CN1330401C

CN1330401C - 过滤件制造方法

Info

Publication number: CN1330401C
Application number: CNB2004800024157A
Authority: CN
Inventors: 平田雄一; 铃木弘信
Original assignee: Chuo Hatsujo KK
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: US20060112559A1; EP1593420A1; JP4377134B2; US7640663B2; EP1593420A4; EP1593420B1; CN1738673A; JP2004261629A; WO2004064979A1

Abstract

本发明揭示了一种过滤件的制造方法，该过滤件中，金属丝的重叠部以分层方式通过热处理结合在一起，以形成一个金属丝网。根据该方法，金属丝结合在一起结合部的接触面压力保持等于或大于一个根据热处理条件设定的预定值。在此状态下所进行的热处理可以使金属丝的结合部具有等于或大于4N的强度。

Description

过滤件制造方法

技术领域

本发明涉及一种过滤件的制造方法，该过滤件中用分层卷绕的金属丝结合成一体形成金属丝网，比如适用于气囊充气机的线圈型过滤器。

技术背景

车辆通常设有气囊装置。当车辆例如由于碰撞发生紧急减速时，通过快速充入气体使气囊充气。该气囊装置包括一个用于装置启动时快速充入气体的充气机和一个由充气机充气以保护乘客的气囊。该充气机由点火器，可通过点火器发热以类似爆炸方式燃烧的气体生成剂，以及过滤器组成。气体生成剂经燃烧所产生的热气中的固体或液体残渣由过滤器收集并冷却。该过滤器通常是线圈型过滤器形式，其由金属制的圆形丝，或异形丝，如正方形丝(下文称为“金属丝”)分层卷绕形成一个网状圆柱体。当气体或液体通过该金属丝网时被该线圈型过滤器冷却和过滤，而残渣被留下。

此类过滤器的金属丝在缠绕后，金属丝的重叠部分通常利用热处理(烧结)结合在一起。这样，防止了金属丝网不致因金属丝的膨胀或由于气体通过金属丝网造成冲击而导致变形，保证过滤器的过滤性能不受影响。

特别是，作为气囊过滤件的过滤器是处于极热的气体中。因而有必要采取能确保较高结合强度的结合方法。因此，为了提高结合强度，有人提出在高温环境中进行烧结作业，或者延长烧结时间，或者在一种经过处理的气氛中进行烧结(见日本专利公开号2001-171472)。

但是，根据以上公开专利中所述气囊充气机的过滤器制造方法，为获得高烧结温度或改变烧结气氛需要改造相应的设备。此类改造需要花费较大的成本，因而导致制造成本的上升。而且，延长处理时间使得生产率下降。

因此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种过滤件的制造方法，可提高形成金属丝网的金属丝的结合强度，其成本较低而效率较高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的一个实施例提供了一种过滤件的制造方法，该过滤件中金属丝的重叠部以分层方式设置，并通过热处理结合在一起形成金属丝网。根据该方法，金属丝结合在一起的结合部的接触面压力大于等于一个根据热处理条件设定的预定值。在此情形下，通过进行热处理后金属丝结合部的强度大于等于4N(4牛顿)。

当热处理条件表现为热处理温度和热处理时间时，热处理的实施需要满足下列不等式：

4≤C1×exp(-C2/T)×(t/T)^0.4×P×b²×n

T：热处理温度，t：热处理时间，P：接触面压力，b：金属丝接触部之间的横向接触长度，n：金属丝结合部的数量；

C1，C2是系数；C1＝4,105，C2＝9,000。

过滤件应当是线圈型过滤器，其中金属丝以分层方式卷绕以形成金属丝网，而接触面压力可以通过在金属丝卷绕中对金属丝施加张力产生。

金属丝的卷绕端需要加以固定，同时保持金属丝卷绕中对金属丝施加的张力始终处于作用在金属丝上的状态。也需要通过金属丝卷绕中改变对金属丝施加的张力来调整接触面压力。

附图说明

图1为充气机剖视图；

图2(a)为过滤器的立体图；

图2(b)为过滤器局部放大图；

图3为燃烧室内压力随时间变化图；

图4为接触面压力与金属丝结合部之间的结合强度的关系曲线图。

具体实施方式

本发明用于气囊装置充气机的过滤器(过滤件)制造方法的一个实施例将结合图1至4进行说明。

如图1所示实施例中，一起爆器11和一可燃点火器12安装在气囊装置的充气机10的中部。该起爆器11应一感应器(图中未示)发出的启动信号而启动。一燃烧室部13形成在起爆器11和点火器12的外周面周围。该燃烧室部13吸收起爆器11启动并导致点火器12点燃过程中所产生的热量。燃烧室部13内装入气体发生剂14。当起爆器11启动和点火器12燃烧产生的热量使气体发生剂14以类似爆炸方式燃烧时，会产生大量气体。所产生的气体则充入气囊装置的气袋(图中未示)中。

过滤器15设置在充气机10中并围绕在燃烧室13之外。过滤器15的作用是作为冷却件将气体生成剂14燃烧产生的灼热气体冷却并充入气体，以及作为过滤件将气体中的固体残渣留下。

参看图2(a)和图2(b)，为了制造过滤器15，圆形或异形的，如正方形的，金属材料制造的细丝(下文称为金属丝)16绕在圆柱形的绕线筒(图中未示)形成一金属丝网。然后，移除绕线筒形成空心圆柱形的过滤器15。在本实施例所示的过滤器15中，构成金属丝16的主要材料是铁(横截面积为0.2mm²)。金属丝16在绕线筒外周面绕500圈形成金属丝网。过滤器15为外径φ60mm、内径φ50mm的空心圆柱形。

因此，当较大量的灼热气体通过金属丝16形成的金属丝网的网眼时，过滤器15可将气体冷却，同时滤去气体中的固体残渣。此外，在本实施例中，金属丝16的卷绕节距为节距C，金属丝16交叉部分的角度为夹角θ，金属丝16沿绕线筒轴向尺寸为绕线长度L，以及金属丝16的交叉部分为接触部S，如图2(a)和2(b)所示。

以下将详细说明过滤器15的制造方法。首先，金属丝16以十字交叉方式卷绕在绕线筒外周面，同时给予金属丝16预定的张力，以形成金属丝网。金属丝16可以通过沿绕线筒轴向移动金属丝16或是沿卷绕筒轴向移动绕线筒轴的方式卷绕在绕线筒上。对于过滤器15而言，节距C，绕线长度L和金属丝16的夹角θ可以通过计算机模拟获得。从而根据这些参数的最优值制造过滤器15。这样，金属丝网图案或卷绕密度可根据需要设定，从而可以根据不同的过滤功能要求形成各种形式的金属丝网。

金属丝16卷绕完成后，金属丝16的卷绕端17通过焊接或类似方式连结(结合)在相邻的卷绕部上，同时将张力持续地施加在金属丝16上。然后将绕线筒从金属丝16上移除，形成尚未进行热处理的空心圆柱形的半成品过滤器。随后，金属丝16进行热处理和烧结将接触部S结合起来，从而完成如图2(a)所示形状的线圈状过滤器15。

如果过滤器15用作气囊的过滤件，该过滤器15处于极其灼热的气体中(大约为2,200摄氏度)。因此，接触部S有必要以较高的结合强度结合在一起。所以，为符合这些要求，根据本实施例，在过滤器15的制造中需要设置一定的环境。以下将对这些环境加以说明。

图3为气囊启动时，充气机10的燃烧室部13内压力随时间变化的曲线图。图3的曲线图表明燃烧室部13内的压力在气囊启动后立即达到最高值，为大约4MPa。因为过滤器15设置在燃烧室部13中，过滤器15接触部的结合强度必须足够高，能承受该大约为4MPa的压力。

根据下面的公式(1)，由卷绕在圆柱形绕线筒外周面的金属线形成线圈型过滤器，如该过滤器15，上的单股金属丝需要施加的张力σ为：

σ＝γ₂ ²P1/(γ₁ ²-γ₂ ²)×(γ₁ ²/γ²+1)×Z…(1)

公式中，σ代表施加在单股金属丝上的张力，P1代表过滤器的内部压力，γ₁为过滤器的外径，γ₂为过滤器的内径，γ为过滤器的半径(γ₂≤γ≤γ₁)，Z代表金属丝的截面积。

可以认为公式(1)表示气体生成剂14燃烧时单股金属丝16上所受的张力。因此，将代表过滤器15规格的值(金属丝横截面积0.2mm²，卷绕圈数：500，外径：φ60，内径：φ50)代入公式(1)，所获得的σ值大致等于4N。因而可知在气囊启动时，过滤器15的单股金属丝16上所承受的张力大约为4N。

因此，为了防止在气囊启动时各股金属丝16的结合处松脱，结合强度必须足够高，能承受4N左右的载荷。换句话说，完成烧结后，各接触面S的接触面压力需要保持大于等于对应烧结条件的预定值，这样形成金属丝网的金属丝16结合部的结合强度大于等于4N。

人所共知，金属丝16之类的金属线材的烧结，是通过将金属线材的原子向结合部扩散的方式完成的。选用下面的公式(2)表示通过内部扩散进行的烧结：

x⁵/a²＝10γVD_vt/RT…(2)

该公式中，x代表通过金属线材烧结后形成的大致为圆形的接触面半径，或者如果通过烧结获得的接触面为长条形，则为长条形接触面横向长度的一半；a代表金属线材的半径；γ代表金属线材的表面张力；V代表1摩尔金属线材的体积；D_v代表烧结扩散系数，t代表烧结时间，R代表气体常数(1.987卡/度)，T代表烧结温度(绝对温度)。公式(2)是参考《粉末冶金总说·烧结机构》一书(日刊工业新闻社1964年3月25日出版)中第138-141页获得的。

此外，通过传导试验，关于结合强度F，烧结温度T，烧结时间t，金属丝16结合部之间的接触面压力P，金属丝16的接触部S之间的横向接触长度，和金属丝16的结合部数目n的公式(3)如下：

F＝C1 exp(-C2/T)×(t/T)^0.4×P×b²×n…(3)

该公式中，C1和C2各自代表一个系数并且满足：C1＝4105，C2＝9000。

系数C1，C2是假设公式(2)中的x(接触面之类的半径)的平方值对应于通过过滤器15的接触部S烧结形成的结合面积(或结合强度)，并根据图4所示金属丝16结合部之间的结合强度与接触面压力的关系曲线得出的。

图4的曲线图显示了为确定接触面压力与金属丝16结合部的结合强度之间关系所进行的试验结果，表示了当金属丝16的结合部数目n等于1时，根据烧结条件(温度×时间)所得出的金属丝16结合部间的结合强度与金属丝16结合部问的接触面压力之间的关系。尤其是在该曲线图中，在第一种烧结条件下(1,100摄氏度×30分钟)，金属丝16的结合部间的结合强度与接触面压力之间的关系用实线(a)表示，而第二种烧结条件下(1,100摄氏度×10分钟)的关系用实线(b)表示。另外，在第三种烧结条件下(1,000摄氏度×30分钟)，金属丝16的结合部结合强度与接触面压力之间的关系用实线(c)表示，而在第四种烧结条件下(1,000摄氏度×10分钟)的关系用实线(b)表示。

因为过滤器15金属丝16的结合部间结合强度F为达到足够值，必须大于等于4N，所以所制造的过滤器15要满足以下根据试验公式(3)获得的公式(4)提出的条件：

4≤C1×exp(-C2/T)×(t/T)^0.4×P×b²×n…(4)

该公式(4)中，T，t，P，b，n，C1和C2的定义和公式(3)中的相同。

根据公式(4)和图4，可以得出以下结论。即，在图4的第一种烧结条件下(1,100摄氏度×30分钟)，将接触面压力设定为0.25 N/mm²或更高，过滤器15的结合强度F可大于等于4N。如果将接触面压力设定为0.39N/mm²或更高，在第二种烧结条件下(1,100摄氏度×10分钟)，过滤器15的结合强度F可大于等于4N。类似地，如果将接触面压力设定为0.39N/mm²或更高，在低于第一种烧结条件的烧结温度下，如第三种烧结条件(1,000摄氏度×30分钟)，过滤器15的结合强度F可大于等于4N。

此外，如果将接触面压力设定为0.62N/mm²或更高，在第四种烧结条件(1,000摄氏度×10分钟)下，过滤器15的结合强度F可大于等于4N，这样可以在较低的温度条件下获得较高的生产率。

因此，在金属丝16的重叠部(接触部S)利用烧结以分层方式结合在一起以形成金属丝网的过滤器15中，金属丝16结合部间的表面压力值(接触面压力)，以及包括烧结温度在内的烧结条件，是决定结合强度的重要因素。为了在各接触部S上施加接触面压力，在进行烧结时，可在过滤器15的空心轴部中插入一个锥形夹具，这样，金属丝16的交叉部受压并保持接触在一起。但是，在利用金属丝16卷绕在绕线筒上形成的线圈型过滤器中，如本实施例中的过滤器15，接触面压力可以通过在卷绕过程中对金属丝16施加张力而获得。这样接触面压力能够比较容易保证。

下面的公式(5)表示本实施例中金属丝16结合部间的接触面压力与张力的关系。

F＝σ/(r×b)…(5)

该公式(5)中，P代表线圈结合部之间的接触面压力(N/mm²)，σ表示作用于单股金属丝16上的张力，r代表金属丝16的卷绕半径(mm)，b代表金属丝16结合部之间的横向接触长度(mm)。

由公式(5)可知，如果线圈型过滤器15的制造中金属丝16上施加有张力，则卷绕时施加在金属丝16上的该张力是与接触部S的接触面压力有关的因素。换言之，卷绕中施加的张力越大，接触面压力P就越高。反之，卷绕中施加的张力越小，接触面压力P就越低。比如，如果金属丝16结合部的接触面压力要求设定为大于或等于0.62N/mm²，那么当横向接触长度b为0.5mm并且卷绕半径r为31mm时，由公式(5)得出的张力σ为9.61N。然而，因为实际处理温度非常高，张力σ总体上无法视为接触面压力。同样，金属丝16的结合部实际数量不可能为一。将这些条件考虑在内，可知实际获得的效果只有计算值的60％。因此，只有将卷绕中施加于金属丝16上的张力σ设为16N或更大，金属丝16各接触部S的接触面压力才会有0.62N/mm²或更高。

此外，制造过滤件之类的过滤器15时，如果卷绕中施加于金属丝16上的张力根据公式(5)有所改变，作为决定结合强度重要因素的接触面压力也被调整了。从而可以获得不同结合强度的过滤器15。同样，利用将金属丝16的卷绕端17用焊接或锻压方式固定在过滤器15的不同部位(比如，金属丝16的中间部)，同时将卷绕中施加在金属丝16上的张力保持在非放松状态，由卷绕中施加于金属丝16上的张力产生的该接触面压力可得以保持。

本实施例具有如下优点。

(1)本实施例中，为了将形成金属丝网的金属丝16结合部的结合强度设定成大于等于4N，烧结是按金属丝16的结合部间的、或各接触部S处的接触面压力保持等于或大于根据烧结条件确定的预定值来进行的。因此，不管气囊启动会产生高压和高温，可以保证金属丝16在接触部S的结合部不会松脱。从而可以确保过滤器15具有较高的结合强度，同时成本较低而效率较高。

(2)在本实施例的过滤器15的制造方法中，关于烧结处理，包括烧结温度，烧结时间，金属丝16结合部间接触面压力，金属丝16结合部横向接触长度，以及金属丝16结合部数量在内的数值关系需要满足公式(4)的预定条件。换言之，为了将金属丝16结合部的结合强度设定为大于等于某数值(4N)，过滤器15的制作必须满足公式(4)的条件，该公式(4)表示了过滤器15的烧结温度和烧结时间，金属丝16结合部间的接触面压力，金属丝16结合部的横向接触长度，以及金属丝16结合部数量之间的关系。因而，该过滤器15的形态能够可靠地承受气囊启动时所产生的气体压力。此外，通过优化各种条件(T：烧结温度，t：烧结时间，P：金属丝结合部间接触面压力，b：金属丝结合部之间的横向接触长度，以及n：金属丝结合部的数量)，可以选择适合生产设备的操作和最大化地提高生产率的处理条件来制造过滤器15。

(3)在本实施例中，卷绕金属丝16时对金属丝16施加了张力。从而可在制造过滤器15时，确保对应于金属丝16彼此交错部位的各个接触部S有足够的接触面压力。即在过滤器15的制造中，可以方便且可靠地获得作为决定金属丝16结合部间的结合强度重要因素的、必需的接触面压力。

(4)本实施例中，在过滤器15的制造中，金属丝16卷绕端17是在施加于金属丝16上的张力一直保持的情况下通过焊接或类似方式被固定(结合)的。这样，制作是在烧结过程中保持有所需足够的接触面压力的情况下完成的。

(5)本实施例中，制造作为过滤件的过滤器15时，卷绕中施加于金属丝16的张力根据预定公式(5)改变，从而调整接触面压力。从而可以根据烧结条件的变化，方便地优化接触面压力。

本实施例可作如下变化。

在本实施例中，制作金属丝16的线材主要由铁制成(横截面积0.2mm²)。该金属丝16在绕线筒上绕500圈形成外径为φ60，内径为φ50的空心圆柱线圈型过滤器15。然而，该过滤器15的材料或尺寸可以根据将过滤器15安装在其中的充气机10的形状或尺寸按照需要进行选择。

本实施例的过滤器15中，金属丝网是通过金属丝16卷绕形成的，该金属方形或圆形线材是卷绕在绕线筒轴上。然而，过滤器15的金属丝网可以用根据本实施例改进的其他适当方式制成。例如，该过滤器15可以包括一个编织网，如针织型网。或者，过滤器15的金属丝网可以通过以层叠方式卷绕一个平织网制成。

在本实施例中，通过卷绕时施加在金属丝16上的张力产生作用于过滤器15的金属丝16结合部间的各接触部上的接触面压力。然而，也可以利用一个锥形夹具或类似物，在进行烧结时产生该接触面压力。

本实施例中，金属丝16的重叠部是分层设置的，并通过烧结结合在一起。然而，金属丝16的结合也可以利用除了烧结之外的其他适当方式完成。例如，金属丝16的重叠部可以利用高频感应加热方法结合在一起。

Claims

1.一种过滤件的制造方法，该过滤件中，金属丝的重叠部以分层方式设置，并通过热处理结合在一起，以形成一个金属丝网，该方法的特征在于：

该金属丝结合在一起的结合部，其间的接触面压力保持等于或大于一个根据热处理条件设定的预定值，并且在此状态下所进行的该热处理使该金属丝的各结合部具有等于或大于4N的强度，并且，当热处理温度和热处理时间作为所述热处理条件时，所述热处理的实施要满足以下不等式：

4≤C1×exp(-C2/T)×(t/T)^0.4×P×b²×n

其中，T：热处理温度，t：热处理时间，P：接触面压力，b：金属丝接触部之间的横向接触长度，n：金属丝结合部的数量；并且

其中C1和C2为系数，C1＝4,105，C2＝9,000。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述过滤件为线圈型过滤器，其中所述金属丝以分层方式卷绕以形成一金属丝网，并且所述接触面压力由所述金属丝的卷绕过程中施加在所述金属丝上的张力产生。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述金属丝的卷绕端被固定，同时在所述金属丝的卷绕过程中，所述张力施加于所述金属丝上。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中所述接触面压力通过改变在所述金属丝的卷绕过程中施加于所述金属丝上的所述张力来调整。

5.一种气囊充气机过滤器的制造方法，该过滤器中，金属丝的重叠部以分层方式设置，并通过热处理结合在一起，以形成一个金属丝网，该方法的特征在于：

4≤C1×exp(-C2/T)×(t/T)^0.4×P×b²×n

其中C1和C2为系数，C1＝4,105，C2＝9,000。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述过滤器为线圈型过滤器，其中所述金属丝以分层方式卷绕以形成一金属丝网，并且所述接触面压力由所述金属丝的卷绕过程中施加在所述金属丝上的张力产生。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述金属丝的卷绕端被固定，同时在所述金属丝的卷绕过程中，所述张力施加于所述金属丝上。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中所述接触面压力通过改变所述金属丝的卷绕过程中施加于所述金属丝上的所述张力来调整。