KR100383335B1

KR100383335B1 - 일렉트로파이로테크닉 점화기

Info

Publication number: KR100383335B1
Application number: KR10-2000-0007473A
Authority: KR
Inventors: 듀게장르네; 마르땡니꼴라스
Original assignee: 리브박 에스. 엔. 쎄.
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2003-05-12
Also published as: ATE225493T1; EP1030159B1; US6289813B1; DE60000515T2; JP3294583B2; ES2184681T3; EP1030159A1; FR2790078B1; JP2000241099A; FR2790078A1; KR20000058078A; DE60000515D1

Abstract

본 발명은 파이로테크닉 점화기에 관한 것으로, 특히, 자동차 안전 장치를 위한 파이로테크닉 점화기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 점화기(1)는 두 개의 분리된 도전성 금속 영역(17, 18)을 경유하여 두 개의 도전성 전극(9, 10)에 연결된 박막 저항성 브리지를 구비하고 있다.

기폭 래커가 상기 저항성 브리지를 덮고 있으며, 상기 영역들에 부착된 배리스터는 정전 방전으로부터 상기 점화기를 보호한다. 상기 저항성 브리지는 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ωm 사이의 체적 저항율을 가지며, 기폭 래커는 주 폭발물로 제조되어 있다.

상기 점화기(1)는 500mA를 초과하는 비점화 전류와 1200mA 미만의 전점화 전류를 갖는다.

Description

일렉트로파이로테크닉 점화기{Electropyrotechnic igniter}

본 발명은 자동차의 안전성을 위한 일렉트로파이로테크닉 점화기(electropyrotechnic igniter) 기술에 관한 것으로, 특히 에어백용 파이로테크닉 가스 발생기나 좌석 벨트 수축기를 기동시키는 점화기에 관한 것이다. 보다 명확하게 말하면, 본 발명은 가열 시스템이 두 개의 도전성 금속 영역에 연결된 박막 저항성 브리지에 의해 형성되는 점화기에 관한 것이다.

종래에, 자동차의 안전성을 위한 일렉트로파이로테크닉 점화기는 파열성(fragmentable) 금속 본체에 의해 연장되며 두 개의 전극이 통과하는 절연체로 형성되었다. 상기 두개의 전극은 납 트리니트로레조르시네이트(lead trenitroresorcinate)를 베이스로 하는 합성물 등의 기폭성 합성물로 둘러싸여진 저항성 가열 필라멘트에 의해 서로 접속된다. 그러나, 예로서, 미국 특허 US3,572,247호, US4,517,895호, US4,959,011호 및 US5,099,762호 등에 기재된 이런 점화기는 전극과 저항성 필라멘트 사이의 납땜된 접합부에서 자동차의 진동에 영향을 받을 수 있다는 단점을 갖는다. 이런 남땜된 조인트는 자동차의 진동에 의해 반복적으로 응력을 받게되면 점화기를 파손시키게 되어 작동 불가 상태가 되게 한다.

이 단점을 개선하기 위하여, 금속 캡 내측에 위치된 절연체의 표면 위로 연장되는 두 개의 분리된 도전성 금속 영역에 전극을 접촉시킨 형태의 점화기가 개발되어 있다. 상기 두개의 금속 영역은 절연체의 표면상에 증착된 얇은 평탄한 저항성 스트립에 의해 서로 접속되어 있다. 상기 도전성 금속 영역 및 저항성 스트립은 기폭성 합성물로 피복되어 있다. 예로서, 미국 특허 US5,554,585호, US4,690,056호 및 US5,732,634호에 기재되어 있는 이런 점화기는 더 이상 자동차의 진동에 영향을 받지 않는다.

더욱이, 일렉트로파이로테크닉 점화기는 두 개의 값에 의해 특징지워진다. 상기 두 개의 값은 "전점화(all-fire)" 전류와 "비점화(no-fire)" 전류이다.

"전점화" 전류는 이를 초과하면 하나의 배치(batch)의 모든 점화기가 작동하게 되는 한계 전류 크기에 대응한다.

자동차 제조업자들이 필요로하는 "전점화" 전류는 현재 800mA 또는 1200mA이다.

"비점화" 전류는 그 미만에서는 어떠한 점화기도 작동하지 않는 한계 전류 크기에 대응한다. 자동차 제조 업자들이 필요로하는 "비점화" 전류는 현재 200mA 또는 250 mA이다.

그러나, 자동차 제조업자들은 400mA 이상의 비점화 전류와, 1200mA에 가까운 전점화 전류를 보장하는 일렉트로파이로테크닉 점화기를 점차적으로 필요로하고 있다. 비록, 예로서, 특허 공보 WO 98/39615호에 기재된 바와 같은 종류의 천공용 기폭제가 이들 조건들 중 하나 또는 나머지 하나를 만족시키는 것이 발견되었지만, 현재로서는 상술한 조건을 둘 다 동시에 만족시키면서 자동차 안전성에 필요한 작동 시간을 가지는 일렉트로파이로테크닉 점화기가 없다.

본 발명의 목적은 이런 파이로테크닉 점화기를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 오버몰딩 콤파운드(overmoulding compound)에 의해 폐쇄되어 유지되는 금속 용기내에서, 상부면을 가지고 중실형 몸체로 구성된 가스 밀봉형 벽으로 구성된 기폭 헤드(initiation head)를 포함하는 일렉트로파이로테크닉 점화기에 관한 것으로서, 상기 점화기의 축방향 부분은 핀 형태로 된 두 개의 전극이 관통하는 글라스 실린더로 구성되고, 상기 전극중의 하나는 납땜 조인트 또는 금속 접촉부에 의하여 중실형 몸체에 직접 전기적으로 접속되어 있고, 상기 2개의 도전성 전극은 가스 밀봉벽의 상부면 위로 연장되는 일단부를 가지며, 이러한 연장으로 인하여 상기 2개의 도전성 전극이 절연 기판에 탑재된 평탄한 인쇄회로에 전기적으로 접속되도록 하며, 상기 2개의 도전성 전극은 상기 절연기판 그 자체를 통과하며, 상기 점화기는, 절연기판위에 위치되고 상기 절연기판 위로 연장되는 2개의 분리된 도전성 금속 영역을 경유하여서 2개의 도전성 전극에 연결되는 평탄한 저항성 가열소자를 포함하고, 각각의 도전성 금속 영역은 2개의 도전성 전극중의 하나와 접촉하고, 상기 2개의 도전성 금속 영역은 파이로테크닉 기폭 혼합물로 덮혀 있는 일렉트로파이로테크닉 점화기에 있어서,(1) 상기 평탄한 저항성 가열 소자는 0.001mm 이하의 두께를 가지며, 체적 저항율이 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ωm 사이인 금속 콤파운드로 구성되어 있고,(2) 상기 파이로테크닉 기폭 혼합물은 폴리비닐 바인더로 제조된 래커(lacker)와 주 폭발물(primary explosive)로 구성되며,(3) 얇은 층들의 조립체로 구성된 배리스터(barrister)는 상기 2개의 도전성 금속 영역에 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게 말하면, 본 발명은 상술한 바와 같고 두개의 평면을 가지고 두개의 전극이 관통하는 원통형의 점화기를 포함하는 일렉트로파이로테크닉 점화기에 관한 것으로서, 상기 전극은 전류의 소스에 연결될 수 있으며, 상기 점화기 본체는 점화 차지(ignition charge)를 함유하는 파열성 캡으로 둘러싸여져 있고, 상기 캡과 상기 점화기 본체는 오버몰딩 콤파운드(overmoulding compound)에 의해 함께 견고하게 유지되고, 상기 캡 내측에 배치된 상기 점화기 몸체의 평면은 절연성 인쇄 회로 기판으로 덮혀 있고, 상기 전극은 상기 기판 그 자체를 통과하고, 상기 점화기 절연 기판에 배치되고 기판위로 연장되는 두개의 분리된 도전성 금속 영역을 경유하여 상기 전극에 연결되는 평탄한 저항성 가열 소자를 또한 포함하고, 상기 도전성 금속 영역은 두 개의 전극들 중 하나와 접촉하고, 상기 평탄한 저항성 가열 소자와 상기 금속 영역은 파이로테크닉 기폭 혼합물(20)로 덮혀져 있는 일렉트로파이로테크닉 점화기에 있어서,(1) 상기 평탄한 저항성 가열 소자는 0.001mm 이하의 두께를 가지며, 체적 저항율이 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ωm 사이인 금속 콤파운드로 구성되어 있고,(2) 상기 파이로테크닉 기폭 혼합물은 폴리비닐 바인더로 제조된 래커(lacquer)와 주 폭발물로 구성되어 있으며,(3) 얇은 층들의 조립체로 구성된 배리스터는 상기 2개의 도전성 금속 영역에 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

박막 브리지로 작동되는 점화기와 비교하여 볼 때, 본 발명에 따른 점화기는 하기와 같은 세가지 새로운 특성을 갖는다.

(1) 상기 박막 저항성 브리지는 매우 높은 체적 저항율을 가지고 있다.

(2) 상기 기폭 혼합물은 빈번히 사용되는 어떠한 산화-환원 혼합물도 배제하는 주 폭발물을 사용할 수 있다.

(3) 상기 배리스터는 기폭 헤드내측의 도전성 금속 영역상에 배치되어 있으며, 예로서, 유럽 특허 EP 0,802,092호 및 미국 특허 US 5, 616,841호에 개시된 바와 같이 점화기 본체내에 배치되어 있지 않다.

기폭 혼합물을 제조하기 위해 사용되는 주 폭발물은 납 트리니트로레조르시네이트와 같은 종래의 폭발물을 사용할 수 있지만, 본 발명의 첫 번째 실시예에 따라서 디니트로벤조푸록산의 알칼리 금속염으로 구성되는 것이 바람직하며, 루비듐 디니트로벤조푸록산인 것이 특히 바람직하다. 이 경우에, 상기 바인더는 폴리비닐 클로라이드 아세테이트인 것이 바람직하다.

본 발명의 두 번째 실시예에 따라서, 평탄한 저항성 가열 소자를 형성하는 금속 콤파운드는 비스무쓰, 탄탈륨 니트라이드, 철과 구리를 베이스로 하는 합금, 니켈과 크로뮴과 인을 베이스로 하는 이원 및 삼원 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.

상기 배리스터는 100암페어(시간 : 8 내지 20 마이크로초)를 초과하는 정점 전류에 대하여 5.5 내지 17 볼트 사이의 점프-스타트 전압(jump-start voltage)을 가지는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 점화기는 그 콤포넌트를 적절하게 크기 설정함으로써 500mA를 초과하는 비점화 전류값과, 1200mA 이하의 전점화 전류값을 신뢰성있게 보장할 수 있다.

높은 수준의 기폭 신뢰성을 가진 이 점화기는 에어백이나 좌석 벨트 수축기 등의 자동차용 안전 장치를 작동시키는 용도를 위한 파이로테크닉 가스 발생기에 적절하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 점화기의 축방향 단면을 도시하는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 점화기 내측에 위치된 절연 인쇄 회로 기판을 상부측에서 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 점화기 2 : 점화기 몸체

9, 10 : 두개의 도전성 전극 15 : 절연 기판

22 : 배리스터

본 발명의 양호한 실시예를 도 1 및 도 2를 참조로 하기에 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 일렉트로파이로테크닉 점화기(1)는 점화기 몸체(2)로 구성되어 있다. 이 점화기 몸체(2)는 원형 외부 쇼울더부(6)를 구비한 측벽(중실형 몸체)(5)과, 상부 평면(3) 및 하부 평면(4)을 가지는 회전 실린더 형상을 가진다. 상기 몸체(2)의 전체 높이에 걸쳐 두 개의 축방향 글라스 덮개(글라스 실린더)(7, 8)가 삽입되어 있으며, 상기 글라스 덮개(7, 8)내에는 두 개의 도전성 전극(9, 10)이 위치되어 있고, 상기 각 전극의 길이는 점화기 몸체(2)의 높이 보다 길다. 상기 전극은 점화기 몸체(2)의 상부 평면(3)을 다소 초과하여 연장되고, 점화기 몸체(2)의 하부 평면(4) 아래로 많이 연장되도록 배치되어 있다.

상기 점화기 몸체(2)는 원통형 파열성 캡(11)으로 덮혀 있으며, 상기 파열성 캡은 상기 쇼울더부(6)상에 지지되어 있다. 상기 파열성 캡(11)은 알루미늄 캡인 것이 바람직하다. 이 캡(11)은 파이로테크닉 점화 차지(12; ignition charge)를 함유하고 있으며, 예로서, 에폭시 수지 오버몰딩 콤파운드와 같은 절연 오버몰딩 콤파운드(13)에 의해 본체에 견고하게 부착되어 유지되어 있다. 상기 점화 차지(12)는 보론(boron)과 포타슘 나이트레이트(potassium nitrate)를 베이스로 하는 분말로 구성되는 것이 양호하며, 상기 캡(11) 내측에 배치된 중공 원통형 스커트(14)에 의해 지지될 수 있다. 상기 스커트(14)는 금속 스커트 또는 플라스틱 스커트일 수 있다. 상기 두개의 도전성 전극(9, 10)의 하단부는 오버몰딩 콤파운드(13)에 피복되지 않은 상태로 남겨지며, 그래서, 두개의 도전성 전극(9, 10)은 전원에 접속될 수 있다.

상기 캡(11)내측에 놓여진 점화기 몸체(2)의 상부 평면(3)은 절연 인쇄 회로 기판으로 덮혀지며, 두개의 도전성 전극(9, 10)은 상기 절연 인쇄 회로 기판을 관통한다. 이 절연 기판(15)은 원반형 판 형상을 가지며, 양호한 전기 도체는 아니지만 양호한 열도체인 재료, 예를 들면 알루미나나 실리콘 등의 재료로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 절연 기판(15)상에는 기폭 디바이스가 배치되고, 상기 디바이스는 본 발명의 코어로 구성되며, 이에 관하여 도 2를 참조로 보다 상세하게 설명된다.

상기 절연 기판(15)의 상부면(16)은 두 개의 분리된 접촉하지 않는 도전성 금속 영역(17, 18)으로 덮혀져 있고, 상기 도전성 금속 영역은 두 개의 도전성 전극(9, 10) 중 하나가 통과하여서, 상기 도전성 금속 영역의 상부면에 납땝되어 있다.

상기 도전성 금속 영역(17, 18)은 상기 절연 기판(15)상에 배치된 평탄한 저항성 가열 소자(19)에 의해 함께 접속되어 있다.

본 발명의 첫 번째 주된 특징적인 형태에 따라서, 상기 평탄한 저항성 가열 소자는 1㎛ 이하의 두께, 보통 0.5㎛의 두께를 가지며, 그 체적 저항율은 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ω·m 사이인 금속 콤파운드로 제조되어 있다. 상기 금속 콤파운드는 비스무쓰(bismuth), 탄탈륨 니트라이드, 구리 및 강철을 기초로하는 합금과, 니켈 및 크롬 및 인을 기초로하는 이원(binary) 및 삼원(ternary) 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 탄탈륨 니트라이드가 특히 적합하다는 것이 판명되었다.

본 발명의 두 번째 주된 특징적인 형태에 따라서, 상기 평탄한 저항성 가열 소자(19)와 상기 도전성 금속 영역(17, 18)은 폴리비닐 바인더와 주 폭발물로 제조된 래커(lacquer)로 형성된 파이로테크닉 기폭 합성물(20)로 피복되어 있다. 상기 주 폭발물은 디니트로벤조푸록산의 알칼리 금속염, 즉, 루비듐 디니트로벤조푸록산에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 바인더로서는 폴리비닐 클로라이드 아세테이트가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 기폭 합성물(20)은 예로서, "니트로필름"의 필름 등의 가연성 필름(21)에 의해 점화 차지(12)와 직접적으로 접촉하는 것이 방지될 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 세 번째 주된 특징적인 형상에 따라서, 예로서, 아연 산화물 박층 등의 박층 조립체로 구성된 배리스터(22)가 도전성 금속 영역(17, 18)에 부착되어 고전압 정전 방전으로부터 점화기(1)를 보호한다. 이러한 배리스터(22)는 기폭 합성물(20)이 배치되기 이전에 적소에 설치되며, 100암페어(시간; 8 - 20마이크로초) 보다 큰 정점 전류에 대하여 5.5 내지 17 볼트 사이의 컷아웃 전압(cut-out voltage)을 가지는 것이 바람직하다.

상기 콤포넌트의 크기를 정확하게 설정함으로써, 본 발명에서는 500mA 이상의 비점화 전류값과 1200mA 미만의 전점화 전류값을 가지는 파이로테크닉 점화기를 제조할 수 있다.

[실시예]

도 1 및 도 2에 도시되고 상술한 바에 따른 점화기 배치(batch)들이 제조된다. 이 점화기들은 하기와 같은 특성을 가지고 있으며, 하기와 같은 결과를 나타냈다.

배치 번호	비점화 전류(+105℃)신뢰도(99.9999%)	전점화 전류(-40℃)신뢰도(99.9999%)	작동시간(밀리초)
1	529mA	1101mA	0.629
2	559mA	1046mA	0.678
3	560mA	1071mA	0.714

이 점화기들은 어떠한 열화도 발생하지 않는 상태로 150오옴 시리즈 저항을 가진 25킬로볼트로 충전된 150 피코패러드(picofarad) 커패시터로부터 발생하는 4000 정전 방전을 견딜 수 있다.

또한, 이들은 2000g 이상의 기계적 충격을 견디며, -65℃ 내지 +125℃ 범위의 극한의 열적 충격에도 견딜 수 있다.

본 발명에 따른 점화기는 500mA를 초과하는 비점화 전류값과, 1200mA 이하의전점화 전류값을 신뢰성있게 보장할 수 있다.

높은 수준의 기폭 신뢰성을 가진 본 발명에 따른 점화기는 에어백이나 좌석 벨트 수축기 등의 자동차용 안전 장치를 작동시키는 용도를 위한 파이로테크닉 가스 발생기에 적절하게 사용될 수 있다.

Claims

오버몰딩 콤파운드(13)에 의해 폐쇄되어 유지되는 금속 용기 내부에서, 상부 평면(3)을 가지고 중실형 몸체(5)로 구성된 가스 밀봉형 벽으로 구성된 기폭 헤드를 포함하는 일렉트로파이로테크닉 점화기에서,

상기 점화기의 축방향 부분은 핀 형태의 두개의 도전성 전극(9, 10)이 통과하는 글라스 실린더(7)로 구성되어 있고, 상기 두개의 도전성 전극 중의 하나는 중실형 몸체(5)에 전기적으로 연결되고,

상기 두개의 도전성 전극(9, 10)은 가스 밀봉벽의 상부 평면(3) 위로 연장되는 일 단부를 가지며, 이러한 연장으로 인하여 상기 두개의 도전성 전극이 절연 기판(15)에 탑재된 평탄한 인쇄 회로에 전기적으로 접속되도록 하며,

상기 두개의 도전성 전극은 상기 절연 기판(15) 그 자체를 통과하며, 상기 점화기(1)는, 절연 기판(15) 위에 위치되고 상기 절연 기판위로 연장되는 두개의 분리된 도전성 금속 영역(17, 18)을 경유하여서 두개의 도전성 전극(9, 10)에 연결되는 평탄한 저항성 가열 소자(19)를 포함하고, 각각의 도전성 금속 영역은 두개의 도전성 전극중의 하나와 접촉하고, 상기 두개의 도전성 금속 영역(17, 18)은 파이로테크닉 기폭 혼합물(20)로 덮혀 있는 일렉트로파이로테크닉 점화기(1)에 있어서,

상기 평탄한 저항성 가열 소자는 0.001mm 이하의 두께를 가지며, 체적 저항율이 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ωm 사이인 금속 콤파운드로 구성되어 있고,

상기 파이로테크닉 기폭 혼합물은 폴리비닐 바인더로 제조된 래커와 주 폭발물로(primary explosive) 구성되며,

얇은 층들의 조립체로 구성된 배리스터(22)는 상기 2개의 도전성 금속 영역에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 1 항에 있어서, 상기 가스 밀봉벽은 원통형 점화기 몸체(2)이며, 상기 점화기 몸체(2)는 2개의 평면(3, 4)을 포함하며, 상기 평면중의 하나는 상부 평면(3)인 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 2 항에 있어서, 상기 금속 용기는 점화기 몸체(2)를 덮혀 씌우고 점화 차지(12)를 포함하는 파열성 캡(11)인 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 3 항에 있어서, 상기 파열성 캡(11)과 점화기 몸체(2)는 상기 오버몰딩 콤파운드(13)에 의하여 견고하게 함께 유지되며, 상기 파열성 캡(11)내에 놓여 있는 점화기 몸체(2)의 상부 평면(3)은 상기 절연 기판(15)으로 덮혀 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 4 항에 있어서, 상기 주 폭발물은 디니트로벤조푸록산(dinitrobenzo furoxane)의 알칼리 금속염으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 5 항에 있어서, 상기 주 폭발물은 루비듐(rubidium) 디니트로벤조푸록산으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 4 항에 있어서, 상기 폴리비닐 바인더는 폴리비닐 클로라이드 아세테이트인 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 4 항에 있어서, 상기 금속 콤파운드는 비스무쓰, 탄탈륨 니트라이드, 철과 구리를 베이스로 하는 합금, 니켈과 크로뮴 및 인을 베이스로 하는 이원 및 삼원 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 4 항에 있어서, 상기 배리스터는 100암페어를 초과하는 정점 전류에 대하여 5.5 볼트 내지 17 볼트 사이의 스위치 전압을 가지는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 4 항에 있어서, 상기 점화기는 500mA를 초과하는 비점화 전류값(non-fire current value)을 가지는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 4 항에 있어서, 상기 점화기는 1200mA 미만의 전점화 전류값(all-fire current value)을 가지는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 4 항에 있어서, 상기 절연 기판(15)은 알루미나와 실리콘으로 형성된 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.