JP2012256445A

JP2012256445A - 内燃機関用のスパークプラグ

Info

Publication number: JP2012256445A
Application number: JP2011127523A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hara; 智史原; Yasushi Kawashima; 泰川島; Taiji Yokoyama; 泰二横山; Shunsuke Niwa; 俊介丹羽
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】接地電極の断面積を拡大することなく、強度を向上させることができる内燃機関用のスパークプラグを提供する。
【解決手段】
ハウジング２と、ハウジング２の内側に保持された絶縁碍子３と、先端部４１が突出するように絶縁碍子３の内側に保持された中心電極４と、中心電極４との間に火花放電ギャップを形成する接地電極５とを備えた内燃機関用のスパークプラグ１。接地電極５は、ハウジング２の先端面２１から先端側へ立設する基部５１と、中心電極４の先端部４１に対向する対向部５２とからなる。接地電極５におけるハウジング２の先端面２１に接合された基部５１は、プラグ軸方向に直交する方向の断面形状が、スパークプラグ１の中心軸に向かって凹となる略円弧状をなしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に使用する内燃機関用のスパークプラグに関する。

従来より、例えば、自動車等の内燃機関の燃焼室に導入される混合気の着火手段として用いられる内燃機関用のスパークプラグがある（例えば、特許文献１参照）。図１１に示すごとく、スパークプラグ９は、互いの間に火花放電ギャップを設けた中心電極９４と接地電極９５とを有する。そして、接地電極９５は、筒状のハウジング９２の先端面９２１に溶接等によって接合されている。近年、上記スパークプラグ９の小型化に伴い、接地電極９５についても細線化が要求されている。

特開２００３−３１７８９６号公報

しかしながら、接地電極９５が細線化すると、接地電極９５の強度が低下するおそれがある。特に、スパークプラグ９が内燃機関の振動を受けると接地電極９５におけるハウジング９２との接合部付近である基部９５１に大きな力が加わることとなる。その結果、場合によっては、基部９５１を基点として接地電極９５が変形したり、折損したりしてしまうおそれがある。

上記の課題に対しては、接地電極９５の断面積を拡大することで、強度を確保することが考えられるが、この場合には、基部９５１がハウジング９２の先端面９２１からはみ出てしまう。そうすると、充分な接合面積が得られず、ハウジング９２と接地電極９５との接合性が不充分となるおそれがある。
これに対して、ハウジング９２と接地電極９５との接合面積を大きくしようとすると、ハウジング９２の外形を拡大せざるを得ない。その結果、スパークプラグ９の小型化の要求に応えることができない。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、接地電極の強度を向上させると共に、小型化を容易にすることができる内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。

本発明は、筒状のハウジングと、上記ハウジングの内側に保持された絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、該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た内燃機関用のスパークプラグであって、
上記接地電極は、上記ハウジングの先端面から先端側へ立設すると共に、上記中心電極の先端部に対向する対向部を有してなり、
上記接地電極における上記ハウジングの先端面に接合された基部は、プラグ軸方向に直交する方向の断面形状が、上記スパークプラグの中心軸に向かって凹となる略円弧状をなしていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項１）。

本発明にかかる内燃機関用のスパークプラグは、上記接地電極における上記基部のプラグ軸方向に直交する方向の断面形状が、上記スパークプラグの中心軸に向かって凹となる略円弧状をなす。これにより、上記基部の断面係数を向上させることができ、上記基部の剛性を向上させることができる。また、例えば、上記基部の形状を冷鍛加工や曲げ加工によって成形する場合には、加工硬化による上記基部の更なる強度向上を図ることができ、上記基部の剛性を向上させることができる。したがって、上記接地電極の強度を向上させることができる。このように、断面形状によって上記基部の強度を向上させることができるため、特に、上記基部の断面積を大きくする必要がない。その結果、上記接地電極の小型化が可能となり、上記ハウジングの先端面を大きくする必要もなくスパークプラグの小型化が容易となる。

以上のごとく、本発明によれば、接地電極の強度を向上させると共に、小型化を容易にすることができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

実施例１における、スパークプラグの全体構造を示す説明図。図１のＡ−Ａ線矢視断面図。図１のＣ−Ｃ線矢視断面図。実施例１における、スパークプラグの先端部分を示す拡大説明図。図４のＢ矢視図。図２の接地電極の基部の拡大説明図。図２の接地電極の基部とハウジングの先端面の拡大説明図。実施例１における、（ａ）電極材料の引抜き成形後の状態を示す斜視図、（ｂ）電極材料の冷鍛加工後の状態を示す斜視図。実施例１における、接地電極の（ａ）曲げ加工前の状態を示す説明図、（ｂ）曲げ加工後の状態を示す説明図。実施例２における、スパークプラグの先端部分の構造を示す拡大説明図。背景技術における、スパークプラグの全体構造を示す説明図。

上記内燃機関用のスパークプラグは、例えば、自動車、自動二輪、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における内燃機関用の着火手段として用いることができる。
また、内燃機関用のスパークプラグにおいて、内燃機関の燃焼室内に挿入される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

また、上記接地電極における上記対向部は、中心電極との対向面を平坦面としていることが好ましい（請求項２）。この場合には、火花放電ギャップの調整を正確に行いやすい。また、上記対向面に、例えば貴金属チップを接合配置する場合において、対向面と貴金属チップとの良好な接合性を確保することができる。

また、上記接地電極は、上記基部を含むと共に上記ハウジングの先端部から先端側へ立設した立設部と、上記対向部を含みプラグ軸方向と直交する横設部と、上記立設部と上記横設部との間に形成された屈曲部とからなり、該屈曲部よりも基部に近い側から上記横設部にかけて、長手方向に直交する断面形状が略長方形状に形成されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、上記屈曲部の曲げ加工が容易となり、上記接地電極の製造を容易に行うことができる。

また、上記接地電極の内部には、少なくともＣｕを含んだ熱引き材が形成されていることが好ましい（請求項４）。この場合には、強度低下を招きやすい熱引き材を内蔵した接地電極を、上述のような断面係数の向上等によって、効果的に強度を向上させることができる。これにより、接地電極の強度を向上させ、耐熱性を確保することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる、内燃機関用のスパークプラグについて、図１〜図７を用いて説明する。
本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、筒状のハウジング２と、ハウジング２の内側に保持された絶縁碍子３と、先端部４１が突出するように絶縁碍子３の内側に保持された中心電極４と、中心電極４との間に火花放電ギャップＧを形成する接地電極５とを有する。

また、接地電極５は、ハウジング２の先端面２１から先端側へ立設すると共に、中心電極４の先端部４１に対向する対向部５２を有する。
また、図２に示すごとく、接地電極５におけるハウジング２の先端面２１に接合された基部５１は、プラグ軸方向に直交する方向の断面形状を、スパークプラグ１の中心軸に向かって凹となる略円弧状に形成している。
また、図１、図４に示すごとく、接地電極５における対向部５２は、中心電極４との対向面５２１を平坦面としている。

また、接地電極５は、基部５１を含むと共にハウジング２の先端部２２から先端側へ立設した立設部５１０と、対向部５２を含みプラグ軸方向と直交する横設部５２０と、立設部５１０と横設部５２０との間に形成された屈曲部５３０とから構成されている。
そして、接地電極５は、屈曲部５３０よりも基部５１に近い側から横設部５２０にかけて、図３、図５に示すごとく、長手方向に直交する断面形状が略長方形状に形成されている。

また、基部５１の上記断面形状における略円弧状は、図６に示すごとく、基部５１の内周５１１の両端部５１２を結ぶ直線Ｌ_１と、基部５１の内周５１１との間の最大距離をΔａとしたときに、Δａ＞０の関係が成立し、外周５１３の両端部５１４を結ぶ直線Ｌ_３と、Ｌ_３に平行な基部５１の外周５１３の接線Ｌ_２との間の距離をΔｂとしたとき、Δｂ＞０の関係が成立する。
また、基部５１の上記断面形状における円弧は、ハウジング２の先端部２２の円形に沿って略同等に形成されている。

また、図７に示すごとく、上記直線Ｌ_１は、ハウジング２の先端部２２の内周２２１と２点の交点において交差する。また、上記接線Ｌ_２は、基部５１の外周５１３の両端部５１４から上記接線Ｌ_２に向かう一対の垂線Ｌ_４の間において、ハウジング２の先端部２２の外周２２２と２点の交点において交差する。

また、接地電極５は、例えば、Ｎｉを主成分としたＮｉ合金とすることができる。
また、図１〜図５に示すごとく、中心電極４の先端部４１と、接地電極５の対向部５２の対向面５２１には、例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ等の貴金属又はその合金からなる貴金属チップ６１、６２が接合配置されている。なお、接地電極５に接合配置されている貴金属チップ６２は接地電極５より特にプラグ軸方向に突き出ていなくてもよい。

次に、本例における接地電極５の製造方法について、図８を用いて説明する。
まず、図８（ａ）に示すごとく、例えば、引抜き成形によって、全体が平板状であって、断面略長方形状の電極材５０を成形する。そして、図８（ｂ）に示すごとく、平板状の電極材５０における一端側の一部を、例えば冷鍛加工を行うことによって、電極材５０の軸方向に直交する断面形状が略円弧状になるように成形する。なお、この成形方法に限定されるものではなく、例えば、曲げ加工やその他の方法を用いてもよい。

一方、電極材５０における他の部分は、変形させずに断面略長方形状の平板状のままにしておく。この平板状に成形された部分が、接地電極５における横設部５２０、屈曲部５３０、及び立設部５１０の一部となるようにし、それ以外の部分を基部５１を含んだ立設部５１０の一部となるようにする。これにより、曲げ加工前の接地電極５を得ることができる。

次に、本例のスパークプラグ１の製造方法について、図９を用いて説明する。
まず、図９（ａ）に示すごとく、中心電極４の先端部４１において、貴金属チップ６１を、例えば、抵抗溶接及びレーザー溶接によって接合配置する。なお、この接合手段は何ら限定されるものではない。そして、その中心電極４を、絶縁碍子３の内側に先端部（貴金属チップ６１）が絶縁碍子３の先端側から突出するように取り付ける。

また、曲げ加工前の接地電極５を、基部５１においてハウジング２の先端面２１に溶接する。具体的には、基部５１のプラグ軸方向に直交する方向の断面形状が、スパークプラグ１の中心軸に向かって凹状となるよう、基端部５１の端面を先端面２１の形成領域内で位置決めし、溶接する（図２参照）。なお、この溶接手段は何ら限定されるものではない。そして、そのハウジング２の内側に中心電極４を保持した絶縁碍子３を配置する。

次いで、接地電極５の対向部５２の対向面５２１に、貴金属チップ６２を、例えば、抵抗溶接及びレーザー溶接によって接合配置する。なお、この接合手段は何ら限定されるものではない。また、接地電極５の対向部５２の対向面５２１に対する貴金属チップ６２の接合は、絶縁碍子３をハウジング２に取り付ける前に接合配置してもよい。

次いで、図９（ｂ）に示すごとく、接地電極５の略中央部分を基点とし、接地電極５の先端側が中心電極４の先端部４１に対向するよう、曲げ加工を行う。この曲げ加工は、接地電極５における平板状の部位において行う。これによって、屈曲した部位が屈曲部５３０となり、屈曲部５３０を境に基部５１を有する側の部位が立設部５１０となり、中心電極４に対向する対向部５２を含む側の部位が横設部５２０となる。
そして、中心電極４の先端部４１側と、接地電極５の対向部５２側との間において、火花放電ギャップＧが形成されるように調整される。このようにして、本例のスパークプラグ１を得ることができる。

スパークプラグ１は、図１に示すごとく、ハウジング２の外周に取付け用ネジ部２３を有する。そして、取付け用ネジ部２３において、内燃機関の燃焼室（図示略）の壁部に螺合される。

次に、本例のスパークプラグ１の作用効果について、説明する。
本例のスパークプラグ１は、接地電極５における基部５１のプラグ軸方向に直交する方向の断面形状が、スパークプラグ１の中心軸に向かって凹となる略円弧状をなす。これにより、基部５１の断面係数を向上させることができ、基部５１の剛性を向上させることができる。また、例えば、基部５１の形状を冷鍛加工や曲げ加工によって成形する場合には、加工硬化による基部５１の更なる強度向上を図ることができ、基部５１の剛性を向上させることができる。したがって、接地電極５の強度を向上させることができる。このように、断面形状によって基部５１の強度を向上させることができるため、特に、基部５１の断面積を大きくする必要がない。その結果、接地電極５の小型化が可能となり、ハウジング２の先端面２１を大きくする必要もなくスパークプラグ１の小型化が容易となる。

また、接地電極５における対向部５２は、中心電極４との対向面５２１を平坦面としている。これによって、火花放電ギャップＧの調整を正確に行いやすい。また、対向面５２１に貴金属チップ６２を接合配置する場合において、対向面５２１と貴金属チップ６２との良好な接合性を確保することができる。

また、接地電極５は、立設部５１０と横設部５２０と屈曲部５３０とからなり、屈曲部５３０よりも基部５１に近い側から横設部５２０にかけて、長手方向に直交する断面形状が略長方形状に形成されている。これによって、屈曲部５３０の曲げ加工が容易となり、接地電極５の製造を容易に行うことができる。

以上のごとく、本例によれば、接地電極の強度を向上させると共に、小型化を容易にすることができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図１０に示すごとく、接地電極５の内部にＣｕを含んだ熱引き材５４を形成したスパークプラグ１の例である。
本例における熱引き材５４は、Ｎｉ材５４１と、Ｎｉ材５４１を周囲から覆うＣｕ材５４２とからなる。このような、熱引き材５４がＮｉもしくはＮｉ合金からなる接地電極５の内部に埋設されている。なお、この熱引き材５４は、熱引きの良好なＣｕ材の一種類のみで構成されてもよい。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、強度低下を招きやすい熱引き材５４を内蔵した接地電極５を、上述のような断面係数の向上等によって、効果的に強度を向上させることができる。これにより、接地電極５の強度を向上させ、耐熱性を確保することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

１スパークプラグ
２ハウジング
２１先端面
３絶縁碍子
４中心電極
４１先端部
５接地電極
５１基部
５２対向部

Claims

筒状のハウジングと、上記ハウジングの内側に保持された絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、該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た内燃機関用のスパークプラグであって、
上記接地電極は、上記ハウジングの先端面から先端側へ立設すると共に、上記中心電極の先端部に対向する対向部を有してなり、
上記接地電極における上記ハウジングの先端面に接合された基部は、プラグ軸方向に直交する方向の断面形状が、上記スパークプラグの中心軸に向かって凹となる略円弧状をなしていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
請求項１に記載の内燃機関のスパークプラグにおいて、上記接地電極における上記対向部は、中心電極との対向面を平坦面としていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
請求項２に記載の内燃機関のスパークプラグにおいて、上記接地電極は、上記基部を含むと共に上記ハウジングの先端部から先端側へ立設した立設部と、上記対向部を含みプラグ軸方向と直交する横設部と、上記立設部と上記横設部との間に形成された屈曲部とからなり、該屈曲部よりも基部に近い側から上記横設部とにかけて、長手方向に直交する断面形状が略長方形状に形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
請求項１〜３に記載の内燃機関のスパークプラグにおいて、上記接地電極の内部には、少なくともＣｕを含んだ熱引き材が形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。