JP2001055111A - エアバッグの膨張及び毒性廃ガス改善方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エアバッグ膨張後の高熱で毒性の廃ガスへの
自動車乗員の露出による負傷の危険性を減少させること
を目的とする。 【解決手段】 ゼオライト分子ふるいをインフレーター
装置に組み込む。ゼオライト分子ふるいに空気や窒素、
二酸化炭素などのガスをプレローディングしておくと、
エアバッグの急速な膨張が行われ、膨張後、爆発性のイ
ンフレータ装置によって発生される毒性廃ガスの少なく
とも一部を除去してくれる。リチウムやカルシウムでイ
オン交換されたゼオライト分子ふるい、特にゼオライト
Ｘは高いガス保存容量を供給し、より強化された毒性廃
ガス吸着特性を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車用エアバッグ
を急速に膨張させるための花火手段ガス発生装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】多数の人々が毎年自動車事故で死傷して
おり、これらの事故では運転手や乗客は前方に放り出さ
れて自動車内部の固体表面にたたきつけられる。その結
果、これらの車両で使用するための受動的拘束システム
がかなり開発されてきている。この『受動的』という意
味は運転手や乗客が、『能動的』拘束システムと考えら
れる座席ベルトと違って、その装置から利益を引き出す
ために何もする必要はない。かなり研究が進んでいるひ
とつのシステムは、１台の自動車と、例えば別の自動車
との間の一次衝突によって起きるような車両の急速な減
速を感じ取る。従って、それはその自動車の内部表面と
その車両乗員との間のバッグを、その自動車及美／又は
乗客とその自動車の内部との間の二次的な衝突が起きる
前に急速に膨張させる。エアバッグはここ10年間以上広
範に使われているが、その急速な配備に伴う負傷や致死
件数はその安全性に関連性を感じさせる。前部での衝突
時の運転者や乗客の前方への動きを補償するために時速
200マイル以上のエアバッグ急速膨張が一般的に用いら
れている。そのバッグの急速膨張は従って、車両内部の
固体表面に対する乗員の二次衝突によって負傷する前
に、それら乗員を拘束するために、一次衝突から数ミリ
セコンド以内に起きなければならない。

【０００３】通常、そうした装置は一次衝突の衝撃に感
応する慣性スイッチによって起動される。この慣性スイ
ッチはインフレーター装置に運転者や乗客の前部での保
護位置でつぶれた状態のバッグを急速に膨張させる。

【０００４】膨張ガスはキュート（Chute）に対する米
国特許出願No.3,411,808及びワイジング（Wissing）ら
に対する米国特許出願No.3,413,013、及び衝突拘束分野
の多数の他の特許に示されているような圧縮空気又はそ
の他の圧縮ガスの供給源から送られる。他のいくつかの
先行技術特許（ソーン（Thorn）らに対する米国特許No.
3,880,447；イシイ（Ishi）らに対する米国特許No.4,06
8,862；ブリード（Breed）に対する米国特許No.4,711,4
66；及びアダムス（Adams）らに対する米国特許No.4,54
7,342；No.4,561,675及びNo.4,722,551）においては、
バッグは花火用装薬組成物に点火して、つくりだされる
ガス性燃焼生成物を直接バッグ内に導入することによっ
て膨張させる。

【０００５】花火手段ガス発生装置、又は爆発性ガス発
生装置はかなり大量の加熱ガス性生成物をつくりだして
急速膨張可能なバッグ内に導入するために内部に保存さ
れた急速燃焼性火薬組成物を有している。車両の乗員に
危険を与えずにほぼバッグ内に向けられるかなり低温の
燃焼ガスをつくりだすいくつかの組成物が用いられてい
る。他のシステムはそれをバッグ内に導入する前にガス
を冷却するための手段を必要とする高温燃焼生成物をつ
くりだす。

【０００６】衝突保護、つまり『エアバッグ』拘束シス
テムを急速に膨張させるための組成物を発生させるため
に可燃性固体燃料ガス発生組成物を用いる多数の形状の
ガス発生装置又はインフレーターが先行技術において知
られている。こうした目的のために用いられている発生
装置で一般的に見られる特徴は、（１）外部の金属性容
器、（２）その容器内に配置されたガス発生組成物、
（３）インフレーターから離れた位置にあるセンサーか
らの信号に感応するガス発生装置を点火させるための手
段、そして（４）上記総薬組成物と発生装置容器によっ
て形成される複数のガス放出口との間に配置されるガス
をろ過、冷却するための手段である。

【０００７】こうしたガス発生装置のひとつは溶着外部
ケース又は容器構造によって包まれた環状燃焼室を含ん
でいる。この燃焼室は気密に密封され、環状フィルター
集合体によって囲まれた粒状化された状態の固体ガス発
生材を含む破断性のコンテナ又はカートリッジを含んで
いる。この装置はさらに、中央点火又はイニシエータゾ
ーンと燃焼室に隣接してそれを取り巻いているドーナツ
状フィルター室を含んでいる。内部ケース又は容器構造
は上記破断性コンテナを取り囲み、それを支持する位置
関係で配置されており、内部ケースは均等の間隔で配置
された円周ポート又は一方の端に開口部を有するシリン
ダによって形成されている。これらの開口部は燃焼室か
らのガスの流れを容易にするための出口孔を提供してい
る。

【０００８】ＥＰ−０８４８２Ａ１はエアバッグ膨張の
最終段階でそのエアバッグにガスを供給するのに役立て
るために保存ガスを収容した室の内面に被覆あるいは塗
られた酸化物又はゼオライト分子ふるいと組み合わせら
れた爆発性装置の使用に基づくエアバッグ発生装置の作
動を強化するために装置を開示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】花火手段装置は高温の
ガスを発生させ、毒性を示す物質をつくりだす可能性が
ある。本発明の目的は、車両の乗員あるいは運転者を保
護するためのエアバッグの膨張中に発生される毒性ガス
の量を減少させることである。

【００１０】花火技術インフレーターによって発生され
るガスの温度を低下させることで、受動的拘束方式を用
いている車両の運転者又は乗客に対する危険性を低下さ
せることが課題である。

【００１１】本発明の課題はガスを保存する安全な方法
を提供し、エアバッグシステムの膨張時に発生する毒性
ガスを取り除く方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決しするための手段】本発明は車両の運転者
や乗客に対する危険性を大幅に減らすためにエアバッグ
インフレーターに対して２つの新しい改善を提供するも
のである。分子ふるいゼオライトを空気、窒素、又は二
酸化炭素などのガスで予備吸着（プレロード）すること
により、本発明はこの予備吸着ガスの急速脱着によって
エアバッグの急速な膨張を提供する。この動作に関与す
るガスの量を増大させるとバッグを膨張させるのに必要
な爆発性物質の量が減ることになり、それは爆発自体に
よって発生される毒性ガスの量を減らすことにつなが
り、保存ガスの膨張はかなりの量の冷却をもたらす。保
存ガスの放出に続き、爆発によって供給される熱と結び
ついて、吸着剤が活性状態になり、エアバッグ内で自由
に動き回ったり、流体化される。この時点で、吸着剤は
さらに爆発インフレーター装置によって発生される毒性
排気ガスを改善する。分子ふるいゼオライト、特にリチ
ウム又はカルシウムとイオン交換されたゼオライトＸは
高容量ガス保存及び毒性廃ガスの吸着強化をもたらす。
分子ふるいの使用はエアバッグ膨張後の熱い、毒性の廃
ガスへの露出による車両乗員への障害の危険性を減らし
てくれる。

【００１３】

【発明の実施の形態】ひとつの実施の形態で、本発明は
発生ガスをつくりだすための花火手段と保存ガスを予備
吸着（プレロード）されたゼオライト分子ふるいを含む
爆発性のエアバッグインフレーターを提供する。発生ガ
スは毒性化合物を含んでいる。このゼオライト分子ふる
いは上記の花火手段に近接して配置されたゼオライト層
内に配置されている。爆発時には、発生ガスの温度を低
下し、少なくともエアバッグに送られる毒性化合物の一
部を取り除くのに十分な量のゼオライト分子ふるいが存
在している。

【００１４】別の実施の形態で、本発明は膨脹するバッ
グの温度を低下させる方法を提供する。この方法はゼオ
ライト分子ふるいに近接して配置された花火手段を含む
エアバッグインフレーターを爆発させるステップを含ん
でいる。この分子ふるいは保存ガスを予備吸着されたも
のである。花火手段は毒性化合物を含む発生ガスを提供
する。このゼオライト分子ふるいからの保存ガスが脱着
され、爆発中に膨張して、発生ガスを冷却させ、少なく
ともそのゼオライト分子ふるいの一部を流体化させる。
その毒性化合物のその一部はゼオライト分子ふるい内に
吸着される。

【００１５】エアバッグの内側にそのエアバッグを化学
反応の生成物で満たすためのガスをつくりだす花火手段
用素材が設けられている。エアバッグ内に用いられるほ
とんどの花火手段はアジ化ナトリウムあるいはニトロセ
ルロースなどで窒素をつくりだす化学反応を用いてい
る。エアバッグを膨張させるための花火手段システムに
おいては、上記エアバッグインフレーターの主要化学成
分がアジ化ナトリウムである場合、そのアジ化ナトリウ
ムは硝酸ナトリウム及び二酸化シリコンと混合されてい
る。この混合物は一般的にはそのエアバッグを満たす所
定の体積の基本的に窒素で構成されるガスを放出させる
爆発あるいは爆燃をもたらす電気的衝撃で発火させられ
る。その爆発は以下の主要化学反応によって進行する。 （１） ２ＮａＮ₃→２Ｎａ＋２Ｎ₂ この反応のナトリウム副産物は硝酸カリウムと反応し
て、以下の反応でさらに多くの量の窒素を発生させる。 （２） １０Ｎａ＋２ＫＮＯ₃→Ｋ₂Ｏ＋５Ｎａ₂Ｏ＋Ｎ₂ 式（１）及び（２）の組み合わせは以下の第三の反応を
起こさせる可能性をもたらす。 （３） Ｋ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋ＳｉＯ₂→アルカリ性ケイ酸
塩 反応（３）によってつくられたこのアルカリ性ケイ酸
塩、又はガラスはそれ以上燃焼しない安定した化合物で
ある。これらすべての反応は高度に発熱性で、非常に急
速に進行して高熱ガスを発生させる。通常、花火手段装
置の構成物はその花火手段装置が発火してから約35ミリ
セコンド以内に運転手側エアバッグ（体積35〜40リット
ル）を満たすのに十分な速度で高熱ガスを放出する爆発
をもたらす。先行技術で知られている別の花火用薬剤を
用いた他の花火手段装置はより高熱を発生し、より高温
の高熱ガスをもたらす可能性がある。

【００１６】本発明は、エアバッグを膨張させるために
ガスを発生させる花火手段を伴うエアバッグインフレー
ターによって発生されたガスを冷却するものである。花
火手段が爆発されると、それは高温の発生ガスをつくり
だす。アジ化ナトリウムなどの花火技術材料は主に窒素
ガスをつくりだす。ニトロセルロースは爆発すると窒
素、窒素酸化物、及び一酸化炭素をつくりだす。花火手
段材料の爆発でつくりだされる反応は高度に発熱性で、
3000℃に近い温度のガスを発生させる。ドウーイン（Do
in）らに対する米国特許出願No.3,912,561はアルカリ金
属酸化剤と組み合わせられたアルカリ性アジ化金属及び
アルカリアジ化土類金属で構成される群から選択される
燃料、窒素化合物、及びオプションとして固体燃焼残留
物と反応させるための添加物を含むガス発生花火技術組
成物を開示している。

【００１７】エアバッグは通常小さな運転手側エアバッ
グの30リットルから乗客側エアバッグ用の約70リットル
程度までのサイズである。これらのエアバッグは十分に
短い時間、好ましくは約50ミリセコンド（ｍｓ）以下で
膨張させなければならない。運転手側のエアバッグのた
めの膨張時間は通常35ｍｓ程度で、乗客側エアバッグの
ための膨張時間は約55ｍｓである。乗客側の急速膨張時
間がより長くてもいいのは、その乗客と車両の内部表面
の間の距離がより大きいからである。このエアバッグが
あまりに急速に急速膨張されると、そのバッグ自体が運
転手や乗客にとっての危険物になってしまう。従って、
一般的なエアバッグは急速に膨脹させなければならない
と同時に、非常に短時間で収縮プロセスが始まるように
しなければならない。エアバッグの膨張に対処する上で
の問題点は圧力定義を検討する側面から見ることができ
る。圧力は単位面積あたりのモーメント伝達の総量であ
る。さらに、ガスの特性は分子速度の分布がガス温度の
関数であることを我々に教えている。従って、温度が高
ければ高いほど、速度も速くなり、ガス速度の分布も大
きくなる。従って、平均分子速度が高いということは、
平均圧力もより高く、そしてより急速に膨張することを
意味している。40リットルエアバッグの場合、総ガス放
出ポテンシャルは花火手段によって発生されるガスから
の約1.12モルの窒素で、これは従来の技術の典型的なア
ジ化ナトリウムの約70グラム程度に相当する。

【００１８】花火手段がエアバッグを膨張させるための
ガスをつくりだしたり発生したりする場合、発生ガスは
通常は約2400℃から約2700℃の範囲の反応温度でつくり
だされる。これらのガスがつくられると、それらはエア
バッグ内に膨張して、一定の冷却をもたらす。しかしな
がら、発生したガスのエアバッグ内へのこの自然の膨張
でもたらされる冷却では、依然としてガスは非常な高温
のままエアバッグに入ってしまうことになる。花火手段
で発生されたガスがさらに低い温度まで冷却されれば、
エアバッグを膨張させるにはさらに多くのモル数のガス
が必要になる。本発明はゼオライト分子ふるいからの保
存ガスを脱着させ、その熱の一部を吸収することで発生
された高温ガスの冷却をもたらす。冷却をもたらすのは
保存ガスの脱着熱である。非常に短い膨張時間内でエア
バッグの安全な急速膨張を維持するためにさらに多くの
モル数のガスを提供しつつ、保存ガスをさらに膨張させ
ることで、さらなる冷却が行われる。

【００１９】追加的な保存ガスはゼオライト分子ふるい
に窒素や二酸化炭素などの不活性ガスをプレローディン
グさせることによって与えられる。窒素はそのゼオライ
ト分子ふるいを通常の方法で活性化させて、そのゼオラ
イト分子ふるいを約５〜70気圧の範囲の上昇吸着温度で
窒素を含むガスストリームに露出することでゼオライト
Ｘなどのゼオライト分子ふるいに予備吸着される。より
好ましくは、上記上昇吸着圧力は約30〜70気圧の範囲で
ある。約68気圧での窒素に対するゼオライト分子ふるい
容量は約12.6重量％である。好ましくは、ゼオライト分
子ふるいはナトリウム、リチウム、カルシウム、及びそ
れらの混合物で構成される群から選択される陽イオンで
高度に交換されたＸゼオライトである。より好ましく
は、このゼオライト分子ふるいはリチウム、カルシウ
ム、及びそれらの混合物で構成される群から選択される
陽イオンによって少なくとも67％程度まで交換された高
度交換Ｘゼオライトである。最も好ましくは、そのゼオ
ライト分子ふるいはリチウム、カルシウム、及びそれら
の混合物で構成される群から選択される陽イオンによっ
て少なくとも80％までイオン交換された高度交換Ｘゼオ
ライトである。好ましくは、このゼオライト分子ふるい
は約1.4〜2.0mmの範囲の粒子サイズを有している。

【００２０】保存ガスは窒素又は二酸化炭素を含むこと
ができる。二酸化炭素はそのふるいに吸着ガスとして保
存することができるし、あるいはゼオライト分子ふるい
内にカプセル化されてしまうという点でこの目的のため
には一層大きな利点がある。『カプセル化』という用語
は、そのゼオライト分子ふるいが通常の方法で活性化さ
れ、保存されるべき二酸化炭素の量に応じて約60〜80気
圧の高い吸着圧力と約125℃（400Ｋ）から約175℃（450
Ｋ）の吸着温度でガスストリームに露出されて二酸化炭
素が吸着されるということを意味している。吸着ステッ
プに続いて、ゼオライト分子ふるいは室温程度にまで急
速に冷却し、圧力を約１〜５気圧までゆっくり低下させ
ることによってその孔が塞がれる。そのゼオライト分子
ふるいの約２０重量％程度までの二酸化炭素容量がこう
した方法で達成される。例えば二酸化炭素を用いてカプ
セル化が行われる場合、好ましくはそのゼオライト分子
ふるいはカリウム交換ゼオライトＡ、カリウム交換エリ
オナイト、ナトリウム交換クリノプチロライト、及びそ
れらの混合物で交換される群から選択される。二酸化炭
素は保存、カプセル化され、窒素又は他の不活性ガスを
保存するために必要な圧力と比較して比較的低い圧力
（約１〜５気圧）でエアバッグシステム内で用いること
ができる。

【００２１】ゼオライト分子ふるいに一度保存ガスが予
備吸着されてしまうと、ゼオライト分子ふるいはその内
部の保存ガスのレベルを維持するために一定の保存圧力
に維持されねばならない。これは、保存圧力の望ましい
圧力を保持してくれる薄膜や破断ディスクによってその
ゼオライト分子ふるいを密閉状態で覆うことによって達
成される。

【００２２】本発明によれば、ゼオライト分子ふるいは
爆発した場合にその花火反応の熱の一部がそのゼオライ
ト分子ふるいから保存ガスを脱着させるために用いるこ
とができるように、その花火手段の近くに配置される。
加えて、花火手段の爆発の力が発生ガス、及び保存ガス
と共にゼオライト分子ふるいの少なくとも一部を流体化
してエアバッグ内に入れるようにするために用いられ
る。脱着されたゼオライト分子ふるいが冷却すると、そ
れは窒素酸化物や一酸化炭素など爆発時に発生された毒
性化合物を吸着する。ゼオライト分子ふるいからの保存
ガスの放出はエアバッグに送られるガスの冷却をもたら
し、エアバッグ内により低温のガスを補ってエアバッグ
を急速に膨張させるために必要な追加的ガスを提供す
る。好ましくは、予め負荷されるゼオライト分子ふるい
は花火手段充填物質の２５から約７０重量％である。

【００２３】焼成形態でのゼオライト分子ふるいは Ｍｅ_2/nＯ：Ａｌ₂Ｏ₃：ｘＳｉＯ₂ の一般式で示す事ができ、ここでMｅは陽イオン、ｘは
約２以上の値、そしてｎは上記陽イオンの電子価であ
る。この発明で使用可能な一般的に良く知られているゼ
オライトは、ゼオライトＤとも言われるチャバザイト、
クリノプチロライト、ＥＭＣ−２、ゼオライトＬ、ＺＳ
Ｍ−５、ＺＳＭ−１１、ＺＭＳ−１８、ＺＭＳ−５７、
ＥＵ−１、オフレタイト、ホージャサイト、エリオナイ
ト、フェリエライト、モルデナイト、ゼオライトＡ、Ｚ
Ｋ−５、ゼオライトロウ、ゼオライトベータ、ボグサイ
ト、そしてシリカライトである。本発明で用いられる吸
着剤はこれらのゼオライト吸着剤、陽イオン交換形態の
これらゼオライト、及びそれらの混合物から選択され
る。

【００２４】『孔開口部』は吸着剤の結晶構造内の吸着
剤の孔の直径を意味している。ゼオライト分子ふるいは
約３〜10オングストロームの均一の孔開口部を有してお
り、この孔径は結晶の単位構造によってそれぞれ独自に
判定される。これらの孔はその開口部より大きな分子を
完全に排除してしまう。本発明で使用するための好まし
い吸着剤はシリカ対アルミナ比が約２から約３以上、そ
して孔開口部が4.3オングストローム以上である合成及
び天然のゼオライトである。より具体的には、国際ゼオ
ライト協会の構造委員会発行、メイヤー（W.M.Meier）
及びオルソン（D.H.Olson）著「ゼオライト構造型のア
トラス（Atlas of Zeolite Structure Type）（198
7）」の53〜54ページ、及びページ91〜92に定義されて
いるようなＦＡＵ構造を有する合成及び天然ゼオライト
が好ましい。上記引例は参照することによって本明細書
に組み込まれる。最も好ましくは、本発明に従って使用
するためのゼオライト吸着剤は約２以上のシリカ：アル
ミナ比と約８オングストローム以上の孔開口部を有して
いる。

【００２５】結晶性分子ふるいを用いる場合は、吸着剤
が必ず適切な粒子サイズを持つようにするために結合剤
で団塊化するのが望ましいことがしばしばある。金属酸
化物、粘土、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、シ
リカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリカ−ベリリ
ア、シリカ−アルミナ−トリア、シリカ−アルミナ−ジ
ルコニア、それらの混合物など種々の合成及び天然結合
剤材料が利用できるが、シリカ結合剤が好ましい。ゼオ
ライトの吸着特性を基本的には変更せずに、分子ふるい
を団塊化するために用いることができるので、粘土が好
ましい。分子ふるいを団塊化するために用いられる適切
な結着剤及び方法の選択は当業者には良く知られている
ので、ここでは詳細に述べる必要はない。

【００２６】急速減圧テストにおけるゼオライト分子上
での保存ガスを用いた実験室での評価テストと保存ガス
及び花火手段に基づくガスインフレーターのエンジニア
リングシミュレーションの両方の結果とも、エアバッグ
に供給されるガスの温度を相当低下させる上での、ゼオ
ライト吸着剤によるガス保存機能と花火技術化合物のガ
ス及び熱の放出を組み合わせることの利点を示してい
る。ゼオライトハイブリッドジェネレーターは既存の花
火手段装置の場合とほぼ同様の時間内で窒素ガスでエア
バッグを膨張させることができ、同時に、花火手段装置
だけで提供されるガスよりずっと低い温度でガスを提供
することができる。

【００２７】図は本発明による装置の側面図である。こ
の図によれば、エアバッグインフレ−ターは底部15を有
するシェル10と、そのシェルの側面を形成する取り囲み
35を有している。この底部はシェルゾーンを形成するシ
ェルの側面に気密状態で取り付けられる。アジ化ナトリ
ウム又はニトロセルロースによって構成される花火手段
層25が爆発物層内で上記シェルの底部に配置されてい
る。ゼオライト粒子層30は花火手段層25上に配置されて
いる。このゼオライト層はその上に破断ディスク20を配
置することによって約30〜80気圧の範囲の保存圧力に維
持される。この保存圧力はガスのタイプ及び保存される
ガスの量、そして保存ガスを収容するために必要なシェ
ル及び破断ディスクのコストによって多少変わる。破断
ディスクはこの技術分野で良く知られているいずれかの
手段で、その破断ディスクをシェルの側面を気密的に密
封するために、シェルの壁面上に気密的に配置される。

【００２８】

【実施例】以下の実例は、エアバッグを膨張させるため
にゼオライト吸着剤のガス保存とハイブリッドガス発生
装置における花火技術化合物の使用を組み合わせること
の利点を示すことを意図している。こうしたハイブリッ
ドインフレ−ターは花火手段装置だけで提供されるガス
よりずっと低いガス温度で、しかも花火手段装置の場合
と同様の速度で等量以上のガスを提供することができ
る。

【００２９】実施例１ 上の化学式（１）、（２）及び（３）に基づいて、アジ
化ナトリウムに基づく花火手段が、アジ化ナトリウム
（ＮａＮ₃）、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）、及びケイ酸塩
（ＳｉＯ₂）を含む花火手段充填材100グラムあたり約1.
4〜1.6モルの窒素を放出し、これが乗用車内の運転者側
のエアバッグを膨張させるのに十分であることは良く知
られている。

【００３０】吸着剤のガス保存容量を測定し特徴付ける
ための装置を組み立てた。このテスト装置は高圧ガスシ
リンダーに取り付けられた高圧コンテナー容器で構成さ
れ、その高圧ガスシリンダーは追加的なポートを持って
いて、大口径１／４回転ボール弁又は小針弁のいずれか
で制御される大口径ポートを通じて容器を減圧できるよ
うにし、それによって一般的にウェットテストメーター
と呼ばれるガス体積測定装置が提供される。前者は急速
で比較的制約の少ない減圧を可能にしてくれ、後者はよ
りゆっくりした制御された減圧を可能にしてくれ、放出
されるガスの測定が可能になる。この高圧容器の内部容
積は310ccであった。この高圧容器は大口径１／４回転
ボール弁に接続されていた。このボール弁の開口部は直
径が22mm（0.85インチ）であった。この容器と弁をつな
ぐパイプの内部直径は約22mm（0.88インチ）であった。
ボール弁の下流側端部から大気に向けて、内径が約22mm
（0.88インチ）の短い長さのパイプがあり、そのパイプ
の端部の下流には膨張ノズルがあった。この膨張ノズル
は約15mm（0.6インチ）の長さにわたって、約22mm（0.8
8インチ）の内側直径から約34mm（1.33インチ）の外側
直径まで徐々に太さが変化する構造になっていた。容器
内部には60メッシュスクリーンが２セット入っていた。
これらのスクリーンは容器内部にセットされてそのスク
リーン間に約260ccの体積の吸着ゾーンをつくってい
た。空の高圧容器の容量は約68気圧の圧力と室温の条件
下で約0.874モルの窒素ガスを含んでいると判定され
た。空の高圧容器は50ミリセコンド（0.050秒）の時間
で68気圧から約１気圧に減圧させることができた。

【００３１】実施例２ 実施例１の吸着剤ゾーンに公称シリカ−アルミナ比が2.
45で、Ｌｉ陽イオン対Ｌｉ＋Ｎａとの比率が最低96％、
通常は97％のＦＡＵ構造を有する第一のゼオライト吸着
剤（Ａ）で満たした。このゼオライト吸着剤は粒子サイ
ズ分布が20×50メッシュの小さなビーズと特徴付けられ
た。この小さなビーズの平均的な粒子サイズはイオン交
換を行う前に0.46mmであった。約155グラムの活性化さ
れた吸着剤を高圧容器に加えた。吸着剤の体積は約260c
cであった。吸着剤物質は又微孔内と粒子間の隙間空間
内に空隙を有しており、これらの空隙は約163cc相当の
非選択性ガス保存空間として機能し、トータルの非選択
性保存空間は214ccであった。ゆっくり減圧させた実験
では、この実施例２の吸着剤で満たした高圧容器の容量
が約1.184モルの窒素容量に相当し、約68気圧から約１
気圧までに減圧させるのに約180ミリセコンドかかるこ
とが示された。

【００３２】実施例３ 実施例３では、実施例２のゼオライト吸着剤をシリカ：
アルミナ比が約2.3、そして通常Ｎａ⁺で占められている
陽イオンサイトの約67％がＣａ⁺⁺で置換されたＦＡＵ構
造を有する第二のゼオライト吸着剤（Ｂ）と取り替え
た。この物質の約159.2グラムを高圧容器のスクリーン
間の公称260ccの空間に装填した。この物質は10×20メ
ッシュと特徴付けられる粒子サイズ分布を有しており、
粒子の平均サイズは1.46mmであった。ゆっくり減圧させ
た実験では約68気圧の圧力下で、容器の圧力を１気圧に
減少させた時に約1.122モルの窒素が放出された。実施
例２のゼオライト吸着剤を含んだ高圧容器の動的減圧の
場合、圧力を約68気圧から約１気圧に減少させるのに約
100ミリセコンドかかった。

【００３３】実施例４ 実施例４では、実施例１のゼオライト吸着剤を公称シリ
カ：アルミナ比率が約2.3で、ほとんどの陽イオンサイ
トがＬｉで置換されて、Ｌｉ＋Ｎａに対するＬｉの比率
が最低でも94％、通常は約97％の別のＦＡＵを有する第
三のゼオライト吸着剤（Ｃ）と置き換えた。このゼオラ
イト吸着剤（Ｃ）は粒子サイズ分布が８×12メッシュ
で、平均粒子サイズは1.9mmであった。ゆっくりした減
圧テストでは、約68気圧と１気圧との圧力範囲で約1.2
モルのガスが放出された。ゼオライト（Ｃ）を用いたゆ
っくりした減圧テストでは、保存ガスは温度で46Ｋ降下
した。吸着物質が室温に戻るまで、弁は開放されたまま
であった。ガスを約68気圧から約21.7気圧までに減圧さ
せるための急速減圧時間は約28.9ミリセコンド（約0.02
9秒）であった。

【００３４】上に述べた実験的装置は実際のガスインフ
レーターとは少なくとも２つの点で異なっていた。イン
フレーター性能テストはすべての場合に急速ブローダウ
ンを開始させるボール弁の開口時間とガス流が通過する
開口部のサイズによって限定された。より実際に近い実
験では、より大きめで制約の少ない開口部とより急速な
開口時間が用いられるであろう。実験結果をエンジニア
リングシミュレーションしたところ、開口部ゼロからフ
ルスロートまでの弁の開口時間は0.027秒と特徴づけら
れ、開口部面積は弁スロートの約21.6mm（0.85インチ）
によって制限された。ゼオライト吸着剤評価に関して
は、驚くべきことに吸着剤のビーズサイズに関連した著
しい傾向があることが発見された。ビーズサイズが増大
すると、システムの外に出ようとするフローへの総抵抗
がある程度線形的に減少した。

【００３５】実施例５ Ｎ₂ハイブリッド・インフレータと花火手段との比較 上記実施例１〜４までの結果に基づいて、膨張ガスの一
部がゼオライト中に保存されているガスから供給され、
一部が花火手段によるガスの発生によってもたらされ、
それらがエアバッグに送られるハイブリッドゼオライト
システムの動作と比較するために、ハイブリッドゼオラ
イトインフレーターの動作をシミュレートするための数
式を構成した。花火手段によって放出される熱は保存ガ
スの脱着を促進する目的でゼオライトを加熱するために
用いられる。総膨張ガスは上記のモデルで計算されるガ
ス量と花火手段から放出されるガスを合わせたものであ
る。数値は、運転者側のエアバッグの実例では30リット
ル程度の少量から約70リットル程度の大容量までの広い
範囲にわたっている。この実施例５の目的のために、基
本的な花火技術装置と比較するために、40リットル体積
のエアバッグ、約0.1283気圧（1.88psig）以上の圧力、
そして277℃の最終ガス温度が選択された。

【００３６】表１ ゼオライト質量を増大させた場合の放出窒素

【００３７】このモデルは40リットルの運転者側エアバ
ッグを膨張させるために約70グラムのＮａＮ₃の花火火
薬を用い、窒素をプレロードしたゼオライト吸着剤の付
加量を徐々に増大させた。動的ガス放出及びエアバッグ
に供給されるガスの平均ガス温度をモデルで判定した。
窒素をプレロードしたゼオライト分子ふるいをゼオライ
ト重量５グラムから約70グラムの範囲で花火手段インフ
レーターに組み込んだ場合、生成ガスの有意な冷却がも
たらされ、40リットルのエアバッグの圧力は約１気圧に
減圧された。約50グラムの窒素を事前に充填したゼオラ
イト性分子ふるいの場合、そのエアバッグに与えられる
圧力はそのエアバッグを望ましいレベルで膨張させる十
分であり、同時に爆発から50ms後の温度が約６分の１に
低下した。計算され表１及び２に示されているガス温度
はそのエアバッグの入口での温度を示している。エアバ
ッグ内でさらに行われるかなりの冷却はこの分析では考
察の対象とされない。表１の結果は、ゼオライト吸着剤
のガス保存機能と花火技術化合物のガス及び熱の放出と
を組み合わせることが、そのエアバッグにもたらされる
ガスの温度を大幅に引き下げる上で有益であることを示
している。このゼオライトハイブリッド発生装置はエア
バッグを窒素で既存の花火技術装置の場合と同様の短時
間で膨張させることができ、ガスの温度を花火技術装置
だけの場合に提供されるガスの温度よりずっと低くして
くれる。50ms経過後の十分に膨張されたエアバッグ内部
の約1.13気圧以下の圧力はエアバッグを膨脹させるが、
花火手段技術装置の圧力と同様の性能を積極的に供給す
るには十分ではない。

【００３８】実施例６ CO₂ハイブリッドインフレーターと花火手段との比較 実施例５のハイブリッドゼオライトインフレーターのシ
ミュレーションに基づいて、二酸化炭素でプレローディ
ングしたゼオライトの使用に関するシミュレーションを
行った。表２の結果は、発生ガスと保存ガスを組み合わ
せたガスの温度は、約５気圧の保存圧力で二酸化炭素を
プレロードしたゼオライト分子ふるいを約50グラム程入
れることで、2400℃から約391℃まで減少し、同時に、5
0msの急速膨張期間の終了時にエアバッグ内部で十分な
圧力を発生させ、さらに、ガスの温度を約４分の１程度
低下させた。実施例５の場合と同様、エアバッグ内でさ
らに行われる大幅な冷却は考慮に入れていない。

【００３９】表２ 放出された窒素＋ＣＯ₂の質量

【００４０】約５気圧以下でインフレータシステムに二
酸化炭素をプレロードした、あるいはカプセル化したゼ
オライト分子ふるいを加えると、インフレーター内部に
高圧ガスを保存しておかなくても、エアバッグに送られ
るガスの温度を大幅に減少させる。

【００４１】

【発明の効果】分子ふるいの使用はエアバッグ膨張後の
熱い、毒性の廃ガスへの露出による車両乗員への障害の
危険性を減らしてくれる。ゼオライトハイブリッドジェ
ネレーターは既存の花火手段装置の場合とほぼ同様の時
間内で窒素ガスでエアバッグを膨張させることができ、
同時に、花火手段装置だけで提供されるガスよりずっと
低い温度でガスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の側面図である。

【符号の説明】

１０ シェル １５ 底部 ２０ 破段デバイス ２５ 花火手段層 ３０ ゼオライト粒子層 ３５ 取り囲み部

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】毒性化合物を含む発生ガスをつくりだすた
   めの花火手段と保存ガスを予備吸着（プレロード）され
   たゼオライト分子ふるいとを含み、前記ゼオライト分子
   ふるいが前記花火手段に近接したゼオライト層に配置さ
   れ、爆発時に、発生されたガスの温度を低下させ、少な
   くとも前記毒性化合物の一部を取り除くのに十分な量の
   ゼオライト分子ふるいが存在している、爆発性エアバッ
   グインフレーター。
2. 【請求項２】花火手段が花火手段層に配置され、ゼオラ
   イト層が薄膜によって包まれている請求項１に記載の爆
   発性エアバッグインフレーター。
3. 【請求項３】発生ガスに含まれるの毒性化合物が窒素酸
   化物、一酸化炭素、及びそれらの混合物で構成される群
   から選択される請求項１に記載の爆発性エアバッグイン
   フレーター。
4. 【請求項４】ゼオライト分子ふるいが約１気圧から約10
   0気圧の間の保存圧力で維持されている請求項１〜３の
   いずれか１項に記載の爆発性エアバッグインフレータ
   ー。
5. 【請求項５】ゼオライト分子ふるいに予備吸着（プレロ
   ード）された保存ガスが窒素、又は二酸化炭素を含むも
   のである請求項１〜３のいずれか１項に記載の爆発性エ
   アバッグインフレーター。
6. 【請求項６】ゼオライト分子ふるいがゼオライトＡ、ホ
   ージャサイト、エリオナイト、クリノプチロライト、及
   びそれらの混合物で構成される群から選択される請求項
   １〜３のいずれか１項に記載の爆発性エアバッグインフ
   レーター。
7. 【請求項７】ゼオライト分子ふるいがナトリウム、リチ
   ウム、カルシウム、及びそれらの混合物で構成される群
   から選択される陽イオンで高度に交換されたＸゼオライ
   トを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の爆発性エ
   アバッグインフレーター。
8. 【請求項８】花火手段が内部が中空になったカップ内に
   配置され、ゼオライト層が前記花火手段の上に配置さ
   れ、薄膜が前記ゼオライト層の上方に配置されて上記カ
   ップ内の保存圧力を約１気圧から約70気圧の間に維持し
   ている請求項１〜３のいずれか１項に記載の爆発性エア
   バッグインフレーター。
9. 【請求項９】膨張するエアバッグの温度を低下させる方
   法において、 ａ）ゼオライト分子ふるいに近接して配置された花火手
   段を含むエアバッグインフレーターにおいて、保存ガス
   を予備吸着（プレロード）された前記分子ふるいに前記
   花火手段でつくりだされる発生ガスが供給され、前記発
   生ガスが毒性化合物を含むものであるエアバッグインフ
   レーターを爆発させるステップと、 ｂ）前記ゼオライト分子ふるいから保存ガスを脱着、膨
   張させて発生ガスを冷却し、少なくとも前記ゼオライト
   分子ふるいの一部を流体化させるステップと、そして ｃ）ゼオライト分子ふるいに毒性化合物の少なくとも一
   部を吸着するステップとで構成される方法。
10. 【請求項１０】ゼオライト分子ふるいが花火手段に対し
    て２５〜７０重量％で存在している請求項９に記載の方
    法。
11. 【請求項１１】ゼオライト分子ふるいがナトリウム、リ
    チウム、カルシウム、及びそれらの混合物で構成される
    群から選択される陽イオンで高度に交換されたＸゼオラ
    イトを含む請求項９に記載の方法。
12. 【請求項１２】保存ガスが窒素又は空気を含む請求項９
    〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 【請求項１３】ゼオライト分子ふるいがカリウムゼオラ
    イトＡ、カリウムエリオナイト、ナトリウムクリノプチ
    ロライト、及びそれらの混合物で構成される群から選択
    される請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。