JP2014069628A

JP2014069628A - インフレーター

Info

Publication number: JP2014069628A
Application number: JP2012215577A
Authority: JP
Inventors: Kengo Nakajima; 健吾中島; Keisuke Mori; 圭介森
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21
Also published as: US20140090572A1

Abstract

【課題】容量の大きなエアバッグを迅速に膨張させることができ、かつ、膨張完了後の内圧を長時間維持させることが可能なインフレーターを提供すること。
【解決手段】本発明のインフレーター１は、ハウジング３の内部に、加圧ガスＧ０と、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤１１と、を充填させて構成されるハイブリッドタイプである。ガス発生剤が、燃焼時に発生する熱量を、６０００〜１００００Ｊ／ｇの範囲内に設定される。加圧ガスと、ガス発生剤１１が燃焼して発生する燃焼ガスと、のモル比が、８０〜１３０の範囲内に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングの内部に、加圧ガスと、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤と、を充填させて構成されるハイブリッドタイプのインフレーターに関する。

この種のハイブリッドタイプのインフレーターは、エアバッグ装置において、エアバッグの膨張用に使用されるもので、作動時に、ガス発生剤を燃焼させて発生した燃焼ガスと、加圧ガスと、を、ハウジングの一端側に配置されるガス吐出口部から流出させて、エアバッグ内に流入させ、エアバッグを膨張させていた。従来、インフレーターとしては、燃焼時に、６０００〜１００００Ｊ／ｇの範囲内の熱量を発生するガス発生剤を用い、このガス発生剤と、不活性ガスのみからなる加圧ガスと、を、加圧ガスと、ガス発生剤が燃焼して発生する燃焼ガスと、のモル比を２０〜４０の範囲内の充填比で、充填させた構成のものがあった（例えば、特許文献１参照）。このインフレーターでは、燃焼時の発熱量が大きなガス発生剤を使用することにより、ガス発生剤の使用量を従来より少なくして、コンパクトで、かつ、ミストの発生を抑えていた。

特開２０１０−３６８１４公報

この従来のインフレーターは、加圧ガスを、０．９〜１．７mol程度充填させた構成とされるもので、膨張完了時の容積を２０〜３０Ｌ程度に設定されるエアバッグを膨張させる際に好適なものであった。

しかしながら、膨張完了時の容積が大きく、かつ、膨張完了後に内圧を長時間維持させる必要があるエアバッグ（例えば、頭部保護用のエアバッグ）に使用する場合、この従来のインフレーターを、膨張用ガスの発生量を増加させるために、単純に加圧ガスとガス発生剤とを、充填比を一定として、充填量を多くして転用すれば、必要な膨張用ガスの量は確保でき、また、エアバッグを迅速に膨張させることができるものの、ガス発生剤の充填量が多いことから、加圧ガスが必要以上に昇温されることとなり、膨張初期の内圧が高くなりすぎて、膨張完了後の内圧を長時間維持しがたい。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、容量の大きなエアバッグを迅速に膨張させることができ、かつ、膨張完了後の内圧を長時間維持させることが可能なインフレーターを提供することを目的とする。

本発明に係るインフレーターは、ハウジングの内部に、加圧ガスと、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤と、を充填させて構成されるハイブリッドタイプのインフレーターであって、
ガス発生剤が、燃焼時に発生する熱量を、６０００〜１００００Ｊ／ｇの範囲内に設定され、
加圧ガスと、ガス発生剤が燃焼して発生する燃焼ガスと、のモル比が、８０〜１３０の範囲内に設定されていることを特徴とする。

本発明のインフレーターでは、加圧ガスに対するガス発生剤の充填比を小さく設定していることから、作動時に、加圧ガスが必要以上に昇温されることを抑制できる。そのため、エアバッグを膨張させる際、エアバッグの膨張初期に内圧が必要以上に上昇することを抑制できることから、膨張完了後のエアバッグから膨張用ガスが漏れることを抑制できて、膨張完了後の内圧を長時間維持させることが可能となる。勿論、本発明のインフレーターにおいても、ガス発生剤として、燃焼時に大きな熱量を発生させるものが使用されていることから、燃焼時に、加圧ガスを瞬時に熱膨張させることができて、作動初期に、エアバッグを迅速に膨張させることもできる。そのため、本発明のインフレーターを、容量な大きなエアバッグに適用すれば、エアバッグを迅速に膨張させることができ、かつ、膨張完了後の内圧も長時間維持させることが可能となる。

したがって、本発明のインフレーターでは、容量の大きなエアバッグを迅速に膨張させることができ、かつ、膨張完了後の内圧を長時間維持させることができる。

本発明の一実施形態であるインフレーターの概略縦断面図である。実施形態のインフレーターを使用して膨張させたエアバッグの内圧と内部温度とを測定したグラフ図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明すると、実施形態のインフレーター１は、図１に示すように、内部に、加圧ガスＧ０と、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤１１と、を充填させて構成されるハイブリッドタイプとされるもので、実施形態の場合、外形形状を略円柱状としたシリンダタイプとされている。インフレーター１は、略円筒状の鋼製の金属パイプからなるハウジング３の一方の端部側に、吐出側口金部７を溶接等により固着させ、ハウジング３の他方の端部側に、スクイブ側口金部９を溶接等により固着させて、構成されるもので、ハウジング４の内部に加圧ガスＧ０を充填させ、スクイブ側口金部９に、ガス発生剤１１と、ガス発生剤１１に着火するスクイブ１０と、を保持させて構成されている。吐出側口金部７には、複数のガス吐出口７ｂを設けた頭部７ａが、突設されている。なお、実施形態のインフレーター１は、ハウジング３の長さ寸法を外径寸法の１１倍程度に設定された長尺状とされている。実施形態のインフレーター１では、ハウジング３は、容積を、１００〜２２０ｍＬ（望ましくは、１１０〜１５０ｍＬ）の範囲内に、設定されている。

ハウジング３において、吐出側口金部７とスクイブ側口金部９との境界部位には、それぞれ、ガス発生剤１１の着火に伴う内圧上昇や衝撃波の発生により破裂可能な破裂板１３，１４が、配置されている。これらの破裂板１３，１４は、ハウジング３側から閉塞するように、配設されている。また、ハウジング３の所定箇所（実施形態の場合、軸方向側の略中央）には、加圧ガスＧ０を充填させるための充填用開口４が、形成されている。この充填用開口４は、封止ピン５により封止されている。ハウジング３の内部には、加圧ガスＧ０が充填されている。実施形態の場合、加圧ガスＧ０としては、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスが、使用されている。アルゴンガスとヘリウムガスとの混合比は、モル比で、アルゴンを９割以上含有させることが望ましい。ヘリウムガスは軽く、エアバッグを構成する基布から抜けやすいことから、ヘリウムガスの配合量を多くした場合、エアバッグの膨張完了後に長時間内圧を維持し難いためである。実施形態では、加圧ガスＧ０は、５５〜６５ＭＰａの範囲内の充填圧で、ハウジング内に充填されている。

スクイブ１０は、スクイブ側口金部９内において、ハウジング３に設けられた破裂板１４と対向する位置に、配置されている。スクイブ１０は、詳細には、先端側をスクイブ側口金部９内に挿入させ、元部側をスクイブ側口金部９外へ露出させるようにして、スクイブ側口金部９内に収納されるもので、インフレーター１をエアバッグ装置として車両に搭載させた際に、元部側に、作動信号入力用の図示しないリード線を結線させたコネクタを接続させる構成である。このスクイブ１０は、実施形態の場合、内部に少量の燃焼ガスを発生可能な薬剤を収納させた構成とされるもので、インフレーター１をエアバッグ装置として車両に搭載させた際に、このリード線を介して、車両の制御装置に電気的に接続され、制御装置からの作動信号を受けて、内部の薬剤を燃焼させるように作動して、ガス発生剤１１を燃焼させることとなる。

ガス発生剤１１は、スクイブ側口金部９内において、スクイブ１０と破裂板１４との間の領域に、充填されている。ガス発生剤１１は、燃焼時に発生する燃焼ガスを、加圧ガスＧ０とともに、エアバッグの膨張用に使用可能とされるもので、具体的には、燃焼時の発熱量を、６０００〜１００００Ｊ／ｇの範囲内に設定されているものを使用する。発熱量が６０００Ｊ／ｇ未満では、燃焼時に発生する熱量が少なすぎて、加圧ガスＧ０を充分に熱膨張させることができず、所望の出力を得られないためであり、発熱量が１００００Ｊ／ｇを超えるものは入手が困難であるためである。

実施形態の場合、具体的には、ガス発生剤１１として、燃料と酸化剤と金属粉末とを、適宜、結合剤とともに混合して、所定形状に成形（実施形態の場合、球形）としたものを、使用している。燃料としては、トリアジン誘導体、テトラゾール誘導体、トリアゾール誘導体、グアニジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、及び、ヒドラジン誘導体等を例示でき、これらを、一種または二種以上を混合させて使用することができる。酸化剤としては、硝酸ストロンチウム、硝酸カリウム、硝酸アンモニウム、過塩素酸カリウム、酸化銅、酸化鉄、塩基性硝酸銅等を例示でき、これらを一種または二種以上を混合させて使用することができる。金属粉末としては、ホウ素粉末、マグナリウム粉末等を例示できる。金属粉末は、燃焼時の発熱量増大のために添加されているものであって、実施形態の場合、燃焼熱が高く、少量で大きな発熱量を得られる見地から、ホウ素を使用することが好ましい。結合剤としては、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、デンプン、ポリビニルアルコール、グアーガム、微結晶性セルロース、ポリアクリルアミド、ステアリン酸カルシウム等を例示でき、これらを一種または二種以上混合させて使用することができる。なお、結合剤としては、取扱性の見地から、水溶性のものを使用することが好ましい。

そして、実施形態のインフレーター１では、加圧ガスＧ０と、ガス発生剤１１と、が、加圧ガスとガス発生剤１１が燃焼して発生する燃焼ガスとのモル比（加圧ガス／燃焼ガス）を、８０〜１３０の範囲内とするように、内部に充填されている。加圧ガス／燃焼ガスのモル比が８０未満では、ガス発生剤１１の充填量が多すぎて、加圧ガスが必要以上に昇温されることとなり、使用時におけるエアバッグの膨張初期の内圧は迅速に上昇させることができるが、膨張完了後のエアバッグの内圧を長時間維持し難いためである。逆に、加圧ガス／燃焼ガスのモル比が１３０を超えると、ガス発生剤１１の充填量が少なすぎて、必要な熱量が得られないことから、加圧ガスを充分に昇温できず、使用時におけるエアバッグの膨張初期の所定の内圧を確保し難いためである。

実施形態のインフレーター１では、エアバッグ装置と共に車両に搭載された状態で、図示しないリード線を経て、制御装置から作動信号が入力されると、スクイブ１０が作動して、ガス発生剤１１が燃焼して燃焼ガスが発生し、発生した燃焼ガスによってスクイブ側口金部９の内圧が高まれば、破裂板１４が破裂して、ハウジング３内に燃焼ガスが流入することとなる。そして、この燃焼ガスによってハウジング３内の加圧ガスＧ０が加熱され、ハウジング３の内圧が高まれば、破裂板１３が破裂して、加圧ガスＧ０と燃焼ガスとが、膨張用ガスＧとして、吐出側口金部７に設けられたガス吐出口７ｂからインフレーター１外へ流出することとなり、エアバッグ装置のエアバッグを膨張させることとなる。

図２に、本発明の要件を満たしたインフレーターを用いて、エアバッグを膨張させた際のエアバッグの内圧とエアバッグ内の温度とを測定したグラフ図を、示す。この測定に使用したインフレーターは、ハウジング容積を１１４ｍＬに設定されて、長さ寸法Ｌ１を３５５ｍｍ、外径寸法Ｄ１を２６．２ｍｍに設定されるもので（図１参照）、ハウジング内に、アルゴンガスとヘリウムガスとをＡｒ／Ｈｅ＝０．９６／０．０４のモル比で混合させた混合ガスを、３．０mol、６０ＭＰａの充填圧で充填させ、ガス発生剤として表１に示す組成のもの（発熱量：６６００Ｊ／ｇ、燃焼ガス発生量：０．０３mol／ｇ）を、２．４ｇ充填させたものを、使用している。すなわち、このインフレーターでは、加圧ガスと、ガス発生剤が燃焼して発生する燃焼ガスと、のモル比（加圧ガス／燃焼ガス）は、１００となる。そして、このインフレーターを、常温・常圧下で作動させて、容積６０Ｌのエアバッグを膨張させて、内圧と内部温度とを、測定した。詳細には、通気度を１９．６ｋＰａ下（高圧法）で０．６Ｌ／ｃｍ²・minに設定されたノンコート布から形成されて、前後方向側の幅寸法を大きくした略長方形状のエアバッグの後端側に、インフレーターを接続させ、前後の中央付近で、内圧と内部温度とを測定している。

この測定試験結果では、エアバッグの内圧は、インフレーターの作動開始直後に急激に上昇して、５０ｍｓ後で略３８ｋＰａに到達し、最大となる。その後、エアバッグの内圧は、１００ｍｓ後で３５ｋＰａとなって、略一定で推移し、６０００ｍｓ（６秒）後にも、３４ｋＰａの値を維持している。また、エアバッグの内部温度は、作動前に常温（２３℃）であったのが、インフレーターの作動開始直後から急激に下がり始め、１００ｍｓ後で−３．６℃に到達し、その後緩やかに上昇して、６０００ｍｓ後に、１３．０℃となっている。

上記測定試験結果から、下記のようなことが推測できる。測定試験で使用されるインフレーター１は、長さ寸法Ｌ１を３５５ｍｍ、外径寸法Ｄ１を２６．２ｍｍとした長尺状とされており、加圧ガスＧ０を充填させたハウジング３の一端側に、スクイブ１０を配置させてガス発生剤１１を充填させ、他端側に、膨張用ガスＧを吐出させるガス吐出口７ｂを配置させている。そのため、作動初期に、ガス発生剤１１が燃焼して発生した燃焼ガスが、ハウジング３内に流入して、加圧ガスＧ０を加熱することとなるが、燃焼ガスは、長尺状のハウジング３内に充填される加圧ガスＧ０を、スクイブ１０側の領域から順に昇温させていくような態様となり、燃焼ガスが加圧ガスＧ０全体を昇温させる前（燃焼ガスの熱がガス吐出口７ｂ側に伝搬する前）に、ハウジング３内の内圧が高まり、ハウジング３とガス吐出口７ｂとを区画している破裂板１３が破裂して、ガス吐出口７ｂ側の領域に充填されて昇温されていない状態の加圧ガス（コールドガス）が、まず、膨張用ガスとしてエアバッグ内に流入し、このコールドガスがエアバッグ内で断熱膨張して、エアバッグ内の温度を急激に下げていると推測される。また、このとき、この測定試験に用いたインフレーター１では、ガス発生剤１１が、発熱量を６６００Ｊ／ｇに設定されていることから、燃焼開始時に、瞬時に高い熱量を発生することとなり、ハウジング３内においてスクイブ１０側に充填されている加圧ガスＧ０を迅速に熱膨張させることができて、昇温されていない状態の加圧ガス（コールドガス）を、迅速にエアバッグ内に流入させることにより、作動初期に、内圧を迅速に上昇させていると、推測される。そして、エアバッグは、作動開始から１４ｍｓで、膨張を完了させることとなる。このエアバッグは、通気度を、上述した如く１９．６ｋＰａ下（高圧法）で０．６Ｌ／ｃｍ²・minに設定されるノンコート布から形成されていることから、膨張完了後に、内部に流入した膨張用ガスが、基布を構成する糸目の間から漏れることとなるが、実施形態のインフレーター１では、燃焼ガスによって昇温された加圧ガスが、エアバッグ内に流入して、エアバッグ内に流入している膨張用ガスを熱膨張させることにより、漏れた分の膨張用ガスを補い、エアバッグ内の温度を徐々に上昇させると同時に、内圧を維持しているものと推測される。ちなみに、図２中のグラフに記載しているが、作動開始から１００００ｍｓ（１０秒）経過後のエアバッグの内圧は、３３ｋＰａに維持されており、内部温度は、１２．１℃である。

すなわち、実施形態のインフレーター１では、加圧ガスＧ０に対するガス発生剤１１の充填比を小さく設定していることから、作動時に、加圧ガスＧ０が必要以上に昇温されることを抑制できる。そのため、エアバッグを膨張させる際、エアバッグの膨張初期に内圧が必要以上に上昇することを抑制できることから、膨張完了後のエアバッグから膨張用ガスが漏れることを抑制できて、膨張完了後の内圧を長時間維持させることが可能となる。勿論、実施形態のインフレーター１においても、ガス発生剤１１として、燃焼時に大きな熱量を発生させるものが使用されていることから、燃焼時に、加圧ガスを瞬時に熱膨張させることができて、作動初期に、エアバッグを迅速に膨張させることもできる。

したがって、実施形態のインフレーター１では、容量を５０〜１００Ｌに大きく設定されたエアバッグを迅速に膨張させることができ、かつ、膨張完了後の内圧を長時間維持させることができる。

特に、実施形態のインフレーター１では、作動開始から６秒後まで、長時間内圧を略一定に保持でき、また、作動開始直後に内圧を迅速に上昇させることができることから、窓の上縁側に折り畳んで収納させたエアバッグを、窓を覆うように展開膨張させる構成の頭部保護エアバッグ装置用に好適であり、このようなインフレーターを使用すれば、車両の側面衝突時に、迅速に膨張させたエアバッグにより、乗員の頭部を保護することができ、その後、車両がロールオーバーした際にも、内圧を維持してクッション性よく膨張しているエアバッグによって、乗員の頭部を的確に保護することができる。

１…インフレーター、３…ハウジング、１０…スクイブ、１１…ガス発生剤、Ｇ０…加圧ガス、Ｇ…膨張用ガス。

Claims

ハウジングの内部に、加圧ガスと、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤と、を充填させて構成されるハイブリッドタイプのインフレーターであって、
前記ガス発生剤が、燃焼時に発生する熱量を、６０００〜１００００Ｊ／ｇの範囲内に設定され、
前記加圧ガスと、前記ガス発生剤が燃焼して発生する燃焼ガスと、のモル比が、８０〜１３０の範囲内に設定されていることを特徴とするインフレーター。