(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送手段に設置するための搭乗者拘束装置であって、
膨張自在なエアーバッグと、
このエアーバッグに流体連通する吐出孔を有するハウジングと、
このハウジング内に設けられたシリンダと、
このシリンダ内の後方側には液体推進薬を包含する液溜めを、且つ前方側には前記ハウジング吐出孔に流体連通する燃焼チャンバを形成するように、前記シリンダ内に摺動自在に収容されたピストンと、
センサと、
このセンサにより検出された輸送手段衝突に応答して、燃焼チャンバ内に流体圧を発生するように操作自在な膨脹開始剤であり、その流体圧がピストンに働いて前記液溜め内に増幅された流体圧を発生させる膨脹開始剤と、
前記液溜めと燃焼チャンバとの間に設けられた液体推進薬注入ポートとを備え、この注入ポートは前記ピストンが静止位置にあるときは閉止し、且つ前記ピストンが前記液溜めの体積を収縮させるように後方へ移動するにつれて開放し、この注入ポートの開放領域が後方へのピストン移動の関数として変化して、前記ハウジング吐出孔を通じて前記エアーバッグの膨脹を生起するガス流を燃焼反応により発生させる前記液体推進薬の点火と継続燃焼のために、増幅された液溜め流体圧により前記注入ポートを通じて前記燃焼チャンバへ再生ポンプ式に供給される液体推進薬の可変流量率を達成する装置。
【請求項２】
前記注入ポートが、前記ピストンとシリンダとの間の界面に形成されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記注入ポートが、前記ピストンの周面と前記シリンダの面との間の間隙により形成され、この間隙は前記ピストンの後方移動期間中に寸法が変化する請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記間隙寸法が、前記ピストンが前記ピストン後方移動における所定の領域に達したときに最大値となるように漸進的に増大する請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記注入ポートが、前記シリンダの溝付き面により形成されている請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記シリンダ面が、角度方向に離間した複数の延伸した溝を含み、この溝の前記ピストン後方移動方向における断面領域は、複数の注入ポートを形成するように変化する請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記界面が、前記ピストンが静止位置にあるときに封止されて液体推進薬の漏洩を防ぐ請求項２記載の装置。
【請求項８】
前記液溜めが、圧縮性流体のポケットを更に包含する請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記注入ポートが、前記ピストンにおける孔と、この孔を通じて摺動自在に収容された静止弁要素との間の間隙により形成されており、且つ前記ピストン後方移動方向に平行な前記弁要素の長さ方向に沿って変化する断面を有する請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記弁要素の断面が、前記ピストン静止位置において前記注入ポートを閉止するように前記ピストン孔に流体シールを与える前方部分を含む請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記弁要素の断面が、前記前方部分の後方に向けて断面積領域が減少する介在部分と、それに続いて、最大注入ポート開放領域を形成する最小断面積領域の中間部分とを含む請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記液溜めが、圧縮性流体のポケットを更に包含する請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記ピストンが、前記シリンダ内に摺動自在に収容された外側ピストン部材と、前記シリンダに同軸の円筒状キャビティ内に摺動自在に収容された内側ピストン部材とを含み、前記注入ポートは、前記外側および内側ピストン部材により支持された弁要素によって形成され、前記弁要素は、前記外側および内側ピストン部材がピストン静止位置にあるときに、前記注入ポートを閉止し、且つ前記外側と内側とのピストン部材が互いに独立に後方へ移動するにつれて前記注入ポート開放領域を変化させるように可変に分離する請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記外側ピストン部材が、ピストンヘッドと、環状弁座に拘束された前記ピストンヘッドを貫く開口を含む弁要素と、前記内側ピストン部材の前端において支持され、前記注入ポートを閉止するように前記弁座に係合する円錐弁部材とを含む請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記円錐弁部材を前記弁座と係合する方向へ偏倚させるスプリングを更に備える請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記外側ピストン部材が、前記ピストンヘッドに連結されて後方へ延出する環状スカートを更に含み、このスカートは前記シリンダに同軸の環状キャビティ内に摺動自在に収容され、その環状キャビティは制動液を包含する請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記円筒状キャビティ内に包含された制動液を更に備える請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
前記ハウジング吐出孔を通じて前方へ延出させるように前記ピストンにより支持された延伸弁要素を更に含み、この弁要素の断面積は、前記弁要素とピストンとの後方移動が前記ハウジング吐出孔の開放領域を変化させるように、前記弁要素の長さ方向に沿って変化する請求項１記載の装置。
【請求項１９】
輸送手段に設置する搭乗者拘束装置のエアーバッグを膨らませる膨脹器であって、
吐出孔を有するハウジングと、
このハウジング内に設けられたシリンダと、
このシリンダ内の後方側には液体推進薬を包含する液溜めを、且つ前方側には前記ハウジング吐出孔に流体連通する燃焼チャンバを形成するように、
前記シリンダ内に摺動自在に収容されたピストンと、
前記燃焼チャンバ内に配置され、前記燃焼チャンバ内に流体圧を発生するように操作自在な膨脹開始剤であり、その流体圧が、前記ピストンへ働いて前記液溜め内に増幅された流体圧を発生させる膨脹開始剤と、
前記液溜めと燃焼チャンバとの間に設けられた液体推進薬注入ポートとを備え、この注入ポートは前記ピストンが静止位置にあるときは閉止し、且つ前記ピストンが前記液溜めの体積を収縮させるように後方へ移動するにつれて開放し、この注入ポートの開放領域が後方へのピストン移動の関数として変化して、前記ハウジング吐出孔を通じて前記エアーバッグの膨脹を生起するガス流れを燃焼反応により発生させる前記液体推進薬の点火と継続燃焼のために、増幅された液溜め流体圧により前記注入ポートを通じて前記燃焼チャンバへ再生ポンプ式に供給される液体推進薬の可変流量率を達成する膨脹器。
【請求項２０】
前記注入ポートが、ピストン面とシリンダ面の間の界面に形成されている請求項１９記載の膨脹器。
【請求項２１】
前記注入ポートが、前記ピストンの周面と前記シリンダの面との間の間隙により形成され、この間隙は前記ピストンの後方移動期間中に寸法が変化する請求項１９記載の膨脹器。
【請求項２２】
前記間隙寸法が、前記ピストンが前記ピストン後方移動の中間部分に達したときに最大値となるように漸進的に増大する請求項２１記載の膨脹器。
【請求項２３】
前記シリンダ面が、溝を形成されている請求項２０記載の膨脹器。
【請求項２４】
前記シリンダ面が、角度方向に離間した複数の延伸した溝を含み、この溝の前記ピストン後方移動方向における断面領域は、複数の注入ポートを形成するように変化する請求項２０記載の膨脹器。
【請求項２５】
前記界面が、前記ピストンが静止位置にあるときに封止されて液体推進薬の漏洩を防ぐ請求項２０記載の膨脹器。
【請求項２６】
前記液溜めが、圧縮性流体のポケットを更に包含する請求項２５記載の膨脹器。
【請求項２７】
前記注入ポートが、前記ピストンにおける孔と、この孔を通じて摺動自在に収容された静止弁要素との間の間隙により形成されており、且つ前記ピストン後方移動方向に平行な前記弁要素の長さ方向に沿って変化する断面を有する請求項１９記載の膨脹器。
【請求項２８】
前記弁要素の断面が、前記ピストン静止位置における前記注入ポートを閉止するように前記ピストン孔に流体シールを与える前方部分を含む請求項２７記載の膨脹器。
【請求項２９】
前記弁要素の断面が、前記前方部分の後方の断面積領域が減少する介在部分と、それに続いて、最大注入ポート開放領域を形成する最小断面積領域の中間部分とを含む請求項２８記載の膨脹器。
【請求項３０】
前記液溜めが、圧縮性流体のポケットを更に包含する請求項２８記載の膨脹器。
【請求項３１】
前記ピストンが、前記シリンダ内に摺動自在に収容された外側ピストン部材と、前記シリンダに同軸の円筒状キャビティ内に摺動自在に収容された内側ピストン部材とを含み、前記注入ポートは、前記外側および内側ピストン部材により支持された弁要素によって形成され、前記弁要素は、前記外側および内側ピストン部材がピストン静止位置にあるときに、前記注入ポートを閉止し、且つ前記外側と内側とのピストン部材が互いに独立に後方へ移動するにつれて前記注入ポート開放領域を変化させるように可変に分離する請求項１９記載の膨脹器。
【請求項３２】
前記外側ピストン部材が、ピストンヘッドと、環状弁座に拘束された前記ピストンヘッドを貫く開口を含む弁要素と、前記内側ピストン部材の前端において支持され、前記注入ポートを閉止するように前記弁座に係合する円錐弁部材とを含む請求項３１記載の膨脹器。
【請求項３３】
前記円錐弁部材を前記弁座と係合する方向へ偏倚させるスプリングを更に備える請求項３２記載の膨脹器。
【請求項３４】
前記外側ピストン部材が、前記ピストンヘッドに連結されて後方へ延出する環状スカートを更に含み、このスカートは前記シリンダに同軸の環状キャビティ内に摺動自在に収容され、その環状キャビティは制動液を含有する請求項３３記載の膨脹器。
【請求項３５】
前記円筒状キャビティ内に包含された制動液を更に備える請求項３１記載の膨脹器。
【請求項３６】
前記ハウジング吐出孔を通じて前方へ延出させるように前記ピストンにより支持された延伸弁要素を更に含み、この弁要素の断面積は、前記弁要素とピストンとの後方移動が前記ハウジング吐出孔の開放領域を変化させるように、前記弁要素の長さ方向に沿って変化する請求項１９記載の膨脹器。
【請求項３７】
前記弁要素が、前記ハウジング吐出孔を閉止する前端部分を含む請求項３６記載の膨脹器。
【請求項３８】
輸送手段の搭乗者拘束装置のための膨脹器であって、
シリンダが設けられたハウジングと、
このシリンダ内に摺動自在に収容され、シリンダ体積を液体推進薬を包含する液溜めと、ハウジング吐出孔に流体連通する燃焼チャンバとに分割するピストンと、
輸送手段の衝突事故に応答して、前記燃焼チャンバ内に流体圧を発生するように操作自在な膨脹開始剤であり、その流体圧が、前記ピストンへ働いて前記液溜め内に増幅された流体圧を発生させる膨脹開始剤と、
前記液溜めと燃焼チャンバとの間に設けられ、且つ部分的には前記ピストンにより形成された液体推進薬注入ポートとを備え、この注入ポートの大きさは、ピストン移動の関数として変化して、前記液体推進薬の燃焼および前記ハウジング吐出孔を通じて流れるエアーバッグ膨脹ガスの発生のために、増幅された液溜め流体圧により前記注入ポートを通じて前記燃焼チャンバへ再生ポンプ式に供給された液体推進薬の可変流量率を達成する膨脹器。
【請求項３９】
前記注入ポートが、前記ピストンが起爆操作に先立って静止位置にあるときに閉止されている請求項３８記載の膨脹器。
【請求項４０】
前記注入ポートが、前記ピストンと、前記シリンダの壁との間の界面に形成されている請求項３８記載の膨脹器。
【請求項４１】
前記注入ポートが、前記ピストンの周面と前記シリンダの面との間の間隙により形成され、この間隙はピストン移動の方向において寸法が変化する請求項３８記載の膨脹器。
【請求項４２】
前記間隙寸法が、前記ピストンが前記ピストン移動の所定位置に達したときに最大値となるように漸進的に増大する請求項２１記載の膨脹器。
【請求項４３】
前記注入ポートが、前記シリンダの溝付き面により形成されている請求項３８記載の膨脹器。
【請求項４４】
前記シリンダ面が、角度方向に離間した複数の延伸した溝を含み、この溝のピストン移動の方向における断面領域は、大きさが異なる複数の注入ポートを形成するように変化する請求項４３記載の膨脹器。
【請求項４５】
前記注入ポートが、前記ピストンにおける孔と、この孔を通じて摺動自在に収容された静止弁要素との間の間隙により形成されており、且つピストン移動の方向における前記弁要素の長さ方向に沿って変化する断面を有する請求項３８記載の膨脹器。
【請求項４６】
前記弁要素の断面が、前記ピストンが起爆操作に先立って静止位置にあるときに前記注入ポートを閉止するように前記ピストン孔に流体シールを与える前方部分を含む請求項４５記載の膨脹器。
【請求項４７】
前記弁要素の断面が、前記前方部分の後方の断面積領域が減少する介在部分と、それに続いて、最大注入ポート開放領域を形成する最小断面積領域の中間部分とを含む請求項４６記載の膨脹器。
【請求項４８】
前記液溜めが、圧縮性流体のポケットを更に包含する請求項４６記載の膨脹器。
【請求項４９】
前記ピストンが、前記シリンダ内に摺動自在に収容された外側ピストン部材と、前記シリンダに同軸の円筒状キャビティ内に摺動自在に収容された内側ピストン部材とを含み、前記注入ポートは、前記外側および内側ピストン部材により支持された弁要素によって形成され、前記弁要素は、前記外側および内側ピストン部材がピストン静止位置にあるときに、前記注入ポートを閉止し、且つ前記外側と内側とのピストン部材が互いに独立にピストン移動方向へ移動するにつれて前記注入ポート寸法を変化させるように可変に分離する請求項３９記載の膨脹器。
【請求項５０】
前記外側ピストン部材が、ピストンヘッドと、環状弁座に拘束された前記ピストンヘッドを貫く開口を含む弁要素と、前記内側ピストン部材の前端において支持され、前記注入ポートを閉止するように前記弁座に係合する円錐弁部材とを含む請求項４９記載の膨脹器。
【請求項５１】
前記外側ピストン部材が、前記ピストンヘッドに連結されて軸方向へ延出する環状スカートを更に含み、このスカートは前記シリンダに同軸の環状キャビティ内に摺動自在に収容され、その環状キャビティは制動液を包含する請求項５０記載の膨脹器。
【請求項５２】
前記円筒状キャビティ内に包含された制動液を更に備える請求項４９記載の膨脹器。
【請求項５３】
前記ハウジング吐出孔を通じて前方へ延出させるように前記ピストンにより支持された延伸弁要素を更に含み、この弁要素の断面積は、前記弁要素とピストンとの移動が前記ハウジング吐出孔の開放領域を変化させるように、前記弁要素の長さ方向に沿って変化する請求項３８記載の膨脹器。
【請求項５４】
前記ハウジングが内側ハウジングであり、且つ前記ハウジング吐出孔が内側ハウジング吐出孔であって、前記膨脹器が外側ハウジングを更に備え、この外側ハウジングは、前記内側ハウジング吐出孔を通じて前記燃焼チャンバに流体連通する環状キャビティを形成するように、前記内側ハウジングを離間した関係で包囲し、前記外側ハウジングは、複数の排気吐出孔を有し、この吐出孔を通じて膨脹ガスが、前記外側ハウジングに取り付けられたエアーバッグを展開するように流れる請求項３８記載の膨脹器。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は安全装置に関し、特に、事故に巻き込まれた自動車の搭乗者に重傷を負わせないための膨張自在なエアバッグを用いる受動的拘束装置に関する。
発明の背景
「受動的」拘束装置、即ち効力を与えるために搭乗者による何の行為も必要としない装置は、効力を与えるには搭乗者による意識的な労力が必要な「能動的」拘束装置（例えば通常のシートベルト）とは対照的である。
この受動的装置は、現在では政府機関、保険業界や消費者の要請により、標準装備として自動車に一般的に組み込まれている。経験と実験に基づき、最も効果的な受動的拘束の方式は、強い衝撃事故に応答してエアーバッグを自動的に迅速（およそ数ミリセコンド）に膨らませることであるということが示されている。膨張したエアーバッグは、重傷を負わせないための充分な時間として、搭乗者への事故の影響を緩和する。
エアーバッグを迅速に膨らませる機構には基本的に二つの形式がある。第一の形式は、高圧下の液化ガスを貯蔵器に貯蔵することを含む。衝撃を受けると、液化ガスが開放されて、エアーバッグを膨らませるガスに変換される。
エアーバッグ膨張装置の第二の基本的形式は、発火性推進薬を用いており、これは発熱反応により多量のバッグ膨張ガスを迅速に生成する。以前は、推進薬は常に個体または粒状形態であり、低エネルギーの組成物、例えばアルカリ金属アジド、酸化銅（II）、硝酸硼素などを含む。個体推進薬は圧力下に保管する必要はなく、可変な環境化で常に安定であるので、受動的拘束装置への装填に好都合である。
膨張ガス発生体としての個体または粒状形態の推進薬の使用に代わる例として、この目的のための液体推進薬が調査された。Giovanetti氏へ発行された米国特許第５，０６０，９７３号及びMandzy氏他へ発行された米国特許第５，４８７，５６１号にはエアーバッグ膨張器内に液体推進薬を用いる様々な試みが開示されている。エアーバッグ膨張器における液体推進薬の使用により与えられる幾つかの利点は、上述の特許に記載されており、その開示物は本明細書に援用されて組み込まれている。
乗物の乗客のみならず操縦者をも保護するために、エアーバッグは現在では前方衝突に対する保護のためにダッシュボード内に、また側方衝撃衝突に対する保護のためにドア内に設置されている。バッグの寸法と膨張パラメータは特定の設置場所に依存し、各々の設置法は乗物の形式と構造に応じて異なる。従ってバック膨張器は、各々の特定設置場所について適切な独特の膨張パラメータを満足するのみならず、各々の特定設置場所に特有の利用可能空間に納まるように寸法付けねばならない。膨張パラメータに関して、最近の研究は、著しく急激なバッグ膨脹は、強い衝撃事故の発生に際して乗物の搭乗者を保護するどころか、むしろ搭乗者を負傷させ、死亡させることすらあり得ることを示している。これは搭乗者が小児の場合に特に顕著である。
発明の概要
本発明の目的の一つは、液体推進薬を用いるエアーバッグを膨らませる改良された装置を与えることであり、液体推進薬の燃焼は、自動車における装置の設置場所に対して適切なバッグ膨張の計画された膨脹速度を達成するように制御し得るので、事故とバッグの膨張自体との双方の影響から搭乗者を保護する。
この目的を達成するために、本発明によれば、輸送手段の搭乗者の拘束装置が与えられる。この装置は、センサと、膨張自在なエアーバッグと、このエアーバッグに流体連通した吐出孔を有するハウジングと、このハウジングに設けられたシリンダと、このシリンダ内の後方側には液体推進薬を保持する液溜めを、前方側にはハウジング吐出孔に流体連通された燃焼チャンバをそれぞれ形成するように、シリンダ内に摺動自在に収容されたピストンとを備える。
この装置は更に、センサにより検出された輸送手段の衝突に応答して操作自在な膨脹開始剤であって、燃焼チャンバにおける流体圧を発生し、この圧がピストンへ働いて液溜めへ増幅された流体圧を発生させる膨張開始剤と、液溜めと燃焼チャンバとの間に設けられた液体推進薬注入ポートとを含み、その注入ポートはピストンが静止位置にあるときは閉止し、且つピストンが液溜めの体積を縮小するように後方へ移動するときは開放し、注入ポートの開口領域は、発熱反応によって点火と燃焼がハウジング吐出孔を通じてエアーバッグの膨張を生起するガス流を発生するように、ピストンの後方移動に応じて変化し注入ポートを通じて燃焼チャンバへ入る増幅された液溜め流体圧力により再生式圧送(regeneratively pumped)された流体推進薬の可変流量率を達成する。
本発明の更なる特徴、利点、目的は以下の説明に記載されており、その一部は以下の説明から明らかになるか、或いは本発明の実践により教示され得る。本発明の目的と利点は、以下に記載された説明、添付の請求の範囲、および添付図面に特に記載された装置により実現され獲得される。上述の一般的な説明と以下の詳細な説明とは、共に例示的かつ解釈的であり、請求された発明の更なる例も与えられることが意図されていることは明らかである。
添付図面は本発明の更なる理解を与えることが意図されており、本明細書に組込まれてその一部を構成して本発明の好適実施例を図示し、かつ記載された説明と共に本発明の原理の説明に役立てられる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の再生動作特徴の説明に用いられたエアーバッグ膨張器の断面図である。
図２はエアーバッグ膨張動作の間の図１の膨張器において発生される流体圧の代表例を示す曲線を含むグラフである。
図３は本発明の一実施例に係る輸送手段の搭乗者拘束装置の断面図である。
図４は図３の４−４線に沿って破断した断面図である。
図５は本発明の第二実施例に係る輸送手段の搭乗者拘束装置の断面図である。
図６は本発明の更なる実施例に係る輸送手段の搭乗者拘束装置の断面図である。
図７は図６の拘束装置の変形例を示す断面図である
図８は本発明の更に他の実施例に係る輸送手段搭乗者拘束装置の断面図である。
添付図面の幾つかの図において、同様な参照符号は同様な相当部を示す。
好適実施例の詳細な説明
図１のエアーバッグ膨張器は、図３乃至７に示された本発明の実施例の再生流体圧送(regerative fluid pumping)特性を説明するために示されている。図１に明らかなように、全体的に符号１０で示される膨張器は、包囲円筒状ハウジング１１を含み、このハウジングは前端壁１１ａに吐出孔１２を有し、この吐出孔を通じてガスが排出されてエアーバッグを膨らませる。この膨張に先だっては、吐出孔１２は破断自在なシール１２ａにより閉止されている。ハウジング１１の内面はシリンダを形成し、ここにはピストン（全体的に符号１４で示される）が摺動自在に収容されている。このピストンはピストンヘッド１６とピストンロッド１８とを備え、ピストンロッド１８はその前端においてピストンヘッド１６と一体をなし、且つハウジング１１の後端壁１１ａにおける締まり嵌め流体封止開口１７を通じて後方へ延出している。ピストンヘッド１６の外周面とシリンダ面も同様に流体を封止する関係で密接している。本明細書および請求の範囲に使用される用語「シリンダ」とは、円筒状が好ましいにも拘わらず、特定の幾何形状よりもむしろ水力学的意味に解釈すべきことは明白である。
ピストンヘッド１６はハウジング内室（シリンダ）を点火起爆薬（開始剤）２２を包含する燃焼チャンバ２０と、液体推進薬を包含する液溜め２４とに分割する。起爆薬２２は、ピストンヘッド１６の面１６ｂ上に支持させるか、或いはこの面１６ｂ内に設ける窪みに収容させることが望ましい。先に引用したGiovanetti米国特許と、Mandzy氏他の米国特許に開示されているように、液体推進薬は、ヒドロキシ硝酸アンモニウムをベースとする液体単元推進薬とし得る。特に適切な液体推進薬の組成は、質量にして、約６０％のヒドロキシ硝酸アンモニウム（酸化剤）、２０％のトリエチル硝酸アンモニウム（燃料）、２０％の水（溶材）を含む。ポート２８は、液溜め２４と燃焼チャンバ２８との間に流体連通を与えるようにピストンヘッド１６を貫いて穿孔されており、初期状態では破断自在シール２８により閉止されている。
膨張器１０に取り付けられて符号２９で断片的に示されるエアーバッグを膨らませるには、点火起爆薬２２を爆発させて燃焼チャンバ２０を加圧する。燃焼チャンバ２０の加圧は液溜め２４内の液体推進薬２６をも加圧する。ピストンロッド１８の存在によって、液体推進薬２６へ晒されるピストンヘッド１６の後面１６ｂの面領域は、燃焼チャンバ２０内で高まる流体圧へ晒されるピストンヘッド１６の前面１６ａの面領域よりも小さい。このピストンヘッド面の表面領域の差異のために、液溜め流体圧は、ピストンヘッドへ働く対向する力の均衡に達するように、燃焼チャンバ流体圧を超えねばならない。その結果として、流体圧増幅効果が液体推進薬液溜め２４内で達成される。即ち、液体推進薬流体圧は燃焼チャンバ内の流体圧に追随するが、ピストン面の差動面領域に等しい多重因子により燃焼チャンバ流体圧を常に上回る。
このことの故に、再生流体圧差を連続的にへ利用でき、最初にシール２８ａを破断し、次いで液体推進薬を起爆薬出力の副産物の燃焼による点火のために液溜め２４からピストンヘッドポート２８を通じて燃焼チャンバ２０へ圧送する状態となる。完全な燃焼のために液溜め２４から燃焼チャンバ２０へ液体推進薬が連続的に圧送されるに伴って、ピストン１４は、液溜め２４内の液体推進薬２６の体積収縮に応じて後方へ駆動される。燃焼チャンバ２０へ圧送された液体推進薬の自動的継続燃焼は燃焼ガスを発生し、これは吐出孔１２を通じて流れて、シール１２ａの破断にてエアーバッグを膨らませる。
図２は、この再生圧送特性をグラフ的に示しており、ここで曲線３０と３２は、バッグ膨張動作期間に亘る燃焼チャンバ流体圧と液溜め流体圧をそれぞれ示す。このグラフから明らかなように、液体推進薬の流体圧は、膨張動作を通じて燃焼チャンバ内の流体圧よりも大きく、これら二つの流体圧の差（符号３３で示されている）は、膨張期間中の如何なる時点でも、液体推進薬をポート２８を通じて燃焼チャンバ２０へ圧送するように圧力を利用可能であることを意味している。
エアーバッグ膨張速度は燃焼チャンバ２０内の液体推進薬の燃焼率により定められ、燃焼チャンバ２０内の液体推進薬の燃焼率は液溜め２４から燃焼チャンバ２０への液体推進薬の流量率により定められる。しかしながら、液体推進薬圧送の有効圧力は、基本的にピストンヘッド１６の前面領域と後面領域との間の差圧により固定されており、且つピストンヘッド１６を貫く液体推進薬ポート２８の大きさもまた固定されているので、図１の膨張器１０は、エアーバッグへの膨張ガスの流量率を変化させる能力に欠けている。従って、例えば、低い流量率においてバッグ展開を開始して、次に膨張期間中の適切な時間に膨張速度を相当に増大させて、次いでバッグ展開を終えるように膨張速度を減少させる能力はない。
図３は本発明の一実施例に係る輸送手段の搭乗者拘束装置を示し、これはエアーバッグの膨張速度を可変とする能力を有する。この実施例において、全体的に符号３４で示される膨張器は、内側ハウジング３５を含み、このハウジングは、その円筒状側壁に設けられた吐出孔３６を有する。吐出孔３６は、初期状態では、破断自在なシール３６ａにより閉止されている。外側円筒状ハウジング３７は、内側ハウジング３５を包囲且つ封止して、環状キャビティ３７ａを形成している。この環状キャビティを通じて、膨張ガスが吐出孔３６から外側ハウジング３７の複数の吐出孔３８へ導かれる。エアーバッグ３９は、吐出孔３８から排気されたガスにより膨張するように、所定位置でハウジング３７に取り付けられている。キャビティ３７ａを画定するハウジング壁は、燃焼ガスがエアーバッグ３９を膨張させるに先立って、その燃焼ガスの温度を下降させる冷却面を形成している。
全体的に符号４０で示されるピストンは、ピストンヘッド４２とピストンロッド４３とを含み、そのピストンヘッド４２は、ハウジング３５の内面により形成されたシリンダ内に摺動自在に収容され、ピストンロッ４３は、ハウジング後端壁４５に設けられた締まり嵌め流体封止穴４４を通じてピストンヘッド４２から後方へ延出する。ピストンヘッド４２は、ハウジング３５の内室を燃焼チャンバ４６と、液体推進薬２６を包含する液溜め４８とに分割する。本発明のこの実施例の特徴によれば、液体推進薬は液溜め４８を完全には満たしておらず、圧縮流体（例えば空気）のポケット２７を液溜め内に残すようにしている。
図３に静止位置で示されているピストン４０によれば、ピストンヘッド４２の円筒状周面の前部環状部分４２ａは、符号４１で示されるように、ハウジング内面の円筒状部分と締まり嵌め流体封止関係にあり、燃焼チャンバ４６から液溜め４８への液体推進薬の漏洩を防止する。図１のピストンヘッドと対照的に、図３におけるピストンヘッド４２は、注入ポートが設けられていないので、液体推進薬を液溜めへ閉じ込める破断自在シールを必要としない。しかしながら本発明の特徴によれば、部分４１のハウジング後方の円筒状内面には、図４にも示されているように、角度方向に離間し、且つ軸状に延伸した複数の溝５０が設けられている。このような溝は、図示されているのは八つであるが、これよりも多数または少数の溝を本発明の実施に利用し得ることが認められる。
液溜めから燃焼チャンバへの液体推進薬の流れの可変率を達成するために、溝の深さは、図３に図示されるように、溝の長さ方向に沿って変化が付けられている。これに代えて、溝の幅か、または幅と深さとの組み合わせを溝長さ方向に沿って変化させ得る。或いは、一定領域の溝も採用し得るが、その長さと、始端／終端軸方向位置とを変化させ得る。慣性センサ２３により検出された強い衝撃の交通事故に応答する点火起爆薬２２の発火により、燃焼チャンバ４６と液溜め４８とが加圧されたとき、空気ポケット２７が圧縮され、ピストン４０が液体封止界面接触部分４１の後方へ移動可能となる。その結果、ピストンヘッド４２の部分４２ａが溝５０の先端を超えて移動するにつれて、注入ポート開口が形成される。次に、ピストンヘッド４２の差動面面領域により生起された再生圧送動作により、液体推進薬が燃焼チャンバ４６へ注入される。この注入された液体推進薬は燃焼して、シール３８が吐出孔３７を開放するように破断した際に、エアーバッグ膨張を開始する。ピストン４０の連続的後方移動に伴ない、ピストンヘッド周面に対面する溝の深さが漸進的に増大するにつれて、注入ポート開口が符号５０ａで示すように、開放領域において増大するので、これに対応して燃焼チャンバへの液体推進薬注入率が増大する。
図３に示される溝深さ形状により、液溜め４８における液体推進薬の初期装荷量の約半分が燃焼チャンバへ圧送された際、溝深さは符号５０ｂで示すように最大となって、燃焼チャンバへの液体推進薬の最大流量を可能とする。従って、バッグ展開期間中のこの時点において、バッグ膨張速度は最大となる。その後、溝形状に示されるように、溝深さは符号５０ｃで示すように急激に浅くなり、エアーバッグ膨張速度をバッグが完全に展開されるまで減少させる。
このような計画されたバッグ膨張は、初期展開段階中に低速の膨張速度を与えて、搭乗者を後の展開段階中の迅速な膨張を一層に伝えやすい位置へ僅かな強制力で移動させる。従ってエアーバッグ展開に起因して搭乗者が負傷する危険性は最小化される。
図５に示される実施例においては、輸送手段の搭乗者拘束装置は、膨張器（全体的に符号５１で示される）を備え、これは円筒状ハウジング５２を含み、このハウジング内にはピストン（全体的に符号５４で示される）が摺動自在に収容されている。このピストンは、ピストンヘッド５６と円筒状スカート５７とから構成され、そのスカート５７は、ピストンヘッド５６からハウジングの円筒状内面に沿って延伸しており、ハウジングの後端壁５９に設けられた環状キャビティ５８へ締まり嵌め流体封止関係で摺動自在に収容されている。環状キャビティ５８には、符号５８ａで示すように吐出孔が開口されている。ピストンヘッド５６はハウジングの内部を燃焼チャンバ４６と液溜め４８とに分割し、その液溜め４８は液体推進薬２６とエアーポケット２７とを包含する。中央注入ポート６０はピストンヘッドを軸方向に貫いて穿孔されている。ニードル弁要素６２は、その後端においてハウジング端部壁５９へ取り付けられており、液溜めを軸方向に貫いて延出し、注入ポート６０を通じて前端へ突出する。ニードル弁要素６２の前端は、環状面６３を形成するように機械加工され、この環状面６３は、注入ポート６０の円筒状側壁と流体封止関係で摺動接触するようにされている。
ニードル弁要素６２は更に、その軸方向長さに沿って段階的に変化する周面形状を形成するように機械加工されている。即ち、図５に示された例では、流体封止面部分６３から後方へ向かって、弁部材には、漸進的に減少する径の円錐形状部分６４、それに続いて均一な縮小された径の円筒状部分６５、最後に、ニードル弁要素がハウジング端壁へ取り付けられる箇所で終端する拡大形の円錐部分６６が設けられている。
点火起爆薬２２が発火して燃焼チャンバ４６及び液溜め４８を加圧する際には、エアーポケット２７が圧縮されて、ピストン５４にその後方ストロークを可能とさせる。事実上直ちに、ピストンヘッド５６がニードル弁要素６２の流体封止部分６３を離れるので、注入ポート６０が開放されて、燃焼のために液体推進薬２６の燃焼チャンバへの再生圧送が開始される。吐出孔３６を開放するようにシール３６ａが破断して、バッグ膨張が開始される。
ピストンヘッドにおける注入ポート６０がニードル弁要素６２の円錐段階６４に沿って移動するにつれて、ニードル弁要素断面と注入ポート６０の側壁との間に形成された注入ポート６０の環状開口領域が、漸進的に増大する。それで、円筒状スカート５８の存在により形成されたピストンヘッド５６の差動面面領域によって、液溜めから燃焼チャンバへ再生圧送された液体推進薬の流れが増大する。ピストンヘッド５６がニードル弁部材の最小径円筒状部分６５を通過したとき、注入ポート６０の開口領域が最大となって、燃焼チャンバへの液体推進薬の最大注入率を可能とし、ひいてはバッグ展開の最大膨張速度を与える。ピストンヘッド５６がハウジング端部壁へ接近するにつれて、ニードル弁要素６２の終端円錐部分６６は、残りの液体推進薬が燃焼チャンバへ圧送されて燃焼されてバッグ展開を終え、注入ポートを漸進的に閉止する。
後端壁５９から前方へ延出するニードル弁要素６２に代えて、これと同様な弁要素を前端壁５３に取り付け、且つ注入ポート６０を通じて後方へ延出するように面を形状付けることもできる。図示しないが、膨張器５１は、図３の実施例の膨張器におけるような円筒状ハウジング３７を備え得る。
図６に示される本発明の実施例の輸送手段の搭乗者拘束装置においては、膨張器（全体的に符号７０で示される）は二部分のピストン（全体的に符号７４で示される）を摺動自在に収容する円筒状ハウジング７２を含む。そのピストン７４は、外側カップ状ピストン部材（全体的に符号７５で示される）を含み、このピストン部材７５は、ハウジングの円筒状内面に摺動自在に係合する円筒状スカート７７に連結されたピストンヘッド７６を含む。このピストンヘッド７６は、液体推進薬２６が充填された液溜め４８から燃焼チャンバ４６を離隔している。弁座７９としての役割を果たす円錐側壁を有する注入ポート７８は、ピストンヘッド７６の中央位置に設けられている。
第二のピストン部分は、全体的に符号８０で示される内側制御ピストン部材である。このピストンは、ハウジング端部壁８３内に形成された円筒状キャビティ８２内に摺動自在に収容される円筒状ボディ８１を有するように形成されている。そのハウジング端部壁８３は更に、外側ピストン部材７５のスカート７７が摺動自在に収容される環状キャビティ８４を設けるように機械加工されている。環状キャビティ８４は、端部壁８３を貫いて穿孔された穴８５により通気されている。制御ピストン部材８０の後方端は、ステム８６を形成するように小径にされており、そのステム８６はキャビティ８２を貫いて、且つ端部壁８３の遊隙穴８７を通じてハウジングの外側へ突出する。キャビティ８２には制動液８８が充填されている。制御ピストン８０の前端にて支持された円錐弁要素９０は、ピストン部材７５及び８０が、図７に示される静止位置にあるときに、弁座７９に係合して注入ポート７８を閉止する。
点火起爆剤２２が爆発して燃焼チャンバ４６と液体推進薬用液溜め４８とを加圧する際には、燃焼チャンバ内の増圧する液圧が、先ず制御ピストン部材８０を後方へ駆動するので、弁要素９０が弁座７９から離れて液体推進薬注入ポート７８を開放させる。次いで液体推進薬は、シール３８が吐出孔３７を開放するように破断した際に、バッグ膨張を開始する燃焼のために、液溜め４８から燃焼チャンバ４６へ流れる。制御ピストン８０が後方へ駆動されるときの速度は、端部壁８３における制御ピストンステム８６と穴８７との間の間隙により制御可能であり、その間隙を通じてキャビティ８２内の制動液８８が排出される。制動液の粘性は、制御ピストン部材の後方ストロークの速度ひいては注入ポート７８の開口寸法を制御する役割も果たす。外側ピストン部材７５は制御ピストン部材８０の後方移動に単に追従して、注入ポート７８を通じて燃焼チャンバへ再生圧送された液体推進薬により空にされた液溜め４８の体積を縮小するように移動する。
図７は、図６における二部分ピストン７４の代替的な配置構成を示し、ここでは外側ピストン部材７５が制御ピストンとして働き、内側ピストン部材８０が被制御ピストントして働く。即ち、図７に示されるように、弁座７９′の向きは、燃焼チャンバ４６へ向かって外側へテーパーをなすように逆向きにされ、内側ピストン部材８０′の前端にて支持された円錐弁要素９０′のテーパーも同様である。ピストンボディ８１′は、大径にされた端部壁キャビティ８２′へ開口８２ａ′を通じて摺動自在に嵌合するように、細められて細径にされている。円状フランジ８６′は、ピストンボディ８１′の端部へ取り付けられて、弁座７９′に対向して弁要素９０′を後方へ偏倚させて注入ポート７８′を閉止するように働く圧縮スプリング８９のための停止体としての役割をなす。
点火起爆薬２２が爆発して燃焼チャンバ４６と液体推進薬用液溜め４８とを加圧する際には、外側ピストン部材７５′が後方へ駆動されて弁要素９０′を弁座７９′から離間させて、注入ポート７８′を開放する。液体推進薬２６は、バッグ膨張を開始する燃焼のために燃焼チャンバへ再生圧送される。外側ピストン部材７５′の後方ストロークの速度を制御して、ひいては注入ポートの開口寸法を変化させるために、環状キャビティ８４′が制動液８８で充填されており、その制動液は、ピストンスカート７７′がキャビティ体積を狭めるにつれて、端部壁吐出穴８５′を通じて排出される。内側ピストン８０′の追従後方ストロークについても、吐出孔８７′を通じて排出される制動液８８をキャビティ８２′内に収容することにより調整し得る。
図８に示される本発明の実施例の輸送手段の搭乗者拘束装置は、全体的に符号９２で示される膨張器を用いている。この膨張器９２は、エアーバッグ３９の内部へ開口するハウジング前端壁内の吐出孔９５を通じてピストンヘッド４２から前方へ突出するニードル弁要素９４の付加的な特徴を除いては、図３の膨張器に対応する。図示のように、ニードル弁要素９４の面は、符号９６で示すように先ず吐出孔９５を閉止するように形状付けられ、ピストン４０と共に後方へのストロークで移動するにつれて、ハウジング内面へ刻設された倣い溝５０の存在により達成される注入ポート開口の変化に協調して吐出孔９５の開口寸法を変化させる。かくして、液体推進薬注入率と膨張ガス流量率を共に変化させて、交通事故によりもたらされる負傷のみならず、バッグ膨張によりもたらされる負傷からも輸送手段の搭乗者を保護するような理想的に計画されるバッグ展開の能力を向上させることになる。
以上の説明から本発明は、エアーバッグの全膨張期間に亘るエアーバッグ膨張速度を計画できる改良された輸送手段の搭乗者拘束装置および膨張器を与えることが明らかである。液体推進薬注入の初期低速度を与えることにより、初期バッグ膨張は、迅速なバッグ膨張に起因して起こり得る場合の輸送手段の搭乗者の負傷を最小化するように抑制できる。更に、初期液体推進薬燃焼を低速度にできるので、燃焼チャンバ寸法を削減できる。これは、膨張寸法と能力の観点では、小さな膨張器を使用する省力化を与える。ピーク動作液圧は、図２に示すように、膨張期間に亘って実質的に均一の動作圧に到達する点へ減圧し得る。これは、燃焼チャンバが膨張すると、液体推進薬用液溜めが、液体推進薬注入速度に直接に関係して収縮するという事実に起因している。その結果として、物理的に頑丈さの低い構造で足り、結果的に寸法、重量、材料費が倹約された膨張器が与えられる。
図３及び４の実施例は、液体推進薬用液溜め内に圧縮自在な液体ポケットを用い、注入ポートを開放するのに充分な初期ピストン運動を可能とするものである。しかしながら、これに代えて、例えばコーキン(caulk)のような圧力で破断する流体封止材を図３の実施例におけるピストンヘッド周面と溝５０の先端部分との間に填隙し得る。図４の実施例においては、膨張器がその静止状態にあるときに、コーキンを弁部分６３とポート側壁６０との間に填隙し、燃焼チャンバと液体推進薬用液溜めとの間に必要な破断自在流体シールを設け得る。
当業者には、本発明の要旨または目的から逸脱することなく、本発明の安全バッグ膨張装における様々な変更例および変形例をなせることが明らかである。従って、本発明は、添付の請求の範囲の目的およびその等価物の範囲内でなされた本発明の変更例および変形例を包含することを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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