1.　まえがき

乗員保護装置としてのエアバッグの歴史は意外に古く、イートン社が衝突時の救命装置として発表した1967年までさかのぼる。その後、1970年にアメリカで発表された実験安全車（Expertimental Safety Vehicle：ESV）計画などを通して、複数の自動車メーカーがシートベルトに対する補助拘束装置としてのエアバッグの開発をスタートしている。
実際に市場に投入された第一世代のエアバッグは、前面衝突用両席エアバッグシステム（運転席および助手席）として1974年GMから発売されが、販売台数は約5000台で1年後に販売を中止した。その後しばらくの空白期間の後に、1981年ベンツが現在のシステムとほぼ同一の前面衝突用運転席エアバッグシステムを発売した。現在ではほとんどの自動車メーカーからエアバッグ車が発売されている。
　このように急速にエアバッグ（以下、特に注釈のない場合は前面衝突用）が拡大した背景として、アメリカでの安全装備に関する法制化の動きがあげられる。その法規（米国連邦車両安全基準FMVSS208項）では、自動ベルトもしくはエアバッグなどの受動的乗員拘束装置（すなわち、乗員は座席に座るだけで、なにもしなくても前面衝突事故時に効果を発揮する拘束装置）の装備の義務付けおよび衝突安全性能基準が規定されている。自動ベルトとエアバッグのうちどちらを選択するかについては、米国議会の働きかけなどもあり、エアバッグに軍配が上がっている。また、世界的な安全に対する意識の高まりもあり、各自動車メーカーはエアバッグの拡大に力を置いている。

2.1　エアバッグシステムの仕組み

エアバッグシステムは多くの部品から成り立っているが、基本的には、センサ、インフレータ、バッグ、回転コネクタ（運転席側のみ）、コントロールユニットから構成されている。車両の衝突による衝撃を感知したセンサからの信号がコントロールユニットを経由して、インフレータ（ガス発生装置）を点火させ、発生したガスにより瞬時にバッグをふくらませる（図-1）。
運転席側のエアバッグの展開の様子の模式図を示す（図-2）。センサが衝突を感知すると同時にガス発生装置に着火、約0.03秒後にはエアバッグがふくらみきり、乗員を受けとめエネルギを吸収し、収縮する。車両の衝突から着火、収縮までは約0.2秒以内（瞬き1回以下の時間）で完了する。



2.2　エアバッグの役割

現在、各社からエアバッグを装備した車が発売されているが、いずれもエアバッグはシートベルトの補助拘束装置（Supplemental Restraint System=SRS）としてのコンセプトを持っており、シートベルトを着用した乗員に対してその効果を最大限に発揮するものである。つまり、車両の衝突時、シートベルトを着用した乗員の2次衝突（車両の衝突を1次衝突と呼ぶのに対し、乗員自身の身体がステアリング、インストルメントパネル、フロントガラスなどと衝突すること）によって頭部に加わる衝撃を緩和することを目的とした装置である。ハンドルやインストルメントパネルに取り付けられたエアバッグの効果は前面衝突に対して大きな効果を発揮するが、側面、後面衝突やロールオーバに対しては有効ではない。これは、事故時に乗員が移動する方向にエアバッグ（衝撃吸収装置）がないからである。また、上述のように約0.2秒で展開を終了してしまうため、多重衝突事故などでの2回目以降の衝突に対しては効果がない。したがって、シートベルトの装置が安全上重要なことであるのだが、エアバッグは万能というイメージが強く、ユーザーがエアバッグに対して過大な期待（エアバッグが装着されているのだからベルトをしなくても安全だなど）を抱いてしまう恐れがあり、各自動車会社ともシートベルトの着用を強く勧めている。

2.3　エアバッグの作動条件

エアバッグは上述のように車両前面方向からの衝突形態のみに対して効果を発揮する。したがって、センサのセッティング（センサ位置や感度など）もそれに沿ったものとなっている。エアバッグの作動範囲の概念図を図-3に示す。また、作動する衝突速度も、事故分析の結果から実際に傷害の程度が大きくなる対壁換算速度（固定した壁に対して正面から衝突するときの速度）約20Km以上としているのが一般的である。




2.4　エアバッグシステムの特異性

エアバッグシステムには、他の車載システムと大きく異なる特徴点がある。第一の特徴として、電気系統以外は機能チェックができないシステムであるということがあげられる。システム内の電気的な部分、つまりセンサやケーブルなどの電気系統の断線やショートなどは常時モニタ（故障診断）しており、問題が発生すれば警告灯により運転車に知らせる。しかし、インフレータ内のガス発生剤（化薬品）のトラブルやバッグ（織物）の破れなどは予見することができず、また、試しに作動させるなどして、その機能を確認（たとえばブレーキテストのように）することもできない。そのためエアバッグシステムは設計上および製造上高い信頼性が要求される。
それでも万が一不測の事態でバッグが展開しても、運転操作などに重大な支障をきたさないように以下に示すような工夫を折り込んである。（1）バッグの展開形状をコントロール（バッグ内部に設定したつりひもやバッグの大きさで）することにより、不意の展開時にバッグが乗員に強い衝撃を与えないようにしている。（2）バッグに設定した排気穴からガスを抜くことによりバッグをしぼませ、視界を確保する。（3）バッグ展開時の車室内の音圧により鼓膜などへ影響がないことを確認してある。（4）排気ガスの大部分が窒素で、残りの成分も人体に影響ないレベルに抑えてある。
また、第二の特徴はエアバッグが金属はもとより、樹脂、電気・電子部品、布地、そして化薬品と一つの部品のなかに幅広い分野の技術が詰め込まれていることである。そして、それらの技術の組合わせにより目標とする機能、性能を満足させている。
第三の特徴点としては、使われるのはいざというとき1回だけで、しかも車の生涯にわたって一度も使われない可能性のほうが高いのである。
以上に例を示したように、自動車部品のなかでは他に例を見ない部品である。

　現在、市場にでているエアバッグシステムは以下のようなものがある。

3.1　センサがエアバッグユニットと別対配置されている例

本システムはエアバッグユニット（バッグやインフレータ）とセンサユニットが別対となっており、センサを任意の位置に（衝突の衝撃を感知するのに最適な位置）に置くことが可能というメリットがある反面、センサからエアバッグへ信号を伝えるための長いハーネスが必要となる。
日産車を例に構成を説明する（図-4）。車両のフロアトンネル付近に2個のセンサ、すなわち、トンネルセンサとセーフティングセンサが設置されている。これら両方のセンサが同時に作動したときのみ衝突と判断するようになっているので、センサが作動したのと同じモードになる回路上の短絡が2箇所以上で同時に発生しないと、システムの誤作動が発生しない。そして、それらの信号は隣接するコントロールユニットで処理され、各エアバッグに点火信号を送る。また、コントロールユニットはシステム全体の電気系統の異常監視や電源故障に対する補助電源機能も有する。各エアバッグモジュールはコントロールユニットからの作動信号のみにより作動し、エアバッグをふくらませるようになっている。

3.2　センサがエアバッグユニットと同じ場所に配置されている例

この例はエアバッグシステム、すなわち、センサ、インフレータ、バッグなどすべてがステアリングホイールのなかにまとめて搭載されているシステムのこと。センサが衝突を感知すると点火信号を直接インフレータに伝えて着火し、ガスを発生させバッグをふくらませる構造となっている。センサの種類により点火信号を電気的に伝えるタイプと機械的に伝えるタイプがある。センサがハンドル内に設置されているため、ステアリングコラム先端での発生減速度にて車両衝突の判断（展開させるか、させないか）をする必要があるため、センサのチューニングがむずかしくなるなどの技術的課題はあるが、構造が簡単で比較的低コストであることから、最近採用が増えている。

　エアバッグシステムは、前述のように多くの部品から成り立っている。それら構成部品（センサ、インフレータ、バッグ、回転コネクタ、自己診断装置）について説明する。

4.1　センサ

センサは車両の衝突を検知するためのもので、大別して全機械式センサ、電気機械式センサ、電子式センサの3タイプがある。

イ）全機械式センサ


　全機械式センサは文字どおり、電子回路など電気的なものは使わずに、衝突による衝撃を機械センサが感知して、ばね力などにより点火ピンを動かし、点火剤に着火させるものである。前述のセンサが、ハンドル内に搭載されるエアバッグのインフレータ内で使われている。図-5に一例を示す。これはSTC社製のセンサで、衝突による衝撃によりセンサ内のボールが移動し、押さえているトリガプレートがはずれ、ばね力によりファイアリングピンが移動、点火剤（信管）を衝撃力で着火する仕組みとなっている。

ロ）電気機械式センサ


　電気機械式センサは衝突の衝撃（慣性力）を機械的にマス（ボール、ローラなど）で受けるところまでは機械式と同じであるが、そのマスが接点を閉じて電気信号に変換して出力するところが異なる。ローマライト式（TRW社製）、粘性ダンピング式（STW社製）がおもなところで、それぞれ図-6〜8に示す。
　いずれのセンサもばねやマグネットなどにより押さえられているマスが衝突による減速度を受けることにより前方に移動して接点を閉じることによって、着火信号を出力する。センサ感度のチューニングはローマライト式の場合はばね乗数とローラの移動距離、粘性ダンピング式の場合はマグネットの磁力とマスとシリンダすきまおよび移動距離を変えることにより調整する。ばねマスダンピング式は両方の特徴を取り入れたもので、マスが動き始めるときにダイヤフラムの移動により発生する負圧により制動がかけられる（ダンピング効果がある）ことが特徴である。


ハ）電子式センサ


　電子式センサはピエゾ素子などの加速度ピックアップで車両の減速度を電気信号としてとらえ、その信号をあらかじめ設定してある計算式で演算処理し、ある設定値を超えたときに着火信号を出力するものである。

4.2　インフレータ

インフレータはセンサからの信号を受けてガスを発生させるものである。形状的にはおもに運転席側に使われるディスクタイプとおもに助手席側に使われるシリンダタイプに分けられ、また、ガスの発生方法の違いにより、パイロ（推進薬）タイプ、高圧ガスタイプ、そしてそれらを組み合わせたハイブリッドタイプに分類される。

イ）ディスクタイプインフレータ


　モートンインターナショナル製インフレータ（図-9）を例に構造を説明する。おもな構成部品はケース、イグナイタ（点火装置）、着火剤、ガス発生剤、フィルタからなる。センサからの信号を受けたイグナイタが作動、着火剤を介してガス発生剤を燃焼させる。この燃焼により発生したガス（窒素ガス）はフィルタにより冷却および燃焼残査除去をされて、ケースの外へ噴出されバッグを膨張させる。





ロ）シリンダタイプインフレータ


　部品構成はディスクタイプとほぼ同様であるが、ディスク形に比べ強度的に有利な筒形形状にし、大容量化することにより運転席に比べ展開時の容量の大きい助手席エアバッグに対応するために開発された。また、発生ガス量のコントロール（すなわちガス発生剤の量の増減）がシリンダの長さを変えるだけで可能である、というメリットもある。モートン社製のシリンダインフレータを図示する。（図-10）。





ハ）その他のインフレータ


　その他のタイプのインフレータとして、高圧容器内にガスを充填してある高圧ガスと推進薬を組み合わせたハイブリッドタイプなどが開発されている。

4.3　バッグ

　インフレータからのガスにより膨張し、乗員を受け止めるための部品である。したがって、インフレータからのガスによる急激な膨張および乗員が接触してくることによる衝撃にも破れない強度を持ち、乗員を受け止めることを考えると、なるべくソフトな材質である必要がある。
　材質は現在は66ナイロンが主流であり、熱からの保護のための表面コーティングは、クロロプレンゴムからシリコンゴムに主流が移っている。さらにノンコート化、布地材料の変更などの開発も進められている。

4.4　回転コネクタ

　ステアリングコラムからステアリング内に組み込まれたエアバッグに固定部分から回転部分へ電気信号を伝えるための特殊なコネクタで、衝突時の衝撃などにより瞬断しないことが要求される。スリップリング式とケーブルリール式がある。

イ）スリップリング式

　電流を伝える端子が回転しながら常時接触しているタイプ、信頼性を高めるために1回路につき接点を複数設けるなどしてある。

ロ）ケーブルリール式

　銅箔などを樹脂ではさみ込んだケーブルを渦巻き状に収納してあり、渦巻き部分が閉まったり、緩んだりすることにより、ある回転数の範囲内までの回転を可能としている（図-11）。





4.5　自己診断装置

　エアバッグシステムは、通常自己診断装置により電気系統を常時診断（監視）している。電気系統に故障（異常）を発見すると、計器版上などに設定されたワーニングランプが点灯してユーザーに故障を知らせ修理を促すようにしてある。また、ワーニングランプ自体の故障（球切れ）のチェックのためにイグニッションオンで一度点火し、その後消える仕組みになっているのが通常である。

　エアバックは市場への導入期を経て現在拡大期へ入っており、運転席のみでなく助手席側への適用も進んでいる。そこで今後は、より広くこの安全装置を普及させていくために、構造の合理化などによるコンパクト化、軽量化、低コスト化が一つの方向である。
　また、日本を始めヨーロッパ各国ではシートベルト着用が義務づけられている。そこで、それらの仕向地に対しては、バッグのサイズなどを最適化したより仕向地に適合したシステムの開発が考えられている。
　エアバックの搭載位置も運転席、助手席についで後席用も既に市場に投入されている（図-12、13）。また、側面衝突用のエアバック（ドアなどに組み込まれていて側面衝突時の乗員保護を目的としたもの）などの開発が進められており、プロトタイプとして論文などが発表されている。
　さらに別の視点として、地球環境を考慮し、リサイクルやガスのクリーン化、廃棄の容易性などの技術向上が要求されてきている。

　本文中にでも述べているとおり、現在のエアバックシステムはある限られた条件下で乗員への衝撃を緩和する効果があるものであり、あくまでもシートベルトの補助拘束装置である。今後ともエアバックの技術革新は進んでいくと思われるが、シートベルトが市場で起こる各種の事故に対して、現状では最良の（各種の衝突形態に対して乗員の2次衝突による衝撃の緩和および車外放出に効果のある）乗員拘束装置であり、エアバックはシートベルト着用との組み合わせによりプラスαの優れた安全性をユーザーに提供できるものと考える。
　なお、国内の統計によると、自動車乗車中の事故での死亡した人のうち76.5%の人がシートベルトを着用しておらず、また、運転席でのシートベルト非着用者の致死率が着用者の約10倍もある、というのが現状である（平成3年）。また、シートベルトを着用し、さらにエアバックが装備されていたとしても、無謀運転などによる高速衝突事故では乗員を救えないケースもあるのも事実である。
　そこで、エアバックの開発に携わるものがこんなことをいうのもいささか奇妙ではあるが、できればエアバックが市場で効果を発揮しないで済むカーライフを送っていただきたい。どんなに優秀な安全装置でも、それが使われないのが一番の安全なのであるから。これを、まとめの言葉とし本文を終わりたいと思う。

参考文献

1）自動車技術：Vol.42,No.10,1988
2）日経メカニカル：自動車の安全技術、1988.5.16
3）交通安全白書：平成4年版
4）Air Bag System for Side Impact Occupant Protection CSE, Inc. Charles Y. Wamerほか：13th ESV　会議論文 No.91-S 5-0-09