JP2005306376A - 薄膜エアバッグ - Google Patents

Abstract

【課題】引き裂きが薄膜中に発生時に容易に伝播して、エアバッグが突発的に破損することを無くしてエアバッグにプラスチック薄膜を使用できるようにし、コストと空間の大幅な節減を図る。
【解決方法】１個を他の中に入れた２個のエアバッグを使用した薄膜エアバッグ。そこにおいて、エアバッグは接着剤で互いに取り付けられ、その接着剤は、２個のバッグを互いに密に保持するに足るほど強力であるが、引き裂きを１個のバッグ内の他のバッグへ伝播するに足るほど強力でない。例えば引き裂きが、外部エアバッグに生じるならば、引き裂きに近い材料内のかなりの引っ張り応力を支持できないので、内部エアバッグは、引き裂きから若干の距離の所にある外部エアバッグへ応力を伝達できるまで、増加した引っ張り応力を受容する必要がある。引き裂きが、小さい孔により生じるならば、内部エアバッグ内のこの応力は、その孔から離れた数孔径の所だけに生じる。
【選択図】図１

Description

本発明は膨張可能な搭乗者保護システムを有する車両において、膨張可能な搭乗者拘束装置であって、薄膜で頑丈に形成されたエアバッグを有する薄膜エアバッグシステムに関する。

現在エアバッグは、ナイロンまたはポリエステルである織り材料から作製される。この材料は、ネオプレンまたはシリコンゴムで被覆されることが多いので、かなりの質量を有することになり、搭乗者が、膨張したエアバッグに打たれると傷害を受けることがある。１つの推測によれば、エアバッグが展開する自動車衝突に巻き込まれる搭乗者の３分の１もが、エアバッグにより傷害を受ける。衝突時に、都合悪くエアバッグが収納されている収納体の前面に寄り掛かっている者は、エアバッグが展開すると、その収納体にエアバッグカバーまたは展開ドアーにより重傷を負うか、または死亡することがある。

しかしながらこの原因の大部分は、エアバッグ織物の搭乗者の顔面または腕へ与える衝撃による傷害に因る。最近の自動車技術者協会の論文で発表された実験結果によれば、傷害の原因は、バッグ材料が搭乗者へ当たったときのバッグ材料のモーメンタムに由来し、エアバッグの搭乗者への摩擦の擦過傷には由来しないことが判明している。

現在のエアバッグシステムは、衝突時にエアバッグが膨張して占有することとなる空間に搭乗者が移動する前に、エアバッグが完全に膨張することが前提として設計されている。しかし、殆どの搭乗者は、この設計の前提となる位置に着座していない。多くの搭乗者は、エアバッグの極めて近くに着座しており、エアバッグの展開により傷害を受ける。また、エアバッグから離れて着座している搭乗者は、エアバッグの恩恵を受けるまで若干の距離を移動する必要がある。

搭乗者がエアバッグの収納体の前面に寄り掛かっている場合は、同時係属特許出願０８／０４０，９７８において開示されるような搭乗者位置センサによってだけ処理できる。そのセンサは、搭乗者が、衝突自体からよりもエアバッグ展開による方が重傷を受けるようであるならば、エアバッグの展開を防止する。過酷度の低い多くの事故において、搭乗者は依然、展開するエアバッグと相互作用し、軽程度から重程度までの範囲の傷害を受ける。加えて、ある搭乗者は、ハンドルまたは計器パネルからかなり離れて着座しており、従来のエアバッグでは、エアバッグが完全に膨張した後でもかなりの距離が残っている。これらの理由のために、搭乗者の位置を調整するエアバッグシステムを有するのが望ましく、そこにおいてエアバッグの衝撃による傷害は、殆ど無いか、または全く無くなる。

プラスチック薄膜から作製されるエアバッグは、今まで使用されていない。１つの理由は、薄膜バッグが従来のエアバッグのように大きいならば、それも極めて強力である必要があるので、織り物のエアバッグとほぼ同様に重くなるということである。このことは、薄膜バッグがパンクすると、破裂する風船のように突発的破損を生じることがある事実に由来する。

現在、後部に面する子供用シートがエアバッグ装備車両の前部シートに使用されるとき、子供用シートにおける子供の安全性に関して大きい関心がある。搭乗者側エアバッグは、そのようなシートに着座している子供に対して重傷を負わせるに足る力を有し、また両親は、搭乗者側エアバッグを有する車両の前部シートに子供用シートを使用しないように警告されている。現在、何社かの自動車会社は、子供用シートの問題が生じる後部シートエアバッグについて実験を実施している。また特に長い旅行の際に子供は、車両の前部または後部シート上に横になって寝ることが多い。従来のエアバッグシステムでは、エアバッグの下に滑り込むそのような搭乗者を保護することはできない。

エアバッグは、対称的な仕方で搭乗者と相互作用するように設計される。多くの破損は、かなり角度性を有するので、搭乗者は、エアバッグの１縁部と衝突し、ついでエアバッグの完全な保護を受けることなくエアバッグから滑り出る。現行のエアバッグに伴う、これらの問題および他の多くの問題は、以下に開示されるエアバッグ構造により解決される。

本発明の主要な目的は、以下の通りである。
１． 薄膜の使用を通してエアバッグのコストおよび重量を大幅に削減することにある。
２． 万一不用意なパンクの場合に薄膜の突発的な破裂を無くすように、薄膜エアバッグを利用することにある。
３． 数個の小形エアバッグから成る単一の搭乗者用の搭乗者拘束エアバッグシステムを提供することにある。
４． 搭乗者の着座位置を自動的に調整する、搭乗者保護用のエアバッグシステムを提供することにある。
５． 子供用シートの位置を自動的に調整するエアバッグシステムを提供することにある。
６． 着座した搭乗者の膝保護および車両シート上に横になっている子供の保護を行うエアバッグシステムを提供することにある。
７． インフレータ構造手段を通して排気するので、エアバッグにおける排気孔の必要性を無くすエアバッグシステムを提供することにある。
８． ネット構造部材の使用を通して複数のエアバッグを包含する方法を提供することにある。
９． 他のエアバッグにより膨張されるエアバッグを使用するネットに代わるシステムを提供することにある。
１０． ピーク胸部加速度を減少するために、必要な推進薬の量を減少するために、およびエアバッグ収縮を一層効率的に使用するために、可変出口オリフィスを有するエアバッグシステムを提供することにある。
１１． 数個の小形エアバッグから成るエアバッグ用の単純な構成方法を提供することにある。

エアバッグ用プラスチック薄膜の使用に伴う基本的問題は、単一の薄膜が使用され、かつ引き裂きが薄膜中に生じると、引き裂きが容易に伝播して、エアバッグが突発的に破損するということである。本発明は、この問題を無くし、かくしてエアバッグに薄膜を使用できるようにする種々の方法に関し、それによりコストと空間の大幅な節減ができると共に、搭乗者に対する傷害をかなり減少できる。

引き裂きの問題を解決する１方法は、１個を他の中に入れた２個のエアバッグを使用することであり、そこにおいて、エアバッグは接着剤で互いに取り付けられ、その接着剤は、２個のバッグを互いに密に保持するに足るほど強力であるが、引き裂きを１個のバッグ内の他のバッグへ伝播するに足るほど強力でない。例えば引き裂きが、外部エアバッグに生じるならば、引き裂きに近い材料内のかなりの引っ張り応力を支持できないので、内部エアバッグは、引き裂きから若干の距離の所にある外部エアバックへ応力を伝達できるまで、増加した引っ張り応力を受容する必要がある。引き裂きが、小さい孔により生じるならば、内部エアバッグ内のこの応力は、その孔から離れた数孔径の所だけに生じる。

１個のエアバッグにおける引き裂きの原因により第２のエアバッグにおける引き裂きを生じるときに、このシステムについて問題が起こる。この問題は、２個のエアバッグに使用される材料が、強力に異方性であり、かつそれらの好ましい引き裂き方向を互いに直角にして互いに取り付けられるならば、解決できる。この場合、引き裂きが同時にかつ同一の場所で両方のエアバッグ内で開始しても、引き裂きは、互いに直角方向に沿って伝播し、突発的な破損が回避される。

このように本発明の薄膜エアバッグシステムは、単一の薄膜が使用され、かつ引き裂きが薄膜中に生じると、引き裂きが容易に伝播して、エアバッグが突発的に破損するというエアバッグ用プラスチック薄膜の使用に伴う基本的問題を無くし、かくしてエアバッグに薄膜を使用できるようにして、それによりコストと空間の大幅な節減ができると共に、搭乗者に対する傷害をかなり減少する。

本発明の好ましい実施例において、多重薄膜エアバッグは、周囲ネットの使用を通して互いに作用するように膨張して、形成される。通常、吸引式であるインフレータは、各バッグが、十分な膨張または搭乗者との相互作用を表す特定の圧力で充満されるまで、規定されたシーケンスでマニホールドを通してエアバッグを充満する。各エアバッグにおける圧力は、エアバッグが搭乗者と相互作用し、ついで圧力が上昇し始めるまで、低い。このようにしてエアバッグは、搭乗者を実質的に囲み、最大限に保護する。

本発明のこれらの、および他の目的と利点は、以下の好ましい実施例の説明を通して明らかになる。２個のエアバッグ構造の一例が、図１に図示され、その図は、第２の大形薄膜エアバッグ内の薄膜エアバッグの部分的に切断および除去した透視図である。

図１においてエアバッグシステムは、１個のエアバッグ１１０ が第２のエアバッグ１２０ の内部に置かれた膨張した状態で、一般に１００ で示される。図２は、図１の円形１Ａ内についての内部エアバッグ１１０ および外部エアバッグ１２０ の拡大図である。製造されるとき、内部エアバッグの薄膜は、好ましい引き裂き伝播方向が、例えば図２に示されるように垂直方向であるように作製される。この場合、外部エアバッグ１２０ の薄膜に対する好ましい引き裂き方向は、水平方向であろう。この２枚の膜層は、接着剤１３０ により互いに保持される。図１において運転者側のエアバッグが図示され、そこにおいてバッグは、２つの平らな材料と、および１つの円筒形中心部材から形成され、その全ては、ヒートシールを使用して互いに結合され、ヒートシールされた継ぎ目は適切な補強がなされる。

図１の例は、以下に明示する複合エアバッグにおける引き裂きの伝播を最小にする一般的な技法の具体的な説明用のものである。実際のエアバッグ構造において、薄膜よりも弱い接着剤で互いに結合される数層から成る複合エアバッグを生成するように、プロセスは数回繰り返すことがある。この開示の目的のために、用語「複合エアバッグ」とは、互いに結合されるか、または結合されないことがある２枚以上の層から成る薄膜エアバッグを意味し、それらの層は、同時押出しにおけるような押出し処理段階中に結合される場合、または膜層が、繊維もしくは織りネットまたは成形ネットなどの他の補強用材料と組合わせられる場合を含む。

種々の薄膜層に使用される材料は、同一または異なることがあり、また一般にナイロン、ポリエチレンまたはポリエステルから作製されるが、他の材料も使用できる。異なる層用の異なる材料の使用は、引き裂きの伝播および強度特性は、互いに相補できるという利点を有する。例えば非常に強いが容易に引き裂される材料は、引き裂きの伝播前に大きい伸びを必要とする弱い材料に代えることができる。異なる材料を使用する他の理由は、エアバッグが折り込まれて長期間保管されるとき、膜材料の層の粘着を最小にすることにある。この場合、膜は数層から構成でき、外層は、ポリエチレンまたはテフロンのような低粘着性材料から製造される。

図１の実施例において接着剤は、膜層間に均一な被膜で加えられている。幾つかの事例において、応力が層間で伝達される前に引き裂きが短い距離を伝播できるように、接着剤を非連続に、通常あるパターンで加えるのが好ましい。これにより、応力集中点は、２枚の膜において互いに離れて短い距離を移動でき、さらに突発的な破損が生じる可能性が減少される。

図３は、外部エアバッグがネットにより取り替えられている別の構成を示す。ネット１２１ は、接着剤１３０ により、またはヒートシールのような他の方法により内部エアバッグ１１０ へ取り付けられるか、もしくは取り付けられないままにできる。この場合に内部エアバッグ内の応力は、複合エアバッグの主応力を受けるように設計されるネットへ伝達され、また膜は、ガスが放散するのをシールおよび防止するために主に使用される。内部エアバッグ内の応力は非常に僅かであるので、ネット構造部材に破損が無い限り、一般に引き裂きは全く伝播しない。この図例におけるネットは、約０．２５インチの開口を有する網目を有する。接着剤も、ネットが搭乗者が着用することがあるボタンまたは他の物体を引っかける可能性を最小にする有用な目的に役立つ。

多くの他の変形は可能である。例えば１つの事例においてネット１２１ は、複合エアバッグの外面が円滑であるように、薄膜の２枚の層間に介在される。図４Ｒ＞４に示される他の事例において、Ｋｅｖｌａｒの繊維または他の適切な材料は、不規則に置かれて、２枚の薄膜間でシールされる。この構造において繊維１２２ は、引き裂きの伝播を妨げるように作用する。

図１の運転者用エアバッグは、図５において車両上に取り付けられ、かつ膨張されたのが示される。他の特定の有用な事例において、多重の独立したエアバッグは、単一のネット内に置かれる。そのような配列の一例は、図６に図示され、その図は、単一の搭乗者の保護システムを形成するように多重薄膜エアバッグとネットを使用するのを図示した透視図である。

ネットは、引き裂きを処理する機能において薄膜よりも利点を有する。引き裂きが比較的剛性の薄膜において一旦始まると、引き裂きが伝播する点における応力集中は、非常に大きく、薄膜における引っ張り応力が全体として低いときでも、非常に剛性の薄膜の場合に無限大に近づく。その材料はこれらの非常に大きい応力に耐えることができないので、引き裂きは急速に伝播して、薄膜が破損する。極端な例は、ガラスから製造された薄膜であろう。薄膜が降伏して、塑性的に流動する程度まで、引き裂きの伝播に対して若干の抵抗があるが、大部分の塑性薄膜の場合、これは極めて限定され、また引き裂きは、一旦始まると急速に伝播して、破損が生じる。

一方、ネットの場合、引き裂きが素線の１本を越えて伝播する仕組みは無い。例えば微細な引き裂きが１本の素線に現れるならば、その素線は破損するかもしれない。隣接する素線では、張力が増加し、素線の何らかの弾性または塑性変形が生じるならば、その張力は多くの素線にわたり急速に分布するであろうが、突発的な破損は一般に生じないであろう。ネットの各素線は引っ張りで破損するに違いないし、またネットはエアバッグをシールする必要はないので、織りエアバッグよりも実質的に少ない材料を使用しながら、素線は、互いに若干の距離を離して置かれ、かつ極めて強力にすることができる。織りエアバッグは、ある意味では非常に小さい開口を有するネットである。この結果、引き裂きにおける応力集中に関してネットよりも薄膜のように作用して、織りエアバッグの各素線が破損するにつれて突発的な破損を生じる。

〔定量的な解析〕これは解析できて、下記のようにネットの利点の定量的な理解が得られる。ネットは、バッグ半径よりも極めて小さい一辺がｍ 、ｍ の正方形から成り、かつネット材料は強くて比較的に非伸縮性であり、一方、薄膜は柔軟性があり、比較的に伸縮性であると仮定する。そうすると、膨張したエアバッグの全体形状はネットにより規制され、また薄膜はネットに従うことになる。

〔薄膜〕一例として、膨張したエアバッグは、形状がほぼ球形であると仮定する。そうすると、膨張したエアバッグにおいて、ネットのコードは、バッグ半径に等しい曲率半径を有する、ほぼ局部的に少なくとも円弧になる。ネットの正方形の１つ、およびその正方形内の薄膜を考える。正方形の隅はゼロ位置高さを有し、かつξおよびηは中心から２つの隣接する縁までの部分距離である座標系を選定する。そうすると、正方形内の薄膜の任意の点の位置高さに関する下記の式は、適切な対称度、縁上の適切な値（コードの円弧）を有し、かつ求める中心位置高さを有する。

薄膜に対する損傷を予測する際、正方形内の薄膜は、当初は正方形の隅を通して平らであると仮定すると控えめとなる。薄膜表面における剪断応力および歪みが小さいならば、任意の方向の剪断応力および歪みは、その方向に沿ってほぼ一定になる。正方形の一辺から他辺までのξ方向の線の長さは、下記の通りである。

同一の線の歪みの無い長さは ｍであったので、任意の点におけるξ方向の歪みは、下記で与えられる。

ｍが約０．２５インチ、およびＲ_ｂａｇ が約１０インチならば、縁に沿う引っ張り歪みは約（１／６）（０．２５／（２ｘ１０））^２ ＝ ２．６ｘ１０^−５である。かくして、縁と直角をなす引っ張り歪みが大きいとき、その歪みは、その縁における縁に沿う歪みよりも非常に大きく、またその縁における縁と直角をなす引っ張り応力は、歪みが弾性ならば、縁と直角をなす歪みへ弾性係数を乗じたものに等しくなる。歪みが塑性ならば、縁と直角をなす引っ張り応力は、降伏応力σｙ にほぼ等しくなる。

縁に沿う単位長さ当たりの、４隅の平面と直角をなす方向における薄膜上の力は、下記のように、縁と直角をなす、表面における縁における引っ張り応力に、薄膜の厚さを乗じ、縁における薄膜の傾斜を乗じるか、または縁に沿うξ ＝ −１を乗じたものである。

ここにｈ は薄膜の厚さであり、またこの導関数は縁において評価される。ついで、隅の平面と直角をなす方向における、薄膜上のこの辺によりかかる合計力は下記のようになる。

また、４ 縁のそれぞれは、この方向に同一の力を及ぼすので、合計力は圧力に正方形の投影された面積を乗じたものに等しくなければならない。

薄膜が弾性のままであると、αは小さく、かつ下記のようになる。

一定の圧力、バッグサイズ、薄膜の弾性係数、薄膜の厚さおよびネットの網目サイズの場合、これは、ｃを求めるのに使用できる。ついで、薄膜における歪み分布および最大応力を求めることができる。代わりに、一定の圧力、バッグサイズ、薄膜の弾性係数および最大応力の場合、各網目サイズについて、必要な薄膜の厚さを求めることができる。

例えば、６０リットルのエアバッグを考える。これが球形であったならば、 Ｒ_ｂａｇ は９．５６インチになるであろう。薄膜が無充填のＰＢＴ（熱可塑性ポリエステル） であるならば、下記のようになる（Ｍｏｄｅｒｎ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ 、１９９２年１０月中旬、ｐ．４０２ からの引用）。

現在生産中の、このサイズの織りエアバッグは、２８ ｐｓｉゲージの破裂強さを有すると報告され、また１１オンスの測定された重量を有する。

薄膜が弾性のままであるならば、特性の最も控えめな組合わせを使用して、最大引っ張り歪みは、８２００／４３５，０００ ＝ ０．０１８８５未満でなければならないし、またαは、０．０１８８５ の６ 倍の平方根、すなわち０．３３６３未満でなければならない。最大αは、ηがゼロに等しいときに生じ、また（ｍ／（２Ｒ_ｂａｇ ））（１＋２ｃ） である。ｍ が０．２５インチならば、ｃ は、（９．５６／０．２５）０．３３６３ − ０．５ ＝ １２．３６ 未満でなければならない。これを達成するために、下記がある。

ついで、薄膜の重量は下記のようになる。

下記の結果は、このサイズのエアバッグの材料特性の全範囲および最大圧力を使用したものである。

最大圧力： ｈ についてこれらの値を使用した場合、薄膜は２８ ｐｓｉでは降伏しない。一旦降伏が始まり、薄膜が伸びて曲がると、薄膜は一層大きい圧力を支えることができる。実際の破裂圧力を予測するために、破断における最小の一方向の伸びをε_{ｂｒｅａｋ} ＝ ０．５ と仮定し、また正方形の中心において、各方向の歪みは最大であり、またその歪みは二軸であると仮定し、さらに各方向の許容歪みは、０．５ を２ の平方根で除したもの、すなわち０．３５３６であると仮定する。αはここでは小さくないので、式（２） における最初の結果が使用されて、許容α_ｍａｘ は、１．６５７ であると求められる。

これは、η ＝ ０で生じ、またｍ ＝ ０．２５および Ｒ_ｂａｇ ＝ ９．５６と共に、αの定義、式（３） から、 ｃは、６２．８６４であると求められる。Ｅ ＝ ４３５，０００ およびσｙ ＝ ８２００を使用すると、降伏歪みは０．０１８８５ であり、これはα ＝ ０．３３９に相当する。α／α_ｍａｘ ＝ １ − η^２／（１ ＋ １／（２ｃ））であるので、η ＝−０．８９５とη＝ ＋０．８９５との間の縁の部分は降伏している。控えめにするために、この範囲でσξ ＝σｙ とし、かつ縁の残りからの力を無視すると仮定する。そうすると、下記のようになる。

ｍ ＝ ０．２５、 Ｒ_ｂａｇ ＝ ９．５６、ｃ ＝ ６２．８６４を使用して、その積分が数値的に評価されて、０．６６１ であると求められた。ついでｈ ＝ ０．００１３６ を使用すると、破裂圧力は下記のようになる。

明らかに、安全性の非常に重要な係数が、この形状寸法を有する薄膜において使用できる。この解析を改善する、なんらかの実験により、その構造は多分さらに最適化できるであろう。

〔ネット〕ネットにおける各正方形は、ｍ^２のｐ 倍の力を支え、その力は薄膜により正方形の辺へ伝達される。辺の全長はｍ の４倍であるが、各辺は２ つの正方形から力を受けるので、一辺上の単位長さ当たりの法線力は、ｍ^２のｐ 倍をｍ の２ 倍で除したもの、すなわちｍ のｐ 倍の１／２ である。法線力を支えるコードは、単位長さ当たりの法線力にコードの曲率半径を乗じたものに等しい張力と、およびその張力をコードの断面積で除したものに等しい応力とを有する。かくして、コード材料における応力は下記のようになる。

エアバッグのカバーに必要なネット用正方形の数は、エアバッグ表面積をｍ^２で除したものにほぼ等しいので、必要なコードの全長は、これに２ｍを乗じたものである。かくして、必要なネットの重量は下記の通りとなる。

および、この最後の式は、エアバッグはほぼ球形であるという仮定から当然導かれる。この式により、一定のネット材料、エアバッグの形状寸法と圧力、およびネットにおける応力の場合、ネットの所要重量は、ｍ 、網目のサイズに依存しないことが分かる。この結果は、エアバッグは球形であるという仮定に依存しない。またこの式により、ネットの重量を最小にするために強いネット材料が重要であることが分かる。１ つの適切な材料はＫｅｖｌａｒ ２９ または４９であろう。この材料から成る糸は、入手でき、また４２０，０００ ｐｓｉ の引っ張り強さと、および立方インチ当たり０．０５２ ポンド（ 立方インチ当たり０．８３オンス） の密度を有する（ デュポンのパンフレットから引用）。

２００，０００ ｐｓｉ の動作圧力が、２８ ｐｓｉのエアバッグ圧力、０．２５インチの網目サイズおよび９．５６インチのエアバッグ半径に使用されるならば、糸の直径は下記の通りとなる。

これは、インチ当たり０．０００１３９８ の重量を有する。糸の全長は下記のようになるであろう。

したがって重量は、９１８８に０．０００１３９８ を乗じたもの、すなわち１．２８オンスとなる。

ついで、エアバッグの全重量は、ネット用の１．２８オンスに薄膜用の１．２４オンスを加えたもの、すなわち２．５ オンスになるであろう。これは、同一容積の現行の（織り） エアバッグの重量のほぼ４ 分の１ である。

上述した理由のために、ネットは、織り材料または薄膜よりも有効な、引き裂き伝播に耐える手段であることが分かる。一方、薄膜は、エアバッグ内のガスをシールおよび保持するのに有効である。このようにしてネットと薄膜を組合わせると、両方の材料の最良の特性を組合わせたものが得られる。この組合わせを使用する１ つの方法は、ネットの内部で薄膜エアバッグを膨張することである。単一薄膜エアバッグが使用され、かつ薄膜がネットよりも小さいならば、突発的な破損が依然生じることがある。薄膜エアバッグはガスを保持およびシールするのに使用し、またネットは張力を吸収するのに使用すべきである。

したがって薄膜エアバッグは、ネットよりも大きい必要がある。この要求事項は、多重薄膜エアバッグが単一ネット内で使用されるならば、幾分緩和できる。この場合、エアバッグの１ つが破損するならば、他のエアバッグは、その空隙を実質的に充満するので、全体システムの突発的な破損を防止する。しかしながら一般に、搭乗者のエアバッグとの相互作用により生じた全体の張力に耐えるために薄膜エアバッグに依存しないが、その目的のためにネットの構造に依存するのが好ましい。

したがって図６は、単一のネットが複数の薄膜エアバッグで充満される場合を示し、そこにおいて、エアバッグはガスをシールするのに使用され、またネットは、個別のエアバッグを保持し、かつ侵入する搭乗者に抗するように主張力を供給するのに使用される。単一エアバッグが単一のネット中に展開されると、そのシステムはほぼ球形の形状になろうとする。一方、運転者側のエアバッグの好ましい形状は、厚い平らな円板のようなものであり、それは、標準エアバッグでの内部つなぎ綱、または単一薄膜エアバッグの場合は同等な構造部材を使用する必要がある。

この形状は、多重薄膜エアバッグがネットを充満するのに使用されるならば、近似できる。各個別のエアバッグのサイズにより、複合バッグの厚さ、または運転者へ向けてそれが外方へ突き出しできる程度が決まり、また使用されるそのようなエアバッグ数により、エアバッグの高さと幅が決まる。当然ながらネットの全体のサイズと形状も、エアバッグシステムの全体形状に影響する。このようにして、任意の妥当なエアバッグ形状は、現在エアバッグに使用されるつなぎ綱帯を使用することなしに、大幅にコストを節減して近似化できる。代わりに、つなぎ綱が依然必要ならば、多重エアバッグが使用される場合、つなぎ綱はエアバッグ間でネット内に介在できる。

図６において複合エアバッグは、一般に２００ で示され、ネット２１０ と複数の薄膜小形エデバッグ２２０ とから構成される。これらの小形エアバッグのそれぞれは、図示されないマニホールドへ取り付けられ、そのマニホールドは、図示されないインフレータにより発生したガスを分布する。センサと診断システムが、エアバッグを展開すべきであると判断すると、電流がインフレータへ送られ、ついでインフレータはガスを発生し始める。そのガスは、マニホールドへ流入し、ついで以下に詳細に説明するように個別の薄膜エアバッグ２２０ へ流入する。それぞれの薄膜エアバッグ２２０ は、搭乗者を保護するように、膨張し、ネットを充満して複合エアバッグ２００ を形成する。ネットは、織り材料から製造されるか、または成形でき、成形の場合にそれは、一定用途に適切な精密な形状に容易に形成できる。

多重エアバッグは、各バッグにおける応力を減少するので、非常に薄い膜、ある場合には０．００１ インチ未満の膜を使用できる。ネットの素線は、一般に太さが０．０２インチ未満であるが、ネットは複合エアバッグの表面の小部分だけをカバーする。この結果、折り込まれ保管されるとき、対応する膨張したサイズの従来のエアバッグよりもかなり小さい容積、一般に約１／４ の容積を占める複合エアバッグが得られる。

図６に図示されるシステムの特に有用な改良は、薄膜エアバッグのそれぞれを膨張するのに使用されるガス量を、エアバッグ内の圧力により制御する場合に得られる。それぞれの薄膜エアバッグが、各エアバッグ内の圧力が例えば５ｐｓｉ のような値に達する点までだけ膨張され、その時点で付加的なガスがエアバッグに殆ど流入しないか、または全く流入しないならば、各エアバッグは、それが完全に充満するまで、またはその前方面が搭乗者のような物体と相互作用するまで膨張することになる。このようにして、複合エアバッグの展開した形状は、搭乗者の位置とサイズにより決まる。

この自己限定式構造の一例は、図７に図示され、その図は、既知の圧力まで膨張するように設計された多くのエアバッグから成る自己限定式エアバッグシステムの透視図である。当然ながら、単一の大形エアバッグが使用されるならば、エアバッグの形状は、同様に搭乗者と相互作用する形状により決まる。ここでの相違は、１つのエアバッグから他のエアバッグへ流れるガス流れ抵抗は、大形エアバッグの一部分から他の部分へのその抵抗よりも大きいということである。この事実は、エアバッグシステムが搭乗者を一層良く拘束できるのに、かつ搭乗者がエアバッグシステムから抜ける可能性を減少するのに役立つ。

図７において運転者側のエアバッグ３００ は、複数の薄膜エアバッグから構成される。展開中にガスは、マニホールド３１０ を通してこれらのエアバッグの全てに供給され、そのマニホールドは、この場合、大形のエアバッグの形態である。しかしながら、これらのエアバッグの１個以上の圧力が、ある特定のレベルに達すると直ちに、エアバッグへの流入が停止され、ガスは、依然低圧である他のエアバッグ３２０ への流入を継続する。エアバッグの全てが限界圧力に達すると直ちに、ガスの残りは、以下に説明するように、マニホールド３１０ 内の弁を通して搭乗者区画室３５０ 中に分流される。

図７において、運転者側のエアバッグが複数の小形エアバッグから構成されるならば、各小形エアバッグは、それが搭乗者と衝突する所まで膨張し、その時点で搭乗者は移動を停止し、圧力がバッグ内で高まり、それ以上の流れを遮断する。薄膜エアバッグの慣性が非常に低いので、搭乗者は、この衝撃により傷害を受けない。この構造において複合エアバッグは、搭乗者が着座しているか、してないかに関係なく、搭乗者と必ず相互作用するようになっている。図７に示される実施例において複合エアバッグは、搭乗者よりも実質的に大きく、したがって、複合エアバッグの周辺上の幾つかのバッグが搭乗者と相互作用しないので、搭乗者に巻き付く。このシステムは、搭乗者の特定の着座位置に対して最大の行程を提供するばかりでなく、また搭乗者を横移動から保護し、かつある程度拘束するので、搭乗者は、エアバッグから抜け出るか、または転がり出ることなく、エアバッグの利点を十分に享受することになる。

加えて、多重エアバッグとマニホールドの使用により、複合エアバッグが膨張する仕方を良好に制御でき、またバッグの折り込みなどの問題の重要性は非常に低くなる。以下に詳細に説明するようにマニホールドの構造を通して、特定のエアバッグは、他のエアバッグよりも優先的に膨張できるので、複合エアバッグの一定部分を、他の部分の前に搭乗者と係合させることができる。例えば運転者用エアバッグの場合、中央部分は先ず膨張できて、エアバッグを搭乗者の胸部へ固定し、一方、下方部分は膨張して、下部ハンドルリムから保護する。これにより、搭乗者が複合エアバッグをハンドルの上端に巻きつけてシステムの有効性を低下する可能性が減少する。

図６および７において、搭乗者の頭部と胸部を保護するようにエアバッグに考慮が払われた。エアバッグについての他の適用は、膝部の保護である。一例が図８に示され、その図は、搭乗者の膝を支持し、かつ寝ている子供を保護するようにした自己限定式エアバッグの一定部分を除去した透視図である。

膝用バッグは、過去において使用されてきたが、同一のインフッレータから、前部搭乗者エアバッグの内側において膨張されてきた。現在全ての膝保護システムは、非膨張式膝当て部材に依存している。しかしながら多くの搭乗者は、この膝当て部材から適切な膝保護を受けておらず、自動車会社は、有効な膝拘束部材の設計の際の困難性について関心を持っている。膝当て部材が搭乗者の膝近くに取り付けられるならば、搭乗者は、脚部に十分な余裕が無いと不平を言う。

一方、膝当て部材が離れ過ぎる場合、搭乗者は、特にシートベルトを着用していないならば、エアバッグの下にもぐり込み、重傷を負うことがある。上に引用した同時係属特許出願に開示される、改良されたモジュール化構造と組合わせた本発明の薄膜とネットの複合エアバッグにより、膝の保護を提供する低コストのシステムが実現できる。加えて、複合エアバッグは、十分に大きいならば、シートに横になって寝ている子供の保護もできる。

図８において、前部搭乗者用の複合膝保護エアバッグシステムが、一般に４００で示される。そのシステムは、外部エアバッグすなわちネット４１０ 、複数の薄膜エアバッグ４２０ 、および図示されないマニホールドと吸引式インフレータを備える。エアバッグ４２０ のそれぞれは、独立して作用するので、搭乗者の膝を有効に拘束し、それが横方向に移動するのを防止する。エアバッグが膝と計器パネルとの間の全体空間を充満し、かつここに計器パネルは、搭乗者の膝からかなり離れた距離の所に位置しているので、搭乗者のエネルギーを吸収できる偏位すなわち行程は、実質的により大きくなる。膝用バッグの展開は、搭乗者または他の物体との相互作用だけに限定されるので、複合膝保護エアバッグは、それが上部エアバッグ４７０ の下の空隙を充満するまで膨張して、寝ている子供を保護する。

図８の膝保護エアバッグは、図９において車両上に取り付けられ、膨張しているのが示される。上に開示された幾つかの実施例は、マニホールドを利用してインフレータからのガスを各薄膜エアバッグへ分布する。そのようなマニホールドの構造の一例は、図１０に示され、その図は、図８のエアバッグへインフレータガスを分布するのに使用されるマニホールドの詳細図である。図１０においてマニホールドは、一般に５００ で示され、図示されないインフレータからのガスを受入れる入口ポート５１０ から構成される。複数の出口ポート５３０ は、入口ポート５１０ の反対側に示され、各薄膜エアバッグへ通じる。幾つかの出口ポート５３０ は、入口ポート５１０ と殆ど一致しているので、他の出口ポート５３０ に優先してガスを受入れる。

特に、ポート５１０ から直接横断する方向にあるポート５３１ にガスが流入する方が、ポート５１０ からかなり離れているポート５３９ にガスが流入するよりも容易である。しかしながらポート５３１ に取り付けられる薄膜エアバッグが充満すると、エアバッグ内の圧力は、別のガスがポート５３１ に流入するのが妨げられ、ガスが他のポートへ、最終的にポート５３９ へ分岐されるまで増加する。チャンバー５５０の形状寸法および出口オリフィス５３０ の直径を変えることにより、インフレータ５９０ から各エアバッグまでのガス分布を制御できる。結局、全てのエアバッグが充満されると、チャンバー５５０ 内の圧力は、ガス発生手段によりさらに送り出される別のガスが、マニホールドチャンバー５５０ に設けられた専用ポートを通して、引き返して戻るまで増加する。

薄膜エアバッグの１ つの欠点は、エアバッグの収縮工程中にエアバッグからガスが排出できるように、エアバッグ内に出口オリフィスを置くのが難しいということである。これは、ポート５１５ とバネ押圧式カバー５１６ の使用により、図１０の例において好都合に解決されている。膨張中に小形エアバッグ全てにおける圧力上昇により、または衝突中に搭乗者によるエアバッグの負荷により、圧力がマニホールドチャンバー５５０ 内で高まると、カバー５１６ が開き、またガスがインフレータから流入するか、または小形エアバッグから流入するかには関係なく、マニホールド内のガスは、搭乗者区画室へ流出する。

別の利点は、出口経路は、搭乗者の負荷がエアバックへ加わるまで閉じているので、インフレータは一回だけエアバッグを充満すればよいということにある。現行の構造においては、エアバッグをほぼ２ 回充満するに足るガスが生成される。最後に、エアバッグが展開し始めると、搭乗者がエアバッグモジュールカバーへ押し付けられるならば、ポート５１５ は開き、また全てのガスは、搭乗者区画室へ排出されて、搭乗者への展開による重傷を防止する。

図１１において、ここに開示される自己拘束式エアバッグシステムが、後部に面する子供用シートに使用される場合の利点が図示される。この場合、エアバッグが展開するが、この展開工程は、薄膜エアバッグのそれぞれが子供用シートと相互作用するときに停止し、また各バッグ内の圧力は、流れが停止するまで上昇する。この場合に子供６４０は、エアバッグ６２０ により囲まれて、現行の構造のエアバッグの場合のように傷害を受けることなく、事故からさらに保護される。

薄膜エアバッグを形成する一方法が、図１２Ｒ＞２において一般に７００ で図示される。この実施例においてエアバッグは、膜材料の２ 枚の平らな薄板から形成され、その薄板は、継ぎ目７２１ においてヒートシールまたは接着剤シールされて、空気マットレスが形成されるものと殆ど同じ仕方で長いチューブ状小形エアバッグを形成する。図１２において、単層の小形エアバッグ７２０ が示される。他の実施例においては、２ 層以上が使用されるであろう。またチューブ状のパターンを図示してきたが、同心円形、ワッフル状、または長方形から成るものなどの他のパターンも可能である。運転者側に適切なチューブ状の形状の変形は、図１２のチューブ状の形状が、図１３に示されるように、チューブ端部を運転者へ向けて巻かれるときに実現する。

図１３において、運転者側のエアバッグは、８００ で図示され、図１２のエアバッグと同様な仕方で製造される。この場合、平らな薄膜が互いにシールされてチューブ層を形成した後に、その組立体は巻かれて、チューブを並列に保ち、その後に組立体は折り畳まれて、事前膨張パッケージを形成する。膨張すると、チューブは運転者へ向けて伸びる。このエアバッグは、チューブを所定位置に保持する数層の薄膜により囲まれる。チューブが巻かれる前のチューブの平面図が図１４に示され、そこにおいて層８２３ は、層８２４ と共にヒートシールされて、チューブ小形エアバッグを形成する。層８２３ からの余分の材料は、組立体の周りに巻かれて、チューブを互いに支持および保持する。

一般に、この開示はプラスチック薄膜を考慮してきた。当然ながら、ゴムを含む他の材料を使用して、幾つかのエアバッグ用途用の薄膜を製造できるであろう。また、ここで使用される用語のネットとは、かなりの数の孔を有し、したがって多孔性であり、エアバッグ製造には単独では適切でない材料を意味する。ネットは、糸または紐を編むか、または織って製造できるし、または成形によりプラスチックから製造できる。ここでの目的のために、ネットは、単一薄膜内に分布されるか、または２ 枚以上の薄膜間に挟まれる補強用繊維の使用を含む。当然ながら、ネットと薄膜は、ヒートシール、接着剤による接着、成形または他の適切な方法により、互いに組合わせて単一材料にすることができる。そのような複合材料は、ここで使用される用語の薄膜とネットに含まれる。

幾つかの好ましい実施例が図示および説明されてきたが、同一の機能を実施する構成部材用の他の形状、材料および異なる寸法を使用する組合わせが可能である。本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、また上記の特許請求の範囲により定まるものである。

第２の大形薄膜エアバッグ内の薄膜エアバッグの、部分的に切断および除去した透視図である。 図１の円形１Ａ内についての内部薄膜エアバッグおよび外部薄膜エアバッグの拡大図である。 図１の円形１Ａ内についての内部薄膜エアバッグおよび外部薄膜エアバッグの材料の拡大図であるが、外部薄膜エアバッグがネットにより取り替えられている別の構成を示す図である。 図１の円形１Ａ内についての内部薄膜エアバッグおよび外部薄膜エアバッグの材料の拡大図であるが、Ｋｅｖｌａｒの織物が２枚の薄膜間の接着層に組み込まれる別の構成を示す図である。 車両の一部を切断した透視図であり、ハンドル上に取り付けられ、膨張した図１の運転者用エアバッグを示す図である。 単一の搭乗者の保護システムを形成するように多重薄膜エアバッグとネットを使用するのを図示した透視図である。 指定圧力まで膨張するように設計された多くのエアバッグから成る自己限定式エアバッグシステムの透視図である。 搭乗者の膝を支持し、かつ寝ている子供を保護するようにしたエアバッグの一定部分を除去した透視図である。 車両の一部を切断した透視図であり、運転者を保護する、未膨張状態で取り付けられる図８の膝当てエアバッグを示す図である。 図８のエアバッグへインフレータガスを分布するのに使用され、かつ収縮中にエアバッグからのガス用の可変出口オリフィスを設けるのに使用されるマニホールドの詳細図である。 後部に面する子供用シートにおける子供を傷害しないように設計された多くのエアバッグから成る自己限定式エアバッグシステムの透視図である。 エアバッグがチューブから形成される、後部シート搭乗者用エアバッグシステムの透視図である。 チューブから成る運転者用エアバッグの透視図である。 巻かれる前の状態で示される図１３の運転者用エアバッグの透視図である。

符号の説明

１００ エアバッグ
１２０ 第１のエアバッグ
１１０ 第２のエアバッグ

Claims (8)

1. 膨張可能な搭乗者保護システムを有する車両において、膨張可能な搭乗者拘束装置であって、薄膜で頑丈に形成されたエアバッグと、前記エアバッグを膨張する手段と、前記エアバッグを前記膨張手段へ取り付ける手段と、前記車両の衝突に応答して前記膨張手段を起動する手段と、前記膨張手段を前記車両へ取り付ける手段とから構成される薄膜エアバッグシステム。
2. 膨張可能な搭乗者保護システムを有する車両において、膨張可能な搭乗者拘束装置であって、外部エアバッグと、少なくとも１個の内部エアバッグと、前記エアバッグは膨張すると実質的に前記外部エアバッグを充満するものであり、前記内部エアバッグを膨張する手段と、前記エアバッグを前記膨張手段へ取り付ける手段と、前記車両の衝突に応答して前記膨張手段を起動する手段と、前記膨張可能な搭乗者拘束装置を前記車両へ取り付ける手段とから構成される装置。
3. 膨張可能な搭乗者保護システムを有する車両において、少なくとも１個のエアバッグモジュールから構成される、万一衝突の場合に搭乗者を保護する膨張可能な搭乗者拘束組立体であって、前記モジュールは、少なくとも２個の隣接するエアバッグと、前記エアバッグを膨張する手段と、前記エアバッグを前記膨張手段へ取り付ける手段と、前記車両の衝突に応答して前記膨張手段を起動する手段と、前記モジュールを前記車両へ取り付ける手段とから構成されるようにした組立体。
4. 膨張可能な搭乗者保護システムを有する車両において、膨張可能な搭乗者拘束モジュールであって、ハウジングと、展開前に前記ハウジング内に収納される少なくとも１個のエアバッグと、展開前に前記ハウジング内に収納される前記エアバッグを囲むネットと、ガス発生手段から成る、前記エアバッグを膨張する手段と、前記エアバッグを前記膨張手段と流体連通して、前記膨張手段へ取り付ける手段と、前記膨張手段を前記ハウジングへ取り付ける手段と、前記車両の衝突に応答して前記ガス発生手段を起動する手段と、前記ネット手段を前記ハウジングへ取り付ける手段と、前記モジュールを前記車両へ取り付ける手段とから構成されるモジュール。
5. 膨張可能な搭乗者保護システムを有する車両において、実質的に等しい容積の少なくとも２個の区画室を有するエアバッグを製造する方法であって、エアバッグ材料の少なくとも１個の平らなパネルを提供する段階と、前記の平らなパネルの対向する部分を結合して前記区画室を形成する手段を提供する段階とから構成される方法。
6. 膨張可能な搭乗者膝保護システムおよび少なくとも１個のシートを有する車両において、膨張可能な搭乗者拘束装置であって、少なくとも１個の膝拘束エアバッグと、前記膝拘束エアバッグだけにガスを供給する膨張手段と、前記エアバッグを前記膨張手段と流体連通して、前記膨張手段へ取り付ける手段と、前記車両の衝突に応答して前記膨張手段を起動する手段と、前記膨張手段を前記車両へ取り付ける手段とから構成される装置。
7. 車両用のエアバッグであって、
   複数の薄膜と、前記薄膜うち２つは少なくとも互いに対抗しており、
   実質的に直線状に形成され互いに結合しており、２つの対抗した薄膜間に膨張剤を受容できる区画が相互に結合されている前記２つの対抗した薄膜を有する装置。
8. 車両用のエアバッグを製造する方法であって、
   複数の薄膜を供給する段階と、
   ２つの薄膜が少なくとも部分的に互いに対抗する関係にあるように結合する段階と、
   前記互いに薄膜を結合する段階は、質的に直線状に形成され互いに結合しており、２つの対抗した薄膜間に膨張剤を受容できる区画が相互に結合される段階を有する方法。

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