Brevet FR2790078A1 — publié le 20000825

La présente invention se rapporte au domaine des allumeurs électro- pyrotechniques destinés à la sécurité automobile et notamment à celui des allumeurs destinés à initier des rétracteurs de ceintures de sécurité ou des5 générateurs pyrotechniques de gaz pour coussins de protection. L'invention concerne plus particulièrement les allumeurs dont le système chauffant est constitué par un pont résistif en couche mince connecté à deux nappes de métal conducteur.10 Traditionnellement les allumeurs électro- pyrotechniques destinés à la sécurité automobile sont constitués par un corps isolant prolongé par un corps métallique fragmentable et traversé par deux électrodes.15 Les électrodes sont reliées entre elles par un filament résistif chauffant entouré par une composition explosive d'amorçage, par exemple une composition à base de trinitrorésorcinate de plomb. De tels allumeurs qui sont par exemples décrits dans les brevets américains US 3,572, 247; US 4,517,895; US 4,959,011; ou US ,099,762 présentent cependant l'inconvénient d'être sensibles aux vibrations du véhicule automobile au niveau des soudures du filament résistif sur les électrodes. Ces soudures lorsqu'elles sont sollicitées de manière répétitive par les vibrations du véhicule peuvent casser et rendre l'allumeur inopérant. Pour remédier à cet inconvénient, on a alors développé des allumeurs dans lesquels les électrodes sont au contact de deux nappes métalliques conductrices distinctes étendues sur la surface du corps isolant qui est à l'intérieur du capuchon métallique. Ces deux nappes sont reliées entre elles par une bande plate résistive de faible largeur déposée sur la surface du corps isolant. Les nappes conductrices et la bande résistive sont recouvertes par une composition explosive d'amorçage. De tels allumeurs, qui sont par exemple décrits dans les brevets US 5,544,585, ou US 4,690,056, ou encore US 5,732,634, ne sont plus sensibles aux5 vibrations du véhicule automobile. Par ailleurs on caractérise les allumeurs électro- pyrotechniques par deux valeurs: le courant de " tout feu " et le courant de " non feu >.10 Le courant de " tout feu >" correspond à la limite de l'intensité d'un courant électrique au dessus de laquelle on est sûr que tous les allumeurs d'un lot fonctionneront.15 Les courants de " tout feu " demandés par les constructeurs de véhicule automobile sont aujourd'hui de 800 mA ou de 1200 mA. Le courant de " non feu >" correspond à la limite de l'intensité d'un courant électrique en dessous de laquelle on est sûr qu'aucun allumeur d'un lot ne fonctionnera. Les courants de " non feu " demandés par les constructeurs de véhicule automobile sont aujourd'hui de 200 mA ou de 250 mA. Cependant les constructeurs de véhicule automobile souhaitent de plus en plus pouvoir disposer d'allumeurs électropyrotechniques garantissant un courant de non feu d'au moins 400 mA avec un courant de tout feu voisin de 1200 mA. Si l'on trouve des détonateurs de forage qui satisfont à l'une ou l'autre de ces conditions, comme ceux décrits, par exemple, dans la demande W098/39615, on ne trouve pas, à l'heure actuelle, des allumeurs électropyrotechniques qui satisfassent simultanément aux deux conditions énoncées plus haut et qui soient compatibles avec les délais de fonctionnement exigés par la sécurité automobile. L'objet de la présente invention est précisément de proposer un tel allumeur pyrotechnique. L'invention concerne donc un allumeur électropyrotechnique comportant, à l'intérieur d'un conteneur métallique fermé et maintenu par un surmoulage, une tête d'initiation constituée par une paroi étanche possédant une face supérieure et constituée par un corps massif dont la partie axiale est composée d'un cylindre de verre traversé par deux électrodes en forme de broches, l'une des deux électrodes étant reliée électriquement au corps massif directement par soudure ou par l'intermédiaire d'un contact métallique, les dites électrodes ayant une extrémité dépassant la dite face supérieure de la paroi étanche, ce dépassement permettant de les connecter électriquement à un circuit imprimé plat porté par un support, le dit support étant lui-même traversé par les dites électrodes, le dit allumeur comprenant également un élément plat résistif chauffant déposé sur le dit support isolant, cet élément plat étant relié aux dites électrodes par l'intermédiaire de deux nappes métalliques conductrice distinctes étendues sur le dit support, chaque nappe étant au contact de l'une des deux électrodes, le dit élément plat et les dites nappes métalliques étant recouvertes par une composition pyrotechnique d'amorçage, caractérisé en ce que: i) le dit élément plat a une épaisseur inférieure ou égale à 0,001 mm et est constitué par un composé métallique dont la résistivité volumique est comprise entre 0,5.106 m et 2.106Qm ii) la dite composition pyrotechnique d'amorçage est constituée par une laque réalisée à partir d'un liant polyvinylique et par un explosif primaire, iii) une varistance constituée par un assemblage de couches minces est rapportée sur les dites nappes métalliques conductrices. L'invention concerne plus particulièrement un allumeur électropyrotechnique tel que défini plus haut et comprenant un corps d'allumeur cylindrique présentant deux faces planes et étant traversé par deux électrodes pouvant être reliées à une source de courant électrique, le dit corps d'allumeur étant coiffé par un capuchon fragmentable contenant une charge d'allumage, le dit20 capuchon et le dit corps d'allumeur étant maintenus solidaires par un surmoulage, la face plane du corps d'allumeur se trouvant à l'intérieur du dit capuchon étant recouverte par un support isolant de circuit imprimé, le dit support étant lui-même traversé par les dites électrodes, le dit allumeur comprenant également un élément plat résistif chauffant déposé sur le dit support isolant, cet élément plat étant relié aux dites électrodes par l'intermédiaire de deux nappes métalliques conductrice distinctes étendues sur le dit support, chaque nappe étant au contact de l'une des deux électrodes, le dit élément plat et les dites nappes métalliques étant recouvertes par une composition pyrotechnique d'amorçage, caractérisé en ce que: i) le dit élément plat a une épaisseur inférieure ou égale à 0,001 mm et est constitué par un composé métallique dont la résistivité volumique est comprise entre 0,5.106Qm et 2.106Qm ii) la dite composition pyrotechnique d'amorçage est constituée par une laque réalisée à partir d'un liant polyvinylique et par un explosif primaire, iii) une varistance constituée par un assemblage de couches minces est rapportée sur les dites nappes métalliques conductrices. Par rapport aux allumeurs fonctionnant avec un pont en couche mince, l'allumeur selon l'invention présente trois caractéristiques originales: le pont résistif en couche mince présente une résistivité volumique très élevée, - la composition d'amorçage fait appel à un explosif primaire à l'exclusion de tout mélange oxydo-réducteur comme cela est fréquemment le cas, - la varistance est déposée sur les nappes métalliques conductrices à l'intérieur de la tête d'allumage et n'est pas disposée à l'intérieur du corps d'allumeur, comme décrit par exemple dans les brevets EP 0 802 092 et US 5 616 841. L'explosif primaire utilisé pour constituer la composition d'amorçage peut être un explosif traditionnel comme le trinitrorésorcinate de plomb, mais, selon un premier mode préféré de réalisation de l'invention, il sera avantageusement constitué par un sel alcalin du dinitrobenzofuroxanne, et notamment par du dinitrobenzofuroxanne de rubidium. Dans ce cas le liant sera avantageusement de l'acétochlorure de polyvinyle. Selon un second mode préféré de réalisation de l'invention le composé métallique constituant l'élément plat résistif chauffant est choisi dans le groupe constitué par le bismuth, le nitrure de tantale, les alliages à base de fer et de cuivre, les alliages binaires et ternaires à base de nickel, de chrome et de phosphore. Avantageusement la varistance aura une tension de coude comprise entre 5,5 et 17 volts pour un courant de crête supérieur à 100 ampères (durée: 8 à 20 microsecondes). Les allumeurs selon l'invention permettent ainsi, par un dimensionnement adapté de leurs éléments constitutifs, de garantir, de manière fiable, une valeur de courant de non feu supérieures à 500 mA et une valeur de courant de tout feu inférieure ou égale à 1200 mA. Ces allumeurs qui présentent une grande sécurité d'allumage trouvent une application préférée dans les générateurs pyrotechniques de gaz destinés à activer des dispositifs de sécurité pour les occupants d'un véhicule automobile, comme des coussins gonflables ou des rétracteurs de ceinture. On donne ci-après une description détaillée d'une réalisation préférée de l'invention en se référant figures 1 et 2. La figure 1 représente, vu en coupe axiale, un allumeur selon l'invention. La figure 2 représente, vu de dessus, le support isolant de circuit imprimé disposé à l'intérieur de l'allumeur représenté à la figure 1. L'allumeur électropyrotechnique 1 représenté à la figure 1 est construit à partir d'un corps d'allumeur 2. Ce corps d'allumeur 2 a la forme d'un cylindre de révolution présentant une face plane supérieure 3 et une face plane inférieure 4 ainsi qu'une paroi latérale 5 présentant un épaulement circulaire externe 6. Le corps 2 est traversé sur toute sa hauteur par deux gaines axiales 7 et 8 en verre dans lesquelles sont disposées deux électrodes conductrices 9 et 10 ayant chacune une longueur supérieure à la hauteur du corps 2. Les électrodes sont disposées de manière à dépasser légèrement la face plane 3 du corps 2 et à se prolonger bien en dessous de la face plane 4 du corps 2. Le corps d'allumeur 2 est coiffé par un capuchon fragmentable 11 cylindrique prenant appui sur l'épaulement 6. Le capuchon fragmentable 11 est préférentiellement un capuchon en aluminium. Ce capuchon 11 contient une charge pyrotechnique d'allumage 12 et est maintenu solidaire du corps 2 par un surmoulage isolant 13, par exemple un surmoulage en résine époxy. La charge d'allumage 12 est avantageusement constitué par une poudre à base de bore et de nitrate de potassium et peut être calée par une jupe cylindrique creuse 14 disposée à l'intérieur du capuchon 11. Cette jupe 14 peut être une jupe métallique ou une jupe en matière plastique. Le surmoulage 13 laisse libres les extrémités inférieures des électrodes 9 et 10 de manière à ce que ces dernières puissent être reliées à une source de courant électrique. La face plane 3 du corps d'allumeur 2 qui se trouve à l'intérieur du capuchon 11 est recouverte par un support isolant 15 de circuit imprimé également traversé par les électrodes 9 et 10. Ce support isolant 15 a la forme d'une plaque discoïde et sera de préférence constitué par un matériau peu conducteur de l'électricité mais assez conducteur de la chaleur comme l'alumine ou le silicium. C'est sur ce support isolant 15 qu'est disposé le dispositif d'initiation qui constitue le coeur de l'invention et qui est décrit maintenant en se référant plus particulièrement à la figure 2. La face supérieure 16 du support isolant 15 est recouverte par deux nappes métalliques 17 et 18 distinctes et non jointives, chaque nappe étant traversée par l'une des deux électrodes 9 ou 10, soudée sur la surface supérieure de la dite nappe. Les nappes 17 et 18 sont en forme générale de segment de cercle, elles sont constituées par du cuivre présentant en général une épaisseur voisine de 35 micromètres. Les nappes 17 et 18 sont reliées entre elles par un élément plat 19 résistif chauffant qui est déposé sur le dit support isolant 15. Selon une première caractéristique essentielle de l'invention cet élément plat a une épaisseur inférieure ou égale à 1 micromètre, souvent voisine de 0,5 micromètre et est constitué par un composé métallique dont la résistivité volumique est comprise entre 0,5.106 et 2.106 ohms.mètres. Ce composé métallique est préférentiellement choisi dans le groupe constitué par le bismuth, le nitrure de tantale, les alliages à base de fer et de cuivre, les alliages binaires ou ternaires à base de nickel, de chrome et de phosphore. Il a été observé que le nitrure de tantale convient particulièrement bien. Selon une seconde caractéristique essentielle de l'invention, le dit élément plat 19 et les dites nappes conductrices 17 et 18 sont recouvertes par une composition pyrotechnique d'amorçage 20 constituée par une laque réalisée à partir d'un liant polyvinylique et d'un explosif primaire. Préférentiellement cet explosif primaire sera constitué par un sel alcalin du dinitrobenzofuroxanne de rubidium. Comme liant on utilisera avantageusement l'acétochlorure de polyvinyle. La composition d'amorçage 20 peut être protégée du contact direct avec la charge d'allumage 12 par une pellicule 21 combustible, par exemple une pellicule en nitrofilm. Enfin, selon une troisième caractéristique essentielle de l'invention, une varistance 22 constituée par un assemblage de couches minces, par exemple des couches minces en oxyde de zinc, est rapportée sur les nappes conductrices 17 et 18 pour protéger l'allumeur 1 contre les décharges électrostatiques de haute tension. Cette varistance 22 qui est mise en place avant le dépôt de la composition d'amorçage 20, présentera avantageusement une tension de coude comprise entre 5,5 et 17 volts pour un courant de crête supérieur à 100 ampères (durée 8-20 microsecondes). Par un dimensionnement correct des éléments constitutifs, l'invention permet ainsi de fabriquer des allumeurs pyrotechniques présentant une valeur de courant de non feu supérieur 500 mA et une valeur de courant de tout feu inférieure à 1200 mA. xemXle: On a fabriqué des lots d'allumeurs conformes à celui qui vient d'être décrit et qui est représenté aux figures 1 et 2. Ces allumeurs présentaient les l0 caractéristiques suivantes et ont donné les résultats suivants. Courant de Courant de Délai de Lot n Non-feu Tout-feu fonctionnement J5 (+105 C) (-40 C) (millisecondes) Fiabilité Fiabilité 99,9999% 99,9999% 1 529 mA 1101 mA 0,629 2 559 mA 1046 mA 0,678 3 560 mA 1071 mA 0, 714 Ces allumeurs supportent sans aucune dégradation 4000 décharges électrostatiques issues d'un condensateur de 150 picofarads chargé sous 25 kilovolts avec une résistance en série de 150 ohms. De plus ils supportent des chocs mécaniques de plus de 2000g et des chocs thermiques extrêmes allant de -650C à + 1250C. REVENDICrTIONS 1. Allumeur électropyrotechnique (1) comportant, à l'intérieur d'un conteneur métallique (11) fermé et maintenu par un surmoulage (13), une tête d'initiation constituée par une paroi étanche (2) possédant une face supérieure (3) et constituée par un corps massif (5) dont la partie axiale est composée d'un cylindre de verre (7) traversé par deux électrodes (9,10) en forme de broches, l'une des dites électrodes étant reliée électriquement au corps massif (5), les dites électrodes (9, 10) ayant une extrémité dépassant la face supérieure (3) de la dite paroi étanche (2), ce dépassement permettant de les connecter électriquement à un circuit imprimé plat porté par un support (15),, le dit support (15) étant lui-même traversé par les dites électrodes, le dit allumeur (1) comprenant également un élément plat (19) résistif chauffant déposé sur le dit support isolant (15) et relié aux dites électrodes (9,10) par l'intermédiaire de deux nappes métalliques (17,18) conductrices distinctes étendues sur le dit support, chaque nappe étant au contact de l'une des deux électrodes, le dit élément plat (19) et les dites nappes métalliques (17,18) étant recouverts par une composition pyrotechnique d'amorçage (20), caractérisé en ce que: i) le dit élément plat à une épaisseur inférieure ou égale à 0,00lmm et est constitué par un composé métallique dont la résistivité volumique est comprise entre 0,5.106 m et de 2.106 m, ii) la dite composition pyrotechnique d'amorçage est constituée par une laque réalisé à partir d'un liant polyvinylique et par un explosif primaire, iii) une varistance (22) constituée par un assemblage de couches minces est rapportée sur les dites nappes. 2. Allumeur électropyrotechnique (1) selon la revendication 1 comprenant un corps d'allumeur (2) cylindrique présentant deux faces planes (3,4) et étant traversé par deux électrodes (9,10) pouvant être reliées à une source de courant électrique, le dit corps d'allumeur étant coiffé par un capuchon (11) fragmentable contenant une charge d'allumage (12), ledit capuchon et le dit corps d'allumeur étant maintenus solidaires par un surmoulage (13), la face plane (3) du corps d'allumeur (2) se trouvant à l'intérieur du dit capuchon étant recouverte par un support isolant (15) de circuit imprimé, le dit support (15) étant lui-même traversé par les dites électrodes, le dit allumeur (1) comprenant également un élément plat (19) résistif chauffant déposé sur le dit support isolant (15) et relié aux dites électrodes (9,10) par l'intermédiaire de deux nappes métalliques (17,18) conductrices distinctes étendues sur le dit support, chaque nappe étant au contact de l'une des deux électrodes, le dit élément plat (19) et les dites nappes métalliques (17,18) étant recouverts par une composition pyrotechnique d'amorçage (20), caractérisé en ce que: i) le dit élément plat à une épaisseur inférieure ou égale à 0, 00lmm et est constitué par un composé métallique dont la résistivité volumique est comprise entre 0,5.10o6Qm et de 2.10 6m, ii) la dite composition pyrotechnique d'amorçage est constituée par une laque réalisé à partir d'un liant polyvinylique et par un explosif primaire, iii) une varistance (22) constituée par un assemblage couches minces est rapportée sur les dites nappes. 3. Allumeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'explosif primaire est constitué par un sel alcalin du dinitrobenzofuroxanne. 4. Allumeur selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'explosif primaire est constitué par du dinitrobenzofuroxanne de rubidium. 5. Allumeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dit liant est de l'acétochlorure de polyvinyle. 6. Allumeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dit composé métallique est choisi dans le groupe constitué par le bismuth, le nitrure de tantale, les alliages à base de fer et de cuivre, les alliages binaires et ternaires à base de nickel, de chrome et de phosphore. 7. Allumeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite varistance a une tension de coude comprise entre 5,5 volts et 17 volts pour un courant de crête supérieur à 100 ampères. 8. Allumeur selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il présente une valeur de courant de non feu supérieure à 500 mA. 9. Allumeur selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il présente une valeur de courant de tout feu inférieure à 1200 mA. 10. Allumeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dit support isolant (15) est constitué par un matériau choisi dans le groupe constitué par l'alumine et le silicium.