JPH07196002A - 容器充填方法及び容器充填装置 - Google Patents
容器充填方法及び容器充填装置Info
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Abstract
ガス充填が繰り返し可能とする。 【構成】 貯蔵容器12は、引火性ガスと酸化剤ガスの
混ざった一次ガスとを含む可燃性混合ガスを充填され
る。充填ヘッド50は、充填ヘッドからガス流出口13
2の周囲に延びる連続的な環状の隆起130を有する。
隆起130は、貯蔵容器12内の開口152周囲の貯蔵
容器材料に圧痕を形成し、貯蔵容器内のチャンバ充填中
に貯蔵容器を通してガス流を導き、隆起と容器との間に
気密シールをもたらす。
Description
のに用いる新規で改良された方法及び装置に関し、より
詳しくは容器を可燃性混合ガスで充填するための方法及
び装置に関する。
ール(Blumenthal)らにより出願された「車
両乗員拘束具を膨張させる装置」と題する米国特許出願
第947,147号では、エアバッグ用の膨張流体源が
可燃性混合ガスを含む容器である。可燃性混合ガスは、
引火性燃料ガスと酸化剤ガスとを含む。
に充填する間、充填ヘッドと容器との間に気密シールを
得る必要がある。気密シールをもたらすのにOリングを
用いると、Oリングはすぐに疲弊して交換が必要にな
る。さらに、Oリングを用いると、Oリングは容器上に
比較的大きなシール領域を必要とする。
に可燃性混合ガスで充填するのに用いる新規で改良され
た方法及び装置を提供するものである。容器に充填する
間、充填ヘッドと容器との間に気密シールが形成され
る。気密シールは、容器の充填開口の周囲の容器材料に
圧痕を設けることによって形成される。開口の周囲の材
料は、充填ヘッド内の流出口の周囲に延びる充填ヘッド
上の隆起により圧痕を形成される。
照しつつ以下の説明を通読することから本発明に関与す
る当業者には明白となろう。図面中、図1は、本発明に
従って構成されかつ動作する装置の概略図である。
ある。
概略的に示す部分拡大図である。
システムのような車両乗員拘束システム内で用いられ
る。車両の衝突を示す高い車両減速度が発生すると、エ
アバッグのような車両乗員拘束具は、貯蔵容器12から
のガスによって膨張させられて車両の乗員の動きを抑制
する。膨張可能な車両乗員拘束具は、乗員と操舵輪や計
器盤やドアなどの車両のしかるべき部分との間の車両内
の位置へと膨張する。膨張した車両乗員拘束具は、乗員
の動きの運動エネルギを吸収して乗員の運動を抑止し、
これにより乗員が車両部品を力強く打ち付けることはな
くなる。
ている。貯蔵容器12に保持された可燃性混合ガスは、
車両乗員拘束具のためのガスの大部分を構成する一次ガ
スと、点火された一次ガスを加熱する引火性ガスとを含
む。貯蔵容器12内の貯蔵混合ガスは、均一なガス状状
態にある。一次ガスは、好ましくは可燃性ガスの燃焼を
支える酸化剤ガスと車両乗員拘束具を膨張させる不活性
ガスとを含むものがよい。一次ガスは、空気や不活性ガ
ス或いは空気と不活性ガスとの混合気を含むとよい。不
活性ガスは、窒素やアルゴン或いは窒素とアルゴンの混
合気でよい。好ましくは、一次ガスは空気であり、酸化
剤ガスは空気中の酸素である。引火性ガスは、水素やメ
タン或いは水素とメタンの混合気である。好ましくは、
引火性ガスは水素がよい。貯蔵容器12内の混合ガスの
典型的な組成は、容積比約12%の水素と容積比約88
%の空気である。混合ガスは、約2500気圧で貯蔵容
器12内に貯蔵されている。他の組成と圧力の可能であ
ることは認識さるべきである。
両乗員拘束具を膨張させるのに用いる方法は、前述の1
992年9月18日付けでブルメンタール(Blume
nthal)らにより出願された「車両乗員拘束具を膨
張させる装置」と題する米国特許出願第947,147
号に開示されたものと同じである。車両の衝突が発生す
ると、容器12は開けられて可燃性混合ガスが点火され
る。混合ガスは膨張可能な車両乗員拘束具内に導かれ、
車両乗員拘束具を膨張させる。
スで充填する装置14が、図1に概略示されている。装
置14は、充填導管16を含んでいる。充填導管16
は、導管18に接続されている。導管18は、弁20を
介して一次ガス源すなわち空気源に接続されている。一
次ガスは、酸化剤ガスすなわち空気中の酸素を含んでい
る。弁20は、開弁状態と閉弁状態との間で操作可能で
あって導管18と充填導管16とを介して一次ガスの流
れを制御する。
を介して引火性ガス源すなわち窒素源に接続されてい
る。弁26は、開弁状態と閉弁状態との間で操作可能で
あって導管24と充填導管16とを介して可燃性ガスの
流れを制御する。コントローラ30が、導線32,34
によりそれぞれ弁20,26用のアクチュエータに接続
されていて、弁の操作と導管18,24を介する充填導
管16への流れとを制御する。
とを介して真空ポンプ(図示せず)に接続されている。
弁40は、開弁状態と閉弁状態との間で操作可能であっ
て充填導管16の真空引きを制御する。弁40が開弁
し、弁20,26が閉弁すると、導管16,18,24
内のどんな引火性ガスすなわち一次ガスも導管38を介
して真空ポンプに導かれる。コントローラ30は、導線
44により弁40用のアクチュエータに接続されてい
る。コントローラは、弁20,26が開弁してしまった
後でのみ、閉弁状態から開弁状態へと弁40を操作す
る。
管16に接続されている。充填導管50は、貯蔵容器1
2とともにホルダ62内に配設されている。ホルダ62
は、筒状の側壁64を含んでいる。側壁64は、ホルダ
62の端部領域66と協働して筒状のチャンバ68を形
成し、該チャンバ内に充填ヘッド50と貯蔵容器12と
が配設される。充填導管16は、ホルダ62の筒状側壁
64内に形成されたスロット70を通って延びており、
これにより充填ヘッド50は端部領域66と貯蔵容器1
2との間のホルダ62の端部領域66に隣接して配置さ
れる。保持部材72が、貯蔵容器12に当接係合して配
設されており、貯蔵容器をして充填ヘッド50に係合保
持する。
は、ホルダ62の端部領域66内に配設されている。ピ
ストンとシリンダの組立体76は、筒状のピストンヘッ
ド80と筒状のピストンロッド82とを有するピストン
78を含む。ピストンヘッド80とピストンロッド82
は一体品として形成されていて、同軸関係に配設されて
いる。
方向に可動である。ピストンヘッド80は、端部領域6
6内に形成された筒状のピストンチャンバ86内に摺動
可能に受け入れられている。ピストンロッド82は、端
部領域66内に形成された筒状通路88を通って延びて
いる。通路88は、貯蔵容器12が配設されたチャンバ
68とピストンチャンバ86との間に延びている。筒状
通路88は、筒状ピストンチャンバ86と同軸関係に配
設されている。一対の環状シール90が、通路88を画
成しピストンロッド82をシールする面内に配設されて
いる。
6とを介して流体圧力源に接続されている。弁96は、
導管94を流体圧力源に接続する開弁状態と導管94を
導管100を介して大気に解放する閉弁状態との間で操
作可能とされている。コントローラ30は、導線102
により弁96のためのアクチュエータに接続されてい
る。
(図2)が、ピストンロッド82内の雌螺子付き開口1
12内に螺入されている。突起110は、筒状充填ヘッ
ド50に同軸関係に配設されている。開口112は、筒
状ピストンロッド82に同軸関係に配設されている。そ
れ故、ピストン78と充填ヘッド50は、雄螺子付き突
起110と雌螺子付き開口112とにより、同軸関係に
固定的に相互接続される。ピストン78と充填ヘッド5
0とが図1に示した仕方でホルダ62の端部領域66内
に固定的に相互接続されると、ピストン78と充填ヘッ
ド50は、充填ヘッド50をピストンから離脱させずに
はホルダ62の端部領域66から取り外せなくなる。
続を容易にするため、筒状凹部116(図2,3)が突
起110とは反対側に充填ヘッド50の円形端面118
に形成されている。同様に、筒状凹部122(図2)が
開口112とは反対側にピストンヘッド80の円形端面
124に形成されている。凹部116,122は、ピス
トンと充填ヘッドをホルダ62(図1)内に配設すると
きに、スパナレンチを受け入れて充填ヘッド50をピス
トン78に螺入して固定できるようになっている。
ッド50内に延びている。流路54は、充填ヘッド内で
直角に屈曲していて充填ヘッド50の端面118内に配
設された円形流出口132内で終端されている。連続す
るシール隆起130(図2,3,4)が、円形流出口1
32の周囲に形成されている。貯蔵容器112にガスを
充填する間、ガスは充填導管16から流路54に流入
し、流出口132を経て流路54から流出する。
ッド50に一体形成されている。シール隆起130は、
対向する連続的な環状側面140,142を有してい
て、それらがお互いに向けて傾斜していて平坦なランド
138にて終端されている。ランド138は、流出口1
32の周囲に完全円として延びている。側面140,1
42の間のランド138の幅は、約1/100インチで
ある。ランド138からは、シール隆起130の側面1
40が半径方向外方に傾斜している。側面142は、ラ
ンド138から半径方向内方に傾斜している。側面14
0,142の間に形成される角度は変えられるが、好ま
しい実施例では45度である。シール隆起130の側面
142は、充填ヘッド50の円形端面118の環状部1
44により流出口132から分離されている。
る円形端面154を伴った筒状金属端部領域148(図
1)を有する。流路150(図4)が、端部領域148
を通り貯蔵容器12内のチャンバへと延びている。流路
150は、円形流入口152内の端面154において終
端されていて、貯蔵容器12を充填する間は該流入口を
通ってガスが流路150内に流入する。流路150内の
逆止弁58は、貯蔵容器が充填ヘッド50から接続を外
されたときに貯蔵容器からガスが流れないようにする。
などの金属で出来ている。貯蔵容器12の端部領域14
8は、充填ヘッドの材料の硬さよりも柔らかい硬さをも
ったアルミニウムなどの金属で出来ている。それ故、シ
ール隆起130の比較的硬い金属は、充填ヘッドが貯蔵
容器端部領域148の端面148に押し付けられたとき
に、貯蔵容器12の比較的柔らかい金属に圧痕をつく
る。比較的硬い金属隆起130が貯蔵容器12の比較的
柔らかい金属端部領域148に対して押し付けられる
と、連続する環状グルーブがシール隆起によって貯蔵容
器の端部領域に形成される。連続的な環状グルーブが生
ずるのは、貯蔵容器12の材料がシール隆起130によ
って塑性変形されるからである。シール隆起130によ
る貯蔵容器12の端部領域148の圧痕形成によって形
成されたグルーブは、シール隆起の形状に対応する形状
を有することになる。
蔵容器12の端部隆起148の金属中に押し込まれる
と、気密な金属どうしのシールが形成されてシール継ぎ
手56(図4)をもたらす。金属どうしのシール継ぎ手
56は、充填ヘッド50の円形端面118の一部144
と貯蔵容器12の端部領域148の円形端面154との
間の円形空間160における半径方向外方へのガス流が
阻止される。それ故、貯蔵容器12にガスを充填する間
にシール継ぎ手56を通ってガス漏れが生ずることはな
い。シール隆起130を画成する面とシール隆起130
により形成される容器内グルーブを画成する容器12の
面は、かくして充填ヘッド50と容器12との間に気密
なシールをもたらすシール手段を構成する。
0は316ステンレス鋼で出来ている。本発明のこの特
定の実施例では、貯蔵容器12の端部領域148は、ア
ルミニウムで出来ている。比較的硬いステンレス鋼のシ
ール隆起130は、端部領域148の柔らかなアルミニ
ウムに圧痕を形成して貯蔵容器の端部領域148内の円
形流入口152の周囲に同軸関係にある環状凹部164
を形成する。金属どうしのシールは、水素ガスを含むガ
スをシールすることができ、これにより貯蔵容器12を
充填する間のシール継ぎ手56を介するガス漏れは、1
×10-9cm3/sを越えない。
148の材料よりも実質的に硬い材料で出来ているのが
望ましく、これにより多数の貯蔵容器12を繰り返し充
填するのに用いたときにシール隆起130の疲弊を防止
することができる。また、充填ヘッドは、好ましい実施
例においては酸脆性にさらされることのないの材料で出
来ていなければならず、好ましくは微粒子材料でなけれ
ばならない。好ましくは、充填ヘッドは、304又は3
16ステンレス鋼で出来たものがよい。
ガスの混合気でもって充填されると、弁20,26,4
0は、コントローラ30によって閉弁状態に駆動され
る。かくして、弁20,40は、図1に示された閉弁状
態に保たれ、弁26は閉弁状態に駆動される。さらに、
コントローラ30は、導管94が弁流路104を介して
排気導管100に解放される状態に弁96を駆動する。
かくして、ピストンチャンバ78は大気に解放され、こ
れによりピストン78は即座に引き戻され、すなわち図
1に示した位置から左方に移動する。
填された貯蔵容器12がチャンバ68内にあれば、容器
12はチャンバ68から取り除かれる。次に続く空の貯
蔵容器12は、そこでチャンバ68内に位置決めされ
る。次に続く空の貯蔵容器12の端部領域148は、充
填ヘッド50に対して配置される。保持部材72は、そ
こで引き戻され、図1に示したように貯蔵容器12に整
合する。
して位置決めされると、コントローラ30が図1に示し
た状態まで弁96を駆動する。これにより、ガスは比較
的高い圧力でもってピストンチャンバ86内に導かれ
る。本発明の特定の実施例では、窒素ガスが窒素ガス源
から弁96と導管94とを介して1500気圧でピスト
ンチャンバ86内に導かれる。
ストンヘッド80をして(図1に示したように)右方に
押圧する。ピストン78に作用する流体圧力は、充填ヘ
ッド50に伝達される。流体圧力の力が、充填ヘッド5
0を貯蔵容器12の端部領域148に押圧する。保持部
材72が、(図1に示したように)貯蔵容器12の右端
部に当接し、充填ヘッド50により端部領域148に作
用する力に抗して貯蔵容器を保持する。
れた流体圧力の力が、充填ヘッド上のシール隆起130
(図4)を貯蔵容器12の流入口152周囲の材料に押
圧する。充填ヘッド50に伝達された流体圧力は十分で
あってシール隆起30の比較的硬い金属をして貯蔵容器
の端部領域148の比較的柔らかい金属に圧痕を形成す
る。このことで、気密かつ金属どうしによるシールが、
充填ヘッド50内の流路54からの流出口132の周囲
と、貯蔵容器12内の流入口152の周囲とに形成され
る。
0との間に確立されると、コントローラ30が弁40を
開弁状態に駆動して充填導管16と導管18,24,3
8とを真空ポンプに接続する。このとき、弁20,26
は閉弁される。それ故、真空ポンプの操作によって、充
填導管16と導管18,24,38とが真空引きされ
る。
密かつ金属どうしのシールが得られ、かつ充填導管16
が真空引きされた後、コントローラ30が弁26を図1
に示す開弁状態へと駆動する。弁26を開弁することに
より、引火性ガス源(図示せず)からの引火性ガスが充
填導管16を介して貯蔵容器12へと導けるようにな
る。引火燃性ガスは、圧力が約2200〜2300気圧
の水素源から導かれる水素である。
16と充填ヘッド50内の流路54とを通り流体源から
充填ヘッド50と貯蔵容器12との間の気密シール継ぎ
手56へと流れる。可燃性ガスは、流出口132を通り
流路54から充填容器50と貯蔵容器12の端部領域1
48との間の空間160(図4)内へと流れる。シール
継ぎ手56が気密であるため、ガスは空間160から半
径方向外方へと流れることはできない。それ故、引火性
ガスは、空間160から流入口152を通って流路15
0へと流れ、貯蔵容器12内のチャンバ内に流入する。
圧力に達すると、コントローラ30は弁26を閉弁状態
へと操作し、引火性ガスが貯蔵容器12へ流れるのを阻
止する。コントローラ30は、続いて弁40を開弁状態
へと操作し充填導管16を真空ポンプに接続する。この
とき、容器12内の逆止弁組立体58が閉弁して貯蔵容
器12からのいかなるガス流をも阻止する。
18,24,38を真空引きする。コントローラ30
は、続いて弁40を操作して図1に示す閉弁状態に引き
戻す。このことで、弁96は図1に示す開弁状態に保た
れる。それ故、チャンバ86内の流体圧力が作用して充
填ヘッド50と貯蔵容器12の端部領域148との間の
気密な金属どうしのシールを維持する。
して開弁状態とする。一次ガスはそこで、一次ガス源か
ら開弁した弁20と導管18と充填導管16とを通り充
填ヘッド50へと流れることができる。一次ガスは、充
填ヘッド50内の流路54を通りシール継ぎ手56を通
過して貯蔵容器12内へと導かれる。
ローラ30が弁20を閉弁状態へと操作し、弁40を開
弁状態へと操作する。このことで、真空ポンプは充填導
管16と導管18,24,38とを真空引きできるよう
になる。これにより、貯蔵容器12内の逆止弁組立体5
8が閉弁して貯蔵容器12からのガス流を阻止する。充
填導管16と導管18,24,38が真空引きされる
と、コントローラ30は弁40を閉弁する。
して導管94が弁96内の流路104を介して排気導管
100へと接続される状態とする。このことで、ピスト
ンチャンバ86内に流体圧力は大気圧へと減圧する。そ
こで保持部材72は引き戻され、充填された貯蔵容器1
2はホルダ62から取り外される。次に続く空の貯蔵容
器12が、続いてホルダ62内に位置決めされ、同じこ
とが繰り返される。
例の操作では、貯蔵容器12は650cm3の容積を有
しており、水素ガスは2秒間で圧力300気圧まで充填
される。かくして、貯蔵容器12が水素ガスを2秒間で
圧力300気圧まで充填されるこの特定の実施例では、
貯蔵容器12内の流体圧力の平均増加率は、毎分900
0気圧となる。この特定の実施例では、ピストンチャン
バ86内の窒素ガスがピストン78に対して作用する流
体圧力は1500気圧となる。充填ヘッド50と貯蔵容
器12の端部領域148との間の金属どうしのシールか
ら、1×10-9cm3/s以上漏洩することはない。
0は約3300気圧の圧力の一次ガス源すなわち空気源
に流体連通する状態に接続される。貯蔵容器12は、貯
蔵容器内の圧力が約2500気圧に達するまで、一次ガ
スで充填される。貯蔵容器12内の混合ガスの2500
気圧の圧力は、300気圧の可燃性ガスの一部と220
0気圧の一次ガスの一部とに負うものである。貯蔵容器
12内の圧力が約2500気圧に達した後、コントロー
ラ30が弁20を操作して図1に示す閉弁状態へと引き
戻す。
気以外に一又はそれ以上のガスにより前述の圧力以外で
の圧力でもって充填してもよいことは理解さるべきであ
る。かくして、気密シール継ぎ手56が、多数の異なる
タイプのガスによる多数の異なる圧力での多数の異なる
タイプの貯蔵容器の充填に利用できることは熟慮してあ
る。また、容器を自動処理システム内の機械類によって
取り扱うことができ、かつこのシステム内に気密シール
継ぎ手52が組み込めることも理解さるべきである。
変形と修正とを想起するであろう。そうした当業者によ
る改良と変形と修正は、添付の特許請求の範囲によって
覆われるよう意図されている。
密シール継ぎ手によるガス充填が繰り返し可能となる。
略図である。
部分拡大図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 容器内の開口を通してガス流を導くこと
により容器内のチャンバにガスを充填するのに用いる容
器充填装置において、 充填ヘッドと、 前記充填ヘッドを介してガス流を導く流路を画成する手
段であって、該流路がチャンバ充填中に容器開口と連通
する流出口を有する前記手段と、 前記充填ヘッドと容器との間の気密シールをもたらすシ
ール手段であって、前記充填ヘッドに接続され前記流路
の流出口の周囲に延びる表面手段を含み、該表面手段が
容器内チャンバ充填時にガス流を導く容器開口の周囲の
容器材料に圧痕を形成する前記シール手段とを具備す
る、 ことを特徴とする前記装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の前記装置において、 前記充填ヘッドに接続され、流体圧力の影響を受けて前
記表面手段を容器材料に対して押圧するピストン及びシ
リンダをさらに具備する、 ことを特徴とする前記装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の前記装置において、 前記表面手段は、容器開口の周囲の容器材料の堅さより
も大きな堅さを有する材料で出来ていて、該表面手段を
して容器材料に圧痕を形成させる、 ことを特徴とする前記装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の前記装置において、 前記充填ヘッドに力を及ぼして前記表面手段を容器開口
の周囲の材料に押圧する手段をさらに含む、 ことを特徴とする前記装置。 - 【請求項5】 請求項4記載の前記装置において、 前記表面手段による容器材料の圧痕形成中の動きに抗し
て容器を保持する手段をさらに含む、 ことを特徴とする前記装置。 - 【請求項6】 請求項1記載の前記装置において、 前記表面手段は、前記充填ヘッドに接続されて前記流出
口の境界を画する環状隆起を形成する、 ことを特徴とする前記装置。 - 【請求項7】 請求項1記載の前記装置において、 前記表面手段は、前記流出口の周囲に延びる隆起を形成
しており、該隆起がランド部と該ランド部から両側の方
向に傾斜する側部とを有しており、該装置は、前記隆起
が容器開口の周囲に延びた状態で該隆起を容器材料に対
して押圧する手段をさらに具備しており、前記ランド部
と前記隆起の前記側部は、該隆起が前記容器の材料に押
圧されるさいに容器材料を塑性変形させる、 ことを特徴と前記装置。 - 【請求項8】 請求項1記載の前記装置において、 前記充填ヘッド内の流路に流体連通させて接続され、前
記充填ヘッド内の流路に酸化剤ガス流を導き、かつ前記
充填ヘッド内の流路に引火性ガス流を導くガス供給導管
手段をさらに含む、 ことを特徴とする前記装置。 - 【請求項9】 請求項8記載の前記装置において、 前記ガス供給導管手段から酸化剤ガス流と引火性ガス流
とを導き、前記該供給導管手段を真空引きできるように
する追加の導管手段をさらに含む、 ことを特徴とする前記装置。 - 【請求項10】 容器内のチャンバにガスを充填する容
器充填方法において 、容器の開口周囲の材料に充填ヘッドで圧痕を形成する
ことにより充填ヘッドと容器との間にシールを形成する
ステップと、 充填ヘッドを通しかつ容器開口を通して容器内チャンバ
にガス流を導くステップと、 充填ヘッドを通して流れる間、充填ヘッドと容器開口の
周囲の圧痕付き容器材料との係合により、充填ヘッドと
容器との間のシールを抜け出るガス流を阻止するステッ
プとからなる、 ことを特徴とする前記方法。 - 【請求項11】 請求項10記載の方法において、 容器開口の周囲の材料を充填ヘッドにより圧痕形成する
ことで前記充填ヘッドと容器との間にシールを形成する
前記ステップは、充填ヘッドの開口周囲に延びる隆起で
もって容器開口の周囲の材料を塑性変形させることを含
む、 ことを特徴とする前記方法。 - 【請求項12】 請求項11記載の前記方法において、 充填ヘッドを介して容器内のチャンバ内にガス流を導く
前記ステップは、容器内のチャンバ内に充填ヘッドを介
して酸化剤ガス流を導き、かつ容器内のチャンバ内に充
填ヘッドを介して引火性ガス流を導くことを含む、 ことを特徴とする前記方法。 - 【請求項13】 請求項10記載の前記方法において、 充填ヘッドと容器との間にシールを形成する前記ステッ
プは、充填ヘッドの一部を形成して充填ヘッドの開口の
周囲に延びる材料の連続的な隆起を、容器に対して十分
な力をもって押圧し、容器開口の周囲の容器材料の連続
的なリングを塑性変形させることを含む、 ことを特徴とする前記方法。 - 【請求項14】 請求項13記載の前記方法において、 充填ヘッドを介して容器内チャンバ内にガス流を導くス
テップは、充填ヘッド内の開口と、充填ヘッドと充填ヘ
ッドの一部を形成する材料の連続的な隆起により囲繞さ
れた容器との間の空間とを介してガス流を導くことを含
む、 ことを特徴とする前記方法。
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