Brevet FR2866106A1 — publié le 20050812

L'invention concerne un initiateur électro-pyrotechnique. Un domaine d'application de l'invention concerne les initiateurs devant mettre à feu les chargements pyrotechniques des générateurs de gaz devant activer des dispositifs de protection pour les occupants de véhicules automobiles, tels que par exemple des coussins gonflables. Un tel initiateur comporte habituellement une charge pyrotechnique d'allumage et un élément résistif chauffant recouvert par la charge pyrotechnique d'allumage pour l'allumer par effet Joule. Deux électrodes sont prévues pour l'alimenter en électricité. Le fonctionnement des initiateurs électro-pyrotechniques est 15 influencé par le couple élément résistif / charge pyrotechnique d'allumage et par la sensibilité que ce couple leur confère. Ainsi, le seuil de tout feu correspond à la limite de l'intensité du courant électrique passant dans les électrodes, au-dessus de laquelle on est sûr que l'initiateur fonctionnera, c'est-à-dire que la charge pyrotechnique d'allumage sera allumée. Le seuil de non feu, inférieur au seuil de tout feu, correspond à la limite de l'intensité du courant électrique passant dans les électrodes, au-dessous de laquelle on est sûr que l'initiateur ne fonctionnera pas, c'est-à-dire que la charge pyrotechnique d'allumage ne sera pas allumée. Entre le seuil de non feu et le seuil de tout feu existe une zone transitoire où le fonctionnement de l'initiateur n'est pas certain. L'invention vise à obtenir un initiateur électro-pyrotechnique permettant de diminuer la plage d'incertitude du fonctionnement des initiateurs électro-pyrotechniques entre le seuil de non feu et le seuil de tout feu. A cet effet, un premier objet de l'invention est un initiateur électropyrotechnique comportant: - une charge pyrotechnique d'allumage, un élément résistif chauffant recouvert par la charge pyrotechnique d'allumage, - deux électrodes d'alimentation en électricité de l'élément résistif chauffant, - un support d'élément résistif chauffant, caractérisé en ce que l'initiateur comporte en outre, entre le support et l'élément résistif chauffant et sous au moins l'élément résistif chauffant: - un dissipateur thermique pour dissiper de la chaleur produite par l'élément résistif chauffant vers le support, - des moyens pour isoler électriquement le dissipateur thermique par rapport à l'élément résistif chauffant et permettre la conduction de la chaleur produite par l'élément résistif chauffant vers le dissipateur thermique. Grâce à l'invention, une partie de la chaleur produite par l'élément résistif chauffant lors du fonctionnement de l'initiateur est dissipée vers le support. La valeur du seuil de non feu est relevée vers le seuil de tout feu, ce qui réduit la zone transitoire entre ceux-ci. La valeur du seuil de non feu est relevée, tout en maintenant sensiblement constante la valeur du seuil de tout feu. Par conséquent, l'initiateur suivant l'invention présente une plus grande sécurité de fonctionnement et est plus robuste aux courants parasites. Ainsi, l'invention permet de mieux satisfaire aux exigences imposées sur les seuils de non feu et de tout feu par les constructeurs automobiles. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, - les moyens d'isolation électrique et de conduction thermique comprennent une première couche de colle conductrice de la chaleur et isolant de l'électricité interposée entre l'élément résistif chauffant et le dissipateur thermique; - une deuxième couche de colle conductrice de la chaleur et isolant 30 de l'électricité est interposée entre le dissipateur thermique et le support; - ou le dissipateur thermique est en contact direct avec le support; - le dissipateur thermique est formé par une couche conductrice de la chaleur; - le dissipateur thermique est en matériau choisi parmi les matériaux métalliques et les matériaux de céramique; - le dissipateur thermique est en un métal choisi parmi le cuivre, l'aluminium, leurs alliages ou leurs oxydes; - le dissipateur thermique est localisé sous l'élément résistif chauffant; - l'élément résistif chauffant est recouvert par deux contacts électriques séparés avec respectivement les deux électrodes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement en coupe transversale 15 verticale axiale un initiateur selon l'invention, la figure 2 représente schématiquement en coupe transversale verticale axiale la disposition de l'élément résistif chauffant sur le support dans un premier mode de réalisation de l'initiateur selon la figure 1, - la figure 3 représente schématiquement en coupe transversale verticale axiale la disposition de l'élément résistif chauffant sur le support dans un deuxième mode de réalisation de l'initiateur selon la figure 1, et - la figure 4 représente schématiquement en coupe transversale verticale axiale la disposition de l'élément résistif chauffant sur le support dans un troisième mode de réalisation de l'initiateur selon la figure 1. Un initiateur électro-pyrotechnique 1 selon l'invention est représenté à la figure 1. Cet initiateur 1 comporte un conteneur 2 cylindrique, circulaire autour de l'axe vertical de l'initiateur, et en outre fragmentable et ouvert à l'une de ses extrémités. Un corps cylindrique circulaire massif 3 ferme l'extrémité ouverte du conteneur 2. La paroi latérale 4 du corps 3 présente un épaulement externe 5 sur lequel prend appui l'extrémité ouverte du conteneur 2. Le conteneur 2 et le corps 3 sont enserrés dans un surmoulage 6 qui les maintient solidaires l'un de l'autre. Le conteneur 2 a ainsi la forme d'un capuchon cylindrique présentant une paroi latérale 7 et une face supérieure 8, plane, fermée et pleine. Par exemple, le conteneur 2 contient également un tube métallique 20 renforçant la paroi latérale 7. Le conteneur 2 est constitué par un métal léger fin, comme l'aluminium, et sa face plane 8 est avantageusement fragilisée pour pouvoir s'ouvrir aisément sous l'effet d'une augmentation de la pression régnant à l'intérieur du conteneur. Le surmoulage 6 est réalisé préférentiellement dans une résine thermoplastique comme par exemple le téréphtalate de polyéthylène. Le corps 3 est par exemple réalisé dans un métal dense, comme l'acier. Le corps 3 présente une face supérieure 9 plane et une face inférieure 15 également plane et enserre, sur toute sa hauteur h, une structure isolant de l'électricité pour le passage de deux électrodes 12, 13 conductrices de l'électricité. Cette structure pour le passage des deux électrodes 12, 13 est par exemple vitreuse. Les deux électrodes 12, 13 sont par exemple en forme de broche. Dans la réalisation représentée, cette structure pour le passage des deux électrodes 12, 13 est formée par deux tubes 10 et 11 creux, isolants de l'électricité et par exemple en verre, qui enserrent eux-mêmes respectivement les deux électrodes 12, 13. En variante, la structure pour le passage des deux électrodes 12, 13 peut ne comprendre qu'un seul tube 10 ou 11 enserrant l'électrode correspondante 12 ou 13. Dans une autre variante, le corps 3 est isolant de l'électricité, enserre directement les électrodes 12, 13 sans les tubes 10, 11 et est par exemple en verre. Dans une réalisation non représentée, l'une des électrodes 12, 13 entourée par un tube 10, 11 isolant de l'électricité peut être du type coaxial, c'est-à-dire reliée électriquement par une connexion au corps 3, située sous celui-ci. Sur la face supérieure plane 9 du corps 3 est fixé, par exemple par collage, un support 16. Dans les réalisations représentées à titre d'exemple aux figures, le support 16 est isolé des électrodes 12, 13, est en un matériau isolant de l'électricité et est constitué par exemple par une plaque réalisée à partir d'un mélange verre/résine, comme un polymère composite de type époxy chargé en fibre de verre. Deux canaux cylindriques 22 et 23 de passage sont prévus dans le support 16 pour la traversée des électrodes 12 et 13. Chaque électrode 12, 13 présente respectivement une extrémité supérieure 12b, 13b, qui dépasse de la face supérieure plane 9 du corps 3 et de celle du support 16, et une extrémité 12c, 13c qui dépasse de la face inférieure 14 du surmoulage 6. Le support 16 porte un circuit électrique 18 qui comporte un élément résistif chauffant 17 et qui est connecté électriquement aux électrodes 12, 13. L'élément résistif 17 est photogravé d'une manière connue en soi. L'élément résistif 17 présente une surface supérieure 24 qui est recouverte par une charge pyrotechnique d'allumage contenue dans le conteneur 2, ou, dans la réalisation représentée, dans le conteneur 2 et le tube métallique 20. Cette charge pyrotechnique d'allumage comprend par exemple une composition pyrotechnique d'amorçage 19, qui est en contact avec l'élément résistif chauffant 17 et qui est par exemple à base de trinitrorésorcinate de plomb, et une poudre ou composition d'allumage 21, qui recouvre la composition pyrotechnique d'amorçage 19 et qui est constituée, par exemple, par une poudre à base de nitrocellulose ou par un mélange de bore et de nitrate de potassium. L'élément résistif chauffant 17 est par exemple plat. Comme dans le cas des initiateurs du tableau ci-dessous, la composition pyrotechnique d'amorçage 19 pourrait être également un mélange de zirconium et de perchlorate de potassium et la poudre 21 d'allumage un mélange d'hydrure de titane et de perchlorate de potassium. L'élément résistif chauffant 17 est par exemple métallique et est formé par exemple par la partie médiane d'une couche conductrice 25 de l'électricité, et par exemple en un alliage nickel-chrome ou autres tels que PtW. A l'exception de sa partie médiane formant l'élément résistif chauffant 17, la couche 25 est recouverte par deux contacts électriques séparés 26, 27 avec respectivement les deux électrodes 12, 13. Les contacts 26, 27 sont recouverts par la charge pyrotechnique d'allumage, forment avec la couche 25 le circuit électrique 18 et comprennent par exemple une couche 28 de cuivre sur la couche 25. Cette couche de cuivre est par exemple recouverte d'une autre couche de métallisation 29. La couche 25 et les contacts 26, 27 à l'extérieur de l'élément résistif chauffant 17 sont traversés par les électrodes 12 et 13. Aux figures 2 et 3, un dissipateur thermique 31 est prévu entre le support 16 et l'élément résistif chauffant 17. Ce dissipateur thermique 31 est isolé électriquement des électrodes 12, 13 et de l'élément résistif 17 par tout moyen approprié permettant également la conduction de la chaleur produite par l'élément résistif chauffant 17 vers le dissipateur thermique 31. Aux figures 2 et 3, le dissipateur thermique 31 ne touche pas l'élément résistif chauffant 17. Le dissipateur thermique 31 est conducteur de la chaleur et sert à dissiper de la chaleur produite par l'élément résistif chauffant 17 vers le support 16. Le dissipateur thermique a par exemple une conductivité thermique supérieure ou égale à 100 mW/cm.K (pour le Constantan, qui est thermiquement le moins conducteur des alliages à base de cuivre) ou de préférence supérieure ou égale à 200 mW/cm.K. Le dissipateur thermique 31 est localisé au-dessous de l'élément résistif chauffant 17, par exemple au droit de celui-ci ainsi que représenté en traits interrompus aux figure 2 et 3 ou dépasse de cette localisation audessous des contacts 26 et 27, ainsi que représenté en traits pleins aux figures 2 et 3. Les échelles dimensionnelles et leur rapport entre elles n'étant pas respectées aux figures, le dissipateur thermique 31 peut dépasser de sous l'élément résistif jusqu'à par exemple une fois ou plus la longueur de l'élément résistif chauffant 17 entre les contacts 26, 27. Le dissipateur 31 peut par exemple entourer les canaux 22, 23 et les broches 12, 13, mais sans les toucher. Le dissipateur thermique 31 est par exemple formé par une couche 31 conductrice de la chaleur d'une épaisseur déterminée et continue, comme aux figures 2 et 3. Le dissipateur thermique 31 est par exemple conducteur de l'électricité et par exemple métallique, comme en cuivre ou en aluminium. Bien entendu, tout autre matériau conducteur de la chaleur pourrait être prévu pour le dissipateur thermique 31. Dans les modes de réalisations représentés aux figures 2 et 3, afin d'isoler électriquement le dissipateur thermique 31 par rapport à l'élément résistif chauffant 17, une première couche 32 de colle conductrice de la chaleur et isolant de l'électricité est interposée entre l'élément résistif chauffant 17 et le dissipateur thermique 31. La couche 32 de colle assure un contact physique entre l'élément chauffant 17 et le dissipateur 31. La couche 32 de colle a entre l'élément résistif chauffant 17 et le dissipateur thermique 31 une épaisseur inférieure à la moitié de l'épaisseur totale de la couche 32 de colle entre le circuit 18 et le support 16. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, une deuxième couche 33 de colle conductrice de la chaleur et isolant de l'électricité est interposée entre le dissipateur thermique 31 et le support 16. La couche 33 de colle assure un contact physique entre le dissipateur 31 et le support 16. Les première et deuxième couches 32, 33 entourent par exemple de tous côtés le dissipateur thermique 31, entre le support 16, l'élément résistif chauffant 17 et les canaux 22, 23 de passage des électrodes 12, 13 et se rejoignent entre chaque canal 22, 23 et l'épaisseur du dissipateur thermique 31, le dissipateur thermique 31 étant alors noyé dans les première et deuxième couches 32, 33. Les première et deuxième couches 32, 33 se rejoignent autour des canaux 22, 23, où elles servent de support à la couche 25 conductrice de l'électricité. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, la deuxième couche 33 de colle est omise sous le dissipateur thermique 31 et le dissipateur thermique 31 touche directement le support 16. Pour ce faire, le dissipateur thermique 31 a été positionné à l'endroit voulu sur le support 16, ayant une surface supérieure plane, et la couche 32 de colle puis le circuit 18 sont déposés sur le dissipateur thermique 31 et le support 16. La première couche 32 de colle entoure sur le dessus et sur les côtés le dissipateur thermique 31, entre le support 16, l'élément résistif chauffant 17 et les canaux 22, 23 de passage des électrodes 12, 13 et rejoint entre chaque canal 22, 23 et le dissipateur thermique 31 le support 16. La première couche 32 entoure les canaux 22, 23, où elle sert de support à la couche 25 conductrice de l'électricité. Le dissipateur 31 peut être partiellement inséré par son épaisseur dans un renfoncement correspondant du support 16, pour toucher par sa surface inférieure 34 et par une partie de ses flancs 35 le renfoncement du support 16, ainsi que cela est représenté à la figure 4. Lorsque du courant est envoyé dans les électrodes par une source externe d'un circuit de commande de fonctionnement de l'initiateur, non représenté, de la chaleur est produite par l'élément résistif chauffant 17. Une partie de cette chaleur est diffusée au travers de la première couche 32 dans le dissipateur thermique 31 et, de là, au travers de la deuxième couche 33 dans le support 16 ou directement du dissipateur thermique 31 dans le support 16. Le support 16, de par sa structure et/ou le matériau en lequel il est fait, à savoir dans la réalisation décrite aux figures, un polymère composite de type époxy chargé en fibre de verre, évacue de la chaleur provenant de l'élément résistif chauffant 17. La présence du dissipateur thermique 31 permet d'ajuster en la relevant la valeur du seuil de non feu et de réduire l'écart entre le seuil de non feu et le seuil de tout feu, ainsi que le montre le tableau ci-dessous, où les courants de non feu et de tout feu sont indiqués avec une fiabilité de 99, 9%, l'élément 17 est en NiCr et où le courant de non feu est augmenté de plus de 44 % par la présence du dissipateur. Le fonctionnement de l'initiateur en est rendu plus fiable. Initiateur Courant de non Courant de feu en mA tout feu en mA (10s/+90 C) (2ms/-40 C) Avec dissipateur thermique 551 1005 (couche de cuivre de 17 micromètres d'épaisseur) Sans dissipateur thermique 381 998 REVENDICATIONS 1. Initiateur électro-pyrotechnique comportant: - une charge pyrotechnique (19, 21) d'allumage, - un élément résistif chauffant (17) recouvert par la charge pyrotechnique (19, 21) d'allumage, - deux électrodes (12, 13) d'alimentation en électricité de l'élément résistif chauffant (17), - un support (16) d'élément résistif chauffant, caractérisé en ce que l'initiateur comporte en outre, entre le support (16) et l'élément résistif chauffant (17) et sous au moins l'élément résistif chauffant (17) : - un dissipateur thermique (31) pour dissiper de la chaleur produite par l'élément résistif chauffant (17) vers le support (16), - des moyens (32, 33) pour isoler électriquement le dissipateur thermique (31) par rapport à l'élément résistif chauffant (17) et permettre la conduction de la chaleur produite par l'élément résistif chauffant (17) vers le dissipateur thermique (31). 2. Initiateur électro-pyrotechnique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (32, 33) d'isolation électrique et de conduction thermique comprennent une première couche (32) de colle conductrice de la chaleur et isolant de l'électricité interposée entre l'élément résistif chauffant (17) et le dissipateur thermique (31). 3. Initiateur électro-pyrotechnique suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'une deuxième couche (33) de colle conductrice de la chaleur et isolant de l'électricité est interposée entre le dissipateur thermique (31) et le support (16). 4. Initiateur électro-pyrotechnique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (31) est en contact direct 30 avec le support (16). 5. Initiateur électro-pyrotechnique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (31) est formé par une couche (31) conductrice de la chaleur. 6. Initiateur électro-pyrotechnique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (31) est en matériau choisi parmi les matériaux métalliques et les matériaux de céramique. 7. Initiateur électro-pyrotechnique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (31) est en un métal choisi parmi le cuivre, l'aluminium, leurs alliages ou leurs oxydes. 8. Initiateur électro-pyrotechnique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (31) est localisé sous l'élément résistif chauffant (17). 9. Initiateur électro-pyrotechnique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément résistif chauffant (17) est recouvert par deux contacts électriques (26, 27) séparés avec respectivement les deux électrodes (12, 13).