Micro gas generator

関連する出願との相互参照 この出願は、２００４年１１月５日に出願された仮出願番号６０／６２５，３５１の利益を要求する。

本発明の背景 本発明は、一般にガス生成システムに関し、より特には、シートベルトプリテンショナーのような、乗り物乗員保護システムおよび関連する要素の中で使用されるガス生成物質に関する。

シートベルトプリテンショナーの中で使用されるガス生成物質は、比較的小さなガス生成装置であるため、マイクロガス生成物質として公知である。 そのようなマイクロガス生成装置を使用する例示的なプリテンショナーとしては、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許第６，４６０，７９４、６，５０５，７９０、６，５２０，４４３および６，４１９，１７７に記載されたものがあげられる。 マイクロガス生成装置は、一般にイニシエーターチャージ、イニシエーター遅延剤、およびイニシエーターの点火に応じて点火され、燃焼してシートベルトプリテンショナーを始動させるためのガスを生成するガス生成組成物を含むイニシエーターを有する。

いくつかのマイクロのガス生成装置では、ガス生成物質はタブレットの形状で提供され、合計の燃焼表面積が、たとえば単一体のガス生成物質成形物またはインサートで提供されるガス生成物質よりも実質的に大きい。 任意のガス生成装置中のガス生成物質の表面領域の合計は、それぞれのガス生成組成物の燃焼速度に基づいて、しばしば最適化される。 歴史的には、多くのアジドに基づいた組成物がタブレット形状で提供され、多くのアジドに基づいた組成物は比較的低い燃焼速度を与えた。 しかしながら、非アジド組成物の出現で、比較的より高い燃焼速度がしばしば比較的より低い合計のガス生成物質表面領域を要求する。 単一体のキャスト物またはインサートは、燃焼に暴露されるガス生成物質表面積の合計を効果的に減じるように形成することができる。

ガス生成組成物インサートがイニシエーター起動の間にイニシエーターと直通連絡を有する場合、イニシエーターからの炎と点火生成物はガス生成組成物インサートを破壊する場合がある。 生じるガス生成物質のフラグメントは、一般に完全なガス生成物質キャストより大きな総計の表面領域を有するだろう。 さらに、生じるガス生成物質キャストフラグメントのサイズは予測不能である。 これらの要素は、バリスティック特性の変化に寄与し、ガス生成装置の膨張特性をコントロールおよび予言することを困難にする。

シートベルトプリテンショナーのようなデバイスは低い最初の加圧および遅いスタートのガス生成を要求する。 イニシエーターの起動によって発生される最初の加圧の大きさは、イニシエーターチャージの量、およびイニシエーターの爆風に暴露されるガス生成物質の表面領域と直接関係する。 したがって、ガス生成組成物インサートの破砕の可能性を減じる１つの手段は、イニシエーターチャージの量を減じることである。 しかしながら、ガス生成物質キャストの破砕の可能性を減じるために、イニシエーター供給量を減じることは高価でありおよび／または不便である。 したがって、爆風に暴露されるガス生成物質表面領域のコントロールにより、最初の加圧の大きさをコントロールすることを試みることは望ましい。 そうするために、イニシエーターの起動の間、ガス生成組成物インサートの形状を維持しなければならない。

本発明の要約 ガス生成装置は、イニシエーターチャージ、イニシエーターと間隔を置かれて配置されたガス生成組成物、および、イニシエーターとガス生成組成物の間に置かれた流体非透過性の爆風指向板を含むイニシエーターを含んで提供される。 爆風指向板は、イニシエーターチャージが点火される場合に、イニシエーターチャージの点火に起因する爆風と、ガス生成組成物との間に障壁を提供する。 爆風指向板は、特定のガス生成装置構造と共に使用された時、イニシエーターの爆風の影響を弱めて、爆風に暴露されるガス生成物質の量を減らし、維持されるべきプリフォームされたガス生成組成物インサートの構造の完全性の維持を可能にする。 開示される爆風指向板は、賦形されたガス生成組成物インサートへの爆風による損傷を防ぐという課題への簡単で低価格な解決策である。 開示されたガス生成装置の具体的（しかし限定的でない）な用途は、マイクロガス生成装置（ＭＧＧ）であり、ガス生成物質はケーシング中に収納された単一の円筒状の部材である。

詳細な説明 図１−３は、本発明のイニシエーター爆風指向板を組込むガス生成装置を示す。 ガス生成装置１０は、イニシエーター４８をその内部に受容ししっかりと取り付けるためのイニシエーターホルダー１２を含んでいる。 ホルダー１２はボディ１４、および円筒状のキャビティー１８を画定するためにボディ１４から伸びる環状の壁１６を有する。 環状のショルダー２０がキャビティー１８の内部に形成される。 複数の第１のクリンプタブ２２が壁１６の端２４に沿って形成される。 複数の第２のクリンプタブ２６は、ボディ１４の外側の端２８に沿って伸びる。 環状の溝３０が、壁１６の基部に沿って、壁１６のと第２のクリンプタブ２６の間で、ボディ１４の中に形成される。 ホルダー１２はさらにイニシエーター電極がそれを通って伸びる１対の軸方向に伸びる穴３２、３４を有している。 ホルダー１２の後ろの部分は、ワイヤハーネスまたは他の適当なイニシエーター起動信号伝送媒体の相補的なコネクターと対になった接触面を提供するように構成される。 ホルダー１２は、ダイキャスティングまたは機械加工のような適当な製造工程を使用し、金属または合金から形成される。

図１−３を再び参照する。 本発明のガス生成装置には、イニシエーターの起動によって生まれた爆風に流路を提供するために流体非透過性の爆風指向板４２が組込まれる。 爆風指向板４２は管状のボディ４４および、ボディから外側方向に裾広がりにされた端部分４６を有する。 爆風指向板ボディ４４の内側は、以下に記載されるように、動きばめを提供し、イニシエーターチャージカップ部分５０を収容するような寸法とされる。 １つの実施態様では、裾広がりの端部分４６は、以下に詳細に記載される方法で、イニシエーター４８に接するように構成される。 したがって、ボディ４４から外側に伸びる裾広がりの端部分４６の角度は、イニシエーター４８上に形成された角度のある表面に一致することができる。 爆風指向板４２は、ロール成形または押し出しのような適当な製造工程を使用して、金属または合金から形成される。

図２を参照する。 イニシエーターチャージを含む公知のイニシエーター４８は、ガス生成装置に含まれているガス生成組成物への点火のためにホルダー１２中にしっかりと取り付けられる。 １つの例示的なイグナイタ構造は参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許Ｎｏ． ６，００９，８０９に記載されている。 イニシエーター４８はホルダーキャビティー１８の内部に配置され、ホルダー１２にしっかりと取り付けられる。 特には、イニシエーター４８はキャビティー１８の軸方向に差し込まれ、イニシエーターの一部分がキャビティーショルダー２０に接し、それにより、キャビティー内にイニシエーターを固定する。 その後、爆風指向板４２はイニシエーター４８上に配置され、イニシエーター４８の相補的な角度の部分に、爆風指向板４２の裾広がりの端部分４６が接するようにされる。 示されるように、イニシエーターチャージカップ５０の一部分は、爆風指向板ボディ４４の内部へ突き出ることができる。 ついで第１のクリンプタブ２２は半径方向内側に変形され、爆風指向板の裾拡がりの末端部分４６の上に折り曲げられ、それにより爆風指向板４２をイニシエーターホルダー１２へしっかりと取り付ける。

図３を参照する。 ガス生成装置１０にも、イニシエーター４８から間隔を置かれるような寸法にされた、円筒状のインサート５２の形態のガス生成プロペラントが提供される。 ガス生成組成物インサート５２は所望の円筒状の形状に成形されることができ、所望の用途における燃焼要件を満たす任意のガス生成組成物から生産されることができる。 インサート５２も爆風指向板ボディ４４と半径方向にクリアランスを有するようにな寸法とされる。

一般に、ガス生成組成物は速く燃焼し、比較的容易に発火する組成物である。 １つの実施態様では、ガス生成物質は燃料として約１０−２５重量％のシリコーン；アンモニウム、リチウムまたはカリウムの過塩素酸塩のような過塩素酸塩酸化剤；およびクーラントとして、硝酸ストロンチウムまたは炭酸ストロンチウムのようなストロンチウムの塩を含む。 酸化剤とクーラントは典型的にはガス生成物質の約７５−９０重量％を構成する。 シリコーンは、たとえば、ゼネラルエレクトリックまたは他の公知のサプライヤーから、購入することができる。 シリコーンはバインダーの役割をし、本明細書において記載される円筒状の形態への成形を容易にするという追加の利点を提供する。 他のガス生成物質成分は、サプライヤーによって提供されるか、または公知の製造法によって提供されることができる。 例示的な適当な組成物は参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許出願第６，８０５，３７７に示される。

図３を再び参照する。 ケーシング５４は、ガス生成組成物インサート５２を保持し、イニシエーター４８の起動によって生成された点火生成物をそこの内部に閉じ込めるために提供される。 ケーシング５４は、環状の壁５６、および壁の端に沿って形成された周辺の外側方向に伸びるリップ５８を含むボディ部分を有している。 ケーシング５４は引き抜きのような適当な製造工程を使用して、金属または合金から形成される。 ガス生成組成物インサート５２は、図３の中で示されるように、ケーシング５４の内部の表面に接して配置される。 爆風指向板４２がホルダー１２にクリンプされた後、ケーシング５４およびその内部に含まれるガス生成組成物インサート５２が、爆風指向板４２の上に配置される。 ホルダー１２上の第２のクリンプタブ２６は、ついで半径方向内側に変形され、ケーシングリップ５８の上に折り曲げられ、それによりホルダー１２へケーシングをしっかりと取り付ける。 爆風指向板をホルダー１２にしっかりと取り付けるため、および／またはケーシングをホルダーにしっかりと取り付けるための異なる手段（例えば接着、留め具など）も使用されてもよい。

以下にガス生成装置の操作が議論される。 衝突に際して、衝突センサー（示されない）からの信号はイニシエーター４８に伝えられ、それにより、イニシエーターを活性化し、炎と点火生成物を生成する。 炎および点火生成物はイニシエーター４８から外側に伝搬し、ガス生成組成物５２に衝突し、ガス生成物質５２を点火し、これがプリテンショナーを始動させるためのガスを生成する。 ガス生成組成物５２の点火に起因するガス圧力はケーシング５４を破壊し、それによりガスを放出し、ついでプリテンショナーメカニズムに向けられる。

公知の操作（設置された爆風指向板４２のない場合）では、イニシエーター４８からの炎と点火生成物は、軸Ｌに沿った軸方向および半径方向の両方向の外側方向に拡がる。 炎と点火生成物の半径方向への伝搬は、ガス生成組成物インサートの小片への破壊を引き起こすことがある。 ガス生成物質小片は、完全なガス生成組成物インサートよりも大きな合計表面領域を有している。 さらに、生じるガス生成物質部分のサイズは予測不能である。 これらの要素は、ガス生成装置の膨張特性をコントロールおよび予言することを困難にして、バラスティック特性の変化に寄与する。

爆風指向板４２は、イニシエーター４８とガス生成組成物５２の間に置かれ、ガス生成組成物と、イニシエーターチャージの点火に起因する爆風との間の障壁を提供する。 炎を軸方向、一般には軸Ｌに沿った方向に流すことにより、イニシエーター爆風および生じる半径方向に伝搬する炎および点火生成物がガス生成組成物インサート５２を破壊することを防止することを助ける。 これは、点火および燃焼プロセスの間において、ガス生成組成物インサート５２が完全なままで維持される可能性を増加させる。 爆風指向板４２の長さは、爆風指向板４２から半径方向に出る炎および点火生成物に暴露されるガス生成組成物インサート５２の量をコントロールするために変えることができる。 例えば、図３に示された比較的短い爆風指向板では、爆風指向板４２の端部分は、ガス生成組成物５２の端部分とは長さ方向に間隔を置かれ、ガス生成組成物インサート５２の端部分が、爆風指向板４２の端から出た、半径方向の外側に伸びる点火生成物に直接暴露されるようにされる。

図４は、比較的長い爆風指向板を組込む異なる実施態様を示す。 この実施態様では、爆風指向板４２の端部分は、ガス生成組成物５２の端部分は長さ方向に間隔を置かれ、爆風指向板４２から出る点火生成物がケーシング５４に進路を変更し、ガス生成組成物インサート５２にぶつかるようにされる。 それにより、ガス生成物質の燃焼を若干遅らせ、ガス生成組成物インサート５２が最初にイニシエーター４８により生成された炎および点火生成物に直接暴露されて破壊されることを確実に防止することの助けとなる。 爆風指向板４２の長さも、上記の効果の任意のものを達成することを目的として、具体的な用途に必要とされるガス生成組成物インサート５２の任意の長さに対応するために変えられることができる。

図５−９を参照する。 特定の用途においては、本明細書に記載されているようなマイクロガス生成装置１０は、乗り物乗員保護システム用のシートベルトプリテンショナー１１０に組み入れられる。 ガス生成装置１０は、公知のシートベルトリトラクタ１１４のシートベルト１１２にプリテンションをかけるように適合される。 本発明のプリテンショナーが潜在的な用途を有している例示的なシートベルトリトラクタは、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許４，５５８，８３２および４，５９７，５４６に記載されている。 一般に、本発明のプリテンショナー１１０は、所望であれば、現在使用されている多くのプリテンショナーと交換することができる。

ハウジング１１８はガス生成装置１０を含んでいる。 プリテンショナーの起動に際して、ガス生成装置１０は、ピストン１２０と流体的に連絡する。 ピストン１２０は、鋼、真鍮、アルミニウム、プラスチックまたは他の十分に固い物質から作られる。 イニシエーター４８の電気接点は、プリテンショナー１０の発動を示す、任意の公知の衝突センサー（示されない）と接続される。 一旦イニシエーター４８が、たとえば加速度計から信号を受容すれば、イニシエーター４８は火工品のガス生成物質５２（図５−９には示されない）に点火する。

ガス生成物質の燃焼から生成されたガスは、ストラップ１３４の平坦部分１３０へピストン１２０を推進する。 複数の開口部または孔１３６（図８）は、ストラップ１３４の長さ方向に沿って均等に、または他の態様で間隔を置いて設けられる。 ストラップ１３４は、ハブ１３８の周囲の一部分のまわりに緩く配置される。 ハブ１３８はプレスばめまたは他の方法でリトラクタ軸１４０に固定され、したがって、リトラクタ軸１４０と回転可能に連絡される。 図５の中で示されるように、プリテンショナー起動の前には、ハブ１３８はリトラクタ軸１４０と自由に回転する。 ハブ１３８は、ハブ１３８の周囲に均等にまたは他の態様で離れて配置された複数のノブまたは突起１４２（図７）を有する。 ここで複数のノブまたは突起１４２のそれぞれは、好ましくは複数の開口１３６の少なくとも１つと対応する。 ストラップ１３４中のあるひとつの孔と他の孔との距離は、ハブ１３８の周囲の１つの対応する突起と他の突起との間のアーチ形の距離とほぼ等しい。 図８の中で示されるように、孔１３６の直径は少なくとも突起１４２の直径よりわずかに大きいサイズである。 あるいは、孔３６はより小さなサイズの突起１４２を収容するために楕円形、または他の形に賦形されることができる。 本質的には、一旦プリテンショナー１１０が活性化されれば、孔１３６は突起１４２と容易かつ迅速に結合し、かみ合うようなサイズにされる。

第１の円筒状のチャンネル１４４はハブ１１８を含んでいる。 第２の長方形のチャンネル１４６は第１の端１４８および第２の端１５０を有し、第１のチャンネル１４４と垂直方向に向けられ、立体的な交差部分を有する。 アクチュエーター１２０は、ガス生成物質の点火およびプリテンショナー１１０の起動に先立って、第１の端１４８に収容される。 スプリング１５２はチャンネル１４６を横切るストラップ１３４の平坦な部分１３０に対して、アクチュエーター１２０を付勢するために使用されてもよい。 振動による雑音はそれにより防止される。 ストラップ１３４は自由な第１の端１５６を有し、これはハブ１３８の周囲に向けられたストラップ１３４の第２の平坦な部分１５８から伸びる。 ストラップ１３４の第２の端１５４は、ピストン１２０に隣接している点でハウジング１１８にしっかりと取り付けられられる。 このように調整された時、ストラップ１３４は、ギアスタイルの動きのマルチプライヤーと同様のマルチプライヤー効果を提供する。

プリテンショナー１１０の起動およびガス生成物質５２の燃焼に際して、ピストン１２０はストラップ１３４へ推進され、その後、ストラップ１３４がハブ１３８のまわりで捕えられて締まる。 または、ガス生成物質の燃焼に際して、およびハブ１３８の回転に際して、複数のノブ１４２は、複数の開口部１３６内のそれぞれの開口部へ強制的に固定される。 ピストン１２０の前方への直線運動は、このように、ハブ１３８およびリトラクタ軸１４０の回転運動に帰着し、それにより、ベルト１１２を締める。

プリテンショナー操作に基づいたリトラクタの反応を例証するためには参照され本明細書の一部として組み込まれる、ブラウンらへの米国特許第５，８９９，３９９が参照される。 「プリテンショニング」は一般にシートベルトにおける緩みを取ることを意味すると定義される。 本発明によれば、ガス生成物質によって生成されたガスは、ストラップ１３４へピストン１２０を推進し、ハブ１３８を前進方向に回転させ、それによりシートベルト１１２の緩みを取る。

図１０を参照する。 特定の用途では、本明細書に記載されているようなマイクロガス生成装置１０は、乗り物乗員保護システム１８０の中で使用される、安全ベルトアセンブリー１５０で使用される、安全ベルトプリテンショナー１５６に組み入れられる。 安全ベルトアセンブリー１５０は安全ベルトハウジング１５２、およびハウジング１５２から伸びる安全ベルト１００を含んでいる。 安全ベルトリトラクタメカニズム１５４（例えばばね式のメカニズム）は、ベルトの端部分に連結されることができる。 衝突の際にリトラクタメカニズムを始動させるために、安全ベルトプリテンショナー１５６はベルトリトラクターメカニズム１５４に連結されることができる。 マイクロガス生成装置１０はシートベルトリトラクタメカニズム１５４を始動させ、安全ベルト１６０にプリテンションを加えるように適応される。 安全ベルト１６０と共に使用されることができる典型的なシートベルトリトラクタメカニズムは、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許第５，７４３，４８０、５，５５３，８０３、５，６６７，１６１、５，４５１，００８、４，５５８，８３２および４，５９７，５４６に記載される。 安全ベルトアセンブリー１５０は、例えばマイクロガス生成装置１０の中のイニシエーター４８（図１０の中で示されない）の起動によってベルトプリテンショナー１５６の作動の信号を発する公知のクラッシュセンサーアルゴリズム（示されない）と作動可能な接続にある、公知の衝突センサー１５８（例えば慣性センサーまたは加速度計）と接続されていることができる。 米国特許第６，５０５，７９０および６，４１９，１７７は、そのような方法で始動するプリテンショナーの例を提供する。

図１０を再び参照する。 乗り物乗員拘束システム１８０は、さらにエアバッグシステム２００のような追加の要素を含むことができる。 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流体連絡を可能にするようにエアバッグ２０２に連結されたインフレータ３００を含む。 エアバッグシステム２００はさらに衝突センサー２１０を含む（または接続されている）ことができる。 衝突センサー２１０は、例えば衝突の際にエアバッグインフレータ３００の起動によってエアバッグシステム２００の発動の信号を発する公知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含んでいる。

安全ベルトアセンブリー１５０、エアバッグシステム２００、また、より広範な乗り物乗員保護システム１８０が例示されたが、本発明において企図されたガス生成システムを制限するものではないことは認識されるべきである。

本明細書に記載されたマイクロガス生成装置の実施態様は、さらに、乗り物乗員保護システムの中で典型的に使用される他の要素において用途を有することができる。 乗り物乗員保護システムは下記の少なくとも１つを含むと定義されることができる；エアベルト、バックルプリテンショナー、および／または、火工品のアクチュエーターのようなデバイス。 特に、本明細書に記載されたマイクロガス生成装置の実施態様は、エアベルト（参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許第６６８５２２０の中で例証される）、バックルプリテンショナー（参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許第６４６０９３５の中で例証される）、ピストンに基づいた火工品のアクチュエーター（参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許第６５６８１８４の中で例証される）、または乗り物乗員保護システム内の本発明のマイクロガス生成装置を組込む他のデバイスとともに使用されることができる。 さらに、乗り物乗員保護システムはさらに、マイクロガス生成装置を含む１つまたは複数のデバイスに加えて、たとえば上記のエアバッグ膨張システム２００のような乗り物乗員保護システムの中で典型的に使用される他のデバイスを含むことができる。

図２−４を再び参照する。 本発明の爆風指向板のさらなる効果は、イニシエーターチャージの点火に際してイニシエーターチャージカップ５０から形成された、部分または「ペタル」の膨張を制限できることである。 いくつかの公知のマイクロガス生成装置設計では、軸Ｌに沿って存在するチャージカップ５０の表面は、花弁形へ刻みを入れられ、それらはイニシエーターチャージの点火に際して半径方向外側に分離し拡張する（例えば、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許第６１６８２０２を参照）。 膨張に際して、（図２−４の中で示されたように）半径方向に配置されたガス生成物質にペタルが衝撃を与え、ガス生成物質を破壊するか、または他の態様でそのジオメトリーを望ましくなく変えることがある。 ガス生成物質のジオメトリーの制御できない変更は、システム起動の際に、ガス生成装置システムへ不適当なバラスティック特性の変化を引き起こすことがある。 本発明の爆風指向板は、チャージカップの側壁を越えたペタルの放射状の膨張を制限するか防ぐことによって、上記の問題を防止する助けとなる。

ペタルの半径方向の過膨張は、さらにホルダー１４内にイニシエーター４８をしっかりと取り付けるクリンプを損傷する場合があり、それによりホルダー１４内のイニシエーター４８を緩めて、生成されたガスがホルダーを通って漏れ出す流路を提供する可能性がある。 ペタルの半径方向の移動の制限によって、爆風指向板４２はこの影響を防ぐことの助けとなる。

特記のない限り、プリテンショナーの要素は当該技術分野において公知の方法を使用して作られることができる。 さらに、本明細書に記載されているようなガス生成装置は、種々様々の異なるプリテンショナー設計のうちの任意のものに組み入れられることができる。

本明細書に記載されたガス生成装置および爆風指向板の実施態様は、シートベルトプリテンショナーにおける使用に制限されず、爆風の影響に暴露されるガス生成組成物インサートまたは他の物質の構造の完全を維持することが重要な他の用途において使用されることができることは、理解されるだろう。 本発明の実施態様の先の記述が例示の目的だけのためにあることはさらに理解されるだろう。 そのため、ここに示された様々な構造・操作上の特徴は、当該技術分野における当業者により、特許請求の範囲により規定される本発明の技術範囲を逸脱することなく多くの改良を行うことができる。

図１は本発明のイニシエーター爆風指向板の横断面図である。

図２は、図１に示される爆風指向板を組込むイニシエーターサブ−アセンブリーの横断面図である。

図３は、本発明のガス生成装置の第１の実施態様の横断面図である。

図４は、本発明のガス生成装置の第２の実施態様の横断面図である。

図５は、本発明のガス生成装置の実施態様を組込むシートベルトプリテンショナーの図の正面図である。

図６は、プリテンショナーの起動を例証する図５のプリテンショナーの正面図である。

図７は、プリテンショナーハブであり、これと一体になった複数の周辺の突起を有するものの透視図である。

図８は、複数のパーフォレーションを有する、穿孔されたストラップの正面図である。

図９は、最先端技術のシートベルトリトラクタと共同する図５のプリテンショナーの正面図である。

図１０は、本発明の爆風指向板を組込むマイクロのガス生成装置を含む例示的な乗り物乗員拘束システムの模式図である。