(57)【要約】  ガス生成装置１０は、酸化剤として塩素酸カリウムのようなアルカリ金属塩素酸塩、燃料としてＤＬ−酒石酸のようなカルボン酸、およびそれらと動作可能な接続を有する乾燥剤を含む自己発火組成物を含む。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。
2009500276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合計の組成物の重量に基づいて、約２５−７５重量％で提供される酸化剤としてのアルカリ金属塩素酸塩、約２５−７５重量％で提供される燃料としてのカルボン酸を含む組成物；並びに
該組成物と操作可能な連絡を有する乾燥剤、を含むガス生成装置。
【請求項２】
前記乾燥剤が、合計の組成物の重量に基づいて約１０−３５重量％で該組成物中に混合される、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項３】
該乾燥剤が該組成物と物理的には離され、蒸気でのみ接触し、４００時間１０７℃の熱エージング後に、組成物の−５．０から５．０％の質量変化を与えるような量で該乾燥剤が提供される、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項４】
該組成物が、合計のガス生成組成物の約０．１から１０重量％の押出助剤を含む、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項５】
該押出助剤がグラファイト、ヒュームドシリカおよびそれらの混合物から選択される、請求項４記載のガス生成装置。
【請求項６】
前記アルカリ金属塩素酸塩が塩素酸カリウムである、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項７】
前記カルボン酸は、酒石酸とその異性体、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸および粘液酸、並びにそれらの混合物から選ばれる、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項８】
前記カルボン酸は、ＤＬ−酒石酸である、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項９】
合計の組成物の重量に基づいて、約２５−７５重量％で提供される酸化剤としてのアルカリ金属塩素酸塩、約２５−７５重量％で提供される燃料としてのカルボン酸を含む組成物；並びに
該組成物と操作可能な連絡を有する乾燥剤、を含むガス生成装置、
を含むガス生成システム。  
【請求項１０】
前記乾燥剤が、合計の組成物の重量に基づいて約１０−３５重量％で該組成物中に混合される、請求項９記載のガス生成システム。
【請求項１１】
該乾燥剤が該組成物と物理的には離され、蒸気でのみ接触する、請求項９記載のガス生成システム。
【請求項１２】
該システムが乗り物乗員保護システムである、請求項９記載のガス生成システム。
【請求項１３】
合計のガス生成組成物の重量に基づいて、約２５−７５重量％で提供される酸化剤としてのアルカリ金属塩素酸塩、約２５−７５重量％で提供される燃料としてのカルボン酸、および５−３５重量％で提供される乾燥剤を含む組成物。
【請求項１４】
前記カルボン酸は、酒石酸とその異性体、ＤＬ−酒石酸、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸および粘液酸、並びにそれらの混合物から選ばれる、請求項１３記載の組成物。
【請求項１５】
前記アルカリ金属塩素酸塩が塩素酸カリウムである、請求項１３記載の組成物。
【請求項１６】
前記乾燥剤が、活性硫酸カルシウム、珪酸、ゼオライト、クレーおよび酸化カルシウムから選択される、請求項１３記載の組成物。
【請求項１７】
前記乾燥剤が、ゼオライトである、請求項１３記載の組成物。
【請求項１８】
４００時間１０７℃の熱エージング後に、組成物の−５．０から５．０％の質量変化を与えるような量で該乾燥剤が提供される、請求項１３記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２００５年６月３０日に出願された米国仮出願番号６０／６９５，９２５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に関し、およびたとえば自動車の拘束システムのためのガス発生装置の中で使用される自己発火組成物に関する。
【０００３】
本発明の背景
本発明は、自己発火組成物に関し、点火に際してそれと燃焼可能な接続にあるガス生成物質組成物を安全に点火す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、ガス生成装置は典型的には自己発火組成物が提供され、点火の際に、所望のしきい値温度に反応して発火する。その結果、ガス生成物質は例えば溶融に先立って安全に点火され、それにより安全に主ガス生成組成物に点火し、一旦ガス生成物質が燃焼を開始すると、可能性のある爆発性の事象の発生を禁止ないし防止する。
【０００４】
自己発火組成物内で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ために考慮された。更に、塩素酸カリウムとカルボン酸との組み合わせは、典型的には摂氏２００度またはそれ以下の所望の自己発火温度を提供する。それにもかかわらず、これらのタイプの組成物は、それらの吸湿性のために湿気を吸収し、時々分解する傾向がある。所望の自己発火温度に悪影響を及ぼさずに、これらの組成物内での湿気保持または組成物内への取り込みを禁じる試みは成功していない。
【０００５】
本発明の要約
上記の課題は、塩素酸カリウムのようなアルカリ金属塩素酸塩、燃料としてのカルボン酸、並びに酸化剤および燃料と組み合わされた乾燥剤または湿分保持物質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。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出助材をはじめとする他の成分が、比較的少量含まれることができる。
【０００６】
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る。
【０００７】
好ましい実施態様の説明
本発明の組成物は、合計の組成物の重量に基づいて約２５−７５％、より好ましくは約４０−６０％の、塩素酸カリウムのようなアルカリ金属塩素酸塩酸化剤、合計の組成物の重量に基づいて約２５−７５％、より好ましくは約３０−４０％の、燃料としてのカルボン酸、および合計の組成物の重量に基づいて約５−３５％、より好ましくは約１０−３０％の乾燥剤を含む。グラファイトまたはヒュームドシリカのような押出助剤または加工助剤は比較的少量、たとえば合計の組成物の重量に基づいて０．１−２重量％で加えられることができる。自己発火組成物に乾燥剤を含めることにより、自己発火組成物として使用される塩素酸カリウム／カルボン酸組成物の中で典型的に確認された分解が、緩和されるかまたはなくなることが知られた。
【０００８】
カルボン酸は、酒石酸とその異性体、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸および粘液酸、並びにそれらの混合物を含む群から選ばれることができる。ＤＬ−酒石酸は特に好ましい。本発明の組成物は、さらに、ヒュームドシリカおよびグラファイトのような当該技術分野において一般的な流動剤および潤滑剤のような加工助剤を含むことができる。乾燥剤は、水を吸収するか水と反応して、自己発火混合物の他の成分から水を取り除く任意の物質であることができる。例示的な乾燥剤としては、活性化された硫酸カルシウムまたは水和された硫酸カルシウム（ＤＲＩＥＲＩＴＥ（登録商標））、クレー、シリカゲル、酸化カルシウム、およびゼオライトまたは、モレキュラーシーブがあげられる。ゼオライトは、表の中で示されたように、２００℃以下の自己発火温度を保証するのに特に有用であり、さらに以下に記載される熱エイジングの前後における自己発火組成物の質量変化を最小限にするのにも特に有用である。構成成分はすべてシグマアルドリッチ、または他の公知の供給業者から利用可能である。
【０００９】
酸化剤は一般に塩素酸カリウムを含んでいるが、１つ以上の他のアルカリ金属塩素酸塩をさらに含むことができる。
【００１０】
実施例１：
４５％の塩素酸カリウム、３０％のＤＬ−酒石酸および２５％の乾燥剤の混合物は、震動グラインダー中で摩砕された。パーセンテージは合計の組成物の重量に基づく。その混合物は９１５６と呼ばれた。不活性な硫酸カルシウムが、この実施例において対照として使用された。それぞれの組成物についてホットプレート（ＨＰ）自己発火（ＡＩ）温度が測定された。その後、サンプルはそれぞれ、アルミニウムで内張りされたキャップを備えた密封したガラスバイアルに約５ｇを入れ、６４８時間１０７℃でチャンバー内に置いて、熱的安定性に関してテストされた。エイジングの後、質量減少およびＨＰ  ＡＩ温度が測定された。サンプルは、分解中の塩素を含む種の発生を示すために、塩素臭気および／またはアルミニウムとの反応について、エージング後に観察された。アルミニウムとの反応はアルミニウム上の白色のスマット（塩素腐食）として示された。ホットプレート（ＨＰ）自己発火テストは、実験室用のホットプレートに置かれたアルミニウム固定治具から成った。固定治具は自己発火物質の０．３−０．５ｇのサンプルおよび熱電対プローブを収容するために機械加工された。プローブの先端は、サンプルとホットプレート表面の間で、自己発火組成物の下に直接配置した。熱電対はデジタル読出しディスプレイに接続された。また、ホットプレートは毎分３０−５０℃の加熱速度で運転された。自己発火温度は、サンプルが活発に燃焼した温度として記録された。
【００１１】
結果は、以下の表１に示される。下記は、テストの結果を示す：
１．対照：
顕著な質量減少が生じ、エイジングした後のＡＩ温度は使用するためには高すぎた。受容可能であるが、自己発火温度は好ましくは２００℃未満である。
２．実施例  １Ａ：
対照と同じ。
乾燥剤が熱エイジング後の質量減少を防がなかったように見える。他の実施例と同様に重量減少が水分の損失と共に生じ、および塩素放出を示すテストによって示されるように塩素を含む化合物の遊離が起こった。
３．実施例  １Ｂ：
顕著な質量減少が生じた；しかしながら、対照と比較して、熱エージング後のＡＩ温度は改善された。
４．実施例  １Ｃ：
幾分かの質量減少およびエイジングの後のわずかに高いＡＩ温度。
５．実施例  １Ｄ：
１Ｃと同様の質量減少。しかし、エイジング後のＡＩ温度は高すぎた。
６．実施例  １Ｅ、１Ｆ：
少量の質量増加が見られた。エイジングの後にＡＩ温度の変化はほとんどなかった。
質量増加は、ほとんどが大気からのガスの吸収によるものであろう。
７．実施例  １Ｇ：
エイジングの後に小さな質量増加およびわずかなＡＩ温度の増加があった。１Ｅ−１Ｇの結果は次のことを示す。質量変化を最小限、できれば−５．０から約５．０重量パーセントまでにすることは、最小の質量変化と、２００℃または２００℃未満の満足のゆく自己発火ホットプレート温度に帰着する。従って、これらの結果を生むために反復実験により乾燥剤を選択しなければならない。
【００１２】
実施例１：
各サンプルの中で示された乾燥剤は、配合物９１５６と緊密に混合された。混合物は上に記載されたように、混合された。エイジングは１０７℃で６４８時間、ねじぶたの内部にアルミニウムフォイルを備えたガラスバイアルの中で行われた。
【００１３】
【表１】
2009500276.tif 000003
【００１４】
実施例２：
９１５６ＤＬと呼ばれる組成物を、振動グラインダー中で原材料を摩砕し、ロータリープレスで粉末をプレスして約５／１６インチの直径、０．１１３インチの厚さのタブレットにした。それぞれの質量は約２７０ｍｇであった。組成物は約６０％の塩素酸カリウム、３８．５％のＤＬ−酒石酸、０．５％のグラファイト、および１．０％のヒュームドシリカを含んでいた。パーセントは合計の組成物の重量に基づく。
【００１５】
それぞれの実験のために、タブレットの形の組成物の５ｇが、アルミニウムフォイルで包まれ、５ｇの乾燥剤とともにアルミニウムで内張りされたキャップを備えた密封したガラスバイアル内に置かれた。その後、これらのサンプルは６４８時間１０７℃でチャンバー内に置かれた。エイジングの後、質量減少およびＨＰ  ＡＩ温度が測定された。サンプルは、分解中のむ塩素を含む種の発生を示すために、塩素臭気および／またはアルミニウムとの反応について、エージング後に観察された。アルミニウムとの反応はアルミニウム上の白色のスマット（塩素腐食）として示された。
【００１６】
結果は、以下の表２の中に示される。下記は、テストの結果を示す：
１．  ベースライン：
サンプルは、小さな体積中での過度の分解により、エージング中に自己発火した。
２．対照：
硫酸カルシウムが不活性だったので、ベースラインと同じである。
３．実施例  ２Ａ：
幾分かの質量減少が生じた。しかし、ＡＩ温度はエイジングの後にわずかに高かった。２００℃以上の比較的高い自己発火温度はたとえばハイブリッドインフレータにおいて有用な場合があるが、火工品のインフレータ内の自己発火組成物の自己発火温度は好ましくは２００℃未満である。
４．  実施例  ２Ｂ：
２Ａ同様の質量減少があったが、ＡＩ温度には変化がなかった。
５．  実施例  ２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ：
非常に小さな質量減少があり、ＡＩ温度の変化は本質的になかった。これはエイジング中の非常に小さな分解を示す。
【００１７】
実施例２：
乾燥剤は、９１５６ＤＬ配合物と蒸気接触（物理的に接触されない）するように提供された。９１５６ＤＬの５ｇと、乾燥剤の５ｇをアルミニウムフォイルで包んだ。エイジングは約６４８時間約１０７℃で、ねじぶたの内部にアルミニウムフォイルを付けたガラスバイアルの中で行った。
【００１８】
【表２】
2009500276.tif 000004
【００１９】
実施例と実験は、ＡＩ組成物からの水の除去が熱エイジング中の分解量を減らすことに有益であることを実証する。水が分解中に生成され、それがついでさらなる反応を触媒し、それがさらに多くの水を生成し、さらに反応を触媒すると信じられている。このプロセスは継続し、分解が高速で生じる。雰囲気から水を除去し、分解中に生産されるすべての水を除去することによって、反応速度は非常に大きく減少し、組成物は１０７Ｃでエージングした後に低いＡＩ温度を保持する。別の表現をすれば、乾燥剤が自己発火組成物と蒸気接触するように使用されると、自己発火組成物はエイジング後にほとんどまたは全く分解しないで、熱エージング前と実質的に等しいか又は同じ自己発火ホットプレート温度を示す。これは、２Ｃ−２Ｇのような比較的少量の減量を示す組成物によって例証される。自己発火組成物と蒸気接触するように乾燥剤を使用すると、自己発火組成物と物理接触する場合とは異なり、すべての試験された乾燥剤に関して、すなわち２Ａ−２Ｇに関して、比較的少ない重量減少および受容可能な自己発火温度に帰着することに留意すべきである。一般に、両方の実施例および両方の表は、自己発火組成物と動作可能な接触で乾燥剤を提供する利益を示す。乾燥剤が自己発火組成物と蒸気接触で使用される場合、乾燥剤の量は、反復実験により自己発火組成物の湿気の吸収および分解を防ぐように決定された量で提供される。例えば、この実施例および本発明において、乾燥剤は、混合物として、自己発火組成物１００部当たり約１０−３５部で提供される。
【００２０】
さらに分解物、特に塩素を含んでいる成分は、好ましくない方法で他の化学成分と相互作用することがあると信じられている。密封したインフレータ内では、他のプロペラントは、しばしばＡＩ物質と蒸気接続にある。例えば、塩素を含んでいる分解物は、他の点では安定した主なプロペラント配合物の強度および／または密度を減じることがある。これは、環境上のコンディショニングの後に承諾しがたい性能変化に帰着する可能性がある。
【００２１】
実施例は、組成物内の部分として乾燥剤を加えることができるし、またＡＩ組成物と蒸気接触のみするように配置することができることを示す。具体的な乾燥剤の有効性は、獲得された湿気を高温で保持する能力に基づくものと考えられる。実施例は、異なる乾燥剤はＡＩ組成物の分解に異なる影響を与えることを示す。従って、本発明の自己発火組成物は、４００時間以上の標準の熱エイジングの後にさえ、典型的には適正な性能を示す。
【００２２】
本発明のさらなる態様では、当該技術分野において公知のようにして製造されたガス生成装置およびさらに当該技術分野において公知のようにして製造された乗り物乗員保護システムも企図されることが認識されるだろう。そのため、本発明の自己発火組成物は、すべて当該技術分野において公知のようにして製造された、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る。
【００２３】
本発明の異なる態様では、本発明の組成物はガス生成システム内で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またはガス生成システム内の両方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において使用されるそれぞれれのガス生成装置は、本明細書に記載されているようなガス生成組成物を含むことができる。
【００２４】
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、好ましくは合計の組成物の０−１０％を構成し、より好ましくは０−５％を構成する。
【００２５】
組成物は当該技術分野において公知の方法を使用して、乾式または湿式混合することができる。様々な成分は、微粒子の形状で一般に提供され、混合されて他のガス生成物質成分と均一な混合物を形成する。
【００２６】
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重量に基づいた重量パーセントであることが留意されるべきである。ここに記載された化学薬品は、たとえばアルドリッチケミカル会社のような会社によって供給されることができる。
【００２７】
図１の中で示されるように、例示的なインフレータは、組み合わされるエアバッグの展開力を調整するために、デュアルチャンバー設計を組込む。一般に、主ガス生成物質１２と本明細書に記載されたように形成された自己発火組成物１４を含むインフレータは、公知の技術により製造されることができる。米国特許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、これらは参照され本明細書の一部として組み込まれる。
【００２８】
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は既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。
【００２９】
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。
【００３０】
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既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。
【００３１】
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。
【００３２】
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】
【００３３】
【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の側面図である。
【図２】図２は、本発明のガス生成組成物を含む例示的な乗り物乗員拘束システムの概要図である。
【図１】
2009500276.tif 000005
【図２】
2009500276.tif 000006
2009500276.tif 000007
2009500276.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月7日(2008.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合計の組成物の重量に基づいて、約２５−７５重量％で提供される酸化剤としてのアルカリ金属塩素酸塩、約２５−７５重量％で提供される燃料としてのカルボン酸を含む組成物；並びに
該組成物に影響を与えることが可能に連絡を有する乾燥剤、を含むガス生成装置。
【請求項２】
前記乾燥剤が、合計の組成物の重量に基づいて約１０−３５重量％で該組成物中に混合される、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項３】
該乾燥剤が該組成物と物理的には離され、蒸気でのみ連絡し、４００時間１０７℃の熱エージング後に、組成物の−５．０から５．０％の質量変化を与えるような量で該乾燥剤が提供される、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項４】
該組成物が、合計のガス生成組成物の約０．１から１０重量％の押出助剤を含む、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項５】
前記アルカリ金属塩素酸塩が塩素酸カリウムである、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項６】
前記カルボン酸は、酒石酸とその異性体、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸および粘液酸、並びにそれらの混合物から選ばれる、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項７】
前記カルボン酸は、ＤＬ−酒石酸である、請求項１記載のガス生成装置。
【請求項８】
ガス生成組成物の合計重量に基づいて、約２５−７５重量％で提供される酸化剤としてのアルカリ金属塩素酸塩、約２５−７５重量％で提供される燃料としてのカルボン酸を含む組成物；並びに
該組成物に影響を与えることが可能に連絡を有する乾燥剤、を含むガス生成装置、
を含むガス生成システム。  
【請求項９】
前記乾燥剤が、合計の組成物の重量に基づいて約１０−３５重量％で該組成物中に混合される、請求項８記載のガス生成システム。
【請求項１０】
ガス生成組成物の合計重量に基づいて、約２５−７５重量％で提供される酸化剤としてのアルカリ金属塩素酸塩、約２５−７５重量％で提供される燃料としてのカルボン酸、および５−３５重量％で提供される乾燥剤を含む組成物。
【国際調査報告】
2009500276.tif 000009