JPH08508972A - インフレータのガス発生器のための発火組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩を含有する、車輛の乗員拘束装置のガス発生器のための自動発火性組成物は約１５０℃（３０２°Ｆ）〜２２０℃（４２８°Ｆ）の温度で急速な自動発火し、それによってガス発生器をより低温で作動させてアルミニウム製キャニスターを使用し易くする。本発明のこの自動発火組成物は、衝撃及び衝突に対して比較的不感受性であり、製造及び取り扱いが安全であり、そしてクラスＢの材料として有利に分類される。

Description

【発明の詳細な説明】 インフレータのガス発生器のための発火組成物 発明の背景 本発明は発火組成物、更に詳しくは車輛の乗員拘束装置（ｖｅｈｉｃｌｅｏｃ ｃｕｐａｎｔ ｒｅｓｔｒａｉｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）で用いられるインフレータ （ｉｎｆｌａｔｏｒ）のガス発生器のための発火組成物に関する。 鋼は昇温下での強度が比較的大きいことから、鋼製キャニスターが自動車の乗 員拘束装置のためのインフレータ圧力容器として一般に用いられる。しかし、車 体の軽量化が重要視されるようになって、鋼に代えてアルミニウムをそのような 圧力容器に使用することに再び関心が持たれるようになった。 車輛の乗員拘束インフレータ装置が合格しなければならない１つの試験は火に 対する暴露試験である。インフレータのガス発生材料は、火に対する暴露時に発 火し、燃焼することが期待されても、インフレータの圧力容器は破裂、即ち飛び 散ってはならない。鋼はガス発生剤が自動発火する温度より十分高い周囲温度に おいてその強度のほとんどを保持しているので、鋼製圧力容器はこの試験に比較 的容易に合格する。アルミニウムは、しかし、温度の上昇と共に強度を急速に失 い、高い周囲温度と、ガス発生剤の発火時に発生する内部の高い温度及び圧力と の組合わせに耐えることができなくなることがある。しかし、もしインフレータ のガス発生剤を比較的低い温度、例えば１５０〜２１０℃（３０２〜４１０°Ｆ ）で自動発火するように調製することができれば、インフレータのキャニスター はアルミニウムから作ることができる。 アルミニウム製圧力容器で使用するための自動発火組成物を提供することはこ れまで疑問視されていた。アダムス（Ａｄａｍｓ）らに付与された米国特許第４ ，５６１，６７５号明細書はデュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）３０３１と言う単一の基 材より成る無煙粉体を自動発火ガス発生剤として使用することを開示するもので あるが、それは信頼性を欠く公知の自動発火組成物の代表的なものである。この ような無煙粉体は１７７℃（約３５０°Ｆ）と言う所望温度で自動発火するが、 そ れはほとんどがニトロセルロースから構成されるものである。発射薬分野の当業 者であれば分かるように、ニトロセルロースは高い周囲温度では長期安定性がな く、従って自動発火化合物としては信頼性がない。更に、無煙粉体は本発明の組 成物とは異なる機構で自動発火するものである。 加えて、本願と共に譲渡され、プール（Ｐｏｏｌｅ）に付与された米国特許第 ５，０８４，１１８号明細書には、５−アミノテトラゾール、塩素酸カリウム又 は同ナトリウム及び２，４−ジニトロフェニルヒドラジンから成る他の自動発火 組成物が記載されている。この米国特許第５，０８４，１１８号明細書に開示さ れる組成物は自動発火するもので、約１７７℃（約３５０°Ｆ）に加熱されると ガス発生剤を発火させるが、これら組成物は衝撃或いは衝突に対して過敏である ために完全に満足できるものであるとは証明されておらず、同時に製造が困難か つ危険でもある。運輸省（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａ ｔｉｏｎ：ＤＯＴ）がこれらの組成物をクラスＡ又はクラス１．１の爆薬に分類 し、法規によって製造及び貯蔵に特別の設備が求められているので、製造には困 難が更に加わる。 発明の要約 本発明は、自動発火し、約１５０〜２１０℃（３０２〜４１０°Ｆ）に加熱さ れるとガス発生剤の発火を引き起こし、それによってガス発生剤とこのガス発生 剤により生成されたガスを収容するためにアルミニウム製圧力容器を使用するこ とができるようにする、自動車の乗員拘束装置のための発火組成物を提供するこ とによって、前記の諸問題を解決するものである。本発明の組成物と方法は衝撃 及び衝突に対して適度な不感受性を提供し、同時に製造及び取り扱いに対して安 全なものである。更に、本発明の自動発火組成物はクラスＢ又はクラス１．３の 材料として分類される点でも有利であり、従って通常の加工設備で安全に粉砕及 びペレット化することができる。 本発明によれば、車輛の乗員拘束装置のガス発生器のための自動発火性組成物 は３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩と、酸化剤 から成る第一添加剤を含んで成るもので、第一添加剤が３−ニトロ−１，２，４ −トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩と組み合わされると、組成物は熱的に 安定となる。酸化剤はアルカリ金属含有酸化剤化合物、アルカリ土類金属含有酸 化剤化合物及びそれらの混合物より成る群から選ばれるもので；アルカリ金属硝 酸塩、アルカリ金属亜硝酸塩、アルカリ金属過塩素酸塩、アルカリ土類金属硝酸 塩、アルカリ土類金属亜硝酸塩、アルカリ土類金属過塩素酸塩及びそれらの混合 物からなる群から選ばれるものであると更に定義される。本発明の範囲には、更 に、ピクラミン酸、及び／又はホウ素、チタン、ジルコニウム及びアルミニウム より成る群から選ばれる追加の強力な発火材料から成る第二の添加剤も包含され る。 本発明によれば、更に、車輛の乗員拘束装置のガス発生器のための自動発火性 組成物は３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩と、 ピクラミン酸から成る第一の添加剤を含んで成る。 好ましい態様の詳細な説明 本発明の自動発火組成物は、衝撃又は衝突に対して不感受性の、熱的に安定な 爆薬である、以下においてはＨＮＴＯと略記されるニトロトリアゾロンのヒドラ ジン塩を含む。ニトロトリアゾロン、即ちＮＴＯは２つの番号表示系で記述する ことができるが、最も一般的に使用されている表示系は３−ニトロ−１，２，４ −トリアゾール−５−オンである。記述を明確にするために特に言及すると、“ オン”は数字としては使用されず、酸素−炭素二重結合を意味するものである。 ＨＮＴＯは化学量論量のヒドラジンをＮＴＯの熱水溶液に加えることにより容易 に製造される。このＮＴＯ−ヒドラジン溶液をＮＴＯが全部溶解するまで、例え ば約６０℃（１４０°Ｆ）〜８００℃（１７６°Ｆ）の温度で加熱する。この溶 液を冷却した後、結晶化したＨＮＴＯをその溶液から濾別し、次いで乾燥する。 ＨＮＴＯはそれ自身約２３０℃（４４６°Ｆ）の自動発火温度を有する自動発火 物質として機能する。ＨＮＴＯ単独から成る自動発火組成物は、ある種の用途に 適した温度でガス発生剤を発火させるが、アルミニウム製圧力容器を使用しよう とする要望のためには、もっと低い温度で自動発火する自動発火組成物の好まし い態様が必要とされる。 本発明によれば、発火組成物は自動発火組成物の自動発火温度をアルミニウム 製圧力容器での使用に適したレベルまで下げるのに役立つ添加剤も含む。これら の添加剤は、いずれも初期発熱反応温度を下げ、及び／又は発熱反応速度を高め るので、含められる。これら両因子がより低い自動発火温度をもたらす。特定の 添加剤がどちらの形式で有利に働くかを決めることは難しいが、当業者であれば 本発明の添加剤が自動発火温度を下げると言う所望とされる結果を良く達成する ことは分かるだろう。 本発明によれば、自動発火温度を有利に下げる添加剤の１例は酸化剤である。 例えば、アルカリ金属の硝酸塩、同亜硝酸塩及び同過塩素酸塩、特に亜硝酸ナト リウムが好ましく、この亜硝酸ナトリウムは他の多くの酸化剤より低い発火温度 をもたらす。亜硝酸ナトリウムはこれを約１０〜約２５重量％の濃度範囲の量で 含めるとき、特に有効である。塩素酸ナトリウムも非常に有効であるが、ＨＮＴ Ｏと組み合わせた場合熱的に安定でない。アルカリ土類金属及びある種特定の遷 移金属の硝酸塩及び過塩素酸塩も本発明において酸化剤として使用することがで きる。 発火温度を更に低下させる効果があるもう１つの添加剤はニトロフェノール、 特にピクラミン酸で、これはピクリン酸と同様であるが、更に反応性である。本 発明の教示によれば、ＨＮＴＯとピクラミン酸との混合物が自動発火組成物とし て有効である。しかし、ピクラミン酸は、これがＨＮＴＯ及び前記の酸化剤、好 ましくは亜硝酸ナトリウムと混合して供給されるとき、特に有用な添加剤となる 。ピクラミン酸にはこれを本発明において発火温度を低下させる添加剤として有 用なものにする２つの特徴、即ち約１６９℃（３３６°Ｆ）の好適な融点と熔融 したとき高い反応性を有すると言う特徴があると考えられる。 作動の際に、自動発火物質は、一般に、発射薬（ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ）の一 部を発火温度まで上げるに十分な熱を発生させなければならない。自動発火物質 は、典型的には、別個の容器に入れられているので、その自動発火容器から発射 薬の中へ炎が延びることが急速発火に望ましい。本発明の組成物は限られたエネ ルギー出力しか与えず、従ってそれはガス生成剤に密接して置かれるか、別法と して追加の発火物質の近くに置かれるかのいずれかである。例えば、ＢＫＮＯ₃ のような一般的な発火物質の小さいペレット又は顆粒が、本発明の自動発火組成 物と密接しているブースターとして用いることができる。ＢＫＮＯ₃は微粉ホウ 素（Ｂ）と硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）並びに少量の有機バインダーより成る一般 的な発火物質であって、非常に熱い炎を出すのに有利でり、着火した時に急速に 燃える。ＢＫＮＯ₃のような追加の発火物質は、適切な温度に加熱されると、こ の発火物質自体のみならず隣接するガス発生剤又は発火物質を発火温度まで加熱 する、急速な発熱反応を行なう。追加の発火物質は発射薬を着火させるのに十分 な量で与えられ、一方自動発火物質の量はこの追加の発火物質を着火させるのに 十分なものでなければならない。 本発明は、衝撃と衝突に対して比較的不感受性であり、従って製造と取り扱い が比較的安全である発火組成物を提供することによって、著しい利点を達成する ものである。更に具体的に述べると、ＨＮＴＯを８０重量％濃度、亜硝酸ナトリ ウムを２０重量％濃度で含む混合物はクラスＢ（１．３）の材料についてＤＯＴ が要求する“キャップ感受性（ｃａｐ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）”試験に合格 し、しかして本発明の材料は通常の加工設備で安全に粉砕及びペレット化するこ とができる。 自動発火物質と追加のブースター発火物質との組み合わせは、ホウ素、ジルコ ニウム、チタン、アルミニウム又は他の強力な物質のような金属添加剤をＨＮＴ Ｏ／酸化剤混合物に添入させることにより単一の混合物の形で達成することがで き、それによって一層高いエネルギー出力と許容できる自動発火温度を共に有す る単一の組成物がもたらされる。しかし、これらの混合物は、金属添加剤を含有 しない混合物より衝撃に対する感受性が一般に大きい。 本発明を次の代表的な実施例で例証する。次の組成物は重量パーセントで与え られる。 実施例１ ３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩を圧縮成形 して直径０．１２５インチ、長さ約０．１２５インチのペレットを形成した。サ イズ２ＴのＢＫＮＯ₃ペレット１２個を前記のＨＮＴＯペレット４個と一緒にイ ンフレータ集成体（ｉｎｆｌａｔｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ）に模して設計した試 験用取付具（ｆｉｘｔｕｒｅ）に入れた。ここで特に言及すると、“２Ｔサイズ ”とは直径が１／８インチで、長さが約１／１６インチであって、ペレット５個 の 総重量が約０．１０グラムである小さいペレットを意味する。この装置を次に約 ６０℃（１４０°Ｆ）/分の速度で加熱した。２３０℃（４４６°Ｆ）の温度で このペレット混合物は自動発火し、ガス発生剤の発火を引き起こした。 実施例２ 次の組成、即ちＨＮＴＯ８０％及びＮａＮＯ₂２０％なる組成を有するＨＮＴ Ｏと亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ₂）との混合物を調製した。 亜硝酸ナトリウムはボールミルで前以て粉砕して粒径を小さくしたものであっ た。これらの物質をドライブレンドして混合し、その混合物の試料０．３グラム をＢＫＮＯ₃の小さい（２Ｔ）ペレット５個と共にインフレータ集成体を模して 設計した試験用取付具に入れた。この装置を約３０℃（８６゜Ｆ）／分の速度で １８０℃（３５６°Ｆ）の温度まで加熱すると、この温度で混合物は自動発火し 、激しく燃焼した。 同じ材料を前記試験取付具にきつく詰め込んでこの試験を繰り返した。この混 合物は１８５℃（３６５°Ｆ）の温度において４．５分で自動発火した。 実施例３ 次の組成、即ちＨＮＴＯ９０％及びＮａＮＯ₂１０％なる組成を有するＨＮＴ Ｏと亜硝酸ナトリウムとの混合物を調製した。 この混合物を実施例２に記載したようにして調製し、試験した。約２０℃（６ ８°Ｆ）／分の加熱速度において、発火温度は１８２℃（約３６０°Ｆ）である ことが見いだされた。加熱速度が約４３℃（約１０９°Ｆ）／分の第二の試験で は発火温度１９０℃が得られた。 実施例４ ＨＮＴＯ７５％及び亜硝酸ナトリウム２５％の混合物を実施例２に記載したよ うにして調製し、試験した。この混合物は約４８℃（約１１８°Ｆ）／分の加熱 速度において１９３℃（約５５９°Ｆ）で自動発火し、燃焼した。 実施例５ ＨＮＴＯ８０％及び硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ₃）２０％の混合物を実施例２ に記載したようにして調製し、試験した。この混合物は約４２℃（約１０８°Ｆ ）／分の加熱速度において２１３℃（約４１５°Ｆ）で自動発火し、燃焼した。 実施例６ 次の組成、即ちＨＮＴＯ７２％、ＮａＮＯ₂１８％及びピクラミン酸（ＰＡ） １０％なる組成を有するＨＮＴＯ、亜硝酸ナトリウム及びＰＡの混合物を調製し た。 亜硝酸ナトリウムはボールミルで前以て粉砕して粒径を小さくしたものであっ た。これらの物質をドライブレンドして混合し、実施例２に記載したようにして 試験した。この混合物は約３２℃（約９０°Ｆ）／分の加熱速度において１５７ ℃（約３１５°Ｆ）の温度で自動発火し、燃焼した。 実施例７ 次の組成、即ちＨＮＴＯ７８％、ＮａＮＯ₃２０％及びホウ素２％なる組成を 有するＨＮＴＯ、硝酸ナトリウム及びホウ素の混合物を調製した。 硝酸ナトリウムはボールミルで前以て粉砕して粒径を小さくしたものであり、 また粒径２〜３ミクロンの非晶質ホウ素を使用した。これらの物質をドライブレ ンドして混合し、そして直径１／２インチの細いペレットを圧力約８０，０００ ｐｓｉで圧縮成形した。次に、これらのペレットを破砕して顆粒材料を形成し、 その０．２グラムを実施例１に記載したようにして試験すると、満足できる発火 結果が得られた。その装置を約２０℃（６８°Ｆ）／分の速度で１９０℃（３７ ４°Ｆ）の温度まで加熱すると、この温度で混合物は自動発火し、激しく燃焼し た。 実施例７は自動発火材料を追加の発火ブースター材料と組み合わせた単一の混 合物を証明するものである。 実施例８ ＨＮＴＯ８０％と過塩素酸カリウム２０％との混合物を、それらの粉体材料を ドライブレンドすることによって調製した。 過塩素酸カリウムはボールミルで前以て粉砕して粒径を小さくしたものであっ た。この混合物の少量（０．２グラム）の試料をＢＫＮＯ₃の小さい（２Ｔ）ペ レット１１個と共にインフレータ集成体を模して設計した試験用取付具に入れた 。この装置を約２０℃（６８°Ｆ）／分の速度で１９０℃（３７４°Ｆ）の温度 まで加熱すると、この温度で混合物は自動発火し、激しく燃焼した。 以上、本発明の好ましい態様を明らかにしたが、本発明は次の請求の範囲から 逸脱しない範囲で修正が可能であることを理解すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ０６Ｂ 33/10 9280−4Ｈ Ｃ０６Ｂ 33/10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩と、酸 化剤から成る第一の添加剤とを含んで成り、該第一添加剤が該３−ニトロ−１， ２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩と組み合わせたときに熱的に安 定である、車輛の乗員拘束装置のガス発生器のための自動発火性組成物。 ２．前記の酸化剤がアルカリ金属含有酸化剤化合物、アルカリ土類金属含有酸 化剤化合物及びそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求の範囲第１項に記 載の組成物。 ３．前記の酸化剤がアルカリ金属硝酸塩、アルカリ金属亜硝酸塩、アルカリ金 属過塩素酸塩、アルカリ土類金属硝酸塩、アルカリ土類金属亜硝酸塩、アルカリ 土類金属過塩素酸塩及びそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求の範囲第 １項に記載の組成物。 ４．前記の酸化剤が亜硝酸ナトリウムである、請求の範囲第１項に記載の組成 物。 ５．ピクラミン酸から成る第二の添加剤を更に含む、請求の範囲第１項に記載 の組成物。 ６．ホウ素、チタン、ジルコニウム及びアルミニウムより成る群から選ばれる 追加の強力な発火材料を更に含む、請求の範囲第１項に記載の組成物。 ７．ホウ素、チタン、ジルコニウム及びアルミニウムより成る群から選ばれる 追加の強力な発火材料を更に含む、請求の範囲第５項に記載の組成物。 ８．前記の３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩 が約６５〜約９５重量％の濃度で存在し、そして前記の酸化剤が硝酸ナトリウム であって、約５〜約３５重量％の濃度で存在している、請求の範囲第２項に記載 の組成物。 ９．前記の３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩 が約６５〜約９５重量％の濃度で存在し、そして前記の酸化剤が亜硝酸ナトリウ ムであって、約５〜約３５重量％の濃度で存在している、請求の範囲第２項に記 載の組成物。 10．前記の３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩 が約６５〜約９５重量％の濃度で存在し、そして前記の酸化剤が過塩素酸カリウ ムであって、約５〜約３５重量％の濃度で存在している、請求の範囲第２項に記 載の組成物。 11．前記の３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩 が約６５〜約９５重量％の濃度で存在し、前記の酸化剤が硝酸ナトリウム、亜硝 酸ナトリウム及び過塩素酸カリウムより成る群から選ばれるものであって、約５ 〜約３５重量％の濃度で存在し、そして前記のピクラミン酸が約０〜約２０重量 ％の濃度で存在している、請求の範囲第５項に記載の組成物。 12．前記の３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール−５−オンのヒドラジン塩 が約６５〜約９５重量％の濃度で存在し、前記の酸化剤が硝酸ナトリウム、亜硝 酸ナトリウム及び過塩素酸カリウムより成る群から選ばれるものであって、約５ 〜約３５重量％の濃度で存在し、そして前記の追加の発火物質がホウ素、チタン 、ジルコニウム及びアルミニウムより成る群から選ばれるものであって、約０〜 約１０重量％の濃度で存在している、請求の範囲第６項に記載の組成物。 13．３−ニトロ−１，２，４−トリアゾール-５−オンのヒドラジン塩と、ピ クラミン酸から成る第一の添加剤を含んで成る、車輛の乗員拘束装置のガス発生 器のための自動発火性組成物。