JP7060466B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は点火プラグに関し、特にガスタービンエンジン、バーナ点火器等に用いられる点火プラグに関するものである。

点火プラグとして、特許文献１には、主体金具の内側に固定された筒状の第１絶縁体と、第１絶縁体よりも後端側に第１絶縁体と離間して配置され主体金具の内側に固定された筒状の第２絶縁体と、第１絶縁体および第２絶縁体の内側に配置された中心電極と、中心電極と主体金具との間に配置された絶縁内筒と、を備えるものが開示されている。

特公平７－７６９４号公報

しかし、上記従来の技術では、点火プラグが取り付けられた機関の振動が中心電極に加わり、共振した中心電極のたわみが大きくなると、中心電極が絶縁内筒の内周面に衝突し、機械的応力が生じた絶縁内筒が破損するおそれがある。

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、絶縁内筒の破損を抑制できる点火プラグを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の点火プラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる筒状の主体金具と、主体金具の内側に配置され主体金具に固定された筒状の第１絶縁体と、主体金具の内側で、第１絶縁体よりも後端側に第１絶縁体と離間して配置され、主体金具に固定された筒状の第２絶縁体と、第１絶縁体の内側に配置される第１部と、第２絶縁体の内側に配置される第２部と、第１部と第２部とをつなぐ第３部と、を有する中心電極であり、第１絶縁体に第１部の少なくとも一部が固定された、又は、第２絶縁体に第２部の少なくとも一部が固定された中心電極と、を備える。点火プラグは、第３部と主体金具との間に配置された絶縁内筒を備え、絶縁内筒の内周面は、中心電極の外周面に固定部材を介して固定されている。

請求項１記載の点火プラグによれば、第１絶縁体の内側に配置された中心電極の第１部の少なくとも一部が第１絶縁体に固定され、又は、第２絶縁体の内側に配置された中心電極の第２部の少なくとも一部が第２絶縁体に固定される。第１絶縁体や第２絶縁体に固定された中心電極の固有振動数に、点火プラグが取り付けられた機関の振動周期が一致すると中心電極は共振する。これに対し、第１部と第２部とをつなぐ中心電極の第３部と主体金具との間に配置された絶縁内筒は、中心電極の外周面に固定部材を介してその内周面が固定されるので、固定部材によって中心電極のたわみを小さくできる。その結果、絶縁内筒に生じる機械的応力を小さくすることができ、絶縁内筒の破損を抑制できる。
主体金具と絶縁内筒との間に充填された粉末によって、中心電極のたわみを抑制できる。従って絶縁内筒の破損をさらに抑制できる。

請求項２記載の点火プラグによれば、絶縁内筒の内周面のうち、少なくとも軸線方向における両端部および中央部が固定部材を介して中心電極に固定されている。中心電極の両端部および中央部の少なくとも３か所が、固定部材を介して絶縁内筒に固定されるので、中心電極のたわみをより小さくすることができ、請求項１の効果に加え、絶縁内筒の破損をさらに抑制できる。

請求項３記載の点火プラグによれば、絶縁内筒の内周面が、絶縁内筒の全長に亘り固定部材を介して中心電極に固定されているので、請求項２の効果に加え、絶縁内筒の破損をさらに抑制できる。

請求項４記載の点火プラグによれば、絶縁内筒は、軸線方向における両端部が、第１絶縁体および第２絶縁体と軸線方向に重なる。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、第１絶縁体、第２絶縁体および絶縁内筒により、中心電極と主体金具との間の電気絶縁性を向上できる。

請求項５記載の点火プラグによれば、その粉末は絶縁粉末なので、請求項１の効果に加え、中心電極と主体金具との間の電気絶縁性を向上できる。

請求項６記載の点火プラグによれば、絶縁粉末はマグネシアを含有するので、請求項５の効果に加え、高温下における優れた電気絶縁性と熱伝導性とが得られる。

請求項７記載の点火プラグによれば、固定部材は絶縁部材なので、請求項１から６のいずれかの効果に加え、中心電極と主体金具との間の電気絶縁性を向上できる。

一実施の形態における点火プラグの片側断面図である。 （ａ）は図１のＩＩａで示す部分の拡大図であり、（ｂ）は図１のＩＩｂで示す部分の拡大図であり、（ｃ）は図１のＩＩｃで示す部分の拡大図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は一実施の形態における点火プラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。点火プラグ１０は長尺（例えば３０ｃｍ程度）なので、軸線方向の中間部分の図示が省略されている。図１では、軸線Ｏに沿って紙面下側を点火プラグ１０の先端側、紙面上側を点火プラグ１０の後端側という。点火プラグ１０は、例えば航空機のガスタービンエンジン、バーナ点火器等に用いられる点火装置である。図１に示すように点火プラグ１０は、主体金具１１、第１絶縁体２０、第２絶縁体２４、中心電極３０及び絶縁内筒４０を備えている。

主体金具１１は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された円筒状の部材である。本実施形態では、主体金具１１は第１部材１２、第２部材１７及び第３部材１８からなり、それらが軸線方向に接続されている。本実施形態では、第１部材１２及び第２部材１７、第２部材１７及び第３部材１８は、それぞれレーザ溶接により接合されている。第１部材１２の先端部１３の中心には軸線Ｏを通る開口１４が形成されており、開口１４の周囲には軸線方向に貫通する先端孔１５が形成されている。先端孔１５の数は１乃至は複数を適宜選択できる。第１部材１２は、先端部１３よりも後端側の部分に、厚さ方向に貫通する穴１６が複数形成されている。

第１絶縁体２０及び第２絶縁体２４は、中心電極３０と主体金具１１との間で放電を生じさせるために、主体金具１１に対して中心電極３０を絶縁する部材である。第１絶縁体２０及び第２絶縁体２４は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等のセラミックスにより形成されている。

第１絶縁体２０は、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔２１が中心に形成された略円筒状の部材である。軸孔２１が形成されることによる第１絶縁体２０の内周面には、後端側に向かうにつれて拡径する後端向き面２２が形成されている。第１絶縁体２０は、第１絶縁体２０の先端を第１部材１２の先端部１３の後端に突き当て、先端部１３の開口１４に軸孔２１をつなげて第１部材１２の内側に配置される。

第１絶縁体２０の後端側の部位は筒状のシール部材２３に嵌め込まれ、シール部材２３は第１部材１２の内側に嵌め込まれる。シール部材２３は、主体金具１１と第１絶縁体２０との間の気密を確保する。シール部材２３は、後端側への移動が第２部材１７によって規制される。従って第１絶縁体２０は、第１部材１２の先端部１３とシール部材２３とにより軸線方向の移動が規制された状態で、第１部材１２の内側に固定される。

第２絶縁体２４は、第１絶縁体２０よりも後端側に第１絶縁体２０と離間して配置される略円筒状の部材であり、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔２５が中心に形成されている。第２絶縁体２４は第３部材１８の内側に固定されている。

中心電極３０は導電性を有する棒状の部材であり、軸線Ｏに沿って配置されている。本実施形態では、中心電極３０は、貴金属やタングステン等を含有する金属製の棒状のチップ３１と、金属材料（例えばニッケル合金やコバルト合金等）によって形成された棒状の中間部３２及び後端部３３と、を備えている。チップ３１、中間部３２及び後端部３３は軸線方向に接続されている。チップ３１は、第１絶縁体２０の軸孔２１に挿入されており、後端部が後端向き面２２に係止されている。これにより、チップ３１は第１絶縁体２０に固定され、第１絶縁体２０の軸孔２１とチップ３１との間の気密性も確保できる。

中間部３２はチップ３１の後端に接続されており、後端が、第１絶縁体２０の後端から後端側へ突出している。後端部３３は中間部３２の後端に接続されており、後端が、第２絶縁体２４の後端から後端側へ突出している。後端部３３のうち第２絶縁体２４から後端側へ突出した部分に、高圧ケーブル（図示せず）が接続される。後端部３３は、円筒状の金属部材３４に嵌め込まれ、金属部材３４は第２絶縁体２４の軸孔２５に嵌め込まれている。これにより、点火プラグ１０の内部の温度が上昇して熱膨張により中心電極３０が伸びた場合に金属部材３４が緩衝する。

チップ３１、中間部３２及び後端部３３によって一体に形成された中心電極３０は、第１絶縁体２０の内側に配置された第１部３５、第２絶縁体２４の内側に配置された第２部３６、第１絶縁体２０と第２絶縁体２４との間に位置し第１部３５と第２部３６とをつなぐ第３部３７に区画される。

絶縁内筒４０は、中心電極３０の第３部３７と主体金具１１との電気絶縁性を向上させるための部材である。絶縁内筒４０は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等のセラミックスにより形成されている。中心電極３０は絶縁内筒４０に挿入されている。本実施形態では、絶縁内筒４０の先端側の端部４１は第１絶縁体２０の内側に配置され、後端側の端部４２は第２絶縁体２４の内側に配置されている。絶縁内筒４０の両方の端部４１，４２が第１絶縁体２０及び第２絶縁体２４と軸線方向に重なるので、中心電極３０と主体金具１１との間の電気絶縁性を向上できる。

絶縁内筒４０と主体金具１１との間には粉末４４が充填されている。本実施形態では、粉末４４はアルミナ、シリカ、マグネシア等により構成された絶縁粉末なので、中心電極３０と主体金具１１との間の電気絶縁性を向上できる。特に粉末４４がマグネシアを主体とする絶縁粉末であると、高温下における優れた電気絶縁性と熱伝導性とが得られるので好ましい。

粉末４４は、絶縁内筒４０の端部４１と第１絶縁体２０との間、端部４１，４２間の軸線方向の中央部４３と主体金具１１との間、端部４２と第２絶縁体２４との間にそれぞれ充填されている。中央部４３は、端部４１，４２から等しい距離にある部位である。

中心電極３０の第１部３５と第１絶縁体２０との間には充填剤４６が配置されている。充填剤４６は、中心電極３０と第１絶縁体２０との隙間に充填されたタルク、クレー等のモース硬度の低い無機鉱物の粉砕物（粉末）である。充填剤４６により中心電極３０のチップ３１と第１絶縁体２０との間の気密を確保できる。

図２（ａ）は図１のＩＩａで示す部分の拡大図であり、図２（ｂ）は図１のＩＩｂで示す部分の拡大図であり、図２（ｃ）は図１のＩＩｃで示す部分の拡大図である。図２（ａ）に示すように、絶縁内筒４０（端部４２）の内周面４０ａは中心電極３０（第２部３６）の外周面３０ａに固定部材４５を介して固定されている。

固定部材４５は、絶縁内筒４０及び中心電極３０を互いに接着する接着剤、絶縁内筒４０と中心電極３０との間に充填される充填材等が挙げられる。特に接着剤は、点火プラグ１０が取り付けられる機関の振動等によって絶縁内筒４０から流出し難いので好ましい。固定部材４５は、端部４２と第２部３６とが対面する部位の全体に配置しても良いし、部分的に配置しても良い。

固定部材４５は有機物、無機物を問わない。無機物の固定部材４５としては、ガラス、セメント等が挙げられる。本実施形態では、固定部材４５は電気絶縁性を有する絶縁部材の一種であるセメント等の無機接着剤からなる。固定部材４５が絶縁部材であると、中心電極３０と主体金具１１との間の電気絶縁性を向上できるので好ましい。

図２（ｂ）に示すように、絶縁内筒４０（中央部４３）の内周面４０ａは中心電極３０（第３部３７）の外周面３０ａに固定部材４５を介して固定されている。固定部材４５は、中央部４３と第３部３７とが対面する部位の全体に配置しても良いし、部分的に配置しても良い。

図２（ｃ）に示すように、絶縁内筒４０（端部４１）の内周面４０ａは中心電極３０（第１部３５）の外周面３０ａに固定部材４５を介して固定されている。固定部材４５は、端部４１と第１部３５とが対面する部位の全体に配置しても良いし、部分的に配置しても良い。本実施形態では、固定部材４５は絶縁内筒４０の全長に亘り、絶縁内筒４０の内周面４０ａと中心電極３０の外周面３０ａとの間に配置されている。

点火プラグ１０は、例えば航空機のガスタービンエンジン、バーナ点火器等の機関に取り付けられる。中心電極３０の第１部３５及び第２部３６の一部は、それぞれ第１絶縁体２０及び第２絶縁体２４に固定されているので、点火プラグ１０が取り付けられた機関の振動周期が中心電極３０の固有振動数に一致すると、中心電極３０は共振して大きくたわむ。中心電極３０の挿入性を確保するために絶縁内筒４０と中心電極３０との間には隙間があるので、絶縁内筒４０の内周面４０ａと中心電極３０の外周面３０ａとの間に固定部材４５が配置されていない場合には、中心電極３０が比較的自由に変位して、中心電極３０が絶縁内筒４０の内周面４０ａに衝突し、絶縁内筒４０に大きな機械的応力が発生する。その結果、絶縁内筒４０が破損するおそれがある。

これに対し点火プラグ１０は、絶縁内筒４０の内周面４０ａと中心電極３０の外周面３０ａとの間に固定部材４５が配置されているので、固定部材４５によって絶縁内筒４０に対して中心電極３０を拘束し、中心電極３０のたわみを小さくできる。その結果、中心電極３０が絶縁内筒４０の内周面４０ａに衝突して生じる絶縁内筒４０の機械的応力を小さくできるので、絶縁内筒４０の破損を抑制できる。

絶縁内筒４０の内周面４０ａのうち、少なくとも軸線方向における両方の端部４１，４２及び中央部４３の３か所が固定部材４５を介して中心電極３０に固定されている。そのため、中心電極３０が共振する場合に、中心電極３０のうち絶縁内筒４０の端部４１，４２に固定される部分が節となり、振幅が最大となる腹になり得る部分が中央部４３に固定されることになる。その結果、中心電極３０のたわみをより小さくできるので、絶縁内筒４０の破損をさらに抑制できる。

本実施形態では、絶縁内筒４０の内周面４０ａが、絶縁内筒４０の全長に亘り固定部材４５を介して中心電極３０に固定されるので、中心電極３０の変位をさらに小さくできる。よって、絶縁内筒４０の破損をさらに抑制できる。

主体金具１１と絶縁内筒４０との間に粉末４４が充填されているので、粉末４４が充填されていない場合に比べて、中心電極３０のたわみを抑制できる。従って、絶縁内筒４０の破損をさらに抑制できる。特に、たわみの量が最大になり易い絶縁内筒４０の中央部４３と主体金具１１との間に粉末４４が充填されているので、粉末４４による中心電極３０のたわみの抑制効果を確保し易くできる。

絶縁内筒４０の端部４１と第１絶縁体２０との間に粉末４４が充填されているので、中心電極３０のたわみを抑制し、絶縁内筒４０の端部４１が第１絶縁体２０に衝突することによる絶縁内筒４０の破損をさらに抑制できる。また、絶縁内筒４０の端部４２と第２絶縁体２４との間に粉末４４が充填されているので、中心電極３０のたわみを抑制し、絶縁内筒４０の端部４２が第２絶縁体２４に衝突することによる絶縁内筒４０の破損を抑制できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、主体金具１１、第１絶縁体２０及び第２絶縁体２４等の形状や寸法、主体金具１１や中心電極３０を構成する部材の数などは一例であり、これらは適宜設定できる。

実施形態では、中心電極３０の第１部３５が第１絶縁体２０に固定され、中心電極３０の第２部３６が第２絶縁体２４に固定される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、中心電極３０の第１部３５は第１絶縁体２０に固定されるが、中心電極３０の第２部３６は第２絶縁体２４に固定されていないようにすることは当然可能である。

この場合、点火プラグ１０が取り付けられた機関の振動周期が中心電極３０の固有振動数に一致すると共振し、中心電極３０のうち第１絶縁体２０に固定された第１部３５が固定端、第２部３６が自由端となり得る。しかし、絶縁内筒４０の内周面４０ａと中心電極３０の外周面３０ａとの間に固定部材４５が配置されているので、固定部材４５によって絶縁内筒４０に対して中心電極３０を拘束し、中心電極３０の第２部３６の変位を小さくできる。その結果、絶縁内筒４０に生じる機械的応力を小さくできるので、絶縁内筒４０の破損を抑制できる。

これとは反対に、中心電極３０の第２部３６は第２絶縁体２４に固定されるが、中心電極３０の第１部３５は第１絶縁体２０に固定されていないようにすることは当然可能である。この場合、点火プラグ１０が取り付けられた機関の振動周期が中心電極３０の固有振動数に一致すると共振し、中心電極３０のうち第２絶縁体２４に固定された第２部３６が固定端、第１部３５が自由端となり得る。しかし、絶縁内筒４０の内周面４０ａと中心電極３０の外周面３０ａとの間に固定部材４５が配置されているので、固定部材４５によって絶縁内筒４０に対して中心電極３０を拘束し、中心電極３０の第１部３５の変位を小さくできる。その結果、絶縁内筒４０に生じる機械的応力を小さくできるので、絶縁内筒４０の破損を抑制できる。

１０ 点火プラグ
１１ 主体金具
２０ 第１絶縁体
２４ 第２絶縁体
３０ 中心電極
３０ａ 中心電極の外周面
３５ 第１部
３６ 第２部
３７ 第３部
４０ 絶縁内筒
４０ａ 絶縁内筒の内周面
４１，４２ 端部（両端部）
４３ 中央部
４４ 粉末
４５ 固定部材
Ｏ 軸線

Claims (7)

1. 先端側から後端側へと軸線に沿って延びる筒状の主体金具と、
   前記主体金具の内側に配置され前記主体金具に固定された筒状の第１絶縁体と、
   前記主体金具の内側で、前記第１絶縁体よりも後端側に前記第１絶縁体と離間して配置され、前記主体金具に固定された筒状の第２絶縁体と、
   前記第１絶縁体の内側に配置される第１部と、前記第２絶縁体の内側に配置される第２部と、前記第１部と前記第２部とをつなぐ第３部と、を有する中心電極であり、前記第１絶縁体に前記第１部の少なくとも一部が固定された、又は、前記第２絶縁体に前記第２部の少なくとも一部が固定された中心電極と、を備える点火プラグであって、
   前記第３部と前記主体金具との間に配置された絶縁内筒を備え、
   前記絶縁内筒はセラミックスにより形成され、
   前記主体金具と前記絶縁内筒との間に粉末が充填され、
   前記絶縁内筒の内周面は、前記中心電極の外周面に固定部材を介して固定されている点火プラグ。
2. 前記絶縁内筒は、前記内周面のうち、少なくとも、前記軸線方向における両端部、及び、前記軸線方向における中央部が、前記固定部材を介して前記中心電極に固定されている請求項１記載の点火プラグ。
3. 前記絶縁内筒は、前記内周面が、前記絶縁内筒の全長に亘り前記固定部材を介して前記中心電極に固定されている請求項２記載の点火プラグ。
4. 前記絶縁内筒は、前記軸線方向における両端部が、前記第１絶縁体および前記第２絶縁体と軸線方向に重なる請求項１から３のいずれかに記載の点火プラグ。
5. 前記粉末は絶縁粉末である請求項１記載の点火プラグ。
6. 前記絶縁粉末はマグネシアを含有する請求項５記載の点火プラグ。
7. 前記固定部材は絶縁部材である請求項１から６のいずれかに記載の点火プラグ。

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