ガス生成物質組成物
【課題】自己点火性、高められた熱的安定性、減じられた成分反応性、衝撃および摩擦に関する改良された感受性を有し、ガス収率を増加できるエアバッグインフレータ、安全ベルトアセンブリーなど乗り物乗員拘束システム用ガス発生剤を提供する。
【解決手段】第一燃料としてのＤＬ−酒石酸；カルボン酸、アミノ酸、テトラゾール類、トリアゾール類、グアニジン類、アゾアミド類、それらの金属塩および非金属塩類、およびそれらの混合物から選択された第二の燃料；および、第一の酸化剤としての塩素酸カリウムを含む組成物。過塩素酸カリウムが第二の酸化剤として好ましく含まれる。
【解決手段】第一燃料としてのＤＬ−酒石酸；カルボン酸、アミノ酸、テトラゾール類、トリアゾール類、グアニジン類、アゾアミド類、それらの金属塩および非金属塩類、およびそれらの混合物から選択された第二の燃料；および、第一の酸化剤としての塩素酸カリウムを含む組成物。過塩素酸カリウムが第二の酸化剤として好ましく含まれる。
【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、２００６年４月２５日に出願された米国仮出願番号６０／７９５，０７７の利益を要求する。
【０００２】
技術分野
本発明は、例えば、ガス生成システム、および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ガス生成物質／自己点火組成物に一般に関する。
【０００３】
本発明の背景
本発明は、燃焼に際して比較的少量の固体と、比較的豊富な量のガスを生産するガス生成物質／自己点火組成物に関する。固体の量を減らし、ガスの量を増加させ、それによりインフレータのろ過の必要を減少させるということは、進行中の挑戦である。その結果、フィルターはサイズが減少されるか、または全く除去されることがあり、それによりインフレータの重量および／またはサイズを低減する。
同様に重要な挑戦は、衝撃、摩擦または静電放電刺激に関する比較的低い感度を示すガス生成物質を製造することである。
【０００４】
エアバッグインフレータが、高温熱エイジング、熱エイジング、熱サイクリング、熱衝撃、湿度サイクリングなどのような環境上の条件にさらされることがさらに必要とされる。これらの極端なテストは多くの問題を引き起こし、破損ないし、破壊に導くインフレータの過剰加圧でのエアバッグの膨張に及ぶ場合がある。コンディショニングにかかわらず同じ性能を与えるガス生成物質およびインフレータ／ガス生成システムを有することはしたがって望ましいことである。本発明は、これらの可能性に対する多くの解決策を提供する。
【０００５】
それに関連して、比較的低温（２００℃以下）で自動点火するために使用される組成物である自己点火組成物は望ましい。なぜならそれらは比較的低い融点を有し、したがって比較的低い自己点火温度を有するからである。さらに、別の重要な点は、ガス生成および自己点火に関する２重の機能性を提供することである。それにもかかわらず、望ましい自己点火温度を提供するある種の化学物質は、残念ながら、ＵＳＣＡＲ熱エイジング試験の後に、より反応性でより安定性の低い組成物を提供することに寄与する。典型的には、参照され本明細書の一部として組み込まれる、ＳＡＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ＳＡＥ／ＵＳＣＡＲ−２４ ”ＵＳＣＡＲ ＩＮＦＬＡＴＯＲ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＱＵＩＲＥＭＥＮＴＳ ＡＮＤ ＶＡＬＩＤＡＴＩＯＮ”に規定されるように、１０７℃に約４００時間暴露される。
【０００６】
たとえば、他の好ましい水酸基官能基を含んでいる組成物は、そこに含まれた、より反応性の成分のために、より貧弱な熱的安定性を示すことが見出された。例示のためにより具体的に述べれば、グルコースおよび塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、例外的に自己点火物質として良好である。それにもかかわらず、熱エイジング試験に供された時、自己点火温度は２００℃以上に上昇し、この組成物の熱的安定性が危険にさらされる。電子局在化により水酸基官能基は各グルコース分子上の末端のプロトンの酸性度を高めるが、それは、ＵＳＣＡＲの要求する極端な熱エイジングにさらされた時に、経時的に分解物として水を生産する傾向を有すると信じられている。グルコースは特に６つの水酸基を有しており、グルコース１ｍｏｌ当たり最大６ｍｏｌの水を提供する。
【０００７】
従って、自己点火とガス生成の両方の機能を提供する組成物を提供することは当該技術分野における改良である。更に、これらの組成物は、２００℃または２００℃以下の自己点火温度を維持しつつ、ＵＳＣＡＲ熱エイジングの要求に合格しなければならない。
【０００８】
本発明の要約
上記の課題は、第一の燃料としてＤＬ−酒石酸；カルボン酸、アミノ酸、テトラゾール類、トリアゾール類、グアニジン類およびそれらの混合物から選ばれた第二の燃料；および酸化剤としての塩素酸カリウム；を含む、自己点火／ガス生成組成物を含むガス生成物質またはガス生成システムによって解決される。金属硝酸塩、金属亜硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属酸化物、他の公知の酸化剤およびそれらの混合物から選ばれた第二の酸化剤も使用されることができる。非吸湿性の酸化剤が好ましい。
本発明により、さらには自己点火／ガス生成組成物が組込まれたガス生成装置またはガス生成システム、および乗り物乗員保護システムが提供される。
【０００９】
発明の詳細な説明
本発明は、下記の少なくとも１つを有するガス生成システムを提供する：エアバッグインフレータのための自己点火性、高められた熱的安定性、減じられた成分反応性、および／または衝撃および摩擦に関する改良された感受性。本発明のガス生成システムは、塩素酸塩に基づいた自己点火システムの点火機能性についてのユニークな利点を提供する。この利点は、ガス収率を増加させつつ、塩素酸塩に基づいた自己点火システムのほとんどの反応成分をそれらの最小の機能的な量にすることにより達成される。好ましいガス生成システムは、燃料としてカルボン酸の混合物から形成された自己点火／ガス生成組成物を利用し、塩素酸カリウム、過塩素酸カリウム、硝酸ストロンチウム、硝酸カリウムおよび金属酸化物から選ばれた１つ以上の酸化剤を使用する。
（表１を参照。）
【００１０】
制限を受けるものではないが、下記は本発明の動作理論について説明するものと信じられている。選択される第一の燃料はＤＬ−酒石酸である。好ましい第二の燃料はコハク酸である。これらの２つのカルボン酸の組み合わせは、ｐＫａ数値によって示されるカルボン酸の酸性度および融点に基づいて、システムへの所望の機能性のためのメカニズムを提供する。コハク酸のより低い融点と組み合わされた時、カルボン酸上の水酸基置換基の程度は必要な反応性を提供する。塩素酸カリウムと組み合わされた相互作用が、自己点火機能のメカニズムの原因であると信じられている。酒石酸のＤとＬの形態は、このシステム内では同様に良好に機能する。しかしながら、酒石酸のラセミ混合物において、ＤとＬの形態間の水素結合の効果が、最適の熱的安定性を提供ことが知られた。比較的低い自己点火温度がこの関係によって達成されることが認識されなければならない。酒石酸の好ましい含有量は約５−４０重量％であり、より好ましくは約１０−２５重量％である。
【００１１】
コハク酸は水酸基置換の欠如とその融点に基づき、このガス生成／自己点火（ＡＩ）システム内の好ましい共燃料である。水酸基置換基は自己点火機能に典型的に必要であるが、特にＵＳＣＡＲ熱エイジング要件にさらされた時、あまりにも多くの水酸基置換基は分解を悪化させると信じられている。コハク酸は、共燃料として、この自己点火／ガス生成物質システムに好ましいコンプリメントを提供する。コハク酸の好ましい含有量は、約５−３０重量％であり、より好ましくは約５−２０重量％である。このシステムは他の適当なカルボン酸共燃料でも機能するだろう。このようなカルボン酸としては、たとえば、粘液酸、シュウ酸、サリチル酸、リンゴ酸、フマル酸、マロン酸、バルビツル酸、グルタミン酸、およびアジピン酸があげられるが、これらに限定されるものではない。代替えのカルボン酸は、約０−２０重量％で一般に提供される。
【００１２】
アミノ酸のような代替え共燃料もガス生成／ＡＩシステムに組み入れられることができる。これらに限定されるものではないが、たとえばグリシン、ヒスチジン、アルギニンおよびセリンのようなアミノ酸は、約０−２０重量％で一般に提供される。
【００１３】
テトラゾール類、トリアゾール類およびグアニジン類のような他の共燃料とのカルボン酸の相互作用は、燃料混合物間の融点降下に基づいた低い自己点火温度を提供することがさらに実証された。例えば、ＤＬ−酒石酸（融点２１０℃）および５ＡＴ（融点２０６℃）は相互作用により、１５１℃の融点を提供する。同じ現象が５ＡＴとコハク酸の間でも観察される。この塩素酸カリウム存在下での強制された溶融は、低温自己点火機能のための代替の機構を提示する。
【００１４】
第二の燃料としては、５−アミノテトラゾールのようなテトラゾール類；５−アミノテトラゾールカリウムのようなアゾールの金属塩類；アゾール類の非金属非アンモニウム塩；５−アミノテトラゾールのようなアゾール類の硝酸塩類；５−アミノテトラゾールのようなアゾール類のニトロアミン誘導体；５−アミノテトラゾールジカリウム塩のようなアゾール類のニトロアミン誘導体の金属塩類；５−アミノテトラゾールジカリウム塩のようなアゾール類のニトロアミン誘導体の金属塩類；５−アミノテトラゾールのようなアゾール類の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；およびそれの混合物があげられる。
第二の燃料は酒石酸との共燃料としてこのシステム内で使用することができる。参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許番号５，０３５，７５７および５，８７２，３２９は、これらの燃料のあるタイプを開示し例証する。
【００１５】
塩素酸カリウムと酒石酸との混合物は、エイジング後の、より信頼性の高い自己点火機能に関して、炭水化物−塩素酸塩（Ｄ−グルコース）システムに対する改良を示す。酒石酸はＤ−グルコースのような還元糖よりも、より少ない水酸基置換を有し、それにより分解生成物として水の化学的な生成を減少させる。エイジングプロセスを介する水の生成は、システムの安定性と機能を危険にさらす。
【００１６】
このシステムの第一の酸化剤は塩素酸カリウムである。塩素酸カリウムの含有量は自己点火機能に対して重要なだけでなく、最も望まれる安全要素を達成するために減じられなければならない。最低限の機能する量での塩素酸カリウムの利用は、改善された衝撃／摩擦および、システムの酸素需要量の補足によりガス収率を増加させる機会を可能とする。これは、より高い酸素分およびより少ない固体量を有する第二の酸化剤の利用によって達成されることができる。塩素酸カリウムは、約５−７０重量％で一般に提供される。
【００１７】
最も好ましい第二の酸化剤は過塩素酸カリウムである。他の好ましい第二の酸化剤としては、硝酸ストロンチウムおよび硝酸カリウムのような金属硝酸塩；亜硝酸カリウムのような金属亜硝酸塩；硝酸銅のような塩基性金属硝酸塩；酸化鉄および酸化銅のような金属酸化物；およびこれらの混合物があげられる。第二の酸化剤は、約０−５０重量％、より好ましくは約１０−４０重量％で一般に提供される。
【００１８】
ヒュームドシリカ、窒化ホウ素およびグラファイトのような加工助剤も使用されることができる。従って、ガス生成物質は安全に圧縮されてタブレットにされるかまたは打錠され、次いで粒状にされることができる。ガス生成物質は、さらにセルロース誘導体、酢酸セルロースおよび酢酸セルロースブチレートおよび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；シリコーン；ポリアルケンカルボネート類、たとえばポリプロピレンカルボネートおよびポリエチレンカルボネート；のようなバインダーを含むことができる。加工助剤および／またはバインダーは、約０−１５重量％、より好ましくは約０−５重量％で一般に提供される。
【００１９】
スラグ形成剤も提供されることができ、シリコーン化合物、たとえば、シリコン元素、；二酸化ケイ素；ポリジメチルシロキサンのようなシリコーン類；ケイ酸カリウムのようなケイ酸塩；タルクおよびクレーのような天然の鉱物および他の公知のスラグ形成剤から選択される。スラグ形成剤は、典型的には約０−１０重量％、より好ましくは約０−５重量％で提供される。
【００２０】
【表１】
【００２１】
自己点火システム中での塩素酸カリウムの反応性は、特にＵＳＣＡＲの要件で熱エイジングされた時に、衝撃感受性および塩素の分解物の腐食性に関する性能を発現すると信じられている。炭水化物−塩素酸塩システムは、１０７℃で４００時間エイジングした際に著しく分解する。炭水化物−塩素酸塩システムについてのホットプレート上でのベースラインの自己点火温度は１７４℃である。しかし、エイジング後には自己点火温度は２２０℃以上に増加する。最適のインフレータ機能のためには、自己点火組成物が２００℃未満の自己点火温度を示すべきであることが一般に認識されている。
【００２２】
表２を参照。ある種の既知のカルボン酸−塩素酸塩システムは、熱的安定性に関して自己点火システムの改良を提示するが、ガス生成組成物の２重の機能を提供しない。カルボン酸−塩素酸塩システムの腐食性分解物は、アルミニウム、鋼、ＥＤＰＭおよびプラスチックのようなインフレータ構成要素と相互作用する可能性を有している。この反応性のために、物質の量は自己点火システムとしてのみの使用のために制限されている。更に、ある種の既知のカルボン酸−塩素酸塩システムは、本発明と異なり、蒸気スカベンジャーに依存する。
【００２３】
提案されたガス生成物質／ＡＩシステムは、ガス生成物質／自己点火組成物の１ｍｏｌ当たり、最大７５％のガス生成を示し、１７５℃のホットプレート値のベースラインは、１０７℃で６００時間のエイジングの後に事実上変わらなかった（表１）。提案されたシステムの分解による質量減量は約４−２０％に制限された。一方、ＤＬ−酒石酸／塩素酸カリウムシステムおよび炭水化物塩素酸塩システムでは２０％よりも大きかった。
（表３を参照。）
【００２４】
表２：
【００２５】
表３：
【００２６】
以下の実施例１は、表２、３および４における「改良されたカルボン酸−塩素酸塩システム」を定義することが認識されるべきである。以下の実施例２は、表２、３および４における「既存のカルボン酸−塩素酸塩システム」を定義することが認識されるべきである。以下の実施例９は「炭水化物−塩素酸塩システム」を定義する。
【００２７】
自己点火とガス生成組成物の組み合わされた機能は、インフレータ設計に関するコストを減じるだろう。本発明の認識される利点は、良好な燃焼速度性能と、他の塩素酸塩システムの約５０−５５％と比較して約６０−７５％である高いガス収率が組み合わされた自己点火機能である。
【００２８】
これらの配合物用セーフティマージンは著しく改善される。炭水化物−塩素酸塩システムおよび従前のカルボン酸−塩素酸塩システムは、２．０６−２．６４インチのＨＤ５０値を有している。さらに、摩擦安全性も関心事である。これらのシステムは、２４Ｎ−１２８ＮのＢＡＭ摩擦数値を実証した。提案されたガス生成システムは、衝撃感度に対して４．５−７．３インチのＨＤ５０数値、および摩擦感度に対して２１６Ｎ−３６０Ｎを提示する。これらの物質のＡＲＣ試験は追加の利点を実証する。炭水化物−塩素酸塩システムは、１０９．８４℃のＡＲＣ数値を有している。また、他のカルボン酸−塩素酸塩システムは、１１１℃から１２６℃に及ぶＡＲＣ数値を有している。本発明に従って形成された組成物は、１３１℃のＡＲＣ数値を実証した。
【００２９】
ガス生成物質／ＡＩシステムにおいてはインフレータの構成要素との適合性も向上される。アルミニウム、鋼、ＥＤＰＭおよびプラスチックとの反応は、１０７℃で６００時間エイジングされた後も起こらなかった。
（表４を参照。）
【００３０】
表４：
【００３１】
本発明の組成物は、アルドリッチまたはフィッシャーケミカル社のような公知のサプライヤーによって提供される成分から形成される。組成物は顆粒状の形態で提供され、公知の方法で乾燥混合および圧縮されるか、または公知の他の方法で混合されることができる。組成物は、エアバッグデバイスまたは乗員保護システム、安全ベルトデバイス中に典型的に見出されるガス発生装置、または乗り物乗員保護システムのようなガス生成システムにおいて典型的に利用されることができ、これらは公知の技術または当業者により製造されることができる。他のガス生成システム内での使用も企図される。
【００３２】
以下の例は、さらに本発明の利点を例証する。比較例の組成物を形成するために、以下に記載された様々な成分を含んでいる配合物の乾燥混合物が公知の方法で調製された。
【００３３】
実施例１：
本発明の好ましい実施態様に従って、２３重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）、１５重量％のコハク酸（ＳＡ）、２０重量％の塩素酸カリウムおよび４２重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１５７−１６０℃だった。ベースラインホットプレート自己点火温度は１７０−１７２℃だった。公知の設計の乗客側インフレータおよびドライバー側インフレータ内で１０７℃６００時間エイジングされた後の、同じ組成物のホットプレート自己点火温度は１７４℃であった。エイジング後の組成物の分解は比較的微小だった。インフレータ構成要素の分解物の反応性は比較的微小だった。この例は、本発明に従って形成された組成物が、制限された反応性を提供しつつ、エイジングの前後において、比較的低く同様の自己点火温度を提供することを例証する。したがって、更に、本発明に従う形成された組成物は、エイジングの後にも優れた熱的安定性を示す。
【００３４】
実施例２：
比較の目的のために、３５．０重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）および６５．０重量％塩素酸カリウムが、顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１６６℃だった。ベースラインホットプレート自己点火温度は１７７℃だった。実施例１と同じインフレータ内で１０７℃で６００時間エイジングされた後の、同じ組成物のホットプレート自己点火温度は１９３℃だった。エイジングした後の組成物の分解は比較的大きかった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的高かった。この例は、コハク酸のような第二の燃料の欠如によって、および塩素を含んでいる酸化剤の増加によって、分解およびインフレータ構成要素との反応性がどのように増加するかを例証する。
【００３５】
実施例３：
比較の目的のために、４４．０重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）、１０．０重量％の塩素酸カリウム、および４６．０重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１７０℃だった。炎が生じなかったので、ベースラインホットプレート自己点火温度は存在しなかった。さらに、炎が生じなかったので、２０ｍｌのバイアル内での１０７℃で６００時間エイジングされた後の同じ組成物のホットプレート自己点火温度も存在しなかった。エイジングした後の組成物の分解は比較的微小だった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的微小だった。この例は、塩素を含んでいる酸化剤の増加、およびコハク酸のような第二の燃料の欠如で、自己点火機能がどのように悪影響を及ぼされるかを例証する。
【００３６】
実施例４：
比較の目的のために、４２．５重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）、２０重量％の塩素酸カリウム、および３６重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１７１℃だった。ベースラインホットプレート自己点火温度は１７６℃だった。２０ｍｌのバイアル内での１０７℃で６００時間エイジングされた後の同じ組成物のホットプレート自己点火温度は１７５℃であった。エイジングした後の組成物の分解は比較的微小だった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的穏やかだった。この例は、インフレータ構成要素との反応性を増加させる分解物に、コハク酸または第二の燃料の欠如がどのように帰着するかを例証する。
【００３７】
実施例５：
比較の目的のために、１２．０重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）、２３．５重量％のコハク酸（ＳＡ）、１３．０重量％の塩素酸カリウム、および５１．５重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１５９℃だった。弱い自己点火であったが、ベースラインホットプレート自己点火温度は、１７６℃だった。炎が生じなかったので、２０ｍｌのバイアル内での１０７℃で６００時間エイジングされた後の同じ組成物のホットプレート自己点火温度は存在しなかった。エイジングした後の組成物の分解は比較的微小だった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的微小だった。この例は、エイジングの後の自己点火機能が、どのように成分の量の変化によって影響されるかを例証する。
【００３８】
実施例６：
比較の目的のために、３１重量％のコハク酸（ＳＡ）、２０重量％の塩素酸カリウム、および４９重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、融点は１８４℃だった。ベースラインホットプレート融点温度は２０７℃だった。２０ｍｌのバイアル内で１０７℃で６００時間エイジングされた後の、同じ組成物のホットプレート融点温度は、２１０℃だった。エイジングした後の組成物の分解は比較的最小だった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的微小だった。この例は、ＤＬ−酒石酸の自己点火機能、およびＤＬ酒石酸のない場合の自己点火機能性の欠如を例証する。
【００３９】
実施例７：
コハク酸、ＤＬ−酒石酸およびＤ−酒石酸のＤＳＣ評価は、それぞれの融点が１８９．０５℃、２１２．２７℃および１６７．６６℃であることを与えた。この結果は、水素結合がＤＬ−酒石酸の融点を増加させるという確信を支持する。
【００４０】
実施例８：
実施例１に従って形成された組成物は、１５４−１５９℃の範囲のベースライン自己点火温度を有することが見出された。１０７℃で４００時間エイジングされた後、組成物は依然として１５４−１５９℃の範囲の自己点火温度を示した。この組成物は１９８９℃の燃焼温度で６５．２重量％のガス状生成物と、９００（ｃａｌ／ｇ）の反応熱を示した。実施例９の中で示されるように、燃焼温度と反応熱は公知の自己点火物質より比較的低く、そのため、ガスの流出物の冷却要件を緩和する。
【００４１】
実施例９：
実施例１に示されたようにして、ｄ−グルコースの２７重量％および塩素酸カリウムの７３重量％を含んでいる組成物が混合されペレット化された。この組成物は、１５０−１７５℃の範囲のベースライン自己点火温度を有することが見出された。１０７℃で４００時間エイジングされた後、炭水化物−塩素酸塩システムは、２２０℃よりも高い自己点火温度を示した。この組成物は２２９０℃の燃焼温度で５５．５重量％のガス状生成物と、１１２６（ｃａｌ／ｇ）の反応熱を示した。この公知の組成物の燃焼温度および反応熱は、実施例８において示されたような本発明の組成物よりも比較的高い。そのため、ガスの流出物の冷却要件を増加させる。
【００４２】
実施例１０：
ＤＳＣによって測定すると、２５重量％のコハク酸および７５重量％のＤＬ−酒石酸を含んでいる組成物は、１７４．６７℃の融点を示した。ＤＳＣによって測定すると、１０重量％のコハク酸および９０重量％のＤＬ−酒石酸を含んでいる組成物は、１８０．８４℃の融点を示した。ＤＳＣによって測定すると、７５重量％のコハク酸および２５重量％のＤＬ−酒石酸を含んでいる組成物は、１７６．８２℃の融点を示した。ＤＳＣによって測定すると、５０重量％のコハク酸および５０重量％のＤＬ−酒石酸を含んでいる組成物は、１７６．５７℃の融点を示した。この例は、本発明の他の利点を保持しつつ、自己点火温度を調整する能力を例証する。
【００４３】
実施例１１：
ＤＳＣによって測定すると、４３重量％のＤ−酒石酸、および５７重量％の塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、１６７．６６℃の融点および１４４℃の自己点火温度を示した。ＤＳＣによって測定すると、３５重量％のＤＬ−酒石酸、および６５重量％の塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、２１２．２７℃の融点および１６４℃の自己点火温度を示した。ＤＳＣによって測定すると、２９重量％のコハク酸、および７１重量％の塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、１８９．０５℃の融点および１８５℃の自己点火温度を示した。ＤＳＣによって測定すると、コハク酸、ＤＬ−酒石酸、および塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、１７６．５７℃の融点および１５７℃の自己点火温度を示した。この例は、本発明の他の利点を保持しつつ、自己点火温度を調整する能力を例証する。
【００４４】
実施例１２：
実施例１に従って形成された組成物は、以下の燃焼速度を示した：１００ｐｓｉｇで、毎秒約０．３インチ（ｉｐｓ）；５００ｐｓｉｇで約０．４５ｉｐｓ；１０００ｐｓｉｇで約０．５９ｉｐｓ；１５００ｐｓｉｇで約０．７３ｉｐｓ；２０００ｐｓｉｇで約０．７５ｉｐｓ；２５００ｐｓｉｇで約０．８８ｉｐｓ；３０００ｐｓｉｇで約０．９８ｉｐｓ；３５００ｐｓｉｇで約１．０５ｉｐｓ；４０００ｐｓｉｇで約１．０７ｉｐｓ。燃焼速度試験は、それぞれサンプルが内部に置かれた鋼製爆弾の中で行われた。
爆弾は０−５５００ｐｓｉで加圧されることができる。長さ０．５インチのプロペラントサンプルが、熱電対と共にエポキシ樹脂中、長さ方向に沿って包まれた。その後、プロペラントのむき出しにされた端が電気的なマッチで点火された。試験温度を約２０−２４℃に維持しつつ、サンプルを様々な圧力で点火した。燃焼速度が、ついでそれぞれの試験について測定された。この例は、本発明の組成物が、いかにして自己点火機能とガス生成機能の両方において受容可能な燃焼速度を提供するかを例証する。
【００４５】
例示の観点から、例１において例証されるような好ましい組成物は次のものを含むだろう：２２．０−２４．０重量％のＤＬ−酒石酸、１４．０−１６．０重量％のコハク酸、１９．０−２１．０重量％の塩素酸カリウムおよび４１．０−４３．０重量％の過塩素酸カリウム。別の表現をすれば、ここで例証されるように、燃料の最適比は、エイジングの後に比較的低い自己点火温度および優れた熱的安定性をもたらす。更に、ここで例証されるように、酸化剤の最適比は、エイジングの後に信頼できる自己点火機能、および制限された反応性をもたらす。
【００４６】
例えばｄ−グルコースと塩素酸カリウムを含む炭水化物−塩素酸塩システムのような公知の自己点火物質はより敏感で、したがって、取扱に関する問題をもたらすことが認識されるべきである。従って、これらの物質の移送のために特別の設備が作られなければならない。一方、本発明の自己点火／ガス生成組成物は湿りにくく、より容易に輸送され、公知の自己点火物質ほど敏感ではない。
【００４７】
図１に示されるように、例示されるインフレータまたはガス生成システム１０は、公知の技術により製造することのできる、本発明に従って形成された第一のガス生成／自己点火組成物１２を含むようにあつらえられた２重のチャンバー設計を有する。米国特許第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。
【００４８】
図２を参照する。本発明の例示的なインフレータまたはガス生成システム１０は、エアバッグシステム２００に組み入れられることができる。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、エアバッグの内部と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、本発明のガス生成組成物を含むインフレータ−１０を含んでいる。エアバッグシステム２００は、さらに衝突センサー２１０を含むかまたはこれと接続されることができる。衝突センサー２１０は、たとえば、衝突の際にエアバッグインフレータ−１０の活性化を介して、エアバッグシステム２００の発動の信号を発する衝突センサーアルゴリズムを含む。
【００４９】
図２を再度参照する。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、より広く、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もできる。図２はそのような拘束システムの１つの例示的な実施態様の模式的な図を示す。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（例えばばねによるメカニズム）が、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、ガス生成物質／自動点火組成物１２を含む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の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、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許５，７４３，４８０、５，５５３，８０３、５，６６７，１６１、５，４５１，００８、４，５５８，８３２および４，５９７，５４６に記載されている。典型的なプリテンショナーの例は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許６，５０５，７９０および６，４１９，１７７に記載されている。
【００５０】
安全ベルトアセンブリー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（示されない）の起動によってベルトプリテンショナー１５６の発動の信号を発する衝突センサーアルゴリズムを有する、衝突センサー１５８（例えば慣性センサーまたは加速度計）を有する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６，５０５，７９０および６，４１９，１７７は、そのような方法で始動されるプリテンショナーの例を提供する。
【００５１】
安全ベルトアセンブリー１５０、エアバッグシステム２００、およびより広くより包括的な乗り物乗員拘束システム１８０は、例示にすぎず、本発明により企図されるガス生成システムを何ら制限するものではない。
【００５２】
本発明の先の記述は例示の目的だけのためにあり、ここに示された様々な構造および操作上の特徴は、特許請求の範囲により画定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者により多くの改良を受けることができることは理解されるだろう。本明細書の記述は、したがって、本発明の範囲を制限するのが目的ではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびそれらの等価物によってのみ決定される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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んでいる例示的な乗り物乗員拘束システムの概要図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２００６年４月２５日に出願された米国仮出願番号６０／７９５，０７７の利益を要求する。
【０００２】
技術分野
本発明は、例えば、ガス生成システム、および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ガス生成物質／自己点火組成物に一般に関する。
【０００３】
本発明の背景
本発明は、燃焼に際して比較的少量の固体と、比較的豊富な量のガスを生産するガス生成物質／自己点火組成物に関する。固体の量を減らし、ガスの量を増加させ、それによりインフレータのろ過の必要を減少させるということは、進行中の挑戦である。その結果、フィルターはサイズが減少されるか、または全く除去されることがあり、それによりインフレータの重量および／またはサイズを低減する。
同様に重要な挑戦は、衝撃、摩擦または静電放電刺激に関する比較的低い感度を示すガス生成物質を製造することである。
【０００４】
エアバッグインフレータが、高温熱エイジング、熱エイジング、熱サイクリング、熱衝撃、湿度サイクリングなどのような環境上の条件にさらされることがさらに必要とされる。これらの極端なテストは多くの問題を引き起こし、破損ないし、破壊に導くインフレータの過剰加圧でのエアバッグの膨張に及ぶ場合がある。コンディショニングにかかわらず同じ性能を与えるガス生成物質およびインフレータ／ガス生成システムを有することはしたがって望ましいことである。本発明は、これらの可能性に対する多くの解決策を提供する。
【０００５】
それに関連して、比較的低温（２００℃以下）で自動点火するために使用される組成物である自己点火組成物は望ましい。なぜならそれらは比較的低い融点を有し、したがって比較的低い自己点火温度を有するからである。さらに、別の重要な点は、ガス生成および自己点火に関する２重の機能性を提供することである。それにもかかわらず、望ましい自己点火温度を提供するある種の化学物質は、残念ながら、ＵＳＣＡＲ熱エイジング試験の後に、より反応性でより安定性の低い組成物を提供することに寄与する。典型的には、参照され本明細書の一部として組み込まれる、ＳＡＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ＳＡＥ／ＵＳＣＡＲ−２４ ”ＵＳＣＡＲ ＩＮＦＬＡＴＯＲ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＱＵＩＲＥＭＥＮＴＳ ＡＮＤ ＶＡＬＩＤＡＴＩＯＮ”に規定されるように、１０７℃に約４００時間暴露される。
【０００６】
たとえば、他の好ましい水酸基官能基を含んでいる組成物は、そこに含まれた、より反応性の成分のために、より貧弱な熱的安定性を示すことが見出された。例示のためにより具体的に述べれば、グルコースおよび塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、例外的に自己点火物質として良好である。それにもかかわらず、熱エイジング試験に供された時、自己点火温度は２００℃以上に上昇し、この組成物の熱的安定性が危険にさらされる。電子局在化により水酸基官能基は各グルコース分子上の末端のプロトンの酸性度を高めるが、それは、ＵＳＣＡＲの要求する極端な熱エイジングにさらされた時に、経時的に分解物として水を生産する傾向を有すると信じられている。グルコースは特に６つの水酸基を有しており、グルコース１ｍｏｌ当たり最大６ｍｏｌの水を提供する。
【０００７】
従って、自己点火とガス生成の両方の機能を提供する組成物を提供することは当該技術分野における改良である。更に、これらの組成物は、２００℃または２００℃以下の自己点火温度を維持しつつ、ＵＳＣＡＲ熱エイジングの要求に合格しなければならない。
【０００８】
本発明の要約
上記の課題は、第一の燃料としてＤＬ−酒石酸；カルボン酸、アミノ酸、テトラゾール類、トリアゾール類、グアニジン類およびそれらの混合物から選ばれた第二の燃料；および酸化剤としての塩素酸カリウム；を含む、自己点火／ガス生成組成物を含むガス生成物質またはガス生成システムによって解決される。金属硝酸塩、金属亜硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属酸化物、他の公知の酸化剤およびそれらの混合物から選ばれた第二の酸化剤も使用されることができる。非吸湿性の酸化剤が好ましい。
本発明により、さらには自己点火／ガス生成組成物が組込まれたガス生成装置またはガス生成システム、および乗り物乗員保護システムが提供される。
【０００９】
発明の詳細な説明
本発明は、下記の少なくとも１つを有するガス生成システムを提供する：エアバッグインフレータのための自己点火性、高められた熱的安定性、減じられた成分反応性、および／または衝撃および摩擦に関する改良された感受性。本発明のガス生成システムは、塩素酸塩に基づいた自己点火システムの点火機能性についてのユニークな利点を提供する。この利点は、ガス収率を増加させつつ、塩素酸塩に基づいた自己点火システムのほとんどの反応成分をそれらの最小の機能的な量にすることにより達成される。好ましいガス生成システムは、燃料としてカルボン酸の混合物から形成された自己点火／ガス生成組成物を利用し、塩素酸カリウム、過塩素酸カリウム、硝酸ストロンチウム、硝酸カリウムおよび金属酸化物から選ばれた１つ以上の酸化剤を使用する。
（表１を参照。）
【００１０】
制限を受けるものではないが、下記は本発明の動作理論について説明するものと信じられている。選択される第一の燃料はＤＬ−酒石酸である。好ましい第二の燃料はコハク酸である。これらの２つのカルボン酸の組み合わせは、ｐＫａ数値によって示されるカルボン酸の酸性度および融点に基づいて、システムへの所望の機能性のためのメカニズムを提供する。コハク酸のより低い融点と組み合わされた時、カルボン酸上の水酸基置換基の程度は必要な反応性を提供する。塩素酸カリウムと組み合わされた相互作用が、自己点火機能のメカニズムの原因であると信じられている。酒石酸のＤとＬの形態は、このシステム内では同様に良好に機能する。しかしながら、酒石酸のラセミ混合物において、ＤとＬの形態間の水素結合の効果が、最適の熱的安定性を提供ことが知られた。比較的低い自己点火温度がこの関係によって達成されることが認識されなければならない。酒石酸の好ましい含有量は約５−４０重量％であり、より好ましくは約１０−２５重量％である。
【００１１】
コハク酸は水酸基置換の欠如とその融点に基づき、このガス生成／自己点火（ＡＩ）システム内の好ましい共燃料である。水酸基置換基は自己点火機能に典型的に必要であるが、特にＵＳＣＡＲ熱エイジング要件にさらされた時、あまりにも多くの水酸基置換基は分解を悪化させると信じられている。コハク酸は、共燃料として、この自己点火／ガス生成物質システムに好ましいコンプリメントを提供する。コハク酸の好ましい含有量は、約５−３０重量％であり、より好ましくは約５−２０重量％である。このシステムは他の適当なカルボン酸共燃料でも機能するだろう。このようなカルボン酸としては、たとえば、粘液酸、シュウ酸、サリチル酸、リンゴ酸、フマル酸、マロン酸、バルビツル酸、グルタミン酸、およびアジピン酸があげられるが、これらに限定されるものではない。代替えのカルボン酸は、約０−２０重量％で一般に提供される。
【００１２】
アミノ酸のような代替え共燃料もガス生成／ＡＩシステムに組み入れられることができる。これらに限定されるものではないが、たとえばグリシン、ヒスチジン、アルギニンおよびセリンのようなアミノ酸は、約０−２０重量％で一般に提供される。
【００１３】
テトラゾール類、トリアゾール類およびグアニジン類のような他の共燃料とのカルボン酸の相互作用は、燃料混合物間の融点降下に基づいた低い自己点火温度を提供することがさらに実証された。例えば、ＤＬ−酒石酸（融点２１０℃）および５ＡＴ（融点２０６℃）は相互作用により、１５１℃の融点を提供する。同じ現象が５ＡＴとコハク酸の間でも観察される。この塩素酸カリウム存在下での強制された溶融は、低温自己点火機能のための代替の機構を提示する。
【００１４】
第二の燃料としては、５−アミノテトラゾールのようなテトラゾール類；５−アミノテトラゾールカリウムのようなアゾールの金属塩類；アゾール類の非金属非アンモニウム塩；５−アミノテトラゾールのようなアゾール類の硝酸塩類；５−アミノテトラゾールのようなアゾール類のニトロアミン誘導体；５−アミノテトラゾールジカリウム塩のようなアゾール類のニトロアミン誘導体の金属塩類；５−アミノテトラゾールジカリウム塩のようなアゾール類のニトロアミン誘導体の金属塩類；５−アミノテトラゾールのようなアゾール類の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；およびそれの混合物があげられる。
第二の燃料は酒石酸との共燃料としてこのシステム内で使用することができる。参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許番号５，０３５，７５７および５，８７２，３２９は、これらの燃料のあるタイプを開示し例証する。
【００１５】
塩素酸カリウムと酒石酸との混合物は、エイジング後の、より信頼性の高い自己点火機能に関して、炭水化物−塩素酸塩（Ｄ−グルコース）システムに対する改良を示す。酒石酸はＤ−グルコースのような還元糖よりも、より少ない水酸基置換を有し、それにより分解生成物として水の化学的な生成を減少させる。エイジングプロセスを介する水の生成は、システムの安定性と機能を危険にさらす。
【００１６】
このシステムの第一の酸化剤は塩素酸カリウムである。塩素酸カリウムの含有量は自己点火機能に対して重要なだけでなく、最も望まれる安全要素を達成するために減じられなければならない。最低限の機能する量での塩素酸カリウムの利用は、改善された衝撃／摩擦および、システムの酸素需要量の補足によりガス収率を増加させる機会を可能とする。これは、より高い酸素分およびより少ない固体量を有する第二の酸化剤の利用によって達成されることができる。塩素酸カリウムは、約５−７０重量％で一般に提供される。
【００１７】
最も好ましい第二の酸化剤は過塩素酸カリウムである。他の好ましい第二の酸化剤としては、硝酸ストロンチウムおよび硝酸カリウムのような金属硝酸塩；亜硝酸カリウムのような金属亜硝酸塩；硝酸銅のような塩基性金属硝酸塩；酸化鉄および酸化銅のような金属酸化物；およびこれらの混合物があげられる。第二の酸化剤は、約０−５０重量％、より好ましくは約１０−４０重量％で一般に提供される。
【００１８】
ヒュームドシリカ、窒化ホウ素およびグラファイトのような加工助剤も使用されることができる。従って、ガス生成物質は安全に圧縮されてタブレットにされるかまたは打錠され、次いで粒状にされることができる。ガス生成物質は、さらにセルロース誘導体、酢酸セルロースおよび酢酸セルロースブチレートおよび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；シリコーン；ポリアルケンカルボネート類、たとえばポリプロピレンカルボネートおよびポリエチレンカルボネート；のようなバインダーを含むことができる。加工助剤および／またはバインダーは、約０−１５重量％、より好ましくは約０−５重量％で一般に提供される。
【００１９】
スラグ形成剤も提供されることができ、シリコーン化合物、たとえば、シリコン元素、；二酸化ケイ素；ポリジメチルシロキサンのようなシリコーン類；ケイ酸カリウムのようなケイ酸塩；タルクおよびクレーのような天然の鉱物および他の公知のスラグ形成剤から選択される。スラグ形成剤は、典型的には約０−１０重量％、より好ましくは約０−５重量％で提供される。
【００２０】
【表１】
【００２１】
自己点火システム中での塩素酸カリウムの反応性は、特にＵＳＣＡＲの要件で熱エイジングされた時に、衝撃感受性および塩素の分解物の腐食性に関する性能を発現すると信じられている。炭水化物−塩素酸塩システムは、１０７℃で４００時間エイジングした際に著しく分解する。炭水化物−塩素酸塩システムについてのホットプレート上でのベースラインの自己点火温度は１７４℃である。しかし、エイジング後には自己点火温度は２２０℃以上に増加する。最適のインフレータ機能のためには、自己点火組成物が２００℃未満の自己点火温度を示すべきであることが一般に認識されている。
【００２２】
表２を参照。ある種の既知のカルボン酸−塩素酸塩システムは、熱的安定性に関して自己点火システムの改良を提示するが、ガス生成組成物の２重の機能を提供しない。カルボン酸−塩素酸塩システムの腐食性分解物は、アルミニウム、鋼、ＥＤＰＭおよびプラスチックのようなインフレータ構成要素と相互作用する可能性を有している。この反応性のために、物質の量は自己点火システムとしてのみの使用のために制限されている。更に、ある種の既知のカルボン酸−塩素酸塩システムは、本発明と異なり、蒸気スカベンジャーに依存する。
【００２３】
提案されたガス生成物質／ＡＩシステムは、ガス生成物質／自己点火組成物の１ｍｏｌ当たり、最大７５％のガス生成を示し、１７５℃のホットプレート値のベースラインは、１０７℃で６００時間のエイジングの後に事実上変わらなかった（表１）。提案されたシステムの分解による質量減量は約４−２０％に制限された。一方、ＤＬ−酒石酸／塩素酸カリウムシステムおよび炭水化物塩素酸塩システムでは２０％よりも大きかった。
（表３を参照。）
【００２４】
表２：
【００２５】
表３：
【００２６】
以下の実施例１は、表２、３および４における「改良されたカルボン酸−塩素酸塩システム」を定義することが認識されるべきである。以下の実施例２は、表２、３および４における「既存のカルボン酸−塩素酸塩システム」を定義することが認識されるべきである。以下の実施例９は「炭水化物−塩素酸塩システム」を定義する。
【００２７】
自己点火とガス生成組成物の組み合わされた機能は、インフレータ設計に関するコストを減じるだろう。本発明の認識される利点は、良好な燃焼速度性能と、他の塩素酸塩システムの約５０−５５％と比較して約６０−７５％である高いガス収率が組み合わされた自己点火機能である。
【００２８】
これらの配合物用セーフティマージンは著しく改善される。炭水化物−塩素酸塩システムおよび従前のカルボン酸−塩素酸塩システムは、２．０６−２．６４インチのＨＤ５０値を有している。さらに、摩擦安全性も関心事である。これらのシステムは、２４Ｎ−１２８ＮのＢＡＭ摩擦数値を実証した。提案されたガス生成システムは、衝撃感度に対して４．５−７．３インチのＨＤ５０数値、および摩擦感度に対して２１６Ｎ−３６０Ｎを提示する。これらの物質のＡＲＣ試験は追加の利点を実証する。炭水化物−塩素酸塩システムは、１０９．８４℃のＡＲＣ数値を有している。また、他のカルボン酸−塩素酸塩システムは、１１１℃から１２６℃に及ぶＡＲＣ数値を有している。本発明に従って形成された組成物は、１３１℃のＡＲＣ数値を実証した。
【００２９】
ガス生成物質／ＡＩシステムにおいてはインフレータの構成要素との適合性も向上される。アルミニウム、鋼、ＥＤＰＭおよびプラスチックとの反応は、１０７℃で６００時間エイジングされた後も起こらなかった。
（表４を参照。）
【００３０】
表４：
【００３１】
本発明の組成物は、アルドリッチまたはフィッシャーケミカル社のような公知のサプライヤーによって提供される成分から形成される。組成物は顆粒状の形態で提供され、公知の方法で乾燥混合および圧縮されるか、または公知の他の方法で混合されることができる。組成物は、エアバッグデバイスまたは乗員保護システム、安全ベルトデバイス中に典型的に見出されるガス発生装置、または乗り物乗員保護システムのようなガス生成システムにおいて典型的に利用されることができ、これらは公知の技術または当業者により製造されることができる。他のガス生成システム内での使用も企図される。
【００３２】
以下の例は、さらに本発明の利点を例証する。比較例の組成物を形成するために、以下に記載された様々な成分を含んでいる配合物の乾燥混合物が公知の方法で調製された。
【００３３】
実施例１：
本発明の好ましい実施態様に従って、２３重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）、１５重量％のコハク酸（ＳＡ）、２０重量％の塩素酸カリウムおよび４２重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１５７−１６０℃だった。ベースラインホットプレート自己点火温度は１７０−１７２℃だった。公知の設計の乗客側インフレータおよびドライバー側インフレータ内で１０７℃６００時間エイジングされた後の、同じ組成物のホットプレート自己点火温度は１７４℃であった。エイジング後の組成物の分解は比較的微小だった。インフレータ構成要素の分解物の反応性は比較的微小だった。この例は、本発明に従って形成された組成物が、制限された反応性を提供しつつ、エイジングの前後において、比較的低く同様の自己点火温度を提供することを例証する。したがって、更に、本発明に従う形成された組成物は、エイジングの後にも優れた熱的安定性を示す。
【００３４】
実施例２：
比較の目的のために、３５．０重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）および６５．０重量％塩素酸カリウムが、顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１６６℃だった。ベースラインホットプレート自己点火温度は１７７℃だった。実施例１と同じインフレータ内で１０７℃で６００時間エイジングされた後の、同じ組成物のホットプレート自己点火温度は１９３℃だった。エイジングした後の組成物の分解は比較的大きかった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的高かった。この例は、コハク酸のような第二の燃料の欠如によって、および塩素を含んでいる酸化剤の増加によって、分解およびインフレータ構成要素との反応性がどのように増加するかを例証する。
【００３５】
実施例３：
比較の目的のために、４４．０重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）、１０．０重量％の塩素酸カリウム、および４６．０重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１７０℃だった。炎が生じなかったので、ベースラインホットプレート自己点火温度は存在しなかった。さらに、炎が生じなかったので、２０ｍｌのバイアル内での１０７℃で６００時間エイジングされた後の同じ組成物のホットプレート自己点火温度も存在しなかった。エイジングした後の組成物の分解は比較的微小だった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的微小だった。この例は、塩素を含んでいる酸化剤の増加、およびコハク酸のような第二の燃料の欠如で、自己点火機能がどのように悪影響を及ぼされるかを例証する。
【００３６】
実施例４：
比較の目的のために、４２．５重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）、２０重量％の塩素酸カリウム、および３６重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１７１℃だった。ベースラインホットプレート自己点火温度は１７６℃だった。２０ｍｌのバイアル内での１０７℃で６００時間エイジングされた後の同じ組成物のホットプレート自己点火温度は１７５℃であった。エイジングした後の組成物の分解は比較的微小だった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的穏やかだった。この例は、インフレータ構成要素との反応性を増加させる分解物に、コハク酸または第二の燃料の欠如がどのように帰着するかを例証する。
【００３７】
実施例５：
比較の目的のために、１２．０重量％のＤＬ−酒石酸（ＤＬ−ＴＴＡ）、２３．５重量％のコハク酸（ＳＡ）、１３．０重量％の塩素酸カリウム、および５１．５重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、自己点火開始は１５９℃だった。弱い自己点火であったが、ベースラインホットプレート自己点火温度は、１７６℃だった。炎が生じなかったので、２０ｍｌのバイアル内での１０７℃で６００時間エイジングされた後の同じ組成物のホットプレート自己点火温度は存在しなかった。エイジングした後の組成物の分解は比較的微小だった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的微小だった。この例は、エイジングの後の自己点火機能が、どのように成分の量の変化によって影響されるかを例証する。
【００３８】
実施例６：
比較の目的のために、３１重量％のコハク酸（ＳＡ）、２０重量％の塩素酸カリウム、および４９重量％の過塩素酸カリウムが顆粒状の形態で提供され、均質的に乾燥混合され、次に、公知の方法でペレット化された。示差走査熱量計（ＤＳＣ）によって評価すると、融点は１８４℃だった。ベースラインホットプレート融点温度は２０７℃だった。２０ｍｌのバイアル内で１０７℃で６００時間エイジングされた後の、同じ組成物のホットプレート融点温度は、２１０℃だった。エイジングした後の組成物の分解は比較的最小だった。インフレータ構成要素との分解物の反応性は比較的微小だった。この例は、ＤＬ−酒石酸の自己点火機能、およびＤＬ酒石酸のない場合の自己点火機能性の欠如を例証する。
【００３９】
実施例７：
コハク酸、ＤＬ−酒石酸およびＤ−酒石酸のＤＳＣ評価は、それぞれの融点が１８９．０５℃、２１２．２７℃および１６７．６６℃であることを与えた。この結果は、水素結合がＤＬ−酒石酸の融点を増加させるという確信を支持する。
【００４０】
実施例８：
実施例１に従って形成された組成物は、１５４−１５９℃の範囲のベースライン自己点火温度を有することが見出された。１０７℃で４００時間エイジングされた後、組成物は依然として１５４−１５９℃の範囲の自己点火温度を示した。この組成物は１９８９℃の燃焼温度で６５．２重量％のガス状生成物と、９００（ｃａｌ／ｇ）の反応熱を示した。実施例９の中で示されるように、燃焼温度と反応熱は公知の自己点火物質より比較的低く、そのため、ガスの流出物の冷却要件を緩和する。
【００４１】
実施例９：
実施例１に示されたようにして、ｄ−グルコースの２７重量％および塩素酸カリウムの７３重量％を含んでいる組成物が混合されペレット化された。この組成物は、１５０−１７５℃の範囲のベースライン自己点火温度を有することが見出された。１０７℃で４００時間エイジングされた後、炭水化物−塩素酸塩システムは、２２０℃よりも高い自己点火温度を示した。この組成物は２２９０℃の燃焼温度で５５．５重量％のガス状生成物と、１１２６（ｃａｌ／ｇ）の反応熱を示した。この公知の組成物の燃焼温度および反応熱は、実施例８において示されたような本発明の組成物よりも比較的高い。そのため、ガスの流出物の冷却要件を増加させる。
【００４２】
実施例１０：
ＤＳＣによって測定すると、２５重量％のコハク酸および７５重量％のＤＬ−酒石酸を含んでいる組成物は、１７４．６７℃の融点を示した。ＤＳＣによって測定すると、１０重量％のコハク酸および９０重量％のＤＬ−酒石酸を含んでいる組成物は、１８０．８４℃の融点を示した。ＤＳＣによって測定すると、７５重量％のコハク酸および２５重量％のＤＬ−酒石酸を含んでいる組成物は、１７６．８２℃の融点を示した。ＤＳＣによって測定すると、５０重量％のコハク酸および５０重量％のＤＬ−酒石酸を含んでいる組成物は、１７６．５７℃の融点を示した。この例は、本発明の他の利点を保持しつつ、自己点火温度を調整する能力を例証する。
【００４３】
実施例１１：
ＤＳＣによって測定すると、４３重量％のＤ−酒石酸、および５７重量％の塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、１６７．６６℃の融点および１４４℃の自己点火温度を示した。ＤＳＣによって測定すると、３５重量％のＤＬ−酒石酸、および６５重量％の塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、２１２．２７℃の融点および１６４℃の自己点火温度を示した。ＤＳＣによって測定すると、２９重量％のコハク酸、および７１重量％の塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、１８９．０５℃の融点および１８５℃の自己点火温度を示した。ＤＳＣによって測定すると、コハク酸、ＤＬ−酒石酸、および塩素酸カリウムを含んでいる組成物は、１７６．５７℃の融点および１５７℃の自己点火温度を示した。この例は、本発明の他の利点を保持しつつ、自己点火温度を調整する能力を例証する。
【００４４】
実施例１２：
実施例１に従って形成された組成物は、以下の燃焼速度を示した：１００ｐｓｉｇで、毎秒約０．３インチ（ｉｐｓ）；５００ｐｓｉｇで約０．４５ｉｐｓ；１０００ｐｓｉｇで約０．５９ｉｐｓ；１５００ｐｓｉｇで約０．７３ｉｐｓ；２０００ｐｓｉｇで約０．７５ｉｐｓ；２５００ｐｓｉｇで約０．８８ｉｐｓ；３０００ｐｓｉｇで約０．９８ｉｐｓ；３５００ｐｓｉｇで約１．０５ｉｐｓ；４０００ｐｓｉｇで約１．０７ｉｐｓ。燃焼速度試験は、それぞれサンプルが内部に置かれた鋼製爆弾の中で行われた。
爆弾は０−５５００ｐｓｉで加圧されることができる。長さ０．５インチのプロペラントサンプルが、熱電対と共にエポキシ樹脂中、長さ方向に沿って包まれた。その後、プロペラントのむき出しにされた端が電気的なマッチで点火された。試験温度を約２０−２４℃に維持しつつ、サンプルを様々な圧力で点火した。燃焼速度が、ついでそれぞれの試験について測定された。この例は、本発明の組成物が、いかにして自己点火機能とガス生成機能の両方において受容可能な燃焼速度を提供するかを例証する。
【００４５】
例示の観点から、例１において例証されるような好ましい組成物は次のものを含むだろう：２２．０−２４．０重量％のＤＬ−酒石酸、１４．０−１６．０重量％のコハク酸、１９．０−２１．０重量％の塩素酸カリウムおよび４１．０−４３．０重量％の過塩素酸カリウム。別の表現をすれば、ここで例証されるように、燃料の最適比は、エイジングの後に比較的低い自己点火温度および優れた熱的安定性をもたらす。更に、ここで例証されるように、酸化剤の最適比は、エイジングの後に信頼できる自己点火機能、および制限された反応性をもたらす。
【００４６】
例えばｄ−グルコースと塩素酸カリウムを含む炭水化物−塩素酸塩システムのような公知の自己点火物質はより敏感で、したがって、取扱に関する問題をもたらすことが認識されるべきである。従って、これらの物質の移送のために特別の設備が作られなければならない。一方、本発明の自己点火／ガス生成組成物は湿りにくく、より容易に輸送され、公知の自己点火物質ほど敏感ではない。
【００４７】
図１に示されるように、例示されるインフレータまたはガス生成システム１０は、公知の技術により製造することのできる、本発明に従って形成された第一のガス生成／自己点火組成物１２を含むようにあつらえられた２重のチャンバー設計を有する。米国特許第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。
【００４８】
図２を参照する。本発明の例示的なインフレータまたはガス生成システム１０は、エアバッグシステム２００に組み入れられることができる。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、エアバッグの内部と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、本発明のガス生成組成物を含むインフレータ−１０を含んでいる。エアバッグシステム２００は、さらに衝突センサー２１０を含むかまたはこれと接続されることができる。衝突センサー２１０は、たとえば、衝突の際にエアバッグインフレータ−１０の活性化を介して、エアバッグシステム２００の発動の信号を発する衝突センサーアルゴリズムを含む。
【００４９】
図２を再度参照する。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、より広く、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もできる。図２はそのような拘束システムの１つの例示的な実施態様の模式的な図を示す。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（例えばばねによるメカニズム）が、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、ガス生成物質／自動点火組成物１２を含む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の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、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許５，７４３，４８０、５，５５３，８０３、５，６６７，１６１、５，４５１，００８、４，５５８，８３２および４，５９７，５４６に記載されている。典型的なプリテンショナーの例は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許６，５０５，７９０および６，４１９，１７７に記載されている。
【００５０】
安全ベルトアセンブリー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（示されない）の起動によってベルトプリテンショナー１５６の発動の信号を発する衝突センサーアルゴリズムを有する、衝突センサー１５８（例えば慣性センサーまたは加速度計）を有する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６，５０５，７９０および６，４１９，１７７は、そのような方法で始動されるプリテンショナーの例を提供する。
【００５１】
安全ベルトアセンブリー１５０、エアバッグシステム２００、およびより広くより包括的な乗り物乗員拘束システム１８０は、例示にすぎず、本発明により企図されるガス生成システムを何ら制限するものではない。
【００５２】
本発明の先の記述は例示の目的だけのためにあり、ここに示された様々な構造および操作上の特徴は、特許請求の範囲により画定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者により多くの改良を受けることができることは理解されるだろう。本明細書の記述は、したがって、本発明の範囲を制限するのが目的ではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびそれらの等価物によってのみ決定される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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んでいる例示的な乗り物乗員拘束システムの概要図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一燃料としてＤＬ−酒石酸を約５−４０％；
カルボン酸、アミノ酸、テトラゾール類、トリアゾール類、グアニジン類、アゾアミド類、それらの金属塩および非金属塩類、およびそれらの混合物から選択された第二の燃料を約０．１から３０％；
第１の酸化剤としての塩素酸カリウムを約５−７０％；を含む組成物、
ここで前記の％は組成物の合計重量と比較した各成分の重量に基づく。
【請求項２】
さらに第二の酸化剤を合計の組成物の約０．１−５０重量パーセントで含み、該第二の酸化剤が金属過塩素酸塩、金属硝酸塩、金属亜硝酸塩、金属酸化物、塩基性金属硝酸塩および混合物から選択される、請求項１記載の組成物。
【請求項３】
前記の第二の酸化剤が過塩素酸カリウム、硝酸ストロンチウム、硝酸カリウム；亜硝酸カリウム；塩基性硝酸銅；酸化鉄、酸化銅；およびそれらの混合物から選択される、請求項２記載の組成物。
【請求項４】
第２の燃料が、粘液酸、シュウ酸、サリチル酸、リンゴ酸、フマル酸、マロン酸、バルビツル酸、グルタミン酸、アジピン酸および混合物から選択されたカルボン酸を含む、請求項１記載の組成物。
【請求項５】
前記の第２の燃料が、グリシン、ヒスチジン、アルギニンおよびセリン、ならびにそれらの混合物から選択されたアミノ酸を含む、請求項１記載の組成物。
【請求項６】
前記の第２の燃料が、５−アミノテトラゾール；５−アミノテトラゾールカリウム；５−アミノテトラゾール硝酸塩；５−ニトロアミノテトラゾール；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ジカリウム；およびそれらの混合物から選択されるテトラゾールを含む、請求項１記載の組成物。
【請求項７】
前記の第２の燃料が、ニトログアニジン、ジシアンジアミド、グアニジン硝酸塩、アゾジカルボンアミド、アゾジカルボンアミド二硝酸塩およびそれらの混合物から選択される、請求項１記載の組成物。
【請求項８】
請求項１記載の組成物を含むガス生成システム。
【請求項９】
請求項１記載の組成物を含む乗り物乗員保護システム。
【請求項１０】
さらに過塩素酸カリウムを含み、ＤＬ−酒石酸は約５−４０重量パーセントで提供され、コハク酸は約０．１−３０重量パーセントで提供され、塩素酸カリウムは約５−７０重量パーセントで提供され、過塩素酸カリウムは約０．１−５０重量パーセントで提供される、請求項１記載の組成物。
【請求項１】
第一燃料としてＤＬ−酒石酸を約５−４０％；
カルボン酸、アミノ酸、テトラゾール類、トリアゾール類、グアニジン類、アゾアミド類、それらの金属塩および非金属塩類、およびそれらの混合物から選択された第二の燃料を約０．１から３０％；
第１の酸化剤としての塩素酸カリウムを約５−７０％；を含む組成物、
ここで前記の％は組成物の合計重量と比較した各成分の重量に基づく。
【請求項２】
さらに第二の酸化剤を合計の組成物の約０．１−５０重量パーセントで含み、該第二の酸化剤が金属過塩素酸塩、金属硝酸塩、金属亜硝酸塩、金属酸化物、塩基性金属硝酸塩および混合物から選択される、請求項１記載の組成物。
【請求項３】
前記の第二の酸化剤が過塩素酸カリウム、硝酸ストロンチウム、硝酸カリウム；亜硝酸カリウム；塩基性硝酸銅；酸化鉄、酸化銅；およびそれらの混合物から選択される、請求項２記載の組成物。
【請求項４】
第２の燃料が、粘液酸、シュウ酸、サリチル酸、リンゴ酸、フマル酸、マロン酸、バルビツル酸、グルタミン酸、アジピン酸および混合物から選択されたカルボン酸を含む、請求項１記載の組成物。
【請求項５】
前記の第２の燃料が、グリシン、ヒスチジン、アルギニンおよびセリン、ならびにそれらの混合物から選択されたアミノ酸を含む、請求項１記載の組成物。
【請求項６】
前記の第２の燃料が、５−アミノテトラゾール；５−アミノテトラゾールカリウム；５−アミノテトラゾール硝酸塩；５−ニトロアミノテトラゾール；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ジカリウム；およびそれらの混合物から選択されるテトラゾールを含む、請求項１記載の組成物。
【請求項７】
前記の第２の燃料が、ニトログアニジン、ジシアンジアミド、グアニジン硝酸塩、アゾジカルボンアミド、アゾジカルボンアミド二硝酸塩およびそれらの混合物から選択される、請求項１記載の組成物。
【請求項８】
請求項１記載の組成物を含むガス生成システム。
【請求項９】
請求項１記載の組成物を含む乗り物乗員保護システム。
【請求項１０】
さらに過塩素酸カリウムを含み、ＤＬ−酒石酸は約５−４０重量パーセントで提供され、コハク酸は約０．１−３０重量パーセントで提供され、塩素酸カリウムは約５−７０重量パーセントで提供され、過塩素酸カリウムは約０．１−５０重量パーセントで提供される、請求項１記載の組成物。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−３１４４１１（Ｐ２００７−３１４４１１Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１１５０９０（Ｐ２００７−１１５０９０）
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【出願人】（５０７０００１４３）ティー ケー ホールディングス インク (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１５０９０（Ｐ２００７−１１５０９０）
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【出願人】（５０７０００１４３）ティー ケー ホールディングス インク (18)
【Ｆターム（参考）】
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