JP5179825B2

JP5179825B2 - ハイブリッドインフレータ

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Publication number: JP5179825B2
Application number: JP2007255224A
Authority: JP
Inventors: 健司北山; 昇吾富山; 雅之中安
Original assignee: Daicel Corp
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2008174215A

Description

本発明は、自動車のエアバッグシステム用として適したハイブリッドインフレータに関する。

ハイブリッドインフレータ用のガス発生源には、固形ガス発生剤と加圧ガスが併用されており、加圧ガスがインフレータから流出する際の急激な膨張により吸熱することによる温度低下を補うために、固形ガス発生剤の燃焼により生じるガス熱を利用している。

一方、インフレータを車両に搭載する際には、省スペース化やデザイン上の制約をなくす観点から、小型であるほど有利であり、小型化の要請は非常に大きい。
特開２００３−２２６２２２号公報特開平１１−２８６２５４号公報特表２００１−５２６１４８号公報ＵＳ５，６０２，３６１ＵＳ５，９１３，５３７

本発明は、ハイブリッドインフレータにて固形ガス発生剤に要求される基本性能（燃焼速度、着火性、発熱量）を維持したまま、固形ガス発生剤量を減少させることで、全体を小型化できるハイブリッドインフレータを提供することを課題とする。

また本発明は、前記課題に加えて、更に低温における着火性が良く、環境温度の変化に拘わらず安定した着火性が得られるハイブリッドインフレータを提供することを他の課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
ガス源として、燃焼ガスを発生させる固形ガス発生剤と加圧ガスを有するハイブリッドインフレータであって、
前記固形ガス発生剤として、少なくとも酸化剤とバインダを含み、加圧ガスとして酸素を１５モル％以上含むものを使用する、ハイブリッドインフレータを提供する。

本発明のハイブリッドインフレータでは、少なくとも酸化剤とバインダを含んでいればよく、必要に応じて燃料を使用することができる。固形ガス発生剤として燃料を使用しない場合は、バインダが燃料として機能することで、固形ガス発生剤に要求される基本性能（燃焼速度、着火性、発熱量）を維持することができる。

また本発明のハイブリッドインフレータでは、加圧ガスとして酸素を１５モル％以上含むものを使用し、前記酸素を酸化剤として機能させることで、固形ガス発生剤に要求される基本性能（燃焼速度、着火性、発熱量）を維持したまま、酸化剤の使用量も低減させることができる。

このため、本発明のハイブリッドインフレータでは、固形ガス発生剤の総使用量を減少させることで、固形ガス発生剤の充填空間をより減少させることができ、全体を小型化することができる。

また本発明は、課題の他の解決手段として、
ガス源として、燃焼ガスを発生させる固形ガス発生剤と加圧ガスを有するハイブリッドインフレータであって、
前記固形ガス発生剤として、少なくとも燃料、酸化剤、バインダを含み、前記燃料と前記酸化剤との質量比（燃料／酸化剤）が０．３５超〜０．９５未満の範囲であり、加圧ガスとして酸素を１５モル％以上含むものを使用する、ハイブリッドインフレータを提供する。

前記固形ガス発生剤は、燃料としてニトログアニジンを含み、酸化剤として過塩素酸塩を含み、前記ニトログアニジンと前記過塩素酸塩との質量比（燃料／酸化剤）が０．３５超〜０．９５未満の範囲であるものが好ましい。

燃料と酸化剤の配合質量比を前記範囲内にすることにより、低温における固形ガス発生剤の着火性が向上されると共に、広い範囲の環境温度（冬季から夏季まで）における着火性のばらつきが抑制される。

前記固形ガス発生剤は、バインダとしてカルボキシメチルセルロース又はその塩を含むものであり、前記カルボキシメチルセルロース又はその塩の含有量が３０質量％以上であるものが好ましい。

本発明のハイブリッドインフレータでは、バインダを燃料として利用するため、バインダの含有割合を増加させるが、燃料を使用する場合でも、その含有割合を低減させることができる。また、バインダを多量に使用することにより、ガス発生剤として要求される発熱量を維持することができる。

本発明のハイブリッドインフレータでは、バインダを燃料として利用し、加圧ガスに所定量以上の酸素を含有させ、前記酸素を酸化剤として利用することにより、燃料と酸化剤の使用量を低減させることができる。このため、固形ガス発生剤の充填容積を減少させることができるので、インフレータ全体を小型化することができる。

また本発明のハイブリッドインフレータでは、燃焼と酸化剤の配合質量比を所定範囲内にすることにより、特に低温における固形ガス発生剤の着火性が向上され、広い範囲の環境温度（冬季から夏季まで）における着火性のばらつきが抑制され、安定した着火性を得ることができる。

本発明のハイブリッドインフレータは、ガス源を除いた構造自体は公知のものと同じであり、例えば、特許文献１（特開２００３−２２６２２２号公報）の図１〜図１２に示されたものを用いることができる。

本発明のハイブリッドインフレータでは、固形ガス発生剤として、酸化剤とバインダを含み、必要に応じて燃料を含むものを用いることができる。

酸化剤は、特許文献１等に記載された公知のものを用いることができるが、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸塩カリウム等の過塩素酸塩が好ましい。

バインダは、特許文献１、ＵＳ５，７２５，６９９、特開２０００−１０３６９１号公報、特表２００３−５２４５６５号公報、ＷＯ９６／２７５７４等に記載された公知のものを用いることができる。

バインダとしては、下記に列挙されたものから選ばれるものを、単独で又は必要に応じて組み合わせて使用することができる。

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、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシルメチルセルロースのナトリウム塩、セルロースアセテートブチレート、ニトロセルロース、微結晶性セルロース、αセルロース；
デキストリン、アラビアゴム、トラガント、カラギーニン、アルギン酸ナトリウム、ゼラチン、デンプン、グアーガム、グルテン；
ポリ−Ｎ−ビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート；
ポリプロピレンカーボネート、ポリエチレングリコール、ポリアミド類（ナイロン等）、ポリアクリル系高分子（ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム等）、ポリアセタール、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン、熱可塑性ゴム；
ショ糖、ブドウ糖、ソルビトール糖の糖類；
ホウ酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム；
ラクトース、マンニトール、アミロース；
リン酸カルシウム、乳酸カルシウム、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム。

燃料は、特許文献１等に記載された公知のものを用いることができるが、ニトログアニジン（ＮＱ）、グアニジン硝酸塩（ＧＮ）、グアニジン炭酸塩、アミノニトログアニジン、アミノグアニジン硝酸塩、アミノグアニジン炭酸塩、ジアミノグアニジン硝酸塩、ジアミノグアニジン炭酸塩、トリアミノグアニジン硝酸塩等のグアニジン誘導体等から選ばれるものが好ましく、特にニトログアニジンが好ましい。

固形ガス発生剤は、酸化剤とバインダの２成分系及び更に燃料を加えた３成分系のいずれの場合でも、バインダの含有量は２０〜９０質量％が好ましく、３０〜８０質量％がより好ましく、４０〜７０質量％が更に好ましい。

酸化剤の含有量は、２成分系の場合には残部量であり、３成分系の場合には、５〜６０質量％が好ましく、１０〜５０質量％がより好ましく、２０〜４０質量％が更に好ましい。

燃料の含有量は、６０質量％以下が好ましく、５０質量％以下がより好ましく、５〜４０質量％が更に好ましい。

固形ガス発生剤として燃料と酸化剤を用いるときは、前記燃料と前記酸化剤との質量比（燃料／酸化剤）は０．３５超〜０．９５未満の範囲が好ましくであり、より好ましくは０．４〜０．８の範囲内である。前記質量比の範囲とすることにより、低温におけるガス発生剤の着火性を向上させることができ、環境温度の違いによる着火性のばらつきを小さくすることができる。

固形ガス発生剤としては、燃料としてニトログアニジン、酸化剤として過塩素酸塩、バインダとしてカルボキシメチルセルロース又はその塩を使用することが好ましい。

ニトログアニジンと過塩素酸塩との質量比（ニトログアニジン／過塩素酸塩）は、０．３５超〜０．９５未満が好ましく、０．４〜０．８がより好ましい。前記質量比の範囲とすることにより、低温におけるガス発生剤の着火性をより向上させることができ、環境温度の違いによる着火性のばらつきをより小さくすることができる。

また、バインダとして使用するカルボキシメチルセルロース又はその塩の含有量は、十分なガス発生量を確保するため、３０質量％以上であることが好ましい。

固形ガス発生剤には、必要に応じて、更に特許文献１等に記載された公知の添加剤を配合することもできる。

固形ガス発生剤は、ガス発生剤成分に水又は有機溶媒を添加混合し、押出成型する方法（単孔円柱状、多孔円柱状の成型体）又は打錠機等を用いて圧縮成型する方法（ペレット状の成型体）により製造することができる。

本発明のハイブリッドインフレータでは、加圧ガスとして酸素を１５モル％以上含むものを使用する。酸素の含有量は、好ましくは１５〜５０モル％であり、より好ましくは１５〜２５モル％である。

加圧ガスの充填圧力は、好ましくは１０，０００〜７０，０００ｋＰａ、より好ましくは３０，０００〜６０，０００ｋＰａである。

次に、図１により、本発明のハイブリッドインフレータの一実施形態を説明する。図１で示すハイブリッドインフレータ１０は軸方向の断面図であり、特許文献１（特開２００３−２２６２２２号公報）の図３のハイブリッドインフレータ１０から、キャップ４４を取り除いたものと同じである。

インフレータ１０は、加圧ガス室２０と、ガス発生器３０、ディフュザー部５０とを有している。

加圧ガス室２０は、筒状の加圧ガス室ハウジング２２により外殻が形成されており、アルゴン、ヘリウムの混合物からなる加圧ガスが充填されている。加圧ガス室ハウジング２２は、軸方向及び半径方向に対して対称形となっているので、組み立て時に軸方向及び半径方向への向きを調整する必要がない。

加圧ガス室ハウジング２２の側面には、加圧ガスの充填孔２４が形成されており、加圧ガスを充填した後にピン２６により閉塞されている。ピン２６の先端部２６ａは加圧ガス室２０内に突出されており、突出部はガス発生剤の燃焼ガス流が衝突される長さを有している。このピン２６の突出部の長さを調整することで、ピン２６自体に燃焼ガスを衝突させて、燃焼残渣を付着させることができる。

ガス発生器３０は、ガス発生器ハウジング３２内に収容された点火手段（電気式点火器）３４と固形ガス発生剤３６とを含んでおり、加圧ガス室２０の一端側に接続されている。ガス発生器ハウジング３２と加圧ガス室ハウジング２２は、接合部４９において抵抗溶接されている。インフレータ１０をエアバッグシステムに組み込むとき、点火手段３４は、コネクタ、導線を介して、外部電源に接続される。

固形ガス発生剤３６は、燃料としてニトログアニジン１０〜３５質量％、酸化剤として過塩素酸カリウム１０〜５０質量％、バインダとしてカルボキシメチルセルロースナトリウム塩３０〜８０質量％を含有し、ニトログアニジン／過塩素酸カリウムの（質量比）が０．３５超〜０．９５未満のものである。

加圧ガス室２０とガス発生器３０との間の第１連通孔３８は、椀状の第１破裂板４０で閉塞されており、ガス発生器３０内は常圧に保持されている。第１破裂板４０は、周縁部４０ａにおいてガス発生器ハウジング３２に抵抗溶接されている。

加圧ガス室２０の他端側には、加圧ガス及び燃焼ガスを排出するガス排出孔５２を有するディフュザー部５０が接続されており、ディフュザー部５０と加圧ガス室ハウジング２２は、接合部５４において抵抗溶接されている。

ディフュザー部５０は、ガスを通過させる複数のガス排出孔５２を有するキャップ状のものである。複数のガス排出孔５２の径は、好ましくは０．５〜２ｍｍ、より好ましくは０．５〜１．２ｍｍである。複数のガス排出孔５２の総開口面積は、好ましくは２０〜１０００ｍｍ^２、より好ましくは１００〜５００ｍｍ^２である。

加圧ガス室２０とディフュザー部５０との間の第２連通孔５６は、第２破裂板５８で閉塞されており、ディフュザー部５０内は常圧に保持されている。第２破裂板５８は、周縁部５８ａにおいてディフュザー部５０に抵抗溶接されている。

図１に示すインフレータ１０は、上記した組成の固形ガス発生剤３６を使用しており、ニトログアニジン／過塩素酸カリウムの（質量比）が０．３５超〜０．９５未満のものであるため、非常に着火性が良く、燃焼残渣の発生が抑制される。このため、特許文献１（特開２００３−２２６２２２号公報）の図３のハイブリッドインフレータ１０のように、燃焼残渣を捕捉するためのキャップ４４が不要になる。また、前記のとおり、燃焼残渣の発生が抑制されるため、前記キャップ４４が不要になることと同様に、ピン２６やディフューザ部５０における燃焼残渣の捕捉作用も重要ではない。

本発明のハイブリッドインフレータは、運転席のエアバッグ用インフレータ、助手席のエアバッグ用インフレータ等の各種インフレータに適用できる。

実施例１〜３及び比較例１
表１に示す組成の固形ガス発生剤成分の合計１０００ｇを、５００μmの目の篩いに２回通して混ぜ合わせ、捏和機に仕込んだ。続いて、イオン交換水５００ｇを加えて、４０℃で１８０分間混合した。得られた混合物を押出機で押し出し、裁断し、乾燥して、外径１．４５ｍｍ、厚さ１．４３ｍｍの円板状の固形ガス発生剤を得た。

加圧ガスとして、実施例ではヘリウムと酸素を用い、比較例はヘリウムのみを用いた。このような固形ガス発生剤と加圧ガスの組み合わせについて、下記の各試験を行った。結果を表１に示す。

（１）燃焼熱（cal／g）
（株）吉田作成所製のＹＭ燃研式デジタル熱量計1013S-2を用いて、燃焼熱を測定した。

（２）Ｐmax（kPa）
内容積６０リットル又は２８．３リットルのステンレス製タンク内に本発明のハイブリッドインフレータ（特開２００３−２２６２２２号公報の図３に絞め差Ｒたもの）を固定し、室温においてタンクを密閉後、外部着火電気回路に接続した。別にタンクに設置された圧力トランスデューサーにより、着火回路スイッチを入れた時間を０として、タンク内の圧力上昇変化を時間０〜２００ミリ秒の間、測定した。測定データをコンピューター処理により最終的に「タンク圧力／時間曲線」として、ハイブリッドインフレータの性能を評価した。前記曲線の最大値を最大圧（Ｐmax）とした。

本発明のハイブリッドインフレータは、固形ガス発生剤の燃料の含有割合を低減させた場合でも、ハイブリッドインフレータを機能させるに充分な燃焼熱を得ることができる。このため、固形ガス発生剤の総使用量を低減させることができる。

実施例４、比較例２〜４
表２に示す組成の固形ガス発生剤成分の合計１０００ｇを、５００μmの目の篩いに２回通して混ぜ合わせ、捏和機に仕込んだ。続いて、イオン交換水５００ｇを加えて、４０℃で１８０分間混合した。得られた混合物を押出機で押し出し、裁断し、乾燥して、外径１．４５ｍｍ、厚さ１．４３ｍｍの円板状の固形ガス発生剤を得た。加圧ガスとして、いずれも実施例１〜３と同じ混合ガス（Ｈｅ：Ｏ_２＝８０モル％：２０モル％）を用いた。このような固形ガス発生剤と加圧ガスの組み合わせについて、下記の各試験を行った。結果を表２に示す。

（１）燃焼熱、発生ガスのモル数
燃焼熱は、実施例１〜３と同様にして測定した。発生ガスのモル数は計算値である。

（２）ＴＴＦＧ（Time To First Gasの略；着火からガスが発生するまでに要する時間）とＰ１０（作動後１０ミリ秒のタンク内圧力）の測定方法
６０Ｌタンク内にハイブリッドインフレータを固定した。タンクを密閉した後、点火信号を送り、ハイブリッドインフレータを作動させた。タンク内に設置された圧力センサーにより、タンク内の圧力を感知して、２kPa以上の圧力が検知された時点（ミリ秒）をＴＴＦＧとし、作動後１０ミリ秒のタンク内圧力データを検出した。圧力センサーにより検出したデータをアンプへ送って増幅した。増幅されたデータをパーソナルコンピューター（ＰＣ）に転送し、ＰＣにてＡ／Ｄ変換によりデジタルデータに変換した。このデータをＰ１０（kPa）の値とした。

本発明のハイブリッドインフレータの軸方向断面図である。

Claims

ガス源として、燃焼ガスを発生させる固形ガス発生剤と加圧ガスを有するハイブリッドインフレータであって、
前記固形ガス発生剤として、少なくとも燃料としてニトログアニジンを含み、酸化剤として過塩素酸塩を含み、バインダ４０〜７０質量％を含み、前記ニトログアニジンと前記過塩素酸塩との質量比（燃料／酸化剤）が０．４〜０．８の範囲であり、
加圧ガスとして酸素を１５〜５０モル％含むものを使用する、ハイブリッドインフレータ。
前記固形ガス発生剤が、バインダとしてカルボキシメチルセルロース又はその塩を含むものであり、前記カルボキシメチルセルロース又はその塩の含有量が３０質量％以上である、請求項１記載のハイブリッドインフレータ。