(57)【要約】【課題】気密端子の一般的製造工程において起こりうる「冶具の表面を磨耗する原因」を解消し、冶具の使用寿命を伸ばすことが可能な気密端子の製造方法を提供することを課題とする。そして、気密端子の製造コストを削減することを課題とする。【解決手段】本発明の気密端子の製造方法においては、耐熱性、耐酸化性、耐磨耗性に優れるセラミックスを機械加工して製造した冶具に、ガラスとの離型性に優れ、かつ、耐熱性、耐酸化性にも優れる窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を使用することを特徴とする。これにより、気密端子の製造過程において、冶具の表面が磨耗する不都合を解消できる。【選択図】    図１
2009140784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工にて所定の形状とされたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を準備する準備ステップと、
準備された封着冶具に対して、金属部材とガラス部材とをバイブレーションを加えながら自動挿入する自動挿入ステップと、
各部材が挿入された状態の封着冶具を窒素を流したベルト式雰囲気炉中にて１０００℃プラスマイナス３０℃で約１０分間加熱する加熱ステップと、
を有する気密端子の製造方法。
【請求項２】
前記セラミックスは、酸化チタンを配合した焼結体である請求項１に記載の気密端子の製造方法。
【請求項３】
前記酸化チタンの配合比は、５０％以上である請求項２に記載の気密端子の製造方法。
【請求項４】
加熱ステップの前には、
常温から約１０分で１０００℃プラスマイナス３０℃に達する予備加熱ステップを有し、
加熱ステップの後には、
約１０分で１５０℃程度に降温する降温ステップを有する
請求項１から３のうちいずれか一に記載の気密端子の製造方法。
【請求項５】
封着冶具のセラミックスは空孔度が２０％以上４０％以下である請求項１から４のうちいずれか一に記載の気密端子の製造方法。
【請求項６】
機械加工にて所定の形状とされたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる気密端子製造用封着冶具。
【請求項７】
前記セラミックスは、酸化チタンを配合した焼結体である請求項６に記載の気密端子製造用封着冶具。
【請求項８】
前記酸化チタンの配合比は、５０％以上である請求項７に記載の気密端子製造用封着冶具。
【請求項９】
前記セラミックスは、空孔度が２０％以上４０％以下である請求項６から８のうちいずれか一に記載の気密端子製造用封着冶具。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれか一に記載の気密端子製造用封着冶具のリサイクル方法であって、使用済の前記気密端子製造用冶具を洗浄して、セラミックス表面の空孔中の不要物を取り除く洗浄ステップと、
洗浄ステップにて洗浄された使用済の気密端子製造用冶具に窒化ホウ素を含浸する含浸ステップと、を有する気密端子製造用冶具のリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材、ガラス部材、金属リード線などからなる気密端子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気密端子は、電子部品をはじめ各種の機器、部品類をさまざまな環境条件から保護するためのガラス端子であり、気密性、電気絶縁性、耐候性などが要求される。その用途としては、円筒型水晶振動子用およびキャップ、センサー用、コンプレッサー用、サイトグラス用などと多岐にわたる。
【０００３】
気密端子は、主として、図１のようにコバール合金などからなる「金属外枠」（０１０１）と、前記金属外枠（０１０１）の枠内所定の位置を通過するように定められた１本以上の「金属リード線」（０１０２）と、金属外枠（０１０１）と金属リード線（０１０２）の隙間を埋めるように形成したホウケイ酸ガラスなどの「ガラス部材」（０１０３）などからなる。気密端子メーカーは、金属外枠（０１０１）の枠内所定の位置を正確に金属リード線（０１０３）が通過するよう気密端子を製造し、量産する必要がある。そこで、前記要求を満たすため、冶具などを使用して簡易に、かつ、正確に部材を配置し、所望の気密端子を量産している。
【０００４】
一般的な製造方法の大まかな流れは、以下の通りである。まず、冶具の所定の位置に金属外枠と金属リード線、ガラス部材をセットする。そして、それらを冶具ごと約１０００℃で加熱し、ガラス部材を溶融する。その後冷却し、ガラス部材を固化させる。すると、ガラス部材は、金属外枠及び金属リード線と付着する。このようにして、複数の部材を一体とし気密端子を形成する。その後、冶具から気密端子を取り出し、めっき処理などの仕上げを行う。
【０００５】
前記のようにして行われる気密端子の製造工程において用いられる冶具は、融着後のガラス部材との離型性が必須の要求性能であり、現在はすべてグラファイト製の冶具が利用されている。しかし、グラファイト製冶具の場合、金属外枠などの部材の脱着を繰り返すと、その表面が容易に磨耗してしまい良好な寸法精度を維持できなくなるという欠点がある。さらに、「ガラスタブレットを溶融するための約１０００℃での加熱」を酸化性雰囲気下で行うと、酸化によりその表面が脆弱化してしまい、磨耗しやすくなる。そのため、前記のような気密端子の製造工程においてグラファイト製の冶具を使用した場合、わずか数回の使用で十分な寸法精度を保てなくなるほど磨耗してしまい、新たな冶具と交換しなければならない。使用後の冶具は表面が磨耗しているため、簡易に修理等を行うすべもなく、廃棄される。このように、グラファイト製冶具を使用すると、コスト面において大きな負担となる。
【０００６】
また、近年は、金属外枠などの部材を冶具の所定の位置にセットする際、手動でなく、自動でバイブレーションをかけながらセットするケースが多く、冶具の表面をがさらに磨耗しやすい状況になっている。よって、これらの問題を解消し、同じ冶具を繰り返し使用することが可能になれば、気密端子の製造コストを大幅に削減できることとなる。
【０００７】
そこで、気密端子の製造に利用する冶具の使用寿命を延ばすために、例えば、特許文献１のような発明がなされている。特許文献１の発明は、グラファイト製冶具を洗浄する際、こすり洗いでなく、超音波洗浄を利用することで冶具の表面の磨耗を抑え、使用寿命を延ばすというものである。しかし、特許文献１の発明では、金属外枠などの部材の脱着など、製造工程において冶具表面が磨耗する原因を解消できておらず、冶具は数回の使用により交換しなければならないままである。
【特許文献１】特開昭６２−２９８１４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明では、気密端子の製造工程において起こりうる「冶具の表面を磨耗する原因」を改善し、冶具の使用寿命を伸ばすことが可能な気密端子の製造方法を提供し、気密端子の製造コストを削減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段として、以下の発明を提供する。
【００１０】
第一発明では、機械加工にて所定の形状とされたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を準備する準備ステップと、準備された封着冶具に対して、金属部材とガラス部材とをバイブレーションを加えながら自動挿入する自動挿入ステップと、各部材が挿入された状態の封着冶具を窒素を流したベルト式雰囲気炉中にて１０００℃プラスマイナス３０℃で約１０分間加熱する加熱ステップとを有する気密端子の製造方法を提供する。
【００１１】
第二発明では、第一発明を基本とし、前記セラミックスは、酸化チタンを配合した焼結体である気密端子の製造方法を提供する。
【００１２】
第三発明では、第二発明を基本とし、前記酸化チタンの配合比は、５０％以上である気密端子の製造方法を提供する。
【００１３】
第四発明では、第一発明から第三発明のうちいずれか一に記載の発明を基本とし、さらに、加熱ステップの前には、常温から約１０分で１０００℃プラスマイナス３０℃に達する予備加熱ステップを有し、加熱ステップの後には、約１０分で１５０℃程度に降温する降温ステップを有する気密端子の製造方法を提供する。
【００１４】
第五発明では、第一発明から第四発明のうちいずれか一に記載の発明を基本とし、さらに、封着冶具のセラミックスは空孔度が２０％以上４０％以下である気密端子の製造方法を提供する。
【００１５】
第六発明では、機械加工にて所定の形状とされたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる気密端子製造用封着冶具を提供する。
第七発明では、第六発明を基本とし、前記セラミックスは、酸化チタンを配合した焼結体である気密端子製造用封着冶具を提供する。
【００１６】
第八発明では、第七発明を基本とし、前記酸化チタンの配合比は、５０％以上である気密端子製造用封着冶具を提供する。
【００１７】
第九発明では、第六発明から第八発明のうちいずれか一に記載の発明を基本とし、前記セラミックスは、空孔度が２０％以上４０％以下である気密端子製造用封着冶具を提供する。
【００１８】
第十発明では、第六発明から第九発明のうちのいずれか一に記載の気密端子製造用封着冶具のリサイクル方法であって、使用済の前記気密端子製造用冶具を洗浄して、セラミックス表面の空孔中の不要物を取り除く洗浄ステップと、洗浄ステップにて洗浄された使用済の気密端子製造用冶具に窒化ホウ素を含浸する含浸ステップと、を有する気密端子製造用冶具のリサイクル方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の気密端子の製造方法により、製造工程などで起こりうる冶具の表面の磨耗を少なくすることが可能となり、封着冶具の使用寿命を従来のものより延ばすことが可能になる。その結果、気密端子の製造にかかるコストを従来に比べて大幅に削減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、各発明を実施するための最良の形態を説明する。尚、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。
以下で説明する実施形態１は主に請求項１、６、１０に関する。実施形態２は主に請求項２、７に関する。実施形態３は主に請求項３、８に関する。実施形態４は主に請求項４に関する。実施形態５は、主に請求項５、９に関する。
＜＜実施形態１＞＞
＜実施形態１の概要＞
【００２１】
実施形態１は、気密端子の製造方法において、セラミックスに窒化ホウ素を含浸させた封着冶具を用いることを特徴とする。
【００２２】
本実施形態の製造方法は、封着冶具に金属部材、ガラス部材などをセットする工程において、バイブレーションを加えながら所定の位置に自動挿入する。そのため、封着冶具の表面は磨耗しやすい。また、封着冶具に各部材をセットした後には、ガラス部材を金属部材などに融着させる目的で、１０００℃程度で約１０分間加熱する工程を有する。そのため、封着冶具の表面は、酸化などにより劣化しやすい。よって、本実施形態の気密端子の製造方法において、グラファイト製の封着冶具を用いると、わずか数回の使用で、十分な寸法精度が維持できないほど冶具の表面が磨耗してしまう。寸法精度が維持できなくなった冶具は、表面が磨耗しているため簡易に修理するすべもなく、廃棄され、新たな封着冶具と交換される。結果として、気密端子の製造コストは高くなってしまう。
【００２３】
そこで、本実施形態の気密端子の製造方法においては、グラファイト製の封着冶具を使用せず、グラファイトより耐磨耗性が優れているセラミックスで加工された封着冶具を使用する。なお、セラミックスの封着冶具の大部分は、耐摩耗性は優れているが、融着後のガラスとの十分な離型性が得られないという欠点を有する。そこで、本実施形態の製造方法において使用されるセラミックスの封着冶具は、セラミックスに窒化ホウ素を含浸させたものであり、窒化ホウ素の機能により、融着後のガラスとの十分な離型性能を備えている。なお、このようなセラミックス冶具は、繰り返し使用により窒化ホウ素が剥がれ落ち、ガラスとの十分な離型性能が得られなくなる。しかし、再度、窒化ホウ素を含浸させることにより再びガラスとの離型性能を取り戻し、使用可能となる。
【００２４】
このように、本実施形態では、耐摩耗性に強いセラミックスを封着冶具に使用しているので、窒化ホウ素を繰り返し含浸させることで、同じ冶具を繰り返し使用して気密端子を製造することができ、製造コストを大幅に削減することができる。
＜実施形態１の構成＞
【００２５】
本実施形態の気密端子の製造方法は、機械加工にて所定の形状とされたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を準備する準備ステップと、準備された封着冶具に対して、金属部材とガラス部材とをバイブレーションを加えながら自動挿入する自動挿入ステップと、各部材が挿入された状態の封着冶具を窒素を流したベルト式雰囲気炉中にて１０００℃プラスマイナス３０℃で約１０分間加熱する加熱ステップとを有する。
【００２６】
また、使用済の前記気密端子製造用冶具を洗浄して、セラミックス表面の空孔中の不要物を取り除く洗浄ステップと、洗浄ステップにて洗浄された使用済の気密端子製造用冶具に窒化ホウ素を含浸する含浸ステップとを有する気密端子製造用冶具のリサイクル方法を有していてもよい。
＜気密端子の製造方法＞
＜＜機械加工にて所定の形状とされたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を準備する準備ステップ＞＞
【００２７】
「封着冶具を準備する準備ステップ」とは、気密端子を製造するための初期ステップであり、封着冶具に金属部材など所定の部材をセットすることが可能な状態に封着冶具を準備するあらゆる作業をいう。例えば、必要に応じて封着冶具の表面をクリーニングしたり、水平状態を保ち得る所定の位置に封着冶具をセットしたりする作業などである。ここで準備する封着冶具とは、機械加工にて所定の形状とされたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具であり、その断面概略図の一例を図２に示す。
【００２８】
「機械加工にて所定の形状とされたセラミックス」は、ジルコンなどのセラミックス材料を用いて焼結したセラミックスを切削加工などにより封着冶具の型（図２）に加工することで得られる。図中、くり貫かれた複数の凹部（０２１４）に金属部材などが挿入される。本実施形態のセラミックス材料としては、焼結後、十分な耐摩耗性、耐酸化性、耐熱性を得られるものであれば、特段制限されず、例えば、ジルコン、シリカ、ムライト、ホルステライト、ステアタイト、コージライト、スポジュメン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、ジルコニア、チタン酸アルミニウム、スピネル、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン、窒化ホウ素、窒化チタン、などの中から選択されるいずれか一又は二以上の材料を用いることができる。このようにして得られたセラミックスは多孔質であることを特徴とする。
【００２９】
次に、「セラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具」とは、前記のようにして得られた所定の形状のセラミックスに窒化ホウ素を含浸させることにより得られる封着冶具である。窒化ホウ素は、グラファイトと似た結晶構造を有しており、優れたガラスとの離型性能を有することが知られている。よって、セラミックスに窒化ホウ素を含浸させることで、窒化ホウ素は離型材として機能し、セラミックスはガラスとの十分な離型性能を得ることができる。また、窒化ホウ素は、極めて優れた耐熱性、耐酸化性を有し、空気中１０００℃程度での使用にも十分耐えうることが知られている。よって、気密端子の製造工程で、ガラスを融着させるために酸化性雰囲気下高温で加熱しても、窒化ホウ素が融解し、冶具表面から容易に剥がれ落ちるなどの不都合が生じることはない。
【００３０】
所定の形状のセラミックスに窒化ホウ素を含浸させる手段としては特段制限されず、例えば、以下のような手段で行うことができる。まず、メタノールなどの溶剤に約２重量％の窒化ホウ素を添加してよく撹拌し、液中に分散する。その後、図３に示すように、分散液（０３０４）を平底バット（０３０５）などにうつし、そこに、所定の形状のセラミックス（０３０６）を、ガラスと接触する面に窒化ホウ素が含浸しやすいように、封着時の上面を上に向けて浸漬する（図３）（ここまでの作業は、分散液中の窒化ホウ素が沈殿しないよう迅速に行う必要がある。）。すると、セラミックス（０３０６）の有する空孔に分散液（０３０４）が吸い込まれる。前記吸い込みが十分行われた後、所定の形状のセラミックス（０３０６）を平底バットから取り出し、大気中で１時間以上自然乾燥後、大気中９００℃程度で約１５分間焼成し、空孔などに入り込んでいる窒化ホウ素を焼き付ける。そして、ブラッシング、エアブローなどで仕上げる。なお、窒化ホウ素を含浸させた後のセラミックスの表面は、目視で判断できる程度の白い粉が薄く延びている状態であり、指先でさわるとつるつるした感触が指に移る。当該白い粉がガラスとの離型性能を有しているのであり、これを必要以上にクロスなどで拭き取ると、ガラスとの離型性能が失われる。参考までに、窒化ホウ素を含浸させた面と、含浸させてない面の両方を有するジルコン焼結体表面の拡大写真を図１２に示す。
【００３１】
尚、前記手段の他、サンドブラストなどの手法でセラミックスの表面に窒化ホウ素を打ち込んだ後、焼成してもよい。
＜＜準備された封着冶具に対して、金属部材とガラス部材とをバイブレーションを加えながら自動挿入する自動挿入ステップ＞＞
【００３２】
「準備された封着冶具に対して、金属部材とガラス部材とをバイブレーションを加えながら自動挿入する自動挿入ステップ」とは、前記のように準備された封着冶具に、金属部材などを封着冶具中所定の位置に挿入する作業である。前記挿入作業でセットされた位置により、完成する気密端子の構造が定まることから、正確に所定の位置に挿入する必要があり、従来は、手作業により当該作業は行われていた。しかし、近年は、生産効率をあげるなどの目的で、自動で挿入されるよう変遷している。かかる場合、所定の位置に正確に挿入できるかという課題が生じる。しかし、冶具には金属部材などを挿入する位置に溝や孔などを設けており、そこに部材がちょうどはまり込むようになっていることから、部材を挿入する際、また、挿入後、封着冶具にバイブレーションをかけ、部材を振動により少しずつ移動させることで、所定の位置に正確にはめ込むことができるよう解決されている。
【００３３】
このように、封着冶具に金属部材などを自動挿入することで、生産効率が向上するなどのメリットを有する。しかし、その反面、部材と封着冶具はバイブレーションにより動かされながら所定の位置にはめ込まれることになるから、部材と封着冶具表面の接点には摩擦が生じ、磨耗しやすくなるというデメリットを有する。特に、金属部材およびガラス部材は、封着冶具表面と接する面積が大きく摩擦が生じやすい。
【００３４】
よって、「準備された封着冶具に対して、金属部材とガラス部材とをバイブレーションを加えながら自動挿入する自動挿入ステップ」を有する気密端子の製造方法においては、グラファイト製の封着冶具を使用すると表面が容易に磨耗してしまい、すぐ十分な寸法精度を得られなくなる。その結果、わずか数回の使用で新たな封着冶具に交換しなければならなくなり、生産コストの負担となる。しかし、本実施形態の製造方法においては、磨耗に強いセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を使用しているので、前記のようなバイブレーションをかけながらの部材自動挿入ステップを有していても、封着冶具表面が磨耗し十分な寸法精度が得られなくなるという不都合が生じることはない。その結果、同じ封着冶具を繰り返し使用することが可能となり、生産コストを削減することが可能となる。
【００３５】
ここで、金属部材とは、図１の金属外枠ような形状（０１０１）のものなどがあり、コバール合金部材や鉄部材を使用することができる。前記の通り、気密端子を製造する過程においては、金属部材、ガラス部材、などを封着冶具にセットした後、それらを１０００℃近くまで加熱しその後冷却することで、ガラス部材を他の部材と融着させるという工程を有する。かかる工程を有する場合、金属部材及びガラス部材の熱膨張係数が異なっていると、加熱し冷却する段階などにおいて、ひずみが生じ、固まったガラスにひび割れが生じるなどの不都合が起こりうる。
【００３６】
しかし、金属部材としてコバール合金部材を使用し、ガラス部材としてホウケイ酸ガラスを使用した場合、前記問題を回避できる。ホウケイ酸ガラス（成分：ＳｉＯ２−６７％、Ｎａ２Ｏ+Ｋ２Ｏ−７％、Ｂ２Ｏ３−１８．５％、Ａｌ２Ｏ３−６．５％、その他添加剤、以下「本ホウケイ酸ガラス」という）とコバール合金（成分：Ｎｉ−２９％、Ｃｏ−１７％、ＳｉＯ−０．２％、Ｍｎ−０．３％、Ｆｅ−５３．５％、以下「本コバール合金」という）の熱膨張曲線の関係図は、図７の通りである。図に示すように、本ホウケイ酸ガラスと本コバールル合金の熱膨張曲線は、室温（約２５℃）付近で交差するが、温度が上昇するに従い離れていく。その後、４３０℃付近を境に接近し始め、５００℃付近で再び交差する。そして、また温度上昇に従い離れていく。
【００３７】
すなわち、これらの材料を使用した部材を封着冶具にセットして１０００℃付近まで加熱し、その後、室温まで冷却すると、まず、５００℃付近でホウケイ酸ガラス部材とコバール合金部材の熱膨張係数が等しくなる。ここで、本ホウケイ酸ガラスのガラス転移点は、５００℃付近である。すなわち、ホウケイ酸ガラス部材が固化するとき、金属部材とホウケイ酸ガラス部材の熱膨張係数は等しくなる。さらに、冷却すると、ホウケイ酸ガラスとコバール合金の熱膨張係数は離れていく。すなわち、この間、両部材間にはヒズミが生じている。しかし、さらに冷却し室温になると、再び、熱膨張係数は等しくなり、ヒズミは無くなる。よって、金属部材として本コバール合金を使用した場合、室温において、ヒズミなどの問題が生じることはない。なお、室温まで冷却する前の温度において発生する、熱膨張係数の違いからくる一時的なヒズミについては、各部材の弾性変形で回避可能なレベルである。
【００３８】
また、金属部材として鉄部材を使用した場合にも、前記問題を回避できる。これは、ガラスの「引っ張り応力には極めて弱いが、圧縮応力には極めて強い」性質を利用したものである。すなわち、ガラスの前記性質を利用し、リード線とガラスを鉄部材で外側から締め付けるように構成したものである。この時、ガラス部材には圧縮応力しか加わらず、ひび割れするなどの不都合が生じることはない。なお、鉄部材に締め付けられる金属リード線とガラスはほぼ同じ熱膨張係数である必要がある。かかる点より、金属リード線としては、鉄ニッケル合金や、鉄クロム合金などを使用することができる。
【００３９】
なお、ガラス部材としては、ホウケイ酸ガラスやソーダライムガラスを用いることができる。
＜＜各部材が挿入された状態の封着冶具を窒素を流したベルト式雰囲気炉中にて１０００℃プラスマイナス３０℃で約１０分間加熱する加熱ステップ＞＞
【００４０】
当該加熱ステップは、前記のように封着冶具に金属部材、ガラス部材などを所定の位置にセットした後、ガラス部材を溶融するために行うものである。溶融されたガラス部材は、その後冷却され、金属部材、金属リード線などと付着して固化する。すなわち、当該加熱ステップを経て、その後冷却されることで、封着冶具の所定の位置に個別にセットされた金属部材、金属リード線、ガラス部材などが一体となる。
【００４１】
ここで、「窒素を流したベルト式雰囲気炉」の一例を示す概略図を図４に、その断面外略図を図５に示す。炉（０４０７、０５０７）の内部は、窒素穴（０５１２）より流入された窒素により高濃度の窒素雰囲気に保たれた状態で、熱源（０５１３）により加熱されている。金属部材などをセットされた封着冶具（０５１１、以下「セット済封着冶具」という）は、ベルト式雰囲気炉の入り口（０４０９Ａ、０５０９Ａ）よりベルト（０４０８、０５０８）に載置される。ベルト（０５０８）は、モータなどにより、二つの円柱体（０５１０）を軸にして回転移動し、その動きに伴い、炉の入り口（０５０９Ａ）からベルト（０５０８）に載置されたセット済封着冶具（０５１１）は、炉の出口（０５０９Ｂ）に向かって移動する。すなわち、セット済封着冶具（０５１１）は、ベルト式雰囲気炉の内部を入り口から出口に移動する間に、１０００℃プラスマイナス３０℃で約１０分間加熱されることとなる。
【００４２】
なお、炉内を窒素雰囲気にする目的としては、溶融後冷却固化するガラス部材の美観をきれいに保つためである。また、グラファイト製治具を使用する場合は、大気雰囲気下で加熱すると酸化により表面が劣化してしまうので、それを防止するためでもある。しかし、図４に示すように、セット済封着冶具を出し入れするための入り口（０４０９Ａ）や出口（図示せず）から大気が侵入することは防止できず、炉内を完全な無酸化状態にすることはできない。よって、「各部材が挿入された状態の封着冶具を窒素を流したベルト式雰囲気炉中にて１０００℃プラスマイナス３０℃で約１０分間加熱する加熱ステップ」を有する気密端子の製造方法において、グラファイト製の封着冶具を使用するとその表面が酸化により劣化し、磨耗しやすい状態となる。その結果、わずか数回の使用で十分な寸法精度を得られなくなり、新たな封着冶具に交換しなければならず、生産コストの負担となる。しかし、本実施形態の製造方法においては、耐酸化性に優れたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を使用しているので、前記のような環境下での加熱ステップを有していても、封着冶具表面が劣化し磨耗しやすくなるという不都合が生じることはない。
＜気密端子製造用冶具のリサイクル方法＞
【００４３】
本実施形態の気密端子の製造方法において使用される封着冶具は、繰り返し使用により含浸させた窒化ホウ素が剥がれ落ち、十分なガラスとの離型性能を得られなくなった場合、再度窒化ホウ素を再び含浸させることでガラスとの離型性能を回復することができる。
【００４４】
本実施形態の気密端子の製造方法は、前記のリサイクル方法によりガラスとの離型性能を回復した封着冶具を、使用してもよい。当該リサイクル方法により、冶具に要する費用を削減することができる。
＜＜使用済の前記気密端子製造用冶具を洗浄して、セラミックス表面の空孔中の不要物を取り除く洗浄ステップ＞＞
【００４５】
「使用済の前記気密端子製造用冶具」とは、「セラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具」を、気密端子の製造に繰り返し使用することにより、窒化ホウ素が剥がれ落ち、十分なガラスとの離型性能を得られなくなったものであり、現時点においては、ガラスとの離型性能の面より、気密端子の製造に使用することができない冶具である。
【００４６】
「セラミックス表面の空孔中の不要物」とは、冶具を倉庫に保管している段階などに冶具の空孔に付着した塵埃や、気密端子の製造工程において付着したガラス片などであり、窒化ホウ素をセラミックスに十分に含浸させる上で妨げとなるものである。これらを取り除く「洗浄」の方法としては特段制限されず、例えば、超音波洗浄や、擦り洗いなどで取り除くことができる。
＜＜洗浄ステップにて洗浄された使用済の気密端子製造用冶具に窒化ホウ素を含浸する含浸ステップ＞＞
【００４７】
前記のようにしてセラミックス表面の空孔中の不要物を取り除いた後は、前記＜気密端子の製造方法＞の＜＜機械加工にて所定の形状とされたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を準備する準備ステップ＞＞で説明した手段と同様の手段で使用済の気密端子製造用冶具に窒化ホウ素を含浸させることができる。
＜実施形態１の実施例１＞
【００４８】
本実施形態の実施例の流れの一例を図６Ａ、図６Ｂに示す。セラミックス封着冶具は、ジルコンを主成分とするものを使用した。以下、その詳細を説明する。
＜＜前準備＞＞
＜＜＜使用部材＞＞＞
【表１】
2009140784.tif 000003
「金属部材」
○主原料：コバール合金（市販品）
成分−Ｎｉ（２９％）、Ｃｏ（１７％）、ＳｉＯ（０．２％）、Ｍｎ（０．３％）、Ｆｅ（５３．５％）
○製造方法：金属素材切断後プレス成型。
前処理：脱ガス、クリーニングの目的で水素処理後、ガラスと強固に融着させる目的で酸化処理を行う。
「ガラス部材（ガラスタブレット）」
○主原料：ホウケイ酸ガラス（市販品）
成分−ＳｉＯ２（６７％）、Ｎａ２+Ｋ２Ｏ（７％）、Ｂ２Ｏ３（１８．５％）、Ａｌ２Ｏ３（６．５％）、着色剤などの添加剤（１％）
○製造方法：
１） ホウケイ酸ガラスを粉砕後、可塑剤を混合しプレス成型。
２） 大気中約６００℃で焼結。
「金属リード線」
【００４９】
○主原料：コバール合金（市販品）
成分−Ｎｉ（２９％）、Ｃｏ（１７％）、ＳｉＯ（０．２％）、Ｍｎ（０．３％）、Ｆｅ（５３．５％）
＜＜＜使用冶具＞＞＞
「ジルコン封着冶具」
○成分：ＺｒＳｉＯ４（市販品、以下「ジルコン」という）（７０％）、ガイロメ粘土（市販品）（３０％）
○製造方法：
１）ジルコン７０％とガイロメ粘土３０％に、水、ポリエチレングリコールなどの添加物を加え、Ｖ字型混合ミルで８時間混合。
２）金型を使用して、プレス成型。
３）室内にて一昼夜放置し自然乾燥。
４）約５時間かけて２００℃程度まで加熱し、その後、約８時間かけて６００℃程度、その後、約５時間かけて１０００℃以上まで加熱し焼結する。（この過程で、水などの添加物は蒸発、燃焼などにより消失する。）
５）室温まで冷却。
６）部材をセットするための孔、溝などを機械加工。
７）窒化ホウ素を含浸。（詳細説明は、前記の通りであるのでここでは省略する。）
＜＜気密端子製造の流れ＞＞
１）封着冶具を所定の位置にセットする。（機械加工されたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を準備する準備ステップ）
２）コバール合金部材、金属リード線、ホウケイ酸ガラス部材などを封着冶具の所定の位置にバイブレージョンを加えながら自動で挿入する。（準備された封着冶具に対して、金属部材とガラス部材とをバイブレーションを加えながら自動挿入する自動挿入ステップ）
３）セット済封着冶具を窒素を流したベルト式雰囲気炉で少なくとも１０００℃プラスマイナス３０℃で約１０分間加熱し、ガラスタブレットを溶融する。（各部材が挿入された状態の封着冶具を窒素を流したベルト式雰囲気炉中にて１０００℃プラスマイナス３０℃で約１０分間加熱する加熱ステップ）
４）セット済封着冶具を冷却し、溶融したホウケイ酸ガラスを固化させる。
５）気密端子を封着冶具から取り出し、メッキなどの仕上げ処理を行う。
６）その後、気密端子をすべて取り出した封着冶具を必要に応じて洗浄などし、再び、１）からの処理を繰り返す。
＜実施形態１の実施例２＞
＜＜前準備＞＞
＜＜＜使用部材＞＞＞
【表２】
2009140784.tif 000004
「金属部材」
○主原料：鉄（市販品）
成分−Ｆｅ９９％程度の低炭素鋼、残りは不純物
○製造方法：金属素材切断後プレス成型。
前処理：脱ガス、クリーニングの目的で水素処理後、ガラスと強固に融着させる目的で酸化処理を行う。
「ガラス部材（ガラスタブレット）」
○主原料：ソーダライムガラス（市販品）
成分−ＳｉＯ２（７１％）、Ｎａ２Ｏ（１７％）、ＣａＯ（７％）、Ａｌ２Ｏ３（１．５％）、残りはＭｇＯ、ＢａＯ、Ｋ２Ｏ
○製造方法：
３） ソーダライムガラスを粉砕後、可塑剤を混合しプレス成型。
４） 大気中約６００℃で焼結。
「金属リード線」
○主原料：Ｆｅ−Ｎｉ合金
成分−Ｆｅ（５０％）、Ｎｉ（５０％）、微量の不純物を含む
＜＜＜使用冶具＞＞＞
【００５０】
実施例１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
＜＜気密端子製造の流れ＞＞
【００５１】
実施例１とほぼ同様であり、違いは、加熱温度や時間などを必要に応じて調整するだけである。よって、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５２】
尚、実施例１、２いずれにおいても、封着冶具を繰り返し使用すると窒化ホウ素がセラミックスから剥がれ落ち、ガラスとの離型性が十分に得られなくなる。かかる場合は、「気密端子製造用冶具のリサイクル方法」により、再び、使用済の気密端子製造用冶具に窒化ホウ素を含浸させ、繰り返し使用してもよい。セラミックスは十分な耐磨耗性を有しているので、繰り返し使用により表面が磨耗し十分な寸法精度が得られなくなることはない。すなわち、当該封着冶具は、窒化ホウ素を繰り返し含浸させることで、何回でも繰り返し使用することが可能である。
＜実施形態１の効果＞
【００５３】
気密端子の製造過程において、バイブレーションを加えながら部材を冶具に挿入するという冶具表面が磨耗しやすい処理ステップや、酸化状態で熱処理を行うという冶具にとって過酷な処理ステップを有する場合でも、本実施形態の製造方法の場合は、耐摩耗性、耐酸化性に優れた封着冶具を使用しているので、封着冶具の表面が劣化、磨耗して十分な寸法精度を保てなくなるという不都合は生じない。
【００５４】
その結果、ガラスとの離型性能を付与する窒化ホウ素を繰り返し含浸させることで、封着冶具を繰り返し何度でも使用することができるようになり、従来のグラファイト治具を使用しての気密端子の製造方法に比べて製造コストを削減することが可能となる。
＜＜実施形態２＞＞
＜実施形態２の概要＞
【００５５】
実施形態２の気密端子の製造方法は、実施形態１の製造方法を基本とし、さらに、封着冶具に使用するセラミックスは、酸化チタンを配合して焼結されたものであることを特徴とする。
【００５６】
実施形態１の気密端子製造用冶具は、セラミックスを機械加工により所定の形状にしたものである。セラミックスの材料としては特段制限されず、前記の通り、様々な原料を用いることができる。しかし、それらのほとんどはガラスとの十分な離型性能を有していないため、窒化ホウ素を含浸させ、離型性能を付与している。そのため、繰り返し使用により窒化ホウ素が剥がれ落ち、十分な離型性能を得られなくなった場合、再度窒化ホウ素を含浸させる必要がある。よって、気密端子の製造方法の作業効率などを向上させるためには、一回の窒化ホウ素含浸により繰り返し使用できる回数を増やすことが望まれる。
【００５７】
そこで、本実施形態においては、気密端子製造用冶具に、他のセラミックス材料に比べガラスとなじみにくい性質を有する酸化チタンを配合し焼結したセラミックスを使用している。これにより、本実施形態の冶具は、冶具自体もある程度のガラスとの離型性能を有しているので、窒化ホウ素が繰り返し使用により剥がれ落ちてきても、冶具自体の離型性能と合わさり、十分なガラスとの離型性能を確保することができる。
【００５８】
よって、酸化チタンを配合したセラミックス冶具を利用することにより、酸化チタンを配合していないセラミックス冶具に比べ、一回の窒化ホウ素含浸により繰り返し使用できる回数が多くなり、気密端子の製造効率を向上させることができる。
＜実施形態２の構成＞
【００５９】
本実施形態の気密端子の製造方法は、酸化チタンを配合して焼結したセラミックスを機械加工にて所定の形状にし、窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を使用することを特徴とする。
【００６０】
「酸化チタンを配合して焼結したセラミックス」とは、ガラスとなじみにくい酸化チタンを必須材料とするセラミックスである。酸化チタンとしては結晶構造などにおいても特段制限されず、あらゆる酸化チタンを使用することができる。ここで、「ガラスとなじみにくい」とは、溶融したガラスが対象とする材料に濡れにくく、溶融したガラスの液滴があまり広がらないということである。よって、セラミックスの表面は、空孔などにより微細な凹凸を有するが、酸化チタンを配合したセラミックスの上に溶融したガラスを置いた場合、溶融したガラスはセラミックス表面の凹凸と完全にはなじめず、接する面積が小さくなる。その結果、ガラスを冷却し固化しても付着しにくくなる。
【００６１】
なお、酸化チタン以外の材料としては特段制限されず、実施形態１で使用可能なセラミックス材料を使用することができ、例えばジルコンなどを配合することができる。
【００６２】
また、酸化チタンを配合したセラミックスを焼結する過程においても、一般的な温度で焼結可能であり特段制限されない。しかし、焼結温度が低すぎると、焼結体の表面に大きな空孔が生じてしまい、融着したガラスがアンカー効果により焼結体の表面に容易に付着しやすくなる。例えば、酸化チタン１００％のセラミックスを１１００℃以下で焼結すると、焼結体の表面に直径２０〜３０μｍ程度の大きな空孔ができてしまう。このような空孔が表面にできても窒化ホウ素を表面に含浸させることでガラスが付着することを防止可能できる。しかし、窒化ホウ素が剥がれると、アンカー効果により容易にガラスが付着してしまう。一方、酸化チタン１００％のセラミックスを１１００℃より高い温度で焼結すると、焼結体の表面に大きな空孔は生じず、融着したガラスがアンカー効果により焼結体の表面に付着する恐れは少ない。
【００６３】
よって、酸化チタンを配合してセラミックスを焼結する際は、１１００℃より高い温度、例えば、１２００℃や１２５０℃程度で焼結することが望ましい。
＜実施形態２の実施例＞
＜＜前準備＞＞
＜＜＜使用部材＞＞＞
【００６４】
実施形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。
＜＜＜使用冶具＞＞＞
「封着冶具（酸化チタン−ジルコン）」
○成分：酸化チタン（ＴｉＯ２、市販品）（８０％）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４、市販品）（２０％）、
○製造方法：
１）酸化チタン８０％とジルコン２０％に、水、ポリエチレングリコールなどの添加物を加え、Ｖ字型混合ミルで８時間混合。
２）金型を使用して、プレス成型。
３）室内にて一昼夜放置し自然乾燥。
４）約５時間かけて２００℃程度まで加熱し、その後、約８時間かけて６００℃程度、その後、約５時間かけて１０００℃以上まで加熱し焼結する。（この過程で、水などの添加物は蒸発、燃焼などにより消失する。）
５）室温まで冷却。
６）部材をセットするための孔、溝などを機械加工。
７）窒化ホウ素を含浸。（詳細説明は、実施形態１と同様であるのでここでは省略する。）
＜＜気密端子製造の流れ＞＞
【００６５】
実施形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。
＜実施形態２の効果を示す実験データ＞
【００６６】
以下、酸化チタンを配合したセラミックス冶具が、酸化チタンを配合していないセラミックス冶具より繰り返し使用できる回数が多いことを証明する実験データを示す。
＜＜内容＞＞
【００６７】
本実施形態のセラミックス冶具は、窒化ホウ素を含浸させることで、ガラスとの離型性能を有している。よって、冶具を繰り返し使用することにより、窒化ホウ素が剥がれてくると、十分なガラスとの離型性能が得られなくなり、再度、窒化ホウ素を含浸させる必要がある。
【００６８】
酸化チタンを配合したセラミックス冶具は、冶具基板自体にある程度のガラスとの離型性能を有するので、酸化チタンを配合していないセラミックス冶具より、一回の窒化ホウ素含浸で繰り返し使用できる回数が多い。
【００６９】
本実験では、酸化チタンを配合したセラミックスと酸化チタンを配合していないセラミックスの評価基板（いずれも窒化ホウ素含浸）を作成し、それに、ガラスを溶着⇒引き剥がす、行為を繰り返し行い、評価基板とガラスとの付着具合の変遷を評価した。
＜＜試験＞＞
＜＜＜評価基板＞＞＞
「評価基板原料」
○ 酸化チタンを配合したセラミックス
（Ａ）酸化チタン（８０％）−ジルコン（２０％）
○ 酸化チタンを配合しないセラミックス
（Ｂ）ジルコン
（Ｃ）シリカ
（Ｄ）粘土（市販４号磁器）
「評価基板製造方法」
【００７０】
（Ａ）から（Ｄ）それぞれの原料を使用し、前記「封着冶具の製造方法」と同様の手順で、「７０ｍｍ×７０ｍｍ×５ｍｍ」の基板を作成し、窒化ホウ素を含浸させた。
「試験用ガラス」
【００７１】
評価用標準ガラスカレット（ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス）
＜＜＜試験方法＞＞＞
（１） それぞれの評価基板の上に、大豆粒の数倍程度の大きさのガラス片を載置。
（２） 電気炉（自動温度制御装置）を使用し、ガラス片を載置した評価基板を約１０３０℃で５分間加熱。
（３） その後、約６０分かけ室温まで冷却。
（４） 基板に溶着したガラスをピンセットを用いて軽くつまみ、左右に軽く揺すりながら引き剥がす。
（５） 引き剥がしたガラスの、評価基板と接していた面を顕微鏡（５〜２０倍程度）で観察。
（６） 前記評価基板の同じ場所にガラス片を載置し、前記作業を繰り返す。
＜＜＜評価基準＞＞＞
○：ガラスと評価基板が全く付着していない状態（繰り返し使用可）。ガラスは冶具から容易に剥がれる。基板表面の凹凸がきれいに転写されている。図８に示す。
△：ガラスと評価基板が局部的に付着した状態（冶具の用途により繰り返し使用可）。ガラスは容易に剥がれるが、基板にガラスが少量付着。目視では見落とす程度。ガラス側の面に微細なクラック、欠落部がみられる。図９に示す。
また、ガラス側の欠落部分が基板に付着している状態を示す拡大写真を図１０に示す。
×：ガラスと評価基板が完全に付着した状態（繰り返し使用不可）。力を入れると引き剥がれる。基板にガラスが付着し、ガラスにクラックが発生。図１１に示す。
○△、△×：それぞれの状態の間の状態。
＜＜＜評価結果＞＞＞
【表３】
2009140784.tif 000005
【００７２】
（Ａ）酸化チタン（８０％）−ジルコン（２０％）は、ガラスの溶着を１９回繰り返してもガラスの付着はみられず、２０回目で少量のガラスの付着がみられた。
【００７３】
一方、酸化チタンを配合していない（Ｂ）ジルコン、（Ｃ）シリカ、（Ｄ）粘土（市販４号磁器）は、６回から７回程度で、ガラスの付着がみられた。
＜＜＜考察＞＞＞
【００７４】
前記結果より、ガラスとの離型性能の面を考慮すると、酸化チタンを配合したセラミックスを使用した封着冶具は、酸化チタンを配合していないセラミックス冶具よりも、一回の窒化ホウ素含浸で繰り返し使用できる回数が多いと考えられる。
＜実施形態２の効果＞
【００７５】
本実施形態の封着冶具を使用した気密端子の製造方法により、一回の窒化ホウ素の含浸で繰り返し使用できる回数を増やすことができる。これにより、気密端子の製造効率などを向上させることができる。
＜＜実施形態３＞＞
＜実施形態３の概要＞
【００７６】
実施形態３の気密端子の製造方法は、実施形態２の製造方法を基本とし、さらに、封着冶具に使用するセラミックスは、酸化チタンを５０％以上配合して焼結されたものであることを特徴とする。
【００７７】
実施形態２で説明したとおり、封着冶具に酸化チタンを配合したセラミックスを使用することで、一回の窒化ホウ素含浸により繰り返し使用できる回数を増やすことができる。これは、酸化チタンのガラスとなじみにくい性質から得られ効果と考えられる。本実施形態の気密端子の製造方法は、前記効果をもたらす酸化チタンを５０％以上配合したセラミックスを封着冶具に使用したものである。
【００７８】
これにより、さらに、一回の窒化ホウ素の含浸で繰り返し使用できる回数を増やすことができる。その結果、気密端子の製造効率を格段に向上させることができる。
＜実施形態３の構成＞
【００７９】
本実施形態の気密端子の製造方法は、酸化チタンを５０％以上配合して焼結したセラミックスを機械加工にて所定の形状にし、窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を使用することを特徴とする。
【００８０】
実施形態２で説明した通り、封着冶具に酸化チタンを配合すると、酸化チタンが有するガラスとなじみにくい性質により、ガラスとの離型性能が付与される。本実施形態の封着冶具は、当該効果をもたらす酸化チタンを５０％以上配合することにより、より高いガラスとの離型性能を付与したものである。これにより、一回の窒化ホウ素の含浸で繰り返し使用できる回数を格段に増やすことができる。なお、酸化チタンは、十分な耐摩耗性能を有しているので、酸化チタンの配合比を多くしても封着冶具の表面が磨耗しやすくなることはない。その他、酸化チタンの配合比を多くすることにより、封着冶具にとって何ら不利益な問題は生じない。すなわち、本実施形態においては、酸化チタン１００％からなる封着冶具を使用することも可能である。
【００８１】
なお、酸化チタンとしては、実施形態２と同様、結晶構造などで特段制限されず、あらゆる酸化チタンを使用することができる。また、その他の配合材料も、実施形態２と同様、実施形態１で使用可能なセラミックス材料を使用することができ、例えばジルコンなどを配合することができる。
＜実施形態３の実施例＞
＜＜前準備＞＞
＜＜＜使用部材＞＞＞
【００８２】
実施形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。
＜＜＜使用冶具＞＞＞
【００８３】
実施形態２と同様であるので、ここでの説明は省略する。
＜＜気密端子製造の流れ＞＞
【００８４】
実施形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。
＜実施形態３の効果を示す実験データ＞
【００８５】
以下、酸化チタンを５０％以上配合したセラミックス冶具が、酸化チタンを５０％未満で配合したセラミックス冶具より繰り返し使用できる回数が多いことを証明する実験データを示す。
＜＜内容＞＞
【００８６】
前記の通り、酸化チタンを配合したセラミックス冶具は、酸化チタンが有する「ガラスとなじみにくい性質」により、一回の窒化ホウ素含浸による繰り返し使用回数を増やしている。すなわち、酸化チタンを配合したセラミックス冶具は、窒化ホウ素を含浸していない状態においても、ある程度のガラスとの離型性能を有している。そして、この離型性能が、一回の窒化ホウ素含浸による繰り返し使用回数にプラスの影響を与えている。
【００８７】
そこで、酸化チタンと、他の材料を様々な配合比で混ぜた評価基板に、ガラスを融着させ、引き剥がす試験を行い、酸化チタンの配合比によるガラスとの離型性能の変遷を評価した。
＜＜試験＞＞
＜＜＜評価基板＞＞＞
「評価基板原料」
（Ａ）酸化チタン−シリカ
（Ｂ）酸化チタン−アルミナ
（Ｃ）酸化チタン−ジルコン
（Ｄ）酸化チタン−コージライト
（Ｅ）酸化チタン−ペタライト
（Ｆ）酸化チタン−ステアタイト
（Ｇ）酸化チタン−粘土（市販４号磁器）
「評価基板製造方法」、「試験用ガラス」は、実施形態２と同様であるので、ここでの説明は省略する。
＜＜＜試験方法＞＞＞
（１）それぞれの評価基板の上に、大豆粒の数倍程度の大きさのガラス片を載置。
（２）電気炉（自動温度制御装置）を使用し、ガラス片を載置した評価基板を約１０３０℃で５分間加熱。
（３）その後、室温まで冷却。
（４）基板に溶着したガラスをピンセットを用いて軽くつまみ、左右に軽く揺すりながら引き剥がす。
（５）引き剥がしたガラスの、評価基板と接していた面を観察。
＜＜＜評価基準＞＞＞
【００８８】
実施形態２と同様であるので、ここでの説明は省略する。
＜＜＜評価結果＞＞＞
【表４】
2009140784.tif 000006
【００８９】
（Ａ）から（Ｇ）いずれの組み合わせにおいても、酸化チタンの配合比が５０％未満の時は、ガラスと付着した。しかし、酸化チタンの配合比が５０％以上になると付着の程度が緩和され、離型性能が向上した。
＜＜＜考察＞＞＞
【００９０】
前記結果より、酸化チタンを５０％以上配合したセラミックスは、５０％未満のセラミックスより、優れたガラスとの離型性能を有していることがわかる。すなわち、酸化チタンを５０％以上配合したセラミックスを利用した封着冶具は、酸化チタン５０％未満のセラミックスを利用した封着冶具より、一回の窒化ホウ素含浸で繰り返し使用できる回数が多いと考えられる。
＜実施形態３の効果＞
【００９１】
本実施形態の封着冶具を使用した気密端子の製造方法により、一回の窒化ホウ素の含浸で繰り返し使用できる回数を数段増やすことができる。これにより、気密端子の製造効率などを数段向上させることができる。
＜＜実施形態４＞＞
＜実施形態４の概要＞
【００９２】
実施形態４の気密端子の製造方法は、実施形態１から３のうちいずれか一の製造方法を基本とし、さらに、封着冶具の所定の位置に挿入したガラス部材を溶融する加熱ステップの前後に、予備加熱ステップと降温ステップを有することを特徴とする。
【００９３】
前記予備加熱ステップと降温ステップは、実施形態１で説明したベルト式雰囲気炉中（図４、図５）で行われる。予備加熱ステップは、炉の入り口からベルトに載置された封着冶具を所望の温度（加熱処理を行う温度）まで上昇するためのステップであり、また、降温ステップは、炉内で加熱処理終了後、炉の出口で取り出されるまでに封着冶具を所望の温度まで降温するためのステップである。
【００９４】
前記の通り、予備加熱ステップと降温ステップは、炉の出入り口付近で行われるものであることから、炉の中央付近で行われる加熱ステップに比べて混入した大気の割合が高く、より強酸化状態で加熱が行われる。よって、かかる処理ステップを有する気密端子の製造方法においては、封着冶具により強い耐酸化性が求められる。
【００９５】
前記のような予備加熱ステップ、降温ステップを有する気密端子の製造方法において、グラファイト製封着冶具を使用すると、表面は予備加熱ステップ、降温ステップなどの処理により劣化し、容易に磨耗してしまう。しかし、本実施形態の製造方法においては、耐酸化性に優れたセラミックに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を使用しているので、冶具の表面が酸化により劣化しにくく、表面が磨耗して十分な寸法精度が得られなくなるという不都合は生じにくい。
＜実施形態４の構成＞
【００９６】
実施形態４の気密端子の製造方法は、実施形態１から３のうちのいずれか一の製造方法を基本とし、さらに、加熱ステップの前に、常温から約１０分で１０００℃プラスマイナス３０℃に達する予備加熱ステップを有し、加熱ステップの後に、約１０分で１５０℃程度に降温する降温ステップを有する。
＜＜常温から約１０分で１０００℃プラスマイナス３０℃に達する予備加熱ステップ＞＞
【００９７】
「常温から約１０分で１０００℃プラスマイナス３０℃に達する予備加熱ステップ」とは、常温で保管されているセット済封着冶具を加熱処理するために、１０００℃プラスマイナス３０℃（加熱処理温度）まで昇温するための前ステップである。当該処理は、図４、図５の概略図で示す「窒素を流したベルト式雰囲気炉」において行うことができる。具体的には、炉の入り口（０４０９Ａ、０５０９Ａ）から常温のセット済封着冶具（０５１１）をベルト（０５０８）に載置し、入り口（０５０９Ａ）付近より予備加熱処理を開始する。そして、ベルト（０５０８）の移動と共にセット済封着冶具（０５１１）は、加熱されながら炉中央部に向かって移動し、約１０分で１０００℃プラスマイナス３０℃まで昇温される。予備加熱ステップに要する時間は、炉内の温度調整、炉の全長、ベルトの移動速度などにより、ある程度異なる。一般的には、全長約３ｍの炉体を用い、ベルトの移動速度約０．１ｍ／分にセットした場合、約１０分程度で１０００℃プラスマイナス３０℃まで昇温するよう熱源を調整する。
【００９８】
ここで、かかる予備加熱ステップは、「窒素を流したベルト式雰囲気炉」の入り口付近から開始され、中央付近で終了する。炉内は窒素を流した状態であり、炉内中央付近は弱酸化状態となっているが、入り口付近は、入り口より炉内に侵入した大気が高濃度で存在し、酸化状態となっている。よって、予備加熱ステップは、酸化状態から弱酸化状態へと状況が変遷していく中で加熱処理を行うものであり、封着冶具には優れた耐酸化性が要求される。
【００９９】
このような、「常温から約１０分で１０００℃プラスマイナス３０℃に達する予備加熱ステップ」を有する気密端子の製造方法においては、グラファイト製の封着冶具を使用するとその表面が酸化により劣化し、磨耗しやすい状態となる。その結果、わずか数回の使用で十分な寸法精度を得られなくなり、新たな封着冶具に交換しなければならず、生産コストの負担となる。しかし、本実施形態の製造方法においては、耐酸化性に優れたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を使用しているので、前記のような環境下での予備加熱ステップを有していても、封着冶具表面が劣化し磨耗しやすくなるという不都合が生じにくい。
＜＜加熱ステップの後に約１０分で１５０℃程度に降温する降温ステップ＞＞
【０１００】
「加熱ステップの後に、約１０分で１５０℃程度に降温する降温ステップ」とは、加熱ステップにおいて１０００℃プラスマイナス３０℃で加熱された後、常温付近まで降温するための後ステップである。当該処理も、図４、図５の概略図で示す「窒素を流したベルト式雰囲気炉」において行うことができる。具体的には、炉の中央付近で加熱処理を行って後、ベルトの移動に伴い出口（０５０９Ｂ）に到達するまでの間に、熱源の熱量を調整し降温する。降温ステップに要する時間も、炉内の温度調整、炉の全長、ベルトの移動速度などにより、ある程度異なる。一般的には、全長約３ｍの炉体を用い、ベルトの移動速度約０．１ｍ／分にセットした場合、約１０分程度で１０００℃プラスマイナス３０℃から１５０℃程度まで降温するよう熱源を調整する。
【０１０１】
ここで、かかる降温ステップは、「窒素を流したベルト式雰囲気炉」の中央付近から開始され出口で終了する。炉内は窒素を流した状態であり、炉内中央付近は弱酸化状態となっているが、出口付近は、出口より炉内に侵入した大気が高濃度で存在し、酸化状態となっている。よって、降温ステップは、弱酸化状態から酸化状態へと状況が変遷していく中で熱処理を行うものであり、封着冶具には優れた耐酸化性が要求される。
【０１０２】
このような、「加熱ステップの後に、約１０分で１５０℃程度に降温する降温ステップ」を有する気密端子の製造方法においては、グラファイト製の封着冶具を使用するとその表面が酸化により劣化し、磨耗しやすい状態となる。その結果、わずか数回の使用で十分な寸法精度を得られなくなり、新たな封着冶具に交換しなければならず、生産コストの負担となる。しかし、本実施形態の製造方法においては、耐酸化性に優れたセラミックスに窒化ホウ素を含浸してなる封着冶具を使用しているので、前記のような環境下での予備加熱ステップを有していても、封着冶具表面が劣化し磨耗しやすくなるという不都合が生じにくい。
＜実施形態４の実施例＞
【０１０３】
本実施形態の気密端子の製造方法は、実施形態１から３と同様の「前準備」で、ほぼ同様の「製造の流れ」により行うことができる。違いは、「製造の流れ」において、加熱ステップの前後に、前記で説明した「予備加熱ステップ」と「降温ステップ」を有するか否かのみである。よって、ここでの詳細な説明は省略する。
＜実施形態４の効果＞
【０１０４】
気密端子の製造過程において、酸化状態で熱処理を行うという冶具にとって過酷な処理ステップを有する場合でも、本実施形態の製造方法の場合は、耐酸化性に優れた封着冶具を使用しているので、封着冶具の表面が劣化、磨耗して十分な寸法精度を保てなくなるという不都合は生じない。その結果、従来のグラファイト治具を使用しての製造方法に比べて、封着冶具を繰り返し使用することができる回数が多くなり、気密端子の製造コストを削減することが可能となる。
＜＜実施形態５＞＞
＜実施形態５の概要＞
【０１０５】
本実施形態の気密端子の製造方法は、実施形態１の製造方法を基本とし、さらに、使用する封着冶具のセラミックスは、空孔度が２０％以上４０％以下であることを特徴とする。
【０１０６】
このような空孔度２０％以上４０％以下であるセラミックスは、封着冶具に要求される強固性を十分備え、かつ、部材をセットするための孔、溝などを加工するための機械加工性に優れる。さらに、窒化ホウ素を十分に含浸することができ、封着冶具のガラス離型性を長期間保つことが可能である。
＜実施形態５の構成＞
【０１０７】
実施形態５の気密端子の製造方法は、実施形態１から４うちいずれか一の製造方法を基本とし、さらに、使用する封着冶具のセラミックスは空孔度が２０％以上４０％以下である。
【０１０８】
セラミックスは、封着冶具の型に機械加工後、窒化ホウ素を含浸させ、封着冶具を構成する。すなわち、セラミックスは、封着冶具の主構成要素である。よって、セラミックスには、封着冶具に要求される強固性が要求される。しかし、その反面、セラミックスは部材をセットするための溝などを加工する必要がある。よって、十分な機械加工性も要求される。
【０１０９】
また、封着冶具はセラミックスの有する空孔に窒化ホウ素を含浸させ焼結することにより、ガラスとの離型性を備える。よって、十分なガラスとの離型性能を得るには、高い空孔度が望まれる。しかし、空孔度が高くなりすぎると、冶具の表面の凹凸が大きくなり、アンカー効果でガラス部材が付着してしまう。
【０１１０】
よって、本実施形態で使用される封着冶具のセラミックスは、これらの要求を満たす空孔度であることが要求される。
【０１１１】
これらの要求は、空孔度２０％以上４０％以下のセラミックスを使用することで解決される。すなわち、空孔度が２０％以上であれば、窒化ホウ素が十分に含浸でき、ガラスとの十分な離型性能を得ることができる。また、空孔度が４０％以下であれば、表面の凹凸が大きくなり過ぎず、アンカー効果によりガラス部材が付着する恐れはない。
【０１１２】
さらに、空孔度が２０％以上のセラミックスであれば、硬度が高くなり過ぎず、気密端子製造用封着冶具の型に機械加工するための十分な機械加工性能を有する。また、空孔度が４０％以下のセラミックスであれば、硬度が低くなり過ぎず、気密端子を製造するための十分な耐摩耗性能を得ることが出きる。
【０１１３】
このような空孔度を有するセラミックスの製造方法は特段制限されないが、例えば、実施形態１で説明したジルコン封着冶具の製造方法において、４）焼結する際の加熱条件、を調整することで空孔度を調節し、所望の空孔度のセラミックスを製造することができる。詳しくは、２）プレス成型後、３）自然乾燥したものを、４）約５時間かけて２００℃程度まで加熱し、その後、約８時間かけて６００℃程度、その後、約５時間かけて１３２０℃前後（最高温度）まで加熱する。そして、最高温度（１３２０℃前後）で約１５分間保持し、その後、５）室温まで冷却する。前記の最高温度を調整することで空孔度を調整することが可能である。なお、前記のように最高温度１３２０℃前後まで加熱し約１５分間保持した場合、２５％程度の空孔度のジルコン焼結体が得られる。
＜実施形態５の実施例＞
【０１１４】
本実施形態の気密端子の製造方法における、「使用部材の前準備」「気密端子の製造の流れ」は、実施形態１などと同様である。よって、ここでの詳細な説明は省略する。以下、本実施形態の気密端子の製造方法における前準備「ジルコン封着冶具の製造方法」の一例について説明する。
＜＜＜使用冶具＞＞＞
「ジルコン封着冶具」
○成分：ＺｒＳｉＯ４（市販品、以下「ジルコン」という）（７０％）、ガイロメ粘土（市販品）（３０％）
○製造方法：
１）ジルコン７０％とガイロメ粘土３０％に、水、ポリエチレングリコールなどの添加物を加え、Ｖ字型混合ミルで８時間混合。
２）金型を使用して、プレス成型。
３）室内にて一昼夜放置し自然乾燥。
４）約５時間かけて２００℃程度まで加熱し、そして、約８時間かけて６００℃程度、約５時間かけて１３２０℃（最高温度）まで加熱する。（この過程で、水などの添加物は蒸発、燃焼などにより消失する。）
５）１３２０℃（最高温度）で、約１５分間保持。
６）室温まで冷却。
７）部材をセットするための孔、溝などを機械加工。
８）窒化ホウ素を含浸。（詳細説明は、前記の通りであるのでここでは省略する。）
【０１１５】
前記製造方法は、空孔度約２５％のセラミックス（ジルコン焼結体）を利用した封着冶具を製造するための一例である。セラミックスの空孔度を調整するためには、前記の通り、製造方法４）５）の最高温度を調整すればよい。
○空孔度の測定方法：
【０１１６】
セラミックスの空孔度を確認する際は、前記製造方法の、６）室温まで冷却した後、に測定し確認することができる。測定方法は、以下の通りである。
１）セラミックスの体積（縦×横×高さ）（ｃｍ３）と重量（ｇ）を測定。
２）セラミックスを沸騰水に投入し、１〜２分間煮沸。
３）沸騰水からセラミックスを取り出し、水中で冷却。
４）冷却後のセラミックスの重量（ｇ）を測定。
５）下記式に測定結果をあてはめ計算。
｛空孔度（％）｝＝［｛含水後の重量（ｇ）｝−｛含水前の重量（ｇ）｝］／体積（ｃｍ３）
＜実施形態５の効果＞
【０１１７】
空孔度が２０％以上４０％以下のセラミックスを封着冶具に利用することで、部材をセットするための溝などを成形する機械加工が容易に行うことができ、かつ、十分な耐摩耗性を確保することができる。また、窒化ホウ素を含浸するための空孔が十分に確保され、かつ、アンカー効果によるガラス部材の付着を防止することができ、封着冶具とガラスとの離型性を長期間保つことができる。その結果、気密端子の製造において、同じ封着冶具を繰り返し何度も使用することができ、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】気密端子の概略図の一例
【図２】気密端子を製造する封着冶具の断面概略図の一例
【図３】封着冶具に窒化ホウ素が含浸させる手段の一例
【図４】窒素を流したベルト式雰囲気炉を示す概略図の一例
【図５】窒素を流したベルト式雰囲気炉の断面概略図の一例
【図６Ａ】実施形態１の製造方法の流れの一例をあらわす図
【図６Ｂ】実施形態１の製造方法の流れの一例をあらわす図
【図７】本ホウケイ酸ガラスと本コバール合金の熱膨張曲線の関係図
【図８】評価結果○のガラスの表面状態を示した写真
【図９】評価結果△のガラスの表面状態を示した写真
【図１０】評価結果△の基板にガラスが付着した状態を示した写真
【図１１】評価結果×のガラスの表面状態を示した写真
【図１２】窒化ホウ素を含浸させたジルコン焼結体の表面を示した写真
【符号の説明】
【０１１９】
０１０１  金属外枠
０１０２  金属リード線
０１０３  ガラス部材
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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