JP4490919B2

JP4490919B2 - ガス発生器

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Publication number: JP4490919B2
Application number: JP2005512966A
Authority: JP
Inventors: 哲雄斎藤; 隆義道斉; 昭彦末廣; 章吾真殿
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: WO2005014345A1; US7398996B2; US20070039508A1; CN1863695A; JPWO2005014345A1; EP1661775A1

Description

本発明は、エアバッグ等を膨張させるのに好適な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、急速にエアバッグを膨張展開させるガス発生器は、ステアリングホイール内やインストルメントパネル内に装着されたエアバッグモジュールに組み込まれている。そして、ガス発生器は、コントロールユニット（作動器）からの通電によって点火器（スクイブ）を発火させ、この火炎によりガス発生剤を燃焼させて、多量のガスを急激に発生させるものである。

従来のガス発生器としては、ガス発生剤の点火室に相当する中央空間部と、その外部に同心状に形成され、ガスの燃焼・冷却・スラグ捕集を行う燃焼・フィルタ室に相当する環状空間部とを有するいわゆる２筒式のガス発生器がある。この種のガス発生器としては、例えば、図４に示すような特許文献１に開示されているものがある。図４は、短円筒状ガス発生器を径方向に沿って切った断面の略半分を示している。このガス発生器は、ガス発生器のハウジングとして、２筒構造の上容器５１と、２重短管構造の下容器５４とを突き合わせて摩擦溶接することにより得られるハウジング構造の中央空間部を点火室Ｐとし、その周囲の環状空間部を燃焼室Ｇ、フィルタ室Ｐとする。

点火室Ｐには、下方からスクイブ６８、伝火薬６９が内装される。一方、燃焼室Ｇ、フィルタ室Ｆには、断面が両フランジのある凹形のリング状蓋部材６６を、各フランジ６６ｄ、６６ｅがそれぞれ、上容器５１のバリ５２ｂ、５３ｂに当接して固定し、この蓋部材６６と上容器５１とで挟まれた環状空間にガス発生剤５７、冷却・スラグ捕集部材６０を径方向に順に収納することにより、燃焼室Ｇ、フィルタ室Ｆを形成している。

また、ガス発生剤５７の層の上面７０及び下面７１には、それぞれ、リング状のクッション部材５８，５９を介装している。また、冷却・スラグ捕集部材６０の上面及び下面にはそれぞれ、シール部材６１及び６２を介装している。さらに、ガス放出用オリフィス５３ａを塞ぐようなアルミ箔６４及び伝火用オリフィス５２ａを塞ぐようなアルミ箔６５を貼り付けたものである。このような構成にすることで、ガス発生室Ｇ内で発生したガスによる内圧の上昇に十分に耐え得るガス発生器が得られている。
特開平９−２０７７０５号公報

しかしながら、この種の２筒式ガス発生器の場合、図４に示すように、ガス発生器を構成する部品点数が多く、また、構造も複雑化していた。このため、ガス発生器の安全性を維持しつつ、製造コストを低減するにもある程度の限度があった。

本発明は、ガス発生器の高い安全性を維持でき得るガス発生器を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下のような幾つかの特徴を主に有している。本発明において、以下の主な特徴は単独で、若しくは、適宜組合わされて備えられている。

本発明のガス発生器は、ハウジングと、ガス発生剤と、フィルタ部材と、点火手段とを有する。
前記ハウジングは、イニシエータシェルとクロージャシェルとで形成される金属製のハウジングである。前記ハウジング内に燃焼室が形成されている。前記ガス発生剤は前記燃焼室に装填されており、燃焼により高温ガスを発生する。複数のガス放出孔が前記ハウジングに形成され、前記燃焼室で発生したガスを放出する。
前記フィルタ部材は、前記燃焼室の周囲に配置されている。前記点火手段は、前記ハウジングに装着され前記燃焼室内の前記ガス発生剤を着火燃焼させる。

前記ハウジングを形成するイニシエータシェルとクロージャシェルのいずれか一方又は両方が、半球形状又は半楕円球形状の鏡板部と前記鏡板部から連続して形成される直径Ｄの筒部を有する。前記筒部の直径Ｄと前記イニシエータシェルとクロージャシェルの各鏡板部の底部間距離Ｈとの比Ｈ／Ｄの範囲が、０．４以上１．３以下である。
上記構成によれば、部品点数を少なくでき、簡易な構造とできるため、ガス発生器の小型化、製造コストの大幅な低減が可能となる。更に、部品点数が少なく、簡易な構造であっても、燃焼室内でガス発生剤の燃焼により発生したガスによってハウジング内の圧力が高まった場合、ハウジングの変形を抑制することができる。また、複数のガス放出孔を設けることによって、燃焼室から放出される高温ガスを安定して供給することができる。
前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の孔径が２種類以上であると共に、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）はラプチャー部材（１１）によって塞がれている。前記ラプチャー部材（１１）は、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の孔径に応じて、その強度が異なるように設けられ、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の孔径の小さいものほど前記ラプチャー部材（１１）の強度が高くなるように設けられている。
上記構成によれば、ラプチャー部材の強度を各ガス放出孔の孔径に応じて調整することによって、各温度域において、ガス発生の性能差を小さくすることが可能となる。

前記ガス放出孔が、１列又は複数列に配列されていることが好ましい。

前記ラプチャー部材が、金属製の板であることが好ましい。前記金属としては、アルミニウム、鋼、ステンレスが挙げられる。
前記ラプチャー部材の厚みが、０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲が好ましい。

前記ガス放出孔の孔径の小さいものほど前記ラプチャー部材の強度を高くするとき、前記孔径の比率で前記ラプチャー部材の強度を示した場合、Ｔ１／Ｔ２＝Ｄ２／Ｄ１とみなすことができる。
ここで、
Ｔ１：小さい孔径Ｄ１を有するガス放出孔に貼付されているラプチャー部材の強度
Ｔ２：大きい孔径Ｄ２を有するガス放出孔に貼付されているラプチャー部材の強度。
そこで、それぞれに孔径が異なる複数のガス放出孔にそれぞれ設けられている前記ラプチャー部材の強度に関して、Ｔ１／Ｔ２＝Ｄ２／Ｄ１が２以上８以下となるように前記ラプチャー部材の強度が調整されていることが好ましい。
別の観点において、本発明のガス発生器は、イニシエータシェル（１）とクロージャシェル（２）とで形成される金属製のハウジング（３）と、
前記ハウジング（３）内に形成され、燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤（４）が装填された燃焼室（５）と、
前記燃焼室（５）の周囲に配置されたフィルタ部材（６）と、
前記ハウジング（３）に装着され前記燃焼室（５）内の前記ガス発生剤（４）を着火燃焼させる点火手段（７）と、
前記ハウジング（３）に形成され、前記燃焼室（５）で発生したガスを放出する複数のガス放出孔（８ａ，８ｂ）を有してなる。
前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）が、大小２種類の孔径で、前記ハウジングの周方向に２列にジグザグ状に配列されてなり、
２種類のガス放出孔（８ａ，８ｂ）の前記ハウジング（３）の軸方向への孔間距離ｄと、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の小孔径（Ｄ１）と、大孔径（Ｄ２）との関係が
ｄ≧（Ｄ１＋Ｄ２）／２
である。これによって、ハウジング内で発生したガスが、集中することなく放出されるため、フィルタ部材の損傷を確実に抑制することができる。また、フィルタ部材を広い範囲で使用することができ、フィルタ部材をより一層、効率良く利用することができる。
このとき、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の小孔径（Ｄ１）／大孔径（Ｄ２）の比（Ｄ１／Ｄ２）が、０．１以上１．０以下であることが好ましい。
また、上記２つのガス発生器のいずれにおいても、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の開口面積の総和（Ａｔ）に対するガス発生剤（４）の表面積の総和（Ａ）の比率（Ａ／Ａｔ）が１３００を超え、２０００以下であることが好ましい。比率Ａ／Ａｔが、上記範囲外の場合、用いるガス発生剤が燃焼しにくいことがあり、また、２０００を越える場合は、ガス発生器の強度、コスト、重量が増えるので、ガス発生器の製造面等において不利である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係るガス発生器の実施形態について説明する。
図１に本発明に係るガス発生器の実施形態の一例であるガス発生器３０の断面図を示す。図１において、ガス発生器３０は、エアバッグを膨張展開させるもので、ハウジング３と、ガス発生剤４と、フィルタ部材６と、点火手段７とを有する。

前記ハウジング３は、イニシエータシェル１とクロージャシェル２とで形成される金属製のハウジングである。前記金属として、鉄、ステンレス、アルミニウム、鋼材等の金属が挙げられる。前記ハウジング３内には燃焼室５が形成されている。前記ガス発生剤４は前記燃焼室５に装填されており、燃焼により高温ガスを発生する。複数のガス放出孔８ａ，８ｂが前記ハウジング３に形成され、前記燃焼室５で発生したガスを放出する。
前記フィルタ部材６は、前記燃焼室５の周囲に配置されている。前記点火手段７は、前記ハウジング３に装着され前記燃焼室５内の前記ガス発生剤４を着火燃焼させる。

クロージャシェル２は、直径Ｄの筒部９と、筒部９から連続して形成される半球形状の鏡板部１０と、筒部９から径外方に延びるフランジ部１２とで構成されている。イニシエ−タシェル１及びクロージャシェル２の肉厚は、１．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲が好ましい。
また、イニシエータシェル１とクロージャシェル２とが接合されて形成されるハウジング３は、イニシエータシェル１とクロージャシェル２の各鏡板部１４，１０の底部間距離Ｈと、筒部９，１３の直径Ｄとの比Ｈ／Ｄが、通常０．４以上１．３以下、好ましくは０．６以上１．３以下である。

上記比Ｈ／Ｄが０．４未満の場合、構造上、ガス発生器の組立ができなくなる虞があり、１．３を越える場合、シリンダ−型のガス発生器の構造に近づいてしまう。よって、このような範囲とすることで、ガス発生器を小型化できるとともに、燃焼室５内で発生するガスによる圧力にも十分に耐え得る強度を持たせることができる。

筒部９には、図２に示すように、複数のガス放出孔８ａ，８ｂが、その周囲にジグザグに形成されていることが好ましく、２列にジグザグに形成されていることが好ましい。ガス放出孔８ａ，８ｂが、ジグザグに形成されることで、ハウジング３内で発生したガスが、集中することなく放出されるため、フィルタ部材６の損傷を抑制する。また、フィルタ部材６を広い範囲で使用することができ、フィルタ部材６を効率良く利用することができる。これら、ガス放出孔８ａ，８ｂは、ジグザグに形成される以外にも、例えば、１列に形成されていても良く、２列、３列等の複数列形成することで、同様の効果を得ることもできる。

また、これらガス放出孔８ａ，８ｂは、その開口面積の総和（Ａｔ）に対するガス発生剤４の表面積の総和（Ａ）の比率（Ａ／Ａｔ）が、通常１３００を超え、２０００以下である。比率（Ａ／Ａｔ）が、上記範囲外の場合、用いるガス発生剤が燃焼しにくいことがあり、また、２０００を越える場合は、ガス発生器の強度、コスト、重量が増えるので、ガス発生器の製造面等において不利である。そして、常温、高温、低温時の各温度域において、ガス発生の安定化を図る為に、これらガス放出孔８ａ，８ｂとしては、異なる孔径を複数設ける必要がある。その孔径は２種類以上であることが好ましい。

本実施形態におけるガス放出孔８ａ，８ｂは、大小２種類の孔径で、２列にジグザグ状に配列されている。これらガス放出孔８ａ，８ｂの小孔８ａの小孔径Ｄ１と、大孔８ｂの大孔径Ｄ２の比Ｄ１／Ｄ２が０．１以上１．０以下、好ましくは０．２以上０．８以下、さらに好ましくは０．３以上０．６以下であることが好ましい。大小２種類のガス放出孔８ａ，８ｂの関係をこのような関係とすることによって、各温度域において、安定したガス発生を行うことができる。

また、前記大小２種類のガス放出孔８ａ，８ｂの間の距離に関して、ハウジング３の筒部の軸方向の距離ｄと、小孔径Ｄ１・大孔径Ｄ２との関係が次のようであることが好ましい。
ｄ≧（Ｄ１＋Ｄ２）／２
これによって、前述したように、ハウジング３内で発生したガスが、集中することなく放出されるため、フィルタ部材６の損傷を確実に抑制する。また、フィルタ部材６を広い範囲で使用することができ、フィルタ部材６をより一層、効率良く利用することができる。

また、図１に示すように、これら大小２種類のガス放出孔８ａ，８ｂは、筒部９の内周部に貼り付けられた帯状のアルミニウム、鋼、ステンレス等の帯状テープのラプチャー部材１１によって閉じられている。それによって、燃焼室５内の空間は密封されている。この筒部９の長さｈは５ｍｍ以上が好ましく、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下がより好ましく、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下が特に好ましい。これによって、ラプチャー部材１１として帯状テープを用いることができると共に、ラプチャー部材１１を容易に且つ確実に貼り付けることができるからである。

そして、このラプチャー部材１１は、厚みが０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記大小２種類のガス放出孔８ａ，８ｂの孔径に応じて、その強度が異なるように設けられている。具体的には、ガス放出孔の孔径の小さいものほどラプチャー部材１１の強度が高くなるように設けることが好ましい。

前記ガス放出孔の孔径の小さいものほど前記ラプチャー部材の強度を高くするとき、前記孔径の比率で前記ラプチャー部材の強度を示した場合、Ｔ１／Ｔ２＝Ｄ２／Ｄ１とみなすことができる。
ここで、
Ｔ１：小さい孔径Ｄ１を有するガス放出孔に貼付されているラプチャー部材の強度
Ｔ２：大きい孔径Ｄ２を有するガス放出孔に貼付されているラプチャー部材の強度

そこで、それぞれに孔径が異なる複数のガス放出孔８ａ、８ｂにそれぞれ設けられている前記ラプチャー部材１１の強度に関して、Ｔ１／Ｔ２＝Ｄ２／Ｄ１が２以上８以下、好ましくは２．５以上７以下、さらに好ましくは３以上５以下となるように前記ラプチャー部材１１の強度が調整されていることが好ましい。
このように、ラプチャー部材１１の強度を各ガス放出孔８ａ，８ｂの孔径に応じて調整されて貼付することによって、各温度域において、ガス発生の性能差を小さくすることが可能となる。

図３に示すように、鏡板部１０の短軸ｄ１と長軸ｄ２との比ｄ１／ｄ２の範囲は１以上０．０２以下であり、より好ましくは１以上０．１以下である。このような範囲内とすることによって、ガス発生器内で発生したガスによる内圧にも十分耐え得ることができる。また、鏡板部１０は、曲率半径Ｒの半球形状をし、筒部９の直径Ｄとの比Ｄ／Ｒの範囲が０．３以上２以下であることが好ましい。より好ましい範囲は、０．９以上２以下である。
これによって、ガス発生器を小型化することが可能となる。このように、鏡板部を半球形状または半楕円球形状とすることによって、燃焼室５で発生するガスのガス圧力が集中する部分をなくすことができる。このため、ガス発生器の構成部品点数を少なくし、構造を簡易なものとした場合であっても、ガス発生時にハウジングの変形を極めて小さくすることができる。

このクロージャシェル２に圧接、溶接等によって接合されるイニシエータシェル１は、前述のクロージャシェル２と同様、筒部１３と、筒部１３から連続して形成される半球形状の鏡板部１４とで構成されている。そして、鏡板部１４の中心部には、点火手段７が設けられている。

このイニシエータシェル１の鏡板部１４も、前述のクロージャシェル２の鏡板部１０と同様に、短軸ｄ１と長軸ｄ２との比ｄ１／ｄ２の範囲が１以上０．０２以下である。より好ましい範囲は１以上０．１以下である。これによって、イニシエータシェル１とクロージャシェル２とが、接合されて一体となったときに、略球形状あるいは略楕円球形状のハウジング３を形成することができる。

図１に示すように、鏡板部１４の中心部に設けられている点火手段７は、周囲に複数の伝火孔１５を有する有底の内筒体１６と、この内筒体１６内に装填された伝火剤１７と、この伝火剤１７に接するように設けられた点火器１８とで構成されている。

内筒体１６は、点火手段保持部１９にカシメ固定等の任意の方法で固定されている。そして、内筒体１６は、点火手段保持部１９が鏡板部１４に溶接等の任意の方法で固定されることで、イニシエータシェル１に固定されている。また、この内筒体１６は、ハウジング３内に形成されている燃焼室５の一端側から、燃焼室５の略中心に至る長筒状となっている。そして、その周囲には、複数の伝火孔１５が、内筒体１６の軸方向に沿って長孔状に形成されている。これら伝火孔１５は、内筒体１６の軸方向に沿って相隣り合うもの同士が、図１に示すように並設されないようにジグザグに形成されている。このため、この点火手段７から噴出する熱流は、燃焼室５内全体に効率良く噴出される。なお、これら伝火孔１５は、長孔状でなくてもよく、丸孔であっても良い。また、ジグザグに形成されていなくてもよい。

これら、クロージャシェル２とイニシエータシェル１とで構成されるハウジング３内には、筒部９、１３の内壁に沿って、燃焼室５の周囲に配置されたフィルタ部材６が設けられている。フィルタ部材６は、例えば、メリヤス編み金網、平織金網、クリンプ織り金属線材或いは巻き金属線材の集合体を円環状に成形することによって安価に製作される。このフィルタ部材６は、クロージャシェル２及びイニシエータシェル１の鏡板部１０，１４の内面にそれぞれ設けられている押え部材２０，２１によって、ハウジング３の内壁側に押えられている。

フィルタ部材６の内周部には、ガス発生剤４が装填されている。そして、これらガス発生剤４が、点火手段７からの熱流によって燃焼する燃焼室５となっている。

燃焼室５内に装填されているガス発生剤４は、非アジド系組成物であって、例えば、燃料と、酸化剤と、添加剤（バインダ、スラグ形成剤、燃焼調整剤）とで構成されるものを使用することができる。

燃料としては、例えば含窒素化合物が挙げられる。含窒素化合物としては、例えば、トリアゾール誘導体、テトラゾール誘導体、グアニジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、ヒドラジン誘導体、ウレア誘導体、アンミン錯体から選ばれる１種又は２種以上の混合物を挙げることができる。

トリアゾール誘導体の具体例としては、例えば、５−オキソ−１，２，４−トリアゾール、アミノトリアゾール等を挙げることができる。テトラゾール誘導体の具体例としては、例えば、テトラゾール、５−アミノテトラゾール、硝酸アミノテトラゾール、ニトロアミノテトラゾール、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾール、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールジアンモニウム塩、５，５’−アゾテトラゾールジグアニジウム塩等が挙げられる。

グアニジン誘導体の具体例としては、例えば、グアニジン、ニトログアニジン、シアノグアニジン、トリアミノグアニジン硝酸塩、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン、炭酸グアニジン等が挙げられる。アゾジカルボンアミド誘導体の具体例としては、例えば、アゾジカルボンアミド等が挙げられる。ヒドラジン誘導体の具体例としては、例えば、カルボヒドラジド、カルボヒドラジド硝酸塩錯体、蓚酸ジヒドラジド、ヒドラジン硝酸塩錯体等が挙げられる。ウレア誘導体としては、例えば、ビウレットが挙げられる。アンミン錯体としては、例えば、ヘキサアンミン銅錯体、ヘキサアンミンコバルト錯体、テトラアンミン銅錯体、テトラアンミン亜鉛錯体等が挙げられる。

これらの含窒素化合物の中でもテトラゾール誘導体及びグアニジン誘導体から選ばれる１種又は２種以上が好ましく、特にニトログアニジン、硝酸グアニジン、シアノグアニジン、５−アミノテトラゾール、硝酸アミノグアニジン、炭酸グアニジンが好ましい。

ガス発生剤４中におけるこれら含窒素化合物の配合割合は、分子式中の炭素原子、水素原子及びその他の酸化される原子の数によって異なるが、通常２０重量％以上７０重量％以下の範囲が好ましく、３０重量％以上６０重量％以下の範囲が特に好ましい。また、ガス発生剤に添加される酸化剤の種類により、含窒素化合物の配合割合の絶対数値は異なる。しかしながら、含窒素化合物の配合割合の絶対数値が、完全酸化理論量より多いと発生ガス中の微量ＣＯ濃度が増大する。一方、含窒素化合物の配合割合の絶対数値が、完全酸化理論量及びそれ以下になると発生ガス中の微量ＮＯｘ濃度が増大する。従って両者の最適バランスが保たれる範囲が最も好ましい。

酸化剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アンモニウムから選ばれたカチオンを含む硝酸塩、亜硝酸塩、過塩素酸塩の少なくとも１種から選ばれた酸化剤が好ましい。硝酸塩以外の酸化剤、即ち亜硝酸塩、過塩素酸塩等のエアバッグインフレータ分野で多用されている酸化剤も用いることができるが、硝酸塩に比べて亜硝酸塩分子中の酸素数が減少すること又はバッグ外へ放出されやすい微粉状ミストの生成を減少させる等の観点から硝酸塩が好ましい。硝酸塩としては、例えば硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸マグネシウム、硝酸ストロンチウム、相安定化硝酸アンモニウム、塩基性硝酸銅等を挙げることができ、硝酸ストロンチウム、相安定化硝酸アンモニウム、塩基性硝酸銅がより好ましい。

ガス発生剤４中の酸化剤の配合割合は、用いられる含窒素化合物の種類と量により絶対数値は異なるが、３０重量％以上８０重量％以下の範囲が好ましく、特に上記のＣＯ及びＮＯ_Ｘ濃度に関連して４０重量％以上７５重量％の範囲が好ましい。

添加剤であるバインダは、ガス発生剤の燃焼挙動に大幅な悪影響を与えないものであれば何れでも使用可能である。バインダとしては、例えば、カルボキシメチルセルロースの金属塩、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、ニトロセルロース、微結晶性セルロース、グアガム、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、澱粉等の多糖誘導体、ステアリン酸塩等の有機バインダ、二硫化モリブデン、合成ヒドロキシタルサイト、酸性白土、タルク、ベントナイト、ケイソウ土、カオリン、シリカ、アルミナ等の無機バインダを挙げることができる。

バインダの配合割合はプレス成型の場合０重量％以上１０重量％以下の範囲が好ましく、押出成型においては２重量％以上１５重量％以下の範囲であることが好ましい。添加量が多くなるに従い成型体の破壊強度が強くなる。ところが、組成物中の炭素原子及び水素原子の数が増大し、炭素原子の不完全燃焼生成物である微量ＣＯガスの濃度が高くなり、発生ガスの品質が低下する。また、ガス発生剤の燃焼を阻害することから、最低量での使用が好ましい。特に１５重量％を超える量では酸化剤の相対的存在割合の増大を必要とし、燃料の相対的割合が低下し、実用できるガス発生器システムの成立が困難となる。

また、添加剤として、バインダ以外の成分としては、スラグ形成剤を配合することができる。スラグ形成剤は、ガス発生剤中の特に酸化剤成分から発生する金属酸化物との相互作用により、ガス発生器３０内のフィルタ部材６でのろ過を容易にするために添加される。

スラグ形成剤としては、例えば、窒化珪素、炭化珪素、酸性白土、シリカ、ベントナイト系、カオリン系等のアルミノケイ酸塩を主成分とする天然に産する粘土、合成マイカ、合成カオリナイト、合成スメクタイト等の人工的粘土、含水マグネシウムケイ酸塩鉱物の一種であるタルク等から選ばれるものを挙げることができ、これらの中でも酸性白土又はシリカが好ましく、特に酸性白土が好ましい。スラグ形成剤の配合割合は０重量％以上２０重量％以下の範囲が好ましく、２重量％以上１０重量％以下の範囲が特に好ましい。多すぎると線燃焼速度の低下及びガス発生効率の低下をもたらし、少なすぎるとスラグ形成能を十分発揮することができない。

ガス発生剤４の好ましい組合せとしては、５−アミノテトラゾール、硝酸ストロンチウム、合成ヒドロタルサイト、及び窒化珪素を含むガス発生剤、または、硝酸グアニジン、硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅、酸性白土を含むガス発生剤が挙げられる。

また、必要に応じて燃焼調整剤を添加してもよい。燃焼調整剤としては金属酸化物、フェロシリコン、活性炭、グラファイト、或いはヘキソ−ゲン、オクト−ゲン、５−オキソ−３−ニトロ−１，２，４−トリアゾールといった化合火薬が使用可能である。燃焼調整剤の配合割合は０重量％以上２０重量％以下の範囲が好ましく、２重量％以上１０重量％以下の範囲が特に好ましい。多すぎるとガス発生効率の低下をもたらし、また、少なすぎると十分な燃焼速度を得ることができない。

以上のような構成によるガス発生剤４は、プレス成型或いは押出成型による成型体が好ましく、より好ましくは押出成型体で、その形状としては、例えば、ペレット状（一般に、医薬品の１つの形状である錠剤の形にあたるもの）、円柱状、筒状、ディスク状又は両端が閉鎖された中空体形状等が挙げられる。筒状には、円筒状が挙げられ、円筒状には単孔円筒状、多孔円筒状が挙げられる。両端が閉鎖された中空体形状には、両端が閉鎖された円筒状が含まれる。なお、ガス発生剤４の成型体の両端が閉鎖された状態とは、両端に開いた孔が外から内への力２つによって閉鎖された状態のことをいう。孔は、完全に塞がった状態でも、塞ぎきれていない状態でもいずれでも良い。

この両端が閉鎖された中空体形状のガス発生剤４の製造方法の一例を説明する。前述した含窒素化合物、酸化剤、スラグ形成剤及びバインダで構成される非アジド系組成物は、まず、Ｖ型混合機、またはボールミル等によって混合される。更に水、又は溶媒（例えば、エタノール）を添加しながら混合し、湿った状態の薬塊を得ることができる。ここで、湿った状態とは、ある程度の可塑性を有する状態であり、水又は溶媒を好ましくは１０重量％以上２５重量％以下、より好ましくは１３重量％以上１８重量％以下含有している状態にあるものをいう。この後、この湿った状態の薬塊をそのまま押出成型機（例えば、ダイス及び内孔用ピンを出口に備えたもの）により、外径が、好ましくは１．４ｍｍ以上４ｍｍ以下で、より好ましくは１．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であり、内径が、好ましくは０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の中空筒状成型体に押出成型する。

その後、押出成型機で押出された中空筒状成型体を一定間隔で押圧して両端が閉鎖された筒状成型体が得られる。通常は、この中空筒状成型体を一定間隔で押圧した後、それぞれ閉鎖された窪み部分で折るようにして切断した後、通常、５０℃以上６０℃以下の範囲で４時間以上１０時間以下乾燥し、次いで、通常、１０５℃以上１２０℃以下の範囲で６時間以上１０時間以下の範囲で乾燥という２段階による乾燥を行うことにより、端部が閉鎖された状態で、内部に空間を有した筒状のガス発生剤を得ることができる。このように得られたガス発生剤の長さは、通常、１．５ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲にあり、好ましくは１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下の範囲にあり、より好ましくは２ｍｍ以上６．５ｍｍ以下の範囲にある。

また、ガス発生剤４の線燃焼速度は定圧条件下で測定され、経験的に以下のＶｉｅｌｌｅの式に従う。
ｒ＝ａＰ^ｎ
ここで、ｒは線燃焼速度、ａは定数、Ｐは圧力、ｎは圧力指数を示す。この圧力指数ｎは、Ｙ軸の燃焼速度の対数に対するＸ軸の圧力の対数プロットによる勾配を示すものである。

本実施形態に係るガス発生器に用いられるガス発生剤の好ましい線燃焼速度の範囲は、７０ｋｇｆ／ｃｍ^２下で３ｍｍ／秒以上６０ｍｍ／秒以下であり、より好ましくは５ｍｍ／秒以上３５ｍｍ／秒以下であり、また、好ましい圧力指数の範囲はｎ＝０．９０以下、より好ましくはｎ＝０．７５以下、更に好ましくはｎ＝０．６０以下、特に好ましくはｎ＝０．６０以上０．３０以下である。

また、線燃焼速度を測定する方法としては、ストランドバーナ法、小型モータ法、密閉圧力容器法が一般に挙げられる。具体的には所定の大きさにプレス成型した後、表面にリストリクターを塗布することにより得られた試験片を用いて、ヒューズ切断法等により、高圧容器中で燃焼速度を測定する。この時、高圧容器内の圧力を変数に線燃焼速度測定し、上記Ｖｉｅｌｌｅの式から圧力指数を求めることができる。

ガス発生剤が、好ましくは非アジド系ガス発生剤であるため、使用される原料は人体有害性の小さいものである。また、燃料成分、酸化剤成分を選択することにより、発生ガスモル当たりの発熱量を抑えることができ、ガス発生器の小型、軽量化が可能となる。

また、内筒体１６に装填される伝火剤１７としては、一般に用いられている次のような組成物を含むものが用いられる。Ｂ／ＫＮＯ_３に代表される金属粉、酸化剤を含む組成物、含窒素化合物／酸化剤／金属粉を含む組成物、或いは、前述のガス発生剤１１と同様の組成物等が挙げられる。含窒素化合物としては、ガス発生剤の燃料成分（アミノテトラゾール、硝酸グアニジン等）として使用可能なものが挙げられる。酸化剤としては、例えば硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸ストロンチウム等の硝酸塩が挙げられる。

金属粉としては、例えばホウ素、マグネシウム、アルミニウム、マグナリウム（マグネシウム−アルミニウム合金）、チタン、ジルコニウム、タングステン等が挙げられる。好ましい組合せとしては、５−アミノテトラゾ−ル、硝酸カリウム、ホウ素を含むもの、硝酸グアニジン、硝酸カリウム、ホウ素等を挙げることができる。そして、必要に応じて、ガス発生剤で使用可能な成型用バインダを０％重量以上１０％重量以下含んでもよい。

また、伝火剤１７の形状は、粒状、顆粒状、ペレット状（一般に、医薬品の錠剤の形にあたるもの）、円柱状、筒状又はディスク状等が挙げられる。筒状には、例えば円筒状が挙げられ、円筒状には、例えば単孔円筒状、多孔円筒状等が挙げられる。製造方法としては、例えば粉末混合、造粒法（攪拌造粒、噴霧乾燥造粒、押出造粒、転動造粒、圧縮造粒等）、打錠成型法等が挙げられる。

また、この燃焼室５のクロージャシェル２の鏡板部１０側には、クッション部材２２が設けられている。これらクッション部材２２は、例えば、セラミックスファイバー、発泡シリコン等で形成されており、振動等によって、燃焼室５内に装填されているガス発生剤４の割れ等の破壊を防止している。

本実施形態のガス発生器３０は、１筒式のガス発生器として、主に、自動車の助手席用のエアバッグを膨らませるガス発生器に利用され、各鏡板部１４，１０の底部間距離Ｈは、４５ｍｍ以上、９０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。該ガス発生器は、助手席側のインストルメントパネル内に装着されることになるエアバッグモジュールに組み込まれる。そして、ガス発生器３０の点火手段７は、図示省略する車両側コネクタに接続される。なお、運転席側に用いることも可能である。２筒式のガス発生器としてもエアバッグモジュールに組み込むことも可能である。

本実施形態のガス発生器では、ガス発生器を小型軽量化した場合であっても、従来と同様の量のガス発生剤を充填することができ、ガス発生量が少なくなることがない。また、従来と同等のガス発生量を得ることができるにもかかわらず、小型軽量化が可能となるのは、ハウジングに鏡板部１４，１０が形成されているため、ハウジング内部に圧力の集中する部分がなく、高い圧力にも十分に耐え得ることができ、ガス発生時のハウジングの変形が極めて小さいからである。

以上のようして、自動車に接続されたガス発生器３０は、例えば、衝突センサが自動車の衝突を検出することで、点火手段７に接続されているスクイブ点火回路によって点火手段７が作動（通電発火）して、燃焼室５内のガス発生剤４を燃焼させることで、高温ガスを発生させる。このとき、燃焼室５内は圧力が上昇するが、ハウジング３は略球形状であるため、燃焼室５内での圧力上昇に十分に耐え得る強度を有し、変形は極めて小さい。

そして、燃焼室５内で発生した高温ガスは、フィルタ部材６を通過して、ラプチャー部材１１を破ってガス放出孔８ａ，８ｂから放出される。高温ガスがフィルタ部材６を通過する際に、ガスの冷却及び残渣の捕集がなされる。また、フィルタ部材６が、燃焼室５の略全域にわたり設けられているため、フィルタ部材６を有効に利用することができる。このため、十分に冷却されるとともに、残渣が十分に捕集されたガスを放出することが可能となる。

さらに、ガス放出孔８ａ，８ｂが、複数の孔径で形成されるとともに、強度の異なるラプチャー部材で塞がれているため、常温、低温、高温の各温度域で、安定したガス発生特性を示すことができる。

［参考例１］
（実施形態のガス発生器に使用する両端が閉鎖された中空体形状のガス発生剤の製造例）
硝酸グアニジン４３．５重量％、硝酸ストロンチウム２５重量％、塩基性硝酸銅２５重量％、酸性白土２．５重量％、ポリアクリルアミド４重量％の組成で混合した組成物に、エタノール３重量％と、水１３重量％を加えて混合、混練し、混練塊にして、出口に内径２ｍｍのダイスと外径０．５ｍｍの内孔用ピンを備えた押出機にて、押出圧８ＭＰａで押出して、押出棒状の成型体を引取りベルトで引取りながら、成型用歯車間に送り出し、成型用歯車の凸歯によって４．４ｍｍの間隔で窪み部分を形成するようにし、その窪み部分で折るようにして切断した後、５５℃で８時間乾燥し、次いで１１０℃で８時間乾燥し、ガス発生剤とした。

尚、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることができることは理解されよう。

本実施形態の一例のガス発生器の断面図本実施形態におけるガス発生器の外観図本実施形態に係るガス発生器の鏡板部の短軸ｄ１と長軸ｄ２とを説明する図従来の２筒式のガス発生器の一例を示す断面図

符号の説明

Ｄ直径
Ｈ底部間距離
ｈ筒部の長さ
ｄ孔間距離
Ｄ１小孔径
Ｄ２大孔径
１イニシエータシェル
２クロージャシェル
３ハウジング
４ガス発生剤
５燃焼室
６フィルタ部材
７点火手段
８ａ小径のガス放出孔
８ｂ大径のガス放出孔
９筒部
１０鏡板部
１１ラプチャー部材
１２フランジ部
１３筒部
１４鏡板部
１５伝火孔
１６内筒体
１７伝火剤
１８点火器
１９点火手段保持部
２０，２１押え部材
２２クッション部材
３０ガス発生器

Claims

イニシエータシェル（１）とクロージャシェル（２）とで形成される金属製のハウジング（３）と、
前記ハウジング（３）内に形成され、燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤（４）が装填された燃焼室（５）と、
前記燃焼室（５）の周囲に配置されたフィルタ部材（６）と、
前記ハウジング（３）に装着され前記燃焼室（５）内の前記ガス発生剤（４）を着火燃焼させる点火手段（７）と、
前記ハウジング（３）に形成され、前記燃焼室（５）で発生したガスを放出する複数のガス放出孔（８ａ，８ｂ）を有してなるガス発生器（３０）であって、
前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の孔径が２種類以上であると共に、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）はラプチャー部材（１１）によって塞がれており、
前記ラプチャー部材（１１）は、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の孔径に応じて、その強度が異なるように設けられ、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の孔径の小さいものほど前記ラプチャー部材（１１）の強度が高くなるように設けられているガス発生器。
前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）が、１列又は複数列に配列されている請求項１に記載のガス発生器。
前記ラプチャー部材（１１）が、アルミニウム、鋼、ステンレスのいずれかからなる金属製の板材である請求項１に記載のガス発生器。
前記ラプチャー部材（１１）の厚みが、０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である請求項１に記載のガス発生器。
それぞれに孔径が異なる複数のガス放出孔（８ａ，８ｂ）にそれぞれ設けられている前記ラプチャー部材（１１）の強度に関し、
Ｔ１／Ｔ２＝Ｄ２／Ｄ１とみなして、
Ｔ１／Ｔ２＝Ｄ２／Ｄ１が２以上８以下となるように前記ラプチャー部材の強度が調整されている請求項１に記載のガス発生器。
ここで、
Ｔ１：小さい孔径Ｄ１を有するガス放出孔に貼付されているラプチャー部材の強度
Ｔ２：大きい孔径Ｄ２を有するガス放出孔に貼付されているラプチャー部材の強度
イニシエータシェル（１）とクロージャシェル（２）とで形成される金属製のハウジング（３）と、
前記ハウジング（３）内に形成され、燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤（４）が装填された燃焼室（５）と、
前記燃焼室（５）の周囲に配置されたフィルタ部材（６）と、
前記ハウジング（３）に装着され前記燃焼室（５）内の前記ガス発生剤（４）を着火燃焼させる点火手段（７）と、
前記ハウジング（３）に形成され、前記燃焼室（５）で発生したガスを放出する複数のガス放出孔（８ａ，８ｂ）を有してなるガス発生器（３０）であって、
前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）が、大小２種類の孔径で、前記ハウジングの周方向に２列にジグザグ状に配列されてなり、
２種類のガス放出孔（８ａ，８ｂ）の前記ハウジング（３）の軸方向への孔間距離ｄと、前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の小孔径（Ｄ１）と、大孔径（Ｄ２）との関係が
ｄ≧（Ｄ１＋Ｄ２）／２
であるガス発生器。
前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の小孔径（Ｄ１）／大孔径（Ｄ２）の比（Ｄ１／Ｄ２）が、０．１以上１．０以下である請求項６に記載のガス発生器。
前記ガス放出孔（８ａ，８ｂ）の開口面積の総和（Ａｔ）に対するガス発生剤（４）の表面積の総和（Ａ）の比率（Ａ／Ａｔ）が１３００を超え、２０００以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス発生器。