专利名称：具有非圆形排气孔的气囊的制作方法
本中请基于1996年7月10日提交的临时中请No.60/021,500，该临时申请No.60/021,500又基于1996年6月28日提交的临时申请No.60/020,851。
本发明涉及一种可变形压力容器结构的排气孔。特别是，本发明涉及一种气囊的非圆形排气孔。
气囊排气孔一般是一个圆形孔(或者在某些设计中可能是两个孔)，通常位于气囊后面板上某个地方。这些排气孔通过为气体发生器产生的气体提供一个从气囊排出的通道来为气囊放气。在碰撞过程中放气的气囊以可接受的速度使乘客减速(即在乘客压紧气囊时气囊中压力增加，排气孔起到减压或更好地控制内部压力的作用)。如果没有某种形式的气体发生器气体排气孔，气囊通常是非常僵硬的，会对乘客产生较高的减速力并将可能使乘客弹回座椅，很可能造成头-颈碰伤。排气孔也在气囊意外展开时快速为气囊放气。
排气孔的几何形状具有两个主要的设计考虑。首先，它必须是合理有效的形状以允许气体发生器气体通过它排出。大概根据这个标准开发了圆形排气孔，因为圆形排气孔对于两-维几何形状提供了最佳的面积对周长比。然而，第二个设计标准是有效的结构形状，其无疑应基于特定气囊的几何形状和结构。下面描述的非圆形形状试图介绍一种几何形状，其在结构上是有效的并提供一种合理的排气通道。
如这里所公开的，非圆形排气孔概念起源于发明人的发现，即传统圆形排气孔在组件展开的早期过程中显著伸长。发明人进行了一系列的静态展开组件试验，试验表明当从气囊结构中去掉排气孔加强件(在该行业中称为“加倍装置”)时从圆形几何形状排气孔开始出现气囊失效。气囊失效和希望从气囊结构中省掉排气孔加倍装置一起产生了非圆形排气孔几何形状的概念。
从结构的观点，排气孔是织物层的几何不连续点，并且在气囊加压时产生应力集中(即，排气孔是结构上的一个空隙，载荷必须由周围环绕的织物承担，从而产生应力集中)。当织物分配载荷以抵消缺少的织物时在环绕排气孔的织物中必然会引起剪切应力(对织物结构不利)。
排气孔增加了气囊结构的弹性，这会引起孔周围的织物伸长。在伸长过程的某一点，织物将开始抗拒伸长。然而，织物在失效前只有有限的可伸长量。发明人发现如果孔最初由圆形变形为椭圆形时，围绕排气孔的织物伸长相当容易。只有在其最初变形后，织物才开始显著地抵抗伸长变形。然而，到那时，织物的可能“伸长”大部分已经用完了，抵抗只能维持在最终伸长到失效的一个短时期内。
非圆形排气孔概念的出现提供了一种可使织物结构空隙产生的弹性最小化的几何形状。(因为在排气孔上没有织物，其必然比有织物处更有弹性。该较大弹性区域干扰了织物中的载荷分布，迫使周围的织物承担附加的载荷，从而承担附加的应力)。特别是，如果建立的排气孔几何形状与实际展开过程拉紧的排气孔几何形状相似，那么引起的应力可显著变小。
附图简要描述
图1所示为根据本发明一个实施例的椭圆形排气孔。
图2所示为根据本发明第二个实施例的菱形排气孔。
图3所示为一个倒三角形排气孔。
图4所示为一个三角形排气孔。
图5所示为具有一个椭圆形排气孔的气囊的后视图。
图6所示为具有一个倒三角形排气孔的气囊的后视图。
图7所示为一个具有根据气囊材料正交异性所选择的尺寸的排气孔。
图1所示的椭圆形排气孔起源于以下发现即圆形排气孔在组件展开过程中伸长成椭圆形。通过使用椭圆，使织物能够更有效地承担载荷，去除从圆形孔转变成椭圆所需的弹性。这样，已经处于“变形的”状态的织物立即抵抗拉伸，从而允许织物用尽其全部“伸长能力”，抵抗变形和撕裂。这提供了更有效的和更坚固的结构。
为了利用织物的连续拉紧，排气孔形状不必限制于椭圆。狭缝、矩形或任何普通细长的形状也都将提供对伸长和撕裂的立即连续的抵抗。
伸长的方向最好沿与最低延伸系数的轴平行的方向(通常位于经纱和纬纱之间，或编织方向)。例如，图5所示为一个通常的正方形气囊。最大的伸长通常与充气的轴向平行(即，在气囊充气时沿驾驶员方向)。然而，也可能最大伸长发生在某些其它方向的情况，这也包括在本发明公开的范围内。这将典型地取决于气囊的几何形状和织物的方向，并可容易地确定。
平滑连续周边不会象矩形的角或狭缝的端部那样产生应力集中区，从这个角度看，椭圆是有利的。然而，可以圆化矩形的角或狭缝的端部以减少在这些区域的应力集中因素。椭圆的长轴指向偏压织物方向，即在经纱和纬纱方向之间。
图2所示的菱形形状的排气孔几何形状利用了不同加强原理，其平行于织物编织的经纱和纬纱方向。通过这样做，发明人应用了与应用在气囊主对角线缝的原理相似的用于在排气孔区域载荷承重的正交性原理。菱形的定向使得经纱和纬纱结构的方向通常指向菱形的“平面”。该设计迫使织物以其最佳形状-在经纱和纬纱的方向上承受载荷。也可以圆化菱形的角以将织物结构在压力作用下在尖角处撕裂的趋势减到最小。
图3和4所示的三角形和倒三角形形状(具有圆化的角)也具有与织物经纱和纬纱线平行的边，并提供了可接受的排气区域。特别是，倒三角形提供了与图6所示气囊建立的几何形状相似的形状。
关于排气孔几何形状的最终概述。假定织物的模数是正交异性的(例如，对有时使用的不平衡结构织物经纱模数通常低于纬纱模数)，排气孔的最初形状可能不是象前面所示的实例一样对称。也就是，假定织物沿经纱方向受到较大的伸长，菱形形状(例如)可能最初比正方形更正交，这样最终变形的形状是对称的。排气孔的最初形状可通过根据织物结构的实际模数测量排气孔尺寸确定。该方法的一个实例表示在图7中，长度短的比长度长的比率约等于平行于长度短的方向上的延伸系数同平行于长度长的方向上的延伸系数的比率。
用一个45×100旦尼尔轧光尼龙织物制造了四个气囊，气囊在90℃时从一个具有一DI-1气体发生器的T300组件中展开。前两个气囊具有一个椭圆形状的排气孔，后两个气囊具有一个菱形形状的排气孔。椭圆几何形状的主轴为28.5毫米，副轴为20.1毫米。(即约为一个45°的椭圆)。菱形几何形状是一个22毫米的正方形，然而，拐角以5毫米半径圆化。两个排气孔几何结构都使用一个420旦尼尔的排气孔加倍装置增强，该加倍装置通过5毫米宽的Z形缝线(其与排气孔边缘间的偏移量为5毫米)缝在合适的位置上。所有试验都成功展开，试验后的检验表明在排气孔区域没有结构损坏。然而，对于该试验系列可比较的圆形排气孔在排气孔部分显示出严重的梳毛。
进行了第二个试验系列。再一次试验了椭圆形和菱形形状的排气孔。对这些试验，组件和试验条件与前面的试验相同，然而，气囊用100×200旦尼尔轧光尼龙织物制造。排气孔的尺寸与前面描述的一样，然而，不使用排气孔加倍装置。在进行的四个试验中，三个成功地进行直到完成。由于组件盖的角在展开的早期显然勾住了排气孔并撕破了排气孔，一个试验被迫被去除了。剩下的排气孔，两个菱形的和一个椭圆形的排气孔展开并未表现出结构损坏。
本发明的排气孔可以采用很多尺寸和形状，只要它们利用了这里所描述的两个增强原理或其中之一。尽管非圆形排气孔理论上适用于轻重量(即少于420的旦尼尔)的气囊，但其也可应用在较重的或中等重量的织物气囊上。
权利要求
1．可变形压力容器，包括一个具有至少一个壁的可充气室，在所述壁上有一个非圆形排气孔。
2．根据权利要求1所述的可变形压力容器，其特征在于所述排气孔是一个椭圆。
3．根据权利要求1所述的可变形压力容器，其特征在于所述排气孔是一个菱形。
4．根据权利要求3所述的可变形压力容器，其特征在于所述菱形具有圆化的角。
5．根据权利要求1所述的可变形压力容器，其特征在于所述排气孔是一个矩形。
6．根据权利要求5所述的可变形压力容器，其特征在于所述矩形具有圆化的角。
7．根据权利要求1所述的可变形压力容器，其特征在于所述排气孔是一个三角形。
8．根据权利要求7所述的可变形压力容器，其特征在于所述三角形具有圆化的角。
9．根据权利要求7所述的可变形压力容器，其特征在于所述三角形是倒过来的。
10．根据权利要求9所述的可变形压力容器，其特征在于所述倒三角形具有圆化的角。
11．根据权利要求1所述的可变形压力容器，其特征在于所述排气孔是一个狭缝。
全文摘要
本说明书描述了一种使用非圆形排气孔代替传统圆形排气孔的气囊。排气孔通常在气囊结构上提供一种几何不对称并在几何形状中引起应力集中。对气囊展开的研究表明,圆形排气孔在展开的早期伸长。由于织物被拉紧,这在圆的两个圆周点上产生应力集中。根据这个发现,发明人确定如椭圆形或矩形的排气孔在早期展开过程中将是有利的,因为该非圆形排气孔在该早期拉紧过程中已被设定一种更自然的位置,从而不会在该区域引起附加的拉紧。
文档编号B60R21/23GK1228740SQ97197495
公开日1999年9月15日 申请日期1997年6月25日 优先权日1996年6月28日
发明者J·M·内尔森, K·W·格温 申请人:精密结构集团有限公司, 仙迪亚公司