JP4690056B2

JP4690056B2 - イニシエータ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4690056B2
Application number: JP2005009206A
Authority: JP
Inventors: 繁前田; 博規田口; 耕治田中; 誠岩崎; 勝美寺田
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: JP2006194561A

Description

本発明は、爆薬、推進薬、ガス発生剤等を電気的に着火させるための雷管等を含むイニシエータ（点火器）及びその製造方法に関する。

この種のイニシエータとして、セラミックス等の基板上に形成されている薄膜状のブリッジが、エポキシ樹脂、ポリイミド、セラミックス等によって塞栓に固定されているものがある。このブリッジは、通常、塞栓に設けられている電極ピンと、はんだ、ワイヤーボンディング、導電性エポキシ樹脂等で電気的に接合されている（例えば、特許文献１参照）。

これらのうち、はんだは、環境汚染に繋がる鉛を含んでいる。また、はんだは、高温で溶かす必要がある。ところが、その際にブリッジは、高温に晒されることになり、熱によってダメージを受けて、正常に動作しなくなることがある。

また、ワイヤーボンディングを施した場合は、ブリッジの安定した着火のために火薬をブリッジに押し付ける場合があるが、この際に、ワイヤーが断線する危険があった。

また、導電性エポキシ樹脂によって接合した場合は、自動車用のガス発生器等のイニシエータとして使用した場合、車室内の温度変化等に長時間晒されることになり、導電性エポキシ樹脂の抵抗値が変化することがある。また、組立当初においても、電極表面の状態にその抵抗値が影響を受けやすいため、初期抵抗値のバラツキが大きいという問題があった。

米国特許第６，３２４，９７９Ｂ１号明細書

本発明は、使用環境等に影響されることなく、火薬を効率的に着火することができる、薄膜ブリッジを使用したイニシエータ及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための本発明のイニシエータは、１対の電極ピンを有する塞栓と、薄膜ブリッジと、フィルムとを有し、電極ピンを通して薄膜ブリッジに電流を供給し、薄膜ブリッジを作動させてイニシエータ中の火薬を着火するイニシエータであって、フィルムが薄膜ブリッジと火薬との間に配置され、薄膜ブリッジは、フィルム上に形成された電極パターンを介して電極ピンに接合していることを特徴とするものである。

薄膜ブリッジがフィルム上に形成された電極パタ−ンを介しているため、薄膜ブリッジは、各電極ピン同士を電気的に接続している。このように薄膜ブリッジは、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐｏｎｆｉｌｍ）接続している。ここで、薄膜ブリッジとは、ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＢｒｉｄｇｅ（以下、ＳＣＢという。）、フライヤー式ブリッジ、薄膜抵抗体を総称したものをいう。また、ＳＣＢとは、半導体製造工程を使用して作ることができるブリッジの総称で、フライヤー式ブリッジとは、着火薬を使用することなく、ブリッジ部から飛翔体を飛ばしそれを火薬（爆薬）に衝突させることで、その衝撃によって、衝撃感度の低い火薬（爆薬）を直接着火することのできるものであり、薄膜抵抗体とは、金属薄膜を抵抗が集中する形状にエッチングなどで形成したブリッジで、通常のブリッジワイヤーの代わりに使用し、薄膜抵抗体に電流を流し、抵抗発熱によりイニシエ−タ中の火薬を着火するものである。

また、本発明のイニシエータは、前述の発明において、フィルムの薄膜ブリッジのブリッジ部に対向した位置に開口部が形成されていることを特徴とするものである。

１対の電極ピンに通電することにより、薄膜ブリッジで生成されたプラズマ等の熱エネルギ−が開口部を通じて火薬に直接伝達されるため、確実に火薬を着火することができる。

また、本発明のイニシエータは、前述の発明において、薄膜ブリッジは、フィルム上に形成された電極パターンに第１金バンプを用いて接合されていることを特徴とするものである。

薄膜ブリッジが、フィルム上に形成された電極パターンに第１金バンプを用いて接合されているため電極パターンと電極ピンとの接合の信頼性を向上することができる。また、高温に長時間晒された場合であっても、抵抗値変化がないため、環境に影響を受けることなく安定した着火を得ることができる。

また、本発明のイニシエータは、前述の発明において、塞栓に、フィルム上に接合された薄膜ブリッジを埋設できる凹部が形成されていることを特徴とするものである。

薄膜ブリッジが、塞栓に形成されている凹部内に埋設されているため、塞栓の電極面と、薄膜ブリッジ表面とが略同一面に位置するようになる。このため、薄膜ブリッジは、塞栓面上に突出することがなくなり、フィルムが屈曲せずにフィルム上に形成された電極パターンが断線することもない。加えて、薄膜ブリッジが塞栓面上に突出することなく、フィルムを介して火薬に面しているため、火薬に押し付けた場合であっても、その応力をフィルムが吸収し、薄膜ブリッジに直接応力が伝わるのを防げる。このため、薄膜ブリッジを火薬に押し付けた場合であっても、安定した着火を得ることができる。

また、本発明のイニシエータは、前述の発明において、薄膜ブリッジと開口部の間に、薄膜ブリッジの表面に樹脂膜を配置し、開口部に空間を有し、薄膜ブリッジが樹脂膜と開口部の空間を介して火薬に対向していることを特徴とするものである。

薄膜ブリッジが、フライヤー式イニシエータの飛翔体となる樹脂膜を介してフィルムに接合され、火薬と薄膜ブリッジがフィルムの開口部を介して対向しているため、薄膜ブリッジと火薬の間に空間を容易に設けることができ、衝撃感度の低い火薬（爆薬）と組合わせて使用することができる。ここで、薄膜ブリッジと組み合わせる火薬としてはＺＷＰＰ（ジルコニウム、タングステン、過塩素酸カリウムの混合物）、ＺＰＰ（ジルコニウム、過塩素酸カリウムの混合物）、トリシネート、鉛フリープライマーなど一般的プライマーが挙げられる。また、フライヤー式イニシエータの場合、使用する火薬（爆薬）としては、ペンスリット、ヘキソ−ゲン、オクト−ゲンなどの一般的ベースチャージが挙げられる。

また、本発明のイニシエータは、前述の発明において、樹脂膜が、ポリイミド膜であるものである。

ポリイミドを用いることによって、電極パターンが形成されているフィルムとの接合性を向上させることができる。

また、本発明は、１対の電極ピンを有する塞栓と、薄膜ブリッジと、フィルムとを有し、電極ピンを通して薄膜ブリッジに電流を供給し、前記薄膜ブリッジを作動させてイニシエ−タ中の火薬を着火するイニシエータの製造方法であって、フィルム上に形成された電極パターンに薄膜ブリッジを第１金バンプを用いて接合し、次いで、フィルムが薄膜ブリッジと火薬との間に配置されるように、薄膜ブリッジが接合された電極パターンを第２金バンプを用いて電極ピンと接合するものである。

本発明のイニシエータは、以上のように構成されており、薄膜ブリッジが、フィルム上に形成された電極パタ−ンを介して電極ピンと接続されることによって、薄膜ブリッジと電極ピンとの導通回路の断線等の発生を抑制することが可能となる。また、効率良く火薬を着火することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係るイニシエータの実施形態の一例について説明する。

図１において、本実施形態例に係るイニシエータ１は、１対の電極ピン２，３を有する塞栓４と、塞栓４に取り付けられる薄膜ブリッジ５と、第２管体１０に覆われた第１管体内９に充填される火薬６，７とを有する。電極ピン２，３は、例えばステンレス、カ−ボンスチ−ル、ニッケル、鉄等の導電性の素材で形成されている。また、塞栓４の材質は、例えば、ステンレス、アルミニウム、真鍮、鉄等の金属材や硬化樹脂である。なお、塞栓４が金属材の場合は、電極ピン２，３と塞栓４との間に適当な絶縁材が配置される。絶縁材としては、ガラス２２が好ましい。そして、電極ピン２，３を通して薄膜ブリッジ５に電流を供給し、薄膜ブリッジ５を作動させて第１管体９内に装填されている火薬６，７を着火する。

薄膜ブリッジ５は、フィルム８上に形成された電極パタ−ン１１を介して電極ピン２，３に接続している。ここで、薄膜ブリッジ５としては、発熱抵抗体、反応性物質を使用したリアクティブブリッジ等いずれのものでも使用することができる。これらは、Ｓｉ基板やＡｌ₂Ｏ₃等のセラミックス基板上にＬＩＧＡ（Ｘ線を使用した微細加工技術をいう）プロセスや、スパッタリング等の公知技術によって形成されている。また、電極パタ−ン１１とは、フィルム８上に金や銅等で印刷処理等により形成されている配線パタ−ンをいう。

図２は、薄膜ブリッジ５が、フィルム８上に形成されている電極パタ−ン１１に接合されている状態を説明するための図である。

図２に示すように、薄膜ブリッジ５は、フィルム８上に形成された電極パタ−ン１１と第１金バンプ１２を介して接合される。そして、図中の１点鎖線２１に沿って打ち抜き加工されて使用される。このように、電極パターン１１に第１金バンプ１２を用いて接合されているため、抵抗値変化等がない。また、導電性エポキシ樹脂等と異なり、車室内の温度変化に長時間晒されていてもその抵抗値が環境に影響されることがないため、安定した着火が得られる。

また、フィルム８には、薄膜ブリッジ５のブリッジ部１４に対向した位置に開口部１３が形成されている。これによって、ブリッジ部１４で発生するプラズマ等の熱エネルギ−が火薬に直接伝達されるようになり、火薬を確実に着火することが可能となる。ここで、フィルム８は、フレキシブルフィルムであれば、特に限定されるものではないが、耐熱性等に優れたポリイミド等の樹脂フィルムを使用することが好ましい。その厚みは、０．０５〜０．５ｍｍの範囲にあるものが好ましい。

図３は、図２に示す薄膜ブリッジ５が第１金バンプ１２を介してフィルム８上に形成された電極パタ−ン１１に接合されている状態の側面図を示すものである。図３（ａ）に示すように、薄膜ブリッジ５は、第１金バンプ１２を介して、電極パタ−ン１１に接合されている。この電極パタ−ン１１は、フィルム８上に形成されている。フィルム８に設けられている開口部１３は、火薬と薄膜ブリッジ５の間に位置するように設けられている。このため、薄膜ブリッジ５のブリッジ部１４で発生するプラズマ等の熱エネルギ−は、開口部１３を通じて火薬と直接接し、火薬を確実に着火する。そして、塞栓４に接合する時は、図３（ｂ）に示すように、上下反対に反転した状態で接合される。

図４は、フィルム８上に形成された電極パタ−ン１１と薄膜ブリッジ５が第１金バンプ１２を介して接合され、これが電極ピン２，３に接合される方法を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、塞栓４の凹部１６内に所定量の接着剤１７を塗布し、及び電極ピン２，３における対向する上面の端部に所定量の第２金バンプ１８を成形し、前述の薄膜ブリッジ５と電極パターン１１との接合と同様に圧着する。これによって、図４（ｂ）に示すように、薄膜ブリッジ５を凹部１６に埋設して固定することができ、塞栓４の電極ピン２，３と、フィルム８上に形成されている電極パターン１１とを略同一面とすることができる。なお、第２金バンプ１８は、電極パターン側に成形されてもよく、また、使用用途に合せて、導電性エポキシ樹脂等によって接合することも可能である。

このように、フィルム８が火薬と直接接するように接合されるため、フィルム８の有する弾性によって、火薬に押し付けた場合であっても、フィルム８がその応力を吸収するため、薄膜ブリッジ５と電極パターン１１との接点に応力が作用することを防止できる。

以上のようにしてフィルム８上に形成された電極パタ−ン１１と電極ピン２，３が第２金バンプ１８を介して接合されることによって、図５に示すように、塞栓４に設けられている１対の電極ピン２，３と、フィルム８と一体化した薄膜ブリッジ５とが導通状態となる。また、従来のワイヤーボンディング等による接合方法と異なり、薄膜ブリッジを塞栓４の凹部１６内に埋設されるため、フィルム８上に形成された電極パターン１１が屈曲することなく、火薬等に接触した場合であっても、断線するおそれがない。

更に、薄膜ブリッジ５が塞栓４内に埋設して固定されているため、塞栓４から突出することがないため、薄膜ブリッジ５から生成されるプラズマ等の熱エネルギ−が装填されている火薬に均等にいきわたり、効率良く火薬を着火することができる。図５において、薄膜ブリッジ５部分のみが９０度回転したフィルムとなっても図５のものと同様の効果を期待し得る。

本実施形態例に係るイニシエータ１は、図１に示すように、まず、第１管体９内に火薬６，７を装填した後、前述のようにして形成された薄膜ブリッジ５と一体化された塞栓４を第１管体９に嵌合する。このとき、塞栓４を火薬６側に押し付けるようにした場合であっても、以上説明してきたように、薄膜ブリッジ５が塞栓４内に埋設されるとともに、フィルム８を介して電極ピン２，３に導通されて、火薬に接しているため、断線等するおそれがない。このようにして、第１管体９に塞栓４を嵌合した後、第２管体１０を挿入し、ホルダ２０をインサート成形する。ホルダ２０は、例えばナイロン等の樹脂でできている。これによって、自動車の各種安全装置に用いられるガス発生器用のイニシ−タ等に好適に使用できる。なお、塞栓４が金属材の場合は、第１管体９も同種の材料が好ましく、さらに塞栓４と第１管体９とをシール溶接することがより好ましい。

以上のように構成されるイニシエータ１は、電極ピン２，３に電流が供給されることによって、薄膜ブリッジ５が作動し、火薬６，７が着火する。着火の方法は、薄膜ブリッジ５からの、プラズマや、熱エネルギ−、ショック波等、薄膜ブリッジ５の種類によって異なるが、いずれであっても、数十μ秒単位で効率良く火薬を着火することが可能である。

なお、本発明に係るイニシエータは、前述の実施形態に限定されるものではなく、例えば、薄膜ブリッジ５の表面に樹脂膜１９を配置した後、フィルム８に圧着するようにすることもできる（図７参照）。樹脂膜１９は、薄膜ブリッジ５の第１金バンプ１２が塗布されている側の表面に配置されることが好ましい。この場合、樹脂膜としてはポリイミド膜とすることが好ましい。また、図６に示すように、薄膜ブリッジ５とフィルム８との間に樹脂膜１９を配置したフライヤー式ブリッジであっても安全に使用することが可能となる。また、前述の実施形態において、電極パタ−ン１１は、フィルム８上に印刷処理により形成したが、蒸着処理又はメッキ処理等により形成しても良い。

本発明に係るイニシエータの実施形態の一例を示す断面図である。薄膜ブリッジが、フィルム上に形成された電極パタ−ンに第１金バンプを介して接合している状態を説明するための図である。図２に示す薄膜ブリッジとフィルム上に形成された電極パタ−ンとが第１金バンプを介して接合している状態の断面図である。薄膜ブリッジがフィルム上に形成された電極パタ−ンを介して電極ピンに接続される方法を説明する図である。フィルムに一体化された薄膜ブリッジと、塞栓の電極ピンとの導通状態を示す図である。表面に樹脂膜が配置されている薄膜ブリッジとフィルム上に形成された電極パタ−ンとが第１金バンプを介して接合している状態の断面図である。表面に樹脂膜が配置されている薄膜ブリッジと、塞栓の電極ピンとの導通状態を示す図である。

符号の説明

１イニシエータ
２電極ピン
３電極ピン
４塞栓
５薄膜ブリッジ
６，７火薬
８フィルム
９第１管体
１０第２管体
１１電極パターン
１２第１金バンプ
１３開口部
１４ブリッジ部
１５空間
１６凹部
１７接着剤
１８第２金バンプ
１９樹脂膜
２０ホルダ
２１１点鎖線
２２ガラス

Claims

１対の電極ピン２，３を有する塞栓４と、薄膜ブリッジ５と、フィルム８とを有し、前記電極ピン２，３を通して前記薄膜ブリッジ５に電流を供給し、前記薄膜ブリッジ５を作動させてイニシエータ中の火薬６，７を着火するイニシエータ１であって、
前記フィルム８が前記薄膜ブリッジ５と火薬６，７との間に配置され、
前記薄膜ブリッジ５は、前記フィルム８上に形成された電極パターン１１を介して前記電極ピン２、３に接合していることを特徴とするイニシエータ。
前記フィルム８の前記薄膜ブリッジ５のブリッジ部１４に対向した位置に開口部１３が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイニシエータ。
前記薄膜ブリッジ５は、前記フィルム８上に形成された前記電極パターン１１に第１金バンプ１２を用いて接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のイニシエータ。
前記塞栓４に、前記フィルム８上に接合された前記薄膜ブリッジ５を埋設できる凹部１６が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイニシエータ。
前記薄膜ブリッジ５と前記開口部１３の間に、前記薄膜ブリッジ５の表面に樹脂膜１９を配置し、前記開口部１３に空間１５を有し、前記薄膜ブリッジ５が前記樹脂膜１９と前記開口部１３の空間１５を介して火薬６，７に対向していることを特徴とする請求項２に記載のイニシエータ。
前記樹脂膜１９が、ポリイミド膜である請求項５に記載のイニシエータ。
１対の電極ピン２，３を有する塞栓４と、薄膜ブリッジ５と、フィルム８とを有し、前記電極ピン２，３を通して前記薄膜ブリッジ５に電流を供給し、前記薄膜ブリッジ５を作動させてイニシエータ中の火薬６，７を着火するイニシエータ１の製造方法であって、
前記フィルム８上に形成された電極パターン１１に前記薄膜ブリッジ５を第１金バンプ１２を用いて接合し、次いで、前記フィルム８が前記薄膜ブリッジ５と火薬６，７との間に配置されるように、前記薄膜ブリッジが接合された前記電極パターン１１を第２金バンプ１８を用いて前記電極ピン２，３と接合することを特徴とするイニシエータの製造方法。