Brevet FR2135619A1 — publié le 19721222

La présente invention concerne un dispositif d'évacuation de charge électrostatique, appelé généralement dissipateur électrostatique. On empêche, de manière connue, la formation d'une char-5 ge électrostatique, sur un corps conducteur isolé, au moyen d'une tige conductrice à extrémité effilée, fixée au dit corps. La charge se concentre à la pointe de la tige et, en raison de la densité de charge élevée à cet endroit, il se produit une ionisation de l'air ambiant, qui permet à la charge de se dissiper. Le plus . 10 souvent, dans de nombreuses applications, il est nécessaire de limiter le courant qui traverse la résistance de dissipation, pour empêcher la formation d'une étincelle. Pour cela, on donne à la tige une résistance électrique très élevée, de l'ordre de plusieurs millions d'ohms. 15 Le dissipateur de charge statique doit également être capable de supporter les coups de foudre sur le corps qu'il protège, car il est lui-même le point-logique de sortie de la foudre dans l'atmosphère environnante. La présente invention a pour objet une résistance de 20 dissipation de charge électrostatique, qui évite les divers inconvénients des dispositifs connus. Elle réalise un dissipateur de charge, très durable et sûr qui peut en particulier résister avec succès à des coups de foudre répétés. Le dispositif suivant l'invention présente en outre les 25 avantages suivants. Il se maintient de lui-même en bon état. Il résiste à l'érosion atmosphérique et aux autres effets destructeurs de l'atmosphère. Il contient une résistance interne comportant une surface essentiellement non conductrice, de sorte qu'il peut être utilisé dans des systèmes perfectionnés de traitement de la foudre. 3 0 II est obtenu à partir d'une matrice non traçante, de façon à maintenir la surface dans un état essentiellement non conducteur, lorsqu'elle est portée à des températures auxquelles les matières traçantes se carbonisent. Il contient un élément résistant en tresse fibreuse qui empêche la pénétration de la foudre. 35 La résistance de dissipation électrostatique suivant l'invention comprend un élément électriquement résistant, noyé dans une matrice en résine plastique non traçante. Elle comporte des moyens de raccordement électrique de l'élément résistant avec le corps qu'elle est destinée a protéger. Des moyens de décharge sont 40 également prévus. 72 15823 2 2135619 Dans une forme de réalisation de l'invention, l'élément résistant est formé d'un toron fibreux en matière électriquement conductrice. Les fibres terminales d'une extrémité du toron peuvent être exposées à l'atmosphère, chaque bout de fibre ainsi découvert 5 agissant comme moyen de liaison de la charge statique à l'atmosphère, c'est-à-dire comme moyen de décharge. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés. 10 Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un dissipateur de charge statique, à résistance, conforme à la présente invention. Fig. 2 est une vue en bout, d'une coupe transversale suivant la ligne 2-2, qui représente en détail les moyens de décharge, et 15 Fig. 3 est une vue extérieure du dissipateur en fonc tionnement.. On voit, sur la figure 1, un dissipateur 10 de charge statique, qui comprend un élément 13, électriquement résistant, noyé dans une matrice plastique 11. Le dissipateur 10 est raccordé 20 à un corps métallique 12 par une jonction électrique 20. Le corps 12 représente schématiquement l'organe dont on veut évacuer l'électricité statique. La jonction électrique 20 est de préférence une colle conductrice, par exemple un adhésif vendu sous le nom de C4 par 25 National Carbon Company. D'autres colles conductrices sont également disponibles. En général, ces colles contiennent du carbone, de l'argent ou un autre conducteur. En variante, la jonction électrique peut comporter un emboîtement taraudé dans le corps 12 et une extrémité filetée complémentaire sur le dissipateur 10. 30 Le dispositif 10 est donc une structure composite, avec un élément résistant 13 noyé dans une matrice plastique 11 non conductrice. Sur la figure 1, la résistance électrique 13 est représentée par une corde fibreuse en filaments continus de carbone, ou en brins de carbone. La corde est constituée par un très grand 35 nombre, de l'ordre de 10 , de fibres extrêmement résistantes, de façon à empêcher la foudre de pénétrer dans la corde par une fibre qui pourrait occasionnellement se trouver près de la surface du dissipateur. De préférence, la corde est réalisée en filaments de 40 carbone obtenus, en général, à partir d'une matière cellulosique, 72 15823 3 2135619 rayonne par exemple, ou de PAN (polyacylatonitrile). On peut également en utiliser d'autres, par exemple des filaments enrobés de verre. La résistance spécifique de la matière n'est pas un critère important, mais par contre la résistance par unité de longueur 5 du filament est impérative. La résistance par "cm de filament doit 11 dépasser 10 ohms. Il faut environ 100 000 filaments, d'un diamètre de l'ordre de 14 microns, pour former un dissipateur électrostatique. A titre d'exemple caractéristique, des dissipateurs ont une longueur de 200 à 250 mm et une résistance longitudinale tota-10 le de 5x106 à 100 x 106 ohms. Une considération importante pour l'emploi de cette corde fibreuse est que l'élément résistant 13 soit constitué d'un grand nombre de chemins parallèles, pour que la charge électrostatique puisse passer. Théoriquement, il y a autant de chemins parat 15 lèles que de filaments. De plus, il existe de nombreuses interconnexions entre les fibres parallèles, de sorte que si un ou plusieurs des chemins, formés par les fibres, sont interrompus, ils peuvent être contournés par un chemin parallèle, à travers deux interconnexions. 20 Comme indiqué plus loin, une condition importante est que la résistance électrique 13 soit essentiellement noyée dans une matrice plastique non conductrice et de préférence non traçante. Le terme "non traçant", appliqué à la matrice de résine plastique, signifie que la matière ne forme pas de circuit électriquement 25 conducteur, en carbone ou autre, lorsqu'elle est dissipée thermi-quement comme cela peut se produire dans le cas d'une étincelle ou d'un arc. Comme matières non traçantes, on peut utiliser des homo- ou copolymères de polyformaldéhyde, notamment Delrin et Celcon. Un système époxyméthane, tel que le produit 8021, ou les 30 résines fluorocarbonées telles que Téflon et Kel-F, conviennent également. Du fait de l'emploi préféré de fibres, un petit nombre de ces fibres apparaissent à la surface du plastique, comme représenté en 14 sur la figure 1. Cela ne gène pas matériellement le 35 fonctionnement du dissipateur, parce que ces pénétrations de surface sont sensiblement isolées, en raison de la grande résistance des fibres et de l'ensemble. Elles tendent d'ailleurs a disparaître, par l'érosion ambiante ou par destruction lors d'un coup de foudre. On peut donc dire que la surface du dispositif 10 est es-40 sentiellement formée par la matière de la matrice non traçante, 72 15823 4 2135619 sauf à l'extrémité de décharge 17, où l'extrémité des fibres est volontairement mise à nu. Le dispositif 10 comporte des moyens de décharge qui, dans le cas représenté, sont formés par l'extrémité 17. De façon 5 connue, cette extrémité a la forme d'un cône pointu, où se concentre l'électricité statique. On obtient ainsi une ionisation de l'air ambiant, et par suite une dissipation de l'électricité statique dans l'atmosphère. On voit, sur les figures 1 et 2, les extrémités 16 des 10 fibres résistantes 13, qui sont mises à nu et exposées à l'atmosphère à la surface de l'extrémité conique 17 de décharge. Chacune de ces extrémités représente en elle-même une région de tension électrique élevée, de sorte que chacune agit comme une jonction électrique entre le dissipateur 10 et l'atmosphère. Chaque extré-15 mité 16 joue donc le rôle de l'embout métallique des extrémités de décharge connues. Dans la partie 17, les filaments, qui ont une orientation sensiblement parallèle à la surface du dissipateur 10, sont disposés angulairement par rapport à la surface conique de l'extré-20 mité de décharge 17. Même si la partie 17 est érodée ou usée, il y a toujours des extrémités 16 de filaments exposées h l'atmosphère. La figure 3 représente la résistance 10 de dissipation de charge, à l'intérieur d'un assemblage. En plus du dispositif 10, celui-ci comprend un manchon métallique 23, fixé à la surface cy-25 lindrique de l'élément 10. Ce manchon métallique ne gène pas le fonctionnement du dissipateur, puisqu'il est isolé de la résistance électrique 13 par la matrice plastique 11. Le manchon 23 protège le dissipateur, dans le cas d'un coup de foudre sur le corps 12. Dans le cas où la foudre atteint le corps 12, le flux 30 électrique tend à se propager vers le dissipateur 10, sur le corps, en une couche ionisée le long de la surface du corps. Le coup de foudre pénètre, s'il le peut, dans le dispositif et traverse l'élément résistant. Si cela se produit, le dissipateur est détruit. C'était en fait le cas dans les dispositifs suivant l'art antérieur, 35 mais cela ne se produit pas avec le dispositif suivant l'invention. La foudre qui se propage le long de la surface du corps rencontre en effet la matrice ou une fibre isolée. L'air qui entoure le dispositif présente moins de résistance que la fibre, dont la résis-1 1 tance est de 10 ohm/cm. Par conséquent, l'air avoisinant est 40 transformé en une couohe ionisée. Le.courant de foudre est dissipé 72 15823 5 2135619 dans l'atmosphère, par l'intermédiaire de cette couche. Dans l'art antérieur, les éléments résistants des dissipateurs de charge statique étaient situés à la surface. Dans les cas où on cherchait à isoler l'élément résistant, on l'enfermait dans une céramique ou une matrice traçante. Un courant élevé, passant autour du dispositif, faisait casser la céramique ou brûlait la matrice. Le dissipateur devait de toute façon être remplacé. Dans la configuration de la figure 3,1e coup de foudre ionise l'air entre le corps 12 et le manchon métallique 23, suivant 21. Comme ce manchon recouvre la majeure partie de la surface du dissipateur 10, la plus grande partie du courant de foudre est dissipée autour du manchon. Celui-ci peut le supporter sans dommage à cause de ses excellentes qualités de conductibilité. Les surfaces découvertes du dispositif 10 supportent des efforts moindres. Même si elles sont brûlées à un certain degré, la matrice non traçante ne donne pas de résidu conducteur. Le manchon métallique augmente simplement la fiabilité du dispositif de dissipation de charge en cas de coup de fondre. Sa présence n'est pas une nécessité. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de la présente invention ; celle-ci n'est pas limitée aux formes de réalisation, représentées et décrites ci-dessus à titre d'exemple. 72 15823 6 2135619 REVENDICATIONS 1. Dissipateur de charge électrostatique à résistance, comprenant un élément résistant longitudinal, caractérisé en ce qu'il comporte un grand nombre de chemins résistants parallèles, noyés dans une matrice plastique non traçante. 5 2. Dissipateur électrostatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément résistant est un toron d'environ 10 fibres longitudinales ou filaments conducteurs, chaque fi- 1 1 bre ou filament ayant une résistance de l'ordre de 10 ohms/cm. 3. Dissipateur électrostatique suivant la revendication 1 ou 2, )0 caractérisé en ce qu'une extrémité du dit toron est exposée à l'atmosphère. 4. Dissipateur électrostatique suivant la revendication 3, caractérisé eryfce que la dite extrémité est de forme conique.