JP4944584B2 - ヘッダーアッシー、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
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Description
また、本発明は、上記したスクイブの構成部品であるヘッダーアッシーに関するものである。
さらに、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。
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加熱素子をそなえている。
例えば特許文献1には、プリント回路基板を用い、厚膜抵抗体を直接プリント回路基板上に形成し、回路基板上の別の部分に静電気保護の目的でバリスタを搭載したスクイブが示されている。
また、特許文献2には、同様に、プリント回路基板に抵抗性加熱素子を搭載し、コンデンサとバリスタをハンダでプリント回路基板に接続したものを、さらに電極ピンに接続して得られるスクイブが開示されている。
これらの技術により、点火に必要なエネルギーは架橋ワイヤを用いる場合よりも低く改善されたとはいえ、まだ十分とは言えなかった。
そこで、静電気に対して誤発火を防止する対策として、半導体ブリッジと並列してコンデンサを設置し、このコンデンサによって、放電された静電気を吸収する方法が特許文献3に知られている。
この点火装置は、ヘッダーの上に、集積化された回路装置を含む第2の半導体小板を設置し、さらにその上に、点火素子を点火させるためのエネルギーを蓄積したコンデンサを含む第1の半導体小板と点火素子を含む第3の半導体小板とを順次に積層した構造になっている。
また、外部からの静電気などのノイズを除去するために、ヘッダーの外部側において、
電極ピン間にフィルターコンデンサーを取り付けている。
その第1は、ノイズ除去用のフィルターコンデンサがヘッダーアッシーによって密閉されたカップ体の外に搭載されている点である。すなわち、第3の半導体小板(IC)とフィルターコンデンサの搭載位置が離れているため、ノイズ除去の効果が劣るので、信頼性に問題が生じる可能性が大きい。
また、その第2は、点火のためのエネルギー蓄積用コンデンサとして、半導体コンデンサを使用しているために、このコンデンサが蓄積できる電気エネルギーが小さいので、このエネルギーで点火するためには高い点火感度のSCBを使う必要があるが、その場合、点火感度が非常に高いがゆえにノイズによる誤爆の危険性が高まる。
(1) ヘッダアッシー上には、点火素子や、点火用のコンデンサ、ICの内部電源を安定化させるバイパスコンデンサ、さらにはこれらの内蔵コンデンサーおよび外部と通信するためにヘッダーに電気的に接続するための回路を有するICを配置する必要があるが、全てをヘッダーアッシーで密封されたカップ体の中に配置するためには、厚みが比較的薄い点火素子およびICと厚みが比較的厚い点火用コンデンサおよびバイパスコンデンサとを、基板の上下面にそれぞれ分けて配置するようにすれば全体の厚みをほぼ等しくして、スクイブの小型化が達成できる。
(2) また、基板の一方の面に配置する点火用コンデンサとバイパスコンデンサとでは、通常、点火用コンデンサの方が大きく、従って基板からの突出高さもバイパスコンデンサよりも高くなり、全体のバランスが悪くなるが、この点については、これらのコンデンサを取り付ける基板側に、外部と接続するための接続端子を点火用コンデンサの突出高さと同じ高さで設置することにより解決できる。
(3) 上記のような配置形態とした場合、主にコンデンサの厚みに起因した表面凹凸が問題となるが、この点に関しては、外径がヘッダーの外周径に等しく、かつ頭部が少なくとも点火素子の高さレベルに達し、しかもこの点火素子の素子面を除く領域を樹脂で覆うことにより、点火薬との接触面を平坦化することができる。
(4) 特許文献4に記載の方法の問題点である設計上の自由度が失われる点に関しては、中継基板を介することにより、電極ピンを所望の位置に設置しながら、本体基板と電極ピンを電気的に接続することが可能となる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.複数の電極ピンを有し、点火薬の入ったカップ体の開口部を塞ぐヘッダーアッシーであって、
該複数の電極ピンを互いに絶縁して保持するヘッダーと、
その上に配置した中継基板と、
該中継基板の上に配置した、点火素子、ICチップおよび点火薬の点火に十分な電荷を蓄積できる容量を有する第1のコンデンサを搭載し、かつ外部と接続するための第4の電極を設置した本体基板とからなり、
該本体基板に搭載された該点火素子と該第1のコンデンサは、該ICチップに電気的に接続され、
該中継基板は、中継電極と該電極ピンに対応する部分にスルーホール電極を有し、該スルーホール電極は該電極ピンおよび中継電極にそれぞれ電気的に接続され、該中継電極は該本体基板に設置された該第4の電極と電気的に接続され、かつ 該第4の電極はICチップに電気的に接続されていることを特徴とするヘッダーアッシー。
該本体基板は、その上面に、該点火素子と該ICチップを有し、これらを電気的に接続するための第1の電極および第1の配線を有すると共に、その上面から下面に導通して該ICチップと該第1のコンデンサ、該第2のコンデンサおよび該接続端子とを電気的に接続するための第2の配線、第3の配線および第4の配線を有し、かつ該本体基板の下面には、該第2の配線、該第3の配線および該第4の配線を通じて、該第1のコンデンサ、該第2のコンデンサおよび該接続端子と電気的に接続するための第2の電極、第3の電極および第4の電極を有し、
該接続端子は、該本体基板からの突出高さを該第1のコンデンサの突出高さと等しくすると共に、
該接続端子を、該中継基板に設けた中継電極を介して該ヘッダーの該電極ピンと電気的に接続したことを特徴とするヘッダーアッシー。
(1) 本発明によれば、厚みが比較的薄い点火素子およびICと厚みが比較的厚い点火用コンデンサおよびバイパスコンデンサとを、本体基板の上下面にそれぞれ分けて配置することにより、これら全てをヘッダーアッシーで密封されたカップ体の中に配置しながら、全体の厚みを薄くできるので、スクイブの小型化が達成できる。
(2) 点火用コンデンサとバイパスコンデンサを取り付ける本体基板側に、外部と接続するための接続端子を点火用コンデンサの突出高さと同じ高さで設置することにより、中継基板を介してヘッダー上に設置するときの設置姿勢が改善される。
(3) バイパスコンデンサを、ICの直下に設置することにより、ノイズ低減効果を大幅に向上する。
(4) 外径がヘッダーの外周径に等しく、かつ頭部が少なくとも点火素子の高さレベルに達し、しかもこの点火素子の素子面を除く領域を樹脂で覆うことにより、点火薬との接触面が平坦化されるので、加熱素子を搭載したヘッダー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、スクイブの作動安定性が格段に向上する。
(5) 中継基板を介することにより、電極ピンを所望の位置に設置しながら、狭い空間の中で本体基板と電極ピンを電気的に接続することが可能となる。
(6) 中継基板の電極ピンとの接続部にスルーホール電極を用いることで、電極ピンとスルーホール電極との接続の状態を直接目視で確認することができるので、接続の信頼性を確保することができる。
(7) 電極ピンが突出して、スルーホール電極に嵌合するので、中継基板の位置決めが容易となる。
まず、本体基板の上面に、点火素子とICチップを搭載し、その下面に第1のコンデンサと第2のコンデンサを配置した、本発明の請求項4に相当する発明について説明する。
図1に、本体基板に対する、点火素子、ICチップ、第1のコンデンサ、第2のコンデンサおよび接続端子の設置要領を図解する。
図中、番号1が本体基板、2が点火素子、3がICチップ、4が点火用の第1のコンデンサ、5がノイズ除去用の第2のコンデンサ、そして6が電極ピンと接続するための外部接続用の接続端子である。また、4aは第1のコンデンサ4の電極、5aは第2のコンデンサの電極、6aは接続端子6の電極である。
同図に示したとおり、厚みが比較的薄い点火素子2とICチップ3は本体基板1の上面に、一方厚みが比較的厚い第1のコンデンサ4と第2のコンデンサ5は本体基板1の下面にそれぞれ配置する。この場合、第2のコンデンサ5は第1のコンデンサ4よりも大きさが通常は小さいので、このままでは本体基板1を水平に設置することができない。そこで、接続端子6を、第1のコンデンサ4の本体基板1からの突出高さと同じ高さで第1のコンデンサ4の反対側に設置することにより、水平な設置姿勢を確保しながら、中継基板と本体基板を電気的に接続することができるのである。
図2(a)中、番号7は点火素子2と電気的に接続するための第1の電極、8は点火素子2とICチップ3とを接続する第1の配線、9は本体基板1の上面から下面に導通してICチップ3と第1のコンデンサ4とを電気的に接続するための第2の配線、10は同じく本体基板1の上面から下面に導通してICチップ3と第2のコンデンサ5とを電気的に接続するための第3の配線、11は同じく本体基板1の上面から下面に導通してICチップ3と接続端子6とを電気的に接続するための第4の配線である。
また、図2(b)において、番号12は本体基板1の下面において第1のコンデンサ4と電気的に接続するための第2の電極、13は同じく第2のコンデンサ5とを電気的に接続するための第3の電極、14は同じく接続端子6とを電気的に接続するための第4の電極である。
というのは、セラミックコンデンサは、サイズが小さいにもかかわらず大きな静電容量を持たせることができるだけでなく、ノイズに対しての内部インピーダンスが小さいので、効率的にノイズを除去することができるからである。
このSCBチップの基板の材質としては、プリント回路基板として使用されるものであればいずれでも良いが、とくにガラス基板、セラミック基板、LTCC(Low temperature Co-fired Multilayer Ceramic Substrates)およびシリコン基板等が好ましい。というのは、発熱抵抗体に通電することにより発熱抵抗体は発熱する。この熱を受けて火薬は、点火する温度である約300℃に達して発火する。それゆえ、基板材質としてはこのときの基板温度まで安定な材質であることが好ましいからである。
図3に示すように、この中継基板15は、スルーホール電極28と、上面に中継電極16とNCランド27をそなえており、スルーホール電極28は電極ピンが勘合する程度の径を有している。この中継電極16上に接続端子6を、NCランド27上に第1のコンデンサを載置し、電極ピンとスルーホール電極を電気的に接続することにより、この中継電極16を介してヘッダーの電極ピン18と本体基板1に配置されたICチップ3とを電気的に接続させるのである。NCランド27は第1のコンデンサを固定するために用いられ、中継電極16に固定される接続端子6とNCランド27に固定される第1のコンデンサ4によって、本体基板を強固に中継基板を介してヘッダーに固定することができる。
かような中継基板の材質としては、一般に回路基板として使用されるガラエポ基板やセラミック基板およびLTCC等が有利に適合する。
図4に、本発明に従う好適なヘッダアッシーを例示する。
図中、番号17はヘッダー、18は電極ピン、そして19はかかる電極ピン18を互いに絶縁するための封止ガラスである。
そして、このヘッダー17の上に中継基板15を載置し、さらにこの中継基板15の上に点火素子等をそなえる本体基板1を載置することにより、ヘッダアッシー20を構成している。
また、図5(b)は、ヘッダアッシー20を組み立て後、点火素子2と第1の電極7とをワイヤボンディン21で接続した状態を示した図である。
このように、ヘッダー17の上面に段差が生じていると、かかるヘッダー17をカップ体内に挿入して点火薬と圧接させた場合、突出した点火素子2の上方の点火薬は密に圧縮される反面、本体基板1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、点火感度や点火時間のばらつきが大きく、スクイブの作動安定性が阻害されるおそれがある。
このような樹脂被覆を形成するには、例えば図6に示すように、ヘッダー17の外周に、その頭部が少なくとも点火素子2の高さレベルとほぼ等しい円筒状のカラー22を設け、その内側に樹脂23を充填してやればよい。
なお、その際、充填した樹脂23が点火素子2の素子面を覆うと、点火薬を点火させることができなくなるので、樹脂23の充填に際しては、点火素子2の素子面を除く領域に充填することが重要である。
そこで、発明者らは、点火素子2の素子面と樹脂23の上面との高さレベル差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を確認した。
図7中、番号24が点火薬、25がカップ体、26が保護用樹脂カップである。図示したとおり、円筒状のカラー22の内側に樹脂23を充填することにより、ヘッダー17の上面は平坦になっているので、かようなヘッダアッシーをカップ体内に圧入したとしても、点火薬密度にムラが生じることはなく、従ってスクイブを作動させたときに、点火感度や点火時間のばらつきが生じることはない。
図8に、ヘッダー17上に中継基板15を介して、点火素子2、ICチップ3、第1のコンデンサ4および第2のコンデンサ5を搭載した本体基板1を設置したヘッダアッシーを、分解図で示す。
また、図9には中継基板15の配線を記載した平面図を、さらに図10には、本体基板1の配線を記載した平面図を示す。
図11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31は、その内部にスクイブ32、エンハンサー剤33、ガス発生剤34、フィルター35を有し、外部はガス発生剤34の燃焼圧力に耐え得る外郭容器36からなる。外郭容器36には、発生したガスをエアバッグ側に放出するための孔37が開けられている。
スクイブ32が作動すると、スクイブ32から発生する熱エネルギーでエンハンサー剤33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34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36に開いた孔37から外部に放出されるが、このときフィルター35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。
図12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41は、その内部にスクイブ42とガス発生剤43を有し、スクイブ42はホルダーと呼ばれる基台44に固定されている。さらにガス発生剤43を格納するカップ体45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42が作動すると、スクイブ42からの火炎および熱粒子により、カップ体45内のガス発生剤43が燃焼してガスが発生する。
図13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。
2 点火素子
3 ICチップ
4 第1のコンデンサ
5 第2のコンデンサ
6 接続端子
4a 第1のコンデンサの電極
5a 第2のコンデンサの電極
6a 接続端子の電極
7 第1の電極
8 第1の配線
9 第2の配線
10 第3の配線
11 第4の配線
12 第2の電極
13 第3の電極
14 第4の電極
15 中継基板
16 中継電極
17 ヘッダー
18 電極ピン
19 封止ガラス
20 ヘッダアッシー
21 ワイヤボンディン
22 円筒状カラー
23 樹脂
24 点火薬
25 カップ体
26 保護用樹脂カップ
27 NCランド
28 スルーホール電極
31 エアバッグ用ガス発生装置
32 スクイブ
33 エンハンサー剤
34 ガス発生剤
35 フィルター
36 外郭容器
37 孔
41 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)
42 スクイブ
43 ガス発生剤
44 基台(ホルダー)
45 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 (10)
- 複数の電極ピンを有し、点火薬の入ったカップ体の開口部を塞ぐヘッダーアッシーであって、
該複数の電極ピンを互いに絶縁して保持するヘッダーと、
その上に配置した中継基板と、
該中継基板の上に配置した、点火素子、ICチップおよび点火薬の点火に十分な電荷を蓄積できる容量を有する第1のコンデンサを搭載し、かつ外部と接続するための第4の電極を設置した本体基板とからなり、
該本体基板に搭載された該点火素子と該第1のコンデンサは、該ICチップに電気的に接続され、
該中継基板は、中継電極と該電極ピンに対応する部分にスルーホール電極を有し、該スルーホール電極は該電極ピンおよび中継電極にそれぞれ電気的に接続され、該中継電極は該本体基板に設置された該第4の電極と電気的に接続され、かつ 該第4の電極はICチップに電気的に接続されていることを特徴とするヘッダーアッシー。 - 請求項1において、前記ヘッダーが保持する電極ピンは、前記点火薬側のヘッダー面より突出していることを特徴とするヘッダーアッシー。
- 請求項1または2において、前記本体基板に、外部回路へのノイズを除去するための第2のコンデンサが搭載され、該第2のコンデンサは前記ICチップと電気的に接続されていることを特徴とするヘッダーアッシー。
- 請求項1ないし3のいずれかにおいて、前記本体基板は、前記第4の電極に接続された接続端子を有し、
該本体基板は、その上面に、該点火素子と該ICチップを有し、これらを電気的に接続するための第1の電極および第1の配線を有すると共に、その上面から下面に導通して該ICチップと該第1のコンデンサ、該第2のコンデンサおよび該接続端子とを電気的に接続するための第2の配線、第3の配線および第4の配線を有し、かつ該本体基板の下面には、該第2の配線、該第3の配線および該第4の配線を通じて、該第1のコンデンサ、該第2のコンデンサおよび該接続端子と電気的に接続するための第2の電極、第3の電極および第4の電極を有し、
該接続端子は、該本体基板からの突出高さを該第1のコンデンサの突出高さと等しくすると共に、
該接続端子を、該中継基板に設けた中継電極を介して該ヘッダーの該電極ピンと電気的に接続したことを特徴とするヘッダーアッシー。 - 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記第1のコンデンサおよび前記第2のコンデンサがそれぞれ、セラミックコンデンサであることを特徴とするヘッダーアッシー。
- 請求項1ないし5のいずれかにおいて、前記点火素子が、SCBとその基板からなるSCBチップであることを特徴とするヘッダーアッシー。
- 請求項1〜6のいずれかにおいて、前記ヘッダー上に、外径が該ヘッダーの外周径に等しく、かつ円筒頭部が少なくとも該点火素子の高さレベルに達する円筒状のカラーを配置し、該カラーの内側で、該点火素子の素子面を除く領域に樹脂を充填して、点火薬との接触面を平坦化したことを特徴とするヘッダーアッシー。
- 内部に点火薬を有するカップ体の開口部に、請求項1〜7のいずれかに記載のヘッダーアッシーを、圧入・固定したことを特徴とするスクイブ。
- 請求項8に記載のスクイブを有するエアバッグ用ガス発生装置。
- 請求項8に記載のスクイブを有する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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