(57)【要約】【課題】硝酸ヒドロキシルアンモニウムを含有する液体状のガス発生組成物について、低圧下における着火性を向上させる。【解決手段】液体状のガス発生組成物は、硝酸ヒドロキシルアンモニウムを６５質量％以下で含有するものであって、燃料と、硝酸金属塩とを更に含有する。硝酸金属塩は、好ましくはアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩から選ばれる少なくとも一種である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸ヒドロキシルアンモニウムを６５質量％以下で含有する液体状のガス発生組成物であって、
燃料と、硝酸金属塩とを含有することを特徴とするガス発生組成物。
【請求項２】
前記硝酸金属塩は、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のガス発生組成物。
【請求項３】
前記硝酸金属塩を４〜２０質量％の範囲で含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス発生組成物。
【請求項４】
液体の状態でインフレータに充填して使用され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ガス発生組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス発生組成物が液体の状態で充填されていることを特徴とするインフレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、エアバッグを膨張させるためのインフレータに適用され、燃焼時にガスを発生可能な液体状のガス発生組成物、及び当該ガス発生組成物が充填されたインフレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃焼時にガスを発生可能なガス発生組成物として、液体状のガス発生組成物が開発されている。例えば、特許文献１には、低級アルコール等の水溶性の燃料と、過酸化水素や硝酸アンモニウム等の水溶性の酸化剤と、溶媒としての水とから構成される液体状のガス発生組成物が開示されている。
【０００３】
一方、特許文献２には、硝酸ヒドロキシルアンモニウムを含有するスラスタ用推薬が開示されている。硝酸ヒドロキシルアンモニウムは、スラスタ用推薬の主成分として含有される水溶性の化合物であり、分解されて高温ガスを発生させる。また、硝酸ヒドロキシルアンモニウムは、爆轟性が高く、反応制御が難しい化合物である。そのため、特許文献２のスラスタ用推薬においては、硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量を所定値以下に制限している。なお、爆轟とは、爆薬等が音速以上の速度で急速燃焼し、かつ衝撃波を伴う反応のことをいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６３６１６３１号明細書
【特許文献２】特開２０１２−０４６３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、液体状のガス発生組成物の酸化剤として、硝酸ヒドロキシルアンモニウムを用いることを試みた。ここで、ガス発生組成物の爆轟性を低下させるべく、硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量を減少させた場合に、低圧下におけるガス発生組成物の着火性が低下するという問題が新たに生じた。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、硝酸ヒドロキシルアンモニウムを含有する液体状のガス発生組成物、及び当該ガス発生組成物が充填されたインフレータについて、低圧下における着火性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するためのガス発生組成物は、硝酸ヒドロキシルアンモニウムを６５質量％以下で含有する液体状のガス発生組成物であって、燃料と、硝酸金属塩とを含有することを特徴とする。
【０００８】
上記ガス発生組成物において、前記硝酸金属塩は、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
上記ガス発生組成物において、前記硝酸金属塩を４〜２０質量％の範囲で含有することが好ましい。
【０００９】
上記ガス発生組成物は、液体の状態でインフレータに充填して使用されることが好ましい。
上記の目的を達成するためのインフレータは、上記ガス発生組成物が液体の状態で充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のガス発生組成物及びインフレータによれば、低圧下における着火性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ハイブリッドインフレータの概略図。
【図２】試験装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化したガス発生組成物を詳細に説明する。
本実施形態のガス発生組成物は、常温常圧で液体状の組成物であって、硝酸ヒドロキシルアンモニウムと、燃料と、硝酸金属塩とを含有し、必要に応じて更に溶媒としての水を含有する。なお、本実施形態における液体状とは、ガス発生組成物に含有される全成分が完全に溶解している状態のみを意味するものではなく、含有される成分の一部が未溶解である状態を含む。
【００１３】
[硝酸ヒドロキシルアンモニウム]
硝酸ヒドロキシルアンモニウム（ＮＨ２ＯＨ・ＨＮＯ３）は、酸化剤として含有される成分である。ガス発生組成物中における硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量は、６５質量％以下である。硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量を６５質量％以下にすることにより、硝酸ヒドロキシルアンモニウムに起因するガス発生組成物の爆轟性を大きく低下させることができる。また、硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量は、６０質量％以下であることがより好ましい。
【００１４】
なお、硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量の下限値は、特に限定されるものではなく、ガス発生組成物の酸素バランス等を考慮して適宜、設定することができる。例えば、硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量は、３５質量％以上とすることが好ましく、４０質量％以上とすることがより好ましい。
【００１５】
［燃料］
燃料としては、炭素原子及び窒素原子の少なくとも一方を構成元素に含む化合物であって、燃焼時に分解されて二酸化炭素や窒素等のガスを発生させる化合物が用いられ、更に好ましくは、含窒素有機化合物や低級アルコール類が用いられる。また、燃焼後の生成物中におけるガス成分の割合を高めるという観点から、燃料は構成元素に金属原子を含まない化合物であることが好ましい。
【００１６】
燃料としては、固体燃料及び液体燃料のいずれも用いることができる。
固体燃料は、溶媒に可溶である化合物を用いることが好ましく、水に可溶である化合物を用いることが特に好ましい。固体燃料としては、例えば、固体状の含窒素有機化合物を好適に用いることができる。固体状の含窒素有機化合物の具体例としては、イミダゾール、イミダゾール誘導体、テトラゾール、１Ｈ−テトラゾールや５−アミノテトラゾール等のテトラゾール誘導体、トリアゾール、３−アミノ−１，２，４トリアゾール等のトリアゾール誘導体、ピコリン酸、グリシン等が挙げられる。
【００１７】
また、液体燃料としては、例えば、低級アルコール類（例えば、炭素数５以下）、液体状の含窒素有機化合物を好適に用いることができる。低級アルコール類の具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールが挙げられる。液体状の含窒素有機化合物の具体例としては、シアナミド、ホルムアミド、ニトロメタン、アセトニトリル、アクリロニトリル、３−ヒドロキシプロピオニトリル、２−イミダゾリジノン、ニトロプロパン、シアノ酢酸メチル、アセトンシアンヒドリン、イミノ二酢酸、メタクリル酸アミド、２−ピロリジノン、ピリジン、シアノ酢酸エチル、ニトロベンゼン、アニリン、β-ピコリン、γ-ピコリン、アジポニトリル、フェニルヒドラジンが挙げられる。また、上記の液体燃料の他に、例えば、メチルエチルケトンやアセトン等のケトン類、酢酸エチル、エーテル類を液体燃料として用いることもできる。
【００１８】
上記燃料のうちの一種のみが含有されていてもよいし、二種以上が含有されていてもよい。また、二種以上の燃料を含有させる場合には、固体燃料と液体燃料とを併用してもよい。
【００１９】
ガス発生組成物中における燃料の含有量は特に限定されるものではなく、溶媒に対する燃料の溶解性やガス発生組成物の酸素バランス等を考慮して適宜、設定することができる。例えば、燃料の含有量は、６〜２０質量％とすることが好ましく、８〜１７質量％とすることがより好ましい。
【００２０】
[硝酸金属塩]
硝酸金属塩は、低圧下における着火性を向上させるために含有される成分である。硝酸金属塩としては、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩を好適に用いることができる。アルカリ金属塩の具体例としては、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ルビジウム、硝酸セシウムが挙げられる。アルカリ土類金属塩の具体例としては、硝酸ベリリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウムが挙げられる。また、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の他に、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸コバルト、硝酸銀、硝酸ニッケル、硝酸亜鉛、硝酸マンガン、硝酸クロム、硝酸アルミニウム等のその他の金属塩を用いることもできる。上記硝酸金属塩のうちの一種のみが含有されていてもよいし、二種以上が含有されていてもよい。
【００２１】
ガス発生組成物中における硝酸金属塩の含有量は特に限定されるものではなく、溶媒に対する硝酸金属塩の溶解性等を考慮して適宜、設定することができる。例えば、硝酸金属塩の含有量は、４〜２０質量％とすることが好ましく、７〜１５質量％とすることがより好ましい。
【００２２】
［水］
水は、使用される燃料の種類に応じて溶媒として含有される。具体的には、燃料として液体燃料を用いた場合であって、その液体燃料が他に含有される成分の溶媒として機能する場合には、水は任意成分となり、省略することもできる。一方、燃料として用いた液体燃料が溶媒として機能しない場合や、燃料として固体燃料のみを用いた場合には、溶媒として水が含有される。なお、溶媒として好適に機能し得る液体燃料としては、例えば、低級アルコール類、メチルエチルケトンやアセトン等のケトン類、酢酸エチル、エーテル類が挙げられる。
【００２３】
［その他成分］
ガス発生組成物は、その他成分として、例えば、硝酸ヒドロキシルアンモニウム以外の酸化剤、ｐＨ調整剤、安定剤、減熱消炎剤、増粘剤、腐食防止剤を含有させることができる。なお、硝酸ヒドロキシルアンモニウム以外の酸化剤（その他の酸化剤）としては、例えば、硝酸金属塩以外の硝酸塩（その他の硝酸塩）、及びニトラミン化合物が挙げられる。その他の硝酸塩の具体例としては、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）、硝酸ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４・ＨＮＯ３）等の含窒素無機化合物の硝酸塩が挙げられる。ニトラミン化合物の具体例としては、アンモニウムジニトラミド（ＮＨ４Ｎ（ＮＯ２）２）が挙げられる。
【００２４】
また、本実施形態のガス発生組成物の酸素バランスは、燃焼後に生じる生成物の組成等を考慮して適宜、設定することができる。例えば、ガス発生組成物の酸素バランスは、−０．１以上０．１以下の範囲であることが好ましく、−０．０５以上０．０５以下の範囲であることがより好ましい。なお、ガス発生組成物の酸素バランスは、ガス発生組成物に含有される各成分の種類、及びそれら成分の配合割合を変更することによって調整することができる。
【００２５】
本実施形態の液体状のガス発生組成物は、例えば、車両に搭載されるエアバッグ装置用のインフレータ（ガス発生器）に好適に適用することができる。上記エアバッグ装置としては、例えば、運転席用のエアバッグ装置、助手席用のエアバッグ装置、サイドエアバッグ装置、カーテンエアバッグ装置、及びニーエアバッグ装置が挙げられる。本実施形態の液体状のガス発生組成物は、エアバッグ用のインフレータの他、プリテンショナー用のインフレータ、ニーボルスター用のインフレータ、ボンネットの位置を変更するためのポップアップ装置用のインフレータに適用してもよい。更に、本実施形態の液体状のガス発生組成物は、雷管やスクイブのエネルギーを他の組成物に伝えるためのエンハンサ剤又はブースターと呼ばれる着火剤として適用してもよい。
【００２６】
次に、本実施形態の液体状のガス発生組成物をハイブリッドインフレータに適用した具体例について説明する。
図１に示すように、ハイブリッドインフレータ１０は、鋼製の金属パイプから形成される略円筒状の充填部１１を備えている。充填部１１の一端部には、ガス吐出口１２ａを有する口金部１２が取り付けられるとともに、充填部１１の他端部には、ケース部１３が取り付けられている。口金部１２の基端部及びケース部１３の各基端部分には、破裂板１４，１５がそれぞれ配置され、この破裂板１４，１５によって充填部１１内に充填室Ｓが区画形成されている。また、ケース部１３内には、燃焼時に高温の第１生成ガスを発生させる第１組成物１６と、第１組成物１６に点火可能なスクイブ１７が収容されている。
【００２７】
ここで、通常のハイブリッドインフレータの場合には、充填部１１の充填室Ｓ内に、アルゴンガス等の不活性ガスを加圧した加圧ガスが充填されるが、本実施形態では、加圧ガスに代えて液体状のガス発生組成物（第２組成物）が充填されている。液体状のガス発生組成物を充填室Ｓ内に充填する方法としては、例えば、充填部１１の周壁部分に設けた充填孔を通じて充填する方法や、金属、ガラス、セラミック等の無機材料や合成樹脂材料等により形成されるケース内に液体状のガス発生組成物を充填したカートリッジを充填室Ｓに配置する方法が挙げられる。
【００２８】
制御装置等からの作動信号がハイブリッドインフレータ１０に入力されると、スクイブ１７が作動して第１組成物１６が燃焼する。第１組成物１６の燃焼により発生した高温の第１生成ガス（熱及びガス）は、破裂板１５を破裂させて充填室Ｓへと流入する。これにより、充填室Ｓの内圧が高められるとともに、第１組成物１６の熱により充填室Ｓ内のガス発生組成物が着火、燃焼して、二酸化炭素や水蒸気等からなる第２生成ガスが発生する。そして、第１生成ガスと第２生成ガスとの混合ガスが、破裂板１４を破裂させてガス吐出口１２ａからハイブリッドインフレータ１０外へと流出する。
【００２９】
ここでは、第１組成物を介して液体状のガス発生組成物を燃焼させるハイブリッドインフレータについて説明したが、本実施形態の液体状のガス発生組成物は、スクイブ等により液体状のガス発生組成物を直接、燃焼させる構成のインフレータとして適用することも可能である。この場合には、液体状のガス発生組成物の燃焼により燃焼ガスが発生するとともに、その燃焼ガスがインフレータ外へと流出することになる。
【００３０】
次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）本実施形態の液体状のガス発生組成物は、硝酸ヒドロキシルアンモニウムを６５質量％以下で含有するものであり、燃料と、硝酸金属塩とを更に含有する。
【００３１】
ガス発生組成物の爆轟性を抑えるべく、硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量を低下させると、低圧下において着火性が低下するが、硝酸金属塩を同時に含有させることにより、低圧下における着火性を向上させることができる。なお、着火性が向上するとは、硝酸金属塩を含有しない場合には着火しない条件において着火が可能になること、硝酸金属塩を含有しない場合と比較して着火時間が短縮されることを意味する。
【００３２】
（２）各種インフレータにおいて、低圧下における着火性が低いガス発生組成物を良好に着火させる方法としては、ガス発生組成物を高圧状態で充填しておくことが考えられる。しかし、液体状のガス発生組成物は、気体状のガス発生組成物と比較して、圧縮された高圧状態で充填することが難しい。また、高圧状態で充填するためには、インフレータに高い耐圧性が求められる。これに対して、本実施形態のガス発生組成物によれば、低圧下における着火性が高められている。そのため、ガス発生組成物を充填する際の圧力条件が緩和されて、構成部品の選択等のインフレータの設計の自由度が高くなる。その結果、インフレータの軽量化や低コスト化等を図ることが容易になる。
【００３３】
（３）本実施形態の液体状のガス発生組成物は、ハイブリッドインフレータ１０の充填室Ｓに充填される加圧ガスの代替構成として有用である。常温で気体状のガスを圧縮して加圧状態で充填した場合と比較して、常温で液体状のガス発生組成物を充填した場合には、単位容積当たりの燃焼時に発生するガス量が大きくなる。そのため、液体状のガス発生組成物を用いた場合には、ハイブリッドインフレータ１０の小型化を図ること容易となる。
【００３４】
また、液体状のガス発生組成物を充填した場合の充填室Ｓの内圧は、加圧ガスを充填した場合の充填室Ｓの内圧よりも低圧になる。そして、本実施形態のガス発生組成物は、低圧下における着火性が高められている。そのため、液体状のガス発生組成物を充填した場合には、充填室Ｓを区画する破裂板１４，１５として、耐圧強度の小さい破裂板を用いることが可能になる。耐圧強度の小さい破裂板を用いることにより、ハイブリッドインフレータ１０の作動時に破裂板が破裂しやすくなってハイブリッドインフレータ１０の応答性が高められる。
【００３５】
また、ハイブリッドインフレータ１０において、ガス発生組成物の着火時における圧力（充填室Ｓの内圧）は主に、第１組成物１６から発生する第１生成ガスの圧力に依存する。そのため、ハイブリッドインフレータ１０が低温下にある場合には、第１生成ガスの圧力が小さくなる結果、第１生成ガスの流入した際の充填室Ｓの内圧は低くなる。ここで、本実施形態のガス発生組成物によれば、低圧下における着火性が高められている。そのため、ハイブリッドインフレータ１０が低温下にあり、第１生成ガスの流入した際の充填室Ｓの内圧が常温時よりも低くなった場合においても、ガス発生組成物をより好適に着火させることができる。
【００３６】
次に、上記実施形態から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）前記燃料としての液体燃料、及び水の少なくとも一方からなる溶媒を含有する前記ガス発生組成物。
【００３７】
（ロ）前記硝酸ヒドロキシルアンモニウムを３５〜６５質量％の範囲で含有する前記ガス発生組成物。
【実施例】
【００３８】
次に、試験例を挙げて上記実施形態をさらに具体的に説明する。
（試験例１〜９）
硝酸塩、硝酸ヒドロキシルアンモニウム（ＨＡＮ）、燃料としてのメタノールを表１に示す組成で配合して、試験例１〜９の液体状のガス発生組成物を調製した。硝酸塩としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ストロンチウム、及び硝酸アンモニウムをそれぞれ用いた。なお、表１における組成欄の数値の単位は「質量％」である。
【００３９】
図２に示す試験装置を用いて、試験例１〜９のガス発生組成物の着火試験を行い、それらの着火性を評価した。具体的には、液体状のガス発生組成物２０（試験例１〜９）を容器２１に充填するとともに、容器２１内のガス発生組成物２０にニクロム線２２を浸漬させた。これを耐圧容器２３内に配置し、耐圧容器２３内に窒素ガスを充填することによって耐圧容器２３内の圧力を所定圧力（１５，２０，４０ｋｇｆ／ｃｍ２）に昇圧させた。耐圧容器２３内の圧力は、耐圧容器２３に取り付けられた圧力センサ２４によって確認した。
【００４０】
そして、ニクロム線２２に電流を印加するとともに、電流を印加してからガス発生組成物２０が燃焼を開始するまでの時間を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１の試験欄の数値の単位は「秒」である。また、電流を印加してからガス発生組成物２０が燃料を開始するまでの時間が２秒を超えた場合については「不着火」と判定した。
【００４１】
【表１】
2015178431.tif 000002
試験例１の試験結果に示されるように、硝酸ヒドロキシルアンモニウムを６５質量％以下の濃度で含有する液体状のガス発生組成物は、高圧力下（４０ｋｇｆ／ｃｍ２）においては着火するものの、低圧下（１５，２０ｋｇｆ／ｃｍ２）においては着火せず、低圧下における着火性が低いことが分かる。これに対して、試験例２〜７の試験結果に示されるように、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ストロンチウムといった硝酸金属塩を配合した場合には、低圧下においても着火しており、低圧下における着火性が向上している。一方、試験例８〜９の試験結果に示されるように、硝酸アンモニウムを配合した場合には、低圧下における着火性に変化はない。
【００４２】
（試験例１０〜１５）
硝酸塩、硝酸ヒドロキシルアンモニウム（ＨＡＮ）、燃料としてのメタノールを表２に示す組成で配合して、試験例１０〜１５の液体状のガス発生組成物を調製した。試験例１０〜１５は、試験例１〜３に対して硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量をそれぞれ変更したものである。そして、試験例１０〜１５について、上記と同様にして着火試験を行った。その結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
2015178431.tif 000003
試験例１０〜１５の試験結果に示されるように、硝酸ヒドロキシルアンモニウムの含有量を変更した場合においても、硝酸金属塩を配合することによって、低圧下における着火性が向上した。
【００４４】
（試験例１６〜１７）
硝酸塩、硝酸ヒドロキシルアンモニウム（ＨＡＮ）、燃料としてのエチレングリコールを表３に示す組成で配合して、試験例１６〜１７の液体状のガス発生組成物を調製した。そして、試験例１６〜１７について、上記と同様にして着火試験を行った。その結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
2015178431.tif 000004
試験例１６〜１７の試験結果に示されるように、燃料をエチレングリコールに変更した場合においても、硝酸金属塩を配合することによって、低圧下における着火性が向上した。
【００４６】
（試験例１８〜２１）
硝酸塩、硝酸ヒドロキシルアンモニウム（ＨＡＮ）、燃料としてのメタノールを表４に示す組成で配合して、試験例１８〜２１の液体状のガス発生組成物を調製した。試験例１８〜２１は、試験例１〜３に対してガス発生組成物の酸素バランスをプラス側及びマイナス側にそれぞれ変更したものである。そして、試験例１８〜２１について、上記と同様にして着火試験を行った。その結果を表４に示す。
【００４７】
【表４】
2015178431.tif 000005
試験例１８〜２１の試験結果に示されるように、ガス発生組成物の酸素バランスを変更した場合においても、硝酸金属塩を配合することによって、低圧下における着火性が向上した。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ…充填室、１０…ハイブリッドインフレータ、１１…充填部、１２…口金部、１２ａ…ガス吐出口、１３…ケース部、１４，１５…破裂板、１６…第１組成物。
【図１】
2015178431.tif 000006
【図２】
2015178431.tif 000007