JP5297020B2 - ガス発生器 - Google Patents

Description

本発明は、エアバッグ等を膨張させるガス発生器に使用されるガス発生器用フィルターを備えたガス発生器に関するものである。

ガス発生器は、自動車の衝突を検知すると、ガス発生剤を点火し爆発的に燃焼して高温ガスを発生し、エアバッグを膨らませるもので、このガス発生器に備えられたフィルターは、発生した高温ガスを冷却し、高温ガスからスラグを除去するために使用されるものである。このガス発生器用フィルターとして、例えば、下記特許文献に開示されているものが知られている。特許文献１に開示されているフィルターは、螺旋状に巻かれた線材の断面積が０．０３〜０．８ｍｍ^２からなり、径方向上下に重なる線材同士のピッチ角が相互に対称である第１層と、この第１層の径方向外側に存在し、第１層を形成する線材よりも細い線材を用いて、濾過粒度が第１層より細かく形成された第２層とを含んで構成されたものである。特許文献２に開示されているフィルターは、一本の線材を芯金に巻き付けながら形成するもので、一本の線材から形成されているため、製造工程が煩雑でなく製造コストを抑えることができるとともに、各種車両の特性に応じたフィルターに作成して、エアバッグの展開速度を調節することができる。また、特許文献３に開示されているフィルターは、内層材と、外層材とを同軸状に組み合わせたものであり、２層によって優れた冷却性能を有する。
特開２００５−１９３７６２号公報 特開２００１−１７１４７２号公報 特開２００１−３０１５６１号公報

しかしながら、上記特許文献１、３のフィルターにおける２層のそれぞれは、異なるものを用いているため、一体形成ができず、製造コストを抑えにくい場合があった。また、上記特許文献２のフィルターは、全層同じ張力を負荷しながら巻き付けた同一層からなっているので、十分なガス冷却性能およびスラグ捕集効果と、発生ガスの圧力調整性能とを全て十分に満たすことは困難な場合があった。

そこで、本発明は、製造工程が容易で製造コストを抑えることができ、十分なガス冷却性能及びスラグ捕集性能を確実に有するとともに発生ガスの圧力調整性能を有するガス発生器用フィルターを備えたガス発生器を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び効果

（１） 本発明のガス発生器は、ガス放出孔を有するハウジングと、前記ハウジング内に形成され、燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤が装填されている燃焼室と、点火薬を内包しており、前記ハウジング内に装着され、前記燃焼室内のガス発生剤を着火燃焼させるガス発生剤点火手段と、前記ハウジングの内周に周方向にわたって配設されたガス発生器用フィルターとを備えたガス発生器であって、前記ガス発生器用フィルターは、筒状の第１のフィルター層と、前記第１のフィルター層の外周に、前記第１のフィルター層と同心となるように設けられている筒状の第２のフィルター層とを備え、前記第１のフィルター層と前記第２のフィルター層とが、１本の金属線材を巻き回して形成されており、前記第１のフィルター層の一端部と前記第２のフィルター層の一端部とが、一体化しているとともに、前記第１のフィルター層と前記第２のフィルター層との間に、前記第１のフィルター層と同心の筒形状の空間層が形成されており、前記第１のフィルター層の密度が、前記第２のフィルター層の密度よりも高い。

上記（１）のガス発生器を作動させた際には、空間層においてガスの流れが変わり、一旦、前記空間層においてガスを混合することができるので、前記空間層外側の第２のフィルター層においてガス中のスラグをより捉えることができる。その結果として、十分なガス冷却性能及びスラグ捕集性能を確実に有するとともに発生ガスの圧力調整性能を有するガス発生器を提供できる。

（２） 上記（１）のガス発生器においては、前記第１のフィルター層の密度が２．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３〜４．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３であり、前記第２のフィルター層の密度が０．５×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３〜３．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。

（３） 別の観点として、上記（１）のガス発生器は、前記第１のフィルター層において、前記金属線材を巻き回す張力が２９〜５０Ｎであり、前記第２のフィルター層において、前記金属線材を巻き回す張力が９〜４０Ｎとなっているものであってもよい。

上記（２）又は（３）の構成によれば、エアバッグ用のガス発生器として用いられ、ガス発生器が作動した際には、第２層よりも密度の高い第１層において、十分なスラグ捕集効果が得られるとともに、初期において、フィルター内室で熱がこもりやすくなり、フィルター内側において短時間でより高い圧力を発生させやすいものとすることができる。そして、第１層よりも密度の低い第２層において、その後、フィルター外側へ放出される発生ガスの冷却効果をさらに向上させることができるとともに、フィルター内部で発生したガスの圧力を調整して、ガス速度を緩やかにすることができるので、エアバッグを適正な速度で展開させることができる。また、上記のようにフィルターの層密度が異なるので、スラグ捕集の際に粒子サイズ等の異なる種類のスラグを効率良く回収することができ、フィルター内での燃焼ガス圧力幅をより広げやすいものとすることができる。さらに、一本の金属線材を巻き回して形成されているため、製造が容易で製造コストを抑えることができる。以上より、一定の容積内において十分なスラグ捕集性能及びガス冷却性能を有するとともに発生ガス圧力調整性能を有する、製造容易なガス発生器用フィルターを備えたガス発生器を提供することができる。

（４） 本発明のガス発生器のフィルターにおいては、前記空間層に、筒状部材が嵌入されていることが好ましい。ここで、前記筒状部材は、孔を複数有したものであってもよい。

上記（４）の構成によれば、筒状部材の高さを適宜選択することで、発生したガスの圧力制御を行うことが可能である。また、筒状部材が孔を複数有したものであれば、フィルター内部側で発生したガス中の塵を衝突させることができるとともに、孔の大きさを選択することで所望する量のガスを通過させることもできるので、集塵機能及び発生したガスの圧力制御機能を同時に向上できる。

上記（１）〜（４）のいずれかに記載のガス発生器の構成によれば、一定の容積内において、十分なスラグ捕集性能及びガス冷却性能を有するとともに発生ガス圧力調整性能を有するガス発生器用フィルターを備えているので、十分なスラグ捕集性能及びガス冷却性能を有するとともにエアバッグを適正な速度で展開させることができるガス発生器を提供することができる。また、製造が容易なフィルターを備えているため、ガス発生器の製造自体も容易となり製造コストを抑えることができる。

（５） 本発明のガス発生器においては、前記ハウジング内壁に沿って形成されているとともに、前記空間層に少なくとも一部が嵌入され、前記ガス発生器用フィルターを保持する保持部材を備えていることが好ましい。ここで、前記保持部材においては、前記空間層に嵌入された部分が、孔を有しているものであってもよい。

上記（５）の構成によれば、ハウジング内において、ガス発生器用フィルターを容易且つ確実に保持することができる。また、前記保持部材のうち前記空間層に嵌入された部分が、孔を有しているものである場合には、フィルター内部側で発生したガス中の塵を衝突させることができるとともに、孔の大きさを選択することで所望する量のガスを通過させることもできるので、集塵機能及び発生したガスの圧力制御機能を同時に向上できる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るガス発生器用フィルターについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るガス発生器用フィルターの断面図である。

図１において、ガス発生器用フィルター１０は、筒状の第１のフィルター層１１と、第１のフィルター層１１の外周に、第１のフィルター層１１と同心となるように設けられている筒状の第２のフィルター層１２とを備えている。そして、第１のフィルター層１１の一端部と第２のフィルター層１２の一端部とが、一体化しているとともに、第１のフィルター層１１と第２のフィルター層１２との間に、筒形状の空間層１３が形成されている。

第１のフィルター層１１及び第２のフィルター層１２は、１本の金属線材を筒状に巻き回して形成された中空円筒状のものである。なお、第１のフィルター層１１の内部空間には、ガス発生器用フィルター１０が図示しないガス発生器の部品として用いられた際、ガス発生剤等が装填される。また、上述の金属線材には、例えば鉄又は銅などが用いられる。これら第１のフィルター層１１及び第２のフィルター層１２の製造方法としては、以下の例が挙げられる。すなわち、一本の心材に金属線材を巻きつけ第１のフィルター層１１を形成す。その後、第１のフィルター層１１における一端の所定部分を残して、内壁に第１のフィルター層１１表面が接触するように円筒部材を装着する。そして、第１のフィルター層１１における一端の所定部分に前記金属線材を巻き続けた後、円筒部材の外周部にさらに前記金属線材を巻き続ける。そして、前記心材及び前記円筒部材を抜いた後に焼結処理を行い、形状を固定する。なお、前記心材及び前記円筒部材を抜く前に焼結処理を行ってもよい。

第１のフィルター層１１は、第１のフィルター層１１は金属線材を２９Ｎ〜５０Ｎの張力で巻き回して形成されたものであり、密度が２．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３〜４．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３となっているものである。ここで、張力は、２９Ｎ〜５０Ｎの範囲で、一定でも、適宜変化してもよい。

第２のフィルター層１２は、金属線材を９Ｎ〜４０Ｎの張力で巻き回して形成されたものであり、密度が０．５×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３〜３．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３となっているものである。ここで、張力は、９Ｎ〜４０Ｎの範囲で、一定でも、適宜変化してもよい。

ここで、第１のフィルター層１１及び第２のフィルター層１２の一変形例として、それぞれの密度が、２．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３〜４．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３、０．５×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３〜３．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３のメッシュ状金属材料で形成されたものが挙げられる。

本実施形態によれば、ガス発生器用フィルター１０をガス発生器の部品として用い、該ガス発生器を作動させた際には、筒状の空間層１３において、ガス発生器用フィルター１０内部で発生したガスの流れを持たせることができるので、第２のフィルター層１２においてガス中のスラグをより捉えることができる。その結果として、スラグ回収量を向上させることができる。また、エアバッグ用のガス発生器の部品として用いられ、ガス発生器が作動した際には、第１のフィルター層１１において十分なスラグ捕集効果が得られ、さらに、第２のフィルター層１２においてガス発生器用フィルター１０内部で発生したガスの圧力を調整し、エアバッグを適正な速度で展開させることができる。また、一本の金属線材を巻き回して形成されていることから、製造が容易で製造コストを抑えることができる。従って、一定の容積内において十分なスラグ捕集性能及びガス冷却性能を有するとともに発生ガス圧力調整性能を有する、製造容易なガス発生器用フィルター１０を提供することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るガス発生器用フィルターについて説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係るガス発生器用フィルターの空間層に嵌入される筒状部材の斜視図である。

本実施形態に係るガス発生器用フィルターは、上記第１実施形態と同様のガス発生器用フィルター（図示せず）の空間層に、該空間層と孔を複数有する筒状部材２１が嵌入されているものである（図２参照）。筒状部材２１は、銅、鉄などの金属材料で形成されている。ここで、筒状部材２１の変形例としては、（１）孔がないもので適宜高さが調整されているもの（例えば、空間層の半分の高さに調整されているもの）、（２）空間層全体を埋めているようなものであって、高さ方向に半分の高さの位置までだけ、複数の孔が形成されているもの、など様々な形態のものが挙げられる。また、孔径を適宜変化させても良いし、孔数を適宜変化させてもよい。

本実施形態によれば、第１実施形態の効果と同様の効果を奏するだけでなく、筒状部材の高さを適宜選択することで、発生したガスの圧力制御を行うことが可能である。また、筒状部材が孔を複数有したものであれば、フィルター内部側で発生したガス中の塵を衝突させることができるとともに、孔の大きさを選択することで所望する量のガスを通過させることもできるので、集塵機能及び発生したガスの圧力制御機能を同時に向上できる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態に係るガス発生器用フィルターと同様の構成のガス発生器用フィルターを用いたガス発生器の実施形態について説明する。図３は、本発明の第３実施形態に係るガス発生器の断面図である。なお、第１実施形態のガス発生器用フィルター１０における符号１１〜１３がふられている各部と、本実施形態のガス発生器用フィルター４０における符号４１〜４３がふられている各部は、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。

図３において、ガス発生器１００は、短円筒状のハウジング３１と、燃焼により高温ガスを発生するガス発生剤３２の外周部に長手方向に沿って配設された円筒状のガス発生器用フィルター４０と、ガス発生剤３２を着火燃焼させるもととなる火炎を発生する点火器３４と、点火器３４で発生した火炎のエネルギーを増幅する伝火剤３５を収容する収容容器３６と、フィルターを保持するための保持部材３７、３８と、クッション材３９とを有している。そして、点火器３４と、伝火剤３５と、収容容器３６との構成で、ガス発生剤３２の点火手段としての機能を有している。

ハウジング３１は、点火器３４及び収容容器３６をそれぞれ所定箇所においてかしめ固定している有底部材３１ａと、有底部材３１ａの蓋となっている蓋部材３１ｂとを有している。

蓋部材３１ｂは、ガス放出孔４４を複数有する筒状部と、この筒状部の一端に設けられた底状部とを有し、その開口部側において拡径し、フランジ形状を成している。また、有底部材３１ａは、同じく筒状部と底状部とを有するものであり、底状部中心には、点火器３４が嵌合配置されるためのホルダ部３１ｃが設けられている。また、有底部材３１ａと蓋部材３１ｂとは、有底部材３１ａの開口部が蓋部材３１ｂの開口部の入り口付近でかみ合って、溶接などの手段によって固定部４８において互いに固定されている。ここで、有底部材３１ａ及び蓋部材３１ｂの材質としては、鉄、ステンレス、アルミニウム、鋼材等の金属製のものが挙げられる。

上述したように、蓋部材３１ｂの筒状部には、ガス発生剤３２の燃焼により発生したガスを放出するためのガス放出孔４４が複数個設けられている。これらのような複数のガス放出孔４４を設けることによって、ガス発生器１００内部から放出される高温ガスを安定してエアバッグ内等の目的の箇所へ供給することができる。ガス放出孔４４は、切削、あるいはプレス成型等の工程で作製される。ガス放出孔４４の形状は製造のしやすさの観点から、円形であることが好ましい。また、このガス放出孔４４の内部側には、シール部材４９が貼付されている。ここで、一変形例として、シール部材４９は、ガス放出孔４４の外側に貼付されていてもよい。

保持部材３７、３８は、ガス発生器用フィルター４０の両端に設けられている。詳細に説明すると、保持部材３７は、ガス発生器用フィルター４０をその内周から保持しており、保持部材３８においては、リング状端縁部をガス発生器用フィルター４０の空間層４３に嵌入することにより、ガス発生器用フィルター４０を保持している。ここで、保持部材３８の変形例としては、前記リング状端縁部を、（１）全体にわたって複数の孔を形成した筒状部とする、（２）孔がないもので適宜高さが調整されている筒状部（例えば、空間層の半分の高さに調整されているもの）とする、（３）空間層全体を埋めているようなものであって、高さ方向に半分の高さの位置までだけ、複数の孔を形成したものとする、など様々なものが挙げられる。また、孔径を適宜変化させても良いし、孔数を適宜変化させてもよい。

クッション材３９は、保持部材３７の内側に設けられており、ガス発生剤３２が装填された燃焼室４５の一端を閉塞しているものである。また、クッション材３９は、ガス発生剤３２を保持するように配設され、ガス発生剤３２の振動による粉状化を抑止するものである。

収容容器３６は、側筒部に複数の孔３６ａを有するとともに、開口部にフランジ３６ｂを有している。孔３６ａの外側にはシール部材４６が貼付されている。ここで、一変形例として、シール部材４６は、孔３６ａの内側に貼付されていてもよい。また、収容容器３６においては、フランジ３６ｂが有底部材３１ａに形成されている突起部３１ｄによってかしめ固定されている。この収容容器３６には、鉄などの比較的固く、熱に強いとされる金属材料が用いられている。

点火器３４は、ゴム等の材料で構成されるＯリング４７を介して、有底部材３１ａにカシメ等の方法により固定される。この時、点火器３４と有底部材３１ａとの界面は、Ｏリング４７によりシール性を有する構造となる。ここで、点火器３４は、その内部にセンサからの通電による電気エネルギーを、内部に含まれる火薬の燃焼エネルギーに変換する役割を持つものであるが、その外部の大半はモールドにより熱可塑性樹脂等で覆われ、電気的に絶縁されている。

次に、ガス発生器１００の作動を説明する。衝突センサが自動車の衝突を検出すると、ガス発生器１００の点火器３４に信号を送り、点火器３４内で点火薬（図示せず）を発火させることによって、ガス及び火炎を発生させる。点火器３４のガス及び火炎は収容容器３６内に噴出し、伝火剤３５を効率よく着火燃焼させる。そして、着火した伝火剤３５から発生する火炎が、シール部材４６を破り、孔３６ａを介して、ガス発生剤３２に向けて噴出され、ガス発生剤３２を着火燃焼させることで、高温ガスを効率よく発生させる。

発生した高温高圧のガスはガス発生器用フィルター４０内に流入し、スラグ捕集及びガス冷却がされる。特に、第１のフィルター層４１においてスラグが捕集されるとともに、第２のフィルター層４２の空間層４３側においてさらにスラグが捕集されるるとともに、ガス速度が適正に調整され、ガス発生器用フィルター４０を通過する。そして、ガス発生剤３２の燃焼が進み、ハウジング３１内全体が所定圧力に達すると、各ガス放出孔４４を閉塞しているシール部材４９が破裂し、各ガス放出孔４４からエアバッグ（図示しない）に放出され、エアバッグを急速に膨張展開させる。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同構成のガス発生器用フィルター４０を備えているので、十分なスラグ捕集性能、ガス冷却性能、及び、ガス圧力調整機能を向上できるとともにエアバッグを適正な速度で展開させることができるガス発生器１００を提供できる。また、製造が容易なガス発生器用フィルター４０を備えているため、ガス発生器１００の製造自体も容易となり製造コストを抑えることができる。また、保持部材３８のうち空間層４３に嵌入された部分が、孔を有しているものである場合には、ガス発生器用フィルター４０内部側で発生したガス中の塵を衝突させることができるとともに、孔の大きさを選択することで所望する量のガスを通過させることもできるので、集塵機能及び発生したガスの圧力制御機能を同時に向上できる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態の一変形例として、図４に示すようなガス発生器用フィルター５０とすることもできる。すなわち、第２のフィルター層５２の外周に、筒状の第３のフィルター層５４が設けられていてもよい。この第３のフィルター層５４も、第１実施形態と同様に、一本の金属線材を巻き回して形成されたものであってもよいし、メッシュ状金属材料で形成されたものであってもよい。このとき、第３のフィルター層５４は、第１のフィルター層５１及び第２のフィルター層５２と異なる密度とすることによって、スラグ濾過性能及びガス圧力調整機能を向上できる。なお、第１実施形態におけるガス発生器用フィルター１０における符号１１〜１３がふられている各部と、本実施形態において符号５１〜５３がふられている各部は、順に同様のものであるので、説明を省略する。

他の変形例として、上記変形例のガス発生器用フィルター５０における第１のフィルター層５１の内周にも、上記変形例と同様の方法で形成された筒状のフィルター層が設けられていてもよいし、第１のフィルター層５１の内周にのみ筒状のフィルター層（図示せず）が設けられていてもよい。これらによっても、ガス発生器用フィルターのスラグ濾過性能及びガス圧力調整機能を向上できる。

また、第３実施形態のガス発生器用フィルター４０の代わりに、上記第２実施形態のガス発生器用フィルターを用いてもよいし、図４に示したガス発生器用フィルター５０を用いてもよい。

また、各実施形態のガス発生器用フィルターは、（１）第２のフィルター層のどちらか一方の端部同士で一体化されており、第２のフィルターの外周側に連なって形成された３つ目以上のフィルター層、（２）第１実施形態の空間層１３と同様に、各フィルター層間に形成された第１のフィルター層と同心の複数の筒形状空間層、を備えているものであってもよい。また、各筒形状空間層のサイズに合わせた図２に示す筒状部材２１と同様の部材が、必要に応じて、各筒形状空間層に嵌入されていてもよい。

本発明の第１実施形態に係るガス発生器用フィルターの断面図である。 本発明の第２実施形態に係るガス発生器用フィルターの空間層に嵌入される筒状部材の斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るガス発生器の断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係るガス発生器用フィルターの断面図である。

符号の説明

１０、４０、５０ ガス発生器用フィルター
１１、４１、５１ 第１のフィルター層
１２、４２、５２ 第２のフィルター層
１３、４３、５３ 空間層
２１ 筒状部材
３１ ハウジング
３１ａ 有底部材
３１ｂ 蓋部材
３１ｃ ホルダ部
３１ｄ 突起部
３２ ガス発生剤
３４ 点火器
３５ 伝火剤
３６ 収容容器
３６ａ 孔
３６ｂ フランジ
３７、３８ 保持部材
３９ クッション材
４４ ガス放出孔
４５ 燃焼室
４６、４９ シール部材
４７ O−リング
４８ 固定部
５４ 第３のフィルター層
１００ ガス発生器

Claims (3)

1. ガス放出孔（４４）を有するハウジング（３１）と、
   前記ハウジング（３１）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（３２）が装填されている燃焼室（４５）と、
   点火薬を内包しており、前記ハウジング（３１）内に装着され、前記燃焼室（４５）内のガス発生剤（３２）を着火燃焼させるガス発生剤点火手段（３４，３５，３６）と、
   前記ハウジング（３１）の内周に周方向にわたって配設されたガス発生器用フィルター（４０）とを備えたガス発生器（１００）であって、
   前記ガス発生器用フィルター（４０）は、
   筒状の第１のフィルター層（４１）と、
   前記第１のフィルター層（４１）の外周に、前記第１のフィルター層（４１）と同心となるように設けられている筒状の第２のフィルター層（４２）とを備え、
   前記第１のフィルター層（４１）と前記第２のフィルター層（４２）とが、１本の金属線材を巻き回して形成されており、
   前記第１のフィルター層（４１）の一端部と前記第２のフィルター層（４２）の一端部とが、一体化しているとともに、
   前記第１のフィルター層（４１）と前記第２のフィルター層（４２）との間に、前記第１のフィルター層（４１）と同心の筒形状の空間層（４３）が形成されており、
   前記第１のフィルター層（４１）の密度が、前記第２のフィルター層（４２）の密度よりも高いものであることを特徴とするガス発生器（１００）。
2. 前記第１のフィルター層（４１）の密度が２．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３〜４．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３であり、前記第２のフィルター層（４２）の密度が０．５×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３〜３．０×１０^−３ｋｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１に記載のガス発生器（１００）。
3. 前記第１のフィルター層（４１）において、前記金属線材を巻き回す張力が２９〜５０Ｎであり、
   前記第２のフィルター層（４２）において、前記金属線材を巻き回す張力が９〜４０Ｎであることを特徴とする請求項１に記載のガス発生器（１００）。

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