JPS60259770A

JPS60259770A - 圧電素子を有する火花点火装置

Info

Publication number: JPS60259770A
Application number: JP11386584A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tanaka; 猛田中; Toshihiko Ito; 猪頭　敏彦; Masahiro Tomita; 正弘富田; Hiroshi Yorita; 浩頼田
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1984-06-05
Publication date: 1985-12-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は圧電素子を有する火花点火装置に関する。本発
明による装置は内燃機関用火花点火装置に用いられる。

従来技術従来、内燃機関用火花点火装置としてＰＺＴ圧電素子を
用いる提案がなされている（例えば米国フレバイト社等
）。この方式は偏心カムにより圧電素子に機械的応力を
加えている。すなわち、これは、圧電素子に外部から機
械的応力を加えると電荷を生じ、ここに電極を設けてお
けば電圧として取り川せる現象を応用したものである。

しかしながらこの方式はカムの動作制御が比較困難であ
るために点火時期の調整が比較的困難であり、繰り返し
放電が極めて困難であり、ＰＺＴＥＥ電素子による放電
エネルギーが比較的小さいという問題点があった。一方
、電波雑音の点から、分配器の無い点火装置が望まれて
いる。（圧電素子形火花点火装置の先行技術として例え
ば本出願人による特願昭５９−４２９６７号が提案され
ている。）ところで、柱状の圧電素子は軸方向の共振状
態で伸縮すれば機械的に応力を加えたのと同様に電荷を
発生し、両端の電極間に高電圧を発生する。

この共振を発生する方法として１機械応力でなく電圧を
印加して素子自身に電歪現象による応力を発生させるも
のがある。圧電トランスはこの原理によるもので、対向
する一対の電極に交番電圧を印加し、この電圧によって
生ずる歪のうち直交する方向の歪を利用しその方向に共
振を生じせしめ、あらかじめ設けた電極により電荷を集
め高電圧を生じせしめるものである。印加電圧に対し生
ずる歪はその同一方向成分が最も大き−が、圧電トラン
スでは直交方向成分の歪を利用しているためにより大き
な電歪を得るために大きな面積の電極が必要となり、圧
電トランスの半分を電極が占めることになるという問題
点がある。

発明が解決しようとする問題点本発明の目的は、圧電素子の上記性質を利用し、多重放
電により高エネルギー化をはかり、実用性に富む圧電素
子式小型火花点火装置を実現することにある。

問題点を解決するための手段１作用本発明においては、基本的形態として、柱状の圧電素子
の端面に電極が設けられ、該電極の一方に交番電圧が印
加され、他の一つの電極と放電ギャップとが電気的に接
続されたことを特徴とする圧電素子を有する火花点火装
置が提供される。

また本発明においては、他の形態として、柱状の圧電素
子の端面疋電極が設けられ、該電極の一方交番電圧が印
加され、他の一つのＷ極と放電ギャップとが電体的に接
続され、該柱状の圧電素子の軸方向の中点が支持される
とともに圧電素子の電、極へは、質量の小さい導電性材
料が当接又け、接着されたことを特徴とする圧電素子を
有する火花点火装置が提供でれる。

圧電素子を点火装置に利用するには、いっそうの小型化
が必要で、このために本発明においては点火装置用とし
て、印加電圧に対しその同一方向に生ずる電歪を利用し
ている。具体的には、柱状の圧電素子の両端面に設けた
電極に静電容量を介は前述の静電容量の両端子に得られ
る。

実施例本発明の一実施例としての圧電素子を有する火花点火装
置が第１図に示される。第１図装置において、１け点火
装置本体、４け通常の内燃機関用スパークプラグである
。５は制御回路である。圧電素子２は軸方向の中点の円
周、トに溝２１を有する円柱状の形状を有し、例えば公
知のチタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）でできている。圧電
素子２０両端には電極、例えば銀ペースト２２．２３が
焼き付けられている。インシーレータ３１は電気絶縁材
料、例えばポリフェニレンサルファイドよりなり鋼製の
ハウジング３７にはめ込まれ、３１と同じ材料のインシ
ーレータキャップ３２、樹脂製素子ホルダ３３′ｔ−介
して絞めつけられている。このインシーレータ３１は、
軸方向に段付円筒状の穴３１１が設けてあり、さらにス
パークプラグ４の側にはこの穴と平行し、円筒状の穴３
１２が設けである。インシーレータキャップ３２）ｉ、
その中心軸上に段付円筒状の穴３２１が設けである。

素子ホルダ３３は、一部が切欠かれたリング状で、弾性
を利用して素子２の溝部２１に装着されている。そして
、インシーレータ３１とインシーレータキャップ３２の
端面テーパ部分で支持され、かつ、圧電素子２の溝部２
１を支持している。よって圧電素子２は主に素子中央の
この溝部のみで支持されている。質量の小さい導電性材
料としての導線３４は、一端を圧雪素子端面の銀ペース
ト２２に、他端を金属製の電極端子３４１にノ・ンダ付
けされている。

電極端子３４１け、鋼製の絞めつけナツト３４２によっ
てインシーレータキャップ３２に取りつけられる。ステ
ム３４３は、段付円筒形状を有１−１細軸部分には、ね
じが切ってあ乙。ステム３４３は、導電性材料、例えば
鋼から成り、かつ質量の小さいばね３４４を介して圧電
素子２の端面２３と導通している。ステム３４３のねじ
部は、ステムホルダ３５の底のねじとかみあっている。

ステムホルダ３５は、導電性材料、例えば鋼からなり有
底円筒の形状を有し、インシーレータ３１の穴３１１の
スパークプラグ側からはめ込まれている。

インシーレータ３１の穴３１２には習耐圧ダイオード３
６が組み込まれ、その端子は各々、ハウジング３７とス
テムホルダ３５に接続されている。

第１図装置の作動が以下に説明される。制御回路５から
、エンジン回転と、ＰＺＴ圧電素子の共振周期に合せた
信号（後述）が発せられる。この信号は、電極端子３４
１、導線３４を通して圧電素子２に印加される。圧電素
子２はその中央部を素子ホルダ５３にて支持され、ばね
３４４は軽く接触しているだけで、外部から受ける機械
的な力を極力小さくしている。よって圧電素子２は、共
振周期の入力信号例対して、８００ｖ程変の入力電圧で
、出力として約２０〜３０　ｋＶの電圧が発生する。こ
うして得られた電圧は、ばね３４４、ステム３４３、ス
テムホルダ３５１１て、スパークプラグ側塰印加される
。ダイオード３６は出力を有効に利用する目的で設けで
ある。

第１図装置における制御回路の構成が第２図に示される
。第１図装置の等何回路が第３図に示される。入力電圧
は放電ギャップ４が有する静電容重を介し圧電素子２に
印加される。この場合入力こに０１はギャップの容量、
Ｃ２は圧電素子の容量である。第２図の制御回路５の作
動が以下に説明される。発振器５０１はエン２フ２回転
に一回、第４図（１）の信号５（５０１）を発生する。

また発振器５０２は、圧電素子の共振周期で第４図（２
）の信号５（５０２）を発生する。この２つの信号は、
アンド回路５０３によって合成され、第４図（３）の信
号５（５０３）となる。信号５（５０３）は、スイッチ
ング回路５０４、ＤＣ，ＤＣコン、く−タ５０５、トラ
ンス５０６によって第４図（４）に示される任意の電圧
の入力信号５（５０６）が得られる。

本発明の実施にあたっては、前述の実施例のほか、種々
の変形形態をとることができる。例えば。

ダイオードの取りつけは、端子の一端を接地せずに第５
図の図の如く圧電素子と並列に接続しても効果は得られ
る。

また第６図に示される形態をとることができる。

第６図の形態においては圧電素子の出力電極と接地間す
なわち放電ギャップと並列に静′イ容量Ｃ全設ける構成
とした。その構成が第７図に示される。

誘電体７１は、円筒形状を有し、高誘電率材料例えば分
極を施さないチタン酸ジルコン鉛（ｐｚ’ｉ’）からな
る。誘電体７１け、ハウジング３７の内側で、インシュ
レータ３１とインシニレータギャップ３２０間にはさん
である。コンデンサ電極７２は、有底円筒形状を有し、
導電性の材料例えば銅、鋼からなる。コンデンサ電極７
２は、ステム３４３で、インシーレータ３１に絞め付け
られている。

誘電体７１．コンデンサ電極７２、ハウジング３７で、
上記コンデンサＣを構成する。

通常火花放電１のために発生させた高電圧を放電１ギヤ
ツプに導く際は、充分なブレークダウン電圧を確保する
ために、極力放電ギャップの静電容量管小さくなる事に
心掛けている。これは、誘導放電式も容量放電式も、ま
た圧電トランスを用いた点火装置でも同じである。

しかし、前述の実施例のように電気入力による圧電、素
子自身の共振により電荷を発生させる場合、入力電圧を
供給しかつ出力電圧を取り出すために静電容量１は必要
不可欠な要素であり、この容量に適正値が存在する。し
かし、放電ギャップがこの値になっていなく小さい場合
、放電ギャップと並列に補充する必要がある。

本発明者の実馳によれば圧電素子の容量が７０ＰＦのと
き、２０　ＰＦの静電容−ｙｔ７］−設けることにより
最良の効率で出力電圧を２倍に高くできた。

ちなみに放電ギャップの静電容量は、１５ＰＦであった
。以上の如く第６図、第７図装置においては、通常、放
電ギャップの静電容量を小さくすることに努めているに
もかかわらず、全く逆に放電ギャップの静電容量を大き
くすることになり、しかもこの時の発生電圧を高くでき
るメリットを有している。

また、他の実施例として、第８図に示されるように、発
生電圧に対して圧電素子２が充分に長い時には、圧電素
子２の中心部の円周上にメタライズを施し、そのメタラ
イズ層８１に支持フレーム８２をろう付けして圧電素子
２を支持することもできる。

前述の実施例はいずれの場合も、従来から使われている
圧電トランスとは基本的に異なり、素子に設けられた電
極は２個のみ（圧電トランスは３個以上）で、かつ、印
加電圧方向と同一方向の電歪を利用するため電極は小さ
くてよく、このため素子の小型化が可能となる。

発明の効果本発明によれば、多重放電により高エネルギー化が可能
となり、実用性に富む圧電素子式小型火花点火装置を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての圧電素子を有する火
花点火装置を示す図、第２図Ｉ／ｉ第１図装置における制御回路の構成を示す
図、第３図は第１図装置の等画回路を示す図、第４図は第２
図制御回路の各部の信号波形を示す図、第５図、第６図、第７図、および第８図はいずれも本発
明の他の実施例を説明するための図でちる。（符号の説明）１・・・点火装置本体、２・・・圧電素子、２１・・・溝、２２．２５・・・電極、３１・・・インシュレータ、３１１．３１２・・・穴、３２・・・インシ纂レータキャップ、３２１・・・穴。３３・・・圧電素子ホルダ、３４・・・導紗、３４７・・・電極端子、３４２・・・ナツト、３４３・・・ステム。３４４・・・ばね、３５・・・ステムホルダ、３６・・・ダイオード、３７・・・ハウジング、４・・・スパークプラグ、５・・・制御回路、６・・・電源。特許出願人株式会社日本自動車部品総合研究所特許出顆代理人弁理士　青　木　朗弁理士　西　舘　和　之弁理士　松　下　操弁理士　山　口　昭　之弁理士　西　山　雅　也第２１￥１＋Ｂ第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１、柱状の圧電素子の端面に電極が設けられ、該電極の
一方に交番電圧が印加され、他の一つの電極と放電ギャ
ップとが電気的に接続されたことを特徴とする圧電素子
を有する火花点火装置。２、該放電ギヤ、プと並列にコンデンサが設けられた、
特許請求の範囲第１項記載の装置。五　該放電ギヤ、ブ又は圧電素子と並列にダイオードが
設けられた、特許請求の範囲第１項又は１ｇ２項記載の
装置。４、該圧電素子の長手中心の円周上に溝部が設けられ、
該溝部における素子ホルダにより該圧電素子が支持され
る、特許請求の範囲第１項記載の装置。５、＃圧電素子の中心部の円周上にメタライズ層が形成
され、該メタライズ層に支持フレームがろう付けされた
、特許請求の範囲第１項記載の装置。６、柱状の圧電素子の端面に電極が設けられ、該電極の
一方に交番電圧が印加され、他の一つの電極と放電ギヤ
、ブとが電気的に接続され、該柱状の圧電素子の軸方向
の中点が支持されるとともに圧電素子の電極へは、質量
の小ざい導電性材料が当接又は接着されたことを特徴と
する圧電素子を有する火花点火装置。２　該放電ギャップと並列にコンデンサが設けられた、
特許請求の範囲第６項記載の装置。ａ　＃放電ギャップ又は圧電素子と並列にダイオードが
設けられた、特許請求の範囲第４項又は第７項記載の装
置。