JP4305294B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、１次巻線および２次巻線を有し、点火プラグに高電圧を供給する内燃機関用点火装置に関するものである。

図７は、本発明者らが特願２００２−９８５０７号にて提案した、点火コイルと点火プラグを一体化した内燃機関用点火装置を示すものである。この点火装置は、セラミック製の筒状の碍子５に１次巻線３１が巻かれ、碍子５に２次巻線３２が収納され、碍子５と２次巻線３２との隙間に樹脂が充填されて樹脂層９が形成されている。

そして、図７に示す装置において、碍子５に収納された２次巻線３２が断線するという問題が発生した。これは、樹脂層９が硬化収縮する際に樹脂層９にクラックが発生し、クラック発生により樹脂層９が２次巻線３２を引っ張り、２次巻線３２の断線が発生することが判明した。

本発明は上記点に鑑みてなされたもので、碍子に収納された巻線と碍子との隙間に樹脂層が形成された点火装置において、碍子に収納された巻線の断線を防止することを目的とする。

ところで、前述したように、樹脂層にクラックが発生して２次巻線の断線に至るが、クラック発生原因について本発明者らが検討を行ったところ、以下のことがわかった。すなわち、樹脂層は樹脂が硬化する際に碍子の開口部から底部に向かって収縮しようとするが、碍子は開口部から底部に向かって内周部の径が漸減されていたため、樹脂層が収縮する際に樹脂層の外周部が碍子の内周部に引っかかってしまい、その応力でクラックが発生することが判明した。

また、樹脂層における碍子開口部側の端部（以下、樹脂層開口側端部という）は表面張力が働き、樹脂層開口側端部は樹脂層と碍子との接着力が他の部位よりも大きくなる。そのため、樹脂層が硬化収縮する際に、樹脂層開口側端部はクラックが容易に発生しやすい。そして、樹脂層開口側端部でクラックが発生すると、そのクラック発生部を起点として、樹脂層の硬化収縮に伴って碍子底部側に向かってクラックが螺旋状に進行する場合もあることが分かった。

本発明は、上記の検討結果に基づいてなされたもので、請求項１に記載の発明では、点火プラグ（２）に高電圧を供給する１次巻線（３１）および２次巻線（３２）と、一端に開口部を有するとともに他端に底部を有し、１次巻線（３１）および２次巻線（３２）のうち一方の巻線が収納される筒状の碍子（５）と、碍子（５）と一方の巻線との隙間に樹脂を充填して形成された樹脂層（９）とを備え、碍子（５）は、開口部から底部に向かって内周部の径が漸増されていることを特徴とする。

これによると、碍子は開口部から底部に向かって内周部の径が漸増されているため、樹脂層が碍子の開口部から底部に向かって収縮しようとする際に、樹脂層は碍子の内周部に引っかかることなく収縮することが可能であり、したがって、樹脂層のクラックの発生を防止し、ひいては巻線の断線を防止することができる。

請求項２に記載の発明では、底部から開口部に向かう樹脂層（９）の移動が規制されるように、底部において碍子（５）と樹脂層（９）とが係合されていることを特徴とする。

これによると、樹脂層が収縮する際には、樹脂層を確実に碍子の開口部から底部に向かって収縮させることができ、したがって、樹脂層のクラックの発生を防止し、ひいては巻線の断線を一層確実に防止することができる。

請求項３に記載の発明では、点火プラグ（２）が一体化された内燃機関用点火装置であって、碍子（５）は、一方の巻線が収納される巻線碍子（５２）と、点火プラグ（２）の中心電極（２２）が収納されるプラグ碍子（５１）とを備え、巻線碍子（５２）とプラグ碍子（５１）とが結合されて、プラグ碍子（５１）の一端が巻線碍子（５２）の底部を形成していることを特徴とする。

これによると、巻線碍子単体では両端が開口した筒状とすることができるため、巻線碍子を開口部から底部に向かって内周部の径が漸増するような形状に加工することが容易である。

請求項４に記載の発明のように、碍子（５）における開口部の内周部の径をｄ１、碍子（５）における底部の内周部の径をｄ２としたとき、ｄ２／ｄ１≧１．０１とすることにより、樹脂層が収縮する際に、碍子の内周部に引っかかることなく樹脂層を収縮させることができる。一方、碍子外径寸法の制約から、請求項５に記載の発明のように、ｄ２／ｄ１≦１．２５とするのが望ましい。

請求項６に記載の発明のように、碍子（５）の内周部はテーパ状とすることができる。そして、請求項７に記載の発明のように、碍子（５）の軸線に対する碍子（５）の内周部の角度を０．０４°以上とすることにより、樹脂層が収縮する際に、碍子の内周部に引っかかることなく樹脂層を収縮させることができる。一方、碍子外径寸法の制約から、請求項８に記載の発明のように、碍子（５）の軸線に対する碍子（５）の内周部の角度を１°以下とするのが望ましい。

請求項９に記載の発明では、点火プラグ（２）に高電圧を供給する１次巻線（３１）および２次巻線（３２）と、一端に開口部を有するとともに他端に底部を有し、１次巻線（３１）および２次巻線（３２）のうち一方の巻線が収納される筒状の碍子（５）と、碍子（５）と一方の巻線との隙間に樹脂を充填して形成された樹脂層（９）とを備え、
碍子（５）における開口部の内周部の径と碍子（５）における底部の内周部の径が等しいことを特徴とする
これによると、碍子における開口部の内周部の径と碍子における底部の内周部の径が等しいため、樹脂層が碍子の開口部から底部に向かって収縮しようとする際に、樹脂層は碍子の内周部に引っかかることなく収縮することが可能であり、したがって、樹脂層のクラックの発生を防止し、ひいては巻線の断線を防止することができる。

請求項１０に記載の発明では、碍子（５）と樹脂層（９）との間に、碍子（５）と樹脂層（９）との接着を防止する剥離部材（１００）が設けられていることを特徴とする。

これによると、樹脂層が硬化収縮する際に樹脂層と碍子が容易に剥離することができるため、特に、樹脂層開口側端部でのクラック発生部を起点とする螺旋状クラックの防止に有効である。

請求項１１に記載の発明のように、剥離部材（１００）は、釉薬、ポリエチレン、フッ素系樹脂、およびシリコンのうちのいずれか１つを碍子（５）に塗布して形成することができる。

請求項１２に記載の発明では、剥離部材（１００）は、碍子（５）と樹脂層（９）との間に介在されたシート状の部材であることを特徴とする。

これによると、剥離部材を塗布する場合よりも確実に樹脂層と碍子を剥離させることができる。

請求項１３に記載の発明では、剥離部材（１００）は、碍子（５）の内周部の全面に設けられていることを特徴とする。

これによると、樹脂層と碍子との対向面全域で、樹脂層と碍子とを容易に剥離させることができる。

請求項１４に記載の発明では、剥離部材（１００）は、碍子（５）の内周部のうち開口部に近い側にのみ設けられていることを特徴とする。

これによると、剥離部材（１００）を碍子の内周部の全面に設ける場合よりも、剥離部材を設ける作業がし易い。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明を図に示す実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る内燃機関用点火装置の全体構成を示す断面図、図２は図１の装置の中間製造工程での構成を示す断面図、図３は図２における巻線碍子部分の拡大図である。

図１において、点火装置は、円筒形状のケース１内に、点火プラグ２と点火コイル３と圧力検出素子４が収納され、点火プラグ２の両電極（詳細後述）が図示しない車両用内燃機関の燃焼室に露出するようにして、シリンダヘッドのプラグホールに装着されるようになっている。

ケース１は、磁性体で且つ導電性の金属材料よりなり、より詳細には炭素鋼等の鉄鋼材料よりなり、ケース１の外周面には、燃焼室側に雄ねじ部１１が形成されると共に、反燃焼室側に締め付け用ナット部１２が形成されており、ナット部１２を利用してケース１を回して、雄ねじ部１１をシリンダヘッドの図示しない雌ねじ部にねじ結合させることにより、点火装置がシリンダヘッドに固定されるようになっている。

ケース１内には、電気絶縁性材料であるセラミックからなる有底円筒状の碍子５が収納されており、この碍子５は、燃焼室側に位置するプラグ碍子５１と、このプラグ碍子５１の反燃焼室側に位置して後述する１次巻線３１が巻かれる巻線碍子５２とから構成されている。そして、円筒状に形成された巻線碍子５２の一端がプラグ碍子５１の筒部５１１に挿入され、ホウケイ酸鉛ガラス等を接着剤として用いて、プラグ碍子５１と巻線碍子５２とが結合されている。なお、碍子５の詳細については後述する。

ケース１の内周面には、燃焼室側近傍に段付き状の受け面１３が形成されており、碍子５におけるプラグ碍子５１の外周面には、この受け面１３に当接する段付き状の当たり面５１２が形成されている。そして、受け面１３と当たり面５１２の間には図示しない金属製のパッキンが介在し、ケース１と碍子５との間からの燃焼ガスの洩れを防止するようになっている。

点火プラグ２は、導電性金属よりなるステム２１、導電性金属よりなる中心電極２２、および導電性金属よりなる接地電極２３等から構成されている。そして、ステム２１および中心電極２２は、碍子５におけるプラグ碍子５１の中心穴に挿入されており、この中心電極２２の一端は燃焼室に露出している。また、接地電極２３はケース１に溶接等により一体化されており、この接地電極２３は火花ギャップを有して中心電極２２の一端と対向している。

点火コイル３は、１次巻線３１、２次巻線３２、磁性材料よりなる円柱状の中心コア３３、および電気絶縁性の樹脂にて有底円筒状に形成された２次スプール３４等から構成されている。１次巻線３１は、碍子５における巻線碍子５２の外周部に直接巻線されている。そして、１次巻線３１の両端は図示しないターミナルを介して、接続コネクタ６のコネクタ端子６１に接続されており、これにより１次巻線３１に図示しないイグナイタからの制御信号が入力されるようになっている。

ここで、ケース１において中心コア３３を取り囲む部分は、磁束が流れる外周コアの機能を有しており、１次巻線３１で発生した磁束は、中心コア３３およびケース１に流れるようになっている。そして、ケース１において中心コア３３を取り囲む部分には、磁束変化で発生する環状電流による損失を防止するために、中心コア３３の軸方向に延びる図示しないスリットが形成されている。

２次スプール３４は、２次巻線３２が巻かれる巻き線用筒部３４１と、この巻き線用筒部３４１から反燃焼室側に向かって突出する突出筒部３４２を有している。そして、巻き線用筒部３４１の外周に２次巻線３２が巻かれ、２次スプール３４の中心穴に中心コア３３が挿入されている。中心コア３３を挿入後、２次スプール３４の中心穴の開口部にゴムやスポンジ等の弾性材よりなるコア押え蓋３５が挿入されることにより、２次スプール３４の中心穴が塞がれている。また、碍子５における巻線碍子５２と２次巻線３２との隙間には、電気絶縁性に富む樹脂、例えばエポキシ樹脂が充填されて樹脂層９が形成されている。

２次巻線３２の高電圧端は、点火プラグ２のステム２１を介して中心電極２２に電気的に接続され、低電圧端は、図示しないターミナルを介してケース１に接続されている。なお、ケース１はシリンダヘッド等を介して図示しない車両のボデーに接地されている。

圧力検出素子４は、それに負荷される荷重の変化に伴って電位が変位するもので、例えばチタン酸鉛からなり、薄板リング状に形成されている。そして、圧力検出素子４は巻線碍子５２の端部に配置され、圧力検出素子４の一端は、ボルト８およびケース１を介してシリンダヘッドに電気的に接続されている。

また、圧力検出素子４と巻線碍子５２の端部との間に、導電性金属にて薄板リング状に形成された燃焼圧信号用ターミナル７が配置されている。この燃焼圧信号用ターミナル７には、コネクタ端子６１が一体に形成されている。これにより圧力検出素子４の出力信号が図示しない制御装置に出力されるようになっている。

ボルト８は導電性金属にて筒状に形成され、ケース１における反燃焼室側に形成された雌ねじ部１４にボルト８がねじ結合されることにより、圧力検出素子４および燃焼圧信号用ターミナル７が、巻線碍子５２の端部とボルト８との間に保持されるようになっている。

そして、ボルト８の締め付けにより、圧力検出素子４に圧縮予荷重を与えると共に、ケース１の受け面１３と碍子５の当たり面５１２と図示しないパッキンとの当接部にて、ケース１と碍子５との間からの燃焼ガスの洩れを防止するようになっている。ボルト８を雌ねじ部１４にねじ結合した後、接続コネクタ６の樹脂製のケース６２がボルト８の中空穴に挿入される。

上記構成の点火装置は、イグナイタからの制御信号に基づいて点火コイル３が高電圧を発生し、点火プラグ２はその高電圧を火花ギャップ間で放電して燃焼室内の混合気を着火させる。また、燃焼室内での燃焼によって発生した圧力は、碍子５を介して圧力検出素子４に伝達され、それにより圧力検出素子４は圧縮荷重を受ける。そして、圧力検出素子４は、その荷重の変化に応じた電圧の出力信号を出力する。

次に、本実施形態の特徴部分について説明する。

図２に示すように、プラグ碍子５１と巻線碍子５２とが結合された状態では、巻線碍子５２の一端がプラグ碍子５１によって閉塞されており、換言すると、プラグ碍子５１の一端が巻線碍子５２の底部を形成している。また、巻線碍子５２の一端の内周側は、プラグ碍子５１よりも内周側に突出しており、係合部５２１をなしている。そして、係合部５２１とプラグ碍子５１との間に流入した樹脂層９の樹脂が係合部５２１に係合することにより、巻線碍子５２における底部から開口部に向かう樹脂層９の移動が規制されるようになっている。

巻線碍子５２の内周部はテーパ状になっており、巻線碍子５２における開口部から底部に向かって内周部の径が漸増されている。このように、巻線碍子５２における開口部から底部に向かって内周部の径が漸増されているため、樹脂層９が巻線碍子５２における開口部から底部に向かって収縮しようとする際に、樹脂層９は図３に示すように巻線碍子５２の内周部から剥離し、巻線碍子５２の内周部に引っかかることなく収縮することが可能である。したがって、樹脂層９のクラックの発生が防止され、ひいては２次巻線３２の断線が防止される。

次に、巻線碍子５２のテーパ部分の具体例を説明する。樹脂層９が収縮する際に、樹脂層９が巻線碍子５２の内周部から容易に剥離して巻線碍子５２の内周部に引っかからないようにするためには、巻線碍子５２における開口部の内周部の径をｄ１、巻線碍子５２碍子における底部の内周部の径をｄ２としたとき、ｄ２／ｄ１≧１．０１とするのが望ましい。また、巻線碍子５２の外径寸法の制約から、ｄ２／ｄ１≦１．２５とするのが望ましい。

また、巻線碍子５２の軸線に対する巻線碍子５２の内周部の角度（以下、巻線碍子５２の内周部こう配という）で示すと、樹脂層９が収縮する際に、樹脂層９が巻線碍子５２の内周部から容易に剥離して巻線碍子５２の内周部に引っかからないようにするためには、巻線碍子５２の内周部こう配は０．０４°以上とするのが望ましく、巻線碍子５２の外径寸法の制約から、巻線碍子５２の内周部こう配は１°以下とするのが望ましい。

さらに、巻線碍子５２の具体的な寸法例を示すと、巻線碍子５２の外径をＤ、巻線碍子５２の全長をＬとしたとき、例えば、ｄ１＝φ１０．３ｍｍ、Ｄ１＝φ１３．８ｍｍ、Ｌ＝８２．５ｍｍの場合、ｄ２＝φ１０．５４〜１０．７８ｍｍ、とするのが望ましい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図４は第２実施形態に係る内燃機関用点火装置の巻線碍子部分の断面図である。本実施形態は、第１実施形態の内燃機関用点火装置に剥離部材１００を追加したものであり、その他の点は第１実施形態と同一である。

前述したように、樹脂層９における碍子開口部側の端部９１（以下、樹脂層開口側端部９１という）の接着力は他の部位よりも大きいため、樹脂層開口側端部９１はクラックが容易に発生しやすくなっている。そして、樹脂層開口側端部９１でクラックが発生すると、そのクラック発生部を起点として、樹脂層９の硬化収縮に伴って巻線碍子５２の底部側に向かってクラックが螺旋状に進行してしまう。

そこで本実施形態では、樹脂層９と巻線碍子５２の接着を防止して、樹脂層９が硬化収縮する際に樹脂層９と巻線碍子５２を容易に剥離させるための剥離部材１００を、樹脂層９と巻線碍子５２との間に設けている。より詳細には、剥離部材１００は、巻線碍子５２の内周部のうち開口部に近い側にのみ設けており、少なくとも樹脂層開口側端部９１を含む部位に設けている。

本実施形態では、剥離部材１００は、巻線碍子５２の内周面に釉薬を塗布して形成されている。因みに、釉薬を染みこませた棒状の部材を用いて釉薬を塗布する。

本実施形態によると、剥離部材１００によって樹脂層９と巻線碍子５２の接着が防止されるため、樹脂層９が硬化収縮する際に樹脂層９と巻線碍子５２が容易に剥離する。したがって、樹脂層開口側端部９１でのクラック発生を防止でき、ひいては、そのクラック発生部を起点とする螺旋状クラックの発生を防止できる。

なお、剥離部材１００は、釉薬の代わりに、ポリエチレン、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ）、シリコン等を塗布して形成してもよいし、あるいは、樹脂層９と巻線碍子５２との間に介在させた紙等のシート状の部材でもよい。

また、剥離部材１００は、巻線碍子５２の内周部の全面に設けてもよい。因みに、釉薬等を巻線碍子５２に流し込むことにより、巻線碍子５２の内周部の全面に剥離部材１００を設けることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、巻線碍子５２の内周部をテーパ状にしたが、巻線碍子５２における開口部から底部に向かって内周部の径が漸増するものであれば、例えば図５に示すような湾曲形状にしたり、あるいは、図６に示すようなステップ状にしてもよい。

さらに、上記実施形態では、ｄ２＞ｄ１としたが、ｄ２＝ｄ１としても、巻線碍子５２の内周部に引っかかることなく樹脂層９を収縮させることができる。

また、上記実施形態では、内周側が２次巻線３２であり、外周側が１次巻線３１であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、外周側を２次巻線３２とし、内周側を１次巻線３１としてもよい。

本発明に係る点火装置の第１実施形態を示す断面図である。 図１の装置の中間製造工程での構成を示す断面図である。 図２における巻線碍子部分の拡大図である。 本発明に係る点火装置の第２実施形態を示す断面図である。 本発明に係る点火装置の他の実施形態を示す要部の断面図である。 本発明に係る点火装置の他の実施形態を示す要部の断面図である。 本発明者らが先に提案した点火装置を示す断面図である。

符号の説明

２…点火プラグ、３１…１次巻線、３２…２次巻線、５…碍子、９…樹脂層。

Claims (14)

1. 点火プラグ（２）に高電圧を供給する１次巻線（３１）および２次巻線（３２）と、一端に開口部を有するとともに他端に底部を有し、前記１次巻線（３１）および前記２次巻線（３２）のうち一方の巻線が収納される筒状の碍子（５）と、前記碍子（５）と前記一方の巻線との隙間に樹脂を充填して形成された樹脂層（９）とを備え、
   前記碍子（５）は、前記開口部から前記底部に向かって内周部の径が漸増されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 前記底部から前記開口部に向かう前記樹脂層（９）の移動が規制されるように、前記底部において前記碍子（５）と前記樹脂層（９）とが係合されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
3. 前記点火プラグ（２）が一体化された内燃機関用点火装置であって、
   前記碍子（５）は、前記一方の巻線が収納される巻線碍子（５２）と、前記点火プラグ（２）の中心電極（２２）が収納されるプラグ碍子（５１）とを備え、
   前記巻線碍子（５２）と前記プラグ碍子（５１）とが結合されて、前記プラグ碍子（５１）の一端が前記巻線碍子（５２）の底部を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。
4. 前記碍子（５）における前記開口部の内周部の径をｄ１、前記碍子（５）における前記底部の内周部の径をｄ２としたとき、
   ｄ２／ｄ１≧１．０１であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
5. ｄ２／ｄ１≦１．２５であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用点火装置。
6. 前記碍子（５）の内周部はテーパ状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
7. 前記碍子（５）の軸線に対する前記碍子（５）の内周部の角度は、０．０４°以上であることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用点火装置。
8. 前記碍子（５）の軸線に対する前記碍子（５）の内周部の角度は、１°以下であることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関用点火装置。
9. 点火プラグ（２）に高電圧を供給する１次巻線（３１）および２次巻線（３２）と、一端に開口部を有するとともに他端に底部を有し、前記１次巻線（３１）および前記２次巻線（３２）のうち一方の巻線が収納される筒状の碍子（５）と、前記碍子（５）と前記一方の巻線との隙間に樹脂を充填して形成された樹脂層（９）とを備え、
   前記碍子（５）における前記開口部の内周部の径と前記碍子（５）における前記底部の内周部の径が等しいことを特徴とする内燃機関用点火装置。
10. 前記碍子（５）と前記樹脂層（９）との間に、前記碍子（５）と前記樹脂層（９）との接着を防止する剥離部材（１００）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
11. 前記剥離部材（１００）は、釉薬、ポリエチレン、フッ素系樹脂、およびシリコンのうちのいずれか１つであり、前記碍子（５）に塗布されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関用点火装置。
12. 前記剥離部材（１００）は、前記碍子（５）と前記樹脂層（９）との間に介在されたシート状の部材であることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関用点火装置。
13. 前記剥離部材（１００）は、前記碍子（５）の内周部の全面に設けられていることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
14. 前記剥離部材（１００）は、前記碍子（５）の内周部のうち前記開口部に近い側にのみ設けられていることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。

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