JP6556359B2 - ガス発生器 - Google Patents

Description

本発明は、概して、例えば、エアバッグ等の自動車安全モジュールに取り付けられるように設計されるガス発生器に関する。

従来技術において、ガス発生器の部品を、頑丈な組立体を得るためにともに摩擦溶接することが知られている。例えば、特許文献１は、ともに摩擦溶接される３つの部品を備えるガス発生器を開示している。しかしながら、このシステムは、２つの部品をまずともに溶接してから、３つ目の部品に摩擦溶接しなければならないため、製造が煩雑であることが特に欠点である。この中間作業により、サイクル時間が延び、製造コストが増す。

仏国特許出願公開第２９２２００７号

本発明の１つの目的は、上述の欠点を克服することであり、特に、第１には、１回の摩擦溶接作業でともに溶接される３つの部品を備え、その組立てには複雑な作業を必要としないガス発生器を提案することである。

このために、本発明の第１の態様は、
ガスを発生させるように構成された少なくとも１つの火工品（pyrotechnic substance：火薬）と、
摩擦溶接によってともに固定される少なくとも第１の部品及び第２の部品によって形成される少なくとも１つの部分組立体と、
第１の部品及び第２の部品のうちの少なくとも一方に摩擦溶接によって固定される少なくとも１つの第３の部品と、を備え、
第３の部品と第１の部品及び第２の部品のうちの一方とは、それぞれ、第３の部品と第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方との間の少なくとも２自由度を一時的に制限するとともに、第３の部品と第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方とを、第１の部品及び第２の部品のうちの他方に同時に慣性溶接することを可能にするように設けられた位置決め接点（indexing interface）を有することを特徴とする、ガス発生器に関する。この実施態様によれば、第３の部品は、摩擦溶接中に他の２つの部品のうちの一方によって駆動される（entrained）ように、この一方の部品に位置決めされ（indexed）、これにより、第３の部品が他方の部品に同時に摩擦溶接されることが可能になる。位置決め接点は、摩擦溶接作業の前に、第３の部品と第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方との間で解除可能又は可逆的な位置決めをもたらすために設けられる。換言すれば、位置決め接点は、製造中、第１の部品及び第２の部品のうちの他方に摩擦溶接する直前に中間部分組立体を得るために、第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方の上又は中に第３の部品を（例えば、自由な又は付勢による相互係止、自由な又は付勢による挿入、スナップ嵌めによって）位置決めするのに十分である。したがって、溶接作業中、第３の部品は第１の部品又は第２の部品によって位置決めされているため、第１の部品及び第２の部品に対する把持ツールのみを準備すればよいことが理解される。こうして、製造は簡略化され、より迅速になるとともに、必要な投資が少なくなる。

第１の部品及び第２の部品は、摩擦溶接領域に沿ってともに固定され、第３の部品は、上記摩擦溶接領域において、第１の部品及び第２の部品のうちの少なくとも一方に、上記第１の部品及び上記第２の部品の上記摩擦溶接（又は慣性摩擦溶接とも称される）によって固定されることが有利である。この実施態様によれば、３つの部品全てに対して摩擦溶接領域は１つのみである。なお、摩擦溶接は、組付けする部品を押し付け合い、その間、部品のうちの一方を固定するとともに他方を回転させることで、摩擦により生じる温度上昇を引き起こすことによって行われる。温度の上昇は、材料、したがってペーストの粘稠度の混合に役立つとともに、２つの部品から生じ、これにより、これらの部品の組付けが可能になる。摩擦溶接領域は、少なくとも、溶接作業中に押し戻された（flowed back）材料のビード、すなわち、ばり（burr）の存在によって特徴付けられる（必要に応じて、ビードは追加の作業によって除去することができる）。通常、溶接領域はシールされ、非常に頑丈である。本実施態様によれば、第１の部品、第２の部品、及び第３の部品が同じ領域において溶接されることから、これにより、材料のビード、すなわち、ばりが共通のものとなり、組立体のサイズが低減される。実際、２つの別個のビードの形成のための空間を残す必要はない。材料を顕微鏡で見ると、３つの部品は同じ熱影響領域を共有することがわかる。

第１の部品及び第２の部品は、所定の厚さの壁を有し、第３の部品は、第１の部品及び／又は第２の部品の厚さの半分未満の厚さの壁を有することが有利である。換言すれば、第３の部品は、第１の部品及び／又は第２の部品よりもはるかに薄く、それにより、第１の部品と第２の部品との間の固定に影響を与えることなく摩擦溶接することが可能であるとともに、薄い部品をはるかに厚い部品に摩擦によって固定することが可能である。溶接作業中、第１の部品又は第２の部品は、第３の部品に対する支持体として機能する。換言すれば、本発明は、薄い第３の部品を、他の２つのより厚い部品間の溶接と同位置において摩擦溶接することを提案し、これにより、摩擦溶接が可能でなかった薄い第３の部片を摩擦溶接することが可能になる。第１の部品と第２の部品との間には堅固な溶接部が得られ、第３の部品と第１の部品及び／又は第２の部品との間には少なくとも１つのシールされた溶接部が得られる。第１の部品及び第２の部品は、１．２ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有し、第３の部品は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの厚さを有することが有利である。

摩擦溶接は、回転慣性工具を用いた溶接作業によって行われ、位置決め接点は、溶接作業中、回転慣性工具と第３の部品との間が接触することなく、第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方による第３の部品の回転駆動を保証するために設けられることが有利である。

位置決め接点は、第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方によって、回転慣性工具の回転軸に沿った第３の部品の並進運動を阻止するように設けられることが有利である。換言すれば、この位置決めは、鍛造力の方向における機械的なストッパーをもたらす。

第３の部品と第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方とは、それぞれ、第１の部品及び第２の部品のうちの他方に溶接される側壁を有し、第３の部品の側壁は、第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方の側壁において保持されることが有利である。したがって、摩擦溶接されるのと、部品の保持及びセンタリングを確実にするのとは、同じ壁である。したがって、センタリング及び保持は、内力の全てを生じる溶接領域に可能な限り近付くことから有効である。

位置決め接点は、第３の部品の側壁及び／又は第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方の側壁の特定の変形領域を含むことが有利である。位置決め接点は、１個〜１０個の特定の変形部を含むことができ、好ましくは６個の変形部を含む。変形部は、ガス発生器の回転対称軸に関して、対ごとに正反対の位置にあることが好ましい。この構成では、第３の部品の窪みに対する軸方向の溶接力の影響が抑えられる。

変形領域は、ガス発生器の内部に面する凹部であることが有利である。これらの凹部は、プレス機及びパンチを用いて材料を押し返すことによって容易に作製される。

位置決め接点は、第４の部品を部分組立体に圧着する固定領域を形成することが有利である。第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方の壁の１つの面において位置決めするものとして機能する凹部は全て、当然ながら、第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方の壁の他方の面に圧着するための固定部として機能する。実際、圧着には中空部（溝、ウェル、凹部）が必要であり、本発明は、第３の部品に設けられる位置決め接点を用いることを提案している。換言すれば、位置決め接点は、第１の部品又は第２の部品の他方の面において第４の部品を圧着するのに再び用いられる。

第４の部品は、自動車安全モジュールにおけるガス発生器の固定接点として機能するように構成されたカラーを備えることが有利である。カラーには、固定穴又は脚柱を設けることができる。

部分組立体は、加圧ガスを含む室を形成することが有利である。

部分組立体は、ガス発生器の燃焼室を形成するとともに、上記少なくとも１つの火工品の加圧燃焼を制御するように構成された少なくとも１つの管を備え、第３の部品は、上記少なくとも１つの管と上記少なくとも１つの火工品との間に配置されることが有利である。第３の部品は、燃焼室の中心の、火工品と単数又は複数の管との間にある。

火工品は、燃焼室にランダムに充填されたペレットの形態とすることができるが、一体ブロックの形態とすることもできる。

ガス発生器は、第３の部品と上記少なくとも１つの管との間に配置される少なくとも１つのフィルターを備えることが有利である。

第３の部品は、固定格子（setting screen）であることが有利である。このような格子（screen）は、摩擦溶接されると、ガス発生器の構造に強固に取り付けられ、これにより、ガス発生器の動作中に発生するガス流に耐えることが可能になる（数リットル〜数十リットルのガス、すなわち０．１モル〜１０モルのガスが、５ｍｓ〜１００ｍｓの範囲の時間で格子を通過する）。

第３の部品は、蓋であることが有利である。摩擦溶接によってもたらされるシールにより、火工品は、長期間（例えば、１５年にのぼる）にわたり水から隔離されて格納されることが保証される。

第１の部品は、底部及び側壁を有し、側壁は、ガス発生器の製造中、底部と、上記少なくとも１つの火工品を受け取るように構成された開口との間に配置され、
第３の部品は、第１の部品内に収容され、開口と上記少なくとも１つの火工品との間に配置されることが有利である。

第１の部品は、側壁を有し、第３の部品は、第１の部品の側壁と少なくとも部分的に密着する側壁を有することが有利である。

第２の部品は、壁を有し、
第１の部品は、第２の部品の壁に対して垂直の側壁を有し、
第３の部品は、第２の部品の壁に対して垂直の側壁を有し、
摩擦溶接は、第２の部品の上記壁と、第１の部品の上記垂直側壁と、第３の部品の上記垂直側壁との連結部において行われることが有利である。

第１の部品の側壁と第３の部品の側壁との間の径方向の遊びは、０．５ｍｍ未満であることが有利である。

部分組立体は、外筐を形成し、第２の部品は、第１の部品の開口を閉鎖することが有利である。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様に係るガス発生器を少なくとも１つ備える自動車安全モジュールに関する。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様に係るガス発生器を少なくとも１つ備える自動車に関する。

したがって、本発明の１つの態様は、
ガスを発生させるように構成された少なくとも１つの火工品と、
摩擦溶接領域に沿って摩擦溶接によってともに固定される少なくとも１つの第１の部品及び１つの第２の部品によって形成される少なくとも１つの部分組立体と、
部分組立体に固定される少なくとも１つの第３の部品と、を備え、
第３の部品は、上記摩擦溶接領域において、第１の部品及び第２の部品のうちの少なくとも一方に、上記第１の部品及び第２の部品の上記摩擦溶接によって固定されることを特徴とする、ガス発生器に関する。

第３の部品と第１の部品及び第２の部品のうちの一方とは、それぞれ、第３の部品と第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方との間の少なくとも２自由度を一時的に阻止するとともに、第３の部品と第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方とを、第１の部品及び第２の部品のうちの他方に同時に慣性摩擦溶接することを可能にするように設けられた位置決め接点を有することが有利である。

本発明の最後の態様は、
第３の部品を第１の部品及び第２の部品のうちの一方に位置決めするステップと、
第１の部品及び第２の部品のうちの上記一方を、第１の部品及び第２の部品のうちの他方に摩擦溶接するステップと、
を含む、第１の態様に係るガス発生器を製造する方法に関する。

本発明の更なる特徴及び利点が、非限定的な例として与えられるとともに、添付図面に示されている、本発明の一実施形態の以下の詳細な記載からより明らかになる。

摩擦溶接された２つの部品によって形成される燃焼室を備える、本発明に係るガス発生器の断面図である。 図１のガス発生器の摩擦溶接領域における詳細図である。

図１は、第１の部品１０を第２の部品２０に摩擦溶接することによって基本的に形成された燃焼室６０を備え、火工品７０と、点火部分組立体８０と、第３の部品３０とを含むガス発生器を示している。

第４の部品４０が、第２の部品と第４の部品４０に設けられた拡散穴４２との間にフィルター５０を配置するために、圧着によって第１の部品１０に固定される。さらに、第４の部品４０は、ガス発生器を安全モジュール（エアバッグ）に固定するか、又は、例えば、車両のステアリングホイール上に直接固定するために、脚柱４１が配置されるカラーを備える。

火工品７０は、燃焼室６０内にランダムに充填されたペレットの形態であるが、ペレットを整列して充填することも想定することができ、又は、推進薬の一体ブロックの形態で与えられる火工品も想定することができる。

ここでは、点火部分組立体８０は、燃焼室内にその外筐が位置し、コネクタピンがガス発生器の外部からアクセス可能であるように、第１の部品１０にオーバーモールドされる。一方、例えば、第１の部品１０上に溶接された金属部品に電子火工式点火器を圧着する等の他の組立ても可能である。

ガス発生器は、回転形状、ディスク形状を有し、上述したように、第１の部品１０は、第２の部品２０に摩擦溶接される。実際、回転対称の幾何形状を有する部品は、回転慣性溶接（rotary inertia welding）という別名でも知られる摩擦溶接に好適である。そのような溶接作業中、溶接される２つの部品は、クランプジョーに堅く保持され、一方の部品（例えば、第１の部品１０）を高速で回転させ、次いで、静止したままの第２の部品２０に押し付ける。それにより、これらの２つの部品間には摩擦が生じ、これによって加熱がもたらされ、ひいては物質の軟化が引き起こされる。これにより、２つの部品は、軸方向のスラスト力の作用によって、ともに強固に固定される。

このような溶接の結果が、図１において、溶接領域の両側に材料のビード、すなわち、ばりの形態で見て取れる。第１の部品１０の両側に設けられたこれらのビード９１及び９３は、図２においてより明確に見て取れる。これらのビード９１及び９３は、摩擦溶接中に、軸方向力又は鍛造力の作用により「押し込まれた（driven in）」第１の部品１０の材料によって基本的に形成されるが、第３の部品３０の材料によっても形成される。２つのビード９１及び９３のみが形成されて、２つの部品が第２の部品２０に溶接されることに留意されたい。こうして押し込まれる、すなわち軸方向変位の値は、「材料消費」と呼ぶことができ、ガス発生器の摩擦溶接部の十分な耐久及びシールを得るために最小の材料消費が求められる。例えば、第１の部品１０の厚さが２ミリメートルの場合、摩擦溶接部は、材料消費が１．５ミリメートル〜２．５ミリメートルであれば、ガス発生器内の圧力条件に耐えることが可能であると考えることができる。溶接部がこの仕様を満たすには、溶接される２つの部品を十分高温にしなければならず、また、２つの部品のうちの一方のみが高温になることがないように、同様の部品厚さを選択するものとすることが好ましい。したがって、実質的に異なる厚さの２つの部品を溶接することは現実的でない。一方、本発明は、２つの厚い部品（第１の部品１０及び第２の部品２０）と同時かつ同位置において、変形しやすいがために慣性溶接が容易でなかったより薄い第３の部品３０を溶接することを提案する。

当然ながら、回転速度及び鍛造力等の他のパラメーターを監視しなければならない。２０１３年４月発行のＵＳＣＡＲ−２４再訂版の規格等の自動車安全性に関する現行のシール性仕様をこの溶接部が満たすことを確認するために、ヘリウムシール試験を行うこともできる。例えば、完全に火工式のガス発生器の場合、ヘリウムの漏れ率が１×１０^−４ｃｍ^３／ａｔｍ／ｓ未満である燃焼室を、シールされているものとみなすことができる（燃焼室内には最初に１００％のヘリウムを含む）。

上記で説明したように、第３の部品３０は、燃焼室６０において、火工品７０と、第２の部品２０の管２１との間に配置される。管２１は、（通常、交通事故が電子制御ユニットによって検出されるのに続いて）火工品７０が点火部分組立体８０によって点火されると、その燃焼を制御するように構成されている。

図１及び特に図２に示されているように、第１の部品１０及び第２の部品２０を接続するのと同じ摩擦溶接部において、第３の部品がこれらの２つの部品１０及び２０に固定される。実際、材料ビード９３は、第１の部品１０の材料及び第３の部品３０の材料の双方によって形成され、特に、これらの２つの部品１０及び３０間には形成されない。第１の部品１０及び第３の部品３０のコア又は壁は、材料ビード９１及び９３間に位置する。

さらに、第１の部品１０と第２の部品２０と第３の部品３０との間には隙間又は空間が存在しなくなることも、図２の断面図において見て取れる。換言すれば、これらの３つの部品１０、２０、及び３０のうちの１つは残りの部品に連続的に続いている。点線９２及び９４は、図２において、部品間の材料のこの連続性を示すのに表示されている。

したがって、第３の部品３０は、第１の部品１０及び第２の部品２０と同じ摩擦溶接領域において溶接される。このために、本発明は、３つの部品１０、２０、及び３０間の同時の摩擦溶接を可能にするために、第３の部品３０を第１の部品１０に対して位置決めすることを想定する。実際、第１の部品１０は、側壁上の凹部１１によって形成された位置決め接点を有し、この位置決め接点は、第３の部品３０の側壁における凹部３１によって形成された、第３の部品３０の位置決め接点と係合する。

したがって、第３の部品３０は、溶接作業の前に第１の部品１０に押し込む又は挿入することができ、これらの２つの部品１０及び３０が、ここで部分組立体を形成し、この部分組立体を、（例えば、第３の部品３０が付勢により挿入されている場合）第１の部品１０のみを把持することで取り扱うことができ、第２の部品２０に摩擦溶接することができる。実際、第１の部品１０及び第３の部品３０の位置決め接点により、ガス発生器の軸１００（摩擦溶接中の回転軸）周りのこれらの２つの部品間の回転が防止されるとともに、この同じ軸１００に沿った並進が阻止され、溶接作業中に印加される鍛造力の作用によって第３の部品３０が第１の部品１０に対して後退することが防止される。

したがって、本発明は、第３の部品３０を保持するのに特殊な道具を必要とすることなく（第１の部品１０が第３の部品３０を保持及び位置決めしているため）、同じ溶接作業中に第１の部品１０、第２の部品２０、及び第３の部品３０を同時に溶接することを可能にする。

さらに、本発明は、第３の部品３０を第１の部品１０及び第２の部品２０と同じ摩擦溶接領域において接続し、これにより、材料ビードの数を抑えることを提案する。

さらに、ガス発生器の軸１００に面する（ガス発生器の内部、すなわち燃焼室６０に面する）凹部１１は、圧着作業のための理想的な接点を形成する。実際、このような中空の幾何形状は、外側の部品の材料が圧着作業中に（この例では径方向に）押し返されることを可能にする。

続いて、第４の部品の領域４３が第１の部品１０の凹部１１に押し込まれた状態で、第４の部品４０が第１の部品１０に圧着される。これにより、第１の部品１０の位置決め接点と共通であるこの圧着接点は、部品の設計及び製造の簡略化を可能にし、その結果、コストも低減される。

添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者には明らかである種々の変更及び／又は改良を、本明細書に記載されている本発明の種々の実施形態に対して行うことができることが理解されよう。

Claims (14)

1. ガスを発生させるように構成された少なくとも１つの火工品（７０）と、
   摩擦溶接によってともに固定される少なくとも第１の部品（１０）及び第２の部品（２０）によって形成される少なくとも１つの部分組立体と、
   前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）のうちの少なくとも一方に摩擦溶接によって固定される少なくとも１つの第３の部品（３０）と、を備え、
   前記第３の部品（３０）と前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）のうちの一方とは、それぞれ、前記第３の部品（３０）と前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）のうちの前記一方との間の少なくとも２自由度を一時的に制限するとともに、前記第３の部品（３０）と前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）のうちの前記一方とを、前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）のうちの他方に同時に慣性溶接することを可能にするように設けられた位置決め接点を有し、
   前記位置決め接点は、前記第３の部品（３０）の側壁及び／又は前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）のうちの前記一方の側壁の特定の変形領域を含むことを特徴とするガス発生器。
2. 前記変形領域は、前記ガス発生器の内部に面する凹部（１１）であることを特徴とする請求項１に記載のガス発生器。
3. 前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）は、摩擦溶接領域に沿ってともに固定され、前記第３の部品（３０）は、前記摩擦溶接領域において、前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）のうちの少なくとも一方に、前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）の前記摩擦溶接によって固定される、請求項１又は２に記載のガス発生器。
4. 前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）は、所定の厚さの壁を有し、前記第３の部品（３０）は、前記第１の部品及び／又は前記第２の部品（２０）の前記厚さの半分未満の厚さの壁を有する、請求項１乃至３の何れか１項に記載のガス発生器。
5. 摩擦溶接は、回転慣性工具を用いた溶接作業によって行われ、前記位置決め接点は、前記溶接作業中、前記回転慣性工具と前記第３の部品（３０）との間が接触することなく、前記第１の部品（１０）及び前記第２の部品（２０）のうちの前記一方による前記第３の部品（３０）の回転駆動を保証するために設けられる、請求項１乃至４の何れか１項に記載のガス発生器。
6. 前記位置決め接点は、第４の部品を前記部分組立体に圧着する固定領域（４３）を形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス発生器。
7. 前記第４の部品は、自動車安全モジュールにおける前記ガス発生器の固定接点として機能するように構成されたカラーを備える、請求項６に記載のガス発生器。
8. 前記部分組立体は、前記ガス発生器の燃焼室（６０）を形成するとともに、前記少なくとも１つの火工品（７０）の加圧燃焼を制御するように構成された少なくとも１つの管（２１）を備え、前記第３の部品（３０）は、前記少なくとも１つの管（２１）と前記少なくとも１つの火工品（７０）との間に配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス発生器。
9. 前記第３の部品（３０）と前記少なくとも１つの管（２１）との間に配置される少なくとも１つのフィルターを備える、請求項８に記載のガス発生器。
10. 前記第３の部品（３０）は、固定格子である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス発生器。
11. 前記第３の部品（３０）は、蓋である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス発生器。
12. 前記第１の部品（１０）は、底部及び側壁を有し、該側壁は、前記ガス発生器の製造中、前記底部と、前記少なくとも１つの火工品（７０）を受け取るように構成された開口との間に配置され、
    前記第３の部品（３０）は、前記第１の部品（１０）内に収容され、前記開口と前記少なくとも１つの火工品（７０）との間に配置される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガス発生器。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガス発生器を少なくとも１つ備える自動車安全モジュール。
14. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガス発生器を少なくとも１つ備える自動車。

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