JP3817233B2 - 低強度二段式ハイブリッドインフレータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、種々のレベルの膨張ガスをエアバッグに供給することができる二段式インフレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
膨張ガスが満たされたエアバッグが、搭乗者と計器パネルまたはハンドルの間のクッションを形成する。インフレータが、エアバッグを膨らませるために膨張ガスを供給する。インフレータは、一般的に、火工品材料を燃焼させ、貯蔵されたガスを放出し、または、この両者の何らかの組み合わせによって膨張ガスを供給する。衝突中、インフレータは、エアバッグを膨らませるように作動させられる。エアバッグを強力に展開させることには、膨らんだエアバッグが搭乗者の前方に、できるだけ早く形成されるという利点がある。
【０００３】
二段式インフレータが、エアバッグの展開の強度を弱めるために開発されてきた。これらのインフレータは、搭乗者の大きさと位置に応じて種々の出力レベルの膨張ガスを供給する。二段式インフレータは、通常位置から外れていない通常の大きさの搭乗者を保護するために最大出力の膨張ガスを供給することができる。二段式インフレータは、大きさが比較的小さい搭乗者、または通常位置から外れている搭乗者のために、段階的な出力の膨張ガスを供給することもできる。段階的な出力の展開は、エアバッグを不完全に膨らませるように膨張ガスの一部を供給し、一定時間後にエアバッグを満たすためにさらに多くの膨張ガスを供給することによって実施される。
【０００４】
膨張ガスの出力レベルが変化するインフレータ、すなわち二段式インフレータが公知である。特許文献１および２に示されている二段式インフレータは第１および第２のガス発生源を有している。特許文献３、４、および５に開示されている、二段式インフレータの他の変形例は２つの別個のバーストディスクを備えている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第６１８９９２２号明細書
【特許文献２】
米国特許第６１６８２００号明細書
【特許文献３】
米国特許第５０２２６７４号明細書
【特許文献４】
米国特許第５３５１９８８号明細書
【特許文献５】
米国特許第５０１６９１４号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、種々のレベルの膨張ガスをエアバッグに供給可能な、新規な種類の二段式インフレータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、（ａ）不活性ガスを貯蔵する圧力容器を形成する、第１および第２の端部を有する外部ハウジングと、（ｂ）バーストディスクと、縦軸がインフレータの縦軸に基本的に平行になるように配置された開口装置を有し、第１の端部上に配置されているディフューザ部分組立体と、（ｃ）第１の点火器と、促進剤と、ガス発生剤と、ガス発生器部分組立体ハウジングを有し、ガス発生器部分組立体ハウジングは、ガス発生剤を保持し、複数の開口を有しており、それによって、ガス発生剤が貯蔵ガスと連絡している、第１の端部または第２の端部上に配置されているガス発生器部分組立体であって、複数の開口はガス発生器部分組立体ハウジングの縦方向に沿って配置されており、ガス発生剤のペレットが通過することができない大きさと形を有しており、ガス発生剤の燃焼によって発生したガスを圧力容器の外部ハウジングへ向けるように配置されている、ガス発生器部分組立体と、を有し、バーストディスクはディフューザ部分組立体の開口装置の作動によって、不活性ガスがインフレータを出る経路を形成する１つの排出開口がバーストディスクに形成されるように破裂し、ガス発生剤部分組立体はディフューザ部分組立体の開口装置の作動と同時に、または作動前に作動させられ、それによって、圧力容器の内圧が上昇し、バーストディスクは、少なくとも１つの補助排出開口が形成されるように破裂する、エアバッグ用のインフレータが提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、乗り物搭乗者安全システムに使用することができる、エアバッグを膨らませるために種々の出力レベルの膨張ガスを供給する二段式インフレータ１０である。二段式インフレータ１０は、自動車の衝突中に、乗り物のエアバッグを膨らませるために二段式インフレータ１０から放出される貯蔵ガス１３によって満たされた圧力容器１２を形成する外部ハウジング１１を有している。二段式インフレータ１０は概して円柱形であり、充分な強度と非常に低いガス透過性を有するステンレススチール、低カーボンスチール、または他の任意の適切な材料から形成することができる。
【０００９】
貯蔵ガス１３の理想的な特性は、ガスが不活性で、温度感度が高くなく、かつ、高い膨張率を有することである。貯蔵ガス１３は、アルゴン、炭酸ガス、酸素、ヘリウム、および窒素を含むが、これらに限られるわけではない１種または２種以上のガスを含むことができる。
【００１０】
圧力容器１２は、二段式インフレータ１０のいずれか一方の端部に配置することができるガス充填ポート１４を通して貯蔵ガス１３で満たされている。ガス充填ポート１４は、二段式インフレータ１０が所望の圧力に充填された後、ガスが逃げるのを防ぐために、低カーボンスチールから作られたプラグ１５によって密封されている。プラグ１５は抵抗溶接によってガス充填ポート１４に取り付けるのが好ましいが、当業者には、プラグ１５を外部ハウジング１１に融合させるのに他のタイプの溶接を用いることができることが分かる。
【００１１】
図１に示されているように、二段式インフレータ１０は、ディフューザ部分組立体２２を有する第１の端部２０と、ガス発生器部分組立体２３を有する第２の端部２１を有している。ディフューザ部分組立体２２はバーストディスク２４、ディフューザ２６、および開口装置２５を備えている。開口装置２５を作動させることによって、バーストディスク２４が破裂し、その結果、貯蔵ガス１３がディフューザ部分組立体２２を通って二段式インフレータ１０を出る。
【００１２】
バーストディスク２４はディフューザ２６の脚部に取り付けられており、貯蔵ガス１３が二段式インフレータ１０を出ることができないようにディフューザ２６を密封している。バーストディスク２４は、図２（Ａ）に示されており、バーストディスク２４を−４０℃で確実に開かせることができるステンレススチール、インコネル材、モネル材、または他の任意の適切な材料から作られている。バーストディスク２４の硬さは、バーストディスク２４の厚さをできるだけ薄くするために、「半硬質(half hard)」と「硬質(full hard)」の間である必要がある。硬さは、金属が切断、摩耗、貫通、曲げ、および引き延ばしに耐える度合いである。表示される金属の硬さは具体的な測定装置と測定技術によって幾分違ってくる。バーストディスク２４の外側の部分はディフューザ２６にレーザ溶接６０によって取り付けられているが、他の溶接技術によって取り付けることもできる。バーストディスク２４の内側の部分はディフューザ２６のどの部分にも取り付けられておらず、圧力容器１２が充填されている時に膨れ上がる。バーストディスク２４は、バーストディスク２４に加わる、貯蔵ガス１３の力によってドーム状になる。あるいは、バーストディスク２４は、バーストディスク２４をディフューザ２６に取り付けた後に、ハイドロフォーミングプロセスによって開口装置２５の方向に膨れ上がらせることができる。点火器３０を作動させると、バーストディスク２４が破裂し、その結果、貯蔵ガス１３がディフューザ２６内へ流れ、二段式インフレータ１０から流れ出ることができるようにする排出開口２８が形成される。バーストディスク２４は、圧力容器１２の内圧を調整するために１個または２個以上の補助排出開口６１を有することができる。図２（Ｂ），2（Ｃ），２（Ｄ）は、１個の排出開口２８と、少なくとも１個の補助排出開口６１を有する種々のバーストディスク２４の構成を示している。ディフューザ部分組立体２２により点火器３０が作動させられることによって、バーストディスク２４は、１つの排出開口２８が形成されるように破裂する。（後に詳細に記載する）ガス発生器部分組立体２３が、同時に、またはディフューザ部分組立体２２が点火される前に作動させられた場合、圧力容器１２の内圧が上昇し、この内圧によって、バーストディスク２４は、１個または２個以上の補助排出開口６１が形成されるように破裂する。
【００１３】
開口装置２５は、外部ハウジング１１に連結されているディフューザ２６に取り付けられ、そして、開口装置２５はバーストディスク２４の中心から８．０ｍｍ離れた範囲内に配置されている。ディフューザ２６は、充分な構造的強度と非常に低いガス透過性を有するステンレススチール、低カーボンスチール、または他の任意の適切な材料から形成することができる。ディフューザ２６は周囲の溶接、好ましくは摩擦溶接によって円筒形の圧力容器１２に連結されているが、他の適切な溶接技術を使用してもよい。ディフューザ２６は、二段式インフレータ１０から出るガスの流れを半径方向に向けるために、ディフューザ２６の外周に沿って複数の出口ポート２９を有しており、それによって、ディフューザ部分組立体２２は膨張ガスの放出中に、偏った推力が生じないようになっている。バーストディスク２４が破裂すると、貯蔵ガス１３はディフューザ２６を通って移動し、最後に出口ポート２９を通って移動する。バーストディスク２４の破片が貯蔵ガス１３によって、破裂させられたバーストディスク２４から運ばれ、そして、これらの破片は、それが二段式インフレータ１０を出るのを防ぐスクリーン２７によって捕獲される。貯蔵ガス１３の流速がバーストディスク２４の排出開口２８と１つまたは複数の補助排出開口６１によって調整され、このようにして、二段式インフレータ１０は出口ポート２９においてではなく、排出開口２８において「絞られる（choked）」。
【００１４】
開口装置２５は、電気的に作動させられる点火器３０、端部キャップ３３、および、任意に点火器ノズル３１を備えている。開口装置２５は、その縦軸が二段式インフレータ１０の縦軸Ａに基本的に平行になるように配置されている。点火器３０は、２個または３個以上の電極３２を介して制御装置（図示せず）と通信し、また、これらの電極３２はセンサ手段（図示せず）と通信する。点火器３０は、適切な電流が、火工品組成物の１つまたは２つ以上の層内に埋め込まれた点火用抵抗を通って流れた時に二段式インフレータ１０の展開動作を開始させる電気装置である。点火器３０は制御装置から点火電流を直接受け取る標準的な直接発火構成のものであってもよいし、あるいは、点火器３０は、制御装置とデジタル信号によって通信し、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、点火用コンデンサ、および関連部品を点火器３０上に搭載して備えている先進の構成のものであってもよい。点火器３０内に含まれる火工品組成物と荷重重りは、バーストディスク２４を確実に破裂させる出力エネルギーを発生するように構成されている。本発明に適した火工品組成物、すなわち点火材料の一例は、ジルコニウム過塩素酸カリウム、すなわちＺＰＰであるが、他の点火材料を本発明に使用することができることが、当業者に分かる。
【００１５】
端部キャップ３３は、点火器３０を収容する金属部材である。端部キャップ３３は、射出成型プロセスによって作られたプラスティック材料から作ることもできるのが分かる。図１に示されている端部キャップ３３は、エアバッグモジュール（図示せず）に取り付ける目的で用いられるねじ山を有している。
【００１６】
開口装置２５は、点火材料の点火による出力エネルギーをバーストディスク２４に向ける点火器ノズル３１も含んでいてよい。点火器ノズル３１は、バーストディスク２４の方向に向かって内方にテーパを付けられている。点火器ノズル３１がなくても、バーストディスク２４は点火器３０によってやはり破裂させられるが、−４０℃で安定して開口を形成するためには、余分な点火材料を点火器３０に装填する必要がある。補強された複数の壁を有する点火器３０を使用することも可能であり、それによって、点火ノズル３１は必要なくなる。これらの補強された壁は、バーストディスク２４の方向に出力エネルギーを集中させることによってノズル３１と同様の働きをする。
【００１７】
図１において、ガス発生器部分組立体２３は、ディフューザ部分組立体２２と同様に、二段式インフレータ１０の第２の端部２１上に配置されている。ガス発生器部分組立体２３は、２個または３個以上の電極４１を介して制御装置（図示せず）から電気信号を受信する点火器４０を有しており、また、これらの電極はセンサ手段（図示せず）と通信する。点火器４０は、適切な電流が、点火組成物の１つまたは２つ以上の層内に埋め込まれた点火抵抗を通って流れた時に二段式インフレータ１０の展開動作を開始させる電気装置である。点火器４０は、制御装置から点火電流を直接受け取る標準的な直接発火構成のものであってもよいし、あるいは、点火器４０は、制御装置とデジタル信号によって通信し、ＡＳＩＣ、点火用コンデンサ、および関連部品を点火器４０上に搭載して備えている先進の構成のものであってもよい。
【００１８】
点火器４０内に含まれている火工品組成物と荷重重りは気密シールディスク４６を突破して促進剤４７に完全に点火するように構成されている。本発明に適した火工品組成物、すなわち点火材料の一例は、ジルコニウム過塩素酸カリウムであるが、他の点火材料を本発明に使用することができることが、当業者に分かる。点火器４０は、外部ハウジング１１に取り付けられた点火器ハウジング４２内に入れられている。
【００１９】
促進剤４７は、点火器４０によって容易に点火され、高速かつ高温で燃焼する公知の多数の組成物のうちの任意のものであってよい。促進剤４７の例には、金属を含有する硝酸ホウ素カリウムおよび非アジド調合物が含まれる。点火された促進剤４７からのガスと高温の燃焼粒子がペレット保持部４３を通って出て、ガス発生剤４８に点火する。ガス発生器部分組立体２３は、促進剤４７から最も離れた端部に位置するクッション４４を有している。クッション４４は、ガス発生剤４８のペレットに、ガタガタすることができないように確実に所定の体積を占有させるためにガス発生剤４８をペレット保持部４３に向かって付勢するのに用いられている弾性部材である。ペレット保持部４３は、促進剤４７をガス発生剤４８から分離する多孔性の壁である。促進剤４７の点火による高温ガスはペレット保持部４３を通って流れることができるが、促進剤４７の材料もガス発生剤４８のペレットもペレット保持部４３を通過することはできない。
【００２０】
二段式インフレータ１０に有用な代表的なガス発生剤４８の組成物には、アルカリ金属およびアルカリ土金属の、硝酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、硝酸アンモニウムおよびそれらの混合物のような酸化剤と組み合わされた、アミノテトラゾール、テトラゾール、ビテトラゾール、トリアゾール、およびそれらの金属塩、ニトログアニジン、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン、およびそれらの混合物のような燃料が含まれる。ガス発生剤４８は、当業者に公知の種々の技術を用いて種々の形状に形成することができる。
【００２１】
ガス発生器部分組立体ハウジング４９は、ガス発生剤４８を保持しており、ステンレススチール、低カーボンスチール、または他の適切な材料から作られている。ガス発生器部分組立体ハウジング４９は、図３から分かるように、複数の開口４５を有している。複数の開口４５はガス発生器部分組立体ハウジング４９の縦方向に沿って配置されている。開口４５の大きさと数についての重要な一面は、ガス発生器部分組立体２３が、ガス発生剤４８の燃焼中に偏った推力が生じないように維持されるということである。ガス発生器部分組立体２３内のガス発生剤４８が開口４５によって圧力容器１２内の状況に直接曝されていることが重要である。その上、開口４５のこのような配置によって、高温のガスを外部ハウジング１１の壁上に放出させ、それによって固体微粒子を冷却して保持し、微粒子の一部がディフューザ部分組立体２２に入るのを防ぐことができる。圧力容器１２が貯蔵ガス１３で充填される時に、貯蔵ガス１３のいくらかはガス発生器部分組立体２３内に流入することができ、それによって、圧力容器１２内の圧力がガス発生器部分組立体２３内の圧力と等しくなる。気密シールディスク４６は、本発明において、貯蔵ガス１３がガス発生器部分組立体２３を通って二段式インフレータ１０から逃げるのを防ぐのに使用されている。気密シールディスク４６はレーザ溶接によって点火器ハウジング４２に取り付けられているが、他の溶接技術によって取り付けることもできる。
【００２２】
図４の二段式インフレータ１０は異なる構成を有しており、ディフューザ部分組立体２２とガス発生器部分組立体２３が二段式インフレータ１０の第１の端部５５に配置されている。ディフューザ部分組立体２２とガス発生器部分組立体２３は、前述のものと同じ部品をこの実施形態用に有している。充填ポート１４は、二段式インフレータ１０の第１の端部５５または第２の端部５６に配置することができる。
【００２３】
図５は、図４の実施形態の、二段式インフレータ１０の点火器３０，４０を示す端面図である。
【００２４】
本発明による二段式インフレータ１０は、膨張ガスの出力レベルに大きな融通性がある。エアバッグ（図示せず）は、エアバッグが二段式インフレータ１０から膨張ガスを受け取ることができるように、二段式インフレータ１０と共にエアバッグモジュールに搭載されている。二段式インフレータ１０は、衝突センサ（図示せず）と制御装置（図示せず）によって作動させられる。衝突センサは、衝突の激しさを判定するために、様々なレベルの減速を識別することができるタイプのものであるのが好ましい。乗り物は、搭乗者の大きさと位置を感知する他のタイプのセンサを備えることもできる。衝突センサは、衝突の激しさと搭乗者の大きさおよび位置を判定するためにセンサからのデータ信号を処理する制御装置と通信する。衝突の開始時に、制御装置はガス発生器部分組立体２３の点火器４０、およびディフューザ部分組立体２２の点火器３０と通信する。
【００２５】
４つの展開シナリオが本発明によって予期されている。第１の展開シナリオ、すなわち、一次のみの出力は、バーストディスク２４を破裂させることによる貯蔵ガス１３の放出を含んでいる。このシナリオにおいては、貯蔵ガス１３だけが使用され、小児の搭乗者を巻き添えにした低速衝突に有用に用いることができる。ガス発生器部分組立体２３は適切な時期に作動させられるが、これは、二段式インフレータ１０から火工品材料を除去するために衝突後に行われる。ガス発生器部分組立体２３の点火は、不注意に点火され、搭乗者に傷害を与えるのを防止するため、安全の目的で行われる。
【００２６】
第２の展開シナリオ、すなわち、段階的出力は、バーストディスク２４を破裂させた後、短い遅れ時間後にガス発生器部分組立体２３を作動させることを含んでいる。この遅れ時間は１５〜３０ミリ秒に設定することができるが、より短い、またはより長い遅れ時間を用いることができるのが分かる。段階的出力は、乗り物の搭乗者、主として子供または小柄の大人を衝突中に適当な位置に位置させるのに用いられる。ガス発生剤４８の点火によって熱が発生し、その結果、貯蔵ガス１３がより迅速に圧力容器１２から放出され、また、貯蔵ガス１３に付加されるガスが生成され、二段式インフレータ１０によって生成されるガスのモル数が増加する。
【００２７】
第３の展開シナリオ、すなわち、最大出力は、本発明によって意図されるものであり、二段式インフレータ１０の両方の段階が同時に開始される。これによって、大量のガスが二段式インフレータ１０から高速で供給され、これは、高速の衝突または大柄の大人の搭乗者のために用いることができる。
【００２８】
第４の展開シナリオは、ガス発生器部分組立体２３だけを作動させるものである。この二次的な展開シナリオの間、高温ガスを発生するガス発生剤４８が点火され、この高温ガスは圧力容器１２内の貯蔵ガス１３と混合する。貯蔵ガス１３の圧力は迅速に上昇し、バーストディスク２４に、それを破裂させるのに充分な圧力が加わる。この第４の展開シナリオでは、最も速くＰ_maxに達する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二段式インフレータの断面図である。
【図２】様々なバーストディスクの構成を示す図である。
【図３】ガス発生器部分組立体の斜視図である。
【図４】本発明の二段式インフレータの第２の実施形態の断面図である。
【図５】図４に示す二段式インフレータの第１の端部の図である。
【符号の説明】
１０ 二段式インフレータ
１１ 外部ハウジング
１２ 圧力容器
１３ 貯蔵ガス
１４ ガス充填ポート
１５ プラグ
２０，５５ 第１の端部
２１，５６ 第２の端部
２２ ディフューザ部分組立体
２３ ガス発生器部分組立体
２４ バーストディスク
２５ 開口装置
２６ ディフューザ
２７ スクリーン
２８ 排出開口
２９ 出口ポート
３０，４０ 点火器
３１ 点火器ノズル
３２，４１ 電極
３３ 端部キャップ
４２ 点火器ハウジング
４３ ペレット保持部
４４ クッション
４５ 開口
４６ 気密シールディスク
４７ 促進剤
４９ ガス発生器部分組立体ハウジング
６０ レーザ溶接
６１ 補助排出開口

Claims (6)

1. エアバッグ用のインフレータであって、
   不活性ガスを貯蔵する圧力容器（１２）を形成する、第１、第２の端部（２０、２１）を有する外部ハウジング（１１）と、
   バーストディスク（２４）と、縦軸が前記インフレータ（１０）の縦軸に基本的に平行になるように配置された開口装置（２５）を有し、前記第１の端部（２０）上に配置されたディフューザ部分組立体（２２）と、
   第１の点火器（４０）と、促進剤（４７）と、ガス発生剤（４８）と、ガス発生器部分組立体ハウジング（４９）を有し、該ガス発生器部分組立体ハウジングは、前記ガス発生剤を保持し、かつ該ガス発生器部分組立体ハウジングを貫通する複数の開口（４５）を有しており、それによって、前記ガス発生剤は、貯蔵された前記ガスと連絡している、前記第１の端部（２０）または前記第２の端部（２１）上に配置されたガス発生器部分組立体（２３）であって、複数の前記開口（４５）は前記ガス発生器部分組立体ハウジング（４９）の縦方向に沿って配置されており、前記ガス発生剤（４８）のペレットが通過することができない大きさと形を有しており、前記ガス発生剤の燃焼によって発生したガスを前記圧力容器の前記外部ハウジング（１１）へ向けるように配置されている、ガス発生器部分組立体（２３）と、
   を有し、
   前記バーストディスク（２４）は前記ディフューザ部分組立体（２２）の前記開口装置（２５）の作動によって、前記不活性ガスがインフレータを出る経路を形成する１つの排出開口（２８）が前記バーストディスクに形成されるように破裂し、前記ガス発生器部分組立体（２３）は前記ディフューザ部分組立体（２２）の前記開口装置の作動と同時に、または作動前に作動させられ、それによって、前記圧力容器（１２）の内圧が上昇し、前記バーストディスクは、少なくとも１つの補助排出開口（６１）が形成されるように破裂する、
   インフレータ。
2. 前記開口装置（２５）は、第２の点火器（３０）と、該第２の点火器の出力エネルギーを集中させるノズル（３１）を有する、請求項１に記載のインフレータ。
3. 前記バーストディスク（２４）の中心が前記開口装置（２５）から８．０ｍｍより短い距離だけ離れている、請求項１または２に記載のインフレータ。
4. 前記ガスは、実質的に半径方向に、偏った推力が生じないようにインフレータを出る、請求項１から３のいずれか１項に記載のインフレータ。
5. 前記ガス発生器部分組立体（２３）は、前記ガス発生剤の体積を調整し、騒音を軽減するクッション（４４）をさらに有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のインフレータ。
6. 前記ガス発生器部分組立体（２３）は、第１の点火器ハウジング（４２）に取り付けられ、不活性ガスがインフレータの第２の端部から逃げるのを防止するシールディスク（４６）をさらに有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のインフレータ。

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