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JP2007030656A - ガス発生器 - Google Patents

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賢治 沼本
Masayuki Yamazaki
征幸 山▲崎▼
Eiichi Moroyasu
栄一 両保
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Daicel Chemical Industries Ltd
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Abstract

【課題】ガス発生剤の着火性の良い、細長いガス発生器。
【解決手段】 ガス排出口12のある筒状ハウジング11と、固形ガス発生剤21が充填された燃焼室20と、点火領域部31と伝火領域部32を備えた伝火チューブ30を有しており、点火領域部31と伝火領域部32が要件(a)、(b)を満たしているガス発生器。
(a)点火領域部31の平均内径>伝火領域部32の平均内径
(b)点火領域部31が有する連通孔36の総開口面積<伝火領域部32が有する連通孔37の総開口面積
【選択図】 図1

Description

本発明は、車両の乗員拘束装置であるエアバッグシステムに使用されるガス発生器に関する。
車両の乗員拘束装置であるエアバッグシステムに使用されるガス発生器の中で、パイロ型ガス発生器は固形ガス発生剤の燃焼によってエアバッグ膨張ガスを発生させるが、再現性よく性能を発揮させるには、点火装置の火炎をガス発生剤へ十分伝火させることが重要となる。
特に助手席に使用されるガス発生器として、ハウジング構造が軸方向に長い筒状の場合は、通常、点火装置はハウジング一端部に配置されることから、ガス発生剤を均一に燃焼させるために、点火装置からの火炎をハウジングの反対端部まで行き届かせる必要がある。
このため、燃焼室に伝火チューブを配置し、点火器側から離れた部分への着火性を向上させるため、伝火チューブの開口面積を変化させる手段が知られている。
特開2005-8093 USP 4,005,876
特許文献1では、燃焼室に配置された伝火チューブが螺旋状に形成されており、螺旋のピッチを変化させて、点火器に近い側の開口面積を小さく、点火器から離れるにしたがって開口を大きくしている。
特許文献2では、燃焼室内部に、燃焼材料を内蔵した伝火チューブが配置されており、前記伝火チューブ自体を破壊させて、火炎を放出するものである。
特許文献1の発明では、伝火チューブの開口面積が軸方向に対して均等に配列している場合と比較して、点火器よりも遠い位置にあるガス発生剤に対しては着火性能が改善される。
しかし、点火器付近に存在するガス発生剤に対しては、伝火チューブの開口のみでコントロールすることは、実際難しいと考えられる。即ち、伝火チューブの開口を、点火器近傍を小さくして、離れるにしたがって大きくすることは、点火器に隣接して配置される伝火薬への着火性(迅速な着火)、又は伝火薬着火による高温ガス、火炎等を遠方のガス発生剤まで流す上では好適であるが、点火器近傍のガス発生剤に対しては、開口面積を小さくすることで伝火火炎との接触が抑制されるため、必ずしも十分な着火が得られない。
一方、特許文献2の発明では、点火器が収容されている部分の伝火チューブの径が大きいが、その他の部分は一定であり、さらにチューブの周壁面にノズルが形成されていないため、着火時におけるチューブの開裂に再現性が乏しく、安定した燃焼性能を得ることが難しいと考えられる。
本発明は、ハウジング構造が軸方向に長い筒状の場合であっても、燃焼室内に充填されたガス発生剤全体の着火燃焼性が良いガス発生器を提供することを課題とする。
本発明は、課題の解決手段として、
ガス排出口を有する筒状ハウジングと、
前記筒状ハウジング内に設けられ、固形ガス発生剤が充填された燃焼室と、
前記燃焼室内において、前記筒状ハウジングの軸方向に配置され、前記燃焼室と連通された複数の連通孔を備えた伝火チューブを有しており、
前記伝火チューブが、点火手段を備えた点火領域部と、点火手段の作動により発生した火炎を伝達する伝火領域部を有しており、
前記点火領域部と前記伝火領域部が下記の要件(a)及び(b)を満たしている、ガス発生器を提供する。
(a)点火領域部の平均内径>伝火領域部の平均内径。
(b)点火領域部が有する連通孔の総開口面積<伝火領域部が有する連通孔の総開口面積。
伝火チューブは、燃焼室の一端面側から他端面側まで延ばされて配置されていることが好ましく、この場合には、一端開口部側には点火手段が配置され、他端開口部側は閉塞されている。伝火チューブが燃焼室の他端面側まで延ばされていない場合は、一端開口部側には点火手段が配置され、他端開口部は部分的に閉塞されるが、連通孔が形成される。なお、伝火チューブは、筒状ハウジングの中心軸上(即ち、燃焼室の中心軸上)に配置されていることがガス発生剤に対する着火性向上の点から好ましい。
伝火チューブは、点火領域部と伝火領域部を有しており、点火領域部は点火手段を囲む空間領域である。なお、点火手段は、少なくとも点火部が点火領域部に位置していればよく、残部は、点火手段の一部は、筒状ハウジング又はそれと一体になった閉塞部材等に固定されていてもよい。
点火手段は、電気式点火器単独の場合と、電気式点火器とブースター剤を組み合わせたもののいずれでもよい。ブースター剤としては、公知のボロン硝石(B/KNO)のほか、燃焼室に充填されているガス発生剤よりも燃焼温度の高いガス発生剤を用いることができ、これらをアルミニウムカップ等の容器に収容した状態で配置することができる。
よって、電気式点火器とアルミニウムカップに充填されたブースター剤を点火手段として用いたときには、伝火チューブ内の電気式点火器とアルミニウムカップ(ブースター剤)を囲む空間が点火領域部となり、残部空間が伝火領域部となる。
点火領域部の長さ(L)と伝火領域部(L)の長さ比(L/L)は、0.25〜2.0が好ましく、0.5〜1.5がより好ましい。
ガス発生器の外殻を筒状ハウジングにより形成した場合、内部に設けられる燃焼室も細長い形状のものとなるため、一端側に点火手段を配置したとき、他端側の点火手段から遠い場所に存在するガス発生剤の着火性が低下することがある。しかし、本発明では、要件(a)及び(b)を満たすことにより、このような燃焼室内において、ガス発生剤の着火性にばらつきが生じるという問題を解決したものである。特に(a)、(b)の関係は、着火火炎の伝火距離が長くなる、燃焼室が内径よりも軸方向に長い場合に好ましい。
伝火チューブの点火領域部にて点火手段が作動して発生した火炎(高温ガスも含む)は、伝火チューブの他端側に向かって伝火領域部を移動する。この過程おいて、要件(b)のとおり、伝火領域部の総開口面積が大きいため、伝火領域部の方が点火領域部よりも火炎の放出量が大きくなる。その一方で、伝火領域部の平均内径が小さくなっており、火炎が移動しにくくなっているため、連通孔の総開口面積が小さいが、平均内径の大きな点火領域部の連通孔からも充分な火炎が放出される。
このような火炎の放出状態は、伝火チューブに設ける連通孔の径、数、ピッチ等だけで制御することは難しかったが、伝火チューブの内径と組み合わせることで、即ち要件(a)及び(b)を関連づけることで容易に制御できるようになったものである。
要件(a)において、点火領域部の内径が均一で、伝火領域部の内径が均一であるとき、平均内径はそれぞれの内径に等しくなる。
点火領域部及び/又は伝火領域部の内径が連続的又は段階的に変化しているときには、平均値となる。この場合の平均値は、連続的変化の場合には、各領域部を長さ方向に均等間隔にて10箇所を測定した数値の平均値、段階的変化の場合には、各段階ごとに測定した数値(3段階で変化している場合は3箇所を測定した数値)の平均値とする。
なお、伝火チューブの肉厚は一定である必要はないため、内径の大小と外径の大小が一致していなくてもよい。
要件(a)における点火領域部の平均内径(d)と伝火領域部の平均内径(d)の比率(d/d)は、1を超え2以下が好ましく、1.25〜2がより好ましい。
要件(b)における点火領域部が有する連通孔の総開口面積(A)と、伝火領域部が有する連通孔の総開口面積(A)の比率(A/A)は、1を超え2.5以下が好ましく、より好ましくは1を超え2以下である。
本発明は、課題の他の解決手段として、前記伝火チューブの内径が、点火領域部を含む一端部から、伝火領域部を含む他端部まで連続的に減少している、請求項1記載のガス発生器を提供する。
伝火チューブの内径は、点火手段を有する一端部が最大となり、他端部が最小となり、連続的に減少しているから、要件(a)、(b)を満たすことができる。
本発明は、課題の他の解決手段として、前記伝火チューブが有する連通孔が、軸方向に間隔をおき、かつ周方向に均等間隔で配置されている、請求項1又は2記載のガス発生器を提供する。
連通孔が、伝火チューブの周面において周方向に均等間隔で配置されていることにより、燃焼室内に充填されたガス発生剤の着火性が向上される。
本発明は、課題の他の解決手段として、前記筒状ハウジングの両端開口部が、円盤状の第1クロージャ及び第2クロージャで閉塞されており、前記第1クロージャと前記第2クロージャの少なくとも一方の内表面に前記伝火チューブの位置決め手段が設けられている、請求項1〜3のいずれかに記載のガス発生器を提供する。
このように第1及び第2クロージャに伝火チューブの位置決め手段(例えば、凸部や凹部)を設けることで、伝火チューブの取付が容易になる。
本発明のガス発生器は、燃焼室が1つで点火手段が1つのシングルタイプのもの、燃焼室が2つで点火手段が2つのデュアルタイプのもののいずれにも適用できる。また、エアバッグの膨張手段として加圧ガスとガス発生剤を併用するタイプのものにも適用できる。
本発明のガス発生器は、伝火チューブが要件(a)、(b)を満たしているため、細長い形状の燃焼室内であっても、燃焼室内の位置に拘わらず、ガス発生剤の着火燃焼性が良い。本発明のガス発生器は、特に助手席用のガス発生器として適している。
(1)図1のガス発生器
図1は、本発明のガス発生器10の軸方向断面図である。
筒状ハウジング11は、周面に複数のガス排出口12を有している。複数のガス排出口12は、軸方向に間隔をおき、かつ周方向に均等間隔をおいて設けられている。ガス排出口12は、防湿性の点から、筒状ハウジング11の内表面側からシールテープ(アルミニウムテープ等)で閉塞されている。
筒状ハウジング11の両端開口部は、第1クロージャ15と第2クロージャ16で閉塞されている。第1クロージャ15及び第2クロージャ16は、それぞれ筒状ハウジング11と接触する周面に環状溝を有しており、前記環状溝には、防湿性の点から、O−リング17、18が嵌め込まれている。第1クロージャ15と第2クロージャ16は、それぞれ筒状ハウジング11の開口端部11a、11bをかしめて固定されている。
筒状ハウジング11内には、筒状のクーラント・フィルタ19が配置されている。クーラント・フィルタ19は、第1クロージャ15の周縁に設けられた環状突起15aと、第2クロージャ16の周縁に設けられた環状突起16aにより、位置決めされ、シールテープ及びガス排出口12との間に間隔が形成されるように配置されている。
筒状ハウジング11内のクーラント・フィルタ19、第1クロージャ15、第2クロージャ16で囲まれた空間が燃焼室20となっており、所要量の固形ガス発生剤21が充填されている。
第1クロージャ15は孔を有しており、前記孔には電気式点火器25が嵌め込まれており、第1クロージャ15の孔周縁部26をかしめることで燃焼室20側から固定されている。
燃焼室20内には、伝火チューブ30が、第1クロージャ15から第2クロージャ16までにわたって配置されている。
伝火チューブ30は、点火領域部31(図中のL=50mm)と伝火領域部32(図中のL=40mm)を有している。伝火チューブ30は、一端側開口部が第1クロージャ15に固定された電気式点火器25に嵌め込まれ、他端側開口部が第2クロージャ16に設けられた凸部14に嵌め込まれることで位置決めされ、両側から押されることで固定されている。
点火領域部31内には、電気式点火器25の点火部27と、ブースター剤が充填されたアルミニウムカップ35が収容されているが、伝火領域部32内は、何も存在していない空間である。点火領域部31の周面には連通孔36が設けられ、伝火領域部32の周面には連通孔37が設けられている。
連通孔36、37は、いずれも周方向には均等間隔で設けられているが、軸方向の間隔は均等ではない。図1では、点火器25から遠い部分の軸方向の間隔を密にしている。連通孔36、37の径は全て同一(2.5mm)にしている。
図1では、要件(a)、(b)は次のとおりに設定されている。
(a)点火領域部31の内径(d)12mm>伝火領域部32の内径(d)8mm。
(b)点火領域部31が有する連通孔36(計8個)の総開口面積(A)約39.25mm<伝火領域部32が有する連通孔37(計16個)の総開口面積(A)約78.54mm
次に、図1のガス発生器10を自動車のエアバッグシステムに適用した場合の動作を説明する。
自動車が衝突して衝撃を受けたとき、コントロールユニットからの作動信号を受け、点火器25が作動点火してブースター剤35を着火燃焼させ、火炎を発生させる。火炎は、点火領域部31から伝火領域部32に直進するが、その過程において、連通孔36と連通孔37から火炎が周方向に放射状に放出され、ガス発生剤21を着火燃焼させる。発生したガスは、クーラント・フィルタ19で濾過及び冷却された後、ガス排出口12から排出され、エアバッグを膨張させる。
ガス発生器10では、要件(a)、(b)を満たしているため、第1クロージャ15に近い位置(点火器25に近い位置)にあるガス発生剤21と、第2クロージャ16に近い位置(点火器25から遠い位置)にあるガス発生剤21は、同等の着火性を示す。
(2)図2のガス発生器
図2は、本発明のガス発生器10aの軸方向断面図である。図1と同一番号は、同一のものを意味する。図1と図2のガス発生器は、伝火チューブ30の長さ及び取り付け方法が異なる。
伝火チューブ30は、先端部33が第2クロージャ16に当接されておらず、先端部33にも連通孔37aが設けられている。また、伝火チューブ30は、先端部33が固定されていないため、第1クロージャ15側に段差部42が設けられており、第1クロージャ15表面に設けられた環状突起41をかしめることで固定されている。
=50mm,L=40mm
=12mm>d=8mm
=39mm<A=79mm
(3)図3のガス発生器
図3は、本発明のガス発生器10bの軸方向断面図である。図1と同一番号は、同一のものを意味する。図1と図2のガス発生器は、伝火チューブ30の形状が異なる。
伝火チューブ30は、第1クロージャ15側が最大内径で、第2クロージャ16側が最小内径であり、内径が連続的に減少した形状のものである。
=50mm,L=40mm
=12mm>d=8mm
=39mm<A=79mm
(4)図4のガス発生器
図4は、本発明のガス発生器100の軸方向断面図である。ガス発生器100は、筒状ハウジング111が隔壁150で分離された構造のデュアルタイプのガス発生器であるが、基本構造は図1のものと同じである。
筒状ハウジング111は、隔壁150により、2つに分離されている。隔壁150は円盤状のもので、その周面が筒状ハウジング111に溶接固定されている。
筒状ハウジング111は、複数のガス排出口112a、112bを有している。複数のガス排出口112a、112bは、軸方向に均等間隔をおき、かつ周方向に均等間隔をおいて設けられている。ガス排出口112a、112bは、防湿性の点から、筒状ハウジング111の内表面側からシールテープ(アルミニウムテープ等)で閉塞されている。
筒状ハウジング111の両端開口部は、第1クロージャ115と第2クロージャ116で閉塞されている。第1クロージャ115及び第2クロージャ116は、それぞれ筒状ハウジング111と接触する周面に環状溝を有しており、前記環状溝には、防湿性の点から、O−リング117、118が嵌め込まれている。第1クロージャ115と第2クロージャ116は、それぞれ筒状ハウジング111の開口端部111a、111bをかしめて固定されている。
筒状ハウジング111内の一方の空間には、筒状の第1クーラント・フィルタ119aが配置されている。第1クーラント・フィルタ119aは、第1クロージャ115の周縁に設けられた環状突起115aにより、位置決めされ、シールテープ及びガス排出口112aとの間に間隔が形成されるように配置されている。
筒状ハウジング111内の第1クーラント・フィルタ119a、第1クロージャ115、隔壁150で囲まれた空間が第1燃焼室120aとなっており、第1固形ガス発生剤121aが充填されている。
第1クロージャ115は孔を有しており、前記孔には第1電気式点火器125aが嵌め込まれており、第1クロージャ115の孔周縁部126aをかしめることで第1燃焼室120a側から固定されている。
第1燃焼室120a内には、第1伝火チューブ130aが、第1クロージャ115から隔壁150までにわたって配置されている。
第1伝火チューブ130aは、第1点火領域部131a(図1と同じL=50mm)と第1伝火領域部132a(図1と同じL=40mm)を有している。第1伝火チューブ130aは、一端側開口部が第1クロージャ115に固定された第1電気式点火器125aに嵌め込まれ、他端側開口部が隔壁150に設けられた第1凸部114aに嵌め込まれることで位置決めされ、両側から押されることで固定されている。
第1点火領域部131a内には、第1電気式点火器125aの点火部127aと、ブースター剤が充填されたアルミニウムカップ135aが収容されているが、第1伝火領域部132a内は、何も存在していない空間である。第1点火領域部131aの周面には第1連通孔136aが設けられ、第1伝火領域部132aの周面には第1連通孔137aが設けられている。
第1連通孔136a、137aは、いずれも周方向には均等間隔で設けられているが、軸方向の間隔は均等ではない。図4では、第1点火器125aから遠い部分の軸方向の間隔を密にしている。第1連通孔136a、137aの径は全て同一(2.5mm)にしている。
図4では、第1燃焼室120aにおける要件(a)、(b)は次のとおりに設定されている。
(a)第1点火領域部131aの内径(d)12mm>第1伝火領域部132aの内径(d)8mm。
(b)第1点火領域部131aが有する第1連通孔136a(計8個)の総開口面積(A)約39.25mm<第1伝火領域部132aが有する第1連通孔137a(計16個)の総開口面積(A)約79mm
筒状ハウジング111内の他方の空間には、筒状の第2クーラント・フィルタ119bが配置されている。第2クーラント・フィルタ119bは、第2クロージャ116の周縁に設けられた環状突起116bにより、位置決めされ、シールテープ及びガス排出口112bとの間に間隔が形成されるように配置されている。
筒状ハウジング111内の第2クーラント・フィルタ119b、第2クロージャ116、隔壁150で囲まれた空間が第2燃焼室120bとなっており、第2固形ガス発生剤121bが充填されている。
第2クロージャ116は孔を有しており、前記孔には電気式点火器125bが嵌め込まれており、第2クロージャ115の孔周縁部126bをかしめることで燃焼室120b側から固定されている。
燃焼室120b内には、第2伝火チューブ130bが、第2クロージャ116から隔壁150までにわたって配置されている。
第2点火領域部131b内には、第2電気式点火器125bの点火部127bと、ブースター剤が充填されたアルミニウムカップ135bが収容されているが、第2伝火領域部132b内は、何も存在していない空間である。第2点火領域部131bの周面には第2連通孔136bが設けられ、第2伝火領域部132bの周面には第2連通孔137bが設けられている。
第2連通孔136b、137bは、いずれも周方向には均等間隔で設けられているが、軸方向の間隔は均等ではない。図4では、第2点火器125bから遠い部分の軸方向の間隔を密にしている。第2連通孔136b、137bの径は全て同一(2.5mm)にしている。なお、燃焼室120bの内径(第2クーラント・フィルタ119bの内径)と軸方向の長さ(第2クロージャ116から隔壁150までの長さ)はほぼ同一であるため、要件(a)、(b)は満たす必要はないが、(a)、(b)を満たすように設定することもできる。
次に、図4のガス発生器100を自動車のエアバッグシステムに適用した場合の動作(2つの点火器が時間差をおいて作動した場合の動作)を説明する。
自動車が衝突して衝撃を受けたとき、コントロールユニットからの作動信号を受け、第1点火器125aが作動点火して第1ブースター剤135aを着火燃焼させ、火炎を発生させる。火炎は、第1点火領域部131aから第1伝火領域部132aに直進するが、その過程において、第1連通孔136aと第1連通孔137aから火炎が周方向に放射状に放出され、第1ガス発生剤121aを着火燃焼させる。発生したガスは、第1クーラント・フィルタ119aで濾過及び冷却された後、第1ガス排出口112aから排出され、エアバッグを膨張させる。
第1点火器125aの作動から僅かに遅れて第2点火器125bが作動点火して第2ブースター剤135bを着火燃焼させ、火炎を発生させる。火炎は、第2点火領域部131bから第2伝火領域部132bに直進するが、その過程において、第2連通孔136bと第2連通孔137bから火炎が周方向に放射状に放出され、第2ガス発生剤121bを着火燃焼させる。発生したガスは、第2クーラント・フィルタ119bで濾過及び冷却された後、第2ガス排出口112bから排出され、エアバッグを更に膨張させる。
ガス発生器100では、第1燃焼室120a及び第2燃焼室120bの両方ともが要件(a)、(b)を満たしているため、第1クロージャ115に近い位置(第1点火器125aに近い位置)にある第1ガス発生剤121a及び第2クロージャ116に近い位置(第2点火器125bに近い位置)にある第2ガス発生剤121bと、隔壁150に近い位置(第1点火器125a及び第2点火器125bから遠い位置)にある第1ガス発生剤121a及び第2ガス発生剤121bは、同等の着火性を示す。
ガス発生器(シングルタイプ)の軸方向断面図。 ガス発生器(シングルタイプ)の軸方向断面図。 ガス発生器(シングルタイプ)の軸方向断面図。 ガス発生器(デュアルタイプ)の軸方向断面図。
符号の説明
10 ガス発生器
11 筒状ハウジング
12 ガス排出口
15 第1クロージャ
16 第2クロージャ
20 燃焼室
21 ガス発生剤
25 点火器
30 伝火チューブ
31 点火領域部
32 伝火領域部


Claims (4)

  1. ガス排出口を有する筒状ハウジングと、
    前記筒状ハウジング内に設けられ、固形ガス発生剤が充填された燃焼室と、
    前記燃焼室内において、前記筒状ハウジングの軸方向に配置され、前記燃焼室と連通された複数の連通孔を備えた伝火チューブを有しており、
    前記伝火チューブが、点火手段を備えた点火領域部と、点火手段の作動により発生した火炎を伝達する伝火領域部を有しており、
    前記点火領域部と前記伝火領域部が下記の要件(a)及び(b)を満たしている、ガス発生器。
    (a)点火領域部の平均内径>伝火領域部の平均内径
    (b)点火領域部が有する連通孔の総開口面積<伝火領域部が有する連通孔の総開口面積
  2. 前記伝火チューブの内径が、点火領域部を含む一端部から、伝火領域部を含む他端部まで連続的に減少している、請求項1記載のガス発生器。
  3. 前記伝火チューブが有する連通孔が、軸方向に間隔をおき、かつ周方向に均等間隔で配置されている、請求項1又は2記載のガス発生器。
  4. 前記筒状ハウジングの両端開口部が、円盤状の第1クロージャ及び第2クロージャで閉塞されており、前記第1クロージャと前記第2クロージャの少なくとも一方の内表面に前記伝火チューブの位置決め手段が設けられている、請求項1〜3のいずれかに記載のガス発生器。


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