JP2018159538A

JP2018159538A - 非放射性ガスフィルを備えた火花ギャップアセンブリ

Info

Publication number: JP2018159538A
Application number: JP2018052903A
Authority: JP
Inventors: チャールズ・ティー・フリートウッド; T Fleetwood Charles
Original assignee: Champion Aerospace LLC
Current assignee: Champion Aerospace LLC
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2018-10-11
Also published as: GB201804365D0; FR3064412A1; CN108631154A; US20180274448A1; GB2561978A; DE102018106692A1

Abstract

【課題】本発明は、電極の間に安定したＤＣ火花放電電圧を生じさせる目的で使用できる。【解決手段】火花ギャップアセンブリは、密閉チャンバ、少なくとも２つの放電電極、および上記密閉チャンバ内の非放射性ガスフィルを含む。上記密閉チャンバは第１および第２の末端プラグと両端のあるガラス質の管とを含み、上記両端の各々は上記末端プラグのうち一方で封鎖されている。上記放電電極はそれぞれ、上記第１および第２の末端プラグを通って、上記密閉チャンバの外側の暴露部分から上記密閉チャンバの内側の閉鎖部分に伸びている。上記放電電極は、火花放電の電子を放出するまたは受け取る面を有する放電部分を各々有し、上記放電部分の放電面は互いに相対していて、上記２つの放電電極の放電面の間に火花放電ギャップを形成している。上記密閉チャンバ内の上記ガスフィルは、１種以上の貴ガスの１種以上の非放射性同位体を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、汎用機関や航空機用点火システム、そのほか可燃性ガスを使用する用途において、点火器を作動させるためのイグニッションエキサイタに用いられる火花ギャップに関する。

背景
火花ギャップは、本明細書中では火花ギャップアセンブリとも称し、通常は単体の部品であり、エキサイタ回路などに用いられる。航空機などのタービン機関の点火器に火花エネルギーを安定的に運搬するのを補助するものである。米国特許第７，１３０，１８０号に、火花ギャップ様式の切換装置を有する放電回路を備えた例示的なエキサイタが開示されている。そのほかにも、火花ギャップを組み込んだ別の型のエキサイタ回路や、火花ギャップの別の用途が知られている。

現在使われている火花ギャップは、放電電極２つを収容する密閉チャンバと、トリチウム（^３Ｈ）またはクリプトン８５（^８５Ｋｒ）などの放射性同位体を利用した放射性ガスフィルとを備える。こうした放射性同位体が上記密閉チャンバ内のガスをイオン化することでイオン化レベルが一定に保たれ、その結果、火花放電エネルギーが点火器に安定的に運搬される。

米国特許第７，１３０，１８０号

概要
本発明の一実施態様によれば、火花ギャップアセンブリであって、密閉チャンバと、上記密閉チャンバ内に配置された少なくとも２つの放電電極と、上記密閉チャンバ内に配置された非放射性貴ガスフィルとを備える火花ギャップアセンブリが提供される。

上記火花ギャップアセンブリには多様な実施形態があるが、そうした実施形態は、下記特徴のうちいずれか、または下記特徴のうち２つ以上の特徴からなる技術的に実現可能な任意の組み合わせを含んでいてもよい。
・上記ガスフィルは、１種以上の貴ガスの非放射性同位体のみと、極微量の他の種類のガスとを含む。
・上記ガスフィルは複数種の貴ガスを含む。
・上記放電電極は第１および第２の電極を含み、上記第１および第２の電極は、上記ガスフィルにさらされた状態の火花放電ギャップがあるために、互いから離れている。
・上記火花ギャップアセンブリは第三の電極を備え、上記第三の電極は、上記密閉チャンバ内において、上記放電ギャップにおける火花放電を容易にできる位置に配置されている。
・上記ガスフィルおよび上記火花放電ギャップは、上記放電ギャップにおける火花放電を１，０００〜１０，０００ボルトの間の１つ以上の電圧値において生じさせる。
・上記火花ギャップアセンブリは０．１〜２０ジュールの範囲における特定量の火花エネルギーに対応している。
・上記密閉チャンバは第１および第２の末端プラグと両端のあるガラス質の管とを含み、上記両端の各々は上記末端プラグのうち一方で封鎖されており、上記放電電極は第１および第２の電極を含み、上記第１および第２の電極は、それぞれ上記第１および第２の末端プラグを通って、上記密閉チャンバの外側の暴露部分から上記密閉チャンバの内側の閉鎖部分に伸びている。
・上記ガラス質の管はガラス製またはセラミック製材料を含む。

本発明の別の一実施態様によれば、火花ギャップアセンブリが提供される。上記火花ギャップアセンブリは、第１および第２の末端プラグと両端のあるガラス質の管とを含み上記両端の各々が上記末端プラグのうち一方で封鎖されている密閉チャンバと、第１および第２の放電電極を含む少なくとも２つの放電電極であって、上記第１および第２の放電電極が、それぞれ上記第１および第２の末端プラグを通って、上記密閉チャンバの外側の暴露部分から上記密閉チャンバの内側の閉鎖部分に伸びていて、上記第１および第２の放電電極が、火花放電の電子を放出するまたは受け取る面を有する放電部分を各々有し、上記放電部分の放電面が互いに相対していて、上記第１および第２の放電電極の放電面の間に火花放電ギャップを形成している、少なくとも２つの放電電極と、上記密閉チャンバ内における、１種以上の貴ガスの１種以上の非放射性同位体を含む非放射性ガスフィルとを備える。上記ガスフィルおよび上記火花放電ギャップは、上記放電ギャップにおける火花放電を１，０００〜１０，０００ボルトの間の１つ以上の電圧値において生じさせ、上記火花ギャップアセンブリは、０．１〜２０ジュールの範囲における特定量の火花エネルギーに対応している。

本発明の１つ以上の実施形態について、添付の図面を用いて以下に説明する。図中、類似する記号は類似する要素を示す。

本発明に従って構築された火花ギャップアセンブリの第１の実施形態である。本発明に従って構築された火花ギャップアセンブリの第２の実施形態である。

図１は、密閉チャンバ１２と、上記密閉チャンバ１２内に位置する第１および第２の放電電極１４、１６と、上記チャンバ１２内にある非放射性貴ガスフィル１８とを含む火花ガスアセンブリ１０を示す。上記密閉チャンバ１２は、第１および第２の末端プラグ２０、２２と両端２６、２８のあるガラス質の中空円筒管２４とを含み、上記両端の各々が上記末端プラグ２０、２２のうち一方で封鎖されている。上記第１および第２の放電電極１４、１６は、それぞれ第１および第２の末端プラグ２０、２２を通って、上記密閉チャンバの外側の暴露部分から上記密閉チャンバの内側の閉鎖部分に伸びている。

上記ガラス質の管２４は、ガラス、セラミック、または他の好適な材料で作られていてよい。好適な材料やガラス製またはセラミック製の管の市販品は入手可能であり、当業者には公知であろう。

上記末端プラグ２０、２２は各々、好適な材料で作られたものであってよく、上記管２４にエポキシ樹脂により接着または別の方法で連結されていてよい。たとえば、上記末端プラグ２０、２２はそれぞれ絶縁材料または導電材料で作られたものであってよく、上記末端プラグとこれに対応する電極１４、１６とは、電気接続されていてもよいし、別の絶縁材料製部品（図示せず）を用いて絶縁されていてもよい。本実施形態においては、末端プラグ２０が、上記密閉チャンバ１２から流体を排出し続いて上記チャンバ１２に上記貴ガス１８を充填するためのフィル管２１を含む。別の実施形態においては、上記密閉チャンバ１２からの排出および上記密閉チャンバへの充填は上記以外の方法によって行われてもよく、このことは当業者には公知であろう。

上記放電電極１４、１６は互いに同じ構成（図２に図示）であってもよいし、図１に示すように異なる電極であってもよい。たとえば、一方の電極１４が暴露部分として外部ポスト３０を含んでもよく、もう一方の電極１６が、自身に関連する末端プラグ２２の面上に接触面３２を有してもよいし、または穴３３を有してもよい。上記穴は、エキサイタ内部の回路に組み込んだり他の用途で用いたりする際にネジ山を切った末端コネクタ（図示せず）を受けるために、ネジ山が切られたものであってもよい。上記電極１４、１６はそれぞれ、末端プラグ２０、２２の対応する一方にはめ込まれて一体となった部品であってもよく、または複数の部品が連結したものであってもよい。上記電極１４、１６はそれぞれ、火花放電の電子を放出するまたは受け取る先端または面としての放電部分３４、３６を含む。上記放電部分３４、３６は、タングステンもしくはその合金、または任意の好適な白金族金属もしくは他の金属で作られていてよい。上記電極１４、１６はそれぞれ上記末端プラグ２０、２２の中に設置されていて、この配置により上記放電部分が互いに相対し、上記２つの電極の放電面の間に火花放電ギャップが形成される。

上記非放射性貴ガスフィルは、貴ガス１種または貴ガスの組み合わせを含んでいてよい。本明細書中、貴ガスとは、周期表の１８族の天然元素、すなわちヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、およびラドンである。実施形態によっては、上記非放射性貴ガスフィル１８は、１種以上の貴ガスの非放射性同位体のみと、極微量の他の種類のガスとを含む。実施形態によっては、上記貴ガスフィル１８は、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、およびラドンからなる貴ガス群より選択される１種以上の貴ガスの非放射性同位体を含む。上記貴ガスは、周期表において近傍に位置する他の元素に比べてイオン化エネルギーが高いため、上記電極１４、１６の間に安定したＤＣ火花放電電圧を生じさせる目的で使用できる。別の実施形態においては、上記貴ガスの上記非放射性同位体とともに、窒素および酸素などの非貴ガスも使用でき、その場合には、上記貴ガスは、上記総ガスフィル１８のうち任意の割合、たとえば上記総ガスフィルの１〜１０％を占めていてよい。

当業者にとって理解されるように、上記火花ギャップアセンブリ１０の上記特定の火花放電電圧は多くの条件に依存しており、火花放電ギャップの間隔、貴ガスフィル１８の組成および圧力、ならびに他の特性、たとえば上記電極の上記放電面の形状（たとえば、尖っているのか幅広で平坦なのか）および上記放電面に使われている特定の材料といった条件を好適に組み合わせることによって設定できる。実施形態によっては、こうした特性は、上記火花放電電圧が１，０００〜１０，０００ボルトの範囲に入るように設定される。たとえば、上記ガスフィルおよび上記火花放電ギャップは、上記放電ギャップにおける火花放電を１，０００〜１０，０００ボルトの間の１つ以上の電圧値、たとえば４，０００ボルトにおいて生じさせるように構成できる。上記火花ギャップアセンブリ１０は、たとえば０．１〜２０ジュールといった特定量または特定範囲の火花エネルギーに対応するように設計できる。

図２は本発明の火花ギャップアセンブリの第２の実施形態４０を示す。上記火花ギャップ４０の設計および構造は、上記で図１に関連して説明したものと同じでよいが、図示するように、本実施形態の上記火花ギャップは、（ｉ）２つの放電電極４４、４６を備え、各電極の外側にある暴露部分がポストを含み、（ｉｉ）第三の火花補助電極４８を備え、（ｉｉｉ）圧力が比較的低いガスフィルを備え、（ｉｖ）フィル管を１つも備えていない。上記第三の電極４８は上記電極の１つと同軸上に、たとえば上記電極４４の中心内腔５０の中に位置していてよく、上記火花補助電極４８と上記電極４４とが絶縁体５２の存在により離れていてよい。上記電極４４、４６の間に形成された上記火花放電ギャップに高電圧を好適に印加し、かつ火花を誘発する電圧パルスを上記電極４８に印加することにより、火花放電を正確なタイミングで生じさせることができる。

ここで、上述の内容が本発明の１つ以上の実施形態を説明したものであることを理解すべきである。本発明は、本明細書中に開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本請求項によってのみ定義されるものである。また、上述の説明に含まれる内容は特定の実施形態に関するものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されてはならず、また、用語や句が上記で特に定義されない限り本請求項中の用語の定義を限定するものとして解釈されてはならない。当業者であれば、他の多様な実施形態や、上記に開示された実施形態に対する多様な変更および修正が明らかであろう。こうした他の実施形態、変更、および修正はいずれも、本請求項の範囲内でなければならない。

本明細書および本請求項において、１つ以上の部品または他の項目を列記した記載について、「例を挙げると」、「たとえば」、「例として」、「など」、および「のような」といった用語や、「備える」、「有する」、および「含む」といった動詞とその活用形が用いられている場合、オープンエンドであると解釈される。すなわち、列記したもの以外の追加の部品または項目が除外されるとは解釈されないことを意味する。上記以外の用語については、異なる解釈を要する文脈で用いられていない限り、その用語の最も広く妥当な意味において解釈される。

１０火花ギャップアセンブリ、１２密閉チャンバ、１４，１６放電電極、１８非放射性ガスフィル、２０，２２末端プラグ、２４ガラス質の管、２６，２８両端、３４，３６放電部分。

Claims

密閉チャンバと、
前記密閉チャンバ内に配置された少なくとも２つの放電電極と、
前記密閉チャンバ内に配置された非放射性貴ガスフィルとを備えた火花ギャップアセンブリ。
前記ガスフィルは、１種以上の貴ガスの非放射性同位体のみと、極微量の他の種類のガスとを含む、請求項１に記載の火花ギャップアセンブリ。
前記ガスフィルは複数種の貴ガスを含む、請求項１に記載の火花ギャップアセンブリ。
前記放電電極は第１および第２の電極を含み、前記第１および第２の電極は、前記ガスフィルにさらされた状態の火花放電ギャップがあるために、互いから離れている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の火花ギャップアセンブリ。
第三の電極をさらに備え、前記第三の電極は、前記密閉チャンバ内において、前記放電ギャップにおける火花放電の発生を促進できる位置に配置されている、請求項４に記載の火花ギャップアセンブリ。
前記ガスフィルおよび前記火花放電ギャップは、前記放電ギャップにおける火花放電を１，０００〜１０，０００ボルトの間の１つ以上の電圧値において生じさせる、請求項４に記載の火花ギャップアセンブリ。
前記火花ギャップアセンブリは０．１〜２０ジュールの範囲における特定量の火花エネルギーに対応している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の火花ギャップアセンブリ。
前記密閉チャンバは第１および第２の末端プラグと両端のあるガラス質の管とを含み、前記両端の各々は前記末端プラグのうち一方で封鎖されており、前記放電電極は第１および第２の電極を含み、前記第１および第２の電極は、それぞれ前記第１および第２の末端プラグを通って、前記密閉チャンバの外側の暴露部分から前記密閉チャンバの内側の閉鎖部分に伸びている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の火花ギャップアセンブリ。
前記ガラス質の管はガラス製またはセラミック製材料を含む、請求項８に記載の火花ギャップアセンブリ。
第１および第２の末端プラグと両端のあるガラス質の管とを含み、前記両端の各々は前記末端プラグのうち一方で封鎖されている密閉チャンバと、
第１および第２の放電電極を含む少なくとも２つの放電電極であって、前記第１および第２の放電電極は、それぞれ前記第１および第２の末端プラグを通って、前記密閉チャンバの外側の暴露部分から前記密閉チャンバの内側の閉鎖部分に伸びていて、前記第１および第２の放電電極は火花放電の電子を放出するまたは受け取る面を有する放電部分を各々有し、前記放電部分の放電面は互いに相対していて、前記第１および第２の放電電極の放電面の間に火花放電ギャップを形成している、少なくとも２つの放電電極と、
前記密閉チャンバ内に配置された、１種以上の貴ガスの１種以上の非放射性同位体を含む非放射性ガスフィルとを備える火花ギャップアセンブリであって、
前記ガスフィルおよび前記火花放電ギャップは、前記放電ギャップにおける火花放電を１，０００〜１０，０００ボルトの間の１つ以上の電圧値において生じさせ、前記火花ギャップアセンブリは０．１〜２０ジュールの範囲における特定量の火花エネルギーに対応している、火花ギャップアセンブリ。