JP3019432U

JP3019432U - 摩擦溶接された膨張器の収納構造物

Info

Publication number: JP3019432U
Application number: JP1995005941U
Authority: JP
Inventors: ストレイカーク; ピー．ジョーダンマイケル; オルソンブレント
Original assignee: モートンインターナショナル，インコーポレイティド
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 1995-12-19
Anticipated expiration: 2001-06-15
Also published as: EP0687602A1; US5419578A

Abstract

(57)【要約】【目的】本考案は、エアーバッグ膨張システムのため
の膨張器の収納構造物に関する。【構成】膨張剤の収納構造物は、第１と第２のアルミ
ニウムの構造構成部品である拡散器と基部を含む。拡散
器構成部品と基部構成部品とは、異なるアルミニウム合
金から作られて且つ摩擦溶接されて改良された気密な膨
張器の構造物を提供する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ガスの発生器或いは膨張器に関する。このガスの発生器或いは膨張器は、車両の安全抑制装置の膨張可能な衝突保護用バッグを急激に膨張させるために、固体燃料のガス発生組成物の燃焼を利用する。さらに具体的には、本考案は、このような膨張器の収納構造物の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

膨張可能な衝突保護用装置の膨張器すなわち「エアーバッグ」拘束装置は、この装置から発生する機械的応力或いは熱的応力に耐える構造にする必要がある。自動車の重量減少に関する最近の要望が、軽量の「エアーバッグ」膨張装置の必要性をもたらした。このようなより軽量な装置は、収納箱及び他の構造構成部品を構成するにおいて、鋼よりもむしろアルミニウムを使用する。収納構造物にアルミニウムを利用した軽量膨張器の形状が、Gary V. Adams, Wilbur J. Ahlf, D onald J. Cunningham と David P. Dahle に付与され且つ本考案の譲渡人に譲渡された米国特許第４，５４７，３４２号に開示されている。類似のアルミニウムで作った収納箱が、Gary V. Adams, Wilbur J. Ahlf, George F. Kirchoff と R holand E. Lange に付与さた米国特許第４，５６１，６７５号及び Christopher W. Bolieau に付与さた米国特許第４，５６１，６７５号に開示され、双方は本考案の譲渡人に譲渡された。

【０００３】このような先行技術の膨張器の収納構造物は、第１のアルミニウム構造構成部品である拡散器と第２のアルミニウム構造構成部品である基部を有する。拡散器と基部とは一回の摩擦溶接作業で互いに溶接され、点火剤チャンバーと、燃焼チャンバーと、濾過するチャンバーとを形成し、この組立おいては、この全面に荷重を加えた状態で溶接される。

【０００４】膨張器内部の構成部品の幾つかは、空気中の湿度の影響を受けやすい。したがって、拡散器構成部品と基部構成部品とを互いに固定するための溶接部が気密すなわち密封されていない場合、この問題に直面する。各々の膨張器は、溶接部が気密であることを確認するための試験が行われる。これは、膨張器が基部に溶接される以前に拡散器にヘリウムを充填して、次にヘリウム検出器を使用してヘリウムが溶接部を貫通して漏れだすかどうかを検出する。ヘリウムの漏れ速度が予め決めた値以下であるならば、膨張器はその検査の漏れチェックに合格する。また、膨張器の収納箱は、必要な強度特性を有するかどうかを測定するために試験される。これは破壊試験を含むので、全ての膨張器を実際に試験することはできない。したがって、統計的手段を通して、破壊試験をしない部品が確実な溶接部であるという信頼を与えられる経歴を確立する必要がある。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、米国特許第４，５４７，３４２号及び米国特許第４，５７８，２４７号に記載されるような摩擦溶接した形式の膨張器の収納構造物を改良し、且つより良好な漏れ速度性能を有する膨張器が得られるように改良を行うことである。

【０００６】本考案のもう一つの目的は、非常に信頼性のある安全装置の標準に適合して、同時に低価格で高作業速度で製造することができるような、改良された膨張器の収納構造物を提供することである。本考案のもう一つの目的は、改良した摩擦溶接がされた膨張器の収納構造物を提供することであり、収納構造物は、異なる合金材料で作った拡散器構成部品と基部構成部品とを有する。

【０００７】本考案のもう一つの目的は、改良した摩擦溶接がされた軽量アルミニウム膨張器の収納構造物を提供することであり、より大きい応力を受ける収納構成部品は、より低い応力を受ける構成部品より高い強度の材料から作られる。膨張器の強度は、重要な設計特性である。圧力容器の筒方向の応力は、長さ方向の応力の２倍であるので、最も大きな応力を受ける所は、最も大きな強度を有するのが望ましい。

【０００８】さらに本考案のもう１つの目的は、改良された気密シール、すなわち改良された漏れ速度性能を有する膨張器の収納箱を提供するための摩擦溶接方法を提供することである。本考案の具体的な目的は、７１２９アルミニウム合金の拡散器構成部品と６０６１アルミニウム合金の基部構成部品とを含む摩擦溶接された膨張器の収納構造物を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案のこれらの目的及び他の目的を達成するには、第１の構造構成部品と第２の構造構成部品すなわちシェル、具体的には第１のシェルすなわち拡散器シェルと、第２のシェルすなわち基部シェルとを有するガス発生器の収納構成物を提供することである。双方のシェルは鍜造、熱処理、最後に機械加工することができる。拡散器構造構成部品は、第１の半組立品を形成して複数の同心筒部を有し、筒部は第１の共通の壁から延長して発生器の構造壁を形成し、且つ膨張させるエアーバッグ構造物への膨張ガスの通路である出口開口部またはポート穴を与える。基部構造構成部品は、第２の半組立品を形成して複数の同心筒部を有し、筒部は第２の共通の壁から延びて膨張器の構造壁を形成し、且つその間に少なくとも２つの同心の筒部を形成するために、拡散器の同心筒部に対してうまく突き合わさる表面部を設ける。本考案にしたがって、拡散器シェルの少なくとも２つの同心筒部は、１回の摩擦溶接作業により、基部シェルの同心で突き合わさる表面部と同時に接合される。

【００１０】本考案を示す考案の詳細な説明は、明細書の一部分をなす添付図面を参照して次に述べる。

【００１１】

【作用及び実施例】

本考案に従うガスの発生器または膨張器の組立物は、図１と２に示すように、一般に筒状の外部輪郭を有し、且つ二つの構造構成部品を含む収納構造物１２を有する。図２に示すような二つの構成部品は、上部シェルすなわち拡散器１４と、下部シェルすなわち基部１６とからなり、１８、２０および２２で示される３つの同心の摩擦溶接部により接合され、膨張器の組立物１０の収納構造物１２を形成する。本考案の特徴は、３つの摩擦溶接部が一回の溶接操作で同時に実施されることである。好ましい実施態様の記載には、３つの同心筒状部を有する膨張器の構造物が示されるけれども、本考案は、複数すなわち２つ以上の同心筒状部含む膨張器の収納構造物にも向けられる。

【００１２】拡散器１４は、３つの同心筒状部２４、２６および２８を鍜造することにより形成することができ、個々の筒状部は拡散器１４の共通の平らな上部壁から下方に向かって伸び、基部１６と共に個々に離れた溶接部界面を形成する。内側筒状部２４、壁３０と基部１６と連携した中間筒状部２６は、トロイド状の形状、具体的には燃焼チャンバー３４を有する内側チャンバーを形成する。中間筒状部２６、壁３０および基部１６と連携した外側筒状部２８は、またトロイド状の形状を有する外側チャンバー３６を形成する。筒状部２４、２６および２８の各々は、所定の空間を成す複数の排気開口部或いはポート３８、４０および４２をそれぞれ有し、発生或いは膨張したガスがそれを通って保護エアーバッグ（図示せず）へと流れて充満する。基部１６は、乗員を保護する車両に膨張器組立物１０を取り付けるために使用する境界面取り付けフランジ４４を有する。

【００１３】点火剤物質４８を収納して破裂可能に閉じられたアルミニウム容器４６を有する点火剤装填組立物４５が、点火剤チャンバー３２内に配置される。容器の底５１に形成された窪みまたは空洞５０を有する容器４６は、湿気に対して気密にシールされ、且つ保持リング５２によりチャンバー３２内に保持される。保持リング５２は、窪み５０を有する容器４６の底５１に嵌め込める形状を有し、容器と一緒にプレス圧入してチャンバー３２の端部に装入できる。容器４６は、容器の頂部にセラミックのファイバーを望ましく含むクッション及びスペーサー物質５４により壁３０の内側表面の間の空間部に保持される。

【００１４】種々の火工物質が点火剤物質４８として使用されるが、好ましい物質は、２５ｗｔ％の臭素と７５ｗｔ％の硝酸カリウムの顆粒状混合物である。この混合物は、非常に熱い炎を挙げて燃焼することが分かっていて、以後に記載されるように、膨張器の組立物１０内で使用される固体燃料のガス発生物質を点火するために適切である。

【００１５】起爆剤５６は、容器４６の窪み５０内に延びる。図示されるように起爆剤５６は、円錐形状に成形された下側部分を有し、この円錐形状に合致するように形成された上側部分を有する穴５８に装填され、穴５８は基部１６内の中央の位置に設けられる。起爆剤５６は、基部１６内の穴５８の上側端部に形成されたクリンプ６０により穴５８の中に保持され、且つ起爆剤５６の円錐形状に形成された上側部分と重なりあって嵌め合わさる。起爆剤５６は、一対の電圧を印加する電気端子（図示せず）を有する従来の電気導火線でよくて、外部の衝突検出手段（図示せず）にプラグイン接続で適合する。

【００１６】燃焼速度、無毒性及び火炎温度の必要条件に適合する多数の組成物のいずれかの１種であるガス発生物質の組成物が均一分布したピッレト６２は、トロイダル状の燃焼チャンバー３４内に収納される。使用できる１種の組成物は、Fred E. Schneiter 及びGeorge F. Kirchoffに付与された米国特許第４，２０３，７８７号に開示されている。好都合に利用できる他の組成物は、Graham C. Shawに付与された米国特許第４，３６９，０７９号に開示され、この特許は本発明の譲渡人に譲渡されている。

【００１７】ペレット６２は、筒状の内側スクリーンパック或いは燃焼チャンバーのフィルター６４によって取り囲まれる。図２に示されたように、内側スクリーンパック６４は、同心筒状部２６の内側表面に隣接する粗いスクリーン層６６を望ましく含んでもよい。図２に示すように、３つの同心筒状部２４、２６及び２８と合致する基部１６の同心境界面領域には、それぞれ短い同心状スタブ７２、７４及び７６を備える。スタブ７２、７４及び７６は、同心筒状部２４、２６及び２８に合致する基部１６の境界面として図３に図示されている。

【００１８】摩擦溶接部１８、２０及び２２を形成する時、それぞれ７８、８０及び８２で示されるフラッシング部は、本考案の各々の実施態様においては、同心筒状部２４、２６及び２８の端部付近に形成されることが注目される。図２に示されるように、外側のトロイダル状のチャンバー３６内には、アルミニウムの偏向リング８４が設けられる。偏向リング８４は、フランジの上端部で内側に向かって湾曲したフランジ８６と一緒に形成される。外側スクリーンパック或いはフィルター９０がトロイダルチャンバー３６内に収容される。スクリーンパック９０は、筒状部２８の内側表面に隣接して粗い層９２を望ましくは有してもよい。

【００１９】本考案にしたがって、収納構造物１２は、ガス発生物質６２の燃焼により発生する高圧膨張ガスを入れるための構造物を与える。膨張器組立物１０の作動は、衝突検知器（図示せず）から起爆剤５６への電気信号で開始する。起爆剤が、発火して点火剤物質４８を保持する閉じられたアルミニウム容器４６に突き進む。点火剤物質４８は燃え上がり容器４６の壁を貫通して破壊し、内側の筒状部２４の出口開口部３８を通ってトロイダル燃焼チャンバー３４に向かって流れ込む。熱い点火剤のガスは、窒素の膨張器ガスを放出するガス発生ペレット６２を点火する。これらのガスはスクリーンフィルターパック６４を通って流れ、且つ燃焼チャンバーの出口開口部４０を通って半径方向外側に向かって流れる。スクリーンフィルターパック６４は、膨張器のガスを冷却すること及びガスから微粒子状の残留物を取り除くことに役立つ。ガスは燃焼チャンバー開口部４０を出ていくので、図２に示されるように、ガスは、偏向リング８４により下方に向かって方向が変えられ、そこでガスは中間筒状部の摩擦溶接部２０のフラッシング部８０に突き当たる。フラッシング部８０はガス流を妨げるのに役立ち、さらに排気ガスから微粒子物質を取り除くのに役立つ。その後、膨張ガスは、偏向リング８４内の開口部８８を通り抜けて外側半径方向に流れ、そして偏向リング８４の間の環状空間に当たり、スクリーンパック９０内に流れ込み、スクリーンパックを通り抜けて最終的に出口開口部或いはポート穴４２を通り抜けて外側半径方向に流れ込む。外側スクリーンパック９０は排気ガスをさらに冷却すること及び微粒子物質を除去することに役立つ。

【００２０】さらに本考案にしたがって、膨張器は全面に負荷された状態で溶接される。摩擦溶接操作の際に、点火剤物質４８、ガス発生ペレット６２、内側スクリーンパック６４、偏向リング８４、及び外側スクリーンパック９０を含んでいて、加圧された拡散器１４の組立物は、摩擦溶接装置内に動かないように保持される。摩擦溶接する工程において、基部１６は障害なしに回転部質量に接続されて、その後拡散器が基部に向かって大きな軸方向力でもって押しつけられる。基部は、クラッチ手段（図示せず）で駆動される動力により約３０００ｒｐｍの典型的な速度に回転される。このような速度の達成されると、クラッチが動力源を分断するために作動して、障害なしに回転する基部は拡散器に接触させられるのでので、同心状スタブ７２、７４及び７６は、拡散器１４の３つの同心筒部２４、２６及び２８の各々の結合部の下側の端部と接触する。回転部質量からのエネルギーは摩擦熱に変換される。部品の温度が所定の温度に達したとき、部品が互いに溶接される。この溶接工程は、僅か数百分の１秒間で実施される。圧力は、短期間、例えば、１〜２秒の間、溶接部１８、２０及び２２が凝固できるまで保持される。

【００２１】最近の溶接機に対して推奨される溶接因子は次のとおりであり、すなわち、目標２６５０でもって、２０００ＲＰＭより大きく３５００ＲＰＭ未満２６００ＰＳＩ（１８２．８ｋｇ／ｃｍ²）０．８５〜０．１２０の範囲でもって目標０．１０５のアップセット、ＲＰＭは、このアップセットの必要条件に応じて変化させる必要がある。溶接をする工程時に、フラッシング部７８、８０及び８２は、筒部２４、２６、２８と基部１６との間のそれぞれの境界面に作りだされる。溶接フラッシング部は、流出ガス内の粒子レベルを下げる働きをする。

【００２２】摩擦溶接される膨張器内の拡散器構造構成部品と基部構造構成部品とを制作するのに用いられる種々の物質は、改良された気密シールすなわち改良された耐漏洩性を示し且つ溶接部の両面の物質をより平滑な流れにする溶接部を与えることが発見された。拡散器構成部品と基部構成部品とに用いられる種々の合金材料は、溶接部アップセットを増加させ且つ溶接部漏れ部分を減少させるという発見となり、すなわち良好な溶接部強度が維持される。用いられる種々の合金材料は、異なる熱処理を受けた合金材料、及び／或いは異なる合金構成成分有するか又は同一の合金成分であるが所定の数値範囲で異なる合金パーセントを有する合金材料とを使用することを含む。軽量の膨張器を作るために有益であることが確認された合金材料の例は、６０００及び７０００系のアルミニウム合金である。

【００２３】収納箱を作るための種々の合金材料の個々の良好な組合せは、拡散器に対しては７１２９アルミニウム合金及び基部に対しては６０６１アルミニウム合金であることが分かった。使用された拡散器の材料は、次の最低限の性質を有する改良７１２９アルミニウムであり、すなわち、最大引張り強度：６０ｋｓｉ（４２．１８ｋｇ／ｍｍ²）耐力：５３ｋｓｉ（３７．２６ｋｇ／ｍｍ²）伸び：１２％熱処理：Ｔ６処理用いた基部の材料は、次の最低限の性質を有する改良６０６１アルミニウムであり、すなわち、最大引張り強度：５０ｋｓｉ（３５．１５ｋｇ／ｍｍ²）耐力：４２ｋｓｉ（２９．５６ｋｇ／ｍｍ²）伸び：１５％熱処理：Ｔ６処理Ｔ６焼き戻し規格は、溶体化熱処理を施して、次に人工時効を施した製品に適用する。６０６１アルミニウム合金の公称組成（ｗｔ％）は、０．４〜０．８％Ｓｉ０．１５〜０．４％Ｃｕ０．８〜１．２％Ｍｇ０．０４〜０．３５％Ｃｒ残部Ａｌ＋不純物７１２９アルミニウム合金の公称組成（ｗｔ％）は、０．５〜０．９０％Ｃｕ１．３〜２．０％Ｍｇ４．２〜５．２％Ｚｎ残部Ａｌ＋Ｔｉ又はＺｒが個々に或いは混合して０．２５％を越えることがない規定の不純物７１２９拡散器に溶接された６０６１基部材料を含んでなる膨張器ユニットの検査では、ヘリウム漏れチェックを通過するユニットは１００％であった。これらの膨張器ユニットを流体破裂試験機で試験した場合、膨張器の強度は受けいられる測定値であった。

【００２４】さらに実例としてであって、しかし限定するものでないが、その他の拡散器と基部との合金組み合わせが以下に示されることに注目される。 ──────────────────────────────── 拡散器基部 ──────────────────────────────── ６０７０＊、７１２９、７４２５６０６１又は別の６０６１６０６１、７１２９、７４２５６０７０又は別の６０７０６０６１、６０７０、７４２５７１２９又は別の７１２９６０６１、６０７０、７１２９７４２５又は別の７４２５ ──────────────────────────────── ＊アルミニウム協会規格

【００２５】

【考案の効果】

上記のように改良された膨張器の収納構造物は、本考案にしたがって提供され、拡散器構成部品と基部構成部品にそれぞれ異なる合金材料が使用され且つ安全装置に必要な高信頼性規格に適合し、同時に高生産速度で製造できるので低価格がもたらされた。

【００２６】本考案の詳細な説明に関して、当業者には、本考案の精神から離脱すること無く本考案を改良できることが認識されるであろう。したがって、本考案の分野は図示され且つ記載された具体的な実施例に制限することを意図するものでない。むしろ、本考案の分野は、先の請求の範囲及びそれらと同等なものにより定められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本考案で実施する改良されたガス発生
装置の上部の平面図である。

【図２】図２は、図１の２−２線に沿った図１のガス発
生装置の横断面図である。

【図３】図３は、図１の膨張装置のための基部の形状を
示す断面図である。

【符号の説明】

１０…膨張器組立物１２…収納構造物１４…拡散器または上部シェル１６…基部または下部シェル１８…同心摩擦溶接部２０…同心摩擦溶接部２２…同心摩擦溶接部２４…内側筒状部または同心筒状部２６…中間筒状部または同心筒状部２８…外側筒状部または同心筒状部３０…壁３２…点火剤チャンバー３４…燃焼チャンバー３６…トロイダルチャンバーまたは外側チャンバー３８…排気開口部、出口開口部またはポート４０…排気開口部、出口開口部またはポート４２…ポート穴４４…膨張器取り付けフランジ４５…点火剤装填組立物４６…アルミニウム容器４８…点火剤物質５１…底５２…保持リング５６…起爆剤５８…穴６０…クリンプ６２…ペレット６４…スクリーンフィルターパック６６…スクリーン層７２…短い同心のスタブ７４…短い同心のスタブ７６…短い同心のスタブ７８…フラッシング部８０…フラッシング部８２…フラッシング部８４…偏向リング８６…湾曲したフランジ８８…開口部９０…スクリーンフィルターパック９２…粗い層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者マイケルピー．ジョーダンアメリカ合衆国，ユタ 84010，バウンティフル，ナンバー４，ノースメインストリート 1191 (72)考案者ブレントオルソンアメリカ合衆国，ユタ 84015，クリアフィールド，ウエスト 1042 サウス 25

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】膨張可能な車両の衝突保護バッグを膨張
させるためのガス発生用の膨張器の収納構造物であっ
て、二種の異なるアルミニウム合金材料からそれぞれ作られ
た拡散器構造構成部品と基部構造構成部品を含んでな
り、前記拡散器構造構成部品は、共通の壁から延びて複数の
同心チャンバーを画成する複数の同心筒部を有し、前記基部構造構成部品は、取り付けフランジを有し且つ
前記拡散器構造構成部品の同心筒部に対して同心の突き
合わせ表面部を備え、及び前記拡散器構造構成部品の同
心筒部は、前記基部構造構成部品の突き合わせ表面部に
溶接されている膨張可能な車両の衝突保護バッグを膨張
させるためのガス発生用の膨張器の収納構造物。
【請求項２】前記収納構造物のより高い応力が加わる
前記構成部品が、より低い応力が加わる前記構成部品の
合金材料より高い強度のアルミニウム合金で作られてい
る請求項１記載の膨張器の収納構造物。
【請求項３】前記拡散器構造構成部品が７１２９アル
ミニウム合金で作られている請求項１記載の膨張器の収
納箱構造物。
【請求項４】前記基部構造構成部品が６０６１アルミ
ニウム合金で作られている請求項１記載の膨張器の収納
構造物。
【請求項５】前記拡散器構造構成部品と前記基部構造
構成部品が摩擦溶接部で接合されている請求項１記載の
膨張器の収納構造物。