JP2008513718A - 電気火花起爆装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、その回路基板（１５）が、第１面（１８）上において、火花充填物（２２、２３）を加熱するための抵抗要素（２１）を支持している電気火花起爆装置に関するものである。本発明によれば、回路基板（１５）の第１面（１８）とは反対側の第２面（１９）は、静電放電に対する保護手段（３０）を支持しており、この保護手段は、電極（１０、１１）が貫通している絶縁構造（９）の凹部（９１）内の要素（２１）に対して電力を供給する２つの電極（１０、１１）間に収容されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気火花起爆装置に関するものである。

本発明の適用分野の１つは、自動車の乗員を保護する（例えば、エアバッグなどの）装置の起動を目的としたガス生成器の火花充填物に点火する起爆装置に関するものである。

起爆装置内に存在している電気回路は、通常、その周囲を覆っている火花充填物に点火するための加熱要素を有している。

文献ＵＳ−Ａ−６，１６６，４５２は、電気火花起爆装置の一例について記述しており、この回路は、充填物点火電流を加熱要素に伝達するのに必要なエネルギーを保存するための２．２μＦのコンデンサを有している。この蓄積コンデンサのエネルギーをコントローラのスイッチによって加熱要素に放出させるデジタル起動命令をＥＣＵ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から受信するべく、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって形成されたコントローラが起爆装置の２つの電極に接続されている。コントローラには、静電放電から保護するべく、回路基板の第１面上に、起爆装置のケースと２つの電極に接続されたコントローラの２つの端子の間に接続された０．１μＦのデカップリングコンデンサ、蓄積コンデンサ、及び２つのバリスタが提供されており、この基板のもう一方の第２面は、加熱要素と、２つの電極をコントローラにリンクしている２つの１１０Ωの抵抗器、コントローラ診断電流を設定するための７５ｋΩの抵抗器、及びこれら２つの面間における電気的なリンクを提供している相互接続孔を支持している。

この起爆装置は、次のように組み立てられている。

回路基板の第１面において、第１チャンバの境界を金属ディスク及び金属リングによって限定し、このチャンバをエポキシ材料の注入によって充填する。次いで、第２面にエラストマーワッシャを配置した後に、回路基板、リング、及びディスクの周りに管状の金属要素を配置し、装着する。次いで、加熱要素を支持している第２面に対する６８０気圧の力により、管状金属要素によって定義されている第２チャンバ内に粉末状（又は、粒状）の火花材料を詰める（この際には、基板の損傷を防止するべく、第１チャンバのエポキシ材料により、この力に抗して回路基板を支持している）。最後に、管状金属要素の開放端を密封する。

この起爆装置は、コントローラに起因し、多数の通信及び診断機能を提供しているという利点を具備してはいるが、起爆装置は、構成要素の数が多くなるほど、欠陥に対して脆弱になる。

又、その多数の構成要素は、大量生産ライン上におけるその製造と組立を複雑化させ、そのコストを増大させる。

更には、この起爆装置は、極めて嵩張っており、乗員の保護のための装置を含む自動車の分野に課されている小型化及び軽量化という要件と相容れるものではない。

起爆装置の構成要素数を低減する手段の１つは、当然のことながら、このような起爆装置を拒否して回路を単純なものに戻すことにより、大部分の空間を占有している回路コンポーネントであるコントローラを除去し、基本的に加熱要素のみを有するようにする方法である。

このような回路は、例えば、文献ＦＲ−Ａ−２，７８４，１７６及び文献ＥＰ−Ａ−１，０３０，１５９に開示されている。しかしながら、これら２つのケースにおいては、２つの電極に接続されている静電放電から起爆装置を保護しているのは、バリスタであり、これが、火花材料と接触状態にある回路上の加熱要素よりも大きな空間を占有している。

本発明は、この最新技術の欠点を軽減すると共に、抵抗加熱要素と静電放電に対する保護要素の両方を具備しつつ、単純なアセンブリを実現することにより、可能な限り少ない空間を占有する信頼性の高い電気火花起爆装置を得ることを目的としている。

この結果、本発明の第１の態様は、火花充填物を封入しているキャップと、このキャップによってカバーされている火花充填物を加熱する抵抗要素が存在している第１面と、この第１面の反対側の第２面と、を有する絶縁印刷回路基板と、抵抗加熱要素に電力を供給する第１電極及び第２電極と、絶縁印刷回路基板の第２面の支持部であって、キャップを閉鎖しており、且つ、２つの電極が通過する絶縁構造を有する支持部と、を有する電気火花起爆装置であり、この起爆装置は、その第１端子が第１電極に接続され、その第２端子が第２電極に接続されている静電放電に対する保護手段をも有しており、この静電放電に対する保護手段は、第２面に装着されており、且つ、第１及び第２電極の間に存在しているゾーン内に少なくとも部分的に位置しており、絶縁構造内には、この静電放電に対する保護手段を収容するための既定の形状の凹部が設けられ、第１電極と第２電極の間及びこれらの電極の周りに延長していることを特徴としている。

本発明によれば、２つの電極間に存在しているゾーンを使用して保護手段を収容しており、この結果、回路の容積を低減可能である。本発明によれば、その様々な構成要素の最適化された配列を得ることが可能であり、占有する空間が、最新技術による起爆装置と比べて、明らかに小さくなっている。

文献ＥＰ−Ａ−１，０３０，１５９などの従来の構造と比較し、この保護手段の配置には、凹部を生成するべく絶縁構造内の材料を除去する必要があるが、この結果、起爆装置に対して追加構成要素が付加されないのみならず、起爆装置を更に軽量化可能である。

従って、本発明は、文献ＵＳ−Ａ−６，１６６，４５２のようなエポキシ材料注入の必要性を回避しつつ、相対的に少ない数の構成要素によって印刷回路基板を保持している。具体的には、文献ＵＳ−Ａ−６，１６６，４５２においては、バリスタの下のエポキシ材料の充填形状は、その面のコンポーネント（コントローラ、デカップリングコンデンサ、蓄積コンデンサ、バリスタ）の形状をマッチングすることによってのみ決定可能であって、事前に決定されるものではなく、従って、起爆装置ごとに相違することが不可避である。これとは対照的に、本発明による保護手段は、絶縁構造と接触してはおらず、凹部が既定の形状を具備している。従って、本発明による起爆装置のアセンブリは、相対的に正確且つ単純なものになっている。

又、この凹部は、攻撃から保護手段自体を保護すると共に、これらの手段内の静電放電によって生成される熱を火花充填物外に発散させることにより、充填物の意図せぬ点火のリスクを低減させるべく使用されている。

本発明の特徴によれば、回路基板によって支持されている電気回路が加熱要素と静電放電に対する保護手段しか有していないという事実により、キャップの全体容積を火花材料のために確保可能である。又、本発明の特徴によれば、火花充填物が加熱要素上の中央に位置している場合には、保護手段又は加熱要素を支持する面のその他のコンポーネントによって妨げられることのなしに、火花充填物の相対的に均一な燃焼を得ることができる。

本発明のその他の特徴によれば、静電放電に対する保護手段は、固定装着されたコンポーネントを有しており、回路基板の第２面は、第１及び第２電極に接続されると共にその上部にこのコンポーネントの第１及び第２端子が電導性材料によって半田付けされる第１及び第２の電導性はんだ付けパッドを有しており、抵抗加熱要素は、回路基板の第１面に写真製版された少なくとも１つの電導性レイヤの中央部分によって形成されており、回路基板の第１面のこのレイヤは、中央部分のいずれかの側に接続された状態において、第１電極及び第２電極に伴う少なくとも第１及び第２接触パッドによってそれぞれカバーされた第１及び第２端部部分を有しており、第１はんだ付けパッドと第２接触パッドの間の電気的な接続用の少なくとも１つの孔と第２はんだ付けパッドと第２接触パッドの間の電気的な接続用の少なくとも１つの孔が回路基板を貫通して提供されており、静電放電に対する保護手段は、少なくとも１つのバリスタを有している。

添付の図面との関連において非限定的な一例として付与されている以下の説明を参照することにより、本発明について更に理解することができよう。

図１及び図２において、起爆装置１は、例えば、起爆装置の垂直軸を中心とした円筒形であるキャップ又はコンテナ２を有している。このキャップ２は、その上部表面３が断片化可能であり、且つ、その横壁５の上部面３から最も離れた端部４において開放している。図１に示されているように、例えば、円筒形である本体６が、キャップ２の開放端部４を閉鎖すると共に、キャップの内部において、その横壁５に対して適切な手段によって装着されている。当然のことながら、本体６は、図示されてはいないその他の実施例においては、壁５の外部を同様に封止することも可能であろう。又、キャップが、その横壁を補強するべく、横壁５に対向する内部金属チューブを収容することも可能であろう。キャップ２は、アルミニウムなどの高純度の軽い金属から製造されており、その上部面３は、例えば、キャップ内に存在している圧力の増大によって容易に破裂するように、弱化されている。

本体６は、いずれも平面である上部面７及び底部面８を具備しており、且つ、これらの面７及び８の間のその高さｈの全体にわたって密封構造又はスルーホール９を封入しており、この密封構造が、２つの孔１２、１３内を通過してこの構造を横断し上部面７及び底部面８に現れている２つの電導性電極１０、１１を電気的に絶縁している。この２つの電極１０、１１が貫通するための絶縁構造９は、例えば、ガラス質である。２つの電極１０、１１は、例えば、それぞれ、長手方向が垂直であるピンの形態を有している。絶縁構造９は、電極１０、１１の周りとこれらの電極の間に存在しているゾーン１４内に延長しており、具体的には、上部面７に少なくとも近接した（且つ、例えば、高さｈの全体にわたる）電極１０、１１の太さによって範囲が限定された容積を有している。

図１に示されている実施例においては、本体６は、電気的な絶縁性を有しており（例えば、ガラスから製造されており）、それ自体が、２つの電極１０、１１が貫通するための構造９を形成しつつ、スルーホール１２、１３内において電極１０、１１を直接封入している。

図２に示されている実施例においては、２つの電極が貫通するための構造９は、本体６とは別個の単一のチューブから形成されており、本体６は、環状であり、本体内に装着されたチューブ９を横方向において取り囲んでおり、チューブ９及び本体６は、例えば、円筒形である。本体６は、例えば、この場合には、鋼などの高密度の金属から製造されている。

本発明によれば、本体６及び／又は絶縁構造９は、印刷回路基板１５用の支持部として機能しており（以下においては、これを支持部６と呼ぶ）、回路基板１５は、図１に示されている実施例においては、絶縁性の本体６上に完全に位置しており、或いは、図２に示されている実施例においては、一部を本体６上に、そして、別の部分を構造９上に具備している。回路基板１５の底部面１９は、上部面７と対向している。

これらの図面に示されている模範的な実施例においては、回路基板１５は、電極１０、１１から絶縁されており、電気的に絶縁性の材料から製造され、且つ、グラスファイバが充填されたエポキシタイプの複合ポリマーなどのガラス／樹脂混合物から製造されている。回路基板１５内には、電極１０及び１１がその第１及び第２上部及び底部面１８、１９の間を貫通するべく、２つの円筒形のスルーチャネル１６及び１７が提供されている。それぞれの電極１０及び１１は、それぞれ、上部端部１０ａ、１１ａ（これらは、絶縁構造９及び支持部６の上部面７と、回路基板１５の第１上部面１８と、から突出している）と、底部端部１０ｂ、１１ｂ（これらは、絶縁構造９及び支持部６の底部面８から突出している）と、を有している。

回路基板１５は、電気回路２０を支持しており、この電気回路は、その上部面１８上に、電極１０、１１間において電気的に接続された抵抗加熱要素２１を有しており、この要素２１は、従って、それぞれ、２つの電極１０、１１に接続されたその２つの端部間において電流を伝導するのに適している。抵抗要素２１は、それ自体が既知である方式によって製造されており、この要素２１を構成するべく上部面１８上に存在しているレイヤは、図面に示されているものの代わりに、例えば、仏国特許出願公開第２，８００，８６５号（ＦＲ−Ａ−２，８００，８６５）のものの形態を具備することも可能である。

抵抗要素２１は、この要素２１による点火が意図されているキャップ２内に収容された火花充填物によってカバーされた上部表面２４を具備している。この火花充填物は、例えば、火花起爆組成物２２（これは、抵抗加熱要素２１と接触状態にあり、且つ、例えば、トリニトロレゾルシン酸塩に基づいている）と、点火パウダー（又は、組成物）２３（これは、火花起爆組成物２２をカバーしており、且つ、例えば、ニトロセルロースに基づいたパウダー又はホウ素及び硝酸カリウムの混合物から構成されている）と、を有している。抵抗加熱要素２１は、例えば、平坦である。又、火花起爆組成物２２は、ジルコニウムと過塩素酸カリウムの混合物であってもよく、点火パウダー２３も、水素化チタンと過塩素酸カリウムの混合物であってもよい。従って、電極１０、１１間のＵｆ動作電圧に対応した十分な電流がこれらの電極によって搬送された際に、この抵抗要素２１を通過する電流がジュール効果によって要素２１の抵抗を加熱する。この結果、抵抗要素２１によって生成された熱が、充填物２２を、そして、充填物２３を点火することになる。

本発明によれば、電気回路２０は、静電放電にから抵抗加熱要素２１を保護するバリスタ３０をも有しており、従って、このバリスタは、２つの電極１０、１１の間において、その２つの第１及び第２端子３１、３２によって加熱要素２１と共に電気的に並列に接続されている。バリスタ３０は、その端子間の電圧が低い（加熱要素２１のＵｆ動作電圧以下である）場合には、電流の大部分が要素２１を通過するように、要素２１の抵抗の観点において、高い等価抵抗を示し、バリスタ端子間の電圧が動作電圧Ｕｆを上回る既定の値Ｕ０よりも大きい場合には、電極１０、１１間における静電放電がバリスタ３０に流れるように、バリスタ３０の等価抵抗は、要素２１の抵抗よりも小さくなる。

本発明によれば、バリスタ３０は、静電放電の電気エネルギーを発散又は保存するか、或いは、静電放電のエネルギーを時間に伴って拡散させることを目的とした静電放電に対する任意のその他の保護回路又は手段３０によって置換することも可能であろう。この最後のケースにおいては、これらの保護手段内においてコンデンサを使用可能であろう。手段３０が電極１０、１１の間に接続されている場合には、これらは、例えば、静電放電に起因した電流の大きなピークに対応可能でなければならず、従って、例えば、回路基板１５の印刷回路パッドの厚さに比例した３次元容積（並びに、従って、相当の厚さ）を有していなければならない。尚、図面に示されている実施例においては、静電放電に対する保護手段３０は、バリスタ３０の形態を有しているが、「バリスタ３０」という用語は、「静電放電に対する保護手段３０」によって置換可能であることを理解されたい。

保護バリスタ３０は、回路基板１５の底部面１９上に提供されている。絶縁構造９は、このために、バリスタ３０を収容するための凹部９１を有しており、このバリスタは、例えば、底部面１９に固定装着されたバリスタコンポーネントである。従って、凹部９１内には、例えば、この容積内に存在する静電放電に対する保護手段３０を通じたエネルギーの散逸を実現するべく、例えば、絶縁構造９と底部面１９の間において境界が限定された空気などのガスの容積が存在している。例えば、アセンブリ位置において、バリスタ３０（並びに、更に一般的には、静電放電に対する保護手段３０）は、絶縁構造９と、凹部９１の境界を限定しているその一部分と、から一定の距離にあってよい。この場合には、機能的なクリアランスとして、手段３０と絶縁構造９の間に間隙が存在可能である。但し、手段３０は、絶縁構造９に接触することも可能である。

凹部９１は、例えば、円筒形などの既定の形状を具備しており、底部９２は、平面であり、面７、１９に対して平行である。凹部９１は、例えば、事前形成又はモールディングにより、絶縁構造９内に設けられている。

凹部９１とその内部のバリスタ３０は、電極１０及び１１の間に位置している絶縁構造９の面７のゾーン１４内に配置されている。当然のことながら、バリスタ３０のサイズに応じて、凹部９１及びその内部のバリスタ３０は、例えば、図４に示されているように、このゾーン１４から突出可能である。絶縁構造９は、電極１０、１１とバリスタ３０の間に、それぞれ、中間部分９３及び９４を有している。回路基板１５の上部面１８上においても、加熱要素２１が、電極１０、１１の間に存在するゾーン１８１内に位置しており、このゾーンは、具体的には、例えば、図３に示されているように、電極１０、１１の太さによって範囲が限定された空間を有している。これらの回路基板１５の２つの面１８、１９の中心に位置しているゾーン１８１及び１４により、この充填物２２、２３が加熱要素２１によって点火された際にバリスタ３０によって妨げられるという事態を伴うことなしに、加熱要素２１を実質的に火花充填物２２、２３の中央に配置しつつ、バリスタ３０に関係する容積を低減可能である。この結果、電気回路２０が電極１０、１１間に並列接続された加熱要素２１及びバリスタ３０のみを有した場合に、小型の構造が得られることになる。

図３、図５、及び図６の上部面１８上において、抵抗加熱要素２１は、金属性であり、且つ、例えば、ニッケルクロム合金から製造された、例えば、電導性のレイヤ２５の中央部分２５１によって形成されている。抵抗加熱要素２１を形成しているその中央部分を除いて、それぞれ、中央部分２５１の一側に延長しているレイヤ２５の２つの第１及び第２端部部分２５２、２５３は、それぞれ、２つの電極１０、１１に接触している２つの第１及び第２個別電気接触パッド２６、２７によってカバーされている。接触パッド２６、２７は、火花充填物２２によってカバーされており、このそれぞれが、例えば、レイヤ２５上の（例えば、銅などの）第１電導性材料から製造された、例えば、レイヤ２８を有している。例えば、このレイヤ２８は、例えば、すずから製造された別の電導性レイヤ２９によってカバーされている。レイヤ２５及び加熱要素２１の外側の接点２６、２７は、電極１２及び１３によって横断されている。

又、火花充填物２２が加熱要素２１と物理的な接触状態となるように（又は、これに接合されるように）起爆装置を製造した場合には、この起爆装置は、回路基板１５によって支持されている電気回路が上部面１８上に加熱要素２１のみを有している際には（又は、接触パッド２６、２７の最上位レベルＮより上又は要素２１よりも上に金属要素が存在していない際）には、接触欠陥（又は、これらの間の離隔）を検出可能である。このような欠陥は、例えば、この加熱要素と火花充填物の間の気泡の存在によって検出され、この気泡は、パッド２６、２７の最上位レベルＮよりも上に存在可能である。検出方法は、電極１０、１１の間であって、要素２１より上において、例えば、電極１０、１１のプレーンＰを通過し、且つ、例えば、このプレーンＰに対して垂直の方向において、要素２１より上における（又は、パッド２６、２７の最上位レベルＮよりも上における）パッド２６、２７の間のＸ線チェックを使用する。

図４及び図６の回路基板１５の底部面１９上には、電極１０、１１と共に、バリスタ３０の第１及び第２端子３１、３２の第１及び第２接触パッド５１、５２が提供されている。

これらの接触パッド５１、５２は、例えば、電極１０、１１とゾーン１４及び１８１を接合するプレーンＰのいずれかの側に提供されている。２つのパッド５１、５２は、バリスタ３０の端子３１、３２を収容するためのゾーン１４に隣接してそれぞれ２つの部分５７、５８を有しており、これら２つの部分５７、５８は、電極１０、１１と電気的に接続している２つの部分５９、６０に接続されている。

電極１０、１１とパッド５１、５２の間の電気的な接続は、例えば、回路基板１５を貫通すると共に、パッド５１の部分５９をパッド２６に、且つ、パッド５２の部分６０をパッド２７にそれぞれ接合している金属被覆された孔５３、５４によって提供されている。２つの孔５３は、回路基板５１及びパッド２６内に提供可能であり、２つの孔５４は、パッド５２及びパッド２７内に提供可能である。

本発明による起爆装置の第１実施例を垂直軸方向の断面において概略的に示している。 本発明による起爆装置の第２実施例を垂直軸方向の断面において概略的に示しており、この場合には、図１のキャップ及び火花充填物は示されていない。 図１及び図２の起爆装置の回路基板の可能な実施例を平面図において概略的に示しており、その様々なレイヤが提供されている。 図３の起爆装置の回路基板の実施例を底面図において概略的に示しており、その様々なレイヤが提供されている。 回路基板の上部面を図３の横方向プレーンＰのラインＶ−Ｖに沿った断面において概略的に示しており、底部面上に存在するるコンポーネントは示されていない。 回路基板の底部面を図５の断面プレーンに対して垂直の図４のラインＶ−Ｖに沿った断面において概略的に示しており、上部面上に存在するコンポーネントは示されていない。

Claims (5)

1. 電気火花起爆装置であって、
   ・火花充填物（２２、２３）を封入しているキャップ（２）と、
   ・該キャップによってカバーされた前記火花充填物を加熱するための抵抗要素（２１）が存在している第１面（１８）と、前記第１面（１８）の反対側の第２面（１９）と、を有する絶縁印刷回路基板（１５）と、
   ・前記抵抗加熱要素（２１）に電力を供給する第１電極及び第２電極（１０、１１）と、
   ・前記絶縁印刷回路基板（１５）の前記第２面（１９）の支持部（６）であって、前記キャップを閉鎖しており、且つ、前記２つの電極（１０、１１）が貫通する絶縁構造（９）を有している支持部（６）と、
   を有しており、
   前記起爆装置は、静電放電に対する保護手段（３０）をも有しており、この第１端子（３１）は、前記第１電極（１０）に接続され、この第２端子（３２）は、前記第２電極（１１）に接続されており、
   前記静電放電に対する保護手段（３０）は、前記第２面（１９）に装着されていると共に、前記第１電極及び第２電極（１０、１１）の間に存在しているゾーン（１４）内に少なくとも部分的に位置しており、
   前記絶縁構造（９）内には、前記静電放電に対する保護手段（３０）を収容するための既定の形状の凹部（９１）が設けられ、前記第１電極及び第２電極（１０、１１）の間及び前記電極の周りに延長していることを特徴とする電気火花起爆装置。
2. 前記回路基板（１５）によって支持されている電気回路は、前記加熱要素（２１）と前記静電放電に対する保護手段（３０）のみを有することを特徴とする請求項１記載の電気火花起爆装置。
3. 前記静電放電に対する保護手段（３０）は、固定装着されたコンポーネントを有しており、前記回路基板（２５）の前記第２面（１９）は、前記第１及び第２電極（１０、１１）に接続される共に、その上部に前記コンポーネントの前記第１及び第２端子（３１、３２）が電導性材料によってはんだ付けされる第１及び第２電導性はんだ付けパッド（５１、５２）を有することを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項記載の電気火花起爆装置。
4. 前記抵抗加熱要素（２１）は、前記回路基板（２５）の前記第１面（１８）上に写真製版された少なくとも１つの電導性レイヤ（２５）の中央部分（２５１）によって形成されており、前記回路基板の前記第１面（１８）の前記レイヤ（２５）は、前記中央部分（２５１）のいずれかの側に接続された状態において、前記第１電極及び第２電極（１０、１１）に接触する少なくとも第１及び第２接触パッド（２６、２７）によってそれぞれカバーされた２つの第１及び第２端部部分（２５２、２５３）を有しており、
   前記第１ハンダ付けパッド（５１）及び前記第１接触パッド（２６）間の電気的な接続用の少なくとも１つの孔（５３）と、前記第２ハンダ付けパッド（５２）と前記第２接触パッド（２７）間の電気的な接続用の少なくとも１つの孔（５４）が、前記回路基板（１５）を貫通して提供されていることを特徴とする請求項３記載の電気火花起爆装置。
5. 前記静電放電に対する保護手段（３０）は、少なくとも１つのバリスタ（３０）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の電気火花起爆装置。

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