JP2019523748A - ガス発生組成物ならびにそれらの製造方法及び使用方法 - Google Patents

Abstract

ガス発生組成物ならびにそれらの製造方法及び使用方法が開示される。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年５月２３日出願の米国仮出願第６２／３４０，１７７号の優先権を主張し、該出願はその全体が参照により本明細書に援用される。

本開示は、エアバッグシステムに好適なガス発生組成物、かかる組成物由来の成形物品、ならびにかかる組成物及び物品の製造方法及び使用方法に関する。

近年、自動車における搭乗者の安全性向上のためにエアバッグシステムが広く採用されている。これらのシステムにおいては、衝突を検知するセンサからの信号によってガス発生器が作動し、搭乗者と自動車のボディとの間でエアバッグを膨張させる。このガス発生器は、非常に短時間にエアバッグを膨張させるのに十分な量のガスを生成することが求められる。

現在のガス発生器においてガスを発生するために用いられている組成物は、酸化剤及び燃料を含有している。所与の組成物に用いられる特定の成分、及びこれらの成分の量は、エアバッグを膨張させるための組成物の特性（例えば、点火速度、燃焼速度など）、延いては適性に大きく影響する。

ガス発生用に、酸化剤として塩基性硝酸銅を、及び燃料として多量の硝酸グアニジンを含有するガス発生組成物が使用されている。これらの組成物においては、燃焼を向上させるために、金属の酸化物及び水酸化物も使用される。メラミンが場合により補助燃料として使用されることがあり、したがって主燃料よりも少量で存在する。これらの材料は多くの状況において有用である一方で、改善された組成物がなおも求められている。

一例として、広範囲の圧力にわたって一貫した性能を有するガス発生組成物を手に入れることが望ましい。また、より低圧で良好に作動するガス発生組成物も有益である。より低圧で良好に作動する能力により、当該組成物をより軽量のインフレータ構造で用いることができるようにすることができ、例えば、アルミニウムまたはプラスチックのような種々のインフレータ材料を用いることができる。また、より低圧でのガス発生組成物が用いられる場合には、当該のインフレータシステムはブースタチャンバ及びフィルタを省略することができる。別の有望な利点は、別個の自己点火材料が必要でなくなる場合があり、直接点火の可能性があることである。これらの利点及び他の利点を考えると、広範囲の圧力にわたる一貫した性能、及びより低圧での良好な性能を有する新規なガス発生組成物が求められている。本明細書に開示される組成物及び方法は、これらのニーズ及び他のニーズに対応するものである。

本明細書に具体的に記載され且つ概括的に記載される、本開示の材料、化合物、組成物、物品、及び方法の目的のとおり、本開示の主題は、組成物、該組成物の製造方法、及び該組成物の使用方法に関する。より詳細には、ガス発生組成物及びかかる組成物の製造方法が本明細書に開示される。また、本明細書に記載のガス発生組成物を含む成形物品、ならびに該物品の製造方法も開示される。更に、本明細書では、本明細書に開示の組成物及び成形物品を備えるガス発生器及びインフレータシステムが開示される。

特定の態様において、本明細書では、１種または複数種の酸化剤及び１種または複数種の燃料を含有するガス発生組成物が開示される。更により詳細な態様において、本明細書では、酸化剤として４５〜５５重量％の金属硝酸塩、主燃料として２５〜３０重量％の硝酸メラミンを含有するガス発生組成物が開示される。本明細書に開示の組成物は、任意選択で、補助燃料として５〜１５重量％の窒素含有有機化合物を含有していてもよい。これらの組成物は、任意選択で、１〜１０重量％の１種または複数種の更なる酸化剤を含有していてもよい。本開示のガス発生組成物中には、安定剤、結合剤、及び他の添加剤も存在していてよい。２５〜３０重量％の硝酸メラミンを含む組成物であって、燃焼室内で１〜２０ＭＰａの圧力範囲にわたって燃焼させたときの圧力指数が０．５未満である上記組成物も開示される。

更なる利点は、以下の説明に一部が記載されるか、または以下に記載される態様の実施によって知ることができる。以下に説明する利点は、添付の特許請求の範囲において特に示される要素及び組み合わせによって実現され、達成されることとなる。前述の概括的な説明及び以下の詳細な説明の両方共に、例示のため及び説明のためのものに過ぎず、限定的なものではないことを理解されたい。

添付の図面は、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成し、以下に記載のいくつかの態様を図解する。

数種のガス発生組成物のガス発生器の性能のグラフであり、第１のｙ軸上にガス発生器燃焼内圧（ＭＰａで表示）が示され、第２のｙ軸上に弾道タンク圧力（ballistic tank pressure）（ｋＰａで表示）が示される。 実施例１のガス発生組成物の種々の圧力における燃焼速度（秒当たりのインチで表示）のグラフである。 実施例２のガス発生組成物の種々の圧力における燃焼速度（秒当たりのインチで表示）のグラフである。 実施例１の代理となるガス発生組成物の種々の圧力における燃焼速度（秒当たりのインチで表示）のグラフである。

本明細書に記載の材料、化合物、組成物、物品、及び方法は、以下の、本開示の主題の特定の態様の詳細な説明及びそこに含まれる実施例を参照することによって、より容易に理解することができる。

本発明の材料、化合物、組成物、物品、及び方法を開示及び説明する前に、以下に記載の態様は特定の合成方法または特定の試薬に限定されず、それ自体、当然に変化し得ることを理解されたい。本明細書で用いられる用語は、特定の態様を説明することを目的とするものに過ぎず、限定することを意図するものではないことも理解されたい。

本明細書及び添付の特許請求の範囲において、以下の意味を有すると定義されるべきいくつかの用語が参照されることとなる。

本明細書の説明及び特許請求の範囲の全体を通して、語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」ならびに「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの上記の語の他の形態は、「〜を含む、但しそれに限定はされない」ことを意味し、且つ、例えば、他の添加剤、成分、整数、またはステップを排除することを意図しない。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈によって明確に別段の指示がなされない限り、複数形の指示対象を包含する。したがって、例えば、「組成物（a composition）」への言及は、２種以上のかかる組成物の混合物を包含し、「上記化合物（the compound）」への言及は、２種以上のかかる化合物の混合物などを包含する。

「任意選択の」または「任意選択で」とは、その後に記載される事象または状況が生じても生じなくてもよいことを意味し、上記記載は、当該事象または状況が生じる場合及び生じない場合を包含することを意味する。

以下、本開示の材料、化合物、組成物、物品、及び方法の特定の態様を詳細に参照するが、それらの例は添付の実施例及び図面に例示される。

後述の実施例は、本明細書に記載の方法及び化合物の特定の態様を更に例証することを意図するものであり、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。

ガス発生組成物
本明細書では、１種または複数種の酸化剤及び１種または複数の燃料を含有する、「推進剤」とも呼ばれるガス発生組成物が開示される。特定の例において、本開示の組成物は、酸化剤としての金属硝酸塩を主燃料としての硝酸メラミンと共に含有する。この組み合わせは、ガス発生器としても知られるインフレータにおける低圧での燃焼を可能にし、同時に清浄な燃焼放出ガスを生成することが見出された。これにより、インフレータを設計する際の多能性が向上し、より強度が低くより軽量の鋼材の使用が可能になり、重量及びコストの低減につながる。上記補助燃料の導入により自己点火性能を向上させることができ、インフレータならびに補完的ブースタ及び自己点火組成物を設計する際のより高い多能性も可能になる。本開示の組成物はまた、補助酸化剤も含有していてよく、この補助酸化剤は、上記補助酸化剤を含まない類似の処方と比較して、ＣＯ、ＮＯ_ｘ、及びＮＨ_３などの望ましくない放出ガスの生成を制限することができる。また、本明細書に開示されるように、本開示の組成物中には種々の添加剤が存在していてもよい。

本明細書では、１種または複数種の酸化剤、１種または複数種の燃料、及び任意選択の添加剤を含むガス発生組成物が開示される。

酸化剤
本開示の組成物の特定の例において、上記酸化剤は金属硝酸塩である。更なる特定の例において、上記金属硝酸塩は塩基性金属硝酸塩である。好適な塩基性金属硝酸塩は、塩基性硝酸銅、塩基性硝酸コバルト、塩基性硝酸亜鉛、塩基性硝酸マンガン、塩基性硝酸鉄、塩基性硝酸モリブデン、塩基性硝酸ビスマス、及び塩基性硝酸セリウムから選択することができる。好適な金属硝酸塩の特定の例は、Ｃｕ_２（ＮＯ_３）（ＯＨ）_３、Ｃｕ_３（ＮＯ_３）（ＯＨ）_５・２Ｈ_２Ｏ、Ｃｏ_２（ＮＯ_３）（ＯＨ）_３、Ｚｎ_２（ＮＯ_３）（ＯＨ）_３、Ｍｎ（ＮＯ_３）（ＯＨ）_２、Ｆｅ_４（ＮＯ_３）（ＯＨ）_１１.２Ｈ_２Ｏ、ＭｏＯ_２（ＮＯ_３）_２、Ｂｉ（ＮＯ_３）（ＯＨ）_２、及びＣｅ（ＮＯ_３）_３（ＯＨ）.３Ｈ_２Ｏである。これらの中でも、塩基性硝酸銅が好ましい。

上記金属硝酸塩成分は、本開示の組成物中に４５〜５５重量％の量で存在してもよい。例えば、上記金属硝酸塩は、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、または５５重量％で存在してもよく、記載の値のいずれもが範囲の上端値または下端値であってもよい。特定の例において、上記金属硝酸塩は、４８〜５３重量％、４９〜５２重量％、５０〜５３重量％、５０〜５２重量％、または５１〜５２重量％で存在してもよい。特定の例において、上記金属硝酸塩は本組成物中に５１．５重量％で存在してもよい。

本開示の組成物はまた、上記金属硝酸塩に加えて、１種または複数種の補助酸化剤も含有していてよい。上記補助酸化剤は過塩素酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩から選択してもよい。本明細書における使用に好適なこれらの補助酸化剤の具体例としては、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸マグネシウム、及び過塩素酸バリウムが挙げられる。特定の例において、上記補助酸化剤は過塩素酸カリウムである。補助酸化剤の更なる例としては、炭酸アンモニウム、炭酸カルシウム、塩基性炭酸銅、塩基性炭酸ビスマス、炭酸マグネシウム、及びそれらの組み合わせなどの炭酸塩を挙げることができる。特定の例において、補助酸化剤塩基性炭酸銅を用いてもよい。

上記補助酸化剤成分は、本開示の組成物中に１〜１０重量％の量で存在してもよい。例えば、本明細書に開示される補助酸化剤のいずれか１種は、１、２、３、４、５、５、７、８、９、または１０重量％で存在してもよく、記載の値のいずれもが範囲の上端値または下端値であってもよい。更なる例において、上記補助酸化剤のいずれか１種は、本組成物の４〜８重量％、５〜７重量％、６〜９重量％、１〜４重量％、または３〜５重量％で存在してもよい。特定の例において、上記補助酸化剤成分は、本組成物の６重量％の塩基性炭酸銅及び３重量％の過塩素酸カリウムを含んでいてもよい。

燃料
本開示の組成物において、上記主燃料は硝酸メラミンである。上記硝酸メラミンは本組成物中に２５〜３０重量％で存在してもよい。例えば、上記硝酸メラミンは、２５、２６、２７、２８、２９、または３０重量％の量で本開示の組成物中に存在してもよく、記載の値のいずれもが範囲の上端値または下端値であってもよい。特定の例において、上記硝酸メラミンは、２６〜２９重量％または２７〜２８重量％で存在してもよい。主燃料として硝酸メラミンを使用することにより、低圧での（特に低温において）燃焼を可能にできることが見出された。

上記補助燃料は窒素含有有機化合物であってもよい。補助燃料の使用により、自己点火性能（低温）を向上させることができる。特定の例において、上記窒素含有有機化合物は、グアニジンまたはグアニジン誘導体であってもよい。上記グアニジン誘導体は、ニトログアニジン、硝酸グアニジン、アミノグアニジン、アミノグアニジン硝酸塩、及びアミノグアニジン炭酸水素塩から選択してもよい。好ましい例において、上記窒素含有化合物は硝酸グアニジンである。

他の例において、上記窒素含有有機化合物は、テトラゾールまたは、アミノテトラゾール、ビテトラゾール、アゾビテトラゾール、ニトロテトラゾール、及びニトロアミノテトラゾールから選択されるテトラゾール誘導体から選択してもよい。

上記補助燃料は、本開示の組成物中に５〜１５重量％の量で存在してもよい。例えば、上記補助燃料は、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５重量％で存在してもよく、記載の値のいずれもが範囲の上端値または下端値であってもよい。特定の例において、上記補助燃料は、５〜１０重量％、７〜１２重量％、９〜１４重量％、６〜１３重量％、８〜１１重量％、９〜１０重量％、１０〜１１重量％、または１０重量％で存在してもよい。

本開示の組成物の特定のまたは全ての上記成分が、小粒径、例えば２０μｍ以下で提供されることが望ましい場合がある。例えば、２０μｍ未満の硝酸メラミンを使用してもよい。小粒径は、例えば、振動ミルまたはジェットミルを用いた摩砕によって得ることができる。用いられる特定の粒径は、特定の化合物、用途、及び処方に依存し得る。特定の例において、上記主燃料は、１〜２０μｍ、より具体的には１０μｍ未満の粒径にジェットミリングされる。

添加剤
本開示の組成物はまた、任意選択で更なる添加剤も含有していてよい。例えば、ガス温度をより低温にすることを可能にし、スラグ化を改善し、放出ガスを改善し、結合を改善し、粉体流動を改善するための添加剤を添加してもよい。

任意選択で潤滑のための添加剤も添加してよい。潤滑剤は加工及び圧縮時の粉体流動を向上させることを可能にし、スラグ化を改善する。例えば、本開示の組成物は、０．１〜０．５重量％のポリエチレン、例えば、０．１、０．２、０．３、０．４、または０．５重量％のポリエチレンを含有していてもよく、記載の値のいずれもが範囲の上端値または下端値を形成してもよい。特定の例において、ポリエチレンは本組成物の０．２重量％で存在してもよい。

別の例において、本開示の組成物は、１〜３重量％のヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせを含有していてもよい。特定の例において、本開示の組成物は、１〜３％のアルミン酸マグネシウムを含有していてもよい。

本開示の組成物は、当該組成物から製造された成形物品の強度を高めるために、任意選択の結合剤を更に含有していてもよい。好適な結合剤は、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロースカリウム、カルボキシメチルセルロースアンモニウム、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、微結晶セルロース、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミド由来のアミンを含むポリマー、ポリアクリル酸ヒドラジド、アクリルアミドとアクリル酸の金属塩との共重合体、アクリルアミドとアクリル酸エステル化合物との共重合体、ポリビニルアルコール、アクリルゴム、グアーガム、デンプン、及びシリコーンから選択してもよい。上記結合剤は、存在する場合、本開示の組成物中に０．１〜１０重量％の量で存在してもよい。

本開示の組成物はまた、全組成物に対して５重量％までの割合で、加工助剤及び燃焼調整剤も含有していてよい。好適な加工助剤は、抗固結剤、圧縮助剤、抗ブロッキング剤から選択してもよい。加工助剤及び燃焼調整剤の例としては、ポリエチレングリコール、すす、グラファイト、ワックス、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、窒化ホウ素、タルク、ベントナイト、アルミナ、シリカ、及び二硫化モリブデンがある。これらの薬剤は、最小限の量でも効果があり、特性及び燃焼挙動には全くまたはわずかにしか影響しない。

本開示のガス発生組成物は、広範囲の圧力及び低圧で効果的にガスを発生することができる。例えば、本ガス発生組成物の燃焼速度が１〜２０ＭＰａの圧力範囲にわたって測定される場合、圧力指数は０．５未満とすることができる。燃焼速度は「αｐ^ｎ」に等しく、ここで「α」は初期の粒子温度を表す変数であり、「ｐ」は燃焼室内の圧力である。値「ｎ」は圧力指数であり、燃焼室内の圧力範囲にわたって０に近くなる必要がある。特定の例において、本開示の組成物は２５〜３０重量％の硝酸メラミンを含んでいてもよく、本組成物の、燃焼室内で１〜２０ＭＰａの圧力範囲にわたって燃焼させたときの圧力指数は０．５未満である。

物品
本開示のガス発生組成物は、本明細書に開示される種々の成分を記載された量で混合することによって調製することができる。例えば、上記成分は、ピンミル、振動ミル、またはジェットミル中で、別個にまたは共に摩砕してもよい。上記成分の粒径は、１〜２０μｍ（例えば１、５、１０、１５、または２０μｍ、記載の値のいずれもが範囲の上端値または下端値を形成してもよい）の範囲であってよく、特定の粒径は、所望の性能に応じて変えてもよい。上記摩砕した粉末をリボンブレンダでブレンドしてもよい。ブレンドされた粉末を、ロール圧縮機（例えば、１０^２〜１０^３ＭＰａの圧力）及びそれに続くインライン造粒機で圧縮及び造粒し、該顆粒は従来の打錠機で圧縮成形してもよい。

特定の例において、１種または複数種の燃料と、１種または複数種の酸化剤と、本明細書に記載される任意選択の添加剤とをドライブレンドすることによる、成形物品の形成方法が開示される。これは、鍬型ブレンダ（例えば、流動化パドルブレンダ）によって行ってもよい。このブレンド物を（例えば、インライン造粒機を備えるロール圧縮機で）ロール圧縮し、造粒してもよい。目標とする篩の目開きで表した粒径の顆粒を回収してもよい。残余の材料はロール圧縮ステップにリサイクルしてもよい。最後にタンブリングブレンダ中で上記顆粒に潤滑剤を添加し、混合してもよい。この混合物を打錠機で圧縮成形してもよい。

特定の一態様において、本開示のガス発生組成物は、上記金属硝酸塩、硝酸メラミン、及び補助燃料を任意の順序で混合することによって調製してもよい。上記補助酸化剤も、これらの成分と任意の順序で混合してよい。次いで、得られた組成物を造粒してもよい。圧縮成形する前のこの時点で、任意選択の結合剤及び潤滑剤も添加してよい。かかる結合剤及び潤滑剤は造粒の前に添加してもよく、もしくは造粒の後に、または両方で添加してもよい。

したがって、本明細書では、特定の態様において、４５〜５５重量％の金属硝酸塩と、２５〜３０重量％の硝酸メラミンと、５〜１５重量％の窒素含有有機化合物と、任意選択で１〜１０重量％の、過塩素酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩及び炭酸塩（例えば、塩基性炭酸銅または塩基性炭酸ビスマス）から選択される１種または複数種の補助酸化剤とを混合してブレンド物を形成することによる、成形物品の形成方法が開示される。次いでこのブレンド物を保存し、後に物品に成形してもよい。あるいは、上記ブレンド物を造粒し、次いで、後に成形物品に圧縮成形することができるように保存してもよい。なお更に、上記ブレンド物を造粒し、次いで成形物品に圧縮成形してもよい。上記ブレンド物を造粒する前に、ポリエチレン、ヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、及び／または他の添加剤を上記ブレンド物に添加してもよい。造粒後に潤滑剤（例えば、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、またはステアリン酸カルシウム）を添加してもよい。

特定の例において、本開示の物品は、４５〜５５重量％の塩基性硝酸銅と、２５〜３０重量％の硝酸メラミンと、５〜１５重量％の硝酸グアニジンと、２〜４重量％の過塩素酸カリウムと、５〜７重量％の塩基性炭酸銅と、１〜３重量％のヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの組み合わせと、０．１〜０．４重量％のポリエチレンとを混合してブレンド物を形成し、該ブレンド物を造粒し、次いで該ブレンド物を成形物品に圧縮成形することによって調製してもよい。

本明細書に開示のガス発生組成物の圧縮成形した成形物品は、所望の形状、例えば円筒、単孔の円筒、穿孔した円筒、ドーナツ型、またはペレットの形態であってよい。本成形物品はまた、本ガス発生組成物に水もしくは有機溶剤を加え、次いでそれらを混合し、その混合物を押出成形する（単孔の円筒または穿孔した円筒の形態の成形品）、または上記混合物を打錠機で圧縮成形する（ペレットの形態の成形品）ことによっても製造することができる。

燃焼速度の調整は、粉砕し破片を篩分けることによって得られたバルク材料の粒子の形状及び径によってなし得る。上記バルク材料は大量に製造し、異なる動的活動性（ｄｙｎａｍｉｃ ｌｉｖｅｌｉｎｅｓｓ）を有する画分を混合することによって、特定の燃焼要件を満たすように適合させてもよい。混合の結果を改善するために、２種または３種の成分の予備混合物も用いてよい。酸化剤と添加剤との混合物は、例えば、窒素含有化合物と接触する前に製造してもよい。

使用方法
本開示の組成物は粉末形態または成形した形態で使用してもよい。上記成形物品は、適宜の耐圧容器中にばら置きしたまたは方向性のある形式で導入してもよい。上記成形物品は、開始剤の投入または熱の投入の支援による従来の方法に従って点火され、そのようにして形成されたガスが、任意選択で適宜のフィルタを通過した後、１秒未満の時間内にエアバッグシステムを膨張させる。本明細書に開示の組成物は、搭乗者の保護用に自動車に利用されるいわゆるエアバッグである衝撃バッグに特に適する。車両の衝突の際には、エアバッグは、システム及び自動車の大きさに応じて、約２０〜２００リットルのガス量で最小限の時間内に充満されなければならない。本開示の組成物は同様に、シートベルト締め付け装置、例えばリトラクタまたはプリテンショナに用いるのに適する。

更に、本開示のガス発生組成物を備えるインフレータが開示される。本開示のインフレータはアルミニウムまたはプラスチックとすることができる。本開示の組成物は低圧で有効であるため、本インフレータはブースタチャンバ及びフィルタを省略することができる。

以下の実施例は、本開示の主題に係る方法、組成物、及び結果を例証するために記載する。これらの実施例は、本明細書に開示される主題の全ての態様を包含することを意図するものではなく、代表的な方法、組成物、及び結果を例証するためのものである。これらの実施例は、当業者に明らかな本発明の均等物及び変化形を排除することを意図するものではない。

数値（例えば、量、温度など）に関する精度を保証するための努力を行っているが、ある程度の誤差及び偏差を考慮する必要がある。別段の指示がない限り、部は重量部であり、温度は℃または周囲温度であり、圧力は大気圧またはその近傍である。記載されるプロセスから得られる生成物の純度及び収率を最適化するために用いることができる、成分の濃度、温度、圧力、ならびに他の反応の範囲及び条件などの反応条件の多数の変化形及び組み合わせが存在する。かかるプロセス条件を最適化するためには、合理的な且つ慣用の実験のみしか必要としないこととなる。

実施例１：組成物の調製
表１に詳述した成分を有する組成物を調製した。粉末を混合し、振動ミル中でブレンドした。このブレンドした粉末を圧縮成形して造粒した。次いでこの顆粒を打錠機で圧縮成形した。ポリエチレンは造粒の前に０．１％、造粒の後に０．１％添加した。

次いで、上記組成物を種々の圧力で燃焼速度について試験した。結果を図２に示す。燃焼速度はｒ＝αｐ^ｎと表され、式中、ｒは燃焼速度、「α」は初期粒子温度を表す変数、「ｐ」は燃焼室内の圧力である。値「ｎ」は圧力指数であり、当該圧力範囲にわたって０に近いことが必要である。ここで、１〜２０ＭＰａの範囲の圧力にわたって、ｎは０．４９であり、Ｒ^２の値は０．９９である。このことは、この組成物が低圧環境によって顕著には影響を受けないことを示す。換言すれば、この低い圧力指数の燃焼速度曲線は、圧力に対する燃焼速度の依存性が僅かであることを示唆し、低圧での燃焼及び本明細書に開示される全ての利点が可能になる。

実施例２：組成物の調製
表２に詳述した成分を有する組成物を調製した。粉末を混合し、振動ミル中でブレンドした。このブレンドした粉末を圧縮して造粒した。次いでこの顆粒を打錠機で圧縮成形した。ポリエチレンは造粒の前に０．１％、造粒の後に０．１％添加した。

次いで、上記組成物を種々の圧力で燃焼速度について試験した。結果を図３に示す。ここでも、１〜２０ＭＰａの範囲の圧力にわたって、ｎは０．４４であり、Ｒ^２の値は０．９８である。これらのデータは、本明細書において開示される組成物が一貫した傾き、延いてはより低圧であっても一貫した燃焼速度を有することを示す。

例３：組成物の調製（比較例）
表３に詳述した成分を有する組成物を調製した。粉末を混合し、振動ミル中でブレンドした。このブレンドした粉末を圧縮して造粒した。次いでこの顆粒を打錠機で圧縮成形した。ポリエチレンは造粒の前に０．１％、造粒の後に０．１％添加した。

この組成物の燃焼速度を試験したが、該組成物はより高圧であっても点火しようとしなかった。

例４：組成物の調製（比較例）
表４に詳述した成分を有する組成物を調製した。粉末を混合し、振動ミル中でブレンドした。このブレンドした粉末を圧縮して造粒した。次いでこの顆粒を打錠機で圧縮成形した。ポリエチレンは造粒の前に０．１％、造粒の後に０．１％添加した。

この組成物の燃焼速度を試験したが、該組成物はより高圧であっても点火しようとしなかった。

実施例５：インフレータの分析
実施例１の代理となる組成物を調製し、該組成物は、６５．４重量％の塩基性硝酸銅、３４．４重量％の硝酸メラミン及び、０．２重量％のポリエチレンを含んでいた。そのインフレータ性能を比較例３及び４の組成物と比較した。このように、上記実施例１の代理と比較例３及び４との間の主たる相違点は主燃料である。上記成分の百分率は酸素バランスを０％に維持するためにわずかに変化させた。それぞれメラミン及びシアヌル酸を主燃料として用いた比較例３及び４は、これらの主燃料がインフレータ内で燃焼を持続しようとしなかったため、インフレータ性能を達成不能であった。メラミン硝酸塩を用いると、当該試験の燃焼圧力が低い場合であっても良好に機能した。図１を参照されたい。従って、上記硝酸メラミンを含む組成物は、満足のいくインフレータ性能の結果をあたえる唯一の組成物であった。

最も直接的な比較は、５４．３ｍｍ^２のインフレータからの流出面積の間での比較である。タンク圧力における２０ｋＰａ未満で平坦になる短い破線及び点線の曲線は、燃焼が持続可能でなく、ガスが程度の差はあってもインフレータから漏出し、顕著な力が出ていなかったことを示す。推進剤はインフレータ内に未燃焼のまま残っていた。

初期スパイクを有する曲線はインフレータ燃焼内圧（第１のｙ軸上に示される）に関する。一般的には、今試験と同様の−４０℃で、インフレータは約３０ＭＰａになる。したがって、上記代理の例では、非常に低い燃焼室圧力（インフレータ内部）が可能となりながら、許容可能な弾道試験タンク（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔａｎｋ）内の圧力（第２のｙ軸）に到達し、このことによってこれらがエアバッグシステムにおける使用に適したものとなる。

実施例１の代理となる組成物を、種々の圧力における燃焼速度についても試験した。結果を図４に示す。１〜２０ＭＰａの範囲の圧力にわたって、ｎは０．３９９であり、Ｒ^２の値は０．９９８である。これらのデータは、図１に示すインフレータ性能比較を更に支持する。繰り返しになるが、比較例３及び４は、燃焼速度試験に際して、より高圧であっても、点火すらしようとしなかったのである。

添付の特許請求の範囲の材料及び方法は、本明細書に記載された特定の材料及び方法によって範囲が限定されるものではなく、上記本明細書に記載された特定の材料及び方法は、特許請求の範囲のいくつかの態様の例証であることが意図され、機能的に均等ないずれの材料及び方法も本開示の範囲内である。本明細書に示され説明された材料及び方法に加えて、上記材料及び方法の種々の改変が、添付の特許請求の範囲内に入ることが意図される。更に、これらの材料及び方法の特定の代表的な材料、方法、及び態様のみが具体的に説明されているが、他の材料及び方法ならびに上記材料及び方法の種々の特徴の組み合わせが、具体的に記載されていないとしても、添付の特許請求の範囲内に入ることが意図される。したがって、ステップ、要素（elements）、構成要素（components）、または構成要素（constituents）の組み合わせは、本明細書において明示的に述べられていてもよいが、明示的に述べられていないとしても、ステップ、要素（elements）、構成要素（components）、及び構成要素（constituents）の全ての他の組み合わせが包含される。

Claims (21)

1. ４５〜５５重量％の金属硝酸塩と、
   ２５〜３０重量％の硝酸メラミンと、
   ５〜１５重量％の窒素含有有機化合物と
   を含むガス発生組成物。
2. 前記金属硝酸塩が、塩基性硝酸銅、塩基性硝酸コバルト、塩基性硝酸亜鉛、塩基性硝酸マンガン、塩基性硝酸鉄、塩基性硝酸モリブデン、塩基性硝酸ビスマス、及び塩基性硝酸セリウムから選択される、請求項１に記載の組成物。
3. 前記金属硝酸塩が塩基性硝酸銅である、請求項１または２に記載の組成物。
4. 前記窒素含有有機化合物が、グアニジン、またはニトログアニジン、硝酸グアニジン、アミノグアニジン、アミノグアニジン硝酸塩、及びアミノグアニジン炭酸水素塩から選択されるグアニジン誘導体である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
5. 前記窒素含有有機化合物が硝酸グアニジンである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
6. １〜１０重量％の過塩素酸のアルカリ金属塩または過塩素酸のアルカリ土類金属塩を更に含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成物。
7. 前記過塩素酸の塩が過塩素酸カリウムである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
8. １〜１０重量％の炭酸塩を更に含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
9. 前記炭酸塩が、炭酸アンモニウム、炭酸カルシウム、塩基性炭酸銅、炭酸マグネシウム、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物。
10. 前記炭酸塩が、塩基性炭酸銅または塩基性炭酸ビスマスである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の組成物。
11. 前記硝酸メラミンの粒径が１０μｍ未満である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の組成物。
12. 圧縮操作中の潤滑のための添加剤を更に含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の組成物。
13. 前記添加剤が０．１〜０．５重量％の量のポリエチレンである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の組成物。
14. １〜３％のヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせを更に含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の組成物。
15. ４５〜５５重量％の塩基性硝酸銅と、
    ２５〜３０重量％の硝酸メラミンと、
    ５〜１５重量％の硝酸グアニジンと、
    ５〜７重量％の塩基性炭酸銅または塩基性炭酸ビスマスと、
    １〜５重量％の過塩素酸カリウムと、
    １〜３重量％のヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせと、
    ０．１〜０．３重量％のポリエチレンと
    を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の組成物。
16. ２５〜３０重量％の硝酸メラミンを含むガス発生組成物であって、燃焼室内で１〜２０ＭＰａの圧力範囲にわたって燃焼させたときの圧力指数が０．５未満である前記組成物。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の組成物を含む成形物品。
18. ４５〜５５重量％の金属硝酸塩、２５〜３０重量％の硝酸メラミン、５〜１５重量％の窒素含有有機化合物、１〜１０重量％の、過塩素酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩及び炭酸塩から選択される補助酸化剤、ならびに任意選択で、１〜３重量％のヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせ、及び任意選択で、０．１〜０．３重量％のポリエチレンを混合して、ブレンド物を形成することと、
    前記ブレンド物を造粒することと、
    前記ブレンド物を成形物品へと圧縮成形することと
    を含む成形物品の形成方法。
19. 前記硝酸メラミンを前記金属硝酸塩及び窒素含有有機化合物と混合する前に、前記硝酸メラミンをジェットミリングすることを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. ガス発生器中で、２５〜３０重量％の硝酸メラミンを含むガス発生組成物に点火することを含むエアバッグの膨張方法であって、前記ガス発生器の内圧が２０ＭＰａ未満である前記方法。
21. 前記内圧が１５ＭＰａ未満である、請求項２０に記載の方法。