(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能素子を搭載するためのハーメチックシール端子であって、
所定の肉厚を有する金属製の筒状部材と、
該金属製の筒状部材の内側に充填され、前記機能素子の搭載面を形成する絶縁性の充填部材と、
該充填部材を貫通して延在し前記機能素子に導通される導電性のリードと、を備え、
前記金属製筒状部材の端部における前記搭載面側の一端に、易変形部が形成されていることを特徴とするハーメチックシール端子。
【請求項２】
前記易変形部は、前記金属製筒状部材の他端側からの加圧時に面圧が前記所定の肉厚のままよりも増加し得る形状を有することを特徴とする請求項１に記載のハーメチックシール端子。
【請求項３】
前記易変形部は、変形後も前記金属製筒状部材の外径を超えないように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のハーメチックシール端子。
【請求項４】
機能素子を搭載するためのハーメチックシール端子の製造方法であって、
所定の肉厚を有する金属製の筒状部材の一端に易変形部を形成し、
該金属製筒状部材の易変形部を治具に当接させると共に、該金属製筒状部材の内側に、絶縁性の充填部材と該充填部材を貫通して延在する導電性のリードとを配置し、
前記金属製筒状部材を他端側から加圧しつつ、前記充填部材を加熱して溶融させ、
その後、冷却して固化させる、
工程を備えることを特徴とするハーメチックシール端子の製造方法。
【請求項５】
機能素子を搭載するためのハーメチックシール端子の製造方法であって、
所定の肉厚を有する金属製の筒状部材の一端に易変形部を形成し、
該金属製筒状部材の易変形部を治具に当接させると共に、該金属製筒状部材の内側に、導電性のリードを配置し、
前記金属製筒状部材を他端側から加圧しつつ、該金属製筒状部材の内側に溶融状態にある絶縁性の充填部材を充填し、
その後、冷却して固化させる、
工程を備えることを特徴とするハーメチックシール端子の製造方法。
【請求項６】
前記易変形部は、前記金属製筒状部材の他端側からの加圧時に面圧が前記所定の肉厚のままよりも増加し得る形状を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のハーメチックシール端子の製造方法。
【請求項７】
前記易変形部は、変形後も前記金属製筒状部材の外径を超えないように形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のハーメチックシール端子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハーメチックシール端子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧力、荷重、加速度又は角速度などの物理量を電気信号に変換する機能素子は、ハーメチックシール端子に搭載されて用いられる。かかるハーメチックシール端子は、金属製の筒状部材、該筒状部材の内側に充填される絶縁性の充填部材、及び該充填部材を貫通して軸方向に延在する導電性のリードを備えている。機能素子は、充填部材の一方の表面に搭載され、例えば、ボンディング・ワイヤを介してリードと電気的に接続されている。そして、このハーメチックシール端子は、通常、圧力、荷重、加速度又は角速度センサなどを構成すべくハウジングの収容部に収容されて用いられ、機能素子からの電気信号がリードを介してハウジング外に取り出されるようにされている。
【０００３】
このような各種センサは、計測部への搭載要件から超小型であることが要求されており、いきおいその内部のハーメチックシール端子も超小型であることが要求されている。かかる要求を満たすために充填部材としてガラスが用いられ、製造工程の簡素化と寸法精度の確保のために、金属製の筒状部材内に溶融したガラスを流し込むことが提案された。
【０００４】
ところが、この方法では、製造時の充填工程において溶融したガラスが金属製の筒状部材の外側に漏れてはみ出すことがあり、このはみ出して固化したガラスを除去するのは容易ではなく、結果的に、歩留まりが悪いものであった。そこで、このようなガラスの漏れ出しを防ぐことができるハーメチックシール端子を用いた圧力センサ及びその製造方法が、特許文献１に開示されている。
【０００５】
この特許文献１に開示されたハーメチックシール端子にあっては、金属製の筒状部材と、この筒状部材の内側に設置され、導電性を有さない材料からなる位置決め用ガラスと、該位置決め用ガラスと重なるようにして筒状部材の内側に設置され、位置決め用ガラスよりも低い温度で軟化しかつ導電性を有さない材料からなるハーメチックシール用ガラスと、位置決め用ガラス及びハーメチックシール用ガラスを貫通する金属製の電極ピンとを備えている。
【０００６】
そして、その製造方法にあっては、金属製の筒状部材の内側に、電極ピンを通すための貫通孔が設けられかつ導電性を有さない材料からなる位置決め用ガラスを嵌め込み、金属製の筒状部材の内側に、該位置決め用ガラスと重なるようにして、電極ピンを通すための貫通孔が設けられ、位置決め用ガラスよりも低い温度で軟化しかつ導電性を有さない材料からなるハーメチックシール用ガラスを嵌め込み、位置決め用ガラスの貫通孔及びハーメチックシール用ガラスの貫通孔のそれぞれに金属製の電極ピンを通した状態で、ハーメチックシール用ガラスのみが軟化する温度で加熱し、そして、この軟化したハーメチックシール用ガラスを、各貫通孔と電極ピンとの隙間、及び位置決め用ガラスと筒状部材との隙間に充填させてから冷却して固まらせるようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−４１８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この特許文献１に開示されたハーメチックシール端子及びその製造方法においては、それぞれ貫通孔が設けられた位置決め用ガラス及びハーメチックシール用ガラスを重ねて用いていることから、それらの筒状部材への嵌め込み工程における貫通孔の位置合わせに余分な工数を要する。また、軟化（又は流動）状態のハーメチックシール用ガラスが金属製筒状部材の外側に漏れ出すのを防止するのに、位置決め用ガラスとは軟化点（又は流動点）の異なるハーメチックシール用ガラスを重ねて用いていることから、その加熱工程でハーメチックシール用ガラスのみが軟化するように加熱するためには、その温度管理が複雑であり、製造が容易ではないという問題を有している。
【０００９】
本発明の課題は、かかる事情に鑑み、簡易な構成で製造工程におけるハーメチックシール用ガラスの漏れ出しを防止することができるハーメチックシール端子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明に係るハーメチックシール端子の一形態は、機能素子を搭載するためのハーメチックシール端子であって、所定の肉厚を有する金属製の筒状部材と、該金属製の筒状部材の内側に充填され、前記機能素子の搭載面を形成する絶縁性の充填部材と、該充填部材を貫通して延在し前記機能素子に導通される導電性のリードと、を備え、前記金属製筒状部材の端部における前記搭載面側の一端に、易変形部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
上記のハーメチックシール端子の一形態においては、その製造工程において、所定の肉厚を有する金属製筒状部材の端部における搭載面側の一端に形成されている易変形部が治具に当接され、他端側から加圧されると、易変形部が容易に変形して治具に対してなじみ、シール性が向上される。したがって、金属製筒状部材の内側に充填された絶縁性の充填部材が溶融状態にあっても、簡易な構成でかかる充填部材の漏れ出しを防止することができる。
【００１２】
さらに、上記課題を解決するための本発明に係るハーメチックシール端子の製造方法の一形態は、機能素子を搭載するためのハーメチックシール端子の製造方法であって、所定の肉厚を有する金属製の筒状部材の一端に易変形部を形成し、該金属製筒状部材の易変形部を治具に当接させると共に、該金属製筒状部材の内側に、絶縁性の充填部材と該充填部材を貫通して延在する導電性のリードとを配置し、前記金属製筒状部材を他端側から加圧しつつ、前記充填部材を加熱して溶融させ、その後、冷却して固化させる、工程を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記のハーメチックシール端子の製造方法の一形態によれば、所定の肉厚を有する金属製筒状部材の端部における搭載面側の一端に形成されている易変形部が治具に当接され、該金属製筒状部材の内側に、絶縁性の充填部材と該充填部材を貫通して延在する導電性のリードとが配置される。そして、金属製筒状部材が他端側から加圧されつつ、充填部材が加熱されて溶融される。このとき、金属製筒状部材が他端側から加圧されると、易変形部が容易に変形して治具に対してなじみ、シール性が向上されるので、金属製筒状部材の内側に充填された絶縁性の充填部材が溶融状態にあっても、かかる充填部材の漏れ出しが防止される。
【００１４】
また、上記課題を解決するための本発明に係るハーメチックシール端子の製造方法の他の形態は、機能素子を搭載するためのハーメチックシール端子の製造方法であって、所定の肉厚を有する金属製の筒状部材の一端に易変形部を形成し、該金属製筒状部材の易変形部を治具に当接させると共に、該金属製筒状部材の内側に、導電性のリードを配置し、前記金属製筒状部材を他端側から加圧しつつ、該金属製筒状部材の内側に溶融状態にある絶縁性の充填部材を充填し、その後、冷却して固化させる、工程を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記のハーメチックシール端子の製造方法の他の形態によれば、所定の肉厚を有する金属製筒状部材の端部における搭載面側の一端に形成されている易変形部が治具に当接され、該金属製筒状部材の内側に、導電性のリードが配置される。そして、金属製筒状部材が他端側から加圧されつつ、該金属製筒状部材の内側に溶融状態にある絶縁性の充填部材が充填される。このとき、金属製筒状部材が他端側から加圧されると、易変形部が容易に変形して治具に対してなじみ、シール性が向上されるので、金属製筒状部材の内側に溶融状態にある絶縁性の充填部材が充填されても、かかる充填部材の漏れ出しが防止される。
【００１６】
ここで、前記易変形部は、前記金属製筒状部材の他端側からの加圧時に面圧が前記所定の肉厚のままよりも増加し得る形状を有することが好ましい。
【００１７】
この形態によれば、易変形部は金属製筒状部材の他端側からの加圧時に面圧が所定の肉厚のままよりも増加し得る形状を有しているので、より高いシール性をもたらすことができ、充填部材の漏れ出しを確実に防止することができる。
【００１８】
また、前記易変形部は、変形後も前記金属製筒状部材の外径を超えないように形成されていることが好ましい。
【００１９】
この形態によれば、易変形部が変形後も金属製筒状部材の外径を超えないように形成されているので、金属製筒状部材の外径寸法が変わらず、歩留まりの良いハーメチックシール端子を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡易な構成で製造工程におけるハーメチックシール用ガラスの漏れ出しを防止することができるハーメチックシール端子及びその製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係るハーメチックシール端子１０の実施の形態を示す斜視図、図２は断面図である。図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るハーメチックシール端子１０は、金属製の筒状部材１０１と、絶縁性の充填部材としてのガラス１０３と、導電性のリードとしての電極ピン１０５とで構成されている。そして、金属製の筒状部材１０１は所定の肉厚を有し、その一端に、後述する易変形部１０１Ａが形成されている。また、金属製の筒状部材１０１の内側に充填されたガラス１０３の一端面は、後述する機能素子用の搭載面１０３Ａを形成している。なお、図１及び図２に示された易変形部１０１Ａは、後述するハーメチックシール端子１０の製造工程において、変形された後の状態であり、厳密に形状を表してはいない。
【００２３】
ここで、図３を参照して、金属製の筒状部材１０１の一端側に形成される易変形部１０１Ａの諸形態について、まず説明しておくこととする。図３（Ａ）は、易変形部１０１Ａの第１の実施例であって、所定の肉厚を有する金属製の筒状部材１０１の当該肉厚を底辺とする断面二等辺三角形状に形成された易変形部１０１Ａaを示している。また、図３（Ｂ）は、易変形部１０１Ａの第２の実施例であって、所定の肉厚を有する金属製の筒状部材１０１の当該肉厚を底辺とする断面直角三角形状に形成された易変形部１０１Ａbを示している。但し、この直角三角形は、斜面が筒状部材１０１の外径側に存するように、換言すると、頂点が筒状部材１０１の内径側に存するように形成されている。さらに、図３（Ｃ）は、易変形部１０１Ａの第３の実施例であって、所定の肉厚を有する金属製の筒状部材１０１の当該肉厚の中間を中心として、肉厚よりも薄い断面矩形状に形成された易変形部１０１Ａcを示している。
【００２４】
これらの易変形部１０１Ａa、１０１Ａb及び１０１Ａcはいずれも、金属製筒状部材１０１の所定の肉厚よりも全体として薄く形成されており、後述するように、金属製筒状部材１０１の他端側から冶具に向けて加圧される時には、その当接部位での面圧が所定の肉厚のままよりも増加する。かくて、その当接部位でより高いシール性をもたらすことができるのである。また、これらの易変形部１０１Ａa、１０１Ａb及び１０１Ａcはいずれも、それらの変形後も金属製筒状部材１０１の外径を超えないように形成されている。
【００２５】
ここで、本実施の形態に係るハーメチックシール端子１０の製造方法の第１の形態について、図４を参照しながら説明する。図４（Ａ）に示すように、有底筒状の冶具１００の底部に形成された位置決め用穴１００Ａに電極ピン１０５を嵌め込み、そして、ハーメチックシール用のガラス１０３を、それに予め形成されている貫通孔１０３bに電極ピン１０５を通しつつ冶具１００内に挿置した後、金属製筒状部材１０１をガラス１０３及び冶具１００の内壁の間に、その易変形部１０１Ａが有底筒状の冶具１００の底部に当接するように嵌め込む。
【００２６】
その後、図４（Ｂ）に示すように、金属製筒状部材１０１、ガラス１０３及び電極ピン１０５がセットされた有底筒状の冶具１００を炉内に設置し、金属製筒状部材１０１を筒状の加圧冶具１１０を介してその他端側から加圧しつつ、ハーメチックシール用のガラス１０３が溶融（または流動）するまで加熱する。加熱されたハーメチックシール用のガラス１０３は、その熱膨張率に応じて膨張するとともに溶融し、さらに高温に加熱することによって流動化する。このとき、溶融（または流動化）したハーメチックシール用のガラス１０３が、電極ピン１０５と金属製筒状部材１０１との隙間等に十分回り込むまで、加熱温度及び時間は調整される。なお、図４（Ｂ）に示すように、この溶融したガラス１０３の回り込みを促進するために、溶融したガラス１０３を加圧するようにしてもよい。
【００２７】
その後、加熱処理を中止し、溶融したハーメチックシール用のガラス１０３を冷却して再び固まらせる。この冷却工程により、膨張していたハーメチックシール用のガラス１０３が収縮して、電極ピン１０５と貫通孔１０３bとの隙間及びガラス１０３と金属製筒状部材１０１との隙間を完全にハーメチックシールし、ハーメチックシール端子１０が完成する。
【００２８】
ここで、上述のハーメチックシール端子１０の製造方法での金属製筒状部材１０１の加圧工程における易変形部１０１Ａの変形挙動について説明する。上述の第１ないし第３の実施例における易変形部１０１Ａは、それぞれ、図５（Ａ）ないし図５（Ｃ）に示すように変形する。すなわち、図５（Ａ）ないし図５（Ｃ）の上側に加圧前の状態、下側に加圧後の状態を示すように、断面二等辺三角形状に形成された易変形部１０１Ａaは、図５（Ａ）の下側に示すように、断面正台形状に変形し、断面直角三角形状に形成された易変形部１０１Ａbは、図５（Ｂ）の下側に示すように、断面台形状に変形し、断面矩形状に形成された易変形部１０１Ａcは、図５（Ｃ）の下側に示すように、長短比が小さくなった断面矩形状に変形する。この結果、金属製筒状部材１０１がその他端側から冶具に向けて加圧される時には、その易変形部１０１Ａと有底筒状の冶具１００の底部との当接部位での面圧が増加する。したがって、この当接部位でより高いシール性がもたらされ、溶融したハーメチックシール用のガラス１０３の漏れ出しが防止される。また、易変形部１０１Ａはそれらの変形後も金属製筒状部材１０１の外径を超えないように形成されているので、金属製筒状部材１０１の外径寸法が変わらず、歩留まりの良いハーメチックシール端子１０を得ることができる。
【００２９】
上述のようにして形成されたハーメチックシール端子１０に対しては、機能素子としてのセンサチップ１１０が搭載され、所望のセンサを構成すべく、所定のハウジングの収容部に収容されて用いられることになる。
【００３０】
そこで、本発明に係るハーメチックシール端子１０を圧力センサ２００に用いた一例を図６に示し、簡単に説明する。図６（Ａ）に示すように、ハーメチックシール用のガラス１０３の搭載面１０３Ａには、台座を介してセンサチップ１１０が搭載され、それぞれ、接着剤でもって固定されている。このセンサチップ１１０は、シリコン等の半導体から形成され、ピエゾ式又は容量式のものである。そして、センサチップ１１０と電極ピン１０５とはボンディング・ワイヤで電気的に接続され、さらに、センサチップ１１０の外面には力伝達用の金属又はセラミック製の半球体１１２が、同じく、接着剤でもって固定されている。一方、ハーメチックシール端子１０が収容されるハウジング２０２は、収容部２０２Ａを有し、当該ハウジング２０２には、一部にダイアフラム２０４Ａが形成されたダイアフラム支持部材２０４がレーザ溶接などで一体に形成されている。そして、セラミック又は金属製の力伝達ロッド２０８が、その先端部においてダイアフラム２０４Ａと一体化されている。
【００３１】
そして、このように構成されているハウジング２０２に対し、図６（Ｂ）に示すように、ハーメチックシール端子１０が挿入され、圧力センサ２００が形成されることになる。図６（Ｂ）に示すのは完成一歩手前の状態であり、図示の矢印方向にさらに挿入を継続すると、力伝達ロッド２０８の端部に半球体１１２が当接し、圧力センサ２００が完成される。
【００３２】
ここで、本実施の形態に係るハーメチックシール端子１０の製造方法の第２の形態について説明する。第１の形態においては、図４（Ａ）に示すように、有底筒状の冶具１００の底部に形成された位置決め用穴１００Ａに電極ピン１０５を嵌め込み、そして、ハーメチックシール用のガラス１０３を、それに予め形成されている貫通孔１０３bに電極ピン１０５を通しつつ冶具１００内に挿置した後、金属製筒状部材１０１をガラス１０３及び冶具１００の内壁の間に、その易変形部１０１Ａが有底筒状の冶具１００の底部に当接するように嵌め込み、その後、図４（Ｂ）に示すように、金属製筒状部材１０１、ガラス１０３及び電極ピン１０５がセットされた有底筒状の冶具１００を炉内に設置し、金属製筒状部材１０１を筒状の加圧冶具１１０を介してその他端側から加圧しつつ、ハーメチックシール用のガラス１０３が溶融（または流動）するまで加熱するようにした。
【００３３】
ところで、第２の形態においては、有底筒状の冶具１００の底部に形成された位置決め用穴１００Ａに電極ピン１０５を嵌め込み、金属製筒状部材１０１をその易変形部１０１Ａが有底筒状の冶具１００の底部に当接するように嵌め込み、そして、金属製筒状部材１０１の内側にハーメチックシール用のガラス１０３のビーズを充填し、その後、金属製筒状部材１０１、及び電極ピン１０５がセットされると共に、ガラス１０３のビーズが充填された有底筒状の冶具１００を炉内に設置し、金属製筒状部材１０１を筒状の加圧冶具１１０を介してその他端側から加圧しつつ、ハーメチックシール用のガラス１０３が溶融（または流動）するまで加熱するようにするのである。
【００３４】
さらに、本実施の形態に係るハーメチックシール端子１０の製造方法の第３の形態として、有底筒状の冶具１００の底部に形成された位置決め用穴１００Ａに電極ピン１０５を嵌め込み、金属製筒状部材１０１をその易変形部１０１Ａが有底筒状の冶具１００の底部に当接するように嵌め込み、そして、金属製筒状部材１０１を筒状の加圧冶具１１０を介してその他端側から加圧しつつ、金属製筒状部材１０１の内側に溶融状態にあるハーメチックシール用のガラス１０３を流し込んで充填するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るハーメチックシール端子の実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るハーメチックシール端子の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係るハーメチックシール端子の実施形態における易変形部の諸形態を示す断面図であり、（Ａ）は第１の実施例、（Ｂ）第２の実施例、（Ｃ）は第３の実施例を示す。
【図４】本発明に係るハーメチックシール端子の製造方法を説明するための断面図であり、（Ａ）は有底筒状の冶具に金属製筒状部材、ガラス及び電極ピンをセットする様子、（Ｂ）は金属製筒状部材が加圧されながら炉内で加熱されている様子を示している。
【図５】本発明に係るハーメチックシール端子の製造方法において、金属製筒状部材の加圧工程における易変形部の挙動について説明するための断面図であり、（Ａ）は第１の実施例、（Ｂ）は第２の実施例、（Ｃ）は第３の実施例を示す。
【図６】本発明に係るハーメチックシール端子を圧力センサに用いた一例を説明するための断面図であり、（Ａ）はハーメチックシール端子のハウジングへの挿入前、（Ｂ）は挿入後の完成一歩手前の状態を示している。
【符号の説明】
【００３６】
１０    ハーメチックシール端子
１００    冶具
１００Ａ    位置決め用穴
１０１    金属製の筒状部材
１０１Ａ    易変形部
１０３    ガラス（絶縁性充填部材）
１０３Ａ    （機能素子用の）搭載面
１０５    電極ピン（導電性リード）
１１０    センサチップ
１１２    半球体
１１４    中空パイプ
２００    圧力センサ
２０２    ハウジング２０２
２０２Ａ    収容部
２０２Ｂ    喉部
２０４    ダイアフラム支持部材
２０４Ａ    ダイアフラム
２０６    弾性部材
２０８    力伝達ロッド
【図１】
0005001900.tif 000002
【図２】
0005001900.tif 000003
【図３】
0005001900.tif 000004
【図４】
0005001900.tif 000005
【図５】
0005001900.tif 000006
【図６】
0005001900.tif 000007