JP5285711B2 - 点火システム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、上記の点火システム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。
かような着火素子としては、特許文献1に開示されているような、プリントサブサーキットに組み込まれた着火素子が知られている。
この場合には、特許文献2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点火具内に設置する必要がある。
しかしながら、通信および点火のための電気回路を点火具内に設置した場合、点火具のサイズや組立工程数の増大が懸念される。
さらに、着火素子と着火薬の密着度の信頼性評価として一般的な方法であるサーマルトラッジェント試験等の信頼性試験を行う場合には、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)回路に前述した機能を搭載する必要が在り、製造工程の増大やサイズの増大が懸念される。そのため、通信および点火のための電気回路を点火具の外部に設置した点火具も知られている。
例えば、特許文献3には、点火具に接続されたコネクタへ通信および点火のための電気回路を設置したものが示されている。
通常、点火具へのノイズ対策や静電気対策には、ダイオードやバリスタ等を使用するのが一般的である。しかしながら、本発明における低電圧によって着火を実現する着火素子の場合、ノイズや静電気に対して非常に鋭敏であるため、上記したダイオードやバリスタでは、保護能力が不足し、適正に保護することが難しい。
また、本発明は、かかる点火システム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を提案することを目的とする。
特にBUSシステム用の鋭敏な着火素子であるSCBを、静電気や電磁ノイズから保護するためには、積層セラミックコンデンサが最も適している。
しかしながら、点火具の作動の際は、点火具に接続された通信回路内の点火用コンデンサに蓄積された電気エネルギーを放出することによって作動するため、静電気保護用としてコンデンサを用いた場合、点火用コンデンサとの静電容量のバランスによっては、点火用コンデンサからの放電電圧が静電気保護用コンデンサによって低減し、実作動の際に不着火などの不具合が発生する懸念がある。
というのは、次の理由による。
a)点火具と通信および点火のための電気回路とが一体になっている場合は、着火素子と点火薬の密着度の信頼性評価として一般的な方法である、サーマルトランジェント試験等の信頼性評価を行う際は、ASIC回路に前述した機能を搭載する必要があり、製造工程の増大やサイズの増大が懸念されるが、点火具と電気回路を分離することにより、これらの機能を全てASIC回路に搭載する必要がなくなる。
b)点火具と通信および点火のための電気回路を分離させることにより、点火具の構造を簡素化させることが可能となる。
c)通信および点火のための電気回路を点火具内のような特殊な環境下に配置しなくて済むという利点がある。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.一方の端部が開口しているカップ体、および複数の電極ピンをそれぞれ絶縁して保持し、該カップ体の開口部を封じる塞栓をそなえ、該カップ体の内部には点火薬を充填すると共に、該塞栓には、通電により該点火薬を点火させるSCBチップを搭載し、該SCBチップが電気的に電極ピンと接続された点火具と、該点火具を、ECUに接続するためのコネクタを有し、
該コネクタ内にASIC回路を配置して、該ASIC回路に搭載される点火用コンデンサからの放電によって着火する点火システムにおいて、
該点火具内部に、静電気保護用コンデンサを、該SCBチップに対して電気的に並列に接続したことを特徴とする点火システム。
該アダプタ内にASIC回路を配置して、該ASIC回路に搭載される点火用コンデンサからの放電によって着火する点火システムにおいて、
該点火具内部に、静電気保護用コンデンサを、該SCBチップに対して電気的に並列に接続したことを特徴とする点火システム。
VF={(VAF/Cd)×(Cd+Cx)} --- (1)
ただし、VF≦Vd
の関係を満足させることにより、静電気保護を保持しつつ、点火用コンデンサの正常放電で点火を行うことを特徴とする点火システム。
また、本発明では、点火具とASIC等の電気回路を分離することが可能になり、点火具には、静電気保護用コンデンサを搭載するのみなので、点火具のサイズの増大を招くことなく従来の点火具と同様の手順で製造することができ、生産性・信頼性が向上する。
さらに、従来の点火具とASIC回路が一体となった点火装置においては、点火具としての信頼性を確認するために測定を行おう(着火素子の導通試験など)としても、ASIC回路が間に入るため、測定が不可能であったが、本発明の点火システムのような分離型であれば、それが可能となる。
図1に、本発明に従う点火システムの好適例を示す。図中、符号1はカップ体で、通常、金属製の円筒体で構成される。2は点火薬である。また、3は金属製の塞栓であり、この塞栓3には、外部と電気的に接続するための電極ピン4がガラス封止5によって固定されている。このように、ガラス封止によって電極ピンを固定することにより、高い気密性を保ちながら電気的絶縁を確保することができる。さらに、金属製カップ体と塞栓金属部が溶接されることで、カップ体の内部は高い気密性の下でシールされる。また、塞栓3には、薄膜状の着火素子(SCBチップ)6を搭載されている。
そして、7が静電気保護用コンデンサであり、この静電気保護用コンデンサ7は着火素子6に対して電気的に並列に接続される。本発明では、静電気保護用コンデンサは静電気やノイズに点火具の誤作動防止手段として機能する。
また、8は上記電極ピン4と接続されるコネクタ、9はASICや点火用コンデンサなど電気回路に必要な素子を搭載した基板のASIC回路であり、図中10がASIC、11が点火用コンデンサである。そして、コネクタ電極12に上記点火具の電極ピン4が接続される。なお、13はコネクタ配線であり、このコネクタ配線13は中央制御ユニットへ接続されるLAN化されたエアバッグシステムへ接続される。
このような構成とすることにより、点火具とASIC等の電気回路を分離することが可能になり、点火具には、静電気保護用コンデンサを搭載するのみなので、従来の点火具と同様の手順で製造することができ、生産性・信頼性が向上する。
ここに、伝火薬2’としては、その組成中にジルコニウムを含むものが好適である。その他、水素化チタンやボロン、トリシネートなどを含むものも有利に適合する。
また、点火薬2としては、上記したものの他に、例えば特開2002−362992号公報に開示のものが使用でき、特に限定されるものではない。
この際、着火素子の上面に点火薬組成物を塗布することが、着火素子と点火薬の接触をより安定させる上で有利である。
なお、上記した点火薬2と着火素子6は圧接状態で接触させることが有利である。
そのためには、塞栓3をカップ体1の内部に挿入するに際し、1〜250MPa程度の圧入力で押し込み固定することが好ましい。
このASIC回路9は、図1に示したように、点火具と電極ピン4により接続されるコネクタ8内、あるいは図2に示したように、点火具とコネクタとの間に介在させたアダプタ14内に内蔵される。そして、2本のコネクタ配線13を介して、後述する中央ユニットに連絡しているLAN化されたエアバッグシステムへ接続されるのである。
このような構成にすることで、点火具には、静電気保護用コンデンサを搭載するのみなので、従来の点火具と同等の手順で製造することができ、生産性・信頼性が向上する。
その他のブリッジ構造としては、ニッケルクロム合金、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、二酸化珪素およびシリコンの組から選ばれた各1種以上の組成物を交互に積層したものを適用することもできる。
かような静電気保護用コンデンサ7は、上記着火素子6に対し電気的に並列に接続される。例えば、着火素子6と同じように塞栓3の上面に搭載する方法や、また実用新案登録第3118048号に示されるように、電極ピン4の間に設置する方法がある。
というのは、この抵抗値が低いほど、静電気をコンデンサ側に効果的に吸収させることができるからである。この点、アルミ電解コンデンサやタンタルコンデンサは、この抵抗値が高いために、SCB側にいくらかの電流が流れ、静電放電を効果的に阻止することが難しくなる。
というのは、セラミックコンデンサは、上述したアルミ電解コンデンサやタンタルコンデンサに比べて、周波数特性に対するインピーダンスの値(等価直列抵抗)が低く、ノイズ吸収特性に優れるからである。
かようなセラミックコンデンサとしては、
1.I型セラミックコンデンサ(TiO2):温度補償用
2.II型セラミックコンデンサ(BaTiO3系、PbO系):高誘電率用
3.III型セラミックコンデンサ(SrTiO3半導体系):高誘電用
等が挙げられるが、本発明ではいずれもが適合し、用途に応じて適宣使い分ければよい。
なお、上記コンデンサの接続手段は、特に制限されるものではないが、ハンダ、導電エポキシ樹脂および溶接等が有利に適合する。
点火用コンデンサは、ASIC回路9に内臓されており、電気エネルギーを蓄積し、ASICによる符号化された情報に基づいてSCBへ放電を行う。
かような点火用コンデンサについて、その耐電圧は25V以上とすることが好ましい。というのは、この点火用コンデンサには充電電圧として、常時20V程度の電圧が印加されるため、耐電圧が25Vに満たないと、コンデンサの静電容量が低下する等の劣化が生じることが懸念されるからである。
また、当該点火システムを確実に点火動作させるためには、点火用コンデンサの充電電圧値(Vd)は、当該点火システムの最低着火電圧値(VF)より大きい(Vd ≧VF)ことが、必須である。
さらに、セラミックコンデンサであれば、コンデンササイズが比較的小さくなり、より好ましい。
なお、上記コンデンサの接続手段は、特に制限されるものではないが、ハンダ、導電エポキシ樹脂および溶接等が有利に適合する。
VF={(VAF/Cd)×(Cd+Cx)} --- (1)
により規定されるものであり、当該点火システムの最低着火電圧(VF)は、点火用コンデンサの充電電圧(Vd)より小さい(VF≦ Vd)ことが、該点火システムを確実に点火させるために必須である。
上記関係を満足する最低着火電圧値(VF)をとる当該点火システムを構築することにより、点火具を静電気やノイズから保護し、ASICモジュールに内蔵された点火用コンデンサから放出される電気エネルギーで確実に着火することが可能となる。なお、点火システムの最低着火電圧値(VF)については、6〜25V程度とするのが、当該点火システムのサイズ設定を含めた設計上自由度の上から好適である。
このような作用効果は特に、各点火具に、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点火用コンデンサを設け、従来よりも低いエネルギーで点火することができるSCBチップを着火素子として使用し、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かつ点火具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としてのASICを設けることにより達成される。
図4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21は、その内部に点火具22、エンハンサー剤23、ガス発生剤24、フィルター25を有し、外部はガス発生剤24の燃焼圧力に耐え得る外郭容器26からなる。外郭容器26には、発生したガスをエアバッグ側に放出するための孔27が開けられている。
点火具22が作動すると、点火具22から発生する熱エネルギーでエンハンサー剤23が燃焼し高温ガスを発生する。この高温ガスによりガス発生剤24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26に開いた孔27から外部に放出されるが、このときフィルター25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。
本発明の点火具を用いることで、点火具がA S I Cからなる通信回路を有しているにもかかわらず、コンパクトに作ることができ、従来の形状と変わらない大きさのエアバッグ用ガス発生装置を容易に提供することができる。
図5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31は、その内部に点火具32とガス発生剤33を有し、点火具32はホルダーと呼ばれる基台34に固定されている。さらにガス発生剤33を格納するカップ体35も、ホルダーに例えばカシメによって固定された構造になっている。点火具32が作動すると、点火具32からの熱により、カップ体35内のガス発生剤33が燃焼してガスが発生する。
このマイクロガスジェネレータにおいても、本発明の点火具を用いることで、点火具がASICからなる通信回路を有しているにもかかわらず、コンパクトになるので、従来の形状とほとんど変わらない大きさのものを提供することができる。
通常の動作条件下、すなわち例えば点火具が組み込まれたエアバッグが、展開を必要とするような事故に巻き込まれていない時には、電気エネルギー蓄積手段としての点火用コンデンサは、中央制御ユニットにより発せられる通信用の信号でエネルギーを蓄えている状態にある。
図6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。
得られた結果を表1〜4に示す。
上記した抵抗変化量が大きくなると着火素子へのダメージが懸念される。
この例では、着火素子(SCB)の抵抗を5〜6Ω、静電気保護用コンデンサとしては市販されているセラミックコンデンサを用い、0.22uF、0.47uF、0.68μF、1.00μF、1.47μF、2.00μFの6種類の静電容量による比較を行った。
試験は、上記6種類のうちから選んだ4種類の静電容量の各セラミックコンデンサを搭載させた点火具所定の箇所に静電気を印加することにより行った。
・静電気印加箇所
(1) 2つの電極ピン4へ印加(図7参照)。表1中では「試験箇所:P−P」で示す。
(2) 1つの電極ピン4と金属製のカップ体1へ印加(図8参照)。表1中では「試験箇所:P−B」で示す。
・静電気印加条件(i)
静電気充電コンデンサ:150pF
充電電圧:25kV
内部抵抗:150Ω
印加回数:25回
・静電気印加条件(ii)
静電気充電コンデンサ:330 pF
充電電圧:25 kV
内部抵抗:2 kΩ
印加回数:25 回
上記の静電気印加条件は、各社対静電気試験スペックにおける一般的な条件である。
より厳しい静電気条件(ii)では、静電気保護用コンデンサの静電容量が0.68μFの場合は全数が誤作動した。また、静電容量が1.00μFでは、静電気印加箇所が「試験箇所:P−B」の場合は全数が誤発火したが、「試験箇所:P−P」の場合は、静電気印加の影響が認められるものの、抵抗素子の誤作動は認められず、条件(ii)による静電気印加に対し有る程度の保護作用を示した。さらに、静電気保護用コンデンサの静電容量が1.47μF以上の場合には、誤作動や誤発火の発生は全くなく、また着火素子の抵抗変化量の増大もみられなかった。
以上の結果より、静電容量が0.47μF以上のコンデンサーを静電気保護用コンデンサーに適用することで、条件(i)で想定される程度の静電気印加環境では、当該点火システムの誤作動を防止することができる。
ECUを含めた当該点火システムを用いた車両安全装置の設計自由度を考慮し、更に当該点火システムの小型化設計を勘案したコンデンサの静電容量及びサイズの適正化を踏まえ、当該点火システムの最低着火電圧値(VF)が6〜25Vに設定させることが望ましい。この好適範囲内にある当該点火システムを、表4においてアンダーラインを付して示した。すなわち、表4中にアンダーラインで示した静電気保護用コンデンサと点火用コンデンサの組み合わせによる当該点火システムが、最低着火電圧値(VF)が6〜25Vに設定されるものであり、本発明に係る点火システムとしてより好ましい。したがって表4に基づき、静電気保護用コンデンサと点火用コンデンサの組み合わせを設定することにより、サイズやエネルギー容量のバランスを考慮した当該点火システムを提供することができる。
2 点火薬
2′伝火薬
3 塞栓
4 電極ピン
5 ガラス封止
6 薄膜状の着火素子(SCBチップ)
7 静電気保護用コンデンサ
8 コネクタ
9 ASIC回路
10 ASIC
11 点火用コンデンサ
12 コネクタ電極
13 コネクタ配線
14 アダプタ
15,16 アダプタ電極
21 エアバッグ用ガス発生装置
22 点火具
23 エンハンサー剤
24 ガス発生剤
25 フィルター
26 外郭容器
27 孔
31 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)
32 点火具
33 ガス発生剤
34 基台(ホルダー)
35 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 (9)
- 一方の端部が開口しているカップ体、および複数の電極ピンをそれぞれ絶縁して保持し、該カップ体の開口部を封じる塞栓をそなえ、該カップ体の内部には点火薬を充填すると共に、該塞栓には、通電により該点火薬を点火させるSCBチップを搭載し、該SCBチップが電気的に電極ピンと接続された点火具と、該点火具を、ECUに接続するためのコネクタを有し、
該コネクタ内にASIC回路を配置して、該ASIC回路に搭載される点火用コンデンサからの放電によって着火する点火システムにおいて、
該点火具内部に、静電気保護用コンデンサを、該SCBチップに対して電気的に並列に接続したことを特徴とする点火システム。 - 一方の端部が開口しているカップ体、および複数の電極ピンをそれぞれ絶縁して保持し、該カップ体の開口部を封じる塞栓をそなえ、該カップ体の内部には点火薬を充填すると共に、該塞栓には、通電により該点火薬を点火させるSCBチップを搭載し、該SCBチップが電気的に電極ピンと接続された点火具と、該点火具を、ECUに接続するためのコネクタおよび該点火具と該コネクタとを接続するアダプタを有し、
該アダプタ内にASIC回路を配置して、該ASIC回路に搭載される点火用コンデンサからの放電によって着火する点火システムにおいて、
該点火具内部に、静電気保護用コンデンサを、該SCBチップに対して電気的に並列に接続したことを特徴とする点火システム。 - 請求項1または2において、前記静電気保護用コンデンサの等価直列抵抗が、100mΩ以下であることを特徴とする点火システム。
- 請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記静電気保護用コンデンサの静電容量(Cx)が0.47〜10μFであることを特徴とする点火システム。
- 請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記点火システムの最低着火電圧をVF、前記点火用コンデンサの充電電圧をVd、前記静電気保護用コンデンサの静電容量をCx、前記点火用コンデンサの静電容量をCdおよび前記静電気保護用コンデンサを接続しない状態(Cx=0)における、ブルーストン法から求められるSCBチップのオールファイヤー電圧値をVAFとしたとき、これらについて、次式(1)
VF={(VAF/Cd)×(Cd+Cx)} --- (1)
ただし、VF≦Vd
の関係を満足させることにより、静電気保護を保持しつつ、点火用コンデンサの正常放電で点火を行うことを特徴とする点火システム。 - 請求項5において、前記点火用コンデンサの静電容量(Cd)が0.68〜22μFであることを特徴とする点火システム。
- 請求項5または6において、前記点火システムの最低着火電圧(VF)が6〜25 Vであることを特徴とする点火システム
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の点火システムを搭載したことを特徴とするエアバッグ用ガス発生装置。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の点火システムを搭載したことを特徴と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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