JP3542355B2 - プレス成形可能な赤外線発光組成物 - Google Patents

Description

発明の背景
1.産業上の利用分野
この発明は有意量の赤外線を放出する発光組成物に関する。さらに特定すれば、本発明は初期燃焼速度が大きく、清浄に燃焼し、且つ放出される赤外線に比べて放出される可視光線の量が相対的に少ないプレス成形（pressable）／詰め固め可能な（tampable）赤外線発光組成物に関する。
2.従来技術の説明
夜間または太陽光が実質的に減っている期間での様々な状況の中ではっきり見る能力が必要になることがある。この様な状況は、例えば捜索および救出作業、警察監視および軍事作戦である。このような状況下では、キーパーソンが限られた太陽光の中でもはっきり見る能力を持つことがしばしば重要になる。
夜間または太陽光が実質的に減っている期間での視認性の問題を解決するために、可視光線よりはむしろ利用し易い赤外線放射光をベースにした、人が見ることができるようにする装置が開発されている。赤外線視察装置には各種の構造のものがあるが、最も普通のタイプの赤外線視察装置は、恐らく、夜間視察眼鏡である。これら装置は、個々の利用者に、夜間に、非常に明瞭に見る能力を与え、その割りに個々の利用者の運動性を余り制約しない。
赤外線視察装置の使用を容易にするために、関心のある区域で利用できる赤外線を強めるのが好都合なことが見いだされている。これに関連して、赤外線放出照明弾装置が開発された。このような装置は様々な構造をしているが、最も広く用いられる装置は発生する可能性のある可視光線に加えて、比較的多量の赤外線を放出する照明弾である。
赤外線放出照明弾は、普通、可視光放出照明弾と殆ど同じ構造をしている。このような照明弾は地面の一つの地点で赤外線を放出するか、または上空で赤外線を放出する。空中操作の場合、この照明弾系は使用者望む方向に照明弾を発射することができる内部または外部推進手段を有している。加えて、照明弾自身が燃焼時に有意量の赤外線を発生する材料を含んでいる。通常の操作では、照明弾は問題の領域の上を進み、点火される。そのとき放出される赤外線は夜間視察眼鏡のような赤外線視察装置の有用性を非常に向上させる。
かかる照明弾に使用するのに適した赤外線放出組成物の開発に際して、多くの問題に遭遇してきた。例えば、認められるであろうように、過度の量の可視光線を放出しない赤外線放出照明弾を提供することが望まれることが多い。秘密裡、夜陰に乗じて作戦することが望まれる状況では、この性能が絶対に必要である。照明弾から過度の可視光線が放出されると、その区域の人間に照明弾の存在の警報を出すことになり、それが全作戦の有効性をかなり減退させることがあるのである。
既存の赤外線照明弾組成物では、事実、過度の可視光線が放出されることが分かっている。かくして、赤外線放射装置の実用性能は放出される可視光線の量に対する放出される赤外線の量の比によって判断することができる。この比は多くの通常の赤外線放射組成物では小さいことが知られており、このことは照明弾から放出される可視光線の比率が高いことを示しているが見いだされた。
赤外線放射組成物の利用に際して遭遇するもう一つの問題は到達される燃焼速度に関係する。多くの既存の組成物は望まれるより小さい燃焼速度を有し、その結果望まれるより少ない赤外線を放射することになる。効率の良い照明弾を提供するためには、相対的に大きい燃焼速度が要求される。
照明弾組成物の燃焼（表面積）は一定時間が過ぎて劇的に増大することがしばしば観測される。この特性も一般的には望ましくない。空中に発射される赤外線放出照明弾の場合、これは、照明弾が地上高くにあるときには、放射される赤外線がより少く、その照明弾が地表に近くなってより多くの赤外線が放射されることを意味する。事実、照明弾が地面に衝突した後も燃え続けていることがよく見られる。
認められるであろうように、この燃焼曲線は普通望まれる曲線の正反対である。地面の良好な照明を提供するためには、照明弾はその最高高度で大きい強さの赤外線出力を持つことが望ましい。照明弾が地面に近ずくと、地面と照明弾との距離が大きくないという理由だけで、大きい赤外線出力を持つことは余り重要ではなくなる［照度は次式で表すことができる：照度＝（Ｉ×４π）／（４πR²）：式中、Ｉはワット／ステラジアンで表される強さであり、Ｒはフィートで表される照明弾と照らされる対象との間の距離であり、そして照度はワット/m²の単位で表わされる］。結局、見付かるのを減らすため、また燃えている照明弾が地面に衝突するときに起こる可能性のある火事のような自明の問題を減らすために、照明弾は地面に衝突する前に作動を止めることが望ましい。
既存の赤外線放射材料でしばしば遭遇するもう一つの問題は“チャンキング アウト”（“chunking out":欠け落ち）である。この現象は作動中に照明弾推進剤の破裂または結合がはずれることによる分離に関係する。この状況では、赤外線放射組成物の大きな破片が照明弾から突然取れて、地面に落ちる可能性があることが判明している。赤外線発生組成物の大きい破片が無くなると、照明弾が設計通りに作動せず、必要な場所の上での赤外線の発生量が減り、そして燃えている照明弾材料の落下片は安全上の問題を誘き起こすので問題である。
従来の照明弾組成物を用いると、煤が生成することも知られている。煤の生成は放射される可視光線の増加を誘き起こすことを含めて、幾つかの点で照明弾装置の作動に不利な効果を及ぼす可能性がある。煤または炭素が加熱されると、黒体放射が起こる可能性がある。煤の生成は、主として、赤外線発生組成物に用いられる燃料および結合剤に因り起こる。従来の赤外線発生組成物は、普通、煤の生成の問題に対して対応が十分にできていない。
更なる問題はIR放射組成物の熟成に関係する。既存の組成物は時間が経つと実質的に分解することが良く見られる。これは、貯蔵温度が高いと特に見られる。幾つかの状況下では、これらの材料を50℃またはそれ以上の温度で長期間貯蔵する必要があるだろう。これは、既存の組成物では容易には達成されなかった。
以上要約すれば、既存の赤外線放射組成物は理想に遠い物であることが分かった。現存する材料に関する制約から、その有効さが低下されているのである。遭遇する問題分野の幾つかに含まれるものは、小さい全燃焼速度、好ましくない燃焼速度曲線、チャンキング アウト、低い熟成性および望ましくない水準の可視光放出である。
それ故、既存の組成物で遭遇する重大な制約の幾つかを克服した赤外線放出組成物を提供することはこの技術分野で有意な進歩となるであろう。高水準の赤外線を放出する一方、可視光線の出力水準を押えた組成物を提供することはこの技術分野の進歩となるであろう。許容できる高い燃焼速度を有するそのような組成物を提供することはこの技術分野にもう一つの進歩をもたらすであろう。
また、煤の生成を実質的に除き、且つチャンキングも実質的に起こさない赤外線放出組成物を提供することもこの技術分野での進歩となるであろう。また、比較的高い温度で貯蔵されても、熟成で容易には分解しない組成物を提供することもこの技術分野での進歩となるであろう。
このような組成物および方法が本明細書に開示され、そして特許請求されるものである。
発明の簡単な要約
この発明は、燃焼時に有意量の赤外線を発生する新規で進歩性のある組成物に関する。同時に、この組成物は現存技術の制約の多くを受けない。この組成物はプレス成形／詰め固め可能であり、な大きい燃焼速度を有し、発生する赤外線に比べて可視光線の発生が相対的に少ない（この場合、これら組成物は実質的に煤を生成しない）。この組成物は、また、チャンキングや劣った高温熟成性のような共通の問題を回避いている。
この組成物の基本成分や結合剤、酸化剤および燃料である。燃料には、望ましくは、窒素含有化合物である。また、特定の用途に対して注文に応じて組成物の特性を合わせるために、他の任意の成分を添加することもできる。そのような任意添加成分に含まれるものは燃焼速度触媒および熱生成材料である。
好ましい燃料は幾つかの関連グループに入る。１つのタイプの望ましい燃料は３〜６員の複素環式環を含有する分子からなり、その環中には１〜４個の窒素または酸素原子が含まれている。架橋された多環式アミン類のような複素環式化合物のアルカリ金属塩も優れた燃料である。さらに、尿素、グアニジン、アゾジカーボンアミドおよび短鎖アルキル化合物のような物質も本発明の範囲内に入る。これら燃料はすべて本発明の関係において煤を殆ど生成させない。
上述のように、発生する可視光線を減らすことが重要である。これは使用できる燃料を厳格に制限する。ホウ素とケイ素を少量使用しているが、これらは熱源および燃焼速度触媒として十分によく作用する。さらに、これら物質は可視スペクトル外側に位置するある原子発光線を有し、同時に許容できる量の可視光を生成させることが知られている。
炭化水素燃料を評価したが、これには可視光の出力を大きくする煤の生成を多くする傾向が認められる。それ故、使用される炭化水素燃料／結合剤は、清浄に燃焼し、熱の生成と発光表面の大きさを増大させるために、そのプルーム（plume:燃焼でできる柱状ガス体）中の空気により燃焼することが可能な非発光性フラグメントを与えなくてはならない。同時に、この材料は加工可能で、チャンキングを起こさず、そして使用する酸化剤と相溶性の組成物を生成させるように作用しなければならない。
煤の生成が少いことが分かっている炭化水素系結合剤（重合体）にはポリエステル類、ポリエーテル類、ポリアミン類、ポリアミド類が含まれ、特に骨格中に酸素または窒素原子と交互に並んでいる短い炭素連鎖を有するそのような重合体が含まれる。比較的短い炭素鎖（約１〜６個の連続炭素原子）を含む高分子結合剤が望ましいことが見いだされた。これら分子は、一般に、有意量の煤を生成しない。更に、これらの材料を用いれば、本発明のその他の望ましい特徴を達成することができる。
望ましい酸化剤は照明弾組成物が燃焼した時に大量の赤外線を生ぜしめる化合物である。かかる酸化剤に含まれるのは硝酸カリウム、硝酸セシウム、硝酸ルビジウムおよびこれら化合物の組み合せである。これら酸化剤は近赤外領域（0.700から0.900ミクロン）に特性発光波長を有する金属を含むように選ばれる。一次放射光はこのラインから出て来て、その幅はプルーム内の熱エネルギーにより非常に広がる。
有意水準の赤外線を発生させるためには、照明弾組成物の燃焼中に遊離の金属（カリウム、セシウムまたはルビジウム）が生じることが重要であると考えられる。これらの金属は特定の組み合せで用いられると、お互いを強化すると考えられる。
この組成物中の硝酸セシウムの水準が有意に高いと、性能が非常に向上することが分かった。硝酸セシウムは幾つかの有意な利点を提供することが分かった。硝酸セシウムは燃焼速度を大きくすることが見いだされた。加えて、硝酸セシウムは赤外線スペクトルの出力範囲を広げ、赤外線効率を向上させる。従って、硝酸セシウムは全組成物の重量の約10％から約90％を構成することが望ましい。特に、組成物の約25％から約90％になるように硝酸セシウムを加えると、素晴らしい結果が得られる。
本発明の組成物は相対的に大きい燃焼速度を有する材料を提供することが分かった。常圧で約0.075から約0.4cm/秒（0.030から約0.15インチ／秒）およびそれより幾分大きい燃焼速度でも、本発明を用いれば容易に達成することができる。より望ましい速度範囲は0.15cm/秒（0.060インチ／秒）以上である。従来は、この範囲の燃焼速度は容易には達成できなかったことが知られている。
本発明は燃料、酸化剤および結合剤の特定の組み合せを選ぶことにより希望の要求特性に合わせる能力を有している。かくして、特定の燃焼速度と燃焼速度曲線が得られ、可視光線に対する赤外線の比を最適にし、一般的な物理的性質および化学的性質を注意深く選択することができる。かくして、本発明によれば、融通性のある発光材料が提供される。
推奨される態様の詳細な説明
上述のように、本発明は有意量の赤外線を放射するプレス成形／詰め固め可能な発光組成物に関する。本発明は、また、初期燃焼速度が大きく、清浄に燃焼し、そして放射される赤外線に対して相対的に少量の可視光線を放射する赤外線光源組成物も提供する。
プレス成形／詰め固め可能な組成物は、その名称が意味するように、所望とされる形状にプレス成形される。これは発光剤を取り扱うのに都合のよい形態であり、照明弾および関連装置において容易に使用することができるようにするものである。発光組成物を所望の形状のプレス成形する方法は当業界では公知である。赤外線発光組成物をプレス成形するのに適した１つの方法および装置は1991年10月15日にジョーンズ（Jones）等に付与された米国特許第5,056,435号明細書に開示されている。この米国特許を本明細書で引用、参照するものとする。他の常用のフートプレス法（foot press）も使用することができる。本発明の組成物は従来の配合物よりチャンキングが著しく少なく、また米国特許第5,056,435号明細書に開示される配合物よりも非常に改良されているからである。
典型的なプレス成形／詰め固め可能な組成物は次の成分を次のような重量パーセントで含んでいる：

殆どの配合物において、有機燃料の百分率は約５〜約40％の範囲である。
上記で指定した材料は同等の材料で置き換え得ることは認められるであろう。具体的には、硝酸塩は所望の特定の特性に応じて相互に置き換えることができる。１つのこのような例は硝酸ルビジユウムであって、それは組成物に添加してもよいし、あるいは指定の酸化剤の一部または全部に代えて用いてもよい。これに関する究極の目標は、組成物の燃焼時の赤外線の発生にも実質的に寄与し得る強い酸化剤を提供することである。この指定された化合物はこれらの特性を有している。
前記のように、高水準の（硝酸セシウムのような）セシウム塩を使用すると、燃焼速度が400％までも増大し、しかも可視光の発生が最大50％までも減少する。これは、同時に700から1100nm領域での赤外線の水準を高く維持したまま起こる。かくして、特定注文の調合処方は、特定の実用性能規準を達成するために、高水準の硝酸セシウムを含んでいることができる。現在のところ、この組成物は約10％から約90％の硝酸セシウムを含んでいることが望ましい。本発明の幾つかの態様では、その好ましい範囲は約25％から約80％の硝酸セシウムである。この硝酸セシウムがその組成物に添加される全酸化性塩の一部を構成するものであることは分かるであろう。
この組成物は、また、高分子結合剤も含んでいる。この結合剤は、最終組成物の調合、加工および利用を容易にする。同時に、この結合剤はその組成物の燃料源となる。本発明における適切な結合剤は、また、煤の生成を実質的に減らことにより組成物の清浄な燃焼を保証する。
前記のように、本発明において好ましい結合剤はエーテル、アミン、エステルまたはアミド結合で共に連結されている比較的短い炭素鎖（１〜６個の連続炭素原子）を有する重合体（ポリエーテル類、ポリアミン類、ポリエステル類またはポリアミド類）である。このような重合体の例はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレンオキシド、ポリエステル類およびポリアミド類である。このタイプの結合剤は商業的に入手可能で、かつ当業者に周知である。
適した結合剤の特定例はウィトコ ケミカル社（Witco Chemical Corp.）のポリエステルであるフォームレッズ（Formrez）17−80であり、さらに特定すれば約81から約83重量％、望ましくは約82.5重量％のフォームレッズ17−80ポリエステル樹脂、約15から約17重量％、望ましくは約16.5重量％のチバ・ガイギー社（Ciba Geigy Corporation）のERL510等のエポキシ樹脂および約０から約２重量％、望ましくは約１重量％のリノレイン酸鉄のような触媒からなる硬化性ポリエステル樹脂組成物である。より望ましくは、この結合剤は約82.5％のフォームレッズ17−80ポリエステル樹脂、約16.5％のERL510エポキシ樹脂および約１重量％のリノレイン酸鉄からなる。かかる結合剤組成物は本明細書ではウィトコ（WITCO）1780と呼ばれる。
前記で論じたように、本発明のプレス成形／詰め固め可能な組成物においては独立した燃料が提供される。本発明の範囲に入る燃料に含まれるものは窒素および酸素を含有する化合物である。１つのタイプの燃料は３〜６員の複素環式環を有する分子からなるもので、その環中には１〜４個の窒素および／または酸素原子も含まれる。そのような化合物の例にテトラゾール類、トリアゾール類、トリアジン類、イミダゾール類、オキサゾール、ピラゾール、ピロリン、ピロリニデン（pyrrolinidene）、ピリジン、ピリミジンおよび同様の化合物がある。
このような環系の組み合わせはビテトラゾールにおけるように、共有結合により縮合または結合されていてもよい。このような複素環式環は、その環上のいずれかの、またはすべての置換可能な部位において（ニトロ、ニトロソ、シアノおよびアミノのような）窒素含有基で置換されていてもよい。そのような複素環式化合物のアルカリ金属塩またはそれらの誘導体も有用である。好ましいアルカリ金属塩にカリウム、ルビジウムおよびセシウムがあり、これらは単独または組み合わせで使用される。
架橋された多環式アミン類も燃料として有用である。多環式アミン類と有機酸類または無機酸類との組み合わせに由来する塩も有用である。このような化合物にジシアノジアミド、シアノニトラミド（cyanonitramide）、シアン化水素、ジシアナミド等がある。
他の関連物質も本発明における燃料として十分に役立つことが見いだされている。このような物質に尿素、グアニジン、アゾジカーボンアミドおよび１〜８個の炭素を有する短鎖アルキル化合物である。さらに、窒素含有基で置換された、そのような化合物の誘導体も有用である。置換はNO₂、NO、CNおよび／またはNH₂で行うことができる。
燃料はきれいに、迅速に、そして高温で燃焼しなければならないことは明らかである。この燃料は可視光線出力の増大を伴う有意量の煤を生成しない。前記において指定した燃料はこれらの性能基準を満足する。
前記のように、組成物全体に対して燃焼速度触媒および熱源を添加することも可能である。これら材料は得られる組成物の実用性能得特性を一層注文に近づけるために与えられる。これら材料は、しかし、可視光線を殆ど発生しないとか、ここで特定したその他の望ましくない特性に寄与しないなどの、許容できる組成物の他のパラメーターにも適合しなければならない。このような望ましい材料の二つの例はケイ素とホウ素であり、一方マグネシウムは大量の可視光線を放射する傾向があるので望ましくない。
本明細書で説明されるプレス成形／詰め固め可能な組成物では、ホウ素は全組成物の重量で約０％から約10％を構成するように添加されることが望ましい。ケイ素は全組成の約０％から約25％を構成するのが望ましい。
望ましい組成の尺度の一つはその組成物の燃焼時に発生する可視光線に対する赤外線の比である。組成物は少なくとも3.50のIR（赤外線）/Vis（可視光）比を有することが望ましく、6.0より大であることが更に望ましい。事実、本発明では約10から約20の比が達成され得る。単位可視光出力当たりの赤外線出力のこれらの水準は従来の組成物を用いたのでは到達が容易でなかった。
本発明の範囲内にある組成物は大きい燃焼速度を与えることも認められる。約0.075から約0.4cm/秒（0.030から約0.15インチ／秒）の範囲の、またさらにそれ以上の燃焼速度が本発明の組成物の特徴である。前記のように、望ましい燃焼速度は0.15cm/秒（0.060インチ／秒）以上である。
本発明の範囲内の組成物は熟成および貯蔵もうまくできる。ある組成物は57℃（135゜F）で一年間貯蔵した後でもなお許容できることが見いだされている。これは公知の組成物では一般に得られなかった更なる特徴である。
本発明の範囲内の組成物は既知の従来の方法で調合、調製することができる。推進薬、爆薬および花火組成物を混合し、調製する際に普通用いられるような調合法を用いて本発明の範囲内の組成物を製造することが推奨される。
実施例
以下の実施例は本発明に従って作られた、または作ることができる各種態様を例示するために与えられるものである。これらの実施例は単に例示のためのものであって、本発明に従って調製される多くのタイプの本発明の態様を包括または網羅するものではないことを理解すべきである。
実施例１
この実施例では、本発明の範囲内の組成物を調合し、試験した。以下に示す成分の混合物を調製し、重量約約３グラムのペレットにプレス成形した。

ウィトコ結合剤プレミックスはウィトコ社で製造されている、液状ポリエステル（トリエチレングリコール・スクシネート）であるウィトコ1780に十分硬化させるのに適した量のエポキシ系硬化剤を混合した混合物から成るものであった。
このペレットを次に燃焼させ、燃焼速度、可視光線の出力および赤外線の出力を測定した。可視光線は明所応答（photopic response）を有するシリコン光ダイオードを用いて測定した。赤外線は695nmカット・オン・フィルターを備えたシリコン・セルを用いて測定した。
この組成物での試験で次のデータが得られた：
WEB 1.27cm
重量 3.008グラム
燃焼時間 8.57秒
燃焼速度 0.145cm/秒
平均赤外線出力 701.57mV
平均可視光線出力 94.02mV
IR/Vis 7.47
全てのデータは３回の試験の平均値である。
上に示したデータから分るように、この組成物は有用な赤外線発光組成物を提供する。この組成物は燃焼速度が速いとともに、赤外線出力が大きく、しかも可視光線出力が比較的低い。
実施例２
この実施例では、本発明の範囲内の組成物を調合し、試験した。以下に示す成分の混合物を調製し、重量約約３グラムのペレットにプレス成形した。

このペレットを次に燃焼させ、燃焼速度、可視光線の出力および赤外線の出力を測定した。この組成物について行った試験で次のデータが得られた：
WEB 1.323cm
重量 3.071グラム
燃焼時間 13.13秒
燃焼速度 0.102cm/秒
平均赤外線出力 560.20mV
平均可視光線出力 73.03mV
IR/Vis 7.67
全てのデータは３回の試験の平均値である。
上に示したデータから分るように、この組成物は有用な赤外線発光組成物を提供する。この組成物は燃焼速度が速いとともに、赤外線出力が大きく、しかも可視光線出力が比較的低い。
実施例３
この実施例では、本発明の範囲内の組成物を調合し、試験した。以下に示す成分の混合物を調製し、次いで燃焼させた。

燃焼速度、可視光線の出力および赤外線の出力を測定した。この組成物について行った試験で次のデータ−が得られた：
WEB 1.267cm
燃焼速度 0.0993cm/秒
燃焼時間 12.76秒
平均赤外線出力 467.03mV
平均可視光線出力 64.00mV
IR/Vis 7.28
全てのデータは３回の試験の平均値である。
上に示したデータから分るように、この組成物は有用な赤外線発光組成物を提供する。この組成物は燃焼速度が速いとともに、赤外線出力が大きく、しかも可視光線出力が比較的低い。
実施例４
この実施例では、本発明の範囲内の組成物を調合し、試験した。次の成分を混合し、赤外線発光組成物を製造した：

この組成物を57℃（135゜F）で６カ月間熟成した。この組成物を次に直径7.0cm（2.75インチ）、長さ33.3cm（13.1インチ）および重さ約2.27kg（５ポンド）の照明弾中で燃焼させた。４回の独立の試験の平均値である次の結果が得られた：
この組成物を燃焼させ、４回の独立の試験の平均値である次の結果を得た：
燃焼時間 159.6秒
燃焼速度 0.196cm/秒
平均赤外線出力 2.352V
平均可視光線出力 346.1mV
面積赤外線出力 374.7V・秒
面積可視光線出力 55.15V・秒
IR/Vis 6.79
燃焼シケンスの早期に高い赤外線出力が達成され、次いで維持された。同時に、IR対可視光線の比は許容できる範囲に十分に入った。
この達成された結果から、許容できる赤外線放出組成物が造られたことが分かる。さらに、この結果は、この組成物は高温下、６カ月間貯蔵された後でも使用できる状態を維持したことを明確に示している。
実施例５
この実施例では、本発明の範囲内の組成物を調合する。次の成分を混合し、赤外線発光組成物を製造する：

この材料は本発明の範囲内の赤外線発生組成物を提供する。このような配合物から期待されるデータ−は次の通りであろう：
燃焼時間 4.5秒
燃焼速度 0.203cm/秒
平均赤外線出力 2.60V
平均可視光線出力 260.mV
IR/Vis 10.0
実施例６
この実施例では、本発明の範囲内の組成物を調合する。次の成分を混合し、赤外線発光組成物を製造する：

この材料は本発明の範囲内の赤外線発生組成物を提供する。
実施例７
この実施例では、本発明の範囲内の組成物を熟成の期間に関して試験し、ヘキサミンを含有する対照調合物と比較した。標準温度と湿度で熟成試験を行った。
本発明の範囲内のこの組成物はウィトコ結合剤、メラミンおよびKNO₃を含んでいた。対照組成物はウィトコ結合剤、ヘキサミンおよびKNO₃を含んでいた。組成物を成形して標準照明弾を作り、軍規格MIL−STD−331B、温度・湿度サイクル・単一チャンバー法（temperature humidity cycle single chamber method）に従って熟成した。これら照明弾を二回連続の14日サイクルで計28日間コンディショニングした。飛行試験法および塔上試験法（flight and tower tests）で試験した。対照試料では数箇所にクラックが発生したが、本発明の範囲内の組成物は外見上の物理的変化や実用性能の劣化を示さなかった。
各タイプ三個づつの照明弾を試験し、可視光線エネルギー、赤外線エネルギーおよび燃焼速度のデータを求めた。
最初の14日サイクルの試験後、各調合試料から一個の照明弾を解体して調べ、二個の照明弾を燃焼させた。最も顕著な変化は、対照試料でのチャンキングの増加であった。
全28日サイクル後、各調合試料から一個の照明弾を解体して調べた。対照試料では、４つの粒状クラックが見られたが、本発明の試験調合試料では全く見られなかった。
二個の照明弾を燃焼させて、実用性能を測定した。ベース・ライン、14日サイクルおよび28日サイクルの各試験データを以下に示す。

従って、本発明の範囲内の組成物は有意に改善された熟成特性を示すことが分かる。本発明の組成物を用いた場合、チャンキングまたはクラックの生成は認められなかった。しかし、ヘキサミン含有対照試料を用いた場合、試験期間中にクラックおよびチャンキングが観測された。
要約
以上を要約すると、本発明は多量の赤外線を発生するが、可視光線の発生は相対的に少ない新規で有用な発光調合物を提供する。従って、既知の赤外線発生材料の主要な欠点の幾つかが避けられる。
本発明の組成物は大きい燃焼速度を有する。この組成物は赤外線を発光する一方、限られた煤しか生成せず、従って、可視光線の発生も限定される。本発明の組成物は、また、実質的にチャンキングを起こさない。この組成物は比較的高い温度で貯蔵されても、熟成により有意に分解しない。かくして、本発明の組成物はこの技術分野で有意な進歩を提供する。
本発明は、その精神と本質的な特徴から逸脱することなしに、他の特定の形で実施することが可能である。ここで説明した態様は、全ての点で、例示のためのものであって、制限するためのものではないと理解すべきである。それ故に、本発明の範囲はこれまでになされた説明によってではなく、付記した請求の範囲によって指定されるものである。請求の範囲と等価の意味と範囲に入る全ての変更が本発明の中に包含されるべきものである。

Claims (16)

1. 赤外線を発生する発光組成物にして、次の：
   40〜90重量％の、カリウム、セシウムおよびルビジウムの各酸化剤塩並びにそれらの混合物より成る群から選ばれるアルカリ金属酸化剤塩であって、カリウム酸化剤塩の量は該赤外線発生発光組成物が少なくとも45重量％のセシウム酸化剤塩を含むように制限される、該アルカリ金属酸化剤塩；
   ０〜10重量％の量で存在するホウ素または０〜25重量％の量で存在するケイ素の少なくとも１種である燃焼速度触媒；
   １〜35重量％の、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレンオキシド、ポリエステルおよびポリアミドよりなる群から選ばれる高分子結合剤；およびテトラゾール類、トリアゾール類、トリアジン類、イミダゾール類、オキサゾール、ピラゾール、ピロリン、ピロリニデン、ピリジン、ピリミジン、−NO₂、−NO、−CNおよび−NH₂より成る群から選ばれる置換基（１個または複数個）で置換されたそれらの誘導体、それらのアルカリ金属塩、メラミン並びにそれらの混合物よりなる群から選ばれる燃料であって、該燃料と高分子結合剤とは互いに異なる燃料、
   より本質的に成る、燃焼時に可視光線に対する赤外線の比の値が6.0以上であって、可視光線がほとんどまたは全く発生しない、0.1524cm/秒より大の燃焼速度を有する上記の赤外線発生発光組成物。
2. 燃焼速度触媒が、（ｉ）15.0重量％のケイ素、（ii）2.0重量％のホウ素、（iii）14.0重量％のケイ素および4.0重量％のホウ素、（iv）20.0重量％のケイ素、または（ｖ）10.0重量％のケイ素および4.0重量％のホウ素を含んでいる、請求項１に定義される赤外線発生発光組成物。
3. 赤外線を発生する発光組成物にして、次の：
   40〜90重量％の、カリウム、セシウムおよびルビジウムの各酸化剤塩並びにそれらの混合物より成る群から選ばれるアルカリ金属酸化剤であって、カリウム酸化剤塩の量は該赤外線発生発光組成物が少なくとも45重量％のセシウム酸化剤塩を含むように制限される、該アルカリ金属酸化剤；
   １〜35重量％の結合剤；および
   ５〜40重量％の、テトラゾール類、トリアゾール類、トリアジン類、イミダゾール類、オキサゾール、ピラゾール、ピロリン、ピロリニデン、ピリジン、ピリミジン、−NO₂、−NO、−CNおよび−NH₂より成る群から選ばれる置換基（１個または複数個）で置換されたそれらの誘導体、それらのアルカリ金属塩、メラミン並びにそれらの混合物よりなる群から選ばれる、該結合剤とは異なる有機燃料
   より本質的に成る、燃焼時に可視光線に対する赤外線の比の値が6.0以上であって、可視光線がほとんどまたは全く発生しない、0.1016cm/秒より大の燃焼速度を有する上記の赤外線発生発光組成物。
4. 赤外線を発生する発光組成物にして、次の：
   40〜90重量％の、カリウム、セシウムおよびルビジウムの各酸化剤塩並びにそれらの混合物より成る群から選ばれるアルカリ金属酸化剤塩であって、該赤外線発生発光組成物が少なくとも45重量％の硝酸セシウムを含む該アルカリ金属酸化剤塩；
   １〜35重量％の、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレンオキシド、ポリエステルおよびポリアミドより成る群から選ばれる少なくとも１種である結合剤；
   ０〜10重量％の量で存在するホウ素または０〜25重量％の量で存在するケイ素の少なくとも１種である、少なくとも１種の燃焼速度触媒；および
   ５〜40重量％の、テトラゾール類、トリアゾール類、イミダゾール類、オキサゾール、メラミン、ピラゾール、ピロリン、ピロリニデン、ピリジンおよびピリミジンよりなる群から選ばれる有機燃料
   より本質的に成る成分から調合された、燃焼時に可視光線に対する赤外線の比の値が3.5以上であって、可視光線がほとんどまたは全く発生しない、0.1524cm/秒より大の燃焼速度を有する上記の赤外線発生発光組成物。
5. アルカリ金属酸化剤塩が硝酸カリウムと硝酸セシウムとの組み合わせである、請求項３または４による赤外線発生発光組成物。
6. 45〜80重量％の硝酸セシウムを含んでいる、請求項３または４による赤外線発生発光組成物。
7. 燃焼速度触媒がケイ素とホウ素との組み合わせである、請求項４による赤外線発生発光組成物。
8. 有機燃料がメラミンである、請求項３または４による赤外線発生発光組成物。
9. 45重量％の硝酸セシウム、35重量％の硝酸カリウム、10重量％のケイ素、４重量％のホウ素、および６重量％の、ポリプロピレングリコールに基づく結合剤混合物より本質的に成る、請求項３による赤外線発生発光組成物。
10. 赤外線を発生する発光組成物にして、次の：
    40〜90重量％の、カリウム、セシウムおよびルビジウムの各酸化剤塩並びにそれらの混合物より成る群から選ばれるアルカリ金属酸化剤塩であって、該赤外線発生発光組成物が少なくとも45重量％のセシウム酸化剤塩を含む該アルカリ金属酸化剤塩；
    ０〜10重量％の量で存在するホウ素と０〜25重量％の量で存在するケイ素との組み合わせである燃焼速度触媒；
    １〜35重量％の、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミンおよびポリアミドより成る群から選ばれる少なくとも１種の高分子結合剤；および
    １〜40重量％の、テトラゾール類、トリアゾール類、トリアジン類、イミダゾール類、オキサゾール、ピラゾール、ピロリン、ピロリニデン、ピリジン、ピリミジン、−NO₂、−NO、−CNおよび−NH₂より成る群から選ばれる置換基（１個または複数個）で置換されたそれらの誘導体、それらのアルカリ金属塩、メラミン並びにそれらの混合物よりなる群から選ばれる有機燃料、
    より本質的に成る成分からペレット化された、燃焼時に可視光線に対する赤外線の比の値が3.5以上であって、可視光線がほとんどまたは全く発生しない、0.1524cm/秒より大の燃焼速度を有する赤外線発生発光組成物。
11. 結合剤がエーテル、アミン、エステルまたはアミドの各結合で連結されている１〜６個の連続する炭素原子を持つ炭素鎖を有する少なくとも１種の重合体である、請求項３による赤外線発生発光組成物。
12. 可視光線に対する赤外線の比の値が10〜20である、請求項10によるプレス成形可能な赤外線発生発光組成物。
13. 結合剤が硬化性のポリエステルと該ポリエステル用のエポキシ系硬化剤である、請求項１によるプレス成形可能な赤外線発生発光組成物。
14. 請求項１〜13の任意の１項に記載の赤外線発生発光組成物を含んで成る照明弾。
15. 該燃料を該組成物の５〜40重量％含む、請求項１に記載の赤外線を発生する発光組成物。
16. 該燃料が３〜６員のヘテロ環式化合物分子を含み、該分子が環中に任意にさらに１〜４個の窒素および／または酸素原子を含む、請求項１に記載の赤外線を発生する発光組成物。