JP4653111B2 - 直線状過酸化物インフレータ - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、一般的には車両乗員保護システムに関し、より具体的には、膨張式保護装置の組み込まれた車両乗員保護システムに使用するインフレータに関する。

膨張式クッション、またはエアバッグを使用して車両乗員の保護をすることはよく知られており、このクッションは、車両が衝突時のような突然の減速に遭遇するときに、ガスで膨張する。そのようなシステムにおいて、エアバッグクッションは、通常、必要なスペースを最小化するために、未膨張で、畳まれた状態で収容されている。システムの起動時に、一般にインフレータと呼ばれる装置によって生成または供給されるガスによって、ものの数ミリ秒の間に、エアバッグが膨張する。

多種類のインフレータ装置が、１つまたは２つ以上の膨張式拘束システムエアバッグクッションを膨張させる技術において開示されている。先行技術エアバッグシステムは、圧縮貯蔵ガスインフレータ、火薬式（pyrotechnic）インフレータおよびハイブリッド型インフレータを利用する。しかしながら、この種のインフレータのそれぞれは、ある種の欠点、例えば重量および空間に対する望ましくない要求条件、望ましくない、または好ましくない燃焼生成物の望ましい量を超えた生成、および望ましい温度を超えるガスの生成または放出などの欠点を有することが多い。したがって、エアバッグクッションなどの膨張式装置を膨張させるのに使用される装置および技術における、安全性、簡潔性、効率性、寸法効率、および信頼性における、さらなる改善への絶え間ない要求および需要がある。

発明の概要
本発明は、ハウジングを備え、このハウジングは、内部と、その長さ全体にわたって形成された、複数のガス出口オリフィスとを有する。液状または揺変性（thixotropic）のガス源材料が、ハウジング内部に配置されて、柔軟で、破裂可能（rupturable）な実質的にガスおよび水分に不透過性の容器内に封入されている。ガス源は、分解を起こすことによって、膨張ガスを含む、少なくとも１種のガス状分解生成物を形成するように適合された、材料（例えば、過酸化水素）である。反応物質も、ハウジングの内部に配置される。反応物質は、ガス源材料と反応して、ガス源材料の分解を発生させるように配合された材料（例えば、触媒）である。カバー（enclosure）がハウジング内に配置されて、ハウジングの内壁とカバーとの間に、空隙を形成している。反応物質は、この空隙に配置される。カバーを貫通して形成された複数のオリフィスによって、カバーの内部と空隙との間の流体連通が可能となる。容器は、カバー内に配置される。弾力のある、拡張可能なブラダー（bladder：袋）もカバー内に配置される。燃焼ガスを生成するための、推進剤がブラダー内部に設けられ、推進剤の点火時に、ブラダーの膨張を発生させる。推進剤に点火するための、点火源が設けられる。推進剤の点火時に、燃焼ガスは、ブラダーを拡張させて、このブラダーが容器の一部分をカバーのオリフィス中に押し込み、それによって、オリフィス内の容器のその部分に力をかけ破裂させて、過酸化水素を放出して、オリフィスを通過して空隙中に流し、そこで過酸化水素は触媒と反応して膨張ガスを生成する。本明細書において記述するインフレータは、膨張式車両乗員拘束システムの要素を膨張させるための、確実で、小型、安価に製造され、かつ容易に組み立てられる無毒性膨張ガスの発生源を供給する。

詳細な説明
図１および図２に示すように、インフレータ１０は、第１端１２ａ、第２端１２ｂ、および内部１３を画定する、細長い、実質的に円筒状のハウジング１２を含む。複数のオリフィス１４が、ハウジングに沿って縦方向に間隔を空けて配置されており、ハウジングの内部とハウジングの外部との流体連通を可能にし、ここでハウジング１２は、例えば、エアバッグまたは膨張式クッション１５と流体連通する。オリフィス１４は、図１、２に示すものと、その数または設計が変わってもよい。ハウジング１２は、金属シートから圧延成形されて、次いで穿孔される。膨張ガスをフィルタリングすること、および／またはハウジング１２内部に反応物質を保持するために、ワイヤまたはカーボングラファイトメッシュから当該技術において知られている方法で形成された、スクリーンまたはフィルタ２６を、ハウジングの内部と複数のハウジングオリフィスとの間に配置してもよい。

ある量のガス源材料２０が、ハウジング１２の内部に配置されている。ガス源材料２０は、反応組成物との反応時に、分解を起こして、分解生成物を形成するように配合されている。分解生成物は、膨張ガスとして使用するための、少なくとも１種のガス状分解生成物を含む。図示した態様においては、ガス源材料は、触媒と接触すると、有効な量の水蒸気と酸素を生成するのに十分なモル量の、ある量の液体過酸化水素である。言い換えると、過酸化水素は、触媒と接触すると、所望の膨張速度においてエアバッグを膨張させる量で供給される。これは、適用可能な保護システムに応じて、反復式（iterative basis）に決定してもよい。

ある量の反応物質２２も、ガス源材料２０から流体的に隔離された、ハウジング１２の内部１３に配置される。反応物質２２は、ガス源材料と反応して、ガス源材料を分解させて、結果的に膨張ガスを生成するように適合されている。図示した態様においては、反応物質２２は、過酸化水素と反応するように配合された触媒を含む。触媒は、例えば、Carus Chemical Co. 製のＣａｒｕｌｉｔｅ（登録商標）（二酸化マンガンおよび酸化第二銅（cupric oxide））、銀、マンガン酸塩、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸カリウムおよびアルミナビーズ、ならびにそれらの混合物から選択することができる。その他の有用な既知の触媒も使用してもよく、その場合には、触媒は、容器内に収納された、それぞれのガス発生材料と反応し、それによってガス状生成物を解放するように選択される。

図１および図２を再び参照すると、反応物質２２をガス源材料２０から流体的に隔離するために、ガス源材料２０は、柔軟で、破裂可能な、実質的にガスおよび水分に不浸透性の容器２４の中に封入されている。次いで、反応物質は、破裂可能容器２４内で、その破裂時にガス発生物質２０と連通するように配置される。図示した態様においては、容器は、ポリエステルフィルム、例えばＭｙｌａｒ（登録商標）化合物で形成された袋を含む。やはり図示した態様に示すように、容器は、ハウジング１２と実質的に同じ範囲の延びており（coextensive）、ガス源材料２０は、反応物質２２をハウジング１２の内部に配置した状態で、容器２４内に封入される。

本発明によれば、容器２４の破裂を生じさせて、ガス源材料２０と反応物質２２の流体連通を可能にし、それによってガス源材料と反応物質の反応を可能として、膨張ガスを生成するための、機構が提供される。図１および図２に示す本発明の態様において、容器の破裂を発生させる機構は、カバー２８と、カバー内に配置された弾力のある、拡張可能なブラダー４２を含む。

図１および図２においてわかるように、カバー２８は、細長い、実質的に円筒状の構造を有し、ハウジング１２内部に配置されて、ハウジングの外壁とカバーとの間に空隙３０を形成している。カバー２８は、第１端２８ａ、第２端２８ｂ、および内部３２を有する。複数のオリフィス３４が、カバーの長手方向に沿って形成されて、カバーの内部と空隙３０の間の流体連通を可能にしている。カバー２８は、ハウジング１２と実質的に同じ範囲で延びている。オリフィス３４は、数とデザインにおいて、図１および図２に示すものとは変わってもよい。カバー２８は、炭素鋼またはアルミニウムなどのシート金属から圧延成形して、次いで穿孔してもよい。図１、２でわかるように、本発明のこの態様においては、容器２４は、カバー２８の内部に配置される。多孔質繊維、複合材料、箔またはフィルムなどの、その他のカバーおよびハウジング材料が考えられる。

ブラダー４２は、カバー２８の内部に配置され、ハウジング１２と実質的に同じ範囲で延びている。インフレータ１０の起動の前には、ブラダー４２は容器２４と接触しているか、またはブラダー４２は、容器２４から部分的に、または完全に間隔を空けて配置してもよい。しかしながら、ブラダー４２は、容器２４と相互に作用可能に配置され、それによって、拡張時に、ブラダー４２が容器２４と接触して、容器２４の一部分を、少なくとも１つ（しかし、好ましくは２つ以上）のカバーオリフィス３４の中に押し込む。容器の一部分をオリフィス３４に押し込むことによって、オリフィス内で容器の部分の加圧と破裂を生じさせ、それによって容器２４の内容物を放出して、破裂部を介して空隙３０中に流す。ブラダー４２は、ゴム化合物またはその他の適当に弾性のある材料から、押出し加工することができる。

ブラダー４２の拡張を発生させるために、推進剤に点火時に燃焼ガスを生成するために、推進剤４４を、ブラダー内に押出し加工、またはその他の方法で準備する。推進剤４４は、概して、ブラダー４２の長さに沿って、延びている。一態様においては、推進剤４４は、シリコーンを燃料として約１０〜２５重量％含むとともに、残部を構成する、アンモニウム、リチウム、またはカリウムの過塩素酸塩などの過塩素酸酸化剤を含む。シリコーンは、例えば、General Electric社またはその他のよく知られた供給業者から購入することができる。シリコーンは、接着剤として作用して、本明細書において記述するような、推進剤条片またはリボンの押出し加工を容易にするという追加の便益をもたらす。その他の推進剤構成成分は、供給業者によるか、または当該技術において知られている方法で製造することによって供給される。例証的な好適な構成成分が、参照により本明細書に組み入れてある、共有の米国特許第６，８０５，３７７号に開示されている。好ましい一態様において、ブラダー４２には、内壁上にその長さに沿って推進剤組成物を被覆してもよい。

推進剤４４に点火するために、点火源４６も設けられる。点火源４６は、推進剤４４と点火可能に接続されており、例えば、衝突発生時に、衝突センサによって起動することができる。点火源は、例えば、米国、カリフォルニア州、サクラメント市のDaveyfire Inc.によって製造され、当該技術においてよく知られているような、電気導火線火薬（electric match pyrotechnic）製品を含む。そのような電気導火線は、比較的安価な点火の手段となるが、ここで、その他多数の点火システムを、使用して同等の効果を得ることができることが理解されるであろう。その他の当該技術における一般的な点火装置も考えられる。

その他の方法を使用して、ブラダー４２の拡張を発生させてもよい。例えば、ブラダー４２の拡張は、圧縮流体源（図示せず）からブラダー４２中への、圧縮ガスなどの、流体の流れによって発生させることができる。圧縮ガス源は、インフレータの起動時に、ブラダー４２に拡張可能な流体を供給して、ブラダーを拡張させる。
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、容器２４の第１の態様は、フィルムの２つの層２４ａ、２４ｂを含み、この２つの層は、その部分に沿って（例えば、熱シールによって）接合されて、層の間に１つまたは２つ以上の気密シール区画２５を画定するシーム２１をもたらす。ある特定の態様において、各区画２５には、実質的に等しい量のガス源材料２０がその中に配置されている。これによって、ガス源材料２０を、インフレータ１０の全長に沿って実質的に均一に配置するのが容易となる。

図２Ｃを参照すると、容器２４の第２の態様は、カバー２８の内表面と接触するフィルム層２７、およびブラダー４２と接触するフィルム層２９を含む。フィルム層２７、２９は、その部分に沿って（例えば、熱シールによって）接合されており、これらの層の間に１つまたは２つ以上の気密シールされた区画が形成される。フィルム層２７、２９の設計は、フィルム層２７の破裂を発生させるには第１の所定の極限荷重Ｆ１を必要とし、フィルム層２９の破裂を発生させるには第２の所定の極限荷重Ｆ２を必要とし、ここで第２の極限荷重Ｆ２は第１の極限荷重Ｆ１よりも大きくなるようにされている。本発明において使用する場合には、「極限強度」という用語は、材料の破裂を発生させるのに必要な力を意味するものと理解すべきである。

特定の一態様（図２Ｃ）においては、層２７は、層２９と同じ材料で形成されているが、層２９は層２７よりも厚い（したがって、強度が大きい）。フィルム２７の厚さ（および強度）は、ブラダー４２が膨張するときに容器２４内で生成される圧力が、カバー２８のオリフィス３４においてフィルム層２７を破裂させるのに十分なようにされている。フィルム層２９の厚さ（および強度）は、ブラダー４２が膨張するときに、オリフィス３４においてフィルム層２９に反抗して生成される圧力が、オリフィス３４においてフィルム層２９を破裂させるには不十分となるようにされている。

別の特定の態様（図示せず）においては、層２７は、層２９と（異なる強度を有する）異なる材料で形成される。層２７の極限荷重Ｆ１は、ブラダーが膨張するときに、容器２４内で生成される圧力は、オリフィス３４内の層２７における荷重が極限荷重Ｆ１を超えさせるのに十分であり、それによってオリフィス３４においてフィルム層２７を破裂させるようにされている。フィルム層２９の極限荷重Ｆ２は、ブラダー４２が膨張するときに、フィルム層２９に反抗して生成される圧力は、オリフィス３４内の層２９における荷重が極限荷重Ｆ２に一致するか、またはそれを超えさせるには不十分となるようにされている。層２９は、ブラダー４２が層２９をオリフィス３４に押し込んだときに破裂しないことになる。
上記のような方法で、層２９には、ブラダー４２が層２９をオリフィス３４に対して押し付ける場合に、層の破裂を防止するのに十分な強度が与えられている。すなわち、ブラダー４２の膨張によっては破裂不能であるフィルム層２９は、ブラダーとオリフィス３４の間に挿入されている。これは、フィルム層２７の破裂後に、オリフィス３４におけるブラダー４２の破裂を防止する助けとなる。

次に、図３〜６を参照して、インフレータ１０の動作について考察する。図３は、起動前状態のインフレータ１０を示す。図４を参照すると、電気導火線４６が衝突検知アルゴリズム（図示せず）からの信号を受け取ると、推進剤４４が点火されて燃焼する。ブラダー４２内の推進剤４４は、急速に点火して、結果としての燃焼は、ブラダーの長さに沿って迅速に伝播し、膨張する燃焼ガスによる圧力を発生し、ブラダー４２を拡張させる。ブラダー４２が拡張するにつれて、容器２４は、ハウジング２８の内壁に接触して押し付けられて、ガス源材料２０を圧力下に置き、それによってオリフィス領域において容器２４に力をかけて破裂させる（図５）。それによって、容器２４内に貯蔵されている過酸化水素２０が、容器から放出されて、カバーオリフィス３４を通過して、矢印Ａで示す方向に沿って、空隙３０中に流れて、触媒２２と反応する。触媒と反応すると、過酸化水素は分解して、水蒸気と酸素を形成する。次いで、この反応ガスは、矢印Ｂで示す方向に沿って、フィルタを通過して、ハウジングガス出口オリフィス１４（図６）から出て、膨張式クッションまたはエアバッグ（図示せず）中へと誘導される。

本明細書に記述する直線状インフレータは、エアバッグシステム２００に組み込むことができる。図７は、そのようなシステムの例証的な一態様を示す概略図である。インフレータは、それに限定はされないが、側面衝突、ヘッドカーテン、または歩行者保護用のエアバッグモジュールにおいて、特に有用である。エアバッグシステム２００は、少なくとも１つのエアバッグ２０２およびエアバッグの内部との流体連通を可能にするように、エアバッグ２０２に結合された、本明細書に記述するインフレータ１０を含む。当該技術において知られているように、エアバッグ装置またはシステム２００は、衝突センサアルゴリズムによって衝突発生センサ２１０と通信することが可能であり、衝突センサアルゴリズムは、衝突の発生時に、エアバッグインフレータ１０の起動を介してエアバッグシステム２００を起動する。

再び図７を参照すると、エアバッグシステムまたは装置２００は、安全ベルトアセンブリ１５０などの追加の要素を含む、より広範で、より総合的な車両乗員拘束システム１８０に組み込むこともできる。安全ベルトアセンブリ１５０は、安全ベルトハウジング１５２およびハウジング１５２から延びる安全ベルト１００を含む。安全ベルトリトラクタ機構１５４（例えば、スプリング荷重機構）を、ベルトの端部１５３に結合してもよい。さらに、安全ベルトプリテンショナ１５６を、ベルトリトラクタ機構１５４に結合して、衝突の発生時にリトラクタ機構を起動させてもよい。本発明の安全ベルト実施態様と合わせて使用することのできる、代表的なシートベルトリトラクタ機構は、参照により本明細書に組み入れてある、米国特許第５，７４３，４８０号、第５，５５３，８０３号、第５，６６７，１６１号、第５，４５１，００８号、第４，５５８，８３２号、および第４，５９７，５４６号に記載されている。本発明の安全ベルト実施態様をそれと組み合わせることができる、代表的なプリテンショナの例証的な実施例は、参照により本明細書に組み入れてある、米国特許第６，５０５，７９０号および同第６，４１９，１７７号に記載されている。

安全ベルトシステム１５０は、衝突センサ１５８（例えば、慣性センサまたは加速度計）と通信が可能であり、衝突センサシステム１５８は、例えば、プリテンショナに組み込まれた火薬式点火装置（図示せず）の起動を介して、ベルトプリテンショナ１５６の起動を合図する、既知の衝突センサアルゴリズムを含む。先に参照により本明細書に組み入れた、米国特許第第６，５０５，７９０号および同第６，４１９，１７７号は、そのような方法で起動されるプリテンショナの例証的な実施例を提示している。

本明細書の記述は、説明の目的だけのものであり、いかなる状態においても、本発明の幅を狭めるものと解釈すべきではない。すなわち、本明細書において開示した、様々な構造的および動作上の特徴は、多数の修正が可能であり、そのいずれも、添付の請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱するものではない。例えば、ブラダー膨張速度は、推進剤の特性および量によって制御してもよく；内部チューブ内の圧力は推進剤の特性および量によって制御してもよく；内部チューブ孔の大きさおよび量は、触媒上への過酸化水素流速を適応させるために調節してもよく；さらに材質、粒子径、および有孔率を含む、粒子表面特性などの触媒特性を使用して、過酸化水素の分解を制御してもよい。その他の観点、特徴および利点は、添付の図面を吟味すれば明白になるであろう。

本発明の一態様によるインフレータの内部の横断側面図である。 図１のインフレータの横断端面図である。 本発明によるガス源容器の一態様を示す平面図である。 図２Ａに示すガス源容器の態様の側面図である。 本発明による、カバー内に配置されたブラダーおよび別の態様のガス源容器の横断端面図である。 起動前状態におけるインフレータを示す、図２の横断端面図である。 インフレータブラダーの拡張の初期段階を示す、図３の横断端面図である。 容器の破裂と、ハウジング室への触媒の流入を示す、図４の横断端面図である。 過酸化物と触媒との反応時に、ハウジングから流出する膨張ガスを示す、図５の横断端面図である。 本発明によるインフレータを組み入れた、例証的な車両乗員拘束システムの概略図である。

Claims (8)

1. ハウジング；
   前記ハウジングの内部に配置された、ある量のガス源材料であって、分解して、膨張ガスを含む少なくとも１種のガス状分解生成物を含む、分解生成物を形成するように配合された、前記ガス源材料；
   前記ガス源材料と隔離されて、前記ハウジング内に配置されたある量の反応物質であって、該反応物質は、前記ガス源材料と反応して前記ガス源材料の分解を発生させるように選択されており、前記ガス源材料は、破裂可能な容器内に収納され、前記反応物質は、前記破裂可能な容器の破裂時に、前記ガス源材料と連通するようにされた、前記反応物質；および
   ハウジング内に配置されて、前記ハウジングの外壁との間に空隙を形成するカバーであって、内部と、それに沿って形成された複数のオリフィスとを有して、該カバーの内部と前記ハウジングの内部との流体連通を可能にする、前記カバー、ここで、前記カバーの内部に、容器が配置され
   前記容器の破裂を発生させて、前記ガス源材料と前記反応物質の間の流体連通を可能にする、機構；
   を含み、
   ここで、容器の破裂を発生させる機構は、前記容器の一部分をカバーに形成された複数のオリフィスの少なくとも１つのオリフィス中に押し込み、それによって、前記少なくとも１つのオリフィス内の前記容器のその部分に応力をかけて破裂させ、前記容器の内容物を放出して、前記オリフィスを介して空隙中に流す、インフレータ。
2. ガス源材料は、液体過酸化水素を含む、請求項１に記載のインフレータ。
3. 反応物質は、マンガン酸塩および酸化第二銅；銀；マンガン酸塩；過マンガン酸カリウム、過マンガン酸カリウムおよびアルミナビーズ、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される、触媒を含む、請求項２に記載のインフレータ。
4. カバーは、多孔質材料で形成される、請求項１に記載のインフレータ。
5. 容器の破裂を発生させる機構は、カバーの内部に配置された、弾力があり、拡張可能なブラダーを含み、それによって、該ブラダーは、拡張時に、前記容器と接触して、前記容器の一部分を複数のカバーオリフィスの少なくとも１つのオリフィス中に押し込み、それによって、前記少なくとも１つのオリフィス内の前記容器のその部分に応力をかけて破裂させる、請求項１に記載のインフレータ。
6. 容器の破裂を発生させる機構は、ブラダー内に配置された推進剤であって、それに点火されると燃焼ガスを生成してブラダーの拡張を発生させるための前記推進剤と、該推進剤に点火するための点火源とをさらに含む、請求項５に記載のインフレータ。
7. 以下を含むエアバッグシステム：
   少なくとも１つのエアバッグ；および
   請求項１に記載のインフレータ。
8. 以下を含む車両乗員拘束システム：
   ハウジングと該ハウジングから延びる安全ベルトとを含む安全ベルトアセンブリ、ならびに少なくとも１つのエアバッグおよび請求項１に記載のインフレータ。

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