KR100634907B1

KR100634907B1 - 개시기 및 가스 발생기

Info

Publication number: KR100634907B1
Application number: KR1020057007865A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 오 호세이; 케이쓰 램
Original assignee: 키 세이프티 시스템즈 인코포레이티드
Priority date: 2002-11-04
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2006-10-23
Also published as: US20040083919A1; EP1558472A1; KR20050059328A; EP1558472A4; CN1321025C; CN1678479A; US6739264B1; WO2004041599A1; AU2003248644A1

Abstract

개시기(20)는 두 개의 이격된 구리 트레이스(24)를 가진 회로기판(22)과, 한쪽 말단에 있는 니크롬® 또는 탄탈 질화물의 브리지 저항(50)과, 다른 말단에 와이어 트레이스(24)를 접속하는 와이어 리드 또는 핀을 포함한다. 제너 다이오드(54)는 와이어 리드와 브리지 저항 사이에 위치한다. 와이어 리드는 상기 회로기판(22)에 도달하기 직전에 페라이트 코어(30)를 통과한다. 와이어 리드와, 페라이트 코어와, 브리지 저항(50)이 장착되는 회로기판의 말단을 제외한 회로기판은 유리 함유 나일론6,6의 본체 내로 삽입 성형된다. 나일론 본체는 브리지 저항을 덮고, 나일론 본체의 원주 그루브에 결합되는 알루미늄 캔(66)을 탑재한다. 브리지 저항(50)은 지르코늄 포타슘 퍼클로레이트과 같은 기폭약으로 덮이고, 캔은 5-아미노테트라졸과 같은 가스 발생 과립으로 채워진다.

Description

개시기 및 가스 발생기{IGNITION DEVICE FOR GAS GENERATORS}

본 발명은 일반적으로 개시기(initiators) 및 기폭장치에 관한 것이며, 구체적으로는 열선 개시기(hot-wire initiators)에 관한 것이다.

현대적인 자동차는 다양한 안전장치를 작동시키기 위해 많은 전자 개시기(initiators)를 필요로 한다. 가장 잘 알려진 것으로는 다양한 종류의 에어백들이 있지만, 개시기를 필요로 하는 다른 장치는 보행자 사망률을 감소시키기 위해 이용되는 좌석벨트 텐셔너와 후드 엘리베이터도 포함한다. 높은 신뢰도와 낮은 비용 및 환경오염의 최소화가 이러한 장치들의 중요한 고려사항이다. 독성 금속 기재의 기폭약에 의해 발생하는 환경오염은 비록 하나의 기폭장치에 사용되는 양이 미소하더라도 특별한 주의가 필요하다. 개시 장약(charge)에 의해 생성되는 가스는 자동차에 유입될 수 있고, 탑승자가 호흡할 경우 적어도 독성 금속에 노출될 이론적 우려가 존재한다. 독성 금속에 의한 오염 가능성에 대한 증가하는 민감성으로 인하여 납과 수은 등을 함유하는 독성 금속 화합물의 사용을 제한하는 규제가 마련되었다.

필요한 것은 낮은 비용으로 신뢰성이 있으며 독성 금속 화합물을 포함하지 않는 가스 발생기용 개시기(initiators)이다.

발명의 요약

본 발명에 따른 개시기(initiators) 및 가스 발생기가 제공되는데, 상기 개시기 및 가스발생기는 실질적으로 평평한 형태의 사각형이고, 긴 치수와 짧은 치수를 가지며, 제 1 트레이스는 도선 말단으로부터 열선 말단까지 회로기판의 상기 긴 치수를 따라 연장되고 그리고 제 2 트레이스는 상기 제 1 트레이스와 실질적으로 평행하며 상기 도선 말단으로부터 상기 열선 말단까지 회로기판의 상기 긴 치수를 따라 연장되어 있는 회로기판과; 상기 도선 말단에서 상기 제 1 트레이스에 연결된 제 1 전력 접속부와; 상기 도선 말단에서 상기 제 2 트레이스에 연결된 제 2 전력 접속부와; 상기 회로기판의 상기 열선 말단에서 상기 제 1 트레이스와 상기 제 2 트레이스 사이에 연결된 열선 저항과; 상기 제 1 트레이스와 상기 제 2 트레이스 사이에 연결되고 그리고 상기 회로기판의 상기 제 1 말단과 상기 제 2 말단의 사이에 위치하는 고전압 억제 수단과; 상기 제 1 전력 접속부와 상기 제 2 전력 접속부를 감싸며, 상기 회로기판에 인접하여 위치한 페라이트 코어와; 성형 플라스틱 플러그의 내부에 상기 페라이트 코어와, 상기 회로기판의 상기 제 1 말단과 제너 다이오드가 배치되고, 밀봉 표면을 규정하는 부분을 가지는 성형 플라스틱 플러그와; 상기 열선 저항을 피복하는 일정량의 개시 화합물과; 가스를 발생시키는 일정량의 과립을 수용하며, 상기 회로기판의 상기 제 2 말단과 상기 열선 저항을 수납하도록 위치하고, 상기 밀봉 표면에서 상기 성형 플라스틱 플러그에 기밀 밀봉된 캔을 포함한다.

본 발명의 특징은 저가의 개시기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 독성 금속 화합물을 포함하지 않는 개시기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 무선 주파수와 정전기 방전으로부터 보호되는 개시기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징과 장점은 도면들을 참고한 하기의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.

도 1은 자동차의 고정구 내에 설치된 본 발명의 개시기의 정면의 단면도,

도 2는 도 1의 개시기의 등축 분해도,

도 3은 도 1의 개시기의 조립 방법의 흐름도.

도 1 내지 도 3에서, 동일한 번호는 동일한 부품을 가리키며, 개시기(20)는 도 1에 도시되어 있다. 개시기(20)는 사각형의 회로기판(22)을 가지며, 회로기판 위에는 두 개의 구리 트레이스(trace)(24)가 위치해 있다. 와이어(26)는 회로기판(22)의 제 1 말단(28)에서 구리 트레이스(24)의 각각에 연결된다. 와이어(26)는 상기 회로기판(22)에 결합되기 전에 페라이트 코어(30) 내의 구멍(40)을 관통하며, 도 1 및 도 2에서 도시된 것과 같이 구리 트레이스(24)의 시작부 앞에 위치한 회로기판 내의 구멍(32)을 통하여 아래 방향으로 뻗어 있다. 그 다음에, 와이어는 구리 트레이스(24)를 관통하는 회로기판(22) 내의 구멍(34)을 상방으로 관통한다. 와이어(26)는 그 와이어(26)를 덮고 있는 피막(36)을 가진다. 와이어(26)의 벗겨진 부분(38)은 구멍(34)을 통하여 상방으로 뻗어 있다. 와이어의 벗겨진 부분(38)은 리플로 솔더 프로세스(reflow solder process)에 의해 구리 트레이스(24)에 납땜된다.

페라이트 코어(30)는 와이어(26)를 수납하는 2개의 구멍(40)을 갖는 단편으로 구성된다. 페라이트 코어(30)는 회로기판(22)의 제 1 말단(28)에 인접하게 위치한다. 페라이트 코어(30)의 인덕턴스는 전자기 간섭에 의해 발생하는 것과 같은 고주파 전압의 전달을 방해한다. 와이어(26)와 구리 트레이스(24)는 플라스틱 플러그(58)를 통해 연장되는 전도성 수단을 형성한다.

회로기판(22)은 두 개의 구리 트레이스(24) 사이의 슬롯(46)에 의해 두 부분(44)로 나누어지는 제 2 말단 또는 열선 말단(42)을 가진다. 구리 트레이스(24)는 슬롯(46)의 어느 한 면 위에 확대된 솔더 패드(48)를 형성한다. 표면이 증착된 탄탈 질화물 또는 니크롬® 트레이스로 구성된 브리지 저항(50)은 구리 트레이드(trade) 트레이스(24)의 솔더 패드(48) 사이에 장착된다. 브리지 저항은 솔더 패드(48)와 접하면서 그 위에 저항이 형성된 표면(52)에 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 장착 위치는 브리지 저항의 리플로우 솔더 또는 웨이브 솔더 장착을 용이하게 하며, 슬롯(46)이 개시 장약(56)을 저항(50)이 형성된 표면(52)에 접하도록 하는 것이 가능하도록 한다. 설명하기 위한 목적으로, 도 1과 도 2에서는 저항(50)이 회로기판(22)으로부터 떨어진 것으로 도시되어 있지만, 위에서 설명한 바와 같이 회로기판에 면하도록 하는 것이 바람직하다.

제너 다이오드(54)는 브리지 저항(50)과 구리 트레이스(24)에 접합된 와이어(26)의 피막이 벗겨진 부분(38) 사이에 위치하여 구리 트레이스(24)를 가로질러 장착된다. 제너 다이오드(54)는 개시 화합물 또는 장약(56)을 활성화시키기 위해 필요한 순방향 올-파이어(all-fire) 전압을 다소 초과하는 전압에서 순방향으로 통전되도록 선택된다. 제너 다이오드에 역방향의 전압이 가해지는 경우에는 매우 작은 전압이 인가되더라도 통전된다. 이러한 방식으로, 제너 다이오드는 정해진 극성이 아닌 임의의 전압과, 순방향 올-파이어(all-fire) 전압을 초과하는 임의의 전압에 의한 점화기의 개시를 막는다. 제너 다이오드(54)가 교류 인가 전압의 주기의 절반의 대부분에 대하여 단락으로서 작용하기 때문에 임의의 교류전압은 올-파이어(all-fire) 전압의 약 절반까지로 제한된다. 그러므로, 제너 다이오드는 와이어(26)에 가해지는 고전압 전류를 억제하는 수단을 형성한다.

회로기판(22), 페라이트 코어(30), 그리고 와이어의 벗겨진 부분(38)은 유리함유 나일론6,6 플러그(58) 내부에 수용된다. 나일론 플러그(58)는 삽입 성형에 의해서 성형되는데, 바꾸어 말하면 페라이트 코어와 회로기판은 사출 몰드 내부에 위치하고, 나일론은 코어와 회로기판의 주위의 공동부에 주입된다는 것이다. 나일론 플러그(58)는 제 1 방사상 표면(64)에 인접한 제 1 원통형 표면(62)을 갖는 외면(60)을 구비한다. 캔(66)은 데드 소프트(dead soft), 씬 게이지(thin gauge), 저합금 알루미늄으로 구성된다. 알루미늄 캔(66)은 제 1 방사상 표면(64)에 실질적으로 인접한 상부 주변의 모서리(68)를 가진다. 알루미늄 캔(66)은 일정량의 접착제(70)에 의해 제 1 원통형 표면(62)에 결합되는데, 이러한 접착제의 예로는 미국 인디애나주 인디애나폴리스 소재의 Lord사로부터 그의 계열사인 Thermoset를 통해 입수할 수 있는 투-파트(two-part)의 폴리아미드 에폭시, 부품 넘버 WHJ-03-240-A를 가지는 에폭시 수지, 부품 넘버 WHJ-03-148-B를 가지는 에폭시 카탈리스트가 될 수 있다. 알루미늄 캔은 5-아미노테트라졸과 같은 일정량의 가스 발생물질을 포함한다.

개시기(20)는 전형적으로 도 1에서 도시된 것과 같이 고정구(74) 내부에 크림프(crimp)되는 것에 의해 에어백의 하우징(도시되지 않음)이나 다른 가스 활성 장치에 장착된다. 고정구(74)는 에어백 하우징이나 다른 안전 시스템의 일부분일 수 있으며, 알루미늄 캔(66)의 원통벽(78) 위에 밀접하게 놓여서 이를 지지하는 부분(76)을 가진다. 고정구(74)는 또한 원통형 부분(80)을 가지는데, 이 원통형 부분은 나일론 플러그(58)의 제 2 원통형 표면(82)을 따라 연장되고 그리고 제 1 방사상 표면(64)과 상기 제 1 방사상 표면(64)에 실질적으로 평행하면서 그로부터 이격되어 있는 제 2 방사상 표면(84) 사이에 연장되어 있다. 고정구의 원통형 부분(80)은 제 2 원통형 표면(82)과 제 2 방사상 표면(84)사이에 형성된 원형 에지(88) 위에서 안쪽으로 크림프되어 있는 립(lip)(86)을 가진다. 나일론 플러그(58)는 립(86)과 고정구 부분(76) 내의 내접 원형 단차부(90)에 의해 고정구(74)에 대해 고정된다. 알루미늄 캔(66)은 고정구(74)에 수용되지 않은 원형 바닥(92)을 구비할 수 있는데, 상기 원형 바닥은 가스 발생 과립(72)에 의해 발생된 가스가 원형 바닥(92)을 파열시키는 것에 의하여 캔(66)을 빠져 나가는 것을 허용한다.

개시기(20)는 도 3에 도시된 블럭 다이어그램에 따라 제작된다. 첫째로, 회로기판이 설계되고 제작되며(94), 그 후 와이어(26)가 회로기판에 납땜되고(96), 페라이트 코어(30)가 와이어(26) 위에 배치된다(98). 다른 방법으로, 페라이트 코어는 와이어(26) 상에 사전 배치시킬 수 있고 그리고 와이어가 회로기판에 납땜된 후에 소정 위치 내에 밀어 넣을 수도 있다. 제너 다이오드(54)와 같은 정전기 방전의 억제 장치는 회로기판 트레이스에 와이어(26)를 납땜하는데 또한 사용될 수 있는 리플로우 솔더링(reflow soldering) 기술에 의해 구리 트레이스(24)를 가로질러 회로기판(22)에 장착된다(100). 억제장치(54)와, 그것에 장착되는 와이어(26)와, 회로기판의 제 1 말단(28)에 인접하여 위치한 페라이트 코어(30)를 가지는 회로기판은 플러그(58)를 형성하기 위해 유리 함유 나일론6,6으로 채워진 몰드 내에 위치한다(102). 플러그(58)는 그 플러그를 형성하는 나일론 내에 포함된 유리 섬유의 대략 30 중량 %로 하여 구성될 수 있다.

그 후 브리지 저항(50)은 구리 트레이스(24)에 연결되는 확장된 솔더 패드(48)에 슬롯(46)을 가로질러 리플로 솔더 기술에 의해 장착된다(104). 브리지 저항(50)에는 솔더 패드(48)에 접하여 니크롬 또는 탄탈 질화물 저항이 장착된다.

브리지 저항(50)은 지르코늄 포타슘 퍼클로레이트와 1 내지 3 중량 %의 Viton® 탄성중합체의 혼합물(108)로 피복된다(106). 상기 혼합물은 메틸이소부틸케톤과 같은 용매에 희석시켜서 적당한 점성의 액체를 형성하여, 브리지 저항(50)이 상기 액체 내에 침지될 때, 지르코늄 포타슘 퍼클로레이트(ZPP)의 적당한 두께의 층이 저항 위에 형성되도록 한다. ZPP/Viton® 혼합물은 개시 장약(56)을 형성하기 위해 건조될 수 있다(110). 개시 장약 또는 화합물(56)은 에틸 아세테이트와 같은 용매에 희석된 니트로셀룰로오스 혼합물(114)로 오버코팅되어(112), 습기에 견디는 저점도 광택면을 형성한다. 그런 후, 니트로 셀룰로오스 층은 건조된다(116). 가스 발생 과립(118)은 알루미늄 캔(66) 내에 충진된다(120). 접착제가 제 1 원통형 표면(62)에 도포되고(122), 상기 충진된 알루미늄 캔(66)은 플러그(58)에 조립된다(124). 접착제는 경화되고(126), 개시기는 전기적으로 테스트되며(128), 선적을 위해 포장된다(130).

본 발명의 개시기(20)는 두 개의 구리 트레이스(24)와 회로기판의 한 말단에서 구리 트레이스를 가로질러 장착된 니크롬® 또는 탄탈 질화물의 브리지 저항(50)을 구비한 회로기판을 포함한다. 회로기판 내의 간극(gap)이 저항이 위치한 구리 트레이스들 사이에서 형성된다. 회로기판의 다른 말단에서, 와이어 리드와 핀이 와이어 트레이스와 결합된다. 제너 다이오드는 와이어 리드와 브리지 저항(50) 사이에 위치한다. 제너 다이오드는 정전기 전하가 와이어 리드에 가해졌을 때의 결과와 같이 선택된 양보다 큰 올-파이어(all-fire) 전압 이상의 전압이 가해질 때 구리 트레이스를 가로질러 단락으로서 작용한다. 와이어 리드는 회로기판에 도달하기 직전에, 조기 점화나 폭발을 일으킬 수 있는 고주파 신호를 차단하는 페라이트 코어(30)를 통과한다. 브리지 저항(50)이 장착된 회로기판의 말단을 제외한 와이어 리드, 페라이트 코어 및 회로기판은 유리 함유 나일론 6,6의 본체 내에 성형된다. 나일론 본체는 일반적으로 원통형의 형상이며, 브리지 저항을 덮는 원통형의 소프트 알루미늄 캔(66)에 장착된다. 알루미늄 캔은 나일론 본체에 형성된 원주의 그루브(groove)에 결합된다. 그 결합은 알루미늄 캔(66)과 나일론 본체 사이에서 기밀 밀봉을 형성한다. 알루미늄 캔이 소정 위치에 결합되기 전에, 브리지 저항(50)은 납과 수은 성분이 함유되지 않은 지르코늄 포타슘 퍼클로레이트와 같은 기폭약으로 피복되고, 알루미늄 캔은 5-아미노테트라졸과 같은 가스 발생 과립으로 채워진다. 가스 발생 과립은 개시기의 배향에 의존할 수도 있지만, 개시 장약과 직접적으로 접촉할 필요는 없다. 개시기는 신속한 연소나 폭연의 특징을 가진 열선 타입이다. 이것은 초음 폭발파로 폭약의 폭발을 일으키는 개시기와는 대조적이다.

개시기(20)는 예를 들면 에어백을 팽창시키는 가스 발생기 카트리지를 초기화하는데 사용될 수 있고, 또는 좌석 벨트 리트랙터(retractor)나 이와 유사한 것과 같은 다양한 가스 작동 장치를 구동시키는 충분한 가스를 직접적으로 발생시킬 수도 있다.

제너 다이오드(54) 이외의 억제 장치가 사용될 수도 있는데, 예를 들면 스파크 간극 방전이 사용될 수 있다.

알루미늄은 알루미늄 캔과 플라스틱 플러그 사이에 기밀 밀봉을 형성하는 O-링이나 또는 다른 탄성중합체 장치로 크림프(crimp)될 수 있다.

특정한 재료나 플라스틱이 명시되어 있지만, 실질적으로 교환가능하거나 유사한 기능을 수행하는 것으로 알려진 다른 재료나 플라스틱도 사용될 수 있다.

Claims

개시기 및 가스 발생기에 있어서,

평평한 형태의 사각형이고, 긴 치수와 짧은 치수를 가지며, 제 1 트레이스(24)는 도선 말단으로부터 열선 말단까지 회로기판의 상기 긴 치수를 따라 연장되고 그리고 제 2 트레이스(24)는 상기 제 1 트레이스와 평행하며 상기 도선 말단으로부터 상기 열선 말단까지 회로기판의 상기 긴 치수를 따라 연장되어 있는 회로기판(22)과;

상기 도선 말단에서 상기 제 1 트레이스(24)에 연결된 제 1 전력 접속부(38)와;

상기 도선 말단에서 상기 제 2 트레이스(24)에 연결된 제 2 전력 접속부(38)와;

상기 회로기판(22)의 열선 말단에서 상기 제 1 트레이스(24)와 상기 제 2 트레이스(24) 사이에 연결된 브리지 저항(50)과;

상기 제 1 트레이스(24)와 상기 제 2 트레이스(24) 사이에 연결되고 그리고 상기 회로기판(22)의 제 1 말단과 제 2 말단의 사이에 위치하는 고전압 억제 수단(54)과;

상기 제 1 전력 접속부(38)와 상기 제 2 전력 접속부(38)를 감싸며 상기 회로기판(22)에 인접하여 위치한 페라이트 코어(30)와;

성형 플라스틱 플러그의 내부에 상기 페라이트 코어(30)와, 상기 회로기판(22)의 제 1 말단과 상기 고전압 억제 수단(54)이 배치되고, 밀봉 표면을 규정하는 부분을 가지는 성형 플라스틱 플러그(58)와;

상기 브리지 저항(50)을 피복하는 일정량의 개시 화합물(56)과;

일정량의 가스 발생 과립(72)을 수용하며, 상기 회로기판(22)의 제 2 말단과 상기 브리지 저항(50)을 수납하도록 위치하고, 상기 밀봉 표면에서 상기 성형 플라스틱 플러그(58)에 기밀 밀봉된 캔(66)을 포함하는

개시기 및 가스 발생기.
청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 1 항에 있어서,

상기 캔(66)은 알루미늄으로 구성되는

개시기 및 가스 발생기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 개시 화합물(56)은 주로 지르코늄 포타슘 퍼클로레이트(zirconium potassium perchlorate)로 구성되는

개시기 및 가스 발생기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 개시 화합물(56)은 지르코늄 포타슘 퍼클로레이트와 탄성중합체의 혼합물인

개시기 및 가스 발생기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 고전압 억제 수단은 제너 다이오드(54)인

개시기 및 가스 발생기.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 성형 플라스틱 플러그(58)는 유리 함유 나일론6,6으로 구성되는

개시기 및 가스 발생기.
제 1 항에 있어서,

(a) 두 개의 전도성 트레이스(24)를 가진 회로기판(22)을 만들고;

(b) 상기 회로기판(22) 위의 각 트레이스(24)에 와이어를 납땜하며;

(c) 상기 와이어 위에 페라이트 코어(30)를 배치하여 상기 회로기판(22)에 근접시키고;

(d) 상기 전도성 트레이스(24)를 가로질러 고전압 억제 수단(54)을 장착하며;

(e) 성형 공동부에 상기 회로기판(22)과 상기 고전압 억제 장치와 상기 페라이트 코어(30)를 위치시키고, 상기 회로기판의 제 1 부분과 상기 두 개의 전도성 트레이스(24)의 제 1 부분이 상기 성형 공동부로부터 연장되도록 하고;

(f) 상기 성형 공동부를 충전하여 플러그(58)를 형성하되, 상기 회로기판(22)의 제 1 부분과 상기 두 개의 전도성 트레이스(24)의 제 1 부분이 상기 플러그로부터 연장되게 하며;

(g) 상기 플러그(58)로부터 연장되는 상기 전도성 트레이스(24)의 제 1 부분을 가로질러 브리지 저항(50)을 장착하고;

(h) 상기 브리지 저항(50) 위에 개시 장약(charge)을 형성하며;

(i) 캔(66) 내에 가스 발생 과립을 충진하고;

(j) 상기 브리지 저항(50)을 통해 전류가 통과하는 것에 의해 상기 개시 장약이 점화될 때, 상기 가스 발생 과립(72)이 점화되도록 상기 캔(66)을 상기 플러그(58)에 부착하는 것에 의해서 제조되는

개시기 및 가스 발생기.