JP4636751B2

JP4636751B2 - 電気発火式イニシエータ

Info

Publication number: JP4636751B2
Application number: JP2001270257A
Authority: JP
Inventors: 一仁鳴海; 宏樹森永
Original assignee: Showa Kinzoku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Showa Kinzoku Kogyo Co Ltd
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: JP2003083699A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばシートベルトや、エアバックなどの車両用安全装置を瞬時に作動させるためのガス発生装置に、その点火具として用いるのに好適な電気発火式イニシエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記した車両用安全装置であるシートベルトは、ベルトの巻取装置に急速引込手段を設け、事故などの緊急時に急速引込手段を作動させ、ベルトを瞬時に引き込むことによって衝突の際の衝撃から運転者などを確実に保護する。
また、エアバックは、急速ガス充填手段を設け、事故などの緊急時に急速ガス充填手段を作動させ、収縮したバックに、瞬時にガスを充填することによって衝突の際に運転者などに加わる衝撃を緩和する。
【０００３】
なお、シートベルトの急速引込手段や、エアバックの急速ガス充填手段としては、ガス発生剤の燃焼によってガスを発生させるようにしたガス発生装置を用いるのが一般的である。
そして、衝突の際における所定以上の衝撃で作動する機械発火式点火具、または、衝突の際における所定以上の衝撃を検出した衝撃センサからの電気信号で作動する電気発火式点火具による点火によってガス発生剤を燃焼させ、発生する燃焼ガスの圧力を利用してベルトを急速に巻き取ったり、バックに、瞬時にガスを充填するようにしている。
【０００４】
図４は電気発火式イニシエータの断面図、図５は図４に示した電気発火式イニシエータの要部を示す斜視図、図６は図５に示した導電部および抵抗エレメントの部分を示す拡大平面図、図７は従来の電気発火式イニシエータにおける導電部および抵抗エレメントの部分の拡大断面図である。
【０００５】
図４において、シートベルトや、エアバッグなどの車両用安全装置に利用されるガス発生装置の点火具として用いられる、電気発火式イニシエータ１は、封止材となる円柱状のガラスハーメチック１１と、このガラスハーメチック１１に取り付けられた２本の端子１２と、ガラスハーメチック１１の上面に取り付けられた基板２１と、この基板２１上に設けられた２つの導電部２３と端子１２とを接続する半田２４と、基板２１上に設けられた抵抗エレメント２２ｂを覆うように配設された点火薬３１と、抵抗エレメント２２ｂおよび点火薬３１を覆うようにガラスハーメチック１１に固定される有底筒状の金属ケース４１と、この金属ケース４１の内部に点火薬３１を覆うように充填された着火薬５１とで構成されている。
【０００６】
上記した端子１２は、図４および図５に示すように、ガラスハーメチック１１に、中心軸線に沿った２個所に貫通させて取り付けられている。
【０００７】
また、基板２１は、コンポジットプラスチック、具体的にはガラスエポキシで、図５に示すように、円板状に構成されている。
そして、基板２１の上面には、図５〜図７に示すように、２つの導電部２３の下に位置する円環状の導電部ベース２２ａと、この導電部ベース２２ａ同士を接続する抵抗エレメント２２ｂと、各導電部ベース２２ａ上に位置する導電部２３とが設けられている。
【０００８】
なお、導電部ベース２２ａと抵抗エレメント２２ｂとは薄膜（２２）によって形成され、抵抗エレメント２２ｂは、図６に示すように、中央部分の幅が狭くなったくの字状に形成されている。
また、導電部２３は、ニッケル（Ｎｉ）メッキ層２３ａと、金（Ａｕ）メッキ層２３ｂとで構成されている。
【０００９】
次に、動作について説明する。
まず、例えば事故などによって車両に所定以上の衝撃力が作用すると、その衝撃を検出した衝撃センサからの出力信号が一対の端子１２を介して抵抗エレメント２２ｂに与えられ、抵抗エレメント２２ｂがジュール熱により発熱する。
この抵抗エレメント２２ｂの発熱温度が所定温度になると、この抵抗エレメント２２ｂに接する点火薬３１が点火し、点火薬３１によって着火薬５１、さらにガス発生剤が順次燃焼することにより、その燃焼ガスがシートベルトの急速引込手段や、エアバッグの急速ガス充填手段を作動させるために供給される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シートベルトの急速引込手段や、エアバックの急速ガス充填手段においては、衝撃センサが所定以上の衝撃を検出してから作動するまでの時間が短ければ短い程、運転者などの保護が確実なものとなるため、少なくともｍｓオーダの作動応答性が必要となる。
このため、シートベルトの急速引込手段や、エアバッグの急速ガス充填手段を作動させるためのガス発生装置に対しては、点火具である電気発火式イニシエータ１に１／１０ｍｓオーダの作動応答性が要求される。
【００１１】
しかも、昨今のように、シートベルトとエアバックを併用した車両にあっては、エアバッグよりも先にシートベルトを作動させることが好ましいという要求もあり、これらを正確に制御するためにも電気発火式イニシエータ１を如何に応答性よく作動させるかが重要な要因となる。
ここで、電気発火式イニシエータ１は、点火薬３１を燃焼させる燃焼温度まで抵抗エレメント２２ｂを加熱させれば、点火薬３１が瞬時に燃焼するので、抵抗エレメント２２ｂを、点火薬３１の燃焼温度に上昇させる時間がその作動応答性を大きく左右する要因となる。
【００１２】
しかしながら、端子１２と導電部２３とを接続する半田２４は、図７に示すように、抵抗エレメント２２ｂに接続される導電部２３の接続部分となる縁まで付けられていないので、半田２４で覆われない、抵抗エレメント２２ｂと半田２４との間の導電部２３が抵抗体となり、点火薬３１の点火に寄与しない無駄な抵抗体となるため、作動応答時間が長くなるとともに、作動応答性にばらつきが発生する。
【００１３】
そこで、熱的に敏感なトリシネートなどの鉛含有火薬を点火薬３１と利用し、作動応答性のばらつきを改善することが考えられるが、環境問題を考慮すると、鉛含有火薬を点火薬３１として利用するのが困難な状況にある。
【００１４】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、作動応答時間を短縮することができるとともに、作動応答性のばらつきを少なくすることのできる電気発火式イニシエータを提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、対応する導電部に導電性接続体で接続された一対の端子に供給される電気信号により、一対の端子の間を接続する抵抗エレメントを発熱させ、この抵抗エレメントの発熱によって火薬を燃焼させる電気発火式イニシエータにおいて、導電性接続体が、抵抗エレメントに接続される各導電部の接続部分となる縁まで覆っているものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態である電気発火式イニシエータにおける導電部および抵抗エレメントの部分の断面図であり、図４〜図７と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
なお、図１は、図７に対応する断面図である。
【００１７】
図１において、導電部ベース２２ａおよび抵抗エレメント２２ｂは、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）合金の薄膜（２２）をエッチングすることによって形成されている。
そして、抵抗エレメント２２ｂは、厚さが一定で、図６に示すように、中央部分の幅が狭くなったくの字状に形成されている。
【００１８】
また、導電部２３は、導電部ベース２２ａと同じ円環状で、導電部ベース２２ａ上に形成されたニッケルメッキ層２３ａと、導電部ベース２２ａおよびニッケルメッキ層２３ａと同じ円環状で、ニッケルメッキ層２３ａ上に形成された金メッキ層２３ｂとで構成されている。
【００１９】
この実施形態では、導電性接続体として鉛を含まない半田２４を使用するとともに、半田２４が、抵抗エレメント２２ｂに接続される各導電部２３の接続部分となる縁まで、すなわち、金メッキ層２３ｂの全上面を覆っている。
そして、点火薬３１は、環境問題のないジルコニウムと酸化剤との混合物を主成分とする火薬とされている。
【００２０】
なお、図示を省略した部分は、先に説明したように、すなわち、図４〜図６に示すように、構成されている。
【００２１】
次に、電気発火式イニシエータの製造について説明する。
まず、ガラスエポキシで構成した基板２１上に、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）合金の薄膜（箔）（２２）を熱圧着で貼り付ける。
そして、薄膜２２に対して写真製版法によってエッチングを施し、導電部ベース２２ａ、抵抗エレメント２２ｂを有した薄膜（２２）の層を形成する。
【００２２】
次に、所定の抵抗値となるように抵抗エレメント２２ｂ部分にマスキング処理を施した後、無電解ニッケルメッキ、さらに電解金メッキを行うことにより、導電部ベース２２ａ上にニッケルメッキ層２３ａと、金メッキ層２３ｂとからなる導電部２３を、抵抗エレメント２２ｂによって相互に接続された状態に形成する。
さらに、市販のディスペンサを使用し、リフロー炉用のペースト状の半田２４を塗布する。
【００２３】
なお、ペースト状の半田２４の塗布量は、メッキ部分の全体にリフロー後の半田２４を拡散させるため、１ｍｍ²当たり２ｍｇ〜６ｍｇ（リフロー後の半田量）とした。
このような塗布量にするのは、リフロー後の半田量が１ｍｍ²当たり２ｍｇ以下になると、リフロー炉で焼成後の半田２４が抵抗エレメント２２ｂ近傍の金メッキ層２３ｂ部分まで、すなわち、金メッキ層２３ｂ全体を覆うことができず、好ましくない。
また、リフロー後の半田量が１ｍｍ²当たり６ｍｇを越えると、過剰な半田２４が半田ボールとなり、好ましくない。
【００２４】
上記のようにペースト状の半田２４を塗布した後、リフロー炉で焼成を行い、半田２４を介して端子１２と導電部２３とを機械的、電気的に接続する。
次に、基板２１の、抵抗エレメント２２ｂを中心とした上面に点火薬３１を塗布して乾燥させる。
そして、金属ケース４１内に、所定量のホウ素（Ｂ）を主成分とする着火薬５１の粉末を充填した後、着火薬５１で点火薬３１を覆うように、ガラスハーメチック１１を金属ケース４１内へ入れてかしめた後、レーザー溶接で固定する。
【００２５】
このように構成したこの発明の一実施形態の電気発火式イニシエータ１においても、例えば事故などによって車両に所定以上の衝撃力が作用すると、その衝撃を検出した衝撃センサからの出力信号が一対の端子１２を介して抵抗エレメント２２ｂに与えられ、抵抗エレメント２２ｂがジュール熱により発熱する。
この抵抗エレメント２２ｂの発熱温度が所定温度になると、この抵抗エレメント２２ｂに接する点火薬３１が点火し、点火薬３１によって着火薬５１、さらにガス発生剤が順次燃焼することにより、その燃焼ガスがシートベルトの急速引込手段や、エアバッグの急速ガス充填手段を作動させるために供給される。
【００２６】
上述したように、発明の一実施形態によれば、半田２４が、抵抗エレメント２２ｂに接続される導電部２３の接続部分となる縁まで覆っているので、一対の端子１２に供給された電流をロスさせることなく抵抗エレメント２２ｂに供給し、電気エネルギーを熱エネルギーに変換させることができる。
したがって、点火薬３１を点火するための抵抗エレメント２２ｂの発熱時間が短くなるので、鉛を使用しない火薬でも、所定の作動時間を得ることができる。
この結果、この発明の一実施形態によれば、作動応答時間を短縮することができるとともに、作動応答性のばらつきを少なくすることができる。
【００２７】
また、ニッケル−クロム合金の薄膜（２２）をエッチングすることによって抵抗エレメント２２ｂを形成したので、生産性の点で有利であり、また、抵抗エレメント２２ｂの抵抗を所望の値に精度よく設定することができる。
そして、導電部２３をニッケルメッキ層２３ａと、金メッキ層２３ｂとで構成したので、ニッケルメッキ層２３ａで金メッキ層を２３ｂを導電部ベース部２２ａに強固に接続することができ、また、金メッキ層２３ｂで半田２４の濡れ性を確保することができる。
さらに、点火薬３１を、鉛を使用しない、ジルコニウムおよび酸化剤の混合物を主成分とする火薬にしたので、環境対策を考慮した電気発火式イニシエータ１とすることができる。
【００２８】
この結果、シートベルトの急速引込手段や、エアバッグの急速ガス充填手段を応答性よく作動させることができることにより、極短い時間内にエアバッグよりも先にシートベルトを作動させる、といった制御も容易になる。
【００２９】
図２および図３はこの発明の一実施形態である電気発火式イニシエータと、従前の電気発火式イニシエータとの性能試験結果を比較して示す図である。
なお、図２は初期状態のものであり、図３は、以下に示すような環境試験を行った後のものである。
【００３０】
〈環境試験〉
落下試験１．５ｍから４方向で５回づつコンクリート面に落下
サーマルショック試験 −３０℃と８５℃ １０００サイクル
スイープ試験１０Ｈｚ〜２５Ｈｚ往復５分のログスイープにて上下４Ｇで２４ｈ、左右２．６Ｇで２４ｈ、前後１．６Ｇで２４ｈ
高温高湿通電試験８０℃、９５％ＲＨ５０ｍＡ１０００ｈ
【００３１】
図２および図３から明らかなように、この発明の一実施形態の電気発火式イニシエータ１においては、従前のものに比べて、同一電流値における作動時間が短縮しており、応答性の点で明らかに優れている。
また、ばらつきに関しては標準偏差が約１／２になっており、信頼性の面でも明らかに優れている。
さらに、環境試験を行った後においても、平均値およびばらつきに差が現れなかった。
【００３２】
さらに、この発明の一実施形態の電気発火式イニシエータ１によれば、基板２１の上面に設けたニッケル−クロム合金の薄膜（２２）にエッチングを施すことによって抵抗エレメント２２ｂを箔状に構成しているため、金属ワイヤを端子１２に対して個別に接続するものに比べて生産性、特に、量産性の点で優れるばかりか、接続信頼性の点でも有利となる。
【００３３】
また、ニッケル−クロム合金の薄膜（２２）を使用した従前技術は機械的に電端子１２と導電部２３とを半田２４で接続するのみのため、良導体の半田２４と抵抗エレメント２２ｂの間に不安定な抵抗部が存在し、抵抗のばらつきが大きくなっていたが、この発明の一実施形態の電気発火式イニシエータ１によれば、半田ペーストの塗布量を制御し、半田２４領域を導電部２３の上面全体に広げており、応答性、ばらつきに著しく優れている。
【００３４】
上記した実施形態では、基板２１と薄膜（２２）との間を熱圧着もしくは接着剤により貼り付けるようにしているため、基板２１として耐熱性を考慮する必要がなく、コンポジットプラスチックなどの安価な材質を適用してコストの低減を図ることが可能になるものの、セラミック基板などの耐熱性に優れる基板を用いてもよい。
【００３５】
また、ニッケル−クロム合金の薄膜（２２）にエッチングを施して抵抗エレメント２２ｂを形成したが、ニッケル−クロム合金のイオン蒸着で蒸着膜を多層に積層して構成したり、他の金属（合金を含む）の薄膜をエッチングして形成してもよい。
さらに、導電部２３を無電解ニッケルメッキのニッケルメッキ２３ａと、電解金メッキの金メッキ層２３ｂとで構成したが、ニッケルをイオン蒸着した後に金をイオン蒸着した各層で導電部２３を構成したり、他の金属（合金を含む）で形成してもよい。
【００３６】
このようにイオン蒸着で各部を構成すると、ニッケル−クロム合金の薄膜（２２）にエッチングを施して形成した場合に対し、コスト面で不利になるが、抵抗エレメント２２ｂの抵抗の精度を向上させることができるととも、抵抗エレメント２２ｂおよび各層２３ａ，２３ｂの厚さの均一化を図ることができる。
【００３７】
次に、環境問題を考慮し、導電性接続体として鉛を含まない半田２４を利用したが、鉛を含む半田２４、または、導電性接着剤であってもよい。
また、導電部２３を構成するメッキは半田２４の濡れ性に支障をきたさない金属（合金を含む）であればよいが、鉛を含まない半田２４を使用する場合は、メッキの最上部を金で構成するのが望ましい。
さらに、着火薬５１としてホウ素を主成分とするものを使用したが、火薬で一般的に着火薬として用いられるもの、例えばチタンと酸化剤との混合物を主成分とする火薬、その他の火薬を使用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、導電性接続が、抵抗エレメントに接続される導電部の接続部分となる縁まで覆っているので、一対の端子に供給された電流をロスさせることなく抵抗エレメントに供給し、電気エネルギーを熱エネルギーに変換させることができる。
したがって、火薬を点火するための抵抗エレメントの発熱時間が短くなるので、作動応答時間を短縮することができるとともに、作動応答性のばらつきを少なくすることができる。
【００３９】
また、金属の薄膜をエッチングすることによって抵抗エレメントを形成したので、抵抗エレメントの抵抗を所望の値に精度よく設定することができる。
そして、導電部の最上部を金メッキ層とし、または、導電部をニッケルメッキ層と金メッキ層とで構成したので、金メッキ層で半田の濡れ性を確保することができる。
また、ニッケル層および金層、または、薄膜をイオン蒸着で形成したので、各層の厚さの均一化を図ることができるとともに、抵抗エレメントの抵抗の精度を向上させることができる。
さらに、火薬を、鉛を使用しないジルコニウムおよび酸化剤の混合物を主成分とする火薬にしたので、環境対策を考慮した電気発火式イニシエータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態である電気発火式イニシエータにおける導電部および抵抗エレメントの部分の拡大断面図である。
【図２】初期状態における電気発火式イニシエータの性能試験結果を従来例と比較して示す図である。
【図３】環境試験を行った後における電気発火式イニシエータの性能試験結果を従来例と比較して示す図である。
【図４】電気発火式イニシエータの断面図である。
【図５】図４に示した電気発火式イニシエータの要部を示す斜視図である。
【図６】図５に示した導電部および抵抗エレメントの部分を示す拡大平面図である。
【図７】従来の電気発火式イニシエータにおける導電部および抵抗エレメントの部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
１電気発火式イニシエータ
１１ガラスハーメチック
１２端子
２１基板
２２薄膜
２２ａ導電部ベース
２２ｂ抵抗エレメント
２３導電部
２３ａニッケルメッキ層
２３ｂ金メッキ層
２４半田（導電性接続体）
３１点火薬
４１金属ケース
５１着火薬

Claims

対応する導電部に導電性接続体で接続された一対の端子に供給される電気信号により、前記一対の端子の間を接続する抵抗エレメントを発熱させ、この抵抗エレメントの発熱によって火薬を燃焼させる電気発火式イニシエータにおいて、
前記導電性接続体は、前記抵抗エレメントに接続される前記各導電部の接続部分となる縁まで覆っている、
ことを特徴とする電気発火式イニシエータ。
請求項１に記載の電気発火式イニシエータにおいて、
前記抵抗エレメントを、金属の薄膜にエッチングを施すことによって形成した、
ことを特徴とする電気発火式イニシエータ。
請求項１または請求項２に記載の電気発火式イニシエータにおいて、
前記各導電部の下の導電部ベースおよび前記抵抗エレメントを、ニッケル−クロム合金の薄膜にエッチングを施すことによって形成し、
前記各導電部ベース上の前記導電部は、最上部が金メッキ層とされ、
前記導電性接続体は、鉛を含まないものである、
ことを特徴とする電気発火式イニシエータ。
請求項３に記載の電気発火式イニシエータにおいて、
前記導電部は、前記導電部ベース上のニッケルメッキ層と、このニッケルメッキ層上の前記金メッキ層とで構成されている、
ことを特徴とする電気発火式イニシエータ。
請求項３に記載の電気発火式イニシエータにおいて、
前記導電部は、前記導電部ベース上のニッケル層と、このニッケル層上の金層とで構成され、
前記ニッケル層および前記金層を、イオン蒸着で形成した、
ことを特徴とする電気発火式イニシエータ。
請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の電気発火式イニシエータにおいて、
前記薄膜を、イオン蒸着で形成した、
ことを特徴とする電気発火式イニシエータ。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電気発火式イニシエータにおいて、
前記火薬は、ジルコニウムおよび酸化剤の混合物を主成分とする、
ことを特徴とする電気発火式イニシエータ。