JP6707095B2 - ガス発生器 - Google Patents
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Description
エアバッグ装置に使用するガス発生器には、ガス源としてガス発生剤のみを使用するもののほか、ガス源として主としてアルゴン、ヘリウムなどが高圧充填されたものを使用するものがある。
アルゴンやヘリウムなどが高圧充填されたタイプのガス発生器の場合には、作動前の状態では、ガスが高圧充填された加圧ガス室と、前記加圧ガス室内のガスの排出口との間のガス排出経路が破裂板で閉塞されており、作動時には、前記破裂板が破壊されてガス排出経路が開放されることでガスが排出されるようになっている。
図1に示されているとおり、インフレータ1は、ハウジング3の一端側に破裂板14で閉塞されたスクイブ側口金部9があり、反対側端部に破裂板13で閉塞された吐出側口金部7を有しており、中間部分に加圧ガスG0が充填されている。
JP−A No.2014−69628のインフレータでは、ガス発生剤11は、燃焼時に発生する燃焼ガスを、加圧ガスG0とともに、エアバッグの膨張用に使用可能とされるもので、具体的には、燃焼時の発熱量を、6000〜10000J/gの範囲内に設定されているものを使用すると記載されている(段落番号0014)。
またJP−A No.2014−69628には、「実施形態のインフレーター1では、加圧ガスG0と、ガス発生剤11と、が、加圧ガスとガス発生剤11が燃焼して発生する燃焼ガスとのモル比(加圧ガス/燃焼ガス)を、80〜130の範囲内とするように、内部に充填されている。」と記載されている(段落番号0016)。
そして、実施形態のインフレーター1では、「スクイブ10が作動して、ガス発生剤11が燃焼して燃焼ガスが発生し、発生した燃焼ガスによってスクイブ側口金部9の内圧が高まれば、破裂板14が破裂して、ハウジング3内に燃焼ガスが流入することとなる。そして、この燃焼ガスによってハウジング3内の加圧ガスG0が加熱され、ハウジング3の内圧が高まれば、破裂板13が破裂して、加圧ガスG0と燃焼ガスとが、膨張用ガスGとして、吐出側口金部7に設けられたガス吐出口7bからインフレーター1外へ流出することとなり、エアバッグ装置のエアバッグを膨張させることとなる。」(段落番号0017)と記載されている。
つまり、加圧ガスG0部分の圧力が上昇することで、破裂板13が破裂して、吐出側口金部7を通って、ガス排出口7bからガスが排出されるものである。
「イニシエータ充填剤が着火すると、それが衝撃波を発生し、その衝撃波がインフレータ筐体の第1の端部から移動し、貯蔵ガスの入った障害物のないインフレータ筐体を通って、バーストディスクおよびインフレータ筐体の第2の端部に至る。衝撃波がバーストディスクに達すると、その衝撃波はバーストディスクから反射する。バーストディスクから反射すると、バーストディスクと衝撃波の間で圧力が上昇する。この発生した圧力は、バーストディスクのバースト圧より高いために、バーストディスクの開放または破裂が起こる。開放後、貯蔵ガスおよびイニシエータ充填剤および/ または他の推進剤の活性化によって発生したガスによるインフレータ筐体中の膨張ガスは、開放したバーストディスクから流出する。」(段落番号0011)
JP−A No.2003−520153の発明では、JP−A No.2014−69628の発明のようにガス放出口側にある破裂板を破壊する手段として、ガス発生剤の燃焼ガスは使用していない。
本発明の第1の実施態様は、筒状ハウジングの第1端開口部側に点火手段室を有し、長軸方向反対側の第2端開口部側にガス排出口を有するディフューザ部を有し、前記点火手段室と前記ディフューザ部の間に加圧ガス室を有しているガス発生器であって、
前記点火手段室と前記加圧ガス室の間の第1端開口部が第1破裂板で閉塞され、前記加圧ガス室と前記ディフューザ部の間の第2端開口部が第2破裂板で閉塞されており、
前記点火手段室内には点火器とガス発生剤成形体が収容されており、
前記加圧ガス室内にはガス源となるガスが充填されており、
前記点火手段室内に充填されているガス発生剤成形体から発生する単位時間当たりのエネルギー量A(J/msec)と、
前記加圧ガス室の前記点火手段室と接する部分の筒状ハウジング長軸方向に直交する断面の断面積B(cm2)と、
前記加圧ガス室に充填されたガスの密度C(g/cm3)が、
次式(I):A/B×C=320〜490 (I)で示されるエネルギー制御係数を満たしているものである、ガス発生器を提供する。
前記点火手段室と前記加圧ガス室の間の第1端開口部が第1破裂板で閉塞され、前記加圧ガス室と前記ディフューザ部の間の第2端開口部が第2破裂板で閉塞されており、
前記点火手段室内には点火薬を含む点火器とガス発生剤成形体が収容されており、
前記加圧ガス室内にはガス源となるガスが充填されており、
前記点火手段室内に充填されているガス発生剤成形体から発生する単位時間当たりのエネルギー量A(J/msec)と、
前記点火器から発生する単位時間当たりのエネルギー量D(J/msec)と、
前記加圧ガス室の前記点火手段室と接する部分の筒状ハウジング長軸方向に直交する断面の断面積B(cm2)と、
前記加圧ガス室に充填されたガスの密度C(g/cm3)が、
次式(II):(A+D)/B×C=430〜580 (II)で示されるエネルギー制御係数を満たしているものである、ガス発生器を提供する。
本発明は、より小さなエネルギーにてガス排出経路を閉塞している破裂板を破壊することができるガス発生器を提供する。
第1破裂板の開裂により生じた開口部から放出されたエネルギーは、加圧ガス室内を移動して第2破裂板に衝突して開裂させ、加圧ガス室からディフューザ部へのガス排出口を開口させる。
第2破裂板の開口部を通ったガスは、ディフューザ部のガス排出口から排出される。
本発明のガス発生器では、ガス発生剤による燃焼ガスが、加圧ガス室全体の圧力を増大させることによって第2破裂板が開裂するのではなく、それよりも早いタイミングでガス発生剤から発生したエネルギーで圧力波を発生させ、その圧力波が加圧ガスを伝播して第2破裂板を開裂させる。
したがって、ガス発生器からのガスの排出を迅速に行うことができる。この圧力波は、点火手段室で発生したエネルギーが加圧ガス室へ流れ込むときに、両室の間に発生する大きなエネルギー差に起因するものと考えられる。そのため、ガス発生剤からのエネルギー量は、短時間のうちにある程度の量を発生し、加圧ガス室と点火手段室との間に圧力の差を形成する必要がある。なおここでいう圧力波とは、音速以下の速度で伝播する波を表す。
このような動作をする本発明のガス発生器は、ガス発生剤成形体と加圧ガスを使用するハイブリッドタイプのガス発生器であり、式(I)のエネルギー制御係数を満たしていることによって、次の動作(a)、(b)、(c)ができることが特徴の発明である。
(a)加圧ガス室とディフューザ部の間を閉塞している第2破裂板を開裂させるための点火手段から発生させるエネルギー量を抑制できること。
(b)点火手段室内で発生したエネルギーが加圧ガス室内を通過するときのエネルギーの減衰をできるだけ小さくして第2破裂板まで到達させて開裂させること。
(c)発生エネルギー量、加圧ガスの充填密度を適正範囲に維持することで、ガス発生器自体の質量を抑制できること。
(1)ガス発生器に充填するガス発生剤成形体を所定の形状に成型したものを準備する。使用するガス発生剤成形体の組成や組成比、形状、寸法は公知のものを用いることができる。
ガス発生剤成形体をガス発生器に充填して作動させたときに、当該ガス発生剤成形体が配置された点火手段室の圧力が、最大値に到達するまでの時間(T/ msec)、および最大圧力値(P/ kPa)を測定する。ここでTは、その時点で閉塞部材(第1破裂板)が開裂したことを示す。
この測定を複数の異なった圧力下で行い、ガス発生剤成形体の圧力指数nを求める。(r=a×Pn)(ただしaは定数)
(4)上記(3)で求めた圧力P1/2での燃焼速度rを上記(2)の式から求める。
(5)上記(1)のガス発生剤成形体が上記(4)で求めた燃焼速度でハウジング内圧が最大値に到達するまでの時間に燃焼した質量(g)を求める。
(6)ガス発生器に充填する全ガス発生剤成形体から発生するエネルギーを所定の機器で測定し、充填したガス発生剤成形体の充填量で割り、単位重量当たりの発生エネルギー(J/g)を求める。
(7)上記(5)、(6)を掛け合わせて全体のエネルギー量を求める(J/mol)。
筒状ハウジングが均一径(均一内径)であるときは、式(I)中のBは長さ方向の任意の位置の断面積となる。
筒状ハウジングの断面積は、ガス発生剤成型体からのエネルギーを分散させる要件になることから、筒状ハウジングが均一内径でない場合には、筒状ハウジングの内径が最大になる部分(すなわち断面積が最大になる部分)を式(I)中のBとする。
よって、A/Bは、単位断面積あたりのエネルギー量(発生したエネルギーがどれだけの加圧ガスに仕事を与えるのかという尺度)を表すことになる。
Cは、加圧ガス室内に発生したエネルギー(圧力波)をできるだけ減衰させないようにして第2破裂板まで伝えるための要件である。
加圧ガス室内の加圧ガスの充填密度が高いほどエネルギー(圧力波)の減衰は少なくなり、前記充填密度が低いほど減衰は大きくなる。即ち、第2破裂板に対して効率的にエネルギーを供給するためには、エネルギーが第2破裂板に伝わっていく間にエネルギーの消費を可能な限り抑制することが望ましい。なお、充填圧力は同じであってもガスの種類によって密度は変わってくる。
このため、燃焼ガスによるモル数の増加を考慮したときには、式(I)中のCは、C×(E+F)/E(Eは加圧ガスのモル数、Fはガス発生剤成形体から発生するガス(燃焼ガス)のモル数)で表すこともできる。
式(I)のエネルギー制御係数(下限値)が320未満であるときは、A(J/msec)が小さくなるか、Bが大きくなるか、またはCのガス密度が小さくなる。
A(J/msec)が小さくなったり、Bが大きくなったり、Cが小さくなったりすると、発生するエネルギー(圧力波)が小さくなったり、圧力波の伝播力が小さくなったりして、第2破裂板を開裂させることが困難になる。
式(I)のエネルギー制御係数(上限値)が490を超えるときは、A(J/msec)が大きくなるか、Bが小さくなるか、またはCのガス密度が大きくなる。
この場合には、作動時における発生エネルギーが非常に高くなるため、筒状ハウジングの肉厚を大きくして発生エネルギーへの耐性を高めるなどの対策を講じる必要があり、ガス発生器自体の質量が増加してしまう。
式(II)のエネルギー制御係数(下限値)が430未満であるときは、A+D(J/msec)が小さくなるか、Bが大きくなるか、またはCのガス密度が小さくなる。
A+D(J/msec)が小さくなったり、Bが大きくなったり、Cが小さくなったりすると、発生するエネルギー(圧力波)が小さくなったり、圧力波の伝播力が小さくなったりして、第2破裂板を開裂させることが困難になる。
式(I)のエネルギー制御係数(上限値)が580を超えるときは、A+D(J/msec)が大きくなるか、Bが小さくなるか、またはCのガス密度が大きくなる。
この場合には、作動時における発生エネルギーが非常に高くなるため、筒状ハウジングの肉厚を大きくして発生エネルギーへの耐性を高めるなどの対策を講じる必要があり、ガス発生器自体の質量が増加してしまう。
前記カップ状のフィルタが、底部、周壁部および開口部を有しており、さらに少なくとも前記周壁部が厚さ方向に貫通した複数のガス通過孔を有しているものであり、
前記カップ状のフィルタが、前記底部が前記第1破裂板または第2破裂板と対向するように、前記開口部が前記ディフューザ部に対して固定されているものである。
なお、第1破裂板側または第2破裂板側にカップ状フィルタを配置した場合でも、圧力波により開裂される第2破裂板の開裂動作が阻害されることはない。例えば筒状ハウジングの第2端開口部の内径を徐々に縮径させて、圧力波を反射させてカップ状のフィルタにおけるガス通過孔に集中しやすくすることが出来る。
(1)図1のガス発生器
ガス発生器1は、筒状ハウジング10の第1端開口部10a側に点火手段室20を有しており、長軸方向反対側の第2端開口部10b側にディフューザ部40を有している。
筒状ハウジング10、点火手段室20、ディフューザ部40は、いずれも鉄、ステンレスなどの金属からなるものであり、それぞれの接続箇所は溶接されている。
点火手段室20とディフューザ部40の間には、加圧ガス室30を有している。
第1破裂板24は、筒状の点火手段室ハウジング21の第2端開口部21b側に周縁部が溶接固定されている。
点火手段室20の内部には、公知のガス発生剤成形体26が充填されている。
加圧ガス室30の点火手段室20と接する部分の筒状ハウジング10の長軸方向に直交する断面の断面積B(cm2)は、表1に示すようにすることができる。
加圧ガス室30内には、アルゴン、ヘリウムなどのガスが高圧で充填されている。加圧ガスは、筒状ハウジング10の周壁部11の孔にピン12を差し込んだ状態で、孔とピン12の隙間から充填した後、周壁部11とピン12を一緒に溶接することで封入することができる。
加圧ガス室30に充填されたガスの密度C(g/cm3)は、表2に示すようにすることができる。
フランジ部43と筒状ハウジング10の第2端開口部10bが溶接されている。
第2破裂板31は、フランジ部43の加圧ガス室30側の面に溶接されている。
点火手段室20内の点火器23が作動してガス発生剤成形体26が着火燃焼され、燃焼ガスを発生させる。
燃焼ガスの発生により点火手段室20内の圧力が高められると、第1破裂板24が開裂して、点火手段室20と加圧ガス室30が連通される。
点火手段室20内のエネルギー(ガス発生剤からのエネルギー、および点火薬からのエネルギー)が連通口から加圧ガス室30内に放出されると、点火手段室20と加圧ガス室30との間の圧力差に起因して、圧力波が第2破裂板31方向に進む。
このときの圧力波は、加圧ガス室30内部にエネルギーの疎/密の領域を形成する縦波として進行するものと考えられ、エネルギーが密の部分が第2破裂板31に衝突したときに、そのエネルギーが増大するものと考えられる。
つまり、第2破裂板31に衝突する前の密の部分のエネルギー量が、第2破裂板31を開裂させるほど大きくなくても、第2破裂板で跳ね返った波のエネルギーの一部がエネルギーの密な部分に加わることから、エネルギー全体が第2破裂板31の破裂圧より大きくなり、開裂し易くなるものと考えられる。そしてその現象が、ガス発生剤成形体26からの燃焼ガスによる加圧ガス室全体の圧力上昇よりも早く発生する。
このように開裂させる場合、通常であれば単にエネルギー(圧力波)Aを大きくするために、ガス発生剤成形体26や点火薬の量を増量することになるが、これはガス発生剤成形体26や点火薬全体から過剰なエネルギーを発生させることとなるため、耐圧性能を向上させるなどの措置を講ずる必要がある。
本発明のガス発生器1は、式(I):A/B×C=320〜490、または式(II):(A+D)/B×C=430〜580のエネルギー制御係数を満たしていることが特徴であるため、Aを過剰に大きくしなくても(すなわち、ある程度のエネルギーを瞬時に発生できる状態であれば)、BとCを調整することで、第2破裂板31を開裂させることができる。
ここで、最大大きさL1は、ガス発生剤成形体26が円柱のときは長さであり、ガス発生剤成形体26がディスク形状のときは直径である。
図2のガス発生器1は、図1のガス発生器1に対してカップ状のフィルタ50を配置しただけの違いである。
カップ状のフィルタ50は、底部51、周壁部52および開口部に形成されたフランジ部53を有しており、周壁部52は厚さ方向に貫通した複数のガス通過孔54を有している。ガス通過孔54は、底部51に形成されていてもよい。
カップ状のフィルタ50は、底部51が第2破裂板31と対向するように、フランジ部53がディフューザ部40のフランジ部43に対して固定されている。
図1に示すガス発生器1を使用して、例ごとにA、B、C、Dを表3に示すように調整した。なお、点火薬はZPPを含む組成でパウダー状のものであるため瞬時に燃焼するので、その燃焼完了にかかる時間を1 msecとして、(点火薬からの発生エネルギー(J/g))×(点火薬充填量(g))/1 msecで計算をしている。また表3のTTFGは、点火器に電流を流してからガスが排出開始されるまでの時間(第2破裂板が開裂するまでの時間)を指すもので、ガス発生器を28.3L密閉タンク内に配置して、室温で作動させたときのタンク内部圧力曲線から求めた数値である。
比較例1〜3は、式(I)の値が59,496、499であり、式(I):A/B×C=320〜490からはずれていた。また式(II)の値が76、587、647であり、式(II):(A+D)/B×C=430〜580から外れている。そしてTTFGも全体的に時間がかかっている。
比較例2は、式(I)、(II)で示されるエネルギー制御係数は比較例1と変わらないが、比較例1よりも断面積Bが大きくなり、エネルギーが分散しやすくなっているので効率的に第2破裂板を開裂しにくい。
比較例3は、A(J/msec)が大きいため、Bを大きくして、Cを小さくせざるを得ず、第2破裂板を開裂するに十分な式(I)、(II)で示されるエネルギー制御係数を得ることができなくなる。
Claims (3)
- 筒状ハウジングの第1端開口部側に点火手段室を有し、長軸方向反対側の第2端開口部側にガス排出口を有するディフューザ部を有し、前記点火手段室と前記ディフューザ部の間に加圧ガス室を有しているガス発生器であって、
前記点火手段室と前記加圧ガス室の間の第1端開口部が第1破裂板で閉塞され、前記加圧ガス室と前記ディフューザ部の間の第2端開口部が第2破裂板で閉塞されており、
前記点火手段室内には点火器とガス発生剤成形体が収容されており、
前記加圧ガス室内にはガス源となるガスが充填されており、
前記点火手段室内に充填されているガス発生剤成形体から発生する単位時間当たりのエネルギー量A(J/msec)と、
前記加圧ガス室の前記点火手段室と接する部分の筒状ハウジング長軸方向に直交する断面の断面積B(cm2)と、
前記加圧ガス室に充填されたガスの密度C(g/cm3)が、
次式(I):A/B×C=320〜490 (I)で示されるエネルギー制御係数を満たしているものである、ガス発生器。 - 筒状ハウジングの第1端開口部側に点火手段室を有し、長軸方向反対側の第2端開口部側にガス排出口を有するディフューザ部を有し、前記点火手段室と前記ディフューザ部の間に加圧ガス室を有しているガス発生器であって、
前記点火手段室と前記加圧ガス室の間の第1端開口部が第1破裂板で閉塞され、前記加圧ガス室と前記ディフューザ部の間の第2端開口部が第2破裂板で閉塞されており、
前記点火手段室内には点火薬を含む点火器とガス発生剤成形体が収容されており、
前記加圧ガス室内にはガス源となるガスが充填されており、
前記点火手段室内に充填されているガス発生剤成形体から発生する単位時間当たりのエネルギー量A(J/msec)と、
前記点火器から発生する単位時間当たりのエネルギー量D(J/msec)と
前記加圧ガス室の前記点火手段室と接する部分の筒状ハウジング長軸方向に直交する断面の断面積B(cm2)と、
前記加圧ガス室に充填されたガスの密度C(g/cm3)が、
次式(II):(A+D)/B×C=430〜580 (II)で示されるエネルギー制御係数を満たしているものである、ガス発生器。 - 前記第1破裂板または第2破裂板が前記加圧ガス室側からカップ状のフィルタで覆われており、
前記カップ状のフィルタが、底部、周壁部および開口部を有しており、さらに少なくとも前記周壁部が厚さ方向に貫通した複数のガス通過孔を有しているものであり、
前記カップ状のフィルタが、前記底部が前記第1破裂板または第2破裂板と対向するように、前記開口部が前記ディフューザ部に対して固定されているものである、請求項1または2記載のガス発生器。
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