JP4180993B2

JP4180993B2 - ガス発生器

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Publication number: JP4180993B2
Application number: JP2003287405A
Authority: JP
Inventors: 哲雄斎藤; 隆義道斉; 昭彦末廣; 和久田村
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: JP2005053382A; EP1661774A4; WO2005014344A1; CN1863696A; EP1661774A1; US20070063494A1

Description

本発明は、エアバッグ等を膨張させるのに適したガス発生器に関する。

自動車の衝突時に生じる衝撃から乗員を保護するため、急速にエアバッグを膨張展開させるガス発生器は、ステアリングホイール内やインストルメントパネル内に装着されたエアバッグモジュールに組み込まれている。そして、ガス発生器は、コントロールユニット（作動器）からの電気信号によって点火器（スクイブ）を作動させて、この点火器からの火炎によりガス発生剤を燃焼させて、多量のガスを急激に発生させるものである。

従来のガス発生器としては、ガス発生剤の点火室に相当する中央空間部と、その外部に同心状に形成され、ガスの燃焼・冷却・スラグ捕集を行う燃焼・フィルタ室に相当する環状空間部とを有するいわゆる２筒式のガス発生器がある。
この種のガス発生器として、例えば、図２に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。図２に示すように、まず、ガス発生器のハウジングとして、２筒構造の上容器５１と、２重短管構造の下容器５４とを突き合わせて摩擦溶接することにより得られるハウジング構造の中央空間部を点火室とし、その周囲の環状空間部を燃焼・フィルタ室Ｆとする。点火室Ｐには、下方からスクイブ６８、伝火薬６９が内装される。一方、燃焼・フィルタ室Ｆには、断面が両フランジのある凹形のリング状蓋部材６６を、各フランジ６６ｄ，６６ｅがそれぞれ、上容器５１のバリ５２ｂ、５３ｂに当接して固定している。そして、この蓋部材６６と上容器５１とで挟まれた環状空間にガス発生剤５７、冷却・スラグ捕集部材６０が径方向に順に収納されることにより、燃焼・フィルタ室Ｆは形成されている。

また、ガス発生剤５７の層の上面及び下面には、それぞれ、リング状のクッション部材５８，５９を介装している。また、冷却・スラグ捕集部材６０の上面及び下面にはそれぞれ、シール部材６１及び６２を介装している。さらに、ガス放出用オリフィス５３ａを塞ぐようなアルミ箔６４及び伝火用オリフィス５２ａを塞ぐようなアルミ箔６５を貼り付けたものである。このような構成にすることで、ガス発生室Ｇ内で発生したガスによる内圧の上昇に十分に耐えることができる。

特開平９−２０７７０５号公報

しかし、図２の２筒式ガス発生器の場合、ガス発生器を構成する部品点数が多く、また、構造も複雑化していた。このため、ガス発生器の安全性を維持しつつ、製造コストを低減する場合にも限度があった。また、ガス発生剤の収容量も少なく、その用途は主として運転席用であり、エアバッグを膨張させるガスを大量に必要とする助手席用には適用するのは困難である。さらに、エアバッグを急速に膨張させるには、燃焼室内のガス発生剤を極力均一に燃焼させることが必要であるが、前述の構造を有するガス発生器では、点火室内の伝火薬を着火燃焼させて伝火用オリフィスからガス発生室内へ熱流を噴出させたときに、ガス発生室内のガス発生剤を均一に燃焼させることが困難な場合もある。

本発明の目的は、ハウジングの高い安全性を維持しつつ燃焼室内に十分なガス発生剤を装填可能で、さらに、燃焼室内でガス発生剤を均一に且つ効率よく燃焼させることが可能なガス発生器を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のガス発生器は、イニシエータシェルとクロージャシェルとを有する１筒式の金属製のハウジングと、前記ハウジング内に形成され燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤が装填された燃焼室と、前記燃焼室の周囲に配置されたフィルタ部材と、前記ハウジングに装着され前記燃焼室内の前記ガス発生剤を着火燃焼させる点火手段と、前記ハウジングに形成され前記燃焼室で発生したガスを放出する複数のガス放出孔とを有するガス発生器であって、前記ハウジングを構成するイニシエータシェルとクロージャシェルの両方が半球形状又は半楕円球形状の鏡板部を有し、前記鏡板部から連続して形成される直径Ｄの筒部を有し、前記筒部の外径Ｄと前記イニシエータシェルとクロージャシェルの各鏡板部のハウジングの長さＨとの比Ｈ／Ｄの範囲が、１．０〜１．３であり、前記点火手段が、ハウジング内に設けられ複数の伝火孔を有し且つ底部を有する内筒体と、この内筒体に装填された伝火剤と、前記内筒体内で伝火剤に接するように設けられた点火器とを備え、前記燃焼室に面した前記フィルタ部材の内壁面が、前記内筒体の軸方向に対して傾いており、前記内筒体は、前記点火器が配置された第１の部分と、前記第１の部分よりも先端側にあって前記第１の部分よりも外径が小さい第２の部分とを有し、前記第２の部分における前記内筒体の外径ｄと前記鏡板部の外径Ｄとの比ｄ／Ｄの範囲が０．１〜０．５であり、前記内筒体の長さｈとこの内筒体の伸長方向におけるハウジングの長さＨとの比ｈ／Ｈの範囲が、０．６５〜０．９であり、前記複数の伝火孔の総開口面積ＳＡと前記内筒体の表面積ＳＥとの比ＳＡ／ＳＥの範囲が、０．０２〜０．３であり、前記複数の伝火孔の総開口面積ＳＡと前記複数のガス放出孔の総開口面積ＳＤとの比ＳＡ／ＳＤの範囲が、０．５〜３．０であることを特徴とするものである。

このような構成によれば、ハウジングが半球形状又は半楕円球形状の鏡板部を有するので、ハウジングに応力が集中しにくくなり、燃焼室内でのガスの発生によりハウジングが変形するのを抑制することができる。また、ハウジングの構造を簡略化でき、部品点数を少なくすることができるため、ガス発生器の小型軽量化及び製造コストの大幅な低減が可能となる。

ところで、鏡板部の外径Ｄに対して第２の部分における内筒体の外径ｄが大きすぎると燃焼室の容積が小さくなり、燃焼室に装填できるガス発生剤の量が少なくなってしまう。逆に、鏡板部の外径Ｄに対して第２の部分における内筒体の外径ｄが小さすぎると、内筒体の内部で点火器によって伝火剤が着火燃焼したときに、内筒体から噴出する熱流が燃焼室全体に均一に行き渡らなくなり、ガス発生剤を効率よく燃焼させることができなくなる虞がある。そこで、第２の部分における内筒体の外径ｄと鏡板部の外径Ｄとの比ｄ／Ｄの範囲を０．１〜０．５、好ましくは０．１５〜０．３とすることで、燃焼室の容積を確保して必要な量のガスを発生させるのに十分なガス発生剤を燃焼室内に装填することができ、さらに、内筒体から燃焼室内のガス発生剤の全体に効率よく熱流を噴出させることも可能になり、燃焼室内でガス発生剤を均一に燃焼させることができるようになる。

さらに、第１の発明のガス発生器は、前記内筒体の長さｈとこの内筒体の伸長方向におけるハウジングの長さＨとの比ｈ／Ｈの範囲が、０．６５〜０．９であることを特徴とするものである。内筒体の長さｈが内筒体の伸長方向におけるハウジングの長さＨに対して小さすぎると、内筒体の内部で点火器によって伝火剤が着火燃焼したときに、内筒体から噴出される熱流が燃焼室全体に均一に行き渡らなくなる虞がある。
そこで、ｈ／Ｈの範囲を、０．６５〜０．９とすることで、ハウジング内の燃焼室において内筒体が長く伸長することになり、内筒体の内部で着火燃焼した伝火剤から複数の伝火孔を介して燃焼室に装填されたガス発生剤全体に効率よく熱流を噴出させることができるため、燃焼室内でガス発生剤を均一に燃焼させることができる。
さらに、第１の発明のガス発生器は、前記複数の伝火孔の総開口面積ＳＡと前記内筒体の表面積ＳＥとの比ＳＡ／ＳＥの範囲が、０．０２〜０．３であることを特徴とするものである。複数の伝火孔の総開口面積ＳＡが内筒体の表面積ＳＥに対して小さすぎると、内筒体の内部で点火器によって伝火剤が着火燃焼したときに、内筒体から燃焼室へ熱流が噴出されにくくなり、熱流が燃焼室全体に均一に行き渡らなくなる虞がある。
そこで、ＳＡ／ＳＥの範囲を、０．０２〜０．３、好ましくは０．０８〜０．２とすることで、内筒体から燃焼室内のガス発生剤の全体に効率よく熱流を噴出させることができるようになり、燃焼室内でガス発生剤を均一に燃焼させることができる。
さらに、第１の発明のガス発生器は、前記複数の伝火孔の総開口面積ＳＡと前記複数のガス放出孔の総開口面積ＳＤとの比ＳＡ／ＳＤの範囲が、０．５〜３．０であることを特徴とするものである。複数の伝火孔の総開口面積ＳＡが複数のガス放出孔の総開口面積ＳＤよりも大きすぎると、内筒体から燃焼室内に噴出される熱流が大きくなり、燃焼室内のガス発生剤が一度に燃焼して瞬間的に大量のガスが発生することになるが、その燃焼室内で発生したガスがガス放出孔から外部へ放出されにくくなってしまうため、燃焼室内の圧力が過度に上昇してしまう虞がある。逆に、複数の伝火孔の総開口面積ＳＡが複数のガス放出孔の総開口面積ＳＤよりも小さすぎると、内筒体から燃焼室に供給される熱流量が小さくなり、燃焼室で発生するガス量が少なくなって、複数のガス放出孔から必要な量のガスを外部へ放出できなくなる虞がある。
そこで、ＳＡ／ＳＤを０．５０〜３．００とすることで、内筒体から複数の伝火孔を介して燃焼室へ噴出する熱流量と、ガス放出孔から放出されるガス量のバランスを調整することが可能になり、燃焼室内の圧力が過度に上昇するのを抑制するとともに、適切な量の燃焼ガスをハウジングから放出することができる。

第２の発明のガス発生器は、前記第１の発明において、前記複数の伝火孔の形状が、円形状、楕円形状、長穴状、矩形状、菱形状又は台形状の何れかであることを特徴とするものである。従って、このような形状を有する複数の伝火孔を内筒体の外周部に設けることにより、これら複数の伝火孔を介して、内筒体の内部で着火燃焼した伝火剤から熱流を燃焼室へ噴出させて、燃焼室内のガス発生剤を均一に燃焼させることができる。

第３の発明のガス発生器は、前記第１又は第２の発明において、前記複数の伝火孔の個数が４個以上であることを特徴とするものである。尚、複数の伝火孔の個数は、好ましくは８個以上である。このように複数の伝火孔の個数を設定することで、内筒体の内部で着火燃焼した伝火剤から、複数の伝火孔を介してハウジング内のガス発生剤の全体に効率よく熱流を噴出させることが可能となり、燃焼室内でガス発生剤を均一に燃焼させることができる。

第４の発明のガス発生器は、前記第１〜第３の発明において、前記ガス発生剤の装填量ＷＧと前記伝火剤の装填量ＷＥとの比ＷＧ／ＷＥの範囲が、１０〜６０であることを特徴とするものである。尚、このＷＧ／ＷＥの範囲は、好ましくは１５〜５０であり、さらに好ましくは２０〜４５である。このような範囲でＷＧ／ＷＥを設定することにより、内筒体内で伝火剤を燃焼させたときに内筒体から燃焼室へ噴出する熱流量と、燃焼室内でガス発生剤が燃焼して発生する燃焼ガス量のバランスを調整することが可能になり、燃焼室内の圧力が過度に上昇するのを抑制するとともに、適切な量の燃焼ガスを放出することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、エアバッグを膨張展開させる為のガス発生器に本発明を適用したものである。尚、図１における上下左右の各方向を、上下左右として以下説明する。

図１に示すように、ガス発生器Ａは、鉄、ステンレス、アルミニウム、鋼材等の金属製のイニシエータシェル１とクロージャシェル２とからなる略球形状のハウジング３と、このハウジング３内に形成され、燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤４が装填された燃焼室５と、燃焼室５の周囲に配置されたフィルタ部材６と、ハウジング３に装着され、燃焼室５内のガス発生剤４を着火燃焼させる点火手段７とで構成されている。

まず、ハウジング３について説明する。ハウジング３のクロージャシェル２は、筒部９と、筒部９から連続して形成される半球形状の鏡板部１０と、筒部９の下端から径方向外側に延びるフランジ部１２とで構成されている。イニシエ−タシェル１及びクロージャシェル２の肉厚は、１．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましい。筒部９の長さは、通常５ｍｍ以上、好ましくは５〜３０ｍｍ、より好ましくは１０〜３０ｍｍである。イニシエータシェル１とクロージャシェル２の各鏡板部１４，１０のハウジングの長さＨと、筒部１３，９の外径Ｄとの比Ｈ／Ｄが、通常０．４〜１．３、好ましくは０．６〜１．３、さらに好ましくは１．０〜１．３である。上記比Ｈ／Ｄが０．４未満の場合、構造上、ガス発生器の組立ができなくなる虞があり、１．３を越える場合、シリンダ−型のガス発生器の構造に近づいてしまう。よって、このような範囲とすることで、ガス発生器１内の圧力が高まった場合であっても、ハウジング１０の変形を抑制することができ、ガス発生器を小型化することが可能となる。筒部９には、複数の円形状のガス放出孔８が周方向に所定間隔を空けて形成されている。これら複数のガス放出孔８は、例えば、２列、３列等の複数列に形成されていたり、あるいは、孔径の略半分の量だけ上下方向の位置が互いにずれた、ジグザグ状に形成されていることが好ましい。このように複数のガス放出孔８が形成されることで、ハウジング３内で発生したガスが局所的に集中することなく分散して放出されるため、ハウジング３の変形を抑制できるし、後述のガス冷却用及び残渣濾過用のフィルタ部材６の損傷も抑制できる。また、フィルタ部材６を上下方向及び周方向の広い範囲で使用することができ、フィルタ部材６を効率良く利用することができる。

また、これら複数のガス放出孔８の孔径は、全て同じ孔径にする必要はなく、複数種類の孔径を有するガス放出孔８を適宜組み合わせてもよい。このように、ガス放出孔８の孔径を任意に設定することによって、ハウジング３内の圧力を調整することができる。例えば、ガス放出孔８の孔径を大きくすることによって、ハウジング３内の圧力上昇を抑えることができる。さらに、ハウジング３内の圧力に合わせて、ハウジング３を形成するクロージャシェル２及びイニシエータシェル１の肉厚を薄くすることもできる。また、使用するガス発生剤４の種類に合わせて、孔径を設定することによって、圧力、温度等のガス発生特性を調整することもできる。
また、これらガス放出孔８には、筒部９の内周部に貼り付けられた帯状のアルミニウムテープ等のラプチャー部材１１により密閉され、燃焼室５内が密封された状態となっている。

クロージャシェル２に圧接、溶接等によって接合されるイニシエータシェル１は、前述のクロージャシェル２と同様、筒部１３と、この筒部１３から連続して形成される半球形状の鏡板部１４とで構成されている。そして、鏡板部１４の中心部には、点火手段７が設けられている。このように、イニシエータシェル１に筒部１３が形成されているため、イニシエータシェル１とクロージャシェル２との圧接、溶接等による接合を容易に行うことができる。尚、クロージャシェル２に直接、鏡板部１４の端部で圧接、溶接等によって接合が行うことができる場合には、この筒部１３を省略してイニシエータシェル１を鏡板部１４のみで構成することもできる。

以上説明したように、イニシエータシェル１とクロージャシェル２に、半球形状の鏡板部１０，１４が設けられているため、ハウジング３に、燃焼室５でガスが発生したときにハウジング３に応力が集中する部分を極力減らすことができる。従って、ガス発生時のハウジング３の変形を極めて小さくできるし、そのための構造を簡単化してガス発生器Ａの構成部品点数を少なくすることができる。尚、鏡板部１０，１４は、半球形状のものに限らず、半楕円球形状のものを用いることもでき、この場合でも、前記の半球形状の場合と同様の効果が得られる。

ハウジング３の内側には燃焼室５が形成され、この燃焼室５には、ガス発生剤４が装填されている。そして、燃焼室５内において、ガス発生剤４が、後述する点火手段７からの熱流によって燃焼して燃焼室５内に燃焼ガスが発生する。
ガス発生剤４は、非アジド系組成物であって、例えば、燃料と、酸化剤と、添加剤（バインダ、スラグ形成剤、燃焼調整剤）とで構成されるものを使用することができる。
燃料としては、例えば含窒素化合物が挙げられる。含窒素化合物としては、例えばトリアゾール誘導体、テトラゾール誘導体、グアニジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、ヒドラジン誘導体、ウレア誘導体、アンミン錯体から選ばれる１種又は２種以上の混合物を挙げることができる。

トリアゾール誘導体の具体例としては、例えば５−オキソ−１，２，４−トリアゾール、アミノトリアゾ−ル等を挙げることができる。テトラゾール誘導体の具体例としては、例えばテトラゾール、５−アミノテトラゾール、硝酸アミノテトラゾール、ニトロアミノテトラゾール、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾール、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールジアンモニウム塩、５，５’−アゾテトラゾールジグアニジウム塩等が挙げられる。

グアニジン誘導体の具体例としては、例えばグアニジン、ニトログアニジン、シアノグアニジン、トリアミノグアニジン硝酸塩、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン、炭酸グアニジン等が挙げられる。アゾジカルボンアミド誘導体の具体例としては、例えばアゾジカルボンアミド等が挙げられる。ヒドラジン誘導体の具体例としては、例えばカルボヒドラジド、カルボヒドラジド硝酸塩錯体、蓚酸ジヒドラジド、ヒドラジン硝酸塩錯体等が挙げられる。ウレア誘導体としては、例えばビウレットが挙げられる。アンミン錯体としては、例えばヘキサアンミン銅錯体、ヘキサアンミンコバルト錯体、テトラアンミン銅錯体、テトラアンミン亜鉛錯体等等が挙げられる。

これらの含窒素化合物の中でもテトラゾール誘導体及びグアニジン誘導体から選ばれる１種又は２種以上が好ましく、特にニトログアニジン、硝酸グアニジン、シアノグアニジン、５−アミノテトラゾール、硝酸アミノグアニジン、炭酸グアニジンが好ましい。
ガス発生剤４中におけるこれら含窒素化合物の配合割合は、分子式中の炭素原子、水素原子及びその他の酸化される原子の数によって異なるが、通常２０〜７０重量％の範囲が好ましく、３０〜６０重量％の範囲が特に好ましい。また、ガス発生剤４に添加される酸化剤の種類により、含窒素化合物の配合割合の絶対数値は異なる。しかしながら、含窒素化合物の配合割合の絶対数値が、完全酸化理論量より多いと発生ガス中の微量ＣＯ濃度が増大する、一方、含窒素化合物の配合割合の絶対数値が、完全酸化理論量及びそれ以下になると発生ガス中の微量ＮＯｘ濃度が増大する。従って両者の最適バランスが保たれる範囲が最も好ましい。

酸化剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アンモニウムから選ばれたカチオンを含む硝酸塩、亜硝酸塩、過塩素酸塩の少なくとも１種から選ばれた酸化剤が好ましい。硝酸塩以外の酸化剤、即ち亜硝酸塩、過塩素酸塩等のエアバッグインフレータ分野で多用されている酸化剤も用いることができるが、硝酸塩に比べて亜硝酸塩分子中の酸素数が減少すること又はバッグ外へ放出されやすい微粉状ミストの生成を減少させる等の観点から硝酸塩が好ましい。硝酸塩としては、例えば硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸マグネシウム、硝酸ストロンチウム、相安定化硝酸アンモニウム、塩基性硝酸銅等を挙げることができ、硝酸ストロンチウム、相安定化硝酸アンモニウム、塩基性硝酸銅がより好ましい。

ガス発生剤４中の酸化剤の配合割合は、用いられる含窒素化合物の種類と量により絶対数値は異なるが、３０〜８０重量％の範囲が好ましく、特に上記のＣＯ及びＮＯｘ濃度に関連して４０〜７５重量％の範囲が好ましい。
添加剤であるバインダは、ガス発生剤の燃焼挙動に大幅な悪影響を与えないものであれば何れでも使用可能である。バインダとしては、例えば、カルボキシメチルセルロースの金属塩、メチルセルロ−ス、ヒドロキシエチルセルロース、酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、ニトロセルロース、微結晶性セルロース、グアガム、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、澱粉等の多糖誘導体、ステアリン酸塩等の有機バインダ、二硫化モリブデン、合成ヒドロキシタルサイト、酸性白土、タルク、ベントナイト、ケイソウ土、カオリン、シリカ、アルミナ等の無機バインダを挙げることができる。

バインダの配合割合はプレス成型の場合０〜１０重量％の範囲が好ましく、押出成型においては２〜１５重量％の範囲であることが好ましい。添加量が多くなるに従い成型体の破壊強度が強くなる。ところが、組成物中の炭素原子及び水素原子の数が増大し、炭素原子の不完全燃焼生成物である微量ＣＯガスの濃度が高くなり、発生ガスの品質が低下する。また、ガス発生剤の燃焼を阻害することから、最低量での使用が好ましい。特に１５重量％を超える量では酸化剤の相対的存在割合の増大を必要とし、ガス発生化合物の相対的割合が低下し、実用できるガス発生器システムの成立が困難となる。

また、添加剤として、バインダ以外の成分としては、スラグ形成剤を配合することができる。スラグ形成剤は、ガス発生剤中の特に酸化剤成分から発生する金属酸化物との相互作用により、ガス発生器内のフィルタでの濾過を容易にするために添加される。
このスラグ形成剤としては、例えば、窒化珪素、炭化珪素、酸性白土、シリカ、ベントナイト系、カオリン系等のアルミノケイ酸塩を主成分とする天然に産する粘土、合成マイカ、合成カオリナイト、合成スメクタイト等の人工的粘土、含水マグネシウムケイ酸塩鉱物の一種であるタルク等から選ばれるものを挙げることができ、これらの中でも酸性白土又はシリカが好ましく、特に酸性白土が好ましい。スラグ形成剤の配合割合は０〜２０重量％の範囲が好ましく、２〜１０重量％の範囲が特に好ましい。多すぎると線燃焼速度の低下及びガス発生効率の低下をもたらし、少なすぎるとスラグ形成能を十分発揮することができない。

ガス発生剤４の好ましい組合せとしては、５-アミノテトラゾール、硝酸ストロンチウム、合成ヒドロタルサイト、及び窒化珪素を含むガス発生剤、または、硝酸グアニジン、硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅、酸性白土を含むガス発生剤が挙げられる。
また、必要に応じて燃焼調節剤を添加してもよい。燃焼調整剤としては金属酸化物、フェロシリコン、活性炭、グラファイト、或いはヘキソ−ゲン、オクト−ゲン、５−オキソ−３−ニトロ−１，２，４−トリアゾールといった化合火薬が使用可能である。燃焼調整剤の配合割合は０〜２０重量％の範囲が好ましく、２〜１０重量％の範囲が特に好ましい。多すぎるとガス発生効率の低下をもたらし、また、少なすぎると十分な燃焼速度を得ることができない。
以上のような構成によるガス発生剤形状としては、ペレット状、円柱状、単孔円筒状、多孔円筒状、ディスク状、両端が閉鎖された中空体形状のもの、好ましくは両端が閉鎖された円筒状のものが使用できる。ガス発生剤４の成型体の両端が閉鎖された状態とは、両端に開いた孔が外から内への力２つによって閉鎖された状態のことをいう。孔は、完全に塞がった状態でも、塞ぎきれていない状態でもいずれでも良い。

この、両端が閉鎖された中空体形状のガス発生剤４の製造方法の一例を説明する。前述した含窒素化合物、酸化剤、スラグ形成剤及びバインダで構成される非アジド系組成物は、まず、Ｖ型混合機、またはボールミル等によって混合される。更に水、又は溶媒（例えば、エタノール）を添加しながら混合し、湿った状態の薬塊を得ることができる。ここで、湿った状態とは、ある程度の可塑性を有する状態であり、水又は溶媒を好ましくは１０〜２５重量％、より好ましくは１３〜１８重量％含有している状態にあるものをいう。この後、この湿った状態の薬塊をそのまま押出成型機（例えば、ダイス及び内孔用ピンを出口に備えたもの）により、外径が、好ましくは１．４ｍｍ〜４ｍｍで、より好ましくは１．５ｍｍ〜３．５ｍｍであり、内径が、好ましくは０．３ｍｍ〜１．２ｍｍであり、より好ましくは０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの中空筒状成型体に押出成型する。その後、押出成型機で押出された中空筒状成型体を一定間隔で押圧して両端が閉鎖された筒状成型体が得られる。通常は、この中空筒状成型体を一定間隔で押圧した後、それぞれ閉鎖された窪み部分で折るようにして切断した後、通常、５０〜６０℃の範囲で４〜１０時間乾燥し、次いで、通常、１０５〜１２０℃の範囲で６〜１０時間乾燥という２段階による乾燥を行うことにより、端部が閉鎖された状態で、内部に空間を有した筒状のガス発生剤を得ることができる。このように得られたガス発生剤の長さは、通常、１．５〜８ｍｍの範囲にあり、好ましくは１．５〜７ｍｍの範囲にあり、より好ましくは２〜６．５ｍｍの範囲にある。

また、ガス発生剤４の線燃焼速度は定圧条件下で測定され、経験的に以下のＶｉｅｌｌｅの式に従う。
ｒ＝ａＰⁿ
ここで、ｒは線燃焼速度、ａは定数、Ｐは圧力、ｎは圧力指数を示す。この圧力指数ｎは、Ｙ軸の燃焼速度の対数に対するＸ軸の圧力の対数プロットによる勾配を示すものである。

本実施形態例に係るガス発生器に用いられるガス発生剤の好ましい線燃焼速度の範囲は、７０ｋｇｆ／ｃｍ²下で３〜６０ｍｍ／秒であり、より好ましくは５〜３５ｍｍ／秒であり、また、好ましい圧力指数の範囲はｎ＝０．９０以下、より好ましくはｎ＝０．７５以下、更に好ましくはｎ＝０．６０以下、特に好ましくはｎ＝０．６０〜０．３０である。

また、線燃焼速度を測定する方法としては、ストランドバーナ法、小型モータ法、密閉圧力容器法が一般に挙げられる。具体的には所定の大きさにプレス成型した後、表面にリストリクターを塗布することにより得られた試験片を用いて、ヒューズ切断法等により、高圧容器中で燃焼速度を測定する。この時、高圧容器内の圧力を変数に線燃焼速度測定し、上記Ｖｉｅｌｌｅの式から圧力指数を求めることができる。

クロージャシェル２とイニシエータシェル１とで構成されるハウジング３内には、筒部９、１３の内壁に沿ってフィルタ部材６が設けられている。フィルタ部材６は、例えば、メリヤス編み金網、平織金網、クリンプ織り金属線材或いは巻き金属線材の集合体を円環状に成形することによって安価に製作される。このフィルタ部材６は、クロージャシェル２及びイニシエータシェル１の鏡板部１０，１４の内面にそれぞれ設けられている押え部材２０，２１によって、ハウジング３の内壁側に押えられている。燃焼室５に面したフィルタ部材６の内壁面は、内筒体１６の軸方向に対して傾いている。

フィルタ部材６の外周部のガス放出孔８の周辺部には、フィルタ押え部材２４が設けられている。フィルタ押え部材２４は、いわゆるパンチングメタルと称される複数の孔が形成された板状部材がリング状に形成されているものである。このように、ガス放出孔８の周辺部のフィルタ部材６の外周部にフィルタ押え部材２４を設けることで、ハウジング３からガスが放出する際の圧力によりフィルタ部材６が変形するのが抑制できる。

また、クロージャシェル２の鏡板部１０の内面部には、クッション部材２２が設けられている。これらクッション部材２２は、例えば、セラミックスファイバー、発泡シリコン等で形成されており、外部から与えられる振動等に起因して生じる、燃焼室５内に装填されているガス発生剤４の割れ等の破壊を防止している。

次に、点火手段７について説明する。点火手段７は、イニシエータシェル１の鏡板部１４の中心部に設けられており、この点火手段７は、ハウジング３内に設けられ複数の伝火孔１５を有し且つ底部２５を有する内筒体１６と、この内筒体１６内に装填された伝火剤１７と、内筒体１６内において伝火剤１７に接するように設けられた点火器１８とで構成されている。

伝火剤１７は、燃焼室５内のガス発生剤４を確実に燃焼開始させるために用いられるものであり、この伝火剤１７としては、一般に用いられているＢ／ＫＮＯ₃に代表される金属粉及び酸化剤からなる組成物、含窒素化合物、酸化剤及び金属粉を含む組成物、或いはガス発生剤組成物を使用可能である。

伝火剤１７における各成分の含有量は、金属粉及び酸化剤からなる場合、金属粉成分は１〜３０重量％、酸化剤成分は７０〜９５重量％の範囲が好ましく、含窒素化合物、酸化剤及び金属粉を含む組成物の場合、金属粉成分は１〜３０重量％、含窒素有機化合物は０〜４０重量％、及び酸化剤成分は５０〜９０％の範囲が好ましい。また、必要に応じて、ガス発生剤で使用可能な成型用バインダを０〜１０重量％含んでもよい。成型用バインダとしては一般にガス発生剤に使用可能なものを用いることができる。伝火剤１７の形状としては、粒状、顆粒状、ペレット状（一般に、医薬品の錠剤の形にあたるもの）、円柱状、筒状又はディスク状等が挙げられる。筒状には、例えば円筒状が挙げられ、円筒状には、例えば単孔円筒状、多孔円筒状等が挙げられる。製造方法としては、例えば粉末混合、造粒法（攪拌造粒、噴霧乾燥造粒、押出造粒、転動造粒、圧縮造粒等）、打錠成型法等が挙げられる。

内筒体１６は、イニシエータシェル１の鏡板部１４に、カシメ固定等の任意の方法で固定されている。また、この内筒体１６は、ハウジング３内に形成された燃焼室５の下端部から上方へ延びる長筒状に形成されている。内筒体１６の外周、好ましくは点火器１８が収容されていない部分の外周には、内筒体１６の内部で伝火剤１７が着火燃焼したときに、発生した熱流を燃焼室５へ放出する為の複数の伝火孔１５が形成されている。内筒体１６は、点火器１８が配置された第１の部分と、第１の部分よりも先端側にあって第１の部分よりも外径が小さい第２の部分とを有している。

ここで、鏡板部１４の外径Ｄ（ハウジングの外径）に対して第２の部分における内筒体１６の外径ｄが大きすぎると燃焼室５の容積が小さくなり、燃焼室５に装填できるガス発生剤４の量が少なくなってしまう。逆に、鏡板部１４の外径Ｄに対して第２の部分における内筒体１６の外径ｄが小さすぎると、内筒体１６の内部で点火器１８によって伝火剤１７が着火燃焼したときに、内筒体１６から噴出する熱流が燃焼室５全体に均一に行き渡らなくなる虞がある。そこで、第２の部分における内筒体１６の外径ｄと鏡板部１０、１４の外径Ｄとの比ｄ／Ｄを０．１〜０．５とし、好ましくは、０．１５〜０．３とする。点火器１８が収容されていない部分には、底部２５がある。

また、内筒体１６の長さｈが、内筒体１６の伸長方向におけるハウジング３の長さ（高さ）Ｈに対して小さすぎると、内筒体１６の内部で点火器１８によって伝火剤１７が着火燃焼したときに、内筒体１６から噴出される熱流が燃焼室５全体に均一に行き渡らなくなる虞がある。そこで、内筒体１６の高さ（伸長方向の長さ）ｈとハウジング３の高さ（内筒体１６の伸長方向の長さ）Ｈとの比ｈ／Ｈの範囲を、０．６５〜０．９とする。

このように、ｄ／Ｄ、ｈ／Ｈの値を夫々前述の範囲に設定することで、燃焼室５の容積を十分に確保して必要量のガスを発生させるのに十分なガス発生剤４を燃焼室５内に装填することができるし、内筒体１６から燃焼室５内のガス発生剤４の全体に効率よく熱流を噴出させることができ、燃焼室５内でガス発生剤４を均一に燃焼させて、エアバッグを急速に膨張展開させることが可能となる。

また、複数の伝火孔１５の個数としては、４個以上、好ましくは８個以上であり、より好ましくは８〜２８個であり、例えば、本実施形態のガス発生器Ａにおいては、図１に示すように、上下に並んだ５又は６個の円形状の伝火孔１５で構成された伝火孔１５の列が、内筒体１６の周方向４等分位置に夫々１列ずつ計４列形成されている。伝火孔１５の列は、内筒体１６の周方向に３〜５等分の位置に夫々１列ずつ形成されることができるが、図１にあるように周方向に４等分の位置に夫々１列ずつ形成されることが好ましい。ここで、図１に示すように、周方向に隣接する伝火孔１５の列は、上下に少し（例えば、伝火孔１５の孔径分だけ）ずらして形成されていることが好ましい。このように構成することで、点火器１８により伝火剤１７を着火燃焼させたときに、複数の伝火孔１５を介して内筒体１６から燃焼室５へ熱流を効率よく噴出させることができる。また、上下に隣接する伝火孔１５を周方向にずらして形成しても、同様の効果が得られる。伝火孔１５の形状が円形状の場合、その口径は、３．５〜４．５ｍｍが好ましい。
また、複数の伝火孔１５の形状は、図１に示すような円形状に限らず、楕円形状、長穴状、矩形状、菱形状又は台形状等、種々の形状にすることができる。

また、複数の伝火孔１５の総開口面積ＳＡが内筒体１６の表面積ＳＥに対して大きすぎると、内筒体１６内から伝火剤１７が漏れてしまうし、逆に小さすぎると、内筒体１６の内部で点火器１８によって伝火剤１７が着火燃焼したときに、内筒体１６から燃焼室５へ熱流が噴出されにくくなり、熱流が燃焼室５全体に均一に行き渡らなくなる虞がある。ここで言う内筒体１６の表面積ＳＥとは、内筒体１６の外周の面積のみであっても良いし、内筒体１６の外周の面積と底部２５の面積の和であっても良い。
そこで、ＳＡ／ＳＥの範囲を、０．０２〜０．３０とし、好ましくは０．０８〜０．２０とする。このように、ＳＡ／ＳＥの値を設定することにより、伝火剤１７を内筒体１６内に確実に装填できるし、内筒体１６から燃焼室５内のガス発生剤４の全体に効率よく熱流を噴出させることができるようになり、燃焼室５内でガス発生剤を均一に燃焼させることができる。

さらに、複数の伝火孔１５の総開口面積ＳＡが複数のガス放出孔８の総開口面積ＳＤよりも大きすぎると、内筒体１６から燃焼室５内に噴出される熱流により燃焼室５内のガス発生剤４が燃焼してガスが発生したときに、発生したガスがガス放出孔８から放出されにくくなり、燃焼室５内の圧力が上昇しすぎてしまう虞がある。逆に、複数の伝火孔１５の総開口面積ＳＡが複数のガス放出孔８の総開口面積ＳＤよりも小さすぎると、内筒体１６から燃焼室５に供給される熱流量が小さくなり、燃焼室５で発生するガス量が少なくなってしまうため、複数のガス放出孔８から必要な量のガスをエアバッグに供給できなくなる。

そこで、ＳＡ／ＳＤの範囲を、０．５〜３．０とする。このようにＳＡ／ＳＤを設定することにより、内筒体１６から複数の伝火孔１５を介して燃焼室５へ噴出する熱流量と、ガス放出孔８から放出されるガス量のバランスを調整することが可能になり、燃焼室５内の圧力が過度に上昇してしまうのを抑制するとともに、適切な量のガスをエアバッグに放出することができる。

さらに、前述のガス発生剤４の装填量ＷＧと内筒体１６内の伝火剤１７の装填量ＷＥとの比ＷＧ／ＷＥの範囲を１０〜６０、好ましくは１５〜５０、さらに好ましくは２０〜４５とする。このようにＷＧ／ＷＥを設定することにより、内筒体１６から複数の伝火孔１５を介して燃焼室５へ噴出する熱流量と、燃焼室５内で発生するガス量のバランスを調整でき、燃焼室５内の圧力が過度に上昇するのを抑制するとともに、適切な量の燃焼ガスをハウジング３から放出することができる。

以上説明したガス発生器Ａは、１筒式のガス発生器として、主に、助手席側のインストルメントパネル内に装着されることになるエアバッグモジュールに組み込まれる。
そして、エアバッグモジュールに組み込まれた後、ガス発生器Ａの点火手段７は、図示省略する車両側コネクタに接続される。尚、このガス発生器Ａを運転席側のエアバッグモジュールに適用することも勿論可能である。

そして、例えば、自動車に設けられている衝突センサが自動車の衝突を検出したときに、点火手段７に接続されているスクイブ点火回路により点火手段７が作動すると、内筒体１６内に装填された伝火剤１７が着火燃焼され、内筒体１６から複数の伝火孔１５を介して熱流が燃焼室５へ噴出される。ここで、ハウジング３の外径寸法、内筒体１６の外径寸法、複数の伝火孔１５の孔径、個数及びそれらの配置、ガス発生剤４及び伝火剤１７の装填量を、前述した範囲で適切に設定することにより、燃焼室５の内容積を確保して必要な量のガスを発生させるのに十分なガス発生剤４を燃焼室内に装填することができる。さらに、内筒体１６から燃焼室５内のガス発生剤４の全体に効率よく熱流が噴出させることも可能になるため、燃焼室５内でガス発生剤４を均一に燃焼させることができるようになる。

内筒体１６から燃焼室５内のガス発生剤４に熱流が噴出されると、燃焼室５内のガス発生剤４が燃焼して燃焼室５内に高温のガスが発生する。このとき、燃焼室５内の圧力が上昇するが、ハウジング３は略球形状であるため燃焼室５内での圧力上昇に十分に耐え得る強度を有し、その変形は極めて小さい。そして、燃焼室５内で発生した高温のガスは、フィルタ部材６を通過して、ラプチャー部材１１を破ってガス放出孔８から放出される。

ここで、高温ガスがフィルタ部材６を通過する際に、フィルタ部材６によりガスが冷却されると同時にガス中の残渣が濾過される。また、フィルタ部材６が、燃焼室５の略全域にわたり設けられているため、フィルタ部材６を有効に利用することができる。このため、フィルタ部材６によりガスが十分に冷却されるとともに、残渣が十分に濾過されたガスをガス放出孔８から放出することができる。

次に、実施例として、本発明に係るガス発生器を具体的に説明するが、以下のものに限定されるものではない。
図１に示すガス発生器において、鏡板部１０の外径Ｄを７０ｍｍ、ハウジング３の長さＨを７５ｍｍとし、ガス放出孔８の孔径を２．６ｍｍ、ガス放出孔８の個数を２０個として、ガス放出孔８の総開口面積ＳＤが１０６ｍｍ²とした。また、内筒体１６の長さｈを６２ｍｍ、内筒体１６の外径ｄを１２ｍｍとし、内筒体１６の表面積ＳＥを３７００ｍｍ²とした。さらに、伝火孔１５の形状を円形状とし、伝火孔１５の個数を２２個、伝火孔１５の孔径を４．０ｍｍとして、伝火孔１５の総開口面積ＳＡを２７６ｍｍ²とした。さらには、ガス発生剤４の装填量ＷＧを９０ｇ、伝火剤１７の装填量ＷＥを３．８ｇとした。

参考例１
本発明のガス発生器に使用される両端が閉鎖された中空体形状のガス発生剤の製造例
硝酸グアニジン４３．５重量％、硝酸ストロンチウム２５重量％、塩基性硝酸銅２５重量％、酸性白土２．５重量％、ポリアクリルアミド４重量％の組成で混合した組成物に、エタノール３重量％と、水１３重量％を加えて混合、混練し、混練塊にして、出口に内径２ｍｍのダイスと外径０．５ｍｍの内孔用ピンを備えた押出機にて、押出圧８ＭＰａで押出して、押出棒状の成型体を引取りベルトで引取りながら、成型用歯車間に送り出し、成型用歯車の凸歯によって４．４ｍｍの間隔で窪み部分を形成するようにし、その窪み部分で折るようにして切断した後、５５℃で８時間乾燥し、次いで１１０℃で８時間乾燥し、ガス発生剤とした。

本発明の実施形態に係るガス発生器の断面図である。従来のガス発生器の断面図である。

符号の説明

Ａガス発生器
Ｄ鏡板部の外径
ｄ内筒体の外径
Ｈハウジングの長さ
ｈ内筒体の長さ
１イニシエータシェル
２クロージャシェル
３ハウジング
４ガス発生剤
５燃焼室
６フィルタ部材
７点火手段
８ガス放出孔
９筒部
１０，１４鏡板部
１１ラプチャ−部材
１２フランジ部
１３筒部
１５伝火孔
１６内筒体
１７伝火剤
１８点火器
２０押え部材
２１押え部材
２２クッション部材
２４フィルタ押え部材
２５底部

Claims

イニシエータシェル（１）とクロージャシェル（２）とを有する１筒式の金属製のハウジング（３）と、前記ハウジング（３）内に形成され燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤（４）が装填された燃焼室（５）と、前記燃焼室（５）の周囲に配置されたフィルタ部材（６）と、前記ハウジング（３）に装着され前記燃焼室（５）内の前記ガス発生剤（４）を着火燃焼させる点火手段（７）と、前記ハウジング（３）に形成され前記燃焼室（５）で発生したガスを放出する複数のガス放出孔（８）とを有するガス発生器であって、
前記ハウジング（３）を構成するイニシエータシェル（１）とクロージャシェル（２）の両方が半球形状又は半楕円球形状の鏡板部（１０，１４）を有し、
前記鏡板部（１０，１４）から連続して形成される直径Ｄの筒部（９，１３）を有し、
前記筒部（９，１３）の外径Ｄと前記イニシエータシェル（１）とクロージャシェル（２）の各鏡板部（１０，１４）のハウジングの長さＨとの比Ｈ／Ｄの範囲が、１．０〜１．３であり、
前記点火手段（７）が、ハウジング（３）内に設けられ複数の伝火孔（１５）を有し且つ底部（２５）を有する内筒体（１６）と、この内筒体（１６）に装填された伝火剤（１７）と、前記内筒体（１６）内で伝火剤（１７）に接するように設けられた点火器（１８）とを備え、
前記燃焼室（５）に面した前記フィルタ部材（６）の内壁面が、前記内筒体（１６）の軸方向に対して傾いており、
前記内筒体（１６）は、前記点火器（１８）が配置された第１の部分と、前記第１の部分よりも先端側にあって前記第１の部分よりも外径が小さい第２の部分とを有し、
前記第２の部分における前記内筒体（１６）の外径ｄと前記鏡板部（１０，１４）の外径Ｄとの比ｄ／Ｄの範囲が０．１〜０．５であり、
前記内筒体（１６）の長さｈとこの内筒体（１６）の伸長方向におけるハウジング（３）の長さＨとの比ｈ／Ｈの範囲が、０．６５〜０．９であり、
前記複数の伝火孔（１５）の総開口面積ＳＡと前記内筒体（１６）の表面積ＳＥとの比ＳＡ／ＳＥの範囲が、０．０２〜０．３であり、
前記複数の伝火孔（１５）の総開口面積ＳＡと前記複数のガス放出孔（８）の総開口面積ＳＤとの比ＳＡ／ＳＤの範囲が、０．５〜３．０であることを特徴とするガス発生器。
前記複数の伝火孔（１５）の形状が、円形状、楕円形状、長穴状、矩形状、菱形状又は台形状の何れかであることを特徴とする請求項１に記載のガス発生器。
前記複数の伝火孔（１５）の個数が４個以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス発生器。
前記ガス発生剤（４）の装填量ＷＧと前記伝火剤（１７）の装填量ＷＥとの比ＷＧ／ＷＥの範囲が、１０〜６０であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のガス発生器。