JP2016036000A - 弾性緩衝機能を有する気密端子 - Google Patents

Abstract

【課題】気密端子を取り付ける筐体の材質が、気密端子の材質よりも熱膨張の大きい場合にも、気密端子と筐体との間に生じる熱応力を緩和して、気密端子と筐体とのはんだ接合部や気密端子本体が容易に破損しない気密端子を提供する。【解決手段】気密端子１０は、コバール、インバーなどの不変鋼の金属外環１１と、金属外環１１の内径に封着した絶縁ガラス１２と、さらに絶縁ガラス１２に貫通封着したコバール、インバーなどの不変鋼の導出リード１３とを備え、金属外環１１は、その外周を屈曲して形成した弾性緩衝手段１４を設ける。【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、特に金属外環に弾性緩衝手段を設けた気密端子に関する。

気密端子（フィード・スルーとも言う）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。整合封止の場合には、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が選定される。整合封止型気密端子は、気密信頼性ならびに電気絶縁性を確保するため、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などの絶縁ガラスで封着するのが一般的である。

これら気密端子は、パソコン等に搭載するハードディスク・ドライブ（以下、ＨＤＤ）の接続端子にも適用されている。近年のＨＤＤは、大記録容量、高記録密度かつ安定した高速アクセスに加えて静粛性や省電力などが要求されている。これら要求を満足させるため特許文献１に記載されるように、磁気ディスク（プラッタとも言う）を収める筐体にＨｅなどの低密度気体を充填することで、プラッタの高速回転にともなう風損を大幅に低減したＨＤＤがある。Ｈｅや水素などの低密度気体は、分子サイズが極めて小さいため拡散リークしやすいので、これらの低密度気体を筐体内に保持し封入しておくために気密端子が用いられる。気密端子はアルミ合金製筐体の開口部周縁にはんだ接合されて筐体を密閉する。

特開２００８−１７１４８２号公報

上述のように気密端子は、ガラス材と熱膨張係数を整合させたコバール合金の金属外環とリード材をガラスで絶縁封着して構成されるが、絶縁ガラスの熱膨張係数は、ＨＤＤの筐体に使用されるアルミ材と大きく異なるため、熱応力によって気密端子と筐体とを固定するはんだ接合部や気密端子本体が破損しやすいという欠点があった。

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、気密端子を取り付ける筐体の材質が、気密端子の材質よりも熱膨張が大きい場合または熱膨張が小さい場合であっても、気密端子の金属外環に弾性緩衝部を設けたことで気密端子に応力吸収機能を持たせて、気密端子と筐体との間に生じる熱応力を緩和して、気密端子と筐体との接合部が容易に破損しない気密端子を提供することにある。本発明により、気密端子と筐体とを気密封止するはんだ材などの接合部や気密端子本体が熱応力によって容易に破壊されないように保護することができる。

本発明によれば、金属外環と、この金属外環に封着した絶縁ガラスと、さらにこの絶縁ガラスに貫通封着した導出リードとを備え、金属外環は、周縁に金属外環の屈曲部からなる弾性緩衝手段を設けて、これにより筐体材料との熱膨張差を緩衝することで、気密端子に応力吸収機能を持たせたことを特徴とする気密端子が提供される。

本発明により気密端子を取り付ける筐体材料と気密端子の構成材料との間に大きな熱膨張差がある組み合わせであっても、金属外環の周縁に設けた屈曲部が両者の熱膨張差を緩衝するダンパーとして働くので、気密端子と筐体とを気密封止するはんだ接合部や気密端子の絶縁ガラスに掛る熱応力を緩和し、気密端子およびその接合部を応力破壊から保護する。金属外環に弾性緩衝手段を設けたことにより、多ピンタイプの整合封止型気密端子でありながら、高信頼性、高気密性の気密端子を実現することができ、これまでＨＤＤなどに用いられていた多ピンタイプの圧縮封止型気密端子に要求されていた金属外環の形状に対する制限を大幅に軽減できる。すなわち、絶縁ガラスに圧縮応力を均等に荷重できるようリード毎に同心円状の貫通孔を用意したり、同一の開口部に多数のリードを植設する場合に、ガラス構造体の長手方向および横手方向に十分な圧縮応力を獲得できるよう開口面積に応じて開口部を小間に区切ったりする設計上の制約が無くなった。本発明によって、金属外環に複数の開口部を設ける必要がなくなったので、金属外環をより単純な構成にでき、より多数の導出リードをより狭ピッチで設けることが可能となる。なお、本発明は整合封止型気密端子を例示して説明するが、整合封止型気密端子のみならず圧縮封止型気密端子にも適用することができる。

本発明に係る気密端子１０を示し、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面断面図を、（ｃ）は下面図を示す。 本発明に係る気密端子２０を示し、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面断面図を、（ｃ）は下面図を示す。

本発明に係る気密端子は、金属外環と、この金属外環の内径に封着した絶縁ガラスと、さらにこの絶縁ガラスに貫通封着した導出リードとを備え、金属外環は、その外周を屈曲して形成した弾性緩衝手段を設けたことを特徴とする。弾性緩衝手段は、この気密端子を取り付ける筐体材料との熱膨張差を、屈曲部の弾性を利用して緩衝する。金属外環は、少なくとも外周端の断面がＵ字ないしＪ字状となるように屈曲させて成形される。金属外環の断面をＪ字状とする場合は、その方向性は特に限定されない。外径端を長尺側とするか、または内径端を長尺側とするか、何れか一方を自由に選択してよい。

例えば、図１に示す気密端子１０は、コバール、インバーなどの不変鋼の金属外環１１と、金属外環１１の内径に封着した絶縁ガラス１２と、さらに絶縁ガラス１２に貫通封着したコバール、インバーなどの不変鋼の導出リード１３とを備え、金属外環１１は、その外周を屈曲して形成した弾性緩衝手段１４を設けたことを特徴とする。弾性緩衝手段１４は、この気密端子１０を取り付ける筐体材料との熱膨張差を屈曲部の弾性を利用して緩衝する機能を有する。金属外環１１は、断面がＵ字状に成形されており、その内径に導出リード１３を貫通封設させた絶縁ガラス１２を封着している。弾性緩衝手段１４として機能する金属外環１１の板厚１５は、厚さ０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のものを用いると好ましい。厚さ０．１ｍｍ以下となると外力によって変形し易くなり、所定の寸法形状を維持し難くなる。厚さ０．５ｍｍ以上となると剛性過大となり、弾性緩衝効果を充分に発揮し難くなる。また、金属外環１１は、特に好ましくは、金属外環１１の板厚１５を１とするとき屈曲部の間隔すなわち開溝幅１６は２以上３０以下とするのが良い。開溝幅１６が３０を超えるときには、金属外環１１が必要な剛性を失い弾性緩衝手段として機能しなくなる。また、開溝幅１６が２を下回るときには、板金加工が困難となり金属外環１１に割れ等の不具合が発生するようになる。金属外環１１および導出リード１３は、はんだ付け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Ａｕめっき材などで被覆してもよい。金属外環１１は、円形以外にも楕円形ないし小判形のものに変形できる。例えば、図２に示す気密端子２０ように、複数の導出リード２３を貫通封設した絶縁ガラス２２を、断面がＵ字状をした小判形の金属外環２１の内径部に封着する形態に変形してもよい。

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１５ｍｍ、内径５ｍｍ、高さ５ｍｍのコバール合金製金属外環１１と、金属外環１１の内径に封着したホウケイ酸ガラスからなる絶縁ガラス１２と、さらに絶縁ガラス１２に貫通封着した直径１ｍｍのコバール合金製導出リード１３とを備え、金属外環１１は、板厚１ｍｍ、開溝幅３ｍｍのＵ字断面を有する環状曲板からなり、金属外環１１の断面をＵ字にすることで金属外環１１に加わる応力に対する弾性緩衝手段とした整合封止型気密端子である。

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、外径が長径２３ｍｍ、短径１０ｍｍ、高さ２．５ｍｍ、内径が長径１９．２ｍｍ、短径６．２ｍｍ、高さ２．５ｍｍのコバール合金の金属外環２１と、金属外環２１の内径に封着したホウケイ酸ガラスからなる絶縁ガラス２２と、さらに絶縁ガラス２２に貫通封着した複数の直径０．５ｍｍのコバール合金製導出リード２３とを備え、金属外環２１は、板厚０．２５ｍｍ、開溝幅１．４ｍｍのＵ字断面を有する環状曲板からなる。金属外環２１の断面をＵ字にすることにより、金属外環２１に加わる応力に対する弾性緩衝手段とした整合封止型気密端子である。

実施例２の気密端子２０と、比較例として金属外環、導出リード、絶縁ガラスのサイズが実施例２と同一であるが、金属外環に開溝部を有ない一様な矩形断面を持った比較例の気密端子とを、各５０個用意し、これをＨＤＤ用Ａｌダイキャスト筐体にはんだ付けして気密接合した後、常温雰囲気より−４０℃に設定した恒温槽内に投入し、３０分間保持する。後に常温雰囲気に取り出し、１０秒以内に８０℃に設定した恒温槽内に投入する。３０分後に常温雰囲気に取り出し、１０秒以内に再び−４０℃の恒温槽内に投入する。これらを１サイクルとして、１００サイクル、２００サイクル、５００サイクル、１０００サイクル繰り返し行った後、接合部に割れの発生がないか確認した。その結果を表１に示す。

比較例の気密端子は、サイクル数が増すにつれて接合部にクラックが生じた個数が増加したが、実施例１の気密端子１０は、１０００サイクル後も全数異常はなかった。

本発明はＨＤＤ用の気密端子に適用でき、特にＨｅガス等の低密度ガスを封入し筐体の高気密性が要求されるＨＤＤに好適に利用できる。

１０，２０・・・気密端子、 １１，２１・・・金属外環、
１２，２２・・・絶縁ガラス、 １３，２３・・・導出リード、
１４，２４・・・弾性緩衝手段、 １５，２５・・・板厚、
１６，２６・・・開溝幅、 Ｄ・・・断面図の切断線の基点。

Claims (5)

1. 金属外環と、この金属外環に封着した絶縁ガラスと、さらにこの絶縁ガラスに貫通封着した導出リードとを備え、金属外環は、周縁に金属外環の屈曲部からなる弾性緩衝手段を設けたことを特徴とする気密端子。
2. 前記金属外環は、コバール、インバーなどの不変鋼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. 前記金属外環の板厚は、厚さ０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である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. 前記金属外環は、この金属外環の板厚を１とするとき前記屈曲部の開溝幅が２以上３０以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一つに記載の気密端子。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか一つに記載の気密端子を電極端子に用いたハードディスク装置。
   

Images