(57)【要約】【課題】本発明は、電子着火装置に関する。【解決手段】本発明の電子着火装置は、電源、該電源と電気的に接続された放電電極及びターゲットを含む。前記放電電極及び前記ターゲットが、対向して間隔を置いて設置される。前記放電電極がカーボンナノチューブワイヤであり、該カーボンナノチューブワイヤが複数のカーボンナノチューブのみからなる。少なくとも一つのカーボンナノチューブが放電端として、該放電端としたカーボンナノチューブが前記放電電極から前記ターゲットに向かう方向に沿って延伸する。【選択図】図１
2010261709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源、該電源と電気的に接続された放電電極及びターゲットを含む電子着火装置において、
前記放電電極及び前記ターゲットが、対向して間隔を置いて設置され、
前記放電電極がカーボンナノチューブワイヤであり、
該カーボンナノチューブワイヤが複数のカーボンナノチューブのみからなり、少なくとも一つのカーボンナノチューブが放電端として、
該放電端としたカーボンナノチューブが前記放電電極から前記ターゲットに向かう方向に沿って延伸することを特徴とする電子着火装置。
【請求項２】
放電端としたカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブワイヤの端部から露出していることを特徴とする、請求項１に記載の電子着火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子着火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
着火装置は、その原理により、火打石着火装置及び電子着火装置に分けられる。
【０００３】
前記火打石着火装置は、ローラー、該ローラーと接触する火打石及び該火打石の周囲に設置された燃料を含む。ユーザーがローラーで火打石を摩擦して火花が発生し、該火花の局部の高エネルギーが前記燃料を点火することによって、前記火打石着火装置を動作させる。前記燃料は、油を吸い込む綿の芯などの低い発火点を有する燃料である。前記火打石は消耗品であり、入れ替えが面倒であり、発生する火花は局部の温度が低いので、前記燃料を点火しにくい。従って、前記火打石着火装置が、徐々に電子着火装置に取って代わられる。
【０００４】
前記電子着火装置は、電源、該電源と電気的に接続された放電電極及びターゲットを含む。前記電源は、乾電池と放電コンデンサーからなるパルス電源又は圧電転換装置であり、作動電圧を有する。前記放電電極は、直径が小さい放電端を有する。前記電子着火装置が作動する場合、前記電源が前記放電電極と前記ターゲットとの間に電圧差を形成し、前記放電電極の放電端に大量の電荷が集まり、高電圧が形成され、前記電圧差が前記作動電圧と基本的に同じである。前記高電圧が気体の媒質の絶縁破壊電圧に達する場合、該高電圧が前記気体の媒質を絶縁破壊し、火花が発生する。前記気体の媒質が燃料を含む場合、前記火花が燃料を点火する。
【０００５】
前記電子着火装置が前記燃料を点火できるかどうかは、前記放電端から形成された高電圧が前記気体の媒質の絶縁破壊電圧に達することができるかどうかによって決定される。前記高電圧が前記気体の媒質の絶縁破壊電圧又はそれ以上に達する場合、前記電子着火装置は、火花が発生し、該火花が前記燃料を点火することができる。前記高電圧の大きさは前記電源の作動電圧及び放電端の直径によって決定される。前記放電端の直径が不変である場合、前記電源の作動電圧が大きくなるほど、前記放電端から形成される電圧が大きくなる。前記電源の作動電圧が不変である場合、前記放電端の直径が小さくなるほど、前記放電端から形成される電圧が大きくなる。即ち、前記高電圧が前記気体の媒質を絶縁破壊し、火花が発生する確率が高くなる。前記電子着火装置のコストを減少し、前記電子着火装置の安全性を高めるために、前記電源の作動電圧が大きくなるほど良く、前記放電端の直径が小さくなるほど良い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ  Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ  Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ  Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記電子着火装置は、一般的に、放電電極として細長い金属線を採用する。従来技術で金属材料を直径がマイクロメートルスケール、更にナノメートルスケールである前記放電電極とした金属線に加工しにくい。従って、火花が発生し、該火花が前記燃料を点火できるために、作動電圧が大きい電子着火装置を採用しなければならない欠点がある。
【０００８】
従って、本発明は、作動電圧が小さい電子着火装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
電子着火装置は、電源、該電源と電気的に接続された放電電極及びターゲットを含む。前記放電電極及び前記ターゲットが、対向して間隔を置いて設置される。前記放電電極がカーボンナノチューブワイヤであり、該カーボンナノチューブワイヤが複数のカーボンナノチューブのみからなる。少なくとも一つのカーボンナノチューブが放電端として、該放電端としたカーボンナノチューブが前記放電電極から前記ターゲットに向かう方向に沿って延伸する。
【００１０】
放電端としたカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブワイヤの端部から露出している。
【発明の効果】
【００１１】
従来の電子着火装置と比べると、本発明の電子着火装置において、前記放電電極がカーボンナノチューブワイヤであり、該カーボンナノチューブワイヤにおける少なくとも一つのカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブワイヤの端部から露出し、放電端が形成され、しかも、該カーボンナノチューブの直径がナノメートルスケールであるので、該放電電極を利用した電子着火装置は、低い作動電圧で火花を発生させることができる。従って、前記電子着火装置が低い作動電圧を有する電源を採用できるので、該電子着火装置の製造コストを減少することができ、該電子着火装置の安全性を高めることができる。
【００１２】
また、前記放電電極としたカーボンナノチューブワイヤが複数の先端を有する場合、放電端とした少なくとも一つのカーボンナノチューブが各々の前記先端から露出するので、前記放電電極が複数の放電端を有する。従って、該放電電極を利用した電子着火装置は、多くの火花を発生させることができ、燃料を点火しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係る電子着火装置の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る電子着火装置における放電電極とした非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図３】本発明の実施例に係る電子着火装置における放電電極としたねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の実施例に係る電子着火装置における、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図５】ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る電子着火装置における放電電極としたカーボンナノチューブワイヤの端部のＳＥＭ写真である。
【図７】本発明の実施例に係る電子着火装置における放電電極としたカーボンナノチューブワイヤの端部のＴＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１５】
図１を参照すると、本発明実施例は、燃料（図示せず）を点火する電子着火装置１００を提供する。前記燃料は、オイルガス、ガス、天然ガス及びメタンガスなどのいずれか一種又は数種である。前記燃料は、運送管２００により、前記電子着火装置１００に運送され、該電子着火装置１００における空気と気体媒質が形成される。
【００１６】
前記電子着火装置１００は、電源１０と、放電電極２０と、ターゲット３０と、イグニション・スイッチ４０と、を含む。前記放電電極２０及びターゲット３０は、対向して間隔を置いて設置され、それぞれ前記電源１０に電気的に接続される。
【００１７】
前記電源１０は、前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間に電圧を印加することに用いられる。前記電源１０は、負極１１及び正極１２を有する圧電セラミックスである。前記負極１１及び正極１２は、ぞれぞれ、前記放電電極２０及び前記ターゲット３０と電気的に接続される。前記圧電セラミックスが機械力に押し付けられた場合、前記負極１１と前記正極１２との間に電圧パルスが形成され、前記放電電極２０の放電端に大量の電荷が集まり、前記放電電極２０に高電圧が形成される。該高電圧が前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間の気体媒質を絶縁破壊し、火花を発生させ、該火花が前記気体媒質における燃料を点火する。勿論、前記電源１０は、前記電圧パルスを形成できる他の電源であってもよい。
【００１８】
前記放電電極２０及び前記ターゲット３０は、対向して間隔を置いて、設置される。前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間の距離が小さくなるほど、火花を発生させることができる破壊電圧は、小さくなる。しかし、前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間の距離が小さ過ぎると、前記放電電極２０及び前記ターゲット３０は、前記燃料が燃えることによって損壊される確率が高くなる。従って、前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間の距離が２マイクロメートル〜１ミリメートルであることが好ましい。前記放電電極２０は、リード線により、前記電源１０の負極１１に電気的に接続される。前記放電電極２０は、カーボンナノチューブワイヤであり、該カーボンナノチューブワイヤが、少なくとも一本のカーボンナノチューブを含む。ここで、前記カーボンナノチューブは、前記放電電極２０の放電端として利用できる。該カーボンナノチューブの直径は、０．４ナノメートル〜５０ナノメートルである。
【００１９】
前記カーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。
【００２０】
図２を参照すると、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。
【００２１】
図３を参照すると、前記図２に示すようなカーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。
【００２２】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるドローン構造カーボンナノチューブフィルムを利用する。図４を参照すると、単一の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）から引き出して得られ、自立構造を有したものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、前記複数のカーボンナノチューブの大部分は、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行に、カーボンナノチューブフィルムを引き出す方向に沿って、且つ、同じ方向に沿って配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で端と端が接続されている。
【００２３】
微視的には、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、前記同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブ以外に、該同じ方向に沿っておらずランダムな方向を向いたカーボンナノチューブも存在している。ここで、該ランダムな方向を向いたカーボンナノチューブは、前記同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブと比べて、割合は小さい。
【００２４】
図５を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さは実質的に同じである。
【００２５】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種は、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種は、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種は、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００２６】
また、前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤを揮発性有機溶剤で処理してもよい。前記揮発性有機溶剤の表面力の作用で前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤにおける隣接するカーボンナノチューブが分子間力で緊密に接続されるので、該ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、直径及び比表面積が小さくなり、大きな密度、優れた機械強度及び優れた強靭性を有する。
【００２７】
前記カーボンナノチューブワイヤが、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを処理し、形成されたものであり、且つ前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムが、自立構造体を有するので、該カーボンナノチューブワイヤは、自立構造体も有する。該カーボンナノチューブワイヤの長さは制限されず、その直径は０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。
【００２８】
前記カーボンナノチューブワイヤの前記ターゲット３０と隣接する端部は、少なくとも一つのカーボンナノチューブが前記端部から露出する。該カーボンナノチューブが前記放電電極２０の放電端とする。前記カーボンナノチューブの直径が５０ナノメートル以下であるので、前記カーボンナノチューブワイヤは、低い作動電圧で前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間の気体媒質を絶縁破壊できる高電圧を形成することができる。従って、金属線を放電電極とする従来の電子着火装置は、高電圧を形成するために、高い作動電圧を有する電源を利用することが必要である。これに対して、本実施例の電子着火装置は、低い作動電圧を有する電源１０を利用して、同じ高電圧を形成することができる。前記放電電極２０とするカーボンナノチューブワイヤには高電圧が形成されるので、火花が発生する確率が高くなる。しかも、前記放電電極２０及び前記ターゲット３０が損傷されると、それらの間の間隔が大きく、前記電子着火装置は、火花を発生させることもできる。従って、該電子着火装置の安定性が高いという特性がある。
【００２９】
図６及び図７を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤの前記ターゲット３０と隣接する端部に、複数の先端が形成されている。前記各々の先端は、分子間力で緊密に結合した複数のカーボンナノチューブを含む。前記放電電極２０の放電端である少なくとも一つのカーボンナノチューブは、各々の前記先端から露出し、しかも、前記ターゲット３０に向かう方向に沿って延伸する。即ち、前記放電電極が複数の放電端を有するので、該放電電極を利用した電子着火装置は、多くの火花を発生させることができる、燃料を点火しやすい。前記複数の先端が一定の間隔を置いて設置されるので、各々の先端の間の電界シールドを防止することができる。前記先端から露出しているカーボンナノチューブは、分子間力により、その周囲のカーボンナノチューブに結合されるので、大きな放電電圧に耐えることができる。前記先端は、前記カーボンナノチューブワイヤに、電圧を印加してそれを切断する方法、レーザでスキャンする方法又は電子ビームでスキャンする方法によって、形成されたものである。
【００３０】
前記カーボンナノチューブワイヤの表面に、イオンの衝撃に耐える金属炭化物層を形成し、或いは、複数の金属炭化物粒子を設置する。前記金属炭化物層又は複数の金属炭化物粒子は、少なくとも、前記放電端の表面に設置され、好ましくは、前記放電電極２０における各々のカーボンナノチューブの表面に設置される。前記金属炭化物層又は複数の金属炭化物粒子は、前記放電電極２０が気体媒質を電離して形成されたイオンをカーボンナノチューブに直接衝突させない。従って、前記カーボンナノチューブワイヤがイオンの衝撃に耐え、該カーボンナノチューブワイヤの寿命を延長することができる。前記金属炭化物層は、炭化ハフニウム、炭化チタン、炭化ニオブ及び炭化ジルコニウムのいずれか一種であり、好ましくは、炭化ハフニウムである。
【００３１】
前記金属炭化物層は、イオンスパッタリング方法により、前記カーボンナノチューブワイヤの表面に形成することができる。前記金属炭化物粒子を前記カーボンナノチューブワイヤの表面に形成する方法は、下記のステップを含む。まず、前記カーボンナノチューブワイヤにおける少なくとも一つのカーボンナノチューブの表面に金属層を形成する。次に、真空雰囲気下において、前記カーボンナノチューブワイヤに電圧を印加し、前記金属層を熔融させ、前記カーボンナノチューブにおけるカーボン原子と反応を行なって、該カーボンナノチューブの表面に複数の金属炭化物粒子を形成する。
【００３２】
前記ターゲット３０は、前記電源１０の正極１２と電気的に接続された金属電極である。勿論、前記ターゲット３０は、前記運送管２００と接続する中空の金属管であってもよく、前記燃料が中空の金属管から射出する。この場合、前記ターゲット３０は、アースである。
【００３３】
前記イグニション・スイッチ４０は、前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間に電圧差を形成させ、前記電源１０を制御することに用いられる。本実施例において、前記イグニション・スイッチ４０は、押し付け装置である。該イグニション・スイッチ４０で圧電セラミックスを押し付けると、該圧電セラミックスが、機械力の作用で変形する。前記圧電セラミックスが変形すると、前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間に電圧差が生じる。この場合、前記放電電極２０の放電端に大量の電荷が集まり、高電圧を形成し、該高電圧が前記放電電極２０と前記ターゲット３０との間の気体媒質を絶縁破壊し、火花を発生させ、該火花が前記燃料を点火する。
【００３４】
前記放電電極が少なくとも一つのカーボンナノチューブワイヤを含み、該カーボンナノチューブワイヤにおける少なくとも一つのカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブワイヤの端部から露出し、放電端が形成され、しかも、該カーボンナノチューブの直径がナノメートルスケールであるので、該放電電極を利用した電子着火装置は、低い作動電圧で火花を発生させることができる。従って、前記電子着火装置が低い作動電圧を有する電源を採用するので、該電子着火装置の製造コストを減少することができ、該電子着火装置の安全性を高めることができる。
【００３５】
また、前記放電電極としたカーボンナノチューブワイヤが複数の先端を有する場合、放電端とした少なくとも一つのカーボンナノチューブが各々の前記先端から露出するので、前記放電電極が複数の放電端を有する。従って、該放電電極を利用した電子着火装置は、多くの火花を発生させることができ、燃料を点火しやすい。
【符号の説明】
【００３６】
１００  電子着火装置
１０  電源
１２  正極
１１  負極
２０  放電電極
３０  ターゲット
４０  イグニション・スイッチ
２００  運送管
【図１】
2010261709.tif 000003
【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
2010261709.tif 000008
【図７】
2010261709.tif 000009