JP4244365B2 - 着火薬組成物、及びその着火薬組成物を用いた点火具 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、点火具などに用いられる着火薬組成物およびそれを用いた点火具に関し、特に自動車用エアバック装置やシートベルトプリテンショナーに用いられるガス発生器に好適な点火具及びそれに用いられる点火薬組成物に関する。
背景技術
従来、自動車用のエアバック装置やシートベルトプリテンショナー等の車両搭乗者拘束装置に用いられるガス発生器に取付けられる点火具は、電気通電式のものが採用されている。この種の点火具は電橋線で電気エネルギーを熱エネルギーに変え、電橋線近傍の発火性の組成物からなる着火薬で形成された点火玉を発火させ、その火炎によって、伝火剤、ガス発生剤を燃焼させている。この電気通電式点火具に用いられる点火玉などには高感度で発火するトリニトロレゾルシン鉛のような鉛化合物を含む着火薬が使用されている。
近年、自動車産業界では、環境上及び製造上の安全性向上のために、鉛又は鉛化合物を使用しない部品が要望されている。このため、点火玉などに用いられる着火薬にも鉛を含有しないものが望まれている。
ところが、鉛化合物の含有しない着火薬組成物成分からなる点火玉などの着火薬を用いた点火具の場合、決められた電流を通電した時、点火玉が決められた時間より発火が遅れ、最悪の場合不発火となるなど、伝火剤を確実に着火させる点火能力が低下するという問題がある。このため、この種の点火具を自動車のエアバック装置やシートベルトプリテンショナーのガス発生器に用いた場合、膨張、展開が遅れるおそれがあった。
本発明は、点火時間の遅れ及び点火能力の低下しない鉛化合物を含有しない着火薬およびそれを用いた点火具を提供することを目的とする。
そこで本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、鉛化合物を用いないことによりこの課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
発明の開示
即ち、本発明は、
（１）硝酸塩、塩基性硝酸塩、金属酸化物、金属水酸化物、塩基性炭酸塩よりなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上と、金属粉末とを含有することを特徴とする鉛化合物を実質的に含有しない着火薬組成物。
（２）硝酸塩、塩基性硝酸塩、金属酸化物、金属水酸化物、塩基性炭酸塩、過塩素酸塩、塩素酸塩よりなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上と、金属粉末とを含有することを特徴とする鉛化合物を実質的に含有しない点火玉に用いることを特徴とする着火薬組成物。
（３）塩基性硝酸塩が塩基性硝酸亜鉛、塩基性硝酸コバルト又は塩基性硝酸銅であり、金属酸化物が酸化銅であり、硝酸塩が硝酸銅であり、金属水酸化物が水酸化銅であり、塩基性炭酸塩が塩基性炭酸銅であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の着火薬組成物。
（４）金属粉末がジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム、マグナリウム、チタン、水素化チタン、鉄、タングステン、ボロンよりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の着火薬組成物。
（５）塩基性硝酸銅を含有し、ジルコニウムを含有することを特徴とする着火薬組成物。
（６）添加物としてバインダーを含有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の着火薬組成物。
（７）前記硝酸塩、塩基性硝酸塩、金属酸化物、金属水酸化物、塩基性炭酸塩、塩基性硝酸銅よりなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の５０％平均粒子径が２０μｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の着火薬組成物。
（８）前記硝酸塩、塩基性硝酸塩、金属酸化物、金属水酸化物、塩基性炭酸塩、塩基性硝酸銅、過塩素酸塩、塩素酸塩よりなる群から選ばれる少なくとも１種又は２種以上の５０％平均粒子径が２０μｍ以下であることを特徴とする（２）に記載の着火薬組成物。
（９）前記金属粉末の５０％平均粒子径が１０μｍ以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の着火薬組成物。
（１０）塩基性硝酸銅を１５重量％〜７０重量％、ジルコニウムを２０重量％〜８０重量％、バインダー成分を２重量％〜１５重量％含有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の着火薬組成物。
（１１）（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の着火薬組成物を用いることを特徴とする点火具。
（１２）（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の着火薬組成物を点火玉に用いることを特徴とする点火具。
、に関する。
発明を実施するための最良の形態
本発明の着火薬組成物は、酸化剤成分及び還元剤成分を含有するものであって、実質的に鉛化合物を含有しないものである。ここでいう鉛化合物とは、通常、鉛原子を含む無機化合物及び有機化合物、そして単体である鉛等を示す。
本発明の着火薬組成物に用いることができる成分としては、まず、着火薬分野において知られている成分のうち鉛化合物を含有しないものであって、好ましくは硝酸塩、塩基性硝酸塩、金属酸化物、金属水酸化物、塩基性炭酸塩よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有し、具体的には塩基性硝酸亜鉛、塩基性硝酸コバルト、塩基性硝酸銅、酸化銅、硝酸銅、水酸化銅、塩基性炭酸銅よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有することがより好ましく、更には塩基性硝酸銅が好適である。通常、これらの化合物は酸化剤として機能する。
また、本発明の、点火玉として使用される着火薬組成物に用いることができる成分としては、まず、着火薬分野において知られている成分のうち鉛化合物を含有しないものであって、好ましくは硝酸塩、塩基性硝酸塩、金属酸化物、金属水酸化物、塩基性炭酸塩、過塩素酸塩、塩素酸塩よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有し、具体的には塩基性硝酸亜鉛、塩基性硝酸コバルト、塩基性硝酸銅、酸化銅、硝酸銅、水酸化銅、塩基性炭酸銅、過塩素酸塩（カリウム塩、ナトリウム塩など）、塩素酸塩（カリウム塩、ナトリウム塩など）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有することがより好ましく、更には塩基性硝酸銅が好適である。通常、これらの化合物は酸化剤として機能する。
念のために、具体例を挙げると、硝酸塩としては例えば硝酸銅が挙げられ、塩基性硝酸塩としては例えば塩基性硝酸亜鉛、塩基性硝酸コバルト、塩基性硝酸銅が挙げられ、金属酸化物としては例えば酸化銅が挙げられ、金属水酸化物としては例えば水酸化銅が挙げられ、塩基性炭酸塩としては例えば塩基性炭酸銅が挙げられる。
また、酸化剤成分の平均粒子径は、点火具の点火時間に影響を及ぼすことから５０％平均粒子径は２０μｍ以下のものが好ましく、１０μｍ以下がより好ましい。
また、酸化剤成分は、着火薬組成物中、通常１０〜８０重量％、好ましくは１５〜７０重量％を用いるが、もちろんこれに限定されるものではなく、採用する還元剤成分や添加物によって適宜変更することもできる。
また、金属粉末は、前記の酸化剤成分との組み合わせで還元剤として機能しうるものであれば限定はなく、着火薬分野において還元剤成分として知られているもののうち鉛化合物を含有しないものであればよいが、好ましくはジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム、マグナリウム、チタン、水素化チタン、鉄、タングステン及びボロンよりなる群から選ばれる１種又は２種以上であり、より好ましくはジルコニウムである。
また、還元剤成分の平均粒子径は、点火具の点火時間に影響を及ぼすことから５０％平均粒子径は１０μｍ以下のものが好ましく、５μｍ以下がより好ましい。
還元剤成分は、着火薬組成物中、通常１５〜９０重量％、好ましくは２０〜８０重量％用いるが、もちろんこれに限定されるものではなく、採用する酸化剤成分や添加物によって適宜変更することもできる。
本発明の着火薬組成物は、所望に応じて添加物を添加することができる。用いることができる添加物としては、着火薬分野において用いられる添加物であれば、特に限定なく用いることができるが、特にバインダーを用いるのが好ましい。バインダーとしては、例えばニトロセルロース、カルボキシルメチルセルロース、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、バイトンゴム、ＧＡＰ（Ｇｌｙｓｉｄｙｌ Ａｚｉｄｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリ酢酸ビニル、シリコン系バインダ等が挙げられるが、ポリ酢酸ビニルが好ましい。
バインダーは、着火薬組成物中、通常１〜２０重量％、好ましくは２〜１５重量％用いるが、もちろんこれに限定されるものではなく、採用する主剤成分や還元剤成分によって適宜変更することもできる。
バインダーの種類、量の選定は、点火玉の製造工程、及びガス発生器に要求される耐環境性能に大きく、影響してくる。バインダーは１種類だけではなく、２種類以上を混合して用いることもできる。バインダーは電橋線及びピンへの密着、固定、脱落及び点火玉の破壊防止の目的で添加される。バインダー量が多い場合には、点火玉のディッピングが困難となり、また、所望の着火性能がえられない。また、バインダー量が少ない場合には、点火具を具備したガス発生器がさらされる過酷な環境条件に絶えられず、点火玉が破壊され、ガス発生器が不作動となる可能性がある。
本発明の着火薬組成物の好ましい組み合わせとしては、塩基性硝酸銅が１５重量％〜７０重量％、ジルコニウムが２０重量％〜８０重量％、バインダー成分が２重量％〜１５重量％である。
そして、本発明の着火薬組成物は、以上のような酸化剤及び還元剤、並びに所望により点火される添加物を混合することにより、得ることができる。
本発明の着火薬組成物は以上のとおりであり、点火玉を採用する点火具などに用いることができる。
本発明の着火薬組成物を用いて点火具を製造する場合は、例えば、まず着火薬組成物をスラリー状にし、着火薬が所定の厚みになるように電橋線をこのスラリーに所定回数ディッピングし、乾燥、固化せしめて点火玉を構成し、これを伝火薬の入ったコップに嵌入することにより点火具とすることができる。
着火薬組成物をスラリー状にするときは、溶剤を用いることが好ましく、溶剤としては、例えば酢酸エステル類（例えば酢酸エチル、酢酸イソアミル、酢酸イソブチル等）又はアセトン等が例示できる。また、その使用量は、ディッピングに好適なスラリー状になるように適宜選択すればよいが、着火薬組成物１００重量部に対して、通常５０〜１５０重量部、好ましくは８０〜１２０重量部である。
また、ガラスからなる塞栓上に電橋線を配設したガラスハーメチック型点火具においても、本発明の着火薬組成物を使用することができ、この場合、ガラス塞栓上の電橋線に、着火薬組成物のスラリーを塗り重ねていくことにより、点火玉を構成することができる。また、例えば実願平１０−８１６７の図３に記載された点火具などにも用いることができる。
以下、本発明の実施形態における点火具について、図面を参照しつつ説明する。
第１図に本発明に係る点火具Ｓの一実施形態例を示す。第１図において、点火具Ｓは図中二点鎖線で示すカップ体８の内側に配置されて、自動車のシートベルトプリテンショナーやエアバック装置等に用いられる。
点火具Ｓは、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属材によりコップ状に形成された嵌め込み筒部を有する管体１０等によって構成されている。管体１０の開口側は、コップ底１１に対して拡径する段付き形状に形成され、コップ底１１にはカップ体８内に開口する導火孔１２が形成されている。又、管体１０の開口端には、カップ体８の段付き部９内側まで突出する突出部位となるフランジ１３が形成されている。フランジ１３は、カップ体８の段付き部９の内側に当接されて、カップ体８とでガス発生剤Ｐの燃焼室を画成している。そして、管体１０内には、点火具Ｓのコップ材１４が嵌挿され、該コップ材１４により導火孔１２が閉鎖されている。又、管体１０内には、コップ材１４内の伝火薬１５が収納されている。
塞栓７は、塞栓本体１７と、塞栓本体１７から２段階で縮径して管体１０内の開口側に嵌め込まれる軸体１６とで、段付き形状に形成されている。塞栓本体１７には軸体１６と反対側に開口するプラグ用の装着穴１９が形成されている。軸体１６の先端側に開口側にある突起２０を嵌め込む装着溝２１が形成されている。この塞栓７としては、例えばポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド等に樹脂にガラス繊維等を含有させたものを、図を省略するモールド内に射出することで成形する。
又、塞栓７には、点火具Ｓの各電極ピン２２、及び補強材２６とが一体に備えられている。各電極ピン２２、及び補強材２６とは、上記モールド内へ樹脂を射出するとき、インサート成形することで、塞栓７の樹脂に一体化される。
各電極ピン２２は、塞栓７の軸心に並列配置されて、塞栓７の軸体１６を貫通している。又、各電極ピン２２は、軸体１６内で湾曲する形状となっており、塞栓本体１７の装着穴１９及びコップ材１４内に突出されている。これら各電極ピン２２としては、ステンレス、鉄・ニッケル合金等の導電性材で形成され、塞栓７の樹脂により電気的に絶縁されている。更に、各電極ピン２２には、コップ材１４内にて電橋線５が溶接等により各電極ピン２２の先端部のスチール部６に溶着されている。
点火玉１は、図２に示すように、例えばニクロム線からなる電橋線５の表面に着火薬層２、３が形成されている。更に、この着火薬層２、３の表面に被覆層が形成されている。
点火玉１を構成する着火薬層２、３は、酸化剤成分、還元剤成分、及び所望により添加物からなる鉛化合物を含まない着火薬組成物に溶剤を加え、スラリー状にした着火薬を所定の厚みになるように所定回数ディッピングして、電橋線５の表面に塗布し、乾燥、固化せしめることによって得られる。なお、第１図及び第２図において着火薬層は２層用いたものを示しているが、１層のみでもよく、必要に応じて３層以上でもよい。
この着火薬層２、３が乾燥、固化した後、その表面に酢酸ビニル系樹脂等を溶剤を用いて塗布し、被覆層４を形成する。この被覆層４は電橋線５表面からの着火薬層２、３の剥離を防止する。このように、上記着火薬組成物を点火玉１とすることで、鉛化合物を含む着火薬を用いた点火玉と同等の性能を得ることができる。
第１図に戻り、補強材２６はステンレス、ＳＰＣＣ（Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｔｅ Ｃｏｌｄ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ）等の金属材や、熱硬化性樹脂等からなる強化プラスチックによる構成され、突出部位となる円筒体２５と、リング状板体２４とでコップ状に形成されている。円筒体２５は、塞栓本体１７の外周に沿って装着穴１９の開口側に延びている。リング状板体２４は塞栓本体１７と軸体１６間に位置して、各電極ピン２２と直交する方向に配置されている。このリング状板体２４は、外周側で塞栓７から部分的に露出され、内周側で塞栓７の樹脂内に一体化されている。又、リング状板体２４の塞栓７から部分的に露出する部位は、円筒体２５と共に突出部位を構成することになる。そして、補強材２６は、リング状板体２４の内周穴２７にて各電極ピン２２を貫通させている。
この様に構成されるガス発生器は、例えば、以下の手順にて製造される。
先ず、塞栓７を樹脂にて成形すると共に、この成形と同時に、点火具Ｓの各電極ピン２２及び補強材２６をインサート成形することで、塞栓７の樹脂に一体に備える。続いて、塞栓７の各電極ピン２２の先端部のスチール部６間に電橋線５を溶着する。この電橋線５の表面に前述した着火薬層２、３、被覆層４をそれぞれディッピングによって被覆、乾燥、固化して、点火玉１を形成する。点火玉１が形成された塞栓７の軸体１６を伝火薬１５を収納したコップ材内に嵌め込むことで、点火具Ｓを塞栓７に一体化する。
続いて、塞栓７の補強材２６上にシールリング２８を装着する。このシールリング２８は、補助材２６の円筒体２５の外周側に配置させる。そして、塞栓７を、点火具Ｓのコップ材１４側から管体１０内に嵌めこむ。このとき、コップ材１４を管体１０のコップ底１１に当接するまで嵌挿することで、管体１０の導火孔１２を閉鎖する。又、塞栓７の軸体１６を、管体１０内の開口側に嵌めこみ、管体１０の段付き部２９に当接するまで嵌挿することで、管体１０のフランジ１３をリング状板体２４及びシールリング２８に当接させる。これで、管体１０か塞栓７に組付けられる。
続いて、管体１０を組付けた塞栓７を、点火具Ｓのコップ材１４側からカップ体８内に嵌め込むことで、ガス発生器に組立てる。このとき、補強材２６の円筒材２５を、カップ体８内の開口側に嵌め込み、管体１０のフランジ１３がカップ体８の段付き部９内側に当接するまで塞栓７を嵌挿する。これで、管体１０とカップ体８とで燃焼室を画成する。又、管体１０のフランジ１３は、カップ体８の段付き部９とリング状板体２４との間に配置される状態となる。即ち、カップ体８のカップ底側から、カップ体８の段付き部９、管体２のフランジ１３、及びリング状板体２４の順に配置され、これら部材９、１３、２４が相互間に当接するものとなる。
この状態で、カップ体８の開口端側を塞栓７側に向けて折り曲げ、この折り曲げ部位３０と段付き部９とを補強材２６の円筒体２５に向けてカシメる。これで、段付き部９、及び管体１０のフランジ１３とが、カシメカによってリング状板体２４に押し付けられ、シールリング２８も変形されて、カップ体８、管体１０及びリング状板体２４の相互間とで密封する。即ち、塞栓７は、リング状板体２４によりカップ体８、及び管体１０の相互間とで密封される。このとき、カシメによる力が、管体１０のフランジ１３から塞栓に作用しても、補強材２６のリング状板体２４により、塞栓７が変形することが規制される。
このガス発生器は、点火具Ｓの各電極ピン２２へ通電することで、電橋線５の発熱により着火薬層２、３が順に着火し、これによって、伝火薬１５を発火させる。点火具Ｓの発火による火炎がカップ体８内に噴出され、この火炎によりガス発生剤Ｐを着火燃焼せしめ、多量のガスを発生させ、シートベルトプリテンショナーに導入される。これで、シートベルトプリテンショナーが高圧ガスによって作動し、シートベルトを締め付ける。
本発明に係る点火具Ｓは、以上のように、好ましくはシートベルトプリテンショナー等に用いられるガス発生器内に装着されて使用される。
なお、本発明に係る点火玉は、前述のシートベルトプリテンショナーに用いられるガス発生器に限らず、他の自動車のエアバック装置に用いられるガス発生器等、電気式の点火具が用いられる分野に使用することができる。また、第１図では塞栓が樹脂にて形成されたもので説明したが、ガラスにより塞栓を封止する点火具の他、点火玉を採用できる点火具であれば、本発明の着火薬組成物を採用して本発明の点火具となすことができる。
実施例
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
実施例１
塩基性硝酸銅４０質量部と、ジルコニウム６０質量部、酢酸イソアミル１００質量部に溶解されたニトロセルロース５質量部を混合した。この混合物を、電橋線表面に塗布し、乾燥、固化し、着火薬層を形成し、この表面に酢酸ビニル系樹脂（イーストマンケミカル社製）を塗布して被覆層を形成して点火玉を作製し、伝火薬の入ったコップに塞栓を嵌入し点火具とした。
実施例２
塩基性硝酸銅５０質量部と、ジルコニウム５０質量部、酢酸イソアミル１００質量部に溶解されたニトロセルロース５質量部を混合した。この混合物を、電橋線表面に塗布し、乾燥、固化し、着火薬層を形成し、この表面に酢酸ビニル系樹脂（イーストマンケミカル社製）を塗布して被覆層を形成して点火玉を作製し、伝火薬の入ったコップに塞栓を嵌入し点火具とした。
実施例３
塩基性硝酸銅５０質量部と、ジルコニウム５０質量部、酢酸イソアミル１００質量部に溶解されたポリ酢酸ビニル５質量部を混合した。この混合物を、電橋線表面に塗布し、乾燥、固化し、着火薬層を形成し、この表面に酢酸ビニル系樹脂（イーストマンケミカル社製）を塗布して被覆層を形成して点火玉を作製し、伝火薬の入ったコップに塞栓を嵌入し点火具とした。
実施例４
塩基性硝酸銅５０質量部と、ジルコニウム５０質量部、酢酸イソアミル１００質量部に溶解されたポリ酢酸ビニル１０質量部を混合した。この混合物を、電橋線表面に塗布し、乾燥、固化し、着火薬層を形成し、この表面に酢酸ビニル系樹脂（イーストマンケミカル社製）を塗布して被覆層を形成して点火玉を作製し、伝火薬の入ったコップに塞栓を嵌入し点火具とした。
比較例１
トリニトロレゾルシン鉛５０質量部と、過塩素酸カリウム５０質量部、酢酸イソアミル１００質量部に溶解されたバイトンゴム１０質量部を混合した。この混合物を電橋線表面に塗布し、乾燥、固化し、着火薬層を形成し、この表面に酢酸ビニル系樹脂（イーストマンケミカル社製）を塗布して被覆層を形成して点火玉を作製し、伝火薬の入ったコップに塞栓を嵌入し点火具とした。
実施例１〜４及び比較例１に記載の点火具をそれぞれ自動車用のシートベルトプリテンショナーに用いられるガス発生器の点火器にセットし、０．８Ａの電流を通電し、通電後の点火に要する時間（着火時間）を測定し、点火能力を比較した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜４は、従来の鉛化合物（トリニトロレゾルシン鉛）を用いた比較例１と同等の点火能力を示すことがわかった。
産業上の利用可能性
塩基性硝酸銅（酸化剤として）を用い、ジルコニウム等の金属粉末（還元剤として）を用いた着火薬組成物を使用することで点火能力を維持しつつ、着火薬層中の鉛化合物の含有量をなくした点火玉とすることができる。また、このように鉛化合物を含まない点火玉を使用した自動車用のエアバック装置やシートベルトプリテンショナーなどに用いる点火具を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る点火具を用いたガス発生器の要部断面を示す図である。第２図は、本発明に係る点火具の点火玉構造の一実施形態例を示す図である。

Claims (2)

1. 塩基性硝酸銅を含有し、ジルコニウムを含有し、バインダー成分を１〜２０重量％含有することを特徴とする、ガス発生器に使用される点火玉用発火性組成物。
2. 塩基性硝酸銅を１５重量％〜７０重量％、ジルコニウムを２０重量％〜８０重量％、バインダー成分を２重量％〜１５重量％含有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の点火玉用発火性組成物。

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