EP1295043A1 - Actionneur a base de micro-impulseurs pyrotechniques - Google Patents

Actionneur a base de micro-impulseurs pyrotechniques

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EP1295043A1
EP1295043A1 EP01949562A EP01949562A EP1295043A1 EP 1295043 A1 EP1295043 A1 EP 1295043A1 EP 01949562 A EP01949562 A EP 01949562A EP 01949562 A EP01949562 A EP 01949562A EP 1295043 A1 EP1295043 A1 EP 1295043A1
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EP
European Patent Office
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micro
plate
composition
impeller
pyrotechnic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01949562A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean Baricos
Yann Guelou
Jean-Pierre Gaetcher
Daniel Esteve
Carole Rossi
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Etienne LaCroix Tous Artifices SA
Original Assignee
Etienne LaCroix Tous Artifices SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Etienne LaCroix Tous Artifices SA filed Critical Etienne LaCroix Tous Artifices SA
Publication of EP1295043A1 publication Critical patent/EP1295043A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/006—Explosive bolts; Explosive actuators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/017—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including arrangements for providing electric power to safety arrangements or their actuating means, e.g. to pyrotechnic fuses or electro-mechanic valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/19—Pyrotechnical actuators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/02—Occupant safety arrangements or fittings, e.g. crash pads
    • B60R21/16—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags
    • B60R21/26—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow
    • B60R2021/26029—Ignitors

Definitions

  • the present invention relates to the field of actuators.
  • the object of the present invention is to propose an actuator capable of exhibiting a controlled modular effect.
  • each impeller comprises a plate which carries an electrical resistance and a pyrotechnic composition arranged close to the resistance so that the pyrotechnic composition is initiated during the heating of the resistance resulting from the passage of a electric current in the resistor.
  • the plate is common to all of the micro-impellers.
  • control means is adapted to control one of the parameters chosen from the group comprising: a speed, a pressure, a flow rate, a time, a resistance over time, a temperature, successive pulses possibly offset in time, safety redundancy, repetitive movement ...
  • FIG. 1 represents a schematic sectional view of an actuator according to an alternative embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 represent two diagrams of electrical supply devices capable of ensuring a safety function
  • FIGS. 4 and 5 show sectional views of two variants of impellers for actuators in accordance with the present invention.
  • FIGS. 6 and 7 show sectional views of systems respectively forming a cutting member and a cylinder, according to the present invention.
  • the actuator according to the present invention comprises a matrix of micro-impellers 100 preferably formed by stacking different plates: for example an intermediate plate 1 10 having a plurality of parallel wells 1 12 capable of containing a pyrotechnic composition 120, a plate closure 1 14 attached to the base of the intermediate plate 1 10 to close the bottom of the wells 1 12 and a cover plate 1 16 disposed on the top of the intermediate plate 1 10 to close the second end of the wells 1 12.
  • the wall thickness between the different wells 1 12 must be sufficient to avoid inadvertent propagation of the initiation, by thermal effect, from one well to another.
  • one or the other of the two plates 114, 116 can be made in one piece with the so-called intermediate plate 110.
  • the cover plate 1 16 carries a series of resistors 130 disposed respectively opposite one of the wells 112.
  • the plate 116 must have, opposite the wells 1 12, a sufficiently thin thickness, in the form of a membrane, so that this plate 116 can be broken during the implementation of the associated composition 120.
  • the micro-impeller matrix 100 is placed in a housing 150.
  • a housing 150 This can be the subject of numerous embodiments.
  • the box 150 is formed by assembling a cover 160 and a base 170.
  • the actuator according to the present invention further comprises a means for controlling the implementation of these micro-impellers, capable of generating a specific desired effect, by controlling the successive supply of the resistors 130.
  • the control means can be placed outside the housing 150 or inside it, for example on one of the plates 110, 114 or 116, preferably on the cover plate 116.
  • the control means can be the subject of numerous embodiments, for example in the form of an ASIC circuit. To allow specific implementation of each resistor 130 on demand, of course the resistors 130 do not have to be all connected in parallel. On the contrary the resistors 130 must be connected to the control circuit via a network of connections allowing a specific addressing on each resistor 130, of an initiation signal.
  • Plates 110, 114 and 116 can also be the subject of numerous embodiments. They are preferably produced by machining silicon or ceramic plates. Such a technique allows a high mass production rate.
  • the pyrotechnic composition 120 can be the subject of numerous variants. According to a preferred embodiment, the composition 120 is formed of propellant. Furthermore, as can be seen in particular in FIG. 4, if necessary each impeller can be equipped with a primary pyrotechnic composition 122 interposed respectively between the resistor 130 and the associated main composition 120.
  • This primary composition 122 is preferably placed in a housing formed in the cover plate 116.
  • the control means is preferably provided with a safety circuit 200 capable of preventing inadvertent supply of the resistors 130.
  • the circuit 200 illustrated in FIG. 2 comprises a voltage regulator 210
  • a HF power supply converter 212 interposed between a power source and the resistors 130, a clipper 214 arranged between a power supply line and an ignition line equipped with a trigger system 216 which controls the application of an electrical voltage to the resistors 130.
  • the circuit 200 illustrated in FIG. 3 comprises on a supply line, a voltage regulator 210, for example in the form of a zener diode, a narrow band pass filter 219 tuned to the modulation of the arming circuit, a demodulator 220, an energy discharge resistor 222, an energy storage capacity 224 and a network of switches 226.
  • the circuit also includes a clipper 214 and a secure ignition circuit 216 which controls the network of switches 226.
  • the number of impellers fitted to an actuator in accordance with the present invention is in no way limited and can go up to several hundred.
  • control means ensures the desired effect, for example maintaining at a constant value or according to a predetermined evolution law of a parameter such as for example: a speed, pressure, flow, time, resistance over time, temperature.
  • the actuator according to the present invention can give rise to numerous applications. It can be used for example to control the inflation of a structure, in particular in the form of progressive inflation, or also to ensure mechanical movement, for example of micro-tools, such as jacks, pistons, disconnectors or organs of cuts, especially of wires or various parts, or even interrupt an electric current, or another fluid, or control a valve.
  • micro-tools such as jacks, pistons, disconnectors or organs of cuts, especially of wires or various parts, or even interrupt an electric current, or another fluid, or control a valve.
  • FIG. 1 a device comprising a tool holder 300 mounted in translation in a barrel 162 of the cover 160.
  • the tool holder 300 is moved during the release of gas under pressure resulting from the implementation of the composition 120, after rupture of the membranes formed in the plate 1 16.
  • the element 300 corresponding to the mobile tool holder could be fixed integral with the housing 150, the housing 150 comprising at least one valve or the element 300 being perforated to form a generator for gas.
  • electrical supply contacts 10 pass through the base 170 and are connected to the network of connecting tracks or to the control circuit provided on the plate 116, by means of wires 20.
  • FIG. 4 represents a gas generator actuator comprising a primary composition 122 placed in a convergent of the cover plate
  • a plate 117 of SiO2 carrying the resistor 130 is interposed between the plates 118 and 116.
  • FIG. 5 represents an actuator comprising a base plate 140, for example made of ceramic, and a layer of insulating varnish 142 joined against a plate 1 16 carrying the resistors 130 facing diverging points housing a pyrotechnic composition 122.
  • FIG. 6 represents a sectioning device comprising a punch 310 guided in translation in a housing and actuated by the matrix of micro-actuators 100.
  • FIG. 7 shows a device of the jack type comprising a piston 320 guided in translation in a housing and actuated by the matrix of micro-actuators 100.
  • the control circuit can be controlled in counter-reaction by a sensor sensitive to the desired parameter, for example the pressure or the displacement stroke in the case of FIGS. 5 and 6.
  • a secure circuit is associated respectively with each resistor 130, close to the latter, on the silicon support substrate 1 14.
  • the present invention is not limited to the embodiments particular which have just been described, but extends to all variants in accordance with its spirit.
  • the present invention makes it possible in particular to produce devices ensuring a redundancy function therefore a good reliability, not bulky, light and consuming little energy.
  • each impeller according to the present invention typically has dimensions less than mm.
  • the present invention also applies to pyromechanisms of conventional size or the replacement of the igniter with its reinforcing charge by a micro-impeller plate described above, makes it possible to provide intelligence in operation and micro-redundancy to such a pyromechanism.

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Abstract

La présente invention concerne un système actionneur comprenant: une matrice de micro-impulseurs pyrotechniques (100) et un moyen de pilotage de la mise en oeuvre respective de ces micro-impulseurs (100), propre à générer un effet spécifique recherché.

Description

ACTIONNEUR A BASE DE MICRO-IMPULSEURS PYROTECHNIQUES
La présente invention concerne le domaine des actionneurs.
Ce domaine a donné lieu à une très abondante littérature.
La présente invention a pour but de proposer un actionneur apte à présenter un effet modulable contrôlé.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un système comprenant :
. une matrice de micro-impulseurs pyrotechniques et
. un moyen de pilotage de la mise en œuvre respective de ces micro- impulseurs, propre à générer un effet spécifique recherché.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, chaque impulseur comprend une plaque qui porte une résistance électrique et une composition pyrotechnique disposée à proximité de la résistance de sorte que la composition pyrotechnique soit initiée lors du chauffage de la résistance résultant du passage d'un courant électrique dans la résistance.
De préférence la plaque est commune à l'ensemble des micro-impulseurs.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le moyen de pilotage est adapté pour contrôler l'un des paramètres choisi dans le groupe comprenant : une vitesse, une pression, un débit, un temps, une tenue dans le temps, une température, des impulsions successives éventuellement décalées dans le temps, une redondance de sécurité, un mouvement répétitif...
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et sur lesquels : . la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un actionneur conforme à une variante de réalisation de la présente invention,
. les figures 2 et 3 représentent deux schémas de dispositifs d'alimentation électrique propres à assurer une fonction de sécurité,
. les figures 4 et 5 représentent des vues en coupe de deux variantes d'impulseurs pour actionneurs conformes à la présente invention, et
. les figures 6 et 7 représentent des vues en coupe de systèmes formant respectivement un organe de coupe et un vérin, conformes à la présente invention. L'actionneur conforme à la présente invention comprend une matrice de micro-impulseurs 100 formée de préférence par empilement de différentes plaques : par exemple une plaque intermédiaire 1 10 possédant une pluralité de puits parallèles 1 12 aptes à contenir une composition pyrotechnique 120, une plaque de fermeture 1 14 accolée à la base de la plaque intermédiaire 1 10 pour obturer le fond des puits 1 12 et une plaque de recouvrement 1 16 disposée sur le sommet de la plaque intermédiaire 1 10 pour fermer la seconde extrémité des puits 1 12.
L'épaisseur de paroi entre les différents puits 1 12 doit être suffisante pour éviter une propagation intempestive de l'initiation, par effet thermique, d'un puits à l'autre.
Bien entendu le cas échéant l'une ou l'autre des deux plaques 114, 1 16 peut être venue de matière avec la plaque dite intermédiaire 110.
La plaque de recouvrement 1 16 porte une série de résistances 130 disposées respectivement en regard de l'un des puits 112. La plaque 116 doit posséder en regard des puits 1 12, une épaisseur suffisamment fine, sous forme de membrane, de sorte que cette plaque 116 puisse être rompue lors de la mise en œuvre de la composition 120 associée.
La matrice de micro-impulseurs 100 est placée dans un boîtier 150. Celui-ci peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Selon le mode de réalisation particulier et non limitatif illustré sur la figure 1, le boîtier 150 est formé par assemblage d'un couvercle 160 et d'une embase 170.
L'actionneur conforme à la présente invention comprend en outre un moyen de pilotage de la mise en œuvre de ces micro-impulseurs, propre à générer un effet spécifique recherché, par contrôle de l'alimentation successive des résistances 130. Le moyen de pilotage peut être placé à l'extérieur du boîtier 150 ou à l'intérieur de celui-ci, par exemple sur l'une des plaques 110, 114 ou 116, de préférence sur la plaque de recouvrement 116.
Le moyen de pilotage peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation, par exemple sous forme d'un circuit ASIC. Pour permettre une mise en œuvre spécifique de chaque résistance 130 à la demande, bien entendu les résistances 130 ne doivent pas être reliées toutes en parallèle. Au contraire les résistances 130 doivent être reliées au circuit de pilotage par l'intermédiaire d'un réseau de connexions permettant un adressage spécifique sur chaque résistance 130, d'un signal d'initiation.
Les plaques 110, 114 et 116 peuvent également faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Elles sont de préférence réalisées par usinage de plaques en silicium ou en céramique. Une telle technique permet une cadence de fabrication élevée en grande série.
La composition pyrotechnique 120 peut faire l'objet de nombreuses variantes. Selon un mode de réalisation préférentiel, la composition 120 est formée de propergol. Par ailleurs comme on le voit notamment sur la figure 4, le cas échéant chaque impulseur peut être équipé d'une composition pyrotechnique primaire 122 intercalée respectivement entre la résistance 130 et la composition principale associée 120.
Cette composition primaire 122 est de préférence placée dans un logement ménagé dans la plaque de recouvrement 116.
Le moyen de pilotage est de préférence muni d'un circuit de sécurité 200 apte à interdire l'alimentation intempestive des résistances 130.
On a illustré deux modes de réalisation de ces circuits de sécurité 200 sur les figures 2 et 3. Le circuit 200 illustré sur la figure 2 comprend un régulateur de tension 210
(diode zener par exemple) limitant l'énergie incidente et un convertisseur HF d'alimentation 212 intercalés entre une source d'alimentation et les résistances 130, un écrêteur 214 disposé entre une ligne d'alimentation et une ligne d'amorçage équipée d'un système de déclenchement 216 qui contrôle l'application d'une tension électrique sur les résistances 130.
Le circuit 200 illustré sur la figure 3 comprend sur une ligne d'alimentation, un régulateur de tension 210, par exemple sous forme d'une diode zener, un filtre passe bande étroite 219 accordé sur la modulation du circuit d'armement, un démodulateur 220, une résistance de décharge d'énergie 222, une capacité de stockage de l'énergie 224 et un réseau d'interrupteurs 226. Le circuit comprend également un écrêteur 214 et un circuit d'allumage sécurisé 216 qui contrôle le réseau d'interrupteurs 226. Le nombre d'impulseurs équipant un actionneur conforme à la présente invention n'est aucunement limité et peut aller jusqu'à plusieurs centaines.
Par contrôle de la séquence de mise en œuvre des différents impulseurs, le moyen de pilotage assure l'effet recherché, par exemple maintien à une valeur constante ou suivant une loi d'évolution prédéterminée d'un paramètre tel que par exemple : une vitesse, une pression, un débit, un temps, une tenue dans le temps, une température.
L'actionneur conforme à la présente invention peut donner lieu à de nombreuses applications. II peut être utilisé par exemple pour contrôler le gonflage d'une structure, notamment sous forme d'un gonflage progressif, ou encore pour assurer un déplacement mécanique, par exemple de micro-outils, tels que des vérins, pistons, sectionneurs ou organes de découpes, notamment de fils ou pièces diverses, ou encore interrompre un courant électrique, ou un autre fluide, ou commander une vanne.
On a illustré sur la figure 1 un dispositif comprenant un porte outil 300 monté à translation dans un fût 162 du couvercle 160. Le porte outil 300 est déplacé lors du dégagement de gaz sous pression résultant de la mise en œuvre de la composition 120, après rupture des membranes formées dans la plaque 1 16. En variante l'élément 300 correspondant au porte outil mobile pourrait être fixe solidaire du boîtier 150, le boîtier 150 comportant au moins une vanne ou encore l'élément 300 étant perforé pour former un générateur de gaz.
On notera que sur la figure 1 des contacts 10 d'alimentation électrique traversent l'embase 170 et sont reliés au réseau de pistes de liaison ou au circuit de pilotage prévus sur la plaque 1 16, par l'intermédiaire de fils 20.
La figure 4 représente un actionneur générateur de gaz comprenant une composition primaire 122 placée dans un convergent de la plaque de recouvrement
1 16 et comprenant par ailleurs une plaque additionnelle 118 possédant un divergent
119 respectivement en regard de chaque résistance 130. Une plaque 117 de SiO2 portant la résistance 130 est intercalée entre les plaques 118 et 116.
La figure 5 représente un actionneur comprenant une plaque de base 140, par exemple en céramique, et une couche de vernis isolant 142 accolées contre une plaque 1 16 portant les résistances 130 en regard de divergents logeant une composition pyrotechnique 122.
La figure 6 représente un dispositif de sectionnement comprenant un poinçon 310 guidé à translation dans un boîtier et actionné par la matrice de micro- actionneurs 100.
La figure 7 représente un dispositif de type vérin comprenant un piston 320 guidé à translation dans un boîtier et actionné par la matrice de micro-actionneurs 100.
Le circuit de pilotage peut être commandé en contreréaction par un capteur sensible au paramètre recherché, par exemple la pression ou la course de déplacement dans le cas des figures 5 et 6.
Selon une variante avantageuse de la présente invention, un circuit sécurisé est associé respectivement à chaque résistance 130, à proximité de celle-ci, sur le substrat support en silicium 1 14. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit.
La présente invention permet en particulier de réaliser des dispositifs assurant une fonction de redondance donc une bonne fiabilité, peu volumineux, légers et consommant peu d ' énergie .
Dans le cadre de l'application à des micromécanismes, chaque impulseur conforme à la présente invention possède typiquement des dimensions inférieures au mm.
Cependant la présente invention s'applique aussi aux pyromécanismes de taille classique ou le remplacement de l'allumeur avec sa charge renforçatrice par une plaquette de micro-impulseurs décrite plus haut, permet d'apporter une intelligence dans le fonctionnement et une microredondance à un tel pyromécanisme.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Système actionneur comprenant : . une matrice de micro-impulseurs pyrotechniques (100) et
. un moyen de pilotage de la mise en œuvre respective de ces micro-impulseurs (100), propre à générer un effet spécifique recherché.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque impulseur (100) comprend une plaque (1 14) qui porte une résistance électrique (130) et une composition pyrotechnique (120) disposée à proximité de la résistance (130) de sorte que la composition pyrotechnique (120) soit initiée lors du chauffage de la résistance (130) résultant du passage d'un courant électrique dans la résistance (130).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la plaque (1 14) est commune à l'ensemble des impulseurs (100).
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est adapté pour contrôler l'un des paramètres choisi dans le groupe comprenant : une vitesse, une pression, un débit, un temps, une tenue dans le temps, une température, des impulsions successives éventuellement décalées dans le temps, une redondance de sécurité, un mouvement répétitif.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est conçu pour maintenir le paramètre à une valeur constante.
6. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est conçu pour contrôler le paramètre suivant une loi d'évolution prédéterminée.
7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la matrice de micro-impulseurs (100) est formée par empilement de différentes plaques : une plaque intermédiaire (110) possédant une pluralité de puits parallèles (112) aptes à contenir une composition pyrotechnique (120), une plaque de fermeture (114) accolée à la base de la plaque intermédiaire (110) pour obturer le fond des puits (1 12) et une plaque de recouvrement (116) disposée sur le sommet de la plaque intermédiaire (1 10) pour fermer la seconde extrémité des puits (112).
8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la plaque de recouvrement (1 16) possède en regard des puits (112), une épaisseur suffisamment fine, sous forme de membrane, de sorte que cette plaque (116) puisse être rompue lors de la mise en œuvre de la composition (120) associée.
9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est placé sur l'une des plaques (110, 114 ou 1 16) de la matrice de micro-impulseurs.
10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la matrice de micro-impulseurs (100) comprend des plaques (110, 114, 1 16) en silicium ou en céramique.
1 1. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la matrice de micro-impulseurs (100) comprend une composition (120) formée de propergol.
12. Système selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que chaque impulseur est équipé d'une composition pyrotechnique primaire (122) intercalée respectivement entre la résistance (130) et la composition principale associée (120).
13. Système selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la composition primaire (122) est placée dans un logement ménagé dans une plaque de recouvrement (1 16).
14. Système selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le moyen de pilotage est muni d'un circuit de sécurité (200) apte à interdire l'alimentation intempestive des résistances (130).
15. Système selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il est utilisé pour contrôler le gonflage d'une structure, notamment sous forme d'un gonflage progressif.
16. Système selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il est utilisé pour assurer un déplacement mécanique, par exemple de microoutils, tels que des vérins, pistons, sectionneurs ou organes de découpes, notamment de fils ou pièces diverses, ou encore interrompre un courant électrique, ou un autre fluide, ou commander une vanne.
17. Système selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que la matrice de micro-impulseurs (100) est associée à un pyromécanisme classique en lui même.
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