(57)【要約】【課題】気泡を含むシールガラスを用いて気密容器を封着する場合に、当該気泡の潰れによるリーク不良が生じないようにすること。【解決手段】ガラス製の前面板と背面板と側面板からなる箱型の気密容器は、各ガラス板を封着するシールガラス中に、直径が５０〜２００μｍのビーズが混入されている。シールガラス中に最大外径２００μｍ程度の気泡が含まれているような場合であっても、ガラス板同士の間隔はシールガラス中のビーズによって決まり、概ね５０〜２００μｍ程度となるので、前記サイズの気泡は潰されても高々３００μｍ程度のサイズまでにしか成長せず、一般的な気密容器の封着部のガラス板の厚さを考慮するとリーク不良の発生確率は著しく低下する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面板と背面板で側面板を挟みシールガラスで気密に封止してなる箱型の気密容器において、
前記封着ガラスの中に直径が５０〜２００μｍのビーズを混入したことを特徴とする気密容器。
【請求項２】
前記シールガラスは、フリットガラスと、前記ビーズよりも小さい直径の低膨張セラミックス粒子を含むことを特徴とする請求項１記載の気密容器。
【請求項３】
前記ビーズは、前記シールガラスの封止温度で溶融せずかつ前記シールガラスと実質的に同等の熱膨張係数を有する材料からなり、前記シールガラスに対する添加量が重量比で０．０５〜５％であることを特徴とする請求項１または２記載の気密容器。
【請求項４】
前記シールガラスが、直径が２００μｍを上限とする気泡を含むことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の気密容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前面板と背面板の間に側面板を挟み、これらをシールガラスで気密に封止して構成した箱型の気密容器に係り、特にシールガラスが含む気泡による気密不良を改善するためにシールガラスに所定の条件でビーズを添加した気密容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示素子等を含む各種の電子素子類において、表示部を含む電極類や内部構造を収納するための外囲器として、ガラス基板を組み合わせてなる箱型の気密容器が用いらる場合がある。
【０００３】
例えば、図３は、このような気密容器を有する電子素子の一例である蛍光表示管の構造の一例を示す断面図である。この蛍光表示管の気密容器１０は、ガラスからなる透光性の前面板１と、ガラスからなる背面板２と、矩形の四枚のガラス板を予めシールガラス１１で枠状に組み合わせた側面板３とからなり、所定間隔をおいて平行に配置した前面板１と背面板２の各内面外周部の間に前記側面板３を挟み、シールガラス１１で箱型となるように一体に封着したものである。
【０００４】
背面板２の内面には、陽極導体１２とその上に設けられた蛍光体層１３からなる陽極１４が形成され、気密容器１０内において陽極１４の上方には制御電極１５と電子源であるフィラメント状の陰極１６が設けられている。駆動時には、陰極１６から放出された電子は、制御電極１５による制御を経て陽極１４に射突し、蛍光体層１３を発光させる。この発光は、透光性の前面板１を介して外部から視認することができる。
【０００５】
なお、接続部分の詳細は示さないが、気密容器１０内の電極類等は、気密容器１０の封着部分を気密に貫通する金属製のリード１７に接続され、気密容器１０の外に電気的に導出される。図３では、背面板２の内面に形成された陽極導体１２に接続される図示しない陽極配線等に、封着部を気密に貫通したリード１７の内端部が接続されている。
【０００６】
また、下記特許文献１には、このような気密容器においてガラス板とガラス板の間のシール部分に一種のスペーサ部材として直径が３００μｍ程の大径のビーズを配置することにより、シール材の厚さを一定に保持する発明が開示されている。
【特許文献１】特開平２−１０６８５６号公報
【０００７】
さて、前記気密容器に用いられるシールガラスは、一般に低融点フリットガラス、低膨張セラミックス（チタン酸鉛、ジルコン、コージェライト、シリカ、β−ユークリプタイト等）及び着色顔料を主原料として構成され、塗布時の便宜のためにペースト化されている。このシールガラスが含む低融点フリットガラスは、軟化点が３５０〜４５０℃であり、気密容器の組立においては４５０〜５００℃程度の温度に加熱される。
【０００８】
側面板は、あらかじめ４枚の短冊状の基板を前記シールガラスの塗布・焼成により枠状に固定して形成しておく。そして、前面板と背面板の各内面の外周部にペースト化されたシールガラスをスクリーン印刷法により適当な厚さで印刷し、枠状の側面板を両側から挟んで箱型に組立てる。これを、適当な力で押さえて固定しつつ、前述したように４５０〜５００℃程度の温度で焼成し、前面板及び背面板と側面板との間のシールガラスの膜厚がおよそ２５０〜３５０μｍとなるように製造管理して箱型の気密容器が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者等が研究によって得た知見によれば、一般的に前記シールガラスは気泡を含んでおり、又は潜在的に気体を含んでいて気密容器の製造時の加熱によって気泡を発生させることがあるが、これら気泡は通常直径が２００μｍ以下のものである。
【００１０】
図４（ａ）に示すように、前記気密容器の製造においては、まず前面板１の内面側の外周部にシールガラス１１を適当な厚さで塗布し、予め枠状に組み立てた側面板３の上端面を当接させ、全体として箱型に組み立てる。そして、図４（ｂ）に示すように、前面板１と側面板３の間に力を加えて両板１，２を圧着させ、この状態で加熱封止する。この加圧・加熱を伴う封止工程において、同図（ａ）に示すようにシールガラス１１中に含まれていた気泡２０（又はシールガラス中に発生した気泡）は同図（ｂ）に示すように潰されて広がった気泡２１となり、元の気泡よりもガラス板の圧着面に対する投影面積が拡大し、気密容器１０の内外を連通させて気密性を無くしてしまうか、直ちに連通させないまでも気密信頼性を大幅に低下させる原因となってしまう。
【００１１】
加圧・加熱を伴う上記封止工程において、シールガラス１１が含む低膨張セラミックスの粒径は平均１０μｍ、最大で３０〜４０μｍであるから、封止部分におけるシールガラス１１の厚さ（シール厚）は低膨張セラミックスの最大径よりは小さくならないはずであるが、実際にはガラス板同士が当接する各面は完全な平面ではなく、そげや凹凸があるので、前記シール厚は２０〜８０μｍ程度にまで潰され、その結果、直径２００μｍの気泡は気密容器１０の内外を連通させる程度にまで広い面積に潰されてリーク不良の原因となってしまうのである。
【００１２】
特に、気密容器の前面板１と側面板３とのシール部分を、気密容器１０の内外を電気的に連絡するリード１７が貫通していない構造の場合には、当該シール部分におけるシール厚は、封着温度及び封着時にガラス板材を組み合わせて仮固定する際のクリップ圧力とによって決定されると考えられる。
【００１３】
例えば、クリップ圧を高くすると、シール厚は、シールガラス１１に含まれる低膨張セラミックスの粒径サイズまで薄く潰されてれてしまい、リークを生じる原因となる。逆に、気泡の潰れによるリーク不良を防ぐためにクリップ圧を低く設定すると、図５に示すように背面板２と側面板３のシール部分を気密容器１０の内外を電気的に連絡するリード１７が貫通している構造の場合には、そのリード１７の気密容器１０内の先端部は、電極との安定した接触を得るために屈曲されてばね性を付与されているため、そのばね性により、十分にクランプされていない側面板３は傾いてしまい、予め枠状に固定された側面板３の４隅の融着部分にリークが発生してしまうことがある。
【００１４】
本発明は、以上説明した本発明者が見出した新たな技術上の課題を解決せんとするものであり、ガラス板を組み合わせてシールガラスで封着してなる気密容器において、シールガラス中に最大外径２００μｍ程度の気泡が含まれているような条件下であっても、シールガラス中の気泡の潰れによるリーク不良が封着部分に生じることがなく、シールガラスによるシール機能が封着部分で最大限に発揮されるようにするために最適なガラス板相互の間隔を容易に設定できる技術的手段を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載された気密容器は、前面板と背面板で側面板を挟みシールガラスで気密に封止してなる箱型の気密容器において、前記封着ガラスの中に直径が５０〜２００μｍのビーズを混入したことを特徴としている。
【００１６】
請求項２に記載された気密容器は、請求項１記載の気密容器において、前記シールガラスは、フリットガラスと、前記ビーズよりも小さい直径の低膨張セラミックス粒子を含むことを特徴としている。
【００１７】
請求項３に記載された気密容器は、請求項１または２記載の気密容器において、前記ビーズは、前記シールガラスの封止温度で溶融せずかつ前記シールガラスと実質的に同等の熱膨張係数を有する材料からなり、前記シールガラスに対する添加量が重量比で０．０５〜５％であることを特徴としている。
【００１８】
請求項４に記載された気密容器は、請求項１又は２又は３記載の気密容器において、前記シールガラスが、直径が２００μｍを上限とする気泡を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１又は４に記載された本願発明の気密容器によれば、ガラス板を箱型に組み合わせてシールガラスで封着した気密容器において、当該シールガラス中に最大外径２００μｍ程度の気泡が含まれているような場合であっても、ガラス板同士の間隔はシールガラス中のビーズによって決まり、概ね５０〜２００μｍ程度となるので、前記サイズの気泡は潰されても高々３００μｍ程度のサイズまでにしか成長せず、一般的な気密容器の封着部のガラス板の厚さを考慮するとリーク不良の発生確率は著しく低下する。実際、前記外径のビーズを添加して作成した気密容器では、気泡によるリーク発生の不良率はビーズを添加しない場合に比べて１／１０以下となった。
【００２０】
請求項２に記載された気密容器によれば、請求項１記載の気密容器において、前記シールガラスはフリットガラスと低膨張セラミックス粒子を含んでいるが、前記ビーズの外径は低膨張セラミックス粒子よりも大きいので、シールガラス中に含まれる気泡の封着における潰れがリーク不良を発生しない程度に防止される。
【００２１】
請求項３に記載された気密容器によれば、請求項１または２記載の気密容器において、前記ビーズは封着時に溶融せず、固化後に熱膨張率の違いによりシールガラスにクラックを生じさせるおそれもない。また、ビーズのシールガラスに対する添加量が重量比で０．０５％以上であるので封着部にビーズが最小限必要な密度以上にて存在することができ、シール厚が一定する。また前記添加量が重量比で５％以下であるため、封着時にシールガラスの流動性を阻害することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態を図１及び図２を参照して説明する。
本例は、前面板１と背面板２の間に側面板３を挟み、これらをシールガラス５で気密に封止して構成した箱型の気密容器６に関するものであって、表示素子等を含む各種の電子素子類において電極類や内部構造を収納するための外囲器として広く利用可能なものである。従って、シールガラス５を用いてガラス板材を箱型に組み立てた気密容器６自体の基本構造は、図３に示し又は特許文献１を参照して説明したものと実質的に同様であるので詳細な説明はこれらを援用して省略するものとする。
【００２３】
そして、本例の気密容器６は、特にシールガラス５が含む気泡による気密不良を改善するためにシールガラス５に所定の条件でビーズ７を添加してガラス板材間の間隔に所定範囲で制限を与え、シールガラス５中に存在する気泡の潰れが不都合を生じないように制御したことを特徴とするものである。
【００２４】
(1) シールガラス５について
本例の気密容器６の製造においてガラス板の封着に使用するシールガラス５は、フリットガラスと低膨張セラミックス粒子（チタン酸鉛、ジルコン、コージェライト、シリカ、β−ユークリプタイト等）及び着色顔料を主原料として構成され、塗布時の便宜のためにペースト化されている。このシールガラス５が含む低融点フリットガラスは、軟化点が３５０〜４５０℃であり、気密容器６の組立においては４５０〜５００℃程度の温度に加熱される。
【００２５】
前記低膨張セラミックス粒子は平均粒径が１０μｍであり、最大粒径が概ね３０〜４０μｍの範囲にあり、さらにこのシールガラス５は、直径が２００μｍを上限とする気泡２０を含んでいるものとする。
【００２６】
一般的に、封着に用いられるシールガラスにはなるべく気泡が含まれないことが望ましいことはもちろんであるが、その大きさ（直径）が２００μｍ以下であれば通常の気密容器の封着部分においてはリークの問題は生じないというのが本発明者の経験に基づく知見である。従って、本例で使用されるシールガラス５もそのままであれば気泡２０によるリークの問題は生じないはずであるが、気密容器６の封着部分で潰された場合には気泡２０は薄く長く変形して封着部にリークの問題を生じてしまう可能性がある。
【００２７】
(2) ビーズ７の必要性について
そこで、封着部におけるガラス板同士の間隔を一定以上として気泡の潰れを有害にならない程度に規制するとともに（潰れ防止）、ガラス板同士の間隔を一定以下として間隔が開き過ぎることによるシール不良を防止するため、この目的に適合したサイズ範囲のビーズ７をシールガラス５に添加するものとした。
【００２８】
図１は、本例の気密容器６の部分拡大断面図であって、前面板１の内面外周部と側面板３の上端面との間に設けられたシールガラス５による封着部分を示すものである。このシールガラス５にはビーズ７が含まれており、このビーズ７の外径によって前面板１と側面板３の間隔がビーズ７の外径と略同一となるように制御されている。そして、このビーズ７の外径は以下に詳述するように５０μｍ〜２００μｍの範囲であるので、シールガラス５に潜在的に含まれる気泡２０の最大径が２００μｍであっても、これを潰して封着部にリーク不良を生じせしめる恐れがない。
【００２９】
(3) ビーズ７の大きさについて
前記ビーズ７の大きさは、シールガラス５が含む低膨張セラミックス粒子よりも大きいものとした。低膨張セラミックス粒子と同程度では、シールガラス５が含む気泡２０の潰れ防止には役立たないからである。本例のシールガラス５の低膨張セラミックス粒子は、前述したように平均粒径が１０μｍであり、最大粒径が概ね３０〜４０μｍの範囲にあるから、本例のビーズ７の粒径の下限は５０μｍ以上であることが必要である。
【００３０】
次に、ペースト状のシールガラス５を前面板１の内面周囲に塗布する際には、通常印刷法が用いられるが、本方法ではシールガラス５の厚さを高々２００μｍ程度にしか形成できない。従って、前記ビーズ７が外径２００μｍ以上であると、封着時に例えば前面板１と側面板３をクリップで加圧して仮固定した場合、ガラス板間の隙間にシールガラス５が廻らない部分が生じてしまい、封着部分に耐圧不足やリークが発生するという問題が生じる。従って、本例のビーズ７の粒径の上限は２００μｍ以下であることが必要である。
【００３１】
以上により、本例のような目的でシールガラス５に混入するビーズ７の粒径の範囲は、５０μｍ〜２００μｍであることが必要である。
【００３２】
なお、シールガラス５が含む低膨張セラミックス粒子の粒径をもう少し大きくすれば、ビーズ７の代用になるので、そもそもビーズ７が不要になるのではないかという考えもありうるが、本発明者が検討したところ、シールガラス５が含む低膨張セラミックス粒子の粒径は５０μｍ以上にはできないことが判明した。低膨張セラミックス粒子の粒径を５０μｍ以上にすると、シールガラス５は場所ごとに熱膨張率が異なり、すなわち熱膨張率についてむらが生じ、全体として熱膨張率を均一にすることができなくなるからである。
【００３３】
(4) ビーズ７の材質及び添加量
前記ビーズ７は、前記シールガラス５の封止温度で溶融せずかつ前記シールガラス５と実質的に同等の熱膨張係数を有する材料からなることが好ましい。そのために利用可能な材質としては、ソーダガラス、セラミックス、あるいは他の高融点ガラスがある。
【００３４】
前記シールガラス５に対するビーズ７の添加量は、ビーズ７の粒度やビーズ７の組成（比重）によって異なるが、例えば外径１００μｍのガラスビーズ７の場合、０．１〜３重量％程度が好ましい。０．１重量％以下の場合、封着部分に存在するビーズ７の量が少なすぎ、又は存在してもガラス端面の削げに落ち込んで間隔制御の機能が発揮できず、ガラス板の間隔を所期の値に制御できなくなってシール厚がばらつく要因となる場合がある。また、３重量％以上の場合、ガラスの流動性の低下が発生し、溶融したシールガラス５が移動しにくく、封着部にリーク不良が発生する可能性がある。
【００３５】
但し、比重の大きいビーズ７であれば添加量・粒度が同じ場合には粒子としての実数は少なくなるので、封着時のシールガラス５の流動性の問題は小さくなり、従ってその場合には添加量は５％まで可能である。
【００３６】
但し、比重の小さいビーズ７であれば添加量・粒度が同じ場合には粒子としての実数は多くなるので、封着時のシールガラス５の流動性の問題は大きくなり、従ってその場合には添加量は０．０５％までとするのが好ましい。
【００３７】
図２は、シールガラス５に対するビーズ７の添加量（重量％）と、各添加量のビーズ７を含む所定重量のシールガラス５が４８０℃で示す流動径（流体状となったシールガラス５の外径）の相対値との関係を示すグラフである。ビーズ７を含まない場合（横軸の値が０の場合）における流動径を１００％とすると、シールガラス５はビーズ７をより多く含むほど流動性が悪くなり、流動径が小さくなっていく。ビーズ７の添加量がシールガラス５に対する重量比で５％となると、流動径は９０％まで低下するが、実用上、これがビーズ７の添加による流動性の低下の許容範囲である。
【００３８】
以上により、本例のような目的でシールガラス５に混入するビーズ７の添加量は、シールガラス５に対する重量比で０．０５〜５％の範囲であることが必要であり、さらに一定の条件下において０．１〜３％の範囲であればより好ましい結果が得られる。
【００３９】
(5) 適用位置
本例のビーズ７入りのシールガラス５によるリーク防止構造は、金属製のリード１７等が気密に貫通している封着部分に適用することは好ましくない。リード１７の存在する封着部分に本例のようなビーズ７入りのシールガラス５を適用すると、リード１７に接続すべき導体と当該リード１７との間にビーズ７が介在してしまうと、接触不良の問題が生じてしまうからである。従って、本例のような構造のビーズ７入りシールガラス５によるリーク防止構造は、リード（外部接続端子）１７の貫通しない封着部分のみに適用して効果を得ることが好ましい。
【００４０】
(6) 効果
平均粒径１００μｍのガラスビーズ７を０．５％添加したシールガラス５を用いた本例の気密容器６において、封着部分における外径０．２ｍｍ以上の気泡２０の発生率は、ビーズ７を含まない従来のシールガラス５を用いた気密容器６の場合の同発生率の１／１０以下に低減し、高い信頼性の気密容器が提供可能となる。
【００４１】
封着部分におけるシールガラス５の厚さはビーズ７の外径によって制御されるため、所期の一定の厚さに精密に制御可能であり、封着応力の集中による歪が原因となるクラック等の発生も緩和できる。
【００４２】
封着時にガラス板同士を固定する圧力（クリップ圧）を高く設定することが可能となり、側面板３の傾きによるリークやリードの接触不良の発生が低減する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る気密容器の部分拡大断面図である。
【図２】シールガラスに対するビーズの添加量（重量％）と、各添加量のビーズを含む所定重量のシールガラスが４８０℃で示す流動径（流体状となったシールガラスの外径）の相対値との関係を示すグラフである。
【図３】気密容器の構造の一例を示す断面図である。
【図４】従来の気密容器における課題を示す部分拡大断面図である。
【図５】従来の気密容器における課題を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…前面板
２…背面板
３…側面板
５…シールガラス
６…気密容器
７…ビーズ
１７…リード
２０…気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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