいナトリウムイオンとカリウムイオンとに交換し、それによって気密端子の絶縁ガラス５３に化学強化による圧縮応力層５４を形成した気密端子を得る。気密端子は、絶縁ガラス５３を封着材に用いて金属外環５１と導出リード５２との間を９８０℃の温度で気密に封着して組み立てられ、次にこれを４１０℃に温度調節された硝酸カリウム塩溶融物中に８時間浸漬して、絶縁ガラス５３の自由表面に圧縮応力層５４を厚さ３０マイクロメートルになるように形成して８００ＭＰａの圧縮応力を発生させる。これにより、ハトメ孔など形状の制約を受けない整合封止を用いて圧縮封止と同様の圧縮効果を得ることでき、高気密信頼性の整合封止型気密端子が可能となる。

本発明に係る実施例４のガラス製スリーブ６０は、図６に示すように外径２０ｍｍ、内径４．２ｍｍ、高さ２５ｍｍのガラス器具であって、貫通孔６７を設けた絶縁ガラス６３の筒状体と、この筒状体の外周壁を凹凸に成形して設けた沿面距離拡張手段６８とを備え、絶縁ガラス６３は、ＳｉＯ_２およびＣａＯに加えて、Ｎａ_２Ｏの成分を含むソーダライムガラスからなり、その自由表面に厚さ２０マイクロメートルの化学強化による圧縮応力層６４を有し、圧縮応力層６４は絶縁ガラス６３のナトリウムイオンの一部をカリウムイオンに交換した化学強化ガラスからなる。

実施例４のガラス製スリーブ６０は、次の方法で作製される。（１）ＳｉＯ_２およびＣａＯに加えて、Ｎａ_２Ｏの成分を含むソーダライムガラスからなるガラス製スリーブを用意し、（２）このスリーブを硝酸カリウム塩溶融物中に浸漬して、絶縁ガラス６３の自由表面のナトリウムイオンを、塩溶融物のイオン半径がより大きいカリウムイオンと交換し、それによってスリーブの絶縁ガラス６３に化学強化による圧縮応力層６４を形成して得られる。化学強化に供するガラス製スリーブ６０をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して絶縁ガラス６３の自由表面に圧縮応力層６４を形成する浸漬ステップは、５時間の時間にわたって実施する。このとき浸漬中の硝酸カリウム塩溶融物の温度が絶縁ガラス６３の徐冷点以下に温度調節され、圧縮応力層６４を厚さ２０マイクロメートルになるように形成して、約５００ＭＰａの圧縮応力を発生させる。

本発明は冷凍機コンプレッサ用の気密端子、各種電力用機器や二次電池などを含む電源用の気密端子に適用でき、その他、特に高電圧・高電流に耐久し、耐電圧や耐トラッキング性が要求される気密端子に利用できる。

１０，２０，３０，４０，５０・・・気密端子、
１１，２１，３１，４１，５１・・・金属外環、
１２，２２，３２，４２，５１・・・導出リード、
１３，２３，３３，４３，５３，６３・・・絶縁ガラス、
１４，２４，３４，４４，５４，６４・・・圧縮応力層、
２５、６０・・・ガラス製スリーブ、 ３６，４６・・・突設部、
６７・・・貫通孔、 ６８・・・沿面距離拡張手段、
Ｄ・・・断面図の切断線の基点。

Claims (12)

1. 金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードと、前記金属外環の内壁と前記導出リードとを気密に封着するアルカリ金属を含む絶縁ガラスとを備え、前記絶縁ガラスは、自由表面に化学強化による圧縮応力層を有し、前記圧縮応力層において、アルカリ金属イオンを部分的に、このアルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする気密端子。
2. 前記絶縁ガラスは、該圧縮応力層において、リチウムイオンとナトリウムイオンとの少なくとも一方を部分的に、よりイオン半径が大きいアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の気密端子。
3. 前記金属外環および前記導出リードは、少なくとも露出表面を防食めっき材で被覆したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気密端子。
4. （１）アルカリ金属を含有する絶縁ガラスを封着材に用いて、金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードとを、気密に封着した気密端子を用意し、（２）この気密端子をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、前記気密端子の前記絶縁ガラスの自由表面のアルカリ金属イオンを前記塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって前記絶縁ガラスの自由表面に圧縮応力層を形成し化学強化したことを特徴とする気密端子の製造方法。
5. 金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードと、前記金属外環の内壁と前記導出リードとを気密に封着するアルカリ金属を含む絶縁ガラスと、さらに少なくとも片側の前記導出リードに挿着して前記絶縁ガラスを含む前記金属外環に固着したアルカリ金属を含むガラス製スリーブとを備え、前記絶縁ガラスと前記ガラス製スリーブとは、自由表面に化学強化による圧縮応力層を有し、前記圧縮応力層において、アルカリ金属イオンを部分的に、このアルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする気密端子。
6. 前記絶縁ガラスと前記ガラス製スリーブとは、前記圧縮応力層において、リチウムイオンとナトリウムイオンとの少なくとも一方を部分的に、よりイオン半径が大きいアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする請求項５に記載の気密端子。
7. 前記金属外環および前記導出リードは、少なくとも露出表面を防食めっき材で被覆したことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の気密端子。
8. （１）アルカリ金属を含む絶縁ガラスからなるガラス製スリーブを用意し、（２）これとは別にアルカリ金属を含有する絶縁ガラスを封着材に用いて、金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードとを気密に封着した気密端子を用意し、（３）前記気密端子と前記スリーブとを同時または個別にアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、前記絶縁ガラスと前記スリーブの自由表面のアルカリ金属イオンを前記塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって前記絶縁ガラスおよび前記スリーブの自由表面に圧縮応力層を形成し、（４）化学強化後の気密端子の少なくとも片側の前記導出リードに、化学強化した前記スリーブを挿通して、このスリーブの一端と前記絶縁ガラスの端面を含む前記金属外環の板面とを固着したことを特徴とするスリーブ付き気密端子の製造方法。
9. （１）アルカリ金属を含む絶縁ガラスからなるガラス製スリーブを用意し、（２）これとは別にアルカリ金属を含有する絶縁ガラスを封着材に用いて、金属外環と、この金属外環に挿通した導出リードとを気密に封着した気密端子を用意し、（３）この気密端子の少なくとも片側の前記導出リードに、前記スリーブを挿通して、このスリーブの一端と前記絶縁ガラスの端面を含む前記金属外環の板面とを固着し、（３）前記スリーブを含む前記気密端子をアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、前記絶縁ガラスと前記スリーブの自由表面のアルカリ金属イオンを前記塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって前記絶縁ガラスおよび前記スリーブの自由表面に圧縮応力層を形成し化学強化したことを特徴とするスリーブ付き気密端子の製造方法。
10. 導体とその支持物とのあいだを絶縁するために用いるガラス器具であって、貫通孔を設けたアルカリ金属を含む絶縁ガラスの筒状体と、必要に応じてこの筒状体の周壁に設けた沿面距離拡張手段とを備え、前記絶縁ガラスは、自由表面に化学強化による圧縮応力層を有し、この圧縮応力層において、アルカリ金属イオンを部分的に、前記アルカリ金属イオンよりイオン半径が大きい他のアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とするガラス製スリーブ。
11. 前記ガラス製スリーブは、前記圧縮応力層において、リチウムイオンとナトリウムイオンとの少なくとも一方を部分的に、よりイオン半径が大きいアルカリ金属イオンに交換した化学強化ガラスからなることを特徴とする請求項１０に記載のガラス製スリーブ。
12. （１）貫通孔を設けたアルカリ金属を含有する絶縁ガラスの筒状体と、必要に応じてこの筒状体の周壁に設けた沿面距離拡張手段とを備えたガラス製スリーブを用意し、（２）このスリーブをアルカリ金属含有塩溶融物中に浸漬して、前記スリーブの前記絶縁ガラスの自由表面のアルカリ金属イオンを塩溶融物のより大きいアルカリ金属イオンと交換し、それによって前記スリーブの絶縁ガラスの自由表面に圧縮応力層を形成し化学強化したことを特徴とするガラス製スリーブの製造方法。
    

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