JP5129616B2 - フィルタ及びフィルタ体 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の衝突事故時に乗員が受ける衝撃を緩和して乗員の安全を図るエアバッグ装置のインフレータ（ガス発生器）等に用いるフィルタ及びフィルタ体に関するものである。

近年、自動車の衝突事故時に、インフレータ内の推進薬（火薬）に点火してガスを爆発的に発生させ、このガスによりエアバッグを開き、エアバッグのクッション効果で運転者等乗員が受ける衝撃を緩和し乗員の安全を図るエアバッグシステムは、乗用車に標準装備されるようになってきている。

上記エアバッグシステムの具体的な構成としては、インフレータのガス発生室において推進薬から爆発的に発生したガスを、筒状のフィルタを内側から外側へ通過させてインフレータからエアバッグ内へ流入させることにより、エアバッグを展開するものである。ここで、上記フィルタは、ガス中に含まれている爆発した推進薬の粉塵等の、高温の微粒子がバッグ内に流入しないようにこれを捕捉し、且つ、ガスを冷却させるものである。このフィルタには高い耐熱性が要求されるので、金属線（通常ステンレス線）を平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が用いられていた。

しかしながら、当該フィルタを用いた場合には、フィルタ効果を高めようとすれば、金網を構成する金属線の線径を小さくし、かつ網目を細かく編んだ金網をより多重に用いる必要がある。したがって、フィルタがコスト高になるという問題点がある。また、上記した従来のフィルタ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んで破損し易い難点がある。

また、円筒状のメリヤス編み金網に、その長さ方向の端部を該金網の円筒外周面上に折返す折込みを複数回繰り返し施して成形した円筒状の多重折込み成形金網を、更に長さ方向に圧縮した筒状の成形金網体によりフィルタを構成したことを特徴とするエアバッグシステムのインフレータ用フィルタが開示されている（下記特許文献１参照）。

上記フィルタであれば、インフレータ爆発時の火薬から出る粉塵等の除去及びガスの冷却機能には優れている。しかしながら、そのサイズ（幅）は編機の幅によって決まってしまうため、所要のサイズごとに異なる幅の編機を用意しなければならず、かつ、製造工程が複雑であり、メリヤス編機を使用しているため製造時間が長くなる。この結果、やはりフィルタがコスト高になるという問題点がある。

そこで、エキスパンドメタルを多層巻きして構成された筒状体からなり、その内面側と外面側のエキスパンドメタルが、それぞれ、当該筒状体から剥がれないように、当該筒状体に固着されているようなエアバック装置のインフレータ用フィルタが提案されている（下記特許文献２参照）。

これにより、非常に簡単な方法でエアバック装置のインフレータ用フィルタを製造することができる。しかしながら、エキスパンドメタルの網目形状（孔径状）が全て同一であるため、図１３に示すように、エキスパンドメタル５０の巻回時に、或る周回のエキスパンドメタル５０ａの孔５１に、このエキスパンドメタル５０ａと隣接するエキスパンドメタル５０ｂの隆起した金属部分５２が嵌ることがある。このため、エキスパンドメタル５０を巻回することにより作製したフィルタ５３は、図１２に示すように、竹の子形状になることがある。この結果、フィルタ５３の歩留りが低下したり、フィルタ５３の端部５３ａを切断するという工程が増えることによりフィルタ５３の製造コストが高騰するという課題がある。

また、孔５１に金属部分５２が嵌った場合には、図１４に示すように、エキスパンドメタル５０の巻回ピッチ（隣接するエキスパンドメタル５０間の距離）が大きくて、隣接するエキスパンドメタル５０間に大きな空間が存在する部位と、図１５に示すように、エキスパンドメタル５０の巻回ピッチが小さくて、隣接するエキスパンドメタル５０間に余り空間が存在しない部位とが生じる。このため、インフレータの爆発により発生するガスは主としてエキスパンドメタル５０間に大きな空間が存在する部位から排出され、インフレータの爆発により発生する推進薬の粉塵を、有効に補足することができず、しかも、発生するガスを有効に冷却することができなくなる。この結果、フィルタとしての機能を十分に発揮することができないという課題を有していた。

このようなことを考慮して、下記に示すようなフィルタが提案されている。
（１）図１６に示すように、エキスパンドメタルから成る本体部６０の表面に、金網６１等を溶着するような構造のフィルタ。
（２）図１７（ａ）〜（ｃ）に示すように、伸延方向が異なる２つのエキスパンドメタル６３、６４（具体的には、図１７（ｂ）に示すように、エキスパンドメタル６３は横長の孔６３ａを有し、図１７（ｃ）に示すように、エキスパンドメタル６４は縦長の孔６４ａを有する）を溶着（図１７（ａ）中、６５は溶着部）するようなフィルタ。
（１）（２）に示すフィルタであれば、インフレータの爆発により発生する粉塵を十分に補足することができ、また、発生するガスを有効に冷却することができる。

特開平７−２８５４１２号公報 特開２００２−２４９０１７号公報

しかしながら上記（１）（２）に示すフィルタでは、それぞれ、以下に示すような課題を有していた。
（１）のフィルタの課題
（１）に示すフィルタでは、エキスパンドメタルの他に金網等を用いる必要があるので、フィルタの製造コストが高くなり、しかも、フィルタの重量が増加するという課題を有していた。

（２）のフィルタの課題
（２）に示すフィルタでは、２つのエキスパンドメタルを溶着する必要があるので、やはりフィルタの製造コストが高くなり、しかも、巻回方向と伸延方向とが同一となるエキスパンドメタル６４では、エキスパンドメタルの巻回力が大きいということに起因してエキスパンドメタル６４が伸びることがあり、歩留りが低下するという課題を有していた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、軽量且つ低コストで、しかも歩留りの低下を招来することなく、集塵、冷却機能を十分に発揮することができるフィルタ及びフィルタ体の提供を目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、多数の孔が形成されたエキスパンドメタルを渦巻き状に巻回した筒状体からなるフィルタであって、隣接する周回に形成された上記孔の形状が異なる形状を成しており、且つ、上記エキスパンドメタルは一体形成されており、上記エキスパンドメタルの各周回に存在する形状が異なる孔の一方の形状が略菱形であり、他方の形状が略台形であることを特徴とする。

エキスパンドメタルとは、金属板に切り込みを入れて広げることにより、網目状の穴部を形成したもので、ラスメタルとも呼ばれ、この方法により、細かい網目を有し、かつ強度の大きな網状金属板を製造することができる。本発明は、このようなエキスパンドメタルを巻回することにより得るフィルタにおいて、隣接する周回に形成された孔形状を異なる形状とするものである。但し、全ての部位において隣接する周回に形成された孔形状と異なる形状とする必要はなく、各周回の少なくとも一部で隣接する周回に形成された孔形状と異なっていれば足る。

このように、隣接する周回に形成された孔形状が異なる形状のフィルタであれば、エキスパンドメタルの巻回時に、エキスパンドメタルを構成する網目金属が、隣接する周回のエキスパンドメタルに形成された孔に嵌るのを抑制することができる。このため、エキスパンドメタルを巻回することにより作製したフィルタが、竹の子形状になるのを防止することができる。したがって、フィルタの歩留りが低下したり、フィルタの端部を切断するという工程が増えることによりフィルタの製造コストが高騰するのを抑制できる。

また、エキスパンドメタルを構成する網目金属が、隣接する周回のエキスパンドメタルの孔に嵌るのを抑制することができるので、全ての部位において巻回ピッチが均一となり（即ち、全ての部位において緊迫力が均一且つ緻密となり）、粉塵等を有効に補足することができ、しかも、ガス等を冷却する必要がある場合には有効に冷却することができる。この結果、フィルタとしての機能を十分に発揮することができることになる。

また、１枚のエキスパンドメタルでフィルタを作製できる（即ち、金網等をエキスパンドメタルに溶着したり、２つのエキスパンドメタルを溶着したりする工程が不要となる）ので、フィルタの製造コストが低下し、且つ、金網等の存在によるフィルタの重量増を防止できる。

上記略台形の孔の長さをＬ１１とし、平坦部の長さをＬ１３とすると、長さＬ１１に対する長さＬ１３の割合（Ｌ１３／Ｌ１１）が、０．８〜０．２の範囲内にあることが望ましい。

上記エキスパンドメタルの延伸方向に対して直角方向にエキスパンドメタルを巻回することが望ましい。
エキスパンドメタルの延伸方向は当該延伸方向に対して直角な方向に比べてエキスパンドメタルが伸び易いため、エキスパンドメタルの延伸方向と同一方向にエキスパンドメタルを巻回した場合には、巻回時にエキスパンドメタルの孔が大きくなったり、エキスパンドメタルが幅狭になったりすることがある。このため、粉塵等の補足効果やガスの冷却効果が低下することがある。これに対して、エキスパンドメタルの延伸方向に対して直角方向にエキスパンドメタルを巻回した場合には、当該方向に対する引っ張り強度は大きいということに起因して、巻回時にエキスパンドメタルの孔が大きくなったり、エキスパンドメタルが幅狭になったりするのを抑制することができる。このため、粉塵等の補足効果やガスの冷却効果が低下するのを抑えることができる。

エアバック装置のインフレータに使用されることが望ましい。
インフレータの爆発により発生する推進薬の粉塵を、有効に補足することができ、しかも、発生するガスを有効に冷却することができる。この結果、フィルタとしての機能を十分に発揮することができることになる。
但し、フィルタの使用箇所としては、エアバック装置のインフレータに限定するものではなく、他のエアフィルタ、更に、水等の液体用フィルタに用いることも可能である。

上述したフィルタの外周部及び／又は内周部に、筒壁に多数の貫通孔を有する筒状の保護部材を設けたことを特徴とする。
このような構成であれば、筒状の保護部材によって前記フィルタが補強されるので、保形強度が更に向上し、また取扱が容易かつ便利になる。

以上説明したように本発明によれば、軽量且つ低コストで、しかも歩留りの低下を招来することなく、集塵、冷却機能を十分に発揮することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。 図１は、本発明に係るフィルタの斜視図であり、このフィルタ１は、鉄製の網目金属であるエキスパンドメタル（厚さ：約０．６８ｍｍ）２が円筒状に多数層、渦巻き状に重ね巻きされており、その最内周部と最外周部のエキスパンドメタル２がスポット溶接（図１中、３がスポット溶接部である）されている。これにより、一定の緊迫力で巻回されたエキスパンドメタル２がばらけず、円筒状のフィルタの形状が保たれるようになっている。

上記エキスパンドメタル２は、図２に示すように、一体形成されているが、５つの部位２ａ〜２ｅに分割されている。これら、５つの部位２ａ〜２ｅは、それぞれ、フィルタ１の略１巻き目〜略５巻き目に対応しているが（図２において、Ａ方向が巻回方向である）、完全に対応するものではなく、若干他の巻き目に組み込まれている部位もある構成となっている。但し、５つの部位２ａ〜２ｅに限定されるものではなく、２以上の部位に分割されていれば良い。

また、上記エキスパンドメタル２の長さＬ１は約５７０ｍｍ、幅Ｌ７は約１００ｍｍであり、また、部位２ａの長さＬ２は約９５ｍｍ、部位２ｂ、２ｃ、２ｄの長さＬ３、Ｌ４、Ｌ５は全て約１２７ｍｍ、部位２ｅの長さＬ６はＬ１−（Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５）となっている。また、これら部位２ａ〜２ｆのうち、部位２ａ、２ｃ、２ｅのエキスパンドメタルの孔５の形状は図３に示すように、略菱形を成しており、孔５の長さＬ８は約１．４２ｍｍ、孔５の幅Ｌ９は約０．４６ｍｍであり、また、厚さＬ１０は約０．３５ｍｍとなっている。

一方、部位２ｂ、２ｄの孔６の形状は図４に示すように、略台形（視る方向が異なると、略五角形に見える場合もある）を成しており、孔６の長さＬ１１は約１．４５ｍｍ、孔６の幅Ｌ１２は約０．４３ｍｍであり、また、厚さＬ１４は約０．３５ｍｍとなっている。但し、孔６は孔５と異なり頂部５ａは有しておらず、その代わりに平坦部６ａが設けられている。この平坦部６ａの長さＬ１３は約０．７０ｍｍである。

上述の如く、フィルタ１において、隣接する周回に形成された孔５、６の形状が異なっているので、エキスパンドメタル２の巻回時に、エキスパンドメタル２を構成する網目金属が、隣接するする周回のエキスパンドメタル２に形成された孔５、６に嵌るのを抑制することができる。したがって、フィルタ１が竹の子形状になるのを抑制することができる。

また、上記の如く、網目金属が孔５、６孔に嵌るのを抑制することができるので、図５に示すように、全ての部位において緊迫力が均一且つ緻密になると共に、エキスパンドメタル２の網目が多層に複雑に重なり合っている状態となる（各部位２ａ〜２ｅに形成された孔５、６がずれて配置された状態となる）。したがって、ガスの排出ルートが緻密且つ均一で、排出ルート自体も長くなるので、インフレータの爆発により発生する推進薬の粉塵をフィルタ１で有効に補足することができ、しかも、発生するガスをフィルタ１で有効に冷却することができる。この結果、フィルタ１としての機能を十分に発揮することができる。

尚、孔６の長さＬ１１に対する平坦部６ａの長さＬ１３の割合（Ｌ１３／Ｌ１１）は上記の割合に限定するものではなく、０．８〜０．２であれば、本発明の作用効果を十分に発揮できる。上記割合（Ｌ１３／Ｌ１１）を０．８以下に規制するのは、当該割合が０．８を超えると孔６の面積が大きくなり過ぎて、粉塵の補足効果や、ガスの冷却効果が低減する一方、当該割合が０．２未満になると孔５と孔６との形状が似通ってくるため、本発明の作用効果を十分に発揮できないことがあるからである。

ここで、上記フィルタ１の製造方法について説明するにあたり、先ず、エキスパンドメタル２の製造方法について説明する。
図６に示すように、エキスパンドメタル２の製造装置は、板状の鋼鈑（厚さ：約０．３５ｍｍ）１１を搬送する送りローラー１２と、直方体形状の下刃１３と、上記材料１１を加工するための上刃１４とを有している。

このような製造装置を用いてエキスパンドメタル２を作製するには、先ず、送りローラー１２にて材料１１を所望量だけＢ方向に送り出した後、上刃１４をＣ方向に降下させ鋼鈑に切れ目を入れると同時にこれを押し延ばす。次に、降下させた上刃１４を反Ｃ方向に上昇させた(元の位置に戻した)後、上刃１４を今度はＤ方向に距離ａだけ移動させる。次いで、上刃１４をＣ方向に降下させて鋼鈑に切れ目を入れると同時にこれを押し延ばすことで千鳥配列を形成する。この後、１ストローク目と同様に、降下させた上刃１４を反Ｃ方向に上昇させた(元の位置に戻した)後、今度は反Ｄ方向に距離ａだけ移動させる(元の位置に戻す)。以上に示す動作を繰り返し行うことによって、エキスパンドメタル２が作製される。

ここで、図７（ｂ）に示すように、上刃１４は５つの上刃部分１４ａ〜１４ｅに分割されており、孔１５を挿通するボルト（図示せず）により装置本体に取り付けられている。また、上刃部分１４ａ〜１４ｅは一体ではなく、それぞれ分割されており、各上刃部分１４ａ〜１４ｅ毎に取り替えることが可能となっている。

上記上刃部分１４ａ〜１４ｅのうち上刃部分１４ａの刃先形状は、図８に示すように、三角形状を成している一方、上刃部分１４ｂの刃先形状は、台形状を成している。また、図示はしないが、上刃部分１４ｃ、１４ｅの刃先形状は上刃部分１４ａの刃先形状と同様の形状を成しており、上刃部分１４ｄの刃先形状は上刃部分１４ｂの刃先形状と同様の形状を成している。

このような構成の上刃１４を用いて、図７（ａ）に示す材料１１を加工することにより、上述したエキスパンドメタル２が作製される。具体的には、材料１１の上刃部分１４ａに対応する部位１１ａ、上刃部分１４ｃに対応する部位１１ｃ、及び、上刃部分１４ｅに対応する部位１１ｅでは、図３に示した孔５を有することとなり、上刃部分１４ｂに対応する部位１１ｂ、及び、上刃部分１４ｄに対応する部位１１ｄでは、図４に示した孔６を有することとなる。
最後に、このようにして作製したエキスパンドメタル２を渦巻状に巻回し、更に溶着することにより、フィルタ１を作製した。

（実施例１）
上記発明を実施するための最良の形態で示したフィルタ（直径：約３３ｍｍ、長さ：約１００ｍｍ）１の外周部に、図９に示すように、多数の貫通孔１８を有する筒状の保護部材１７が設けられたフィルタ体１９を作製した。
このようにして作製したフィルタ体を、以下、本発明フィルタ体Ａ１と称する。

（実施例２）
フィルタの長さを約６０ｍｍとし、これに応じて保護部材１７の長さを変更した他は、上記実施例１と同様にしてフィルタ体１９を作製した。
このようにして作製したフィルタ体を、以下、本発明フィルタ体Ａ２と称する。

（比較例１）
図１７に示したエキスパンドメタル２を用いた他は、上記実施例１と同様にしてフィルタ体１を作製した。
このようにして作製したフィルタ体を、以下、比較フィルタ体Ｘ１と称する。

（比較例２）
図１７に示したエキスパンドメタル２を用いた他は、上記実施例２と同様にしてフィルタ体１を作製した。
このようにして作製したフィルタ体を、以下、比較フィルタ体Ｘ２と称する。

（実験）
上記本発明フィルタ体Ａ１、Ａ２、及び上記比較フィルタ体Ｘ１、Ｘ２内にそれぞれ、推進薬を装填すると共に、各フィルタ体Ａ１、Ａ２、Ｘ１、Ｘ２に６０リットルの袋体を取り付け、時間とインフレータ出力との関係、及び、時間とインフレータ内圧との関係を調べたので、それらの結果をそれぞれ図１０及び図１１に示す。

図１０及び図１１から明らかなように、本発明フィルタ体Ａ１と比較フィルタＸ１、及び本発明フィルタ体Ａ２と比較フィルタＸ２とでは、内圧(Ｍｐａ)データでは十数ｍｓｅｃで減圧し、出力(Ｋｐａ)データでは数十ｍｓｅｃで規定の出力に到達していることから、同等の性能を有している事が認められる。従って、発生したガスをフィルタの内側から外側へ通過させてインフレータから円滑に排出させる点については、本発明フィルタ体Ａ１、Ａ２及び比較フィルタＸ１、Ｘ２共に問題ないことがわかる。
また、本発明フィルタ体Ａ１、Ａ２及び比較フィルタ体Ｘ１、Ｘ２共に、Ｆｌａｍｉｎｇ現象（火の粉が排出される現象）は観察されなかった。

（その他の事項）
（１）上記実施例では、各周回の一部で隣接する周回に形成された孔形状と異なるような構成としているが、各周回の全部で隣接する周回に形成された孔形状と異なるような構成とすれば、上述した作用効果が一層発揮される。

（２）上記実施例では、フィルタ１の外周側にのみ保護部材１７を設けたが、フィルタ１の内周側にも、保護部材１７を設けても良い。このようにすれば、フィルタ１をさらに補強することができる。

本発明は自動車のエアバッグ等に用いることができる。

本発明のフィルタの構成を示す斜視図である。 本発明のフィルタに用いるエキスパンドメタルの平面図である。 本発明のフィルタに用いるエキスパンドメタルの拡大斜視図である。 本発明のフィルタに用いるエキスパンドメタルの拡大斜視図である。 本発明のフィルタにおけるガスの流れ状態を示す説明図である。 本発明のフィルタに用いるエキスパンドメタルの製造工程を示す斜視図である。 本発明のフィルタに用いるエキスパンドメタルの製造工程を示す図であって、同図（ａ）はエキスパンドメタルの製造に用いる材料を示す平面図、同図（ｂ）はエキスパンドメタルの製造時に用いる下刃を示す正面図である。 エキスパンドメタルの作製時に用いる下刃の拡大正面図である。 本発明のフィルタ体を示す斜視図である。 時間とインフレータ出力との関係を示すグラフである。 時間とインフレータ内圧との関係を示すグラフである。 従来のフィルタの構成を示す斜視図である。 従来のフィルタの拡大斜視図である。 従来のフィルタにおけるガスの流れ状態を示す説明図である。 従来のフィルタにおけるガスの流れ状態を示す説明図である。 他の従来のフィルタに用いるエキスパンドメタルの構成を示す平面図である。 更に他の従来のフィルタに用いるエキスパンドメタルの構成を示す図であって、同図（ａ）はエキスパンドメタルの平面図、同図（ｂ）は左側に存在するエキスパンドメタルの拡大斜視面図、同図（ｃ）は右側に存在するエキスパンドメタルの拡大斜視図である。

符号の説明

１…フィルタ
２…エキスパンドメタル
５…孔
６…孔

Claims (5)

1. 多数の孔が形成されたエキスパンドメタルを渦巻き状に巻回した筒状体からなるフィルタであって、
   隣接する周回に形成された上記孔の形状が異なる形状を成しており、且つ、上記エキスパンドメタルは一体形成されており、
   上記エキスパンドメタルの各周回に存在する形状が異なる孔の一方の形状が略菱形であり、他方の形状が略台形であることを特徴とするフィルタ。
2. 上記略台形の孔の長さをＬ１１とし、平坦部の長さをＬ１３とすると、長さＬ１１に対する長さＬ１３の割合（Ｌ１３／Ｌ１１）が、０．８〜０．２の範囲内にある、請求項１記載のフィルタ。
3. 上記エキスパンドメタルの延伸方向に対して直角方向にエキスパンドメタルを巻回する、請求項１又は２のいずれか１項に記載のフィルタ。
4. エアバック装置のインフレータに使用される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ。
5. 請求項４に記載のフィルタの外周部及び／又は内周部に、筒壁に多数の貫通孔を有する筒状の保護部材を設けたことを特徴とするフィルタ体。

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