JP6910992B2 - Igniter plug - Google Patents
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Description
本明細書は、イグナイタプラグに関する。 This specification relates to spark plugs.
イグナイタプラグは、ガスタービンエンジン等にて、燃料ガスへの着火のために用いられる。イグナイタプラグは、例えば、中心電極と、中心電極を内部に収容する絶縁体と、絶縁体を内部に収容する主体金具と、主体金具の先端に設けられ、中心電極との間に放電のための間隙を形成する接地電極と、を備えている。 The igniter plug is used for ignition of fuel gas in a gas turbine engine or the like. The igniter plug is provided, for example, between the center electrode, the insulator that houses the center electrode inside, the main metal fitting that houses the insulator inside, and the tip of the main metal fitting, and is used for discharging between the center electrode and the center electrode. It is provided with a ground electrode that forms a gap.
このようなイグナイタプラグでは、電源と接続されたコネクタを介して中心電極に駆動電圧が印加される。例えば、特許文献1のイグナイタプラグは、コネクタが接触するための端子を備えており、該端子に設けられた孔に中心電極の後端部が挿通される。該端子は、ネジによって絶縁体に固定され、端子と中心電極の後端部との隙間には、導電性ガラスを基材とする導電性シールが充填されている。これによって、端子と中心電極間の導電性が向上できる、とされている。
In such an igniter plug, a drive voltage is applied to the center electrode via a connector connected to a power supply. For example, the igniter plug of
しかしながら、上記技術では、絶縁体に固定された端子に対して中心電極の後端部が導電性シールによって固定されるために、絶縁体が端子および中心電極の後端部を保持する形態となる。上記技術では、中心電極の先端部も絶縁体に保持されているため、中心電極が熱膨張によって伸長した際に中心電極が湾曲する可能性があった。該湾曲によって中心電極が主体金具に近づきフラッシュオーバが発生するおそれがある。なお、フラッシュオーバは、放電のための間隙とは異なる部分で、中心電極と主体金具との間に放電が発生する現象である。仮に、導電性シールを廃止する等によって、中心電極を絶縁体や端子に保持せずに端子に対して中心電極が軸線方向に移動可能とすれば、中心電極が湾曲することを抑制でき、主体金具の内部でフラッシュオーバが発生することを抑制できる。しかしながら、この場合には、端子と中心電極との間の導電性、ひいては、コネクタと中心電極との間の導電性が低下する可能性があった。 However, in the above technique, since the rear end portion of the center electrode is fixed to the terminal fixed to the insulator by the conductive seal, the insulator holds the terminal and the rear end portion of the center electrode. .. In the above technique, since the tip of the center electrode is also held by the insulator, there is a possibility that the center electrode may be curved when the center electrode is extended by thermal expansion. Due to the curvature, the center electrode may approach the main metal fitting and flashover may occur. Note that flashover is a phenomenon in which discharge occurs between the center electrode and the main metal fitting at a portion different from the gap for discharge. If the center electrode can be moved in the axial direction with respect to the terminal without holding the center electrode in the insulator or the terminal by abolishing the conductive seal, the bending of the center electrode can be suppressed and the main body can be suppressed. It is possible to suppress the occurrence of flashover inside the metal fittings. However, in this case, the conductivity between the terminal and the center electrode, and by extension, the conductivity between the connector and the center electrode may decrease.
本明細書は、イグナイタプラグにおいて、コネクタと中心電極との間の導電性の向上と、熱膨張時の中心電極の湾曲の抑制と、を両立できる技術を開示する。 The present specification discloses a technique for improving the conductivity between the connector and the center electrode and suppressing the curvature of the center electrode during thermal expansion in the igniter plug.
本明細書に開示される技術は、以下の適用例として実現することが可能である。 The techniques disclosed herein can be realized as the following application examples.
[適用例1]軸線に沿って延び先端側に発火部を有する棒状の中心電極と、
前記軸線に沿って延び前記中心電極が挿通される筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置され前記絶縁体が固定される主体金具と、
を備え、
前記絶縁体は、先端側絶縁体と、前記先端側絶縁体よりも後端側に位置し前記先端側絶縁体と軸線方向に離間した後端側絶縁体と、を有するイグナイタプラグであって、
前記後端側絶縁体の後端部には、前記中心電極と電源とを電気的に接続するコネクタを内部に収容するためのコネクタ収容部であり、後端側に向かって開放しつつ前記後端側絶縁体の先端部の軸孔よりも拡径された軸孔を有するコネクタ収容部を有し、
前記中心電極は、前記先端側絶縁体の先端部から前記後端側絶縁体の後端部まで延びており、前記中心電極の後端部に前記コネクタと直接接触するコネクタ接触部を有し、
前記中心電極は、前記先端側絶縁体に支持されつつ、前記後端側絶縁体に遊嵌状に挿通され、
前記コネクタ接触部は、前記コネクタ収容部の内部に配置されていることを特徴とするイグナイタプラグ。
[Application Example 1] A rod-shaped center electrode extending along the axis and having an ignition portion on the tip side,
A tubular insulator that extends along the axis and is inserted with the center electrode.
A main metal fitting arranged on the outer periphery of the insulator and to which the insulator is fixed,
With
The insulator is an igniter plug having a tip-side insulator and a rear-end side insulator located on the rear end side of the tip-side insulator and separated from the tip-side insulator in the axial direction.
The rear end portion of the rear end side insulator is a connector accommodating portion for internally accommodating a connector for electrically connecting the center electrode and the power supply, and the rear end portion is opened toward the rear end side. It has a connector accommodating portion having a shaft hole whose diameter is larger than that of the shaft hole at the tip of the end side insulator.
The center electrode extends from the tip end portion of the front end side insulator to the rear end portion of the rear end side insulator, and has a connector contact portion that directly contacts the connector at the rear end portion of the center electrode.
The center electrode is loosely fitted through the rear end side insulator while being supported by the front end side insulator.
The igniter plug, wherein the connector contact portion is arranged inside the connector accommodating portion.
上記構成によれば、中心電極は、コネクタと直接接触するので、他部材を介してコネクタと接触する場合と比較して、コネクタと中心電極間の抵抗を低減して導電性を向上できる。また、中心電極は、後端側絶縁体に遊嵌状に挿通されるので、中心電極が熱膨張によって伸長した場合に湾曲することを抑制できる。したがって、コネクタと中心電極との間の導電性の向上と、熱膨張時の中心電極の湾曲の抑制と、を両立できる。 According to the above configuration, since the center electrode comes into direct contact with the connector, the resistance between the connector and the center electrode can be reduced and the conductivity can be improved as compared with the case where the center electrode comes into contact with the connector via another member. Further, since the center electrode is loosely inserted into the rear end side insulator, it is possible to prevent the center electrode from bending when it is extended due to thermal expansion. Therefore, it is possible to improve the conductivity between the connector and the center electrode and suppress the curvature of the center electrode during thermal expansion.
[適用例2]適用例1に記載のイグナイタプラグであって、
中心電極は、前記発火部を含む第1部分と、前記第1部分よりも比抵抗が小さな材料で形成され前記第1部分よりも後端側に設けられた第2部分と、を有し、
前記第1部分と前記第2部分とは接合されてなることを特徴とするイグナイタプラグ。
[Application Example 2] The igniter plug according to Application Example 1.
The center electrode has a first portion including the ignition portion and a second portion formed of a material having a specific resistivity smaller than that of the first portion and provided on the rear end side of the first portion.
An igniter plug characterized in that the first portion and the second portion are joined to each other.
上記構成によれば、コネクタと発火部を含む第1部分との間に位置する第2部分の抵抗を低減することができ、導電性をさらに向上できる。 According to the above configuration, the resistance of the second portion located between the connector and the first portion including the ignition portion can be reduced, and the conductivity can be further improved.
[適用例3]適用例1または2に記載のイグナイタプラグであって、さらに、
前記後端側絶縁体の前記軸孔の内部に固定された金属製の筒部材を備え、
前記中心電極は、前記筒部材に遊嵌状に挿通されていることを特徴とするイグナイタプラグ。
[Application Example 3] The igniter plug according to Application Example 1 or 2, further
A metal tubular member fixed inside the shaft hole of the rear end side insulator is provided.
The igniter plug is characterized in that the center electrode is loosely inserted into the tubular member.
中心電極が後端側絶縁体に遊嵌状に挿通されているだけであると、イグナイタプラグに加わる振動等により中心電極が後端側絶縁体に接触して後端側絶縁体にクラックが発生するおそれがある。これに対し、上記構成によれば、筒部材によって中心電極が後端側絶縁体に直接接触することが抑制できるので、後端側絶縁体にクラックが発生することを抑制できる。その上、中心電極は筒部材に遊嵌状に挿通されているため、中心電極が熱膨張によって伸長した場合に湾曲することも抑制できる。 If the center electrode is only loosely inserted into the rear end side insulator, the center electrode comes into contact with the rear end side insulator due to vibration applied to the igniter plug, and cracks occur in the rear end side insulator. There is a risk of On the other hand, according to the above configuration, it is possible to prevent the center electrode from directly contacting the rear end side insulator by the tubular member, so that it is possible to suppress the occurrence of cracks in the rear end side insulator. Moreover, since the center electrode is loosely inserted into the tubular member, it is possible to prevent the center electrode from bending when it is extended due to thermal expansion.
[適用例4]適用例1〜3のいずれかに記載のイグナイタプラグであって、さらに、
前記主体金具の内部で、かつ、前記後端側絶縁体と前記先端側絶縁体との間に少なくとも充填された絶縁粉末を備えることを特徴とするイグナイタプラグ。
[Application Example 4] The igniter plug according to any one of Application Examples 1 to 3, further
An igniter plug comprising an insulating powder that is at least filled inside the main metal fitting and between the rear end side insulator and the front end side insulator.
先端側絶縁体と後端側絶縁体とが軸線方向に離間して配置されているので、主体金具と中心電極とが空間のみを介して配置されると、主体金具の内部でフラッシュオーバが発生するおそれがある。これに対し、上記構成によれば、中心電極と主体金具との間の絶縁性を確保して、主体金具の内部でのフラッシュオーバを抑制できる。 Since the front end side insulator and the rear end side insulator are arranged apart from each other in the axial direction, if the main metal fitting and the center electrode are arranged only through the space, a flashover occurs inside the main metal fitting. There is a risk of On the other hand, according to the above configuration, it is possible to secure the insulating property between the center electrode and the main metal fitting and suppress the flashover inside the main metal fitting.
[適用例5]適用例1〜4のいずれかに記載のイグナイタプラグであって、さらに、
前記後端側絶縁体と前記先端側絶縁体との間の前記軸線方向の範囲の少なくとも一部において、前記中心電極が挿通され、前記中心電極に固定された絶縁性の筒部材を備えることを特徴とするイグナイタプラグ。
[Application Example 5] The igniter plug according to any one of Application Examples 1 to 4, and further.
An insulating tubular member through which the center electrode is inserted and fixed to the center electrode is provided in at least a part of the axial range between the rear end side insulator and the front end side insulator. The characteristic igniter plug.
上記構成によれば、中心電極と主体金具との間の絶縁性をさらに確保して、例えば、先端側絶縁体と後端側絶縁体とが軸線方向に離間している位置において、主体金具の内部でのフラッシュオーバを抑制できる。 According to the above configuration, the insulation between the center electrode and the main metal fitting is further secured, and for example, at a position where the front end side insulator and the rear end side insulator are separated from each other in the axial direction, the main metal fitting Internal flashover can be suppressed.
なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、イグナイタプラグやイグナイタプラグを用いた点火装置、そのイグナイタプラグを搭載するエンジン等の態様で実現することができる。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various aspects, for example, an igniter plug, an ignition device using an igniter plug, an engine equipped with the igniter plug, and the like. be able to.
A.第1実施形態
A−1.イグナイタプラグ100の構成:
図1は、第1実施形態のイグナイタプラグ100の概略図である。図1では、イグナイタプラグ100の軸線AXよりも左側部分については、外観図が示され、右側部分については、軸線AXを含む面で切断された断面図が示されている。図2は、イグナイタプラグ100の先端側の部分の断面図を拡大した図である。図3は、イグナイタプラグ100の後端側の部分の断面図を拡大した図である。図中の一点破線は、イグナイタプラグ100の軸線AXを示している。軸線AXと平行な方向を軸線方向とも呼ぶ。軸線AXを中心とし、軸線AXと垂直な面上の円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図における下方向を先端方向FDと呼び、上方向を後端方向BDとも呼ぶ。図における下側を、イグナイタプラグ100の先端側と呼び、図における上側をイグナイタプラグ100の後端側と呼ぶ。
A. First Embodiment A-1. Configuration of igniter plug 100:
FIG. 1 is a schematic view of the
イグナイタプラグ100は、例えば、航空機用のガスタービンエンジンやバーナー点火器等に用いられる点火装置であり、いわゆるイグナイタプラグである。イグナイタプラグ100は、後端側絶縁体10と先端側絶縁体20とから成る絶縁体1と、中心電極40と、接地電極50と、主体金具60と、金属筒部材70と、絶縁筒部材80と、を備えている。
The
後端側絶縁体10、先端側絶縁体20は、アルミナを始めとする絶縁性のセラミックス材料を焼成して形成され、軸線AXに沿って延びる略円筒状の部材である。後端側絶縁体10、先端側絶縁体20には、軸線AXに沿って延びる貫通孔である軸孔12、22が形成されている。後端側絶縁体10は、先端側絶縁体20よりも後端側に位置し、先端側絶縁体20と後端側絶縁体10とは、軸線AXの方向に離間している。
The rear
後端側絶縁体10は、後端側の第1部材13と先端側の第2部材14とを備えている。第1部材13と第2部材14とは、シール部材9a、9bによって接合されている。図3に示すように、第1部材13は、大外径部131と、大外径部131よりも先端側の小外径部132と、小外径部132よりも先端側の薄肉部133と、を備えている。大外径部131は、小外径部132よりも外径が大きい。小外径部132は、薄肉部133よりも外径が大きい。第2部材14は、大外径部141と、大外径部141よりも後端側の小外径部142と、小外径部142よりも後端側の薄肉部143と、を備えている。大外径部141は、小外径部142よりも外径が大きい。小外径部142は、薄肉部143よりも外径が大きい。第1部材13の薄肉部133の先端と、第2部材14の薄肉部143の後端とは、接触している。後端側絶縁体10の内径(軸孔12の径)は、第1部材13の大外径部131および第2部材14の大外径部141において、中央部(薄肉部133、143、小外径部132、142)よりも拡径している。
The rear
第1部材13の大外径部131内の拡径した軸孔12は、後端側絶縁体10の最後端部に位置しており、後端側に向かって開放している。イグナイタプラグ100の使用時において、大外径部131内の拡径した軸孔12の内部には、図3に示すように、コネクタCTが収容される。このために、大外径部131は、コネクタ収容部と言うことができる。コネクタCTは、イグナイタプラグ100に電力を供給する電源の電力供給ケーブル(図示省略)に接続されている。コネクタCTの先端は、図3に示すように中心電極40の後端のコネクタ接触部46(後述)と直接接触する。これによって、コネクタCTは、中心電極40と電力供給ケーブルとを電気的に接続する。
The
図2に示すように、先端側絶縁体20は、中央大径部24と、中央大径部24よりも先端側の先端小径部25と、中央大径部24よりも後端側の後端小径部23と、を備えている。先端小径部25および後端小径部23の外径は、中央大径部24よりも小さい。先端小径部25の先端近傍は、発火部42Cにて発生する火花が接触するため、先端小径部25は、より低電圧で放電可能なセラミックス材料(例えば、酸化銅などの金属酸化物)で形成された先端部分25Aを有している。
As shown in FIG. 2, the
先端側絶縁体20の軸孔22は、中央大径部24の先端部分より後端側において、先端側の小内径孔22Bより内径が大きな大内径孔22A(図2)となっている。先端側絶縁体20において、小内径孔22Bが形成された部分と大内径孔22Aが形成された部分との間に段部26が形成されている。
The
金属筒部材70は、軸線AXに沿って延びる金属製の略円筒状の部材である。金属筒部材70は、例えば、ステンレスで形成されている。図3に示すように、金属筒部材70は、筒状部71と、筒状部71よりも先端側の鍔部75と、を備えている。鍔部75は、筒状部71よりも大きな外径を有している。筒状部71は、後端側絶縁体10の中央部(薄肉部133、143、小外径部132、142)の軸孔12に挿通されている。鍔部75は、後端側絶縁体10の大外径部141の拡径された軸孔12内に位置している。金属筒部材70は、シール部材9bによって、後端側絶縁体10に固定されている。
The
中心電極40は、軸線AXに沿って延びる棒状の部材である。中心電極40は、先端部材42と、先端部材42よりも後端側に設けられた中央部材43と、中央部材43よりも後端側に設けられた後端部材44と、の3個の部材を溶接によって接合して形成されている。先端部材42は、火花放電が行われる発火部42C(後述)を含むため、中央部材43や後端部材44よりも耐熱性に優れた金属材料、本実施形態では、ニッケル(Ni)を主成分としクロム(Cr)や鉄(Fe)を含む合金(具体例としては、NCF600、NCF601)を用いて形成されている。中央部材43と後端部材44とは、先端部材42よりも比抵抗が小さく導電性に優れた金属材料(比抵抗が低い金属材料)、本実施形態では、純Niを用いて形成されている。
The
中心電極40は、絶縁体1の軸孔12、22に挿通されている。具体的には、先端部材42の全体と、中央部材43の先端側の部分とは、先端側絶縁体20の軸孔22に挿通されている。後端部材44の後端側の部分は、後端側絶縁体10の軸孔12に挿通されている。
The
図2に示すように、先端部材42は、棒状部42Aと、棒状部42Aよりも後端側の鍔部42Bと、を備えている。鍔部42Bは、棒状部42Aよりも大きな外径を有している。棒状部42Aは、先端側絶縁体20の小内径孔22B内に位置し、鍔部42Bは、先端側絶縁体20の段部26に先端側から支持されている。先端部材42の先端部分(棒状部42Aの先端部分)は、接地電極50との間に火花ギャップを形成する発火部42Cである。
As shown in FIG. 2, the
中央部材43の先端は、先端部材42の後端、すなわち、鍔部42Bの後端に溶接されている。中央部材43の先端側の部分は、先端側絶縁体20の大内径孔22A内に位置している。大内径孔22Aにおいて、中心電極40(鍔部42Bおよび中央部材43)と先端側絶縁体20の内周面との間に、粉末2a(例えば、滑石)、および、粉末2aとは材質が異なるアルミナ滑石7が充填されている。これによって、中心電極40の先端側の部分は、先端側絶縁体20に固定されている。
The tip of the
後端部材44の先端は、後端側絶縁体10と先端側絶縁体20との間に位置し、中央部材43の後端に溶接されている。後端部材44の後端側の部分は、後端側絶縁体10の軸孔12と、金属筒部材70と、に遊嵌状に挿通されている。すなわち、金属筒部材70の筒状部71の内周面と、後端部材44の外周面と、の間には、僅かな隙間があり、互いに固定されていない。例えば、本実施形態では、筒状部71の内周面と、後端部材44の外周面と、の間のクリアランスは、0.01mm〜0.05mmである。この程度のクリアランスとすることで、後述する絶縁粉末5が、筒状部71の内周面と、後端部材44の外周面と、の間に浸入することを抑制しつつ、金属筒部材70および先端側絶縁体20に対して、後端部材44を遊嵌状に維持することができる。
The tip of the
後端部材44の後端に位置する上述したコネクタ接触部46(図3)は、後端側絶縁体10の大外径部131(コネクタ収容部)の拡径した軸孔12内に位置している。
The above-mentioned connector contact portion 46 (FIG. 3) located at the rear end of the
以上の説明から解るように、中心電極40は、先端側絶縁体20の先端近傍部分(先端部)から後端側絶縁体10の後端近傍部分(後端部)まで延びている。
As can be seen from the above description, the
主体金具60は、導電性の金属材料(例えば、低炭素鋼材やNi合金)で形成され、例えば、エンジン(図示省略)にイグナイタプラグ100を固定するための軸線方向に延びる略円筒状の金具である。主体金具60には、軸線AXに沿って貫通する貫通孔69が形成されている。主体金具60の貫通孔69内には、絶縁体1および中心電極40が収容されている。このために、主体金具60は、後端側絶縁体10および先端側絶縁体20の径方向の周囲(すなわち、外周)に配置されている。主体金具60の後端は、後端側絶縁体10の後端よりも後端側に位置し、主体金具60の先端は、先端側絶縁体20の先端よりも先端側に位置している。
The main metal fitting 60 is formed of a conductive metal material (for example, low carbon steel material or Ni alloy), and is, for example, a substantially cylindrical metal fitting extending in the axial direction for fixing the
図1に示すように、主体金具60は、3個の同軸に並んだ部材、すなわち、後端側の後端金具61と、先端側の先端金具63と、後端金具61と先端金具63との間の中間金具62と、が接合されることによって形成されている。後端金具61と中間金具62とは、溶接部WP1によって接合され、中間金具62と先端金具63とは、溶接部WP2によって接合されている。溶接部WP1、WP2は、例えば、レーザ溶接によって形成される溶接部である。
As shown in FIG. 1, the main metal fitting 60 includes three coaxially arranged members, that is, a rear end metal fitting 61 on the rear end side, a tip metal fitting 63 on the front end side, and a rear end metal fitting 61 and a
主体金具60は、後端側から順に、ネジ部64と、工具係合部65と、2個の鍔状の座部66、67と、を備えている。ネジ部64は、上述したコネクタCTと電力供給ケーブルとが取り付けられたキャップを固定するための雄ネジである。工具係合部65は、プラグレンチが係合するために面取りが成された部分である。後端側の座部66は、イグナイタプラグ100をエンジンなどに取り付ける際に、イグナイタプラグ100をエンジン側(先端側)に押し付けるバネ(図示省略)を支持する。先端側の座部67よりも先端側の小外径部68は、エンジンなどに取り付けられた際に、燃焼ガスに曝される部分である。
The main metal fitting 60 includes a
後端金具61の貫通孔69内には、シール部材9a、9bによって、上述した後端側絶縁体10が固定されている。
The above-mentioned rear
主体金具60において、中間金具62の先端は、線パッキン6と滑石2bと板パッキン8とを介して、先端側絶縁体20の中央大径部24を後端側から先端側に押さえている。また、主体金具60の先端に形成された接地電極50(後述)の後端向き面50bは、先端側絶縁体20の先端小径部25の先端を先端側から支持している。これによって、主体金具60の貫通孔69内に、先端側絶縁体20が固定されている。
In the main metal fitting 60, the tip of the intermediate metal fitting 62 presses the central
主体金具60の貫通孔69内の板パッキン8よりも先端側において、主体金具60の内周面と、先端側絶縁体20の外周面と、の間には、筒状空間SP1が形成されている。
A tubular space SP1 is formed between the inner peripheral surface of the main metal fitting 60 and the outer peripheral surface of the front
先端金具63の座部67の後端側の壁面には、周方向に分散して配置され、壁面を軸線方向と垂直に貫通する複数個(例えば6個)の入口孔60iが形成されている。入口孔60iによって、主体金具60内の筒状空間SP1と、外部と、が連通し、冷却のための外部のガス(冷却流体とも呼ぶ)が筒状空間SP1内に導入可能とされる。
A plurality of (for example, 6)
図4は、イグナイタプラグ100の先端を軸線AXに沿って先端側から後端側に向かって見た図である。図4では、構成する部材の種類が解りやすいように、各部材に、図2の断面図と同様のハッチングを付している。図4では、座部67および座部67より後端側の図示は省略されている。
FIG. 4 is a view of the tip of the
図4に示すように、接地電極50は、主体金具60の先端に形成され、軸線方向に貫通する貫通孔57を有する円環状の部分である。接地電極50は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、例えば、NiやNi合金、タングステンで形成されている。本実施形態では、主体金具60の先端金具63がNi合金で形成され、接地電極50は、先端金具63と一体に形成されている。これに代えて、接地電極50は、主体金具60とは別部材で形成され、主体金具60の先端に溶接によって接合されていても良い。
As shown in FIG. 4, the
接地電極50には、図2、図4に示すように、内周縁よりも径方向外側(すなわち、貫通孔57よりも径方向外側)に位置し、周方向に分散して配置され、接地電極50を軸線方向に貫通する複数個(本実施形態では12個)の出口孔50oが形成されている。また、図2に示すように、小外径部68の先端近傍の壁面にも、周方向に分散して配置され、壁面を軸線方向と垂直に貫通する複数個(例えば8個)の出口孔60oが形成されている。出口孔50o、60oによって、主体金具60内の筒状空間SP1と、外部と、が連通し、冷却のための外部のガス(冷却流体とも呼ぶ)が筒状空間SP1内から排出可能とされる。このように、上述した入口孔60iよりも先端側に出口孔50o、60oが形成されることで、図2で矢印で示すように、筒状空間SP1内を、後端側からより高温な先端側に向かって冷却流体が流動する。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
接地電極50の貫通孔57内には、中心電極40の発火部42C(上述)が位置しており、接地電極50の貫通孔57を形成する壁面と、発火部42Cの側面と、の間に放電のための間隙G(火花ギャップ)が形成される。
The
絶縁筒部材80は、絶縁性の材料(例えば、アルミナ)によって形成された円筒状の部材である。絶縁筒部材80は、中心電極40のうち、軸線方向の一部の外周に配置されている。すなわち、中心電極40のうちの一部分は、絶縁筒部材80に挿通されている。絶縁筒部材80の先端は、先端側絶縁体20の後端小径部23の内部に位置している(図2)。絶縁筒部材80の後端は、後端側絶縁体10の大外径部141の内部に位置している(図3)。したがって、本実施形態では、絶縁筒部材80は、中心電極40のうち、後端側絶縁体10の先端から先端側絶縁体20の後端までの範囲を含む軸線方向の範囲を覆っている。絶縁筒部材80の内周面と中心電極40の外周面とは、接着材3によって接着されている。
The insulating
絶縁筒部材80の外周面と、主体金具60の内周面(後端金具61と中間金具62との内周面)と、の間には、絶縁粉末5が充填されている。絶縁粉末5は、絶縁性の材料で形成された粉末であり、本実施形態では、マグネシア(MgO、酸化マグネシウムとも呼ぶ)の粉末である。絶縁粉末5は、後端側絶縁体10の大外径部141の内周面と絶縁筒部材80の外周面との間、および、大外径部141の内周面と金属筒部材70の鍔部75との間にも充填されている(図3)。絶縁粉末5は、さらに、先端側絶縁体20の後端小径部23の内周面と絶縁筒部材80の外周面との間、および、後端小径部23の内周面と中心電極40(中央部材43)の外周面との間にも充填されている(図2)。
The insulating
中間金具62の外壁に形成された貫通孔62Aは、イグナイタプラグ100の製造時に、絶縁粉末5を充填するための孔である。貫通孔62Aは、貫通孔62Aに嵌合する栓部材4によって塞がれている。
The through
以上説明したイグナイタプラグ100の動作を説明する。中心電極40と主体金具60とに、駆動電圧が印加されると、間隙Gに、先端側絶縁体20の先端部分25Aに沿う放電が発生し、貫通孔57から該放電によって生じたプラズマや火炎が先端側に放出される。
The operation of the
また、イグナイタプラグ100が使用される際には、図2に筒状空間SP1内に矢印で示すように、入口孔60iを介して筒状空間SP1に冷却流体(例えば空気)が供給される。供給された冷却流体の一部は、筒状空間SP1の先端側に流動して、出口孔50o、60oを通って外部に排出される。このような冷却流体の流れにより、主に、先端側絶縁体20の先端小径部25が冷却される。
When the
A−2.イグナイタプラグ100の製造方法:
イグナイタプラグ100の製造では、後端金具61に絶縁体10を組付けた後端側モジュール61Mが作成される。図5は、後端側モジュール61Mの製造の説明図である。まず、図5(A)の組付治具200が用意される。組付治具200は、例えば、金属製の治具であり、台部210と、大径部220と、小径部230と、を備えている。大径部220は、台部210の上面から上方に延びる円筒状の部分である。小径部230は、大径部220と同軸であり、大径部220の上方に位置する円筒状の部材である。小径部230の外径は、大径部220よりも小さい。
A-2. Manufacturing method of igniter plug 100:
In the manufacture of the
まず、図5(B)に示すように、組付治具200の小径部230の先端に、先端側を(鍔部75側)を下方にし後端側(筒状部71側)を上方にした姿勢で金属筒部材70が載置される。そして、金属筒部材70の先端が、第2部材14の軸孔12に後端側から挿通されるように、第2部材14が、組付治具200に載置される。第2部材14の大外径部141には、組付治具200の大径部220の先端部分が挿通される。さらに、第2部材14の全体が後端金具61の貫通孔69内に配置されるように、後端金具61が組付治具200に載置される。後端金具61の先端が台部210の上面に接した状態で、後端金具61の内部の適切な軸線方向の位置に、第2部材14および金属筒部材70が配置されるように、大径部220および小径部230の高さが設定されている。
First, as shown in FIG. 5B, the tip end side (
この状態で、図5(C)に示すように、金属筒部材70の孔が上方から棒部材240で塞がれる。そして、後端金具61の貫通孔69内に、シール部材9a、9bの材料となるガラス粉末9Pが所定の量だけ充填される。
In this state, as shown in FIG. 5C, the hole of the
次に、図5(D)に示すように、後端金具61を、ガラス粉末9Pの軟化点よりも高い所定温度まで加熱し、所定温度に加熱した状態で、貫通孔69の後端側の開口から絶縁体10を構成する第1部材13が挿入される。これによって、第1部材13の先端でガラス粉末9Pを圧縮するように、第1部材13が押し込まれて、シール部材9a、9bが形成される。この結果、後端金具61の貫通孔69内に絶縁体10がシール部材9a、9bによって固定された後端側モジュール61Mが完成する。
Next, as shown in FIG. 5 (D), the rear end fitting 61 is heated to a predetermined temperature higher than the softening point of the glass powder 9P, and in a state of being heated to a predetermined temperature, on the rear end side of the through
イグナイタプラグ100の先端側は、後端側モジュール61Mとは別に作成される。まず、中心電極40のうち、先端部材42と中央部材43とが溶接される。溶接された先端部材42と中央部材43とは、先端側絶縁体20の軸孔22内に後端側から挿入される。軸孔22内に、滑石2aが充填され、アルミナ滑石7が取り付けられる。これによって、先端側絶縁体20に対して、先端部材42および中央部材43が固定される。
The front end side of the
先端金具63の貫通孔69に、先端部材42および中央部材43が固定された先端側絶縁体20が挿入される。先端金具63の内周面と先端側絶縁体20の外周面との間に、線パッキン6、板パッキン8の配置および滑石2bの充填が行われる。
The
さらに、中央部材43の後端に後端部材44が溶接されて中心電極40が形成される。そして、中心電極40の外周面に接着材3が塗布された後に、中心電極40は絶縁筒部材80に挿通される。これによって、中心電極40に絶縁筒部材80が固定される。
Further, the
その後、先端金具63の後端に中間金具62が溶接される。さらに、中間金具62の後端に、後端金具61を含む後端側モジュール61Mが取り付けられ、後端金具61と中間金具62とが溶接される。このとき、後端側モジュール61Mの金属筒部材70には、中心電極40の後端部材44が挿通される。
After that, the intermediate metal fitting 62 is welded to the rear end of the
次に、中間金具62に形成された貫通孔62Aから、貫通孔69内に絶縁粉末5が充填される。絶縁粉末5が充填された後に、貫通孔62Aが栓部材4によって塞がれる。栓部材4は溶接によって中間金具62に固定される。以上の工程を経て、イグナイタプラグ100が完成する。
Next, the insulating
以上説明した本実施形態のイグナイタプラグ100によれば、中心電極40は、先端側絶縁体20の先端部から後端側絶縁体の後端部まで延びており、その後端部分にコネクタCTと直接接触するコネクタ接触部46を有している(図3)。そして、中心電極40は、先端側絶縁体20に支持されつつ(図2)、後端側絶縁体10に遊嵌状に挿通されている(図3)。コネクタ接触部46は、コネクタ収容部としての大外径部131の内部に配置されている(図3)。この結果、中心電極40は、コネクタCTと直接接触するので、他部材(例えば、端子金具)を介してコネクタCTと接触する場合と比較して、コネクタCTと中心電極40間の抵抗を低減して導電性を向上できる。また、中心電極40は、後端側絶縁体10に遊嵌状に挿通されるので、中心電極40が熱膨張によって伸長した場合に湾曲することを抑制できる。したがって、コネクタCTと中心電極40との間の導電性の向上と、熱膨張時の中心電極40の湾曲の抑制と、を両立できる。
According to the
より詳しく説明する。図6は、比較形態のイグナイタプラグ100Xの説明図である。図6には、イグナイタプラグ100Xの後端側の一部分を軸線AXを含む平面で切断した断面が示されている。イグナイタプラグ100Xでは、絶縁体10Xの後端近傍において、軸孔12X内に、中心電極40Xとは別体の端子金具90Xが配置されている。この端子金具90Xには、雄ネジが形成されている。この雄ネジが絶縁体10Xの内周面に形成された雌ネジと係合することで、端子金具90Xは、絶縁体10Xに固定されている。中心電極40Xの後端は、端子金具90Xの先端側に開口する孔に挿入されており、中心電極40Xと端子金具90Xとは、直接接触しており、該接触によって、中心電極40と端子金具90Xとは電気的に接続されている。電源を供給するためのコネクタCTXは、主体金具60Xおよび絶縁体10Xの後端側の開口から挿入されて、端子金具90Xと接触する。
It will be explained in more detail. FIG. 6 is an explanatory diagram of the
ところで、イグナイタプラグ100の使用時には、中心電極40は、燃焼ガスに曝されるために、高温(例えば、摂氏1000度)になる。このために、中心電極40は、熱膨張によって伸長する。例えば、航空機用のジェットエンジンのイグナイタプラグ100では、中心電極40の長さは、30cm以上になり得る。この場合に、常温から摂氏1000度まで加熱されると、中心電極40は、数mm(例えば、約5mm)伸長する。
By the way, when the
この場合に、イグナイタプラグ100Xにおいて、中心電極40Xが端子金具90Xに固定されていると、絶縁体10Xが端子金具90Xおよび中心電極40Xを保持する形態となる。すると、熱膨張によって中心電極40Xが伸長した場合に、中心電極40Xが湾曲する。この結果、例えば、中心電極40Xが主体金具60Xに近づき、フラッシュオーバが発生するおそれがある。一方で、中心電極40Xの湾曲を抑制するために、例えば、中心電極40Xを絶縁体10Xや端子金具90Xに保持せずに、中心電極40Xを端子金具90Xに対して軸線方向に摺動可能に構成すると、中心電極40Xが湾曲することを抑制でき、主体金具60Xの内部でフラッシュオーバが発生することを抑制できる。しかしながら、この場合には、端子金具90Xと中心電極40Xとの接触性が低下して、接触抵抗が増大する。この結果、中心電極40XとコネクタCTXとの間の導電性が低下する。
In this case, in the
これに対して本実施形態のイグナイタプラグ100によれば、上述したように、中心電極40は、コネクタCTと直接接触し、かつ、中心電極40は、後端側絶縁体10に遊嵌状に挿通されるので、比較形態のイグナイタプラグ100Xのような不具合は発生しない。したがって、本実施形態のイグナイタプラグ100では、コネクタCTと中心電極40との間の導電性の向上と、熱膨張時の中心電極40の湾曲の抑制と、を両立できる。
On the other hand, according to the
さらに、本実施形態のイグナイタプラグ100は、中心電極40は、発火部42Cを含む第1部分(具体的には、先端部材42)と、第1部分よりも比抵抗が小さな材料で形成される第2部分(具体的には、中央部材43と後端部材44)と、を有している。そして、第1部分と第2部分とは接合されてなる。この結果、コネクタCTと発火部42Cを含む第1部分との間に位置する第2部分の抵抗を低減することができ、導電性をさらに向上できる。
Further, in the
ここで、仮に、金属筒部材70が配置されず、中心電極40が後端側絶縁体10に遊嵌状に挿通されているだけであると、イグナイタプラグに加わる振動等により中心電極40が後端側絶縁体10に接触して後端側絶縁体10にクラックが発生するおそれがある。これに対し、本実施形態のイグナイタプラグ100は、後端側絶縁体10の軸孔12の内部に固定された金属筒部材70を備え、中心電極40は、金属筒部材70に遊嵌状に挿通されている。この結果、中心電極40が後端側絶縁体10に直接接触しないので、エンジンの振動などに起因して中心電極40が振動した場合に、後端側絶縁体10にクラックが発生することを抑制できる。その上、中心電極40は金属筒部材70に遊嵌状に挿通されているため、中心電極40が熱膨張によって伸長した場合に湾曲することも抑制できる。
Here, if the
また、先端側絶縁体20と後端側絶縁体10とが軸線方向に離間して配置されているので、仮に、主体金具60と中心電極40とが空間のみを介して配置されると、主体金具60の内部でフラッシュオーバが発生するおそれがある。これに対し、本実施形態のイグナイタプラグ100は、主体金具60の内部(貫通孔69内)で、かつ、後端側絶縁体10と先端側絶縁体20との間に、絶縁粉末5が充填されている。この結果、中心電極40と主体金具60との間の絶縁性を確保して、主体金具60の内部でのフラッシュオーバを抑制できる。さらには、中心電極40が貫通孔69内で振動することを抑制できる。この結果、例えば、先端側絶縁体20や絶縁体10の割れなどの不具合を抑制できる。
Further, since the front
さらに、本実施形態のイグナイタプラグ100は、後端側絶縁体10と先端側絶縁体20との間の軸線方向の範囲において、中心電極40が挿通され、中心電極40に固定された絶縁筒部材80を備える。この結果、中心電極40と主体金具60との間の絶縁性をさらに確保して、例えば、先端側絶縁体20と後端側絶縁体10とが軸線方向に離間している位置において、主体金具60の内部でのフラッシュオーバを抑制できる。
Further, in the
B.変形例
(1)上記イグナイタプラグ100の具体的構成は、一例であり、これに限られない。例えば、間隙Gの近傍の構成は、一例であり、これに限られない。例えば、中心電極40の先端は、図2では、接地電極50の貫通孔57内に位置しているが、中心電極40の先端は、接地電極50よりも後端側に位置していても良い。そして、例えば、接地電極50の後端向き面50bと、先端側絶縁体20の先端面と、の間には、耐消耗性に優れた貴金属チップが配置されても良い。この場合には、該貴金属チップと、中心電極40の先端面と、の間が、火花放電が生じる間隙Gになる。また、出口孔60o、50oのいずれは、省略されても良い。
B. Modification Example (1) The specific configuration of the
(2)また、エンジン等へ取り付けるための主体金具60の構成は、適宜に変更され得る。例えば、主体金具60において、座部66よりも先端側にエンジン等へ取り付けるための雄ネジが形成されていても良い。
(2) Further, the configuration of the main metal fitting 60 for attaching to the engine or the like can be appropriately changed. For example, in the main metal fitting 60, a male screw for attaching to an engine or the like may be formed on the tip side of the
(3)また、主体金具60の貫通孔69において、後端側絶縁体10と、先端側絶縁体20と、の間には、さらに、別体の中央絶縁体が配置されても良い。例えば、中央絶縁体は、絶縁体10および先端側絶縁体20とは離間して、貫通孔69内に配置される略筒状の絶縁体である。中央絶縁体は、例えば、主体金具60に固定される。中心電極40は、中央絶縁体の軸孔に、遊嵌状に挿通される。この場合には、絶縁粉末5と絶縁筒部材80との一方または両方を省略しても良い。中央絶縁体を設けることで、絶縁粉末5や絶縁筒部材80を省略しても、中心電極40と主体金具60との間の絶縁性を確保してフラッシュオーバを抑制できる。
(3) Further, in the through
(4)中心電極40は、溶接によって接合された3個の部材(先端部材42、中央部材43、後端部材44)から構成されているが、2個の部材で構成されても良いし、1個の部材で構成されても良い。中心電極が2個の部材で構成される場合には、例えば、先端側の部材は、Ni合金などの耐熱性に優れた材料で形成され、後端側の部材は、純Niなどの導電性に優れた材料で形成されても良い。中心電極が1個の部材で構成される場合には、例えば、Ni合金などの耐熱性に優れた材料で形成されても良い。
(4) The
(5)また、金属筒部材70が省略され、中心電極40は、後端側絶縁体10の軸孔12に直接挿通されても良い。この場合でも中心電極40は、後端側絶縁体10に遊嵌状に挿通される。
(5) Further, the
(6)上記実施形態の各部材の材料は、例示であり、これに限られない。例えば、中心電極40の全部または一部は、鉄、鉄とニッケルとの合金、SUS304などのステンレスで形成されても良い。また、絶縁粉末5は、マグネシアに限らず、カルシア、アルミナなどの他の絶縁材料の粉末であっても良く、マグネシア、カルシア、アルミナなどの複数種類の絶縁材料の混合物であっても良い。
(6) The material of each member of the above embodiment is an example, and is not limited thereto. For example, all or part of the
以上、本発明の実施形態および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and modifications, and can be implemented in various embodiments without departing from the gist thereof. Is.
1…絶縁体、2a、2b…滑石、3…接着材、4…栓部材、5…絶縁粉末、6…線パッキン、7…アルミナ滑石、8…板パッキン、9P…ガラス粉末、9a…シール部材、9b…シール部材、10…後端側絶縁体、12…軸孔、13…第1部材、14…第2部材、20…先端側絶縁体、22…軸孔、22A…大内径孔、22B…小内径孔、23…後端小径部、24…中央大径部、25…先端小径部、25A…先端部分、26…段部、40…中心電極、42…先端部材、42A…棒状部、42B…鍔部、42C…発火部、43…中央部材、44…後端部材、46…コネクタ接触部、50…接地電極、50b…後端向き面、50o…出口孔、57…貫通孔、60…主体金具、60i…入口孔、60o…出口孔、61…後端金具、62…中間金具、62A…貫通孔、63…先端金具、64…ネジ部、65…工具係合部、66、67…座部、68…小外径部、69…貫通孔、70…金属筒部材、71…筒状部、71…筒状部、75…鍔部、80…絶縁筒部材、100…イグナイタプラグ、131…大外径部、132…小外径部、133…薄肉部、141…大外径部、142…小外径部、143…薄肉部、200…組付治具、210…台部、220…大径部、230…小径部、240…棒部材、G…間隙、FD…先端方向、BD…後端方向、CT…コネクタ、AX…軸線、WP1、WP2…溶接部、SP1…筒状空間
1 ... insulator, 2a, 2b ... talc, 3 ... adhesive, 4 ... plug member, 5 ... insulating powder, 6 ... wire packing, 7 ... alumina talc, 8 ... plate packing, 9P ... glass powder, 9a ... sealing member , 9b ... Seal member, 10 ... Rear end side insulator, 12 ... Shaft hole, 13 ... First member, 14 ... Second member, 20 ... Tip side insulator, 22 ... Shaft hole, 22A ... Large inner diameter hole, 22B ... Small inner diameter hole, 23 ... Rear end small diameter part, 24 ... Central large diameter part, 25 ... Tip small diameter part, 25A ... Tip part, 26 ... Step part, 40 ... Center electrode, 42 ... Tip member, 42A ... Rod-shaped part, 42B ... flange part, 42C ... ignition part, 43 ... central member, 44 ... rear end member, 46 ... connector contact part, 50 ... ground electrode, 50b ... rear end facing surface, 50o ... outlet hole, 57 ... through hole, 60 ... Main metal fitting, 60i ... Inlet hole, 60o ... Exit hole, 61 ... Rear end metal fitting, 62 ... Intermediate metal fitting, 62A ... Through hole, 63 ... Tip metal fitting, 64 ... Screw part, 65 ... Tool engaging part, 66, 67 ... Seat part, 68 ... Small outer diameter part, 69 ... Through hole, 70 ... Metal cylinder member, 71 ... Cylindrical part, 71 ... Cylindrical part, 75 ... Flange part, 80 ... Insulated cylinder member, 100 ... Igniter plug, 131 ... Large outer diameter part, 132 ... Small
Claims (5)
前記軸線に沿って延び前記中心電極が挿通される筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置され前記絶縁体が固定される主体金具と、
を備え、
前記絶縁体は、先端側絶縁体と、前記先端側絶縁体よりも後端側に位置し前記先端側絶縁体と軸線方向に離間した後端側絶縁体と、を有するイグナイタプラグであって、
前記後端側絶縁体の後端部には、前記中心電極と電源とを電気的に接続するコネクタを内部に収容するためのコネクタ収容部であり、後端側に向かって開放しつつ前記後端側絶縁体の先端部の軸孔よりも拡径された軸孔を有するコネクタ収容部を有し、
前記中心電極は、前記先端側絶縁体の先端部から前記後端側絶縁体の後端部まで延びており、前記中心電極の後端部に前記コネクタと直接接触するコネクタ接触部を有し、
前記中心電極は、前記先端側絶縁体に支持されつつ、前記後端側絶縁体に遊嵌状に挿通され、
前記コネクタ接触部は、前記コネクタ収容部の内部に配置されていることを特徴とするイグナイタプラグ。 A rod-shaped center electrode that extends along the axis and has an ignition part on the tip side,
A tubular insulator that extends along the axis and is inserted with the center electrode.
A main metal fitting arranged on the outer periphery of the insulator and to which the insulator is fixed,
With
The insulator is an igniter plug having a tip-side insulator and a rear-end side insulator located on the rear end side of the tip-side insulator and separated from the tip-side insulator in the axial direction.
The rear end portion of the rear end side insulator is a connector accommodating portion for internally accommodating a connector for electrically connecting the center electrode and the power supply, and the rear end portion is opened toward the rear end side. It has a connector accommodating portion having a shaft hole whose diameter is larger than that of the shaft hole at the tip of the end side insulator.
The center electrode extends from the tip end portion of the front end side insulator to the rear end portion of the rear end side insulator, and has a connector contact portion that directly contacts the connector at the rear end portion of the center electrode.
The center electrode is loosely fitted through the rear end side insulator while being supported by the front end side insulator.
The igniter plug, wherein the connector contact portion is arranged inside the connector accommodating portion.
中心電極は、前記発火部を含む第1部分と、前記第1部分よりも比抵抗が小さな材料で形成され前記第1部分よりも後端側に設けられた第2部分と、を有し、
前記第1部分と前記第2部分とは接合されてなることを特徴とするイグナイタプラグ。 The igniter plug according to claim 1.
The center electrode has a first portion including the ignition portion and a second portion formed of a material having a specific resistivity smaller than that of the first portion and provided on the rear end side of the first portion.
An igniter plug characterized in that the first portion and the second portion are joined to each other.
前記後端側絶縁体の前記軸孔の内部に固定された金属製の筒部材を備え、
前記中心電極は、前記筒部材に遊嵌状に挿通されていることを特徴とするイグナイタプラグ。 The igniter plug according to claim 1 or 2, further
A metal tubular member fixed inside the shaft hole of the rear end side insulator is provided.
The igniter plug is characterized in that the center electrode is loosely inserted into the tubular member.
前記主体金具の内部で、かつ、前記後端側絶縁体と前記先端側絶縁体との間に少なくとも充填された絶縁粉末を備えることを特徴とするイグナイタプラグ。 The igniter plug according to any one of claims 1 to 3, further
An igniter plug comprising an insulating powder that is at least filled inside the main metal fitting and between the rear end side insulator and the front end side insulator.
前記後端側絶縁体と前記先端側絶縁体との間の前記軸線方向の範囲の少なくとも一部において、前記中心電極が挿通され、前記中心電極に固定された絶縁性の筒部材を備えることを特徴とするイグナイタプラグ。 The igniter plug according to any one of claims 1 to 4, further
An insulating tubular member through which the center electrode is inserted and fixed to the center electrode is provided in at least a part of the axial range between the rear end side insulator and the front end side insulator. The characteristic igniter plug.
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