JP2008546513A - ガス生成システム - Google Patents

Abstract

乗り物乗員保護システム（１８０）に使用されるガス生成システム（１０）であって、端閉塞部（１４）が金属−金属シールの状態で第１の端（１２ａ）で外側ハウジング（１２）と組み合わされたガス生成システムが提供される。本発明のガス生成システム（１９）はガス生成システム（１０）の内部を通る生成されたガスの流路を画定する複数の流れオリフィス（４０ｄ）を含むバッフルシステム（４０）、および凝集表面に衝突するガスの流れ方向を変更するのためにガスの流路に沿って配置した複数の微粒子の凝集表面、を含むガス生成システム（１０）を含む。凝集表面に衝突した後のガスの流れ方向と、凝集表面と衝突する間のガスの流れ方向の間の差が少なくとも約９０度であるように、複数の凝集表面のそれぞれの凝集表面が向けられ、凝集表面に衝突するガス中の微粒子蛾表面上に凝集される。

Description

本発明の背景
本発明は一般にガス生成システムに関し、およびより特にはたとえば自動車の膨張可能な乗員拘束システムのような用途で使用される、フィルターのないガス生成システムに関する。

すべての新しい乗り物における標準的設備として、膨張可能な乗員保護システムの設置において、より小さく、軽く、より安価な乗員保護システムへの探索が強化されている。そのような保護システムの中で使用される膨張ガス発生装置は、最も重く最も高価なものである傾向があり、より軽く、よりコンパクトで、より安価な膨張ガス発生装置に対する必要がある。

典型的な膨張ガス発生装置は、乗り物の用途およびその内部に含まれるガス発生組成物に関連する直径および長さを有している円筒状の鋼またはアルミニウムのハウジングを有する。エアバッグ起動の間のガス生成物質の燃焼によって生成された微粒子の、乗り物乗員による吸入は危険な場合があり、ガス生成物質の燃焼中に発生する粒状物質またはスラグを除去することが望ましい。したがって、ガス生成システムには、一般に内側にまたは外側に、異なるメッシュおよび線径の、鋼スクリーンの１つ以上の層を有するフィルターが提供される。ガス生成物質の燃焼で生まれたガスは、ガス生成システムを出る前にフィルタを通過する。公知のシステムでのガス生成物質の燃焼の間に発生した粒子状物質、またはスラグは、ガスがフィルタを通過する際に本質的に削除される。さらに、燃焼ガスからの熱は、ガスがフィルターを通過する際に、フィルター物質に伝えられる。したがって、ガスから微粒子を濾過するとともに、フィルターはエアバッグ内への放散に先立ち、燃焼ガスを冷やすために作用する。しかしながら、ガス生成システム中のフィルターの包含は、ガス生成システムの複雑さ、重量および費用を増加させる。したがって、フィルターの必要なしに微粒子を除去し、生成されたガスを冷やすガス生成システム構造は望ましい。

フィルター成分における変化、および濾過材料の配置における変化は、予測不能であり、またフィルターを通るガスフローに悪影響を与える場合があり、それにより、ガス生成システムのバラスティック特性の変化に寄与し、システム応答を予測不能にする。インフレータのサイズを減じ、それによりパッケージングサイズを減じて、様々な用途または使用により大きな設計柔軟性を提供することを含んでいる。更に、インフレータのサイズを減じることは原料への要求を減じて、生産の複雑さをさらに有利に減じ、それにより全体の製造原価を減じることができる。

ガス生成システムに対する他の継続する関心は、ガス生成システムの物理的なパラメーターをできるだけ変えずに、および／またはこれらの物理的なパラメーターをできるだけ経済的に変えることにより、様々なバラスティック特性の任意の１つを達成する能力を有するガス生成システムに関するものである。

本発明の要約
上記の課題は、膨張可能な乗り物乗員保護システムで使用するためのガス生成システムを提供することにより緩和ないし回避されることができ、該システムは所望であれば、フィルターがないものであることができる。１つの態様では、ガス生成システムはガス生成システムの内部を通る生成ガスの流路を画定する複数の流れオリフィスを有するバッフルシステムを含み、および凝集表面に衝突するガスの流れ方向の変更のためにガスの流路に沿って配置した複数の微粒子の凝集表面を含む。それぞれの凝集表面は、凝集表面に衝突する前のガスの流れ方向と、凝集表面に衝突した後の流れ方向との相違が少なくともほぼ９０度であり、凝集表面に衝突するガス中の 微粒子は凝集表面上に凝集するかまたは集められるように向けられる。

本発明の別の態様では、ガス生成システムは、コンバスションチャンバーを有する外側ハウジング、およびバッフルシステムを含み、さらにコンバスションチャンバー内に配置された高いガス収率と低い固体生産のガス生成組成物を含むことができる。バッフルシステムは、ガス生成組成物の燃焼によって生成されたガスの流路を画定する複数の流れオリフィスを含み、該流路はコンバスションチャンバーとガス生成システムの外部の間に延び、凝集表面に衝突するガスの流れ方向を変えるために複数の微粒子の凝集表面がガスの流路に沿って配置され、凝集表面に衝突するガス中の微粒子は凝集表面上に凝集する。

本発明の別の態様においては、本発明のインフレータは、冷間加工または他の方法で圧縮成型された端閉塞部を外側ハウジング内に含み、該端閉塞部はボディボア溝を含み、該ハウジングまたは外側チューブは該溝内に圧縮されたフランジを含み、それにより金属−金属接触にあるボディボアシールを提供する。別の言い方をすれば、本発明は、第１の端および第２の端を含むインフレータハウジングを含み、該ハウジングは第１の端と金属−金属シールで端閉塞部に連結される。

詳細な説明
本発明は、従来の設計では膨張ガスの流れから粒状物質を取り除くために要求されるワイヤーメッシュフィルターを使用しないで作り上げられるガス生成システムを広汎に含む。設計は、装置から排出される炎および微粒子を最小限にするために、ガスを冷やし装置中に固体を保持する曲がりくねった経路ガスフローの概念を利用する。不適当な量の微粒子を発生することなく膨張ガスを生成して燃焼することができる適当なガス生成物質組成物の選択は、フィルターの必要をさらに回避する。ガス生成システムはフィルターの必要の回避によって、より単純で、より軽く、より安価になり、製造もより簡単になる。

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、炭素鋼または鋼のような丈夫な金属から一般に造られるが、たとえば強靱な耐衝撃性のあるポリマーのような部材を含んでも良い。当業者は、インフレータの様々な部材を製造するための様々な方法を理解するであろう。参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許番号５，０３５，７５７、６，０６２，１４３、６，３４７，５６６、米国特許出願番号２００１／００４５７３５、ＷＯ ０１／０８９３６およびＷＯ ０１／０８９３７は、様々なインフレータ部材の典型的な設計を例証するが、それらは本発明を制限するものではない。

図１を参照する。ガス生成システム１０は、第１の端１２ａ、第１の端に相対する第２の端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を画定する壁１２ｃを有する実質的に円筒状の外側ハウジング１２を含む。外側ハウジング１２は金属または合金から作られ、スタンプ、キャスト、深絞り、押し出し、または他の金属成形方法で製造されることができる。ノズル１２ｄは、ハウジングの内部と、組み合わされる膨張可能な装置（例えば乗り物乗員保護システムに組み入れられるエアバッグまたは安全ベルトプリテンショナー）の間の流体連絡を可能にするために、１以上のガス出口オリフィス１２ｅを含みハウジングの第２の端１２ｂに形成される。図１で示される実施態様では、外側ハウジング１２およびノズル１２ｄは、一部品として深絞りされる。１つ又は複数のガス出口オリフィス１２ｅが、その後、ドリリング、パンチング、または他の適当な手段により外側ハウジング第２の端１２ｂに提供される。

特定の実施態様では、ガス生成システムは、例えばサイドシートインフレータまたは安全ベルトプリテンショナーにおいて使用可能な、およそ２０ｍｍの外径を有する、外側ハウジング１２を備えたマイクロガス生成装置である。しかしながら、本明細書に記載された実施態様の特徴は、多くの異なるサイズのガス生成システムに組み入れられることができ、様々な異なる用途に使用可能なことである。

異なる実施態様（図示されない）では、ガス出口オリフィスはガス出口マニホールドに組み込まれる。ガス出口マニホールドは外側ハウジングとは別個に作られ、その後ガス生成システムのアセンブリー中に外側ハウジングに溶接又は他の適当な方法で固定される。

別の異なる実施態様（図示されない）では、少量の濾過材がガス出口オリフィスの近傍の外側ハウジングの第２の端に組み入れられることができ、ガスの分布に先立って膨張流体から燃焼生成物をろ過することができる。任意の適当な金属のメッシュフィルターまたは織物ワイヤクロースを使用することができる。それらの多くの例は、例えばＷａｙｎｅ Ｗｉｒｅ Ｃｌｏｔｈ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社、ブルームフィールドヒルズ、ミシガン州から商業上利用可能である。

本発明では、また図４に例証されるように、端閉塞部１４が冷間加工または他の方法で外側ハウジング内の第１の端１２ａに金属成形される。端閉塞部１４は、それに沿って形成された周縁のショルダー１４ａ、中央オリフィス１４ｂおよび周縁のキャビティーまたはくぼんだ部分１４ｃを有する。本発明では、ハウジング第１の端１２ａの環状フランジまたは突起１４ｄ（図４において冷間加工前の状態で点線として、および溝１４ｃの内に圧縮されて示される）は、ダイを通って絞られ、冷間加工され、それによりフランジを溝１４ｃ内に圧縮する。他の公知の金属成形方法も使用されることができる。インフレータの直径は、たとえば端閉塞部および溝１４ｃ内の外側ハウジング接触面のＯ−リングのような典型的なシールの必要を省くことにより、およびさらに溝１４ｃ内に環状フランジ１４ｄを圧縮することにより効果的に減じることができる。環状のフランジまたは突起部１４ｄの体積は、少なくとも、ほぼまたは実質的に溝１２ｃによって画定された体積と同じにであることが認識されるだろう。従って、一旦実質的に組み立てられたインフレータが、冷間加工に先立ち環状フランジ１４ｄの外径より小さな直径を有しているダイを利用して絞られ圧縮されれば、同じ高さにある金属−金属接触が、溝１４ｃおよびフランジ１４ｄの接触面に形成される。冷間加工によって、溝１４ｃの内に外側チューブまたはハウジング１２がはめられ、Ｏ−リングのような追加の部分の組み立てまたは表面処理を減じることにより製造工程を単純化しつつ、需要者の仕様に従う十分な強度を提供するためにハウジング１２は圧縮される。図１の実施態様で示されるように、外側ハウジング第１の端１２ａの部分１４ｄは周縁のキャビティー１４ｃ内へ押され、外側ハウジング１２へ端閉塞部をしっかりと取り付け、かつ同時にインフレータの気密封止を提供する。

需用者によって決定されるような、ショートクリップまたは点火アセンブリーを囲む構造および他の設計上の要求を保持しつつ、ハウジング端１２ａ内に端閉塞部１４をはめ込み密封する冷間加工技術は、実質的に１インチ未満の外径にインフレータの直径を減じる能力に帰着する。１つの実施態様では、およそ２０ミリメートルの外径を示し、それによりパッケージングサイズを減少させ、たとえば座席内のサイドインフレータのような、特定の用途に関する設計の柔軟性を増加させる。

周縁のショルダー１４ａは所定の外径を有する点火カップ１６（より詳しく以下に記載される）の末端部分壁１６ｂがショルダー１４ａに接するように配置されることができる。端閉塞部１４はスタンプ、押出、ダイキャスト、または他の金属成形法により、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。要求されないが、所望であれば、Ｏリングまたはシール（図示されない）が、端閉塞部１４の外側の端に沿って配置され、ハウジング壁１２ｃと端閉塞部１４の間の接触面を密封することができる。

図１を再び参照する。点火カップ１６は端閉塞部１４に隣接して配置され、ハウジングの長さ方向に関して外側ハウジング１２内に入れ子にされる。点火カップ１６はベース部分１６ａおよび、ベース部分から延びて端閉塞部１４に接する環状の壁１６ｂを有している。ベース部分１６ａおよび壁１６ｂはキャビティー１６ｃを画定し、その内部に火工品化合物１８（例えば公知のブースター組成物）を含む。点火化合物１８が点火される時に、点火化合物燃焼生成物の放出のために少なくとも１つの点火ガス出口オリフィス１６ｅが点火カップ１６に形成される。環状の凹部がベース部分１６ａ中に形成され、所定の内側の直径を有している環状の内側ハウジング２２（以下に記載する）の端部分を、凹部内に配置し、外側ハウジング１２内に内側ハウジング２２を配置ししっかりと取り付けることを援助することができる。点火カップ１６はスタンプ、押出、ダイキャスト、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。

図１で示される実施態様では、破壊可能な流体密封性のシール（図示されない）が点火カップオリフィス１６ｅを横切って配置され、ガス生成システムの起動前において、キャビティー１６ｃを、点火カップ１６の下流に作られた主コンバスションチャンバー２２ａから流体的に隔離する。シールは、点火カップベース部分１６ａの表面にしっかりと取り付けられ、キャビティー１６ｃと主コンバスションチャンバー２２ａの間に流体密封性の障壁を形成する。様々な既知のディスク、フォイル、フィルム、テープまたは他の適当な材料が、シールを形成するために使用されてもよい。

図１を再び参照する。所定量の火工品化合物１８が、キャビティー１６ｃ内に含まれる。図１で示される実施態様では、火工品化合物１８は、公知の適当な点火化合物またはブースター化合物であり、その燃焼はコンバスションチャンバー２２ａ中に配置された第２の主ガス生成物質チャージ２８を点火する。異なる実施態様では、キャビティー１６ｃ内の火工品化合物１８は、ガス生成システムの主なガス生成物質チャージを含む。この異なる実施態様は、比較的少量の膨張ガス（およびそのため相応してより小さな量のガス生成物質）が必要な用途において使用されることができる。１つ以上の自己発火タブレット（図示されない）がキャビティーに１６ｃ置かれることができ、公知の方法で外部が加熱されると火工品化合物１８の点火を許容する。

図１を再び参照する。イグナイタアセンブリー２０が端閉塞部の中央のオリフィス１４ｂ内に配置されしっかりと取り付けられ、ガス生成システムの作動の際に点火化合物１８を点火するために、点火化合物１８を含むキャビティー１６ｃとイグナイタアセンブリーに組み入れられたイグナイタ２０ａの間の作動可能な接続を可能にする。イグナイタアセンブリー２０は、任意の公知の方法の１つ、たとえば溶接、クリンピング、インターフェレンスフィットの使用、または接着剤の使用により、中央オリフィス１４ｂ中にしっかりと取り付けられることができる。ここに記載された用途にふさわしいイグナイタアセンブリーは様々な公知の供給者、例えばＰｒｉｍｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社、レッドモンド、ウィスコンシン州、またはＡｅｒｏｓｐａｃｅ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社、オランダから入手可能である。

点火カップ１６中の凹部はそれに沿って内側ハウジング２２の第１の端部分を収容するように適応される。図１で示されるガス生成システムの実施態様の中で、内側ハウジング２２はセンタープレート２６および隔壁３０（以下に記載される）と一緒になって、主ガス生成組成物２８（詳細に以下に記載される）を含む主コンバスションチャンバー２２ａを画定する。内側ハウジング２２は外側ハウジング壁１２ｃと間隔をおいて配置され、内側ハウジング２２と外側ハウジング１２の間に延びる環状のガスフロー通路２３を形成する。内側ハウジング２２は少なくとも１つ、好ましくは複数の、それに沿って形成されたガス出口開口部２２ｂを有し、コンバスションチャンバー２２ａとガスフロー通路２３の間の流体連絡を可能にする。ガス生成システムの起動に際して、コンバスションチャンバー２２ａは、流体的に点火カップオリフィス１６ｅを介して点火カップキャビティー１６ｃに連絡する。

図１で示される実施態様の中で、内側ハウジング２２は入れ子にされるか、または中央プレート２６（以下に記載される）およびコンバスションチャンバー２２ａを取り囲む第１の比較的大きな内径から、外側ハウジングの第２の端１２ｂに近接する第２の比較的狭い内径までテーパー状に狭くなる。したがって、ガスフロー通路２３の幅は内側ハウジング２２の長さに沿って変わることがある。該ガスフロー通路の幅は内側ハウジングが外側ハウジング１２と同軸で配置される場合、外側ハウジング１２の内側直径と内側ハウジング２２の外径の間の差の半分として定義される。特定の実施態様では、ガスフロー通路２３の幅は内側ハウジング２２の長さに沿って、約０．５ｍｍの最小値から約３ｍｍの最大値まで変化する。内側ハウジング２２の第２の端は、内側に丸められて環状のオリフィスを形成する端部分を含む。

内側ハウジング２２はさらに、内側ハウジングの比較的狭い直径部分に沿って形成された少なくとも１つの第２のオリフィス３０ｄを有し、ガスフロー通路２３とバッフル要素３４（より詳細に以下に記載される）の内部の間の流体連絡を可能にする。

ガス生成システムの異なる実施態様１１０（図２で示される）では、内側ハウジング１２２の第２の端部分は直径が減少することなく形成され、バッフル要素４０（以下に記載される）中に形成された凹部に沿って固定され、それにより、外側ハウジング１２から半径方向内側に内側ハウジング１２２を配置ししっかりと取り付ける。したがって、この実施態様では、ガスフロー通路２３の幅は、内側ハウジング１２２の長さに沿って実質的に一定である。特定の実施態様では、ガスフロー通路２３の幅は内側ハウジング２２の長さに沿っておよそ１ｍｍである。

内側ハウジング２２および１２２は押出、深絞りまたは他の金属成形法により金属または合金から形成されることができる。

図１を参照する。穿孔されたセンタープレート２６はプレスフィット、または他の適当な方法でハウジング１２内にしっかりと取り付けられる。図１で示される実施態様では、センタプレート２６は内側ハウジング２２とインターフェレンスフィットを形成するような寸法にされ、点火カップ１６のベース部分１６ａと接するように配置される。点火カップ１６中のガス出口オリフィス１６ｅと、内側ハウジング２２中に形成されたガス生成物質コンバスションチャンバー２２ａの間の流体連絡を可能にするために、少なくとも１つのオリフィス２６ａがセンタプレート２６中に提供される。センタプレート２６は金属または合金から作られ、スタンプ、絞り、押出、他の方法で金属形成されることができる。破壊可能な流体密封性のシール（図示されない）が、１つ又は複数のオリフィスを２６ａを横切って配置され、ガス生成システムの起動前において、コンバスションチャンバー２２ａからブースターキャビティー１６ｃを流体的に分離する。シールはセンタプレート２６の表面にしっかりと取り付けられ、点火カップキャビティー１６ｃとコンバスションチャンバー２２ａの間に流体密封性の障壁を形成する。様々な既知のディスク、フォイル、フィルム、テープまたは他の適当な材料が、シールを形成するために使用されてもよい。

図１を参照する。ガス生成組成物２８はコンバスションチャンバー２２ａの内に配置される。本明細書に記載されたガス生成装置の実施態様は、たとえば「無煙の」ガス生成組成物のような、高いガス収率、低い固体生成のガス生成組成物で最も好ましく作動することが知られた。そのようなガス生成物質組成物は、たとえば、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許番号６，２１０，５０５および５，８７２，３２９に記載された組成物およびプロセスにより例示されるが、これらに限定されるものではない。本明細書においては、「無煙」の用語は、燃焼の結果、生成物の合計質量に基づいて少なくとも約８５％、好ましくは約９０％のガス状生成物を与え、また、その帰結として生成物の合計質量に基づいて約１５％未満、好ましくは１０％未満の固体生成物を与えることができるプロペラントを意味するものと一般に理解されるべきである。
米国特許６，２１０，５０５は、トリアゾールまたはテトラゾールの非金属塩燃料、第一の酸化剤としての相安定化された硝酸アンモニウム（ＰＳＡＮ）、金属の第２の酸化剤、およびクレーまたは雲母のような不活性成分を含む様々な高窒素非アジドガス組成物を開示する。米国特許５，８７２，３２９は、トリアゾールまたはテトラゾールのアミン塩燃料、および酸化剤としての相安定化された硝酸アンモニウム（ＰＳＡＮ）を含む様々な高窒素非アジドガス組成物を開示する。

図１で示される実施態様では、隔壁またはディバイダー３０はプレスフィット、ロールクリンプ、または他の方法で、適切に内側ハウジング１２の内側に、内側ハウジングの低減した直径部分に沿ってしっかりと取り付けられ、ディバイダーがディバイダーの一方の側に作用するガス圧力にさらされる場合に、ハウジング内の所定位置にディバイダーを維持するようにする。隔壁３０は内側ハウジング２２を区分けし、外側ハウジングの第２の端に近接する内側ハウジング内のチャンバー３０ａを画定する。チャンバー３０ａを囲む内側ハウジング部分は、ガスフロー通路２３とチャンバー３０ａの間の流体連絡を可能にするためにその内部に形成された開口部３Ｏｄを含んでいる。ガス気密性シールはディバイダー３０と内側ハウジング２２の間で作用され、それにより、以下に記載されるように、環状のガスフロー通路２３を通過しないで、ガスがガス出口ノズル１２ｄへコンバスションチャンバー２２ａから漏れることを防ぐ。ディバイダー３０は、スタンプ、キャスティング、または他の適当なプロセスにより金属または合金から形成されることができる。

図１を再び参照する。ガスフロー通路２３から内側ハウジング２２へ入いるガスの流れがガス出口ノズル１２ｄへ進むように流路を導くバッフル要素３４が提供される。バッフル要素３４は環状のベース部分３４ａ、および内側ハウジング２２内にベース部分から伸びる環状のスリーブ３４ｂを含み、ガスフロー通路２３と流体連絡を有するバッフル要素内部を画定する。バッフル要素内部は、さらにノズル１２ｄの内部と流体連絡にある。バッフル要素をハウジング１２内にしっかりと取り付けるために、ベース部分３４ａは、内側ハウジング２２の第２の端部分と外側ハウジングガス出口ノズル１２ｄの間に配置されしっかりと取り付けられる。破壊可能な流体密封性のシール（図示されない）は、環状のスリーブ部分３４ｂの端部分を横切って配置することができ、外側ハウジングガス出口ノズル１６ｄから内側ハウジング端チャンバー３０ａを流体的に隔離する。様々な既知のディスク、フォイル、フィルム、テープまたは他の適当な材料が、シールを形成するために使用されてもよい。

異なる実施態様（図２中に示される）では、バッフル要素４０は内側ハウジング２２に接する実質的に円形のベース部分４０ａ、およびベース部分４０ａから延びる実質的に円筒状の壁４０ｂを含んでいる。壁４０ｂは、ガスフロー通路２３と流体連絡にある。ベース部分４０ａおよび壁４０ｂは結合されてバッフルチャンバー４０ｃを画定し、以下に記載される方法で、コンバスションチャンバー２２ａ中の膨張ガス生成物質２８の燃焼からの燃焼生成物をその内部に受容する。バッフルチャンバー４０ｃはさらにノズル１２と流体連絡にある。ガス密封性のシールは、バッフル要素ベース部分４０ａと内側ハウジング２２の間で作用し、それにより環状のガスフロー通路２３を通過しないでガスがガス出口ノズル１２ｄ方向へコンバスションチャンバー２２ａから漏れることを防ぐ。凹部がバッフル要素ベース部分４０ａの中に形成され、それに沿って内側ハウジング２２の第２の端部分を受容し、内側ハウジングの第２の端をガス生成システム内に配置し、しっかりと取り付ける。少なくとも１つ、好ましくは複数のオリフィス４Ｏｄが、壁４０ｂの中に形成され、ガスフロー通路２３から受容された燃焼生成物の流れを可能にする。図２の中で示される実施態様中では、いくつかのオリフィス４０ｄは、壁４０ｂの周縁に沿ってほぼ９０度で間隔をおいて配置される。破裂可能な、流体密封性シール（図示されない）は、ガス出口ノズル１２ｄを横切って配置され、流体的に外側ハウジングガス出口ノズル１２ｄからバッフルチャンバー４０ｃを隔離する。様々な既知のディスク、フォイル、フィルム、テープまたは他の適当な材料が、シールを形成するために使用されてもよい。

生成されたガスの中に浮かぶ微粒子（特により重い微粒子）は、それらが浮かぶガスよりもより大きなモーメントと動的慣性を有し、ガスほど容易には方向を変えられない。したがって、微粒子は、ガスフロー経路に沿って表面と衝突し、凝集する傾向がある。さらに、微粒子の凝集物を収容するために、微粒子が凝集するガス生成装置内部の部分で、またはその部分の近くで、十分な凝集表面領域を提供することは望ましい。さらに、ガスフロー中の方向の変化が多いほど、より多くの機会が微粒子の凝集のために提供される。

微粒子が比較的高い速度で衝突する表面および／またはガスフローの方向に比較的大きな変更を生ずる表面上に、微粒子は最も凝集しやすいと信じられている。１つの実施態様では、これは凝集表面に衝突した後のガスの流れ方向と、凝集表面と衝突する前のガスの流れ方向との間の相違が、少なくとも約９０度であるような配置で凝集表面を提供することにより達成される。本発明の特定の実施態様では、複数の凝集表面のそれぞれの凝集表面は、それぞれの凝集表面に衝突するガスの流れ方向に実質的に垂直である。したがって、ガスフローの残りとともに方向を変えるのではなく、凝集表面を打つ微粒子の少なくとも一部分は表面上に付着し、または表面上に凝集する。

ガス生成装置の内表面に沿った微粒子の凝集の可能性を最大限にするために、内表面との衝突の数（したがってガスの方向の変化の数）、微粒子が内表面と衝突する速度、および方向転換の角度を大きくすることが望ましい。より大きなガスフロー方向の変化は微粒子が一時的に止まるようにし、また微粒子が凝集表面と衝突する時の速度を劇的に減少させる。

図１は、ガス生成物質の燃焼が始まる時の、ガス生成システムを流れる計画されたガスフロー経路（矢Ａによって示された）を示す。図１を参照する。オリフィス２２ｂ、３０ｄおよび環状スリーブ３４ｂへの開口は、ノズルガス出口オリフィス１２ｅへのガス生成システムの内部を通る生成されたガスのための流路を画定する。さらに、上に記載された様々なガス生成システム成分の配置は、表面に衝突するガスの流れ方向の変更のためにガスの流路に沿って配置した複数の微粒子の凝集表面を提供し、その結果、凝集表面に衝突するガス中の微粒子は表面に集まるか、凝集する。

図１およびＩＡの中で示される実施態様の操作では、クラッシュセンサーからの信号の受取に際して、電気的な起動信号がイグナイタ２０ａに送られる。イグナイタからの燃焼生成物は、点火カップキャビティー１６ｃ内へ拡がり、キャビティー１６ｃ中に配置されたブースター化合物１８に点火する。ブースター化合物１８の燃焼からの生成物は、キャビティー１６ｃから進み出て、点火カップオリフィス１６ｅを通り、コンバスションチャンバー２２ａへ進み、主ガス生成物質２８に点火する。主ガス生成物質２８がブースター組成物によって完全に点火された場合、主ガス生成物質は、固体から液体へ、その後ガスに相変化を始める。

ガス生成物質２８の燃焼によって生成されたガスおよび他の燃焼生成物は、内側ハウジング２２中の内部圧力によって、比較的高速で半径方向外側のガス出口開口部２２ｂへ押される。その後、ガスは内側ハウジング２２中の複数のオリフィス２２ｂを介してガスフロー通路２３に流れ込み、内側ハウジング２２内の圧力よりわずかに低い圧力でガスフロー通路を満たす。主なガス生成物質が燃えるとともに、Ｐｌ（内部ハウジング圧力）およびＰ２（ガスフロー通路圧力）の両方は同じ速度で増加し、ガスはガスフロー通路２３を通って流れる。ガス生成物質２８の燃焼からの生成物は、内側ハウジングガス出口開口部２２ｂを通り、環状のガスフロー通路２３へ入り、通路２３に沿って、内側ハウジング２２の下流方向へ進む。一方、燃焼生成物の一部分は出口開口部２２ｂを通って内側ハウジング２２を出るが、燃焼生成物の一部分も内側ハウジング２２の内表面に衝突し、さらにそれらが出口開口部２２ｂのうちの１つの方向へ内側ハウジングの内側表面に沿って流れる時に、ガスの流れ方向を急に強制的に変化させる。内側ハウジング２２の内表面にガスが比較的高速で衝突すると、内側ハウジング２２の内表面上への微粒子の付着または凝集を引き起こす。

同様に、オリフィス２２ｂを通り抜けた微粒子は外側ハウジング１２の内表面に沿って衝突し、その後ガスはオリフィス３０ｄの方へ通路２３に沿って流れるようにガスの流れ方向を変更する。比較的高速での外側ハウジング１２の内表面へのガスの衝突は、外側ハウジング１２の内表面上への微粒子の付着または凝集を引き起こす。

一方、燃焼生成物の一部分は、内側ハウジング第２の端開口部３０ｄを通ってチャンバー３０ａ内へ進み、燃焼生成物の一部分は、さらに内側ハウジング２２および外側ハウジング１２の端部分の交差または接触面によって画定されたガスフロー通路の部分７０内へ入り、内側ハウジング第２の端開口部３０ｄの方向へ戻るように、ガス流れの方向が急に強制的に変更される。比較的高速での通路部分７０へのガスの移動は、通路部分７０の表面上への微粒子の付着または凝集を引き起こす。

ガスはチャンバー３０ａへ内側ハウジング第２の端開口部３０ｄを通って進む。開口部３０ｄに入る際にガス流中に残る微粒子は、内側ハウジング２２に沿って形成され、１つ又は複数のオリフィス３０ｄに実質的に相対して配置される環状のスリーブ３４ｂの外表面に沿って衝突し、環状のスリーブの外表面上への微粒子の付着または凝集を引き起こす。

図１Ａに見られるように、ガスは環状のスリーブ３４ｂを離れてそれ、ディバイダー３０の方向へ強制的に流され、スリーブの中空の中心部分に達し、ノズルガス出口オリフィス１２ｅへと導かれる。したがって、ガス中の微粒子はさらにディバイダー３０と衝突し、それに付着できる。最後に、ノズル開口１２ｅの方向へ進むガスは、ノズルの内側の端内側表面と衝突し、オリフィス１２ｅから生成ガスが出てゆく前に、それらへの微粒子の付着を引き起こす。

上記の記述から理解されるように、一連の凝集表面がガス生成システムのコンバスションチャンバーおよび出口開口部の間に配置され、ガス流れの速度の突然の変化をもたらし、それによりガス流の中に保持された微粒子が凝集表面に衝突し、それに付着する。本明細書に記載される凝集表面のシステムは、他の設計において必要であるフィルターを使用することなく、ガス生成物質の燃焼の間に生成されたほとんどの微粒子をトラッピングするように作用すると信じられている。

チャンバー３０ａの中の内部圧力が所定の値に達した時、その内部に配置した全ての破壊可能なシールが破壊され、ガスがスリーブ部分３４ｂへ流れ、ノズル１２ｄを通りガス生成システムから流れ出ることを可能にする。

図２および２Ａの中で示される実施態様の操作は、図１および１Ａの実施態様について記載されたものと実質的に同一である。ガスフロー通路２３からのガスは矢Ｂによって示された通路に沿って進み、開口４０ｂを通りバッフルチャンバー４０ｃ内に入り、ノズル１２ｄ内へ入り、ガス出口オリフィス１２ｅを通ってガス生成システムから排出される。一方、燃焼生成物の一部分は、内側ハウジング第２の端開口部３０ｄを通ってチャンバー３０ａ内へ進み、燃焼生成物の一部分はさらに内側バッフル要素４０の端および外側ハウジング１２の端部分の交差または接触面によって画定されたガスフロー通路の部分１７０に入り、バッフル要素開口部４０ｄの方向へガスが逆方向へ流れるように、ガスの流れを急に強制的に変更する。比較的高速での通路部分１７０へのガスの移動は、通路部分１７０の表面上への微粒子の付着または凝集を引き起こす。

ガスフロー通路２３へ入り、バッフル要素へ入り、ついでガス出口ノズル１２ｄから出てゆくプロペラントボディから出てゆくガス流れのプロセスにおいて、ガスが接触する全ての金属部分およびガスが流れる曲がりくねった経路は、ガスの冷却を提供する。追加の成分（たとえば、ヒートシンク装置またはフィルター）が必要でないように、これはガスの十分な冷却を提供する。さらに、追加の冷却装置が必要でないので、消費されたガス生成物質によって提供されるガスは既存のガス生成装置システム設計によって生産されたものより大きな効率を有している。

図３を参照する。上に記載されたガス生成システム１０の実施態様はさらに、様々な乗り物乗員保護システム要素の任意のものに組み入れられることができる。１つの実施例において、上記の２０ｍｍの直径のガス生成システムが、安全ベルトのプリテンショニングのために安全ベルトアセンブリー１５０に組み入れられた。

図３は、例示的な安全ベルトアセンブリー１５０の１つの例示的な実施態様の概略図を示す。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１００を含む。安全ベルトリトラクタメカニズム１５４（例えば、ばね式のメカニズム）は、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が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、米国特許番号５，７４３，４８０、５，５５３，８０３、５，６６７，１６１、５，４５１，００８、４，５５８，８３２および４，５９７，５４６に開示されている。これらの特許は参照され、本明細書の一部として組み込まれる。本発明の安全ベルトの実施態様と組み合わされることができる典型的なガス−作動プリテンショナーの例は、米国特許番号６，５０５，７９０および６，４１９，１７７に開示されている。これらの特許は参照され、本明細書の一部として組み込まれる。

安全ベルトアセンブリ１５０は、例えばガス生成システムに組み入れられたイグナイタ２０ａ（図３には示されていない）の起動によって、ベルトプリテンショナー１５６の起動の信号を発生する既知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含む、衝突センサ１５８（例えば慣性センサあるいは加速度計）を含むか、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番号６，５０５，７９０および６，４１９，１７７は、そのような方法で始動するプリテンショナーの例を提供する。

図３を参照する。安全ベルトアセンブリ１５０はより広汎な、さらにエアバッグシステム２００のような追加の要素を含む乗り物乗員拘束システム１８０に組み込むことができる。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に連結されたガス生成システム２０１を含む。エアバッグシステム２００はさらに衝突センサー２１０を含む（または接続されている）ことができる。衝突センサー２１０は、例えば衝突の際にエアバッグガス生成システム１０の起動によって、エアバッグシステム２００の発動の信号を発する公知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含んでいる。

安全ベルトアセンブリ１５０、エアバッグシステム２００、およびより広汎な乗り物乗員保護システム１８０が例示されたが、これらは本発明のガス生成システムの使用はこれらに限定されるものではない。さらに、本明細書に記載された、複数の微粒子の凝集表面を有し、高いガス収率と低い固体生成のガス生成組成物を組込むガス生成システムは、エアバッグシステムまたは作動のためにガス生成システムを要求する他の乗り物乗員保護システム要素において使用されてもよいことが認識されるべきである。

本発明の異なる態様では、以下のようなインフレータの製造方法が提供される。
１． 第１の端および第２の端、および周縁部を有する外側ハウジングの提供、
２． 第１の端の周縁での外側の突起または環状のフランジの形成、
３． くぼんだ部分または溝を有する端閉塞部の提供、
４． 第１の端において外側ハウジング内に端閉塞部を挿入し、それにより外側の突起およびくぼんだ部分の側面を一列に並ばせること；および
５． くぼんだ部分内への外側の突起の圧縮。
圧縮は突起およびくぼんだ部分をカップリングさせる冷間加工または他の金属成形を含む。

本明細書に記載された方法によって形成されたインフレータを含むインフレータおよび乗り物乗員保護システムも含まれる。上記の、ハウジング１２の第１の端１２ａに結合された端閉塞部１４について記載する文献は、本発明の詳細を完全に知らせるために、参照され本明細書の一部として組み込まれる。

本発明の実施態様の先の記述が例示の目的だけのためにあることはさらに理解されるだろう。そのため、ここに示された様々な構造・操作上の特徴は、当該技術分野における当業者により、特許請求の範囲により規定される本発明の技術範囲を逸脱することなく多くの改良を行うことができる。したがって、先の記載は本発明の範囲を何ら制限するものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲の記載およびその等価物により決定される。

図１は、本発明のガス生成システムの第１の実施態様の横断面の側面図である；図１Ａは図１の一部分の拡大図であり、計画されたガスフロー経路およびそれに沿った計画された微粒子の凝集表面を示す； 図２は、本発明のガス生成システムの第２の実施態様の横断面の側面図である；図２Ａは、図２の一部分の拡大図であり、計画されたガスフロー経路およびそれに沿った計画された微粒子の凝集表面を示す； 図３は、本発明の乗り物乗員保護システムにおいて使用される例示的なガス生成システムについての概要図である。 図４は、本発明のガス生成システムの第１の実施態様の横断面の側面図であり、外側のハウジング内の端閉塞部内に形成された、くぼんだ部分または溝内に圧縮される前の外側のハウジングの周縁周囲に形成される環状のフランジまたはフレアーが示される。

Claims (28)

1. ガス生成システムの内部を通る生成されたガスの流路を画定する複数の流れオリフィスを含むバッフルシステム、および
   凝集表面に衝突するガスの流れ方向を変更するためにガスの流路に沿って配置した複数の微粒子の凝集表面、を含むガス生成システムであって、
   凝集表面に衝突した後のガスの流れ方向と、凝集表面と衝突する間のガスの流れ方向の間の差が少なくとも約９０度であるように、複数の凝集表面のそれぞれの凝集表面が向けられ、
   凝集表面に衝突するガス中の微粒子が表面上に凝集される、ガス生成システム。
2. ガス生成システムの内部に配置された無煙ガス生成組成物をさらに含む、請求項１記載のガス生成システム。
3. ガス生成組成物が、１−，３−，５−置換のトリアゾール類のアミン塩類、および１−，および５−置換のテトラゾール類のアミン塩類から成る群から選択された高窒素非アジド燃料、並びに相安定化された硝酸アンモニウムから成る群から選択された酸化剤と乾式混合された混合物をさらに含む、請求項２記載のガス生成システム。
4. ガス生成組成物が以下の混合物を含む、請求項２記載のガス生成システム：
   １−，３−および５−置換のトリアゾール類の非金属塩類、並びに１−，および５−置換のテトラゾール類の非金属塩類から成る群から選択された高窒素燃料；
   相安定化された硝酸アンモニウムから成る群から選択された第１の酸化剤；
   金属の第２の酸化剤；並びに
   不活性成分。
5. 複数の凝集表面のそれぞれの凝集表面が、それぞれの凝集表面に衝突するガスの流れ方向に実質的に垂直な、請求項１記載のガス生成システム。
6. 以下を含むガス生成システム：
   コンバスションチャンバー、第１の端および第２の端を有する外側ハウジング；
   前記の第１の端で金属−金属シール状態でハウジングに連結された端閉塞部；
   コンバスションチャンバー内に配置された、高いガス収率と低い固体生成のガス生成組成物；並びに
   以下のものを含むバッフルシステム：
   ガス生成組成物の燃焼により生成されたガスのための流れ通路を画定する複数の流れオリフィス、コンバスションチャンバーとガス生成システムの外部の間に延びる流路、および凝集表面に衝突するガスの流れ方向を変更するためにガスの流路に沿って配置した複数の微粒子凝集表面、
   ここで、凝集表面に衝突するガス中の微粒子が表面上に凝集する。
7. 凝集表面に衝突した後のガスの流れ方向と、凝集表面と衝突する間のガスの流れ方向の間の差が少なくとも約９０度であるように、複数の凝集表面のそれぞれの凝集表面が向けられる、請求項６記載のガス生成システム。
8. さらに次のものを含む請求項６記載のガス生成システム：
   コンバスションチャンバーを画定する内側ハウジング、該内側ハウジングは外側ハウジングとともに配置され、内側ハウジングと外側ハウジングとの間に延びるガスフロー通路を画定し、該内側ハウジングはそれに沿って形成された少なくとも１つの第１のオリフィスを有し、コンバスションチャンバーとガスフロー通路との間の流体連絡を可能にする；
   ガスフロー通路と流体連絡を有するバッフル要素内部を画定するバッフル要素；および
   バッフル要素内部と流体連絡があり、外側ハウジングと連結されたノズルであって、少なくとも１つのガス出口オリフィスを有し、外側ハウジングの内部と外側ハウジングの外部との間の流体連絡を可能にするノズル。
9. 複数の凝集表面の内の１つの凝集表面が、内側ハウジングに沿って形成された少なくとも１つのオリフィスに相対する外側ハウジングの内表面に沿って位置する、請求項８記載のガス生成システム。
10. 複数の凝集表面の１つの凝集表面が内側ハウジングの内表面に沿って位置する、請求項８記載のガス生成システム。
11. バッフル要素が環状のベース部分および、内側ハウジング内にベース部分から伸びる環状のスリーブを有し、該内側ハウジングは環状スリーブに相対してそれらに沿って形成された少なくとも１つの第二のオリフィスを有し、ガスフロー通路とバッフル要素内部の間の流体連絡を可能にし、複数の凝集表面の１つの凝集表面は、内側ハウジングに沿って形成された少なくとも１つの第２のオリフィスに相対して伸びる環状スリーブの表面に沿って配置される、請求項８記載のガス生成システム。
12. 内側ハウジングの端部分が外側ハウジングの端部分に接し、それらの間にガス気密性シールを形成し、複数の凝集表面の１つの凝集表面は内側ハウジング部分および外側ハウジング部分の接触部の近傍に配置される、請求項８記載のガス生成システム。
13. バッフル要素が実質的に環状のベース部分、ベース部分から伸びてガスフロー通路と流体連絡のある実質的に円筒状の壁を有し、該ベース部分と該壁とは一緒になってノズルと流体連絡のあるバッフルチャンバーを画定し、壁の中に形成された少なくとも１つの第２のオリフィスはガスフロー通路とバッフルチャンバーとの間の流体連絡を可能とする、請求項８記載のガス生成システム。
14. ガス生成組成物が以下の混合物を含む、請求項６記載のガス生成システム：
    トリアゾール類の１−，３−および５−置換非金属塩類、およびテトラゾール類の１−および５−置換非金属塩類から成る群から選択された高窒素燃料；
    相安定化された硝酸アンモニウムから成る群から選択された第１の酸化剤；
    金属の第２の酸化剤；および
    不活性成分。
15. 外側ハウジングが約２０ｍｍの直径の外径を有している、請求項６記載のガス生成システム。
16. ガス生成組成物が無煙のガス生成組成物である、請求項６記載のガス生成システム。
17. ガス生成組成物が以下の混合物を含む、請求項６記載のガス生成システム：
    ガス生成組成物の１３から３８重量％の量で含まれる、トリアゾール類の１−，３−，５−置換アミン塩類、およびテトラゾール類の１−および５−置換アミン塩類から成る群から選択された高窒素燃料；
    ガス生成組成物の４６から８７重量％の量で含まれる、相安定化された硝酸アンモニウムから成る第１の酸化剤；
    ガス生成組成物の０．１から２５重量％の量で含まれる金属の第２の酸化剤；および
    ガス生成組成物の０．１から８重量％の量で含まれる、不活性成分；
    ここで前記の燃料は、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのモノグアニジニウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのジグアニジニウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのモノアミノグアニジニウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのジアミノグアニジニウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのモノヒドラジニウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのジヒドラジニウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのモノアンモニウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのジアンモニウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのモノ−３−アミノ−１，２，４−トリアゾリウム塩、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールのジ−３−アミノ−１，２，４−トリアゾリウム塩、５，５’−アゾビス−１Ｈ−テトラゾールのジグアニジニウム塩、および５−ニトロアミン−１Ｈ−テトラゾールのモノアンモニウム塩から成る群から選択される。
18. ガス生成組成物は、トリアゾール類の１−，３−および５−置換のアミン塩、およびテトラゾール類の１−および５−置換アミン塩から成る群から選択される高窒素の非アジド燃料；および
    相安定化された硝酸アンモニウムから成る群から選択される酸化剤と乾式混合された混合物を含む、請求項６記載のガス生成システム。
19. ガス生成組成物が以下のものの混合物を含む、請求項６記載のガス生成システム：
    ガス生成組成物の１５から６５重量％の量で含まれる、トリアゾール類の１−，３−，５−置換アミン塩類、およびテトラゾール類の１−および５−置換アミン塩類から成る群から選択された高窒素非アジド燃料；および
    ガス生成組成物の３５から８５重量％の量で含まれる、相安定化された硝酸アンモニウムから成る酸化剤；を含み、
    ここで前記の燃料は、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのモノグアニジニウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのジグアニジニウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのモノアミノグアニジニウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのジアミノグアニジニウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのモノヒドラジニウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのジヒドラジニウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのモノアンモニウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのジアンモニウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのモノ−３−アミノ−１，２，４−トリアゾリウム塩、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのジ−３−アミノ−１，２，４−トリアゾリウム塩、５，５’−アゾビス−１Ｈ−テトラゾールのジグアニジニウム塩、および５−ニトロアミン−１Ｈ−テトラゾールのモノアンモニウム塩から成る群から選択される。
20. コンバスションチャンバー、第１の端および第２の端を含む外側ハウジング；および
    ハウジングにその第１の端で金属−金属シールで連結された端閉塞部、を含むガス生成システムを含む乗り物乗員保護システム。
21. 外側ハウジングが約２０ミリメートルの直径を有している、請求項２０記載の乗り物乗員保護システム。
22. ガス生成システムがフィルターがないガス生成システムである、請求項１記載のガス生成システム。
23. ガス生成システムがフィルターがないガス生成システムである、請求項６記載のガス生成システム。
24. コンバスションチャンバー、第１の端および第２の端を含む外側ハウジング；および ハウジングにその第１の端で金属−金属シールで連結された端閉塞部、を含むガス生成システム。
25. 前述の外側ハウジングが約２０ミリメートルの外径を有している、請求項２４記載のガス生成システム。
26. 以下の工程を含むインフレータの製造方法：
    第１の端および第２の端、および周縁部を有する外側ハウジングの提供、
    第１の端の周縁での外側の突起の形成、
    くぼんだ部分を有する端閉塞部の提供、
    第１の端において外側ハウジング内に端閉塞部を挿入し、それにより外側の突起およびくぼんだ部分の側面を一列に並べること；および
    くぼんだ部分内への外側の突起の圧縮。
27. 請求項２６記載の方法によって形成されたインフレータ。
28. 請求項２６記載の方法によって形成されたインフレータを含む乗り物乗員保護システム。

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