JP4753692B2 - エアバッグ用インフレータ - Google Patents

Description

本発明は、車両などが急減速した際に、乗員を保護するために、爆発的に燃焼させて発生した固体を含む高温ガスをフィルターで冷却、濾過してバッグ内に送り込むことで、クッション効果をもたらすエアバッグ装置のインフレータに関する。

エアバッグ装置は、車両の衝突あるいは急停止などによる急激な加速度の変化を検知し、搭乗者の前方部分に組み込まれたバッグをガス発生剤の燃焼により発生したガスで膨張させる。膨張したバッグは搭乗者と車両内部構造物との間に介在して、クッションとなり搭乗者を保護する。膨張によりクッション効果を果たしたバッグは、その後急速に縮小して運転者の視界を妨げないように設計されている。

現在ではエアバッグ装置は運転席、助手席のみならず、側面衝突に備えた各種の形式の装置が開発されている。例えば運転席のステアリングホイールに取り付けられるタイプのエアバッグ装置では、ステアリングホイールのハブに取り付けられるベースプレートとホイールパッド（エアバッグカバー）との間に折り畳まれたバッグが配置され、急減速が感知されるとエアバッグカバーを破断させ、バッグを展開させながら乗員側へ向けて膨出する。

エアバッグの膨張方式にはいくつかの種類があるが、現在最も多く用いられているのは、高圧ガスタンク方式と火薬を爆発させて生じる燃焼ガスを用いる方式である。インフレータは「膨らますもの」の意味でバッグを膨らますためのガスを発生させる装置を指す。インフレータはエアバッグ装置の中心的な機構である。

高圧ガスタンク方式は、窒素ガス・アルゴンガスなど無害で安全なガスを小さいジュース缶ほどの大きさのタンク中へ入れておき、エアバッグ展開信号により、バーストディスクを破り、ガスを出口からエアバッグ内部へと噴出させるものである。

上記のバーストディスクを破る方法は、ピンなどで機械的に破ってしまう方法、高圧タンク内でガス発生剤や火薬を反応させ、その衝撃波で破る方法などがある。この方式のガス発生機構を備えた装置をインフレータと呼んでいる。

火薬を爆発させて生じる燃焼ガスを用いる方式では、固体のガス発生剤として無毒の窒素ガスを発生する金属アジドを主体とするものが一般に用いられているが、これは分解残渣の発生と多量の反応熱を伴う。そこで、前記したガス発生剤からの固体残渣を捕集するためと、高温の窒素ガスを冷却せしめるために金網等を積層したクーラント機能付き部材が用いられている。

火薬を爆発させて生じる燃焼ガスを用いる方式を例にとって、一般的なインフレータの構造について説明する。インフレータの軸芯部には車両急減速状態を感知するセンサが配設されており、このセンサが車両急減速状態を感知すると点火剤が点火される。このほかにセンサが車両の他の部分に設置され、信号がインフレータに伝えられるタイプもある。

インフレータの内部には点火剤の周囲に伝火剤及びガス発生剤が配設されており、伝火剤を介してガス発生剤が燃焼する。ガス発生剤が燃焼すると、大量のガスが発生する。このガスは、気化し溶融した燃焼粒状物などからなる高温の爆発残渣粉塵が混在しており、このままエアバック内に流入した場合、エアバックが破損してガスが車内に排出されることとなり、そのため乗員に損傷を与える。

このような理由から、爆発的燃焼により発生したガスは、インフレータ内に配設されたクーラントによって冷却された後フィルタを通り、インフレータの周壁に形成されたガス流入孔からバッグ内へ噴出することになる。

クーラント機能とフィルタ機能を併せ持つ部材を用いる場合が普通である。金属製の金網で形成された部材は、冷却効果と共に固形物を除去するの役目をしている。その構造の多くはワイヤスクリーン、スチールウールおよび／又はセラミック材料を含みガスを濾過する。典型的にはこれら材料の組合せが用いられる。この部材には高い耐熱性が要求される所から、従来は、金属線（通常ステンレス線）を平織り、あるいは綾織りした金網を適当なサイズのストリップに切断し、これを筒状に多重に巻回したものを用いている。

高圧ガスタンク方式では爆発に伴う残渣などは少ないものの、ガス流速度の調整、残渣のエアバッグへの侵入を防ぐために、火薬を用いる方式と同様にガス流路中に介在する部材を備えている。

インフレータにおける、燃焼ガスの冷却・濾過のために用いられる部材は、爆発の圧力に耐えられる構造が必要である。特許文献1では、インフレータは、孔の開いた管内に多量の可燃性ガスを生じる物質が収容された円筒状のガス流路介在部材がその孔の開いた管の周りに巻きつけられている。そして円筒状のハウジングがそのガス発生物質、孔の開いた管、そしてガス流路介在部材の周りに延びてこれらを囲んでいる。

特許文献２は、エアバッグ用ガス発生装置を開示している。このガス発生装置は複数のガス流路介在部材を備えている。ここではガス流路介在部材は、第１の網スクリーン部分を有し、ガス流から反応生成物の微粒子を除去する。第２のガス流路介在部材は、より小さいメッシュ寸法の第２の網スクリーン部分を有している。これら第１及び第２の網スクリーン部分は、酸化アルミニウム及び酸化シリコンの混合物であるセラミックファイバにて形成されたスペーサパッドにより分離される。

特許文献３は、車両の搭乗者を拘束するガス発生装置に使用されるガス流路介在部材組立体を開示している。ガス流路介在部材組立体は、ガス流方向に向けて、複数のステンレス鋼製スクリーン層と、発生されたガス微粒子をろ過するガス流路介在部材と、更に別のステンレス鋼製スクリーン層とを備えている。

通常のエアバッグは、バッグ、それを収納するカバーと、ガス発生剤、及びそれに点火する点火装置を含むインフレータから構成されている。このようなインフレータとして、特許文献4では、図１に示すように、円筒状外容器１の中心部に外容器よりは細い円筒状容器２に着火薬３を収納し、その片端に点火装置を設置し、更にその周辺にガス発生剤を、更にその外側にガス流路介在部材を配置してなる構造のインフレータが提案されている。この時のガス発生剤はペレット状であって、着火薬容器の周囲に充填されている。

上記のような従来のインフレータではイグナイターがインフレータの片側にのみ設置されており、容器の軸方向に伝火する構造となっているため、イグナイターによるガス発生剤全体の点火に時間的ずれを生じ、最大ガス圧力に到達するまでの時間が遅れ、したがって、バッグの膨脹による衝撃の吸収が十分に達成されないおそれがある。ことに、助手席用のエアバッグは車輛構造上より大容量とする必要があることから、このような危険性が一層大きくなる。

特許文献５および特許文献６はエアバッグを膨張するガスを濾過するのに用いられる２つの型式のガス流路介在部材を開示している。特許文献５は、図２に示すように、エアバッグを膨張するガスの流路介在部材を開示している。このガス流路介在部材４はガス発生材料５とハウジングのガス排出口との間でハウジング内に配置されている。このガス流路介在部材は３つの隣接したグループに配置されたガス流路介在部材材料層を含む。第一のグループの層は他のグループの層の支持を形成するスクリーンである。第二のグループの層はフィルタ層として働き、グラスファイバから形成されている。第三のグループの層はフィルタ層として働き、スチールウールから形成されている。支持スクリーンは第三のグループの層の各側に設けられ且つ開口を有する金属プレートがフィルタ層をガス発生材料から分離している。

連続するガス流路介在部材材料層はフィルタを通るガス流の下流方向で多孔性を減少するという問題がある。これは、ガスがフィルタを通して実質的に直線通路に移動する際にガスから連続的に粒状物を除去するように設計されているからである。

他の形式のガス流路介在部材が特許文献6に開示されている。図３に断面図を示す。この特許ではガスがガス発生材料から複数のガス流路介在部材層を通してガス排出口に流れるようにした細長い円筒ハウジング６を開示している。これらガス流路介在部材層７は一対の開口付プレートを含み、これらプレートはＰＨ中和材料と軸方向に交互に配置された細かいおよび粗いワイヤスクリーンとを収容するプラスチックバッグを支持している。第三の開口付きプレートがハウジングのガス排出開口からスクリーンを分離する。ガスは実質的に直線通路のガス流路介在部材を通して軸方向に移動する。
米国特許第4,846,368号明細書 米国特許第4,902,036号明細書 米国特許第4,878,690号明細書 米国特許第4,380,346号明細書 米国特許第4,017,100号明細書 米国特許第3,972,545号明細書

現在、エアバッグ装置に対する具体的な問題は、ガスに含まれる固形物をろ過する、効果的でかつ低廉なインフレータ装置を開発することである。従来のインフレータ装置のガス流路介在部材は、保形強度が小さく、ガス圧を受けたときに拡がり、インフレータのガス通過孔に入り込み破損し易い。ガス流路介在部材が破損した場合には、爆発した推進薬の高温の粉塵などがバッグ内に漏れてバッグを損傷させバッグの機能を損なったり、或いは乗員に火傷を負わせたりする危険がある。

また、保形性が小さいことから補強のための構造物が必要となり、インフレータの構造が複雑化する。本発明は、このような従来のエアバッグシステムのインフレータ用ガス流路介在部材の問題点を解決するもので、微粒子の捕捉性を向上させるとともに、ガス圧を受けたときにガス流路介在部材が損傷することの無いように強度を向上させ、且つ保形性の高いガス流路介在部材を備えたインフレータを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に記載された発明は、衝撃を検知して高圧ガスをエアバッグ内に流出させる衝撃吸収エアバッグ用インフレータにおいて、長手方向に波状に繰り返す凹凸形状を有する帯状金属テープの幅方向の両側端部のうち第１の側端部が筒状体の内面を、前記第一の側端部に対向する第２の側端部が筒状体の外面をそれぞれ形成するように旋回積層させながら筒状体を形成し、旋回積層して接触する前記帯状金属テープを接合させることで前記筒状体の内外壁面を通過する放射状の細孔群を有する多孔筒状体を形成し、 前記多孔筒状体を高圧ガス発生源とエアバックをつなぐ流路に介在させたことを特徴とするエアバッグ用インフレータである。

請求項２に記載された発明は、衝撃を検知して高圧ガスをエアバッグ内に流出させる衝撃吸収エアバッグ用インフレータにおいて、両面の形状が長手方向に波状に繰り返す凹凸形状を有する帯状金属テープの幅方向の両側端部のうち第１の側端部が筒状体の内面を、前記第１の側端部に対向する第２の側端部が筒状体の外面をそれぞれ形成するように旋回積層させながら筒状体を形成し、旋回積層して接触する前記帯状金属テープを接合させることで前記筒状体の内外壁面を通過する放射状の細孔群を有する多孔筒状体を形成し、前記多孔筒状体を高圧ガス発生源とエアバックをつなぐ流路に介在させたことを特徴とするエアバッグ用インフレータである。

請求項３に記載された発明は、衝撃を検知して高圧ガスをエアバッグ内に流出させる衝撃吸収エアバッグ用インフレータにおいて、帯状金属テープの第１の片面が平面、前記第１の片面に対向する第２の片面の形状が長手方向に波状に繰り返す凹凸形状を有する帯状金属テープの幅方向の両側端部のうち第１の側端部が筒状体の内面を、前記第１の側端部に対向する第２の側端部が筒状体の外面をそれぞれ形成するように旋回積層させながら筒状体を形成し、旋回積層して接触する前記帯状金属テープを接合させることで前記筒状体の内外壁面を通過する放射状の細孔群を有する多孔筒状体を形成し、前記多孔筒状体を高圧ガス発生源とエアバックをつなぐ流路に介在させたことを特徴とするエアバッグ用インフレータである。

請求項４に記載された発明は、前記接合の方法が溶接処理であることを特徴とする請求項１、２または３記載のエアバッグ用インフレータである。

請求項５に記載された発明は、前記接合の方法が焼結処理であることを特徴とする請求項１、２または３記載のエアバッグ用インフレータである。

積層した帯状金属は、様々な方法で接合し一体化することができる。接合方法としては、溶接処理及び焼結処理がある。例えば、拡散接合、ロー付け、電気抵抗溶接、高周波加熱溶接などによって接合する。

本発明の装置では、インフレータ内部でガス流路に介在させる部材が金属帯（金属テープ）の表面を波状や溝構造にして巻き付け、積層して焼結または溶接処理により一体化しているので、形状を保つ性質が大きい。金属線を複層筒状網体とした従来の部材に比べて、作動後の切断部が少なく、その結果、局所的に強度が落ちる箇所が少なくなる。作動時に膨張した高圧ガス流の圧力に対して、筒状部材壁面全体で圧力を分散して受けるので強度が大きく、破損するなどの事故が起こりにくい。

本発明の装置で用いられるインフレータでは高圧ガス流が通過する細孔により高圧ガス流の流れが適当な速度まで減速する。本発明の装置のガス流路に介在させる部材は、一体性が高く、形状を保つ性質が大きいので、他の補強体が不要になるので、インフレータ装置の構造を簡略化させることができるなどの効果もある。

本発明の装置に用いられるガス流路に介在させる部材は、金属帯の表面形状や溝の深さなどを調整することによって、任意の目開きの部材を得ることができる。また、金属帯を巻き付け・積層する形態で傾斜角度を付けることもできる。傾斜角度は４５度くらいまでの範囲で自由に、しかも容易に調整して製造できる。作動時に生じる高圧ガス流の方向を調整することも出来る。

発明を実施するための最良の形態を図で説明する。本発明の装置のガス流路介在部材を作るための金属帯（金属テープ）の構造例を図４〜８に示す。図４〜７は金属帯121の表面を溝形状にしたもので、図４、６は片面のみ溝形にし、図５、７は両面を溝形にしたものである。溝は、金属帯を圧延ローラーによって成形することができる。また、エッチング法でも成形が可能である。この溝が、空隙を作ることになる。図８は波形加工の例で、両面が一様な波形になっている。これらの溝や波形加工を施した金属帯121を、図９で示すように前記金属帯の両側端部がそれぞれ内面および外面を形成するように筒状に巻き付けることによって、図１０の筒状ガス流路介在部材装置120を得ることができる。この筒状体が本発明の装置で用いるガス流路介在部材である。

なお金属帯の素材として、ステンレス鋼、炭素合金鋼、アルミニウム合金、銅合金などが使用できる。また単に巻き付けて積層化したのでは安定性がない（筒形状を保てない）ので、巻き付けた後に金属帯の接合する。接合方法としては、溶接処理及び焼結処理がある。例えば、拡散接合、ロー付け、電気抵抗溶接、高周波加熱溶接などによって接合する。

図９の筒状ガス流路介在部材装置の断面図を見てわかるように、溝の山121bや波の山121bの間の谷間121a（図４〜８参照）が空隙121aとなる。したがって、山と山の間隔と谷の深さを調整することによって、空隙の広さと形状を自由に調整できる。また、金属帯121の幅ｄの選択と巻き付ける回数によって、図１０に示すように外径Ｄ、肉厚ｄ´、長さｌを自由に調整でき、任意の寸法の筒状ガス流路介在部材装置を得ることができる。なお、傾斜角度０度で巻き付けたときは、ｄ＝ｄ´である。

図１１は、金属帯121をθ度の傾斜角度をもって外径Ｄで巻き付けたときの、筒120の断面を示している。このθ度が空隙の角度でもある。したがって、筒状ガス流路介在部材装置120の肉厚ｄ´はｄ・cos(θ)となる。この傾斜角度を０〜４５度の範囲で巻き付けることによって、ガス流の角度を決定することができる。傾斜角度を大きくしガス流との接触面積を増すと冷却効果が大きくなる。さらに、溝ピッチや溝の大きさを変えることにより、補足する固形物の大きさやガス流の通過抵抗を調節することができる。また、金属帯の接合部の面積を増すと機械的強度を上げることができる。

従来のエアバッグ装置における膨張ガスを濾過するガス流路介在部材の例の断面図である。 従来のエアバッグ装置における膨張ガスを濾過するガス流路介在部材の例の断面図である。 従来のエアバッグ装置における膨張ガスを濾過するガス流路介在部材の例の断面図である。 片面溝加工を施した金属帯の例を示す斜視図である。 両面溝加工を施した金属帯の例を示す斜視図である。 片面溝加工を施した金属帯の例を示す斜視図である。 両面溝加工を施した金属帯の例を示す斜視図である。 波形に成形を施した金属帯の例を示す斜視図である。 溝や波形の金属帯で筒状ガス流路介在部材装置を製造する過程を説明するための筒状部材の斜視図である。 溝や波形の金属帯で製造した筒状ガス流路介在部材装置の斜視図である。 溝や波形の金属帯で筒状ガス流路介在部材装置を傾斜角度θで製造する過程を説明するための筒状ガス流路介在部材装置の断面図である。

１ 円筒状外容器
２ 円筒状容器
３ 着火薬
４ ガス流路介在部材
５ ガス発生材料
６ 円筒ハウジング
７ ガス流路介在部材層
１２０ 筒状ガス流路介在部材装置
１２１ 金属帯（金属テープ）
１２１ａ 谷間（空隙）
１２１ｂ 山
ｗ００ 高圧ガス流（筒状ガス流路介在部材装置通過前の高圧ガス流）
ｗ１０ 高圧ガス流（筒状ガス流路介在部材装置通過後の高圧ガス流）

Claims (5)

1. 衝撃を検知して高圧ガスをエアバッグ内に流出させる衝撃吸収エアバッグ用インフレータにおいて、
   長手方向に波状に繰り返す凹凸形状を有する帯状金属テープの幅方向の両側端部のうち第１の側端部が筒状体の内面を、前記第１の側端部に対向する第２の側端部が筒状体の外面をそれぞれ形成するように旋回積層させながら筒状体を形成し、旋回積層して接触する前記帯状金属テープを接合させることで前記筒状体の内外壁面を通過する放射状の細孔群を有する多孔筒状体を形成し、
   前記多孔筒状体を高圧ガス発生源とエアバックをつなぐ流路に介在させたことを特徴とするエアバッグ用インフレータ。
2. 衝撃を検知して高圧ガスをエアバッグ内に流出させる衝撃吸収エアバッグ用インフレータにおいて、
   両面の形状が長手方向に波状に繰り返す凹凸形状を有する帯状金属テープの幅方向の両側端部のうち第１の側端部が筒状体の内面を、前記第１の側端部に対向する第２の側端部が筒状体の外面をそれぞれ形成するように旋回積層させながら筒状体を形成し、旋回積層して接触する前記帯状金属テープを接合させることで前記筒状体の内外壁面を通過する放射状の細孔群を有する多孔筒状体を形成し、
   前記多孔筒状体を高圧ガス発生源とエアバックをつなぐ流路に介在させたことを特徴とするエアバッグ用インフレータ。
3. 衝撃を検知して高圧ガスをエアバッグ内に流出させる衝撃吸収エアバッグ用インフレータにおいて、
   帯状金属テープの第１の片面が平面、前記第１の片面に対向する第２の片面の形状が長手方向に波状に繰り返す凹凸形状を有する帯状金属テープの幅方向の両側端部のうち第１の側端部が筒状体の内面を、前記第１の側端部に対向する第２の側端部が筒状体の外面をそれぞれ形成するように旋回積層させながら筒状体を形成し、旋回積層して接触する前記帯状金属テープを接合させることで前記筒状体の内外壁面を通過する放射状の細孔群を有する多孔筒状体を形成し、
   前記多孔筒状体を高圧ガス発生源とエアバックをつなぐ流路に介在させたことを特徴とするエアバッグ用インフレータ。
4. 前記接合の方法が溶接処理であることを特徴とする請求項１、２または３記載のエアバッグ用インフレータ。
5. 前記接合の方法が焼結処理であることを特徴とする請求項１、２または３記載のエアバッグ用インフレータ。