JPH09506965A - 爆薬起爆装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明の分野は爆薬起爆装置の分野である。この発明による起爆装置は、そのケーシング（３）が、金属製の端板（５）に取付けられた金属壁（４）からなり、端板には少なくとも２つの電極（８ａ、８ｂ）が差し込まれ、電極の少なくとも一方は、絶縁材料（１５９によって端板（５）から電気的に絶縁され、ケーシング（３）は、プラスチック材料の成形物（１０）を備えて少なくとも端板（５）と電極（８ａ、８ｂ）の一部を囲むことを特徴とする。自動車安全システム用起爆装置への適用

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 爆薬起爆装置 この発明の分野は、爆薬起爆装置(pyrotechnic detonators)、すなわち、爆薬 回路に爆発作用を伝達することを可能にする部品の分野である。起爆装置は、米 国特許第２９６８９８５号、第２７６７６５５号および第４８１９５６０号から 知られるが、そのケーシングはプラスチック材料によって作成されている。これ らの安価な起爆装置は、採鉱や採石に用いる起爆カートリッジ用として特に意図 されたものである。それらは通常、起爆剤を収納し爆発時に粉砕される、均一な 厚さのプラスチック材料からなるケーシングを有する。 これらの起爆装置は安価であるが、その安全性と信頼性のレベルは、採鉱以外 の技術分野例えば、武器の分野や自動車の安全システムの分野では使用できない というようなものである。 さらに、そのような起爆装置は、静電気の放電に対して保護されていない。 この発明の目的は、このような欠点のない起爆装置を提供することである。 従って、この発明は、きわめて信頼性が高く堅牢であると同 時に、静電気の放電に対して高い抵抗力を有する起爆装置を提供するものである 。 この発明の他の目的は、低価格で多量に、かつ、安全に生産することが可能で 、例えば、車輛とくに自動車に用いる爆発式安全装置への使用が許される起爆装 置を提供することである。 最後に、この発明は、非常に高いレベルの安全性を有して主爆薬を起爆するこ とができ、低感度の爆薬組成物の使用をも可能にする起爆装置を提供するもので ある。 従って、この発明の主題は、ケーシング内に装填された爆薬物質を備え、ケー シングが金属製の端板に取付けられた金属壁からなり、その端板には少なくとも ２本の電極が差込まれ、少なくとも１つの電極は絶縁材料によって端板から電気 的に絶縁され、しかもそのケーシングは、少なくとも端板と電極の一部を囲むプ ラスチック材料の成形物を備えることを特徴とする爆薬起爆装置である。 第１の実施態様によれば、ケーシングは、パッドで閉じられ、そのパッドの上 に壁の端が折り曲げられている。 その場合、密封材が、パッドと壁端との間に設置される。 第２の実施態様によれば、成形物は、また、金属壁を囲むと共に、ケーシング を閉じるプラスチック材料のプラグを支持している。 ２つの導体スタッドによって部分的に覆われた半導体ブリッジが設置される絶 縁物質からなるペレットを、端板の上に載置してもよい。 好ましい実施態様によれば、導体スタッドの１つは、基板を介して都合よく通 過する半導体の手段によってケーシングの金属端板に接続され、その端板は、そ れ自体、電極のもう１つに接続される。 この発明の変形においては、熱的および電気的に絶縁性を有する材料からなる 層が、半導体ブリッジ上に堆積され、そのブリッジを爆薬物質から絶縁する。 その絶縁材料は、０．５〜１０ミクロンの厚さの薄膜として堆積されたシリコ ン酸化物又は窒化物であることが好ましい。 爆薬物質は、湿式充填法を用いてケーシングに挿入するのが有利である。 爆薬物質の配合剤の平均粒度は、半導体ブリッジの寸法と同じ程度の大きさで あるように選別されることが好ましい。この発明の他の利点は、添付図を参照し て、異なる構成方法の記述から明らかになるであろう。その図面について、 図１は、この発明の第１実施態様による起爆装置の縦断面図であり、 図２は、この発明の第２実施態様による起爆装置の縦断面図であり、 図３は、後者の構成方法に用いられる起爆手段の拡大図である。 図１を参照すると、この発明による起爆装置１は、ケーシング３の中に設置さ れた公知のタイプの爆薬物質２（例えば、火薬〔起爆剤〕即ち点火用爆薬組成物 ）を備える。 ケーシング３は、金属製の端板５に付着された円筒金属壁４からなる。 壁と端板は共にステンレス鋼で作成されている。 ここでは、端板は、カップの形状であり、その上面６は爆薬物質２に接触し、 幅の広いリム７を有し、そのリムに対して壁４が押圧されている。 端板と壁とは、電気溶接、レーザ溶接又は他のタイプの溶接によって互いに接 合される。端板５には２本の電極８ａ、８ｂが差し込まれ、その１方（８ａ）は 端板５と電気的に接触し、他方（８ｂ）はガラス充填物のような絶縁材料１５の 手段によって端板から電気的に絶縁されている。 爆薬物質をトリガーする手段は、電極間に載置される。この場合には、これは 、電極８ａと８ｂを接続し、かつ、それらの端部にハンダ付けによって付着され る抵抗線即ちフィラメント９からなる。 線９の電気的特性は、物質２の爆発特性に基づいて、当業者による従来の方法 で決定される。例えば、２オームの抵抗線が、第４タイプの物質（４成分材料、 例えば、過塩素酸カリウム、チオシアン酸鉛、硫化アンチモンおよびスチフニン 酸鉛の公知の組合せ）に対して採用されてもよい。 最後に、プラスチック材料１０が、ケーシング３の上に成形され、端板５と電 極８ａ，８ｂの一部とを取り囲む。 組立体の結合性は、フランジ７の存在により改善される。 この成形物は、特に衝撃に関して、構成要素の機械的強度を 改善する。それは、また、電極の電気絶縁を助長し、ガラス充填物１５を保護す る。 成形物１０は、ポリアミド又はポリカーボネート系のプラスチック材料であり 、その機械的強度を増大させるためにグラスファイバで補強されてもよい材料で ある。 例えば、短いグラスファイバ（１０分の数ミリメートルの長さ）が採用される 。 成形物１０は、支持面を備える膨出部１１を有し、その支持面は、例えば、図 示しない爆薬物質に又は爆発装置に設けられた穴（ケーシングと同径の穴）にそ れを設置することを可能にする。 ケーシングの壁４は、パッド１２で閉じられ、パッドの上に金属壁の端部１３ が折り曲げられている。 オーリングシール１４は、パッド１２と壁のリム１３との間に挿入されている 。 爆薬物質２は、好ましくは湿式充填法を用いてケーシング３の内部に設置する が、圧縮によって導入することもできる。 従って、この発明による起爆装置は、その製造方法がほとんど工程を必要とし ない上、各工程が単純で容易に自動化が可能であるため、簡単に、かつ、低コス トで製造できることは明らかである。 電極と絶縁材料とを有する端板は、トランジスタやサイリスタのような部品を 製造するための、電子産業に数多く見られる標準的な方法で生産される補助組立 体を構成する。そのような 部品はきわめて安価である。 プラスチック成形もまた、部品を所望の箇所に嵌入できる形状にすることを可 能にする。そのような成形は安価である。 フィラメントは、集積回路の結線に適用されるハンダ付け技術を用いて、電極 にハンダ付けされるが、これらの技術は安価であり、高能率生産を可能にする。 爆薬物質は、ケーシングの空洞の中へ、そしてフィラメントの上に圧縮によっ て直接挿入される。 金属壁と端板もまた、起爆装置にすぐれた機械的剛性を与え、ファラデーケー ジを形成することによって、起爆装置に、静電気の放電に耐える実質的な能力を 与え、電磁界によって誘導される電流から起爆装置を保護する。 変形として、抵抗線９を、半導体、プリント配線回路、又は端板５に接着した 集積回路に置き換えることが可能である。 爆薬物質２は、公知の湿式充填法を用いて挿入されることが好ましい。 爆薬物質は、例えば、公知のタイプの第４物質であり、ここでは説明しないが 当業者に周知の従来の比率で、下記のものを組合せたものである。 主火薬（スチフニン酸鉛のようなもの） 酸化剤（過塩素酸カリウム、塩素酸カリウム又は硝酸カリウムのようなもの） 還元剤（硫化アンチモン、カルシウムケイ化物、黒鉛又は粉末状アルミニウム のようなもの） 起爆装置の起爆力を加減するための添加剤（チオシアン酸鉛、アルミニウム粉 末又は鉛酸化物のようなもの） この爆薬物質は、１〜５重量％の、天然ゴム又は合成バインダのようなバイン ダーと水（５〜３０重量％）と共に混合される。 湿潤した混合物を用いる利点は、混合物に作用して爆薬物質を分離し、暴発の 危険を減じることができるということである。 爆薬物質は、適当な工具を用いて、ケーシングと同じ直径を有するペレットと して形成される。このペレットは、爆薬物質を完全にケーシングに充填しフィラ メント９に密着させる適度の圧力（２０〜４０メガパスカル）で、雄型により圧 縮することができる。 圧縮することは、爆薬物質の上部に水分を追いやるという結果をもたらす。充 填済みの起爆装置は、その後、加熱トンネル（５０〜８０℃）に通され、水分を 蒸発させる。爆薬物質を乾燥することは、その感度を回復させる効果を有する。 図２はこの発明の他の実施態様を示し、端板５は、周縁リム７を有する平板状 に形成され、その上に金属壁４が嵌着されている。 壁と端板は、ステンレス鋼で形成され、電気アーク溶接されている。 電極８ｂは端板５の盲目孔にハンダ付けされ、電極８ａは端板を貫通している 。電極８ａはガラスリング１５によって端板から電気的に絶縁されている。 この実施態様では、成形されたプラスチック材料１０は、端板と電極の一部と を囲むと共に、金属壁４をそのほぼ完全な高さにわたって囲んでいる。この組立 体はリム７の存在によってさらに堅牢に形成される。 ケーシング３は、成形物１０と同じプラスチック材料で作られたプラグ１６に よって閉じられている。 プラグ１６は、金属壁４と同じ直径の中央筒状部１７を有し、その前面１８は 爆薬物質２の上に露出している。 プラグ１６の周縁はテーパー形状部を有し、成形物１０の上に形成された嵌合 形状に接触する。テーパー形状部１６ａは、環状溝１９によって中央部１７から 分離されている。 爆薬物質を充填したその部材にプラグを嵌着すると、プラグの溝１９の底と成 形物１０の先端との間に１０分の１ミリメートル程度のクリアランスｊが生じる （クリアランスは、図では誇張して示されている）。 このクリアランスは、例えば、超音波溶接による組立て時に、爆薬物質の圧縮 を軽減させる。 このような構成によれば、第１に、ケーシング内部の空間を除去して摩擦の危 険を抑制し、第２に、爆薬物質と起爆手段との良好な接触を確実にすることがで きる。 このようにして、起爆装置の安全性と信頼性が向上する。 爆薬物質が湿式の方法を用いて充填される時には、前述のように水分を蒸発さ せた後にプラグが所定位置に溶接される。 超音波溶接は公知の方法で行われ、その場合、溶接ユニット の変換器を、プラグの平坦な外側表面の環状リング上に設置するが、そのリング は、テーパー形状部１６ａ（Ｓで示す）にほぼ対向するように位置している。 その変換器の振動によって接触面、つまり、テーパー状の表面が互いに溶接さ れる。 変形として、プラグをケーシングに接着剤やクリップを用いて付着することも 可能である。 プラグ１６もまた、その外面に盲目孔２０を有するが、それは、プラグ上に厚 みの薄い領域、すなわち破裂盤２１を形成する。 起爆装置の機能時には、爆薬物質２によって生じる圧力が厚みの薄い領域２１ を押し破り、起爆装置は、軸方向に爆発作用を伝達する。 この後者の構成方法の利点は、完全に密封された起爆装置を生産するというこ とである。 金属壁と端板の存在が、電磁気的な干渉と静電気に対する保護を与える。 図３は、この第２の実施態様で用いられる起爆手段の部分拡大図である。 起爆手段は、ドープされていないシリコンに基づく絶縁基板のペレット２２か らなり、その基板上に（ドープされたシリコンから形成された）半導体ブリッジ ２３が堆積され、その基板は部分的に２つの導体スタッド２４ａと２４ｂ（例え ばアルミニウム製の）で覆われている。 スタッド間の距離は、５０〜１００ミクロンであるが、好ましくは、８０ミク ロン程度である。 起爆装置の特性は、スタッドの分離と、半導体ブリッジの距離およびドーピン グとを変化させることにより公知の方法で決定されるであろう。 スタッド２４ａは、所定位置にハンダ付けされた接続ワイヤ２５によって電極 ８ａに接続される。 スタッド２４ｂは、絶縁基板を貫通する（ドープされたシリコンの）半導体ウ ェル２６と金属端板５とを介して電極８ｂに接続される。 このような構成によって、爆薬物質の充填作業中における接続ワイヤの断線の 危険性を軽減することができる（２本のワイヤの代りに１本のワイヤが用いられ ている）。 ペレット２２の生産に用いる技術（例えば、シリコンドーピング、真空蒸着、 ハンダ付け）は、電子半導体部品を製造分野における当業者によく知られている 。 これらの技術は、部品生産に数多く適用されているため、安価である。 半導体ブリッジを有する起爆手段を利用することによって、作動と非作動のし きい(threshold)が正確な起爆装置を得ることができ、それによって起爆装置の 安全性が向上する。 爆薬物質には、その平均粒度が半導体ブリッジの寸法と同じ程度の大きさのも のが採用される。そのような構成によって、熱伝導を低温に抑制する一方、半導 体の非線形効果向上させる 対流および／又は放射による高温での熱伝導が可能となる（つまり、作動と非作 動しきいの精度）。 例えば、８０ミクロンの平均粒度を有する構成要素（つまり、実際の粒度が１ ０〜２００ミクロンのもの）が幅８０ミクロンのブリッジ用として選択されるで あろう。 そのような起爆手段によってまた、小面積領域（半導体ブリッジ）にエネルギ ーを著しく集中させることができる。 従って、この技術によって、さらに低感度の爆薬物質、例えは、ボロン（２０ 重量％）と硝酸カリウム（８０重量％）とに基づく混合物、又はアルミニウム（ ２０重量％）と銅酸化物（８０重量％）とを含む混合物の使用が可能となる。 爆薬物質は、好ましくは、既述のように湿式法を用いて充填される。このタイ プの充填によって、半導体ブリッジと基板との接触の再現性が保証されると共に 、所望量の爆薬物質を正確に得ることが可能となる。 変形として、乾燥した爆薬物質をケーシングに挿入することも可能である。 この場合、爆薬物質は、さらに高い圧力（例えば、１００〜２００メガパスカ ル程度の）でケーシングの空洞に導入される。前述のように、プラグ１２は、爆 薬物質に押付けられて、そのすそ部へ溶接される。 変形として、半導体ブリッジ上に熱的かつ電気的に絶縁性を有する材料の層を 堆積することも可能である。この層は、例えば、厚さ０．５〜１０ミクロンのシ リコン酸化物又はシリコン 窒化物のフィルムであってもよい。 そのようなフィルムによって、半導体ブリッジと爆薬物質との間の熱伝導を著 しく軽減できる。従って、爆薬物質は、低電流（０．３アンペア程度の）が通電 しても爆発や損傷を生じることはない。しかしながら、高電流（０．８アンペア 以上）では、絶縁フィルムは高圧と高温におけるシリコンプラズマスプレイによ って貫通し、爆薬、つまり、低感度の爆薬物質（例えは、ボロンと硝酸カリウム とを組合せた混合物）を起爆させることができる。 そのような変形によって、さらに安全性の高い起爆装置を得ることができる。 集積回路技術を用いて、電流が半導体ブリッジ２３に流れ込まないようにでき る集積回路スイッチ（トランジスタやサイリスタに基づく）を作動させるロジッ ク回路からなるペレット２２を形成することも可能である。この場合、起爆装置 は、電極によって供給されるパワー信号に重量されて伝達される（あるいは、端 板５を貫通する特別の付加電極によって伝達される）所定の符号化信号に応答す る以外に起爆することはできない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カステル イブ フランス国、65000 タルブ、シュマン デ プドリエール 15ビス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ケーシング（３）の内部に設置された爆薬物質（２）を備え、ケーシング（ ３）が金属製の端板（５）に取付けられた金属壁（４）かなり、前記端板には少 なくとも２つの電極（８ａ、８ｂ）が差し込まれ、電極の少なくとも一方は絶縁 材料（１５）によって端板（５）から電気的に絶縁され、ケーシング（３）は少 なくとも端板（５）と電極（８ａ、８ｂ）の一部とを囲む成形されたプラスチッ ク材料を有することを特徴とする爆薬起爆装置。 ２．ケーシング（３）がパッド（１２）によって閉じられ、パッドの上に金属壁 （４）の端が折り曲げられたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の起爆装置 。 ３．シール（１４）がパッド（１２）と壁（４）のフランジ（１３）との間に設 置されたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の起爆装置。 ４．成形物（１０）が金属壁（４）を囲むと共に、ケーシング（３）を閉じるプ ラスチック材料製のプラグを支持することを特徴とする請求の範囲第１項記載の 起爆装置。 ５．半導体ブリッジ（２３）が堆積され、２つの導体スタッド （２４ａ、２４ｂ）で部分的に覆われた絶縁基板のペレット（２２）が、端板（ ５）の上に搭載されたことを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれか１つに 記載の起爆装置。 ６．導体スタッドの一方（２４ｂ）が、基板を貫通する半導体ウエル（２６）に よってケーシング（３）の金属端板に接続され、端板（５）自体は電極の一方（ ８ｂ）に接続されたことを特徴とする請求の範囲第５項記載の起爆装置。 ７．熱的に、かつ、電気的に絶縁性を有する材料の層が、半導体ブリッジに堆積 され、前記ブリッジを爆薬物質から絶縁することを特徴とする請求の範囲第５項 又は第６項記載の起爆装置。 ８．絶縁材料が、厚さ0.5〜10ミクロンの薄膜として堆積れたシリコン酸化物又 は窒化物からなることを特徴とする請求の範囲第７項記載の起爆装置。 ９．爆薬物質（２）が、湿式法によってケーシングに充填されることを特徴とす る請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載の起爆装置。 １０．爆薬物質の成分の平均粒度が、半導体ブリッジの寸法と同程度の大きさで あることを特徴とする請求の範囲第９項記載の起爆装置。