(57)【要約】  本発明は、一般に、たとえば乗員拘束システムのようなインフレータ用のガス生成物質組成物に関する。本発明により形成されたガス生成組成物１２は、アルキルセルロース燃料／バインダー、酸化剤、および燃焼禁止剤または点火触媒を含む。乗り物乗員保護システム１８０、他のガス生成システムは本発明の組成物を組込む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス生成組成物を含むガス生成システムであって、該組成物が以下を含むシステム；
アルキル置換基を含むセルロース系のバインダーから成る群から選択される燃料／バインダー；
酸化剤；および
ジブチルタレート類、ジシクロヘキソウレア、トリアセチン、三酸化モリブデン、モリブデン酸、モリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸ナトリウム、ホスホモリブデン酸、二硫化モリブデンおよびホスホモリブデン酸ナトリウムから選択された添加剤；
ここで該添加剤は組成物の重量の約０．０５から２０重量％で提供される。
【請求項２】
金属酸化物および硫酸塩から選択された第２の添加物をさらに含み、該第２の添加剤は組成物の重量の約０．１から２０重量％で提供される、請求項１記載のガス生成システム。
【請求項３】
該第２の添加剤が酸化マンガン、酸化第二銅および硫酸アンモニウムから選択される、請求項２記載のガス生成システム。
【請求項４】
該酸化剤が金属の酸化剤または非金属の酸化剤から選択され、該酸化剤が硝酸塩、亜硝酸塩、過塩素酸塩、塩素酸塩、オキサイドおよび塩基性金属硝酸塩から選択される、請求項１記載のガス生成システム。
【請求項５】
該酸化剤が硝酸アンモニウム、相安定化された安定化硝酸アンモニウム、硝酸カリウムおよび硝酸ストロンチウム；亜硝酸カリウムのような亜硝酸塩；塩素酸カリウムのような塩素酸塩類；過塩素酸アンモニウムおよび過塩素酸カリウムのような過塩素酸塩類；酸化鉄および酸化銅のようなオキサイド；塩基性硝酸銅および塩基性硝酸鉄のような塩基性硝酸塩；およびそれらの混合物から選択され、
該酸化剤が約０．１−７０重量％で提供される、請求項４記載のガス生成システム。
【請求項６】
アゾール類；アゾール類の非金属塩類および金属塩類；アゾール類、グアニジン類、グアニジン誘導体のニトロアミン誘導体および塩類；グアニジン類、アゾアミド類の塩類；アゾアミド類の硝酸塩；およびそれらの混合物から選択される第二の燃料をさらに含み、該第二の燃料が約０．１−５０重量％で提供される、請求項１記載のガス生成システム。
【請求項７】
前記アゾールが５−アミノテトラゾールから選ばれ；前記アゾール類の非金属塩類が５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのモノアンモニウム塩またはジアンモニウム塩類、および５−アミノテトラゾール硝酸塩から選ばれ；前記アゾール類のニトロアミン誘導体および塩類が５−ニトロアミノテトラゾール、ジカリウム５−ニトロアミノテトラゾール、モノアンモニウム  ５−ニトロアミノテトラゾールおよびジアンモニウム  ５−ニトロアミノテトラゾールから選ばれ；前記グアニジン類、グアニジン誘導体およびグアニジン塩類がジシアンジアミド、ニトログアニジンおよびグアニジン硝酸塩から選ばれ；前記アゾアミド類およびアゾアミド類の硝酸塩がアゾジカルボンアミドおよびアゾジカルボンアミジン二硝酸塩から選ばれる、請求項６記載のガス生成システム。
【請求項８】
前記のアルキル置換基を含むセルロース系のバインダーが、アセチル、プロピオニル、水酸基を有するブチリル基から選ばれるアルキル置換基を含むセルロース系のバインダーから選ばれる、請求項１記載のガス生成システム。
【請求項９】
前記のセルロース系のバインダーが、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロースおよびエチルヒドロキシエチルセルロースから選ばれる、請求項１記載のガス生成システム。
【請求項１０】
ガス生成組成物の重量に基づいて約０．１−２０重量％の金属酸化物をさらに含む、請求項１記載のガス生成システム。
【請求項１１】
請求項１記載のガス生成システムを含む、乗り物乗員保護システム。
【請求項１２】
以下を含むガス生成組成物；
アルキル置換基を含むセルロース系のバインダーから成る群から選択される燃料／バインダー；
酸化剤；および
ジブチルタレート類、ジシクロヘキソウレア、トリアセチン、三酸化モリブデン、モリブデン酸、モリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸ナトリウム、ホスホモリブデン酸、二硫化モリブデンおよびホスホモリブデン酸ナトリウムから選択された添加剤；
ここで該添加剤は組成物の重量の約０．０５から２０重量％で提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願の相互参照
本出願は、２００５年３月３１日出願の米国仮出願番号６０／６６６，９６４の利益を要求する。
【０００２】
技術分野
本発明は一般的なガス生成システム、およびたとえば自動車の拘束システムのためのガス発生装置中で使用されるガス生成物質組成物に関する。
【０００３】
発明の背景
本発明は、燃焼に際して自動車の乗員安全拘束装置を膨張させるのに役立つガスを急速に生成する無毒性ガス生成組成物に関する。特には、本発明は、燃焼に際して受容可能な燃焼速度だけでなく、燃焼の際に、受容可能な火炎温度において比較的高いガス容量と固体微粒子との比率を示す、熱的に安定な非アジドガス生成物質に関係する。アジドベースのガス生成物質からの非アジドガス生成物の発生は、先行技術の中でよく記載されている。アジドガス生成物質と比較した非アジドガス生成物質組成物の利点は、たとえば、米国特許４，３７０，１８１；４，９０９，５４９；４，９４８，４３９；５，０８４，１１８；５，１３９，５８８および５，０３５，７５７などに広範に開示されている。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。
【０００４】
燃料成分に加えて、火工品の非アジドガス生成物質は、迅速な燃焼に必要な酸素を提供し、かつ生成された有毒ガスの量を低減するための酸化剤のような成分、炭素と窒素の有毒酸化物の無害のガスへの転換を促進する触媒、および燃焼中または燃焼直後に形成される固体および液体製品の濾過可能なクリンカ状の微粒子塊への凝集を引き起こすスラグ形成成分を含む。燃焼速度向上剤またはバラスティック特性改良剤、および点火助剤のような他の任意の添加物が、ガス生成物質の点火性および燃焼性をコントロールするために使用される。
【０００５】
公知の非アジドガス生成物質組成物の欠点のうちの１つは、燃焼の間に形成される固体の残留物の量および物理的特性である。乗り物乗員保護システム中で使用される場合、燃焼の結果生じた固体はろ過または他の方法で、乗り物の乗員と接触しないようにしなければならない。高速で安全装置を膨張させるために、適切な量の無毒ガスを提供しつつ、固体の微粒子の生産を最低限とする組成物を開発させることはしたがって非常に望ましい。
【０００６】
燃焼に際して、豊富な無毒なガスおよび最低限の固体を生成するので、酸化剤としての、たとえば相安定化された硝酸アンモニウムの使用は望ましい。しかしながら、自動車用途において有用であるためには、１０７℃の温度で４００時間以上エージングされた時、ガス生成物質は熱的に安定でなければならない。組成物はさらに−４０℃と１０７℃の間でサイクルされた場合に構造の完全性を保持しなければならない。さらに、相安定化されている硝酸アンモニウムまたは純粋な硝酸アンモニウムを組込むガス生成物質組成物は時々貧弱な熱的安定性を示し、可塑剤およびバインダーのような組み合わされる添加物の組成に依存して、承諾しがたいほど高いレベルの有毒ガス、たとえばＣＯおよびＮＯｘを生成する。
【０００７】
それでも、バインダーのような添加物の添加は、プロペラントまたはガス生成物質のタブレットの形状を保持し、それらの経時的なフラグメンテーションを禁止するために多くの場合必要である。カルボキシルセルロースバインダーのようなある種の水溶性のバインダーは、それらの水可溶性により与えられる吸湿性を示す。従って、これらのタイプのバインダーはしばしば貧弱な熱的安定性を有している組成物に帰着する。これは特にはたとえば相安定化された硝酸アンモニウムのような好ましい酸化剤を含む組成物で起こる。従って、自動車のガス生成システムの設計において進行中の努力は、例えば、より多くのガス、およびより少ない固体を生成し、上に言及された欠点のないものについてのイニシアチブを有している。
【０００８】
本発明の要約
上記の課題は、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネートおよびセルロースアセテートブチレートのような、アルキルセルロースのバインダーを含むガス生成組成物を含むガス生成システムによって解決される。別の言い方をすれば、本発明の組成物は、主成分としてアルキル置換基を含むセルロース系バインダー、酸化剤並びに、三酸化モリブデンおよび他のモリブデン化合物、ジブチルタレート、ジシクロヘキソウレア、トリアセチンおよびそれの混合物から選ばれた点火触媒または燃焼禁止剤を含む。当該技術分野において公知のように、および設計基準によって決定されるように、公知の燃料、酸化剤および他の添加物がこれらの組成物に組み入れられることができる。本発明により、これらのガス生成組成物を有するエアバッグインフレータのようなガス生成システムおよび乗り物乗員保護システムが提供される。
【０００９】
典型的なマイクロガス生成装置は、デバイス中のガス生成のためにニトロセルロースまたは無煙火薬組成物を使用する。これらの組成物は、しばしば比較的より多量の一酸化炭素に帰着する。更に、ニトロセルロースを使用するとバラスティック特性のあつらえが容易に遂行されない。これらは、酸化剤、燃料およびバインダーを含む非ニトロセルロース組成物である。燃焼速度と関係する性能特性（すなわちバラスティック出力）は、酸化剤成分の粒径分布によって変えることができる。一般に、酸化剤の粒径分布が減じられると、推進組成物増加の燃焼速度が向上し、そのために、バラスティック特性も向上する。粒径が増加すると、燃焼速度が減少し、そのために、バラスティック特性も低下する。従って、バラスティック特性はこのように調整されることができる。平均粒径は１０から１５０ミクロンの範囲である。前述の範囲内での粒径分布の組み合わせも性能を変える目的で考慮することができる。バラスティック特性の調節も、プロペラント粒の形状、サイズおよび表面処理を変えること、あるいはそれらの任意の組み合わせにより達成することができる。プロペラント粒子密度、ポロシティおよび表面仕上げ（すなわち暴露される燃焼表面積が大きいかまたは低いか）に影響する様々なプロペラントプロセスおよび技術も、例えば、逆進性の燃焼プロフィルを達成するために、バラスティック出力を調整するために使用することができる。押し出しのような特定の方法で加工された小さなシリンダーのようなプロペラントジオメトリーは、多孔性の中心を示し、さらに逆進性タイプの燃焼プロフィルを示す。ガス生成物質を組込む設備、たとえば、シートベルトプリテンショナー、に対する損傷を制限することがそのために容易になる。
【００１０】
要するに、本発明はガス燃焼生成物の生成を最適化し、固体の燃焼生成物を最小限にし、減じられた吸湿性および熱的安定性のような他の設計の要求を保持するガス生成物質組成物を提供する。これらおよび他の利点は詳述な記載により明白になる。
【００１１】
好ましい実施態様の説明
本発明は、一般に燃料、酸化剤、三酸化モリブデンおよび第一のバインダーを含むガス生成物質組成物を包含する。第一のバインダーは、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネートおよびセルロースアセテートブチレートのようなセルロースバインダーの群から選ばれる。別の言い方をすれば、本発明の組成物は、好ましくはアルキル置換基を有する第一のセルロースバインダーを含む。アルキル置換基としてはアセチル基、プロピオニル基、水酸基を有するブチリル基があげられる。第一のバインダーは、組成物の重量に基づいて約５−３０％で一般に提供される。
【００１２】
本発明では、燃焼禁止剤および燃焼抑制剤も含まれる。これはジブチルタレート、ジシクロヘキソウレア、トリアセチンおよび他の公知の燃焼抑制剤およびそれらの混合物を含む群から選ばれる。燃焼禁止剤または点火触媒は、約０．１−２０％重量パーセントで提供されることができる。燃焼を禁じることによって、たとえばシートベルトアセンブリーおよびプリテンショナーのようなガス生成システムを伴う装置への可能性のある損傷が緩和される。本発明の一態様によれば、燃焼記載の添加で、全体の点火温度が実質的に低下され、それによりたとえばシートベルトプリテンショナーのような関連機器の完全性が保持できることが知られた。
【００１３】
実施例１：
ニトログアニジン、過塩素酸カリウムおよびセルロースアセテートブチレートを含む組成物が、公知の方法で均質に混合された。ホットプレートから熱を加えたが、３２０℃で組成物は自動発火せず、黒色の炭が生じた。
【００１４】
実施例２：
セルロースアセテートブチレート、ニトログアニジン、および過塩素酸カリウムを含む実施例１の組成物に、約１重量％のモリブデン酸アンモニウムを加えた。ホットプレートで測定したところ、２６０℃の発火温度であった。
【００１５】
実施例３および実施例４：
セルロースアセテートブチレート、ニトログアニジン、および過塩素酸カリウムを含む実施例１の組成物に、約１重量％または２重量％の三酸化モリブデンを加えた。ホットプレートで測定したところ、２６２℃の発火温度であった。
本発明により燃焼禁止剤または点火触媒を使用すると、事実上関連機器への害を緩和する発火性の組成物に帰着することが実施例からわかる。
【００１６】
本発明の異なる態様では、一酸化炭素スキャベンジャーを提供することができる。それにより、セルロースバインダーの使用にもかかわらず必要な流出速度が維持される。任意に使用される場合、酸化マンガンおよび酸化第二銅のような金属酸化物、硫酸アンモニウムのような硫酸塩および他のスキャベンジャーは、組成物の約０．１−２０重量％での使用が企図される。ＣＯスキャベンジャーの使用によって、バインダー／燃料の相対量を増加させ、ガス生成物質組成物の中で典型的に使用される他の燃料の量を減らすことにより、ガス生成組成物の全体としてのコストを低減することができる。本発明のガス生成物質組成物は、さらに示された重量パーセントで次の成分を含むことができる。以下の化合物を含む群から選択される第二の燃料；５−アミノテトラゾールのようなアゾール類；カリウム  ５−アミノテトラゾールのようなアゾール類の非金属塩類；５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのモノ−またはジアンモニウム塩のようなアゾールの非金属塩類；５−アミノテトラゾール硝酸塩のようなアゾールの硝酸塩；５−ニトロアミノテトラゾールのようなアゾールのニトロアミン誘導体；ジカリウム  ５−ニトロアミノテトラゾールのようなアゾールのニトロアミン誘導体の金属塩類；ジカリウム  ５−ニトロアミノテトラゾールのようなアゾールのニトロアミン誘導体の金属塩類；モノ−またはジアンモニウム  ５−ニトロアミノテトラゾールのようなニトロアミン誘導体の非金属塩類；およびジシアンジアミド、ニトログアニジンおよびグアニジン硝酸塩のようなグアニジン類；グアニジン硝酸塩のようなグアニジンの塩類；ニトログアニジンのようなグアニジン類のニトロ誘導体；アゾジカルボンアミドのようなアゾアミド類；アゾジカルボンアミジン二硝酸塩のようなアゾアミド類の硝酸塩；またそれの混合物。第二の燃料はガス生成組成物の合計の重量に基づいて、典型的には０．１−５０重量％、より好ましくは約５−４０重量％で使用される。ある組成物では、バインダーがバインダー／燃料として機能し、使用されるバインダーの量が有効な量の燃料をさらに提供する場合のあることが認識されるだろう。従って、その事例では、第二の燃料は組成物に含まれていないことがある。同じ群の燃料から選ばれた任意の第３の燃料は、典型的には約０−５０重量％で、より好ましくは約０−３０重量％で提供される。
【００１７】
非金属または金属の第一の酸化剤は、たとえば以下のような化合物から選択することができる；硝酸アンモニウム、公知の方法で、より好ましくは約１０重量％の硝酸カリウムで安定化された相安定化硝酸アンモニウム、硝酸カリウムおよび硝酸ストロンチウムのような硝酸塩類；亜硝酸カリウムのような亜硝酸塩類；塩素酸カリウムのような塩素酸塩類；過塩素酸アンモニウムおよび過塩素酸カリウムのような過塩素酸塩類；酸化鉄および酸化銅のようなオキサイド；塩基性硝酸銅および塩基性硝酸鉄のような塩基性硝酸塩類；またそれらの混合物。第一の酸化剤は約０．１−７０重量％、より好ましくは約３０−７０重量％で提供されることができる。第二の酸化剤も使用されることができ、上に記載された酸化剤から選ばれる。第二の酸化剤は、ガス生成組成物の重量に基づいて、典型的には約０−５０重量％で、より好ましくは０−３０重量％で提供される。
【００１８】
任意の第二のバインダーは以下の化合物から選ばれることができる；セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースの塩類のようなセルロース誘導体；シリコーン；ポリプロピレンカーボネートおよびポリエチレンカーボネートのようなポリアルケンカーボネート；およびそれらの混合物。使用される場合には、第二のバインダーは約０−１０重量％、より好ましくは０−５重量％で提供されることができる。
【００１９】
任意のスラグ形成剤は、以下の化合物から選ばれることができる；珪素原子および二酸化ケイ素のようなシリコン化合物；ポリジメチルシロキサンのようなシリコーン；ケイ酸カリウムのようなケイ酸塩；クレー、タルクおよび雲母のような天然の鉱物；ヒュームドシリカおよびヒュームドアルミナのようなヒュームド金属酸化物。使用される場合には、スラグ形成剤は約０−１０重量％、より好ましくは０−５重量％で提供されることができる。
【００２０】
他の例示的な燃料、酸化剤および他のガス生成物質成分は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許５，０３５，７５７、５，７５６，９２９、５，８７２，３２９、６，０７４，５０２、６，２８７，４００、６，２１０，５０５および６，３０６，２３２に記載されている。本発明のガス生成物質成分は、アルドリッチケミカル会社、フィッシャーケミカルおよびイーストマンケミカル社のような公知の供給業者によって提供されることができる。
【００２１】
本発明のガス生成物質組成物は当該技術分野において公知のようにして、形成されることができる。典型的な製造プロセスは以下の工程を含む：（１）  酸化剤、燃料、バインダーおよび他の成分の混合および／または摩砕を溶剤非存在下で行い、プレスで粉末材料を圧密する；（２）  バインダーの化学的性質および官能基に応じて、有機、水性、または水性／有機溶液でセルロースバインダーを溶媒和して、燃料、酸化剤および他の添加物のような所望の成分を加え、プロペラント粒へ成形する；その後、溶剤は乾燥除去される；（３）  セルロースバインダーを溶媒和し、酸化剤、燃料および他の成分を加えて、ダイを通して圧力下にプロペラントを押し出し、様々な形状に成形する。その後、成形物は所定の長さに切断され、溶剤は蒸発又は加熱により除去される。ＣＯおよび他の望ましくない流出物を減じるために、公知の方法により、全体の酸素収支を調整するために、酸化剤が選ばれることが、認識されるだろう。
【００２２】
乾燥プロセスは、最終均一混合物に熱を加えることにより加速されることができる。または、例えば、設計基準によって、乾燥プロセスは加熱しないで延長されることができる。他の配合方法としては、他の公知の湿式および乾式の混合方法および圧密方法を包含することが企図される。本発明の組成物は、ガス生成システムの中で使用されることが企図される。例示的なガス生成システムとしては、エアバッグデバイスまたは図２の中で示される乗り物乗員保護システムがあげられ、エアバッグモジュール、エアバッグインフレータまたはガス生成装置を含む。より一般的には、当該技術分野において公知のようにして構築または設計される乗り物乗員拘束システムを含む。
【００２３】
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、本明細書に記載されたように形成されたガス生成物質１２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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
【図１】図１は、本発明により形成されたガス生成組成物を含む例示的なエアバッグインフレータを示す。
【図２】図２は、図１のインフレータおよび本発明によるガス生成物質を組込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】
2008538348.tif 000003
【図２】
2008538348.tif 000004
【国際調査報告】
2008538348.tif 000005