JP2007537967A - Stable initiator composition and igniter - Google Patents

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Abstract

電力量が抑制されたハイスパーク開始剤組成物(718)が開示される。開始剤組成物は、金属含有酸化剤と、少なくとも1種の金属還元剤と、非爆発性バインダとを含む。点火時に両方向の噴出を生じる低電圧点火装置も開示される。これらの点火装置は、噴出の向きを定めるサポート(712)内の孔(713)を横切るように位置付けられた電気抵抗素子(716)を有する。これらの点火装置及び組成物は、固体燃料加熱ユニット、特に、密封加熱ユニットのアクチュエーションに有用である。
【選択図】 図1
A high spark initiator composition (718) with reduced power is disclosed. The initiator composition includes a metal-containing oxidizer, at least one metal reducing agent, and a non-explosive binder. Also disclosed is a low voltage igniter that produces a jet in both directions upon ignition. These igniters have an electrical resistance element (716) positioned across a hole (713) in a support (712) that defines the direction of ejection. These igniters and compositions are useful for actuation of solid fuel heating units, particularly hermetic heating units.
[Selection] Figure 1

Description

分野Field

[0001]本開示内容は、低ガス放出開始剤組成物及び噴出誘導式点火装置に関し、特に、固体燃料を加熱する密封加熱ユニットで使用される開始剤組成物及び点火装置に関する。   [0001] The present disclosure relates to low outgassing initiator compositions and jet induction igniters, and more particularly to initiator compositions and igniters used in hermetic heating units that heat solid fuel.

序論Introduction

[0002]内蔵式加熱ユニットは、食料及び飲料を加熱する食品産業から、手・足温器を提供する野外レクリエーション、吸入装置のための医療応用までの広範囲の産業で使用されている。これらの内蔵式加熱ユニットは、発熱化学反応を含む種々の仕組みによって加熱される。化学ベースの加熱ユニットは、エンクロージャ内に発熱金属酸化還元反応を受ける固体燃料を含むことがあり、このような加熱ユニットは、例えば、2004年5月20日に出願された、発明の名称が“Self−Contained Heating Unit and Drug−Supply Unit Employing Same”である米国特許出願に記載されている(この米国特許出願の内容全体はあらゆる目的において参照により本明細書に明確に組み込まれる)。   [0002] Built-in heating units are used in a wide range of industries, from the food industry for heating food and beverages to outdoor recreation providing hand and foot warmers, and medical applications for inhalation devices. These built-in heating units are heated by various mechanisms including an exothermic chemical reaction. A chemical-based heating unit may include a solid fuel that undergoes an exothermic metal redox reaction within an enclosure, such a heating unit being, for example, filed on May 20, 2004, whose title is “ Self-Contained Heating Unit and Drug-Supply Unit Employing Same ", the entire contents of which are expressly incorporated herein by reference for all purposes.

[0003]固体燃料は自立酸化還元反応を生成するために点火される。固体燃料の一部分が点火されると、酸化還元反応によって生成された熱は、燃料のすべてが化学反応のプロセスで消費されるまで、近接した未燃燃料に点火する。発熱酸化還元反応は、固体燃料の少なくとも一部分にエネルギーを供給することによって開始される。固体燃料、又は、固体燃料と接触した素子によって吸収されるエネルギーは熱に変換される。固体燃料が反応の自然発火温度、例えば、燃焼源又は炎が無い場合に自立燃焼を開始又は誘起するため必要な最低温度を上回る温度まで加熱されたとき、酸化還元反応が始まり、燃料が消費されるまで自立反応において固体燃料を燃やす。   [0003] Solid fuel is ignited to produce a self-supporting redox reaction. When a portion of the solid fuel is ignited, the heat generated by the redox reaction ignites the nearby unburned fuel until all of the fuel is consumed in the chemical reaction process. The exothermic redox reaction is initiated by supplying energy to at least a portion of the solid fuel. The energy absorbed by the solid fuel or the element in contact with the solid fuel is converted into heat. When the solid fuel is heated to a spontaneous ignition temperature of the reaction, e.g., above the minimum temperature required to initiate or induce self-sustaining combustion in the absence of a combustion source or flame, the redox reaction begins and the fuel is consumed. Burn solid fuel in a self-supporting reaction until

[0004]エネルギーは、多数の方法を使用して、固体燃料に点火するために供給される。例えば、電流が供給されたときに固体燃料を自然発火温度まで加熱することができる抵抗加熱素子が固体燃料と熱接触させて位置付けられる。吸収されたときに固体燃料をその自然発火温度まで加熱することができる電磁放射源が固体燃料へ向けられる。電磁放射源には、レーザー、ダイオード、フラッシュランプ、及び、マイクロ波源が含まれる。RF又は誘導加熱は、固体燃料内にあるか、又は、固体燃料と熱接触している高透磁率を有する材料によって吸収される交番RF磁界を印加することにより固体燃料源を加熱する。エネルギー源は、より高い局部温度を生じ、その結果、発火を促進するようにエネルギー密度を増大させるため吸収材料に集中される。ある実施形態では、固体燃料は衝撃力によって点火される。   [0004] Energy is supplied to ignite solid fuel using a number of methods. For example, a resistive heating element capable of heating solid fuel to a spontaneous ignition temperature when current is supplied is positioned in thermal contact with the solid fuel. An electromagnetic radiation source capable of heating the solid fuel to its pyrophoric temperature when absorbed is directed to the solid fuel. Electromagnetic radiation sources include lasers, diodes, flash lamps, and microwave sources. RF or induction heating heats the solid fuel source by applying an alternating RF magnetic field that is absorbed in the solid fuel or absorbed by a material with high permeability that is in thermal contact with the solid fuel. The energy source is concentrated in the absorbent material to produce a higher local temperature and consequently increase the energy density to promote ignition. In some embodiments, the solid fuel is ignited by an impact force.

[0005]2004年5月20日に出願された、発明の名称が“Self−Contained Heating Unit and Drug−Supply Unit Employing Same”である米国特許出願に記載されているような金属還元剤及び金属含有酸化剤を含む固体燃料の自然発火温度は、400℃から500℃まで変動する。このような高い自然発火温度は、例えば、携帯型医療用具として、多くの使用条件下で固体燃料の安全な加工と安全な使用を促進するが、同じ理由から、このような高温を達成するために、大量のエネルギーが自立反応を開始させるため固体燃料に供給されなければならない。さらに、固体燃料によって表される熱質量は、非現実的な高温が固体燃料の温度を自然発火温度より上昇させるため加えられなければならないことを要求する。固体燃料及び/又は固体燃料が配置されたサポートに熱が加えられているとき、熱は同時に伝導され排出される。固体燃料を直接加熱することは、固体燃料及びサポートの熱質量のためにかなりの電力量を必要とする。   [0005] A metal reducing agent and a metal-containing agent as described in a US patent application filed on May 20, 2004, entitled "Self-Contained Heating Unit and Drug-Supply Unit Employing Same" The spontaneous ignition temperature of the solid fuel containing the oxidizer varies from 400 ° C to 500 ° C. Such a high pyrophoric temperature promotes the safe processing and safe use of solid fuels under many conditions of use, for example, as a portable medical device, but for the same reason to achieve such high temperatures In addition, a large amount of energy must be supplied to the solid fuel to initiate a self-supporting reaction. Furthermore, the thermal mass represented by the solid fuel requires that an unrealistic high temperature must be applied to raise the temperature of the solid fuel above the pyrophoric temperature. When heat is applied to the solid fuel and / or the support on which the solid fuel is disposed, the heat is simultaneously conducted and discharged. Direct heating of the solid fuel requires a significant amount of power due to the thermal mass of the solid fuel and support.

[0006]当分野において周知のように、例えば、花火産業では、スパークは燃料組成物を安全かつ効率的に発火させるため使用される。スパークは、誘電媒体の電気破壊、又は、燃焼粒子の排出を指す。第1の意味では、電気破壊は、例えば、電圧が印加された分離した電極の間に生成される。スパークは、激しいレーザー照射場内で化合物をイオン化することによっても生成される。燃焼粒子の例には、摩擦によって生成された粒子、及び、断続的な電流によって生成された断続スパークが含まれる。固体燃料に入射した十分なエネルギーを持つスパークは、自立酸化還元反応を開始させる。   [0006] As is well known in the art, for example, in the fireworks industry, sparks are used to ignite fuel compositions safely and efficiently. Spark refers to the electrical breakdown of dielectric media or the emission of combustion particles. In the first sense, electrical breakdown is generated, for example, between separate electrodes to which a voltage is applied. Sparks can also be generated by ionizing compounds in an intense laser field. Examples of burning particles include particles generated by friction and intermittent sparks generated by intermittent current. Sparks with sufficient energy incident on the solid fuel initiate a self-supporting redox reaction.

[0007]典型的に、特に、花火の分野において固体燃料を格納する装置を作動するため使用される開始剤組成物は鉛化合物を含有する。開始剤組成物中に鉛化合物が使用される理由は、鉛化合物が組成物に高い熱安定性を与え、スパーク又は抵抗加熱のような非常に弱いエネルギー刺激によって確実に開始するからである。近年では、鉛を含まない開始剤組成物を有する点火装置が説明されている。例えば、Naudらの国際公開公報第2004/011396号は、エネルギー材とバインダのナノ粒子を使用する電気マッチについて記載する。しかし、Naudらに記載された電子マッチのため使用される開始剤組成物、及び、このような目的のためのその他の開始剤組成物は、典型的に、所望のスパーク感度、スパーク強度、及び、要求される強さを備えるため、異なる材料の複数の層を含む。付加的に、最新の市販されている電気マッチ組成物は、例えば、ニトロセルロースのような爆発性材料を含有する。さらに、これらの材料は発火時にかなりの量のガスを発生する傾向がある。   [0007] Typically, initiator compositions used to operate devices that contain solid fuel, particularly in the field of fireworks, contain lead compounds. The reason why lead compounds are used in the initiator composition is that the lead compounds give the composition a high thermal stability and start reliably with very weak energy stimuli such as spark or resistance heating. In recent years, ignition devices having initiator compositions that do not contain lead have been described. For example, Naud et al., International Publication No. 2004/011396, describes an electrical match using energetic material and binder nanoparticles. However, the initiator compositions used for the electronic match described in Naud et al., And other initiator compositions for such purposes, typically have the desired spark sensitivity, spark strength, and In order to provide the required strength, it includes multiple layers of different materials. Additionally, the latest commercially available electrical match compositions contain explosive materials such as nitrocellulose. In addition, these materials tend to generate significant amounts of gas upon ignition.

[0008]これらの開始剤組成物が設置される点火装置は、一般に、銅箔被覆された電気絶縁性基板からなる。基板のサイズは、一般に、およそ長さが0.4インチ、幅が0.1インチ、厚さが30ミルである。マッチの先端には、マッチの縁を横切るように小径のニクロム線が半田付けされている。マッチの土台に半田付けされた絶縁性リード線は、初期スパークを生成するため、ニクロム線を電気的に発火させる手段を提供する。このような点火装置から発生されたスパーク噴出は、典型的に、マッチの炎のように、炎の形状であり、一方向へ向けられる。   [0008] Ignition devices on which these initiator compositions are installed generally consist of an electrically insulating substrate coated with copper foil. The substrate size is typically approximately 0.4 inches long, 0.1 inches wide, and 30 mils thick. A small-diameter nichrome wire is soldered to the end of the match so as to cross the edge of the match. Insulative leads soldered to the base of the match provide a means to electrically ignite the nichrome wire to generate the initial spark. The spark blast generated from such an igniter is typically in the shape of a flame, like a match flame, and directed in one direction.

[0009]上記の開始剤組成物及び点火装置は、ハイスパーク噴出を生成することが可能である。しかし、ハイスパークであるだけでなく、密封システムのため低ガス放出性でもあり、かつ、医療、食料、及び、その他のこのような装置で用いるため米国運輸省によって分類されているような爆発性材料を包含しない開始剤組成物が依然として必要とされる。その上、両方向の噴出を与える点火装置の必要性がある。   [0009] The initiator composition and igniter described above are capable of producing a high spark blow. However, it is not only a high spark, but also a low outgassing due to the sealing system, and explosiveness as classified by the US Department of Transportation for use in medical, food, and other such devices There is still a need for initiator compositions that do not include materials. In addition, there is a need for an igniter that provides ejection in both directions.

概要Overview

[0010]したがって、本発明の目的は、ハイスパークを生成することが可能であるが、低ガス放出性であり、電力量が規定された開始剤組成物を提供することである。これらの組成物は、電気抵抗、衝撃、及び/又は、光学式点火によって着火されるようなものであることがさらに望ましい。   [0010] Accordingly, it is an object of the present invention to provide an initiator composition that is capable of producing high spark, but is low outgassing and has a defined amount of power. More desirably, these compositions are such that they are ignited by electrical resistance, impact, and / or optical ignition.

[0011]本発明の別の目的は、点火時に両方向の噴出を生成する電気抵抗点火装置を提供することである。ある実施形態では、点火装置はハイスパーク開始剤組成物で被覆される。   [0011] Another object of the present invention is to provide an electrical resistance igniter that produces a bidirectional jet upon ignition. In some embodiments, the igniter is coated with a high spark initiator composition.

[0012]一態様では、本発明は、金属含有酸化剤、少なくとも1種の金属還元剤、及び、バインダの混合物を含む、低ガス生産量が望まれる密封加熱ユニット又はその他のシステムのための爆燃開始剤組成物を提供する。バインダは、典型的に非爆発性である。電力は、固体燃料に点火するために十分であるが、しかし、表面上に薄層として塗られている場合に固体燃料表面を破損する程には強くないエネルギーを供給するように最適化されている。   [0012] In one aspect, the present invention provides a deflagration for a sealed heating unit or other system where low gas production is desired, comprising a mixture of a metal-containing oxidant, at least one metal reducing agent, and a binder. An initiator composition is provided. The binder is typically non-explosive. The power is sufficient to ignite the solid fuel, but optimized to deliver energy that is not strong enough to damage the solid fuel surface when coated as a thin layer on the surface Yes.

[0013]本発明の別の態様は、内部に孔を含むサポートと、孔を覆うために開始剤組成物が上に載せられ、孔を横切るように位置付けられ、サポートと接触した少なくとも2個の導体に接続された抵抗加熱素子とを備え、両方向に集中されたスパーク噴出を用いて燃料に点火する点火装置を提供する。   [0013] Another aspect of the present invention comprises a support comprising a hole therein and at least two in contact with the support, wherein the initiator composition is placed over and positioned across the hole to cover the hole. An ignition device including a resistance heating element connected to a conductor and igniting fuel using spark jets concentrated in both directions is provided.

[0014]本発明のさらに別の態様では、両方向の噴出を伴う点火装置を作成する方法が提供される。   [0014] In yet another aspect of the present invention, a method of making an igniter with bi-directional ejection is provided.

[0015]上記の一般的な記載と以下の詳細な記載の両方は、典型と説明のためだけであり、請求項に記載されているようなある実施形態を限定するものではないことが理解されるべきである。   [0015] It is understood that both the above general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of certain embodiments as recited in the claims. Should be.

種々の実施形態の説明Description of various embodiments

[0026]特に断らない限り、明細書及び特許請求の範囲で使用される含有物、反応条件などの量を表現するすべての数は、用語「約」によってすべての事例において修正されるものとして理解されるべきである。   [0026] Unless stated otherwise, all numbers expressing amounts of inclusions, reaction conditions, etc. used in the specification and claims are understood to be modified in all cases by the term “about”. It should be.

[0027]本願では、単数の使用は特に断らない限り複数を含む。本願では、「又は」の使用は特に断らない限り「及び/又は」を含む。さらに、用語「を含めて(including)」と、「含む(includes)」及び「含まれる(included)」のようなその他の形式の使用は限定的ではない。同様に、「素子」又は「成分」のような用語は、特に断らない限り、1個のユニットを備える素子及び成分と、2個以上のサブユニットを備える素子及び成分の両方を包含する。   [0027] In this application, the use of the singular includes the plural unless specifically stated otherwise. In this application, the use of “or” includes “and / or” unless stated otherwise. Furthermore, the use of the terms “including” and other forms such as “includes” and “included” is not limiting. Similarly, terms such as “element” or “component” encompass both elements and components comprising one unit and elements and components comprising two or more subunits, unless otherwise specified.

開始剤組成物
[0028]燃料、特に、基板上に被覆された燃料に点火するため、点火装置は最適な電力を燃料に供給すべきである。開始剤組成物に点火する際に放出される電力が不十分であるならば、燃料に供給される熱は、燃料が点火する前に熱伝導によって放散される。電力が強力すぎるならば、点火組成物から発生されたスパークが燃料膜の表面を破壊し、燃料が被覆された表面の不均一な加熱を生じる。圧縮エアゾールとしての薬の散布のための加熱ユニットのようなあるアプリケーションでは、この加熱の不均一性は結果として生じるエアゾールの純度に影響を与える。その上、これらの加熱ユニットは、コスト的な理由と、加熱ユニット及びバッテリーを伴う薬散布装置のサイズが小さくなるように、可能であれば低電圧を使用して作動されることが望ましい。
Initiator composition
[0028] In order to ignite fuel, particularly fuel coated on a substrate, the igniter should provide optimal power to the fuel. If the power released when igniting the initiator composition is insufficient, the heat delivered to the fuel is dissipated by heat conduction before the fuel ignites. If the power is too strong, the spark generated from the ignition composition will destroy the surface of the fuel film, resulting in uneven heating of the fuel coated surface. In some applications, such as a heating unit for dispensing medication as a compressed aerosol, this heating non-uniformity affects the purity of the resulting aerosol. Moreover, it is desirable that these heating units be operated using a low voltage if possible, so as to reduce the cost reasons and the size of the drug spreader with the heating unit and battery.

[0029]本発明の開始剤組成物は、爆燃し、固体燃料に容易かつ確実に点火するが、燃料の表面を破壊しない強烈なスパークを生成する。開始剤組成物は、非常に信頼性が高く、金属含有酸化剤と少なくとも1種の金属還元剤の混合物を含む。   [0029] The initiator composition of the present invention detonates and produces a strong spark that ignites solid fuels easily and reliably, but does not destroy the surface of the fuel. The initiator composition is very reliable and includes a mixture of a metal-containing oxidizing agent and at least one metal reducing agent.

[0030]ある実施形態では、金属還元剤は、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、チタニウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、スズ、アンチモン、ビスマス、アルミニウム、及び、ケイ素を含むが、これらに限定されない。ある実施形態では、金属還元剤は、アルミニウム、ジルコニウム、及び、チタンを含む。ある実施形態では、金属還元剤は2種以上の金属還元剤を含む。   [0030] In certain embodiments, the metal reducing agent is molybdenum, magnesium, calcium, strontium, barium, boron, titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc. Including, but not limited to, cadmium, tin, antimony, bismuth, aluminum, and silicon. In some embodiments, the metal reducing agent includes aluminum, zirconium, and titanium. In some embodiments, the metal reducing agent includes two or more metal reducing agents.

[0031]ある実施形態では、酸化剤は、酸素、酸素ベースのガス、及び/又は、固体酸化剤を含む。ある実施形態では、酸化剤は金属含有酸化剤を含む。ある実施形態では、金属含有酸化剤は、過塩素酸塩及び遷移金属酸化物を含むが、これらに限定されない。過塩素酸塩は、例えば、過塩素酸カリウム(KClO)、塩素酸カリウム(KClO)、過塩素酸リチウム(LiClO)、過塩素酸ナトリウム(NaClO)、及び、過塩素酸マグネシウム[Mg(ClO]などの、しかし、これらに限定されないアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩を含む。ある実施形態では、酸化剤として機能する遷移金属酸化物は、モリブデンの酸化物(例えば、MoO)、鉄の酸化物(例えば、Fe)、バナジウムの酸化物(V)、クロムの酸化物(CrO、Cr)、マンガンの酸化物(MnO)、コバルトの酸化物(Co)、銀の酸化物(AgO)、銅の酸化物(CuO)、タングステンの酸化物(WO)、マグネシウムの酸化物(MgO)、及び、ニオブの酸化物(Nb)を含むが、これらに限定されない。ある実施形態では、金属含有酸化剤は、2種以上の金属含有酸化剤を含む。 [0031] In certain embodiments, the oxidant comprises oxygen, an oxygen-based gas, and / or a solid oxidant. In certain embodiments, the oxidant includes a metal-containing oxidant. In some embodiments, the metal-containing oxidant includes, but is not limited to, perchlorate and transition metal oxide. Examples of perchlorates include potassium perchlorate (KClO 4 ), potassium chlorate (KClO 3 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), sodium perchlorate (NaClO 4 ), and magnesium perchlorate [ Including alkali metal or alkaline earth metal perchlorates such as, but not limited to, Mg (ClO 4 ) 2 ]. In some embodiments, the transition metal oxide that functions as an oxidant is an oxide of molybdenum (eg, MoO 3 ), an oxide of iron (eg, Fe 2 O 3 ), an oxide of vanadium (V 2 O 5 ). , Chromium oxide (CrO 3 , Cr 2 O 3 ), manganese oxide (MnO 2 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ), silver oxide (Ag 2 O), copper oxide ( CuO), tungsten oxide (WO 3 ), magnesium oxide (MgO), and niobium oxide (Nb 2 O 5 ), but are not limited thereto. In some embodiments, the metal-containing oxidant includes two or more metal-containing oxidants.

[0032]ある実施形態では、金属還元剤及び酸化剤は、粉末形態でもよい。用語「粉末」は、粉末、粒子、小球、薄片、及び、自己伝播燃焼を維持するために適切なサイズ及び/又は表面領域を示すその他の微粒子を指す。例えば、ある実施形態では、粉末は、0.01μmから200μmまで変動する平均径を示す粒子を含む。   [0032] In certain embodiments, the metal reducing agent and oxidizing agent may be in powder form. The term “powder” refers to powders, particles, globules, flakes, and other particulates that exhibit an appropriate size and / or surface area to maintain self-propagating combustion. For example, in certain embodiments, the powder includes particles that exhibit an average diameter that varies from 0.01 μm to 200 μm.

[0033]ある実施形態では、開始剤組成物中の酸化剤の量は燃料組成物の共融点又はその近くの酸化剤のモル量に関連付けられる。ある実施形態では、酸化剤は主要成分であり、他の実施形態では、金属還元剤が主要成分である。当分野において既知であるように、金属及び金属含有酸化剤の粒子サイズは燃焼率を決定するため変えられ、高速燃焼のためにはより小さい粒子サイズが選択される(例えば、PCT国際公開公報第2004/01396号を参照のこと)。よって、高速燃焼が望まれる一部の実施形態では、粒子はナノサイズであることが好ましい。   [0033] In certain embodiments, the amount of oxidant in the initiator composition is related to the molar amount of oxidant at or near the eutectic point of the fuel composition. In some embodiments, the oxidizing agent is the major component, and in other embodiments, the metal reducing agent is the major component. As is known in the art, the particle sizes of metals and metal-containing oxidants are varied to determine the burn rate, and smaller particle sizes are selected for fast combustion (eg, PCT International Publication No. 2004/01396). Thus, in some embodiments where fast combustion is desired, the particles are preferably nano-sized.

[0034]ある実施形態では、金属還元剤の量は、開始剤組成物の総乾燥重量の25重量%から75重量%まで変動する。ある実施形態では、金属含有酸化剤の量は、開始剤組成物の総乾燥重量の25重量%から75重量パーセントまで変動する。   [0034] In certain embodiments, the amount of metal reducing agent varies from 25% to 75% by weight of the total dry weight of the initiator composition. In certain embodiments, the amount of metal-containing oxidant varies from 25% to 75% by weight of the total dry weight of the initiator composition.

[0035]ある実施形態では、開始剤組成物は、本明細書に記載されているような少なくとも1種の金属と、例えば、本明細書に記載されているような、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の塩素酸塩若しくは過塩素酸塩、又は、金属酸化物などのような少なくとも1種の酸化剤とを含む。   [0035] In some embodiments, the initiator composition comprises at least one metal as described herein and an alkali metal or alkaline earth, for example, as described herein. And at least one oxidizing agent such as metal chlorate or perchlorate or metal oxide.

[0036]ある実施形態では、開始剤組成物は、アルミニウム、ジルコニウム及びホウ素からなる群からの少なくとも1種の金属還元剤を含む。ある実施形態では、開始剤組成物は、三酸化モリブデン、酸化銅、三酸化タングステン、塩素酸カリウム、及び、過塩素酸カリウムからなる群からの少なくとも1種の酸化剤を含む。   [0036] In certain embodiments, the initiator composition comprises at least one metal reducing agent from the group consisting of aluminum, zirconium and boron. In certain embodiments, the initiator composition comprises at least one oxidant from the group consisting of molybdenum trioxide, copper oxide, tungsten trioxide, potassium chlorate, and potassium perchlorate.

[0037]取り扱いの容易さが好ましいある実施形態では、アルミニウムは好ましい金属還元剤である。アルミニウムは、ナノ粒子のような種々のサイズで入手可能であること、及び、保護酸化被膜を容易に形成することをはじめとしていくつかの利点がある。このように、アルミニウムは乾燥状態での購入と取り扱いが可能である。その上、アルミニウムは、例えば、ジルコニウムのような他の金属酸化剤より自然発火性が少ないので、一層安全に取り扱われる。   [0037] In certain embodiments where ease of handling is preferred, aluminum is a preferred metal reducing agent. Aluminum has several advantages, including being available in various sizes such as nanoparticles and easily forming a protective oxide coating. Thus, aluminum can be purchased and handled in a dry state. Moreover, aluminum is handled more safely because it is less pyrophoric than other metal oxidants such as zirconium.

[0038]ある実施形態では、組成物は2種以上の金属還元剤を含む。このような組成物では、少なくとも1種の還元剤は好ましくはホウ素である。ホウ素はその他の開始剤組成物で使用されている(例えば、米国特許第4,484,960号及び第5,672,843号を参照のこと)。ホウ素は、酸化剤の存在下でより多くの出熱を提供するために、起爆が起こる速度を高める。   [0038] In certain embodiments, the composition comprises two or more metal reducing agents. In such compositions, the at least one reducing agent is preferably boron. Boron has been used in other initiator compositions (see, eg, US Pat. Nos. 4,484,960 and 5,672,843). Boron increases the rate at which detonation occurs in order to provide more heat output in the presence of an oxidant.

[0039]ある実施形態では、確実で、再現可能な、制御された固体燃料の点火は、金属含有酸化剤と、少なくとも1種の金属還元剤と、ゲル化剤及び/又はバインダのような少なくとも1種のバインダ及び/又は添加材料との混合物を含む開始剤組成物の使用によって促進される。開始剤組成物は、固体燃料を含む組成物と同じ又は類似した反応剤を含む。   [0039] In certain embodiments, reliable, reproducible and controlled solid fuel ignition comprises at least a metal-containing oxidant, at least one metal reducing agent, a gelling agent and / or a binder. This is facilitated by the use of an initiator composition comprising a mixture with one binder and / or additive material. The initiator composition includes the same or similar reactants as the composition comprising the solid fuel.

[0040]ある実施形態では、開始剤組成物は、例えば、プロセシングを促進し、機械的完全性を高め、及び/又は、燃焼とスパークの生成特性を決定するために添加材料を含む。不活性添加材料は、開始剤組成物の点火及び燃焼中に反応しないか、又は、最小限の程度しか反応しない。これは、ガス蓄積の最小化が望まれる密封システムと共に働くときに特に有利である。添加材料は無機材料でもよく、バインダ、接着剤、ゲル化剤、チキソトロピー剤、及び/又は、界面活性剤として機能する。ゲル化剤の例には、Laponite(登録商標)のようなクレーと、モンモリロナイトと、Cloisite(登録商標)と、nが3若しくは4であり、MがTi、Zr、Al、B若しくはその他の材料であり、化学式R−Si(OR)及びM(OR)によって表現されるような金属アルコキシドと、遷移金属水酸化物若しくは酸化物に基づくコロイダル粒子とが含まれるが、これらに限定されない。バインディング剤の例には、ケイ酸ナトリウム若しくはケイ酸カリウムのような可溶性ケイ酸塩と、ケイ酸アルミニウムと、金属アルコキシドと、無機ポリアニオンと、無機ポリカチオンと、アルミナ若しくはシリカベースのゾルのような無機ゾル・ゲル材料とが含まれるが、これらに限定されない。その他の有用な添加材料には、ガラス玉と、珪藻土と、ニトロセルロースと、ポリビニルアルコールと、グアーガムと、エチルセルロースと、酢酸セルロースと、ポリビニールピロリドンと、フッ素ゴム(Viton)と、バインダとして機能するその他のポリマーとが含まれる。ある実施形態では、開始剤組成物は、2種以上の添加材料を含む。 [0040] In some embodiments, the initiator composition includes additive materials to, for example, facilitate processing, increase mechanical integrity, and / or determine combustion and spark generation characteristics. The inert additive material does not react during the ignition and combustion of the initiator composition or reacts to a minimum extent. This is particularly advantageous when working with sealing systems where minimization of gas accumulation is desired. The additive material may be an inorganic material and functions as a binder, an adhesive, a gelling agent, a thixotropic agent, and / or a surfactant. Examples of gelling agents include clays such as Laponite (R), montmorillonite, Cloisite (R), n is 3 or 4, M is Ti, Zr, Al, B or other materials And includes, but is not limited to, metal alkoxides as represented by the chemical formulas R—Si (OR) n and M (OR) n and colloidal particles based on transition metal hydroxides or oxides. Examples of binding agents include soluble silicates such as sodium silicate or potassium silicate, aluminum silicates, metal alkoxides, inorganic polyanions, inorganic polycations, and sols based on alumina or silica. Inorganic sol / gel materials are included, but not limited thereto. Other useful additives include glass balls, diatomaceous earth, nitrocellulose, polyvinyl alcohol, guar gum, ethyl cellulose, cellulose acetate, polyvinyl pyrrolidone, fluoro rubber (Viton), and function as a binder. And other polymers. In certain embodiments, the initiator composition includes two or more additive materials.

[0041]ある実施形態では、添加材料は、開始剤組成物のあるプロセシング、点火、及び/又は、燃焼特性を決定する際に役立つ。ある実施形態では、イニシエータの成分の粒子サイズは、当分野で既知であるような点火及び燃焼率特性に合わせて選択される(例えば、米国特許第5,739,460号を参照のこと)。   [0041] In certain embodiments, the additive material is useful in determining certain processing, ignition, and / or combustion characteristics of the initiator composition. In some embodiments, the particle size of the components of the initiator is selected for ignition and burn rate characteristics as is known in the art (see, eg, US Pat. No. 5,739,460).

[0042]ある実施形態では、添加剤は不活性であることが望ましい。エンクロージャ内に密封されるとき、開始剤組成物の発熱酸化還元反応は、選択された成分に応じて圧力増加を生じさせる。携帯型医療装置内のようなあるアプリケーションでは、高温発熱材料と、発熱還元反応の生成物、及び、高温から得られるその他の化学反応の生成物とをエンクロージャ内に収容することは役に立つ。発熱反応の収容が、固体燃料とイニシエータ成分の燃焼により生じる内圧に耐えるため、エンクロージャを適切に密封することによって実現される間に、加熱装置の安全性を保証し、装置製造を容易化するため、内圧を最小限に抑えることは有用である。別の手段は、点火及び燃焼中に開始剤組成物によって生成される気相反応生成物の量を最小限に抑えることである。このようにして、ある実施形態では、基板内の圧力は、固体燃料の点火のため使用される開始剤組成物の量を最小限に抑えることによって管理される。同様に、圧力は、不活性であるか、及び/又は、点火時に大量のガスを形成する可能性が低い添加材料の選択によっても管理される。   [0042] In certain embodiments, it is desirable for the additive to be inert. When sealed within the enclosure, the exothermic redox reaction of the initiator composition results in a pressure increase depending on the components selected. In certain applications, such as in portable medical devices, it is useful to enclose high temperature exothermic materials, products of exothermic reduction reactions, and other chemical reaction products derived from high temperatures in an enclosure. Ensuring exothermic reaction withstands the internal pressure caused by combustion of solid fuel and initiator components, so as to ensure the safety of the heating device and facilitate device manufacture while being realized by properly sealing the enclosure It is useful to minimize the internal pressure. Another means is to minimize the amount of gas phase reaction products produced by the initiator composition during ignition and combustion. Thus, in some embodiments, the pressure in the substrate is managed by minimizing the amount of initiator composition used for solid fuel ignition. Similarly, the pressure is governed by the choice of additive materials that are inert and / or less likely to form large amounts of gas upon ignition.

[0043]より好ましい実施形態、特に、加熱ユニットが医療応用で使用される実施形態では、添加剤は、米国運輸省によって分類されているように、例えば、ニトロセルロースのような爆発性をもたないことが望ましい。好ましい実施形態では、添加剤は、Viton(登録商標)及びLaponite(登録商標)である。これらの材料は、他の開始剤組成物に結合し、開始剤組成物に優れた機械安定性を与える。   [0043] In more preferred embodiments, particularly those in which the heating unit is used in medical applications, the additive has an explosive nature, such as nitrocellulose, as classified by the US Department of Transportation. Desirably not. In a preferred embodiment, the additives are Viton® and Laponite®. These materials bind to other initiator compositions and give the initiator compositions excellent mechanical stability.

[0044]金属、金属含有酸化剤、及び/又は、添加材料、及び/又は、適当な水溶性若しくは有機可溶性バインダを含む開始剤組成物の成分は、有用なレベルの分散及び/又は均一性を実現するため、適当な物理的又は機械的方法によって混合される。取り扱い、使用、及び/又は、被覆を簡単にするため、開始剤組成物は、有機溶媒又は水溶性溶媒中に液体懸濁又はスラリーとして調製される。   [0044] Ingredients of the initiator composition, including metals, metal-containing oxidants, and / or additive materials, and / or suitable water-soluble or organic-soluble binders, provide useful levels of dispersion and / or uniformity. To achieve, they are mixed by a suitable physical or mechanical method. To simplify handling, use, and / or coating, the initiator composition is prepared as a liquid suspension or slurry in an organic or water-soluble solvent.

[0045]金属還元剤の金属含有酸化剤に対する比は、適切な燃焼及びスパーク生成特性を決定するため選択される。ある実施形態では、開始剤組成物は、固体燃料に点火するために十分なエネルギーを有するスパークの生成を最大化するため処方される。開始剤組成物から放出されたスパークは、固体燃料の表面に影響を与え、自立発熱酸化還元反応において固体燃料を点火させる。ある実施形態では、開始剤組成物によって放出されるエネルギーの総量は、組成物のアクチュエーション時に0.25Jと8.5Jの間で変動する。これらの組成物は、組成物厚が約20ミクロン〜100ミクロンであるときに約5ミリ秒から30ミリ秒の間の爆燃時間で燃焼する。ある実施形態では、組成物の爆燃時間は、組成物厚が約40〜100ミクロンであるときに約5ミリ秒から20ミリ秒まで変動する。他の実施形態では、爆燃時間は組成物厚が約40〜80ミクロンであるときに約5〜10ミリ秒の範囲に入る。   [0045] The ratio of metal reducing agent to metal-containing oxidant is selected to determine the appropriate combustion and spark generation characteristics. In certain embodiments, the initiator composition is formulated to maximize the production of sparks having sufficient energy to ignite the solid fuel. Sparks released from the initiator composition affect the surface of the solid fuel and ignite the solid fuel in a self-supporting exothermic redox reaction. In certain embodiments, the total amount of energy released by the initiator composition varies between 0.25J and 8.5J upon actuation of the composition. These compositions burn with deflagration times between about 5 milliseconds and 30 milliseconds when the composition thickness is about 20 microns to 100 microns. In certain embodiments, the deflagration time of the composition varies from about 5 milliseconds to 20 milliseconds when the composition thickness is about 40-100 microns. In other embodiments, the deflagration time is in the range of about 5-10 milliseconds when the composition thickness is about 40-80 microns.

[0046]開始剤組成物のエネルギーは、開始剤組成物反応が完了まで進むならば、所定の処方で調製されたスターターの質量によって測定される。開始剤組成物によって生成される電力とエネルギーとの間の相関関係は、開始剤組成物の化学組成と、例えば、質量当たりの厚さのような組成物の物理構造とによって決まる。開始剤組成物の電力を測定する一つの方法は、生成されたスパークからの光の強度を監視することである。光度は、スパークの数密度と、スパークの温度と、スパークの化学特性及び物理特性との関数である。スパークの特性はイニシエータの化学組成によって決まるので、電力はスパークに関連付けられた数の増加及び温度の上昇と相関すると仮定される。実施例3は光度を測定するため使用される方法について記載する。この方法は図2に示されている。図2に示されているように、点火装置600上に被覆された開始剤組成物601は、2個のA76電池3.13V(図示せず)を使用して作動された。作動中に、スパーク602が放出され、光検出器603が光度を測定するため使用された。強度対時間の記録がオシロスコープを用いて行われる。光検出器603からの電圧出力信号は所定の波長での光度に比例する。スターターのエネルギーは、
エネルギー=電力×時間
であるので、曲線の下の面積を積分することによってさらに測定される。当業者は、化学反応の化学量論、望ましいエネルギーの既知の制限に基づいて、及び/又は、日常的な実験によって各成分の適切な量を決定することが可能である。電力は、固体燃料に点火するため十分であるが、固体燃料が表面上に薄層として被覆されているならば、固体燃料表面を破壊する程には強くないエネルギーを供給するために最適化されている。
[0046] The energy of the initiator composition is measured by the mass of the starter prepared with a given formulation if the initiator composition reaction proceeds to completion. The correlation between the power and energy generated by the initiator composition depends on the chemical composition of the initiator composition and the physical structure of the composition, such as thickness per mass. One way to measure the power of the initiator composition is to monitor the intensity of light from the generated spark. Luminous intensity is a function of the number density of the spark, the temperature of the spark, and the chemical and physical properties of the spark. Since the characteristics of the spark are determined by the chemical composition of the initiator, it is assumed that the power correlates with the increase in number and temperature associated with the spark. Example 3 describes the method used to measure light intensity. This method is illustrated in FIG. As shown in FIG. 2, the initiator composition 601 coated on the igniter 600 was activated using two A76 batteries 3.13V (not shown). During operation, the spark 602 was emitted and the photodetector 603 was used to measure the light intensity. Intensity versus time is recorded using an oscilloscope. The voltage output signal from the photodetector 603 is proportional to the luminous intensity at a predetermined wavelength. The starter energy is
Since energy = power × time, it is further measured by integrating the area under the curve. One skilled in the art can determine the appropriate amount of each component based on the stoichiometry of the chemical reaction, known limitations of the desired energy, and / or by routine experimentation. The power is sufficient to ignite the solid fuel, but if the solid fuel is coated as a thin layer on the surface, it is optimized to provide energy that is not strong enough to destroy the solid fuel surface. ing.

[0047]図3A及び3Bは、2個の開始剤組成物の強度対時間の測定である。強度は光検出器からの電圧を記録することにより測定された。図3Aは、0.0008インチの厚さのニクロム線上にニトロセルロースバインダを含む、0.4μLのナノZr:ナノMoO(50:50)と、1μLのナノZr:ナノMoO(50:50)による結果を示す。爆燃時間は約15ミリ秒である。図3Bは、0.0008インチの厚さのニクロム線上にある(乾燥重量パーセントで)26.5%のAlと、51.5%のMoOと、7.8%のBと、14.2%のViton A500からなる1.9μLの混合物による結果を示す。爆燃時間は約10ミリ秒である。 [0047] FIGS. 3A and 3B are measurements of strength versus time for two initiator compositions. Intensity was measured by recording the voltage from the photodetector. Figure 3A comprises a nitrocellulose binder on a nichrome wire having a thickness of 0.0008 inches, Nano 0.4 [mu] L Zr: Nano MoO 3 and (50:50), 1 [mu] L of nano Zr: Nano MoO 3 (50:50 ) Shows the results. The deflagration time is about 15 milliseconds. FIG. 3B shows 26.5% Al, 51.5% MoO 3 , 7.8% B, 14.2 on a 0.0008 inch thick nichrome wire (in dry weight percent). Shown are the results with a 1.9 μL mixture of% Viton A500. The deflagration time is about 10 milliseconds.

[0048]固体燃料が基板上に被覆されている実施形態のようなある実施形態では、固体燃料コーティングの均一又はほぼ均一な厚さは、開始剤組成物からのスパークの衝突中に変えられたり、破壊されたりしないことが望ましいが、その理由は、固体燃料の薄層の厚さ及び固体燃料の組成が、固体燃料の燃焼によって生成される最大温度、及び、温度プロファイルの時空間的な動的性質を決定し得るからである。0.001インチから0.005インチまで変動する厚さを有する薄い固体燃料層を使用する研究は、固体燃料が配置された基板によって到達される最高温度が層の厚さと燃料構成物質の組成とに依存することを明らかにした。よって、固体燃料層の均一性を維持することは、基板上の固体燃料が配置された領域の全体に亘って温度の均一性を達成するために必要である。あるアプリケーションでは、例えば、基板の均一加熱は、高純度の薬物又は医薬組成物を含むエアゾールの生産を促進し、基板成形中に堆積した薬物からのエアゾールの生産高を最大化することが可能である。本発明の組成物は、燃料コーティングに衝突するスパークからの被害を防止又は最小限に抑えるような組成物である。本発明の開始剤組成物は、表面領域の温度の均一性に影響を与えるように、表面領域を破壊することなく、約0.05〜1.5インチの距離から、固体燃料に点火するために十分な電力を生成する。ある実施形態では、開始剤組成物は、燃料の点火中に表面領域の温度の均一性に影響を与えることなく、燃料組成物自体の上に直接載せることが可能である。   [0048] In certain embodiments, such as embodiments in which the solid fuel is coated on a substrate, the uniform or nearly uniform thickness of the solid fuel coating may be altered during the impact of the spark from the initiator composition. It is desirable that the thickness of the thin layer of the solid fuel and the composition of the solid fuel are the maximum temperature produced by the combustion of the solid fuel and the spatio-temporal behavior of the temperature profile. This is because the physical properties can be determined. Studies using thin solid fuel layers with thicknesses that vary from 0.001 inch to 0.005 inch have shown that the maximum temperature reached by the substrate on which the solid fuel is disposed depends on the layer thickness and the composition of the fuel components. It became clear that it depends on. Thus, maintaining the uniformity of the solid fuel layer is necessary to achieve temperature uniformity throughout the region where the solid fuel is disposed on the substrate. In certain applications, for example, uniform heating of the substrate can facilitate the production of aerosols containing high purity drugs or pharmaceutical compositions and maximize aerosol production from drugs deposited during substrate molding. is there. The composition of the present invention is such that it prevents or minimizes damage from sparks that impact the fuel coating. The initiator composition of the present invention is for igniting solid fuel from a distance of about 0.05 to 1.5 inches without destroying the surface area so as to affect the temperature uniformity of the surface area. To generate enough power. In certain embodiments, the initiator composition can be placed directly on the fuel composition itself without affecting the temperature uniformity of the surface area during fuel ignition.

[0049]本発明のある開始剤組成物の実施例は、乾燥重量パーセントで、10%のZrと、22.5%のBと、67.5%のKClOとを含む組成物、49.)%のZrと、49.0%のMoOと、2.0%のニトロセルロースとを含む組成物、33.9%のAlと、55.4%のMoOと、8.9%のBと、1.8のニトロセルロースとからなる組成物、26.5%のAlと、51.5%MoOと、7.8%のBと、14.2%のVitonとからなる組成物、及び、47.6%のZrと、47.6%のMoOと、4.8%のLaponiteとからなる組成物を含む。 [0049] An example initiator composition of the present invention is a composition comprising, by dry weight percent, 10% Zr, 22.5% B, and 67.5% KClO 3 , 49. )% Zr, 49.0% MoO 3 and 2.0% nitrocellulose composition, 33.9% Al, 55.4% MoO 3 and 8.9% A composition comprising B and 1.8 nitrocellulose, a composition comprising 26.5% Al, 51.5% MoO 3 , 7.8% B, and 14.2% Viton. And a composition comprising 47.6% Zr, 47.6% MoO 3 and 4.8% Laponite.

[0050]本発明の特に高いスパーク性があり、かつ、ガス生成が少ない開始剤組成物は、アルミニウム、三酸化モリブデン、ホウ素、及び、Vitonの混合物を含む。ある実施形態では、これらの成分は、20〜30%のアルミニウム、40〜55%の三酸化モリブデン、6〜15%のホウ素、及び、5〜20%のVitonという乾燥重量に基づく混合で混合される。ある実施形態では、組成物は、26〜27%のアルミニウム、51〜52%の三酸化モリブデン、7〜8%のホウ素、及び、14〜15%のVitonを含む。より好ましい実施形態では、アルミニウム、ホウ素、及び、三酸化モリブデンは、ナノサイズの粒子を構成する。他の実施形態では、VitonはViton A500である。   [0050] The particularly high sparking and low gas production initiator composition of the present invention comprises a mixture of aluminum, molybdenum trioxide, boron, and Viton. In some embodiments, these components are mixed in a mixture based on a dry weight of 20-30% aluminum, 40-55% molybdenum trioxide, 6-15% boron, and 5-20% Viton. The In certain embodiments, the composition comprises 26-27% aluminum, 51-52% molybdenum trioxide, 7-8% boron, and 14-15% Viton. In a more preferred embodiment, aluminum, boron, and molybdenum trioxide constitute nano-sized particles. In other embodiments, Viton is a Viton A500.

[0051]実施例1及び2は、本発明の開始剤組成物の調製の代表的な実施例について記載する。   [0051] Examples 1 and 2 describe representative examples of the preparation of initiator compositions of the present invention.

[0052]開始剤組成物は燃料自体の上に直接置かれ、例えば、光学式又は衝撃式などを含む様々な手段で点火される。或いは、開始剤組成物は、図1に示されているように、点火装置に塗布される。点火装置は、物理的に小型であり、熱的に絶縁され、サポートに取り付けられた加熱素子を備えている。   [0052] The initiator composition is placed directly on the fuel itself and ignited by various means including, for example, optical or impact. Alternatively, the initiator composition is applied to the igniter as shown in FIG. The igniter is physically small, includes a heating element that is thermally insulated and attached to a support.

[0053]開始剤組成物を自然発火温度まで加熱するために十分なエネルギーは、開始剤組成物、及び/又は、開始剤組成物が配置されたサポートに印加される。ある実施形態では、開始剤組成物の点火温度は200℃から500℃まで変動する。エネルギー源は、抵抗加熱、放射加熱、誘導加熱、光加熱、及び、衝撃加熱のうちのいずれでもよい。ある実施形態では、これらの開始剤組成物は、加熱ユニット及びアクチュエーションシステムを収容する小型装置が望ましいとき、コスト上の理由から、可能であれば低電圧を使用して作動される。例えば、電池電源式携帯型医療装置に関するあるアプリケーションでは、このような考慮は特に役に立つ。ある実施形態では、エネルギー源は、例えば、1.5Vアルカリ電池又はLR44電池のような1台以上の小型低コスト電池であることが有用である。   [0053] Enough energy is applied to the initiator composition and / or the support on which the initiator composition is disposed to heat the initiator composition to a pyrophoric temperature. In certain embodiments, the ignition temperature of the initiator composition varies from 200 ° C to 500 ° C. The energy source may be any of resistance heating, radiant heating, induction heating, light heating, and impact heating. In certain embodiments, these initiator compositions are operated using low voltage where possible for cost reasons when a small device containing a heating unit and actuation system is desired. For example, such considerations are particularly useful in certain applications involving battery powered portable medical devices. In certain embodiments, the energy source is usefully one or more small low cost batteries such as, for example, a 1.5V alkaline battery or an LR44 battery.

点火装置
[0054]本発明の別の態様では、電気抵抗材料を含む新しい点火装置が開示される。これらの点火装置は、内部に孔を持つサポートに電気抵抗素子を適切に設置することにより、両方向に集中された噴出を生成する。これは、スパークによって点火装置から散逸された電力が2個の固体燃料で被覆された密封加熱ユニットの平面に同時に向けられ、それによって両方の表面に点火することを可能にする。
Ignition device
[0054] In another aspect of the invention, a new igniter comprising an electrically resistive material is disclosed. These ignition devices generate jets concentrated in both directions by appropriately installing an electric resistance element on a support having a hole inside. This allows the power dissipated from the igniter by the spark to be simultaneously directed to the plane of the sealed heating unit coated with two solid fuels, thereby igniting both surfaces.

[0055]一実施形態では、点火装置は、内部に孔を含むサポートと、サポートに接触した少なくとも2個の導体と、少なくとも部分的に孔を横切り、導体に取り付けられた抵抗加熱素子と、抵抗加熱素子の両側の少なくとも一部分の上に設置され、孔を被覆する開始剤組成物とを含む。   [0055] In one embodiment, the igniter includes a support including a hole therein, at least two conductors in contact with the support, a resistance heating element at least partially across the hole and attached to the conductor, and a resistance And an initiator composition disposed on at least a portion of each side of the heating element and covering the pores.

[0056]本明細書では抵抗加熱素子とも呼ばれる電気抵抗材料は、電流が供給されるときに熱を発生する能力がある材料を含む。電気抵抗加熱素子は、点火装置組成物の自然発火温度で完全性を維持する材料を備えている。   [0056] Electrically resistive materials, also referred to herein as resistive heating elements, include materials that are capable of generating heat when current is supplied. The electrical resistance heating element comprises a material that maintains its integrity at the autoignition temperature of the igniter composition.

[0057]ある実施形態では、加熱素子は、タングステンのような元素金属、ニクロムのような合金、又は、炭素のようなその他の材料を含む。抵抗加熱素子に適した材料は当分野において既知である。   [0057] In some embodiments, the heating element comprises an elemental metal such as tungsten, an alloy such as nichrome, or other material such as carbon. Suitable materials for resistance heating elements are known in the art.

[0058]信頼性が高く、かつ、一貫性のある点火を確保するため、着火遅延時間は短く、再現可能であることが必要である。着火時間遅延は、以下の式によって示されているように、電気抵抗加熱素子の温度上昇率とスターター燃料材料の点火温度の関数である。

Figure 2007537967

式中、xは電気抵抗加熱素子を示す。 [0058] In order to ensure reliable and consistent ignition, the ignition delay time needs to be short and reproducible. The ignition time delay is a function of the rate of temperature rise of the electrical resistance heating element and the ignition temperature of the starter fuel material, as shown by the following equation:
Figure 2007537967

In the formula, x represents an electric resistance heating element.

[0059]よって、電気抵抗加熱素子の加熱が速くなるほど、点火装置が早く着火する。電気抵抗加熱素子が断熱的に加熱することを仮定すると、電気抵抗加熱素子の加熱率は、以下の通り熱力学的に計算される。

Figure 2007537967

式中、Xは電気抵抗加熱素子を示し、Iはブリッジワイヤの中を通る電流であり、Aはブリッジワイヤの断面積であり、ρは電気抵抗であり、ρは密度であり、cは比熱である。 [0059] Thus, the faster the electrical resistance heating element is heated, the faster the ignition device ignites. Assuming that the electrical resistance heating element heats adiabatically, the heating rate of the electrical resistance heating element is calculated thermodynamically as follows.
Figure 2007537967

Wherein, X represents an electrical resistance heating element, I is the current through the inside of the bridge wire, A c is the cross-sectional area of the bridge wire, [rho E is an electrical resistance, [rho is the density, c Is the specific heat.

[0060]点火装置に点火するため電池が使用されるときのように、電流が制限されるならば、ρ/(ρc)が大きく、断面積が小さいほど、加熱率が増大する。したがって、ある実施形態では、大きなρ/(ρc)を有する電気抵抗加熱素子が使用される。ある実施形態では、ニクロムは3.92×10−13ΩmK/Jの大きなρ/(ρc)を有し、その上、高い融点1672°Kを有するので、ニクロムが使用される。 [0060] If the current is limited, such as when a battery is used to ignite the igniter, the higher ρ E / (ρc) and the smaller the cross-sectional area, the higher the heating rate. Thus, in one embodiment, an electrical resistance heating element having a large ρ E / (ρc) is used. In one embodiment, nichrome is used because nichrome has a large ρ E / (ρc) of 3.92 × 10 −13 Ωm 4 K / J, as well as a high melting point of 1672 ° K.

[0061]ある実施形態では、電気抵抗加熱素子が同時に化学的に不活性であるか、又は、耐食性があり、かつ、電気接続を形成するため容易に半田付け又は溶接されることがさらに好ましい。   [0061] In some embodiments, it is further preferred that the electrical resistance heating element is simultaneously chemically inert or corrosion resistant and easily soldered or welded to form an electrical connection.

[0062]抵抗加熱素子は適当な形を有する。例えば、抵抗加熱素子は、ワイヤ、フィラメント、リボン、又は、箔の形をしている。しかし、抵抗加熱素子の寸法は点火に影響を与える。抵抗加熱素子の寸法の選択は、抵抗加熱素子が適用されるシステムによって左右される。ある実施形態では、抵抗加熱素子は、約0.001インチ未満の径を有するワイヤであり、別の実施形態では、約0.0008インチ未満であり、さらに別の実施形態では、約0.0006インチ未満である。   [0062] The resistive heating element has a suitable shape. For example, the resistance heating element is in the form of a wire, filament, ribbon, or foil. However, the size of the resistance heating element affects the ignition. The selection of the dimensions of the resistance heating element depends on the system to which the resistance heating element is applied. In one embodiment, the resistive heating element is a wire having a diameter of less than about 0.001 inch, in another embodiment less than about 0.0008 inch, and in yet another embodiment about 0.0006. Less than an inch.

[0063]加熱素子の抵抗の適切な選択は、電流源の電流、所望の自然発火温度、又は、所望の点火時間によって、少なくとも部分的に決定される。電池が使用される場合、最大電力を電気抵抗加熱素子に供給するため、電気抵抗加熱素子の抵抗は電池の内部抵抗と同じであるべきである。よって、LR44又は相当物のような2個の電池が点火装置を作動するため使用され、電池毎に2オームの内部抵抗と0.5アンペアの最大電流でそれぞれ約1.5Vを供給するある実施形態では、電気抵抗加熱素子抵抗は同様に約4オームであるべきである。ある実施形態では、加熱素子の電気抵抗は2Ωから4Ωまで変動する。   [0063] The appropriate selection of the resistance of the heating element is determined at least in part by the current of the current source, the desired autoignition temperature, or the desired ignition time. If a battery is used, the resistance of the electrical resistance heating element should be the same as the internal resistance of the battery in order to supply maximum power to the electrical resistance heating element. Thus, two batteries, such as LR44 or equivalent, are used to operate the igniter, and each battery supplies about 1.5V with an internal resistance of 2 ohms and a maximum current of 0.5 amps each. In form, the electrical resistance heating element resistance should be about 4 ohms as well. In some embodiments, the electrical resistance of the heating element varies from 2Ω to 4Ω.

[0064]ワイヤ径が決定されると、ワイヤの長さは抵抗加熱素子の所定の抵抗によって自動的に固定される。よって、例えば、電気抵抗加熱素子が2個の1.5VのLR44ボタン電池によって給電される0.0008インチ径を持つニクロムであるならば、ワイヤの長さは、使用される電池の内部抵抗に近い約3オームの抵抗を生じるため約0.030インチであるべきである。   [0064] Once the wire diameter is determined, the length of the wire is automatically fixed by a predetermined resistance of the resistive heating element. Thus, for example, if the electrical resistance heating element is Nichrome with a 0.0008 inch diameter powered by two 1.5V LR44 button batteries, the length of the wire will be the internal resistance of the battery used. It should be about 0.030 inches to produce a resistance of close to about 3 ohms.

[0065]電気抵抗加熱素子は電気導体に接続される。加熱素子は、サポート上に配置されたCu導体又はグラファイト/銀インクトレースのような導体に半田付け又は電気接続される。サポートは、ポリイミド、ポリエステル、又は、フルオロポリマーのような電気絶縁基板でもよい。導体は、フレキシブル又は剛性の印刷回路板材料のような電気絶縁材料の2枚の向かい合う層の間に配置される。ある実施形態では、サポートは熱損失の可能性を最小限に抑えるため熱絶縁される。このようにして、アセンブリとサポートの組み合わせに加えられた熱エネルギーの散逸は最小限に抑えられ、それによって、エネルギー源の電力所要量を低減し、物理的に小型であり、かつ、費用が抑えられた熱源の使用を容易化する。   [0065] The electrical resistance heating element is connected to an electrical conductor. The heating element is soldered or electrically connected to a conductor such as a Cu conductor or graphite / silver ink trace disposed on the support. The support may be an electrically insulating substrate such as polyimide, polyester, or fluoropolymer. The conductor is disposed between two opposing layers of electrically insulating material, such as a flexible or rigid printed circuit board material. In certain embodiments, the support is thermally isolated to minimize the possibility of heat loss. In this way, the dissipation of thermal energy applied to the assembly and support combination is minimized, thereby reducing the power requirements of the energy source, being physically small and less expensive. Facilitating the use of an improved heat source.

[0066]サポートは内部に孔又は開口を収容する。抵抗加熱素子は少なくとも部分的に孔の上に配置される。点火装置には1個の抵抗加熱装置しかないので、両方向の噴出又はスパークを生成するためには、抵抗加熱素子が取り付けられた側面に取り付けられたサポートのもう一方の側面からスパークが発生することを可能にするため孔が必要である。これは、点火装置の両側面から来るスパークと接触する固定燃料の点火を可能にする。ある実施形態では、サポート内の孔の径は抵抗加熱素子の長さによって決定される。   [0066] The support houses a hole or opening therein. The resistive heating element is at least partially disposed over the hole. Since the igniter has only one resistance heating device, in order to generate a squirt or spark in both directions, a spark must be generated from the other side of the support attached to the side where the resistance heating element is attached. A hole is necessary to enable this. This allows ignition of fixed fuel in contact with sparks coming from both sides of the igniter. In some embodiments, the diameter of the hole in the support is determined by the length of the resistive heating element.

[0067]本明細書で開示されているような開始剤組成物は、電気抵抗材料が開始剤組成物の点火温度まで加熱されたときに、開始剤組成物がスパークを生成するため点火するように、電気抵抗材料の表面に配置される。開始剤組成物は、開始剤組成物を含むスラリーを堆積させ、乾燥させることにより電気抵抗加熱素子に塗布される。ある実施形態では、開始剤組成物の自然発火温度は200℃から500℃まで変動する。   [0067] An initiator composition as disclosed herein is such that when the electrically resistive material is heated to the ignition temperature of the initiator composition, the initiator composition ignites to produce a spark. And disposed on the surface of the electrical resistance material. The initiator composition is applied to the electrical resistance heating element by depositing and drying a slurry containing the initiator composition. In certain embodiments, the autoignition temperature of the initiator composition varies from 200 ° C to 500 ° C.

[0068]抵抗加熱素子は、電源に電気接続された2個の電極の間に電気接続され、吊される。電源が電池であるならば、システムの点火の信頼性を高めるために、コンデンサが付加される。コンデンサは、コンデンサに蓄積されたエネルギーを放電することにより、加熱中の初期に付加的なエネルギーを電気抵抗素子に供給することを容易化し、点火遅延を短縮し、不点火を少なくする。点火装置が抵抗で作動される加熱ユニット内で使用されるある実施形態では、コンデンサは電力系に追加される。   [0068] The resistance heating element is electrically connected and suspended between two electrodes that are electrically connected to a power source. If the power source is a battery, a capacitor is added to increase the ignition reliability of the system. The capacitor discharges the energy stored in the capacitor, thereby facilitating the supply of additional energy to the electrical resistance element in the initial stage of heating, shortening the ignition delay and reducing misfire. In certain embodiments where the igniter is used in a heating unit that is resistively actuated, a capacitor is added to the power system.

[0069]ある実施形態では、爆燃の兆候は点火装置の作動後20ミリ秒未満に現れ、別の実施形態では、爆燃の兆候は10ミリ秒未満に現れ、さらに別の実施形態では、爆燃の兆候は6ミリ秒未満に現れ、なお別の実施形態では、爆燃の兆候は点火装置の作動後1ミリ秒以内に現れた。   [0069] In some embodiments, the sign of deflagration appears in less than 20 milliseconds after activation of the igniter, in another embodiment, the sign of deflagration appears in less than 10 milliseconds, and in yet another embodiment, The sign appeared in less than 6 milliseconds, and in yet another embodiment, the sign of deflagration appeared within 1 millisecond after activation of the igniter.

[0070]抵抗加熱素子を含む本発明の点火装置の実施形態は図1に示されている。図1に示されるように、抵抗加熱素子716は電極714に電気接続される。電極714は電池(図示せず)のような外部電源に電気接続される。図1に示されるように、電極714は、印刷回路材料のようなラミネート材料に配置される。このような材料と、このようなフレキシブル又は剛性の積層回路を製造する方法は当分野において周知である。ある実施形態では、ラミネート材料712は、開始剤組成物718によって発生されたスパークをはじめとする発熱反応により抵抗加熱素子716が到達する温度、及び、固体燃料の燃焼中に到達する温度で劣化しない材料を含む。例えば、ラミネート712は、Kapton(登録商標)、フッ素ラミネート材料又はFR4エポキシ/ファイバーガラス印刷回路板を含む。抵抗加熱素子716はラミネート712内の開口713に配置される。開口713は、熱散逸を最小限に抑え、抵抗加熱素子によって発生された熱の、開始剤組成物への移動を促進するため抵抗加熱素子716を熱絶縁し、開始剤組成物718から放出され、固体燃料(図示せず)に影響を与えるスパークのためのパスを提供する。   [0070] An embodiment of the ignition device of the present invention including a resistive heating element is shown in FIG. As shown in FIG. 1, resistance heating element 716 is electrically connected to electrode 714. The electrode 714 is electrically connected to an external power source such as a battery (not shown). As shown in FIG. 1, the electrode 714 is disposed in a laminate material, such as a printed circuit material. Such materials and methods for making such flexible or rigid laminated circuits are well known in the art. In some embodiments, the laminate material 712 does not degrade at the temperature reached by the resistive heating element 716 due to an exothermic reaction, including the spark generated by the initiator composition 718, and at the temperature reached during combustion of the solid fuel. Contains materials. For example, the laminate 712 includes Kapton®, fluorine laminate material or FR4 epoxy / fiber glass printed circuit board. The resistive heating element 716 is disposed in the opening 713 in the laminate 712. Opening 713 thermally insulates resistive heating element 716 to minimize heat dissipation and facilitate the transfer of heat generated by the resistive heating element to the initiator composition and is released from initiator composition 718. Provide a path for sparks that affect solid fuel (not shown).

[0071]図1に示されるように、開始剤組成物718は抵抗加熱素子716に配置される。   [0071] As shown in FIG. 1, the initiator composition 718 is disposed on a resistive heating element 716.

[0072]以下の手順は開始剤組成物を抵抗加熱素子に塗布するため使用された。   [0072] The following procedure was used to apply an initiator composition to a resistive heating element.

[0073]0.0008インチ径のニクロム線が、0.005インチ厚のFR4エポキシ/ファイバーガラス印刷回路板(Onanon)上に配置されたCu導体に半田付けされた。点火装置回路板の寸法は1.82インチ×0.25インチであった。導体リード線は接続のため印刷回路板から電源に延びる。ある実施形態では、電気リード線は電気コネクタに接続される。   [0073] A 0.0008 inch diameter nichrome wire was soldered to a Cu conductor placed on a 0.005 inch thick FR4 epoxy / fiberglass printed circuit board (Onanon). The dimensions of the igniter circuit board were 1.82 inches x 0.25 inches. Conductor leads extend from the printed circuit board to the power source for connection. In certain embodiments, the electrical lead is connected to an electrical connector.

[0074]点火装置印刷回路板は、DI水中で10分間に亘って超音波分解(Branson 8510R−MT)されて洗浄され、乾燥され、アセトンが噴霧され、空気乾燥された。   [0074] The igniter printed circuit board was sonicated (Branson 8510R-MT) in DI water for 10 minutes, cleaned, dried, sprayed with acetone, and air dried.

[0075]開始剤組成物は、0.68グラムのナノアルミニウム(40〜70nm径; Argonaide Nanomaterial Technologies,Sanford,FL)と、1.32グラムのナノMoO(EM−NTO−U2; Climax Molybdenum,Henderson,CO)と、0.2グラムのナノホウ素(33,2445−25G; Aldrich)とを含む。開始剤組成物を含むスラリーは、8.6mLの4.25%Viton A500(100mLの酢酸アミル(Mallinckrodt)中の4.25グラムViton)溶液を添加することにより調製された。 [0075] initiator composition is 0.68 grams of nano-aluminum (40 to 70 nm diameter; Argonaide Nanomaterial Technologies, Sanford, FL ) and, 1.32 g nano MoO 3 in (EM-NTO-U2; Climax Molybdenum, Henderson, CO) and 0.2 grams of nanoboron (33, 2445-25G; Aldrich). A slurry containing the initiator composition was prepared by adding 8.6 mL of 4.25% Viton A500 (4.25 grams Viton in 100 mL Mallinckrodt) solution.

[0076]1.1μL滴のスラリーが加熱素子に堆積され、20分間乾燥され、開始剤組成物を含む別の0.8μL滴のスラリーが加熱素子の反対側に堆積された。   [0076] A 1.1 μL drop of slurry was deposited on the heating element, dried for 20 minutes, and another 0.8 μL drop of slurry containing the initiator composition was deposited on the opposite side of the heating element.

[0077]A76アルカリ電池から1000μFコンデンサを介してニクロム加熱素子に3.0Vを印加すると、1〜50ミリ秒内で、典型的には1〜6ミリ秒内でAl:MoO:B開始剤組成物に点火した。例えば、76.16%Zr:19.04%MoO:4.8%Laponite(登録商標)RDSを含む燃料のような、金属還元剤と金属含有酸化剤とを含む固体燃料の表面の0.12平方インチ内に設置されたとき、開始剤組成物によって生成されたスパークが自立発熱反応を生成するため固体燃料に点火した。ある実施形態では、開始剤組成物を含む1μL滴のスラリーが、固体燃料の点火を促進するため、抵抗加熱素子に配置された開始剤組成物に近接した固体燃料の表面上に堆積させられる。 [0077] Al: MoO 3 : B initiator in 1-50 milliseconds, typically in 1-6 milliseconds, when 3.0V is applied to the nichrome heating element through a 1000 μF capacitor from an A76 alkaline battery The composition was ignited. For example, a surface of a solid fuel comprising a metal reducing agent and a metal-containing oxidant, such as a fuel comprising 76.16% Zr: 19.04% MoO 3 : 4.8% Laponite® RDS, is reduced to 0. When installed within 12 square inches, the spark produced by the initiator composition ignited the solid fuel to produce a self-supporting exothermic reaction. In some embodiments, a 1 μL drop of slurry containing the initiator composition is deposited on the surface of the solid fuel proximate to the initiator composition disposed in the resistive heating element to facilitate ignition of the solid fuel.

[0078]Al:MoO:Bを含む開始剤組成物は、ニクロム線に付着され、温度サイクリング(−25℃←→40℃)、落下試験、及び、衝撃試験を含む機械試験及び環境試験の後に物理的な完全性を維持した。実施例3〜5は、点火装置に関して行われた一部の試験についてさらに説明する。 [0078] An initiator composition comprising Al: MoO 3 : B is attached to a nichrome wire and is subjected to mechanical and environmental tests including temperature cycling (−25 ° C. ← → 40 ° C.), drop test, and impact test. Later, physical integrity was maintained. Examples 3-5 further illustrate some tests performed on the igniter.

[0079]本明細書で開示された点火装置及び/又は本明細書で開示された開始剤組成物は、加熱ユニット内の固体燃料に点火するため使用される。それらは、特に、例えば、後述される加熱ユニットのような密封された加熱ユニットに応用がある。   [0079] The ignition device disclosed herein and / or the initiator composition disclosed herein is used to ignite solid fuel in a heating unit. They have particular application in sealed heating units such as, for example, heating units described below.

開始剤組成物を含む加熱ユニットと点火装置
[0080]本発明の開始剤組成物が使用される加熱ユニットの実施形態は図4Aに示されている。加熱ユニット10は熱伝導性材料から形成された基板12を備える。熱伝導性材料は周知であり、典型的に、アルミニウム、鉄、銅、ステンレス鋼などの金属と、合金と、セラミックと、充填ポリマーとを含むが、それに限定されるものではない。基板は1種以上のこのような材料から形成され、ある実施形態では、多層構造を有する。例えば、基板は、材料の1層以上の膜及び/又は被覆及び/又は多数のシート又は層を含む。ある実施形態では、基板の一部は複数の区分から形成される。ある実施形態では、加熱ユニットの基板を形成する複数の区分は異なる熱特性を有する。基板は適切な形状であればよく、図4Aに示された長方形構造は単に典型である。基板はさらに適切な厚さを持ち、基板の厚さはある特定の領域で異なることがある。図4A及び4Bに示されているような基板12は、内面14及び外面16を有する。熱は内面14から外面16へ伝導される。外面16に近接して、又は、接触して設置された物又は物体は、固体又は液体物体の温暖化又は加熱、さらなる反応の誘起、或いは、相変化の誘起のような所望の作用を実現するため伝達された熱を受け取る。ある実施形態では、伝導熱は、外面16と直接的又は間接的に接触した化合物の相変化を誘起する。
Heating unit and igniter comprising initiator composition
[0080] An embodiment of a heating unit in which the initiator composition of the present invention is used is shown in FIG. 4A. The heating unit 10 includes a substrate 12 formed from a thermally conductive material. Thermally conductive materials are well known and typically include, but are not limited to, metals such as aluminum, iron, copper, stainless steel, alloys, ceramics, and filled polymers. The substrate is formed from one or more such materials, and in certain embodiments has a multilayer structure. For example, the substrate includes one or more films and / or coatings and / or multiple sheets or layers of material. In some embodiments, a portion of the substrate is formed from a plurality of sections. In some embodiments, the plurality of sections forming the substrate of the heating unit have different thermal characteristics. The substrate can be any suitable shape, and the rectangular structure shown in FIG. 4A is merely exemplary. The substrate further has an appropriate thickness, and the thickness of the substrate may vary in certain areas. The substrate 12 as shown in FIGS. 4A and 4B has an inner surface 14 and an outer surface 16. Heat is conducted from the inner surface 14 to the outer surface 16. An object or object placed in close proximity to or in contact with the outer surface 16 achieves a desired action, such as warming or heating a solid or liquid object, inducing further reactions, or inducing a phase change. For receiving the transmitted heat. In some embodiments, the heat of conduction induces a phase change in the compound that is in direct or indirect contact with the outer surface 16.

[0081]加熱ユニット10は一面の固体燃料20をさらに含む。固体燃料20は内面14と近接してもよく、ここでは、「近接」という用語は、直接的な接触を指す「隣接」とは区別されるような間接的な接触を指す。図4Aに示されているように、固体燃料20は、内面14と固体燃料20とによって画成された介在する開放空間を介して内面14と近接してもよい。ある実施形態では、図4Bに示されているように、固体燃料20は内面14と直接的に接触し、又は、隣接する。   [0081] The heating unit 10 further includes a solid fuel 20 on one side. The solid fuel 20 may be proximate to the inner surface 14, where the term “proximity” refers to indirect contact as distinguished from “adjacent” which refers to direct contact. As shown in FIG. 4A, the solid fuel 20 may be proximate to the inner surface 14 through an intervening open space defined by the inner surface 14 and the solid fuel 20. In some embodiments, as shown in FIG. 4B, the solid fuel 20 is in direct contact with or adjacent to the inner surface 14.

[0082]ある実施形態では、固体燃料は、金属還元剤と、例えば、金属含有酸化剤のような酸化剤を含む。   [0082] In some embodiments, the solid fuel includes a metal reducing agent and an oxidizing agent, such as, for example, a metal-containing oxidizing agent.

[0083]ある実施形態では、金属還元剤は、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、チタニウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、スズ、アンチモン、ビスマス、アルミニウム、及び、ケイ素を含むが、これらに限定されない。ある実施形態では、金属還元剤は、アルミニウム、ジルコニウム、及び、チタニウムを含む。ある実施形態では、金属還元剤は2種以上の金属還元剤を含む。   [0083] In some embodiments, the metal reducing agent is molybdenum, magnesium, calcium, strontium, barium, boron, titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc. Including, but not limited to, cadmium, tin, antimony, bismuth, aluminum, and silicon. In some embodiments, the metal reducing agent includes aluminum, zirconium, and titanium. In some embodiments, the metal reducing agent includes two or more metal reducing agents.

[0084]ある実施形態では、酸化剤は、酸素、酸素ベースのガス、及び/又は、固体酸化剤を含む。ある実施形態では、酸化剤は金属含有酸化剤を含む。ある実施形態では、金属含有酸化剤は、過塩素酸塩及び遷移金属酸化物を含むが、これらに限定されない。過塩素酸塩は、例えば、過塩素酸カリウム(KClO)、塩素酸カリウム(KClO)、過塩素酸リチウム(LiClO)、過塩素酸ナトリウム(NaClO)、及び、過塩素酸マグネシウム[Mg(ClO]などの、しかし、これらに限定されないアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩を含む。ある実施形態では、酸化剤として機能する遷移金属酸化物は、モリブデンの酸化物(例えば、MoO)、鉄の酸化物(例えば、Fe)、バナジウムの酸化物(V)、クロムの酸化物(CrO、Cr)、マンガンの酸化物(MnO)、コバルトの酸化物(Co)、銀の酸化物(AgO)、銅の酸化物(CuO)、タングステンの酸化物(WO)、マグネシウムの酸化物(MgO)、及び、ニオブの酸化物(Nb)を含むが、これらに限定されない。ある実施形態では、金属含有酸化剤は、2種以上の金属含有酸化剤を含む。 [0084] In certain embodiments, the oxidant comprises oxygen, an oxygen-based gas, and / or a solid oxidant. In certain embodiments, the oxidant includes a metal-containing oxidant. In some embodiments, the metal-containing oxidant includes, but is not limited to, perchlorate and transition metal oxide. Examples of perchlorates include potassium perchlorate (KClO 4 ), potassium chlorate (KClO 3 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), sodium perchlorate (NaClO 4 ), and magnesium perchlorate [ Including alkali metal or alkaline earth metal perchlorates such as, but not limited to, Mg (ClO 4 ) 2 ]. In some embodiments, the transition metal oxide that functions as an oxidant is an oxide of molybdenum (eg, MoO 3 ), an oxide of iron (eg, Fe 2 O 3 ), an oxide of vanadium (V 2 O 5 ). , Chromium oxide (CrO 3 , Cr 2 O 3 ), manganese oxide (MnO 2 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ), silver oxide (Ag 2 O), copper oxide ( CuO), tungsten oxide (WO 3 ), magnesium oxide (MgO), and niobium oxide (Nb 2 O 5 ), but are not limited thereto. In some embodiments, the metal-containing oxidant includes two or more metal-containing oxidants.

[0085]ある実施形態では、固体燃料を形成する金属還元剤は、ジルコニウムとアルミニウムから選択され、金属含有酸化剤はMoOとFeから選択される。 [0085] In some embodiments, the metal reducing agent that forms the solid fuel is selected from zirconium and aluminum, and the metal-containing oxidant is selected from MoO 3 and Fe 2 O 3 .

[0086]金属還元剤の、金属含有酸化剤に対する比は、固体燃料の点火温度及び燃焼特性を決定するため選択される。典型的な化学燃料は、重量ベースのパーセンテージで75%のジルコニウムと25%のMoOとを含む。ある実施形態では、金属還元剤の量は、固体燃料の総乾燥重量の60重量%から90重量%まで変動する。ある実施液体では、金属含有酸化剤の量は、固体燃料の総乾燥重量の10重量%から40重量%まで変動する。 [0086] The ratio of metal reducing agent to metal-containing oxidant is selected to determine the ignition temperature and combustion characteristics of the solid fuel. A typical chemical fuel contains 75% zirconium and 25% MoO 3 by weight percentage. In certain embodiments, the amount of metal reducing agent varies from 60% to 90% by weight of the total dry weight of the solid fuel. In certain working liquids, the amount of metal-containing oxidant varies from 10% to 40% by weight of the total dry weight of the solid fuel.

[0087]ある実施形態では、固体燃料は、例えば、固体燃料の点火中及び点火後にプロセッシングを促進し、及び/又は、加熱ユニットの熱特性及び時間特性を決定するため、添加材料を含む。添加剤は、有機でも無機でもよく、バインダ、接着剤、ゲル化剤、チキソトロープ剤、及び/又は、界面活性剤として機能する。ゲル化剤の例には、Laponite(登録商標)のようなクレーと、モンモリロナイトと、Cloisite(登録商標)と、nが3若しくは4であり、MがTi、Zr、Al、B若しくはその他の材料であり、化学式R−Si(OR)及びM(OR)によって表現されるような金属アルコキシドと、遷移金属水酸化物若しくは酸化物に基づくコロイダル粒子とが含まれるが、これらに限定されない。バインディング剤の例には、ケイ酸ナトリウム若しくはケイ酸カリウムのような可溶性ケイ酸塩と、ケイ酸アルミニウムと、金属アルコキシドと、無機ポリアニオンと、無機ポリカチオンと、アルミナ若しくはシリカベースのゾルのような無機ゾル・ゲル材料とが含まれるが、これらに限定されない。 [0087] In certain embodiments, the solid fuel includes additive materials, for example, to facilitate processing during and after ignition of the solid fuel and / or to determine the thermal and temporal characteristics of the heating unit. The additive may be organic or inorganic and functions as a binder, an adhesive, a gelling agent, a thixotropic agent, and / or a surfactant. Examples of gelling agents include clays such as Laponite (R), montmorillonite, Cloisite (R), n is 3 or 4, M is Ti, Zr, Al, B or other materials And includes, but is not limited to, metal alkoxides as represented by the chemical formulas R—Si (OR) n and M (OR) n and colloidal particles based on transition metal hydroxides or oxides. Examples of binding agents include soluble silicates such as sodium silicate or potassium silicate, aluminum silicates, metal alkoxides, inorganic polyanions, inorganic polycations, and sols based on alumina or silica. Inorganic sol / gel materials are included, but not limited thereto.

[0088]その他の有用な添加材料には、ガラス玉と、珪藻土と、ニトロセルロースと、ポリビニルアルコールと、バインダとして機能するその他のポリマーとが含まれる。ある実施形態では、固体燃料は2種以上の添加剤を含む。金属、酸化剤、及び/又は、添加材料、及び/又は、その他の適当な水溶性バインダ又は有機可溶性バインダを含む固体燃料の成分は、有用なレベルの分散又は均一性を実現するため、適当な物理的又は機械的方法によって混合される。ある実施形態では、固体燃料は脱気される。   [0088] Other useful additive materials include glass beads, diatomaceous earth, nitrocellulose, polyvinyl alcohol, and other polymers that function as binders. In some embodiments, the solid fuel includes two or more additives. Solid fuel components including metals, oxidants, and / or additive materials, and / or other suitable water-soluble or organic soluble binders are suitable for achieving a useful level of dispersion or uniformity. Mixed by physical or mechanical methods. In certain embodiments, the solid fuel is degassed.

[0089]加熱ユニット内の固体燃料は、適当な形状であり、適当な寸法を有する。例えば、図4Aに示されているように、固体燃料20は、正方形又は長方形の加熱ユニットへ挿入するため成形される。図4Bに示されているように、固体燃料20は、表面26と側面28、30とを含む。図4Cは加熱ユニットの実施形態を示す。図4Cに示されているように、加熱ユニット40は、外面44及び内面46を有する基板42を備える。ある実施形態では、基板42の長さを延長するロッドの形をなす固体燃料48は、内面46によって画成された内容積を満たす。ある実施形態では、内面46によって画成された内容積は、固体燃料48が内面46に隣接した円筒として配置されるように、及び/又は、内面46の径より小さい径を示すロッドとして配置されるように、介在空間又は層を含む。フィン付き、又は、リブ付きの外面は、固体燃料から表面に接触した物又は組成物への熱移動を促進するために役立つ大きい表面積を提供することが理解される。   [0089] The solid fuel in the heating unit is of an appropriate shape and has an appropriate size. For example, as shown in FIG. 4A, the solid fuel 20 is shaped for insertion into a square or rectangular heating unit. As shown in FIG. 4B, the solid fuel 20 includes a surface 26 and side surfaces 28, 30. FIG. 4C shows an embodiment of the heating unit. As shown in FIG. 4C, the heating unit 40 includes a substrate 42 having an outer surface 44 and an inner surface 46. In one embodiment, the solid fuel 48 in the form of a rod that extends the length of the substrate 42 fills the internal volume defined by the inner surface 46. In certain embodiments, the internal volume defined by the inner surface 46 is arranged such that the solid fuel 48 is arranged as a cylinder adjacent to the inner surface 46 and / or as a rod that exhibits a diameter that is smaller than the diameter of the inner surface 46. As such, it includes intervening spaces or layers. It is understood that the finned or ribbed outer surface provides a large surface area that serves to facilitate heat transfer from the solid fuel to the material or composition in contact with the surface.

[0090]ある実施形態では、固体燃料は、膜又は薄層として基板に配置され、ここで、固体燃料の薄層の厚さは、例えば、0.001インチから0.030インチまで変動する。開始剤組成物は、燃料自体に直接的に設置され、例えば、光学式又は衝撃式などの様々な手段によって添加される。図4Aに示されているように、加熱ユニット10は、固体燃料20の一部に点火する開始剤組成物50を含む。ある実施液体では、図4A及び4Bに示されているように、開始剤組成物50は固体燃料20の中央領域54の近くに設置される。開始剤組成物50は、例えば、エッジの方へ向かった固体燃料のその他の領域に設置してもよい。ある実施形態では、加熱ユニットは、2種以上の開始剤組成物を含み、2種以上の開始剤組成物50が固体燃料20と同じ側又は異なる側に設置される。ある実施形態では、開始剤組成物50は、基板12と一体的に形成された、及び/又は、基板12内の適当なサイズの開口内に固定された支え部材56に取り付けられる。支え部材56及び基板12は、固体燃料20の点火及び燃焼中に反応物質及び反応生成物が加熱ユニット10の外部へ放出されることを阻止するため密封される。ある実施形態では、開始剤組成物50と接触した電気リード線58a、58bは、開始剤組成物50を働かせるため構成された機構部(図示せず)への電気接続のため支え部材56から延びる。   [0090] In certain embodiments, the solid fuel is disposed on the substrate as a membrane or thin layer, wherein the thickness of the thin layer of solid fuel varies, for example, from 0.001 inch to 0.030 inch. The initiator composition is placed directly on the fuel itself and added by various means such as, for example, optical or impact. As shown in FIG. 4A, the heating unit 10 includes an initiator composition 50 that ignites a portion of the solid fuel 20. In some implementation liquids, the initiator composition 50 is placed near the central region 54 of the solid fuel 20, as shown in FIGS. 4A and 4B. Initiator composition 50 may be placed, for example, in other areas of the solid fuel toward the edge. In certain embodiments, the heating unit includes two or more initiator compositions, and the two or more initiator compositions 50 are located on the same side as the solid fuel 20 or on different sides. In certain embodiments, the initiator composition 50 is attached to a support member 56 that is integrally formed with the substrate 12 and / or secured within an appropriately sized opening in the substrate 12. The support member 56 and the substrate 12 are sealed to prevent reactants and reaction products from being released outside the heating unit 10 during ignition and combustion of the solid fuel 20. In some embodiments, electrical leads 58a, 58b in contact with the initiator composition 50 extend from the support member 56 for electrical connection to a mechanism (not shown) configured to operate the initiator composition 50. .

[0091]或いは、開始剤組成物は、燃料自体の上に直接的に設置され、例えば、光学式又は衝撃式を含む多種多様な手段によって点火される。   [0091] Alternatively, the initiator composition is placed directly on the fuel itself and ignited by a variety of means including, for example, optical or impact.

[0092]図5Aは、本発明の開始剤組成物を組み込む加熱ユニットの別の実施形態の縦断面図を示す。図5Aに示されているように、加熱ユニット60は、形状がほぼ円筒形であり、テーパー付きの先端部分64の一端で終端し、開口容器66の他端で終端する基板62を含む。基板62は、内部領域72を画成する内面68及び外面70をそれぞれ有する。内部バッキング部材74は、形状が円筒状であり、内部領域72内に位置付けられてもよい。バッキング部材74の反対側の端76、78は開放でもよい。ある実施形態では、バッキング部材74は、加熱ユニットの所望の熱的ダイナミクス及び時間的ダイナミクスに依存して、熱力学及び熱伝導性材料又は熱吸収材料を含む。熱吸収材料で作られるとき、バッキング部材74は、固体燃料80の点火後に、基板62が到達する最高温度を下げる。   [0092] FIG. 5A shows a longitudinal cross-sectional view of another embodiment of a heating unit incorporating the initiator composition of the present invention. As shown in FIG. 5A, the heating unit 60 includes a substrate 62 that is substantially cylindrical in shape and terminates at one end of a tapered tip portion 64 and terminates at the other end of the open container 66. The substrate 62 has an inner surface 68 and an outer surface 70 that each define an inner region 72. The inner backing member 74 may be cylindrical in shape and positioned within the inner region 72. The opposite ends 76, 78 of the backing member 74 may be open. In certain embodiments, the backing member 74 includes thermodynamic and thermally conductive materials or heat absorbing materials, depending on the desired thermal and temporal dynamics of the heating unit. When made of a heat absorbing material, the backing member 74 lowers the maximum temperature reached by the substrate 62 after ignition of the solid fuel 80.

[0093]ある実施形態では、例えば、本明細書に記載された固体燃料のいずれかを含む固体燃料80は、基板62とバッキング部材74との間に閉じ込められ、内部領域72を満たす。固体燃料80は基板62の内面68に隣接する。   [0093] In certain embodiments, a solid fuel 80 comprising, for example, any of the solid fuels described herein is confined between the substrate 62 and the backing member 74 and fills the interior region 72. The solid fuel 80 is adjacent to the inner surface 68 of the substrate 62.

[0094]ある実施形態では、本明細書に記載されているような開始剤組成物82は、基板62の開放容器66に設置され、固体燃料80に点火するように構成される。ある実施形態では、支え部材84は、開口容器66に位置付けられ、例えば、接合又は溶接のような適切な仕組みを使用して所定の位置に固定される。支え部材84及び基板62は、反応物質、又は、開始剤組成物82及び固体燃料80の点火及び燃焼中に生成された反応生成物の放出を阻止するため密封される。支え部材84は、表面に対向する内部領域72内の凹部86を含む。凹部86は開始剤組成物82を保持する。ある実施形態では、電気刺激が、電池(図示せず)のような電源の正端子及び負端子に接続されたリード線88、90を介して、開始剤組成物82に直接加えられる。リード線88、90は、開始剤組成物82(図示せず)と物理的に接触して設置された電気抵抗加熱素子に接続される。ある実施形態では、リード線88、90は開始剤組成物82で被覆される。   [0094] In some embodiments, an initiator composition 82 as described herein is placed in an open container 66 of the substrate 62 and configured to ignite the solid fuel 80. In certain embodiments, the support member 84 is positioned in the open container 66 and secured in place using a suitable mechanism such as, for example, bonding or welding. Support member 84 and substrate 62 are sealed to prevent release of reactants or reaction products produced during ignition and combustion of initiator composition 82 and solid fuel 80. The support member 84 includes a recess 86 in the internal region 72 that faces the surface. The recess 86 holds the initiator composition 82. In some embodiments, electrical stimulation is applied directly to the initiator composition 82 via leads 88, 90 connected to the positive and negative terminals of a power source such as a battery (not shown). The leads 88, 90 are connected to an electrical resistance heating element that is placed in physical contact with the initiator composition 82 (not shown). In certain embodiments, the leads 88, 90 are coated with an initiator composition 82.

[0095]図5Aを参照すると、開始剤組成物82への刺激の印加は、バッキング部材74の開放端78から端76へ向けられるスパークの生成をもたらす。端76へ向けられたスパークは、固体燃料80と接触し、固体燃料80の点火を引き起こす。固体燃料80の点火は、点火された固体燃料80の自己伝播波を生成し、この波は、一端78から先端部64へ伝わり、基板62の容器端66に保持された支え部材84の方へ戻る。点火された固体燃料80の自己伝播波は、基板62の内面68から外面70へ伝導される熱を発生する。   [0095] Referring to FIG. 5A, the application of a stimulus to the initiator composition 82 results in the creation of a spark directed from the open end 78 to the end 76 of the backing member 74. The spark directed toward end 76 contacts solid fuel 80 and causes solid fuel 80 to ignite. The ignition of the solid fuel 80 generates a self-propagating wave of the ignited solid fuel 80, which propagates from one end 78 to the tip 64 and toward the support member 84 held at the container end 66 of the substrate 62. Return. The self-propagating wave of the ignited solid fuel 80 generates heat conducted from the inner surface 68 to the outer surface 70 of the substrate 62.

[0096]本発明の開始剤組成物を使用し、異なる初期セットアップを持つ加熱ユニットの実施形態は、図5Bに示されている。図5Bに示されているように、加熱ユニット60は、支え部材84内の凹部86に配置された第1の開始剤組成物82と、バッキング部材74の開放端76に配置された第2の開始剤組成物94とを含む。内部領域72に位置するバッキング部材74は、開放領域96を画成する。固体燃料80は基板62とバッキング部材74との間の内部領域内に配置される。ある実施形態では、リード線88、90を介した、第1の開始剤組成物82への電気刺激の印加中に発生されたスパークは、開放領域96を通って第2の開始剤組成物94の方へ向けられ、第2の開始剤組成物94に点火させ、スパークを発生させる。第2の開始剤組成物94によって発生されたスパークは、次に、固体燃料80に点火し、点火は最初に基板62の先端部へ向かって起こり、点火の自己伝播波で対向端へ伝わる。   [0096] An embodiment of a heating unit using the initiator composition of the present invention and having a different initial setup is shown in FIG. 5B. As shown in FIG. 5B, the heating unit 60 includes a first initiator composition 82 disposed in the recess 86 in the support member 84 and a second initiator disposed at the open end 76 of the backing member 74. An initiator composition 94. A backing member 74 located in the inner region 72 defines an open region 96. The solid fuel 80 is disposed in an internal region between the substrate 62 and the backing member 74. In certain embodiments, sparks generated during the application of electrical stimulation to the first initiator composition 82 via the leads 88, 90 pass through the open region 96 to the second initiator composition 94. To ignite the second initiator composition 94 and generate a spark. The spark generated by the second initiator composition 94 then ignites the solid fuel 80, and the ignition first occurs toward the tip of the substrate 62 and is transmitted to the opposite end by a self-propagating wave of ignition.

[0097]ある実施形態では、本発明の開始剤組成物を含み、説明され、図4A〜4C及び5A〜5Cに示された加熱ユニットは、急速加熱が有用であるアプリケーションで使用される。一例として、実質的に図5Bに示されているような加熱ユニットは、本発明の開始剤組成物を使用して、固体燃料の点火にアクセスするため製造された。図5Bを参照すると、円筒状基板62は、長さがおよそ1.5インチであり、開口容器66の径は0.6インチであった。重量パーセントで75%のZr:25%のMoOを含む固体燃料80は、バッキング部材74と基板62の内面との間の空間内の内部領域に置かれた。重量パーセントで10%のZr:22.5%のB:67.5%のKClOを含む5mgの第1の開始剤組成物82が支え部材の凹部に置かれ、重量パーセントで10%のZr:22.5%のB:67.5%のKClOを含む10mgの第2の開始剤組成物94が加熱ユニット60のテーパー部付近でバッキング部材74の開放端76に置かれた。2個の1.5V電池からの電気リード線88、90は、第1の開始剤組成物82に点火し、したがって、第2の開始剤組成物94に点火するためにスパークを生成するため、0.3アンペアの電流を供給した。両方のイニシエータは、電流の供給後、1〜20ミリ秒の範囲内で点火された。第2の開始剤組成物94によって生成されたスパークは、円筒のテーパー付き先端部64内の固体燃料80に点火し、外部基板表面が100ミリ秒未満で400℃の最高温度に到達した。 [0097] In certain embodiments, the heating unit comprising and described the initiator composition of the present invention and illustrated in FIGS. 4A-4C and 5A-5C is used in applications where rapid heating is useful. As an example, a heating unit substantially as shown in FIG. 5B was manufactured using the initiator composition of the present invention to access solid fuel ignition. Referring to FIG. 5B, the cylindrical substrate 62 was approximately 1.5 inches long and the diameter of the open container 66 was 0.6 inches. A solid fuel 80 containing 75% by weight Zr: 25% MoO 3 was placed in an internal region in the space between the backing member 74 and the inner surface of the substrate 62. 5 mg of a first initiator composition 82 containing 10% by weight Zr: 22.5% B: 67.5% KClO 3 was placed in the recess of the support member and 10% Zr by weight percent. 10 mg of second initiator composition 94 containing: 22.5% B: 67.5% KClO 3 was placed on the open end 76 of the backing member 74 near the taper of the heating unit 60. The electrical leads 88, 90 from the two 1.5V batteries ignite the first initiator composition 82 and thus generate a spark to ignite the second initiator composition 94, A current of 0.3 amperes was supplied. Both initiators were ignited in the range of 1-20 milliseconds after the current supply. The spark produced by the second initiator composition 94 ignited the solid fuel 80 in the cylindrical tapered tip 64 and the outer substrate surface reached a maximum temperature of 400 ° C. in less than 100 milliseconds.

[0098]エンクロージャ内に密封されたとき、燃料及び/又は開始剤組成物の発熱酸化還元反応は、圧力の著しい増加を生じる。ある実施形態では、加熱ユニットの内圧は、高温で最小限のガス生成物を生成する材料から基板、バッキング、及び、その他の内部成分を作ることによって管理又は低減される。ある実施形態では、圧力は、イニシエータ及び固体燃料が燃焼されるときに、ガスが収集され、及び/又は、排出される内容積を設けることによって、管理又は低減される。ある実施形態では、内容積は、大表面積と大きな間隙容量を有する多孔性又は繊維性の材料を含む。ある実施形態では、固体燃料燃焼から生じる圧力の即時爆発は、衝撃吸収材料を設置するか、及び/又は、加熱ユニット内でコーティングすることによって削減される。衝撃吸収材料は、文献、及び、2004年5月20日に出願され、発明の名称が“Self Contained Heating Unit and Drug Supply Unit Employing the same”である米国特許出願に記載されている。衝撃吸収材料を含む加熱ユニットの実施形態は、図6A〜6B及び図7A〜7Bに概略的に示されている。   [0098] When sealed within an enclosure, the exothermic redox reaction of the fuel and / or initiator composition results in a significant increase in pressure. In some embodiments, the internal pressure of the heating unit is managed or reduced by creating substrates, backings, and other internal components from materials that produce minimal gas products at high temperatures. In certain embodiments, the pressure is managed or reduced by providing an internal volume where gas is collected and / or exhausted as the initiator and solid fuel are combusted. In certain embodiments, the internal volume comprises a porous or fibrous material having a large surface area and a large interstitial volume. In certain embodiments, the immediate explosion of pressure resulting from solid fuel combustion is reduced by installing shock absorbing material and / or coating in a heating unit. Shock absorbing materials are described in the literature and in US patent applications filed on May 20, 2004 and entitled “Self Contained Heating Unit and Drug Supply Unit Employing The Same”. An embodiment of a heating unit comprising a shock absorbing material is shown schematically in FIGS. 6A-6B and FIGS. 7A-7B.

[0099]例えば、図1に示されているような本発明の点火装置と、本発明の開始剤組成物とを使用する加熱ユニットの実施形態は、図6A〜6Bに示されている。図6Aは斜視図であり、図6Bは加熱ユニット500の組立図である。図6Aに示されているように、加熱ユニット530は、第1及び第2の基板510と、スペーサ518とを備える。   [0099] For example, an embodiment of a heating unit using the ignition device of the present invention as shown in FIG. 1 and the initiator composition of the present invention is shown in FIGS. FIG. 6A is a perspective view, and FIG. 6B is an assembly view of the heating unit 500. As shown in FIG. 6A, the heating unit 530 includes first and second substrates 510 and spacers 518.

[00100]第1及び第2の基板510は、内面に配置された固体燃料512を備えた領域を含む。第1及び第2の基板510は、本明細書で記載されているような、例えば、金属、セラミック、及び、熱伝導性ポリマーのような熱伝導性材料を含む。ある実施形態では、基板510は、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、ニッケル、又は、それらの合金のような金属を含むが、これらに限定されない。基板510の厚さは、内面から外面への熱伝導を促進するため、及び/又は、装置の熱質量を最小限に抑えるため薄くてもよい。ある実施形態では、薄い基板は、厚い基板より少ない量の固体燃料を用いて外面の急速かつ均一な加熱を促進する。基板510は固体燃料512の構造的なサポートをさらに提供する。ある実施形態では、基板510は金属箔を含む。ある実施形態では、基板510の厚さは0.001インチから0.020インチまで変動し、ある実施形態では、0.001インチから0.010インチまで変動し、ある実施形態では、0.002インチから0.006インチまで変動し、ある実施形態では、0.002インチから0.005まで変動する。より小量の固体燃料の使用は、加熱プロセスの制御を容易化し、ならびに、薬物供給ユニットの小型化を促進する。   [00100] The first and second substrates 510 include regions with solid fuel 512 disposed on the inner surface. The first and second substrates 510 include a thermally conductive material, such as, for example, metals, ceramics, and thermally conductive polymers, as described herein. In some embodiments, the substrate 510 includes, but is not limited to, metals such as stainless steel, copper, aluminum, nickel, or alloys thereof. The thickness of the substrate 510 may be thin to facilitate heat transfer from the inner surface to the outer surface and / or to minimize the thermal mass of the device. In some embodiments, the thin substrate promotes rapid and uniform heating of the outer surface using a lower amount of solid fuel than the thick substrate. The substrate 510 further provides structural support for the solid fuel 512. In some embodiments, substrate 510 includes a metal foil. In some embodiments, the thickness of the substrate 510 varies from 0.001 inches to 0.020 inches, in some embodiments, from 0.001 inches to 0.010 inches, and in some embodiments, 0.002 inches. It varies from inches to 0.006 inches, and in one embodiment, varies from 0.002 inches to 0.005. The use of a smaller amount of solid fuel facilitates control of the heating process as well as facilitates miniaturization of the drug delivery unit.

[00101]ある実施形態では、基板510の厚さは表面全体で変化する。例えば、可変厚さは、熱伝導の時間的特性及び空間的特性を制御するため、及び/又は、基板510のエッジを例えば、スペーサ518、対向する基板510、又は、別のサポート(図示せず)に密封するため役に立つ。ある実施形態では、基板510は、固体燃料512が配置された基板の領域全体で均一温度の達成を容易化するため、その固体燃料が配置された基板の領域で均一、又は、ほぼ均一な厚さを示す。   [00101] In some embodiments, the thickness of the substrate 510 varies across the surface. For example, the variable thickness can be used to control the temporal and spatial characteristics of heat transfer and / or the edge of the substrate 510, for example, the spacer 518, the opposing substrate 510, or another support (not shown). Useful for sealing). In some embodiments, the substrate 510 has a uniform or nearly uniform thickness in the region of the substrate where the solid fuel 512 is disposed to facilitate achieving a uniform temperature throughout the region of the substrate where the solid fuel 512 is disposed. It shows.

[00102]基板510は、内面に配置された固体燃料512の領域、例えば、表面に対向する反対側の基板510を含む。固体燃料512は適当な方法を使用して基板510に塗布される。例えば、固体燃料512は、ブラッシング、浸漬塗装、スクリーン印刷、ローラー塗装、スプレー塗装、インクジェット印刷、スタンピング、スピン塗装などによって基板510に塗布される。固体燃料512は、薄膜又は層として基板510の一部分に塗布されることがある。固体燃料512の薄層の厚さ、固体燃料512の組成は、固体燃料の燃焼によって生成される最高温度、ならびに、温度プロファイルの時間的ダイナミクス及び空間的ダイナミクスを決定する。   [00102] Substrate 510 includes a region of solid fuel 512 disposed on the inner surface, eg, an opposite substrate 510 opposite the surface. Solid fuel 512 is applied to substrate 510 using any suitable method. For example, the solid fuel 512 is applied to the substrate 510 by brushing, dip coating, screen printing, roller coating, spray coating, ink jet printing, stamping, spin coating, or the like. The solid fuel 512 may be applied to a portion of the substrate 510 as a thin film or layer. The thickness of the thin layer of the solid fuel 512, the composition of the solid fuel 512, determines the maximum temperature produced by the combustion of the solid fuel, as well as the temporal and spatial dynamics of the temperature profile.

[00103]ある実施形態では、固体燃料512は、Zr/MoO、Zr/Fe、Al/MoO、又は、Al/Feの混合物を含む。ある実施形態では、金属還元剤の量は60重量%から90重量%まで変動し、金属含有酸化剤の量は40重量%から10重量%まで変動する。 [00103] In certain embodiments, solid fuel 512, Zr / MoO 3, Zr / Fe 2 O 3, Al / MoO 3, or comprises a mixture of Al / Fe 2 O 3. In some embodiments, the amount of metal reducing agent varies from 60% to 90% by weight and the amount of metal-containing oxidizing agent varies from 40% to 10% by weight.

[00104]図6A〜6Bに示されているように、加熱ユニットは、点火アセンブリすなわち点火装置520を含む。ある実施形態では、点火装置520は、加熱され、絶縁材料(図示せず)の2個のストリップの間に配置された電気リード線に接続された電気抵抗加熱素子上に配置されたときに、スパークを生成可能である開始剤組成物522を含む。開始剤組成物が配置された加熱素子は、点火アセンブリ520の端にある開口を通して露出される。電気リード線は電源(図示せず)に接続される。   [00104] As shown in FIGS. 6A-6B, the heating unit includes an ignition assembly or igniter 520. In some embodiments, the igniter 520 is heated and disposed on an electrical resistance heating element connected to an electrical lead disposed between two strips of insulating material (not shown), Initiator composition 522 that is capable of producing a spark. The heating element on which the initiator composition is disposed is exposed through an opening at the end of the ignition assembly 520. The electrical leads are connected to a power source (not shown).

[00105]開始剤組成物522は、本明細書で記載された開始剤組成物又は組成物のいずれかを含む。   [00105] Initiator composition 522 comprises any of the initiator compositions or compositions described herein.

[00106]点火装置520は、開始剤組成物522によって生成されたスパークが固体燃料領域512へ向けられ、固体燃料512の点火と燃焼を誘起するように、固体燃料512に関して配置される。開始剤組成物522は、イニシエータによって生成されたスパークが固体燃料512の点火を誘起することができるような位置であればどこに置かれてもよい。固体燃料512に関する開始剤組成物522の位置は、固体燃料512が燃焼する方向を決定する。点火装置520は、好ましくは、点火装置から発生された噴出が固体燃料の表面へ向けられ、燃料で被覆された両方の基板が点火するように配置される。   [00106] The igniter 520 is positioned with respect to the solid fuel 512 such that the spark generated by the initiator composition 522 is directed to the solid fuel region 512 and induces ignition and combustion of the solid fuel 512. Initiator composition 522 may be placed anywhere as long as the spark generated by the initiator can induce ignition of solid fuel 512. The position of the initiator composition 522 with respect to the solid fuel 512 determines the direction in which the solid fuel 512 burns. The igniter 520 is preferably arranged such that the jet generated from the igniter is directed to the surface of the solid fuel and both the fuel coated substrates ignite.

[00107]ある実施形態では、加熱ユニット500は2個以上の点火装置520を備え、及び/又は、各点火装置520は2個以上の開始剤組成物522を含む。   [00107] In certain embodiments, the heating unit 500 comprises two or more igniters 520 and / or each igniter 520 includes two or more initiator compositions 522.

[00108]図6Aに示されているように、加熱ユニット500はスペーサ518を有する。スペーサ518は点火装置520を保持する。ある実施形態では、スペーサ518は、固体燃料512の燃焼中に発生されたガス及び副生成物を収集するため、薄膜加熱ユニット500の内部に容積又は空間を提供する。スペーサ518によって作られる容積は、燃料の点火中に加熱ユニット500内の内圧を低下させる。ある実施形態では、この容積は、セラミックのような多孔性又は繊維性材料、又は、固体マトリックス成分が満たされていない容積の小部分であるファイバーマットを含む。多孔性又は繊維性材料は、開始剤組成物及び固体燃料の燃焼中に発生された反応生成物が吸収され、吸着され、又は、反応させられる大面積を提供する。燃焼中に生成された圧力は、使用された開始剤組成物及び固体燃料の組成と量とに部分的に依存する。ある実施形態では、スペーサは0.3インチ未満の厚さであり、ある実施形態では、0.2インチ未満の厚さである。ある実施形態では、燃焼中及び燃焼後の最大内圧は50psig未満であり、ある実施形態では、20psig未満であり、ある実施形態では、10psig未満であり、その他の実施形態では、6psig未満である。ある実施形態では、スペーサは固体燃料燃焼によって生成された温度で構造的特性及び化学的特性を維持し得る材料でもよい。ある実施形態では、スペーサは、約100℃の温度まで構造的特性及び化学的特性を維持する能力を持つ材料である。スペーサを形成する材料は、加熱ユニットによってその材料に与えられる温度で、ガス及び/又は反応生成物を生成及び/又は放出しないか、又は、最低限の量のガス及び/又は反応生成物だけを生成することが好都合である。ある実施形態では、スペーサ518は、オプションとしてフィラーが含まれている、金属、例えば、ポリイミドと、フルオロポリマーと、ポリエーテルイミドと、ポリエーテルケトンと、ポリエーテルスルホンと、ポリカーボネートと、その他の耐高温性熱可塑性ポリマーのような、しかし、これらに限定されない熱可塑性物質、又は、熱硬化性物質を含む。   [00108] As shown in FIG. 6A, the heating unit 500 includes a spacer 518. The spacer 518 holds the ignition device 520. In some embodiments, the spacer 518 provides a volume or space within the thin film heating unit 500 for collecting gases and by-products generated during the combustion of the solid fuel 512. The volume created by the spacer 518 reduces the internal pressure within the heating unit 500 during fuel ignition. In certain embodiments, the volume includes a porous or fibrous material, such as ceramic, or a fiber mat that is a small portion of the volume that is not filled with a solid matrix component. The porous or fibrous material provides a large area where the reaction product generated during combustion of the initiator composition and solid fuel is absorbed, adsorbed or reacted. The pressure generated during combustion depends in part on the initiator composition used and the composition and amount of solid fuel. In some embodiments, the spacer is less than 0.3 inches thick, and in some embodiments, less than 0.2 inches thick. In some embodiments, the maximum internal pressure during and after combustion is less than 50 psig, in some embodiments less than 20 psig, in some embodiments less than 10 psig, and in other embodiments less than 6 psig. In some embodiments, the spacer may be a material that can maintain structural and chemical properties at temperatures generated by solid fuel combustion. In some embodiments, the spacer is a material capable of maintaining structural and chemical properties up to a temperature of about 100 ° C. The material forming the spacer does not produce and / or release gases and / or reaction products at the temperature given to the material by the heating unit, or only a minimal amount of gas and / or reaction products. Convenient to produce. In some embodiments, the spacer 518 may optionally include a filler, such as a metal, such as polyimide, fluoropolymer, polyetherimide, polyetherketone, polyethersulfone, polycarbonate, and other resistance. Includes thermoplastic materials such as, but not limited to, high temperature thermoplastic polymers, or thermosetting materials.

[00109]ある実施形態では、スペーサ518は、スペーサが薄膜薬物供給ユニットの熱質量に寄与せず、それによって、薬物514が配置された基板への熱伝達が促進されるように熱絶縁体を含む。ガラス、シリカ、セラミック、カーボン、又は、耐高温ポリマーファイバーのマットのような熱絶縁体又は衝撃吸収材料が使用される。ある実施形態では、スペーサ518は、スペーサが基板の温度を制御するため熱分路として機能するように熱導体でもよい。   [00109] In some embodiments, the spacer 518 provides a thermal insulator such that the spacer does not contribute to the thermal mass of the thin film drug delivery unit, thereby facilitating heat transfer to the substrate on which the drug 514 is disposed. Including. Thermal insulators or shock absorbing materials such as glass, silica, ceramic, carbon, or high temperature polymer fiber mats are used. In some embodiments, the spacer 518 may be a thermal conductor so that the spacer functions as a heat shunt to control the temperature of the substrate.

[00110]基板510、スペーサ518、及び、点火装置520は密封される。密封は、固体燃料514の燃焼によって放出された反応物質及び反応生成物を保持し、内蔵型ユニットを提供する。図6Aに示されているように、基板510は接着剤516を使用してスペーサ518に密封される。接着剤516は、熱と圧力の印加時に、基板510とスペーサ518を接合する能力を持つ感熱膜でもよい。ある実施形態では、基板510とスペーサ518は、接合されるべき表面と、組み立てられる部品と、硬化する接着剤のうちの少なくとも一つに塗布された接着剤を使用して接合される。点火装置520が挿入されたスペース518内の通路もまた接着剤を使用して密封される。ある実施形態では、例えば、溶接、半田付け、又は、締め付けのような、密封を形成するその他の方法が使用される。   [00110] The substrate 510, spacer 518, and igniter 520 are sealed. The seal holds the reactants and reaction products released by the combustion of the solid fuel 514 and provides a self-contained unit. As shown in FIG. 6A, the substrate 510 is sealed to the spacer 518 using an adhesive 516. The adhesive 516 may be a heat sensitive film capable of bonding the substrate 510 and the spacer 518 when heat and pressure are applied. In some embodiments, the substrate 510 and the spacer 518 are bonded using an adhesive applied to at least one of the surfaces to be bonded, the components to be assembled, and the curing adhesive. The passage in the space 518 where the igniter 520 is inserted is also sealed using an adhesive. In certain embodiments, other methods of forming a seal are used, such as, for example, welding, soldering, or clamping.

[00111]ある実施形態では、加熱ユニット500を形成する素子は、組み立てられ、インサート成形及びトランスファー成形のような熱可塑性又は熱硬化性成形方法を使用して密封される。   [00111] In some embodiments, the elements forming the heating unit 500 are assembled and sealed using thermoplastic or thermoset molding methods such as insert molding and transfer molding.

[00112]適当な密封方法は、基板518を形成する材料及びスペーサ518を形成する材料によって少なくとも部分的に決定される。ある実施形態では、加熱ユニット500は、50psig未満の最大圧力に耐えるように密封される。ある実施形態では、20psig未満であり、ある実施形態では、10psig未満である。   [00112] A suitable sealing method is determined at least in part by the material forming the substrate 518 and the material forming the spacer 518. In certain embodiments, the heating unit 500 is sealed to withstand a maximum pressure of less than 50 psig. In some embodiments, less than 20 psig, and in some embodiments, less than 10 psig.

[00113]実施例8は、本発明の開始剤組成物によって被覆された本発明の熱抵抗点火装置を備える加熱ユニットの調製について説明する。   [00113] Example 8 describes the preparation of a heating unit comprising a thermal resistance igniter of the present invention coated with an initiator composition of the present invention.

[00114]本発明の開始剤組成物を含む加熱ユニットの別の実施形態では、光学式点火システムが同様に加熱ユニットに点火するために使用される。光学式点火は、感光材料又は開始剤組成物の何れか、感光材料又は開始剤組成物のアクチュエーションのための光源、又は、超高強度光源、例えば、レーザーの使用を必要とする。   [00114] In another embodiment of a heating unit comprising the initiator composition of the present invention, an optical ignition system is used to ignite the heating unit as well. Optical ignition requires the use of either a light sensitive material or initiator composition, a light source for actuation of the light sensitive material or initiator composition, or an ultra-high intensity light source, eg, a laser.

[00115]上記のような様々な開始剤組成物が使用される。ある実施形態では、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、及び、チタンのような金属と、塩素酸カリウム、過塩素酸化リム、酸化銅、三酸化タングステン、及び、三酸化モリブデンのような酸化剤とが使用される。典型的に、1種以上の開始剤組成物材料は、光吸収性であるか、又は、光吸収性化学物質で被覆される。例えば、電磁スペクトル中の紫外線域で高い吸収性がある組成物のような、特定の波長、又は、波長域に対する感度がある開始剤組成物を含有する金属及び酸化剤が同様に使用される。開始剤組成物中の固体材料の比を変更することにより、必要に応じて、最終的な開始剤組成物が放出するエネルギーを増減させ、光パルスに対する感度を増減させることが可能である。   [00115] Various initiator compositions as described above are used. In some embodiments, for example, metals such as aluminum, zirconium, and titanium and oxidizing agents such as potassium chlorate, rim perchloric oxide, copper oxide, tungsten trioxide, and molybdenum trioxide are used. The Typically, the one or more initiator composition materials are light absorbing or coated with a light absorbing chemical. For example, metals and oxidants containing initiator compositions that are sensitive to a particular wavelength or wavelength range, such as compositions that are highly absorbing in the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum, are used as well. By changing the ratio of solid materials in the initiator composition, it is possible to increase or decrease the energy emitted by the final initiator composition and increase or decrease the sensitivity to light pulses, if necessary.

[00116]開始剤組成物は、本明細書で開示されているように、基板上、点火装置上の燃料に直接的に塗布され、又は、光を開始剤組成物又は材料へ向ける透明な光窓が存在する限り、加熱ユニット内のどこかに設置され、作動中に開始剤組成物は加熱ユニット内の燃料に点火する。ある実施形態では、開始剤組成物は、被覆された燃料の表面に近接して配置されたガラスファイバーフィルタ内の孔に設置される。   [00116] The initiator composition is applied directly to the fuel on the substrate, igniter, as disclosed herein, or transparent light that directs light to the initiator composition or material. As long as there is a window, it is installed somewhere in the heating unit and during operation the initiator composition ignites the fuel in the heating unit. In certain embodiments, the initiator composition is placed in a hole in a glass fiber filter that is positioned proximate to the surface of the coated fuel.

[00117]熱パッケージ内の燃料の点火は、透明な光窓を介して開始剤組成物へ光パルスを伝達することによって作動される。光窓は、例えば、ガラス、アクリル、又は、ポリカーボネートのような光パルスを容易に伝達する何れかの材料で作られる。窓は光をイニシエータへ伝達する場所に配置される。ある実施形態では、窓は加熱ユニットのエンクロージャの一部を形成する。他の実施形態では、窓はシステム内に完全に収容される。ある実施形態では、窓は光ガイドアセンブリの一部である。光ガイドアセンブリはまたビームスプリッタで構成されてもよい。光源から到来する光はビームスプリッタを通過し、2枚以上の燃料で被覆された基板を同時に、又は、順番に点火するため、加熱ユニット内に位置する2個以上の開始剤組成物へ向けられる。場合によって、光ファイバーが複数の加熱ユニットに同時に点火するため使用される。他の実施形態では、窓は、窓が放出する光の波長を窓が受ける光とは異なるようにさせる材料によって覆われる。例えば、照射光源は紫外線光を放出し、コーティングは紫外線光に応答して可視波長を放出するため使用される。   [00117] Ignition of the fuel in the thermal package is activated by transmitting a light pulse to the initiator composition through a transparent light window. The light window is made of any material that readily transmits a light pulse, such as, for example, glass, acrylic, or polycarbonate. The window is located where light is transmitted to the initiator. In some embodiments, the window forms part of the enclosure of the heating unit. In other embodiments, the window is fully contained within the system. In certain embodiments, the window is part of the light guide assembly. The light guide assembly may also comprise a beam splitter. Light coming from the light source passes through the beam splitter and is directed to two or more initiator compositions located in the heating unit to ignite simultaneously or sequentially two or more fuel coated substrates. . In some cases, an optical fiber is used to ignite a plurality of heating units simultaneously. In other embodiments, the window is covered with a material that causes the wavelength of light emitted by the window to be different from the light received by the window. For example, the illumination light source emits ultraviolet light and the coating is used to emit visible wavelengths in response to the ultraviolet light.

[00118]光学式点火を作動する様々な手段が使用される。ある実施形態では、スレッショルドの達成時に光パルスを発生する導電手段が設けられる。導電手段は、加熱ユニット自体の一部でもよく、例えば、加熱ユニットのスペーサに収容され、又は、加熱ユニットから分離する。光パルスを発生する導電手段は、例えば、キセノンフラッシュランプ、発光ダイオード、及び、レーザーを含む。   [00118] Various means of operating optical ignition are used. In some embodiments, conductive means are provided for generating a light pulse when the threshold is achieved. The conductive means may be part of the heating unit itself, for example, housed in a spacer of the heating unit or separated from the heating unit. The conductive means for generating the light pulse includes, for example, a xenon flash lamp, a light emitting diode, and a laser.

[00119]光学式点火システムを含む加熱ユニット900の複数の実施形態は図7A〜Bに示されている。図示されるように、開始剤組成物904は、開始剤組成物904が燃料コーティングに近接するように、衝撃吸収材料903の孔908内に収容される。点火された開始剤組成物と固体燃料との間の接触を妨げる衝撃吸収材料による障害がない限り、1個以上の衝撃吸収材料903が加熱ユニットに追加される。孔又はスペース908は、そのような接触のための開口を設けるため、衝撃吸収材料903に切り込まれる。2個以上の開始剤組成物904が、図7Bに示されるように、2箇所以上の固体燃料コーティングの燃焼を同時に開始するため、単一の加熱ユニット900に設置される。衝撃吸収材料は、図7A〜7Bに示されるようにスペーサ902に収められる。   [00119] Multiple embodiments of a heating unit 900 including an optical ignition system are shown in FIGS. As shown, the initiator composition 904 is contained within the hole 908 of the shock absorbing material 903 such that the initiator composition 904 is proximate to the fuel coating. One or more shock absorbing materials 903 are added to the heating unit as long as there is no hindrance by the shock absorbing material that prevents contact between the ignited initiator composition and the solid fuel. A hole or space 908 is cut into the shock absorbing material 903 to provide an opening for such contact. Two or more initiator compositions 904 are installed in a single heating unit 900 to initiate combustion of two or more solid fuel coatings simultaneously, as shown in FIG. 7B. The shock absorbing material is contained in the spacer 902 as shown in FIGS.

[00120]図7Aに示されるように、光窓901は加熱ユニットのエンクロージャの一部を形成する。ある実施形態では、光窓901は、図7Bに示されるように、ビームスプリッタ907を含むウェイブガイドシステム(図示せず)の一部を形成する。ビームスプリッタ907は、両方の固体燃料被覆された基板に一緒に点火するように、1個の光源を2個の開始剤組成物へ向けるため使用される。   [00120] As shown in FIG. 7A, the light window 901 forms part of the enclosure of the heating unit. In some embodiments, the light window 901 forms part of a wave guide system (not shown) that includes a beam splitter 907, as shown in FIG. 7B. Beam splitter 907 is used to direct one light source to two initiator compositions so as to ignite both solid fuel coated substrates together.

[00121]様々な手段が加熱ユニットを密封するため使用される。シーラント906は、両面テープ又はエポキシのような接着剤でもよく、或いは、例えば、溶接、半田付け、締め付け、又は、圧着のようなシールを形成するその他の方法でもよい。   [00121] Various means are used to seal the heating unit. Sealant 906 may be an adhesive such as double-sided tape or epoxy, or other methods of forming a seal such as, for example, welding, soldering, clamping, or crimping.

[00122]ある実施形態では、光源(図示せず)は加熱ユニットの一部でもよく、加熱ユニット900に収容されたスペーサ902内に格納される。光源は電池(図示せず)によって給電してもよい。   [00122] In an embodiment, the light source (not shown) may be part of a heating unit and is stored in a spacer 902 housed in the heating unit 900. The light source may be powered by a battery (not shown).

[00123]光学式点火を使用する単一の加熱ユニットの調製の実施例は、実施例9に記載されている。   [00123] An example of the preparation of a single heating unit using optical ignition is described in Example 9.

[00124]衝撃式点火装置は同様に、加熱ユニット内で本発明の組成物に点火するために使用される。衝撃式点火装置は、一般に、開始剤組成物で被覆されたアンビルが内部にある変形可能な点火管を含む。この点火装置は機械衝撃又は力によって作動される。   [00124] Impact igniters are also used to ignite the compositions of the present invention within a heating unit. Impact igniters generally include a deformable igniter tube having an anvil coated with an initiator composition therein. This igniter is actuated by mechanical shock or force.

[00125]作動されたときに開始剤組成物が満足に動作するため、材料は、適切な点火感度を示すと共に、固体燃料に適切に点火しなければならない。本明細書で開示されているような種々の開始剤組成物が使用される。典型的に、開始剤組成物は、アンビルを被覆するため有機溶媒又は水溶性溶媒中に液体懸濁として調製され、コーティングをアンビルに接着するため可溶性バインダが一般に含有される。   [00125] In order for the initiator composition to operate satisfactorily when activated, the material must exhibit proper ignition sensitivity and properly ignite the solid fuel. A variety of initiator compositions as disclosed herein are used. Typically, the initiator composition is prepared as a liquid suspension in an organic or water-soluble solvent to coat the anvil and generally contains a soluble binder to adhere the coating to the anvil.

[00126]開始剤組成物中の固体材料の比を変更することにより、必要に応じて、最終的な開始剤組成物が放出するエネルギーを増減させ、空気又は酸素と衝撃に対する感度を増減することが可能である。   [00126] By changing the ratio of solid materials in the initiator composition, the energy released by the final initiator composition may be increased or decreased as necessary to increase or decrease sensitivity to air or oxygen and impact. Is possible.

[00127]イニシエータ材料のコーティングは様々な従来の方法でアンビルに塗布される。例えば、アンビルは、開始剤組成物のスラリーに浸漬され、続いて、液体を除去して、既に説明した所望の特性を有する固体粘着コーティングを生成するため、空気乾燥されるか、又は、加熱される。或いは、スラリーは、アンビル上にスプレー塗装又はスピン塗装され、その後、固体コーティングを生じるため処理される。アンビル上の開始剤組成物のコーティングの厚さは、アンビルが点火管に置かれたときに、開始剤組成物が、点火管の内壁に対して、およそ千分の数インチ、例えば、0.004インチの僅かな距離になるような厚さにされるべきである。   [00127] The coating of initiator material is applied to the anvil in a variety of conventional ways. For example, an anvil is immersed in a slurry of the initiator composition, followed by air drying or heating to remove the liquid and produce a solid adhesive coating having the desired properties already described. The Alternatively, the slurry is sprayed or spun on the anvil and then processed to produce a solid coating. The thickness of the coating of the initiator composition on the anvil is such that when the anvil is placed on the ignition tube, the initiator composition is approximately a few thousandths of an inch relative to the inner wall of the ignition tube, for example,. The thickness should be a small distance of 004 inches.

[00128]開始剤組成物が配置されたアンビルは、典型的に、金属ワイヤ又はロッドである。アンビルは、耐高温性、及び、低熱伝導性を示すように、例えば、ステンレス鋼のような適当な金属組成物からなるべきである。アンビルは金属点火管内に配置され、実質的に同軸上に広がる。したがって、アンビルは、点火管の内壁から僅かな距離、例えば、約0.05インチ位離されるように、点火管の内径より僅かに小さい径からなるべきである。   [00128] The anvil in which the initiator composition is disposed is typically a metal wire or rod. The anvil should be made of a suitable metal composition such as, for example, stainless steel so as to exhibit high temperature resistance and low thermal conductivity. The anvil is disposed within the metal ignition tube and extends substantially coaxially. Therefore, the anvil should be of a diameter slightly smaller than the inner diameter of the ignition tube so that it is separated from the inner wall of the ignition tube by a small distance, for example, about 0.05 inches.

[00129]アンビルは金属点火管内に配置される。点火管は、容易に変形可能な材料から作られるべきであり、例えば、アルミニウム、ニッケル・クロム鉄合金、真鍮、又は、鋼のような適当な金属組成物からなる薄壁管(例えば、0.003インチの壁厚)を含む。アンビルは、圧着又は典型的に使用されるその他の方法によって、その外側端の近傍で点火管内の所定の位置に保持又は締め付けられる。   [00129] The anvil is disposed in a metal ignition tube. The ignition tube should be made of an easily deformable material, for example, a thin wall tube (e.g., 0. 0) made of a suitable metal composition such as aluminum, nickel-chromium-iron alloy, brass, or steel. 003 inch wall thickness). The anvil is held or clamped in place in the ignition tube near its outer end by crimping or other methods typically used.

[00130]燃料の点火は、アンビル上のイニシエータ材料のコーティングに対して内側に変形させるため金属点火管の側面に加えられた強制的な機械衝撃又は打撃によって作動され、点火管を通って燃料被覆された加熱ユニットの中までイニシエータ材料の爆燃を生じる。機械衝撃を加える種々の手段が使用される。ある実施形態では、バネ式インピンジャー又はストライカーが点火を作動するため使用される。   [00130] The ignition of the fuel is activated by a forced mechanical impact or blow applied to the side of the metal igniter tube to deform inwardly relative to the coating of initiator material on the anvil, through which the fuel cladding Initiating deflagration of the initiator material into the heated unit. Various means for applying a mechanical shock are used. In some embodiments, a spring-loaded impinger or striker is used to activate the ignition.

[00131]衝撃式点火装置を備える加熱ユニット800の実施形態は図8に示されている。図8に示されているように、開始剤組成物で被覆されたアンビル803を内部に収容する変形可能な点火管805は、固体燃料802で被覆された2枚の基板801の間に設置され、点火管の開放端は加熱ユニット800内に配置されている。   [00131] An embodiment of a heating unit 800 comprising an impact igniter is shown in FIG. As shown in FIG. 8, a deformable ignition tube 805 containing an anvil 803 coated with an initiator composition is installed between two substrates 801 coated with a solid fuel 802. The open end of the ignition tube is arranged in the heating unit 800.

[00132]衝撃式点火を使用する加熱ユニットの調製の実施例は実施例10に記載されている。   [00132] An example of the preparation of a heating unit using impact ignition is described in Example 10.

[00133]その他の実施形態は、本明細書に開示された発明の考慮及び実施から当業者に明白である。明細書及び実施例は単に典型であるとみなされることが意図されている。   [00133] Other embodiments will be apparent to those skilled in the art from consideration and practice of the invention disclosed herein. It is intended that the specification and examples be considered as exemplary only.

[00134]後述の実施例では、次の略語は以下の意味を持つ。略語が定義されていないならば、その略語は一般的に認められた意味を有する。   [00134] In the examples below, the following abbreviations have the following meanings. If an abbreviation is not defined, it has a generally accepted meaning.

[00135]wt% 重量%   [00135] wt% wt%

[00136]psig ポンド毎平方インチ、ゲージ   [00136] psig pound per square inch, gauge

[00137]DI 脱イオン化   [00137] DI deionization

[00138]mL ミリリットル   [00138] mL milliliter

[00139]m秒 ミリ秒   [00139] msec msec

[00140]L/分 リットル毎分   [00140] L / min liter per minute

[00141]μm マイクロメートル   [00141] μm micrometer

[実施例1]
開始剤組成物実施形態
[0142]次の手順が、23.7%のZr:23.7%のMoO:2.4%のLaponite(登録商標)RDS:50.2%の水を含む開始剤組成物のスラリーを調製するため使用された。
[Example 1]
Initiator composition embodiment
[0142] The following steps, 23.7% of Zr: 23.7% of MoO 3: A slurry of the initiator composition comprising 50.2% water: 2.4% Laponite (R) RDS Used to prepare.

[00143]湿潤ジルコニウム(Zr)を調製するため、DI水(Chemetall、ドイツ)中のZrの得られたままの懸濁液が30分間に亘り回転ミキサ上で撹拌された。10〜40mLの湿潤Zrが50mL遠心分離管に分配され、3200回転で30分間に亘って遠心分離された(Sorvall 6200RT)。DI水は湿潤Zrのペレットを残すため除去された。   [00143] To prepare wet zirconium (Zr), an as-obtained suspension of Zr in DI water (Chemall, Germany) was stirred on a rotating mixer for 30 minutes. 10-40 mL of wet Zr was dispensed into a 50 mL centrifuge tube and centrifuged at 3200 rpm for 30 minutes (Sorvall 6200RT). DI water was removed to leave wet Zr pellets.

[00144]15%のLaponite(登録商標)RDS溶液を調製するため、85グラムのDI水がビーカーに加えられた。撹拌中に、15グラムのLaponite(登録商標)RDS(Southern Clay Products,Gonzalez,TX)が加えられ、懸濁液が30分間撹拌された。   [00144] To prepare a 15% Laponite® RDS solution, 85 grams of DI water was added to a beaker. During stirring, 15 grams of Laponite® RDS (Southern Clay Products, Gonzalez, TX) was added and the suspension was stirred for 30 minutes.

[00145]反応スラリーは、最初に、先に調製されたような湿潤Zrペレットを遠心分離管から除去し、それをビーカーに入れることにより調製された。湿潤Zrペレットの計量後、乾燥Zrの重量が、次式:
乾燥Zr(g)=0.8234(湿潤Zr(g))−0.1059
から決定された。Zrの乾燥重量は2.701gであることが決定された。
[00145] The reaction slurry was prepared by first removing the wet Zr pellet as previously prepared from the centrifuge tube and placing it in a beaker. After weighing the wet Zr pellets, the weight of the dry Zr is:
Dry Zr (g) = 0.8234 (wet Zr (g)) − 0.1059
Determined from. The dry weight of Zr was determined to be 2.701 g.

[00146]湿潤Zrには、Zr:MoOが重量で50:50のスラリーを形成するため、2.701gのMoOが添加される。50.2%のDI水を含む反応スラリーを獲得するため、過剰な水が湿潤ZrとMoOのスラリーに添加された。反応スラリーは、S25N−8G分散ヘッド(セッティング4)を伴うIKA Ultra−Turrax ミキシングモーターを使用して5分間混合された。スラリーには、15%のLaponite(登録商標)RDS(2.4%のLaponiteからなる燃料、水、及び、Laponaiteの最終的な混合物を提供するために1.816g)が添加された。スラリーはIKA Ultra−Turraxミキサを使用してさらに5分間混合された。 [00146] 2.701 g of MoO 3 is added to the wet Zr because Zr: MoO 3 forms a 50:50 slurry by weight. Excess water was added to the wet Zr and MoO 3 slurry to obtain a reaction slurry containing 50.2% DI water. The reaction slurry was mixed for 5 minutes using an IKA Ultra-Turrax mixing motor with S25N-8G dispersion head (setting 4). To the slurry was added 15% Laponite® RDS (1.816 g to provide a final mixture of fuel, water and Laponite consisting of 2.4% Laponite). The slurry was mixed for an additional 5 minutes using an IKA Ultra-Turrax mixer.

[実施例2]
開始剤組成物の実施形態
[00147]開始剤組成物は、8.6mLの一様な4.25%Viton A500(Dupont)/酢酸アミル溶液を、0.680gのAl(40〜70nm、Argonide)と、1.320gのMoO(ナノサイズ型、Climax Molybenum)と、0.200gのホウ素(ナノサイズ型、Aldrich)の混合物に添加し、ホモジナイザブレードでよく混合することにより調製された。30秒間速度1で、次いで4分間速度2で、混合物は均一化される。
[Example 2]
Embodiments of initiator composition
[00147] The initiator composition consisted of 8.6 mL of a uniform 4.25% Viton A500 (Dupont) / amyl acetate solution, 0.680 g Al (40-70 nm, Argonide) and 1.320 g MoO. It was prepared by adding to a mixture of 3 (nano-sized mold, Climax Polybenum) and 0.200 g boron (nano-sized mold, Aldrich) and mixing well with a homogenizer blade. The mixture is homogenized at speed 1 for 30 seconds and then at speed 2 for 4 minutes.

[実施例3]
点火装置の製造
[00148]点火装置アセンブリは、回路板の縦に沿って印刷され、一端に0.03インチ径の開口を有し、それぞれが0.35インチ×1.764インチの2個の銅トレーシングを孔の片側に1個ずつ有する、清潔にされた0.005インチ厚のFR−4印刷回路板(1.820インチ×0.25インチ)と、開口を横切るよう設置され、印刷回路板上の金メッキ銅トレーシングに半田付けされた0.0008インチ径のニクロム線とにより構成された。
[Example 3]
Ignition device manufacturing
[00148] The igniter assembly is printed along the length of the circuit board and has 0.03 inch diameter openings at one end, each with two copper tracings of 0.35 inch by 1.764 inch. Cleaned 0.005 inch thick FR-4 printed circuit board (1.820 inches x 0.25 inch), one on each side of the hole, and installed across the opening on the printed circuit board Constructed with 0.0008 inch diameter nichrome wire soldered to gold plated copper tracing.

[00149]開始剤組成物は、8.6mLの一様な4.25%Viton A500/酢酸アミル溶液を、0.680gのAl(40〜70nm、Argonide)と、1.320gのMoO(ナノサイズ型、Climax Molybenum)と、0.200gのホウ素(ナノサイズ型、Aldrich)の混合物に添加し、ホモジナイザブレードでよく混合することにより調製された。開始剤組成物の1.1μL滴は、Cavroシリンジポンプを使用して、孔の上にあるニクロム線に落とされた。開始剤組成物は10分間空気乾燥された。点火装置は反転され、開始剤組成物のさらなる0.8μL滴が線の反対側に落とされた。組成物は少なくとも10分間空気乾燥された。 [00149] initiator composition, a uniform 4.25% Viton A500 / amyl acetate solution of 8.6 mL, and 0.680g of Al (40~70nm, Argonide), MoO 3 of 1.320 g (nano It was prepared by adding to a mixture of size mold (Climax Molybenum) and 0.200 g boron (nanosize mold, Aldrich) and mixing well with a homogenizer blade. A 1.1 μL drop of initiator composition was dropped onto the nichrome wire above the hole using a Cavro syringe pump. The initiator composition was air dried for 10 minutes. The igniter was inverted and an additional 0.8 μL drop of initiator composition was dropped on the other side of the line. The composition was air dried for at least 10 minutes.

[実施例4]
点火装置の熱安定性
[00150]実施例3で調製された29個の点火装置が4時間に亘って100℃で加熱され、実施例3で調製された32個の点火装置が6時間に亘って100℃で加熱された。4時間加熱された点火装置は、100℃で30分間加熱され、次に、室温で乾燥した外気に晒され、再度100℃で30分間加熱され、再度室温で乾燥した外気に晒され、最後に100℃で3時間加熱された。点火装置は火がつけられ、後述の実施例7に記載されているように点火装置毎の光度(V−sec)が測定され、加熱されなかった63個の対照と比較された。加熱処理された点火装置と加熱処理されていない点火装置との間に測定可能な差は観察されなかった。
[Example 4]
Ignition device thermal stability
[00150] Twenty-nine igniters prepared in Example 3 were heated at 100 ° C for 4 hours, and 32 igniters prepared in Example 3 were heated at 100 ° C for 6 hours. It was. The igniter heated for 4 hours is heated at 100 ° C. for 30 minutes, then exposed to dry air at room temperature, heated again at 100 ° C. for 30 minutes, again exposed to dry air at room temperature, and finally Heated at 100 ° C. for 3 hours. The igniter was lit and the light intensity (V-sec) per igniter was measured as described in Example 7 below and compared to 63 controls that were not heated. No measurable difference was observed between the heat-treated and non-heated igniters.

[実施例5]
点火装置の凍結安定性
[00151]実施例3で調製された18個の点火装置がシンチレーションガラス瓶に入れられ、次に、凝結を防ぐため、しっかり蓋を被せられた。ガラス瓶はアルミ箔でラップされ、48時間に亘って−20℃のフリーザに置かれた。点火装置は火がつけられ、後述の実施例7に記載されているように点火装置毎の光度(V−sec)が測定され、凍結されなかった63個の対照と比較された。凍結した点火装置と凍結していない点火装置との間に測定可能な差は観察されなかった。
[Example 5]
Ignition device freeze stability
[00151] The 18 igniters prepared in Example 3 were placed in scintillation glass bottles and then covered tightly to prevent condensation. The glass bottle was wrapped with aluminum foil and placed in a -20 ° C freezer for 48 hours. The igniter was lit and the luminosity (V-sec) for each igniter was measured as described in Example 7 below and compared to 63 controls that were not frozen. No measurable difference was observed between frozen and non-frozen igniters.

[実施例6]
点火装置の機械安定性
[00152]実施例3などで調製された6個の点火装置は24時間に亘ってvortex撹拌され、実施例3などで調製された8個の点火装置は高速で48時間に亘ってvortex撹拌された(速度7、VWR 22830)。点火装置は、vortex撹拌の前後に顕微鏡で分析され、形態、亀裂、及び/又は、剥離の変化が評価された。vortex撹拌された点火装置と処理されていない点火装置との間に差は観察されなかった。
[Example 6]
Mechanical stability of the ignition device
[00152] Six igniters prepared in Example 3 etc. were vortexed for 24 hours, and 8 igniters prepared in Example 3 etc. were vortexed for 48 hours at high speed. (Speed 7, VWR 22830). The igniter was analyzed microscopically before and after vortexing and evaluated for changes in morphology, cracks, and / or delamination. No difference was observed between the vortex stirred igniter and the untreated igniter.

[実施例7]
点火装置からの光度の測定
[00153]開始剤組成物が働かされ、光度は、開始剤組成物のアクチュエーションから放出されたエネルギーの時間履歴を監視することにより測定された。
[Example 7]
Measuring the light intensity from the igniter
[00153] The initiator composition was activated and the light intensity was measured by monitoring the time history of the energy released from actuation of the initiator composition.

[00154]点火装置は、本発明の種々の組成物を使用して、原則として実施例3で説明されたように調製された。   [00154] The igniter was prepared in principle as described in Example 3 using the various compositions of the present invention.

[00155]点火装置のアクチュエーションから光度を測定するため、光検出器(Newport、818−IR)が図2に示されるように使用され、光度の時間履歴はオシロスコープ(Tektronix、TDS3014B)によって記録された。光検出器からの電圧出力信号は所定の波長における光度に比例する。   [00155] To measure light intensity from ignition device actuation, a photodetector (Newport, 818-IR) is used as shown in FIG. 2, and the time history of light intensity is recorded by an oscilloscope (Tektronix, TDS3014B). It was. The voltage output signal from the photodetector is proportional to the light intensity at a predetermined wavelength.

[00156]点火装置は、2個のA76電池(合計で3.13V)を使用して火をつけられた。強度対時間(ms)の代表的なグラフは、本発明の開始剤組成物に関する図3A及び3Bに示されている。図3Aは、ニトロセルロースバインダを用いた、0.4μLのナノZr:ナノMoO(50:50)と、1μLのナノZr:マイクロMoO(50:50)との混合物を含む開始剤組成物からのグラフであり、図3Bは実施例2で調製されたような開始剤組成物からのグラフである。 [00156] The igniter was ignited using two A76 batteries (3.13 V total). Representative graphs of strength versus time (ms) are shown in FIGS. 3A and 3B for the initiator compositions of the present invention. FIG. 3A shows an initiator composition comprising a mixture of 0.4 μL nano-Zr: nano-MoO 3 (50:50) and 1 μL nano-Zr: micro-MoO 3 (50:50) using a nitrocellulose binder. FIG. 3B is a graph from an initiator composition as prepared in Example 2.

[実施例8]
抵抗点火装置を伴う加熱ユニット実施形態
[00157]図6A〜6Bによる加熱ユニットが製造され、性能が評価された。
[Example 8]
Heating unit embodiment with a resistance ignition device
[00157] A heating unit according to FIGS. 6A-6B was manufactured and performance was evaluated.

[00158]次の手順が、76.16%のZr:19.04%のMoO:4.8%のLaponite(登録商標)RDSを含む固体燃料コーティングを調製するため使用された。 [00158] The following procedure is 76.16% of Zr: 19.04% of the MoO 3: was used 4.8% Laponite (R) for the preparation of a solid fuel coatings comprising RDS.

[00159]湿潤ジルコニウム(Zr)を調製するため、DI水(Chemetall、ドイツ)中のZrの得られたままの懸濁液が30分間に亘り回転ミキサ上で撹拌された。10〜40mLの湿潤Zrが50mL遠心分離管に分配され、3200回転で30分間に亘って遠心分離された(Sorvall 6200RT)。DI水は湿潤Zrのペレットを残すため除去された。   [00159] To prepare wet zirconium (Zr), an as-obtained suspension of Zr in DI water (Chemall, Germany) was stirred on a rotating mixer for 30 minutes. 10-40 mL of wet Zr was dispensed into a 50 mL centrifuge tube and centrifuged at 3200 rpm for 30 minutes (Sorvall 6200RT). DI water was removed to leave wet Zr pellets.

[00160]15%のLaponite(登録商標)RDS溶液を調製するため、85グラムのDI水がビーカーに加えられた。撹拌中に、15グラムのLaponite(登録商標)RDS(Southern Clay Products,Gonzalez,TX)が加えられ、懸濁液が30分間撹拌された。   [00160] To prepare a 15% Laponite® RDS solution, 85 grams of DI water was added to a beaker. During stirring, 15 grams of Laponite® RDS (Southern Clay Products, Gonzalez, TX) was added and the suspension was stirred for 30 minutes.

[00161]反応スラリーは、最初に、先に調製されたような湿潤Zrペレットを遠心分離管から除去し、それをビーカーに入れることにより調製された。湿潤Zrペレットの計量後、乾燥Zrの重量が、次式:
乾燥Zr(g)=0.8234(湿潤Zr(g))−0.1059
から決定された。
[00161] The reaction slurry was prepared by first removing the wet Zr pellet as previously prepared from the centrifuge tube and placing it in a beaker. After weighing the wet Zr pellets, the weight of the dry Zr is:
Dry Zr (g) = 0.8234 (wet Zr (g)) − 0.1059
Determined from.

[00162]80:20のZr対MoOの比を得るための三酸化モリブデンの量、例えば、MoO=乾燥Zr(g)/4が次に決定され、適切な量のMoO粉末(Accumet,NY)が、湿潤Zr:MoOスラリーを生成するため、湿潤Zrを格納するビーカーに加えられた。76.16%のZr:19.04%のMoO:4.80%のLaponite(登録商標)RDSという最終的な乾燥成分の重量パーセント比を得るために、Laponite(登録商標)RDSの量が決定された。40%DI水を含む反応スラリーを獲得するため、過剰な水が湿潤ZrとMoOのスラリーに添加された。反応スラリーは、S25N−8G分散ヘッド(セッティング4)を伴うIKA Ultra−Turrax ミキシングモーターを使用して5分間混合された。先に決定された量の15%Laponite(登録商標)RDSが、次に、反応スラリーに添加され、IKA Ultra−Turraxミキサを使用してさらに5分間混合された。反応スラリーはシリンジへ移され、コーティング前に少なくとも30分間蓄積される。 [00162] The amount of molybdenum trioxide to obtain a ratio of Zr to MoO 3 of 80:20, eg, MoO 3 = dry Zr (g) / 4, was then determined and the appropriate amount of MoO 3 powder (Accumet , NY) was added to a beaker containing wet Zr to produce a wet Zr: MoO 3 slurry. In order to obtain a final dry ingredient weight percent ratio of 76.16% Zr: 19.04% MoO 3 : 4.80% Laponite® RDS, the amount of Laponite® RDS was It has been determined. Excess water was added to the wet Zr and MoO 3 slurry to obtain a reaction slurry containing 40% DI water. The reaction slurry was mixed for 5 minutes using an IKA Ultra-Turrax mixing motor with S25N-8G dispersion head (setting 4). The previously determined amount of 15% Laponite® RDS was then added to the reaction slurry and mixed for an additional 5 minutes using an IKA Ultra-Turrax mixer. The reaction slurry is transferred to a syringe and accumulated for at least 30 minutes before coating.

[00163]Zr:MoO:Laponite(登録商標)RDSの反応スラリーは、次に、ステンレス鋼箔の上に被覆された。ステンレス鋼箔は、最初に、60℃でDI水中のRidoline 298の3.2%bv溶液で5分間の超音波処理によって洗浄された。ステンレス鋼箔は、0.004インチ厚の304ステンレス鋼箔毎の中心部が露出されるように、0.215インチ幅のMylar(登録商標)でマスクされた。箔は縁に0.008インチ厚のシムを有する真空チャックに設置された。2mLの反応スラリーは箔の一方の縁に置かれた。Sheen Auto−Draw Automatic Film Applicator 1137(Sheen Instruments)を使用して、反応スラリーは、Zr:MoO:Laponite(登録商標)RDS反応スラリーの約0.006インチ厚の層を堆積させるため、箔の表面全域において最大50mm/秒までの自動ドローコーティング速度で#12コーティングロッドを引くことにより、箔の上に被覆された。被覆された箔は、次に、40℃の強制空気対流オーブン内に置かれ、少なくとも2時間に亘り乾燥された。マスクは、次に、固体燃料のコーティングを各箔の中央部に残すため、箔から取り除かれる。 [00163] A reaction slurry of Zr: MoO 3 : Laponite® RDS was then coated onto the stainless steel foil. The stainless steel foil was first cleaned by sonication for 5 minutes with a 3.2% bv solution of Ridoline 298 in DI water at 60 ° C. The stainless steel foil was masked with 0.215 inch wide Mylar® so that the center of each 0.004 inch thick 304 stainless steel foil was exposed. The foil was placed in a vacuum chuck with a 0.008 inch thick shim at the edge. 2 mL of the reaction slurry was placed on one edge of the foil. Using a Sheen Auto-Draw Automatic Film Applicator 1137 (Shen Instruments), the reaction slurry was used to deposit an approximately 0.006 inch thick layer of Zr: MoO 3 : Laponite® RDS reaction slurry. The entire surface was coated on the foil by pulling a # 12 coating rod with an automatic draw coating speed of up to 50 mm / sec. The coated foil was then placed in a forced air convection oven at 40 ° C. and dried for at least 2 hours. The mask is then removed from the foil to leave a solid fuel coating in the center of each foil.

[00164]スペーサは、ポリカーボネート(Makronlon)の0.24インチ厚の部分により構成される。   [00164] The spacer is composed of a 0.24 inch thick section of polycarbonate (Makronlon).

[00165]点火装置アセンブリは、スペーサと基板とにより画成されたエンクロージャ内に配置されるべき端に0.03インチ径の開口を有するFR−4印刷回路板により構成された。0.0008インチ径のニクロム線は印刷回路板上の導電体に半田付けされ、開口を横切るよう設置された。乾燥重量パーセントで26.5%のAl、51.4%のMoO、7.7%のB、及び、14.3%のViton A500を含む開始剤組成物は、ニクロム線上に堆積され乾燥された。 [00165] The igniter assembly consisted of an FR-4 printed circuit board having a 0.03 inch diameter opening at the end to be placed in the enclosure defined by the spacer and the substrate. A 0.0008 inch diameter nichrome wire was soldered to a conductor on the printed circuit board and placed across the opening. An initiator composition comprising 26.5% Al, 51.4% MoO 3 , 7.7% B, and 14.3% Viton A500 in dry weight percent is deposited and dried on nichrome wire. It was.

[00166]加熱ユニットを組み立てるため、開始剤組成物を含むニクロム線は固体燃料領域の一端に置かれた。エポキシのビード(Epo−Tek 353ND、Epoxy Technology)はスペーサの両面に塗布され、スペーサ、基板、及び、点火装置アセンブリが配置され、押し付けられた。エポキシは3時間に亘る100℃の温度で硬化した。   [00166] To assemble the heating unit, a nichrome wire containing the initiator composition was placed at one end of the solid fuel region. Epoxy beads (Epo-Tek 353ND, Epoxy Technology) were applied to both sides of the spacer, and the spacer, substrate, and igniter assembly were placed and pressed. The epoxy was cured at a temperature of 100 ° C. for 3 hours.

[00167]固体燃料に点火するため、0.4アンペアの電流がニクロム線に接続された導電体に供給された。   [00167] To ignite the solid fuel, a 0.4 amp current was supplied to the conductor connected to the nichrome wire.

[00168]このような加熱ユニットに関する測定は、基板の外面がイニシエータの作動後150ミリ秒未満で400℃を超える温度に到達することを実証した。エンクロージャ内の最大圧力は10psig未満である。別個の測定では、エンクロージャが室温で60psigを超える静圧に耐え得ることが実証された。固体燃料の一面に亘る燃焼伝播速度は、25cm/秒であることが測定された。   [00168] Measurements on such a heating unit have demonstrated that the outer surface of the substrate reaches a temperature in excess of 400 ° C. in less than 150 milliseconds after activation of the initiator. The maximum pressure in the enclosure is less than 10 psig. Separate measurements have demonstrated that the enclosure can withstand static pressures in excess of 60 psig at room temperature. The combustion propagation rate over one side of the solid fuel was measured to be 25 cm / sec.

[実施例9]
開始剤組成物を使用する光学式点火装置を伴う加熱ユニット実施形態
[00169]図7Aによる加熱ユニットが製作され、性能が評価された。
[Example 9]
Heating unit embodiment with an optical igniter using an initiator composition
[00169] A heating unit according to Figure 7A was fabricated and performance was evaluated.

[00170]次の手順が、76.16%のZr:19.04%のMoO:4.8%のLaponite(登録商標)RDSを含む固体燃料コーティングを調製するため使用された。 [00170] The following procedure is 76.16% of Zr: 19.04% of the MoO 3: was used 4.8% Laponite (R) for the preparation of a solid fuel coatings comprising RDS.

[00171]湿潤ジルコニウム(Zr)を調製するため、DI水(Chemetall、ドイツ)中のZrの得られたままの懸濁液が30分間に亘り回転ミキサ上で撹拌された。10〜40mLの湿潤Zrが50mL遠心分離管に分配され、3200回転で30分間に亘って遠心分離された(Sorvall 6200RT)。DI水は湿潤Zrのペレットを残すため除去された。   [00171] To prepare wet zirconium (Zr), an as-obtained suspension of Zr in DI water (Chemall, Germany) was stirred on a rotating mixer for 30 minutes. 10-40 mL of wet Zr was dispensed into a 50 mL centrifuge tube and centrifuged at 3200 rpm for 30 minutes (Sorvall 6200RT). DI water was removed to leave wet Zr pellets.

[00172]15%のLaponite(登録商標)RDS溶液を調製するため、85グラムのDI水がビーカーに加えられた。撹拌中に、15グラムのLaponite(登録商標)RDS(Southern Clay Products,Gonzalez,TX)が加えられ、懸濁液が30分間撹拌された。   [00172] To prepare a 15% Laponite® RDS solution, 85 grams of DI water was added to a beaker. During stirring, 15 grams of Laponite® RDS (Southern Clay Products, Gonzalez, TX) was added and the suspension was stirred for 30 minutes.

[00173]反応スラリーは、最初に、先に調製されたような湿潤Zrペレットを遠心分離管から除去し、それをビーカーに入れることにより調製された。湿潤Zrペレットの計量後、乾燥Zrの重量が、次式:
乾燥Zr(g)=0.8234(湿潤Zr(g))−0.1059
から決定された。
[00173] The reaction slurry was prepared by first removing the wet Zr pellet as previously prepared from the centrifuge tube and placing it in a beaker. After weighing the wet Zr pellets, the weight of the dry Zr is:
Dry Zr (g) = 0.8234 (wet Zr (g)) − 0.1059
Determined from.

[00174]80:20のZr対MoOの比を得るための三酸化モリブデンの量、例えば、MoO=乾燥Zr(g)/4が次に決定され、適切な量のMoO粉末(Accumet,NY)が、湿潤Zr:MoOスラリーを生成するため、湿潤Zrを格納するビーカーに加えられた。76.16%のZr:19.04%のMoO:4.80%のLaponite(登録商標)RDSという最終的な乾燥成分の重量パーセント比を得るために、Laponite(登録商標)RDSの量が決定された。40%DI水を含む反応スラリーを獲得するため、過剰な水が湿潤ZrとMoOのスラリーに添加された。反応スラリーは、S25N−8G分散ヘッド(セッティング4)を伴うIKA Ultra−Turrax ミキシングモーターを使用して5分間混合された。先に決定された量の15%Laponite(登録商標)RDSが、次に、反応スラリーに添加され、IKA Ultra−Turraxミキサを使用してさらに5分間混合された。反応スラリーはシリンジへ移され、コーティング前に少なくとも30分間蓄積される。 [00174] The amount of molybdenum trioxide to obtain a ratio of Zr to MoO 3 of 80:20, eg, MoO 3 = dry Zr (g) / 4, was then determined and the appropriate amount of MoO 3 powder (Accumet , NY) was added to a beaker containing wet Zr to produce a wet Zr: MoO 3 slurry. In order to obtain a final dry ingredient weight percent ratio of 76.16% Zr: 19.04% MoO 3 : 4.80% Laponite® RDS, the amount of Laponite® RDS was It has been determined. Excess water was added to the wet Zr and MoO 3 slurry to obtain a reaction slurry containing 40% DI water. The reaction slurry was mixed for 5 minutes using an IKA Ultra-Turrax mixing motor with S25N-8G dispersion head (setting 4). The previously determined amount of 15% Laponite® RDS was then added to the reaction slurry and mixed for an additional 5 minutes using an IKA Ultra-Turrax mixer. The reaction slurry is transferred to a syringe and accumulated for at least 30 minutes before coating.

[00175]Zr:MoO:Laponite(登録商標)RDSの反応スラリーは、次に、ステンレス鋼箔の上に被覆された。ステンレス鋼箔は、最初に、60℃でDI水中のRidoline 298の3.2%bv溶液で5分間の超音波処理によって洗浄された。ステンレス鋼箔は、0.004インチ厚の304ステンレス鋼箔毎の中心部が露出されるように、0.215インチ幅のMylar(登録商標)でマスクされた。箔は縁に0.008インチ厚のシムを有する真空チャックに設置された。2mLの反応スラリーは箔の一方の縁に置かれた。Sheen Auto−Draw Automatic Film Applicator 1137(Sheen Instruments)を使用して、反応スラリーは、Zr:MoO:Laponite(登録商標)RDS反応スラリーの約0.006インチ厚の層を堆積させるため、箔の表面全域において最大50mm/秒までの自動ドローコーティング速度で#12コーティングロッドを引くことにより、箔の上に被覆された。被覆された箔は、次に、40℃の強制空気対流オーブン内に置かれ、少なくとも2時間に亘り乾燥された。マスクは、次に、固体燃料のコーティングを各箔の中央部に残すため、箔から取り除かれる。 [00175] A reaction slurry of Zr: MoO 3 : Laponite® RDS was then coated onto the stainless steel foil. The stainless steel foil was first cleaned by sonication for 5 minutes with a 3.2% bv solution of Ridoline 298 in DI water at 60 ° C. The stainless steel foil was masked with 0.215 inch wide Mylar® so that the center of each 0.004 inch thick 304 stainless steel foil was exposed. The foil was placed in a vacuum chuck with a 0.008 inch thick shim at the edge. 2 mL of the reaction slurry was placed on one edge of the foil. Using a Sheen Auto-Draw Automatic Film Applicator 1137 (Shen Instruments), the reaction slurry was used to deposit an approximately 0.006 inch thick layer of Zr: MoO 3 : Laponite® RDS reaction slurry. The entire surface was coated on the foil by pulling a # 12 coating rod with an automatic draw coating speed of up to 50 mm / sec. The coated foil was then placed in a forced air convection oven at 40 ° C. and dried for at least 2 hours. The mask is then removed from the foil to leave a solid fuel coating in the center of each foil.

[00176]開始剤組成物は、8.6mLの4.25%Viton A500/酢酸アミル溶液を、0.680gのAl(40〜70nm)と、1.320gのMoO(ナノ)と、0.200gのホウ素(ナノ)の混合物に添加し、よく混合することにより調製された。開始剤組成物の1.1μL滴は、1.5インチ×1.75インチのファイバーガラスマット(0.04インチの厚さ、直射光)内の0.06インチ径の孔に入れられた。1滴の開始剤組成物が、ファイバーガラスマットの各々の側から孔に入れられた。 [00176] initiator composition is a 4.25% Viton A500 / amyl acetate solution of 8.6 mL, and 0.680g of Al (40 to 70 nm), MoO 3 of 1.320g and (nano), 0. It was prepared by adding to a mixture of 200 g boron (nano) and mixing well. A 1.1 μL drop of initiator composition was placed in a 0.06 inch diameter hole in a 1.5 inch × 1.75 inch fiber glass mat (0.04 inch thick, direct light). A drop of initiator composition was placed in the hole from each side of the fiberglass mat.

[00177]加熱ユニットを組み立てるため、両面テープ(2インチ×2.25インチ×0.375インチ幅、Saint−Gobain Performance Plastics)が燃料被覆箔(2インチ×2インチ)に取り付けられた。スペーサ(2インチ×2.25インチ×0.1インチ厚、Maakrolon)が両面テープに取り付けられた。最初に、イニシエータを伴うファイバーガラスマット、次に、孔(0.1インチ径)を伴う2枚の別のファイバーガラスマットがスペーサに設置され、ファイバーガラスマットの孔が揃えられるように位置付けられた。スペーサのもう一方側には、両面テープが取り付けられた。これは、次に、透明プラスチック(1/16インチのポリカーボネートシート、McMaster−Carr)で作られた2インチ×2.25インチの窓で覆われた。   [00177] To assemble the heating unit, double-sided tape (2 "x 2.25" x 0.375 "wide, Saint-Gobain Performance Plastics) was attached to the fuel coated foil (2" x 2 "). Spacers (2 inches x 2.25 inches x 0.1 inches thick, Makrolon) were attached to the double-sided tape. First, a fiberglass mat with an initiator, then two other fiberglass mats with holes (0.1 inch diameter) were placed in the spacer and positioned so that the holes in the fiberglass mat were aligned. . Double-sided tape was attached to the other side of the spacer. This was then covered with a 2 inch x 2.25 inch window made of clear plastic (1/16 inch polycarbonate sheet, McMaster-Carr).

[00178]加熱ユニットは、電子回路と結び付けられた1個のAA電池によって給電されたキセノンランプからのパルス状フラッシュ光によって点火された。   [00178] The heating unit was ignited by pulsed flash light from a xenon lamp powered by a single AA battery associated with an electronic circuit.

[実施例10]
開始剤組成物を使用する衝撃式点火装置を伴う加熱ユニット実施形態
[00179]衝突式点火を使用する図8による加熱ユニットの調製について後述する。
[Example 10]
Heating unit embodiment with an impact igniter using an initiator composition
[00179] The preparation of the heating unit according to Fig. 8 using collision ignition is described below.

[00180]次の手順は、76.16%のZr:19.04%のMoO:4.8%のLaponite(登録商標)RDSを含む液体燃料コーティングを調製するため使用される。 [00180] The next step is 76.16% of Zr: 19.04% of the MoO 3: is used for preparing a liquid fuel coatings comprising 4.8% Laponite (R) RDS.

[00181]湿潤ジルコニウム(Zr)を調製するため、DI水(Chemetall、ドイツ)中のZrの得られたままの懸濁液が30分間に亘り回転ミキサ上で撹拌された。10〜40mLの湿潤Zrが50mL遠心分離管に分配され、3200回転で30分間に亘って遠心分離された(Sorvall 6200RT)。DI水は湿潤Zrのペレットを残すため除去された。   [00181] To prepare wet zirconium (Zr), an as-obtained suspension of Zr in DI water (Chemall, Germany) was stirred on a rotating mixer for 30 minutes. 10-40 mL of wet Zr was dispensed into a 50 mL centrifuge tube and centrifuged at 3200 rpm for 30 minutes (Sorvall 6200RT). DI water was removed to leave wet Zr pellets.

[00182]15%のLaponite(登録商標)RDS溶液を調製するため、85グラムのDI水がビーカーに加えられた。撹拌中に、15グラムのLaponite(登録商標)RDS(Southern Clay Products,Gonzalez,TX)が加えられ、懸濁液が30分間撹拌された。   [00182] To prepare a 15% Laponite® RDS solution, 85 grams of DI water was added to a beaker. During stirring, 15 grams of Laponite® RDS (Southern Clay Products, Gonzalez, TX) was added and the suspension was stirred for 30 minutes.

[00183]反応スラリーは、最初に、先に調製されたような湿潤Zrペレットを遠心分離管から除去し、それをビーカーに入れることにより調製された。湿潤Zrペレットの計量後、乾燥Zrの重量が、次式:
乾燥Zr(g)=0.8234(湿潤Zr(g))−0.1059
から決定された。
[00183] The reaction slurry was prepared by first removing the wet Zr pellet as previously prepared from the centrifuge tube and placing it in a beaker. After weighing the wet Zr pellets, the weight of the dry Zr is:
Dry Zr (g) = 0.8234 (wet Zr (g)) − 0.1059
Determined from.

[00184]80:20のZr対MoOの比を得るための三酸化モリブデンの量、例えば、MoO=乾燥Zr(g)/4が次に決定され、適切な量のMoO粉末(Accumet,NY)が、湿潤Zr:MoOスラリーを生成するため、湿潤Zrを格納するビーカーに加えられた。76.16%のZr:19.04%のMoO:4.80%のLaponite(登録商標)RDSという最終的な乾燥成分の重量パーセント比を得るために、Laponite(登録商標)RDSの量が決定された。40%DI水を含む反応スラリーを獲得するため、過剰な水が湿潤ZrとMoOのスラリーに添加された。反応スラリーは、S25N−8G分散ヘッド(セッティング4)を伴うIKA Ultra−Turrax ミキシングモーターを使用して5分間混合された。先に決定された量の15%Laponite(登録商標)RDSが、次に、反応スラリーに添加され、IKA Ultra−Turraxミキサを使用してさらに5分間混合された。反応スラリーはシリンジへ移され、コーティング前に少なくとも30分間蓄積される。 [00184] The amount of molybdenum trioxide to obtain a ratio of Zr to MoO 3 of 80:20, eg, MoO 3 = dry Zr (g) / 4, was then determined and the appropriate amount of MoO 3 powder (Accumet , NY) was added to a beaker containing wet Zr to produce a wet Zr: MoO 3 slurry. In order to obtain a final dry ingredient weight percent ratio of 76.16% Zr: 19.04% MoO 3 : 4.80% Laponite® RDS, the amount of Laponite® RDS was It has been determined. Excess water was added to the wet Zr and MoO 3 slurry to obtain a reaction slurry containing 40% DI water. The reaction slurry was mixed for 5 minutes using an IKA Ultra-Turrax mixing motor with S25N-8G dispersion head (setting 4). The previously determined amount of 15% Laponite® RDS was then added to the reaction slurry and mixed for an additional 5 minutes using an IKA Ultra-Turrax mixer. The reaction slurry is transferred to a syringe and accumulated for at least 30 minutes before coating.

[00185]Zr:MoO:Laponite(登録商標)RDSの反応スラリーは、次に、ステンレス鋼箔の上に被覆された。ステンレス鋼箔は、最初に、60℃でDI水中のRidoline 298の3.2%bv溶液で5分間の超音波処理によって洗浄された。ステンレス鋼箔は、0.004インチ厚の304ステンレス鋼箔毎の中心部が露出されるように、0.215インチ幅のMylar(登録商標)でマスクされた。箔は縁に0.008インチ厚のシムを有する真空チャックに設置された。2mLの反応スラリーは箔の一方の縁に置かれた。Sheen Auto−Draw Automatic Film Applicator 1137(Sheen Instruments)を使用して、反応スラリーは、Zr:MoO:Laponite(登録商標)RDS反応スラリーの約0.006インチ厚の層を堆積させるため、箔の表面全域において最大50mm/秒までの自動ドローコーティング速度で#12コーティングロッドを引くことにより、箔の上に被覆された。被覆された箔は、次に、40℃の強制空気対流オーブン内に置かれ、少なくとも2時間に亘り乾燥された。マスクは、次に、固体燃料のコーティングを各箔の中央部に残すため、箔から取り除かれる。 [00185] A reaction slurry of Zr: MoO 3 : Laponite® RDS was then coated onto the stainless steel foil. The stainless steel foil was first cleaned by sonication for 5 minutes with a 3.2% bv solution of Ridoline 298 in DI water at 60 ° C. The stainless steel foil was masked with 0.215 inch wide Mylar® so that the center of each 0.004 inch thick 304 stainless steel foil was exposed. The foil was placed in a vacuum chuck with a 0.008 inch thick shim at the edge. 2 mL of the reaction slurry was placed on one edge of the foil. Using a Sheen Auto-Draw Automatic Film Applicator 1137 (Shen Instruments), the reaction slurry was used to deposit an approximately 0.006 inch thick layer of Zr: MoO 3 : Laponite® RDS reaction slurry. The entire surface was coated on the foil by pulling a # 12 coating rod with an automatic draw coating speed of up to 50 mm / sec. The coated foil was then placed in a forced air convection oven at 40 ° C. and dried for at least 2 hours. The mask is then removed from the foil to leave a solid fuel coating in the center of each foil.

[00186]薄いステンレス鋼ワイヤ(ワイヤアンビル)を含む点火装置アセンブリは、乾燥重量に基づく重量パーセントで26.5%のAl、51.4%のMoO、7.7%のB、及び、14.3%のViton A500を含む酢酸アミル中の開始剤組成物に1/4だけ浸漬塗装される。被覆されたワイヤは次に1時間に亘り約40〜50℃で乾燥される。乾燥された被覆されたワイヤは、点火管(柔らかい壁のアルミニウム管、0.003インチの壁厚)に入れられ、一端がワイヤを所定の位置に保つため圧着された。 [00186] thin stainless steel wire igniter assembly comprising (wire anvil) is, Al of 26.5% in weight percent based on the dry weight 51.4 percent MoO 3, 7.7% of the B and,, 14 Dip coat 1/4 on the initiator composition in amyl acetate containing 3% Viton A500. The coated wire is then dried at about 40-50 ° C. for 1 hour. The dried coated wire was placed in an ignition tube (soft wall aluminum tube, 0.003 inch wall thickness) and crimped at one end to keep the wire in place.

[00187]加熱ユニットを組み立てるため、点火管は、2枚の燃料被覆箔基板(燃料チップ)の間に置かれ、点火管の開放端は燃料チップ上で燃料コーティングの縁と揃えられた。燃料チップはアルミニウム接着テープで密封された。   [00187] To assemble the heating unit, the ignition tube was placed between two fuel-coated foil substrates (fuel chips) and the open end of the ignition tube was aligned with the edge of the fuel coating on the fuel chip. The fuel chip was sealed with aluminum adhesive tape.

[00188]固体燃料に点火するため、燃料管は真鍮ロッドで打たれる。   [00188] To ignite the solid fuel, the fuel tube is struck with a brass rod.

[00189]本実施例10の代替的な実施形態では、点火装置アセンブリは、620重量部のチタニウム(20μm未満のサイズ)と、100重量部の塩素酸カリウムと、180重量部の赤リンと、100重量部の塩素酸ナトリウムと、2%のポリビニルアルコールバインダを伴う620重量部の水とを含む開始剤組成物に1/4だけ浸漬塗装された薄いステンレス鋼ワイヤ(ワイヤアンビル)により構成された。被覆されたワイヤは次に1時間に亘って40〜50℃で乾燥される。乾燥された被覆されたワイヤは、点火管(柔らかい壁のアルミニウム管、0.003インチの壁厚)に入れられ、一端がワイヤを所定の位置に保つため圧着された。   [00189] In an alternative embodiment of this Example 10, the igniter assembly includes 620 parts by weight titanium (size less than 20 μm), 100 parts by weight potassium chlorate, 180 parts by weight red phosphorus, Constructed by a thin stainless steel wire (wire anvil) dip coated in an initiator composition containing 100 parts by weight sodium chlorate and 620 parts by weight water with 2% polyvinyl alcohol binder. . The coated wire is then dried at 40-50 ° C. for 1 hour. The dried coated wire was placed in an ignition tube (soft wall aluminum tube, 0.003 inch wall thickness) and crimped at one end to keep the wire in place.

[00190]本発明は、特定の実施形態に関して、医療装置で使用する加熱ユニットの状況の範囲内で説明されたが、これらの開始剤組成物及び点火装置を、低ガス放出組成物及び/又は低電圧点火装置のどちらかを必要とする様々な他のシステムへ応用するといった、種々の変更と修正が本発明から逸脱することなく行われ得ることは当業者に明らかである。   [00190] Although the present invention has been described within the context of heating units for use in medical devices with respect to particular embodiments, these initiator compositions and igniters can be used as low outgassing compositions and / or It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the invention, such as application to various other systems requiring either low voltage ignition device.

電気抵抗加熱素子に配置された開始剤組成物を備える点火装置の概略図である。1 is a schematic view of an igniter comprising an initiator composition disposed on an electrical resistance heating element. FIG. 点火装置及び開始剤組成物の光度を測定するため使用される光検出器システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a photodetector system used to measure the luminosity of an igniter and initiator composition. FIG. 2種類の組成物の混合物の一方の光度対時間のグラフである。Figure 2 is a graph of light intensity versus time for one of a mixture of two compositions. 2種類の組成物の混合物の他方の光度対時間のグラフである。FIG. 4 is a graph of the other light intensity versus time for a mixture of two compositions. FIG. ある実施形態による加熱ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the heating unit by a certain embodiment. ある実施形態による加熱ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the heating unit by a certain embodiment. ある実施形態による加熱ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the heating unit by a certain embodiment. ある実施形態による円筒形状を有する加熱ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the heating unit which has a cylindrical shape by a certain embodiment. ある実施形態による変更された点火装置設計も有する、図5Aの加熱ユニットに類似した円筒型加熱ユニットの断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view of a cylindrical heating unit similar to the heating unit of FIG. 5A that also has a modified igniter design according to certain embodiments. 電気抵抗によって作動されるある実施形態による加熱ユニットの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a heating unit according to an embodiment operated by electrical resistance. 電気抵抗によって作動されるある実施形態による加熱ユニットの組立図である。FIG. 2 is an assembly view of a heating unit according to an embodiment operated by electrical resistance. 光学式点火によって作動されるある実施形態による加熱ユニットの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a heating unit according to an embodiment operated by optical ignition. 光学式点火によって作動されるある実施形態による加熱ユニットの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a heating unit according to an embodiment operated by optical ignition. 衝撃式点火によって作動されるある実施形態による加熱ユニットの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a heating unit according to an embodiment operated by impact ignition.

Claims (60)

高信頼性ハイスパーク開始剤組成物であって、
a.i.金属含有酸化剤、
ii.少なくとも1種の金属還元剤、及び、
iii.非爆発性バインダ
の混合物を含み、
b.前記混合物が、約20〜100ミクロンの間の組成物厚さで、アクチュエーション時の0.25J〜8.5Jの範囲の間の総エネルギー量の放出、及び、5〜30ミリ秒の範囲の間の爆燃時間によって特徴付けられる、
高信頼性ハイスパーク開始剤組成物。
A highly reliable high spark initiator composition comprising:
a. i. Metal-containing oxidant,
ii. At least one metal reducing agent; and
iii. Contains a mixture of non-explosive binders,
b. The mixture has a composition thickness between about 20 and 100 microns, a total energy release between 0.25 J and 8.5 J upon actuation, and a range of 5 to 30 milliseconds. Characterized by the deflagration time between,
High reliability high spark initiator composition.
前記爆燃時間が20ミリ秒未満である、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1, wherein the deflagration time is less than 20 milliseconds. 前記爆燃時間が10ミリ秒未満である、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1, wherein the deflagration time is less than 10 milliseconds. 前記少なくとも1種の金属還元剤が、アルミニウム、ジルコニウム、及び、ホウ素からなる群より選択される、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1, wherein the at least one metal reducing agent is selected from the group consisting of aluminum, zirconium, and boron. 前記金属含有酸化剤が、アルカリの塩素酸塩、アルカリ土類金属の塩素酸塩、アルカリ金属の過塩素酸塩、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、及び、金属の酸化物からなる群より選択される、請求項1に記載の開始剤組成物。   The metal-containing oxidizing agent is selected from the group consisting of alkali chlorates, alkaline earth metal chlorates, alkali metal perchlorates, alkaline earth metal perchlorates, and metal oxides. The initiator composition according to claim 1, which is selected. 前記酸化剤が、三酸化モリブデン、酸化銅、三酸化タングステン、塩素酸カリウム、及び、過塩素酸カリウムのうちの少なくとも一つから選択される、請求項5に記載の開始剤組成物。   The initiator composition according to claim 5, wherein the oxidizing agent is selected from at least one of molybdenum trioxide, copper oxide, tungsten trioxide, potassium chlorate, and potassium perchlorate. 少なくとも2種の金属還元剤を含む、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1 comprising at least two metal reducing agents. 前記2種の金属還元剤のうちの少なくとも一方がホウ素である、請求項7に記載の開始剤組成物。   The initiator composition according to claim 7, wherein at least one of the two metal reducing agents is boron. 前記ホウ素が前記混合物中の他の酸化剤及び還元剤に対して約7〜10重量%存在する、請求項8に記載の開始剤組成物。   9. The initiator composition of claim 8, wherein the boron is present from about 7 to 10% by weight relative to other oxidizing and reducing agents in the mixture. 前記金属還元剤及び前記金属含有酸化剤が粉末を含む、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1, wherein the metal reducing agent and the metal-containing oxidizing agent comprise a powder. 前記粉末のうちの少なくとも一方がナノ粒子サイズである、請求項10に記載の開始剤組成物。   The initiator composition according to claim 10, wherein at least one of the powders has a nanoparticle size. 前記金属還元剤及び前記金属含有酸化剤の両方がナノ粒子サイズの粉末である、請求項10に記載の開始剤組成物。   The initiator composition according to claim 10, wherein both the metal reducing agent and the metal-containing oxidizing agent are nanoparticle-sized powders. 25〜75重量%の前記酸化剤を含む、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1 comprising 25 to 75 wt% of the oxidizing agent. 25〜75重量%の前記還元剤を含む、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition according to claim 1, comprising 25 to 75% by weight of the reducing agent. 組成物の総乾燥重量に基づいて、約15重量パーセント未満のバインダを含有する、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1, comprising less than about 15 weight percent binder based on the total dry weight of the composition. 組成物の総乾燥重量に基づいて、5重量パーセント未満のバインダを含有する、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1, comprising less than 5 weight percent binder based on the total dry weight of the composition. 前記バインダが不活性である、請求項15に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 15, wherein the binder is inert. 前記バインダがViton又はLaponiteからなる群から選択される、請求項17に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 17, wherein the binder is selected from the group consisting of Viton or Laponite. 電気抵抗アクチュエーションメカニズムと共に使用される、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1 for use with an electrical resistance actuation mechanism. 衝撃式アクチュエーションと共に使用される、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1 for use with impact actuation. 光学式アクチュエーションと共に使用される、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1 for use with optical actuation. 前記光学式アクチュエーションがフラッシュバルブである、請求項22に記載の開始剤組成物。   23. The initiator composition of claim 22, wherein the optical actuation is a flash bulb. アルミニウム、三酸化モリブデン、ホウ素、及び、Vitonを含む、請求項1に記載の開始剤組成物。   The initiator composition of claim 1 comprising aluminum, molybdenum trioxide, boron, and Viton. 組成物の総乾燥重量に基づいて、約26〜27%のアルミニウム、51〜52パーセントの三酸化モリブデン、7〜8パーセントのホウ素、及び、14〜15%のVitonを含む、高信頼性、ハイスパーク、低電圧、非爆発性開始剤組成物。   High reliability, high, comprising about 26-27% aluminum, 51-52% molybdenum trioxide, 7-8% boron, and 14-15% Viton, based on the total dry weight of the composition Spark, low voltage, non-explosive initiator composition. a.孔が内部に包含されたサポートと、
b.前記サポートと接触した少なくとも2個の導体と、
c.少なくとも部分的に前記孔を横切るよう位置付けられ、前記導体に取り付けられた抵抗加熱素子と、
d.前記抵抗加熱素子の両側の少なくとも一部分に位置付けられ、前記孔を覆う開始剤組成物と、
を備え、燃料に点火し、両方向に集中された噴出を形成する高信頼性電気式の点火装置。
a. A support in which a hole is contained,
b. At least two conductors in contact with the support;
c. A resistive heating element positioned at least partially across the hole and attached to the conductor;
d. An initiator composition positioned on at least a portion of both sides of the resistance heating element and covering the hole;
A highly reliable electric ignition device that ignites fuel and forms a concentrated jet in both directions.
前記サポートが熱絶縁材料である、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, wherein the support is a thermally insulating material. 前記熱絶縁材料が、Kapton(登録商標)、フッ素ラミネート材料、又は、FR4エポキシ/ファイバーガラス印刷回路板からなる群から選択される、請求項26に記載の点火装置。   27. The igniter of claim 26, wherein the thermal insulation material is selected from the group consisting of Kapton®, fluorine laminate material, or FR4 epoxy / fiberglass printed circuit board. 前記導体が銅トレーシングである、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, wherein the conductor is copper tracing. 前記抵抗加熱素子が金属又は合金から選択される、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter according to claim 25, wherein the resistance heating element is selected from a metal or an alloy. 前記抵抗加熱素子が、ワイヤ、フィラメント、リボン、又は、箔の形である、請求項29に記載の点火装置。   30. The igniter of claim 29, wherein the resistive heating element is in the form of a wire, filament, ribbon, or foil. 前記抵抗加熱素子がニクロムワイヤである、請求項30に記載の点火装置。   31. The igniter according to claim 30, wherein the resistance heating element is a nichrome wire. 前記ワイヤが約0.0006インチ〜約0.001インチの径を有する、請求項31に記載の点火装置。   32. The igniter of claim 31, wherein the wire has a diameter of about 0.0006 inches to about 0.001 inches. 前記抵抗加熱素子が約2Ω〜4Ωの範囲の間の電気抵抗を有する、請求項31に記載の点火装置。   32. The igniter of claim 31, wherein the resistive heating element has an electrical resistance between about 2Ω and 4Ω. 前記導体が半田付けによって前記抵抗加熱素子に取り付けられている、請求項25に記載の点火装置。   26. The ignition device of claim 25, wherein the conductor is attached to the resistance heating element by soldering. 前記開始剤組成物がスラリーである、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, wherein the initiator composition is a slurry. 前記開始剤組成物が非爆発性である、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, wherein the initiator composition is non-explosive. 前記開始剤組成物が低ガス生成である、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, wherein the initiator composition is low gas production. 前記開始剤組成物が、
a.金属含有酸化剤、
ii.少なくとも1種の金属還元剤、及び、
iii.非爆発性バインダ
の混合物を含む、請求項25に記載の点火装置。
The initiator composition is
a. Metal-containing oxidant,
ii. At least one metal reducing agent; and
iii. 26. The igniter of claim 25, comprising a mixture of non-explosive binders.
前記開始剤組成物が、乾燥固体の重量で、10〜20パーセントのバインダと、30〜40パーセントの還元剤と、40〜60パーセントの金属含有酸化剤とを含む、請求項25に記載の点火装置。   26. The ignition of claim 25, wherein the initiator composition comprises, by weight of dry solids, 10-20 percent binder, 30-40 percent reducing agent, and 40-60 percent metal-containing oxidizing agent. apparatus. 前記開始剤組成物が、ホウ素、アルミニウム、三酸化モリブデン、及び、Vitonの混合物を含む、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, wherein the initiator composition comprises a mixture of boron, aluminum, molybdenum trioxide, and Viton. アクチュエーション時に50ミリ秒未満の爆燃の始まりによって特徴付けられる、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, characterized by the onset of deflagration in less than 50 milliseconds upon actuation. アクチュエーション時に10ミリ秒未満の爆燃の始まりによって特徴付けられる、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, characterized by the onset of deflagration in less than 10 milliseconds upon actuation. アクチュエーション時に6ミリ秒未満の爆燃の始まりによって特徴付けられる、請求項25に記載の点火装置。   26. The igniter of claim 25, characterized by the onset of deflagration in less than 6 milliseconds upon actuation. 点火時に噴出を両方向に集中させる、高信頼性点火装置を製造する方法であって、
a.2個の導体を孔が内部に収容されたサポート上に堆積するステップと、
b.前記導体の間に前記孔を横切るよう位置付けられた抵抗加熱素子を取り付けるステップと、
c.前記サポート上の前記孔の少なくとも一部分を覆うように、前記抵抗加熱素子の一方側に開始剤組成物を分配するステップと、
d.前記分配された開始剤組成物を乾燥するステップと、
e.前記孔を覆うように、前記抵抗加熱素子の反対側と、1回目の分配からの前記孔に、前記開始剤組成物をもう一度分配するステップと、
f.2回目に分配された開始剤組成物を乾燥するステップと、
を備える方法。
A method of manufacturing a highly reliable ignition device that concentrates ejection in both directions during ignition,
a. Depositing two conductors on a support in which holes are received;
b. Attaching a resistance heating element positioned across the hole between the conductors;
c. Dispensing an initiator composition on one side of the resistive heating element so as to cover at least a portion of the hole on the support;
d. Drying the dispensed initiator composition;
e. Distributing the initiator composition once more to the opposite side of the resistive heating element and to the holes from the first distribution so as to cover the holes;
f. Drying the initiator composition dispensed a second time;
A method comprising:
前記サポートが熱絶縁材料である、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the support is a thermally insulating material. 前記熱絶縁材料がKapton(登録商標)又はFR4エポキシ/ファイバーガラス印刷回路板からなる群から選択される、請求項45に記載の方法。   46. The method of claim 45, wherein the thermally insulating material is selected from the group consisting of Kapton (R) or FR4 epoxy / fiberglass printed circuit boards. 前記導体が銅トレーシングである、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the conductor is copper tracing. 前記抵抗加熱素子が金属又は合金から選択される、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the resistance heating element is selected from a metal or an alloy. 前記抵抗加熱素子が、ワイヤ、フィラメント、リボン、又は、箔の形である、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the resistive heating element is in the form of a wire, filament, ribbon, or foil. 前記抵抗加熱素子がニクロムワイヤである、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the resistive heating element is a nichrome wire. 前記ワイヤが約0.0006インチ〜約0.001インチの間の径を有する、請求項51に記載の方法。   52. The method of claim 51, wherein the wire has a diameter between about 0.0006 inches and about 0.001 inches. 前記抵抗加熱素子が約2Ω〜4Ωの範囲の間の電気抵抗を有する、請求項51に記載の方法。   52. The method of claim 51, wherein the resistive heating element has an electrical resistance between about 2Ω and 4Ω. 前記乾燥が空気乾燥である、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the drying is air drying. 前記取り付けが半田付けを含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the attachment comprises soldering. 前記開始剤組成物がスラリーを含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the initiator composition comprises a slurry. 前記開始剤組成物が非爆発性である、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the initiator composition is non-explosive. 前記開始剤組成物が低ガス生成である、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the initiator composition is low gas production. 前記分配が自動分配装置による、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the dispensing is by an automatic dispensing device. 前記開始剤組成物が、
a.金属含有酸化剤、
b.少なくとも1種の金属還元剤、及び、
c.非爆発性バインダ
の混合物を含む、請求項44に記載の方法。
The initiator composition is
a. Metal-containing oxidant,
b. At least one metal reducing agent; and
c. 45. The method of claim 44, comprising a mixture of non-explosive binders.
前記開始剤組成物が、ホウ素、アルミニウム、三酸化モリブデン、及び、Vitonの混合物を含む、請求項44に記載の方法。   45. The method of claim 44, wherein the initiator composition comprises a mixture of boron, aluminum, molybdenum trioxide, and Viton.
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