Igniting powder, initiator, gas generator, air bag unit, and seat belt unit

本発明は、着火薬と、この着火薬を用いたイニシエータと、このイニシエータを備えたガス発生器とに関する。 このガス発生器は、例えば自動車等のエアバッグ装置やシートベルト装置に組み込まれるものである。

自動車等の高速移動体に設けられるエアバッグ装置は、袋状のエアバッグをインフレータと称されるガス発生器によって急速に膨張させるよう構成されている。 このガス発生器は、ガス発生剤と、このガス発生剤のガス発生反応を開始させるイニシエータとを備えている。 このイニシエータは、反応薬剤と、この反応薬剤の反応を開始させるための抵抗発熱体としてのフィラメント（ブリッジワイヤ）とを備えている（例えば米国特許第５４０４２６３号）。

この従来例に係るイニシエータの一例について第１図を参照して説明する。

このイニシエータ１０は、後部（第１図においては下部。）が開放した略カップ形状のケーシング１２を有している。 このケーシング１２内に着火薬１４が収容されている。 ケーシング１２の後部は焼結ガラス等よりなる絶縁材１６によって閉鎖されている。 このケーシング１２内には、該絶縁材１６を貫通した１対の電極１８，２０の先端側が臨んでいる。

この電極１８，２０の先端部同士の間にフィラメント２２が架設されている。 このフィラメント２２の両端側は各電極１８，２０の先端面に溶接されている。 このフィラメント２２は、ケーシング１２内において着火薬１４に接している。

なお、該電極１８，２０同士並びにケーシング１２は、電気的に接触しないよう互いに離間して配置されている。

このように構成されたイニシエータ１０においては、一方の電極１８が電圧昇圧回路等を備えた制御回路２４を介して自動車のバッテリ２６の正極に接続され、他方の電極２０が自動車の車体に接続（アース接続）される。 なお、該バッテリ２６の負極は自動車の車体に接続されている。

車両衝突時等の緊急時には、制御回路２４内のスイッチ素子がＯＮになり、各電極１８，２０を介してバッテリ２６からフィラメント２２に電圧が印加される。 これにより、該フィラメント２２が発熱して着火薬１４が点火され、反応を開始する。 そして、この着火薬１４の反応により高圧ガスや熱が生じ、これによりガス発生器のガス発生剤がガス発生反応を引き起こす。

このイニシエータ１０を備えたガス発生器の一例について第２図を参照して説明する。 このガス発生器３０は、上側ハウジング３２及び下側ハウジング３４よりなる外殻体と、該外殻体内に設置された円筒状の仕切部材３６とからなる容器を有する。 仕切部材３６の一端は下側ハウジング３４の底面の開口を通り、下方に突出している。 この開口の内周面と仕切部材３６の外周面とはレーザービーム溶接等により溶接されている。 この仕切部材３６の内側に点火剤（ブースタプロペラント）４０が収容され、仕切部材３６の外周側にガス発生剤（メインプロペラント）４２が収容されている。

この仕切部材３６の該一端にイニシエータ１０が設置されている。 該イニシエータ１０により点火剤４０が点火されると、ガスが仕切部材３６の開口４４から噴出してガス発生剤４２が点火し、大量のガスが急速に発生し、このガスがメッシュ等よりなるフィルタ４６を通り、開口４８を通ってガス発生器３０外に噴出し、エアバッグを膨張させる。 なお、第２図はガス発生器の一例であって、図示以外の形状のガス発生器も多数種類用いられている。

特表２００３−５２７２７６号には、Ｍｇ１０〜５０重量％、Ａｌ５０〜９０重量％なる組成のＭｇ・Ａｌ合金粉末と硝酸ストロンチウムとを配合してなる着火薬が記載されている。

米国特許第５４０４２６３号

特表２００３−５２７２７６号

上記特表２００３−５２７２７６号に記載の着火薬を構成するＭｇ・Ａｌ合金粉末は、Ｍｇ含有率が低く、着火速度が遅いことが見出された。

本発明は、着火速度が速く、また粉砕性も良好なＭｇ・Ａｌ合金粉末を含んだ着火薬と、この着火薬を有するイニシエータと、このイニシエータを備えてなるガス発生器と、このガス発生器を備えたエアバッグ装置及びシートベルト装置とを提供することを目的とする。

請求項１の着火薬は、Ｍｇ：５５〜７０重量％、Ａｌ：残部である組成を有したＭｇ・Ａｌ合金を燃料成分として含むものである。

請求項２の着火薬は、
Ｃａ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｎ、Ｂａ及び希土類金属よりなる群から選ばれる少なくとも１種：０．５〜１０重量％
残部：Ｍｇ及びＡｌ
である組成を有したＭｇ・Ａｌ系合金の粉末を燃料成分として含むものである。

請求項３の着火薬は、請求項２において、Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ａｌ）の比率が０．５５〜０．７０であることを特徴とするものである。

請求項４の着火薬は、請求項１のＭｇ・Ａｌ合金の粉末と請求項２又は３のＭｇ・Ａｌ系合金の粉末よりなるものである。

請求項５の着火薬は、請求項１ないし４のいずれか１項において、上記粉末１０〜５０重量部に対し酸化剤を５０〜９０重量部（合計１００重量部）加えてなるものである。

請求項６の着火薬は、請求項５において、酸化剤は、ＫＣｌＯ _４ 、ＫＣｌＯ _３ 、ＫＩＯ _４ 、ＫＩＯ _３ 、ＫＭｎＯ _４ 、Ｋ _２ Ｃｒ _２ Ｏ _７ 、ＮＨ _４ ＣｌＯ _４ 、ＮＨ _４ ＮＯ _３及びＳｒ（ＮＯ _３ ） _２よりなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするものである。

請求項７の着火薬は、請求項１ないし６のいずれか１項において、樹脂バインダーを含有することを特徴とするものである。

請求項８のイニシエータは、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の着火薬を備えてなるものである。

請求項９のガス発生器は請求項８に記載のイニシエータを備えてなるものである。

請求項１０のエアバッグ装置は、請求項９に記載のガス発生器を備えてなるものである。

請求項１１のシートベルト装置は、シートベルトと、緊急時にガス発生器からのガス圧により該シートベルトにプリテンションを付与するプリテンショナとを備えてなるシートベルト装置において、該ガス発生器が請求項９に記載のガス発生器であることを特徴とするものである。

本発明者は、種々の研究の結果、Ｍｇ・Ａｌ合金のＭｇの割合を上記特表２００３−５２７２７６号よりも高くすることにより、Ｍｇ・Ａｌ合金粉末の着火性能が向上することを見出した。 本発明はかかる知見に基づくものである。 なお、Ｍｇ・Ａｌ合金中のＭｇの割合を７０％以下とすることにより、Ｍｇ・Ａｌ合金の粉砕性が向上する。 また、取扱いの危険性低減、耐蝕性の向上にも寄与する。

Ｍｇ・Ａｌ合金にさらにＣａ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｎ、Ｂａ及び希土類金属の少なくとも１種を含有させることにより、着火性能がさらに向上すると共に、このＭｇ・Ａｌ系合金の粉砕性もさらに向上する。

着火薬にシリコン樹脂バインダー等の樹脂バインダーを配合することにより、着火薬が取り扱い易いものとなる。

本発明の着火薬は、Ｍｇ・Ａｌ合金粉末及び／又はＭｇ・Ａｌ系合金粉末を含むものである。

このＭｇ・Ａｌ合金粉末の組成は、Ｍｇ５５〜７０重量％、Ａｌ３０〜４５重量％、好ましくはＭｇ５７〜６３重量％、Ａｌ３７〜４３重量％である。 このようにＭｇ含有量を５５重量％以上とすることにより、着火薬の着火時間を短くすることができる。 また、Ｍｇ含有量を６５重量％以下とすることにより、Ｍｇ・Ａｌ合金が破砕し易いものとなり、着火薬の製造コスト低減を図ることができる。

このＭｇ・Ａｌ合金に対しさらにＣａ、Ｍｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｎ、Ｂａ及び希土類金属の少なくとも１種の金属（以下、この金属を添加金属ということがある。）を添加したＭｇ・Ａｌ系合金の粉末も同様の作用効果を有する。 また、この添加金属を添加することにより、着火薬の点火時間を短くかつ安定化できると共に、高温での着火性能も向上する。 さらに、この添加金属を添加することにより、合金の粉砕性も向上する。

この添加金属は、Ｍｇ・Ａｌ系合金中において、０．５〜１０重量％となるように添加されることが好ましい。 添加金属を添加する場合にあっては、添加金属以外の残部におけるＭｇとＡｌとの比率は、Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ａｌ）の重量比率は好ましくは０．５５〜０．８０より好ましくは０．５７〜０．６３である。

なお、上記の添加金属のうちでも特に好適なものはＣａである。

上記の合金は、溶製後、例えばボールミルを用い、好ましくは窒素、アルゴンなどの非酸化性雰囲気中で微粉砕される。 粉末の平均粒径は１０μｍ以下が好ましい。 なお、１μｍ以下では取扱い時に自然発火を起こすため、１〜１０μｍ特に５〜９μｍであることが好ましい。

本発明では、合金粉末１０〜５０重量部に対し９０〜５０重量部の割合（合計で１００重量部）で酸化剤を配合する。

この酸化剤の粉砕もボールミルにて行うことができる。

この酸化剤としては過酸化物及び／又は硝酸塩が好適であり、過酸化物及び／又は硝酸塩としては、ＫＣｌＯ _４ 、ＫＣｌＯ _３ 、ＫＩＯ _４ 、ＫＩＯ _３ 、ＫＭｎＯ _４ 、Ｋ _２ Ｃｒ _２ Ｏ _７ 、ＮＨ _４ ＣｌＯ _４ 、ＮＨ _４ ＮＯ _３及びＳｒ（ＮＯ _３ ） _２の少なくとも１種が好適であり、中でもＫＣｌＯ _３等が好適である。

本発明の着火薬は、上記の着火成分のみからなってもよく、これにさらにシリコン樹脂等の樹脂バインダーを配合し、取り扱い易くしてもよい。 樹脂バインダーの配合量は、上記の着火成分１００重量部に対し０．５〜１５重量部特に０．５〜１０重量部程度が好適である。

このような着火薬は、例えば前記第１図のようにイニシエータ中に填装される。 このイニシエータは例えば前記第２図のようにガス発生器に組み込まれる。 ただし、イニシエータやガス発生器の構成は特に限定されるものではなく、図示以外の種々のものにも適用することができる。

次に、第１図のイニシエータ１０を備えたガス発生器と、このガス発生器を備えたエアバッグ装置及びシートベルト装置との一例について第３〜５図を参照して説明する。

第３図は第２図のガス発生器を備えたエアバッグ装置の縦断面図である。

エアバッグ装置８０は、第２図のガス発生器３０と、このガス発生器３０からのガスにより膨張するエアバッグ８１と、該ガス発生器３０及びエアバッグ８１を保持するリテーナ８２と、折り畳まれたエアバッグ８１を覆うように該リテーナ８２に装着されたモジュールカバー８３等を備えている。

エアバッグ８１は、膨張したときに車両乗員等と対向するフロント面及びこれと反対側のリア面を有し、該リア面に、ガス発生器３０が挿入される開口（口元部）８１ａを備えている。

リテーナ８２は、主板部８２ａと、該主板部８２ａの周縁部から下方へ曲成された脚片部８２ｂとからなる。 該主板部８２ａの中央部にはガス発生器差込口８２ｃが設けられている。 第３図に示すように、このガス発生器差込口８２ｃに該主板部８２ａの裏面側からガス発生器３０の先頭側が挿入されている。 このガス発生器差込口８２ｃの周縁部にエアバッグ８１の口元部８１ａが重ね合わされ、取付リング８４によって固定されている。 ガス発生器３０の先頭側は該口元部８１ａを介してエアバッグ８１内に配置されている。

取付リング８４からはボルト（スタッドボルト）８４ａが突設されており、このボルト８４ａが該口元部８１ａの周囲及びガス発生器差込口８２ｃの周囲の各挿通孔（符号略）並びにフランジ６９の挿通孔７０に挿通されて該フランジ６９の裏側に延出し、このボルト８４ａにナット８４ｂが締め付けられことにより、エアバッグ８１及びガス発生器３０がリテーナ８２に固定される。

このエアバッグ８１を折り畳み、このエアバッグ８１の折り畳み体を覆うようにモジュールカバー８３が装着されることにより、エアバッグ装置８０が構成される。

なお、この実施の形態では、該モジュールカバー８３の裏面から下方へ脚片部８３ａが立設されており、この脚片部８３ａがリベット等の固着具８３ｂによりリテーナ８２の脚片部８２ｂに固着されている。 このモジュールカバー８３は、エアバッグが膨張するときにこのエアバッグ８１に押されて開裂するよう構成されている。 符号８３ｃは、この開裂を誘導するテアラインを示している。

かかる構成のガス発生器３０及びエアバッグ装置８０においては、イニシエータ１０の電極１８，２０に通電されると、イニシエータ１０内の着火薬１４が反応し、これにより点火剤４０が点火される。 次いで、開口４４を介して該点火剤４０からの高温ガスによりガス発生剤４２が点火され、ガスが発生する。 このガスはフィルタ４６を通過して開口４８から即ちエアバッグ８１内に噴出する。 この結果、エアバッグ８１が膨張する。 このエアバッグ８１は、モジュールカバー８３を押し開けて車両乗員等に対向するように膨張展開し、該車両乗員等を保護する。

第４図はガス発生器を備えたシートベルト装置の全体図、第５図はこのシートベルト装置のリトラクタ（プリテンショナ）の分解斜視図である。

このシートベルト装置９０のシートベルト９１は、一端がリトラクタ９２に巻き取り可能に連結され、他端はアンカ９３によって車体に固定されている。 シートベルト９１の途中部分はショルダーアンカ９４及びタング９５にそれぞれ掛け通されている。 該アンカ９３はシートの車室側面側に配置されている。 シートの該アンカ９３と反対側のサイドには、タング９５がラッチされるバックル装置９６が設けられている。 ショルダーアンカ９４は、車室側面の上部に配置されている。

この実施の形態では、リトラクタ９２は、車両緊急時にシートベルト９１に対してプリテンションを加えるプリテンショナと、該シートベルト９１から乗員に加えられる衝撃を吸収する衝撃吸収機構（ＥＡ機構）とが設けられている。 以下に、第５図を参照してこのリトラクタ９２の構成について説明する。

このリトラクタ９２のベースフレーム９７の内部にはスプール９８が収納されており、このスプール９８にシートベルト９１の一端側が巻き付けられている。 スプール９８の回転に伴ってシートベルト９１の巻き取り及び巻き出しが行われる。 スプール９８の軸心にはトーションバー９９が配置されており、該トーションバー９９の一端はロック機構部品１００，１０１を介して支持部材１０２に支持されている。

トーションバー９９は、ＥＡ機構の主要部品であり、シートベルト９１の張力が所定値を超えると塑性捩れ変形し、これに伴ってスプール９８が抗力を受けつつシートベルト９１の巻き出し方向へ回転する。

スプール９８の一端（第５図における左端）にはギア１０３が設けられている。 このギア１０３は、第５図の下段左端に示されているリターンスプリングカバー１０４内のギア（図示略）と係合している。 このリターンスプリングカバー１０４内のリターンスプリング（図示略）により、スプール９８はシートベルト９１を巻き取る方向に付勢されている。

第５図において該リターンスプリングカバー１０４の右隣に示されているプリテンショナカバー１０５と、第５図の下段右端に示されているプリテンショナプレート１０６との間には、パイプ１０７が設けられている。 このパイプ１０７の一端側にガス発生器１０８が取り付けられている。 また、このパイプ１０７の内部には、スプリング１０９、ピストン１１０及び複数のボール１１１が配列されている。 パイプ１０７の他端近傍の側面には切り欠き状の開口部（符号略）が形成されている。 該パイプ１０７の他端側にはガイドブロック１１２が嵌め込まれている。

プリテンショナカバー１０５にはピン１１３が設けられており、このピン１１３に対し、外歯及び内歯を有するリングギア１１４が保持されている。 パイプ１０７は、このリングギア１１４の外周を周回するように配設されている。 なお、パイプ１０７は、その前記一端側から他端側へ向う方向がスプール９８のシートベルト巻き取り回転方向となるように配置されている。 前記開口部はリングギア１０４の外周面と対面するよう配置されており、この開口部に露出した先頭のボール１１１が該リングギア１０４の外歯に係合している。

前記ギア１０３の根元部１１５には、該リングギア１１４の内歯と噛合可能なピニオン１１６が設けられている。 リングギア１１４がピン１１３に保持された状態にあるときには、該リングギア１１４とピニオン１１６とは噛合していない。

ガス発生器１０８がガス噴出作動すると、パイプ１０７内にガスが供給され、このガス圧によりボール１１１が該パイプ１０７の前記他端側、即ちスプール９８のシートベルト巻き取り回転方向へ移動する。 この際、先頭のボール１１１がリングギア１１４を押圧することによりピン１１３が折れて該ピン１１３によるリングギア１１４の保持が解除され、該リングギア１１４がピニオン１１６に噛合する。

この結果、スプール９８が該ピニオン１１６、リングギア１１４及びボール１１１を介してガス発生器１０８からのガス圧によりシートベルト巻き取り回転方向へ付勢され、該スプール９８にシートベルト９１が巻き取られる。 これにより、シートベルト９１にプリテンションが加えられる。

この実施の形態では、ガス発生器１０８は、略円筒形のハウジングを備え、このハウジング内にガス発生剤及び第１図のイニシエータ１０が収容されている。

かかる構成のガス発生器１０８及びシートベルト装置９０においては、イニシエータ１０に通電されると、着火薬１４が反応し、これによりガス発生剤が点火され、ガスが発生する。 そして、このガス圧によりガス発生器１０８からパイプ１０７内にガスが噴出する。 この結果、リトラクタ９２のプリテンショナ機構が前述のように作動してシートベルト９１にプリテンションが加えられる。

上記の各実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態をもとりうる。 例えば、本発明のイニシエータは上記以外の各種のガス発生器に組み込むことができる。 また、このガス発生器は上記以外の各種のエアバッグ装置及びシートベルト装置に組み込むことができる。

以下、実施例及び比較例について説明する。

実施例１〜３、比較例１〜４
金属Ｍｇ、Ａｌ及び必要に応じＣａを表１の混合割合にて７００℃にて溶製し、インゴットとし、これをボールミルで平均粒径約７μｍに粉砕した。 この粉末について着火特性を次のようにして測定した。

ＭｇＡｌ粉末４ｇ、ＫＣｌＯ _３ （平均粒径３μｍ）、シリコン樹脂バインダ１００ｍｇ、エタノール５ｍｌにて混合、乾燥し、着火薬を作成した。 これを金属カップに計量、φ２２μｍのＮｉＣｒＢＷが溶接されたヘッダーを定押力（１５００Ｎ）で圧入して組み立てる。 このように組み立てられたものに１．２Ａ×２ｍｓの定電流を印加、発火時の光を光センサにより検知、着火時間を測定し、これを着火特性評価とした。

その結果を表１に併せて示す。 なお、平均粒径７μｍとするまでに要する粉砕時間も表１に併せて示す。

実施例４〜６、比較例５
Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ａｌ）の比率を０．６に固定し、これに対するＣａの添加割合を変えて同様の特性評価を行った。 結果を表１に示す。

表１の通り、実施例１〜３はいずれも、Ｍｇ含有率が低い比較例１，２よりも着火特性が良好であり、粉砕性も良好である。 比較例３，４は、Ｍｇが過多であり、着火特性は良好であるが、粉砕性が実施例１〜３よりも劣る。

また、実施例４〜６、比較例５の対比から明らかな通り、Ｃａを添加すると平均着火時間が短くなるが、Ｃａ含有率が１０％を超えるとＣａが合金中で均一に溶解しないことから着火時間にばらつきが生じ、平均着火時間が遅くなった。

実施例７〜１７
実施例３において、Ｃａの代りに表２の金属を用いたこと以外は同様にして着火薬を製造し、各々の特性評価を行った。 その結果を表２に示す。

表２の通り、Ｃａの代りに各金属を用いた場合でも同様に平均時間が短くなることが認められた。

イニシエータの一例を示す断面図である。

ガス発生器の一例を示す断面図である。

図２のガス発生器を備えたエアバッグ装置の縦断面図である。

ガス発生器を備えたシートベルト装置の全体図である。

図４のシートベルト装置のリトラクタの分解斜視図である。

符号の説明

１０ イニシエータ １４ 着火薬 ３０，１０８ ガス発生器 ４２ ガス発生剤 ８０ エアバッグ装置 ９０ シートベルト装置