JPS6330342A

JPS6330342A - ガラス成形用黒鉛治具

Info

Publication number: JPS6330342A
Application number: JP61171300A
Authority: JP
Inventors: Sukeaki Miki; 相煥三木; Toshihiro Hosokawa; 敏弘細川; Masayuki Mitsuishi; 密石　雅行; Toru Hoshikawa; 星川　亨
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1988-02-09
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0788233B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はガラス成形用黒鉛治具に関し、更に詳しくはガ
ラス成形用に用いられる各種の黒鉛治具、例えばハーメ
チックシール用、製ビン用金型ライナー、ガラスレンズ
成形型、ガラス熔融用カーボン槽ゼガラス融着用治具等
に関する。そして特にトランジスターやダイオードのリ
ード線及びデバイス（Ｄｅｖｉｃｅ）の端子のガラスに
よる気密溶封に用いられるハーメチックシール用として
極めて好適な黒鉛治具に関する。

〔従来の技術〕

現在、ハーメチックシール用治具として等方性黒鉛が使
用され、この治具はトランジスター又はダイオードのリ
ード線の位置決めとそれらをガラスで溶封する時の鋳型
としての作用をなすものである。

即ち、この治具はトランジスターやダイオードの汚染、
湿気を遮断することを目的としてリード線及びデバイス
を気密溶封する為に使用されるもので、最も一般的な概
略図を第１図に示す０例えば第１図に示す様に、リード
線孔が穿孔されたガラスタブレット（２）とコバール（
Ｋｏｖａｒ　（Ｆｅ−、Ｎｉ−Ｃｏ合金）〕等の炊合金
製のシェルリング（３）及びリード線（１）を黒鉛治具
（４）に入れて組立て、これを窒素或いは窒素と水素ガ
ス雰囲気中で約７００〜ｔｏｏｏ℃に加熱してガラスを
溶着させてステム（ｓｔｅｍ）を製作するものである。

なおハーメチックシール用治具にはダイオードの１つの
孔のものからＩＣ用の１０数本のリード線用のものまで
各種のものがある。

しかし、従来使用のハーメチックシール用治具には繰返
し使用すると、リード線挿入による細孔の摩耗や治具自
体の酸化消耗等による加工精度が低下する問題点があっ
た。又、その細孔の摩耗及び酸化消耗の結果として黒鉛
治具からのカーボン粉離脱によりガラスにカーボン粉が
付着して製品を汚し、その性能を低下させる問題点をも
生じている。

元来黒鉛とガラスとの離型性は一般的には良好ではある
が、ハーメチックシール用としての目的のためには充分
であるとは言えず、より耐酸化性、より高強度、高純度
材料が要望されていた。

このハーメチックシール用治具としての上記難点は、ハ
ーメチックシール用治具ばかりに生ずるものではな（、
広くガラス成形用黒鉛治具に生し、例えば製ビン用金型
ライナー、ガラスレンズ成形用黒鉛型、ガラス熔融用黒
鉛槽、ガラス融着用黒鉛治具等に於いても同様の難点が
生ずるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする問題点は従来のこの種ガラス
成形用黒鉛治具の上記難点、代表的にはハーメチックシ
ール用黒鉛治具の上記難点を解決することであり、更に
詳しくは、高強度、耐酸化性、耐摩耗性共に優れ、カー
ボン微粉が飛散せず、しかもガラスとの離型性がよりよ
いガラス成形用治具例えばハーメチックシール用具を得
ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

この問題点は、従来のこの種黒鉛治具の表面又は（及び
）内部に、熱分解炭素（以下ＰｙＣという）被膜を形成
するか、又は（及び）浸透させることによって達成され
る０本発明者は従来の等方性黒鉛を使用したこの種ガラ
ス成形用治具、例えばハーメチックシール用治具の上記
難点を解決する為に鋭意研究を重ねた結果、炭素数２〜
８特に炭素数３の炭化水素ガス（例えばＣ３Ｈ８）もし
くは炭化水素化合物等を熱分解させ、基材上に熱分解炭
素を浸透させ、又は（及び）表面に被膜を形成せしめる
時は高純度で高強度、耐酸化性、耐摩耗性共に優れ、カ
ーボン微粉が飛散せず、しかもガラスとの離型性がより
よいこの種黒鉛治具を製造出来ることを見出し、ここに
本発明を完成した。即ち本発明は、等方性黒鉛基材表面
に又はその内部に、高純度、且つガラス不浸透性の緻密
な熱分解炭素被膜を形成せしめるか、浸透せしめてなる
ガラス成形用黒鉛治具に係るものである。

（発明の作用並びに構成〕本発明のガラス成形用治具として説明の便宜上以下にハ
ーメチックシール用治具をその代表例として説明する。

但し本発明はこれに限定されるものでないことは勿論で
ある。

本発明のバーメチ７クシール用治具は従来のハーメチッ
クシール用治具の基材表面に又は（及び）その内部にＰ
ｙＣを好ましくは５〜２５０μｍの膜厚で形成させて又
は（及び）１００μｍ以上浸透させて成るものである。

そしてこの際のＰｙＣ膜は特に高純度で、且つ不浸透性
の緻密な強度なものであることが必要である。ここで不
浸透性とは水銀圧入法で測定した平均細孔半径が０．１
μｍを超えないことを意味し、又高純度とは全灰分量が
２０２ｐｌＩ以下であることを意味する。

本発明に於いてはＰｙＣ膜は上記の要件を共に具備する
必要があり、これ等のいずれの要件の一つでも満足しな
い時は所期の効果が充分に達成され難い。またその膜厚
は５〜２５０μｍ程度が適当である。

なお、本発明者が先に出願した特願昭６０−９８２９１
号に於いては黒鉛基材の熱膨張係数が０．５〜３．０Ｘ
１０’／’Ｃ１そのｐｙｃ被覆せしめる膜厚が２０〜２
５０１１ｍが好ましいとなっているが、その後更に鋭意
研究を重ねた結果、黒鉛基材の熱膨張係数が３．０〜６
．０Ｘ１０−６／’Ｃの範囲のものについてＰｙＣ被覆
せしめてもＰｙＣ膜と黒鉛基材との熱膨張の差によるＰ
ｙＣＮＱの亀裂もしくは剥離を緩和することが可能とな
ることを見出したものである。即ち、本発明は改良され
た条件下、即ち比較的低温、低圧、つまり１３００℃以
下及び５０Ｔｏｒｒ以下で徐々にＰｙＣを生成させるこ
とにより、黒鉛基材内部に深＜ＰｙＣを含浸させること
が出来、且つその上にＰｙＣ被膜を形成せしめることに
より、黒鉛基材とＰｙＣ被膜の機械的からみ合いが強固
になり、黒鉛基材とＰｙＣ膜との熱膨張の差によるＰｙ
Ｃ膜の亀裂及び剥離を抑制出来る新しい事実を見出した
ものである。

更にＰｙＣが黒鉛基材内部に含浸されることにより、黒
鉛基材表面が緻密になり、ｍ械的強度並びに耐衝撃性に
優れ、リード線挿入による黒鉛治具の摩耗を抑え、更に
耐酸化性をも向上し著しく耐久性が向上する特徴も、本
発明に於けるハーメチックシール用治具の大きな特徴の
一つである。

以上より、黒鉛基材の熱膨張係数の範囲としては０．５
〜６．Ｏｘ　１０１／’ｃであることが好ましい。

通常基材の熱膨張係数が低くなる程異方性が漸増し、機
械的強度が減少することが認められており、０．５Ｘ１
０’／℃よりも低い熱膨張係数をもつ基材ではハーメチ
ックシール用治具に通した機械的強度が得られ難い、逆
に熱膨張係数が６．０×１０−６／ｌよりも大きくなり
すぎると、黒鉛基材が緻密になり、結果として黒鉛基材
の細孔が少なく、ＰｙＣの浸入が難しくなり、それに伴
い上記で述べた黒鉛基材と被膜との機械的かみ合わせが
弱くなり加熱−冷却のサイクル間に黒鉛基材とＰｙＣ膜
との熱膨張差によりＰｙＣＩｌｌｌの亀裂及び剥離が発
生し保護作用が低下する傾向が現れる。

黒鉛基材にＰｙＣを含浸させることは「黒鉛サセプター
」に関する発明である特公昭４７−１００３号に記載さ
れており、この発明では１１００〜１６００℃の温度で
且つ０．５〜１．２■ｓＨｇの炭素質気体の圧力で炭素
質気体を熱分解し、次いで前記温度より３００〜８００
℃高い温度で且つ前記炭素質気体圧力よりも０．５〜１
．　Ｏｔａｎｇ高い炭素質気体圧力で炭素質気体を熱分
解することにより、熱分解黒鉛を多孔質黒鉛本体の孔内
部へ浸入せしめる方法を採用している。しかし本発明者
の研究によれば、Ｐ７ＣＦＪは、生成温度が異なれば熱
膨張係数も変化することが見出された。即ち、上記特許
発明に於ける所謂ｐｙｃ含浸工程の際には黒鉛基材内部
への含浸だけを行わせることは不可能であり、通常含浸
反応と同時にＰｙＣ被膜形成に関与する反応が並行的に
起こる為、結果的には生成温度の違うＰｙＣ膜が積層す
ることになる。従って上述の様にＰｙＣＩｌｌｌどうし
の熱膨張差によりＰｙＣ膜の亀裂及び剥離を生じること
になる。これに対し本発明に於いては上記ＰｙＣＮ’Ａ
の亀裂、剥離等の問題を解決する為に鋭意研究を重ねた
結果、同一生成温度でｐｙｃの含浸及びｐｙｃ被膜形成
の反応を一段で行うことにより黒鉛基材とＰｙｃ被膜の
機械的かみ合わせを強固にさせ得る事実を見出した。又
、黒鉛基材内部へのｐｙｃの含浸は１００μｍ以上が好
ましい、これよりも少ないと黒鉛基材とＰｙＣ被膜との
機械的かみ合わせの強度が低下する。またＰｙＣＩＩ５
！厚については黒鉛基材の熱膨張係数が　０．５〜３．
０Ｘ１０−６／’Ｃの範囲内ではＰｙＣＩＩ！厚は５〜
２５０１１ｍ程度であることが望ましい。この膜厚があ
まりにも大きくなり過ぎると加熱−冷却のサイクルを急
速に行うと亀裂もしくは剥離を生じる傾向があり、黒鉛
基材が露出し被膜形成の効果が不充分となる場合があり
、また逆にあまり膜厚が小さくなりすぎると被膜形成に
基づく所期の効果が充分に発揮され難い０本発明に於い
てｐｙｃを黒鉛基材内部へ含浸せしめるとアンカー効果
により耐摩耗性等の特性が更に向上するためｐｙｃを５
μｎｔ程度被覆せしめることにより、ただ単に２０μｍ
のＰｙＣ被膜を形成せしめたものと比較して同等以上の
効果を発揮する。また黒鉛基材の熱膨張係数が３．０〜
６．０ｘｌＯ’ｌ／℃と大きい範囲内では、ｐｙｃ膜厚
は５〜６０μｍであることが望ましい、ｐｙｃを黒鉛基
材内部に含浸することにより、黒鉛基材とＰｙＣ被膜の
機械的かみ合わせが向上するにもかかわらず、約６０μ
ｍを越える範囲でＰｙｃ被覆を行うと加熱−冷却の際に
黒鉛基材とＰ７Ｃ被膜との熱膨張差によりｐｙｃ膜の亀
裂及び剥離を生じる傾向がある。

以上を要するに黒鉛基材の熱膨張係数は０．５〜６．０
Ｘ１０″Ｂ／℃の範囲が好ましく、その時のＰｙＣＩ！
厚は特に黒鉛基材の熱膨張係数が、０．５〜３．０Ｘ１
０−６／’Ｃの範囲内では５〜２５０μｍ程度、熱膨張
係数が３．０〜６．０Ｘ１０’／’Ｃの範囲内では５〜
６０μｍ程度であることが好ましい。

本発明に於いては上記ＰｙＣｗｔ膜を形成するに際し、
その黒鉛結晶基底面即ち炭素６角網面を基材表面に選択
的に配向させることが好ましい、この様に平行に配向さ
せることにより、耐酸化性を更に向上させることが出来
る。この特定の配向性は、ＰｙＣ被膜形成時の温度を調
整することにより容易に達成出来、１０００〜１３００
℃又は１７００〜２５００℃に温度を設定することによ
り達成出来る。

本発明者の研究によると次のことが明らかになった。即
ち（００２）回折線の強度をもって選択的配向度の目安
とすると次の第１表の様になり、また熱重量分析装置を
使用して各生成温度に於けるｐｙｃｌｌの酸化開始温度
を測定して耐酸化性の目安とすると同じく次の第１表の
様になる。

第　　１　　表この結果から生成温度が１４００〜１６００℃では酸化
開始温度が低く、そしてＸ線回折強度が弱く、異方性の
小さいｐｙｃ膜が形成されるのに対し、’１０００〜１
３００℃及び１７００〜２５００℃では酸化開始温度が
高く、そしてＸ線回折強度が強く異方性の大きいｐｙｃ
ｌｌが基材黒鉛上に選択的に配向していることが判明す
る。

このような傾向は、その他の条件により若干左右され、
上記温度範囲がかならず厳密に調整されなければならな
いというものではなく、例えば使用する炭化水素ガスの
濃度や、減圧度を適宜に選、択することにより、その濃
度範囲として若干中をもたせることが出来る。またこの
ような温度範囲では耐酸化性をより向上せしめ得るもの
であり、特に耐酸化性が強く要求されない使用分野では
、かならずしも上記温度範囲とする必要はなく、ガラス
との濡れ性や離型性については元来上記温度範囲以外の
温度でも極めて優れた特性を発揮する。

本発明に於いて形成するＰｙＣ被膜のｐｙｃ自体は、従
来から良く知られているものであり、炭素質材料例えば
Ｃ３Ｈｅ等の炭化水素ガスもしくは炭化水素化合物等を
熱分解することにより生成する炭素であることもまた良
く知られている。

本発明に於いて上記ＰｙＣ被膜を黒鉛基材の表面に形成
させる方法自体は何等限定されず、上記所定の要件を有
するＰｙＣ被膜が形成される限り何等その方法は限定さ
れものではなく、各種の形成方法がいずれも有効に通用
出来る。

なお、黒鉛自体は元来、溶融ガラスに濡れず、付着しに
くい性質を有するが、それに更にＰｙＣ被覆せしめるこ
とにより強度を高くして、破損し難くし、耐久性を高め
、粉化しにくい性質を付与すると共に、ガラス成形用材
料として好都合にも、そのガラスとの濡れ性及び離型性
を更に向上させ得るものである。

このＰｙＣ被膜黒鉛とガラスとの濡れ性及び離型性につ
いて本発明者が実際に実験的に測定した結果を示せば次
の通りである。

ガラス試料として寸法５　Ｘ　５　Ｘ　５ｍ−の立法体
に切断したコバール用ガラスを用い、従来からハーメチ
ックシール用治具として使用している熱膨張係数が４．
４Ｘ１０−６／℃で、嵩比重が１．８６（−）、寸法が
３０×３０×ｔ３Ｉｌｌｌの黒鉛基材に１０００〜２５
００℃の温度で後記実施例１の条件で生成させたｐｙｃ
被ｒｉ黒鉛（膜厚約３０μｍ）を用い、この上に上記の
ガラス試料を置き、Ｎ２ガス雰囲気の電気炉により、９
００℃に昇温させ、１Ｏ分間保持させた。その時の最大
接触角を角度読取器を用いて測定した。

この結果、従来のハーメチックシール用治具として使わ
れている黒鉛とガラスとの接触角は約１１Ｏ℃であった
のに対し、本発明にがかるＰｙＣ被ｒｉ！黒鉛は生成温
度に関係なく、約１５０°の接触角を有しガラスとの濡
れ性及び離型性に関して著しく性能が向上していること
が判る。また冷却後の剥離も何等の支障なく剥離出来、
また膨張差に基づく破損もなかった。

また本発明に於いてはＰｙＣ被覆せしめることにより、
ガラスに対して治具が不浸透性となり、黒鉛ボアの中に
熔融ガラスが浸入して冷却後付着して取りにくくなった
り、膨張差で破損する等の欠点も皆無となる。ｐｙｃ被
覆黒鉛材料のこの離型性の向上、及び不浸透性がガラス
成型用治具材料として好適な性質となるということが本
発明の特徴の一つと言える。

以上上として説明の便宜上、ハーメチックシール用治具
としての用途について説明したが、ＰｙＣ処理黒鉛のこ
の様な性質を利用してガラス成形用治具または母型材と
して多くの用途に利用出来る０例えば、製ビン用金型の
ライナー、ガラスレンズ（メガネ、光学レンズ等）の成
形型、ガラスと金属を溶融・混合する時に使用するカー
ボン槽、更にはガラスを金属（端子、プレート等）、セ
ラミックス等に融着させる時に使用する治具等様々な用
途に充分に効果を発揮するものである。

（実施例〕次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、
本発明はこれ等の例に限定されるものではない。

実施例１使用した黒鉛治具用の基材特性は次の様なものであった
。

Ｏ熱膨張係数（以下ＣＴＥと表記する）２．４ｘｌＯ−
／ｃ：、５．５　Ｘ　１０−６／’Ｃ（室温〜４００℃
）Ｏ嵩比重　１．５５（ＣＴＥが２．４の黒鉛）、１．８
５（ＣＴＥが５．５の黒鉛）Ｏ異方比　１．０２０灰分　　２ｏｐｐｓ＋＜０寸法　　１５０Ｘ１００Ｘ”２０ｍｍ（穴径φ１ｍ５
（Ｘ１００個））上記の黒鉛治具を１２５０℃に加熱し、Ｃ３Ｈ８ガスを
２５１　／ｓｉｎ　（Ｓ、Ｔ、Ｐ、）、Ｈ２ガスを６０
１　／ｗｉｎ　（Ｓ、Ｔ、Ｐ、）の流速で流し、炉内圧
を３０Ｔｏｒｒに保持して、ｐｙｃを黒鉛基材内部に約
１２０μｍ含浸させ、そのままＰｙＣ被膜を形成させた
。被膜の厚さは生成期間を変えて第２表（ＣＴＥが２．
４の黒鉛治具の場合）、第３表（ＣＴＥが５．５の黒鉛
治具の場合）それぞれに示す所定の殺厚に調整した。

ここでＰｙＣ含浸及び被覆は第２図の装置を使用し、こ
の黒鉛治具を第２図に示す装置の試料載置台（１３）の
上にセントして行った。加熱方法は黒鉛ヒーターの抵抗
加熱により行いＣ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガスは第２図に示す
通り、試料室の下からガス導入管（１２）により導入し
上へと排出した。但し第２図中（５）は真空容器、（６
）はガス排出管、（７）は断熱材、（８）は黒鉛ヒータ
ー、（９）は黒鉛サセプター、（１０）は断熱材載置台
、（１１）は黒鉛サポートポスト、（１２）はガス導入
管、（１３）は試料載置台、（１４）は試料、（１５）
はガス排気管を示す。

上記で得られた各種ＰｙＣ被ｒｉ黒鉛治具を用いて、９
００℃のＮ２雰囲気中で、ダイオードのガラス封着を行
った。リード線挿入の際の接触部分が繰返し使用により
０．１　ｍｍ摩耗した回数をハーメチックシール用治具
のライフの目安とした。

次に急熱急冷試験を行った。同じく上記で得られたｐｙ
ｃ被ｉｉ！黒鉛治具を５分間に１５００℃に加熱し、次
に水中に投じてｐｙｃ被膜の剥離状況を関ぺた。試料数
は、各条件毎にそれぞれ５枚用いた。

また上記の黒鉛治具と同時にφ１１０Ｘ２０＋＊の寸法
に加工した基材黒鉛を入れ、同様の方法でｐｙｃ被覆し
、水銀圧入法により平均細径半径を測定し、不浸透性の
評価を行ワた。

これ等の結果を第２表並びに第３表に示す。

上記第２及び第３表より黒鉛基材のＣＴＥが０．５〜３
．０ｘｌＯ’／℃の範囲内ではｐｙｃ被覆せしめる膜厚
は５〜２５０μｍ程度、ＣＴＥが３．０〜６゜０ｘｌＯ
”／’ｃの範囲内では５〜６０μｍ程度が、カーボン粉
が付着せず、耐摩耗性に置れ、所期の目的を達成する上
で極めて効果的であることがわかる。

実施例２下記第４表に示すように、ＣＴＥを所定の値にした黒鉛
基材を実施例１と同じ条件で５０μｍのｐｙｃを被覆し
、急熱急冷試験を行った。

下記第４表よりＰｙＣ被覆する上で剥離や亀裂を生じな
い０．５〜６．０Ｘ１０’／’Ｃの範囲のＣＴＥをもつ
黒鉛基材を使用するのがよいことがわかる。

以上より、ｃ３Ｈ，ガス等の炭化水素ガスもしくは炭化
水素化合物等を等方性黒鉛基材表面及び内部に熱分解せ
しめて成るガラス成形用黒鉛治具は高純度でカーボン粉
がガラスに付着せず耐摩耗性、耐酸化性に優れた離型性
のよい黒鉛治具であると言える。

【図面の簡単な説明】

第１図はハーメチックシール用治具の概略説明図であり
、第２図は本発明治具を製造する際に使用する装置の一
例を示す図面である。１・・・・・・リード線２・・・・・・ガラスタブレット３・・・・・・シェルリング４・・・・・・黒鉛治具５・・・・・・真空容器６・・・・・・ガス排出管７・・・・・・断熱材８・・・・・・黒鉛ヒーター９・・・・・・黒鉛サセプター１０・・・・・・断熱材載置台１１・・・・・・黒鉛サポートポスト１２・・・・・・ガス導入管１３・・・・・・試料載置台１４・・・・・・試料１５・・・・・・ガス排気管（以上）第１図第２図手続補正書く自発〉昭和６１年８月１９日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）等方性黒鉛基材表面に又はその内部に、高純度、
且つガラス不浸透性の緻密な熱分解炭素被膜を形成せし
めるか、又は（及び）浸透せしめてなるガラス成形用黒
鉛治具。
（２）上記黒鉛基材がその熱膨張係数が０．５〜６．０
×１０＾−＾６／℃であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の黒鉛治具。
（３）ガラス成形用治具がハーメチックシール用治具で
ある特許請求の範囲第１項に記載の黒鉛治具。
（４）ガラス成形用治具が製ビン用金型ライナーである
特許請求の範囲第１項に記載の黒鉛治具。
（５）ガラス成形用治具がガラスレンズ成形型である特
許請求の範囲第１項に記載の黒鉛治具。
（６）ガラス成形用治具がガラス熔融用カーボン槽であ
る特許請求の範囲第１項に記載の黒鉛治具。
（７）ガラス成形用治具がガラス融着用治具である特許
請求の範囲第１項に記載の黒鉛治具。