JP2007024327A

JP2007024327A - 電気式点火装置用イグナイター

Info

Publication number: JP2007024327A
Application number: JP2005202723A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Tamura; 彰彦田村
Original assignee: Matsuo Electric Co Ltd
Current assignee: Matsuo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】少ないエネルギーで確実に点火させる。
【解決手段】アルミナ基板２の一面に熱硬化性で高耐熱性の樹脂層４を形成し、この樹脂層４上にブリッジワイヤー６を形成してある。ブリッジワイヤー６は、ニッケル合金であって、ニッケル以外に、リン、鉄、ボロン、タングステン、クロム、銅、銀のうち少なくとも１つの成分を含み、その比抵抗が５０μΩ・ｃｍ乃至３００μΩ・ｃｍである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気式点火装置を点火させるためのイグナイターに関する。

電気式点火装置は、例えば自動車等のエアーバックのガス発生装置等に設けられている。このようなイグナイターの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている技術では、絶縁薄板の一面に５００乃至５０００オングストロームの厚さの金属薄膜を形成し、これをフォトエッチングして、１対の電極体と、その電極対間に発熱体を形成し、この発熱体を被うように厚さが３μｍの絶縁膜を形成したものである。

特開昭６４−７５８９６号公報

このイグナイターでは、イグナイターを小型化することができるが、絶縁膜の厚さと比較して発熱体の厚さが薄いので、発熱体に通電されたとき、発熱体が発熱し、その熱が絶縁膜や絶縁薄板へ熱伝導し、その後に発熱体が溶断し、絶縁膜が破壊され、アークが発生し、絶縁膜の上部に配置された点火薬が点火する。即ち、発熱体への通電により発生した熱が点火薬に伝送され、発火するものではない。そのため、絶縁薄板や絶縁膜への熱伝導によるロスが大きく、またアークの発生状態を一定にすることができず、場合によっては点火薬が点火しないことがある。近年、自動車の安全性を高めるため、エアーバックやシートベルトプリテンショナーが多く自動車に搭載されている。これらには、電気式点火装置が使用されている。電気式点火装置の電源は、エンジンコントロールユニットの配置されたコンデンサからハーネスを介して電気式点火装置に供給されている。点火装置の数が増加することにより、上記コンデンサには大きな容量のものを使用しなければならない。コンデンサの容量を減らすために、小さいエネルギーで確実に点火できる電気式点火装置が求められている。

本発明は、少ないエネルギーで確実に点火させることができる電気式点火装置のイグナイターを提供することを目的とする。

本発明の一態様の電気式点火装置のイグナイターは、ブリッジワイヤーを含んでいる。ブリッジワイヤーは、例えば薄膜を写真食刻して形成することができる。前記ブリッジワイヤーは、ニッケル合金であって、ニッケル以外に、リン、鉄、ボロン、タングステン、クロム、銅、銀のうち少なくとも１つの成分を含み、その比抵抗が５０μｍ乃至３００μｍのものである。

例えば比抵抗が１３３μΩ・ｃｍのニッケルクロムの線材を用いて、イグナイターの抵抗値を予め定めた値、例えば２Ωとする場合、線長が１０００μｍ、直径が３０μｍのものを使用することが考えられる。この場合、ブリッジワイヤーの体積は７．１＊１０^−４ｍｍ^３となる。上述した特許文献１の技術において蒸着ニッケルを用いてブリッジワイヤーを形成すると、その比抵抗は７μΩ・ｃｍであり、２Ωの抵抗値とする場合、線長を５００μｍ、線幅を１００μｍ、膜厚を０．２μｍとすればよい。この場合、体積は０．１＊１０^−４ｍｍ^３となり、上述したニッケルクロム線材を使用する場合の１／７０に縮小することができる。その結果、少ないエネルギーでブリッジワイヤーの温度を上昇させることが可能であるが、体積が小さすぎて、温度上昇が急激となり、点火薬に着火する前にブリッジワイヤーが溶断する。それによって上述したようにブリッジワイヤーからの熱伝導による着火ではなく、ブリッジワイヤーの溶断後のアークによる着火となり、着火の信頼性が低くなる。一方、比抵抗が大きすぎる材料を用いると、ブリッジワイヤーの体積が大きくなり、着火エネルギーを小さくできない。そこで、例えば比抵抗を５０μΩ・ｃｍとして、上述した抵抗値とする場合、例えば線長を５００μｍ、線幅を１００μｍ、膜厚を１．３μｍとすることで、体積を０．６＊１０^−４ｍｍ^３と、上述したニッケルクロムの線材を使用した場合の約１／１０とすることができる。また比抵抗を３００μΩ・ｃｍとして、上述した抵抗値とする場合、例えば線長を５００μｍ、線幅を１００μｍ、膜厚を７．５μｍとすることで、体積を３．８＊１０^−４ｍｍ^３と、上述したニッケルクロムの線材を使用した場合の約１／２とすることができる。このように比抵抗を選択することによって、体積を適切な大きさに縮小することができ、着火エネルギーを上述した線材の場合よりも小さくすることができ、少ないエネルギーで確実に点火薬に着火することができる。なお、写真食刻を使用して薄膜からブリッジワイヤーを形成することによって、容易に上述したような小さな体積を持つブリッジワイヤーを形成できる。

前記薄膜としては、無電解ニッケルリンメッキとすることが望ましい。その場合、リンの比率は、全体重量の５％以上である。例えば５％以上とすることによって、比抵抗を５０μΩ・ｃｍ以上とすることができる。しかも、リンの量を増加させることによって抵抗温度係数を小さくすることができ、温度変化による抵抗値の変化を少なくすることができる。

本発明の他の態様の電気式点火装置のイグナイターは、絶縁性基板、例えばセラミック基板を有している。この基板の一面に、熱硬化性で高耐熱性の樹脂層が形成されている。この樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン、ポリイミド等を使用することができる。この樹脂層上にブリッジワイヤーが被着されている。ブリッジワイヤーは、その表面が露出しており、樹脂層等の保護層はブリッジワイヤー上には形成されていない。ブリッジワイヤーと対向するように点火薬が配置される。

このように構成したイグナイターでは、ブリッジワイヤーと絶縁基板との間に高耐熱性の樹脂層が形成されているので、ブリッジワイヤーが通電されて発熱したとき、熱は樹脂層で遮断され、絶縁基板側に伝導されることはなく、ブリッジワイヤーの表面から、熱が点火薬に伝導し、確実に点火薬を点火させることができる。

前記ブリッジワイヤーは、ニッケル合金であって、ニッケル以外に、リン、鉄、ボロン、タングステン、クロム、銅、銀のうち少なくとも１つの成分を含み、その比抵抗が５０μΩ・ｃｍ乃至３００μΩ・ｃｍとすることができる。さらに、ブリッジワイヤーは、前記ニッケル合金を写真食刻することによって形成される。

このように構成すると、上述した態様のイグナイターと同様に、少ないエネルギーで確実に点火薬を点火することができる。

前記樹脂層の厚さを５μｍ以上、２５μｍ以下とすることが望ましい。樹脂層の厚さを増加させていくにつれて、不発火電流（点火薬が発火しない電流）及び発火電流（点火薬が発火する電流）を小さくすることができ、５μｍ以上２５μｍ以下とした場合に、それぞれ適切な不発火電流と発火電流とが得られた。

以上のように、本発明によれば、小さなエネルギーで確実に点火させることができるイグナイターを得ることができる。

本発明の一実施形態のイグナイターは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁基板、例えばセラミック基板、具体的にはアルミナ基板２を有している。このアルミナ基板２は、例えば扁平な平板状に形成され、例えば長さが１．６ｍｍ、幅が０．８ｍｍ、厚さが０．３２ｍｍのものである。

この基板２は、対向する２つの主表面２ａ、２ｂを有し、その一方の表面２ａ上に樹脂層４が形成されている。この樹脂層４は、熱硬化性の高耐熱性樹脂で、例えばシリコーンである。この樹脂層４は、主表面２ａの両短辺の中央間をつなぐように平面の長辺に沿って両短辺よりそれぞれ内側に形成されている。この樹脂層４の厚さは、例えば１５μｍである。

この樹脂層４の露出面の中央に、薄膜のブリッジワイヤー６が形成されている。このブリッジワイヤー6は、ニッケル合金、例えばニッケル、リン合金で、ニッケル８８％に対してリンが１２％含有され、比抵抗が１６０μΩ・ｃｍである。このブリッジワイヤー６は、例えば長さが０．５０ｍｍ、幅が０．１０ｍｍ、厚さが０．００４ｍｍで、体積が２＊１０^−４ｍｍ^３のもので、その抵抗値が１．９乃至２．１Ωであり、抵抗温度係数が１００ｐｐｍ／℃である。

このブリッジワイヤー６の両端部を被うように、主表面２ａの両端には、銅メッキによって約１０μｍの厚さの内部電極８ａ、８ｂが長方形状に形成されている。これら内部電極８ａ、８ｂと接触し、かつアルミナ基板２の端面２ｃ、２ｄを通って主表面２ｂに到達するように、側面形状がコ字状の外部端子１０ａ、１０ｂが形成されている。外部端子１０ａ、１０ｂは、例えば銅、ニッケル、錫をそれぞれ約５μｍの厚さで積層したものである。

このイグナイターは、例えば次のようにして製造される。図２（ａ）、（ｂ）に示すように純度９６％で、厚さが０・３２ｍｍの大きなアルミナ基板１００の一方の主表面に、スクリーンプリント法でシリコーン樹脂を１５μｍの厚さで所定の間隔で印刷し、硬化させ、それぞれ樹脂層４を形成する。

これら樹脂層４の上を被うように、ブリッジワイヤー６のメッキ下地金属となる厚さ１０ｎｍのニッケルクロムと厚さ３０ｎｍのニッケルとをスパッタリング法でアルミナ基板１００の上記主表面上に被着させる。この下地金属の上に感光性フォトレジストを塗布し、露光、現像して、ワイヤーブリッジ６を形成する各部分のフォトレジストを除去する。

次亜リン酸ナトリウムを還元剤とした無電解ニッケルメッキ液に、９０℃、３０分間、アルミナ基板を揺動浸漬し、約４μｍのニッケル−リン合金メッキを行う。その後、レジストの剥離、不要部分の下地電極を除去し、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、各樹脂層４上にワイヤーブリッジ６をそれぞれ形成する。

再度、メッキ下地金属となる厚さが１０ｎｍのニッケルクロムと厚さが３０ｎｍのニッケルとを、スパッタ法によってアルミナ基板１００のワイヤーブリッジ６が形成されている面に被着させる。感光性フォトレジストをめっき下地金属上に塗布し、露光、現像して、内部端子８ａ、８ｂを形成する各部分のレジストを除去する。次に、硫酸銅メッキ液を用いて、電流密度２Ａ／ｄｍ^２で３０℃で、３８分電解メッキし、約１０μｍの銅メッキを行い、その後にレジスト剥離、不要部の下地金属を除去し、図４（ａ）、（ｂ）に示すように内部端子８ａ、８ｂをそれぞれ形成する。

次に、レーザースクライバーを用いて、アルミナ基板１００を１．６＊８ｍｍの大きさに分割して、アルミナ基板１００をアルミナ基板２に分割する。そして、アルミナ基板２の端面２ｃ、２ｄにスパッタ法によって上述したのと同一のメッキ下地金属を形成し、その部分に電解メッキによって銅、ニッケル及び錫をそれぞれ５μｍの厚さでメッキして、外部端子１０ａ、１０ｂを形成する。

このイグナイターでは、ブリッジワイヤー６の上方に図示しない点火薬が配置される。外部端子１０ａ、１０ｂを介してブリッジワイヤー６に所定の電流が供給されたとき、ブリッジワイヤーが発熱する。このときブリッジワイヤー６は樹脂層に覆われていないので、ブリッジワイヤー6が発生した熱は、そのまま点火薬に伝導され、点火薬が着火する。

例えば比抵抗１３３μΩ・ｃｍのニッケルクロムの線材を用いて抵抗値を２Ωとしたワイヤーブリッジは、線長が１０００μｍ、直径が３０μｍであり、体積が７．１＊１０^−４ｍｍ^３である。これに１乃至２Ａの電流を供給して、着火させる。このワイヤーブリッジを基準として考えた場合、比抵抗が７μΩ・ｃｍのニッケル蒸着膜を使用して、抵抗値が２Ωのワイヤーブリッジを構成しようとすると、その線長は５００μｍ、線幅が１００μｍ、膜厚が０．２μｍとなり、体積が０．１＊１０^−４ｍｍ^３となる。これでは体積が小さすぎて、点火薬に点火する前にブリッジワイヤーが溶断する。これに対し、この実施の形態のイグナイターでは、ブリッジワイヤー６は、比抵抗が１６０μΩ・ｃｍのものをフォトリソグラフ法によって、抵抗値が約２．０Ωとなるように構成しているので、その体積が２＊１０^−４ｍｍ^３であり、上記基準としたブリッジワイヤーの約０．３倍の体積である。従って、基準となるブリッジワイヤーが点火薬に着火させるために必要なエネルギーの約０．３倍のエネルギーで着火させることができる。なお、比抵抗は５０μΩ・ｃｍ乃至３００μΩ・ｃｍの範囲から選ぶと、ワイヤーブリッジ６の体積は０．６＊１０^−４ｍｍ^３乃至３．８＊１０^−４ｍｍ^３となり、上記基準としたワイヤーブリッジを着火させる場合に必要なエネルギーの約１／１０乃至１／２で着火させることが可能となる。

また、リンの濃度を１２％とすると、比抵抗が上述したように１６０μΩ・ｃｍとなり、抵抗温度係数は８０ｐｐｍ／℃となる。一般にリンの濃度を高める程、比抵抗は大きくなり、抵抗温度係数は小さくなる。例えばリンの濃度が３％では、比抵抗は４０μΩ・ｃｍで、抵抗温度係数は１０００ｐｐｍ／℃であり、５％では、比抵抗は５０μΩ・ｃｍで、抵抗温度係数は５００ｐｐｍ／℃であり、９％では、比抵抗は６５μΩ・ｃｍで、抵抗温度係数は３００ｐｐｍ／℃であり、１２％では、上述したように比抵抗は１６０μΩ・ｃｍで、抵抗温度係数は８０ｐｐｍ／℃である。従って、比抵抗を５０μΩ・ｃｍ以上とするためには５％以上の濃度とすることが望ましく、また、抵抗温度係数も小さくできる。

また、樹脂層４がブリッジワイヤー６とアルミナ基板２との間に形成されているので、ブリッジワイヤー６の発熱がアルミナ基板２に逃げることが無く、確実に点火薬を着火することができる。イグナイターでは、不発火電流は０．４Ａ以上と、発火電流は１．２Ａ以下と規格によって定められている。樹脂層４を全く設けない場合、不発火電流は、０．９Ａ、発火電流は１．５Ａであり、上記規格を満たさない。樹脂層４を５μｍの厚さとすると、不発火電流が０．８Ａ、発火電流が１．２Ａで、上記規格を満たす。また、厚さをこの実施形態のように１５μｍとすると、不発火電流が０．６Ａ、発火電流が１．０Ａとなり、上記規格を充分に満たしている。また、厚さを２５μｍとすると、不発火電流が０．４で、発火電流が０．８で規格を満たす。従って、樹脂層４の厚さは５μｍ以上で、２５μｍ以下であることが望ましく、この実施形態のように１５μｍとするのが最良である。

上記の実施の形態では、ニッケル・リン合金によってブリッジワイヤー６を構成したが、これに限ったものではなく、ニッケル合金であって、ニッケル以外に、鉄、ボロン、タングステン、クロム、銅、銀のうち少なくとも１つの成分を含むものを使用することができる。その場合、合金の比抵抗は５０μｍ乃至３００μｍである。また、上記の実施形態では、樹脂層６はシリコーン樹脂によって形成したが、これに限ったものではなく、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂のような液状で熱硬化する高耐熱性を有する樹脂を使用することもできる。また、上記の実施の形態では、ワイヤーブリッジは、絶縁基板の上に形成したが、これに限ったものではなく、２本のリード線の先端間にワイヤーブリッジを形成することもできる。

本発明の１実施形態の電気式点火装置用イグナイターの平面図及び縦断面図である。図１のイグナイターの製造過程の初期過程を示す平面図及び縦断面図である。図１のイグナイターの製造過程の第１の中間過程を示す平面図及び縦断面図である。図１のイグナイターの製造過程の第２の中間過程を示す平面図及び縦断面図である。

符号の説明

２アルミナ基板（絶縁性基板）
４樹脂層
６ワイヤーブリッジ

Claims

ブリッジワイヤーを含み、
このブリッジワイヤーは、ニッケル合金であって、ニッケル以外に、リン、鉄、ボロン、タングステン、クロム、銅、銀のうち少なくとも１つの成分を含み、その比抵抗が５０μΩ・ｃｍ乃至３００μΩ・ｃｍである電気式点火装置用イグナイター。
請求項１記載の電気式点火装置用イグナイターにおいて、前記ワイヤーブリッジは、写真食刻によって形成されている電気式点火装置用イグナイター。
請求項１記載の電気式点火装置用イグナイターにおいて、前記ブリッジワイヤーが無電解ニッケルリンメッキによって形成され、そのリンの比率が５％以上である電気式点火装置用イグナイター。
絶縁性基板と、
このセラミック基板の一面に形成された熱硬化性で高耐熱性の樹脂層と、
この樹脂層上に被着され、表面が露出しているブリッジワイヤーとを、
具備する電気式点火装置用イグナイター。
請求項４記載の電気式点火装置用イグナイターにおいて、前記ブリッジワイヤーは、ニッケル合金であって、ニッケル以外に、リン、鉄、ボロン、タングステン、クロム、銅、銀のうち少なくとも１つの成分を含み、その比抵抗が５０μΩ・ｃｍ乃至３００μΩ・ｃｍであり、前記ブリッジワイヤーは、前記ニッケル合金を写真食刻することによって形成した電気式点火装置用イグナイター。
請求項４記載の電気式点火装置用イグナイターにおいて、前記樹脂層の厚さが、５μｍ以上２５μｍ以下である電気式点火装置用イグナイター。