JP6650830B2

JP6650830B2 - Laser ignition device

Info

Publication number: JP6650830B2
Application number: JP2016103542A
Authority: JP
Inventors: 芳樹松浦; 真二五十嵐
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: JP2017211118A

Description

本発明は、レーザ光で点火するレーザ点火装置に関する。 The present invention relates to a laser ignition device that ignites with laser light.

固体ロケットの推進薬を着火する点火装置としては、火薬を使用するものが一般的である。点火装置を簡便化すべく、レーザ光を使用した点火装置が研究されている。
レーザ光を使用した点火装置は、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。 As an ignition device for igniting a propellant of a solid rocket, a device using an explosive is generally used. In order to simplify the ignition device, an ignition device using laser light has been studied.
Ignition devices using laser light are disclosed, for example, in Patent Documents 1 and 2.

特開平８−３０３３０１号公報JP-A-8-303301 特開２０１３−５７４４６号公報JP 2013-57446 A

特許文献１の点火装置は、光ファイバの出口端部を点火薬に押し付けて点火薬を着火する。 The ignition device of Patent Document 1 ignites the ignition charge by pressing the outlet end of the optical fiber against the ignition charge.

点火薬を着火するのに必要な単位面積あたりのエネルギは、予め決まっている。しかし、光ファイバの径をどんなに小さく成形しようとしても、限界がある。たとえ径を小さく設けた光ファイバであっても、その径の中にレーザ光のエネルギが分散してしまう。
そのため、光ファイバの出口端部の全面において、着火に必要となるエネルギ（単位面積あたりのレーザ出力）を達成するためには、出力が大きなレーザ光が必要となり、大型のレーザ発振装置を必要とする。そのため特許文献１の点火装置を小型化又は軽量化するのは困難であった。 The energy per unit area required to ignite the ignition charge is predetermined. However, no matter how small the optical fiber diameter can be, there is a limit. Even in the case of an optical fiber having a small diameter, the energy of the laser light is dispersed in the diameter.
Therefore, in order to achieve the energy required for ignition (laser output per unit area) on the entire surface of the exit end of the optical fiber, a laser beam having a large output is required, and a large laser oscillation device is required. I do. Therefore, it has been difficult to reduce the size or weight of the ignition device of Patent Document 1.

特許文献２には、レーザ光を集光させるレンズを備えた点火装置が開示されている。レンズを設けることで、レーザ光を一点に集光させることができる。そのため、この点火装置は、集光によりエネルギの密度を高めることができるので、特許文献１の点火装置より弱いレーザ光であっても、着火に必要な単位面積あたりのエネルギを上回り、着火できる。 Patent Literature 2 discloses an ignition device including a lens that collects laser light. By providing a lens, laser light can be focused on one point. Therefore, this igniter can increase the energy density by condensing light, so that even if the laser light is weaker than the igniter of Patent Document 1, the energy per unit area required for ignition can be exceeded and the ignition can be performed.

しかし、特許文献２の点火装置は、レーザ光を一点に集光させるため、着火する点火薬は極めて狭い範囲に限られる。このような点火装置の点火薬は、その小さな着火点からじわじわとゆっくり燃え広がることとなるため、燃焼が本格化するまでに多くの時間を必要とする。そのため特許文献２の点火装置は、点火が遅いという特徴があった。 However, the ignition device of Patent Document 2 focuses the laser beam at one point, so that the igniting charge to be ignited is limited to an extremely narrow range. Since the igniter of such an igniter gradually and slowly spreads from its small ignition point, it takes a lot of time before the combustion becomes full-scale. Therefore, the ignition device of Patent Document 2 has a feature that ignition is slow.

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、従来の点火装置より小型であり、かつ速やかに点火できるレーザ点火装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. That is, an object of the present invention is to provide a laser ignition device which is smaller than a conventional ignition device and can ignite quickly.

本発明によれば、レーザ光を発生するレーザ発振装置と、
前記レーザ光を焦点に集光するレンズと、
前記焦点より反レンズ側である前方に位置し燃焼により燃焼ガスを発生させる主点火薬と、を備えるレーザ点火装置であって、
前記焦点に位置する第１点火薬と、該第１点火薬に第１隙間を挟んで対向し該第１点火薬と前記主点火薬との間に位置する第２点火薬と、を有する点火ユニットと、
前記点火ユニットから前方に向けて延び前記主点火薬に至る第２隙間と、を備える、レーザ点火装置が提供される。 According to the present invention, a laser oscillation device that generates laser light,
A lens that focuses the laser light at a focal point,
A main ignition charge that is located in front of the focal point on the side opposite to the lens and generates combustion gas by combustion, comprising:
Ignition comprising: a first ignition charge located at the focal point; and a second ignition charge opposed to the first ignition charge with a first gap interposed between the first ignition charge and the main ignition charge. Unit and
A second gap extending forward from the ignition unit and reaching the main ignition charge.

また前記第１隙間は、燃焼する前記第１点火薬又は前記第２点火薬から飛散する火種が対向する前記第１点火薬又は前記第２点火薬に到達する距離である。 Further, the first gap is a distance at which the fire scattered from the burning first igniting charge or the second igniting charge reaches the opposing first igniting charge or the second igniting charge.

また前記第１点火薬又は前記第２点火薬は、非結晶ボロン硝石である。 The first igniting charge or the second igniting charge is amorphous boron nitrite.

また前記点火ユニットと前記主点火薬を収納するケースを備え、
前記ケースは、その後端部の前記レーザ光の光路上に設けられた採光孔と、
前記レーザ光を透過し前記採光孔を気密に閉塞する透過窓材と、
前端部に設けられ前記燃焼ガスを前記ケースの外部へ放出する放出孔と、を有し、
前記第１点火薬は、前記透過窓材の前面に設けられる。 Also provided is a case for storing the ignition unit and the main ignition charge,
The case is a lighting hole provided on the optical path of the laser light at the rear end thereof,
A transmission window material that transmits the laser light and hermetically closes the lighting hole,
A discharge hole that is provided at a front end and discharges the combustion gas to the outside of the case,
The first ignition charge is provided on a front surface of the transmission window material.

また前記透過窓材は、前記ケースの後方壁面の前面に設けられた窪みに嵌められて設けられている。 Further, the transmission window material is provided to be fitted in a recess provided in the front surface of the rear wall surface of the case.

また後端部に前記第２点火薬を固定し前端部に前記主点火薬を固定する固定具を備える。 Further, there is provided a fixture for fixing the second ignition charge at a rear end and fixing the main ignition charge at a front end.

上述した本発明の装置によれば、レーザ光を集光させるレンズを備えるので、レーザ点火装置が、レーザ光の出力が小さい小型のものであっても、第１点火薬を着火させることができる。 According to the above-described device of the present invention, since the laser light is provided with the lens for condensing the laser light, the first ignition charge can be ignited even if the laser ignition device has a small laser light output. .

本発明のレーザ点火装置が第１隙間を有することにより、第１点火薬は、燃焼により圧力が上昇した際に、弾けて第１隙間内を四方八方に飛散する。それにより、火の付いた火薬や火花（以下、火種）が第２点火薬の後面の広範囲にわたり付着するため、第２点火薬を第１点火薬に接しさせて配置した場合よりも、火種が付いた第２点火薬の面積が大きくなる。 Since the laser ignition device of the present invention has the first gap, when the pressure rises due to combustion, the first igniter pops and scatters in the first gap in all directions. As a result, the explosive or spark (hereinafter referred to as a “fire”) that has ignited adheres to the rear surface of the second igniter over a wide area, so that the igniter becomes more ignitable than when the second igniter is placed in contact with the first igniter. The area of the attached second ignition charge increases.

また、本発明のレーザ点火装置は、第２点火薬から前方に離して主点火薬を配置し、主点火薬と点火ユニットとの間に延びる第２隙間を備える。
この構成により、第２隙間という狭い空間に高温高速の燃焼ガスを流すことで、より多くの火薬の表面に燃焼ガスを接しさせることができる。それにより、従来の点火装置の点火薬より主点火薬が少なくても、速やかに主点火薬を着火することができる。 In addition, the laser ignition device of the present invention includes a second gap that extends forward between the main ignition charge and the ignition unit, in which the main ignition charge is disposed at a position separated from the second ignition charge in a forward direction.
With this configuration, by flowing the high-temperature and high-speed combustion gas into the narrow space called the second gap, the combustion gas can be brought into contact with more surfaces of the explosive. As a result, even if the amount of the main igniter is smaller than that of the conventional igniter, the main igniter can be quickly ignited.

したがって、第１点火薬と第２点火薬が第１隙間を挟んで対向して配置され、点火ユニットと主点火薬が第２隙間によって連結することにより、従来の点火装置より点火薬が少量であっても、速やかに着火することができる。 Therefore, the first igniting charge and the second igniting charge are arranged to face each other with the first gap interposed therebetween, and the ignition unit and the main igniting charge are connected by the second gap. Even if there is, it can be ignited promptly.

そのため本発明のレーザ点火装置は、従来の点火装置より小型に構成することができ、かつ速やかに点火することができる。 Therefore, the laser ignition device of the present invention can be made smaller than a conventional ignition device, and can ignite quickly.

本発明のレーザ点火装置の断面図である。It is sectional drawing of the laser ignition device of this invention. 本発明のレーザ点火装置における燃焼ガスの流れの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a flow of a combustion gas in the laser ignition device of the present invention. 実験例１と比較例１の着火時間を比較したグラフである。5 is a graph comparing the ignition times of Experimental Example 1 and Comparative Example 1.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to the common parts in the respective drawings, and the duplicate description will be omitted.

図１は、本発明のレーザ点火装置１の断面図である。
本発明のレーザ点火装置１は、レーザ発振装置２、レンズ４、主点火薬１０、点火ユニット６、第２隙間１６、ケース１２、及び固定具１８を備える。また点火ユニット６は、対向する第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂを有する。
以下の説明において、第１点火薬６ａとレーザ光２ａの光路を焦点Ｆとする。また、レーザ光２ａの光路におけるレーザ発振装置側（焦点Ｆよりレンズ側）を後方とし、その反対側（焦点Ｆより反レンズ側）を前方とする。 FIG. 1 is a sectional view of a laser ignition device 1 of the present invention.
The laser ignition device 1 of the present invention includes a laser oscillation device 2, a lens 4, a main igniter 10, an ignition unit 6, a second gap 16, a case 12, and a fixture 18. The ignition unit 6 has a first ignition charge 6a and a second ignition charge 6b facing each other.
In the following description, the optical path of the first igniter 6a and the laser beam 2a is defined as a focal point F. Further, the laser oscillation device side (the lens side from the focal point F) in the optical path of the laser beam 2a is defined as the rear side, and the opposite side (the lens side away from the focal point F) is defined as the front side.

レーザ発振装置２は、レーザ光２ａを発生させる装置である。例えばレーザ発振装置２には光ファイバ２ｂが接続されており、その光ファイバ２ｂの前端部（出口端部）からレーザ光２ａを出力するように構成されていることが好ましい。しかしこれに限らず、レーザ発振装置２から直接レンズ４に向けてレーザ光２ａが照射されてもよい。 The laser oscillation device 2 is a device that generates a laser beam 2a. For example, it is preferable that an optical fiber 2b is connected to the laser oscillation device 2, and the laser fiber 2b is configured to output the laser light 2a from a front end (exit end) of the optical fiber 2b. However, the present invention is not limited to this, and the laser beam 2a may be irradiated directly from the laser oscillation device 2 toward the lens 4.

レンズ４は、光ファイバ２ｂの出口端部と第１点火薬６ａとの間に設けられ、レーザ光２ａを焦点Ｆに集光する。
第１点火薬６ａの前面にレーザ光２ａを集光させることができるのであれば、レンズ４は、一つであってもよい。 The lens 4 is provided between the exit end of the optical fiber 2b and the first igniter 6a, and focuses the laser beam 2a on the focal point F.
As long as the laser beam 2a can be focused on the front surface of the first ignition charge 6a, the number of the lenses 4 may be one.

もしくは図１に示すように、レンズ４は、２つ以上を組み合わせて設けられていてもよい。例えば図１の場合、後方のレンズ４が、光ファイバ２ｂの出口端部から放出されるレーザ光２ａを、平行光（平行なレーザ光２ａ）に変換する。前方のレンズ４は、平行光を焦点Ｆに集光させる。平行光は、平行に進むので、前方のレンズ４と後方のレンズ４との距離が変化しても、レーザ光２ａの光路に直交する幅は、変わらない。 Alternatively, as shown in FIG. 1, the lens 4 may be provided in combination of two or more. For example, in the case of FIG. 1, the rear lens 4 converts the laser light 2a emitted from the exit end of the optical fiber 2b into parallel light (parallel laser light 2a). The front lens 4 focuses the parallel light at the focal point F. Since the parallel light travels in parallel, even if the distance between the front lens 4 and the rear lens 4 changes, the width orthogonal to the optical path of the laser light 2a does not change.

したがって、この構成により、前方のレンズ４と後方のレンズ４の距離を自由に設定することができる。例えば前方のレンズ４と後方のレンズ４との距離を長く設定することにより、レーザ発振装置２から離れた位置に、ケース１２を設置することができる。それにより、レーザ発振装置２が点火薬の燃焼による高熱に曝露され、故障するのを防ぐことができる。 Therefore, with this configuration, the distance between the front lens 4 and the rear lens 4 can be set freely. For example, by setting the distance between the front lens 4 and the rear lens 4 long, the case 12 can be installed at a position away from the laser oscillation device 2. Thereby, it is possible to prevent the laser oscillation device 2 from being exposed to the high heat due to the combustion of the igniting charge and from being broken.

主点火薬１０は、焦点Ｆより前方（図１では、右側）に位置し、燃焼することにより燃焼ガスを発生させる。本発明のレーザ点火装置１が備える点火薬（主点火薬１０及び後述する第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂ）のうち、主点火薬１０が最も多くの燃焼ガスを発生させる。主点火薬１０は、例えばペレット状のボロン硝石であることが好ましい。しかしこれに限らず、主点火薬１０は、他の点火薬であってもよい。例えば、主点火薬１０は、アルミ粉末と過塩素酸アンモニウムおよびそれらを固めるための樹脂（バインダー）の混合物であってもよい。なお、ボロン硝石とは、結晶性ボロンと硝石とバインダーの混合物である。 The main igniter 10 is located ahead (right side in FIG. 1) of the focal point F, and generates combustion gas by burning. Among the igniting charges (the main igniting charge 10 and the first igniting charge 6a and the second igniting charge 6b described later) included in the laser ignition device 1 of the present invention, the main igniting charge 10 generates the most combustion gas. The main igniter 10 is preferably, for example, pellet-shaped boron nitrite. However, the invention is not limited to this, and the main ignition charge 10 may be another ignition charge. For example, the main igniter 10 may be a mixture of aluminum powder, ammonium perchlorate, and a resin (binder) for solidifying them. In addition, boron nitrite is a mixture of crystalline boron, nitrite, and a binder.

ケース１２は、点火ユニット６と主点火薬１０を収納し、採光孔１２ａ、透過窓材１２ｂ、放出孔１２ｃを有する。ケース１２は、耐圧構造となっていることが好ましい。例えば図１の例の場合、ケース１２は、前端部の壁（以下、前方壁面）と側壁とを有する収納部と、後端部の壁（以下、後方壁面）とをパッキン１２ｄ（例えばＯリング）を介して連結させることにより構成される。
しかし、ケース１２の構成は、その他のものであってもよい。
またケース１２は、例えばチタン合金で形成されていることが好ましいが、その他の素材で形成されていてもよい。 The case 12 houses the ignition unit 6 and the main igniter 10, and has a lighting hole 12a, a transmission window material 12b, and a discharge hole 12c. The case 12 preferably has a pressure-resistant structure. For example, in the case of the example of FIG. 1, the case 12 includes a housing 12d having a front end wall (hereinafter, a front wall surface) and a side wall, and a rear end wall (hereinafter, a rear wall surface) packed 12d (for example, an O-ring). ).
However, the configuration of the case 12 may be another configuration.
The case 12 is preferably made of, for example, a titanium alloy, but may be made of another material.

図２は、本発明のレーザ点火装置１における燃焼ガスの流れの説明図である。この図においては、火が着いた火薬や火花の動きを実線の矢印で示し、燃焼ガスの流れを破線の矢印で示す。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the flow of the combustion gas in the laser ignition device 1 of the present invention. In this figure, the movement of the explosive or spark that has ignited is indicated by solid arrows, and the flow of combustion gas is indicated by broken arrows.

放出孔１２ｃは、ケース１２の前端部（図２の例では、前方壁面）に設けられた貫通孔である。第２隙間１６を通って前方（図２では、右側）に流れる燃焼ガスは、放出孔１２ｃからケース１２の外部へ放出される。 The discharge hole 12c is a through-hole provided in a front end portion (a front wall surface in the example of FIG. 2) of the case 12. The combustion gas flowing forward (to the right in FIG. 2) through the second gap 16 is discharged from the discharge hole 12c to the outside of the case 12.

採光孔１２ａは、レーザ光２ａの光路上であって、ケース１２の後方壁面に設けられた貫通孔である。 The lighting hole 12 a is a through hole provided on the rear wall surface of the case 12 on the optical path of the laser beam 2 a.

透過窓材１２ｂは、レーザ光２ａを透過し、採光孔１２ａを気密に閉塞する部材である。透過窓材１２ｂは、例えばアクリル、石英ガラス、もしくはサファイアガラスで構成されていてもよい。しかしそれに限らず、耐熱性、レーザ光２ａの透過性、及び耐圧性を備えるのであれば、その他の素材でもよい。
透過窓材１２ｂが採光孔１２ａに設けられることにより、ケース１２の後面の気密性を維持したまま、ケース１２の内側にレーザ光２ａを通すことができる。 The transmission window member 12b is a member that transmits the laser beam 2a and hermetically closes the lighting hole 12a. The transmission window material 12b may be made of, for example, acrylic, quartz glass, or sapphire glass. However, the material is not limited thereto, and any other material may be used as long as it has heat resistance, transparency of the laser beam 2a, and pressure resistance.
By providing the transmission window material 12b in the lighting hole 12a, the laser light 2a can be passed through the inside of the case 12 while maintaining the airtightness of the rear surface of the case 12.

図２に示すように、透過窓材１２ｂは、ケース１２の後方壁面の前面に設けられた窪み１２ｅに、前方（図２では、右側）から嵌められていることが好ましい。それにより燃焼ガスの発生によってケース１２の内圧が上昇すると、透過窓材１２ｂが後方に向けてケース１２の後方壁面に押し付けられる。
したがって、燃焼ガスが採光孔１２ａから漏れるのを防ぎ、採光孔１２ａの気密性が保たれる。 As shown in FIG. 2, it is preferable that the transmission window material 12 b be fitted into a recess 12 e provided on the front surface of the rear wall surface of the case 12 from the front (the right side in FIG. 2). As a result, when the internal pressure of the case 12 increases due to the generation of the combustion gas, the transmission window material 12b is pressed rearward against the rear wall surface of the case 12.
Therefore, the combustion gas is prevented from leaking from the lighting hole 12a, and the airtightness of the lighting hole 12a is maintained.

この構成により、ケース１２に前後の２つの孔（採光孔１２ａと放出孔１２ｃ）が開いていても、燃焼ガスは放出孔１２ｃからのみ放出される。そのため燃焼ガスは、ケース１２の前方にのみ放出される。 With this configuration, even if the front and rear two holes (lighting hole 12a and emission hole 12c) are opened in the case 12, the combustion gas is emitted only from the emission hole 12c. Therefore, the combustion gas is released only to the front of the case 12.

固定具１８は、燃焼しない素材で構成され、第２点火薬６ｂと主点火薬１０を保持し、それらの位置を固定する。例えば固定具１８は、ベークライトで構成されていてもよい。また図２に示すように、固定具１８は、第２隙間１６の形状を形成してもよい。
例えば固定具１８は、後端部に第２点火薬６ｂを固定し、前端部に主点火薬１０を固定してもよい。この場合、主点火薬１０を固定具１８の側面や前面に固定してもよい。 The fixture 18 is made of a material that does not burn, holds the second igniter 6b and the main igniter 10, and fixes their positions. For example, the fixture 18 may be made of bakelite. Further, as shown in FIG. 2, the fixture 18 may form the shape of the second gap 16.
For example, the fixture 18 may fix the second ignition charge 6b at the rear end and fix the main ignition charge 10 at the front end. In this case, the main igniter 10 may be fixed to the side or the front of the fixture 18.

点火ユニット６は、対向する第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂを有する。なお、以下の説明において、第１点火薬６ａ、第２点火薬６ｂ、及び主点火薬１０の総称として、点火薬と呼ぶ。 The ignition unit 6 has a first ignition charge 6a and a second ignition charge 6b facing each other. In the following description, the first ignition charge 6a, the second ignition charge 6b, and the main ignition charge 10 are collectively referred to as ignition charge.

点火ユニット６では、燃え広がりを速くするため、燃え広がりが速い火薬を第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂに使用する。第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂは、燃焼により高温高速の燃焼ガスを発生する。 In the ignition unit 6, in order to speed up the spread, explosives with a fast spread are used for the first ignition charge 6a and the second ignition charge 6b. The first igniting charge 6a and the second igniting charge 6b generate high-temperature and high-speed combustion gas by combustion.

第１点火薬６ａは、透過窓材１２ｂの前面に設けられる。第１点火薬６ａの後面は、焦点Ｆ又は焦点Ｆの近傍（以下、単に「焦点Ｆ」とする）に位置する。例えば第１点火薬６ａは、ケース１２の透過窓材１２ｂの前面に塗布されていてもよい。 The first ignition charge 6a is provided on the front surface of the transmission window material 12b. The rear surface of the first ignition charge 6a is located at the focal point F or in the vicinity of the focal point F (hereinafter, simply referred to as “focus point F”). For example, the first ignition charge 6a may be applied to the front surface of the transmission window material 12b of the case 12.

第２点火薬６ｂは、第１点火薬６ａに第１隙間１４を挟んで対向し、第１点火薬６ａと主点火薬１０との間に位置する。第２点火薬６ｂは、第１点火薬６ａより火薬量が多く設けられていることが好ましい。 The second ignition charge 6b is opposed to the first ignition charge 6a with the first gap 14 interposed therebetween, and is located between the first ignition charge 6a and the main ignition charge 10. The second ignition charge 6b is preferably provided with a larger amount of explosive than the first ignition charge 6a.

また、第２点火薬６ｂの後面の面積は、第１点火薬６ａの前面の面積よりも広く設けられていることが好ましい。
それにより、第１点火薬６ａから四方八方に飛び散った火種を、第２点火薬６ｂの後面で効率よく受けることができる。 Further, it is preferable that the area of the rear surface of the second igniter 6b is larger than the area of the front surface of the first igniter 6a.
Thus, the fire scattered in all directions from the first ignition charge 6a can be efficiently received on the rear surface of the second ignition charge 6b.

第１点火薬６ａ又は第２点火薬６ｂは、例えば非結晶ボロン硝石であることが好ましい。しかしこれに限らず、第１点火薬６ａ又は第２点火薬６ｂは、粉状や粒状のボロン硝石、アルミ粉末と過塩素酸アンモニウムおよびそれらを固めるためのバインダーの混合物であってもよい。なお、非結晶ボロン硝石とは、非結晶性ボロンと硝石とバインダーの混合物である。 The first ignition charge 6a or the second ignition charge 6b is preferably, for example, amorphous boron nitrite. However, the present invention is not limited thereto, and the first igniting charge 6a or the second igniting charge 6b may be a mixture of powdery or granular boron nitrite, aluminum powder, ammonium perchlorate, and a binder for solidifying them. The non-crystalline boron saltpeter is a mixture of non-crystalline boron, saltpeter and binder.

第１隙間１４は、燃焼する第１点火薬６ａ又は第２点火薬６ｂから飛散する火種が対向する第１点火薬６ａ又は第２点火薬６ｂに到達する距離である。例えば第１隙間１４は、約０．５〜３ｍｍの距離であってもよい。もしくは飛散する火種が対向する第１点火薬６ａ又は第２点火薬６ｂに付着できるのであれば、第１隙間１４の距離はこれより大きくてもよい。 The first gap 14 is a distance at which the fire scattered from the burning first igniting charge 6a or the second igniting charge 6b reaches the opposing first igniting charge 6a or the second igniting charge 6b. For example, the first gap 14 may be a distance of about 0.5-3 mm. Alternatively, the distance of the first gap 14 may be longer as long as the scattered fire can adhere to the opposing first ignition charge 6a or second ignition charge 6b.

第２隙間１６は、点火ユニット６から前方に向けて延び、主点火薬１０に至り、ケース１２の放出孔１２ｃを介してケース１２の外部に連通する。第２隙間１６は、第１隙間１４に連結する。
例えば図１の例で、主点火薬１０は、第２隙間１６に露出して固定具１８の側面に保持されている。また例えば第２隙間１６は、図１に示すように、ケース１２と点火ユニット６及び主点火薬１０との間に設けられていてもよい。しかしこれに限らず、第２隙間１６は、その他の流路を構成していてもよい。 The second gap 16 extends forward from the ignition unit 6, reaches the main igniter 10, and communicates with the outside of the case 12 via the discharge hole 12 c of the case 12. The second gap 16 is connected to the first gap 14.
For example, in the example of FIG. 1, the main igniting charge 10 is exposed to the second gap 16 and held on the side surface of the fixture 18. Further, for example, the second gap 16 may be provided between the case 12, the ignition unit 6 and the main igniter 10, as shown in FIG. However, the present invention is not limited to this, and the second gap 16 may constitute another flow path.

第２隙間１６は、第１点火薬６ａ又は第２点火薬６ｂの燃焼により発生する燃焼ガスが通過できる限りで狭く設けることが好ましい。例えば第２隙間１６の距離は、約２ｍｍ（例えば０．５〜３ｍｍ）であってもよい。
それにより、第１点火薬６ａ及び第２点火薬６ｂや主点火薬１０の火薬の量が従来の点火装置のものより少なくても、速やかに燃焼ガスの圧力を上昇させることができる。燃焼ガスが回る速度は、燃焼ガスの圧力に比例し、圧力の上昇速度が速いほど、燃焼ガスが回る速度が速くなる。そのため第２隙間１６を狭く構成することにより、従来の点火装置より点火薬が少量であっても、速やかに着火することができる。 The second gap 16 is preferably provided as narrow as possible so long as the combustion gas generated by the combustion of the first ignition charge 6a or the second ignition charge 6b can pass through. For example, the distance of the second gap 16 may be about 2 mm (for example, 0.5 to 3 mm).
Thereby, even if the amount of the first igniter 6a, the second igniter 6b, and the main igniter 10 is smaller than that of the conventional igniter, the pressure of the combustion gas can be quickly increased. The speed at which the combustion gas turns is proportional to the pressure of the combustion gas, and the faster the pressure rises, the faster the speed at which the combustion gas turns. Therefore, by configuring the second gap 16 to be narrow, even if the amount of igniter is smaller than that of the conventional igniter, ignition can be performed quickly.

また第２隙間１６は、図２に示すように、後方から前方に向けて狭くなるように設けられていてもよい。図２のレーザ点火装置１の場合、固定具１８は、光路に直交する断面積が前方に向かうにつれて漸増する形状となっている。それにより図２の第２隙間１６は、前方に向かうにつれて狭くなっている。もしくは、第２隙間１６は、固定具１８の外面形状で形成する他に、ケース１２の内面形状により形成されていてもよい。
この構成により、点火ユニット６で発生した燃焼ガスの流速は、前方に向かうにつれて上昇する。 Further, as shown in FIG. 2, the second gap 16 may be provided so as to narrow from the rear to the front. In the case of the laser ignition device 1 shown in FIG. 2, the fixture 18 has a shape in which the cross-sectional area orthogonal to the optical path gradually increases toward the front. Thereby, the second gap 16 of FIG. 2 becomes narrower toward the front. Alternatively, the second gap 16 may be formed not only by the outer shape of the fixture 18 but also by the inner shape of the case 12.
With this configuration, the flow rate of the combustion gas generated by the ignition unit 6 increases as it goes forward.

以下、各実験例に基づき本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の内容に制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on experimental examples. In addition, this invention is not limited to the following content.

実験例１においては、上述した本発明のレーザ点火装置１を用いて主点火薬１０までを含めた着火時間を計測した。実験例１のレーザ発振装置２のレーザ光２ａの出力は、１Ｗであった。また、実験例１で使用した点火薬のうち、第１点火薬６ａは非結晶ボロン硝石であり、第２点火薬６ｂと主点火薬１０は結晶性ボロンと硝石、および樹脂（バインダー）の混合物であった。 In Experimental Example 1, the ignition time including the main ignition charge 10 was measured using the laser ignition device 1 of the present invention described above. The output of the laser beam 2a of the laser oscillation device 2 of Experimental Example 1 was 1W. Further, among the igniters used in Experimental Example 1, the first igniter 6a is amorphous boron saltpeter, and the second igniter 6b and the main igniter 10 are a mixture of crystalline boron, saltpeter, and resin (binder). Met.

比較例１として、上述した本発明のレーザ点火装置１とは、第１点火薬６ａを有さない点のみ異なるレーザ点火装置を用いて着火時間を計測した。その際のレーザ集光位置は第２点火薬６ｂとした。比較例１のレーザ発振装置のレーザ光の出力も、１Ｗであった。また、比較例１で使用した点火薬のうち、第２点火薬６ｂと主点火薬１０は結晶性ボロンと硝石、およびバインダーの混合物であった。 As Comparative Example 1, the ignition time was measured using a laser ignition device that differs from the above-described laser ignition device 1 of the present invention only in that the first ignition charge 6a was not provided. The laser focusing position at that time was the second ignition charge 6b. The output of the laser light of the laser oscillation device of Comparative Example 1 was also 1 W. Further, among the igniters used in Comparative Example 1, the second igniter 6b and the main igniter 10 were a mixture of crystalline boron, saltpeter, and a binder.

図３は、実験例１と比較例１の着火時間を比較したグラフである。この図は、第１点火薬６ａの有無と着火時間との関係を表している。この図において、縦軸は、着火時間を無次元化して示している。この図の左側の棒グラフは比較例１を示し、右側の棒グラフは実験例１を示す。 FIG. 3 is a graph comparing the ignition times of Experimental Example 1 and Comparative Example 1. This figure shows the relationship between the presence or absence of the first ignition charge 6a and the ignition time. In this figure, the vertical axis represents the ignition time in a dimensionless manner. The bar graph on the left side of this figure shows Comparative Example 1, and the bar graph on the right side shows Experimental Example 1.

この図では、比較例１の着火時間を基準として無次元化している。つまり、この図の実験例１の値は、実験例１の着火時間の実測値を、比較例１の着火時間の実測値で除した値である。 In this figure, the ignition time of Comparative Example 1 is made dimensionless based on the ignition time. In other words, the value of Experimental Example 1 in this figure is a value obtained by dividing the measured value of the ignition time of Experimental Example 1 by the measured value of the ignition time of Comparative Example 1.

この図に示すように、実験例１は、比較例１の約半分（０．４倍〜０．６倍）の時間で着火した。これにより、本発明のレーザ点火装置１（実験例１）は、第１点火薬６ａを有することにより、第１点火薬６ａを有しないレーザ点火装置の約２倍の速さで着火できることが分かった。 As shown in this figure, Experimental Example 1 ignited in about half (0.4 to 0.6 times) the time of Comparative Example 1. Thus, it can be seen that the laser ignition device 1 (Experimental Example 1) of the present invention can ignite at about twice the speed of the laser ignition device without the first ignition charge 6a by having the first ignition charge 6a. Was.

上述した本発明の装置によれば、レーザ光２ａを集光させるレンズ４を備えるので、レーザ点火装置１が、レーザ光２ａの出力が小さい小型のものであっても、第１点火薬６ａを着火させることができる。 According to the apparatus of the present invention described above, since the lens 4 for condensing the laser light 2a is provided, even if the laser ignition device 1 has a small output of the laser light 2a, the first ignition charge 6a can be used. Can be ignited.

本発明のレーザ点火装置１は、第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂが燃え広がりの速さが速い火薬であり、レンズ４の焦点Ｆに第１点火薬６ａが配置される。第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂの間に第１隙間１４を備えるので、第１点火薬６ａを着火すると、第１点火薬６ａの圧力が高まり、火の付いた火薬が吹き飛び、撒き散らされる。第２点火薬６ｂは、第１点火薬６ａに対向する位置に配置されるので、撒き散らされた火薬が第２点火薬６ｂに到達し、着火させる。点火ユニット６と主点火薬１０は第２隙間１６で連結しているので、第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂの間で発生した燃焼ガスが第２隙間１６を通って前方（図２では、右側）へ燃え広がり、主点火薬１０を着火させる。 In the laser ignition device 1 of the present invention, the first igniting charge 6a and the second igniting charge 6b are explosives that spread rapidly, and the first igniting charge 6a is disposed at the focal point F of the lens 4. Since the first gap 14 is provided between the first igniting charge 6a and the second igniting charge 6b, when the first igniting charge 6a is ignited, the pressure of the first igniting charge 6a increases, and the ignited explosive blows off and is scattered. Be scattered. Since the second igniter 6b is arranged at a position facing the first igniter 6a, the scattered explosive reaches the second igniter 6b and ignites. Since the ignition unit 6 and the main igniter 10 are connected by the second gap 16, the combustion gas generated between the first igniter 6 a and the second igniter 6 b passes through the second gap 16 in front (see FIG. 2). Then, the main ignition charge 10 is ignited.

つまり本発明のレーザ点火装置１は第１隙間１４を有することにより、第１点火薬６ａが、燃焼により圧力が上昇した際に、弾けて第１隙間内を四方八方に飛散する。それにより、火の付いた火薬や火花等の火種が第２点火薬６ｂの後面の広範囲にわたり付着するため、第２点火薬６ｂを第１点火薬６ａに接しさせて配置した場合よりも、火種が付いた第２点火薬６ｂの面積が大きくなる。
したがって、本発明のレーザ点火装置１は、第２点火薬６ｂをより広範囲で燃焼させることができるので、第２点火薬６ｂの燃焼を早期に本格化させることができる。 That is, since the laser ignition device 1 of the present invention has the first gap 14, when the pressure increases due to combustion, the first igniter 6a pops and scatters in the first gap in all directions. As a result, a spark such as an explosive or a spark that has ignited adheres over a wide area on the rear surface of the second igniter 6b. The area of the second ignition charge 6b marked with is increased.
Therefore, the laser ignition device 1 of the present invention can burn the second igniting charge 6b in a wider range, so that the combustion of the second igniting charge 6b can be started in earnest at an early stage.

また、本発明のレーザ点火装置１は、第２点火薬６ｂから前方に離して主点火薬１０を配置し、主点火薬１０と点火ユニット６との間に延びる第２隙間１６を備える。この構成により、第２隙間１６という狭い空間に高温高速の燃焼ガスを流すことで、より多くの火薬の表面に燃焼ガスを接しさせることができる。それにより、従来の点火装置の点火薬より主点火薬１０が少なくても、速やかに主点火薬１０を着火させることができる。 In addition, the laser ignition device 1 of the present invention has the main ignition charge 10 disposed forwardly away from the second ignition charge 6b, and includes a second gap 16 extending between the main ignition charge 10 and the ignition unit 6. With this configuration, by flowing the high-temperature and high-speed combustion gas into the narrow space of the second gap 16, the combustion gas can be brought into contact with the surface of more explosives. Thus, even if the amount of the main igniter 10 is smaller than that of the conventional igniter, the main igniter 10 can be quickly ignited.

したがって、第１点火薬６ａと第２点火薬６ｂが第１隙間１４を挟んで対向して配置され、点火ユニット６と主点火薬１０が第２隙間１６によって連結することで、従来の点火装置より点火薬が少量であっても、速やかに着火することができる。そのため従来の点火装置より小型に構成することができ、かつ着火性を向上させることができる。また本発明のレーザ点火装置１は小型に形成することができるので、従来の点火装置より、軽量に構成することができる。
それにより、本発明のレーザ点火装置１は、宇宙ロケットの上段モータに対して、従来より、小型、軽量、省スペースな点火システムを適用することができる。 Therefore, the first igniter 6a and the second igniter 6b are arranged to face each other with the first gap 14 interposed therebetween, and the ignition unit 6 and the main igniter 10 are connected by the second gap 16, so that the conventional ignition device Even if the ignition charge is small, ignition can be performed quickly. Therefore, it can be configured smaller than the conventional ignition device, and the ignitability can be improved. Also, since the laser ignition device 1 of the present invention can be formed in a small size, it can be configured to be lighter than a conventional ignition device.
As a result, the laser ignition device 1 of the present invention can apply a smaller, lighter, and space-saving ignition system to the upper stage motor of the space rocket.

なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

１レーザ点火装置、
２レーザ発振装置、２ａレーザ光、２ｂ光ファイバ、
４レンズ、
６点火ユニット、６ａ第１点火薬、６ｂ第２点火薬、
１０主点火薬、
１２ケース、１２ａ採光孔、１２ｂ透過窓材、
１２ｃ放出孔、１２ｄパッキン、１２ｅ窪み、
１４第１隙間、１６第２隙間、１８固定具、
Ｆ焦点 1 laser ignition device,
2 laser oscillation device, 2a laser light, 2b optical fiber,
4 lenses,
6 ignition unit, 6a first ignition charge, 6b second ignition charge,
10 main igniter,
12 case, 12a lighting hole, 12b transmission window material,
12c release hole, 12d packing, 12e recess,
14 first gap, 16 second gap, 18 fixture,
F Focus

Claims

レーザ光を発生するレーザ発振装置と、
前記レーザ光を焦点に集光するレンズと、
前記焦点より反レンズ側である前方に位置し燃焼により燃焼ガスを発生させる主点火薬と、を備えるレーザ点火装置であって、
前記焦点に位置する第１点火薬と、該第１点火薬に第１隙間を挟んで対向し該第１点火薬と前記主点火薬との間に位置する第２点火薬と、を有する点火ユニットと、
前記点火ユニットから前方に向けて延び前記主点火薬に至る第２隙間と、を備える、レーザ点火装置。 A laser oscillation device that generates laser light,
A lens that focuses the laser light on a focal point,
A main ignition charge that is located in front of the focal point on the side opposite to the lens and generates combustion gas by combustion, comprising:
Ignition comprising: a first igniting charge located at the focal point; and a second igniting charge facing the first igniting charge with a first gap interposed between the first igniting charge and the main igniting charge. Unit and
A second gap extending forward from the ignition unit and reaching the main igniter.

前記第１隙間は、燃焼する前記第１点火薬又は前記第２点火薬から飛散する火種が対向する前記第１点火薬又は前記第２点火薬に到達する距離である、請求項１に記載のレーザ点火装置。 2. The first gap according to claim 1, wherein the first gap is a distance at which a fire scattered from the burning first ignition charge or the second ignition charge reaches the opposed first ignition charge or the second ignition charge. 3. Laser ignition device.

前記第１点火薬又は前記第２点火薬は、非結晶ボロン硝石である、請求項１又は２に記載のレーザ点火装置。 The laser ignition device according to claim 1, wherein the first igniting charge or the second igniting charge is amorphous boron nitrite.

前記点火ユニットと前記主点火薬を収納するケースを備え、
前記ケースは、その後端部の前記レーザ光の光路上に設けられた採光孔と、
前記レーザ光を透過し前記採光孔を気密に閉塞する透過窓材と、
前端部に設けられ前記燃焼ガスを前記ケースの外部へ放出する放出孔と、を有し、
前記第１点火薬は、前記透過窓材の前面に設けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ点火装置。 A case for storing the ignition unit and the main ignition charge,
The case is a lighting hole provided on the optical path of the laser light at the rear end thereof,
A transmission window material that transmits the laser light and hermetically closes the lighting hole,
A discharge hole that is provided at a front end and discharges the combustion gas to the outside of the case,
The laser ignition device according to claim 1, wherein the first ignition charge is provided on a front surface of the transmission window material.

前記透過窓材は、前記ケースの後方壁面の前面に設けられた窪みに嵌められて設けられている、請求項４に記載のレーザ点火装置。 5. The laser ignition device according to claim 4, wherein the transmission window member is provided to be fitted in a recess provided in a front surface of a rear wall surface of the case.

後端部に前記第２点火薬を固定し前端部に前記主点火薬を固定する固定具を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ点火装置。 The laser ignition device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a fixture for fixing the second ignition charge at a rear end and fixing the main ignition charge at a front end.