(57)【要約】【課題】  レイジングガス混合物の純度を維持しつつ、ゲッターが不純物を消費する速度を制限する。【解決手段】  ゲッターは、非不活性ガスの吸収に使用される多孔質焼結合金である。ゲッターはリングレーザージャイロスコープシステムのゲッターウェル又は他のガス排出システムに配置される。ゲッターウェルは、ゲッターが入った任意の包囲体である。ゲッターは、ジャイロスコープの幾つかの構成要素が作動に必要とする酸素を吸収する。ゲッターウェル内へのガス流を制限することによって、又は拡散バリアをゲッター材料上に置くことによって、ゲッターは非不活性ガスを低速で吸収できる。
2005512102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲッターを制限するためのシステムにおいて、
ゲッターウェルに配置されたゲッター、及び
実質的に前記ゲッターウェルとキャビティとの間に配置された穴を組み合わせて備えている、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ゲッターはバリウム合金でできている、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ゲッターは非不活性ガスを前記キャビティから実質的に除去する、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ゲッターウェルはジャイロスコープブロックに配置されている、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ゲッターウェルはガス排出装置に配置されている、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、スナップリングが前記ゲッターをゲッターウェル内に保持する、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記穴は直径が実質的に０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）で長さが４．３１８ｍｍ（０．１７０インチ）である、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記穴は、前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間のガスの流れを実質的に制限する、システム。
【請求項９】
ゲッターを制限するためのシステムにおいて、
ジャイロスコープブロックに配置されたゲッターウェル内に配置された、スナップリングによって前記ゲッターウェル内に保持された、非不活性ガスをキャビティから実質的に除去するバリウム合金製ゲッター、及び
実質的に前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間に配置された、前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間のガスの流れを実質的に制限する、直径が実質的に０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）で長さが４．３１８ｍｍ（０．１７０インチ）の穴を組み合わせて含む、システム。
【請求項１０】
ゲッターをゲッターウェルに挿入する工程、及び実質的に前記ゲッターウェルとキャビティとの間に穴をドリル加工する工程を含む、ゲッターを制限するための方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記穴は、直径が実質的に０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）で長さが４．３１８ｍｍ（０．１７０インチ）である、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法において、前記穴は、前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間のガスの流れを実質的に制限する、方法。
【請求項１３】
ゲッターを制限するためのシステムにおいて、
ゲッターウェルに配置されたゲッター、及び
前記ゲッターウェルをキャビティから実質的に分離するディスクを組み合わせて含む、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記ゲッターはバリウム合金で形成されている、システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記ゲッターは非不活性ガスをキャビティから実質的に除去する、システム。
【請求項１６】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記ディスクはガラス製である、システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記ガラスはゼロデュールである、システム。
【請求項１８】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記ディスクは前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間のガス流を実質的に制限する、システム。
【請求項１９】
請求項１３に記載のシステムにおいて、シールが前記ディスクを前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間に実質的に保持する、システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記シールは、インジウムでできている、システム。
【請求項２１】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記スナップリングは前記ゲッターを前記ゲッターウェル内に保持する、システム。
【請求項２２】
ゲッターを制限するためのシステムにおいて、
ゲッターウェル内に配置された、スナップリングによって前記ゲッターウェル内に配置された、非不活性ガスをキャビティから実質的に除去するバリウム合金製ゲッター、及び
前記ゲッターウェルをキャビティから実質的に分離するゼロデュール製ディスクを組み合わせて含み、
前記ディスクは前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間のガス流を実質的に制限し、インジウムシールが前記ディスクを前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間に実質的に保持する、システム。
【請求項２３】
前記ゲッターを前記ゲッターウェルに挿入する工程、及びディスクを実質的に前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間に配置する工程を含む、ゲッターを制限するための方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記シールを実質的に前記ゲッターウェルと前記ディスクとの間に配置する工程を更に含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、前記シールはインジウム製である、方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の方法において、前記ディスクは、前記ゲッターウェルと前記キャビティとの間のガス流を実質的に制限する、方法。
【請求項２７】
ゲッターを制限するためのシステムにおいて、前記ゲッターを実質的に覆う拡散バリアを含み、この拡散バリアは前記ゲッターが非不活性ガスを吸収する速度を実質的に減少する、システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムにおいて、前記ゲッターはバリウム合金で形成されている、システム。
【請求項２９】
請求項２７に記載のシステムにおいて、前記ゲッターは非不活性ガスをキャビティから実質的に除去する、システム。
【請求項３０】
請求項２７に記載のシステムにおいて、前記拡散バリアはバリウムナイトライドでできている、システム。
【請求項３１】
ゲッターを制限するためのシステムにおいて、前記ゲッターを実質的に覆う拡散バリアを含み、前記ゲッターはバリウム合金で形成されており、前記ゲッターは非不活性ガスをキャビティから実質的に除去し、前記拡散バリアはバリウムナイトライドでできており、前記拡散バリアは前記ゲッターが非不活性ガスを吸収する速度を実質的に減少する、システム。
【請求項３２】
ゲッターを制限するための方法において、ゲッター材料上に拡散バリアを形成する工程を含む、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、前記拡散バリアは前記ゲッター材料とガスとの間の化学反応によって形成されている、方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法において、前記ガスは窒素である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、ゲッター(getters)に関し、更に詳細にはゲッターが不純物を消費する速度を制限する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲッター装置は、不純物を吸収する性能について周知である。これらの装置は、通常は、代表的にはバリウム、チタニウム、又はジルコニウムを含む多孔質焼結合金で形成されている。ゲッターの多孔質構造により、材料内の多孔質を通してガスを拡散できる。特定の種類のガスがゲッター本体の内部に吸収される。非不活性ガスがゲッター内に吸収されるが、不活性ガスは吸収されない。この品質のため、ゲッター装置はリングレーザージャイロスコープの用途で理想的である。これは、リングレーザージャイロスコープシステムが、通常は、レイジング（ｌａｓｉｎｇ）に不活性ガスを使用するためである。このことは、ネオンガス等の他のガス放電についてもいえる。
【０００３】
リングレーザージャイロスコープは、サグナック（Ｓａｇｎａｃ）効果による逆方向に回転する二本のレーザービーム間の周波数の相違を計測することによって角速度を計測する。これらの二つのレーザービームは、各ビームをキャビティに亘って反射する鏡により、ジャイロスコープの光学キャビティ内を同時に回転する。レーザービームは、理想的には、センサの休止時に同じ周波数を有する。しかしながら、センサが回転する場合、ビームは異なる周波数になる。この周波数の差を計測し、回転速度を提供する。
【０００４】
光学キャビティは、ジャイロスコープのブロックに取り付けられた電極間を通過する電流によって励起されるガスで充填されている。代表的な構成では、リングレーザージャイロスコープは二つのアノードを有し、一つのカソードがジャイロスコープブロックに取り付けられているが、他の用途は、数が異なるアノード及びカソードを使用する。電位が、レイジングガス内で分布の反転を発生するのに十分高くなったとき、レーザーが発生する。代表的なレイジングガスはヘリウム及びネオンの混合物であるが、アルゴン等の他のガスも使用できる。
【０００５】
リングレーザージャイロスコープのブロックは、レイジングガスの純度を維持するため、少なくとも一つのゲッターを含む。ゲッター材料は、リングレーザージャイロスコープが作動しているとき及び休止状態にある場合の両方で非不活性ガスを吸収する。非不活性ガスが光学キャビティから除去されない場合には、レイジングガスが劣化し、レーザーの効率を低下させる。レイジングガスの劣化は、更に、リングレーザージャイロスコープの作動寿命に影響を及ぼす。
【０００６】
ゲッターは、ジャイロスコープの寿命中に酸素を消費する。これは、酸素が非不活性ガスであるためである。この消費により、効果的に作動する上で酸素を必要とするジャイロスコープの他の構成要素で酸素が失われてしまう。これにより、光学的及び電気的性質が変化し、レーザーの性能を低下させてしまう。レイジングガスの純度に悪影響を及ぼすことなく、システム中に酸素を保存できれば、ジャイロスコープの全寿命を延ばすことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レイジングガス混合物の純度を維持しつつ、ゲッターが不純物を消費する速度を制限するのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ゲッターをゲッターウェルに配置する。ゲッターウェルは、内部にゲッターを収容する任意の包囲体である。ゲッターは、レイジングガスから非不活性ガスを実質的に除去する。ゲッターウェルへのアクセスを制限することにより、ゲッターへのガス流を制限する。一実施例では、ゲッターウェルには、光学キャビティとゲッターウェルとの間のガス流を制限する穴が設けられている。穴の寸法は、ゲッターへのアクセスを制限する。別の実施例では、ディスク又は他の障害物をゲッターウェルと光学キャビティとの間に配置することにより、ゲッターへのアクセスを制限できる。別の実施例では、拡散バリアをゲッター材料上に形成し、これによりゲッターが非不活性ガスを除去する速度を低下させる。
【０００９】
好ましい実施例を、同じ参照番号が同じエレメントに付してある添付図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、リングレーザージャイロスコープ１００の例示の実施例の平面図を示す。リングレーザージャイロスコープ１００は、ジャイロスコープブロック１０２、光学キャビティ１０４、少なくとも一つのカソード１０６、少なくとも一つのアノード１０８、少なくとも一つの鏡１１０、ゲッターウェル１１２、及び取り付け構造１１４を含む。
【００１１】
ゲッターウェル１１２は、ジャイロスコープブロック１０２内に光学キャビティ１０４と隣接して配置されていてもよい。ゲッターウェル１１２は、ゲッターを入れる任意の包囲体であってもよい。ゲッターウェル１１２は、ジャイロスコープブロック１０２の頂部を通してドリル加工し、ジャイロスコープブロック１０２の底部に達する前にドリル加工を停止することによって形成される。ゲッターウェル１１２は、ゲッターウェルが光学キャビティ１０４と接触しないようにジャイロスコープブロック１０２内にドリル加工されていてもよい。別の態様では、ゲッターウェル１１２は、ガス排出装置にガス排出キャビティへのアクセスで配置されていてもよい。
【００１２】
図２は、例示の実施例によるリングレーザージャイロスコープシステム１００の図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。ゲッターウェル１１２と光学キャビティ１０４との間にジャイロスコープブロック１０２を通して穴１１６をドリル加工できる。この穴１１６により、光学キャビティ１０４内のガスをゲッターウェル１１２に流入させることができる。例示の実施例における穴１１６の寸法は、直径が実質的に０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）で長さが４．３１８ｍｍ（０．１７０インチ）であってもよいが、この他の穴寸法を使用してもよい。穴寸法により、ゲッターウェル１１２と光学キャビティ１０４との間のガスの流速を制限できる。
【００１３】
図３は、ゲッターウェルシステム３００の例示の実施例の側面図である。ゲッターウェルシステム３００は、ゲッターウェル３０２、スナップリング３０４、及びゲッター３０６を含む。ゲッターウェル３０２は、リングレーザージャイロスコープ１００のゲッターウェル１１２と実質的に同じである。
【００１４】
ゲッターウェル３０２は、リングレーザージャイロスコープ１００の穴１１６と実質的に同様の穴３０８を含んでもよい。ゲッターウェル３０２は、更に、スナップリング３０４を含んでもよい。このスナップリング３０４は、ゲッター３０６をゲッターウェル３０２内の所定位置に保持できる。ばね等の変形例のゲッター保持機構を使用してもよい。
【００１５】
ゲッター３０６は、好ましくは、バリウム合金ゲッター材料で形成されている。チタニウム合金やジルコニウム合金等の他のゲッター材料を使用することもできる。ゲッター材料は多孔質であってもよく、その場合、ガスは材料の孔を通って容易に拡散する。不活性ガスは材料を通過できるが、酸素等の非不活性ガスはゲッター３０６の内部分に吸収されてしまう。リングレーザージャイロスコープシステム１００（図１参照）で使用されたレイジングガスは、単一の不活性ガスであってもよいし、不活性ガスの組み合わせであってもよい。ゲッター３０６は、レイジングガスから不純物（非不活性ガス）を除去するのに使用される。ゲッター３０６は、リング状に形成できるが、その他の形状を使用してもよい。
【００１６】
リングレーザージャイロスコープ１００は、休止期間及び作動期間の両方を有する。休止期間中、非不活性ガスががゆっくりと漏れてジャイロスコープブロック１０２に進入する。穴３０８は、ゲッターウェル３０２と光学キャビティ１０４との間のガス流の流速を制限するが、ゲッター３０６はジャイロスコープブロック１０２に進入するほぼ全ての不純物を吸収し続ける。流量を制限することによって、ゲッター３０６の容量が低下しないようにする。しかしながら、ゲッター３０６が不純物を吸収するのに要する時間が長くなる。
【００１７】
リングレーザージャイロスコープ１００の作動中、少なくとも一つのカソード１０６が、更に、レイジングガスの精製器としても作用する。少なくとも一つのカソード１０６とゲッター３０６の組み合わせにより、リングレーザージャイロスコープ１００の作動中にレイジングガスから不純物を実質的に除去する。従って、例示の実施例では、リングレーザージャイロスコープ１００の休止期間中及び作動期間中の両方でレイジングガスの純度を維持できる。
【００１８】
例示の実施例によれば、ゲッター３０６を制限することにより、リングレーザージャイロスコープシステム１００の寿命を２倍乃至３倍に延ばすことができる。例えば、１５年の作動寿命を持つように設計されたリングレーザージャイロスコープシステムの期待寿命を３０年に延ばすことができる。このように作動寿命を延ばすことにより、リングレーザージャイロスコープシステム内の構成要素で利用できる酸素の量の増大できる。
【００１９】
酸素は非不活性ガスであり、そのためゲッター３０６に吸収される。しかしながら、少なくとも一つのカソード１０６等のリングレーザージャイロスコープシステム１００の幾つかの構成要素は、効果的に作動するために酸素を必要とする。例えば、ジャイロスコープブロック１０２内の酸素が消耗すると、少なくとも一つのカソード１０６のベリリウム酸化物層が薄くなり、スパッタしてしまう。これにより、リングレーザージャイロスコープシステム１００は、ネオン（又は他のレイジングガス）を比較的高い速度で消費し、最終的にはリングレーザージャイロスコープシステム１００を故障させてしまう。
【００２０】
リングレーザージャイロスコープシステム１００の他の構成要素もまた、ゲッター３０６を制限することによる利点を得ることができる。例えば、特定の種類の鏡もまた、リングレーザージャイロスコープシステム１００での作動を可能にするため、酸素を必要とする。
【００２１】
図４は、リングレーザージャイロスコープシステム４００の例示の実施例を示す。リングレーザージャイロスコープシステム４００は、ジャイロスコープブロック４０２、光学キャビティ４０４、ゲッターウェル４０６、ゲッター４０８、ディスク４１０を含む。リングレーザージャイロスコープシステム４００はリングレーザージャイロスコープシステム１００と同様であるが、ゲッターウェル４０６が光学キャビティ４０４内に配置されている。この実施例は、ジャイロスコープブロック４０２の頂部を通してゲッターウェルをドリル加工する必要をなくすことができる。変形例では、ゲッターウェル４０６をガス排出キャビティに配置できる。
【００２２】
ゲッターウェル４０６を光学キャビティ４０４の残りから実質的に分離するため、ディスク４１０を光学キャビティ４０４内に配置できる。ディスク４１０は、透過性ガラス材料で形成されていてもよく、これによりディスク４１０を通してゲッターウェルにガスを入れることができる。しかしながら、ゲッターウェルに流入し、流出するガスの流量を制限できる。ディスク４１０は円形であってもよい。しかしながら、ディスク４１０はこの形状に限定されない。ディスク４１０はゲッターウェル４０６を実質的に覆う、正方形等の任意の形状であってもよい。
【００２３】
ディスク４１０は、ジャイロスコープブロック４０２の形成に使用されたのと同じ種類のガラス材料から形成できる。例示の実施例では、ディスク４１０及びジャイロスコープブロック４０２に使用される材料はゼロデュール（ｚｅｒｏｄｕｒ）である。ゼロデュールは、熱膨張率が極めて低いガラスセラミック材料である。ガス透過性の他の材料もまた適している。ディスク４１０及びジャイロスコープブロック４０２の両方に同じ材料を選択することによって、これらの構成要素の熱膨張を同じにでき、これにより熱膨張及び収縮の問題点を小さくする。
【００２４】
ディスク４１０はシールで所定位置に保持できる。例示の実施例では、シールは、インジウムで形成されている。インジウムは、セラミックス及び金属の両方に付着し、熱膨張が存在する場合に真空シールを失わないというその独特の性質のため、多くの場合にシール材料として選択される。錫、鉛、又はインジウム、錫、又は鉛を含む合金もまた、シールの形成に使用できる。ディスク４１０を所定位置に保持する他の方法を使用できる。例えば、スナップリングを使用してディスク４１０を所定位置に保持できる。
【００２５】
別の例示の実施例では、ゲッター４０８の作動時間を制限できる。リングレーザージャイロスコープシステム４００の作動期間中にゲッターウェル４０６を閉鎖することによって、その期間中にゲッター４０８を光学キャビティ４０４から遮断できる。ゲッター４０８は、リングレーザージャイロスコープシステム４００の休止期間中にレイジングガスから不純物を除去するように制限できる。
【００２６】
リングレーザージャイロスコープシステム４００の作動中、ゲッターウェル４０６の閉鎖を、マイクロ電子−機械システム（ＭＥＭＳ）バルブによって、又は回転ディスクのオフセット穴によって行うことができる。リングレーザージャイロスコープシステム４００が作動しているとき、力を加えてバルブ又はディスクを閉鎖でき、これによってゲッターウェル４０６を光学キャビティ４０４から遮断できる。リングレーザージャイロスコープシステム４００の作動期間中にゲッターウェル４０６を閉鎖するのに他の方法を使用することもできる。リングレーザージャイロスコープシステム４００が休止期間中にある場合、バルブ又はオフセット穴を開放し、光学キャビティ４０４内のガスをゲッターウェル４０６に進入させることができる。更に、ゲッターウェル４０６への中間アクセスを可能にするようにゲッターウェル４０６へのアクセスを制御できる。
【００２７】
別の例示の実施例では、ゲッターウェル４０６に進入するガスの量の制限及びゲッター４０８の作動時間の制限の組み合わせを使用してゲッター４０８を制限できる。
【００２８】
図５は、バリアシステム５００の側面図である。例示の実施例では、ゲッターは、ゲッター材料５０４上に拡散バリア５０２を形成することによって制限できる。ゲッター材料５０４は、基材５０６上に配置できる。拡散バリア５０２は、ゲッター材料５０４とガスとの間の化学反応によって形成されてもよい。例えば、ゲッター材料がバリウムで形成されている場合、窒素を使用してバリウムナイトライド製の拡散バリア５０２を形成できる。この拡散バリア５０２は、ゲッターの容量を低下させることなく、ゲッターが非不活性ガスを吸収する速度を低下できる。拡散バリア５０２の使用は、リングレーザージャイロスコープシステム１００（図１参照）の穴１１６又はリングレーザージャイロスコープシステム４００（図４参照）のディスク４１０と関連して使用できる。しかしながら、拡散バリア５０２は、ゲッターウェルが制限されていない用途でも使用できる。
【００２９】
本発明の所期の範囲から逸脱することなく、例示の実施例を変更できる。本明細書中に説明したリングレーザージャイロスコープを使用する用途以外のゲッターの用途でこれらの方法をを使用することは本発明の範疇に含まれる。例えば、これらの方法は、任意のガス排出速度で使用するために適合できる。特許請求の範囲は、何らかの特記がなされていない限り、上文中に説明した順序又はエレメントに限定されると読まれるべきではない。従って、特許請求の範囲及びその等価物の範囲及び精神の範疇の全ての実施例が、本発明として特許請求される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】例示の実施例によるリングレーザージャイロスコープシステムの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った例示の実施例によるリングレーザージャイロスコープシステムの断面図である。
【図３】例示の実施例によるゲッターウェルシステムの側面図である。
【図４】例示の実施例によるリングレーザージャイロスコープシステムの平面図である。
【図５】例示の実施例による拡散バリアシステムの側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  リングレーザージャイロスコープ
１０２  ジャイロスコープブロック
１０４  光学キャビティ
１０６  カソード
１０８  アノード
１１０  鏡
１１２  ゲッターウェル
１１４  取り付け構造
【図１】
2005512102.tif 000003
【図２】
2005512102.tif 000004
【図３】
2005512102.tif 000005
【図４】
2005512102.tif 000006
【図５】
2005512102.tif 000007
【国際調査報告】
2005512102.tif 000008
2005512102.tif 000009
2005512102.tif 000010