CN1201137A - 引爆装置及引爆方法 - Google Patents

Abstract

一种导电系统包括装置和方法,其中电流封闭地流经至少两个相互隔离的绝缘密封带,两个绝缘密封带之间形成一个部分真空的绝缘封闭空腔,用作偶然环境因素可能引发的非正常提前点火的放电区。

Description

引爆装置及引爆方法

本发明涉及一种引爆装置和引爆方法，用于点燃火药推进剂，特别是用于安全气囊的充气系统，在撞车的一瞬间释放气体，及时充胀人员保护气囊。但是其用途并非仅限于此。

在汽车工业中，使用了大量的多种类型的气囊引爆装置，它们能在几毫秒的时间内将电能转化成化学能，从而迅速打开保护气囊。现有引爆装置大都是机构复杂的机械装置，在避免非正常引爆方面存在不足。1976年7月27日发表的美国专利No.3971320公开的由J.T.M.Lee发明的避免非正常提前点火的较早的引爆装置中，采用接地分路器同轴接通引爆装置的壳体，以避免由外界因素变化诸如静电、辐射、电磁能和无线电波等引起的非正常点火。这种非正常点火会对制造引爆装置的工人和那些本该受到安全气囊保护的人们造成巨大伤害。为了确保不发生非正常点火，采用了其他一些更复杂，价格更昂贵的引爆装置，但效果并不令人满意。有两篇欧洲专利即涉及上述装置。其一是1995年6月21日公布的专利No.0658729A2，发明人是J.H.Evans。该装置在装药杯之外为两个隔离的电极设计了静电火花间隙放电装置，位于玻璃-金属密封材料的一侧；在密封材料的另一侧则有一桥路线与二级火药保持接触。另一专利是1996年12月6日公布的欧洲专利No.745519A1，发明人是D.D.Hansen。该装置采用粉末压缩而成的金属氧化物可变电阻来防止引爆装置发生非正常提前点火。

总之，已公开的可防止非正常点火的引爆系统保护装置大部分在制造和装配方面相对复杂，价格昂贵，工作不可靠，要求有相对复杂的制造流程并加装附件。

本发明提供了一种新颖有效的装置，在制造和装配上简单而经济，零件数不多，所占空间相对最小，不但对正常点火涉及的部件进行了优化，同时避免了过去经常由环境因素引发的静电荷造成的偶然放电。

本发明的其它特征将在下文详细描述。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种导电装置，包括：一个由预选材料加工的壳体，至少有两个内腔，上内腔和下内腔，每个内腔都有圆柱形腔壁，每个圆柱形腔壁分别与横置的预选电绝缘密封材料形成密封；其中一个内腔的绝缘密封材料与另一内腔的绝缘密封材料相隔离，其间形成了绝缘封闭空腔，每个电极的中部穿过各内腔中的绝缘密封材料和密封材料之间的封闭空腔，上下分别有伸出端，且电极和密封材料在接触面处保持密封。增设绝缘封闭空腔可用来避免偶然发生的非正常提前点火。此外，发明提供了一种充放电能的方法，即电流流入电极并在其内部流动，穿过相互隔离的第一、第二绝缘区后进入放电区；而第一、第二绝缘区之间的绝缘封闭空腔则作为高压静电的放电区，防止可能出现的非正常提前点火。

应当理解，有关的专业人员即可对本发明的一个或多个部件及一个或多个步骤作出各种改变，而不背离本发明的范围和精神，例如：尽管这里所公开的本发明应用于引爆装置，特别是安全气囊的引爆装置，本发明还可应用于其它大量载流装置，如电开关，其它引爆装置和电机等。

参照附图，其中公布了本发明的一个优选实施例及其变形：

图1是根据本发明的一个优选实施例的引爆装置的头部或称轴环的剖面图，箭头所指是根据本发明特征的电流通路。

图2是另一引爆装置的头部或称轴环的剖面图，与图1所示的装置相似，区别只是改变了图1所示的头部的一个绝缘层的位置。

如附图，特别是图1所示，引爆装置2结合了本发明的新颖特征，该装置特别适用于引爆炸药，进而给被用作现代汽车的安全装置的安全气囊充气。

虽然文中所述该装置的创造性特征主要用来消除可能由环境因素偶然引发的高压电荷，但是其用途并非仅限于安全气囊的引爆装置，它还可以用在任何需要消除导电系统中的杂散电荷的导电场合中。

如图1所示，引爆装置2包括了壳体或称轴环3，它可由一系列合适材料中的任意一种加工而成。图中所示壳体的材料是预选的冷轧钢，壳体包含三个相邻的与壳体3同轴的圆柱形内腔。前两个内腔，即上内腔4和下内腔6，分别包含有圆柱形腔壁7和8，及预选的电绝缘密封材料9和11。9和11分别沿大体垂直于壳体3纵轴的方向延伸至圆柱形腔壁7和8，并与之形成密封。密封材料9在图示实施例中为“T”形密封，在初加工时即被加工成所示形状，然后在相应形状的碳杯中熔结成形。密封材料9包括上表面18、下表面19及容纳电极的横向通孔，且密封材料9是熔结在电极上的。本实施例中的密封材料11被预加工成圆柱形颗粒，包括上表面21，下表面22及容纳电极的横向通孔，且密封材料11也是熔结在电极上的。在本发明的一个优选实施例中，用于上内腔4的上密封材料9由例如添加陶瓷、氧化钴的密封玻璃熔凝而成；相邻下内腔6的密封材料11所选择的熔凝玻璃材料与连接制冷压缩机的密封接线装置中常用的玻璃-金属密封材料中所用的玻璃的化学成分大体相似，例如添加有氧化铝。如图所示，上内腔4的电绝缘密封材料9的下表面19与下内腔6的电绝缘密封材料11的上表面21之间存在间隙，从而形成了容积一定的绝缘封闭空腔12。需要指出的是，封闭空腔12的容积和上、下绝缘密封材料9、11的体积及化学成分均可由熟悉本领域的技术人员根据具体使用要求和形成封闭空腔12的空间布置要求进行任意改变。如将本发明用于安全气囊的引爆装置，较有利的设计是，封闭空腔的容积为大约0.00265立方英寸，空腔直径为0.260英寸，高度为0.050英寸。根据本发明，重要的是，在施加正常电压时，封闭空腔12应是绝缘的；在由偶然环境因素，如静电荷、变化的辐射能、变化的电磁能或无线电波等因素产生的较高电压作用下，空腔12应是表面导电的。发生上述情况时，如图1所示，电流可沿上密封材料9的下表面19、下密封材料11的上表面21流动，穿过封闭空腔12到达钢壳体3，从而消散而不产生有害的后果。封闭空腔12应处于部分真空状态，以增强其消除由环境因素偶然引发的非正常高电压的能力。封闭空腔12中所需的部分真空或称低压是上下密封材料9和11首次加热到烧融温度及以后的冷却过程中，被封在12中的气体冷却收缩造成的。该气体即是产生烧融的熔炉中的气体，最好是氮气，但在需要还原密封玻璃表面的金属氧化物，以便在表面18和19上生成一层导电薄膜时，也会使用还原性气体。在后一种情况下，封闭空腔12的外部会发生电弧放电，但尽管如此仍与点火腔相隔离。如果熔炉中使用的气体是空气，则12中被封的气体也会含有微量的甲烷、氢气、二氧化碳及来自残余密封材料颗粒的粘合剂中的一氧化碳。

如图1所示，本发明公开的导电装置至少有两个电极13。这两个电极相对上、下相邻绝缘内腔4、6的中心线空间位置一定。较有利的设计是，用52合金，镀镍钢加工电极13。显然，电极的空间位置、化学成分及个数可以根据用途及所需的效果而改变。每个电极13应大体相互平行，中部以与玻璃密封的状态穿过分别位于上、下内腔4、6的玻璃绝缘密封材料9和11及其间的部分真空封闭内腔12，且与内腔4，6的圆柱形腔壁7和8相隔离。电极13的伸出端分别可用作充电端、放电端。如上文所述，非正常高电压首先使部分真空的绝缘封闭空腔12中的电极13和钢壳体3之间发生电弧放电，而钢壳体3将其与炸药16隔离，避免了在电极13间发生非正常点火。

如图1所示，较有利的设计是，在正对绝缘密封材料11的下表面22的位置，设置一个预选的陶瓷电绝缘密封材料14，各导电电极13则相互间隔地穿过其中。又如附图1所示，电极13的下末端位于一相邻且共轴的第三内腔16内，在本实例中，16可作为炸药安全气囊的引爆腔。在电极下端，可用适当的桥接线或点火电路17(示意图)电连接其上，用于点燃装在点火腔16中的炸药。如果在内腔16的上端设计一个径向的内凸肩，则凸肩的轴向厚度就会帮助确定内腔12的轴向高度，且通过使颗粒密封材料11靠在凸肩上，进而决定颗粒密封材料11的轴向位置。

图2是根据本发明的另一实施例，其大部分结构与图1所示实施例类似，不同的是，陶瓷绝缘材料14位于上内腔4的上绝缘密封材料9的下表面19之下，而不是位于图1所示下腔6的下部。

根据上述充放电流的新方法，电流由电流源(图中未示出)流出，流过充电区，流入电极，并穿过相互隔离的第一第二密封绝缘区及二者之间消除非正常提前点火的封闭空腔。

正常点火电压为9-12V直流电压，且典型点火电流为1.2A。

而瞬间静电电压很高，约为1000-25000V，引发的电流大于点火电流值1.2A，持续时间为3毫秒。

在密封材料11中加入氧化铝，密封材料即有足够的完整性而使空腔12的尺寸容易控制。上述尺寸是相对可变的，关键在于生成一个容积一定的、部分真空的空间。

上述密封材料和被封气体的化学性质使击穿电压在2000V左右。在3000-4000V时，被隔离的密封材料9和11的表面会发生电弧放电。为了使点火线与这些电压绝缘，引入空腔12并保证电弧放电只发生在表面19和21上，不会发生在22上。而密封材料9的过渡态金属氧化物层，可用于产生可以控制的表面导电条件，较有利的设计是以金属氧化物的形式添加钴。

Claims (18)

1.一种装置，包括：一个导电材料的至少界定了上、下内腔的壳体，每个所述内腔包括一圆柱形的腔壁且所述腔壁与其中横向延伸的电绝缘密封材料形成密封关系，其中一个内腔中的密封材料与另一个内腔中的密封材料相间隔而在二者之间形成一个绝缘封闭空腔；一导电装置，其上的一个部分密封地穿过每个内腔的所述绝缘密封材料及其间的封闭空腔，且所述导电装置的上端、下端分别用作充电端和放电端；和在所述绝缘封闭空腔中用于消散瞬间高电压、避免在所述放电端可能发生的意外放电的装置。

2.根据权利要求1所述的装置，界定了所述内腔的所述壳体是一种预选的冷轧钢材料，并且是引爆装置的一部分。

3.根据权利要求1所述的装置，所述每个内腔中横向延伸的绝缘密封材料具有预定的绝缘特性，可构成穿过所述绝缘封闭空腔的导电桥路，所述预选的绝缘密封材料在正常工作电压下是绝缘体，在高电压下则表面可导电。

4.根据权利要求3所述的导电装置，所述横向延伸的绝缘材料中至少有一个采用预选的玻璃材料。

5.根据权利要求3所述的装置，所述两个横向延伸的绝缘密封材料都采用预选的玻璃材料，其中一个用添加陶瓷的玻璃材料，另一个则选用不同的预选玻璃材料。所述玻璃材料被熔接在圆柱形腔壁及所述导电装置上，位于所述密封材料间的所述绝缘封闭空腔中的空气在所述烧熔过程后的冷却过程中收缩，在所述绝缘封闭空腔中形成了部分真空。

6.根据权利要求1所述的装置，所述壳体有一纵向延伸的中心线且所述两个内腔沿所述壳体的所述中心线依次排列。

7.根据权利要求6所述的装置，所述装置包括至少两个相对所述两个内腔的所述纵向延伸的中心线以预定的间隔关系布置的电极，每个电极的一部分密封地穿过各内腔中的所述绝缘密封材料及其间的封闭空腔且与所述内腔圆柱形腔壁相间隔。

8.根据权利要求7所述的装置，每个所述电极均为52合金，镀镍钢。

9.根据权利要求1所述的装置，所述封闭空腔的容积约为0.00265立方英寸，直径约为0.260英寸，厚度约为0.05英寸。

10.根据权利要求1所述的装置，所述两个内腔中至少有一个内腔有一个正对所述绝缘密封材料的下表面的连续的预选陶瓷绝缘密封材料，两个密封材料都横向延伸、横穿内腔后并与之形成密封。

11.根据权利要求10所述的装置，较有利的设计是，至少将所述的连续绝缘材料置于所述的下内腔。

12.根据权利要求1所述的装置，所述壳体中包括一个点火腔，所述导电装置的下端伸出在该腔内。所述导电装置的所述下端之间连接有一引爆器装置，能点燃所述点火腔内的装药。

13.一个气囊引爆装置，包括：一个由冷轧钢材形成的壳体，包括沿所述壳体纵向延伸的中心线轴向排列的三个相邻内腔；每个所述排列的内腔包括有一圆柱形腔壁，且前两个内腔分别用作上、下绝缘腔，每个腔都含有一个横向延伸并与所述各内腔的所述圆柱形腔壁形成密封的预选玻璃电绝缘密封材料，所述上内腔的所述密封材料由添加陶瓷的密封玻璃熔凝而成，所述相邻下内腔的所述密封材料由预选的玻璃熔凝而成，与所述上内腔的所述添加陶瓷的玻璃绝缘密封材料相间隔，使两者之间形成了一个绝缘封闭空腔，预定容积约为0.00265立方英寸，直径约为0.260英寸，厚度约为0.05英寸，其间形成横穿的导电桥路，位于所述绝缘封闭空腔任意一侧的所述绝缘密封玻璃在正常工作电压下是一个绝缘体，而在环境因素偶然引起的高电压下则是表面导电的，所述绝缘封闭空腔内的气体在所述玻璃密封操作的冷却过程中绝缘封闭地收缩，在所述绝缘封闭空腔中形成部分真空；至少有两个52合金，镀镍钢的电极，相对所述上、下玻璃绝缘密封腔的所述纵向延伸的中心线以预选的间隔关系布置，与所述的腔壁之间有预选的间隔关系，每个电极中部密封绝缘地穿过所述上下内腔中玻璃绝缘密封材料及其间的封闭空腔，所述电极的伸出端分别可用作充电、放电端，而所述绝缘封闭空腔用来消除两个电极之间可能的意外提前点火；在所述下内腔的所述玻璃绝缘密封材料的下表面有一个预选的陶瓷绝缘密封材料与之正对，而所述相互间隔的电极的主体穿过上述密封材料且其末端伸出于第三个所述相邻排列的用作安全气囊点火腔的内腔内，所述电极末端之间有点火电路相连，能引爆所述爆炸装药。

14.一种充放电流的方法，包括：使电流自电源流出后流入密封地穿过相互间隔的第一、第二绝缘区的导电装置进入放电区，所述第一、第二绝缘区之间的空间形成封闭空腔，用来消除所述导电装置中可能发生的意外提前点火。

15.根据权利要求14所述的充放电流方法，包括在封闭所述间隔绝缘区时被封在位于所述第一、第二绝缘区之间的封闭空腔内引入气体，所述气体收缩后在所述封闭空腔内形成部分真空。

16.根据权利要求15所述的充放电流方法，其中所述的绝缘区可由化学成分不同的密封玻璃构成。

17.根据权利要求14所述的充放电流方法，包括在所述放电区用集中点火热能引爆置于其中的爆炸装药。

18.一种制作引爆装置的方法，包括：用导电材料形成壳体，壳体内有轴向排列的由壳体壁所界定的圆柱形内腔，第一个所述内腔的直径大于第二个所述内腔的直径并在其间形成阶梯，将横截面预加工成倒“T”形的玻璃密封插入第一个内腔，且其杆部向外，而头部通过其圆柱部分的内表面靠在阶梯上；将第二个已预加工的玻璃颗粒插入所述的第二个内腔；将电极插入所述“T”形玻璃和所述第二玻璃颗粒的已对齐的通孔中；使所述“T”形玻璃和第二玻璃颗粒的相对表面保持间隔，将空气引入所述颗粒之间的空间内，将所述颗粒熔接于所述壳体和所述电极。

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