JP2021098502A - 金属・固定材フィードスルー、その製造方法、およびその使用 - Google Patents

Abstract

【課題】エアバッグおよび／またはベルトテンショナーの点火器のための金属・固定材フィードスルーならびにその製造方法を提供する。【解決手段】金属・固定材フィードスルーは、少なくとも１つの金属ピン５を有し、この少なくとも１つの金属ピン５が、ガラスまたはガラスセラミック固定材１０中で、基体１の貫通開口部４内に溶融埋め込みされ、ガラスまたはガラスセラミック固定材１０の表面１１０は、自由溶融した表面であり、少なくとも１つの金属ピン５の端面と１つの平面にあり、自由溶融した表面は、特に点火線の領域にて、露出した気泡を有しない。【選択図】図２

Description

本発明は、概して、フィードスルー要素のための、例えば、センサ用フィードスルーのための、および／または大型フィードスルーのための、および／またはトランジスタアウトラインハウジング内のフィードスルーのための、および／またはバッテリもしくはコンデンサ用フィードスルーのための金属・固定材フィードスルー、ならびにそのようなフィードスルー自体に関する。特に、火工技術により人を守る装置を点火するために使用されるような点火装置用のフィードスルーが提供されるが、特にエアバッグ点火器および／またはベルトテンショナーおよび／またはガス発生器に使用可能なフィードスルーも提供される。特に、本発明は、そのようなフィードスルー要素のベースの設計、その製造方法、およびその適用に関する。

センサのフィードスルーは、特にセンサ要素に電力を供給することおよび／またはその信号を評価ユニットに転送することができる。大型フィードスルーは、概して、安全容器内、例えば、液体ガスタンクおよび／または反応器内で使用される。

原則的に、バッテリまたはコンデンサ用フィードスルーとは、アキュムレータを含むバッテリまたはコンデンサのハウジングを通るフィードスルーであると理解される。この用語は同様に、スーパーキャップとも称されるスーパーコンデンサの分野も包含する。通常、フィードスルーは、バッテリまたはコンデンサのハウジング内部の電極を接触させるように機能する。

ＴＯハウジングとも称されるトランジスタアウトラインハウジングは、導電性の電子ハウジングである。基本的に、ＴＯハウジングは、２つのコンポーネント、すなわちベースとキャップとからなる。ベースが特に、封じ込められたコンポーネントの電源供給を確実なものにする一方で、キャップは、オプトエレクトロニクス領域において、光信号を安全に送信するように機能する。これは、光信号の送信機（例えば、レーザーダイオード）および受信機（例えば、フォトダイオード）の双方を含む。ＴＯベースは、例えば、半導体、レーザーダイオード、または単純な電気回路などの電子および光学コンポーネントを組み立てるための機械的な土台である。同時に、ＴＯベースは、接続ピンにより、保護されたコンポーネントに電力を供給する。

自動車においては、特にエアバッグおよび／またはベルトテンショナーが、火工技術により人を守る装置として使用される。そのような安全システムは、怪我のリスクを大幅に減らすことができる。ただし、前提条件は、衝突した場合に各安全システムが故障しないことである。その際、特に、そのような安全装置の機能に不可欠である、そのような火工技術的装置の点火器にも、特別な注意が払われている。特に、点火器は、その製造後何年にもわたり、なおも問題なく機能する必要がある。そのような点火器の平均耐用年数は、多くの場合、１５年と言われる。その際、長期的に問題なく機能することを保証するために、点火器内に存在する推進剤が経時的に変化しないことを確実にする必要がある。そのような変化は、例えば、水分が点火器に浸入することにより引き起こされ得る。したがって、点火器の推進剤を気密に封じ込めることが重要である。また、点火器は、点火される推進剤のガスを正しい方向に放出して、安全システムのガス発生器の推進剤を点火する必要がある。

これを保証するために、先行技術から既知の点火器は、キャップまたはカバーと、比較的稠密なベースとを有し、これらの間において、推進剤は、これらの部品から形成される空洞内に封入されている。推進剤を点火するための電流は、電気接続によりベースを介して伝導される。したがって、ベースは、原則として貫通開口部を有し、この貫通開口部内に金属ピンが存在しており、この金属ピンは、一方では、差込接続により電力が供給可能であり、他方では、例えば、通電時に推進剤と接触してその点火をもたらす点火ブリッジにより接続されている。したがって、ベースは、一般にフィードスルー要素とも称される。フィードスルー要素の設計においては、いかなる場合にも推進剤の点火時にキャップまたはカバーまたはその一部が破れるのであって、電気フィードスルーはベースから押し出されないことを確実にする必要がある。

そのようなフィードスルー要素では、ベースの基体は金属製であり、点火ブリッジは、溶接された電橋線により実現される。この実施形態では、金属ピンは、基体の貫通開口部内の電気絶縁固定材中の針として固定されている。通常、固定材としては、ガラス材料、特にガラスはんだが使用される。そのため、この金属ピンは、ガラスにより外部導体に対して絶縁されている。同様に、セラミック、ガラスセラミック、および／またはポリマーも絶縁材料として可能である。

針としての第二の金属ピンは、基体または底板とも称される、すなわち表される外部導体に溶接またははんだ付けされている。よって、フィードスルー要素の上側（すなわち、最終組み立てされた点火装置の点火キャップに面する側）において、点火ブリッジとしての電橋線（多くの場合、タングステン合金製）がガラス材料の表面と接触する。表面が粗いと電橋線が損傷する可能性があることから、電橋線が損傷せず、かつ点火要素が例えば自動車での使用において長寿命を有するためには、通常、ガラス材料の表面を研磨する必要がある。

前述のタイプの点火装置は、例えば、欧州特許第１８１３９０６号明細書から既知である。

欧州特許出願公開第０５８６１３３号明細書は、エアバッグ点火器のための金属・固定材フィードスルーの製造について記載しており、この製造では、接触針が貫通開口部内のガラス材料へとガラス封入されており、基体および固定材の表面が、電橋線の取り付け前に研磨される。

ＴＯハウジングは、例えば、米国特許第８，９０８，７２８号明細書に示されている。ここでは、基体を電気的にアースするために、接地ピンを基体に接続することが考えられる。

この背景から、本発明の課題は、従来技術の欠点が回避され、かつ表面の研磨が回避される、フィードスルー要素のための、特にエアバッグおよび／またはベルトテンショナーの点火器のための金属・固定材フィードスルー、ならびに製造方法を提供することである。

この課題は、金属・固定材フィードスルーおよび独立請求項に記載のその製造方法により解決される。好ましい実施形態および用途は、その従属請求項から明らかとなる。

本発明による金属・固定材フィードスルーは、特に金属基体と、少なくとも１つの金属ピンが、電気絶縁性のガラスまたはガラスセラミック固定材中に溶融埋め込みされており、かつそのようにして固定されている少なくとも１つの貫通開口部とを含む。ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面は、露出した気泡を含まないことが特に有利な自由溶融表面である。本発明の文脈における自由溶融とは、溶融したガラス材料の冷却時に表面が自発的に形成されることを意味する。この表面は、視覚的には火で磨かれた表面に類似しており、特にこれが鏡面光沢を有し得るので、それ自体を肉眼で確認することが可能である。

自由溶融した固定材の表面は、固定材中に溶融埋め込みされた少なくとも１つの金属ピンの端面と１つの平面にある。これは当然のことながら、固定材に最も近くかつ導体または点火導体との接続のために設けられた金属ピン端面、すなわち金属・固定材フィードスルーの上側を意味する。

通常、金属・固定材フィードスルーの製造は、圧縮材（Pressling）から出発し、この圧縮材は、金属ピンと一緒に貫通開口部内に配置され、それから加熱され、それにより、圧縮材は溶融し、基体および金属ピンと接続される。圧縮材は通常、ガラス材料またはガラスセラミック材料を粉砕し、主に有機バインダーを加えて、型内で圧縮することにより製造される。同様に、金属ピンが溶融埋め込みされる前に圧縮材を焼結することもまた可能である。同様に、ガラスセラミック材料は、加熱および／または冷却中に、前はアモルファスであったガラス材料から生成することも可能である。

金属ピンの溶融埋め込みおよび基体との接続において、バインダーが燃え尽きる。通常、貫通開口部内のガラスまたはガラスセラミック固定材には、気泡が混ざり、基体の表面上に突起がある。同様に、金属ピンも、これが基体の表面から突き出るように配置される。したがって、１つの平面にある平坦な表面を得るためには、表面を平坦に研磨する必要があると想定される。

それとは対照的に、本発明によると、固定材の表面は、溶融プロセス中に自由溶融される。その際、特に少なくとも１つの金属ピンもまた、その端面が基体の表面と１つの平面にあるように、貫通開口部内に配置される。本発明者等は、自由溶融によりガラスまたはガラスセラミック固定材の表面が平滑になり、研磨が不要であることを見出した。

同様に、本発明では、基体と少なくとも１つの金属ピンとの間に、基体と少なくとも１つの金属ピンとを導電的に接続する導電体、特に点火導体が取り付けられていることが意図されている。固定材の表面は、少なくとも導体の領域にて、露出した気泡を含まない。

特に有利には、固定材の表面全体は、露出した気泡を含まない。しかしながら、固定材の表面全体が実質的に溶融気泡を含まなければ、技術的にも十分かつ本発明のものであると言え、ここでは、表面上の露出した気泡の数が、最大５つであると理解される。これらの気泡は、表面に分布していてもよいが、説明したように、点火線が存在している、すなわち、特に固定材に載置されている領域には分布していてはならない。

通常、基体については、Ｓｔ３５および／もしくはＳｔ３７および／もしくはＳｔ３８などの標準的な鋼、またはステンレス鋼および／もしくは非腐食性鋼が、基体用の材料として使用される。DIN EN 10020に準拠したステンレス鋼とは、その硫黄およびリンの含有量（いわゆる鉄付随物（Eisenbegleiter））が０．０３５％を超えない合金鋼または非合金鋼の名称である。それによると、多くの場合、さらなる熱処理（例えば、焼き戻し）が意図されている。ステンレス鋼には、例えば、特別な製造プロセスによりアルミニウムおよびケイ素などの成分が溶融物から分離された高純度鋼、さらには、後の熱処理が意図された高合金工具鋼が含まれる。これらは、特にクロムを含有する。例えば、以下のものが使用可能である：Ｘ１２ＣｒＭｏＳ１７、Ｘ５ＣｒＮｉ１８１０、ＸＣｒＮｉＳ１８９、Ｘ２ＣｒＮｉ１９１１、Ｘ１２ＣｒＮｉ１７７、Ｘ５ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＴｉ１８１０、およびＸ１５ＣｒＮｉＳｉ２５−２０、Ｘ１０ＣｒＮｉ１８０８、Ｘ２ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２、Ｘ６ＣｒＮｉＭｏＴｉ１７−１２−２。

しかしながら、本発明によるフィードスルーの最大の製造効率を保証するために、金属基体がステンレス鋼からならないことが有利であることもある。代わりに、基体は、１．０１ｘｘ〜１．０７ｘｘのグループの鋼（非合金品質の鋼）から形成されることが有利である。その際、鋼のグループは、DIN EN 10027-2に準拠して表され、最初の桁は、材料の主要グループを表し、最初の点の後の一連の桁は、鋼のグループ番号を表す。

できるだけ良好な耐食性を保証するために、基体は、金属でコーティングされていてもよい。好ましくは、ニッケルコーティングが使用される。これは、非合金品質の鋼から形成された基体に特に当てはまる。

ガラスまたはガラスセラミック固定材は、その熱膨張が金属基体の熱膨張よりも低くなるように選択されることが有利である。溶融および続く冷却において、基体は、言わば、固化した固定材に対して収縮を起こし、そのため、圧力ガラス封入体とも称される、いわゆる圧力フィードスルーが得られる。これは、基体が固定材に対して軸方向の圧力を加え、それにより貫通開口部内の機械的保持力が高まることを意味する。

このようにして、気密封止された金属・固定材フィードスルーが達成される。

本発明者等は、上記のプロセスの場合、特に表面を自由溶融させる場合、ガラスまたはガラスセラミック固定材は、その体積中では、たしかに気泡割合ＢＶで気泡を有し得るものの、その表面では、ＢＶよりもかなり小さい気泡割合を有するガラススキンを有し得ることを見出した。ガラススキンは、特に好ましくは実質的に気泡がなく、これは、気泡が最大５つ存在することまたは完全に気泡不含であることさえ意味する。特に、固定材のガラススキンおよび／または表面は、点火線が載置されている領域において気泡を含まない。

固定材が自由溶融した表面を有することにより、その粗さは、これまでの研磨された金属・固定材フィードスルーの場合よりも小さくなる。特に、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面の平均粗さ値Ｒａは、０．１μｍ未満であり、特に０．０２μｍ〜０．０５μｍの範囲にある。それとは対照的に、これまでの研磨された金属・固定材フィードスルーにおける通常のＲａ値は、０．２μｍ〜０．５μｍである。これまでの研磨された固定材の粗さ値が高くなると、原則的に、残留する研磨跡から、特に溝の形状が生じる。

平均粗さ値Ｒａは、DIN EN ISO 4287:2010に準拠して定義されており、当業者に既知のように決定される。平均粗さまたは平均粗さ値Ｒａは、垂直断面内の測定点、すなわち微細構造のプロファイルから中心線までの平均距離を表す。中心線は、（中心線に対する）プロファイル偏差の合計が最小になるように、関連区分内で実際のプロファイルと交差する。平均粗さＲａは、中心線からの絶対偏差の算術平均に相当する。

さらに、本発明による金属・固定材フィードスルーのより平滑な表面には、従来技術に比べて、電橋線が固定材に載置されている場合に電橋線が損傷するリスクが低減されるという利点がある。エアバッグ点火器またはベルトテンショナーにおいて、電橋線は、粉末状で存在し得ることが多い点火材料と接触している。通常、粉末の粒径が研磨跡の溝より大きいとしても、製品寿命の過程で、粉末摩耗、ひいては非常に微細な粒子が生じ、この粒子が、電橋線の下の溝に挟まって、電橋線に機械的応力がかかる可能性がある。これは、本発明による金属・固定材フィードスルーにより回避される。

さらなる好ましい実施形態では、基体は、基体の表面から貫通開口部の内壁への連続的な移行部が存在し、特に、勾配が貫通開口部の内壁の方向に増加するように形成されている。連続的な移行部とは、この領域の断面を曲線として解釈した場合に、この曲線の一次導関数が定常プロファイルを有することを意味する。それとは異なり、従来技術からの基体は、鋭い折れ目を有し、そのため、それらの断面の一次導関数は非定常である。この形態には、垂直の角度を達成するためのさらなる後処理ステップを使用する必要なく、成形プロセスおよび／または打抜きプロセスにより、基体、特に貫通開口部を単純に製造することが可能であるという利点がある。この基体設計のさらなる利点は、貫通開口部内の固定材の充填レベルに関与する圧縮材の体積が、体積変動に関してそれほど重要ではないことである。これは、所定の体積変動において、貫通開口部内の充填レベルが固定材の直径未満で変化し、このことが、電橋線の取り付けにとって、不十分な充填時に場合によって生じ得るステップよりも重要ではないことを意味する。

さらに、連続的な移行部には、貫通開口部に対して平らに傾斜している領域に薄い固定材層が存在するという効果もある。驚くべきことに、これは圧力ガラス封入であるものの、固定材の剥がれが観察されないことが示された。

特に好ましくは、貫通開口部の内壁と、表面の領域のガラスまたはガラスセラミック固定材との間に、溝が存在することが意図されている。溝とは、一般に、固定材の表面におけるくぼみを表す。溝の幅Ｂは、好ましくは最大０．１３ｍｍ、特に好ましくは０．００５ｍｍ〜０．１３ｍｍまたは０．０１〜０．１３ｍｍである。特に好ましくは、この溝の深さＴは、最大０．０３ｍｍ、特に最大０．０１５ｍｍであり、特に好ましくは、深さＴは、０．０５ｍｍ〜０．０２５ｍｍである。

溝の形成は、基体の表面から貫通開口部の内壁への移行部を前述のように構成することにより促進することができ、すなわち、この構成と溝の存在とは、特に有利にともに作用する。

溝が存在することには、それにより、特に金属・固定材フィードスルーの動作時に、固定材の表面および／または基体の表面のフィルム被覆に対するストッパが達成可能であるという利点がある。そのようなフィルムは、特に、長期間の動作で生じ得て、かつ最悪の場合には、接触抵抗の低下、短絡、および／または電気化学的腐食、ひいては金属・固定材フィードスルーを含むコンポーネントの損傷を引き起こす可能性のある含水フィルムおよび／または被覆であり得る。

溝は、固定材の溶融および続く冷却時に自発的に形成可能であることが特に有利である。これは、ガラスまたはガラスセラミック固定材の接着性および湿潤性から生じるものと考えられる。同様に、加熱された固定材がなおも成形可能である限り、溝を刻印することも可能である。

ガラスまたはガラスセラミック固定材が溝形成なしで少なくとも１つの金属ピンの表面に当接しているおよび／または載っている実施形態が有利である。これは、前述の溝が固定材から基体への移行領域にのみ存在しており、固定材から金属ピンへの移行領域には存在していないことを意味する。これは、金属ピンにおいて場合によって存在する丸みの半径、すなわち、金属ピンの端面から側面への突き出し部分における半径が、基体の表面から貫通開口部の内壁への移行部の半径よりも小さいと、達成可能である。

すでに説明したように、ここで溝は、導電体の電気的挙動、特に点火挙動に影響を及ぼし得る邪魔な表面被覆フィルムに対して、ストッパとして機能することが有利であり得る。他方で、溝は、邪魔な大きな粒子が溝と導電体との間に挟まって導体に機械的に過度な負荷をかけ得ないように寸法取りされていることが有利である。

特に、金属ピンは、金属ピンの上側、すなわち平らな端面が、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面と１つの平面にあるように配置される。有利には、金属ピンは面取りされており、すなわち、特に金属ピンの上側と金属ピンの側壁との間の移行部が丸みを帯びており、この丸みと側壁との間の移行点は、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面よりも下方にある。

特に、溝は、周囲を取り巻いており、特に円形である。貫通開口部は、上面図で円形に設計されていることが好ましく、溝は、場合によって距離を空けて、円形に貫通開口部の内壁に沿っている。

基体と少なくとも１つの金属ピンとの間に、基体と少なくとも１つの金属ピンとを導電的に接続する導電体、特に線状の導体、特に点火導体が取り付けられている金属・固定材フィードスルーが特に好ましい。導体は、少なくとも部分的に、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面に載置されており、好ましくは溝を橋渡しする。溝が橋渡しされているこの領域では、導体の下方に空きスペースがある。同様に、この空きスペースを埋めること、および／または例えばプラスチック、特に疎水性プラスチックもしくは疎水性表面を有するものでコーティングすることも可能である。説明したように、溝は、特に導電性被覆または腐食性フィルムに対する剥離エッジとして機能することができる。周囲を取り巻くエッジは、言わば、これらの被覆および／またはフィルムから固定材および／または少なくとも１つの金属ピンを保護する。

さらなる好ましい実施形態では、基体は、ガラスまたはガラスセラミック固定材に対する界面において、鋼、特に非腐食性ステンレス鋼からなる。同様に好ましくは、少なくとも１つの金属ピンは、ガラスまたはガラスセラミック固定材に対する界面において、鋼、特に非腐食性ステンレス鋼からなる。特に有利には、鋼および／またはステンレス鋼は、ガラスに対して湿潤性および／または接着性を示し、これは、溝の形成を少なくとも補助する。

金属ピンの上側がガラスまたはガラスセラミック固定材の表面と１つの平面にあると、有利であり、本発明に含まれる。特に、金属ピンの上側と金属ピンの側壁との間の移行部が丸みを帯びていてもよく、この丸みと側壁との間の移行点は、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面よりも下方にある。すなわち、この丸みは、言わば、固定材に引き込まれる。これには、金属ピンの側壁が金属ピンの表面に直接垂直に接している鋭い移行部に比べて、金属ピンと固定材との間の界面で亀裂が形成される可能性が低減されるという利点がある。

説明したように、金属ピンの上側、すなわち、金属ピンの端面は、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面と１つの平面にある。特に、金属ピンの上側と金属ピンの側壁との間の移行部が丸みを帯びていてもよく、この丸みと側壁との間の移行点は、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面よりも下方にある。すなわち、この丸みは、言わば、固定材に引き込まれる。これには、金属ピンの側壁が金属ピンの表面に直接垂直に接している鋭い移行部に比べて、金属ピンと固定材との間の界面で亀裂が形成される可能性が低減されるという利点がある。

同様に、基体と少なくとも１つの金属ピンとの間に、基体と少なくとも１つの金属ピンとを導電的に接続する導電体、特に点火導体が取り付けられていることが意図されている。通常、これは溶接される。この導体は、少なくとも部分的に、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面に載置されている。特に、これは記載の溝を橋渡しする。

同様に、本発明は、金属・固定材フィードスルー、特に、少なくとも１つの金属ピンを有し、この少なくとも１つの金属ピンが、加熱および続く冷却により、ガラスまたはガラスセラミック固定材中で、基体の貫通開口部内に溶融埋め込みされており、このガラスまたはガラスセラミック固定材が、少なくとも１つの金属ピンと基体との間に表面を有する、エアバッグおよび／またはベルトテンショナーの点火器のための金属・固定材フィードスルーの製造方法であって、少なくとも１つの金属ピンをガラスまたはガラスセラミック固定材中に溶融埋め込みする際に、加熱された固定材をこの表面にて自由溶融させる、製造方法を含む。

このプロセスにおいて、固定材は、貫通開口部の内壁および少なくとも１つの金属ピンの外壁においてガラス付け（anglasen）される。

金属・固定材フィードスルーに関して先に記載した特徴はすべて、本方法にも適用することができる。

特許請求される方法は、フィードスルーおよび／またはエアバッグ点火器もしくはベルトテンショナーの全製造プロセスの一部を含む。

固定材の実質的に気泡を含まない表面は、自由溶融において、特に自発的に形成されることが好ましい。実質的に気泡を含まないとは、気泡が表面に最大５つであることを意味しており、当然のことながら、完全に気泡不含であることも含まれる。好ましくは、ガラスまたはガラスセラミック固定材の表面の平均粗さ値Ｒａは、０．１μｍ未満であり、特にＲａは、０．０１５μｍ〜０．０５５μｍ、特に有利には０．０２μｍ〜０．０５μｍの範囲にある。好ましい実施形態では、ガラスまたはガラスセラミック固定材は、溝形成なしで、少なくとも１つの金属ピンの表面に当接している。これは、溝が、基体と固定材との間には存在するが、固定材と金属ピンとの間には存在しないことが特に有利であることを意味する。

貫通開口部自体は、上面図で円形に設計されていることが好ましく、溝は、特に好ましくは、円形に貫通開口部の内壁に沿っている。円形の貫通開口部は、特に打抜きおよび／または成形により得ることが可能である。しかしながら、同様に、穴あけおよび他の適切な方法も可能である。

すでに説明したように、特に有利な方法は、成形および／または打抜きにより基体および／または貫通開口部を作製することである。基体は、成形により特に材料効率よく製造することが可能であり、その際、少なくとも１つの貫通開口部が打抜きされる。

基体が、基体の表面から貫通開口部の内壁への連続的な移行部が存在し、特に、勾配が貫通開口部の内壁の方向に増加するように成形されているまたは成形されると、特に有利である。これは、言わば、漸進的な傾斜を伴う丸めに相当する。この形状は、特に貫通開口部の打抜きプロセスにおいて作製することが可能である。

好ましい方法では、加熱および／または冷却時に、貫通開口部の内壁と、表面の領域のガラスまたはガラスセラミック固定材との間に、溝（５５）が自律的に形成される。あるいはこれは、例えば、スタンピング工具または型押し工具を用いて刻印される。特に、溝は、好ましくは最大０．１３ｍｍの幅Ｂを有する。特に好ましくは、溝の深さＴは、最大０．０３ｍｍ、特に最大０．０１５ｍｍであり、特に好ましくは、深さＴは、０．０５ｍｍ〜０．０２５ｍｍである。

同様に、溝を、適切な工具を用いて、例えばスタンプを用いて刻印すること、または材料を除去して作製することも可能である。

さらなる加工において、導電体が、記載のように、金属ピンと基体の表面との間に取り付けられてもよく、特に溶接されてもよい。

同様に、多くの場合、少なくとも１つのさらなる導体、特に金属ピンが導電的に基体と接続されることが一般的である。これは、アース導体または接地導体であることが一般的である。金属ピンと基体との記載の導電接続は、はんだ接続であることが一般的である。同様に、この導体を基体に溶接することも可能である。

本発明による金属・固定材フィードスルーおよび／または本発明による方法の結果の好ましい用途は、エアバッグ点火器および／またはベルトテンショナーおよび／またはガス発生器である。

エアバッグ点火器および／またはベルトテンショナーおよび／またはガス発生器の場合、貫通開口部内に固定された金属ピンは、基体にはんだ付けされた接地ピンと同様に、少なくともその軸線に沿った部分領域にて金でコーティングされていることが一般的である。金のコーティングは、腐食に対する永続的な不感性および永続的な接触をもたらす。多くの場合、金属ピンは、その端部領域が金でコーティングされている。このように、組み立て時に点火装置使用の目的で差込接続部内に存在している金属ピンの領域は、金メッキされていることが好ましい。このようにして、差込接触部における接触抵抗が低減され得る。

有利な実施形態では、少なくとも２つの金属ピンが、推進剤に面する側の基体上で、点火ブリッジにより導電的に互いに接続されている。点火ブリッジは、すでに記載の点火線により形成することが可能である。

上記のように、固定材表面の粗さ、または本発明の文脈ではどちらかと言うと平滑性は、平均粗さＲａを特徴とすることが可能である。同様に、平均粗さ深さ（Rautiefe）Ｒｚも、当業者に既知のように表すことが可能である。

実施例でもある試験では、記載の金属・固定材フィードスルーを記載の方法により製造し、本発明により自由溶融した固定材表面の粗さを決定した。表１には、比較として、従来技術に従って研磨された固定材表面の測定値が記載されている。測定方法としては、ホメル試験機（Hommel Taster）を用いた当業者に既知の触覚測定が適用される。

以下で、図を用いて本発明をより詳細に説明する。図面は、縮尺通りではなく、図示されている実施形態は、概略図である。これらの図はまた、例示的な実施形態を表す。図に示されている参照記号はすべて、それぞれ他の図にも適用される。

点火線が載置されている研磨された表面を有する従来技術による金属・固定材フィードスルーを含む、既知の点火装置である。 その軸方向中心軸線に平行な本発明による金属・固定材フィードスルーの断面である。 図２からの切取部である。 本発明による金属・固定材フィードスルーの上面図の写真および溝を測定した測定曲線である。

図１には、火工技術的保護装置についての従来技術から既知の点火装置、ここでは例としてエアバッグ点火装置が図示されている。この場合、図１は、特に、金属・固定材フィードスルーの断面図を示す。金属・固定材フィードスルーは、ここでは円盤型の基本形状を有する基体（１）を備える金属支持体部分を含む。開放領域を有する基本形状も、同様に既知であり、本発明に含まれる。本発明による金属・固定材フィードスルーは、しばしば、ベース要素または略してベースもしくは英語でヘッダーとも称される。さらに、基体（１）の貫通開口部（４）内には、金属ピン（５）が機能要素として配置されている。その際、貫通開口部（４）を基体（１）から打ち抜いた。金属ピン（５）は、点火ブリッジ（９）と電流とを接触させる役割を果たし、この点火ブリッジ（９）を介して、完成した点火器に封入された推進剤（２５）が点火される。点火ブリッジは、基体の上側（１１）に載置されている。上側とは、推進剤に面する側を言う。点火装置は、キャップ（２）により閉鎖されており、このキャップ（２）は、基体（１）とともに、推進剤（２５）を収容するための空洞を形成する。通常、キャップ（２）は、基体に溶接されている。

従来技術では、貫通開口部（４）の電流フィードスルーは、特にガラス・金属フィードスルーとして設計されており、その際、ガラスは、金属基体（３）内で金属ピン（５）と貫通開口部（４）の壁との間の固定材（１０）として機能する。同様に、ガラスセラミック材料と同じように、貫通開口部内に高性能ポリマーまたは他の適切な材料を使用することも可能である。

図１に示される例では、貫通開口部（４）は、基体（１）の軸方向中心軸線に対して偏心して配置されている。それにより、基体（３）の半径が小さい場合でも、第二の金属ピン（６）を固定するための十分なスペースが確保される。第二の金属ピン（６）は、はんだ接続により基体（１）に突き合わせてはんだ付けされているため、接地針（６）とも称される接地ピンとして機能する。はんだ材料（７）としては、特に金属はんだ材料、特に硬質はんだが使用される。はんだ材料（７）は、基体の表面と接地針（６）との間に、メニスカスを形成する。

それとは対照的に、図２は、その軸方向中心軸線に平行でありかつこの軸方向中心軸線を通る本発明による金属・固定材フィードスルーの断面を示す。基体（１）は、第一の表面（１１）、ここでは上側と、多くの実施形態でこれに平行に延在する第二の表面（１２）、ここでは下側とを有する。通常、上側（１１）は推進剤（２５）に面しており、通常、電気接触は下側（１２）で行われる。金属基体（１）は貫通開口部（４）を有し、この貫通開口部（４）を通して、金属ピン（５）が針としてガイドされている。貫通開口部（４）は、基体（１）から打抜きされていてもよい。この例では、同様に基体（１）の外側輪郭が金属帯板から打抜きされたため、ここでは、基体（１）全体が打抜き部品を表す。しかしながら、基体が冷間成形により配線材料から製造されることも、同様に可能であり、本発明に含まれる。貫通開口部（４）内において、金属ピン（５）は、ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）を用いて基体（１）から電気的に絶縁されて、接触針とも称される第一の針として溶融埋め込み、すなわち固定されている。

第一の金属ピン（５）は、特に、金属基体（１）の第一の貫通開口部（４）内で気密封止されている。この金属・固定材フィードスルーのガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）は、外部導体を表す基体（１）の材料により完全に囲まれている。

ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）は、特に、基体（１）の金属よりも低い熱膨張係数を有し、そのため、基体（１）は、金属ピン（５）を固定材（１０）内にガラス封入した後の冷却において、言わば、この固定材（１０）およびしたがってガラス・金属フィードスルーに対して収縮し、このようにしてこのガラス・金属フィードスルーおよび固定材（１０）に対して永続的に機械的圧力をかける。このようにして、金属ピン（５）と、固定材（１０）と、基体（１）との間に、特に緊密かつ機械的に安定した接続が生み出される。この配置は、圧力ガラス封入と称され、例えば、エアバッグ点火器にとって好ましい。ガラス材料および／またはガラスセラミック材料の使用も、同様に可能であり、本発明に含まれる。

基体（１）の上側（１１）にある固定材（１０）の表面（１１０）は、自由溶融した表面であり、溶融埋め込みされた金属ピン（５）の端面（５０）と１つの平面にあり、有利には基体の上側（１１）とも１つの平面にある。すでに説明したように、自由溶融した表面は、固定材（１０）の体積と比較して低減された気泡割合を有し、特に、少なくとも点火導体の領域にあるその表面（１１０）に露出した気泡を有しないガラススキン（４０）を特徴とすることが有利である。

点火導体（９）は、固定材の表面（１１０）に載置されており、金属ピン（５）および基体（１）の双方、すなわち、金属ピン（５）の端面（５０）および基体（１）の表面（１１０）に溶接されている。溝（５５）は、図示されていない。

第二の金属ピン（６）は、はんだ材料（７）により接地針として基体（１）と接続されている。

図３は、図２からの切取部を示しており、この切取部は、破線の長方形として図示されている。これは、基体（１）、固定材（１０）、および金属ピン（５）の端面（５０）の領域を拡大したものに対応する。分かりやすくするために、点火線（９）は図示されていない。

しかしながら、図３には、基体（１）と固定材（１０）との間に存在する溝（５５）が見られる。溝は、幅Ｂおよび深さＴを有する。溝（５５）は、特に、基体（１）に固定材（１０）を付けたメニスカス型の形状体として形成されていてもよい。溝の幅Ｂは、最大０．１３ｍｍ、特に０．００５ｍｍ〜０．１３ｍｍまたは０．０１〜０．１３ｍｍであり、深さＴは、最大０．０３ｍｍ、特に最大０．０１５ｍｍであり、特に、深さＴは、０．０２５ｍｍ〜０．０５ｍｍである。

特に、基体の表面（１１）から貫通開口部の内壁（１００）への移行部の半径は、溶融埋め込みされた金属ピン（５）の外壁とこの金属ピン（５）の端面（５０）との移行部の半径より大きくてもよい。分かりやすくするために、この半径は、図３には図示されていない。また、この比率により、特に、溝（５５）が、基体（１）への移行部には存在するが、金属ピン（５）への移行部には存在しなくなる。

同様に、図３には、固定材（１０）の体積よりも著しく低い気泡割合を有するガラススキン（４０）が図示されている。図３では、ガラススキン（４０）は、金属・固定材フィードスルーの上側（１１）に存在している。ガラススキンが同様に下側（１２）にも存在することも、同様に可能であり、本発明に含まれる。これは特に、下側（１２）の固定材（１０）も自由溶融させる場合に当てはまる。

ガラススキンは、その厚さが原子層の範囲にあり得るものの、光学的方法、特に顕微鏡で見ることが可能である。

貫通開口部（４）の内壁（１００）は、固定材（１０）と直接接触しており、固定材（１０）は、内壁（１００）にガラス付けされている。同様に、低減された気泡割合を有するガラススキンが貫通開口部の内壁（１００）と固定材（１０）との間に存在することも可能である。同じことが、固定材（１０）と金属ピン（５）の外壁との間の界面にも当てはまる。

図４は、本発明による金属・固定材フィードスルーの上面図の写真および溝を測定した測定曲線を示す。貫通開口部は、円形に形成されており、固定材（１０）が充填されている。その中には金属ピン（５）がガラス封入されており、その端面（５０）が見える。貫通開口部の内壁（１１０）は、さらに破線により特に強調されている。説明したように、これは、研磨されていない表面であり、固定材表面は自由溶融している。露出した気泡は確認できない。ガラススキンは、言わば、平滑または緊密である。

同様に、溝（５５）のその深さＴおよび幅Ｂについての測定も図示されている。この測定は、デジタル測定顕微鏡を用いて行った。

これまでは、特にエアバッグ点火器および／またはベルトテンショナーの工業的大量生産の場合、金属・固定材フィードスルーは、その上側が研磨されたが、その際、金属表面および固定材表面のどちらも削られる。通常、その後に洗浄ステップが続く。

それとは対照的に、本発明による金属・固定材フィードスルーには、それらの固定材表面が自由溶融しているという利点がある。その結果、金属表面は研磨されておらず、加工ステップを省略することができる。さらに、本発明によるガラスまたはガラスセラミック固定材は、自由溶融時に少なくともほとんど気泡を含まない表面を形成する特性を有し、そのため、気泡が露出するリスクが著しく低減されている。露出した気泡は、点火線の取り付けにおいて不所望であるため、回避する必要がある。

１ 基体
２ キャップ
４ フィードスルー開口部
５ 機能要素、第一の金属ピン
６ 導体、第二の金属ピン、接地ピン
７ 金属はんだ材料
９ 電橋線、点火導体
１０ 電気絶縁固定材
１１ 基体の表面、上側
１２ 基体の表面、下側
２５ 推進剤
５０ 第一の金属ピンの端面
５５ 溝
４０ ガラススキン
１００ 貫通開口部の内壁
１１０ 固定材の表面
Ｂ 溝の幅
Ｔ 溝の深さ

Claims (13)

1. 少なくとも１つの金属ピン（５）を有し、前記少なくとも１つの金属ピン（５）が、ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）中で、基体（１）の貫通開口部（４）内に溶融埋め込みされている、エアバッグおよび／またはベルトテンショナーの点火器のための金属・固定材フィードスルーにおいて、
   前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）の表面（１１０）が、自由溶融した表面であり、前記少なくとも１つの金属ピン（５）の端面（５０）と１つの平面にあることを特徴とする、金属・固定材フィードスルー。
2. 前記基体（１）と前記少なくとも１つの金属ピン（５）との間に、前記基体（１）と前記少なくとも１つの金属ピン（５）とを導電的に接続する導電体（９）または点火導体（９）が取り付けられており、前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）の表面（１１０）が、前記導電体（９）または前記点火導体（９）の領域にて、露出した気泡を含まないことを特徴とする、請求項１記載の金属・固定材フィードスルー。
3. 前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）が、該固定材の体積中では、気泡割合ＢＶで気泡を有し、該固定材の表面（１１０）では、ＢＶよりかなり小さい気泡割合を有するか、最大５個の気泡を有するか、または気泡を含まないガラススキン（４０）を有することを特徴とする、請求項１または２記載の金属・固定材フィードスルー。
4. 前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）の前記表面（１１０）のDIN EN ISO 4287に準拠した平均粗さ値Ｒａが、０．１μｍ未満であるか、または０．０１５μｍ〜０．０５μｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の金属・固定材フィードスルー。
5. 前記基体の前記表面（１１）から前記貫通開口部（４）の内壁（１００）への連続的な移行部が存在し、好ましくは、勾配が前記貫通開口部（４）の前記内壁（１００）の方向に増加していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の金属・固定材フィードスルー。
6. 前記貫通開口部（４）の前記内壁と、表面（１１０）の領域の前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）との間に、溝（５５）が存在することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の金属・固定材フィードスルー。
7. 前記溝（５５）が、最大０．１３ｍｍまたは０．００５ｍｍ〜０．１３ｍｍまたは０．０１〜０．１３ｍｍの幅Ｂを有すること、および／あるいは前記溝（５５）が、最大０．０３ｍｍもしくは最大０．０１５ｍｍの深さＴまたは０．０５ｍｍ〜０．０２５ｍｍの深さＴを有することを特徴とする、請求項６記載の金属・固定材フィードスルー。
8. 前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）が、溝形成なしで、前記少なくとも１つの金属ピン（５）の表面に当接していることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の金属・固定材フィードスルー。
9. 前記貫通開口部（４）が、上面図で円形に形成されており、前記溝（５５）が、円形に前記貫通開口部（４）の前記内壁（１００）に沿っていることを特徴とする、請求項６から８までのいずれか１項記載の金属・固定材フィードスルー。
10. 前記基体（１）と前記少なくとも１つの金属ピン（５）との間に、前記基体（１）と前記少なくとも１つの金属ピン（５）とを導電的に接続する導電体（９）または点火導体（９）が取り付けられており、前記導電体（９）または前記点火導体（９）が、少なくとも部分的に、前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）の前記表面（１１０）に載置されており、前記溝（５５）を橋渡しすることを特徴とする、請求項６から９までのいずれか１項記載の金属・固定材フィードスルー。
11. 前記基体（１）が、少なくとも前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）に対する界面において、鋼、特に非腐食性ステンレス鋼からなり、好ましくは、前記少なくとも１つの金属ピン（５）が、少なくとも前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）に対する界面において、鋼、特に非腐食性ステンレス鋼からなり、特に、前記基体（１）の鋼および／またはステンレス鋼が、前記溝（５５）の形成を少なくとも補助する、ガラスに対する湿潤性および／または接着性を示すことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の金属・固定材フィードスルー。
12. 金属・固定材フィードスルー、特に、少なくとも１つの金属ピン（５）を有し、前記少なくとも１つの金属ピン（５）が、ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）中で、基体（１）の貫通開口部（４）内に溶融埋め込みされており、前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）が、前記少なくとも１つの金属ピン（５）と前記基体（１）との間に表面（１１０）を有する、エアバッグおよび／またはベルトテンショナーの点火器のための金属・固定材フィードスルーの製造方法において、
    前記少なくとも１つの金属ピン（５）を前記ガラスまたはガラスセラミック固定材（１０）中に溶融埋め込みする際に、加熱された固定材を該固定材の表面（１１０）にて自由溶融させる、製造方法。
13. エアバッグ点火器および／もしくはベルトテンショナーにおける、またはエアバッグ点火器および／もしくはベルトテンショナーを製造するための、請求項１から１１までのいずれか１項記載の金属・固定材フィードスルーの使用。

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