JPH08283090A - ガス発生剤組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】アジ化ナトリウム、ＭＯ・ｎＦｅ₂ Ｏ₃ （Ｍは
２価の金属、ｎは０．１〜１０までの実数）で表される
フェライト、アルカリ金属の硝酸塩又は過塩素酸塩、ア
ルカリ土類金属炭酸塩、二酸化ケイ素及びステアリン酸
塩を含有するガス発生剤組成物。 【効果】燃焼室外への固体残査流出量が少なく、かつ発
熱量の少ないガス発生剤が得られる為に薄い材質のエア
バックが使用可能となった。さらにガス発生率も上昇し
た為にインフレーターをより小型にする事も可能となっ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス発生剤組成物に関す
る。更に詳しくは、自動車の運転者及び同乗者保護用の
エアバッグを膨張させる為のガス発生剤組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両が衝突等の事故にあった
際に、運転者及び同乗者を保護する為の安全装置として
のエアバッグは既に良く知られている。通常これらのエ
アバッグは自動車と他の物体や車両との激しい衝突を電
気式あるいは機械式の感知装置によって感知し、点火、
伝火等の手段を組み合わせて用い、最終的にガス発生剤
組成物を燃焼させる事によって迅速に大量のガスを発生
させ、このガスをバッグに導く事によってエアクッショ
ン状態を形成させて、運転者及び同乗者の身体を支える
事によって、衝突の際の衝撃から保護する機構となって
いる。従って、ガス発生剤には次の様な性能が要求され
る。 ａ）衝突の際に前述の機構を作用させる為、３０〜６０
ミリ秒の時間内にガスの発生を完結させることが出来る
こと。 ｂ）生成したガスは、車両乗員の身体をエアクッション
として支えた後に車両内に放出される為、毒性が低くか
つ非腐食性であること。 ｃ）エアバッグそのもの又は車両乗員に対して、損傷や
火傷を与える様な高い熱を発生しないこと。 従来のエアバッグ用ガス発生剤組成物に於いては、主と
してアルカリ金属アジドと酸化剤又は金属酸化物及びこ
れらの物質の反応から副生するアルカリ金属やその酸化
物と反応・吸着する物質から成り立っている。特開昭４
９−５０１１０号公報にはアジ化ナトリウム、酸化剤と
して硝酸カリウム及び反応・吸着物質として二酸化ケイ
素で構成されるガス発生剤組成物が開示されている。そ
の組成物は十分な燃焼速度を有するが、燃焼の際の発熱
量が高いために金網等の冷却手段が溶融して、高温の微
粒子が白煙として発生しやすくなるという欠点がある。
特開昭５０−１０５５７２号公報にはアジ化ナトリウ
ム、酸化剤として過マンガン酸カリウムあるいは重クロ
ム酸カリウム等を用いた組成物に、冷却剤として炭酸マ
グネシウムを添加したガス発生剤組成物が開示されてい
る。この組成物は、発熱量は低いが、十分な燃焼速度を
持たず、又、示された理論反応式外の組成では低融点の
燃焼残査が発生しこのものが金網等の冷却手段を通過し
てしまうという欠点がある。この通過残査の中には有害
で危険な金属ナトリウムが含まれるという欠点がある。
特開平５−２３８８６７号公報に記載の技術は前述特開
昭４９−５０１１０記載の技術の欠点を改良したもの
で、酸化剤成分の主体を酸化鉄とする事で発熱量の低下
を計っている。しかしこのガス発生剤においての実施例
では、アジ化ナトリウムの含有量が６０〜６２％と少な
く、所定量のガス量を得るためにはガス発生剤量を多く
する必要がある。この為にガス発生剤室を大きくする必
要があり、限られた構造空間内での金網等の冷却手段が
少なくなり、その結果、捕集されなかった燃焼残査がエ
アバック内に放出され、甚だしい場合には、乗員が火傷
を負ったり、エアバッグ自身が破れたりして乗員の保護
が出来なくなるおそれがある。又、通常のエアバックに
おいては、その材質の熱的保護の為にバッグ自体の内側
にコ−ティングすることが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エアバックシステムは
車両等の安全装置として大変に有効であり、安価に供給
する必要がある。そのような検討の中でエアバッグ自体
の材質を内側コーティングの必要の無い、又、薄い材質
のものが求められており、エアバッグ自体の熱的負担を
小さくする為に残査流出量を少なくする必要がある。本
発明が解決しようとする課題は、ガス発生剤組成物の燃
焼に於いて、ガス発生量に対しての残査流出量及び発熱
量の少ないガス発生剤組成物を開発することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を解決するために、アルカリ金属アジドを必須の成分と
して含有するガス発生剤組成物の構成成分につき、鋭意
研究の結果本発明に到達した。

【０００５】即ち、本発明は、 （１）アルカリ金属アジド、ＭＯ・ｎＦｅ₂ Ｏ₃ （Ｍは
２価の金属、ｎは０．１〜１０までの実数）で表わされ
るフェライト、アルカリ金属の硝酸塩又は過塩素酸塩、
アルカリ土類金属炭酸塩、二酸化ケイ素及びステアリン
酸塩を含有するガス発生剤組成物 （２）アルカリ金属アジトがアジ化ナトリウムである前
項（１）のガス発生剤組成物 （３）ＭＯ・ｎＦｅ₂ Ｏ₃ で表されるフェライトの金属
Ｍが、マンガン、鉄、マグネシウム、カルシウム、スト
ロンチウム、バリウム、銅、鉛、ニッケル、コバルト、
亜鉛、又はカドミウムである前項（１）〜（２）のガス
発生剤組成物 （４）アルカリ金属の硝酸塩又は過塩素酸塩がそれぞれ
硝酸カリウム又は過塩素酸カリウムである前項（１）〜
（３）ガス発生剤組成物 （５）アルカリ土類金属炭酸塩が、炭酸マグネシウム、
炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム又は炭酸バリウム
である前項（１）〜（４）のガス発生剤組成物 （６）ステアリン酸塩がステアリン酸マグネシウム、ス
テアリン酸亜鉛、又はステアリン酸アルミニウムである
前項（１）〜（５）のガス発生剤組成物。 （７）炭酸マグネシウムが塩基性炭酸マグネシウムであ
る前項５のガス発生剤組成物 （８）ＭＯ・ｎＦｅ₂ Ｏ₃ で表されるフェライトが等方
性構造バリウムフェライトである前項（１）乃至（７）
のガス発生剤組成物 に関する。

【０００６】本発明を詳細に説明する。本発明のガス発
生剤組成物は、アジ化ナトリウムを主なガス発生源とす
るガス発生剤組成物であり、フェライト、アルカリ金属
の硝酸塩又は過塩素酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、二
酸化ケイ素及びステアリン酸塩を必須成分として使用す
ることにより、以下のような効果が得られる。

【０００７】アルカリ土類金属炭酸塩、例えば炭酸マグ
ネシウム及び炭酸カルシウムはそれぞれ約７００℃及び
約９００℃で炭酸ガス及び酸化マグネシウム、炭酸ガス
及び酸化カルシウムに分解される。その際に４２６kcal
/mol及び７４８kcal/mol（化学便覧基礎編（丸善）単体
と無機化合物の標準生成エンタルピーより算出）の吸熱
を行なうことが知られている。これらのアルカリ土類金
属炭酸塩を含むガス発生剤組成物は、その燃焼の際の高
温の為にこれらの炭酸塩を分解して燃焼熱の一部を吸熱
し、発熱量が低下する。又、この際に発生する炭酸ガス
は、アジ化ナトリウム等から発生する窒素ガスとともに
エアバッグの展開に使用され、単位重量当りのガス発生
率の上昇を可能とする。又、さらに塩基性の炭酸マグネ
シウムは、その塩基性が空気中の二酸化炭素によるアジ
化ナトリウムの加水分解反応を防止する働きを持ってい
るため、ガス発生剤組成物の安定性に対して有利とな
る。この様な特質を持つ炭酸マグネシウムに二酸化ケイ
素を組み合わせたアジ化ナトリウム系ガス発生剤組成物
は、燃焼残査が固化物として錠剤燃焼室内に多量に残る
こと及び発熱量も小さいことから、エアバック展開の際
に熱的負担が著しく小さくなるという効果がある。

【０００８】本発明に使用されるアルカリ金属アジドの
好ましい例としてはアジ化ナトリウムが挙げられる。ガ
ス発生剤組成物の燃焼特性は主にアジ化ナトリウムの粒
子径により制御され、衝突の際に、通常６０ミリ秒の時
間内にガスの発生を完結する必要がありこのために使用
するアジ化ナトリウムはその平均粒子径が１０〜６０μ
ｍのもので特に打錠性の点からスプレードライ式製法に
よる微粒子のものが好ましい。本発明で使用されるアル
カリ土類金属炭酸塩の好ましい具体例は、炭酸マグネシ
ウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリ
ウムであり、特に塩基性炭酸マグネシウムはガス発生剤
の保存の安定性の面からも好ましい。

【０００９】ＭＯ・ｎＦｅ₂ Ｏ₃ で示されるフェライト
の金属Ｍの好ましい具体例としてはマンガン、鉄、カル
シウム、マグネシウム、銅、鉛、ニッケル、コバルト、
亜鉛、カドミウム、バリウム又はストロンチウムが挙げ
られるが、特に好ましいフェライトの例はバリウムフェ
ライト及びストロンチウムフェライトである。ＭＯ・ｎ
Ｆｅ₂ Ｏ₃ で示されるフェライトにおけるｎは０．１〜
１０より好ましくは４〜８の実数を示す。バリウムフェ
ライトの場合は比表面積が１〜５ｍ² ／ｇ程度のもの
が、又ストロンチウムフェライトの場合は比表面積が１
〜５ｍ² ／ｇ程度のものが最も好ましいフェライトであ
る。さらに通常のバリウムフェライトは等方性構造であ
るため、走査電子顕微鏡写真からもわかる様に個々の粒
子の粒形がより球状に近く、しかも球径が揃っており、
流動性に優れ、直接打錠を可能とし、コスト面において
も優れている。

【００１０】本発明で使用されるアルカリ金属硝酸塩又
は過塩素酸塩の好ましい具体例は硝酸カリウム又は過塩
素酸カリウムである。

【００１１】本発明で使用されるステアリン酸塩の好ま
しい具体例としてはステアリン酸マグネシウム、ステア
リン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム等が挙げられ、
特に好ましいものはステアリン酸マグネシウムである。

【００１２】本発明のガス発生剤組成物に於いて、アル
カリ金属アジドは５０〜８０重量％より好ましくは６５
〜７５重量％の範囲で使用される。同様にＭＯ・ｎＦｅ
₂ Ｏ₃ フェライトは５〜３０重量％、より好ましくは１
０〜２０重量％の範囲で、アルカリ金属硝酸塩又は過塩
素酸塩０．１〜２０重量％より好ましくは２〜１０重量
％の範囲で、アルカリ土類金属炭酸塩は０．１〜２０重
量％より好ましくは２〜１５重量％の範囲で、二酸化ケ
イ素０．１〜２０重量％、より好ましくは５〜１５重量
％の範囲でステアリン酸塩は０．１〜２重量％より好ま
しくは０．３〜１重量％の範囲で含有させられる。その
他ガス発生剤組成物に通常添加される添加剤が必要によ
り添加される。

【００１３】本発明のガス発生剤組成物は通常のガス発
生剤組成物と同様に、例えばボールミル、Ｖ型混合機等
の混合機を用いて、均一に混合した後、回転式打錠機に
よって直径３〜１５ｍｍ、厚さ１〜１０ｍｍ程度の錠剤
に製造させる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明を実施例により更に詳しく説明
するが、本発明がこれらの実施例に限定されるものでは
ない。又各実施例において部は重量部を示す。

【００１５】実施例１ アジ化ナトリウム６８．０重量部、バリウムフェライト
１２．０重量部、硝酸カリウム５．０重量部、炭酸マグ
ネシウム１０．０重量部、二酸化ケイ素５．０重量部、
ステアリン酸マグネシウム０．５重量部からなる混合物
をボールミルにて６０ｒｐｍで２０分間混合した。つい
で回転式打錠機（菊水製作所ＲＴ−Ｓ−９型）にて直径
５ｍｍ、厚さ３ｍｍの錠剤に成形して本発明のガス発生
剤組成物（錠剤）を得た。このものの性能試験を以下の
方法で行なった。ガス発生剤錠剤の燃焼試験装置とし
て、錠剤燃焼室４０ｃｃ及び残査捕集室９６０ｃｃの両
室の境界に１０φ×７コの孔のあるステンレス製オリフ
ィス、その上にステンレス製金網（２０メッシュ・線径
０．４ｍｍ）を３枚及びアルミ箔（１５０μ）を設置し
たステンレス製密閉容器を準備した。錠剤燃焼室に２５
ｇの錠剤及び電気的にホウ素−硝石の伝火薬を着火させ
る機構を持った点火具を設置し、残査捕集室に圧力セン
サーを取り付けた後、点火具を着火させてガス発生剤の
燃焼試験を行なった。ガス発生剤の評価は、燃焼によっ
て発生するガスの圧力が最大ピークに達するまでの時間
及び最大圧力値をオシロスコープで測定すること、発生
した密閉容器のガスをフィルターに通した後、積算ガス
流量計（エステック社ＳＥＦ−５１型）に導入して発生
ガス量〔Ａ（ｌ）〕を測定した後、燃焼室内に残存する
燃焼残査重量及び理論ガス発生率から残査捕集室に流出
した残査流出量〔Ｂ（ｇ）〕を求め、発生ガス量に対す
る残査流出量〔Ｂ／Ａ〕を求めること、及び示差走査熱
量計（島津製 ＤＴ−４０）によるこの組成物の発熱量
〔Ｃ（ｃａｌ／ｇ）から発生ガス量に対する発熱量〔Ｃ
／Ａ〕を求めることにより行なった。この方法による性
能試験を表１に示した。なお表１の組成の欄における表
示は重量部である。

【００１６】実施例２ アジ化ナトリウム７０．０重量部、バリウムフェライト
１０．０重量部、過塩素酸カリウム４．０重量部、炭酸
マグネシウム６．０重量部、二酸化ケイ素１０．０重量
部、ステアリン酸マグネシウム０．５重量部からなる混
合物を実施例１と同じ方法で混合打錠し本発明のガス発
生剤組成物（錠剤）を得た。このものについて実施例１
と同じ方法で性能試験を行ないその結果を表１に示し
た。

【００１７】実施例３ アジ化ナトリウム７２．０重量部、ストロンチウムフェ
ライト８．０重量部、過塩素酸カリウム５．０重量部、
炭酸カルシウム５．０重量部、二酸化ケイ素１０．０重
量部、ステアリン酸マグネシウム０．５重量部からなる
混合物を実施例１と同じ方法で混合打錠し本発明のガス
発生剤組成物（錠剤）を得た。このものについて実施例
１と同じ方法で性能試験を行ないその結果を表１に示し
た。

【００１８】比較例１ アジ化ナトリウム５７．０重量部、硝酸カリウム１７．
０重量部、二酸化ケイ素２６．０重量部、ステアリン酸
マグネシウム０．５重量部からなる混合物を実施例１と
同じ方法で混合、打錠し比較用のガス発生剤組成物を得
た。このものについて実施例１と同じ方法で性能試験を
行ないその結果を表２に示した。なお表２の組成の欄に
おける表示は重量部である。

【００１９】比較例２ アジ化ナトリウム６６．０重量部、過マンガン酸カリウ
ム１７．０重量部、炭酸マグネシウム１７．０重量部、
ステアリン酸マグネシウム０．５重量部からなる混合物
を実施例１と同じ方法で混合、打錠し比較用のガス発生
剤組成物を得た。このものについて実施例１と同じ方法
で、性能試験を行ないその結果を表２に示した。

【００２０】比較例３ アジ化ナトリウム６２．０重量部、硝酸カリウム４．０
重量部、酸化第二鉄２７．０重量部、二酸化ケイ素６．
０重量部、ステアリン酸マグネシウム０．５重量部から
なる混合物を実施例１と同じ方法で混合、打錠した比較
用のガス発生剤組成物を得た。このものについて実施例
１と同じ方法で性能試験を行ないその結果を表２に示し
た。

【００２１】

【表１】 表１ 実施例１ 実施例２ 実施例３ 組成 アジ化ナトリウム 68 70 72 バリウムフェライト 12 10 ストロンチウムフェライト 8 硝酸カリウム 5 過塩素酸カリウム 4 5 炭酸マグネシウム 10 6 炭酸カリシウム 5 二酸化ケイ素 5 10 10 ステアリン酸マグネシウム 0.5 0.5 0.5 燃焼テスト 最大ピーク時間（ms) 57 53 50 最大ピーク圧力（atm) 58 61 61 Ａ：発生ガス量（ｌ） 9.95 10.25 10.15 Ｂ：残査流出量（ｇ） 5.72 4.43 5.51 錠剤形状 錠剤形状 錠剤形状 Ｃ：発熱量（cal/mol) 383 395 407 発生ガス量に対する残査流出量 Ｂ／Ａ 0.57 0.43 0.54 発生ガス量に対する発熱量 Ｃ／Ａ 38.5 38.5 40.1

【００２２】

【表２】 表２ 比較例１ 比較例２ 比較例３ 組成 アジ化ナトリウム 57 66 62 硝酸カリウム 17 4 過マンガン酸カリウム 17 酸化第二鉄 27 炭酸マグネシウム 17 二酸化ケイ素 26 6 ステアリン酸マグネシウム 0.5 0.5 0.5 燃焼テスト 最大ピーク時間（ms) 35 85 57 最大ピーク圧力（atm) 74 53 56 Ａ：発生ガス量（ｌ） 7.60 10.80 8.20 Ｂ：残査流出量（ｇ） 金網破れ 9.73 4.50 錠剤形状 Ｃ：発熱量（cal/mol) 741 407 395 発生ガス量に対する残査流出量 Ｂ／Ａ ── 0.90 0.55 発生ガス量に対する発熱量 Ｃ／Ａ 98.0 37.0 48.2

【００２３】表１及び表２より以下の事がわかる。比較
例に於いて発熱量の高いものは金網を溶かしており燃焼
残査は燃焼室に無かった。それ以外の比較例はやや遅い
燃速にもかかわらず、発生ガス量当りのスラグ流出量及
び発熱量が本願実施例よりも大きい。又各実施例で燃焼
室に錠剤形状の燃焼残査が金網に捕集されていることが
観察された。これらより本発明によるガス発生剤は燃焼
残査が捕集されやすく、高いガス発生能力を持つことが
判った。

【００２４】

【発明の効果】一定の容積のインフレーター構造及び一
定容量のエアバックを展開させるガス発生剤に於いて、
高ガス発生能力と十分な燃焼残査捕集性を有する本組成
のガス発生剤組成物は、エアバッグ自体への熱的負担が
小さくなる為、エアバッグ自体の材質を薄くする事及び
冷却手段を小さくできる事からインフレーターの構造の
小型化を可能とした。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルカリ金属アジド、ＭＯ・ｎＦｅ₂ Ｏ₃
   （Ｍは２価の金属、ｎは０．１〜１０までの実数）で表
   されるフェライト、アルカリ金属の硝酸塩又は過塩素酸
   塩、アルカリ土類金属炭酸塩、二酸化ケイ素及びステア
   リン酸塩を含有するガス発生剤組成物。
2. 【請求項２】アルカリ金属アジドがアジ化ナトリウムで
   ある請求項１のガス発生剤組成物。
3. 【請求項３】ＭＯ・ｎＦｅ₂ Ｏ₃ で表されるフェライト
   の金属Ｍが、マンガン、鉄、マグネシウム、カルシウ
   ム、ストロンチウム、バリウム、銅、鉛、ニッケル、コ
   バルト、亜鉛又はカドミウムである請求項１のガス発生
   剤組成物。
4. 【請求項４】アルカリ金属の硝酸塩又は過塩素酸塩がそ
   れぞれ硝酸カリウム又は過塩素酸カリウムである請求項
   １のガス発生剤組成物。
5. 【請求項５】アルカリ土類金属炭酸塩が、炭酸マグネシ
   ウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、又は炭酸
   バリウムである請求項１のガス発生剤組成物。
6. 【請求項６】ステアリン酸塩がステアリン酸マグネシウ
   ム、ステアリン酸亜鉛又はステアリン酸アルミニウムで
   ある請求項１のガス発生剤組成物。
7. 【請求項７】炭酸マグネシウムが塩基性炭酸マグネシウ
   ムである請求項５のガス発生剤組成物。
8. 【請求項８】ＭＯ・ｎＦｅ₂ Ｏ₃ で表されるフェライト
   が等方性構造バリウムフェライトである請求項１乃至７
   のガス発生剤組成物。