JPH09510429A - ガス発生噴射剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 硝酸グアニジンと；過塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から選択される酸化剤と；流動促進剤と；結合剤とから本質的に成るガス発生噴射剤ミックス（２４）を提供する。点火時に、この噴射剤ミックスは典型的に約８００℃を越える高温において窒素、二酸化炭素及び水蒸気を発生する。この噴射剤ミックスは例えば塩素酸カリウムのような第２ソースからの酸素放出を増強する、増強式ガス発生器に特に有用である。噴射剤ミックスは高度に毒性の化合物を含まず、自動車エアバッグに特別な用途を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス発生噴射剤 本発明はガス発生噴射剤（gas generating propellant）に関する。より詳し くは、硝酸グアニジンと、特定の酸化剤、過塩素酸カリウム又は過塩素酸アンモ ニウムとの混合物は、点火時に、窒素、二酸化炭素及び水蒸気を発生する。 ガス発生化合物は、点火時に、多量のガスを放出する。ガス放出化合物の１カ テゴリーはグアニジン（ＨＮ＝Ｃ（ＮＨ₂）₂）ベースド（based）化合物を増感 剤及び／又は酸化剤と混合して用いる。例えばＨｏｌｍへの米国特許第２，１６ ５，２６３号は、結合剤中にニトログアニジンを含むガス発生化合物を開示する 。ニトログアニジンの一部を硝酸グアニジン（Ｈ₂ＮＣ（ＮＨ）ＮＨ₂・ＨＮＯ₃ ）と置換することができる。典型的な結合剤はニトロセルロースと酢酸セルロー スとを含む。 Ｐｒｉｏｒ等への米国特許第３，７１９，６０４号は、例えば塩素酸カリウム のような酸素放出化合物と、例えば硝酸アンモニウム及び硝酸グアニジンのよう な、ガス放出化合物との混合物を開示する。 Ｇｏｄｆｒｅｙへの米国特許第３，７３９，５７４号は、酸化クロム触媒の存 在下で分解する、硝酸グアニジンと硝酸アンモニウムとの混合物を含むガス発生 剤を開示する。 上記混合物は多量の酸素ガスと窒素ガスとを放出する。しかし、ガス量とガス 温度とは、自動車パッセンジャー（passenger）拘束系（restraint system）に 用いるような、増強式（augmented）エアバッグに用いるために不充分である。 このようなエアバッグの第１コンパートメントでは、アジドと酸化剤との混合物 の点火によって、高温の窒素ガスが放出される。開示された混合物の１種類はア ジ化ナトリウムと過塩素酸カリウムとである。放出される窒素は有孔プレートを 通って、圧縮ガスを含む第２コンパートメント中に達する、この圧縮ガスは第１ コンパートメントで放出される高温窒素ガスにさらされると膨張する。第３コン パートメントでは、ガスがエアバッグを膨張させて、自動車パッセンジャーを拘 束する。 アジ化ナトリウムは安全に取り扱うことが困難であり、有害である。エアバッ グの組み立ては制御された環境下で実施しなければならず、膨張しないエアバッ グシリンダーの処分は困難である。 硝酸グアニジンは取り扱いやすく、アジ化ナトリウムほど有害ではない。硝酸 グアニジンベースドエアバッグ成分の開発は製造と輸送との安全性を改良し、処 分の環境問題を減ずると考えられる。 高温において多量の無毒性ガスを放出するガス発生噴射剤を提供することが、 本発明の目的である。この噴射剤混合物を増強式エアバッグに組み込むことが、 本発明の第２目的である。噴射剤が硝酸グアニジンと酸化剤との混合物であるこ とが、本発明の特徴である。好ましい実施態様では、酸化剤は過塩素酸カリウム か又は過塩素酸アンモニウムのいずれかである。本発明のさらに他の特徴は、噴 射剤ミックスに例えば黒鉛又はカーボンブラックのような流動促進剤（flow fac ilitator）を加えることができることである。本発明のさらに他の特徴は、噴射 剤ミックスに例えば樹脂酸カルシウム（calcium resinate）のような結合剤を加 えることができることである。 点火時に、噴射剤ミックスが約８００℃を越える温度を有する排気ガスを発生 し、このガスが増強式ガス発生器の第２コンパートメントにおける窒素の膨張を 増強することが、本発明の利点である。本発明のさらに他の利点は、放出された ガスが約５３０ｍ／秒を越える速度で移動して、エアバッグの配備（deployment ）速度を高めることである。本発明のさらに他の利点は、噴射剤ミックスに加え る成分がアジ化ナトリウムよりも低毒性であり、取り扱いやすく、より安全に処 分できることである。 したがって、ガス発生噴射剤を提供する。この噴射剤は硝酸グアニジン約５５ 〜約７５重量％と、過塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から 選択される酸化剤約２５〜約４５重量％と、流動促進剤約０．５〜約５．０重量 ％と、結合剤約５重量％までとから本質的に成る。 本発明の第２実施態様によると、増強式エアバッグの成分を提供する。この成 分は第２ガスソースに窒素と、二酸化炭素と、水蒸気との混合物を供給するため に有効である第１ガス発生噴射剤ミックスを含む。このミックスは約８００℃を 越える温度で供給される。 上記目的、特徴及び利点は、以下の明細書と図面とからさらに明らかになると 思われる。 図は、本発明のガス発生噴射剤を用いる増強式エアバッグを横断面図で説明す る。 この図は、増強式エアバッグ１０を横断面図で説明する。増強式エアバッグ１ ０は、一端を閉じた円筒形に形成された、例えば炭素鋼のような、硬質金属ハウ ジング１２を有する。この円筒形は複数個のコンパートメントに分割される。第 １コンパートメント１４は本発明の噴射剤ミックスを含む、これについては、以 下でさらに詳述する。第２コンパートメント１６は例えば１７．２ＭＰａ（２５ ００ｐｓｉ）の圧力下の窒素のような圧縮ガスを含む。このガスは第３コンパー トメントに達して、エアバッグ２２を膨張させる。 本発明の噴射剤ミックス２４は第１コンパートメント１４に含まれる。第１コ ンパートメント１４は円筒形ハウジング１２の閉じた端部と、孔２８を有するプ レート２６とによって画定される。噴射剤ミックス２４は硝酸グアニジン約５５ 〜約７５重量％と；過塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から 選択される酸化剤約２５〜約４５重量％と；流動促進剤約０．５〜約５．０重量 ％と；結合剤約５重量％までとから本質的に成る。適当な流動促進剤には、黒鉛 とカーボンブラックとがある。適当な結合剤の１種は樹脂酸カルシウムである。 好ましい実施態様では、噴射剤ミックスは硝酸グアニジン約５７〜約７１重量 ％と；過塩素酸カリウム約２８〜約４２重量％と；黒鉛約０．５〜約１．５重量 ％とから本質的に成る。結合剤として、約１〜約３重量％の樹脂酸カルシウムも 存在することができる。 最も好ましい組成では、噴射剤ミックスは硝酸グアニジン約６１〜約６７重量 ％と；過塩素酸カリウム約３２〜約３８重量％と；黒鉛約０．５〜約１．５重量 ％とから本質的に成る。上記と同様に、約１〜約３重量％の樹脂酸カルシウムも 存在することができる。 硝酸グアニジンが本発明の最大組成限界を越えて存在する場合には、不完全な 酸化が生じ、過剰な一酸化炭素が発生ガス（output gas）中に存在する可能性が あ る。硝酸グアニジン含量が本発明の限界未満である場合には、エネルギー出力が 不充分であり、第２コンパートメント１６からの窒素の排出を増強するために必 要な温度を生じることができない。さらに、ガスが比較的緩慢に発生するので、 エアバッグ２２の配備速度が低下する。 過塩素酸カリウム含量が本発明の限界を越える場合には、ガス放出量が不充分 であり、エアバッグ２２を完全に配備することができない。過塩素酸カリウム含 量が本発明の限界未満である場合には、不完全な酸化が生じ、過剰な一酸化炭素 が発生ガス中に存在する可能性が生ずる。 流動促進剤は炭素ベースド（carbon based）であることが好ましく、黒鉛又は カーボンブラックであるように選択される。流動促進剤含量が本発明の限界を越 える場合には、炭素の酸化が不充分であり、エネルギー出力の低減と、発生ガス 中に過剰な一酸化炭素が存在する可能性とを生じる。流動促進剤含量が本発明の 限界未満である場合には、不充分な作用性（processability）が結果として生じ る。流動促進剤は硝酸グアニジンと酸化剤との型への流入と、圧縮後の型からの 流出とを促進する。不充分な流動促進剤が存在する場合には、型を正確に充填し て、圧縮された噴射剤ミックスを取り出すことが困難である。 組成の他に、粒度も重要である。硝酸グアニジンの平均粒度は７５μ〜３５０ μ、好ましくは約１００μ〜約２００μの範囲内である。酸化剤の平均粒径は約 ５０μ〜約２００μ、好ましくは約７５μ〜約１２５μの範囲内である。流動促 進剤の平均粒度は約７μ〜約７０μ、好ましくは約１５μ〜約３５μの範囲内で ある。 硝酸グアニジン又は酸化剤の粒度が本発明の最大限界を越える場合には、噴射 剤の燃焼速度が遅すぎて、エアバッグ２２の配備が遅延する。この粒度が本発明 の最小限界未満である場合には、燃焼速度があまりにも迅速すぎて、ガスの制御 放出ではなく、ハウジング１２の爆発的破裂が起こりうる。流動促進剤の平均粒 度が本発明の最大値を越える場合には、不良な潤滑性がその結果であり、流動促 進剤の利点が失われる。流動促進剤の過度に小さい粒度は噴射剤の燃焼性能又は 作用性に影響を与えないが、取り扱いが困難である。 噴射剤ミックス２４は、衝突が検知されるときに、電気センサー（図示せず） によって誘発される電気スキブ（electric squib）３０によって点火される。ス キブ３０は、例えばＨｏｌｅｘ １１９６Ａスキブ（Ｗｉｔｔａｋｅｒ Ｏｒｄ ｎａｎｃｅ（アメリカ合衆国，カリフォルニア州，ホリスター）によって製造） のような、花火技術的に（pyrotechnically）始動される、任意の標準爆発プラ イマー（explosive primer）であることができる。点火時に、噴射剤ミックス２ ４は発熱的に、窒素と二酸化炭素と水蒸気との混合物を発生する。このガス状ミ ックスは孔２８を通して第２コンパートメント１６に供給される。第２コンパー トメント１６における酸素の放出を最大にするために、ガス状混合物を約８００ ℃を越える温度、好ましくは約９００℃〜約１０５０℃の温度で供給する。 エアバッグ２２の迅速な配備のために、ガス状ミックスの迅速な供給が望まし い。ガス状ミックスを第２コンパートメント１６に好ましくは約５３０ｍ／秒〜 約６５０ｍ／秒の速度で、最も好ましくは約５６０ｍ／秒〜約６２５ｍ／秒の速 度で供給する。 本発明の噴射剤ミックスの利点は、下記実施例によってさらに明らかになると 思われる。実施例は例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。 実施例 放出ガスの排出温度及び排出速度を測定するために、硝酸グアニジン６４重量 ％と、過塩素酸カリウム３５重量％と、黒鉛１重量％とから成る噴射剤ミックス をコンピュータモデル化した。温度は９７１℃であり、ガス状混合物の排出速度 は５９３ｍ／秒であった。第１放出ガス混合物は下記の通りであった： Ｈ₂Ｏ １．４４モル Ｎ₂ １．０５モル ＣＯ₂ ０．５３モル Ｈ₂ ０．１３モル ＣＯ ０．０７モル さらに、固体としての塩化カリウム０．１９モルが生成した。放出ガス状ミッ クスの約２％は一酸化炭素であり、これは実質的に酸化されて二酸化炭素になる ので、エアバッグ２２を配備するガスは実質的に安全である。 増強式自動車エアバッグのためのガス放出噴射剤ミックスに関して本発明を説 明したが、本発明は他の形式のエアバッグ並びに、多量のガスの迅速な発生を必 要とする、他の用途にも同様に適用可能であり、例えば消火器及び空気圧装置の ような用途にも有用である。 本発明によって、本明細書で上述した目的、特徴及び利点を完全に満たすガス 放出噴射剤ミックスが提供されたことは、明らかである。本発明をその特定の実 施態様に関連して説明したが、上記説明を考慮するならば、多くの代替え、改良 及び変更が当業者に自明であることは明らかである。したがって、このような代 替え、改良及び変更の全てを下記請求の範囲の要旨と広い範囲とに含まれるもの と見なすように意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．下記成分： 硝酸グアニジン約５５〜約７５重量％と； 過塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から選択される酸化剤 約２５〜約４５重量％と； 流動促進剤約０．５〜約５．０重量％と； 結合剤約５重量％までと から本質的に成るガス発生噴射剤（gas generating propellant）（２４）。 ２．前記流動促進剤が黒鉛とカーボンブラックとから成る群から選択されるこ とを特徴とする、請求項１記載のガス発生噴射剤（２４）。 ３．樹脂酸カルシウム約１重量％〜約３重量％が結合剤として存在することを 特徴とする、請求項２記載のガス発生噴射剤（２４）。 ４．硝酸グアニジン約５７〜約７１重量％と；過塩素酸カリウム約２８〜約４ ２重量％と；黒鉛約０．５〜約１．５重量％とから本質的に成る、請求項２又は 請求項３のいずれかに記載のガス発生噴射剤。 ５．前記硝酸グアニジンの平均粒度が約７５μ〜約３５０μであり、前記過塩 素酸カリウムの平均粒度が約５０μ〜約２００μであり、前記黒鉛の平均粒度が 約７μ〜約７０μであることを特徴とする、請求項４記載のガス発生噴射剤（２ ４）。 ６．窒素と二酸化炭素と水蒸気との混合物を第２ガスソースに供給するために 有効であり、前記混合物を約８００℃を越える温度において供給する第１ガス発 生噴射剤ミックス（２４）を特徴とするエアバッグ（１０）の成分。 ７．前記混合物を約９００℃〜約１０５０℃の温度において供給することを特 徴とする、請求項６記載の成分。 ８．前記混合物を約５３０ｍ／秒〜約６５０ｍ／秒の速度で供給することを特 徴とする、請求項６記載の成分。 ９．前記噴射剤混合物（２４）が硝酸グアニジン約５５〜約７５重量％と；過 塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から選択される酸化剤約２ ５〜約４５重量％と；流動促進剤約０．５〜約５．０重量％と；結合剤約５重量 ％までとから本質的に成ることを特徴とする、請求項８記載の成分。 10．前記流動促進剤が黒鉛とカーボンブラックとから成る群から選択されるこ とを特徴とする、請求項９記載の成分。 11．樹脂酸カルシウム約１重量％〜約３重量％が結合剤として存在することを 特徴とする、請求項９又は請求項１０のいずれかに記載の成分。 12．前記ガス発生噴射剤ミックスが硝酸グアニジン約５７〜約７１重量％と、 過塩素酸カリウム約２８〜約４２重量％と、黒鉛約０．５〜約１．５重量％とか ら本質的に成ることを特徴とする、請求項１１に記載の成分。 13．前記硝酸グアニジンの平均粒度が約７５μ〜約３５０μであり、前記過塩 素酸カリウムの平均粒度が約５０μ〜約２００μであり、前記黒鉛の平均粒度が 約７μ〜約７０μであることを特徴とする、請求項１２記載の成分。