(57)【要約】本発明は、衝突バッグ（２４）のために充填ガス量を発生する推進剤を収容するために閉鎖部（２）を有するガス発生器ハウジングを備えた、支援システムの衝突バッグ（２４）を展開しかつ充填するガス発生器（１）に関する。さらに本発明は、乗り物のための支援システム、及びこのような支援システムの衝突バッグ（２４）を充填しかつ展開する方法に関する。本発明によれば、充填ガス量の発生のために、もっぱら推進剤が利用され、この推進剤は、ガス発生器（１）の動作準備状態において液相にあり、かつ必要な場合、すなわち支援システムをトリガした際に、突然蒸発する。トリガの際に必要な蒸発は、閉じた圧力空間（３）内に携行された加熱された液体の推進剤、とくに水の圧力負荷逃しによって引起こされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの衝突バッグのために充填ガス量を発生する推進剤を収容するために少なくとも１つの閉鎖部を有するガス発生器ハウジングを備えた、支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するガス発生器において、
−推進剤が、少なくとも１つの蒸発可能な液体の物質を有し、この物質が、燃焼不可能であり、
−圧力空間（３）として構成されたガス発生器ハウジングが、加熱可能であり、
−圧力空間内に、蒸発可能な物質の液体量ｍ０があり、この液体量が、ガス発生器（１）の動作準備状態において、少なくとも１つの衝突バッグ（２４）を展開しかつ充填するためのエネルギー内容を含み、その際、動作準備における圧力及び温度条件（ｐ，Ｔ）から生じる液体量ｍ０のエネルギー内容（エンタルピー）を、少なくとも１つの閉鎖部（２）の開口を通って圧力空間（３）の圧力負荷逃しの場合に、少なくとも、蒸気によって少なくとも１つの衝突バッグ（２４）を突然展開しかつ充填する程度に、多くの液体量ｍ０が蒸発するように決めることができることを特徴とする、支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するガス発生器。
【請求項２】
圧力空間（３）が、ガス発生器を動作準備にし、かつ維持するために、少なくとも１つの加熱装置（１７，１８）を有することを特徴とする、請求項１に記載のガス発生器。
【請求項３】
加熱装置が、電気抵抗加熱部（１７，１８）としてかつ／又は電極ボイラとして構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のガス発生器。
【請求項４】
圧力空間（３）のそれぞれの閉鎖部（２）が、弁又はダイヤフラム（２１）として構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載のガス発生器。
【請求項５】
推進剤が、もっぱら蒸発可能な液体の物質を有することを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載のガス発生器。
【請求項６】
推進剤が水であることを特徴とする、請求項５に記載のガス発生器。
【請求項７】
圧力空間（３）が、蒸発可能な液体の物質に対して透過せずにかつ熱及び圧力負荷に耐える材料からなることを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載のガス発生器。
【請求項８】
圧力空間（３）が、絶縁部（４）、とくに真空絶縁部を有することを特徴とする、請求項１ないし７の１つに記載のガス発生器。
【請求項９】
ガス発生器に結合された少なくとも１つの衝突バッグ、及びガス発生器を制御しかつ／又は調整する少なくとも１つのトリガ及び監視ユニットを有する、乗り物用の支援システムにおいて、請求項１ないし８の１つ又は複数に記載のガス発生器（１）を特徴とする、乗り物用の支援システム。
【請求項１０】
蒸発可能な液体の物質の蒸発によって、少なくとも１つの衝突バッグを充填しかつ展開するための充填ガス量が発生され、その際、必要な場合に必要な蒸発が、液体の物質の圧力負荷逃しによって引起こされることを特徴とする、とくに請求項９に記載の支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを充填しかつ展開する方法。
【請求項１１】
蒸発可能な物質の、とくに水の液体量ｍ０が、少なくとも１つの閉鎖部を有する圧力空間内に携行され、その際、周囲温度及び周囲圧力を越えて圧力及び温度（ｐ，Ｔ）を高めることによって液体量ｍ０のエネルギー内容を、少なくとも１つの閉鎖部の開口を通って圧力空間の圧力負荷逃しの場合に、少なくとも、少なくとも１つの衝突バッグを突然展開しかつ蒸気によって充填する程度に、多くの液体量ｍ０が蒸発するように決めることができることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
蒸発可能な物質に、不活性ガスが添加されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
支援システムの動作準備を達成しかつ維持するために、少なくとも１つの衝突バッグを突然展開しかつ蒸気によって充填するために、蒸発可能な物質の液体量ｍ０が蒸発のために必要なエネルギー内容を有するまで、閉じた圧力空間内における推進剤を加熱することを特徴とする、請求項１０ないし１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
支援システムの動作準備を達成しかつ維持するための加熱エネルギーが、乗り物の機内電源からかつ／又は乗り物の別の熱源から得られることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
乗り物の駆動装置の排熱が、エネルギー源として利用されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
機内電源のエネルギー蓄積器内に定義された残留エネルギーが存在するときにだけ、支援システムの動作状態を達成しかつ維持するためのエネルギーが、機内電源から得られることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
蒸発可能な液体の物質の中央の蒸発によって、複数の衝突バッグの充填及び展開のための充填ガス量が発生され、その際、必要な充填ガス量が、導管及び遮断及び／又は分配部材によって個々の衝突バッグに分配されることを特徴とする、請求項１０及び１６の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、それぞれの衝突バッグのために充填ガス量を発生する推進剤を収容するために少なくとも１つの閉鎖部を有するガス発生器ハウジングを備えた、支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するガス発生器に関する。さらに本発明は、乗り物のための支援システム、及びこのような支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを充填しかつ展開する方法に関する。
【０００２】
支援システムは、あらゆる様式の乗り物、とくに陸上乗り物、船舶及び航空機に使用される。
【０００３】
エアバッグ又はエアバッグシステムとも称する従来の技術において周知の支援システムは、充填ガス量を発生する装置（ガス発生器）及びほとんどの場合に織物の衝突バッグ、及びガス発生器を制御しかつ／又は調整するトリガ及び監視ユニットからなる。この衝突バッグは、例えばかじ取りハンドル車又は側部装備のような乗り物内側部分への衝突から乗り物乗客を保護する。自動車においてトリガ及び監視ユニットは、通常変速レバー案内溝の範囲の中央トンネル内に配置されている。
【０００４】
前記のハイブリッドガス発生器と花火技術的なガス発生器は区別される。ガス発生は、花火技術的なガス発生器の際、花火技術的な推進剤によって行なわれ、この推進剤は、必要な場合に点火される。推進剤の燃焼によって生じた窒素ガスは、ガス発生器ハウジングの開口を通って衝突バッグ内に達し、かつこれをほぼ３０ｍｓにおいて展開しかつ充填する。推進剤の点火は、点火ユニット（ＡＺＥ）によって行なわれ、この点火ユニットは、トリガ及び監視ユニットが発生する電気パルスによって点火される。花火技術的な推進剤は、アジ化ナトリウム／硝酸カリウム／砂からなり、かつ錠剤形にプレスされる。この推進剤は、有毒の物質なので、ますますアジ化ナトリウムを含まない推進剤に置き換えられる。他方においてこれらは、きわめて高いガス温度及びきわめて多くのスラグ割合を有する燃焼ガスを発生するという欠点を有する。
【０００５】
花火技術的なガス発生器の変形は、ハイブリッドガス発生器としての構成である。充填ガス量は、大部分において、高い圧力を受けて圧力ガス容器内に携行された充填ガス（例えばほぼ３００バールにおけるアルゴン）によって、かつわずかな部分において、花火技術的な推進剤の燃焼によって発生される。花火技術的な推進剤は、ガス混合物によって２５０バールまで初応力をかけられた圧力容器を開き、かつ膨張によって引起こされる冷却に基づいて閉鎖部及びガス案内通路における凍結を防止するために、流出する充填ガスを加熱する。ハイブリッドガス発生器は、自動車において、とくに運転者、助手及び側方エアバッグのために使用される。
【０００６】
花火技術的なガス発生器及びハイブリッドガス発生器における花火技術的な推進剤の利用は、システム部品の製造及び組込みに高度な要求を課する：
【０００７】
花火技術的な推進剤の燃焼の際、２０００°Ｃまでの温度が生じる。高い温度に結び付いた危険の可能性は、支援システムの人命救助作用を考慮して、安易に背追い込まれる。
【０００８】
花火技術的な支援システムのその他の問題は、その廃棄にある。これは、注意深いかつ安全技術的に危険のない推進剤の解体及び無力化を必要とする。花火技術的な推進剤又は推進剤成分を有する古い乗り物の管理されない廃棄は、安全性及び環境に対してかなりの危険の可能性をなす。
【０００９】
アジ化物を含まない推進剤による花火技術的なガス発生器の際、燃焼ガスの高い温度及びガスの高いスラグ割合を減少するために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６１２５８１号明細書に、すでにガス発生器が提案されており、ここでは燃焼空間内に花火技術的な推進剤の他に、出口開口の前に蒸発可能な物質が配置されている。燃焼ガスと蒸発可能な物質との間のエネルギー交換によって、衝突バッグの展開及び充填のために、わずかな損失により花火技術的な推進剤のエネルギー内容を維持することができる。エネルギー交換は、蒸発可能な物質の蒸発を引起こし、かつしたがって燃焼ガスの冷却を引起こし、したがってスラグ物質の減少を引起こす。衝突バッグのための充填ガス量は、第１に、花火技術的な推進剤の燃焼ガス及びエネルギー交換の結果として形成された蒸気から合成される。燃焼ガスの熱エネルギーが、蒸発可能な物質の蒸発のために使用され、かつ燃焼ガスがハウジング部分によって冷却されないということは、この処置の利点とみなされる。
【００１０】
ガス発生器内における補助処置としての蒸発可能な物質の配置は、充填ガス量の温度を低下し、かつ無毒の花火技術的な推進剤の使用を可能にするが、ガス発生器への別の要求を、満足するように満たさない。ガス発生器の安全な取扱い、熱安定性、環境を汚染しない廃棄、及び望ましいコストの製造を強調することができる。
【００１１】
それ故にこの従来の技術を前提として、本発明の課題は、推進剤のための無毒の原料を維持して、前記の要求を一層良好に満たす、支援システムのためのガス発生器を提供することにある。さらに本発明の課題は、支援システムの衝突バッグのための充填ガス量を発生する方法を提供することにある。
【００１２】
この課題の解決策は、充填ガス量の発生のためにもっぱら推進剤が利用され、この推進剤が、ガス発生器の動作準備の状態において液相にあり、かつ必要な場合に、すなわち支援システムのトリガの際に、突然蒸発するという思想に基づいている。
【００１３】
詳細には、課題は、初めに述べたようなガス発生器において次のようにして解決される。すなわち推進剤が、少なくとも１つの蒸発可能な液体の物質を有し、この物質が、燃焼不可能であり、圧力空間として構成されたガス発生器ハウジングが、加熱可能であり、圧力空間内に、蒸発可能な物質の液体量ｍ０があり、この液体量が、ガス発生器の動作準備状態において、少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するためのエネルギー内容を含み、その際、動作準備における圧力及び温度条件（ｐ，Ｔ）から生じる液体量ｍ０のエネルギー内容（エンタルピー）を、少なくとも１つの閉鎖部の開口を通って圧力空間の圧力負荷逃しの場合に、少なくとも、蒸気によって少なくとも１つの衝突バッグを突然展開しかつ充填する程度に、多くの液体量ｍ０が蒸発するように決めることができる。
【００１４】
蒸発の際、液体の蒸発可能な物質の容積は、８００−１０００倍に膨張する。蒸発のために必要な気化熱は、動作準備状態において蒸発可能な物質が、必要な充填ガス量のために必要な液体量を蒸発するために十分な熱内容を伴うことによって、提供される。このことは、選ばれた蒸発可能な物質に応じて、圧力空間内における高い圧力（例えば２００バール）、及び蒸気圧曲線に相当する温度を必要とする。
【００１５】
蒸発可能な物質は、それぞれ個々の衝突バッグのすぐ近くに、又は空間的に切離して、分離した圧力空間内に貯蔵することができる。本発明の構成において、航空機、船舶又は陸上乗り物に存在する複数又はすべての衝突バッグのための蒸発可能な物質の中央貯蔵部は、１つの圧力空間内に設けられている。この場合、必要な充填ガス量は、支援システムがトリガされたときに、導管及び遮断及び／又は分配部材によって個々の衝突バッグに分配される。
【００１６】
有利な蒸発可能な物質として水を使用するかぎり、ガス発生器の製造、処理、貯蔵、廃棄、保守、修理及び輸送の際に、花火技術的な推進剤において必要な安全要求は省略される。本発明によるガス発生器の別の利点は、充填ガス量を発生するために、推進剤から充填ガス量の発生をトリガする点火ユニットは、もはや必要ないという点にある。本発明によるガス発生器において、充填ガスを放出するために、動作状態にあるガス発生器の圧力空間の圧力負荷逃しで十分である。動作状態は、蒸発可能な物質の液体量ｍ０による環境温度における圧力空間の圧力をかけない充填の後に、少なくとも１つの衝突バッグを突然に展開し、かつ蒸気によって充填するために、蒸発可能な物質の液体量ｍ０が蒸発のために必要なエネルギー内容を有するまで、閉じた圧力空間内における推進剤が加熱装置によって加熱されることによって達成される。
【００１７】
その上さらに花火技術的なガス発生器の完全な省略は、事故様式及び充填すべき衝突バッグに依存して閉鎖部を意図的に制御することによって、放出されるガス量を制御することができるという利点を提供する。制御された充填ガス量は、花火技術的な推進剤の場合、その点火の後にはほとんど解決できない問題をなしている。
【００１８】
ガス発生器を動作準備にしかつ維持するために、圧力空間に少なくとも１つの加熱装置が配置されており、この加熱装置は、なるべく電気抵抗加熱部として、かつ／又は電極ボイラとして構成されている。この時、熱エネルギーは、乗り物の機内電源から取出すことができる。しかしながら支援システムの動作準備を達成しかつ維持する電気エネルギーは、目的に合うように、機内電源のエネルギー蓄積器内に、とくに乗り物駆動用のスタータバッテリー内に、定義された残留エネルギーが存在するときにだけ、機内電源から取得される。
【００１９】
その代わりに又はそれに加えて、熱エネルギーは、乗り物の別の熱源から取得することができ、例えば排気ガスの排熱又は定置の加熱部から取得することができる。
【００２０】
利用される燃焼不可能な蒸発可能な液体の様式に応じて、動作準備状態のために高い温度が必要である。動作準備を維持するために圧力空間から外部への熱流を減少するために、圧力空間は絶縁されている。高絶縁阻止材料の他に、とくに真空絶縁が考慮される。絶縁の有効性は、欠陥を確認しかつ信号通知するために、定常的に電気的に監視することができる。いずれにせよトリガ及び監視ユニットは、加熱装置を制御するために、蒸発可能な物質の温度を継続的に測定する。動作準備の間に予期されない温度低下が生じた場合、このことは、絶縁の欠陥を示唆し、かつ信号通知することができる。
【００２１】
ガス発生器を動作準備に維持するために、環境への蒸発可能な物質の熱損失を補償する分離した補償加熱部を設けることができる。乗り物の停止期間に依存して、補償加熱部は、異なった動作をすることができる。乗り物の停止が短い際、この補償加熱部は、動作準備を維持するが、一方中間の期間の停止の際、まず十分な残留エネルギーの際に、蒸発可能な物質を減少した温度に維持するために、バッテリーの充電状態がチェックされる。停止時間がさらに継続し、かつ補償加熱部の減少した温度にもかかわらず、バッテリーの充電状態が、必要な残留エネルギーを下回るとき、乗り物駆動装置の後のスタート過程のために十分に残留エネルギーを維持しておくために、停止時間の残りにわたって、加熱装置は完全に遮断される。それぞれさらに長い停止の後に圧力空間内に支配的な温度、及び乗り物スタートの後に場合によっては必要な加熱期間は、なるべく計器パネルに表示される。
【００２２】
圧力空間は、蒸発可能な液体の物質に対して透過せずかつ熱及び圧力に耐える材料からなり、なるべく被覆されたかつ／又はステンレスの鋼、積層板及び炭素繊維複合材料からなる。
【００２３】
本発明によるガス発生器は、なるべくガス発生器に結合された少なくとも１つの衝突バッグ及びガス発生器を制御しかつ／又は調整する少なくとも１つのトリガ及び監視ユニットを備えた乗り物のための支援システムに使用される。トリガ及び監視ユニットは、減速度の強さを認識し、かつそれに依存して数ミリ秒以内にガス発生器を活性化し、かつ支援システムの機能を継続的に監視するという役割を有する。乗り物減速度は、センサを介して電子的に測定される。減速度が所定の限界値を越えた場合、トリガ及び監視ユニットを介して、トリガ及び監視ユニットが例えば電磁操作される弁を制御し、又は心棒を介して圧力空間のダイヤフラムを破壊することによって、圧力空間の閉鎖部が開かれる。
【００２４】
次に図面の発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１による乗り物のための支援システムは、ガス発生器１に結合された衝突バッグ２４、及びトリガ及び監視ユニット２５からなる。トリガ及び監視ユニット２５は、センサ解析２６を介して、例えば重大な事故の際に生じるような定義された減速度値の超過を記録する。ガス発生器１をトリガするために、トリガ及び監視ユニット２５は、圧力空間３内に携行される加熱された水の圧力負荷逃しをトリガするために、電磁弁として形成された閉鎖部２を制御する。圧力負荷逃しは、水の突然の、技術的な意味において遅れのない蒸発を引起こす。生じた蒸気は、衝突バッグ２４を展開しかつ充填する。
【００２６】
蒸発可能な物質としての水の例において、次に図２及び３によって、動作準備Ａの状態において液相にある水が、圧力空間３の圧力負荷逃しによって支援システムのトリガの際に、技術的な意味において遅れなく、どのようにして蒸発するかを説明する。それ故に図２及び３に含まれる数値は、水に対してのみ有効である。動作準備Ａの状態において、水は高い圧力を受けており、かつ蒸発可能な物質、水の蒸気圧曲線にしたがってこの圧力に対応する高い温度を有する：（圧力１５０バール、温度３４２°Ｃ及びエンタルピー１，６０６ｋＪ／ｋｇ）。この状態において水は、１．６５８リットル／ｋｇの比容積を有する（図３参照）。圧力容器３の圧力負荷逃しの際、すなわち支援システムをトリガした後に、圧力は、ほぼ１バールの環境圧力に低下し、かつ圧力空間３内における水の液体量ｍ０は、割合に応じてそれぞれ蒸気状の状態Ｂ及び液体の状態Ｃをとる。蒸気は、１バールの圧力の際に２，６７５ｋＪ／ｋｇのエンタルピー、１００°Ｃの温度、及び１．６９４立方メートル／ｋｇ（図３）の比容積を有する。状態Ａに対して、比容積は、係数１０００だけ増加している。容積増大は、とくに図３においてはっきりと認めることができる。水の容器内に残った割合は、１バール、１００°Ｃの大きさ及び４１７．５ｋＪ／ｋｇのエンタルピーを有する液体状態Ｃにある。比容積は、１．０３リットル／ｋｇ（図３）である。圧力負荷逃しの際に水が分割される質量割合は、エンタルピーの平衡から明らかであり：状態Ａにおける水のエネルギー内容は、状態Ｂ及びＣにおける割合に応じた質量のエネルギー内容の合計に等しい。状態ＡからＢ及びＣへの遷移の際にエネルギー損失は、遅れのない変化に基づいて、無視できるほど小さい。数値例においてこのエンタルピーの平衡から、状態Ａにおける質量に対する状態Ｂにおける質量に対して
０．５３：１｛（１，６０６．１−４１７．５）：（２，６７５．４−４１７．５）｝
の関係が明らかである。
【００２７】
図４は、適当なガス発生器１に対する例を示しており、このガス発生器の圧力空間３は、蒸発可能な物質としての水によって満たされている。圧力空間３は、絶縁部４によって囲まれており、かつ図４には図示されていない加熱装置によって加熱可能である。水の量は、ガス発生器の動作状態において、図４に図示されていない衝突バッグ２４の展開及び充填のためのエネルギー内容を含んでいる。圧力空間３の動作状態は、図示されていない衝突バッグ２４を突然に、すなわちほぼ１０−３０ミリ秒内に展開しかつ蒸気によって充填するために、水量が蒸発のために必要なエネルギー内容を有するまで、加熱装置が水を加熱することによって達成される。絶縁部４は、環境への水の熱放出を減少し、かつそれにより動作状態の維持のために追加供給すべき熱エネルギーを減少する。
【００２８】
図４による実施例における閉鎖部２は、弁として形成されている。円筒形の通口を有する案内ブロック６内に、通過開口８を有する円筒形のピン７が、可動に配置されている。ほぼ中央において通過開口８内に、横向き通路９が口を開いており、この横向き通路は、ピンの移動によって、圧力空間３の出口１１に一致させることができる。複数のＯリング１２は、円筒形のピン７を案内ブロック６に対してガス密に密閉している。ピン７は、例えば図４には図示しない電磁石によって、矢印方向に移動することができ、この電磁石は、トリが及び監視ユニット２５によって制御される。閉鎖部２の端面側支持部に、直接図示しない衝突バッグ２４が、又は供給導管が接続されて、この供給導管は、それから空間的に離れた衝突バッグに蒸気を供給する。
【００２９】
図５によるガス発生器１は、図４によるガス発生器と同一の閉鎖部２を有するので、その点においてここにおける説明を参照する。しかし圧力空間３は、二重壁の構成を有する。壁１３、１４の間に、排気されたリング空間１５が存在し、このリング空間は、絶縁体として圧力空間３を囲んでいる。
【００３０】
図６は、絶縁のために同様にリング空間１５を有するガス発生器１を示している。壁１３は、加熱コイル１７が巻かれた収縮した範囲１６を有する。図６に示されていない電気線を介して加熱コイル１７は、乗り物の機内電源から電気エネルギーを供給される。圧力空間３の圧力負荷逃しのための閉鎖部２、及び加熱コイル１７のための給電線は、図６に図示されていない。
【００３１】
図７ａ、７ｂは、最後に圧力空間３の軸線方向に延びた加熱棒１８を有するガス発生器１を示しており、これらの加熱棒は、絶縁するリング空間１５内において、壁１３の軸線方向に延びた凹所１９内に埋め込まれている。閉鎖部２、及び加熱棒１８のための給電線は、図７ａ、７ｂに図示されていない。
【００３２】
最後に図８は、圧力空間３を有するガス発生器１を示しており、この圧力空間は、構成において図４によるものと一致しているが、閉鎖部２に関して相違している。閉鎖部２は、ダイヤフラム２１からなり、このダイヤフラムは、その外側の縁において、挿入片２２に固定的に結合されており、この挿入片は、他方において圧力空間３の出口１１内にねじ込まれている。圧力空間３の軸線方向に可動の心棒２３は、支援システムのトリガの際に、例えば電磁石又は花火技術的な推進剤のような図８に図示されていない移動手段によって、ダイヤフラム２１の方向に移動される。その際、心棒２３は、ダイヤフラム２１を破壊するので、圧力空間３内の水の圧力負荷逃し、及び図示しない衝突バッグ２４の展開及び充填が行なわれるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス発生器を有する支援システムの基本図である。
【図２】本発明によるガス発生器の動作様式の基本図である。
【図３】本発明によるガス発生器の動作様式の基本図である。
【図４】固体絶縁部及び弁を含む本発明によるガス発生器の略図である。
【図５】真空絶縁部及び弁を含む本発明によるガス発生器の図である。
【図６】加熱コイルを含む本発明によるガス発生器の図である。
【図７ａ】加熱棒を有する本発明によるガス発生器の図である。
【図７ｂ】加熱棒を有する本発明によるガス発生器の図である。
【図８】固体絶縁部及びダイヤフラムを含む本発明によるガス発生器の図である。
【国際公開パンフレット】
2004505850.tif 000003
2004505850.tif 000004
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【手続補正書】
【提出日】平成14年5月6日(2002.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【書類名】明細書
【発明の名称】乗り物用のガス発生器及び支援システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】それぞれの衝突バッグのために充填ガス量を発生する推進剤を収容するために少なくとも１つの閉鎖部を有するガス発生器ハウジングを備え、その際、推進剤が、少なくとも１つの蒸発可能な液体の物質を有し、この物質が、燃焼不可能であり、圧力空間として構成されたガス発生器ハウジングが、加熱可能であり、圧力空間内に、蒸発可能な物質の液体量ｍ０があり、この液体量が、ガス発生器の動作準備状態において、少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するためのエネルギー内容を含み、その際、動作準備における圧力及び温度条件（ｐ，Ｔ）から生じる液体量ｍ０のエネルギー内容（エンタルピー）を、少なくとも１つの閉鎖部の開口を通って圧力空間の圧力負荷逃しの場合に、少なくとも、蒸気によって少なくとも１つの衝突バッグを突然展開しかつ充填する程度に、多くの液体量ｍ０が蒸発するように決めることができる、支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するガス発生器において、蒸発可能な液体の物質が水であることを特徴とする、支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するガス発生器。
【請求項２】圧力空間（３）が、ガス発生器を動作準備にし、かつ維持するために、少なくとも１つの加熱装置（１７，１８）を有することを特徴とする、請求項１に記載のガス発生器。
【請求項３】加熱装置が、電気抵抗加熱部（１７，１８）としてかつ／又は電極ボイラとして構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のガス発生器。
【請求項４】圧力空間（３）のそれぞれの閉鎖部（２）が、弁又はダイヤフラム（２１）として構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載のガス発生器。
【請求項５】推進剤が、もっぱら蒸発可能な液体の物質を有することを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載のガス発生器。
【請求項６】圧力空間（３）が、水に対して透過せずにかつ熱及び圧力負荷に耐える材料からなることを特徴とする、請求項１ないし５の１つに記載のガス発生器。
【請求項７】圧力空間（３）が、絶縁部（４）、とくに真空絶縁部を有することを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載のガス発生器。
【請求項８】ガス発生器に結合された少なくとも１つの衝突バッグ、及びガス発生器を制御しかつ／又は調整する少なくとも１つのトリガ及び監視ユニットを有する、乗り物用の支援システムにおいて、請求項１ないし１の１つ又は複数に記載のガス発生器（１）を特徴とする、乗り物用の支援システム。
【請求項９】水の蒸発によって、少なくとも１つの衝突バッグを充填しかつ展開するための充填ガス量が発生され、その際、必要な場合に必要な蒸発が、水の圧力負荷逃しによって引起こされることを特徴とする、とくに請求項８に記載の支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを充填しかつ展開する方法。
【請求項１０】水の液体量ｍ０が、少なくとも１つの閉鎖部を有する圧力空間内に携行され、その際、周囲温度及び周囲圧力を越えて圧力及び温度（ｐ，Ｔ）を高めることによって液体量ｍ０のエネルギー内容を、少なくとも１つの閉鎖部の開口を通って圧力空間の圧力負荷逃しの場合に、少なくとも、少なくとも１つの衝突バッグを突然展開しかつ蒸気によって充填する程度に、多くの液体量ｍ０が蒸発するように決めることができることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１１】蒸発可能な物質に、不活性ガスが添加されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】支援システムの動作準備を達成しかつ維持するために、少なくとも１つの衝突バッグを突然展開しかつ蒸気によって充填するために、水の液体量ｍ０が蒸発のために必要なエネルギー内容を有するまで、閉じた圧力空間内における水を加熱することを特徴とする、請求項１０ないし１２の１つに記載の方法。
【請求項１３】支援システムの動作準備を達成しかつ維持するための加熱エネルギーが、乗り物の機内電源からかつ／又は乗り物の別の熱源から得られることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】乗り物の駆動装置の排熱が、エネルギー源として利用されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】機内電源のエネルギー蓄積器内に定義された残留エネルギーが存在するときにだけ、支援システムの動作状態を達成しかつ維持するためのエネルギーが、機内電源から得られることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１６】水の中央の蒸発によって、複数の衝突バッグの充填及び展開のための充填ガス量が発生され、その際、必要な充填ガス量が、導管及び遮断及び／又は分配部材によって個々の衝突バッグに分配されることを特徴とする、請求項９及び１５の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、それぞれの衝突バッグのために充填ガス量を発生する推進剤を収容するために少なくとも１つの閉鎖部を有するガス発生器ハウジングを備え、その際、圧力空間として構成されたガス発生器ハウジングが、加熱可能であり、圧力空間内に、蒸発可能な物質の液体量ｍ０があり、この液体量が、ガス発生器の動作準備状態において、少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するためのエネルギー内容を含み、その際、動作準備における圧力及び温度条件（ｐ，Ｔ）から生じる液体量ｍ０のエネルギー内容（エンタルピー）を、少なくとも１つの閉鎖部の開口を通って圧力空間の圧力負荷逃しの場合に、少なくとも、蒸気によって少なくとも１つの衝突バッグを突然展開しかつ充填する程度に、多くの液体量ｍ０が蒸発するように決めることができる、支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを展開しかつ充填するガス発生器に関する。さらに本発明は、乗り物のための支援システム、及びこのような支援システムの少なくとも１つの衝突バッグを充填しかつ展開する方法に関する。
【０００２】
支援システムは、あらゆる様式の乗り物、とくに陸上乗り物、船舶及び航空機に使用される。
【０００３】
エアバッグ又はエアバッグシステムとも称する従来の技術において周知の支援システムは、充填ガス量を発生する装置（ガス発生器）及びほとんどの場合に織物の衝突バッグ、及びガス発生器を制御しかつ／又は調整するトリガ及び監視ユニットからなる。この衝突バッグは、例えばかじ取りハンドル車又は側部装備のような乗り物内側部分への衝突から乗り物乗客を保護する。自動車においてトリガ及び監視ユニットは、通常変速レバー案内溝の範囲の中央トンネル内に配置されている。
【０００４】
いわゆるハイブリッドガス発生器と花火技術的なガス発生器は区別される。ガス発生は、花火技術的なガス発生器の際、花火技術的な推進剤によって行なわれ、この推進剤は、必要な場合に点火される。推進剤の燃焼によって生じた窒素ガスは、ガス発生器ハウジングの開口を通って衝突バッグ内に達し、かつこれをほぼ３０ｍｓにおいて展開しかつ充填する。推進剤の点火は、点火ユニット（ＡＺＥ）によって行なわれ、この点火ユニットは、トリガ及び監視ユニットが発生する電気パルスによって点火される。花火技術的な推進剤は、アジ化ナトリウム／硝酸カリウム／砂からなり、かつ錠剤形にプレスされる。この推進剤は、有毒の物質なので、ますますアジ化ナトリウムを含まない推進剤に置き換えられる。他方においてこれらは、きわめて高いガス温度及びきわめて多くのスラグ割合を有する燃焼ガスを発生するという欠点を有する。
【０００５】
花火技術的なガス発生器の変形は、ハイブリッドガス発生器としての構成である。充填ガス量は、大部分において、高い圧力を受けて圧力ガス容器内に携行された充填ガス（例えばほぼ３００バールにおけるアルゴン）によって、かつわずかな部分において、花火技術的な推進剤の燃焼によって発生される。花火技術的な推進剤は、ガス混合物によって２５０バールまで初応力をかけられた圧力容器を開き、かつ膨張によって引起こされる冷却に基づいて閉鎖部及びガス案内通路における凍結を防止するために、流出する充填ガスを加熱する。ハイブリッドガス発生器は、自動車において、とくに運転者、助手及び側方エアバッグのために使用される。
【０００６】
花火技術的なガス発生器及びハイブリッドガス発生器における花火技術的な推進剤の利用は、システム部品の製造及び組込みに高度な要求を課する：
【０００７】
花火技術的な推進剤の燃焼の際、２０００°Ｃまでの温度が生じる。高い温度に結び付いた危険の可能性は、支援システムの人命救助作用を考慮して、安易に背追い込まれる。
【０００８】
花火技術的な支援システムのその他の問題は、その廃棄にある。これは、注意深いかつ安全技術的に危険のない推進剤の解体及び無力化を必要とする。花火技術的な推進剤又は推進剤成分を有する古い乗り物の管理されない廃棄は、安全性及び環境に対してかなりの危険の可能性をなす。
【０００９】
アジ化物を含まない推進剤による花火技術的なガス発生器の際、燃焼ガスの高い温度及びガスの高いスラグ割合を減少するために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６１２５８１号明細書に、すでにガス発生器が提案されており、ここでは燃焼空間内に花火技術的な推進剤の他に、出口開口の前に蒸発可能な物質が配置されている。燃焼ガスと蒸発可能な物質との間のエネルギー交換によって、衝突バッグの展開及び充填のために、わずかな損失により花火技術的な推進剤のエネルギー内容を維持することができる。エネルギー交換は、蒸発可能な物質の蒸発を引起こし、かつしたがって燃焼ガスの冷却を引起こし、したがってスラグ物質の減少を引起こす。衝突バッグのための充填ガス量は、第１に、花火技術的な推進剤の燃焼ガス及びエネルギー交換の結果として形成された蒸気から合成される。燃焼ガスの熱エネルギーが、蒸発可能な物質の蒸発のために使用され、かつ燃焼ガスがハウジング部分によって冷却されないということは、この処置の利点とみなされる。
【００１０】
ガス発生器内における補助処置としての蒸発可能な物質の配置は、充填ガス量の温度を低下し、かつ無毒の花火技術的な推進剤の使用を可能にするが、ガス発生器への別の要求を、満足するように満たさない。ガス発生器の安全な取扱い、熱安定性、環境を汚染しない廃棄、及び望ましいコストの製造を強調することができる。
【００１１】
最後に英国特許第１３３３９５９号明細書によれば、自動車用の安全装置が明らかであり、この安全装置において作業媒体、液体及び蒸気からなる混合物が容器内に貯蔵される。作業媒体は、容器内において加熱されるので、その圧力及びエンタルピーは一定の容積において変化する。加熱は、作業媒体を液体状態に維持するために、温度を適正に維持する。事故の際、爆発装置によって容器の密閉板が外されるので、作業媒体は瞬間的に蒸発し、かつ安全装置の衝突バッグ内に流れることができる。この状態変化の間に、作業媒体の圧力は低下するが、一方容積は大幅に増大する。有利な作業媒体として、ふっ化された炭化水素が挙げられる。
【００１２】
それ故にこの従来の技術を前提として、本発明の課題は、推進剤のための無毒の原料を維持して、前記の要求を一層良好に満たす、支援システムのためのガス発生器を提供することにある。さらに本発明の課題は、支援システムの衝突バッグのための充填ガス量を発生する方法を提供することにある。
【００１３】
この課題の解決策は、充填ガス量の発生のためにもっぱら推進剤が利用され、この推進剤が、ガス発生器の動作準備の状態において液相にあり、かつ必要な場合に、すなわち支援システムのトリガの際に、突然蒸発するという思想に基づいている。
【００１４】
詳細には、課題は、初めに述べたようなガス発生器において次のようにして解決される。すなわち蒸発可能な液体の物質が水である。
【００１５】
蒸発可能な物質として水を利用することにより、ガス発生器の製造、処理、貯蔵、廃棄、保守、修理及び輸送の際に、花火技術的な推進剤の際に必要な安全要求は省略される。
【００１６】
その上さらに花火技術的なガス発生器の完全な省略は、事故様式及び充填すべき衝突バッグに依存して閉鎖部を意図的に制御することによって、放出されるガス量を制御することができるという利点を提供する。制御された充填ガス量は、花火技術的な推進剤の場合、その点火の後にはほとんど解決できない問題をなしている。
【００１７】
蒸発の際、水の容積は、８００−１０００倍に膨張する。蒸発のために必要な気化熱は、動作準備状態において蒸発可能な物質が、必要な充填ガス量のために必要な液体量を蒸発するために十分な熱内容を伴うことによって、提供される。このことは、圧力空間内における高い圧力（例えば２００バール）、及び蒸気圧曲線に相当する温度を必要とする。
【００１８】
水は、それぞれ個々の衝突バッグのすぐ近くに、又は空間的に切離して、分離した圧力空間内に貯蔵することができる。本発明の構成において、航空機、船舶又は陸上乗り物に存在する複数又はすべての衝突バッグのための水の中央貯蔵部は、１つの圧力空間内に設けられている。この場合、必要な充填ガス量は、支援システムがトリガされたときに、導管及び遮断及び／又は分配部材によって個々の衝突バッグに分配される。
【００１９】
本発明によるガス発生器の別の利点は、充填ガス量を発生するために、推進剤から充填ガス量の発生をトリガする点火ユニットは、もはや必要ないという点にある。本発明によるガス発生器において、充填ガスを放出するために、動作状態にあるガス発生器の圧力空間の圧力負荷逃しで十分である。動作状態は、環境温度における圧力空間の圧力をかけない充填の後に、少なくとも１つの衝突バッグを突然に展開し、かつ蒸気によって充填するために、水が蒸発のために必要なエネルギー内容を有するまで、閉じた圧力空間内における水が加熱されることによって達成される。
【００２０】
ガス発生器を動作準備にしかつ維持するために、それ故に圧力空間に少なくとも１つの加熱装置が配置されており、この加熱装置は、なるべく電気抵抗加熱部として、かつ／又は電極ボイラとして構成されている。この時、熱エネルギーは、乗り物の機内電源から取出すことができる。しかしながら支援システムの動作準備を達成しかつ維持する電気エネルギーは、目的に合うように、機内電源のエネルギー蓄積器内に、とくに乗り物駆動用のスタータバッテリー内に、定義された残留エネルギーが存在するときにだけ、機内電源から取得される。
【００２１】
その代わりに又はそれに加えて、熱エネルギーは、乗り物の別の熱源から取得することができ、例えば排気ガスの排熱又は定置の加熱部から取得することができる。
【００２２】
動作準備を維持するために圧力空間から外部への熱流を減少するために、圧力空間は絶縁されている。高絶縁阻止材料の他に、とくに真空絶縁が考慮される。絶縁の有効性は、欠陥を確認しかつ信号通知するために、定常的に電気的に監視することができる。いずれにせよトリガ及び監視ユニットは、加熱装置を制御するために、蒸発可能な物質の温度を継続的に測定する。動作準備の間に予期されない温度低下が生じた場合、このことは、絶縁の欠陥を示唆し、かつ信号通知することができる。
【００２３】
ガス発生器を動作準備に維持するために、環境への蒸発可能な物質の熱損失を補償する分離した補償加熱部を設けることができる。乗り物の停止期間に依存して、補償加熱部は、異なった動作をすることができる。乗り物の停止が短い際、この補償加熱部は、動作準備を維持するが、一方中間の期間の停止の際、まず十分な残留エネルギーの際に、蒸発可能な物質を減少した温度に維持するために、バッテリーの充電状態がチェックされる。停止時間がさらに継続し、かつ補償加熱部の減少した温度にもかかわらず、バッテリーの充電状態が、必要な残留エネルギーを下回るとき、乗り物駆動装置の後のスタート過程のために十分に残留エネルギーを維持しておくために、停止時間の残りにわたって、加熱装置は完全に遮断される。それぞれさらに長い停止の後に圧力空間内に支配的な温度、及び乗り物スタートの後に場合によっては必要な加熱期間は、なるべく計器パネルに表示される。
【００２４】
圧力空間は、水に対して透過せずかつ熱及び圧力に耐える材料からなり、なるべく被覆されたかつ／又はステンレスの鋼、積層板及び炭素繊維複合材料からなる。
【００２５】
本発明によるガス発生器は、なるべくガス発生器に結合された少なくとも１つの衝突バッグ及びガス発生器を制御しかつ／又は調整する少なくとも１つのトリガ及び監視ユニットを備えた乗り物のための支援システムに使用される。トリガ及び監視ユニットは、減速度の強さを認識し、かつそれに依存して数ミリ秒以内にガス発生器を活性化し、かつ支援システムの機能を継続的に監視するという役割を有する。乗り物減速度は、センサを介して電子的に測定される。減速度が所定の限界値を越えた場合、トリガ及び監視ユニットを介して、トリガ及び監視ユニットが例えば電磁操作される弁を制御し、又は心棒を介して圧力空間のダイヤフラムを破壊することによって、圧力空間の閉鎖部が開かれる。
【００２６】
次に図面の発明を詳細に説明する。
【００２７】
図１による乗り物のための支援システムは、ガス発生器１に結合された衝突バッグ２４、及びトリガ及び監視ユニット２５からなる。トリガ及び監視ユニット２５は、センサ解析２６を介して、例えば重大な事故の際に生じるような定義された減速度値の超過を記録する。ガス発生器１をトリガするために、トリガ及び監視ユニット２５は、圧力空間３内に携行される加熱された水の圧力負荷逃しをトリガするために、電磁弁として形成された閉鎖部２を制御する。圧力負荷逃しは、水の突然の、技術的な意味において遅れのない蒸発を引起こす。生じた蒸気は、衝突バッグ２４を展開しかつ充填する。
【００２８】
図２及び３は、動作準備Ａの状態において液相にある水が、圧力空間３の圧力負荷逃しによって支援システムのトリガの際に、技術的な意味において遅れなく、どのようにして蒸発するかを説明している。図２及び３に含まれる数値は、水に対して有効である。動作準備Ａの状態において、水は高い圧力を受けており、かつ蒸発可能な物質、水の蒸気圧曲線にしたがってこの圧力に対応する高い温度を有する：（圧力１５０バール、温度３４２°Ｃ及びエンタルピー１，６０６ｋＪ／ｋｇ）。この状態において水は、１．６５８リットル／ｋｇの比容積を有する（図３参照）。圧力容器３の圧力負荷逃しの際、すなわち支援システムをトリガした後に、圧力は、ほぼ１バールの環境圧力に低下し、かつ圧力空間３内における水の液体量ｍ０は、割合に応じてそれぞれ蒸気状の状態Ｂ及び液体の状態Ｃをとる。蒸気は、１バールの圧力の際に２，６７５ｋＪ／ｋｇのエンタルピー、１００°Ｃの温度、及び１．６９４立方メートル／ｋｇ（図３）の比容積を有する。状態Ａに対して、比容積は、係数１０００だけ増加している。容積増大は、とくに図３においてはっきりと認めることができる。水の容器内に残った割合は、１バール、１００°Ｃの大きさ及び４１７．５ｋＪ／ｋｇのエンタルピーを有する液体状態Ｃにある。比容積は、１．０３リットル／ｋｇ（図３）である。圧力負荷逃しの際に水が分割される質量割合は、エンタルピーの平衡から明らかであり：状態Ａにおける水のエネルギー内容は、状態Ｂ及びＣにおける割合に応じた質量のエネルギー内容の合計に等しい。状態ＡからＢ及びＣへの遷移の際にエネルギー損失は、遅れのない変化に基づいて、無視できるほど小さい。数値例においてこのエンタルピーの平衡から、状態Ａにおける質量に対する状態Ｂにおける質量に対して
０．５３：１｛（１，６０６．１−４１７．５）：（２，６７５．４−４１７．５）｝
の関係が明らかである。
【００２９】
図４は、適当なガス発生器１に対する例を示しており、このガス発生器の圧力空間３は、蒸発可能な物質としての水によって満たされている。圧力空間３は、絶縁部４によって囲まれており、かつ図４には図示されていない加熱装置によって加熱可能である。水の量は、ガス発生器の動作状態において、図４に図示されていない衝突バッグ２４の展開及び充填のためのエネルギー内容を含んでいる。圧力空間３の動作状態は、図示されていない衝突バッグ２４を突然に、すなわちほぼ１０−３０ミリ秒内に展開しかつ蒸気によって充填するために、水量が蒸発のために必要なエネルギー内容を有するまで、加熱装置が水を加熱することによって達成される。絶縁部４は、環境への水の熱放出を減少し、かつそれにより動作状態の維持のために追加供給すべき熱エネルギーを減少する。
【００３０】
図４による実施例における閉鎖部２は、弁として形成されている。円筒形の通口を有する案内ブロック６内に、通過開口８を有する円筒形のピン７が、可動に配置されている。ほぼ中央において通過開口８内に、横向き通路９が口を開いており、この横向き通路は、ピンの移動によって、圧力空間３の出口１１に一致させることができる。複数のＯリング１２は、円筒形のピン７を案内ブロック６に対してガス密に密閉している。ピン７は、例えば図４には図示しない電磁石によって、矢印方向に移動することができ、この電磁石は、トリが及び監視ユニット２５によって制御される。閉鎖部２の端面側支持部に、直接図示しない衝突バッグ２４が、又は供給導管が接続されて、この供給導管は、それから空間的に離れた衝突バッグに蒸気を供給する。
【００３１】
図５によるガス発生器１は、図４によるガス発生器と同一の閉鎖部２を有するので、その点においてここにおける説明を参照する。しかし圧力空間３は、二重壁の構成を有する。壁１３、１４の間に、排気されたリング空間１５が存在し、このリング空間は、絶縁体として圧力空間３を囲んでいる。
【００３２】
図６は、絶縁のために同様にリング空間１５を有するガス発生器１を示している。壁１３は、加熱コイル１７が巻かれた収縮した範囲１６を有する。図６に示されていない電気線を介して加熱コイル１７は、乗り物の機内電源から電気エネルギーを供給される。圧力空間３の圧力負荷逃しのための閉鎖部２、及び加熱コイル１７のための給電線は、図６に図示されていない。
【００３３】
図７ａ、７ｂは、最後に圧力空間３の軸線方向に延びた加熱棒１８を有するガス発生器１を示しており、これらの加熱棒は、絶縁するリング空間１５内において、壁１３の軸線方向に延びた凹所１９内に埋め込まれている。閉鎖部２、及び加熱棒１８のための給電線は、図７ａ、７ｂに図示されていない。
【００３４】
最後に図８は、圧力空間３を有するガス発生器１を示しており、この圧力空間は、構成において図４によるものと一致しているが、閉鎖部２に関して相違している。閉鎖部２は、ダイヤフラム２１からなり、このダイヤフラムは、その外側の縁において、挿入片２２に固定的に結合されており、この挿入片は、他方において圧力空間３の出口１１内にねじ込まれている。圧力空間３の軸線方向に可動の心棒２３は、支援システムのトリガの際に、例えば電磁石又は花火技術的な推進剤のような図８に図示されていない移動手段によって、ダイヤフラム２１の方向に移動される。その際、心棒２３は、ダイヤフラム２１を破壊するので、圧力空間３内の水の圧力負荷逃し、及び図示しない衝突バッグ２４の展開及び充填が行なわれるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス発生器を有する支援システムの基本図である。
【図２】本発明によるガス発生器の動作様式の基本図である。
【図３】本発明によるガス発生器の動作様式の基本図である。
【図４】固体絶縁部及び弁を含む本発明によるガス発生器の略図である。
【図５】真空絶縁部及び弁を含む本発明によるガス発生器の図である。
【図６】加熱コイルを含む本発明によるガス発生器の図である。
【図７ａ】加熱棒を有する本発明によるガス発生器の図である。
【図７ｂ】加熱棒を有する本発明によるガス発生器の図である。
【図８】固体絶縁部及びダイヤフラムを含む本発明によるガス発生器の図である。
【国際調査報告】
2004505850.tif 000032
2004505850.tif 000033
2004505850.tif 000034
2004505850.tif 000035
2004505850.tif 000036
2004505850.tif 000037