JP5419567B2 - ガス発生器ハウジング用の筒状部材 - Google Patents

Description

本発明は、乗員拘束装置に使用されるガス発生器のハウジングとして使用できるガス発生器ハウジング用の筒状部材と、それを用いたガス発生器に関する。

ガス発生器、特にガス源として固形ガス発生剤を使用するガス発生器では、作動時にハウジング内部に収容された固形ガス発生剤が燃焼して燃焼ガスが発生するが、そのときのガスの圧力に十分耐えうるように、ハウジング（外殻容器）は丈夫な金属部材で形成されている。

しかし、ガス発生器を搭載した車両燃費向上の点から、ガス発生器はできるだけ軽量であることが望まれており、ガス発生器を構成する部品を樹脂で形成することも行われている。

特許文献１は、ガス発生剤１０４が含まれたモールドプラスチックシェル１１０からなるハウジング１０２の外側に、ファイバー１１２が多層に巻かれたガス発生器が開示されている。ファイバー１１２は、樹脂を含浸したカーボンファイバー１１４であり、シェル１１０のうち、点火器１０８およびガス排出口となるオリフィスプレート１２２以外の部分がファイバー１１４で覆われている。

しかし、シェルとなる外殻容器の外側において多層にファイバー１１４を巻きつけた場合、表面が凸凹になりやすいため、他の部材に引っかかりやすいことから、巻きつけたファイバーが解けたり、損傷を受けたりする場合がある。よって補強部材を巻きつけた後に、解けないように、それらを固定する作業や手段が必要になる。

さらには、補強部材を多層に巻きつけるという作業（工程）が発生するため、製造が煩雑になりやすい。また、シェル内部で発生した圧力はフープ応力となってシェルに作用するが、その荷重はシェルの内面側ほど大きいため、外側に巻くことは補強の目的では効率が悪い。

米国特許第５４９２３６４号

本発明は、軽量で、耐圧性が優れた上、製造が容易なハウジング用とすることができるガス発生器ハウジング用の筒状部材と、それを用いたガス発生器を提供することを課題とする。

〔請求項１〕
本願発明は、課題の解決手段として、
樹脂からなる筒状部と、
前記筒状部の軸方向長さの５０％以上の長さ範囲の内周面において、円周方向に配置された線状又は帯状の補強部材とを有しており、
前記補強部材の少なくとも一部が前記筒状部に埋設されている、ガス発生器ハウジング用の筒状部材を提供する。

樹脂からなる筒状部に望ましい耐圧性を付与するためには、前記筒状部の軸方向長さの５０％以上の長さ範囲内において、線状又は帯状の補強部材が配置されていることが必要である。このような補強部材は、筒状部の軸方向の長さの中央部に配置されることが好ましい。さらに、耐圧性をより高める観点からは、実質的に一端開口部から他端開口部までの範囲内に配置されていることが特に好ましい。

線状又は帯状の補強部材は、ステンレス、鉄等の金属、炭素繊維からなるものが好ましいが、同様の効果を付与でき、ガス発生源としてガス発生剤を備えたガス発生器の部品として適用できるものであれば、これらに限定されるものではない。

線状の補強部材としては、特に断面形状は限定されないが、円形の場合には、直径が０．５〜５ｍｍ程度のものを用いることができ、帯状の補強部材としては、幅２〜１０ｍｍで、厚みが０．５〜２ｍｍ程度のものを用いることができる。

本発明では、補強部材の一部又は全部が筒状部に埋設されているものであるから、補強部材の一部が埋設されているとき、残部は筒状部内において露出されている。このように補強部材の少なくとも一部が筒状部に埋設されているものは、筒状部を射出成形する際、予め金型内に補強部材を配置しておく方法（全部が埋設されたものの製造に適している）、筒状部の周面に予め形成された溝（凹部）に補強部材を嵌め込む方法（一部が埋設されたものの製造に適している）を適用して得ることができる。

線状又は帯状の補強部材は、連続した螺旋状のものにすることができ、その他、独立した複数の環状のものの組み合わせにすることもできる。いずれの場合も補強部材は、筒状部の内周面側に埋設されていることが好ましい。

線状又は帯状の補強部材は、表面に凹凸（溝も含まれる）を有しているものを用いることができる。このような補強部材に対して樹脂を射出成形したとき、前記凹凸部にも樹脂が入り込むことから、筒状部と補強部材との接合強度が高められるので好ましい。

本発明の筒状部材は、耐圧性を高める観点から、さらに前記線状又は帯状の補強部材が前記筒状部の外表面にも配置されたものにすることもきる。このとき、補強部材は、前記外表面内に一部又は全部が埋設された状態でもよいし、当接された状態でもよい。

本発明の筒状部材は、両端が開口したものであるが、筒状部材の用途に応じて、一端側が閉塞され、他端側が他部材と一体となったものも含まれる。

本発明の筒状部材に使用できる樹脂としては、特開２００３−１６１５９９号公報の段落番号００２０に開示されてあるもの、米国公開公報２００７／０２４８５１１ Ａ１に開示されているもの、米国特許６，０５６，３１９に開示されているものを挙げることができる。このほか、ポリアミド６−６、ポリアミド６−１２、ポリアミド４−６、ポリアミド６T,ポリアミド９T、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、液晶ポリマーを挙げることができる。

〔請求項６〕
本発明は、他の課題の解決手段として、
筒状ハウジングと、前記筒状ハウジングの一端側を閉塞して固定された点火手段部と、前記筒状ハウジングの他端側を閉塞して固定されたディフューザ部と、前記筒状ハウジング内に充填されたガス発生剤とを有しており、
前記筒状ハウジングとして、請求項１〜５のいずれか１項記載のガス発生器ハウジング用の筒状部材を使用したものである、ガス発生器を提供する。

本発明のガス発生器は、筒状ハウジングとして上記発明の筒状部材を使用しているため、ガス発生器として正常に機能できる程度の耐久性を有すると共に、軽量化されている。

本発明のガス発生器ハウジング用の筒状部材を使用することで、耐圧容器として十分な耐圧性能を発現するとともに、軽量化ができる。そのためこの筒状部材をガス発生器の外殻容器（ハウジング）に使用すると、従来のガス発生器同様の耐圧性能を維持しながら、より軽量化ができる。さらに、ハウジングの製造も容易になる。

本発明の筒状部材を示す斜視図。但し、中央部分の周壁部を取り除いて、そこから内部が見える状態で示している。 （ａ）、（ｂ）は、図１に示す筒状部材における補強部材の埋設状態を説明するための断面図。 本発明の別形態の筒状部材の部分斜視図。但し、端部の周壁部を取り除いて、そこから内部が見える状態で示している。 本発明のさらに別形態の筒状部材を示す部分斜視図。但し、周壁部を取り除いて、そこから内部が見える状態で示している。 図１の筒状部材を使用したガス発生器の軸方向断面図。

（１）図１のガス発生器
本発明の一実施形態を図１、図２（ａ）、（ｂ）により説明する。

筒状部材１０は、筒状部１１と、その内周面に配置された補強部材１５との組み合わせからなるものである。

筒状部１１の外径及び内径は一定であり、同一の肉厚のものであるが、用途に応じて所望部分が括れていたり、拡大したりしていてもよいし、部分的に厚みが異なっていてもよい。なお、筒状部材１０の用途に応じて、筒状部１１の一端側が閉塞されたものでもよいし、一端側が他部材と一体となったものでもよい。

筒状部１１内には、金属線からなる補強部材１５が、端面１２と端面１３間の内周面１１ａの全範囲において螺旋状に配置されている。

図１では、１本の金属線からなる補強部材１５が螺旋状に配置されているが（１重螺旋）、より補強効果を高めるため、２本又は３本以上の金属線からなる補強部材１５を用いて、補強部材１５ごとに隣接する金属線同士の間隔（ピッチ）Ｐ₁を変えて、二重螺旋状や三重螺旋状等の多重螺旋状にして配置されていてもよい。

補強部材１５は、図２（ａ）に示すように、一部１５ｂが埋設され、残部（露出部）１５ａが露出された状態で配置されている。このとき、線状の補強部材１５の断面積中、５０％以上の面積に相当する部分が埋設されていることが好ましい。図２（ａ）の場合は、（１５ｂの面積）／（１５ａの面積＋１５ｂの面積）×１００が５０％以上ということになる。なお、露出部１５ａの表面が樹脂で覆われた状態であってもよい。

また、補強部材１５は、図２（ｂ）に示すように全部が埋設された状態で配置されていてもよいし、図２（ｂ）に示すよりもより深く（より外周面に近い位置になるように）埋設されていてもよい。

補強部材１５は、その表面において、周方向に独立した環状の溝又は連続した螺旋状の溝が形成されたものを用いることができる。このような溝を有する補強部材１５を用いると、溝部分にも樹脂が入り込み、筒状部１１と補強部材１５との接触面積が増加することから、接合強度が高められる。

特に補強部材１５が螺旋状の場合、内周面１１ａにかかるフープ応力（円筒が内圧を受けたときに、円周方向に作用する垂直応力）により、筒状部１１が外側に膨張しようとして、補強部材１５が樹脂に対して滑ってしまうことが考えられる。これにより、筒状部１１の膨張変形が抑制し難くなるが、溝があれば樹脂が補強部材に絡み付きやすくなるため、筒状部１１の膨張変形の抑制効果が大きくなる。

筒状部材１０をガス発生器の筒状ハウジングとして使用したとき、ガス発生剤の燃焼により発生した燃焼ガスにより、筒状ハウジングは高圧状態となる。このように円筒が内圧を受けるとき、フープ応力が生じるが、図１及び図２に示すような筒状部１１と補強部材１５との組み合わせにより、前記フープ応力に対して十分な耐性が付与される。

補強部材１５は、筒状部１１を構成する樹脂の中に埋設されており、外表面には出ていない。このため、筒状部材１０の外表面が凸凹になることがない。また、補強部材１５は樹脂により固定されているので、解けることがないし、解けることを防止するための手段も必要ない。さらには、予め螺旋状にしたものに樹脂を射出成形するため、製造も容易である。特にフープ応力のかかりやすい筒状部材の内側に補強部材１５を配置すると、補強効果が大きい。

＜図３の筒状部材＞
図３は、本発明の別実施形態の筒状部材２０を示すものである。図３に示す筒状部材２０では、図１に示す筒状部材１０と同様にして、筒状部２１の内周面２１ａには、端面２２と図示していない反対端面（図１の端面１３に相当する面）の全範囲において、内側補強部材２５が螺旋状に配置されている。このとき、図２（ａ）及び図２（ｂ）のいずれかの状態にすることができるし、図２（ａ）の状態で露出部表面が樹脂で覆われていてもよい。

筒状部２１の外周面２１ｂにも、外側補強部材２８が配置されている。外側補強部材２８は、内側補強部材２５と同様にして螺旋状に配置されており、このとき、図２（ａ）及び図２（ｂ）のいずれかの状態にすることができるし、図２（ａ）の状態で露出部表面が樹脂で覆われていてもよいが、ガス発生器のハウジングとして使用するときの他部材との接触を考慮すると、図２（ｂ）の状態で配置されていることが好ましい。

内側補強部材２５と外側補強部材２８の線径とピッチを調整することにより、フープ応力に対する耐性が高められる。

＜図４の筒状部材＞
図４は、本発明の別実施形態の筒状部材３０を示すものである。筒状部３１の内周面３１ａには、端面３２と図示していない反対端面（図１の端面１３に相当する面）の全範囲において、複数の環状の補強部材３５が間隔をおいて配置されている。

環状の補強部材３５は、帯状の金属板から環が形成されたものであるから、幅方向の断面形状は長方形となるが、図２（ａ）及び図２（ｂ）から容易に理解されるいずれかの状態にすることができるし、図２（ａ）の状態で露出部表面が樹脂で覆われていてもよい。

筒状部材３０は、図３に示す筒状部材２０と同様に、外表面３１ｂにも外側補強部材を配置することができる。このとき、環状の補強部材３５の厚みと、外側補強部材に用いる金属線の線径は、環状の補強部材３５の厚みが金属線の線径よりも大きいものを用いる。さらに環状の補強部材３５の隣接するもの同士の間隔（ピッチ）Ｐ₁と、外側補強部材の隣接する金属線同士の間隔（ピッチ）Ｐ₂は、Ｐ₁＜Ｐ₂となるように調整される。

＜図５のガス発生器＞
図５は、図１の筒状部材１０を筒状ハウジング（外殻容器）として使用したガス発生器４０の断面を示す図である。筒状部材１０に代えて、図３に示す筒状部材２０や図４に示す筒状部材３０を用いることもできる。

筒状ハウジング１０の一端面１２側の開口は、点火器４４が取り付けられた閉塞部材４６で閉じられている。閉塞部材４６は、筒状部１１と同じ材質のもので、点火器４４を取り込んで一体に成型されている。

筒状ハウジング１０の他端面１３側の開口は、ガス排出口４８を有するディフューザ５０が取り付けられている。筒状ハウジング１０は、筒状部１１の他端面１３とディフューザ部５０が予め一体に成形されたものを用いてもよい。

筒状ハウジング１０とディフューザ５０の連通部には、シールテープ５１が貼り付けられ、外部からの湿気の進入が阻止されている。

筒状ハウジング１０内部のディフューザ５０端部（他端面１３）側には、カップ状部材５２が取り付けられている。カップ状部材５２は、他端面１３に形成された段欠部５４に開口部周縁が嵌め込まれている。カップ状部材５２の周面５６には、複数の連通孔５８が形成されている。

さらに筒状ハウジング１０内部には、筒状ハウジング１０の内径よりも小さな外径を有する筒状リテーナ６０が配置されている。筒状リテーナ６０は、その一端６０ａが閉塞部材４６の周縁に形成された段付部６２に、反対端６０ｂがカップ状部材５２の周縁の段付部６４に嵌め込まれている。

筒状リテーナ６０の内部は燃焼室６５となり、単孔円柱形状のガス発生剤６６が充填されている。ガス発生剤６６は、着火性が低く、燃焼温度の低い（例えば１０００〜１７００℃の範囲）ガス発生剤を用いることができる。この例として、硝酸グアニジン（４１質量％）、塩基性硝酸銅（４９質量％）及びバインダーや添加物（１０質量％）からなる、外径１．８ｍｍ、内径０．７ｍｍ、長さ１．９ｍｍの単孔円柱状のものを用いることができる。

また点火器４４に対して着火性が良く、燃焼が持続する（燃焼温度の高い）ガス発生剤を併用して、ガス発生剤６６に点火する伝火薬としてもよい。伝火薬として使用するガス発生剤の燃焼温度は、１７００〜３０００℃の範囲にあることが望ましい。このようなガス発生剤としては、ニトログアニジン（４４質量％）、硝酸ストロンチウム（５６質量％）からなる、外径１．５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円柱状のものを用いることができる。

筒状ハウジング１０と筒状リテーナ６０との間に、均等幅の筒状間隙６８が形成されている。なお、筒状間隙６８は、カップ状部材５２の外壁面とハウジング１０の内壁面との間にも形成されている。

筒状リテーナ６０の周壁部には複数の孔７０が形成され、筒状間隙６８と燃焼室６５を連通している。さらにカップ状部材５２の内部空間と筒状間隙６８が連通孔５８で連通されている。

ガス発生器４２の出力性能（筒状ハウジング１０内に発生する圧力であり、単位時間当たりのガス排出量）は、ガス排出口４８の総開口面積にて調整している。したがって、燃焼室６５からガス排出口４８までの間のガス排出経路においては、ガス排出口４８の総開口面積よりも小さい断面積や開口面積の通路や開口は存在しない。

次に、図５に示すガス発生器４０の動作を説明する。点火器４４の作動によってガス発生剤６６が燃焼し、燃焼ガスが発生する。そして筒状リテーナ６０内部で発生した燃焼ガスが孔７０から筒状間隙６８に流れだす。

筒状間隙６８内に流出した燃焼ガスは、そのまま筒状間隙６８内を軸方向（ディフューザ５０側）に進行する。そして、連通孔５８からカップ状部材５２の内部に入り込み、シールテープ５１を破ってガス排出口４８から排出される。

なお、燃焼ガス排出の過程では、燃焼室６５からガス排出口４８までのガスの通過経路が折れ曲がっているため、燃焼ガスが筒状ハウジング１０の内壁面や筒状リテーナ６０の外壁面等と接触を繰り返す。このため、燃焼ガス温度が低下され、燃焼ガス中に含まれる金属成分に由来するミストが壁面に付着保持されるという効果がある。

本発明のガス発生器では、筒状ハウジング１０の内周面が補強部材１５にて補強されており、作動の際に筒状ハウジング１０（燃焼室６５）内で高い圧力が発生しても、補強部材１５によってハウジングの耐圧性能が十分に維持される。

本発明のガス発生器ハウジング用の筒状部材は、車両乗員の保護を目的としたエアバッグシステムや車両の外側に取り付ける歩行者保護用エアバッグシステム等に使用されるガス発生器のハウジングに使用することができる。

１０、２０、３０ 筒状部材
１１、２１、３１ 筒状部
１２、２２、３２ 端面
１３ 端面
１５、２５、２８、３５ 補強部材

Claims (6)

1. 樹脂からなる筒状部と、
   前記筒状部の軸方向長さの５０％以上の長さ範囲の内周面において、円周方向に配置された線状又は帯状の補強部材とを有しており、
   前記補強部材の少なくとも一部が前記筒状部に埋設されている、ガス発生器ハウジング用の筒状部材。
2. 前記線状又は帯状の補強部材が連続した螺旋状のものであり、前記筒状部の内周面に埋設されている、請求項１記載の筒状部材。
3. 前記線状又は帯状の補強部材が独立した複数の環状のものの組み合わせであり、前記筒状部の内周面に埋設されている、請求項１記載の筒状部材。
4. 前記線状又は帯状の補強部材が表面に凹凸を有している、請求項１〜３のいずれか１項記載の筒状部材。
5. さらに前記線状又は帯状の補強部材が前記筒状部の外表面にも配置されている、請求項１〜４のいずれか１項記載の筒状部材。
6. 筒状ハウジングと、前記筒状ハウジングの一端側を閉塞して固定された点火手段部と、前記筒状ハウジングの他端側を閉塞して固定されたディフューザ部と、前記筒状ハウジング内に充填されたガス発生剤とを有しており、
   前記筒状ハウジングとして、請求項１〜５のいずれか１項記載の筒状部材を使用したものである、ガス発生器。

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