WO2017069233A1 - ガス発生器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a gas generator incorporated in an occupant protection device that protects an occupant when a vehicle or the like collides, and more particularly to a gas generator incorporated in an airbag device equipped in an automobile or the like.
- airbag devices which are occupant protection devices, have been widely used from the viewpoint of protecting occupants of automobiles and the like.
- the airbag device is equipped for the purpose of protecting the occupant from the impact generated when the vehicle or the like collides.
- the airbag is inflated and deployed instantaneously when the vehicle or the like collides, so that the airbag becomes a cushion of the occupant. It is to catch the body.
- the gas generator is incorporated in this airbag device, and ignites the igniter by energization from the control unit at the time of a vehicle collision, etc., and the gas generating agent is burned by the flame generated in the igniter to instantly generate a large amount of gas.
- This is a device for inflating and deploying the airbag.
- gas generators there are various types of gas generators, but as a gas generator suitably used for the driver side airbag device, there is a disk-type gas generator whose outer shape is a short cylindrical shape. As a gas generator suitably used for a bag device, a curtain airbag device, a passenger seat side airbag device, a knee airbag device, or the like, there is a cylinder type gas generator having a long and substantially cylindrical shape.
- the gas generator it is important to stably and continuously burn the gas generating agent when the igniter is operated.
- the internal space of the housing is securely sealed from the external space. This is to prevent the gas generating agent housed in the housing and the transfer charge loaded in the housing as needed to burn the gas generating agent from moisture absorption. If moisture absorption occurs in these gas generating agents and explosive agents, there may be a problem that desired output characteristics cannot be obtained during operation of the gas generator.
- the gas outlet is throttled to a necessary opening diameter so that the pressure in the space inside the housing is sufficiently increased during operation, and the gas outlet is closed.
- a structure in which a metal seal tape is affixed to the housing is employed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-21810 (Patent Document 1)).
- the output characteristics of the gas generator are affected by the surrounding environment in which the gas generator is placed, and particularly depend on the environmental temperature.
- the output characteristics are enhanced in a high temperature environment and the output characteristics in a low temperature environment. It tends to weaken. That is, in a high temperature environment, the gas is ejected earlier and more strongly, and in a low temperature environment, the gas is ejected later and weaker.
- the present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to realize a gas generator that can be reduced in size and weight without impairing performance, and can reduce a difference in performance of gas output caused by environmental temperature.
- the purpose is to provide.
- a gas generator includes a housing, a gas generating agent, an igniter, and a seal tape.
- the housing has a cylindrical peripheral wall portion provided with a plurality of gas ejection ports, and one end portion and the other end portion in the axial direction of the peripheral wall portion are closed.
- the gas generating agent is disposed in a housing space located inside the housing.
- the igniter is for burning the gas generating agent, and is assembled to the housing.
- the seal tape closes the plurality of gas ejection ports. Each of the plurality of gas ejection ports is opened by the portion of the sealing tape that closes each of the plurality of gas ejection ports being cleaved as the pressure in the housing space increases due to combustion of the gas generating agent.
- the plurality of gas jets are set such that the shear strength of the seal tape is F so that the gas jets are opened stepwise as the pressure in the housing space increases due to combustion of the gas generating agent.
- the thickness of the sealing tape of the portion that closes each of the gas outlets is t
- the circumferential length of each of the gas outlets is C
- the opening area of each of the gas outlets is S
- F The open pressures represented by ⁇ t ⁇ C / S are set so as to be different from each other.
- the T and the SA are each T ⁇ 1.8 [mm ]
- SA 60 [mm 2 ].
- At least one of the plurality of gas ejection ports has a long hole shape with different opening widths in directions orthogonal to each other.
- all of the plurality of gas ejection ports may have a long hole shape having different opening widths in directions orthogonal to each other.
- the gas outlet having the elongated hole shape has an opening width along the axial direction of the peripheral wall portion larger than an opening width along the circumferential direction of the peripheral wall portion. It preferably has a shape.
- the opening pressures of the plurality of gas outlets may be set in n stages (n is an integer of 3 or more) so as to be different from each other.
- P1, P2, and P2 respectively, from the opening pressure at the first-stage gas jet port where the opening pressure is set to the lowest to the opening pressure at the n-th stage gas jet port where the opening pressure is set at the highest level.
- the set ratio of the opening pressure P1 of the first stage gas outlet to the opening pressure Pn of the nth stage gas outlet is 0.4 or more and less than 0.7;
- the ratio of the opening pressures P2 to Pn-1 at the gas outlets from the second stage to the (n-1) th floor with respect to the opening pressure Pn at the nth stage gas outlet is 0.7 or more and 0.95 or less, respectively. It is preferable.
- the ratio of the sum Sa1 to San of the opening areas of the gas outlets from the first stage to the nth stage to the total opening area SA of the plurality of gas outlets is as follows. These are preferably 0.7 ⁇ SA / n or more and 1.3 ⁇ SA / n or less, respectively.
- the opening pressures of the plurality of gas ejection ports may be set in three stages so as to be different from each other.
- P1, P2, and P2 respectively, in order from the opening pressure of the first-stage gas ejection port with the smallest opening pressure to the opening pressure of the third-stage gas ejection port with the largest opening pressure set.
- the setting ratio of the opening pressure P1 of the first stage gas outlet to the opening pressure P3 of the third stage gas outlet is 0.5 or more and less than 0.7
- the third stage It is preferable that the setting ratio of the opening pressure P2 of the second stage gas outlet to the opening pressure P3 of the gas outlet is 0.75 or more and 0.95 or less.
- the ratios of the sums Sa1 to Sa3 of the opening areas of the first to third stages with respect to the total opening area SA of the plurality of gas outlets are 0. It is preferable that it is 23 or more and 0.44 or less.
- the plurality of gas outlets may be provided in a line along the circumferential direction of the peripheral wall portion.
- the present invention it is possible to reduce the size and weight of the gas generator without impairing the performance, and it is possible to reduce the performance difference in gas output caused by the environmental temperature.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the upper shell and the seal tape along the line III-III shown in FIGS. 1 and 2.
- FIG. 4 is an enlarged view of first to third gas ejection ports shown in FIGS. 1 and 3. It is the figure which represented typically a mode that a gas jet nozzle is open
- FIG. 1 is a front view of a gas generator according to an embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a schematic sectional view of the gas generator shown in FIG. First, with reference to these FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the gas generator 1 in this Embodiment is demonstrated.
- the gas generator 1 in the present embodiment has a short, substantially cylindrical housing with one end and the other end in the axial direction closed, and the interior of this housing.
- the holding unit 30 as an internal component, the igniter 40, the cup-shaped member 50, the transfer agent 56, the gas generating agent 61, the lower side support member 70, the upper side support member 80, and the cushion material 85 And it is comprised by accommodating filter 90 grade
- a combustion chamber 60 in which the gas generating agent 61 among the above-described internal components is mainly housed is located in the housing space provided inside the housing.
- the short, substantially cylindrical housing includes a lower shell 10 and an upper shell 20.
- Each of the lower shell 10 and the upper shell 20 is made of a press-formed product formed by, for example, pressing a rolled metal plate member.
- a metal plate made of stainless steel, steel, aluminum alloy, stainless alloy or the like is used, and preferably 440 [MPa] or more and 780 A so-called high-tensile steel plate that does not cause breakage or the like even when a tensile stress of [MPa] or less is applied is used.
- the lower shell 10 and the upper shell 20 are each formed in a substantially cylindrical shape with a bottom, and a housing is configured by joining these opening surfaces so as to face each other.
- the lower shell 10 has a bottom plate portion 11 and a peripheral wall portion 12
- the upper shell 20 has a top plate portion 21 and a peripheral wall portion 22.
- the one end part and other end part of the axial direction of a housing are obstruct
- electron beam welding, laser welding, friction welding, or the like can be suitably used.
- a projecting cylindrical portion 13 that protrudes toward the top plate portion 21 side is provided at the center portion of the bottom plate portion 11 of the lower shell 10, thereby the bottom plate of the lower shell 10.
- a recess 14 is formed at the center of the portion 11.
- the projecting cylindrical portion 13 is a portion to which the igniter 40 is fixed via the holding portion 30 described above, and the recessed portion 14 is a portion that becomes a space for providing the female connector portion 34 in the holding portion 30. .
- the projecting cylindrical portion 13 is formed in a substantially cylindrical shape with a bottom, and an axial end located on the top plate portion 21 side has an asymmetrical shape (for example, D-shaped, barrel, etc.) in a plan view. A mold shape, an oval shape, or the like) is provided.
- the opening 15 is a part through which the pair of terminal pins 42 of the igniter 40 is inserted.
- the igniter 40 is for generating a flame, and includes an igniter 41 and the pair of terminal pins 42 described above.
- the ignition unit 41 includes therein an igniting agent that generates a flame by igniting and burning during operation, and a resistor for igniting the igniting agent.
- the pair of terminal pins 42 are connected to the ignition unit 41 to ignite the igniting agent.
- the ignition unit 41 includes a squib cup formed in a cup shape, and a base that closes the open end of the squib cup and through which the pair of terminal pins 42 are inserted and held,
- a resistor bridge wire
- a dot is placed in the squib cup so as to surround the resistor or close to the resistor. It has a configuration loaded with explosives.
- nichrome wire or the like is generally used as the resistor
- ZPP zirconium / potassium perchlorate
- ZWPP zirconium / tungsten / potassium perchlorate
- lead tricinate or the like is generally used as the igniting agent.
- the squib cup and the base portion described above are generally made of metal or plastic.
- a predetermined amount of current flows through the resistor via the terminal pin 42.
- Joule heat is generated in the resistor, and the ignition agent starts burning.
- the high temperature flame generated by the combustion ruptures the squib cup containing the igniting agent.
- the time from when the current flows through the resistor until the igniter 40 is activated is generally 2 milliseconds or less when a nichrome wire is used as the resistor.
- the igniter 40 is attached to the bottom plate 11 in a state where the terminal pin 42 is inserted from the inside of the lower shell 10 so that the terminal pin 42 is inserted into the opening 15 provided in the projecting cylindrical portion 13.
- a holding portion 30 made of a resin molded portion is provided around the protruding cylindrical portion 13 provided on the bottom plate portion 11, and the igniter 40 is held by the holding portion 30.
- the bottom plate portion 11 is fixed.
- the holding part 30 is formed by injection molding (more specifically, insert molding) using a mold, and the bottom plate part 11 is passed through an opening 15 provided in the bottom plate part 11 of the lower shell 10. Insulating fluid resin material is attached to the bottom plate portion 11 so as to reach from a part of the inner surface to a part of the outer surface, and is solidified.
- the igniter 40 is inserted from the inside of the lower shell 10 so that the terminal pin 42 is inserted into the opening 15 when the holding portion 30 is molded. In this state, the igniter 40 and the lower shell The fluid resin material described above is poured so as to fill the space between the base plate 10 and the bottom plate portion 11 through the holding portion 30.
- a resin material excellent in heat resistance, durability, corrosion resistance and the like after curing is suitably selected and used.
- a thermosetting resin typified by an epoxy resin or the like, but is typified by a polybutylene terephthalate resin, a polyethylene terephthalate resin, a polyamide resin (for example, nylon 6 or nylon 66), a polypropylene sulfide resin, or a polypropylene oxide resin. It is also possible to use a thermoplastic resin.
- thermoplastic resins When these thermoplastic resins are selected as raw materials, it is preferable to contain glass fibers or the like as fillers in these resin materials in order to ensure the mechanical strength of the holding portion 30 after molding. However, when sufficient mechanical strength can be ensured with only the thermoplastic resin, it is not necessary to add the filler as described above.
- the holding part 30 includes an inner covering part 31 that covers a part of the inner surface of the bottom plate part 11 of the lower shell 10, an outer covering part 32 that covers a part of the outer surface of the bottom plate part 11 of the lower shell 10, and a lower part
- a connecting portion 33 is provided in the opening 15 provided in the bottom plate portion 11 of the side shell 10 and is continuous with the inner covering portion 31 and the outer covering portion 32.
- the holding portion 30 is fixed to the bottom plate portion 11 on the surface on the bottom plate portion 11 side of each of the inner covering portion 31, the outer covering portion 32, and the connecting portion 33. Further, the holding unit 30 is fixed to the side surface and the lower surface of the portion near the lower end of the ignition unit 41 of the igniter 40 and the surface of the portion near the upper end of the terminal pin 42 of the igniter 40. As a result, the opening 15 is completely embedded by the terminal pin 42 and the holding part 30, and the sealing property at the part is ensured, thereby ensuring the airtightness of the space inside the housing. Since the opening 15 is formed in an asymmetrical shape in plan view as described above, the opening 15 and the connecting part 33 are held by the holding part 30 by embedding the opening 15 in the connecting part 33. Also functions as a detent mechanism that prevents the base plate portion 11 from rotating relative to the bottom plate portion 11.
- a female connector portion 34 is formed on a portion of the holding portion 30 facing the outside of the outer covering portion 32.
- the female connector portion 34 is a portion for receiving a male connector (not shown) of a harness for connecting the igniter 40 and a control unit (not shown), and the bottom plate portion 11 of the lower shell 10. It is located in the hollow part 14 provided in.
- a portion near the lower end of the terminal pin 42 of the igniter 40 is disposed so as to be exposed.
- a male connector is inserted into the female connector portion 34, thereby realizing electrical continuity between the harness core wire and the terminal pin 42.
- the above-described injection molding may be performed using the lower shell 10 in which an adhesive layer is provided in advance at a predetermined position on the surface of the bottom plate portion 11 that is to be covered by the holding portion 30.
- the adhesive layer can be formed by previously applying an adhesive to a predetermined position of the bottom plate portion 11 and curing it.
- the holding portion 30 made of the resin molded portion can be more firmly fixed to the bottom plate portion 11. It becomes possible. Therefore, if the adhesive layer is provided in an annular shape along the circumferential direction so as to surround the opening 15 provided in the bottom plate part 11, it is possible to ensure higher sealing performance in the part.
- a material containing a resin material excellent in heat resistance, durability, corrosion resistance and the like after curing as a raw material is preferably used.
- Those containing a resin or a silicone resin as a raw material are particularly preferably used.
- phenolic resins epoxy resins, melamine resins, urea resins, polyester resins, alkyd resins, polyurethane resins, polyimide resins, polyethylene resins, polypropylene resins, Polyvinyl chloride resin, polystyrene resin, polyvinyl acetate resin, polytetrafluoroethylene resin, acrylonitrile butadiene styrene resin, acrylonitrile styrene resin, acrylic resin, polyamide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, Polyphenylene ether resin, polybutylene terephthalate resin, polyethylene terephthalate resin, polyolefin resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyether sulfone resin, polyester Arylate resins, polyether ether ketone resin, polyamide-imide resin, liquid crystal polymer, styrene rubber, those containing olefin rubbers
- a cup-shaped member 50 is assembled to the bottom plate portion 11 so as to cover the protruding cylindrical portion 13, the holding portion 30 and the igniter 40.
- the cup-shaped member 50 has a substantially bottomed cylindrical shape with an open end on the bottom plate portion 11 side, and includes a fire transfer chamber 55 in which a charge transfer agent 56 is accommodated.
- the cup-shaped member 50 protrudes toward the combustion chamber 60 in which the gas generating agent 61 is accommodated so that the heat transfer chamber 55 provided therein faces the ignition portion 41 of the igniter 40. It is arranged to be located.
- the cup-shaped member 50 includes a top wall portion 51 and a side wall portion 52 that define the above-described transfer chamber 55, and an extending portion 53 that extends radially outward from a portion of the side wall portion 52 on the opening end side. have.
- the extending portion 53 is formed so as to extend along the inner surface of the bottom plate portion 11 of the lower shell 10.
- the extending portion 53 has a shape that is curved so as to follow the shape of the inner bottom surface of the bottom plate portion 11 in the vicinity of the portion where the protruding cylindrical portion 13 is provided, and the diameter thereof.
- a distal end portion 54 extending in a flange shape is included in a portion on the outer side in the direction.
- the distal end portion 54 of the extending portion 53 is disposed between the bottom plate portion 11 and the lower side support member 70 along the axial direction of the housing, and thereby the bottom plate portion 11 and the lower side along the axial direction of the housing. It is sandwiched between the support members 70.
- the lower support member 70 is pressed toward the bottom plate portion 11 by the gas generating agent 61, the cushion material 85, the upper support member 80, and the top plate portion 21 disposed above the lower support member 70.
- the cup-shaped member 50 is in a state in which the distal end portion 54 of the extending portion 53 is pressed toward the bottom plate portion 11 by the lower support member 70 and is fixed to the bottom plate portion 11.
- the cup-shaped member 50 is prevented from falling off the bottom plate portion 11 without using caulking or press-fitting for fixing the cup-shaped member 50.
- the cup-shaped member 50 has no opening in either the top wall portion 51 or the side wall portion 52 and surrounds the heat transfer chamber 55 provided therein.
- the cup-shaped member 50 ruptures or melts as the pressure in the transfer chamber 55 rises or conduction of generated heat occurs when the transfer powder 56 is ignited by the operation of the igniter 40.
- a material having a relatively low mechanical strength is used.
- a metal member such as aluminum or an aluminum alloy, a thermosetting resin typified by an epoxy resin, a polybutylene terephthalate resin, a polyethylene terephthalate resin, a polyamide resin (for example, nylon 6 or nylon) 66), and those made of a resin member such as a thermoplastic resin typified by polypropylene sulfide resin, polypropylene oxide resin and the like are preferably used.
- the cup-shaped member 50 is made of a metal member having high mechanical strength such as iron or copper, and has an opening in the side wall portion 52. It is also possible to use a material with a seal tape attached so as to close the opening. Further, the fixing method of the cup-shaped member 50 is not limited to the fixing method using the lower support member 70 described above, and other fixing methods may be used.
- the transfer charge 56 filled in the transfer chamber 55 is ignited by the flame generated by the operation of the igniter 40 and burns to generate hot particles.
- the charge transfer agent 56 must be capable of reliably starting the combustion of the gas generating agent 61, and is generally composed of a metal powder / oxidizer represented by B / KNO 3 or the like. Things are used.
- As the charge transfer agent 56 a powdery one, a one formed into a predetermined shape by a binder, or the like is used. Examples of the shape of the charge transfer agent 56 formed by the binder include various shapes such as a granular shape, a columnar shape, a sheet shape, a spherical shape, a single-hole cylindrical shape, a porous cylindrical shape, and a tablet shape.
- the combustion chamber 60 in which the gas generating agent 61 is accommodated is located in the space surrounding the portion where the cup-shaped member 50 is disposed in the space inside the housing.
- the cup-shaped member 50 is disposed so as to protrude into the combustion chamber 60 formed inside the housing, and faces the outer surface of the side wall portion 52 of the cup-shaped member 50.
- the space provided in the portion and the space provided in the portion facing the outer surface of the top wall portion 51 are configured as the combustion chamber 60.
- a filter 90 is disposed along the inner periphery of the housing in a space surrounding the combustion chamber 60 in which the gas generating agent 61 is accommodated in the radial direction of the housing.
- the filter 90 has a cylindrical shape, and is arranged so that its central axis substantially matches the axial direction of the housing.
- the gas generating agent 61 is a chemical that is ignited by the hot particles generated by the operation of the igniter 40 and burns to generate gas.
- the gas generating agent 61 it is preferable to use a non-azide-based gas generating agent, and the gas generating agent 61 is generally formed as a molded body containing a fuel, an oxidizing agent, and an additive.
- a fuel for example, a triazole derivative, a tetrazole derivative, a guanidine derivative, an azodicarbonamide derivative, a hydrazine derivative, or a combination thereof is used.
- nitroguanidine, guanidine nitrate, cyanoguanidine, 5-aminotetrazole and the like are preferably used.
- the oxidizing agent is selected from basic nitrates such as basic copper nitrate, perchlorates such as ammonium perchlorate and potassium perchlorate, alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, and ammonia. Nitrate containing cation is used.
- the nitrate for example, sodium nitrate, potassium nitrate and the like are preferably used.
- examples of the additive include a binder, a slag forming agent, and a combustion adjusting agent.
- an organic binder such as a metal salt of carboxymethyl cellulose or stearate, or an inorganic binder such as synthetic hydrotalcite or acidic clay can be suitably used.
- an inorganic binder such as synthetic hydrotalcite or acidic clay
- silicon nitride, silica, acid clay, etc. can be suitably used.
- a combustion regulator a metal oxide, ferrosilicon, activated carbon, graphite, etc. can be used suitably.
- the shape of the molded body of the gas generating agent 61 includes various shapes such as granular shapes, pellet shapes, columnar shapes, and disk shapes.
- a porous for example, a single-hole cylindrical shape or a porous cylindrical shape
- These shapes are preferably selected as appropriate according to the specifications of the airbag apparatus in which the gas generator 1 is incorporated.
- the shape in which the gas generation rate changes with time during the combustion of the gas generating agent 61 is selected. It is preferable to select an optimal shape according to the specifications.
- the filter 90 is, for example, one obtained by winding and sintering a metal wire such as stainless steel or steel, one obtained by pressing a net material knitted with a metal wire, or by winding a perforated metal plate. Things are used.
- a metal wire such as stainless steel or steel
- a net material specifically, a knit metal mesh, a plain weave metal mesh, an assembly of crimped metal wires, or the like is used.
- a perforated metal plate for example, expanded metal that has been cut into a zigzag pattern on the metal plate and expanded to form a hole and processed into a mesh shape, or a hole is formed in the metal plate and at that time
- a hook metal or the like obtained by flattening the burr generated at the periphery of the hole is used.
- the size and shape of the hole to be formed can be appropriately changed as necessary, and holes of different sizes and shapes may be included on the same metal plate.
- a metal plate a steel plate (mild steel), a stainless steel plate, for example can be used suitably, and nonferrous metal plates, such as aluminum, copper, titanium, nickel, or these alloys, can also be utilized.
- the filter 90 When the gas generated in the combustion chamber 60 passes through the filter 90, the filter 90 functions as a cooling unit that cools the gas by taking away the high-temperature heat of the gas, and a residue contained in the gas. It also functions as a removing means for removing (slag) and the like. Therefore, in order to sufficiently cool the gas and prevent the residue from being discharged to the outside, it is necessary to ensure that the gas generated in the combustion chamber 60 passes through the filter 90.
- a gap portion 25 having a predetermined size is formed between the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20 and the peripheral wall portion 12 of the lower shell 10 constituting the peripheral wall portion of the housing. Further, the peripheral wall portions 12 and 22 are spaced apart from each other.
- a plurality of gas jets 23 are provided in the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20 at a portion facing the filter 90.
- the plurality of gas outlets 23 are for leading the gas that has passed through the filter 90 to the outside of the housing.
- a metal seal tape 24 is attached to the inner peripheral surface of the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20 so as to close the plurality of gas ejection ports 23.
- the seal tape 24 an aluminum foil or the like coated with an adhesive member on one side can be used, and the airtightness of the combustion chamber 60 is secured by the seal tape 24.
- the plurality of gas jets 23 have three types of gas jets (that is, the first gas jets 23 a having different configurations from each other). , The second gas outlet 23b and the third gas outlet 23c). These three types of gas outlets are opened in stages as the pressure in the housing space, which is the space inside the housing accompanying the combustion of the gas generating agent 61, is increased during the operation of the gas generator 1. Thus, they are configured to have different open pressures.
- the filter 90 and the gap 25 are located between the combustion chamber 60 and the plurality of gas ejection ports 23 as described above. However, the flow resistance of the filter 90 to the gas is relatively small.
- the pressure in the storage space is substantially equal to the internal pressure of the combustion chamber 60. Therefore, in the following description, this may be referred to as the internal pressure of the combustion chamber 60 instead of the pressure in the accommodation space.
- the first gas jet port 23a, the second gas jet port 23b, and the third gas jet port 23c described above are configured such that their opening pressures are different from each other due to their different opening shapes.
- a lower side support member 70 is disposed in the combustion chamber 60 in the vicinity of the end located on the bottom plate 11 side.
- the lower side support member 70 has an annular shape, and is arranged so as to be substantially assigned to the filter 90 and the bottom plate portion 11 so as to cover the boundary portion between the filter 90 and the bottom plate portion 11. Yes. Thereby, the lower side support member 70 is located between the bottom plate portion 11 and the gas generating agent 61 in the vicinity of the end portion of the combustion chamber 60.
- the lower-side support member 70 includes a contact portion 72 erected so as to contact the inner peripheral surface of the axial end portion located on the bottom plate portion 11 side of the filter 90, and radially inward from the contact portion 72. And a bottom portion 71 extending toward the bottom.
- the bottom 71 is formed to extend along the inner bottom surface of the bottom plate 11 of the lower shell 10.
- the bottom portion 71 has a shape bent so as to follow the shape of the inner bottom surface of the bottom plate portion 11 including the portion where the projecting cylindrical portion 13 is provided.
- a standing end portion 73 is included.
- the lower-side support member 70 is formed by, for example, pressing a metal plate-like member, and preferably a steel plate such as ordinary steel or special steel (for example, a cold-rolled steel plate or a stainless steel plate). ).
- the distal end portion 54 of the extending portion 53 of the cup-shaped member 50 described above is disposed between the bottom plate portion 11 and the bottom portion 71 of the lower-side support member 70 along the axial direction of the housing. It is sandwiched and held between the bottom plate portion 11 and the bottom portion 71 along the axial direction of the housing. Thereby, the cup-shaped member 50 is in a state in which the distal end portion 54 of the extending portion 53 is pressed toward the bottom plate portion 11 by the bottom portion 71 of the lower support member 70 and is fixed to the bottom plate portion 11. It will be.
- the upper side support member 80 is arrange
- the upper side support member 80 has a substantially disc shape, and is arranged so as to be addressed to the filter 90 and the top plate portion 21 so as to cover the boundary portion between the filter 90 and the top plate portion 21. ing. Accordingly, the upper support member 80 is located between the top plate portion 21 and the gas generating agent 61 in the vicinity of the end portion of the combustion chamber 60.
- the upper side support member 80 has a bottom portion 81 that contacts the top plate portion 21 and a contact portion 82 that is erected from the periphery of the bottom portion 81.
- the contact portion 82 is in contact with the inner peripheral surface of the end portion in the axial direction located on the top plate portion 21 side of the filter 90.
- the upper side support member 80 is formed by, for example, pressing a metal plate-like member like the lower side support member 70, and preferably a steel plate (for example, ordinary steel or special steel) (for example, , Cold rolled steel plate, stainless steel plate, etc.).
- An annular cushion material 85 is disposed inside the upper support member 80 so as to be in contact with the gas generating agent 61 accommodated in the combustion chamber 60. Thereby, the cushion material 85 is located between the top plate portion 21 and the gas generating agent 61 in the portion of the combustion chamber 60 on the top plate portion 21 side, and the gas generating agent 61 is directed toward the bottom plate portion 11 side. Is pressing.
- the cushion material 85 is provided for the purpose of preventing the gas generating agent 61 made of a molded body from being crushed by vibration or the like, and is preferably a ceramic fiber molded body, rock wool, foamed resin (for example, (Such as foamed silicone, foamed polypropylene, foamed polyethylene, etc.), chloroprene, and a member made of rubber typified by EPDM.
- foamed resin for example, (Such as foamed silicone, foamed polypropylene, foamed polyethylene, etc.), chloroprene, and a member made of rubber typified by EPDM.
- a collision is detected by a collision detection unit provided separately in the vehicle, and based on this, a control unit provided separately in the vehicle
- the igniter 40 is activated by energization.
- the transfer charge 56 accommodated in the transfer chamber 55 is ignited and burned by the flame generated by the operation of the igniter 40 and generates a large amount of heat particles.
- the cup-shaped member 50 is ruptured or melted by the combustion of the charge transfer agent 56, and the above-described hot particles flow into the combustion chamber 60.
- the gas generating agent 61 accommodated in the combustion chamber 60 is ignited and burned by the flowing heat particles, and a large amount of gas is generated.
- the gas generated in the combustion chamber 60 passes through the inside of the filter 90. At this time, heat is taken away and cooled by the filter 90, and slag contained in the gas is removed by the filter 90 and the gap portion 25 is removed. Flow into.
- the seal tape 24 that closes the gas outlet 23 provided in the upper shell 20 is cleaved, and the gas passes through the gas outlet 23 to the outside of the housing. Erupted.
- the plurality of gas ejection ports 23 are opened in stages, and the ejected gas is introduced into an airbag provided adjacent to the gas generator 1 to inflate the airbag. And expand.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the upper shell and the seal tape taken along the line III-III shown in FIGS. 1 and 2
- FIG. 4 is a diagram illustrating the first to third gas outlets shown in FIGS. FIG.
- FIG. 3 and FIG. 4 and FIG. 1 described above, a more detailed configuration of the first to third gas outlets 23a to 23c will be described.
- the first gas outlet 23 a, the second gas outlet 23 b, and the third gas outlet 23 c described above are provided on the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20. They are arranged in a line along the circumferential direction according to a predetermined rule. More specifically, the total number of the plurality of gas ejection ports 23 is 24, and the gas ejection ports 23 are arranged in a line at a predetermined pitch along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20.
- the total number of the first gas ejection ports 23 a is four, and is arranged every 90 ° along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20.
- the total number of second gas outlets 23b is eight, and is arranged every 45 ° along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20.
- the total number of the third gas outlets 23c is 12, and is arranged every 30 ° along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20.
- first gas jet port 23a, the second gas jet port 23b, and the third gas jet port 23c are arranged along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20 along the first gas jet port 23a and the third gas jet port.
- the jet outlets 23c, the second gas jet outlets 23b, the third gas jet outlets 23c, the second gas jet outlets 23b, and the third gas jet outlets 23c are arranged in this order so that four sets are repeated.
- the first gas outlet 23a has a long hole shape with different opening widths in directions orthogonal to each other, and more specifically, the peripheral wall of the upper shell 20
- the opening width L1 along the axial direction of the portion 22 (hereinafter, the opening width L1 along the axial direction of the peripheral wall portion 22 is also referred to as a length L1) is the opening width W1 along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22. (Hereinafter, the opening width W1 along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 is simply referred to as a width W1).
- the first gas ejection port 23 a is configured by a track hole having a pair of opening edge portions extending in parallel along the axial direction of the peripheral wall portion 22.
- the second gas outlet 23b has a long hole shape with different opening widths in directions orthogonal to each other, and more specifically, the peripheral wall of the upper shell 20
- the opening width L2 along the axial direction of the portion 22 (hereinafter, the opening width L2 along the axial direction of the peripheral wall portion 22 is also referred to as a length L2) is the opening width W2 along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22. (Hereinafter, the opening width W2 along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 is simply referred to as a width W2).
- the second gas ejection port 23 b is configured by a track hole having a pair of opening edges extending in parallel along the axial direction of the peripheral wall portion 22.
- the third gas ejection port 23c has a long hole shape with different opening widths in directions orthogonal to each other, and more specifically, the peripheral wall of the upper shell 20
- the opening width L3 along the axial direction of the portion 22 (hereinafter, the opening width L3 along the axial direction of the peripheral wall portion 22 is also referred to as a length L3) is the opening width W3 along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22.
- the opening width W3 along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 is also simply referred to as a width W3).
- the third gas ejection port 23 c is configured by a track hole having a pair of opening edge portions extending in parallel along the axial direction of the peripheral wall portion 22.
- first gas jet port 23a, the second gas jet port 23b, and the third gas jet port 23c all have a vertically long hole shape, whereby all the gas jet ports 23 have a vertically long hole shape. Will be.
- the opening area per one of the first gas ejection ports 23a is S1
- the opening area per one of the second gas ejection ports 23b is S2.
- these S1 to S3 satisfy the condition of S1> S2> S3.
- the above-described magnitude relationship between the lengths L1 to L3 and the magnitude relationship between the widths W1 to W3 are not limited.
- the seal tape 24 is attached to the inner peripheral surface of the upper shell 20 as described above, and each of the 24 gas ejection ports 23 in total is formed by the seal tape 24. It is closed.
- the seal tape 24 is pasted so that the end portions in the circumferential direction are abutted, and each of the 24 gas ejection ports 23 in total is covered with one seal tape 24. Become.
- the shear strength (tensile strength) of the seal tape 24 is F
- the thickness of the seal tape 24 at the portion that closes the gas jet port 23 is t (see FIG. 3)
- the circumferential length of the gas jet port is C (see FIG. 3).
- the opening area of the gas outlet 23 is S (the opening areas S1 to S3 described above correspond to the opening area S).
- the opening pressure of the gas outlet is expressed by F ⁇ t ⁇ C / S.
- the opening pressure of the first gas outlet 23a is the lowest, and the second gas outlet 23b.
- the opening pressure of the third gas jet port 23c is set to be the highest.
- the opening pressure can be increased by setting the circumference C longer.
- the gas outlets 23 adjacent to each other are suppressed in order to suppress a decrease in the pressure resistance performance of the housing.
- the total opening area SA of the 24 gas ejection ports 23 in total is configured to satisfy the condition of SA ⁇ 60 [mm 2 ].
- the pressure in the space inside the housing during operation can be lowered to a considerable extent within a range in which the gas generating agent 61 can stably and continuously burn.
- the pressure in the space inside the housing during operation of a general gas generator with a gas generation amount of about 1.2 [mol] is about 30 to 40 [MPa] in a room temperature environment.
- the pressure in the space inside the housing during operation of the gas generator 1 in the present embodiment is reduced to approximately 20 [MPa] under the room temperature environment.
- the lower side of the portion that defines the space inside the housing (that is, the accommodation space described above) as the pressure in the space inside the housing is reduced during the operation described above.
- the thickness T (see FIG. 3) of the shell 10 and the upper shell 20 can be reduced to satisfy the condition of T ⁇ 1.8 [mm].
- the thickness of the housing of a general gas generator having a gas generation amount of about 1.2 [mol] is about 2.0 [mm].
- the thickness T can be reduced to about 1.2 [mm].
- the weight can be drastically reduced as the thickness of the housing is reduced.
- the weight of a general gas generator having a gas generation amount of about 1.2 [mol] described above is approximately 320 [g]
- the weight is as follows. It is possible to reduce the weight to about 220 [g].
- FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a state in which the gas outlet is opened stepwise when the gas generator according to the present embodiment is in operation.
- FIG. 6 is a diagram illustrating the gas generator according to the present embodiment. It is a graph which shows the combustion characteristic at the time of the operation
- FIGS. 5 and 6 in the gas generator 1 according to the present embodiment, it is possible to prevent a significant drop in the increase in internal pressure during operation, particularly in a low temperature environment, and the intended combustion characteristics. The reason why it becomes possible to obtain the above will be described.
- FIG. 5 (A), 5 (B), and 5 (C) schematically show the states at the time when a predetermined time has elapsed from the start of the operation. The elapsed time becomes longer in the order of FIG. 5 (B) and FIG. 5 (C).
- FIG. 6 (A) is a graph showing the change over time in the pressure in the combustion chamber
- FIG. 6 (B) shows the gas generator 1 according to the present embodiment placed in a sealed tank. It is a graph which shows the time-dependent change of the pressure in a tank at the time of operating.
- the gas generator 1 in the present embodiment When the gas generator 1 in the present embodiment is activated, the gas generating agent 61 starts to combust, and accordingly, the internal pressure of the combustion chamber 60 starts to rise.
- the plurality of gas outlets 23 are opened stepwise in the process of increasing the internal pressure of the combustion chamber 60.
- the internal pressure of the combustion chamber 60 is any of the first gas outlet 23a, the second gas outlet 23b, and the third gas outlet 23c.
- the first gas jet port 23a, the second gas jet port 23b, and the third gas jet port 23c are not opened, and the internal pressure continues to rise. .
- the internal pressure of the combustion chamber 60 is within the first gas outlet 23a, the second gas outlet 23b, and the third gas outlet 23c.
- the internal pressure P1 at which the four first gas outlets 23a having the lowest opening pressure can be opened is reached, and as a result, as shown in FIG. 5A, the four first gas outlets 23a.
- a portion of the sealing tape 24 covering the gas is cleaved, and gas is ejected through the four open first gas ejection ports 23a.
- FIG. 6B a gas output can be obtained within a relatively short time from the start of operation, and the inflation and deployment of the airbag can be started early.
- the internal pressure of the combustion chamber 60 is within the first gas outlet 23a, the second gas outlet 23b, and the third gas outlet 23c.
- the internal pressure P2 at which the eight second gas outlets 23b having the second lowest opening pressure can be opened is reached, and as a result, as shown in FIG. A total of twelve first gas outlets 23a and second gas outlets 23b are opened, including the four first gas outlets 23a that have already been opened, with the seal tape 24 covering the outlet 23b being cleaved. Gas is ejected through As a result, as shown in FIG.
- the internal pressure of the combustion chamber 60 is maintained at an appropriate high pressure state, whereby the gas generating agent 61 is stably combusted, and the internal pressure of the combustion chamber 60 drops.
- the airbag can be continuously inflated and deployed.
- the internal pressure of the combustion chamber 60 is within the first gas outlet 23a, the second gas outlet 23b, and the third gas outlet 23c.
- the internal pressure P3 at which the twelve third gas outlets 23c having the highest opening pressure can be opened is reached, and as a result, as shown in FIG. 5C, the twelve third gas outlets 23c.
- the seal tape 24 covering the portion is cleaved, and a total of 24 first gas jets including a total of twelve first gas jets 23a and second gas jets 23b that have already been opened. Gas is ejected through the outlet 23a, the second gas ejection port 23b, and the third gas ejection port 23c. As a result, as shown in FIG.
- the gas generating agent 61 is stably combusted by maintaining the internal pressure of the combustion chamber 60 at an appropriate high pressure state, as shown in FIG. 6 (B).
- a high gas output is stably obtained until all of the gas generating agent 61 is burned out, and as a result, the airbag can be continuously deployed.
- the gas generating agent 61 is completely burned out to stop the gas output, and as a result, the operation of the gas generator 1 is ended and the airbag deployment is also ended.
- the shape of the gas outlet 23 to a long hole shape as in the present embodiment, a difference in environmental temperature (that is, whether it is in a low temperature environment or a normal temperature environment, or happens to happen) It is possible to vary the actual opening area in a state where the gas outlet 23 is opened depending on whether it is in a high temperature environment), and it is possible to promote combustion of the gas generating agent particularly in a low temperature environment become. Therefore, the performance difference in gas output due to the environmental temperature can be remarkably reduced, and a higher performance gas generator can be obtained as compared with the prior art.
- this point will be described in detail.
- FIG. 7 is a diagram schematically showing a state in the vicinity of the gas outlet when the gas generator according to this embodiment is operated.
- FIG. 7A shows the case where the gas generator is operated under a normal temperature environment and a high temperature environment
- FIG. 7B shows the case where the gas generator is operated under a low temperature environment. Shows the case.
- the gas outlet 23 is closed as the internal pressure of the combustion chamber 60 increases.
- the sealing tape 24 of the portion to be cut is cleaved, the sealing tape 24 is completely broken along the opening edge of the gas outlet 23 having a long hole shape, and the broken sealing tape is formed at the opening edge of the gas outlet 23. 24 does not adhere. Therefore, the opening area of the gas outlet 23 is the same as the actual opening area in the state where the gas outlet 23 is opened by the tearing of the seal tape 24.
- the gas outlet 23 is closed as the internal pressure of the combustion chamber 60 increases.
- the seal tape 24 is cleaved, the seal tape 24 is broken along the opening edge of the gas outlet 23 having a long hole shape, but is not completely broken along the entire circumference of the opening edge.
- the breakage does not occur in one of the pair of opening edge portions extending in parallel along the peripheral wall portion 22, and the broken seal tape 24 is attached to the opening edge portion of the gas outlet 23.
- the actual opening area in the state in which the gas ejection port 23 is opened by the cleavage of the sealing tape 24 is smaller than the opening area of the gas ejection port 23 by an amount corresponding to the cross-sectional area of the sealing tape 24. Will be.
- the total sum of the actual opening area of the gas outlet 23 during the operation of the gas generator 1 is relatively large, whereas in the low temperature environment, the gas generator Therefore, the sum total of the actual opening area of the gas outlet 23 at the time of the operation of 1 is relatively reduced.
- the amount of gas discharged through the gas jet port 23 is limited by opening the gas jet port 23 as compared with the normal temperature environment and the high temperature environment.
- the increase in the internal pressure of the combustion chamber 60 is promoted. Accordingly, it becomes possible to promote the combustion of the gas generating agent 61 particularly in a low temperature environment, and it is possible to remarkably reduce the difference in gas output performance due to the environmental temperature. Thus, a higher performance gas generator can be obtained.
- the gas outlet 23 has a non-round hole-like long hole shape, and therefore, the distance from the center of the gas outlet 23 to the opening edge becomes non-uniform, so that the opening along the opening edge.
- the instantaneous energy required to break the seal tape 24 at once is increased, and the internal pressure of the combustion chamber 60 is increased rapidly in a normal temperature environment and a high temperature environment, so that the instantaneous energy is obtained.
- the instantaneous energy cannot be obtained because the rising speed of the internal pressure of the combustion chamber 60 is slow in a low temperature environment.
- a case where the gas outlet 23 is configured by a track hole has been described as an example.
- an elliptical shape or a rectangular shape may be used.
- the long hole-shaped gas outlet 23 has a pair of opening edge portions extending in parallel along the peripheral wall portion 22. It is still more preferable that the track-shaped or rectangular holes described above are used.
- the horizontally long hole shape is a long hole shape in which the opening width along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20 is larger than the opening width along the axial direction of the peripheral wall portion 22.
- the case where the plurality of gas ejection ports 23 are arranged in a line along the circumferential direction of the peripheral wall portion 22 of the upper shell 20 has been described as an example. May be arranged over a plurality of columns, or may be arranged in another layout.
- the opening pressures of the plurality of gas ejection ports are set in three stages so as to be different from each other. However, the opening pressures of the plurality of gas ejection ports are different from each other. If the number of stages is set to n (n is an integer greater than or equal to 3), the opening pressure Pn at the n-th gas outlet having the highest opening pressure is set.
- the setting ratio P1 / Pn of the opening pressure P1 of the first-stage gas ejection port set with the lowest opening pressure is preferably 0.4 or more and less than 0.7, and the opening pressure is the highest.
- Setting ratios P2 / Pn, P3 / Pn of the opening pressures P2 to Pn-1 of the gas outlets from the second stage to the (n-1) th stage with respect to the set opening pressure Pn of the nth stage gas outlet -Pn-1 / Pn is 0.7 or more and 0.95 or less Door is preferable.
- n stages from the first stage with respect to the total opening area SA of the plurality of gas jet outlets is preferably 0.7 ⁇ SA / n or more and 1.3 ⁇ SA / n or less, respectively.
- the third stage in which the opening pressure is set to the highest is set.
- the set ratio P1 / P3 of the opening pressure P1 (see FIGS. 5A and 6A) of the gas outlet 23a is preferably 0.5 or more and less than 0.7, and the opening pressure is the highest.
- the opening pressure 2 is set to the second lowest with respect to the opening pressure P3 (see FIGS.
- the opening pressure P2 of the second gas outlet 23b, which is the gas outlet at the stage (FIG. 5B) Setting the ratio P2 / P3 of and Figure 6 (A) refer) is preferably 0.75 or more 0.95 or less.
- the total opening area SA of the plurality of gas jets 23 is set.
- the ratio of the sums Sa1 to Sa3 of the opening areas of the gas outlets 23a to 23c from the first stage to the third stage is preferably 0.23 or more and 0.44 or less, respectively.
- FIG. 8 is a table showing the specifications of the gas generator according to Example 1 and the measurement results when the gas generator is operated.
- the gas generator according to Example 1 has a gas generation amount of 2.0 [mol], and the housing thickness T is reduced to 1.2 [mm]. . Thereby, the weight of the gas generator concerning Example 1 is reduced to 320 [g].
- the opening pressures of the plurality of gas ejection ports are set in three stages so as to be different from each other, and the total opening area SA of the plurality of gas ejection ports is 115.55 [mm 2 ].
- the details of the first to third gas outlets 23a to 23c set in three stages and the details of the seal tape are as shown in FIG.
- the set ratios P1 / P3, P2 / P3 are set to 0.68 and 0.91, respectively, and the ratios Sa1 / SA, Sa2 / SA, and Sa3 / SA are each 0.26. , 0.41, 0.33.
- FIG. 9 is a table showing the specifications of the gas generator according to Example 2 and the measurement results when the gas generator is operated.
- the gas generator according to Example 2 has a gas generation amount of 1.2 [mol] and a housing having a thickness T reduced to 1.2 [mm]. . Thereby, the weight of the gas generator concerning Example 2 is reduced to 220 [g].
- the opening pressures of the plurality of gas ejection ports are set in three stages so as to be different from each other, and the total opening area SA of the plurality of gas ejection ports is 80.64 [mm 2 ].
- the details of the first to third gas outlets 23a to 23c set in three stages and the details of the seal tape are as shown in FIG.
- the set ratios P1 / P3, P2 / P3 are set to 0.63 and 0.83, respectively, and the ratios Sa1 / SA, Sa2 / SA, and Sa3 / SA are set to 0.42 respectively. , 0.28, 0.29.
- FIG. 10 is a table showing the specifications of the gas generator according to Example 3 and the measurement results when the gas generator is operated.
- the gas generator according to Example 3 has a gas generation amount of 1.2 [mol], and the housing thickness T is reduced to 1.2 [mm]. . Thereby, the weight of the gas generator concerning Example 3 is reduced to 220 [g].
- the opening pressures of the plurality of gas ejection ports are set in three stages so as to be different from each other, and the total opening area SA of the plurality of gas ejection ports is 80.47 [mm 2 ].
- the details of the first to third gas outlets 23a to 23c set in three stages and the details of the seal tape are as shown in FIG.
- the set ratios P1 / P3 and P2 / P3 are set to 0.60 and 0.81, respectively, and the ratios Sa1 / SA, Sa2 / SA, and Sa3 / SA are each 0.38. , 0.33, 0.29.
- the gas generator 1 according to the above-described embodiment of the present invention can realize a reduction in size and weight of the gas generator without impairing performance. it can.
- seal tape for closing the plurality of gas ejection ports
- a plurality of seal tapes may be used.
- a seal tape having the same thickness is overlaid and closed only on a specific gas jet port, or a specific gas jet port is closed using a seal tape having a different thickness, or the material is different.
- gas jets having different open pressures by closing specific gas jets using a plurality of seal tapes (that is, having different shear strengths).
- the present invention is applied to a so-called disk-type gas generator has been described as an example, but the scope of application of the present invention is not limited to this.
- the present invention can be applied to a cylinder type gas generator.
- the low temperature environment, the normal temperature environment, and the high temperature environment described above include an environment temperature around ⁇ 40 [° C.], an environment around 20 [° C.], and an environment around 85 [° C.], respectively. I mean.
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Abstract
ガス発生器(1)は、収容空間を内部に含むハウジング(10,20)と、ガス発生剤と、点火器と、シールテープとを備える。ハウジング(10,20)は、複数のガス噴出口(23)が設けられた筒状の周壁部(12,22)を有し、複数のガス噴出口(23)は、シールテープによって閉鎖される。複数のガス噴出口(23)は、ガス発生剤の燃焼に伴う収容空間の圧力上昇に伴って段階的に開放されるように、開放圧が互いに異なるように設定されたものを含む。ハウジング(10,20)のうちの収容空間を規定する部分の厚みをTとし、複数のガス噴出口(23)の総開口面積をSAとした場合に、TおよびSAは、それぞれT≦1.8[mm]およびSA≧60[mm2]の条件を満たす。複数のガス噴出口(23)の少なくとも1つは、長孔形状を有する。
Description
本発明は、車両等衝突時に乗員を保護する乗員保護装置に組み込まれるガス発生器に関し、特に、自動車等に装備されるエアバッグ装置に組み込まれるガス発生器に関する。
従来、自動車等の乗員の保護の観点から、乗員保護装置であるエアバッグ装置が普及している。エアバッグ装置は、車両等衝突時に生じる衝撃から乗員を保護する目的で装備されるものであり、車両等衝突時に瞬時にエアバッグを膨張および展開させることにより、エアバッグがクッションとなって乗員の体を受け止めるものである。
ガス発生器は、このエアバッグ装置に組み込まれ、車両等衝突時にコントロールユニットからの通電によって点火器を発火し、点火器において生じる火炎によりガス発生剤を燃焼させて多量のガスを瞬時に発生させ、これによりエアバッグを膨張および展開させる機器である。
ガス発生器には、種々の構造のものが存在するが、運転席側エアバッグ装置に好適に利用されるガス発生器として、外形が短尺略円柱状のディスク型ガス発生器があり、サイドエアバッグ装置やカーテンエアバッグ装置、助手席側エアバッグ装置、ニーエアバッグ装置等に好適に利用されるガス発生器として、外形が長尺略円柱状のシリンダ型ガス発生器がある。
ガス発生器においては、点火器の作動時においてガス発生剤を安定して持続的に燃焼させることが重要である。ここで、ガス発生剤を安定して持続的に燃焼させるためには、ガス発生剤を所定の高圧環境下に置くことが必要であるため、ガス発生器においては、ハウジングに複数設けられるガス噴出口の大きさを所望の大きさに絞ることにより、点火器の作動時においてハウジングの内部の空間の圧力が相当程度にまで高まるようにその設計がなされている。
また、ガス発生器においては、ハウジングの内部の空間が外部の空間から確実に封止されていることが重要である。これは、ハウジングの内部に収容されるガス発生剤や当該ガス発生剤を燃焼させるために必要に応じてハウジングの内部に装填される伝火薬が吸湿することを防止するためである。仮にこれらガス発生剤や伝火薬に吸湿が生じてしまった場合には、ガス発生器の作動時において所望の出力特性が得られない不具合が生じる可能性がある。
そのため、従来のガス発生器においては、作動時においてハウジングの内部の空間の圧力が十分に高まることとなるようにガス噴出口を必要な開口径にまで絞るとともに、当該ガス噴出口を閉鎖するようにハウジングに金属製のシールテープを貼り付ける構成が一般的に採用されている(たとえば、特開2001-219810号公報(特許文献1)等参照)。
近年においては、ガス発生器の小型化および軽量化が強く求められている。ガス発生器を小型化するためには、耐圧容器であるハウジングの厚みを薄型化することが効果的であるが、ハウジングの厚みを単に薄くした場合には、ハウジングの耐圧性能を十分に確保することができなくなってしまう。そのため、ガス発生器の軽量化を図るためには、作動時におけるハウジングの内部の空間の圧力をガス発生剤が安定して持続的に燃焼することができる範囲で相当程度にまで下げることが不可欠となる。
ここで、ガス発生器の出力特性は、当該ガス発生器が置かれた周囲環境の影響を受け、特にその環境温度に依存し、高温環境下において出力特性が強まり、低温環境下において出力特性が弱まる傾向にある。すなわち、高温環境下においては、ガスがより早くかつより強く噴出することになり、低温環境下においては、ガスがより遅くかつより弱く噴出することになる。
そのため、作動時におけるハウジングの内部の空間の圧力を下げるために、複数設けられるガス噴出口の総開口面積を増加させた場合には、低温環境下においてガス発生剤の燃焼が持続し難くなり、当該低温環境下における動作の保証が困難となる。より詳細には、ガス噴出口の総開口面積を増加させた場合には、ガス発生剤が燃焼することでハウジングの内部の空間の圧力が上昇する段階において、シールテープが一斉に開裂することにより、ガス噴出口から相当量のガスが一気に排出されることとなり、結果的に特に低温環境下において内圧上昇に大幅な落ち込みが発生し、意図した燃焼特性が得られないこととなってしまう。
これを解決するためには、複数設けられるガス噴出口がハウジングの内部の空間の圧力上昇に伴って段階的に開放されるように構成することが効果的である。しかしながら、単純に複数のガス噴出口の一部を正円形状のまま相似形に大型化させて複数のガス噴出口の総開口面積を増加させつつ、複数のガス噴出口の開放圧を段階的に設定した場合には、ハウジングの耐圧性能を確保するために隣り合うガス噴出口同士の距離を増加させることが必須となり、結果としてガス発生器が大型化してしまう問題が発生する。
加えて、上述したように、ガス発生器の出力特性は環境温度に依存するため、環境温度に起因するガス出力の性能差を低減することが求められている。しかしながら、上記構成を採用した場合には、この点においても十分な改善は見込めず、環境温度に起因するガス出力の性能差が顕著に残ってしまう。
したがって、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、性能を損なうことなく小型化および軽量化が実現でき、また環境温度に起因するガス出力の性能差を低減できるガス発生器を提供することを目的とする。
本発明に基づくガス発生器は、ハウジングと、ガス発生剤と、点火器と、シールテープとを備えている。上記ハウジングは、複数のガス噴出口が設けられた筒状の周壁部を有し、上記周壁部の軸方向の一端部および他端部は閉塞されている。上記ガス発生剤は、上記ハウジングの内部に位置する収容空間に配置されている。上記点火器は、上記ガス発生剤を燃焼させるためのものであり、上記ハウジングに組付けられている。上記シールテープは、上記複数のガス噴出口を閉鎖している。上記複数のガス噴出口の各々は、当該複数のガス噴出口の各々を閉鎖する部分の上記シールテープが上記ガス発生剤の燃焼に伴う上記収容空間の圧力上昇に伴って開裂することで開放される。上記複数のガス噴出口は、上記ガス発生剤の燃焼に伴う上記収容空間の圧力上昇に伴って段階的に開放されるように、上記シールテープの剪断強度をFとし、上記複数のガス噴出口の各々を閉鎖する部分の上記シールテープの厚みをtとし、上記複数のガス噴出口の各々の周長をCとし、上記複数のガス噴出口の各々の開口面積をSとした場合に、F×t×C/Sで表わされる開放圧が互いに異なるように設定されたものを含んでいる。上記ハウジングのうちの上記収容空間を規定する部分の厚みをTとし、上記複数のガス噴出口の総開口面積をSAとした場合に、上記Tおよび上記SAは、それぞれT≦1.8[mm]およびSA≧60[mm2]の条件を満たしている。上記複数のガス噴出口の少なくとも1つは、互いに直交する方向における開口幅が異なる長孔形状を有している。
上記本発明に基づくガス発生器にあっては、上記複数のガス噴出口のすべてが、互いに直交する方向における開口幅が異なる長孔形状を有していてもよい。
上記本発明に基づくガス発生器にあっては、上記長孔形状を有するガス噴出口が、上記周壁部の周方向に沿った開口幅よりも上記周壁部の軸方向に沿った開口幅が大きい形状を有していることが好ましい。
上記本発明に基づくガス発生器にあっては、上記複数のガス噴出口の開放圧が、互いに異なるようにn(nは3以上の整数)段階に分けて設定されていてもよい。その場合においては、最も開放圧が小さく設定された1段階目のガス噴出口の開放圧から最も開放圧が大きく設定されたn段階目のガス噴出口の開放圧までをそれぞれ順にP1,P2,・・・,Pnとした場合に、n段階目のガス噴出口の開放圧Pnに対する1段階目のガス噴出口の開放圧P1の設定比率が、0.4以上0.7未満であるとともに、n段階目のガス噴出口の開放圧Pnに対する2段階目からn-1階目までのガス噴出口の開放圧P2~Pn-1の設定比率が、それぞれ0.7以上0.95以下であることが好ましい。
上記本発明に基づくガス発生器にあっては、上記複数のガス噴出口のうち、1段階目のガス噴出口の開口面積の和からn段階目のガス噴出口の開口面積の和までを順にそれぞれSa1,Sa2,・・・,Sanとした場合に、上記複数のガス噴出口の総開口面積SAに対する1段階目からn段階目までのガス噴出口の開口面積の和Sa1~Sanの比率が、それぞれ0.7×SA/n以上1.3×SA/n以下であることが好ましい。
上記本発明に基づくガス発生器にあっては、上記複数のガス噴出口の開放圧が、互いに異なるように3段階に分けて設定されていてもよい。その場合においては、最も開放圧が小さく設定された1段階目のガス噴出口の開放圧から最も開放圧が大きく設定された3段階目のガス噴出口の開放圧までをそれぞれ順にP1,P2,P3とした場合に、3段階目のガス噴出口の開放圧P3に対する1段階目のガス噴出口の開放圧P1の設定比率が、0.5以上0.7未満であるとともに、3段階目のガス噴出口の開放圧P3に対する2段階目のガス噴出口の開放圧P2の設定比率が、0.75以上0.95以下であることが好ましい。
上記本発明に基づくガス発生器にあっては、上記複数のガス噴出口のうち、1段階目のガス噴出口の開口面積の和から3段階目のガス噴出口の開口面積の和までをそれぞれ順にSa1,Sa2,Sa3とした場合に、上記複数のガス噴出口の総開口面積SAに対する1段階目から3段階目までのガス噴出口の開口面積の和Sa1~Sa3の比率が、それぞれ0.23以上0.44以下であることが好ましい。
上記本発明に基づくガス発生器にあっては、上記複数のガス噴出口が、上記周壁部の周方向に沿って一列に並んで設けられていてもよい。
本発明によれば、性能を損なうことなくガス発生器の小型化および軽量化が実現可能になり、また環境温度に起因するガス出力の性能差を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態は、自動車のステアリングホイール等に搭載されるエアバッグ装置に好適に組み込まれるディスク型ガス発生器に本発明を適用したものである。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分に図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
図1は、本発明の実施の形態におけるガス発生器の正面図であり、図2は、図1に示すガス発生器の概略断面図である。まず、これら図1および図2を参照して、本実施の形態におけるガス発生器1の構成について説明する。
図1および図2に示すように、本実施の形態におけるガス発生器1は、軸方向の一端部および他端部が閉塞された短尺略円筒状のハウジングを有しており、このハウジングの内部に設けられた収容空間に、内部構成部品としての保持部30、点火器40、カップ状部材50、伝火薬56、ガス発生剤61、下部側支持部材70、上部側支持部材80、クッション材85およびフィルタ90等が収容されることで構成されている。また、ハウジングの内部に設けられた収容空間には、上述した内部構成部品のうちのガス発生剤61が主として収容された燃焼室60が位置している。
短尺略円筒状のハウジングは、下部側シェル10と上部側シェル20とを含んでいる。下部側シェル10および上部側シェル20のそれぞれは、たとえば圧延された金属製の板状部材をプレス加工することによって形成されたプレス成形品からなる。下部側シェル10および上部側シェル20を構成する金属製の板状部材としては、たとえばステンレス鋼や鉄鋼、アルミニウム合金、ステンレス合金等からなる金属板が利用され、好適には440[MPa]以上780[MPa]以下の引張応力が印加された場合にも破断等の破損が生じないいわゆる高張力鋼板が利用される。
下部側シェル10および上部側シェル20は、それぞれが有底略円筒状に形成されており、これらの開口面同士が向き合うように組み合わされて接合されることによってハウジングが構成されている。下部側シェル10は、底板部11と周壁部12とを有しており、上部側シェル20は、天板部21と周壁部22とを有している。これにより、ハウジングの軸方向の一端部および他端部は、それぞれ底板部11と天板部21とによって閉塞されている。なお、下部側シェル10と上部側シェル20との接合には、電子ビーム溶接やレーザー溶接、摩擦圧接等が好適に利用できる。
図2に示すように、下部側シェル10の底板部11の中央部には、天板部21側に向かって突出する突状筒部13が設けられており、これにより下部側シェル10の底板部11の中央部には、窪み部14が形成されている。突状筒部13は、上述した保持部30を介して点火器40が固定される部位であり、窪み部14は、保持部30に雌型コネクタ部34を設けるためのスペースとなる部位である。
突状筒部13は、有底略円筒状に形成されており、その天板部21側に位置する軸方向端部には、平面視した状態において非点対称形状(たとえばD字状、樽型形状、長円形状等)の開口部15が設けられている。当該開口部15は、点火器40の一対の端子ピン42が挿通される部位である。
点火器40は、火炎を発生させるためのものであり、点火部41と、上述した一対の端子ピン42とを備えている。点火部41は、その内部に、作動時において着火して燃焼することで火炎を発生する点火薬と、この点火薬を着火させるための抵抗体とを含んでいる。一対の端子ピン42は、点火薬を着火させるために点火部41に接続されている。
より詳細には、点火部41は、カップ状に形成されたスクイブカップと、当該スクイブカップの開口端を閉塞し、一対の端子ピン42が挿通されてこれを保持する基部とを備えており、スクイブカップ内に挿入された一対の端子ピン42の先端を連結するように抵抗体(ブリッジワイヤ)が取付けられ、この抵抗体を取り囲むようにまたはこの抵抗体に近接するようにスクイブカップ内に点火薬が装填された構成を有している。
ここで、抵抗体としては一般にニクロム線等が利用され、点火薬としては一般にZPP(ジルコニウム・過塩素酸カリウム)、ZWPP(ジルコニウム・タングステン・過塩素酸カリウム)、鉛トリシネート等が利用される。なお、上述したスクイブカップおよび基部は、一般に金属製またはプラスチック製である。
衝突を検知した際には、端子ピン42を介して抵抗体に所定量の電流が流れる。抵抗体に所定量の電流が流れることにより、抵抗体においてジュール熱が発生し、点火薬が燃焼を開始する。燃焼により生じた高温の火炎は、点火薬を収納しているスクイブカップを破裂させる。抵抗体に電流が流れてから点火器40が作動するまでの時間は、抵抗体にニクロム線を利用した場合には一般に2ミリ秒以下である。
点火器40は、突状筒部13に設けられた開口部15に端子ピン42が挿通するように下部側シェル10の内側から挿入された状態で底板部11に取付けられている。具体的には、底板部11に設けられた突状筒部13の周囲には、樹脂成形部からなる保持部30が設けられており、点火器40は、当該保持部30によって保持されることにより、底板部11に固定されている。
保持部30は、型を用いた射出成形(より特定的にはインサート成形)によって形成されるものであり、下部側シェル10の底板部11に設けられた開口部15を経由して底板部11の内表面の一部から外表面の一部にまで達するように絶縁性の流動性樹脂材料を底板部11に付着させてこれを固化させることによって形成されている。
点火器40は、保持部30の成形の際に、開口部15に端子ピン42が挿通するように下部側シェル10の内側から挿入された状態とされ、この状態において点火器40と下部側シェル10との間の空間を充填するように上述した流動性樹脂材料が流し込まれることにより、保持部30を介して底板部11に固定される。
射出成形によって形成される保持部30の原料としては、硬化後において耐熱性や耐久性、耐腐食性等に優れた樹脂材料が好適に選択されて利用される。その場合、エポキシ樹脂等に代表される熱硬化性樹脂に限られず、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂(たとえばナイロン6やナイロン66等)、ポリプロピレンスルフィド樹脂、ポリプロピレンオキシド樹脂等に代表される熱可塑性樹脂を利用することも可能である。これら熱可塑性樹脂を原材料として選択する場合には、成形後において保持部30の機械的強度を確保するためにこれら樹脂材料にガラス繊維等をフィラーとして含有させることが好ましい。しかしながら、熱可塑性樹脂のみで十分な機械的強度が確保できる場合には、上述の如くのフィラーを添加する必要はない。
保持部30は、下部側シェル10の底板部11の内表面の一部を覆う内側被覆部31と、下部側シェル10の底板部11の外表面の一部を覆う外側被覆部32と、下部側シェル10の底板部11に設けられた開口部15内に位置し、上記内側被覆部31および外側被覆部32にそれぞれ連続する連結部33とを有している。
保持部30は、内側被覆部31、外側被覆部32および連結部33のそれぞれの底板部11側の表面において底板部11に固着している。また、保持部30は、点火器40の点火部41の下方端寄りの部分の側面および下面と、点火器40の端子ピン42の上方端寄りの部分の表面とにそれぞれ固着している。これにより、開口部15は、端子ピン42と保持部30とによって完全に埋め込まれた状態となり、当該部分におけるシール性が確保されることでハウジングの内部の空間の気密性が確保されている。なお、開口部15は、上述したように平面視非点対称形状に形成されているため、当該開口部15を連結部33で埋め込むことにより、これら開口部15および連結部33は、保持部30が底板部11に対して回転してしまうことを防止する回り止め機構としても機能する。
保持部30の外側被覆部32の外部に面する部分には、雌型コネクタ部34が形成されている。この雌型コネクタ部34は、点火器40とコントロールユニット(不図示)とを結線するためのハーネスの雄型コネクタ(図示せず)を受け入れるための部位であり、下部側シェル10の底板部11に設けられた窪み部14内に位置している。この雌型コネクタ部34内には、点火器40の端子ピン42の下方端寄りの部分が露出して配置されている。雌型コネクタ部34には、雄型コネクタが挿し込まれ、これによりハーネスの芯線と端子ピン42との電気的導通が実現される。
また、保持部30によって覆われることとなる部分の底板部11の表面の所定位置に予め接着剤層が設けられてなる下部側シェル10を用いて上述した射出成形を行なうこととしてもよい。当該接着剤層は、上記底板部11の所定位置に予め接着剤を塗布してこれを硬化させておくことにより、その形成が可能である。
このようにすれば、底板部11と保持部30との間に硬化した接着剤層が位置することになるため、樹脂成形部からなる保持部30をより強固に底板部11に固着させることが可能になる。したがって、底板部11に設けられた開口部15を囲うように上記接着剤層を周方向に沿って環状に設けることとすれば、当該部分においてより高いシール性を確保することが可能になる。
ここで、底板部11に予め塗布しておく接着剤としては、硬化後において耐熱性や耐久性、耐腐食性等に優れた樹脂材料を原料として含むものが好適に利用され、たとえばシアノアクリレート系樹脂やシリコーン系樹脂を原料として含むものが特に好適に利用される。なお、上述の樹脂材料以外にも、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、ポリエステル系樹脂、アルキド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン系樹脂、アクリロニトリルスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネイト系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリブチレンテレフタラート系樹脂、ポリエチレンテレフタラート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンスルファイド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルサルフォン系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、液晶ポリマー、スチレン系ゴム、オレフィン系ゴム等を含むものが、上述した接着剤として利用可能である。
なお、ここでは、樹脂成形部からなる保持部30を射出成形することで下部側シェル10に対する点火器40の固定を可能にした場合の構成例を例示したが、下部側シェル10に対する点火器40の固定に他の代替手段を用いることも可能である。
底板部11には、突状筒部13、保持部30および点火器40を覆うようにカップ状部材50が組付けられている。カップ状部材50は、底板部11側の端部が開口した有底略円筒形状を有しており、内部に伝火薬56が収容された伝火室55を含んでいる。カップ状部材50は、その内部に設けられた伝火室55が点火器40の点火部41に面することとなるように、ガス発生剤61が収容された燃焼室60内に向けて突出して位置するように配置されている。
カップ状部材50は、上述した伝火室55を規定する頂壁部51および側壁部52と、側壁部52の開口端側の部分から径方向外側に向けて延設された延設部53とを有している。延設部53は、下部側シェル10の底板部11の内表面に沿って延びるように形成されている。具体的には、延設部53は、突状筒部13が設けられた部分およびその近傍における底板部11の内底面の形状に沿うように曲成された形状を有しており、その径方向外側の部分にフランジ状に延出する先端部54を含んでいる。
延設部53の先端部54は、ハウジングの軸方向に沿って底板部11と下部側支持部材70との間に配置されており、これによりハウジングの軸方向に沿って底板部11と下部側支持部材70とによって挟み込まれている。ここで、下部側支持部材70は、その上方に配置されたガス発生剤61、クッション材85、上部側支持部材80および天板部21によって底板部11側に向けて押し付けられた状態にあるため、カップ状部材50は、その延設部53の先端部54が下部側支持部材70によって底板部11側に向けて押し付けられた状態となり、底板部11に対して固定されることになる。これにより、カップ状部材50の固定にかしめ固定や圧入固定を利用せずとも、カップ状部材50が底板部11から脱落することが防止される。
カップ状部材50は、頂壁部51および側壁部52のいずれにも開口を有しておらず、その内部に設けられた伝火室55を取り囲んでいる。このカップ状部材50は、点火器40が作動することによって伝火薬56が着火された場合に伝火室55内の圧力上昇や発生した熱の伝導に伴って破裂または溶融するものであり、その機械的強度は比較的低いものが使用される。
そのため、カップ状部材50としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製の部材や、エポキシ樹脂等に代表される熱硬化性樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂(たとえばナイロン6やナイロン66等)、ポリプロピレンスルフィド樹脂、ポリプロピレンオキシド樹脂等に代表される熱可塑性樹脂等の樹脂製の部材からなるものが好適に利用される。
なお、カップ状部材50としては、このようなものの他にも、鉄や銅等に代表されるような機械的強度の高い金属製の部材からなり、その側壁部52に開口を有し、当該開口を閉鎖するようにシールテープが貼着されたもの等を利用することも可能である。また、カップ状部材50の固定方法も、上述した下部側支持部材70を用いた固定方法に限られず、他の固定方法を利用してもよい。
伝火室55に充填された伝火薬56は、点火器40が作動することによって生じた火炎によって点火され、燃焼することによって熱粒子を発生する。伝火薬56としては、ガス発生剤61を確実に燃焼開始させることができるものであることが必要であり、一般的には、B/KNO3等に代表される金属粉/酸化剤からなる組成物などが用いられる。伝火薬56は、粉状のものや、バインダによって所定の形状に成形されたもの等が利用される。バインダによって成形された伝火薬56の形状としては、たとえば顆粒状、円柱状、シート状、球状、単孔円筒状、多孔円筒状、タブレット状など種々の形状がある。
ハウジングの内部の空間のうち、上述したカップ状部材50が配置された部分を取り巻く空間には、ガス発生剤61が収容された燃焼室60が位置している。具体的には、上述したように、カップ状部材50は、ハウジングの内部に形成された燃焼室60内に突出して配置されており、このカップ状部材50の側壁部52の外表面に面する部分に設けられた空間ならびに頂壁部51の外表面に面する部分に設けられた空間が燃焼室60として構成されている。
また、ガス発生剤61が収容された燃焼室60をハウジングの径方向に取り巻く空間には、ハウジングの内周に沿ってフィルタ90が配置されている。フィルタ90は、円筒状の形状を有しており、その中心軸がハウジングの軸方向と実質的に合致するように配置されている。
ガス発生剤61は、点火器40が作動することによって生じた熱粒子によって着火され、燃焼することによってガスを発生させる薬剤である。ガス発生剤61としては、非アジド系ガス発生剤を用いることが好ましく、一般に燃料と酸化剤と添加剤とを含む成形体としてガス発生剤61が形成される。燃料としては、たと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、ヒドラジン誘導体等またはこれらの組み合わせが利用される。具体的には、たとえばニトログアニジンや硝酸グアニジン、シアノグアニジン、5-アミノテトラゾール等が好適に利用される。また、酸化剤としては、たとえば塩基性硝酸銅等の塩基性硝酸塩や、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸カリウム等の過塩素酸塩、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アンモニアから選ばれたカチオンを含む硝酸塩等が利用される。硝酸塩としては、たとえば硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等が好適に利用される。また、添加剤としては、バインダやスラグ形成剤、燃焼調整剤等が挙げられる。バインダとしては、たとえばカルボキシメチルセルロースの金属塩、ステアリン酸塩等の有機バインダや、合成ヒドロタルサイト、酸性白土等の無機バインダが好適に利用可能である。スラグ形成剤としては窒化珪素、シリカ、酸性白土等が好適に利用可能である。また、燃焼調整剤としては、金属酸化物、フェロシリコン、活性炭、グラファイト等が好適に利用可能である。
ガス発生剤61の成形体の形状には、顆粒状、ペレット状、円柱状等の粒状のもの、ディスク状のものなど様々な形状のものがある。また、円柱状のものでは、成形体内部に貫通孔を有する有孔状(たとえば単孔筒形状や多孔筒形状等)の成形体も利用される。これらの形状は、ガス発生器1が組み込まれるエアバッグ装置の仕様に応じて適宜選択されることが好ましく、たとえばガス発生剤61の燃焼時においてガスの生成速度が時間的に変化する形状を選択するなど、仕様に応じた最適な形状を選択することが好ましい。また、ガス発生剤61の形状の他にもガス発生剤61の線燃焼速度、圧力指数などを考慮に入れて成形体のサイズや充填量を適宜選択することが好ましい。
フィルタ90は、たとえばステンレス鋼や鉄鋼等の金属線材を巻き回して焼結したものや、金属線材を編み込んだ網材をプレス加工することによって押し固めたもの、あるいは孔あき金属板を巻き回したもの等が利用される。ここで、網材としては、具体的にはメリヤス編みの金網や平織りの金網、クリンプ織りの金属線材の集合体等が利用される。また、孔あき金属板としては、たとえば、金属板に千鳥状に切れ目を入れるとともにこれを押し広げて孔を形成して網目状に加工したエキスパンドメタルや、金属板に孔を穿つとともにその際に孔の周縁に生じるバリを潰すことでこれを平坦化したフックメタル等が利用される。この場合において、形成される孔の大きさや形状は、必要に応じて適宜変更が可能であり、同一金属板上において異なる大きさや形状の孔が含まれていてもよい。なお、金属板としては、たとえば鋼板(マイルドスチール)やステンレス鋼板が好適に利用でき、またアルミニウム、銅、チタン、ニッケルまたはこれらの合金等の非鉄金属板を利用することもできる。
フィルタ90は、燃焼室60にて発生したガスがこのフィルタ90中を通過する際に、ガスが有する高温の熱を奪い取ることによってガスを冷却する冷却手段として機能するとともに、ガス中に含まれる残渣(スラグ)等を除去する除去手段としても機能する。したがって、ガスを十分に冷却しかつ残渣が外部に放出されないようにするためには、燃焼室60内にて発生したガスが確実にフィルタ90中を通過するようにすることが必要である。なお、フィルタ90は、ハウジングの周壁部を構成する上部側シェル20の周壁部22および下部側シェル10の周壁部12との間で所定の大きさの間隙部25が構成されることとなるように、当該周壁部12,22から離間して配置されている。
図1および図2に示すように、フィルタ90に対面する部分の上部側シェル20の周壁部22には、複数のガス噴出口23が設けられている。この複数のガス噴出口23は、フィルタ90を通過したガスをハウジングの外部に導出するためのものである。
また、図2に示すように、上部側シェル20の周壁部22の内周面には、上記複数のガス噴出口23を閉鎖するように金属製のシールテープ24が貼り付けられている。このシールテープ24としては、片面に粘着部材が塗布されたアルミニウム箔等が利用でき、当該シールテープ24によって燃焼室60の気密性が確保されている。
ここで、図1に示すように、本実施の形態におけるガス発生器1においては、複数のガス噴出口23が、それぞれ互いに構成の異なる3種類のガス噴出口(すなわち、第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23c)を含んでいる。これら3種類のガス噴出口は、ガス発生器1の作動時において、ガス発生剤61の燃焼に伴うハウジングの内部の空間である上述した収容空間の圧力上昇に伴って段階的に開放されることとなるように、互いに異なる開放圧を有するように構成されたものである。
なお、燃焼室60と複数のガス噴出口23との間には、上述したようにフィルタ90と間隙部25とが位置しているが、フィルタ90のガスに対する流動抵抗は比較的小さいため、上記収容空間の圧力は、実質的には燃焼室60の内圧と等しくなる。そのため、以下の説明においては、収容空間の圧力に代えて、これを燃焼室60の内圧と称する場合もある。
上述した第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cは、その開口形状が互いに相違することによってそれらの開放圧が互いに異なるように構成されている。
このように、互いに異なる開放圧を有する複数種類のガス噴出口23を有することにより、特に低温環境下において、作動時に燃焼室の内圧上昇に大幅な落ち込みが発生することが防止でき、意図した燃焼特性を得ることが可能になるが、その詳細ならびに当該複数種類のガス噴出口23のより詳細な構成については、後述することとする。
再び図2を参照して、燃焼室60のうち、底板部11側に位置する端部近傍には、下部側支持部材70が配置されている。下部側支持部材70は、環状の形状を有しており、フィルタ90と底板部11との境目部分を覆うように、これらフィルタ90と底板部11とに実質的に宛がわれて配置されている。これにより、下部側支持部材70は、燃焼室60の上記端部近傍において、底板部11とガス発生剤61との間に位置している。
下部側支持部材70は、フィルタ90の底板部11側に位置する軸方向端部の内周面に当接するように立設された当接部72と、当該当接部72から径方向内側に向けて延設された底部71とを有している。底部71は、下部側シェル10の底板部11の内底面に沿って延びるように形成されている。具体的には、底部71は、突状筒部13が設けられた部分を含む底板部11の内底面の形状に沿うように折り曲げられた形状を有しており、その径方向内側の部分に立設された先端部73を含んでいる。
当該下部側支持部材70は、作動時において、燃焼室60にて発生したガスが、フィルタ90の下端と底板部11との間の隙間からフィルタ90の内部を経由することなく流出してしまうことを防止するための流出防止手段として機能する。下部側支持部材70は、たとえば金属製の板状部材をプレス加工等することによって形成されたものであり、好適には普通鋼や特殊鋼等の鋼板(たとえば、冷間圧延鋼板やステンレス鋼板等)からなる部材にて構成される。
ここで、上述したカップ状部材50の延設部53の先端部54は、ハウジングの軸方向に沿って底板部11と下部側支持部材70の底部71との間に配置されており、これによりハウジングの軸方向に沿って底板部11と底部71とによって挟み込まれて保持されている。これにより、カップ状部材50は、その延設部53の先端部54が下部側支持部材70の底部71によって底板部11側に向けて押し付けられた状態となり、底板部11に対して固定されることになる。
燃焼室60のうち、天板部21側に位置する端部には、上部側支持部材80が配置されている。上部側支持部材80は、略円盤状の形状を有しており、フィルタ90と天板部21との境目部分を覆うように、これらフィルタ90と天板部21とに宛がわれて配置されている。これにより、上部側支持部材80は、燃焼室60の上記端部近傍において、天板部21とガス発生剤61との間に位置している。
上部側支持部材80は、天板部21に当接する底部81と、当該底部81の周縁から立設された当接部82とを有している。当接部82は、フィルタ90の天板部21側に位置する軸方向端部の内周面に当接している。
当該上部側支持部材80は、作動時において、燃焼室60にて発生したガスが、フィルタ90の上端と天板部21との間の隙間からフィルタ90の内部を経由することなく流出してしまうことを防止するための流出防止手段として機能する。上部側支持部材80は、下部側支持部材70と同様に、たとえば金属製の板状部材をプレス加工等することによって形成されたものであり、好適には普通鋼や特殊鋼等の鋼板(たとえば、冷間圧延鋼板やステンレス鋼板等)からなる部材にて構成される。
この上部側支持部材80の内部には、燃焼室60に収容されたガス発生剤61に接触するように環状形状のクッション材85が配置されている。これにより、クッション材85は、燃焼室60の天板部21側の部分において天板部21とガス発生剤61との間に位置することになり、ガス発生剤61を底板部11側に向けて押圧している。このクッション材85は、成形体からなるガス発生剤61が振動等によって粉砕されてしまうことを防止する目的で設けられるものであり、好適にはセラミックスファイバの成形体やロックウール、発泡樹脂(たとえば発泡シリコーン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレン等)、クロロプレンおよびEPDMに代表されるゴム等からなる部材にて構成される。
次に、図2を参照して、上述した本実施の形態におけるガス発生器1の動作について説明する。
本実施の形態におけるガス発生器1が搭載された車両が衝突した場合には、車両に別途設けられた衝突検知手段によって衝突が検知され、これに基づいて車両に別途設けられたコントロールユニットからの通電によって点火器40が作動する。伝火室55に収容された伝火薬56は、点火器40が作動することによって生じた火炎によって点火されて燃焼し、多量の熱粒子を発生させる。この伝火薬56の燃焼によってカップ状部材50は破裂または溶融し、上述の熱粒子が燃焼室60へと流れ込む。
流れ込んだ熱粒子により、燃焼室60に収容されたガス発生剤61が着火されて燃焼し、多量のガスを発生させる。燃焼室60にて発生したガスは、フィルタ90の内部を通過し、その際、フィルタ90によって熱が奪われて冷却されるとともに、ガス中に含まれるスラグがフィルタ90によって除去されて間隙部25に流れ込む。
ハウジングの内部の空間の圧力上昇に伴い、上部側シェル20に設けられたガス噴出口23を閉鎖していたシールテープ24が開裂し、当該ガス噴出口23を介してガスがハウジングの外部へと噴出される。その際、複数のガス噴出口23は、段階的に開放されることになり、噴出されたガスは、ガス発生器1に隣接して設けられたエアバッグの内部に導入され、エアバッグを膨張および展開する。
図3は、図1および図2中に示すIII-III線に沿った上部側シェルおよびシールテープの断面図であり、図4は、図1および図3に示す第1ないし第3ガス噴出口の拡大図である。以下、これら図3および図4ならびに上記図1を参照して、当該第1ないし第3ガス噴出口23a~23cのより詳細な構成について説明する。
図1および図3に示すように、本実施の形態においては、上述した第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cが、上部側シェル20の周壁部22の周方向に沿って所定のルールに従って一列に並んで設けられている。より詳細には、複数のガス噴出口23は、その総数が24個であり、上部側シェル20の周壁部22の周方向沿って所定のピッチで均等に一列に並んで設けられている。
第1ガス噴出口23aは、その総数が4個であり、上部側シェル20の周壁部22の周方向に沿って90°毎に配置されている。第2ガス噴出口23bは、その総数が8個であり、上部側シェル20の周壁部22の周方向に沿って45°毎に配置されている。第3ガス噴出口23cは、その総数が12個であり、上部側シェル20の周壁部22の周方向に沿って30°毎に配置されている。
ここで、第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cは、上部側シェル20の周壁部22の周方向に沿って、第1ガス噴出口23a、第3ガス噴出口23c、第2ガス噴出口23b、第3ガス噴出口23c、第2ガス噴出口23b、第3ガス噴出口23cの順でこれを1組として4組繰り返されるように配置されている。
図1および図4(A)に示すように、第1ガス噴出口23aは、互いに直交する方向における開口幅が異なる長孔形状を有しており、より詳細には、上部側シェル20の周壁部22の軸方向に沿った開口幅L1(以下、この周壁部22の軸方向に沿った開口幅L1を、長さL1とも称する)が、当該周壁部22の周方向に沿った開口幅W1(以下、この周壁部22の周方向に沿った開口幅W1を、単に幅W1とも称する)よりも大きい縦長孔形状を有している。厳密には、第1ガス噴出口23aは、周壁部22の軸方向に沿って並行して延在する一対の開口縁部を有するトラック孔にて構成されている。
図1および図4(B)に示すように、第2ガス噴出口23bは、互いに直交する方向における開口幅が異なる長孔形状を有しており、より詳細には、上部側シェル20の周壁部22の軸方向に沿った開口幅L2(以下、この周壁部22の軸方向に沿った開口幅L2を、長さL2とも称する)が、当該周壁部22の周方向に沿った開口幅W2(以下、この周壁部22の周方向に沿った開口幅W2を、単に幅W2とも称する)よりも大きい縦長孔形状を有している。厳密には、第2ガス噴出口23bは、周壁部22の軸方向に沿って並行して延在する一対の開口縁部を有するトラック孔にて構成されている。
図1および図4(C)に示すように、第3ガス噴出口23cは、互いに直交する方向における開口幅が異なる長孔形状を有しており、より詳細には、上部側シェル20の周壁部22の軸方向に沿った開口幅L3(以下、この周壁部22の軸方向に沿った開口幅L3を、長さL3とも称する)が、当該周壁部22の周方向に沿った開口幅W3(以下、この周壁部22の周方向に沿った開口幅W3を、単に幅W3とも称する)よりも大きい縦長孔形状を有している。厳密には、第3ガス噴出口23cは、周壁部22の軸方向に沿って並行して延在する一対の開口縁部を有するトラック孔にて構成されている。
すなわち、第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cは、いずれも縦長孔形状を有しており、これによりすべてのガス噴出口23が縦長孔形状を有していることになる。
なお、図4(A)ないし図4(C)を参照して、第1ガス噴出口23aの1個当たりの開口面積をS1とし、第2ガス噴出口23bの1個当たりの開口面積をS2とし、第3ガス噴出口23cの1個当たりの開口面積をS3とすると、これらS1~S3は、S1>S2>S3の条件を満たしている。当該条件を満たす限りにおいては、上述した長さL1~L3の大小関係および幅W1~W3の大小関係は、いずれも制限されることはない。
図3を参照して、上部側シェル20の内周面には、上述したようにシールテープ24が貼り付けられており、当該シールテープ24によってこれら総数で24個のガス噴出口23の各々が閉鎖されている。ここで、シールテープ24は、その周方向の端部が突き合わされるように貼り付けられており、総数で24個のガス噴出口23の各々は、1枚のシールテープ24によって覆われることになる。
ここで、シールテープ24の剪断強度(引張強度)をFとし、ガス噴出口23を閉鎖する部分のシールテープ24の厚みをt(図3参照)とし、ガス噴出口の周長をC(図4に示す周長C1~C3が、当該周長Cに該当する)とし、ガス噴出口23の開口面積をS(上述した開口面積S1~S3が、当該開口面積Sに該当する)とした場合に、当該ガス噴出口の開放圧は、F×t×C/Sで表わされる。
そのため、上述した周長C1~C3および開口面積S1~S3が適切に調節されることにより、本実施の形態においては、第1ガス噴出口23aの開放圧が最も低く、第2ガス噴出口23bの開放圧が次に低く、第3ガス噴出口23cの開放圧が最も高く設定されている。
当該開放圧の設定に際し、上記式から理解されるように、開口面積Sが同じである場合にも周長Cを長く設定することにより、開放圧を高めることができる。換言すれば、本実施の形態のように、ガス噴出口23をいずれも縦長孔形状を有するように構成することにより、ハウジングの耐圧性能の低下を抑制するために隣り合うガス噴出口23同士の間の間隔を十分に確保しつつ開放圧を種々設定できることになり、単純に複数のガス噴出口の一部を正円形状のまま相似形に大型化させて複数のガス噴出口の総開口面積を増加させつつ、複数のガス噴出口の開放圧を段階的に設定した場合に比べ、設計の自由度が大幅に増し、結果としてガス発生器1の小型化が可能になる。
ここで、本実施の形態におけるガス発生器1においては、総数で24個のガス噴出口23の総開口面積SAが、SA≧60[mm2]の条件を満たすように構成されており、これにより、作動時におけるハウジングの内部の空間の圧力をガス発生剤61が安定して持続的に燃焼することができる範囲で相当程度にまで下げることができる。なお、ガス発生量が1.2[mol]程度の一般的なガス発生器の作動時におけるハウジングの内部の空間の圧力は、室温環境下でおおよそ30~40[MPa]程度であるのに対し、本実施の形態におけるガス発生器1の作動時におけるハウジングの内部の空間の圧力は、室温環境下でおおよそ20[MPa]にまで低減される。
また、本実施の形態におけるガス発生器1においては、上述した作動時におけるハウジングの内部の空間の圧力の低減に伴い、ハウジングの内部の空間(すなわち上述した収容空間)を規定する部分の下部側シェル10および上部側シェル20の厚みT(図3参照)を、T≦1.8[mm]の条件を満たすまでに薄型化できる。上述したガス発生量が1.2[mol]程度の一般的なガス発生器のハウジングの厚みは、おおよそ2.0[mm]程度であるのに対し、本実施の形態におけるガス発生器1においては、上記厚みTを1.2[mm]程度にまで薄型化することが可能である。
さらに、本実施の形態におけるガス発生器1においては、上述したハウジングの厚みの薄型化に伴い、その重量を飛躍的に軽量化できる。上述したガス発生量が1.2[mol]程度の一般的なガス発生器の重量は、おおよそ320[g]であるのに対し、本実施の形態におけるガス発生器1においては、その重量をおおよそ220[g]程度にまで軽量化することが可能である。
図5は、本実施の形態におけるガス発生器の作動時において、ガス噴出口が段階的に開放される様子を模式的に表わした図であり、図6は、本実施の形態におけるガス発生器の低温環境下での作動時の燃焼特性を示すグラフである。以下、この図5および図6を参照して、本実施の形態におけるガス発生器1において、特に低温環境下において、作動時に内圧上昇に大幅な落ち込みが発生することが防止でき、意図した燃焼特性を得ることが可能になる理由について説明する。
なお、図5(A)、図5(B)および図5(C)は、それぞれ作動開始から所定時間が経過した時点での状態を模式的に表わしたものであり、図5(A)、図5(B)、図5(C)の順に経過時間が長くなっている。また、図6(A)は、燃焼室内圧の経時的な変化を示すグラフであり、図6(B)は、本実施の形態におけるガス発生器1を密閉されたタンク内に配置してこれを作動させた場合のタンク内の圧力の経時的な変化を示すグラフである。
本実施の形態におけるガス発生器1が作動すると、ガス発生剤61が燃焼を開始し、これに伴って燃焼室60の内圧が上昇し始める。本実施の形態におけるガス発生器1においては、当該燃焼室60の内圧が上昇する過程において、複数のガス噴出口23が段階的に開放される。
作動開始後の第1段階においては、図6(A)に示すように、燃焼室60の内圧が、第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cのいずれをも開放させることができる圧力にまで到達しておらず、これら第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cが開放されることはなく、内圧が上昇をし続ける。
作動開始後の第2段階においては、図6(A)に示すように、燃焼室60の内圧が、第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cのうちで最も低い開放圧を有する4個の第1ガス噴出口23aを開放させることができる内圧P1に達し、これに伴い、図5(A)に示すように、当該4個の第1ガス噴出口23aを覆う部分のシールテープ24が開裂し、開放した4個の第1ガス噴出口23aを介してガスが噴出される。これにより、図6(B)に示すように、作動開始から比較的短時間のうちにガス出力が得られることになり、エアバッグの膨張および展開を早期に開始させることができる。
作動開始後の第3段階においては、図6(A)に示すように、燃焼室60の内圧が、第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cのうちで2番目に低い開放圧を有する8個の第2ガス噴出口23bを開放させることができる内圧P2に達し、これに伴い、図5(B)に示すように、当該8個の第2ガス噴出口23bを覆う部分のシールテープ24が開裂し、既に開放されている4個の第1ガス噴出口23aを含め、開放された合計12個の第1ガス噴出口23aおよび第2ガス噴出口23bを介してガスが噴出される。これにより、図6(A)に示すように、燃焼室60の内圧が適切な高圧状態に維持されることでガス発生剤61が安定的に燃焼することになり、燃焼室60の内圧が落ち込むことがなくなり、図6(B)に示すように、エアバッグの膨張および展開を持続させることができる。
作動開始後の第4段階においては、図6(A)に示すように、燃焼室60の内圧が、第1ガス噴出口23a、第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cのうちで最も高い開放圧を有する12個の第3ガス噴出口23cを開放させることができる内圧P3に達し、これに伴い、図5(C)に示すように、当該12個の第3ガス噴出口23cを覆う部分のシールテープ24が開裂し、既に開放されている合計で12個の第1ガス噴出口23aおよび第2ガス噴出口23bを含め、開放された合計で24個すべての第1ガス噴出口23a,第2ガス噴出口23bおよび第3ガス噴出口23cを介してガスが噴出される。これにより、図6(A)に示すように、燃焼室60の内圧が適切な高圧状態に維持されることでガス発生剤61が安定的に燃焼することになり、図6(B)に示すように、ガス発生剤61のすべてが燃え尽きるまで安定的に高いガス出力が得られ、結果としてエアバッグの持続的な展開が継続できることになる。
作動開始後の第5段階においては、ガス発生剤61が完全に燃え尽きることでガスの出力が停止され、これによりガス発生器1の作動が終了することでエアバッグの展開も終了する。
なお、図6(A)および図6(B)においては、比較のために、参考形態として、従来の一般的なガス発生器において単純に複数のガス噴出口の一部を正円形状のまま相似形に大型化させて複数のガス噴出口の総開口面積を増加させた場合の低温環境下での作動時の燃焼特性をあわせて表わしている。この参考形態に係るガス発生器においては、ガス発生剤が燃焼することでハウジングの内部の空間の圧力が上昇する段階において、シールテープが一斉に開裂することにより、ガス噴出口から相当量のガスが一気に排出されることとなり、結果的に特に低温環境下において内圧上昇に大幅な落ち込みが発生し、所望の燃焼特性が得られないことになる。
以上において説明したように、本実施の形態におけるガス発生器1の如くの構成を採用することにより、性能を損なうことなく小型化および軽量化が実現されたガス発生器とすることができる。
加えて、本実施の形態の如く、ガス噴出口23の形状を長孔形状とすることにより、環境温度の違い(すなわち、低温環境下にあるか、それとも常温環境下にあるか、はたまた高温環境下にあるか)に応じて、ガス噴出口23が開放された状態における実際の開口面積を異ならしめることが可能になり、特に低温環境下においてガス発生剤の燃焼を促進させることが可能になる。そのため、環境温度に起因するガス出力の性能差を格段に軽減することができ、従来に比してより高性能のガス発生器とすることができる。以下、この点について詳細に説明する。
図7は、本実施の形態におけるガス発生器の作動時のガス噴出口近傍の状態を模式的に表わした図である。なお、図7(A)は、常温環境下および高温環境下において当該ガス発生器を作動させた場合を示しており、図7(B)は、低温環境下において当該ガス発生器を作動させた場合を示している。
図7(A)に示すように、常温環境下および高温環境下において本実施の形態におけるガス発生器1を作動させた場合には、燃焼室60の内圧上昇に伴ってガス噴出口23を閉鎖する部分のシールテープ24が開裂するに際して、シールテープ24が長孔形状を有するガス噴出口23の開口縁部に沿って完全に破断し、ガス噴出口23の開口縁部に破断後のシールテープ24が付着することはない。そのため、ガス噴出口23の開口面積と、シールテープ24が開裂することでガス噴出口23が開放された状態における実際の開口面積とが同じとなる。
一方、図7(B)に示すように、低温環境下において本実施の形態におけるガス発生器1を作動させた場合には、燃焼室60の内圧上昇に伴ってガス噴出口23を閉鎖する部分のシールテープ24が開裂するに際して、シールテープ24が長孔形状を有するガス噴出口23の開口縁部に沿って破断するものの、当該開口縁部の全周に沿って完全に破断することはなく、周壁部22に沿って並行して延在する一対の開口縁部の一方において破断が生じず、ガス噴出口23の開口縁部に破断後のシールテープ24が付着した状態となる。そのため、ガス噴出口23の開口面積よりも、シールテープ24が開裂することでガス噴出口23が開放された状態における実際の開口面積の方が当該シールテープ24の断面積に相当する分だけ小さくなることになる。
そのため、常温環境下および高温環境下においては、ガス発生器1の作動時におけるガス噴出口23の実際の開口面積の総和が相対的に大きく確保される反面、低温環境下においては、ガス発生器1の作動時におけるガス噴出口23の実際の開口面積の総和が相対的に小さく減じられることになる。これにより、低温環境下において、常温環境下および高温環境下に比べて、ガス噴出口23が開放されることによって当該ガス噴出口23を介して排出されるガスの量が制限されることになり、その分だけ燃焼室60の内圧の上昇が促進されることになる。したがって、特に低温環境下においてガス発生剤61の燃焼を促進させることが可能になり、環境温度に起因するガス出力の性能差を格段に軽減することが可能となって、結果的に従来に比してより高性能のガス発生器とすることができる。
ここで、本実施の形態の如くの構成を採用することにより、周囲温度に応じて、開裂したシールテープ24の一部がガス噴出口23の開口縁部に付着するか否かに差が生じる理由は、もっぱら、ガス噴出口23が非丸孔状の長孔形状であるためにガス噴出口23の中央から開口縁部までの距離が非一様となることにより、当該開口縁部に沿って一度にシールテープ24を破断させるために必要となる瞬間的なエネルギーが増大し、常温環境下および高温環境下においては燃焼室60の内圧の上昇速度が速いため、当該瞬間的なエネルギーが得られるのに対し、低温環境下において燃焼室60の内圧の上昇速度が遅いため、当該瞬間的なエネルギーが得られないためと推察される。
なお、本実施の形態においては、長孔形状の典型的な例として、ガス噴出口23をトラック孔にて構成した場合を例示して説明を行なったが、ガス噴出口23の開口形状はこれに限定されるものではなく、たとえば楕円形状としてもよいし長方形形状としてもよい。ここで、上述した効果をより確実に得るためには、長孔形状のガス噴出口23が、周壁部22に沿って並行して延在する一対の開口縁部を有していることが好ましく、上述したトラック形状や長方形形状の孔にて構成されていることがなお好ましい。
また、本実施の形態においては、複数のガス噴出口23のすべてが縦長孔形状を有するように構成された場合を例示して説明を行なったが、複数のガス噴出口23のうちの一部のみが縦長孔形状を有するように構成されている場合でも相当程度の効果を得ることができ、また、複数のガス噴出口23のすべてまたはその一部が横長孔形状を有するように構成されている場合にも、上述した効果に準じた効果を得ることができる。ここで、横長孔形状とは、上部側シェル20の周壁部22の周方向に沿った開口幅が、当該周壁部22の軸方向に沿った開口幅よりも大きい長孔形状のことである。
さらには、本実施の形態においては、複数のガス噴出口23が上部側シェル20の周壁部22の周方向に沿って一列に並んで配置された場合を例示して説明を行なったが、これらが複数列にわたって配置されていてもよいし、他のレイアウトにて配置されていてもよい。
本実施の形態においては、上述したように、複数のガス噴出口の開放圧が互いに異なるように3段階に分けて設定されているが、複数のガス噴出口の開放圧が互いに異なるように3段階以上に分けて設定されている場合には、その設定段階数をn(nは3以上の整数)段階とすると、最も開放圧が高く設定されたn段階目のガス噴出口の開放圧Pnに対する、最も開放圧が低く設定された1段階目のガス噴出口の開放圧P1の設定比率P1/Pnが、0.4以上0.7未満であることが好ましく、また、最も開放圧が高く設定されたn段階目のガス噴出口の開放圧Pnに対する、2段階目からn-1段階目のガス噴出口の開放圧P2~Pn-1の設定比率P2/Pn,P3/Pn,・・・Pn-1/Pnが、0.7以上0.95以下であることが好ましい。
このように設定することにより、エアバッグを膨張させるのに適した所望の燃焼特性が得られることになる。なお、上記条件のいずれか1つでもこれが満たされていない場合には、燃焼室の内圧の持続的な上昇が阻害されることとなってしまい、上述した燃焼室の内圧上昇の落ち込みが発生してしまう可能性が生じる。
また、上述のように、複数のガス噴出口の開放圧が互いに異なるようにn段階に分けて設定されている場合には、複数のガス噴出口の総開口面積SAに対する1段階目からn段階目までのガス噴出口の開口面積の和Sa1~Sanの比率が、それぞれ0.7×SA/n以上1.3×SA/n以下であることが好ましい。
このように設定することにより、エアバッグを膨張させるのに適した所望の燃焼特性が得られることになる。なお、上記条件のいずれか1つでもこれが満たされていない場合には、燃焼室の内圧の持続的な上昇が阻害されることとなってしまい、上述した燃焼室の内圧上昇の落ち込みが発生してしまう可能性が生じる。
また、本実施の形態のように、特に複数のガス噴出口23の開放圧が互いに異なるように3段階に分けて設定されている場合には、最も開放圧が高く設定された3段階目のガス噴出口である第3ガス噴出口23cの開放圧P3(図5(C)および図6(A)参照)に対する、最も開放圧が低く設定された1段階目のガス噴出口である第1ガス噴出口23aの開放圧P1(図5(A)および図6(A)参照)の設定比率P1/P3が、0.5以上0.7未満であることが好ましく、また、最も開放圧が高く設定された3段階目のガス噴出口である第3ガス噴出口23cの開放圧P3(図5(C)および図6(A)参照)に対する、2番目に開放圧が低く設定された2段階目のガス噴出口である第2ガス噴出口23bの開放圧P2(図5(b)および図6(A)参照)の設定比率P2/P3が、0.75以上0.95以下であることが好ましい。
このように設定することにより、エアバッグを膨張させるのに適した所望の燃焼特性が得られることになる。なお、上記条件のいずれか1つでもこれが満たされていない場合には、燃焼室60の内圧の持続的な上昇が阻害されることとなってしまい、上述した燃焼室60の内圧上昇の落ち込みが発生してしまう可能性が生じる。
また、本実施の形態のように、特に複数のガス噴出口23の開放圧が互いに異なるように3段階に分けて設定されている場合には、複数のガス噴出口23の総開口面積SAに対する1段階目から3段階目までのガス噴出口23a~23cの開口面積の和Sa1~Sa3の比率が、それぞれ0.23以上0.44以下であることが好ましい。
このように設定することにより、エアバッグを膨張させるのに適した所望の燃焼特性が得られることになる。なお、上記条件のいずれか1つでもこれが満たされていない場合には、燃焼室60の内圧の持続的な上昇が阻害されることとなってしまい、上述した燃焼室60の内圧上昇の落ち込みが発生してしまう可能性が生じる。
(検証試験)
以下においては、上述した本発明の実施の形態に従った仕様の異なる実施例1ないし3に係るガス発生器をそれぞれ実際に試作し、特に低温環境下における燃焼特性が改善されているかを検証した検証試験について説明する。
以下においては、上述した本発明の実施の形態に従った仕様の異なる実施例1ないし3に係るガス発生器をそれぞれ実際に試作し、特に低温環境下における燃焼特性が改善されているかを検証した検証試験について説明する。
<実施例1>
図8は、実施例1に係るガス発生器の仕様および当該ガス発生器を作動させた場合の測定結果を示す表である。
図8は、実施例1に係るガス発生器の仕様および当該ガス発生器を作動させた場合の測定結果を示す表である。
図8に示すように、実施例1に係るガス発生器は、ガス発生量が2.0[mol]であり、ハウジングの厚みTが1.2[mm]にまで薄型化されたものである。これにより、実施例1に係るガス発生器の重量は、320[g]にまで軽量化されている。
また、複数のガス噴出口の開放圧が互いに異なるように3段階に分けて設定されており、これら複数のガス噴出口の総開口面積SAは、115.55[mm2]である。なお、3段階に分けて設定された第1ないし第3ガス噴出口23a~23cの詳細およびシールテープの詳細は、図8に示したとおりである。特に、前述の設定比率P1/P3,P2/P3は、それぞれ0.68,0.91に設定されており、前述の比率Sa1/SA,Sa2/SA,Sa3/SAは、それぞれ、0.26,0.41,0.33に設定されている。
このように構成した実施例1に係るガス発生器を実際に低温環境下において作動させ、その際の燃焼室の内圧の経時的な変化を確認したところ、ガス発生剤が燃焼することで当該燃焼室の内圧が上昇する段階において、これが落ち込むことがなく、所望の燃焼特性が得られることが確認された。また、その際の燃焼室の内圧の最大値を測定したところ、その値は、15.0[MPa]にまで低減されていることが確認された。
<実施例2>
図9は、実施例2に係るガス発生器の仕様および当該ガス発生器を作動させた場合の測定結果を示す表である。
図9は、実施例2に係るガス発生器の仕様および当該ガス発生器を作動させた場合の測定結果を示す表である。
図9に示すように、実施例2に係るガス発生器は、ガス発生量が1.2[mol]であり、ハウジングの厚みTが1.2[mm]にまで薄型化されたものである。これにより、実施例2に係るガス発生器の重量は、220[g]にまで軽量化されている。
また、複数のガス噴出口の開放圧が互いに異なるように3段階に分けて設定されており、これら複数のガス噴出口の総開口面積SAは、80.64[mm2]である。なお、3段階に分けて設定された第1ないし第3ガス噴出口23a~23cの詳細およびシールテープの詳細は、図9に示したとおりである。特に、前述の設定比率P1/P3,P2/P3は、それぞれ0.63,0.83に設定されており、前述の比率Sa1/SA,Sa2/SA,Sa3/SAは、それぞれ、0.42,0.28,0.29に設定されている。
このように構成した実施例2に係るガス発生器を実際に低温環境下において作動させ、その際の燃焼室の内圧の経時的な変化を確認したところ、ガス発生剤が燃焼することで当該燃焼室の内圧が上昇する段階において、これが落ち込むことがなく、所望の燃焼特性が得られることが確認された。また、その際の燃焼室の内圧の最大値を測定したところ、その値は、14.5[MPa]にまで低減されていることが確認された。
<実施例3>
図10は、実施例3に係るガス発生器の仕様および当該ガス発生器を作動させた場合の測定結果を示す表である。
図10は、実施例3に係るガス発生器の仕様および当該ガス発生器を作動させた場合の測定結果を示す表である。
図10に示すように、実施例3に係るガス発生器は、ガス発生量が1.2[mol]であり、ハウジングの厚みTが1.2[mm]にまで薄型化されたものである。これにより、実施例3に係るガス発生器の重量は、220[g]にまで軽量化されている。
また、複数のガス噴出口の開放圧が互いに異なるように3段階に分けて設定されており、これら複数のガス噴出口の総開口面積SAは、80.47[mm2]である。なお、3段階に分けて設定された第1ないし第3ガス噴出口23a~23cの詳細およびシールテープの詳細は、図10に示したとおりである。特に、前述の設定比率P1/P3,P2/P3は、それぞれ0.60,0.81に設定されており、前述の比率Sa1/SA,Sa2/SA,Sa3/SAは、それぞれ、0.38,0.33,0.29に設定されている。
このように構成した実施例3に係るガス発生器を実際に低温環境下において作動させ、その際の燃焼室の内圧の経時的な変化を確認したところ、ガス発生剤が燃焼することで当該燃焼室の内圧が上昇する段階において、これが落ち込むことがなく、所望の燃焼特性が得られることが確認された。また、その際の燃焼室の内圧の最大値を測定したところ、その値は、14.5[MPa]にまで低減されていることが確認された。
以上において説明した検証試験の結果により、上述した本発明の実施の形態におけるガス発生器1とすることにより、性能を損なうことなくガス発生器の小型化および軽量化が実現可能になることが理解できる。
上述した本発明の実施の形態においては、複数のガス噴出口を閉鎖するシールテープとして、1枚のシールテープを用いた場合を例示したが、複数枚のシールテープを用いることとしてもよい。その場合には、同一の厚みを有するシールテープを特定のガス噴出口にのみ重ね貼りして閉鎖したり、厚みの異なるシールテープを用いてそれぞれ特定のガス噴出口を閉鎖したり、材質が異なる(すなわち剪断強度が異なる)複数のシールテープを用いてそれぞれ特定のガス噴出口を閉鎖したりすることにより、互いに異なる開放圧を有するガス噴出口を構成することとしてもよい。
また、上述した本発明の実施の形態において開示したガス噴出口の種類ごとの数、形状、大きさ、レイアウトや、ガス噴出口の開放圧の設定段階数等は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々変更が可能である。
加えて、上述した本発明の実施の形態においては、本発明をいわゆるディスク型ガス発生器に適用した場合を例示して説明を行なったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、たとえばシリンダ型ガス発生器に本発明を適用することも可能である。
なお、上述した低温環境下、常温環境下、高温環境下とは、それぞれ環境温度が-40[℃]前後の環境下、20[℃]前後の環境下、85[℃]前後の環境下を意味している。
このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
1 ガス発生器、10 下部側シェル、11 底板部、12 周壁部、13 突状筒部、14 窪み部、15 開口部、20 上部側シェル、21 天板部、22 周壁部、23 ガス噴出口、23a 第1ガス噴出口、23b 第2ガス噴出口、23c 第3ガス噴出口、24 シールテープ、25 間隙部、30 保持部、31 内側被覆部、32 外側被覆部、33 連結部、34 雌型コネクタ部、40 点火器、41 点火部、42 端子ピン、50 カップ状部材、51 頂壁部、52 側壁部、53 延設部、54 先端部、55 伝火室、56 伝火薬、60 燃焼室、61 ガス発生剤、70 下部側支持部材、71 底部、72 当接部、73 先端部、80 上部側支持部材、81 底部、82 当接部、85 クッション材、90 フィルタ。
Claims (8)
- 複数のガス噴出口が設けられた筒状の周壁部を有し、前記周壁部の軸方向の一端部および他端部が閉塞されたハウジングと、
前記ハウジングの内部に位置する収容空間に配置されたガス発生剤と、
前記ハウジングに組付けられ、前記ガス発生剤を燃焼させるための点火器と、
前記複数のガス噴出口を閉鎖するシールテープとを備え、
前記複数のガス噴出口の各々は、当該複数のガス噴出口の各々を閉鎖する部分の前記シールテープが前記ガス発生剤の燃焼に伴う前記収容空間の圧力上昇に伴って開裂することで開放され、
前記複数のガス噴出口は、前記ガス発生剤の燃焼に伴う前記収容空間の圧力上昇に伴って段階的に開放されるように、前記シールテープの剪断強度をFとし、前記複数のガス噴出口の各々を閉鎖する部分の前記シールテープの厚みをtとし、前記複数のガス噴出口の各々の周長をCとし、前記複数のガス噴出口の各々の開口面積をSとした場合に、F×t×C/Sで表わされる開放圧が互いに異なるように設定されたものを含み、
前記ハウジングのうちの前記収容空間を規定する部分の厚みをTとし、前記複数のガス噴出口の総開口面積をSAとした場合に、T≦1.8[mm]およびSA≧60[mm2]の条件を満たし、
前記複数のガス噴出口の少なくとも1つが、互いに直交する方向における開口幅が異なる長孔形状を有している、ガス発生器。 - 前記複数のガス噴出口のすべてが、互いに直交する方向における開口幅が異なる長孔形状を有している、請求項1に記載のガス発生器。
- 前記長孔形状を有するガス噴出口が、前記周壁部の周方向に沿った開口幅よりも前記周壁部の軸方向に沿った開口幅が大きい形状を有している、請求項1または2に記載のガス発生器。
- 前記複数のガス噴出口の開放圧は、互いに異なるようにn(nは3以上の整数)段階に分けて設定されており、
最も開放圧が小さく設定された1段階目のガス噴出口の開放圧から最も開放圧が大きく設定されたn段階目のガス噴出口の開放圧までをそれぞれ順にP1,P2,・・・,Pnとした場合に、n段階目のガス噴出口の開放圧Pnに対する1段階目のガス噴出口の開放圧P1の設定比率が、0.4以上0.7未満であり、n段階目のガス噴出口の開放圧Pnに対する2段階目からn-1階目までのガス噴出口の開放圧P2~Pn-1の設定比率が、それぞれ0.7以上0.95以下である、請求項1から3のいずれかに記載のガス発生器。 - 前記複数のガス噴出口のうち、1段階目のガス噴出口の開口面積の和からn段階目のガス噴出口の開口面積の和までを順にそれぞれSa1,Sa2,・・・,Sanとした場合に、前記複数のガス噴出口の総開口面積SAに対する1段階目からn段階目までのガス噴出口の開口面積の和Sa1~Sanの比率が、それぞれ0.7×SA/n以上1.3×SA/n以下である、請求項4に記載のガス発生器。
- 前記複数のガス噴出口の開放圧は、互いに異なるように3段階に分けて設定されており、
最も開放圧が小さく設定された1段階目のガス噴出口の開放圧から最も開放圧が大きく設定された3段階目のガス噴出口の開放圧までをそれぞれ順にP1,P2,P3とした場合に、3段階目のガス噴出口の開放圧P3に対する1段階目のガス噴出口の開放圧P1の設定比率が、0.5以上0.7未満であり、3段階目のガス噴出口の開放圧P3に対する2段階目のガス噴出口の開放圧P2の設定比率が、0.75以上0.95以下である、請求項1から3のいずれかに記載のガス発生器。 - 前記複数のガス噴出口のうち、1段階目のガス噴出口の開口面積の和から3段階目のガス噴出口の開口面積の和までをそれぞれ順にSa1,Sa2,Sa3とした場合に、前記複数のガス噴出口の総開口面積SAに対する1段階目から3段階目までのガス噴出口の開口面積の和Sa1~Sa3の比率が、それぞれ0.23以上0.44以下である、請求項6に記載のガス発生器。
- 前記複数のガス噴出口が、前記周壁部の周方向に沿って一列に並んで設けられている、請求項1から7のいずれかに記載のガス発生器。
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