JP2003146182A

JP2003146182A - ガス発生器

Info

Publication number: JP2003146182A
Application number: JP2001348190A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshida; 昌弘吉田; Yoshiyuki Kishino; 喜行岸野; Ryoi Kodama; 了意児玉
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、小型化及び構造の簡易化を同時に
満足するともに、高圧ガスボンベからのガスを加温して
放出することができるハイブリッド方式のガス発生器を
提供することを目的とする。【解決手段】高圧ガスが装填されたボンベ（１）と、
ドーナツ形状の伝火薬（２）及び点火手段（３）が収納
されたコップ状のハウジング（４）と、前記ボンベ
（１）の圧力を保持するとともに密封するラプチャーデ
ィスク（６）と、前記ボンベ（１）と前記ハウジング
（４）との間にガス滞留空間（１６）を形成するように
前記ボンベ（１）と前記ハウジング（４）とを連結保持
する外筒材（５）と、を備えてなり、前記ガス滞留空間
（１６）で、前記ボンベ（１）から断熱膨張して噴出す
るガスを前記点火手段（３）からの高温ガスで加温し、
前記外筒材（５）の内壁に沿って設けられたフィルター
材（１０）を通過させて、前記外筒材（５）に設けられ
ているガス放出穴（１７）からガスを放出することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のエアバッ
グ装置に用いられるガス発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、エアバックが知
られている。このエアバックは、ガス発生器が発生する
多量の高温、高圧ガスにて作動するものである。従来、
このガス発生器がガスを発生する方式として、大きく分
けて２種類のものが知られている。１つは、発生するガ
スを全て固体のガス発生剤の燃焼により生成するパイロ
方式である。もう一つは、高圧のガスが保持されたボン
ベと、該ボンベ中の高圧のガスに熱を供給するための少
量の火薬組成物により大量の高温・高圧ガスを放出せし
めるハイブリット方式である。

【０００３】近年、ガス発生器に求められる性能とし
て、小型化があげられる。前者のパイロ方式のものは、
ガス発生器の小型化を実現するために、ガス発生器内の
ガス発生剤が、燃焼により生ずるガス発生モル数を増大
させることが必要となる。このガス発生剤のガス発生モ
ル数を増大させるガス発生剤組成物としては、その組成
物中に、燃料として硝酸グアニジンや、酸化剤として硝
酸アンモニウムを含むガス発生剤組成物が有効である。
例えば、特開平１１−２９２６７８号公報のように、含
窒素有機化合物としてグアニジン誘導体、酸化剤として
相安定化硝酸アンモニウム、圧力指数調整剤、爆ごう抑
制剤として珪素化合物をそれぞれ含有するガス発生剤組
成物が開示されている。しかし、グアニジン誘導体や硝
酸アンモニウムを多量に含有するため、燃焼速度が非常
に遅く、ガス発生器において十分な燃焼性能を得るため
には、より高圧下でガス発生剤を燃焼させる必要があっ
た。また、ガス発生器作動時の内部圧力が増大するため
に、ガス発生器にはより高い強度が必要とされ、大型化
する。

【０００４】さらに、グアニジン誘導体や、硝酸アンモ
ニウムなど反応性の低い原料を組成として含むガス発生
剤組成物の場合、燃焼速度の遅さもさることながら、ガ
ス発生剤の着火性の低さも問題の一つである。エアバッ
クは、作動し始めてからエアバックが展開するまでの時
間が３０〜６０ｍｓほどであり、ガス発生器のわずかな
作動遅れであってもその影響は大きく、十分な性能が発
揮できない。ガス発生剤の着火性が低い場合、ガス発生
器内の点火器が発火しても、ガス発生剤の着火までにか
かる時間が長くなり、結果としてガス発生器の着火遅れ
を生じる。ガス発生器の伝火薬の薬量を多くすること
で、着火遅れの改善はある程度見込めるものの、着火薬
量が増加するために、ガス発生器自体の総発熱量が多く
なり、その結果、冷却・フィルター部材の重量が増加
し、ガス発生器はより大きなものとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、ハイブリッド方
式のものは、ガス発生剤が少量で済むため、小型化には
適している。しかしながら、高圧の状態でボンベ内のガ
スを保持する必要性から、一般的にガス発生器として１
５年もの耐用年数を経るうちに高圧ガスがボンベから抜
けていき、十分な性能を発揮できないおそれがある。こ
のため、ボンベ内のガスを長期にわたって密封する必要
から機械的な破壊強度が高く、シール性の高いラプチャ
ーディスクによってボンベを密封する必要がある。この
種のガス発生器としては、例えば、特開平８−２５３１
００号公報に示されるものがある。このガス発生器は、
高圧ガスが密閉されている第１の容器（ボンベ）のガス
の気密性を高める為に破壊強度の高い破裂ダイヤフラム
（ラプチャーディスク）を用い、この破裂ダイヤフラム
を燃焼室等を備えた第２の容器に設けられた中空のピス
トンを推進装入物（点火手段）の点火によって押し進め
て、第１の容器の破裂ダイヤフラムを確実に破裂させ、
第１の容器の高圧ガスを確実に放出するものである。こ
のように、確実に破裂ダイヤフラムを破壊することがで
きるが、中空ピストン等を設置する必要があり、ガス発
生器の構造が複雑化するという問題があった。

【０００６】また、ボンベを確実に密閉するラプチャー
ディスクの破壊を、特開平８−２５３１００号公報等に
示されるような中空ピストン等を使用して破壊するので
はなく、伝火薬剤の量を増やし点火手段を含む燃焼室内
の圧力を高めて破壊するものもある。しかしながら、伝
火薬剤の量を増やすため、伝火薬を収納する室が必要と
なり、ガス発生器の小型化が困難であった。また、この
場合、点火手段の点火と同時にラプチャーディスクを破
壊することも困難であった。

【０００７】また、この種のガス発生器では、ボンベ内
の高圧ガスが断熱膨張してボンベから噴出してくるた
め、ガスを加温して放出する必要があるが、上記のもの
は、ボンベからのガスを十分に加温することができない
という問題もあった。

【０００８】本発明の目的は、小型化及び構造の簡易化
を同時に満足するともに、高圧ガスボンベからのガスを
加温して放出することができるハイブリッド方式のガス
発生器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の請求項１に記載のガス発生器は、高圧ガスが
装填されたボンベと、ドーナツ形状の伝火薬及び点火手
段が収納されたコップ状のハウジングと、前記ボンベの
圧力を保持するとともに密封するラプチャーディスク
と、前記ボンベと前記ハウジングとの間にガス滞留空間
を形成するように前記ボンベと前記ハウジングとを連結
保持する外筒材と、を備えてなり、前記ガス滞留空間
で、前記ボンベから断熱膨張して噴出するガスを前記点
火手段からの高温ガスで加温し、前記外筒材の内壁に沿
って設けられたフィルター材を通過させて、前記外筒材
に設けられているガス放出穴からガスを放出することを
特徴とする。上記構成によると、ボンベとハウジングと
の間に形成されたガス滞留空間で、ボンベから噴出して
くる断熱膨張ガスと、ハウジングに備えられた点火器か
らの高温ガスとが混合し、ボンベから噴出してくる断熱
膨張ガスが効率良く加温されて、ガス放出穴から放出さ
れる。

【００１０】また、請求項２に記載のガス発生器は、請
求項１において、前記ラプチャーディスクが、前記点火
手段からの火炎力で破断されるものである。上記構成に
よると、ガス発生器の構造を簡易化するとともに、小型
化することが可能となる。また、ボンベから噴出する断
熱膨張ガスをさらに効率良く加温することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係るガス発生器の実施形
態の一例について、図面を参照しつつ説明する。

【００１２】図１に本発明に係るガス発生器の実施形態
の一例の断面概略図を示す。図１において、ガス発生器
Ｐ１は、高圧ガスが収納されたボンベ１と、伝火薬２及
び点火手段３が収納されたコップ状のハウジング４と、
ボンベ１とハウジング４とを連結保持する外筒材５と、
外筒材５の内周に沿って設けられているフィルター材１
０で構成されている。

【００１３】ボンベ１は、ステンレス、アルミニウム等
の金属からなり、有底の円筒形状をし、開口側は、２段
階で縮径されている。ボンベ１内には、アルゴンやヘリ
ウムガス等がエアバッグ等を膨張、作動させるに十分な
量（例えば、エアカーテンには０．８〜１．２モル等）
装填されており、圧力２０ＭＰａ以上、好ましくは２５
ＭＰａ以上に維持され、一端側の開口部をラプチャーデ
ィスク６を有するボンベキャップ２３によって密封され
ている。

【００１４】ラプチャーディスク６の厚さは、点火手段
３で破断できる程度の厚さであれば特に限定はされな
い。好ましいラプチャーディスク６の厚さとしては、
０．０５〜０．５ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜０．
３ｍｍである。

【００１５】ハウジング４は、コップ状をし、底部７と
側筒部８とからなる。このハウジング４は、底部７が側
筒部８よりも肉厚に形成されるとともに、その外周部に
段付部１１が形成されている。また、燃焼室１２内から
外部に向けて、開口する火炎放出口１３が形成されてい
る。この火炎放出口１３は、燃焼室１２から外部に向け
て縮径されている。これによって、火炎力が高められる
とともに、放出する火炎をラプチャーディスク６の中心
部に集中することができる。また、火炎放出口１３の底
部７側には図示していないがアルミニウム等からなる金
属製のシールテープが貼付されている。このシールテー
プは、燃焼室１２内への水分等の侵入を防ぎ、燃焼室１
２内に収納される伝火薬２が湿気るのを防ぐものであ
る。また、このシールテープは、厚さ１００μｍ以下で
あり、点火手段３の点火による火炎によって瞬時に溶か
され、火炎の進行の妨げとならないものである。

【００１６】図１に示すように、ハウジング４内には、
ドーナツ状（中空の円柱状）の伝火薬２、第１のクッシ
ョン材１４、第２のクッション材１５及び点火手段３を
カシメ固定したホルダ２０の順に装填されている。これ
らは、ハウジング４の開口端部２１を内側に折り曲げて
ホルダ２０を押し付けるようにして固定されている。ド
ーナツ状の伝火薬２及びクッション材１４，１５によっ
て形成されるハウジング４内の中央部の空間は、燃焼室
１２をなしている。第１、第２のクッション材１４，１
５は、セラミックファイバー、シリコンフォーム等から
なり、伝火薬２と同様にドーナツ状に形成されている。
これらクッション材１４，１５は、伝火薬２が、振動等
によって破砕しないように、伝火薬２に伝わる振動を吸
収している。このドーナツ状の伝火薬２は、ドーナツ状
に成形された伝火薬を１又は２以上を積層して用いても
よく、より小径の粒状伝火薬を支持部材を介してドーナ
ツ状に配置してもよい。

【００１７】点火手段３は、ハウジング４と同軸上に配
置され、底部７に形成された火炎放出口１３と対面した
構造となる。このため、点火手段３からの火炎は燃焼室
１２内で障害物に遮られることなく、火炎放出口１３か
ら放出されるようになる。この点火手段３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、ポリフェニレンスルフ
ィド、ポリフェニレンオキシド等の樹脂にガラス繊維等
を含有させたものからなる塞栓２８が、金属製のホルダ
２０にカシメ固定されている。

【００１８】また、点火手段３は、１０ｃｃタンク中で
発火させた時の内圧上昇が３ｍｓｅｃ以内で４．７ＭＰ
ａ以上のものが好ましい。これによって、確実にラプチ
ャーディスク６を火炎力によって破断することができ
る。

【００１９】このような火炎力を生成するために点火手
段３に装填されている着火薬としては、ジルコニウム
（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、過塩素酸カリウム（Ｋ
ＣｌＯ ₄）を成分に持ち、バインダーとしてフッ素ゴム
やニトロセルロース等を用いたものを使用することが好
ましい。又、ジルコニウム、タングステン、過塩素酸カ
リウムの組成比（重量比）は、点火手段３の電橋線の発
熱によって充分に発火できるように決められ、例えば、
Ｚｒ：Ｗ：ＫＣｌＯ₄＝３：３．５：３．５とする。ま
た、着火薬は、電橋線との接触（接触面積）を大きく
し、管体２９と塞栓２８の嵌挿時（点火手段３の組立
時）において電橋線を切断しない様に、粉状又は顆粒状
とすることが好ましい。さらに、着火薬の装填量は、適
宜設定することができ、噴出される火炎力を高めるのに
十分な量を装填することが好ましい。また、各成分の組
成比を調整して、高い火炎力となるようにすることもで
きる。

【００２０】塞栓２８から突出する２本の電極ピン２２
は、塞栓２８の軸心と並列に配置されて、塞栓２８内を
貫通している。又各電極ピン２２は塞栓２８のフランジ
部にて外側に湾曲する形状を有して、塞栓２８の両端か
ら突出している。これら各電極ピン２２としては、単一
の導電性棒材（ステンレス鋼、鉄・ニッケル合金等）で
形成する。また、各電極ピン２２において、管体２９内
で電橋線２５が溶接等によって溶着されている。

【００２１】伝火薬２は、発熱量が、４０００Ｊ／ｇ以
上、好ましくは５５００Ｊ／ｇ以上となるように、例え
ば、ボロン、硝酸カリウム、５−アミノテトラゾール、
無鉛火薬等を使用することができる。このような組成と
することによって、発熱量を、４０００Ｊ／ｇ以上、好
ましくは５５００Ｊ／ｇ以上とすることが可能となる。
ここで、発熱量が４０００Ｊ／ｇ未満の伝火薬の場合、
ボンベ１を密閉するラプチャーディスク６が破裂して、
放出されるガスが断熱膨張の為に低温化した場合に十分
に加熱することが困難となる。このため、伝火薬２の量
を多くする必要が生じ、ガス発生器Ｐ１の小型化が達成
できない。

【００２２】図１に示すように、外筒材５は、ステンレ
ス、アルミニウム等の金属材料によって円筒状に形成さ
れ、一端側にハウジング４を嵌合し、ハウジング４に形
成されている段付部１１にカシメ固定されている。外筒
材５の他端側は、ボンベ１の縮径された第１段部分１９
と内接して嵌合され、溶接等によって溶着固定されてい
る。そして、このラプチャーディスク６と、ハウジング
４の底部７との間にガス滞留空間１６が形成されてい
る。このガス滞留空間１６の外周部、即ち、外筒材５の
内周部には、フィルター材１０が配置されている。

【００２３】このフィルター材１０は、例えば、メリヤ
ス編み金網、平織り金網やクリンプ織り金属線材の集合
体によって、外筒材５の内径と略同一な外径を有する円
筒状に成形されている。このフィルター材１０が当接す
る部分の外筒材５の周囲には、所定間隔でガス放出穴１
７が形成されている。また、このフィルター材１０は、
その内周部がボンベキャップ２３の外周に接し、ボンベ
１からハウジング４に掛け渡され、ガス滞留空間１６を
覆うようにして設置されている。これによって、ボンベ
からのガスは全てこのフィルター材１０を通過してガス
放出穴１７から放出されるようになる。

【００２４】このように、ボンベ１とハウジング４は、
同一円筒からなる外筒材５によって、嵌合して固定され
ているため、それぞれの軸心を一にした同軸上に連結保
持される。これによって、点火手段３、火炎放出口１
３、ラプチャーディスク６の中心部が同軸となり、点火
手段３からの火炎がラプチャーディスク６の中心部に集
中的に当たることになる。

【００２５】また、ボンベ１とハウジング４との間に形
成されるガス滞留空間１６の外周を覆うようにフィルタ
ー材１０が設けられているため、ガス滞留空間１６で、
ボンベ１からのガスとハウジング４からの高温ガスとが
効率良く混合し、ガス放出穴１７から放出されるように
なる。

【００２６】次に、ガス発生器Ｐ１の作動を、図１によ
り説明する。なお、図１に示すガス発生器Ｐ１は、ハウ
ジング４の軸端側でエアバッグ装置に直接、又は間接的
に接続されているものとする。

【００２７】衝突センサが自動車の衝突を検出すると、
図１に示すように、ガス発生器Ｐ１は、点火手段３を通
電発火させる。点火手段３の火炎は、端面２４に設けら
れている、例えば十字状の切り欠き等に沿って破裂し、
点火手段３の端面２４の中心部より燃焼室１２内に噴出
される。燃焼室１２を通過した火炎は、火炎放出口１３
の絞りによって火炎力が高められ、火炎放出口１３の出
口に設けられている金属製のシールテープを瞬時に溶か
してラプチャーディスク６の中心部に集中的にあたり、
ラプチャーディスク６を一気に破裂させる。ラプチャー
ディスク６から放出されたガスは、ガス滞留空間１６に
流出してくる。この時、放出されたガスは、ガス滞留空
間１６で断熱膨張するため、急激に温度が低下する。こ
のとき、ボンベ１から放出されたガスは、ガス滞留空間
１６の周囲に設けられているフィルター材１０のため、
一気にガス放出穴１７から放出されることなく、一旦、
このガス滞留空間１６内に滞留する。そして、後述する
点火手段３からの高温ガスと混合して加温される。

【００２８】一方、点火手段３からの火炎によって、燃
焼室１２内の伝火薬２が燃焼する。これによって発生し
た高温の熱流は、ガス滞留空間１６に流入し、ボンベ１
から放出された低温化したガスと混合する。ボンベ１か
ら放出されたガスは、これによって加熱され、高温ガス
となって、フィルター材１０を通過して外筒材５に形成
されたガス放出穴１７から放出される。これで、このガ
ス発生器Ｐ１に接続されているエアバッグは、各ガス放
出穴１７から放出される清浄なガスによって、瞬時に、
膨張される。

【００２９】このように、本発明のガス発生器Ｐ１によ
れば、伝火薬２の発熱量が、４０００Ｊ／ｇ以上、好ま
しくは５５００Ｊ／ｇであるため、伝火薬２の装填量を
少なくでき、燃焼室１２を小型化することができる。こ
れによって、ラプチャーディスク６と点火手段３との距
離を短くすることが可能となり、ラプチャーディスク６
と点火手段３とを対面構造とすることで、点火手段３の
火炎を直接ラプチャーディスク６に当てることができ
る。このため、従来のように、燃焼室内に収納された伝
火薬を燃焼して発生するガスによって燃焼室内の圧力を
高めることによってラプチャーディスクを破壊していた
場合に比べて、燃焼室の容量を小型化することが可能と
なる。

【００３０】また、点火手段３で発生した火炎が、ラプ
チャーディスク６の中心部に集中して当たるように、ハ
ウジング４の底部７にガス放出穴１３を形成しているた
め、従来のように、ピストン等の機械的手段を用いるこ
となく火炎によって、機械的に強度の高いラプチャーデ
ィスク６を使用した場合であっても、確実に破裂させる
ことができる。このため、ガス発生器Ｐ１の構造を簡易
なものとすることができる。

【００３１】また、ボンベ１からハウジング４にかけて
ボンベ１とハウジング４の間に形成されるガス滞留空間
１６を覆うようにフィルター材１０が掛け渡されて設け
られているため、ボンベ１から噴出し、断熱膨張するガ
スを点火手段３からの高温ガスで効率良く加温すること
が可能となる。

【００３２】なお、本発明のガス発生器Ｐ１は、エアバ
ッグはもちろんであるが、シートベルトプリテンショナ
等や、安全システムをトリガする事故の際に、自動車バ
ッテリーから車載電源網を切り離す切り離し安全スイッ
チとしても利用することができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明のガス発生器は、以上のように、
点火手段からの火炎によって高圧ガスが装填されている
ボンベの、シール性に優れた高い破壊強度を有するラプ
チャーディスクを破壊し、ボンベから放出される高圧ガ
スと、燃焼室で発生する高温ガスとを混合して、効率良
くボンベから噴出される断熱膨張するガスを加温し、放
出する構造である。このため、ラプチャーディスクを破
壊するのに、伝火薬量を増量したり、機械的な手段を使
用する必要もないことから、構造を簡易化できるととも
に、小型化を実現できる。また、十分に加温されたガス
を放出するハイブリッド方式のガス発生器とすることが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス発生器の一実施形態例の断面
を示す図である。

【符号の説明】

Ｐ１ガス発生器１ボンベ２伝火薬３点火手段４ハウジング５外筒材６ラプチャーディスク７底部８側筒部１０フィルター材１１段部１２燃焼室１３火炎放出口１６ガス滞留空間１７ガス放出穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者児玉了意兵庫県姫路市豊富町豊富3903−39 日本化薬株式会社姫路工場内Ｆターム(参考） 3D018 MA00 3D054 DD02 DD04 DD17 DD18 DD22 DD30 EE36 4G068 DA08 DB01 DB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧ガスが装填されたボンベ（１）と、ドーナツ形状の伝火薬（２）及び点火手段（３）が収納
されたコップ状のハウジング（４）と、前記ボンベ（１）の圧力を保持するとともに密封するラ
プチャーディスク（６）と、前記ボンベ（１）と前記ハウジング（４）との間にガス
滞留空間（１６）を形成するように前記ボンベ（１）と
前記ハウジング（４）とを連結保持する外筒材（５）
と、を備えてなり、前記ガス滞留空間（１６）で、前記ボンベ（１）から断
熱膨張して噴出するガスを前記点火手段（３）からの高
温ガスで加温し、前記外筒材（５）の内壁に沿って設け
られたフィルター材（１０）を通過させて、前記外筒材
（５）に設けられているガス放出穴（１７）からガスを
放出することを特徴とするガス発生器。
【請求項２】前記ラプチャーディスク（６）が、前記
点火手段（３）からの火炎力で破断される請求項１に記
載のガス発生器。