JP2000211987A - ＮＯｘ低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エアバッグ用ガス発生剤の燃焼により発生する
ＮＯｘの量を減少できる方法を提供する。 【解決手段】酸素バランスの違う２種類以上のガス発生
剤を同時に燃焼させることにより、発生するＮＯｘ量を
低減化するＮＯｘ低減方法。酸化性ガスと還元性ガスの
反応により、ＮＯｘ量を減少させる。 【効果】本発明のＮＯｘ低減方法を適用することによ
り、エアバッグ用ガス発生剤の燃焼により発生するＮＯ
ｘの量を、低減することができる。その結果、利用者の
健康に悪影響を及ぼす可能性を低下させることができ、
インフレータシステムの信頼性及び安全性を高めること
ができる。

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、航空機等
に搭載される人体保護のために供せられるエアバッグシ
ステムのインフレータにおいて、エアバッグ用ガス発生
剤の燃焼により発生するＮＯｘ量を減少させるＮＯｘ低
減方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、エアバッグシステムに用いられて
いるガス発生剤の燃料成分としては、アジ化ナトリウム
が周知である。アジ化ナトリウムを用いたガス発生剤
は、分解温度が４００℃以上と高く耐熱性が優れている
し、またその燃焼特性に関して特に問題が無く、広く実
用に供せられている。しかし、アジ化ナトリウムは、例
えば、重金属との反応により爆発性化合物を生成するほ
か、マウスやラットの経口毒性ＬＤ50が２７mg/kgであ
ること等のため に、大量廃棄時に心配される環境汚染
問題があることが知られている。

【０００３】これらの問題を解決する手段として、アジ
化ナトリウムに替わる化合物が検討されている。例え
ば、特公平６−５７６２９号公報には、テトラゾール、
トリアゾールの遷移金属錯体を含むガス発生剤が開示さ
れ；特開平５−２５４９７７号公報には、トリアミノグ
アニジン硝酸塩を含むガス発生剤が開示され；特開平６
−２３９６８３号公報には、カルボヒドラジドを含むガ
ス発生剤が開示され；特開平７−６１８８５号公報には
酢酸セルロースと過塩素酸カリウム及び窒素含有非金属
化合物を含むガス発生剤が開示され；USP5,12 5,684に
は、15〜30％のニトロセルロ−ス等のセルロース系バイ
ンダ−とエネルギ−物質 を含有するガス発生剤が開示
され；特開平４−２６５２９２号公報には、テトラゾー
ル及びトリアゾール誘導体と、酸化剤及びスラグ形成剤
とを組み合わせたガス発生剤組成物が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】含窒素有機化合物から
なるガス発生剤組成物は、一般的に燃焼において、化学
当量分、即ち含窒素有機化合物分子中の炭素、水素、そ
の他の被酸化元素の燃焼に必要な量の酸素を発生させる
だけの酸化剤を用いる際、無機アジド系化合物を用いた
ガス発生剤組成物に比べて発熱量が大きく、燃焼温度が
高く、線燃焼速度が小さく、更に微量の毒性ガスが発生
するという欠点を有している。

【０００５】ガス発生剤の燃焼により発生するガスのう
ち、特に問題となるのはＣＯ及びＮＯｘであ り、これ
らのガスは、有機化合物の燃焼によりほぼ常に発生する
ガスである。ガス発生剤に用いられる有機化合物と酸化
剤の種類により絶対数値は異なるが、完全酸化理論量よ
り有機化合物が多いと発生ガス中の微量ＣＯ濃度が増大
し、有機化合物が完全酸化理論量及びそれ以下になると
発生ガス中の微量ＮＯｘ濃度が増大する。ガス発生剤の
燃焼において両者が完全にゼロになることは無く、両者
の最適バランスが保たれる範囲を探す必要がある。利用
者保護の観点から、発生するＣＯ及びＮＯｘ濃度のさら
なる低減化が求められているものの、効果的な低減化方
法は実用化されていないのが現状であり、特にＮＯｘ濃
度は有機化合物と酸化剤の混合比を変化させてもあまり
減少せず、低減化することは非常に困難である。

【０００６】一般にＮＯｘの低減法として知られている
ものとしては、重油、軽油、石炭、プロパンガス等を燃
焼させるボイラーやバーナーを使用する大型プロセスの
脱硝技術がある。この脱硝技術の代表的なものの一つと
して、下記反応によってＮＯｘを除去するＮＨ３ によ
る選択還元法がある。 ＮＯ ＋ ＮＨ３ ＋ 1/4 Ｏ２ → Ｎ２ ＋ 3/2 Ｈ２ Ｏ この選択還元法をインフレータにおいても利用すること
が考えられるが、ガスであるＮＨ３ （沸点−３３．４
℃）をそのまま還元剤として採用することはできない。

【０００７】しかし、この選択還元法をインフレータに
利用する方法が WO 98/06682 に示されてい る。確か
にＮＯｘ低減の効果は見られるが、ここに示されている
尿素、炭酸アンモニウ ム、カルバミド酸アンモニウム
は耐熱性が悪く、インフレータに要求される高温試験で
は分解や昇華がおこり、実用化できない。また、塩化ア
ンモニウム、硫酸アンモニウム、フッ化アンモニウムは
分解後に塩素、フッ素、硫黄を含んだガスが発生し、好
ましくない。このようにこの技術も問題を抱えており、
充分なものではない。

【０００８】本発明は、エアバッグシステムのインフレ
ータにおいて、利用者保護の見地から、エアバッグ用ガ
ス発生剤の燃焼により発生するＮＯｘ量を低減させ、よ
り安全性を高めることができるＮＯｘ低減方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】また、本発明は、前記ＮＯｘ低減方法を採
用するインフレータシステムを提供することを他の目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ＮＯｘ量を
低減する方法として、選択還元法がある程度の効果を示
すことに着目して研究を重ねた。その結果、選択還元法
がＮＯｘ量を低減化するのは、ガス発生剤の燃焼により
発生するガスと還元性物質から発生するガスの効果的な
反応によるものであることを見出した。そして、この原
理をさらに発展させ、酸化性ガスと還元性ガスの効果的
な反応が上記目的を達成できることを見出し、本発明を
完成した。

【００１１】即ち本発明は、酸素バランスの違う２種類
以上のガス発生剤を同時に燃焼させることにより、発生
するＮＯｘ量を低減化することを特徴とするＮＯｘ低減
方法を提供する。

【００１２】また本発明は、前記のＮＯｘ低減方法を採
用したインフレータシステムを提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】普通、インフレータに入れられる
ガス発生剤は一種類である。ガス発生剤として求められ
る特性を満足するように、燃料、酸化剤、バインダー、
スラグ形成剤、その他の添加物の種類及び量を調整した
ものが用いられる。この時、燃焼後ガス中に発生する微
量の毒性ガスであるＣＯ量及びＮＯｘ量の最適バランス
が保たれる範囲を探すことは非常に重要である。実際に
は、これらのガス成分を調整するためには、ガス発生剤
の酸素バランスを調整することになる。酸素バランスと
は、火薬中の可燃成分が完全燃焼するための酸素の過不
足量のことである。酸素バランスは火薬１ｇ当りの酸素
の過不足量（ｇ）で表される。しかし、これ以上の毒性
ガスの効果的な低減化方法は実用化されていないのが現
状である。

【００１４】そこで、研究の結果、本発明のように、酸
素バランスの違う２種類以上のガス発生剤を同時に燃焼
させることにより、発生するＮＯｘ量を低減化すること
ができることを見出し た。

【００１５】つまりこれは燃焼触媒などにより固相での
燃焼をコントロールするのではなく、酸素バランスの違
う２種類以上のガス発生剤からあえて酸化性ガスと還元
性ガスを発生させ、これらの効果的な反応をコントロー
ルすることで、ＮＯｘ量を低減しようとするものであ
る。ガス発生剤が燃焼中のインフレータ内は、高温、高
圧になっており、これらのガス反応にとっては好適な条
件となっている。

【００１６】この時、使用する２種類以上のガス発生剤
の酸素バランスは、効果があればいかなるものであって
もよいが、-0.2〜+0.2g/gであることが好ましく、-0.1
〜+0.1g/gであることが特に好ましい。

【００１７】また、普通は、酸素バランスがマイナスで
あるガス発生剤とプラスであるガス発生剤の２種類を使
用して、このＮＯｘ低減法を行うことが好ましく、使用
するガス発生剤の酸素バ ランスは、-0.2〜0.0g/gと0.0
〜+0.2g/gであることが好ましく、-0.1〜0.0g/gと0.0〜+
0.1g/gであることが特に好ましい。

【００１８】本発明のＮＯｘ低減法においては、２種類
以上のガス発生剤から発生した燃焼ガスが効果的に反応
する構造になっていれば、ガス発生剤はインフレータ内
のどこに置いてもよい が、ガス発生剤燃焼室に配置す
るのが好ましい。

【００１９】次にインフレータ内における２種類以上の
ガス発生剤の分離又は混合状態であるが、これも特に制
限を受けない。２種類以上のガス発生剤を混同機等でよ
く混ぜて、見かけ１種類 のガス発生剤のようにして取
り扱ってもよいし、完全に分離した状態でインフレータ
内に充填してもよい。混同した場合はガス発生剤を取り
扱いやすいし、より確実なガス反応が 期待できる。
又、分離して取り扱う場合は、それぞれのガス発生剤量
をより正確に秤量できるという利点がある。

【００２０】次に、本発明で使用される非アジド系ガス
発生剤組成物について説明する。

【００２１】本発明で使用される非アジド系ガス発生剤
組成物は、含窒素化合物、酸化剤、必要によりスラグ形
成剤及びバインダーから成るものが好ましい。

【００２２】本発明で用いられる含窒素化合物として
は、グアニジン誘導体、テトラゾール誘導体、ビテトラ
ゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ヒドラジン誘導
体、トリアジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、
ジシアナミド誘導体から成る群から選ばれる１種又は２
種以上の混合物が挙げられる。これらの具体例として
は、ニトログアニジン、硝酸グアニジン、５−アミノテ
トラゾール、ビテトラゾールジアンモニウム塩、５−オ
キソ−１，２，４−トリアゾール、シアノグアニジン、
トリアミノグアニジン硝酸塩、トリヒドラジノトリアジ
ン、ビウレット、アゾジカルボンアミド、ビウレア、カ
ルボヒドラジド、カルボヒドラジド硝酸塩錯体、蓚酸ジ
ヒドラジド、ヒドラジン硝酸塩錯体、ナトリウムジシア
ナミド等を挙げることができる。

【００２３】これらの含窒素化合物の中ではテトラゾー
ル誘導体及びグアニジン誘導体から成る群から選ばれる
１種又は２種以上が好ましく、特にニトログアニジン、
シアノグアニジン、５−アミノテトラゾールが好まし
い。

【００２４】本発明に係わるガス発生剤組成物中の含窒
素化合物の配合割合は、分子式中の炭素元素、水素元素
及びその他の酸化される元素の数によって異なるが、通
常20〜70重量％の範囲が好ましく、25〜60重量％の範囲
が特に好ましい。

【００２５】本発明に係わるガス発生剤組成物に用いら
れる酸化剤としては種々のものが使用できる が、アル
カリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれたカチオンを
含む硝酸塩、亜硝酸塩、過塩素酸塩、塩素酸塩の少なく
とも１種から選ばれた酸化剤が好ましい。アルカリ金属
又はアルカリ土類金属から選ばれたカチオンを含む硝酸
塩としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸マグ
ネシウム、硝酸ストロンチウム等が挙げられる。

【００２６】本発明に係わるガス発生剤組成物中の酸化
剤の配合割合は用いられるガス発生化合物の種類と量に
より絶対数値は異なるが30〜80重量％の範囲が好まし
く、特に40〜75重量％の範囲が好ましい。

【００２７】本発明に係わるガス発生剤組成物中のスラ
グ形成剤の機能は、ガス発生剤組成物中の特に酸化剤成
分の分解によって生成するアルカリ金属又はアルカリ土
類金属の酸化物をミストとしてインフレータ外へ放出す
ることを避けるため液状から固体状に変えて燃焼室内に
止める機能であり、金属成分の違いによって最適化され
たスラグ形成剤を選ぶことができ る。

【００２８】スラグ形成剤の具体例としては、酸性白
土、シリカ、ベントナイト系、カオリン系等のアルミノ
ケイ酸塩を主成分とする天然に産する粘土；合成マイ
カ、合成カオリナイト、合成スメクタイト等の人工的粘
土；含水マグネシウムケイ酸塩鉱物の１種であるタルク
等；アルミナ、水酸化アルミニウム等の少なくとも１種
から選ばれたスラグ形成剤が挙げられ、これらの中では
酸性白土、アルミナ又はシリカが好ましい。

【００２９】本発明においてスラグ形成剤は必須ではな
いがガス発生剤組成物中に適量加えることは非常に効果
がある。スラグ形成剤を加える場合の配合割合は１〜20
重量％の範囲で変えることができるが、好ましくは３〜
10重量％の範囲である。多すぎると線燃焼速度の低下及
びガス発生効率の低下をもたらし、少なすぎるとスラグ
形成能を十分発揮することができない。

【００３０】本発明に係わるガス発生剤組成物中のバイ
ンダーは、組成物の燃焼挙動に大幅な悪影響を与えない
ものであれば何れでも使用可能である。本発明に用いら
れるバインダーの具体例としては、カルボキシメチルセ
ルロースの金属塩、ヒドロキシエチルセルロース、酢酸
セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロ
ース、ニトロセルロース、微結晶性セルロース、ポリビ
ニルアルコール、グアガム、澱粉等の多糖誘導体、ステ
アリン酸カルシウム等の有機バインダーまたは二硫化モ
リブデン、酸性白土、タルク、ベントナイト、ケイソウ
土、カオリン、シリカ、アルミナ等の無機バインダーが
挙げられる。

【００３１】本発明においてバインダーは必須ではない
がガス発生剤組成物中に適量加えることは非常に効果が
ある。バインダーを加える場合の配合割合は０〜15重量
％の範囲が好ましい。量的には多い側でより成型体の破
壊強度が強くなるが、量が多いほど組成物中の炭素元素
及び水素元素の数が増大し、炭素元素の不完全燃焼生成
物である微量ＣＯガスの濃度が増大したり、線燃焼速度
を低下させるため好ましくない。

【００３２】本発明のガス発生剤組成物は、ガス発生剤
用燃料、酸化剤等を粉末状で混合する乾式法又は水や有
機溶剤等の存在下で混合する湿式法により製造すること
ができる。

【００３３】また、本発明のガス発生剤組成物は、所望
の形状に成型することもできる。例えば、打錠機を用い
て圧縮成型してペレットにしたり、ディスク成型機を用
いて圧縮成型してディスクにしたり、ペレットやディス
クを粉砕するか又はグラニュレータを用いて顆粒にした
り、圧伸機（押出成形機）を用いて押出成型して圧伸
薬（無孔、単孔、多孔）にしたりすることができる。さ
らに、圧延してフィルム状又は板状に成型することもで
きる。

【００３４】これらの成型方法は、ガス発生剤組成物の
成型品に対して付与しようとする性質等に応じて適宜選
択することができる。例えば、圧縮成型法を適用した場
合、成型にバインダーを必要としないか又は少量だけで
よいので、燃焼性の低下がない傾向がある。また、押出
成型法を適用した場合、ウェブが薄いものを成型するこ
とが圧縮成型法よりも容易であるので、燃焼速度の遅い
組成でも成型品を得ることができる。さらに、押出成型
法は成型が比較的短時間ですむため大量生産に向いてい
る。また、燃焼速度が速い組成の場合は成型品のサイズ
を大きくできるために、より製造効率を上げることがで
きる。そのほか、押出成型法を適用した場合には、無
孔、単孔、多孔等の複雑な形状の成型品を製造できるた
め、種々の燃焼特性を付与することができる。

【００３５】本発明のＮＯｘ低減方法は、自動車、航空
機等に搭載される人体保護のために供せられる、インフ
レータとエアバッグが収納されたモジュールケース、判
断回路、センサー等を備えたインフレータシステムに適
用することができる。

【００３６】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定
されるものではない。

【００３７】

【実施例１】ニトログアニジン（ＮＱ）及び硝酸ストロ
ンチウム（Sr(NO3)2）を表１の組成になるように混合し
た。ついでその混合粉約２ｇをハンドプレス機で圧縮成
型した。径９．６ｍｍ、長さ約１４ｍｍのストランドを
得た。

【００３８】

【００３９】

【実施例２〜３及び比較例１〜３】実施例１のストラン
ドを表２に示した組み合わせで燃焼し、その燃焼後ガス
を分析することで、本発明のＮＯｘ低減効果を確認し
た。ストランドはニクロム線に通電することにより、１
リットルの燃焼容器内で燃やされた。容器内は窒素置換
され、圧力は５０kgf/cm2であった。

【００４０】ＣＯ及びＮＯｘの分析は、着火後直ちに検
知管を用いて行った。

【００４１】この結果より、比較例１のように酸素バラ
ンスが0.00g/gのガス発生剤を燃焼させた場合 よりも、
実施例２や３のように酸素バランスがプラスとマイナス
のガス発生剤を混合して燃焼させた場合の方がＮＯｘ及
びＣＯを低減できることが証明された。

【００４２】また、比較例２や３のように酸素バランス
がマイナスやプラスのガス発生剤を単独で燃焼させた場
合にはＮＯｘやＣＯが著しく増加しており、これらを単
純混合しても実施例３のガス組成にはならないことが分
かった。つまり、実施例３では２種類のガス発生剤から
発生したガスの反応によりＮＯｘ及びＣＯが低減されて
いることが分かった。

【００４３】

【００４４】

【発明の効果】本発明のＮＯｘ低減方法を適用すること
により、エアバッグ用ガス発生剤の燃焼により発生する
ＮＯｘの量を、低減することができる。その結果、利用
者の健康に悪影響を及ぼす可能性を低下させることがで
き、インフレータシステムの信頼性及び安全性を高める
ことができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸素バランスの違う２種類以上のガス発生
   剤を同時に燃焼させることにより、発生するＮＯｘ量を
   低減化することを特徴とするＮＯｘ低減方法。
2. 【請求項２】使用するガス発生剤の酸素バランスがマイ
   ナスであるものと、プラスであるものの２種類であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ低減方法。
3. 【請求項３】ガス発生剤が非アジド系ガス発生剤であ
   り、含窒素化合物と酸化剤を含有することを特徴とする
   請求項１〜２記載のＮＯｘ低減方法。
4. 【請求項４】含窒素化合物がグアニジン誘導体、テトラ
   ゾール誘導体、ビテトラゾール誘導体、トリアゾール誘
   導体、ヒドラジン誘導体、トリアジン誘導体、アゾジカ
   ルボンアミド誘導体、ジシアナミド誘導体から選ばれる
   １種以上である請求項３記載のＮＯｘ低減方法。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１記載のＮＯｘ低
   減方法を採用したインフレータシステム。