Cinchによるエルメティックシールの解説
外部または産業用途向けの回路を設計する際、周辺機器間の接続品質は非常に重要です。気密シールが可能なコネクタは、ほこり、液体、さらにはガスを遮断し、接続の品質を長持ちさせることができます。Cinchによるこの記事では、利用可能なさまざまなタイプの気密シールと、タスクに最適なものを選択する方法について説明しています。
気密シールとは何ですか?
最初の密閉シールは、空気を通さないガラス管を作るプロセスを発明したギリシャ神話の神、ヘルメスによって作られたと言われています。密閉シールの起源とは無関係に、これは今日でも豊富に使用される重要な技術です。密閉シールは、気体、液体、固体が通過しないようにする空気を通さないシールを作り出すプロセスです。密閉シールにはさまざまな種類があり、使用目的に応じて用途は多岐にわたります。
エレクトロニクス分野では、1つのハウジングまたはエンクロージャーを他のものから隔離する必要があるアプリケーションがあります。しかし、一方で、2つの間で電力や電気信号が通過する必要がある場合も多く、そのため通常コネクタが使用されます。このコネクタが、2つのエンクロージャー間の隔離に脆弱性をもたらし、湿気や気体が漏れ出す可能性を作り出すことがあります。多くのアプリケーションでは、コネクタが漏れを防ぐために密閉シールを作るよう特別に設計されていることが必要不可欠です。
密閉されたコネクタが必要とされる極端な例として、化学蒸着 (CVD) オーブンが挙げられます。コネクタは、組立体を通して汚染ガスが浸入するのを防ぐ必要があります。これにより、バッチ処理に必要な制御された環境条件でシステムが動作することができます。さらに、コネクタは極端な温度変化、強い振動、その他の工業プロセスに伴う物理的要因に耐えられる必要があります。シールの故障は、バッチおよびシステムにとって壊滅的な結果をもたらす可能性があります。
密閉シールの種類
複数のタイプの気密シールが存在します。これにはガラスシール（マッチドシール）、圧縮シール、エポキシシールが含まれます。
マッチドシールは最も一般的なタイプの気密シールであり、経済的で低コスト、軽負荷なシールを提供します。マッチドシールでは、ガラスが硬質形状を提供し、金属が圧縮して接着できる一方で、接点を支持します。このようなマッチドシールは、ガラスと金属が同様の熱膨張係数を持つ場合にのみ実現可能です。
一方、圧縮シールは、より過酷な条件で使用可能な、より頑丈なシールを提供します。このシールは異なる熱膨張係数を持つ場合がありますが、高圧な条件下でも確実に動作します。これらは最も高価で、しばしば専用金型や治具が必要になります。
図1: エポキシ安定剤ジメチル-ジヒドロキシベンゼン (C8H10O2)
最後に、エポキシシールは、気密封止の優れた代替方法を提供します。これは金属に対して良好に接着し、高い誘電強度を持ち、優れた熱伝導性を有し、腐食性物質に対する優れた耐性を提供します。エポキシシールを使用する利点は次のとおりです:
- 強い極性引力 – エポキシは金属表面の酸化物に強力な結合を形成し、低圧および高圧条件下でのガスや液体の漏れを防ぎます。
- 高い誘電強度 – エポキシは高電圧に耐え、信号密度を高めることが可能です。
- 良好な熱伝導率 – エポキシは熱を部品から移動させ、過熱や熱劣化を軽減します。
- 広い化学抵抗性 – エポキシはほとんどの化学物質に対して不活性であるため、腐食が少なく、耐久性に優れています。
密閉シール試験と性能
気密封止コネクタの性能は、しばしば漏洩率によって評価されます。これは、1秒あたりの立方センチメートル [cm3/sec] 単位で測定され、時間の経過とともにシールを通過するガスの体積を示します。
特定の用途に応じて、気密シールには異なる要件が必要になります。例えば、医療機器の気密シールは、産業用機器のシールよりもはるかに長い耐久性が求められ、かつ優れた性能を持つことが期待されるかもしれません。
コネクタシールの性能は、以下に示される漏洩率に基づいて分類できます：
- 低性能シール = 10-4cm3/s
- 高品質シール = 10-8cm3/s
- 最高性能シール = 10-12cm3/s
漏れ率を測定するために使用されるいくつかの試験方法があり、以下にその中の3つを示します:
減圧法
圧力減衰法は、低コストで低性能デバイスの評価を行う技術です。この試験は、製品内部に圧力を閉じ込め、その後圧力損失を測定することで実施されます。
質量分析法
一方で、質量分析法は費用がかさみますが、正確で高性能な試験を可能にする最良の方法を提供します。この試験では、通常ヘリウムを使用し、真空中でガスをイオン化します。電圧がかけられ、ヘリウムイオンを加速させ磁場を作り出します。質量分析計はイオンが生成する電流を測定し、その測定値をヘリウム濃度と真空中の直接比例関係から漏れの度合いを判断することができます。
トレーサーガス法
最後に、トレーサーガス法はその両者の間でのトレードオフを提供します。この方法は質量分析法よりも費用が少なく、しかし圧力減衰法よりも精度が高いです。この試験方法は、密閉されたチャンバー内のトレーサーガス（通常はヘリウム）の濃度を測定することで実施されます。
コネクタソリューションの例
多くの電気コネクタはエポキシ樹脂を使用して気密封止されています。これにより、コネクタを気密封止するためのコスト効率が高く、製造が容易な方法が可能になります。Cinchは多様な気密封止コネクタを提供しており、代替ソリューションと比較して高性能な気密シールを実現する独自のエポキシを開発しました。
Cinchから提供されているオプションの一部は以下の通りです：
- デュアルローブ ナノミニチュアコネクタ
- アルミニウム溶接可能安定化シリーズ、RFフィードスルー
- 超高真空 (UHV) 製品
- マイクロ-D Dura-Con ハーメチックコネクタ
- セラミック誘電体材料を使用したマイクロ-Dコネクタ
マイクロDコネクターや代替の気密シールドオプションは、すべて市販のコンポーネントとして入手可能です。これらは、MouserやDigi-Keyのような一般的な販売業者を通じて見つけることができ、十分な在庫が用意されています。
さらに、カスタムソリューションも利用可能です。市販のコネクターが特定の用途に適していない場合、Cinchはお客様と協力して気密シール付きのカスタムコネクターオプションを提供できます。カスタムソリューションは完全なアセンブリとして納品可能で、カスタムソリューションの能力はコネクターをエンクロージャーに組み込むことまで対応可能です。
堅牢な用途向けの密閉コネクタ
全体的に、密閉シールはさまざまな形状、形式、サイズで提供されます。シールの用途や必要とされる性能によって、使用される密閉シールの種類が決定されることがよくあります。密閉シールはエポキシシールを使用して製造されることが多く、10-8cm3/sのオーダーの非常に低い漏れ率を達成することが可能です。
迅速なプロトタイピングやテストのニーズに対応するため、Cinchの多くの気密シールコネクタは、既製品として容易に入手可能です。一方で、より特殊なアプリケーションの場合、関心のある方はCinchと直接協力して、最も厳しいアプリケーションに対応するカスタムソリューションを作成することができます。
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