JP2006248454A

JP2006248454A - 着火素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2006248454A
Application number: JP2005070288A
Authority: JP
Inventors: Yojiro Yarimizu; 洋次郎鑓水
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】信頼性が高く、製造が容易な着火素子を得る。
【解決手段】
相互に離間して２個の電極端子２６，２７を配置した絶縁基体２５上に絶縁基体よりも熱伝導性の低い有機絶縁層２９を形成し、この有機絶縁層上に薄膜発熱抵抗体３０を配置し電極端子２６ａ，２７ａに接続した着火素子。
【選択図】図３

Description

本発明は例えば自動車のエアバッグのガス発生装置を点火する着火剤に着火するための着火素子およびこの着火素子の製造方法に関する。

自動車の衝突時の衝撃防止用に備えられるエアバッグやプリテンショナーは瞬時に応答する高速応答性が要求され、そのためのトリガーとして火薬を使用した着火装置が用いられる。通常、着火装置に充填される火薬の点火にワイヤ状のニクロム金属抵抗体やフィルム状のニクロム金属抵抗箔が利用され、電流を通電して得られる発熱によって火薬に着火する。

所望の応答性を得るためにはワイヤや箔の抵抗体を微細で熱容量の小さな構造にしなければならず、このため、抵抗体の径や長さの寸法の厳密さや正確に電極に接続するための高度な溶接技術が要求され、さらに低コストで製作できることが必要条件となっている。

抵抗体としてのニクロムワイヤは線径寸法の均一性、低コストに優れており、１対の電極間をワイヤ状発熱抵抗体で橋絡する着火素子構造が一般的に使用されている。この着火素子は、着火剤を詰めた外部ケースに圧入して発熱抵抗体と着火剤とを接触されて着火装置を構成する。しかし、発熱抵抗体は載置するステムベースのステム面上に浮いた状態で電極端子と溶接されるので、抵抗体が着火剤の圧接により曲げられて切断される恐れがあり、またニクロムワイヤの溶接位置が電極端部の所定位置からずれると、着火剤との圧接時にワイヤがまたがっている電極端部の一部と不所望に接触し、抵抗値が変わる。これを防ぐために電極との溶接に高精度の技術が要求され、高コストの原因になっている。

このニクロムワイヤの問題点を解消するためにニクロム箔抵抗体の利用が提案されている。箔抵抗体を使用する場合は、フォトエッチングにより任意の形状のパターンを形成することができ、微細な抵抗体とその両端に広い面積の電極端子を形成した一体構造の箔状発熱抵抗体パターンにすることが可能で、ワイヤ状抵抗体の欠点である溶接の困難さが解消する。とくに箔を樹脂フィルムで支持した構造（特許文献１参照）にすることにより、取扱いが著しく向上する。しかし、微細抵抗体の形成はエッチングによるので、エッチング条件によって抵抗値がばらつき易いという欠点がある。また、発熱抵抗体を印刷により塗布した厚膜で形成することも提案されているが（特許文献２参照）、微細な抵抗を正確に設定するためにレーザなどによるトリミングが欠かせず、製造コストの低減化を阻んでいる。

また、抵抗体を着火装置に組込むときに抵抗体と着火剤の密着が着火特性に影響することから密着の信頼性をさらに高めることが要望されている。

発熱抵抗体に薄膜を使用する（特許文献３参照）ことは、広い面積が容易に得られて着火剤との密着性が高い。しかし基板への放熱が大きく、熱容量が増えてしまう。
特開平１１‐３０１４０２号公報特開平８−２１０６３９号公報特開平５‐１３３６９９号公報

この発明は上記に鑑みてなされたもので、製造が容易で着火信頼性を向上させた着火素子および着火素子の製造方法を得るものである。

この発明の一態様は、互いに離れて配置された２個の電極端子と、これらの電極端子を同一面上に配置した絶縁基体と、前記前記絶縁基体上に塗布され前記絶縁基体よりも熱伝導性の低い有機絶縁層と、前記有機絶縁層上に蒸着またはスパッタにより堆積され、前記電極端子間に接続された薄膜発熱抵抗体層とを具備することを特徴とする着火素子にある。

他の態様は、互いに離れて配置された２個の電極端子を同一面上に配置した絶縁基体の前記面を覆って前記絶縁基体よりも熱伝導性の低い有機絶縁層を塗布する工程と、前記電極端子上の前記絶縁層を開口し、前記電極端子の面を露出する工程と、前記絶縁層および前記露出した電極端子面上に発熱抵抗導電層を蒸着またはスパッタにより堆積する工程と、前記発熱抵抗導電層をパターンエッチングして前記２個の電極端子間に発熱抵抗体層を形成する工程とを具備することを特徴とする着火素子の製造方法にある。

熱伝導性の低い有機絶縁層上に薄膜発熱抵抗体を配置することにより、抵抗体を広い面積パターンに形成しても熱容量の増加を抑えることができ、加熱昇温の急速性を維持しつつ粉末状の着火薬との圧接時によくなじみ、密着性を高め、抵抗体の発熱による点火の信頼性を高めることができる。

図１乃至図５は本発明を自動車用エアバッグ装置に適用した実施の形態を示すもので、図１において、エアバッグ装置１０は自動車運転席や助手席前に取付けられた筐体１１内に折り畳まれた風船状に膨らむエアバッグ１２と、筐体１１に取付けられてエアバッグ内にガスを注入するインフレータ１３とからなる。インフレータ１３はガスを爆発的に発生してエアバッグ１２内に送込むガス発生装置１４とガス発生装置１４に着火する着火装置１５を具備し、着火装置１５は制御回路１７に配線１８を介して接続され、衝突などの衝撃を感知するセンサー１６の出力に応じて制御回路１７から発生する電流を受けて起爆しガス発生装置１４に着火する。

すなわち車両が衝突するとセンサー１６が衝撃を検知し、制御回路１７から電流が着火装置１５に流れ着火装置内の電気抵抗による発熱体を発熱溶断して、発熱体に接触している着火剤を発火させてインフレータ１３のガス発生剤を点火して急速にガスを発生させる。発生したガスにより、エアバッグ１２が膨張して車両搭乗者を衝撃から保護するように構成されている。

図２は着火装置1５を示しており、内部に着火剤２３が収容されている有底円筒状の外部ケース２１の開口部２１ａに着火素子２０が嵌め込まれて封着される。着火剤はトリシネートなどの粉末すなわち微粒子状の火薬材料であり、ケース内に押圧により詰込まれる。この着火剤２３の表面に着火素子の発熱抵抗体３０が圧接密着される。

図３に示すように、着火素子２０は、金属環２４内側にセラミックなどてできた絶縁基体２５を埋めこんだステムベース２２を有し、この絶縁基体に２本のリード線がステム電極２６、２７として並行に貫通し絶縁されて気密封着されている。ステム電極端部の電極端子２６a、２７aの端面は円形の平面となっており、絶縁基体の表面２５ａと同一面上に形成される。これらの電極端面２６a、２７aを除いて例えばポリイミドの有機絶縁層２９が塗布されている。ポリイミドの熱伝導率は約０．１５であり、絶縁基体に用いる無機材のガラスやセラミクスに比べ熱伝導率は約６分の１以下と低い。

露出した電極端子２６ａ，２７ａにその間の有機絶縁層２9上をまたがって蒸着またはスパッタで堆積された薄膜発熱抵抗体３０のパターンが形成される。

図５は発熱抵抗体３０のパターンを示す平面図である。発熱抵抗体パターンは、ステム電極端面２６a、２７aに接続される電極パッド３1、３２を両端に形成し、中間部の発熱抵抗領域３５で橋絡されている。

発熱抵抗体は蒸着またはスパッタで形成される薄膜であるため、膜厚を薄くかつ正確に制御可能で、したがって発熱抵抗領域３５の幅を厚みの１０倍以上に設定することができる。発熱抵抗体層が薄いのでエッチングによりパターン化するときに抵抗体のエッジはエッチングだれによる変形が少なく抵抗値のばらつきを最小限に抑えることができる。

発熱抵抗体３０にニクロム合金を用いる場合、膜厚を約５μｍとしたときの発熱抵抗領域３５の幅は４０μｍ、長さ４4 ｍｍで抵抗値は約７５０Ωになる。幅広にした分、表面積が増え、発熱の一部が接触する他部に逃げ易く熱容量が増えるが、基体２５上に有機絶縁層２９を形成することで蓄熱効果があり、実用上支障がない。例えば上記条件の発熱抵抗体では、実装シミュレーションで電流を１．２Ａ流したときに０．１ｍｓ後の昇温は常温から３００℃になり、例えば着火薬に用いるトリシネートやＺｎ／ＫＣｌＯ_４の発火温度２８０℃を超えることを確認している。

薄膜構造はパターン選択が自由であり、電極パッドや発熱抵抗領域の形状配置を任意に設計することができるので、電極端子２６ａ，２７ａ間の距離を発熱抵抗領域の長さに関係なく離すことができる。したがって電極端子間距離をその間に配置する発熱抵抗領域のパターンに応じて設定することができる。

図４で本実施の形態の発熱抵抗体の製造工程を説明する。工程（ａ）でステムリードを兼ね端部を電極端子２６ａ，２７ａとする２個の電極２６，２７をガラスやセラミクスの絶縁基体２５に離間して埋め込み、端子面を基体面２５ａと同一面に配置形成したステムベース２２を用意する。絶縁基体２５は金属筒体２４で外囲されている。本工程において、表面すなわち絶縁基体および電極端子上にポリイミドからなる有機絶縁層２９を５μｍ〜２０μｍ厚例えば１０μｍ厚に均一に塗布し固化する。

工程（ｂ）において有機絶縁層２９上にフォトレジストを塗布し、このレジストをマスクとして、電極端子２６ａ，２７ａ上に位置する有機絶縁層のみを剥離除去した後、フォトレジストを除去する。

工程（ｃ）において有機絶縁層２９および露出した電極端子２６ａ，２７ａ面上に、例えばニクロム合金からなる抵抗発熱金属層３０ａを１μｍ〜５μｍ厚例えば５μｍ厚に均一にスパッタリングにより堆積する。

工程（ｄ）においてフォトレジストをマスクとして用い、抵抗発熱金属層３０ａをパターンエッチングし、両電極端子２６ａ，２７ａ上及びその近傍の電極パッド部３１，３２と電極パッド間を橋絡する発熱抵抗領域３５からなる発熱抵抗体３０のパターンを形成する。

かくして図５に示すように発熱抵抗体３０が形成される。

有機絶縁層２９は柔軟性があるものがよく、発熱抵抗体と着火剤との圧接をさらに高めることができ、また、発熱抵抗体が薄膜で柔軟性に富み、しかも広面積なので切断等の不具合がない。

図６は他の実施形態を示すもので、ステムの絶縁基体２５の表面２５ａから電極端子２６ｂ，２７ｂが突出している場合の着火素子構造を示している。有機絶縁層２９を電極端子２６b，２７bの突出高さと同等またはそれ以上の厚みにすることによって、薄膜発熱抵抗体３０のパターン形成を円滑に行うことができる。しかも、絶縁基体表面と電極端子端面とを同一平面にする必要がないので、ステムベースの研磨工程を省略することができる利点がある。

図７の実施形態はステムをディスク状金属ベース３５で形成し、このベースに形成した貫通孔３６に一方のピン電極２６を挿入しガラスなどの絶縁材３７で絶縁して封着し、ベース３５の底面に他のピン電極３８を溶接してベース３５自体を電極の一つとした構造である。なお、他の図と同一の符号は同様の部分を示している。金属ベースの一表面３５ａ上に有機絶縁層２９を塗布し、その一部を開口して、表面３５ａの一部３５ｂを露出し、この露出面３５ｂを電極端子の一つとする。この構造は２個の電極端子の離間距離および金属ベース側の電極端子サイズが任意に選択できるので、薄膜発熱抵抗体の設計の自由度を増すことができる。

なお、上記実施形態では有機絶縁層としてポリイミドを挙げたがこれに限定されるものではなく、高分子液晶等の熱可塑性樹脂、エポキシ等の熱硬化性樹脂を適用することができるものである。

本発明の一実施の形態をエアバッグ装置に適用して示す略図。本発明の一実施形態の着火装置を示す縦断面図。本発明の一実施の形態の着火素子を示す断面図。（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態の製造工程を示す断面図。本発明の一実施の形態を示す着火素子の平面図。本発明の他の実施の形態を示す平面図。本発明の他の実施の形態を示す平面図。

符号の説明

１０：エアバック装置
１３：インフレータ
１５：着火装置
２０：着火素子
２１：外部ケース
２２：ステムベース
２３：着火剤
２５：絶縁基体
２６，２７：ステム電極
２６a、２７a：電極端子
２９：有機絶縁層
３０：発熱抵抗体
３１、３２：電極パッド
３５：発熱抵抗領域

Claims

互いに離れかつ絶縁して一つの平面上に配置された２個の電極端子と、前記平面上に塗布された熱伝導性の低い有機絶縁層と、前記有機絶縁層上に蒸着またはスパッタにより堆積され、前記電極端子間に接続された発熱抵抗体層とを具備することを特徴とする着火素子。
互いに離れて配置された２個の電極端子と、これらの電極端子を同一面上に配置した絶縁基体と、前記前記絶縁基体上に塗布され前記絶縁基体よりも熱伝導性の低い有機絶縁層と、前記有機絶縁層上に蒸着またはスパッタにより堆積され、前記電極端子間に接続された発熱抵抗体層とを具備することを特徴とする着火素子。
互いに離れて配置された２個の電極端子を同一面上に配置した絶縁基体の前記面を覆って前記絶縁基体よりも熱伝導性の低い有機絶縁層を塗布する工程と、前記電極端子上の前記絶縁層を開口し、前記電極端子の面を露出する工程と、前記絶縁層および前記露出した電極端子面上に発熱抵抗導電層を蒸着またはスパッタにより堆積する工程と、前記発熱抵抗導電層をパターンエッチングして前記２個の電極端子間に発熱抵抗体層を形成する工程とを具備することを特徴とする着火素子の製造方法。