【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はＦｅ−Ｎｉ系合金（５２合金）からなる磁性線材を用いたリードスイッチを封入するのに好適なリードスイッチ用赤外線吸収ガラスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リードスイッチは、対向する磁性線材からなる接点と、これを封入するガラス管から構成され、ガラス管の外側から磁界を与えることによって、接点の開閉動作が行われるものである。 磁性線材のガラス管への封入は、不活性ガス、還元ガスあるいは真空下において、ガラス管内部に磁性線材を挿入した状態でガラス管の両端を加熱軟化し、密封することによって行われる。 この加熱作業には、上記の雰囲気下において使用可能な熱源、例えば反射板で集光されたハロゲンランプを用いた赤外線放射型熱源が利用される。
【０００３】
このような事情からリードスイッチ用ガラスには、専用に開発された赤外線吸収ガラスが用いられている。 この赤外線吸収ガラスは、ガラスの肉厚が０．５ｍｍのときに、波長１０５０ｎｍにおける赤外線透過率が１５〜２０％程度の特性を有するものが現在広く使用されている。
【０００４】
ところで、近年特に著しく進められている電子機器の小型化・軽量化を達成するために、電子部品の小型化が必須条件として強く求められている。 リードスイッチについても同様に小型化が進められて、リードスイッチの大きさを決めるガラス管の短径、短尺、薄肉化が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようする課題】
しかし、リードスイッチ用ガラス管の短径、短尺、薄肉化が進むと、従来の赤外線吸収ガラスでは、以下の問題が発生するようになり、工程歩留りの悪化や、更なる小型化に限界がある。
【０００６】
［問題点１］ハロゲンランプからの赤外線は、集光しても直径１０ｍｍ程度の広がりを持つスポットとなる。 短尺、薄肉のガラス管を用いたリードスイッチにおいて赤外線スポットの中心をシールする中心に合わせると、スポットの外縁部分が、本来加熱してはならないスイッチの接点部分に当たって加熱してしまうことになる。 そのため、意図的にシールの中心からスポットの中心を外し、スポットの外縁部分で加熱する必要がある。 しかし、スポットの外縁部分は、赤外線のエネルギーが小さく、また不安定な部分なので、シールに時間がかかり生産性が悪化したり、シール形状のばらつきが大きくなり、歩留りが悪化する。
【０００７】
［問題点２］シールするとき、ガラスは１０００℃前後の軟化状態にあり、ごく微量ではあるがガラス成分が蒸発する。 この蒸発した成分は、近傍のまだ比較的温度が低いリードスイッチの金属材料やガラス表面で再び凝結する。 短尺のリードスイッチの場合、蒸発したガラス成分がスイッチの接点付近で再び凝結するため、スイッチの接点障害（導通不良）を引き起こす。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、小型のリードスイッチを効率良く生産するのに好適な赤外線吸収ガラスを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ガラスの赤外線透過率をより低い適切な範囲に限定することと、ガラスに不純物として微量混入するＣｌを厳しく制限することにより、リードスイッチの小型化に伴う問題を解決できることを見いだし、本発明として提案するものである。
【００１０】
即ち、本発明のリードスイッチ用赤外線吸収ガラスは、波長１０５０ｎｍにおける赤外線透過率が肉厚０．５ｍｍで１０％以下であり、且つ、ガラス中のＣｌの含有量が１５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明のリードスイッチ用赤外線吸収ガラスは、波長１０５０ｎｍにおける赤外線透過率が肉厚０．５ｍｍで１０％以下であることを特徴とする。 赤外線透過率が小さいことは、熱線を吸収するために必須の特性であるが、ガラスの肉厚が０．５ｍｍにおいて、波長１０５０ｎｍの赤外線透過率が１０％を超えると、短径、短尺、薄肉のガラスを用いた小型のリードスイッチを製造する場合に、ハロゲンランプからの赤外線吸収が十分でなく、シールに余計な時間と余分なエネルギーが必要となる。 また、ガラスを透過してリードスイッチ内部に達する赤外線量が多くなるために、スイッチの接点部分が加熱されて磁気特性が劣化してしまう。
【００１２】
また本発明のリードスイッチ用赤外線吸収ガラスは、Ｃｌの含有量が極めて少ないことを特徴とする。 ガラス原料中には不純物としてＣｌが含まれており、このような原料を用いて作製したガラスを加熱すると、ＮａＣｌ、ＫＣｌ等の塩が蒸発し易くなる。 蒸発した塩はリードスイッチ内で再び凝結し、接点障害（導通不良）を引き起こす原因となる。 そこで本発明では、ガラス中のＣｌの含有量を１５０ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下に制限している。 Ｃｌが上記範囲より多いと、シールのための加熱により軟化状態となったガラスからの塩の蒸発が著しくなり、小型のリードスイッチの場合には、接点付近で凝結して接点障害を引き起こしてしまう。
【００１３】
なおＣｌと同様の成分としてＦが存在する。 Ｆは、ガラス原料中に不純物として含まれていることもあるが、ガラスの粘度を下げたり、或いは融剤としての作用が非常に強いために積極的にガラスに導入されることがある。 しかし、ガラス中にＦが多量に含まれているとＮａＦ、ＫＦ等の塩が蒸発してＣｌと同様の問題を起こす可能性があるため、その含有量を制限することが好ましい。 この場合、Ｆの含有量を５０００ｐｐｍ以下、特に１５００ｐｐｍ以下にすることが望ましい。
【００１４】
ガラスの３０〜３８０℃の範囲における線熱膨張係数は、８５〜１００×１０ -7 ／℃に限定することが重要である。 線熱膨張係数がこの範囲から外れると、リードスイッチの磁性線材である５２合金との整合がとれず、シール部分でリーク（気密の漏洩）が発生したり、最悪の場合にはガラスが破損する。
【００１５】
上記特性を有するガラスとして、重量百分率で、ＳｉＯ 2 ６０〜７５％、Ａｌ 2 Ｏ 3 １〜１０％、Ｂ 2 Ｏ 3 ０〜１０％、ＲＯ ３．５〜１０％（ＲはＣａ、 Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｎから選ばれる１種以上）、Ｌｉ 2 Ｏ ０．５〜５％、Ｎａ 2 Ｏ＋Ｋ 2 Ｏ ８〜１７％、Ｆｅ 3 Ｏ 4 ２〜１０％の組成を有する赤外線吸収ガラスが好適に使用できる。
【００１６】
ガラス組成を上記のように限定した理由は、以下の通りである。
【００１７】
ＳｉＯ 2は、ガラスの骨格を構成するために必要な主成分であるが、７５％より多いと線熱膨張係数が低くなりすぎるとともに溶解性が悪化し、６０％より少ないと化学的耐久性が悪化する。 このため、リードスイッチ製造工程における鍍金等の薬品処理でガラスが変質したり、電子部品として長期的な信頼性を保つ耐候性が得られない。
【００１８】
Ａｌ 2 Ｏ 3は、ガラスの耐候性を向上させ、またガラス溶解における失透を抑えるのに著しい効果があるが、１０％より多いとガラスの溶解が困難になり、１％より少ないと上記の効果が得られない。
【００１９】
Ｂ 2 Ｏ 3は、ガラスの溶解を促進するとともに、ガラスの粘度を下げてシールの効率を上げる効果があるが、１０％より多いと化学耐久性が悪化し、また溶解時に蒸発が多くなって均質なガラスが得られなくなる。
【００２０】
ＲＯで表されるＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂａ０、ＳｒＯ、ＺｎＯは、ガラスの粘度を低下させるとともに、ガラスの耐候性を向上させる効果を有するが、それらの合計量が１０％より多いとガラスの失透性が増し、均質なガラスの製造が困難になり、３．５％より少ないと上記効果が得られない。
【００２１】
Ｌｉ 2 Ｏは、リードスイッチの電気絶縁として必要なガラスの体積固有抵抗率を高く維持しつつ、線熱膨張係数をある程度大きくする効果を有している。 さらに、融剤としての効果と粘度を下げる効果が著しく大きいため、Ｌｉ 2 Ｏを必須成分にすることで、ガラスの融剤として通常使われるが蒸発しやすい成分でもあるＢ 2 Ｏ 3の含有を極力減らすことができる。 しかしながら５％より多いと、ガラスの耐候性、及び失透性が悪化するため好ましくない。 その一方で、０．５％より少ないと上記効果が得られない。
【００２２】
Ｎａ 2 Ｏ及びＫ 2 Ｏは、Ｌｉ 2 Ｏと同様に、ガラスの線熱膨張係数を大きくするとともに、ガラスの溶融を促進する成分であるが、Ｎａ 2 ＯとＫ 2 Ｏが合量で１７％を越えると線熱膨張係数が大きくなり過ぎるとともに、ガラスの耐候性と体積固有抵抗率が著しく悪化する。 一方、８％より少ないと所定の線熱膨張係数が得られず、またガラスの溶融が困難になる。
【００２３】
またＬｉ 2 Ｏ、Ｎａ 2 Ｏ、Ｋ 2 Ｏのうちの１成分の含有量が、単独でこれらの総量の８０％を越えないようにすると、混合アルカリ効果の作用によって、より優れた耐候性と高い体積固有抵抗率を得ることができる。
【００２４】
Ｆｅ 3 Ｏ 4 （赤外線を吸収するのはＦｅＯであるが、ガラス中ではレドックスに依存してＦｅ 2 Ｏ 3と共存している。ここでは、全ての酸化鉄をＦｅ 3 Ｏ 4に換算して表している。）は、ガラスに赤外線吸収能力を持たせるために必須の成分として使用されるが、１０％より多いとガラス化が困難となり、２％より少ないとガラスの肉厚が０．５ｍｍにおける波長１０５０ｎｍの赤外線透過率を１０％以下にすることができない。
【００２５】
なお上記ガラスにおいては、ガラスの粘度の調整や失透性、耐候性を改善する目的で、ＺｒＯ 2 、ＴｉＯ 2等の各成分を３％まで添加することが可能である。
【００２６】
次に、本発明のリードスイッチ用赤外線吸収ガラスの製造方法を説明する。
【００２７】
まず、所望の組成を有するようにバッチを調合する。 このときガラス中に含まれるＣｌ（及びＦ）の含有量を上記の範囲以下になるように、Ｃｌ（及びＦ）の混入量が少ないガラス原料を選択し、或いは精製して使用することが重要である。 また還元剤をガラスに対して０．１〜１％程度添加しておくと、肉厚が０．５ｍｍにおける波長１０５０ｎｍの赤外線透過率が１０％以下のガラスを安定して得ることができる。
【００２８】
次にバッチを溶融し、ガラス化する。
【００２９】
続いて溶融ガラスを管状に成形し、所定の長さに切断することにより、リードスイッチ用赤外線吸収ガラスを得ることができる。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の赤外線吸収ガラスを実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
表１及び表２は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜７）及び比較例（試料Ｎｏ．８、９）の組成と特性を示すものである。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
各試料は次のようにして調製した。
【００３５】
まず表に示す組成になるようにガラス原料を調合し、十分に混合した。 次いで、還元剤としてカーボンを表に示す割合で添加し、白金坩堝を用いて１５００℃で４時間溶解した。 溶解後、融液をカ−ボン板上に流しだし、アニ−ルすることによって各ガラス試料を作製した。 次に、ガラス肉厚０．５ｍｍにおける波長１０５０ｎｍの赤外線透過率、Ｃｌ及びＦ含有量、３０〜３８０℃の温度範囲における線熱膨張係数を測定し、表に示した。
【００３６】
表から明らかなように、本発明の実施例であるＮｏ． １〜７の各試料は、赤外線透過率が８．３％以下であり、Ｃｌの含有量が１５０ｐｐｍ以下であった。 また線熱膨張係数は、８９．８〜９４．８×１０
-7 ／℃であった。
【００３７】
さらに管状に成形した試料ガラスを用いて、シールに要する時間と、加熱時の蒸発による塩の付着について評価したところ、シールに要した時間は何れの試料も１．５秒以下であった。 またＮｏ． １〜５の試料は蒸発による塩の付着が全く認められなかった。 Ｎｏ． ６及び７の試料については、顕微鏡観察では塩の付着が少し認められたものの、目視では確認できなかった。 なおＥＰＭＡ分析の結果、付着した塩は試料Ｎｏ． ６がＮａＣｌ、試料Ｎｏ． ７がＮａＦであった。
【００３８】
一方、比較例である試料Ｎｏ． ８は、赤外線透過率が１８．８％と高いため、シールするのに３．４秒を要した。 試料Ｎｏ． ９は、Ｃｌ含有量が多いため、目視観察で塩の付着が確認された。 ＥＰＭＡ分析の結果、付着した塩はＮａＣｌとＫＣｌであることが分かった。
【００３９】
なお、赤外線透過率は、ガラスを肉厚０．５ｍｍの板状に加工し、次いでその両面を鏡面研磨した後、これを分光光度計を用いて波長１０５０ｎｍにおける透過率を測定した。 ガラス中のＣｌとＦの含有量は、作製したガラス試料を粉砕した後、アルカリ融解し、イオンクロマトグラフィで測定した値である。 線熱膨張係数は、自記示差熱膨張計を用いて、３０〜３８０℃の温度範囲における平均線熱膨張係数を測定した。 シールに要した時間は、外径１．７ｍｍ、肉厚０．２ｍｍ、長さ８ｍｍの大きさの試料ガラス管を作製した後に、その管端に、集光したハロゲンランプの赤外線を照射して加熱し、管端が封止されるまでに要した時間を測定したものである。 蒸発による塩の付着の有無については、加熱軟化させて封止した上記のガラス管の非加熱部分を目視及び実体顕微鏡（５０倍）で観察し、金属塩の付着が全く観察されなかった試料を「◎」、実体顕微鏡では金属塩が観察されたが、目視では確認できなかった試料を「○」、目視でも確認できた（＝曇りが生じた）試料を「×」で表した。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明の赤外線吸収ガラスは、赤外線吸収特性に優れており、赤外線スポットの外縁部分で加熱しても、効率よくシールすることが可能である。 またガラスからの蒸発が殆どないため、蒸発したガラス成分がスイッチの接点付近で再び凝結して接点障害を引き起こすおそれがない。 このため、小型のリードスイッチを効率良く生産することが可能である。
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