KR20210032932A - 낮은 결함 민감성을 갖는 금속 고정 재료 리드 스루 - Google Patents

낮은 결함 민감성을 갖는 금속 고정 재료 리드 스루 Download PDF

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라인하르트 란프틀
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스스무 니시와키
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Abstract

본 발명은, 에어백 및/또는 벨트 조임기의 점화기(igniter)를 위한 금속 고정 재료 리드 스루(lead-through)로서, 본체의 관통 개구 내에서 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료 내로 융합되는 적어도 하나의 금속 핀을 포함하고, 금속은 후-열처리된 상태로 존재하며, 고정 재료와 금속 핀 사이의 인터페이스 및 고정 재료와 관통 개구의 내부 표면 사이의 부가적 인터페이스를 구비하는 것인, 금속 고정 재료 리드 스루에 있어서, 적어도 하나의 금속 핀은, 적어도 그의 코어 영역에서, 스테인리스강, 바람직하게는 크롬 함유 스테인리스강으로 이루어지며, 스테인리스강은 열팽창 계수(α금속 핀)를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루에 관한 것이다.

Description

낮은 결함 민감성을 갖는 금속 고정 재료 리드 스루
본 발명은, 고정 재료, 바람직하게는 유리 또는 유리 세라믹 재료에 융합되는 적어도 하나의 금속 핀을 갖는, 특히 고압에 노출될 수 있는 장치를 위한, 바람직하게는 에어백 또는 벨트 조임기와 같은 개인 보호 장치를 위한, 금속 고정 재료 리드 스루(lead-through)에 관한 것이다.
금속 고정 재료 리드 스루는, 종래 기술로부터 다양한 실시예들로 공지되어 있다.
금속 고정 재료 리드 스루는, 고정 재료의, 특히 유리, 유리 세라믹 또는 플라스틱의, 금속과의 진공 밀봉 융합을 포함한다. 금속은 여기서, 전기 전도체로서 기능한다.
여기서 대표적으로 US 5,345,872 A호, 또는 US 3,274,937 A호가 참조된다. 그러한 유형의 리드 스루는, 전자 공학 및 전기 공학에서 널리 사용된다. 융합에 사용되는 재료, 특히 유리는, 여기서 절연체로서 사용된다. 일반적인 금속 고정 재료 리드 스루는, 금속 내부 전도체가 유리 재료 내로 삽입되는 방식으로 구성되며, 여기서 유리 재료는, 링 형상 또는 플레이트 형상 요소로 형성되는, 외부 금속 부분, 소위 본체 내로 융합된다.
이러한 유형의 금속 고정 재료 리드 스루의 바람직한 적용 분야로서는, 예를 들어, 점화 장치가 고려된다. 이러한 장치는, 특히 자동차의 에어백 또는 벨트 조임기를 위해 사용된다. 이러한 경우, 금속 고정 재료 리드 스루는, 점화 장치의 구성요소이다. 전체 점화 장치는, 금속 고정 재료 리드 스루 외에도, 점화 브릿지, 폭발물 및 점화 메커니즘을 밀봉 방식으로 둘러싸는 금속 커버를 포함한다. 하나 또는 2개 또는 2개 이상의 금속 핀이, 리드 스루를 통해 통과될 수 있다. 하나의 금속 핀을 갖는 특히 바람직한 실시예에서, 하우징은 접지되고, 바람직한 2극 실시예에서, 핀 중의 하나가, 접지된다.
금속 핀들을 위한 관통 개구가 본체에서 스탬핑되는 것에 의해 특징지어지는, 특히 에어백 또는 벨트 조임기의 점화기(igniter)를 위한, 금속 고정 재료 리드 스루들이, US 2006/0222881 A1호, US 2004/0216631 A호, EP 1 455 160 A호, US 2007/0187934 A1호 및 US 1 813 906 A호로부터, 공지된다. US 2007/0187934 A1호에 따른 본체의 제조 도중에, 개구들은, 1 mm 내지 5 mm, 바람직하게 1.5 mm 내지 3.5 mm, 특히 바람직하게 1.8 mm 내지 3.0 mm, 특히 가장 바람직하게 2.0 mm 내지 2.6 mm의 범위 내의 두께를 갖는 플레이트 재료로부터, 본체의 전체 두께(D)를 통해 스탬핑 공정에 의해 관통된다.
본체는 일반적으로 헤더(header)로도 또한 지칭된다.
WO 2012/110 242 A1호로부터 공지된 리드 스루의 경우, 전도체가 글레이징된(glazed) 본체는, 용접, 땜납, 압착, 크림핑(crimping) 또는 수축(shrinking)에 의해 하우징에 밀폐된 방식으로 밀봉되어 도입된다. 하우징 부분 및/또는 본체, 바람직하게는 실질적으로 링 형상의 본체는, WO 2012/110 242 A1호에서 재료로서 금속, 특히 티타늄과 같은 경금속, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄, AlSiC 뿐만 아니라, 강철, 고급강 또는 스테인리스강도 또한 포함한다.
고정 재료 내의 금속 핀은, 위에서 언급된 범위 이내에 놓이는 본체의 전체 두께(D)에 걸쳐 본체에 스탬핑된, 관통 개구 내로 삽입되고, 특히 글레이징된다. 글레이징(glazing)은, 우선 금속 핀이, 고정 재료, 예를 들어 유리 플러그에 융합됨으로써 수행된다. 그런 다음, 유리 재료를 갖는 금속 핀이, 관통 개구 내로 삽입되고, 금속 핀, 유리 재료 및 본체는, 냉각 후에, 금속이, 바람직하게는 본체의 금속이, 고정 재료, 예를 들어 유리 플러그 상으로 수축하는 방식으로 가열된다.
본체의 팽창 계수가 고정 재료의 팽창 계수보다 크기 때문에, 냉각 후에, 압축 글레이징, 특히 밀폐된 방식으로 밀봉된 압축 글레이징이, 존재한다.
본 출원에서 밀폐된 방식이라 함은, 헬륨 누출율이 1·10-8 mbar l/sec 미만인 것으로 이해된다.
작동 상태에서, 심지어 냉각 및 후속 열 사이클 후에도, 또한 영구적으로 밀봉되는 영구적 압축 글레이징을 생성하기 위해, 종래 기술에서, 그리고 특히 에어백 및/또는 벨트 조임기와 같은 개인 보호 장치기의 점화기들의 경우에, 포함되는 재료들의 열팽창 계수들이, 서로 특정 비율을 나타내야만 하는 것으로 가정된다. 본체는, 압축 글레이징의 경우에, 유리 몸체로도 언급되는 유리 재료 상으로 수축되도록 의도되기 때문에, 본체의 열팽창 계수는, 유리 재료의 열팽창 계수보다 더 커야만 한다. 마찬가지로, 글레이징된 금속 핀은, 냉각 중에 유리 재료로부터 분리되지 않아야 하므로, 공지된 해법들에서 금속 핀은, 유리 재료보다 더 낮은 열팽창 계수를 갖는다. 개인 보호 장치의 점화기에서 본체의 재료로서 스테인리스강이 사용되면, 이에 따라 일반적으로 니켈-철 또는 니켈-철 합금으로 이루어진 금속 핀이 유리 재료 내에 글레이징된다.
또한, US 2007/0187934 A1호에 따르면, 2개 이상의 핀을 갖는 리드 스루에서, 관통 개구는, 편심으로 배치된다.
US 2007/0187934 A1호에 따르면, 금속 플레이트 재료로 된 본체를 스탬핑하는 것은, 단점을 갖는다. 플레이트 재료로부터, 예를 들어 본체 재료의 시트로부터 스탬핑하는 것의 하나의 단점은, 재료 낭비의 부분이 발생한다는 것이다.
따라서, DE 10 2010 045 624 A1호는, 냉간 성형 공정을 통해 와이어 재료로 본체를 생산하는 것 및, 냉간 성형 공정에 의해 제조된 본체로부터 또한 관통 개구가 스탬핑될 수 있도록, 본체에 릴리즈 영역을 제공하는 것을 제안한다.
DE 10 2006 056 077 A1호는, 본체 내에 관통 개구를 갖는, 그로 인해 관통 개구가 본체 내에 스탬핑되는, 특히 에어백 또는 벨트 조임기를 위한, 열공학적(pyrotechnic) 보호 장치를 보여준다.
금속 고정 재료 리드 스루가 언급되는 추가적인 문헌들은, 예를 들어, EP 1 491 848 A1호, EP 1 455 160 A1호, EP 1 813 906 A1호, EP 2 431 703 A1호 또는 DE 10 2006 004036 A1호이다.
특히, 2개의 금속 핀을 갖는 금속 고정 재료 리드 스루의 경우, 적어도 하나의 금속 핀이 그 내부로 삽입되는 관통 개구는, 대부분의 경우 편심으로 배치된다. 편심 관통 개구들은, 효율적인 대량 생산에서는 단점을 가질 수 있다.
금속 고정 재료 리드 스루와 관련된 상기 언급된 출원들 중 어느 것에도, 특히 금속 핀이 유리 재료 내로 글레이징된 후, 예를 들어 조립과 같은 신뢰성 있는 후처리를 허용하는, 핀 재료는, 공지되어 있지 않다. WO 2012/110 245 A1호에 개시된 핀 재료, 특히 NiFe는, 자동화된 생산 시스템에서 효율적인 대량 생산 시 및/또는 금속 고정 재료 리드 스루의 예를 들어 점화기를 위해 추가 처리할 때 및/또는 최종 제품을 조립할 때, 예를 들어 커넥터 상으로 슬라이딩될 때, 휨이 발생하고, 극단적인 경우에는 심지어 두 부분으로 파손되는 경향이 있으므로, 이에 따라 예를 들어 바람직하지 않은 불량품이 생성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 종래 기술의 단점을 방지하는 것 및, 더 낮은 불량률을 동반하는 가운데 효율적인 대량 생산으로 제조될 수 있고 및/또는 예를 들어 최종 제품이 커넥터 상으로 또는 커넥터 내로 슬라이딩될 때 더욱 안전하게 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전도체를 갖는 금속 고정 재료 리드 스루를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 과제는, 적어도 하나의 금속 핀을 갖는 금속 고정 재료 리드 스루에 있어서, 적어도 하나의 금속 핀이, 적어도 그의 코어 영역에서, EN 10020 표준에 따른 스테인리스강으로 이루어지고, 여기서 스테인리스강은, 1.00 ± 0.03 mm의 금속 핀 직경 및 11.68 ± 0.2 mm의 금속 핀 길이의 표준 치수로 변환될 때, 금속 핀이, 0.13 mm 미만, 바람직하게는 0.15 mm 미만, 바람직하게는 0.18 mm 미만, 특히 0.20 mm 미만, 특히 매우 바람직하게는 0.21 mm 미만의, 최대 탄성 편향을 갖도록, 선택되는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직하게는, 최대 탄성 편향은 0.01 내지 0.26 mm의 범위 이내이다.
본 발명의 맥락에서, 탄성 편향은, 금속 핀의 기계적 부하가 중단될 때, 적어도 실질적으로 원래의 형상으로 다시 돌아가는 금속 핀의 편향을 의미하는 것으로 이해된다. 이 경우, 적어도 실질적으로 소성 변형이 발생하지 않거나, 또는 다시 말하면 금속 핀의 재료는 탄성 변형의 범위 내에서 언급된 부하 범위 내에 존재한다.
금속 핀 길이는, 글레이징의 하부면으로부터 측정되는 금속 핀의 돌출부를 지칭내며, 그리고 그에 따라 글레이징의 길이 및/또는 헤더 두께와는 독립적이다.
본 발명에 따르면, 금속 핀은, 본체의 관통 개구 내에서 유리 또는 유리 세라믹 재료 내에 융합되기 때문에, 금속 핀은, 글레이징 도중에, 일반적으로 600 ℃ 이상, 특히 650 ℃ 이상의 온도로 가열된다. 그런 다음, 다시 냉각된다. 그 결과, 가열에 뒤따라, 금속 핀의 스테인리스강은, 글레이징 처리 이후에, 냉각된 상태로 존재하며, 이는 일반적으로 어닐링된 상태 또는 영어로 "어닐링됨(annealed)"이라고 한다. 어닐링된 스테인리스강의 재료 특성은, 가공되지 않은 상태, 즉 어닐링되지 않은 상태의 특성과는 매우 구별된다.
금속 핀은, 고체 재료 또는 코팅을 갖는 고체 재료로서 존재할 수 있다. 코팅을 갖는 금속 핀인 경우, 금속 핀의 코어 영역은, 고체 재료, 즉 코팅에 의해 둘러싸인 스테인리스강 재료를 지칭한다.
본 발명은, 스테인리스강 핀이, 특히 어닐링된 상태에서 낮은 굽힘 가능성에 의해 특징지어지는 이점을 갖는다. 이는, 지금까지 사용된 니켈-철 핀의 경우보다 소성 변형을 위해 더 큰 기계적 부하를 필요로 한다는 것을 의미한다. 또는, 다시 말하면, 소성 변형 미만의 기계적 부하가 제공되는 경우, 스테인리스강 핀은, 탄성 변형 가능한 상태로 유지된다. 이것은, 생산 라인에서 스테인리스강 핀의 변형 가능성이 감소하기 때문에, 특히 제조 공정에 도움이 된다. 마찬가지로, 후처리, 예를 들어 코팅 또는 단부의 연마 시, 예를 들어 공구의 보다 정확한 위치 지정을 수행할 수 있다. 또한, 굽혀지지 않은, 즉 공칭 치수에서 벗어나지 않는 금속 핀이, 커넥터 등의 위에서, 더 용이하게 슬라이딩될 수 있다.
금속 핀이, 3N 내지 4N의 범위 내의 표준 부하 테스트에서 최대 0.21 mm의 편향을 보여주는 방식으로, 즉 편향이 0.21 mm 미만인 방식으로, 스테인리스강이 선택될 때, 특히 바람직하다. 이러한 유형의 작은 편향에서, 금속 핀의 탄성 변형(deformation) 또는 뒤틀림만이 발생하고, 따라서 금속 핀은 다시 그의 초기 상태로 복귀한다.
이에 대한 표준 부하 테스트는, 치수가 1.00 ± 0.03 mm이고, 금속 핀 길이가 11.68 ± 0.02인 금속 핀이, 핀 축에 대해 수직으로, 이상에 언급된 기계적 부하에 종속되며, 그리고 특히 탄성 편향의 한계에 도달되는 한계(Wmax)까지 편향이 측정되도록, 설계된다. 금속 핀이 다른 치수를 갖는 경우, 대응하는 금속 핀이, 표준 부하 테스트의 치수로 제조되거나, 또는 편향이, 그에 따라 계산되어야만 한다.
본 발명에 따른 금속 핀은, 적어도 하나의 금속 핀의 0.25 %의 기계적 부하(스트레인)가, 450 MPa 초과, 바람직하게는 480 MPa 초과 또는 500 MPa 초과, 특히 바람직하게는 450 MPa 내지 700 MPa의 응력에 대응하도록 선택될 때, 특히 바람직하다. 이러한 범위는, 높은 응력이 낮은 굽힘 가능성, 즉 소성 변형의 높은 한계를 또한 갖지만, 그러나 높은 응력을 받는 재료는 후처리가 더 어렵고, 특히 연삭이 더 어렵기 때문에, 특히 유리한 것으로 간주된다. 이러한 범위는, 종래 기술로부터 공지된 바와 같이, 니켈-철로 이루어진 어닐링된 금속 핀보다 스테인리스강으로 이루어진 어닐링된 금속 핀에 대해 더 높다.
놀랍게도 스테인리스강을 핀 재료로 사용할 때, 관통 개구의 유리 재료로부터의 스테인리스강 금속 핀의 인출을 위한 힘이, 250 N 초과, 특히 250 N 내지 400 N, 바람직하게는 300 N 내지 380 N인 것으로 나타났다. 이것은, 글레이징되고, 이에 따라 어닐링된 스테인리스강 금속 핀이, 매우 단단하여, 압축 글레이징의 압력을 더 잘 견딜 수 있기 때문인 것으로 추측된다. 즉, 단순하게 표현하자면, 이전에 설명된 바와 같은 본체가, 냉각 중에 관통 개구 내에서 유리 몸체 상으로 수축될 때, 압력은 유리 몸체를 통해 계속되고, 금속 핀을 압착한다. 핀이 연질인 경우, 이러한 압력에 굴복할 수 있으므로, 유리 몸체의 클램핑 효과는 경질인 금속 핀의 경우보다, 더욱 약하게 나타난다. 여기서 클램핑 효과는, 인출을 위한 힘의 중요한 양태이다.
바람직한 실시예에서, 스테인리스강 금속 핀은, 본체에 글레이징되며, 여기서 본체는, 또한 금속, 특히 강철, 고급강, 스테인리스강, 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄 또는 AlSiC로 이루어질 수 있다.
특히 유리하게는, 본체의 재료로서, 금속 핀, 특히 고정 재료 내에 배치되는 금속 핀, 즉 스테인리스강-금속 핀 및 스테인리스강-본체, 또는 티타늄-금속 핀 및 티타늄 또는 티타늄 합금-본체, 또는 그 반대 등의 재료에 대한 것과 동일한 재료 등급이 사용된다. 본 발명자들은, 동일한 재료 등급의 선택이 가능한 전기 화학적 부식을 억제할 수 있으며, 이는 생산 공정, 특히 세척 및/또는 갈바닉 코팅에 유리할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 제품, 예를 들어 점화기의 장기적인 안정성에도 또한 기여할 수 있다는 것을 인식하였다.
적어도 하나의 금속 핀(5)의 스테인리스강이, EN 10020 표준에 따른, 합금 스테인리스강, 특히 바람직하게는 크롬을 함유한 스테인리스강인 경우에, 특히 바람직하다.
바람직하게는 스테인리스강은
- 페라이트계 스테인리스강
- 석출 경화형 스테인리스강
으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
마찬가지로, 경우에 따라서 마르텐사이트 스테인리스강이 또한 고려될 수 있다.
스테인리스강은 이전에 설명된 열팽창 계수 비율을 갖지 않기 때문에, 스테인리스강으로 이루어진 글레이징된 금속 핀에 의해 영구적으로 안정적인 리드 스루를 획득할 수 있다는 사실은, 놀라운 일이다. 일반적으로, 스테인리스강의 열팽창 계수는, 글레이징에 사용되는 고정 재료, 특히 유리 및/또는 유리 세라믹 재료의 열팽창 계수보다 더 크다. 실제로, 비율에 속하는 니켈-철 핀보다 더 큰 인출을 위한 힘을 획득할 수 있다는 사실은, 발명자의 공로이며, 이는 이전에는 볼 수 없었다.
여기서, 특히 유리한 범위가, 또한 존재한다. 스테인리스강은, 650 ℃의 온도에서의 열팽창 계수(α금속 핀) 또는 CTE (P)가, 9.0·10-6/K 내지 15.0·10-6/K, 바람직하게는 11.0·10-6/K 내지 14.0·10-6/K, 바람직하게는 11.5·10-6/K 내지 14.0·10-6 /K, 또는 11·10-6/K 내지 13.5·10-6 /K, 특히 바람직하게는 11.5·10-6 /K 내지 12.5·10-6 /K의 범위 내에 속하는 방식으로 선택되는 경우에 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료는, 고정 재료의, 특히 유리 및 유리 세라믹 재료의 Tg까지의 온도에서 4·10-6 1/K 내지 10.6·10-6 1/K의 범위 내의 열팽창 계수(α유리)를 갖는다. 이러한 열팽창의 환경은, 이전에 언급된 스테인리스강의 열팽창의 환경과 조합하여 특히 유리하다.
본체는, 적어도 2·10-6 1/K, 바람직하게는 고정 재료의 열팽창 계수(α유리)보다 높은 10·10-6 1/K의 열팽창 계수(α본체)를 갖는 경우에, 바람직하게는 열팽창 계수(α본체)가 11·10-6 1/K 내지 18·10-6 1/K의 범위 이내인 경우에, 또한 유리하다. 특히, 스테인리스강 및 고정 재료의 열팽창 계수의 이전에 언급된 열팽창 계수에 대한 하나의 또는, 특히, 양자 모두의 환경과 조합하여, 안정된 리드 스루가, 특히 압축 글레이징이, 특히 유리한 방식으로 달성될 수 있다.
금속 핀을 위한 스테인리스강은 유리하게는, 페라이트계 스테인리스강, 마르텐사이트계 스테인리스강, 또는 석출 경화형 스테인리스강의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 페라이트계 스테인리스강이 특히 효율적으로 제조될 수 있고 및/또는 생산 설비에 특히 효율적으로 공급될 수 있음에 따라, 페라이트계 스테인리스강이, 특히 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 금속 핀은, 적어도 하나의 굽힘 지점을 갖는다. 금속 핀은 바람직하게는, 관통 개구 내의 금속 핀의 영역과 이 금속 핀의 반대편 단부의 연결 영역 간에 축방향 오프셋(S)이 존재하도록 굽혀진다. 이를 통해, 본체의 중앙에 배치되는 관통 개구가 특히 유리하게 구현될 수 있다.
또한, 굽혀진 금속 핀, 특히 S-자 형상으로 굽혀진 금속 핀은, 금속 핀을 위한 재료가 본 발명에 따른 스테인리스강인 경우일 때, 커넥터에 조립될 때, 일종의 스프링 기능을 제공할 수 있으며, 이는, 커넥터 상으로 슬라이딩될 때, 커넥터 시스템에 대한 손상 가능성, 예를 들어 플라스틱 홀더로부터 금속 슬리브를 밀어낼 가능성을 감소시킨다는, 이점을 갖는다. 또한, 리드 스루의 유리 재료에 의해, 기계적 피크 부하가, 억제된다.
굽혀진 금속 핀은, 굽힘이 어닐링 후에 발생하며 그리고 어닐링된 스테인리스강은, 설명된 강도 속성에 기초하여 알 수 있는 바와 같이, 단지 더 큰 힘을 가하는 것에 의해서만 소성 변형될 수 있기 때문에, 지금까지 사용된 NiFe 강과 함께하는 경우보다, 본 발명에 따른 스테인리스강으로 제조하기에 더욱 어렵다.
바람직하게는, 금속 고정 재료 리드 스루는, 특히 땜납 연결 또는 용접 연결에 의해, 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는, 적어도 하나의 추가적 금속 핀을 포함한다. 이를 통해, 본체와 제2 금속 핀의 직접적인 전기적 접촉이 생성되어, 본체의 제2 관통 개구가 생략될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀은, 적어도 그의 코어 영역에서, 비-스테인리스강, 특히 NiFe로 이루어지며, 그리고 용접 연결에 의해 본체에 연결된다. 여기서 이러한 금속 핀은 유리하게는, 적어도 용접 중에 가열되는 용접 연결 영역에서 멀리 떨어진 곳에서, 어닐링되지 않은 상태로 존재한다. 이러한 재료 선택은, 가공되지 않은 상태의 비-스테인리스강이, 어닐링된 스테인리스강보다, 설명된 바와 같이, 기계적으로 더욱 견고하다는 이점을 갖는다. 따라서, 이러한 실시예는, 최고의 기계적 강도 속성을 갖는다. 그러나, 제2 금속 핀을 본체에 납땜하는 것보다 용접 연결을 생성하는 것이 더욱 비싸다.
유리한 실시예에서, 추가적 금속 핀은 마찬가지로, 적어도 하나의 굽힘 지점을 갖는다. 바람직하게는, 추가적 금속 핀은, 본체에 연결된 금속 핀의 영역과 이 금속 핀의 반대편 단부의 연결 영역 간에 축방향 오프셋이 존재하도록 굽혀진다.
금속 땜납을 사용하여 스테인리스강으로 이루어진 금속 핀의 납땜에 유리하게 작용하기 위해, 관통 개구 내에 글레이징된 적어도 하나의 금속 핀 및/또는 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀은 유리하게는, 니켈 코팅을 갖는다. 니켈 코팅은 바람직하게는, 적어도 글레이징 영역 및/또는 글레이징 내의 금속 핀의 헤드 표면 영역 및/또는 본체와의 전기 전도 방식 연결 영역에 존재한다. 니켈 층 부가하여 또는 니켈 층에 대한 대안으로서, 금 층이 또한 제공될 수 있다.
특히 유리하게는, 금 층은, 니켈 층 상에 적어도 부분적으로 위치된다.
따라서, 니켈 코팅은, 특히:
- 글레이징된 금속 핀 상에서, 적어도 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 금속 핀의 단부의 연결 영역,
및/또는
- 글레이징된 금속 핀 상에서, 고정 재료와 접촉하는 영역,
및/또는
- 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀 상에서, 적어도 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 금속 핀의 단부의 연결 영역,
및/또는
- 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀 상에서, 금속 핀이 금속 땜납 재료에 의해 본체에 연결되는 영역
에 존재할 수 있다.
안전한 전기적 연결을 보장하기 위해, 관통 개구 내에 글레이징되는 적어도 하나의 금속 핀 및/또는 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀은 바람직하게는, 적어도 부분적으로 금으로 코팅된다. 바람직하게는, 금 층은, 적어도 금속 핀 및/또는 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀의 연결 영역에 존재한다. 연결 영역은, 특히, 금속 핀이 예를 들어 커넥터 시스템 내로 삽입되는 영역 및/또는 커넥터 시스템의 접점과 접촉하는 영역이다.
가능한 한 쉽게 가공되거나 또는 조립될 수 있는, 금속 핀을 갖는 금속 고정 재료 리드 스루를 제공하기 위해, 그러한 유형의 금속 고정 재료 리드 스루의 금속 핀은, 11.68 mm의 금속 핀 길이(L)를 갖는 테스트 시스템의 어닐링된 상태에서, 단부 지점(L)에 힘(Fmax)이 수직으로 가해질 때, 파단되는 방식으로 설계되며, 여기서 Fmax는 2.2 N 초과이다. 금속 핀은 또한, 11.68 mm의 금속 핀 길이(L)를 갖는 테스트 시스템의 어닐링된 상태에서, 단부 지점(L)에 최대 편향(Wmax)까지 수직으로 하중이 가해질 때, 탄성 변형될 수 있는 방식으로 설계될 수 있으며, 여기서 Wmax는 0.15 mm 초과, 특히 0.15 mm 내지 0.4 mm이다. 따라서, Wmax는, 탄성 변형의 한계를 나타낸다. 부하가 Wmax를 초과하면, 소성 변형이 발생하며, 즉 금속 핀의 영구적인 굽힘이 존재한다.
실제 금속 핀이 테스트 시스템으로서 언급된 것과는 상이한 치수를 갖는 경우, 이러한 금속 핀은, 비교를 위해 테스트 시스템의 치수로 제조되고 및/또는 그 측정 결과가, 이들의 테스트 시스템의 치수에 대응하도록, 변환된다.
스테인리스강으로 제작되는 본 발명에 따른 금속 핀은, 글레이징 및 600 ℃ 또는 650 ℃로의 가열 이후에, NiFe-핀보다 훨씬 더 높은 강성을 갖는다. 이것은, NiFe가 고온으로 인해 연화되는 반면, 스테인리스강은 그렇지 않다는 사실 때문이다. 따라서, 예를 들어, 스테인리스강은, NiFe의 경우보다 융합 이후에 핀 상에서 50 % 더 큰 응력에 종속될 수 있다.
스테인리스강으로 제조되는 금속 핀을 갖는 금속 고정 재료 리드 스루는, 금속 핀의 매우 높은 기계적 안정성에 의해 특징지어진다. 높은 기계적 안정성은, 조립 및 후처리 과정에서, 금속 핀의 굽힘, 특히 영구적 또는 소성 굽힘을 방지한다. 핀 재료로서 스테인리스강을 사용하는 것은, 예를 들어 기계적 안정성이 NiFe 재료로 이루어진 핀에 비해 크게 향상되는 것을 보장한다.
또한, 에어백 및 벨트 조임기의 점화기를 위한 금속 고정 재료 리드 스루에서의 본 발명에 따른 금속 핀은, 예상외로, 250 N 초과, 특히 250 N 내지 400 N, 바람직하게는 300 N 내지 380 N의 매우 높은 인출을 위한 힘을 갖는 것을 특징으로 한다. 이것은 당업자에게는 놀라운데, 스테인리스강으로 이루어진 핀의 열팽창 계수가, 650 ℃에서 11·10-6/K 내지 13.5·10-6 /K의 범위 내에 속하고, 이에 따라 유리 재료 및 금속 고정 재료 리드 스루의 주변 금속과는 다른 범위 내에 속하므로, 더 낮은 인출을 위한 힘이 예상되어 스테인리스강으로 이루어진 금속 핀을 사용하면 불리할 것으로 예상되기 때문이다. 이러한 더 높은 인출을 위한 힘은, 선택된 핀 재료로 인해 유리 재료에서 핀의 더 우수한 화학적 접착력에 기인하는 것으로 추정된다.
추가로 개발된 실시예에서, 적어도 하나의 금속 핀의 스테인리스강은, 어닐링된 상태에서의 탄성과 소성 변형 사이의 전이 지점이 가공되지 않은 상태에서의 탄성과 소성 변형 사이의 전이 지점 아래로 50 % 미만인, 스테인리스강의 그룹으로부터 선택된다.
그러한 선택은, 금속 핀이, 고정 재료, 특히 유리 재료 내에 도입되고, 금속 고정 재료 리드 스루의 본체의 개구에 삽입된 후, 본체가 후속적으로 적어도 600 ℃ 또는 650 ℃로 가열될 때, 금속 핀이 때때로 발생하는 기계적 부하 하에서 소성 변형될 수 있는 방식으로, 연화되지 않는 것을, 보장한다. 어닐링된 금속 핀의 탄성에서 소성 변형으로의 전이 지점의 과도하게 큰 감소는, 금속 핀의 강성의 그리고 그에 따른 기계적 안정성의 상당히 감소를 야기할 것이다.
가공되지 않은 상태의 페라이트계 스테인리스강의 탄성에서 소성 거동으로의 전이 지점이, 응력-변형 다이어그램에서 600 MPa의 응력에 놓이며 그리고 600 ℃로 가열함에 의해 500 MPa로 감소되는 반면, NiFe에서 전이 지점은, 600 ℃로 가열함에 의해, 응력-변형 다이어그램에서 700 MPa에서 300 MPa로 감소한다. 이것은, 어닐링되지 않은 상태의 NiFe 강이 본 발명에 따른 스테인리스강보다 확실히 기계적으로 더 안정적이라는 것을 의미한다. 그러나, 어닐링된 상태에서, 스테인리스강은 기계적 응력에 대해 더욱 견고하며 그리고 특히, 더 높은 부하까지도 탄성적으로 변형 가능하다.
어닐링된 상태의 스테인리스강은 NiFe보다 덜 연화되기 때문에, 스테인리스강의 기계적 추가 가공은, NiFe에 비해 더 어렵다. 이것은, 특히 예를 들어 금속 핀의 S-자 형상 굽힘이 생성되어야 할 때, 더욱 복잡한 굽힘 거동으로 나타나며, 뿐만 아니라, 예를 들어 반경의 연마 또는 스탬핑과 같이, 금속 핀 또는 핀들의 단부를 성형하는 것에 대해 더욱 어려운 가공으로 나타난다. 당업자는, 특히 열팽창 계수의 부적절한 위치 및 후처리의 어려움 때문에, NiFe 대신에 금속 핀의 재료로 스테인리스강을 사용하는 것이 저지되었다.
NiFe와 같은 통상적인 재료와 비교할 때, 핀 재료로서의 스테인리스강의 이점은, 스테인리스강으로 이루어진 본체와 조합 시, 브릿지 와이어가 연결될 때 또는 전기 전도성 필름이 적용될 때, 갈바닉 부식이 사실상 발생하지 않는다는 것이다. 이는, 스테인리스강-본체와 스테인리스강-금속 핀 사이의 전기 화학적 전위차가 작다는 사실에 기인한다. 목표는, 0.3 V 미만의, 금속 핀, 특히 글레이징된 금속 핀과, 본체 사이의 전기 화학적 전위차의 절대값을 달성하는 것이다. 이는, 금속 핀, 특히 글레이징된 금속 핀과 본체 사이의 전기 화학적 전위차의 절대값이 유리하게 0 내지 0.3 V의 범위 내에 놓인다는 것을 의미한다. 이는, 갈바닉 부식이 사실상 발생할 수 없다는 것을 의미한다. 다른 한편, NiFe-핀이 사용되면, 전자들이, NiFe-핀으로부터, 본체의 재료로, 예를 들어 오스테나이트계 스테인리스강으로, 이동하며, 그리고 갈바닉 부식이 발생한다. 예를 들어, 페라이트계 스테인리스강이 금속 핀을 위한 재료로 사용되는 경우, 금속 핀과, 오스테나이트계 스테인리스강으로 이루어진 본체의 전기적 전위는 사실상 동일하며, 그리고 NiFe-핀과 달리 갈바닉 부식이 발생하지 않는다.
본 발명은 또한, 해수에 대한 전기 화학적 전위에 기초한 본체 및/또는 금속 핀을 위한 재료의 선택이 유리할 수 있다는 것을 지시한다. 해수에 대한 이러한 전위는, 작동 상태에서, 특히 장기간 보관 또는 작동 기간에 걸쳐, 리드 스루의 표면 상에 형성되는 필름들이 해수에 의한 것과 유사하게 부식될 수 있기 때문에, 전기 화학적 부식 공격에 대한 내성을 평가하기 위한 좋은 척도이다.
이러한 본 발명의 개념에 따르면, 본체를 위한 및/또는 적어도 하나의 금속 핀을 위한, 특히 고정 재료 내에 위치되는 금속 핀을 위한 재료를, 특히 스테인리스강을, 선택할 때, 해수에 대한 그들의 전기 화학적 전위의 절대값이 최대 0.36 V에, 즉 0 내지 0.36 V의 범위에 달하는 것이, 유리하다.
핀 재료로서의 스테인리스강과 본체의 재료로서의 스테인리스강 사이에 매우 낮은 전기 화학적 전위차가 존재하기 때문에, 본체의 관통 개구 내에서 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료 내에 융합되는 적어도 하나의 금속 핀을 갖는, 에어백 및/또는 벨트 조임기의 점화기를 위한 금속 고정 재료 리드 스루가, 제공될 수 있고, 여기서 적어도 금속 핀 및 본체는, 호환되는 재료 조합으로 이루어지므로, 점화 브릿지가 설치될 때, 본체 상부면 상의 애노드 및/또는 캐소드 반응이 억제되고, 여기서 리드 스루의 상부면은 설치될 점화 브릿지의 측면으로서 정의되며 그리고 하부면은 전기 연결부의 측면으로서, 즉 금속 핀이 그로부터 돌출하는 금속 고정 재료 리드 스루의 측면으로서, 정의된다.
적어도 하나의 금속 핀 및 본체가 실질적으로 동일한 전기 화학적 전위를 가질 때, 점화 브릿지가 설치되는 경우, 수면에 흡수되는 수막을 통한 점화 브릿지를 위에서 전자가 흐르지 않는 것이, 특히 바람직하다. 본체와 스테인리스강 핀의 전기 화학적 전위차의 절대값은, 바람직하게는, 0.3 V 내지 0.0 V 사이이며, 즉, 본체는, 예를 들어, 0.07 V의 전위를, 금속 핀은 0.02 V의 전위를 갖고, 따라서 차이는, 0.05 V이며, 그리고 그에 따라, 금속 핀으로부터 본체로의 점화 브릿지를 위에서의 및/또는 전도성 필름을 통한 전자 흐름이 사실상 존재하지 않는다.
스테인리스강의 Cr 함량이 10 중량 % 내지 30 중량 %, 바람직하게는 15 중량 % 내지 25 중량 % 범위인 것이 특히 바람직하다. 예를 들어 크롬 함량이 20 중량 %인 경우, 0 내지 40 ℃에서 약 10·10-6 /K의 매우 낮은 선형 팽창 계수가 야기된다. 40 ℃에서의 낮은 팽창 계수는 또한, 일반적으로 600 ℃ 또는 650 ℃의 글레이징 온도에서의 낮은 팽창 계수와도 상관된다.
스테인리스강으로 이루어진 금속 핀의 납땜을 가능하게 하기 위해, 금속 핀은, 설명된 바와 같이, 적어도 부분적으로 Ni 층 및/또는 금 층을 갖도록 제공되는 것이 제안된다. 여기서 니켈 층은 또한, 금 층 아래에 제공될 수 있다. 또한, 중간 니켈 층을 동반하지 않는 스테인리스강의 직접적 금 도금도, 가능하다.
놀랍게도, 스테인리스강이 금속 핀의 재료로서 사용될 때, 250 N 내지 400 N, 바람직하게는 300 N 내지 380 N의 범위 내의, 금속 핀의 인출을 위한 힘이, 유리 재료에 의해 제공된다는 것이, 확인되었다. 이러한 인출을 위한 힘은, 예상외로, 예를 들어 NiFe 금속 핀과 함께하는 경우보다 약 50 % 더 크다.
금속 고정 재료 리드 스루는, 금속 핀이 11.68 mm의 금속 핀 길이(L)를 갖는 테스트 시스템의 어닐링된 상태에서, 단부 지점(L)에 힘(Fmax)(여기서 Fmax는 2.2 N 초과)이 수직으로 가해질 때, 파단되는 방식으로 설계되는 경우, 및/또는, 금속 핀이 11.68 mm의 금속 핀 길이(L)를 갖는 테스트 시스템의 후-열처리된 상태에서, 단부 지점(L)에 최대 편향(Wmax)(여기서 Wmax는 0.15 mm 초과이고, 특히 0.15 mm 내지 0.4 mm)까지 수직으로 부하가 가해질 때, 파단되는 방식으로 설계되는 경우, 특히 안정적인 금속 핀을 포함한다. 그러한 안정적인 금속 핀은, 특히 금속 핀의 재료로서, 스테인리스강, 특히 크롬을 함유하는 스테인리스강이 사용될 때, 형성된다.
지금까지, 650 ℃에서 11.0 내지 13.5 10-6/K인 이러한 강의 열팽창 계수가 10.6 내지 6.1 10-6 /K의 범위 이내인 유리의 팽창 계수보다 상당히 더 높기 때문에, 당업자에게, 예를 들어 에어백-점화기에서의 사용을 위해, 압력 유리 리드 스루 내에 스테인리스강을 사용하는 것이, 권장되지 않았다. 본 발명자들은, 놀랍게도, 유리의 열팽창 계수를 초과하는 전도체의 더 높은 팽창 계수에도 불구하고, 유리 금속 리드 스루를 위해, 충분한 밀봉성을 제공하기 위하여, 전도체의 열 팽창이 사용되는 유리의 열 팽창보다 더 높지 않아야만 한다고 규정하는 종래 기술과는 달리, 금속 핀의 팽창 계수가 유리의 팽창 계수보다 큰 경우에도 또한, 양의 접합 압력이 본체에 의해 유리 상에 가해질 때, 밀폐된 글레이징이, 제공된다는 것을, 확인했다. 접합 압력이, 30 MPa 초과, 바람직하게는 50 MPa 초과, 특히 100 MPa 초과일 때, 특히 바람직하다. 그러한 접합 압력과 더불어, 안정적인 글레이징이 달성된다. 접합 압력은, 본체와 유리 재료의 전이 지점에서의 압력이다. 압축 글레이징의 경우, 압력은 일반적으로, 관통 개구의 내벽으로부터 유리 몸체 상으로 수직으로 작용한다. 압력은 본체로부터의 유리 몸체의 인출을 위한 힘을 위한 실질적인 인자이다.
충분한 압축 예비-응력이 외부 전도체로서의 본체에 의해 유리에 가해질 때, 높은 접합 압력이, 제공된다. 이 경우, 유리와 내부 전도체 사이에 생성되는 접합 압력은, 리드 스루가 융합 이후에 냉각될 때, 생성된다. 이러한 접합 압력이 명백하게 양의 값인 경우, 즉 30 MPa 초과 또는 50 MPa 초과, 특히 100 MPa 초과인 경우, 유리와 금속 사이의 전이부, 즉 유리로부터 금속 핀으로의 전이부가, 금속 핀의 팽창 계수가 유리의 팽창 계수보다 큰 경우에도, 폐쇄된 그리고 그에 따라 밀봉된 상태로 유지된다.
접합 압력은, 유리와 둘러싸는 금속 사이의 변형(strain) 차이에 직접적으로 의존한다. 또한, 기하학적 형상에 대한 의존성도 또한 고려될 수 있다. 관통 개구 외부의 본체의 면적이 관통 개구 자체의 면적보다 더 큰 경우에, 특히 유리하다. 접합 압력은 표면 압력이다. 접합 압력은, 제1 몸체가 제2 몸체 상을 가압하는, 단위 면적당 힘을 나타낸다.
필요한 접합 압력을 가하기 위해, 본체의 팽창 계수와 유리의 팽창 계수 사이의 차이는, 적어도 2 ppm/K, 바람직하게는 적어도 4 ppm/K이며, 그로 인해 본체의 팽창 계수(α본체)는, 유리의 팽창 계수(α유리)보다 더 높다. 특히 바람직한 실시예에서, 금속 핀의 팽창 계수(α금속 핀)는, 금속 핀의 팽창 계수가 유리의 팽창 계수(α유리)보다 1.1배 더 크도록 선택된다. 특히 바람직한 실시예에서, 팽창 계수는, 1.1·α유리 내지 2·α유리의 범위 내에 놓인다.
본체에 필요한 압력을 유리 재료 상에 가하기 위해 그리고 밀봉을 보장하기 위해, 본체가, 니켈 없이, 녹슬지 않는, 내화학성 강철(고급강)로 이루어지는 것이, 의도된다.
또한 외부 전도체일 수도 있는 본체가, 우수한 용접성을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강인 경우, 유리하다.
직선형 금속 핀에 부가하여, 금속 고정 재료 리드 스루의 금속 핀이 직선형이 아니라 굽혀지는 것이, 또한 제공될 수 있다.
금속 고정 재료 리드 스루의 고정 재료는, 유리 또는 유리 세라믹 재료이다. 사용되는 유리 재료의 팽창 계수(α유리)는, 4·10-6 /K 내지 10.6·10-6 /K, 바람직하게는 6.1·10-6 /K 내지 10.6·10-6 /K의 범위 내에 놓인다.
금속 핀이 그 내부에 글레이징되는 금속 고정 재료 리드 스루의 본체는, 예를 들어 EP 1 813 906 A1호, EP 1 455 160 A1호 또는 EP 2 431 703 A1호에 설명된 바와 같은, 상이한 방식으로 획득될 수 있는, 개구를 구비한다. 하나의 가능성은, EP 2 431 703 A1호에 설명된 바와 같은 냉간 성형 공정이고, 여기서 개구는 스탬핑에 의해 본체 내에 형성된다.
에어백 및 벨트 조임기의 점화기에 사용되는 것과 같은, 압력 유리 리드 스루의 경우, 본체의 재료는, 팽창 계수(α본체)가 유리 재료의 팽창 계수보다 더 크도록, 압축 글레이징이 발생하도록 압력이 유리 재료에 가해지도록, 선택된다. α = 18.3·10-6 /K의 팽창 계수를 갖는 오스테나이트계 스테인리스강으로 이루어지는 본체가, 압축 글레이징을 위해 유리하다.
본 발명의 다른 양태는, 갈바닉 부식이 단지 적은 정도로만 발생하는, 특히 에어백 및/또는 벨트 조임기의 점화기를 위한, 금속 고정 재료 리드 스루를 제공하는 것이다. 이러한 양태는, 리드 스루의 적어도 하나의 금속 핀과 본체가, 점화 브릿지가 설치되거나 상부면이 전도성 필름으로 덮이는 경우에, 애노드 및/또는 캐소드 반응이 본체의 상부면 상에 발생하지 않거나 또는 단지 약간만 발생하는 방식으로 호환 가능한 재료 조합으로 이루어짐으로써, 달성된다.
적어도 하나의 금속 핀 및 본체가 전기 화학적 전위를 가지며, 그리고 금속 핀 및 본체 사이의 전기 화학적 전위차의 절대값이 최대 0.3 V인 경우에, 특히 바람직하다. 금속 핀 및 본체의 전기 화학적 전위는 바람직하게는, 실질적으로 동일하다. 특히, 금속 핀 및 본체의 전기 화학적 전위차의 절대값은, 0.1 V 내지 0.0 V의, 바람직하게는 0.05 V 내지 0.0 V의 범위 내에 놓인다. 해수에 대한 금속 핀 및/또는 본체의 전기 화학적 전위차의 절대값은, 바람직하게는 최대 0.36 V이며 그리고 특히 0.36 V 내지 0.0 V의 범위 내에 놓인다.
적어도 하나의 금속 핀(5)은, 특히, 적어도 그의 코어 영역에서, 본체의 적어도 상부면 상에서와 유사하게, EN 10020 표준에 따른 스테인리스강으로 이루어진다.
추가로 개발된 실시예에서, 금속 핀 및 본체의 스테인리스강은, 금속 핀 및 본체의 스테인리스강이, 그들의 표면 상에, 바람직하게는 흡수된 수막 대신에, 패시베이션 필름(passivation film)을 형성하도록, 선택된다.
특히, 적어도 하나의 금속 핀은, 그의 코어 영역에서, 그의 열팽창 계수(α금속 핀)가 650 ℃의 온도에서, 9 내지 15, 바람직하게는 11.0·10-6 /K 내지 14.0·10-6 /K, 바람직하게는 11.5·10-6 /K 내지 14.0·10-6 1/K 또는 11·10-6 /K 내지 13.5·10-6 1/K, 특히 바람직하게는 11.5·10-6 /K 내지 12.5·10-6 1/K의 범위 내에 놓이는, EN 10020 표준에 따른 스테인리스강으로 이루어진다.
유리 또는 유리 세라믹 고정 재료는 바람직하게는, 고정 재료의 Tg까지의 온도에서, 4·10-6 1/K 내지 10.6·10-6 1/K의 범위 내의 열팽창 계수(α유리)를 갖는다.
본체가, 적어도 2·10-6 1/K, 바람직하게는 유리의 열팽창 계수(α유리)보다 높은 10·10-6 1/K의, 바람직하게는 11·10-6 1/K 내지 18·10-6 1/K의 범위 내의, 열팽창 계수(α본체)를 갖는 경우에 특히 바람직하다.
적어도 하나의 금속 핀(5)의 스테인리스강은, 특히, EN 10020 표준에 따른 합금 스테인리스강, 특히 바람직하게는 크롬 함유 스테인리스강이며, 특히 바람직하게 스테인리스강은, 페라이트계 스테인리스강 및/또는 석출 경화형 스테인리스강의 그룹으로부터 선택된다. 관통 개구(4)의 유리 재료로부터의 금속 핀의 인출을 위한 힘은, 유리하게는, 250 N 초과, 특히 250 N 내지 400 N, 바람직하게는 300 N 내지 380 N이다.
특히, 본체는, 금속, 특히 강철, 고급강, 스테인리스강, 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄으로 이루어지거나 또는 실질적으로 이들을 포함한다. 특히 매우 바람직하게는, 본체는, 적어도 실질적으로 316, 317, 302, 304, 321, 317, 430, 410 및/또는 416 유형의 스테인리스강으로 이루어진다.
금속 핀은, 특히, 1.00 ± 0.03 mm의 금속 핀 직경 및 11.68 ± 0.2 mm의 금속 핀 길이의 표준 치수로 변환될 때, 0.13 mm 미만, 바람직하게는 0.15 mm 미만, 특히 바람직하게는 0.18 mm 미만 또는 0.20 mm 미만, 특히 매우 바람직하게는 0.24 mm 미만의, 특히 0.01 내지 0.26 mm의 범위 내의 최대 탄성 편향(Wmax)을 갖는다.
본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀은, 특히 적어도 그의 코어 영역에서, 비-스테인리스강, 특히 NiFe로 이루어지며, 그리고 여기서 이러한 금속 핀은, 용접 연결에 의해 본체에 연결된다.
본 발명의 추가적인 개선예에서, 관통 개구 내에 글레이징되는 적어도 하나의 금속 핀(5) 및/또는 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀(6)은, 니켈로 코팅되는 것이, 제공될 수 있을 것이다.
바람직하게는, 니켈 층은:
- 글레이징된 금속 핀 상에서, 적어도 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 금속 핀의 단부의 연결 영역,
- 글레이징된 금속 핀 상에서, 고정 재료와 접촉하는 영역,
- 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀 상에서, 적어도 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 금속 핀의 단부의 연결 영역,
- 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀 상에서, 금속 핀이 금속 땜납 재료에 의해 본체에 연결되는 영역
을 포함하며 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 금속 핀들의 영역들에 존재한다.
대안적으로 또는 부가적으로, 관통 개구 내에 글레이징되는 적어도 하나의 금속 핀 및/또는 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀이, 금으로 코팅되는 것이, 제공될 수 있다. 금 층은 바람직하게는, 적어도, 본체 내에 및/또는 이러한 본체 상에 위치되는 각각의 금속 핀의 단부 반대편에 놓이는, 금속 핀 및/또는 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 금속 핀의 연결 영역에 존재한다.
본 발명은, 비-제한적인 도면들 뿐만 아니라 예시적인 실시예들을 참조하여, 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1a는 에어백 점화기에 사용되는 본 발명에 따른 리드 스루를 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 금속 핀을 갖는, 예를 들어 EP 2 270 417 A1호에 따른, 금속 고정 재료 리드 스루를 도시한다.
도 2는 굽힘 강성을 결정하기 위한 테스트 구조를 도시한다.
도 3a는 종래 기술에 따른 금속 고정 재료 리드 스루에서의, 유리, 본체 및 금속 핀의 팽창 계수를 도시한다.
도 3b는 본 발명에 따른 금속 고정 재료 리드 스루에서의, 유리, 본체 및 금속 핀의 팽창 계수를 도시한다.
도 4는, 양자 모두 가열된 경우 및 가열되지 않은 경우를 포함하는, NiFe 및 스테인리스강(AISI 430)의 응력/변형 곡선을 도시한다.
도 5는 개구 및 개구 내에 글레이징된 금속 핀을 갖는 하우징 구성요소의 평면도를 도시한다.
도 6은 NiFe/스테인리스강으로 이루어진 금속 핀들의 인출을 위한 힘을 도시한다.
도 7은 크롬 함량에 대한 스테인리스강의 팽창 계수의 의존성을 도시한다.
도 8은 스테인리스강의 크롬 및 니켈 당량을 도시한다.
도 9는 브릿지 와이어를 갖는 금속 고정 재료 리드 스루의 헤드를 도시한다.
도 10a 내지 도 10b는 종래 기술 및 본 발명에 따른 상이한 전기 화학적 전위로 인한 화학적 반응을 도시한다.
도 11은 재료 선택의 전기 화학적 전위를 도시한다.
도 1a는 예를 들어 EP 2 270 417 A1호에 설명된 바와 같이, 바람직하게는 에어백의 또는 벨트 조임기와 같은 다른 개인 보호 장치의 점화기 또는 점화 장치에 사용하기 위한, 금속 고정 재료 리드 스루(1)의 예시적인 실시예에 대한 축방향 단면도를 도시한다. 금속 고정 재료 리드 스루는, 이에 국한되는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 금속 핀들로서 형성되며 그리고 금속 핀의 재료로서 스테인리스강을 포함하는, 2개의 금속 핀(5, 6)을 포함한다. 금속 고정 재료 리드 스루는, 본체(1)를 구비하고, 이러한 본체에 서로에 대해 평행한 2개의 금속 핀(5, 6) 중 하나가 전기적으로 연결된다. 2개의 금속 핀(5, 6)은, 도시된 실시예에서, 서로에 대해 평행하게 배치된다. 이 경우, 하나는 전도체로서 기능하고, 두 번째는 접지에 연결된다. 도시된 경우에, 제1 금속 핀(5)은 전도체로서 기능하고, 금속 핀(6)은 접지 핀으로서 기능한다. 접지 핀(6)은, 예를 들어 땜납 재료를 사용하는 땜납 연결부(7)를 통해, 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결된다. 2개의 금속 핀의 폭은, 일반적으로 0.98 내지 1.05 mm의 범위 이내, 유리하게는 1.0 mm이다.
적어도 하나의 금속 핀, 특히, 전도체로서 기능하는 금속 핀(5)은, 본체(1)를 통해 가이드된다. 이를 위해, 금속 핀(5)은, 그 길이의 일부에 걸쳐, 고정 재료(10), 특히 유리 융용물로부터 냉각되는 유리 플러그 내에 융합된다. 금속 핀(5)은, 적어도 일 측면에서, 일반적으로 본체의 하부면에서, 유리 플러그(10)의 단부면 너머로 돌출하며 그리고, 도시된 실시예에서, 생산의 완료 후에, 본체(1)의 표면(11)과 동일 평면 내에 놓이는, 유리 플러그(10)의 제2 단부면과 동일 높이에 놓인다. 이를 위해, 금속 핀(5)은, 융합 도중에, 초기에 본체(1) 너머로 돌출하는 방식으로, 관통 개구(4) 내에 배치될 수 있다. 융합 또는 주조 후에, 금속 핀(5) 및 경우에 따라서는 돌출되어 냉각된 고정 재료(10)는, 연마될 수 있으며, 따라서 이러한 금속 핀 및/또는 이러한 금속 핀과 고정 재료는, 유리 플러그(10)의 단부면 및 본체(1)의 표면(11)과 동일 높이에 놓인다. 다른 변형예들이 또한 고려될 수 있다. 유리 재료 내로의 금속 핀의 융합 및 본체 내로의 유리 재료의 융합은, 일반적으로, 사용되는 유리 재료에 따라 600 ℃ 또는 650 ℃ 이상의 온도에서 수행된다. 4·10-6 /K 내지 10.6·10-6 /K의 범위 내의 유리 재료의 열팽창 계수(α유리 재료)에 비해, 18.3·10-6 /K까지의 본체의 재료의 더 높은 열팽창 계수(α본체)로 인해, 본체는, 냉각 이후에, 고정 재료, 특히 유리 재료 상에 압력을 가하며, 그리고 압축 글레이징이 제공된다. 그러나 다른 한편으로는, 가열은 또한, 금속 핀의 기계적인 안정성에도 영향을 주게 된다. 이러한 경우에, 금속 핀은 일반적으로 온도에 노출되면 연화된다. 본 발명자들은, 리드 스루를 위한 적용 시, 스테인리스강이, 온도에 노출될 때, NiFe만큼 연화되지는 않는다는 것을 인식하였다. 귀금속 핀들은, 현재 리드 스루에 사용되는 NiFe-핀들보다 훨씬 더 견고하게 유지된다.
접지 핀(6)은, 도시된 경우에서, 예를 들어 땜납 재료(7)에 의해 본체(1)의 후면에 직접적으로 고정된다. 일반적으로 이는, 금속 땜납 재료이다. 본 발명에 따르면, 접지 핀(6) 또한, 글레이징된 금속 핀(5)과 마찬가지로, 스테인리스강, 바람직하게는 크롬 함유 스테인리스강으로 이루어질 수 있다.
본체(1)는, 일 실시예에서 스탬핑된 구성요소로서 설계될 수 있다. 적어도 관통 개구(4), 바람직하게는 본체(1)의 최종 기하학적 형상이 스탬핑에 의해 생성되는 경우에, 스탬핑된 구성요소가 존재한다. 일 실시예에 따르면, 외부 윤곽을 나타내는 기하학적 구조, 특히 본체(1)의 외주는 또한, 절단, 바람직하게는 스탬핑에 의해 생성될 수 있다. 스탬핑된 구성요소는, 스탬핑 과정 이후에 존재하는 바와 같은, 기하학적 구조로 계속 사용될 수 있거나, 또는, 바람직하게는 스탬핑 과정에 바로 이어지는, 추가적인 작업 단계에서, 추가로 성형, 예를 들어 엠보싱 또는 딥 드로잉될 수 있다. 대안적으로, EP 2 431 703 A1호에 설명된 바와 같은 냉간 성형 공정을 통해 전체 본체를 획득하는 것이, 또한 가능하다.
유리 플러그(10)에 의해 금속 핀(5)을 수용하고 고정하기 위해 제공되는 관통 개구(4)는, 스탬핑 공정에 의해 구멍의 형태로 생성된다. 후속적으로, 금속 핀(5)은, 금속 고정 재료 리드 스루의 본체(1)의 후면(11) 상에서, 유리 플러그(10)와 함께 관통 개구(4) 내로 삽입되며, 그리고 유리 플러그(10) 및 금속 핀(5)을 포함하는 금속 몸체가, 약 600 ℃로 가열되고, 따라서, 냉각 공정 이후에, 금속이 수축되며 그리고 그에 따라 금속 핀(5)을 갖는 유리 플러그(10)와 본체(1) 사이에, 압축 글레이징으로도 또한 지칭되는, 마찰 결합 방식의 연결이 형성된다. 본체(1)와 유리 플러그(10)의 유리 재료의 열팽창 계수의 차이로 인해, 이러한 압축 글레이징이, 제공될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 용융된 또는 유동 가능 상태의, 고정 재료(10)를 도입하는 것이, 특히 유리 융용물을 전방면으로부터 관통 개구 내로 도입하는 것이, 또한 고려될 수 있다. 이 경우, 냉각 도중에, 형상 맞춤 결합 방식 또는 재료 결합 방식의 연결이, 금속 핀(5)의 외주와 관통 개구(4)의 내주 사이에 생성된다. 본체(1)는, 본체(1)의 두께와, 관통 개구(4)의 축방향에 대해 수직인 관통 개구(4)의 최대 팽창 사이의 비율이 0.5 내지 2.5의 범위 내에 포함되도록 설계될 수 있다.
본 발명은 또한 유리 재료를 기반으로 하지 않는 관통 개구(4) 내의 절연 재료들에 의해서도, 개발될 수 있다는 것이 강조되어야 한다.
도 1a은, 점화 구성요소, 예를 들어 에어백 점화기 내에서의 금속 고정 재료 리드 스루의 설치를 도시한다. 점화 구성요소는, 금속 핀(5)이 글레이징된 금속 고정 재료 리드 스루 외에, 점화 구성요소를 위한 기폭 재료(25), 즉 에어백 점화기를 수용하는 점화기 캡(2)을 포함한다. 기폭 재료(25)는, 브릿지 와이어(9)의 전기 충격에 의해 격발된다. 브릿지 와이어(9)는, 글레이징된 금속 핀(5)을, 접지된 본체(1)와 연결한다. 브릿지 와이어(9)를 개략적으로 도시한 도면과는 달리, 그리고 명확성을 위해, 브릿지 와이어(9)는, 원칙적으로, 본체(1) 및/또는 고정 재료(10)의 표면 상에 놓인다.
도 1a은, 관통 개구 내에 글레이징되는 금속 핀(5)의 영역과 금속 핀의 연결 영역 간의 축방향 오프셋(S)을 형성하는, 글레이징된 금속 핀의 굽힘 지점(50)을 또한 명확하게 도시한다. 오프셋은, 금속 고정 재료 리드 스루의 금속 핀들이 예를 들어 커넥터 시스템들에 삽입될 수 있도록, 선택된다. 일반적으로, 2개의 금속 핀(5, 6)은, 전체적으로 볼 때 본체(1)에 대한 양자의 금속 핀(5, 6)의 중앙 배열이 존재하도록, 배치되고 및/또는 굽혀진다.
도 1b는, 금속 핀들(5, 6)을 갖는 본체(1)를 포함하는, 점화기 캡(2)에 삽입되는 금속 고정 재료 리드 스루의 단면도를 도시한다. 도 1a에서와 같은 동일한 구성요소에는 동일한 참조 부호가 부여된다. 도 1a에 도시된 실시예와는 대조적으로, 도 1b에 따른 구현예에서는, 접지 핀(6) 또한, 굽힘 지점(60)을 구비하고, 따라서 본체(1)에 연결되는 금속 핀의 영역과 이 금속 핀의 반대편 단부의 연결 영역 간에 축방향 오프셋이 존재한다. 본체(1)와 금속 핀(5) 사이의 브릿지 와이어(9)는, 도 1b에서 명확하게 시인 가능하다. 도 1a의 스탬핑된 본체와 대조적으로, 도 1b에 따른 본체는, 릴리즈 영역(17)을 동반하는, EP 2431703 A1호에 따른 냉간 성형된 본체이다. 개구(10)는 또한, EP 2431703 A1호에서와 같이, 릴리즈 영역(17)이 도입된 후에, 냉간 성형된 본체로부터 스탬핑된다.
도 2는 금속 핀의 굽힘 강성을 결정하기 위한 측정 장치 또는 테스트 시스템을 도시한다. 도 2은, 참조 부호 '110'으로 지시되는 힘(F)이 그 위에 뉴튼(N) 단위로 작용하는, 길이 L = 11.68 mm 및 1.0 mm의 직경을 갖는, 클램핑된 금속 핀(300)을 도시한다.
테스트 시스템 또는 측정 장치에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 참조 부호 '400'은 핀이 클램핑되는 벽을 나타내고, 참조 부호 '300'은 길이(L)를 갖는 핀을, 그리고 참조 부호 '301'은 부하가 가해지지 않은 상태의 금속 핀의 단부 지점을 나타낸다. 굽혀진, 즉 부하가 가해진 핀은, 참조 부호 '310'으로 지시되며, 그리고 굽혀진 핀의 단부 지점은, 참조 부호 '302'로 표시된다. 단부 지점들(301 및 302) 사이의 차이는, 최대 편향(Wmax)을 나타낸다.
6.380 N의 힘을 가하면, 가공되지 않은 상태에서의 NiFe-금속 핀에 대해 0.345 mm의 편향이 발생할 것이다. 더 큰 힘과 더 큰 편향에서, 탄성 변형은 비가역적인 소성 변형으로 변경된다. 6.380 N보다 더 큰 힘 및/또는 0.345 mm보다 더 큰 편향에서의 소성 변형의 경우, 핀 또한 파단될 수 있을 것이다.
NiFe-핀이 예를 들어 650 ℃의 글레이징 온도로 가열된 경우, 냉각(어닐링)된 이후의 금속 핀에 단지 1.933 N의 힘이 가해지면, 편향은 0.105 mm이다. 1.933 N보다 큰 힘 및 0.105 mm보다 큰 편향의 경우, 탄성 변형은, 가공되지 않은 상태와 관련하여 이상에 설명된 바와 같이, 어닐링된 상태에서 소성 변형으로 변경된다. 가해지는 힘에 대한 이러한 고려는, NiFe-핀이 가열될 때 기계적 안정성을 크게 상한다는 것을 보여준다.
이와 대조적으로, 스테인리스강, 예를 들어 페라이트계 스테인리스강, 특히 AISI 430을 사용하는 경우, 소성 변형은, 가공되지 않은 상태에서는, 4.976 N보다 큰 힘, 0.269 mm 초과의 굽힘(Wmax), 그리고 어닐링된 상태에서는, 3.984 N 초과의 힘 및/또는 0.216 mm 초과의 굽힘(Wmax)에서만 발생한다. 이는, 예를 들어 650 ℃에서의 열처리 후에, 테스트 시스템 내의 페라이트계 스테인리스강 핀(AISI 430)의 기계적 안정성 및/또는 달성 가능한 최대 편향이, NiFe 47-핀의 그것들보다 약 100 % 더 높다는 것을, 보여준다.
이러한 예에서 Wmax에 대해 주어진 값들은, 금속 핀의 탄성 편향이 여전히 존재하는 한계 값들을 나타낸다. 이러한 예에서 기계적 부하가 언급된 한계 값 위로 증가하면, 자연스럽게, 언급된 Wmax의 값을 초과하는 굽힘이 존재하지만, 이는 소성 굽힘이며, 즉 비가역적이다.
실제로, 이는, 예를 들어 650 ℃의 온도에서의 글레이징 공정으로 인해, 스테인리스강 핀은, 훨씬 더 연화되는 NiFe 47-핀과는 달리, 굽힘에 대해 훨씬 더 강성이라는 것을, 의미한다. 따라서, 스테인리스강에 의해, 후-열처리된, 즉 어닐링된 상태에서, 금속 핀 길이(L)가 11.68 mm인 테스트 시스템에서, 2.5 N을 초과하는, 유리하게는 3 N을 초과하는, 특히 유리하게는 3.2 N 또는 3.5 N을 초과하는, 이러한 예에서는 3.984 N인, 힘(Fmax)이 수직으로 작용할 때, 단부 지점에서 단지 소성 변형되는 방식으로, 금속 핀이 설계되는 것을 허용하는, 재료가 제공된다.
이는 또한, 언급된 테스트 시스템에서의 최대 탄성 굽힘 및/또는 편향(Wmax)이, 유리하게는, 0.15 mm 초과, 특히 0.15 mm 내지 0.3 mm 및/또는 0.4 mm의 범위 내인 것을 의미한다.
이를 통해, 후 처리에서의 기계적 응력에 의해 금속 핀이 손상될 가능성이, 특히 굽힘력이 조립 시에 가해질 때, 본 발명에 의해 크게 감소된다.
도 3a 및 도 3b에는, 종래 기술의 리드 스루와 본 발명에 따른 리드 스루에 대한 팽창 계수의 차이가 도시된다.
도 3a는 종래 기술의 금속 고정 재료 리드 스루의 팽창 계수를 도시한다. 여기서, CTE(H)는 본체 또는 헤더의 팽창 계수(α본체)를 나타내고, CTE(G)는 고정 재료의 팽창 계수(α유리)를 나타내며, CTE(P)는 고정 재료 내에 배치되는 금속 핀의 팽창 계수(α금속 핀)를 나타낸다. 도 3a로부터 알 수 있는 바와 같이, 압축 글레이징을 제공하기 위해, 본체의 팽창 계수(CTE(H))는, 고정 재료, 특히 유리의 팽창 계수(CTE(G))보다 훨씬 크다. 예를 들어, 본체의 재료로서 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되는 경우, 본체의 팽창 계수(CTE(H))는 18.3 * 10-6 /K의 범위에 놓인다. α유리로도 또한 지칭되는 유리 재료의 팽창 계수(CTE(G))는, 일반적으로 4 * 10-6 /K 내지 10.6 * 10-6 /K의 범위 내에 놓이며, 그리고 그에 따라, 본체의 팽창 계수(CTE(H))보다 상당히 낮다. 종래 기술에서는, 금속 핀의 팽창 계수(CTE(P))는 단지 약간이라도, 주변 유리 재료보다 항상 더 낮았다. 지금까지는, 그렇지 않은 경우 열 변동 시 금속 핀이 유리로부터 탈착될 수 있기 때문에, 영구적인 고정 재료 리드 스루를 달성하기 위해, 이것이 필요하다고 가정되었다. 따라서, 지금까지는, 비-스테인리스강으로, 특히 NiFe으로 이루어진 금속 핀들이, 이러한 용도를 위해 사용되었다.
도 3b는, 스테인리스강으로 이루어진 금속 핀을 갖는, 본 발명에 따른 리드 스루에서의 팽창 계수를 도시한다. 도 3b로부터 알 수 있는 바와 같이, 금속 핀의 팽창 계수(CTE(P))는, 본체의 팽창 계수(CTE(H))보다 낮지만, 그러나 고정 재료의 팽창 계수(CTE(G))보다는 높다. 스테인리스강은 11.0 내지 13.5 * 10-6 /K의 범위의 팽창 계수를 갖는 반면, 고정 재료, 예를 들어 유리의 팽창 계수는, 일반적으로 단지 4 * 10-6 /K 내지 10.6 * 10-6 /K, 특히 6.1 * 10-6 /K 내지 10.6 * 10-6 /K의 범위 내에 놓이며, 그리고 그에 따라 금속 핀의 팽창 계수 미만이다. 비록, 도 3a에 도시된 바와 같은 종래 기술과 대조적으로, 금속 핀의 팽창 계수가 그에 따라 유리 재료의 팽창 계수보다 더 크지만, 양의 접합 압력이 팽창 계수(α본체 또는 CTE(H))를 갖는 본체의 의해 유리에 가해지는 경우, α금속 핀 > α유리를 동반하는 본 발명에 따른 스테인리스강으로 이루어진 금속 핀에 대해, 충분한 밀봉성 및 압축 글레이징이 또한 제공될 수 있다. 높은 접합 압력이 본체에 의해 유리 재료 및 금속 핀 상에 가해지는 경우에, 유리와 금속 사이의 전이부, 특히 유리로부터 금속 핀으로의 전이부는, 폐쇄된 상태로 유지되며, 그리고 밀봉성이 보장된다. 특히, 기밀성이 또한 달성될 수 있다. 충분히 높은 접합 압력은, 유리하게, 평면도에서 본체의 면적에서 관통 개구의 면적을 뺄셈한 값이 관통 개구의 면적의 적어도 1.2 배에 해당하는 경우에, 달성될 수 있다.
도 4에는 본 발명에 따른 스테인리스강 핀에 대한 그리고, 비교를 위한, NiFe-핀(NiFe 47)에 대한, 응력(stress)-변형(strain) 곡선이 도시된다. 도 4로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, NiFe-핀은, 스테인리스강 핀(AISI 430), 특히 페라이트계 스테인리스강 핀에 비해, 예를 들어 글레이징을 위해 요구되는 바와 같은 650 ℃로의 가열 이후에, 자체의 안정성을 상당 부분 상실하며 그리고 약화된다. 예를 들어, 페라이트계 스테인리스강(AISI 430)의 경우에, 탄성 변형으로부터 소성 변형으로의 전이 지점은, 대략 0.25 % 변형에서, 단지 원재료에 대한 약 600 MPa에서 어닐링된 재료에 대한 500 MPa의 응력으로 변위되고, 즉 전이 지점에서의 응력은 단지 대략 20 %만큼 감소된다. 이와는 대조적으로, NiFe-금속 핀의 경우에, 가열 시, 탄성에서 소성 변형으로의 전이 지점은, 대략 0.25 % 변형에서, 700 MPa의 응력으로부터 200 MPa의 응력으로 변위되고, 즉 원재료의 전이 지점은, 어닐링된 재료의 전이 지점보다 3.5배 더 높다. 이는, 금속 핀이 열처리되는, 특히 어닐링되는, 시스템을 위한 핀 재료로서, NiFe를 넘는 스테인리스 재료의 우월성을 보여준다. 이는, 처리되지 않은, 즉 열처리되지 않은 상태에서 NiFe-금속 핀의 강성이 스테인리스 핀의 강성보다 확실히 높기 때문에, 이상에 설명된 더욱 적절한 열팽창에 부가하여, 이전의 비-스테인리스강 핀들이, 또한 이러한 이유로, 더욱 적합한 것으로 보이는 것으로 가정되어야 한다는 점에서, 더욱 주목할 만하다.
도 5는 하우징 구성요소의 평면도로 도시하고, 여기서 하우징 구성요소는, 핀(1020)이 그 내부에서 유리 재료(1010) 내에 글레이징되는, 개구(1000)를 구비한다. 마찬가지로, 도 5에는, 금속 핀(1020) 상에서의 유리 재료의 접합 압력(P1) 및 유리 재료 상에서의 본체 또는 하우징 구성요소의 접합 압력(P2)이 도시된다. 본 발명에 따르면, 금속 핀의 팽창 계수가 유리 재료의 팽창 계수보다 큰 경우, 충분한 밀봉성을 보장하기 위해 본체 또는 하우징 구성요소의 충분한 압축 예비-응력이 유리에 가해질 필요가 있다. 이는, 특히 이전에 설명된 기하학적 구조의 사양이 준수되는 경우에, 달성된다.
도 6은, 놀랍게도, 스테인리스강 재료를 사용함으로써, 니켈 함유 철 재료(NiFe 47)로 이루어지는 이전에 사용된 금속 핀과 비교할 때, 스테인리스강 핀을 동반하는 경우 최대 50 %의 더 큰 힘이 인출을 위해 요구된다는 것을 보여준다. 도 6에 도시된 바와 같이, NiFe 47에 대한 인출을 위한 힘은, 코팅되지 않은 재료에 대해 단지 207.7 N이며, 그리고 니켈로 코팅된 NiFe 47 핀에 대해 225.2 N이다.
놀랍게도, 스테인리스강 재료, 특히 페라이트계 스테인리스강으로 이루어진, 본 발명에 따른 금속 핀을 사용하면, 훨씬 더 높은 인출을 위한 힘이 달성될 수 있다. 이는, 언급된 바와 같이, 열팽창 계수의 상태가 스테인리스강 핀에 대해 다소 불리하기 때문에, 특히 두드러진다. 페라이트계 스테인리스강 재료(AISI 446)의 경우, 331.2 N의 인출을 위한 힘이, 니켈 코팅 없이, 달성되며, 그리고 니켈 코팅과 더불어 358.1 N의 인출을 위한 힘이 달성된다. 스테인리스강 AISI 430의 경우 인출을 위한 힘은 약간 낮아진다. 여기서 인출을 위한 힘은, 니켈 코팅 없이 317.5 N이며, 그리고 니켈 코팅과 더불어 327.3 N이다. 이는, 스테인리스강으로 이루어진 금속 핀이 기존 NiFe-핀에 비해 더 높은 기계적 강성뿐만 아니라, 더 높은 인출을 위한 힘에 의해 특징지어진다는 것을, 보여준다. 스테인리스강으로 이루어진 금속 핀의 인출에 대한 향상된 저항력은, 가열 이후의 금속 핀의 재료가 NiFe-핀의 재료보다 더 단단하게 유지됨에 따라, 스테인리스강이, 말하자면 더 큰 힘 및 적은 영향을 동반하는 가운데, 헤더가 유리를 통해 금속 핀으로 전달하는, 접합 압력에 대해, 대항할 수 있다는 사실에 기인하는 것으로, 추측될 수 있다.
하나 이상의 금속 핀 상에서의, 니켈 코팅, 또는 금 코팅, 또는 니켈 코팅 상의 금 코팅은, 높은 인출을 위한 힘을 제공하는 것에 부가하여, 금속 핀이 용이하게 접촉될 수 있는 것을 보장하도록 역할을 한다.
도 7은, 금속 핀에 사용되는 바와 같은, 스테인리스강의 열팽창 계수(α 또는 CTE(P))에 대한 스테인리스강의 크롬 함량의 효과를 도시한다. 0 내지 40 ℃의 선형 열팽창 계수는, 0 내지 60 중량 %의 크롬 함량에 대해, ppm/℃, 즉 * 10-6 /K 단위로 주어진다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 약 20 중량 %의 크롬 함량에 대해, 9.9 * 10-6 /K의 열팽창 계수가, 스테인리스강 AISI 443에 대해 달성된다. 일반적으로, CTE는 크롬 함량에 의존한다는 것을 알 수 있다. 도 7에 기초하여, CTE의 국부적 최소값이, 대략 20 중량 %의 크롬 함량에서 도달되는 것을 알 수 있다. 따라서, 금속 핀을 위한 특히 유리한 스테인리스강이, 그의 크롬 함량이 CTE의 국부적 최소값 주변의 범위 내에, 특히 크롬 함량이 10 중량 % 내지 30 중량 %의 범위 내에, 특히 유리하게는 크롬 함량이 14 중량 % 내지 28 중량 %의 범위 내에 속하도록, 선택된다. 스테인리스강 SUS430, AISI443 및 SUH446은, 이러한 범위 내에 속하며, 그리고 금속 핀의 재료로서 특히 유리하다. AISI 446 및 AISI 430에도 동일하게 적용된다.
이하에서 설명되는 바와 같이, 이러한 크롬 함량 또는 크롬 당량을 갖는 재료들은 또한, 전기 화학적 전위와 관해서도 이점을 갖는다.
도 8에는 마르텐사이트계 및 오스테나이트계 스테인리스강들에 대한 크롬 및 니켈 당량이 도시된다.
크롬 뿐만 아니라, 몰리브덴, 및 실리콘 및 니오븀의 함량도 또한 고려하는, 크롬 당량은, 마르텐사이트계 스테인리스강과 페라이트계 스테인리스강 양자 모두에 대해 주어진다. 크롬 당량은, 10 내지 30 중량 %의 범위 내에, 특히 12 중량 % 내지 28 중량 %의 범위 내에 놓인다. 본 발명의 맥락에서의 특히 유리한 범위가, 도 8에서 파선들에 의해 표시된다.
일반적으로, 본 발명에 따른 스테인리스강은, 크롬 합금 강을 포함하거나 또는, %Cr + %Mo + 1.5*%Si + 0.5*%Nb인, 크롬 당량을 갖는다고, 언급될 수 있다. 크롬 당량은, 일반적으로 섀플러(Schaeffler)와 드롱(DeLong)의 실험식에 따른, 오스테나이트계 스테인리스강 합금의 페라이트 형성 원소의 총량을 나타낸다. 크롬 당량의 특히 바람직한 범위가, 도 8에 개략적으로 도시된 범위이다.
도 9는 본 발명에 따른 금속 고정 재료 리드 스루의 헤드 부분을 도시하며, 그리고 도 10a 및 도 10b는 종래 기술 및 본 발명에 따른 상이한 전기 화학적 전위로 인한 금속 고정 재료 리드 스루의 영역 내에서의 전기 화학적 반응들의 개요도를 도시한다.
도 9는, 우선 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은, 본 발명에 따른 유리-금속 고정 재료 리드 스루의 헤드 부분을 도시한다. 도 1a 및 도 1b에서와 동일한 구성요소에는 동일한 참조 부호가 부여된다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 전도성 필름, 예를 들어 수막(200)이 본체(1)의 표면 상에 형성될 수 있으며, 따라서, 본체와 금속 핀의 전기 화학적 전위가 상이한 경우, 금속 핀으로부터 접지로의, 여기서는 본체(1)로의, 전자 흐름이 발생하고, 이는, 금속 핀의 및/또는 본체의 및/또는 심지어 고정 재료, 예를 들어 유리 재료의, 산화를 야기할 수 있다. 금속 핀으로부터 본체로의 전자 흐름은, 브릿지 와이어(9)를 통해 일어난다. 전기 전도성 필름(200)은, 특히, 일반적인 리드 스루의 장기적인 작동 시 존재할 수 있으며, 그리고 리드 스루에 관한 장기적인 안정성 및 부식 공격에 중요한 역할을 할 수 있다. 전자들은, 브릿지 와이어(9)를 통해, 금속 핀의 헤드(500)로부터 본체(501)로 또는, 경우에 따라서는, 전위차에 의존하여, 반대 방향으로, 흐른다. 본체와 금속 핀 사이의 절연 재료는, 일반적으로 비-전도성 고정 재료, 바람직하게는 유리 또는 유리 세라믹 재료이다. 금속 전도체가 그 내부에 글레이징되는, 유리 또는 유리 세라믹 재료는, 참조 부호 '10'으로 지시된다. 개구를 통해 가이드되는 금속 핀은, 참조 부호 '5'를 가지며, 땜납 재료(7)에 의해 본체에 납땜되는 금속 핀은, 참조 부호 '6'을 갖는다.
도 10a에는 상이한 전기 화학적 전위로 인한 금속 핀으로부터 본체로의 전자 흐름이 도시된다. 이는, 종래 기술에 해당한다. 비-스테인리스강, 특히 NiFe로 이루어진 금속 핀과, 본체 사이의 전기 화학적 전위차는, 종래 기술에서, 0.3 V를 초과한다. 이러한 전기 화학적 전위차로 인해, 금속 핀과 본체 상의 전기 전도성 층, 예를 들어 수막(200)은, 철의 Fe2 +로의 변환 및, 기존 전기적 연결로 인해 본체로 이동되는 2개의 전자의 방출을 야기할 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 물이 존재하면, 산소에 의해, 2 OH-가 생성되고, 즉 수막이 점점 염기성이 되며 그리고 금속 핀의 재료는 Fe2 +로 산화된다. 도 9에서와 동일한 참조 부호가 도 10a에서도 또한 동일하게 부여된다. 따라서, 참조 부호 '500'은 금속 핀의 영역을 지시하며, 그리고 참조 부호 '501'은 본체의 영역을 지시한다. 금속 핀으로부터 본체로의 전자들 흐름은, 브릿지 와이어(9)를 통해 또는, 특히 반응이 진행됨에 따라 필름이 점점 더 염기성이 되는 경우에, 심지어 전기 전도성 필름(200)을 통해 발생한다. 필름(200)의 증가하는 염기성 정도는, 금속 및 심지어 유리 재료에 대한 부식 공격을 강화할 수 있다. 스테인리스강으로 이루어진 본체 상의 층(5110)은, 스테인리스강 상에 형성되는 패시베이션 층이며, 그리고 특히 산소를 함유할 수 있다. 핀 재료로서 NiFe를 사용하는 경우, 이러한 패시베이션 층(5110)과, 비-스테인리스강으로 이루어진 금속 핀, 특히 NiFe로 이루어진 금속 핀 사이에, 국부적인 셀이, 형성될 수 있다는 것이, 관찰되었다. 핀 재료로서의 NiFe와 예를 들어 본체의 재료로서의 AISI 304L 사이의 전기 화학적 전위차는, 0.38 V이다. 이는, 전기 화학적 부식으로 이어질 수 있다.
따라서, 종래 기술에서는 금속 핀이 부식될 수 있는 반면, 영역(500)에서 금속 핀이 참조 부호 '501'을 갖는 본체와 실질적으로 동일한 전기 화학적 전위를 갖기 때문에, 이는, 본 발명에 따라, 더 이상 가능하지 않거나, 또는 적어도 강하게 억제된다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 본체 및 금속 핀이, 전기 전도성 필름(200), 특히 수막으로 코팅되더라도, 금속 핀으로부터 본체로의 전자 흐름이 발생하지 않는다. 본체 및 특히 금속 핀의 표면(5110)은, 스테인리스강 상에 형성된 패시베이션 층이며, 이는 산소를 함유할 수 있지만, 그러나 더 이상 산화되지는 않는다. 마찬가지로, 점증적으로 염기성 수막이 형성되지도 않는다.
글레이징된 금속 핀의 재료로서 AISI 430 및 본체의 재료로서 AISI 304를 사용하면, 전기 화학적 전위차의 절대값은, 0.02 V이다. 그로 인해, 전기 화학적 부식 공격은, 적어도 매우 강력하게 억제된다.
이전의 도면들과 동일한 구성요소들에는 동일한 참조 부호가 부여된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 구성요소에서 본체와 스테인리스강 핀의 전기 화학적 전위차의 절대값은, 단지 0.3 V 내지 0.0 V, 유리하게는 0.1 V 내지 0.0 V, 특히 유리하게는 0.05 V 내지 0.0 V이다.
도 11은, 금속 핀 또는 복수의 금속 핀을 위한 및/또는 본체를 위한, 가능한 재료의, 특히 스테인리스강의 선택에 대한 전기 화학적 전위의 상태를 도시한다. 설명된 바와 같이, 고정 재료 내의 금속 핀과 본체와 적절한 재료 조합은 우수한 내식성을 달성하는데 중요하다. 재료를 선택할 때, 가능한 한 낮은 전위차를 갖는 것을 목표로 한다. 그러나, 본체의 재료는 또한, 다른 요구 사항도 충족해야만 한다. 특히, 금속 캡(2)에, 특히 레이저 용접을 통해, 용접될 수 있어야만 한다. 마찬가지로, 본체의 제조 공정은, 특히 스탬핑 또는 냉간 성형되는 경우의 일 양태이다. 냉간 성형된 본체의 경우, 구리 함량이 유리할 수 있다.
금속 핀들(5, 6)을, 특히 고정 재료 내에 배치되는 금속 핀(5)을 선택할 때, 그리고 또한 본체의 재료의 선택을 위해, 도 11에 스테인리스강(고급강)으로서 열거되는 재료들이, 특히 유리하다. 이들은, (AISI) 316, 317, 302, 304, 321, 317, 430, 410 및/또는 416 유형의 스테인리스강이며, 이들은 모두, 해수에 대한 낮은 전기 화학적 전위차에 의해, 특히 0.4 V 미만, 유리하게는 0.36 V 미만의 절대값에 의해 특징지어지며, 이는, 설명된 바와 같이, 전체 리드 스루에 대한 갈바닉 부식 공격에 대한 저항성을 평가하기 위한 좋은 척도이다.
따라서, 본 발명은, 한편으로는, 특히 금속 핀들이 굽혀지는 경우 및/또는 금속 핀들에 대해 더 높은 인출을 위한 힘이 요구되는 경우의, 더 높은 기계적 안정성에 의해, 그리고 유리하게는, 특히 불리한 적용 조건에서의, 부식에 대한 더 낮은 민감성에 의해 특징지어지는 금속 고정 재료 리드 스루를 처음으로 구체화한다.
향상된 기계적 안정성으로 인해, 조립 오류가 감소될 수 있으며, 이는, 향상된 신뢰성 및/또는 적은 불량품으로 반영된다. 향상된 내식성은, 장기적인 안정성에 기여하며 그리고 그에 따라 본 발명에 따른 리드 스루가 사용되는 장치의 안정성에 기여한다. 전반적으로, 본 발명에 따른 리드 스루를 포함하는 대상의 생산 효율 뿐만 아니라, 그들의 안정성이, 그로 인해 전체적으로 향상될 수 있다.

Claims (47)

  1. 본체(1)의 관통 개구(4) 내에서 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료(10) 내에 융합되는 적어도 하나의 금속 핀(5)을 갖는, 에어백 및/또는 벨트 조임기의 점화기(igniter)를 위한 금속 고정 재료 리드 스루(lead-through)에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 적어도 그의 코어 영역에서, EN 10020 표준에 따라 제조되는 스테인리스강으로 이루어지고, 상기 스테인리스강은, 1.00 ± 0.03 mm의 금속 핀 직경 및 11.68 ± 0.02 mm의 금속 핀 길이의 표준 치수로 변환될 때, 상기 적어도 하나의 금속 핀(5)이, 0.13 mm 미만, 바람직하게는 0.15 mm 미만, 특히 바람직하게는 0.18 mm 미만 또는 0.20 mm 미만, 특히 매우 바람직하게는 0.24 mm 미만의, 특히 0.01 내지 0.26 mm의 범위 내의, 최대 탄성 편향(Wmax)을 갖는 방식으로, 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스강은, 3N 내지 4N의 범위 내의 기계적 부하에서, 최대 0.21 mm의 편향이, 특히 탄성 편향이, 발생하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀의 0.25 %의 기계적 부하(스트레인)는, 450 MPa 초과, 바람직하게는 480 MPa 초과 또는 500 MPa 초과, 특히 바람직하게는 450 MPa 내지 700 MPa의 응력에 대응하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4)의 상기 유리 재료로부터의 상기 금속 핀의 인출을 위한 힘은, 250 N 초과, 특히 250 N 내지 400 N, 바람직하게는 300 N 내지 380 N인 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체(1)는, 금속, 특히 강철, 고급강, 스테인리스강, 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄, 또는 AlSiC로 이루어지거나, 및/또는 실질적으로 이들을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)의 상기 스테인리스강은, EN 10020 표준에 따른 합금 스테인리스강, 특히 바람직하게는 크롬 함유 스테인리스강이며, 특히, 바람직하게는 상기 스테인리스강은, 페라이트계 스테인리스강 및/또는 석출 경화형 스테인리스강의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀의 상기 스테인리스강, 바람직하게는 상기 크롬 함유 스테인리스강은, 650 ℃의 온도에서의 열팽창 계수(α금속 핀)가, 9 내지 15, 바람직하게는 11.0·10-6/K 내지 14.0·10-6/K, 바람직하게는 11.5·10-6/K 내지 14.0·10-6 1/K, 특히 11·10-6/K 내지 13.5·10-6 1/K, 특히 바람직하게는 11.5·10-6 /K 내지 12.5·10-6 1/K의 범위 내에 속하는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료는, 상기 고정 재료의 Tg까지의 온도에서, 4·10-6 1/K 내지 10.6·10-6 1/K의 범위 내의 열팽창 계수(α유리)를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체는, 적어도 2·10-6 1/K, 바람직하게는 상기 유리의 열팽창 계수(α유리)보다 높은 10·10-6 1/K의, 바람직하게는 11·10-6 1/K 내지 18·10-6 1/K의 범위 내의, 열팽창 계수(α본체)를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 적어도 하나의 굽힘 지점(50)을 가지며, 바람직하게는 상기 금속 핀(5)은, 상기 관통 개구(4) 내의 상기 금속 핀(5)의 영역과 이 금속 핀의 반대편 단부의 연결 영역 간에 축방향 오프셋(S)이 존재하도록, 굽혀지는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 추가적 금속 핀(6)이, 특히 땜납 연결(7) 또는 용접 연결에 의해, 상기 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은, 적어도 그의 코어 영역에서, 비-스테인리스강으로, 특히 NiFe로 이루어지며, 그리고 상기 금속 핀(6)은, 용접 연결에 의해 상기 본체에 연결되고, 바람직하게는 상기 금속 핀(6)은, 어닐링되지 않은 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 추가적 금속 핀(6)은, 적어도 하나의 굽힘 지점(60)을 가지며, 바람직하게는 상기 추가적 금속 핀(6)은, 상기 본체에 연결되는 상기 금속 핀(6)의 영역과 이 금속 핀의 반대편 단부의 연결 영역 간에 축방향 오프셋이 존재하도록, 굽혀지는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4) 내에 글레이징되는(glazed) 상기 적어도 하나의 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은, 니켈로 코팅되고;
    바람직하게는 상기 니켈 층은,
    - 글레이징된 상기 금속 핀(5) 상에서, 적어도 상기 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 상기 금속 핀(5)의 단부의 상기 연결 영역,
    - 글레이징된 상기 금속 핀(5) 상에서, 상기 고정 재료와 접촉하는 영역,
    - 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6) 상에서, 적어도 상기 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 상기 금속 핀(6)의 단부의 상기 연결 영역,
    - 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6) 상에서, 상기 금속 핀(6)이 금속 땜납 재료(7)에 의해 상기 본체에 연결되는 영역
    을 포함하며 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 상기 금속 핀들(5, 6)의 영역들에 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4) 내에 글레이징되는 상기 적어도 하나의 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은, 금으로 코팅되고; 바람직하게는 상기 금 층은 적어도, 상기 본체 내에 및/또는 상기 본체 상에 위치되는 상기 각각의 금속 핀의 단부 반대편에 놓이는, 상기 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)의 상기 연결 영역에 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  16. 본체(1)의 관통 개구(4) 내에서 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료(10) 내에 융합되는 적어도 하나의 금속 핀(5)을 갖는, 에어백 및/또는 벨트 조임기의 점화기를 위한 금속 고정 재료 리드 스루에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 적어도 그의 코어 영역에서, EN 10020 표준에 따라 제조되는 스테인리스강으로 이루어지고, 650 ℃의 온도에서의 열팽창 계수(α금속 핀)가, 9 내지 15, 바람직하게는 11.0·10-6/K 내지 14.0·10-6/K, 바람직하게는 11.5·10-6/K 내지 14.0·10-6 1/K, 또는 11·10-6/K 내지 13.5·10-6 1/K, 특히 바람직하게는 11.5·10-6 /K 내지 12.5·10-6 1/K의 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료는, 상기 고정 재료의 Tg까지의 온도에서 4·10-6 1/K 내지 10.6·10-6 1/K의 범위 내의 열팽창 계수(α유리)를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 본체는, 적어도 2·10-6 1/K, 바람직하게는 상기 유리의 열팽창 계수(α유리)보다 높은 10·10-6 1/K의, 바람직하게는 11·10-6 1/K 내지 18·10-6 1/K의 범위에 속하는, 열팽창 계수(α본체)를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)의 상기 스테인리스강은, EN 10020 표준에 따른 합금 스테인리스강, 특히 바람직하게는 크롬 함유 스테인리스강이며, 특히 바람직하게는 상기 스테인리스강은, 페라이트계 스테인리스강 및/또는 석출 경화형 스테인리스강의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)의 상기 스테인리스강은, 크롬 합금 강이거나, 또는 크롬 당량을 포함하며, 상기 크롬 당량은, %Cr + %Mo + 1.5*%Si + 0.5*%Nb인 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테인리스 강은, 적어도 10 중량 % 내지 30 중량 % 사이의, 바람직하게는 12 중량 % 내지 28 중량 % 사이의, 크롬 함량 또는 크롬 당량을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4)의 상기 유리 재료로부터의 상기 금속 핀의 인출을 위한 힘은, 250 N 초과, 특히 250 N 내지 400 N, 바람직하게는 300 N 내지 380 N인 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체(1)는, 금속, 특히 강철, 고급강, 스테인리스강, 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄 또는 AlSiC로 이루어거나, 및/또는 실질적으로 이들을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 적어도 그의 코어 영역에서, EN 10020 표준에 따라 제조되는 스테인리스강으로 이루어지고,
    상기 스테인리스강은, 1.00 ± 0.03 mm의 금속 핀 직경 및 11.68 ± 0.02 mm의 금속 핀 길이의 표준 치수로 변환될 때, 상기 적어도 하나의 금속 핀(5)이, 0.13 mm 미만, 바람직하게는 0.15 mm 미만, 특히 바람직하게는 0.18 mm 미만 또는 0.20 mm 미만, 특히 매우 바람직하게는 0.24 mm 미만의, 특히 0.01 내지 0.26 mm의 범위 내의, 최대 탄성 편향(Wmax)을 갖는 방식으로, 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 적어도 하나의 굽힘 지점(50)을 가지며, 바람직하게는 상기 금속 핀(5)은, 상기 관통 개구(4) 내의 상기 금속 핀(5)의 영역과 이 금속 핀의 반대편 단부의 상기 연결 영역 간에 축방향 오프셋(S)이 존재하도록, 굽혀지는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 그의 코어 영역이 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 재료로 이루어지는, 적어도 하나의 추가적 금속 핀(6)이, 특히 땜납 연결(7) 또는 용접 연결에 의해, 상기 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  27. 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은, 적어도 그의 코어 영역에서, 비-스테인리스강으로, 특히 NiFe로 이루어지며, 그리고 상기 금속 핀(6)은, 용접 연결에 의해 상기 본체에 연결되고, 바람직하게는 상기 금속 핀(6)은, 어닐링되지 않은 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 추가적 금속 핀(6)은, 적어도 하나의 굽힘 지점(60)을 가지며, 바람직하게는 상기 추가적 금속 핀(6)은, 상기 본체에 연결되는 상기 금속 핀(6)의 영역과 이 금속 핀의 반대편 단부의 상기 연결 영역 간에 축방향 오프셋이 존재하도록 굽혀지는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  29. 제16항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4) 내에 글레이징되는 상기 적어도 하나의 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은 니켈로 코팅되고;
    바람직하게는 상기 니켈 층은,
    - 글레이징된 상기 금속 핀(5) 상에서, 적어도 상기 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 상기 금속 핀(5)의 단부의 상기 연결 영역,
    - 글레이징된 상기 금속 핀(5) 상에서, 상기 고정 재료와 접촉하는 영역,
    - 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6) 상에서, 적어도 상기 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 상기 금속 핀(6)의 단부의 상기 연결 영역,
    - 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6) 상에서, 상기 금속 핀(6)이 금속 땜납 재료(7)에 의해 상기 본체에 연결되는 영역
    을 포함하며 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 상기 금속 핀들(5, 6)의 영역들에 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  30. 제16항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4) 내에 글레이징되는 상기 적어도 하나의 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은, 금으로 코팅되고; 바람직하게는 상기 금 층은 적어도, 상기 본체 내에 및/또는 상기 본체 상에 위치되는 상기 각각의 금속 핀의 단부 반대편에 놓이는, 상기 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)의 상기 연결 영역에 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  31. 본체(1)의 관통 개구(4) 내에서 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료(10) 내에 융합되는 적어도 하나의 금속 핀(5), 폭발물과 마주하며 그리고 특히 점화 브릿지(9)가 부착될 수 있거나 또는 부착되는, 상부면, 및 상기 상부면 반대편에 위치되는 하부면을 갖는, 에어백 및/또는 벨트 조임기의 점화기를 위한 금속 고정 재료 리드 스루에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5) 및 상기 본체(1)는, 점화 브릿지(9)가 설치될 때 및/또는 상기 상부면이 전도성 필름으로 덮일 때, 애노드 및/또는 캐소드 반응이 상기 본체의 상기 상부면 상에서 발생하지 않거나 또는 단지 약간만 발생하도록 하는 방식으로, 호환 가능한 재료 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5) 및 상기 본체(1)는, 전기 화학적 전위를 나타내며, 상기 금속 핀(5) 및 상기 본체(1)의 전기 화학적 전위차의 절대값은, 최대 0.3 V이고, 바람직하게는 상기 금속 핀(5) 및 상기 본체(1)의 전기 화학적 전위는, 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    상기 금속 핀(5) 및 상기 본체(1)의 상기 전기 화학적 전위차의 절대값은, 0.1 V 내지 0.0 V, 바람직하게는 0.05V 내지 0.0 V의 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    해수에 대한 상기 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체(1)의 상기 전기 화학적 전위차의 절대값은, 최대 0.36 V이며, 특히 0.36 V 내지 0.0 V의 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  35. 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 적어도 그의 코어 영역에서, 그리고 상기 본체는, 적어도 그의 상부면에서, EN 10020 표준에 따른 스테인리스강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  36. 제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 핀(5) 및 상기 본체의 스테인리스강은, 상기 금속 핀(5) 및 상기 본체(1)의 상기 스테인리스강이, 그의 표면 상에, 바람직하게는 흡수된 수막 위에, 패시베이션 필름(passivation film)을 형성하도록, 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  37. 제31항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 적어도 그의 코어 영역에서, EN 10020 표준에 따라 제조되는 스테인리스강으로 이루어지고, 상기 스테인리스강의 열팽창 계수(α금속 핀)는, 650 ℃의 온도에서, 9 내지 15, 바람직하게는 11.0·10-6/K 내지 14.0·10-6/K, 바람직하게는 11.5·10-6/K 내지 14.0·10-6 1/K 또는 11·10-6/K 내지 13.5·10-6 1/K, 특히 바람직하게는 11.5·10-6 /K 내지 12.5·10-6 1/K의 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  38. 제31항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 또는 유리 세라믹 고정 재료는, 상기 고정 재료의 Tg까지의 온도에서, 4·10-6 1/K 내지 10.6·10-6 1/K의 범위 내의 열팽창 계수(α유리)를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  39. 제31항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체는, 적어도 2·10-6 1/K, 바람직하게는 상기 유리의 열팽창 계수(α유리)보다 높은 10·10-6 1/K의, 바람직하게는 11·10-6 1/K 내지 18·10-6 1/K의 범위 내의, 열팽창 계수(α본체)를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  40. 제31항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)의 상기 스테인리스강은, EN 10020 표준에 따른 합금 스테인리스강, 특히 바람직하게는 크롬 함유 스테인리스강이며, 특히 바람직하게는 상기 스테인리스강은 페라이트계 스테인리스강 및/또는 석출 경화형 스테인리스강의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  41. 제31항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4)의 상기 유리 재료로부터의 상기 금속 핀의 인출을 위한 힘은, 250 N 초과, 특히 250 N 내지 400 N, 바람직하게는 300 N 내지 380 N인 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  42. 제31항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    금속, 특히 강철, 고급강, 스테인리스강, 티타늄, 티타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 알루미늄 합금, 알루미늄으로 이루어지거나, 또는 실질적으로 이들을 포함하고, 바람직하게는 상기 본체(1)는, 적어도 실질적으로 316, 317, 302, 304, 321, 317, 430, 410 및/또는 416 유형의 스테인리스강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  43. 제31항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 적어도 그의 코어 영역에서, EN 10020 표준에 따라 제조되는 스테인리스강으로 이루어지고,
    상기 적어도 하나의 금속 핀(5)은, 1.00 ± 0.03 mm의 금속 핀 직경 및 11.68 ± 0.02 mm의 금속 핀 길이의 표준 치수로 변환될 때, 0.13 mm 미만, 바람직하게는 0.15 mm 미만, 특히 바람직하게는 0.18 mm 미만 또는 0.20 mm 미만, 특히 매우 바람직하게는 0.24 mm 미만의, 특히 0.01 내지 0.26 mm의 범위 내의 최대 탄성 편향(Wmax)을 나타내는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  44. 제31항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은, 적어도 그의 코어 영역에서, 비-스테인리스강으로, 특히 NiFe로 이루어지며, 그리고 상기 금속 핀(6)은, 용접 연결에 의해 상기 본체에 연결되고, 바람직하게는 상기 금속 핀(6)은, 어닐링되지 않은 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  45. 제31항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4) 내에 글레이징되는 상기 적어도 하나의 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은, 니켈로 코팅되고;
    바람직하게는 상기 니켈 층은,
    - 글레이징된 상기 금속 핀(5) 상에서, 적어도 상기 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 상기 금속 핀(5)의 단부의 상기 연결 영역,
    - 글레이징된 상기 금속 핀(5) 상에서, 상기 고정 재료와 접촉하는 영역,
    - 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6) 상에서, 적어도 상기 니켈 층의 영역 상에 금 층을 갖도록 제공되는 영역, 특히 상기 금속 핀(6)의 단부의 상기 연결 영역,
    - 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6) 상에서, 상기 금속 핀(6)이 금속 땜납 재료(7)에 의해 상기 본체에 연결되는 영역
    을 포함하며 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 상기 금속 핀들(5, 6)의 영역들에 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  46. 제31항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 개구(4) 내에 글레이징되는 상기 적어도 하나의 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체(1)에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)은, 금으로 코팅되고; 바람직하게는 상기 금 층은 적어도, 상기 본체 내에 및/또는 상기 본체 상에 위치되는 상기 각각의 금속 핀의 단부 반대편에 놓이는, 상기 금속 핀(5) 및/또는 상기 본체에 전기 전도 방식으로 연결되는 상기 금속 핀(6)의 상기 연결 영역에 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 고정 재료 리드 스루.
  47. 제1항 또는 제16항 또는 제31항에 따른 금속 고정 재료 리드 스루로서,
    제2항 내지 제15항 중의 또는 제17항 내지 제30항 중의 또는 제32항 내지 제46항 중의 어느 한 항과 조합되는 것인, 금속 고정 재료 리드 스루.
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