(57)【要約】【課題】  流路形状の工夫による効果を確実に発揮でき、その上、コストを低減することができるエアバッグ装置の提供。【解決手段】  流体による圧力を発生させるインフレータと、インフレータから発生した流体の圧力によって膨張するエアバッグと、これらインフレータとエアバッグとを連通させる導入管２３とを備えたエアバッグ装置であって、導入管２３が、略均一内径のストレート部２５と、ストレート部２５の下流側に設けられ下流に向けて内径が縮径するスロート部２６と、スロート部２６の下流側に設けられ下流に向けて内径がストレート部２５の内径と略同一となるように拡径するディフューザ部２７とを有する。【選択図】        図３
2006168618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体による圧力を発生させるインフレータと、該インフレータの圧力によって膨張するエアバッグと、これらインフレータとエアバッグとを連通させる導入管とを備えたエアバッグ装置において、
前記導入管が、略均一内径のストレート部と、該ストレート部の下流側に設けられ下流に向けて内径が縮径するスロート部と、該スロート部の下流側に設けられ下流に向けて内径が前記ストレート部の内径と略同一となるように拡径するディフューザ部とを有することを特徴とするエアバッグ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両衝突時に乗員を保護するエアバッグ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に設けられて車両衝突時に乗員を保護するエアバッグ装置は、流体による圧力を発生させるインフレータと、インフレータから発生した流体の圧力によって膨張するエアバッグと、これらインフレータとエアバッグとを連通させる導入管とを有している。このエアバッグ装置の導入管としては、通常、略同一内径のものが用いられている。
【０００３】
一方、インフレータ内部のガスの流路に、ストレート部分と縮径部分と拡径部分とを設ける技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】実用新案登録第３０４１００５号公報（第１７頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようにインフレータ内部にストレート部分と縮径部分と拡径部分とを設けると、ガスの流れが安定していないことから、その効果を十分に発揮できないという問題があった。また、インフレータ内部にストレート部分と縮径部分と拡径部分とを設けると、インフレータに汎用性がなくなり、コストが増大してしまうという問題もあった。
【０００５】
したがって、本発明は、流路形状の工夫による効果を確実に発揮でき、その上、コストを低減することができるエアバッグ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、流体による圧力を発生させるインフレータ（例えば実施形態におけるインフレータ２１）と、該インフレータの圧力によって膨張するエアバッグ（例えば実施形態におけるエアバッグ２２）と、これらインフレータとエアバッグとを連通させる導入管（例えば実施形態における導入管２３）とを備えたエアバッグ装置（例えば実施形態におけるエアバッグ装置２０）において、前記導入管が、略均一内径のストレート部（例えば実施形態におけるストレート部２５）と、該ストレート部の下流側に設けられ下流に向けて内径が縮径するスロート部（例えば実施形態におけるスロート部２６）と、該スロート部の下流側に設けられ下流に向けて内径が前記ストレート部の内径と略同一となるように拡径するディフューザ部（例えば実施形態におけるディフューザ部２７）とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、導入管が、略均一内径のストレート部と、その下流側に設けられ下流に向けて内径が縮径するスロート部と、その下流側に設けられ下流に向けて内径がストレート部の内径と略同一となるように拡径するディフューザ部とを有するため、流体の流れが比較的安定している導入管にこのような流路形状の工夫を施すことによって、例えばエアバッグ展開初期における流速を低減できてエアバッグへの負荷を低減することができ、また、その後の流速・流量を増やすことができる結果、短時間でエアバッグを展開できる等の効果を確実に得ることができる。さらに、インフレータに汎用性を持たせることができることから、コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の一実施形態のエアバッグ装置を図面を参照して以下に説明する。
図１は、車両１０の車室１１内を示すもので、例えば、インストルメントパネル１２の車幅方向における助手席１３側に本実施形態のエアバッグ装置２０が設けられている。なお、本実施形態のエアバッグ装置２０は、上記以外にもピラーに設けられるカーテンエアバッグ装置等、車両１０に設けられる全てのエアバッグ装置に適用可能となっている。
【０００９】
図２は本実施形態のエアバッグ装置２０の構成を示すもので、エアバッグ装置２０は、ガス（流体）による圧力を発生させるインフレータ２１と、このインフレータ２１の圧力によって膨張するエアバッグ２２と、これらインフレータ２２とエアバッグ２２とを連通させる導入管２３とを備えている。
【００１０】
そして、本実施形態においては、導入管２３が、図３に示すように、ストレート部２５と、このストレート部２５の下流側に隣り合って設けられるスロート部２６と、このスロート部２６の下流側に隣り合って設けられるディフューザ部２７とで構成されるノズル２８を有している。なお、導入管２３の基本直径は一定である。
【００１１】
ストレート部２５は、断面円形状で全長にわたって略均一内径をなしている。
スロート部２６は、ストレート部２５と同一軸線上に設けられており、断面円形状をなし、下流つまりディフューザ部２７側が縮径するテーパ形状をなしている。なお、スロート部２６のストレート部２５側の端部の内径はストレート部２５の内径と同径とされてストレート部２５につながっている。
【００１２】
ディフューザ部２７は、ストレート部２５およびスロート部２６と同一軸線上に設けられており、断面円形状をなし、下流つまりスロート部２６に対し反対側が拡径するテーパ形状をなしている。なお、ディフューザ部２７のスロート部２６側の端部の内径はスロート部２６の最小内径と同径とされてスロート部２６につながっている。また、ディフューザ部２７のスロート部２６とは反対側の端部の内径はストレート部２５の内径と略同一となっている。
【００１３】
以上のような、略均一内径のストレート部２５と、その下流側に設けられ下流に向けて内径が縮径するスロート部２６と、その下流側に設けられ下流に向けて内径がストレート部２５の内径と略同一となるように拡径するディフューザ部２７とを有するノズル２８を備えた導入管２３を用いることで、ガスの流れが比較的安定している導入管２３にこのような流路形状の工夫を施すことによって、例えばエアバッグ２２の展開初期における流速を低減できてエアバッグ２２への負荷を低減することができ、また、その後の流速・流量を増やすことができる結果、短時間でエアバッグ２２を展開できる等の効果を確実に得ることができる。さらに、インフレータ２１に汎用性を持たせることができることから、コストを低減することができる。
【００１４】
次に、上記したストレート部２５とスロート部２６とディフューザ部２７とを有する本実施形態のノズル２８（以下ターボノズルと言う）について均一内径の直行ノズルと比較してさらに説明する。
【００１５】
まず、説明に用いる物理量記号を以下に示す。
Ａ：ノズルの流路面積［ｍ２］
ＶＩＮ：流入境界における流体の速度［ｍ／ｓ］
ＶＯＵＴ：流出境界における流体の速度［ｍ／ｓ］
ρＩＮ：流入境界における流体の密度［ｋｇ／ｍ３］
ρＯＵＴ：流出境界における流体の密度［ｋｇ／ｍ３］
ｐ：ノズル内を流れる流体の静圧［Ｐａ］
ρ：ノズル内を流れる流体の密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｔ：ノズル内を流れる流体の温度［Ｋ］
ａ：ノズル内を流れる流体の音速［ｍ／ｓ］
Ｍ：マッハ数
κ：ノズル内を流れる流体の比熱比
ｍＩＮ：流入境界における質量流量［ｋｇ／ｓ］
ｍＯＵＴ：流出境界における質量流量［ｋｇ／ｓ］
Ｃ：任意定数
ｓ：エントロピ［Ｊ／Ｋ］
Ｑ：熱量［Ｊ］
ηＴＢ：ターボノズルに対する体積効率
ηＳＴ：直行ノズルに対する体積効率
【００１６】
ノズル内の流れを等エントロピ流れと仮定したとき、ノズル内を流れる流体はその流体の音速を超えることはできないが、ノズルにスロート部およびデフューザ部を設けることにより、超音速流れを得ることができる。これは、一般的に、ある条件下において成立する。つまり、デフューザ部の流出境界における静圧と周囲の媒体（空気）との圧力が等しいときに成立する。ここで、等エントロピ流れとは、断熱流れで如何なる摩擦も伴わない可逆な流れを言う。エントロピの変化がない流れなので、ノズル内を流れる流体にはエネルギの授受や損失がない。
【００１７】
ノズル内の流れが等エントロピ流れと仮定したときの一次元流れに関する基礎式を以下に示す。
【００１８】
連続の式
【００１９】
【数１】
2006168618.tif 000003
【００２０】
運動方程式
【００２１】
【数２】
2006168618.tif 000004
【００２２】
等エントロピの式
【００２３】
【数３】
2006168618.tif 000005
【００２４】
気体の状態方程式
【００２５】
【数４】
2006168618.tif 000006
【００２６】
音速の式
【００２７】
【数５】
2006168618.tif 000007
【００２８】
超音速流れに対する物理量の関係式を作成する。
【００２９】
式（５）を式（２）へ代入する。
【００３０】
【数６】
2006168618.tif 000008
【００３１】
式（６）を式（１）へ代入し、流体の速度変化とノズルの面積変化との関係式を導き出す。
【００３２】
【数７】
2006168618.tif 000009
【００３３】
式（６）を式（１）へ代入し、流体の密度変化とノズルの面積変化との関係式を導き出す。
【００３４】
【数８】
2006168618.tif 000010
【００３５】
式（８）を式（３）へ代入し、流体の静圧変化とノズルの面積変化との関係式を導き出す。
【００３６】
【数９】
2006168618.tif 000011
【００３７】
式（８）と式（９）とを式（４）へ代入し、流体の温度変化とノズルの面積変化との関係式を導き出す。
【００３８】
【数１０】
2006168618.tif 000012
【００３９】
超音速流れに対する物理量の関係式は以下の四式となる。
流体の速度変化とノズルの面積変化との関係式
【００４０】
【数１１】
2006168618.tif 000013
【００４１】
流体の密度変化とノズルの面積変化との関係式
【００４２】
【数１２】
2006168618.tif 000014
【００４３】
流体の静圧変化とノズルの面積変化との関係式
【００４４】
【数１３】
2006168618.tif 000015
【００４５】
流体の温度変化とノズルの面積変化との関係式
【００４６】
【数１４】
2006168618.tif 000016
【００４７】
次に、ノズル形状に対する物理量の定性的関係について述べる。
流体の速度変化とノズルの面積変化との関係は、次表のようになる。この表においては、左に直行ノズル、中央に末広ノズル、右に先細ノズルを示し、それぞれに対する流体の速度変化とノズルの断面積変化との関係を示している。
【００４８】
【表１】
2006168618.tif 000017
【００４９】
流体の密度変化とノズルの面積変化との関係は、次表のようになる。この表においては、左に直行ノズル、中央に末広ノズル、右に先細ノズルを示し、それぞれに対する流体の密度変化とノズルの断面積変化との関係を示している。
【００５０】
【表２】
2006168618.tif 000018
【００５１】
流体の静圧変化とノズルの面積変化との関係は、次表のようになる。この表においては、左に直行ノズル、中央に末広ノズル、右に先細ノズルを示し、それぞれに対する流体の静圧変化とノズルの断面積変化との関係を示している。
【００５２】
【表３】
2006168618.tif 000019
【００５３】
流体の温度変化とノズルの面積変化との関係は、次表のようになる。この表においては、左に直行ノズル、中央に末広ノズル、右に先細ノズルを示し、それぞれに対する流体の温度変化とノズルの断面積変化との関係を示している。
【００５４】
【表４】
2006168618.tif 000020
【００５５】
ターボノズル内の流れを等エントロピ流れと仮定したときの一次元流れに関してまとめる。このとき、ターボノズルへ流入する流体の速度は亜音速とし、流入境界と流出境界のノズル径が同じであることから、ターボノズルへ流入する流体の密度ρＩＮと吐出される流体の密度ρＯＵＴは等しいものとする。
流入境界と流出境界とにおける質量流量の関係を理論的に表現する。
【００５６】
【数１５】
2006168618.tif 000021
【００５７】
しかし、実際には、ターボノズル内の流れは等エントロピ流れではないから、何らかの損失を伴っている。
式（１５）に、ターボノズルに対する体積効率ηＴＢを適用すると、流入境界と流出境界とにおける質量流量の関係は次式となる。
【００５８】
【数１６】
2006168618.tif 000022
【００５９】
直行ノズルにおいても同様に、直行ノズルに対する体積効率ηＳＴを適用すると、流入境界と流出境界とにおける質量流量の関係は次式となる。
【００６０】
【数１７】
2006168618.tif 000023
【００６１】
なお、ターボノズルに対する体積効率ηＴＢと直行ノズルに対する体積効率ηＳＴの大小関係は次式となる。
【００６２】
【数１８】
2006168618.tif 000024
【００６３】
式（１８）が成立する理由は、ターボノズルのディフューザ部を流れる流体の温度が急激に低下することによって、周囲の媒体（空気）からエネルギ（熱量Ｑ）の授受が行われると考えられるからである。
【００６４】
つまり、ターボノズル内のエントロピが増加しており、ディフューザ部内のエネルギ損失が抑制される。
そして、ターボノズルは直行ノズルに対し輸送効率が５〜１０％程度高くなる。
【００６５】
図４には、直行ノズルの流入境界の体積を丸付きの実線で、直行ノズルの流出境界の体積を三角付きの実線で、ターボノズルの流入境界の体積をバツ付きの実線で、ターボノズルの流出境界の体積を四角付きの実線で示している。また、図４には、直行ノズルの体積効率を丸付きの破線で、ターボノズルの体積効率をバツ付きの破線で示している。この図４からもターボノズルに対する体積効率ηＴＢと直行ノズルに対する体積効率ηＳＴの大小関係が（１８）式を満足することが分かる。
【００６６】
また、図５には、直行ノズルを破線で示すように１００％としたときのターボノズルの相対誤差を実線で示している。この図５から明らかなように、エアバッグ展開初期におけるターボノズルの相対誤差は１００％より小さく、その後は、ターボノズルの相対誤差が１００％よりもやや大きくなる。ここで、相対誤差が１００％となる時点ｔまでの位相は、スロート部の最小径の調整によって小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態のエアバッグ装置が適用された車両の車室内を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態のエアバッグ装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態のエアバッグ装置の導入管の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態のエアバック装置のノズルおよび直行ノズルの流入境界および流出境界の体積と体積効率とを示す特性線図である。
【図５】本発明の一実施形態のエアバック装置のノズルの直行ノズルに対する相対誤差の特性線図である。
【符号の説明】
【００６８】
２１  インフレータ
２２  エアバッグ
２３  導入管
２０  エアバッグ装置
２５  ストレート部
２６  スロート部
２７  ディフューザ部
【図１】
2006168618.tif 000025
【図２】
2006168618.tif 000026
【図３】
2006168618.tif 000027
【図４】
2006168618.tif 000028
【図５】
2006168618.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月12日(2005.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体による圧力を発生させるインフレータと、該インフレータから発生した流体の圧力によって膨張するエアバッグと、これらインフレータとエアバッグとを連通させる導入管とを備えたエアバッグ装置において、
前記導入管が、略均一内径のストレート部と、該ストレート部の下流側に設けられ下流に向けて内径が縮径するスロート部と、該スロート部の下流側に設けられ下流に向けて内径が前記ストレート部の内径と略同一となるように拡径するディフューザ部とを有することを特徴とするエアバッグ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、流体による圧力を発生させるインフレータ（例えば実施形態におけるインフレータ２１）と、該インフレータから発生した流体の圧力によって膨張するエアバッグ（例えば実施形態におけるエアバッグ２２）と、これらインフレータとエアバッグとを連通させる導入管（例えば実施形態における導入管２３）とを備えたエアバッグ装置（例えば実施形態におけるエアバッグ装置２０）において、前記導入管が、略均一内径のストレート部（例えば実施形態におけるストレート部２５）と、該ストレート部の下流側に設けられ下流に向けて内径が縮径するスロート部（例えば実施形態におけるスロート部２６）と、該スロート部の下流側に設けられ下流に向けて内径が前記ストレート部の内径と略同一となるように拡径するディフューザ部（例えば実施形態におけるディフューザ部２７）とを有することを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図２は本実施形態のエアバッグ装置２０の構成を示すもので、エアバッグ装置２０は、ガス（流体）による圧力を発生させるインフレータ２１と、このインフレータ２１から発生したガスの圧力によって膨張するエアバッグ２２と、これらインフレータ２２とエアバッグ２２とを連通させる導入管２３とを備えている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
ノズル内の流れを等エントロピ流れと仮定したとき、ノズル内を流れる流体はその流体の音速を超えることはできないが、ノズルにスロート部およびデフューザ部を設けることにより、超音速流れを得ることができる。これは、一般的に、ある条件下において成立する。つまり、デフューザ部の流出境界における静圧と周囲の媒体（空気）との圧力が等しいときに成立する。ここで、等エントロピ流れとは、断熱流れで如何なる摩擦も伴わない可逆な流れを言う。エントロピの変化がない流れなので、ノズル内を流れる流体にはエネルギの損失がない。