JP2004233016A - 電気式爆薬点火装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気式爆薬点火装置において、部品点数の削減を図るとともに、製造工程を単純化し、製造を容易として製造効率を高める一方、エネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現する。
【解決手段】支持基板２０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル２１とし、そのバレルを塞いで支持基板の第１面２０ａにフライヤ層２２を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層２３を形成してその低抵抗層の、バレルに対応する位置に狭路を備え、その低抵抗層の表面に絶縁膜層２４を設ける。一方、支持基板の第２面２０ｂに、バレルを塞いで爆薬ペレット２５を設置する。そして、支持基板上の低抵抗層に通電し、その低抵抗層の狭路を昇華して高圧ガスを発生し、その高圧ガスで、該低抵抗層に重ねて設けるフライヤ層の一部をせん断して飛翔し、バレル内を通して爆薬ペレットに衝突してそれを点火する。
【選択図】 図１
【解決手段】支持基板２０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル２１とし、そのバレルを塞いで支持基板の第１面２０ａにフライヤ層２２を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層２３を形成してその低抵抗層の、バレルに対応する位置に狭路を備え、その低抵抗層の表面に絶縁膜層２４を設ける。一方、支持基板の第２面２０ｂに、バレルを塞いで爆薬ペレット２５を設置する。そして、支持基板上の低抵抗層に通電し、その低抵抗層の狭路を昇華して高圧ガスを発生し、その高圧ガスで、該低抵抗層に重ねて設けるフライヤ層の一部をせん断して飛翔し、バレル内を通して爆薬ペレットに衝突してそれを点火する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、支持基板上の低抵抗層に通電し、その低抵抗層の狭路を昇華して高圧ガスを発生し、その高圧ガスで、該低抵抗層に重ねて設けるフライヤ層の一部をせん断して飛翔し、爆薬に衝突してそれを点火する、電気式の爆薬点火装置に関する。例えば爆薬を点火することにより燃焼ガスを発生してエアバックを膨らませる自動車用安全装置や、起爆機構を作動する軍事兵器に適用し得る電気式爆薬点火装置に関する。および、その電気式爆薬点火装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、爆薬点火装置としては、一次爆薬（起爆薬）を利用する感度が高い電気雷管が主流であるが、他にも、一次爆薬は使用せずに二次爆薬（炸薬）のみを利用して感度を低くし、取り扱い上の安全性を高めたものがある。
【０００３】
前者は、熱やスパークにより一次爆薬を起爆するのに対し、後者は、低抵抗層に過電流を流すことによりそれを加熱し、融解し、蒸発して高圧ガスを発生し、高圧ガスのエネルギにより低抵抗層上に設けるフライヤ層を加速して爆薬に衝突し、その運動エネルギにより爆薬を点火していた。
【０００４】
【非特許文献１】Ｊｈｏｎ Ｈ． Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ と Ｔｈｏｍａｓ Ａ． ＢａｇｉｎｓｋｉらによるＡｕｂｕｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ発行の技術論文「Ｔｗｏ Ｎｏｖｅｌ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｓｌａｐｐｅｒ Ｄｅｔｏｎａｔｏｒｓ」
フライヤ層を加速して爆薬ペレットに衝突する手段には、非特許文献１に記載されるように、フライヤ層を二次爆薬の方向に単に膨らませるものと、バレルのエッジ部分でせん断して二次爆薬の方向に飛翔するものとがある。一般的に、前者のものより後者のものの方が、得られる運動エネルギは大きい。
【０００５】
後者のものには、例えば図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、支持基板２であるシリコン基板に、堆積させた金属をフォトリソグラフィとエッチングによりパターニングしたり、不純物を選択的にドーピングしたりして蝶ネクタイ形状の低抵抗層３を形成する。その低抵抗層３の表面上には、フライヤ層５を形成する。フライヤ層５の上には、エッジ部分がシャープな小さな孔７ａを中央に有する樹脂製または金属製の板状のバレル７を設ける。バレル部材７の上には、孔７ａを塞ぐように爆薬ペレット（二次爆薬）１０を配置していた。
【０００６】
そして、支持基板２上の低抵抗層３に過電流を流し、狭路３ｂに電流を集中して狭路３ｂを加熱し、融解し、最後に蒸発して高圧ガスを発生する。高圧ガスのエネルギによりフライヤ層５をせん断してフライヤを形成し、そのフライヤをバレル部材７の孔７ａに沿って飛翔し、エネルギを効率的に利用して大きな運動エネルギで加速し、爆薬ペレット１０に衝突して、その運動エネルギにより爆薬ペレット１０を点火していた。
【０００７】
バレルのエッジ部分でせん断して二次爆薬の方向に飛翔してフライヤ層を爆薬ペレットに衝突する手段には、また、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、支持基板１２としてシリコン基板を使用し、その中央に小さな凹部を設けて支持基板１２自体にバレル１７を形成する。そして、支持基板１２上には、堆積させた金属をフォトリソグラフィとエッチングによりパターニングしたり、シリコン基板に不純物を選択的にドーピングしたりして低抵抗層１３を形成する。
【０００８】
低抵抗層１３は、蝶ネクタイ形状としてその狭路１３ｂを支持基板１２のバレル１７に位置する。その低抵抗層１３の表面上には、フライヤ層１５を形成する。フライヤ層１５の上には、バレル１７を塞ぐように爆薬ペレット（二次爆薬）２０を配置していた。
【０００９】
そして、支持基板１２上の低抵抗層１３に過電流を流し、狭路１３ｂに電流を集中して狭路１３ｂを加熱し、融解し、最後に蒸発して高圧ガスを発生する。高圧ガスのエネルギによりフライヤ層１５をせん断してフライヤを形成し、そのフライヤをバレル１７に沿って飛翔し、エネルギを効率的に利用して大きな運動エネルギで加速し、爆薬ペレット２０に衝突して、その運動エネルギにより爆薬ペレット２０を点火していた。
【００１０】
図１２に示すタイプでは、バレル部材７を低抵抗層３に位置合わせして組付ける必要がある。これに対し、図１３に示すタイプでは、支持基板１２自体にバレル１７を形成するから、バレル１７を低抵抗層１３に位置合わせして組付ける必要がなく、製造を容易とし、部品点数を削減してコストダウンを図ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図１２に示すような電気式爆薬点火装置では、バレル部材７を低抵抗層３に位置合わせして組付ける必要があるので、製造工程が複雑となるという問題があった。のみならず、バレル部材７を加工するときに生ずるバリ、フライヤ層５やバレル部材７などの歪み、組付け時に侵入する微小なゴミなどの影響により、フライヤ層５とバレル部材７間の密着が不完全となり、高圧ガスがそれらの間を通って逃げてエネルギを損失するという問題があった。
【００１２】
他方、図１３に示すような電気式爆薬点火装置では、液体材料をスピンコートしてフライヤ層１５を形成するとき、バレル１７の形状や大きさや深さ等により膜厚が変動し、バレル１７の形状が相違するごとに最適なスピンコート条件を決定しなければならないという問題があった。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、電気式爆薬点火装置において、部品点数の削減を図るとともに、製造工程を単純化し、製造を容易として製造効率を高める一方、エネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、請求項１に記載の発明は、支持基板上の低抵抗層に通電し、その低抵抗層の狭路を昇華して高圧ガスを発生し、その高圧ガスで、該低抵抗層に重ねて設けるフライヤ層の一部をせん断して飛翔し、爆薬に衝突してそれを点火する電気式爆薬点火装置において、
支持基板に貫通孔を形成してその貫通孔をバレルとし、そのバレルを塞いで支持基板の第１面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してその低抵抗層の、バレルに対応する位置に狭路を備え、その低抵抗層の表面に絶縁膜層を設ける一方、支持基板の第２面に、バレルを塞いで爆薬を設置する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気式爆薬点火装置において、支持基板として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用する、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電気式爆薬点火装置において、支持基板として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の電気式爆薬点火装置において、貫通孔の断面形状が四角形である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の電気式爆薬点火装置において、貫通孔の断面形状が六角形である、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、電気式爆薬点火装置の製造方法において、支持基板の両面を絶縁被覆し、第１面の第１の絶縁被覆の表面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してから、その低抵抗層をパターニングして該低抵抗層に狭路を形成し、次いでその低抵抗層の表面に絶縁膜層を設ける一方、支持基板の第２面の第２の絶縁被覆をパターニングして該第２の絶縁被覆にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆でマスクしてエッチングを行い、支持基板に、第１の絶縁被覆にまで達する貫通孔を狭路の位置に対応してあけてその貫通孔をバレルとし、そののち露出する第１の絶縁被覆と第２の絶縁被覆を除去して支持基板の第２面上に、バレルを塞いで爆薬を設置する、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、電気式爆薬点火装置の製造方法において、支持基板の両面を絶縁被覆し、第２面の第２の絶縁被覆にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆でマスクしてエッチングを行い、支持基板に、第１面の第１の絶縁被覆にまで達する貫通孔をあけてその貫通孔をバレルとする一方、第１の絶縁被覆の表面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してから、その低抵抗層をパターニングして該低抵抗層に、バレルの位置に対応する狭路を形成し、次いでその低抵抗層の表面に絶縁膜層を設け、そののち露出する第１の絶縁被覆と第２の絶縁被覆を除去して支持基板の第２面上に、バレルを塞いで爆薬を設置する、ことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。
図１には、この発明による電気式爆薬点火装置の縦断面を示す。
【００２２】
この図１に示す電気式爆薬点火装置では、支持基板２０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル２１とし、そのバレル２１を塞いで支持基板２０の第１面２０ａにフライヤ層２２を設け、そのフライヤ層２２の表面に低抵抗層２３を形成し、その低抵抗層２３の表面に絶縁膜層２４を設ける一方、支持基板２０の第２面２０ｂに、バレル２１を塞いで爆薬ペレット２５を設置する。
【００２３】
支持基板２０は、ガラスエポキシ樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂などの断熱性に優れた絶縁材料で構成する。そして、その中央には、エンドミルによる切削加工などの機械加工を施し、任意の大きさ、任意の形状の貫通孔を形成してその貫通孔をバレル２１とする。バレル２７は、エッジ部分をシャープにつくる。
【００２４】
フライヤ層２２は、絶縁材料やそれに金属薄膜を組み合わせたものを用い、バレル２１を塞いで設ける。大量生産に適し、コストを削減することができるように、半導体プロセスでつくることができ、成形加工が容易であるとよい。具体的には、例えば耐熱性高分子材料であるポリイミドを、感光性ポリイミド液のスピンオンにより任意の厚さ、例えば膜厚２５μｍに形成する。
【００２５】
低抵抗層２３は、沸点が低く、蒸気圧が高く、低コストのアルミニウム、銅などの金属を使用して設ける。図２から判るとおり、中央の両側に三角形状の切欠き２３ａを対称に設けて狭路２３ｂをブリッジ状に形成し、蝶ネクタイ形状とする。そして、その狭路２３ｂをバレル２１に対応する位置に設ける。具体的には、例えばスパッタリング法や真空蒸着法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより、例えば膜厚９μｍのアルミニウムを堆積し、フォトリソグラフィとエッチングにより蝶ネクタイ形状にパターニングする。この図１に示す例では、低抵抗層２６は、電極を兼ねている。
【００２６】
絶縁膜層２４は、半導体プロセスでつくることができ、成形加工が容易であるとよく、熱酸化法やＲＦスパッタリング法やＣＶＤ法やスピンオン法などにより形成する。例えば、スピンオン法により膜厚１０μｍのＳｉＯ２を形成し、図２にも示すようにスルーホール２６を設ける。そして、そのスルーホール２６を通して、ワイヤボンディングやＴＡＢなどのワイヤレスボンディングや半田付けなどによって、低抵抗層２３にリード線を接続して不図示の電源部と電気的に接続する。
【００２７】
感度の高い火薬は、摩擦熱、静電気などで簡単に起爆してしまうおそれがあり、非常に危険である。そこで、爆薬ペレット２５としては、例えば火薬の規格ＭＩＬ−１３１６に合致した、非常に感度が鈍く、安全性の高い火薬を用いる。
【００２８】
このような電気式爆薬点火装置を実際に使用するときは、ケース内に密封する。そして、低抵抗層２３の両端に例えば２Ｊの電気エネルギを加えて低抵抗層２３に通電し、過電流により低抵抗層２３の狭路２３ｂを昇華し、すなわち加熱し、融解し、蒸発して高圧ガスを発生する。すると、フライヤ層２２が高圧ガスを溜め込み、やがてその高圧ガスの圧力によりバレルエッジでフライヤ層２２の一部をせん断してフライヤを創出し、高圧ガスを放出する。そして、その放出ガスを受けてバレル２１内を通してフライヤを加速して飛翔し、爆薬ペレット２５に衝突し、その運動エネルギにより爆薬ペレット２５を点火して爆ごうする。
【００２９】
このとき、フライヤ層２２は、高圧ガスのエネルギを受けてバレルエッジによりせん断され、加速してバレル２１内を飛翔し、爆薬ペレット２５を点火する働きをする。よって、爆薬ペレット２５に効果的に運動エネルギを伝達し得るように、バレルエッジによりせん断される際に変形することなく、平坦性を保ったまま爆薬ペレット２５へと飛翔することができる機械的強度を備えることが望まれる。
【００３０】
また、低抵抗層２３は、電気エネルギを加えることにより加熱し、融解し、蒸発し、その際に発生する高圧ガスのエネルギをフライヤ層２２に伝える働きをする。絶縁膜層２４は、電気的エネルギと高圧ガスのエネルギが外部に漏洩することを防止する。つまり、フライヤ層２２と低抵抗層２３を保護する働きをする。
【００３１】
これにより、図１に示す電気式爆薬点火装置によれば、支持基板２０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル２１とし、そのバレル２１を塞いで支持基板２０の第１面２０ａにフライヤ層２２を設け、そのフライヤ層２２の表面に低抵抗層２３を形成してその低抵抗層２３の、バレル２１に対応する位置に狭路２３ｂを備え、その低抵抗層２３の表面に絶縁膜層２４を設けるので、フライヤ層２２や低抵抗層２３や絶縁層２４を重ね合わせて形成し、支持基板２０の強度を高めることができる一方、従来のようにバレル部材を別途設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができるとともに、独立したバレル部材を位置合わせして組付ける面倒をなくし、製造工程を単純化することができる。
【００３２】
また、支持基板２０とフライヤ層２２と低抵抗層２３と絶縁膜層２４の密着性を高め、低抵抗層２３の狭路２３ｂが昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが漏洩して損失することなくフライヤ層２２に伝え、エネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる。
【００３３】
さらに、液体材料をスピンコートしてフライヤ層２２を形成するとき、バレル２１の形状や大きさや深さ等により膜厚が変動することないから、フライヤ層２２の厚さを自由に設定することができ、バレル２１の形状が相違するごとに最適なスピンコート条件を決定しなければならないなどの面倒をなくし、製造を容易として製造効率を高めることができる。
【００３４】
図３には、この発明による電気式爆薬点火装置の他例の縦断面を示す。
この図３に示す電気式爆薬点火装置では、支持基板３０として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用する。そして、単結晶シリコン基板を酸化膜ＳｉＯ２等でマスクしてＫＯＨ溶液やＥＤＰ（エチレンジアミン・ピロカテコール）溶液などの薬液でエッチングすることで、（１１１）面のエッチング速度が他の面のエッチング速度に比べて極めて遅いという特性を利用して貫通孔を形成し、その貫通孔をバレル３１とする。
【００３５】
このようにすると、バレル３１の形成を機械加工からエッチングに置き換え、エッチング技術を用いることにより全製造プロセスを半導体プロセスとしてバレル２１の形成を容易とすることができる。
【００３６】
この図３に示す電気式爆薬点火装置では、図１に示す電気式爆薬点火装置と同様に、支持基板３０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル３１とし、そのバレル３１を塞いで支持基板３０の第１面３０ａにフライヤ層３２を設け、そのフライヤ層３２の表面に低抵抗層３３を形成し、その低抵抗層３３の表面に絶縁膜層３４を設ける一方、支持基板３０の第２面３０ｂに、バレル３１を塞いで爆薬ペレット３５を設置する。
【００３７】
図４には、この発明による電気式爆薬点火装置のさらに他例の縦断面を示す。この図４に示す電気式爆薬点火装置では、支持基板４０として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用する。そして、単結晶シリコン基板を酸化膜ＳｉＯ２等でマスクしてＫＯＨ溶液やＥＤＰ（エチレンジアミン・ピロカテコール）溶液などの薬液でエッチングすることで、（１１１）面のエッチング速度が他の面のエッチング速度に比べて極めて遅いという特性を利用して貫通孔を形成し、その貫通孔をバレル４１とする。
【００３８】
このようにすると、バレル４１の形成を機械加工からエッチングに置き換え、エッチング技術を用いることにより全製造プロセスを半導体プロセスとしてバレル４１の形成を容易とすることができる。
【００３９】
この図４に示す電気式爆薬点火装置では、図１に示す電気式爆薬点火装置と同様に、支持基板４０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル４１とし、そのバレル４１を塞いで支持基板４０の第１面４０ａにフライヤ層４２を設け、そのフライヤ層４２の表面に低抵抗層４３を形成し、その低抵抗層４３の表面に絶縁膜層４４を設ける一方、支持基板４０の第２面４０ｂに、バレル４１を塞いで爆薬ペレット４５を設置する。
【００４０】
そして、図３および図４に示す電気式爆薬点火装置では、図１に示す電気式爆薬点火装置と同様に、使用するときは、ケース内に密封する。そして、スルーホール３６・４６を通して低抵抗層３３・４３の両端に例えば２Ｊの電気エネルギを加えて低抵抗層３３・４３に通電し、過電流により低抵抗層３３・４３の狭路を昇華し、すなわち加熱し、融解し、蒸発して高圧ガスを発生する。
【００４１】
すると、フライヤ層３２・４２が高圧ガスを溜め込み、やがてその高圧ガスの圧力によりバレルエッジでフライヤ層３２・４２の一部をせん断してフライヤを創出し、高圧ガスを放出する。そして、その放出ガスを受けてバレル３１・４１内を通してフライヤを加速して飛翔し、爆薬ペレット３５・４５に衝突し、その運動エネルギにより爆薬ペレット３５・４５を点火して爆ごうする。
【００４２】
図５には、図３の電気式爆薬点火装置において、爆薬ペレット３５を設置する前の支持基板３０を上から見て示す。
【００４３】
図５から判るとおり、支持基板３０に、貫通孔の断面形状が正方形であるバレル３１を形成する。このように貫通孔の断面形状を四角形とすると、サイドエッチングが生じにくくなり、貫通孔を精度よく形成して設計通りの寸法とすることができる。
【００４４】
つまり、図６（ａ）に示すように、正方形の各辺を［０１１］軸に合わせてエッチングを行うと、エッチングされて露出する面が丁度（１１１）面となり、サイドエッチングをほとんど生ずることなく、貫通孔を形成することができる。
【００４５】
このときの貫通孔の断面形状は、図６（ｂ）に示すように、（１００）面に対して５４．７４°傾いたものとなる。また、図６（ｃ）に示すように、エッチング開始面の正方形の一辺の寸法Ｌとエッチング終了面の正方形の一辺の寸法との関係は、ｔを支持基板３０の厚さとすると、次の式（１）で表わすことができる。
Ｍ＝Ｌ−（２ｔ／ｔａｎ５４．７４°）………（１）
【００４６】
例えば、ｔ＝０．５２５ｍｍの単結晶シリコン基板において、一辺の寸法Ｌ＝２．７４ｍｍの正方形でエッチングを行うと、フライヤ層３２側の正方形の一辺の寸法はＭ＝約２ｍｍとなる。
【００４７】
図７には、図４の電気式爆薬点火装置において、爆薬ペレット４５を設置する前の支持基板４０を上から見て示す。
【００４８】
図７から判るとおり、支持基板４０に、貫通孔の断面形状が六角形であるバレル４１を形成する。このように貫通孔の断面形状を六角形とすると、サイドエッチングが生じにくくなり、貫通孔を精度よく形成して設計通りの寸法とすることができる。
【００４９】
つまり、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、六角形の各辺を６つの（１１１）面に合わせてエッチングを行うと、エッチングされて露出する面が丁度（１１１）面となり、サイドエッチングをほとんど生ずることなく、貫通孔を形成することができる。
【００５０】
このときの貫通孔の断面形状は、図９（ａ）に示すように、Ａ−Ａ′ラインでは、（１１０）面に対して３５．２６°傾いたものとなり、Ｂ−Ｂ′とＣ−Ｃ′ラインでは、（１１０）面に対して直角となる。
【００５１】
また、図９（ｂ）に示すように、エッチング開始面の六角形の各辺の寸法ａ、ｂ、ｃ、Ａ−Ａ′ラインの寸法Ａ１、Ｂ−Ｂ′ラインの寸法Ｂ１、Ｃ−Ｃ′ラインの寸法Ｃ１と、エッチング終了面の六角形の各辺の寸法ａ′、ｂ′、ｃ′、Ａ−Ａ′ラインの寸法Ａ１′、Ｂ−Ｂ′ラインの寸法Ｂ１′、Ｃ−Ｃ′ラインの寸法Ｃ１′の関係は、ｔを支持基板４０の厚さとすると、次の式（２）、（３）で表わすことができる。
ａ′＝ａ−（ｔ／ｃｏｓ５４．７４°）、ｂ′＝ｂ＋２ｔ、ｃ′＝ｃ−（ｔ／ｃｏｓ５４．７４°） ……………………………………………………………（２）
Ａ１′＝Ａ１＋２ｔ、Ｂ１′＝Ｂ１、Ｃ１′＝Ｃ１………………（３）
【００５２】
例えば、ｔ＝０．５２５ｍｍの単結晶シリコン基板において、寸法ａ＝２ｍｍ、ｂ＝０．５ｍｍ、ｃ＝１ｍｍ、Ａ１＝２ｍｍ、Ｂ１＝３ｍｍ、Ｃ１＝３ｍｍの六角形でエッチングを行うと、フライヤ層４２側の六角形の寸法は、ａ′＝１．０９１ｍｍ、ｂ′＝１．５５ｍｍ、ｃ′＝０．０９１ｍｍ、Ａ１′＝２ｍｍ、Ｂ１′＝４．０５ｍｍ、Ｃ１′＝３ｍｍとなる。
【００５３】
図１０には、この発明による電気式爆薬点火装置の製造方法の一例を示す。
【００５４】
図１０に示す製造方法では、（ａ）に示すように、支持基板５０として単結晶シリコン基板を用い、その支持基板５０の両面を第１の絶縁被覆５７と第２の絶縁被覆５８により絶縁被覆する。絶縁被覆５７・５８としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５など、アルカリ溶液の影響を受けない絶縁材料を使用し、熱酸化法やＲＦスパッタリング法などにより形成する。例えば、膜厚２μｍのＳｉＯ２を熱酸化法により形成する。
【００５５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、支持基板５０の第１面５０ａの第１の絶縁被覆５７の表面には、フライヤ層５２を設ける。フライヤ層５２は、例えば、膜厚２５μｍのポリイミドを感光性ポリイミド（東レ社製「フォトニース」）のスピンオンにより形成する。
【００５６】
それから、図１０（ｃ）に示すようにそのフライヤ層５２の表面には、低抵抗層５３を形成する。例えば、膜厚９μｍのアルミニウムを用いてＤＣスパッタリング法により形成する。そして、その低抵抗層５３を図１０（ｄ）に示すように蝶ネクタイ形状にパターニングして該低抵抗層５３にブリッジ状の狭路５３ｂを形成する。
【００５７】
次いで、図１０（ｅ）に示すように、低抵抗層５３の表面には、絶縁膜層５４を設ける。例えば、膜厚１０μｍのＳｉＯ２をスピンオン法により形成する。そして、図１０（ｆ）に示すように、絶縁膜層５４には、低抵抗層５３と不図示の電源部とを電気的に接続するスルーホール５６を形成する。
【００５８】
一方、図１０（ｇ）に示すように、支持基板５０の第２面５０ｂの第２の絶縁被覆５８をパターニングして該第２の絶縁被覆５８にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆５８でマスクして、ＫＯＨ溶液やＥＤＰ溶液などの薬液でエッチングを行い、支持基板５０に、フライヤ層５２にまで達する貫通孔を狭路５３ｂの位置に対応してあけてその貫通孔をバレル５１とする。
【００５９】
そののち、図１０（ｈ）に示すようにバレル５１を通して露出する第１の絶縁被覆５７と、露出する第２の絶縁被覆５８のすべてを除去し、図１０（ｉ）に示すように支持基板５０の第２面５０ｂ上に、バレル５１を塞いで爆薬ペレット５５を設置する。
【００６０】
これにより、支持基板５０とフライヤ層５２と低抵抗層５３と絶縁膜層５４の密着性を高め、低抵抗層５３の狭路５３ｂが昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが外部に漏洩して損失することなく、フライヤ層５２に確実に伝えてエネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる電気式爆薬点火装置を簡易な製造方法で得ることができる。
【００６１】
図１１には、この発明による電気式爆薬点火装置の製造方法の他例を示す。
【００６２】
図１１に示す製造方法では、（ａ）に示すように、支持基板６０として単結晶シリコン基板を用い、その支持基板６０の両面を第１の絶縁被覆６７と第２の絶縁被覆６８とで絶縁被覆する。絶縁被覆６７・６８としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５など、アルカリ溶液の影響を受けない絶縁材料を使用し、熱酸化法やＲＦスパッタリング法などにより形成する。具体的には、膜厚２μｍのＳｉＯ２を熱酸化法により形成する。
【００６３】
次に、図１１（ｂ）に示すように、支持基板６０の第２面６０ｂの第２の絶縁被覆６８をパターニングして該第２の絶縁被覆６８にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆６８でマスクして、ＫＯＨ溶液やＥＤＰ溶液などの薬液でエッチングを行い、支持基板６０に、第１面６０ａの第１の絶縁被覆６７にまで達する貫通孔をあけてその貫通孔をバレル６１とする。
【００６４】
一方、図１０（ｃ）に示すように、支持基板６０の第１面６０ａの第１の絶縁被覆６７の表面には、フライヤ層６２を設ける。フライヤ層６２は、例えば、膜厚２５μｍのポリイミドを感光性ポリイミド（東レ社製「フォトニース」）のスピンオンにより形成する。
【００６５】
それから、図１０（ｄ）に示すようにそのフライヤ層６２の表面には、低抵抗層６３を形成する。例えば、膜厚９μｍのアルミニウムを用いてＤＣスパッタリング法により形成する。そして、その低抵抗層６３を図１０（ｅ）に示すように蝶ネクタイ形状にパターニングして該低抵抗層６３にブリッジ状の狭路６３ｂを形成する。
【００６６】
次いで、図１１（ｆ）に示すように、低抵抗層６３の表面には、絶縁膜層６４を設ける。例えば、膜厚１０μｍのＳｉＯ２をスピンオン法により形成する。そして、図１０（ｇ）に示すように、絶縁膜層６４には、低抵抗層６３と不図示の電源部とを電気的に接続するスルーホール６６を形成する。
【００６７】
そののち、図１１（ｈ）に示すようにバレル６１を通して露出する第１の絶縁被覆６７と、露出する第２の絶縁被覆６８すべてを除去し、図１１（ｉ）に示すように支持基板６０の第２面６０ｂ上に、バレル６１を塞いで爆薬ペレット６５を設置する。
【００６８】
これにより、支持基板６０とフライヤ層６２と低抵抗層６３と絶縁膜層６４の密着性を高め、低抵抗層６３の狭路６３ｂが昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが外部に漏洩して損失することなく、フライヤ層６２に確実に伝えてエネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる電気式爆薬点火装置を簡易な製造方法で得ることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし５に記載の発明による電気式爆薬点火装置によれば、支持基板に貫通孔を形成してその貫通孔をバレルとし、そのバレルを塞いで支持基板の第１面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してその低抵抗層の、バレルに対応する位置に狭路を備え、その低抵抗層の表面に絶縁膜層を設けるので、フライヤ層や低抵抗層や絶縁層を重ね合わせて形成し、支持基板の強度を高めることができる一方、従来のようにバレル部材を別途設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができるとともに、独立したバレル部材を位置合わせして組付ける面倒をなくし、製造工程を単純化することができる。
【００７０】
また、支持基板とフライヤ層と低抵抗層と絶縁膜層の密着性を高め、低抵抗層の狭路が昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが外部に漏洩して損失することなく、フライヤ層に確実に伝えてエネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる。
【００７１】
さらに、液体材料をスピンコートしてフライヤ層を形成するとき、バレルの形状や大きさや深さ等により膜厚が変動することないから、フライヤ層の厚さを自由に設定することができ、バレルの形状が相違するごとに最適なスピンコート条件を決定しなければならないなどの面倒をなくし、製造を容易として製造効率を高めることができる。
【００７２】
請求項２に記載の発明によれば、支持基板として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用するので、バレルの形成を機械加工からエッチングに置き換え、エッチング技術を用いることにより全製造プロセスを半導体プロセスとしてバレルの形成を容易とすることができる。
【００７３】
請求項３に記載の発明によれば、支持基板として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用するので、バレルの形成を機械加工からエッチングに置き換え、エッチング技術を用いることにより全製造プロセスを半導体プロセスとしてバレルの形成を容易とすることができる。
【００７４】
請求項４に記載の発明によれば、貫通孔の断面形状が四角形であるので、支持基板として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用する電気式爆薬点火装置において、サイドエッチングが生じにくくなり、貫通孔を精度よく形成して設計通りの寸法とすることができる。
【００７５】
請求項５に記載の発明によれば、貫通孔の断面形状が六角形であるので、支持基板として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用する電気式爆薬点火装置において、サイドエッチングが生じにくくなり、貫通孔を精度よく形成して設計通りの寸法とすることができる。
【００７６】
請求項６および請求項７に記載の発明によれば、支持基板とフライヤ層と低抵抗層と絶縁膜層の密着性を高め、低抵抗層の狭路が昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが外部に漏洩して損失することなく、フライヤ層に確実に伝えてエネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる電気式爆薬点火装置を簡易な製造方法で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電気式爆薬点火装置の縦断面図である。
【図２】その爆薬ペレットを取り付ける前の状態の平面図である。
【図３】この発明による電気式爆薬点火装置の他例の縦断面図である。
【図４】この発明による電気式爆薬点火装置のさらに他例の縦断面図である。
【図５】図３に示す電気式爆薬点火装置において、その爆薬ペレットを取り付ける前の状態の平面図である。
【図６】図３に示す電気式爆薬点火装置に形成するバレル用貫通孔で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はそのエッチング開始面側とエッチング終了面側の平面図を示す。
【図７】図４に示す電気式爆薬点火装置において、その爆薬ペレットを取り付ける前の状態の平面図である。
【図８】図４に示す電気式爆薬点火装置に形成するバレル用貫通孔で、（ａ）は平面図、（ｂ）はラインを示す。
【図９】（ａ）はライン方向断面図、（ｂ）はエッチング開始面側とエッチング終了面側の平面図を示す。
【図１０】電気式爆薬点火装置の製造方法の一例の工程図である。
【図１１】電気式爆薬点火装置の製造方法の他例の工程図である。
【図１２】（ａ）は、従来の電気式爆薬点火装置の一例の縦断面図である。（ｂ）は、その爆薬ペレットを取り除いて示す平面図である。
【図１３】（ａ）は、従来の電気式爆薬点火装置の他例の縦断面図である。（ｂ）は、その爆薬ペレットを取り除いて示す斜視図である。
【符号の説明】
２０、３０、４０、５０、６０ 支持基板
２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、６０ａ 支持基板の第１面
２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ、５０ｂ、６０ｂ 支持基板の第２面
２１、３１、４１、５１、６１ バレル
２２、３２、４２、５２、６２ フライヤ層
２３、３３、４３、５３、６３ 低抵抗層
２３ａ 低抵抗層の切欠き
２３ｂ、５３ｂ、６３ｂ 低抵抗層の狭路
２４、３４、４４、５４、６４ 絶縁膜層
２５、３５、４５、５５、６５ 爆薬ペレット
２６、３６、４６、５６、６６ スルーホール
５７、６７ 第１の絶縁被覆
５８、６８ 第２の絶縁被覆
【発明の属する技術分野】
この発明は、支持基板上の低抵抗層に通電し、その低抵抗層の狭路を昇華して高圧ガスを発生し、その高圧ガスで、該低抵抗層に重ねて設けるフライヤ層の一部をせん断して飛翔し、爆薬に衝突してそれを点火する、電気式の爆薬点火装置に関する。例えば爆薬を点火することにより燃焼ガスを発生してエアバックを膨らませる自動車用安全装置や、起爆機構を作動する軍事兵器に適用し得る電気式爆薬点火装置に関する。および、その電気式爆薬点火装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、爆薬点火装置としては、一次爆薬（起爆薬）を利用する感度が高い電気雷管が主流であるが、他にも、一次爆薬は使用せずに二次爆薬（炸薬）のみを利用して感度を低くし、取り扱い上の安全性を高めたものがある。
【０００３】
前者は、熱やスパークにより一次爆薬を起爆するのに対し、後者は、低抵抗層に過電流を流すことによりそれを加熱し、融解し、蒸発して高圧ガスを発生し、高圧ガスのエネルギにより低抵抗層上に設けるフライヤ層を加速して爆薬に衝突し、その運動エネルギにより爆薬を点火していた。
【０００４】
【非特許文献１】Ｊｈｏｎ Ｈ． Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ と Ｔｈｏｍａｓ Ａ． ＢａｇｉｎｓｋｉらによるＡｕｂｕｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ発行の技術論文「Ｔｗｏ Ｎｏｖｅｌ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｓｌａｐｐｅｒ Ｄｅｔｏｎａｔｏｒｓ」
フライヤ層を加速して爆薬ペレットに衝突する手段には、非特許文献１に記載されるように、フライヤ層を二次爆薬の方向に単に膨らませるものと、バレルのエッジ部分でせん断して二次爆薬の方向に飛翔するものとがある。一般的に、前者のものより後者のものの方が、得られる運動エネルギは大きい。
【０００５】
後者のものには、例えば図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、支持基板２であるシリコン基板に、堆積させた金属をフォトリソグラフィとエッチングによりパターニングしたり、不純物を選択的にドーピングしたりして蝶ネクタイ形状の低抵抗層３を形成する。その低抵抗層３の表面上には、フライヤ層５を形成する。フライヤ層５の上には、エッジ部分がシャープな小さな孔７ａを中央に有する樹脂製または金属製の板状のバレル７を設ける。バレル部材７の上には、孔７ａを塞ぐように爆薬ペレット（二次爆薬）１０を配置していた。
【０００６】
そして、支持基板２上の低抵抗層３に過電流を流し、狭路３ｂに電流を集中して狭路３ｂを加熱し、融解し、最後に蒸発して高圧ガスを発生する。高圧ガスのエネルギによりフライヤ層５をせん断してフライヤを形成し、そのフライヤをバレル部材７の孔７ａに沿って飛翔し、エネルギを効率的に利用して大きな運動エネルギで加速し、爆薬ペレット１０に衝突して、その運動エネルギにより爆薬ペレット１０を点火していた。
【０００７】
バレルのエッジ部分でせん断して二次爆薬の方向に飛翔してフライヤ層を爆薬ペレットに衝突する手段には、また、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、支持基板１２としてシリコン基板を使用し、その中央に小さな凹部を設けて支持基板１２自体にバレル１７を形成する。そして、支持基板１２上には、堆積させた金属をフォトリソグラフィとエッチングによりパターニングしたり、シリコン基板に不純物を選択的にドーピングしたりして低抵抗層１３を形成する。
【０００８】
低抵抗層１３は、蝶ネクタイ形状としてその狭路１３ｂを支持基板１２のバレル１７に位置する。その低抵抗層１３の表面上には、フライヤ層１５を形成する。フライヤ層１５の上には、バレル１７を塞ぐように爆薬ペレット（二次爆薬）２０を配置していた。
【０００９】
そして、支持基板１２上の低抵抗層１３に過電流を流し、狭路１３ｂに電流を集中して狭路１３ｂを加熱し、融解し、最後に蒸発して高圧ガスを発生する。高圧ガスのエネルギによりフライヤ層１５をせん断してフライヤを形成し、そのフライヤをバレル１７に沿って飛翔し、エネルギを効率的に利用して大きな運動エネルギで加速し、爆薬ペレット２０に衝突して、その運動エネルギにより爆薬ペレット２０を点火していた。
【００１０】
図１２に示すタイプでは、バレル部材７を低抵抗層３に位置合わせして組付ける必要がある。これに対し、図１３に示すタイプでは、支持基板１２自体にバレル１７を形成するから、バレル１７を低抵抗層１３に位置合わせして組付ける必要がなく、製造を容易とし、部品点数を削減してコストダウンを図ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図１２に示すような電気式爆薬点火装置では、バレル部材７を低抵抗層３に位置合わせして組付ける必要があるので、製造工程が複雑となるという問題があった。のみならず、バレル部材７を加工するときに生ずるバリ、フライヤ層５やバレル部材７などの歪み、組付け時に侵入する微小なゴミなどの影響により、フライヤ層５とバレル部材７間の密着が不完全となり、高圧ガスがそれらの間を通って逃げてエネルギを損失するという問題があった。
【００１２】
他方、図１３に示すような電気式爆薬点火装置では、液体材料をスピンコートしてフライヤ層１５を形成するとき、バレル１７の形状や大きさや深さ等により膜厚が変動し、バレル１７の形状が相違するごとに最適なスピンコート条件を決定しなければならないという問題があった。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、電気式爆薬点火装置において、部品点数の削減を図るとともに、製造工程を単純化し、製造を容易として製造効率を高める一方、エネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、請求項１に記載の発明は、支持基板上の低抵抗層に通電し、その低抵抗層の狭路を昇華して高圧ガスを発生し、その高圧ガスで、該低抵抗層に重ねて設けるフライヤ層の一部をせん断して飛翔し、爆薬に衝突してそれを点火する電気式爆薬点火装置において、
支持基板に貫通孔を形成してその貫通孔をバレルとし、そのバレルを塞いで支持基板の第１面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してその低抵抗層の、バレルに対応する位置に狭路を備え、その低抵抗層の表面に絶縁膜層を設ける一方、支持基板の第２面に、バレルを塞いで爆薬を設置する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気式爆薬点火装置において、支持基板として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用する、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電気式爆薬点火装置において、支持基板として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の電気式爆薬点火装置において、貫通孔の断面形状が四角形である、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の電気式爆薬点火装置において、貫通孔の断面形状が六角形である、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、電気式爆薬点火装置の製造方法において、支持基板の両面を絶縁被覆し、第１面の第１の絶縁被覆の表面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してから、その低抵抗層をパターニングして該低抵抗層に狭路を形成し、次いでその低抵抗層の表面に絶縁膜層を設ける一方、支持基板の第２面の第２の絶縁被覆をパターニングして該第２の絶縁被覆にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆でマスクしてエッチングを行い、支持基板に、第１の絶縁被覆にまで達する貫通孔を狭路の位置に対応してあけてその貫通孔をバレルとし、そののち露出する第１の絶縁被覆と第２の絶縁被覆を除去して支持基板の第２面上に、バレルを塞いで爆薬を設置する、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、電気式爆薬点火装置の製造方法において、支持基板の両面を絶縁被覆し、第２面の第２の絶縁被覆にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆でマスクしてエッチングを行い、支持基板に、第１面の第１の絶縁被覆にまで達する貫通孔をあけてその貫通孔をバレルとする一方、第１の絶縁被覆の表面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してから、その低抵抗層をパターニングして該低抵抗層に、バレルの位置に対応する狭路を形成し、次いでその低抵抗層の表面に絶縁膜層を設け、そののち露出する第１の絶縁被覆と第２の絶縁被覆を除去して支持基板の第２面上に、バレルを塞いで爆薬を設置する、ことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。
図１には、この発明による電気式爆薬点火装置の縦断面を示す。
【００２２】
この図１に示す電気式爆薬点火装置では、支持基板２０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル２１とし、そのバレル２１を塞いで支持基板２０の第１面２０ａにフライヤ層２２を設け、そのフライヤ層２２の表面に低抵抗層２３を形成し、その低抵抗層２３の表面に絶縁膜層２４を設ける一方、支持基板２０の第２面２０ｂに、バレル２１を塞いで爆薬ペレット２５を設置する。
【００２３】
支持基板２０は、ガラスエポキシ樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂などの断熱性に優れた絶縁材料で構成する。そして、その中央には、エンドミルによる切削加工などの機械加工を施し、任意の大きさ、任意の形状の貫通孔を形成してその貫通孔をバレル２１とする。バレル２７は、エッジ部分をシャープにつくる。
【００２４】
フライヤ層２２は、絶縁材料やそれに金属薄膜を組み合わせたものを用い、バレル２１を塞いで設ける。大量生産に適し、コストを削減することができるように、半導体プロセスでつくることができ、成形加工が容易であるとよい。具体的には、例えば耐熱性高分子材料であるポリイミドを、感光性ポリイミド液のスピンオンにより任意の厚さ、例えば膜厚２５μｍに形成する。
【００２５】
低抵抗層２３は、沸点が低く、蒸気圧が高く、低コストのアルミニウム、銅などの金属を使用して設ける。図２から判るとおり、中央の両側に三角形状の切欠き２３ａを対称に設けて狭路２３ｂをブリッジ状に形成し、蝶ネクタイ形状とする。そして、その狭路２３ｂをバレル２１に対応する位置に設ける。具体的には、例えばスパッタリング法や真空蒸着法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより、例えば膜厚９μｍのアルミニウムを堆積し、フォトリソグラフィとエッチングにより蝶ネクタイ形状にパターニングする。この図１に示す例では、低抵抗層２６は、電極を兼ねている。
【００２６】
絶縁膜層２４は、半導体プロセスでつくることができ、成形加工が容易であるとよく、熱酸化法やＲＦスパッタリング法やＣＶＤ法やスピンオン法などにより形成する。例えば、スピンオン法により膜厚１０μｍのＳｉＯ２を形成し、図２にも示すようにスルーホール２６を設ける。そして、そのスルーホール２６を通して、ワイヤボンディングやＴＡＢなどのワイヤレスボンディングや半田付けなどによって、低抵抗層２３にリード線を接続して不図示の電源部と電気的に接続する。
【００２７】
感度の高い火薬は、摩擦熱、静電気などで簡単に起爆してしまうおそれがあり、非常に危険である。そこで、爆薬ペレット２５としては、例えば火薬の規格ＭＩＬ−１３１６に合致した、非常に感度が鈍く、安全性の高い火薬を用いる。
【００２８】
このような電気式爆薬点火装置を実際に使用するときは、ケース内に密封する。そして、低抵抗層２３の両端に例えば２Ｊの電気エネルギを加えて低抵抗層２３に通電し、過電流により低抵抗層２３の狭路２３ｂを昇華し、すなわち加熱し、融解し、蒸発して高圧ガスを発生する。すると、フライヤ層２２が高圧ガスを溜め込み、やがてその高圧ガスの圧力によりバレルエッジでフライヤ層２２の一部をせん断してフライヤを創出し、高圧ガスを放出する。そして、その放出ガスを受けてバレル２１内を通してフライヤを加速して飛翔し、爆薬ペレット２５に衝突し、その運動エネルギにより爆薬ペレット２５を点火して爆ごうする。
【００２９】
このとき、フライヤ層２２は、高圧ガスのエネルギを受けてバレルエッジによりせん断され、加速してバレル２１内を飛翔し、爆薬ペレット２５を点火する働きをする。よって、爆薬ペレット２５に効果的に運動エネルギを伝達し得るように、バレルエッジによりせん断される際に変形することなく、平坦性を保ったまま爆薬ペレット２５へと飛翔することができる機械的強度を備えることが望まれる。
【００３０】
また、低抵抗層２３は、電気エネルギを加えることにより加熱し、融解し、蒸発し、その際に発生する高圧ガスのエネルギをフライヤ層２２に伝える働きをする。絶縁膜層２４は、電気的エネルギと高圧ガスのエネルギが外部に漏洩することを防止する。つまり、フライヤ層２２と低抵抗層２３を保護する働きをする。
【００３１】
これにより、図１に示す電気式爆薬点火装置によれば、支持基板２０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル２１とし、そのバレル２１を塞いで支持基板２０の第１面２０ａにフライヤ層２２を設け、そのフライヤ層２２の表面に低抵抗層２３を形成してその低抵抗層２３の、バレル２１に対応する位置に狭路２３ｂを備え、その低抵抗層２３の表面に絶縁膜層２４を設けるので、フライヤ層２２や低抵抗層２３や絶縁層２４を重ね合わせて形成し、支持基板２０の強度を高めることができる一方、従来のようにバレル部材を別途設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができるとともに、独立したバレル部材を位置合わせして組付ける面倒をなくし、製造工程を単純化することができる。
【００３２】
また、支持基板２０とフライヤ層２２と低抵抗層２３と絶縁膜層２４の密着性を高め、低抵抗層２３の狭路２３ｂが昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが漏洩して損失することなくフライヤ層２２に伝え、エネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる。
【００３３】
さらに、液体材料をスピンコートしてフライヤ層２２を形成するとき、バレル２１の形状や大きさや深さ等により膜厚が変動することないから、フライヤ層２２の厚さを自由に設定することができ、バレル２１の形状が相違するごとに最適なスピンコート条件を決定しなければならないなどの面倒をなくし、製造を容易として製造効率を高めることができる。
【００３４】
図３には、この発明による電気式爆薬点火装置の他例の縦断面を示す。
この図３に示す電気式爆薬点火装置では、支持基板３０として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用する。そして、単結晶シリコン基板を酸化膜ＳｉＯ２等でマスクしてＫＯＨ溶液やＥＤＰ（エチレンジアミン・ピロカテコール）溶液などの薬液でエッチングすることで、（１１１）面のエッチング速度が他の面のエッチング速度に比べて極めて遅いという特性を利用して貫通孔を形成し、その貫通孔をバレル３１とする。
【００３５】
このようにすると、バレル３１の形成を機械加工からエッチングに置き換え、エッチング技術を用いることにより全製造プロセスを半導体プロセスとしてバレル２１の形成を容易とすることができる。
【００３６】
この図３に示す電気式爆薬点火装置では、図１に示す電気式爆薬点火装置と同様に、支持基板３０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル３１とし、そのバレル３１を塞いで支持基板３０の第１面３０ａにフライヤ層３２を設け、そのフライヤ層３２の表面に低抵抗層３３を形成し、その低抵抗層３３の表面に絶縁膜層３４を設ける一方、支持基板３０の第２面３０ｂに、バレル３１を塞いで爆薬ペレット３５を設置する。
【００３７】
図４には、この発明による電気式爆薬点火装置のさらに他例の縦断面を示す。この図４に示す電気式爆薬点火装置では、支持基板４０として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用する。そして、単結晶シリコン基板を酸化膜ＳｉＯ２等でマスクしてＫＯＨ溶液やＥＤＰ（エチレンジアミン・ピロカテコール）溶液などの薬液でエッチングすることで、（１１１）面のエッチング速度が他の面のエッチング速度に比べて極めて遅いという特性を利用して貫通孔を形成し、その貫通孔をバレル４１とする。
【００３８】
このようにすると、バレル４１の形成を機械加工からエッチングに置き換え、エッチング技術を用いることにより全製造プロセスを半導体プロセスとしてバレル４１の形成を容易とすることができる。
【００３９】
この図４に示す電気式爆薬点火装置では、図１に示す電気式爆薬点火装置と同様に、支持基板４０に貫通孔を形成してその貫通孔をバレル４１とし、そのバレル４１を塞いで支持基板４０の第１面４０ａにフライヤ層４２を設け、そのフライヤ層４２の表面に低抵抗層４３を形成し、その低抵抗層４３の表面に絶縁膜層４４を設ける一方、支持基板４０の第２面４０ｂに、バレル４１を塞いで爆薬ペレット４５を設置する。
【００４０】
そして、図３および図４に示す電気式爆薬点火装置では、図１に示す電気式爆薬点火装置と同様に、使用するときは、ケース内に密封する。そして、スルーホール３６・４６を通して低抵抗層３３・４３の両端に例えば２Ｊの電気エネルギを加えて低抵抗層３３・４３に通電し、過電流により低抵抗層３３・４３の狭路を昇華し、すなわち加熱し、融解し、蒸発して高圧ガスを発生する。
【００４１】
すると、フライヤ層３２・４２が高圧ガスを溜め込み、やがてその高圧ガスの圧力によりバレルエッジでフライヤ層３２・４２の一部をせん断してフライヤを創出し、高圧ガスを放出する。そして、その放出ガスを受けてバレル３１・４１内を通してフライヤを加速して飛翔し、爆薬ペレット３５・４５に衝突し、その運動エネルギにより爆薬ペレット３５・４５を点火して爆ごうする。
【００４２】
図５には、図３の電気式爆薬点火装置において、爆薬ペレット３５を設置する前の支持基板３０を上から見て示す。
【００４３】
図５から判るとおり、支持基板３０に、貫通孔の断面形状が正方形であるバレル３１を形成する。このように貫通孔の断面形状を四角形とすると、サイドエッチングが生じにくくなり、貫通孔を精度よく形成して設計通りの寸法とすることができる。
【００４４】
つまり、図６（ａ）に示すように、正方形の各辺を［０１１］軸に合わせてエッチングを行うと、エッチングされて露出する面が丁度（１１１）面となり、サイドエッチングをほとんど生ずることなく、貫通孔を形成することができる。
【００４５】
このときの貫通孔の断面形状は、図６（ｂ）に示すように、（１００）面に対して５４．７４°傾いたものとなる。また、図６（ｃ）に示すように、エッチング開始面の正方形の一辺の寸法Ｌとエッチング終了面の正方形の一辺の寸法との関係は、ｔを支持基板３０の厚さとすると、次の式（１）で表わすことができる。
Ｍ＝Ｌ−（２ｔ／ｔａｎ５４．７４°）………（１）
【００４６】
例えば、ｔ＝０．５２５ｍｍの単結晶シリコン基板において、一辺の寸法Ｌ＝２．７４ｍｍの正方形でエッチングを行うと、フライヤ層３２側の正方形の一辺の寸法はＭ＝約２ｍｍとなる。
【００４７】
図７には、図４の電気式爆薬点火装置において、爆薬ペレット４５を設置する前の支持基板４０を上から見て示す。
【００４８】
図７から判るとおり、支持基板４０に、貫通孔の断面形状が六角形であるバレル４１を形成する。このように貫通孔の断面形状を六角形とすると、サイドエッチングが生じにくくなり、貫通孔を精度よく形成して設計通りの寸法とすることができる。
【００４９】
つまり、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、六角形の各辺を６つの（１１１）面に合わせてエッチングを行うと、エッチングされて露出する面が丁度（１１１）面となり、サイドエッチングをほとんど生ずることなく、貫通孔を形成することができる。
【００５０】
このときの貫通孔の断面形状は、図９（ａ）に示すように、Ａ−Ａ′ラインでは、（１１０）面に対して３５．２６°傾いたものとなり、Ｂ−Ｂ′とＣ−Ｃ′ラインでは、（１１０）面に対して直角となる。
【００５１】
また、図９（ｂ）に示すように、エッチング開始面の六角形の各辺の寸法ａ、ｂ、ｃ、Ａ−Ａ′ラインの寸法Ａ１、Ｂ−Ｂ′ラインの寸法Ｂ１、Ｃ−Ｃ′ラインの寸法Ｃ１と、エッチング終了面の六角形の各辺の寸法ａ′、ｂ′、ｃ′、Ａ−Ａ′ラインの寸法Ａ１′、Ｂ−Ｂ′ラインの寸法Ｂ１′、Ｃ−Ｃ′ラインの寸法Ｃ１′の関係は、ｔを支持基板４０の厚さとすると、次の式（２）、（３）で表わすことができる。
ａ′＝ａ−（ｔ／ｃｏｓ５４．７４°）、ｂ′＝ｂ＋２ｔ、ｃ′＝ｃ−（ｔ／ｃｏｓ５４．７４°） ……………………………………………………………（２）
Ａ１′＝Ａ１＋２ｔ、Ｂ１′＝Ｂ１、Ｃ１′＝Ｃ１………………（３）
【００５２】
例えば、ｔ＝０．５２５ｍｍの単結晶シリコン基板において、寸法ａ＝２ｍｍ、ｂ＝０．５ｍｍ、ｃ＝１ｍｍ、Ａ１＝２ｍｍ、Ｂ１＝３ｍｍ、Ｃ１＝３ｍｍの六角形でエッチングを行うと、フライヤ層４２側の六角形の寸法は、ａ′＝１．０９１ｍｍ、ｂ′＝１．５５ｍｍ、ｃ′＝０．０９１ｍｍ、Ａ１′＝２ｍｍ、Ｂ１′＝４．０５ｍｍ、Ｃ１′＝３ｍｍとなる。
【００５３】
図１０には、この発明による電気式爆薬点火装置の製造方法の一例を示す。
【００５４】
図１０に示す製造方法では、（ａ）に示すように、支持基板５０として単結晶シリコン基板を用い、その支持基板５０の両面を第１の絶縁被覆５７と第２の絶縁被覆５８により絶縁被覆する。絶縁被覆５７・５８としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５など、アルカリ溶液の影響を受けない絶縁材料を使用し、熱酸化法やＲＦスパッタリング法などにより形成する。例えば、膜厚２μｍのＳｉＯ２を熱酸化法により形成する。
【００５５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、支持基板５０の第１面５０ａの第１の絶縁被覆５７の表面には、フライヤ層５２を設ける。フライヤ層５２は、例えば、膜厚２５μｍのポリイミドを感光性ポリイミド（東レ社製「フォトニース」）のスピンオンにより形成する。
【００５６】
それから、図１０（ｃ）に示すようにそのフライヤ層５２の表面には、低抵抗層５３を形成する。例えば、膜厚９μｍのアルミニウムを用いてＤＣスパッタリング法により形成する。そして、その低抵抗層５３を図１０（ｄ）に示すように蝶ネクタイ形状にパターニングして該低抵抗層５３にブリッジ状の狭路５３ｂを形成する。
【００５７】
次いで、図１０（ｅ）に示すように、低抵抗層５３の表面には、絶縁膜層５４を設ける。例えば、膜厚１０μｍのＳｉＯ２をスピンオン法により形成する。そして、図１０（ｆ）に示すように、絶縁膜層５４には、低抵抗層５３と不図示の電源部とを電気的に接続するスルーホール５６を形成する。
【００５８】
一方、図１０（ｇ）に示すように、支持基板５０の第２面５０ｂの第２の絶縁被覆５８をパターニングして該第２の絶縁被覆５８にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆５８でマスクして、ＫＯＨ溶液やＥＤＰ溶液などの薬液でエッチングを行い、支持基板５０に、フライヤ層５２にまで達する貫通孔を狭路５３ｂの位置に対応してあけてその貫通孔をバレル５１とする。
【００５９】
そののち、図１０（ｈ）に示すようにバレル５１を通して露出する第１の絶縁被覆５７と、露出する第２の絶縁被覆５８のすべてを除去し、図１０（ｉ）に示すように支持基板５０の第２面５０ｂ上に、バレル５１を塞いで爆薬ペレット５５を設置する。
【００６０】
これにより、支持基板５０とフライヤ層５２と低抵抗層５３と絶縁膜層５４の密着性を高め、低抵抗層５３の狭路５３ｂが昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが外部に漏洩して損失することなく、フライヤ層５２に確実に伝えてエネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる電気式爆薬点火装置を簡易な製造方法で得ることができる。
【００６１】
図１１には、この発明による電気式爆薬点火装置の製造方法の他例を示す。
【００６２】
図１１に示す製造方法では、（ａ）に示すように、支持基板６０として単結晶シリコン基板を用い、その支持基板６０の両面を第１の絶縁被覆６７と第２の絶縁被覆６８とで絶縁被覆する。絶縁被覆６７・６８としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５など、アルカリ溶液の影響を受けない絶縁材料を使用し、熱酸化法やＲＦスパッタリング法などにより形成する。具体的には、膜厚２μｍのＳｉＯ２を熱酸化法により形成する。
【００６３】
次に、図１１（ｂ）に示すように、支持基板６０の第２面６０ｂの第２の絶縁被覆６８をパターニングして該第２の絶縁被覆６８にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆６８でマスクして、ＫＯＨ溶液やＥＤＰ溶液などの薬液でエッチングを行い、支持基板６０に、第１面６０ａの第１の絶縁被覆６７にまで達する貫通孔をあけてその貫通孔をバレル６１とする。
【００６４】
一方、図１０（ｃ）に示すように、支持基板６０の第１面６０ａの第１の絶縁被覆６７の表面には、フライヤ層６２を設ける。フライヤ層６２は、例えば、膜厚２５μｍのポリイミドを感光性ポリイミド（東レ社製「フォトニース」）のスピンオンにより形成する。
【００６５】
それから、図１０（ｄ）に示すようにそのフライヤ層６２の表面には、低抵抗層６３を形成する。例えば、膜厚９μｍのアルミニウムを用いてＤＣスパッタリング法により形成する。そして、その低抵抗層６３を図１０（ｅ）に示すように蝶ネクタイ形状にパターニングして該低抵抗層６３にブリッジ状の狭路６３ｂを形成する。
【００６６】
次いで、図１１（ｆ）に示すように、低抵抗層６３の表面には、絶縁膜層６４を設ける。例えば、膜厚１０μｍのＳｉＯ２をスピンオン法により形成する。そして、図１０（ｇ）に示すように、絶縁膜層６４には、低抵抗層６３と不図示の電源部とを電気的に接続するスルーホール６６を形成する。
【００６７】
そののち、図１１（ｈ）に示すようにバレル６１を通して露出する第１の絶縁被覆６７と、露出する第２の絶縁被覆６８すべてを除去し、図１１（ｉ）に示すように支持基板６０の第２面６０ｂ上に、バレル６１を塞いで爆薬ペレット６５を設置する。
【００６８】
これにより、支持基板６０とフライヤ層６２と低抵抗層６３と絶縁膜層６４の密着性を高め、低抵抗層６３の狭路６３ｂが昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが外部に漏洩して損失することなく、フライヤ層６２に確実に伝えてエネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる電気式爆薬点火装置を簡易な製造方法で得ることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし５に記載の発明による電気式爆薬点火装置によれば、支持基板に貫通孔を形成してその貫通孔をバレルとし、そのバレルを塞いで支持基板の第１面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してその低抵抗層の、バレルに対応する位置に狭路を備え、その低抵抗層の表面に絶縁膜層を設けるので、フライヤ層や低抵抗層や絶縁層を重ね合わせて形成し、支持基板の強度を高めることができる一方、従来のようにバレル部材を別途設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができるとともに、独立したバレル部材を位置合わせして組付ける面倒をなくし、製造工程を単純化することができる。
【００７０】
また、支持基板とフライヤ層と低抵抗層と絶縁膜層の密着性を高め、低抵抗層の狭路が昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが外部に漏洩して損失することなく、フライヤ層に確実に伝えてエネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる。
【００７１】
さらに、液体材料をスピンコートしてフライヤ層を形成するとき、バレルの形状や大きさや深さ等により膜厚が変動することないから、フライヤ層の厚さを自由に設定することができ、バレルの形状が相違するごとに最適なスピンコート条件を決定しなければならないなどの面倒をなくし、製造を容易として製造効率を高めることができる。
【００７２】
請求項２に記載の発明によれば、支持基板として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用するので、バレルの形成を機械加工からエッチングに置き換え、エッチング技術を用いることにより全製造プロセスを半導体プロセスとしてバレルの形成を容易とすることができる。
【００７３】
請求項３に記載の発明によれば、支持基板として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用するので、バレルの形成を機械加工からエッチングに置き換え、エッチング技術を用いることにより全製造プロセスを半導体プロセスとしてバレルの形成を容易とすることができる。
【００７４】
請求項４に記載の発明によれば、貫通孔の断面形状が四角形であるので、支持基板として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用する電気式爆薬点火装置において、サイドエッチングが生じにくくなり、貫通孔を精度よく形成して設計通りの寸法とすることができる。
【００７５】
請求項５に記載の発明によれば、貫通孔の断面形状が六角形であるので、支持基板として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用する電気式爆薬点火装置において、サイドエッチングが生じにくくなり、貫通孔を精度よく形成して設計通りの寸法とすることができる。
【００７６】
請求項６および請求項７に記載の発明によれば、支持基板とフライヤ層と低抵抗層と絶縁膜層の密着性を高め、低抵抗層の狭路が昇華する際に発生する高圧ガスのエネルギが外部に漏洩して損失することなく、フライヤ層に確実に伝えてエネルギ効率の向上を図り、省電力化を実現することができる電気式爆薬点火装置を簡易な製造方法で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電気式爆薬点火装置の縦断面図である。
【図２】その爆薬ペレットを取り付ける前の状態の平面図である。
【図３】この発明による電気式爆薬点火装置の他例の縦断面図である。
【図４】この発明による電気式爆薬点火装置のさらに他例の縦断面図である。
【図５】図３に示す電気式爆薬点火装置において、その爆薬ペレットを取り付ける前の状態の平面図である。
【図６】図３に示す電気式爆薬点火装置に形成するバレル用貫通孔で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はそのエッチング開始面側とエッチング終了面側の平面図を示す。
【図７】図４に示す電気式爆薬点火装置において、その爆薬ペレットを取り付ける前の状態の平面図である。
【図８】図４に示す電気式爆薬点火装置に形成するバレル用貫通孔で、（ａ）は平面図、（ｂ）はラインを示す。
【図９】（ａ）はライン方向断面図、（ｂ）はエッチング開始面側とエッチング終了面側の平面図を示す。
【図１０】電気式爆薬点火装置の製造方法の一例の工程図である。
【図１１】電気式爆薬点火装置の製造方法の他例の工程図である。
【図１２】（ａ）は、従来の電気式爆薬点火装置の一例の縦断面図である。（ｂ）は、その爆薬ペレットを取り除いて示す平面図である。
【図１３】（ａ）は、従来の電気式爆薬点火装置の他例の縦断面図である。（ｂ）は、その爆薬ペレットを取り除いて示す斜視図である。
【符号の説明】
２０、３０、４０、５０、６０ 支持基板
２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、６０ａ 支持基板の第１面
２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ、５０ｂ、６０ｂ 支持基板の第２面
２１、３１、４１、５１、６１ バレル
２２、３２、４２、５２、６２ フライヤ層
２３、３３、４３、５３、６３ 低抵抗層
２３ａ 低抵抗層の切欠き
２３ｂ、５３ｂ、６３ｂ 低抵抗層の狭路
２４、３４、４４、５４、６４ 絶縁膜層
２５、３５、４５、５５、６５ 爆薬ペレット
２６、３６、４６、５６、６６ スルーホール
５７、６７ 第１の絶縁被覆
５８、６８ 第２の絶縁被覆
Claims (7)
- 支持基板上の低抵抗層に通電し、その低抵抗層の狭路を昇華して高圧ガスを発生し、その高圧ガスで、該低抵抗層に重ねて設けるフライヤ層の一部をせん断して飛翔し、爆薬に衝突してそれを点火する電気式爆薬点火装置において、
前記支持基板に貫通孔を形成してその貫通孔をバレルとし、そのバレルを塞いで前記支持基板の第１面に前記フライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に前記低抵抗層を形成してその低抵抗層の、前記バレルに対応する位置に前記狭路を備え、その低抵抗層の表面に絶縁膜層を設ける一方、前記支持基板の第２面に、前記バレルを塞いで爆薬を設置することを特徴とする、電気式爆薬点火装置。 - 前記支持基板として、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を使用することを特徴とする、請求項１に記載の電気式爆薬点火装置。
- 前記支持基板として、面方位が（１１０）面の単結晶シリコン基板を使用することを特徴とする、請求項１に記載の電気式爆薬点火装置。
- 前記貫通孔の断面形状が四角形であることを特徴とする、請求項２に記載の電気式爆薬点火装置。
- 前記貫通孔の断面形状が六角形であることを特徴とする、請求項３に記載の電気式爆薬点火装置。
- 支持基板の両面を絶縁被覆し、第１面の第１の絶縁被覆の表面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してから、その低抵抗層をパターニングして該低抵抗層に狭路を形成し、次いでその低抵抗層の表面に絶縁膜層を設ける一方、前記支持基板の第２面の第２の絶縁被覆をパターニングして該第２の絶縁被覆にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆でマスクしてエッチングを行い、前記支持基板に、前記第１の絶縁被覆にまで達する貫通孔を前記狭路の位置に対応してあけてその貫通孔をバレルとし、そののち露出する前記第１の絶縁被覆と前記第２の絶縁被覆を除去して前記支持基板の第２面上に、前記バレルを塞いで爆薬を設置することを特徴とする、電気式爆薬点火装置の製造方法。
- 支持基板の両面を絶縁被覆し、第２面の第２の絶縁被覆にマスク形状をつくってから、その第２の絶縁被覆でマスクしてエッチングを行い、前記支持基板に、第１面の第１の絶縁被覆にまで達する貫通孔をあけてその貫通孔をバレルとする一方、前記第１の絶縁被覆の表面にフライヤ層を設け、そのフライヤ層の表面に低抵抗層を形成してから、その低抵抗層をパターニングして該低抵抗層に、前記バレルの位置に対応する狭路を形成し、次いでその低抵抗層の表面に絶縁膜層を設け、そののち露出する前記第１の絶縁被覆と前記第２の絶縁被覆を除去して前記支持基板の第２面上に、前記バレルを塞いで爆薬を設置することを特徴とする、電気式爆薬点火装置の製造方法。
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