JP2002537208A - ガス発生物質 - Google Patents

ガス発生物質

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JP2002537208A JP2000599711A JP2000599711A JP2002537208A JP 2002537208 A JP2002537208 A JP 2002537208A JP 2000599711 A JP2000599711 A JP 2000599711A JP 2000599711 A JP2000599711 A JP 2000599711A JP 2002537208 A JP2002537208 A JP 2002537208A
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ブレーデ ウーヴェ
ハーゲル ライナー
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    • C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
    • C06D5/10—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of solids with liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、亜酸化窒素および／または一酸化窒素および室温および標準圧力で固体である１種以上の燃焼物質から成る混合物からなるガス発生物質に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、ガス発生物質、特に負傷から自動車の乗客を保護するためのベルト
テンショナー中のガス発生器および膨らまし可能なエアーバッグに関する。
【０００２】 今日では、膨らまし可能なエアーバッグに使用されているガス発生器において
、可燃性ガス発生原料としてタブレット形、ディスク形または顆粒、もしくは例
えばヌードル形のガス装入物が使用されている。燃焼の際に、このガス装入物は
、エアーバッグを膨らますために有用なもしくは圧縮ガスを発生する。固体ガス
発生原料の燃焼の欠点は、燃焼の際に生じる著しく多いスラッグの量であり、こ
れは使用されたガス装入物原料の５０％以上を成している。燃焼の際に形成され
るスラッグおよび粉塵のために、スラッグおよび粉塵粒子を抑えるためにガス発
生器中に費用のかかるフィルター工程が必要とされる。さもなければ、これらの
粒子が放出されることでエアーバッグが破損してしまい、かつ乗客も危険にさら
され兼ねない。
【０００３】 これらのガス装入物に代わるものとして、圧縮ガスまたは空気を含有する発生
器がある。十分なガス体積を形成するためには、非常に高い装入圧が必要である
。それというのも、ガスの排出の際に冷却され、固体混合物の場合のように、発
熱反応による体積の増大が達成されないからである。冷却を補償するために、固
体促進薬燃料が頻繁に使用されるが、これは燃焼の際の反応熱および付加的なガ
ス発生によってのみ、はじめてガス発生器の作動を確実にする。
【０００４】 本発明の課題は、ガス発生器用、特に自動車の乗客を損害から保護するための
ベルトテンショナー用または膨らまし可能なエアーバッグ用のガス発生原料を提
供することであるが、その際、スラッグ保持装置がガス発生原料に不要であるこ
とに根底を成す。
【０００５】 前記の課題の打開策は、酸化剤としての亜酸化窒素と、通常の条件下（室温お
よび標準圧力）で固体である１種以上の燃料との混合物にある。ガス発生原料と
して、酸化剤としての亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）と固体燃料との組合せ物、もしくは
点火後に制御されて燃焼室中で反応してスラッグ不含または殆どスラッグ不含の
ガス反応生成物を形成する混合物を使用する。圧力下で生じる亜酸化窒素は、点
火装入物を有する点火装置により固体燃料と一緒に点火される。点火装入物とし
ては、例えば、起爆電線または点火ブリッジ、場合により伝爆薬装入物を有する
補強剤を使用でき、粒子に富む高温フレームを生じる。
【０００６】 点火ガスおよび高温燃焼ガスは、ガス／固体混合物を点火する。これらは、燃
焼室中で固体の粒子を残さずに燃焼する。従って、ガス発生器ハウジング壁の少
なくとも１つの出口開口部の前方に位置するフィルター工程は、本発明によるガ
ス／固体混合物を使用する場合には不要になる。フィルター工程が存在する場合
は、これを専ら冷却目的のために使用してもよい。しかし、冷却は別の方法、例
えば、燃焼室の下流にハウジングの分配室を設置し、ここから少なくとも１つの
出口開口部を経て外側に燃焼ガスを通過させることによって行うこともできる。
【０００７】 本発明によれば、低い吸気圧を有するガスまたはガス混合物は、燃焼の際に発
熱により体積の増倍を生じ、かついかなる種類のフィルターも必要としない。本
発明により使用可能なガスまたはガス混合物は、酸化剤から成る。高い吸気圧を
回避するために、酸素または空気は酸化剤として不要である。一酸化二窒素（亜
酸化窒素）中には、容易に液化し得るガスが存在する（臨界圧：７２．７バール
、臨界温度：３６．４℃）。酸化能力は、空気の２倍であり、かつ純粋な酸素お
よび空気とは対照的に、亜酸化窒素は少なくとも２００℃まで不活性ガスとして
機能する。このことにより、静止的な酸化プロセスが高温貯蔵の場合でさえも防
げられる。亜酸化窒素との混合物中、または単独にガス状の酸化剤として、一酸
化窒素（ＮＯ／Ｎ２Ｏ、臨界圧力６４バール、臨界温度−９３℃）を使用するこ
とができる。ガスの反応性を制御するために不活性ガス（二酸化炭素、空気、ヘ
リウム、ネオン、アルゴン）を添加してもよい。一酸化窒素を使用する利点は、
燃焼反応の間に第１に蒸発させなくてはならない濃縮部分の形成がないというこ
とである。臭気の強いガス、例えば、メルカプタンの少量の添加により、可能性
のあるガス漏れを瞬時に検出することができる。例えば、バニリンの添加は、使
用する場合に燃焼ガスの臭気特性を改善する。
【０００８】 本発明によれば、燃料として、炭化水素、例えば、エチレン、プロピレン、イ
ソプレン、スチレンの群から成るポリマー、ならびに酸素含有し得るものおよび
カルボン酸、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリレート、ポリテレフタレー
トおよび他のポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネートから誘導されるよ
うなもの、なおかつポリオキシメチレン、オリゴ糖類および多糖類、例えば、糖
、セルロース、デンプン、ポリビニルアセタールまたはポリビニルアルコールを
使用する。しかし、反応生成物が危険な成分を許容できない量で含有しない限り
、さらに他の成分のポリマー、例えば、ＨＣｌ、ＨＣＮ、ＨＦまたはホスゲンを
を使用することもできる。例としては、ニトログアニジン（NiGu）、テトラゾー
ルの誘導体、例えば、５−アミノテトラゾール、５−アミノテトラゾールニトレ
ート、ビステトラゾールアミンまたはビステトラゾール、アミノグアニジンニト
レート、ジアミノグアニジンニトレート、トリアミノグアニジンニトレート、グ
アニジンニトレート、ジシアンジアミジンニトレート、ジアミノグアニジンアゾ
テトラゾレート、ニトロトリアゾロン、ジカンジアミジンニトレート、ヘキソー
ゲン、オクトーゲンである。例えば、以下のものをさらに燃料として使用するこ
とができる：尿素、有機酸（例えば、フマル酸、アスコルビン酸、シュウ酸）、
コルク、金属（例えば、アルミニウム、チタン）および非金属（例えば、ホウ素
、ケイ素）、窒化物、アジ化物または無機ベンゼン（Ｂ３Ｎ３）。該燃料は、粉
末、顆粒、圧縮物、例えばタブレットの形、ポリマーの場合は、例えばカットフ
ァイバーまたは撚り繊維、マット、織布、例えば、ポリウレタン製のような多孔
質フォームとして適用することができる。燃焼を制御するために、実施態様では
液体またはペースト状の物質（阻害剤）を用いて含浸もしくは混合することによ
り表面処理してもよい。
【０００９】 他の添加剤としては、触媒、例えば、フェロセンおよび誘導体、鉄アセチルア
セトネートまたは銅アセチルアセトネートおよび／または酸化剤、例えば、アル
カリ元素およびアルカリ土類元素の硝酸塩、アルカリ元素およびアルカリ土類金
属元素の過塩素酸塩、硝酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、過酸化亜鉛、
過ホウ酸塩、ペルオキソ二硫酸塩、過マンガン酸塩、二酸化スズ、二酸化マンガ
ン、ニトロアミンおよびこれらの成分の混合物から由来する酸化剤および／また
は多孔質発生剤、例えば、炭酸水素アンモニウム、アセトンジカルボン酸、アゾ
イソブチロニトリルおよび／または中空プラスチック球体を使用することができ
る。
【００１０】 燃料対一酸化二窒素の質量比は、反応後に不燃性ガス混合物が得られるように
調整するのが有利である。従って、燃料対一酸化二窒素の質量比は、（できるだ
け）完全燃焼の化学量論的割合に調整されるべきである。従って、一酸化二窒素
は、燃料に対して僅かに過剰量で使用されるのが有利である。ゆえに、反応生成
物は、本質的にガス状物質（ＣＯ２、Ｈ２ＯおよびＮ２）から成っている。本発
明により記載されているガス−／固体系は、どのように選択されるかに応じて、
残留物不含で殆どＣＯ−およびＮＯｘ不含の反応生成物を生じ、その際、燃焼特
性は、燃料の種類、質量割合、形状および配置により制御可能である。
【００１１】 本発明を以下に詳説するが、本発明は以下に限定されるものではない。
【００１２】 実施例 全ての試験は、約１２０ｍｌの体積の密封された圧力容器中で実施した。点火
は、電気的にホウ素／カリウム硝酸塩混合物１５０ｍｇを伝爆薬として用いて行
った。亜酸化窒素は、コンプレッサーにより容器中に装填した。装填する前およ
び後に容器を計量することにより秤量供給された亜酸化窒素を測定できる。容器
中の内圧は、装填した後に約４ＭＰaであった。選択された固体を亜酸化窒素を
装填する前に容器中に秤量供給した。圧力測定は、容器中で圧電性圧力エレメン
トにより行った。測定は、最大圧（Ｐｍａｘ）、圧力増大時間（Δｔ）および最
大圧までの時間（ｔｐｍａｘ）を達成した。例１には、付加的な燃料を用いない
亜酸化窒素の挙動が示されている（表１参照）。点火により、熱および圧力の増
大が容器中で生じるが、しかしこの圧力の増大は、例２〜４に示されているよう
な固体の存在での燃焼挙動とは著しく異なっている。例２〜４には、種々の材料
、例えば、ポリスチレン、ニトログアニジンおよびデンプンの燃焼挙動が記載さ
れている。表１には、結果のまとめが記載されている。
【００１３】
【表１】
【００１４】 例５〜９には、圧力容器中での燃焼特性における種々の既製品および固体の形
状の影響が記載されている。２つの固体、一方は種々の化工デンプン（ここでは
粒子の直径により特徴付けされている）であり、もう一方は、ニトログアニジン
を顆粒サイズ約５０μｍを有する粗い粉末として、かつ直径７ｍｍおよび高さ約
２．３ｍｍを有するタブレットとして使用した。表２には、結果のまとめが記載
されている。
【００１５】
【表２】
【００１６】 熱力学的計算により、ガス組成物および燃焼温度の非常に良好な評価が得られ
た。例１０〜１２では、ポリスチレン、ニトログアニジンおよびデンプンに関し
てＩＣＴコードを用いて熱力学的計算を実施した。それぞれ固体−亜酸化窒素混
合物９〜９１質量％に基づいている。表３には、結果のまとめが記載されている
。
【００１７】
【表３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０６Ｂ 31/28 Ｃ０６Ｂ 31/28 43/00 43/00 (72)発明者 ライナー ハーゲル ドイツ連邦共和国 エアランゲン ショー ルラッハシュトラーセ 23 (72)発明者 クラウス レーデッカー ドイツ連邦共和国 ニュルンベルク ブル クファルンバッハー シュトラーセ 34 Ｆターム(参考） 3D054 DD21 FF15 4G068 DA08 DB10 DB13 DB17 DB26 DC10

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 亜酸化窒素と、室温および標準圧力で固体である１種以上の
    燃料とから成る混合物から成ることを特徴とする、ガス発生物質。
  2. 【請求項２】 一酸化窒素と、室温および標準圧力で固体である１種以上の
    燃料とから成る混合物から成ることを特徴とする、ガス発生物質。
  3. 【請求項３】 一酸化窒素を有する亜酸化窒素と、室温および標準圧力で固
    体である１種以上の燃料とから成る混合物から成ることを特徴とする、ガス発生
    物質。
  4. 【請求項４】 ガスの反応性を制御するために、さらに不活性ガス、有利に
    は二酸化炭素、空気、ヘリウム、ネオンおよび／またはアルゴンを含有する、請
    求項１から３までのいずれか１項に記載のガス発生物質。
  5. 【請求項５】 臭気の強いガスの添加剤、例えば、メルカプタンをガス漏れ
    を検出するために少量で含有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の
    ガス発生物質。
  6. 【請求項６】 燃焼ガスの臭気特性を改善するための添加剤を、使用する場
    合に含有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載のガス発生物質。
  7. 【請求項７】 バニリンが含有されている、請求項１から６までのいずれか
    １項に記載のガス発生物質。
  8. 【請求項８】 燃料として炭化水素、例えば、エチレン、プロピレン、イソ
    プレン、スチレンの群から成るポリマーを含有する、請求項１から７までのいず
    れか１項に記載のガス発生物質。
  9. 【請求項９】 カルボン酸、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリレート
    、ポリテレフタレートおよび／または他のポリエステル、ポリエーテル、ポリカ
    ーボネート、ポリオキシメチレン、オリゴ糖類および多糖類、例えば、糖、セル
    ロース、デンプン、ポリビニルアセタールまたはポリビニルアルコールから由来
    するような酸素含有燃料を含有する、請求項１から８までのいずれか１項に記載
    のガス発生物質。
  10. 【請求項１０】 燃料の付加的な反応性成分として爆発性物質を含有する、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載のガス発生物質。
  11. 【請求項１１】 反応性成分として、ニトログアニジン（ＮｉＧｕ）、テト
    ラゾールの誘導体、例えば、５−アミノテトラゾール、５−アミノテトラゾール
    ニトレート、ビステトラゾールアミンまたはビステトラゾール、アミノグアニジ
    ンニトレート、ジアミノグアニジンニトレート、トリアミノグアニジンニトレー
    ト、グアニジンニトレート、ジシアンジアミジンニトレート、ジアミノグアニジ
    ンアゾテトラゾレート、ニトロトリアゾロン、ジカンジアミジンニトレート、ヘ
    キソーゲン、オクトーゲンの群から成る１種以上の化合物を含有する、請求項１
    から１０までのいずれか１項に記載のガス発生物質。
  12. 【請求項１２】 燃料として、尿素、有機酸（例えば、フマル酸、アスコル
    ビン酸、シュウ酸）、コルク、木材、金属（例えば、アルミニウム、チタン）お
    よび／または非金属（例えば、ホウ素、ケイ素）、窒化物、アジ化物および／ま
    たは無機ベンゼン（Ｂ３Ｎ３）を含有する、請求項１から１１までのいずれか１
    項に記載のガス発生物質。
  13. 【請求項１３】 燃料を粉末、顆粒、圧縮物、例えば、タブレットの形、ま
    たはポリマーの場合は、例えば、カットファイバーまたは撚り繊維、マット、織
    布、例えば、ポリウレタン製のような多孔質フォームとして使用する、請求項１
    から１２までのいずれか１項に記載のガス発生物質。
  14. 【請求項１４】 燃焼を制御するために、実施態様では、例えば、液体また
    はペースト状物質を用いて含浸もしくは混合して表面処理する、請求項１から１
    ３までのいずれか１項に記載のガス発生物質。
  15. 【請求項１５】 他の添加物として、触媒、例えば、フェロセンおよび誘導
    体、鉄アセチルアセトネートまたは銅アセチルアセトネートを含有する、請求項
    １から１４までのいずれか１項に記載のガス発生物質。
  16. 【請求項１６】 添加物として、１種以上の酸化剤、例えば、アルカリ元素
    およびアルカリ土類元素の硝酸塩、アルカリ元素およびアルカリ土類元素の過塩
    素酸塩、硝酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、過酸化亜鉛、過ホウ酸塩、
    ペルオキソ二硫酸塩、過マンガン酸塩、二酸化スズ、二酸化マンガン、ニトロア
    ミンおよびこれらの成分の混合物から誘導される酸化剤、多孔質発生剤、例えば
    、炭酸水素アンモニウム、アセトンジカルボン酸、アゾイソ−ブチロニトリルお
    よび／または中空プラスチック球体を含有する、請求項１から１５までのいずれ
    か１項に記載のガス発生物質。
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