JP5204648B2 - 火工品及び、火工品の乾式製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、火工品の分野に関し、特にエアバッグ用のガス発生器等、自動安全装置の分野で用いられる火工品に関する。具体的には、火工品（例えば自動車安全装置に用いられる火工品）の乾式製造方法に関する。また、それ自体が新規性を有する火工品、および前記火工品の使用に関する。

従来から、火工品の製造方法としては、混練ステップと、ツインスクリュー押出器を用いて行う押出ステップと、前記押出ステップによって得られる棒状材料を切断するステップとを含むものが知られている。このような製造方法は例えばフランス特許出願ＮＯ．２ ７７９ ４２６に記載されている。しかしながら、こういった製造方法はあらゆる種類の火工品組成物に適用できるわけではなく、前記組成物が過塩素酸アンモニウム又は硝酸ナトリウム等を多く含んでいる場合、粘度が非常に高くなり押し出すことができなくなる。

自動車安全装置に用いられる新たな噴霧剤においては、火薬(charges)の含有量が９５％を超すことがある。この場合、例えばプレス機又はペレット製造機を用いた圧縮方法といった、異なる製造方法を採用する必要がある。

基本的にペレットの生産には、組成物の原材料を混ぜるステップと、圧縮ステップとがある。

これら二つのステップを経た後、必要に応じて造粒ステップ及び圧縮された対象物を成型するステップを行ってもよい。

米国特許（Ｕ．Ｓ．６，１４３，１０２）には、ペレットの状態で用いられる火工品組成物が記載されている。前記組成物は、硝酸グアニジンと、塩基性硝酸銅、と少なくとも一種類の酸化物とを含んでおり、湿式方法によって得られるものである。

造粒ステップは、粒剤を得るためのステップである。材料を下流に位置するペレット製造機へ適切に流して、前記ペレット製造機を適切に機能させるためには、粒剤を形成することが必要となる。

造粒としては、種々の方法が適用可能であるが、例えばスラリ法が挙げられる。スラリ法は、水などの溶媒に供給された材料の溶解と、前記溶媒の蒸発とを含む。溶媒の蒸発は噴霧化によって行われる。噴霧化は、溶液を微小な液滴として熱風の中に噴霧することを有し、これによって材料を結晶化させ粒剤を形成する。この既知の製造方法は、比較的高価で、生産性が乏しいという欠点がある。その後、得られた粒剤はペレット製造機内にて、圧縮されペレット状の火工品組成物に形成される。

他の既知の造粒方法を採用することも可能であるが、多くの場合乾燥ステップを必要とし、時間がかかり困難である。また、乾燥ステップによって生産性の低下、及び投資費用の増加という悪影響がある。

米国特許（U.S.5 489 349）には、新規性を有する火工品及びその生産方法が記載されている。前記生産方法の第一段階では、まず粉体を圧縮することによって、小断片が生成される。前記小断片は低圧力下で圧縮され、凝集させられる。完成品において、これらの小断片は個体性を保持している。

上記に鑑み、本発明は非常に良好な生産性を有し、低い投資費用で実現できる、簡易な火工品の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的は、技術（前記乾燥方法）と原材料の選択の組み合わせによって達成することが可能である。

好適な環境下で前記技術と特定の原材料とを組み合わせる（整合させる）ことによって、以下に示す異なる形式の、特性に優れた火工品を得ることが可能となる。
-圧密化/圧縮ステップによって直接的に生産された、ペレット状又は小タブレット状の圧密化された物体、
-圧密化ステップ及び造粒ステップの二つのステップをこの順に行って生産される粒剤又は、
-圧密化ステップ、造粒ステップ、及び圧縮ステップの三つのステップをこの順に行うことによって生産される圧縮された物体。
これらの火工品は、特に自動車安全装置の点火ガス生成器に好適に用いることができる。

本発明の方法は火薬の含有量が多い（９５％超、又はほぼ１００％）の組成物であって、前記火薬の少なくとも一種類が加圧下で流れる組成物に特に好適に用いることができる。このような組成物としては、例えば硝酸グアニジンを含有するものが挙げられる。

本発明の方法は、酸化剤(oxidizing charge)及び還元剤(reducing charge)を含む微粉状原材料の乾式混合、及び得られた混合物の乾式圧密化とを含む、火工品の乾式製造方法。

前記微粉状原材料は、グアニジン誘導体 (例：硝酸グアニジン:GN)、金属水素化物 (例：TiH₂)、アルカリ性金属水素化物 (例：LiH)、及びアルカリ性土類金属水素化物 (例：CaH₂)より選択された少なくとも一種類の還元剤；アルカリ性金属硝酸塩（例： K, Na、及び硝酸リチウム）、 アルカリ性土類金属硝酸塩（例： Sr, Be and 硝酸バリウム）及び塩基性金属硝酸塩 (例： 塩基性硝酸銅: BCN)より選択された少なくとも一種類の酸化剤を含み、前記還元剤と酸化剤とのどちらか一方が応力の供給によって流れる性質を有するものである。

また、ここで取り上げられている微粉状原材料は、少なくとも一種類のグアニジン誘導体を含むことが好ましく、特に好ましくは硝酸グアニジンを含んでいる。

好適には、前記微粉状原材料は、硝酸グアニジン (GN)及び塩基性硝酸銅(BCN)を含んでいる。この好適な変形例の枠組内において、前記微粉状原材料は全体的に、４５〜５５重量％の硝酸グアニジンと、４０〜５０重量%の塩基性硝酸銅とを含んでいる。より好適には、前記原材料は、前記硝酸グアニジン (GN)及び塩基性硝酸銅 (BCN)以外の還元剤を含まない。

本発明の方法において、前記微粉状原材料の混合する技術としては、材料（粉体）を混合するのに適切な技術であればどの技術を用いてもよい。

圧密化は、通常原材料の混合物を、互いに反対の方向へ回転する一対のローラの間を通過させることによって行われる。つまり、通常ロール型の圧密機が用いられる。圧密化の圧力は、凡そ１５００〜６０００バールである。

混合ステップを経て得られた原材料の混合物は、単軸又は多軸のシステム（a single-screw or multi-screw system）によって、圧密化ステップへと送られる。

本発明の方法の第一の変形例は、圧密化と圧縮化を同時に行う（単一の）ステップを含んでおり、１０ｍｍ^３〜２ｃｍ^３のペレット又は小タブレットを（直接）産出する。

この単一の圧密化/圧縮ステップはロール型圧密機内で行うことができる。前記圧密機の少なくともどちらか一方のロールの表面には、適切な寸法に空洞化された複数の空洞が形成されている。前記空洞内へ、原材料の混合物が圧縮される。好適には、前記ロール型圧密機の両方のロールの表面に互いに対応する空洞が形成されている。

この本発明の方法の変形例（乾式混合＋乾式圧密化/圧縮化）は、ガス発生器において使用可能なペレット状又は小タブレット状の火工品を直接作り出すことができるという特に有効な効果を奏す。従って、ペレット化ステップを省略することが可能になり、生産性を向上し、生産コストを低減することが可能となる。

よって、選択された原材料から、そのまま使用可能な、ある一定の体積のペレット又は小タブレットを直接的に調合することができる。

上記した例では、ペレット及び小タブレットの体積は１０ｍｍ^３〜２ｃｍ^３としたが、これは数十ミリグラム〜１０グラムのペレット、及び小タブレットに相当する。

このようなペレット及び小タブレットは、米国特許（ＵＳ ５ ４８９ ３４９）に記載の前記断片よりも目に見えて大きい。

以下に示すとおり、このようなペレット及び小タブレット及びこれらの用途も本発明の範疇に含まれる。
-前記方法の前記第一の変形例によって得られた火工品、上述のように特定された体積のペレット状又は小タブレット状の物体、
-前記物体の用途、特に自動車安全装置のエアバッグを膨らませるガス発生器に装填される伝火薬としての用途。

本発明の方法の第二の変形例は、リボン状の圧密化材料を生成する「従来の」乾式圧密化ステップを有している。圧密機のロールの表面は、機械加工されておらず完全な平面状である。

ここで、どのような変形例においても（例えば、圧密化／圧縮、「従来」の圧密化）、使用される圧力は１５００〜６０００バールである。

「従来」の乾式圧密化の後、得られたリボン状の圧密化された材料は、それ自体は価値のないものであり、さらに造粒機へと送られる。

第二の変形例の範囲内において、本発明の方法は全体的に圧密化された混合物を用いた乾式造粒を含み、乾式混合+乾式圧密化+乾式造粒とまとめることが出来る。

前期乾式造粒は、通常圧密化された混合物を段階的なグリッドに押し通すことによって行われる。この際、圧密化された混合物を前記グリッドに押し付けて細分化するための回転体が用いられる。従って、前期乾式造粒では、通常回転体と段階的なグリッドとを含む少なくとも一台の造粒機が用いられる。

本発明の方法の第二の変形例の枠内において、得られた粒剤は分類されるので、段階的に完全に分類された粒剤を得ることができる。従って、前期造粒を効果的に行うことが出来る。不良と判定された粒剤又は分類されずに残留した材料は、有効に再利用され（再度同工程に戻される）、再度造粒が行われる。

この造粒を経た後、再度火工品が得られる。今回得られた粒剤は有効に段階分けされた粒剤であって、ガス発生器等の点火システム(pyrotechnic system)に直接用いることが可能である。通常、得られた粒剤の寸法（粒径）は数百ミクロン単位から数ミリメートル単位の範囲だが、通常５mm未満である。

このようにして上記した材料から、高密度な（理論密度９０％を超える）粒剤を得ることが可能である。

以下に示すとおり、このような粒剤及びそれらの使用も、本発明の範疇に含まれる。
- 上記した乾式造粒を含む本発明の方法の第二の変形例によって得られた火工品、上記した密度と構成の粒剤状物体、
- 前記粒剤状物体の使用、特に自動車安全装置システムに含まれる伝火薬(pyrotechnic charges)用の点火薬としての使用、又はこの類の伝火薬使用 (前述した圧密化／圧縮化から直接得られたペレット及び小タブレットの推奨される使用と同様)。

本発明の方法は、全く新規な方法によって前述したような直接使用可能な粒剤を調合することを可能とする。

第二の変形例において, 本発明の方法は得られた粒剤を乾式圧縮ステップを有していてもよく、乾式混合+ 乾式圧密化 +乾式造粒 + 乾式圧縮とまとめることが出来る。

従って、本発明の方法のさらに他の方法では、得られた粒剤をプレスに送ることができる。

約２ｍｍの圧縮された物体を得るために、前記粒剤に与えられる圧力は凡そ１５００〜６５００バールである。全体的に圧密化で与えられる圧力よりも高い圧力がこの圧縮化で与えられる。

本発明の前記粒剤に対して行われる圧縮化によって、高密度に圧縮された（理論密度９０％を超える）火工品を得ることが出来る。得られた前記火工品としては、ペレット状（この場合圧縮ステップはペレット製造機で行われる）のもの、ウエーハ状のもの、又は一枚岩状のものなどが挙げられるがこれらに限定されるものではない。

以下に示すとおり、このような高密度圧縮された火工品を使用することができる。
- 上記した乾式造粒、及び乾式圧縮工程を経て完了する本発明の工程の第二の変形例によって得られた火工品; 上記した密度と組成の圧縮された物体（例：ペレット、ウエーハ、一枚岩状物体等）;
- 前記粒剤状物体の使用、特に自動車安全装置システムに含まれる伝火薬用の点火薬としての使用、又はこの類の伝火薬としての使用 (前記参照)。

以上のことから、当業者には上記した本発明の全体的な価値を理解することが出来るであろう。

前記選択された技術（乾式方法）は、特に任意の原材料 (特にGN + BCN)を使用することによって、高性能のペレット及び小型のタブレットを直接得ることや、直接的に使用可能な粒剤を得ることを可能とする。

本発明の特徴、及び利点は添付された図を参照した以下の記載によってより明白になるであろう。

本発明による製造工程は、組成物を形成する原材料を混合する第一のステップを有する。図１に示されるように、前記混合は、最先端技術において既知である種々の装置を用いて行うことが可能である。前記混合は、「チューナー」１０、対流式スクリューミキサー１１或いは、例えば対流式櫂形ミキサー１２を用いて行われる。本発明によれば、構成物は乾式で混合される。

その後、得られた混合物に対して圧密化ステップ２、及び必要に応じて造粒ステップ２ｂｉｓが行われる。本発明によれば、この造粒ステップは乾式方法により行われる（つまり、溶媒を必要としない）。圧密化ステップを行うために、粉体である前記混合物は、まず圧密機２０に供給される。ここで、材料を前方向（Ｓ）へ供給するために、例えば前記圧密機２０へと通じるスクリューシステム１３が用いられる。前記圧密機２０は、前述したような平行に配置された二つのロール（２００、２０１）から成る。これら二つのロールの間には、前記混合物が圧密化される部分において隙間が設けられている。前記二つのロール（２００、２０１）は、それぞれの軸を中心に互いに反対の方向に同一のスピードで回転する。前記ロールの間にある、前記材料に圧力が加えられる。前記ロール（２００、２０１）の回転方向は、前記材料が前記ウォームねじ１３によって定義される前記前方向（Ｓ）に移動するように選択される。

前記圧密機２０から得られた前記圧密化された混合物は、例えばリボン状であり、圧縮も行われた場合、ペレット状又は小タブレット状である。

圧縮が行われていない場合、前記圧密機から得られた前記リボン状の材料は、前記造粒機へと送られる。そして、前記リボン状の材料は、グリッド２２の近傍にて回転する回転体２１を用いて粒剤に加工される。前記ホイール２１は、回転によって前記リボン状の材料を前記グリッド２２へと押し込む。前記リボン状の材料は、前記グリッド２２に設けられた前記開口部を通過することによって、粒剤へと加工される。

その後、前記粒剤は特定のグレードに分類される。ここで、所望するサイズの粒剤を得るために、重ねられたグリッド（２３、２４）を有するシステムを使用してもよい。上側グリッド２３は、下側グリッド２４よりも、長い網目を有する。粒剤が所望のサイズである場合、前記上側グリッド２３を通過する。一方、前記粒剤が大きすぎる場合、前記グリッド２３に残ることになる。また、粒剤が小さすぎる場合、前記上側グリッド２３、及び下側グリッド２４を通過する。前記二つのグリッド（２３、２４）の間にある粒剤（すなわち大きすぎず小さすぎない粒剤）は、そのまま使用されるか、或いはペレット、ウエーハ、一枚岩状等の圧縮された物体の製造を意図した圧縮に用いられる。大きすぎる或いは、小さすぎる粒剤は前記圧密機２０に戻される。

図２に示す原理で稼動する回転式ペレット製造機或いは、往復プレス（図示せず）等を用いることによって、前記火工品組成物をペレット状に加工する（ペレット化ステップ３）。

前記粒剤は、供給機構３００と、複数の金型３１とを有するホッパーへ連続的に送られ、タレットへ運ばれ、前記供給機構の前方へと連続的に移動する。それぞれの金型３１には、上下二つのポンチ（３２、３３）が付属している。下側ポンチによって、前記供給機構３００によって前記金型３１へと注がれた前記粒剤を計量することが可能となる。そして、均等化装置３６によって、前記金型３１から得られた粒剤の内、規定外の粒剤を除外することが可能となる。粒剤で満たされた前記金型３１が回転するに伴い、例えば圧力ローラ３４によって前記下側ポンチ３２及び前記上側ポンチ３３が間にある粒剤を圧縮する位置まで互いの方向へ移動する。その後、前記二つのポンチによって圧縮された火工品組成物３５は排出される。

本発明の工程の一変形例によると、前記圧縮は省略してもよい。これによっても、点火システムに供給するのに充分な、圧密化され段階分けされた粒剤を生産することが可能である。

また、本発明の工程の別の変形例によると、前記グリッド２２への押し出しによって、粒剤を形成するステップ、及び前記圧縮ステップを省略してもよい。この場合、ペレット又は小タブレットに加工するための圧縮は、前記圧密化において行われる。これを可能とするために、本変形例では図示するように、前記圧密化ロール（２００、２０１）のそれぞれの縁部に、空洞（図３のＡ）が設けられている。空洞Aは、それぞれ異なる幾何学的な形状を有していてもよい(例:楕円形、四角、円形の断面形状)。前記ロール（２００、２０１）の回転時、前記ロール（２００、２０１）上の空洞Ａはそれぞれ反対側のロールの空洞と対応する。よって、本変形例では、火工品材料である前記混合物は前記ロール（２００，２０１）の間で圧密化されるだけでなく、前記空洞Ａによって直接ペレット又は、小タブレット状へと圧縮される。従って、（後に続く）圧縮ステップの省略によって生産率が向上し、生産コストを大幅に削減することが可能となる。

本発明の一形態による製造工程を示す概略図である。 本発明の一変形例による工程に用いることが可能な回転式ペレット製造機を示す平面図である。 直接的に圧密化／圧縮化された物体を得るために用いられる複数の空洞を有する圧密化ロールの例を示す図である。

Claims (8)

1. 酸化剤及び還元剤を含む微粉状原材料を乾式で混合するステップと、得られた前記混合物を乾式で圧密化するステップとを含む火工品の乾式製造方法において、
   前記微粉状原材料は、グアニジン誘導体、金属水素化物、アルカリ金属水素化物、及び、アルカリ性土類金属水素化物から選択された少なくとも一種類の還元剤と、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ土類金属硝酸塩、及び、塩基性金属硝酸塩より選択された少なくとも一種類の酸化剤とを有し、
   前記微粉状原材料は、応力を与えると流れる性質を有する前記還元剤として硝酸グアニジンを含み、
   前記圧密化はロール型圧密機において行われ、リボン状の圧密化された材料を生成するものであって、
   前記圧密化された混合物を用いて、乾式で造粒するステップをさらに含むことを特徴とする乾式製造方法。
2. 前記微粉状原材料は、４５〜５５重量％の硝酸グアニジンと、４０〜５０重量％の塩基性硝酸銅とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の乾式製造方法。
3. 前記圧密化／圧縮用又は圧密化における圧密化圧力は１５００〜６０００バールであることを特徴とする請求項１又は２に記載の乾式製造方法。
4. 前記乾式造粒は前記圧密化された混合物を段階分用のグリッドに押し込むことによって行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の乾式製造方法。
5. 得られた粒剤を乾式圧縮するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の乾式製造方法。
6. 前記微粉状原材料は酸化剤及び還元剤を９５重量％よりも多く含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の乾式製造方法。
7. 前記微粉状原材料は酸化剤及び還元剤のみからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の乾式製造方法。
8. 前記微粉状原材料は硝酸グアニジン及び塩基性硝酸銅のみからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の乾式製造方法。

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