(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記成分：
硝酸グアニジン約55〜約75重量％と；
過塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から選択される酸化剤約25〜約45重量％と；
流動促進剤約0.5〜約5.0重量％と；
結合剤約５重量％までと
から本質的に成るガス発生噴射剤（gas generating propellant）（24）。
【請求項２】
前記流動促進剤が黒鉛とカーボンブラックとから成る群から選択されることを特徴とする、請求項１記載のガス発生噴射剤（24）。
【請求項３】
樹脂酸カルシウム約１重量％〜約３重量％が結合剤として存在することを特徴とする、請求項２記載のガス発生噴射剤（24）。
【請求項４】
硝酸グアニジン約57〜約71重量％と；過塩素酸カリウム約28〜約42重量％と；黒鉛約0.5〜約1.5重量％とから本質的に成る、請求項２又は請求項３のいずれかに記載のガス発生噴射剤。
【請求項５】
前記硝酸グアニジンの平均粒度が約75μ〜約350μであり、前記過塩素酸カリウムの平均粒度が約50μ〜約200μであり、前記黒鉛の平均粒度が約７μ〜約70μであることを特徴とする、請求項４記載のガス発生噴射剤（24）。
【請求項６】
窒素と二酸化炭素と水蒸気との混合物を第２ガスソースに供給するために有効であり、前記混合物を約800℃を越える温度において供給する第１ガス発生噴射剤ミックス（24）を特徴とするエアバッグ（10）の成分。
【請求項７】
前記混合物を約900℃〜約1050℃の温度において供給することを特徴とする、請求項６記載の成分。
【請求項８】
前記混合物を約530m/秒〜約650m/秒の速度で供給することを特徴とする、請求項６記載の成分。
【請求項９】
前記噴射剤混合物（24）が硝酸グアニジン約55〜約75重量％と；過塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から選択される酸化剤約25〜約45重量％と；流動促進剤約0.5〜約5.0重量％と；結合剤約５重量％までとから本質的に成ることを特徴とする、請求項８記載の成分。
【請求項１０】
前記流動促進剤が黒鉛とカーボンブラックとから成る群から選択されることを特徴とする、請求項９記載の成分。
【請求項１１】
樹脂酸カルシウム約１重量％〜約３重量％が結合剤として存在することを特徴とする、請求項９又は請求項10のいずれかに記載の成分。
【請求項１２】
前記ガス発生噴射剤ミックスが硝酸グアニジン約57〜約71重量％と、過塩素酸カリウム約28〜約42重量％と、黒鉛約0.5〜約1.5重量％とから本質的に成ることを特徴とする、請求項11に記載の成分。
【請求項１３】
前記硝酸グアニジンの平均粒度が約75μ〜約350μであり、前記過塩素酸カリウムの平均粒度が約50μ〜約200μであり、前記黒鉛の平均粒度が約７μ〜約70μであることを特徴とする、請求項12記載の成分。
【発明の詳細な説明】
本発明はガス発生噴射剤（gas generating propellant）に関する。より詳しくは、硝酸グアニジンと、特定の酸化剤、過塩素酸カリウム又は過塩素酸アンモニウムとの混合物は、点火時に、窒素、二酸化炭素及び水蒸気を発生する。
ガス発生化合物は、点火時に、多量のガスを放出する。ガス放出化合物の１カテゴリーはグアニジン（HN＝Ｃ（NH2）２）ベースド（based）化合物を増感剤及び／又は酸化剤と混合して用いる。例えばHolmへの米国特許第2,165,263号は、結合剤中にニトログアニジンを含むガス発生化合物を開示する。ニトログアニジンの一部を硝酸グアニジン（H2NC（NH）NH2・HNO3）と置換することができる。典型的な結合剤はニトロセルロースと酢酸セルロースとを含む。
Prior等への米国特許第3,719,604号は、例えば塩素酸カリウムのような酸素放出化合物と、例えば硝酸アンモニウム及び硝酸グアニジンのような、ガス放出化合物との混合物を開示する。
Godfreyへの米国特許第3,739,574号は、酸化クロム触媒の存在下で分解する、硝酸グアニジンと硝酸アンモニウムとの混合物を含むガス発生剤を開示する。
上記混合物は多量の酸素ガスと窒素ガスとを放出する。しかし、ガス量とガス温度とは、自動車パッセンジャー（passenger）拘束系（restraint system）に用いるような、増強式（augmented）エアバッグに用いるために不充分である。このようなエアバッグの第１コンパートメントでは、アジドと酸化剤との混合物の点火によって、高温の窒素ガスが放出される。開示された混合物の１種類はアジ化ナトリウムと過塩素酸カリウムとである。放出される窒素は有孔プレートを通って、圧縮ガスを含む第２コンパートメント中に達する、この圧縮ガスは第１コンパートメントで放出される高温窒素ガスにさらされると膨張する。第３コンパートメントでは、ガスがエアバッグを膨張させて、自動車パッセンジャーを拘束する。
アジ化ナトリウムは安全に取り扱うことが困難であり、有害である。エアバッグの組み立ては制御された環境下で実施しなければならず、膨張しないエアバッグシリンダーの処分は困難である。
硝酸グアニジンは取り扱いやすく、アジ化ナトリウムほど有害ではない。硝酸グアニジンベースドエアバッグ成分の開発は製造と輸送との安全性を改良し、処分の環境問題を減ずると考えられる。
高温において多量の無毒性ガスを放出するガス発生噴射剤を提供することが、本発明の目的である。この噴射剤混合物を増強式エアバッグに組み込むことが、本発明の第２目的である。噴射剤が硝酸グアニジンと酸化剤との混合物であることが、本発明の特徴である。好ましい実施態様では、酸化剤は過塩素酸カリウムか又は過塩素酸アンモニウムのいずれかである。本発明のさらに他の特徴は、噴射剤ミックスに例えば黒鉛又はカーボンブラックのような流動促進剤（flow facilitator）を加えることができることである。本発明のさらに他の特徴は、噴射剤ミックスに例えば樹脂酸カルシウム（calcium resinate）のような結合剤を加えることができることである。
点火時に、噴射剤ミックスが約800℃を越える温度を有する排気ガスを発生し、このガスが増強式ガス発生器の第２コンパートメントにおける窒素の膨張を増強することが、本発明の利点である。本発明のさらに他の利点は、放出されたガスが約530m/秒を越える速度で移動して、エアバッグの配備（deployment）速度を高めることである。本発明のさらに他の利点は、噴射剤ミックスに加える成分がアジ化ナトリウムよりも低毒性であり、取り扱いやすく、より安全に処分できることである。
したがって、ガス発生噴射剤を提供する。この噴射剤は硝酸グアニジン約55〜約75重量％と、過塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から選択される酸化剤約25〜約45重量％と、流動促進剤約0.5〜約5.0重量％と、結合剤約５重量％までとから本質的に成る。
本発明の第２実施態様によると、増強式エアバッグの成分を提供する。この成分は第２ガスソースに窒素と、二酸化炭素と、水蒸気との混合物を提供するために有効である第１ガス発生噴射剤ミックスを含む。このミックスは約800℃を越える温度で供給される。
上記目的、特徴及び利点は、以下の明細書と図面とからさらに明らかになると思われる。
図は、本発明のガス発生噴射剤を用いる増強式エアバッグを横断面図で説明する。
この図は、増強式エアバッグ10を横断面図で説明する。増強式エアバッグ10は、一端を閉じた円筒形に形成された、例えば炭素鋼のような、硬質金属ハウジング12を有する。この円筒形は複数個のコンパートメントに分割される。第１コンパートメント14は本発明の噴射剤ミックスを含む、これについては、以下でさらに詳述する。第２コンパートメント16は例えば17.2MPa（2500psi）の圧力下の窒素のような圧縮ガスを含む。このガスは第３コンパートメントに達して、エアバッグ22を膨張させる。
本発明の噴射剤ミックス24は第１コンパートメント14に含まれる。第１コンパートメント14は円筒形ハウジング12の閉じた端部と、孔28を有するプレート26とによって画定される。噴射剤ミックス24は硝酸グアニジン約55〜約75重量％と；過塩素酸カリウムと過塩素酸アンモニウムとから成る群から選択される酸化剤約25〜約45重量％と；流動促進剤約0.5〜約5.0重量％と；結合剤約５重量％までとから本質的に成る。適当な流動促進剤には、黒鉛とカーボンブラックとがある。適当な結合剤の１種は樹脂酸カルシウムである。
好ましい実施態様では、噴射剤ミックスは硝酸グアニジン約57〜約71重量％と；過塩素酸カリウム約28〜約42重量％と；黒鉛約0.5〜約1.5重量％とから本質的に成る。結合剤として、約１〜約３重量％の樹脂酸カルシウムも存在することができる。
最も好ましい組成では、噴射剤ミックスは硝酸グアニジン約61〜約67重量％と；過塩素酸カリウム約32〜約38重量％と；黒鉛約0.5〜約1.5重量％とから本質的に成る。上記と同様に、約１〜約３重量％の樹脂酸カルシウムも存在することができる。
硝酸グアニジンが本発明の最大組成限界を越えて存在する場合には、不完全な酸化が生じ、過剰な一酸化炭素が発生ガス（output gas）中に存在する可能性がある。硝酸グアニジン含量が本発明の限界未満である場合には、エネルギー出力が不充分であり、第２コンパートメント16からの窒素の排出を増強するために必要な温度を生じることができない。さらに、ガスが比較的緩慢に発生するので、エアバッグ22の配備速度が低下する。
過塩素酸カリウム含量が本発明の限界を越える場合には、ガス放出量が不充分であり、エアバッグ22を完全に配備することができない。過塩素酸カリウム含量が本発明の限界未満である場合には、不完全な酸化が生じ、過剰な一酸化炭素が発生ガス中に存在する可能性が生ずる。
流動促進剤は炭素ベースド（carbon based）であることが好ましく、黒鉛又はカーボンブラックであるように選択される。流動促進剤含量が本発明の限界を越える場合には、炭素の酸化が不充分であり、エネルギー出力の低減と、発生ガス中に過剰な一酸化炭素が存在する可能性とを生じる。流動促進剤含量が本発明の限界未満である場合には、不充分な作用性（processability）が結果として生じる。流動促進剤は硝酸グアニジンと酸化剤との型への流入と、圧縮後の型からの流出とを促進する。不充分な流動促進剤が存在する場合には、型を正確に充填して、圧縮された噴射剤ミックスを取り出すことが困難である。
組成の他に、粒度も重要である。硝酸グアニジンの平均粒度は75μ〜350μ、好ましくは約100μ〜約200μの範囲内である。酸化剤の平均粒径は約50μ〜約200μ、好ましくは約75μ〜約125μの範囲内である。流動促進剤の平均粒度は約７μ〜約70μ、好ましくは約15μ〜約35μの範囲内である。
硝酸グアニジン又は酸化剤の粒度が本発明の最大限界を越える場合には、噴射剤の燃焼速度が遅すぎて、エアバッグ22の配備が遅延する。この粒度が本発明の最小限界未満である場合には、燃焼速度があまりにも迅速すぎて、ガスの制御放出ではなく、ハウジング12の爆発的破裂が起こりうる。流動促進剤の平均粒度が本発明の最大値を越える場合には、不良な潤滑性がその結果であり、流動促進剤の利点が失われる。流動促進剤の過度に小さい粒度は噴射剤の燃焼性能又は作用性に影響を与えないが、取り扱いが困難である。
噴射剤ミックス24は、衝突が検知されるときに、電気センサー（図示せず）によって誘発される電気スキブ（electric squib）30によって点火される。スキブ30は、例えばHolex  1196Aスキブ（Wittaker  Ordnance（アメリカ合衆国，カリフォルニア州，ホリスター）によって製造）のような、花火技術的に（pyrotechnically）始動される、任意の標準爆発プライマー（explosive primer）であることができる。点火時に、噴射剤ミックス24は発熱的に、窒素と二酸化炭素と水蒸気との混合物を発生する。このガス状ミックスは孔28を通して第２コンパートメント16に供給される。第２コンパートメント16における酸素の放出を最大にするために、ガス状混合物を約800℃を越える温度、好ましくは約900℃〜約1050℃の温度で供給する。
エアバッグ22の迅速な配備のために、ガス状ミックスの迅速な供給が望ましい。ガス状ミックスを第２コンパートメント16に好ましくは約530m/秒〜約650m/秒の速度で、最も好ましくは約560m/秒〜約625m/秒の速度で供給する。
本発明の噴射剤ミックスの利点は、下記実施例によってさらに明らかになると思われる。実施例は例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例
放出ガスの排出温度及び排出速度を測定するために、硝酸グアニジン64重量％と、過塩素酸カリウム35重量％と、黒鉛１重量％とから成る噴射剤ミックスをコンピュータモデル化した。温度は971℃であり、ガス状混合物の排出速度は593m/秒であった。第１放出ガス混合物は下記の通りであった：
H2O                                     1.44モル
N2                                      1.05モル
CO2                                     0.53モル
H2                                      0.13モル
CO                                      0.07モル
さらに、固体としての塩化カリウム0.19モルが生成した。放出ガス状ミックスの約２％は一酸化炭素であり、これは実質的に酸化されて二酸化炭素になるので、エアバッグ22を配備するガスは実質的に安全である。
増強式自動車エアバッグのためのガス放出噴射剤ミックスに関して本発明を説明したが、本発明は他の形式のエアバッグ並びに、多量のガスの迅速な発生を必要とする、他の用途にも同様に適用可能であり、例えば消火器及び空気圧装置のような用途にも有用である。
本発明によって、本明細書で上述した目的、特徴及び利点を完全に満たすガス放出噴射剤ミックスが提供されたことは、明らかである。本発明をその特定の実施態様に関連して説明したが、上記説明を考慮するならば、多くの代替え、改良及び変更が当業者に自明であることは明らかである。したがって、このような代替え、改良及び変更の全てを下記請求の範囲の要旨と広い範囲とに含まれるものと見なすように意図される。
0003592329.tif 000002