JP2005061663A - イニシエータ、イニシエータ用着火薬、イニシエータの起動方法及びガス発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】 製作が容易で取扱いが安全な着火薬を使用しうるイニシエータ及びその起動方法と、このイニシエータを備えたガス発生器を提供する。
【解決手段】 イニシエータ５０のカップ５２内に着火薬５８が収容されている。ヘッダ５４の孔にピン６２，６４が挿入され、固着されている。ピン６２，６４の先端面はヘッダ５４の先端面と面一状となっており、ピン６２の先端面に被さるように絶縁性のメンブレン６０が配置されている。ピン６２，６４間に３ｋＶ程度の高電圧が印加されると、メンブレン６０の絶縁が破壊され、続いて６０Ｖ程度の低電圧が印加されてもプラズマが継続する。このプラズマの熱により着火薬５８が反応を開始する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エアバッグ装置やシートベルトプリテンショナ等のガス発生器に組み込むのに好適なイニシエータ及びその着火薬並びにイニシエータの起動方法と、このイニシエータを備えたガス発生器に関する。

自動車等の高速移動体に設けられるエアバッグ装置は、袋状のエアバッグをインフレータと称されるガス発生器によって急速に膨張させるよう構成されている。このガス発生器は、ガス発生剤と、このガス発生剤のガス発生反応を開始させるイニシエータとを備えている。従来、このイニシエータは、着火薬と、この着火薬の反応を開始させるための抵抗発熱体としてのフィラメント（ブリッジワイヤ）とを備えている（例えば米国特許第５４０４２６３号）。

この従来例に係るイニシエータの一例について第４図を参照して説明する。

このイニシエータ１０は、後部（第４図においては下部。）が開放した略カップ形状のケーシング１２を有している。このケーシング１２内に着火薬１４が収容されている。ケーシング１２の後部は焼結ガラス等よりなる絶縁材１６によって閉鎖されている。このケーシング１２内には、該絶縁材１６を貫通した１対の電極１８，２０の先端側が臨んでいる。

この電極１８，２０の先端部同士の間にフィラメント２２が架設されている。このフィラメント２２の両端側は各電極１８，２０の先端面に溶接されている。このフィラメント２２は、ケーシング１２内において着火薬１４に接している。

なお、該電極１８，２０同士並びにケーシング１２は、電気的に接触しないよう互いに離間して配置されている。

このように構成されたイニシエータ１０においては、一方の電極１８が電圧昇圧回路等を備えた制御回路２４を介して自動車のバッテリ２６の正極に接続され、他方の電極２０が自動車の車体に接続（アース接続）される。なお、該バッテリ２６の負極は自動車の車体に接続されている。

車両衝突時等の緊急時には、制御回路２４内のスイッチ素子がＯＮになり、各電極１８，２０を介してバッテリ２６からフィラメント２２に電圧が印加される。これにより、該フィラメント２２が発熱して着火薬１４が点火され、反応を開始する。そして、この着火薬１４の反応により高圧ガスや熱が生じ、これによりガス発生器のガス発生剤がガス発生反応を引き起こす。

なお、着火薬としては、例えばフィラメント２２を囲むように配置されたスチフ酸鉛とアルミニウム粉末の混合物よりなる第１着火薬、及び該第１着火薬を取り囲むように配置されたＢＫＮＯ_３又は黒色火薬よりなる第２着火薬が用いられる。第１着火薬は急速に発熱反応し、第２着火薬は第１着火薬の熱により反応を開始して高圧の熱いガス及び微粒子を発生させる。

このイニシエータ１０を備えたガス発生器の一例について第５図を参照して説明する。このガス発生器３０は、上側ハウジング３２及び下側ハウジング３４よりなる外殻体と、該外殻体内に設置された円筒状の仕切部材３６とからなる容器を有する。仕切部材３６の一端は下側ハウジング３４の底面の開口を通り、下方に突出している。この開口の内周面と仕切部材３６の外周面とはレーザービーム溶接等により溶接されている。この仕切部材３６の内側に点火剤（ブースタプロペラント）４０が収容され、仕切部材３６の外周側にガス発生剤（メインプロペラント）４２が収容されている。

この仕切部材３６の該一端にイニシエータ１０が設置されている。該イニシエータ１０により点火剤４０が点火されると、ガスが仕切部材３６の開口４４から噴出してガス発生剤４２が点火し、大量のガスが急速に発生し、このガスがメッシュ等よりなるフィルタ４６を通り、開口４８を通ってガス発生器３０外に噴出し、エアバッグを膨張させる。なお、第５図はガス発生器の一例であって、図示以外の形状のガス発生器も多数種類用いられている。
米国特許第５４０４２６３号

上記第４図に示す従来のイニシエータにあっては、フィラメント２２の電気抵抗を一定とするために、フィラメント２２の長さやその溶接条件の管理を厳重に行う必要があり、製作に手間がかかると共に、コスト増の原因ともなっていた。

また、着火薬１４は、フィラメント２２の小さな発熱エネルギーでも着火するように鋭敏であることが必要であるが、鋭敏な着火薬１４の取扱いには特別な配慮が必要であった。

本発明は、フィラメント等の抵抗発熱体を用いておらず、製作が容易で取扱いが安全な着火薬を使用しうるイニシエータと、その起動方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このイニシエータを備えたガス発生器を提供することを目的とする。

本発明のイニシエータは、ケーシングと、該ケーシング内に配置された着火薬と、電極と、一方の面が該電極に接し、他方の面が該着火薬に接するように該ケーシング内に配置された絶縁層とを備えてなり、該電極に通電されることによりプラズマを生成させ、該着火薬の反応を開始させるよう構成されていることを特徴とするものである。

この絶縁層は、厚さが１０〜３００μｍの合成樹脂又はガラス繊維成形体よりなることが好ましい。

また、絶縁層は、着火薬の粒径よりも小さい孔を有したシート状物であることが好ましい。

着火薬としては、ＭｇＡｌ合金粉末と、ＫＣｌＯ_３粉末と、シリコン樹脂バインダーとからなるものが好適である。

本発明のイニシエータの起動方法は、かかる本発明のイニシエータの電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した後、低電圧を印加することを特徴とするものである。

この高電圧は１ｋＶ以上であり、０．１〜５０μＳｅｃ印加され、低電圧は２０〜１００Ｖであり、５０μＳｅｃ〜１ｍＳｅｃ印加されることが好ましい。

本発明のガス発生器は、ガス発生剤と、本発明のイニシエータとを備えてなるものである。

本発明のイニシエータ及びガス発生器にあっては、電極に電圧を印加すると、ケーシング内に高温のプラズマが生成する。このプラズマの熱により着火薬が反応を開始し、この反応によって生じる高圧ガスや熱によってガス発生器のガス発生剤が点火作動する。このイニシエータは、フィラメントを設ける代りに絶縁層を設けているため、製作が容易であり、品質のバラツキのないものを高歩留りにて安価に製作することができる。

また、プラズマのエネルギーはフィラメントの発熱エネルギーよりも大きいため、フィラメントを使用する際に用いられていた鋭敏な着火薬よりも、取扱いが安全な着火薬を使用することができる。

厚さが１０〜３００μｍの合成樹脂又はガラス繊維成形体を電極先端面に接するように配置することにより、絶縁層を容易かつ低コストにて形成することができる。

この絶縁層が微細な孔を有するシート状物である場合、放電が生じ易くなる。この孔の径を着火薬の粒径よりも小さくすることにより、着火薬が孔内に入り込むことが防止される。

ＭｇＡｌ合金粉末と、ＫＣｌＯ_３粉末と、シリコン樹脂バインダーとからなる着火薬は、取り扱いが容易であると共に発熱量も多い。

イニシエータの起動の際に印加される高電圧を１ｋＶ以上例えば１〜５ｋＶとすることにより、絶縁破壊が確実に生じ、プラズマが形成される。この高電圧の印加時間は０．１〜５０μＳｅｃ例えば１μＳｅｃ程度と短いもので足り、消費電力は少ない。この高電圧の印加後は、２０〜１００Ｖ例えば６０Ｖ程度の低電圧を印加するだけでプラズマ状態が維持される。この低電圧は５０μＳｅｃ〜１ｍＳｅｃ例えば１００μＳｅｃ程度で足りる。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第１図は本発明の実施の形態に係るイニシエータの断面図、第２図はこのイニシエータの起動用電圧波形図である。

第１図のイニシエータ５０では、カップ５２及び該カップ５２の入口部分に挿入されたヘッダ５４によってケーシングが構成され、このケーシング内に着火薬５８が充填されている。この実施の形態では、カップ５２はＳＵＳ３０４等よりなる円形容器形状のものである。ヘッダ５４は、セラミックよりなる略円盤状ないし円柱状の部材であり、その外周面にカップ５２が外嵌している。カップ５２は、その端縁がカシメられることによりヘッド５４に固着されている。

カップ５２の先端面の外面には十字形状の溝５２ａが設けられており、着火薬５８の着火反応時にカップ５２が該溝５２ａに沿って割裂するよう構成されている。カップ５２とヘッダ５４との間にはリング状のガスケット５６が介在されている。

このヘッダ５４の中央部にはヘッダ厚み方向に貫通する孔が２個設けられている。各孔に電極用ピン６２，６４が挿入され、これらのピン６２，６４がガラス等の固着材料により該ヘッダ５４に固定されている。ピン６２，６４の先端面はヘッダ５４の先端面と面一状となっている。ヘッダ５４のカップ内部側の端面に重なるようにして、且つ電極ピン６２の先端に被さるようにして絶縁層としてのメンブレン６０が配置されている。

メンブレン６０としては、厚さが１０〜３００μｍ程度のシート状物であり、且つ多数の微細孔を有したものが好適である。このメンブレン６０としては、合成樹脂特に耐熱性の高いフッ素樹脂シートや、ガラス繊維のシート状成形体が好適である。

このメンブレン６０は粘着剤によってヘッダ５４に接着されてもよい。粘着剤としてはアクリル系、シリコン系等のものを用いることができる。粘着剤の厚さは１５〜１００μｍ程度が好適である。

着火薬５８は、着火薬のみからなっていてもよく、着火薬と酸化剤粒子との混合物からなっていてもよい。着火薬としては特に制限はないが、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｂｅ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｖ、ＣａＣ_２、Ｃａ、Ｃｅ、Ｌａ等の単体金属またはその合金、化合物等が使用される。酸化剤粒子としては特に制限はないが、ＫＣｌＯ_４、ＫＣｌＯ_３、ＫＩＯ_４、ＮＨ_４ＣｌＯ_４、ＮＨ_４ＮＯ_３、ＫＮＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｓｒ（ＮＯ_３）_２、ＣｕＯ、ＮｉＯ等が使用される。なお、バインダーとして例えばシリコン系樹脂を０．５〜３重量％程度含有してもよい。シリコン系バインダーを含有させることにより、２５ｋＶ程度の静電気耐性を持たせることができる。

着火薬としては、ＭｇＡｌ合金の粉末とＫＣｌＯ_３の粉末と、シリコン樹脂バインダーとからなるものが好適である。ＭｇＡｌ合金は、Ｚｒに比べて着火しにくいが、その分、取り扱いが容易である。また、ＭｇＡｌ合金は、着火するとＺｒよりも発熱量が多い。

このように構成されたイニシエータ５０においては、第２図の通り、ピン６２，６４間に約３ｋＶの高電圧を１μＳｅｃ程度印加してプラズマを生成させ、次いで６０Ｖ程度の低電圧を１００μＳｅｃ程度印加し、プラズマを継続して生成される。このプラズマの熱により着火薬５８が反応を開始し、高圧で熱い微粒子を含むガスが発生する。なお、着火薬５８が酸化剤粒子を含有する場合、酸化剤粒子の酸化作用により金属粒子が急速に酸化反応して熱を発生させるため、反応が促進される。

この実施の形態にあっては、フィラメント（ワイヤブリッジ）を用いておらず、製作の手間が大幅に低減される。

また、このイニシエータ５０は、最初に印加されるパルス状の高電圧により絶縁層（メンブレン６０）による絶縁が破壊され、この絶縁破壊により抵抗値が低下するために６０Ｖ程度の低電圧でも継続して通電が行われる。これにより、高電圧を長時間印加することが不要となり、着火に必要なエネルギーを例えば１ｍＪ以下程度にまで低減することができる。

第２図は別の実施の形態に係るイニシエータ８０の断面図である。この実施の形態では、カップ７２とヘッダ７４との間に着火薬７８が充填されている。

カップ７２の外面はナイロン、ポリプロピレン等よりなる樹脂カバー７４で覆われている。カップ７２の後部側とヘッダ７４の後端面はナイロン、ポリブチレンテレフタレート等よりなる樹脂モールド８６によって覆われている。ピン８２，８４はヘッダ７４から該樹脂モールド８６を貫通して外方に延出している。

この実施の形態では、ヘッダ７４はＳＵＳ３０４等よりなる円環状部材であり、ピン８２，８４が該ヘッダ７４に接触しないように相互間に間隔をあけて該ヘッダ７４に挿入され、ガラス、ハーメチックシール等の絶縁性固着材料７６によってヘッダ７４に固定されている。ピン８２，８４の先端面はヘッダ７４の先端面と面一状である。このピン８２の先端面に被さるようにしてメンブレン８０が配置されている。メンブレン８０の構成はメンブレン６０と同じである。

このように構成されたイニシエータ８０においても、ピン８２，８４間に第２図と同様のパターンにて電圧が印加されると、プラズマが生成し、この熱により着火薬７８が反応を開始する。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態をも採り得る。例えば、絶縁層はピン６２，６４あるいは８２，８４の双方に被さるように設けられてもよい。

ヘッダを金属製等の導電材料製とした場合、ヘッダをアースし、ピンを１本だけ設けるようにしてもよい。

本発明のイニシエータは、各種のガス発生器に適用することができる。このガス発生器は、運転席用、助手席用、後席用、サイド用、頭部保護用、歩行者保護用など各種のエアバッグ装置や、シートベルトテンショナあるいは各種雷管などに組み込むことができる。

本発明の実施の形態に係るイニシエータの断面図である。 イニシエータの印加電極パターン図である。 本発明の別の実施の形態に係るイニシエータの断面図である。 従来のイニシエータの断面図である。 図４のイニシエータを組み込んだガス発生器の断面図である。

符号の説明

５０，８０ イニシエータ
５２，７２ カップ
５４，７４ ヘッダ
５８，７８ 着火薬
６２，６４，８２，８４ ピン
８６ 樹脂モールド

Claims (8)

1. ケーシングと、該ケーシング内に配置された着火薬と、電極と、一方の面が該電極に接し、他方の面が該着火薬に接するように該ケーシング内に配置された絶縁層とを備えてなり、
   該電極に通電されることによりプラズマを生成させ、該着火薬の反応を開始させるよう構成されていることを特徴とするイニシエータ。
2. 請求項１において、該絶縁層は、厚さが１０〜３００μｍの合成樹脂又はガラス繊維成形体よりなることを特徴とするイニシエータ。
3. 請求項１又は２において、該絶縁層は、着火薬の粒径よりも小さい孔を有したシート状物であることを特徴とするイニシエータ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、該着火薬は、ＭｇＡｌ合金粉末と、ＫＣｌＯ_３粉末と、シリコン樹脂バインダーとからなるものであることを特徴とするイニシエータ。
5. ＭｇＡｌ合金粉末と、ＫＣｌＯ_３粉末と、シリコン樹脂バインダーとからなるイニシエータ用着火薬。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のイニシエータを起動させる方法であって、
   電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した後、低電圧を印加することを特徴とするイニシエータの起動方法。
7. 請求項６において、該高電圧は１ｋＶ以上であり、０．１〜５０μＳｅｃ印加され、低電圧は２０〜１００Ｖであり、５０μＳｅｃ〜１ｍＳｅｃ印加されることを特徴とするイニシエータの起動方法。
8. ガス発生剤と、このガス発生剤のガス発生反応を開始させるイニシエータとを備えたガス発生器において、該イニシエータが請求項１ないし４のいずれか１項に記載のイニシエータであることを特徴とするガス発生器。

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