JP5292983B2 - インフレーター - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングの内部に、加圧ガスと、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤とを充填させて構成されるハイブリッドタイプのインフレーターに関する。

従来、ハイブリッドタイプのインフレーターは、エアバッグ装置において、エアバッグの膨張用に使用されるもので、作動時に、ガス発生剤を燃焼させて発生した燃焼ガスと、加圧ガスと、を、エアバッグ内に流入させて、エアバッグを膨張させていた。この従来のインフレーターでは、加圧ガスとして、酸素と不活性ガスとを混合させた混合ガスを使用しており、ガス発生剤として、燃焼時に発生する熱量が５０００Ｊ／ｇ程度に設定されたものを使用していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２８２４２７号公報

通常、ハイブリッドタイプのインフレーターでは、作動時に、ガス発生剤が燃焼されると、燃焼ガスが発生するとともに、ガス発生剤の燃えカス（ミスト）も発生することとなり、このようなミストは、加圧ガス及び燃焼ガスからなる膨張用ガスとともに、インフレーターのガス吐出口から、インフレーター外に吐出されることとなる。そして、このようなミストは、エアバッグ側に流入することが望ましくないことから、極力、発生を抑えることが好ましい。また、通常、車両に搭載されるエアバッグ装置のインフレーターは、乗員保護性能を確保するために、高出力であって、かつ、車両自体の軽量化の見地や、搭載位置の自由度を向上させる見地から、極力、軽量でコンパクトにすることが望まれている。

上記特許文献１のインフレーターでは、加圧ガスに混合されている酸素は、作動時に、ガス発生剤の燃焼を促進させるための酸化剤として混合されているもので、エアバッグを膨張させるためのものではなかった。本発明者らは、無酸素で燃焼促進することができるガス発生剤を使用することに着目し、さらに、ガス発生剤として、燃焼時の発熱量が大きなものを使用すれば、ガス発生剤の使用量を少なくしても、同等の出力を確保できることに着目して、本発明のインフレーターに想到した。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、出力の低減を抑制して、コンパクトにすることができて、かつ、ミストの発生を抑えることが可能なインフレーターを提供することを目的とする。

本発明に係るインフレーターは、ハウジングの内部に、加圧ガスと、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤と、を充填させて構成されるハイブリッドタイプのインフレーターであって、
加圧ガスが、不活性ガスのみから構成され、
ガス発生剤が、燃料と金属粉末とを含有して、燃焼時に発生する熱量を、６０００〜１００００Ｊ／ｇの範囲内に設定され、
燃料が、トリアジン誘導体、テトラゾール誘導体、トリアゾール誘導体、グアニジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、及び、ヒドラジン誘導体を、一種または二種以上混合させたものから構成され、
金属粉末として、ホウ素が使用され、
加圧ガスと、ガス発生剤が燃焼して発生する燃焼ガスと、のモル比が、２１．８〜４０の範囲内に設定されていることを特徴とする。

本発明のインフレーターでは、加圧ガスを、不活性ガスのみから構成していることから、従来加圧ガスとともに充填されていた酸素の容積分、ハウジングをコンパクトにすることができる。また、本発明のインフレーターでは、ガス発生剤として、燃焼時に、６０００〜１００００Ｊ／ｇの大きな熱量を発生するものを使用していることから、ガス発生剤の配合量（ガス発生剤が燃焼して発生する燃焼ガスの量）を、モル比で加圧ガスの量の１／３０程度と、少なくしても、加圧ガスを熱膨張させることにより高い圧力を確保することができて、従来と同等の出力を確保することができる。すなわち、本発明のインフレーターでは、ガス発生剤の配合量を、相対的に低減させることができることから、ガス発生剤を低減させた容積分、ハウジングをコンパクトにすることができ、また、ガス発生剤の燃焼時に生成されるミストの量も低減させることができる。

したがって、本発明のインフレーターでは、出力の低減を抑制して、コンパクトにすることができて、かつ、ミストの発生を抑えることができる。

また、本発明のインフレーターでは、インフレーターに設けられたガス吐出口から、エアバッグ内に膨張用ガスが吐出される際に、膨張用ガスとともにエアバッグ内に噴出されるミストの量を、低減することができることから、ガス吐出口の周縁でミストを捕捉することを考慮しなくてもよく、ガス吐出口の開口面積を大きく設定することもできる。そのため、ガス吐出口の開口面積を変化させることにより、インフレーターの膨張用ガスの出力特性も適宜変更することができる。例えば、ガス吐出口の開口面積を大きくすれば、多量の膨張用ガスを迅速に吐出させることができ、ガス吐出口の開口面積を小さくすれば、少量の膨張用ガスを緩やかに吐出させることができるが、本発明のインフレーターでは、ガス吐出口の開口面積を変化させることにより、このような出力特性を容易に変更することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明すると、実施形態のインフレーター１は、図１に示すように、外形形状を略円柱状としたシリンダタイプとされるもので、加圧ガスＧ０と、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤１１と、を充填させて構成されるハイブリッドタイプとされている。インフレーター１は、内部に加圧ガスを充填させた略円筒状のハウジング３の前端３ａ側に、吐出側口金部７を溶接等により固着させ、ハウジング３の後端３ｂ側に、ガス発生剤１１とガス発生剤１１に着火するスクイブ１０とを保持したスクイブ側口金部９を溶接等により固着させて構成されている。吐出側口金部７は、複数のガス吐出口７ｂを設けた頭部７ａを突設させている。

ハウジング３は、鋼製の金属パイプから形成されるもので、吐出側口金部７とスクイブ側口金部９との境界部位に、それぞれ、ガス発生剤１１の着火に伴う内圧上昇や衝撃波の発生により破裂可能として、ハウジング３側を閉塞する破裂板１３，１４を、配設させている。また、ハウジング３の所定箇所（実施形態の場合、軸方向の略中央）には、加圧ガス充填用の充填用開口４が設けられている。この充填用開口４は、閉塞ピン５により、閉塞されている。ハウジング３の内部には、加圧ガスＧ０として、酸素を含まない不活性ガスが、充填されている。不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、またはそれらの混合ガス等を使用することができる。実施形態の場合、具体的には、加圧ガスＧ０としては、アルゴンガス単体、ヘリウムガス単体、もしくは、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガスが、使用されている。実施形態の場合、ハウジング３内には、加圧ガスＧ０が、内圧を３５〜７０ＭＰａの範囲内として、充填されている。

スクイブ１０は、スクイブ側口金部９内において、ハウジング３に設けられた破裂板１４と対向する位置に、配設されている。スクイブ１０は、先端側をスクイブ側口金部９内に挿入させ、元部側をスクイブ側口金部９外へ露出させるようにして、スクイブ側口金部９内に収納されるもので、元部側を、作動信号入力用の図示しないリード線に結線させる構成である。実施形態の場合、スクイブ１０は、内部に少量の燃焼ガスを発生可能な薬剤を収納させた構成とされるもので、インフレーター１をエアバッグ装置として車両に搭載させた際に、このリード線を介して、車両の制御装置に電気的に接続され、制御装置からの作動信号を受けて、内部の薬剤を燃焼させるように作動して、ガス発生剤１１を燃焼させることとなる。

ガス発生剤１１は、スクイブ側口金部９内において、スクイブ１０と破裂板１４との間に、充填されている。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。発熱量が６０００Ｊ／ｇ未満では、燃焼時に発生する熱量が少なすぎて、加圧ガスＧ０を充分に熱膨張させることができず、所望の出力を得られないためであり、発熱量が１００００Ｊ／ｇを超えるものは入手が困難であるためである。

実施形態の場合、具体的には、ガス発生剤１１として、燃料と酸化剤と金属粉末とを、適宜、結合剤とともに混合して、所定形状に成形（実施形態の場合、球形）としたものを、使用している。燃料としては、トリアジン誘導体、テトラゾール誘導体、トリアゾール誘導体、グアニジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、及び、ヒドラジン誘導体等を例示でき、これらを、一種または二種以上混合させて使用することができる。酸化剤としては、硝酸ストロンチウム、硝酸カリウム、硝酸アンモニウム、過塩素酸カリウム、酸化銅、酸化鉄、塩基性硝酸銅等を例示でき、これらを一種または二種以上混合させて使用することができる。金属粉末としては、ホウ素を使用することができる。この金属粉末は、燃焼時の発熱量増大のために、添加されているものであって、実施形態の場合、燃焼熱が高く、少量で大きな発熱量を得られる見地から、ホウ素を使用している。結合剤としては、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、ヒロドキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、デンプン、ポリビニルアルコール、グアーガム、微結晶性セルロース、ポリアクリルアミド、ステアリン酸カルシウム等を例示でき、これらを一種または二種以上混合させて使用することができる。

そして、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、２０〜４０の範囲内とするように、内部に充填されている。加圧ガス／燃焼ガスのモル比が２０未満では、ガス発生剤１１の充填量が多すぎて、インフレーター１が嵩張るとともにガス発生剤の燃焼時に生成されるミストが無視できない量となるためである。また、逆に、加圧ガス／燃焼ガスのモル比が４０を超えると、ガス発生剤１１の充填量が少なすぎて、必要な熱量が得られず、所望の出力を得られないためである。なお、ガス発生剤１１の加圧ガスに対する充填量は、ガス発生剤１１の発熱量に反比例するものであり、発熱量の大きなガス発生剤１１を使用すれば、ガス発生剤１１の充填量を減らすことができ、その結果、加圧ガス／燃焼ガスのモル比が大きくなると推測される。

実施形態のインフレーター１では、エアバッグ装置とともに車両に搭載された状態で、図示しないリード線を経て、制御装置からの作動信号が入力されると、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。

そして、実施形態のインフレーター１では、加圧ガスＧ０を、酸素を含まない不活性ガスから構成していることから、従来加圧ガスとともに充填されていた酸素の容積分、ハウジング３をコンパクトにすることができる。また、実施形態のインフレーター１では、ガス発生剤１１として、燃焼時に、６０００〜１００００Ｊ／ｇの大きな熱量を発生するものを使用していることから、ガス発生剤１１の配合量（ガス発生剤１１が燃焼して発生する燃焼ガスの量）を、モル比で加圧ガスＧ０の量の１／３０程度と、少なくしても、加圧ガスＧ０を熱膨張させることにより高い圧力を確保することができて、従来と同等の出力を確保することができる。すなわち、実施形態のインフレーター１では、ガス発生剤１１の配合量を、相対的に低減させることができることから、ガス発生剤１１を低減させた容積分、ハウジング３をコンパクトにすることができ、また、ガス発生剤１１の燃焼時に生成されるミストの量も低減させることができる。

したがって、実施形態のインフレーター１では、出力の低減を抑制して、コンパクトにすることができて、かつ、ミストの発生を抑えることができる。

また、実施形態のインフレーター１では、インフレーター１に設けられたガス吐出口７ｂから、エアバッグ内に膨張用ガスＧが吐出される際に、膨張用ガスＧとともにエアバッグ内に噴出されるミストの量を、低減することができることから、ガス吐出口７ｂの周縁でミストを捕捉することを考慮しなくてもよく、ガス吐出口７ｂの開口面積を大きく設定することもできる。そのため、ガス吐出口７ｂの開口面積を変化させることにより、インフレーター１の膨張用ガスの出力特性も適宜変更することができる。例えば、ガス吐出口７ｂの開口面積を大きくすれば、多量の膨張用ガスを迅速に吐出させることができ、ガス吐出口７ｂの開口面積を小さくすれば、少量の膨張用ガスを緩やかに吐出させることができるが、実施形態のインフレーター１では、ガス吐出口７ｂの開口面積を変化させることにより、このような出力特性を容易に変更することができる。

本発明の要件を満たす複数のインフレーターと、比較例としての複数のインフレーターと、について、それぞれ、作動時の出力を測定した結果を、表１，２に示す。作動時の出力は、タンク燃焼試験によって測定されており、内容積２８．３Ｌのステンレス鋼製のタンク内に、各インフレーターを固定し、タンク内圧の最大値を測定したものである。実施例Ａ〜Ｃのインフレーターと、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターと、では、加圧ガスの物質量は略同一として、ガス発生剤のみを変更している。実施例Ａ〜Ｃのインフレーターでは、ガス発生剤として表３に示す組成のもの（発熱量：６３００Ｊ／ｇ、燃焼ガス発生量：０．０１４mol／ｇ）を使用し、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターでは、ガス発生剤として、表４に示す組成のもの（発熱量：３２００Ｊ／ｇ、燃焼ガス発生量：０．０２３mol／ｇ）を使用している。なお、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターのガス発生剤に使用されている窒化珪素（表４参照）は、燃焼時のミストの発生を抑えるために、スラグを形成させるためのスラグ形成剤である。実施例Ａ〜Ｃ及び比較例Ａ〜Ｃでは、加圧ガスとして、アルゴンとヘリウムとをＡｒ／Ｈｅ＝０．９４／０．０６のモル比で混合させた混合ガスを使用している。

表１，２に示すように、実施例Ａ〜Ｃのインフレーターでは、対応する比較例Ａ〜Ｃのインフレーターに対して、加圧ガスの量を略同一として、ガス発生剤の量を減らしている。具体的には、実施例Ａ〜Ｃのインフレーターでは、ガス発生剤として、単位重量あたりの燃焼ガスの物質量も、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターで使用されるガス発生剤の２／３程度に設定されたものを使用し、さらに、インフレーターに充填されるガス発生剤の重量も、比較例Ａ〜Ｃと比較して小さく設定されているが、この実施例Ａ〜Ｃのインフレーターで使用されるガス発生剤は、比較例Ａ〜Ｃで使用されるガス発生剤より、発熱量を、２倍程度大きく設定されていることから、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターに対して出力が低減することを抑制されて、比較例Ａ〜Ｃと略同等のタンク圧力を得られている。具体的には、実施例Ａ〜Ｃのインフレーターにおいて用いられるガス発生剤は、燃料の配合量を減らし、金属粉末としてホウ素を含有させた点を、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターで使用されるガス発生剤と、異ならせている。この点から、ホウ素が、ガス発生剤の燃焼時における発熱量の増大に寄与していると推測することができる。

そして、実施例Ａ〜Ｃのインフレーターでは、ガス発生剤の量（燃焼時に発生する燃焼ガスの物質量）を、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターの１／２〜２／３程度に低減されている。そのため、実施例Ａ〜Ｃのインフレーターでは、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターと比較して、ガス発生剤の量を低減できることから、ガス発生剤を低減させた容積分、ハウジングをコンパクトにすることができ、また、ガス発生剤の燃焼時に生成されるミストの量も低減させることができる。実施例Ａ〜Ｃのインフレーターは、外形形状を、比較例Ａ〜Ｃのインフレーターの外形形状の１割程度の容積分、コンパクトにすることができる。

本発明の一実施形態であるインフレーターの概略縦断面図である。

符号の説明

１…インフレーター、
３…ハウジング、
１０…スクイブ、
１１…ガス発生剤、
Ｇ０…加圧ガス、
Ｇ…膨張用ガス。

Claims (1)

1. ハウジングの内部に、加圧ガスと、燃焼時にガスを発生可能なガス発生剤と、を充填させて構成されるハイブリッドタイプのインフレーターであって、
   前記加圧ガスが、不活性ガスのみから構成され、
   前記ガス発生剤が、燃料と金属粉末とを含有して、燃焼時に発生する熱量を、６０００〜１００００Ｊ／ｇの範囲内に設定され、
   前記燃料が、トリアジン誘導体、テトラゾール誘導体、トリアゾール誘導体、グアニジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、及び、ヒドラジン誘導体を、一種または二種以上混合させたものから構成され、
   前記金属粉末として、ホウ素が使用され、
   前記加圧ガスと、前記ガス発生剤が燃焼して発生する燃焼ガスと、のモル比が、２１．８〜４０の範囲内に設定されていることを特徴とするインフレーター。

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