JP2007513818A - 火薬貯蔵ガスインフレータ - Google Patents

Abstract

膨張式車両乗員保護システムにおいて用いるためのインフレータ（１０）。インフレータ（１０）は、その中に形成された開口部（６０）を有する圧力容器（１２）を含む。ある量の比較的非反応性の加圧ガスが圧力容器（１２）に貯蔵される。ある量のガス発生剤組成物（１４）が圧力容器（１２）内部に配置され、加圧ガスと流体連通する。点火装置（１８）はガス発生剤組成物（１４）の近傍に配置され、ガス発生剤の燃焼を開始させる。破裂可能な流体密封シール（３０）は圧力容器（１２）の開口部（６０）を密封するように配置され、点火装置（１８）の起動の前に、圧力容器（１２）内の加圧ガスを維持する。点火装置（１８）の起動により、ガス発生剤（１４）の燃焼が生じる。燃焼ガスからの圧力が、圧力容器（１２）の圧力下で貯蔵されているガスの圧力と組み合わさって、バーストディスク（３０）の破壊を引き起こし、膨張ガスを例えば関連する車両エアバッグに供給する。膨張式車両乗員保護システムにおいて用いるためのインフレータを製造する方法も提供される。

Description

関連出願の参照
本出願は、２００４年９月１７日付で出願された仮出願第60/503,577号の利益を主張する。

発明の背景
本発明はガス発生器に関し、そしてより具体的には、エアバッグなどの膨張式車両乗員拘束デバイスを膨張させるための貯蔵ガスを含む、火薬式（pyrotechnic）ガス発生器に関する。

貯蔵ガス（または「ハイブリッド」）インフレータを内蔵するガス発生器システムを用いて、膨張式車両乗員拘束デバイス、例えばエアバッグなどを膨張させ、衝突時に車両の乗員を拘束し保護することが知られている。典型的には、かかるインフレータは、高圧下の膨張ガスを貯蔵するための第１チャンバーを規定する容器を含む。該容器はまた、膨張流体がそこを流れて保護デバイスを膨張させるための開口部を有する。第１破裂可能クロージャは、容器内の開口部にわたって延びており、開口部を通る流体の流れを遮蔽する。第２チャンバーは、容器内に、または第２チャンバーと第１チャンバーの間の流体連通を可能とする様式で、形成される。第２チャンバーはある量のガス発生剤材料を含む。流路が設けられて、第１チャンバーと第２チャンバーの間の流体連通を可能にする。第２破裂可能クロージャはこの流路を遮蔽して、第１チャンバーと第２チャンバーの間の流体連通を制限する。衝突センサーアルゴリズムからの信号を受信すると、第２チャンバー内のガス発生剤が点火され、燃焼生成物を生成し、これが第２チャンバーの圧力を既定のレベルまで増加させる。これにより第２クロージャが破裂し、これによって流路が開かれ、燃焼生成物が第１チャンバーへ流れ込み、第１チャンバーに貯蔵された膨張流体の加熱に影響を及ぼす。これにより第１チャンバーの圧力が増加し、第１クロージャを破裂せしめ、膨張流体が車両乗員保護システムの膨張式要素（例えばエアバッグ）を膨張させることを可能にする。

上記の従来のハイブリッドインフレータのデザインには幾つかの関心が存在する。事象の順序、すなわち、ガス発生剤の点火、第２チャンバーでの圧力増加、流路を開くための第２クロージャの破裂、燃焼生成物の第１チャンバーへの伝播、第１チャンバーに貯蔵された膨張流体の加熱、膨張流体圧力の増加、およびエアバッグを膨張させるのに必要な第１クロージャの破裂が、エアバッグの膨張における不要な遅延を引き起こす。さらに、第１および第２チャンバーは、ガス発生剤が点火されて第２クロージャが破裂しない限り、一般的には流体連通していない。従って、ガス発生剤は、第１チャンバーに貯蔵された膨張ガスによって生成される高圧に暴露されない。そのため、火薬式ガス発生剤チャンバーは、一般に、その中のガス発生剤の持続的燃焼に先立って加圧されなければならない。これは一般にブースター組成物の使用を伴い、該ブースター組成物は、関連する点火装置によりまず点火されて、これによってガス発生剤チャンバー内の圧力が上昇し、火薬ガス発生剤の持続的燃焼を促進する。上記の従来のハイブリッドインフレータデザインのその他の欠点は、２つの個別の高圧チャンバーが必要となることであり、１つのチャンバーは一般には火薬ガス発生剤を収納し、他のチャンバーは加圧ガスを収納する。この型のデザインは製造の複雑さとインフレータのコストを増加させる。

発明の概要
膨張式車両乗員保護システムで用いるためのインフレータが提供される。インフレータは、その中に開口部を有する圧力容器と、圧力容器の開口部を密封するように配置された破裂可能な流体密封シール、および圧力容器に貯蔵されたある量の実質的に非反応性の加圧ガスを含む。点火装置は圧力容器に固定され、作動されると、圧力容器の内部と流体連通する。有孔のガス発生剤用筐体が圧力容器の内部に配置され、圧力容器の中心軸に沿って、点火装置から反対の端へと延びている。

この筐体は内部空洞を規定しており、圧力容器と実質的に同一の広がりを有する。さらに筐体は、第１端および第２端を有し、ここで各々の端は圧力容器の対応する端に固定されている。筐体を圧力容器の各端に固定することにより、有孔筐体内のみでなく、圧力容器全般にも、実質的により強い構造が提供される。筐体の第１端は、点火装置と内部空洞の間の流体連通を可能とするように配置される。筐体の第２端は、シールに隣接する。

有孔筐体は、その長さに沿って均等な間隔をおいて複数の開口を有し、加圧ガスと内部空洞との間の流体の均一的連通を可能としているのが好ましいが、必ずしもその必要はない。ガス発生剤ベッドは筐体の内部空洞に収納され、筐体の長さに沿って延びている。好ましい態様において、ガス発生剤は、燃料としてのシリコーンと、金属および非金属の過塩素酸塩からなる群から選択される酸化剤とを含むことができる。所望により、ガス発生剤はまた、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の炭酸塩、重炭酸塩、シュウ酸塩、および水酸化物からなる群から選択される冷却剤を含むことができる。燃料としてシリコーンを組み込んだガス発生剤組成物は一般に、有孔筐体の長さにわたって全体的な燃焼の伝播を改善することがわかっている。

さらに提供されるのは、インフレータを製造するための方法である。該方法は、第１端および第２端を有し、第２端に開口部を有する圧力容器を設けるステップ；第１端においてガス発生剤組成物に点火するための点火装置を設けるステップ；圧力容器の開口部を密封するための、破裂可能な流体密封シールを設けるステップ；内部空洞を規定し、第１端および第２端を有し、圧力容器と実質的に同一の広がりを有する、有孔のガス発生剤用筐体を設けるステップ；該筐体は好ましくは、実質的に均等な間隔でその長さに沿って配置される複数の開口を有して形成されることができ、加圧ガスと内部空洞との間の流体連通を可能とするステップ；ある量の固体のガス発生剤組成物を設けるステップ；点火装置を圧力容器に固定して、点火装置を、圧力容器内部および圧力容器外部と動作可能に連通させるステップ；ある量のガス発生剤組成物を、筐体の内部空洞に筐体の長さに沿って配置するステップ；ガス発生剤用筐体を、圧力容器の内部に圧力容器の中心軸に沿って延びるように配置するステップ；筐体の第１端を、点火装置と筐体の内部空洞との間の流体連通を可能にする位置に固定するステップ；筐体の第２端を、シールに隣接する位置に固定するステップ；圧力容器に、ある量の高圧で実質的に非反応性ガスを充填するステップ；および、圧力容器を密閉し、それによって、筐体の開口が、筐体の内部空洞内のガス発生剤と、筐体の外部の加圧ガスとの間の流体連通を可能とするステップを含む。従って、上記の方法により、車両の正常動作中、圧力容器内だけでなく、ガス発生剤用筐体内も高圧環境下にあり、これにより、例えば２チャンバー式ハイブリッドインフレータと比較して、固体ガス発生剤の、比較的加速された点火と燃焼が達成される。

さらに提供されるのは、以下を含むガス発生システムである：ガスを発生するためのガス発生器；ガス発生器内の圧力容器；圧力容器内の、実質的に非反応性の加圧ガス；加圧ガスを放出するための、圧力容器に形成された少なくとも１つの出口オリフィス；圧力容器のオリフィスを密封するための破裂可能なシール；ガス発生器内の圧力容器の第１端および第２端に固定されたガス発生剤用筐体；およびガス発生剤用筐体内の、燃焼により、加圧ガスと流体連通する熱い燃焼生成物を生成するガス発生剤。ガス発生システムは例えば異なって定義することもでき、例えば車両乗員保護システムであって、これは当分野において既知の方法で製造された車両乗員保護システムとすることもできる。従って、車両乗員保護システムは、エアバッグ、本発明に従ったハイブリッドガス発生器、その作動のためにガス発生器と電子通信する衝突センサーを含み、これらは全て当分野において既知の方法で製造される。

発明の詳細な説明
図１は、本発明に従う貯蔵ガスインフレータ１０の１つの態様を示す。インフレータ１０は、第１端６２と第２端６４を有する圧力容器１２を含む。図１および図４を参照すると、第１の態様は、実質的に円筒形の金属インフレータボディを有する細長い容器１２を含む。しかし、代替的なインフレータボディの種類およびデザインも、本発明の範囲から逸脱することなく使用可能であることが理解されるべきである。容器１２は、長さ方向の中心軸Ａおよび容器１２の一端に形成された開口部６０を有する。圧力容器は、打抜き、押し出し、ダイカスト、または他の金属成形により製造でき、例えば炭素鋼またはステンレス鋼から製造できる。

点火装置１８は、圧力容器１２に、点火装置１８が圧力容器１２の内部と点火可能または動作可能に連通するように固定される。示された態様においては、点火装置キャップアセンブリー１６（図３にも表示）は、点火装置１８およびキャップ２０を含む。点火装置キャップアセンブリー１６は、中心軸Ａに沿って配置され、圧力容器１２に設けられた開口部を密封する。点火装置１８は、当分野に既知の方法で形成することができる。例示の点火装置構成物は米国特許第6,009,809号に記載されており、本明細書に参照として組み込まれる。キャップ２０は、打抜き、押し出し、ダイカスト、または他の金属成形により製造することができ、そして例えば炭素鋼またはステンレス鋼から製造できる。キャップ２０は、キャップ２０と容器１２とのガス密封シールを保証するのに十分な方法で、溶接および／または圧接またはその他で圧力容器２０に固定してもよい。

図１を再度参照すると、有孔のガス発生剤用筐体２２は、ガス発生剤組成物１４を閉じ込めるため、およびガス発生剤組成物１４の圧力容器１２の長さにわたる比較的迅速な伝播を促進するために、設けられる。図５は、図１に示されるガス発生剤用筐体２２の詳細な図である。筐体２２は、第１端６８と第２端７０を規定する、細長い、実質的に円筒形のボディ２３および、その中にガス発生剤１４を収納するための内部空洞を有する。筐体２２はまた複数の開口２４を含み、これらは、必ずしもその必要はないがその長さに沿って実質的に均等間隔で配置されるのが好ましく、これによって容器１２に貯蔵された加圧ガスと、筐体の内部空洞との間の均等な流体連通を可能にする。開口２４は、図１および図５に示されるものとはその数またはデザインが異なってもよい。ガス発生剤チューブ２２は、例えば、金属薄板からロール成形により形成され、次に孔をあけることができる。

筐体２２は、容器１２内に配置され、圧力容器の中心軸Ａに沿って延びる。第１端６８は、点火装置１８と筐体２２の内部空洞との間の流体連通を可能とするように配置される。下記の破裂可能シール３０は、第２端７０に隣接して固定され、これによって、容器開口部６０においてガス密封シールを形成する。

図１を再度参照すると、ある量のガス発生剤組成物１４は、ガス発生剤用筐体２２の内部空洞内に配置される。ガス発生剤１４は、開いたまたは有孔の筐体２２内に入れられ、圧力容器１２内の加圧ガスと定常的に流体連通する。図１に示す態様においては、ガス発生剤１４は、第１端１４ａと第２端１４ｂとを有する細長いストランドとして形成される。ストランド１４は、筐体２２および圧力容器１２の長さに沿って縦長に延びる。ストランド１４の第１端１４ａは、筐体２２の第１端６８に配置され、それによって、点火装置１８と動作可能に連通する。ストランドの第２端１４ｂは、シール３０に隣接して配置され、それによって、圧力容器１２の内部の長さにわたるガス発生を促進する。図１に示す態様においては、推進剤ストランド１４の連続する外表面領域は、推進剤ストランド１４の長さにわたる比較的迅速な燃焼の伝播を促進する。

好適なガス発生剤組成物は、例えば、本出願人の同時係属中の米国特許出願第09/664,130号に開示されており、この出願は本明細書に参照として組み込まれる。他の好適なガス発生剤には、限定はされないが、米国特許第5,035,757号、第6,210,505号、第5,872,329号が含まれ、これらも本明細書に参照としてその全体が組み込まれる。一般に、任意の既知の火薬ガス発生剤が、任意の形態において、車両乗員保護システム内での利用が認識されており、例えば圧力容器１２内で用いることができる。

固体ガス発生剤は圧力容器１２内に収納されるため、そして高圧ガスと連続的に流体接触または連通しているため、最適燃焼状態はガス発生剤の点火により直ちに利用可能となる。これらの条件のもとで、周囲圧力において効率的に燃焼する固体ガス発生剤は、圧力容器内の比較的高い圧力においてもより高い燃焼速度（burn rate）を示す。このため、これらのガス発生剤は、本発明に所望される迅速なガス発生剤燃焼速度を達成するために特に好適である。
換言すると、シリコーンを燃料として用いるガス発生剤の群は、本発明で用いるのに特に好適であると考えられている。これらのガス発生剤はさらに、金属および非金属過塩素酸塩、例えば、過塩素酸カリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸アンモニウムを含む群から選択される酸化剤を含む。所望の場合は、これらのガス発生剤は、金属炭酸塩、金属重炭酸塩、金属シュウ酸塩、および金属水酸化物を含む群から選択される冷却剤をさらに含んでもよい。

本発明のさらに他の側面において、燃料として少なくとも１つのシリコーンポリマー（有機シロキサンポリマー）、および少なくとも１つの酸化剤を含む組成物は、周囲圧力および周囲圧力において許容可能な燃焼温度で燃焼する。所望により、これらの組成物は、金属塩および／または塩基を含む少なくとも１種の冷却剤成分を含むことができる。これらの組成物は周囲圧力において燃焼を持続する性質を有するため、圧力容器１２内の高圧ガスの高圧力環境で用いられる場合、これらの点火性および燃焼性は増強される。従って、このガス発生剤の組成物の燃焼もまた、既知の、例えば複数または二重チャンバーハイブリッドインフレータと比べて、比較的迅速な燃焼反応に貢献する。

シリコーンは、交互のシリコンおよび酸素原子であって種々の有機基（または官能基）がシリコンに付着したものからなる構造に基づく、多数のシロキサンポリマーの群の任意のものとして定義される。この基にはメチル、メトキシおよびアミノを含む基が含まれるが、これらに限定はされない。
本明細書中の用語「シリコーン」は、一般的な意味として理解される。Hawleyは、シリコーン（有機シロキサン）を、交互のシリコンおよび酸素原子であって種々の有機基（または官能基）がシリコンに付着したものからなる構造に基づくシロキサンポリマーの多数の群の任意のものとして記述している：

式１：シリコーンの例

または、シリコーンは式２に示されるように、より一般的に表すこともできる：

式２：シリコーンの例

式中「ｎ」は複数の重合基またはカッコ内に与えられる分子の一部を示し、シリコンに付着した有機基を含む。
シリコーンの例は、米国特許第5,589,662号、第5,610,444号および第5,700,532号、および、Technology of polymer compounds and energetic materials, Fraunhofer-Institut fur Chemische Technologie (ICT), 1990に記載されたものを含み、各参照文献および資料は本明細書に参照として組み込まれる。

本発明の好ましいガス発生剤組成物は、好ましくはシリコーンを燃料として含む。シリコーン燃料成分は、ガス発生剤組成物の重量の約１０〜２５％で提供される。金属および非金属過塩素酸塩を含む群から選択される１種または２種以上の一次酸化剤が提供される。所望により、二次酸化剤は、これらに限定されないが、相安定化硝酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウム、および硝酸ストロンチウムを含む。換言すれば、二次酸化剤は金属および非金属の塩素酸塩、酸化物、硝酸塩および亜硝酸塩を含む群、または他の既知の酸化剤から選択することができる。全酸化剤成分は、ガス発生剤組成物重量の約３０〜８５％で提供される。

所望により、冷却剤は、金属炭酸塩、金属シュウ酸塩、金属重炭酸塩、および金属水酸化物を含む群から選択され、ガス発生剤組成物重量の約１〜３０％で提供される。「金属」は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属として定義される。冷却剤の例は、これらに限定されないが、炭酸ストロンチウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、シュウ酸ストロンチウム、および水酸化マグネシウムを含む。
一般に、成分を加える順序は、それらが均一に混合される限り重要ではない。他の既知の湿式および乾式混合法も用いることができる。混合が完了すると、ガス発生剤成分は、細長い突き出し形態、球粒、板状、または顆粒などの特定の形に押し出しまたは成形される。

表１に、本発明に用いるのに特に好適なガス発生剤組成物を例示する。この表に示されるように、シリコーンおよび過塩素酸塩酸化剤からなる組成物は、１インチ／秒以上の、迅速で持続する燃焼速度（３０００ｐｓｉ）を有する。これらの燃焼特性は、燃焼速度が約０．４インチ／秒以上である周囲圧力において観察された。それにも拘わらず、燃焼温度は比較的高い。例２および例３を参照されたい。しかし、金属炭酸塩などの冷却剤が加えられる場合は、場合によっては温度は大幅に低下する。例えば例１７、２１および２４を参照されたい。

表１

（表１つづき）

（表１つづき）

ある量の比較的不活性の加圧ガスを、圧力容器１２内に貯蔵する。本明細書において、用語「実質的に不活性」とは、圧力容器１２に貯蔵された加圧ガスが、不完全な燃焼システムの場合には燃焼反応を維持できないことを意味すると理解される。例えば、加圧ガスは実質的に酸素を含まず、１種類の実質的に不活性な成分（例えばＮ_２）、または２種または３種以上のかかる成分、例えばＮ_２およびＨｅ_２から形成される混合物を含むことができる。特定の態様において、加圧ガスは、約９５％のＮ_２および約５％のＨｅ_２を含む。種々の他のガスおよびガス混合物、または割合を、本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。

圧力容器１２に貯蔵される加圧ガスの量および、容器１２に配置されるガス発生剤１４の量は、起動時のインフレータ１０の既定の性能特性を達成するために変えることができる。表２は、ガス発生剤１４の貯蔵加圧ガスに対する割合の範囲の例を示す。

表２に示された値は例であり、限定するものとして解釈されるべきでないことが理解されるべきである。貯蔵ガスに対するガス発生剤の他の割合も、既定のデザインおよび性能目的を達成するために用いることができる。例えば、より小さなエアバッグまたはエアベルトの膨張には、大きいエアバッグと比べて比較的少量の膨張ガスが必要となる。この場合、用いるガス発生剤の質量は対応して低減することができる。同様に、比較的多量の膨張ガスが所望される場合は、用いるガス発生剤の質量は、対応して増加することができる。代替的に、貯蔵ガスとガス発生剤の両方の量を、所望量の膨張ガスを生成するために調節することができる。

フィルターをインフレータデザイン中に組み込んで、ガス発生剤１４の燃焼によって生成されたガスからの粒子状物質をフィルタリングすることができる。一般に、フィルターは、ガス発生剤１４と圧力容器１２に貯蔵された加圧ガスとの間に配置される。１つの態様において（示されず）、フィルターは筐体２２の内部空洞に、ガス発生剤１４と開口２４の間に配置される。他の態様において、フィルター７４は、筐体２２の外部に、開口２４と加圧ガスの間に配置される。この態様において、フィルター７４は、筐体２２から間隔をおいて配置するか、またはフィルターは筐体２２の外表面上に配置して、筐体２２から開口２４を介して排出される燃焼ガスの流れを受け入れることができる。

フィルター７４は、ガス発生剤燃焼生成物をフィルタリングするために当分野に知られている、種々の材料の１つから形成することができる（例えば、炭素繊維メッシュまたはシート）。または、フィルター７４は、任意の既知の供給業者、例えばWayne Wire Cloth Products, Inc.（Bloomfield Hills, Michigan）などから入手することができる。フィルターシートは、ガス発生剤用筐体２２の外壁の内部を覆うよう配置および固定することができる。筐体の外表面に適用する場合は、フィルターシートは外表面に、ガス発生剤の燃焼により筐体２２内に生成された内部圧力においても開口２４の被覆を維持するのに十分な様式で、固定すべきである。例えば、フィルターシートは筐体２２に、筐体を被覆するフィルターシートの周りにワイヤーを巻きつけることにより、または、フィルターシートを筐体の周りにクランプで締め付けることにより、固定することができる。

図１および図２を参照すると、キャップ１５は圧力容器１２の開口部６０を覆うように配置する。キャップ１５は、内部チャンバー７１を規定し、その中に形成され、周縁部に均等間隔で配置された複数のオリフィス７２を有し、内部チャンバー７１とキャップの外部との間の流体連通を可能とし、圧力容器からキャップ内部チャンバーに受け入れられたガスの、多方向への拡散を可能とする。キャップ１５は、打抜き、押し出し、ダイカスト、または他の金属成形により製造することができ、そして例えば炭素鋼またはステンレス鋼から製造できる。

バーストディスク（burst disk）３０の形状の破裂可能な流体密封シールは、圧力容器開口部６０を密封するよう配置されて、圧力容器１２内の加圧ガスを維持する。バーストディスク３０は、キャップ１５に、ガス発生剤第２端１４ｂに隣接して固定され、これによって通常動作状態中に、チャンバー７１に流体が流れる込むのを防ぐ。ディスク３０は加圧ガスとキャップ１５の内部チャンバー７１の間の流体密封バリアを形成する。図６は、本発明で用いるのに好適な流体密封シールの例の詳細図を示す。種々のディスク、ホイル、フィルム等を、容器１２内に密封するガスの圧力に応じて、およびインフレータ１０の所望の性能特性に応じて、バーストディスク３０を形成するために用いることができる。例えば、比較的容易に破壊される材料から、および／または構造を有して、製造されたディスクを用いることができる。さらに、ガス発生剤筐体２２の第２端７０はディスク３０に隣接しているため、ディスクはある程度の構造支持体および位置的安定性を、筐体２２の端７０に対して提供する。

図１および図５を参照すると、筐体２２に結合したカップ２５は、点火装置１８を囲んでよく、カップ２５の流体密封内部を規定し、ガス発生器の起動によりガス発生剤１４と点火装置１８の両方と流体連通する。図５は、筐体２２に結合したカップ２５のより詳細な図を示す。カップ２５は、ガス発生剤の第１端１４ａに隣接して配置される。点火装置１８の起動の間、カップ２５は存在する中間のガス圧力に対応することができ、推進剤ストランド１４の点火を促進する。ある量のブースター推進剤（示されず）は、カップの内部に配置することができ、当分野で知られた様式で、ガス発生剤１４の燃焼を促進する。図１および図５に見られるように、カップ２５は、ガス発生剤用筐体２２に隣接して配置され固定された一方の端が細くなっている。この先細形状により、点火装置１８の起動時に、点火装置１８からガス発生剤へと、燃焼生成物の流れを導くように機能する。カップ２５は、ガス発生剤用筐体２２と一体化して形成することができる。カップ２５は、打抜き、押し出し、ダイカスト、または他の金属成形により製造することができ、そして例えば炭素鋼またはステンレス鋼から製造できる。

圧力容器１２は、当分野に知られた幾つかの方法の任意の１つを用いて加圧および密封することができる。容器１２を加圧および密封する１つの例示の方法は、米国特許第6,488,310号に記載されており、これは本明細書に参照として組み込まれる。この方法を用いて、圧力容器１２は、圧力容器の１端に形成された突起（示されず）に形成された小さな孔から充填する。次に孔は、シールピンまたは他の好適な方法により閉じる。
衝突事象の際には、衝突センサー(示されず)からの信号が点火装置１８に伝達され、これによって点火装置１８を起動し、推進剤１４に点火する。カップ２５は、点火装置１８からの燃焼生成物の流れを、筐体２２の第１端６８のガス発生剤ストランド１４へと導く。推進剤１４の点火により、筐体２２の内部に比較的迅速に燃焼ガスが生成される。推進剤ストランド１４の燃焼が、第１端１４ａから第２端１４ｂへと進むにつれて、ガスは、筐体２２の開口２４を通って、圧力容器１２の内部へと排出される。

好ましい態様の他の側面において、ガス発生剤１４の燃焼によって生成される火炎の前部が、推進剤第１端１４ａから推進剤第２端１４ｂへと迅速に伝播するにつれて、点火装置１８とシール３０の間の加圧ガスは、容器１２の長さに沿って熱い燃焼生成物に暴露され、ガス発生剤用筐体２２と容器１２が実質的に長さ方向に同じ広がりを有するため、実質的に均一に熱せられる。従って、圧力容器１２の全体でガスが均一に熱せられることにより、比較的迅速な圧力形成がなされ、エアバッグなど関連するデバイスの迅速な起動がもたらされる。燃焼ガスからの圧力の増加は、容器１２の圧力下で既に貯蔵され熱せられたガスの上昇圧力と組み合わさって、バーストディスク３０の破壊を引き起こす。貯蔵された膨張ガスは、次に容器１２からキャップ１５の内部チャンバー７１へ流れ出し、少なくとも１つのガス出口オリフィス７２から流れ出て、関連する車両エアバッグを膨張させる。

火薬ガス発生剤が高圧ガスの圧力容器内に収納され、高圧ガスと連続的に流体接触または連通しているため、該ガス発生剤が点火時に遅延なしで即座に燃焼することに対する、最適条件が存在する。従って、そうでない場合に通常起こるより比較的速い、ガス発生剤１４の燃焼速度（burning rate）が得られる。推進剤の高い燃焼速度および温度は一般に、衝撃波と貯蔵ガス圧力の迅速な増加を引き起こし、バーストディスク３０を破壊する。従って、インフレータ１０の点火／起動から、ガスが放出されてエアバッグの膨張に利用可能となるまでに必要な時間が最小化される。また、ガス発生剤が圧力容器内に配置され、比較的高い貯蔵膨張ガスの圧力に暴露されているため、より高い圧力でより効率的に燃焼する火薬ガス発生剤の使用が可能となる。さらに、本発明は、火薬ガス発生剤のための、分離された密封式燃焼チャンバーの必要性を取り除く。これにより、製造の複雑さおよびインフレータのコストを低減する。さらに、前述したように、ガス発生剤を貯蔵膨張ガスチャンバーに配置して、ガス発生剤を高い膨張ガス圧力に暴露することで、車両乗員保護システムの膨張式部品を膨張するのに必要な時間を最小化することができる。

図７は、筐体の第２端がシールに隣接した支持部材３８に固定されている、本発明の代替的な態様を示す。
図８は、ガス発生システムが、エアバッグ４０および点火装置１８と電子的に通信する衝突センサーパッケージ４２を含む車両乗員保護システムである、本発明のガス発生システムの例の模式図である。

要約すると、本発明は以下を特徴とする：第１端６２および第２端６４を含む密封圧力容器１２を含むガス発生システム３０であって、圧力容器１２は既定圧力５２の加圧ガス５０を含み；圧力容器１２内に収納された有孔筐体２２も、既定圧力５２で加圧されており、筐体２２の密封されていない孔を与えられ、ここで筐体は、例えばエアバッグインフレータにおいて用いるのに好適なガス発生剤４８を収納しており；有孔筐体２２は、第１端６２に隣接して固定された第３端６８と、第２端６４に隣接して固定された第４端７０とを含み、これによって圧力容器１２および筐体２２の長さにわたって構造的補強を提供し；点火装置アセンブリ１６は、第１端６２に固定され、ガス発生器システムの起動時にガス発生剤４８と動作可能に連通し；所望により、筐体２２は、図に示されるように点火装置アセンブリ１６に固定され、これによって筐体２２の第３端６８を圧力容器１２の第１端６２に固定しており；そして少なくとも１つのガス出口オリフィス４６が、密封圧力容器に形成されており、点火装置１８の起動時に、密封圧力容器１２が開かれてガス出口オリフィス４６を通ってガスが放出される。

前記議論は本発明を限定すると解釈されるべきでなく、そして開示された態様に対して多くの変更が、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく可能であることが、理解されるべきである。上記記載は従って、本発明の範囲を限定することは意図しない。

本発明による火薬貯蔵ガスインフレータの側面断面図である。 図１のインフレータに組み込まれた圧力容器のエンドキャップの端面断面図である。 図１のインフレータに組み込まれた点火装置アセンブリの端面断面図である。 図１のインフレータに組み込まれた圧力容器の端面断面図である。 図１のインフレータに示された、点火装置を囲むカップに結合されたガス発生剤用筐体の端面断面図である。 図１のインフレータに組み込まれたバーストディスクの側面図である。 筐体の第２端のための支持部材を含む火薬貯蔵ガスインフレータの断面図である。 ガス発生システムが車両乗員保護システムである、ガス発生システムの例の模式図である。

Claims (34)

1. 膨張式車両乗員保護システムにおいて用いるためのインフレータであって、
   第１端および第２端、およびその中の開口部を有する、圧力容器；
   前記圧力容器の開口部を密封するように配置された、破裂可能なシール；
   前記圧力容器に貯蔵された、ある量の実質的に非反応性の加圧ガス；
   前記圧力容器に固定され、圧力容器の内部と流体連通する、点火装置；
   前記圧力容器の内部に配置された有孔のガス発生剤用筐体であって、前記筐体は、ある長さ、第３端、第４端を有し、そして内部空洞を規定しており、第３端は、前記点火装置と前記内部空洞との間の流体連通を可能にするように配置され、第４端は前記シールと隣接しており、前記有孔筐体は前記加圧ガスと前記内部空洞との間の流体連通を可能にしている、前記筐体；および
   前記内部空洞内に収納され、前記筐体の長さ方向に沿って延びている、ある量のガス発生剤組成物；
   を含む、前記インフレータ。
2. 少なくとも部分的にガス発生剤を囲むフィルターをさらに含み、ガス発生剤の燃焼によって生成されるガスをフィルタリングする、請求項１に記載のインフレータ。
3. フィルターが、筐体の内部空洞内の、ガス発生剤と筐体の間に配置され、ガス発生剤の燃焼によって生成されるガスをフィルタリングする、請求項２に記載のインフレータ。
4. フィルターが、筐体外部の、筐体と少なくとも一部の加圧ガスの間に配置され、ガス発生剤の燃焼によって生成されるガスをフィルタリングする、請求項３に記載のインフレータ。
5. フィルターが、筐体の外表面に配置された、請求項４に記載のインフレータ。
6. ガス発生剤が、ガス発生剤第１端およびガス発生剤第２端を有する細長いストランドの形状をしており、点火装置が、該ストランドの燃焼を開始するために、該ガス発生剤ストランドの第１端との流体連通を可能にするように配置された、請求項１に記載のインフレータ。
7. 加圧ガスが、実質的に酸素を含有しない、請求項１に記載のインフレータ。
8. 加圧ガスが、単一の成分を含む、請求項１に記載のインフレータ。
9. 加圧ガスがＮ_２を含む、請求項８に記載のインフレータ。
10. 加圧ガスが、少なくとも２種の成分から形成されるガスを含む、請求項１に記載のインフレータ。
11. 加圧ガスが、Ｎ_２およびＨｅ_２から形成されるガスを含む、請求項１０に記載のインフレータ。
12. 加圧ガスが、Ｎ_２を約９５％およびＨｅ_２を約５％含む、請求項１１に記載のインフレータ。
13. 圧力容器中のガス発生剤（グラム）の加圧ガス（立法インチ）に対する比率が、約１／１．２〜約１／６の範囲である、請求項１に記載のインフレータ。
14. 圧力容器中のガス発生剤（グラム）の加圧ガス（立法インチ）に対する比率が、約１／２．４である、請求項１３に記載のインフレータ。
15. 点火装置を囲み、筐体の第１端に結合され、ガス発生剤と点火装置の両方に連通する流体密封された内部を規定するカップをさらに含み、点火装置からガス発生剤への燃焼生成物の流れを導く、請求項１に記載のインフレータ。
16. カップ内部に配置されてガス発生剤の燃焼を促進する、ある量のブースター推進剤をさらに含む、請求項１に記載のインフレータ。
17. 圧力容器の開口部をカバーするよう配置されたキャップをさらに含み、該キャップは流体密封シールと連通する内部チャンバーを規定しており、該キャップは、その中に形成され、周縁部に間隔をおいて配置された複数のオリフィスを有しており、該キャップの内部チャンバーと該キャップの外側との流体連通を可能にする、請求項１に記載のインフレータ。
18. ガス発生剤が、
    燃料としてのシリコーン；
    金属および非金属の過塩素酸塩からなる群から選択される酸化剤；および
    アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の炭酸塩、重炭酸塩、シュウ酸塩および水酸化物からなる群から選択される、所望の冷却剤；
    を含む、請求項１に記載のインフレータ。
19. ガス発生剤が、
    １０〜２５％のシリコーン；
    金属および非金属の過塩素酸塩からなる群から選択される１級酸化剤を３０〜８５％；および
    アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の炭酸塩、シュウ酸塩、重炭酸塩、および水酸化物からなる群から選択される冷却剤を０〜３０％含み、該パーセンテージは前記ガス発生剤組成物の重量に基づき示される、請求項１に記載のインフレータ。
20. 膨張式車両乗員保護システムにおいて用いるためのインフレータであって、
    その中に開口部を含む、圧力容器；
    前記圧力容器の開口部を密封するように配置された、破裂可能なシール；
    前記圧力容器に貯蔵された、ある量の実質的に非反応性の加圧ガス；
    前記圧力容器に固定され、圧力容器の内部と連通する、点火装置；
    前記圧力容器の内部に圧力容器の中心軸に沿って配置されたガス発生剤用筐体であって、前記筐体は内部空洞およびその長さ方向に沿った複数の開口を規定して、加圧ガスと内部空洞との間の流体連通を可能にする、前記筐体；および
    前記筐体の内部空洞内に収納され、前記筐体の長さ方向に沿って延びている、ある量のガス発生剤組成物であって、燃料としてのシリコーンと、金属および非金属の過塩素酸塩からなる群から選択される酸化剤とを含む、前記ガス発生剤組成物；
    を含む、前記インフレータ。
21. インフレータを製造するための方法であって、
    その中に開口部を有する圧力容器を設けるステップ；
    ガス発生剤組成物に点火するための点火装置を設けるステップ；
    前記圧力容器の開口部を密封するための、破裂可能な流体密封シールを設けるステップ；
    内部空洞を規定し第１端および第２端を有するガス発生剤用筐体であって、実質的に均等な間隔をおいて配置された複数の開口を有することにより、加圧ガスと前記内部空洞との間の流体連通を可能にする、該筐体を設けるステップ；
    ある量の固体のガス発生剤組成物を設けるステップ；
    前記点火装置を前記圧力容器に固定して、点火装置を圧力容器内部および圧力容器外部と連通させるステップ；
    前記ある量のガス発生剤組成物を前記筐体の内部空洞に配置すること、そして筐体の長さ方向に沿って延びるようにするステップ；
    前記ガス発生剤用筐体を前記圧力容器の内部に配置して、圧力容器の中心軸に沿って延びるようにするステップ；
    前記筐体の第１端を、前記点火装置と筐体の内部空洞との間の流体連通を可能にする位置に固定するステップ；
    前記筐体の第２端を、前記シールに隣接する位置に固定するステップ；
    前記圧力容器に、ある量の高圧で実質的に非反応性ガスを充填するステップ；および
    前記圧力容器を密閉し、それによって、前記筐体の開口が、筐体の内部空洞内のガス発生剤と、筐体の外部の加圧ガスとの間の流体連通を可能として、筐体内の前記固体のガス発生剤を加圧し、それによって固体のガス発生剤の点火および燃焼を促進するステップ；
    を含む、前記方法。
22. ガス発生剤を少なくとも部分的に囲むフィルターを設けるステップをさらに含み、ガス発生剤の燃焼によって発生するガスをフィルタリングする、請求項２１に記載の方法。
23. ガス発生剤と複数の開口との間の筐体の内部空洞に、フィルターを配置するステップをさらに含み、ガス発生剤の燃焼によって発生するガスをフィルタリングする、請求項２１に記載の方法。
24. 複数の開口と加圧ガスとの間の筐体の外部に、フィルターを配置するステップをさらに含み、ガス発生剤の燃焼によって発生するガスをフィルタリングする、請求項２１に記載の方法。
25. ある量の加圧された非反応性ガスを圧力容器内部に供給するステップが、Ｎ_２およびＨｅ_２からなるガスを供給することを含む、請求項２１に記載の方法。
26. 点火装置からガス発生剤への燃焼生成物の流れを導くための、点火装置を囲むカップを設けるステップをさらに含み、該カップが、ガス発生剤と点火装置の両方に連通する内部を規定する、請求項２１に記載の方法。
27. ある量のブースター推進剤をカップ内部に配置して、ガス発生剤の燃焼を促進するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
28. 請求項２１に記載の方法によって形成される、インフレータ。
29. ガス発生システムであって、
    ガスを発生するためのガス発生器；
    前記ガス発生器内の圧力容器；
    前記圧力容器内の、実質的に非反応性の加圧ガス；
    前記加圧ガスを流出させるための、前記圧力容器に形成されたオリフィス；
    前記圧力容器のオリフィスを密封するための破裂可能なシール；
    前記ガス発生器内の、前記シールに隣接したガス発生剤用筐体；および
    前記ガス発生剤用筐体内のガス発生剤であって、燃焼して、前記加圧ガスと連通する燃焼生成物を生成する、前記ガス発生剤；
    を含む、前記ガス発生システム。
30. ガス発生剤が、
    燃料としてのシリコーン；および
    金属および非金属の過塩素酸塩からなる群から選択される酸化剤；
    を含む、請求項２９に記載のガス発生システム。
31. エアバッグインフレータを含む、請求項２９に記載のガス発生システム。
32. ガス発生システムが車両乗員保護システムである、請求項２９に記載のガス発生システム。
33. ガス発生システムであって、
    第１端および第２端を有し、既定の圧力での加圧ガスを含む、密封された圧力容器；
    前記圧力容器内に収納され、前記既定の圧力で加圧された有孔筐体であって、第１端に隣接して固定された第３端および第２端に隣接して固定された第４端を含む、前記有孔筐体；
    エアバッグインフレータ内で用いるのに適し、前記有孔筐体内に収納された、ガス発生剤；
    第１端に固定され、ガス発生器システムの起動により前記ガス発生剤と動作可能に連通する、点火装置；および
    前記圧力容器に形成された少なくとも１つのガス出口オリフィスであって、前記点火装置の起動により、前記密封圧力容器が開かれて、前記ガス出口オリフィスからガスを放出する、前記出口オリフィス；
    を含む、前記ガス発生システム。
34. インフレータを製造する方法であって、
    第１端および第２端およびその中に開口部を含む、密封された圧力容器を設けるステップ；
    ガス発生剤組成物を点火するための点火装置を設けるステップ；
    前記圧力容器内に有孔のガス発生剤用筐体を設けるステップであって、該筐体は内部空洞を規定し、第１端に固定された第３端および第２端に固定された第４端を有し、該有孔筐体は、前記点火装置の起動の前に、加圧ガスと前記内部空洞との間の連続的な流体連通を可能にする、前記ステップ；および
    燃焼して燃焼生成物を生成するある量の固体のガス発生剤組成物を供給するステップであって、前記燃焼生成物は前記密封圧力容器をさらに加圧し、それによって圧力容器を開いて、前記燃焼生成物の少なくとも一部を放出する、前記ステップ；
    を含む、前記方法。

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