JPH09175313A - インフレーター - Google Patents

インフレーター

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JPH09175313A
JPH09175313A JP8321904A JP32190496A JPH09175313A JP H09175313 A JPH09175313 A JP H09175313A JP 8321904 A JP8321904 A JP 8321904A JP 32190496 A JP32190496 A JP 32190496A JP H09175313 A JPH09175313 A JP H09175313A
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JP
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detonator
inflator
gas
chamber
porous matrix
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JP8321904A
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Karl K Rink
ケー.リンク カール
David J Green
ジェイ.グリーン デビッド
Guy R Letendre
アール.ルトンドル ガイ
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Morton International LLC
ATK Launch Systems LLC
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Morton International LLC
Thiokol Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有毒な不完全燃焼ガスを含まない展開用ガス
を発生し、迅速且つ安全に製造できるインフレーターを
提供すること。 【解決手段】 起爆装置;流体燃料と酸化剤の可燃性混
合物を含む貯蔵チャンバー;及び、インフレーターの内
部から外部に通ずる少なくとも1つの排出口;を含む、
展開可能な装置を展開するガスを発生させるためのイン
フレーターであって、前記起爆装置の作動により加熱さ
れた起爆装置生成物が発生し、この起爆装置生成物は前
記可燃性混合物を点火して多量の燃焼ガスを発生し、こ
の燃焼ガスは前記展開可能な装置に使用することができ
るように前記排出口を通り抜ける、前記貯蔵チャンバー
内に固体多孔質マトリックスを備えていることを特徴と
するインフレーター。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】衝突の際に自動的に作動し、
そして自動車の乗員が自動車の客室チャンバー内の硬い
表面に衝突するのを妨げ、そして保護する一般にエアバ
ッグシステムと呼ばれている展開可能な拘束システム
は、現在の自動車において非常に普及してきている。こ
のようなシステムでエアバッグクッションを展開させる
ための多くのインフレーター装置が開始されている。こ
のようなインフレーターは、十分な量の有毒でないガス
を放出して非常に短時間のうちにエアバッグクッション
を展開することができる。更に、インフレーターは、現
在の自動車が使用されることが見込まれる広範な温度範
囲及び自動車の長い耐用年数にわたって高い信頼性を提
供する必要がある。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】開示さ
れているインフレーターの形態の一つは、エアバッグを
展開させるために開放される貯蔵された圧縮ガスに頼る
ものである。他の形態は、エアバッグを展開させるのに
十分な量のガスを発生する固体ガス発生物質の点火に頼
るものである。インフレーターの第3のタイプは貯蔵さ
れた不活性な圧縮ガスと固体ガス発生物質の燃焼との組
合せに頼るものである。これらの形態は、エアバッグを
展開させるのに必要なガスを提供するのに有効である
が、これらはそれぞれ欠点を有する。圧縮ガスのみに頼
る形態は、比較的強度の高いガス貯蔵容器、エアバッグ
組立体の重量及び嵩高さを増加させる比較的厚い壁を備
えていなければならず、このような自動車の重量を最低
限に抑えようとしている自動車製造業者にとって問題が
ある。固体ガス発生物質の点火に頼る形態では、一般
に、非常に高温の固体粒状物質を含むガスが発生し、そ
れがエアバッグ組立体の布帛クッションに衝突する前
に、濾過及び冷却のような追加の状態調節が必要であ
る。
【0003】最近のインフレーターの形態の幾つかは、
流体燃料及び酸化剤に頼るものであり、低製造コストに
加え、とりわけ、固体粒状物質を殆ど又は全く含まず、
そして比較的低温で、比較的低濃度の不完全な燃焼生成
物を伴って清浄なガスを発生するというような利点を提
供する。これらの形態の幾つかは、W. Smith及びKarlK.
Rinkにより出願された米国特許第08/252,036号、発明
の名称「流体充填式エアバッグインフレーター」により
詳細に記載されている。米国特許出願番号第08/252,036
号は引用によりここに含めることにする。
【0004】しかしながら、ガス貯蔵、加熱及び開放手
段を調節する構造特性を提供するために、公知の流体充
填式インフレーターの設計を改良し、特定の要求に合う
ようにエアバッグの展開特性を調整することができる適
切な構造になるようにすることを求める要求がある。こ
のような設計は、自動車の予想耐用年数にわたって可燃
性成分を安全に収容する予防手段をとっていなくてはな
らない。このような形態は、更に、大量の比較的有毒な
不完全燃焼ガスを含まない展開用ガスを確実に発生しな
ければならない。更に、この形態は、迅速且つ安全に製
造でき、そして可燃性混合物を充填できるものでなくて
はならない。結局、適切な作動を確実にするためには、
点火行程に信頼性がなければならない。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の主な目的は、長
期間にわたって流体燃料と酸化剤の可燃性混合物を安全
に含む独特の貯蔵チャンバーを有する流体充填式インフ
レーターを提供することである。
【0006】本発明に関連する目的は、製造及び充填時
に起こる可燃性混合物の望ましくない点火の可能性を最
低限に抑える独特の貯蔵チャンバーを有する流体充填式
インフレーターを提供することである。
【0007】本発明の他の目的は、燃料と酸化剤の改良
された混合により比較的完全に燃料が燃焼し、それによ
って比較的有毒な不完全燃焼ガスの発生を防止する流体
充填式インフレーターを提供することである。
【0008】更なる目的は、エアバッグの展開特性に影
響を及ぼすように変化させることができる構造特性を有
する流体充填式インフレーターを提供することであっ
て、それによって適切な構造上の設計パラメータの選択
を通じて達成されるエアバッグ性能の高度な制御を提供
する。この目的の個々の達成は、インフレーター内の内
部圧を調節して内部作動圧を最低限にする構造パラメー
タの選択を伴う。そして、このことによってインフレー
ターの肉厚の最低限化が可能となり、インフレーターの
重量を最低限に抑えることができる。
【0009】本発明は、燃料が酸化剤と前もって混合さ
れ、可燃性混合物が多孔質マトリックス中に貯蔵される
流体充填式インフレーターを提供する。前記多孔質マト
リックスは、インフレーターの性能に幾つかの態様で影
響を及ぼし、これらの態様の各々は、それぞれ個々のイ
ンフレーターの型によって多孔質マトリックスのパラメ
ータを適切に選択することにより調節することができ
る。貯蔵ガスが多孔質マトリックスから出る領域におけ
る細孔の大きさ及び個々の形状は、前記マトリックスか
らガスが出る速度に影響を及ぼす。燃焼チャンバーに送
り込む貯蔵チャンバー内に前記マトリックスが備えられ
ている場合には、貯蔵マトリックスからのガスの排出速
度は貯蔵チャンバー内での燃焼速度に影響を及ぼし、そ
れによってエアバッグクッションが展開する速度に影響
を及ぼす。燃焼チャンバーとしても機能する貯蔵チャン
バー内に前記マトリックスが提供されている場合には、
燃焼ガスの排出速度に影響を及ぼすことに加えて、多孔
質マトリックスの放熱特性は、燃焼チャンバー内のホッ
トスポットの発生を防止することにより燃焼過程を節制
し、それにより窒素酸化物の形成を最低限に抑える。放
熱特性はマトリックスを輻射熱源として機能させると同
時に、可燃性混合物への有効な熱伝達及び高反応速度の
維持の達成を確実にし、それによって、一酸化炭素及び
未燃炭化水素のような不完全燃焼生成物の発生を最低限
に抑える。放熱特性は、可燃性混合物が貯蔵チャンバー
に充填されるときに可燃性混合物をも冷却し、充填工程
時に前記混合物の圧縮により発生する若干の熱を奪う。
放熱特性は、細孔が燃料/酸化剤可燃性混合物の消炎距
離よりも小さいマトリックスを提供することにより強め
ることができる。このようなマトリックスは、可燃性混
合物が燃え上がらない貯蔵チャンバーを提供する。この
ような貯蔵チャンバーにおいて、熱は、可燃性混合物の
燃焼により発生する熱よりも速く多孔質マトリックスの
放熱特性を通じて除去される。結局、同じマトリックス
内に異なる大きさの細孔を有する領域をそれぞれ提供す
ることによって、それぞれの使用される細孔の大きさに
帰する特性をお有する貯蔵チャンバーを提供することが
できる。
【0010】本発明の一形態において、貯蔵チャンバー
の内容積は多孔質マトリックスで満たされている。イン
フレーターの作動の際に、隣の燃焼チャンバーに前記混
合物が送られ、そこでこの混合物が発火するように貯蔵
チャンバーは開放されており、その発火により係るエア
バッグを急速に展開させるのに十分なガスが発生する。
追加の酸化剤及び/又は不活性ガスを燃焼チャンバー内
に貯蔵することができ、その場合には、作動の際にこれ
らの追加のガスは発火した可燃性混合物と混合する。追
加の酸化剤が最初に燃焼チャンバー内に存在する場合に
は、追加の酸化剤は可燃性混合物内に供給された燃料の
燃焼にあずかる。追加のガスが最初に不活性ガスを含む
燃焼チャンバー内に存在する場合には、これらは可燃性
混合物の燃焼の結果として加熱され、次いで膨張し、そ
れによってインフレーターから大容積のガスが排出され
る。
【0011】更なる態様において、貯蔵された可燃性混
合物を含む多孔質マトリックスは、燃焼チャンバー内に
直接供せられる。作動の際に、可燃性混合物は点火さ
れ、それにより多孔質マトリックスは、それ自体が輻射
熱源になる温度まで急激に熱を吸収する。可燃性混合物
は前記マトリックス中に分散されているために、前記マ
トリックスへの熱の流れは比較的均一であり、その結果
としてホットスポットが排除される。最低限の不完全燃
焼生成物の発生を伴う高い均一な反応速度が得られる。
前記マトリックスを調整して燃焼チャンバーから不活性
ガス含有チャンバー内に燃焼生成物が排出される流量を
調節することができる。燃焼チャンバー内において発生
したガスは、インフレーターから排出されて展開すべき
装置に送るか、または圧縮された補助ガスを含む補助ガ
スチャンバーに向けて送ることもできる。典型的には、
補助ガスは、燃焼チャンバーから供給された燃焼ガスか
らの加熱により膨張する不活性ガスである。同時に、燃
焼ガスは、補助ガスとの混合により冷却又は稀釈され、
エアバッグクッションを製造するのに使用された材料に
影響を及ぼさない温度になる。
【0012】多孔質マトリックス中の細孔の大きさは調
節し、(a) 可燃性混合物の長期間の貯蔵の間の安全性を
増加させること、(b) 点火行程時に可燃性混合物が貯蔵
チャンバーから放出される際の可燃性混合物の流量を調
節すること、及び/又は(c)点火行程時に輻射バーナー
(radiant burner)として機能させることができる。高
い安全性が、多孔質マトリックスの使用により本質的に
提供される。局部反応又は他の理由のために「ホットス
ポット」が生じる場合には、それによって発生した熱は
多孔質マトリックスに吸収される。マトリックスへの熱
の吸収速度が熱の発生する速度を上回る場合には、局部
反応は有効にクエンチされ、反応の更なる進行が妨げら
れる。セーフティファクター(safety factor )は、貯
蔵された可燃性混合物の消炎距離よりも小さい細孔を提
供することにより最大限にすることができる。可燃性混
合物が貯蔵チャンバーから解放される際の可燃性混合物
の流量の調節は、貯蔵チャンバーとそれに続く燃焼チャ
ンバー又は不活性ガスチャンバーとの間の界面の大きさ
と前記界面に隣接して配置された細孔の大きさの組合せ
により達成される。輻射バーナーとして機能するマトリ
ックスを通じて点火を調節することは、貯蔵チャンバー
と燃焼チャンバーの間の界面に隣接する又は複合式貯蔵
/燃焼チャンバー内に存在する細孔の大きさを調節する
ことによっても達成される。
【0013】消炎距離は火炎伝播の理論及び実際におい
て特性であると認識されるものであって、消炎距離は、
周囲への熱損失が化学燃焼反応により発生した熱を上回
るために火炎の伝播が可能でないもとでの最短距離又は
直径(所定の形状に対する)であると定義される。Kenn
eth K. KuoによるPrinciples of Combustion, Wiley,Ne
w York, 1986 及びForman A. WilliamsによるCombustio
n Theory, Addison-Wesley, Redwood City, Californi
a, 1985 の2つの良い参考文献がある。細孔の大きさが
消炎距離の範囲内に保たれている多孔質マトリックス内
に可燃性混合物を貯蔵することによって、可燃性混合物
の引火性は完全に抑制される。可燃性混合物が前記マト
リックスを通り抜けてこのようなマトリックスによりか
かっていた拘束から解放される場合に、可燃性混合物が
燃焼チャンバーに送られる際に、適切な条件下で可燃性
混合物は火炎伝播能を回復する。貯蔵された可燃性混合
物の火炎伝播を抑制する多孔質マトリックスの能力は、
このような貯蔵された混合物以外の周囲との界面に隣接
したところで効率的に発揮される。与えられた混合物に
より燃焼能を抑制及び回復することができることの一つ
の利点は、特定の領域又は位置に燃焼の位置を調節する
ことができることである。貯蔵チャンバー内に備えられ
た多孔質マトリックスは、燃焼チャンバーとのその界面
付近において、可燃性混合物の消炎距離よりも小さい細
孔の大きさを有することができ、一方、このような界面
から更に離れている位置においてその消炎距離よりも大
きな細孔の大きさを有することができる。大きさの大き
な細孔の位置は、全て消炎距離よりも小さい大きさの細
孔を有する多孔質マトリックスよりも高い貯蔵能を提供
する。この消炎距離は、可燃性混合物の組成、その温度
及び圧力に依存する。一般に、温度及び/又は圧力が上
昇するにしたがって、消炎距離は短くなり、そして火炎
伝播は容易になる。既知の組成、圧力及び温度の所定の
可燃性混合物に対する消炎距離は、火炎が伝播しなくな
る通路になるまでの一連の徐々に狭くなる通路を火炎が
伝播する過程を通じて実験的に決定することができる。
一つの方法は、比較的大きな管を通じて既知の組成、圧
力及び温度の可燃性混合物を点火源に送ることを含む。
安定な火炎が形成された後、新しい未燃焼の混合物の供
給を突然中止すると、「逆火」として知られている現象
により管を伝って上流に火炎が伝播する。火炎の伝播が
可能な最も細い管が明らかになるまで管の直径を徐々に
細くしながらこの実験を繰り返す。このような管の直径
は、特定の組成、圧力及び温度条件のもとでのその可燃
性混合物についての「消炎直径」である。火炎は、管壁
への熱損失が過剰であるために消炎直径よりも細い直径
を有する管内で逆流できない。この実験を異なる外形を
有する通路を用いて繰返し、若干異なる消炎距離を得
る。通路の実際の形状に関わらず、火炎の伝播が可能で
なくなる限界の形状を与える概念は有効であり、そして
本発明の一態様の基礎をなす理論である。
【0014】多孔質マトリックスは、種々のセラミッ
ク、金属、プラスチック、耐火材、又は複合材料から製
造することができる。好ましい材料は、焼結された網状
又はビトロポア(vitropore )のセラミックである。前
記マトリックスは、それが貯蔵チャンバー内の未占有空
間を完全に占有するような形状であることができる。し
かしながら、以下でより完全に説明するように、本発明
の種々の態様は、隙間又は未占有空有漢がマトリックス
中又はマトリックスに隣接して提供されても有効であ
る。このマトリックスを形成するために使用される材料
は、ガス発生反応時に不活性であるか、又は、輻射バー
ナーとして機能することが意図されている場合を除き、
この行程にあずかって消費される。
【0015】独立の燃焼チャンバーが提供される場合に
は、可燃性混合物が点火される場合に、可燃性混合物が
充填され、そしてその後に多孔質マトリックスから実質
的に放出される際に、可燃性混合物が良く混合されるよ
うに可燃性混合物の成分が通る迷路が必要である。各成
分の完全な混合によって、不完全に混合された炭素質燃
料と酸化剤が燃焼することにより発生しうる比較的有毒
な一酸化炭素のような不完全燃焼生成物の発生が最低限
に抑えられる。
【0016】作動の際に貯蔵チャンバーと次のチャンバ
ーとの間の開口部に露出され、マトリックスの細孔の大
きさ及びガスの貯蔵圧に関係する多孔質マトリックスの
表面は、多孔質マトリックスからガス状混合物が放出さ
れる速度を調節する。従って、このような開口部を通じ
て次のチャンバーと連通する多孔質マトリックスの表面
の適切な形態は、インフレーターのガス排出速度を調節
する。貯蔵チャンバーと次のチャンバーとの間の界面の
種々の代替的な形態を熟慮し、それらの態様を添付の図
面に例示した。独立な燃焼チャンバーが提供される場
合、燃焼チャンバーとの界面に隣接する多孔質マトリッ
クスへの「逆火」の程度を制限することにより高度な点
火調節が達成される。このような「逆火」は、燃焼チャ
ンバーの上流(ガスのバルクフロー(bulk flow )に対
する)における及びマトリックスの細孔内への火炎の伝
播である。このことにより、前記マトリックスは直ちに
熱を吸収し、マトリックスから燃焼チャンバーに流れる
可燃性混合物を確実に点火する輻射エネルギー源として
機能する。このような逆火を生じさせるには、燃焼チャ
ンバーとの界面に隣接して消炎距離よりも大きい細孔が
提供される必要がある。
【0017】貯蔵チャンバーが燃焼チャンバーとしても
機能する場合には、多孔質構造体の細孔の大きさは消炎
距離よりも大きくなければならない。しかしながら、チ
ャンバーの出口に隣接する多孔質マトリックスの部分
は、燃焼反応が燃焼チャンバーに存在する燃焼ガス中で
完全に消炎されるように消炎距離よりも小さい細孔を有
することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1に概略的に図示されているイ
ンフレーターは、本発明に係るインフレーターの二重チ
ャンバー態様の種々の部材の一般的な機能を描写する。
インフレーター1は、貯蔵チャンバー2と、それらの一
つの壁を貫いて取り付けられた往々にしてスクイブと呼
ばれている起爆装置3を含む。貯蔵チャンバー2は、全
ての構成部材が組み立てられた後に貯蔵チャンバーの内
部に残る全空間を基本的に占有する多孔質体4を含む。
起爆装置3の真正面に配置された小さな火工物質(pyro
technic body) 5は、貯蔵チャンバー2と燃焼チャンバ
ー8を分ける壁7内に備えられた開口部6に延びてい
る。起爆装置3に向かい合っている火工物質5は、開口
部6内の肩に設置された中実金属プラグ9のすぐ後方に
ある。中実金属プラグ9は、いったん作動した場合に壁
13内の開口部12を有効に閉塞しないように、その円
錐面に放射状に延びた表面溝(図示せず)を含む。開口
部6は、金属プラグ9の上に薄い金属箔を提供すること
により密封され、そして開口部の周囲の壁7は密封され
る。破砕ディスク11は、壁7の反対側の燃焼チャンバ
ーの壁13の開口部12を覆う。開口部12は、インフ
レーターからガス生成物を排出することが可能なよう
に、インフレーターの外部に通じている開口部15を有
するディフューザー14に通じている。逃げるガスによ
り生じる反力が互いに打ち消し合って、ガス発生時にイ
ンフレーターに作用する有意の正味の背分力が生じない
ように、開口部15は配置されるべきである。貯蔵チャ
ンバー2内の多孔質マトリックス4は、流体燃料と酸化
剤を含んでなる可燃性混合物で充填されている。多孔質
マトリックスは、インフレーターの有効耐用年数の間に
遭遇すると予想される最高温度及び最高圧力において、
貯蔵された可燃性混合物の消炎距離よりも孔の最大直径
が小さい多孔質材料から製造される。燃焼チャンバー8
に酸化剤及び/又は不活性ガスを含む補助ガスを充填す
ることができる。酸化剤が補助ガス内に提供される場合
には、補助ガスはインフレーターの作動時に可燃性混合
物と混合し、そして燃焼する。不活性ガスが補助ガス内
に提供される場合には、補助ガスは可燃性混合物のガス
状燃焼生成物と混合し、それによって補助ガスは加熱さ
れ、次いで膨張し、発生したガスの体積が増加すると同
時に、温度降下及び稀釈を通じて火炎を消炎する役割を
果たす。
【0019】突然の減速又は他の衝突センサー(図示せ
ず)からの電気的信号を受けると、、起爆装置3は火工
物質5の発火が起こるように点火する。主としてガスで
ある点火生成物は起爆装置3の点火により放出され、そ
して火工物質5は中実金属プラグ9が壁7の肩10から
抜け、次いで燃焼チャンバー8に沿って推進し、破砕デ
ィスク11に衝突して破砕ディスク11を破壊するよう
に、圧力を上昇させる。金属プラグ9の移動及び火工物
質5の消費によって、流体燃料と酸化剤の可燃性混合物
は多孔質マトリックス4を通り抜けて燃焼チャンバー8
に送られる。この通過の際に、前記可燃性混合物は、起
爆装置及び火工物質により発生した点火生成物と接触す
ると点火される。組み合わされた燃焼生成物は、次いで
混合され、燃焼チャンバー8内に貯蔵された補助ガスを
加熱する。次いでこれらの混合したガスは、破砕可能な
シール部材、即ち破砕ディスク11を破壊し、そしてそ
こを通り抜け、次いで膨張し、ディフューザー14の出
口15を通じてインフレーターから出る。次いで、これ
らはエアバッグクッションの内部に送られる。
【0020】多孔質マトリックス内に貯蔵された可燃性
混合物は流体燃料と酸化剤からなる。この可燃性混合物
は場合に応じて他の薬剤、例えば水又は不活性ガスを含
んでもよい。ヘリウムは、典型的にはその検出能のため
に漏れ検出試験に供せられる不活性ガスである。可燃性
混合物中に備えられてよい流体燃料には、適切な量の酸
化剤と混合された場合に可燃性混合物を形成する気体、
蒸気及び液体が含まれる。これらの流体燃料は、水素;
炭化水素、例えば、オレフィン及びパラフィン;炭化水
素誘導体、例えば、アルコール、エーテル及びエステル
を含む酸素化された炭化水素;並びにこれらの混合物を
含む。酸化剤は典型的には、純粋な形態か、又は空気の
ような他のガス状成分との混合物又は希ガス若しくは二
酸化炭素のような他の気体との混合物の形態のいずれか
の形態の酸素である。液体又は蒸気相(又はこれらの組
合せ)にある一酸化二窒素も酸化剤として有用である。
可燃性混合物は多孔質マトリックスを通って急速に移動
することができるために、作動温度及び圧力の条件にお
いて気体である可燃性混合物が好ましい。このようなガ
ス状混合物は、多孔質マトリックス中の可燃性混合物の
適切な作用に影響を及ぼさない限りにおいては、より密
度の大きい浮遊物質を含んでよい。ガス状混合物は、5
00〜4500psi、好ましくは1000〜3000
psiの圧力で貯蔵される。
【0021】燃焼チャンバー8内に備えられる補助ガス
は、典型的には、不活性ガス、酸化ガス、又はこれらの
混合物を含む。使用してよい不活性ガスは、アルゴンの
ような希ガスと貯蔵及び燃焼過程の双方において実質的
に不活性である他のガス、例えばヘリウム、窒素及び二
酸化炭素を含む。酸化ガスは、可燃性混合物に使用する
ことに関して述べた酸素含有ガスのいずれであってもよ
い。補助ガスは、2000〜4500psi、好ましく
は3000〜4000psiの圧力で貯蔵される。
【0022】インフレーター内に備えられる酸化剤の合
計量は、少なくとも備えられた燃料の全量を完全に燃焼
させる、即ち二酸化炭素及び水に提供された燃料の全て
を完全に燃焼させる化学量論的な量であるべきである。
過剰の酸素がガス発生過程を通じて存在するように、こ
の化学量論的量よりも実質的に多い酸化剤が提供される
ことが好ましい。
【0023】図2〜4に例示される態様は、閉塞位置か
ら貯蔵チャンバーの壁の開口部の前方にピストンを動か
す発射体を使用する。この態様において、インフレータ
ー20は、多孔質構造体22を含む貯蔵チャンバー21
を含み、且つ流体燃料と酸化剤の可燃性混合物で充填さ
れている。壁23は貯蔵チャンバー21と燃焼チャンバ
ー24とを分けている。ピストン保持具25はピストン
26を含み、そして壁23から多孔質構造体22に延び
ている。前記ピストン保持具25は、静的貯蔵態様にお
いて、ピストン26の両端に備えられたピストンリング
28により挟まれた開口部27を含む。前記ピストン保
持具は、壁23に備えられた密閉用バリヤー29と精密
に調整されている。前記密閉用バリヤーは、ピストンリ
ング28の周囲で若干の漏れが生じた場合においても、
インフレーターの有効耐用年数(一般に15年又はそれ
以上)にわたって可燃性混合物が貯蔵チャンバーから漏
れないようにする。密閉用バリヤー29の反対側の燃焼
チャンバーの側では、発火性起爆装置30が取付け構造
体32内の発射体の後方に直接提供されている。前記取
付け構造体32は密閉用バリヤー29の方に向かうよう
に調整されている。発射体31は、一つのピストンリン
グ33により備え付けられるものであって、図4に示さ
れるように、その端部において起爆装置と向かい合う内
部空洞34と密閉用バリヤー29と向かい合う中実な端
部35とにより構成されている。発生したガスをそれら
の用途に合わせて排出させるために、即ちエアバッグク
ッションを展開させるために、出口36は設けられてい
る。例えば、フィルター37、金属篩の覆いを出口の内
側に直接配置することができる。可燃性混合物を貯蔵チ
ャンバーに充填するために充填口38が設けられてい
る。
【0024】衝突センサー(図示せず)は、電気的信号
を起爆装置に伝送することにより点火を起こさせ、イン
フレーターを作動させる。発生する熱及びガス状生成物
は発射体31の背面に急速に圧力をかけ、発射体は燃焼
チャンバーを横切ってピストン26の中に推進し、該行
程において薄い密閉用バリヤー29を破砕する。比較的
重い発射体31は、ピストン保持具25に沿ってピスト
ン26を図3に示される位置まで移動させる。ピストン
の移動によって、開口部27は効率的に覆いがとられ、
可燃性混合物は多孔質マトリックス22から燃焼チャン
バー24に流れ込むことが可能になる。よく混合された
ガスは、ピストン保持具25及び燃焼チャンバー24を
通る際に、起爆装置30により発生した輻射粒子及び熱
と接触すると発火する。可燃性混合物の発火によって、
ガス状燃焼生成物が急激に発生し、出口36を通ってイ
ンフレーターから出る。
【0025】この態様は点火時にマトリックスに損傷を
与えず、可燃性混合物を開口部27を通じて多孔質マト
リックスから解放させる。前記開口部は可燃性混合物の
解放に適する比較的一定のマトリックス表面積を画定す
る。解放速度は、開口部27の総表面積を制御すること
により、及び、それらの数、大きさ及び/又は形状を変
えることにより調節することができる。ピストン保持具
25の長さは、開口部と同様な空間を提供するために変
更することができる。
【0026】発射体の適切な機能は、その形状及び使用
される起爆装置の大きさにより左右される。例えば、よ
り重たい発射体は、密閉用バリヤーを貫通し、そしてピ
ストンを移動させるのに有効であるが、このためには多
量の起爆装置が必要である。発射体の形状は、その性能
にも影響を及ぼす。例えば、より円錐状の形状であるか
又は先細の形状であることによって、該発射体は意図す
るようにピストン内に進入する。
【0027】図示される密閉用バリヤー29は壁23と
一体となっており、二重衝撃成形工程(double-impact
forming process )の一部として製造することができ
る。圧縮材料を保持する必要がないために、ハウジング
及び壁がスチールから製造される場合には、密閉用バリ
ヤーは非常に薄く、例えば0.0127cm(0.00
5インチ)の厚さで製造することができる。当然のこと
ながら、密閉用バリヤーは、当業者に一般に知られてい
るような公知の方法で、例えば溶接された金属破砕ディ
スク又は金属箔を使用して製造することができる。
【0028】貯蔵容器からの流れを開始する発射体及び
ピストンの代わりにプランジャ及び破壊可能な密閉用バ
リヤーを使用する前記の態様の改良が図5の態様に示さ
れており、ここで同じ参照番号は、同様な部材を示すた
めに使用した。この態様において、プランジャ40は起
爆装置ハウジング41内の火工起爆装置30の真正面に
設けられている。起爆装置ハウジング41は、このハウ
ジング内にプランジャを留めるように作られた止め部材
42を含む。起爆装置に隣接するプランジャ40の端部
は、前記ハウジング内でピストンとして機能するよう作
られている。プランジャは、燃焼チャンバー24まで延
びるほど十分な長さの突出部分43を更に有し、プラン
ジャ40が起爆装置ハウジング41内を最大限に移動し
た場合に、プランジャは燃焼チャンバー24と貯蔵室2
1の間の壁23に備えられた密閉用バリヤー44の一部
と接触し、そしてその位置をずらす。密閉用バリヤー4
4は、貯蔵容器内に高い貯蔵圧で可燃性混合物を含まな
くてはならないので、前述の態様において必要な重さよ
りも重たいことが必要である。前記の態様のように密閉
用バリヤー44は、壁23と一体となっているように示
されているが、当業者に良く知られている他の方法で製
造することもできる。結果として得られる開口部の形状
の均一性が増加するように刻み目45を設けることがで
きる。破壊可能な材料46は、密閉用バリヤー44に直
接隣接する多孔質マトリックス内の空洞内に設けられ
る。破壊可能な材料46のこのような配置は、多孔質マ
トリックスに損傷を与えることなく、位置がずれた(吸
収されうる)密閉用バリヤーを吸収する受容体を提供す
る。可燃性混合物を非引火条件に保つために、破壊可能
な材料46は、その中の細孔が可燃性混合物の消炎距離
よりも小さい細孔の大きさに保たれるように形成される
ことが好ましい。しかしながら、破壊可能な材料の全体
の細孔の大きさ又はマトリックスの特定の領域の局部的
な細孔の大きさが消炎距離又は直径を超える場合におい
ても、放熱作用のような本発明のある態様は、前記破壊
可能な材料に適用されることが理解されるべきである。
【0029】衝突センサーからの信号を受けると起爆装
置30は燃焼してガス状点火生成物を発生し、このガス
状点火生成物はプランジャ43を密閉用バリヤー44に
向けて推進させ、密閉用バリヤーを破壊して壁23をな
くし、そしてそれを破壊可能な材料46に押し入れ、そ
れによって貯蔵室21と燃焼チャンバー24の間の連通
が提供される。プランジャは止め部材42によりハウジ
ング41内に保持される。プランジャは保持される位置
に近づくと、起爆装置の作動による幾つかの点火生成物
は、通路47を通るピストンの底部又はハウジング41
の側壁の拡張部分、例えば溝又は内径の広げられた部分
のいずれかを迂回し、それによって点火生成物は燃焼チ
ャンバー内に導入される。可燃性混合物が燃焼チャンバ
ー内に流入して通り抜けると、可燃性混合物は起爆装置
からの点火生成物と接触し、そして点火され、大容積の
ガス状生成物が急速に発生し、このガス状生成物は出口
36を通ってインフレーターから出る。
【0030】この態様に使用される破壊可能な材料46
は、プラスチック、セラミック、ゴム等の種々の材料か
ら選択することができる。
【0031】刻み目がつけられた密閉用バリヤーを有す
るこの態様は、多孔質マトリックスから燃焼チャンバー
内への可燃性混合物の明確に決まった均一な流入を提供
する。更に、この態様は、外部のアクチュエーターの作
動により可燃性混合物を解放する一方で、点火チェーン
(ignition chain) 内に発射体を使用する必要性がなく
なる。
【0032】図6に示されるように、第3の態様は、別
に貯蔵され、そして比較的早期に開放される補助ガスを
加熱するために貯蔵された可燃性混合物が使用される二
重チャンバーを備えている。可燃性混合物は、貯蔵チャ
ンバー51内の多孔質マトリックスに貯蔵される。円筒
形の消耗性火工装薬53は、多孔質マトリックスの長軸
方向に延びている空洞内にぴったりはまり、この空洞を
完全に占有している。貯蔵チャンバー51は破砕ディス
ク54により一方の端で閉じられており、前記破砕ディ
スクは貯蔵チャンバー51と補助ガスチャンバー55を
分けており、前記補助ガスチャンバーはインフレーター
壁56によって部分的に囲まれている。貯蔵チャンバー
51はそのもう一方の端部において、複合雷管ハウジン
グ57と感圧式雷管58に面している。薄い密閉用バリ
ヤー59は雷管の周りの可燃性混合物の漏れを防ぐため
に備えられている。殴打部材ハウジング61内の殴打部
材60は密閉用バリヤー59の正反対側に雷管58と一
直線をなしている。破裂ディスク62は補助ガスチャン
バー55が確実に密封されるようにし、補助ガスチャン
バー55は通気口63を通じて破裂ディスク62と連通
している。起爆装置64は、発射体を殴打部材60に向
けている発射体保持具66内の発射体65の後方に取り
付けられている。出口67は、発生したガスをインフレ
ーターから排出するためのディフューザ内に備えられて
いる。
【0033】このインフレーターは、起爆装置64を点
火させるための電気的信号を起爆装置が衝突センサー
(図示せず)から受けた時に作動する。起爆装置の点火
によって、破裂ディスク62を貫通して殴打部材60ま
で発射体が推進するのに十分な圧力が発射体の後方にか
かる。破裂ディスクが貫かれると直ちに補助ガスは通気
口63を通じて出口67に流れ始める。同時に、殴打部
材60は雷管に押しつけられ、雷管が点火し、次いで消
耗性火工装薬53が点火する。前記装薬53が爆発する
と、圧力が上昇するだけでなく、ボイド(void)が生じ
る。このようにして生じたボイドは、ボイド/燃焼チャ
ンバーを取り囲む多孔質マトリックスから可燃性混合物
が流れる際に可燃性混合物が着火及び燃焼する燃焼チャ
ンバーになる。圧力が上昇するために、圧力が破裂ディ
スク54の強度を上回ると破裂ディスクの破裂が起こ
る。前記ディスクが破裂し、そしてチャンバー内の圧力
が開放されると、多孔質マトリックス中に貯蔵された可
燃性混合物はボイド/燃焼チャンバーに流入し、そこで
着火する。発生する燃焼生成物はチャンバー55内に流
入し、そしてチャンバー55内の補助ガスと混合し、そ
れによって、通気口63、次いで出口67を通じて流れ
るガス状生成物の体積が増加し、その意図する機能、す
なわちエアバッグのような展開可能な装置の展開を果た
す。
【0034】消耗性火工装薬は、火工物質の固体造形品
を成形又は押出することにより製造できるものであっ
て、着火によって、気化した反応生成物に実質的に変化
する。このような装薬に使用するのに適する典型的な火
工分物質には、硝酸ホウ素カリウム、過塩素酸アンモニ
ウム及びニトロセルロースが含まれる。雷管58は、小
火器の弾薬における点火装置を提供するのに一般に使用
されているもののような撃発雷管であってもよい。
【0035】補助ガスが加熱される前の補助ガスの最初
の部分の放出は、エアバッグの展開過程の初期段階の間
に比較的低流量のガスをクッションに提供し、柔らかい
バッグになると考えられる。このような柔らかいバッグ
の使用は、自動車の乗員が所定位置から外れたとき又は
シートベルトを着用していないときに都合よい。更に、
補助ガスの初期の放出は、最高圧力を低下させ、それに
よって若干薄い点火装置壁及び部材の使用が可能にな
る。
【0036】補助ガスチャンバー55内に最初に備えら
れている補助ガスは、一般に不活性ガス又は希ガス、例
えばアルゴン又は窒素を含む。補助ガスは、酸化ガス、
例えば酸素も含むことができる。補助ガスの使用は増加
した体積のガス状生成物を提供し、同時に燃焼生成物を
有効且つ完全に希釈し、それによってエアバッグ材料及
び自動車の乗員が曝される最高温度を下げる。
【0037】この態様の展開特性についての更なる制御
は、消耗性火工装薬53の大きさ、形状、種類及び位置
の調節により可能である。これらの特徴を調節すること
によって、多孔質マトリックスに隣接するボイド空隙の
割合、チャンバー51中の火工装薬の燃焼による圧力の
上昇、破裂ディスク54を開放するのに要する時間、そ
の後の圧力上昇速度及び点火される可燃性混合物の放出
速度を制御することができる。消耗性火工装薬の形状は
円筒形である必要はないが、種々の非円筒形、例えば種
々の星形であってもよく、その軸方向の長さに沿って種
々の直径を有していてもよい。この消耗性火工装薬は、
チャンバー51の中央に位置する必要はなく、殴打部材
及び雷管が点火に共するよう適切に作られている限りに
おいてはチャンバー内のどこに配置されていてもよい。
火工装薬は、別々に点火が制御される2個以上の別個の
一体物として備えることができる。個々の火工装薬の点
火時間をかえることによって、衝突の感知された激しさ
のような要因に依存して、バッグの相対的な柔らかさ/
堅さを制御することができる。
【0038】この装置は、その独特な作動技術によっ
て、貯蔵された補助ガスの特性を無視できるように容易
に改良することができる。このような装置はより小さく
且つ軽くし、そして若干単純化して製造することができ
る。しかしながら、図示される態様は、図示される態様
の幾つかの有利な特徴、例えば比較的低温のガス生成物
を欠く。
【0039】不活性ガスを加熱し、そして膨張させるた
めに可燃性混合物が使用される二重チャンバー形態を用
いる更なる態様が図7に示されている。この態様におけ
る部材は、図1における部材に対応して同じ部材番号で
示されている。インフレーター1は、貯蔵チャンバー2
とその端部に備えられた起爆装置3を含む。図示されて
いるように貯蔵チャンバーは多孔質マトリックス4で充
填されている。中央に位置する空洞は、起爆装置3から
壁7の中央に配置された通気口6まで多孔質マトリック
スを貫いて延びており、前記壁7は貯蔵チャンバー2と
不活性ガス含有チャンバー70を分けている。起爆装置
3は、前記空洞の一方の端部に延びている。この空洞の
残りの部分及び通気口6内の部分は消耗性火工物質5に
より占有されている。図示されているように、多孔質マ
トリックス4は、その中に貯蔵される可燃性混合物の消
炎距離よりも小さな最大細孔寸法を有する。しかしなが
ら、多孔質マトリックスは第1部分と第2部分の2つの
部分からなり、起爆装置及び消耗性火工物質5に直接隣
接する第1部分は可燃性混合物の消炎距離よりも小さな
細孔の大きさを有することを特徴とし、そして第2部分
は消炎距離及び周囲の第1部分よりも大きい細孔の大き
さにより特徴づけられ、前記第1部分の周囲を囲んでい
る。第1部分は、ガス混合物が貯蔵室から放出される際
にガス混合物を消炎し、一方、第2部分は消炎距離より
も小さな細孔のみを含む貯蔵チャンバーにより提供され
るものよりも大きな貯蔵能を備えている。刻み目をあら
かじめ付けられた破砕ディスク72は、可燃性混合物が
不活性ガスチャンバー70内に漏れないように通気口6
を密閉している。ディフューザ組立体74は、破砕ディ
スク72の反対側の前記チャンバー70の端部において
インフレーターハウジングの壁に密閉するよう取り付け
られている。ディフューザ組立体74は、不活性ガスチ
ャンバー70の内部との連通を提供する第1組の通気口
と、インフレーターの外部との連通を提供する第2組の
通気口78を含む。更なる破砕ディスク80が第1組の
通気口76と第2組の通気口78との間のディフューザ
組立体内に配置されている。
【0040】衝突センサー(図示せず)からの信号を受
けることによる作動の際に、起爆装置3は発火し、消耗
性火工物質5を点火する。消耗性火工物質5の燃焼によ
り急激な圧力上昇が起こり、ディスク72の刻み目に沿
って破裂が起こる。ディスク72の破裂と同時に起こる
圧力の開放によって、多孔質マトリックス4中に貯蔵さ
れた可燃性混合物は、消耗性火工物質5により最初に占
有されていたボイド内に流れ込む。可燃性混合物がこの
ボイド内に流れ込む際に、可燃性混合物は、(a)その
消炎距離よりも小さな最大寸法を有する表面上の空間内
に貯蔵されることによりそれにかかっていた拘束から開
放され、且つ、(b)起爆装置3及び火工物質5の発火
により生じる熱及び燃焼生成物と接触する。可燃性混合
物は発火し、そして発生する燃焼生成物はチャンバー7
0内に貯蔵された不活性ガスと混合し、破裂ディスク7
0の破裂が起こるレベルまでそのチャンバー内の圧力を
上昇させる。次いで、ガス生成物はディフューザ組立体
74及び第2組の通気口78を通じてインフレーターか
ら排出され、そしてその意図する用途に送られる、すな
わちエアバッグクッションを展開することに向けられ
る。
【0041】図7の態様の応用が図8に示されている。
この応用においては図7の態様の破裂ディスク72の代
わりに気密シール82を使用し、この気密シールは発射
体84により破られる。図8において、図7の態様にお
ける部材に対応する部材は、同じ部材番号により確認さ
れる。図8の態様が電気的信号により作動した時に、起
爆装置3は発火して消耗性火工物質5を点火し、そして
消耗性火工物質5により最初に占有されていた空間内の
圧力を上昇させるガス状燃焼生成物を発生する。発射体
ハウジング及び発射体84を横切って延びている保持ピ
ン86は、火工物質5の発火により生じる圧力が保持ピ
ン86を剪断するのに十分な圧力になるまで発射体を所
定位置に止め、発射体を不活性ガスチャンバー70内に
推進せしめ、この過程において気密シール82を破る。
気密シールの開口部は発射体の後方にかかっていた圧力
を開放し、そして可燃性混合物は、それが消炎されてい
た多孔質マトリックス4から通り抜け、火工物質5によ
り最初に占有されていた消炎されない空間に送られる。
可燃性混合物は、起爆装置3及び火工物質5により発生
した燃焼生成物と遭遇し、そして発火する。発生した生
成物はチャンバー70内の不活性ガスと混合し、このチ
ャンバー内の圧力を破裂ディスク80が破裂する圧力ま
で圧力を上昇させ、発生したガスを通気口76及び78
を通じてインフレーターから出す。
【0042】図8の態様における発射体の使用によっ
て、気密シール82はこのような発射体が存在しない場
合に要する内圧よりも低い内圧で破ることができ、それ
によって、若干薄く勝つ軽い構造材料をインフレーター
ハウジングに使用できる。
【0043】前記態様は、流体燃料と流体酸化剤の可燃
性混合物を、この可燃性混合物の消炎距離よりも個々の
細孔の大きさが小さい多孔質マトリックス構造体中に貯
蔵する。このような小さな細孔を有するマトリックス構
造体の使用は可燃性混合物の貯蔵に適する安全な環境を
提供するが、このようなマトリックス中に貯蔵できる混
合物の体積は大きな細孔の大きさを有する構造体よりも
比較的小さい。次の図は、可燃性混合物の消炎距離より
も大きな細孔を有する多孔質マトリックスを使用する構
造体中に可燃性混合物が貯蔵される本発明の態様を示
す。これらの構造体はより大きな貯蔵能を提供すると同
時に熱シンクとして機能する構造体の能力による高い貯
蔵安定性及び安全性を提供する。可燃性混合物の充填時
に、前記マトリックスは、前記混合物が圧縮される際に
発生する熱を拡散するのに役立つ。圧縮された可燃性ガ
スの冷却は、可燃性ガスをその自己発火温度未満の温度
に保つのを助ける。可燃性混合物の長期間の貯蔵の間
に、多孔質マトリックスの放熱能は、いかなる局部的な
温度上昇又は「ホットスポット」をも冷却し、それによ
ってこのような「ホットスポット」を前記混合物の自己
発火温度よりも低い温度に保つことを助ける。
【0044】図9は、可燃性混合物が貯蔵されるこの混
合物の消炎距離よりも大きな細孔を有する多孔質マトリ
ックス90内に貯蔵される単一チャンバー態様を示す。
多孔質マトリックス90は、ハウジング94及びディフ
ューザ96により画定された単一チャンバー92を満た
している。薄い金属箔104のような破砕可能な部材
は、燃焼チャンバー内の可燃性混合物を密封する。外部
の衝突センサーによる火工起爆装置97の作動によっ
て、起爆装置により発生した加熱された点火生成物によ
り可燃性混合物は点火される。可燃性混合物の着火は、
多孔質マトリックスを急速に伝播し、可燃性混合物に効
率的に熱伝達する輻射バーナーとして作用する温度まで
その温度を上昇させ、それによってそれ自体の完全な燃
焼を促進させる。可燃性混合物は前記マトリックス中に
一様に拡散し、そして燃焼部が前記マトリックスの熱シ
ンク効果により抑えられる間に温度上昇するため、イン
フレーター内の「ホットスポット」は最低限度に抑えら
れる。貯蔵された混合物の燃焼によって、チャンバー内
の圧力が上昇し、最初に金属箔104を破裂させ、次い
でディフューザ96内の破裂ディスク98を破裂させ、
ガス生成物はディフューザの2組の通気口100及び1
02を通じてインフレーターから出る。
【0045】貯蔵/燃焼チャンバー92内に使用される
多孔質マトリックス90は、セラミック又は金属、例え
ば網状セラミック又は焼結金属から製造することができ
る。マトリックス中の細孔は、貯蔵される可燃性混合物
の消炎距離より大きい。平均の細孔の大きさが大きくな
ればなるほど、マトリックスの貯蔵能は高くなる。実際
には消炎距離よりも大きい細孔であれば使用することが
できる。典型的には、12mm以下の細孔の大きさが適切
である。
【0046】図9に示されるインフレーターは、ガス生
成物が細孔の大きなマトリックスからインフレーターの
通気口102まで通る際に前記ガス生成物が必ず通り抜
ける位置に、貯蔵された可燃性混合物の消炎距離よりも
小さな細孔を有する多孔質マトリックスの層を備えるこ
とにより改良することができる。この点に関して、この
ような層は、通気口100のチャンバー側又はディフュ
ーザ側のいずれにも備えることができる。消炎距離より
も小さなマトリックスの層は、ディフューザ及びその通
気口にまでおよぶ火炎の伝播を妨げるのに役立つ。図1
0は、貯蔵燃焼チャンバー112内に備えられた多孔質
マトリックス110内に可燃性混合物が貯蔵される二重
チャンバーインフレーターを示す。多孔質マトリックス
は部分114と小さい部分116の2つの異なる部分を
有し、前記部分114ではマトリックスが比較的大きな
細孔を有し、前記部分116ではマトリックスの細孔の
大きさが貯蔵される混合物の消炎距離よりも小さい。部
分114は貯蔵能を提供し、一方、部分116は、補助
ガスチャンバー118内に貯蔵された不活性ガス中に燃
焼ガスが流れ込む前に燃焼反応の完全な消止を可能にす
る。発熱起爆装置120の作動の際に、可燃性混合物は
起爆装置120により発生する熱及び粒子により点火さ
れる。部分114内の多孔質マトリックスは、均一且つ
完全な燃焼を確実にする輻射バーナーとして作用する。
破砕ディスク122の破裂によって、燃焼ガスは多孔質
マトリックス部分116、次いで排出口124を通って
流れ、補助ガスチャンバー118内に貯蔵された不活性
ガスと混合し、不活性ガスを加熱する。組合わさったガ
スはガス生成物の容積を実質的に増加させてチャンバー
118内の圧力を最初に上昇させ、破砕ディスク126
を破裂させる。次いで、ガス生成物は、通気口128及
び130を通り抜けることによりディフューザを通じて
インフレーターから出る。
【0047】図11は図10に示されるのと同様なイン
フレーターを示し、同様な部材を示すために同じ部材番
号を用いた。この態様は、排出口124周りに延びてい
るハウジング132内に、貯蔵される可燃性混合物の消
炎距離よりも小さい細孔を有する多孔質マトリックス1
10の部分16を備えている。この態様は、燃焼ガスが
貯蔵/燃焼チャンバー112から補助ガスチャンバー1
18に通る際に燃焼ガスが部分116を通り抜けること
を要する限りにおいて、部分116を都合よい形態でチ
ャンバー112内に取り付けられることを示すものであ
る。また、この態様は、燃焼チャンバーから補助ガスチ
ャンバーへの燃焼ガスの流量を制御するための多孔質マ
トリックスの使用を例示する。排出口124に隣接する
多孔質マトリックスの細孔の大きさの選択と排出口12
4の大きさの選択の組み合わせによって、不活性ガスの
加熱速度及びエアバッグの展開特性を制御することがで
きる。燃焼チャンバーからの燃焼ガスの流量を制御する
ことによって、燃焼チャンバー内での燃焼ガスの滞留時
間を制御し、それによってインフレーターの燃焼効率を
最適化することができる。
【0048】図12は、主として燃焼した混合物を消炎
し、そして流量調節器として機能する多孔質マトリック
スを使用する態様を示す。この態様は、図9に示される
ものと同様であり、同じ部材番号を適切に用いている。
この態様において、貯蔵/燃焼チャンバー90の大部分
はいかなる構造部材も有せず、そして多孔質マトリック
ス140はディフューザ96内の排出口100に隣接す
るチャンバー90の一部のみを占有している。起爆装置
97の作動によって、チャンバー90内に貯蔵された可
燃性混合物は発火して燃焼ガスを発生し、この燃焼ガス
は最初にこのチャンバー内の圧力を上昇させ、破裂可能
な部材104及び破砕ディスク98を破裂させる。次い
で、燃焼ガスは多孔質マトリックス140、通気口10
0、ディフューザ96及び出口102を通り抜けること
によりインフレーターから出る。多孔質マトリックス内
の細孔の大きさは、貯蔵される可燃性混合物の消炎距離
よりも大きくても小さくてもよく、エアバッグクッショ
ンに望ましい流量のガス生成物を供給するように選ぶこ
とができる。多孔質マトリックス内でのガス生成物の流
れる距離を調節することにより、前記マトリックスの消
炎の効果を制御することができる。代わりに、通気口1
00又は出口102のいずれかの流路の総面積を多孔質
マトリックスのディフューザとの界面におけるその流路
の総面積よりも小さくし、それによってこのような通気
口100又は出口102はエアバッグクッションへのガ
ス生成物の流量を調節する絞りオリフィスとして機能す
ることができる。
【0049】上記記載は開示される本発明を当業者が製
造及び実施することができるようにするために提供され
たものであると理解されるべきである。当業者はここに
記載の本発明の思想を具体化したまま上記インフレータ
ーの変更及び改良をすることができる。例えば、図示し
た態様は火工起爆装置をするが、火花放電起爆装置、熱
線起爆装置(heated wire initiator)、隔壁貫通型起爆
装置等のような他の起爆装置は当業者によく知られてお
り、往々にして使用される。当業者は、図示した火工起
爆装置の代わりによく知られている起爆装置の一つを備
えることによって、ここに例示したインフレーターを改
良できる。このような変更及び改良は、それらが特許請
求の範囲に記載の範囲に含まれる限りにおいては本発明
に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の二重チャンバー態様の概略図
である。
【図2】図2は、貯蔵時(図2)における単一チャンバ
ー態様を示す図である。
【図3】図3は、作動時(図3)における単一チャンバ
ー態様を示す図である。
【図4】図4は、図2及び3の態様に使用される発射体
を示す図である。
【図5】図5は、本発明の更なる単一チャンバー態様を
示す図である。
【図6】図6は、本発明の二重チャンバー態様を示す図
である。
【図7】図7は、本発明の更なる二重チャンバー態様を
示す図である。
【図8】図8は、図7に示される二重チャンバー態様の
応用を示す図である。
【図9】図9は、貯蔵される可燃性混合物の消炎距離よ
りも大きな細孔を有する多孔質マトリックスを使用する
本発明の単一チャンバー態様を示す図である。
【図10】図10は、多孔質マトリックスが2つの異な
る部分を構成する本発明の二重チャンバー態様を示す図
である。
【図11】図11は、多孔質マトリックスが異なる大き
さの細孔の部分を構成する本発明の更なる二重チャンバ
ー態様を示す図である。
【図12】図12は、多孔質マトリックスが貯蔵/燃焼
チャンバーの一部のみを占有している本発明の態様を示
す図である。
【符号の説明】
1…インフレーター 2…貯蔵チャンバー 3…起爆装置 4…多孔質体 5…火工物質 6…開口部 7…壁 8…燃焼チャンバー 9…中実な金属プラグ 10…肩 11…破砕ディスク 12…開口部 13…壁 14…ディフューザ 15…開口部 20…インフレーター 21…貯蔵チャンバー 22…多孔質構造体 23…壁 24…燃焼チャンバー 25…ピストン保持具 26…ピストン 27…開口部 28…ピストンリング 29…密閉用バリヤー 30…火工起爆装置 31…発射体 32…取付け構造体 33…一つのピストンリング 34…内部空洞 35…中実な端部 36…出口 37…フィルター 38…充填口 40…プランジャ 41…起爆装置ハウジング 42…止め部材 43…突出部分 44…密閉用バリヤー 45…刻み目 46…破壊可能な材料 47…通路 51…貯蔵チャンバー 52…多孔質マトリックス 53…円筒形の消耗性火工装薬 54…破砕ディスク 55…補助ガスチャンバー 56…インフレーター壁 57…複合雷管ハウジング 58…感圧式雷管 59…薄い密閉用バリヤー 60…殴打部材 61…殴打部材ハウジング 62…破裂ディスク 63…通気口 64…起爆装置 65…発射体 66…発射体保持具 67…出口 68…ディフューザ 70…不活性ガスチャンバー 72…刻み目をあらかじめ付けられた破砕ディスク 74…ディフューザ組立体 76…第1組の通気口 78…第2組の通気口 80…破砕ディスク 82…気密シール 84…発射体 86…保持ピン 88…発射体ハウジング 90…多孔質マトリックス 92…単一チャンバー 94…ハウジング 96…ディフューザ 97…火工起爆装置 98…破砕ディスク 100…通気口 102…通気口 104…薄い金属箔 110…多孔質マトリックス 112…貯蔵/燃焼チャンバー 114…部分 116…小さい部分 118…補助ガスチャンバー 120…起爆装置 122…破砕ディスク 124…排出口 126…破砕ディスク 128…通気口 130…通気口 140…多孔質マトリックス
フロントページの続き (72)発明者 ガイ アール.ルトンドル アメリカ合衆国,ユタ 84403,オグデン, サウス 1075 イースト 4893

Claims (61)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 起爆装置;流体燃料と酸化剤の可燃性混
    合物を含む貯蔵チャンバー;及び、インフレーターの内
    部から外部に通ずる少なくとも1つの排出口;を含む、
    展開可能な装置を展開するガスを発生させるためのイン
    フレーターであって、前記起爆装置の作動により加熱さ
    れた起爆装置生成物が発生し、この起爆装置生成物は前
    記可燃性混合物を点火して多量の燃焼ガスを発生し、こ
    の燃焼ガスは前記展開可能な装置に使用することができ
    るように前記排出口を通り抜ける、前記貯蔵チャンバー
    内に固体多孔質マトリックスを備えていることを特徴と
    するインフレーター。
  2. 【請求項2】 展開可能なクッション、及び前記クッシ
    ョンに連結されている請求項1記載のインフレーターを
    含む自動車用エアバッグ乗員拘束装置。
  3. 【請求項3】 前記固体多孔質マトリックスが前記貯蔵
    チャンバーを完全に占有している請求項1記載のインフ
    レーター。
  4. 【請求項4】 前記固体多孔質マトリックスが、その細
    孔の大きさが前記可燃性混合物の消炎距離よりも大きい
    第1部分とその細孔の大きさが前記可燃性混合物の消炎
    距離よりも小さい第2部分の2つの部分を構成してい
    る、請求項3記載のインフレーター。
  5. 【請求項5】 前記貯蔵チャンバーが少なくとも1つの
    ガス出口を有し、該インフレーターが作動した場合に前
    記ガス出口が前記排出口と連通する、前記固体多孔質マ
    トリックスの第2部分が前記少なくとも1つのガス出口
    に隣接して配置されている請求項4記載のインフレータ
    ー。
  6. 【請求項6】 前記貯蔵チャンバーと前記排出口との間
    に配置された不活性ガスを含む補助ガスチャンバーを更
    に含み、前記燃焼ガスが前記補助ガスチャンバーを通り
    抜け、そして前記排出口に流れる際に前記不活性ガスと
    混合する、請求項1記載のインフレーター。
  7. 【請求項7】 前記多孔質マトリックス中の細孔の大き
    さが前記可燃性混合物の消炎距離よりも大きい請求項1
    記載のインフレーター。
  8. 【請求項8】 前記多孔質マトリックス中の細孔の大き
    さが前記可燃性混合物の消炎距離よりも小さい請求項1
    記載のインフレーター。
  9. 【請求項9】 前記固体多孔質マトリックスが網状セラ
    ミックから形成される請求項1記載のインフレーター。
  10. 【請求項10】 前記貯蔵チャンバーが少なくとも1つ
    のガス出口を有し、該インフレーターが作動した場合に
    前記ガス出口が前記排出口と連通する、前記固体多孔質
    マトリックスが前記ガス出口に直接隣接して配置されて
    いる請求項1記載のインフレーター。
  11. 【請求項11】 燃焼チャンバー;及び、前記起爆装置
    が作動した場合に前記貯蔵チャンバーと前記燃焼チャン
    バーとの間に連通を提供することができる開口部手段;
    を更に含み、前記起爆装置の作動により前記開口部手段
    が前記貯蔵チャンバーと前記燃焼チャンバーとの間の連
    通を提供し、そして前記加熱された起爆装置生成物が前
    記燃焼チャンバー内の前記可燃性混合物を点火する、請
    求項1記載のインフレーター。
  12. 【請求項12】 前記多孔質マトリックスの細孔の大き
    さが前記可燃性混合物の消炎距離よりも小さい請求項1
    1記載のインフレーター。
  13. 【請求項13】 前記多孔質マトリックスが前記貯蔵チ
    ャンバー内の全空間を占有する請求項12記載のインフ
    レーター。
  14. 【請求項14】 前記貯蔵チャンバーが前記開口部手段
    により前記燃焼チャンバーと連通する出口を有し、前記
    多孔質マトリックスが前記出口に隣接して配置されてい
    る、請求項11記載のインフレーター。
  15. 【請求項15】 前記多孔質マトリックス中の細孔の大
    きさが前記可燃性混合物の消炎距離よりも大きい請求項
    11記載のインフレーター。
  16. 【請求項16】 前記多孔質マトリックスが、その細孔
    の大きさが可燃性混合物の消炎距離よりも小さい第1部
    分とその細孔の大きさが可燃性混合物の消炎距離よりも
    大きい第2部分の少なくとも2つの異なる部分を有する
    構造体を構成する、請求項11記載のインフレーター。
  17. 【請求項17】 前記貯蔵チャンバーが前記開口部手段
    を通じて前記燃焼チャンバーと連通している出口を有
    し、そして前記多孔質マトリックスの第1部分が前記出
    口に隣接して配置されている、請求項16記載のインフ
    レーター。
  18. 【請求項18】 前記流体燃料が、水素、メタン、エタ
    ン、プロパン、ブタン及びこれらの混合物からなる群よ
    り選ばれる、請求項11記載のインフレーター。
  19. 【請求項19】 前記流体燃料が、液体アルコール、炭
    化水素、炭化水素誘導体及びこれらの混合物からなる群
    より選ばれる、請求項11記載のインフレーター。
  20. 【請求項20】 前記可燃性混合物が化学量論的に過剰
    な量の酸化剤を含む請求項1記載のインフレーター。
  21. 【請求項21】 前記燃焼チャンバーが流体酸化剤を含
    む請求項11記載のインフレーター。
  22. 【請求項22】 前記流体酸化剤が酸化剤と不活性ガス
    の混合物を含んでなる請求項21記載のインフレータ
    ー。
  23. 【請求項23】 前記可燃性混合物と前記流体酸化剤の
    組合せが化学量論的に過剰な量の酸化剤を提供する、請
    求項21記載のインフレーター。
  24. 【請求項24】 前記貯蔵チャンバーと前記燃焼チャン
    バーとを分ける開口部を有する構造部材を含み、前記開
    口部手段がプラグを含み、前記起爆装置の作動により前
    記貯蔵チャンバーと前記燃焼チャンバーの間に前記開口
    部を通じて連通が達成されるように前記プラグが前記開
    口部に配置されている、請求項11記載のインフレータ
    ー。
  25. 【請求項25】 取り外し可能なシール手段が気密シー
    ルになるように前記開口部の上に備えられている請求項
    24記載のインフレーター。
  26. 【請求項26】 前記シール手段が、前記開口部及び前
    記プラグの一方の端におよんで広がっている薄い金属ダ
    イヤフラムを含む、請求項25記載のインフレーター。
  27. 【請求項27】 破砕可能なシールが前記燃焼チャンバ
    ーと前記出口の間に配置されており、前記プラグが前記
    破砕可能なディスクにおいてその推進が加速されるよう
    に前記開口部内に配置されている、請求項24記載のイ
    ンフレーター。
  28. 【請求項28】 前記破砕可能なシールに向いている前
    記プラグの先端が先細りになっている請求項27記載の
    インフレーター。
  29. 【請求項29】 前記燃焼チャンバーが前記多孔質マト
    リックス周りに延びている空洞内に配置されており、そ
    して前記開口部手段が前記燃焼チャンバー内に配置され
    た固体火工物質を含む、請求項11記載のインフレータ
    ー。
  30. 【請求項30】 前記固体火工物質が、点火時に実質的
    に消費される物質からなる、請求項29記載のインフレ
    ーター。
  31. 【請求項31】 前記貯蔵チャンバーに隣接して配置さ
    れた補助ガスチャンバー;前記貯蔵チャンバーと前記補
    助ガスチャンバーを分ける開口部を含む構造部材;及
    び、前記構造部材内の前記開口部を密閉する破砕可能な
    シール;を更に含み、前記固体火工物質の点火により前
    記破砕可能なシールが破壊され、それにより前記燃焼チ
    ャンバーと前記補助ガスチャンバーとの間の連通が生じ
    る、請求項29記載のインフレーター。
  32. 【請求項32】 発射体ハウジングが前記構造部材内に
    備えられた前記開口部から前記固体火工物質まで延びて
    おり、発射体が前記固体火工物質に隣接する発射体ハウ
    ジング内に備えられており、それによって、前記固体火
    工物質の点火により前記発射体が前記破砕可能なシール
    を突き破って推進し、それにより前記燃焼チャンバーと
    前記補助ガスチャンバーとの間に連通が生じる、請求項
    31記載のインフレーター。
  33. 【請求項33】 固体消耗性火工物質が前記燃焼チャン
    バーを基本的に完全に占有している請求項30記載のイ
    ンフレーター。
  34. 【請求項34】 前記固体消耗性火工物質が前記貯蔵チ
    ャンバーに隣接して延びており、それによって、その消
    費により前記貯蔵チャンバーと前記燃焼チャンバーとの
    間の連通を提供する、請求項33記載のインフレータ
    ー。
  35. 【請求項35】 前記開口部手段が、前記固体火工物質
    に隣接して配置された感圧式雷管;及び、前記感圧式雷
    管の少なくとも一部に実質的な圧力をかける前記起爆装
    置の作動に応動する殴打部材;を更に含み、前記起爆装
    置の作動により殴打部材が前記雷管及び前記固体火工物
    質の点火が起こるように前記雷管に十分な圧力をかけ
    る、請求項29記載のインフレーター。
  36. 【請求項36】 前記開口部手段が前記起爆装置に隣接
    して前記殴打部材に向けて配置された発射体を更に含
    み、前記起爆装置の作動により前記発射体が前記殴打部
    材に向かって推進して殴打部材と衝突し、それにより前
    記殴打部材が前記雷管に前記実質的な圧力をかける、請
    求項35記載のインフレーター。
  37. 【請求項37】 前記貯蔵チャンバーに隣接して配置さ
    れた圧縮補助ガスを含む補助ガスチャンバー;前記補助
    ガスチャンバーと前記少なくとも1つの排出口との間に
    配置された破砕可能なシール;及び、前記起爆装置に隣
    接して前記破砕可能なシールに向けて配置された発射
    体;を更に含み、前記起爆装置の作動により前記発射体
    が前記破砕可能なシールに向かって推進して前記破砕可
    能なシールを破砕し、それにより前記補助ガスが前記補
    助ガスチャンバーから前記少なくとも1つの排出口に流
    れることが可能になる、請求項29記載のインフレータ
    ー。
  38. 【請求項38】 補助ガスを含む補助ガスチャンバーを
    更に含み、前記補助ガスチャンバーが、燃焼チャンバー
    内で発生した燃焼ガスが前記少なくとも1つの出口にい
    たる途中で補助ガスチャンバーを通り抜けるように配置
    されている、請求項11記載のインフレーター。
  39. 【請求項39】 前記補助ガスが不活性ガスを含む請求
    項38記載のインフレーター。
  40. 【請求項40】 前記補助ガスが酸化剤を含む請求項3
    8記載のインフレーター。
  41. 【請求項41】 前記不活性ガスがアルゴンを含む請求
    項39記載のインフレーター。
  42. 【請求項42】 破砕可能なシールが前記燃焼チャンバ
    ーと前記補助ガスチャンバーの間に備えられている請求
    項38記載のインフレーター。
  43. 【請求項43】 破砕可能なシールが前記補助ガスチャ
    ンバーと前記少なくとも1つの出口との間に備えられて
    いる請求項38記載のインフレーター。
  44. 【請求項44】 前記起爆装置周りに延びている起爆装
    置ハウジング;及び、前記貯蔵チャンバーと前記燃焼チ
    ャンバーを分ける構造部材;を更に含み、前記開口部手
    段が前記起爆装置ハウジング内に取り付けられたプラン
    ジャ及び前記構造部材内の破砕可能な部分を含み、前記
    プランジャの一方の端部が前記起爆装置に隣接してお
    り、そして前記プランジャのもう一方の端部が突出部分
    を含み、前記起爆装置の作動により前記起爆装置ハウジ
    ング内において前記突出部分が前記破砕可能な部分を殴
    打し、そして破砕する位置まで前記プランジャが移動
    し、それにより前記貯蔵チャンバーと前記燃焼チャンバ
    ーとの間の連通が達成される、請求項11記載のインフ
    レーター。
  45. 【請求項45】 前記起爆装置ハウジングが、前記突出
    部分が前記破砕可能な部分を殴打した位置を通過した後
    に前記プランジャを前記ハウジング内に保持する要素を
    含む、請求項44記載のインフレーター。
  46. 【請求項46】 前記起爆装置ハウジングが、前記起爆
    装置生成物の一部を前記起爆装置ハウジングの内部から
    外部に送り出すことを可能にする手段を含む、請求項4
    4記載のインフレーター。
  47. 【請求項47】 前記起爆装置生成物の一部を前記起爆
    装置ハウジングから送り出すことを可能にする前記手段
    が、起爆装置ハウジングの側面に前記起爆装置ハウジン
    グの内部から前記起爆装置ハウジングの外部におよぶ穴
    を含む、請求項45記載のインフレーター。
  48. 【請求項48】 前記起爆装置生成物の一部を前記起爆
    装置ハウジングから送り出すことを可能にする前記手段
    が、前記起爆装置ハウジングの内部側壁とプランジャの
    間での起爆装置生成物の通過を可能にする前記起爆装置
    ハウジングの内部側壁の拡張された部分を含む、請求項
    46記載のインフレーター。
  49. 【請求項49】 前記貯蔵チャンバーと前記燃焼チャン
    バーを分ける第1壁;前記第1壁から前記貯蔵チャンバ
    ー内に延びている、側壁に開口部を有するピストン保持
    具、ここで前記開口部手段は前記ピストン保持具内に取
    り付けられたピストンを含む;を更に含み、前記起爆装
    置の作動により前記ピストンが前記保持具内で移動し、
    前記ピストンの移動により前記貯蔵チャンバーと前記燃
    焼チャンバーとの間に前記側壁の開口部を通じて連通が
    提供される、請求項11記載のインフレーター。
  50. 【請求項50】 前記第1壁が前記ピストン保持具の端
    部の上方に配置された破砕可能な部分を含む請求項49
    記載のインフレーター。
  51. 【請求項51】 前記起爆装置が前記起爆装置から前記
    ピストンに向かって延びている取付け構造体内に配置さ
    れており、そして前記開口部手段が前記取付け構造体内
    に配置された発射体を含み、それによって、前記起爆装
    置の作動により前記発射体が前記ピストンに向けて推進
    し、前記ピストン保持具内でのピストンの移動が起こ
    る、請求項50記載のインフレーター。
  52. 【請求項52】 流体燃料と酸化剤の可燃性混合物を提
    供すること;前記可燃性混合物を貯蔵容器内に貯蔵する
    こと;点火生成物を発生する起爆装置を作動させること
    によりガスを発生させること、ここで前記点火生成物は
    前記可燃性混合物を点火し、燃焼混合物を発生させる;
    次いで、前記燃焼した混合物を含むガス生成物を回収す
    ること;を含むガスを発生させる方法であって、前記貯
    蔵容器内に固体多孔質マトリックスを備えていることを
    特徴とする方法。
  53. 【請求項53】 ガスの発生を開始させることが、前記
    可燃性混合物を前記多孔質マトリックスから燃焼域に送
    らせること;次いで、前記燃焼域内で前記可燃性混合物
    を前記点火生成物に接触させることにより前記可燃性混
    合物を点火すること;を更に含む請求項52記載の方
    法。
  54. 【請求項54】 前記多孔質マトリックスの最大細孔直
    径が前記可燃性混合物の消炎距離よりも小さい請求項5
    2記載の方法。
  55. 【請求項55】 ガスの発生を開始させることが、前記
    起爆装置の作動が起こるように起爆装置に電気的信号を
    伝送し、そして点火生成物を発生させること;前記点火
    生成物を使用して発射体を推進させること;及び、前記
    多孔質マトリックスと前記燃焼域を分けているシールと
    接触して前記シールを破壊するように前記発射体を向け
    ること;を更に含む、請求項53記載の方法。
  56. 【請求項56】 ガスの発生を開始させることが、前記
    起爆装置の作動が起こるように起爆装置に電気的信号を
    伝送し、そして前記反応生成物を生成させること;前記
    起爆装置に隣接する火工物質を備えること;前記多孔質
    マトリックスと前記燃焼チャンバーとの間に破砕可能な
    シールを含む前記構造物を備えること;前記破砕可能な
    シールを破砕するのに十分な発火性点火生成物を発生さ
    せ、それによって前記貯蔵容器と前記燃焼チャンバーと
    の間の連通が達成されるように前記火工物質を点火生成
    物と接触させることにより前記火工物質を点火するこ
    と;を更に含む、請求項53記載の方法。
  57. 【請求項57】 補助ガスチャンバー内で前記燃焼した
    混合物を補助ガスと接触及び混合させ、前記ガス生成物
    を発生させることを更に含む、請求項52記載の方法。
  58. 【請求項58】 ガスの発生を開始させることが、前記
    点火生成物を発生する起爆装置を点火するために前記起
    爆装置に電気的信号を伝送すること;消耗性火工物質を
    前記点火生成物に接触させることにより前記消耗性火工
    物質を点火し、それにより火工点火反応生成物を発生さ
    せ、次いで前記多孔質マトリックスと前記補助ガスチャ
    ンバーを分けている破砕可能なシールを破壊すること;
    を更に含む、請求項57記載の方法。
  59. 【請求項59】 前記多孔質マトリックスに直接隣接す
    る燃焼域を配置すること;前記燃焼域内に消耗性火工物
    質を備えること;及び前記消耗性火工物質を点火するこ
    と;前記消耗性火工物質が消費されるに際に、前記可燃
    性混合物を前記多孔質マトリックスから前記燃焼域内に
    送ること;次いで、前記可燃性混合物が前記燃焼域内に
    流入し、そして前記燃焼域を通過する際に、前記可燃性
    混合物を点火すること;を更に含むガスの発生を開始さ
    せること;を更に含む、請求項52記載の方法。
  60. 【請求項60】 回収されたガス生成物により自動車用
    エアバッグ装置のクッションを展開させることを更に含
    む請求項52記載の方法。
  61. 【請求項61】 前記点火生成物が前記貯蔵チャンバー
    内で前記可燃性混合物を点火し、そして前記固体多孔質
    マトリックスが前記可燃性混合物の消炎距離よりも大き
    な細孔の大きさを有する多孔質材料を含んでなる、請求
    項52記載の方法。
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