JP4671825B2

JP4671825B2 - ガス発生器

Info

Publication number: JP4671825B2
Application number: JP2005284290A
Authority: JP
Inventors: 雅之中安
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: DE102006046366A1; JP2007091082A

Description

本発明は、車両の人員拘束装置に使用するガス発生器に関する。

車両乗員拘束装置や歩行者保護装置においてエアバッグを膨張させるガス発生器では、ガス排出口にエアバッグを接続するため、ガス排出口近傍にバッグ接続に障害となる着火用リードワイヤが接続される点火器等が存在しない構造が好ましい。

特許文献１では、加圧ガスを用いたガス発生器であり、点火器とガス排出口が離れたものが開示されている。加圧ガスを使用するガス発生器では、ガス排出口を閉塞するために閉塞手段となる破裂板を使用するが、作動時にはこの破裂板を開裂させて、ガス排出経路を開放する必要がある。特許文献１では、点火手段の作動で発生する高温高圧のガスで作動させたロッドにより、破裂板を開裂させる構造が採用されている。

特許文献１の発明では、壁１４にシール８０が一体に形成されており、断面がV字型の溝８２、８４である脆弱部が形成されている。そしてロッド７４がスクイブ４４、ならびにガス発生剤３４の作動で移動し、V字溝８２、８４の部分からシールを破壊する。したがってこのような構造のガス発生器では、確実にシールを開裂するために、V字型の溝を形成する必要がある。

USP 3,856,180明細書

特許文献１のガス発生器では、V字溝８２、８４を形成する必要があり、製造や部品の加工が複雑になるため、コストアップの原因となる。またシールを開裂するために、V字溝８２、８４の深さや幅などを厳密に管理する必要が出てくるため、品質保証の観点から部品の管理が煩雑となる。

本発明は、点火器とガス排出口が離れた位置に設けられ、ガス排出口に至るガス排出経路の閉塞手段をロッドで破壊する構造のガス発生器であり、前記閉塞手段を確実に開裂させ、ガスを排出してエアバッグを膨張できるガス発生器を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
２つの開口部を有する筒状ハウジングと、前記筒状ハウジングの一つの開口部に接続された点火手段室と、前記筒状ハウジングの他の開口部に接続された、ガス排出口を有するディフューザ部とを有しており、
前記筒状ハウジングと前記点火手段室の間が第１閉塞手段で閉塞され、前記筒状ハウジングと前記ディフューザ部との間が第２閉塞手段で閉塞され、前記筒状ハウジング内には加圧ガスが充填されており、
前記筒状ハウジング内には、作動時において前記第２閉塞手段を破壊してディフューザ部への通路を開放するためのロッドが、根本部が第１閉塞手段に対向し、先端部が第２閉塞手段に対向して配置されており、
前記ロッドが、前記第２閉塞手段に対向した平面を有する先端部と、前記先端部と前記根本部を除く中心部からなり、前記中心部の外径よりも前記先端部の外径が大きく形成されているガス発生器を提供する。

ガス発生器の作動時において、第１閉塞手段が点火手段により破壊されてロッドが推進され、第２閉塞手段がそのロッドにより破壊されて、ガス排出口に至るガス排出経路が開放される結果、エアバッグが膨張される。このような動作において、
要件（ａ）第２閉塞手段が確実に破壊されること、
要件（ｂ）第２閉塞手段が破壊された後、ガス流路にガス流を阻害するような抵抗が発生することなく、瞬時に加圧ガスが排出されること、の２つが特に重要となる。

加圧ガスがガス発生器から排出されるとき、ガス発生器内部に形成されるガス流路には、その流れに抵抗となる部分が発生し、特にガス流路の断面積が小さくなるほど抵抗が大きくなる。このため、外径の大きなロッドを用い、できるだけ大きな面積で第２閉塞手段を破壊することが考えられるが、第２閉塞手段の破壊後、ロッド自体がガス流路を狭くして、大きな抵抗を発生させることが考えられる。このような場合には、上記した要件（ａ）、（ｂ）の両方を満たすことができなくなる。

本発明では、第２閉塞手段を破壊するロッドとして、根本部、中心部、平面を有する先端部からなり、中心部の外径よりも先端部の外径が大きく形成されたものを用いる。このため、ロッド先端部面の衝突によるせん断力によって第２閉塞手段が破壊されることから、ガス発生器の作動環境によらず、常に第２閉塞手段の開裂状態が一定となるとと共に、ロッド中心部の外径が小さいことから、ガス流路を狭くしてガス流を阻害する抵抗が発生することが抑制される。また、中心部を細くすることで、ロッド全体が軽量化され、点火手段により推進されやすくなる。

ロッドの中心部と先端部の断面形状は円形が好ましいが、多角形であってもよい。また中心部と先端部は別部材で形成し、組立時に両者を接合する以外にも、両者を一体に形成することもできる。

ロッドの先端部（拡径部）と中心部（縮径部）は外径を不連続に形成してもよく、連続的に変化するように形成してもよい。

筒状ハウジングは、外形が筒状であるが、２つの開口部の位置は限定されず、２つの開口部が両端に設けられていてもよいし、周面に設けられていてもよいし、端部と周面に設けられていてもよい。

第１閉塞手段と第２閉塞手段は、筒状ハウジング内の圧力に耐えて、気密状態に維持できればよく、ハイブリッドタイプのガス発生器等で用いられているステンレス等の円板からなる破裂板を用いることができる。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記第２閉塞手段が、前記筒状ハウジングと前記ディフューザ部との間に形成されたガス流路を閉塞しており、前記ロッドの先端部面の外径（Ｂ_１）と前記ガス流路の直径（Ａ）との関係が１／２Ａ≦Ｂ_１＜Ａである請求項１記載のガス発生器を提供する。

ロッドの先端部面の外径（Ｂ_１）とガス流路の直径（Ａ）との関係を上記範囲にすることにより、要件（ａ）の充足が容易になる。

第２閉塞手段は、せん断力により、ロッド先端部の形状と略同一形状に打ち抜かれて、中心部分が一塊となって抜け、それ以外の周縁部は脱落しない。その後、脱落した中心部分は、ロッド先端部とディフューザ部内面との間に挟まれた状態で保持されるため、Ｂ_１とＡが上記式の関係であれば、脱落した中心部分がガス流路を閉塞することがない。

ロッドは、ロッド先端部の中心と第２閉塞手段の中心が同一線上になるように配置される。ロッドの先端部面の外径（Ｂ_１）（先端部面が多角形の場合は、対向する頂点間の長さ）は、ガス流路の断面直径（Ａ）の７５％以上で１００％未満であることが好ましい。

またロッドが移動するとき、先端部がガス流路と接触しても、その動きに影響を与えないように、ロッド先端部にテーパーを形成することができる。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記ロッド中心部の外径（Ｂ_２）と前記ガス流路の直径（Ａ）との関係が、Ｂ_２≦１／２Ａである請求項１又は２記載のガス発生器を提供する。

ロッド中心部の外径（Ｂ_２）とガス流路の直径（Ａ）との関係を上記範囲に設定することにより、上記した要件（ｂ）の充足が容易になる。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記ディフューザ部が、周壁部に複数のガス排出口を有するカップ形状であり、前記ロッドにより前記第２閉塞手段が破壊された後、前記先端部面が前記ガス排出口を閉塞しないように前記ディフューザ部の底面に当接される、請求項１〜３のいずれかに記載のガス発生器を提供する。

ロッド先端部が第２閉塞手段の中心部分を貫通し、ディフューザ部まで達したとき、ロッド先端部面と閉塞端面（ディフューザ部底面）との間に抜け落ちた中心部分が挟み込まれて保持される。また、ロッド先端部が平面であるため、ロッド先端部がディフューザ部底面に衝突したとき、力が分散されるのでロッドが貫通することがない。よって、ディフューザ部底面の厚さを厚くする必要がなく、部品の加工が容易になる。

更にディフューザ部の周壁部に形成された複数のガス排出口のうち、閉塞端面近傍に形成されるガス排出口は、少なくともロッド先端部の厚さ以上だけ閉塞底面から離して形成しておくことで、ロッド先端部面がディフューザ部底面と当接したときにも、ディフューザ周壁部のガス排出口の全てが開放されるようにすることができる。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記ロッド中心部がガス流路となる溝を有している、請求項１〜４のいずれかに記載のガス発生器を提供する。

このようにロッド中心部にガス流路となる溝を形成することで、ガス流が阻害されることがなくなり、上記した要件（ｂ）の充足が容易になる。

溝は、ガス流を阻害しないものであれば、ロッド根本部からロッド先端部にかけて連続した溝でもよいし、不連続な溝でもよい。溝は、１本でも複数本でもよく、螺旋状の溝でもよく、直線状の溝でもよい。
このように溝を形成した場合は、直径方向の断面を見た場合、円周方向に複数の凹凸が形成される形となり、そのうちの凹部がガス流路となると共に、凸部がロッドを補強するリブの働きをするため、ロッドを長くした場合でも、たわみ等の変形が防止される。
溝は、ロッド中心部の全域に形成されていてもよく、一部分に形成されていてもよい。一部分に形成するときは、ロッドの移動後にディフューザ部への通路に位置する部分に形成する。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記ロッド根本部の前記第１閉塞手段に対向する面の面積が、前記ロッド中心部の断面積よりも大きい、請求項１〜５のいずれかに記載のガス発生器を提供する。

ロッド根本部は、点火手段（電気式点火器）から発生する衝撃波や圧力波等の燃焼生成物を受ける部分であるため、ロッド根本部面は中心部よりも径が大きく形成されていることが好ましい。

本発明のガス発生器によれば、第２閉塞手段が確実にかつ大きな面積で破壊されてガス流路が解放され、第２閉塞手段が破壊された後には瞬時に加圧ガスが排出され、エアバッグが膨張される。

（１）図１、図２のガス発生器
図１のガス発生器は、エアバッグの膨張手段として加圧ガスを用いるストアード式のものである。図１は、軸方向の断面図、図２は、図１の部分拡大図を示す。

筒状ハウジング２０は、両端側に２つの開口部を有しており、一端側の開口部に接続された点火手段室３０と、他端側の開口部に接続されたディフューザ部４０とを有している。これらはステンレス又はアルミニウムからなるもので、それぞれの接合部において溶接固定されている。

筒状ハウジング２０の内部空間２２内は気密に維持されており、アルゴン、ヘリウム、窒素等の単体又はそれらの混合ガスが充填（充填圧は約３５，０００〜７０，０００ｋPa）されている。加圧ガスは、０℃、１気圧（１０１．３２５ｋPa）で４００ｍ／ｓｅｃ以上の音速を有するものが好ましい。加圧ガスは、充填孔から充填した後、ピン２３で閉塞する。ピン２３は筒状ハウジング２０に対して溶接される。

点火手段室３０は、点火手段室ハウジング３２により外殻が形成されている。点火手段室ハウジング３２の内部には、点火薬を備えた電気式の点火器３６が収容されている。点火器３６は、コネクタ及びリードワイヤ（いずれも図示せず）を介して車両の電源供給回路に接続される。点火器３６には、着火薬としてジルコニウムと過塩素酸カリウムを主成分とする着火薬が２６０ｍｇ含まれているものを使用している。

筒状ハウジング２０（内部空間２２）と点火手段室３０の間の第１通路３７は、ステンレス製の第１破裂板３８で閉塞されており、点火手段室３０の内部は常圧となっている。第１破裂板３８は、周縁部が、点火手段室ハウジング３２の内表面に設けられた第１環状段差面３３に溶接固定されている。

ディフューザ部４０は、ディフューザハウジング４２により外殻が形成されており、ディフューザハウジング４２には、加圧ガスを外部に排出する複数のガス排出口４６が均等配置されている。

筒状ハウジング２０（内部空間２２）とディフューザ部４０の間の第２通路４４は、ステンレス製の第２破裂板４８で閉塞されており、ディフューザ部４０の内部は常圧となっている。第２破裂板４８は、その周縁部が、ディフューザハウジング４２に溶接固定されている。

筒状ハウジング２０内には、第２破裂板４８を開裂するためのロッド２４が配置されている。ロッド２４は、円盤状の根本部２４ａ、中心部（軸部）２４ｂ、先端部２４ｃからなるもので、各部は一体になっており、ステンレス、アルミニウム等の金属製である。ロッドの先端部２４ｃのうち、第２破裂板４８に面する側は円盤状になっている。

ロッドの根本部２４ａは、点火手段室ハウジング３２の内表面に設けられた第２環状段差面３４に当接されている。図１では、第１破裂板３８と根本部２４ａは別部材であるが、根本部２４ａと第１破裂板３８は一体に形成されたものでもよく、更に根本部２４ａが第１破裂板３８を兼ねるようにしたものでもよい。

リテーナ５０が、筒状ハウジング２０の内壁面２１とディフューザハウジング４２に接触した状態で嵌め込まれ（又は圧入され）、更にロッド２４の中央部２４ｂのうち、先端部２４ｃに近い部分を保持している。

このようにして、リテーナ５０と点火手段室ハウジング３２によって、ロッド２４が所定位置で固定されており、外部からの振動などによりロッド２４のガタツキが防止される。

筒状ハウジング２０と第２通路４４とを閉塞する第２破裂板４８に対して、ロッド２４の先端部２４ｃが離れた状態で対向配置されている。第２通路４４がガス流路になり、その内径（Ａ）は、ロッド先端部２４ｃの先端部面の外径（Ｂ_１）よりも大きく、図２では、Ｂ_１はＡの９０％の大きさに設定されている。

リテーナ５０は、筒状ハウジング２０内に嵌め込まれ、ロッド先端部２４ｃの先端部面２４ｄの中心が、第２通路４４の中心と同一線上になるようにロッド２４を固定している。

リテーナ５０の周縁部５１は、ディフューザハウジング４２に当接され、周面部５２は筒状ハウジング２０の内壁面２１に当接されている。

次に、図１、図２で示されるガス発生器１０を自動車のエアバッグシステムに組み込んだ場合の動作を説明する。なお、ガス発生器１０は、リードワイヤを引き出す点火器３６とエアバッグを取り付けるガス排出口４６が反対側に位置しているので、エアバッグの取り付け作業時にリードワイヤが邪魔になることはない。

自動車が衝突して衝撃を受けたとき、コントロールユニットからの作動信号を受け、点火器３６が作動点火して生じた衝撃波ならびに圧力波により、第１破裂板３８が破壊され、第１通路３７が開放される。第１通路３７を破壊した衝撃波、あるいは圧力波は、続いてロッド円盤部（根元部）２４ａに衝突してロッド２４を第２破裂板４８側へ押圧する。

その結果、ロッド２４が軸方向に移動して、ロッド先端部２４ｃの先端部２４ｃが第２破裂板４８に衝突し、せん断力によって第２破裂板４８は先端部面２４ｄと略同一の形状で打ち抜かれて脱落し、先端部面２４ｄとディフューザ部４０の底面５３との間で挟まれた状態となる。このとき、先端部２４ｃの厚さＣと、ディフューザ部４０に形成されたガス排出口４６のうち、ディフューザ底面５３に最も近い排出口との距離Ｄの関係をＤ＞Ｃとしておけば、ロッド２４が移動した後でもガス排出口４６が閉塞されることがない。
なお、必要に応じて、作動後にロッド２４が移動するのを防止する（先端部２４ｃとディフューザ底面５３とが接触した状態を維持する）固定手段を設けてもよい。

ロッド２４の移動の際に、ロッド先端部２４ｃと第２通路４４を形成するディフューザ４０の角部４０ａとの干渉を抑制するために、ロッド先端部２４ｃにテーパーを形成しても良い。

（２）図３のガス発生器
図３は、図１とは別形態のガス発生器である。図３は、軸方向の部分断面図である。図３と図１のガス発生器は、ロッド及びリテーナのみが異なるものである。

図３のロッド５４は、図１のロッド２４と同様に、根元部（図示せず）、中心部５４ｂ、先端部５４ｃ、先端部面５４ｄを有するものであるが、中心部５４ｂにおいてガス流路を形成するための螺旋状の溝（木ネジ状の溝）５４ｅを有している。溝５４ｅの凹部がガス流路となり、凸部が補強部となる。

ロッド先端部面５４ｄは円形であり、その外径は第２通路４４の内径の９０％の大きさである。中心部５４ｂの凸部間の径は、ロッド先端部面５４ｄの径と同等以下である。

リテーナ５０は、ロッド先端部５４ｃ外周面をより広い範囲で保持できるように折り返しのフランジ５０ａを有している。

（３）図４のガス発生器
図４は、図１とは別形態のガス発生器である。図４は、軸方向の部分断面図である。図４と図１のガス発生器は、ロッド及びリテーナのみが異なるものである。

図４のロッド６４は、図１のロッド２４と同様に、根元部（図示せず）、中心部６４ｂ、先端部６４ｃ、先端部面６４ｄを有するものであるが、中心部６４ｂにおいてガス流路を形成するための螺旋状の溝（ドリル状の溝）６４ｅを有している。溝６４ｅの凹部がガス流路となり、凸部が補強部となる。

ロッド先端部面６４ｄは円形であり、その外径は第２通路４４の内径の９０％の大きさである。中心部６４ｂの凸部間の径は、ロッド先端部面６４ｄの径と同等以下である。

リテーナ５０は、ロッド先端部６４ｃ外周面をより広い範囲で保持できるように折り返しのフランジ５０ａを有している。

ガス発生器の縦断面図。図１のガス発生器の部分拡大図。別形態のロッドを使用したガス発生器の縦断面図。更に別形態のロッドを使用したガス発生器の縦断面図。

符号の説明

１０ガス発生器
２０筒状ハウジング
２４ロッド
３０点火手段室
３２点火手段室ハウジング
３８第１破裂板
４０ディフューザ部
４２ディフューザハウジング
４６ガス排出口
４８第２破裂板
５０リテーナ

Claims

２つの開口部を有する筒状ハウジング（20）と、前記筒状ハウジング（20）の一つの開口部に接続された点火手段室（30）と、前記筒状ハウジング（20）の他の開口部に接続された、閉塞端面（53）と複数のガス排出口（46）が形成された周壁部とを有するディフューザ部（40）とを有しており、
前記筒状ハウジング（20）と前記点火手段室（30）の間が第１閉塞手段（38）で閉塞され、前記筒状ハウジング（20）と前記ディフューザ部（40）との間が第２閉塞手段（48）で閉塞され、前記筒状ハウジング（20）内には加圧ガスが充填されており、
前記筒状ハウジング（20）内には、作動時において前記第２閉塞手段（48）を破壊してディフューザ部（40）の内部に形成された第２通路（44）を開放するためのロッド（24）が、根本部（24a）が第１閉塞手段（38）に対向し、先端部（24c）が第２閉塞手段（48）に対向して配置されており、
前記ロッド（24）が、前記第２閉塞手段（48）に対向した平面を有する厚さＣの先端部（24c）と、前記先端部（24c）と前記根本部（24a）を除く中心部（24b）からなり、前記中心部（24b）の外径よりも前記先端部（24c）の外径が大きく形成されており、
ロッド（24）の先端部（24c）面の外径（Ｂ ₁ ）と第２通路（44）の直径（Ａ）との関係が１／２Ａ≦Ｂ ₁ ＜Ａであり、
ディフューザ部（40）において、周壁部に形成された複数のガス排出口（46）のうち、閉塞端面（53）に最も近いガス排出口が閉塞端面（53）と距離Ｄをおいて形成されており、ロッド（24）の先端部（24c）の厚さＣと前記距離Ｄが、Ｄ＞Ｃの関係を満たしているガス発生器。
前記ロッド中心部の外径（Ｂ₂）と前記ガス流路の直径（Ａ）との関係が、Ｂ₂≦１／２Ａである請求項１記載のガス発生器。
前記ディフューザ部が、周壁部に複数のガス排出口を有するカップ形状であり、前記ロッドにより前記第２閉塞手段が破壊された後、前記先端部面が前記ガス排出口を閉塞しないように前記ディフューザ部の底面に当接される、請求項１又は２記載のガス発生器。
前記ロッド中心部がガス流路となる溝を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス発生器。
前記ロッド根本部の前記第１閉塞手段に対向する面の面積が、前記ロッド中心部の断面積よりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス発生器。