JP2011255750A

JP2011255750A - ガス発生器用の筒状フィルタ

Info

Publication number: JP2011255750A
Application number: JP2010130825A
Authority: JP
Inventors: Sen Hatomoto; 専波戸元
Original assignee: Daicel Corp
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-08
Also published as: EP2579959A1; US20110300030A1; WO2011155310A1; US8672350B2; CN102905770B; KR20130113936A; KR101780845B1; CN102905770A; JP5490617B2; EP2579959B1

Abstract

【課題】ガス発生器内に配置したときの密着性を向上させることができ、それにより燃焼ガスのショートパス防止部材を不要にできるフィルタおよび軽量化されたガス発生器を提供する。
【解決手段】孔を有するエキスパンデッドメタル、ラスメタル、パンチングメタル等の多孔金属板で筒状フィルタ１０を形成し、該多孔金属板の高さ方向両端側の圧縮強度S1が、S1の範囲を除いた部分の圧縮強度S2よりも小さくなるように設定するとともに、前記S1の範囲は、前記両端11a、11bから全高さに対して５〜２０％までの長さ範囲とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、人員拘束装置等に使用されるガス発生器用の筒状フィルタ、その筒状フィルタを使用したガス発生器に関するものである。

固形ガス発生剤を使用するガス発生器は、燃焼ガスの冷却や燃焼残渣の捕集にフィルタを使用している。フィルタは金網やワイヤを多層に編んで圧縮成型したもの、ワイヤを多層に巻回したもの等が知られているが、使用するガス発生剤が低い温度の燃焼ガスを発生させる場合や燃焼残渣の量が少ない場合等には、前記のフィルタに代えて、より軽量化したものを用いることもできる。

特許文献１には、エキスパンデッドメタルを円筒体に成型してフィルタに使用した例が開示されている。図１のガス発生器において、ハウジング３内部には燃焼室２２が形成され、その内部にガス発生剤６とフィルタ７が配置されている。フィルタ７はエキスパンデッドメタルを多層に巻回して円筒状に形成されたもので、上端部がディフューザシェル１に、下端部がクロージャシェル２に接触している。

特に、フィルタ７の上端面２８にはクッション５０が配置されており、このクッション５０は、フィルタ７とディフューザシェル１との間で燃焼ガスがショートパスするのを防止している。

また特許文献２では、各層毎に異なった仕様の層材を用いたフィルタを開示している。特に図３に示す例では、内層と外層に異なったピッチ比を有するエキスパンデッドメタルを使用したフィルタの例が開示されている。

しかし、エキスパンデッドメタルやラスメタルは軽量化の観点からは好ましいが、それ自体の伸縮性が低いため、特許文献１のフィルタとしてガス発生器に配置したときに、両端の当接部に形成される隙間が解消されにくく、燃焼ガスのショートパスが発生しやすい。そのため、特許文献１に示すようなクッション部材５０（段落番号４５のショートパス防止部51を有するクッション部材５０）を配置する必要がある。

特許文献３の図２、図５と段落番号４６には、フィルタを形成する層１５４、１５６の両端部が折り重ねられていることが記載されている。
しかし、層１５４は、セラミックスファイバマットからなるもので（段落番号３３）、全体が均一な強度で、かつ折り畳み易いものであり、層１５６は、ニッケルフェルト材料からなるもので（段落番号３３）、全体が均一な強度で、かつ折り畳み易いものである。

特許文献４の請求項８、段落番号２７には、金属線材を巻いて製造された３層構造の筒状フィルタの第２層を端面から突き出させ、ガス発生器に取り付けるときに押し潰して密着させ、ショートパスを防止することが記載されている。

特開２０００−１９８４０９号公報特開２００１−３０１５６１号公報特開平５−２１３１４７号公報特開２００５−１９３７６２号公報

本発明は、ガス発生器内に配置したときの密着性を向上させることができ、それにより燃焼ガスのショートパス防止部材を不要にできるフィルタと、それを用いることでより軽量化されたガス発生器を提供することを課題とする。

〔請求項１〕
本願請求項１の発明は、課題の解決手段として、
ガス発生器用の筒状フィルタであり、
前記筒状フィルタが、多孔を有する金属板からなる複数層を有するものであり、高さ方向の少なくとも一端側の所定範囲の圧縮強度（S1）が、前記S1の範囲を除いた部分の圧縮強度（S2）よりも小さくなるように設定されており、
前記多孔を有する金属板が、エキスパンデッドメタル、ラスメタル、パンチングメタルから選ばれるものであり、
前記S1の範囲が、前記両端側から全高さに対して５〜２０％までの長さ範囲である、ガス発生器用の筒状フィルタを提供する。

圧縮強度は公知の性質であり、筒状フィルタが軸方向両側から加えられる圧縮応力に抵抗する能力である。
筒状フィルタは、高さ方向の一端側又は両端側の圧縮強度（S1）が、前記一端側又は両端側を除いた部分の圧縮強度（S2）よりも小さくなるように設定されている。
本発明では、圧縮強度（S1）の範囲を「S1範囲」といい、圧縮強度（S2）の範囲を「S2範囲」という。

筒状フィルタをガス発生器内（ガス発生器のハウジング内）に配置するときには、ハウジングの内壁面（天面と底面の内壁面の一方又は両方）と筒状フィルタの一端又は両端を圧接（軸方向の一方又は両側から圧力を加えた状態で当接）させる。なお、ガス発生器の形態に応じて、ハウジングの内壁面と筒状フィルタの間にリテーナ（例えば、特開２００１−２２５７１２号公報の段落番号１５０及び図１９の「フィルター手段支持部材353」のようなもの）が配置されていてもよく、この場合には、リテーナと筒状フィルタが圧接されることになる。

上記のようにハウジングの内壁面と筒状フィルタが圧接されているとき、筒状フィルタの一端側又は両端側（S1範囲）は軸方向に押し潰されるが、残部（S2範囲）は変形することなく、元の形状が維持される。これにより、ハウジングに対して筒状フィルタが固定されると共に、ハウジングと筒状フィルタの密着強度が高められる。
なお、S1とS2の程度は、ガス発生器の組立過程において加えられる圧力を考慮して決定される。

前記S1範囲は、筒状フィルタの両端側から全高さに対して５〜２０％までの長さ範囲であり、好ましくは１０〜１５％までの長さ範囲である。例えばS1範囲は、筒状フィルタの両端側に形成されるとき、筒状フィルタの全高さが１００mmであるとすると、両端側（０mm）からそれぞれ５〜２０mm（好ましくは１０〜１５mm）までの範囲であり、残部がS2範囲となる。

S1とS2の差（圧縮強度の差）を生じさせる手段は特に制限されるものではなく、筒状フィルタの材質、構造、形状等を調整することで対応することができる。

S1とS2の差（圧縮強度の差）を生じさせる一つの手段としては、筒状フィルタのS1範囲にある孔の単位面積当たりの開口面積（A1）が、S2範囲にある孔の単位面積当たりの開口面積（A2）よりも大きくなるように設定する方法を適用することができる。

開口面積（A1）＞開口面積（A2）の関係を満たすことで、開口面積（A1）であるS1範囲の圧縮強度の方が小さくなり、潰れやすくなる。

開口面積（A1）と開口面積（A2）を調整する方法としては、
（I）孔の開口径を同一にして、単位面積当たりの孔の数を変えることで、単位面積当たりの開口面積を変える方法、
（II）孔の開口径を異ならせることで、単位面積当たりの開口面積を変える方法、
（III）上記の（I）と（II）の方法を組み合わせた方法、
を適用することができる。

S1とS2との差（圧縮強度の差）を生じさせる他の手段としては、筒状フィルタのS1範囲の厚み（T1）が、S2範囲の厚み(T2)よりも小さくなるように設定する方法を適用することができる。

厚み（T1）＜厚み(T2)の関係を満たすことで、厚み（T1）であるS1範囲の圧縮強度の方が小さくなり、潰れやすくなる。

多孔を有する金属板としてエキスパンデッドメタル、ラスメタル、パンチングメタルから選ばれるものを複数枚重ねることで、フィルタの成型も容易であり、フィルタ全体の剛性を高めることができ、さらに金属線を巻き付けて成型したフィルタと比べると軽量化することができる。

本発明の筒状フィルタは、公知の各種方法を適用して製造したものを用いることができるが、好適なものとしては、多孔を有する金属板が円筒状になるように複数回巻かれ、巻き終わり端部が溶接固定されたものを用いることができる。

このような方法は製造が容易であるという利点があるが、完成品の両端面に凹凸が形成されやすいという課題がある。
しかし、本発明の筒状フィルタが、両端面が押し潰されてガス発生器に取り付けられる形態で使用されるときは両端面の凹凸は問題にならず、上記製法の利点のみを活かすことができる。

〔請求項６〕
本願請求項６の発明は、他の課題の解決手段として、
請求項１〜５のいずれか１項記載のガス発生器用の筒状フィルタがハウジング内に収容された、固形ガス発生剤をガス源とするガス発生器であり、
前記筒状フィルタの高さ方向両端が前記ハウジング内壁面と圧接され、前記筒状フィルタの前記S1の範囲が軸方向に押し潰されることでハウジングに対して固定されており、
前記筒状フィルタと前記ハウジングとの圧接部分において、前記圧接部分から燃焼ガスが漏れ出ることを防止するための部材が配置されていない、ガス発生器を提供する。

ガス発生器のガス源として固形ガス発生剤を用いたものは、燃焼ガスがフィルタを経由しないでガス排出口から排出される「ショートパス」を防止する必要がある。従来は、特許文献１のガス発生器のように、ショートパス防止部51を有するクッション部材５０が配置されていた。

しかし、本願発明のガス発生器では、筒状フィルタとハウジングとの圧接部分の密着度が高いため、「ショートパス」を防止するための手段を別途配置する必要がない。このため、その分だけガス発生器を軽量化できることなる。

本発明の筒状フィルタは、多孔を有する金属板からなるものであり、金網やワイヤを多層に編んで圧縮成型したもの、ワイヤを多層に巻回したものと比べると、フィルタ自体を軽量化することができる。
さらに本発明の筒状フィルタをガス発生器に使用したとき、上記従来技術（特許文献１）のガス発生器のようなショートパス防止部材が不要になるため、その分だけ軽量化することができる。

本発明のフィルタの斜視図。図１のフィルタ構造の説明図。図２の部分拡大図。図１のフィルタの製造方法の説明図。他実施形態であるフィルタ構造の説明図。本発明のガス発生器の軸方向断面図。

（１）図１の筒状フィルタ
図１の筒状フィルタ１０は、端面１１ａ、１１ｂと周面１２からなり、図２で示す多数の孔２１、２２を有する金属板２０からなる複数層を有するものである。図２は、１層を形成する金属板（又は筒状金属板）２０を示している。

筒状フィルタ１０は、端面１１ａから高さ（長さ）h1（図１中では斜線で示している）の範囲（S1範囲）と、端面１１ｂから高さ（長さ）h1（図１中では斜線で示している）の範囲（S1範囲）の圧縮強度は同じである。

そして、残部の高さ（長さ）h2（＝H−2h1）の範囲（S2範囲）の圧縮強度は、S1範囲とは異なっており、S1＜S2の関係を満たしている。
なお、図１の筒状フィルタ１０では、フィルタを取り付けるガス発生器の構造に応じて、いずれか一端側にのみS1範囲を形成することもできる。

図２で示すように金属板２０は、h1の範囲（S1範囲）の孔２２の開口面積は、h2の範囲（S2範囲）の孔２１の開口面積よりも充分に大きくなっている。このため、S1範囲の単位面積当たりの開口面積（A1）は、S2範囲の単位面積当たりの開口面積（A2）よりも大きくなり、圧縮強度はS1＜S2の関係を満たしている。ここで、開口面積（A1）と開口面積（A2）は、A2／A1＝０．１〜０．６の範囲が好ましい。

図２に示す金属板２０の孔２１、２２は、図３の拡大図に示すような開口形状をしている。
金属板２０は、板厚０．４ｍｍの冷間圧延鋼板を用いることができる。例えば、JIS G 3351の規格において、板厚Ｔが０．０５〜０．６ｍｍ、刻み幅Ｗが０．３〜１．５ｍｍ、メッシュの短目方向の中心間距離ＳＷが１．５〜３ｍｍ、メッシュの長目方向の中心間距離ＬＷが１〜６ｍｍの平板状のラスメタルを用いることができる。

次に、図４（ａ）、（ｂ）により、図１に示すフィルタ１０の製造方法を説明する。
図１のフィルタ１０は、径の異なる筒状金属板を複数枚組み合わせて製造する方法、長尺状の金属板を端から巻いて製造する方法、複数枚の金属板を積層した後、円筒状に成形する方法等を適用できる。以下においては、長尺状の金属板を端から巻いて製造する方法を説明する。

図４（ａ）に示す金属板３０は、幅方向の両端側範囲（S1範囲に相当する）に大きな切り込み３２が多数形成され、中間範囲（S2範囲に相当する）に小さな切り込み３１が多数形成されている。
そして、金属板３０を長さ方向の両側（図中の矢印方向）に引っ張ることで、切り込み３１、３２の大きさに応じた孔（開口部）（図２参照）が形成され、フィルタ１０製造用の長尺状の多孔金属板（ラスメタル）２０となる。

次に、図４（ｂ）に示すように、長尺状の多孔金属板２０を端から巻いて行き、巻き終わり端部を溶接固定する。内径及び外径は、適用するガス発生器に応じて適宜調整する。

（２）図５に示すフィルタ製造用の金属板
図５は、図１に示す筒状フィルタ１０の製造用金属板として用いる長尺状のパンチングメタル４０の部分斜視図である。
パンチングメタル４０は、全面にわたって同じ径の孔４１が多数形成されているが、筒状フィルタ１０のS1範囲に相当する領域の厚み（t1）とS2範囲に相当する領域の厚み（t2）が異なっており、t1＜t2の関係を満たしている。なお、いずれか一端部側にのみS1範囲に相当する領域を設けることもできる。

厚み（t1）と厚み（t2）は、t1／t2＝０．３〜０．７の関係を満たすようにすることが好ましい。

図５では、厚み（t1）と厚み（t2）の間に段差があるが、厚み（t1）と厚み（t2）の間に段差が生じないように、連続的に厚みが変化するようにしてもよい。

図５では孔４１は同一径であるが、S1範囲に相当する領域とS2範囲に相当する領域で、孔の数、孔径を変えて圧縮強度を調整することもできる。

図５のパンチングメタル４０を用いた場合でも、図４に示すようにして筒状フィルタを製造することができる。

（３）図６に示すガス発生器
図６に示すガス発生器１００は、筒状フィルタ１０とショートパス防止部材がないことを除いては公知のものであり、例えば特開２０００−１９８４０９号公報の図１に示されたガス発生器と実質的に同じ構造にすることができる。

ガス発生器１００は、ガス排出口１１１が形成されたディフューザシェル１０１と、ディフューザシェル１０１と組み合わせてハウジング１０３を形成するクロージャシェル１０２から外殻が形成されている。ガス排出口１１１は、外気の進入を阻止するためシールテープ１２５で閉塞されている。

ハウジング１０３内には、内筒部材１１３がハウジング１０３と同心上（軸Ｘ）に配置され、その内側が点火器室１２３、外側に燃焼室１２２が形成されている。
点火器室１２３には、電気着火式点火器１０４と伝火薬１０５が収容されている。燃焼室１２２にはガス発生剤１０６が充填されている。

内筒部材１１３は、点火器室１２３と燃焼室１２２とを連通する伝火孔１２６を有しているが、作動前にはシールテープ１２７で閉塞されている。

燃焼室２２の外周側を包囲するように、図１で示す筒状フィルタ（クーラント・フィルタ）１０が配置され、筒状フィルタ１０は、ディフューザシェル１０１の天板１０１ａと、クロージャシェル１０２の底板１０２ａとの間にて圧接・固定されている。

このような状態に筒状フィルタ１０を取り付けるときには、例えば、次の手順で取り付ける。
（i）ディフューザシェル１０１に内筒部材１１３を溶接固定する。
（ii）ディフューザシェル１０１の天板１０１ａに筒状フィルタ１０を配置し、ガス発生剤１０６を充填した後、リテーナ１１８を内筒部材１１３に圧入する。
（iii）その後、ディフューザシェル１０１にクロージャシェル１０２を合わせた状態にて押しつけて、ディフューザシェル１０１の天板１０１ａと、クロージャシェル１０２の底板１０２ａとの間にて筒状フィルタを圧接・固定する。
（iv）その後、ディフューザシェル１０１とクロージャシェル１０２を溶接固定する。その後、内筒部材１１３内に伝火薬１０５を充填し、電気着火式点火器１０４を固定する。

筒状フィルタ１０の高さ（Ｈ）は、天板１０１ａと底板１０２ａ間の距離よりもわずかに長くなるように調整されており、かつ筒状フィルタ１０の両端面１１ａ、１１ｂ側に圧縮強度の小さいS1範囲があるため、上記した取り付け過程において、両端面１１ａ、１１ｂ側が押し潰される。
そして、このように筒状フィルタ１０の両端面１１ａ、１１ｂ側が押し潰されることにより、天板１０１ａ、底板１０２ａと密着される。
このため、ガス発生器１００が作動したときでも、筒状フィルタ１０の両端面１１ａ、１１ｂと天板１０１ａ、底板１０２ａの間から燃焼ガスがショートパスすることが防止される。
よって、金網やワイヤを多層に編んで圧縮成型したもの、ワイヤを多層に巻回したものと比べるとフィルタ自体を軽量化することができるだけでなく、エキスパンデッドメタル、ラスメタル、パンチングメタルから選ばれる多孔を有する金属板を用いたにも拘わらず、従来技術（例えば、特許文献１）のガス発生器のように、ショートパス防止部51を有するクッション部材５０を配置する必要がなくなるため、さらに軽量化することができる。

１０筒状フィルタ
１１ａ、１１ｂ端面
１２周面
２０多孔金属板
２１、２２孔

Claims

ガス発生器用の筒状フィルタであり、
前記筒状フィルタが、多孔を有する金属板からなる複数層を有するものであり、高さ方向の少なくとも一端側の所定範囲の圧縮強度（S1）が、前記S1の範囲を除いた部分の圧縮強度（S2）よりも小さくなるように設定されており、
前記多孔を有する金属板が、エキスパンデッドメタル、ラスメタル、パンチングメタルから選ばれるものであり、
前記S1の範囲が、前記両端側から全高さに対して５〜２０％までの長さ範囲である、ガス発生器用の筒状フィルタ。
前記S1と前記S2との差が、前記S1の範囲にある孔の単位面積当たりの開口面積が、前記S2の範囲にある孔の単位面積当たりの開口面積よりも大きくなるように設定されていることによる差である、請求項１記載のガス発生器用の筒状フィルタ。
前記S1と前記S2との差が、
前記S1の範囲にある孔の単位面積当たりの開口面積が、前記S2の範囲にある孔の単位面積当たりの開口面積よりも大きくなるように設定されており、かつ
前記S1の範囲の厚みが、前記S2の範囲の厚みよりも小さくなるように設定されていることによる差である、請求項１記載のガス発生器用の筒状フィルタ。
前記S1と前記S2との差が、前記S1の範囲の厚みが、前記S2の範囲の厚みよりも小さくなるように設定されていることによる差である、請求項１記載のガス発生器用の筒状フィルタ。
多孔を有する金属板が円筒状になるように複数回巻かれ、巻き終わり端部が溶接固定されたものである、請求項１〜４のいずれか１項記載のガス発生器用の筒状フィルタ。
請求項１〜５のいずれか１項記載のガス発生器用の筒状フィルタがハウジング内に収容された、固形ガス発生剤をガス源とするガス発生器であり、
前記筒状フィルタの高さ方向両端が前記ハウジング内壁面と圧接され、前記筒状フィルタの前記S1の範囲が軸方向に押し潰されることでハウジングに対して固定されており、
前記筒状フィルタと前記ハウジングとの圧接部分において、前記圧接部分から燃焼ガスが漏れ出ることを防止するための部材が配置されていない、ガス発生器。