(57)【要約】  ガス生成装置１０は塩素酸カリウムのような金属塩素酸塩を酸化剤として、ＤＬ−酒石酸のような主燃料、硝酸ストロンチウムのような第二の酸化剤、および所望により５−アミノテトラゾールのような第二の燃料を。ガス生成装置１０を含む乗り物乗員保護システム１８０のようなガス生成システム１８０も提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の酸化剤としての金属塩素酸塩；
カルボン酸、ジカルボン酸およびそれらの混合物から選ばれた主燃料；および
過塩素酸特性を有しない第二の酸化剤；を含む組成物。
【請求項２】
組成物全体の重量に基づいて、前記の金属塩素酸塩が約１０−２０重量％で提供され、主燃料が約１５−４５重量％で提供され、第二の酸化剤が約３０−５０重量％で提供される、請求項１記載の組成物。
【請求項３】
前記の組成物が、さらにテトラゾール類、トリアゾール類、フラザン類およびそれらの塩類から選ばれる第二の燃料を、約０．１−３０重量％含む、請求項１記載の組成物。
【請求項４】
請求項１記載の組成物を含む乗り物乗員保護システム。
【請求項５】
請求項１記載の組成物を含むガス生成システム。
【請求項６】
前記の主燃料が酒石酸およびその異性体、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸、粘液酸、シュウ酸、マロン酸、フマル酸、ガラクタル酸、グリコール酸、クエン酸、Ｌ−リンゴ酸およびそれらの混合物から選択される、請求項１記載の組成物。
【請求項７】
組成物全体の重量に基づいて、約１９−２８重量％のＤＬ−酒石酸、約１２−３０重量％の塩素酸カリウム、約１５−２５重量％の５−アミノテトラゾール、および約３０−５０重量％の硝酸ストロンチウムを含む、請求項３記載の組成物。
【請求項８】
前記の第二の酸化剤が金属、塩基性金属および非金属の、硝酸塩、亜硝酸塩、酸化物および塩素酸塩から選択される、請求項１記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願は、２００５年７月２９日に出願された米国の仮出願番号６０／７０３，９９８の利益を要求する。
【０００２】
技術分野
本発明は一般にガス生成システム、およびたとえば、自動車の拘束システムのためのガス生成装置に使用される自己発火組成物に関する。
【０００３】
発明の背景
本発明は、自己発火組成物に関し、点火の際に燃焼連絡関係にあるガス生成組成物を安全に点火させるために必要なフレームフロントおよび圧力フロントを提供する自己発火組成物に関する。当該技術分野において公知のように、ガス生成物質は、点火の際に所望のしきい値温度に反応して点火する自己発火組成物を有して典型的に提供される。その結果、ガス生成物質は、例えば溶融する前に点火され、それにより主ガス生成組成物を安全に点火し、一旦ガス生成装置が燃焼を始めたら爆発の可能性を防止する。
【０００４】
進行中の挑戦は、それの生産において要求される要素の低減によりガス生成装置の製造を単純化することである。例えば、乗り物乗客保護システムの中で使用される多くのガス生成装置においては、いくつかの別個の組成物が相応して別々の機能に役立つために提供される。これらの組成物は、燃焼する際にエアバッグまたはシートベルトプリテンショナーのような付随する拘束装置を作動させるために十分な量のガス生成物を提供するために使用される、主ガス生成組成物をしばしば含む。ブースター組成物は主ガス生成組成物の燃焼に先立ちガス生成装置内の圧力および熱を上げ、それにより主ガス生成組成物の許容可能な燃焼のためのインフレータ内の好ましい状況を作る。もちろん、点火の際に他の組成物の安全な燃焼を提供するためにさらに他の組成物が自己発火組成物であることができる。自己発火組成物は、例えば主ガス生成組成物の溶融温度以下の温度で点火するように設定され、それにより主ガス生成組成物の、爆発反応に相対する制御された燃焼を保証する。
【０００５】
自己発火組成物内の塩素酸カリウムの使用はこの酸化剤の自己発火特性を与えると考えられていた。更に、塩素酸カリウムと組み合わされたカルボン酸は、典型的には摂氏２００度あるいはそれ以下の所望の自己発火温度を提供する。しかしながら、これらのタイプの組成物は、例えば、乗り物乗客保護システムの中で使用されるガス生成装置中で使用された時、典型的にはただ自己発火機能を提供するだけである。
【０００６】
発明の要約
上記および関連する課題は、塩素酸カリウムのような金属塩素酸塩から選ばれた第一の酸化剤、主燃料としてのカルボン酸またはジカルボン酸、金属および非金属の硝酸塩、亜硝酸塩、酸化物、塩基性金属硝酸塩および他の公知の酸化剤から選ばれた第二の酸化剤、および、テトラゾール類、トリアゾール類およびフラザン類並びにそれらの塩を含むアゾール類から選ばれた第二の燃料を含む自己発火組成物を含むガス生成システムによって解決されることができる。ヒュームドシリカおよび／またはグラファイトのような押し出し助剤をはじめとする他の成分も、比較的少量で含まれることができる。
【０００７】
本発明には、さらに本発明の自己発火システムを組込むガス生成装置および乗り物乗員保護システムも含まれている。
【０００８】
好ましい実施態様の説明
本発明の組成物は、約１０−６０重量％で、塩素酸カリウムのような、アルカリ金属、アルカリ土類金属および遷移金属の塩素酸塩並びにこれらの混合物から選ばれた第一の酸化剤；
約１５−４５重量％の、ＤＬー酒石酸のような、カルボン酸およびジカルボン酸から選ばれた主燃料；
約３０−５０％の、金属および非金属の、硝酸塩、亜硝酸塩、酸化物および他の公知の酸化剤から選ばれた第二の酸化剤；および
約０−３０重量％の、テトラゾール類、トリアゾール類、フラザン類並びそれらの塩類から選ばれた第二の燃料を含む。重量パーセントは組成物合計の重量に基づいて計算された。押し出し助剤あるいは加工助剤、たとえばグラファイトまたはヒュームドシリカは、たとえば組成物合計の重量に基づいて０．１−２重量％のような比較的少量で加えられることができる。
【０００９】
本発明の組成物は、塩素酸カリウムのような金属塩素酸塩；
ＤＬー酒石酸、Ｌー酒石酸、Ｄー酒石酸、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸、粘液酸、フマル酸、シュウ酸、ガラクタル酸、クエン酸、グリコール酸、Ｌーリンゴ酸、および少なくとも１つのーＣＯＯＨー基を有する化合物、ならびにそれらの混合物をはじめとするカルボン酸およびジカルボン酸から選択される主燃料；
テトラゾール類、トリアゾール類、フラザン類、それらの塩類およびそれらの混合物を含むアゾール類から選ばれる第二の燃料；
金属および非金属の硝酸塩または過塩素酸塩を含まない他の公知の酸化剤から選択される第二の酸化剤を含む。
カルボン酸またはジカルボン酸は、好ましくは一級の水素または３以下のＰＫＡを有する。しかしながら、ある燃料／塩類では、塩基酸のｐＫａが５．０またはそれ以下であることができることが見いだされた。
【００１０】
１つの実施態様では、カルボン酸燃料および第二の燃料を含む合計の燃焼成分が、組成物の合計の約２０ー４５重量％で提供され；酸化剤成分は組成物の合計の約２０ー５０重量％で提供され；塩素酸カリウムまたは金属塩素酸塩は、組成物の合計の約１０ー６０重量％で提供される。ここで塩素酸塩の重量パーセントは酸化剤のそれとは別々に計算される。組成物は顆粒の形状で、成分を乾式または湿式で公知の方法で混合し、ペレット化または他の方法でさらなる用途のために組成物を賦形することにより形成することができる。成分は、フィッシャーケミカル、アルドリッチケミカル、ＧＦＳおよび他の公知のサプライヤーによって提供されることができる。
【００１１】
本発明は次の例によって例証される：
比較例１
公知の自己発火組成物が、組成物の合計に基づいて約２６．８７５重量％のＤ−グルコースと約７３．１２５重量％の塩素酸カリウムを、均一に混合し乾燥し、顆粒化することにより調整された。ＤＳＣ分析により、組成物は約１４４℃で自己発火することが測定された。上記成分から形成されたプロペラントは、ほぼ５５．５％のガス収率を与えた。この配合物の衝撃感受性は、ブルーストン（Ｂｒｕｃｅｔｏｎ）テストで、２．０インチのＨＤ５０を有していた。
【００１２】
例２
例示配合物は、ブースター組成物、自己発火組成物およびガス生成組成物として機能するものとして提供された。その配合物は、約１９．０重量％の５ーアミノテトラゾール、約２０．０重量％のＤＬー酒石酸、約３５．０重量％の硝酸ストロンチウムおよび約２６．０重量％の塩素酸カリウムを含む。成分は事前に別々に公知の方法で比較的小さい寸法に粉砕された。その後、それらは乾式混合されて、本質的に均質の組成物を形成した。ＤＳＣ分析によって、この組成物は約１４０℃で自己発火することが測定された。成分から形成されたプロペラントは、ほぼ６７％のガス収率を与えた。ブルーストンテストでのこの組成物の衝撃感受性は１１．５インチのＨＤ５０であった。組成物は１０７℃で約４８０時間エージングされた。ＤＳＣ分析によれば約１４５．１℃で依然として自己発火した。
【００１３】
例３
例示配合物は、ブースター組成物、自己発火組成物およびガス生成組成物として機能するものとして提供された。その配合物は、約１９．０重量％の５ーアミノテトラゾール、約１９．０重量％のＤＬー酒石酸、約５０．０重量％の硝酸ストロンチウムおよび約１２．０重量％の塩素酸カリウムを含む。成分は粉砕され乾式混合されて、実質的に均一な組成物が形成された。ＤＳＣ分析によって、この組成物は約１４１℃で自己発火することが測定された。成分から形成されたプロペラントは、ほぼ６８．２％のガス収率を与えた。ブルーストンテストでのこの組成物の衝撃感受性は８．８インチのＨＤ５０であった。図３の中で示されるように、組成物はいくつかの圧力条件にわたって比較的大きな燃焼速度をもたらし、特に、０．８インチ／秒（ｉｐｓ）よりも大きな燃焼速度を示した。再び図３を参照する。組成物は約２００ｐｓｉｇで約０．２ｉｐｓ、約５５０ｐｓｉｇで約０．３５ｉｐｓ、約１０００ｐｓｉｇで約０．５ｉｐｓ、約１５００ｐｓｉｇで約０．５５ｉｐｓ、約２０００ｐｓｉｇで約０．８５ｉｐｓ、約２５００ｐｓｉｇで約０．９ｉｐｓ、約３０００ｐｓｉｇで約０．８５ｉｐｓ、約３９００ｐｓｉｇで約１．２ｉｐｓを示す。したがって、本発明の組成物は、十分な燃焼速度（典型的には約２５００−３０００ｐｓｉｇで０．４ｉｐｓ以上）を示し、それにより主ガス生成物質として十分な機能を保証する。組成物は１０７℃で約４８０時間エージングされた。ＤＳＣ分析によれば約１７４．７℃で依然として自己発火した。
【００１４】
例４
例示配合物は、ブースター組成物、自己発火組成物およびガス生成組成物として機能するものとして提供された。その配合物は、約２８．０重量％のＤＬー酒石酸、約３２．０重量％の硝酸ストロンチウムおよび約３０．０重量％の塩素酸カリウムを含む。成分は事前に別々に公知の方法で比較的小さい寸法に粉砕された。その後、それらは乾式混合されて、本質的に均質の組成物を形成した。ＤＳＣ分析によって、この組成物は約１５３℃で自己発火することが測定された。成分から形成されたプロペラントは、ほぼ６６．１％のガス収率を与えた。ブルーストンテストでのこの組成物の衝撃感受性は８．１インチのＨＤ５０であった。
【００１５】
例１−４に示されるように、本発明（例２−４）に従って形成された組成物は、好ましくは約１８０℃またはそれ以下で自己発火し、ブースター機能も提供する。本発明の組成物はさらに実質的な量の来気体を生成し、十分な燃焼速度を提供し、それにより作動する際に十分な量のガスを生成する。硝酸ストロンチウムのような第二の酸化剤を使用する組成物は相対的に増加した量のガスおよび改善された感受性を提供する。ブルーストン感受性試験の結果、３．９以上のＨ５０は、Ｕ．Ｓ．Ｄ．Ｏ．Ｔ規則でのパッケージ基準を緩和する。従って、３．９以上の感受性結果を有する組成物は、実質的に包装における利点を提供する。５−アミノテトラゾールのような第二の燃料を、カルボン酸またはジカルボン酸、第二の酸化剤、および塩素酸カリウムと一緒に使用することは、より多量のガス、許容可能な自己発火温度およびブースター機能性を与えることが理解される。そのため、このような方法で形成された組成物は、ガス生成装置に通常使用される、３つの個別のブースター組成物、自己発火組成物および主ガス生成組成物を単一物で置き換えるために提供されることができる。
【００１６】
実施例５−１６
以下の表１で示されるように、示された様々な酸が塩類に変換され、化学量論量の塩素酸カリウムと混合された時、様々な用途において許容可能な自己発火温度を示す。１８０℃を超える自己発火温度も、たとえばハイブリッドインフレータおよびシートベルトプリテンショナーのような選択された用途においては依然として有用である。これらの例は、得られる塩類および塩素酸カリウムによって与えられた自己発火特性を反映することが認識されるだろう。さらに示されるように、約３．０５以下のｐＫａを示す酸は、一般的に１７０−１８０℃未満の自己発火温度を提供する。しかしながら、約５．０以下のｐＫａを示す酸は、例えば、２５０℃程度の自己発火温度が許容可能な用途においては依然として利用されることができる。塩素酸カリウムと化学量論量で組み合わされた、たとえばクエン酸およびマロン酸のようなある種の酸は、自己発火機能を満たさないことがあるが、少なくとも第二の酸化剤と組み合わされた時には、ブースター酸化剤および主ガス生成組成物として機能する。参照され本明細書の一部として組み込まれる、本出願の出願人により所有され同時係属中の米国特許出願番号１１／４７９，４９３に記載されているように、乾燥剤の使用はある環境においてはガス生成装置内の最適な状態を保持し、それにより自己発火組成物、ブースター組成物、および主ガス生成組成物として使用された時の組成物の３つの機能を促進する。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【表２】
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【００１９】
本発明はさらに、当該技術分野において公知のように作られたガス生成装置を提供し、また当該技術分野において公知のように作られた乗り物乗員保護システムも企図されることが理解されるだろう。そのため、本発明の自己発火組成物は、ガス生成装置、シートベルトアセンブリーおよび／または乗り物乗員保護システムにおいて使用され、これらは当該技術分野において公知のように作られる。
【００２０】
本発明の他の態様においては、本発明の組成物はガス生成システムにおいて使用されることができる。例えば、図２の中で概略的に示されるように、公知の方法で作られた乗り物乗員保護システムは、ハンドル中のエアバッグインフレータ、およびさらにシートベルトアセンブリーと電気的に接続された衝突センサーを含んでいる。本発明のガス生成組成物は、より広汎な乗り物乗員保護システムあるいはガス生成システム内のサブアセンブリーにおいて使用されることができる。より具体的には、自動車のガス生成システム内で使用されるそれぞれのガス生成装置は、本明細書に記載されたガス生成組成物を含むことができる。
【００２１】
押出助剤は、タルク、グラファイト、ボラジン［（ＢＮ）３］、窒化ホウ素、ヒュームドシリカおよびヒュームドアルミナを含む群から選ばれることができる。押出助剤は、好ましくは組成物全体の０−１０％、より好ましくは０−５％を構成する。
【００２２】
組成物は当該技術分野において公知の方法で、乾式又は湿式で混合することができる。様々な成分は、粒子の形状で一般に提供され、混合して他のガス生成成分と均一な混合物を形成する。
【００２３】
本明細書におけるパーセントは、すべてガス生成組成物の合計の重量に基づく重量パーセントである。本明細書に記述された化学薬品は、たとえば、アルドリッチケミカル社のような会社によって供給されることができる。
【００２４】
図１の中で示されるように、例示的なインフレータは、付随するエアバッグの展開の力を調整するためにダブルチャンバ設計を組込む。一般に、主なガス生成組成物１２および自己発火／ブースター組成物１４を含み、本明細書に記載されるように形成されるインフレータは、当該技術分野において公知の方法により製造されることができる。米国特許番号６，４２２，６０１、６，８０５，３７７、６，６５９，５００、６，７４９，２１９および６，７５２，４２１は、典型的なエアバッグインフレータ設計を例証し、これらの特許は参照され本明細書の一部として組み込まれる。
【００２５】
図２を参照する。上記の例示的なインフレーター１０は、エアバッグシステム２００内に組み込まれることができる。エアバッグシステム２００は少なくとも１つのエアバッグ２０２、および本発明のガス生成物質組成物１２を含むインフレータ１０を含み、該インフレータはエアバッグの内部と流体連絡可能にエアバッグ２０２と組み合わされる。エアバッグシステム２００は、衝突センサー２１０を含むか、またはこれと接続される。衝突センサー２１０は公知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含み、衝突の場合に例えばエアバッグインフレーター１０の活性化によってエアバッグシステム２００の起動の信号を送る。
【００２６】
図２を参照する。エアバッグシステム２００は、安全ベルトアセンブリー１５０のような追加の要素を含む、より広範な、より包括的な乗り物乗員拘束システム１８０に組み入れられることができる。図２は、そのような拘束システムの１つの典型的な実施態様の概略図を示す。安全ベルトアセンブリー１５０は、安全ベルトハウジング１５２および、ハウジング１５２から伸びる安全ベルト１００を含む。安全ベルトリトラクタメカニズム１５４（例えば、ばね式のメカニズム）は、ベルトの端部分に連結されることができる。さらに、衝突の際にリトラクタメカニズムを始動させるために、プロペラント１２と自己発火組成物１４を含む安全ベルトプリテンショナー１５６がベルトリトラクターメカニズム１５４に連結されることができる。本発明の安全ベルト実施態様と共に使用されることができる典型的なシートベルトリトラクタメカニズムは、米国特許番号５，７４３，４８０、５，５５３，８０３、５，６６７，１６１、５，４５１，００８、４，５５８，８３２および４，５９７，５４６に開示されている。これらの特許は参照され、本明細書の一部として組み込まれる。本発明の安全ベルトの実施態様が組み合わされることができる典型的なプリテンショナーの例は、米国特許番号６，５０５，７９０および６，４１９，１７７に開示されている。これらの特許は参照され、本明細書の一部として組み込まれる。
【００２７】
安全ベルトアセンブリ１５０は、例えばプリテンショナーに組み入れられた火工品イグナイタ（図示せず）の起動によって、ベルトプリテンショナー１５６の起動の信号を発生する公知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含む、衝突センサ１５８（例えば慣性センサあるいは加速度計）を含むか、またはこれと接続されることができる。先に参照され、本明細書の一部として組み込まれた米国特許番号６，５０５，７９０および６，４１９，１７７は、そのような方法で始動するプリテンショナーの例を提供する。
【００２８】
安全ベルトアセンブリ１５０、エアバッグシステム２００、およびより広範な乗り物乗員保護システム１８０が例示されるが、本発明により意図されるガス生成システムはこれらに限定されるものではない。
【００２９】
本発明の実施態様の先の記述が例示の目的だけのためにあり、本発明の範囲を何ら制限しないことはさらに理解されるだろう。そのため、ここに示された様々な構造操作上の特徴は、当該技術分野における当業者により、特許請求の範囲により規定される本発明の技術範囲を逸脱することなく多くの改良を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明のインフレータの一般的な構造を示す横断面図である；
【図２】図２は、本発明のガス生成組成物を含む典型的な乗り物乗員拘束装置の概要図である。
【図３】図３は圧力条件と組成物の燃焼速度を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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