JP3616240B2 - 火工式ガス発生器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，火工式ガス発生器の分野に関する。より詳しく言えば、本発明は、膨張式のクッションを使用する保護装置において特に使用することができるロバ（Ｌｏｖａ）タイプの、プラスチックで結合した粉末の固形装薬を含む火工式ガス発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
保護クッションを膨らまそうとする火工式ガス発生器は、発生器内の圧力が時期を得ずに増大することによるいかなる爆発の危険も引き起こすことなしに、所望される量のガスを非常に短い、最長で数十ミリ秒ほどの時間で、供給しなくてはならない。
【０００３】
通常の火工式発生器は一般に、ニトロセルロースとニトログリセリンとを基にした、ダブルベース粉末とも呼ばれる、推進薬粉末か、あるいはアジ化ナトリウムを基にした推進薬粉末からなる固形装薬を含む。
【０００４】
これらの推進薬組成物は両方とも、容易に点火可能でありそして燃焼速度が早いという利点を示す。ダブルベース粉末はまた、自動車の安全上の作動範囲内の圧力にそれほど依存しない燃焼速度を有するので、それゆえこれらの組成物は、発生器内の超過圧力の結果として生じる燃焼速度の暴走に関連する発生器の爆発の危険を少しも引き起こさない。アジ化ナトリウムを基にした組成物の燃焼速度は、もっと圧力に敏感である。これらの組成物を用いる発生器の爆発の危険を回避するために、様々な安全対策が提案されている。例えば、米国特許第４０６６４１５号明細書には、燃焼室内の圧力が所定の値を超えると開く補助安全弁を発生器に装備することが提案されているが、この補助安全弁は燃焼ガスのための標準の出口孔ではない。
【０００５】
米国特許第３８９７９６２号明細書には、燃焼ガスのための出口孔に、発生器内が超過圧力になった場合にガスの出口部分が広がるのを可能にするよう前もって分割した線を含むノズルを備えつけることも提案されている。
【０００６】
最後に、複数の連続した燃焼室を備えた発生器について、ヨーロッパ特許出願公開第０４０４５７２号明細書には一つの燃焼室がもう一つのものにより再昇圧されるのを防ぐため発生器に逆止弁を備えつけることが提案されている。
【０００７】
しかし、従来のダブルベース組成物あるいはアジ化ナトリウムを含むそれらには、当業者にとっての大きな不都合がある。もっとはっきり言えば、ダブルベース組成物は、克服と制御が困難であるニトログリセリンが移動するという現象の結果として、時間がたつうちに安定性が落ちてくる。更に、アジ化ナトリウムを基にした組成物は、ガスが膨張式クッションに入る前にフィルターで除去しなくてはならない固形残留物を大量に生じさせる。
【０００８】
これらの理由から、当業者は何年間も、主として有機結合剤と有効な装填剤とからなり、長時間にわたり化学的に安定でありそしてその有効装填剤を適切に選べば固形残留物を生じさせないという二つの利点をもたらす、プラスチックで結合した粉末を基にした組成物を使用するために、これらの従来の組成物を見捨てようとしてきた。そのような組成物は、機械的又は熱的な衝撃による攻撃を受けにくい（ｌｏｗ ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ）ことから、ロバ（Ｌｏｖａ）という英語の名称でも知られている。
【０００９】
しかし、プラスチックで結合した火工装薬を用いることは、当業者に二重の問題を提起する。一方において、これらの組成物は周囲の圧力に敏感である燃焼速度を有し、そして発生器は超過圧力に備えて安全装置を装備しなくてはならないが、他方において、これらの組成物は点火するのが難しく、そして点火時の圧力のどのような低下にも非常に敏感である。従って、これらの新しい装薬はそれらが働き始めるときに消火することになるという危険を冒すので、全てが燃焼の際に正規に機能するよう最初から校正されるガスの出口孔を使用することに頼る上述の安全対策は、これらの新しい装薬に適用することができない。
【００１０】
そのような装薬の点火の問題を制御するため、ヨーロッパ特許出願公開第０５７０３４７号明細書に、出口孔が、装薬の消火を防ぐよう点火の際に内部圧力が低下する場合に再び閉じることができる弁を備えた発生器が提案されている。この解決策は、自動車の安全のために必要とされる数ミリ秒の作動時間内で信頼できるよう制御するのには技術的に大変扱いにくくて、経費がかかり、そして中でも、それは点火が成功したならば燃焼中に超過圧力になる危険の問題を全然制御しない。
【００１１】
従って、プラスチックで結合した固形の火工装薬を用いようとする当業者は、現時点では、自動車の安全性により要求される必須の時間の要件内で、装薬の良好な点火と装薬の燃焼の際の内部の超過圧力に関連する危険が存在しないこととの両方を保証する発生器を利用できていない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、はっきり言ってそのような発生器を提案することである。従って、本発明は、ガス出口の開口を備えた中空体と、点火装置と、そして主とて有機結合剤及び有効な装填剤からなる「ロバ（Ｌｏｖａ）」タイプの火工装薬とを含み、当該装薬の燃焼速度が、それがさらされる圧力が値Ｐｏより高い場合に所定の最小値に達する、とりわけ自動車の安全向けの、火工式ガス発生器であって、当該ガス出口の開口がガスを排出するための装置により閉じられていて、この装置は、当該発生器の内部圧力Ｐｃが上記圧力Ｐｏより高い場合に破裂するカバーにより閉じられた、それを横切る円筒状の孔を有する構成要素を含んでおり、この円筒状の孔の内径が、当該カバーが開くときの当該発生器内の圧力の瞬時の低下がＰｃ−Ｐｏの差よりも少なくなるように計算されていて、上記構成要素が更に、当該装薬の燃焼ガスの流動の作用を受けて浸食することができる材料製であることを特徴とする火工式ガス発生器に関する。
【００１３】
このように、本発明により、発生器の内部圧力が燃焼の予め定められた最小速度を保証する限界圧力Ｐｏを超えたときにのみ、カバーの破裂により外側へ開放する閉鎖容器内で、プラスチックで結合された装薬の点火が保証される。更に、円筒状のガス出口の孔の初期の直径は、カバーが開いた後に発生器の内部圧力がこの限界圧力より低い圧力に低下しないように計算される。こうして、本発明による発生器は、点火時に装薬が消火するという危険を回避する。その後、作動の過程において、発生器内の超過圧力の危険は、燃焼ガスを排出するための孔の断面が燃焼ガスの浸食効果のために漸進的に増大するという事実によって解消される。
【００１４】
本発明の第一の好ましい態様によれば、上記の浸食可能な構成要素は、中央部に円筒状の孔を有する円筒状リングの形をしている。この浸食性のリングは、やはり好ましくは、ポリアミド、ポリエーテル及びポリカーボネートからなる群から選ばれた樹脂で製作される。この樹脂にはガラス繊維あるいは炭素繊維を充填してもよい。
【００１５】
本発明の第二の好ましい態様によれば、上記の中空体は、一方の端部が実質的に平らな壁からなりそして他方の端部が点火装置を支持する閉鎖リングにより閉じられた円筒状のケーシングからなる。この閉鎖リングは、有利には、当該ケーシングの開放端部にはめ込むことにより固定される。やはり有利には、上記のガス出口の開口は上記の実質的に平らな壁により支持された中央の円筒状の開口である。特に好ましい別の形態において、この円筒状のガス出口の開口は、発生器の外側からその内側に向かって、大きな直径の外側部分、小さな直径の中間部分、そして中間の直径の内側部分を有し、そしてそれに上記の円筒状リングが配置され、このリングの中央の円筒状の孔はガス出口の開口の中間部分のそれより初期の直径が小さくなければならない。この態様では、ガスを排出するための装置は単純に、特別な形状寸法の開口と、浸食性のリングと、そして後ほど説明するカバーとからなる。このリングは、一般に、円筒状ガス出口の開口の内側部分の内部に接着して結合される。この態様では、浸食性リングの中央の孔は最大でガス出口の孔の中間部分の断面と同じ断面に達することができるということに注目すべきである。こうして、この態様は、リングの浸食がガス出口の開口の構造によって制限されるので、非常に浸食性の材料を使用するのを可能にする。
【００１６】
この態様においてやはり有利には、初めにガス出口の孔を閉じているカバーは上記の実質的に平らな壁の内面に対して接着結合することにより、溶接することにより、あるいはろう付けすることにより固定された金属シートからなる。この金属シートは、打ち抜き又は延ばした構成要素の形にすることができ、そしてそれは閉鎖リングによりケーシングにはめ込んで所定の箇所に保持される。
【００１７】
本発明の第三の好ましい態様によれば、ロバ（Ｌｏｖａ）タイプの火工装薬を形成するための好ましいプラスチック結合火工組成物は、酸素を含有する熱可塑性結合剤と、酸化性装填剤としての硝酸アンモニウムと、可塑剤としてのグリシジルアジドポリマーを基にした、フランス特許出願公開第２７１３６３２号明細書に記載されたものか、あるいはシリコーン結合剤と、過塩素酸アンモニウム及び硝酸ナトリウムの混合物とを基にした、フランス特許出願公開第２７２８５６２号明細書に記載されたものである。
【００１８】
それらの構造の結果として、またプラスチックで結合した火工装薬を用いることの結果として、本発明による発生器は、長い時間にわたる非常に高い保存の信頼性と、そして非常に高い作動の信頼性の両方を示す。更に、本発明による発生器は、固形残留物を生じさせず、あるいは非常に少量のみ生じさせ、従ってそれらは複雑なフィルター系を少しも必要としない。その上、これらの発生器は高温での燃焼中において、すなわち＋８５℃でなされる燃焼中において、感受性がより低い。本発明による発生器は、自動車の搭乗者用の保護クッションを膨張させようとする火工式発生器として直接使用することができ、あるいはもっと複雑な発生器、例えば加圧下のガスの蓄えを組み入れたいわゆる「混成（ハイブリッド）」発生器の火工式構成要素として間接的に使用することができる。
【００１９】
次に、本発明の好ましい態様の実例を、図１〜３を参照して詳しく説明する。
【００２０】
本発明による発生器１は、端部のうちの一方のものを実質的に平らな壁３により取り囲まれた円筒状のケーシングからなる中空の本体２を含む。この本体２の他方の端部には閉鎖リング４がはめ込まれている。この閉鎖リング４は、発生器１の内側に向けられた中空円筒状のネック５により拡張された中央の孔を有し、そしてそれに電気点火器６がはめ込まれている。この点火器６は、追加の点火用粉体８を入れたばらばらになりやすい金属キャップ７に取り囲まれている。点火器６は、このキャップ７及び粉体８とともに、発生器１の点火装置を構成している。孔あきの円筒状の金属グリッド９が、この点火装置の周りにぴったりはまっていて、発生器内に中央点火室１０と環状の燃焼室１１とを形成している。環状の燃焼室１１には、プラスチックで結合された火工組成物の粒子（グレイン）１２の装薬が入っており、これらの粒子は固定手段１３によって支持されている。これらの粒子１２は、１又は２以上の溝がありそして燃焼するための０．５〜２．５ｍｍの厚み、又は「ウェブ」を有する円柱状の粒子である。上記の組成物は、結合剤としてのセルロースアセトブチレートを基にした、ニトロアミン入りの組成物である。これらの条件において、上述の圧力Ｐｏは一般に１５〜３０ＭＰａである。
【００２１】
より詳細には図２を参照すれば、発生器の実質的に平らな壁３は中央部の円筒状の開口であるガス出口開口１４を含むことが分かる。この開口１４は、大きな直径の外側部分１４ａと、小さな直径の中間部分１４ｂと、そして中間の直径の内側部分１４ｃとを含む。中間の直径の内側部分１４ｃには、中央部の円筒状の孔１６を有する円筒状リングの形をした浸食可能な構成部品１５が接着して、例えば「ロクタイト（Ｌｏｃｔｉｔｅ）」タイプの接着剤を用いて、結合されている。
【００２２】
この浸食性のリングは、ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との縮合により得られるポリアミドに３０重量％の割合でガラス繊維を充填したものから製作される。
【００２３】
実質的に平らな壁３の内面には、金属シート１７が接着による結合で固定される。このシート１７は、リング１５によりもたらされる孔１６を閉じるカバーを形成する。このシート１７の厚さは、こうして形成されたカバーが粒子１２の点火の結果として生じる発生器内の圧力Ｐｃが先に明らかにされた圧力Ｐｏより高い所定の圧力に達したなら破裂するように決定される。更に、浸食性のリング１５によりもたらされる孔１６の内径は、シート１７からなるカバーが開く瞬間における発生器１内の圧力の瞬時の低下がＰｃ−Ｐｏの差より小さくなるように計算される。このように、その構造によって、発生器１は点火の際の火工装薬の定められた燃焼速度を確保しそしてその消火を回避するのに十分な圧力を保持するのを保証する。作動時には、高温ガスが孔１６を通って発生器１から出て、孔１６の壁１８を浸食する。孔１６の直径は、ガス出口孔１４の中間部分１４ｂの直径に一致する制限値に至るまで増大する。動作の過程における孔１６の直径のこの増大は、動作の過程における危険な超過圧力を回避することを可能にする。従って、これを行うために、孔１６の内径はガス出口孔１４の中間部分１４ｂの直径よりも小さいことが絶対に不可欠である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発生器の断面図である。
【図２】図１に示した発生器の本体の一部を形成する円筒状ケーシングの断面図である。
【図３】図１に示した発生器で使用する、浸食性リングの形をした構成要素の斜視図である。
【符号の説明】
１…火工式ガス発生器
２…中空本体
３…平らな壁
４…閉鎖リング
６…点火器
７…金属キャップ
８…点火用粉体
１２…火工組成物の粒子
１４…ガス出口開口
１５…浸食性リング
１６…浸食性リングの孔
１７…金属シート

Claims (10)

1. ガス出口の開口（１４）を備えた中空体（２）と、点火装置（６、７、８）と、そして主に有機結合剤及び有効な装填剤からなる火工装薬（１２）とを含む火工式ガス発生器（１）であり、当該装薬の燃焼速度は当該発生器でガスが発生することにより当該装薬がさらされる圧力が値Ｐｏより高くなると所定の最小値に達する、とりわけ自動車の安全向けの、火工式ガス発生器（１）であって、当該ガス出口の開口（１４）がガスを排出するための装置により閉じられていて、この装置は、当該発生器の内部圧力Ｐｃが上記の圧力Ｐｏより高くなると破裂するカバー（１７）により閉じられた、円筒状の孔（１６）が貫通する構成要素（１５）を含んでおり、この円筒状の孔（１６）の内径が、当該カバー（１７）が破裂するときの当該発生器内の圧力の瞬時の低下がＰｃ−Ｐｏの差よりも少なくなるように計算されていて、上記構成要素（１５）が当該装薬の燃焼ガスの流動の作用により浸食される材料からなることを特徴とする火工式ガス発生器。
2. 前記構成要素（１５）が中央部に孔（１６）のある円筒状リングの形をしていることを特徴とする、請求項１記載のガス発生器。
3. 前記リングが、ポリアミド、ポリエーテル及びポリカーボネートからなる群より選ばれた樹脂から主として製作されていることを特徴とする、請求項２記載のガス発生器。
4. 前記樹脂がガラス繊維及び炭素繊維からなる群より選ばれた繊維を充填されていることを特徴とする、請求項３記載のガス発生器。
5. 前記中空体（２）が、一方の端部は実質的に平らな壁（３）からなりそして他方の端部は前記点火装置（６、７、８）を支持する閉鎖リング（４）により閉じられた中空円筒状のケーシングからなることを特徴とする、請求項２記載のガス発生器。
6. 前記ガス出口の開口（１４）が前記実質的に平らな壁（３）に設けられた中央部の円筒状の開口であることを特徴とする、請求項５記載のガス発生器。
7. 前記開口（１４）が、大きな直径の外側部分（１４ａ）と、小さな直径の中間部分（１４ｂ）と、そして中間の直径の内側部分（１４ｃ）とを有し、前記構成要素（１５）が中央部の円筒状の孔（１６）を持つ円筒状のリングの形をしていて、この円筒状の孔（１６）の内径は当該ガス出口の開口（１４）の中間部分（１４ｂ）の内径より小さく、そして当該円筒状リングの形をした当該構成要素（１５）が上記開口（１４）の上記内側部分（１４ｃ）に配置されていることを特徴とする、請求項６記載のガス発生器。
8. 前記カバー（１７）が前記実質的に平らな壁（３）の内面に対して固定された金属シートからなることを特徴とする、請求項７記載のガス発生器。
9. 前記火工装薬が、酸素を含有している熱可塑性結合剤と硝酸アンモニウムとから主としてなり、当該装薬が可塑剤としてグリシジルアジドポリマーを更に含有していることを特徴とする、請求項８記載のガス発生器。
10. 前記火工装薬が、ケイ素樹脂結合剤と、過塩素酸アンモニウム及び硝酸ナトリウムの酸化性装填剤混合物とから主としてなることを特徴とする、請求項８記載のガス発生器。

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