CN1168466A - 有静电放电防护用整体金属氧化物变阻器的耐高压引爆器 - Google Patents

有静电放电防护用整体金属氧化物变阻器的耐高压引爆器 Download PDF

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Abstract

一种用于汽车乘客保安系统的耐高压引爆器，它包括具有上室和下室的外壳体。接触引脚把引爆器连到汽车的配合电气接头。置于外壳体中的金属氧化物变阻器对引爆器提供静电放电和EMI/RFI防护。在外壳体中形成的玻璃—金属密封头部包括用于点燃烟火材料的集成电路，烟火材料置于装到外壳体上的装料架中。

Description

有静电放电防护用整体金属 氧化物变阻器的耐高压引爆器
本申请涉及第08/456,257号名为“具有用于静电放电防护的金属氧化物变阻器的引爆器用充气泵插座引脚垫圈”的审查中美国专利申请；以及第08/574,426号名为“具有齐纳二极管静电放电防护的充气泵引爆器”的审查中美国专利申请，这两个专利都已转让给本发明的受让人。
本发明涉及一种用于汽车乘客保安电气系统的电引爆装置或引爆器，尤其涉及一种包括用于电引爆装置静电保护的金属氧化物变阻器的引爆器。
众所周知，在已有技术中使用一种用于保护汽车乘客的可充气乘客保安系统。此保安系统包括一装有气体发生器或充气泵的反应罐以及处于非充气状态的气囊。气体发生器响应于碰撞产生气体，以对气囊充气使之膨胀，以保护汽车乘客。
用于汽车被动保安系统的充气泵或其它装置需要一种烟火引爆器或操作充气泵的电引爆装置(EED)。为了启动气体发生器或充气泵，电引爆装置使气体发生器内的物质开始燃烧。充气泵引爆器连到一位于引爆器附近或汽车中偏远位置的撞击传感器。
在操作中，撞击传感器向引爆器传送电信号。引爆器在点火室内点燃，并使包含点火剂物质的容器破裂，该物质通常是碳和火硝的混合物。引爆器包括一对隔开的平行电引脚(pin)，它们在一端由埋入烟火材料的桥接导线相连。烟火材料燃烧时产生非常热的火焰，点燃包含在燃烧室中固态的气体发生小球。这些小球放出氮气，氮气经过扩散室并进入用于保护汽车乘客的保护气囊。
电引爆装置(EED)的共同特性是桥接导线对来自外部环境源的不需要能量具有敏感性，可能导致引爆器的不当使用或“未引爆”。不需要的能量可以是静电放电(ESD)、辐射电磁干扰(EMI)或无线电频率干扰(RFI)，但不限于这些。这里将把对抗此类辐射能量的保护叫做EMI/RFI保护。
克服EMI/RFI危险的一个已有技术措施涉及使用直接放置在引爆器室内的铁氧珠。铁氧珠吸收外来能量，以防止能量到达桥接导线。见Holmes的第4,306,499号美国专利，该专利已转让给本发明的受让人。
使用Holmes的电引爆装置的问题是把EMI/RFI保护直接置于EED区域内增加了装置的尺寸以及制造成本和时间。此外，气体发生器的制造商被限制于特殊的EED设计。
另一个措施是一通用的导火管接头，它包括一包围EED电气端子的铁氧珠。见Cunningham等人的第5,200,574和5,241,910号美国专利，这两个专利已转让给本发明的受让人。Cunningham等人揭示了一种包括EMI/RFI保护的通用接头，它被一直固定在气体发生器内。铁氧珠本质上是一阻碍电流瞬时变化的电感器。
公知的充气泵装置的另一个问题是引爆器(EED)卷在充气泵的底座中。如果做得不好，此卷曲处理常会损坏引爆器。
第4,103,619号美国专利中揭示了一种电引爆装置，其中装置的接触引脚用玻璃封接，并提供耐久的分路以保护桥接电路免受外来能量的影响。耐久分路的一个缺点是在使用过程期间提供给引爆器的一部分能量被分流到地，于是实际上需要的总能量比不设耐久分路时所需的能量更多。
第4,422,381号美国专利中揭示了一种安装了铁氧体套管(EMI/RFI)和静电放电盘片(ESD)的点火器。静电放电盘片依据用于ESD保护的“火花隙”方法，其用途一般限于特殊类型的静电放电电压，即一般大于25,000伏的直流电压。本发明利用了可通过改变变阻器尺寸使ESD保护适用于更宽电压电平范围的金属氧化物变阻器。本发明设计成把超出500伏的任意外来直流电压分流到地。
图1-6揭示了各种已有技术的引爆器。图1揭示了宾西法尼亚州塔马夸市的ICI Explosives制造的一种低成本点火器，它安装了用于ESD保护的火花隙环。图2示出也是由ICI Explosives制造的一种混合引爆器，它包括两个引脚和一分流导线，实际上起到一种同轴引爆器的作用。图3示出另一种低成本引爆器，诸如加利福尼亚州圣卡洛斯市的Quantic Industries制造的引爆器。图4的已有技术的引爆器是采用补偿同轴头部设计的引脚型引爆器，诸如由加州Newhall的专用器件有公司制造的引爆器。已有技术的图5揭示了一种中心同轴设计的导线引爆器，它也是由宾西法尼亚州塔马夸市的ICI Explosives制造的。图6是同轴中心设计的新型驾驶员引爆器，它是科罗拉多州恩格尔伍德市的OEA Ins.制造的。图1-6中所有已有技术引爆器的一个缺点是需要完全的电气隔离。
近来已研究使用金属氧化物变阻器(MOV)来吸收电引爆装置中的静电能量。见V.Menichelli的《减少静电对电引爆装置的危害的变阻器技术》(1974)。也可见第4,103,274、4,041,436和3,821,686号美国专利。
一般，金属氧化物变阻器用于浪涌抑制装置中，诸如计算机等。然而，已有技术没有研究把MOV用于气囊气体发生器的电引爆装置中。
本发明的耐高压引爆器用于汽车被动保安系统电气导线系统组件和电引爆装置电路元件桥路之间的电气连接。
本发明的一个目的是提供一种引爆器(EED)，它包括一允许使用集成电路的玻璃-金属密封头部，这些集成电路可以是半导体桥路(SCB)、印刷电路桥路(PCB)、厚膜/薄膜烟火混合淀积或传统的热导线桥路。
本发明的另一个目的是提供一种安装了对引爆器进行静电防护的金属氧化物变阻器的引爆器(EED)。整体金属氧化物变阻器(MOV)在保护集成电路引爆器不受静电放电影响方面是上乘的。金属氧化物变阻器对已有技术火花隙防护而言是一种改进，因为在插座引脚和垫圈之间放置了金属氧化物变阻器而改善了散热特性。可通过改变MOV的厚度和长度来定制MOV，以满足消费者的特殊电压防护。
本发明的另一个目的是可在各种元件之间使用激光焊接、粘接或其组合的制造技术，以提供气密封接而不破坏引爆器。装料架和盖板盘组件也利用激光焊接/粘接来提供耐压和气密封接。此外，不锈钢外壳体、激光焊接/粘接以及玻璃-金属密封头部也可提供高压保护。
本发明的又一个目的是提供一种耐高压引爆器，它具有设有淀积爆发层的集成电路桥路元件，以及用于把集成电路桥路置于玻璃-金属密封头部诸引脚之间的通道。
为了实现本发明的这些和其它目的，提供了一种汽车乘客保安电气系统的耐高压引爆器，它包括具有上室和下室的外壳。把引爆器连到汽车电气接头即下室的装置能安装电气接头。在对引爆器进行静电放电防护的外壳中设有静电放电防护装置。用于装载烟火材料的装置安装到外壳上并把玻璃-金属密封头部也安装到外壳上。玻璃-金属密封头部包括点燃烟火材料的集成电路装置。装置把玻璃-金属密封头部气密地封接到外壳上。
从以下参考附图对本发明的描述，将使本发明的其它特征和优点变得明显起来。
图1-6是已有技术引爆器的剖面图。
图7是本发明耐高压引爆器第一实施例的剖面图。
图8是本发明耐高压引爆器第一模制插件的放大剖面图。
图9是依据本发明的第二模制插件的放大剖面图。
图10是本发明引爆器第二实施例的剖面图。
图11是本发明引爆器又一实施例的剖面图。
图12是沿图11中A-A线所取的引爆器剖面图。
图13是本发明引爆器第四实施例的剖面图。
图14是本发明引爆器第五实施例的剖面图。
参考图7，示出本发明耐高压引爆器的第一实施例。此引爆器位于一充气泵内(未图示)。引爆器包括外壳或壳体10。外壳体10由机制不锈钢或或者压制或注塑模制的不锈钢制成。应理解可用其它材料制成外壳体，而不背离本发明的范围。
外壳体10被分成两个室，下室12和上室14。下室12便于与汽车乘客保安系统电气配线组件19的电气连接(图10)。
下室12安装了第一预塑插头20。如图7和8所示，插头20包括一空腔18、孔22以及与电气配线组件19的配合接头方位特征紧密配合的电气接头界面16。
上室14安装了第二预塑插头24。如图7和9所示，插头24包括空腔28和支撑并对准插座引脚36以及金属氧化物变阻器30的孔26，这在后面再作描述。插头20和24均可用塑料制成。
插座引脚36穿通外壳体10，并在电气配线组件19和集成电路引爆器46之间提供电气连接。
再参考图7，每个插座引脚36的周围是金属氧化物变阻器30。金属氧化物变阻器30为管状，并抵压配合在插座引脚上。金属氧化物变阻器30的长度和厚度确定了实际击穿电压，从而可适应特殊的用户需要。可在大约1300℃的温度下通过对金属氧化物粉末的混合物进行压制和烧结形成中等硬度易碎的陶瓷体来制成金属氧化物变阻器。应理解本发明的MOV可用本说明书将描述的其它合适的材料和方法来生产。在组装时，金属氧化物变阻器30伸入插头24和20的空腔28和18中。
下室12也包括欧姆电阻低的金属套管34，用于在金属氧化物变阻器30和外壳体10之间提供电气连接。套管34包括在组装引爆器时使插座引脚36和各个外围的金属氧化物变阻器30通过的孔32。套管34夹在插头20和24之间，从而各个孔26、32和22成一直线。
装在外壳体组件上的是玻璃-金属密封头部40。玻璃-金属密封提供了使电导体从一个环境气密地经过另一环境的方法。此外，玻璃除了起到密封作用外，还用作引脚之间以及引脚和外壳体之间的绝缘体。通过把外壳体和其中的引脚固定于一石墨板中来制成本发明的玻璃-金属密封组件。在所需的区域内放置玻璃混合物，然后把夹具置于使夹具通过高温炉的传送带上，此高温炉把玻璃的温度升高使之变成液态。在高温炉退到冷却室时，玻璃固化并粘到金属表面，形成引脚和玻璃以及外壳体与玻璃之间的气密封接。
头部40为集成电路46提供安装平面。集成电路46可以是半导体桥路、使用常规的适宜耐熔金属的印刷电路桥路、淀积了一层烟火混合物厚/薄膜的桥路或“热导线”桥路装置，用于点燃包含在引爆器装料架48中的烟火材料54。头部40包括与插座引脚36配合的引脚42。头部引脚42的直径一般在0.020英寸范围内。
为了提供气密封接，玻璃-金属密封头部40通过图7的38处所示的圆周激光焊接或粘接方法安装到外壳体10上。激光焊接/粘接工艺可提供良好的圆周气密封接。
如图7所示，安装到玻璃-金属密封头部40上的是包含烟火材料的装料架48以及盖板盘组件44。为了提供额外的气密封接，使用圆周激光焊接/粘接方法38把装料架48安装到头部40，把盘片44安装到装料架48。
图10揭示了本发明耐高压引爆器的第二实施例。图10的实施例除了通过封装在玻璃-金属密封件40内的引脚50进行固体供给以外，与先前实施例相同。如果有可能，本发明的所有实施例中相同的标号用于表示相同的部分。由于引脚50不包括第一实施例中所述的插座，插头24的孔26可以稍微小一点。
接着，将描述组装图7的耐高压引爆器的方法。插头20和套管34压合在外壳体10的下室12中。接着，金属氧化物变阻器30抵压配合在每个接触引脚36周围。然后把接触引脚36和金属氧化物变阻器30构成的子组件插入插头24的空腔26和28中。接着把此子组件插入外壳体10的空腔14中，直到接触引脚36的实心端伸入插头20的孔22中。
玻璃-金属密封头部40中装有集成电路46的引脚42插入引脚36的插座中，装料架48置于头部40上。运用圆周焊接/粘接方法38把头部安装到外壳体10上，并把装料架48安装到头部40上。然后把烟火粉末混合物54装入装料架48，并用圆周焊接/粘接方法38把盖板盘44安装到装料架38上。然后用任意合适的方法把外壳体10安装在充气泵上。
在组装图10的耐高压引爆器期间，插头20和套管34压合入外壳体10的下室12中。接着，插头20和套管35压合入外壳体10的下室12中。然后把由头部40和引脚50构成的玻璃-金属密封头部组件插入插头24的空腔26中，金属氧化物变阻器30抵压配合在每根接触引脚50的周围并插入插头24的空腔28中。然后把此子组件插入外壳体10的空腔14中，直到引脚50的实心端伸入插头20的孔22中。
装料架48置于头部40上，运用圆周焊接/粘接方法38把头部安装到外壳体10上，并把装料架48安装到头部40上。然后把烟火粉末混合物54装入装料架48，并用圆周焊接/粘接方法38把盖板盘44安装到其上。然后用任意合适的方法把外壳体10安装到充气泵中。
参考图11和12，将描述本发明耐高压引爆器的第三实施例。外壳体10包括压合在下室12中的单个预塑的塑料插头56。插头56为杯形，沿其内表面具有与保安系统电气配线组件(未示出)紧密配合的界面特征。
外壳体10的上室14包括金属氧化物变阻器30和玻璃-金属密封头部40。金属氧化物变阻器30可以是a)在每个引脚50周围通过固化重新形成的金属氧化物粉末成份随后进行烧结操作形成的；或b)将金属氧化物粉末与玻璃混合物混合在一起随后经烧结操作形成的玻璃-金属密封头部的整体粘合化合物，于是形成了整体粘合的金属氧化物变阻器和玻璃-金属密封；或c)预制嵌片或插片，通过固化金属氧化物粉末形成并对此嵌片进行烧结以形成在制造过程中压入位置的坚固陶瓷材料。
在另一个变化中，金属氧化物变阻器可位于上室14内的集成电路芯片封装片上，或集成电路46和变阻器可位于单个集成电路片上。
在图11和12的实施例中，玻璃-金属密封头部40包括用作引脚50之间集成电路46的对准机构的通道60。参考图6，在集成电路桥路元件上直接淀积了用作主点火源的爆炸化合物62。
安装到外壳体10上的是装料架48和包含烟火混合物54的盖板盘44组件。为了提供气密封接，通过圆周激光焊接/粘接方法38把装料架48安装到外壳体10上，并把盘44安装到架48上。
图13的实施例除了用盖杯68替代先前实施例的装料架48和盖盘44组件以外，同图11-12的实施例一样。盖杯68是单个部件，它是一个包含烟火混合物54并通过圆周激光焊接/粘接方法38气密封接到外壳体10的封闭底杯。
图14的实施例除了外壳体10包括伸长的端壁8以外，同图11-12的实施例一样，端壁8用作烟火混合物的装料架，因此不需要独立的装料架48。于是，玻璃-金属密封头部40可隐藏于外壳体10内。类似于图11中盘44的杯状盖板盘通过圆周激光焊接/粘接方法38安装到外壳体10的侧壁8上。
接着，将描述图11-14实施例的组装方法。金属氧化物变阻器可与玻璃-金属密封一起形成，以制成包括外壳体10、引脚50、头部40和金属氧化物变阻器30的整体粘合组件。金属氧化物变阻器也可以是插入玻璃头部40正后方空腔内的独立元件。插头56被压配合在外壳体10内，直到它到达空腔底部。在引脚50之间沿通道60淀积了粘合物，以把集成电路46固定于玻璃头部40上。然后把通道60用作自对准机构使集成电路46定位于引脚50之间。可使用导电粘合剂、金属丝键合或焊料把集成电路46与引脚50电气相连。
参考图11的实施例，然后把装料架48安装到外壳体10上，并在装料架48中装入烟火混合物54。然后通过圆周激光焊接/粘接方法38把盖板盘44安装到装料架48上。
接着，参考图12，把爆炸层62直接置于集成电路桥路元件上，并使其干燥。余下的组装步骤类似于图11、13和14的实施例。应理解爆炸层62可用于本发明所有的实施例。
依据图13的实施例，杯68装有烟火混合物并通过圆周焊接/粘接方法38安装到外壳体10上。在图14的实施例中，烟火混合物54被装入空腔中，盖板盘44通过圆周焊接/粘接方法38安装到外壳体10。
虽然相应于特殊实施例描述了本发明，但许多其它的变化和改变以及其它应用将对本领域内的那些熟练技术人员变得明显起来。因此，最好只用附加的权利要求来限制本发明，而不是这里特别揭示的内容。

Claims (23)

1.一种汽车乘客保安电气系统的耐高压引爆器，其特征在于包括：
具有上室和下室的外壳体；
用于把引爆器连到汽车电气接头的装置，其中下室能安装此电气接头；
置于此外壳体中的静电放电防护装置，用于对引爆器进行静电放电防护；
装在外壳体上用于容纳烟火材料的装置；
在外壳体上形成的玻璃-金属密封头部，玻璃-金属密封头部包括用于点燃烟火材料的集成电路装置；以及
用于把玻璃-金属密封头部气密封接到外壳体的装置。
2.如权利要求1所述的耐高压引爆器，其特征在于静电放电防护装置包括金属氧化物变阻器。
3.如权利要求2所述的耐高压引爆器，其特征在于金属氧化物变阻器包括具有通过把金属氧化物粉末与玻璃混合物进行混合随后进行烧结操作后形成的玻璃-金属密封头部的整体粘合物。
4.如权利要求2所述的耐高压引爆器，其特征在于连接装置包括穿通外壳体上室和下室的一对伸长引脚。
5.如权利要求4所述的耐高压引爆器，其特征在于在每根引脚周围通过固化重新构成的金属氧化物粉末成份随后进行烧结操作形成金属氧化物变阻器。
6.如权利要求4所述的耐高压引爆器，其特征在于所述金属氧化物变阻器包括预制插片，它是通过固化金属氧化物粉末形成的，并对插片进行烧结以形成压合入外壳体的坚固陶瓷材料，一对引脚穿通此插片。
7.如权利要求6所述的耐高压引爆器，其特征在于金属氧化物变阻器为管状并抵压配合在每根引脚上。
8.如权利要求4所述的耐高压引爆器，其特征在于还包括至少一个置于外壳体下室的预塑插头，此预塑插头包括与电气接头相接的装置。
9.如权利要求4所述的耐高压引爆器，其特征在于在外壳体的上室中设有第一预塑插头，在外壳体的下室中设有第二预塑插头，第一和第二插头都包括用于容纳金属氧化物变阻器和引脚的装置。
10.如权利要求9所述的耐高压引爆器，其特征在于还包括置于外壳体中第一和第二插头之间的欧姆电阻低的金属套管，用于在金属氧化物变阻器和外壳体之间提供电气连接。
11.如权利要求4所述的耐高压引爆器，其特征在于玻璃-金属密封头部包括与该对引脚配合的头部引脚。
12.如权利要求11所述的耐高压引爆器，其特征在于每个头部引脚的直径是大约0.02英寸。
13.如权利要求1所述的耐高压引爆器，其特征在于用于装载烟火材料的装置包括装到外壳体的装料架和盖板盘组件，玻璃-金属密封头部气密封接在装料架中。
14.如权利要求1所述的耐高压引爆器，其特征在于用于装载烟火材料的装置包括与外壳体气密封接的盖杯。
15.如权利要求1所述的耐高压引爆器，其特征在于外壳体包括伸长的端壁，此端壁和盖板盘包括装载烟火材料的装置，盖板盘气密封接到端壁上。
16.如权利要求4所述的耐高压引爆器，其特征在于玻璃-金属密封头部包括沿玻璃-金属密封头部的直径伸长的通道，用于对准位于穿通此通道的引脚之间的集成电路装置。
17.如权利要求16所述的耐高压引爆器，其特征在于集成电路装置包括设在通道上一块伸长的引脚之间的印刷电路板，在印刷电路板上设有爆炸混合物层。
18.如权利要求1所述的耐高压引爆器，其特征在于气密封接方法包括圆周激光焊接。
19.如权利要求1所述的耐高压引爆器，其特征在于气密焊接方法包括粘接。
20.一种组装耐高压引爆器的方法，此耐高压引爆器包括汽车乘客保安电气系统的整体的静电放电防护，其特征在于此方法包括以下步骤：
提供有上室和下室的外壳体；
把用于使引爆器连到汽车电气接头的装置插入上和下室；
形成用于对引爆器进行静电放电防护的静电放电防护装置；
把静电放电防护装置插入外壳体中，静电放电防护装置与连接装置相连；
在外壳体内部形成玻璃-金属密封头部，玻璃-金属密封头部包括点燃烟火材料的集成电路装置；以及
把用于装载烟火材料的装置密封接到外壳体。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于连接装置包括穿通外壳体上下室的一对伸长引脚，形成金属氧化物变阻器的步骤包括固化每个引脚周围重新构成的金属氧化物粉末成份，并烧结重新构成的金属氧化物粉末。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于形成金属氧化物变阻器的步骤包括把重新构成的金属氧化物粉末成份固化到预制的插片内，并对插片进行烧结，以形成在引脚上方压合入外壳体的坚固陶瓷材料。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于连接装置包括穿通外壳体上下室的一对伸长引脚，形成玻璃-金属密封头部的步骤包括把外壳体和引脚固定于一石墨板上，把玻璃混合物插入外壳体中，把石墨板加热到使玻璃混合物升高到液态的高温，冷却液态的玻璃混合物，直到玻璃凝固并粘到外壳体和引脚上，以在引脚和凝固的玻璃之间以及在外壳体和凝固的玻璃之间形成气密封接。
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