JP2001163166A - エアバッグインフレータ用高圧容器 - Google Patents

エアバッグインフレータ用高圧容器

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JP2001163166A
JP2001163166A JP34693299A JP34693299A JP2001163166A JP 2001163166 A JP2001163166 A JP 2001163166A JP 34693299 A JP34693299 A JP 34693299A JP 34693299 A JP34693299 A JP 34693299A JP 2001163166 A JP2001163166 A JP 2001163166A
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fiber
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pressure vessel
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Hitoshi Kodama
斎 児玉
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い強度や剛性を有し、かつ、十分な耐圧強
度と耐熱、耐炎性を発揮しつつ、軽量化を達成したエア
バッグインフレータ用高圧容器。 【解決手段】 繊維強化プラスチック層10と、該繊維
強化プラスチック層よりも内側に配備された金属層12
とを有する多層体で形成されていることを特徴とする。
高い強度や剛性を有し、かつ、十分な耐圧強度と耐熱、
耐炎性を発揮しつつ、軽量化を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は衝突時に乗員を保護
するエアバッグを膨張させる装置であるインフレータの
高圧容器に関するものであり、特に圧縮ガス方式の軽量
なエアバッグインフレータ用高圧容器に関する。
【0002】
【従来の技術】乗り物の衝突時に乗員を保護する装置と
してエアバッグが広く用いられている。エアバッグを膨
張させるインフレータは大別すると2種類ある。一方は
作動時に推進薬が燃焼して高温のガスを発生させる推進
薬方式であり、他方は高圧容器に収容した圧縮ガスを放
出する圧縮ガス方式である。前者は比較的コンパクトで
あり、ステアリングパッドに収納が容易であるため主と
して運転席に用いられるが、インフレーションガスが少
くなく膨張量が少ない点に難がある。後者は比較的大容
量のインフレーションガスを扱えるため大きなエアバッ
グの必要な助手席側に用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般的に車両の軽量化
は永遠のテーマである。また、環境保全、省エネルギー
の観点から天然ガス自動車や電気自動車およびハイブリ
ッド自動車の普及に弾みがついている。これらのエンジ
ンはガソリンエンジンに比べて比較的パワーが小さく、
車体の軽量化の要請が一段と高い。エアバッグインフレ
ータ用高圧容器は前に記述した通り推進薬方式と圧縮ガ
ス方式があるが、一般に前者が400〜500g/式と
軽量であるのに比較して後者は1,500〜2,000g
/式と重い装置になっている。その為、特に圧縮ガス方
式のインフレータでは、軽量化の必要性が高く、種々の
取り組みが実施されている。この圧縮ガス方式のインフ
レータ装置においては高圧容器の重量が半分以上を占め
るため、その高圧容器の軽量化が重要である。その為、
軽量で強度、弾性率の高い繊維強化プラスチック(以
下、FRPとも称する。)の応用が検討されている。係
る高圧容器には主として天然ガス自動車用ガスタンクに
用いられる全てFRPで構成するタイプ(タイプI)
と、金属をFRPで補強したタイプ(タイプII)がある
ことは公知である。一般的に、タイプIが強度メンバー
として使用実績の浅いFRP主体で構成されるのに比べ
て、金属をFRPで補強する構造を有するタイプIIは強
度を負担する層が実績のある金属であり、設計強度デー
タも完備しており強度の信頼性において優れている。し
かしながら、タイプIIのFRP補強する高圧容器の場
合、特開昭59−92131号公報にもあるように、金
属部にアルミニウム合金を用いるケースが一般的であ
る。かかるアルミニウムをFRPで補強した高圧容器
は、高圧ガス発生時に瞬間的ではあるが内部温度が15
00℃に達する為、薄い軽合金を用いることやプラスチ
ック部品を用いることは問題があった。
【0004】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、高い強度や剛性を有し、かつ、十分な耐圧強
度と耐熱、耐炎性を発揮しつつ、軽量化を達成したエア
バッグインフレータ用高圧容器を目的とするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のエアバッグイン
フレータ用高圧容器は、繊維強化プラスチック層と、該
繊維強化プラスチック層よりも内側に配備された金属層
とを有する多層体で形成されていることを特徴とするも
のである。ここで、金属層が鋼製であり、繊維強化プラ
スチック層は、引張弾性率が250Gpa以上かつ引張
強度が4.8Gpa以上の炭素繊維を用いたものが望ま
しい。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のエアバッグインフレータ
用高圧容器は、その外形は特に制限されるものではな
く、車体等への搭載に適応するように種々選択される。
そして、例えば図1や図2に示すように、そのエアバッ
グインフレータ用高圧容器の少なくともガスを収容する
容器部分が、繊維強化プラスチック層10と、金属層1
2とを有する多層体で形成される。一般的に、エアバッ
グインフレータ用高圧容器は、略円筒状であるので、そ
の少なくも直胴部がこの多層体で形成されていれば良
い。
【0007】繊維強化プラスチック層を構成する補強繊
維の材質は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、P
BO繊維、ポリエステル繊維、炭化珪素繊維、ホウ素繊
維、パルプなどの天然繊維、ステンレススチール繊維な
どが使用可能であるが、高圧容器の軽量化と共に剛性お
よび耐衝撃強度の向上を達成するためには炭素繊維を使
用することが好ましい。炭素繊維としては、PAN系、
ピッチ系、レーヨン系のいずれの炭素繊維をも使用する
ことが可能である。補強繊維としては上記した各種の繊
維を複数組み合わせて使用しても良いが、引張弾性率が
250Gpa以上かつ引張強度が4.8Gpa以上の炭
素繊維を周方向に繊維配列した層を1mm厚さに形成し
て用いれば強度と軽量化がより高次元に達成される。引
張弾性率は260〜300Gpaであればより好まし
く、引張強度は5〜6Gpaであればより好ましい。繊
維強化プラスチック材料中における補強繊維の形態とし
ては、連続した補強繊維束を一方向に引き揃えたロービ
ング、連続した補強繊維束を製織して織布とした補強繊
維クロス、5〜100mm程度に切断した補強繊維束か
らなるチョップドストランド、または、チョップドスト
ランドを不定方向に分散したものをバインダーで固定し
たチョップドストランドマットなどを挙げることができ
る。しかし、あらゆる方向に対して高圧容器の強度を向
上させるためには、例えば、連続した補強繊維束を一方
向に引き揃えたロービングが好ましい。繊維強化プラス
チックのマトリックス樹脂としては、不飽和ポリエステ
ル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹
脂、マレイミド樹脂、アクリル樹脂などを用いることが
できるが高圧容器の高温条件下での使用の際に問題とな
る熱変形を防止するためには熱硬化性の樹脂をマトリッ
クス樹脂とすることが好ましい。この繊維強化プラスチ
ック層は、重量増を抑えつつ剛性を高めるので、軽量化
に大きく寄与する。
【0008】金属層を構成する材質としては、高張力
鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金等の
公知の構造用金属を用いることができる。中でも、好ま
しくは高張力鋼を用いれば1500℃での耐熱性と耐炎
性更に耐圧性を兼ね備えることができる。この金属層
は、耐圧強度と、耐熱、耐炎性を発揮する。
【0009】高圧容器は例えば以下のようにして製造す
ることができる。まず、所定の厚みおよび断面形状を有
する金属製シリンダを製造する。この金属シリンダの製
造方法は特に限定されるものでなく、パイプ材の鍛造法
(スエージング法)や板材の溶接、鍛造法および鋳造法
や公知の連続的またはバッチ的な成形法を適宜採用する
ことができる。FRP層の形成は上記のようにして得ら
れた金属シリンダを芯として、連続繊維に樹脂を含浸し
て巻き付ける所謂、フィラメントワインディング法によ
り形成することにより本発明の高圧容器を得ることがで
きる。また、予め成形したFRP管を金属シリンダの直
胴部に嵌めて本発明の高圧容器を得ることもできる。
【0010】上述した繊維強化プラスチック層と金属層
は、金属層が繊維強化プラスチック層よりも内側に位置
する。耐熱、耐炎性に優れた金属層が内側に位置するこ
とで、高圧ガス発生時における高圧、高温に耐用できる
ようになる。本発明の高圧容器では、上述した繊維強化
プラスチック層と金属層を少なくとも有する多層体を用
いるもので、これら2層だけの多層体としてもよいが、
その他、例えば、繊維強化プラスチック層を2層として
全体で3層構成のものや、さらに、本発明の主旨に反し
ない範囲内で、さらに他の層を設けても構わない。
【0011】本発明の高圧容器によれば、炭素繊維強化
プラスチック材料等からなる繊維強化プラスチック層
と、その内側に位置する高張力鋼等からなる金属層を有
する多層体でなるので、十分な強度や剛性を有し、か
つ、ガスインフレーション時の耐熱、耐炎性に対しても
十分な性能を有し、従来の鋼製高圧容器の1/3と軽量
であるため十分な軽量化を達成することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 <実施例1>本実施例の軽量高圧容器は次の条件で製作
した。金属層として、降伏強度500MPA、破断伸度2
0%の高張力鋼からなるシリンダをスエージング加工法
で成形した。FRP層の成形原料として、炭素繊維
(「パイロフィルTRH50S/#350−2500」
(三菱レイヨン(株)製))と、エポキシ樹脂含量が3
5重量%のプリプレグを用いた。この炭素繊維は、引張
弾性率が270Gpa、引張強度が5Gpaである。こ
のプリプレグを上記シリンダとほぼ同径の鉄心に炭素繊
維の繊維方向が鉄心の軸に対して90°に2層分巻き回
して巻き付けた後に収縮性プラスチックテープで被覆し
て硬化炉で130℃−1時間加熱硬化し、冷却後、鉄心
を脱芯した後に目的の長さに輪切りしてFRP管を得
た。このFRP管の中に金属シリンダを圧入して、図1
に示す高圧容器を得た。
【0013】<実施例2>本実施例の軽量高圧容器は次
の条件で製作した。金属層として、降伏強度500MP
A、破断伸度20%の高張力鋼からなるシリンダをスエ
ージング加工法で成形した。FRP層の成形は原料とし
て、炭素繊維(「パイロフィルTRH50−24L」
(三菱レイヨン(株)製))を用い、エポキシ樹脂が3
5重量%になるように含浸して予備硬化した所謂トウプ
リプレグに加工して用いた。この炭素繊維は、引張弾性
率が270Gpa、引張強度が5Gpaである。上記金
属シリンダをマンドレルとして炭素繊維トウプリプレグ
を円筒軸に対してほぼ0°としたヘリカル層を0.5m
m厚さと90°層を0.5mm厚さになるように巻きま
わして成形した。これを回転させながら硬化炉で130
℃−1時間、加熱硬化して目的の高圧容器を得た。
【0014】<実施例3>本実施例の軽量高圧容器は次
の条件で製作した。金属層には降伏強度500MPA、破
断伸度20%の高張力鋼からなるシリンダをスエージン
グ加工法で成形した。FRP層の成形は原料には、炭素
繊維(「パイロフィルTRH50−24L」(三菱レイ
ヨン(株)製))に、エポキシ樹脂が35重量%になる
ようにコータ方式で含浸してフィラメントワインディン
グ法で次の条件で巻き付けた。すなわち、金属シリンダ
をマンドレルとして樹脂含浸した炭素繊維トウを円筒軸
に対してほぼ0°としたヘリカル層をシリンダ中央部で
0.5mm厚さと90°層を0.5mm厚さ形成した。こ
れを回転させながら硬化炉で130℃−1時間、加熱硬
化して目的の高圧容器を得た。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、高い強度や剛性を有
し、かつ、十分な耐圧強度と耐熱、耐炎性を発揮しつ
つ、軽量化を達成することができる。特に、金属層に高
張力鋼、繊維強化プラスチック層に用いる補強繊維とし
て、引張弾性率が250Gpa以上かつ引張強度が4.
8Gpa以上の炭素繊維を用いることで、軽量化を図り
つつ、強度ないし剛性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の高圧容器の一例を示す部分断面図で
ある。
【図2】 本発明の高圧容器の一例を示す部分断面図で
ある。
【符号の説明】
10 繊維強化プラスチック層 12 金属層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維強化プラスチック層と、該繊維強化
    プラスチック層よりも内側に配備された金属層とを有す
    る多層体で形成されていることを特徴とするエアバッグ
    インフレータ用高圧容器。
  2. 【請求項2】 前記金属層が鋼製であり、繊維強化プラ
    スチック層は、引張弾性率が250Gpa以上かつ引張
    強度が4.8Gpa以上の炭素繊維を用いていることを
    特徴とする請求項1記載のエアバッグインフレータ用高
    圧容器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7007974B2 (en) 2001-10-02 2006-03-07 Trw Automotive Safety Systems Gmbh & Co. Kg Airbag for a restraint system in motor vehicles
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CN104507761A (zh) * 2012-10-30 2015-04-08 奥托里夫Asp股份有限公司 具有中央扩散器组件和包覆层的烟火式充气机

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