JP4914193B2 - スクイブならびにエアバッグ用ガス発生装置およびシートベルトプリテンショナー用ガス発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアバッグ等の自動車の安全装置に使用されるガス発生器等に搭載されるスクイブに関するものである。
また、本発明は、上記のスクイブを搭載したエアバッグ用ガス発生装置およびシートベルトプリテンショナー用ガス発生装置に関するものである。

自動車に装着されるエアバッグを膨張させるためのガス発生器用のスクイブとして、従来から種々の電気式スクイブが開発されている。
このスクイブは、通常、外部と電気的に接続するための金属ピンを有し、またこの金属ピンの他端には火薬に点火するための点火具（加熱素子）をそなえている。

従来使用されてきた点火具は、点火薬に点火するために架橋ワイヤを使用していた。かような架橋ワイヤとしては、ニクロム線が用いられるが、架橋ワイヤの線径が細すぎると取り付けることができない。また、取り付けることができる線径の架橋ワイヤでは熱容量が大きいために、通電してから架橋ワイヤが点火薬の点火温度に達するまでの時間が長くなり、例えば、自動車用のサイドインフレータに要求される高速応答性を完全に得ることができない。

一方、半導体ブリッジ（SCB：Semiconductor Bridge）は、蒸着などの半導体技術を用いて製造されたブリッジを総称するものであるが、架橋ワイヤに比べ半導体ブリッジを用いた点火具は、数ミクロン程度の膜厚の薄膜ブリッジを利用するので、熱容量を小さくすることができ、高速応答性を持たせることが可能である。架橋ワイヤでは、点火点まで加熱するのに800から1000マイクロ秒程度を要するが、半導体ブリッジでは、同じ通電条件で一般に100から200マイクロ秒程度で点火薬を点火することができる。このように半導体ブリッジは、100から200マイクロ秒程度で点火薬を点火する熱を発生することができるために、高速着火が可能である。
また、回路基板に直接抵抗膜をめっき等の技術で形成したいわゆる厚膜ブリッジと総称されるものも、架橋ワイヤに比べて点火が速いことが知られている。

しかしながら、点火具すなわち加熱素子として、上記したSCBチップおよび厚膜ブリッジのいずれを用いた場合であっても、点火薬に接する加熱素子側の表面には段差が生じるため、点火に際して不具合が発生していた。
特に微小な加熱素子を一旦基板の上に取り付けることは、実装時の取り扱いの容易さから有利であるが、このように、加熱素子を基板の上に固定し、さらにこの基板を塞栓の上に搭載する構造の点火具においては、その段差が著しく問題となっていた。

例えば、点火具としてSCBチップを用いた場合を例にとって説明すると、まず基板（基台）上にSCBチップを固定し、その基板を塞栓上に搭載するが、この場合には、基板を含むSCBチップが塞栓の上面から突出するので、この塞栓をカップ体内に挿入して点火薬と圧接させた場合、突出した部分（凸部）上の点火薬は密に圧縮される一方、その他の部分は疎になるため、スクイブを作動させたときの点火感度や点火時間のばらつきが大きかった。スクイブの作動安定性の面からは、スクイブ内の点火薬の密度は均一にする必要がある。

上記の問題の解決策として、点火部に点火玉を形成して凹凸の点火感度に及ぼす影響を緩和する方法が提案されている（例えば特許文献１）が、この方法では、点火玉が割れる懸念があった。
特開2002−13900号公報

また、塞栓の加熱素子搭載領域に凹みを設けて、この凹み部分にSCBチップ等を設置する方法も提案された（特許文献２）が、この方法では、基板を用いその上にSCBチップを固 定する場合、通常、基板の方がSCBチップよりも大きいため、基板の大きさで塞栓に凹部 を設けると、SCBチップがその周辺の基板より凸の状態になるという問題があった。
特開2004−278856号公報

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、加熱素子を搭載した塞栓をカップ体内に挿入した場合に、カップ体内の点火薬を均一に圧縮できるスクイブを、かかるスクイブを搭載したエアバッグ用ガス発生装置およびシートベルトプリテンショナー用ガス発生装置と共に提案することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．カップ体と、複数の電極ピンを互いに絶縁して保持し該カップ体の開口部を塞ぐ塞栓とをそなえ、該カップ体の内部には、点火薬を有すると共に、該電極ピンに接続され外部からの通電により発火する加熱素子を、該点火薬に当接して設置したスクイブにおいて、
該塞栓の外周に、円筒頭部が少なくとも該加熱素子の高さレベルに達する円筒状のカラーを配置すると共に、該カラーの内側で該加熱素子を除く領域に樹脂を充填して、該カラーの内部エリアを平坦化したことを特徴とするスクイブ。

２．上記１において、前記加熱素子がSCBチップからなることを特徴とするスクイブ。

３．上記１または２において、前記加熱素子が基板の上に搭載され、かつ該基板が塞栓の上に搭載されていることを特徴とするスクイブ。

４．上記３において、前記基板としてセラミックコンデンサを用いることを特徴とするスクイブ。

５．上記１ないし４のいずれかに記載のスクイブを用いたエアバッグ用ガス発生装置。

６．上記１ないし４のいずれかに記載のスクイブを用いたシートベルトプリテンショナー用ガス発生装置。

本発明によれば、加熱素子を搭載した塞栓をカップ体内に挿入した場合に、カップ体内の点火薬を均一に圧縮することができるので、スクイブの作動安定性を格段に向上させることができる。

以下、本発明を具体的に説明する。
図１(a), (b)に、従来のスクイブを斜視面および断面で示す。
図中、番号１は加熱素子であり、この例ではSCBチップを用いている。２は加熱素子１の基板（基台）であり、加熱素子１を搭載した状態で塞栓３上に載置される。この塞栓３には、外部と電気的に接続するための電極ピン４がガラス封止５によって固定されている。このようにガラス封止５によって電極ピン４を固定することにより、高い気密性を保ちながら電気的絶縁を確保することができる。また、電極ピン４は、スクイブの内部でSCBチップ１と接続していて、外部からの電流をSCBチップ１に伝達する。

そして、６が金属製のカップ体、７が点火薬である。かかる点火薬７としては、その組成中にジルコニウムを含むものが好適である。その他、水素化チタンやボロン、トリシネートなどを含むものも有利に適合する。
なお、塞栓３とカップ体６は、レーザー溶接等の手段で一体化されることで、カップ体内部は高い気密性の下で密閉される。

ところで、図１に示したところから明らかなように、塞栓３上に、SCBチップ１を基板２と共に載置した場合、スクイブをよりコンパクトにするためには塞栓３上に塞栓の点火薬側の面と平行に基板２およびSCBチップ１を配置することが好ましいが、この載置領域は、SCBチップ１と基板２の厚みの分だけ、塞栓３の表面から突出しており、この突出高さ（図中Ｈで示す）は、従来、0.9mm程度もあった。
このように、塞栓３の上面に段差が生じていると、かかる塞栓３をカップ体６内に挿入して点火薬７と圧接させた場合、突出したSCBチップ１の上部の点火薬は密に圧縮される反面、その周りの領域は密度が疎になるため、スクイブを作動させたときに、点火感度のばらつきが大きく、スクイブの作動が安定しなかったことは前述したとおりである。

そこで、本発明では、塞栓をカップ体内に挿入した場合における点火薬の圧縮密度を均一化するために、図２に示すようなスクイブ構造とした。
図２において、構成の骨子は、前掲した図１と共通するので同一の番号を付して示し、図中番号８が、塞栓３の外周に配置した円筒状のカラー、そして９がカラーの内側に充填した樹脂である。
本発明において、円筒状カラー８の円筒頭部は、少なくともSCBチップ１の高さレベルとほぼ同じレベルとする。そして、この円筒状カラー８で囲まれた内部に、図２(b)に示すようにして樹脂９を充填することにより、円筒状カラー８の内部エリアを平坦にするのである。
なお、この際、充填した樹脂９がSCBチップ１の薄膜ブリッジ部を覆うと、点火薬７を 点火させることができなくなるので、樹脂９の充填に際しては、SCBチップ１の薄膜ブリ ッジ部を除く領域に充填することが重要である。

樹脂９を充填する場合、SCBチップ１と同じ高さレベルとすることが最適であるが、SCBチップ１の高さレベルとその周りに充填する樹脂９の高さレベルを等しくしようとすると、充填した樹脂９がSCBチップ１の薄膜ブリッジ部まで覆ってしまうおそれがある。
そこで、発明者らは、SCBチップ１の薄膜ブリッジ面と樹脂９の上面の高さレベル差Ｈ とスクイブの作動安定性との関係について調査した結果、この高さレベル差Ｈが好ましくは0.5mm以内、さらに好ましくは0.3mm以内であれば、スクイブの作動安定性にほとんど差異は生じないことが確認された。このような構造とすることで、塞栓３上に塞栓３の点火薬側の面と平行に基板２およびSCBチップ１を配置した構造でも、火薬との接触面をほぼ平坦化し、点火を安定化させることができる。

図３に、本発明の別の形態を示す。
この例は、薄膜抵抗（例えばＳＣＢ）10とその基板11からなるＳＣＢチップ12を、コンデンサ13上に直接載置すると共に、かかるＳＣＢチップ付きコンデンサ13をヘッダー３上に載置し、さらにＳＣＢチップ12とコンデンサ13およびコンデンサ13と電極ピン４をそれぞれ、ハンダや導電ペーストで接続した例である。

この例では、その要部詳細を図４に示したとおり、ＳＣＢチップ基板11には、その上面から底面に延びる貫通電極14が設けられており、薄膜抵抗10は、この貫通電極14が接続する上面電極15をそなえるＳＣＢチップ基板11の上に形成されるので、薄膜抵抗10の両端電極17は基板10の上面電極15を介して貫通電極14と電気的に接続している。

また、ＳＣＢチップ基板11は、コンデンサ13の上に直接設置されているので、ＳＣＢチップ基板11の底面電極16とコンデンサ13の電極18をハンダや導電ペースト19で接続することにより、ＳＣＢチップ12はコンデンサ13と電気的に接続することになる。
さらに、コンデンサ電極18と電極ピン４についても、同様にハンダや導電ペースト20で接続することができる。

このように、コンデンサ13と電極ピン４との接続だけでなく、薄膜抵抗10とコンデンサ13との接続も、ＳＣＢチップ基板11に設けた貫通電極14を用いて上面電極15と底面電極16を電気的に接続することによって、ハンダという同一の接続手段で接続することができる。そのため、従来のようにこれらの接続を２回に分けて行う必要はなく、１回のリフロー処理で２つの接続を同時に行うことができる。

また、本発明では、貫通電極14を有するＳＣＢチップ基板11をコンデンサ13に接続する仕組みとしたので、従来、回路基板を直接電極ピンに接しハンダで接続するという寸法上の理由から、その使用が難しいとされた、サイズがより小さなＳＣＢチップ基板の使用が可能になる。

参考のため、本発明に従うスクイブの好適例の全体を、図５に断面で示す。
図５中、番号７が点火薬、８がカラー、９がカラー８の内側に充填した樹脂、そして６がカップ体である。

本発明において、点火薬としては、その組成中にジルコニウムを含むものが好適である。その他、水素化チタンやボロン、トリシネートなどを含むものも有利に適合する。
また、SCBチップにおけるブリッジ構造としては、シリコン基板上に、チタンとSiO₂（またはボロン）を交互に積層したものが有利に適合する。各層の厚みは、それぞれ0.05〜10μm 程度とするのが好ましい。より好ましい膜厚は0.1〜４μm である。
その他のブリッジ構造としては、ニッケルクロム合金、ニッケル、アルミニウム、マグネシウムおよびジルコニウムの組と、カルシウム、マンガン、二酸化珪素およびシリコンの組から選ばれた各１種以上の組成物を交互に積層したものを適用することもできる。

また、本発明のスクイブには、上記の構造に限らず一般的なSCBチップは勿論のこと、従来公知の加熱素子いずれをも使用することができる。
さらに、円筒状カラーの内側に充填する樹脂については、その種類が特に限定されることはないが、エポキシ樹脂やＵＶ硬化樹脂等が有利に適合する。

次に、本発明のスクイブを用いたエアバッグ用ガス発生装置について説明する。
図６に、エアバッグ用ガス発生装置の概念図を示す。同図に示したとおり、エアバッグ用ガス発生装置21は、その内部にスクイブ22、エンハンサー剤23、ガス発生剤24、フィルター25を有し、外部はガス発生剤24の燃焼圧力に耐え得る外郭容器26からなる。外郭容器26には、発生したガスをエアバッグ側に放出するための孔27が開けられている。
スクイブ22が作動すると、スクイブ22から発生する熱エネルギーでエンハンサー剤23が燃焼し火炎および熱粒子を発生する。この火炎および熱粒子によりガス発生剤24が燃焼し、エアバッグを膨らませるためのガスが発生する。このガスは、エアバッグの外郭容器26に開いた孔27から外部に放出されるが、このときフィルター25を通過させることで燃焼したガス発生剤の残渣が捕集されると同時にガス自身が冷却される。
本発明のスクイブを用いることで、スクイブがASICからなる通信回路を有しているにもかかわらず、コンパクトに作ることができ、従来の形状とほとんど変わらない大きさのエアバッグ用ガス発生装置を容易に提供することができる。

さらに、本発明のスクイブを用いたシートベルトプリテンショナー用ガス発生装置について説明する。
図７に、シートベルトプリテンショナー用ガス発生装置（マイクロガスジェネレータ）の概念図を示す。同図に示したとおり、マイクロガスジェネレータ31は、その内部にスクイブ32とガス発生剤33を有し、スクイブ32はホルダーと呼ばれる基台34に固定されている。さらにガス発生剤33を格納するカップ体35も、ホルダーに例えばカシメによつて固定された構造になっている。スクイブ32が作動すると、スクイブ32からの火炎および熱粒子により、カップ体35内のガス発生剤33が燃焼してガスが発生する。
このマイクロガスジェネレータにおいても、本発明のスクイブを用いることで、スクイブがASICからなる通信回路を有しているにもかかわらず、コンパクトになるので、従来の形状とほとんど変わらない大きさのものを提供することができる。

次に、中央制御ユニットによる制御要領について説明する。
図８は、中央制御ユニット110と、４つのエアバッグモジュール111a，111b，111c，111dとを接続したＬＡＮ化されたエアバッグシステムの例を示したものである。２つのエアバッグモジュール111bと111cは各々、例えばフロントエアバッグを膨張させるガス発生器を有することができ、他の２つのエアバッグモジュール111aと111dは各々、例えばサイドエアバッグを膨張させるガス発生器を有することができる。

これらモジュールの各々に含まれるガス発生器内にスクイブが収納されていて、各スクイブは２つの電極ピン114，115を有し、電極ピン114が中央制御ユニット110に連絡された第１の電気供給導電体112に接続され、電極ピン115が中央制御ユニット110に連絡された第２の電気供給導電体113に接続されている。

通常の動作状態、すなわち自動車が１以上のエアバッグモジュール111a，111b，111c，111dを活性化することを求める特定の衝撃に巻き込まれていない時には、中央制御ユニット110は定期的に該電気供給導電体112，113に低い強度の電流を与え、この電流は電極ピン114と115を介して４つのエアバッグモジュール111a，111b，111c，111dの各々に含まれるスクイブの電気エネルギー蓄積手段(コンデンサー)に送られる。

衝撃が生じて、例えばエアバッグ111cを活性化することが望ましい場合には、中央制御ユニット110は第１の電気供給導電体112にエアバッグモジュール111cのスクイブのための点火コマンドを構成する特有の電気パルスの列を送る。この特有の電気パルスの列は電極ピン114と115を介して各スクイブに送られるが、エアバッグモジュール111cのスクイブに含まれる相互通信手段のみがそのコマンドに反応して点火スイッチ手段と関連した電気エネルギー蓄積手段を活性化し、上述したように点火薬を起動せしめる。

もし、衝撃に続いて幾つかのエアバッグモジュール、例えばエアバッグモジュール111a，111bを活性化することが望ましい場合には、中央制御ユニット110は、第１の電気供給導電体112にエアバッグモジュール111aと111bの各々に含まれるスクイブのための特有の電気パルスの列を与える。２つのスクイブの各々の動作は上述したとおりである。

従来のスクイブを示した図である。 本発明に従うスクイブを示した図である。 本発明の別の形態のスクイブを示した図である。 図３の要部詳細図である。 本発明に従うスクイブの全体図である。 エアバッグ用ガス発生装置の概念図である。 シートベルトプリテンショナー用ガス発生装置の概念図である。 中央制御ユニットの説明図である。

符号の説明

１ 加熱素子（SCBチップ）
２ 基板（基台）
３ 塞栓
４ 電極ピン
５ ガラス封止
６ カップ体
７ 点火薬７
８ 円筒状のカラー
９ 樹脂
10 薄膜抵抗
11 基板
12 ＳＣＢチップ
13 コンデンサ
14 貫通電極
15 上面電極
16 底面電極
17 両端電極
18 コンデンサ電極
19 ハンダや導電ペースト
20 ハンダや導電ペースト
21 エアバッグ用ガス発生装置
22 スクイブ
23 エンハンサー剤
24 ガス発生剤
25 フィルター
26 外郭容器
27 孔
31 シートベルトプリテンショナー用ガス発生装置（マイクロガスジェネレータ）
32 スクイブ
33 ガス発生剤
34 基台（ホルダー）
35 カップ体
110 中央制御ユニット
111a〜111d エアバッグモジュール
114，115 電極ピン

Claims (6)

1. カップ体と、複数の電極ピンを互いに絶縁して保持し該カップ体の開口部を塞ぐ塞栓とをそなえ、該カップ体の内部には、点火薬を有すると共に、該電極ピンに接続され外部からの通電により発火する加熱素子を、該点火薬に当接して設置したスクイブにおいて、
   該塞栓の外周に、円筒頭部が少なくとも該加熱素子の高さレベルに達する円筒状のカラーを配置すると共に、該カラーの内側で該加熱素子を除く領域に樹脂を充填して、該カラーの内部エリアを平坦化したことを特徴とするスクイブ。
2. 請求項１において、前記加熱素子がSCBチップからなることを特徴とするスクイブ。
3. 請求項１または２において、前記加熱素子が基板の上に搭載され、かつ該基板が塞栓の上に塞栓の点火薬側の面と平行に搭載されていることを特徴とするスクイブ。
4. 請求項３において、前記基板としてセラミックコンデンサを用いることを特徴とするスクイブ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のスクイブを用いたエアバッグ用ガス発生装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載のスクイブを用いたシートベルトプリテンショナー用ガス発生装置。

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