JP4402705B2

JP4402705B2 - エアバッグインフレーター用フィルター、およびその製造方法

Info

Publication number: JP4402705B2
Application number: JP2007134104A
Authority: JP
Inventors: 和也小山
Original assignee: Fuji Filter Manufacturing Co Ltd; Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp; Fuji Filter Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP2007302237A

Description

本発明は、エアバッグインフレーター用フィルター、およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、車両衝突時に作動するエアバッグを構成する部品の一つであるインフレーターに装備されるフィルターであって、エアバッグ作動時にインフレーター内部で発生するガスを濾過して、固体残渣を除去することができるエアバッグインフレーター用フィルター、およびその製造方法に関する。

現在、乗用車やトラックなどの車両の衝突時に、乗員を二次衝突から保護するエアバッグが実用化されている。このエアバッグは、車両の衝突を素早く検知し、衝突の程度を判断して作動信号を送るセンサーと、このセンサーからの作動信号によりガスを発生させるインフレーターと、このイアンフレーターから流入するガスによって膨張せしめられ、乗員を保護するバッグとから構成されている。

上記のエアバッグを構成する部品の一つであるインフレーターは、ガスの発生方法により、高圧気体式インフレーター、固体推薬式インフレーター、ハイブリッド式インフレーターの３種類に大別される。この中でも、主に運転席用のエアバッグに使用される固体推薬式インフレーターは、前記センサーからの作動信号によって点火するイグナイター、このイグナイターによって爆発的に燃焼してガスを発生するガス発生剤とその収納部、このガス発生剤の爆発的な燃焼により発生した高温で固体残渣を有するガスを濾過するフィルター、このフィルターを通過したガスを前記バッグ内に流入させるディヒューザー、などを装備するのが一般的である。

上記の固体推薬式インフレーターに装備される従来のフィルターとしては、（１）回転巻取治具に帯状の金網の一端を係止させ、この回転巻取治具を一定の速度で回転させて円筒体を形成し、その後この回転巻取治具をこの円筒体から抜き取って中空円筒状に調製したもの、（２）所定の孔が穿設された中空円筒型のケースに帯状の金網を巻き付けて調製したもの、などを挙げることができる。

従来の上記（１）のフィルターは、金網を巻き付けて中空円筒体とした構造のために剛性が低く、ガスの発生剤が爆発的に燃焼してガスが発生する際の衝撃によって、形状が崩れ易いという欠点があった。また、上記（２）のフィルターの製造に際しては、金網の他に中空円筒型のケースを別途調製する必要があり、製造工程が煩雑であるばかりでなく製造コストが嵩み、さらに、製造されたフィルターの構造も複雑になるという欠点があった。

また、エアバッグは、その展開（膨張）速度が速すぎると乗員に損傷を与え、遅すぎると展開が間に合わず乗員を保護しきれないため、装備される車両の大きさ、構造などに応じてこのエアバッグを適正な速度で展開させることが要求される。この展開速度は、ガス発生剤の種類、量やフィルターの特性によって調節することができるが、上記（１）および（２）の従来のフィルターの製造方法では、各種車両の特性に応じた種々のフィルターを容易に製造することは困難であるという欠点があった。
特開平６−５５９９１号公報特開平１−２９３１１２号公報特開平９−２２６５０７号公報

本発明者は、上記した状況に鑑み、従来のエアバッグインフレーター用フィルターの剛性の低さ、構造の複雑さという欠点を解決し、爆発的に発生した燃焼ガスの衝撃に耐える強度を有し、固体残渣を除去して燃焼ガスを容易に通過させ、かつ、このフィルターを製造する際の製造工程の煩雑さ、製造コストが嵩むなどの欠点を解決し、さらに、種々の異なる特性のエアバッグインフレーター用フィルター技術を提供すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明の目的は次のとおりである。
１．構造が簡単であるが燃焼ガスの衝撃に耐える高い剛性を有し、固体残渣を除去して燃焼ガスを通過させるエアバッグインフレーター用フィルターを製造する方法を提供すること。
２．製造工程が煩雑でなく、製造コストも嵩まないエアバッグインフレーター用フィルターの製造方法を提供すること。
３．種々の異なる特性のエアバッグインフレーター用フィルターを、能率的に製造する方法を提供すること。
４．構造が簡単であるが燃焼ガスの衝撃に耐える高い剛性を有し、固体残渣を除去して燃焼ガスを通過させるエアバッグインフレーター用フィルターを提供すること。

上記課題を解決するために、第一発明では、エアバッグインフレーター用フィルターを製造するにあたり、厚さが０．２０〜０．４０ｍｍ、幅が０．５０〜１．０ｍｍの断面長方形の一本の金属線を、先ず、金属線の一端を治具の適所に係止させ、治具に巻き付け編み上げて円筒体とし、ついで、金属線の他端を円筒体の適所に接合し、この円筒体から前記治具を抜き取り、この中空円筒体を、窒素ガス雰囲気下、１０００〜１５００℃の温度範囲で焼結することを特徴とする、エアバッグインフレーター用フィルターの製造方法を提供する。

また、第二発明では、エアバッグインフレーターにおいて、厚さが０．２０〜０．４０ｍｍ、幅が０．５０〜１．０ｍｍの断面長方形の一本の金属線を、金属線の一端を治具の適所に係止させ、治具に巻き付け編み上げて円筒体とし、金属線の他端を円筒体の適所に接合し、この円筒体から前記治具を抜き取り、この中空円筒体を、窒素ガス雰囲気下、１０００〜１５００℃の温度範囲で焼結されてなることを特徴とするエアバッグインフレーター用フィルターを提供する。

本発明は、以下詳細に説明するとおりであり、次のような特別に有利な効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
１．本発明に係る製造方法によれば、特定の厚さを有する金属線を特定の方法で巻き付けて編み上げ、特定の条件で焼結を行ってフィルターを製造するので、剛性を有し、構造が簡単であるが高い剛性を有し、固体残渣を除去して燃焼ガスを通過させるエアバッグインフレーター用フィルターを得ることができる。
２．本発明に係る製造方法によれば、特定の厚さを有する金属線を特定の方法で巻き付けて編み上げ、特定の条件で焼結を行ってフィルターを製造するので、製造コストも嵩むことがない。
３．特定の厚さを有する金属線を特定の方法で巻き付けて編み上げ、特定の条件で焼結を行ってフィルターを製造するので、上記金属線の種類、巻き付け回数、巻き付け角度、ピッチ、焼結の条件を種々変えることによって、種々の異なる特性の特定のエアバッグインフレーター用フィルターを容易に得ることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明に係る製造方法によって製造されるエアバッグインフレーター用フィルターは、センサーからイグナイターを経由した信号によってガス発生剤に点火し、ガス発生剤の爆発的な燃焼によって発生した高温で固体残渣を有するガスを濾過し、場合によっては同時に冷却するという機能を果たす。このフィルターの外観形状は中空円筒体を呈し、運転席のステアリングホイールに装備されるフロントエアバッグや、運転席または助手席のドアに装備されるサイドエアバッグに組み込み可能なインフレーターに装備される。

この中空円筒体状のフィルターの大きさは、装備されるインフレーターの構造や大きさに応じて適宜決めることができる。例えば、上記フロントエアバッグに組込み可能な円板型インフレーターに装備されるものであれば、内径４０〜５０ｍｍ、外径６０〜７０ｍｍ、長さ３０〜５０ｍｍとすることができる、サイドエアバッグに組込み可能なインフレーターに装備されるものであれば、内径２０〜３０ｍｍ、外径４０〜５０ｍｍ、長さ１５０〜１８０ｍｍとすることができる。また、このフィルターの材料となる金属の種類としては、鉄、鋳鉄、軟鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅合金などを挙げることができ、中でもオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）が好適である。

上記エアバッグインフレーター用フィルター製造用の金属線は、厚さが０．２０〜０．４０ｍｍ、幅が０．５０〜１．０ｍｍの断面長方形状とし、この中でも、厚さが０．２５〜０．３５ｍｍ、幅が０．６０〜０．８０のものが好ましい。この金属線は、断面真円形状の金属線を圧延することにより得ることができ、例えば、断面が直径０．５ｍｍの真円形状の金属線を圧延して、厚さ０．３０ｍｍで幅０．６５ｍｍの断面長方形状の金属線とすることができる。圧延は、例えば、特定の形状の溝を付けた上下の円柱状のロールを回転させ、これらロールの間に上記断面真円形状の金属線を通し、その断面を長方形状にするという方法により行うことができる。

エアバッグインフレーター用フィルターを製造するには、上記金属線を少なくとも１本用意し、この金属線の一端を治具の適所に係止させ、長さ方向に直角に切断した断面が円形の治具に２〜５ｋｇｆの張力で３００〜５０００回巻き付けて編み上げ、金属線の端部を溶接などによって適所に接合して円筒体とする。巻き付ける回数は、フィルターを通過するガスに著しい圧力損を生じさせない範囲で決めるのが好ましい。治具に巻き付ける際の特に好ましい張力は２．５−３．５ｋｇｆであり、巻き付ける際に好ましい回数は４００〜５００回である。上記治具は、断面となる円形の直径を変えることができる構造とすると、この治具の表面に上記金属線を巻き付けて完了した後に、その直径を小さくして金属線から抜き取り可能となるので、好ましい。この治具の材料は、ステンレス鋼、銅合金、アルミニウム合金などの金属とするのが一般的である。

金属線を上記治具に巻き付け、編み上げる際には、金属線の太さ、編み上げパターン、巻き付け回数などを種々変えることにより、ガス発生剤の爆発的な燃焼によってフィルター内部で発生したガスの圧力損失を適切な値に制御することができる。この編み上げ方法の例としては、一本の金属線を用意し、この金属線を案内具によって案内させて、製造するフィルターの長さの範囲内でこの案内具を往復運動させながら治具を回転させ、金属線を治具の表面の所定の位置に巻き付け、編み上げるという方法をあげることができる。上記案内具の往復運動により、金属線を、治具の中心軸に対して一定の角度（以下、「巻き付け角度」という）で治具に巻き付けることができる。

上記巻き付け角度と、巻き付けられた際に相互に隣接する金属線の幅方向端部同士の間隔（以下、「ピッチ」という）とを種々変えることによって、金属線の編み上げパターン、巻き付け密度などを多様なものとすることができる。これら巻き付け角度およびピッチは、金属線の幅などに応じて、案内具の往復の際の移動速度と治具の回転速度との比を適宜調節することにより、種々変えることができる。

上記の巻き付け、編み上げを完了したら、前記のとおり金属線を接合し、得られた円筒体から治具を抜き取り、中空円筒体状のエアバッグインフレーター用フィルターとする。円筒体から治具を抜き取った後には、そのままフィルターとして使用することができるが、高温で焼結するのが好ましい。焼結する際の温度は、金属線の種類、太さ、巻き付けの回数、ピッチ、巻き付け角度などにより異なるが、５００〜１５００℃の範囲で行うものとする。この中でも１１００〜１２００の範囲が好適である。

上記焼結は、圧延の際に生じた金属線の内部歪を緩和し、かつ、金属線の重なり合う部分を接合することを目的として行う。焼結は所定温度に設定された電気炉に入れて行うのが好ましく、焼結時間は、金属線の種類、太さ、巻き付け回数、巻き付け密度、ピッチ、焼結温度により変わるが、３０〜８０分の範囲で選ぶのが好ましい。焼結は空気中で行うこともできるが、真空中や金属線を脆化させたり化学反応を生起するおそれのない不活性ガス中で行うのが好ましい。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンなどをあげることができるが、中でも窒素ガスが好適である。

上記フィルターが装備される固体推薬式インフレーターとしては、例えば、センサーからの作動信号によって点火するイグナイターと、このイグナイターによって点火されて燃焼するガス発生剤およびこのガス発生剤収納部と、ガス発生剤の燃焼により発生したガスを通過する上記フィルターなどが、それぞれ所定のケース内に装備された構造を挙げることができる。ケースの適所には、上記フィルターを通過した流通口となるディフューザーが複数個設けられる。

上記ガス発生剤の種類としては特に制限はないが、アジ化ナトリウムと酸化剤との混合物が代表的である。ガス発生剤の爆発的な燃焼によって高温の窒素ガスが発生するので、上記インフレーターに、フィルターとこのフィルターとは別にクーラントを装備することにより、固形残渣を濾過し、高温の窒素ガスを急冷することができる。このエアバッグは、少なくとも上記インフレーターとバッグとを装備する。

上記エアバッグは、衝突により車両が一定以上の衝撃を受けた場合に、（１）その衝撃を感知したセンサーが上記インフレーターに信号を送り、（２）この作動信号によって上記インフレーターのイグナイターが点火し、ガス発生剤が爆発的に燃焼してガスが発生し、本発明に係るフィルターを通過して固形残渣が除去されたあと、バッグに流入してこのバッグを素早く膨張させる、という順序で作動し、この膨張したバッグによって乗員が保護されることとなる。

以下、本発明を図面および試験例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る製造方法によって製造されたエアバッグインフレーター用フィルターの一例の斜視図であり、図２は、図１のフィルターをガスを通過している状態の部分拡大斜視図であり、図３は、図１のフィルターを装備したインフレーターの一例の断面斜視図である。図４は、後記する試験例１ないし試験例３の空気流量と圧力損失との関係の測定結果を示すグラフである。

図１は、本発明に係る製造方法によって製造されたエアバッグインフレーター用フィルター１０を示している。このフィルター１０は、所定の幅、厚さの金属線２０を所定回巻き付け編み上げて、中空円筒状に形成されている。図２は、金属線を巻き付け編み上げた図１のフィルター１０の隙間を、矢印の方向にガスが通過する状態を示している。

図３は、図１のフィルター１０を装備したインフレーター３０を示している。外部の円板型ケース３１は、ディフューザー３２が設けられている。円板型ケース３１の内部には、イグナイター３３、ガス発生剤３４、その収納部３５およびフィルター１０が装備されている。イグナイター３３は、図示されていないセンサーに接続されている。ガス発生剤３４は、イグナイター３３により点火されて爆発的に燃焼してガスを発生させ、このガスはガス発生剤収納部３５に穿設させた貫通孔３６を通って、フィルター１０に流入する。フィルター１０に流入したガスは、濾過されて固形残渣が除去された上でディフューザー３２から流出し、図示されていないバッグに流入してこのバッグを膨張させる。

［試験例］
＜試験例１〜試験例３＞
［フィルターの調製］試験例１〜試験例３に用いるフィルターを以下の手順に従って調製した。まず、直径０．５ｍｍの断面円形のステンレス線を圧延して、厚さ０．３１ｍｍで幅０．６３ｍｍ（試験例１）、厚さ０．３０ｍｍで幅０．６５ｍｍ（試験例２）、厚さ０．２８ｍｍで幅０．７０ｍｍ（試験例３）の３種類の断面長方形のステンレス線とした。これらステンレス線の一端を円筒状治具の適所に係止し、３．０ｋｇｆの張力を負荷しながら４００回巻き付けて編み上げ、ステンレス線の他端を円筒体の適所に接合し、次いでこの治具を抜き取って、内径４７ｍｍ、外径６４、長さ３０ｍｍの中空円筒体を形成した。次いで、これらステンレス線からなる中空円筒体を窒素雰囲気下１１５０℃で６０分電気炉で焼結を行い、ピッチの異なる３種類のフィルターを調製した。なお、ピッチはステンレス線の幅が狭いほど大きくなり、ピッチの大きい順から並べると、試験例１、試験例２、試験例３となる。

［フィルターの評価］上記工程により調製した３種類のフィルターの上下を閉じて、フィルターの中空部に、流量が０．５〜１．０ｍ^３／ｍｉｎの範囲の圧縮空気を送って圧力損失を観察し、その結果を図４に示した。図４において縦軸は圧力損失（Ｐａ）であり、横軸は空気流量（ｍ^３／ｍｉｎ）である。４１は試験例１のフィルター、４２は試験例２のフィルター、４３は試験例３のフィルターについての測定結果である。

図４より、次のことが明らかとなる。
（１）ピッチの異なる３種類のフィルターにおいて、同一空気流量に対する圧力損失は全て異なった。具体的には、フィルターのピッチが大きいほど同一空気量に対する圧力損失は小さくなった（試験例１〜試験例３、曲線４１〜曲線４３参照）。
（２）フィルターのピッチを変えることができ、同一空気流量に対する圧力損失を種々の値に制御することができる。

［フィルターの調製］試験例４（比較例）、試験例５（比較例）、試験例６（実施例）に用いるフィルターを以下の手順に従って調製した。先ず、厚さ０．３０ｍｍで幅０．６５ｍｍの断面長方形状のステンレス線を、試験例１で使用したのと同種の治具に一端を係止し、３．０ｋｇｆの張力を負荷しながら４００回巻き付けて編み上げ、ステンレス線の他端を円筒体の適所に接合し、次いでこの治具を抜き取って、内径４７ｍｍ、外径６４、長さ３０ｍｍの中空円筒体を形成した。次いで、これらステンレス線からなる中空円筒体を窒素雰囲気下０〜１１５０℃で６０分電気炉で焼結を行い、３種類のフィルターを調製した。

［フィルターの評価］上記工程により調製した３種類のフィルターの内側にパンチングチューブを挿入し、これらフィルターの一方の長さ方向端部を下にして所定の箇所に載置して固定し、他方を長さ方向端部の上方から荷重を加えてこれらフィルターを２ｍｍ圧縮させた。次いで、上記荷重を取り除き、復元したフィルターの長さを測定し、圧縮時のフィルターの長さとの差（以下、「復元量」という）を算出した。さらに、圧縮時のフィルターの変化量（２ｍｍ）と復元量との比（以下、「復元率」という）を算出した。これらの値を表−１に示した。なお、圧縮試験において復元率が大きいほど、特に５０％を超えると、製品としては好適ということができる。

表−１より、次のことが明らかとなる。
（１）焼結を行わなかったフィルターと、７００℃で焼結を行ったフィルターは、復元率が５０％に満たなかった｛試験例４（比較例）、試験例５（比較例）参照｝。
（２）１１５０度で焼結を行ったフィルターは、復元率が５０％以上となり｛試験例５（実施例）｝、焼結温度は１０００℃以上で行うのが好ましいことがわかる。

＜試験例７、試験例８＞
［フィルターの調製］試験例７（比較例）、試験例８（実施例）に用いるフィルターを以下の手順に従って調製した。まず、厚さ０．０３ｍｍで幅０．６５ｍｍの断面長方形のステンレス線を、試験例１で使用したのと同種の治具に３．０ｋｇｆの張力を負荷しながら４００回巻き付けて編み上げ、次いでこの治具を抜き取って、内径４７ｍｍ、外径６４ｍｍ、長さ３０ｍｍの２つの中空円筒体を成形した。次いで、この中空円筒体を、水素ガス雰囲気下｛試験例７（比較例）｝または窒素ガス雰囲気下｛試験例８（実施例）｝１１５０℃で６０分電気炉で焼結を行い、２種類のフィルターを調製した。

［フィルターの評価］上記工程により調製した２種類のフィルターの内側に、試験例４で使用したのと同種のパンチングチューブを挿入し、これらフィルターの一方の長さ方向端部を下にして所定の箇所に載置して固定し、他方を長さ方向端部の上方から荷重を加えてこれらフィルターを２ｍｍ圧縮させた。次いで、その荷重を取り除き、復元したフィルターの長さを測定し、復元量および復元率を算出した。これらの値を表−２に示した。

表−２より、次のことが明らかとなる。
（１）水素ガス雰囲気下で焼結を行ったフィルターは、復元率が５０％に満たなかった｛試験例７（比較例）｝。
（２）窒素ガス雰囲気下で焼結を行ったフィルターは、復元率が５０％以上となり｛試験例８（実施例）参照｝、焼結は窒素ガス雰囲気下で行うのが好ましいことがわかる。

本発明は、以上詳細に説明したとおりであり、次のような特別に有利な効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
１．本発明に係る製造方法によれば、特定の厚さを有する金属線を特定の方法で巻き付けて編み上げ、特定の条件で焼結を行ってフィルターを製造するので、剛性を有し、構造が簡単であるが高い剛性を有し、固体残渣を除去して燃焼ガスを通過させるエアバッグインフレーター用フィルターを得ることができる。
２．本発明に係る製造方法によれば、特定の厚さを有する金属線を特定の方法で巻き付けて編み上げ、特定の条件で焼結を行ってフィルターを製造するので、製造コストも嵩むことがない。
３．特定の厚さを有する金属線を特定の方法で巻き付けて編み上げ、特定の条件で焼結を行ってフィルターを製造するので、上記金属線の種類、巻き付け回数、巻き付け角度、ピッチ、焼結の条件を種々変えることによって、種々の異なる特性の特定のエアバッグインフレーター用フィルターを容易に得ることができる。

本発明に係るエアバッグインフレーター用フィルターは、車両の運転席または助手席用、後部座席用のエアバッグや、車両のドアに装備されるサイドエアバッグに組み込み可能なインフレーターに装備される。

本発明に係る製造方法によって製造されたエアバッグインフレーター用フィルターの一例の斜視図である。図１のフィルターをガスを通過している状態の部分拡大斜視図である。図１のフィルターを装備したインフレーターの一例の断面斜視図である。試験例１ないし試験例３の空気流量と圧力損失との関係の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１０：フィルター
２０：金属線
３０：インフレーター
３１：円板型ケース
３２：ディフューザー
３３：イグナイター
３４：ガス発生剤
３５：収納部
３６：貫通孔
４１：試験例１の空気流量−圧力損失曲線
４２：試験例２の空気流量−圧力損失曲線
４３：試験例３の空気流量−圧力損失曲線

Claims

エアバッグインフレーター用フィルターを製造するにあたり、厚さが０．２０〜０．４０ｍｍ、幅が０．５０〜１．０ｍｍの断面長方形の一本の金属線を、先ず、金属線の一端を治具の適所に係止させ、治具に巻き付け編み上げて円筒体とし、ついで、金属線の他端を円筒体の適所に接合し、この円筒体から前記治具を抜き取り、この中空円筒体を、窒素ガス雰囲気下、１０００〜１５００℃の温度範囲で焼結することを特徴とする、エアバッグインフレーター用フィルターの製造方法。
エアバッグインフレーターにおいて、厚さが０．２０〜０．４０ｍｍ、幅が０．５０〜１．０ｍｍの断面長方形の一本の金属線を、金属線の一端を治具の適所に係止させ、治具に巻き付け編み上げて円筒体とし、金属線の他端を円筒体の適所に接合し、この円筒体から前記治具を抜き取り、この中空円筒体を、窒素ガス雰囲気下、１０００〜１５００℃の温度範囲で焼結されてなることを特徴とするエアバッグインフレーター用フィルター。