JP2016219658A - ハーメチックシール部品 - Google Patents

Abstract

【課題】同一径のガラスタブレットを用い、筒状ガラス内での隙間の発生を回避する。【解決手段】貫通孔１１を有する導電性の基台１と、貫通孔１１に通されるリードピン２と、同一径の円筒状のガラスタブレット３１を直列に接続することで構成され、基台１とリードピン２との間に介在して焼成される筒状ガラス３とを備え、貫通孔１１は、溶融した単一のガラスタブレット３１ｂの径よりも大きな径に設定された。【選択図】図１

Description

この発明は、基台とリードピンとの間を筒状ガラスにより封止するハーメチックシール部品に関するものである。

圧力センサ等のセンサ類では、導電性の基台に開けられた貫通孔にリードピンを通し、絶縁と気密保持のために、基台の貫通孔とリードピンとの間を筒状ガラスにより封止するハーメチックシール部品を用いることが多い。これにより、基台内のセンサ素子からの信号をリードピンにより得ることができる。また、高い耐圧性を必要とする高圧タイプの圧力センサ等では、シール部分を長く確保することで耐圧性を高めている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示された従来構成では、まず、円筒状のガラスタブレットをリードピンに複数通して仮焼成を行い、リードピンの一部を筒状ガラスで覆った串刺し状の中間部材を作る。そして、この中間部材を基台の貫通孔に通して本焼成を行うことで、ハーメチックシール部品を製造する。

特開２００９−２７２１４２号公報 特開２０１０−０９８１７３号公報

しかしながら、従来構成では、本焼成において、ガラスの溶融初期に、筒状ガラスの上部及び下部が溶融して基台の貫通孔と接合される。その後、筒状ガラスの中央が溶融して基台の貫通孔と接合される。そして、冷却過程では、筒状ガラスの上部及び下部から冷却が進み、その際の収縮により筒状ガラスが上部及び下部に引っ張られる。このように、溶融初期に、筒状ガラスの上部及び下部から接合が行われるため、筒状ガラス内にガスがトラップされて隙間が生じるという課題がある。そして、筒状ガラス内にリードピンと基台との間を貫通するような隙間が残ると、絶縁不良の原因となる。

一方、特許文献２に開示された従来構成では、異なる径のガラスタブレットをリードピンに通して中間部材を作ることで、筒状ガラス内での隙間の発生を防いでいる。しかしながら、この従来構成では、種類の異なるガラスタブレットを用いる必要があり、管理及び作業面で負荷が大きくなるという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、同一径のガラスタブレットを用い、筒状ガラス内での隙間の発生を回避することができるハーメチックシール部品を提供することを目的としている。

この発明に係るハーメチックシール部品は、貫通孔を有する導電性の基台と、貫通孔に通されるリードピンと、同一径の円筒状のガラスタブレットを直列に接続することで構成され、基台とリードピンとの間に介在して焼成される筒状ガラスとを備え、貫通孔は、溶融した単一のガラスタブレットの径よりも大きな径に設定されたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、同一径のガラスタブレットを用い、筒状ガラス内での隙間の発生を回避することができる。

この発明の実施の形態１に係るハーメチックシール部品の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における中間部品の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における中間部品の製造方法例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るハーメチックシール部品の製造方法例を示す図である。 この発明の実施の形態１における基台の貫通孔の径の設計方法を説明する図であり、（ａ）基台と中間部材の各寸法を示す図であり、（ｂ）リードピンに１つのガラスタブレットを通して溶融させた際のガラスタブレットの径を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るハーメチックシール部品の効果を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
ハーメチックシール部品は、図１に示すように、基台１、リードピン２及び筒状ガラス３を備えている。なお、リードピン２及び筒状ガラス３は、仮焼成により一体となって中間部材４を構成する。

基台１は、貫通孔１１を有する導電性の部材であり、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等から構成される。また、貫通孔１１は、筒状ガラス３の径よりも大きく、且つ、後述する溶融した単体のガラスタブレット３１ｂの径よりも大きな径に構成されている。

リードピン２は、基台１の貫通孔１１に通されるものである。
筒状ガラス３は、径が一定であり、基台１とリードピン２との間に介在し、本焼成により基台１とリードピン２との間を封止することで絶縁を図るものである。この筒状ガラス３は、図２に示すように、圧縮形成された円筒状の複数のガラスタブレット３１をリードピン２に直列に嵌めて仮焼成を行うことで構成される。なお、各ガラスタブレット３１は同一径に構成されている。

そして、基台１の貫通孔１１に中間部材４を通した後、本焼成を行うことで、中間部材４の筒状ガラス３と基台１の貫通孔１１とを接続して、ハーメチックシール部品を封着形成する。

次に、中間部材４の製造方法について説明する。
中間部材４を製造する場合には、例えば図３に示すような仮焼成治具５を用いる。この仮焼成治具５はカーボン等から成るプレートであり、リードピン２を立てるためにピン穴５１が形成されている。

そして、まず、この仮焼成治具５のピン穴５１にリードピン２の一端を差し込んでリードピン２を立てる。次いで、このリードピン２に、同一径のガラスタブレット３１を規定の数だけ嵌める。ガラスタブレット３１は自重により落下して積み重なる。次いで、この状態で、ガラスタブレット３１を６００〜７００℃程度で焼成することで、筒状ガラス３を形成する。これにより、リードピン２と筒状ガラス３とが一体となった中間部材４を得ることができる。

次に、上記中間部材４を用いたハーメチックシール部品の製造方法について説明する。
ハーメチックシール部品を製造する場合には、例えば図４に示すような本焼成治具６を用いる。この本焼成治具６は、カーボン等から成る下側プレート６１及び上側プレート６２から構成される。また、下側プレート６１及び上側プレート６２には、基台１の貫通孔１１に通された中間部材４のリードピン２の位置決めを行うためのピン穴６１１，６２１が形成されている。

そして、まず、この本焼成治具６の下側プレート６１に基台１を配置する。次いで、この基台１の貫通孔１１に中間部材４を通す。この際、下側プレート６１のピン穴６１１に、中間部材４のリードピン２の一端を差し込んで位置決めを行う。次いで、本焼成治具６の上側プレート６２を基台１の上部に配置することで、本焼成治具６で基台１を挟み込む。この際、上側プレート６２のピン穴６２１に、中間部材４のリードピン２の他端を差し込んで位置決めを行う。次いで、この状態で本焼成治具６を固定して、１０００℃程度の高温で焼成を行う。

ここで、ガラスは溶融すると表面張力によって丸くなる。そこで、本発明では、基台１の貫通孔１１の径を、溶融した単体のガラスタブレット３１ｂの径よりも大きく設定する。これにより、本焼成において、筒状ガラス３の上部及び下部が先に溶融しても、当該上部及び下部が先に貫通孔１１に接合されることがなくなる。その結果、冷却過程において、筒状ガラス３が上部及び下部に引っ張られることはなく、筒状ガラス３内にガスがトラップされて隙間が生じることを防ぐことができる。以上により、気泡が残留形成されていない高品質のハーメチックシール部品を製造することができ、絶縁不良の発生を防ぐことができる。

次に、基台１の貫通孔１１の径の設計方法について説明する。
図５に示すように、ガラスタブレット３１の外径をＤ_１とし、当該ガラスタブレット３１の内径をＤ_２とし、単一の当該ガラスタブレット３１の長さをＬとし、リードピン２の外径をＤ_３とし、溶融した単一のガラスタブレット３１ｂの外径をＤ_４とする。この場合、単一のガラスタブレット３１の体積（ガラス体積）は、（（Ｄ_１／２）^２−（Ｄ_２／２）^２）×π×Ｌとなる。また、溶融した単一のガラスタブレット３１ｂが接触する範囲のリードピン２の体積（ピン体積）は、（Ｄ_３／２）^２×π×２×（Ｄ_４／２）となる。また、溶融した単一のガラスタブレット３１ｂの体積（溶融時ガラス体積）は（４／３）×π×（Ｄ_４／２）^３となる。そして、基台１の貫通孔１１として、下式（１），（２）を満たす径に設計する。
（（Ｄ_１／２）^２−（Ｄ_２／２）^２）×Ｌ＋（Ｄ_３／２）^２×Ｄ_４＝（４／３）×（Ｄ_４／２）^３ （１）
Ｄ_５＞Ｄ_４ （２）

次に、本発明の効果について具体例を用いて説明する。
ここで、ガラスタブレット３１の外径Ｄ_１を２．１３［ｍｍ］とし、当該ガラスタブレット３１の内径Ｄ_２を０．８５［ｍｍ］とし、単一の当該ガラスタブレット３１の長さＬを２［ｍｍ］とし、リードピン２の外径Ｄ_３を０．７６［ｍｍ］とした。この場合、ガラス体積は約５．９９［ｍｍ^３］となり、ピン体積は約０．４５×Ｒ^４［ｍｍ^３］となり、溶融時ガラス体積は約４．１９×Ｒ４^３［ｍｍ^３］となる。そして、上式（１）からＤ_４＝２．２９［ｍｍ］となる。よって、上式（２）から、基台１の貫通孔１１の直径を２．２９［ｍｍ］より大きく設定することで、筒状ガラス３内の隙間の発生を防ぐことができる。

次に、上記条件で実験した場合の歩留りについて図６に示す。ここでは、絶縁抵抗値により不良率の判定を行った。
図６に示すように、基台１の貫通孔１１の径をφ２．２［ｍｍ］とした場合には、不良率が１．０３％となっているが、貫通孔１１の径をφ２．３［ｍｍ］とした場合には、不良率が０％となっている。このように、溶融した単一のガラスタブレット３１ｂの径に対して、基台１の貫通孔１１の径を大きくすることで、筒状ガラス３内の隙間の発生を防ぐことができ、絶縁不良の発生を防ぐことができていることがわかる。

以上のように、この実施の形態１によれば、基台１の貫通孔１１を、溶融した単一のガラスタブレット３１ｂの径よりも大きな径に構成したので、同一のガラスタブレット３１を用い、筒状ガラス３内での隙間の発生を回避することができる。また、本発明では、基台１の貫通孔１１の径を調節するだけで上記隙間の発生を回避できるため、従来手法に対して管理及び作業面での負荷を軽減することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 基台
２ リードピン
３ 筒状ガラス
４ 中間部材
５ 仮焼成治具
６ 本焼成治具
１１ 貫通孔
３１，３１ｂ ガラスタブレット
５１ ピン穴
６１ 下側プレート
６２ 上側プレート
６１１，６１２ ピン穴

Claims (3)

1. 貫通孔を有する導電性の基台と、
   前記貫通孔に通されるリードピンと、
   同一径の円筒状のガラスタブレットを直列に接続することで構成され、前記基台と前記リードピンとの間に介在して焼成される筒状ガラスとを備え、
   前記貫通孔は、溶融した単一の前記ガラスタブレットの径よりも大きな径に設定された
   ことを特徴とするハーメチックシール部品。
2. 前記貫通孔の径は、単一の前記ガラスタブレットの体積と、溶融した単一の前記ガラスタブレットが接触する範囲の前記リードピンの体積と、溶融した単一の前記ガラスタブレットの体積との関係から求めた
   ことを特徴とする請求項１記載のハーメチックシール部品。
3. 前記ガラスタブレットの外径をＤ_１とし、当該ガラスタブレットの内径をＤ_２とし、単一の当該ガラスタブレットの長さをＬとし、前記リードピンの外径をＤ_３とし、溶融した単一の当該ガラスタブレットの外径をＤ_４とした場合、前記貫通孔の外径Ｄ_５は式（１），（２）を満たす径に設定された
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のハーメチックシール部品。
   （（Ｄ_１／２）^２−（Ｄ_２／２）^２）×Ｌ＋（Ｄ_３／２）^２×Ｄ_４＝（４／３）×（Ｄ_４／２）^３ （１）
   Ｄ_５＞Ｄ_４ （２）

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