JPH05294774A

JPH05294774A - ガス発生剤組成物及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05294774A
Application number: JP9124592A
Authority: JP
Inventors: Koji Ochi; 弘二越智; Kazuyuki Narita; 和之成田; Kazunori Matsuda; 和典松田; Choichi Asano; 暢一浅野
Original assignee: Nippon Oil and Fats Co Ltd
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】高い燃焼速度を保持した状態で、残渣の捕集
を効率良く行うことができるとともに、生成ガス量の低
下を抑制することができ、しかもガス発生剤組成物を収
率良く製造することができるガス発生剤組成物及びその
製造方法を提供する。【構成】ガス発生器１に装填されるガス発生剤組成物
は、アジ化ナトリウムと二酸化マンガン等の酸化剤を主
成分とし、これにコロイド珪酸を配合した組成物であ
り、前記コロイド珪酸中には無水珪酸がガス発生剤組成
物中５〜１０重量％含有されている。従って、高い燃焼
速度を保持した状態で、残渣の捕集が効率良く行われ
る。また、このガス発生剤組成物を、水とともに混合し
てほぼ均一なスラリーとした後、噴霧造粒乾燥すること
により、収率良くペレット状のガス発生剤組成物８が製
造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車に搭載
されるエアバッグを膨張させるためのガス発生装置（以
下、単に「ガス発生器」という）に利用されるガス発生
剤組成物及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アジ化ナトリウム（Ｎa Ｎ₃）
と各種酸化剤とからなるガス発生剤をペレット状にして
ガス発生器内に装填し、これを燃焼させることにより窒
素ガスを発生させ、エアバッグを膨張させるガス発生器
が知られている。ここで用いられるアジ化ナトリウムを
主成分とするガス発生剤は、燃焼によりガス成分として
清浄な窒素ガスを発生するので、ガス発生剤としては極
めて好ましいものである。

【０００３】しかしながら、同時に副生するナトリウム
やナトリウム化合物の残渣（以下、単に「残渣」とい
う）は、有害であるため、ガス発生剤を開発するにあた
っては、副生した残渣を無害化するか、もしくはガス発
生器内に組み込まれた金網やフィルタ類（以下、単に
「濾過機構」という）で簡単に捕集しやすい様に化学的
に変化させ得る組成であることが望ましい。

【０００４】このような観点から、ガス発生剤組成物中
に二酸化珪素等を配合し、残渣を無害な珪酸塩に変化さ
せると同時に、濾過機構で簡単に捕集され易い低融点ガ
ラスに変化させる手段が知られている。

【０００５】例えば、米国特許第４５４７２３５号明細
書には、次のような組成物が示されている。アジ化ナトリウム６０〜６８重量％二酸化珪素１８〜２４重量％硝酸カリウム８〜２０重量％二硫化モリブデン２〜２０重量％イオウ２〜４重量％この組成物は残渣が捕集され易く、燃焼速度が調整可能
で、ガス発生器用のガス発生剤として好適であることが
述べられている。

【０００６】一方、特公昭５３−１０７６号公報には、
アジ化物、及び硝酸塩及び（又は）過塩素酸塩を含む組
成物の水溶液に微粒状二酸化珪素を少量混合し、かかる
混合物を更に水溶性有機溶剤と混合することによって得
られる微粒子状共析出物からなるガス発生剤が開示され
ている。そして、この組成物は、組成物中の各成分が均
一に混合される結果、燃焼性を損なうことなく残渣を効
率的に低融点ガラスに変換させることが可能であること
が述べられている。

【０００７】さらに、特開昭５０−４０４８７号公報に
は、金属アジドと酸化剤とからなるガス発生剤に、コロ
イド珪酸、水ガラス、セメント類、ハロゲン化アルカリ
金属及びタルクからなる群から選ばれた１種又は２種の
添加剤を添加するガス発生剤組成物が例示されている。
そして、この組成物は、ペレットの機械的強度の向上、
燃焼温度の低下、燃焼速度等の燃焼特性の調整が可能で
あることが述べられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記米国特
許４５４７２３５号明細書記載のガス発生剤組成物は、
残渣を捕集し易くするために二酸化珪素の配合割合を１
８〜２４重量％と高くする必要がある。その結果、ガス
発生剤組成物の燃焼時における燃焼速度が低下するとい
う問題がある。また、二酸化珪素の配合割合が大きい
分、アジ化ナトリウムの配合割合が相対的に減少するた
め、ガス発生器１ケあたりに装填されるべきガス発生剤
の量が多くなる結果、重量と形状が大きくなるという問
題が生じる。

【０００９】一方、特公昭５３−１０７６号公報に記載
のガス発生剤は、二酸化珪素の添加量が少量であるため
燃焼速度の低下が少なく、なおかつ二酸化珪素の添加量
が少量であっても残渣が有効に捕集できる点で有利であ
るが、水溶性有機溶剤と混合することによって得られる
微粒子状共析出物であるガス発生剤組成物の収率が７０
％弱であり、収率が非常に低いという問題がある。

【００１０】さらに、特開昭５０−４０４８７号公報記
載のガス発生剤組成物は、コロイド珪酸が配合され、そ
の添加量が具体例では２重量％と４．８重量％という少
ない組成物が提示されているが、この組成物についても
上述のガス発生剤組成物のように収率が低いという問題
がある。

【００１１】この発明は上記従来技術に存在する問題に
着目してなされたものであって、その目的は高い燃焼速
度を保持した状態で、残渣の捕集を効率良く行うことが
できるとともに、生成ガス量の低下を抑制することがで
き、さらにガス発生剤組成物を収率良く製造することが
できるガス発生剤組成物及びその製造方法を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明のガス発生剤組成物は、アジ化ナトリウ
ムと酸化剤を主成分とし、コロイド珪酸を配合してなる
ガス発生剤組成物であって、前記コロイド珪酸中には無
水珪酸がガス発生剤組成物中５〜１０重量％となる量含
有されているものであることを特徴とする。

【００１３】また、第２の発明のガス発生剤組成物の製
造方法は、第１の発明のガス発生剤組成物を、水ととも
に混合してほぼ均一なスラリーとした後、噴霧造粒乾燥
することを特徴とする。

【００１４】次に、この発明の各構成要件について順次
説明する。アジ化ナトリウムはガス発生器に用いられる
ガス発生剤の主成分として最も一般的な物である。アジ
化ナトリウムの粒度は、高い燃焼速度を得るためには、
平均粒径は２０μｍ以下であることが望ましい。

【００１５】アジ化ナトリウムと共に用いられる酸化剤
としては、従来から知られているものが使用され、例え
ば過塩素酸カリウム、過塩素酸アンモニウム等の過塩素
酸塩、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム等の硝酸塩、酸化
銅、酸化鉄、二酸化マンガン等の金属酸化物が好適に用
いられる。中でも、アジ化ナトリウムと、配合した際の
燃焼温度が低いこと、燃焼速度が高いこと、化学的安定
性が良いこと、コストが低いこと等の観点から二酸化マ
ンガンが特に好ましい。また、この二酸化マンガンの粒
度は、高い燃焼速度を得るためには、１０μｍ以下であ
ることが好適である。

【００１６】アジ化ナトリウムと酸化剤との配合割合に
ついては、使用する酸化剤の種類によりその最適組成は
異なるが、通常アジ化ナトリウム４０〜７５重量％に対
して酸化剤２５〜６０重量％の範囲が適当である。

【００１７】次に、この発明におけるコロイド珪酸と
は、粒子の大きさが５〜１００ｍμ程度である無定形珪
酸の安定な水系分散体であり、水ガラスや珪酸エステ
ル、ハロゲン化珪素の加水分解などによって生じる珪酸
を、コロイドの大きさに成長させることによって得られ
るものである。一般にはコロイダルシリカと称されるも
のである。そしてコロイド珪酸中の無水珪酸含有量とし
ては、２０〜４０重量％のものが適している。

【００１８】コロイド珪酸中の無水珪酸がガス発生剤組
成物中に占める配合量としては、５〜１０重量％である
ことが必要である。この配合量が５重量％未満の場合、
残渣を十分に捕集することができない。また、配合量が
１０重量％を越える場合、燃焼速度が急速に低下し、さ
らにアジ化ナトリウムの配合割合が相対的に減少するた
め、不適当である。

【００１９】燃焼速度が低すぎると、ガス発生剤ペレッ
トの表面積の増大を必要とするため、ペレットの厚みを
薄くする必要が生じ、このことはペレット強度の低下を
もたらす。そのため、ガス発生器が何年もの間、自動車
の車室内で激しい振動や高低の大きい過酷な温度条件に
さらされた場合に、ペレットが割れたり粉化したりし
て、ガス発生剤燃焼時の燃焼室内の予期せぬ高圧をもた
らす。

【００２０】さらに、アジ化ナトリウム配合比の相対的
な減少は、ガス発生器１ケあたりに必要となるガス発生
剤の量が増えることとなり、その結果、ガス発生器の重
量及び形状の増大をもたらすこととなる。従って、コロ
イド珪酸中の無水珪酸のガス発生剤組成物中に占める配
合量としては、前述のように５〜１０重量％であること
が必要である。

【００２１】次に、この発明のガス発生剤組成物の製造
方法としては、以下に述べる方法が適している。コロイ
ド珪酸は、ゾルとして安定した状態を保つためには、ｐ
Ｈ、濃度、共存電解質等について配慮する必要がある。
例えば、アジ化ナトリウムと酸化剤からなる乾燥したガ
ス発生剤に、２０〜４０重量％のコロイド珪酸を単純に
加えた場合には、コロイド珪酸は瞬間的凝固（ゲル化）
してしまう。

【００２２】しかしながら、ガス発生剤成分を水ととも
に混合して均一なスラリーとすることにより、このよう
なゲル化現象を抑えることができる。そのためには、ガ
ス発生剤固形分１０重量部に対して、水は７重量部以上
であることが好ましい。水が７重量部未満の場合には、
スラリーは急激に増粘し、ゲル化の状態に近づくために
好ましくない。

【００２３】また、上記スラリー中の固液分離を抑制す
るためには、ガス発生剤固形分１０重量部に対して、水
は１２重量部以下であることが好適である。水が１２重
量部を越える場合には、短時間で固液分離現象を呈する
ために、性能のばらつきを引き起こすために好ましくな
い。以上のことから、ガス発生剤固形分と水との重量比
率は１０：７〜１０：１２の範囲が最適である。

【００２４】次にｐＨであるが、コロイド珪酸を安定し
たゾルの状態に保つためには、スラリーのｐＨは８〜１
０の範囲が適当である。ｐＨが８未満の場合、ゲル化し
やすくなり、ｐＨが１０を越えると、コロイド珪酸は珪
酸アルカリの溶液になるために、やはり好ましくない。

【００２５】上記ｐＨの範囲では、コロイド珪酸中の珪
酸粒子の表面は、水酸イオンを吸着して負に帯電してい
る。従って、酸化剤として水中で正に帯電するような物
質、例えば酸化第二鉄のような物質は、コロイド珪酸の
安定性に悪影響を与えるため、基本的に好ましくない。
逆に、二酸化マンガンのように上記ｐＨの範囲で水中で
負に帯電するような物質は好ましいといえる。

【００２６】この発明のガス発生剤組成物は、例えばホ
モジナイザーを用いてスラリーの状態で均一に混合され
る。均一混合されたガス発生剤組成物は、後の工程でペ
レットに成型されることになるが、その際の作業性を良
くするためには、造粒乾燥される必要がある。この発明
に示されるようなガス発生剤スラリーを造粒乾燥する手
段としては、噴霧造粒乾燥、即ち熱風が送り込まれてい
る乾燥塔内にガス発生剤スラリーを液滴状で粉霧し、短
時間内に造粒及び乾燥を同時に実施するような手段が得
策である。この造粒乾燥工程は、一般にスプレードライ
ヤーとよばれる装置を用いることにより、容易に実施す
ることができる。

【００２７】この発明の製造方法を実施するに際して
は、まず、ガス発生剤スラリー調整用タンク内に定めら
れた量の水が準備されなくてはならない。その時の水の
量は、後から加えられるコロイド珪酸中の水の量と合算
した量で、あらかじめ設計されたガス発生剤固形分に対
する水の量になるように調整される。

【００２８】次に、コロイド珪酸を水に加え、さらに粉
末原料であるアジ化ナトリウム及び酸化剤を加える。さ
らにはホモジナイザー等の混合器により均一なスラリー
を調整する。その際、アジ化ナトリウム、酸化剤、コロ
イド珪酸の添加順序は特に制限されるものではない。

【００２９】均一に調整されたガス発生剤スラリーは送
液ポンプ等でスプレードライヤー乾燥塔内に導入され、
そこでノズルもしくは回転アトマイザーによって液滴状
に粉霧される。この液滴は、乾燥塔内を滞留する間に造
粒乾燥され、ガス発生剤組成物の造粒薬が製造される。

【００３０】このようにして製造される造粒薬の一般的
な性能としては、粒径は５０〜３００μｍ、残存水分量
は１％以下である。また収率としては９５％以上であ
る。なお、この発明のガス発生剤組成物が装填されたガ
ス発生器について説明すると、図１に示すように、ガス
発生器１内の中心位置には点火室２が設けられ、その外
周には燃焼室３が区画形成され、さらにその外周には冷
却捕集室４が同心円状に区画形成されている。上記点火
室２内にはリード線５が接続されたスクイブ６が立設固
定され、その上部には点火剤７が充填されている。ま
た、燃焼室３内にはペレット状のガス発生剤組成物８が
装填されるとともに、冷却捕集室４には金属と無機繊維
とからなる環状の冷却用フィルタ９が配置されている。

【００３１】前記点火室２と燃焼室３との間及び燃焼室
３と冷却捕集室４との間にはそれぞれ連通孔１０，１１
が開口されるとともに、冷却捕集室４の上部外周にはガ
ス排出口１２が開口されている。燃焼室３内の下部外周
には環状の燃焼室フィルタ１３が連通孔１１に対向して
配置されている。

【００３２】そして、リード線５を介してスクイブ６に
通電されてスクイブ６が発熱し、点火剤７が着火する。
その火炎が連通孔１０を通って燃焼室３内へ伝播され、
ガス発生剤組成物８が燃焼し、窒素ガスを発生する。こ
の窒素ガスは燃焼室フィルタ１３、連通孔１１を通って
冷却捕集室４に入り、冷却用フィルタ９で冷却されなが
らガス排出口１２から排出される。そして、図示しない
エアバッグを展開させる。

【００３３】

【作用】第１の発明におけるガス発生剤組成物中には、
残渣を無害化し、なおかつ残渣を濾過機構で捕集し易い
ように化学的に変化させる手段として、二酸化珪素の中
でも特にコロイド珪酸が配合されている。その添加量
は、コロイド珪酸中の無水珪酸がガス発生剤中５〜１０
重量％となる量である。

【００３４】このコロイド珪酸は、活性な微粒子状の二
酸化珪素であるため、５〜１０重量％の添加量で十分に
その目的を達成することが可能である。そして、濾過機
構で捕集される残渣は、全て無害化されていないもの
の、一定量以上の低融点ガラスの生成は、その表面に残
りの残渣を物理的に十分に付着させる。

【００３５】さらに、この発明のガス発生剤組成物は、
コロイド珪酸の如く活性な二酸化珪素を使用し、なおか
つ、その添加量は少ないことから、燃焼速度はほとんど
低下せず、アジ化ナトリウムの配合割合もそれほど低下
しない。従って、生成するガス量も多い。

【００３６】第２の発明におけるガス発生剤組成物の製
造方法においては、コロイド珪酸をゲル化させることな
く、他の成分と均一に混合させることができるととも
に、乾燥塔内で噴霧造粒乾燥することから、一度に大量
のガス発生剤組成物を効率よく製造することができる。

【００３７】

【実施例】以下にこの発明を具体化した実施例を比較例
と対比して説明する。なお、各例において重量％を％と
略記する。（実施例１）所定量のイオン交換水が計り込まれた容器
内に、３０％コロイド珪酸を投入し攪拌した後、アジ化
ナトリウムと二酸化マンガンとを投入する。この時、ア
ジ化ナトリウム、二酸化マンガン、珪酸の各比率は表１
に示す比率になるようにあらかじめ計算しておく。この
混合物をホモジナイザーで攪拌混合し、均一なスラリー
状にした後、２流体ノズル方式のスプレードライヤーを
使用して噴霧造粒乾燥することにより、平均粒径約１０
０μｍの造粒薬としてガス発生剤組成物を得た。このと
きの収率はほぼ１００％であった。

【００３８】この造粒薬をロータリー式打錠機を用い
て、直径７mm、厚さ4.5 mmのペレットを製造した。この
ペレットを図１に示されるガス発生器内に102.5g装填し
た後、６０リットルのタンク試験機に取り付け、作動さ
せた際のタンク内に排出されたナトリウム量を測定し
た。

【００３９】またこれとは別に、専用の金型と手動式油
圧プレス機を使用し、前記造粒薬を用いて５mm×８mm×
50mmの棒状成形品（以下、「ストランド」という）を作
成した。

【００４０】燃焼速度は、ストランドの側面をエポキシ
樹脂でコーティングすることにより全面燃焼を防止する
対策を施した後、直径0.5 mmのドリルを用いて、長手方
向に適当な間隔で２ケの小穴をあけ、ここに燃焼時間測
定用の溶断ヒューズを各穴１本ずつ貫通させた。このス
トランド試料を所定の固定台に設置し、３０気圧の加圧
下で、ストランドの一端からニクロム線で点火し、燃焼
面が通過する際にヒューズが溶断する瞬間を電気的に測
定し、２点間の距離をその時間差で割ることにより燃焼
速度として求めた。その結果を表１に示す。（実施例２〜４）表１に示す組成で、実施例１と同様な
方法によりガス発生剤組成物を各々製造し、同じ方法で
それぞれの特性を評価した。ただし、ガス発生器内に組
み込まれるペレットの量は、ガス発生器１ケ当たりのア
ジ化ナトリウムの量が一定になるように調整した。その
結果を表１に示す。（比較例１及び２）表１に示す組成で、実施例１と同様
な方法によりガス発生剤組成物を各々製造し、同じ方法
でそれぞれの特性を評価した。ただし、ガス発生器内に
組み込まれるペレットの量は、ガス発生器１ケ当たりの
アジ化ナトリウムの量が一定になるように調整した。そ
の結果を表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１中、アジ化ナトリウムは東洋化成工業
（株）のものを使用した。このアジ化ナトリウムの粒度
は平均９．６μｍであった。また、二酸化マンガンは東
ソー（株）製の商品名電解二酸化マンガン「ＦＭＨ」を
使用した。さらに、コロイド珪酸は日産化学工業（株）
の商品名「スノーテックスＳ（３０％液）」を使用し、
表中の珪酸の割合は、無水珪酸に基づいて算出した値で
ある。

【００４３】表１に示す結果からわかるように、ガス発
生剤組成物中の無水珪酸の比率が５〜１０％の場合（実
施例１〜４）、高い燃焼速度を維持しつつ、残渣を効率
的に捕集することができる。しかし、５％未満の場合
（比較例１）、残渣を十分捕集することができず、１０
％を越える場合（比較例２）、燃焼速度が急激に低下す
る。

【００４４】また、各実施例１〜４においては、コロイ
ド珪酸の配合量が５〜１０％と少量であるため、相対的
にアジ化ナトリウムの量が確保され、その結果生成ガス
量の低下を抑制することができる。しかも、実施例１に
示したように、ガス発生剤組成物の収率はほぼ１００％
と極めて高い。（実施例５）所定量のイオン交換水が計り込まれた容器
内に、４０％コロイド珪酸を投入して攪拌した後、アジ
化ナトリウムと過塩素酸カリウムとを投入する。この
時、アジ化ナトリウム、過塩素酸カリウム、珪酸の各比
率は表２に示す比率になるように予め計算しておく。こ
の混合物をホモジナイザーで攪拌混合し、均一なスラリ
ー状にした後、２流体ノズル方式のスプレードライヤー
を使用して噴霧造粒乾燥することにより、平均粒径 80
μｍの造粒薬を得た。

【００４５】このときの収率はほぼ１００％であった。
この造粒薬をロータリー式打錠機を用いて、直径７mm、
厚さ5.0 mmのペレットを製造した。これについて実施例
１と同様の方法で特性を評価した。ただし、ガス発生器
に組み込んだガス発生剤の薬量は７９．８ｇであった。
その結果を表２に示す。（実施例６〜８）表２に示す組成で、実施例５と同様な
方法によりガス発生剤組成物を各々製造し、同じ方法で
それぞれの特性を評価した。ただし、ガス発生器内に組
み込まれるペレットの量は、ガス発生器１ケ当たりのア
ジ化ナトリウムの量が一定になるように調整した。その
結果を表２に示す。（比較例３及び４）表２に示す組成で、実施例５と同様
な方法によりガス発生剤組成物を各々製造し、同じ方法
でそれぞれの特性を評価した。ただし、ガス発生器内に
組み込まれるペレットの量は、ガス発生器１ケ当たりの
アジ化ナトリウムの量が一定になるように調整した。そ
の結果を表２に示す。

【００４６】

【表２】

【００４７】表２中、アジ化ナトリウムは東洋化成工業
（株）のものを使用した。このアジ化ナトリウムの粒度
は平均７０μｍであった。また、過塩素酸カリウムは日
本カーリット（株）のものを２５０メッシュの篩に通し
て使用した。さらに、コロイド珪酸は日産化学工業
（株）の商品名「スノーテックスー４０（４０％液）」
を使用し、表中の珪酸の割合は、無水珪酸に基づいて算
出した値である。

【００４８】表２に示す結果からわかるように、ガス発
生剤組成物中の無水珪酸の比率が５〜１０％の場合（実
施例５〜８）、高い燃焼速度を維持しつつ残渣を効率的
に捕集することができる。しかし、５％未満の場合（比
較例３）、残渣は十分捕集することができず、１０％を
越える場合（比較例４）、急激に燃焼速度が低下する。
この結果は表１の結果と傾向が良く一致している。

【００４９】また、各実施例５〜８においては、コロイ
ド珪酸の配合量が５〜１０％と少量であるため、アジ化
ナトリウムの量が確保され、従って生成ガス量の低下を
抑制することができる。しかも、実施例５に示したよう
に、ガス発生剤組成物の収率はほぼ１００％と極めて高
い。

【００５０】

【発明の効果】第１の発明のガス発生剤組成物は、コロ
イド珪酸を所定範囲の少量含有しているため、高い燃焼
速度を保持した状態で、残渣の捕集を効率良く行うこと
ができるとともに、生成ガス量の低下を抑制することが
できるという優れた効果を奏する。

【００５１】また、第２の発明のガス発生剤組成物の製
造方法によれば、水を用いてスラリー化した後、噴霧造
粒乾燥することにより、ガス発生剤組成物を収率良く製
造することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のガス発生剤組成物が装填されたガス
発生器を示す断面図である。

【符号の説明】

１…ガス発生器、８…ペレット状のガス発生剤組成物。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アジ化ナトリウムと酸化剤を主成分と
し、コロイド珪酸を配合してなるガス発生剤組成物であ
って、前記コロイド珪酸中には無水珪酸がガス発生剤組
成物中５〜１０重量％となる量含有されているものであ
ることを特徴とするガス発生剤組成物。
【請求項２】請求項１のガス発生剤組成物を、水とと
もに混合してほぼ均一なスラリーとした後、噴霧造粒乾
燥することを特徴とするガス発生剤組成物の製造方法。