JP2007523036A - 自発着火火工品ブースター組成物 - Google Patents

Abstract

本発明は、たとえば、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。本発明の典型的な自発着火組成物は、金属塩素酸塩、糖類と有機酸を含む群から選ばれた自発着火燃料、および窒素を含む第２の燃料を含んでいる。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２００４年１月２８日に申請された米国仮出願番号６０／５３９，７９８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んでいることによって、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んでいる。

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
自発着火燃料（ａｕｔｏ−ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｆｕｅｌ）、自発着火酸化剤、ブースター燃料、ブースター酸化剤、および特定の設計温度または温度範囲でセルフイグニションするシリコーンのような、任意の燃料／バインダーを含む火工品配合物が提供される。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のシークエンスは、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。

１つの組成物へ自発着火化合物とブースター化合物を統合することによって、所望のインフレータ設計に適合されるために、単一の自発着火／ブースターグレインが成型またはプレスされることができる。この構成要素は単一の自発着火タブレットあるいはグレインより大きいだろう。それにより得られる、より大きな表面積は、点火の際の、第一のガス生成物質に対する増加した熱伝導を提供し、自発着火機能を向上する。この単一の火工品は、さらにインフレータ設計の単純化を向上する。

好ましい実施態様の説明
本発明の自発着火構成要素は燃料、酸化剤、および特定の温度でセルフイグニッションする、任意の燃料／バインダーを含む。燃料は、組成物の約１５−４５重量パーセントで、ｄ−グルコースのような糖類、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あげられる。
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。典型的には、熱エージングされる物質をガラス瓶中に密閉し、１０７℃で、４００時間、オーブン内に置かれることができる。あるいは、組成物はインフレータ内に含まれ、インフレータを４００時間、１０７℃でオーブン内に置くことができる。後で、サンプルの自発着火温度を決定するために、物質は、たとえば誘導によって、あるいはヒートガンによって熱されることができる。あるいは、インフレータは毎分約１４℃の加熱速度で加熱され、その安全な展開について評価することができる。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、組成物の約１５−８０重量パーセント含んでいる。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。

好ましい組成物は、組成物の重量の１０−３５％で、シリコーンから形成された燃料／バインダーを含んでいる。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。

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。

最も好ましい組成物は、組成物の重量パーセントに基づいて、２０％のシリコーン、２０％の塩素酸カリウム、２０％の酒石酸および４０％の過塩素酸カリウムを含んでいる。他のサイズの粒子も使用されることができるが、好ましくはガス生成物質成分は、約２５μｍの粒径までミルにかけられるか、または分けられる。ボールグラインダーまたはＭ１８−５ Ｓｗｅｃｏ震動ミルのような震動性のミルが、成分を粉砕するために使用されることができる。

本発明のブースター成分は燃料と酸化剤を含んでいる。一般に、たとえば乗り物乗員保護システムでの使用のための、多くの既知のガス生成物質組成物が、本発明の組成物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、公知の方法で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。

したがって、ブースター成分燃料は、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、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。所望の場合にはシリコーンを含む、ブースター燃料が、好ましくはブースター成分の約０．１−７５重量％で存在する。ブースター酸化剤は、ブースター成分の０−６０重量％で存在する。好ましいブースター酸化剤は過塩素酸カリウムである。適切にミルにかけられた時、および比較的大量に提供された時に、自発着火酸化剤は十分な酸素バランスを提供し、自発着火燃料およびブースター燃料の両者に対して十分な酸化効果を提供することができることに留意すべきである。その場合には、ブースター酸化剤は必要ではない。自発着火成分およびブースター成分の両方について特徴づけられる重量パーセントは、一旦これらの成分が一緒にされた後の、合計の組成物に対するものであることに留意すべきである。

本発明の自発着火／ブースター組成物を配合する場合、もし固体の形状で提供される場合には、各成分の構成要素はそれぞれ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、種種の粒状の、実質的に均一な、または実質的に均質な混合物を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粒子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。自発着火／ガス生成物質組成物中のそれらの有用性について知られていた他の成分も、粒子状の形状の自発着火成分に組み入れられることができる。そのため、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ことがある。

ブースター成分は同じ方法で配合されることができる。したがって、上に記載されたように、燃料と酸化剤は粒状であることができ、次に、混合されることができる。再び、バリスティックモディファイアーおよびクーラントのような自発着火／ガス生成組成物の有用性について知られていた他の成分も、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されることができる。

一旦成分がそれぞれ配合されれば、実質的に均一あるいは均質な混合物を得るために、自発着火およびブースター成分は乾燥した粒状の固体として一緒に混合されることができる。２つ別個に、自発着火のバッチとブースターのバッチでそれぞれ混合するのではなく、１つのバッチで本発明の組成物の成分がともに混合できることが認識されるべきである。実質的に均一な混合物が生じて、成分のすべての適切な重量パーセントが維持される限り、混合物への各成分の追加の順序は重要ではない。

従って、ガス生成物質成分は既知の方法によって混合されることができる。あるいは、本発明の異なる態様においては、酒石酸またはｄ−グルコースのような自発着火燃料は、最初にシリコーンでコーティングされ、その後、他の自発着火成分およびブースター成分と好ましくは乾燥混合することができる。他の構成成分と混合する前に、シリコーンは硬化されるか、あるいは未硬化であることができる。その後、得られた均一混合物は、タブレットあるいは他の有用な形状へプレスされ、それにより様々な成分の密接な接触を提供する。シリコーンで自発着火燃料をコーティングすることによって、その後、絶縁隔壁がガス生成組成物の内部で、自発着火燃料と塩素酸カリウムのような自発着火／酸化剤との間に、一体化される。一旦自発着火燃料および自発着火酸化剤（塩素酸カリウム）の自発着火が始まれば、ついでブースター成分、またはシリコーンおよび過塩素酸カリウムの燃焼が始まる。自発着火燃料のシリコンコーティングは、たとえばグルコースである燃料のマラード（Ｍａｌｌａｒｄ）反応またはカルメル化反応を禁止し、それによってより多くの熱が自発着火燃料の自発着火のために必要となり、それにより再現可能な燃焼特性を改善している。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。

本発明の別の態様においては、未硬化のシリコーンが、自発着火成分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、押出成形可能な、またはチキソトロピックな混合物を生産することができる。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。しかしながら、押し出された混合物は、圧力容器またはインフレータの外部の温度と熱力学的な連絡を維持し、また、押し出された混合物が自発着火した際に主なガス生成物質と流体的な、または熱力学的な連絡を有する表面に適用されなければならない。

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、未硬化のシリコーンを含む押し出し成形可能な自発着火／ブースター混合物は、主なガス生成物質とのインタフェースである所望の表面に直接適用され、ついで、メーカー指示に従って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を増加することができ、および／または、主なガス生成物質チャンバーとの熱力学的連絡を増加および／または適合させるために、より効果的なインタフェースを提供することができる。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の方法を提供し、それによりアセンブリーの容易さと、低減された製造原価を提供する。

あるいは、硬化されたシリコーンを含む自発着火／ブースター組成物は弾力があり圧縮可能な特性を示し、それによって、組成物の衝突に適合するインフレータ内の任意の有効な領域での組成物の配置を許容する。異なる方法では、インフレータ内の領域が圧縮可能な自発着火／ブースターチャージに締りばめを供給するために使用される限り、自発着火組成物のための個別の容器を提供する必要はない。当技術の中で知られているように、インフレータ製造の他のすべての態様面が適合されることができる。

本発明に従って配合された組成物は、摂氏約１５０度あるいはそれ以下で自発着火しなければならず、ブースターチャージとして機能しなければならず、毒ガスの生産を禁止しなければならない。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、本発明の好ましい組成物は、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まれたインフレータは、図２に示されたガス生成システム２００に組み込まれることができる。主なガス生成物質１９の少なくとも１部分が組成物１７の隣りに並置され、それによって、組成物１７の自発着火の際の両方の組成物間の熱力学的連絡および／または流体の流れを容易にする。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の流体連絡を可能にするようにエアバッグ２０２に連結されたエアバッグインフレータ１０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、インフレータ内での使用のために上に記載されたような組成物１７の実施態様を含む。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を含んでいる。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。

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は、プリテンショナー１５６内に既知のやり方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 (15)

1. 金属塩素酸塩；
   糖類および有機酸から成るグループから選ばれた第１の燃料；および
   窒素含有の第２の燃料、を含む組成物を含む、ガス生成システム。
2. 該組成物が組成物の約１０−３０重量パーセントで、燃料／バインダーとしてシリコーンを含む、請求項１記載のガス生成システム。
3. 窒素含有の第２の燃料が、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、グアニジン塩類、アミノグアニジン塩類、テトラゾール塩類、トリアゾール塩類、窒素含有燃料、およびそれらの混合物から成る群から選択される、請求項１記載のガス生成システム。
4. 金属または非金属の、過塩素酸塩、酸化物、亜硝酸塩、硝酸塩、過マンガン酸塩、および塩素酸塩から成る群から選択される、第２の酸化剤を、合計の組成物の約０．１−６０重量％で含む、請求項１記載のガス生成システム。
5. 該システムがエアバッグインフレータである、請求項１記載のガス生成システム。
6. 該システムがシートベルトプリテンショナーである、請求項１記載のガス生成システム。
7. 該システムが乗り物乗員保護システムである、請求項１記載のガス生成システム。
8. 合計の組成物の重量に基づいて、前記金属塩素酸塩が約１５−４５％で提供され、前記第１の燃料が約１５−４５％で提供され、前記第２の燃料が約０．１−７０％で提供される、請求項１記載のガス生成システム。
9. 前記金属塩素酸塩が、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から成る群から選択される、請求項１記載のガス生成システム。
10. 金属塩素酸塩；
    糖類および有機酸から成るグループから選ばれる第１の燃料；および
    窒素含有の第２の燃料、
    を含む自発着火組成物。
11. 合計の組成物の重量に基づいて、前記金属塩素酸塩が約１５−４５％で提供され、前記第１の燃料が約１５−４５％で提供され、前記第２の燃料が約０．１−７０％で提供される、請求項１０記載の自発着火組成物。
12. 該組成物が組成物の約１０−３０重量パーセントで、燃料／バインダーとしてシリコーンを含む、請求項１０記載の自発着火組成物。
13. 窒素含有の第２の燃料が、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、グアニジン塩類、アミノグアニジン塩類、テトラゾール塩類、トリアゾール塩類、窒素含有燃料、およびそれらの混合物から成る群から選択される、請求項１０記載の自発着火組成物。
14. 金属または非金属の、過塩素酸塩、酸化物、亜硝酸塩、硝酸塩、過マンガン酸塩、および塩素酸塩から成る群から選択される、第２の酸化剤を、合計の組成物の約０．１−６０重量％で含む、請求項１０記載の自発着火組成物。
15. 前記金属塩素酸塩が、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から成る群から選択される、請求項１０記載の自発着火組成物。
    

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