JP4215163B2 - エアバッグインフレータ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

技術分野
本発明は、一般的には膨張式拘束装置用の火工式（pyrotechnic）ガス発生装置に関し、より具体的には、独立に点火可能であって、共通プレナムを介してガスを排出する、別個の燃焼チャンバ内に２つの推進剤ベッドを有する、ガス発生器に関する。

発明の背景
膨張式拘束システムまたは「エアバッグ」システムは、多くの新型車において標準装備となった。これらのシステムは、自動車安全に重大な貢献を果たしたが、どの標準装備の追加も同様であるが、それらは、ほとんどの車両のコスト、製造の複雑性、および重量を上昇させる。したがって、これらの懸念に対処する技術進歩を、業界は歓迎している。特に、多くの乗員拘束システムにおいて使用されている、ガス発生器またはインフレータは、最重量で、最も複雑な構成要素となりがちである。したがって、最適機能を保持しながら、エアバッグインフレータの設計および製造を簡略化することは、長期にわたり自動車技術者の目標であった。

典型的なインフレータは、細長い金属ボディを有して構築される。多くのインフレータが、関連するエアバッグ用の膨張ガスを生成するのに、火工式ガス発生化合物を利用するので、インフレータ構造は必然的に頑強となり、そのようなインフレータを相応に重くする。徐々に普及しつつある、有用なインフレータ形式は、選択的に起動される、複数のガス発生剤装荷（charge）を含む。そのようなシステムにおいて、インフレータボディ内に配置された複数推進剤ベッドは、同時または順次に点火することができる。ある車両および乗員パラメータは、衝突の発生時に、両推進剤ベッドを点火することを正当化することがある。その他のシナリオは、推進剤装荷の一方だけを点火することによって、または両装荷を２つの事象間に遅れをもたせて、順次点火することによって最も適切に対処することができる。一方の装荷を発火させる間に、他方の装荷が同調点火（sympathetic ignition）するのを避けるために、一般に、燃焼チャンバ同士を、流体的に隔離しなくてはならない。その中の火工物（pyrotechnics）の燃焼によって生成される、インフレータにかかる比較的大きな力のために、内部仕切りおよび、装荷を流体的に隔離するインフレータのその他の構造部材を、比較的頑丈にする必要があり、さらにインフレータに重量が追加される。

頑丈で、内部的に仕切られた多重チャンバインフレータを構築するための、様々な方式が発達した。１つのアプローチは、インフレータの内部に仕切りを挿入し、次いで、インフレータボディを圧着、またはロール成形して仕切りを保持するものである。このアプローチは、有効であったが、多くの状況において、かしめ加工（crimping）および／またはロール成形工程に耐える、より高荷重／厚肉インフレータボディを使用しなくてはならない。そのようなインフレータボディは、非常に重くなり、また内部仕切りを固定するのに必要な処理ステップのために、製造工程は、比較的複雑である。

発明の概要
本発明の目的は、共通プレナムを介して膨張ガスを膨張式拘束装置に供給する、２つの燃焼チャンバを有するガス発生器であって、仕切りアセンブリが、前記チャンバを流体的に隔離し、かつインフレータボディから構造的に独立している、前記ガス発生器を提供することである。

本発明の前記およびその他の目的に応じて、自動車内の膨張式拘束システム用のインフレータを提供する。このインフレータは、好ましくは、第１端および第２端と、複数の膨張開口とを有する、細長いインフレータボディを含む。このインフレータボディは、第１の推進剤装荷が位置する、第１の燃焼チャンバを画定する。仕切りアセンブリが、インフレータボディ内で入れ子になるとともに、第２端に近接して位置しており、この仕切りアセンブリは、第２の推進剤装荷が位置する、第２の燃焼チャンバを画定する。インフレータは、さらに、第１および第２の始動装置を含み、これらの始動装置は、第１および第２の推進剤装荷とそれぞれ動作可能に関連する。始動装置は、選択的に動作可能であり、推進剤装荷に点火して、それによって第１のチャンバを介して膨張式拘束クッションに膨張ガスを供給する。

好ましい実施態様の詳細な説明
図を参照すると、本発明の好ましい一実施態様による、ガス発生器またはインフレータ１０を示してある。インフレータ１０は、自動車において膨張式拘束システムと共に使用して、従来式エアバッグクッションを膨張させるための膨張ガスを供給する、当該技術においてよく知られた機能を提供するように設計されている。インフレータ１０は、別個の燃焼チャンバ内で点火される、本明細書に記載した、２つの推進剤装荷を利用し、膨張ガスを、共通プレナム２１を介して排出する。インフレータ１０は、それぞれの推進剤装荷に点火するための、個別に動作可能な始動装置（initiator）をさらに提供し、インフレータ用の利用可能な動作方式に大幅なバリエーションを与える。例えば、関連するエアバッグの最適展開に応じて、２つの装荷の順次発火および連続発火の両方が可能である。インフレータ１０は、助手席側エアバッグシステムにおいて最大の利用性があると考えられるが、本発明の範囲から逸脱することなく、その他の応用も可能である。本発明のすべての構成要素は、市販品から容易に入手可能な既知の材料で形成され、また既知の方法によって製作される。

インフレータ１０は、細長い圧力容器またはインフレータボディ１１、好ましくは鋼円筒を含む。インフレータボディ１１は、第１端１５および第２端１７によって特徴づけられ、インフレータボディの外部とプレナム２１との間の流体連通を可能にする、複数の膨張開口４０を画定する。第１の端部閉止１３は、好ましくはインフレータボディ１１の第１端１５に位置し、好ましくは、それによって流体シールを生成する。第２の端部閉止３４は、好ましくは第２端１７に位置し、やはり好ましくは、インフレータボディ１１とともに流体シールを生成する。閉止１３および３４は、好ましくは金属製であるが、プラスチック、セラミック、または複合材料などの別の適当な材料で製作することもできる。第１端１５および第２端１７は、好ましくは内側方向にかしめて、第１および第２の閉止１３、３４を位置決めして保持するが、溶接または、インフレータボディ１１およびそれぞれの閉止上のねじによる結合などの、その他の方法も使用することができる。さらに、ゴム製オーリング（O-ring）を、閉止１３、３４の回りにスナップ嵌めして、インフレータボディ１１と共に、シールを形成または強化することができる。

インフレータ１０は、第１の燃焼チャンバ２５を含み、この燃焼チャンバ内に、ある量のガス発生材料または第１の推進剤装荷２８を配置する。好ましい一実施態様においては、チャンバ２５は、部分的にインフレータボディ１１の縦方向壁により画定され、かつ部分的に第１の端部閉止１３によって画定される、インフレータボディ１１の内部のかなりな部分を含む。プレナム２１は、それによって膨張ガスを開口４０に送る、インフレータボディ１１の領域である。したがって、チャンバ２５とプレナム２１とは、少なくとも部分的に同延（coextensive)である。言い換えると、プレナム２１は、大まかには、インフレータボディ１１の内部の中央部分を占める、チャンバ２５の部分として定義される。「少なくとも部分的に同延（coextensive)」という表現は、チャンバ２５が、本明細書に記載するように、箔、バーストシム（burst shim）、その他によって分割されている設計とともに、チャンバ２５がそのような構造に中断されない設計も含むものと理解すべきである。第１の端部閉止１３は、好ましくは円筒形延長部１６を含み、ここに有孔ディスク１８が位置して、チャンバ２５を２つのサブチャンバ２５ａおよび２５ｂに分離する。始動装置アセンブリ１２は、好ましくは従来型点火装置またはスクイブ（squib）を含み、第１端１５に設置し、好ましくは第１の端部閉止１３内に、チャンバ２５内の組成物に点火できるように装着する。第２の始動装置アセンブリ９は、やはり好ましくは従来型点火装置またはスクイブを含み、第２端１７に設置する。

推進剤装荷２８は、当該技術において知られている任意好適なガス発生剤組成物、好ましくは硝酸アンモニウムなどの非アジド組成物である。例示的な、しかし非限定の処方が、米国特許第５，８７２，３２９号、同第５，７５６，９２９号および同第５，３８６，７７５号に記載されている。好ましい一実施態様においては、推進剤装荷２８は、タブレット２８ａおよびウエハ２８ｂの両方の形態で提供され、その両方を図１に示してある。タブレット２８ａおよびウエハ２８ｂは、異なる組成物とすることができるが、好ましくは、同一材料の、異なる市販形態である。好ましい一実施態様においては、保持ディスク３２が、タブレット２８ａをウエハ２８ｂと分離する。ディスク３２は、タブレット２８ａの点火からの、火炎前線または熱が、ウエハ２８ｂに点火できるように、比較的有孔質の材料で製作するか、またはタブレット２８ａの燃焼による熱対流によってウエハ２８ｂの点火を可能にする、既知の材料で製作することができる。ある量のブースタ推進剤１４を、好ましくは、サブチャンバ２５ａ内に配置して、始動装置１２を介して、従来方法で点火可能として、第１の推進剤装荷２８ａ、２８ｂに点火して、燃焼特性（burn characteristics）を向上させることができる。

仕切りアセンブリ２６は、第２端１７に近接して位置し、好ましくは、実質的に円筒形の基部部材２７およびキャップ２９を含む。基部部材２７およびキャップ２９は、第２の燃焼チャンバ３５を画定し、この第２の燃焼チャンバは、第２の量の推進剤３８を、好ましくはタブレットとウエハ形態で、少なくとも部分的に収納する。基部部材２７および第２の端部閉止３４は、好ましい一実施態様と同様に、同一の部品とするか、または複数の別個に取り付けた部品を使用することができる。好ましい一実施態様においては、仕切りアセンブリ２６は、構造的にインフレータボディ１１と独立に形成する。仕切りアセンブリ２６は、インフレータボディ１１の縦方向側壁との物理的な取付部を有さない、独立の部品である。インフレータ１０の組み立て中に、仕切りアセンブリ２６を、インフレータボディ１１内にすべり込ませて位置決めし、第２端１７を内側方向にかしめて、アセンブリ２６をその中に固定する。したがって、第２の端部閉止３４をかしめる以外には、第２の燃焼チャンバ３５を画定する構成要素を収容するか、またはその他の方法で固定するのに、インフレータボディ１１に修正を加えることがない。

キャップ２９は、好ましくは、（プレナム２１およびチャンバ２５が、流体的に接続され、かつ部分的に同延（coextensive）であるので、第１のチャンバ２５と同様に、）第２のチャンバ３５を、プレナム２１に接続することのできる、複数の開口３０を含む。好ましい一実施態様においては、箔またはバーストシム（図示せず）は、開口３０を横切って配置して、２つのチャンバ間の流体連通を阻止する。しかしながら、箔またはバーストシムは、チャンバ２５内の推進剤の燃焼時に、内側方向、すなわち第２端１７の方向に破裂しないように配置、および／または製造されていることを理解すべきである。一方で、第２のチャンバ３５内の推進剤の燃焼は、箔またはシムを外側方向に破裂させることが可能であり、それによってチャンバ３５内の燃焼生成物が、プレナム２１／第１チャンバ２５へと脱出し、それによってインフレータボディ１１から排出することができる。

好ましい箔およびシム、ならびにそれらを装着する上記の方法は、すべて当該技術において既知である。第１および第２のチャンバ２５、３５を流体的に隔離することによって、本明細書に記述するように、チャンバ２５内の推進剤の燃焼中に、チャンバ３５内の推進剤が同調点火することを回避することができる。基部部材２７の外径は、好ましくは、インフレータボディ１１の内径に実質的に等しく、それによって基部部材２７が、その中に入れ子になる、すなわち比較的ぴったりとはまる。第２の端部閉止３４およびインフレータボディ１１の両方が、好ましくは実質的に円筒形であるので、この２つの構成要素は、好ましくは軸方向に整列させる。１つまたは２つ以上の自己点火タブレット５０を、インフレータ１０内に配置して、当該技術においてよく知られた方法で、外部加熱時に、ガス発生材料の点火を可能にすることができる。

好ましい一実施態様においては、ウエハ２８ｂは、プレナム２１内にスタックにして設置する。ばね３２、好ましくは従来型ベルばねを、スタックに隣接し配置し、このばねが、スタック全体を第１端１５の方向に偏倚させる。ウエハ２８ｂは、好ましくは、ディスク３２をタブレット２８ａの方向に偏倚させて、タブレット２８ａが、インフレータが長期間、アイドル状態にある間、揺さぶられるのを防止し、タブレット２８ａの機械的な劣化を避けるのを助ける。

代表的な膨張式拘束システム設計において、インフレータ１０は、衝突センサを含む、電気式起動システムに接続されており、この衝突センサには、よく知られた多数の好適な種類がある。さらに、シート重量センサ、乗員検出システム、その他を含む様々な検知システムを、車両電子装置に組み込むことができる。典型的な展開シナリオ、衝撃または突然の車両の減速の間に、起動信号が、オンボード車両コンピュータからインフレータ１０へと送られる。この信号は、インフレータ１０に収納された始動装置アセンブリの一方または両方に送ることができる。チャンバ２５が、好ましくは大型の、主装荷を収納するので、一般的には、起動信号は、最初に第１のチャンバ２５と動作可能に関連する始動装置アセンブリに向けられる。あるシナリオ、例えば大柄な乗員の場合、または乗員が車両内の正常な着座位置外にいる場合には、両方の推進剤装荷を同時に起動するのが望ましいことがある。

その他のシナリオでは、異なる起動方式を必要とすることがある。例えば、ある条件では、第１の推進剤装荷のみを発火させるか、または両方の装荷を、２つの事象間の時間遅延を変えて、順番に発火させるのが望ましいことがある。電気式起動信号が第１のチャンバ２５と関連する始動装置に送られると、サブチャンバ２５ａ内のブースタ推進剤１４の燃焼が開始する。続いて、ブースタ１４からの、火炎前線および／または高温燃焼ガスが、ディスク１８を横断して、チャンバ２５ｂ内の推進剤タブレット２８ａの燃焼を開始させる。タブレット２８ａの燃焼（burning）によって、膨張開口４０から迅速に流出する膨張ガスが生成され、関連するエアバッグの充填が開始される。好ましくは、円筒形の、金属メッシュフィルタ１６を、インフレータボディ１１内に配置して、その中にある化合物の燃焼によって生成されるスラグをフィルタリングするとともに、熱シンクとして作用して、膨張ガスの温度を低下させる。

タブレット２８ａの燃焼によって、好ましくはタブレット２８ａと同一または類似の材料で製作されたウエハ２８ｂの燃焼が開始され、プレナム２１および開口４０を介して関連するエアバッグに比較的一定した量のガスを供給する、持続的燃焼（sustained burn）が提供される。望ましい場合には、電気式起動信号を、好ましくはチャンバ２５内の組成物と類似のガス発生組成物を収納する、第２のチャンバ３５と動作可能に関連する、始動装置に送る。チャンバ３５内での急激なガスの生成によって、その中でのガス圧力が急激に上昇し、キャップ２９内で、開口３０を覆う箔またはシム（図示せず）を外側方向に破裂させる。続いて、このガスは、プレナム２１および開口４０を経由してインフレータから排出される。チャンバ３５内におけるガス発生剤の起動は、チャンバ２５と動作可能に関連する始動アセンブリ１２に起動信号が送られる以前、その間、またはその後に起こる可能性がある。

チャンバ２５および３５の両方が、プレナム２１を通過して膨張ガスを排出するので、本発明は、各燃焼チャンバに対して個別のプレナムが使用される、多くの初期の設計に対して、異なる動作上の利点をもたらす。膨張ガスを、プレナム２１を通過して燃焼チャンバ２５および３５の両方から排出することによって、個別のプレナムを経由して燃焼チャンバを排気する初期の多重チャンバ設計と比較して、関連するエアバッグの長さおよび幅方向での膨張曲線特性を改善することができる。さらに、インフレータボディ側壁と構造的に独立した仕切りアセンブリを使用することによって、かしめ加工またはその他の方法で、インフレータボディ自体を改変することなく、インフレータを構築することが可能となる。さらに、インフレータ１０は、燃焼チャンバの第１と同延（coextensive)のプレナムを使用するので、両方が共通プレナムから仕切られている燃焼チャンバを使用する多重チャンバインフレータよりも、インフレータ１０の設計は簡単になる。インフレータボディ１１は、取付け式の内部仕切りを使用せず、したがって、仕切り取付けによって生じる強度低下を補償するための強化を必要とすることなく製造することができる。これらおよびその他の利点は、インフレータのコスト、製造の複雑さ、寸法および重量を低減する。

次に図２を参照すると、本発明の第２の好ましい実施態様によるインフレータ１１０を示してある。インフレータ１１０は、前述のインフレータ１０と多くの特徴を共有しているが、重大な差異がある。特にインフレータ１１０の端部領域１１７を参照すると、その中に仕切りアセンブリ１２６が含まれている。仕切りアセンブリ１２６は、端部閉止１３４上にプレスはめされた、キャップ１２９を含む。キャップ１２９および端部閉止１３４は、好ましくは、両方とも金属製であるが、これらは、本発明の範囲から逸脱することなく、その他の材料、例えばポリマーから形成することもできる。キャップ１２９の外径は、好ましくは、本明細書に記載するように、インフレータボディ１１０の内径よりも小さくして、ガスがこれら２つの間の間隙を通過できるようにする。

キャップ１２９は、好ましくは、第１の直径を有する、実質的に円筒形の第１部分１３１と、第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、実質的に円筒形の第２の部分１３２とを含む。好ましい一実施態様においては、従来型の金属メッシュフィルタ１１６アセンブリが、キャップ１２９と係合し、第２部分１３２がフィルタ１１６の内部にはめ込まれ、第１の部分がフィルタ１１６の端部領域に当接している。キャップ１２９および端部閉止１３４は、好ましくは、燃焼チャンバ１３５をインフレータボディ１１１の内部１２１から流体的に隔離する。図１の実施態様と同様に、インフレータボディ１１１の内部１２１は、膨張ガスがそれぞれの燃焼チャンバから排出するための共通プレナムとして作用し、やはり１２１で表した、第１の燃焼チャンバと少なくとも部分的に同延（coextensive)である。チャンバ１３５内のガス発生剤に点火すると、ガス圧力の急激な上昇によって、キャップ１２９が、端部閉止１３４との係合から変位して、部分的に金属製メッシュフィルタ１１６を変形させる。

キャップ１２９は、好ましくは、実質的に円筒形であり、その外径はインフレ−タボディ１１の内径よりもわずかに小さい。したがって、キャップ１２９を、端部閉止１３４との係合から取り外すと、ガスは、キャップ１２９の外周とインフレ−タボディ１１１の内壁との間を通過して流れることができる。続いて、ガスは、インフレ−タボディ１１１の内部１２１に流入し、次いで、複数の開口１４０を通過して、関連するエアバッグに入る。好ましい一実施態様においては、チャンバ１３５内の推進剤は、インフレ−タ１０の作動と同様に、チャンバ１２１内の推進剤と、関連して、または同時に、または連続して点火される。

本記載は、説明の目的だけのものであり、いかなる方法でも本発明の範囲を限定するものとは考えるべきではない。したがって、当業者であれば、本発明の意図する趣旨と範囲から逸脱することなく、本明細書に開示する実施態様に、様々な修正を加えることができることを理解するであろう。その他の観点、特徴および利点は、付属の図面と添付のクレームを吟味すれば明白であろう。

本発明の好ましい構築の実施態様によるインフレ−タの部分側面図である。 本発明の好ましい構築の実施態様による、別のインフレ−タの部分側面図である。

Claims (10)

1. 自動車内の膨張拘束システム用のインフレータであって、
   第１端および第２端と、複数の膨張開口とを有する細長いインフレータボディであって、第１の推進剤装荷の位置する第１のチャンバを画定する前記インフレータボディと、
   前記インフレータボディ内部にあり、かつ前記第２端に近接して位置する仕切りアセンブリであって、前記第１のチャンバと動作上で独立した第２のチャンバを画定し、第２の推進剤装荷が前記第２のチャンバ内に位置する、前記仕切りアセンブリと、
   前記第１のチャンバの回りに、しかし前記第２のチャンバの回りにではなく、半径方向に前記インフレータボディとの間に間隔をあけたフィルタであって、前記インフレータによって生成されるすべてのガスが、そこを通過してのみフィルタリングされる、前記フィルタと、
   前記第１および第２の推進剤装荷とそれぞれ関連して動作可能な、第１および第２の始動装置とを含み、
   前記始動装置が、選択的に動作して前記推進剤装荷に点火し、それによって前記第１のチャンバを経由して膨張式拘束クッションに膨張ガスを供給する、前記インフレータ。
2. 仕切りアセンブリが、端部閉止部材とキャップとを含む、請求項１に記載のインフレータ。
3. インフレータボディが、実質的に円筒形であり、仕切りアセンブリが、前記インフレータボディと同軸の、実質的に円筒形の基部を含む、請求項１に記載のインフレータ。
4. インフレータボディ内に形成されて、第１および第２のチャンバの間に位置するプレナムであって、前記第１のチャンバの起動時にそれと流体連通するとともに、前記第２のチャンバの起動時にそれと流体連通する、前記プレナムと、
   前記プレナム内の複数の隣接ガス発生剤ウエハと、
   仕切りアセンブリと前記ウエハの間に配置されたばね部材とをさらに含み、
   前記ばね部材が、前記ウエハをインフレータボディの第１端の方向に偏倚させ、それによって第１の推進剤装荷の少なくとも一部分を固定する、請求項１に記載のインフレータ。
5. 第１端および第２端を有するインフレータボディであって、プレナムを画定するとともに、実質的に円筒形の側壁を有する前記インフレータボディと、
   前記プレナムの回りに半径方向に間隔を空けられて、前記第１端からは延びるが、前記第２端からは延びないフィルタであって、生成されるすべてのガスが、前記インフレータによってそこを通過してのみフィルタリングされる、前記フィルタと、
   前記第１端および第２端に近接して位置する第１および第２の推進剤装荷であって、独立に点火可能であり、前記プレナムを経由して排出可能な膨張ガスを生成する前記推進剤装荷と、
   前記第２端に近接する仕切りアセンブリであって、構造的に縦方向側壁から独立して形成されて、燃焼室を確定し、それによって前記第２の推進剤装荷が前記第１の推進剤装荷と分離される前記仕切りアセンブリとを含む、膨張式拘束クッション用のガス発生器。
6. 仕切りアセンブリが、
   インフレータボディの第２端に保持される閉止部材と、
   キャップとを含み、
   前記閉止部材が、前記インフレータボディ内で入れ子になっている、請求項５に記載のガス発生器。
7. 実質的に円筒形の延長部を有する第１の端部閉止部材と、
   前記延長部内に位置して、前記第１の端部閉止部材を、第１および第２のサブチャンバに分離する有孔ディスクとをさらに含み、ブースタ推進剤が前記第１のサブチャンバ内に位置する、請求項５に記載のガス発生器。
8. 第１端および第２端を有して、プレナムと複数のガス排出オリフィスとを画定する、細長いインフレータボディと、
   第１のチャンバ内に配置された第１の推進剤装荷と、
   該第１の推進剤装荷と動作可能に関連する第１の始動装置と、
   前記インフレータボディの前記第２端に近接する第２のチャンバ内の第２の推進剤装荷と、
   該第２の推進剤装荷と動作可能に関連する第２の始動装置と、
   前記第２の推進剤装荷を少なくとも部分的に収納し、かつ前記第２のチャンバを少なくとも部分的に画定する仕切りアセンブリと、
   前記第１のチャンバの回りに、しかし前記第２のチャンバの回りにではなく、半径方向に前記インフレータボディとの間に間隔をあけたフィルタであって、前記インフレータによって生成されるすべてのガスが、そこを通過してのみフィルタリングされる、前記フィルタとを含み、
   前記第２の推進剤装荷の点火によって、膨張ガスが生成されて前記仕切りアセンブリが変位し、それによって、前記第２のチャンバと前記プレナムとが流体的に連通する、膨張式拘束クッション用のインフレータ。
9. 前記仕切りアセンブリに隣接する、フィルタアセンブリをさらに含む、請求項８に記載のインフレータ。
10. 仕切りアセンブリが、第１の直径を有する実質的に円筒形の第１の部分と、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、実質的に円筒形の第２の部分とを含み、前記仕切りアセンブリは、実質的にインフレータハウジングと同軸である、請求項８に記載のインフレータ。

Images