JP7346327B2

JP7346327B2 - ガス発生器の取り付け構造

Info

Publication number: JP7346327B2
Application number: JP2020031073A
Authority: JP
Inventors: 弘朗小山
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2023-09-19
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: JP2021133793A

Description

本発明は、自動車等の安全装置に用いられるガス発生器の取り付け構造に関する。

従来、自動車等の乗員の保護の観点から、シートベルト装置およびエアバッグ装置が普及している。このうち、シートベルト装置は、車両等の衝突時に生じる衝撃により乗員が車内または社外に放り出されることを防止する目的で装備されるものであり、乗員の身体にベルトを巻き付けることによって、乗員を座席に拘束して固定するものである。

近年においては、乗員保護機能の向上のために、プリテンショナ機能を備えたシートベルト装置が普及している。このプリテンショナ機能とは、衣服の厚みなどによって生じるシートベルトの弛みを衝突時あるいは衝突の直前に瞬時に巻き上げるものであり、乗員の拘束効果を高めるものである。このプリテンショナ機能は、マイクロガスジェネレータ（ＭＧＧ）と称されるガス発生器から出力されるガスの圧力によってシートベルトが強く引き込まれることによって実現される。

このようなガス発生器は、例えば金属製のホルダを有しており、モジュールパイプに対して当該ホルダが摩擦圧接されることにより固定されることがある（例えば、特許文献１参照）。これにより、モジュールパイプの高難度な拡径加工を排除することができ、コストの増加を防止できる。

特表２０１６－５０４２３０号公報

なお、特許文献１においては、ホルダに固定されたキャップがモジュールパイプを閉塞するように挿入（圧入）されている構造となっている。したがって、特許文献１のように、ホルダが摩擦圧接されることにより固定された場合、発生した摩擦熱がキャップに伝達されやすく、キャップ内部の推進火薬（ガス発生剤）およびキャップのシール部分への悪影響（品質劣化など）が懸念される。

また、ホルダにキャップが固定されている従来のガス発生器を用いる場合、キャップが中心軸に対して傾斜した状態でホルダに固定されている場合があることを想定する必要がある。したがって、モジュールパイプの内径を、摩擦圧接時の中心軸に対するキャップの回転半径より大きくなると想定した分のサイズとした設計にする必要がある。すなわち、モジュールパイプの内径を、キャップの半径よりも想定した分、大きくする必要があり、モジュールパイプの小型軽量化が困難となっていた。

そこで、本発明は、モジュールパイプへのガス発生器の組み付けを容易に行うことができ、品質を担保することが可能であるとともに、従来よりも小型軽量化が可能なガス発生器の取り付け構造を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るガス発生器の取り付け構造は、点火器による着火によりガス発生剤を燃焼させてガスを発生させるものであって、前記ガス発生剤が内部に密封された収容器と、金属製のホルダに固定され、前記収容器内の前記ガス発生剤を着火可能な前記点火器と、を有し、前記収容器と前記点火器とは離間して配置される前記ガス発生器と、軸方向の一端部側に設けられ、前記ガス発生器が挿入される開口部と、前記収容器を内壁側で保持する周壁部と、を有したモジュールパイプと、を備え、前記開口部の端部と前記ホルダの一部とが溶接されることにより固定され、前記周壁部は、テーパー部と、前記テーパー部の長径側に接続される筒状部とを有し、前記収容器は、前記テーパー部に圧入される底部と、前記周壁部の前記筒状部と離間して配置される筒状部とを有し、前記底部が前記テーパー部に圧入されることによって前記テーパー部に保持されていることを特徴とする。

上記（１）のガス発生器の取り付け構造における前記溶接は、摩擦圧接、レーザー溶接、または、アーク溶接であることが好ましい。

（３）上記（１）または（２）のガス発生器の取り付け構造において、前記ホルダが略リング状であり、前記点火器は、前記ホルダの略中心部において前記ホルダの中心軸に沿って樹脂成形部を介して固定されていることが好ましい。

（４）別の観点として、上記（１）または（２）のガス発生器の取り付け構造において、前記ホルダが略筒状であり、前記点火器は、前記ホルダの略中心部において前記ホルダの中心軸に沿って直接固定されていてもよい。

上記（１）～（４）の構成によれば、モジュールパイプへのガス発生器の組み付けを容易に行うことができ、品質を担保することが可能であるとともに、従来よりも小型軽量化が可能である。

本発明の第１実施形態に係るガス発生器の取り付け構造を示す断面図である。図１のガス発生器の取り付け構造の製造工程および取り付け工程の例を示す図である。本発明の第２実施形態に係るガス発生器の取り付け構造を示す断面図である。従来のかしめ固定によるガス発生器の取り付け構造に係る比較例を説明するための断面図である。図１のガス発生器の取り付け構造に係る実施例を説明するための断面図である。

＜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の取り付け構造について図面を参照しつつ説明する。この取り付け構造は、点火器による着火により点火薬を燃焼させてガスを発生させるガス発生器の取り付け構造である。

図１に示すように、本実施形態のガス発生器の取り付け構造１００は、ホルダ１０と点火器１１と収容器２０とを有したガス発生器と、モジュールパイプ３０と、を備えている。

点火器１１は、点火部（図示せず）を覆うキャップ部１１ａと、前記点火部に接続され、所定量の電流が供給される一対の端子ピン１２、１３と、を備えている。この点火器１１は、車両が衝突した際に当該車両に設けられた衝突検知手段（図示略）によって衝突が検知され、これに基づいて車両に設けられたコントロールユニットから端子ピン１２、１３を介して点火部に通電されることによって、作動する。

また、点火器１１は、樹脂成形部１５を介して、略リング状のホルダ１０の略中心部に形成された穴部１０ａに端子ピン１２、１３が挿通された状態で、点火器１１自身の中心軸とホルダ１０の中心軸とが略合致した状態で、固定されている。なお、キャップ部１１ａは、ホルダ１０に対してモジュールパイプ３０側において固定されているとともに、収容器２０と離間して接触しない状態で樹脂成形部１５に保持されている。

樹脂成形部１５は、端子ピン１２、１３を部分的に露出させた状態で保持すると共に、端子ピン１２、１３とコントロールユニット（図示略）とを電気的に接続するためのハーネスの雄型コネクタ（図示略）を接続するための雌型コネクタ部１５ａを有している。樹脂成形部１５は例えば流動性樹脂材料を用いたインサート成形によって形成される。

収容器２０は、蓋部２１と有底筒状部２２とを有し、内部には、ガス発生剤４０が密封されている。蓋部２１は、有底筒状部２１ａと、有底筒状部２１ａの途中から折り返してなる折り返し部２１ｂと、を備えている。

有底筒状部２２は、筒状部２２ａと底部２２ｂとを備え、底部２２ｂはガス発生剤が燃焼して内部の気圧が高まった場合、破断しやすいように厚みが薄くなっている脆弱部が設けられている。また、有底筒状部２２は、底部２２ｂ側がモジュールパイプ３０のテーパー部３０ｂに圧入された状態で保持されている。また、有底筒状部２２の底部２２ｂ側端部周辺は、テーパー部３０ｂの内壁形状に倣ったテーパー形状となっている。これにより、有底筒状部２２がテーパー部３０ｂの内壁に嵌合しつつ圧入することができるようになっている。

また、有底筒状部２１ａの側部と折り返し部２１ｂとで筒状部２２ａの開口部側の端部を挟みこんだ状態で、有底筒状部２１ａの側部から内側に向かってかしめることによって、蓋部２１と有底筒状部２２とはかしめ固定されている。なお、有底筒状部２１ａと筒状部２２ａとの間にはシール剤（樹脂）が塗布されていてもよい。

モジュールパイプ３０は、筒状部３０ａ、３０ｃと、テーパー部３０ｂと、端部３０ｄと、を有している。筒状部３０ａはテーパー部３０ｂの短径側に接続されており、筒状部３０ｃはテーパー部３０ｂの長径側に接続され、筒状部３０ａ、３０ｃとテーパー部３０ｂとで、モジュールパイプ３０の周壁部を形成している。また、テーパー部３０ｂは、筒状部３０ａとの接続部から筒状部３０ｃとの接続部にかけて拡径している筒状部位である。また、端部３０ｄは、筒状部３０ｃの開口部側の端部である。

上述のような構成のガス発生器においては、点火器１１の作動により生じた火炎によって蓋部２１の有底筒状部２１ａが破断し、収容器２０内部のガス発生剤４０が着火されて燃焼し、多量のガスを発生させる。これにより、底部２２ｂを隔てた点火器１１側の内圧が高まり、底部２２ｂが破断し、ガスが噴出する。噴出したガスは、モジュールパイプ３０に接続されたシートベルトプリテンショナ等の駆動力となる。

次に、本実施形態のガス発生器の製造工程およびモジュールパイプ３０への取り付け工程について説明する。まず、図２（ａ）に示したように、有底筒状部２２の内部にガス発生剤４０を装填し、有底筒状部２２の開口部側を蓋部２１で閉塞する。次に、図２（ｂ）に示したように、有底筒状部２１ａの側部から内側に向かってかしめることによって、蓋部２１と有底筒状部２２とをかしめ固定する。次に、図２（ｃ）に示したように、収容器２０を、底部２２ｂ側からモジュールパイプ３０のテーパー部３０ｂに圧入し、保持した後、ホルダ１０を矢印方向に挿入する。そして、ホルダ１０と、モジュールパイプ３０の端部３０ｄとを摩擦圧接、レーザー溶接、または、アーク溶接などの溶接をすることによって、図１に示した状態となる。

以上のように、本実施形態によれば、収容器２０をモジュールパイプ３０に圧入で固定する為、従来のような収容器の軸ブレ（傾斜）を考慮する必要がなく、モジュールパイプ３０へのガス発生器の組み付けを容易に行うことができる。また、ホルダ１０と、モジュールパイプ３０の端部３０ｄとの摩擦圧接時に発生する熱が、ホルダ１０と収容器２０とが接していないことで、ガス発生剤４０に影響を与えにくくなる。その結果として、ガス発生器の品質を担保することが可能である。

また、従来のようにホルダに固定された収容器の回転半径を意識して、モジュールパイプ３０の内径を、収容器の半径よりも想定した分まで大きくする必要がない。すなわち、従来のような収容器の軸ブレ（傾斜）を考慮する必要がないので、従来よりも小型軽量化が可能なガス発生器の取り付け構造１００を提供することができる。

なお、有底筒状部２１ａと筒状部２２ａとの間にはシール剤（樹脂）が塗布されている場合においても、収容器２０はホルダ１０と接していないため、ホルダ１０と、モジュールパイプ３０の端部３０ｄとの摩擦圧接、レーザー溶接、または、アーク溶接などの溶接時に発生する熱の影響を受けにくくなるので、ガス発生器の品質を担保することが可能である。

＜第２実施形態＞
上記第１実施形態においては、図１に示したガス発生器を用いたが、これに限られず、たとえば、図３に示したガス発生器を用いてもよい。以下、具体的に、本実施形態に係るガス発生器の取り付け構造について説明する。なお、特に説明しない限り、上記第１実施形態と同様の部位には、下二桁が同じ符号を用いて、説明を省略することがある。また、本実施形態においては、特に説明がない限り、上記実施形態と同じ部品が用いられている。

本実施形態のガス発生器の取り付け構造２００は、第１実施形態の点火器１１およびホルダ１０の代わりに、点火器１１１およびホルダ１１５を用いている点で、第１実施形態と異なっている。

点火器１１１は、点火部（図示せず）を覆うキャップ部１１１ａと、筒状部材１１１ｂと、前記点火部に接続され、所定量の電流が供給される一対の端子ピン１１２、１１３と、を備えている。なお、点火器１１１は、収容器１２０に接触しない位置に配置されている。

ここで、筒状部材１１１ｂは、キャップ部１１１ａ周囲に嵌合するように設けられ、点火器１１１の先端部から放出される火炎の方向を蓋部１２１側に向けるための脆弱部１１１ｃを有している。また、筒状部材１１１ｂは、端部にフランジ部１１１ｄが設けられており、このフランジ部１１１ｄは、ホルダ１１５の端部１１５ｂによって、キャップ部１１１ａにかしめ固定されている。

ホルダ１１５は、略筒状であり、雌型コネクタ部１１５ａと、端部１１５ｂと、穴部１１５ｃと、を備えた金属製の一体成型物である。なお、端部１１５ｂは、フランジ部１１１ｄをかしめ固定する前は略筒形状をしており、かしめ固定する際に押圧されて変形する。また、穴部１１５ｃは、ホルダ１１５略中央部において、点火器１１１を嵌挿可能に形成されている。

また、ホルダ１１５は、図３（ｂ）に示したように、摩擦圧接による溶接を行う前においては、略平面の溶接用平面部１１５ｄを有している。溶接用平面部１１５ｄは、図３（ａ）に示したように、摩擦圧接による溶接によって変形し、端部１３０ｄを覆いつつ、端部１３０ｄ周囲と固定される。

次に、本実施形態のガス発生器の製造工程およびモジュールパイプ１３０への取り付け工程について説明する。まず、図３（ｂ）に示したように、第１実施形態と同様に、収容器１２０を、底部１２２ｂ側からモジュールパイプ１３０のテーパー部１３０ｂに圧入し、保持した後、ホルダ１１５を矢印方向に挿入する。そして、ホルダ１１５の溶接用平面部１１５ｄと、モジュールパイプ１３０の端部１３０ｄとを摩擦圧接することにより溶接することによって、図３（ａ）に示した状態となる。

以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態のように、第１実施形態と、モジュールパイプおよび収容器を共通部品として使用し、ホルダおよび点火器のみを別の部品とすることができる。これにより、ホルダおよび点火器についてのみ、用途などに応じて変更すればよいので、大量生産する場合において、全体としてコスト削減が可能となる。

＜実施例＞
ここで、第１実施形態に係るガス発生器の取り付け構造１００の効果の一つである軽量化の実施例と、比較例（従来のガス発生器の取り付け構造）とについて説明する。なお、比較例のガス発生器の出力は、モジュールパイプの耐圧性能（たとえば１８０ＭＰａ）に適応したものであり、サイズ感もほぼ同様のものである。

（比較例の説明）
図４に示したように、比較例に係るガス発生器の取り付け構造３００は、モジュールパイプ２３０に、一般的なマイクロガスジェネレータであるガス発生器２２０をかしめ固定したものである。なお、ガス発生器２２０で発生したガスの噴出方向は、図４紙面の下方向である。

モジュールパイプ２３０は、カップ部２２０ａを覆う第１円筒部２３０ｃと、突起部２２０ｂを覆う第２円筒部２３０ｄと、かしめ固定部２３０ｅとを有した、略円筒状の鉄部材である。また、第１円筒部２３０ｃ、第２円筒部２３０ｄ、かしめ固定部２３０ｅは、この順に一体形成されており、かしめ固定部２３０ｅは、第２円筒部２３０ｄの一端部を内側（環状平面部２２０ｃ側）にかしめることによって、ガス発生器２２０をかしめ固定している。また、第１円筒部２３０ｃは、内径が１４ｍｍ、肉厚が１．８ｍｍ、第２円筒部２３０ｄは、内径が１７．２ｍｍ、肉厚が２．１５ｍｍ、かしめ固定部２３０ｅの肉厚は２ｍｍとなっており、モジュールパイプ２３０の平均肉厚は約２ｍｍとしている。これらにより、ガス発生器２２０の作動時においてモジュールパイプ２３０が損壊することがない強度が達成されている。

（実施例の説明）
図５に示したように、実施例に係るガス発生器の取り付け構造は、図１に示したガス発生器の取り付け構造１００と同様であるので、同じ符号を付して説明する。また、特に説明がない限り、第１実施形態と同様の部位である。

モジュールパイプ３０は、内径が１４ｍｍ、肉厚が１．３ｍｍの円筒状の鉄部材である。また、第１実施形態に示した摩擦圧接によって、モジュールパイプ３０およびホルダ１０の強度と溶接強度とはほぼ１００％になることがわかっている。このとき、ガス発生器（点火器１１および収容器２０からなる）の出力は、比較例のガス発生器２２０と同様であって、作動時においてモジュールパイプ３０が損壊することがない強度が達成されている。

（実施例と比較例との比較）
本発明に係る実施例によれば、比較例と同程度の出力のガス発生器を用いる場合において、モジュールパイプ３０の肉厚を比較例のかしめ固定の場合に用いられるモジュールパイプ２３０よりも薄くできる。具体的には、上述したとおり、比較例のモジュールパイプ２３０には、平均肉厚が約２ｍｍのものを使用する必要があったが、たとえば、本実施例の摩擦圧接を用いて固定すれば、肉厚１．３ｍｍのもので同等の強度を有する。すなわち、従来のかしめ固定の場合のモジュールパイプ２３０の重量は、π（モジュールパイプ２３０外半径の二乗－モジュールパイプ２３０内半径の二乗）×モジュールパイプ２３０の長さ×鉄の密度＝π（（内半径７（ｍｍ）＋平均肉厚２（ｍｍ））^２－（内半径７（ｍｍ））^２）×パイプモジュールの長さｈ（ｍｍ）×鉄の密度ａ（ｇ／ｍｍ^３）＝３２πｈａ（ｇ）とすることができる。なお、モジュールパイプ２３０の外半径、内半径および肉厚については、一定として計算している。

これに対して、本実施例の摩擦圧接を用いて固定する場合、比較例と同じ長さｈのモジュールパイプ３０の重量は、π（モジュールパイプ３０外半径の二乗－モジュールパイプ３０内半径の二乗）×モジュールパイプ３０の長さ×鉄の密度＝π（（内半径７（ｍｍ）＋肉厚１．３（ｍｍ））^２－（内半径７（ｍｍ））^２）×モジュールパイプの長さｈ（ｍｍ）×鉄の密度ａ（ｇ／ｍｍ^３）＝１９．８９πｈａ（ｇ）とすることができる。これらの計算式から、上記条件の実施例のモジュールパイプ３０は、上記条件の比較例のモジュールパイプ２３０に対して、重量比を２／３程度（約３８％減）に削減できることがわかる。

したがって、上記実施例によれば、比較例のガス発生器と出力が同じで、サイズ感もほぼ同様のものである場合、明らかにガス発生器の取り付け構造として全体的に軽量化できていることがわかった。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。したがって、上記第１実施形態と上記第２実施形態とを適宜組み合わせた形態とすることも可能である。

１０、１１５ホルダ
１０ａ、１１５ｃ穴部
１１、１１１点火器
１１ａ、１１１ａキャップ部
１１１ｃ脆弱部
１２、１３、１１２、１１３端子ピン
１５樹脂成形部
１５ａ、１１５ａ雌型コネクタ部
２０、１２０収容器
２１、１２１蓋部
２１ａ、１２１ａ有底筒状部
２１ｂ、１２１ｂ折り返し部
２２、１２２有底筒状部
２２ａ、１２２ａ筒状部
２２ｂ、１２２ｂ底部
３０、１３０、２３０モジュールパイプ
３０ａ、１３０ａ筒状部
３０ｂ、１３０ｂテーパー部
３０ｃ、１３０ｃ筒状部
３０ｄ、１１５ｂ、１３０ｄ端部
４０、１４０ガス発生剤
１００、２００取り付け構造
１１５ｄ溶接用平面部
２２０ガス発生器
２２０ａカップ部
２２０ｂ突出部
２２０ｃ環状平面部
２３０ｃ第１円筒部
２３０ｄ第２円筒部
２３０ｅかしめ部

Claims

点火器による着火によりガス発生剤を燃焼させてガスを発生させるガス発生器の取り付け構造であって、
前記ガス発生剤が内部に密封された収容器と、金属製のホルダに固定され、前記収容器内の前記ガス発生剤を着火可能な前記点火器と、を有し、前記収容器と前記点火器とは離間して配置される前記ガス発生器と、
軸方向の一端部側に設けられ、前記ガス発生器が挿入される開口部と、前記収容器を内壁側で保持する周壁部と、を有したモジュールパイプと、
を備え、
前記開口部の端部と前記ホルダの一部とが溶接されることにより固定され、
前記周壁部は、テーパー部と、前記テーパー部の長径側に接続される筒状部とを有し、
前記収容器は、前記テーパー部に圧入される底部と、前記周壁部の前記筒状部と離間して配置される筒状部とを有し、前記底部が前記テーパー部に圧入されることによって前記テーパー部に保持されていることを特徴とするガス発生器の取り付け構造。
前記溶接が、摩擦圧接であることを特徴とする請求項１に記載のガス発生器の取り付け構造。
前記ホルダが略リング状であり、
前記点火器は、前記ホルダの略中心部において前記ホルダの中心軸に沿って樹脂成形部を介して固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス発生器の取り付け構造。
前記ホルダが略筒状であり、
前記点火器は、前記ホルダの略中心部において前記ホルダの中心軸に沿って直接固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス発生器の取り付け構造。