JP2017211118A - Laser ignition device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser ignition device smaller than conventional ones and enable quick ignition.SOLUTION: A laser ignition device includes: a laser oscillation device 2 configured to generate laser light 2a; a lens 4 configured to condense the laser light 2a on a focal point F; main igniter powder 10 positioned forward on an anti-lens side with respect to the focal point F; an ignition unit 6; and a second clearance 16 extending forward from the ignition unit 6 and reaching the main igniter powder 10. The ignition unit 6 has first igniter powder 6a positioned at the focal point F, and second igniter powder 6b opposite to the first igniter powder 6a with a first clearance 14 held therebetween, and positioned between the first igniter powder 6a and the main igniter powder 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 igniter for igniting a propellant of a solid rocket, one using a gunpowder is common. In order to simplify the ignition device, an ignition device using a laser beam has been studied.
For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose an ignition device using laser light.

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 agent by pressing the exit end of the optical fiber against the ignition agent.

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 necessary for igniting the ignition agent is determined in advance. However, no matter how small the diameter of the optical fiber is, there is a limit. Even if the optical fiber has 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) over the entire exit end of the optical fiber, a laser beam with a large output is required, and a large-scale laser oscillation device is required. To 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 Document 2 discloses an ignition device including a lens that condenses laser light. By providing the lens, the laser beam can be condensed at one point. For this reason, since the energy density of the ignition device can be increased by condensing, even a laser beam weaker than the ignition device of Patent Document 1 can exceed the energy per unit area required for ignition and can be ignited.

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, since the ignition device of Patent Document 2 condenses laser light at one point, the ignition agent to be ignited is limited to a very narrow range. Since the igniting agent of such an igniter gradually burns and spreads gradually from its small ignition point, it takes a lot of time for combustion to become 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 developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a laser ignition device that is smaller than a conventional ignition device and can be ignited 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 for generating laser light;
A lens that focuses the laser beam on a focal point;
A main ignition agent that is located in front of the focal point and is on the opposite side of the lens and generates combustion gas by combustion, and a laser ignition device comprising:
Ignition having a first igniter located at the focal point, and a second igniter located opposite to the first igniter and the main igniter opposite to the first igniter with a first gap therebetween Unit,
And a second gap extending forward from the ignition unit and reaching the main igniting agent.

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 that reaches the first igniting agent or the second igniting agent opposed to each other by the type of fire scattered from the burning first igniting agent or the second igniting agent.

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 igniter or the second igniter is amorphous boron nitrate.

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。
In addition, a case for storing the ignition unit and the main ignition powder is provided,
The case has a daylighting hole provided on the optical path of the laser beam at the rear end,
A transmission window material that transmits the laser light and hermetically closes the daylighting hole;
A discharge hole provided at a front end portion for discharging the combustion gas to the outside of the case,
The first igniter is provided on the 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 member is provided by being fitted into a recess provided on 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。   Moreover, the fixing device which fixes the said 2nd ignition powder to a rear-end part, and fixes the said main ignition powder to a front-end part is provided.

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 apparatus of the present invention described above, since the lens for condensing the laser beam is provided, the first ignition agent can be ignited even if the laser ignition device is a small one having a small laser beam 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。   When the laser ignition device of the present invention has the first gap, the first igniting agent bounces and scatters in all directions in the first gap when the pressure rises due to combustion. As a result, sparks and sparks (hereinafter referred to as fire type) with fire adhere to a wide area of the rear surface of the second igniting agent, so that the spark type is less than when the second igniting agent is placed in contact with the first igniting agent. The area of the attached second igniter is increased.

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 extending between the main ignition agent and the ignition unit, the main ignition agent being disposed forwardly from the second ignition agent.
With this configuration, the combustion gas can be brought into contact with more explosive surfaces by flowing the high-temperature and high-speed combustion gas in a narrow space called the second gap. Thereby, even if there are less main ignition agents than the ignition agent of the conventional ignition device, the main ignition agent can be promptly 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。   Accordingly, the first igniting agent and the second igniting agent are arranged to face each other across the first gap, and the ignition unit and the main igniting agent are connected by the second gap, so that the amount of the igniting agent is smaller than that of the conventional ignition device. Even if it exists, it can ignite 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 configured smaller than the conventional ignition device, and can be ignited 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。It is explanatory drawing of the flow of the combustion gas in the laser ignition device of this 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。3 is a graph comparing 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 code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | 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 cross-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 ignition agent 10, an ignition unit 6, a second gap 16, a case 12, and a fixture 18. Moreover, the ignition unit 6 has the 1st ignition powder 6a and the 2nd ignition powder 6b which oppose.
In the following description, the optical path between the first igniting agent 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 light 2a is defined as the rear side, and the opposite side (the anti-lens side 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 laser light 2a. For example, it is preferable that an optical fiber 2b is connected to the laser oscillation device 2, and the laser light 2a is output from the front end portion (exit end portion) of the optical fiber 2b. However, the present invention is not limited to this, and the laser beam 2 a 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 ignition agent 6a, and condenses the laser light 2a at the focal point F.
If the laser light 2a can be condensed on the front surface of the first ignition powder 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。   Or as shown in FIG. 1, the lens 4 may be provided combining 2 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 collects 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 freely set. For example, the case 12 can be installed at a position away from the laser oscillation device 2 by setting the distance between the front lens 4 and the rear lens 4 to be long. Thereby, it can prevent that the laser oscillation apparatus 2 is exposed to the high heat | fever by combustion of ignition powder, and fails.

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 ignition powder 10 is located in front of the focal point F (on the right side in FIG. 1), and generates combustion gas by burning. Of the igniting agents (the main igniting agent 10 and the first igniting agent 6a and the second igniting agent 6b described later) provided in the laser ignition device 1 of the present invention, the main igniting agent 10 generates the most combustion gas. The main ignition powder 10 is preferably, for example, pellet-shaped boron nitrate. However, the present invention is not limited to this, and the main igniting agent 10 may be another igniting agent. For example, the main ignition powder 10 may be a mixture of aluminum powder, ammonium perchlorate, and a resin (binder) for hardening them. Boron nitrate is a mixture of crystalline boron, nitrate and 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 igniting agent 10, and has a daylighting hole 12a, a transmission window member 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 has a packing portion 12d (for example, an O-ring) having a storage portion having a front end wall (hereinafter referred to as a front wall surface) and a side wall and a rear end wall (hereinafter referred to as a rear wall surface). ).
However, the configuration of the case 12 may be other.
The case 12 is preferably made of, for example, a titanium alloy, but may be made of other materials.

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 combustion gas in the laser ignition device 1 of the present invention. In this figure, the movement of the gunpowder and sparks 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 the front end portion of the case 12 (the front wall surface in the example of FIG. 2). The combustion gas flowing forward (right side in FIG. 2) through the second gap 16 is discharged to the outside of the case 12 through the discharge hole 12c.

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 daylighting 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 light 2a and hermetically closes the daylighting hole 12a. The transmission window material 12b may be made of, for example, acrylic, quartz glass, or sapphire glass. However, the present invention is not limited thereto, and other materials may be used as long as they have heat resistance, laser beam 2a transparency, and pressure resistance.
By providing the transmission window member 12b in the daylighting hole 12a, the laser beam 2a can be passed inside 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, the transmissive window member 12 b is preferably fitted from the front (right side in FIG. 2) into a recess 12 e provided on the front surface of the rear wall surface of the case 12. Accordingly, when the internal pressure of the case 12 rises due to the generation of combustion gas, the transmission window member 12b is pressed against the rear wall surface of the case 12 toward the rear.
Therefore, the combustion gas is prevented from leaking from the daylighting hole 12a, and the airtightness of the daylighting 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 discharge hole 12c) are opened in the case 12, the combustion gas is released only from the discharge hole 12c. Therefore, the combustion gas is released only in 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 igniting agent 6b at the rear end portion and the main igniting agent 10 at the front end portion. In this case, the main ignition powder 10 may be fixed to the side surface or the front surface 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 igniting agent 6a and a second igniting agent 6b facing each other. In the following description, the first igniting agent 6a, the second igniting agent 6b, and the main igniting agent 10 are collectively referred to as an igniting agent.

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 make the spread of the flame faster, the explosive having a quick spread of the flame is used for the first igniter 6a and the second igniter 6b. The first igniter 6a and the second igniter 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 1st ignition powder 6a is provided in the front surface of the permeation | transmission window material 12b. The rear surface of the first igniting agent 6a is located at the focal point F or near the focal point F (hereinafter simply referred to as “focal point F”). For example, the first ignition agent 6 a may be applied to the front surface of the transmission window member 12 b 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 igniting agent 6 b faces the first igniting agent 6 a with the first gap 14 interposed therebetween, and is positioned between the first igniting agent 6 a and the main igniting agent 10. The second igniter 6b is preferably provided with a larger amount of explosive than the first igniter 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。
Moreover, it is preferable that the area of the rear surface of the 2nd ignition powder 6b is provided more widely than the area of the front surface of the 1st ignition powder 6a.
Thereby, the fire type scattered in all directions from the first igniter 6a can be efficiently received on the rear surface of the second igniter 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 igniting agent 6a or the second igniting agent 6b is preferably, for example, amorphous boron nitrate. However, the present invention is not limited thereto, and the first igniting agent 6a or the second igniting agent 6b may be powdery or granular boron nitrate, aluminum powder, ammonium perchlorate, and a mixture of binders for solidifying them. Note that the amorphous boron nitrate is a mixture of amorphous boron, nitrate 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 sparks scattered from the burning first igniter 6a or second igniter 6b reach the first igniter 6a or second igniter 6b facing each other. For example, the first gap 14 may be a distance of about 0.5 to 3 mm. Alternatively, the distance of the first gap 14 may be larger as long as the scattered fire type can adhere to the opposing first igniter 6a or second igniter 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 igniting agent 10, and communicates with the outside of the case 12 through 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 ignition powder 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 ignition agent 10 as shown in FIG. 1. 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 that the combustion gas generated by the combustion of the first igniter 6a or the second igniter 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).
Thus, even if the amount of the first igniting agent 6a, the second igniting agent 6b, and the main igniting agent 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 rise rate, the faster the speed at which the combustion gas turns. Therefore, by configuring the second gap 16 to be narrow, it is possible to ignite quickly even if the amount of the ignition agent is smaller than that of the conventional ignition device.

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。
Moreover, the 2nd clearance gap 16 may be provided so that it may become narrow from the back toward the front, as shown in FIG. In the case of the laser ignition device 1 of FIG. 2, the fixture 18 has a shape in which the cross-sectional area orthogonal to the optical path gradually increases as it goes forward. Thereby, the 2nd clearance gap 16 of FIG. 2 becomes narrow as it goes ahead. Alternatively, the second gap 16 may be formed by the inner surface shape of the case 12 in addition to the outer surface shape of the fixture 18.
With this configuration, the flow rate of the combustion gas generated in 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 each experimental example. In addition, this invention is not restrict | 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 igniter 10 was measured using the above-described laser ignition device 1 of the present invention. The output of the laser beam 2a of the laser oscillation device 2 of Experimental Example 1 was 1W. Of the igniting agents used in Experimental Example 1, the first igniting agent 6a is amorphous boron nitrate, and the second igniting agent 6b and main igniting agent 10 are a mixture of crystalline boron, nitrate 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 laser ignition device 1 of the present invention described above only in that it does not have the first ignition agent 6a. The laser condensing position at that time was the second ignition agent 6b. The laser beam output of the laser oscillation device of Comparative Example 1 was also 1 W. Of the igniting agents used in Comparative Example 1, the second igniting agent 6b and the main igniting agent 10 were a mixture of crystalline boron, nitrate, 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 represents the relationship between the presence / absence of the first ignition agent 6a and the ignition time. In this figure, the vertical axis shows the ignition time in a non-dimensional 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, it is made dimensionless with the ignition time of Comparative Example 1 as a reference. That is, the value of Experimental Example 1 in this figure is a value obtained by dividing the actual measured ignition time of Experimental Example 1 by the actual measured 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 the time (0.4 times to 0.6 times) of Comparative Example 1. Thereby, it turns out that the laser ignition device 1 (Experimental example 1) of the present invention can be ignited at about twice the speed of the laser ignition device without the first ignition agent 6a by having the first ignition agent 6a. It 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 beam 2a is provided, even if the laser ignition device 1 is a small one with a small output of the laser beam 2a, the first ignition agent 6a is 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 agent 6 a and the second igniting agent 6 b are explosives whose burning spread speed is fast, and the first igniting agent 6 a is disposed at the focal point F of the lens 4. Since the first gap 14 is provided between the first igniting agent 6a and the second igniting agent 6b, when the first igniting agent 6a is ignited, the pressure of the first igniting agent 6a increases, and the ignited explosive is blown off. Scattered. Since the 2nd ignition powder 6b is arrange | positioned in the position which opposes the 1st ignition powder 6a, the scattered powder reaches the 2nd ignition powder 6b and makes it ignite. 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 6a and the second igniter 6b passes through the second gap 16 and forward (FIG. 2). Then, it spreads to the right) and ignites the main igniter 10.

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, the laser igniter 1 of the present invention has the first gap 14 so that the first igniting agent 6a bounces and scatters in all directions in the first gap when the pressure rises due to combustion. As a result, sparks such as sparks and sparks are attached over a wide area on the rear surface of the second igniting agent 6b, so that the second igniting agent 6b is in contact with the first igniting agent 6a. The area of the second igniting agent 6b with is increased.
Therefore, since the laser ignition device 1 of the present invention can burn the second igniting agent 6b in a wider range, the combustion of the second igniting agent 6b can be started in earnest early.

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 includes the second gap 16 extending between the main ignition powder 10 and the ignition unit 6, the main ignition powder 10 being disposed forwardly from the second ignition powder 6 b. With this configuration, the combustion gas can be brought into contact with the surface of more explosives by flowing the high-temperature and high-speed combustion gas through the narrow space of the second gap 16. Thereby, even if the main ignition charge 10 is less than the ignition charge of the conventional ignition device, the main ignition charge 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 igniting agent 6a and the second igniting agent 6b are arranged to face each other with the first gap 14 interposed therebetween, and the ignition unit 6 and the main igniting agent 10 are connected by the second gap 16, thereby making the conventional ignition device. Even if the amount of the igniting agent is smaller, it can be ignited promptly. Therefore, it can be configured smaller than the conventional ignition device, and the ignitability can be improved. Further, since the laser ignition device 1 of the present invention can be formed in a small size, it can be made lighter than a conventional ignition device.
Thereby, the laser ignition device 1 of the present invention can apply a small, light, 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。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist 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 oscillator, 2a laser light, 2b optical fiber,
4 lenses,
6 ignition unit, 6a first igniter, 6b second igniter,
10 Main ignition,
12 case, 12a daylighting hole, 12b transmission window material,
12c discharge hole, 12d packing, 12e depression,
14 1st clearance, 16 2nd clearance, 18 Fixing tool,
F Focus

Claims (6)

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 for generating laser light;
A lens that focuses the laser beam on a focal point;
A main ignition agent that is located in front of the focal point and is on the opposite side of the lens and generates combustion gas by combustion, and a laser ignition device comprising:
Ignition having a first igniter located at the focal point, and a second igniter located opposite to the first igniter and the main igniter opposite to the first igniter with a first gap therebetween Unit,
And a second gap extending forward from the ignition unit and reaching the main ignition agent.
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 clearance according to claim 1, wherein the first gap is a distance that reaches the first igniting agent or the second igniting agent opposed to each other by the type of fire scattered from the first igniting agent or the second igniting agent that burns. 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 igniter according to claim 1 or 2, wherein the first igniter or the second igniter is amorphous boron nitrate. 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 powder;
The case has a daylighting hole provided on the optical path of the laser beam at the rear end,
A transmission window material that transmits the laser light and hermetically closes the daylighting hole;
A discharge hole provided at a front end portion for discharging the combustion gas to the outside of the case,
The laser ignition device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first ignition agent is provided on a front surface of the transmission window member.
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。   The laser igniter according to claim 4, wherein the transmission window member is provided by being 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 that fixes the second ignition powder to a rear end portion and fixes the main ignition powder to a front end portion.
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