JP2014207076A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】熱劣化を抑制し長寿命化を図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。【解決手段】内燃機関用のスパークプラグ１は、中心電極２と、中心電極２を内側に挿通保持する絶縁碍子３と、絶縁碍子３を内側に挿通保持するハウジング３６と、ハウジング３６に接合されて中心電極２との間に火花放電ギャップ３８を形成する接地電極３７と、中心電極２と電気的に接続されたステム４とを有している。ステム４は、絶縁碍子３の内側に挿通保持されたステム本体４１と、該ステム本体４１の基端側端部に配され絶縁碍子３の基端から突出したターミナル４２とを備えており、ステム４は、少なくとも一部が、導電に制限を与える半導電性部材によって形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。

自動車等の内燃機関には、着火手段としてスパークプラグが用いられている。スパークプラグは、中心電極を内側に挿通保持する絶縁碍子と、絶縁碍子を内側に挿通保持するハウジングと、ハウジングに接合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有している。

このようなスパークプラグにおいては、火花放電ギャップに高電圧を付与し発生する火花放電により、電波雑音が発生し、周辺機器に影響を及ぼすおそれがある。そこで、スパークプラグは、例えば、特許文献１に示すごとく、絶縁碍子内に電気的抵抗を有する抵抗体を配設して、放電電流を低減することで電波雑音の発生を抑制している。

特許４２８５３６６号公報

しかしながら、特許文献１のスパークプラグには以下の課題がある。
近年、内燃機関の小型化に伴い、スパークプラグにおいても小型化が求められている。スパークプラグが小型化されると、その内部に配された抵抗体の大きさも小型化され、抵抗体における体積が小さくなるため、抵抗体において通電による単位体積当たりの発熱量が増加する。それゆえ、抵抗体が熱によって劣化しやすくなる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、熱劣化を抑制し長寿命化を図ることの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。

本発明の一態様は、中心電極と、
該中心電極を内側に挿通保持する絶縁碍子と、
該絶縁碍子を内側に挿通保持するハウジングと、
該ハウジングに接合されて上記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、
上記絶縁碍子の内側に挿通保持されたステム本体と、該ステム本体の基端側端部に配され上記絶縁碍子の基端から突出したターミナルとを備え、上記中心電極と電気的に接続されたステムとを有しており、
該ステムは、少なくとも一部が、導電に制限を与える半導電性部材によって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にある。

上記内燃機関用のスパークプラグは、少なくとも一部が、導電に制限を与える半導電性部材によって形成されている。つまり、上記ステムを抵抗体として用いることができる。これにより、従来のスパークプラグにおける抵抗体の役割の一部又は全部を、上記ステムに付与することができる。それゆえ、抵抗体の小型化又は抵抗体の廃止をしながら、電波雑音の発生を抑制することができる。
また、上記ステムを抵抗体として用いることにより、抵抗体の体積を増加させることができる。これにより、抵抗体における通電に伴う単位体積あたりの発熱量を低減することができる。それゆえ、上記スパークプラグにおける熱劣化を抑制し、長寿命化を図ることができる。

以上のごとく、上記内燃機関用のスパークプラグによれば、熱劣化を抑制し長寿命化を図ることができる。

実施例１における、内燃機関用のスパークプラグを示す断面図。 図１における、部分拡大図。 実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの他の形状例を示す断面図。 実施例２における、内燃機関用のスパークプラグを示す部分拡大断面図。 実施例３における、内燃機関用のスパークプラグを示す断面図。 抵抗体を備えた内燃機関用のスパークプラグを示す断面図。

上記内燃機関用のスパークプラグは、上記ステムとは別に、絶縁碍子の内側に電波雑音を防止するための抵抗体を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。

また、上記ステムは、上記ステム本体と上記ターミナルとが一体の部材により形成されていてもよい。この場合には、上記スパークプラグの構成部品の数を低減し、構造を簡素化することができる。

また、上記ステムは、上記ステム本体と上記ターミナルとが別体の部材により形成されており、上記ステム本体及び上記ターミナルのいずれか一方又は両方が半導電性部材からなっていてもよい。この場合には、上記ステム本体の電気的抵抗と、上記ターミナルの電気的抵抗とをそれぞれ個別に設定することができる。したがって、上記ステム本体と上記ターミナルとを組み合わせることにより、上記ステムの電気的抵抗の大きさを変更することができる。

また、上記ステムとは別に抵抗体を設けた場合、抵抗体の劣化によって、抵抗値が増大、又は低下することがある。このとき、上記ターミナルを、抵抗値が小さいもの、又は大きいものに交換することにより、上記スパークプラグの電気的抵抗を適正な値に調整することができる。

また、上記ターミナルが、上記ステム本体と着脱可能に構成されていてもよい。この場合には、完成状態の上記スパークプラグにおいて上記ターミナルを交換することにより、上記ステムにおける電気的抵抗の大きさを変更することができる。

また、上記ステム本体及び上記ターミナルのいずれか一方には、雄ネジ部を形成してあり、他方には、上記雄ネジ部と螺号可能な雌ネジ部を形成してあってもよい。この場合には、上記ステム本体と上記ターミナルとの着脱を確実かつ容易に行うことができる。

また、上記ステム本体と上記ターミナルのいずれか一方には、嵌合凸部を形成してあり、他方には、上記嵌合凸部と嵌合可能な嵌合凹部を形成してあってもよい。この場合には、上記ステム本体と上記ターミナルとの着脱を確実かつ容易に行うことができる。

また、上記ステムにおける電気的抵抗値が、０．５ｋΩ〜２０ｋΩの範囲内にとすることができる。この場合には、上記スパークプラグにおける電気的抵抗値を、実用範囲内に確実に設定することができる。

また、上記ターミナルの基端側端面が平面からなっていてもよい。この場合には、上記スパークプラグの上記基端側端面と、点火コイルの電極とを、確実かつ安定して接触させることができる。これにより、上記スパークプラグに、電圧を安定供給することができる。

（実施例１）
上記内燃機関用のスパークプラグにかかる実施例について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すごとく、内燃機関用のスパークプラグ１は、中心電極２と、中心電極２を内側に挿通保持する絶縁碍子３と、絶縁碍子３を内側に挿通保持するハウジング３６と、ハウジング３６に接合されて中心電極２との間に火花放電ギャップ３８を形成する接地電極３７と、中心電極２と電気的に接続されたステム４とを有している。
ステム４は、絶縁碍子３の内側に挿通保持されたステム本体４１と、該ステム本体４１の基端側端部に配され絶縁碍子３の基端から突出したターミナル４２とを備えている。また、ステム４は、少なくとも一部が、導電に制限を与える半導電性部材によって形成されている。

以下、さらに詳細に説明する。
本例のスパークプラグ１は、自動車の内燃機関において、燃料の着火をするためのものである。軸方向において、スパークプラグ１の一端は、点火コイル（図示略）と接続され、反対側の他端は、燃焼室内に配される。尚、本例においては、図１に示すごとく、軸方向における点火コイルと接続される側を基端側Ｒとし、燃焼室内に配される側を先端側Ｆとして説明する。

図１に示すごとく、スパークプラグ１は、筒状の絶縁碍子３と、絶縁碍子３を内側に保持する筒状のハウジング３６と、電極先端部２２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２と、ハウジング３６と接続された接地電極３７とを備えている。

図１に示すごとく、絶縁碍子３は、アルミナを略円筒形状に形成してなり、その内側に中心電極２とステム４とを保持できるように形成されている。絶縁碍子３は、基端側の外周が凹凸形状をなす凹凸部３１と、凹凸部３１の先端側に形成された基端側小径部３２と、基端側小径部３２の先端側に形成された大径部３３と、大径部３３の先端側に形成された先端側小径部３４と、先端側小径部３４の先端側に形成されたテーパ部３５とを有している。
大径部３３の直径は、基端側小径部３２の直径及び先端側小径部３４に比べて大きく形成されている。
テーパ部３５は、先端側に向かって徐々に縮径する略錘形状をなしている。

図１に示すごとく、ハウジング３６は、略円筒形状に形成されており、その内側に絶縁碍子３を挿通保持している。
ハウジング３６は、絶縁碍子３におけるテーパ部３５の先端側の一部を突出させると共に、絶縁碍子３の大径部３３からテーパ部３５までの間の外周側を覆っている。また、ハウジング３６の外周側面には、内燃機関と螺号するためのネジ山が形成されている。ハウジング３６の先端面には、接地電極３７が配されている。

図１に示すごとく、接地電極３７は、ハウジング３６の先端面の一部から、先端側Ｆに延びる延設部３７１と、延設部３７１の先端から径方向内側に向かって、軸方向と直角に屈曲した対向部３７２とを有している。対向部３７２の先端近傍は、中心電極２の先端と軸方向において対向している。

図１に示すごとく、中心電極２は略円柱状に形成されたニッケル合金からなる電極本体２１と、電極本体２１の先端に溶接された電極先端部２２とを有している。
電極先端部２２は、絶縁碍子３の先端から露出するように配されており、電極本体２１と同一の直径を有する略円柱状をなしている。電極先端部２２の材料には、イリジウム、白金、ロジウム等の貴金属又はその合金等が用いられる。なお、電極先端部２２は、必ずしも貴金属である必要がなく、例えば、タングステン、レニウム、タンタル、ニオブ又はその合金からなる高融点の材料であってもよい。

図１及び図２に示すごとく、中心電極２の基端側に接続されたステム４は、絶縁碍子３の内側に挿通保持される部位を備えるステム本体４１と、ステム本体４１の基端側において絶縁碍子３から露出したターミナル４２とを有している。

図１及び図２に示すごとく、ステム本体４１は、導電体からなり、絶縁碍子３の内側に配された碍子挿通部４１１と、絶縁碍子３の基端から突出した雄ネジ部４１２とを有している。碍子挿通部４１１は、円柱状をなしており、先端は中心電極２と接続されている。碍子挿通部４１１の基端には、外周側に延設された円形状をなす鍔部４１３が形成されている。碍子挿通部４１１の基端側に配された端面４１４には、軸方向に沿って基端側に突出した雄ネジ部４１２が形成されている。雄ネジ部４１２は、略円柱状をなしており、外周側面にネジ山が形成されている。
中心電極２とステム本体４１とは、ガラスシールによって、互いに溶着されると共に絶縁碍子３の内面に溶着固定されている。

図１及び図２に示すごとく、雄ネジ部４１２に接続されたターミナル４２は、電気抵抗を有し導電を制限することのできる半導電性セラミックによって形成されている。ターミナル４２は、略円筒状をなすターミナル円筒部４２１と、ターミナル円筒部４２１における基端側を閉塞するターミナル蓋部４２２とを有する有底円筒状をなしている。ターミナル円筒部４２１の内周面は、ネジ山が形成された雌ネジ部４２３をなしており、ターミナル４２の雄ネジ部４１２と螺号可能に構成されている。

図１及び図２に示すごとく、ターミナル４２における基端側端面４２４は、平坦面によって形成されており、点火コイルが有するコイル側電極と接続される。尚、コイル側電極におけるターミナル４２との接触面は平坦面によって形成されている。また、ターミナル４２におけるターミナル蓋部４２２の内側面は、雄ネジ部４１２の先端が接触している。したがって、ターミナル蓋部４２２の軸方向における厚さｔとターミナル４２を形成する材料とによって、ターミナル４２の抵抗値を適宜することができる。本例においては、ターミナル４２の抵抗値を１０ｋΩとしてある。尚、抵抗値の範囲は、０．５ｋΩ〜２０ｋΩの範囲内とすることが好ましい。

ターミナル４２を形成する半導電性セラミックとしては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２等の絶縁性材料に、ＴｉＯ_２、ＳｉＣ等の導電性材料を混ぜて焼結したものや、ＺｒＯ_２を主成分とする半導電性ジルコニア等、種々の半導電性セラミック材料を用いることができる。尚、ターミナル４２は、高温となるため、耐熱性を備えたものであることがより好ましい。ターミナル４２は、半導電性セラミック材料の体積抵抗率や使用率、ターミナル４２の寸法等を適宜選定して所望の抵抗値に設定することができる。

次に、本例の作用効果について説明する。
スパークプラグ１においては、ステム４のターミナル４２が、導電に制限を与える半導電性部材によって形成されている。そのため、ステム４を抵抗体として用いることができる。これにより、従来のスパークプラグにおける抵抗体の役割を、ステム４に付与することができる。それゆえ、抵抗体の小型化又は抵抗体の廃止をしながら、電波雑音の発生を抑制することができる。
また、ステム４を抵抗体として用いることにより、抵抗体の体積を増加させることができる。これにより、抵抗体における通電に伴う単位体積あたりの発熱量を低減することができる。

また、ステム４は、ステム本体４１とターミナル４２とが別体の部材により形成されており、ターミナル４２が半導電性部材からなっている。そのため、ターミナル４２の電気的抵抗の大きさを適宜設定することができる。したがって、ターミナル４２の電気的抵抗値を変更することにより、ステム４の電気的抵抗値を変更することができる。尚、本例においては、ターミナルのみを半導電性部材によって形成したが、これに限るものではなく、ステム本体のみ、又はターミナル及びステム本体の両方を半導電性部材によって形成してもよい。

また、ターミナル４２が、ステム本体４１と着脱可能に構成されている。そのため、完成状態のスパークプラグ１においてターミナル４２を交換することにより、ステム４における電気的抵抗の大きさを変更することができる。

また、ステム本体４１には、雄ネジ部４１２を形成してあり、ターミナル４２には、雄ネジ部４１２と螺号可能な雌ネジ部４２３を形成してある。そのため、ステム本体４１とターミナル４２との着脱を確実かつ容易に行うことができる。

また、ステム４における電気的抵抗値を、０．５ｋΩ〜２０ｋΩの範囲内に設定してある。そのため、スパークプラグ１における電気的抵抗値を、実用範囲内に確実に設定することができる。

また、ターミナル４２の基端側端面４２４が平面からなっている。そのため、スパークプラグ１の基端側端面４２４と、高電圧を印可する点火コイルの電極とを、確実かつ安定して接触させることができる。これにより、スパークプラグ１に、電圧を安定供給することができる。

以上のごとく、本例の内燃機関用のスパークプラグ１によれば、熱劣化を抑制し長寿命化を図ることができる。

本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、ターミナル４２側に雌ネジ部４２３を形成し、ステム本体４１側に雄ネジ部４１２を形成したステム４を有しているが、図３に示すごとく、ターミナル４２側に雄ネジ部４２６を形成し、ステム本体４１側に雌ネジ部４１５を形成したステム４を有していてもよい。この場合には、ターミナル４２の基端側端面４２４とステム本体４１の基端側端面４１６との間の厚さｔ１を変化させることによってターミナル４２の電気的抵抗値を調整することができる。

（実施例２）
本例は、実施例１におけるステム本体４１とターミナル４２との接続構造の形状を変更した例である。

図４に示すごとく、本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、ターミナル４２側に嵌合凹部４２５を形成し、ステム本体４１側に嵌合凸部４１４を形成したステム４を有している。ターミナル４２の先端側端面には、先端側に突出する嵌合凸部４１４を形成してある。また、ステム本体４１の基端側端面４２４には、ターミナル４２の嵌合凸部４１４と嵌合可能な嵌合凹部４２５が形成されている。ステム本体４１とターミナル４２とは、嵌合凸部４１４と嵌合凹部４２５とを嵌合することにより、着脱可能に嵌合固定されている。
その他の構成は実施例１と同様である。
尚、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
また、本例においては、ターミナル４２側に嵌合凹部４２５を形成し、ステム本体４１側に嵌合凸部４１４を形成したが、ターミナル４２側に嵌合凸部を形成し、ステム本体４１側に嵌合凹部を形成してもよい。

（実施例３）
本例は、実施例１におけるステム４の構成を変更した例である。
図５に示すごとく、本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、ターミナル４２とステム本体４１とが一体に形成されたステム４を備えている。尚、ステム４の外観形状は、実施例１のステム４とほぼ同一である。本例においては、ステム４における基端側端面４２４と先端側端面４３との間における抵抗値を１０ｋΩとした。
その他の構成は実施例１と同様である。
尚、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の内燃機関用のスパークプラグ１によれば、構成部品の数を低減し、構造を簡素化することができる。
また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

上記実施例１〜上記実施例３においては、絶縁碍子３内に抵抗体を設けていないが、これに限るものではなく、図６に示すごとく、抵抗体５を設けてあってもよい。この場合にも実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ 内燃機関用のスパークプラグ
２ 中心電極
３ 絶縁碍子
３６ ハウジング
３７ 接地電極
３８ 火花放電ギャップ
４ ステム
４１ ステム本体
４２ ターミナル

Claims (8)

1. 中心電極（２）と、
   該中心電極（２）を内側に挿通保持する絶縁碍子（３）と、
   該絶縁碍子（３）を内側に挿通保持するハウジング（３６）と、
   該ハウジング（３６）に接合されて上記中心電極（２）との間に火花放電ギャップ（３８）を形成する接地電極（３７）と、
   上記絶縁碍子（３）の内側に挿通保持されたステム本体（４１）と、該ステム本体（４１）の基端側端部に配され上記絶縁碍子（３）の基端から突出したターミナル（４２）とを備え、上記中心電極（２）と電気的に接続されたステム（４）とを有しており、
   該ステム（４）は、少なくとも一部が、導電に制限を与える半導電性部材によって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（１）。
2. 請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記ステム（４）は、上記ステム本体（４１）と上記ターミナル（４２）とが一体の部材により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（１）。
3. 請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記ステム（４）は、上記ステム本体（４１）と上記ターミナル（４２）とが別体の部材により形成されており、上記ステム本体（４１）及び上記ターミナル（４２）のいずれか一方又は両方が半導電性部材からなることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
4. 請求項３に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記ターミナル（４２）が、上記ステム本体（４１）と着脱可能に構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（１）。
5. 請求項４に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記ステム本体（４１）及び上記ターミナル（４２）のいずれか一方には、雄ネジ部（４１２、４２６）を形成してあり、他方には、上記雄ネジ部（４１２、４２６）と螺号可能な雌ネジ部（４１５、４２３）を形成してあることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
6. 請求項４に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記ステム本体（４１）と上記ターミナル（４２）のいずれか一方には、嵌合凸部（４１４）を形成してあり、他方には、上記嵌合凹部（４２５）と嵌合可能な嵌合凹部（４２５）を形成してなることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記ステム（４）における電気的抵抗値が、０．５ｋΩ〜２０ｋΩの範囲内にあることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記ターミナル（４２）の基端側端面（４２４）が平面からなることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。

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