(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動可能に組み合わせた可膨張部材を膨らませるのに充分な量のガス状生成物を生成するようになっているインフレータ装置であって、
第１ステージ・ガス源と、
第１位置でこの第１ステージ・ガス源と流体連通し、第２位置で可膨張部材と流体連通する第２ステージ・ガス源とを包含し、この第２ステージ・ガス源が、内部体積、入口、出口を構成する第２ステージ・ハウジングと、第２ステージ・ガス源内の所定位置へ第１ステージ・ガス源から或る量のガスを振り分けるガス振り分け手段とを包含し、
入口が、第１ステージ・ガス源およびガス振り分け手段と流体連通しており、ガスが第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源の出口近くの所定位置まで流れるのを許すようになっており、
前記ガス振り分け手段が、第２ステージ・ハウジングの内部体積内に延びていて第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源の内部体積内へガスを振り分ける少なくとも１つの計量チューブであり、
前記第２ステージ・ガス源が、第２位置で可膨張部材と流体連通しており、前記第２ステージ・ガス源が、蒸発時に可膨張部材を膨らませるのに充分な量の液化ガスを含有し、
第１ステージ・ガス源が、第２ステージ・ガス源内の液化ガスのほとんどすべてを蒸発させるに充分に高い温度で充分な量のガスを提供することができることを特徴とするインフレータ装置。
【請求項２】
作動可能に組み合わせた可膨張部材を膨らませるのに充分な量のガス状生成物を生成するようになっているインフレータ装置であって、
第１ステージ・ガス源を有し、この第１ステージ・ガス源は、第１内部体積を定める第１ステージ・ハウジングであり、内面を有し、第１内部体積内に第１圧力の加圧ガスを収容している第１ステージ・ハウジングと、第１ステージ・ハウジングの内部体積内の花火材料と、第１内部体積内で加圧ガスを第１圧力に維持するようになっている第１ステージ・シールであり、第１ステージ・ハウジング内に位置する花火材料の燃焼時にガスが所定のより高い第２圧力に達したときに開いて、ガスが第１ステージ・ハウジングから第２ステージ・ガス源まで流れるのを許すようになっている第１ステージ・シールとを包含し、
前記インフレータ装置は、第１位置でこの第１ステージ・ガス源と流体連通し、第２位置で可膨張部材と流体連通する第２ステージ・ガス源を包含し、第２ステージ・ガス源が、内部体積、入口、出口を構成する第２ステージ・ハウジングと、第２ステージ・ガス源の出口近くの所定位置へ第１ステージ・ガス源から或る量のガスを振り分けるガス振り分け手段とを包含し、
前記ガス振り分け手段が、第２ステージ・ハウジングの内部体積内に延びていて第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源の内部体積内へガスを振り分ける少なくとも１つの計量チューブであり、
入口が、第１ステージ・ガス源およびガス振り分け手段と流体連通しており、ガスが第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源内の所定位置まで流れるのを許すようになっており、
前記第２ステージ・ガス源が、第２位置で可膨張部材と流体連通しており、前記第２ステージ・ガス源が、蒸発時に可膨張部材を膨らませるのに充分な量の液化ガスを含有し、
第１ステージ・ガス源が、第２ステージ・ガス源内の液化ガスのほとんどすべてを蒸発させるに充分に高い温度で充分な量のガスを提供することができることを特徴とするインフレータ装置。
【請求項３】
第１ステージ・ガス源が、花火材料の燃焼からガスを生成する手段を包含する請求項１記載のインフレータ装置。
【請求項４】
第１ステージ・ガス源が、第１圧力を有する或る量の圧縮ガスを供給する手段を包含する請求項１記載のインフレータ装置。
【請求項５】
第１ステージ・ガス源が、さらに、圧縮ガスの圧力を増大させる熱エネルギ源を包含する請求項１記載のインフレータ装置。
【請求項６】
圧縮ガスが、不活性ガスを包含する請求項２又は４に記載のインフレータ装置。
【請求項７】
不活性圧縮ガスが、窒素、ヘリウムまたはアルゴンのうち少なくとも１つを包含する請求項６記載のインフレータ装置。
【請求項８】
第１圧力が、充分に高く、そして、花火材料が充分に短い燃焼時間を有し、燃焼時に、花火材料がほぼ完全に、そして、ハウジング内面上の燃焼している材料と実質的に接触することなく燃焼し、加圧ガスの少なくとも一部が第１圧力で加熱され、それによって、少なくとも第２圧力までガス圧力を増大させ、第１ステージ・ハウジングへの熱の伝達を実質的に防ぐに充分に短い時間で加圧ガスを内部体積から排出させるようにシールを開かせる請求項２記載のインフレータ装置。
【請求項９】
さらに、花火材料と熱接触して花火材料の燃焼を開始させるイグナイタを包含する請求項２記載のインフレータ装置。
【請求項１０】
液化ガスが、フレオン、ハロン、窒素または二酸化炭素のうちの少なくとも１つを包含する請求項１又は２に記載のインフレータ装置。
【請求項１１】
液化ガスが、二酸化炭素と約２５モルパーセントまでの窒素からなる請求項１又は２に記載のインフレータ装置。
【請求項１２】
第２ステージ・ガス源が、約−１０℃から１００℃の温度を有するガスを提供する請求項１又は２に記載のインフレータ装置。
【請求項１３】
第２ステージ・ガス源が、約０℃の温度を有するガスを提供する請求項１又は２に記載のインフレータ装置。
【請求項１４】
可膨張性物体を急速に膨らませる方法であって、ガスを第１ステージ・ガス源から放出させる段階であり、第１ステージ・ガス源が、それと流体連通している第２ステージ・ガス源内の液化ガスのほぼすべてを蒸発させるに充分に高い温度で充分な量のガスを提供する段階と、第１ステージ・ガス源から放出されたガスをガス振り分け手段を経て第１ステージ・ガス源から可膨張部材と流体連通する第２ステージ・ガス源内の所定位置へ導く段階であり、第２ステージ・ガス源が、液化ガスの蒸発時に可膨張部材を膨らませるのに充分な量の液化ガスを含有している段階と、可膨張部材内の第２ステージ・ガス源からの蒸発ガスを振り分けて可膨張部材を膨らませる段階とを包含し、
前記第１ステージ・ガス源から放出されたガスをガス振り分け手段を経て第１ステージ・ガス源から可膨張部材と流体連通する第２ステージ・ガス源内の所定位置へ導く段階は、更に、第２内部体積、第１ガス源と流体連通する入口、出口を構成する第２ステージ・ハウジングと、この入口と流体連通しており、第２ステージ・ハウジングの内部体積内に延びている少なくとも１つの計量チューブとを用意する段階と、第１ステージ・ガス源からのガスを、第２ステージの出口に近い第２ステージ・ハウジングの内部体積内の所定位置にある第２ステージの内部体積内へ導く段階とを包含することを特徴とする方法。
【請求項１５】
可膨張性物体を急速に膨らませる方法であって、
第１内部体積を構成し、内面を有する第１ステージ・ハウジングであり、前記内部体積内に第１圧力の加圧ガスを収容している第１ステージ・ハウジングと、内部体積内の加圧ガスを第１圧力に維持し、ガスが所定のより高い第２圧力に達したときに開くようになっているシールとを用意する段階と、
第２内部体積、第１ガス源と流体連通する入口、出口を構成する第２ステージ・ハウジングと、この入口と流体連通しており、第２ステージ・ハウジングの内部体積内に延びている少なくとも１つの計量チューブとを用意する段階と、
ハウジング内に位置する花火材料を燃焼させて熱を発生させ、加圧ガスの圧力を少なくともより高い第２圧力まで増大させ、流体連通している第２ステージ・ガス源内の液化ガスのほぼすべてを蒸発させるに充分に高い温度で充分な量のガスを与える段階と、
第１ステージ・ガス源から放出されたガスを前記少なくとも１つの計量チューブを経て第１ステージ・ガス源から、液化ガスの蒸発させるのに充分な量の液化ガスを含有する第２ステージ・ガス源の出口近くの所定位置へ導き、それによって、第２ステージ・ガス源と流体連通している可膨張部材を膨らませるのに充分な量のガスを生成させる段階と、
可膨張部材内に第２ステージ・ガス源からの蒸発ガスを振り分けて可膨張部材を膨らませる段階とを包含することを特徴とする方法。
【請求項１６】
さらに、花火材料の燃焼から第１ステージ・ガス源内にガスを生成する段階を包含する請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
さらに、第１ステージ・ガス源からのガスを加圧ガス源から得る段階を包含する請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
さらに、加圧ガスに熱を加える段階を包含し、それによって、加圧ガスの圧力を増大させて第１ステージ・ガス源からガスを放出させる請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
さらに、第１内部体積を構成し、内面を有する第１ステージ・ハウジングであり、第１内部体積内に第１圧力の加圧ガスを収容している第１ステージ・ハウジングと、前記第１内部体積内で加圧ガスを第１圧力に維持するようになっており、ガスが所定のより高い第２圧力に達したときに開くようになっているシールとを用意する段階と、ハウジング内に位置する花火材料を燃焼させて熱を発生させ、加圧ガスの圧力を少なくともより高い第２圧力まで増大させ、ガスがハウジングから流出できるようにする段階とを包含する請求項１５又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、不活性ガスで第１ステージ・ハウジングを加圧する段階を包含する請求項１５又は１８に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、不活性ガスを窒素、ヘリウムおよびアルゴンからなるグループから選択する段階を包含する請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
さらに、第２ステージの内部体積内へ、フレオン、ハロン、窒素または二酸化炭素のうちの少なくとも１つからなる液化ガスを導く段階を包含する請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、第２ステージの内部体積内へ、二酸化炭素と約２５モルパーセントまでの窒素とからなる液化ガスを導く段階を包含する請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
さらに、約−１０℃から約１００℃の温度を有するガスで可膨張部材を膨らませる段階を包含する請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、約０℃の温度を有するガスで可膨張部材を膨らませる段階を包含する請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、大量の低温ガスを生成することのできるガス発生器に向けたものである。特に、本発明は、民間航空機に搭載された可膨張部材、たとえば、非常口ランプまたはスライド、救命筏等を膨らませるためのガス発生器またはインフレータに関する。
【０００２】
（発明の背景）
民間航空機の非常口ランプまたはスライドを膨らませるのに用いられるガス発生器は、最初、燃焼時に大量の熱ガスを生成する花火式ガス発生体を使用していた。しかしながら、熱ガスの温度があまりに高いために、非常口ランプあるいはスライドを構成するのに使用されている布地ならびにランプまたはスライドを使用してものを燃やしてしまうということに直ぐ気が付いた。それに加えて、膨張ガスの温度が周囲温度よりかなり高いため、ランプまたはスライドが、ガスが冷え、温度変化の結果としてガス圧力が減少するにつれて部分的にしぼんでしまうのである。航空機が、冷たい水、たとえば、北海の海面に着水せざるを得ない場合には、これは特に当たっている。
【０００３】
上述したような花火式インフレータの欠点を克服する試みがなされているが、そこでは、救命筏やランプあるいはスライドが圧縮ガスを使って膨らませている。たとえば、Millerの米国特許第４，３５５，９８７号やHammer等の米国特許第５，５８６，６１５号に開示されている。しかしながら、圧縮ガスだけを用いて救命筏やランプあるいはスライドを膨らませる場合、膨張時にガス内に大きな温度低下が生じ、これがしばしば氷を生じさせ、それがガスの流れを阻止する可能性がある。これらの問題を解決するために、現在民間航空機に搭載されている非常口ランプまたはスライドならびに救命筏は、普通、Heimovics等の米国特許第４，３６８，００９号に開示されているように、圧縮ガス源と吸引器からなる膨張システムを使用している。圧縮ガスが放出されるにつれて、それによって生じた真空が、圧縮ガス源の供給するかなりの量のガスの約４倍ものガスを吸引器に吸引させる。
【０００４】
しかしながら、これらの吸引器システムでさえ、いくつかの欠点を有する。吸引器システムは、大きくて重く、そして、ガス生成速度が比較的遅いのである。さらに、膨らまされつつある物体内のガス背圧が増大するにつれて、速度はさらに遅くなるのである。これは、たとえば、非常口ランプあるいはスライドを着水してしまった航空機から展開する際に困難を生じさせる。膨張速度が遅いため、ランプまたはスライドは、充分に膨らまされる前に航空機の下に浮き、閉じ込められてしまう可能性がある。ランプまたはスライドが閉じ込められない場合でも、遅い膨張速度により、航空機の乗客が押し留められ、一部の乗客がパニックに陥る可能性がある。したがって、ランプまたはスライドを膨らませるのに必要な時間量を最小限にすることが望ましい。
【０００５】
吸引式インフレータ・システムの重量は、加圧ガスを格納するのに要求される高圧容器が軽量材料、たとえば、黒鉛フィラメントを巻きつけたチタンで作られている場合でも、重い。これは、航空機の搭載能力を減らす。これらのシステムは、必要なガス圧力を維持し、吸引器が適切に確実に機能するという点でメンテナンス問題を提起する。さらに、高圧ガス源を用いてさえ、吸引器システムは、約２ｐｓｉｇ、すなわち、通常の大気圧よりも約２ｐｓｉ高い最大圧力しか得ることができない。したがって、航空機から脱出する乗客を支えるには、吸引器システムで膨らまされる可膨張部材は、より高い圧力で膨らまされた場合に必要とするだろうよりもかなり大きくなければならない。
【０００６】
したがって、航空機非常口ランプまたはスライド、救命筏その他の比較的大きい可膨張性物体を急速に比較的高い圧力まで膨らませることができる比較的軽量の急速インフレータについて需要が残っている。本発明は、このようなインフレータを提供する。
【０００７】
（発明の概要）
本発明は、可膨張部材を実質的に膨らませるのに充分な量のガス状生成物を生成するようになっているインフレータ装置に関する。このインフレータ装置は、第２ステージ・ガス源と流体連通している第１ステージ・ガス源を包含し、この第２ステージ・ガス源は、可膨張部材と流体連通している。第２ステージ・ガス源は、蒸発時に可膨張部材を膨らませるに充分な量の液化ガスを収容しており、第１ステージ・ガス源は、第２ステージ・ガス源内の液化ガスのほぼすべてを蒸発させるに充分に高い温度で充分な量のガスを提供することができる。
【０００８】
第１ステージ・ガス源は、或る量の圧縮ガスの放出で花火材料を燃焼させるかあるいは圧縮ガスと花火材料の組み合わせを燃焼させてガスを生成する手段を包含し得る。有用な圧縮ガスとしては、限定するつもりはないが、化学的に不活性なガス、たとえば、窒素、ヘリウムおよびアルゴンがある。
【０００９】
好ましくは、第１ステージ・ガス源は、さらに、内面を有し、第１内部体積を構成している第１ステージ・ハウジングを包含し、これが第１内部体積内に第１圧力で加圧ガスを収容している。好ましい第１ステージ・ガス源は、また、第１内部体積内の加圧ガスを第１圧力に維持し、ガスが所定のより高い第２圧力に達したときに開くようになっている第１ステージ・シールと、第１ステージ・ハウジングの内部体積内にあり、燃焼時に熱源として作用して、加圧ガスの圧力をより高い第２圧力まで増大させ、第１ステージ・シールを開き、ガスを第１ステージ・ハウジングから第２ステージ・ガス源まで移動させる花火材料とを包含する。花火材料の燃焼は、普通は、花火材料と熱接触するイグナイタによって開始される。
【００１０】
圧縮ガスの第１圧力は、好ましくは、充分に高く、そして、花火材料は充分に短い燃焼時間を有し、燃焼時に、花火材料はほぼ完全に、内面上の燃焼している材料と実質的に接触することなく燃焼するようになっている。その結果、第１圧力の加圧ガスの少なくとも一部が加熱され、ガス圧力を少なくとも第２圧力まで増大させ、シールを開き、第１ステージ・ハウジングへの熱伝達をほぼ阻止するに充分に短い時間でガスを第１内部体積から流出させる。
【００１１】
好ましい第２ステージ・ガス源は、代表的には、第２内部体積、入口、出口を構成する第２ステージ・ハウジングと、或る量のガスを第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源内の所定位置へ振り分けるガス振り分け手段とを包含する。入口は、第１ステージ・ガス源およびガス振り分け手段と流体連通しており、ガスが第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源内の所定位置まで流れるのを許す。第２ステージ・ガス源へのガスの導入は、液化ガスを第２ステージの出口におけるシールを開放させるに充分な高さの圧力へ蒸発させ、蒸発した液化ガスが第２ステージ・ガス源から可膨張部材内へ流れ、この可膨張部材を膨らませることができる。
【００１２】
好ましくは、ガス振り分け手段は、第２ステージ・ハウジングの内部体積内に延びていて第２内部体積内へ第１ステージ・ガス源からガスを提供する計量チューブである。計量チューブは、第１ステージ・ガス源からのガスを、第２ステージ・ガス源からの出力について望まれる温度プロファイルに依存して、第２ステージ・ハウジングの内部体積内の種々の位置、たとえば、第２ステージの入口近くの位置、または、第２ステージの出口近くの位置、または、中間位置で放出させるようにし得る。
【００１３】
第２ステージ・ガス源内の液化ガスは、加圧されたときに液化するが、比較的熱いガスと混合したときに蒸発するならばいかなるガスであってもよい。有用な液化ガスとしては、限定するつもりはないが、フレオン、ハロン、窒素および二酸化炭素がある。好ましくは、液化ガスは、二酸化炭素と約２５モルパーセントまでの窒素との混合物である。液化ガスの適切な選択およびガス振り分け手段の適切な位置決めによって、第２ステージ・ガス源は、約−１０℃から１００℃まで、好ましくは約０℃の温度を有するガスを提供するようになっていてもよい。
【００１４】
本発明は、また、本発明のインフレータで可膨張性物体を急速に膨らませる方法に関する。この方法は、第１ステージ・ガス源からガスを、この第１ステージ・ガス源と流体連通している第２ステージ・ガス源内の液化ガスのほぼすべてを蒸発させるに充分に高い温度で充分な量のガスを提供するように放出する段階と、第１ステージ・ガス源から放出されたガスを、可膨張部材と流体連通している第２ステージ・ガス源内へ導入する段階であって、この第２ステージ・ガス源が、蒸発の際に可膨張部材を膨らませるのに充分な量の液化ガスを収容している段階と、第２ステージ・ガス源から蒸発ガスを可膨張部材内に振り分けて可膨張部材を膨らませる段階とを包含する。
【００１５】
好ましくは、第１ステージ・ガス源ハウジング内に位置した花火材料が燃焼して熱を発生し、それによって、第１ステージ・ガス源内の加圧ガスの圧力を増大させて第１ステージ・シールを開き、ガスが第１ステージから第２ステージまで流れることができるようにする。最も好ましくは、第１圧力が充分に高く、そして、花火材料が充分に短い燃焼時間を有し、燃焼時に、この花火材料がほぼ完全に、そして、ハウジングの内面上の燃焼している材料と実質的に接触することなく燃焼することである。その結果、花火材料が燃やされたとき、燃えている材料からの熱は、ほぼ完全に加圧ガスに熱伝達し、加圧ガスが第１圧力で加熱され、それによって、ガス圧力を少なくとも第２圧力まで増大させ、第１ステージ・シールを開放させ、ハウジング手段への熱伝達を実質的に阻止するに充分に短い時間で内部体積からガスを排出させる。
【００１６】
第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源の内部体積へのガスの導入で、第２ステージ・ガス源内の液化ガスを蒸発させ、第２ステージ内の圧力を増大させて第２ステージ・シールを開放し、第２ステージ・ガス源からの蒸発した液化ガスを第２ステージ・ガス源から可膨張部材内へ放出させ、この可膨張部材を膨らませることができる。
【００１７】
（発明の詳細な説明）
ここで使用している「温度プロファイル」なる用語は、本発明によるインフレータの出力ガスの経時的な温度変化を意味する。
【００１８】
本発明は、インフレータおよびこのインフレータで制御温度を有する大量のガスを急速に生成する方法に向けたものである。インフレータは、液化ガスを蒸発させるのに充分に高い温度を有するガスを生成する第１ステージ・ガス源と、液化ガスを収容する第ステージ・メイン・ガス源とを包含する。第１、第２のステージ・ガス源は、流体連通しており、第１ステージにおいて生成された、あるいは格納されたガスが第２ステージ・ガス源内の液化ガス内へ導入され、それによって、液化ガスを蒸発させ、第２ステージ・ガス源内の圧力を増大させる。第２ステージ・ガス源内の増大した圧力によって、第２ステージ・ガス源にあるシールが開き、蒸発したガスを第２ステージ・ガス源から排出させる。生成されたガスは、たとえば、救命筏、シュートまたはランプあるいはスライドのような可膨張部材を膨らませるのに使用される。
【００１９】
第２ステージ・ガス源からの出力ガスの温度は、第１ステージ・ガス源からの出力が導入される第２ステージ・ガス源内の位置によって制御される。したがって、ガスが第２ステージ・ガス源に導入される位置に応じて、本発明のインフレータは、（１）インフレータが機能する期間を通じて、すなわち、ガスの出力中、実質的に一定の温度を有する出力ガス、（２）ガスの出力中に低下する初めは高い温度を有する出力ガス、または、（３）ガスの出力中上昇する初めへ低い温度を有する出力ガスのいずれかを生成することができる。
【００２０】
本発明によるインフレータが、図１に示してある。このインフレータ１００は、比較的熱いガスを生成する第１ステージ・ガス源１０３と、比較的冷たいガスを生成する第２ステージ・ガス源１０２とを包含する。この技術分野では知られている種々のガス発生器が、第２ステージ・ガス源１０２内の液化ガスを蒸発させるに充分に高い温度で充分な量のガスを生成することができ、これらのガス発生器を第１ステージ・ガス源１０１に組み込んでもよい。このようなガス発生器としては、花火式ガス発生器、圧縮ガス源およびハイブリッド検知器があり、花火材料と圧縮ガス源の組み合わせもある。
【００２１】
本発明で使用するための純粋な花火式ガス発生器は、普通、自動車のエアバッグ受動的拘束システムにおけるインフレータとしても使用される。このことは、この技術分野では周知である。花火式ガス発生器は、普通、花火材料の燃焼時に或る体積の熱ガスを発生させることのができる花火材料を収容しているハウジングと、花火材料の燃焼を開始させるイニシエータまたはイグナイタと、そして、代表的には、所定圧力で開いて発生した熱ガスを放出させるシール（たとえば、破裂可能ダイアフラムあるいはポップオフ弁）とを包含する。適当な信号を受けた際に、イニシエータが花火材料を燃焼させ、熱ガスを発生させ、ハウジング内の圧力を増大させる。ハウジング内の圧力が所定圧力に達すると、シールが開き、熱ガスを放出させる。
【００２２】
代表的な純粋な圧縮ガス源（たとえば、第１ステージ・ガス源１０１で使用することができる）は、或る量の圧縮ガスを収容し、それが放出時に膨張して所望量のガスを発生する。花火式ガス源でシールを開ける急速な圧力増大が、通常の操作では生じることがないので、破裂可能なダイアフラム（すなわち、ダイアフラムを横切る圧力差が所定量を超えたときに開くように壊れる金属、プラスチックその他の適当な材料で作ったダイアフラム）あるいはポップオフ弁（すなわち、弁を横切る圧力差が所定量を超えた時に自動的に開く弁）は、圧縮ガス源からガスを放出させるには不適である。その代わりに、圧縮ガスを放出する他の手段、たとえば、急速開放弁、爆発ボルトで保持されたシールまたは他の類似した機械的、化学的あるいは電子的な装置が、第１ステージ・ガス源１０１からガスを放出させるのに必要である。
【００２３】
しかしながら、好ましい第１ステージ・ガス源１０１としては、「INFLATABLE PASSENGER RESTRAINT AND INFLATOR THEREFORE」というタイトルで、１９９５年１２月２２日に出願された現在審査中で共同譲渡されている出願番号０８／５８７７７３に開示されているようなハイブリッド・インフレータがある。この出願の内容は、参考資料としてここに援用する。好ましいハイブリッド・インフレータは、第１内部体積６を構成しているハウジング１を包含するこの内部体積６は、かなり加圧された化学的に不活性なガス、たとえば、窒素またはアルゴンを収容している。また、花火材料３ｐと、花火材料３ｐの燃焼を開始させるイニシエータ５（たとえば、爆竹）とを包含する。本発明で役立つ、花火材料の燃焼を開始させる他の有用なイニシエータは、この技術分野では周知である。好ましい花火材料は、酸化剤としての硝酸アンモニウム、活性化剤（たとえば、RDX、HMX、CL-20、TEX、NQ、NTO、TAGN、PETN、TATB、TNAZまたはその混合物）および溶媒処理可能なバインダからなる。加圧ガスは、充填口９を通してハウジング内に導入させることができる。第１ステージ出口孔７内に設置した第１ステージ・シール８は、内部体積６内の加圧ガスの圧力を維持するが、花火材料３ｐの燃焼時にガスが所定のより高い圧力に達したときに開く。この第１ステージ・シール８は、破裂可能なダイアフラムあるいはポップオフ弁であってもよい。
【００２４】
花火材料３ｐは、急速な燃焼率、すなわち、約１０ミリ秒より短い燃焼速度を有する、この技術分野では知られている任意の花火材料でよく、そして、材料の急速燃焼を可能にする任意の形態、たとえば、粉末、薄片、小球または棒に成形してもよい。好ましい花火材料は充分に短い燃焼時間を有し、第１ステージ・ガス源内のガスの圧力は充分に高い、すなわち、代表的には、約１０，０００ｐｓｉより高い。燃焼時には、花火材料は、第１ステージ・ガス源ハウジング１の内面と実質的に接触することなく、ほぼ完全に燃焼し、その結果、燃焼している材料からハウジング１への熱エネルギの移動が少ないかあるいはまったくない。図１に示すように、花火材料３ｐは、端プラグ４を有するホルダ２ｈ内においてもよい。ホルダ２ｈまたは端プラグ４のいずれか一方は、花火材料の燃焼で形成された熱ガスをホルダ２ｈから容易に逃がし、体積６内の加圧ガスを加熱し、ガス圧力を増大させることができる限り、中実、脆弱、多孔性のいずれかであってよい。しかしながら、図１に示すように、好ましい第１ステージ・ガス源における花火材料を容器に格納する必要はないが、その代わりに、花火材料を、この技術分野では周知のように、第１ステージ・ハウジング１内の表面上の断熱材料を覆って薄いコーティング状に設けたスティックとして、あるいは、任意他の形態に形成するとよい。これにより、必要な燃焼速度を得ることができる。
【００２５】
上述したように、花火材料３ｐの燃焼は熱エネルギを加圧された不活性ガスに加え、第１ステージ・ハウジング１内の圧力を増大させる。不活性ガスの圧力が所定のより高い圧力に達すると、第１ステージ・シール８が開き、第１ステージ・ガス源１０１からのガスを膨張させ、インフレータ１００の第２ステージ・ガス源１０２内へ第１ステージ出口開口７を通して流入させる。このプロセスは、第１ステージ・ハウジング１へのなんら実質的な熱伝達を阻止するに充分に短い時間で生じると好ましい。
【００２６】
第２ステージ・ガス源１０２は、内面を有する第２内部体積１３を有し、この内部体積内には液化ガス１１が格納されており、残りの小体積部分１７に非液化ガスが入っている。第２ステージ・ハウジング１０（第１ステージ・ハウジング１も）は図１、２、３に示すように円筒形であってもよいが、これらのハウジングは、所与の用途についてのスペース要件に合い、急速ガス発生を可能にするものであれば任意の形状に構成し得る。
【００２７】
液化ガス１１は、加圧されたときに液体の状態で格納され、加熱されるかあるいはガス圧力が低下したときに急速に蒸発することができる、この技術分野で知られた任意のガスであってよい。本発明で使用するために液化し得るガスとしては、限定するつもりはないが、単独でも組み合わせでも、二酸化炭素、窒素、フレオン、ハロン（すなわち、クロロフルオロカーボンおよびブロモフルオロカーボン）がある。これらのガスは、Freon 11、CFCL3およびFreon 12、CF2Cl2と異なり、少なくとも１つの水素原子を含み、したがって、より低い大気圧で化学的に除去され、塩素、臭素原子が分子の形で成層圏に入り込み、オゾン層からオゾンを除去してしまうのを防ぐ形で現在市販されている。好ましくは、液化ガスは、二酸化炭素、あるいは、二酸化炭素と約２５パーセントまでの窒素との混合物である。
【００２８】
第２ステージ・ハウジング１０は、さらに、ガス充填口・プラグ１２（格納された液化ガス１１の圧力をモニタするのに用いることができる）と、第２ステージ・シール１５で塞ぐ第２ステージ出口開口１４とを包含する。第２ステージ・シール１５は、第２ステージ・ハウジング１０の内部体積１３内の液化ガス１１を第１圧力すなわち格納圧力に維持するが、第１ステージ・ガス源１０１から比較的熱いガスを導入することによって液化ガスが蒸発したときに開き、第２ステージ・ガス源１０２内の圧力が、所定のより高い圧力へ増大する。第１ステージ・シール８と同様に、第２ステージ・シール１５は、破裂可能なダイアフラム、ポップオフ弁またはこの技術分野では知られている任意他のタイプのシールであってよい。
【００２９】
代表的には、ハウジング１０は、また、インフレータ１００を可膨張部材１０３と相互接続するためのアダプタ１６を包含し、その結果、第２ステージ・シール１５が開いたとき、蒸発ガスが、第２ステージ・ハウジング１０の内部体積１３から第２ステージ出口開口１４およびアダプタ１６を通って可膨張部材１０３内へ流れ、可膨張部材１０３が急速に膨らまされる。
【００３０】
第２ステージ・ガス源１０２は、また、第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源内の所定位置まで或る量のガスを振り分ける手段を包含する。好ましくは、第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源内の所定位置まで或る量のガスを振り分ける手段は、計量チューブ２０である。計量チューブ２０の直径は、代表的には、第１ステージ・オリフィス７の直径にほぼ等しいが、用途に応じて計量チューブ２０内のガス速度を制御するように調整してもよい。計量チューブ２０は、第１ステージ・ガス源１０１から第２ステージ・ハウジング１０の内部体積１３内の液化ガス１１内へ比較的熱いガスを導入する。第２ステージ・ハウジング１０が円筒形である場合、計量チューブ２０は、代表的には、図１、３に示すようにハウジング１０と同心であるが、液化ガス１１内の、所望の出力ガス温度プロファイルを提供する任意のポイントに第１ステージ・ガス源１０１から出力ガスを導入するようにしてもよい。計量チューブ２０は、チューブ端２２のところで開いていて閉じていてもよく、体積１３の内部の実質的に任意の部分まで延びるように長さを変えてもよい。チューブ端２２が閉じている場合には、計量チューブ２２は、第１ステージ・ガス源１０１からのガスを第２ステージ・ハウジング１０の内部体積１３に流入させ、液化ガス１１を蒸発させるようになっていなければならない。これは、多孔性材料を使用して計量チューブ２０を形成したり、計量チューブ２０の壁に１つまたはそれ以上の適切なサイズの穴を設けたりすることによって達成することができる。穴の位置あるいはチューブ２０の長さは、チューブ端２２が開いている場合、インフレータを出たガスの温度を制御するのに使用し得る。
【００３１】
たとえば、チューブ端２２が図１に示すように開いたとき、あるいは、チューブ端２２が閉じており、計量チューブ２０が、図４、４Ａに示すように、その端２２付近あるいは多孔性プラグ３３で１つまたはそれ以上の開口３４を構成している場合、第２ステージ・ガス源１０２からの最初の出力は比較的熱く、液化ガス１１が蒸発し、第２ステージ出口開口１４を通して排出されるにつれて徐々に冷たくなる。これは、図７の温度プロファイルAに対応する。
【００３２】
あるいは、図７の温度プロファイルBで示すように、蒸発ガスがインフレータを出るにつれて次第に暖かくなる出力ガス温度プロファイルを得るためには、第１ステージ・ガス源からの出力は、第２ステージ出口開口１４と反対側の位置で液化ガス内に導入されなければならない。これは、短い、開いた計量チューブ２０を使用するか、または、代表的には、中空あるいは中実のプラグ３６で計量チューブ２０の端２２を閉じ、図５、５Aに示すように、端２２の反対側の端で計量チューブ２０に穴３８を設けることによって達成し得る。
【００３３】
また、第２ステージ・ハウジング１０の中心付近に計量チューブ２０の出力部を位置させることによって、温度プロファイルCで示すように、短い動作期間後に実質的に一定の温度を有する出力ガスを得ることも可能である。これは、図６、６Aに示してあり、開口４０が、計量チューブ２０に沿ったほぼ中間に設けてある。
【００３４】
当業者には明らかなように、第１ステージ・ガス源１０１から第２ステージ・ガス源１０２内の所定位置まで或る量の比較的熱いガスを振り分ける手段は、第１ステージ・ガス源１０１からの出力ガスが第２ステージ・ガス源１０２内の位置（単数または複数）内に導入され、所望の温度プロファイルをもって第２ステージ・ガス源１０２からガスを急速に放出させ得る限り、図１、３における計量チューブ２０の形態と異なり、種々の形状、形態を採り得る。たとえば、ガス振り分け手段は、上述した計量チューブの２つ以上の組み合わせであってもよいし、第２ステージ・ガス源内の所望位置へガスを導入できる任意の他の手段であってもよい。計量チューブ（単数または複数）については、穴は、計量チューブの全長に沿った種々の部位に設けてもよいし、あるいは、チューブを多孔性材料で作り、有孔率が計量チューブ２０の全長に沿って均一あるいは変化して、出力ガスについて所望の温度プロファイルを得ることができるようにしてもよい。任意特定の用途にとって最適な出力ガス温度プロファイルを得るのに最適なガス振り分け手段の構成は、最小限の実験で容易に決定することができる。
【００３５】
第１ステージ・ガス源としてハイブリッド・インフレータを含む好ましいインフレータ１００は、次のように作動する。すなわち、イニシエータ５（代表的には花火式爆竹）が、加圧された化学的に不活性のガスを収容する第１ステージ・ガス源１０１内の花火材料３ｐの燃焼を開始させる。それによって、このガスの圧力が増大する。この好ましい第１ステージ・ガス源において、花火材料の燃焼の際に不活性ガスの達する最大圧力は、約３０，０００ｐｓｉほどの高さである可能性がある。しかしながら、或る特定の用途のために異なった圧力が必要な場合には、第１ステージ・ガス源が、第１ステージ・ハウジング１のサイズ、花火材料の量または種類、格納した加圧ガスの初期圧力あるいはこれらの組み合わせを変えることによって必要な圧力を得るようにしてもよい。第１ステージ・シール８は、加圧不活性ガスの初期圧力より高いが、第１ステージ・ガス源の作動中に達する最大圧力よりは低い圧力で開くように選ぶ。
【００３６】
第１ステージ・シールが開くと、上述したように、熱ガスが計量チューブ２０を経て第２ステージ・ガス源１０２内へ急速に流入し、そして、計量チューブに設けた給送ポートを通って第２ステージ・ガス源１０２内に格納された液化ガス内へ流入し、その結果、液化ガスが蒸発する。第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源に供給されるガスの体積、温度および圧力は、第２ステージ・ガス源内の液状ガスのすべてあるいはほぼすべてが蒸発するように決める。これらの値は、任意過度な実験を必要とすることなく当業者によって容易に決定できる。上述したように、種々の別のガス分散技術、すなわち、計量チューブ２０以外の技術を使用して、第１ステージ・ガス源によって供給されるガスを第２ステージ・ガス源内の液化ガスと混合させ、それによって、液化ガスを蒸発させ、第２ステージ・ガス源からガスを放出させることもできる。
【００３７】
チューブ２０から分散した熱ガスは、格納された液化ガス（代表的には、第２ステージ・ガス源１０２内に約９００ｐｓｉの圧力で格納されている）を加熱し、蒸発させ、第２ステージ・ガス源内の圧力を、第２ステージ・シール１５が開く圧力、代表的には、約３，５００ｐｓｉの圧力まで上昇させ、第２ステージ・ガス源内のガスを膨張させ、第２ステージ源内のガスを、第２ステージ出口開口１４を通して、代表的には、アダプタ１６を通して可膨張性物体１０３内へ流入させる。
【００３８】
当業者には容易に理解されるように、本発明の膨張システムは、容易に、サイズ、形状を変える可膨張部材を膨らませることができる。或る特定の可膨張部材を膨らませるための必要条件は、膨らませるのに必要なガスの体積、膨張中あるいは膨張後のガスの所望温度および膨張中に可膨張部材を展開させるのに必要な仕事あるいはエネルギを含む。これらの必要条件としては、第１、第２のステージ・ガス源ハウジングの適正なサイズ、第１、第２のステージ出口開口の適切なサイズ、第１ステージ・ガス源内で燃焼した推薬の種類および量、各ステージに格納されるガスの種類、量および圧力、ならびに、第２の容器内へ流入するときにガスを分散、振り分ける技術がある。
【００３９】
大型民間航空機用の非常口シュートあるいは可膨張救命筏のための膨張ガスの温度は、約−１０℃から１００℃、好ましくは、０℃でなければならない。本発明のインフレータで膨らませる可膨張部材内のガスの最終温度、圧力は、インフレータ装置の熱力学ならびに可膨張部材のサイズ、第１、第２のステージ・ガス源内に格納した加圧液化ガスの量によって制御される。温度、圧力、熱伝達を変化させるファクタ、現象および条件を以下に説明する。
【００４０】
第１ステージ・ガス源内の花火材料が燃焼したとき、ガス状燃焼生成物および熱が放出され、第１ステージ・ガス源内の加圧不活性ガスの少なくとも一部を加熱し、ガスの圧力を増大させる。不活性ガスの圧力が予定の値に達したとき、第１ステージ・シールが開き、そして、燃焼ガスと不活性ガスの混合物が第１ステージ出口開口を通して、等エントロピ的、不可逆的、そして、本質的に断熱的に加速され得る。第１ステージ出口開口のところで、第１ステージ・ガス源からの混合ガスの圧力はおよそ半分になり、ガス温度はほぼ１０パーセント低下する。
【００４１】
ガスが第１ステージ出口開口を通って出るにつれて、ガスは、第２ステージ・ガス源における計量チューブにおいて局所的な音速度まで加速される。この時点ではエネルギがなんらガスに加えられないので、ガスの温度、圧力は低下する。突出した計量チューブによって、音速のガス流が一連の衝撃を与えるが、これが、第１ステージ・ガス源からのガスの圧力、温度を部分的に回復させる。ガスのすべての運動がこの時点で止められたならば、第１ステージ・ガス源からのガスの圧力は、ほぼ、前処理室状態まで回復することになろう。
【００４２】
しかしながら、第１ステージ出口開口をガスが通るときのプロセスは実質的に断熱的であるが、約５パーセントもの大きいエネルギ損失が衝撃におけるエネルギ損失（たとえば、ノイズや光）によって生じ、その結果、温度の回復は部分的にすぎない。
【００４３】
燃焼ガス、不活性ガスの混合物が計量チューブを通り、そこから流出するにつれて、第１ステージ・ガス源から放出されたガスは、少なくとも部分的に、第２ステージ・ガス源内に格納された液化ガスと混ぜ合わされる。第１ステージ・ガス源からのガスの大部分は、少なくとも部分的に、第２ステージ・ガス源内の液化ガスまたはその蒸気と混合してから第２ステージ・ガス源から出るが、第１ステージ・ガス源によって放出されたガスの若干量は、格納された液化ガスと混合することなく、第２ステージ・ガス源から可膨張部材または物体内へ流出する可能性がある。しかしながら、この不完全な混合は最終結果に影響を及ぼさない。ただし、異なった計量チューブ構成を使用することによって得られた異なった温度プロファイルについては少なくとも部分的にその原因となる。
【００４４】
第１ステージ・ガス源によって放出されたガスが液化ガスと混合するにつれて、液化ガスは蒸発し、液体の温度でガスの蒸発熱に等しいエネルギ量を吸収する。他の温度変化が生じると、加熱あるいは冷却された材料の熱容量に従って熱エネルギが吸収あるいは放出される。たとえば、２０℃で、１グラムのＣＯ2は蒸発時に４０カロリを吸収するが、１グラムの蒸発したＣＯ2は、１℃だけ加熱された場合、０．２カロリを吸収するにすぎない。
【００４５】
理論的には、第１、第２のステージ・ガス源からのガス混合物は、第２ステージ・ガス源から出て可膨張部材内に流れるとき、仕事をすることなく膨張するが、ガスによって仕事が行われたときにはエネルギが消費され、大気圧に抗して可膨張部材を展開、膨張させる。その結果、ガスにエネルギ損失が生じ、その温度を低下させる。
【００４６】
上述したように、可膨張部材が航空機の非常口ランプまたはスライドまたは救命筏である場合、膨張ガスの温度は約１００℃を超えてはならず、好ましくは約０℃でなければならない。その結果、膨張ガス内の水蒸気が凝結し、存在するガスの総量が減り、蒸発熱、すなわち、１グラムあたり５８５カロリを放出し、これが残留ガスを加熱する。同様に、０℃の好ましい温度では、可膨張部材内の液状の水は凍結し、水の融解熱に等しい熱量、すなわち、１グラムにつき８０カロリを放出する。凍結したときに水からの熱の放出および水が融解するときの熱吸収はシステムを安定化させるのに役立つ。冷間環境においては、液状の水はそれが存在する限り、冷却効果を緩和することになり、温暖環境においては、氷の存在が加熱効果を緩和することになる。
【００４７】
本発明は、本発明のインフレータを使用して、選択しサイズ、形態、材質の可膨張部材を膨らませる方法を包含する。この方法は、第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源内へ、充分な量のガスを、第２ステージ・ガス源内の液化ガスのほぼすべてを蒸発させるに充分に高い温度で放出することを包含する。これによって、液化ガスを蒸発させ、それによって、可膨張部材内に導入されて可膨張部材を膨らませる或る量のガスを発生させる。
【００４８】
インフレータの第１、第２のステージ・ガス源は、膨張した部材が適正に機能するのに必要な圧力で可膨張部材を膨らませるのに充分な量の膨張ガスの量を提供することができなければならない。当業者には理解できるように、このインフレータで発生したガスの圧力および体積は、膨らんだ部材の全体積、第１、第２のステージ・ガス源の体積ならびに膨張ガスの最終温度に依存する。膨張直後の可膨張部材内のガス温度は最大効率を得るように管理しなければならない。本発明の方法は、さらに、適当な体積、温度および圧力のガスによって可膨張部材を急速に膨らませるために、適切な花火材料、オリフィス、サイズ、破裂式ダイアフラムまたはポップオフ弁およびチューブ（または他のガス・ディスペンサ）を選ぶことも規定する。可膨張部材の材質およびそれを膨張前にどのように格納、配置するかは、部材を膨らませるのに必要なエネルギ量に影響する。
【００４９】
（実施例）
以下の限定的でない実施例は、本発明の好ましい具体例を説明しているにすぎず、特許請求の範囲で定義する発明の範囲を制限することは意図していない。
【００５０】
本発明に従って構成したインフレータのテストは、１／６スケールモデルを使用して実施された。スケールモデルをスケールアップして実スケールのインフレータおよび可膨張部材を得るために、体積および重量をテストで使用したスケールモデルの６倍にしたが、同じ初期圧力で得た最終温度、圧力はテストで得たものと同じであった。テストで使用した第１ステージ・ガス源として第１圧力容器を使用し、この容器内に、圧縮した不活性アルゴン・ガス、硝酸アンモニウムからなる花火材料、シクロトリメチレントリニトラミンの活性化剤およびバインダを入れ、開放可能なシールとして破裂可能なダイアフラムを設けた。この第１容器を、１１００ｐｓｉの圧力で液体窒素を格納した第２ステージ・ガス源に接続した。そして、この第２ステージ・ガス源を、１１６リットルの膨張体積を有するスケールモデルの脱出ランプまたはスライドを代表する可膨張物体に接続した。第１ステージ・ガス源圧力容器は、直径１．５インチおよび長さ８インチである。そして、３５００ｐｓｉの圧力で不活性ガスを格納していた。花火材料の点火では、容器内の圧力をダイアフラムが破裂する値まで増大したとき、約７００℃の温度で１６立方インチのガスが放出された。放出された熱ガスは第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源容器内へ流れた。このとき、第２ステージ・ガス源容器は、直径２インチおよび長さ６インチであった。
【００５１】
第１ステージ・ガス源から第２ステージ・ガス源へのガスの導入によって、第２ステージ・ガス源内の液体窒素が蒸発させられ、圧力を増大させ、第２ステージ・ガス源のためのシールとして使用された破裂可能なダイアフラムを破裂させた。これは、０℃の温度で物体を３ｐｓｉの圧力まで膨らませるのに充分な量のガスを１１６リットルの可膨張物体内に放出させた。物体は、他のいかなるガス源（たとえば、ポンプまたは吸引器）も必要とすることなく、第２容器から流れてくるガスによって膨らまされた。
【００５２】
ここに開示した発明は上述した目的を果たすのに充分に計算したものであるが、当業者であれば、種々の改造、変更を案出することができることは明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨および範囲に入るすべての改造、変更をカバーすることは了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、第１、第２のガス発生要素を包含する本発明の装置の立断面図である。
【図２】  図２は、図１の２−２線に沿った、第１ステージ・ガス源を通る断面図である。
【図３】  図３は、図１の３−３線に沿った、第２ステージ・ガス源を通る断面図である。
【図４】  図４は、本発明による第２ガス源の別の具体例を示しており、この具体例が、第２ステージに延びている多孔性チューブとその末端にあるプラグを有することを示す図である。
【図４Ａ】  図４Aは、図４の一部を示す拡大断面図であり、第１位置（位置A）に設けたガス振り分け手段の小孔を示す図である。
【図５】  図５は、図４と同様の図であり、第２ステージ内に延びているチューブの末端と反対側のチューブ端部に設けたチューブ小孔を示す図である。
【図５Ａ】  図５Aは、図５の一部の拡大断面図であり、第２位置（位置B）に設けたガス振り分け手段の孔を示す図である。
【図６】  図６は、第２ステージ・ガス源のさらに別の具体例を示す。
【図６Ａ】  図６Aは、図６の一部の拡大断面図であり、第３位置（位置C）に設けたガス振り分け手段の孔を示す図である。
【図７】  図７は、可膨張部材の内部と周囲環境のそれとの間の温度差を、種々の位置に孔を設けたガス振り分け手段について、膨張時間に対してプロットしたグラフである。
【図１】
0004664498.tif 000002
【図２】
0004664498.tif 000003
【図３】
0004664498.tif 000004
【図４】
0004664498.tif 000005
【図４Ａ】
0004664498.tif 000006
【図５】
0004664498.tif 000007
【図５Ａ】
0004664498.tif 000008
【図６】
0004664498.tif 000009
【図６Ａ】
0004664498.tif 000010
【図７】
0004664498.tif 000011