JP2007519602A - ガスジェネレータおよび自発着火ブースター組成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、一般に、乗員拘束システム１８０のインフレータ１０用の自発着火／ブースター組成物１７に関する。本発明の自発着火／ブースター組成物は、シリコーンと結合した自発着火組成物１７を含む。未硬化のシリコーンが、自発着火およびブースター成分の両方の乾燥した粒状の成分の混合物に加えられる場合、押し出し成形可能な、またはチキソトロピックな混合物が生産される。その後、未硬化の混合は、乗り物乗員保護システム１８０内の随伴ガスジェネレータ１０内の任意の所望の表面２１に、例えば適用されることができ、それによって、ガスジェネレータ１０の製造を単純化する。本発明の組成物１７を組込むガス生成システム１５０、２００も企図される。

Description

関連出願との相互参照
この出願は、２００４年１月２９日に申請された米国仮出願６０／５４０，１６３の利益を要求する。

本発明の背景技術
自動車のエアバッグインフレータ中の自発着火物質は、点火の際に安全に展開する装置を許容する。自発着火組成物を含むことによって、インフレータのバースティングに起因する安全上の問題点の可能性は、実質的に減じられる。

他方では、火工品ブースター組成物は、主または第一のガス生成物質の点火に先立ち、圧力容器またはインフレータの作動圧力を上げる。その結果、第一のガス生成物質の即座の点火が、それらの持続した燃焼と共に容易になる。

従って、乗り物乗員保護システム用のほとんどのインフレータあるいはガスジェネレータは、例えば、典型的には個別のブースター組成物の隣りに並置された自発着火組成物を含む。点火の際に、自発着火組成物が点火され、それによりブースター組成物に点火し、それにより主ガス生成物質に点火する。そのため、点火による危険は実質的に緩和される。

進行中の挑戦は、ガスジェネレータ製造工程の単純化を継続し、それにより低い全体としての費用に帰着することである。そのため、自発着火組成物とブースター組成物を１つの組成物にすることは、ガスジェネレータの製造およびアセンブリー、たとえば乗り物乗員保護システムにおいて使用されるものを単純化するだろう。

要約
火工品配合物は、自発着火組成物（例えば、燃料、およびｄ−グルコースおよび塩素酸カリウムのような酸化剤）、および特定の設計された温度または温度範囲でセルフイグニッションするシリコーンを含む。火工品配合物は、さらに自動車のガスジェネレータあるいはエアバッグインフレータとして使用される火工品ガスジェネレータのためのブースターとして役立つ。従って、本発明の組成物は自発着火火工品として、およびブースターチャージ火工品として機能することができ、それによりインフレータ中の２つの別個の組成物に対する必要性が除かれる。

更に、ブースター組成物は、炎および／または熱伝導によって主ガス生成物質の点火を広める。インフレータの自発着火のための事象シークエンスは、自発着火物質に点火し、次にブースター物質に点火し、引き続いて火工品ガス生成物質に点火する。本発明は、個々の自発着火火工品およびブースター火工品の必要性を除去し、それらを１つの単一の火工品構成要素に取り替え、インフレータ設計を非常に単純化し、インフレータ性能を改善する。

自発着火化合物とブースター化合物を１つの組成物へ統合することによって、単一の自発着火／ブースター組成物が、第一のガス生成物質ベッドに並置される任意の表面上に押し出され、それによって、自発着火／ブースターおよび主プロペラントの間の熱力学的連絡を提供することができる。従って、設計は、インフレータの第一のガス生成物質に、より大きな熱伝導を提供し、それにより点火の際の自発着火機能を向上する。本発明の単一の自発着火／ブースター組成物は、さらにインフレータ設計の単純化を容易にする。

好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、一緒にされて実質的に均一な混合物を形成する、自発着火成分およびブースター成分を含む。自発着火成分は、ｄ−グルコースと塩素酸カリウムあるいはニトロセルロースのコンビネーションのような任意の既知の自発着火成分であることができる。ブースター成分は、自発着火成分、および過塩素酸カリウムのような酸化剤と一緒にされた、合計の組成物の約１０−３０の重量パーセントとなる量のシリコーンから形成されることができる。シリコーンがその内部に含まれている限り、ブースター成分の他の成分は既知のガス生成物質組成物から形成されることができる。

本発明の好ましい自発着火成分は、特定の温度で、特には２５０℃以下でセルフイグニッションする、燃料および酸化剤を含む。燃料は、好ましくは組成物の約１５−４５重量パーセントで、ｄ−グルコース、マルトース、フルクトースおよびスクロースのような糖類、および酒石酸のような有機酸から好ましくは選ばれる。有機酸の例としては、酒石酸、リンゴ酸、コハク酸、オキシ二酢酸、マロン酸、トランス−グルタコン酸、アジピン酸、粘液酸、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）プロピオン酸、クエン酸、フェニルマロン酸およびキナ酸の様々な鏡像体が挙げられる。このグループの典型的な鏡像体としては、Ｄ−酒石酸、ＤＬ−酒石酸、メソ−酒石酸、Ｄ−グルタミン酸およびＤ−キナ酸があげられる。有機酸は、好ましくは、約１２５から２５０℃の範囲の融点を有し、１０７℃、４００時間の熱エージング試験に合格すべきである。燃料の自発着火温度は、差動走査熱量測定／熱重量分析（ＤＳＣ／ＴＧＡ）で測定された際に、好ましくは約１１０から２５０℃である。

自発着火成分の構成要素の酸化剤は、好ましくは塩素酸カリウムである金属塩素酸塩を、自発着火組成物の約５５−８５重量パーセントで含む。金属塩素酸塩は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属の金属塩素酸塩、およびそれらの混合物を含むグループから選ばれることができる。

本発明によれば、自発着火酸化剤および自発着火燃料は、好ましくはドライ混合または他の方法により混合され、実質的に均質な自発着火組成物にされ、ペレット化され、次に、粉砕され、粒子化され、本発明の組成物中の混合物用の、自発着火組成物の実質的に均質の粒子を形成する。

本発明の組成物は、既知の任意の自発着火組成物、および約１０−３５重量パーセントのシリコーンを含む。十分な酸化量で提供された時、塩素酸カリウムのような自発着火組成物に含まれた酸化剤は、自発着火燃料とシリコーンも酸化するために機能することができ、例えば、それによって、インフレータ内のブースター機能を提供する。好ましい自発着火／ブースター組成物は、粒状の自発着火組成物、合計の組成物の約１０−３５重量パーセントのシリコーンから形成された燃料／バインダー、および合計の組成物の約３５−５５重量％のブースター酸化剤（好ましくは過塩素酸カリウム）を含む。ここに使用される用語「シリコーン」はその総括的な意味として理解される。 Ｈａｗｌｅｙはシリコーン（オルガノシロキサン）を、ケイ素に結合した様々な有機基を有する、交互のケイ素原子と酸素原子から成る構造に基づいたシロキサンポリマーの任意の大きなグループと述べる：

式Ｉ：シリコーンの例
あるいは、シリコーンは式２に示されるように、より一般的に示されることができる：

式２：シリコーンの例

注： 式中、「ｎ」はかっこ内に示された、珪素に結合した有機基を含むポリマーグループまたは分子の部分の数を示す。

本発明の組成物中のシリコーンの使用によって実現された利点としては、次のものを含む：
自発着火組成物内のブースター機能；
シリコーンが硬化された際の圧縮可能な弾性構造の形成、それによるインフレータアセンブリー内のポジショニングおよびリテンションの容易化の促進と、インフレータの外側表面との密接な熱接触の保証；
シリコーンが未硬化の場合には押し出し成形可能なチキソトロピックな組成物であり、それによるインフレータアセンブリー内への挿入の容易化の促進；および
自発着火インプット、およびシリコーン／酸化剤組成物の燃焼からの比較的熱い燃焼温度からの第一のガス生成物質の点火の容易さ。

典型的なシリコーンは、米国特許番号５，５８９，６６２、５，６１０，４４４および５，７００，５３２に示されたもの、およびＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＯＦ ＰＯＬＹＭＥＲ ＣＯＭＰＯＵＮＤＳ ＡＮＤ ＥＮＥＲＧＥＴＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ、Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ−Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｒ Ｃｈｅｍｉｓｃｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ（ＩＣＴ）（１９９０年）に示されたものを含む。両者は本明細書の一部として参照され、組み込まれる。シリコーンは、Ｓｈｉｎ−Ｅｔｓｕ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．（オハイオ州、アクロン）ような任意の既知のサプライヤから提供されることができる。シリコーンの硬化および添加はメーカー指示に従って行われることが好ましい。

好ましい自発着火／ブースター組成物は組成物の重量％で、約２５％のシリコーン、約３５％の自発着火粒子、および約４０％の過塩素酸カリウムを含む。当技術分野において公知のように、本発明の組成物の様々な成分は、ボールミル、バイブレータミル、流体エネルギーミルあるいはハンマーミルによって比較的より小さな粒径の粒子にすることができる。

したがって、本発明のブースター成分はシリコーン、および、所望の場合にはブースター酸化剤を含む。たとえば塩素酸カリウムである自発着火酸化剤は、自発着火成分およびブースター燃料成分の両方を酸化するのに十分な量および粒子サイズで提供されることができることが認識されるべきである。一般に、たとえば、乗り物乗員保護システム内の使用のための多くの既知のガス生成物質組成物が、シリコーンおよび任意のブースター酸化剤に加えて、本発明の組成物の第２のブースター成分として使用されることができる。既知のガス生成組成物は、米国特許第５，０３５，７５７、６，２１０，５０５、６，２８７，４００、６，０７４，５０２、５，８７２，３２９、５，７５６，９２９および５，５３１，９４１に記載されている。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。例示されたブースターガス生成物質は、組み合わさせる圧力容器の圧力を上げる機能を有し、それにより第一のガス生成物質ベッドの燃焼を広める。

第一のブースター燃料としてのシリコーンに加えて、第２のブースター燃料は、窒素含有燃料、グアニジン類、アミノグアニジン類、テトラゾール類、トリアゾール類、テトラゾール類およびトリアゾール類の非金属または金属塩、およびそれらの混合物をはじめとする燃料の群から選択されることができる。ブースター成分酸化剤は、所望の場合には、非金属または金属の塩素酸塩、過塩素酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、過マンガン酸塩、酸化物および混合物から選ばれることができる。金属塩類はアルカリ金属、アルカリ土類金属および遷移金属との塩類、およびそれらの混合物から選ばれることができる。第２のブースター燃料は、ブースター成分の約０−２５重量パーセントで提供される。ブースター酸化剤は、ブースター成分の０−７５重量パーセントである。好ましい酸化剤は過塩素酸カリウムである。任意の自発着火組成物とシリコーンの使用は、自発着火とブースター機能の同じ利点を提供し、さらに以下に説明される製造上の利点を提供する。燃料と酸化剤を含む自発着火組成物は、合計の組成物の約２０−５０重量パーセントで提供され、全ての必須成分および任意成分を含むブースター組成物は、約５０−８０重量パーセントで提供される。本発明の自発着火組成物を配合する場合、固体で提供される場合、それぞれの成分は最初に粒状にされる。そのため、自発着火成分は粒状の塩素酸カリウムを粒状の糖類および／または粒状の有機酸と混合することにより形成されることができる。遊星ミキサーが、種種の粒子の、実質的に均一な、または実質的に均質な混合物を実質的に提供するために使用することができる。各成分について所望の平均の顆粒サイズを反復して決定することによって、燃焼速度またはバリスティック特性をあつらえることができることが認識されるだろう。第２のブースター成分を使用する場合、自発着火／ガス生成物質組成物中においてそれらの有用性が知られている他の成分も、粒状の形状で自発着火成分に組み入れられることができる。そのため、既知の有効な量、あるいは既知の有効な重量パーセントで、バリスティック改良剤、クーラントおよび他の有用な添加物を提供することができる。

ブースター成分は同じ方法で配合されることができ、したがって、上に記載されたように、燃料と酸化剤を含むペレット化されたガス生成物質は粒状化され、次に、混合されることができる。バリスティックモディファイアー、クーラントおよび他の有用な添加物を、既知の有効な量で、あるいは既知の有効な重量パーセントで提供することができる。本発明のガス生成物質成分は、ウィスコンシン州、ミルウォーキーのアルドリッチケミカル会社のような有名なサプライヤによって供給されることができる。

一旦自発着火成分が配合されれば、自発着火成分およびブースター成分は一緒に混合され、実質的に均一または均質な押出成形可能な、チキソトロピックな混合物が生産される。その後、未硬化の混合物は、たとえば、乗り物乗員保護システム内のガスジェネレータ内の任意の所望の表面に適用することができ、それによって、ガスジェネレータの製造を単純化する。一旦硬化されると、その混合物は弾性の圧縮可能な固体を形成する。

典型的なインフレータアセンブリー方法は、インフレータ構造内の自発着火容器の形成を要求する。その後、自発着火タブレットが容器内に置かれ、テープ状のシールで容器内に密閉されるか、封入される。その後、ブースター組成物は自発着火組成物の近傍に置かれ、自発着火組成物の自発着火の際に２つの組成物間の熱力学的連絡を容易にする。

対照的に、硬化されたブースター／自発着火物質のペレットはインフレータアセンブリー内に配置され、所定の場所に詰め込まれるか圧縮され、それによって物質の第１の表面をインフレータの外側の要素あるいはインフレータのハウジングと密接に接触させることができる。従って、インフレータアセンブリーは、ブースター／自発着火物質を所定の位置に維持するために、追加の機能あるいは要素が要求されないように設計されることができる。

未硬化の押し出し成形可能な自発着火／ブースター混合物は、所望の表面２１に直接適用されることができる。この表面２１は第一のガス生成物質と接触し、インフレータの外側と熱力学的に連絡を有する。その後、その混合物は、メーカー指示に従ってその後硬化されることができる。そのため、所望の表面に接する自発着火組成物の表面積は、第一のガス生成物質チャンバーとの熱力学的連絡を増加しおよび／またはあつらえるように、より有効なインタフェースを提供するために、増加および／または最適化することができる。典型的なインフレータアセンブリーと比較した時、本発明の自発着火／ブースター組成物は改善されたアセンブリー方法を提供し、それによりアセンブリーの容易さ、および減じられた製造原価をもたらし、さらに改善された性能予測性をもたらす。

従って、本発明の別の態様では、インフレータ製造法およびガス生成システムが提供され、ここで、ガス生成システムは以下の工程を含む製造法から形成されたインフレータを含む：
１．粒状の自発着火組成物と未硬化のシリコーンを一緒にし、合計の組成物の約１０−３５重量％でシリコーンが提供される、自発着火／ブースター組成物を形成する工程；
２．自発着火／ブースター組成物を受容するための表面を有し、該表面が自発着火／ブースター組成物と、インフレータ内の第一のガス生成組成物の間の熱力学的連絡を提供するインフレータを提供する工程；および
３．表面上に未硬化のシリコーンを有する自発着火／ブースター組成物を押し出す工程。

当該技術分野において知られているように、および、以下に議論されるように、参照され、本明細書の一部として組み込まれるインフレータの例に示される、インフレータ製造の他のすべての態様に適合されることができる。従って、たとえば、インフレータハウジング、イグナイタ、フィルター、ガス生成物質組成物および他の典型的なインフレータ成分のような成分は、公知の方法によりすべて製造、形成、供給、およびアセンブルすることができる。本発明の製造法におけるの注目すべき利益は、未硬化のシリコーンの使用による１工程で自発着火／ブースター組成物を押し出す能力である。

対照的に、多くの既知の製造法では、個別の自発着火組成物の配置、およびインフレータ内の個別のブースター組成物の配置は、別個の少なくとも２工程から成る。また、組成物はそれぞれそれぞれの容器またはキャビティー内に含まれていなければならない。本発明の組成物は、未硬化の状態で押し出され、シリコーンメーカーの指示にしたがって、後で硬化されることができる。自発着火／ブースター組成物を押し出す前に、自発着火／ブースター組成物を受容するために表面を粗くすることは、所望の表面上への自発着火組成物／ブースター組成物の堆積を単純化し、および／または容易にする。例えば、表面はインフレータに存在する公知の任意の表面であることができ、たとえば、他の構造上の理由により存在する表面であることができる。従って、例示的な表面はインフレータ内のチャンバーディバイダ上に存在することができ、あるいはインフレータ内のイグナイタサポートチューブ上に存在することができる。他の典型的なインフレータ表面も、表面が自発着火／ブースター組成物と第一のガス生成組成物の間の熱力学的連絡を提供する限り、自発着火／ブースター組成物の押し出し物の配置に適合することができる。

本発明に従って配合された組成物は、好ましくは摂氏約２５０度あるいはそれ以下で自発着火し、ブースターチャージとして機能し、毒ガスの生産を禁止する。本質的には、本発明の組成物は比較的より高い温度で燃焼し、したがって、ガス圧力は増加させられる。従って、コンバスションチャンバーを加圧するためにより少ないガスしか必要ではない。ある種の既知の自発着火組成物とは異なり、本発明の組成物の多くは、さらに４００時間、摂氏１０７度での標準熱エージング試験に耐える。

図１に記載されたように、上に記載された組成物のうちの任意のものを組込むインフレータが、図２に例示されたようなガス生成システム２００内に組み込まれることができる。ガス生成システム２００は少なくとも１つのエアバッグ２０２、および、衝突の際にエアバッグを膨張させるためにエアバッグの内部と流体連絡を可能にするために、エアバッグ２０２に連結されたエアバッグインフレータ１５を含む。ガス生成システム２００に組み入れられることができるインフレータの例は、米国特許番号６，７６４，０９６、６，６５９，５００、６，４２２，６０１、６，７５２，４２１および５，８０６，８８８に記載されている。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。インフレータは、インフレータ内で使用するための、上記のような組成物１７の実施態様を含む。インフレータ１０内に示されるように、組成物１７は熱力学的にインフレータ１７の外部に連絡し、自発着火に際して第一のガス生成物質１９と流体的に連絡する。示されるような組成物１７がインフレータ１０内で引き続き硬化された、押し出された混合物を示すか、または硬化された圧縮可能な組成物１７がインフレータ１０内に置かれ、示された構造内で圧縮されたか、インピンジされたことが認識されるべきである。ガス生成システム２００は、さらに、例えば衝突の際にエアバッグインフレータ１５の起動を介してエアバッグシステム２００の発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２１０と接続されることができる。

図２を参照する。ガス生成システム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から伸びる本発明の安全ベルト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１５３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、安全ベルトプリテンショナー１５６は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。

安全ベルトシステム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の発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）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。組成物１７も、プリテンショナー１５６内に既知の方法で形成されたミクロガスジェネレータ内に使用されることができる。

本発明の実施態様についての記載は、例示の目的だけのためにあることは理解されるだろう。そのため、本明細書に開示された様々な構造および動作上の態様は、当該技術分野の当業者により、本発明の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１は本発明のインフレータアセンブリーの横断面図である； 図２は、本発明の組成物を組込む、ガス生成システムおよび乗り物乗員拘束システムについての概要図である。

Claims (4)

1. ２５０℃以下の自発着火温度を有する自発着火成分；および
   合計の組成物の約１０−３０重量パーセントでシリコーンを含むブースター成分；
   を含む組成物、を含むガス生成システム。
2. 前記組成物を含むインフレータをさらに含み、該組成物が自発着火化合物およびブースター化合物として作用する、請求項１記載のガス生成システム。
3. 以下の工程を含むインフレータの製造方法により製造されたインフレータを含むガス生成システム：
   粒状の自発着火組成物と未硬化のシリコーンとを一緒にし、合計の組成物の約１０−３５重量パーセントでシリコーンが提供される、自発着火／ブースター組成物を形成する工程；
   自発着火／ブースター組成物を受容するための表面を有し、該表面が自発着火／ブースター組成物とインフレータの外側との間の熱力学的連絡、およびインフレータ内の第一のガス生成組成物と流体連絡を提供する、インフレータを提供する工程；および
   前記表面上に、未硬化のシリコーンを含む自発着火／ブースター組成物を押し出す工程。
4. 以下の工程を含むインフレータの製造方法：
   粒状の自発着火組成物と未硬化のシリコーンとを一緒にし、合計の組成物の約１０−３５重量パーセントでシリコーンが提供される、自発着火／ブースター組成物を形成する工程；
   自発着火／ブースター組成物を受容するための表面を有し、該表面が自発着火／ブースター組成物とインフレータの外側との間の熱力学的連絡、およびインフレータ内の第一のガス生成組成物と流体連絡を提供する、インフレータを提供する工程；および
   前記表面上に、未硬化のシリコーンを含む、自発着火／ブースター組成物を押し出す工程。
   

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