JPWO2004059239A1

JPWO2004059239A1 - ガス発生器

Info

Publication number: JPWO2004059239A1
Application number: JP2004562924A
Authority: JP
Inventors: 久保　大理; 大理久保; 和昌栗田
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP4537210B2; WO2004059239A1; EP1577633A1; AU2003296096A1; CN1732368A; EP1577633A4

Abstract

燃焼によりガスを発生させるガス発生剤２を装填するカップ体３と、電気を通電するための２本以上の電極ピン４と、通電により発火する点火機構を有する点火部２０と、前記電極ピン４及び前記点火部２０の位置を固定し、前記カップ体３と係合して前記ガス発生剤２を封止するホルダ５とを備えるガス発生器において、ホルダ５に、各電極ピン４がそれぞれ貫通する孔２３が形成され、各電極ピン４の径方向周囲の一部にプラスチック部材６が配置されており、プラスチック部材６の一部、あるいは全部が孔２３に挿入され、プラスチック部材６が挿入されている部分のホルダ５を塑性変形させることによって、電極ピン４及びプラスチック部材６が固定されていることを特徴とする。

Description

本発明は、ガス発生器、特に自動車のシートベルトプリテンショナー等の車両搭乗者拘束装置を作動させるに好適なガス発生器に関する。

自動車の衝突時に生じる衝撃から乗員を保護するための安全装置の１つとして、シートベルトプリテンショナーが知られている。このシートベルトプリテンショナーは、ガス発生器から導入される多量の高温、高圧ガスにより作動して乗員を保護するものである。このガス発生器は、着火手段及びガス発生剤を備え、衝突時に着火手段を発火させることで、ガス発生剤を着火、燃焼させ、急速に多量のガスを発生させるものである。
従来のガス発生器の一例としては、図１５に示すもの等が知られている（例えば、特許文献１：特開２００１−２６０８１５号公報参照）。図１５のガス発生器１０１は、ガス発生剤１０２を装填するカップ体１０３、着火薬１０５ａを管体１０５ｇに収納する点火手段１０５と、点火手段１０５及びカップ体１０３をかしめ込んでガス発生剤１０２を封じるホルダ１０６とで構成される。ここで、点火手段１０５は、図示されないセンサーからの信号を受けて電気を通電する目的で立設された２本の電極ピン１０５ｄが、樹脂よりなるボディ１０５ｂと共に一体成形されている。電極ピン１０５ｄの先端には電橋線１０５ｆが張られ、電橋線１０５ｆを覆うように形成され着火薬１０５ａに接触する点火玉１０５ｃが配置される。また、ホルダ１０６は、シートベルトプリテンショナーに組み付けられ、作動した場合に、内部の圧力でガス発生器が飛散しないように、鉄、アルミニウムなどの素材で作製される。カップ体１０３は、カップの底部に対して拡径する段付き形状に形成されている。
また、ホルダ１０６には点火手段１０５が、外部からの水分の浸入を防止するために、Ｏリング１１０と共にかしめられており、さらに、点火手段１０５の電極ピン１０５ｄをショートさせ、静電気などによる誤作動を防止するショーティングクリップ１０８がホルダ１０６に嵌め込まれている。
このガス発生器１０１は、図示されないセンサーからの信号を受けるとまず、点火手段１０５内の点火玉１０５ｃが発火し、次いで着火薬１０５ａに伝火、次いでこの火炎によりガス発生剤１０２を着火、燃焼させることで急速に多量のガスを発生させるものである。
図１５に示されるように、従来のガス発生器１０１の、点火手段１０５は、樹脂でできているボディ１０５ｂと電極ピン１０５ｄが一体に成形されている。また、電極ピン１０５ｄは、ボディ１０５ｂ内で変形させられ、容易に抜けないようにされていた。
ところが、ガス発生器１０１においては、例えば、車両火災などの高温状態の着火時に、その熱によって樹脂製のボディが軟化し、内部のガス発生剤が燃焼した場合には、電極ピンが飛び出すおそれがある。
また、各点火手段ごとに、電極ピン１０５ｄをボディ１０５ｂと一体に成形するために、インサート成形が行なわれるため、製造コストを低減するにも限界があった。加えて、樹脂製のボディ１０５ｂと電極ピン１０５ｄが一体に成形されているため、水分等に対するシール性を向上させることも困難であった。

本発明の目的は、ホルダと電極ピンの界面が樹脂で絶縁されている構造を有するガス発生器において、水分等に対するシール性を向上させることのできるガス発生器を安価な製造方法で提供することにある。また、高温下でガス発生器が作動した場合でも、電極ピンが飛び出しにくいガス発生器の構造を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明に係るガス発生器は、燃焼によりガスを発生させるガス発生剤を装填するカップ体と、電気を通電するための２本以上の電極ピンと、通電により発火する点火機構を有する点火部と、前記電極ピン及び前記点火部の位置を固定し、前記カップ体と係合して前記ガス発生剤を封止するホルダとを備えるガス発生器において、ホルダに、各電極ピンがそれぞれ貫通する孔が形成され、各電極ピンの径方向周囲の少なくとも一部にプラスチック部材が配置されており、プラスチック部材の一部、あるいは全部が孔に挿入され、プラスチック部材が挿入されている部分のホルダを塑性変形させることによって、電極ピン及びプラスチック部材が固定されていることを特徴とするものである。
このような構成によると、各電極ピンの周囲にプラスチック部材をそれぞれ配置し、ホルダを塑性変形させて固定することで、従来よりもプラスチック部分の体積が少なくなる。また、電極ピン毎に固定することで、シール性を向上させることができる。また、プラスチック部分の体積が少ないため、従来の構造に比較して、高温下でガス発生器が作動した場合でも、電極ピンが飛び出しにくい構造とすることができる。
よって本発明は、水分等に対するシール性を向上させることのできるガス発生器を安価な製造方法で提供でき、また、高温下でガス発生器が作動した場合でも、電極ピンが飛び出しにくいガス発生器の構造を提供することができる。
また、本発明に係るガス発生器は、電極ピンが、ホルダのコネクタ側の一方側に抜けにくくなるようにカップ体側に突出する他方側が変形されていることが好ましい。
このような構成によると、電極ピンのカップ体側に突出する他方側が、曲げられたりあるいは潰されたりして変形されていることによって、電極ピンがガス発生器外部へ抜けにくい構造とすることができる。
また、本発明に係るガス発生器は、点火部は、電気を通じるための導電部と、導電部を連結する結合部と、電気信号を熱に変換する発熱体と、発熱体の周囲に形成される点火薬とを少なくとも含んでなり、電極ピンの他方側に固定されていることが好ましい。
このような構成によると、点火部を別に大量生産することができる。その後、電極ピンを立設したホルダと固定することで、製造コストの低減につながる。
また、本発明に係るガス発生器は、点火部の発火火炎により着火し、ガス発生剤に伝火させる着火薬と、着火薬を収納する着火薬ホルダとを備え、点火部は、結合部が着火薬ホルダと嵌合することにより位置決めされることが好ましい。
このような構成によると、点火部が確実に位置決めされ、自動車等の振動で点火部の点火薬が剥離したりするのを防ぐことができる。
また、本発明に係るガス発生器は、着火薬ホルダに形成される燃焼室が、ガス発生器の中心軸から偏心して配置されていることが好ましい。
このような構成によると、従来、ガス発生器軸方向ガス発生剤側に突出していた点火部を、径方向のスペースを利用して配置することで、ガス発生器の、ガス発生剤が装填できる有効体積を増加させることができる。
また、本発明に係るガス発生器は、着火薬ホルダには、剛性を有するキャップが一体成形されていることが好ましい。
このような構成によると、着火薬ホルダ内の圧力が所定圧力にならない限り、着火薬ホルダが破裂しないような構造とできる。これによって、着火薬ホルダからの火炎に指向性を持たせることが可能となり、ホルダ内のガス発生剤を確実に効率良く燃焼することができる。

図１は、本発明に係るガス発生器の第１実施形態の軸方向断面図である。
図２は、図１において９０度方向を変えた場合の軸方向断面図である。
図３は、図２におけるＡ−Ａ’断面を、軸方向上面から見た図である。
図４は、本発明に係るガス発生器のプラスチック部材６部分の拡大図であり、プラスチック部材６の固定方法を説明するための図である。
図５は、本発明に係るガス発生器の第２実施形態の軸方向断面図である。
図６は、図５において９０度方向を変えた場合の軸方向断面図である。
図７は、図６におけるＢ−Ｂ’断面を、軸方向上面から見た図である。
図８は、本発明に係るガス発生器の第３実施形態の軸方向断面図である。
図９は、図８において９０度方向を変えた場合の軸方向断面図である。
図１０は、図９におけるＣ−Ｃ’断面を、軸方向上面から見た図である。
図１１は、本発明に係るガス発生器の第４実施形態の軸方向断面図である。
図１２は、図１１において９０度方向を変えた場合の軸方向断面図である。
図１３は、図１２におけるＤ−Ｄ’断面を、軸方向上面から見た図である。
図１４は、本発明に係るガス発生器の点火部を連続的に製造した場合の形態例を示す図である。
図１５は、従来のガス発生器の軸方向断面図である。

［第１実施形態］
本発明に係るガス発生器の第１実施形態を図１乃至図４を用いて説明する。
図１において、本実施形態に係るガス発生器２０１は、燃焼によりガスを発生させるガス発生剤２を装填するカップ体３と、１対の並列して設けられた電極ピン４を有し、電極ピン４のカップ体３側に突出した他方側２１の先端には、発熱体７が接続され、これを覆うように点火薬８が形成され、これら点火部２０がホルダ５に固定されている。電極ピン４の他方側２１の根元には、静電気などによるスパークで着火薬が誤発火するのを防止するパッド１１が配置されている。
また、ホルダ５とカップ体３の縮径部３ｂの間には、着火薬ホルダ１０が挟み込まれており、その内部には、点火部２０及び着火薬９が位置する燃焼室２２が形成されており、点火薬８の周囲に着火薬９が配置するようになっている。
ホルダ５は略有底円筒状であり、電極ピン４が貫通して固定されるための孔２３を２つ有している。電極ピン４とホルダ５の間にはプラスチック部材６が位置している。ホルダ５の孔２３は、この孔２３を縮径するように塑性変形させることによって、プラスチック部材６の周囲で、ホルダ５の一方側、他方側共にカシメられる。これにより、電極ピン４およびプラスチック部材６は、ホルダ５に固定されている。
図４に、プラスチック部材６の固定部分の拡大図を示す。図４に示すように、円柱状のプラスチック部材６には、その孔に、電極ピン４が挿入され、また、その外周面に凹部２６が形成されている。そして、このプラスチック部材６は、ホルダ５の孔２３に挿入されている。ホルダ５の孔２３の周囲には、プラスチック部材６の軸方向から加圧具（図示せず）によって加圧され、加圧具の形状に対応して塑性変形したホルダ５の加圧部２７が存在する。そうすることによって、ホルダ５の孔２３も塑性変形して一部縮径し、プラスチック部材６の周囲に形成された凹部２６内にホルダ５の孔２３の壁の一部が入り込んで、結合部を形成する。電極ピン４及びプラスチック部材６は、このようにして、ホルダ５にカシメ固定されている。
ホルダ５とカップ体３は、図１及び図２に示すように、カップ体３の開口部３ａにおいて、径方向内側にカシメられることにより固定されている。また、カップ体３の底部３ｃには複数の線状の切り欠きが設けられている。カップ体３内に収納されるガス発生剤２の燃焼時に、この切り欠きが破断され、ガスが放出される。
ホルダ５及びカップ体３の材質としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮などの金属部材が用いられる。ホルダ５及びカップ体３は、通常これらの金属部材をプレス、鋳造、鍛造、切削等の工程により成形し、得ることができる。
また、着火薬ホルダ１０の材質としては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポエチレンイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサ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を、図を省略するモールド樹脂内に射出することで成形する。
また、プラスチック部材６は貫通する孔を有する短筒状をなし、着火薬ホルダ１０に挙げた材料の中で、特に、シール性、耐熱性に優れた材料として、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホンが好ましい。
電極ピン４の材質としては、例えば、ステンレス、カーボンスチール、ニッケル鉄等の導電性素材で形成され、表面には金メッキ等が施されており、プラスチック部材６によりホルダ５とは電気的に絶縁されている。
ガス発生器２０１のホルダ５のコネクタ側である一方側２４に突出している各電極ピン４には、静電気等による誤作動を防止するために、電極ピン４間を短絡する図示されないショーティングクリップが嵌め込まれている。これにより、シートベルトプリテンショナー等への組み込み時に短絡が解除されるようになっている。
また、本実施形態に係るガス発生器２０１のガス発生剤２は、フィルター又は、及びクーラントを介することなく、カップ体３の内側に充填されている。ここで、使用できるガス発生剤は、従来使用されている無煙火薬等が挙げられるが、好ましくは、燃料成分として含窒素有機化合物、酸化剤成分として無機化合物、及び少なくとも１種以上の添加物を含有するガス発生剤が良い。具体的には、燃料成分として、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。また、酸化剤成分としては、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、塩基性硝酸銅よりなる群から選ばれる少なくとも一種以上が挙げられる。添加物としては、二酸化珪素、窒化珪素、三酸化モリブデン、タルク、クレー、シランカップリング剤等が挙げられる。その他、ガス発生剤に添加しうる添加剤としては、バインダーなどが挙げられ、バインダーとして、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、水溶性セルロースエーテル、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミドよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上が挙げられる。好適なガス発生剤の組み合わせとしては、燃料成分として５−アミノテトラゾール及び硝酸グアニジン、酸化剤として硝酸ストロンチウム及び過塩素酸アンモニウム、バインダーとしてポリアクリルアミドを含有するガス発生剤である。より好適には、燃料成分として５−アミノテトラゾールを１０重量％以上３０重量％以下、硝酸グアニジンを１０重量％以上３５重量％以下、酸化剤として硝酸ストロンチウムを１０重量％以上３５重量％以下、過塩素酸アンモニウムを１５重量％以上３５重量％以下、バインダーとしてポリアクリルアミドを１重量％以上１０重量％以下含有するガス発生剤である。
図３には、図２におけるＡ−Ａ’断面を軸方向上面から見た図が示される。
次に、ガス発生器２０１の作動について説明する。図示しない衝突センサーが自動車の衝突を感知すると、電極ピン４に通電される。そして、発熱体７が発熱し、点火薬８が発火する。続いて、点火薬８の発火により、着火薬９が発火し、燃焼する。着火薬９の燃焼に伴って着火薬ホルダ１０の燃焼室２２内部は高温且つ、高圧になり、予め設けられている切り欠き等による脆弱部２５より高温の熱流が噴出され、ガス発生剤２が発火、燃焼する。ガス発生剤２の燃焼によりカップ体３内に発生した多量のガスは、カップ体３の内圧を急速に高め、やがてカップ体３の底部３ｃに設けられている切り欠きを破断して、ガスが放出される。
次に、ガス発生器２０１の製造方法について説明する。カップ体３に所定量のガス発生剤２が計量され装填される。次に、カップ体３の縮径部３ｂに着火薬ホルダ１０がはめ込まれ、着火薬ホルダ１０の燃焼室２２部分に所定量の着火薬９が装填される。電極ピン４には、それぞれプラスチック部材６がその周囲にはめ込まれ、また、それらはパッド１１を介してホルダ５に設けられた孔２３にはめ込まれる。そして、孔２３が縮径するように塑性変形されてカシメられ、ホルダ５に電極ピン４、プラスチック部材６、パッド１１が固定される。次いで、電極ピン４の他方側２１先端に発熱体７が接続され、その周囲に点火薬８が形成される。このようにして点火部２０が形成されたホルダ５は、カップ体３に挿入される。この時、点火部２０は着火薬ホルダ１０内に合わせて挿入され、カップ体３の開口部３ａを縮径方向にカシメることにより、ホルダ５とカップ体３が固定される。最後に図示しないショーティングクリップがはめ込まれる。
［第２実施形態］
次に、本発明に係るガス発生器の第２実施形態を図５乃至図７を用いて説明する。なお、本実施形態において、前述の第１実施形態におけるガス発生器２０１と共通する部位については、同じ符号を用いて、詳細な説明は省略する。
図５乃至図７に示す本実施形態に係るガス発生器２０２において、前述の図１乃至図４に示す第１実施形態に係るガス発生器２０１と異なる点は、点火部２０が、電気を通じるための導電部１２と、導電部１２同士を連結する結合部１３と、電気信号を熱に変換する発熱体７と、発熱体７の周囲に形成される点火薬８とから成っている点である。点火部２０の導電部１２と電極ピン４は、溶接、カシメ、はんだ付け、ろう付けなどの手段で固定されている。さらに第１実施形態に係るガス発生器２０１と異なる点として、着火薬ホルダ１０のガス発生剤側外部を覆うようにキャップ１４が設けられている点である。
ここで、導電部１２の材質としては、例えば、ステンレス、カーボンスチール、ニッケル鉄等の導電性素材が用いられる。また、結合部１３の材質としては、プラスチック素材などの非導電性材料が用いられる。このように、電極ピン４とは別体に点火部２０を形成することで、図１４に示すように、点火部２０のみを連続した状態で製造することが可能となり、製造コストの大幅な低減につながる。
また、点火部２０に設けられた結合部１３は、導電部１２の間隔を一定に保ち、また、着火薬ホルダ１０の燃焼室２２の内部形状に合うように成形されることで、点火部２０が着火薬ホルダ１０に位置決めされるようになる。このようにして、振動などから点火部２０の点火薬８が崩壊したりするのを防ぐことができる。
また、本実施形態に係るガス発生器２０２は、着火薬ホルダ１０のガス発生剤側外部を覆うようにキャップ１４が設けられている。ここで着火薬ホルダ１０は、キャップ１４とともに一体成形される形態が好ましく、詳細には、キャップ１４をインサートした射出成形が良い。キャップ１４に用いられる材質としては、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、真鍮などの金属部材が用いられる。キャップ１４は、通常これらの金属部材をプレス、鋳造、鍛造、切削等の工程により成形し、得ることができる。ガス発生器２０２内部で燃焼した着火薬９の火炎が、キャップ１４の底面、あるいは側面に設けられた脆弱部２５より、指向性を持ってガス発生剤２へ放出されるため、着火薬９の火炎が確実に効率良くガス発生剤２を着火できるようになる。
また、本実施形態に係るガス発生器２０２は、カップ体３が、ホルダ５に、カップ体３の開口部３ａにおいて溶接３０にて固定されている。こうすることにより、より確実に内部ガス発生剤２に対するシール性を確保することができる。
［第３実施形態］
次に、本発明に係るガス発生器の第３実施形態を図８乃至図１０を用いて説明する。なお、本実施形態において、前述の第１実施形態及び第２実施形態におけるガス発生器２０１及び２０２と共通する部位については、同じ符号を用いて、詳細な説明は省略する。
図８乃至図１０に示す本実施形態に係るガス発生器２０３において、図５乃至図７に示す第２実施形態に係るガス発生器２０２と異なる点は、着火薬ホルダ１０に設けられた燃焼室２２がガス発生剤２の中心軸から偏心して設けられている点である。このとき、点火部２０の導電部１２は９０度曲げられた形で電極ピン４に固定されている（図９参照）。こうすることで、ガス発生器２０３内部の径方向のスペースを利用して燃焼室２２を配置することで、ガス発生剤２が装填できる有効体積を増加させることができる。さらに、キャップ１４が設けられていない点である。
［第４実施形態］
次に、本発明に係るガス発生器の第４実施形態を図１１乃至図１３を用いて説明する。なお、本実施形態において、前述の実施形態におけるガス発生器２０３と共通する部位については、同じ符号を用いて、詳細な説明は省略する。
図１１乃至図１３に示すガス発生器２０４において、図８乃至図１０に示す第３実施形態に係るガス発生器２０３と異なる点は、電極ピン４が他方側２１で変形された（９０度曲げられた）形で点火部２０と固定されている点である。こうすることで、電極ピン４がガス発生器２０４外部へ抜けにくい構造とすることができる。さらに、キャップ１４が設けられている点である。
尚、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることができることは理解されよう。

Claims

燃焼によりガスを発生させるガス発生剤（２）を装填するカップ体（３）と、電気を通電するための２本以上の電極ピン（４）と、通電により発火する点火機構を有する点火部（２０）と、前記電極ピン（４）及び前記点火部（２０）の位置を固定し、前記カップ体（３）と係合して前記ガス発生剤（２）を封止するホルダ（５）とを備えるガス発生器において、
前記ホルダ（５）に、前記各電極ピン（４）がそれぞれ貫通する孔（２３）が形成され、前記各電極ピン（４）の径方向周囲の少なくとも一部にプラスチック部材（６）が配置されており、前記プラスチック部材（６）の一部、あるいは全部が前記孔（２３）に挿入され、前記プラスチック部材（６）が挿入されている部分の前記ホルダ（５）を塑性変形させることによって、前記電極ピン（４）及び前記プラスチック部材（６）が固定されていることを特徴とするガス発生器。
前記電極ピン（４）が、前記ホルダ（５）のコネクタ側の一方側（２４）に抜けにくくなるように前記カップ体（３）側に突出する他方側（２１）が変形されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス発生器。
前記点火部（２０）は、電気を通じるための導電部（１２）と、前記導電部（１２）を連結する結合部（１３）と、電気信号を熱に変換する発熱体（７）と、前記発熱体（７）の周囲に形成される点火薬（８）とを少なくとも含んでなり、前記電極ピン（４）の他方側（２１）に固定されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス発生器。
前記点火部（２０）の発火火炎により着火し、前記ガス発生剤（２）に伝火させる着火薬（９）と、前記着火薬（９）を収納する着火薬ホルダ（１０）とを備え、前記点火部（２０）は、前記結合部（１３）が前記着火薬ホルダ（１０）と嵌合することにより位置決めされることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のガス発生器。
前記着火薬ホルダ（１０）に形成される燃焼室（２２）が、前記ガス発生器の中心軸から偏心して配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス発生器。
前記着火薬ホルダ（１０）には、剛性を有するキャップ（１４）が一体成形されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガス発生器。