JP2005326041A - 点火装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】自動車の中央制御ユニットに連絡されることができ、従来のイグナイターに近い外形寸法を有し、また外部電極ピンを高い位置精度で備えている電気火工器イグナイターを提供すること。
【解決手段】本発明によれば、抵抗性加熱素子11、火工品起爆組成物12、火工品点火組成物7、回路基板17、回路基板17と抵抗性加熱素子11とを電気的に接続するための金属接続ピン13、および回路基板17と外部とを電気的に接続するための外部金属ピン29を有する電気火工品イグナイター1であって、横断分離壁8が、電気火工品イグナイター1を、回路基板17を含む上流側と、抵抗性加熱素子11、火工品起爆組成物12、および火工品点火組成物7を含む下流側とに分割しており、また回路基板17と、金属接続ピン13および/または外部金属ピン29とがフレキシブルな接続電極14を介して電気的に接続されている電気火工品イグナイターが提供される。
【選択図】図1

Description

本発明は自動車の安全装置に関するものであり、より具体的には、それら安全装置に使用するための電気火工品イグナイター(electropyrotechnic igniter)に関するものである。
過去30年以上にわたって多くの種類の電気火工品イグナイターが製造されてきており、これらは自動車の搭乗者を保護するためのエアバッグを膨張させるガス発生器の点火装置や、シートベルト・プリテンショナーに含まれるガスマイクロジェネレータなどの点火装置を構成するために広く用いられている。
従来、電気火工品イグナイターは、電流源に接続される金属ピンをその一方の側に有し、電流源と金属ピンとの間には一般にフェライトコアが設けられている。また電気火工品イグナイターの他方の側には、金属ピンに接続され且つ火工品起爆組成物で被覆された抵抗体が設けられている。この抵抗体すなわち抵抗性素子は、仏国特許出願公開第2,704,944号明細書、および対応する米国特許第5,544,585号明細書に開示されているように、プリントサブサーキットに組み込まれた抵抗性加熱片とすることができる。また一方で、エアバッグシステムをLAN化して通信により電気火工品イグナイターの点火をコントロールすることが考えられている。この場合には、日本国特許第3294582号に記載されているように、通信および点火のための電気回路を該イグナイター内に設置することが必要である。
仏国特許出願公開第2,760,525号明細書には、引き延ばされた形状で小さな直径のプリント回路基板に金属ピンとフェライトコアの機能を完全に統合することによりそれらを省略することを可能とした電気火工品イグナイターが提案されている。しかしこのイグナイターは、その特別な幾何学的形状のために、ガス発生器およびシートベルト・プリテンショナーに一般に用いられているイグナイターの代わりに使用することはできない。
さらに、自動車に組み込まれるエアバッグモジュールおよびシートベルト・プリテンショナーの数は近年増加する傾向にあり、したがってそれに採用されるイグナイターの数もまた増加している。各イグナイターと電流源の間を個々に接続することを避けるため、ハードワイヤード回路を経て通信によりイグナイターを中央制御ユニットに接続すること、すなわちBUSシステムを形成することが望ましい。しかし、これには以下の事実を含む、解決すべき幾つかの問題がある。
BUSシステムに用いられるイグナイターは、エアバッグモジュールにおいて通常用いられているイグナイターと取り替えることができるようにするため、通常用いられているイグナイターのサイズに近い外形を持っていなければならない。また一般にエアバッグやシートベルト・プリテンショナーに用いられるイグナイターは、外部との電気的な接続のために、コネクタの電極位置に合わせて外部電極ピンが突出している。この外部電極ピンは、コネクターに高い信頼性で接続されるようにするため、高い位置精度を必要とする。特許第3294582号明細書に記載されているように硬い基板の上にこの外部電極ピンを直接接続し、さらにその基板を点火部に接続した場合には、イグナイターから突出する外部電極ピンの位置精度を高くすることは公差の積み重ねから非常に難しい。また回路基板(電子カード)を横断分離壁と直角に設置した場合には基板と外部電極ピンとが平行になるためスクイブの全長が長くなり、したがって通常用いられているイグナイターの外形寸法に近づけることが困難である。
当業者はそれゆえ、中央制御ユニットに接続されたハードワイヤード回路に統合されること、すなわちBUSシステムに対応することができ、従来のイグナイターの外形寸法に近いサイズを有し、且つ高い位置精度の外部電極ピンを有する電気火工器イグナイターを求めている。
本発明の目的はこのようなイグナイターを具体的に提供することであり、それゆえ本発明の電気火工品イグナイターは、抵抗性加熱素子11、火工品起爆組成物12、火工品点火組成物7、回路基板(電子カード)17、回路基板17と抵抗性加熱素子11とを電気的に接続するための金属接続ピン13、および回路基板17と外部とを電気的に接続するための外部金属ピン29を有するとともに、以下の事項を特徴としている。
(1)横断分離壁8が、イグナイターの内側を、抵抗性加熱素子11、火工品起爆組成物12、および火工品点火組成物7を有する下流側と、回路基板(電子カード)17を有する上流側に分割している。
(2)回路基板(電子カード)17と、金属接続ピン13および/または外部金属ピン29とがフレキシブルな接続電極14によって接続されている。
さらに、(3)回路基板(電子カード)17は、電気エネルギー蓄積手段20、および外部と相互通信してコード化された情報に基づいてイグナイターを点火する相互通信スイッチ手段21を有していてもよい。
したがって本発明の電気火工品イグナイターは、種々の電子要素が集積された回路基板(電子カード)を使用して外部(例えば中央制御ユニット)と連絡することができ、またフレキシブルな接続電極を用いて回路基板(電子カード)を横断分離壁と略平行に設置することができるので、イグナイターの外形寸法を従来のイグナイターに近いものとすることを可能にする。したがってこの電気火工品イグナイターを従来のイグナイターに置き換えて用いることができる。
自動車に組み込まれるエアバッグモジュールであって、BUSタイプのハードワイヤード回路を介して中央制御ユニットに接続されるエアバッグモジュールの各々にこのようなイグナイターを使用することは、インパクト(衝突)時に中央制御ユニットが所望のエアバッグモジュールのみを点火させることを可能にし、またこのようなイグナイターを起爆させるための特別な電気エネルギーを送ることをもはや中央制御ユニットは必要としない。このような作用効果は特に、各イグナイターに、中央制御ユニットより発せられた電圧信号に含まれる微弱なエネルギーを蓄積する手段20を設け、また中央制御ユニットから来るコード化された情報を検出し且つイグナイターの状態を送るコマンドを送信することができる相互通信および点火スイッチ手段21を設けることにより達成される。
好ましくは、相互通信および点火スイッチ手段は特定の集積回路21から構成され、中央制御ユニットとの相互通信で使用されるコード化された情報は特定の電気的パルスの列よりなる。本出願において、コード化された情報は、各イグナイターを点火するコマンドを含む情報、および各イグナイターに含まれる電子的要素の状態を中央制御ユニットに伝える情報の両者を意味する。
また好ましくは、相互通信および点火スイッチ手段21を回路基板(電子カード)17の一方の平面に設け、電気エネルギー蓄積手段20を他方の平面に設けることで電子カード面積を小さく抑えることができる。横断分離壁8は幾つかの穴を備えた金属片を含むことができ、これら穴の各々はグラスサイド壁(glass side wall)を備えている。例えば金属片が2つの穴を有し、2つの金属接続ピン13(13a,13b)が穴の各々に挿入されてもよく、各金属接続ピン13は、抵抗性加熱素子11が取り付けられる第1端と、回路基板(電子カード)17に電気的に接続される第2端を有している。金属接続ピン13と横断分離壁8の金属片はガラス封止により絶縁が保たれながら高い機密性を有して固定されている。この横断分離壁8はカップ2に嵌合されてシール溶接されることでイグナイターの上流側と下流側との間のシーリングを確実にしながら金属接続ピン13を互いに電気的に絶縁することを可能にする。
回路基板(電子カード)17およびそこに搭載された電子要素の機械的強度を増すため、電子カードアセンブリ全体を、大きめに型取った樹脂成形物で被覆33することが好ましい。本明細書に記載するように、回路基板(電子カード)17に設けた通信用電極19と点火用電極18とに短冊状に接続電極14を固定して回路基板(電子カード)17から突出するようにし、その先端側を外部電極ピン29と金属接続ピン13とにそれぞれ接続することで、モールド樹脂32内部の基板の位置精度に関係なく外部金属ピン29の位置を高い精度で固定することが可能になる。
本発明の抵抗性加熱素子11は薄膜ブリッジから構成することができ、好ましくは、薄膜ブリッジはシリコン基板上に設けられた、0.1μmから14μmの間の厚さを持ったチタンとボロンの積層膜からできている。薄膜ブリッジは、例えばニッケル、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、およびシリコンの組から選ばれた各1以上の組成物の積層から成すこともできる。また好ましくは、火工品起爆組成物12は薄膜ブリッジに接触して配置されており、その組成はジルコニウムを含む。火工品起爆組成物12はまた、例えば水素化チタン、ボロン、およびトリシネートのいずれかを含む組成から成ることもできる。
好ましくは、電気エネルギー蓄積手段20はキャパシタよりなる。本発明はまた、自動車においてBUSタイプのハードワイヤード回路により中央制御ユニットに接続されたエアバッグモジュールのガス発生器にこのような火工品イグナイターを使用したエアバッグシステムを提供する。
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面を用いて説明する以下の本発明の実施例によって明らかになるであろう。
図1および図2を参照すると、本発明による電気火工品イグナイター1は、粉末物質の形態の火工品点火組成物7および加工品起爆組成物12を格納したカップ2を有している。このカップ2には、上流面および薄膜ブリッジ11が取り付けられる下流面を有する金属片8と、2つの金属接続ピン13aおよび13bと、横断分離壁(金属片)8および金属接続ピン13a,13bの間に配設されたガラス封止(ガラスハーメチックシール)9とを含むヘッダーアセンブリが嵌合され且つシール溶接されている。
より具体的には、横断分離壁8には2つの貫通穴が設けられており、そこに金属接続ピン13a,13bがそれぞれ貫挿されている。各ピン13a,13bは、薄膜ブリッジ11に対して、ワイヤーボンディング、はんだ付け、または導電エポキシ樹脂等の手段によって電気的に接続される第1の端部を有している。薄膜ブリッジ素子11には、約4μmの厚さを有するチタンとボロンの積層から作られた薄膜フィルム抵抗性ブリッジを用いることができる。矩形の電子カードの形状の回路基板17の上には点火用電極18a,18bが設けられており、この点火用電極18a,18bに取り付けられたフレキシブルな接続電極14を介して、回路基板17が接続ピン13a,13bに接続されている。より具体的には、2つの接続ピン13a,13bの各々の第2の端24,25は、電子カード17上の点火用電極18(18a,18b)に接続されたフレキシブルな接続電極14に対してはんだ等によって取り付けられ、矩形の電子カード17は横断分離壁8の上流面と略平行の位置に設置されている。電子カード17の表面には、キャパシタを有する電気エネルギー蓄積手段20、静電放電と電磁干渉に対する保護手段22,23、および相互通信と特定の電気パルスの列をトリガするための手段21が設置されている。矩形の電子カード17は、2つの外部金属ピン29a,29cを介して、中央制御ユニットに連絡しているBUSタイプのハードワイヤード回路に統合される。
ジルコニウムを含む粉末状の火工品起爆組成物12は、薄膜ブリッジ11に接して配置される。上記ヘッダーアセンブリはカップ2に導入されて横断分離壁8が溶接され、それによって内部の気密構造が得られる。カップ2の外側には円筒スリーブ状の樹脂カップ3がさらに設けられている。外部電極ピン29a,29cを所定の位置に配置して樹脂部32をモールドすることができる。この時接続電極14の形状を調整しておくことにより、金属接続ピン13a,13bと外部金属接続ピン29a,29cとに接続されたフレキシブルな接続電極14によって電子カード17が支えられ、したがって横断分離壁8と略平行な位置に設置することができる。接続電極14がフレキシブルであるため、外部電極ピン29a,29cの位置を電子カード17の位置精度に関係なく、モールド時の金型精度によって精度良く配設することができる。さらに、電子カード17を横断分離壁8に垂直に設置するタイプに比べてイグナイター1の長さ方向を短縮できるので、イグナイター1の大きさを小さくすることができる。
電気火工品イグナイター1は次のように動作する。通常の動作条件の下、すなわちイグナイター1が組み込まれた自動車が搭乗者を保護するためにエアバッグの展開を必要とする特定の事故に巻き込まれていない時には、キャパシタを有する電気エネルギー蓄積手段20は、中央制御ユニットにより発せられる通信用の信号からエネルギーを蓄えている。
ここで、もしインパクトに続いてイグナイター1の活性化が望ましければ、中央制御ユニットはイグナイター1に含まれる相互通信手段21に特定の電気パルスの列の形態の点火コマンドを送る。この相互通信および点火スイッチ手段21は、蓄えた電気エネルギーを2つの接続ピン13a,13bおよびしたがって薄膜ブリッジ11に放つように、電子スイッチによりキャパシタ20からの電気エネルギーの放電を行う。薄膜ブリッジ11は電気エネルギーの蓄積手段20からのエネルギーによって火工品起爆組成物12を起爆し、それによって火工品点火組成物7の燃焼を開始させる。
ここで、横断分離壁8が機械的強度を有しているので、イグナイター1の点火の際に、種々の電子要素が火工品起爆組成物12の起爆から生じる圧力波により損傷を受けることがない。相互通信と点火スイッチ手段21はそれゆえ、例えばイグナイター1が正しく点火されたことを示すために、次のミリ秒の間に中央制御ユニットと情報を交換することができる。
本発明の他の実施例を図3〜図9に示す。本発明の一実施例によれば、電子カード17とフレキシブル接続電極14とを、フレキシブル基板(FPC)を用いて一体化して形成することができる(図3)。また本発明の他の実施例によれば、電子要素を搭載した電子カード17を被覆33(カプセル化)し、その強度を増して樹脂モールド内に設置することができる(図4)。また本発明のさらに他の実施例によれば、金属接続ピンのうちの1つ(29c)を横断分離壁8にアースすることができる(図5および図6)。また別の実施例によれば、外部電極ピンを3本(29a,29b,29c)とすることができる(図7)。さらに別の実施例によれば、電子カード17上の点火用電極18a,18bと金属接続ピン13a,13bとをフレキシブルな接続電極14で接続し、一方、外部金属ピン29を直接電子カード17上の通信用電極19に接続してもよい(図8)。あるいは図8に示す実施例とは逆に、電子カード17上の点火用電極18a,18bに金属接続ピン13を直接接続し、一方、外部金属ピン29と電子カード17上の通信用電極19をフレキシブルな接続電極14を介して接続することもできる(図9)。
図10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とが集積されたBUSタイプのハードワイヤード回路の例を示したものであり、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が電気火工品イグナイターを含み、このイグナイターは3つの外部金属ピン114〜116を有し、2つの外部ピン114および115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、外部ピン116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に接続され且つ接地されている。
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インパクトに巻き込まれていない時には、中央制御ユニット110は定期的に第1の電気供給導電体112に低い強度の電流を与え、この電流は外部ピン114と115を介して4つのエアバッグモジュール111a,111b,111c,111dの各々に含まれるイグナイターの電気エネルギー蓄積手段に送られる。
インパクトが生じて、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のイグナイター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外部ピン114と115を介して各イグナイターに送られるが、エアバッグモジュール111cのイグナイター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、そして上述のように火工品起爆組成物を起動せしめる。
もしインパクト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の各々に含まれるイグナイターのための特有の電気パルスの列を与える。2つのイグナイタの各々の動作は上記で説明したとおりである。
上記記載は実施例についてなされたものである。本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付する特許請求の範囲内において種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
(a)は、本発明の好ましい実施形態による、電子要素を有し且つカプセル化部分が省略された電気火工品イグナイターの長さ方向の前面から見た断面図であり、(b)はその側面から見た断面図である。 電子カードにフレキシブルな接続電極を組み付けた上面図である。 電子カードと接続電極が一体化されたフレキシブル基板の上面図である。 電子要素を有する電子カードをその強度を増すためにカプセル化し、樹脂モールド内に設置した断面図である。 金属接続ピンの1本が横断分離壁にアースされた構造を持つ本発明の電気火工品イグナイターの一例を示す断面図である。 金属接続ピンの1本が横断分離壁にアースされた構造を持つ本発明の電気火工品イグナイターの他の例を示す断面図である。 (a)は、外部電極ピンが3本の場合の本発明の電気火工品イグナイターの前面から見た断面図であり、(b)はその側面から見た断面図である。 電子カード上の点火用電極と金属接続ピンの接合がフレキシブルな接続電極で接続され、外部金属ピンが直接電子カード上の通信用電極に直接接続された電気火工品イグナイターの断面図である。 電子カード上の点火用電極に金属接続ピンが直接接続され、外部金属ピンと電子カード上の通信用電極の接続がフレキシブルな接続電極を介して接続された電気火工品イグナイターの断面図である。 BUSタイプのハードワイヤード回路の例を示す回路図である。
符号の説明
1 電気火工品イグナイター
2 カップ
3 樹脂カップ
7 火工品点火組成物
8 横断分離壁
9 ガラスハーメチックシール
11 薄膜ブリッジ
12 火工品起爆組成物
13a、13b 金属接続ピン
14 フレキシブルな接続電極
17 基板、電子カード
18a、18b 点火用電極
19 通信用電極
20 電気エネルギー蓄積手段
21 相互通信および点火スイッチ手段
22 静電放電に対する保護手段
23 電磁干渉に対する保護手段
29a〜29c 外部金属ピン
32 樹脂モールド
33 被覆
110 中央制御ユニット
111a〜111d エアバッグモジュール
114〜116 外部金属ピン

Claims (20)

  1. 抵抗性加熱素子(11)と、
    該抵抗性加熱素子(11)に隣接して配置される火工品起爆組成物(12)と、
    該火工品起爆組成物(12)に隣接して配置される火工品点火組成物(7)と、
    回路基板(17)と、
    該回路基板(17)と前記抵抗性加熱素子(11)とを電気的に接続するための金属接続ピン(13)と、
    前記回路基板(17)と外部とを電気的に接続するための外部金属ピン(29)と
    を有する電気火工品イグナイター(1)であって、
    前記電気火工品イグナイター(1)が、横断分離壁(8)によって、前記回路基板(17)を含む上流側と、前記抵抗性加熱素子(11)、前記火工品起爆組成物(12)、および前記火工品点火組成物(7)を含む下流側とに分割されており、かつ
    前記回路基板(17)と、前記金属接続ピン(13)および/または前記外部金属ピン(29)とがフレキシブルな接続電極(14)を介して電気的に接続されている
    ことを特徴とする電気火工品イグナイター。
  2. 前記回路基板(17)が、前記抵抗性加熱素子(11)を駆動するための電気エネルギー蓄積手段(20)と、外部と相互通信して、コード化された情報に基づいて前記抵抗性加熱素子(11)を点火する相互通信スイッチ手段(21)とをその上に有している請求項1に記載の電気火工品イグナイター。
  3. 前記回路基板(17)が樹脂モールド(32)によって被覆されている請求項1または請求項2に記載の電気火工品イグナイター。
  4. 前記回路基板(17)が、前記金属接続ピン(13)に接続される点火用電極(18)を有している請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電気火工品イグナイター。
  5. 前記回路基板(17)が、前記外部金属ピン(29)に接続される通信用電極(19)を有している請求項4に記載の電気火工品イグナイター。
  6. 前記点火用電極(18)と前記金属接続ピン(13)が前記フレキシブルな接続電極(14)を介して接続されており、前記通信用電極(19)と前記外部金属ピン(29)が直接接続されている請求項5に記載の電気火工品イグナイター。
  7. 前記点火用電極(18)と前記金属接続ピン(13)が直接接続されており、前記通信用電極(19)と前記外部金属ピン(29)が前記フレキシブルな接続電極(14)を介して接続されている請求項5に記載の電気火工品イグナイター。
  8. 前記フレキシブルな接続電極(14)が容易に変形可能な金属の薄板からなる請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の電気火工品イグナイター。
  9. 前記回路基板(17)がフレキシブル基板から構成され、且つ前記フレキシブルな接続電極(14)と一体化されている請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電気火工品イグナイター。
  10. 前記フレキシブルな接続電極(14)の幅が、フレキシブル基板から構成された前記回路基板(17)の幅よりも小さく、したがって前記接続電極(14)に応力が加わると該接続電極(14)が大きく変形し、一方前記回路基板(17)の変形が少ないことを特徴とする請求項9に記載の電気火工品イグナイター。
  11. 前記回路基板(17)が、前記樹脂モールド(32)内で、前記横断分離壁(8)に実質的に平行に設置されている請求項3に記載の電気火工品イグナイター。
  12. 前記横断分離壁(8)が、前記金属接続ピン(13)を通すための1以上の穴を備えた金属片を含み、該穴の各々にはガラスハーメチックシール(9)が設けられている請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載の電気火工品イグナイター。
  13. 前記抵抗性加熱素子(11)が、膜厚0.1〜14μmの薄膜ブリッジである請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載の電気火工品イグナイター。
  14. 前記薄膜ブリッジがチタンとボロンの積層膜を含む請求項13に記載の電気火工品イグナイター。
  15. 前記火工品起爆組成物(12)がジルコニウムを含む請求項1から請求項14までのいずれか1項に記載の電気火工品イグナイター。
  16. 前記火工品起爆組成物(12)が、水素化チタン、ボロン、またはトリシネートを含む請求項1から請求項15までのいずれか1項に記載の電気火工品イグナイター。
  17. 前記電気エネルギー蓄積手段(20)がキャパシタである請求項1に記載の電気火工品イグナイター。
  18. 前記樹脂モールド(32)がエポキシ樹脂を含む請求項3に記載の電気火工品イグナイター。
  19. 前記横断分離壁(8)が樹脂封止を備えている請求項1に記載の電気火工品イグナイター。
  20. 自動車用のエアバッグシステムであって、中央制御ユニットにハードワイヤード回路によって接続されたエアバッグ・モジュールのガス発生器に、請求項1から請求項19までのいずれか1項に記載の電気火工品イグナイターを組み込んだことを特徴とするエアバッグシステム。
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