JP6736431B2 - レーザ着火用セーフアーム装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ着火用セーフアーム装置に係り、更に詳細には、ロケット、人工衛星、航空機、ミサイル等の航空宇宙製品のレーザ着火火工品に適用されるレーザ光路を遮断する安全装置に関する。

航空宇宙製品の火工品発火部には、着火方式を問わず、安全性確保のために着火のための火路、すなわち、点火エネルギーの流路に機械的な遮断機構が要求される。

上記火工品発火部は、まず小さな点火薬を発火させ、推進薬等の大きな火薬に点火する多段階の点火方式が採用されており、従来は、上記点火薬を電気的に着火する電気着火方式が用いられていた。

上記電気着火方式では、電気的なノイズ等の影響を受け易いため、点火薬の誤発火に備えて点火薬と大きな火薬との間に点火薬のエネルギーを機械的に遮断するシャッタが設けられる。

そして、点火薬のエネルギーを遮断するシャッタは重く大型なものになるため、省スペース化が困難であり、また、部品点数が増加して、耐環境性、信頼性が低下する。

特許文献１の特開平８−３０３３００号公報には、火薬をレーザ光により着火するレーザ着火火工品用のセーフアーム装置が記載されている。

特開平８−３０３３００号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、外部からシャッタを着火用レーザ光の光路に挿入してセーフ状態にするものであり、上記光路から張り出したシャッタの駆動装置を備えるものであるため、点火エネルギー流路の省スペース化が困難である。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品点数を減らして耐環境性、信頼性を向上させると共に、点火エネルギー流路をも省スペース化できるレーザシャッタを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、外筒に向けて付勢した弾性体で成るシャッタを内筒の端部に設け、外筒と内筒とを相対的に進退させて、上記シャッタを押さえてシャッタを閉じたセーフ状態と、上記シャッタの押さえを開放してシャッタを開いたアーム状態とを、切り替えることで、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、上記課題は以下の本発明により解決される。
（１）レーザ光を通過させるアーム状態と、上記レーザ光を遮断するセーフ状態とを切り替えるレーザ着火用セーフアーム装置であって、
外筒と、該外筒に挿入された内筒と、該内筒の一端から上記内筒に挿入された光ファイバと、上記内筒の他端に、上記外筒側に向けて付勢した弾性体で成るシャッタとを備え、上記外筒と内筒とが相対的に進退し、上記外筒から上記内筒が突出することで上記シャッタがアーム状態となることを特徴とするレーザ着火用セーフアーム装置。
（２）レーザ光の漏出を防止する保護筒を備え、
上記保護筒内に上記外筒及び上記内筒が挿入され、
上記保護筒が、その端部に上記シャッタを通過したレーザ光を受光する受光部を備えることを特徴とする上記第（１）項に記載のレーザ着火用セーフアーム装置。
（３）上記記光ファイバが保護筒に固定されたものであり、
上記外筒が進退してセーフ状態とアーム状態とを切り替えるものであることを特徴とする上記第（１）項に記載のレーザ着火用セーフアーム装置。
（４）上記外筒の端部にスプリングを備え、
上記スプリングに抗して外筒を進退させることで、アーム状態となることを特徴とする上記第（１）項〜上記第（３）項のいずれか１つの項に記載のレーザ着火用セーフアーム装置。
（５）上記外筒と内筒とを相対的に進退させる直動モータを備えることを特徴とする上記第（１）項〜上記第（４）項のいずれか１つの項に記載のレーザ着火用セーフアーム装置。

本発明によれば、外筒を進退させて、外側に向けて付勢した弾性体で形成したシャッタを押さえ又は該押さえを開放して、セーフ状態とアーム状態とを切り替えることとしたため、部品点数が少なく、耐環境性、信頼性が向上すると共に、省スペース化されたレーザ着火用セーフアーム装置を提供することができる。

レーザ着火火工品の概略図である。 本発明のレーザ着火用セーフアーム装置のセーフ状態を示す概略断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明のレーザ着火用セーフアーム装置のアーム状態を示す概略断面図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。

まず、本発明のレーザ着火用セーフアーム装置が用いられるレーザ着火火工品について説明する。
上記レーザ着火火工品１００は、図１に示すように、レーザ発振器１０２で発光した着火用レーザ光を光ファイバで点火薬１０５に伝送し着火するものであり、レーザ発振器１０２と点火薬１０５との間にレーザ着火用セーフアーム装置を備える。

レーザ発振器１０２で発光した着火用レーザは、レーザ発振器から繋がる上流側光ファイバ４を介してレーザ着火用セーフアーム装置１に伝送される。

そして、上記レーザ着火用セーフアーム装置１のシャッタ３１を通過した着火用レーザ光は、点火薬に繋がる下流側光ファイバ１０３が接続されたセーフアーム装置の受光部５１で受光され、該下流側光ファイバ１０３を介して点火薬１０５に照射される。すると、点火薬１０５が発火して推進薬１０６等の大きな火薬に点火エネルギーが供給される。

上記レーザ着火火工品１００は、光ファイバを介して点火薬に着火する点火エネルギーの伝達を行うため、点火エネルギーの伝達に際して電気的なノイズの影響を受けることがない。

したがって、電気的な信号によって駆動するレーザ着火用セーフアーム装置１を電源近傍の火工品から離れた場所に設置することが可能となって、電源１０１からレーザ着火用セーフアーム装置１までの距離を短くすることができ、さらに、レーザ着火用セーフアーム装置１から下流側は電気的な信号を用いないため、伝送距離に拘わらずノイズ耐性が飛躍的に向上して高い信頼性が得られる。

本発明のレーザ着火用セーフアーム装置について詳細に説明する。
上記レーザ着火用セーフアーム装置１は、着火用のレーザ光を通過させるアーム状態と、上記レーザ光を遮断するセーフ状態とを機械的に切り替えるものである。

上記レーザ着火用セーフアーム装置１は、外筒２と、該外筒に挿入された内筒３と、該内筒の一端から上記内筒に挿入された上流側光ファイバ４と、上記内筒の他端部に上記外筒側に向けて付勢した弾性体で成るシャッタ３１とを備える。

上記弾性体としては、外筒の押さえがない時にはシャッタが開き、外筒に押さえられてシャッタが閉じた状態でも塑性変形しないものを使用することができ、例えば、金属や樹脂等を挙げることができる。

上記外筒２は、後述する内筒の端部に設けられた上記シャッタ３１の周囲を押さえてシャッタ３１を閉じるものであり、外筒の内径は、シャッタ３１が完全に閉じるように調節される。

上記内筒３は、レーザ発振器１０２から繋がる上流側光ファイバ４がその一端から挿入され、他端部にシャッタ３１を備える。上記上流側ファイバの端部は、上記内筒内に存在するため、上記内筒３及びシャッタ３１に囲まれて保護される。

上記内筒３の他端部に形成されたシャッタ３１は、上記内筒から繋がる側面と該側面の端部に端面を有する。そして、上記端面から側面に伸びる複数のスリットにより分割されて外筒側に向けて広がった形状をしたものである。

上記シャッタ３１は、外筒から内筒が突出し、外筒２からの外力を受けない状態では、図４、図５に示すように、内筒の外径よりも外筒側に広がっており、端面のスリットが開いて光ファイバの端部から着火用レーザ光を通過させる。
逆に、外筒内に内筒が入り込み、シャッタが外筒に押さえられた状態では、図２、図３に示すように、端面のスリットが閉じて着火用レーザ光を遮断する。

すなわち、図２、図４の矢印で示すように、外筒２と内筒３とが相対的に進退し、内筒３が外筒２内に入り込みシャッタ３１が外筒２に押さえられた状態ではシャッタ３１がしっかりと閉じて、着火用レーザ光を遮断するセーフ状態となる。

逆に、外筒２から内筒３が突出して外筒２の押さえがなくなると、上記シャッタは、内筒の外径よりも外筒側に広がった形状を有し、外筒側に向けて付勢した弾性体で成るため、シャッタ３１が開いて着火用レーザ光が通過するアーム状態となる。
なお、セーフ状態において、内筒３が外筒２内に完全に入り込む必要はなく、シャッタ３１が完全に閉じるまで入り込めばよい。

また、上記レーザ着火用セーフアーム装置は保護筒５を備えることが好ましい。上記保護筒５は上記外筒２及び上記内筒３の全体を覆って着火用レーザ光の漏出を防止するものであり、その下流側端部に上記シャッタ３１を通過した着火用レーザ光を受光する受光部５１を備える。

上記受光部５１は、点火薬１０５に繋がる下流側光ファイバ１０３が接続され、シャッタ３１を通過した着火用レーザ光を凸レンズで集光して下流側光ファイバ１０３に伝送する。そして、下流側光ファイバ１０３は着火用レーザ光を、光学系１０４を介して点火薬１０５に伝送する。

また、レーザ発振器１０２に繋がる上流側光ファイバ４は、上記保護筒５に固定されたものであることが好ましい。
上流側光ファイバ４が保護筒５に固定され、上記外筒２と内筒３とが相対的に進退してセーフ状態とアーム状態とを切り替えることで、上流側光ファイバ４の端部と保護筒５の受光部５１との間隔が一定になり、着火用レーザ光の伝送損失を低下させることができる。

なお、上流側光ファイバ４は、内筒３を介して間接的に保護筒５に固定されていてもよく、内筒３と共に保護筒５に固定されていてもよい。これらの場合は、内筒３は動かずに外筒２が動くことで外筒２と内筒３とが相対的に進退する。

上記外筒２は、その端部にスプリング７を備えるものであることが好ましい。上記スプリング７は外筒２を押してシャッタ３１を閉じ、セーフ状態にするものである。

上記スプリング７を有することで、スプリング７に抗して外筒２を進退させた場合のみアーム状態となり、標準状態でセーフ状態にとなって安全性・信頼性が向上する。

上記外筒２と保護筒５との間に、上記外筒２を進退させる直動モータ６を備えることが好ましい。上記直動モータ６は、外筒の外周に設けられた磁石６１と、保護筒の内周に設けられたモータコイルと６１から成り、上記外筒２を直線運動させるものである。

上記外筒２の進退を直動モータ６で行うことで、シャッタ３１を駆動するための装置が着火用レーザ光の光路から大きく張り出すことが防止されて省スペース化され、セーフアーム装置１を光ファイバ施設範囲内に収めることができる。

１ レーザ着火用セーフアーム装置
２ 外筒
３ 内筒
３１ シャッタ
４ 上流側光ファイバ
５ 保護筒
５１ 受光部
６ 直動モータ
６１ 磁石
６２ モータコイル
７ スプリング
１００ レーザ着火火工品
１０１ 電源
１０２ レーザ発振器
１０３ 下流側光ファイバ
１０４ 光学系
１０５ 点火薬
１０６ 推進薬

Claims (5)

1. レーザ光を通過させるアーム状態と、上記レーザ光を遮断するセーフ状態とを切り替えるレーザ着火用セーフアーム装置であって、
   外筒と、該外筒に挿入された内筒と、該内筒の一端から上記内筒に挿入された光ファイバと、上記内筒の他端に、上記外筒側に向けて付勢した弾性体で成るシャッタとを備え、
   上記外筒と内筒とが相対的に進退し、上記外筒から上記内筒が突出することで上記シャッタがアーム状態となることを特徴とするレーザ着火用セーフアーム装置。
2. レーザ光の漏出を防止する保護筒を備え、
   上記保護筒内に上記外筒及び上記内筒が挿入され、
   上記保護筒が、その端部に上記シャッタを通過したレーザ光を受光する受光部を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ着火用セーフアーム装置。
3. 上記光ファイバが保護筒に固定されたものであり、
   上記外筒が進退してセーフ状態とアーム状態とを切り替えるものであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ着火用セーフアーム装置。
4. 上記外筒の端部にスプリングを備え、
   上記スプリングに抗して外筒を進退させることで、アーム状態となることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のレーザ着火用セーフアーム装置。
5. 上記外筒と内筒とを相対的に進退させる直動モータを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載のレーザ着火用セーフアーム装置。

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