JPH0648880A - ガス発生器用の多層型ガス発生ディスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エアーバッグを膨張させるためのガスを発生
させる着火性の材料からなる構造物を提供する。 【構成】 エアーバッグを膨張させるためのガスを発生
させる着火性の材料からなる材料構造物は、少なくとも
２層のガス発生材料からなる。それらの層のうちの一つ
は、容易に着火して急速に燃焼する窒素発生組成物から
なる。他の層は、前者の層よりも容易には着火せず急速
には燃焼しない窒素発生組成物からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エアーバッグを膨張さ
せるガスを発生させるための着火性の材料からなる構造
物に関する。その構造物は、共に圧縮されるガス発生材
料の複数の層からなる。

【０００２】

【先行技術】米国特許第 3,194,851号は、ガスを発生す
る材料の複数の層からなる推進用粒状体を開示する。そ
の推進用粒状体は小型の武器の弾薬に用いられる。その
外層は、銃身の腐食を防ぐための冷却した燃焼性の推進
体である。

【０００３】米国特許第 4,698,107号は、自動車用のエ
アーバッグを膨張させるのに適した窒素ガスを発生する
粒状体を開示する。その粒状体は着火を促進する被覆を
有する。その被覆は、溶剤をベースとする溶液または懸
濁液から粒状体に適用される。このためには、被覆を適
用した後、粒状体を乾燥するかまたは固める必要があ
る。

【０００４】米国特許第 3,880,595号は、バッグを膨張
させるためのガス発生器を開示する。その発生器は、推
進用組成物と吸熱性冷却組成物が交互になった層を含む
容器からなる。

【０００５】

【発明の要約】本発明は、エアーバッグを膨張させるガ
スを発生させるための着火性の材料からなる構造物に係
る。材料構造物は、共に圧縮される着火性ガス発生材料
からなる少なくとも２つの層からなる。それらの層の１
つは容易に着火して急速に燃焼する窒素発生組成物から
なる。もう一方の層は、前者の層よりも着火しにくく急
速には燃焼しない窒素発生組成物からなる。

【０００６】各々の層のガス発生材料として好ましいの
は、アジドおよび酸化剤である。一方の層の好ましい酸
化剤は酸化銅である。他方の層の好ましい酸化剤は酸化
鉄である。

【０００７】本発明の一態様において、材料構造物は３
層、すなわち内層とそれを挟む２つの外層からなる。内
層は、外層よりも着火しにくく急速には燃焼しない窒素
発生組成物からなる。外層は、中間層の組成物よりも容
易に着火して急速に燃焼する窒素発生組成物からなる。

【０００８】材料構造物は、円筒形かつディスク状また
はペレット状で、前記の層はディスクまたはペレットの
軸を横断する方向に延びているのが好ましい。

【０００９】本発明の一態様において、ゆっくり燃焼す
る材料は燃焼したときに焼結体を形成し、急速に燃焼す
る材料は燃焼したときに溶融金属となってゆっくり燃焼
する材料の焼結体を被覆する。

【００１０】本発明はまた、衝突の間に自動車の搭乗者
を防護するための装置に係る。その装置は、エアーバッ
グと、着火性ガス発生材料を含むエアーバッグを膨張さ
せるための手段からなる。着火性ガス発生材料は、少な
くとも１つのガス発生材料の構造体からなる。ガス発生
材料の各々の構造体は、少なくとも２つの層のガス発生
材料からなる。それらの層の１つは容易に着火して急速
に燃焼する窒素発生組成物からなる。もう一方の層は、
前者の層よりも着火しにくく急速には燃焼しない窒素発
生組成物からなる。

【００１１】

【好ましい実施例の説明】本発明の目的について、"
層”（layer）とは、対向する異なる表面を有する層と
して定義される。それに対して、被覆は対向する異なる
表面を有していない。

【００１２】本発明は様々な膨張器の構造に適用でき
る。本発明の典型として、図１は膨張器１０を示す。エ
アーバッグ１２が膨張器１０の回りに折りたたまれてい
る。カバー１４がエアーバッグ１２と膨張器１０を取り
囲んでいる。膨張器１０とエアーバッグ１２とカバー１
４は、自動車のハンドル１６に装着されているモジュー
ルを形成している。

【００１３】衝突した場合のように、自動車の突然の減
速が起こった直後、膨張器１０にエネルギーが加えら
れ、大きな容積のガスが発生する。膨張器１０からのガ
スの流入によってエアーバッグ１２が膨張する。エアー
バッグ１２が膨張し始めると、それはカバー１４の弱い
部分を破壊する。弱い部分の一つは、図１において１８
で示されている。周知のように、エアーバッグ１２が膨
張し続けると、それは自動車の運転者とハンドル１６の
間の空間に侵入して、運転者の動きを拘束する。

【００１４】膨張器１０はハウジング４０を有する（図
２）。ハウジング４０は３つの部品、すなわち拡散カッ
プ４２と燃焼カップ４４と燃焼室カバー４６からなる。
拡散カップ４２と燃焼カップ４４と燃焼室カバー４６
は、例えば ＵＮＳ Ｓ30100 ステンレス鋼のような金属
からなる。

【００１５】拡散カップ４２はおおむねカップ状で、膨
張器１０の中心軸５２の回りに延びる円筒形の側壁５０
を有する。側壁５０は、平らな上端壁５４と平らな下方
フランジ５６の間で延びている。端壁５４とフランジ５
６は互いにおおむね平行で、軸５２に対して垂直であ
る。ガス流出口５８の環状の列が、拡散カップの側壁５
０の上部の円周に延びている。

【００１６】燃焼カップ４４はおおむねカップ状で、拡
散カップ４２の内側に配置されている。燃焼カップ４４
は、軸５２の回りに延びる円筒形の側壁６０を有する。
円筒形の側壁６０は、平らな上端壁６４と平らな下方フ
ランジ６６の間で延びている。上端壁６４と下方フラン
ジ６６は互いにおおむね平行で、軸５２に対して垂直で
ある。開口６８の環状の列が、燃焼カップの側壁６０の
下部の円周に延びている。

【００１７】燃焼カップ４４の上端壁６４は拡散カップ
４２の上端壁５４に円周溶接位置７０で、連続溶接、好
ましくはレーザー溶接によって、溶接されている。燃焼
カップのフランジ６６は拡散カップのフランジ５６に円
周溶接位置７２で、連続溶接、やはり好ましくはレーザ
ー溶接によって、溶接されている。

【００１８】燃焼室カバー４６はおおむね平らな金属片
で、円形の中央部分８０と、平行であるがしかし段違い
の環状の外側フランジ８２とを有している。円形の開口
８４が燃焼室カバー４６の中央部分８０の中に位置して
いる。燃焼カップのフランジ６６は拡散カップのフラン
ジ５６に円周溶接位置７２で、連続溶接、やはり好まし
くはレーザー溶接によって、溶接されている。燃焼室カ
バー４６の外側フランジ８２は燃焼カップのフランジ６
６に円周溶接位置８６で、連続溶接、やはり好ましくは
レーザー溶接によって、溶接されている。

【００１９】密閉されている缶９０が燃焼カップ４４の
中に配置されている。缶９０は２つの部品、すなわち下
方の缶部分９２とカバー９４からなる。缶カバー９４の
半径方向外側の端は、缶の下方部分９２の隣接する端に
縁曲げ止めされていて、それによって缶９０は密閉され
ている。缶９０は比較的薄いアルミニウムからなるのが
好ましい。

【００２０】缶の下方部分９２は、燃焼室の側壁６０の
内部にあってこれに隣接する円筒形の外側の側壁９６を
有する。側壁９６は、燃焼カップの側壁６０にある開口
６８に隣接する領域で厚さが小さくなっている。缶の下
方部分９２はまた、外側の側壁９６から半径方向内側に
間隔をおいて円筒形の内側の側壁９８を有する。側壁９
８は点火器１４２に隣接する領域で厚さが小さくなって
いる。

【００２１】缶の下方部分９２の平らなリング状の下方
壁１００は、外側の側壁９６と内側の側壁９８を相互に
連結している。缶の下方部分９２の円形の内側の上壁１
０２は、内側の側壁９８から半径方向内側に延びてい
て、その上を覆っている。内側の上壁１０２と円筒形の
内側の側壁９８は、缶９０の内部で下方に開いている中
央凹部１０４を画定している。

【００２２】缶のカバー９４はおおむね円形である。凹
部１０６が、缶のカバー９４の中央に位置している。自
動着火材料の塊１０８が凹部１０６の中にあって、一枚
のアルミ箔のテープ１０９によって保持されている。

【００２３】ガス発生材料からなる複数の環状のディス
ク１１０が、缶９０の内部で互いに上になって積層され
ている。環状のクッション１１２が、一番上のガス発生
ディスク１１４と缶のカバー９４の内側との間に配置さ
れている。ディスク１１０は、着火したときに窒素ガス
を発生する材料からなる。比較的大きなディスク１１０
の代わりに、アスピリン錠剤に大きさと形が近似してい
る小さなペレットを用いることができる。

【００２４】環状の前フィルター１２０が缶９０の中に
配置されている。前フィルター１２０は、ガス発生ディ
スク１１０の半径方向外側で、缶９０の外側の側壁９６
の内側に位置している。小さな環状の空間が、前フィル
ター１２０と外側の側壁９６との間に存在する。

【００２５】１２２で概略的に示されている環状のスラ
グスクリーンが、拡散カップ４２の内部で、燃焼カップ
４４の外側に位置している。スラグスクリーン１２２
は、開口６８の半径方向外側にあって、燃焼カップの側
壁６０に相対している。しかし、スラグスクリーン１２
２は、燃焼カップの側壁６０の開口６８から間隔を置い
て配置してもよい。

【００２６】１２４で示される環状の最終フィルター部
材が、拡散カップ４２の内側でスラグスクリーン１２２
の上に位置している。最終フィルター部材１２４は、拡
散カップ４２の側壁５０のガス流出口５８の半径方向内
側にある。最終フィルター部材１２４は、様々な材料の
複数の層である。それらの層は拡散カップの側壁５０の
回りに延びていて、側壁の内側に位置している。環状の
フィルターシールド１２６が拡散カップの側壁５０から
半径方向内側に突出していて、最終フィルター部材１２
４とスラグスクリーン１２２を分離している。フィルタ
ーシールド１２６は、拡散カップの側壁５０に締まりば
めによって固定されている。

【００２７】膨張器１０は起爆部品１４０を含む。起爆
部品１４０は、燃焼室カバー４６の開口８４から缶９０
の中央凹部１０４の中に突出している点火器１４２を含
む。起爆部品１４０は燃焼室カバー４６の中央部分８０
に円周溶接位置１４４で、連続溶接、好ましくはレーザ
ー溶接によって溶接されている。

【００２８】点火器１４２は、起爆部品１４０から外側
に延びている一対のリード線１４６を含む。リード線１
４６は衝突センサー（図示せず）に接続できる。点火器
１４２の内部で、リード線１４６は着火材料の中に埋め
込まれた抵抗線に接続されている。点火器１４２を接地
状態にして膨張器１０を不能にする金属−金属接触を防
ぐために、薄いプラスチックフィルム（図示せず）が点
火器１４２の上部の外側に位置している。点火器１４２
は、周知の適切な構造であればいかなるものでもよい。

【００２９】衝突またはその他の突然の自動車の減速が
発生した直後、衝突センサーによって電気回路が閉じら
れる。次いで電流がリード線１４６を通して点火器１４
２に流れる。抵抗線が点火器１４２を加熱して点火させ
る。点火器１４２の点火によって高温のガス生成物が形
成され、それは点火器１４２から外へ流れて、缶９０の
内側の側壁９８を破裂させる。点火器１４２からの高温
のガスが、ガス発生材料からなるディスク１１０を着火
させる。ガス発生材料のディスク１１０が大量のガスを
発生させる。

【００３０】ガスの圧力が缶９０の円筒形の側壁９６に
作用し、側壁９６は燃焼カップの側壁６０を半径方向外
側に押圧する。この結果、缶９０の薄い側壁９６が、燃
焼カップの側壁６０にある開口６８の位置で破裂する。
開口６８に隣接する側壁９６の部分の厚さが薄くなって
いるので、所望の圧力において側壁９６のこの部分が他
の部分よりも優先して破裂する。次いで、ディスク１１
０の燃焼によって発生したガスが、前フィルター１２０
を通って半径方向外側に流れる。前フィルター１２０に
よって、流動ガスから、起爆部品１４０およびガス発生
ディスク１１０の粗い粒子とその他の燃焼生成物が除去
される。さらに、前フィルター１２０によってガスが冷
却され、また前フィルターは溶融した燃焼生成物によっ
て覆われる。ガスは開口６８を通ってスラグスクリーン
１２２に流入する。

【００３１】スラグスクリーン１２２によって、流動ガ
スから粒子が除去されて捕捉される。またスラグスクリ
ーンは流動ガスを冷却する。ガスが冷却されるので、金
属のような溶融した燃焼生成物はスラグスクリーン１２
２の上に付着する。スラグスクリーン１２２と最終フィ
ルター部材１２４の間のフィルターシールド１２６によ
って、スラグスクリーン１２２の中とその周囲でガスの
乱流が生じる。ガスの乱流によって、スラグスクリーン
１２２の中と拡散カップ４２の低い部分の中での比較的
重い粒子の保持が促進される。

【００３２】ガスはスラグスクリーン１２２から最終フ
ィルター部材１２４へ向かって軸方向上方へ流れる。次
いで、ガスは最終フィルター部材１２４を通って半径方
向外側へ流れ、そこでガスから小さい粒子が除去され
る。また、最終フィルター部材１２４によってもガスは
さらに冷却され、それによって、ガス中の溶融した生成
物が最終フィルター部材１２４の一部に沈積する。ガス
流出口５８の環状の列がガスの流れをエアーバッグ１２
の中に案内して、エアーバッグ１２を膨張させる。

【００３３】図３と図４を参照すれば、ガス発生ディス
ク１１０はおおむね平らな環状体形状を有している。内
側の円筒表面１５０は、ディスクを貫通する中心穴１５
２を画定する。ディスクは、内側の円筒表面１５０と同
軸の外側円筒表面１５４を有する。上側のおおむね平ら
な表面１５６は、内側表面１５０と外側表面１５４の間
で半径方向に延びている。下側のおおむね平らな表面１
５８は、表面１５６と間隔を置いておおむね平行であ
り、やはり内側表面１５０と外側表面１５４の間で半径
方向に延びている。平らな表面１５６と１５８の両者
は、外側円筒表面１５４に隣接している環状の高くなっ
た領域１６０、１６２を有する。

【００３４】図２に示すように、ディスク１１０は缶９
０の内部で積層されて配置されていて、ディスクの穴１
５２は起爆部品１４０を収容するように整列している。
本発明のこの態様においては、積層体は８個のディスク
からなる。

【００３５】ディスクの高くなった領域１６０、１６２
は、隣接するディスクの隣接する平らな表面１５６、１
５８の残りの部分を維持して、ディスクの間の空気の空
間１６４を画定している（図２）。これらの空気の空間
は、各々のディスクの最大量の表面積を燃焼のために露
出させる。

【００３６】所望により、空気の空間１６４にガス発生
材料の粒子を充填することができ（図示せず）、それを
空気の空間１６４の中にゆるやかに詰める。ガス発生材
料の粒子の間の空気は、ディスク１１０の燃焼を維持す
るのに十分である。同時に、ガス発生材料の粒子は、缶
９０の中で縦方向にガス発生材料の実質的に連続した相
を与える。そのようなガス発生粒子によって、すべての
ディスクのより瞬間的な着火が保証され、また、各々の
ディスクにかかる衝撃と振動が和らげられる。

【００３７】当業者に周知の様々な組成物を、ディスク
１１０のガス発生材料として用いることができる。好ま
しいガス発生材料は、アルカリ金属アジドと酸化剤の混
合物である。好ましい酸化剤は金属酸化物であり、例え
ば米国特許第3,895,098号（Ｐietz）で開示されてい
る。好ましいアルカリ金属アジドはナトリウムアジドで
ある。その他のアジド、例えばリチウムアジドを用いる
こともできる。用いることのできる金属酸化物の例は、
酸化銅、酸化鉄、酸化スズ、二酸化チタン、酸化鉛、酸
化クロム、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化ニッケルであ
る。アジドとともに使用可能な非金属酸化剤を用いるこ
ともできる。そのような酸化剤の例は、硝酸ナトリウ
ム、硝酸カリウム、過塩素酸カリウム、硫酸ナトリウ
ム、および亜硫酸ナトリウムである。

【００３８】用いられる金属酸化物の量は、用いられる
アルカリ金属アジドの量に基づいて、少なくとも化学量
論量であるのが好ましい。ガス発生材料は、ある量の他
の成分、例えばオキシダントを含んでいてもよい。適当
なオキシダントの例は、過塩素酸カリウムと硝酸ナトリ
ウムである。組成物は粘土のようなバインダーと黒鉛繊
維のような強化繊維を含んでいてもよい。しかし、通常
はそのような他の成分は必要ではない。

【００３９】本発明の実施において、円筒形のガス発生
ディスクまたはペレット１１０は、少なくとも２層のガ
ス発生材料からなる。図３と図４は３つの層１６６、１
６８、および１７０を有するガス発生ディスク１１０を
示す。図７と図８は２つの層１８０、１８２を有するガ
ス発生ディスク１１０’を示す。図３と図４の態様およ
び図７と図８の態様において、ガス発生材料の層（各々
１６６、１６８、１７０および１８０、１８２）は、デ
ィスクの表面と円筒形の表面１５０および１５４の両者
の中心軸を横断して延びる。

【００４０】以下の実施例で説明するように、ディスク
１１０と１１０’の層１６６、１６８、１７０および１
８０、１８２の各々は、ガス発生材料としてアルカリ金
属アジドと金属酸化物を含む。しかし、図３と図４の態
様および図７と図８の態様の両者において、層のうちの
少なくとも一つは容易に着火して急速に燃焼する窒素発
生組成物であり、少なくとも一つの他の層は前者の層よ
りも容易には着火せず急速には燃焼しない窒素発生組成
物である。

【００４１】容易に着火して急速に燃焼する層、あるい
は容易には着火せず急速には燃焼しない層の製造は、窒
素ガス発生組成物中のアルカリ金属アジドと混合すべき
特定の金属酸化物を選択することによって達成すること
ができる。例として、平均粒子サイズが１０ミクロンの
酸化第二銅（ＣuＯ）をナトリウムアジドと混合し、平
均粒子サイズ１７ミクロンに粉砕し、ナトリウムアジド
６１％対酸化第二銅３９％の重量比にしたものは、約
１.７６インチ／秒（１０００ｐｓｉにおいて）の比較
的速い燃焼速度と、約３４２カロリー／ｇｒの比較的高
い反応熱を有する。それに対して、平均粒子サイズが１
ミクロンの酸化鉄（Ｆe₂Ｏ₃）を同じナトリウムアジド
と混合し、ナトリウムアジド６８％対酸化鉄３２％の重
量比にしたものは、約０.５インチ／秒（１０００ｐｓ
ｉにおいて）の比較的遅い燃焼速度と、約２７８カロリ
ー／ｇｒの比較的低い反応熱を有する。

【００４２】上記の燃焼速度は、通常の撚糸（strand）
燃焼法を用いて得られた。直径３／８”で長さ１／２”
の圧縮した撚糸を、１０００ｐｓｉで爆弾中で一端を着
火させる。外側の直径は燃焼させない。燃焼速度は爆発
の圧力の記録から決定され、圧力増加の開始から終了ま
での経過時間が燃焼時間とされる。

【００４３】このように、図３と図４、または図７と図
８を参照すれば、各々のディスク１１０、１１０’にお
けるガス発生材料の層のうちの少なくとも一つは、酸化
銅のような金属酸化物からなる比較的容易に着火して速
く燃焼する材料とすることができ、各々のディスク１１
０、１１０’におけるガス発生材料の少なくとも一つの
他の層は、酸化鉄のような金属酸化物からなる比較的容
易には着火せず遅く燃焼するものにすることができる。

【００４４】以下の実施例によって本発明をさらに詳細
に説明する。

【００４５】実施例 １ 図３と図４を参照すれば、ディスク１１０は３つの層１
６６、１６８、１７０からなる。各々の層は全体にわた
って実質的に均一な厚さを有する。外側の層１６６と１
７０はおのおの約０.６ｍｍの厚さを有する。内側の層
１６８は約１.８ｍｍの厚さを有する。ディスク１１０
の全体の厚さは約３.３ｍｍで、外側の直径は約５５.３
ｍｍ、内側の直径は約２３.２７ｍｍである。ディスク
中のガス発生材料の重量は約１１.４グラムである。デ
ィスクの環状の高くなった領域１６０、１６２は、約
０.１５〜０.２１ｍｍの厚さを有し、環状部分の幅は約
２.６７ｍｍである。

【００４６】中間層１６８は、上述したように、上層と
下層１６６、１７０とは異なる組成を有する。具体的に
は、上層と下層１６６、１７０は、ナトリウムアジドと
酸化第二銅（ＣuＯ）をナトリウムアジド６１％対酸化
第二銅３９％の重量比とした比較的速く燃焼する混合物
からなる。内側の層１６８は、ナトリウムアジドと酸化
鉄（Ｆe₂Ｏ₃）をナトリウムアジド６８％対酸化鉄３２
％の重量比とした比較的遅く燃焼する混合物からなる。
両組成物において、ナトリウムアジドは平均粒子サイズ
約１７ミクロンに粉砕される。酸化鉄は１ミクロンの平
均粒子サイズを有する。酸化第二銅は約１０ミクロンの
平均粒子サイズを有する。

【００４７】複数のディスク１１０は、ダイの底の上で
ダイの下半分に、速く燃焼するガス発生材料の粒子の層
を充填することによって、図３と図４に示す環状体形状
に製造された。次いで、遅く燃焼するガス発生材料の層
を、第一の層の上でダイの半分の中に充填した。次い
で、速く燃焼するガス発生材料の上層を、中間層の上の
ダイの半分の中に充填した。次いで、ダイの上半分をガ
ス発生材料の層に対して下降させ、ガス発生材料の粒子
を圧縮し緻密にして、図３と図４に示す環状体形状にし
た。

【００４８】図２のガス発生器と同様の形状を有するガ
ス発生器に、図３と図４に示す８個のガス発生ディスク
を装填した。ガス発生器には、発生器からのガスの流れ
を受けるためのタンクを装着した（図２には示されてい
ない）。タンクには、タンク内の圧力を測定するための
圧力ゲージを装着した。さらに、圧力ゲージは、燃焼カ
ップ４４の中の圧力を測定するために、ガス発生器にも
装着された。これらの圧力は、本実施例と実施例２にお
いて、各々 "タンク"圧力 および "燃焼器”圧力と称す
る。

【００４９】図５は、図３と図４のディスクの燃焼特性
を示す。図５には２つの曲線が示されていて、燃焼器の
圧力曲線（燃焼カップ４４の中の圧力）を点線で示し、
タンクの圧力曲線を実線で示す。図５においてグラフの
縦軸には２組の値が表示されている。上の組の値は燃焼
器の圧力についてのものである。下の組の値はタンクの
圧力についてのものである。燃焼器の圧力曲線（点線）
について、圧力は約３０００ｋＰa の圧力まで急激に増
加する。この急激な最初の圧力増加は、ディスク１１０
の外側の層１６６と１７０の急速な燃焼によるものであ
った。次いで、燃焼器の圧力は約２,８５０ｋＰaまでわ
ずかに低下するが、これは大部分の酸化銅の消費と燃焼
カップ４４からのガスの逃散のためである。この時点
で、酸化鉄からなる内側の層１６８の安定した燃焼が開
始され、次いで燃焼器の圧力は約４５°のゆるやかな勾
配で増加し、約１５.３ミリ秒の燃焼時間で約４,５４８
kＰaのピーク圧力に達する。次いで、燃焼カップ４４か
らガスが逃散する速度がガスの生成速度を上回るので、
燃焼器の圧力は降下する。

【００５０】この燃焼特性は、図５において実線で示す
タンク圧力に反映している。ディスクによって約１０
６.２５ミリ秒で約３１６ｋＰaのピークのタンク圧力に
達した。ピーク圧力に達するまでの勾配は比較的ゆるや
かで、ピーク圧力の１％に達するまで３.０５ミリ秒を
要し、ピーク圧力の９５％に達するまで約６５ミリ秒を
要した。以下の表１は、特定の燃焼時間における特定の
タンク圧力を与える。

【００５１】

【表１】 表 １ ミリ秒 タンク圧力（ｋＰa） ５ ７.５ １０ ２６.４ ２０ ８８.１ ３０ １５６.１ ４０ ２１７.７ ５０ ２６０.９ ６０ ２８７.７ ７０ ３０２.７

【００５２】ディスクの燃焼によって、タンクのガスの
最大温度は約３８３°Ｆとなった。

【００５３】ディスク１１０の燃焼特性は、対照のディ
スクの燃焼特性と比較された。対照のディスクの組成物
は、ナトリウムアジドと酸化第二銅の混合物で、ナトリ
ウムアジド６１％対酸化第二銅３９％の重量比としたも
のである。対照のディスクは酸化鉄を含む層を有してい
なかった。対照のディスクの寸法と重量は、本発明のデ
ィスク１１０のものと同様であった。８個の対照のディ
スクを、図２の膨張器１０と同様の膨張器の中に設置し
た。ディスク１１０の上述の試験と同様に、燃焼カツプ
４４の中と、膨張器に付設したタンクの中で、圧力の測
定が行われた。膨張器の着火のすべての様相が、本発明
のディスクを有する膨張器の着火と同様であった。

【００５４】対照のディスクの燃焼特性を図６に示す。
図６には２つの曲線が示されていて、燃焼器の圧力曲線
（燃焼カップ４４の中の圧力）を点線で示し、タンクの
圧力曲線を実線で示す。燃焼器の圧力曲線において、圧
力は急激に増加し、約８.８５ミリ秒の燃焼時間で約１
０,４８７ｋＰaのピーク圧力に達した。これは本発明の
試験ディスクを用いた場合よりもずっと高いピーク圧力
である。１％の燃焼器ピーク圧力と９５％の燃焼器ピー
ク圧力の間に経過した燃焼時間はわずかに６.４ミリ秒
であったのに対して、試験ディスクについてのこの圧力
構成は１１ミリ秒であった。燃焼器の曲線のこの特性
は、対照のディスク中には試験ディスクにおけるよりも
大量に速く燃焼する材料が含まれていることによる。各
々の燃焼器圧力曲線の間のもう一つの顕著な相違は、本
発明の試験ディスクにおいては、図５に示すように、最
初の上昇の後でそして遅い燃焼材料の燃焼が安定化する
前に、約３,０００ｋＰaにおいて明確な平坦部分があ
る、ということである。

【００５５】図６を参照すれば、約８.８５ミリ秒にお
いて燃焼カップからのガスの逃散がガスの生成を上回
り、そのために、燃焼器の圧力は約４０ミリ秒まで急速
に低下して、それ以後はゆっくりと低下する。

【００５６】対照のディスクのこの燃焼特性は、図６に
おいて実線で示すタンク圧力に反映している。このディ
スクにおいては約４５.１５ミリ秒で約３５８ｋＰaのピ
ークのタンク圧力に達したが、これに対して試験ディス
クにおいては１０６.２５ミリ秒かかった。ピーク圧力
に達するまでの勾配は比較的急角度であり、約３.２５
ミリ秒で１％のピーク圧力に達し、約２８.１５ミリ秒
で９５％のピーク圧力に達した（試験ディスクにおいて
は６５ミリ秒）。以下の表２は、対照のディスクについ
ての特定の燃焼時間における特定のタンク圧力を与え
る。

【００５７】

【表２】 表 ２ ミリ秒 タンク圧力（ｋＰa） ５ １２.４ １０ ８９.６ ２０ ２４７.９ ３０ ３３３.８ ４０ ３５５.９ ５０ ３５７.４ ６０ ３５４.９ ７０ ３５１.６

【００５８】対照のディスクの燃焼によって、タンクの
ガスの最大温度は約４００.４１°Ｆとなったが、これ
に対して試験ディスクにおいては３８３°Ｆであった。

【００５９】本発明の利点は明白である。異なる金属酸
化物／ナトリウムアジド組成物を用いた層形成によっ
て、所定の形状において、所望される全体の特性がいか
なるものであろうとも、ガスの燃焼時間と生成を調整す
ることが可能となる。この実施例においては、その層形
成によって、非常に急激ではあるが、しかし遅く燃焼す
る材料が着火する前にステップ状になる、すなわち平坦
化する初期のガス発生が行われた。この結果、タンクの
圧力は対照のディスクを用いた場合よりもゆっくりと増
加し、対照のディスクの場合よりも燃焼時間の遅い時点
で最大圧力に達した。

【００６０】しかし、本実施例の試験ディスクは対照の
ディスクよりも大きなガス出力を与え、これは本発明の
利点である。金属酸化物に対するナトリウムアジドの化
学量論比は、酸化鉄を用いたときの方が酸化第二銅を用
いたときよりも大きい。このことは、ナトリウムアジド
／酸化鉄の混合物は、ナトリウムアジドと酸化第二銅の
混合物よりも、多くのナトリウムアジドを含んでいる、
ということを意味する。この結果、より多くの窒素ガス
が生成される。逆に言えば、より少ないガス発生材料を
用いてエアーバッグが展開される。

【００６１】この点において、ナトリウムアジドと酸化
鉄の混合物は、ナトリウムアジドと酸化第二銅の混合物
よりも燃焼しにくいということが知られている。ナトリ
ウムアジドと酸化鉄の混合物を燃焼させるには、通常、
燃焼速度向上手段が必要となる。そのような燃焼速度向
上手段としてはコーティングがある。本発明において酸
化第二銅／ナトリウムアジドの層を用いることのコーテ
ィングの使用を上回る利点は、ディスクの燃焼特性を許
容値に近いものにコントロールできることである。コー
ティング処理においては、コーティング材料は粒子へ移
動することがある、逆に言えば、粒子材料はコーティン
グへ移動する。さらに、粒子に付着したコーティングの
厚さは許容値の近傍にコントロールするのが困難であ
る。それに対して、本発明においては、ガス発生材料の
層の厚さを厳密にコントロールすることができる。一つ
の層から別の層への粒子材料の移動は起こらない。この
結果、燃焼特性が許容値近傍にコントロールされる。

【００６２】本発明においては、以下の点を変更するこ
とによって燃焼速度特性を改善することが可能である。
すなわち、(ａ)各々の組成物の粒子サイズ、あるいは
(ｂ)各々の層の容積比率、あるいは(ｃ)用いられる各々
のタイプのガス発生材料の割合、である。金属酸化物と
ナトリウムアジドのいずれか一方の粒子サイズを小さく
することによって、燃焼速度を増大させることができ
る。金属酸化物とナトリウムアジドのいずれか一方の粒
子サイズを大きくすることによって、燃焼速度を低下さ
せることができる。この技術は、速く燃焼する組成物と
遅く燃焼する組成物のいずれか一方を用いて行うことが
できる。実際には、この技術は、同じアジドと酸化剤か
らなる２種の混合物から、速く燃焼する組成物と遅く燃
焼する組成物の両者を製造するのに用いることができる
かもしれない。同様に、用いられる各々のタイプのガス
発生材料の割合を変えることによって、燃焼速度特性が
変化するだろう。例えば、図５において特徴的な約３,
０００ｋＰaでの燃焼器圧力の平坦部分は、ナトリウム
アジドの層／酸化第二銅の層の容積比率を各々増大させ
るか減少させるかすることによって、上昇させるか低下
させるかすることができる。

【００６３】さらなる別法として、各々のディスクの外
側の層を遅く燃焼する材料で製造し、各々のディスクの
内側の層を速く燃焼する材料で製造してもよい。従っ
て、外側の層は、初期には内側の層の燃焼を抑制するよ
うに機能する。これによってタンク圧力の上昇は初期に
は、図６の対照のディスクと比較して、図５の試験ディ
スクよりももっとゆるやかとなり、次いで、初期の圧力
上昇の後には、タンクの圧力はもっと急速に上昇する。
このことは、エアーバッグが展開する場合、対照のディ
スクおよび図５の試験ディスクを用いた場合よりも、最
初はゆっくり展開して、初期の展開の後には速度が加速
されることを意味する。

【００６４】実施例 ２ 本実施例は、２つだけの層、すなわち上の層１８０と下
の層１８２からなる図７と図８に示すディスク１１０’
を含む。上の層１８０の厚さは約２.４ｍｍで、下の層
１８２の厚さは約０.６ｍｍであり、ディスク全体の厚
さは（高くなった領域を含めて）約３.３ｍｍである。
ディスクのその他の寸法は実施例１と同様である。上の
層すなわち厚い層１８０は、この場合、速く燃焼する材
料すなわち酸化第二銅とナトリウムアジドからなり、下
の層すなわち薄い層１８２は、遅く燃焼する材料すなわ
ち酸化鉄とナトリウムアジドからなる。より具体的に
は、上の層１８０はナトリウムアジドと酸化第二銅が６
１：３９の混合物からなり、下の層１８２はナトリウム
アジドと酸化鉄（Ｆe₂Ｏ₃）が６８：３２の混合物から
なり、これは実施例１で用いたのと同様の混合物であ
る。

【００６５】ディスク１１０’の試験を、実施例１と同
様の手順に従って行った。図７と図８のディスクの燃焼
特性を図９に示す。図９において、燃焼器圧力は約１
１.２５ミリ秒で約８,４８１ｋＰaのピークに達した。
この燃焼は、１％の燃焼器ピーク圧力と９５％の燃焼器
ピーク圧力の間でわずかに５.２５ミリ秒の経過時間を
要する対照のディスクと同様に速い。対照のディスクの
場合、この値は６.４ミリ秒であった。実施例１の試験
ディスクの場合、この値は１１ミリ秒であった。しか
し、本実施例のディスクは図６の対照のディスクよりも
ナトリウムアジド／酸化第二銅組成物の含有量が少ない
ので、燃焼器ピーク圧力は対照のディスクを用いた場合
よりも低い。また、図９において燃焼器圧力は、ピーク
圧力の後は、図６の対照のディスクよりもゆっくりした
速度で下降している。これはナトリウムアジド／酸化鉄
の混合物層によるものである。

【００６６】燃焼器の曲線のこれらの特性は、図９にお
けるタンク圧力曲線に反映している。タンク圧力は約６
２.８５ミリ秒で約３４１ｋＰaのピークを有する。圧力
変化は以下の通りであった。

【００６７】

【表３】 表 ３ 経過時間 タンク圧力（ｋＰa） ５ ７.４ １０ ５８.２ ２０ １８８.６ ３０ ２７２.１ ４０ ３１８.６ ５０ ３３７.４ ６０ ３４０.８ ７０ ３３９.９

【００６８】初期の１％圧力上昇は約４.３ミリ秒で達
成された。１％圧力から９５％圧力までの上昇は約３８
ミリ秒で達成された。タンク圧力曲線は８.１ミリ秒か
ら１８.１ミリ秒の間で約１３.５５ｋＰa／ｍｓの勾配
を有していた。この勾配は、６.４５ミリ秒と１６.４５
ミリ秒の間で約１８.２４ｋＰa／ｍｓであった対照のも
のよりもずっとゆるやかであるが、しかし、約２０.８
〜３０.８ｍｓの間で６.９７ｋＰa／ｍｓであった図３
と図４の側面２層試験ディスクを用いた場合よりも急な
勾配である。図９において曲線（０〜９５％ピーク圧
力）の下の面積は７,４６５.２８（ｋＰa×ｍｓ）であ
ったのに対して、図６の対照のものでは５,４５６.７１
（ｋＰa×ｍｓ）であった。

【００６９】タンクの最大のガス温度は約３２８.９４
°Ｆであった。

【００７０】従って本実施例は、ガス発生ディスクの燃
焼特性を、ディスクを速く燃焼するガス発生材料と遅く
燃焼するガス発生材料で層構成することによって改善す
る可能性を説明する。本発明はまた、必要な層をわずか
に２種の成分の混合によって形成するという、ガス発生
手段の単純化をも実現する。従来の組成物においてはし
ばしば複雑な構成が用いられた。例えば現在用いられて
いる一つの方法は、ガス発生材料の中に燃焼抑制剤また
は促進剤を直接添加することであり、従って少なくとも
３種の成分を必要とする。複雑な混合に加えて、燃焼促
進剤をガス発生材料に添加すると、一般に混合物は感受
性が高くなって圧縮するのが困難となる。燃焼抑制剤を
ガス発生材料に添加すると、混合物は一般に圧縮するの
が困難となり、できたディスクは着火しにくくなる。

【００７１】さらにまた、本発明によれば、上述したよ
うに、粒子のコーティングを用いた場合に必要となって
時間のかかる乾燥または硬化の工程が不要となる。

【００７２】本発明はまた、燃焼したときに溶融して燃
焼ガスから濾過するのが困難となる金属酸化物の使用を
可能とする。酸化第二銅はそのような金属酸化物の一例
である。本発明においては、酸化鉄は燃焼したのちに焼
結した状態となり、融点の低い酸化第二銅はこの焼結し
た材料の上に付着する。本発明の他の利点は、ディスク
中のすべての成分は窒素ガス生成成分であり、生成され
る窒素ガスの量を最適化するということである。

【００７３】本発明についての以上の説明から、当業者
であれば改良、変更または修正された態様を思いつくだ
ろう。当分野の通常の技術範囲内のそのような改良、変
更または修正は、添付の特許請求の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動車のエアーバッグを膨張させるための膨張
器を含む、膨張する搭乗者拘束モジュールを備えた自動
車ハンドルの、一部を断面で示す側面図である。

【図２】図１の膨張器の一部を断面で示す側面図であ
り、膨張器は本発明に従って組み立てられた複数のガス
発生用ディスクからなる。

【図３】本発明の一実施例に従うガス発生材料からなる
ディスクの平面図である。

【図４】図３のディスクの４−４線に沿う断面図であ
る。

【図５】図３のガス発生材料からなるディスクを用いて
行った試験で得られた圧力曲線を示すグラフである。

【図６】対照の組成物で成形したディスクを用いて行っ
た比較試験で得られた圧力曲線を示すグラフである。

【図７】本発明の別の実施例に従うガス発生材料からな
るディスクの平面図である。

【図８】図７のディスクの８−８線に沿う断面図であ
る。

【図９】図７のガス発生材料からなるディスクを用いて
行った試験で得られた圧力曲線を示すグラフである。

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エアーバッグを膨張させるガスを発生さ
   せるための着火性の材料からなる構造物であって、少な
   くとも２層のガス発生材料からなり、それらの層のうち
   の第一の層は容易に着火して急速に燃焼する窒素発生組
   成物からなり、第二の層は前記第一の層よりも容易には
   着火せず前記第一の層よりもゆっくり燃焼する窒素発生
   組成物からなる、構造物。
2. 【請求項２】 ガス発生材料からなる前記の層の各々
   は、アジドと酸化剤からなる、請求項１に記載の構造
   物。
3. 【請求項３】 前記アジドはアルカリ金属アジドであ
   り、前記第一の層の前記酸化剤は前記第二の層の酸化剤
   とは異なる酸化剤である、請求項２に記載の構造物。
4. 【請求項４】 前記アジドはアルカリ金属アジドであ
   り、前記各々の層の酸化剤は金属酸化物であり、前記第
   一の層の金属酸化物は酸化第二銅であり、前記第二の層
   の金属酸化物は酸化鉄である、請求項２に記載の構造
   物。
5. 【請求項５】 ３層からなり、中間層は外側の層よりも
   ゆっくり燃焼する材料からなる、請求項１に記載の構造
   物。
6. 【請求項６】 外側の層の燃焼によるガス圧力の増加が
   内側の層が燃焼する前に平坦になるような、台形状の燃
   焼圧力曲線が得られるように、前記の層の組成が調整さ
   れている、請求項５に記載の構造物。
7. 【請求項７】 ３層からなり、中間層は外側の層よりも
   速く燃焼する材料からなる層である、請求項１に記載の
   構造物。
8. 【請求項８】 円筒形であって、共に圧縮された複数の
   層からなり、それらの層は前記円筒形の軸を横断する方
   向に延びている、請求項１に記載の構造物。
9. 【請求項９】 ディスク状である、請求項８に記載の構
   造物。
10. 【請求項１０】 ペレット状である、請求項８に記載の
    構造物。
11. 【請求項１１】 ゆっくり燃焼する組成物は燃焼したと
    きに焼結体を形成し、速く燃焼する組成物は燃焼したと
    きに溶融金属を形成し、前記溶融金属は燃焼したときに
    前記ゆっくり燃焼する組成物の焼結体の上に付着する、
    請求項１に記載の構造物。
12. 【請求項１２】 衝突の間に自動車の搭乗者を防護する
    装置であって、前記装置は：エアーバッグと；ガス発生
    材料からなる少なくとも一つの構造物を含む、前記エア
    ーバッグを膨張させるための手段とを有し：各々の構造
    物は少なくとも２層のガス発生材料からなり；それらの
    層のうちの第一の層は容易に着火して急速に燃焼する窒
    素発生組成物からなり、第二の層は前記第一の層よりも
    容易には着火せず前記第一の層よりもゆっくり燃焼する
    窒素発生組成物からなる；装置。
13. 【請求項１３】 ガス発生材料からなる前記の層の各々
    は、アジドと酸化剤からなる、請求項１２に記載の装
    置。
14. 【請求項１４】 前記アジドはアルカリ金属アジドであ
    り、前記第一の層の前記酸化剤は前記第二の層の酸化剤
    とは異なる酸化剤である、請求項１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記アジドはアルカリ金属アジドであ
    り、前記各々の層の酸化剤は金属酸化物であり、前記第
    一の層の金属酸化物は酸化第二銅であり、前記第二の層
    の金属酸化物は酸化鉄である、請求項１３に記載の装
    置。
16. 【請求項１６】 前記構造物は３層からなり、中間層は
    外側の層よりもゆっくり燃焼する材料からなる、請求項
    １２に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記構造物において、外側の層の燃焼
    によるガス圧力の増加が内側の層が燃焼する前に平坦に
    なるような、台形状の燃焼圧力曲線が得られるように、
    前記の層の組成が調整されている、請求項１６に記載の
    装置。
18. 【請求項１８】 前記構造物は３層からなり、中間層は
    外側の層よりも速く燃焼する材料からなる層である、請
    求項１２に記載の装置。
19. 【請求項１９】 各々の構造物は円筒形であって、共に
    圧縮された複数の層からなり、それらの層は前記円筒形
    の軸を横断する方向に延びている、請求項１２に記載の
    装置。
20. 【請求項２０】 前記構造物はディスク状である、請求
    項１９に記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記構造物はペレット状である、請求
    項１９に記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記構造物において、ゆっくり燃焼す
    る組成物は燃焼したときに焼結体を形成し、速く燃焼す
    る組成物は燃焼したときに溶融金属を形成し、前記溶融
    金属は燃焼したときに前記ゆっくり燃焼する組成物の焼
    結体の上に付着する、請求項１２に記載の装置。