KR20000058078A

KR20000058078A - 점화 신뢰성이 향상된 일렉트로파이로테크닉 점화기

Info

Publication number: KR20000058078A
Application number: KR1020000007473A
Authority: KR
Inventors: 듀게장르네; 마르땡니꼴라스
Original assignee: 마르소 브느와; 리브박 에스. 엔. 쎄.
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2000-09-25
Also published as: EP1030159A1; ES2184681T3; ATE225493T1; EP1030159B1; FR2790078A1; JP2000241099A; DE60000515T2; FR2790078B1; KR100383335B1; DE60000515D1; US6289813B1; JP3294583B2

Abstract

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

본 발명에 따른 점화기(1)는 두 개의 얇은 금속 영역(17, 18)을 경유하여 두 개의 전극(9, 10)에 연결된 박막 저항성 브리지(19)를 구비하고 있다.

기폭 래커(20)가 저항성 브리지(19)를 덮고 있으며, 상기 영역들에 부착된 배리스터가 정전 방전으로부터 상기 점화기를 보호한다. 저항성 브리지(19)는 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ωm 사이의 체적 고유 저항을 가지며, 기폭 래커는 일차 폭발물로 제조되어 있다.

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

Description

점화 신뢰성이 향상된 일렉트로파이로테크닉 점화기{Electropyrotechnic igniter with enhanced ignition reliability}

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

종래에는 파열성 금속 본체에 의해 연장되며 두 개의 전극이 그를 통과하고 있는 절연체로 자동차의 안전성을 위한 일렉트로파이로테크닉 점화기를 형성하여 왔다. 상기 전극들은 레드 트리니트로레조르시네이트(lead trenitroresorcinate)에 기초한 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 접합부가 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 이격된 도전성 금속 영역에 전극들을 접촉시킨 형태의 점화기가 개발되어 있다. 이들 두 영역들은 절연체의 표면상에 증착된 얇은 평탄한 저항성 스트립에 의해 서로 접속되어 있다. 상기 도전성 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 그를 초과하면 하나의 배치(batch)의 모든 점화기가 작동하게 되는 한계 전류 강도에 대응한다.

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

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

그러나, 자동차 제조업자들은 점진적으로 400mA 이상의 비점화 전류와, 1200mA에 가까운 전점화 전류를 보장하는 일렉트로파이로테크닉 점화기를 필요로하고 있다. 비록, 예로서, 특허 출원 WO 98/39615호에 기재된 바와 같은 종류의 천공용 기폭제가 이들 조건들 중 하나 또는 나머지 하나를 만족시키는 것이 발견되었지만, 현제로서는 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 콤파운드에 의해 폐쇄되어 유지되는 내부 금속 용기와, 상부면을 가진 가스 밀봉벽과 중실형 본체를 가지는 가스 밀봉형 벽으로 구성된 기폭 헤드와, 평탄한 저항성 가열 소자를 포함하고, 상기 기폭 헤드의 축방향 일부는 핀이 통과하는 형상으로 두 개의 전극이 통과하고 있는 글래스 실린더로 구성되어 있고, 상기 전극들은 일 단부가 상기 가스 밀봉벽의 상부면을 초과하여 연장되고, 기판을 관통하며, 이 연장부에 의해 상기 기판에 탑재된 인쇄 회로 기판에 상기 전극들이 전기적으로 접속되게 되고, 상기 평탄한 소자는 상기 저항성 가열 소자는 상기 절연 기판상에 배치되고, 상기 기판 위로 연장되는 두 개의 분리된 도전성 금속 영역을 경유하여 상기 전극에 접속되고, 상기 각 영역은 두 개의 전극 중 하나와 접촉하며, 상기 평탄한 소자와 상기 금속 영역은 파이로테크닉 기폭 혼합물로 덮혀있는 일렉트로파이로테크닉 점화기로서, (1) 상기 평탄한 소자는 0.001mm 이하의 두께를 가지며, 체적 고유 저항이 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ωm 사이인 금속 콤파운드로 구성되어 있고, (2) 상기 파이로테크닉 기폭 혼합물은 폴리비닐 바인더와 일차 폭발물로 제조된 래커로 구성되어 있으며, (3) 상기 영역들에는 얇은 층들의 조립체로 구성된 배리스터가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기에 관한 것이다.

보다 명확하게 말하면, 본 발명은 상술한 바와 같은 일렉트로파이로테크닉 점화기에 있어서, 전원에 접속되는 두 개의 전극이 관통하는 두 개의 평면을 구비한 원통형 점화기 본체와 평탄한 저항성 가열 소자를 포함하고, 상기 점화기 본체는 점화 차지를 함유하는 파열성 캡으로 둘러싸여져 있고, 상기 캡과 상기 점화기 본체는 오버몰딩 콤파운드에 의해 함께 견고하게 유지되고, 상기 캡 내측에 배치된 상기 점화기 본체의 평면은 절연성 인쇄 회로 기판으로 덮혀 있고, 상기 전극들은 상기 기판을 통과하고, 상기 평탄한 가열 소자는 상기 기판상에 증착되고, 상기 기판위로 연장되는 두 개의 분리된 도전성 금속 영역을 경유하여 상기 전극에 접속되고, 각 상기 영역은 두 개의 전극들 중 하나와 접촉하고, 상기 평탄한 소자와 상기 금속 영역은 파이로테크닉 기폭 혼합물(20)로 덮혀져 있으며, (1) 상기 평탄한 소자는 0.001mm 이하의 두께를 가지며, 체적 고유 저항이 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ωm 사이인 금속 콤파운드로 구성되어 있고, (2) 상기 파이로테크닉 기폭 혼합물은 폴리비닐 바인더와 일차 폭발물로 제조된 래커로 구성되어 있으며, (3) 상기 영역들에는 얇은 층들의 조립체로 구성된 배리스터가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기에 관한 것이다.

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

(1) 박막 저항성 브리지는 매우 높은 체적 고유 저항을 가지고 있다.

(2) 기폭 혼합물로서 빈번히 사용되는 소정의 산화-환원 혼합물을 포함하는 일차 폭발물을 사용할 수 있다.

(3) 배리스터가 기폭 헤드내측의 도전성 금속 영역상에 증착되어 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 일차 폭발물은 납 트리니트로레조르시네이트 등의 종래의 폭발물을 사용할 수 있지만, 본 발명의 첫 번째 실시예에 따라서 디니트로벤조푸록산의 알칼리 금속염으로 구성되는 것이 바람직하며, 루비듐 디니트로벤조푸록산인 것이 특히 바람직하다. 이 경우에, 바인더는 폴리비닐 클로라이드아세테이트인 것이 바람직하다.

본 발명의 두 번째 실시예에 따라서, 평탄한 저항성 가열 소자를 형성하는 금속 콤파운드는 비스머쓰, 탄탈륨 니트라이드, 철과 구리에 기초한 합금, 니켈과 크로뮴과 인을 기초로하는 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 전압을 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 9, 10 : 전극

17, 18 : 금속 영역 19 : 브리지

22 : 배리스터

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

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

점화기 본체(2)는 원통형 파열성 캡(11)으로 덮혀 있으며, 상기 파열성 캡은 상기 쇼울더부(6)상에 지지되어 있다. 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 콤파운드 등의 절연 오버몰딩 콤파운드(13)에 의해 본체에 견고하게 부착되어 유지되어 있다. 상기 점화 차지(12)는 보론(boron)과 포타슘 니트레이트(potassium nitrate)로 구성되는 것이 바람직하며, 캡(11) 내측에 배치된 중공 원통형 스커트(14)에 의해 지지될 수 있다. 이 스커트(14)는 금속 스커트 또는 플라스틱 스커트일 수 있다. 전극(9, 10)의 하단부는 오버몰딩 콤파운드(13)에 피복되지 않은 상태로 남겨지며, 그래서, 전극(9, 10)이 전원에 접속될 수 있다.

캡(11)내측에 놓여진 점화기 본체(2)의 평면(3)은 절연 인쇄 회로 기판으로 덮혀지며, 전극(9, 10)은 상기 절연 인쇄 회로 기판을 관통한다. 이 절연 기판(15)은 원반형 판 형상을 가지며, 전기 도전성은 낮고 열 도전성은 좋은 예로서 알루미나나 실리콘 등의 재료로 제조되는 것이 바람직하다.

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

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

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

본 발명의 첫 번째 주된 특징적인 형태에 따라서, 이 평탄한 가열 소자는 1㎛ 이하의 두께, 보통, 0.5㎛의 두께를 가지며, 그 체적 고유 저항이 0.5×10⁶내지 2×10⁶Ωm 사이인 금속 콤파운드로 제조되어 있다. 이 금속 콤파운드는 비즈머쓰(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 가열 소자(19)와 상기 도전 영역(17, 18)은 폴리비닐 바인더와 일차 폭약으로 제조된 래커(lacquer)로 형성된 파이로테크닉 기폭 합성물(20)로 피복되어 있다. 이 일차 폭약은 디니트로벤조푸록산의 알칼리 금속염, 즉, 루비듐 디니트로벤조푸록산인 것이 바람직하며, 바인더로서는 폴리비닐 클로라이드 아세테이트가 사용되는 것이 바람직하다. 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 도전 영역(17, 18)에 부착되어 고전압 정전 방전으로부터 점화기(1)를 보호한다. 이 배리스터(22)는 기폭 합성물(20)이 증착되기 이전에 적소에 설치되며, 100암페어(시간; 8 - 20마이크로초) 보다 큰 정점 전류에 대하여 5.5 내지 17 볼트 사이의 컷아웃 전압을 가지는 것이 바람직하다.

상기 콤포넌트를 정확하게 크기 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 배치들을 제조한다. 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 직렬 저항을 가진 25킬로볼트로 충전된 150 피코패러드(picofarad) 커패시터로부터 발생하는 4000 정전 방전을 견딜 수 있다.

부가적으로, 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 이하의 전점화 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 내부 금속 용기(11)와, 상부면(3)을 가진 가스 밀봉벽(2)과 중실형 본체(5)를 가지는 가스 밀봉형 벽(2)으로 구성된 기폭 헤드와, 평탄한 저항성 가열 소자(19)를 포함하고,

상기 기폭 헤드의 축방향 일부는 핀이 통과하는 형상으로 두 개의 전극(9, 10)이 통과하고 있는 글래스 실린더(7)로 구성되어 있고,

상기 전극들(9, 10)은 일 단부가 상기 가스 밀봉벽의 상부면(3)을 초과하여 연장되고, 기판(15)을 관통하며, 이 연장부에 의해 상기 기판(15)에 탑재된 인쇄 회로 기판에 상기 전극들이 전기적으로 접속되게 되고,

상기 평탄한 소자(19)는 상기 저항성 가열 소자는 상기 절연 기판(15)상에 배치되고, 상기 기판 위로 연장되는 두 개의 분리된 도전성 금속 영역(17, 18)을 경유하여 상기 전극(9, 10)에 접속되고,

상기 각 영역은 두 개의 전극 중 하나와 접촉하며,

상기 평탄한 소자(19)와 상기 금속 영역(17, 18)은 파이로테크닉 기폭 혼합물(20)로 덮혀있는 일렉트로파이로테크닉 점화기(1)로서,

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

상기 파이로테크닉 기폭 혼합물은 폴리비닐 바인더와 일차 폭발물로 제조된 래커로 구성되어 있으며,

상기 영역들에는 얇은 층들의 조립체로 구성된 배리스터(22)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 1 항에 있어서, 전원에 접속되는 두 개의 전극(9, 10)이 관통하는 두 개의 평면(3, 4)을 구비한 원통형 점화기 본체(2)와 평탄한 저항성 가열 소자(19)를 포함하고,

상기 점화기 본체는 점화 차지(12)를 함유하는 파열성 캡(11)으로 둘러싸여져 있고,

상기 캡과 상기 점화기 본체는 오버몰딩 콤파운드(13)에 의해 함께 견고하게 유지되고,

상기 캡 내측에 배치된 상기 점화기 본체(2)의 평면(3)은 절연성 인쇄 회로 기판(15)으로 덮혀 있고,

상기 전극들은 상기 기판(15)을 통과하고,

상기 평탄한 가열 소자는 상기 기판(15)상에 증착되고, 상기 기판위로 연장되는 두 개의 분리된 도전성 금속 영역(17, 18)을 경유하여 상기 전극(9, 10)에 접속되고,

각 상기 영역은 두 개의 전극들 중 하나와 접촉하고,

상기 평탄한 소자와 상기 금속 영역(17, 18)은 파이로테크닉 기폭 혼합물(20)로 덮혀져 있으며,

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

상기 파이로테크닉 기폭 혼합물은 폴리비닐 바인더와 일차 폭발물로 제조된 래커로 구성되어 있으며,

상기 영역들에는 얇은 층들의 조립체로 구성된 배리스터(22)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 2 항에 있어서, 상기 일차 폭발물은 디니트로벤조푸록산의 알칼리 금속염으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 3 항에 있어서, 상기 일차 폭발물은 루비듐 디니트로벤조푸록산으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 2 항에 있어서, 상기 바인더는 폴리비닐 클로라이드 아세테이트인 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 2 항에 있어서, 상기 금속 콤파운드는 비스머쓰, 탄탈륨 니트라이드, 철과 구리를 기초로한 합금, 니켈과 크로뮴 및 인을 기초로하는 이원 및 삼원 합금으로 구성된 그룹으로붜 선택되는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 2 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 2 항에 있어서, 500mA를 초과하는 비점화 전류값을 가지는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 2 항에 있어서, 1200mA 미만의 전점화 전류값을 가지는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.
제 2 항에 있어서, 상기 절연 기판(15)은 알루미나와 실리콘으로 형성된 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 일렉트로파이로테크닉 점화기.