JP2005518295A - エアベルトインフレータ - Google Patents

Abstract

本発明は、イニシエータアセンブリ（１８）と、該イニシエータアセンブリ（１８）と点火可能に連通する推進剤ベッド（４４）とを有するインフレータハウジング（１２）を含む、ガス発生器として記述するのが最も当てはまる。ガス発生器（１０）は、インフレータハウジング（１２）に固定され、かつそれと同軸に整列されたフィルタボディ（１４）をさらに収容し、このフィルタボディ（１４）は、第１のフィルタ（５６）および第２のフィルタ（６２）を少なくとも収容し、第２のフィルタ（６２）が第１のフィルタ（５６）と同軸かつ直線関係になるようにされる。望ましい場合には、フィルタボディ（１４）は、少なくとも１つの有孔ディスク（５０）、少なくとも１つのスペーサ部材（５４）、および少なくとも１つの追加のフィルタ部材（６２）を追加で収容してもよい。設計要件または固有の応用によって、フィルタボディ（１４）内への、これらの構成要素の配置と追加が決まる。

Description

発明の詳細な説明

関連出願の相互参照
本出願は、２００２年２月２６日付出願の米国仮出願第６０／３５９，６８６号の利益を、主張するものである。

発明の分野
本発明は、車両乗員保護システムに関し、より具体的には、例えば、エアベルトまたは側面衝突エアバッグに付随するインフレータに、調整可能ガス出力量（output rate）および目的に合わせた推力を提供する、ガス発生器またはインフレータに関する。

背景
車両乗員保護システムにおいて進行する改良として、側面衝突エアバッグおよびエアベルトシステムなどの、サブシステムの出現がある。多種多様な車両において、そのようなシステムを実現するために、調整可能ガス出力量および目的に合わせた推力の機能を有するガス発生器が望まれる。従来技術によるガス発生器の多くが、これらの目的に有用であるが、ガス出力およびそれに付随するインフレータ推力を目的に合わせて容易に変えられることは、既知のインフレータに対して、いくつかの利点をもたらす。

発明の概要
火工材料（pyrotechnic materials）の燃焼によるガスを、膨張式安全ベルトまたはエアバッグに供給かつ誘導するための、エアベルトインフレータ（１０）が提供される。インフレータ（１０）は、好ましくは、実質的に円筒形のインフレータボディ（１２）とともに、実質的に円筒形のフィルタボディ（１４）を含む。イニシエータアセンブリ（２２）は、イニシエータボディ（２４）、点火装置（２６）、および、望ましい場合には、ブースタ装入物（４０）を含み、ガス発生器（１０）の第１端（１８）に固定されて、インフレータ（１０）作動時には、ガス発生剤ベッド（４０）に点火する。ボディ１２および１４は、ボディ１２および１４を分離するためにフィルタボディ内部で半径方向に延びる有孔ディスク５０を有する、セントラル円周溶接部（１６）で接合されている。

望ましい場合には、実質的に円筒形の細長いスペーサ部材（３０）を、インフレータボディ（１２）内で棚状突起（ledge）（３４）で支えて、それにブースタ推進剤（４０）をある量だけ含める。複数の開口によって、前記細長いスペーサ部材（３０）の第１のブースタチャンバ（３８）が、ある量の主推進剤（４４）を収容する第２の推進剤チャンバ（４２）に流体的に連結（連通）される。第２のチャンバ（４２）は、有孔クッション（４６）およびバーストシム（burst shim）（４８）によって、円筒形スペーサ部材（５４）の内部によって形成される第３のチャンバと分離されている。

異なる形状寸法を有し、したがって異なる容積を有する空所を生成する、スペーサを、インフレータ内に設置して、ガス出力量の低減を変化させることができる。フィルタ（５６）および第２の有孔ディスク（５８）は、第３のチャンバを、第４チャンバ、すなわち第２の円筒形スペーサ部材（６０）の内部から分離する。出力増強装置または第２のフィルタ（６２）が、第４のチャンバに隣接して配置されており、インフレータから出るガスの利用可能な流れ面積を低減または増大することによって、インフレータ（１０）の一端に位置するノズル（６４）を通過するガス出力量を、低減または増大させる。異なる隙間密度を有する出力増強装置を、イニシエータ（１０）内に配置して、ガス出力を調整して膨張速度（rate of inflation）を変化させることができる。言い換えると、第１フィルタ（２８）よりも、比較的多い、または少ない１立方センチメートル当たりの金属メッシュ（metal mesh）を有する出力増強装置（output enhancer）は、時間変化に対するガス圧力の上昇または低下をもたらす。

要約すると、本発明は、イニシエータアセンブリおよび、このイニシエータアセンブリと点火可能に連通する推進剤ベッドを収容する、インフレータハウジングを含む、ガス発生器であるというのが最も的確な記述である。ガス発生器は、インフレータハウジングに固定されてそれと同軸に整列されたフィルタボディを、さらに含み、このフィルタボディは、少なくとも第１フィルタおよび第２フィルタを含み、第２フィルタは、第１フィルタと同軸かつ直線状の関係にある。望ましい場合には、フィルタボディは、さらに、少なくとも１つの有孔ディスク、少なくとも１つのスペーサ部材、および少なくとも１つの追加のフィルタ部材を含むことができる。

第１フィルタの隙間容積（interstitial volume）は、第２フィルタの隙間容積に等しいか、より大きいか、またはより小さい。言い換えると、金属メッシュ密度、それは第１フィルタ内の、立方センチメートル当たりの金属の全グラム数であって、第２フィルタ用の金属メッシュ密度より大きいか、より小さいか、または同等である。本明細書において使用する場合の、「密度」は、物理的な特性としての金属の種類に固有の密度ではなく、金属の全容積を意味する。好ましい一実施態様は、同種の金属からなるが、上述のように異なる金属体積を有する、第１および第２のフィルタを実際に収容している。

詳細な説明
図１を参照すると、本発明の好ましい実施態様によるエアベルトインフレータ１０の横断面図を示してある。インフレータ１０は、主として、火工材料の燃焼によるガスを、膨張式車両安全エアベルトまたは側面衝突エアバッグに、供給かつ誘導するように設計されている。例示的であるが、限定的ではないエアベルトが、米国特許第６，４３９，６０１号、第６，１１６，１３７号、第６，１７０，８６３号、第６，１４５，８７３号、および第６，１４２，５１２号に記載されており、これらの教示を、本明細書に参照として組み入れてある。

インフレータ１０は、好ましくは金属製で実質的に円筒形のインフレータボディ１２とともに、やはり好ましくは金属製で円筒形のフィルタボディ１４を含む。インフレータボディ１２の直径は、フィルタボディ１４よりもわずかに小さいのが好ましいが、本発明の範囲を逸脱することなく、これらを同等寸法形状とするか、またはインフレータボディ１２をフィルタボディ１４よりも大きくすることもできる。好ましい一実施態様においては、構成要素ボディ部分１２および１４は、円周溶接部（circumferential weld）１６に沿って互いに溶接されているが、ねじ、圧着、または接着剤などの取り付け方法も、本発明の範囲を逸脱することなく、使用することができる。インフレータ１０は、好ましくは、第１端１８および第２端２０を有する。イニシエータアセンブリ２２は、好ましくは金属製として、第１端の内部に配置して、従来方法でインフレータボディを圧着して固定する。

イニシエータアセンブリ２２は、取り付け式点火装置２６を備える、イニシエータボディ２４を含む。その他の組み付け方法、例えばねじの螺合、またはスナップ嵌め、または圧入による連結を、圧着の代わりに使用して、イニシエータアセンブリ２２を位置決めすることができることを認識すべきである。好ましくは、Oリング２８で、イニシエータボディ２４を包囲して、インフレータボディ１２の第１端１８を流体的に封止し、このOリングは従来型のゴム材料とすることができる。点火装置２６またはスクイブ（squib）は、好ましくは第１端１８からアクセスの可能な、１組の電気接点２８を有する。点火装置２６は、任意好適な既知の点火装置、例えば、本明細書に参照により組み入れてある、米国特許第５，９３４，７０５号に教示されている点火装置でもよく、好ましくは、車両乗員保護システムにおいて一般的に使用される、既知の衝突センサアルゴリズムと通信することによって、それを従来方法で起動することができる。

第１の実施態様においては、イニシエータボディ２４は、有孔エンドプレート３２を備える実質的に円筒形のスペース部材３０で支えられており、スペーサ部材３０は、インフレータボディ１２の内壁に一体化された内部棚状突起３４に当接している。したがって、第１端１８をカシメて圧着すると、イニシエータアセンブリ２２およびスペーサ部材３０が、第１端１８と棚状突起３４との間に、位置決めされて強固に保持される。イニシエータボディ２４およびインフレータボディ１２上に、ねじを有する一実施態様においては、インフレータボディ１２を圧着するのではなく、イニシエータボディ２４を、インフレータボディ１２に対して捩ることによって、同様に構成要素を固定することができる。

スペーサ部材３０は、好ましくは、長く伸びた側壁３６を含み、この側壁が、エンドプレート３２から間隔をあけてイニシエータアセンブリ２２を配置して、第１チャンバ３８を生成する。好ましい一実施態様においては、ブースタ装入物４０とともに自己点火材料を、空洞３８内に配置して、従来方法で点火装置２６によって点火する。第２のチャンバ４２は、有孔エンドプレート３２の反対側に形成されて、主推進剤挿入物４４を収納する。図１に示すように、エンドプレート３２は、第１チャンバ３８を、第２チャンバ４２から分離する。チャージまたはガス発生剤組成物は、当該分野において知られている任意好適な推進剤とすることができ、好ましくは、タブレット形態の非アジド推進剤で構成する。限定はされないが、例示的な組成物が、参照により本明細書に組み入れてある、米国特許第５，８７２，３２９号、第５，７５６，９２９号、第５，３８６，７７５号に記載されている。

好ましくは、クッション４６を、主推進剤装入物４４に隣接して配置して、通常の車両運転中の摩擦および破壊に対して、推進剤タブレットに緩衝を与えることを支援する。バーストシム４８を、クッション４６に隣接して配置して、推進剤チャージ４４の点火の直後に、従来方式で破断させる。インフレータ１０は、好ましくは、最初にボディ構成要素１２および１４を溶接し、次いで内部構成要素を同軸に整列して、直列に配置して、最内部から再外部へと、すなわちこれらの構成要素を、最初に溶接結合体１６に隣接して、最後に構成要素を第１端１８または第２端２０に隣接して挿入することによって組み立てる。

一実施態様において、フィルタハウジング１４内に位置する構成要素として、有孔ディスク部材５０があり、これは、好ましくはインフレータボディ１２の円筒端面５２に当接するように位置して、溶接結合体１６に隣接する。開放端を有する実質的に円筒形のスペーサ５４は、好ましくは、第１の側で、ディスク部材５０に隣接して位置し、第２の側でフィルタ５６に隣接する。フィルタ５６は、好ましくは、ミシガン州HillmanのWayne Wire Cloth製またはミシガン州SaginawのExpan Metal製の、周知の従来型金属製メッシュフィルタであるが、その他の好適な種類のフィルタで代替することもできる。フィルタ５６は、従来式の方法で、膨張ガスから燃焼スラグを除去するとともに、ヒートシンクとしても作用して、インフレータ１０から出る膨張ガスの温度を低下させる。

好ましい一実施態様においては、第２の有孔ディスク５８が、フィルタ５６に隣接して、第２端２０に向かって外側に配置されて、第２の実質的に円筒形のスペーサ６０に当接する。スペーサ６０に隣接して、出力増強装置または第２フィルタ６２、好ましくはフィルタ５６に類似する金属メッシュフィルタであり、フィルタ５６および６２に使用する金属は、好ましくは同一であるが、金属の密度、すなわちｇｍ／ｃｍ^３は異なり、フィルタボディ１４を通過する流れを、低減または増大させる。ノズル６４は、好ましくは単体の金属部品であり、出力増強装置６２に隣接して配置して、好ましくは、Oリング２８と類似の環状のOリング６６を含み、第２端２０において流体緊密な封止をもたらす。好ましい一実施態様においては、第２端２０は圧着して、その中の種々の構成要素を固定するが、ノズル６４およびフィルタボディ１４上のねじを、代わりに使用することも出来る．

インフレータ１０は、比較的小型、軽量で、製造が容易である。さらに、インフレータボディ１２内および、特にフィルタハウジング１４内に配置される様々な構成要素を、多種多様な方法で配置して構成することができる。フィルタ、ディスク、増強装置、スペーサ、およびノズルのそれぞれの組み合わせによって、異なるガス出力特性が生じるので、本発明は、インフレータの出力を、異なる用途に対して調整することを可能にする。例えば、本発明の一実施態様は、複数の開口６８を有する第１の有孔ディスク５０と、単一の中央開口７０を有する第２の有孔ディスク５８とを含む。一代替実施態様には、同一のディスクを、位置を変更して含めて、異なるガス流を得ることができる。その他多数の配設が可能であり、その他の用途に対しては、追加のディスクまたはフィルタを、フィルタボディ１４内に配置することさえもできる。

衝突、突然の車両の減速、またはその他の所定の条件が発生した場合には、搭載電子コントローラ（図示せず）から点火装置２６に、従来方法で電気信号が送られる。続いて、点火装置２６は、第１の空洞３８に位置するガス発生剤ブースタタブレットに点火する。ブースタタブレット４０の点火によって、第２の空洞４２内にある主装入物タブレット４４が、相対的に急速に点火される。主装入物４４の点火によって、インフレータボディ１２内に燃焼ガスが非常に急速に生成され、その結果として、インフレータボディ１２内の内部ガス圧力の非常に急速な上昇が起こる。内部ガス圧力が、十分なレベルに上昇すると、それによって、従来方式でバーストシム４８が破断する。それ以後、ガスが、様々な構成要素を通過して、フィルタボディ１４に流れ込み、ノズル６４を出て、関連するエアベルトまたはエアバッグ（図示せず）へと流れ込む。好ましい一実施態様においては、インフレータ１０は、車両Ｂピラー内に配置されて、車両センシングシステムによって起動されると、膨張ガスを、膨張式安全拘束ベルト中に誘導することができる。しかしながらインフレータ１０は、車両Ｃピラー内、車両のさらに別の場所に配置することも可能である。さらに、インフレータ１０は、車両エアベルトに特に有用であるが、その他の車両乗員保護エアバッグにおいても応用可能である。

第２の実施態様においては、フィルタボディ１４は、上述したものよりも、少ない構成要素を収容してもよい。しかしながら、含まれる構成要素はすべて、インフレータボディ１２およびフィルタボディ１４中を延びる縦方向軸７２と同軸に整列させる。例えば、フィルタボディ１４は、溶接結合部１６から第２端２０へと軸方向の外側に、次の構成部品：第１の有孔ディスク５０、第１のフィルタ５６、第２のフィルタ６２、およびノズル６４を単に直列に配置して収容してもよい。インフレータが作動すると、推進剤４４の燃焼によって生成されるガスは、最初に、インフレータハウジング１２から、有孔ディスク５０を通過するように誘導される。次いで、このガスはフィルタ５６を通過して前進して、ガスのフィルタリングと冷却が行われる。次に、ガスは、フィルタ５６を通過して、そのフィルタリングと冷却が行われる。次に、ガスは、フィルタ６２を通過して、付随するガス流および／または推力の所望の変更が行われる。最後に、ガスはノズル６４を通過する。そしてフィルタハウジング１４を通過することによって、様々な推力、温度および流れ特性の特徴が付与される。

複数のフィルタが一緒に作用して、ガス圧を時間経過とともに変化させる状況を説明する、いくつかの状況がある。
１）第１に、フィルタ５６内の金属メッシュ密度、または金属のｇｍ／ｃｍ^３が、フィルタ６２のそれよりも大きい（その他のすべてのもの、例えば使用する金属のボリュームおよび種類は同等である）場合には、チャンバ圧力は、時間と共に比較的緩やかに増大することになる。
２）第２に、フィルタ５６内の金属メッシュ密度、または金属のｇｍ／ｃｍ^３が、フィルタ６２のそれよりも小さい（その他のすべてのもの、例えば使用する金属のボリュームおよび種類は同等である）場合には、チャンバ圧力は、比較的短い時間の間に急激に増大する（すなわち、はるかに急な勾配を示す）ことになる。
３）第３に、フィルタ５６内の金属メッシュ密度、または金属のｇｍ／ｃｍ^３が、フィルタ６２のそれと等しい（その他のすべてのもの、例えば使用する金属のボリュームおよび種類は同等である）場合には、チャンバ圧力は、状況（１）と状況（２）の中間の増大を示すことになる。

金属メッシュフィルタ５６および６２は、好ましくは、各フィルタにおける隙間容積の合計に対して、３５〜６０容積％の金属メッシュを含むことに留意されたい。一般的に、各フィルタにおいて、隙間容積は金属メッシュ容積と逆比例関係にある。言い換えると、金属メッシュの密度が増大すると、同一フィルタ内部での隙間容積は減少する。
最後に、上述のように、その他の構成要素も最適化することによって、設計要件に基づいて、様々なガス流および温度状態を助長することができる。例えば、有孔ディスクおよびスペーサを組み合わせて、絞りまたはベンチュリ型の効果を生成することによって、ガス推力を変更することができる。そのような例として、例えば、それぞれのディスクにおける穿孔またはガスオリフィスの数を変更すると、ガス流量が必然的に変わることになる。したがって、有孔ディスクの後にスペーサを使用することによって、顧客要件に応じて、ガスの冷却および膨張を助長することができる。

要約すると、本発明によれば、例えば、側面衝突およびエアベルトなどの様々な応用のために専用設計されるフィルタボディ１４との流体連通によって、インフレータボディ１２から流出するガスを、目的に合わせて適応させることが可能となる。言い換えると、フィルタボディ１４は全体として、上記のような構成要素の多数の順列（permutations）および組み合わせによるガス流調整装置と見なすことができる。
本記述は、説明のためだけのものであり、いかなる方法においても本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。すなわち、添付の請求の範囲によって特定される対象範囲から逸脱することなく、本明細書で開示する実施態様に対して、様々な修正、追加、および変更を加えることができることを、当業者は認識するであろう。

本発明によるガス発生器の横断面図である。

Claims (6)

1. 第１端と第２端とを有するとともに、イニシエータアセンブリと、該イニシエータアセンブリによって点火可能な推進剤ベッドとを含む、インフレータハウジング；および
   前記インフレータハウジングに固定され、かつそれと同軸に整列されて、前記インフレータハウジングと流体連通するフィルタボディであって、第１フィルタと、該第１フィルタと同軸かつ直線状の配列関係にある第２のフィルタとを含む、前記フィルタボディを含み、
   前記第１フィルタの間隙容積が、前記第２フィルタの間隙容積と等しいか、それよりも大きいか、またはそれよりも小さく、前記推進剤の燃焼によって生成されるガスが、前記インフレータハウジングから前記フィルタボディ内へ流れ、次いで、前記第２のフィルタを通過すると、フィルタボディから出る、車両乗員保護システム用のガス発生器。
2. フィルタボディが、次の構成要素：
   少なくとも１つの有孔ディスク、少なくとも１つのスペーサ部材、および少なくとも１つの追加フィルタ部材の、１つまたは２つ以上をさらに含み、前記構成要素が、第１および第２のフィルタと直線状かつ同軸関係に配置されている、請求項１に記載のガス発生器。
3. 点火装置と、該点火装置によって点火可能な推進剤ベッドとを含むインフレータハウジング；および
   前記インフレータハウジングに固定され、かつそれと同軸に整列されて、前記インフレータハウジングと流体連通するフィルタボディであって、第１ガスフィルタと、該第１ガスフィルタと同軸かつ直線状の配列関係にある第２ガスフィルタとを含む、前記フィルタボディを含み、
   前記第１フィルタの間隙容積が、前記第２フィルタの間隙容積と等しいか、それよりも大きいか、またはそれよりも小さく、前記推進剤の燃焼によって生成されるガスが、インフレータハウジングからフィルタボディ内へ流れ、次いで、前記第２のフィルタを通過すると、フィルタボディから出る、車両乗員保護システム用のガスインフレータ。
4. フィルタボディが、次の構成要素：
   少なくとも１つの有孔ディスク、少なくとも１つのスペーサ部材、および少なくとも１つの追加フィルタ部材の、１つまたは２つ以上をさらに含み、前記構成要素が、第１および第２のフィルタと直線状かつ同軸関係に配置されて、インフレータ動作時にガス流を変更する、請求項３に記載のガスインフレータ。
5. 点火装置と、該点火装置によって点火可能な推進剤ベッドとを含む、インフレータハウジング；
   該インフレータハウジングと流体連通し、前記推進剤ベッドの燃焼時のガス流に対して、その下流にあるフィルタボディであって、前記インフレータボディに固定され、かつそれと同軸に整列された前記フィルタボディ；
   前記フィルタボディ内部に半径方向に拘束されて、前記推進剤ベッドの燃焼によって生成されるガスをフィルタリングする第１のフィルタ；および
   前記フィルタボディ内部で半径方向に拘束され、かつ前記第１のフィルタの下流にあって、前記推進剤ベッドの燃焼時に生成されるガス流を、フィルタリング、冷却、および／または調節する、第２のフィルタであって、前記第１のフィルタと同軸かつ直線状の配列関係にある前記第２のフィルタを含み、
   前記第１フィルタの間隙容積が、前記第２フィルタの間隙容積と等しいか、それよりも大きいか、またはそれよりも小さく、前記推進剤の燃焼によって生成されるガスが、インフレータハウジングからフィルタボディ内へ流れ、次いで、前記第２のフィルタを通過すると、フィルタボディから出る、車両乗員保護システム用のガスインフレータ。
6. フィルタボディが、次の構成要素：
   少なくとも１つの有孔ディスク、少なくとも１つのスペーサ部材、および少なくとも１つの追加フィルタ部材の、１つまたは２つ以上をさらに含み、前記構成要素が、第１および第２のフィルタと直線状かつ同軸関係に配置されて、インフレータ動作時にガス流を変更するとともに、
   前記構成要素が、前記第１および第２のフィルタと同軸に整列されて、前記フィルタボディ内で半径方向に拘束されるとともに、前記構成要素が、前記推進剤の燃焼時に生成されるガス流を最適化するために、前記フィルタボディ内に配置されて、直線状に並べられている、請求項５に記載のガスインフレータ。

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