JP2007280668A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】スパークプラグの小型化を可能にしつつ、耐電圧の向上を図ることのできるスパークプラグを提供する。
【解決手段】当接部２７から、先端側の部分の絶縁碍子２の内側に、導体層４０が形成されている。この導体層４０は、当接部２７の部分においてのみ中心電極３と接触し、その他の部分では、空隙５０を介して中心電極３と対向した状態となっている。導体層４０は、中心電極３と略同電位となっているため、絶縁碍子２の内周面と、中心電極３の外周面との間で放電が生じることを防止することができ、放電によって、絶縁碍子２に損傷が発生して絶縁破壊が生じることを防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。

従来から、スパークプラグとして、中心電極と、この中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、先端部に接地電極が接続され絶縁碍子を保持する円筒状の主体金具とを備えた構造のものが知られている。このようなスパークプラグでは、円筒状に形成された主体金具内に絶縁碍子を挿入し、主体金具の一方の端部を加締めることによって主体金具内に絶縁碍子を保持する構造とすることが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

上記構造のスパークプラグでは、主体金具の加締め部を加締めて係合させるために、絶縁碍子にフランジ状の大径部を形成する必要がある。このためスパークプラグの最大径を細くすることができない。そこで、絶縁碍子を主体金具に、溶接結合、接着結合、焼き嵌め等によって保持するようにしたスパークプラグも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

このようなスパークプラグにおいて近年は、小型化（細径化）が求められるとともに、放電電圧（要求電圧）が上昇することにより、求められる耐電圧も高くなりつつある。しかしながら、スパークプラグを小型化した場合、中心電極と主体金具とを絶縁している絶縁碍子の肉厚が薄くなるため、小型化と耐電圧の確保を同時に達成することは難しい。このため、主体金具を加締めるための絶縁碍子の胴部とこの胴部より小径の中段部との径差を小さくすることによって、主体金具と絶縁碍子との間で放電が生じることを防止し、これによって、絶縁碍子にピンホールが発生して絶縁破壊が起きることを防止する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００２−１６４１４７号公報 特開２００２−１５８０７８号公報 特開２００５−１２９３７７号公報

しかしながら、上記した従来の技術において達成される耐電圧では十分とは言えず、さらに高耐電圧化の達成と、小型化の両立が求められている。また、本発明者等が精査したところ、スパークプラグにおける耐電圧低下の一因として、主体金具と絶縁碍子との間における放電の他、絶縁碍子と中心電極との間の放電が起因していることが判明した。このため、耐電圧を向上させるためには、絶縁碍子と中心電極との間の放電も防止する必要がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、スパークプラグの小型化を可能にしつつ、耐電圧の向上を図ることのできるスパークプラグを提供することを目的とする。

本発明のスパークプラグは、軸線方向に延在する中心電極と、前記中心電極を、当該中心電極の先端部が突出して取り囲むように保持する筒状の絶縁碍子と、前記絶縁碍子を取り囲むように保持する筒状の主体金具と、を具備したスパークプラグであって、前記絶縁碍子の内周面またはその一部に、少なくとも一部が前記中心電極の外周面と接する導体層が設けられていることを特徴とする。

本発明のスパークプラグでは、絶縁碍子の内周面に、少なくとも一部が中心電極と接する導体層が設けられている。したがって、この導体層が設けられている絶縁碍子の内側表面と中心電極とが略同電位に維持され、これらの間で放電が生じることを防止することができる。これによって、放電に起因して絶縁碍子にピンホール等が生じることを防止することができ、絶縁碍子を細径化して小型化した場合においても、絶縁耐圧を確保することができる。

本発明のスパークプラグの一態様では、前記絶縁碍子の内周部に径方向内側に突出する内側突出部が形成され、前記中心電極の外周部に径方向外側に突出する外側突出部が形成され、前記外側突出部が前記内側突出部に前記導体層の少なくとも一部を介して当接されていることを特徴とする。このようにすることで、中心電極と絶縁碍子の導体層とを容易に接触させることができる。また、中心電極と導体層との接触を外側突出部で図ることにより、絶縁碍子（導体層）と中心電極との間に間隙を設けることができるので、中心電極と導体層と絶縁碍子との熱膨張差による絶縁碍子の割れ等の不具合の発生を防止できる。

本発明の一態様では、前記絶縁碍子の外周面またはその一部に、少なくとも一部が前記主体金具の内周面と直接または別部材を介して接する外側導体層が設けられている。このように、絶縁碍子の外側に、少なくとも一部が主体金具と接する外側導体層を設けることにより、絶縁碍子の外側表面と主体金具とが略同電位に維持され、これらの間で放電が生じることを防止することができる。これによって、放電に起因して絶縁碍子にピンホール等が生じることを防止することができ、絶縁碍子を細径化して小型化した場合においても、絶縁耐圧を確保することができる。

上記の導体層及び外側導体層は、例えば、貴金属又はカーボンを主成分とする導体から構成することができる。また、貴金属を用いる場合は、例えば、白金、金等を用いることができる。これによって、導体層及び外側導体層に酸化等によって損傷が生じることを抑制することができる。

本発明によれば、スパークプラグの小型化を可能にしつつ、耐電圧の向上を図ることのできるスパークプラグを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスパークプラグ１００の全体構成を示す軸線を含む断面における断面図である。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、低炭素鋼等の金属により構成された筒状の主体金具１を具備している。この主体金具１の内側には、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され先端部が主体金具１の端面から突出する形で配置された絶縁碍子２が支持されている。

また、この絶縁碍子２の内部には、先端部が絶縁碍子２の端面から突出するように中心電極３が配置されている。この中心電極３は、その母体をなす中心電極母材３０と、当該中心電極母材３０の先端に溶接された貴金属チップ３２とを有している。中心電極母材３０の先端部は、貴金属チップ３２と略同径の小径部３３とされており、この小径部３３の後端側には、後端側に向けて徐々に径大となるテーパー部３４が形成されている。

上記中心電極母材３０は、Ｎｉ基合金から円柱状に構成されている。具体的な材質としては、インコネル６００（商品名）、インコネル６０１（商品名）を例示できる。この中心電極３の電極母材３０中には、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる熱伝導促進部３１が埋設されている。

貴金属チップ３２は、例えば、Ｉｒを主成分とし、また、Ｉｒの酸化揮発を抑制したり加工性を改善したりするための副成分として、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上を合計で３〜５０質量％含有するＩｒ合金等によって構成することができ、その外形は円柱状に形成されている。

中心電極３は、絶縁碍子２の軸線Ｏ方向に形成された貫通孔６の先端側（図中下側）に配置されている。また、貫通孔６の後端側には端子金具２３が配置され、導電性ガラスシール層２４，２６及び電波吸収用の抵抗体２５を介して中心電極３に電気的に接続されている。また、主体金具１の外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。さらに、主体金具１の後端側の外周面には、スパークプラグ１００をエンジンブロックに取り付ける際に、工具を係合させるための工具係合部８が形成されている。

主体金具１の先端部には、一端が当該主体金具１の端面に接合され、他端が中心電極３の貴金属チップ３２の先端を向くように接地電極４が配置されている。この接地電極４と貴金属チップ３２との間には、所定間隔の放電ギャップが形成されている。

絶縁碍子２には、主体金具１を加締めるための大径部２２が設けられている。そして、絶縁碍子２を主体金具１の後端側から主体金具１内に挿入し、大径部２２の後端側に、リング状の線パッキン１１、タルク等の充填層１２、及びリング状の線パッキン１３を先端側からこの順で配置し、主体金具１の後端側開口部を線パッキン１３側に加締めることによって、絶縁碍子２が主体金具１に保持されるとともに、絶縁碍子２と主体金具１との間が板パッキン２９によって気密封止されている。

図２は、図１のスパークプラグ１００の先端側の断面を拡大して示すものである。同図に示すように、中心電極３には、先端側に向けて小径となる（径方向外側に突出する）テーパー状の係止部３５（本発明でいう外側突出部）が設けられており、この係止部３５に合わせて絶縁碍子２には、（径方向内側に突出する）テーパー状の当接部２７（本発明でいう内側突出部）が設けられている。そして、この当接部２７に係止部３５が当接されて、中心電極３か絶縁碍子２内に保持されている。また、この係止部３５及び当接部２７より先端側の部位においては、絶縁碍子２と中心電極３との間に微小な環状の空隙５０か形成されている。

本実施形態では、上記の当接部２７から、先端側の部分の絶縁碍子２の内周面側に、導体層４０が形成されている。したがって、この導体層４０は、当接部２７の部分においてのみ中心電極３と接触し、その他の部分では、空隙５０を介して中心電極３と対向した状態となっている。また、導体層４０の先端部は、絶縁碍子２の先端より所定長さ（例えば、数ミリ乃十数ミリ）後端側までとされており、絶縁碍子２の先端部から外部に露出しないように形成されている。これは、導体層４０と接地電極４等との間で放電が生じないようにするためである。尚、当接部２７の部分においてのみ、導体層４０は、中心電極３と接触することが好ましい。その場合、不可避的に、当接部２７以外で接触することも許容することができる。また、空隙５０またはその一部を導体層で充填することもできるが、充填した部分で中心電極、導体層、絶縁碍子の熱膨張差により絶縁碍子にクラックが発生するおそれがある。したがって、充填する部分は少ないことが望ましい。

この導体層４０は、その一部が当接部２７において中心電極３と接触していることから、中心電極３と略同電位となっている。このような構成となっているため、絶縁碍子２の内側面と、中心電極３の外側面との間で放電が生じることを防止することができ、放電によって、絶縁碍子２に損傷が発生して絶縁破壊が生じることを防止することができる。これによって、スパークプラグ１００全体を細径化するため、絶縁碍子２を細径化してその肉厚が薄くなった場合においても、必要な絶縁耐圧を確保することができる。

さらに、本実施形態では、絶縁碍子２の外側に外側導体層４１が設けられている。主体金具１の内側には、内側に向けて突出し絶縁碍子２を係止するための段部１０が設けられ、絶縁碍子２の外側には、この段部１０に合わせて碍子側段部２８が形成されている。そして、これらの段部１０と碍子側段部２８が導電性の板パッキン２９を介して当接されるようになっている。この碍子側段部２８から先端側の部分にかけて、絶縁碍子２の外側に外側導体層４１が形成されている。この外側導体層４１の先端部も、絶縁碍子２の先端より所定長さ（例えば、数ミリ乃十数ミリ）後端側までの領域に形成されている。これは、外導体層４１と中心電極３との間で放電が生じないようにするためである。

上記外側導体層４１は、その一部が碍子側段部２８において導電性の板パッキン２９を介して主体金具１と接触していることから、主体金具１と略同電位となっている。尚、板パッキン２９を介さなくても、直接接触してもよい。このような構成となっているため、絶縁碍子２の外周面と、主体金具１の内周面との間で放電が生じることを防止することができ、放電によって、絶縁碍子２に損傷が発生して絶縁破壊が生じることを防止することができる。これによって、スパークプラグ１００全体を細径化するため、絶縁碍子２を細径化してその肉厚が薄くなった場合においても、必要な絶縁耐圧を確保することができる。

上記導体層４０及び外側導体層４１は、例えば、貴金属（例えば、白金、金等）又はカーボンを主成分とする導体から構成することができる。この場合、これらの材料を含むペースト状に調整した塗布液を絶縁碍子２の外側及び内側に塗布し、乾燥する方法等によって形成することができる。また、絶縁碍子２の内側部分に形成された導体層４０については、シリンジ等によって、絶縁碍子２の内側に上記の塗布液を注入して塗布する方法等を用いることができる。この場合、不要部分に形成された導体層を剥離することによって、所望部分にのみ導体層が残るようにしても良い。導体層４０及び外側導体層４１として、白金や金を主成分とする導体を用いることによって、酸化等により導体層４０及び外側導体層４１に損傷が生じることを抑制することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、本実施形態に記載したＬ字形状の接地電極の他、複数の接地電極を組み合わせたもの、さらには一般に沿面放電タイプと呼ばれるもののひとつである主体金具の先端部が火花放電電極を兼ねるタイプであってもよい。

また、上記実施形態では、加締めによって主体金具に絶縁碍子を保持する構造のスパークプラグについて説明したが、例えば、絶縁碍子を主体金具に、溶接結合、接着結合、焼き嵌め、冷やし嵌め、圧入等によって保持するようにしたスパークプラグについても同様にして適用することができる。このような構造のスパークプラグによれば、さらにスパークプラグの細径化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るスパークプラグの断面構成を示す図。 図１のスパークプラグの要部断面構成を拡大して示す図。

符号の説明

１……主体金具、２……絶縁碍子、３……中心電極、４……接地電極、７……ねじ部、８……工具係合部、２７……当接部、３５……係止部、４０……導体層、４１……外側導体層、１００……スパークプラグ。

Claims (5)

1. 軸線方向に延在する中心電極と、
   前記中心電極を、当該中心電極の先端部が突出して取り囲むように保持する筒状の絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子を取り囲むように保持する筒状の主体金具と、
   を具備したスパークプラグであって、
   前記絶縁碍子の内周面またはその一部に、少なくとも一部が前記中心電極の外周面と接する導体層が設けられていることを特徴とするスパークプラグ。
2. 請求項１記載のスパークプラグにおいて、
   前記絶縁碍子の内周部に径方向内側に突出する内側突出部が形成され、
   前記中心電極の外周部に径方向外側に突出する外側突出部が形成され、
   前記外側突出部が前記内側突出部に前記導体層の少なくとも一部を介して当接されていることを特徴とするスパークプラグ。
3. 請求項１又は２記載のスパークプラグにおいて、
   前記絶縁碍子の外周面またはその一部に、少なくとも一部が前記主体金具の内周面と直接または別部材を介して接する外側導体層が設けられていることを特徴とするスパークプラグ。
4. 請求項１〜３いずれか１項記載のスパークプラグにおいて、
   前記導体層が、貴金属又はカーボンを主成分とする導体から形成されていることを特徴とするスパークプラグ。
5. 請求項３又は４記載のスパークプラグにおいて、
   前記外側導体層が、貴金属又はカーボンを主成分とする導体から形成されていることを特徴とするスパークプラグ。

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