JP2003059618A - スパークプラグ - Google Patents
スパークプラグInfo
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Abstract
て、接地電極の折損を一層効果的に防止ないし抑制でき
るスパークプラグを提供する。 【解決手段】 スパークプラグ1は、取付ねじ部6の中
心軸線Oと直交する第一投影面Pへの正射投影像におい
て、該接地電極4は中心軸線Oに関する半径方向に直線
的に延伸した外形形態を有する。そして、中心軸線O
と、投影面P上における接地電極4の正射投影像の延伸
方向Lとのいずれとも平行な第二投影面Qを考えたと
き、該第二投影面Qへの正射投影像において接地電極4
の火花放電ギャップgに近い側の側面(第一側面)J
が、主体金具5との接合側の端Aから先端Bに向けて、
少なくともその途中区間まで、中心軸線Oに近づく向き
に直線的に延びる形態を有してなる。そして、接地電極
4は、その全体が、Ir含有量が22〜40質量%であ
るPt合金にて構成されてなる。
Description
する。
されるスパークプラグのうち、レース用等の高出力エン
ジンに搭載されるものは、エンジンからの強い振動を受
けやすく、接地電極の折損等が生じやすい問題がある。
その原因として、機関もしくは燃焼振動による共振と高
加速度(G)とが考えられる。一般のスパークプラグ
は、接地電極が、先端側が中心電極側を向くようにアー
ル状に曲げ加工されていることから、主体金具への取り
付け基端側に曲げモーメントが作用しやすく、より折損
等が生じやすいといえる。
ラグの仕様として、接地電極を上記のようにアール状に
曲げ加工せず、主体金具との接合側端部から、主体金具
の中心軸線に近づく向きに直線的に延びる形態としたも
のが、例えば特開平5−74549号や特開平2−32
692号の各公報に開示されている。このような接地電
極形態とすることにより、接地電極の全長が短くなり、
振動が加わったときに電極の接合基端部に付加される片
振り曲げモーメントを小さくできるので、折損等が生じ
にくくなる。
レース用自動車やオートバイ用のエンジンはさらに高性
能・高出力化しており、より高温下にてスパークプラグ
に強い振動が加わるようになってきている。その結果、
上記従来のスパークプラグにおける接地電極の形態改良
だけでは、折損対策を十分に図ることが困難となってい
る。
ジン用用途において、接地電極の折損を一層効果的に防
止ないし抑制できるスパークプラグを提供することにあ
る。
題を解決するために、本発明のスパークプラグは、中心
電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶
縁体の外側に設けられるとともに内燃機関への取付ねじ
部が外周面に形成された主体金具と、一端側が主体金具
に結合され、他端側が中心電極の先端と対向するように
配置されて中心電極との間に火花放電ギャップを形成す
る接地電極とを備え、その特徴部が以下のように構成さ
れる(以下、理解の便宜を図るために図1及び図2を援
用して説明するが、本発明は該図面に開示されたスパー
クプラグの形態に限定されるものでないことはもちろん
である)。
中心軸線Oと直交する第一投影面Pへの正射投影像(図
1(b))において、該接地電極4は中心軸線Oに関す
る半径方向に直線的に延伸した外形形態を有する。ま
た、図1(b)に示すように、中心軸線Oと、投影面P
上における接地電極4の正射投影像の延伸方向Lとのい
ずれとも平行な第二投影面Qを考えたとき、図2に示す
ように、接地電極4の火花放電ギャップgに近い側の側
面(第一側面)Jが、該第二投影面Qへの正射投影像に
おいて、主体金具5との接合側の端Aから先端Bに向け
て少なくともその途中区間まで、中心軸線Oに近づく向
きに直線的に延びる形態を有してなる。そして、該形態
をなす接地電極4が、Ir含有量が22〜40質量%で
あるPt合金にて構成されたことを特徴とする。本発明
においてPt合金とは、含有量の最も高い成分がPtで
ある合金を意味する。
のレース用スパークプラグと同様に、主体金具との接合
側から中心軸線に近づく形で直線的に延びる形態とし、
振動付加時の曲げモーメントの低減を図る。そして、こ
れを前提として接地電極4の材質を、特に、上記組成範
囲のIrを含有したPt合金にて構成することで、接地
電極の高温強度が著しく高められ、ひいてはより高出力
のレース用エンジン等に適用された場合においても、折
損等の不具合を効果的に防止ないし抑制することができ
る。
量が22質量%以下になると高温強度が損なわれ、折損
防止効果の顕著な向上が望めなくなる。他方、Ir含有
量が40質量%を超えると合金が高融点化しすぎて、接
地電極を主体金具に溶接する際に溶け不足等が生じやす
くなり、接合強度の低下を招くことにつながる。Ir含
有量は、より望ましくは25〜35質量%とするのがよ
い。なお、電極の高温耐食性を確保する観点から、Pt
の含有量は50質量%以上、望ましくは60質量%以上
とするのがよい。他方、Pt合金中には、接地電極の高
温強度が損なわれない範囲にて、Rh、Ru、Os、R
e及びW等の、Ir以外の金属元素が含有されていても
よい。
形態を、図面を用いて説明する。図1(a)及び(b)
に示す本発明の一例たるスパークプラグ1は、筒状の主
体金具5、その主体金具5の内側嵌め込まれた絶縁体
3、その絶縁体3の内側に設けられた中心電極2、一端
側が主体金具5に結合され、他端側が中心電極2の先端
と対向するように配置されて中心電極2との間に火花放
電ギャップgを形成する接地電極4等を備えている。
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、図
1(c)に示すように、その内部には自身の軸方向に沿
って中心電極2を嵌め込むための孔部(貫通孔)3dを
有している。また、主体金具5は、低炭素鋼等の金属に
より円筒状に形成されており、スパークプラグ1のハウ
ジングを構成するとともに、その外周面には、図1
(a)に示すように、スパークプラグ1を図示しないシ
リンダヘッドに取り付けるためのねじ部6が形成されて
いる。
の孔部3dには、その一方の端部側に端子金具13が挿
入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極2が挿入
・固定されている。また、該貫通孔3d内において端子
金具13と中心電極2との間に抵抗体15が配置されて
いる。この抵抗体15の両端部は、導電性ガラスシール
層16,17を介して中心電極2と端子金具13とにそ
れぞれ電気的に接続されている。また、中心電極2は、
電極の表層部分を構成する母材がNi合金にて構成さ
れ、必要に応じてその内部に熱引き改善のための、図示
しない放熱促進用芯材部(例えばCuあるいはCu合金
にて構成される)が埋設される。また、火花放電ギャッ
プgに面する先端位置に、Ir合金あるいはPt合金か
らなる貴金属発火部32が溶接接合されている。
中心軸線Oと直交する第一投影面Pへの正射投影像にお
いて、該接地電極4は中心軸線Oに関する半径方向に直
線的に延伸した外形形態を有する。そして、図2に示す
ように、中心軸線Oと、投影面P上における接地電極4
の正射投影像の延伸方向Lとのいずれとも平行な第二投
影面Qを考えたとき、接地電極4の火花放電ギャップg
に近い側の側面(第一側面)Jが、該第二投影面Qへの
正射投影像において、主体金具5との接合側の端Aから
先端Bに向けて少なくともその途中区間まで、中心軸線
Oに近づく向きに直線的に延びる形態を有してなる。そ
して、接地電極4は、その全体が、Ir含有量が22〜
40質量%であるPt合金にて構成されてなる。
る棒状素材の一方の端部を溶接部Wにより接合して形成
されたものである。この溶接は、公知の抵抗溶接法によ
り行われるものである。図2に示す態様では、着火性を
上げるために、中心電極2の先端部(あるいは貴金属発
火部32)を主体金具1の先端面から突出配置してい
る。そこで、接地電極4は、第一側面Jが、主体金具5
との接合側の端Aから先端Bに向けて、傾斜した形で中
心軸線Oに近づく向きに、全区間に渡り直線的に延びる
形態とされ、上記突出した中心電極2の先端面との間に
火花放電ギャップgを形成している。このような接地電
極形態を有するスパークプラグを、一般にスラント電極
タイプと称している。このように接地電極4を傾斜形態
に接合するためには、図2に示すように、主体金具5の
先端面5tを内周側が突出する円錐面状に形成してお
き、そこに角柱形態(例えば軸断面が正方形状あるいは
長方形状のもの)の棒状素材の側面基端部を重ね合わせ
る形態で溶接するとよい。
るが、火花放電ギャップgを形成する第一側面Jが、電
極先端に近づくほど中心電極2の先端面から離間してギ
ャップ長が大きくなるため、火花がギャップ間隔の短く
なる側に偏って発生しやすくなる。これが問題となる場
合は、図9に示すように、接地電極4の全長は若干長く
なるが、中心電極2の先端面と平行に対向する平行面部
J’を形成するようにしてもよい。この形態において
は、第一側面Jは、主体金具5との接合側の端Aから先
端Bに向けて、途中区間までが、中心軸線Oに近づく向
きに直線的に延びることとなる。
端部(あるいは貴金属発火部32)を、主体金具5の先
端面より一定距離だけ引っ込んで位置させ、接地電極4
を中心軸線Oと略直交する向きに非傾斜に配置すること
もできる。この構成の場合、接地電極4が傾斜しない分
だけその全長を短くでき、ひいては耐折損性を一層高め
ることができる。また、接地電極4の第一側面Jを中心
電極2の先端面と平行に対向させることができるので、
図2の構成と比較して偏消耗が生じにくく、電極の長寿
命化を図ることができる。このような接地電極形態を有
するスパークプラグを、一般にサイド電極タイプと称し
ている。
矩形断面を有する棒状素材、例えば角柱状素材を用いて
形成することができる。この場合、図4〜図8に示すよ
うに、接地電極4は、火花放電ギャップgから遠い側の
側面を第二側面Kとして、棒状素材の先端部を第二側面
K側において一部切り欠く切欠部4a,4b,4cを形
成することにより、該先端部にて体積が減じられた形態
をなすものとして構成することができる。振動が加わっ
たときに接地電極4が受ける曲げモーメントは、接地電
極4の長手方向の質量分布において、拘束端(つまり主
体金具1への接合端)からの距離が長い位置に質量集中
していると大きくなる。そこで、接合端からの距離が長
い電極先端部に上記のような切欠部4a,4b,4cを
形成しておけば、同じレベルの振動が加わった場合で
も、接地電極4が受ける曲げモーメントを小さくでき、
ひいては耐折損性を高めることができる。
のものに切欠部4a,4b,4cを形成した例である。
図4では、第二側面Kの先端に向かうほど、接地電極4
の厚みを長手方向に連続的に減少させる平面状の切欠部
4aを形成している。なお、接地電極4の厚みを段階的
に減少させる階段状の切欠部4aを形成してもよい。図
5では、接地電極4の先端部に、基端側よりも薄肉とな
る一様な厚さの薄肉部を形成する切欠部4bが形成され
ている。さらに、図6においては、接地電極4の先端部
において、幅方向両側に傾斜面状の切欠部4cを形成す
ることにより、当該幅方向両側部分が中央部よりも薄肉
となる形態とされている。図7及び図8は、図3のサイ
ド電極タイプのものに、図4及び図5と同様の切欠部4
a,4bを形成した例である。
と、薄肉化する区間が長くなりすぎ、耐折損性向上効果
が帰って損なわれることにもつながる。この観点におい
て、例えば図4、図5、図7あるいは図8に示すよう
に、切欠部4a,4bは、接地電極4の先端から長手方
向に2mmまでの区間Lに収まるように形成することが
望ましい。
いて、主体金具5は、取付ねじ部6の形成部分にて内周
面が円筒状面5eとされている。ここで、該円筒状面5
eを火花放電ギャップgの存在側に延長し、接地電極4
の該延長面5eよりも内側に突出する部分(以下、電極
突出部という)の体積をV、切欠部4a,4bの形成に
より棒状素材から減じられる体積をV’としたとき、
V’/(V+V’)の値は0.2以上0.5以下とする
ことが望ましい。V’/(V+V’)の値が0.2未満
では接地電極4の耐折損性向上効果に乏しく、0.5を
超えると電極先端温度が上昇しやすくなり、電極の異常
消耗や溶損といった不具合を招きやすい。
いて、電極突出部が直柱体状に形成されている場合、そ
の直柱体状部と同一の軸断面形状及び寸法を有し、かつ
電極突出部と同一長さの直柱体の体積をV0として求め
れば、実際の電極突出部の体積Vを求めることにより、
V’は、V0とVとの差分V0−Vとして算出することが
できる。各体積パラメータの値は、公知の3次元形状測
定器を用いて測定した、電極突出部の3次元形状プロフ
ァイルから計算することが可能である。
を行った。図1及び図2に示すスパークプラグの試験品
として、取付ねじ部6の呼びがM14、中心電極2の主
体金具5からの出寸法が0.3mm、火花放電ギャップ
gの間隔(最小となる位置での値)が0.6mm、接地
電極4の断面形状が0.8mm×0.8mmの正方形状
であり、電極突出部長さが3.9mmのものを種々に作
製した。接地電極4の材質として用いたのは、表1に示
す種々の組成のPt−Ir二元合金であり、いずれも熱
間伸線した線材を素材として用い、主体金具5に対して
抵抗溶接により接合した。また、番号5の試験品につい
ては、図4に示す形態の切欠部4aを、接地電極4の先
端から長手方向に1mmの長さにて、前記したV’/
(V+V’)の値が0.064(切欠部4aにおいて接
地電極4の厚みを1/4だけ減じた場合の値に相当)と
なるように形成した。
け、振動周波数をスイープしながら接地電極の振動速度
をレーザードップラー振動計にて測定し、その振動速度
を周波数分析することにより共振周波数を求めた。以上
の結果を表1に示す。
Ir含有量が22質量%以上のPt合金を用いることに
より、共振周波数が顕著に高くなり、耐折損性を向上さ
せる上で有利となる結果が得られていることがわかる。
二元合金を用いて、同様のスパークプラグ試験品を作製
し、図10に示すように、接地電極4を先端側から曲げ
起こす変形を加えたときに、溶接部Wに剥離が生じたか
否かを目視にて確認した。以上の結果を表2に示す。
Ir含有量が40質量%以下のPt合金を用いることに
より、溶接部Wに剥離が生じず、接合強度が高められて
いることがわかる。
底面図及び部分縦断面図。
断面図。
拡大して示す半断面図。
拡大して示す半断面図。
拡大して示す半断面図。
拡大して示す半断面図。
拡大して示す半断面図。
拡大して示す半断面図。
拡大して示す半断面図。
明図。
Claims (4)
- 【請求項1】 中心電極(2)と、その中心電極(2)
の外側に設けられた絶縁体(3)と、前記絶縁体(3)
の外側に設けられるとともに内燃機関への取付ねじ部
(6)が外周面に形成された主体金具(5)と、一端側
が前記主体金具(5)に結合され、他端側が前記中心電
極(2)の先端と対向するように配置されて前記中心電
極(2)との間に火花放電ギャップ(g)を形成する接
地電極(4)とを備え、 前記取付ねじ部(6)の中心軸線(O)と直交する第一
投影面(P)への正射投影像において、該接地電極
(4)は前記中心軸線(O)に関する半径方向に直線的
に延伸した外形形態を有し、 前記中心軸線(O)と、前記投影面(P)上における前
記接地電極(4)の正射投影像の延伸方向(L)とのい
ずれとも平行な第二投影面(Q)を考えたとき、前記接
地電極(4)の前記火花放電ギャップ(g)に近い側の
側面(以下、第一側面という)(J)が、該第二投影面
(Q)への正射投影像において、前記主体金具(5)と
の接合側の端(A)から先端(B)に向けて、少なくと
もその途中区間まで、前記中心軸線(O)に近づく向き
に直線的に延びる形態を有してなり、 かつ、前記接地電極(4)が、Ir含有量が22〜40
質量%であるPt合金にて構成されたことを特徴とする
スパークプラグ(1)。 - 【請求項2】 前記接地電極(4)が、Ir含有量が2
5〜35質量%であるPt合金にて構成されてなる請求
項1記載のスパークプラグ(1)。 - 【請求項3】 前記接地電極(4)は、一様な矩形断面
を有する棒状素材に基づいて形成されたものであり、前
記火花放電ギャップ(g)から遠い側の側面を第二側面
(K)として、前記棒状素材の先端部を前記第二側面
(K)側において一部切り欠く切欠部(4a,4b,4
c)を形成することにより、該先端部にて体積が減じら
れた形態を有する請求項1又は2に記載のスパークプラ
グ。 - 【請求項4】 前記切欠部(4a,4b,4c)は、前
記接地電極(4)の先端から長手方向に2mmまでの区
間(L)内に収まるように形成されてなり、 また、前記主体金具(5)は、前記取付ねじ部(6)の
形成部分にて内周面が円筒状面(5e)とされてなり、 該円筒状面(5e)を前記火花放電ギャップ(g)の存
在側に延長し、前記接地電極(4)の該延長面(5e)
よりも内側に突出する部分の体積をV、前記切欠部(4
a,4b,4c)の形成により前記棒状素材から減じら
れる体積をV’としたとき、V’/(V+V’)の値が
0.05以上0.3以下とされている請求項3記載のス
パークプラグ。
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