ES2284928T3 - Encendedor con espacio de chispa para la descarga electrostatica impreso. - Google Patents
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Abstract
Un encendedor (22) que comprende : un receptáculo exterior metálico (24) que contiene una cantidad de material reactivo (28); una placa de circuito impreso (36) en contacto con el material reactivo (28); una estructura metálica (40) bien conectada a masa, adyacente a la placa de circuito; al menos dos clavijas (48, 50), conectadas cada una de ellas a los primeros trazos eléctricos formados en el circuito impreso (36); espacios de chispa para descarga electrostática que comprenden segundos trazos eléctricos (74, 76) que se extienden desde los primeros trazos (70, 72), para formar extremos puntiagudos (78, 80) que se extienden hasta menos de aproximadamente 0, 127 mm de una conexión eléctrica a masa.
Description
Encendedor con espacio de chispa para la
descarga electroestática impreso.
La presente invención se refiere a dispositivos
de ignición o encendedores para explosivos y generadores de gas, y
en especial a encendedores con características de descarga
electrostática.
Los encendedores para explosivos y generadores
de gas presentan una dicotomía entre el deseo de un encendido
fiable y consistente y la importancia de evitar una ignición
accidental. El enfoque para solucionar esta dicotomía es reducir la
sensibilidad de la carga de ignición e incrementar la potencia o
las características únicas de la señal de encendido. A pesar de los
avances que se han producido, la descarga estática es todavía
preocupante, debido a la posibilidad de que una carga estática
pueda descargar a través del encendedor y provocar una ignición
accidental.
Las soluciones conocidas referentes al problema
de las descargas electrostáticas comprenden prever que la carga
electrostática se conecte a masa en la carcasa del encendedor,
evitando así que la corriente estática se transmita a través del
elemento calentador. Tales soluciones típicamente implican costes
adicionales asociados a la fabricación de la estructura necesaria
para descargas estáticas. La patente US 2.408.125, (que forma la
base de la reivindicación independiente 1) describe una forma para
salvaguardar los encendedores eléctricos de los detonadores de
explosión contra un encendido accidental debido a la electricidad
estática. Se adaptan puntas, proyecciones, cantos u otros medios
para aportar puntos de descarga que favorezcan o faciliten las
descargas de alta tensión desde dicho medio hasta la conexión a
masa. La conexión a masa se compone de un material que presenta
resistencia a las corrientes de bajo voltaje pero que permite el
paso de corrientes de alto voltaje. La patente US 2.408.125 sugiere
materiales como galena, piritas de hierro cristalino amarillas o
cincita (oxido rojo de cinc). Las patentes US 5.433.147 y US
4.261.263 revelan el uso de un espacio de chispa o descargador en el
detonador para disipar la electricidad estática. Todas las
estructuras de la técnica anterior para descargar electricidad
estática requieren la adición de estructuras significativas, o
modificaciones de los diseños existentes.
Lo que se necesita es un mecanismo de descarga
estática que presente un coste mínimo o ninguno, y requiera mínimas
modificaciones a los modernos encendedores de airbag. El encendedor
de esta invención está dotado con una característica de descarga
estática que no incrementa su coste de producción.
La figura 1 es una vista de planta en sección
transversal de una placa de circuito, tomada sobre la línea
1-1 de la figura 3, sin incluir sus componentes para
que sean visibles los trazos de cobre, que incorpora el mecanismo
de descarga estática de esta invención, rodeado por una carcasa
metálica protectora.
La figura 1A es otra vista de planta en sección
transversal de otra placa de circuito, tomada sobre la línea
1-1 de la figura 3, sin incluir sus componentes,
para que sean visibles los trazos de cobre, que incorpora también el
mecanismo de descarga estática de esta invención, rodeado por una
carcasa metálica protectora.
La figura 1B es una vista parcial ampliada de la
parte de la figura 1A señalada como Fig-1B.
La figura 2 es un despiece en perspectiva de un
encendedor que incorpora la placa de circuito con la característica
de descarga estática de la figura 1 o la 1A.
La figura 3 es una vista de alzado lateral en
sección transversal de un generador utilizado para hinchar un
airbag que incorpora el encendedor de la figura 2.
Con referencia a las figuras 1 a 3, en las que
números iguales se refieren a piezas similares, en la figura 3 se
muestra un generador de gas 20 para hinchar un airbag. Tal generador
de gas puede utilizarse, por ejemplo, para hinchar el airbag de un
vehículo. El generador de gas es activado por un encendedor 22 que
se muestra en la vista de despiece de la figura 2. Se entiende que
el encendedor podría utilizarse alternativamente para activar un
explosivo. El encendedor 22 está ubicado en un receptáculo metálico
24. El receptáculo metálico 24 tiene una primera parte cilíndrica
26 que contiene un material reactivo 28 para activar los perdigones
generadores de gas, que no se muestran para mayor claridad,
contenidos en el generador de gas 20, o para activar un explosivo.
Una segunda parte cilíndrica más ancha 32 del receptáculo metálico
24 contiene una arandela elastomérica 34 y una placa de circuito
cerámica 36. La parte cilíndrica más ancha 32 tiene un extremo
abierto que está sellado por un cierre 38 que tiene una parte
cilíndrica 40 y una parte de tapa 42. La parte cilíndrica 40
comprime los bordes curvados 44 de la placa de circuito 36 contra
la arandela elastomérica 34. La parte cilíndrica 40 del cierre es
una estructura metálica que está adyacente a la placa de circuito
36 y bien conectada a masa a través del receptáculo metálico
24.
Como se muestra en la figura 3, en el lado 45 de
la placa de circuito 36 situado frente al material reactivo 28 hay
un puente semiconductor 46 que actúa como miembro calefactor. El
miembro de calentamiento está colocado en contacto íntimo con el
material reactivo 28 en la primera parte cilíndrica 26 del
receptáculo metálico 24. La tapa de cierre 62 sella el material
reactivo en una cámara definida por la placa de circuito, el
receptáculo metálico y la tapa de cierre en si. Cuando se aplica
una potencia suficiente al calefactor 46, el material reactivo 28 se
enciende. En lugar del puente semiconductor podría utilizarse
cualquier miembro de calentamiento adecuado, como un alambre
puente. El lado 49 de la placa de circuito 36 más alejado del
material reactivo 28 monta diversos componentes eléctricos 47, que
típicamente incluyendo un controlador, que es un circuito integrado
de aplicación especifica (ASIC), un microprocesador o similar. Los
componentes eléctricos 47, se usan para encender el material
reactivo 28, por medio del miembro de calentamiento 46.
Se aplica corriente eléctrica a los componentes
eléctricos 47, por medio de las clavijas eléctricas 48, 50. Una de
las clavijas es una clavija de suministro de energía, mientras que
la otra es una clavija de retorno. Las clavijas conducen corriente
al circuito electrónico 36, y conducen señales digitales a y desde
los componentes eléctricos 47, montados en la placa de circuito 36.
La disposición y la función de los diversos componentes eléctricos
47, está detallada en las patentes US 6.166.452 y US 5.835.873.
Las clavijas eléctricas 48, 50 llevan
generalmente voltajes relativamente bajos, del orden de menos de 50
voltios. Las clavijas eléctricas 48, 50 pasan a través de los
agujeros 52, 54 del cierre 38. Las clavijas eléctricas están
herméticamente selladas al cierre y aisladas eléctricamente del
cierre por medio de casquillos de vidrio 56. Una cubierta final de
plástico 58 va montada sobre la parte de tapa 42 del cierre 38 por
medio de un pomo 60 para impedir que las clavijas 48, 50 se doblen.
El receptáculo metálico 24, el cierre 38 y la tapa de cierre 62
forman generalmente una jaula de Faraday que aísla el circuito
electrónico 36 y el material reactivo 28 de los campos
electromagnéticos parásitos. No obstante una descarga electrostática
que se aplique a una de las clavijas 48, 50 podría posiblemente
afectar adversamente a uno o más de los componentes eléctricos 47 o
al miembro de calentamiento 46.
Las anteriores soluciones para prevenir el
problema de las descargas electrostáticas consistían en aportar una
conexión a masa, o derivación, como un diodo Zener, a través del
miembro de calentamiento del puente semiconductor crítico, el cual
permite pasar los altos voltajes asociados con las descargas
electrostáticas, pero no los bajos voltajes relacionados con el
funcionamiento normal del encendedor. Tales soluciones generalmente
requieren la incorporación de uno o mas componentes, que deben
montarse en la placa de circuito, incrementando así el número de
piezas y el gasto.
Las figuras 1 y 1A, son vistas en planta desde
arriba de los trazos de cobre 64 en los que se han montado varios
componentes eléctricos 47 en el lado 49 de la placa de circuito que
está aislado del material reactivo. Los componentes eléctricos 47
típicamente están montados en la superficie sobre los trazos de
cobre. La corriente eléctrica y las señales exteriores llegan a la
placa del circuito 36 a través de las clavijas eléctricas 48, 50,
que pasan por agujeros 66, 68 de la placa. Las clavijas eléctricas
48, 50 están conectadas eléctricamente a unos primeros trazos de
cobre 70, 72 inmediatamente adyacentes a los agujeros 66, 68
mediante resina epoxi o soldadura.
Se forman puntos de descarga electrostática en
los segundos trazos 74, 76 que se extienden desde los primeros
trazos 70, 72 inmediatamente adyacentes a los agujeros 66, 68 a
través de los cuales la corriente y las señales eléctricas llegan a
la placa del circuito 36. Los segundos trazos eléctricos 74, 76
forman unos extremos triangulares puntiagudos 78, 80, que tienen
bases triangulares más anchas que el ancho de las clavijas
eléctricas 48, 50. En el ejemplo de realización que se muestra en
la figura 1 los trazos eléctricos triangulares 74, 76, están
situados aproximadamente de 0,076 mm a 0,127 mm de la parte
cilíndrica 40 bien conectada a masa del cierre 38, para definir los
espacios de descarga electrostática 82, 84. En el ejemplo de
realización que se muestra en las figuras 1A y 1B, los trazos
eléctricos triangulares 74, 76 están situados aproximadamente de
0,076 mm hasta 0,127 mm de las puntas triangulares 83, 85 que son
también trazos de cobre grabados. Como se muestra mejor en la figura
1B, los trazos de cobre que forman los puntos triangulares 83, 85
están unidos por una conductividad eléctrica con la estructura
metálica adyacente a la placa de circuito 36, concretamente con la
parte cilíndrica 40 del cierre 38, por medio de una pequeña
cantidad de resina epoxi conductora o soldadura 90, para definir
los espacios de descarga electrostática 82, 84. En todos los demás
aspectos, los ejemplos de realización que se muestran en las
figuras 1 y 1A son idénticos. Como el cierre 38 representa la
conexión a tierra, las puntas triangulares puntiagudos 78, 80 están
así separadas aproximadamente de 0,076 mm a 0,127 mm de una
conducción a tierra. Como es sabido, un extremo puntiagudo
concentra las líneas de flujo electrostático, y por tanto las puntas
triangulares puntiagudas 78, 80, 83, 85 aportan un punto de
descarga controlado donde la carga estática de alta tensión, es
enviada a tierra. La agudeza de los puntos 78, 80, 83, 85,el ángulo
que converge con los puntos 78, 80, 83, 85, así como la separación
entre los puntos 78, 80, 83, 85, controlan la tensión de ruptura.
Seria deseable situar la tensión de ruptura en unos 150 voltios
aproximadamente. Para conseguir esta tensión de ruptura debe
utilizarse un ángulo de unos 30 grados para formar las puntas
triangulares 78, 80, 83, 85. La agudeza de las puntas también es
importante y está regulada por la agudeza que se pueda conseguir en
el proceso de grabado típico que se utiliza para formar los trazos.
Típicamente las puntas tendrán un radio inferior a 0,05 mm. Debido a
que en ausencia de descargas de alta tensión, no existe
cortocircuito a tierra, la operación normal del encendedor, y de
los componentes eléctricos 47, no se ve afectada por la existencia
de los puntos de descarga electrostática 78, 80.
Los trazos de cobre 64 de la superficie de la
placa de circuito 36 se forman típicamente tratando una capa de
cobre uniforme, con una capa resistente fotosensible. Esta capa
fotosensible se expone a la luz, a través de una máscara, y se
trata para eliminar aquellas partes de material que se desee a fin
de definir los trazos de cobre 64. A continuación se aplica una
solución de grabado que elimina todo el cobre que no está protegido
por la capa fotosensible. Después se retira esta capa, dejando los
trazos de cobre 64. Simplemente cambiando la máscara utilizada para
formar la capa foto resistente se pueden alterar los trazos de
cobre, particularmente para formar los trazos eléctricos de los
extremos triangulares puntiagudos 78, 80, 83, 85. De esta manera,
los puntos de descarga electrostática de esta invención pueden
formarse mediante un simple cambio de la máscara del circuito, lo
cual no añade ninguna dificultad, coste ni medidas adicionales para
la fabricación de los trazos del circuito electrónico, o mas
generalmente del encendedor.
Debe entenderse que la placa de circuito impreso
36 puede estar formada por cualquier material convencional que se
utilice en la actualidad o pueda llegar a utilizarse para la
fabricación de circuitos impresos. Asimismo, la placa de circuito
puede tener varias capas, en las que se aportan tantos trazados
adicionales como se precisen, para cada particular configuración de
circuito de encendedor. También debe entenderse que los trazos
usados para formar los puntos de descarga electrostática pueden ser
de plata, aluminio u otros metales.
Debe entenderse que los espacios 82, 84 entre
los puntos de descarga electrostática y la estructura conectada a
masa, pueden variar para alcanzar los niveles de voltaje requeridos
para la ruptura electros-
tática.
tática.
Debe entenderse que el número de clavijas
eléctricas que se conectan al circuito impreso y que utilizan la
característica de descarga electrostática puede ser distinto de las
dos mostradas y descritas aquí.
Debe entenderse que aunque el ángulo convergente
de los rastros triangulares 78, 80, 83, 85 es preferible que sea de
30 grados, también pueden utilizarse ángulos de 40 grados, aunque
serán menos efectivos.
Debe entenderse que el radio de los extremos
puntiagudos 78, 80, 83, 85 y los espacios 82, 84 que se muestran en
las figuras 1 y 1A no están dibujados necesariamente a escala, sino
para indicar las relaciones que forman el espacio de chispa para la
descarga electrostática.
Debe entenderse que una pluralidad de
encendedores 22 pueden conectarse en paralelo a una barra
colectora, y cuando se activa un encendedor puede crearse una onda
transitoria por parte del explosivo o del componente generador del
gas. Los puntos de descarga electrostática 78, 80 pueden actuar
para impedir que una onda transitoria se propague de vuelta a la
barra colectora. De esta manera, los puntos de descarga
electrostática son efectivos para descargar ondas transitorias de
alta tensión que entren o salgan del encendedor.
Claims (7)
1. Un encendedor (22) que comprende:
un receptáculo exterior metálico (24) que
contiene una cantidad de material reactivo (28);
una placa de circuito impreso (36) en contacto
con el material reactivo (28);
una estructura metálica (40) bien conectada a
masa, adyacente a la placa de circuito;
al menos dos clavijas (48, 50), conectadas cada
una de ellas a los primeros trazos eléctricos formados en el
circuito impreso (36);
espacios de chispa para descarga electrostática
que comprenden segundos trazos eléctricos (74, 76) que se extienden
desde los primeros trazos (70, 72), para formar extremos puntiagudos
(78, 80) que se extienden hasta menos de aproximadamente 0,127 mm
de una conexión eléctrica a masa.
2. El encendedor (22) de la reivindicación 1, en
el que los extremos puntiagudos (78, 80) se extienden hasta menos
de aproximadamente 0,127 mm de la estructura metálica (40) adyacente
al circuito impreso (36).
3. El encendedor (22) de la reivindicación 2,
comprendiendo además terceros trazos eléctricos con extremos
puntiagudos (83, 85), situados a menos de aproximadamente 0,127 mm
de los extremos puntiagudos (78, 80) de dichos segundos trazos
eléctricos (72, 74), estando dichos terceros trazos eléctricos en
comunicación conductora con dicha estructura metálica (40)
adyacente al circuito impreso (36).
4. El encendedor (22) de la reivindicación 1, en
el que los extremos puntiagudos (78, 80) tienen un radio de
curvatura de menos de aproximadamente 0,05 mm.
5. El encendedor (22) de la reivindicación 1, en
el que los extremos puntiagudos (78, 80) se extienden hasta menos
de aproximadamente 0, 076 mm de una conexión eléctrica a masa.
6. El encendedor (22) de la reivindicación 1, en
el que los extremos puntiagudos (78, 80) tienen lados que convergen
en un ángulo de aproximadamente 30 grados.
7. El encendedor (22) de la reivindicación 3, en
el que los extremos puntiagudos (78, 80, 83, 85) tienen lados que
convergen en un ángulo de aproximadamente 30 grados.
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