(57)【要約】      （修正有）【課題】従来技術の不利な点を減らしたガス発生装置を提供する【解決手段】高い低温靭性を有する管状部材（１０）を備えるガス発生装置であって、管状部材（１０）が少なくとも−１９６℃の温度までの温度で延性破壊挙動を有し、管状部材（１０）が６５０ＭＰａの最小引張強さを有し、管状部材（１０）が面心立方オーステナイト構造を少なくとも９０％の面積率で有し、管状部材（１０）が少なくとも１４．０重量％のマンガン含有量を有する合金鋼からなるガス発生装置。【選択図】図１
2017024001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い低温靭性を有する管状部材（１０）を備えるガス発生装置であって、
前記管状部材（１０）が少なくとも−１９６℃の温度までの温度で延性破壊挙動を有し、
前記管状部材（１０）が６５０ＭＰａの最小引張強さを有し、
前記管状部材（１０）が面心立方オーステナイト構造を少なくとも９０％の面積率で有し、
前記管状部材（１０）が少なくとも１４．０重量％のマンガン含有量を有する合金鋼からなることを特徴とするガス発生装置。
【請求項２】
前記管状部材（１０）が、少なくとも１７．０重量％のマンガン含有量を有する合金鋼からなることを特徴とする、請求項１に記載のガス発生装置。
【請求項３】
前記ガス発生装置の少なくとも前記管状部材（１０）をなす前記合金鋼が、鉄及び製錬で生じる不純物に加えて、重量％で示す以下の合金元素：
Ｃ＞０．０３、
Ｍｎ＞１４．０、及び
Ａｌ＞０．０３
を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス発生装置。
【請求項４】
前記合金鋼の炭素含有量が０．３〜０．７重量％の範囲であることを特徴とする、請求項３に記載のガス発生装置。
【請求項５】
前記合金鋼のアルミニウム含有量が１．０重量％を超えることを特徴とする、請求項３又は４に記載のガス発生装置。
【請求項６】
前記ガス発生装置の少なくとも前記管状部材をなす前記合金鋼が、鉄及び製錬で生じる不純物に加えて、重量％で示す以下の合金元素：
Ｃ  ０．１〜１％、
Ｓｉ  ＜２．５％、
Ｍｎ  ≧１４％、
Ａｌ  ＞１％、
Ｂ  ＜０．００５％、
Ｎｉ  ＜２．００％、
Ｃｕ  ＜２．００％、
Ｎｂ  ＜０．３０％、
Ｔｉ  ＜０．３０％、
Ｖ  ＜０．３０％、
Ｎ  ＜０．６０％、
Ｐ  ＜０．０１％、及び
Ｓ  ＜０．０１％
からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項７】
前記管状部材（１０）の最小引張強さが少なくとも１１００ＭＰａであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項８】
前記管状部材（１０）が、前記管状部材（１０）の少なくとも２％、特には少なくとも１０％の冷間成形後に延性破壊挙動を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項９】
前記冷間成形が、前記管状部材（１０）の外径の変更であることを特徴とする、請求項８に記載のガス発生装置。
【請求項１０】
前記管状部材（１０）が、少なくとも−２００℃までの温度で延性破壊挙動を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項１１】
前記ガス発生装置（１）が、車両乗員保護装置又は乗客保護装置、特にはエアバッグのためのガス発生装置であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項１２】
前記ガス発生装置（１）が、航空機エンジン用消火器、射出座席のアクチュエータ又は宇宙船用位置制御部のためのガス発生装置であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項１３】
前記管状部材（１０）が継目無管であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状部材を少なくとも備えるガス発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在まで、ガス発生装置は炭素鋼から製造されており、多かれ少なかれ満足行く低温靭性を有している。炭素鋼は、その靭性挙動が低温で、延性破壊から脆性破壊に変化する。脆性破壊が５０％のときの温度を遷移温度という。
【０００３】
公知のガス発生装置の不利な点は、低温での脆性破壊と、公知のガス発生装置において強度、靭性及び成形性の間で歩み寄りがなされる必要があることである。
【０００４】
さらには、低炭素合金鋼でできた鋼管、例えば、低温において超高強度と優秀な靭性を有する低炭素合金鋼管（US 2005/0076975 A1）が知られている。また、乗客保護の構造体のためのガスを貯蔵するインフレーションデバイスの鋼管を製造するのに使用される鋼の組成が開示されている（DE 101 43 073 A1）。該鋼管は、低温において高靭性を有している。これらの公知の合金鋼の不利な点は、合金の異なる元素が多数であるため、合金鋼の信頼できる製造、及びそれにより所望する性質の設定が困難であることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の不利な点を少なくとも減らした、ガス発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記目的が、少なくとも管状部材を備えたガス発生装置であって、該管状部材がオーステナイト構造を有する材料からなることによって達成しうるという知見に基づいている。
【０００７】
本発明によれば、前記目的は、高い低温靭性を有する管状部材を備えるガス発生装置によって達成される。該ガス発生装置は、前記管状部材が少なくとも−１９６℃の温度までの温度で延性破壊挙動を有し、６５０ＭＰａ、特に７００ＭＰａの最小引張強さを有し、該管状部材が面心立方オーステナイト構造を少なくとも９０％の面積率で有し、該管状部材が少なくとも１４．０重量％のマンガン含有量を有する合金鋼からなることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るガス発生装置は、ガスがその中に貯蔵又は発生され、そこから高速でガスを出力できる構成要素を表す。本発明に係るガス発生装置は、好ましくはコールドガス発生装置である。コールドガス発生装置は、ガスが高圧下で貯蔵されるガス貯蔵部とアクチベータからなる。ガス発生装置は膜によって閉鎖されている。ガス発生装置が作動されると、該膜は特に装薬により破壊され、ガスがガス貯蔵部から流れ出ることができる。選択的には、本発明に係るガス発生装置は、ハイブリッドガス発生装置とすることができる。これは火工式ガス発生装置とコールドガス発生装置とを組み合わせたものである。ハイブリッドガス発生装置は、ガスの圧力貯蔵部に加えて、火工式セットがガス発生のために設けられている。そのようなガス発生装置の管状部材は、コールドガス容器として機能するため、低温靭性に関して要求される要件は非常に高い。
【０００９】
本発明では、ガス発生装置は高い低温靭性を有する管状部材を備える。該管状部材は、前記ガス発生装置のガス圧力容器及び／又は反応チャンバとして機能する。特に、該管状部材はインフレータとも呼ばれる。該管状部材は、高い低温靭性を有する。このことは、該管状部材の材料は、−６０℃の温度又はさらに低い温度でEN ISO 148に基づくノッチ衝撃試験においてＶ字試験片が２７ジュール（Ｊ）の最小値を有していることを意味する。
【００１０】
本発明では、前記ガス発生装置は、前記管状部材が少なくとも−１９６℃の温度までの温度で延性破壊挙動を有することを特徴とする。このことは、前記ノッチ衝撃試験片において、−１９６℃までの温度で脆性破壊が存在しないか、又は少なくとも５０パーセント（％）未満に脆性破壊が存在することを意味する。
【００１１】
さらには、前記管状部材は、６５０メガパスカル（ＭＰａ）、特には７００ＭＰａの最小引張強さを有する。
【００１２】
本発明では、前記管状部材は面心立方オーステナイト構造を少なくとも９０％の面積率で有する。このことは、少なくとも９０％の面積率がオーステナイト構造として存在することを意味する。
【００１３】
本発明では、前記管状部材は少なくとも１４．０重量％のマンガン含有量を有する合金鋼からなる。
【００１４】
例えば、US 2005/0076975 A1のように、高すぎるマンガン含有量が材料の靭性の低下をもたらし、水素脆化や応力腐食割れを非常に受けやすく、例えばエアバッグのために使用される従来技術に対する不満とは対照的に、本発明によれば、１４重量％を超えるマンガン含有量が、例えばエアバッグのために必要とされる特性を良好にもたらす面心立方構造をもつオーステナイト構造を確実に発生する知見を得た。その上、マンガン含有量が高いため、本発明で使用する合金鋼を用いると、ガス発生装置の少なくとも管状部材に対して通常必要とされる管状部材の硬化及び焼戻しを必要としない。
【００１５】
したがって、本発明において、ガス発生装置の少なくとも管状部材は、オーステナイト鋼からなる。少なくとも本発明における管状部材に使用される合金鋼は、１４重量％より多い、好ましくは１７重量％より多い、例えば、２０重量％より多いマンガン含有量を有するＦｅＭｎ鋼である。使用される合金鋼は、高マンガン鋼とも呼ばれる。本発明で使用される高マンガン鋼は、またＴＷＩＰ（Twinning Induced Plasticity：双晶誘起塑性）特性を有している。このことは、比較的低い積層欠陥エネルギーにより塑性変形すると、激しい双晶形成が生じることを意味する。
【００１６】
本発明に係るガス発生装置を用いると、その特性から、前記管状部材の破裂や各種損傷を解消することができる。その上、面心立方オーステナイト構造を達成していることに加え、高含有量のマンガンを使用していることにより、重量削減も達成することができる。これは、主としてマンガンが有する低い密度によるものである。その上、前記ガス発生装置、特に前記管状部材の重量はさらに削減される。これは、前記管状部材の機械特性値、特に引張強さ及び低温靭性により、前記管状部材は、より薄い壁の厚さで十分だからである。
【００１７】
本発明の態様においては、少なくとも前記管状部材が製造される前記合金鋼は、鉄及び製錬で生じる不純物に加えて、重量％で示す以下の合金元素を含む（重量％）。
Ｃ＞０．０３、
Ｍｎ＞１４．０、
Ａｌ＞０．０３
以下は任意
Ｓｉ＞０．０３
Ｐ＜０．０３及び／又は
Ｓ＜０．００１
【００１８】
炭素を添加することにより、前記管状部材の材料の引張強さを調整又は向上させることができる。その上、炭素を添加することにより、前記材料の構造はオーステナイト状態に安定化される。前記合金鋼の炭素含有量は、例えば、０．３〜０．７重量％の範囲、好ましくは０．１〜１重量％の範囲とすることができる。
【００１９】
さらには、アルミニウムの添加により、結晶粒微細化を達成することができる。これにより、前記管状部材の材料の引張強さと靭性がさらに向上する。その上、アルミニウムは、材料の水素脆化を避けるのに寄与する。アルミニウム含有量は例えば１．０重量％を超える値である。
【００２０】
好ましい態様においては、前記ガス発生装置の少なくとも前記管状部材は、鉄及び製錬で生じる不純物に加えて、重量％で示す以下の合金元素からなる合金鋼からなる。
Ｃ  ０．１〜１％、
Ｓｉ  ＜２．５％、
Ｍｎ  ≧１４％、
Ａｌ  ＞１％、
Ｂ  ＜０．００５％、
Ｎｉ  ＜２．００％、
Ｃｕ  ＜２．００％、
Ｎｂ  ＜０．３０％、
Ｔｉ  ＜０．３０％、
Ｖ  ＜０．３０％、
Ｎ  ＜０．６０％、
Ｐ  ＜０．０１％、
Ｓ  ＜０．０１％
【００２１】
ケイ素の含有量は最大で２．５重量％に限定されているにもかかわらず、良好な成形性、破断伸び、及び高い引張強さを達成することができる。
【００２２】
前記合金鋼に添加されるホウ素の含有量は最大で０．００５重量％に限定されている。特に、ホウ素の含有量は、固相線温度が低すぎて固化が遅くならないように選択する。
【００２３】
また本発明では、ガス発生装置は前記管状部材の最小引張強さが少なくとも１１００ＭＰａである。
【００２４】
前記管状部材は、前記管状部材の少なくとも２％、特には少なくとも１０％の冷間成形後に延性破壊挙動を有することが特に好ましい。前記管状部材の冷間成形後でさえ、脆性破壊が防止されるので、前記管状部材を前記ガス発生装置で使用するのに必要とされる形状、例えば、端部領域でテーパ形にしたもの、とすることができる。したがって、１つの態様においては、冷間成形は前記管状部材の外径の変更である。この変更は、好ましくは前記管状部材の長さ部分における外径の５〜３０％の間、特には前記管状部材の少なくとも端部側の長さ部分において１０〜１５％の間である。
【００２５】
本発明のガス発生装置においては、前記管状部材が、少なくとも−１９６℃までの温度で延性破壊挙動を有する。本発明においては、特に−２００℃までの温度でも延性破壊挙動が存在することが特に好ましい。本発明によれば、良好な低温靭性を備えたガス発生装置が提供され、特には、遷移温度を有さず、少なくとも−１９６℃までの非常に低い温度、好ましくは−２００℃まで脆性破壊を示さないガス発生装置が提供される。
【００２６】
好ましい態様によれば、前記ガス発生装置は、車両乗員保護装置又は乗客保護装置、特にはエアバッグのためのガス発生装置である。該ガス発生装置は、コールドガス発生装置又はハイブリッドガス発生装置でありうる。これらのガス発生装置においては、特にガスのための圧力貯蔵部及び／又は膨張チャンバとして機能する少なくとも１つの管状部材が設けられる。それらの管状部材には高荷重が自発的に作用する。前記管状部材の破裂を避けることを可能にするためには、前記管状部材の材料は該荷重に耐える必要がある。
【００２７】
本発明で使用される材料には脆性破壊のリスクがないため、エアバッグを作動させるとき、乗員又は車両の周囲の人がけがをするリスクは最小化される。特に、ガス発生装置及び特には管状部材の破片による車両乗員のけがを回避することができる。これは本発明で使用される合金を用いると、粉砕する可能性を除くことができるからである。すなわち、本発明を用いると、粉砕しにくいガス発生装置が提供される。
【００２８】
選択的に、前記ガス発生装置を各種目的に使用することができる。前記ガス発生装置は、例えば、ガス発生装置、特に、消火器のための、例えば、航空機エンジンのためのエーロゾル発生装置とすることができる。その上、本発明のガス発生装置は、推進カートリッジとして又は射出座席のアクチュエータとして使用することができる。さらには、前記ガス発生装置は、エンジンモジュール及び／又は宇宙船の位置制御部にも使用することができる。
【００２９】
また、本発明のガス発生装置が使用される上記分野において、本発明の利点、特に高い低温靭性、高い引張強さ及び低重量の組み合わせは有利に利用される。
【００３０】
好ましい態様においては、前記ガス発生装置の前記管状部材は継目無管である。継目無管を使用することにより、前記ガス発生装置の前記管状部材の故障リスクをさらに低減させることができる。そのような継目無管は、例えば、Mannesmann-Erhard法により熱間圧延され、次いで、好ましくは少なくとも１度、最終的な大きさに冷間引抜きされる。選択的に、熱間圧延管は、引抜きの代わりに、押し出しすることができる。また、熱間圧延管の代わりに、管状部材として溶接菅が使用され、特に火工発火ガス発生装置のために使用される。
【００３１】
１つの態様においては、前記ガス発生装置の前記管状部材として使用しうる継目無管は以下の方法により製造することができる。
【００３２】
ビレットの供給、該ビレットの熱間穿孔、押出機での熱間圧延、ダイアゴナル圧延及び／又はストレッチレデューシング圧延及び冷間引抜きである。
【００３３】
前記方法は、前記管状部材への充填孔の打ち抜きの工程及び／又は例えば端部のテーパリング（tapering）又は肥厚化による前記管状部材の端部の処理を含めることができる。
【００３４】
熱処理工程、すなわち、硬化及び焼戻しは不要であり好ましくは省略される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るガス発生装置の１態様の構造を示した概略図である。
【図２】本発明に係るガス発生装置の別態様の構造を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、添付図面を参照しつつ、以下に説明される。
【００３７】
図１に示された態様においては、ガス発生装置１は一端が閉じられている管状部材１０を備えている。この端部の領域では、管状部材１０は膜１１で覆われている。管状部材１０の他端では、ディフューザー１３が隣り合っている。ディフューザー１３には、ガス排出開口部（図示せず）が設けられている。管状部材１０内に配置されている点火装置１２により、該管状部材に圧力下で貯蔵されているガスを膨張させることができる。それにより、膜１１は破砕され、ガスはディフューザー１３内に流れ込み、そこから前記ガス排出開口部を通じて排出される。ガスは例えばエアバッグ（図示せず）の膨張部分内に送り込まれる。
【００３８】
図２には、本発明に係る別の態様のガス発生装置１が示されている。またこのガス発生装置１は管状部材１０を備えている。図２に示された態様においては、管状端部はテーパリング又は中心に向けて延伸されている。該管状端部のテーパリングは、冷間成形により生じさせることができる。示された態様においては、該管状端部はそれぞれ直径Ｄ１であり、これは管状部材１０の中央部分における直径よりも小さい。また図２に示された態様においては、ガス発生装置は燃焼チャンバ１４を備えており、そこには点火装置及びさらに火工部材が設けられている。前記管状端部において、燃焼チャンバ１４はそこに溶接されたプレート１７により閉じられている。コールドガス貯蔵部１５は燃焼チャンバ１４と隣り合っている。これは膜１１により燃焼チャンバ１４と隔てられており、該膜は放圧プレートとも呼ばれる。コールドガス貯蔵部１５は、より大きい直径Ｄ０を有する管状部材１０の領域内にある。ディフューザー１３はコールドガス貯蔵部１５に隣り合っている。図２では、ディフューザー１３の領域に充填孔１６が示されている。ディフューザー１３の管状端部はプレート１７と溶接されており、それにより閉じられている。
【００３９】
コールドガス貯蔵部１５においては、例えば５８０バールの圧力である。燃焼チャンバ１４においては、前記点火装置を点火するときは、該圧力は例えば５８０バールから１２００バールまで上昇しうる。本発明に係るガス発生装置１はその特性によりこの圧力に確実に耐えることができる。
【００４０】
本発明を用いると、エアバッグ、前記消火器又は射出座席又は宇宙船用位置制御部のために使用する前記ガス発生装置には、内圧負荷及び潜在的に動的放圧負荷がかかる。本発明のガス発生装置を用いると、低温靭性及び強さにより十分な安全性が提供される。
【００４１】
本発明に係るガス発生装置及び特に少なくとも前記管状部材に対して使用されるマンガン鋼を用いると、高強度を達成することができ、かつ、全体重量を低減させることができる。さらには、本発明に係るガス発生装置は、良好な低温靭性により極限状況においてさえ、高信頼性を提供することができる。特に、前記ガス発生装置を使用するときに、脆性破壊又は延性破壊を恐れる必要がない。
【００４２】
本発明はいくつかの利点を有している。特に、低温での脆性破壊を恐れる必要がない。それにもかかわらず、高強度、特に７００ＭＰａ〜１４００ＭＰａ、好ましくは１０００ＭＰａ又は１１００ＭＰａの強度が得られる。高強度であるにもかかわらず、少なくとも前記管状部材の製造に使用される合金鋼は良好な成形性を有している。特に、前記管状部材は前記ガス発生装置に冷間成形により成形性をより困難にすることなく取り付けることができる。最終的には、前記ガス発生装置の重量を低減することができる。それにより、ガス発生装置を用いて軽量構造に対する要件を満たすことができる。前記ガス発生装置に使用される材料の消費を低減することにより、またマンガンの添加により予測される、使用される合金の高い価格を低下させることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ガス発生装置
１０  管状部材流路  
１１  膜
１２  点火装置
１３  ディフューザー
１４  燃焼チャンバ
１５  コールドガス貯蔵部
１６  充填孔
１７  プレート
【図１】
2017024001.tif 000003
【図２】
2017024001.tif 000004
【外国語明細書】
2017024001000001.pdf