(57)【要約】      （修正有）【課題】耐熱ステンレス製ステムベースを用いた気密端子におけるステムベースとガラスとの封着界面に生ずる隙間腐食を阻止して気密不良を改善する。【解決手段】気密端子２０は耐熱ステンレス製ステムベース２２と溶着ガラス２３を貫通するリード２４とを具備し、ガラス２３を介してリード２４をステムベース２２から絶縁して構成される。ここで、耐熱ステンレス製ステムベース２２は周辺の取付部位２５と中央の封着部位３０を有しており、取付部位２５、封着部位３０共に耐食めっきを施しておらず耐熱ステンレス鋼を露出させてある。気密端子を他部品に取り付ける際には、取付部位２５の耐熱ステンレス鋼の露呈面への溶接による取り付け作業で発生する溶接ちりを阻止すると共に、耐熱ステンレス鋼の不導体膜によりガラス２３との気密性が確保される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部位を有する耐熱ステンレス鋼のステムベースと、前記中空部位にガラスで貫通封着したＦｅＮｉ合金のリードとを具備する気密端子。
【請求項２】
前記ステムベースはＳＵＳ３１０ステンレス材またはＳＵＳ３０９ステンレス材のいずれかを用い、前記リードはＦｅ−５０％Ｎｉ合金材を用いたことを特徴とする請求項１に記載の気密端子。
【請求項３】
周辺の取付部位と中央の封着部位を有するステムベースと、このステムベースの封着部位にガラスを介して貫通封着したＦｅＮｉ合金材のリードとを具備する気密端子の製造方法において、ＳＵＳ３１０ステンレス材またはＳＵＳ３０９ステンレス材のいずれかから選択した耐熱ステンレス鋼を成形加工により取付部位と封着部位を設けてステムベースを用意する工程、このステムベースの封着部位にガラスタブレットおよびリードを組立治具に配置し組立てる工程、次いで、この組立治具を加熱炉に通して前記ガラスタブレットを加熱溶融させる封着工程を含むことを特徴とする気密端子の製造方法。
【請求項４】
前記ガラスタブレットがソーダバリウムガラス材であり、前記封着工程は９６０℃以上の窒素雰囲気炉で加熱処理することを特徴とする請求項３に記載の気密端子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス対金属封着構造（以下ＧＴＭＳと呼ぶ）の気密端子、特に屋外に設置される電子機器に搭載される気密端子の装着部分を改良した気密端子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＴＭＳ気密端子は、金属ステムベースとリードとが気密封着ガラスを介して絶縁されたものであり、気密封止のパッケージ等で広く利用されている。気密端子は、広い温度範囲で無歪のため安定であり、形状が任意に設計でき、気密の信頼性が大きくガラス表面の絶縁の安定性が良い等の長所を有する。反面、鉄・ニッケル・コバルト合金（いわゆるコバール材）が非常に高価となるほか、特許文献１にあるように封着部の機械的強度が劣る点が短所とされており、これを克服するため使用する封着用ガラスと線膨張係数を調整して使用されている。こうした状況において、特に屋外に設置される電子機器や各種センサーに使用される気密端子の適用分野では、長期におよぶ耐環境性、高信頼性と機械的強度の要求からステンレス鋼材の特徴を活かしてステンレス製ステムベースの気密端子が作製されることがある。特許文献２にはステンレス製ステムベースのガラス封着部に部分Ｎｉめっき層を形成し、コバール材からなるリードを用いた気密端子の製造方法を挙げている。
【特許文献１】特開２００１−２４４３７３号公報
【特許文献２】特開２００８−１２４１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、ＧＴＭＳのステンレス製ステムベースには、専らＳＵＳ３０３系、ＳＵＳ３０４系、およびＳＵＳ３１６系のステンレス鋼が用いられて来た。一般的には、これらのステンレス製ステムベースを使用する場合には、キャップをステムベースの取付部位に溶接するパッケージ化の際、パッケージ内にめっき膜からの溶接ちりや溶飛が抑止できるという長所があるためステムベースの表面にはめっきを施さないことが多い。しかし、本発明の技術分野である屋外に設置される電子機器、例えばガス流量計のセンサーなどに用いられる気密端子の場合は長期の屋外耐久性が求められており、塩水噴霧試験等の環境試験が必須である。前記の従来ステンレス鋼から構成された気密端子を用いて塩水噴霧試験を実施すると、封着ガラスとステムベースとの界面で塩素イオンによる隙間腐食が発生し、早期に気密性を損なう欠点があった。従来は、ステンレス製ステムベースを用いながらも、ガラス封着部に部分Ｎｉメッキを施す等の防食対策が必要であった。それゆえ、気密端子の取付部位で溶接時に発生する溶接ちりの発生を抑止できるが、同時に防食機能を具備した特殊な部分めっき工程を施す必要がありコストアップの要因と成っていた。
【０００４】
本発明の目的は、上記欠点を解消するために提案されたものであり、ステンレス鋼のステムベースを用いた気密端子において、塩水噴霧試験後に発生し易い気密不良を確実に阻止できる新規かつ改良された気密端子およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
具体的には、気密端子を構成するステムベースに耐熱ステンレス鋼を用い、ステムベースに形成した封着部位にガラスを介して、ＦｅＮｉ合金のリード材を貫通し封着する気密端子であって、従来行われていたガラス封着面の防食めっき層を施すことなく、ガラスとのシール面に生ずる隙間腐食を阻止し、かつ良好な気密性確保できるようにした気密端子を提供し、その気密端子の製造方法を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、周辺の取付部位と中央の封着部位を有する耐熱ステンレス鋼のステムベースと前記ステムベースの封着部位にガラスを介して封着した貫通するＦｅＮｉ合金材のリードを具備し、前記リードと前記ステムベースを絶縁した気密端子であって、前記取付部位、封着部位とも耐熱ステンレス鋼を露呈させた気密端子が提供される。この場合、好ましくは、前記耐熱ステンレス鋼はＳＵＳ３１０系またはＳＵＳ３０９系により形成される。
【０００７】
本発明の別の観点によれば、耐熱ステンレス鋼を成形して周辺に取付部位と中央に封着部位を設けたステムベースの成形加工工程と、この耐熱ステンレス製ステムベースをガラスタブレットおよびＦｅＮｉ合金材から成るリードと共に加熱治具に配置する組立工程、および組立てられた加熱治具を加熱炉に通して前記ガラスタブレットを加熱溶融させる封着工程とを含む気密端子の製造方法を開示する。この場合、好ましくは、前記、成形加工工程と組立工程で使用されるステムベースの材質は、ＳＵＳ３１０系またはＳＵＳ３０９系で形成する。また、前記ガラスタブレットはソーダバリウムガラスであり、前記封着工程では９６０℃以上の窒素雰囲気炉で加熱処理することを開示する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による気密端子およびその製造方法は、耐熱ステンレス鋼であるＳＵＳ３１０系またはＳＵＳ３０９系をステムベースに使用し、リードにはＦｅＮｉ合金材が使用される。９６０℃以上のガラス封着工程にて、ＳＵＳ３０３系、ＳＵＳ３０４系、およびＳＵＳ３１６系を使用した従来品に比べると、熱間強度が高く、耐食耐酸化性も著しく増強されるため、封着部位のステムベース・ガラス界面の不導体膜が破壊され難い。さらに不導体膜の再生も比較的容易なため、ガラス封着完了後の界面に不導体膜が自己修復的に形成され、塩水噴霧試験をはじめ屋外で塩害が懸念される過酷な環境下においても、隙間腐食に耐え、それによる気密不良を阻止するものである。この場合、ステムベース、リードともに防食めっきを施すことなく鋼材のみで形成され、気密端子を取付けるパッケージ化の溶接の際にもステンレス鋼材がその表面に露呈しているため溶接時に発生する溶接ちりの発生を防止できる。したがって、作業上でのトラブルや不具合の発生が激減でき、気密精度の確保が図れる等の実用的効果を奏することができる。従来用いられてきたＳＵＳ３０３系、ＳＵＳ３０４系、およびＳＵＳ３１６系のステンレス鋼では、前記ガラス封着作業温度においてステムベースの不導体膜が破壊され、封着部は不導体膜の欠陥を残したままガラス封着が完了されていた。封着後は絶縁ガラスの気密性によって、外界からの酸素供給が遮断されてしまうため不導体膜の再生も困難である。その結果、塩水噴霧試験等の環境試験で塩素イオンによる前記欠陥部分を基点とする隙間腐食を防止することができなかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明による実施の形態は、周辺の取付部位および中央の封着部位を有するステムベースと、このステムベースの封着部位にガラスで封着した貫通するリードとを具備し、前記リードと前記ステムベースを絶縁する気密端子において、前記ステムベースおよび前記リードはステンレス鋼材からなる気密端子である。前記ステムベースおよび前記リードは、好ましくは、材質がＳＵＳ３１０系またはＳＵＳ３０９系の耐熱ステンレス鋼であり、気密端子の金属部分はステンレス材を露呈させ、めっき層を施さないことを特徴とする。取付部位と中央の封着部位を有する耐熱ステンレス製ステムベースとこのステムベースの封着部位に封着ガラスを貫通するＦｅ−５０％Ｎｉ合金材のリードとを具備し、ガラスの介在によりリードをステムベースから絶縁した気密端子である。また、封着に用いるガラス材はソーダバリウムガラスを用いることが好ましい。さらに、耐熱ステンレス製ステムベースはめっき層を施さずに耐熱ステンレス鋼を表面に露呈する状態であるため、気密端子の実装時における溶接作業で生ずる溶接ちりの軽減に役立ち、それによる弊害を回避する。特に、本発明の特徴であるステムベースに耐熱ステンレス鋼を用いることで、ガラス封着の作業温度である９６０℃以上でのステンレス不導体膜の破壊を抑制し、塩水噴霧試験等による塩素イオンがガラス封着界面に食い込んで生ずるトンネル状隙間腐食が阻止され、封着ガラスとの界面での気密不良を改善して高度の気密精度が確保でき、安定した気密端子を提供する。
【００１０】
本発明の別の実施形態によれば、耐熱ステンレス鋼を周辺の取付部位と中央の封着部位を設けたステムベースに成形加工し、ステムベースの封着部位にガラスタブレットおよびリードと共に加熱治具に配置する組立工程、および組立て後加熱治具を加熱炉に通して前記ガラスタブレットを加熱溶融させる封着工程を含む気密端子の製造方法が提案される。この場合に前記ガラスタブレットがソーダバリウムガラス材であり、前記封着工程は９６０℃以上の窒素雰囲気炉で加熱処理することを開示する。本発明の封着工程の作業温度の上限値は、使用されるリード線材および耐熱ステンレス鋼の溶融温度から１３００℃以下に制限され、下限値は使用される封着ガラスの流動性およびステムベースに対する濡れ性から９６０℃以上の温度範囲に限定される。さらに好ましくは作業温度１０４０℃以下、９８０℃以上の温度範囲が選ばれる。かくして、ステムベース材に対してめっき層を施さないため、耐熱ステンレス製ステムベースの取り付け部位に対する溶接による装着作業においては溶接ちりの発生を防止し、同時にガラスとの気密シールでは熱間強度が高く、耐食耐酸化性も著しく増強された自己修復型の不導体膜の存在で隙間腐食を抑制して気密不良の改善が図られる。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明に係る実施例について図面を参照しつつ詳述する。図１は本発明の実施例である気密端子の断面図を示す。この気密端子は耐熱ステンレス鋼からなるステムベース２２と封着ガラス２３を貫通するリード２４とを具備し、ガラス２３を介してリード２４をステムベース２２から絶縁して構成される。耐熱ステンレス製ステムベース２２は周辺の取付部位２５と中央の封着部位３０を有している。耐熱ステンレス鋼の表面への直接の溶接作業は、めっき層の存在する表面への溶接作業に比べて溶接時に飛散する溶接金属屑、いわゆる溶接ちりの発生を抑止することが知られており、気密端子を他部品に取り付ける際、溶接による取り付け作業で溶接ちりの発生を抑制する。一方、封着部位３０の耐熱ステンレス鋼表面には自己修復性のある不導体膜が形成されており、これにより封着ガラス２３との気密性が確保される。すなわち、ＳＵＳ３０９ＳまたはＳＵＳ３１０Ｓの耐熱ステンレス製ステムベースを用いた気密端子であって、ステムベースに従来品のステンレス鋼材であるＳＵＳ３０３系、ＳＵＳ３０４系、およびＳＵＳ３１６系の表面に直接ガラスを溶着した場合に比べ、封着作業温度の９８０℃における表面不導体膜の耐熱性と自己修復性に優れており、封着ガラス界面の気密不良の発生に対して顕著な改善効果が確認される。具体的には、塩水噴霧試験において不導体膜の存在の有無により気密性の良否が明らかにされた。この理由は、ステンレスとガラスの界面に塩素イオンが存在することで、封着作業温度の９８０℃において従来品ステンレス鋼は不導体膜の耐熱性が劣っており、不導体膜が熱破壊された界面部分にスルーホール状の腐食、いわゆる隙間腐食が発生して気密不良を招くことが実験的に明らかにされた。一方、耐熱ステンレス鋼ＳＵＳ３０９ＳおよびＳＵＳ３１０Ｓでは、同塩水噴霧環境下においても隙間腐食の発生は見られず、試験後も良好な気密性を保持できることが分かった。したがって、従来、封着部位３０の周辺に施していた防食めっき層を施さずにステムベースをリードとガラス封着でき、複雑な部分めっき工程を省くことができ、耐熱ステンレス製ステムベースの使用が気密端子に有効であることが判明した。リード２４は、好ましくは、Ｆｅ−５０％Ｎｉ合金材を使用することが有効である。
【００１２】
前記、塩水噴霧試験結果を表１および表２に示す。試験方法は、ステムベースの材質を変えた気密端子を試験片とし、これを３５℃／５％塩水にて８時間噴霧、１６時間休止するサイクルを１０サイクル繰り返した後、試験片を取り出し、Ｈｅリーク試験を実施した。次いで、各試験片を切断してガラスを取り外し、ステムベース・ガラス封着部の界面状態を実体顕微鏡２０倍に拡大し目視評価した。
【表１】
2010135615.tif 000003
【表２】
2010135615.tif 000004
【００１３】
本発明に係る図１に示す気密端子は、図２のブロックダイヤグラムに示す工程を経て製作される。すなわち、気密端子の製造においては、耐熱ステンレス鋼３２の板金成形加工により周辺に取付部位と中央に封着部位を有するステムベースが調製され、この耐熱ステンレス製ステムベースに対して、次いで、耐熱ステンレス製ステムベースと共にガラスタブレット３４とリード用線材３６とを加熱治具に配置して中空の封着部位にリード用線材が挿通されたガラスタブレットを位置決め配置する組立工程ａ、および加熱治具を加熱炉に通してガラスタブレットを溶融させ封着部位にガラス封着して耐熱ステンレス製ステムベースとリードとをガラス介在により絶縁する封着工程ｂを含む。
【００１４】
耐熱ステンレス製ステムベースは、図示しないが加熱用治具にガラスタブレット３４およびＦｅＮｉ合金からなるリード用線材３６と共に所定位置に配置する組立工程ａがあり、次の封着工程ｂで加熱用治具の所定位置に配置されたこれら３点の部品が、９８０℃の窒素雰囲気炉で加熱され、ガラスタブレット３４が溶融する。その結果、耐熱ステンレス製ステムベースの封着部位３０と溶着して気密封着された気密端子が完成する。
【００１５】
以上、説明の通り、本発明の工程は図４に示す従来工法と異なり、防食を目的とした部分めっき工程や部分めっきのためのマスキング工程も必要としないため大幅に工数の短縮ができ、かつ歩留の改善効果も大きくトータルコストの削減を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例を示す気密端子の主要部分の断面図である。
【図２】図１に示す気密端子の製造方法における主要工程のブロックダイヤグラムである。
【図３】従来の気密端子の主要部分の断面図である。
【図４】従来の気密端子の製造方法における主要工程のブロックダイヤグラムである。
【符号の説明】
【００１７】
２２…ステムベース（ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ）、
２３…ソーダバリウムガラス、    ２４…リード（Ｆｅ−５０％Ｎｉ合金材）、
２５…取付部位、    ３０…封着部位、    ３２…耐熱ステンレス鋼、
３４…ガラスタブレット、    ３６…リード用線材、
ａ…組立工程、    ｂ…封着工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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