(57)【要約】      （修正有）【課題】プラグに着火剤を塗着する際に着火剤の流れ性を向上させて気泡の抱き込みを抑制し、且つ気泡が抜け易い形状を有し、さらに火花放電をその発生位置を規制して集中的に発生させることができる、熱電池の点火栓を提供する。【解決手段】点火装置に接続される一対のリード片部２０を所定の配置で固定する保持体２２と、各リード片部２０における保持体２２の近傍箇所から互いに近接する方向に突設されて、各々の先端間に火花放電発生用ギャップが所定間隔で形成されている一対の点火端子部２１と、一対の点火端子部２１を被覆する状態で一対の点火端子部２１および保持体２２に塗着された着火剤２４とを備える。一対の点火端子部２１の互いに相対向する先端部が、保持体２２側に形成された傾斜部２１ａによって鋭利な先鋭形状に形成されている。【選択図】 図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共に複数の素電池と発熱剤とを交互に積層した積層発電体と、前記発熱剤に着火するための導火シートと、起動用の高電圧を発生する点火装置とを少なくとも備えた熱電池に用いられる点火栓であって、
前記点火装置に接続される一対のリード片部を所定の配置で固定する保持体と、
前記各リード片部における前記保持体の近傍箇所から互いに近接する方向に突設されて、各々の先端間に火花放電発生用ギャップが所定間隔で形成されている一対の点火端子部と、
前記一対の点火端子部を被覆する状態で前記一対の点火端子部および前記保持体に塗着された着火剤とを備え、
前記一対の点火端子部の互いに相対向する先端部が、前記保持体側に形成された傾斜部によって鋭利な先鋭形状に形成されていることを特徴とする熱電池の点火栓。
【請求項２】
点火端子部の先端の傾斜部が、傾斜角度を１５°〜７０°の範囲内に設定して形成されている請求項１に記載の熱電池の点火栓。
【請求項３】
保持体から点火端子部の対向面までのギャップ高さが０．１mm〜０．６mmの範囲内に設定されている請求項１または２に記載の熱電池の点火栓。
【請求項４】
一対の点火端子部の相対向する先端間であるギャップ間距離が０．１mm〜０．８mmの範囲内に設定されている請求項１ないし３の何れかに記載の熱電池の点火栓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から高電圧が印加されたときに発火することにより、熱電池を活性化して起動させる点火栓に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電池は、ペレット状の固体に一体成形されて電池としての機能を有する素電池を発熱剤と交互に積層して積層発電体が構成され、この積層発電体が電気絶縁状態で外装ケースに内装されていることにより、常温において不活性であるために、正負両電極リードから電圧および電流の何れをも取り出すことができないが、600 ℃〜700 ℃程度の高温に加熱することによって活性化されて正負両電極リードから電力を取り出せるものである。したがって、熱電池は、長期保存できる貯蔵型電池の一種であり、５〜１０年の長期間にわたり貯蔵した後も製造直後と特性上何ら変わることなく使用できる極めて良好な貯蔵寿命を有している。また、熱電池は、高温で作動させるのに伴い電極反応が進み易いことから、高出力特性を有するので、主として、ミサイルや誘導機器といった各種防衛機器の電源や緊急用電源としての用途に採用されている。
【０００３】
上記熱電池は、活性化させて起動するための構成として、圧電素子を備えた圧電点火装置と、その圧電素子からの高電圧が一対の点火端子部間に印加させたときに火花放電の発生による発火で着火剤を着火させる点火栓と、着火した着火剤により点火された燃焼を発熱剤に伝播する着火パッドおよび導火シートを備えている。
【０００４】
上記点火栓としては、図５に示すように、ガラス製保持体４０に固定された一対の点火端子部４１Ａ，４１Ｂのうちの一方の点火端子部４１Ａを、２点鎖線位置から実線位置に向け直角に折り曲げることにより、両点火端子部４１Ａ，４１Ｂの各先端間に火花放電を発生させるためのギャップを形成し、この両点火端子部４１Ａ，４１Ｂを被覆する状態に着火剤４２が塗着され、且つその着火剤４２の全表面がコーティング樹脂４３で被覆された構成となったものが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、従来の他の点火栓としては、図６（ａ）に示すように、２本の平行するリード片部４５の両端が連結部４６でそれぞれ互いに連結され、各リード片部４５の相対向する所定位置から点火端子部４７が互いに近接する方向に突設されてなる枠状のリード片部材４４を、打ち抜き加工を経て形成し、このリード片部材４４における一対の点火端子部４７の近傍箇所に溶融ガラスを成形して保持体４８を形成したのち、両リード片部４５における１点鎖線で示す両側の切断位置でそれぞれ切断することによりプラグ４９を製作し、図６（ｂ）に示すように、上記プラグ４９に一対の点火端子部４７を被覆する状態に着火剤５０を塗着したものも存在する（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−１３５７８２号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５の点火栓では、一対の点火端子部４１Ａ，４１Ｂの先端間に設ける火花放電発生用ギャップを所定距離に高精度に形成することができず、さらに、点火端子部４１Ａ，４１Ｂの先端部も、切断工具で切断することから所要形状とすることができず、これらにより、火花放電による着火剤４２への着火性にばらつきが生じて、着火信頼性が低い欠点がある。このような欠点が生じるのは、一対のリード端子４１Ｃ，４１Ｄの相対位置を保持体４０の形成により固定したのち、一対のリード端子４１Ｃ，４１Ｄにおける保持体４０からの突出部分である一対の点火端子部４１Ａ，４１Ｂを所定長さに切断し、且つ一方の点火端子部４１Ａを折り曲げているので、保持体４０と一対の点火端子部４１Ａ，４１Ｂとの相対位置にばらつきが生じ易く、また、一方の点火端子部４１Ａを保持体４０からの突出長を基準に所定長さに切断したのちに折り曲げているので、要求通りの寸法精度が得られ難いためである。
【０００７】
一方、図６の点火栓は、図５の点火栓が有する問題の解消を目的として提案されたものであり、打ち抜き加工により一体物として得られた枠形状のリード片部材４４に形成されている一対の点火端子部４７は、その形状や先端間のギャップ距離がばらつきなく常に所定値を有するように形成され、このリード片部材４４の一対の点火端子部４７の近傍箇所に、ガラスを溶融シールドする工法により保持体４８を形成することにより、一対の点火端子部４７の相対位置を保持体４８で固定したのちにリード片部材４４の所定箇所を切断している。したがって、この点火栓は、一対の点火端子部４７の先端間に設ける火花放電発生用ギャップを常にばらつきなく所定距離に高精度に形成することができ、さらに、点火端子部４７の形状もばらつきなく所要形状に形成することができるから、高い歩留りで、且つ高精度に製作することができる。
【０００８】
ところが、この点火栓にも解消すべき問題が未だ残存している。すなわち、リード片部材４４は、平板状の材料を打ち抜き加工して形成されるので、図５の点火栓のような針金状の点火端子部４１Ａ，４１Ｂを用いる場合とは異なり、所要の強度を得るために或る程度以上の幅を有する片形状とする必要がある。それに伴い、一対の点火端子部４７の相対向する各先端は矩形平面状の端面形状に形成されて、一対の点火端子部４７の各先端間に設けられる火花放電発生用ギャップは断面積の大きなものとなる。これは、両点火端子部４７の先端間のギャップでの火花放電の発生箇所を特定して規制することができないことを意味し、火花放電が集中的に発生しないことから、火花発生を安定化させることができず、着火剤５０への着火特性が悪い。
【０００９】
さらに、上記点火栓は、一対の点火端子部４７が保持体４８に固定されてなるプラグ４９に対し、着火剤５０を一対の点火端子部４７および保持体４８に塗着手段または成形手段により被覆する状態に取り付ける製造工程において、上述のように一対の点火端子部４７の相対向する各先端が矩形平面状の端面形状に形成されて、一対の点火端子部４７の各先端間に設けられる火花放電発生用ギャップ部が断面積の大きなものになっているために、着火剤５０が両点火端子部４７と保持体４８とで囲まれる空間内に入り込み難いとともに、着火剤５０に混入した空気が閉じ込められて着火剤５０内に気泡が発生し易い。
【００１０】
このように気泡が着火剤５０内に発生した熱電池では、起動用の高電圧が両点火端子部４７間に印加されたときに、その高電圧エネルギが着火剤５０内の気泡部分でリークを起こして、両点火端子部４７の各先端間のギャップに、着火剤５０を確実に着火させることのできる火花放電が安定に発生しないために、熱電池を活性化して起動させることができない事態が発生することがあり、着火特性の信頼性が低い。熱電池は、上述したように主として防衛機器に使用されることから、高い信頼性を要求されるデバイスであり、着火特性の信頼性の向上を図らないと、実用化できない。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、プラグに着火剤を塗着する際に着火剤の流れ性を向上させて気泡の抱き込みを抑制し、且つ気泡が抜け易い形状を有し、さらに火花放電をその発生位置を規制して集中的に発生させることができる、熱電池の点火栓を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、共に複数の素電池と発熱剤とを交互に積層した積層発電体と、前記発熱剤に着火するための導火シートと、起動用の高電圧を発生する点火装置とを少なくとも備えた熱電池に用いられる点火栓であって、前記点火装置に接続される一対のリード片部を所定の配置で固定する保持体と、前記各リード片部における前記保持体の近傍箇所から互いに近接する方向に突設されて、各々の先端間に火花放電発生用ギャップが所定間隔で形成されている一対の点火端子部と、前記一対の点火端子部を被覆する状態で前記一対の点火端子部および前記保持体に塗着された着火剤とを備え、前記一対の点火端子部の互いに相対向する先端部が、前記保持体側に形成された傾斜部によって鋭利な先鋭形状に形成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項２に係る発明の熱電池の点火栓は、請求項１の発明における点火端子部の先端の傾斜部が、傾斜角度を１５°〜７０°の範囲内に設定して形成されている。
【００１４】
請求項３に係る発明の熱電池の点火栓は、請求項１または２の発明における保持体から点火端子部の対向面までのギャップ高さが０．１mm〜０．６mmの範囲内に設定されている。
【００１５】
請求項４に係る発明の熱電池の点火栓は、請求項１ないし３の何れかの発明において、一対の点火端子部の相対向する先端間であるギャップ間距離が０．１mm〜０．８mmの範囲内に設定されている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、一対の点火端子部への着火剤の塗着工程において、一対の点火端子部の先端部が保持体側に設けられた傾斜部によって先端部が鋭利な先鋭形状となっているので、着火剤が傾斜部にガイドされながら流れることによって着火剤の流れ性が向上するため、着火剤が、一対の点火端子部と保持体とで囲まれる空間内に円滑に入り込み、それに伴って気泡の抱き込みが抑制されるとともに、気泡が混入しても、この気泡が傾斜部にガイドされながら抜け易くなる。そのため、上記塗着工程を経て得られた点火栓は、着火剤内に気泡が殆ど存在しないものとなるから、点火装置から起動用の高電圧が両点火端子部間に印加されたときに、その高電圧エネルギが気泡部分でリークされるといったことが生じないので、両点火端子部の各先端間のギャップに火花放電を確実に発生させることができ、しかも、その火花放電は、両点火端子部の先鋭形状の先端間に発生位置が規制されて、集中発生するから、着火剤を確実に発火させるものとなる。したがって、この点火栓を備えた熱電池は、着火剤への着火特性の信頼性が極めて高いものとなる。
【００１７】
請求項２の発明では、傾斜角度を１５°以下に設定した場合に、点火端子部の先端部分の強度が不足して加工中に点火端子部に折れ等の不具合が発生し、一方、傾斜角度を７０°以上に設定した場合に、着火剤に良好な流れ性を得ることができなくなって、塗着済みの着火剤中に気泡が発生するのを抑制する効果が低くなる。したがって、傾斜角度を１５°〜７０°の範囲内に設定したことにより、一対の点火端子部の先端部に、着火剤の流れ性を向上させることのできる傾斜面を有する先鋭形状を十分な強度を確保して形成することができる。
【００１８】
請求項３の発明では、ギャップ高さを０．１mm以上に設定したことにより、一対の点火端子部と保持体とで囲まれる空間が比較的広くなって、この空間に着火剤が円滑に入り込むのに伴って気泡が発生し難く、点火装置から印加される高電圧が気泡でリークされるといったことが生じなく、また、ギャップ高さを０．６mm以下に設定したことにより、着火剤を一対の点火端子部の先端間であるギャップ部分を含む保持体の近接箇所に確実に塗着できる。
【００１９】
請求項４の発明では、一対の点火端子部の相対向する先鋭な先端間であるギャップ間距離を０．１mm〜０．８mmの範囲内に設定したので、点火装置から印加される起動用高電圧の大小に拘らず、ギャップの絶縁を容易に破壊して確実に火花放電を発生させることができる。すなわち、ギャップ間距離を０．１mm以上に設定したことにより、着火剤に混入した気泡の抜けが良くなり、０．８mm以下に設定したことにより、点火装置から印加される着火電圧を高く設定しなくても確実に火花放電を発生させることができ、着火剤への着火性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る点火栓を備えた熱電池の内部構造を破断して示した斜視図であり、図２はその熱電池の縦断面図である。この熱電池は、主要構成要素として、負極層と電解質層と正極層とをペレット状に一体形成されてなる複数の素電池１と、この素電池１を加熱して活性化させる複数の発熱剤２とを備えるとともに、この各素電池１と各発熱剤２とが交互に積み重ねられて、積層発電体３が構成されている。上記素電池１は、例えば、負極層がリチウムやカルシウムなどから構成され、電解質層が塩化リチウム−塩化カリウム共融混合塩を電解質に用いて構成され、正極層が二硫化鉄やクロム酸カルシウムを主成分として構成されている。また、上記発熱剤２は、金属粉末と酸化剤、例えば鉄粉と過塩素酸カリウムを混合して構成されている。
【００２１】
上記各発熱剤２は、積層発電体３の外面に沿って配設された導火シート４にそれぞれ接続されており、この導火シート４は、着火パッド７を通じて点火栓８に接続されている。点火栓８は、図２に示すように、一対のリード線９を介して圧電点火装置１０に接続されており、この圧電点火装置１０は圧電素子１１を具備したものである。また、上記積層発電体３は、セラミックファイバーの断熱体１２で覆われた状態で外装ケース１３内に収納されている。この外装ケース１３の開口部は蓋部材１４で封口されており、この蓋部材１４には、積層発電体３の正極リード１７および負極リード１８がハーメチックシール部１９を介して貫通状態に取り付けられている。なお、上記一対のリード線９もハーメチックシール部１９を介して蓋部材１４に貫通状態に取り付けられている。
【００２２】
上記熱電池は以下のように作動する。すなわち、圧電点火装置１０の圧電素子１１に衝撃などを加えると、それにより圧電素子１１に発生する高電圧がリード線９を通じて点火栓８に印加され、点火栓８に火花放電が発生し、この点火栓８の発火が着火パッド７を経由して導火シート４に着火し、その導火シート４の燃焼が積層発電体３の各発熱剤２へと伝播し、各発熱剤２が燃焼することにより素電池１が活性化されて、正極リード１７および負極リード１８間に電力が出力される。
【００２３】
図３は、上記熱電池に用いられている点火栓８を示す一部破断した拡大図である。この点火栓８は、一対のリード線９を通じて圧電点火装置１０にそれぞれ接続される一対のリード片部２０と、この各リード片部２０の各々の先端近傍箇所から互いに近接方向に向け一体に突設された一対の点火端子部２１と、一対のリード片部２０における点火端子部２１の近傍箇所を固定状態に保持するガラス製保持体２２とにより、プラグ２３が構成され、このプラグ２３に、点火端子部２１を被覆する状態に着火剤２４を塗着して構成されている。この点火栓８は、一対の点火端子部２１の互いに相対向する先端部が、保持体２２側に傾斜部２１ａが形成されていることによって鋭利な先鋭形状に形成されていることを特長の一つとしており、これの詳細については後述する。
【００２４】
上記点火栓８の主構成要素であるプラグ２３は、図６で説明した従来の点火栓の製造工程を採用して製作されたものであり、形成材料の打ち抜き加工により得られた一対の点火端子部２１の相対位置が保持体２２で固定されている。そのため、このプラグ２３は、一対の点火端子部２１の先端間に設ける火花放電発生用ギャップを常にばらつきなく所定距離に高精度に形成することができ、さらに、点火端子部２１の形状もばらつきなく所要形状に形成することができるから、高い歩留りで、且つ高精度に製作することができる。
【００２５】
このプラグ２３に、一対の点火端子部２１を被覆する状態に着火剤２４を塗着することにより、上記点火栓８が製作される。着火剤２４には、金属ジルコニウム粉末（３５％）とクロム酸バリウム（６５％を）とを混合して純水に分散させた混合液を用い、この混合液にプラグ２３における一対の点火端子部２１を浸すことにより、一対の点火端子部２１に混合液からなる着火剤２４を被覆する状態に塗布させて、この着火剤２４を乾燥させれば、プラグ２３に着火剤２４が塗着されてなる点火栓８が出来上がる。
【００２６】
このプラグ２３に着火剤２４を塗着する工程では、図６の従来の一対の点火端子部４７の相対向する各先端が矩形平面状の端面形状に形成されているのとは異なり、プラグ２３の一対の点火端子部２１が、先端部における保持体２２側に設けられた傾斜部２１ａによって先端部が鋭利な先鋭形状となっているので、着火剤２４が傾斜部２１ａにガイドされながら流れることによって着火剤２４の流れ性が向上する。そのため、着火剤２４は、一対の点火端子部２１と保持体２２とで囲まれる空間内に円滑に入り込み、それに伴って気泡の抱き込みが抑制されるとともに、気泡が混入しても、この気泡が傾斜部２１ａにガイドされながら抜け易くなる。
【００２７】
したがって、上記製造工程を経て得られた点火栓８は、着火剤２４内に気泡が殆ど存在しないものとなるから、圧電点火装置１０から起動用の高電圧が両点火端子部２１間に印加されたときに、その高電圧エネルギが気泡部分でリークされるといったことが生じないので、両点火端子部２１の各先端間のギャップに火花放電を確実に発生させることができる。しかも、その火花放電は、両点火端子部２１の先鋭形状の先端間に発生位置が規制されて、集中発生するから、着火剤２４を確実に発火させるものとなる。そのため、この点火栓８を備えた熱電池は、着火剤２４への着火特性の信頼性が極めて高いものとなる。
【００２８】
さらに、上記点火栓８は、種々の実験を繰り返して、着火特性が一層向上する形状を特定したので、その詳細について、図４を参照しながら説明する。点火端子部２１の先端の傾斜部２１ａは、傾斜角度θを１５°〜７０°の範囲内に設定して形成するのが好ましい。これは、傾斜角度θを５°以下に設定すると、打ち抜き加工時に点火端子部２１の先端形状が歪んで製造自体が不能であり、傾斜角度θを１５°以下に設定した場合に、点火端子部２１の先端部分の強度が不足して加工中に点火端子部２１に折れ等の不具合が発生する。一方、傾斜角度θを７０°以上に設定した場合には、着火剤２４に良好な流れ性を得ることができなくなって、塗着済みの着火剤２４中に気泡が発生するのを抑制する効果が低くなる。なお、点火端子部２１の傾斜部２１ａは、この実施の形態において仰角の傾斜角度θに形成されているが、俯角の傾斜角度θに形成されることもある。
【００２９】
また、両点火端子部２１の相対向する先鋭な先端間であるギャップ間の距離Ｇを０．１mm〜０．８mmの範囲内に設定すれば、圧電点火装置１０から印加される起動用高電圧の大小に拘らず、ギャップの絶縁を容易に破壊して確実に火花放電を発生させることができることが判明した。これは、ギャップ間距離Ｇを０．１mm以下に設定すると、着火剤２４に混入した気泡の抜けが悪くなり、０．８mm以上に設定すると、火花放電を発生させるために圧電点火装置１０から両点火端子部２１間に印加する着火電圧を高く設定しなければならず、着火剤２４への着火性が悪くなるからである。
【００３０】
さらに、保持体２２から点火端子部２１の対向面までのギャップ高さＨは、０．１mm〜０．６mmの範囲内に設定するのが好ましい。これは、ギャップ高さＨを０．１mm以下に設定すると、一対の点火端子部２１と保持体２２とで囲まれる空間が狭いために、この空間に着火剤２４が円滑に入らないのに伴って気泡が発生し易く、圧電点火装置１０から印加される高電圧が気泡がリークされて火花放電が十分に発生しない不具合が生じる。逆に、ギャップ高さＨを０．６mm以上に設定すると、着火剤２４が一対の点火端子部２１の先端間であるギャップ部分にしか塗着されず、保持体２２の近接箇所に着火剤２４が殆ど塗着しないので、やはり高電圧がリークされて着火剤２４が着火され難くなる。なお、点火栓８のリード片部２０の対向面間距離Ｗは２．０mm程度に設定するのが好ましい。
【００３１】
上述した条件を満たす種々の点火栓８を所要個数製作して、これら点火栓８における一対のリード片部２０間に、高電圧発生装置から１０ＫＶに設定した高電圧を印加して、着火剤２４の着火または不着火の判別を行った。この試験は、大気中で常温および常圧下で行った。その結果、試験した全ての点火栓８が安定に着火したことを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明の熱電池の点火栓は、一対の点火端子部の互いに相対向する先端部を、保持体側に形成した傾斜部によって鋭利な先鋭形状に形成したことにより、着火剤内に気泡が殆ど存在しないものとなり、点火装置から起動用の高電圧が両点火端子部間に印加されたときに、その高電圧エネルギが気泡部分でリークされるといったことが生じないので、両点火端子部の各先端間のギャップに火花放電を確実に発生させることができ、しかも、その火花放電は、両点火端子部の先鋭形状の先端間に発生位置が規制されて、集中発生するから、着火剤を確実に発火させるものとなり、着火剤への着火特性の信頼性が極めて高い熱電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る点火栓を備えた熱電池の内部を破断して示した斜視図。
【図２】同上の熱電池の縦断面図。
【図３】同上の点火栓を一部破断して示した拡大図。
【図４】同上の点火栓の説明図。
【図５】従来の熱電池の点火栓を示す断面図。
【図６】（ａ）は従来の他の熱電池の点火栓の製造過程を示す断面図、（ｂ）は完成後の点火栓を示す断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  素電池
２  発熱剤
３  積層発電体
４  導火シート
８  点火栓
１０  点火装置
２０  リード片部
２１  点火端子部
２１ａ  傾斜部
２２  保持体
２４  着火剤
θ  傾斜角度
Ｈ  ギャップ高さ
Ｇ  ギャップ間距離
【図１】
2007026864.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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