JP3977812B2 - 冷ガスインフレータの開き装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、移動している車両の乗員を保護する安全装置に関する。本発明は、特に、冷ガスインフレータ用の開き装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス貯蔵装置が、ガスを迅速に放出できることは、様々な技術において非常に重要な特性である。このような技術の例としては、車両の乗員用の膨張可能な拘束装置、消火機構、および非常用エアコンテナがある。
【０００３】
車両の乗員用の膨張可能な拘束装置の分野において、冷ガスインフレータは、貯蔵ガスを放出することによって車両のエアバッグを膨張させる。貯蔵ガスは、一般に、アルゴンやヘリウムのような１つまたは２つ以上の不活性ガスを含んでおり、自動車が衝突した場合、貯蔵ガスは冷ガスインフレータから出てエアバッグに流入し、それによってエアバッグは膨張させられる。冷ガスインフレータは貯蔵ガスを放出するので、このようなインフレータは、有毒ガスや高温の膨張ガスのような他の種類のインフレータに通常伴う問題を有していない。
【０００４】
冷ガスインフレータは、膨張するカーテンエアバッグ、胸部エアバッグ、および頭部・胸部エアバッグに用いるのに適している。カーテンエアバッグは、車両の屋根に取り付けられ、膨張させられた時に乗員の頭部を保護する。胸部エアバッグは、カーテンエアバッグよりも低い位置に取り付けられ、通常、車両のシートに取り付けられている。
【特許文献１】
米国特許第６２４７７２５号明細書
【特許文献２】
国際公開第０１／４２０４７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷ガスインフレータは排出開口部を備えており、貯蔵ガスは、圧力容器から出るためにこの通路を通って流れなければならない。通常、排出開口部は、貯蔵ガスが排出開口部を通過し、圧力容器から逃げるのを阻止する閉そく部材を有している。自動車の衝突時、開き装置は、エアバッグを急速に展開させることができるように、閉そく部材を迅速に除去しなければならない。開き装置は、それを作動させると、排出開口部の閉そくがいつでも解除されるように信頼性の高いものであるのが重要である。信頼性が高いと同時に、開き装置は、できるだけ少ない部品から作られるのが望ましい。一例として、開き装置は、密封部材の支持体を取り外すことによって動作する。密封部材がその支持体を失うと、この密封部材は排出開口部を閉そくしなくなり、貯蔵ガスは排出開口部を通って流れることができる。この種の開き装置は特許文献１から公知である。他の種類の開き装置は、衝撃波を発生することによって動作する。特許文献２のインフレータは、衝撃波を用いてバーストディスクを開け、それによって、貯蔵ガスがガス容器から逃げる。特許文献２のインフレータは、バーストディスクを開けて、膨張ガスを圧力容器から逃がすのに衝撃波を用いている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来技術において未解決の問題は、添付の特許請求の範囲の請求項１に記載されているようなインフレータによって解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、自動車の安全拘束機構に用いられる参考例の冷ガスインフレータを示している。冷ガスインフレータは、第２の円筒形部材１０に取り付けられた第１の円筒形部材２１を有している。バーストディスクが第１の円筒形部材に固定して取り付けられており、それによって、圧力容器がバーストディスク、第１の円筒形部材、および第２の円筒形部材によって形成されている。圧力容器は、自動車の衝突時に車両のエアバッグを膨張させるためにインフレータから放出される貯蔵ガス１１によって満たされている。第２の円筒形部材１０は、円形の断面を備える概ね円筒形の形状を有している。第２の円筒形部材１０は、ステンレス鋼、低炭素鋼、または、十分な強度と、貯蔵ガスに対する非常に低い透過性を有する適切な他の材料から作られていてよい。
【０００８】
貯蔵ガス１１の理想的な特性は、ガスが不活性であり、温度の影響が大きくなく、膨張速度が速いことである。本発明によれば、不活性ガスの貯蔵圧力は約６２０５３ｋＰａである。不活性ガスまたは二原子気体を用いて３４４７ｋＰａから８２７４０ｋＰａの間の圧力の下で適切に動作する冷ガスインフレータを構成することが可能である。
【０００９】
貯蔵ガスは、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウム、および窒素を含む１つまたは２つ以上のガスを含んでいてよい。貯蔵ガスは１００％ヘリウムであるのが好ましい。圧力容器は、アルゴンガスとヘリウムガスの混合物によって満たされていてよい。
【００１０】
圧力容器は、第２の円筒形容器の第１の端部６のガス充填ポート１３を通して貯蔵ガス１１によって満たされる。ガス充填ポートは、圧力容器が所望の圧力まで充填された後、ガスが逃げるのを阻止するために、炭素鋼から作られたプラグ１２によって密封される。プラグは、抵抗溶接によってガス充填ポート１３に固定するのが好ましいが、当業者には、プラグ１２を第２の円筒形部材１０に融着させるのに他の種類の溶接を用いることができることが分かる。ガス充填ポート１３は、第２の円筒形部材１０の第１の端部６に配置されており、第１の円筒形部材２１は第２の円筒形部材１０の第２の端部７に連結されている。
【００１１】
図１において、開き装置は、第１の円筒形部材２１に取り付けられている。第１の円筒形部材２１は、ステンレス鋼、低炭素鋼、または、十分な構造強度を有する適切な任意の他の材料から作られていてよい。第１の円筒形部材２１は、第２の円筒形部材１０にはめ込み式に挿入されている。第１の円筒形部材２１は、周方向の溶接、好ましくはＴＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接によって第２の円筒形部材１０に連結されているが、他の適切な溶接技術を用いることができる。本発明の参考例を示す図２では、第１の円筒形部材２１と第２の円筒形部材１０は図１とは異なる方法で互いに取り付けられている。第１の円筒形部材部材２１の圧力容器部２５は、第２の円筒形部材１０の第２の端部７に摩擦溶接されている。第１の円筒形部材２１の圧力容器部２５と第２の円筒形部材１０は実質的に同じ半径を有している。摩擦溶接プロセスの結果として、突き合された連結部から外側と内側の両方に延びる複数のカール２４が、変位させられた金属によって形成されている。両冷ガスインフレータは、第１の円筒形部材部材２１と第２の円筒形部材部材１０を取り付ける２つの手法を示しているが、当業者には、第２の円筒形部材１０の第２の端部を嵌め込み式に第１の円筒形部材２１に挿入するなどの、他の手法を使用できることが分かる。
【００１２】
図１において、バーストディスク１７は、第１の円筒形部材２１の脚部２３に取り付けられている。第１の円筒形部材２１の脚部２３は、この構造が、断面で見た場合に「脚」に部分的に似ているので「脚部」と呼んでいる。バーストディスク１７は平坦な形状を有しているが、バーストディスクは、圧力容器が充填された時に開き装置１の方へたわむ。脚部２３の最も内側の部分は曲線形状を有しており、バーストディスクは、圧力容器がガスによって満たされている間、この曲線形状と相補的な形状になっている。貯蔵ガス１１は、バーストディスクに一様な力をかけ、それによって、バーストディスクはドーム状の構成になる。圧力容器の充填時間を短縮するために、脚部２３は、圧力容器の充填時に湾曲することができ、したがって、バーストディスクへの荷重を分散させ、充填時にバーストディスク１７が早すぎる時期に破裂するのを防止する。圧力容器が充填された後、脚部２３は最初の形状に戻ることはない。脚部２３は約４°湾曲するのが好ましい。バーストディスクを膨らますのに貯蔵ガスに頼る代わりに、バーストディスクは、第1の円筒形部材２１の脚部２３に取り付ける前に、事前に形状を与えておき、または事前に膨らましておいてもよい。バーストディスクに事前に形状を与えるプロセスの一例がハイドロフォーミングである。事前に形状を与えておく手法を用いることによって、バーストディスク１７が早過ぎる時期に壊れる危険性を生じることなく、圧力容器のガス充填速度を速くすることができる。図２において、バーストディスク１７は、第１の円筒形部材２１の環状の端部板２７に取り付けられている。
【００１３】
バーストディスク１７は、排出開口部１４を密封し、圧力容器が貯蔵ガスによって満たされた後に貯蔵ガス１１が圧力容器から逃げるのを阻止している。排出開口部１４は第１の円筒形部材２１の脚部２３によって形成されている。本発明では、バーストディスクは以下の制約を満たさなければならない。バーストディスクは、生産充填速度の１．１倍またはそれより速い充填速度に耐えられなければならない。バーストディスクは、ヘリウムを漏洩させることなく、ＵＳＣＡＲ４５００圧力サイクルを満たさなければならない。バーストディスクは−４０⁰Ｃで確実に開かなければならない。最後に、バーストディスクは、耐圧力の１．２５倍の最低圧力、および圧力容器の最低のハイドロバースト圧力の０．８倍の最高圧力でハイドロバーストしなければならない。本発明によれば、バーストディスクは、ステンレス鋼、インコネル材料、モネル材料、または、前述の制約を満たす任意の他の材料から作ることができる。バーストディスクの硬度は、バーストディスクの厚さを最小限に抑えるために、「ハーフハード」と「フルハード」の間であるべきである。硬度は、金属が切断、磨耗、穿孔、屈曲、および伸長に抵抗する程度である。金属の、表示されている硬度は、特定の測定装置および測定技術によっていくらか異なる。バーストディスクの好ましい厚さは、４１３７０ｋＰａで周囲に充填する場合、０．２０３ｍｍであり、６２０５３ｋＰａで周囲に充填する場合、０．２５４ｍｍである。バーストディスクは、ＹＡＧレーザによって第１の円筒形部材２１に取り付けられているが、他の溶接技術によって取り付けることができる。
【００１４】
開き装置１は、電気的に駆動される点火装置３、エンドキャップ４、および任意に点火装置ノズル８を有している。開き装置１は、開き装置の長手方向軸線が第１の円筒形部材１０の長手方向軸線に実質的に平行になるように位置している。点火装置３は、中央処理装置（不図示）と通信し、センサ手段（不図示）と通信する。センサ手段は、車両の衝突または突然の減速を検知するのに当該技術分野で現在用いられている任意の種類のセンサ手段であってよい。電気式の複数の点火ピン２が、互いに絶縁され、ブリッジワイヤ（不図示）によって連結されている。ブリッジワイヤは、衝撃波を発生してバーストディスク１７を破裂させるように構成された火工品構成物の１つまたは２つ以上の層に埋め込まれているのが好ましい。本発明用の適切な火工品構成物、すなわち点火材料の一例は、ジルコニウム過塩素酸カリウム、すなわちＺＰＰであるが、当業者には、他の点火材料を本発明に使用できることが分かる。点火装置供給業者の例にはSDIおよびEMS-Patvagが含まれる。本発明の好ましい実施形態はブリッジワイヤ点火装置を有しているが、半導体ブリッジ点火装置またはスマート点火装置を用いることもできる。
【００１５】
エンドキャップ４が点火装置３を収容している。図１において、点火装置３はエンドキャップに対して縁を曲げられている(crimped)。これに対して、図２に示されている冷ガスインフレータは、第１の円筒形部材２１に溶接された点火装置３を示している。溶接の、好ましい種類はＭＩＧ溶接であるが、他の種類の溶接を使用できることが分かる。さらに、点火装置は、本発明の範囲から逸脱することなく、ねじまたは他の適切な取り付け手段によって連結することができる。
【００１６】
開き装置１は、点火材料の点火による出力エネルギーをバーストディスク１７の方へ向ける点火装置ノズル８を有していてもよい。図１において、このノズルはバーストディスク１７の方向へ内側に先細にされている。点火装置ノズル８が無くても、点火装置はバーストディスク１７を破裂させるが、余分の点火材料を充填する必要がある。ノズル８を不要にする複数の補強壁を有する点火装置を利用することも可能である。このような補強壁は、出力エネルギーをバーストディスク１７の方向へ集中させることによってノズル８と同様に働く。
【００１７】
図１において、ノズル８は縁を曲げることによってエンドキャップ４に取り付けられているが、プレスばめや溶接のような他の取り付け方法も適している。ノズルは、標準的な炭素鋼から作られるのが好ましく、排出開口部１４の大きさよりも小さく、２ｍｍから８ｍｍの範囲であるのが好ましい開口部９を有している。
【００１８】
衝突または突然の減速が検出された時、バーストディスク１７は開き装置１によって破裂させられる。点火材料はブリッジワイヤによって点火される。バーストディスク１７を破壊する衝撃波が、点火材料の爆発によって発生する。バーストディスク１７が破裂するように、開き装置１は、完全にドーム状になったバーストディスクの中心から８．０ｍｍ未満離れた位置に配置されている。バーストディスク１７が開かれると、貯蔵ガスは圧力容器から出口通気孔２２を通って半径方向に逃げる。冷ガスインフレータは、破裂したバーストディスクからの複数の破片を、これらの破片がエアバッグ内に巻き上げられないように捕らえる破片スクリーン２０ａを有している。図２を参照すると、第１の円筒形部材２１は、外周部分に複数の出口通気孔２２を有する導管部２６を有している。図２に示されている破片スクリーン２０ａは、エンドキャップ４と、第１の円筒形部材２１の端部板２７の間に配置されている。
【００１９】
ガス流量を調節するのにはいくつかの方法がある。ガス流量を調節する１つの方法は、出口通気孔２２の直径を大きくし／小さくすることである。他の方法は、排気開口部１４の直径を大きくし／小さくすることである。最後に、ガス排出量を調節するために、調節用のオリフィスプレート１８を第２の円筒形部材１０内に設けることができる。図１において、オリフィスプレート１８は、第１の円筒形部材２１にぴったりと接触して取り付けられ、レーザ溶接によって第１の円筒形部材２１に固定されている。貯蔵ガス１１は、オリフィスプレート１８のオリフィス１９を通って流れる。オリフィス１９の面積は排出開口部１４の面積よりも小さい。図２において、オリフィスプレートは第１の円筒形部材２１の圧力容器部２５の棚状部２５上に設けられている。図１のオリフィスプレートとは異なり、このオリフィスプレート１８は第１の円筒形部材２１に溶接されていない。オリフィスプレートは、環状の棚状部２８によって、端部板２７に接触するのを阻止されている。さらに、このオリフィスプレートは、カール２４のために、第２の円筒形部材１０の方へ滑るのを阻止されている。
【００２０】
図３は、オリフィスプレート１８が第２の円筒形部材１０内の、上流側に設けられている他の参考例を示している。排出開口部１４がオリフィス１９よりも大きな面積を有しているため、上流側のオリフィスプレート１８の存在が、排出開口部１４を通る貯蔵ガス１１の流量に影響を与える。排出開口部１４とオリフィスプレート１８の間の貯蔵ガス１１である第１の量の貯蔵ガス１１は排出開口部１４を通って流れる。一方、オリフィスプレート１８と第１の端部６の間の貯蔵ガス１１である第２の量の貯蔵ガス１１は、オリフィス１９と排出開口部１４の両方を通って流れなければならない。オリフィスプレート１８は、第１の端部６よりも第２の円筒形部材１０の第２の端部７に近い位置に配置するのが好ましく、したがって、流れを絞られないガスの量が制限される。そうすることによって、圧力時間曲線の初期の立ち上がりを小さくし、そのようにして、インフレータが、乗員レベル試験時におけるアウトオブポジションの要求を満たすようにすることができる。
【００２１】
参考例の軸方向流の冷ガスインフレータが図４に示されている。半径方向流の冷ガスインフレータとは異なり、軸方向流の冷ガスインフレータは、角度Ｃで取り付けられた開き装置を有している。図４において、角度Ｃは開き装置の長手方向軸線Ｂと第２の円筒形部材１０の長手方向軸線Ａが交差することによって形成される鋭角である。開き装置は任意の角度Ｃに取り付けることができるが、好ましい角度Ｃは１０⁰よりも大きい。
【００２２】
開き装置を斜めに取り付けることによって、軸方向に逃げるガスのための大きな流れ面積を確保することができ、それによって、外部マニフォルド（不図示）を介してガスを軸方向の流れに変換する従来の半径方向流の構想よりも優れたパッケージング構成が可能になる。開き装置１は、開き装置１のどの部分も第２の円筒形部材１０の断面を越えて延びることがないように軸方向流連結器３１内の凹所に配置するのが好ましい。
【００２３】
図４と、本発明の実施形態を示す図５に示されている、軸方向流の両冷ガスインフレータは、同様に動作するが、わずかに異なる構成を有している。図４では、第１の円筒形部材２１’は第２の円筒形部材１０内に嵌め込み式に挿入され、２つの部材は溶接されている。一方、図５では、第１の円筒形部材２１’は第２の円筒形部材１０に摩擦溶接されており、この２つの部材の、互いに溶接された部分は、実質的に同じ半径を有する必要がある。図４では、オリフィスプレート１８は第１の円筒形部材にレーザ溶接されているのに対して、図５のオリフィスプレート１８は、上述の棚状部２５およびカール２４によって所定の位置に固定されている。
【００２４】
軸方向流の冷ガスインフレータは、上述の図１の開き装置と同様の開き装置を有している。バーストディスク１７が破裂すると、貯蔵ガス１１は、まず、第１の円筒形部材２１’の導管部２６を介して軸方向に向けられ、さらに、軸方向流連結器３１を介して同じ方向に向けられる。その後、貯蔵ガスは、軸方向流連結器の端部の所の任意の破片スクリーン２０ｂを通過する。軸方向流連結器は、ガスが冷ガスインフレータから出る時にガスを軸方向に流れるように方向付ける。軸方向流の冷ガスインフレータは、米国運輸局（U.S.A. Department of Transportation）の規定に従うために、参考例を示す図６に示されているように軸方向流連結器３１の端部に取り付けられた流れ転換器３２を有することができる。冷ガスインフレータのガス流は流れ転換器３２によって軸方向流から半径方向流に変えられる。
【００２５】
軸方向流のインフレータの他の参考例が図７に示されている。この冷ガスインフレータは、半径方向の構成であり、インフレータに外側から取り付けられ、ガス流を半径方向から軸方向に変換する軸方向流Ｌ字管４１を有している。貯蔵ガス１１は、第２の円筒形部材１０から軸方向流Ｌ字管４１に流れ、エアバッグクッション（不図示）に流入する。軸方向流Ｌ字管４１から流れるガスの方向は第２の円筒形部材１０の長手方向軸線Ａに平行であるが、冷ガスインフレータから出たガスは、第２の円筒形部材１０の長手方向軸線Ａと重なり合ってはいない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】参考例の半径方向流の冷ガスインフレータの概略断面図である。
【図２】 図１に対応する半径方向流の冷ガスインフレータの他の参考例を示す図である。
【図３】オリフィスプレートが圧力容器内のさらに上流側に配置されていることを除いて図１と同様の参考例の図である。
【図４】参考例の軸方向流の冷ガスインフレータの概略断面図である。
【図５】 図４に対応する軸方向流の冷ガスインフレータの実施形態を示す図である。
【図６】冷ガスインフレータが流れ転換器を有することを除いて図４と同様の参考例の図である。
【図７】軸方向流Ｌ字管を有する参考例の冷ガスインフレータの概略断面図である。

Claims (1)

1. 半径方向内側に延びて排出開口部を形成している環状の端部板を有する圧力容器部、および膨張ガスの方向を定める導管部を有する第１の円筒形部材と、
   閉じられた第１の端部、および摩擦溶接によって前記第１の円筒形部材の前記圧力容器部に融着され、それによってカールが形成された第２の端部を有する第２の円筒形部材と、
   先端が前記第２の円筒形部材から離れる方向を向いた実質的にドーム状の形状を有し、前記端部板に取り付けられたバーストディスクであって、前記第１の円筒形部材および前記第２の円筒形部材と共に、貯蔵ガスが収容された圧力容器を形成しているバーストディスクと、
   を有し、
   前記第１の円筒形部材は、前記圧力容器部内に配置され、オリフィスプレートが前記端部板に接触するのを妨げる環状の棚状部を有し、
   前記カールは、前記オリフィスプレートが前記第１の円筒形部材内から動くのを妨げており、前記オリフィスプレートは前記第１の円筒形部材内に位置しており、
   前記オリフィスプレートは、貫通しているオリフィスを有し、該オリフィスは前記排出開口部よりも小さく、
   前記バーストディスクは、前記第２の円筒形部材の長手方向軸線に対して斜めになるようになった長手方向軸線を有する開き装置によって破裂させられる、
   インフレータ。

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