JP4299782B2 - ガス発生器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車のシートベルトプリテンショナー等に用いられるガス発生器に関し、特に高温状態におけるガス発生器のスクイブの電極ピンの飛び出しを確実に防止するガス発生器に関する。

自動車の衝突時に生じる衝撃から乗員を保護するための安全装置の１つとして、シートベルトプリテンショナーが知られている。このシートベルトプリテンショナーは、ガス発生器が発生する多量の高温、高圧ガスにてシリンダを作動させるものである。このガス発生器は、エアバッグではなくシリンダを作動させるため、発生ガス量が比較的少ないとともに、フィルター又はクーラントを介在させることなく、高温且つ高圧のガスをシリンダに向けて直接噴射する構造になっている。通常、このようなガス発生器は、通電により発火する着火薬を収納するスクイブと、ガス発生剤を収納する第１カップケースと、スクイブ及び第１カップケースを固定するホルダ等とで構成されている。
従来のシートベルトプリテンショナー用ガス発生器の一例を第３図に示す。第３図のガス発生器１０８は、着火により多量のガスを発生するガス発生剤１０６と、通電により発火される着火薬を収納するスクイブ１０４と、ガス発生剤を収納する第１カップケース１０２と、スクイブ１０４及び第１カップケース１０２をそれぞれ中心に固定してガス発生剤１０６及び第５図に記載のスクイブ１０４を第１カップケース１０２との内側に封じるホルダ１０１と、スクイブ１０４とホルダ１０１との隙間に配置されてスクイブ１０４とホルダ１０１との隙間より水分が浸入するのを防止するＯリング１０５と、スクイブ１０４より立設された２本の電極ピン１１，１２をショートさせておくためのショーティングクリップ１０７とで構成される。また、第１カップケース１０２とホルダ１０１との隙間には、水分が浸入するのを防止するために図示しないシール剤が塗布されている。
また、スクイブ１０４は、第５図に示すように、着火薬Ｄを収納する第２カップケースＥと、第２カップケースＥ内に挿入され嵌め込まれて着火薬Ｄを封じる塞栓Ｂと、塞栓Ｂ内を貫通する２本の金属棒材からなる電極ピン１１，１２を備えている。各電極ピン１１，１２は第２カップケースＥ内に突出し、その先端は電橋線Ｆによって電気的に接続されている。電橋線Ｆは着火薬Ｄに接する点火玉Ｃで覆われている。塞栓Ｂは、各電極ピン１１，１２間での電橋線部以外での絶縁を保つために樹脂で形成されている。
スクイブ１０４は、第３図に示すように、スクイブ１０４のテーパ部１０９が、ホルダ１０１のテーパ部１１０に接して保持されており、スクイブ１０４の塞栓Ｂの底部１１１は、外部に露出した状態となっている（第４図（ａ）参照）。ところで、樹脂で形成されている塞栓Ｂは、高温状態における着火時に、その熱によって軟化することがある。このため、塞栓Ｂ内に設けられている電極ピン１１，１２が、塞栓Ｂが軟化し、保持強度が低下した時に塞栓Ｂとともに飛び出すおそれがある。
本発明の目的は、ガス発生器のスクイブに立設する電極ピンが高温状態での着火時においても、飛び出すことのない、安全性の高いガス発生器を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明のガス発生器は、燃焼によりガスを発生させるガス発生剤を充填する第１カップケースと、前記第１カップケースの内側に配設され、着火薬を収納する第２カップケースを有するスクイブと、前記第２カップケースを覆う導火孔を有するスクイブケースと、前記スクイブケースと前記第２カップケースとをかしめて保持するホルダと、を備えるガス発生器であって、前記ホルダは前記スクイブの電極ピンの各電極ピンがそれぞれ別個に挿通する孔を有することを特徴とする。スクイブの電極ピンの各電極ピンがそれぞれ別個に挿通する孔をホルダに設けるため、スクイブを形成する樹脂製の塞栓が高温状態での着火時に軟化した場合であっても、例えば、輸送時等何らかの原因で、スクイブが着火した場合であっても、スクイブに設けられた電極ピンの飛び出しが塞栓の飛び出しとともに防止され、高温状態であっても安全性を確保できる。
また、前記孔の面積を前記電極ピンの断面積の２〜１０倍とすることにより、ホルダに金属を使用しても各電極ピン同士のショートを防ぐことができ、かつ、スクイブを形成する樹脂製の塞栓が高温状態での着火時に軟化した場合であっても、この孔によって電極ピンのホルダ外への飛び出しが防止される。
また、スクイブは、着火薬を収納する第２カップケースと、前記第２カップケース内に挿入され嵌め込まれて前記着火薬を封じる塞栓と、前記塞栓内を貫通して突出する２本の金属棒材からなる電極ピンを備えてなり、前記各電極ピンの前記塞栓から突出する各根元部分が、前記塞栓と一体に成形された突出部で覆われており、該突出部が前記孔に挿入されていることを特徴とするものである。これによって、各電極ピンをそれぞれ別個に孔に挿通した場合に、この突出部が各孔と嵌合し、塞栓のがたつきを小さくできるとともに、各電極ピンとホルダ間との絶縁を確実にとることができる。
また、ホルダがアルミニウム、鉄、ステンレス等の金属製であるものである。ホルダが金属製であるため、樹脂などに比べ耐熱性が良く、高温状態での着火において、塞栓の飛び出しとともに電極ピンのホルダ外への飛び出しを確実に防止することができる。
また、本発明のホルダは、スクイブの塞栓を挿入してかしめるためのテーパ部と、前記スクイブの塞栓をかしめるための突起と、前記第１カップケースをかしめるための突起と、前記テーパ部の底部とを有し、該底部には前記スクイブの前記電極ピンがそれぞれ挿通する前記孔を有している、ホルダである。電極ピンがそれぞれ挿通する各孔をテーパ部の底部に有しているホルダであるために、高温状態での着火において、塞栓の飛び出しとともに電極ピンのホルダ外への飛び出しを確実に防止することができる。

第１図は、本発明に係るガス発生器の実施形態例の一例の概略断面図である。第２図（ａ）は、第１図に示すガス発生器のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。第２図（ｂ）は、第１図において使用する本発明のホルダを下部方向から見た外観図である。第２図（ｃ）は、第２図（ｂ）に示すホルダのＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。第３図は、従来のガス発生器の概略断面図である。第４図（ａ）は、第３図に示すガス発生器のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。第４図（ｂ）は、第３図において使用する従来のホルダを下部方向から見た外観図である。第５図は、ガス発生器に用いられる公知のスクイブを示す概略断面図である。第６図は、本発明に係るスクイブを示す外観図である。第７図は、実施例における加熱試験の結果をまとめた表である。

以下、本発明のガス発生器の実施の形態の一例を図面を参照しつつ説明する。
第１図において、ガス発生器１は、燃焼によりガスを発生させるガス発生剤２を充填する第１カップケース３と、この第１カップケース３の内側に配設され、着火薬を収納する第２カップケースＥを有するスクイブ５と、第２カップケースＥを覆う導火孔２０を有するスクイブケース７と、スクイブケース７と第２カップケースＥとをかしめるための突起９でかしめて保持するホルダ６と、で構成されている。
ホルダ６は、ステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属材によって形成されることが好ましい。第１図、第２図（ｂ）及び第２図（ｃ）においてホルダ６は、スクイブ５の塞栓Ｂを挿入して嵌めるための皿状に形成されたテーパ部８と、スクイブ５の塞栓Ｂをかしめるための突起９と、第１カップケース３をかしめるための突起１０と、テーパ部８の底部８１とを有している。塞栓Ｂの材料は、例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６等を含んでいる。また、ホルダ６には、スクイブ５から立設される電極ピン１１，１２が挿通する孔１３，１４が皿状に形成されたテーパ部８の底部８１に形成されている。この孔１３，１４から、スクイブ５の塞栓Ｂに設けられた２本の電極ピン１１，１２が外部に延びている。電極ピン１１，１２の材質は、ニッケルを含む合金、鉄、ステンレスが好ましい。そして、塞栓Ｂの底部１６には、これら電極ピン１１，１２の根元部分を覆うように突出部１９，１８が一体に成形されている。また、塞栓Ｂの底部１６は、第２図（ａ）に示すように、ホルダ６のテーパ部８の底部８１によって覆われている。これによって、高温状態の点火時に、塞栓Ｂが軟化した場合であっても、電極ピン１１，１２は、このホルダ６に設けられた孔１３、１４を有する部分（底部８１）によって塞栓Ｂとともに外部に飛び出すことが防止される。なお、この孔１３，１４の面積は、この孔１３，１４を挿通する電極ピン１１，１２の断面積の１倍を超えて１０倍以下の範囲が好ましく、２倍〜１０倍の範囲がより好ましく、２〜７倍の範囲が特に好ましい。また、孔１３，１４以外にも１つ又は２つ以上の孔が存在していても良いが、孔１３，１４のみ存在する方がコストを安く製造できる。
また、ホルダ６には、スクイブ５の塞栓Ｂを保持する際、スクイブ５の塞栓Ｂとの間にＯリング等のシール部材１５が配置され、スクイブ５とホルダ６との間の防湿が図られている。シール部材１５の材質としては、特に限定されるものではないが、ニトリル、シリコン、エチレンプロピレンゴム等の水分を透過しにくいものが好ましい。これらのシール部材は、ホルダとスクイブの接合部全周にわたって設けられているのが好ましい。
ガス発生剤２は、フィルター又は／及びクーラントを介することなく、第１カップケース３の内周に直接接触する状態にして充填されている。ここで、使用できるガス発生剤は、燃料成分としては、含窒素有機化合物、酸化剤成分としては、無機化合物、及び少なくとも１種以上の添加物を含有するガス発生剤が好ましい。燃料成分としては、アミノテトラゾール、硝酸グアニジン、ニトログアニジンよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。酸化剤成分としては、硝酸ストロンチウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウム、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸カリウムよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。添加物としては、自己発火性触媒である三酸化モリブデンが挙げられる。また、他にガス発生剤に添加しうる添加物としては、バインダーなどが挙げられ、バインダーとして、グアガム、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、水溶性セルロースエーテル、ポリエチレングリコールよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。好適なガス発生剤としては、燃料成分として５−アミノテトラゾールおよび硝酸グアニジン、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム及び過塩素酸アンモニウム、自己発火性触媒として三酸化モリブデン、バインダーとしてグアガムを含有するガス発生剤である。より好適には、燃料成分として５−アミノテトラゾールを１０〜３０質量％、硝酸グアニジンを１５〜３５質量％、酸化剤成分として硝酸ストロンチウムを１０〜３０質量％、過塩素酸アンモニウムを１５〜３５質量％、自己発火性触媒として三酸化モリブデンを１〜１０質量％、バインダーとしてグアガムを１〜１０質量％含有するガス発生剤である。本発明で用いられるガス発生剤は、シートベルトプリテンショナー等に充填可能な形態にするため、例えば所望の形状の成形体にすることができる。この成形体の形状は特に限定されるものではなく、ガス発生剤に、（ａ）カチオン性バインダー０．２５％〜５％、（ｂ）アニオン性バインダー０．２５％〜５％、（ｃ）燃料、（ｄ）酸化剤、（ｅ）燃焼調節剤等の種類に応じて、水又は有機溶媒を添加し均一に混合した後、混練し押出成形し載断して得られる円柱状の成形体、打錠機等を用いて得られるペレット状の成形体にすることができる。
第１カップケース３は、大径の円筒部３ａ、２面幅部３ｂとを有し、底側から１段階に拡径する実質的に有底円筒形状をしている。この第１カップケース３の底には複数の線状の切欠き３ｃが設けられている。第１カップケース３内に収納されるガス発生剤２の燃焼時に、この切欠き３ｃが破断され、図示しないシートベルトプリテンショナーにガスが直接的に放出される。第１カップケース３の開口端には径方向の外方に延びるフランジ部位３ｄが形成されており、ホルダ６に設けられた突起１０のかしめによってホルダ６に取り付けられている。第１カップケース３の材料としては、例えばステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属材が挙げられる。
スクイブ５は、第６図に示されるように、着火薬Ｄと、着火薬Ｄが充填される第２カップケースＥと、着火薬Ｄを発火させるための電気を通電する目的で立設された２本の電極ピン１１，１２と、塞栓Ｂを含む。第２カップケースＥは、通常熱可塑性樹脂でできている。各電極ピン１１，１２は第２カップケースＥ内に突出し、その先端は電橋線Ｆによって電気的に接続されている。電橋線Ｆは着火薬Ｄに接する点火玉Ｃで覆われている。塞栓Ｂは、各電極ピン１１，１２間での電橋線部以外での絶縁を保つために樹脂で形成されている。そして、本実施形態例に係るスクイブ５は、第６図に示すように、塞栓Ｂから突出する電極ピン１１，１２のそれぞれの根元部分を覆うように突出部１９，１８が一体に成形されている。突出部１９，１８は、孔１３，１４より小さい径で、かつ、塞栓Ｂと同じ材料で、塞栓Ｂと一体に成形されている。これによって、電極ピン１１，１２とホルダ６間の絶縁が確実にとれる。
また、スクイブ５には、第１図に示すような２本の電極ピン１１，１２をショートさせておくためのショーティングクリップ１７が取り付けられている。このショーティングクリップ１７は、静電気などによる誤作動を防止するためのものである。
スクイブケース７は、スクイブ５の第２カップケースＥ及びスクイブ５の塞栓Ｂの先端部を覆うようにカップ状に形成されている。そして、ホルダ６の突起９にかしめられるように、その開口端は塞栓Ｂの先端部に沿って径方向斜め外方に向かって拡がるフランジ部位７ａが形成されている。そして、このフランジ部位７ａ上に折り曲げられるようにしてかしめられたホルダ６のかしめ突起９によって、スクイブケース７は、スクイブ５の塞栓Ｂとともにホルダ６に取り付けられる。また、スクイブ５の第２カップケースＥは、このスクイブケース７によって表面を覆われるため、拘束力が増加し、スクイブ５内部の着火薬が発火して燃焼する時、スクイブ５内部の圧力が高まる前に第２カップケースＥが破断してしまうということが無く、着火薬は高圧力下で燃焼する。その結果、燃焼速度が従来に比べ速くなり、ガス発生器１の着火遅れが少なくなる。
スクイブケース７は、例えば鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属材や、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＡ６（ナイロン６）、ＰＡ６６（ナイロン６６）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、フッ素樹脂等の樹脂等で形成されている。そして、ガス発生剤２と接する面には、スクイブケース７を貫通する導火孔２０が形成されている。この導火孔２０は、スクイブ５の高温のガス、粒子をガス発生剤２方向へ集中させるとともに、第２カップケースＥの即座の破断防止の観点から、スクイブケース７の第２カップケースＥを覆う有底円筒部の底部に設けられることが好ましい。この導火孔２０は、このようにスクイブケース７の有底円筒部の底部に設けられることが好ましいが、円筒部の筒部に設けられていてもよい。なお、スクイブケース７は単一の部材で形成されている必要はなく、いくつかの部材を組合わせてスクイブケース７としてもよいが、部品点数削減の観点から単一の部材で構成されるのが好ましい。また、メッシュ状であっても良い。
また、スクイブケース７の内面形状はスクイブ５の第２カップケースＥの外面形状に沿う形状として、スクイブ５の第２カップケースＥとスクイブケース７との間を実質的に密着させるのがよい。第２カップケースＥとスクイブケース７との隙間は、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
このような構造により、ガス発生剤２に浸入する水分は防止される。また、スクイブケース７はスクイブ５の第２カップケースＥを覆う形で配置され、且つ、ガス発生剤２方向に導火孔２０が加工されているため、スクイブ５のエネルギーはガス発生剤２方向に集中される。また、スクイブ５の第２カップケースＥはスクイブケース７で覆われているため拘束力が増加する。従って、スクイブ５内部の着火薬Ｄが発火して燃焼する時、スクイブ５内部の圧力が高まる前に第２カップケースＥが破断してしまうということが無く、着火薬は高圧力下で燃焼する。その結果、燃焼速度が従来に比べ速くなり、ガス発生器１の着火遅れが少なくなる。一方で、第２カップケースＥの強度が高まるために、高温状態での着火時に、塞栓Ｂが軟化した際に、電極ピン１１，１２は、塞栓Ｂとともに外部に飛び出すような力が作用する。ところが、ホルダ６に塞栓Ｂの底部１６が覆われ、従来のスクイブの構造（第３図及び第４図（ａ）、（ｂ）参照）よりも塞栓Ｂの底部１６に面する孔の面積が小さくなり、樹脂のせん断面積が小さくなるため、塞栓Ｂとともに電極ピン１１，１２の飛び出しが予防される。なお、本実施形態例では電極ピン１１，１２は塞栓Ｂの内部で折り曲げられているものを示しているが、本発明に係るガス発生器のスクイブに用いられる電極ピンには、電極ピンの材質、ピンの径等によっては真っ直ぐなものを使用できる場合もある。この場合であっても、前述したように、塞栓Ｂの底部１６において塞栓Ｂの底部１６に面する孔の面積が小さくなり、樹脂のせん断面積が小さくなるため、電極ピン１１，１２の飛び出しが予防されると考えられる。
このように構成されるガス発生器１は、次のような手順にて製造することができる。まず、ホルダ６の孔１３，１４にスクイブ５の電極ピン１１，１２を挿通し、スクイブ５をシール部材１５を介してホルダ６のテーパ部８にはめ込むようにして装着する。次いで、スクイブ５の表面を覆うようにして、導火孔２０が形成されたスクイブケース７を装着し、かしめ突起９をかしめることによって、スクイブ５とスクイブケース７をホルダ６に一体に装着する。次に、スクイブ５及びスクイブケース７が装着されたホルダ６に、ガス発生剤２が充填されている第１カップケース３を嵌合し、かしめ突起１０によってかしめ固定する。
次に、ガス発生器１の作動について説明する。図示しない衝突センサーが自動車の衝突を感知すると、第６図に示されたスクイブ５に立設された電極ピン１１，１２が通電される。そして、スクイブ５内の電橋線Ｆが発熱し、点火玉Ｃが発火する。続いて、点火玉Ｃの発火により、着火薬Ｄが発火し、燃焼する。着火薬Ｄの燃焼に伴ってスクイブ５の内部は高温且つ、高圧になっていく。ところが、スクイブ５の第２カップケースＥは、第１図に示すようにスクイブケース７によって覆われて補強されているため、着火薬Ｄが十分に燃焼する前にスクイブ５が膨張して破断することを防止する。また、この際、ホルダ６によって、これら電極ピン１１，１２の高温時における外部への飛び出しも防止される。
着火薬Ｄに用いられる火薬類等は圧力が高くなれば高くなるほどその燃焼速度が速くなるので、結果的にスクイブケース７に覆われていない場合に比して速くスクイブ５の破断が生じる。より燃焼が進んで高温、且つ、高圧となったガスや粒子がスクイブケース７に向かって放出される。つまり、燃焼によりスクイブケース７内部は、より高温、且つ、高圧となる。この時、スクイブケース７の導火孔２０を通じて一気に第１カップケース３内のガス発生剤２に高温、且つ、高圧のガスが噴出される。そして、ガス発生剤２が点火される。なお、スクイブケース７はホルダ６にかしめ固定されているため、ガス発生剤２側に吹き飛ばされることはない。
続いて、ガス発生剤２の燃焼により第１カップケース３内に発生した多量のガスは、第１カップケース３の内圧を急速に高め、やがて第１カップケース３の底に設けられている切欠き３ｃを破断して、図示しないシートベルトプリテンショナーへ導入され、シートベルトプリテンショナーが動作する。
以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。

第１図に示す構造のガス発生器を火炎バーナーによって加熱した加熱試験を行った。即ち、ガス発生器をアルミニウム製のホルダにＯリングを介してスクイブを固定し、さらにガス発生剤を封入したアルミニウム製のカップケースをホルダの凹部に位置決めし接合させてかしめる。この加熱試験にはプロパンバーナー及びスクイブが治具上部に挿入され内容積が約３．５ｃｃである、底部に直径１ｍｍのガス放出穴を設けた円筒状の治具を用いて行う。加熱試験は治具を台の上方にガス放出穴が下になるようにセットする。またその直下にプロパンバーナーをセットする。ここで、プロパンバーナー火炎口の先端から治具の底部までの距離を４００ｍｍとし、またブロパンバーナーによる火炎の高さは目視により６００ｍｍに設定した。また加熱試験はプロパンバーナーにより加熱を行い、ガス発生剤に着火してガスが発生した状態まで行う。この際ほとんどの場合で爆発音がするので、着火を確認することができる。以下に本加熱試験に用いたスクイブの仕様とその結果を示す。ホルダ対策品とは、ホルダに直径１ｍｍである電極ピンが通るための直径２．３ｍｍの穴をそれぞれのピンにつき１ヶずつ設けたものである。なお、サンプルは各仕様につき３ヶ用意し試験を行った。
（比較例）
比較のために、電極ピンがホルダ部分から直接突出している従来から用いられているガス発生器を使用した。
第７図に加熱試験の結果をまとめた表を示す。
第７図に示すように、従来品である比較例のものは無煙火薬量９５０ｍｇの時に電極ピンの飛散が発生したが、実施例に係るものは無煙火薬量が１７００ｍｇまで電極ピンを含む飛散物が発生しなかった。このことから本実施例に係るガス発生器は従来品であるガス発生器に対し、加熱試験によるスクイブの塞栓部分の樹脂軟化に伴う飛散物の発生防止対策として有効であることがわかる。

本発明のガス発生器は、ホルダにスクイブに設けられた電極ピンの挿通する孔が形成され、スクイブの樹脂製の塞栓の底部を覆っている。このため、スクイブが高温状態で点火された場合であっても、塞栓とともに電極ピンの外部への飛び出しが防止され、高温状態であっても、安全性を確保することができる。

Claims (5)

1. 燃焼によりガスを発生させるガス発生剤２を充填する第１カップケース３と、前記第１カップケース３の内側に配設され、着火薬Ｄを収納する第２カップケースＥを有するスクイブ５と、前記第２カップケースＥを覆う導火孔２０を有するスクイブケース７と、前記スクイブケース７と前記第２カップケースＥとをかしめて保持するホルダ６と、を備えるガス発生器１であって、
   前記ホルダ６は前記スクイブ５の電極ピン１１，１２の各電極ピン１１，１２がそれぞれ別個に挿通する孔１３，１４を有することを特徴とするガス発生器。
2. 前記孔１３，１４の面積が前記電極ピン１１，１２の断面積の２〜１０倍である請求の範囲第１項に記載のガス発生器。
3. 前記スクイブ５は、着火薬Ｄを収納する第２カップケースＥと、前記第２カップケースＥ内に挿入され嵌め込まれて前記着火薬Ｄを封じる塞栓Ｂと、前記塞栓Ｂ内を貫通して突出する２本の金属棒材からなる電極ピン１１，１２を備えてなり、
   前記各電極ピン１１，１２の前記塞栓Ｂから突出する各根元部分が、前記塞栓Ｂと一体に成形された突出部１９，１８で覆われており、該突出部１９，１８が前記孔１３，１４に挿入されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス発生器。
4. 前記ホルダが金属製である請求の範囲第１項に記載のガス発生器。
5. スクイブ５の塞栓Ｂを挿入してかしめるためのテーパ部８と、スクイブ５の塞栓Ｂをかしめるための突起９と、第１カップケース３をかしめるための突起１０と、テーパ部８の底部８１とを有し、該底部８１にはスクイブ５の電極ピン１１，１２がそれぞれ挿通する孔１３，１４を有している、ホルダ。

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