JP5006205B2 - ガスマイクロジェネレータを有する自動車用安全装置 - Google Patents

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    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product

Description

本発明は、発火起動されるガスマイクロジェネレータを含む自動車用安全装置に関するものであり、マイクロジェネレータに収容される充填材料の燃焼によって生成されたガスは、安全装置の構成要素を移動、特に並進移動させるように機能する。
限定するものではない例として、安全装置は安全ベルトプリテンショナ又は安全ベルトバックルリトラクタから成る。
これら2つの適用例では、生成されたガスがピストン(又はボール)を並進させ、これによりそのストロークに亘って安全ベルト又はベルトバックルに連結されたケーブルが引っ張られる。
従って、発火性充填材料の燃焼によって生成されるガスがエアバッグを膨張させるジェネレータから上述のマイクロジェネレータを区別すべきである。
特許文献1、特許文献2及び特許文献3は、エアバッグ膨張のために用いられる斯かるタイプのジェネレータを示している。
上述のタイプの第一世代のマイクロジェネレータには、作動時間をごく短く、すなわち5ミリ秒(ms)から7ms程度(大気温度で10立方センチメートル(cm3)に等しい内部体積を有する「爆弾(bomb)」と呼ばれるエンクロージャ内部に配置されるマイクロジェネレータで測定された時間)とするために、発火組成の粉末又は粒子が充填されていた。
第一の改良は、燃焼速度を速め且つ燃焼の厚みを増すためにニトロセルロースを使用することにある。実際には、斯かる組成のものは、特に排出される一酸化炭素のレベルが高いため、使用されなくなっている。
ニトロセルロースが使われなくなっているもう1つの理由は、自動車製造者が斯かるマイクロジェネレータの技術仕様に関してより厳しくなっていることにある。特に、テスト温度要件(すなわち、老朽化をシミュレートするためにマイクロジェネレータが人工的に受ける温度)を90℃から110℃−120℃へ上げると、ニトロセルロースは使用に適さないものになる傾向がある。
現在のトレンドは、毒性が少なく、老朽化テストにより良く耐え且つ燃焼速度が速いながらも、システム性能を向上させ且つ安定したコストを保証する混合推進剤を使用することにある。
安全装置が迅速且つ漸進的に所定位置を取るとき(すなわち、「準瞬時(quasi-instantaneous)」起動されるとき)、及び安全装置の効果ができるだけ長くなるように、生成されたガス圧力を長時間維持するよう改良されるとき、性能が向上すると言える。
現在入手可能な装置について、プリテンショナに伝達される負荷の関数としてプリテンショナのストローク(又は発火アクチュエータのストローク、又はリトラクタに巻き戻されるベルトの長さ)を示す曲線が、図1において実線で示されている。曲線の下向きの傾斜が規則的で且つ比較的急であり、このことはガス流量が漸進的でないことを示している。
望ましいストロークが破線で示されている。これは、実際に非常に短いタイムスパンで最大ガス流量を得ることが望ましいが、その後の変化が長時間に亘ってより漸進的であることも望ましいことを意味する。
説明を分かり易くするために、2つの曲線の共通部分は重ねられて示されている。
特許文献4は、発火性充填材料が硬化せしめられ且つこれを収容するレセプタクルに注入されているガスジェネレータについて記載している。その結果、発火性充填材料の外周面はレセプタクルに接触する。
充填材料はブロックに形成された長手軸線方向のチャネルからのみ燃焼せしめられる。
硬化及び注入によって充填材料を所定位置に入れる斯かる技術は、実現が難しく、マイクロジェネレータ内部で利用できるスペースが小さいとより複雑になる。
この種の装置では、理論的には充填材料の作動時間を延ばし且つより漸進的に圧力上昇させることが可能であるが、システムに供給されるべきエネルギー(推進剤の質量に応じて決まる)と、燃焼されるべき発火材料の厚さ(作動時間)と、点火(細いブロックを備えた中央の非常に大きい空ボリューム)との間で妥協点を見つける必要がある。
特許文献5には、可燃物質の巻付けストリップによって構成される充填材料を使用するガスジェネレータが記載されている。アセンブリを統合するために、異なる厚みの巻きの間に多孔性又は有孔性の支持材料を配置することができる。この材料はいずれにしても燃料のストリップに燃焼を伝達できなければならない。
1つの実施形態において、(マッシュルームグリルのように)円筒形内で放射状に延びる複数のブレードによって充填材料を構成することができ、多孔性又は有孔性の材料から成る他のブレードがその間に挟まれる。
多孔性又は有孔性の材料が可燃性充填材料自体を構成しないことは明らかである。
斯かる構成では、燃焼可能な有効面積は非常に大きく、よって高速、均等且つ規則的な燃焼がもたらされる。
しかし、時間の関数として圧力の挙動を改良することを装置に期待することは全くできない。
上記特許文献1〜3によっては、これら問題は解決されない。例えば、特許文献2において、充填材料はレセプタクルと接触する。
特許文献6は、二重速度ジェネレータに関するものである。その構成は特殊であり、安全装置の構成要素を動かすために使用することはできない。
米国特許第5,804,758号明細書(US-A-5,804,758) 米国特許第6,145,876号明細書(US-A-6,145,876) 米国特許第5,970,880号明細書(US-A-5,970,880) 国際公開第02/43990号パンフレット(WO-A-02/43990) 国際公開第99/00275号パンフレット(WO-99-A-00275) 欧州特許出願公開第1275566号明細書(EP-A-1 275 566)
従って、本発明の目的は、長時間に亘る生成されたガスの圧力の維持を改良しつつ、迅速且つ漸進的に燃焼及び位置決めさせる発火起動ガスマイクロジェネレータを含む自動車用安全装置を提供することによって上記問題を解決することにある。
従って、本発明は、発火起動ガスマイクロジェネレータを備える自動車用安全装置を提供する。マイクロジェネレータに収容される充填材料の燃焼によって生成されるガスは、この装置の可動構成要素を移動、特に並進移動させるように機能する。この装置は下記のことを特徴とする。
・上記充填材料が、基本的に円筒形のモノリシック構造のブロックによって構成されること。
・ブロックの外周面、すなわちジェネレータラインによって画成される面が、ブロックが収容されるレセプタクルから離間されること。
・この装置が少なくとも半径方向において上記ブロックを所定位置に保持するためのスペーサ手段を備えること。
上記特徴により、ブロックの最大有効面積が燃焼に曝され、燃焼に不利となるブロックの移動又は損傷をスペーサ手段が防止し、これにより性能を1つのジェネレータから別のジェネレータに再現できるようにする。
さらに、有利な且つ限定的ではないその他の特徴によれば、
・この装置は長手方向において上記ブロックを保持するためのスペーサ手段を備える。
・上記半径方向及び長手方向のスペーサ手段は同一の手段である。すなわち、スペーサ手段は、同時に半径方向及び長手方向の両方においてブロックを所定位置に保持するように機能する。
・上記スペーサ手段はバネ又はエラストマ材料のパッド等、弾性変形可能な構成要素から成る。
・上記スペーサ手段は上記ブロックを保持するために壁に保持される当接部材を具備する。
・上記壁は上記ブロックの支持壁である。
・上記壁は上記レセプタクルの壁の一要素であり、レセプタクルの壁に取り付けられるか又はこれと一体化される。
・上記充填材料の質量、形状及び化学組成のパラメータのうち少なくとも1つは、上記構成要素と接触するチャンバ内のガス圧力がガスマイクロジェネレータの始動後8ms〜14msの時間範囲内にその最大値に達すると共に始動後15ms〜20msの間その最大値の80%以上に維持されるように選択される。
・前記ブロックは、一連の軸線方向の円筒形チャネルによる孔の開けられた円筒形の塊から成り、上記チャネルの配列が、燃焼終了時にブロックが例えば断面が三角形であって前記チャネル間の分離領域に対応する1組の小さい異なるロッド、すなわち「燃焼コア」になるように編成される。
・装置は、安全ベルトプリテンショナ、安全ベルトバックルを引っ込めるためのリトラクタ、歩行者安全システム又は安全ベルトを固定するための発火剤固定システムを構成する。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかになる。
図2は、本発明の自動車用安全装置を示す図である。
特に、この装置は、Bで参照される安全ベルトバックルを引っ込めるためのリトラクタである。
バックルは、その長さ方向のほとんどの部分が細長い円筒形の密閉シース1内に係合するケーブルCに繋止される。
シース内部において、ケーブルCはピストン構成部品10に繋止され、このピストン構成部品10は、シースを異なる2つのチャンバ、すなわちバックルBに近い第一のチャンバとバックルBから離れた第二のチャンバとに密閉的に分割する。
静止位置において、すなわち衝撃がない場合(図2に示される状態)、チャンバ11の体積はチャンバ12の体積よりもかなり小さい。
チャンバ12内には図2に示されるポジションに向かってピストンを付勢する手段が設けられる。斯かる手段はバネ(図示せず)によって構成されてもよい。
装置のチャンバ11は、衝撃検出器Dに接続されるガスマイクロジェネレータMGと連通する。
斯かる機器を有する自動車が衝撃を受けて急激に減速すると、その情報が検出器Dによって取得され、そして検出器はジェネレータMGを起動するようにジェネレータMGに作用する。
ジェネレータに収容された発火性充填材料の燃焼によりガスが発生せしめられ、このガスがチャンバ11へ排出されるので、チャンバ11の圧力が上がる。この圧力の上昇によりピストン10が矢印fの方向に動かされ、これと共にケーブルCが、従ってバックルBが動かされる。
その結果、衝撃後一瞬でバックルが「引っ込められる」ので、斯かる装置が設けられたシートに座る乗員は胸に安全ベルトが押し付けられるため、乗員の安全が向上せしめられる。
本明細書で示される例は単なる例であり、本発明は、マイクロジェネレータに収容された充填材料の燃焼によってガスが生成されて装置の可動構成要素を移動、特に並進移動させる発火起動ガスマイクロジェネレータを備える任意の自動車用安全装置に適用されることが理解されるであろう。
上記構成要素は並進するほうが有用であるが、構成要素が曲線経路に沿って移動せしめられる実施形態も存在する。
図3〜6は、本発明の装置に取り付けるのに適する4つの可能な実施形態を示している。
これら4つの変形例は適切な構成のジェネレータを共有する。
このような条件の下で、且つ特に指定されない限り、図3を参照して以下に示される説明は、図4、5及び6にも適用される。
ジェネレータ2は、通常、軸X−X’の周りの円筒形である。
ジェネレータ2は、軸X−X’を中心とする中空金属円筒によって構成される点火装置支持体20を具備する。
支持体の一方の側に小さい同軸の2つの壁200及び201が設けられる。
第一の壁200の厚みは薄く且つかなり高い。第一の壁は支持体が通り抜ける軸線方向の開口Oに近接する。
第二の壁201は第一の壁を取り囲む。この壁は比較的厚く、それほど高くない。
支持体20の開口O内には、上述の壁の付近において、従来型のイニシエータ(点火器)3が係合し、このイニシエータはシャントリングを構成する環状部品4付近の開口を通って伸びる電極30を有する。
イニシエータ3の本体と支持体の開口Oの壁との間にはOリング5が係合し、この壁は支持面及び長手方向のスペーサを形成する。
壁200の上端は軸線X−X’に向かって内側にイニシエータ上に折り曲げられ、イニシエータを長手方向において所定位置に保持する。
支持体20はレセプタクル又はケース21によって覆われる。
このケースは、一方の端部で開放され、他方の端部で閉鎖される円筒形の薄壁金属部品である。
特に、長手方向の円筒形壁は210で示され、横方向の閉鎖壁は211で示される。
外面上において、壁211は軸線X−X’を中心とする円形の窪み状のセットバック212を有し、この領域において外面には脆弱にする厚みの薄い区域が設けられることが判るであろう。
レセプタクル21は壁210の自由端に設けられた周囲カラー213を介して支持体20に固定される。カラーは90°の角度で外側に向く環状フランジを構成する。
カラーは、支持体の2つの低い壁200及び201の間に係合せしめられ、壁201はレセプタクル21を所定位置に保持するためにカラー213上に折り曲げられる(クリンプされる)。
本発明によれば、推進剤等の発火物質6の充填材料はレセプタクル21に収容される。
充填材料は、例えば型成形又は押出し成形によって得られる基本的に円筒形のモノリシック構造のブロックによって構成される。
ブロックの長手軸線は軸線X−X’に対して平行であり、ブロックの外周面、すなわちジェネレータラインによって画成される表面はこのブロックが収容されるレセプタクル21から離間され、特に、壁210から離間される。
このことは、空気及びガスが自由に流れることができる上記外周面を取り囲む環状の空の空間Eが存在することを意味する。従って、以下に詳述するように、この外周面には完全に又はほぼ完全にアクセス可能である。
ここで説明されるジェネレータは比較的従来のものである。ただし、起動電流がケーブルを通じて伝送されるリード線マイクロガスジェネレータ(LWG)でもよい。
さらに本発明によれば、この装置は半径方向においてブロックを保持するためのスペーサ手段を有する。
図3〜6の実施形態が異なるのはこの最後の点においてである。
図3を参照すると、これらスペーサ手段は螺旋バネ7を含む。
バネはイニシエータ3の一部を取り囲み、下方の壁200の上端に当接する。その結果、バネは軸線X−X’を中心とする。
ブロック6はバネ上に載置され、このバネにより横方向に延びる端壁211にブロックが押し付けられる。
バネ7は、長手方向及び半径方向(横方向)の両方においてブロックを保持するよう機能する。バネは、ブロックを押すことによってブロックを壁211に当接させて、ブロックの軸線方向の移動を防止する。さらに、摩擦によって、ブロックの半径方向の移動も防止させる。
ブロック6はこのように完全に移動が防止され、このためその外周面に完全にアクセス可能になる。また、バネ7に面するブロックの横平面も、少なくともバネに直接接触しない区域においてアクセス可能であることは明らかである。
図示されていない別の実施形態において、バネ7を、エラストマー材のパッド等、他の弾性変形要素と取り替えることができる。
次に図4を参照すると、マイクロジェネレータがバネを有していないことが判る。
この場合、ブロック6は支持壁又は支持プレート8に接して配置される。
例として、この壁又はプレートは成形プラスチック材で又は金属から作ることができる。
このプレートは、参照番号81で示される軸線X−X’を中心とする中央貫通孔を有する環状支持ワッシャ80として表されている。
このワッシャの外径はレセプタクル21の内径よりも小さい。
ワッシャの周囲から6つのタブ82が伸びる。タブは、規則的な角度間隔で配分されてワッシャ80の底面に対して鈍角を形成する小さい舌状部材(tongue)である。
直径方向反対側の2つのタブ82の自由端間の距離はレセプタクル21の内径よりも大きい。
しかしながら、タブ82は多少弾性的であるため、プレート8をレセプタクル内に係合させ、タブ82と壁210との間の摩擦によってプレートを所定位置に保持することができる。これが図4に示された状態である。
ワッシャ80は、タブ82から離れるように軸線方向に延び且つ軸線X−X’を中心とする低い環状壁83を保持する。環状壁83は貫通孔81とワッシャの外周との間のほぼ中間から延びる。
図4に示されたように、ブロック6はワッシャ80に当接して位置決めされ、低い壁83によって半径方向の移動が防止される。
このようにして、ブロックは長手方向(プレート8及び壁211に接しているため)及び半径方向(低い壁83に保持されているため)への移動が防止される。
この場合にも、支持プレート付近の横壁の大部分と同様、ブロックの外周面のほとんど(低壁に面する部分を除く)にアクセス可能である。
別の実施形態では、上記低い壁は不連続である。すなわち、円の周りに配分される複数の異なる部分から構成される。
図5の実施形態は、低壁83を備えないことを除いて、上記支持プレート8と同様の支持プレート8を使用する。
この場合、ブロック6は、レセプタクル21の横壁211及び長手壁210のベースに押し付けるのに適するような外形を有する当接形成環状部品9によって半径方向の移動が防止される。
リングの中央オリフィスは、異なる直径の異なる2つの部分、すなわち壁211と接触する直径の短い第一の部分と、(クリアランスを無視して)ブロック6の直径と同じ長い直径を有する第二の部分91とによって構成されるように、ショルダを形成するセットバック90を有する。
開口の部分92は壁211の薄いゾーンに直接面するように位置することは明らかである。
このような構成によって、環状部品9及び支持プレート8は、長手方向及び半径方向の両方においてブロック6の移動を防止するように機能する。
この場合にも、ブロック6の外周面には、プレート8付近の横面のほとんどと同様にアクセス可能である。
最後に、図6の実施形態は、前の図に示されるプレートと同一のプレート8を使用する。
この場合、レセプタクルの壁210の内面から突出する材料214の付加的な厚みがある。
この付加的な厚みは、長手方向に延びる材料の上質のスプラインを構成する。
このようなスプラインが3つ設けられ、これらは規則的な角度で配置せしめられる。
クリアランスを無視すると、これらスプラインはブロック6を受容するのに適する寸法を有する。
従って、ブロックの外周面のほとんどは、プレート8付近の横面の大部分と同様にアクセス可能である。
イニシエータが作動されると、イニシエータは充填材料を燃焼させる。
充填材料の周りに利用可能な空間があるので、その外周面の全て又はほぼ全てに亘って燃焼が生じる。従って、レセプタクル21内部で圧力が上昇する。この圧力上昇により壁211の脆弱なゾーンに破損が生じる。その後、ガスは、図2に関連して説明したようにジェネレータからチャンバ11へと排出される。
このように、上記4つの変形例は、下記特徴を共有する。
・上記充填材料が基本的に円筒形のモノリシック構造のブロックによって構成される。
・上記ブロックの外周面が、ブロックが収容されるレセプタクルから離間される。
・装置が、少なくとも半径方向においてブロックを所定位置に保持するための手段を備える。
上記一連の特徴により、ブロックの最大有効面積が燃焼にさらされ、スペーサ手段がブロックの燃焼に不利となるようなブロックの変位又はその損傷を防止するため、斯かる性能を各ジェネレータ毎に再現可能となる。
本特許出願人は、これによって達成されるべき燃焼、従って位置決めが迅速かつ漸進的に可能になり、かつ発生したガスの長時間に亘る圧力維持が改良されることも発見した。
本発明の安全装置をテストし、プリテンショナに伝達される負荷の関数としてのプリテンショナ(又は発火アクチュエータ)のストローク(又はリトラクタに巻き付けられるベルトの長さ)を示す曲線として、図1に破線で示されるようなプロフィルを有するものが得られた。
斯かる曲線は、図7において先行技術のマイクロジェネレータで得られる曲線(黒い太線)の上に細い連続線で示されている。
さらに、時間の関数としてガス圧力を示す図8の曲線は、ガス圧力が約5ms〜7msの時間でその最大値に達すること、及び圧力が無視できない長さの時間に亘って非常に高い値を維持することを示している。これら曲線は、それぞれ大気温度で10cm3に等しい内部体積を持つ「爆弾」と呼ばれるエンクロージャ内に配置されるマイクロジェネレータを使用することによって得られる。
上記結果は、図1に示されるような装置に置き換えると、チャンバ11内部のガス圧力はマイクロジェネレータの始動後8ms〜14msでその最大値に達すると共に始動後15ms〜20msもの間その最大値の少なくとも80%で維持されることになることを意味する。
上述した状態が得られるように上記充填材料の質量、形状、化学組成パラメータの少なくとも1つを選択することが可能である。
ブロックの1つの実施形態が図9に示されている。この実施形態は目的が果たされることを可能にする。
ブロック6は、軸線方向を向いた一連の円筒状チャネル60による孔が開けられた円筒形の塊によって構成される。
これらチャネルは、各チャネル(外周にあるチャネルを除く)が角度的に等間隔の隣接する6つのチャネルによって囲まれるように配置される。
ブロックの外周はPERで示される。
細線Lは、燃焼が平行層で生じるときの異なる燃焼の瞬間のブロックの形状を表している。
チャネル60の配列は、燃焼終了時にブロックがそのモノリシック特性を失って、上記チャネル60間の分離領域に対応する1組の小さい別個のロッドすなわち燃料コアTになるように編成される。
これらコアはほぼ三角形の断面を持つ。
図9の隣の図10に示される曲線は、燃焼厚みの関数としてブロックの外周長さを示している。
燃焼厚みの関数としてブロックの面積を示す曲線は、斯かるブロックによりガスが発生する速度を時間の関数として示す曲線とほぼ同じ曲線となるであろう。
この曲線は、ピークまで漸進的に上昇し、その後燃焼が曲線の立下り縁から延びる角度から尻切れになることを示している。これによって数ミリ秒作動時間を長くすることができる。
モノリシックブロックの使用は下記のことを可能にする。
・大量の粉末を注入するのではなく単位校正物体を位置決めすること。
・投入される組成の量を制御すること。
・モノリシック構造のブロックの形状の関数としてガスジェネレータの性能を制御すること。
・異なるガスジェネレータ間で性能を再現可能にすること。
本発明の自動車用安全装置の非常に図式化された図である。 上記装置に取り付けられる発火起動のガスマイクロジェネレータの一つの実施形態の中心面における縦断面図である。 上記装置に取り付けられる発火起動のガスマイクロジェネレータの一つの実施形態の中心面における縦断面図である。 上記装置に取り付けられる発火起動のガスマイクロジェネレータの一つの実施形態の中心面における縦断面図である。 上記装置に取り付けられる発火起動のガスマイクロジェネレータの一つの実施形態の中心面における縦断面図である。 プリテンショナに伝達される負荷の関数としてプリテンショナのストローク(又は発火アクチュエータのストローク。実際にはリトラクタに巻回されるベルトの長さ)を示す曲線のグラフであり、下方の太線の曲線は先行技術の装置に対応し、上方の曲線は本発明の装置に対応する。 本発明の装置における時間の関数としての圧力上昇の曲線を示している。 装置に組み込まれた推進剤ブロックの1つの可能な実施形態の端面図である。 図9のブロックの外周が燃焼面積の関数としてどのように変化するかを示す曲線である。

Claims (4)

  1. イニシエータ(3)を備える発火起動ガスマイクロジェネレータ(2)を備える自動車用安全装置(1)であって、上記マイクロジェネレータ内に収容される充填材料(6)の燃焼によって生成されるガスが当該装置の可動構成要素(10)を移動させるように機能し、
    上記充填材料(6)が基本的に円筒形のモノリシック構造のブロックによって構成され、
    上記ブロック(6)の外周面、すなわちジェネレータラインによって画成される面が、該ブロックが収容されるレセプタクル(21)から離間され、
    当該装置が少なくとも半径方向において上記ブロック(6)を所定位置に保持するためのスペーサ手段(7;83;9;214)を備える、自動車用安全装置において、
    上記スペーサ手段が、上記イニシエータ(3)の一部を囲む弾性変形要素(7)から成り、
    上記ブロックが上記イニシエータから長手方向にオフセットせしめられ、
    上記ブロック(6)が長手方向及び径方向に移動するのを防止するために、上記ブロック(6)は、当接形成環状部品(9)により径方向に移動するのが防止され、該当接形成環状部品(9)の中央オリフィスがショルダを形成するセットバック(90)有する、自動車用安全装置
  2. 上記充填材料(6)の質量、形状及び化学組成のパラメータのうち少なくとも1つは、上記構成要素(10)と接触するチャンバ内のガスの圧力が上記ガスマイクロジェネレータの始動後8ms〜14msの時間範囲内にその最大値に達すると共に始動後15ms〜20msの間その最大値の80%以上に維持されるように選択されることを特徴とする、請求項に記載の自動車用安全装置。
  3. 上記ブロック(6)が一連の軸線方向の円筒形チャネルによる孔の開けられた円筒形の塊から成り、上記チャネルの配列が、燃焼終了時に上記ブロック(6)が上記チャネル間の分離領域に対応する1組の異なる小さいロッド(T)、すなわち「燃焼コア」になるように編成されることを特徴とする、請求項に記載の自動車用安全装置。
  4. 当該装置が安全ベルトプリテンショナ、安全ベルトバックル(B)を引っ込めるためのリトラクタ、歩行者安全システム又は安全ベルトを固定するための発火剤固定システムを構成することを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の自動車用安全装置。
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