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JP2008174441A - Gas generating system and composition - Google Patents

Gas generating system and composition Download PDF

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JP2008174441A
JP2008174441A JP2007256920A JP2007256920A JP2008174441A JP 2008174441 A JP2008174441 A JP 2008174441A JP 2007256920 A JP2007256920 A JP 2007256920A JP 2007256920 A JP2007256920 A JP 2007256920A JP 2008174441 A JP2008174441 A JP 2008174441A
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JP
Japan
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composition
weight
acid
oxidant
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007256920A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Paresh S Khandhadia
エス. ハンドハーディア パレシュ
Hideki Mizuno
ヒデキ ミズノ
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TK Holdings Inc
Original Assignee
TK Holdings Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify the production of a gas generating system by reducing a size, weight and numbers of elements required in their production and to provide a gas generating material composition to be used. <P>SOLUTION: The gas generating system with no booster chamber is provided. An inflator contains a composition containing a metal chlorate as a first oxidizing agent, a carboxylic acid, dicarboxylic acid or their mixture as a first fuel and a second oxidizing agent not having properties of a perchlorate. The metal chlorate of about 10-20 wt.%, the first fuel of about 15-45 wt.% and the second oxidizing agent of about 30-50 wt.% based on a weight of a total composition are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

関連する出願との相互参照
本出願は、2006年9月30日に出願された米国仮出願番号60/848,682の利益を要求する。
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 848,682, filed September 30, 2006.

発明の背景
本発明は、一般にガス生成システム、およびたとえば自動車の拘束システムのためのガス発生装置において使用されるガス生成物質組成物に関する。当該技術分野において公知のものとして、ガス生成システムは、乗り物乗員保護システムのガスにより始動される要素に膨張または作動ガスを供給するために使用されることができる。進行中の挑戦は、サイズ、重量、およびそれの生産の中で要求される要素の数を減じることにより、ガス生成システムの製造を単純化することである。例えば、乗り物乗員保護システムの中で使用される多くのガス生成装置では、いくつかの個別の組成物が、対応する個別の機能に役立つために提供される。これらの組成物はしばしば第一のガス生成組成物を含み、これは燃焼された時、エアバッグまたはシートベルトプリテンショナーのような組み合わせられる拘束デバイスを作動すさせるために十分に多量のガス生成物を提供する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to gas generant systems and gas generant compositions used in gas generators, for example, for automotive restraint systems. As is known in the art, gas generation systems can be used to supply inflation or working gas to gas-activated elements of a vehicle occupant protection system. An ongoing challenge is to simplify the production of gas generation systems by reducing the size, weight, and number of elements required in its production. For example, in many gas generators used in vehicle occupant protection systems, several individual compositions are provided to serve corresponding individual functions. These compositions often include a first gas generant composition that, when burned, has a sufficiently large amount of gas product to activate a combined restraint device such as an air bag or seat belt pretensioner. I will provide a.

ブースター組成物は第一のガス生成物質の燃焼に先立ちガス生成装置内の圧力および熱を上げるために利用され、それにより、第一のガス生成物質の効率的な燃焼を容易にする、インフレータ内の条件を作成する。   The booster composition is utilized to increase the pressure and heat in the gas generator prior to combustion of the first gas generant, thereby facilitating efficient combustion of the first gas generant. Create a condition for.

その他の組成物は、燃焼の際に他の組成物の安全な燃焼を提供するために使用される自己点火組成物である。自己点火組成物は、たとえば第一のガス生成物質の融点より下の温度で点火するように設計されており、それにより、第一のガス生成物質の制御された燃焼を保証する。自己発火組成物の点火は、自己発火組成物と燃焼可能に連絡されて存在するガス生成組成物に安全に点火するのに必要なフレームフロントおよび圧力フロントを提供する。その結果、主ガス生成物質は、溶融に先立って安全に点火される。   Other compositions are autoignition compositions that are used to provide safe combustion of other compositions during combustion. The autoignition composition is designed to ignite, for example, at a temperature below the melting point of the first gas generant, thereby ensuring controlled combustion of the first gas generant. The ignition of the autoignition composition provides the flame front and pressure front necessary to safely ignite the gas generant composition present in combustible communication with the autoignition composition. As a result, the main gas generant is safely ignited prior to melting.

しかしながら、個別の組成物はそれぞれガス生成システムの効率的で有効な作動に寄与しているが、それぞれの組成物はさらにシステムの重さ、コスト(物質とアセンブリ時間)および容積を増す。例えば、各組成物の操作を容易にし、様々な組成物、ブースター組成物、ガス生成物質および自己発火組成物の間の混合を防ぐために、典型的には別々のチューブまたはチャンバー内に貯蔵される。各組成物のための個別の貯蔵チャンバーの設備は一般に重量、コスト、およびガス生成システムを構成するために必要とされるアセンブリ時間時間を増大させる。さらに、システムの作動中に比較的より多量の燃焼物質が燃焼される場合、対応してより大量の流出物質および熱が、物質の燃焼によって生成されるだろう。したがって、ガス生成システム成分の数、およびシステムの作動中に使用される組成物の数を減じることは有利であろう。   However, each individual composition contributes to the efficient and effective operation of the gas generation system, but each composition further increases the weight, cost (material and assembly time) and volume of the system. For example, typically stored in separate tubes or chambers to facilitate manipulation of each composition and prevent mixing between the various compositions, booster compositions, gas generants and autoignition compositions . Separate storage chamber equipment for each composition generally increases weight, cost, and assembly time required to construct a gas generation system. Furthermore, if a relatively larger amount of combustible material is combusted during system operation, a correspondingly larger amount of effluent material and heat will be generated by the combustion of the material. Therefore, it would be advantageous to reduce the number of gas generating system components and the number of compositions used during system operation.

本発明の要約
上記およびその他の課題は、塩素酸カリウムのような金属塩素酸塩から選ばれた第一の酸化剤、第一の燃料としてのカルボン酸またはジカルボン酸、金属または非金属の硝酸塩、亜硝酸塩、オキサイド、塩基性金属硝酸塩および他の公知の酸化剤から選ばれた第二の酸化剤、並びにテトラゾール類、トリアゾール類およびフラザン類、およびそれらの塩類を含むアゾールから選ばれた任意の第二の燃料を含むガス生成組成物を含むガス生成システムによって解決することができる。ヒュームドシリカおよび/またはグラファイトのような押し出し助剤をはじめとするその他の成分が、比較的小量含まれることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION These and other problems include a first oxidant selected from a metal chlorate such as potassium chlorate, a carboxylic or dicarboxylic acid as the first fuel, a metal or non-metal nitrate, A second oxidant selected from nitrites, oxides, basic metal nitrates and other known oxidants, and any second selected from azoles including tetrazoles, triazoles and furazanes, and salts thereof. It can be solved by a gas generating system comprising a gas generating composition comprising two fuels. Other components, including extrusion aids such as fumed silica and / or graphite, can be included in relatively small amounts.

本発明にはさらに、ガス生成物質/ブースター組成物を組込むガス生成装置および乗り物乗員保護システムも含まれる。本明細書に記載されているような新規なガス生成物質配合物は、ガス生成物質およびブースター組成物の両方の機能を発揮する。あるいは、本明細書に記載されたガス生成物質配合物は、ガス生成物質、ブースター組成物および自己発火組成物の機能を発揮することができる。ガス生成組成物の多機能性の利益を考慮すれば、ブースターおよび/または自己発火物質、並びにブースターおよび/または自己発火物質収容するためのチャンバーを画定する構造は、なくすことができ、それにより、インフレータの製造が単純化される。   The present invention further includes a gas generator and vehicle occupant protection system incorporating the gas generant / booster composition. The novel gas generant formulations as described herein perform the functions of both gas generant and booster compositions. Alternatively, the gas generant blend described herein can perform the functions of a gas generant, a booster composition, and an autoignition composition. Given the multifunctional benefits of the gas generant composition, the structure defining the booster and / or autoignition material and the chamber for containing the booster and / or autoignition material can be eliminated, thereby Inflator manufacturing is simplified.

詳細な説明
図1は、個別のブースターおよびガス生成チャンバーをその内部に組込む、公知のガス生成システム10の横断面を示す。図1,2、および4の中で示されるガス生成システムの実施態様は、たとえば、乗り物乗員保護システムに組み合わされる要素を膨張させるために使用可能なインフレータの形式を示す。しかしながら、そのようなガス生成システムは他の用途に使用されてもよい。本明細書に記載された基本システム要素の構造および操作は、当該技術分野において公知である。さらに、ガス生成システムの構造要素を製造するために使用される物質と技術は、当該技術分野において公知である。
DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 shows a cross section of a known gas generation system 10 incorporating a separate booster and gas generation chamber therein. The embodiment of the gas generation system shown in FIGS. 1, 2 and 4 shows, for example, a form of inflator that can be used to inflate elements associated with a vehicle occupant protection system. However, such a gas generation system may be used for other applications. The structure and operation of the basic system elements described herein are well known in the art. In addition, the materials and techniques used to manufacture the structural elements of gas generation systems are known in the art.

システム10は外側のハウジング12、および外側のハウジング内に配置され、所定量のガス生成物質16をその内部に含んでいる内側のハウジング14を含んでいる。内側のハウジング14は、ガス生成物質のためのコンバスションチャンバーを画定する。内側のハウジングオリフィス18は、内側のハウジング14の内部および外部の間の流体連絡を提供する。流体の流れ経路は、ハウジング12内、およびハウジング12の端または他の部分に形成されたガス出口開口20とオリフィス18との間に提供される。
ブースターチャンバー22は、ブースターカップ23およびディバイダー28によって形成される。チャンバー22はブースター組成物24をその内部に収容する。ディバイダー28はガス生成物質16とブースター組成物24を分離し、ガス生成システムの起動およびブースター組成物の燃焼に際して、ブースターチャンバーとコンバスションチャンバーの間で(開口28aを介して)流体連絡を可能にする。本明細書で使用される用語「ブースターチャンバー」は、ガス生成組成物からブースター組成物を分離する機能を発揮するすべての構造および/または要素を呼ぶものと理解される。イニシエーター32は、当該技術分野において公知の方法で、起動信号の受信に際してブースター組成物24の燃焼を始めるために提供される。自己発火物質30は、自己発火物質の点火を引き起こすのに十分な高い外部温度(例えば火炎によって生成されるような)へのシステムの暴露に際して、ブースター組成物24と流体連絡を提供するかまたは可能にするように配置される。
The system 10 includes an outer housing 12 and an inner housing 14 disposed within the outer housing and including a predetermined amount of gas generant 16 therein. Inner housing 14 defines a combustion chamber for the gas generant. Inner housing orifice 18 provides fluid communication between the interior and exterior of inner housing 14. A fluid flow path is provided between the gas outlet opening 20 and the orifice 18 formed in the housing 12 and at the end or other portion of the housing 12.
The booster chamber 22 is formed by a booster cup 23 and a divider 28. Chamber 22 contains booster composition 24 therein. Divider 28 separates gas generant 16 and booster composition 24 to allow fluid communication between booster chamber and combustion chamber (via opening 28a) upon activation of the gas generating system and combustion of the booster composition. To do. The term “booster chamber” as used herein is understood to refer to any structure and / or element that performs the function of separating the booster composition from the gas generant composition. Initiator 32 is provided to initiate combustion of booster composition 24 upon receipt of the activation signal in a manner known in the art. The autoignition material 30 provides or is capable of providing fluid communication with the booster composition 24 upon exposure of the system to an external temperature high enough to cause ignition of the autoignition material (eg, as generated by a flame). Arranged to be.

図2は、本発明に従うガス生成システム100の一般的な構造を示す横断面の側面図を示す。図1、2および4の中で示されるシステムに共通の要素は、単純性と明瞭性のために同様の要素番号が与えられた。図1および2を比較すると、図1に示される個別のブースター組成物24およびブースターチャンバー22が、図2で示されるシステムにおいて除去されている。これは、ここに記載された実施態様のうちの1つによるガス生成組成物116の使用を通じて達成される。そのような組成物は、ガス生成物質およびブースター組成物の両方の機能、またはガス生成物質、ブースターおよび自己発火組成物の機能を発揮し、それにより、個別の組成物の必要性、および個別の組成物を分離し支持するために必要とされる構造(たとえばブースターカップおよびディバイダー)を排除する。これはシステム重量を減らし、システムエンベロプの長さを短くすることができる。ガス生成物質およびブースター組成物としてのみ機能するガス生成物質が配合される場合、前記のように、点火の場合にシステムの安全な作動を保証するために、個別の自己発火組成物がガス生成システム内の適切な位置に依然として提供されることがある。   FIG. 2 shows a cross-sectional side view showing the general structure of a gas generation system 100 according to the present invention. Elements common to the systems shown in FIGS. 1, 2 and 4 have been given similar element numbers for simplicity and clarity. Comparing FIGS. 1 and 2, the individual booster composition 24 and booster chamber 22 shown in FIG. 1 have been removed in the system shown in FIG. This is achieved through the use of the gas generant composition 116 according to one of the embodiments described herein. Such a composition performs the function of both a gas generant and a booster composition, or the function of a gas generant, a booster and an autoignition composition, thereby requiring a separate composition and individual Eliminate structures required to separate and support the composition (eg, booster cups and dividers). This can reduce the system weight and shorten the length of the system envelope. When gas generants that function only as gas generants and booster compositions are formulated, as described above, a separate autoignition composition is used to ensure a safe operation of the system in the event of ignition. May still be provided at a suitable location within.

1つの実施態様では、本発明に従うガス生成物質組成物は、約10−60重量%の、塩素酸カリウムのような、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、およびそれの混合物から選ばれた第一の酸化剤;約15−45重量%の、DL−酒石酸のような、カルボン酸およびジカルボン酸から選ばれた第一の燃料;約30−50重量%の、金属および非金属の硝酸塩、亜硝酸塩、オキサイドおよび他の公知の酸化剤から選ばれた第二の酸化剤;および約0−30重量%の、テトラゾール類、トリアゾール類、フラザン類およびそれらの塩類から選ばれた第二の燃料を含む。上記の重量%は合計の組成物の重量に基づいて計算された。押し出し助剤または、グラファイトまたはヒュームドシリカのような加工用添加物は、合計の組成物の重量に基づいて、たとえば0.1−2重量%のような、比較的少量加えられることができる。   In one embodiment, the gas generant composition according to the present invention comprises about 10-60% by weight of alkali metal, alkaline earth metal and transition metal chlorates, such as potassium chlorate, and mixtures thereof A first fuel selected from a carboxylic acid and a dicarboxylic acid, such as DL-tartaric acid; about 30-50% by weight, metal and non- A second oxidant selected from metal nitrates, nitrites, oxides and other known oxidants; and about 0-30% by weight selected from tetrazoles, triazoles, furazanes and their salts Contains a second fuel. The above weight percentages were calculated based on the total composition weight. Extrusion aids or processing additives such as graphite or fumed silica can be added in relatively small amounts, such as 0.1-2% by weight, based on the weight of the total composition.

別の実施態様では、本発明に従うガス生成物質組成物は、塩素酸カリウムのような金属塩素酸塩;DL−酒石酸、L−酒石酸、D−酒石酸、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸、粘液酸、フマル酸、しゅう酸、ガラクタル酸、クエン酸、グリコール酸、L−リンゴ酸、および少なくとも1つの−COOH基を有する化合物、およびそれらの混合物をはじめとするカルボン酸およびジカルボン酸から選ばれた第一の燃料;テトラゾール類、トリアゾール類、フラザン類、それの塩類およびそれの混合物をはじめとするアゾール類から選ばれた第二の燃料;金属および非金属の硝酸塩、および過塩素酸塩を含まない他の公知の酸化剤から選ばれた第二の酸化剤;を含む。しかしながら、ガス生成物質、ブースターおよび(任意に)自己発火という多機能性の利点を備える全ての組成物が企図されることは認識されるだろう。   In another embodiment, the gas generant composition according to the present invention comprises a metal chlorate salt such as potassium chlorate; DL-tartaric acid, L-tartaric acid, D-tartaric acid, succinic acid, glutamic acid, adipic acid, mucoic acid, A first selected from carboxylic acids and dicarboxylic acids, including fumaric acid, oxalic acid, galactaric acid, citric acid, glycolic acid, L-malic acid, and compounds having at least one —COOH group, and mixtures thereof A second fuel selected from azoles, including tetrazoles, triazoles, furazanes, salts thereof and mixtures thereof; free of metallic and non-metallic nitrates and other perchlorates A second oxidizing agent selected from known oxidizing agents. However, it will be appreciated that all compositions with the multi-functional advantages of gas generants, boosters and (optionally) autoignition are contemplated.

カルボン酸またはジカルボン酸は、好ましくは一級水素または3以下のPKAを有するだろう。それにもかかわらず、ある種の燃料/塩類では、塩基酸のpKaが5.0以下の範囲にあることがあることが見出された。   The carboxylic acid or dicarboxylic acid will preferably have primary hydrogen or a PKA of 3 or less. Nevertheless, it has been found that for certain fuels / salts, the pKa of the basic acid may be in the range of 5.0 or less.

特定の実施態様では、カルボン酸燃料および第二の燃料を含む燃料成分の合計は、合計の組成物の重量に基づいて約20−45重量%で提供される;酸化剤成分は合計の組成物の重量に基づいて約20−50重量%で提供される;また、塩素酸カリウムまたは金属塩素酸塩は、合計の組成物の重量に基づいて約10−60重量%で提供される。ここで塩素酸塩の重量パーセントは酸化剤とは別に計算される。公知の方法の乾式または湿式混合により、顆粒状の形状の成分を混合し、ついでペレット化または他の方法で組成物をさらなる使用に適する形態に成形することにより組成物を形成することができる。成分は、フィッシャーケミカル、アルドリッチケミカル、GFSおよび他の公知の供給業者によって提供されることができる。本発明の実施態様は次の実施例によって例証される:   In certain embodiments, the sum of the fuel components including the carboxylic acid fuel and the second fuel is provided at about 20-45% by weight based on the weight of the total composition; the oxidant component is the total composition. The potassium chlorate or metal chlorate is provided at about 10-60% by weight based on the weight of the total composition. Here, the weight percentage of chlorate is calculated separately from the oxidizing agent. Compositions can be formed by mixing the components in granular form by dry or wet mixing in a known manner and then pelletizing or otherwise shaping the composition into a form suitable for further use. Ingredients can be provided by Fisher Chemical, Aldrich Chemical, GFS and other known suppliers. Embodiments of the invention are illustrated by the following examples:

比較例1
公知のガス生成組成物が、乾燥させた顆粒の26.875重量%のD−グルコースを、約73.125重量%の塩素酸カリウムと均質に混合することにより調製された。重量%は合計の組成物の重量に基づいた。DSC分析によって測定すると、組成物は約144℃で自動発火した。成分から形成されたプロペラントは、ほぼ55.5%のガス収率に帰着した。ブルーストン(Bruceton)テストでは、この配合物の衝撃感度は、2.0インチのHD50を有していた。
Comparative Example 1
A known gas generant composition was prepared by intimately mixing 26.875 wt.% D-glucose of the dried granules with about 73.125 wt.% Potassium chlorate. % By weight was based on the weight of the total composition. The composition ignited at about 144 ° C. as determined by DSC analysis. The propellant formed from the components resulted in a gas yield of approximately 55.5%. In the Bruceton test, the impact sensitivity of this formulation had an HD50 of 2.0 inches.

実施例2
ブースター組成物、自己発火組成物およびガス生成組成物として作用する例示的な配合物が提供された。その配合物は、約19.0重量%の5−アミノテトラゾール、約20.0重量%のDL−酒石酸、約35.0重量%の硝酸ストロンチウムおよび約26.0重量%の塩素酸カリウムを含む。成分は、公知の方法により、あらかじめ比較的小さなサイズに別々に粉砕された。その後、それらは乾式混合され、実質的に均質な組成物を形成した。DSC分析によって測定すると、この組成物は約140℃で自動発火した。成分から形成されたプロペラントは、ほぼ67%のガス収率に帰着した。ブルーストンテストでは、この配合物の衝撃感度は、11.5インチのHD50を有していた。組成物を107℃で約480時間エージングした後、DSC分析によって測定すると、この組成物は依然として約145.1℃で自動発火した。
Example 2
Exemplary formulations have been provided that act as booster compositions, autoignition compositions and gas generant compositions. The formulation comprises about 19.0% by weight 5-aminotetrazole, about 20.0% by weight DL-tartaric acid, about 35.0% by weight strontium nitrate and about 26.0% by weight potassium chlorate. . The ingredients were previously ground separately to a relatively small size by known methods. They were then dry mixed to form a substantially homogeneous composition. The composition autoignited at about 140 ° C. as determined by DSC analysis. The propellant formed from the components resulted in a gas yield of approximately 67%. In the Bluestone test, this formulation had an impact sensitivity of 11.5 inches HD50. After aging the composition at 107 ° C. for about 480 hours, the composition still ignited at about 145.1 ° C. as determined by DSC analysis.

実施例3
ブースター組成物、自己発火組成物およびガス生成組成物として作用する例示的な配合物が提供された。その配合物は、約19.0重量%の5−アミノテトラゾール、約19.0重量%のDL−酒石酸、約50.0重量%の硝酸ストロンチウムおよび約12.0重量%の塩素酸カリウムを含む。成分は、粉砕され、乾式混合され、実質的に均質な組成物を形成した。DSC分析によって測定すると、この組成物は約141℃で自動発火した。成分から形成されたプロペラントは、ほぼ68.2%のガス収率に帰着した。ブルーストンテストでは、この配合物の衝撃感度は、8.8インチのHD50を有していた。図3に示されるように、組成物は、いくつかの圧力範囲にわたって比較的良好な燃焼速度を反映し、特に毎秒0.8インチ(ips)以上の燃焼速度を示した。再び図3を参照する。組成物は、約200psigで約0.2ips、約550psigで約0.35ips、約1000psigで約0.5ips、約1500psigで約0.55ips、約2000psigで約0.85ips、約2500psigで約0.9ips、約3000psigで約0.85ips、約3900psigで約1.2ipsの燃焼速度を示した。したがって、本発明の組成物は、満足のゆく燃焼速度(典型的には、約2500−3000psigで0.4ips以上)を示し、それにより第一のガス生成物質として満足な機能を保証することが示される。組成物は107℃で約480時間エージングされ、DSC分析によって測定すると依然として約174.7℃で自動発火した。
Example 3
Exemplary formulations have been provided that act as booster compositions, autoignition compositions and gas generant compositions. The formulation comprises about 19.0% by weight 5-aminotetrazole, about 19.0% by weight DL-tartaric acid, about 50.0% by weight strontium nitrate and about 12.0% by weight potassium chlorate. . The ingredients were ground and dry mixed to form a substantially homogeneous composition. The composition autoignited at about 141 ° C. as determined by DSC analysis. The propellant formed from the components resulted in a gas yield of approximately 68.2%. In the Bluestone test, the impact sensitivity of this formulation had an HD50 of 8.8 inches. As shown in FIG. 3, the composition reflected a relatively good burn rate over several pressure ranges, in particular a burn rate of 0.8 inches per second (ips) and higher. Refer to FIG. 3 again. The composition is about 0.2 ips at about 200 psig, about 0.35 ips at about 550 psig, about 0.5 ips at about 1000 psig, about 0.55 ips at about 1500 psig, about 0.85 ips at about 2000 psig, about 0.005 at about 2500 psig. The combustion rate was about 0.85 ips at 9 ips, about 3000 psig, and about 1.2 ips at about 3900 psig. Thus, the compositions of the present invention exhibit satisfactory burning rates (typically greater than 0.4 ips at about 2500-3000 psig), thereby ensuring satisfactory function as the first gas generant. Indicated. The composition was aged at 107 ° C. for about 480 hours and still autoignited at about 174.7 ° C. as determined by DSC analysis.

実施例4
ブースター組成物、自己発火組成物およびガス生成組成物として作用する例示的な配合物が提供された。その配合物は、約28.0重量%のDL−酒石酸、約32.0重量%の硝酸ストロンチウムおよび約30.0重量%の塩素酸カリウム、および10%の第二の燃料を含む。成分は、公知の方法により、あらかじめ比較的小さなサイズに別々に粉砕された。その後、それらは乾式混合されて実質的に均質の組成物を形成した。DSC分析によって測定すると、この組成物は約153℃で自動発火した。この成分から形成されたプロペラントは、ほぼ66.1%のガス収率に帰着した。ブルーストンテストでは、この配合物の衝撃感度は、8.1インチのHD50を有していた。
Example 4
Exemplary formulations have been provided that act as booster compositions, autoignition compositions and gas generant compositions. The formulation includes about 28.0 wt% DL-tartaric acid, about 32.0 wt% strontium nitrate and about 30.0 wt% potassium chlorate, and 10% a second fuel. The ingredients were previously ground separately to a relatively small size by known methods. They were then dry mixed to form a substantially homogeneous composition. The composition autoignited at about 153 ° C. as determined by DSC analysis. The propellant formed from this component resulted in a gas yield of approximately 66.1%. In the Bluestone test, the impact sensitivity of this formulation was 8.1 inches HD50.

実施例1−4の中で示されたように、本発明に従って形成された組成物(実施例2−4)は、約180℃以下で好ましく自動点火し、また同様にブースター機能を提供する。本発明の組成物はさらに多量のガスを生産し、十分な燃焼速度を示し、それにより活性化された時に十分な量のガスを生成する。硝酸ストロンチウムのような第二の酸化剤を使用する組成物は相対的に増加したガス量および改善された感度を提供する。H50=3.9以上とのブルーストン感度試験の結果は、U.S.D.O.T規則によるパッケージングへの要求を和らげる。従って、3.9以上の感度試験結果を有する組成物は実質的なパッケージングにおける利点を提供する。
5−アミノテトラゾールのような第二の燃料の、カルボン酸またはジカルボン酸、第二の酸化剤、および塩素酸カリウムとの混合物の使用は、大量のガス、受容可能な自己発火温度およびブースター機能を発現する。そのため、このようにして形成された組成物は、通常ガス生成装置において使用される、別々のブースター組成物、自己発火組成物、およびガス生成物質組成物の3つを1つで置き換えるために提供されることができる。
As demonstrated in Examples 1-4, the composition formed in accordance with the present invention (Example 2-4) preferably auto-ignites below about 180 ° C. and also provides a booster function. The composition of the present invention produces a greater amount of gas and exhibits a sufficient burning rate, thereby producing a sufficient amount of gas when activated. Compositions using a second oxidant such as strontium nitrate provide a relatively increased gas volume and improved sensitivity. The result of the bluestone sensitivity test with H50 = 3.9 or higher is U.S. Pat. S. D. O. Relieve packaging requirements with T rules. Thus, a composition having a sensitivity test result of 3.9 or greater provides substantial packaging advantages.
The use of a mixture of a second fuel, such as 5-aminotetrazole, with a carboxylic acid or dicarboxylic acid, a second oxidant, and potassium chlorate can produce large amounts of gas, acceptable autoignition temperature and booster function. To express. Thus, the composition thus formed is provided to replace one of three separate booster compositions, autoignition compositions, and gas generant compositions that are typically used in gas generators. Can be done.

実施例 5−16
以下の表1に示されたように、示された様々な酸は、塩類に変換され、化学量論量で塩素酸カリウムと混合された時、様々な用途において受容可能な自己発火温度を示す。ある場合において自己発火温度は180℃を超えるが、ハイブリッドインフレータおよびシートベルトプリテンショナーのような選択された用途においては依然として有用である。これらの実施例は、生じる塩類および塩素酸カリウムによって与えられた自己発火特性を反映することが認識されるだろう。さらに示されるように、約3.05以下のpKaを示す酸は、一般に170−180℃未満の自己発火温度を提供する。しかしながら、例えば、250℃程度の自己発火温度が受容可能な場合には、約5.0以下のpKaを示す酸も依然として受容可能なことがある。クエン酸およびマロン酸のようなある種の酸は、塩素酸カリウムと化学量論的に結合した時、自己発火機能を満たさないことがある。しかし少なくとも1つの第二の酸化剤と組み合わされた場合には、ブースター酸化剤および第一のガス生成物質として機能する。参照され本明細書の一部として組み込まれる、同一出願人による同時継続中の米国特許出願番号11/479,493に記載されているような乾燥剤の使用は、ある特定の環境下において、ガス生成装置内の最適の環境条件を維持し、それにより自己発火、ブースターおよび第一のガス生成組成物として使用された時に組成物の三機能の発現を容易にする。
Example 5-16
As shown in Table 1 below, the various acids shown show acceptable autoignition temperatures in various applications when converted to salts and mixed with stoichiometric amounts of potassium chlorate. . In some cases, the autoignition temperature exceeds 180 ° C., but is still useful in selected applications such as hybrid inflators and seat belt pretensioners. It will be appreciated that these examples reflect the autoignition properties provided by the resulting salts and potassium chlorate. As further shown, acids exhibiting a pKa of about 3.05 or less generally provide an autoignition temperature of less than 170-180 ° C. However, for example, if an autoignition temperature on the order of 250 ° C. is acceptable, an acid exhibiting a pKa of about 5.0 or less may still be acceptable. Certain acids, such as citric acid and malonic acid, may not fulfill the autoignition function when stoichiometrically combined with potassium chlorate. However, when combined with at least one second oxidant, it functions as a booster oxidant and a first gas generant. The use of a desiccant as described in co-pending US patent application Ser. No. 11 / 479,493, referenced and incorporated as part of this specification, may cause gasses under certain circumstances. Maintaining optimal environmental conditions within the generator, thereby facilitating the development of the tri-function of the composition when used as autoignition, booster and first gas generating composition.

Figure 2008174441
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本発明によればさらに、当該技術分野において公知のようにして製造されたガス生成装置、および当該技術分野において公知のようにして製造された乗り物乗員保護システムも企図されることが認識されるだろう。そのため、本発明の自己発火組成物は、ガス生成装置、シートベルトアセンブリー、および/または乗り物乗員保護システムにおいて使用される。これらはすべて当該技術分野において公知のようにして製造される。   It will be appreciated that the present invention further contemplates gas generators manufactured as known in the art and vehicle occupant protection systems manufactured as known in the art. Let's go. As such, the autoignition composition of the present invention is used in gas generators, seat belt assemblies, and / or vehicle occupant protection systems. All of these are manufactured as known in the art.

本発明の異なる態様では、本発明の組成物はガス生成システム内に使用されることができる。例えば、図3の中で概略的に示されるように、公知の方法で作られた乗り物乗員保護システムは、ハンドル中のエアバッグインフレータ、およびさらにシートベルトアセンブリーと電気的に接続された衝突センサーを含む。本発明のガス生成組成物は、より広範な乗り物乗員保護システムまたはガス生成システム内の両方のサブアセンブリー中で使用されることができる。より具体的には、自動車のガス生成システムにおいて使用されるそれぞれのガス生成装置は、本明細書に記載されているようなガス生成組成物を含むことができる。押し出し助剤は、タルク、グラファイト、ボラジン[(BN)]、窒化ホウ素、ヒュームドシリカ、およびヒュームドアルミナから選ばれることができる。押し出し助剤は好ましくは合計の組成物の0−10%を構成し、より好ましくは合計の組成物の0−5%を構成する。 In different aspects of the invention, the compositions of the invention can be used in gas generation systems. For example, as schematically shown in FIG. 3, a vehicle occupant protection system made in a known manner includes an air bag inflator in a steering wheel, and a crash sensor electrically connected to a seat belt assembly. including. The gas generant composition of the present invention can be used in a wider vehicle occupant protection system or in both subassemblies within the gas generant system. More specifically, each gas generating device used in an automobile gas generating system can include a gas generating composition as described herein. The extrusion aid can be selected from talc, graphite, borazine [(BN) 3 ], boron nitride, fumed silica, and fumed alumina. The extrusion aid preferably comprises 0-10% of the total composition, more preferably 0-5% of the total composition.

組成物は当該技術分野において公知の方法を使用して、乾式または湿式混合することができる。様々な成分は、微粒子の形状で一般に提供され、他のガス生成物質成分と混合されて均一の混合物を形成する。   The composition can be dry or wet mixed using methods known in the art. The various components are generally provided in particulate form and are mixed with other gas generant components to form a uniform mixture.

ここに与えられたパーセントおよび重量%はすべて、ガス生成組成物の合計重量に基づいたものであることが留意されるべきである。ここに記載された化学薬品は、たとえばアルドリッチケミカル社のような会社によって供給される。   It should be noted that all percentages and weight percentages given herein are based on the total weight of the gas generant composition. The chemicals described herein are supplied by companies such as Aldrich Chemical Company.

図4の中で示されるように、別の例示的なインフレータ200は、ドライバーサイドエアーバッグモジュールのための単一のチャンバーインフレータ設計を組み入れる。一般に、本明細書に記載されたように形成されるガス生成物質/ブースター216を含むインフレータは、当該技術分野において公知のようにして製造されることができる。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し、参照され本明細書の一部として組み込まれる。本発明によれば、ガス生成システム200は個別のブースター組成物を組込まず、したがって、ブースターチャンバーを組込まない。上述のように、ブースターおよびガス生成物質として機能する組成物の使用は、インフレータ設計の単純化を容易にする。   As shown in FIG. 4, another exemplary inflator 200 incorporates a single chamber inflator design for a driver side airbag module. In general, inflators including gas generant / booster 216 formed as described herein can be manufactured as known in the art. U.S. Pat. Nos. 6,422,601, 6,805,377, 6,659,500, 6,749,219 and 6,752,421 illustrate typical airbag inflator designs and are referenced herein. Is incorporated as part of According to the present invention, the gas generation system 200 does not incorporate a separate booster composition, and therefore does not incorporate a booster chamber. As mentioned above, the use of a composition that functions as a booster and gas generant facilitates simplification of the inflator design.

図3を参照する。上記の例示的なインフレーター10は、エアバッグシステム200内に組み込まれることができる。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、および本発明のガス生成物質組成物12を含むインフレータ10を含み、該インフレータはエアバッグの内部と流体連絡可能にエアバッグ202と組み合わされる。エアバッグシステム200は、衝突センサー210を含むか、またはこれと接続される。衝突センサー210は既知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含み、衝突の場合に例えばエアバッグインフレーター10の活性化によってエアバッグシステム200の起動の信号を送る。   Please refer to FIG. The exemplary inflator 10 described above can be incorporated into the airbag system 200. The airbag system 200 includes at least one airbag 202 and an inflator 10 that includes the gas generant composition 12 of the present invention, the inflator being associated with the airbag 202 in fluid communication with the interior of the airbag. The airbag system 200 includes or is connected to a crash sensor 210. The crash sensor 210 includes a known crash sensor algorithm and signals activation of the airbag system 200 in the event of a crash, for example by activation of the airbag inflator 10.

図3を参照する。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3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、プロペラント12を含む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。   Please refer to FIG. The airbag system 200 can be incorporated into a wider and more comprehensive vehicle occupant restraint system 180 that includes additional elements such as a safety belt assembly 150. FIG. 3 shows a schematic diagram of one exemplary embodiment of such a restraint system. Safety belt assembly 150 includes a safety belt housing 152 and a safety belt 100 extending from housing 152. A safety belt retractor mechanism 154 (eg, a spring-type mechanism) can be coupled to the end portion of the belt. Further, a safety belt pretensioner 156 including a propellant 12 can be coupled to the belt retractor mechanism 154 to start the retractor mechanism in the event of a collision. Exemplary seat belt retractor mechanisms that can be used with the safety belt embodiment of the present invention are US Pat. Nos. 5,743,480, 5,553,803, 5,667,161, 5,451,008, 4,558,832 and 4,597,546. These patents are referenced and incorporated as part of this specification. Examples of typical pretensioners with which safety belt embodiments of the present invention can be combined are disclosed in US Pat. Nos. 6,505,790 and 6,419,177. These patents are referenced and incorporated as part of this specification.

安全ベルトアセンブリ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の起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)を含むか、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。   The safety belt assembly 150 includes a crash sensor algorithm 158 (e.g., a known crash sensor algorithm that generates an activation signal for the belt pretensioner 156, e.g., upon activation of a pyrotechnic igniter (not shown) incorporated in the pretensioner. Inertial sensors or accelerometers) or can be connected thereto. US Pat. Nos. 6,505,790 and 6,419,177, referenced above and incorporated as part of this specification, provide examples of pretensioners that start in such a manner.

安全ベルトアセンブリ150、エアバッグシステム200、およびより広範な乗り物乗員保護システム180が例示されるが、本発明により意図されるガス生成システムはこれらに限定されるものではない。   Although the safety belt assembly 150, the airbag system 200, and the wider vehicle occupant protection system 180 are illustrated, the gas generation system contemplated by the present invention is not limited thereto.

本発明の実施態様の先の記述が例示の目的だけのためにあり、本発明の範囲を何ら制限しないことはさらに理解されるだろう。そのため、ここに示された様々な構造操作上の特徴は、当該技術分野における当業者により、特許請求の範囲により規定される本発明の技術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。   It will be further understood that the foregoing descriptions of embodiments of the present invention are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the invention in any way. As such, the various structural operational features shown herein can be modified in many ways by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the claims. .

図1は、個別のブースターおよびガス生成チャンバーを組込む公知のガス生成システムの一般的な構造を示す横断面の側面図である;FIG. 1 is a cross-sectional side view showing the general structure of a known gas generation system incorporating individual boosters and gas generation chambers; 図2は、本発明に従うガス生成システムの一般的な構造を示す横断面の側面図であり、ブースターチャンバーはその中でなくされている;FIG. 2 is a cross-sectional side view showing the general structure of a gas generation system according to the present invention, with the booster chamber eliminated therein; 図3は、本発明に従うガス生成組成物を含む例示的な乗り物乗員拘束システムの概要図である;FIG. 3 is a schematic diagram of an exemplary vehicle occupant restraint system including a gas generant composition according to the present invention; 図4は、本発明の異なる実施態様に従うガス生成システムの一般的な構造を示す横断面の側面図であり、ブースターチャンバーはその中でなくされている。FIG. 4 is a cross-sectional side view showing the general structure of a gas generation system according to different embodiments of the present invention, with the booster chamber removed therein.

Claims (10)

ブースターチャンバーのないエアバッグインフレーター。 Airbag inflator without booster chamber. 第一の酸化剤としての金属塩素酸塩;カルボン酸、ジカルボン酸、およびそれらの混合物から選ばれる第一の燃料;および過塩素酸塩の性質を有しない第二の酸化剤;を含む組成物をさらに含む、請求項1記載のインフレーター。 A composition comprising: a metal chlorate as a first oxidant; a first fuel selected from carboxylic acids, dicarboxylic acids, and mixtures thereof; and a second oxidant not having perchlorate properties; The inflator according to claim 1, further comprising: 合計の組成物の重量に基づいて、金属塩素酸塩が約10−20重量%で提供され;第一の燃料が約15−45重量%で提供され;第二の酸化剤が約30−50重量%で提供される、請求項2記載のインフレーター。 Based on the weight of the total composition, the metal chlorate is provided at about 10-20% by weight; the first fuel is provided at about 15-45% by weight; the second oxidant is about 30-50 The inflator of claim 2 provided in weight percent. 該組成物がさらに、テトラゾール類、トリアゾール類およびフラザン類、およびそれらの塩類から選ばれた第二の燃料を、約0.1−30重量%の量でさらに含む、請求項2記載のインフレーター。 The inflator of claim 2, wherein the composition further comprises a second fuel selected from tetrazoles, triazoles and furazanes, and salts thereof in an amount of about 0.1-30 wt%. 請求項1記載のインフレーターを含む、乗り物乗客保護システム。 A vehicle passenger protection system comprising the inflator of claim 1. 請求項2記載の組成物を含む、ガス生成システム。 A gas generation system comprising the composition of claim 2. 第一の燃料が酒石酸およびその異性体、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸、粘液酸、しゅう酸、マロン酸、フマル酸、ガラクタル酸、グリコール酸、クエン酸、L−リンゴ酸、およびそれらの混合物から選ばれる、請求項2記載のインフレーター。 The primary fuel is tartaric acid and its isomers, succinic acid, glutamic acid, adipic acid, mucoic acid, oxalic acid, malonic acid, fumaric acid, galactaric acid, glycolic acid, citric acid, L-malic acid, and mixtures thereof. The inflator according to claim 2, which is selected. 合計の組成物の重量に基づいて、約19−28重量%のDL−酒石酸、約12−30重量%の塩素酸カリウム、約15−25重量%の5−アミノテトラゾール、および約30−50重量%の硝酸ストロンチウムを含む、請求項4記載の組成物。 About 19-28% by weight DL-tartaric acid, about 12-30% by weight potassium chlorate, about 15-25% by weight 5-aminotetrazole, and about 30-50% by weight based on the weight of the total composition 5. The composition of claim 4 comprising 1% strontium nitrate. 第二の酸化剤が、金属、塩基性金属または非金属の、硝酸塩、亜硝酸塩、オキサイド、および塩素酸塩から選ばれる、請求項2記載の組成物。 The composition of claim 2, wherein the second oxidant is selected from metal, basic metal or non-metal nitrates, nitrites, oxides, and chlorates. ブースターチャンバーのないハウジング;
第一の酸化剤としての金属塩素酸塩;
カルボン酸、ジカルボン酸、およびそれらの混合物から選ばれる第一の燃料;および過塩素酸塩の性質を有しない第二の酸化剤;を含む、組成物を含む、ガス生成システムであって、
合計の組成物の重量に基づいて、金属塩素酸塩が約10−20重量%で提供され;第一の燃料が約15−45重量%で提供され;第二の酸化剤が約30−50重量%で提供される、ガス生成システム。
Housing without booster chamber;
Metal chlorate as first oxidant;
A gas generation system comprising a composition comprising: a first fuel selected from carboxylic acids, dicarboxylic acids, and mixtures thereof; and a second oxidant that does not have perchlorate properties;
Based on the weight of the total composition, the metal chlorate is provided at about 10-20% by weight; the first fuel is provided at about 15-45% by weight; the second oxidant is about 30-50 Gas generation system provided in weight percent.
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