JPWO2002092400A1 - ガス発生器 - Google Patents

Abstract

第１カップ２内に、点火具４の第２カップ１２を嵌入状態で挿入し、第１カップ２の基端２ｃと点火具４との間にシール部材１９を配設し、基端２ｃと点火具４とをホルダ５の点火具４に向かうかしめにより共締めにより固定する。

Description

技術分野
本発明は、例えば、シートベルトプリテンショナー、乗員前方移動拘束装置、可動式ヘッドレスト、バッテリー電流遮断機、といった可動部分を有する自動車用安全装置を、緊急時に（自動車衝突時に）作動させる為に用いられる小型のガス発生器に関する。
背景技術
これらガス発生器は、例えば、シリンダーに取り付けられ、発生するガスの圧力によりピストンを駆動させ、その駆動力により前述の自動車用安全装置を作動させる目的で使用される。
従来のガス発生器は、通電により発火する点火具を第１シール部材を介してホルダの内側の第１固定部分にかしめ等で固定し、ガス発生剤を収容したカップを前記点火具を覆うように被せ、このカップの基端を前記ホルダの外側の第２固定部分に第２シール部材を介してかしめ等で固定する構造になっている。
上記ガス発生器は、ガス発生剤を収容したカップを外気と遮断した状態でホルダに固定するために、内側の点火具を固定する第１固定部分とは別に、外側のホルダ基端を固定する第２固定部分を有している。また、ホルダには、点火具とホルダとの間の第１シール部材と、カップとホルダのとの間の第２シール部材とが別々に設けられる。
この従来のガス発生器は、二ヵ所の固定部分と二ヵ所のシール部分とを有しており、二ヵ所の固定とシールを確実にしなければならなかった。さらに、二箇所の固定部分が別々に存在する為、どうしても外径が太くなり、装置の小型化、高出力化に対応することが困難であった。
本発明は、係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ホルダに対する点火具とカップとの固定構造を共用するとともにシールも確実にできるガス発生器を提供しようとするものである。
また、外径の細いガス発生器を提供することにより、前述の安全装置において、細いシリンダーを使用することができ、同じガス発生剤使用量で、従来よりも高い出力を取り出せるようにするものである。
発明の開示
本発明のガス発生器は、燃焼によりガスを発生させるガス発生剤を収容する有底筒状の第１カップと、前記第１カップ内に一部挿入状態で配設される点火具と、この点火具を覆うとともに、前記第１カップの基端側を保持するホルダとを備え、前記第１カップの前記基端と前記点火具とが前記ホルダの前記点火具に向かう共締めにより固定されているものである。
第１カップの基端と点火具とがホルダの点火具に向かう共締めにより固定されるため、点火具と第１カップの基端とがホルダに対して一ヵ所で固定される。このため、製造が簡便になるとともに、構造が簡単になるため、ガス発生器の小型化が可能となる。
また、本発明のガス発生器は、前記第１カップの前記基端と前記点火具との間にシール部材が配設されているものである。
第１カップの基端と点火具との間のシール部材が作用し、第１カップ内のガス発生剤が点火具で蓋がされた状態になって密封される。
また、本発明のガス発生器は、前記点火具は、着火薬を収容する第２カップと、この第２カップを保持する塞栓とを有してなり、前記第１カップの内側に前記第２カップの外側が嵌入状態で挿入されるものである。
ガス発生剤を収容する第１カップに、着火薬を収容する第２カップが嵌入状態で挿入されるため、第１カップが第２カップに案内されて、第１カップが点火具に保持された状態になってホルダに固定される。また、第２カップを第１カップで補強するために、第２カップの外周と第１カップの内周が略同一であることが好ましい。
また、本発明のガス発生器は、前記第１カップの基端が前記塞栓に突き当たるように挿入され、前記第２カップと前記塞栓の境界部分に前記シール部材が配設されているものである。
第２カップと塞栓の境界部分にシール部材を押し込みながら、第１カップの基端が塞栓に突き当たるため、Ｏリングのようなシール部材の位置が安定する。
また、本発明のガス発生器は、前記第１カップの基端とこの基端が突き当たる前記塞栓とは互いにテーパ面に形成されているものである。
第１カップの基端と塞栓との突き当たり状態を安定させることができる。また、テーパ面により、第１カップへのガス発生剤の収納が容易となる。
また、本発明のガス発生器は、前記点火具と前記第１カップの基端とは、前記ホルダの前記点火具に向かうかしめによって固定されているものである。
第１カップの基端と塞栓との突き当たりをテーパ面に形成し、ホルダから塞栓に向かってかしめにより強固に共締めすることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。第１図は、ガス発生器の断面図であり、第２図は、点火具の断面図である。
第１図において、ガス発生器１は、第１カップ２と、ガス発生剤３と、点火具４と、ホルダ５とからなる。
第１カップ２は、円筒部２ａと、円筒部２ａの先端側又は上端側の底部２ｂと、円筒部２ａの基端側又は下端側の拡径スカート部２ｃとからなり、全体として有底円筒形状をなしている。この第１カップ２の材料としては、ステンレス、アルミニウム、真鍮、鉄などの金属材などが好ましいが、樹脂製であってもよい。第１カップ２の底部２ｂの外側面には中心から放射状の伸びる複数の線状の切欠き部２ｄが設けられている。第１カップ２の拡径スカート部２ｃは、後述する点火具４とホルダ５で扶持されるテーパ状のフランジ部として機能する。
ガス発生剤３は、第１カップ２の内周に直接接触する状態にして収容されている。第１カップ２内に収容されるガス発生剤３の燃焼時に、この切欠き部２ｄが破断され図示しないシートベルトプリテンショナー、乗員前方移動拘束装置、可動式ヘッドレスト、バッテリー電流遮断機などの自動車用安全装置にガスが直接的に放出される。
点火具４は、第２図に示されるように、着火薬１１と、着火薬１１が収納される第２カップ１２と、着火薬１１を発火させるための電流を通電する目的で立設された２本のピン１３、１４と、ピン１３、１４が取り付けられる栓体１５と、第２カップ１２の下方を覆って保持する塞栓１６とを備えてなる。着火薬１１としは、例えば、ジルコニウム、タングステン、過塩素酸カリウム、バインダを含むものを用いることができる。
第２カップ１２は、金属製の内側カップ１２ａと、絶縁性樹脂製の外側カップ１２ｂを重ねた有底円筒形状である。この第２カップ１２の内側に着火薬１１が収容され、金属製の栓体１５で塞がれる。栓体１５の下方にはピン１３が立設状態で接合され、栓体１５の中央の貫通孔１５ａに絶縁体であるガラスシール１５ｂを介してピン１４が貫通状態で取り付けられている。ピン１４の上端と栓体１５の上面との間に、通電により発熱する電橋線１７が取り付けられている。金属製の内側カップ１２ａの下端と栓体１５の下側周囲とはレーザ溶接１８などで接合されている。
塞栓１６は樹脂成形体であり、第２カップ１２の下端側とピン１３、１４の栓体１５から突き出した部分を覆って、これらを保持するものである。この塞栓１６の外周は、第２カップ１２との境界部分の段部１６ａと、拡径テーパ部１６ｂと、大径円柱部１６ｃと、縮径テーパ部１６ｄと、小径円柱部１６ｅとからなる形状を有する。
塞栓１６の樹脂成形に用いられる樹脂としては、例えば、ポリブチレンテレフタート、ポリエチレンテレフタート、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン等の樹脂にガラス繊維、カーボン等を含有させたものが挙げられる。
第１図において、第１カップ２の内周に第２カップ１２の外周が嵌入されている。両者は実質的に密着させるのがよく、両者の隙間は１ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることが更に好ましい。第１カップ２の拡径スカート部２ｃは、塞栓１６の拡径シール部１６ｂ（第２図参照）に沿う長さを有している。塞栓１６の第２カップ１２との境界部分にある段部１６ａ（第２図参照）には、シール部材としてのＯリング１９が嵌められ、第１カップ２の拡径スカート部２ｃの根元で押しつぶされる。
ホルダ５は、ステンレス、アルミニウム、真鍮、鉄などの金属材や硬質樹脂によって形成されている。このホルダ５は、点火具４の塞栓１６の外周部分のうち、大径円柱部１６ｂ、縮径部１６ｃ及び小径円柱部１６ｄを上から嵌め込むための第１孔２１と、ショーティングクリップ６を下から嵌め込むための第２孔２２と、第１孔２１から上方に伸びており、内側へ押し込むかしめが可能な突出部２３とを有している。このホルダ５は、点火具４を第１カップ２の中心に位置させ、前記第１カップ２の位置を固定すると共に前記点火具４の塞栓１６を保持している。
ショーティングクリップ６は、点火具４の２本のピン１３、１４をショートさせておくために取り付けられている。このショーティングクリップ６は、ガス発生器１が正規の状態で取り付けられるまで、静電気などによる誤作動を防止するために用いられる。
このように構成されるガス発生器１は、次のような手順にて製造することができる。所定量のガス発生剤３が収容された第１カップ２を準備する。塞栓１６と第２カップ１２の境界部分である段部１６ａ（第２図参照）に、Ｏリング１９を嵌め込んだ状態の点火具４を用意する。第１カップ２内に、点火具４の第２カップ１２を嵌入させる。第１カップ２の拡径スカート部２ｃが、塞栓１６の拡径テーパ部１６ｂ（第２図参照）に当たり、Ｏリング１９が押しつぶせる状態を確認する。
この第１カップ２と点火具４のセットを、ホルダ５の第１孔２１内に嵌め込み、突出部２３を点火具４の塞栓１６の側にかしめることにより、第１カップ２と点火具４とを共締めにてホルダ５に固定する。このとき、第１カップ２と点火具４との間に介装されたＯリング１９は、押しつぶされた状態になって第１カップ２と点火具４の第２カップ１２との間を密封する。
次に、ガス発生器１の作動について説明する。このガス発生器１が正常な状態でコネクタに接続されると、ショーティングクリップ６による短絡は解除された状態になる。この状態で、図示しない衝突センサーが自動車の衝突を感知すると、点火具４に立設されたピン１３、１４に通電される。そして、点火具４内の電橋線１７が発熱し、着火薬１１が発火する。第２カップ１２の底の脆弱部が破断し、ここを通じて一気に第１カップ２内のガス発生剤３に高温、且つ、高圧のガスや粒子が吹き付けられる。そして、ガス発生剤３が点火される。続いて、ガス発生剤３の燃焼により第１カップ２内に発生した多量のガスは、第１カップ２の内圧を急速に高め、やがて第１カップ２の底部２ｂに設けられている切欠き部２ｄを破断して、図示しないシートベルトプリテンショナー、乗員前方移動拘束装置、可動式ヘッドレスト、バッテリー電流遮断機などの自動車用安全装置へ導入される。
つぎに、第１カップ２内の好ましいガス発生剤３を説明する。本発明のガス発生器に用いることができるガス発生剤は、例えば、含窒素有機化合物、無機化合物を含有するものであり、所望により添加物を添加することができる。含窒素有機化合物は主に燃料成分としての機能を果たす。また、無機化合物は主に酸化剤成分としての機能を果たす。
前記含窒素有機化合物としては、アミノテトラゾール、硝酸グアニジン、ニトログアニジンよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。前記無機化合物としては、硝酸ストロンチウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウム、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸カリウムよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。
添加物として自己発火性触媒である三酸化モリブデンが挙げられる。また、他にガス発生剤に添加しうる添加物としては、バインダなどが挙げられ、バインダとして、グアガム、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ニトロセルロース、水溶性セルロースエーテル、ポリエチレングリコールよりなる群から選ばれる少なくとも１種以上が挙げられる。
好適なガス発生剤としては、含窒素有機化合物として５−アミノテトラゾールおよび硝酸グアニジン、無機化合物として硝酸ストロンチウムおよび過塩素酸アンモニウム、自己発火性触媒として三酸化モリブデン、バインダとしてグアガムを含有するガス発生剤である。より好適には、含窒素有機化合物として５−アミノテトラゾールを１０〜３０質量％、硝酸グアニジンを１５〜３５質量％、無機化合物として硝酸ストロンチウムを１０〜３０質量％、過塩素酸アンモニウムを１５〜３５質量％、自己発火性触媒として三酸化モリブデンを１〜１０質量％、バインダとしてグアガムを１〜１０質量％を含有するガス発生剤である。
これらガス発生剤３の製造法を説明する。ガス発生剤３の各成分を所定量計量する。計量した後、Ｖ型混合機により各成分を十分混合する。前記混合物に１０〜３０質量％の水を添加し、さらに混合する。湿状になった前記混合物をニーダーにより練り上げて、粘りの有る塊を得る。これを真空押し出し機にて所望の形状に成形する。これを６０℃で１５時間、次に１００℃で５時間乾燥させて所望のガス発生剤３を得る。また、さらに、従来より使用されている無煙火薬もガス発生剤３として良好に使用できる。
上述した実施形態に係るガス発生器１の効果を以下に説明する。
（１）ホルダ５に対する点火具４の保持と、点火具４に対する第１カップ２の保持とが、点火具４の塞栓１６及び第１カップ２の拡径スカート部２ｃに向かうホルダ５の突出部２３のかしめにより、共締めで行われる為、一ヵ所のかしめにより、ガス発生器１を形成することができる。ホルダと点火具、ホルダと第１カップのように二ヵ所のかしめを必要とする従来例に比較すると、簡単な構造で確実に固定することが可能になる。
（２）第１カップ２内に収容されたガス発生剤３は、点火具４の第２カップ１２と第１カップ２の拡径スカート部２ｃとの間に押し込まれたＯリング１９で密閉された空間に位置することになる。このように、第１カップ２内に収容されたガス発生剤３は一カ所のシールで密閉されるとともに、点火具４の側からの外気の侵入がなく、ガス発生剤３に対する密封性が向上する。
（３）点火具４の第２カップ１２は、第１カップ２内に嵌入され、両者は密着しているため、第１カップ２が点火具４でも支えられた状態になり、第１カップ２が図示のように軸方向に長くなっても、外力等に対して安定する。
（４）金属製の第１カップ２内に点火具４の第２カップ１２が密着して嵌入されているため、第２カップ１２内の着火剤１１が発火するときの、第２カップ１２の外周が第１カップ２で補強される。そのため、点火具４の第２カップ１２の底部の脆弱部の破裂が確実におこなわれる。
（５）点火具４の第２カップ１２と塞栓１６との境界部分にＯリング１９が位置するため、Ｏリング１９の位置が安定し、密封性が上がる。
（６）点火具４の塞栓１６の外周の拡径テーパ部１６ｂ（第２図参照）と、第１カップ２の拡径スカート部２ｃのように、互いにテーパ状にして突出部２２をかしめるため、かしめによる固定が安定的に行われる。
なお、本発明の実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように変更して実施してもよい。
（１）点火具４は、第２図のようなハーメチックシール式のものが、径方向に広げて、軸方向に伸びない形状にする上で有利であるが、第３図のような点火玉式のものであってもよい。
第３図において、塞栓３１から二本のピン３２、３２が突出し、この二本のピン３２、３２の先端に電橋栓３３が取り付けられ、この電橋栓３３の周囲に点火玉３４が形成されている。点火玉３４が第２カップ３５内の着火剤３６に当接するように、第２カップ３５が塞栓３１に取り付けられ、点火玉式の点火具が形成される。
（２）ホルダ５による第１カップ２と点火具４の固定は、かしめによるものが好ましい。かしめ以外であっても、安定的に固定できれば共締め手段には限定はなく、例えば、袋ナット状のものを、ホルダにねじ込むことにより、ホルダ５に対して第１カップ２と点火具４を共締めするものであってもよい。
（３）シール部材は、シール性のあるものであれば特に限定はなく、単一部材であるＯリング１９の他に、第１カップ２にＯ字形状にゴム等を焼き付けたものや、シリコン系接着剤やエポキシ系接着剤等が例示できる。
実施例
以下に本発明に係るガス発生器の一例を用いた１０ｃｃボンブテストの結果について示す。
第４図に１０ｃｃボンブテストに用いた本発明に係るガス発生器の一例と、シートベルトプリテンショナーに用いられる従来のガス発生器の仕様をまとめて示す。本発明に係るガス発生器は、従来のガス発生器と比較するために、ガス発生剤量が従来のシートベルトプリテンショナーに用いられていたガス発生器と同量としている。
１０ｃｃボンブテストは、第６図に示すように、堅牢なステンレススチール等の材質の圧力測定ボンブを用いる。この圧力測定ボンブに設けられているボンブ治具にガス発生器を取り付ける。このボンブ治具には、ガス発生器のカップ部の外径よりも０．２〜０．４ｍｍ大きいものを使用する。そして、このガス発生器を着火電流ケーブルにより定電流パルス発生と結線し、着火電流（０．８Ａ×２ｍｓ）を通電し、ガス発生器を作動させる。ガス発生器からの燃焼ガスの圧力を燃焼室に設けられている圧力センサーを介してオシロスコープ等の測定機器により燃焼室内の圧力を測定する。１０ｃｃボンブテストでは、このようにしてガス発生器の出力を測定する。この結果を第５図に示す。
第４図及び第５図に示すように、本発明に係るガス発生器は、従来の従来のガス発生器に比べて、小型化できるとともに、同じガス発生剤量を用いても、シリンダ想定のボンブ治具内径を細くすることができるため、高い出力（高い最大発生圧力）を取り出せるようになっていることがわかる。
産業上の利用可能性
以上詳述したように本発明に係るガス発生器によれば、ホルダに対する点火具とカップとの固定構造を共用して構造を簡単にすることができるとともに、シール性を向上させるという効果を奏する。また、本発明に係るガス発生器は、従来のガス発生器に比べて、同じガス発生剤量を用いても、用いられる自動車用安全装置のシリンダー内径を細くすることができるため、高い出力（高い最大発生圧力）を取り出せるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施形態に係るガス発生器の断面図である。第２図は、第１図のガス発生器に用いられる点火具の断面図である。第３図は、ガス発生器に用いられる点火具の他の例の断面図である。第４図は、実施例として１０ｃｃボンブテストに使用したガス発生器の仕様をまとめた表である。第５図は、１０ｃｃボンブテストの結果を示す図である。第６図は、１０ｃｃボンブテストに用いた測定装置の概略図である。

Claims (10)

1. 燃焼によりガスを発生させるガス発生剤を収容する有底筒状の第１カップと、前記第１カップ内に一部挿入状態で配設される点火具と、この点火具を覆うとともに、前記第１カップの基端側を保持するホルダとを備え、
   前記第１カップの前記基端と前記点火具とが前記ホルダの前記点火具に向かう共締めにより固定されているガス発生器。
2. 前記第１カップの前記基端と前記点火具との間にシール部材が配設されている請求の範囲第１項に記載のガス発生器。
3. 前記点火具は、着火薬を収容する第２カップと、この第２カップを保持する塞栓とを有してなり、前記第１カップの内側に前記第２カップの外側が嵌入状態で挿入される請求の範囲第１項に記載のガス発生器。
4. 前記第１カップの基端が前記塞栓に突き当たるように挿入され、前記第２カップと前記塞栓の境界部分に前記シール部材が配設されている請求項３に記載のガス発生器。
5. 前記第１カップの基端とこの基端が突き当たる前記塞栓とは互いにテーパに形成されている請求の範囲第４項に記載のガス発生器。
6. 前記点火具と前記第１カップの基端とは、前記ホルダの前記点火具に向かうかしめによって固定されている請求の範囲第５項に記載のガス発生器。
7. 前記点火具は、着火薬を収容する第２カップと、この第２カップを保持する塞栓とを有してなり、前記第１カップの内側に前記第２カップの外側が嵌入状態で挿入される請求の範囲第２項に記載のガス発生器。
8. 前記第１カップの基端が前記塞栓に突き当たるように挿入され、前記第２カップと前記塞栓の境界部分に前記シール部材が配設されている請求項７に記載のガス発生器。
9. 前記第１カップの基端とこの基端が突き当たる前記塞栓とは互いにテーパ面に形成されている請求の範囲第８項に記載のガス発生器。
10. 前記点火具と前記第１カップの基端とは、前記ホルダの前記点火具に向かうかしめによって固定されている請求の範囲第９項に記載のガス発生器。

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