JP7085261B2 - Manufacturing method of Hall thruster heater and Hall thruster heater - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、小型衛星の軌道変更や姿勢制御に用いられる電気推進機としてのホールスラスタにおいて、電子を放出するカソードのインサータ(熱電子源)を高温に加熱するホールスラスタ用ヒータ及びホールスラスタ用ヒータの製造方法に関するものである。 The present invention is, for example, a Hall thruster heater and a Hall thruster that heat an inserter (thermionic source) of a cathode that emits electrons to a high temperature in a Hall thruster as an electric propulsion machine used for orbit change and attitude control of a small satellite. It relates to a method of manufacturing a heater for a heater.
従来、上記したホールスラスタ用ヒータに類するものとしては、例えば、特許文献1に記載された黒鉛ヒータが知られている。
この黒鉛ヒータは、筒状のヒータ本体と、このヒータ本体の一端における複数個所から軸方向に延出するターミナル部を備えている。筒状のヒータ本体には、その一端及び他端から交互にスリットが設けられており、これらのスリットによってジグザグ状に仕切られた部分が電流路(発熱帯)として機能するようになっている。
Conventionally, as a hall-thruster heater similar to the above-mentioned heater, for example, the graphite heater described in
The graphite heater includes a cylindrical heater main body and terminal portions extending in the axial direction from a plurality of locations at one end of the heater main body. The cylindrical heater body is provided with slits alternately from one end and the other end, and the portion partitioned by these slits in a zigzag shape functions as a current path (tropical).
上記した黒鉛ヒータのような発熱体は、電流路断面積を小さくすれば、例えば、発熱体の肉厚を薄くすれば、電気抵抗を大きくすることができるので、コンパクト化が図れる。
ところが、黒鉛は、熱変形が起こり難く且つ耐食性に優れている反面、衝撃強度が低いと共に脆性破壊を起こし易いので、黒鉛ヒータの薄肉化を図ってホールスラスタに採用した場合には、スラスタ組み立て時等においてヒータ本体が潰れたりターミナル部が切断されたりする可能性が極めて高い。
A heating element such as the above-mentioned graphite heater can be made compact because the electric resistance can be increased by reducing the cross-sectional area of the current path, for example, by reducing the wall thickness of the heating element.
However, while graphite is resistant to thermal deformation and has excellent corrosion resistance, it has low impact strength and is prone to brittle fracture. Therefore, when graphite heaters are thinned and used for Hall thrusters, they are used during thruster assembly. There is an extremely high possibility that the heater body will be crushed or the terminal portion will be cut off.
したがって、黒鉛ヒータの場合は、肉厚を大きく、そして、スリット間隔を広げて電流路幅を広く(電流路長さを短く)してサイズを大きくせざるを得ないが、それでも機械的強度が低く且つ脆いことに変わりがないうえ、サイズを大きくする分だけ電気抵抗が小さくなってしまう。 Therefore, in the case of a graphite heater, there is no choice but to increase the wall thickness and widen the slit spacing to widen the current path width (shorten the current path length) to increase the size, but the mechanical strength is still high. It is still low and brittle, and the electrical resistance decreases as the size increases.
その結果、ホールスラスタに採用した場合には、スラスタの小型化を阻み且つ組み立て作業性を悪くする要因になるのに加えて、電気抵抗が小さい分だけ大電流を必要とするため、電源容量が大きくなると共に電流を供給する電線等も太くなってしまい、ホールスラスタの重量増加につながるという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。 As a result, when it is used for a Hall thruster, in addition to hindering the miniaturization of the thruster and deteriorating the assembly workability, a large current is required due to the small electric resistance, so that the power supply capacity is increased. As the size increases, the electric wire that supplies the current also becomes thicker, which leads to an increase in the weight of the Hall thruster, and solving these problems has been a conventional problem.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、衝撃強度及び材料強度を高めたことにより、ホールスラスタの小型化及び組み立て作業性の向上に寄与することができると共に、電流路断面積を小さくできて電気抵抗を大きくすることができることから、カソードのインサータを効率よく加熱することが可能であるホールスラスタ用ヒータ及びホールスラスタ用ヒータの製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned conventional problems, and by increasing the impact strength and the material strength, it is possible to contribute to the miniaturization of the Hall thruster and the improvement of the assembly workability, and the current path. Since the cross-sectional area can be reduced and the electrical resistance can be increased, it is an object of the present invention to provide a Hall thruster heater and a Hall thruster heater manufacturing method capable of efficiently heating a cathode inserter.
本発明の第1の態様は、ホールスラスタにおける電子を放出するカソードの円筒状のインサータを加熱するホールスラスタ用ヒータであって、C/Cコンポジットから成り、前記カソードの前記インサータの外側に配置される円筒状を成していると共に、軸心に沿う方向のスリットが一端及び他端から交互に設けられたヒータ本体と、前記ヒータ本体の一端における複数個所から軸心に沿う方向に延びる延出部と、前記ヒータ本体に接触する電極が固定されるフランジを備え、前記円筒状のヒータ本体及び延出部は、炭素繊維の配向角が互いに異なる複数の炭素繊維ブレード織物を積層して形成され、前記フランジは、炭素繊維プリフォームで形成され、前記フランジは、リング状を成し、その内周面には前記延出部との接合部が形成され、該フランジは、その中心を前記ヒータ本体の軸心上に位置させた状態で前記接合部に前記延出部の接合用先端を接合することで前記ヒータ本体に一体化されている構成としている。 The first aspect of the present invention is a heater for a hole thruster that heats a cylindrical inserter of a cathode that emits electrons in a hole thruster, which is composed of a C / C composite and is arranged outside the inserter of the cathode. A heater body having a cylindrical shape and having slits in the direction along the axis alternately provided from one end and the other end, and an extension extending in the direction along the axis from a plurality of places at one end of the heater body. The cylindrical heater body and the extending portion are formed by laminating a plurality of carbon fiber blade fabrics having different carbon fiber orientation angles from each other. The flange is formed of carbon fiber preform, the flange is ring-shaped, and a joint portion with the extending portion is formed on the inner peripheral surface thereof, and the flange is centered on the heater. By joining the joining tip of the extending portion to the joining portion while being positioned on the axis of the main body, the structure is integrated with the heater main body .
一方、本発明の請求項2に係る発明は、ホールスラスタにおける電子を放出するカソードの円筒状インサータを加熱するホールスラスタ用ヒータの製造方法であって、炭素繊維ブレード織り作業を行って炭素繊維の配向角が互いに異なる複数層の強化繊維帯から成る円筒状素材を形成するのに続いて、該円筒状素材に対するピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理をそれぞれ複数回行った後、前記円筒状素材に、軸心に沿う方向のスリットを一端及び他端から交互に形成すると共に、該円筒状素材の一端における複数個所から軸心に沿う方向に延びる延出部を形成して、ヒータ本体素材を得る工程と、炭素繊維プリフォームで成形基材を形成するのに続いて、該成形基材に対するピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理をそれぞれ複数回行った後、前記成形基材をリング状に形成すると共に、該リング状の成形基材の内周面に、前記ヒータ本体素材における前記延出部の接合用先端との接合部を形成して、リング状のフランジ素材を得る工程と、
前記ヒータ本体素材の前記延出部の接合用先端に対して前記フランジ素材の前記接合部を接着剤による接合、及び、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理による接合の少なくともいずれか一方の接合により一体化した後、仕上げ加工を施してホールスラスタ用ヒータを得る工程を経る構成としている。
On the other hand, the invention according to
At least one of joining of the joining portion of the flange material to the joining tip of the extending portion of the heater main body material with an adhesive, and joining by pitch impregnation treatment, HIP treatment, and firing carbonization treatment. After being integrated with the above, it is configured to undergo a process of performing a finishing process to obtain a heater for a Hall thruster.
本発明に係るホールスラスタ用ヒータは、円筒状のヒータ本体及び延出部が、炭素繊維の配向角が互いに異なる複数の炭素繊維ブレード織物を積層して形成され、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を経て成るものとしているので、電流路の厚み及び電流路幅を小さくする加工に耐え得ることとなって、コンパクト化を図りつつ電気抵抗を大きくすることができ、その結果、カソードのインサータを小電流で加熱し得ることとなる。 In the hole thruster heater according to the present invention, the cylindrical heater body and the extending portion are formed by laminating a plurality of carbon fiber blade fabrics having different carbon fiber orientation angles from each other, and are formed by pitch impregnation treatment, HIP treatment and firing. Since it is made through carbonization treatment, it can withstand processing to reduce the thickness and width of the current path, and it is possible to increase the electrical resistance while achieving compactness, and as a result, the cathode inserter. Can be heated with a small current.
また、フランジに固定した電極がヒータ本体に接触するようになっているので、フランジと延出部の先端とを強固に接合する必要はなく、接着剤による接合、及び、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理による接合の少なくともいずれか一方の接合により、強度を確保し得ることとなる。 Further, since the electrode fixed to the flange comes into contact with the heater body, it is not necessary to firmly join the flange and the tip of the extending portion, and the joining with an adhesive, the pitch impregnation treatment, and the HIP treatment are performed. The strength can be ensured by joining at least one of the joining by the calcining carbonization treatment.
一方、フランジは炭素繊維プリフォームで形成されて、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を経て成るものとしているので、ヒータ本体及び延出部よりも高密度で衝撃強度が高く、且つ、脆性破壊が起こり難い。このフランジには電極が固定されるが、電気抵抗が小さくなっているので、このフランジに電流が流れて余計に消費される電力が少なく抑えられることとなる。 On the other hand, since the flange is formed of carbon fiber preform and has undergone pitch impregnation treatment, HIP treatment and calcining carbonization treatment, it has a higher density, higher impact strength and brittleness than the heater body and the extension portion. Destruction is unlikely to occur. Electrodes are fixed to this flange, but since the electrical resistance is small, current flows through this flange and extra power consumption can be suppressed.
また、ホールスラスタの組み立て時等において、ヒータ本体が潰れたり欠損したりする虞がほとんどないので、組み立て作業性が向上することとなる。 Further, when assembling the Hall thruster, there is almost no possibility that the heater main body is crushed or damaged, so that the assembling workability is improved.
本発明に係るホールスラスタ用ヒータでは、ホールスラスタの小型化及び組み立て作業性の向上に寄与することができると共に、カソードのインサータを小電流で加熱することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 The Hall-thruster heater according to the present invention has a very excellent effect that it can contribute to the miniaturization of the Hall-thruster and the improvement of assembly workability, and can heat the cathode inserter with a small current. Brought to you.
また、本発明に係るホールスラスタ用ヒータの製造方法では、衝撃強度及び材料強度がいずれも高く、且つ、高抵抗のホールスラスタ用ヒータを製造することができるという非常に優れた効果がもたらされる。 Further, the method for manufacturing a Hall thruster heater according to the present invention has a very excellent effect that a heater for Hall thrusters having high impact strength and material strength and high resistance can be manufactured.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるホールスラスタ用ヒータを搭載したホールスラスタの要部を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a main part of a Hall thruster equipped with a Hall thruster heater according to an embodiment of the present invention.
図1に部分的に示すように、このホールスラスタ1は、円板状のアノード(陽極)2と、円筒状を成し軸心がアノード2の中心を通過するカソード(陰極)3と、このカソード3の周囲に同軸配置された円筒状の加速チャネル4を備えており、アノード2には、カソード3及び加速チャネル4間の空間に推進剤Fを噴射する複数の推進剤噴射孔2aが配置されている。
As partially shown in FIG. 1, the
加速チャネル4の軸方向には電場Eが印加され、半径方向には磁場Bが印加されており、カソード3から放出されてカソード3及び加速チャネル4間の空間に流入する電子eは、電場E及び磁場Bの作用により周方向にホール運動を行い、これによりホール電流が誘起される。
An electric field E is applied in the axial direction of the
そして、周方向にホール運動を行う電子eが、アノード2の推進剤噴射孔2aから噴射される推進剤Fの中性粒子と衝突することでイオン(+)が生成され、生成されたイオン(+)は電場Eで加速されて軸心方向に放出され、この反作用で推進機としてのホールスラスタ1の推力が得られる。
Then, the electrons e that perform Hall motion in the circumferential direction collide with the neutral particles of the propellant F ejected from the
この際、放出されたイオン(+)と同数の電子eがカソード3から放出されることで、ホールスラスタ1の電気的中性が保たれる。また、加速チャネル4内でホール運動している電子eは、電位差により獲得したエネルギを推進剤Fの電離に消費しつつ、徐々にアノード2へと流れる。
At this time, the same number of electrons e as the emitted ions (+) are emitted from the
図2に示すように、電子eを放出するカソード3の先端部(図示右端部)の内側には、化学物質、例えば、LaB6(六硼化ランタン)から成る円筒状を成すインサータ31が配置されており、カソード3の先端部の外側には、インサータ31を高温に加熱するヒータ10が配置されている。また、カソード3の先端部における電子eを放出する出口には、このカソード3に対して正に印加された電極であるキーパ32が配置されている。
As shown in FIG. 2, a
このような構造のカソード3において、ヒータ10によりインサータ31を高温に加熱すると、インサータ31では熱励起された電子eを放出し、この熱励起された電子eは、上流側(図示左側)から供給される作動ガスXeと電離衝突してプラズマXe+を発生させる。そして、カソード3に対して正に印加されたキーパ32にプラズマXe+が到達すると、プラズマXe+から電子eがカソード3の外部に引き出されて放出される。
In the
カソード3のインサータ31を高温に加熱するヒータ10は、図3にも示すように、全体としてC/Cコンポジットから成っており、カソード3の外側に空間をおいて配置される円筒状を成すヒータ本体11を備えている。このヒータ本体11には、軸心に沿う方向のスリット11cが一端11a及び他端11bから交互に設けられている。また、ヒータ10は、ヒータ本体11の一端11aにおける2個所から軸心に沿う方向に延びる延出部12を備えている。
As shown in FIG. 3, the
この際、ヒータ本体11及び延出部12は、ヒータ本体11の軸心方向に対する炭素繊維の配向角が互いに異なる2軸の強化繊維帯、例えば、配向角が±45°の2軸の強化繊維帯をブレード織りして成る2軸織物を複数積層して形成されている。或いは、ヒータ本体11の軸心方向に対する配向角が、例えば、0°の1軸の強化繊維帯を上記2軸の強化繊維帯に加えた合計3軸の強化繊維帯をブレード織りして成る3軸織物を複数積層して形成されている。
At this time, the heater
さらに、ヒータ10は、ヒータ本体11に接触する電極14が固定されるリング状を成すフランジ13を備えており、このフランジ13は、炭素繊維プリフォームで形成されている。このリング状を成すフランジ13の内周面には、接続部13aが形成されており、フランジ13は、その中心をヒータ本体11の軸心上に位置させた状態で、接続部13aに延出部12の接合用先端12aを接合することでヒータ本体11に一体化されている。
Further, the
このホールスラスタ用のヒータ10は、図4に示すように、ヒータ本体素材を得る工程と、フランジ素材を得る工程と、ヒータ10の完成品を得る工程を経て製造される。
As shown in FIG. 4, the
ヒータ本体素材を得る工程において、まず、炭素繊維ブレード織り作業を行って、炭素繊維の配向角が互いに異なる2軸の強化繊維帯から成る2軸織物(或いは、3軸織物)を形成し、この2軸織物(或いは、3軸織物)を複数積層して円筒状素材を形成する。 In the process of obtaining the heater main body material, first, a carbon fiber blade weaving operation is performed to form a biaxial woven fabric (or triaxial woven fabric) composed of biaxial reinforcing fiber bands having different orientation angles of carbon fibers. A plurality of biaxial woven fabrics (or triaxial woven fabrics) are laminated to form a cylindrical material.
次いで、この円筒状素材に対して、ピッチ含浸処理,高圧で圧縮するHIP処理及び高温で黒鉛化する焼成炭化処理を順次行い、これらの処理を複数回(この実施形態では2回)繰り返す。 Next, the cylindrical material is sequentially subjected to pitch impregnation treatment, HIP treatment for compressing at high pressure, and calcining carbonization treatment for graphitizing at high temperature, and these treatments are repeated a plurality of times (twice in this embodiment).
この後、機械加工によって円筒状素材に軸心に沿う方向のスリット11cを一端11a及び他端11bから交互に配置して電流路(発熱帯)を形成すると共に、一端11aにおける複数個所(この実施形態では2個所)から軸心に沿う方向に延びる接合用先端12aを有する延出部12を形成して、ヒータ本体素材を得る。
After that, slits 11c in the direction along the axis are alternately arranged from one
次のフランジ素材を得る工程では、まず、炭素繊維プリフォームで成形基材を形成する。これに続いて、この成形基材に対しても、ピッチ含浸処理,高圧で圧縮するHIP処理及び高温で黒鉛化する焼成炭化処理を順次行い、これらの処理を複数回(この実施形態では3回)繰り返す。 In the process of obtaining the next flange material, first, a molded base material is formed with carbon fiber preform. Following this, the molded substrate is also subjected to pitch impregnation treatment, HIP treatment for compressing at high pressure, and calcining carbonization treatment for graphitizing at high temperature, and these treatments are performed a plurality of times (three times in this embodiment). )repeat.
この後、円筒状素材と同様に、機械加工によってリング状を成すフランジ素材を形成すると共に、このリング状のフランジ素材にヒータ本体素材における延出部12の接合用先端12aとの接合部13aを形成する。
After that, as in the case of the cylindrical material, a ring-shaped flange material is formed by machining, and the ring-shaped flange material is provided with a joining
そして、ヒータ10の完成品を得る工程では、リング状のフランジ素材の中心をヒータ本体素材の軸心上に位置させた状態で、ヒータ本体素材の延出部12の先端に対して接着剤を介してフランジ素材の接合部13aを接合して一体化することで、ヒータ素材を形成する。
Then, in the process of obtaining the finished product of the
これに続いて、一体化したヒータ素材に対して、ピッチ含浸処理,高圧で圧縮するHIP処理及び高温で黒鉛化する焼成炭化処理を順次行い、これらの処理を少なくとも1回ずつ行った後、仕上げ加工を施してホールスラスタ用ヒータ10を得る。
Following this, the integrated heater material is sequentially subjected to pitch impregnation treatment, HIP treatment for compressing at high pressure, and calcining carbonization treatment for graphitizing at high temperature, and these treatments are performed at least once and then finished. Processing is performed to obtain a
なお、フランジ素材の接合部13aは、ヒータ本体素材の延出部12の先端に対して、接着剤による接合、及び、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理による接合の少なくともいずれか一方の接合によって一体化すればよいが、ヒータ本体素材の延出部12の先端に対するフランジ素材の接合部13aの接合強度を確保するうえで、本実施例のように、接着剤、及び、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理の双方によって一体化することが望ましい。
The
このようにして得られるホールスラスタ用ヒータ10は、円筒状のヒータ本体11及び延出部12が、炭素繊維の配向角が互いに異なる複数層の2軸織物(或いは、3軸織物)で形成され、ピッチ含浸処理,高圧で圧縮するHIP処理及び高温で黒鉛化する焼成炭化処理を経て成るものとしているので、電流路の厚み及び電流路幅を小さくする加工に耐え得ることとなって、コンパクト化を図りつつ電気抵抗を大きくすることができ、その結果、カソード3のインサータ31を小電流で加熱し得ることとなる。
In the
また、フランジ13に固定した電極14がヒータ本体11に接触するようにしているので、接着剤による接合、及び、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理による接合の双方により、接合強度を確保し得ることとなる。
Further, since the
一方、フランジ13は炭素繊維プリフォームで形成され、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を経て成るものとしているので、ヒータ本体11及び延出部12よりも高密度で衝撃強度が高く、且つ、脆性破壊が起こり難いものとなっている。
On the other hand, since the
この際、フランジ13には電極14が固定されるが、電気抵抗が小さくなっているので、このフランジ13に電流が流れて余計に消費される電力が少なく抑えられることとなる。
At this time, the
さらに、ホールスラスタ1の組み立て時等において、ヒータ本体11が潰れたり欠損したりする虞がほとんどないので、組み立て作業性が向上することとなる。
Further, when assembling the
そこで、炭素繊維の配向角が互いに異なる複数層の3軸の強化繊維帯で形成されて、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を3回ずつ繰り返して得た円筒状のヒータ本体素材(実施例1;C/C軸糸あり(3HIP))と、炭素繊維の配向角が互いに異なる複数層の2軸の強化繊維帯で形成されて、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を3回ずつ繰り返して得た円筒状のヒータ本体素材(実施例2;C/C軸糸なし(3HIP))と、炭素繊維プリフォームで形成されて、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を4回ずつ繰り返して得たフランジ素材(実施例3;C/C(4HIP))と、密度が1.89g/cm3程度の高密度グラファイトで形成されたヒータ本体との各強度を比較した。 Therefore, a cylindrical heater body material obtained by repeating a pitch impregnation treatment, a HIP treatment, and a calcined carbonization treatment three times each, formed by a plurality of layers of three-axis reinforcing fiber bands having different orientation angles of carbon fibers (implementation). Example 1; with C / C shaft yarn (3HIP)), and the carbon fibers are formed of biaxial reinforcing fiber bands having multiple layers with different orientation angles, and the pitch impregnation treatment, the HIP treatment, and the calcined carbonization treatment are performed three times. It is formed of a cylindrical heater body material (Example 2; without C / C shaft thread (3HIP)) obtained by repeating each process and a carbon fiber preform, and is subjected to pitch impregnation treatment, HIP treatment and calcining carbonization treatment four times. The strengths of the flange material (Example 3; C / C (4HIP)) obtained by repeating the process and the heater body made of high-density graphite having a density of about 1.89 g / cm 3 were compared.
実施例1,2のヒータ本体素材と、実施例3のフランジ素材と、比較例のヒータ本体との各密度(g/cm3),衝撃吸収エネルギ(kJ/m2),曲げ強度(MPa)及び電気比抵抗(μΩ・m)を表1に示す。 Each density (g / cm 3 ), impact absorption energy (kJ / m 2 ), bending strength (MPa) of the heater body material of Examples 1 and 2, the flange material of Example 3, and the heater body of the comparative example. And the electrical resistivity (μΩ ・ m) are shown in Table 1.
表1から判るように、実施例1,2のヒータ本体素材は、比較例の高密度グラファイトから成るヒータ本体と比べて密度で劣るものの、衝撃吸収エネルギ,曲げ強度及び電気比抵抗でいずれも比較例のヒータ本体を上回っており、特に、実施例1の3軸の強化繊維帯で形成されたヒータ本体素材は、衝撃吸収エネルギ及び曲げ強度で大幅に上回っており、このことから、本実施例1に係るヒータ本体素材は、比較例のヒータ本体と比べて、衝撃強度が高く、且つ、脆性破壊が起こり難いことが実証できた。 As can be seen from Table 1, the heater body materials of Examples 1 and 2 are inferior in density to the heater body made of high-density graphite of the comparative example, but all of them are compared in terms of impact absorption energy, bending strength and electrical resistivity. The heater main body of the example is exceeded, and in particular, the heater main body material formed of the three-axis reinforcing fiber band of the first embodiment significantly exceeds the impact absorption energy and the bending strength, and therefore, from this, the present embodiment. It was demonstrated that the heater main body material according to No. 1 has higher impact strength and is less likely to cause brittle fracture than the heater main body of the comparative example.
また、表1から判るように、実施例3のフランジ素材では、当然ではあるが、実施例1,2のヒータ本体素材と比べて、敢えて高密度にして電気比抵抗を低くすることで、フランジ素材で余計な電流が消費されるのを少なく抑えつつ、衝撃吸収エネルギ及び曲げ強度で大幅に上回っており、このことから、本実施例3のフランジ素材は、フランジに要求される衝撃強度及び脆性強度をいずれも有していることが実証できた。 Further, as can be seen from Table 1, the flange material of Example 3 is, of course, a flange by intentionally increasing the density and lowering the electrical resistivity as compared with the heater main body materials of Examples 1 and 2. The impact absorption energy and bending strength are significantly exceeded while suppressing the consumption of extra current by the material. Therefore, the flange material of the third embodiment has the impact strength and brittleness required for the flange. It was demonstrated that they have both strengths.
上記した実施形態では、ヒータ本体素材の円筒状素材に対するピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を2回繰り返し、フランジ素材の成形基材に対するピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を3回繰り返すようにしているが、処理回数はこれに限定されるものではない。 In the above-described embodiment, the pitch impregnation treatment, the HIP treatment, and the firing carbonization treatment of the cylindrical material of the heater main body material are repeated twice, and the pitch impregnation treatment, the HIP treatment, and the firing carbonization treatment of the molded substrate of the flange material are repeated three times. However, the number of processes is not limited to this.
また、上記した実施形態では、ヒータ本体素材にフランジ素材を一体化したヒータ素材に対するピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理を1回行うようにしているが、処理回数はこれに限定されるものではない。 Further, in the above-described embodiment, the pitch impregnation treatment, the HIP treatment, and the firing carbonization treatment are performed once on the heater material in which the flange material is integrated with the heater main body material, but the number of treatments is limited to this. is not.
本発明に係るホールスラスタ用ヒータ及びホールスラスタ用ヒータの製造方法の構成は、上記した実施形態の構成に限定されるものではない。 The configuration of the Hall thruster heater and the Hall thruster heater manufacturing method according to the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment.
1 ホールスラスタ
3 カソード(陰極)
10 ホールスラスタ用ヒータ
11 ヒータ本体
11a ヒータ本体の一端
11b ヒータ本体の他端
11c スリット
12 延出部
12a 延出部の接合用先端
13 フランジ
13a フランジの接合部
14 電極
31 インサータ
1
10
Claims (2)
C/Cコンポジットから成り、
前記カソードの前記インサータの外側に配置される円筒状を成していると共に、軸心に沿う方向のスリットが一端及び他端から交互に設けられたヒータ本体と、
前記ヒータ本体の一端における複数個所から軸心に沿う方向に延びる延出部と、
前記ヒータ本体に接触する電極が固定されるフランジを備え、
前記円筒状のヒータ本体及び延出部は、炭素繊維の配向角が互いに異なる複数の炭素繊維ブレード織物を積層して形成され、
前記フランジは、炭素繊維プリフォームで形成され、
前記フランジは、リング状を成し、その内周面には前記延出部との接合部が形成され、該フランジは、その中心を前記ヒータ本体の軸心上に位置させた状態で前記接合部に前記延出部の接合用先端を接合することで前記ヒータ本体に一体化されているホールスラスタ用ヒータ。 A Hall thruster heater that heats the cylindrical inserter of the cathode that emits electrons in the Hall thruster.
Consists of C / C composite
A heater body having a cylindrical shape arranged outside the inserter of the cathode and having slits in the direction along the axis alternately provided from one end and the other end.
Extensions extending in the direction along the axis from multiple locations at one end of the heater body,
It is provided with a flange to which an electrode in contact with the heater body is fixed.
The cylindrical heater body and the extending portion are formed by laminating a plurality of carbon fiber blade fabrics having different carbon fiber orientation angles from each other.
The flange is made of carbon fiber preform and
The flange has a ring shape, and a joint with the extending portion is formed on the inner peripheral surface thereof, and the flange has the joint with its center positioned on the axis of the heater body. A Hall thruster heater integrated into the heater body by joining the joining tip of the extending portion to the portion.
炭素繊維ブレード織り作業を行って炭素繊維の配向角が互いに異なる複数層の強化繊維帯から成る円筒状素材を形成するのに続いて、該円筒状素材に対するピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理をそれぞれ複数回行った後、前記円筒状素材に、軸心に沿う方向のスリットを一端及び他端から交互に形成すると共に、該円筒状素材の一端における複数個所から軸心に沿う方向に延びる延出部を形成して、ヒータ本体素材を得る工程と、
炭素繊維プリフォームで成形基材を形成するのに続いて、該成形基材に対するピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理をそれぞれ複数回行った後、前記成形基材をリング状に形成すると共に、該リング状の成形基材の内周面に、前記ヒータ本体素材における前記延出部の接合用先端との接合部を形成して、リング状のフランジ素材を得る工程と、
前記ヒータ本体素材の前記延出部の接合用先端に対して前記フランジ素材の前記接合部を接着剤による接合、及び、ピッチ含浸処理,HIP処理及び焼成炭化処理による接合の少なくともいずれか一方の接合により一体化した後、仕上げ加工を施してホールスラスタ用ヒータを得る工程を経るホールスラスタ用ヒータの製造方法。 A method for manufacturing a heater for a Hall thruster that heats a cylindrical inserter of a cathode that emits electrons in a Hall thruster.
A carbon fiber blade weaving operation is performed to form a cylindrical material composed of multiple layers of reinforcing fiber bands having different carbon fiber orientation angles, and then the cylindrical material is subjected to pitch impregnation treatment, HIP treatment and calcining carbonization treatment. After performing each of a plurality of times, slits in the direction along the axis are alternately formed from one end and the other end of the cylindrical material, and the cylindrical material extends from a plurality of places on one end of the cylindrical material in the direction along the axis. The process of forming the extension and obtaining the heater body material,
Following the formation of the molded base material with the carbon fiber preform, the molded base material is subjected to a pitch impregnation treatment, a HIP treatment, and a calcined carbonization treatment a plurality of times, respectively, and then the molded base material is formed into a ring shape. A step of forming a joint portion of the heater main body material with the bonding tip of the extension portion on the inner peripheral surface of the ring-shaped molded base material to obtain a ring-shaped flange material.
At least one of joining of the joining portion of the flange material to the joining tip of the extending portion of the heater main body material with an adhesive, and joining by pitch impregnation treatment, HIP treatment, and firing carbonization treatment. A method for manufacturing a Hall-thruster heater, which undergoes a process of obtaining a Hall-thruster heater by performing a finishing process after being integrated with the above.
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