(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用エアバッグのインフレータにおけるイグナイタの点火剤に使用される金属粉末であって、ジルコニウム粉末、チタニウム粉末のうちの少なくとも１種以上からなり、その粉末を形成する金属粒子が鱗片形状であって、平均直径が５〜５００μｍであり、アスペクト比が１０以上であることを特徴とする点火用金属粉末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用エアバックのインフレータにおけるイグナイタの点火剤に使用される点火用金属粉末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エアバッグの展開に使用されるガスを発生させる装置であるインフレータは、一般にイグナイタ、エンハンサ及びガス発生剤で構成される。このインフレータでは、イグナイタの点火によるエンハンサ剤への着火、次いでエンハンサ剤の発熱、伝火によるガス発生剤への着火、最後にガス発生剤の燃焼というプロセスを経て、エアバッグ展開用のガスが発生する。
【０００３】
即ち、衝突時の衝撃により、最初にイグナイタで点火剤が発火し、熱エネルギーを発生する。次いで、ガス発生剤に確実に着火させるために、熱エネルギーの増幅剤であるエンハンサ剤が着火し、最終的にガス発生剤が着火する。
【０００４】
イグナイタには電気式点火方式と機械式点火方式がある。いずれにおいても微小なエネルギーで発火が可能な火薬類が点火剤として使用される。具体的には、ジルコニウムと過塩素酸カリウムの混合薬（ＺＰＰ）などが使用される。
【０００５】
エンハンサ剤には一般的にボロンと硝酸カリウムの混合剤などが使用される。ガス発生剤にはアジ化ナトリウムが用いられる。この物質は燃焼によって純粋な無害の窒素ガスをガス状燃焼生成物として発生するが、アジ化ナトリウム自体は有害であり、廃棄処理等の際には問題となる。従って、アジ化ナトリウムの代わりに毒性の低いガス発生剤の開発が進められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
イグナイタの点火剤としては、上述したように、例えばジルコニウムと過塩素酸カリウムの混合薬（ＺＰＰ）が使用される。この点火剤に使用される金属は微粉末であり、ジルコニウムの他にはアルミニウム、マグネシウム、チタニウムなどがある。
【０００７】
一般に、金属粉末は、微細化するほど点火性能は向上するが、その一方で取り扱い時における自然発火の危険性が増し、安全性が低下する。また、点火性能が上がるほど、燃焼が急激になり、燃焼継続時間が短くなるため、エンハンサ剤の着火に対する確実性が低下する。このため、多量の粉末が必要になる。
【０００８】
この観点から評価すると、通常使用されるジルコニウムの微粉末は、点火性能に優れる反面、取り扱い時における自然発火の危険性が高く、燃焼継続時間も短いという問題がある。また、チタニウムの場合は、安全上、微粉末の作製はなされておらず、比較的大きな粒径を有しているので、点火性能に劣る。
【０００９】
本発明の目的は、点火性を損なうことなく、取り扱い時の安全性を高め、且つ、燃焼継続時間を増大させることができる点火用金属粉末を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは、金属粉末を形成する個々の金属粒子の比表面積に着目し、特にその比表面積を支配する粒子形状に着目して、種々の調査検討を行った。その結果、金属粒子を偏平な鱗片形状とすることにより、金属粉末の燃焼がマイルドになり、適度な燃焼時間が確保されること、及び優れた点火性能を維持しつつ取り扱い時の安全性が改善されることが判明した。
【００１１】
本発明の点火用金属粉末は、かかる知見に基づいて開発されたものであり、自動車用エアバッグのインフレータにおけるイグナイタの点火剤に使用される金属粉末であって、ジルコニウム粉末、チタニウム粉末のうちの少なくとも１種以上からなり、その粉末を形成する金属粒子を鱗片形状とすると共に、平均直径を５〜５００μｍとし、アスペクト比を１０以上としたものである。
【００１２】
一般的に、インフレータ用イグナイタの点火剤に使用される金属粉末は、機械的な破砕により製造された不定形の金属粒子からなる。この金属粒子は、不定形故に比表面積が大きくなり、非常に活性で発火しやすく、取り扱い上、大変危険である。特に、一般的に使用されるジルコニウムの微粉末はこの傾向が強い。
【００１３】
本発明者らは金属粉末を形成する個々の金属粒子の形状に着目し、検討を加えた結果、鱗片形状の金属粒子からなる金属粉末は燃焼がマイルドになり、燃焼速度が適正化されることを知見した。従来の不定形状の金属粒子からなる金属粉末は発火すると直ちに燃え尽きてしまう傾向が強いが、偏平な鱗片形状の場合は、比較的平坦な面を伝搬しながら燃えるので、燃焼時間を延長できるという特徴がある。即ち、鱗片形状の金属粒子からなる金属粉末、特にチタニウム粉末及びジルコニウム粉末は、適正な燃焼速度を有する。また、不定形状の金属粒子に比して、鱗片形状の金属粒子は、その比表面積が小さいので、取り扱い時の発火の危険性を低減できる。
【００１４】
鱗片形状とは、金属粉末を形成する金属粒子を薄く展伸させて得られる偏平な形状である。ガスアトマイズ法等により得られる球状粒子を、ボールミル等で破断させることなく展伸させれば、周縁及び表面が滑らかな薄い円盤状の鱗片形状粒子が得られ、破断させれば周縁に凹凸がある木の葉状の鱗片形状粒子が得られる。また、一般的な不定形状の金属粒子を展伸させれば、周縁に凹凸がある木の葉状の鱗片形状粒子が得られる。
【００１５】
本発明の点火用金属粉末を形成する鱗片形状の金属粒子の種類はジルコニウム及びチタニウムの２種であり、これらの粒子からなる粉末を単独で、或いは２種を混合して使用することができる。
【００１６】
金属粒子の寸法は、直径（粒径）で５〜５００μｍが好ましく、１０〜２００μｍが特に好ましい。この粒径が小さすぎると、鱗片形状といえども安全性が悪化し、燃焼速度も過大となる。反対に、粒径が大きすぎる場合は、点火性能が低下する。また、アスペクト比（直径と厚さの比）で１０以上が好ましく、３０以上が特に好ましい。アスペクト比が小さすぎると、鱗片形状化の効果が不十分となる。アスペクト比の上限については、鱗片形状化の効果の点からは大きいほど好ましいので特に限定しないが、極端に大きい場合は鱗片形状を保つための強度が小さくなり、容易に破壊される。また、製造コストも増大する。この観点から１０００以下が好ましく、５００以下が特に好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
原料となる金属粉末が所定粒径より大きい場合は、ボールミルなどにより機械的に粉末して、所定粒径の金属粉末を得る。ガスアトマイズ法等による球状粉末は、破砕の必要がなく、篩い分けにより所定粒径の金属粉末を得る。
【００１９】
得られた金属粉末を、オレイン酸やミネラルスピリットなどの油脂、及びアルコールなどの溶剤等と共に、ボールミルに投入して展伸する。金属は延性を有しているので、偏平な鱗片形状に展伸される。所定の粒径及びアスペクト比まで展伸されると、油脂や溶剤をアセントンやアルコールなどの揮発性溶剤で洗浄し、乾燥する。
【００２０】
得られた鱗片形状の金属粉末を篩い分けし、所定の粒径の金属粉末を得る。
【００２１】
金属粉末の展伸工程で油脂を使用するのは、潤滑により粒子の破断を防ぐためと、粒子を空気から遮断してその発火を防ぐためである。
【００２２】
金属粉末の展伸に使用する装置としては、回転式、振動式或いは遊星ボールミルの他にスタンプミル、ロールミル、ビーズミル、アトライターミルなどを挙げることができる。油脂の使用や装置の運転条件（例えば運転時間）の選択により、粒子を破断させることなくその展伸が可能になる。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明の実施例を示し、比較例と対比することにより、本発明の効果を明らかにする。各例では、金属粉末のインフレータ用イグナイタの点火剤としての評価を、以下に示す燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験により行った。
【００２４】
〔燃焼速度試験〕
粉末試料を磁性板の上に、短片３ｍｍ、長片２０ｍｍ、高さ３ｍｍの三角柱を倒した形に堆積する。その試料を長片方向の一端面で白金電橋線の線爆発によって点火し、燃焼面が一端面から他端面へ進む様子を高速度ビデオで撮影する。燃焼面が点火端面から１０ｍｍ、１０ｍｍから２０ｍｍ、点火端面から２０ｍｍまで進むまでの各時間から平均の燃焼速度を算出する。
【００２５】
この燃焼速度試験における好ましい平均燃焼速度は０．１〜１．０ｍ／ｓである。０．１ｍ／ｓより遅い場合は、エンハンサ剤の着火に時間がかかり過ぎる。１．０ｍ／ｓより速い場合は、エンハンサ剤の着火に対する確実性が低下するので、燃焼時間を延長するために多量の粉末を使用することが必要となる。
【００２６】
〔摩擦感度試験〕
摩擦板を載せて低速で往復運動が可能な台座と、おもりの重量と吊り下げ位置によって取り付けた摩擦棒への荷重が調整可能な腕木からなる装置を用いる。１５ｍｍ角、厚さ５ｍｍの磁器製の摩擦板の上に試料を約０．０１ｍＬ載せる。直径１０ｍｍ、長さ１５ｍｍの摩擦面に丸みを有する磁器製の摩擦棒を腕木に取り付ける。摩擦板と摩擦棒は共にショア硬さ（ＪＩＳＺ２２４６）ＨＳ９０〜１１０、表面粗さ（ＪＩＳＢ０６０１、ＪＩＳＢ０６５１）１５μｍである。
【００２７】
摩擦棒を試料に接触させ腕木の所定位置に所定のおもりを吊り下げて、所定の荷重をかけた状態とする。その状態で摩擦板を１０ｍｍだけ定速で１回往復させる。同一荷重で連続して６回試験を行い、６回のうち１回だけ爆発するか、或いは１回だけ爆発すると推定される、所謂１／６発火点の荷重を求める。
【００２８】
この摩擦感度試験における好ましい発火荷重は５〜１０ｋｇｆである。発火荷重が５ｋｇｆより小さいと、発火が余りにも簡単に起こり、取り扱い時に発火するおそれがある。反対に、１０ｋｇｆより大きいと、エンハンサ剤に対する点火性が問題になる。
【００２９】
〔静電気感度試験〕
高感度物質用接近電極式電気火花感度試験機を使用する。試料の感度に応じて或る一定の容量のコンデンサを用いる。試料に与えるエネルギーに応じて所定の電圧で蓄電する。そして、上下の電極間で放電させることによって電気火花を発生させる。
【００３０】
試験では、下部電極上に１０〜２０ｍｇ程度の試料を堆積し、試料の上から針状の上部電極を接近させて、自然に放電させる。試料が音、光、煙を発した場合に発火とする。試料が発火したときのコンデンサ容量と電圧から放電エネルギーを求め、これをパラメータとして試料の静電気火花に対する感度を求める。
【００３１】
今回の試験では、アップアンドダウン法によって５０％発火エネルギーを求めた。即ち、与える放電エネルギーを一定間隔で変化させ、試料が発火したら１レベル下げ、試料が発火しなかったら１レベル上げるという試験を２０〜３０回程度繰り返し、所定の計算方法によって５０％発火エネルギー、標準偏差を求めた。放電エネルギーの間隔は対数スケールで０．１刻み、試験回数は２０回とした。
【００３２】
この静電気感度試験における好ましい発火エネルギーは５〜１５ｍＪである。発火エネルギーが５ｍＪより小さいと、発火が余りにも簡単に起こり、取り扱い時に発火するおそれがある。反対に、１５ｍＪより大きいと、エンハンサ剤に対する点火性が問題になる。
【００３３】
（実施例１）
平均粒径５０μｍの不定形状のジルコニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて２時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径１００μｍ、平均アスペクト比２０の鱗片形状のジルコニウム粒子からなる粉末を得た。
【００３４】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００３５】
（実施例２）
平均粒径１００μｍの不定形状のチタニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて２時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径３００μｍ、平均アスペクト比３０の鱗片形状のチタニウム粒子からなる粉末を得た。
【００３６】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００３７】
（実施例３）
平均粒径５０μｍの球状チタニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて２時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径１００μｍ、平均アスペクト比２５の鱗片形状のチタニウム粒子からなる粉末を得た。
【００３８】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００３９】
（実施例４）
平均粒径２０μｍの球状チタニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて２時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径５０μｍ、平均アスペクト比２５の鱗片形状のチタニウム粒子からなる粉末を得た。
【００４０】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００４１】
（実施例５）
平均粒径１８μｍの球状チタニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて１．５時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径２０μｍ、平均アスペクト比２０の鱗片形状のチタニウム粒子からなる粉末を得た。
【００４２】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００４３】
（実施例６）
平均粒径５０μｍの不定形状のジルコニウム粒子からなる粉末５０ｇと平均粒径５０μｍの球状チタニウム粒子からなる粉末５０ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて１時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径１００μｍ、平均アスペクト比２０の鱗片形状のジルコニウム粒子及びチタニウム粒子からなる混合粉末を得た。
【００４４】
得られた混合粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００４５】
（削除）
【００４６】
（削除）
【００４７】
（削除）
【００４８】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００４９】
（比較例１）
平均粒径１０μｍの不定形状のジルコニウム粒子からなる粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００５０】
（比較例２）
平均粒径２０μｍの不定形状のジルコニウム粒子からなる粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００５１】
（比較例３）
平均粒径１００μｍの不定形状のジルコニウム粒子からなる粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００５２】
（比較例４）
平均粒径１００μｍの不定形状のチタニウム粒子からなる粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００５３】
（比較例５）
平均粒径５０μｍの不定形状のチタニウム粒子からなる粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００５４】
（比較例６）
平均粒径３０μｍの不定形状のチタニウム粒子からなる粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００５５】
（比較例７）
平均粒径２０μｍの不定形状のチタニウム粒子からなる粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００５６】
（比較例８）
平均粒径２００μｍの不定形状のジルコニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて３時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径８００μｍ、平均アスペクト比４０の鱗片形状のジルコニウム粒子からなる粉末を得た。
【００５７】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００５８】
（比較例９）
平均粒径２００μｍの不定形状のチタニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて３時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径７００μｍ、平均アスペクト比３５の鱗片形状のチタニウム粒子からなる粉末を得た。
【００５９】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００６０】
（比較例１０）
平均粒径５０μｍの不定形状のジルコニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて０．５時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径１００μｍ、平均アスペクト比５の鱗片形状のジルコニウム粒子からなる粉末を得た。
【００６１】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００６２】
（比較例１１）
平均粒径５０μｍの不定形状のチタニウム粒子からなる粉末１００ｇをオレイン酸２００ｇ、ミネラルスピリット５０ｇ、エチルアルコール１０ｇ及びボールミルメディアと共にポットに投入し、遊星ミルにて０．５時間回転処理した。得られた粉末をアセトンにて洗浄後、乾燥し、篩い分けして平均粒径１５０μｍ、平均アスペクト比５の鱗片形状のチタニウム粒子からなる粉末を得た。
【００６３】
得られた粉末を燃焼速度試験、摩擦感度試験及び静電気感度試験に供し、平均燃焼速度、発火荷重及び発火エネルギーを測定した。各測定値を表１に示す。
【００６４】
【表１】
0003819216.tif 000002
【００６５】
表１から、不定形状粒子に対する鱗片形状粒子の、インフレータ用イグナイタの点火剤としての優位性が明らかである。
【００６６】
即ち、不定形状粒子からなる粉末で、平均粒径が２０〜３０μｍ以上の場合（比較例２〜６）は、発火感度が低すぎ、燃焼速度も遅すぎる傾向である。取り扱い時における安全性は高いが、総合的に判断すると、インフレータ用イグナイタの点火剤としては不適当である。
【００６７】
平均粒径が１０〜２０μ以下の場合（比較例１及び７）は、逆に発火感度が非常に高くなり、燃焼速度が過大となって、エンハンサ剤の着火に対する確実性が低下する。しかも、取り扱い時における発火が問題になる。従って、この場合もインフレータ用イグナイタの点火剤としては不適当である。
【００６８】
これらに対し、鱗片形状粒子からなるジルコニウム粉末、チタニウム粉末の場合（実施例１〜６）は、広い粒径範囲で発火感度が適正であり、高い点火性能を維持しつつ、取り扱い時の高い安全性が確保される。しかも、燃焼速度が遅く、エンハンサ剤の着火に対する確実性が高いので、使用量の低減が可能となる。総合的に判断すると、インフレータ用イグナイタの点火剤として非常に好適である。
【００６９】
ただし、鱗片形状粒子からなるジルコニウム粉末、チタニウム粉末といえども、平均粒径が大きすぎたり、平均アスペクト比が小さすぎた場合（比較例８〜１１）は、インフレータ用イグナイタの点火剤としては、発火感度が低下し、燃焼速度も遅すぎる傾向となる。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の点火用金属粉末は、ジルコニウム粉末、チタニウム粉末のうちの少なくとも１種以上からなり、その粉末形成粒子を鱗片形状としたことにより、点火性を損なうことなく、取り扱い時の安全性を高めることができる。また、燃焼継続時間の増大により、使用量を低減することができる。