JP4628106B2 - 加圧式ガス放出機構 - Google Patents

Description

関係する出願の相互参照
本出願は、２００２年１１月１４日出願の米国特許仮出願第６０／４２６，５３８号の利益を主張するものである。

発明の背景
本発明は、自動車乗員保護システムにおけるエアバッグを膨張させるためのガス発生装置に関し、より具体的には、貯蔵式ガスインフレータ（stored gas inflator）に関する。本発明によれば、加圧キャニスタ内に貯蔵されるガス用の改良型の放出システムが提供される。
自動車内のエアバッグを展開する膨張システムは、一般に、未膨張エアバッグと流体連通するガス発生装置を利用する。ガス発生装置は、通常、加速度感応型慣性スイッチの使用によるなどして、検知される車両加速度が所定の閾値を超える場合に、点火回路によってトリガーされる。

エアバッグ膨張システムは、例えば、車のＢピラー内部に収納される貯蔵式ガス発生装置を利用することが多い。ハイブリッドガス発生装置は代表的なものであり、加圧ガスを収納して、そのガスが、所定の信号を受け取るときに放出される。現在取り組まれている課題は、衝突発生時に貯蔵ガスの放出に必要な時間を低減することである。さらに、安全性の向上と製造コストの低減も、現在取り組まれている問題である。これらいずれの領域における改良も、現況技術によるガス放出システムに対して利点をもたらすことになる。
その他の貯蔵式ガス放出システムが知られている。例えば、参照により本明細書に組み入れてある米国特許第６，２０６，４２０号は、加圧ガスをエアバッグに導入するための装置を記載している。

概要
本発明によれば、ガス発生装置は、第１端および第２端、ならびにガス発生装置起動時に加圧ガスを通過させるためのプレナムを画定する内周壁を有する、ハウジングを含む。ハウジングの第１端は、ガス発生装置起動時に、加圧ガス供給源またはガスタンクと流体連通し、それによって、ハウジングを通過して加圧流体流を供給する。ガス発生装置起動以前に、第１端を覆う第１シールが、ハウジングを通過する加圧流体流を防止する。切欠き支持部材が、プレナムの内部に、第１シールに突き合わせて固定されており、それによって加圧ガスからのシールにかかる外部偏奇力（outer bias）に反抗し、したがってガス発生装置起動以前の加圧流体流を防止する。

インフレータはハウジング内部に固定されており、ガス発生装置起動時にプレナムと流体連通する。ガス発生装置が起動すると、イニシエータが、ガスの急激な爆風を発生させることによって、切欠き支持部材を破壊させるのに十分な力を生成して、加圧ガスを第１端中に放出する。切欠き支持部材の破壊によって、第１シールに対する支持部材の偏奇力が除去され、それによって、ガス圧がそれに対してかかるときに、第１シールを破断しやすくする。

好ましい実施態様の詳細な説明
図に示すように、加圧ガス放出機構１０は、例えば、打抜き加工された剛性材料、例えば炭素鋼またはステンレス鋼で形成される細長いハウジング１２を備える。ハウジング１２は、第１端１４および第２端１６を備える。加圧式または貯蔵式ガスボトル１８は、第１端１４に固定されており、起動時にそれと流体連通する。環状プレート２０が、第１端１４でハウジング１２に溶接またはその他の方法で固定されている。打抜き加工またはその他の方法で形成されたバーストディスク（burst disc）またはシール２２が、ガスボトル、タンク、または加圧式供給源１８の開口２４を覆い、それによって通常の車両運転中の加圧ガスを密封して放出を防止している。本発明の１つの観点においては、バーストディスク２２は、好ましくはその直径に沿って４点で溶接される。

２つの溶接部２６が、ディスク２２の外円２８に形成され、ディスク２２を溶接プレート２０に連結する。追加の２つの溶接部３０が、外円２８内側に同心で配向された内円３２に形成され、それによってバーストディスク２２を支持部材５６（以下に記述）に連結する。任意選択ではあるが、円形部分３２は、穿孔するか、またはディスクの強度低下させた部分として形成してもよい。したがって、インフレータ起動時に、部分３２のディスク２２からの破断（rapture）が容易になり、それによって環状管路（annular conduit）が生成されるが、加圧ガスをハウジング１２中に放出するときの金属破片（metallic shards）は最少化される。代表的な従来技術式バーストディスクは、複数の強度低下させた部分を特徴とすることが多く、この部分は、それに対してガスの圧力がかかるときに、ぺタル（petal）を形成する。問題は、このような設計によるぺタルは、破壊する可能性があり、したがって、本発明のバーストディスク２０と比較して、強化された、またはより頑強なフィルタリングが必要となることである。

環状壁３４は、環状プレート２０内側に形成される。円筒状保持器またはシール３６が、環状壁３４の内側に、それに突き合わせて設置されて、偏奇力または支持力をもたらして、バーストディスク２２の外表面３８と境界を接する。強度低下させた円形部分３２を形成し、次いでそれを円筒形保持器３６によって支持することの１つの利点は、ディスク２２の強度要件が低くなることである。したがって実際には、従来型のより高価な商標登録されたＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）ではなく、ステンレス鋼を使用することができる。その上、通常の車両運転中は、バーストディスク２２の内面４０にかかるガス圧力がそれによって保持される。一体型通風口４２（integral vent）を、好ましくは保持器３６内側の軸方向に機械加工して、それによって、ガスボトル１８が過剰圧力になる場合、例えば火事のときの通風口を提供する。

中空ディフューザ４４は、鋼またはその他の適当な材料で、機械加工するかまたはその他の方法で形成され、次いでハウジング１２内に溶接するか、またはその他の方法で固定される。ディフューザ４４は、ガスが第１端１４からディフューザ４４を通過して、第２端１６から流出するように、配送する働きをする。ディフューザ４４は、好ましくは、第１端１４から第２端１６まで、第１の広い外周４６から狭い外周４８までテレスコープ状に縮小し、それによって第１の大型プレナム５０および第２の小型プレナム５２がそれぞれ得られる。複数のガス排出オリフィス５４が、外周４８の回りに間隔を空けて配置されている。図に示すように、好ましい態様では、外周４８の回りに等間隔に配置された４つのガス排出オリフィス５４が収容されている。

好ましくは押し出しによるか、またはアルミニウムでできた切欠き支持部材または壁５６を、第１端１４に隣接するプレナム５０の比較的大きな直径を横方向に横断して固定する。本明細書で使用する場合には、「固定された（ｆｉｘｅｄ）」という用語は、通常の車両の運転中または衝突以前に、プレナム５０の端から端までをまたぐ支持部材５６を提供する任意の態様に関することを意味するものである。円筒状保持シール３６に突き合わせて支持するときには、支持壁５６は、通常の車両運転時に、ボトル１８内の加圧ガスがバーストディスク２２を破断するのを防止する。図２および３に示すように、一態様においては、対向する一対の戻止め（detent）５８が、大型プレナム５０の内壁６０に沿って形成され、それによって支持部材５６の各端を係合することによって構造的に支持する。代替手法として、図６に示すように、支持部材５６を、環状インサート５９と一体化して形成し、それによってインサート５９の第２の外周６１の輪郭を、内壁６０内にぴったりと適合するように決めてもよい。これは、例えば、ある種の構造上および製造上の利点をもたらすことができる。さらに別の態様においては、支持部材５６は、内壁６０と一体で形成してもよく、これもある種の構造上および製造上の利点をもたらす。

どのように形成した場合でも、支持部材５６は、好ましくは第１の切欠き面６２および、第１面６２と反対側の第２の切欠き面６４を有し、それによっていずれかの表面にかかる圧力によって壁５６が容易に破壊され、円筒状保持器３６が開放されて、加圧ガスがバーストディスク２２を破る。図２に示すように、支持部材５６は、もちろんのこと、両方ではなく一面だけに切欠きをつけてもよい。

マイクロガス発生装置６６が、プレナム５０の外周面の回りにかしめ圧着されて、壁６０を貫通して延びている。点火装置（igniter）または火薬式イニシエータ（pyrotechnic initiator）６８は、発生装置６６に収容されているとともに、やはり発生装置６６内に収容されているガス発生剤７０と、点火可能に連通する。衝突発生時に、点火装置６８は、例えば、衝突センサまたは加速度計（図示せず）からの信号を受け取り、次いでガス発生剤７０に点火して、プレナム５０内にガスを生成する。マイクロガス発生装置６６から生成されたガス圧力は、それと流体連通している支持壁６０を破壊して、ボトル１８内のガス圧力がバーストディスク２２を破壊することを可能とし、それによって円筒状保持器３６に環状壁３４を貫通させる。したがって、ボトル１８内部のガス圧力は、ディフューザ４４を通過して、ハウジング１２から出て、エアバッグ（図示せず）に入るように誘導される。

推進剤７０には、車両乗員保護システムでの使用で知られている任意のガス発生剤組成物を含めることができる。共有の米国特許第５，０３５，７５７号、第５，７５６，９２９号、第５，８７２，３２９号、第６，０７７，３７１号、第６，０７４，５０２号、および第６，２１０，５０５号を参照により、かつ例として本明細書に組み入れるが、これらは、本発明によって企図されるガス発生剤組成物を限定するものではない。
好ましい態様において、推進剤７０は、約１０〜２５重量％のシリコーンの混合物を燃料として含むとともに、約７０〜９０重量％の過塩素酸アンモニウムまたは過塩素酸カリウムなどの酸化剤を含む。シリコーンは、燃料として機能するだけでなく、結合剤としても機能し、それによって柔軟な円筒状の推進剤押出し成形品の形成を容易にする。

推進剤７０は、より好ましくは、燃料として約１０〜２５重量％のシリコーン；過塩素酸アンモニウム、リチウム、またはカリウムなどの過塩素酸酸化剤；および冷却剤として硝酸ストロンチウムまたは炭酸ストロンチウムなどのストロンチウム塩を含み、酸化剤および冷却剤は、推進剤の約７５〜９０重量％を含む。シリコーンは、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃまたはその他の周知の供給業者から購入することができる。その他のガス発生剤構成要素は、供給業者によって提供されるか、または当該技術において周知の製造方法によって供給される。

推進剤組成物７０は、さらに好ましくは、重量％で、１０〜２５％シリコーン、７５〜９０％酸化剤、１〜３０％冷却剤、および１〜２０％スラグ形成構成成分を含む。酸化剤は、例えば、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸アンモニウム、硝酸カリウム、硝酸アンモニウム、および相安定化硝酸アンモニウムなどの、無機過塩素酸塩および硝酸塩から選択してもよい。冷却剤は、例えば、水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、および炭酸ナトリウムなどの金属炭酸塩、ならびにシュウ酸カルシウム、シュウ酸ストロンチウム、およびシュウ酸アンモニウムなどの無機シュウ酸塩から選択することができる。スラグ形成構成要素は、例えば、酸化アルミニウムおよび酸化鉄などの金属酸化物から選択することができる。シリコーンを含有するガス発生組成物と、過塩素酸酸化剤は、本発明による冷却剤が混合物に添加される場合には、比較的低い温度で燃えることがわかっている。その結果、ガス放出機構１０内に生成されるガスの冷却要求は、実質的に最小となる。

必要であれば、例えば、延伸金属（expanded metal）または炭素繊維でできたフィルタまたはヒートシンク７２をプレナム５２の第２端１６に収容して、プレナム５０から出てくるガス流をフィルタリングする。有孔管７４が、インフレータ起動時にエアバッグ（図示せず）がそれと流体連通するように、第２端１６から延びている。溶接ワイヤメッシュフィルタ７２は、例えばミシガン州Ｋａｌｋａｓｋａ郡のＷａｙｎｅ Ｗｉｒｅ，Ｉｎｃ．が供給することができる。
本発明の前記の記述は、説明のためだけのものであり、本明細書において開示した様々な構造および動作上の特徴は、多数の修正を加えることができるものであり、それらは本発明の趣旨と範囲から逸脱するものではないことが理解されるであろう。

本発明による、加圧ガス発生装置およびガス放出機構の第１部分の側面図である。 本発明による、加圧ガス発生装置およびガス放出機構の前方部分の横断面図である。 図２に示す支持部材の代替設計を示す図である。 図２に示すガスタンクを覆う、好ましい第２のシールを示す図である。 本発明による、加圧ガス発生装置およびガス放出機構の第２部分の側面図である。 プレナムを横断する支持部材を形成する環状インサートの断面図である。

Claims (11)

1. 第１端および第２端、ならびにプレナムを画定する内周壁を有するハウジングであって、前記第１端は、ガス発生装置起動時に加圧ガス供給源と流体連通することによって、それを通過する加圧流体流を供給する、前記ハウジング；
   前記第１端を覆い、それによってガス発生装置起動以前の加圧流体流を防止する第１のシール；
   前記プレナム内部に、プレナム内壁に突き合わせるとともに前記第１のシールを支持する円筒状保持器に突き合わせて固定され、それによってガス発生装置起動以前の加圧流体流を防止する、平らな表面の少なくとも１つに切り欠きを有する、切欠き面付き板状支持部材；および
   前記ハウジング内部に固定されて、ガス発生装置起動時に前記プレナムと流体連通するイニシエータであって、ガス発生装置起動時に、前記切欠き面付き支持部材を破壊するのに十分な力を生成して、それによって加圧ガスを前記第１端中に放出する、前記イニシエータを含む、ガス発生装置。
2. 加圧ガス供給源が、ガス発生装置起動時にハウジングと流体連通する加圧タンクを含む、請求項１に記載のガス発生装置。
3. 加圧タンクが、ガス発生装置起動以前の流体流を防止する密封開口を有し、ガス発生装置起動時に、前記密封開口が加圧ガスの力によって開放されて、前記加圧タンクとハウジングの第１端とが流体連通する、請求項２に記載のガス発生装置。
4. 密封開口が、第１のシールに取り付けられた第２のシールを収容し、前記第１のシールは、前記第２のシールに隣接する第１の面を有し、前記第２のシールは、前記第１のシールの前記隣接面に面積がほぼ等しい強度低下部分を有する、請求項３のガス発生装置。
5. 第２端に近接するフィルタと、前記第２端のまわりの複数のガス流出口とをさらに含み、ガス発生装置起動時に、第１端に進入するガスが、前記フィルタを通過し、次いで前記複数のガス流出口を通過して第２端から流出する、請求項１に記載のガス発生装置。
6. 支持部材が上端面および下端面を有し、前記支持部材が、少なくとも前記下端面または前記上端面に切欠きが設けられている、請求項１に記載のガス発生装置。
7. 支持部材が、内周壁の内側に適合するように外形が決められた環状インサートと、前記環状インサートと一体で、かつプレナムをまたぐ切欠き部分とを含む、請求項１に記載のガス発生装置。
8. 支持部材が、ハウジングと一体化されているとともに、内周壁からプレナムの端から端まで延びている、請求項１に記載のガス発生装置。
9. 密封第１端および有孔第２端と、そこを通過してガスを流すための、プレナムを画定する内周壁とを有するハウジング；
   密封開口を含む加圧ガスボトルであって、前記密封開口は、密封第１端と並置されて、それによって、ガス発生装置起動時に、前記第１端を介して前記ボトルからの流体連通をもたらす、前記加圧ガスボトル；
   前記プレナムを横切って延びるとともに内周壁に突き合わせて楔式に固定された、平らな表面の少なくとも１つに切り欠きを有する、切欠き面付き板状支持部材であって、前記密封第１端を前記密封開口に対して円筒状保持器を介して付勢し、それによってガス発生装置起動以前に、前記ボトルから前記第１端を通過する流体流を防止する前記切欠き支持部材；
   前記ハウジングを貫通して延びるイニシエータであって、ガス発生装置起動時に、前記切欠き支持部材を破壊する力を生成して、前記ハウジングを通過する流体流を促進する前
   記イニシエータを含む、ガス発生装置。
10. 円筒状保持器に、過剰な圧力を逃がすための一体型通風口を有する、請求項１〜９のいずれかに記載のガス発生装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載のガス発生装置を収容する、車両乗員保護システム。

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