(57)【要約】【課題】主成分を非火薬成分で構成し、安全性に係わる技術を根本的に変革することにより重大な人身事故を防止できる安全性の高い新規な雷薬組成物及び安全性の高い雷薬粒の製造方法を提供する。【解決手段】還元剤のアルミニウム粉と、酸化剤の金属酸化物、第２族元素の金属過酸化物及び過酸化亜鉛のいずれか１以上と、前記還元剤と前記酸化剤の反応熱で高圧ガスを発生するポリオキシメチレン粉とからなる非火薬成分と、過塩素酸カリウムからなる火薬成分と、からなることを特徴とする雷薬組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤のアルミニウム粉と、酸化剤の金属酸化物、第２族元素の金属過酸化物及び過酸化亜鉛のいずれか１以上と、前記還元剤と前記酸化剤の反応熱で高圧ガスを発生するポリオキシメチレン粉とからなる非火薬成分と、
過塩素酸カリウムからなる火薬成分と、
からなることを特徴とする雷薬組成物。
【請求項２】
還元剤と酸化剤の配合割合は、還元剤が５〜５０重量％で、酸化剤が５０〜９５重量％であることを特徴とする請求項１に記載の雷薬組成物。
【請求項３】
還元剤と酸化剤の合計量とポリオキシメチレン粉の配合割合は、還元剤と酸化剤の合計量が４０〜８０重量％で、ポリオキシメチレン粉が２０〜６０重量％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の雷薬組成物。
【請求項４】
非火薬成分と過塩素酸カリウムの配合割合は、非火薬成分が７０〜９２重量％で、過塩素酸カリウムが８〜３０重量％であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の雷薬組成物。
【請求項５】
金属酸化物は酸化銅で、第２族元素の金属過酸化物は過酸化カルシウムであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の雷薬組成物。
【請求項６】
ポリオキシメチレンは、アセタールホモポリマーであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の雷薬組成物。
【請求項７】
（１）還元剤のアルミニウム粉と、酸化剤の金属酸化物、第２族元素の金属過酸化物及び過酸化亜鉛のいずれか１以上と、ポリオキシメチレン粉とからなる非火薬成分の混合物をバインダーで処理して顆粒とする工程と、
（２）当該顆粒にアルコールに分散した火薬成分の過塩素酸カリウム溶液を散布する工程と、
（３）当該過塩素酸化カリウム溶液が散布された前記顆粒のアルコールを回転槽を用いて除去する工程と、
を備えてなることを特徴とする雷薬粒の製造方法。
【請求項８】
金属酸化物は酸化銅で、第２族元素の金属過酸化物は過酸化カルシウムであることを特徴とする請求項７に記載の雷薬粒の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打ち上げ花火に使用される雷薬組成物及び雷薬粒の製造方法に関し、詳細には、打ち上げ花火の火薬の中で最も危険な雷薬の組成を根本的に変更し、安全性を向上させた非火薬成分を主体とする新規な雷薬組成物及び安全性の高い雷薬粒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
打ち上げ花火の音は、光、色彩、煙と共に重要な要素であり、特に運動会や祭り等のイベントのお知らせで打ち上げられる、号砲、三段雷、五段雷等は雷音と呼ばれる大きな音を発する打ち上げ花火で音物とも言われる。打ち上げ花火の火薬は、その用途毎に数種類の火薬が使用されるが、大きな音を発する火薬としては雷薬が使用される。従来、雷薬は、酸化剤の塩素酸カリウムと硫化ヒ素を主成分とする鶏冠石を混合して得られる赤爆と呼ばれる組成物が用いられ、赤爆は空中における大きな音響効果を持つ火薬として長い間その主流を占めていた。赤曝は、衝撃や摩擦で爆発しやすい塩素酸カリウムを含むので、打ち上げ花火の製造中の事故の発生や貯蔵中の自然爆発があり、打ち上げ花火の火薬類の中で最も危険なものであったため（非特許文献１参照）、近時、雷薬は塩素酸カリウムに代わり酸化剤としての機能がほぼ同等で、かつ安定性に優れる過塩素酸カリウムとアルミニウム等の金属粉を主成分とする組成物が用いられるようになり、安定性は向上した。しかし、過塩素酸カリウムを用いる雷薬は、雷薬の組成中での過塩素酸カリウムの割合が５０重量％以上と過半数を占め、摩擦、落鎚等の機械的感度及び静電気感度が高く且つ威力があり、雷薬の混合工程では静電気の災害発生が散見されるので、花火の火薬の中で危険度の高いものであることに変わりがない。現在、雷薬は薬量の制限、混合器具の選定等、高度な作業安全対策と、緊急時に安全装置が有効に働く製造設備面での改良が漸次行われ、人体への危害の根絶への改良が進められている。また、雷薬の組成中、毒物等に指定されている鶏冠石やイオウを使用する場合、マスク、手袋の着用が必須とされている。このように、多くの改良の下に雷薬の製造工程や取り扱いでの災害は、減少傾向にあるものの煙火業界で発生する災害の多くは雷薬の製造工程や取り扱い上のものが大半を占めている。そのため、煙火業界では安全性の高い雷薬が希求されていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】花火の科学（細谷政夫、細谷文雄著、東海大学出版会）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、主成分を非火薬成分で構成し、安全性に係わる技術を根本的に変革することにより重大な人身事故を防止できる安全性の高い新規な雷薬組成物及び安全性の高い雷薬粒の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、還元剤のアルミニウム粉と、酸化剤の金属酸化物、第２族元素の金属過酸化物及び過酸化亜鉛のいずれか１以上と、前記還元剤と前記酸化剤の反応熱で高圧ガスを発生するポリオキシメチレン粉とからなる非火薬成分と、過塩素酸カリウムからなる火薬成分と、からなることを特徴とする雷薬組成物を要旨とする。
【０００６】
上記の発明において、還元剤と酸化剤の配合割合は、還元剤が５〜５０重量％で、酸化剤が５０〜９５重量％であることが好ましい。還元剤と酸化剤の合計量とポリオキシメチレン粉の配合割合は、還元剤と酸化剤の合計量が４０〜８０重量％で、ポリオキシメチレン粉が２０〜６０重量％であることが好ましい。非火薬成分と過塩素酸カリウムの配合割合は、非火薬成分が７０〜９２重量％で、過塩素酸カリウムが８〜３０重量％であることが好ましい。
【０００７】
上記の発明において、金属酸化物は酸化銅で、第２族元素の金属過酸化物は過酸化カルシウムであることが好ましい。ポリオキシメチレンは、アセタールホモポリマーであることが好ましい。
【０００８】
本発明は、（１）還元剤のアルミニウム粉と、酸化剤の金属酸化物、第２族元素の金属過酸化物及び過酸化亜鉛のいずれか１以上と、ポリオキシメチレン粉とからなる非火薬成分の混合物をバインダーで処理して顆粒とする工程と、（２）当該顆粒にアルコールに分散した火薬成分の過塩素酸カリウム溶液を散布する工程と、（３）当該過塩素酸化カリウム溶液が散布された前記顆粒のアルコールを回転槽を用いて除去する工程と、を備えてなることを特徴とする雷薬粒の製造方法を要旨とする。当該発明において、金属酸化物は酸化銅で、第２族元素の金属過酸化物は過酸化カルシウムであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の雷薬組成物は、十分な雷音を発すると共に、雷薬の製造工程や雷薬の取り扱いにおける安全性が高く、重大な人身事故の防止に寄与し、煙火業界に大きな福音をもたらすことができる。また、本発明の雷薬組成物は、音圧が雷薬薬量に比例し増大するので、雷薬薬量を調整することにより音圧制御が容易である。
【００１０】
本発明の雷薬粒の製造方法は、非火薬成分に火薬成分の過塩素酸カリウムが浸透し、過塩素酸カリウムが露出しないため、打ち上げ花火の製造工程における雷薬の機械的感度や静電気感度が著しく低下し、作業の安全性の向上や打ち上げ花火の製造工程における事故の発生頻度を著しく減少させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
還元剤のアルミニウム粉と酸化剤の金属酸化物、第２族元素の金属過酸化物及び過酸化亜鉛のいずれか１以上とポリオキシメチレン粉とからなる非火薬成分は、還元剤と酸化剤の酸化・還元反応で生じる高温の反応熱を利用し、同時に混合されたポリオキシメチレン粉を急速分解させ空間に放出された高温ガスの急速膨張により雷音を発生する。非火薬成分にさらに火薬成分である過塩素酸カリウムを一定量配合することによって目標とする音圧レベルの調整を行うことができる。
【００１２】
還元剤のアルミニウム粉は、酸素と最も結合しやすい金属粉である。
【００１３】
金属酸化物は、酸化銅、酸化鉄を例示できる。第２族元素の金属過酸化物は、過酸化マグネシウム、過酸化カルシウム、過酸化バリウムを例示できる。
【００１４】
還元剤と酸化剤の割合は、還元剤、酸化物の種類により理論上のモル比が異なるが、酸化・還元反応を検討した結果、反応効率の依存性もあり還元剤が５〜５０重量％で、酸化剤が５０〜９５重量％であることが好ましい。当該範囲を逸脱すると、酸化・還元反応の効率が低下する可能性がある
【００１５】
ポリオキシメチレンは、アセタールホモポリマーとアセタールコポリマーのいずれをも用いることができるが、酸化・還元反応の反応熱で高圧ガス化し易い点でアセタールホモポリマーが好ましい。ポリオキシメチレン粉の平均粒径は、0.3〜2.5mmの範囲が好ましく、0.6〜1.5mmがより好ましい。当該範囲を逸脱すると、ポリオキシメチレン粉の高圧ガス化が不十分となる可能性がある。還元剤と酸化剤の合計量とポリオキシメチレン粉の配合割合は、還元剤と酸化剤の合計量が４０〜８０重量％で、ポリオキシメチレン粉が２０〜６０重量％であることが好ましい。当該範囲を逸脱すると、ポリオキシメチレン粉の高圧ガス化が不十分となる可能性がある
【００１６】
非火薬成分と過塩素酸カリウムの配合割合は、非火薬成分が７０〜９２重量％で、過塩素酸カリウムが８〜３０重量％であることが好ましい。当該範囲を逸脱すると、過塩素酸カリウムによる雷音の音圧レベルの調整が不十分となり、あるいは雷薬の安全性が低下する可能性がある。このように、本発明の雷薬組成物は、機械的感度及び静電気感度が高く危険性の高い火薬成分の過塩素酸カリウムの割合が従来の雷薬が５０重量％以上であるのに比べ低い割合で構成できる。
【００１７】
次いで、本発明の雷薬粒の製造方法を説明する。還元剤のアルミニウム粉と酸化剤の金属酸化物、第２族元素の金属過酸化物及び過酸化亜鉛のいずれか１以上とポリオキシメチレン粉とからなる非火薬成分の混合粉末をバインダーで処理して所定の平均粒径の顆粒を製造する。所定の平均粒径は、0.8〜3.5mmが好ましい。バインダーは、酢酸ビニル系、アクリル系バインダーを例示できる。次いで、得られた顆粒にアルコールに分散した過塩素酸カリウム溶液を散布する。さらに、過塩素酸化カリウム溶液が散布された顆粒のアルコールを回転槽を用いて除去して、均一に過塩素酸カリウムが浸透した雷薬粒を得ることができる。この製造法は、非火薬成分の顆粒に過塩素酸カリウム溶液が散布され、過塩素酸カリウムは非火薬成分の顆粒に浸透し、過塩素酸カリウムが露出しないので、機械的な摩擦、衝撃による爆発等の危険性はなく保安を維持して雷薬粒を製造できる。アルコールは、エチルアルコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコールを例示できる。
【実施例】
【００１８】
次いで、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１９】
〔雷薬組成物の空中での音圧レベルの評価〕
本発明の雷薬組成物から発生する空中での音圧レベルを測定し、従来の雷薬組成物との比較を行った。
【００２０】
(実施例１）
アルミニウム粉１６重量％、酸化銅６４重量％、平均粒径0.8mmのポリオキシメチレン粉（以下、POMと略称することがある）２０重量％を配合した非火薬成分の混合物を酢酸ビニル系バインダーで処理して顆粒とした。この顆粒にメチルアルコールに分散した過塩素酸カリウム（以下、KPと略称することがある）溶液を散布し、回転槽中でメチルアルコールを除去して本発明の雷薬組成物からなる雷薬粒を製造した。KPの配合割合は、アルミニウム粉、酸化銅、POMからなる非火薬成分９０重量%に１０重量%及び非火薬成分８０重量%に２０重量%とした。
【００２１】
（実施例２）
アルミニウム１６重量％、過酸化カルシウム６４重量％、平均粒径0.8mmのPOM２０重量％を配合した非火薬成分の混合粉末を酢酸ビニル系バインダーで処理して顆粒とした。この顆粒にメチルアルコールに分散したKP溶液を散布し、回転槽中でメチルアルコールを除去して本発明の雷薬組成物からなる雷薬粒を製造した。KPの配合割合は、アルミニウム粉、過酸化カルシウム、POMからなる非火薬成分９０重量%に１０重量%及び非火薬成分８０重量%に２０重量%とした。
【００２２】
（比較例）
重量％比で７０/２０/１０の割合でKP、アルミニウム粉及びチタン粉からなる既存の雷薬組成物からなる雷薬粒を製造した。
【００２３】
上記の実施例１、２及び比較例の各雷薬組成物からなる雷薬粒を9分の玉皮（内径27mm、雷コードと着火薬付き）に装填し、花火玉を作製した。実施例１は、薬量が2、4、8gのもので、実施例２は薬量が2、4gのものでそれぞれ花火玉を作製した。また、比較例は薬量2、4、10gのものでそれぞれ花火玉を作製した。花火玉を地上1.5mの地点に吊り上げ爆発させたときの20ｍ地点における音圧を測定した。測定は普通騒音計（リオン社製）を使用し、測定レベル範囲30〜130dB、動特性/FAST、サンプリング周期10ms、周波数補正回路A特性にて音圧を測定した。結果は、表１に示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
KPが70重量％配合される比較例は、115〜117dBの音圧が発生した。一方、実施例１、２は、薬量2〜8gの範囲において108〜115dBの音圧が発生し、目標とする100dBを越す音圧が発生したので、雷薬として十分に実用に供せられることが証明された。また実施例１、２の音圧は、いずれも雷薬組成物の薬量に比例し増大していることが観測され、音圧制御が可能であることを示している。なお、表１の換算距離とは、爆発に伴う音や振動を検討する際、爆源からの距離と爆薬の薬量が音や振動の大きさに関与するので、距離を爆薬の薬量の平方根あるいは立方根で割った値をいい、この換算距離と音圧は直線関係にあることが知られている。測定結果より、実施例及び比較例はいずれも雷薬組成物の薬量ごとに個別の直線関係がほぼ得られた。
【００２６】
〔雷薬組成物の機械的感度、静電気感度の評価〕
本発明の雷薬組成物が従来の雷薬組成物に比較して製造工程や取扱いの際、安全性がどの程度向上しているか機械的感度、静電気感度について、上記の実施例１のKP１０重量％配合例（薬量：2g、4g）、実施例２のKP２０重量％配合例（薬量：2g、4g）及び比較例（薬量：2g）について評価した。なお、比較例は上記の比較例の他、イオウを配合し、KP、アルミニウム粉、チタン粉及びイオウが重量％比で６５/２０/１０/５となる雷薬組成物を別途製造した（薬量：2g）。
【００２７】
機械的感度の試験は、（１）落槌感度、（２）摩擦感度の試験を各々行った。
落槌試験は、火薬学会規格（ES-21）に準拠し、質量5Kgの鉄鎚を一定の高度から落下させ、その下部に設置した試料が起爆する高さ、即ち同一落高で6回試行し1回だけ起爆する１/6爆点で判定する評価方法で行った。
摩擦感度は、火薬学会規格（ES-22）に規定する摩擦試験機を用いた。すなわち、板と杵との間に試料を挟み、試料上部に荷重を加えモーターによって板を水平移動し、試料が同一荷重での試験回数6回のうち1回が起爆する１/6爆点で摩擦感度の評価を行った。
静電気感度の試験は、火薬学会規格（ES-25）による試験法を用いた。すなわち、針状の上部電極と平坦な円柱頂面をもつ下部電極間に試料を設置し、両極間からコンデンサー放電によって静電気エネルギーが印加され、試料が発火するその印加エネルギー水準によって静電気感度の等級を区分する試験を行った。印加エネルギーの変化はコンデンサーへの充電電圧とコンデンサー容量を変えエネルギー水準を変化させて行った。結果は、表２に示した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
本発明の雷薬組成物は、比較例の従来の雷薬組成物に比べ、落槌感度と摩擦感度の機械的感度及び静電気感度のいずれも低い感度を示した。したがって、本発明の雷薬組成物は、雷薬の製造工程や取り扱いの際の安全性は著しく向上することが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の雷薬組成物は、最も危険ランクの高い打ち上げ花火玉の製造工程において通常火薬の一般取り扱い基準にまで作業安全性を向上することができ、煙火業界において有用である。また、本発明の雷薬粒の製造方法は、打ち上げ花火玉の製造工程における安全性を高めることができると共に、打ち上げ花火玉の製造効率も大きく向上したため経済効果もあり、煙火業界において有用である。