ES2228766T3 - Iniciador electropirotecnico de puente en capa delgada y con energia de funcionamiento muy baja. - Google Patents
Iniciador electropirotecnico de puente en capa delgada y con energia de funcionamiento muy baja.Info
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Abstract
Iniciador electropirotécnico (1) que comprende un circuito eléctrico (18) constituido por unos depósitos en capa delgada sobre un soporte (26) que es no conductor de la electricidad y que está fijado a una cara superior plana (9), comprendiendo dicho circuito eléctrico un elemento resistivo calefactor (17) en capa delgada, estando dicho circuito recubierto por una composición pirotécnica (23), presentando dicho soporte (26) una conductividad térmica, que es inferior a 20 mW/cmºC.
Description
Iniciador electropirotécnico de puente en capa
delgada y con energía de funcionamiento muy baja.
La presente invención se refiere al campo de los
iniciadores electropirotécnicos destinados, en particular, a
iniciar unos dispositivos de protección de los ocupantes de un
vehículo automóvil como por ejemplo unos retractores de cinturón de
seguridad o unos generadores de gas que debe hinchar unos cojines
de protección. Más precisamente, la invención se refiere a un
iniciador electropirotécnico cuyo elemento resistivo calefactor está
constituido por un puente en capa delgada y que funciona con
energía muy baja.
Tradicionalmente los iniciadores
electropirotécnicos destinados a la seguridad automóvil estaban
constituidos por un cuerpo aislante de la electricidad prolongado
por un capuchón metálico fragmentable y atravesado por dos
electrodos. Los electrodos están conectados entre sí por un
filamento suspendido resistivo calefactor rodeado por una
composición explosiva de cebado constituida por un explosivo
primario o por una mezcla óxido-reductora como se
describe por ejemplo en la patente US 3.572.247. Dichos iniciadores
presentan sin embargo el inconveniente de ser sensibles a las
vibraciones del vehículo automóvil a nivel de las soldaduras del
filamento resistivo sobre los electrodos. Estas soldaduras, cuando
son solicitadas de forma repetitiva por las vibraciones del
vehículo, pueden romperse y hacer el iniciador inoperante, lo que
hace que esta tecnología sea actualmente progresivamente
abandonada.
Para evitar este inconveniente se ha desarrollado
una nueva categoría de iniciadores en los cuales los electrodos
están conectados a dos capas metálicas conductoras distintas
extendidas sobre la superficie del cuerpo aislante que está en el
interior del capuchón metálico y entre estas dos capas se dispone un
elemento resistivo calefactor.
En esta nueva categoría se pueden distinguir dos
grandes familias en función del espesor del elemento resistivo
calefactor:
- -
- por una parte, los iniciadores cuyas capas conductoras y la banda resistiva están constituidos por unos circuitos impresos o también por unas hojas "en capas gruesas", fotograbadas cuyo espesor es superior a 2x10^{-6}y a menudo comprendido entre 2x10^{-6}m y 7x10^{-6}m, o también entre 2 y 7 micrómetros. Dichos iniciadores están por ejemplo descritos en la patente US 5 544 585. Dichos iniciadores tienen una buena resistencia a las vibraciones del vehículo automóvil, pero necesitan, como los iniciadores de filamento, una energía relativamente importante para funcionar.
- -
- Por otra parte, los iniciadores cuya banda resistiva está constituida por un depósito "en capa delgada" cuyo espesor es inferior o igual a 1x10^{-6}m o también 1 micrómetro y que es depositada por evaporación bajo vacío sobre su soporte. Dichos iniciadores están por ejemplo descritos en las patentes US 5 798 476 o también US 4 729 315. Estos iniciadores tienen una buena resistencia a las vibraciones del vehículo automóvil y presentan además la ventaja de presentar una corriente de no fuego de por lo menos 400mA con una corriente de fuego total próxima a 1200 mA lo que es cada vez más requerido por los constructores de automóviles y que no es ofrecido por los iniciadores con filamento o de "capas gruesas".
Se recuerda a este propósito que:
La corriente de "fuego total " corresponde
al límite de la intensidad de una corriente eléctrica por encima de
la cual se tiene la seguridad de que todos los encendedores de un
lote funcionarán.
La corriente de "no fuego" corresponde al
límite de la intensidad de una corriente eléctrica por debajo de la
cual se tiene la seguridad de que ningún encendedor de un lote
funcionará.
El documento
DE-A-19732380 describe un iniciador
según el preámbulo de la reivindicación 1.
Sin embargo, debido a que las capas delgadas
conocidas son generalmente depositadas sobre unos soportes
conductores del calor, estos iniciadores presentan también el
inconveniente de necesitar una energía de funcionamiento
relativamente importante.
Ahora bien, frente a la multiplicación de los
dispositivos de seguridad en el interior de los vehículos
automóviles, los constructores desean cada vez más poder disponer
de iniciadores fiables que funcionan con muy baja energía.
El objetivo de la presente invención es
precisamente proponer un iniciador de este tipo.
La invención se refiere por tanto un iniciador
electropirotécnico según la reivindicación 1.
Así, utilizando como elemento resistivo un
depósito en capa delgada sobre un soporte que es a la vez aislante
de la electricidad y muy mal conductor del calor e imponiendo unas
condiciones particulares de granulometría al explosivo primario
presente en la composición de cebado, es posible constituir un
iniciador electropirotécnico que funcione de forma fiable con
energías muy bajas, del orden de algunas centenas de microjoules y
que, cuando los elementos constitutivos están bien dimensionados,
presenta unas corrientes de fuego total y de no fuego compatibles
con las nuevas exigencias de los constructores de automóviles.
Dicho circuito eléctrico y dicho soporte estarán
ventajosamente constituidos por un componente, "C.M.S."
montado en la superficie del cuerpo macizo. Dichos componentes son
también conocidos por su denominación abreviada anglosajona
"S.M.D." (Surface Mounted Device).
Según una realización preferida de la invención,
una cala no conductora de la electricidad y que posee dos caras
planas opuestas está pegada por una de sus caras planas sobre la
cara superior plana de dicho cuerpo macizo y la otra cara plana de
la cala lleva dos capas metálicas conductoras distintas que están
cada una en contacto con uno de los dos electrodos y sobre las
cuales está fijado, por medio de dos soldaduras conductoras de la
electricidad, el componente C.M.S.
Esta realización permite un ensamblado
particularmente fácil del iniciador según la invención como será
explicado en detalle más adelante en la descripción.
Finalmente, según otra realización preferida de
la invención, dicho contenedor y dicho cuerpo macizo son mantenidos
solidarios por un sobremoldeado no conductor de la electricidad y
que es atravesado por los dos electrodos.
Ventajosamente, el soporte estará constituido por
un material elegido de entre el grupo constituido por la sílice
vítrea, los vidrios minerales que contienen sílice, las resinas
orgánicas y las materias plásticas compuestas que contienen por lo
menos un resina orgánica y unas fibras minerales. De manera
preferida dicho soporte está constituido por un material elegido de
entre el grupo constituido por los vidrios minerales que contienen
sílice.
En el marco de la presente invención, los
diferentes explosivos primarios que se prestan a la condición de
granulometría expresada más arriba son susceptibles de ser
utilizados pero se preferirá, por razones de fiabilidad de
funcionamiento, utilizar las sales del dinitrobenzofuroxano y en
particular la sal de rubidio del dinitrobenzofuroxano (RbDNBF) y la
sal de potasio del dinitrobenzofuroxano (KDNBF). El ligante de la
composición de cebado estará ventajosamente constituido por una
resina vinílica o acrílica.
Dicho elemento resistivo plano estará a su vez
ventajosamente constituido por nitruro de tántalo.
Se da a continuación una descripción detallada de
una realización preferida de la invención haciendo referencia a las
figuras 1, 2 y 3.
La figura 1 es una vista en sección axial de un
iniciador cilíndrico según la invención.
La figura 2 es una vista por encima del circuito
eléctrico por depósito en capas delgadas utilizado en el iniciador
representado en la figura 1.
La figura 3 es una vista en sección parcial del
cuerpo macizo que soporta la cala y el componente C.M.S. tales como
los utilizados en el iniciador representado en la figura 1.
Un iniciador electropirotécnico 1 según la
invención está representado en la figura 1. Este iniciador 1 está
constituido por un contenedor cilíndrico 2 fragmentable abierto por
uno de sus extremos. Un cuerpo cilíndrico macizo 3 cierra el
extremo abierto del contenedor 2. La pared lateral 4 del cuerpo 3
presenta un escalonado externo 5 sobre el cual se apoya el extremo
abierto del contenedor 2. El contenedor 2 y el cuerpo 3 están
encerrados en un sobremoldeado 6 que los mantiene solidarios uno
del otro. El contenedor 2 tiene así la forma de un capuchón
cilíndrico que presenta una pared lateral 7 y una pared superior
plana 8. El contenedor 2 está ventajosamente constituido por un
metal ligero fino como el aluminio y su pared plana 8 está
ventajosamente fragilizada para poder abrirse fácilmente bajo el
efecto de un aumento de la presión que reina en el interior del
contenedor. El sobremoldeado 6 está realizado preferentemente en
una resina termoplástica como, por ejemplo, el tereftalato de
polietileno.
El cuerpo 3 debe poder realizar la función de
pared estanca a una detonación y a los gases de combustión que
resultan de esta detonación. Este cuerpo 3 está preferentemente
realizado en un metal denso como el acero. El cuerpo 3 presenta una
cara superior 9 plana y una cara inferior 15 también plana y que
encierra en toda su altura h, un tubo hueco de vidrio 10. Dos
electrodos 12, 13 en forma de espiga cilíndrica atraviesan el
cuerpo 3, atravesando el electrodo 12 por medio del tubo hueco 10
de vidrio.
Cada electrodo presenta un extremo que sobrepasa
de la cara superior plana 9 del cuerpo 3 y un extremo que sobrepasa
de la cara inferior 14 del sobremoldeado 6. En la cara superior
plana 9 del cuerpo 3 está fijada, por ejemplo por pegado, una cala
aislante 16 que se encuentra así dispuesta en el interior del
contenedor 2.
La cala 16 es a base de resina poliepoxi cargada
de fibras de vidrio y tiene la forma de un disco que presenta dos
canales cilíndricos destinados a dejar pasar, en el curso del
ensamblado del iniciador 1, los electrodos 12 y 13.
La cala 16 soporta en su cara superior dos capas
metálicas distintas y no juntas de cobre 21 y 22; los extremos
superiores de los electrodos 12 y 13 están cada uno conectados a
una de las capas 21 y 22 por medio de soldaduras 27 y 28 realizadas
en una aleación conductora de la electricidad.
A través de estas dos capas 21 y 22 está fijado
un componente C.M.S. constituido por un soporte 26 en forma de chip
paralelepipédico cuya cara superior soporta un circuito eléctrico
18. El soporte 26 está constituido por un vidrio "flint"
ordinario que contiene entre 20% y 55% de sílice SiO_{2}. Dicho
vidrio es un excelente aislante eléctrico y un muy mal conductor
del calor, siendo su conductividad térmica del orden de 6mW/cmºC.
El circuito 18 está constituido por un depósito 29 en capa delgada
de nitruro de tántalo parcialmente recubierto por unos depósitos en
capas delgadas 30 y 31 de metales conductores a base de oro y de
paladio. Como se ha representado en la figura 2, los depósitos 29,
30 y 31 tienen formas trapezoidales que dejan no recubierta una
zona paralelepipédica central 17 del depósito 29 de nitruro de
tántalo. Esta zona 17 constituye el elemento resistivo calefactor
en capa delgada del circuito eléctrico 18. Una soldadura de estaño
32 encierra uno de los extremos del soporte 26 de manera que
asegure una conexión eléctrica entre el depósito conductor 30 y la
capa conductora 22, mientras que una soldadura distinta 33, también
de estaño, encierra el extremo opuesto del soporte 26 de manera que
asegure una conexión eléctrica entre el depósito conductor 31 y la
capa conductora 21.
El circuito eléctrico 18 que comprende el
elemento resistivo calefactor 17 está recubierto por una composición
pirotécnica de cebado 23 constituida por 80% de su peso por la sal
de rubidio del dinitrobenzofuroxano y por 20% de su peso por una
resina epoxi que realiza la función de ligante. La granulometría del
explosivo primario RbDNBF era próxima a 20x10^{-6}m.
El contenedor 2 contiene también un polvo de
encendido 25 constituido, por ejemplo, por una pólvora a base de
nitrocelulosa o por una mezcla de boro y de nitrato de potasio.
Un iniciador de este tipo es particularmente
simple y económico de fabricar en serie. Se empieza por depositar,
por evaporación bajo vacío, el circuito 18 en capas delgadas sobre
su soporte 26. Se fijan a continuación los electrodos 12 y 13 a la
cala 16 recubierta de las capas 21 y 22 sobre las cuales se suelda
el soporte 26. La cala 16 así equipada es pegada a la cara superior
plana 9 del cuerpo macizo 3 de manera que constituya una cabeza de
iniciación que se recubre por la composición de cebado 23 antes de
introducirla en el contenedor 2 que contiene la pólvora de
encendido 25. Es suficiente entonces solidarizar el conjunto
gracias al sobremoldeado 6.
Los iniciadores según la invención pueden
funcionar de forma fiable con una energía muy baja, del orden de
100 a 200 microjoules o también de 1x10^{-4} a 2x10^{-4} J, y,
cuando sus elementos constitutivos y en particular el elemento
resistivo 17 están bien dimensionados, presentan unos valores de
corriente de fuego total próximos a 1200 mA y unos valores de
corriente de no fuego superiores a 500mA. Siendo bien resistentes a
las vibraciones, por otra parte, los iniciadores con depósitos en
capas delgadas, los iniciadores según la invención encuentran una
aplicación preferida en el campo de la protección, por dispositivos
electropirotécnicos, de los ocupantes de un vehículo auto-
móvil.
móvil.
Se fabrican cuatro grupos de iniciadores de
estructura análoga a la representada en las figuras 1 y 2 y que
presentan las características estructurales siguientes:
| Grupo | Elemento resistivo 17 | Composición de cebado | Naturaleza del soporte 26 |
| 1 | - Níquel/cromo | Mezcla óxido-reductora | Resina epoxy |
| - Espesor 25 micrones | |||
| 2 | - Níquel/cromo | Trinotroresorcinato de | Resina epoxy |
| - Espesor 5 micrones | plomo + resina vinílica | ||
| 3 | - Nitruro de tántalo | Trinotroresorcinato de | Alúmina |
| - Espesor 1 micrón | plomo + resina vinílica | ||
| RbDNBF de | |||
| 4 | - Nitruro de tántalo | granulometría próxima a | Vidrio "flint" |
| - Espesor 0,5 micrón | 20 micrones + resina | ||
| vinílica |
Se recuerda: 1 micrón = 1 micrómetro =
10^{-6}m.
El iniciador nº 1: corresponde a un
iniciador con puente en capa gruesa, sobre un soporte no conductor
del calor y con una composición de cebado que utiliza una mezcla
óxido-reductora.
El iniciador nº 2: corresponde a un
iniciador con puente en capa gruesa, sobre un soporte no conductor
del calor y con una composición de cebado que utiliza un explosivo
primario.
El iniciador nº 3: corresponde a un
iniciador con puente de capa delgada, sobre un soporte conductor
del calor y con una composición de cebado que utiliza un explosivo
primario.
El iniciador nº 4: reúne las tres
características esenciales de la invención.
- -
- puente en capa delgada,
- -
- soporte no conductor de calor,
- -
- explosivo primario de granulometría inferior a 30 micrones.
Estos iniciadores han presentado las
características de funcionamiento siguientes:
| Grupo nº | Corriente de "No Fuego" | Corriente de "Fuego Total" | Energía |
| (1) | (2) | ||
| 1 | 300 mA | 1750 mA | 5 mJ |
| 2 | 250 mA | 1200 mA | 4 mJ |
| 3 | 500 mA | 1200 mA | 3,5 mJ |
| 4 | 600 mA | 1100mA | 0,200 mJ |
| mA = miliamperio = 10^{-3}A | |||
| mJ = milijoule = 10^{-3}J | |||
| (1): para impulsos eléctricos rectangulares de duración 10 segundos. | |||
| (2): para impulsos eléctricos rectangulares de duración 2 milisegundos. |
Claims (12)
1. Iniciador electropirotécnico (1) que
comprende un circuito eléctrico (18) constituido por unos depósitos
en capa delgada sobre un soporte (26) que es no conductor de la
electricidad y que está fijado a una cara superior plana (9),
comprendiendo dicho circuito eléctrico un elemento resistivo
calefactor (17) en capa delgada, estando dicho circuito recubierto
por una composición pirotécnica (23), presentando dicho soporte
(26) una conductividad térmica, que es inferior a 20 mW/cm ºC,
caracterizado porque el iniciador
electropirotécnico (1) comprende además:
- -
- un contenedor (2) que posee por lo menos una pared fragilizada (8) y que está cerrado por un cuerpo macizo (3) de altura h que posee dicha cara superior plana (9) dispuesta en el interior del contenedor (2) y que presenta, en toda su altura h, una estructura aislante (10) respecto a la electricidad, conteniendo el contenedor (2) además un polvo (25) de encendido,
- -
- dos electrodos (12, 13) en forma de espigas que están conectadas a dicho circuito eléctrico (18) y que atraviesan completamente dicho cuerpo macizo, siendo dicha estructura aislante (10) atravesada por lo menos por uno de los dos electrodos (12, 13),
y porque dicho elemento resistivo calefactor (17)
tiene un espesor que es inferior a 1x10^{-6}m y que es tal, que
dicha composición pirotécnica (23) que recubre dicho circuito
eléctrico (18) es una composición pirotécnica de cebado (23)
constituida por un ligante y por un explosivo primario, cuya
granulometría está comprendida entre 1x10^{-6}m y 30x10^{-6}m y
es tal que la energía de funcionamiento del iniciador es del orden
de 1x10^{-4} a 2x10^{-4} Joule.
2. Iniciador electropirotécnico según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho circuito
eléctrico (18) y dicho soporte (26) están constituidos por un
componente, C.M.S. montado en la superficie del cuerpo macizo
(3).
3. Iniciador electropirotécnico según la
reivindicación 2, caracterizado porque una cala (16) no
conductora de la electricidad y que posee dos caras planas opuestas
está pegada por una de sus caras planas sobre la cara superior
plana (9) del cuerpo (3) y porque la otra cara plana de la cala (16)
soporta dos capas metálicas conductoras distintas (21, 22) que
están cada una en contacto con uno de los dos electrodos (12, 13) y
sobre las cuales está fijado, por medio de dos soldaduras (32, 33)
conductoras de la electricidad, el componente C.M.S.
4. Iniciador electropirotécnico según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
dicho contenedor (2) y dicho cuerpo macizo (3) son mantenidos
solidarios por un sobremoldeado (6) no conductor de la
electricidad.
5. Iniciador electropirotécnico según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
dicho soporte (26) está constituido por un material elegido de
entre el grupo constituido por la sílice vítrea, los vidrios
minerales que contienen sílice, las resinas orgánicas, los
materiales plásticos compuestos que contienen por lo menos una
resina orgánica y unas fibras minerales.
6. Iniciador electropirotécnico según la
reivindicación 5, caracterizado porque dicho soporte (26)
está constituido por un material elegido de entre el grupo
constituido por los vidrios minerales que contienen sílice.
7. Iniciador electropirotécnico según la
reivindicación 6, caracterizado porque el soporte (26) está
constituido por un vidrio flint ordinario que contiene entre 20% y
55% de sílice SiO_{2}.
8. Iniciador electropirotécnico según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
dicho explosivo primario es una sal de dinitrobenzofuroxano.
9. Iniciador electropirotécnico según la
reivindicación 8, caracterizado porque dicho explosivo
primario se elige de entre el grupo constituido por la sal de
rubidio del dinitrobenzofuroxano y por la sal de potasio del
dinitrobenzofuroxano.
10. Iniciador electropirotécnico según la
reivindicación 9, caracterizado porque la composición
pirotécnica (23) de cebado está constituida para 80% de su peso por
la sal de rubidio del dinitrobenzofuroxano como explosivo primario y
para 20% de su peso por una resina epoxi que realiza la función de
ligante, siendo la granulometría del explosivo primario próxima a
20x10^{-6}m.
11. Iniciador electropirotécnico según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
dicho elemento resistivo está constituido por nitruro de
tántalo.
12. Iniciador electropirotécnico según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
polvo (25) de encendido se elige de entre el grupo constituido por
una pólvora a base de nitrocelulosa y por una mezcla de boro y de
nitrato de potasio.
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