(57)【要約】２つ又は３つ以上の隔壁によって画成される２つ又は３つ以上の室を有し、前記室の少なくとも１つにはガス発生剤が備えられており、各隔壁には該隔壁に設けられた複数の孔によってそれぞれガス流量規制手段が形成されており、ガス発生剤から生じたガスが燃焼室からガス発生器外部に放出される経路上には２つ又は３つ以上のガス流量規制手段が配置され、該ガス流量規制手段のそれぞれの開口総面積のうち、一番小さいものをＡとした場合、その次に大きな開口総面積ＢがＡとの関係で規定されている。
2002083464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ又は３つ以上の隔壁によって画成される２つ又は３つ以上の室を有し、前記室の少なくとも１つにはガス発生剤が備えられており、各隔壁には該隔壁に設けられた１つ又は２つ以上の孔からなるガス流量規制手段が形成されているガス発生器であって、
ガス発生剤から生じたガスが燃焼室からガス発生器外部に放出される経路上には２つ又は３つ以上のガス流量規制手段が配置され、各ガス流量規制手段の開口面積（ガス流量規制手段を構成する前記孔の総開口面積）のうち、一番小さいものをＡとした場合、その次に大きな開口面積Ｂが次の（１）式の関係を満たすものであることを特徴とするガス発生器。
Ａ≦Ｂ＜１．５Ａ        （１）式
【請求項２】
前記ガス流量規制手段開口面積ＢがＡ〜１．３Ａに調整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。
【請求項３】
前記ガス流量規制手段の開口面積Ａを有する孔もしくはＢを有する孔が、前記室から前記ガス発生器外に連通す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。
【請求項４】
前記ガス発生剤の少なくとも一部が固体のガス発生剤によりなり、前記燃焼室には、ガス発生剤が燃焼した際の固体残渣を捕集する手段が設けら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。
【請求項５】
前記固体残渣を捕集する手段が平織り金網、エキスパンドメタル、パンチングプレートであることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のガス発生器。
【請求項６】
前記ガス流量規制手段のいずれかに、圧力により開口面積を調整する手段が設けら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。
【請求項７】
前記圧力により開口面積を調整する手段が、ガス流量規制手段に貼り付けられたシールテープの破断圧力を変化させることにより作用することを特徴とする請求の範囲第６項に記載のガス発生器。
【請求項８】
前記圧力により開口面積を調整する手段が、開口面積の異なるガス流量規制手段を組み合わせることにより作用することを特徴とする請求の範囲第６項に記載のガス発生器。
【請求項９】
前記ガス発生剤の少なくとも一部が固体のガス発生剤によりなり、該固体のガス発生剤において
Ｆ（ｚ）＝ガス発生剤燃焼表面積／ガス発生剤初期表面積
ｚ  ＝ガス発生剤燃焼重量／ガス発生剤初期重量
とした場合に、
ｚ＝０．４のときに、Ｆ（ｚ）＝０．６〜０．９
ｚ＝０．６のときに、Ｆ（ｚ）＝０．５〜０．８
になるように形状が調整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。
【請求項１０】
前記ガス発生剤は、打錠により成形されており、その形状が、円柱、あるいはタブレット状であ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。
【請求項１１】
前記ガス発生剤は、燃料として含窒素有機化合物、酸化剤として無機化合物を少なくとも含む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。
【請求項１２】
２つ又は３つ以上の隔壁によって画成される２つ又は３つ以上の室を有し、前記室の少なくとも１つにはガス発生剤が備えられており、各隔壁には該隔壁に設けられた１つ又は２つ以上の孔からなるガス流量規制手段が形成されているガス発生器であって、
ガス発生剤から生じたガスが燃焼室からガス発生器外部に放出される経路上には２つ又は３つ以上のガス流量規制手段が配置され、各ガス流量規制手段の開口面積（ガス流量規制手段を構成する前記孔の総開口面積）のうち、一番小さいものをＡとした場合、その次に大きな開口面積ＢがＡ〜１．３Ａに調整されていることを特徴とするガス発生器。
【請求項１３】
前記ガス流量規制手段の開口面積Ａを有する孔もしくはＢを有する孔が、前記室から前記ガス発生器外に連通することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のガス発生器。
【請求項１４】
前記ガス発生剤の少なくとも一部が固体のガス発生剤によりなり、前記燃焼室には、ガス発生剤が燃焼した際の固体残渣を捕集する手段が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のガス発生器。
【請求項１５】
前記固体残渣を捕集する手段が平織り金網、エキスパンドメタル、パンチングプレートであることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載のガス発生器。
【請求項１６】
前記ガス流量規制手段のいずれかに、圧力により開口面積を調整する手段が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のガス発生器。
【請求項１７】
前記圧力により開口面積を調整する手段が、ガス流量規制手段に貼り付けられたシールテープの破断圧力を変化させることにより作用することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のガス発生器。
【請求項１８】
前記圧力により開口面積を調整する手段が、開口面積の異なるガス流量規制手段を組み合わせることにより作用することを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のガス発生器。
【請求項１９】
前記ガス発生剤の少なくとも一部が固体のガス発生剤によりなり、該固体のガス発生剤において
Ｆ（ｚ）＝ガス発生剤燃焼表面積／ガス発生剤初期表面積
ｚ  ＝ガス発生剤燃焼重量／ガス発生剤初期重量
とした場合に、
ｚ＝０．４のときに、Ｆ（ｚ）＝０．６〜０．９
ｚ＝０．６のときに、Ｆ（ｚ）＝０．５〜０．８
になるように形状が調整されていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のガス発生器。
【請求項２０】
前記ガス発生剤は、打錠により成形されており、その形状が、
円柱、あるいはタブレット状であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のガス発生器。
【請求項２１】
前記ガス発生剤は、燃料として含窒素有機化合物、酸化剤として無機化合物を少なくとも含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のガス発生器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば、自動車のエアバッグを作動させるガス発生器に関する。
背景技術
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、エアバッグが知られている。このエアバッグは、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り、もう一つは、高圧の気体が保持されたチャンバーと、高圧の気体に熱を供給するための少量の火薬組成物よりガスを生成するガス発生器とを組み合わせたハイブリット方式である。従来のガス発生器では、乗員が展開されたエアバッグに衝突した後も、ガスを発生していたため、エアバッグの衝撃緩衝性能が悪く、乗員に対する傷害値が高くなっていた。これは、ガス発生器が、作動初期に大量のガスを放出し、その後緩やかにガスを放出し続けるといった特性に起因したものである。
この問題を解決する手段としてソフトインフレーション技術なるものが提案されている。ガス発生器は通常、６０リットルタンクテストによって、その燃焼性能が把握されている。６０リットルの鋼製容器にガス発生器を設置し、点火した際の、時間に対する圧力挙動によって、圧力カーブが得られる。
通常、自動車が衝突した場合、乗員がハンドル、あるいはダッシュボードに衝突するまでの時間は、５０〜１００ｍｓ程度である。エアバッグは、乗員が衝突するまでに展開し終わっていないと、乗員がエアバッグに受け止められた後も膨らみつづける。このため、乗員の傷害値が高くなるおそれがある。傷害値が高いと考えられるガス発生器の圧力カーブは、５〜２０ｍｓにおける圧力の立ち上がりが速く、また、５０ｍｓ〜６０ｍｓを大きく超える時間域においても圧力は緩やかに上昇していく。全体としては、上に凸の円弧を描くような形となる。
このような性能を達成するための手段として、いろいろな方法が提案されてきた。これらは構造に工夫を施すものとして、ガス発生器のガス発生剤が充填された室を２つに区分したり、あるいは２つのガス発生器を組み合わせたりするものである。また、ガス発生剤の形状を工夫したりするものもある。
しかしながら、これら方法の中には、効果が不十分であったり、コスト高であったりといくつかの問題を抱えている。
本発明の課題は、低コストで乗員に対する傷害値の低いガス発生器を提供することにある。
発明の開示
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ガス発生器に２箇所以上のガス流量規制手段を配置し、その開口面積比を規定することで、ソフトインフレーションに適した燃焼性能が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明は以下の特徴を有する。
（１）２つ又は３つ以上の隔壁によって画成される２つ又は３つ以上の室を有し、前記室の少なくとも１つにはガス発生剤が備えられており、各隔壁には該隔壁に設けられた１つ又は２つ以上の孔からなるガス流量規制手段が形成されているガス発生器であって、ガス発生剤から生じたガスが燃焼室からガス発生器外部に放出される経路上には２つ又は３つ以上のガス流量規制手段が配置され、各ガス流量規制手段の開口面積（ガス流量規制手段を構成する前記孔の総開口面積）のうち、一番小さいものをＡとした場合、その次に大きな開口面積Ｂが次の（１）式の関係を満たすものであることを特徴とする。
Ａ≦Ｂ＜１．５Ａ        （１）
（２）前記ガス流量規制手段開口面積ＢがＡ〜１．３Ａに調整されていることを特徴とする。
（３）前記ガス流量規制手段の開口面積Ａを有する孔もしくはＢを有する孔が、前記室から前記ガス発生器外に連通することを特徴とする。
（４）前記ガス発生剤の少なくとも一部が固体のガス発生剤によりなり、前記燃焼室には、ガス発生剤が燃焼した際の固体残渣を捕集する手段が設けられていることを特徴とする。
（５）前記固体残渣を捕集する手段が平織り金網、エキスパンドメタル、パンチングプレートであることを特徴とする。
（６）前記ガス流量規制手段のいずれかに、圧力により開口面積を調整する手段が設けられていることを特徴とする。
（７）前記圧力により開口面積を調整する手段が、ガス流量規制手段に貼り付けられたシールテープの破断圧力を変化させることにより作用することを特徴とする。
（８）前記圧力により開口面積を調整する手段が、開口面積の異なるガス流量規制手段を組み合わせることにより作用することを特徴とする。
（９）前記ガス発生剤の少なくとも一部が固体のガス発生剤によりなり、該固体のガス発生剤において
Ｆ（ｚ）＝ガス発生剤燃焼表面積／ガス発生剤初期表面積
ｚ＝ガス発生剤燃焼重量／ガス発生剤初期重量
とした場合に、
ｚ＝０．４のときに、Ｆ（ｚ）＝０．６〜０．９
ｚ＝０．６のときに、Ｆ（ｚ）＝０．５〜０．８
になるように形状が調整されていることを特徴とする。
（１０）前記ガス発生剤は、打錠により成形されており、その形状が、円柱、あるいはタブレット状であることを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
本発明のガス発生器は、ガス発生剤の充填された燃焼室を含め、少なくとも２つ以上の室を持ち、各室を分画／画成する隔壁を有し、各隔壁には室間又は室とガス発生器外に連通する複数の孔が設けられており、この複数の孔によって各隔壁にガスの流量を規制する役割を果たすガス流量規制手段が形成されている。そして、燃焼室からガス発生器外部にガス発生剤から生じたガスが放出される経路上には２箇所以上のガス流量規制手段が配置され、その２箇所以上のガス流量規制手段の開口面積（ガス流量規制手段を構成する孔の総開口面積）について、一番小さい開口面積と、その次に大きなガス流量規制手段の開口面積との比を規定することで、本発明の効果が得られる。これら構成をとるものであれば、ガス発生器の形状は特に制限されず、いずれの形状をとっても良い。また、燃焼室の数も特に制限されない。
ここで、燃焼室とはガス発生剤が備えられている室のことを指す。ガス発生剤としては、いわゆる一般的な固体のガス発生剤に限定されず、たとえば、ハイブリッド型ガス発生剤のような固体ガス発生剤と不活性気体との組み合わせや、固体ガス発生剤と酸化性ガス、可燃性気体との組み合わせ、又は可燃性の液体からなるものも本発明におけるガス発生剤として採用することができる。好ましくは固体のガス発生剤である（以下、特にことわらない限り、ガス発生剤とは固体のガス発生剤のことを示す。）。燃焼室以外の室には、ガス発生剤が含有されることはない。なお、本明細書においては、これらガス発生剤からのガス発生を開始させるための、例えば、センサからの電気信号をうけて発火する点火具や、点火具の火炎を受けて発火しガス発生剤を燃焼させるエンハンサ剤などのイニシエータはガス発生剤としては定義しない。従って、これらイニシエータがガス発生剤と同じ室に収められているときは、格別、これらイニシエータのみが収められた室は燃焼室とは定義しない。ガス発生器内にイニシエータのみを収める室（イニシエータ室）は隔壁によって画成することができる。ところが、燃焼室にて発生したガスがガス発生器外部に放出されるまでにイニシエータ室を経由することがない場合、イニシエータ室を画成する隔壁に設けられる孔によっては本願明細書にいうガス流量規制手段は構成されない。
更に詳しく説明する。
本発明における各ガス流量規制手段の開口面積は、ガス発生器が適正な燃焼性能が発揮できるように適宜調整される。ガス流量規制手段の開口面積は、使用されるガス発生剤の燃焼特性に左右され、また、ガス発生剤の燃焼特性は、ガス発生剤の形状、組成により変化する。通常、ガス発生剤の燃焼速度が速い場合や、ガス発生剤表面積が大きい場合には、ガス流量規制手段の面積はより大きくなり、ガス発生剤の燃焼速度が遅い場合や、ガス発生剤表面積が小さい場合には、ガス流量規制手段面積はより小さくなる。また、適正なガス流量規制手段の開口面積は、燃焼室からガス発生器外部へガスが放出される経路上に存在する、いずれの箇所で調整されてもよい。
本発明のガス発生器においては、燃焼室からガス発生器外部へガスが放出される経路上に存在する少なくとも２箇所以上のガス流出を規制するガス流量規制手段の開口面積のうち、開口面積の一番小さい開口面積をＡとした場合（同じ開口面積のガス流量規制手段が複数ある場合は任意の１）、その次に大きな開口面積Ｂ（同じ開口面積のガス流量規制手段が複数ある場合はＡとしなかったガス流量規制手段、但し該ガス流量規制手段が複数の場合は任意の１）が１×Ａから１．５×Ａの間に調整されているのが好ましく、さらに好ましくは、ガス流量規制手段面積Ｂが１×Ａから１．３×Ａの間に調整されているのがよい。これにより、ガス発生器の圧力カーブは、５０ｍｓ〜６０ｍｓまでに圧力の上昇が終了し、圧力カーブが直線的、あるいは下に凸の円弧を描くような形となる。
ガス流量規制手段を構成する孔はいずれの形状でもよく、たとえば円形、四角形等があげられる。また、ひとつの室に配置された（ひとつの隔壁に設けられた）孔はすべて同一の形状でなくてもよい。
開口面積が一番小さいガス流量規制手段が設けられた隔壁までに形成される空間の容積と、２番目に小さい開口面積のガス流量規制手段が設けられた隔壁までに形成される空間の容積の比は、２つの容積のうち、ガス発生剤を含む室群ａ、もう一方をｂとした場合、ａ：ｂ＝１：２〜１０：１の容積比に調整されている形態が好ましい。また、ガスの流量規制手段の開口面積（１番小さいもの）を有する孔もしくは開口面積（２番目に小さい）を有する孔が、前記室から前記ガス発生器外に連通しているものが好ましい。
また、ガス発生器内の防湿などのために、孔にはアルミなどからなるシールテープを設けることができる。シールテープは複数ある孔のいずれに設けてもよいが、最外部の孔に設けるのが好ましい。シールテープはガス発生剤からのガスの圧力によって破断され、孔は開放されるようになる。
ガス発生器のガス発生剤が、燃焼により多量の固体残渣を生成したり、多量の燃焼熱を放出する場合（例えば、固体のガス発生剤を用いる場合）には、固体残渣を捕集し、高温ガスを冷却するためのフィルタ部材を用いるのが好ましい。また、フィルタ部材によって固体残渣が孔を閉塞するのを防ぐことができる。フィルタ部材はガス発生器のいずれの場所に配置されてもよく、また、個数も限定されない。フィルタの形状は、四角形、円盤状、円筒状、三角錐等いずれの形状でもよい。
フィルタ部材は鉄などの鋼材で構成され、具体的には、平織り金網、エキスパンドメタル、パンチングプレート等が挙げられる。捕集手段の目開きは、好ましくは０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、さらに好ましくは０．７ｍｍ〜４．０ｍｍである。
ところで、従来、ガス発生剤は、温度によりその燃焼性が変化し、低温下においては圧力の立ち上がりが遅く、エアバッグの膨らみは緩やかなものとなり、また、高温下では圧力の立ち上がりが速く、エアバッグが急速に展開する。そのため、低温域から高温域に亘ってガス発生器の出力を良好なものに調整するのは困難であった。
本発明のガス発生器では、ガス流量規制手段のいずれかに、圧力により開口面積を調整する手段（開口面積調整手段）を設けることにより、低温域から高温域に亘ってガス発生器の出力を良好なものに調整することができる。即ち、低温下ではガス流量規制手段開口面積が小さく、高温下では大きくなるように調整する手段を設ける。これにより、ガス発生剤の温度による燃焼性変化を小さくすることができる。低温下においては、開口面積が小さくなるために、燃焼室内の圧力増加割合が大きくなり、ガス発生剤の燃焼速度を増加させる。高温下においては、開口面積が大きくなるために、燃焼室内の圧力増加割合が小さくなり、ガス発生剤の燃焼速度を低下させる。このため、温度変化の少ないガス発生器の燃焼性能を可能とする。
開口面積調整手段の具体例としては、孔に貼り付けられたシールテープの破断圧力を変化させる方法が好ましい。
シールテープの破断圧力を変化させる方法として、シールテープの厚みを変化させたり、あるいは材質を変化させたりする方法がある。また、孔の開口面積を変化させる方法も好ましい。同一のシールテープを用いた場合、開口面積の大きな孔の方がより低圧下で開口しやすく、開口面積の小さな孔はより高圧化で開口する。
また、これら両者の手段を組み合わせた方法も効果的である。
これらシールテープの破断圧力を変化させることにより、燃焼室内の圧力の立ち上がりにしたがって、まず、最も破断圧力の低いシールテープが設けられた孔が開口し、次に破断圧力の低いシールテープが設けられた孔が開口する。このようにして圧力にガス流量規制手段の開口面積を調整することができる。
開口面積調整手段についてさらに詳細に述べる。孔の開口する臨界圧力は、２段階以上のいくらでもよい。たとえば、３段階の温度、−４０℃、２５℃、８５℃における作動条件について３段階のガス流量規制手段開口面積を調整する場合について説明する。上記の各温度において作動させたガス発生器（開口面積を調整する機構はなし）の燃焼室内の圧力最大値をそれぞれＰｍａｘ（−４０℃）、Ｐｍａｘ（２５℃）、Ｐｍａｘ（８５℃）、とすると、Ｐｍａｘ（−４０℃）以下の圧力で開口する孔と、Ｐｍａｘ（−４０℃）より高く、Ｐｍａｘ（２５℃）より低い圧力で開口する孔と、Ｐｍａｘ（２５℃）より高く、Ｐｍａｘ（８５℃）より低い圧力で開口するようにそれぞれの孔の破断圧力を設定する形態が好ましい。
本発明のガス発生器に用いられるガス発生剤について説明する。ガス発生剤は、例えば燃料として含窒素有機化合物（例えば硝酸グアニジン）、テトラゾール類、ニトログアニジン等が挙げられ、酸化剤として無機化合物（例えば硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅、硝酸アンモニウム）の組み合わせによる非アジド系組成物が好ましい。また、ガス発生剤は、バインダーを含むことができる。バインダーとしては、例えば、合成ヒドロタルサイトが挙げられる。形状は製造コストが低く、大量に量産可能である円柱状、球状、直方体等の形状が好ましい。直径に対して厚みの薄いディスク状、あるいは単孔、多孔円筒状なども用いることができるが、成形体の強度が低かったり、また形状が複雑なためコストがかかったり、ガス発生剤の装填密度が低いなどの不利な点もある。
ここで、一般的な火薬類の燃焼理論から、ガス発生剤のガス発生量は、形状によりある程度推定が可能である（エネルギー物質ハンドブック、初版、ｐ３２０、共立出版（株））。上記のように、円柱状等に代表される単純な形状を有するものは製造コストが低いかわりに、燃焼するにつれてガス発生量が少なくなるという特性を持っている。これより、通常のガス発生器に用いた場合には、燃焼初期のガス発生最が多く、６０リットルタンクテストにおける急激な圧力の立ち上がりを招いており、加害性の高いガス発生器となっていた。
しかしながら、本発明ガス発生器においてはこのような燃焼特性を持つガス発生剤に対してもソフトインフレーションを実現することが可能であり、ガス発生剤形状の選択肢が増えるばかりか、低コストでガス発生剤を製造可能である。
即ち、本発明のガス発生器は、次の関係を満たすような形状に成形された、製造上のメリットが多いながらもガス発生器の出力調整には不向きなガス発生剤に好適である。
Ｆ（ｚ）＝ガス発生剤燃焼表面積／ガス発生剤初期表面積
ｚ＝ガス発生剤燃焼重量／ガス発生剤初期重量
とした場合に、
ｚ＝０．４のときに、Ｆ（ｚ）＝０．６〜０．９
ｚ＝０．６のときに、Ｆ（ｚ）＝０．５〜０．８
上記の関係式は、ｚが０．４や０．６などの、トータルの発生ガス量から見たガス発生剤の燃焼の中盤において、ガス発生剤の表面積が初期（ガス発生剤の燃焼開始時）に比べて０．６〜０．９や０．５〜０．８と減少することを示す。表面からの燃焼するガス発生剤においては、単位時間当りの燃焼領域（発生ガス量）が減少する傾向にあることを意味する。このような関係を満たす形状としては代表的なものは、円柱状のもの、あるいはタブレット（錠剤）状のものである。また、ガス発生剤の形状としては、ディスク状やマカロニ状（単孔円筒状）等も知られているが、これらは燃焼に伴う表面積の減少が小さく、上記の関係式で言えばｚ＝０．４のときにＦ（ｚ）は０．９を超え１に近似できる。また、レンコン状（複数孔円筒状）では、燃焼に伴い表面積が増加する傾向を有するので、上記の関係式で言えばｚ＝０．４のときにＦ（ｚ）は１を超える。もちろん、これらの上記関係式を満たさないガス発生剤は、いずれも本発明のガス発生器に利用できることはいうまでもなく、上記関係式を満たさないようなガス発生剤を、ディスク状を用いた場合と同様に利用できるのが、本発明のガス発生器の優れた特質であるといえる。
次に、本発明のガス発生器の実施形態例を、第１図〜第５図を参照して説明する。
第１図に本発明の第１の実施形態例に係るガス発生器の断面図を示す。第１図において、ガス発生器Ｄ１は、運転席用エアバッグを膨張展開させるもので、短尺円筒状のハウジング１と、ハウジング１内に嵌挿され内部に燃焼室８を画成する内筒材７と、ハウジング１内の内筒材７外側に配置されるフィルタ部材１３と、燃焼室８内に装填されているタブレット状のガス発生剤４を燃焼させる点火手段２０とを備えている。
ハウジング１は、上容器２と下容器３とを溶接により接合することで閉鎖された構造である。
上容器２は、コップ状をしており、側筒部２ｂの周囲に亘って、複数のガス放出孔１０がハウジング１の軸心に垂直な方向に開口している。
下容器３は、皿状をしており、内筒材７を位置決めする第１側筒部３ａと、上容器２の側筒部２ｂの端部と接合される第２側筒部３ｂと有しており、更に外周側には周外方に向かってフランジ３ｃが形成されている。また、下容器３の中心部には、点火手段２０を取り付けるための取付部３ｄが形成されている。
内筒材７は、ハウジング１内において上容器２内側から下容器３内側に亘って配設されており、下容器３側において第１段部３ａの内周に接している。また、内筒材７は、周囲に亘って、内筒材７内外に連通するガス通過孔１２が軸心に垂直な方向に開口している。
内筒材７の内周側はガス発生剤４が装填された燃焼室８となっており、さらに燃焼室８の中心部に、点火手段２０が下容器３に配設されている。
また、内筒材７の外周と上容器２の側筒部２ｂの内周との間にはフィルタ室５が形成されており、フィルタ室５内には上容器２および下容器３にそれぞれ接する２つの固定具２１によって固定されるフィルタ部材１３が配置されている。
フィルタ部材１３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安価に製作される。フィルタ部材１３はその両端部に取り付けられた固定具２１と共に上容器２内側から下容器３内側の全域に亘って配置されており、フィルタ部材１３内周の燃焼室８内のガス発生剤４の燃焼によって生じたガスは、フィルタ部材１３を通じてガス発生器Ｄ１外に放出されるようになっている。
点火手段２０は、伝火薬２４と、伝火薬２４を収納する伝火薬カップ２２と、スクイブ２３と、スクイブを保持するスクイブホルダ２５とからなり、スクイブ２３を保持したスクイブホルダ２５をスクイブ２３が伝火薬２４に対峙するように嵌挿し固定されている。そして、スクイブホルダ２５を下容器３の取付部３ｄに固定することにより、点火手段２０が下容器３に取り付けられる。また、伝火薬カップ２２の側筒部の周囲にはガス発生剤４が充填された燃焼室８内に連通する伝火孔２２ａが開口している。
第１図においてスクイブ２３は、ピン型スクイブを図示しているが、ピン型スクイブの他に、ピッグテイル型スクイブ等を用いることもできる。
さらに、ハウジング１内において燃焼室８を画成する第１の隔壁となる内筒材７に設けられた複数のガス通過孔１２によって第１ガス流量規制手段が形成されており、燃焼室８外側において内筒材７とともにフィルタ室５を画成する第２の隔壁となる上容器２の側筒部２ｂに設けられた複数のガス放出孔１０によって第２ガス流量規制手段が形成されている。そして、第１ガス流量規制手段の開口面積Ｓ１と第２ガス流量規制手段の開口面積Ｓ２の関係が、Ｓ１≦Ｓ２＜１．５×Ｓ１、又は、Ｓ２≦Ｓ１＜１．５×Ｓ２、となるように調製されている。
この様に構成されるガス発生器Ｄ１は、ステアリングホイール内に装着されたエアバッグモジュールに組み込まれる。そして、ガス発生器Ｄ１の点火手段２０は、図示省略する車両側コネクタにそれぞれ接続され、制御部に接続される。制御部は、自動車の衝突を検出する衝突センサ（加速度センサ）と、点火手段２０のスクイブ２３に通電する昇圧回路と、バックアップコンデンサと、スクイブ（点火器）駆動回路とで構成され、マイクロコンピュータで制御される。
そして、制御部に接続されたガス発生器Ｄ１は、図示しない衝突センサが自動車の衝突を検出することで、先に点火させる点火器２３に接続されているスクイブ駆動回路によってスクイブ２３のみが作動（通電発火）して、燃焼室８内のガス発生剤４を燃焼させることで、高温ガスを発生させる。
燃焼室８内で発生した高温ガスは、まず、燃焼室からガス発生器外部に放出される経路上にある第１の隔壁である内筒材７に設けられたガス通過孔１２によって形成されている第１ガス流量規制手段を通じて、フィルタ室５内に噴出される。この時、第１ガス流量規制手段の開口面積Ｓ１が適度なものに設定されているので、燃焼室８内の圧力がガス発生剤４の燃焼に適したものに維持される。
続いて、フィルタ室５内に流れ込んだガスは、フィルタ部材１３に流入し、スラグ捕集や冷却がなされた後に、燃焼室からガス発生器外部に放出される経路上にある第２の隔壁である上容器２の側筒部２ｂに設けられたガス放出孔１０によって形成されている第２ガス流量規制手段を経て、ガス発生器Ｄ１外に放出される。この時、第２ガス流量規制手段の開口面積Ｓ２が、Ｓ１に対して前述のとおりに調整されているため、ガス発生器Ｄ１は、６０リットルタンクテストにおいて、圧力が直線的に立ち上がり、エアバッグ用ガス発生器として最適なガス放出性能を発揮する。また、ガス発生器Ｄ１では燃焼に伴う燃焼面積の減少が顕著なタブレッド型のガス発生剤４を用いているが、それによる影響はほとんど生じない。
次に、本発明の他の実施形態におけるガス発生器について、第２図を参照しつつ説明する。
第２図に示すガス発生器Ｄ２において、第１図に示すガス発生器Ｄ１と異なる点は、仕切板１５、仕切板１６によって、燃焼室８、フィルタ室５が上下に燃焼室８ａと８ｂ、フィルタ室５ａと５ｂに仕切られている点である。その他の点は第１図のガス発生器Ｄ１と同様であるため、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
燃焼室８を上下に仕切る仕切板１５は、内筒材７の内周面に沿って設けられており、燃焼室８ａと８ｂが画設されている。そして、燃焼室８ａ、８ｂにはそれぞれガス発生剤４を燃焼させるための点火手段２０ａ、２０ｂが設けられている。そして、仕切板１５の略中心部において、点火手段２０ａの取付部２５ａに接合するように下容器３側に筒状部１５ａを有している。
フィルタ室５を上下に仕切る仕切板１６は、内筒材７の外周面と上容器２の側筒部２ｂの内周面との間に設けられており、フィルタ室５ａと５ｂが画設されている。そして、フィルタ室５ａ、５ｂにはそれぞれフィルタ部材１３ａ、１３ｂが配置されている。
そして、内筒材７には、燃焼室８ａ、８ｂとフィルタ室５ａ、５ｂ間に連通するようにそれぞれ開口するガス通過孔１２ａ、１２ｂが設けられており、更に、上容器２の側筒部２ｂには、各フィルタ室５ａ、５ｂからガス発生器Ｄ２外部に連通するガス放出孔１０ａ、１０ｂがそれぞれハウジング１の軸心に垂直な方向に開口している。
この様に、ガス発生器Ｄ２では、燃焼室８を画成する第１の隔壁となる内筒材７に設けられた複数のガス通過孔１２ａ、１２ｂによって第１ガス流量規制手段（以下、燃焼室８ａに対する第１ガス流量規制手段ａと称し、燃焼室８ｂに対する第１ガス流量規制手段を第１ガス流量規制手段ｂと称して、区別することがある。後述する第２ガス流量規制手段においても同様。）が形成されており、燃焼室８外側において内筒材７とともにフィルタ室５を画成する第２の隔壁となる上容器２の側筒部２ｂに設けられた複数のガス放出孔１０ａ、１０ｂによって第２ガス流量規制手段がそれぞれ形成されている。そして、第１ガス流量規制手段ａの開口面積Ｓ１と第２ガス流量規制手段ａの開口面積Ｓ２の関係および第１ガス流量規制手段ｂの開口面積Ｓ１と第２ガス流量規制手段ｂの開口面積Ｓ２の関係のどちらか、好ましくは双方が、Ｓ１≦Ｓ２＜１．５×Ｓ１、又は、Ｓ２≦Ｓ１＜１．５×Ｓ２、となるように調製されている。
そのため、ガス発生器Ｄ２は、６０リットルタンクテストにおいて、圧力が直線的に立ち上がり、エアバッグ用ガス発生器として最適なガス放出性能を発揮する。また、ガス発生器Ｄ２では燃焼に伴う燃焼面積の減少が顕著なタブレット型のガス発生剤４を用いているが、それによる影響はほとんど生じない。
次に、本発明の他の実施形態におけるガス発生器について、第３図を参照しつつ説明する。
第３図に示すガス発生器Ｄ３において、第２図に示すガス発生器Ｄ２と異なる点は、仕切板１６がない点である。その他の点は第２図のガス発生器Ｄ２と同様である。さらに、仕切板１６がないため、内筒材７より外周については第１図に示すガス発生器Ｄ１と同様であるため、これら第１図および第２図と同じ符号を付して詳細説明を省略する。
ガス発生器Ｄ３においては、燃焼室８を画成する第１の隔壁となる内筒材７に設けられた複数のガス通過孔１２ａ、１２ｂによって第１ガス流量規制手段が形成されており、燃焼室８外側において内筒材７とともにフィルタ室５を画成する第２の隔壁となる上容器２の側筒部２ｂに設けられた複数のガス放出孔１０によって第２ガス流量規制手段がそれぞれ形成されている。そして、第１ガス流量規制手段ａの開口面積と第１ガス流量規制手段ｂの開口面積の和Ｓ１と第２ガス流量規制手段の開口面積Ｓ２の関係が、Ｓ１≦Ｓ２＜１．５×Ｓ１、又は、Ｓ２≦Ｓ１＜１．５×Ｓ２、となるように調製されている。
そのため、ガス発生器Ｄ３は、６０リットルタンクテストにおいて、圧力が直線的に立ち上がり、エアバッグ用ガス発生器として最適なガス放出性能を発揮する。また、ガス発生器Ｄ３では燃焼に伴う燃焼面積の減少が顕著なタブレット状のガス発生剤４を用いているが、それによる影響はほとんど生じない。
次に、本発明の他の実施形態におけるガス発生器について、第４図を参照しつつ説明する。
第４図に本発明の実施形態例に係るガス発生器の断面図を示す。第４図において示すガス発生器Ｐ１は、主として助手席用のエアバッグを膨張展開させるものである。
ガス発生器Ｐ１は、ハウジング１と、ハウジング１の一方の軸端部に装着される点火手段２０と、この点火手段２０と、ハウジング１を燃焼室３８と、フィルタ室５とに区画する仕切板３７と、燃焼室３８内の内周部に装填されているタブレット状のガス発生剤４とを備えてなる。
ハウジング１は、両端が開口する外筒材３２と、外筒材３２の一端側を閉鎖する蓋板３６と、蓋部材３４とで構成されている。このハウジング１は、蓋板３６と、蓋部材３４とを外筒材３２内の各開口側に嵌挿して、内部に密封空間を形成する構造である。そして、ハウジング１は、蓋板３６と蓋部材３４とを各軸端部として、両端を閉鎖した長尺円筒状にされている。そして、このハウジング１の内部の密封空間は、仕切板３７によって燃焼室３８とフィルタ室３５の２室に区画されている。そして、燃焼室３８内にはガス発生剤４が、フィルタ室３５には中空円筒状のフィルタ部材３３がそれぞれ配置されている。
仕切板３７は、段付部を有し、ハウジング１の軸心上にガス通過孔４２が形成されている。このガス通過孔４２は、燃焼室３８とフィルタ室３５を連通可能にしている。仕切板３７は、外筒材３２の所定位置に、外筒材３２を外周側よりかしめて固定された後に溶接している。
ガス通過孔４２は、仕切板３７に貼着されるバーストプレート４３により閉鎖されている。バーストプレート４３は、アルミ等の金属箔により形成され、燃焼室３８内の防湿と内圧調整の役割を果たす。
外筒材３２のフィルタ室３５側には、フィルタ室３５内とガス発生器Ｐ１外とを連通する複数のガス放出孔１１が形成されている。各ガス放出孔１１は、外筒材３２の軸方向及び周方向に所定間隔ごとに形成されている。
点火手段２０は、伝火薬２８と、伝火薬２８を収納するノズル部を有する伝火薬カップ２７と、スクイブ２３と、スクイブを保持するスクイブホルダ２６とからなり、スクイブ２３を保持したスクイブホルダ２６をスクイブ２３が伝火薬２８に対峙するように嵌挿し固定されている。そして、蓋部材３４には、点火手段２０を取り付けるための取付部３４ｄが設けられており、スクイブホルダ２６をこの取付部３４ｄに固定することにより、点火手段２０が蓋部材３４に取り付けられる。また、伝火薬カップ２７のノズル部の側面には燃焼室３８内に連通する伝火孔２７ａが軸方向および周方向に亘って複数開口している。
フィルタ部材３３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安価に製作される。フィルタ部材３３は仕切板３７から蓋板３６までの略全域に設けられており、燃焼室３８内のガス発生剤４の燃焼によって生じたガスは、フィルタ部材３３を通じてガス発生器Ｐ１外に放出されるようになっている。
燃焼室３８には、円筒状の間切材３９が、伝火薬カップ２７の外周と仕切板２７の段付部に亘って嵌合されており、間切材３９外周と外筒材３２内周との間にガス発生剤４が充填されている。そして、間切材３９は、平織り金網で構成されており、ガス通過孔４２、ガス放出孔１１に対して、十分な開口目開きを有している。
そして、ハウジング１内において燃焼室３８を画成する第１の隔壁となる仕切板３７に設けられたガス通過孔４２によって第１ガス流量規制手段が形成されており、燃焼室３８外側において仕切板３７とともにフィルタ室３５を画成する第２の隔壁となる外筒材３２に設けられた複数のガス放出孔１１によって第２ガス流量規制手段が形成されている。そして、第１ガス流量規制手段の開口面積Ｓ１と第２ガス流量規制手段の開口面積Ｓ２の関係が、Ｓ１≦Ｓ２＜１．５×Ｓ１、又は、Ｓ２≦Ｓ１＜１．５×Ｓ２、となるように調製されている。
次に、ガス発生器Ｐ１の作動について、第４図により説明する。
衝突センサが自動車の衝突を検出すると、第４図に示すように、ガス発生器Ｐ１の点火手段２０のスクイブ２３を通電発火させる。スクイブ２３の発火による火炎は、伝火薬カップ２７内に噴出され、伝火薬２８を着火燃焼させる。伝火薬カップ２７内には、火炎等の熱及び高温ガスが発生し、これらの熱エネルギーにて伝火薬カップ２７のノズル部に充填されている伝火薬２８側へ瞬時に燃焼が進行し、伝火孔２７ａから火炎が間切材３９の内周に噴出し、間切材３９を通じて、ガス発生剤４が着火燃焼し、ガスの発生が開始される。ガス発生剤４の燃焼により生じたガスは再び間切材３９を通じて間切材３９の内周に噴出し、燃焼室３８内の圧力が上昇する。やがて、燃焼室３８内の圧力が所定圧力に達すると、仕切板３７に設けられたバーストプレート４３が破裂する。そして、ガスは、第１の隔壁である仕切板３７に設けられたガス通過孔４２によって形成されている第１ガス流量規制手段を通じて、フィルタ室３５内に流入する。この時、第１ガス流量規制手段の開口面積Ｓ１が適度なものに設定されているので、燃焼室３８内の圧力がガス発生剤４の燃焼に適したものに維持される。
フィルタ室３５内に流入した高温ガスは、フィルタ室３５のフィルタ部材３３の中空部を経て、フィルタ部材３３内に軸方向全域から流入し、ここでスラグ捕集と冷却を経て、第２の隔壁である外筒材３２に設けられたガス放出孔１１によって形成される第２ガス流量規制手段を経てガス発生器Ｐ１外に放出される。この時、第２ガス流量規制手段の開口面積Ｓ２が、Ｓ１に対して前述のとおりに調整されているため、ガス発生器Ｐ１は、６０リットルタンクテストにおいて、圧力が直線的に立ち上がり、エアバッグ用ガス発生器として最適なガス放出性能を発揮する。また、ガス発生器Ｐ１では燃焼に伴う燃焼面積の減少が顕著なタブレット型のガス発生剤４を用いているが、それによる影響はほとんど生じない。
次に、本発明の他の実施形態におけるガス発生器について、第５図を参照しつつ説明する。
第５図に示すガス発生器Ｐ２において、第４図に示すガス発生器Ｐ１と異なる点は、仕切板４５によってフィルタ室を分割した点であり、分割された各フィルタ室３５ａ、３５ｂの仕切板４５の反対側は第４図に示すガス発生器Ｐ１と同様の構造である。即ち、ガス発生器Ｐ２は、２つのガス発生器Ｐ１を蓋板３６同士を共通の部材として一体化しものといえるので、２つの燃焼室、フィルタ室、仕切板、仕切板に設けられたガス通過孔を、ガス発生器Ｐ２の仕切板４５から両軸端にそれぞれ向ってガス発生器Ｐ１相当構造で区別して、３８ａおよび３８ｂ、３５ａおよび３５ｂ、３７ａおよび３７ｂ、４２ａおよび４２ｂと、それぞれ符号を付し、外筒材３２に設けられるガス放出孔１１についても、フィルタ室３５ａに連通するものをガス放出孔１１ａ、フィルタ室３５ｂに連通するものをガス放出孔１１ｂと符号を付した他は、第４図のガス発生器Ｐ１と同様であるため、同じ符号を付して詳細説明を省略する。
ガス発生器Ｐ２では、燃焼室３８ａを画成する第１の隔壁となる仕切板３７ａに設けられたガス通過孔４２ａによって第１ガス流量規制手段ａが、同様に、燃焼室３８ｂを画成する第１の隔壁となる仕切板３７ｂに設けられたガス通過孔４２ｂによって第１ガス流量規制手段ｂがそれぞれ形成されている。また、燃焼室３８ａ外側において仕切板３７ａとともにフィルタ室３５ａを画成する第２の隔壁となる外筒材３２に設けられた複数のガス放出孔１１ａによって第２ガス流量規制手段ａが、同様に、第２ガス流量規制手段ｂがそれぞれ形成されている。そして、第１ガス流量規制手段ａの開口面積Ｓ１と第２ガス流量規制手段ａの開口面積Ｓ２の関係および第１ガス流量規制手段ｂの開口面積Ｓ１と第２ガス流量規制手段ｂの開口面積Ｓ２の関係のどちらか、好ましくは双方が、Ｓ１≦Ｓ２＜１．５×Ｓ１、又は、Ｓ２≦Ｓ１＜１．５×Ｓ２、となるように調製されている。
そのため、ガス発生器Ｐ２は、６０リットルタンクテストにおいて、圧力が直線的に立ち上がり、エアバッグ用ガス発生器として最適なガス放出性能を発揮する。また、ガス発生器Ｐ２では燃焼に伴う燃焼面積の減少が顕著なタブレット型のガス発生剤４を用いているが、それによる影響はほとんど生じない。
なお、上記の第１図〜第５図に示すガス発生器Ｄ１〜Ｄ３、Ｐ１〜Ｐ２では、ガス発生剤としては固体のガス発生剤を採用した例（パイロ方式）を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述の通り、固体ガス発生剤と不活性気体を採用するいわゆるハイブリッド方式や、固体ガス発生剤と酸化性ガス、可燃性気体、可燃性の液体などを採用することができる。本発明では、ガス発生剤としてはパイロ方式を採用するのが好ましい。
また、上記の第１図〜第５図に示すガス発生器Ｄ１〜Ｄ３、Ｐ１〜Ｐ２では、ガス流量規制手段のいずれか（但し、複数のガス通過孔又は複数のガス放出孔からなるガス流量規制手段）に開口面積調整手段を設けることができ、これにより温度変化の少ないガス発生器の燃焼性能が得られる。
（実施例）
以下、本発明の効果を実施例により更に詳細に説明する。
使用したガス発生器：第４図に示すガス発生器Ｐ１
使用したガス発生剤：
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５２．９重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：３０．８重量部（５０％粒径、１３μｍ）、及び塩基性硝酸銅：１０．９重量部（５０％粒径１０μｍ）、バインダとして合成ヒドロタルサイト：２．７重量部（５０％粒径、１０μｍ）をＶ型混合機により乾式混合して混合物を得た。次に、シラン化合物としてＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン：２．７重量部を、前記混合物に対して、１０重量％の水で希釈し、この水溶液を噴霧しながら前記混合物に添加し、その後湿式造粒を行い、粒径１ｍｍ以下の顆粒状にし、この顆粒を９０℃で１５時間乾燥した後、回転式打錠機で直径５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの形状にプレス成形し、その後、１０５℃で１５時間乾燥させたガス発生剤（錠剤）。
使用したガス発生剤重量：１００ｇ
使用したフィルタ重量  ：２５０ｇ
使用したエンハンサ剤  ：Ｂ／ＫＮＯ３；重量：２．０ｇ
以上の条件で、ガス発生器Ｐ１の燃焼室３８を画成する第１の隔壁となる仕切板３７に設けられたガス通過孔４２の開口面積（第１ガス流量規制手段の開口面積Ｓ１）と、燃焼室３８外側において仕切板３７とともにフィルタ室３５を画成する第２の隔壁となる外筒材３２に設けられた複数のガス放出孔１１の開口面積（第２ガス流量規制手段の開口面積Ｓ２）を、第１０図のように調製し、実施例１及び２並びに比較例１及び２とした。
６０リットルタンクテスト：
実施例１〜２及び比較例１〜２のガス発生器について６０リットルタンクテストを行った。その結果を、第１１図及び第６図〜第９図（実施例１については第６図、実施例２については第７図、比較例１については第８図、比較例２については第９図）に示す。
第１１図及び第６図〜第９図の結果から、実施例、比較例はいずれもタンク最大圧力Ｐｍａｘがおよそ４００ｋＰａであるのに対して、実施例の場合は、タンク最大圧力に達するまでの時間ｔＰｍａｘが、５０〜６０ｍｓの間になっているのに対して、比較例は８０〜９０ｍｓである。また、実施例においては、２０ｍｓにおけるタンク圧力Ｐｔ２０が１６０ｋＰａ程度であるのに対して、比較例ではそれ以上となっている。これは、実施例において、タンクテストにおけるタンク圧力カーブがより直線状になっていることを示しており、ガス発生器として最適なガス放出性能を発揮することがわかった。
産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、本発明のガス発生器は、低コストで、ソフトインフレーションを可能にし、かつ広い温度範囲で安定した出力の作動を実現する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係わるガス発生器の一例の概略断面図である。第２図は、本発明に係わるガス発生器の一例の概略断面図である。第３図は、本発明に係わるガス発生器の一例の概略断面図である。第４図は、本発明に係わるガス発生器の一例の概略断面図であり、各実施例及び各比較例で使用したガス発生器の概略断面図でもある。第５図は、本発明に係わるガス発生器の一例の概略断面図である。第６図は、実施例１における６０リットルタンクテストの結果を示すグラフである。第７図は、実施例２における６０リットルタンクテストの結果を示すグラフである。第８図は、比較例１における６０リットルタンクテストの結果を示すグラフである。第９図は、比較例２における６０リットルタンクテストの結果を示すグラフである。第１０図は、実施例及び比較例に使用したガス発生器の開口面積を示す表である。第１１図は、実施例及び比較例のガス発生器の６０リットルタンクテストの結果をまとめて示す表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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