JP2007302230A - ガス生成システム - Google Patents

Abstract

【課題】エアバッグのガス生成システムで、より軽くより安価なシステムを提供する。
【解決手段】ガス生成システムは、ポリマーの外側のハウジング１２、および外側のハウジング１２内に配置され、コンバスションチャンバー１５dを画定するポリマーの内側のハウジング１５、および内側のハウジング１５内に含まれている火工品のガス生成物質５２を含む。本ガス生成システムは、エアバッグシステムおよび乗り物乗員保護システムに適用可能である。
【選択図】図１

Description

関連出願との相互参照
この出願は、２００６年４月２１日に出願された仮出願番号６０／７９３，９００の利益を要求する。

本発明の背景
本発明は、一般に自動車での膨張可能な乗員保護システムで使用されるガス生成システムに関する。

「エアバッグ」として一般に公知である、膨張可能な乗員保護システムの、全ての新車での標準設備としての設置は、より小さな、より軽い、およびより安価な保護システムの研究への要求を強めた。従って、そのようなシステムで使用されるガス生成システムは最も重く最も高価な要素である傾向があるので、より軽くより安価なガス生成システムに対する必要がある。

ガス生成システムの構造中の鋼のような金属の広範囲な使用は、さらにガス生成システムの重量を増す。さらに、ガス生成装置ハウジングはアルミニウムのような物質から形成されることがある。これらの比較的軽量の素材は、乗り物の火災において到達するような、異常な高温で強度を失う場合がある。乗り物の火災において経験される温度では、ガス生成物質は自動発火し、インフレータハウジング材料の低下された強度のために、インフレータハウジングの構造の一体性を失わせるのに十分な圧力で膨張流体を発生する。そのような構造の一体性が失われるのを防ぐために、インフレータは典型的には、ハウジングの材料がその強度の顕著な割合を失い始める温度以下の温度で、自動発火してガス生成物質の燃焼を始める、自動発火物質を含んでいる。しかしながら、ガス生成装置中のこの自己発火物質の設備および配置は、ガス生成システムの要素とアセンブリーのコストを増す。

本発明の要約
ガス生成システムは、外側のハウジング、外側のハウジング内に配置したポリマーの内側のハウジング、および内側のハウジング内に含まれている火工品のガス生成物質を含んで提供される。内側のハウジングは、ガス生成物質のためのコンバスションチャンバーを画定する。特定の実施態様では、外側のハウジングは高分子材料から形成される。

本発明の別の態様では、ハウジングアセンブリーはガス生成システムにおける使用のために提供される。ハウジングアセンブリーは、ガス生成システムの外側のハウジング内に位置するように適合されたポリマーの内側のハウジング、および、内側のハウジング内に含まれる火工品のガス生成物質を含み、内側のハウジングはガス生成物質のためのコンバスションチャンバーを形成する。
本発明の異なる態様では、少なくとも１つのエアバッグおよび本明細書に記載されているガス生成システムを含むエアバッグシステムが提供される。
本発明の異なる態様では、本明細書に記載されるガス生成システムを含む乗り物乗員保護システムが提供される。

詳細な説明
図１は、本発明のガス生成システム１０の１つの実施態様を示す。ガス生成システム１０は、相対する端１２ａ、１２ｂ、および両端の間に伸びてハウジング内部キャビティー２１を画定する壁２６を有する、実質的に円筒状の外側のハウジング１２を含んでいる。しかしながら、外側のハウジング１２は設計上の要求により、様々な適当な形状のうちの任意の１つの形状に形成されることができる。外側のハウジング１２は、金属材料、ポリマーまたはここに記載された用途にふさわしい他の物質から形成されることができる。特定の実施態様では、外側のハウジング１２は、成型プロセス、押し出しプロセスまたは他の適当な高分子加工方法を使用して、高分子材料から形成される。ハウジングの第２の端１２ｂは、ハウジングの内部とハウジングの外部の間の流体連絡を可能にするために少なくとも１つのガス出口開口部１３を含んでいる。１つの実施態様では、開口部１３は、ハウジングの内部と、ガス生成システムに動作可能に連結された、組み合わせる膨張可能な要素（例えば乗り物エアバッグ）（図示されない）の間の流体連絡を可能にする。

外側のハウジング１２はガス生成システムの他の要素を封入し、および／またはそれらの構造の支持を提供する。ポリマーを使用する実施態様では、設計上の要求により、外側のハウジング１２は実質的に無定形の構造を有する物質、実質的に結晶構造を有する物質、または無定形領域と結晶領域の組み合わせを有する物質から形成されることができる。一般に、外側のハウジングの高分子材料は、少なくとも燃焼反応が完了し、生成されたガスがガス生成システムから流出し、付随する膨張可能なデバイス中へ流入するに十分な時間、ハウジング内に含まれるガス生成物質（以下に詳述する）の発火と燃焼の間に経験される高い圧力と温度において、構造の一体性を保持することができる十分な強度と十分に高い融点を有するべきである。１つの特定の実施態様では、外側のハウジング１２は比較的高い結晶化度を有している高分子材料から形成される。これはそのような物質の融点が一般に、主に非晶質である物質の融点よりも明白に画定されるという事実による。別の特定の実施態様では、外側のハウジング１２は比較的低い融点、一般に１２５℃から２００℃の範囲内の融点を有する高分子材料から形成される。それにより、炎または高温にさらされた時に外側のハウジングが比較的速く溶融することを許容し、内側のハウジング１５を炎または高温に暴露することを許容する。外側のハウジング１２に使用するにふさわしいポリマーの例としては、例えば、ナイロン６（ポリアミド）、ナイロン６／６（ポリアミド）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）または他の同様の組成物があげられる。ナイロン６およびナイロン６／６は、デュポン社、または様々な他のベンダーから商業上利用可能である。特定の設計の必要条件に応じて、外側のハウジング１２で使用するにふさわしいポリマーの他の例としては、ポリエチレンとポリプロピレンの様々な配合物があげられる。

本発明は、ガス生成システムにおいて使用されるハウジングアセンブリーを含み、該アセンブリーはガス生成システムの外側のハウジング１２内に配置されるように適合されたポリマーの内側のハウジング１５、および内側のハウジング内に含まれる火工品のガス生成物質５２（以下に詳細に記載される）を含む。図１の中で示される実施態様では、内側のハウジング１５は実質的に円筒状で、外側のハウジング１２とは間隔を置かれて配置され、外側のハウジングと内側のハウジングの間に伸びる流体の流れ通路３３を形成する。しかしながら、内側のハウジング１５は設計の要求に応じて、様々な適当な形状のうちの任意の１つの形状に形成されることができる。内側のハウジング１５は、１対の相対する端１５ａ、１５ｂおよび端の間に伸びる壁１５ｃを有し、ガス生成物質５２のためのコンバスションチャンバーとして機能するハウジング内部キャビティー１５ｄを画定する。内側のハウジングはその内部に形成された１以上のガス出口開口部１５ｅを含み、内部キャビティー１５ｄと外側のハウジング１２のガス出口開口部１３との間の流体連絡を可能にする。図１の中で示される特定の実施態様では、内側のハウジング１５は、ハウジングの第２の端１５ｂの円周方向に間隔を置いて配置される複数のガス出口開口部１５ｅを有する。さらに、図１の中で示される特定の実施態様の中では、ガス出口開口部１５ｅは、内側のハウジングキャビティー１５ｄと流体の流れ通路３３の間の流体連絡を提供し、バッフル４０（以下により詳細に記載される）が、ガスが外側ハウジング１２から流れ出る前に、生成されたガスの冷却と、ガスからの粒子の蓄積のために、内側のハウジングキャビティー１５ｄとガス出口開口部１３の間の流体の流れ経路に沿って配置される。しかしながら、ガス生成システムはバッフルなしで構成されることができる。

内側のハウジング１５は、成型プロセス、押し出しプロセスまたは他の適当な高分子加工方法を使用して、高分子材料から形成される。外側および内側の両方のハウジングがポリマーである実施態様では、内側のハウジングおよび外側のハウジングは同じ物質、または異なる物質から形成されることができる。設計上の要求により、内側のハウジング１５は実質的に無定形の構造を有する物質、実質的に結晶構造を有する物質、または無定形領域と結晶領域の組み合わせを有する物質から形成されることができる。一般に、内側のハウジングの高分子材料は、少なくとも燃焼反応が完了し、生成されたガスが内側のハウジングから流出するに十分な時間、ハウジング内に含まれるガス生成物質の発火と燃焼の間に経験される高い圧力と温度において、構造の一体性を保持することができる十分な強度と十分に高い融点を有するべきである。１つの特定の実施態様では、内側のハウジング１５は比較的高い結晶化度を有している高分子材料から形成される。これはそのような物質の融点が一般に、主に非晶質である物質の融点よりも明白に画定されるという事実による。別の特定の実施態様では、内側のハウジングは、内側のハウジングの中に配置される（以下により詳細に記載される）ガス生成物質５２の所望の自動発火温度未満の融点を有する物質から形成される。これは、ハウジング材料が溶融し、ガス生成物質への炎のアクセスを提供することを許容する。別の特定の実施態様では、内側のハウジング１５は比較的低い融点、一般に１２５℃から２００℃の範囲内の融点を有する高分子材料から形成される。外側のハウジング１２に使用するにふさわしいポリマーの例としては、例えば、ナイロン６（ポリアミド）、ナイロン６／６（ポリアミド）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）または他の同様の組成物があげられる。ナイロン６およびナイロン６／６は、デュポン社、または様々な他のベンダーから商業上利用可能である。特定の設計の必要条件に応じて、外側のハウジング１２で使用するにふさわしいポリマーの他の例としては、ポリエチレンとポリプロピレンの様々な配合物があげられる。

特定の実施態様では、外側のハウジング１２および／または内側のハウジング１５に使用される１または複数の高分子材料は、ガス生成システムの展開中の内部圧力変化に順応する内側および／または外側のハウジングの屈曲または膨張を許容する十分な引っ張り強度および伸びを有するように選択される。圧力変動に順応する１または複数の物質の屈曲する能力は、各ハウジングの壁厚を最適化することを可能とし、それにより、材料費のさらなる低減および重量の低下を提供する。

操作中において、ガス生成物質の点火、燃焼および生成されたガスの展開に必要な時間は、内側のハウジングまたは外側のハウジングの物質が溶融するかまたは熱分解するのに必要な時間よりもはるかに短い。したがって、物質の機能を害する熱分解が生じる前に、ポリマーの内側ハウジングおよび外側ハウジングはそれらの機能を果たすだろうと信じられている。ハウジング１２および１５の寸法（例えば壁厚）、およびそれぞれのポリマーのハウジングに使用された物質のタイプおよび正確な配合は、高分子材料の特性、特定のガス生成物質の燃焼に起因する温度および圧力にさらされた時の物質の熱分解に必要な時間、ガスの生成および展開に必要な時間、および他の適切な設計要素に基づいて、繰り返し操作により決定されることができる。

端閉塞部２２は外側のハウジング１２の端１２ａにしっかりと取り付けられる。端閉塞部２２はスタンプ、キャストまたは、他の金属成形方法により、例えば、炭素鋼またはステンレス鋼から作られることができる。端閉塞部２２はたとえば超音波溶接、または接着剤の使用のような１つ以上の公知の方法を使用して、ハウジング１２の端１２ａにしっかりと取り付けられる。図１を参照する。端閉塞部２２は、その内部にイニシエーター２０をマウントし、イニシエーターの活性化の後に、イニシエーター燃焼生成物およびコンバスションチャンバー１５ｄの間の流体連絡を可能にし、ガス生成物質５２の燃焼を始めるために、中央オリフィス２２ｄを有する。

図１を参照する。イニシエーター２０は、ガス生成システムの起動に際して、ガス生成物質５２の燃焼を始めるためにハウジング１２に連結される。１つの実施態様では、イニシエーター２０は、クリンプ、ファスナーまたは他の公知の方法の使用によって、端閉塞部２２の中央オリフィス２２ｄにしっかりと取り付けられる。本発明のガス生成システムで使用するにふさわしいイニシエーターの１つの例は、参照され本明細書の一部として組込まれる、米国特許第６，００９，８０９に記載されている。

バッフル４０は、生成されたガスの冷却および生成したガスからの微粒子の除去を助けるために、流れ通路３３から中央のチャンバー４２内にガスを受容するために１つ以上のオリフィス４１を含んでいる。バッフル４０は、内側ハウジングコンバスションチャンバー１５ｄと外側ハウジングガス出口開口部１３の間の流体の流れ経路に沿って配置される。バッフル４０はガス生成装置の起動に際して、中央のチャンバー４２とハウジング端オリフィス１３の間の流体連絡を可能にするように構成され配置され、それにより流れ通路３３からの、ハウジング端オリフィス１３への生成されたガスのための流路を提供する。バッフル４０は、炭素鋼、ステンレス鋼または適当な高分子材料のような固い物質から、例えばスタンピングまたは他の適当なプロセスによって作られる。図１の中で示される実施態様では、バッフル４０は、超音波溶接または接着材の使用のような様々な公知の方法の任意のものを使用して、外側のハウジング１２にしっかりと取り付けられる。バッフル４０を外側のハウジング１２（またはガス生成システムの他の要素）にしっかりと取り付けるために使用される方法は、ガス生成システムを通り、およびそのガス生成システムから出てゆく、高圧燃焼生成物の流れによって生じる熱と力に耐えるに十分な強度のジョイントを提供するべきである。

ガス生成物質５２は内側ハウジングキャビティー１５ｄの内に配置され、エアバッグ用途に役立つ任意の既知のガス生成物質であることができ、これらに制限されるものではないが、たとえば米国特許番号５，０３５，７５７、５，８７２，３２９、６，０７４，５０２、６，２８７，４００、６，３０６，２３２および６，４７５，３１２に記載された組成物およびプロセスがあげられる。それぞれの特許は本明細書の一部として参照され、組込まれる。他の適当な物質は、本明細書の一部として参照され、組込まれる米国特許出願番号１０／４０７，３００および６０／３６９，７７５に開示される。

所望であれば、ガス生成物質５２の燃焼によって生成されたガスからの微粒子のろ過のために、フィルター（図示されない）が中央のバッフルチャンバー４２内に配置されることができ、または内側のハウジングチャンバー１５ｄとハウジングガス出口開口部１３の間のガスの流路に沿って配置することができる。フィルターは、ガス生成物質燃焼生成物をろ過するための技術において公知の様々な物質、例えばカーボンファイバー、金属メッシュ、穿孔されたシートまたは圧縮された編まれた金属ワイヤーのうちの１つから形成されることができる。適当な金属のメッシュは、ミシガン州、Ｋａｌｋａｓｋａの、Ｗａｙｎｅ Ｗｉｒｅ社のようなサプライヤーから容易に入手可能である。適当な圧縮された編まれた金属ワイヤーは、Ｅｄｉｓｏｎ、ＮＪのＭｅｔｅｘ社のようなベンダーから商業上利用可能である。

所望であれば、破裂可能な流体密封性のシール、たとえば、８０−１および８０−２をハウジング開口部１３を横切って、端閉塞部オリフィス２２ｄの端に、および／または任意の内側のハウジング開口１５ｅを横切って配置することができる。様々な既知のディスク、フォイル、フィルムなどがシールを形成するために使用されてもよい。

ガス生成システムの操作が、図１を参照して議論される。ガス生成システムの起動に際して、イニシエーター２０からの燃焼生成物はシール８０−１を破裂し、内側ハウジング１５のチャンバー１５ｄ内に含まれているガス生成物質５２に点火する。ガス生成物質５２の燃焼によって生成された燃焼生成物は内側ハウジング開口１５ｅを出て、流れ通路３３に沿って流れ、バッフル開口４１に入る。バッフルチャンバー４２内の圧力を増加させると、シール８０−２が破裂し、ハウジング端開口部１３を介して燃焼ガスを放出する。

上述のように、操作中に、ガス生成物質の点火、燃焼および生成されたガスの展開に必要な時間は、内側のハウジングまたはポリマー性の任意の外側ハウジングが溶けるかまたは熱分解するのに必要な時間よりはるかに短い。したがって、物質の機能を害する熱分解が生じる前に、ポリマーのハウジングはそれらの機能を果たすだろう。

上記の記載から、ガス生成装置の内側のハウジング、および（任意に）外側のハウジングが高分子材料からの形成されることが、いくつかの重要な利点を提供することが理解される。ガス生成システムの１または複数のハウジング、および他の要素のための高分子材料の使用は、システムの重量およびコストを減らす。壁厚、および内側のハウジングおよび外側ハウジングの他の適切な寸法も、特定のガス生成物質のために最適化されることができ、重量と材料コストをさらに低減する。本発明は公知のガス生成システムで必要な成分のクリンピングおよび／または溶接を要求しないので、システムのアセンブリーコストが減じられる。さらに、極度の外部熱または炎への暴露は、ポリマーハウジング材料を柔らかくし溶融し、また燃焼し、ハウジング内に自己発火物質を組み入れる必要なくガス生成物質の点火を許容し、したがってさらなる要素および製造コストを低減する。

上に記載されたガス生成システム実施態様の任意のものが、運転席、助手席、ドライバー側、または助手席側エアバッグシステムのようなエアバッグシステムに組み入れられることができる。図２は、ガス生成システムが運転席エアバッグシステム２００に組み入れられる特定の実施態様を示す。エアバッグシステム２００は、少なくとも１つのエアバッグ２０２および、ガス生成システムの作動に際してエアバッグの内部と流体連絡を可能にするようにエアバッグ２０２に連結された、本発明のガス生成システム１０を含んでいる。エアバッグシステム２００は、さらに衝突センサー２１０を含むかまたはこれと接続されることができる。公知の態様では、衝突センサー２１０は、たとえば、衝突の際にエアバッグガス生成システム１０の活性化を介して、エアバッグシステム２００の発動の信号を発する衝突センサーアルゴリズムと連係して操作される。

図２を参照する。本明細書に記載されたガス生成システムおよび／またはエアバッグシステムは、安全ベルトアセンブリー１５０のような追加の要素を含む乗り物乗員拘束システム１８０のような、より広く、より包括的なものに組み入れられたガス生成システムを含む。図２はそのような保護システムの１つの例示的な実施態様の模式的な図を示す。安全ベルトアセンブリー１５０は安全ベルトハウジング１５２、およびハウジング１５２から伸びる安全ベルト１６０を含んでいる。安全ベルトリトラクタメカニズム１５４（例えばばねによるメカニズム）が、ベルトの端部分に連結されることができる。さらに、衝突の際にリトラクタメカニズムを始動させるために、安全ベルトプリテンショナー１５６はベルトリトラクターメカニズム１５４に連結されることができる。本発明の安全ベルトの実施態様と共に使用されることができる典型的なシートベルトリトラクタメカニズムは、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許５，７４３，４８０、５，５５３，８０３、５，６６７，１６１、５，４５１，００８、４，５５８，８３２および４，５９７，５４６に記載されている。典型的なプリテンショナーの例は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許６，５０５，７９０および６，４１９，１７７に記載されている。

安全ベルトアセンブリー１５０は、例えばプリテンショナーに組み入れられた火工品イグナイタ（示されない）の起動によってベルトプリテンショナー１５６の発動の信号を発する衝突センサーアルゴリズム（図示されない）を有するかまたはこれと作動可能な接続にある、衝突センサー１５８（例えば慣性センサーまたは加速度計）を有するかまたはこれと接続されることができる。先に参照され本明細書の一部として組み込まれた米国特許６，５０５，７９０および６，４１９，１７７は、そのような方法で始動されるプリテンショナーの例を提供する。

本発明の先の記述は例示の目的だけのためにあり、ここに示された様々な構造および操作上の特徴は、特許請求の範囲により画定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者により多くの改良を受けることができることは理解されるだろう。

図１は、本発明に従うガス生成システムの１つの実施態様の横断面の側面図である。 図２は、本発明に従うガス生成システムを組込む例示的な乗り物乗員保護システムの概要図である。

Claims (10)

1. 高分子材料から形成された第１のハウジング；および
   第１のハウジング内に含まれている火工品のガス生成物質を含み、
   第１のハウジングはガス生成物質のためのコンバスションチャンバーを形成する、ガス生成システム。
2. 第１のハウジングの少なくとも一部分を囲む第２のハウジングをさらに含む、請求項１記載のガス生成システム。
3. 第２のハウジングは、第２のハウジングの内部と第２のハウジングの外部の間の流体連絡を可能にするための少なくとも１つの第１のガス出口開口部を含み、第１のハウジングが第１のハウジングの内部と少なくとも１つの第１のガス出口開口部の間の流体連絡を可能にするための少なくとも１つの第２のガス出口開口部を含む、請求項２記載のガス生成システム。
4. 少なくとも第１のガス出口開口部、および少なくとも１つの第２のガス出口開口部の間の流体流れ通路に沿って配置されたバッフルをさらに含み、該バッフルはバッフルチャンバーを画定し、少なくとも１つの第２のガス出口開口部とバッフルチャンバーの間の流体連絡を可能にするための少なくとも１つのオリフィス、およびバッフルチャンバーと少なくとも１つの第１のガス出口開口部の間の流体連絡を可能にするための少なくとも１つの開口を含む、請求項３記載のガス生成システム。
5. イニシエーターの起動の際にガス生成物質の燃焼を始めるために、コンバスションチャンバーに動作可能に連結されたイニシエーターをさらに含む、請求項１記載のガス生成システム。
6. 第１のハウジングの中に配置されたガス生成物質の自動点火温度以下の融点を有している物質から第１のハウジングが形成される、請求項１記載のガス生成システム。
7. １２５℃から２００℃の範囲の融点を有する高分子材料から第１のハウジングが形成される、請求項１記載のガス生成システム。
8. 第２のハウジングが高分子材料から形成される、請求項２記載のガス生成システム。
9. 少なくとも１つのエアバッグ；および
   請求項１記載のガス生成システムを含む、エアバッグシステム。
10. 請求項１記載のガス生成システムを含む、乗り物乗員保護システム。

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