JP2006098404A - Viewing structure for optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室壁の孔に装着されたケーシングを備えた光学装置用覗き構造であって、前記ケーシングの燃焼室側に入射・出射光学素子が備えられるとともに前記入射・出射光学素子とは反対側に自動調芯位置決め座が設けられ、前記自動調芯位置決め座に相互対応するように形成された光学装置の終端部分に前記自動調芯位置決め座が接続するものに関する。 The present invention is a peeping structure for an optical device comprising a casing mounted in a hole in a combustion chamber wall, wherein an incident / exit optical element is provided on the combustion chamber side of the casing and the incident / exit optical element is The present invention relates to an apparatus in which an automatic alignment positioning seat is provided on the opposite side, and the automatic alignment positioning seat is connected to a terminal portion of an optical device formed to correspond to the automatic alignment positioning seat.
内燃機関の燃焼室に光学的なアクセスを確立するための覗き構造については、例えば、燃焼過程の時間的および局地的な経過について研究するために前述のようなオプトエレクトロニクス測定装置用覗き構造が利用されているエンジン開発の分野で知られている。例えば、球形レンズという形態の光学的覗き構造が知られており(例えば、特許文献1参照)、この覗き構造では、レンズおよび光ファイバは相互に間隔をあけて金属製ホルダの孔に配置されており、孔の開口部の大きさ、光ファイバの直径、光ファイバと球形レンズとの間の距離は、この装置の画像形成特性を決定づける。入射窓(球形レンズ)は光学装置(光ファイバ)と不変に接続しているため、あるシリンダヘッドガスケットに配置するのに適したシステムを他にも多様に適用することができない。 For a peeping structure for establishing optical access to the combustion chamber of an internal combustion engine, for example, a peeping structure for an optoelectronic measuring device as described above is used to study the temporal and local progress of the combustion process. Known in the field of engine development in use. For example, an optical peeping structure in the form of a spherical lens is known (for example, see Patent Document 1). In this peeping structure, the lens and the optical fiber are arranged in a hole of a metal holder with a space between each other. The size of the hole opening, the diameter of the optical fiber, and the distance between the optical fiber and the spherical lens determine the imaging characteristics of the device. Since the entrance window (spherical lens) is permanently connected to the optical device (optical fiber), various other systems that are suitable for being arranged in a certain cylinder head gasket cannot be applied.
石英またはサファイアによって作られた平凸の棒状レンズによって入射光学系が実現され、その凸面側が燃焼室に向けられ、その平面側が同時にレンズの焦点面になっている別な光学装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。ここでも、平面側は光ファイバあるいは光ファイバの束に対する接触面として使用されるため、組み立てる際には棒状レンズまで光ファイバを引っ張り込むことができる。棒状レンズおよび光ファイバは共通のセンサカバー内に収められ、接着剤、好ましくはエポキシ系接着剤またはガラスセラミクスによって相互に接合される。これを、例えばレーザー発火装置といった別の光学装置用覗き構造に適用する場合、コスト高となる適合・調整工程が必須となる。 Another optical device is also known in which the incident optical system is realized by a plano-convex rod-shaped lens made of quartz or sapphire, the convex side of which is directed to the combustion chamber, and the plane side is simultaneously the focal plane of the lens. (For example, refer to Patent Document 2). Again, since the plane side is used as a contact surface for the optical fiber or bundle of optical fibers, the optical fiber can be pulled up to the rod-shaped lens during assembly. The rod lens and the optical fiber are housed in a common sensor cover and bonded together by an adhesive, preferably an epoxy adhesive or glass ceramic. When this is applied to a peep structure for another optical device such as a laser ignition device, for example, a fitting / adjusting step that increases the cost is essential.
内燃機関の燃焼室にレーザー光線を入射するためのテスト作業を行なう際に使用する覗き構造が知られている(例えば、非特許文献1参照)。この覗き構造は実質的に円筒状のケーシングを有し、そのケーシングの燃焼室側の終端には入射光学素子が配置されている。この覗き構造は、定置式ガス−内燃機関の点火プラグ孔にねじ込まれるアダプタに装着する形態である。覗き構造はアダプタに対して封止肩部で密封し、燃焼室と反対側にはレーザー光の入射開口部を有する。入射光学素子は燃焼室の内壁から24mm離れているために、光学素子の焦点距離が30mmである場合に点火点は燃焼室のおよそ6mmほど内側に配置される。短所となるのは、レーザー点火装置の部分において損傷する量が大きいことである。 A peeping structure used when performing a test operation for making a laser beam incident on a combustion chamber of an internal combustion engine is known (for example, see Non-Patent Document 1). This peeping structure has a substantially cylindrical casing, and an incident optical element is disposed at the end of the casing on the combustion chamber side. This peeping structure is configured to be attached to an adapter screwed into a spark plug hole of a stationary gas-internal combustion engine. The peeping structure is sealed with a sealing shoulder with respect to the adapter, and has an incident opening for laser light on the side opposite to the combustion chamber. Since the incident optical element is 24 mm away from the inner wall of the combustion chamber, when the focal length of the optical element is 30 mm, the ignition point is disposed approximately 6 mm inside the combustion chamber. The disadvantage is that the amount of damage in the laser igniter part is large.
長さ全体にわたって延びている石英ガラスによって作られた導光ロッド(光ファイバロッド)を有し、燃焼室壁に装着することが可能な覗き構造も知られている(例えば、特許文献3参照)。この覗き構造では燃焼室とは反対側のところに光学装置を装着することが可能であり、その際覗き構造の突出部と覗き構造に設けられるシールリングとの間で光学装置のフランジは位置決め座を作り出している。この覗き構造に使用することができる光学装置は、覗き構造の導光ロッドを介して導かれる光を光検出器に集束させるレンズを備えている。 A peeping structure having a light guiding rod (optical fiber rod) made of quartz glass extending over the entire length and capable of being attached to the combustion chamber wall is also known (for example, see Patent Document 3). . In this peeping structure, it is possible to mount the optical device on the opposite side of the combustion chamber. At this time, the flange of the optical device is positioned between the projecting portion of the peeping structure and the seal ring provided in the peeping structure. Is producing. An optical device that can be used for the peeping structure includes a lens that focuses light guided through the light guiding rod of the peeping structure on the photodetector.
類似する実施形態として、燃焼室壁に装着される覗き構造が貫通棒状光導手段を有するものも知られている(例えば、特許文献4参照)。燃焼室とは反対側にある覗き構造の終端領域では、シールリングを備えた突出部に光学装置を載せることが可能である。貫通導光ロッドならびにO−リングのみによる光軸の固定は、前記覗き構造によって画像表示測定装置あるいはレーザー発光装置を作動させるのは不適である。 As a similar embodiment, a peeping structure mounted on the combustion chamber wall has a penetrating rod-like light means (see, for example, Patent Document 4). In the end region of the peeping structure on the side opposite to the combustion chamber, it is possible to place the optical device on a protrusion provided with a seal ring. Fixing the optical axis only by the penetrating light guide rod and the O-ring is inappropriate for operating the image display measuring device or the laser light emitting device by the peeping structure.
上記実状に鑑み、本発明の課題は、内燃機関でのさまざまな用途においてできる限り融通を利かせて使用できるように燃焼室壁に装着する光学装置のための覗き構造を改良することであり、その際燃焼検出用光学装置のため及びレーザー発光装置との関係で使用するレーザー光線を入射するために適用できることである。 In view of the above situation, an object of the present invention is to improve a peeping structure for an optical device mounted on a combustion chamber wall so that it can be used as flexibly as possible in various applications in an internal combustion engine. In this case, the present invention is applicable to a laser beam used for an optical device for combustion detection and used in relation to a laser light emitting device.
上記課題は、本発明によれば、燃焼室壁の孔に装着されたケーシングを備えた光学装置用覗き構造であって、前記ケーシングの燃焼室側に入射・出射光学素子が備えられるとともに前記入射・出射光学素子とは反対側に自動調芯位置決め座が設けられ、前記自動調芯位置決め座に相互対応するように形成された光学装置の終端部分に前記自動調芯位置決め座が接続するものにおいて、
前記自動調芯位置決め座が円錐状座面を有し、前記光学装置をねじ固定するための組み付けねじ部を設けた円筒状のガイド部材が前記円錐状座面に接続していることを特徴とすることによって解決される。ここで言う光学装置はレーザー発光装置や光ファイバフランジ(光ファイバ結束終端部)などである。
According to the present invention, there is provided a viewing structure for an optical device including a casing mounted in a hole of a combustion chamber wall, wherein an incident / exit optical element is provided on the combustion chamber side of the casing and the incident An automatic alignment positioning seat is provided on the side opposite to the output optical element, and the automatic alignment positioning seat is connected to a terminal portion of an optical device formed to correspond to the automatic alignment positioning seat. ,
The self-aligning positioning seat has a conical seat surface, and a cylindrical guide member provided with an assembly screw portion for fixing the optical device with a screw is connected to the conical seat surface. It is solved by doing. The optical device referred to here is a laser light emitting device, an optical fiber flange (optical fiber bundling terminal portion), or the like.
本発明による覗き構造は、その都度使用される光学装置と柔軟に接続することが可能となる分けられた部品を示している。本発明における光学装置(例えばレーザー発光装置または画像表示測定装置)との取り外し可能な接続構造は簡単な取り付けることあるいは取り外しを可能にし、その際位置決め座の円錐状座面によって覗き構造の光軸は再現可能に接続している光学装置と一致させることが可能となる。自動調芯位置決め座を用いることにより、覗き構造は位置決め座に相互対応するように形成された光学装置の終端部分に固定され、その後燃焼室壁にある孔に装入される。例えばシリンダヘッドに固定されたレーザー発光装置といった光学装置を介して覗き構造は固定される。 The peeping structure according to the present invention shows separate parts that can be flexibly connected to the optical device used each time. The detachable connection structure with the optical device (for example, laser light emitting device or image display measuring device) in the present invention enables easy attachment or detachment, and the optical axis of the peeping structure is adjusted by the conical seating surface of the positioning seat. It becomes possible to match the optical device connected reproducibly. By using the self-aligning positioning seat, the peeping structure is fixed to the end portion of the optical device formed so as to correspond to the positioning seat, and then inserted into the hole in the combustion chamber wall. For example, the peeping structure is fixed through an optical device such as a laser light emitting device fixed to the cylinder head.
本発明の好適な実施形態の1つでは、燃焼室側の終端領域において前記ケーシングが縮小された径をもつ光学素子スリーブ部となるように延設されており、前記光学素子スリーブ部への移行領域に円錐状の封止肩部が形成され、前記封止肩部が前記燃焼室壁の孔の対応する段付部と接当する。孔の段付部および封止肩部は、覗き構造の取り付けストッパとして部材の調芯や燃焼室のガスに対する封止のために機能する。 In one preferred embodiment of the present invention, the casing is extended so as to be an optical element sleeve portion having a reduced diameter in the end region on the combustion chamber side, and the transition to the optical element sleeve portion is performed. A conical sealing shoulder is formed in the region, and the sealing shoulder contacts the corresponding stepped portion of the hole in the combustion chamber wall. The stepped portion and the sealing shoulder of the hole function as a stopper for attaching the peeping structure to align the member and seal against the gas in the combustion chamber.
本発明の別な好適実施形態として、燃焼室側に位置する前記光学素子スリーブ部の終端には前記光学素子スリーブ部と実質的に面状で密着する平凸のレンズが前記入射・出射光学素子として設けられ、このレンズははんだ付け、接着、焼きばめ、またはねじによる固定によって光学素子スリーブ部と密封接続していること、あるいは、前記入射・出射光学素子(レンズや光ファイバ)が石英またはサファイアからなることなどが挙げられる。
本発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるだろう。
As another preferred embodiment of the present invention, a plano-convex lens that is substantially planarly in close contact with the optical element sleeve portion is disposed at the end of the optical element sleeve portion located on the combustion chamber side. The lens is hermetically connected to the optical element sleeve by soldering, bonding, shrink fitting, or screw fixing, or the incident / exiting optical element (lens or optical fiber) is quartz or It consists of sapphire.
Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments using the drawings.
図1および図2には、例えばレーザー発光装置といった光学装置10のための、本発明に基づく覗き構造1が示されている。レーザー発光装置の代わりに覗き構造1と導光フランジ(光ファイバ束接続体)とを接続することも可能であり、その際光学装置10の終端部分の構造のみが必要となり、それ以外の光学装置の構造および形状に関しての制約ない。
1 and 2 show a
特に図2から明らかであるように、覗き構造1は燃焼室壁(図示した例ではシリンダヘッド)3の孔2に装着されるケーシング4を備え、このケーシング4は金属製のソケットとして形成され、燃焼室5に対して反対側のところに入射・出射光学素子6が固定されている。入射・出射光学素子6とは反対側においてケーシング4は、光学装置10(例えばレーザー発光装置)の終端部分11と接続することを可能にする自動調芯位置決め座7を備えている。位置決め座7はケーシングのリング状肩部に形成される円錐状の座面8によって構成され、この座面8の燃焼室5とは反対側に延びた領域おいて光学装置10を固定するための取り付けねじ9が形成されている。取り付けねじ9の代わりに光学装置10の終端部分11に対して受け入れ保持構造を構成するガイド部材を設けることも可能である。図示した実施形態において光学装置の終端部分11は、円錐状の終端面によって円錐状の座面8とともに自動調芯位置決め座を形成するカバーパイプ12によって構成される。図2ではさらにレーザー発光装置のレーザーチューブ13および終端に配置されるレーザー発光装置のカップリングミラー14が明示されている。
As can be seen in particular from FIG. 2, the
覗き構造1のケーシング4は燃焼室側の終端領域において縮小された外径(直径:6mmから8mm、長さ:10mmから18mm)をもつ光学素子スリーブ部15に移行するため、シリンダヘッドに配設する場合には図1および図2で示した噴射装置16のすぐ近くに覗き構造1を装着することが可能となる。光学素子スリーブ部15への移行領域には、覗き構造1は、覗き構造1を孔2に装着する際に孔2の段付部に押し当てる円錐状の封止肩部17が形成されている。この封止肩部17の押し付け圧はここで図示していない光学装置10のための固定装置によって作り出される。
The
光学素子スリーブ部15の燃焼室側の終端部にはこの光学素子スリーブ部16に実質的にフラットで密着する入射・出射光学素子6としてのレンズが備えられ、このレンズははんだ付け、接着、焼きばめによって光学素子スリーブ部15と密封接合している。入射・出射光学素子6は図示した例では平凸の入射レンズであり、レーザー光線を燃焼室5にある着火点22に集束する。入射・出射光学素子を選択することによって3mmから25mmの間の焦点距離を選択することが可能である。
The end of the optical
光学素子スリーブ部15は燃焼室壁3にある孔2に対するおよそ0.05mmの細い環状間隙18を有し、燃焼室壁3の内面19と面一になるように終端している。さらに位置決め座7と封止肩部17との間にあるリング溝20にはシールリング21が装備されているため、隙間の量は減少し、炭化水素(HC)排出量に良い影響をもたらす。
The optical
図3に示した本発明に基づく覗き構造1の実施形態は自動調芯位置決め座7を備えており、その円錐状の座面8で、ここで詳しく図示していない光学装置を正確に支持するための取り付けねじとしての雌ねじ9’によって円筒状のガイド部材が入射・出射光学素子6の方向に連結する。入射・出射光学素子6はソケット23を有しており、このソケット23は、微細ねじ26によって光学素子スリーブ部15と螺合し、相互対応するように形成された光学素子スリーブ部15の終端部分27に入射・出射光学素子6を押し付ける。図示した実施形態では、光学素子スリーブ部15のソケット23とショルダ24との間に耐熱性の材料によって作られたリング状のガスケット25が配置されている。
The embodiment of the peeping
図3で示した固定方法は、光学素子としてのレンズ6がはんだ付け固定させない表面コーティングを施されている場合に好都合である。
The fixing method shown in FIG. 3 is advantageous when the
覗き構造1、特にその光学素子スリーブ部15は長くかつ細い構造であることにより、燃焼室付近あるいは噴射装置の部分において要求されるスペースが僅かとなる。
The peeping
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。 In addition, although the code | symbol is written in order to make contrast with drawing convenient for the term of a claim, this invention is not limited to the structure of an accompanying drawing by this entry.
1:覗き構造
2:孔
3:燃焼室壁
4:ケーシング
6:入射・出射光学素子(レンズ、光ファイバ)
7:自動調芯位置決め座
8:円錐状座面
9,9’:組み付けねじ部
10:光学装置
11:終端部分
1: Peeping structure 2: Hole 3: Combustion chamber wall
4: Casing 6: Incident / exit optical element (lens, optical fiber)
7: Self-aligning positioning seat 8: Conical seating
Claims (7)
前記自動調芯位置決め座(7)が円錐状座面(8)を有し、前記光学装置(10)をねじ固定するための組み付けねじ部(9,9’)を設けた円筒状のガイド部材が前記円錐状座面(8)に接続していることを特徴とする光学装置用覗き構造。 An optical device peep structure (1) comprising a casing (4) mounted in a hole (2) in a combustion chamber wall (3), wherein an incident / exit optical element ( 6) and an automatic alignment positioning seat (7) is provided on the opposite side of the incident / exit optical element (6), and is formed so as to correspond to the automatic alignment positioning seat (7). In the automatic alignment positioning seat (7) connected to the terminal portion (11) of the optical device (10),
The self-aligning positioning seat (7) has a conical seating surface (8), and a cylindrical guide member provided with an assembly screw portion (9, 9 ') for fixing the optical device (10) with screws. Is connected to the conical seating surface (8).
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