JP2001500835A - ハイブリッド・エア・バッグ膨張装置における混合ガスの使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 排気ガス中に無毒反応生成物のみを提供するよう、アルゴンに対する分子性酸素含有ガスの比率を変化させることにより、分子性酸素含有ガスとアルゴンとの混合物を使用して、推進剤を有効な酸化剤で点火することによって、ハイブリッド発生器中で粒子を含まない無毒ガスが発生される。この発明の装置は、イニシエータ（１）を含み、イニシエータはセンサに応答して点火し、点火薬（２）に点火する熱いガスを放出し、点火薬は主要な起動用薬剤（８）を燃焼させ、膨張ガス混合物（３）を発生させる。ガス混合物中の圧力がある点まで増加すると、密封ディスク（６）が破裂し、出口ポート（５）を通ってマニホールド（４）へとガス混合物が出てエア・バッグを膨らませることを可能にする。起動用薬剤コンテナ（９）は主要起動用薬剤（８）を保持する。薬剤および膨張ガス混合物はすべて圧力タンク（７）内に封入される。

Description

【発明の詳細な説明】 ハイブリッド・エア・バッグ膨張装置における混合ガスの使用 発明の分野 この発明は一般に、粒子を含まない無毒ガスを発生する方法および前記無毒ガ スを生成するためのハイブリッド膨張装置における改良、特に、車両の乗員の拘 束のためのガスの発生において使用するためのハイブリッド膨張装置における改 良に関する。 この分野には、膨張式拘束装置において用いられるエア・バッグを膨らませる ための多くのタイプの膨張装置がある。これらの膨張装置の中には、エア・バッ グを膨らませるために選択的に放出されるある量の貯蔵される高圧ガスを利用す るものがある。関連するタイプは、可燃性ガス発生材料からガス源を発生し、こ の可燃性ガス発生材料は点火されるとエア・バッグを膨らませるのに十分な量の ガスを提供する。さらに別のタイプにおいては、貯蔵される圧縮ガスとガス発生 材料の燃焼生成物との組合せによって、エア・バッグを膨らませるガスが提供さ れる。後者のタイプのものがハイブリッド膨張装置として知られる。 過去、ハイブリッド膨張装置にはある欠点があった。このような膨張装置にお いて推進剤と開始材料とを燃焼させると、不所望の粒子物質が生成される。エア ・バッグを膨らませるために、粒子を含有する膨張装置の放出物を使用すると、 粒子が車両へと通過しその乗員により吸込まれ兼ねない。 車両内の乗員によりガス中の粒子材料が吸込まれるのに加えて、このような粒 子はもし分散され空中に広がると、煙のように見え火事が発生しているのではな いかという不適切な懸念を引起こし兼ねない。 当分野では周知のように、空気または他のガスおよび固形ガス発生材料はコン テナ内に貯蔵される。もし衝突を示す急速な車両の減速があると、コンテナ内の ガスが放出され車両乗員の拘束具すなわちエア・バッグが膨らまされ、エア・バ ッグは車両の乗員を拘束し重傷を負わないよう保護する。車両の衝突において発 生するような急速な車両の減速が発生すると、ガス発生材料に点火される。前記 ガス発生材料が燃焼すると、熱い膨張ガスまたは蒸気が生成されこれらが貯蔵さ れていたガスを加熱しこれと混合され、この加熱されたガスの混合物がエア・バ ッグへと流れ込む。背景技術の説明 この発明は、推進剤全体の酸化レベルを制御することを可能にするための、酸 素または空気とアルゴンとの混合物などの使用に関する。燃料の豊富な固形推進 剤の調合物からの排気生成物が二酸化炭素、水蒸気および窒素に例示されるよう な無毒生成物を与えるよう、この燃料の豊富な固形推進剤の調合には幅が合って よく、かつ、アルゴンに対する酸素の量も幅があってよい。 ハイブリッド膨張装置は通常、エア・バッグを膨らませるためにアルゴンガス を加熱するため固形推進剤を使用する。ハイブリッドでの問題の１つは、推進剤 に使用されるＫＣｌＯ₄酸化剤からの粒子の量である。５−アミノテトラゾール （５−ＡＴ）、アミノグアニジンニトラート（ＡＧＮ）またはこれらの混合物な どの推進剤化合物を使用することにより、粒子を除去することができる。また、 酸化剤としてＫＣｌＯ₄の代わりに硝酸アンモニウムを使用することもできる。 上述の着想は先行技術において教示されていない。米国特許第４，９０９，５ ４９号において、第３欄第４８行から、発明者たちは、二次ガス混合物（空気） で希釈された一次ガス混合物を含む、いくつかの利点を持つガスの使用を説明し ている。列挙される利点は、一次ガス混合物を希釈によって冷却し、それによっ て、その中で衝突用バッグが利用される航空機または自動車の乗員が火傷を負う 可能性を回避することを含む。一次ガス混合物を空気で希釈することによって、 存在する毒性の物質のレベルがはるかに低い許容可能なレベルに減じられる。し たがって、生成されるガス中の水素濃度は酸化によって通常極めて低レベルに減 じることができるので、分子中に水素を含有するテトラゾールまたはトリアゾー ル化合物の使用は実際的である。しかし、この参考文献は、本発明者たちが教示 するようにアルゴンの酸素に対する比率を制御することを開示または示唆してい ない。 米国特許第５，１９９，７４０号の第５欄に、推進剤の燃焼により生成された 加熱されたガス中の他の成分とともに熱塩化カリウムが圧力容器に入り容器部分 の内側壁上に衝突すると説明されている。燃焼による加熱された生成物が圧力容 器に入ると、加圧されたアルゴンガスの温度はかなり一様に上昇するであろう。 アルゴンガスの温度が上昇するとき、その圧力はあるレベルに上昇するであろう し、それによって段差部ボア内に配置される出口側破壊ディスクの破裂が引起こ され、それによってマニホールド内の出口開口部を通じガスが流れることができ る。明らかに、これは、アルゴンに対しさまざまな量の酸素を添加することで無 毒生成物を出すよう燃料の豊富な調合物からの排気生成物を制御することを可能 にするこの発明の着想とは異質のものである。アルゴンの低い熱容量およびガス のいくつかの特定されない特殊な性質のため、このような添加によってさらに、 推進剤と空気とによって生成されるよりも高いガス混合物の温度を使用すること が可能になる。したがって所与のガス混合物温度においては、必要とされるアル ゴンおよび酸素の量が減じられ、システムの効率を犠牲にすることなく、小さな サイズのシステムを用いることが可能になる。 米国特許第５，３４８，３４４号の明細書の第１欄第４８行から、好ましくは 窒素またはアルゴン（第３欄）またはそれらの混合物である不活性ガスを好まし くは水素および／またはメタンであるが、任意の他の可燃性ガスであってもよい 燃料ガスとともに設けることが開示されている。酸化剤ガスは酸素であることが 好ましい。この発明の一実施例において、コンテナ手段は、不活性ガス、燃料ガ スおよび酸化剤ガスをガスの混合物として保持するための単一のコンテナである 。他の実施例においては、第１のコンテナが燃料ガスを保持し、第２のコンテナ が余分の酸化剤ガスを封入し、このコンテナ手段が、燃料ガスおよび酸化剤ガス が収容されそこでガスの混合物が点火される燃焼チャンバを規定する。 上述の方法によって、所望の燃焼速度となるように燃料ガスと酸化剤ガスとの 量を選択し、それによって膨張可能装置への暖かいガスの予め定められた体積流 量を固定することによって、膨張可能装置の膨張速度およびその中の圧力を制御 することができる。さらに、そこを通ってガスが膨張可能装置へと流れる流れ制 御オリフィスなどによって膨張速度を制御することができる。この参考文献がア ルゴンの存在の重要性に対する理解を示しておらず、したがって本発明が関係す るものとは実質的に異なった装置および方法を記載していることは明らかである 。 米国再発行特許第２９，２２８号、第２欄第３５行から、発明者は、固体推進 剤ロケットエンジン型のガス発生源である高速流体源の影響下で封鎖体が膨張さ れる実施例を説明している。ガス発生源は、熱いガスの高速流を提供し、これが ノズルと協働して大量の空気を封鎖体へと送り込む。熱いガスは大量の空気によ って冷却され、したがってコンテナが過度の温度にまで加熱されることがない。 この参考文献はアルゴンの使用を開示していないだけでなく、明細書に教示され る着想によって当業者がここにクレームされる発明に想到することもないであろ う。 無煙エア・バッグ推進剤の属性を以下に述べる。 無煙エア・バッグ推進剤の属性 ・無煙推進剤は、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂および貴ガス（たとえばＡｒ）などの気 体燃焼生成物のみを発生する。したがってこれらはＣ、Ｈ、Ｏ、Ｎの化学元素お よび貴ガス（Ｈｅ、Ａｒ）に限定される。 ・アルカリ金属燃料（たとえばＮａＮ₃）、酸化剤（たとえばＫＣｌＯ₄）およ びアルカリ土類酸化剤（たとえばＳｒ（ＮＯ₃）₂）は粒子（たとえばＮａ₂Ｏ、 ＫＣｌおよびＳｒＯ）を発生する。したがって、無煙推進剤においてこれらを使 用することはできない。 ・ニトロセルロースを基にする銃の推進剤は優れた無煙推進剤であるが、貯蔵 における温度要件のためエア・バッグにおいては使用できない。 ・ＲＤＸおよびＨＭＸなどのニトラミンを含有する無煙推進剤は高温での貯蔵 に耐え得るので、選択的酸素／アルゴン調合物とともに使用するためのエア・バ ッグ用推進剤の候補またはエア・バッグ用推進剤についてのこの要件を満たす。 ・硝酸アンモニウムを含有する無煙推進剤は高温での貯蔵に耐え得るが５０℃ を通過する温度サイクルには耐え得ない。最低貯蔵温度が−４０℃であるためこ れらは除外される。 ・しかし、硝酸アンモニウムの共晶を含有する無煙推進剤が温度サイクルに耐 えることがわかっている。 ・これらの推進剤は、毒性の燃焼生成物（すなわちＨＣＮとＮＯ_X）の生成を 防止するよう注意深く調合されなければならない。 無煙ハイブリッド・エア・バッグ用推進剤の必要とされる特性および所望の特 性を説明するため、以下の表を付す。 無煙ハイブリッド・エア・バッグ推進剤の特性 発明の詳細な説明および好ましい実施例 この発明は、膨張装置技術の改良に関し、エア・バッグなどの装置を膨らませ るための粒子または毒性物質を含まない清浄な無臭ガスを提供する。完全性を期 し、従来の膨張装置の機構を図に示す。膨張装置の構造はラベル付けされた図か ら明らかである。 従来の乗客側膨張装置を図示するこの図中、イニシエータ１が、衝突を示す急 速な減速を感知するセンサ（図示せず）に応答して点火する。イニシエータは熱 いガスを放出し、これが点火薬２に点火し、それによって主要な起動用薬剤８が 燃焼し、膨張ガス混合物３が発生する。前記ガス混合物中の圧力がある点にまで 増加したとき、密封ディスク６が破裂して、出口ポート５を通ってガス混合物が マニホールド４へと流出し、エア・バッグを膨らませることを可能にする。起動 用薬剤コンテナ９は、主要な起動用薬剤８を保持する。薬剤および膨張ガス混合 物はすべて圧力タンク７内に封入される。 以下の実施例はここに開示する発明の効力を立証する。実施例１から実施例３ はこの発明者たちの方法のある局面を開示する。実施例４においては他の実施例 で提供されているデータのいくつかが欠けているが、反応器中のハイブリッドガ スが空気ではなくアルゴンであったときに得られる毒性生成物の存在についての 比較を可能にするためこの開示に含めている。 実施例１ 組成：ＡＧＮ／ポリカーボネートバインダー 粒子 0-0.2g 製造 加圧 安定性 良好-107℃ 感度 なし 燃焼 完全 毒性 無毒 ハイブリッドガス アルゴン/O₂または空気 点火薬 無煙 実施例２ 組成：８４．８％／ｗｔのＨＭＸとバインダーとして１５．２％のＨＴＰＢ （アルカデーンArcadene（登録商標）） 粒子 0-0.2g 製造 型どりまたは射出成形 安定性 良好-107℃ 感度 ESDおよび摩擦に対してはなし 燃焼速度 燃焼 完全 毒性 無毒 ハイブリッドガス O₂/アルゴン 点火薬 有煙 実施例３ 組成：ＨＴＰＢ／ニトラミン 粒子 0.2g 製造 型どりまたは射出成形 安定性 107℃で良好 感度 なし 燃焼速度 1000psiで0.15ips 燃焼 完全 毒性 無毒 ハイブリッドガス O₂/アルゴン 点火薬 B/KNO₃ 実施例２および実施例３の組成物においては、ヒドロキシ末端ブタジエンバイ ンダー（hydroxy-terminated butadiene binder）のための硬化剤としてイソホ ロンジイソシアナート（ＩＰＤＩ）などの化合物が含まれてもよい。 実施例４ 組成：ＨＭＸまたはＲＤＸ（ニトラミン）／ＨＴＰＢ 毒性 排気生成物はNO_x、NO₂およびNH₃の毒性量を 含む ハイブリッドガス 空気 粒子を含まない無毒ガスを発生するこの方法は、アミノグアニジンニトラート またはＲＤＸおよび／またはＨＭＸ¹などのニトラミンなどの適当な推進剤を使 用して硝酸アンモニウム酸化剤の存在下で推進剤に点火するステップを含む。 ¹ＲＤＸは１，３，５−トリニトロ−１，３，５−トリアザシクロヘキサンま たはシクロトリメチレンニトラミンであり、 ＨＭＸは、１，３，５，７−テトラニトロ−１，３，５，７−テトラアザシク ロオクタンまたは３５シクロテトラメチレンテトラニトロアミンである。 アルゴンおよび分子性酸素含有ガスの存在下ではあるが、毒性値を最小限にす るよう分子性酸素含有ガスのアルゴンに対する比率を制御するので、排気ガス中 の無毒反応生成物は二酸化炭素、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂およびそれらの混合物を含む。分子 性酸素含有ガスとアルゴンとの選択された混合物を使用することによって、推進 剤全体の酸化レベルが所望の範囲内にくるように制御することができる。 この発明の他局面は、上述の推進剤とのバインダーの使用に関する。加圧成形 されたペレット剤の形でアミノグアニジンニトラート（ＡＧＮ）推進剤とともに ポリカーボネートバインダーを使用してもよいが、同様にポリビニルアルコール （ＰＶＡ）バインダーも極めて有効である。バインダーは推進剤の約５重量％を 構成するであろう。 推進剤の点火は、酸素に対して制御された比率のアルゴンの存在下で行なわれ る。たとえば酸素２１容積部がアルゴン７９容積部とともに用いられる。しかし 、他のあらゆる条件に依存して、補足的な容積のアルゴンとともに１５から３０ 容積部の酸素を使用してもよい。 酸素とアルゴンとの混合物ならびに、加圧成形されたペレット剤としての９５ ％のアミノグアニジンニトラートおよび５％のポリカーボネートバインダーなど の無煙推進剤を用いることによって、非吸湿性の薬剤を得るという利点が達成さ れる。しかし、特に好ましい調合は、２０％の酸素と８０％のアルゴンととも に使用される約９５重量％のアミノグアニジンニトラートと約５重量％のポリビ ニルアルコールとを含む。 この発明の方法は、衝突の場合などの車両の急速な減速時に乗客の拘束具とし て使用される自動車車両のエア・バッグを膨らませるために特に適している。 分子性酸素含有ガスのアルゴンに対する比率を変化させるための手段を利用す ることによって、排気中の粒子ならびに酸化窒素、アンモニアおよび硝酸の毒性 量が最小限に留められるかまたは少なくとも許容可能な範囲内に抑えられる。さ らに、これ以外の場合に必要とされるものよりも小さな膨張装置が使用できる。 これはアルゴンの低い熱容量によって高いガス混合物温度が達成可能であり、し たがってより少量のアルゴンおよび酸素を使用することができそれに伴い装置が 小型化されるからである。 開示される特定の実施例を参照してこの発明を特定的に説明した。しかし、こ の発明の範囲はより広いものであり、添付の請求の範囲により適切に規定される ことが理解されねばならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 マーティン，ジェイムズ・ディ アメリカ合衆国、20155―1699 バージニ ア州、ゲインズビル、ウェリントン・ロー ド、5945 (72)発明者 シェフィー，ロバート・エス アメリカ合衆国、20155―1699 バージニ ア州、ゲインズビル、ウェリントン・ロー ド、5945

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．粒子を含まない無毒ガスを発生する方法であって、アルゴンと分子性酸素含 有ガスの存在下で、適当なバインダーと関連付けて、アミノグアニジンニトラー トを含む適当な推進剤を用いて、推進剤の組成物を有効な酸化剤で点火するステ ップと、排気ガス中に無毒反応生成物を与えるよう、点火前に、前記分子性酸素 含有ガスのアルゴンに対する比率を選択的に与えるステップとを含む、無毒ガス を発生する方法。 ２．排気ガス中の無毒反応生成物は、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂およびそれらの混合物 からなるグループから選択される、請求項１に記載の無毒ガスを発生する方法。 ３．分子性酸素含有ガスとアルゴンとの選択的混合物は、推進剤の組成物の酸化 レベルを制御し所望の範囲内にすることを可能にする、請求項１に記載の無毒ガ スを発生する方法。 ４．バインダーは、ＨＴＰＢ、ポリビニルアルコールおよびポリカーボネートか らなるグループから選択される、請求項１に記載の無毒ガスを発生する方法。 ５．バインダーはポリカーボネートであり、推進剤の組成物は加圧成形されたペ レット剤の形を取る、請求項１に記載の無毒ガスを発生する方法。 ６．バインダーは推進剤の約５重量％を構成する、請求項５に記載の無毒ガスを 発生する方法。 ７．点火雰囲気は、酸素約２１容積部とアルゴン約７９容積部とを含む、請求項 ６に記載の無毒ガスを発生する方法。 ８．点火雰囲気は、酸素約１５から約３０容積部を補足的容積のアルゴンととも に含む、請求項６に記載の無毒ガスを発生する方法。 ９．バインダーはＨＴＰＢであり、推進剤の組成物は型どり、射出成形または押 出成形された塊の形を取る、請求項１に記載の無毒ガスを発生する方法。 １０．推進剤の組成物はまた硬化剤を含む、請求項９に記載の無毒ガスを発生す る方法。 １１．推進剤の組成物は、約９５重量％のアミノグアニジンニトラートを含み、 推進剤は非吸湿性である、請求項４に記載の無毒ガスを発生する方法。 １２．発生されたガスは自動車車両のエア・バッグを膨らませるために使用され る、請求項１に記載の無毒ガスを発生する方法。 １３．発生されたガスは自動車車両のエア・バッグを膨らませるために使用され る、請求項１１に記載の無毒ガスを発生する方法。 １４．空気とアルゴンとの組合せを雰囲気として利用し、その中でエア・バッグ を膨らませるためのガスを発生するため前記ガスの一次源をなす化合物が燃焼さ れる、自動車車両の前記エア・バッグを充填するためガスを発生するための方法 において、改良は、前記一次源として適当なバインダーに関連付けてアミノグア ニジンニトラートを含む推進剤の組成物を利用することと、点火の間アルゴンに 対してある比率の空気を用いることとを含み、それによって、排気中の粒子なら びに酸化窒素、アンモニア、ＨＣＮおよび硝酸の毒性量が最小限となる、ガスを 発生するための方法。 １５．排気ガス中の無毒生成物は、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂およびその混合物からな るグループから選択される、請求項１４に記載のガスを発生するための方法。 １６．推進剤の組成物はヒドロキシ末端ポリブタジエンのバインダーとともに使 用される、請求項１４に記載のガスを発生するための方法。 １７．バインダーはポリカーボネートである、請求項１４に記載のガスを発生す るための方法。 １８．推進剤の組成物はポリカーボネートバイングーを含む、請求項１４に記載 のガスを発生するための方法。 １９．推進剤の組成物は、５重量％のポリカーボネートバインダーを含む、請求 項１８に記載のガスを発生するための方法。 ２０．推進剤の組成物は、アミノグアニジンニトラートを含み、推進剤の組成物 およびバインダーは加圧成形されたペレット剤の形を取る、請求項１９に記載の ガスを発生するための方法。 ２１．硬化剤がバインダーとともに含まれる、請求項１６に記載のガスを発生す るための方法。 ２２．バインダーはポリビニルアルコールである、請求項１に記載の無毒ガスを 発生する方法。 ２３．推進剤の組成物は、約９５重量％のアミノグアニジンニトラートとバイン ダーとしての約５重量％のポリビニルアルコールとを含み、前記組成物は酸素２ ０％とアルゴン８０％との存在下で点火される、請求項１に記載の無毒ガスを発 生する方法。 ２４．一次ガス源を構成する化合物は、ＡＧＮであり、ポリビニルアルコールが バインダーとして使用される、請求項１４に記載のガスを発生するための方法。 ２５．ポリビニルアルコールは５重量％の量で存在する、請求項２４に記載のガ スを発生するための方法。 ２６．バインダーはポリビニルアルコールである、請求項２０に記載のガスを発 生するための方法。 ２７．ポリビニルアルコールバインダーは推進剤の組成物の５重量％の量で存在 する、請求項２６に記載のガスを発生するための方法。 ２８．硬化剤はＩＰＤＩである、請求項２１に記載のガスを発生するための方法 。