JP2007332021A - ガス生成物質組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼固体の量を減らしてもガスの発生量が増加し、インフレータの重量および／またはサイズを低減することができるガス発生組成物を提供する。
【解決手段】燃料成分を５−アミノテトラゾールの遷移金属塩類から選択し、相安定化された硝酸アンモニウムが主酸化剤として含まれる。任意の第２の燃料は、テトラゾール、トリアゾール、アゾール、グアニジンおよびそれらの塩類、グアニジン誘導体、アミドおよびそれらの混合物から選択する。任意の第二の酸化剤は、金属または非金属の、硝酸塩、亜硝酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、酸化物から選ばれる。
【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２００６年５月３１日に出願された米国仮出願番号６０／８１０，００６の利益を要求する。

本発明は、一般にガス生成システムに関する。また、例えば、自動車の拘束システムのためのガス発生装置に使用されるガス生成組成物に関する。

本発明の背景
本発明は、燃焼に際して比較的少量の個体と比較的豊富な量のガスを生成するガス生成組成物に関する。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用のろ過についての要求を低減することは進行中の挑戦である。その結果、フィルターのサイズが小さくされるか、または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ことができる。さらに、燃焼固体の減少は、１グラムまたは単位量当たりのガス生成組成物のガス生成物の生成量を大きくする。従って、１グラムのガス生成組成物当たり、より多量のモル数のガスが生成される場合には、より少ない量のガス生成組成物が必要とされる。これは典型的には、減少された製造の複雑性に起因して、より小さなより安価なインフレータに帰着する。

別の課題は、組成物が乗り物乗員保護システムでの使用に関して満足な燃焼速度を示さなければならないということである。相安定化された硝酸アンモニウムを含む組成物は、比較的より低い燃焼速度を示し、燃焼速度を改善する様々な手段を必要とすることがある。従って、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の激しくない燃焼特性に関して必要な調節が行われることは、エネルギー燃料の開発における１つの進行中の重要な研究である。

本発明の要約
上記の課題は、新規なガス生成物質組成物によって解決される。燃料成分または化合物は、５−アミノテトラゾール銅、５−アミノテトラゾールニッケル、５−アミノテトラゾール亜鉛を含む５−アミノテトラゾールの遷移金属塩類から選択される。公知の方法で安定した、相安定化された硝酸アンモニウムは、主酸化剤として含まれる。任意の第２の燃料は、テトラゾールおよびそれらの塩類、トリアゾールおよびそれらの塩類、アゾールおよびそれらの塩類、グアニジンおよびそれらの塩類、グアニジン誘導体、アミドおよびそれらの混合物から選ばれることができる。

任意の第二の酸化剤は、金属または非金属の、硝酸塩、亜硝酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、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る。本発明はさらに、かかるガス生成組成物を含む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に関する。

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：低い融点の共融混合物の形成を防ぐ改善された能力、改善された流出物品質、高められた熱的安定性、および／または酸化剤として相安定化された硝酸アンモニウムを使用する時の改善された燃焼速度。５−アミノテトラゾールの遷移金属塩および相安定化された硝酸アンモニウム（ＰＳＡＮ）を含むガス生成物質組成物が提供される。ＰＳＡＮは、たとえば、公知の方法で硝酸アンモニウム内に約１０％の共沈殿された硝酸カリウムを含んでいる。この組み合わせは、１５００ｐｓｉで０．８ｉｐｓの燃焼速度、または５５００ｐｓｉで１．５ｉｐｓの燃焼速度、および／また１０７℃で４００時間以上の熱的安定性を有するガス生成組成物に帰着する。

１つの実施態様では、５−アミノテトラゾールの銅塩が、ガス生成組成物の合計の約７０重量％で燃料として提供される。相安定化された硝酸アンモニウムは、ガス生成組成物の合計の約３０重量％で提供される。一般に、５−ＡＴのニッケル、マグネシウム、亜鉛または銅の複合体／塩類を含む５−アミノテトラゾールの遷移金属塩を含む燃料成分は、組成物の約５−７０重量％で提供されることができる。相安定化された硝酸アンモニウムを含む、酸化剤成分は、約５−７０重量％で提供されることができる。

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；５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールの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のようなアゾールの硝酸塩；５−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；５−アミノテトラゾール ジカリウムのようなアゾール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 ジカリウムのようなアゾール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 モノアンモニウムのようなアゾールのニトロアミン誘導体の非金属塩類；ジシアンジアミドのようなグアニジン；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；またはそれらの混合物、を含む。所望であれば、これらの燃料は、合計の組成物の約０．１−２５重量パーセントで提供される。５−アミノテトラゾールの遷移金属複合体と組み合わされた時、第二の燃料は、合計の組成物の約５−７０重量パーセントで提供される。燃料の好ましい量は合計の組成物の約３０重量パーセントである。

第二の酸化剤は、硝酸ストロンチウムおよび硝酸カリウムのような硝酸金属塩；亜硝酸カリウムのような亜硝酸金属塩；酸化鉄のような金属酸化物；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、過塩素酸または塩素酸の非金属または金属塩；および当業者によって認識される他の酸化剤を包含する。所望であれば、これらの酸化剤は、合計の組成物の約０．１−２５重量パーセントで提供される。

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、または破砕され、次いで粒状にすることができる。ガス生成物質は、さらにたとえばセルロース誘導体、酢酸セルロースおよび酢酸酪酸セルロース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；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％で、より好ましくは約０−５重量％で一般に提供される。

スラグ形成剤も提供されることができ、珪素元素；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；ケイ酸カリウムのようなケイ酸塩；のような珪素化合物；タルク、雲母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またはクーラントから選択される。スラグ形成剤は、約０−１０重量％で典型的に提供され、より好ましくは約０−５重量％で提供される。

本発明の組成物は、日本カーバイド、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状で提供され、公知の方法で乾式混合され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、または安全ベルトデバイスにおいて使用されるガス生成装置、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使用されることができる。これらはすべて公知の方法で製造することができ、当業者には理解されるものである。

実施例
以下の実施例は、本発明の組成物の利点を例証する：
実施例１
組成物は、合計の組成物の３０重量パーセントの乾燥した５−アミノテトラゾール銅塩と、約７０重量パーセントの乾燥した相安定化された硝酸アンモニウムを均質に混合することにより形成された。合成のガス収率は合計の燃焼生成物の約８８．５％だった。１０７℃で約４００時間熱エージングした時、重量損失は合計の組成物の約０．３０から０．５０重量パーセントであった。

比較例２
組成物は、約２５．８重量パーセントの５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾール（ＢＨＴ−２ＮＨ３）のジアンモニウム塩、約６５．４３重量パーセントの相安定化された硝酸アンモニウム、約７．４７重量パーセントの硝酸ストロンチウムおよび約１．３重量パーセントのクレーを均質に混合することにより形成された。得られたガス収率は燃焼生成物の合計の約９２％だった。１０７℃で約４００時間熱エージングした時、重量損失は合計の組成物の約０．２０重量パーセントであった。

比較例３
組成物は、実施例１として同様の方法で、約５３重量パーセントのグアニジン硝酸塩および約４７重量パーセントの塩基性硝酸銅を均質に混合して形成された。得られたガス収率は燃焼生成物の合計の約７５％だった。１０７℃で約４００時間熱エージングした時、重量損失は合計の組成物の約０．３０から０．５０の重量パーセントであった

実施例４
本発明にしたがって組成物が、実施例１で与えらた方法と同じ方法で形成された。燃焼速度テストは、重さ約２．６グラム、高さ約０．４５インチ、直径約０．５インチを有しているサンプルを使用して行なわれた。それぞれのサンプルはそれぞれ示された圧力の下で点火された。また、それにより燃焼速度が測定された。燃焼速度は１０００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．４８インチ（ｉｐｓ）；１５００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．６５インチ；約２０００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．７２インチ；２５００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．８８インチ；３０００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．８２インチ；４０００ｐｓｉｇで１秒当たり約１．１９インチ；４５００ｐｓｉｇで１秒当たり約１．１８インチ；５５００ｐｓｉｇで１秒当たり約１．２８インチ。

比較例５
組成物は、比較例３で与えられるものと同じ方法で形成された。燃焼速度は１０００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．２８インチ； １５００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．３０インチ； 約２０００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．３４インチ； ２５００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．３６インチ； ３０００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．３８インチ； ４０００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．４２インチ； ４５００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．７８インチ； ５０００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．７２インチ；５５００ｐｓｉｇで１秒当たり約０．４６インチ。

実施例６
組成物は、本発明により実施例１の中で与えられるのと同じ方法で形成された。示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）評価は、ＵＳＣＡＲ基準により、熱エイジング前には、２５８．８９℃で発熱を示した。約４００時間の１０７℃で熱エイジングの後、ＤＳＣ評価は２６６．１９℃での発熱を示し、それにより熱エイジングの前後の本発明の組成物の熱的安定性を例証した。

実施例７
実施例１と同様の方法により本発明の組成物が形成された。ＤＳＣ評価は２５９℃での発熱を示した。しかし、１０７℃の近傍またはそれ以下で低温での共溶融を示さなかった。これは、ＵＳＣＡＲの要件によって定義された４００時間１０７℃の熱エイジングに、本発明の例示的な組成物が耐えることを確認した。

実施例８
組成物は、合計の組成物の約２３重量パーセントの乾燥した５−アミノテトラゾールカリウムと、約７７重量パーセントの乾燥した相安定化された硝酸アンモニウムを均質に混合することにより形成された。ＤＳＣ測定は、約９８．４℃での低温共溶融を示した。それにより、ＵＳＣＡＲの要件によって定義された４００時間１０７℃の熱エイジングに、この組成物が耐えないことを確認した。実施例７でのような実質的な発熱は生じなかった。

従って、この例は本発明の組成物の高められた熱的安定性を例証する。銅は、その固有の絶縁特性およびその熱伝導性のために燃料成分中の望ましい要素である。例えば豊富な窒素を含むことをはじめとする固有のガス生成特性、および比較的安い価格での商業的入手性のために、５−アミノテトラゾールも好ましい。それにもかかわらず、銅と、５−アミノテトラゾールが相安定化された硝酸アンモニウムとの組み合わせられた場合には、貧弱な熱的安定性のような課題がある。

本発明によれば、銅のような遷移金属と５−アミノテトラゾールとの複合体には、燃焼ガスの向上された熱安定性と、高められた冷却特性をはじめとする複数の利点が見いだされた。銅（または錯体の中心の遷移金属）の電子求引性の性質は、５−アミノテトラゾールの第一アミン基の電子密度を下げると信じられている。そのために５−ＡＴのＮＨ２基の電子の非局在化は、硝酸アンモニウムの酸性基との相互作用を防ぎ、硝酸アンモニウムとの金属イオンの相互作用を高めると信じられている。

本実施例は、本発明の組成物の優れた燃焼速度および点火特性、および優れたガス生成をさらに例証する。別の表現をすれば、本発明の組成物の改善された点火特性は、比較例２および３の組成物と比較して、視覚的に周囲条件で観察される。遷移金属種を含んでいる他の組成物と異なり、５−アミノテトラゾールの本発明の複合体は、銅ジアンミンのような、遷移金属ジアンミンおよびトリアンミンの形成を防ぐと信じられている。典型的には、熱エージングと時間経過の後に固溶体中にジアンミンおよびトリアンミン が形成されると、プロペラントは青い色を示すだろう。遷移金属塩と５−アミノテトラゾールの錯体形成によって、アンミンの望ましくない形成は実質的にそうでなければ完全に禁じられ、それにより、増加した性能信頼性にも寄与すると信じられている。さらなる別の利点は、ガス生成物中の減少した量のＮＨ_３であり、それにより、たとえばＵＳＣＡＲ要件への適合性を高める。

５−アミノテトラゾールおよびＰＳＡＮを含む組成物での、約１００℃での低温共溶融体の形成は本発明の組成物では防がれるとさらに信じられている。その結果、熱的安定性は高められる。

図１中で示されたように、ダブルチャンバー設計を組込む例示的なインフレータまたはガス生成システム１０は公知の方法で製造されることができる。ガス生成システム１０のインフレータ１２は、本発明の形成されたガス生成組成物を含むであろう。それらの全体が参照され本明細書に組み入れられる米国特許番号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する。

図２を参照する。上記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可能にエアバッグ２０２に連結されて、本発明のガス生成組成物１２を含んでいるインフレータ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（または接続される）ことができる。衝突センサー２１０は、例えばエアバッグインフレータ１０の起動によって衝突の際にエアバッグシステム２００の発動ま信号を発する公知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含んでいる。

図２を再び参照する。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ができる。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１５２のハウジング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、ガス生成／自己点火組成物１２を含んでいる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、それらの全体が参照され本明細書に組み入れられる米国特許番号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。

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。

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。

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。

Claims (10)

1. ５−アミノテトラゾールの遷移金属複合物から選ばれた第１の燃料；および
   第一の酸化剤としての相安定化された硝酸アンモニウムを含む組成物であって、
   合計の組成物の重量に基づいて、第１の燃料が約５−７０％で提供され、相安定化された硝酸アンモニウムが約５−７０％で提供される組成物。
2. 請求項１記載の組成物を含むガス生成システム。
3. 請求項１記載の組成物を含む乗り物乗員保護システム。
4. テトラゾール類、アゾールの金属塩類、アゾールの非金属塩類、アゾールの硝酸塩類、アゾールのニトロアミン誘導体、アゾールのニトロアミン誘導体の金属塩類、グアニジン類、グアニジン類のニトロ誘導体、アゾアミド類、アゾアミド類の硝酸塩類、およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの第二の燃料をさらに含む、請求項１記載の組成物。
5. ５−アミノテトラゾール、５−アミノテトラゾールカリウム、５，５’−ビス−１Ｈ−テトラゾールのジアンモニウム塩、５−アミノテトラゾール硝酸塩、５−アミノテトラゾール ジカリウム、ジシアンジアミド、グアニジン硝酸塩、ニトログアニジン、アゾジカルボンアミド、アゾジカルボンアミジン二硝酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの第二の燃料をさらに含み、５−アミノテトラゾールの遷移金属複合体と組み合わされたときに、第二の燃料は合計の組成物の約５−７０重量パーセントで提供される、請求項１記載の組成物。
6. 金属硝酸塩、塩基性金属硝酸塩、金属亜硝酸塩、金属酸化物、金属および非金属の過塩素酸塩、金属および非金属の塩素酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも１つの第二の酸化剤を含み、該第二の酸化剤は合計の組成物の約０．１−２５重量パーセントで提供される、請求項１記載の組成物。
7. 硝酸ストロンチウム、硝酸カリウム、亜硝酸カリウム；酸化鉄；過塩素酸アンモニウム、過塩素酸カリウム、およびそれらの混合物から成る群から選択される少なくとも１つの第二の酸化剤をさらに含む、請求項１記載の組成物。
8. ５−アミノテトラゾールの遷移金属複合体が、５−アミノテトラゾール 銅、５−アミノテトラゾール ニッケル、および５−アミノテトラゾール 亜鉛から選択される、請求項１記載の組成物。
9. ５−アミノテトラゾールの遷移金属複合体が、５−アミノテトラゾール 銅である、請求項１記載の組成物。
10. 請求項１、４、５、６、７、８または９のいずれか１項記載の組成物を含むガス生成装置。

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