JP4948396B2 - ガス発生装置において温度ヒューズとして用いられる点火用組成物、及び、当該点火用組成物を含む合成物を有するガス発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火式ガスの生成に関し、より詳細には、異常高温時に予防目的としてガス発生装置を作動させる点火用組成物に関する。

ガス発生装置は、主装填物と称される点火式ガス生成のための装填物を起爆することによって、非常に短時間で多量のガスを発生させ、保護バッグ等を膨張させることができる。例えば発火による急激な温度上昇の間、ガス発生装置の点火用の装填物が正常に燃焼せずに激しい反応又は爆発を起こし、近くに居る人に重大な危険性を及ぼす場合がある。異常な加熱に起因した上記のような偶発的且つ抑制不可能なガス発生装置の起爆を防止するため、ガス発生装置の主装填物がその点火温度に達する前に、温度ヒューズとして機能する点火用組成物が主装填物の反応を引き起こす。点火用組成物が温度ヒューズとしての機能を十分に発揮するには、多くの基準を満たさなければならない。基準は一般に以下の通りである。
・温度ヒューズとして機能する点火用組成物の点火温度は、ガス発生装置の組成物の点火温度よりはるかに低くなければならい。
・点火用組成物は、ガス発生装置の組成物が作用する前に再現可能な方法で点火が行われるよう、好適な熱伝導領域に再現可能に配置されなければならない。
・点火用組成物は、低重量（一般に２００ｍｇ（ミリグラム）未満）の場合、ガス発生装置の正常な機能に影響が及ぶのを抑制しつつそれ自体が起爆するのに十分な、高い反応エンタルピーを有さなければならない。

上記のような特徴に加え、点火用組成物は、ガス発生装置用としての機械的性能テスト及び熱的性能テストの全てをパスし、且つ、例えば生成ガスの弾道学的特性又は毒性に関してガス発生装置の正常な機能への影響ができる限り抑えられるものでなくてはならない。

温度ヒューズとして用いられる組成物の多くは上記の第１及び第３の基準を満たす。これは米国特許第６４５２８１６号公報に記載の温度ヒューズとして用いられる点火用組成物にも該当し、当該点火用組成物は、金属酸化物等の合成物と、シュウ酸塩、ペルオキソ二硫酸塩、過マンガン酸塩、硝酸塩、スルファミン酸塩等から選択された合成物とを備えている。当該点火用組成物は、オキシニトロトリアゾロン（oxynitrotriazolone: ＯＮＴＡ）や硝酸グアニジン等の爆発物質を備えてよい。上記公報に記載の点火用組成物は、結合剤を任意に使用して、ガス発生装置の主充填物と混合されてよい。この場合、点火用組成物は、ガス発生装置の主装填物の全重量の０．１〜２０％、好ましくは０．１〜５％を占めてよい。上記特許文献はまた、温度ヒューズとして用いられる点火用組成物が主装填物と隔離されてもよいとしている。この場合、点火用組成物は、ガス発生装置が異常な熱を生じた際に主装填物の前に爆発可能なように、特に熱的に露出されていなければならない。また、点火用組成物は粒状であってよい。

上記特許文献は、例えば粒状の点火用組成物が熱的に露出された領域に配置されなければならないと強調している。しかしながら上記特許文献は、粒状体を組み込む手段について一切述べていない。これは、点火に関するガス発生装置の機能及びそのコストに大きな影響を及ぼすため、重要な事項である。粒状の組成物の場合、実際には、温度ヒューズとしての機能の再現性を得ることは困難である。

米国特許５８３４６７９号公報には、温度ヒューズとして用いられる組成物が示されている。
・組成物は、水溶性溶媒又は有機溶媒等の補助剤を用いることにより、適量を使用できると共にガス発生装置に配置することができる。溶媒は組成物のガス発生装置への配置を可能にするが、（当該溶媒を除去するために組成物の乾燥工程が必要であるため）ガス発生装置への配置自体をより困難にしてしまう。また、水溶性溶媒は、（上記米国特許文献では保護層の使用を想定しているので）腐食に伴う問題を引き起こす可能性があり、有機溶媒は、面倒な揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の取り扱いを伴う。
・組成物には少量の結合剤が用いられている（結合剤は最大で組成物の重量の５％であるが、その程度の量では適切な結合を実現し得ない）。

本発明の目的は、ガス発生装置において温度ヒューズとして使用され、ガス発生装置に容易に組み込むことが可能で、且つ、ガス発生装置の点火の間完全に再現可能な反応をする点火用組成物、及び、当該点火用組成物を備えたガス発生装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

上記目的は、点火用装填物を具備するガス発生装置において温度ヒューズとして用いられる点火用組成物であって、１１０℃で安定化し且つ１５５℃〜１８５℃を超えると発熱反応することにより、ガス発生装置に異常な熱が生じた際に点火用装填物が点火する前に燃焼を開始するものであり、溶媒を含まず、溶媒を含まなくとも適量を使用可能且つガス発生装置の適宜の支持部に接着可能となるように、当該点火用組成物の全重量の１５％以上を占めるエポキシ系の結合剤、及び、塩素酸アルカリ金属である酸化剤と糖である還元剤との混合物を含むことを特徴とする点火用組成物（第１観点）により実現される。また、上記目的は、点火用装填物を具備するガス発生装置において温度ヒューズとして用いられる点火用組成物であって、１１０℃で安定化し且つ１５５℃〜１８５℃を超えると発熱反応することにより、ガス発生装置に異常な熱が生じた際に点火用装填物が点火する前に燃焼を開始するものであり、溶媒を含まず、溶媒を含まなくとも適量を使用可能且つガス発生装置の適宜の支持部に接着可能となるように、当該点火用組成物の全重量の１５％以上を占めるエポキシ系の結合剤、及び、過塩素酸アンモニウムである酸化剤と当該酸化剤を分解するフェロセン化合物である分解触媒を含むことを特徴とする点火用組成物（第２観点）により実現される。

本発明によると、点火用組成物自体が（溶媒を付加的に使用しなくても）適量を使用できると共に接着できるので、特別な組み込み手段を用いることなく点火用組成物をガス発生装置に容易に配置することができる。

本発明に係る点火用組成物は、例えば、投与装置を用いてガス発生装置内の所望の位置に所望の量だけ接着することにより、当該組成物が載置される支持部との良好な熱的接触を実現することができる。ガス発生装置の熱伝導性金属部に対する点火用組成物の良好な熱的接触と結合可能性とによって、既存の解決手段を用いたガス発生装置に比べ、ガス発生装置の点火に関する機能が向上する。本発明の解決手段は、得られた組成物が高い点火温度を有し、その温度が粒状体又は粉末の点火温度より高い場合であっても、適切に機能し得る。

本発明に係る点火用組成物は、自動車用安全装置に使用される既存の組成物とは機能的特徴において異なっている。本発明に係る点火用組成物は、自動車用安全装置に関する所定の基準を満たさなくてよい。例えば上記基準としては、特定の燃焼率を有するかの検査、低毒性ガスを得る必要度、等が挙げられる。本発明に係る点火用組成物は以下の事項を満たすのみでよい。
・ガス発生装置への熱応力及び機械的応力に対する耐性を有する。
・ガス発生装置内にあるガス生成用の点火用装填物との適合性を有する。
・できる限り低い点火温度を有する。

本発明に係る点火用組成物は、１１０℃で完全に安定化し、１１０℃よりも高く且つできるだけ１１０℃に近い温度Ｔ（本発明の検査用組成物のほとんどで１５５℃〜１８５℃）を超えると急速に発熱反応する。１１０℃という温度は、自動車用安全装置に使用される組成物において定期的に行われる安定度試験の温度に対応する。

本発明に係る点火用組成物は、当該点火用組成物に含まれる結合剤の性質と当該点火用組成物における結合剤の量とによって特徴付けられている。結合剤は、エポキシ系である。結合剤の量は、（溶媒を使用しなくても）点火用組成物を適量使用できると共に接着できるような量である。結合剤は、接着剤として確実に機能する量だけ使用される。

点火用組成物において、結合剤は以下の３つの役割を担う。
・装填物を結合させる。
・点火反応に積極的に関与する。
・ガス発生装置の支持部への接着剤として機能する（支持部上に直接設けられる。保護層及び／又は保持層を推測的に設ける必要がない）。

結合剤は、点火用組成物の全重量の３０％未満を占めることが好ましく、さらには、点火用組成物の全重量の２５％未満を占めることがより好ましい。いずれの場合においても、結合剤は、点火用組成物における所望の燃焼特性と適合する適宜の量が使用される。

結合剤の量は、結合剤の厳密な性質に応じて変化する。結合剤を選択する際の重要な基準は、装填物の量に対する混合実現性、１１０℃での装填物との適合性、及び、低質量の場合にガス発生装置の組成物を起爆させつつ活発な燃焼を得ることである。

点火用組成物は、ガス発生装置の支持部に配置された後、架橋結合によって硬化する。

本発明によると、結合剤は、接着因子として機能し、且つ、還元剤として点火用組成物の燃焼に関与するが、低温の点火温度に到達することには影響を及ぼさない。低温の点火温度は、装填物が結合剤に取り込まれることによって得られる。

上記第１観点において、点火用組成物は酸化剤及び還元剤の混合物を備えている。当該酸化剤及び還元剤の混合物は、点火温度を正確に取得可能なものでなくてはならない。

上記第１観点では、酸化剤が塩素酸アルカリ金属であり、還元剤が糖である。この場合、塩素酸アルカリ金属と糖との組合せによって十分な点火温度が得られる。

上記第１観点の一の特徴によると、例えばエポキシ樹脂の結合剤は、点火用組成物の全重量の１８〜２２％を占める。

上記第１観点のさらなる特徴として、上記塩素酸アルカリ金属が、塩素酸ナトリウム及び塩素酸カリウムのいずれかであり、点火用組成物の全重量の３０〜５０％を占める。

上記第１観点のさらなる特徴として、上記糖が点火用組成物の全重量の１５〜２５％を占める。

上記第１観点のさらなる特徴として、点火用組成物がアルミニウム及び過塩素酸アルカリ金属を備えている。これにより、燃焼が促進され、熱量が増加する。

上記第１観点のさらなる特徴として、上記アルミニウムが点火用組成物の全重量の５〜１５％を占める。

上記第１観点のさらなる特徴として、上記過塩素酸アルカリ金属が、過塩素酸カリウムであり、点火用組成物の全重量の２０％未満の割合を占める。

上記第２観点において、点火用組成物は酸化剤と当該酸化剤を分解する分解触媒とを備えている。

上記第２観点においては、酸化剤が過塩素酸アンモニウムであり、分解触媒がフェロセン化合物である。

上記第２観点のさらなる特徴として、上記エポキシ樹脂が、点火用組成物の全重量の１５〜３０％を占め、より好ましくは点火用組成物の全重量の１６〜２５％を占める。

上記第２観点のさらなる特徴として、上記過塩素酸アンモニウムが点火用組成物の全重量の６０〜８８％を占め、より好ましくは点火用組成物の全重量の６８〜８８％を占める。

本発明はまた、温度ヒューズとして機能する組成物を特に熱的に露出された領域に容易に組み込むことができるガス発生装置を提供する。

上記目的は、例えば保護バッグを膨張させることが可能なガス生成用の点火用装填物を備えた点火式ガス発生装置であって、点火用装填物の点火温度よりも低い点火温度を有することにより、ガス発生装置に異常な熱が生じた際に点火用装填物が点火する前に燃焼を開始する、点火用組成物を備え、点火用組成物は、溶媒を含まず、溶媒を含まなくとも適量を使用可能且つガス発生装置の適宜の支持部に接着可能となるように、当該点火用組成物の全重量の１５％以上を占めるエポキシ系の結合剤、及び、塩素酸アルカリ金属である酸化剤と糖である還元剤との混合物を含むことを特徴とするガス発生装置により実現される。また、上記目的は、例えば保護バッグを膨張させることが可能なガス生成用の点火用装填物を備えた点火式ガス発生装置であって、点火用装填物の点火温度よりも低い点火温度を有することにより、ガス発生装置に異常な熱が生じた際に点火用装填物が点火する前に燃焼を開始する、点火用組成物を備え、点火用組成物は、溶媒を含まず、溶媒を含まなくとも適量を使用可能且つガス発生装置の適宜の支持部に接着可能となるように、当該点火用組成物の全重量の１５％以上を占めるエポキシ系の結合剤、及び、過塩素酸アンモニウムである酸化剤と当該酸化剤を分解するフェロセン化合物である分解触媒を含むことを特徴とするガス発生装置により実現される。

本発明は、以下の実施例に示されている。

結合剤と様々な粒径の過塩素酸アンモニウムとの混合によって、出発原料の混合過程で得られるペーストの流動性が、沈着の必要度に適したものとなり、且つ、耐用年数に亘って点火用組成物を保管するのに適したものとなる。

実施例１に係る点火用組成物の温度ヒューズの観点に関する重要な特徴は平均して以下のとおりである。
・５℃／分で漸進的に加熱した場合の点火温度は１８０〜１９０℃
・５℃／分で示差走査熱量測定（ＤＳＣ：differential scanning calorimetry）を行った場合の分解ピークは１８０℃
・真空安定性テストにおいて得られた熱平衡は１１０℃
・機能は１０７℃の温度下で４００時間維持された。

実施例１では、分解触媒を用いて過塩素酸アンモニウムの分解温度を低減することにより、点火温度が得られた。燃焼の間、エポキシ系結合剤は還元剤として機能した。

実施例２に係る点火用組成物の温度ヒューズの観点に関する重要な特徴は平均して以下のとおりである。
・５℃／分で漸進的に加熱した場合の点火温度は１７８〜１８５℃
・５℃／分で示差走査熱量測定を行った場合の分解ピークは１８０℃
・真空安定性テストにおいて得られた熱平衡は１１０℃
・機能は１０７℃の温度下で４００時間維持された。

実施例２では、結合剤が無い場合略１６０℃で発火する塩素酸塩・糖の化合物を用いることにより、点火温度が得られた。塩素酸ナトリウムは塩素酸カリウムに置換されてよい。

塩素酸塩が結合剤で覆われることで、過塩素酸アンモニウム等のアンモニウムイオンを基礎とした酸化剤と良好な適合性を有する組成物が生成された。

上記実施例１及び２で用いられる示差走査熱量測定は、プログラム化された温度上昇率（実施例１及び２では５℃／分）に応じて物質により放出又は吸収される熱を測定可能な温度分析方法である。この方法によると、例えば、比熱、反応エンタルピー、又は相変化エネルギーを測定可能である。

Claims (13)

1. 点火用装填物を具備するガス発生装置において温度ヒューズとして用いられる点火用組成物であって、
   １１０℃で安定化し且つ１５５℃〜１８５℃を超えると発熱反応することにより、前記ガス発生装置に異常な熱が生じた際に前記点火用装填物が点火する前に燃焼を開始するものであり、
   溶媒を含まず、
   溶媒を含まなくとも適量を使用可能且つ前記ガス発生装置の適宜の支持部に接着可能となるように、前記点火用組成物の全重量の１５％以上を占めるエポキシ系の結合剤、及び、塩素酸アルカリ金属である酸化剤と糖である還元剤との混合物を含むことを特徴とする点火用組成物。
2. 前記結合剤が前記点火用組成物の全重量の３０％未満を占めることを特徴とする請求項１に記載の点火用組成物。
3. 前記結合剤が前記点火用組成物の全重量の１８〜２２％を占めることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火用組成物。
4. 前記塩素酸アルカリ金属が、塩素酸ナトリウム及び塩素酸カリウムのいずれかであり、前記点火用組成物の全重量の３０〜５０％を占めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火用組成物。
5. 前記糖が前記点火用組成物の全重量の１５〜２５％を占めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の点火用組成物。
6. アルミニウム及び過塩素酸アルカリ金属を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の点火用組成物。
7. 前記アルミニウムが前記点火用組成物の全重量の５〜１５％を占めることを特徴とする請求項６に記載の点火用組成物。
8. 前記過塩素酸アルカリ金属が、過塩素酸カリウムであり、前記点火用組成物の全重量の２０％未満の割合を占めることを特徴とする請求項６又は７に記載の点火用組成物。
9. 点火用装填物を具備するガス発生装置において温度ヒューズとして用いられる点火用組成物であって、
   １１０℃で安定化し且つ１５５℃〜１８５℃を超えると発熱反応することにより、前記ガス発生装置に異常な熱が生じた際に前記点火用装填物が点火する前に燃焼を開始するものであり、
   溶媒を含まず、
   溶媒を含まなくとも適量を使用可能且つ前記ガス発生装置の適宜の支持部に接着可能となるように、前記点火用組成物の全重量の１５％以上を占めるエポキシ系の結合剤、及び、過塩素酸アンモニウムである酸化剤と前記酸化剤を分解するフェロセン化合物である分解触媒を含むことを特徴とする点火用組成物。
10. 前記結合剤が前記点火用組成物の全重量の１５〜３０％を占めることを特徴とする請求項９に記載の点火用組成物。
11. 前記過塩素酸アンモニウムが前記点火用組成物の全重量の６０〜８８％を占めることを特徴とする請求項９又は１０に記載の点火用組成物。
12. ガス生成用の点火用装填物を備えた点火式ガス発生装置であって、
    前記点火用装填物の点火温度よりも低い点火温度を有することにより、前記ガス発生装置に異常な熱が生じた際に前記点火用装填物が点火する前に燃焼を開始する、点火用組成物を備え、
    前記点火用組成物は、
    溶媒を含まず、
    溶媒を含まなくとも適量を使用可能且つ前記ガス発生装置の適宜の支持部に接着可能となるように、前記点火用組成物の全重量の１５％以上を占めるエポキシ系の結合剤、及び、塩素酸アルカリ金属である酸化剤と糖である還元剤との混合物を含むことを特徴とするガス発生装置。
13. ガス生成用の点火用装填物を備えた点火式ガス発生装置であって、
    前記点火用装填物の点火温度よりも低い点火温度を有することにより、前記ガス発生装置に異常な熱が生じた際に前記点火用装填物が点火する前に燃焼を開始する、点火用組成物を備え、
    前記点火用組成物は、
    溶媒を含まず、
    溶媒を含まなくとも適量を使用可能且つ前記ガス発生装置の適宜の支持部に接着可能となるように、前記点火用組成物の全重量の１５％以上を占めるエポキシ系の結合剤、及び、過塩素酸アンモニウムである酸化剤と前記酸化剤を分解するフェロセン化合物である分解触媒を含むことを特徴とするガス発生装置。