JP2015118910A - スパークプラグ、および、スパークプラグの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
貴金属チップと、前記貴金属チップが配置される貫通孔を有する保持部と、前記保持部が接合される本体部と、を有する接地電極と、
前記貴金属チップとの間でギャップを形成する中心電極と、
を有するスパークプラグであって、
前記貴金属チップから見て前記ギャップ側を先端側とし、
前記保持部の先端面における内径を内径Gf、前記保持部の後端面における内径を内径Grとし、
前記貴金属チップの先端面の外径を外径Tf、前記貴金属チップの後端面の外径を外径Trとしたときに、
前記内径Gfが、前記外径Tr未満であり、
前記内径Gfが、前記内径Gr未満であり、
前記外径Tfが、前記外径Tr未満であり、
前記保持部の前記貫通孔を形成する内周面と、前記貫通孔に配置される部分における前記貴金属チップの外周面と、の少なくとも一方は、先端側に向かって連続的に縮径しており、
前記貴金属チップの先端面は、前記保持部の先端面よりも、先端側に位置している、スパークプラグ。
適用例1に記載のスパークプラグであって、
前記保持部の前記内周面は、先端側に向かって連続的に縮径する第1テーパ面を有し、
前記貴金属チップの前記外周面は、先端側に向かって連続的に縮径する第2テーパ面を有する、スパークプラグ。
適用例2に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップの中心軸を含む断面において、前記第1テーパ面と前記中心軸とがなす角度のうちの鋭角である第1角度Ag1を、前記第2テーパ面と前記中心軸とがなす角度のうちの鋭角である第2角度Ag2から、引いた差分dAgは、−10度以上、かつ、+10度以下である、
スパークプラグ。
適用例1から3のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、さらに、少なくとも前記貴金属チップと前記保持部とを接合する第1溶融部を有する、
スパークプラグ。
適用例4に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、複数の前記第1溶融部を有し、
前記複数の第1溶融部は、前記貴金属チップの中心軸を挟んで互いに対向しない位置に配置されている、
スパークプラグ。
適用例4または5に記載のスパークプラグであって、さらに、
前記中心電極を保持する絶縁体と、
前記絶縁体の径方向の周囲に配置された主体金具と、
を有し、
前記本体部は、前記主体金具に接続された端である基端を有し、
少なくとも1つの第1溶融部は、前記貴金属チップの中心軸よりも前記基端側に位置している、
スパークプラグ。
適用例6に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップの中心軸と平行な方向を向いて見た場合に、少なくとも1つの第1溶融部は、前記貴金属チップの前記中心軸よりも前記基端側において前記本体部の長手方向の軸と重なる、
スパークプラグ。
適用例4から7のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記第1溶融部は、前記本体部の表面に露出する露出面を有する、
スパークプラグ。
適用例1から8のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記保持部と前記本体部とを接合する第2溶融部を有し、
前記第2溶融部は、前記貴金属チップから離間している、
スパークプラグ。
適用例9に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、さらに、少なくとも前記貴金属チップと前記保持部とを接合する第1溶融部を有し、
前記本体部は、前記主体金具に接続された端である基端を有し、
前記第1溶融部の全体は、前記貴金属チップの中心軸よりも前記基端側に位置し、
前記第2溶融部の少なくとも一部分は、前記貴金属チップの中心軸よりも前記基端側とは反対側に位置する、
スパークプラグ。
適用例9または10に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、前記貫通孔内に配置される部分の後端側に接続され、前記保持部の前記後端面における前記貫通孔の縁よりも外周側の位置まで突出する突出部を有する、
スパークプラグ。
適用例11に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップの中心軸に平行な方向の前記突出部の厚さは、0.2mm以上である、
スパークプラグ。
適用例11または12に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップのうちの前記貫通孔内に配置される部分の外周面の後端から前記突出部の外周側の端までの、前記貴金属チップの中心軸を中心とする円の径方向の長さは、0.05mm以上、0.25mm以下である、
スパークプラグ。
適用例1から13のいずれか1項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記保持部の前記貫通孔に前記貴金属チップを配置する配置工程と、
前記配置工程の後に、前記保持部に、前記保持部の径方向の荷重を加える工程と、
を有する、製造方法。
A−1.スパークプラグの構成:
図1は、第1実施形態のスパークプラグの一例の断面図である。図示されたラインCLは、スパークプラグ100の中心軸を示している。図示された断面は、中心軸CLを含む断面である。以下、中心軸CLのことを「軸線CL」とも呼び、中心軸CLと平行な方向を「軸線方向」とも呼ぶ。中心軸CLと平行な方向のうち、図1における下方向を第1方向D1と呼び、上方向を第2方向D2とも呼ぶ。第1方向D1は、後述する端子金具40から電極20、30に向かう方向である。また、中心軸を中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、中心軸を中心とする円の円周方向を「周方向」とも呼ぶ。
図4は、スパークプラグの製造方法の一例を示すフローチャートである。ステップS110では、保持部39の貫通孔395内に、貴金属チップ38が配置される。図5は、貴金属チップ38の配置の説明図である。図中には、貴金属チップ38の中心軸CLxを含む断面が示されている。図5の左部には、同軸上に並べた貴金属チップ38と保持部39とが示されている。図5の右部には、貴金属チップ38が貫通孔395内に配置された状態が示されている。ここで、貴金属チップ38の中心軸CLxと平行な方向Df、Drのうち、貴金属チップ38から見てギャップg側(図1)に向かう方向Dfを、先端方向Dfと呼び、先端方向Dfの反対の方向Drを、後端方向Drと呼ぶ。先端方向Dfは、外径が大きい端面389から、外径が小さい端面381へ向かう方向である。図1に示す完成したスパークプラグ100においては、先端方向Dfは、第2方向D2である。以下、貴金属チップ38の先端方向Dfの端面381を、先端面381と呼ぶ。貴金属チップ38の後端方向Dr側の端面389を、後端面389と呼ぶ。保持部39の先端方向Df側の端面391を、先端面391と呼ぶ。保持部39の後端方向Dr側の端面399を、後端面399と呼ぶ。
1) 第1内径Gf < 第2外径Tr
2) 第1内径Gf < 第2内径Gr
3) 第1外径Tf < 第2外径Tr
なお、本実施形態では、貴金属チップ38の第2外径Trは、保持部39の第2内径Grと、おおよそ同じである。
スパークプラグ100のサンプルを用いた評価試験について説明する。この評価試験では、貴金属チップ38の固定の強度が、評価された。以下の表1は、サンプルの構成と、評価結果と、を示している。
貴金属チップ38の第1外径Tf: 2.5mm
貴金属チップ38の第2外径Tr: 2.8mm
貴金属チップ38の中心軸CLxと平行な高さTt: 1.0mm
保持部39の外径Go: 3.5mm
保持部39の中心軸CLxと平行な高さGt: 0.9mm
なお、貴金属チップ38は、イリジウムを主成分として含む合金を用いて形成されている。保持部39と本体部33の母材35とは、同じ材料(ここでは、ニッケルを主成分として含む合金)を用いて形成されている。スパークプラグの他の構成は、7個のサンプルの間で、共通である。
図11は、接地電極の別の実施形態の概略図である。図中には、図3と同様に第2方向D2側から第1方向D1を向いて見た、接地電極30bの貴金属チップ38の近傍の概略図である。図3に示す第1実施形態の接地電極30との差異は、第2実施形態の接地電極30bでは、複数の第1溶融部81が、貴金属チップ38の中心軸CLxを挟んで互いに対向しない位置に配置されている点である。この構成により、貴金属チップ38と保持部39との間で熱膨張係数が異なる場合に、熱膨張係数の差によって生じ得る熱応力を、貴金属チップ38のうちの中心軸CLxを挟んで第1溶融部81と対向する部分の変形によって、緩和できる。また、熱応力を、保持部39のうちの中心軸CLxを挟んで第1溶融部81と対向する部分の変形によって、緩和できる。この結果、貴金属チップ38または保持部39が熱応力によって損傷する可能性を低減できる。
図12は、接地電極の別の実施形態の概略図である。図中には、接地電極30cのうちの貴金属チップ38の近傍の部分断面が示されている。この断面は、貴金属チップ38の中心軸CLxを含む断面である。図2、図8に示す第1実施形態の接地電極30との差異は、第3実施形態の接地電極30cでは、第2溶融部82が省略されている点と、第1溶融部81cが、本体部33の先端方向Df側の表面に露出する露出面81csから、保持部39の中を通って、貴金属チップ38に至るように、形成されている点である。接地電極30cは、図3の第1実施形態、または、図11の第2実施形態と同様に、周方向に沿っておおよそ等間隔で配置された複数の第1溶融部81cを、有している。
図13は、接地電極の別の実施形態の概略図である。図中には、接地電極30dのうちの貴金属チップ38の近傍の部分断面が示されている。この断面は、貴金属チップ38の中心軸CLxを含む断面である。図2、図8に示す第1実施形態の接地電極30との差異は、第4実施形態の接地電極30dでは、第1溶融部81が省略されている点だけである。接地電極30dの他の構成は、第1実施形態の接地電極30の構成と同じである。図13では、第4実施形態の接地電極30dの要素のうち、第1実施形態の接地電極30の要素と同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する。第4実施形態の接地電極30dは、第1実施形態の接地電極30の代わりに、スパークプラグ100に適用可能である。
図14は、スパークプラグ100の製造方法の別の実施形態の説明図である。図中には、ステップS113が示されている。このステップS113は、図4のステップS110とステップS115との間に追加される。
F−1.接地電極30zの構成
図16は、電極チップの別の実施形態の概略図である。図17は、図16の電極チップ90zを有する接地電極30zの概略図である。第6実施形態の接地電極30zは、第1実施形態の接地電極30の代わりに、スパークプラグ100に適用可能である。接地電極30zを有するスパークプラグ100zは、図4と同様の手順に従って、製造可能である。
1) 第1内径Gf < 第2外径Trz
2) 第1内径Gf < 第2内径Gr
3) 第1外径Tf < 第2外径Trz
以上により、貴金属チップ38zが接地電極30zから外れることを抑制できる。
接地電極30z(図17)を有するスパークプラグのサンプルを用いた評価試験の結果について説明する。試験方法と試験結果の評価基準とは、上記の表1で説明した試験方法と試験結果の評価基準と、それぞれ同じである。すなわち、貴金属チップ38zの取り付けの強度が評価された。以下の表2は、サンプルの構成と評価結果とを示している。
貴金属チップ38zの第1外径Tf: 2.5mm
貴金属チップ38zの第2外径Trz: 3.1mm
貴金属チップ38zの第3外径Tb: 2.8mm
第1部分38p1の中心軸CLxと平行な高さTt: 1.0mm
保持部39の第2内径Gr: 2.8mm
保持部39の外径Go: 3.5mm
角度差dAg(Ag2−Ag1): 0度
保持部39の中心軸CLxと平行な高さGt: 0.9mm
なお、貴金属チップ38zは、イリジウムを主成分として含む合金を用いて形成されている。保持部39と本体部33の母材35とは、同じ材料(ここでは、ニッケルを主成分として含む合金)を用いて形成されている。スパークプラグの他の構成は、5個のサンプルの間で、共通である。また、サンプルの種々の寸法と角度との値は、常温(ここでは、20℃)での値である。上記の第1評価試験のサンプルの種々の寸法と角度との値についても、同様である。
接地電極30z(図17)を有するスパークプラグのサンプルを用いた別の評価試験の結果について説明する。試験方法と試験結果の評価基準とは、上記の表1で説明した試験方法と試験結果の評価基準と、それぞれ同じである。すなわち、貴金属チップ38zの取り付けの強度が評価された。以下の表3は、サンプルの構成と評価結果とを示している。
突出部387の厚さT1: 0.2mm
貴金属チップ38zの第1外径Tf: 2.5mm
貴金属チップ38zの第3外径Tb: 2.8mm
第1部分38p1の中心軸CLxと平行な高さTt: 1.0mm
保持部39の第2内径Gr: 2.8mm
保持部39の外径Go: 3.5mm
角度差dAg(Ag2−Ag1): 0度
保持部39の中心軸CLxと平行な高さGt: 0.9mm
なお、貴金属チップ38zは、イリジウムを主成分として含む合金を用いて形成されている。保持部39と本体部33の母材35とは、同じ材料(ここでは、ニッケルを主成分として含む合金)を用いて形成されている。スパークプラグの他の構成は、7個のサンプルの間で、共通である。また、サンプルの種々の寸法と角度との値は、常温(ここでは、20℃)での値である。
図20、図21は、接地電極の別の実施形態の概略図である。第7実施形態の接地電極30wは、第1実施形態の接地電極30の代わりに、スパークプラグ100に適用可能である。
図22、図23は、接地電極の別の実施形態の概略図である。第8実施形態の接地電極30vは、第1実施形態の接地電極30の代わりに、スパークプラグ100に適用可能である。
(1)貴金属チップ38、38zの形状と保持部39の形状としては、図5、図16で説明した形状に限らず、他の種々の形状を採用可能である。例えば、貴金属チップ38、38zの外周面384が、先端方向Dfに向かってステップ状に変化していてもよい。また、保持部39の内周面394が、先端方向Dfに向かってステップ状に変化してもよい。いずれの場合も、貴金属チップ38、38zの外周面384と、保持部39の内周面394との少なくとも一方が、先端方向Dfに向かって連続的に縮径するテーパ面を有することが好ましい。この構成によれば、貴金属チップ38、38zの外径と保持部39の内径との少なくとも一方の公差が大きい場合であっても、保持部39の貫通孔395に貴金属チップ38、38zを容易に嵌め込むことができる。そして、貴金属チップ38、38zの外周面384を、保持部39の内周面394に、容易に接触させることができる。
Claims (19)
- 貴金属チップと、前記貴金属チップが配置される貫通孔を有する保持部と、前記保持部が接合される本体部と、を有する接地電極と、
前記貴金属チップとの間でギャップを形成する中心電極と、
を有するスパークプラグであって、
前記貴金属チップから見て前記ギャップ側を先端側とし、
前記保持部の先端面における内径を内径Gf、前記保持部の後端面における内径を内径Grとし、
前記貴金属チップの先端面の外径を外径Tf、前記貴金属チップの後端面の外径を外径Trとしたときに、
前記内径Gfが、前記外径Tr未満であり、
前記内径Gfが、前記内径Gr未満であり、
前記外径Tfが、前記外径Tr未満であり、
前記保持部の前記貫通孔を形成する内周面と、前記貫通孔に配置される部分における前記貴金属チップの外周面と、の少なくとも一方は、先端側に向かって連続的に縮径しており、
前記貴金属チップの先端面は、前記保持部の先端面よりも、先端側に位置している、スパークプラグ。 - 請求項1に記載のスパークプラグであって、
前記保持部の前記内周面は、先端側に向かって連続的に縮径する第1テーパ面を有し、
前記貴金属チップの前記外周面は、先端側に向かって連続的に縮径する第2テーパ面を有する、スパークプラグ。 - 請求項2に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップの中心軸を含む断面において、前記第1テーパ面と前記中心軸とがなす角度のうちの鋭角である第1角度Ag1を、前記第2テーパ面と前記中心軸とがなす角度のうちの鋭角である第2角度Ag2から、引いた差分dAgは、−10度以上、かつ、+10度以下である、
スパークプラグ。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、さらに、少なくとも前記貴金属チップと前記保持部とを接合する第1溶融部を有する、
スパークプラグ。 - 請求項4に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、複数の前記第1溶融部を有し、
前記複数の第1溶融部は、前記貴金属チップの中心軸を挟んで互いに対向しない位置に配置されている、
スパークプラグ。 - 請求項4または5に記載のスパークプラグであって、さらに、
前記中心電極を保持する絶縁体と、
前記絶縁体の径方向の周囲に配置された主体金具と、
を有し、
前記本体部は、前記主体金具に接続された端である基端を有し、
少なくとも1つの第1溶融部は、前記貴金属チップの中心軸よりも前記基端側に位置している、
スパークプラグ。 - 請求項6に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップの中心軸と平行な方向を向いて見た場合に、少なくとも1つの第1溶融部は、前記貴金属チップの前記中心軸よりも前記基端側において前記本体部の長手方向の軸と重なる、
スパークプラグ。 - 請求項4から7のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記第1溶融部は、前記本体部の表面に露出する露出面を有する、
スパークプラグ。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記保持部と前記本体部とを接合する第2溶融部を有し、
前記第2溶融部は、前記貴金属チップから離間している、
スパークプラグ。 - 請求項9に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、さらに、少なくとも前記貴金属チップと前記保持部とを接合する第1溶融部を有し、
前記本体部は、前記主体金具に接続された端である基端を有し、
前記第1溶融部の全体は、前記貴金属チップの中心軸よりも前記基端側に位置し、
前記第2溶融部の少なくとも一部分は、前記貴金属チップの中心軸よりも前記基端側とは反対側に位置する、
スパークプラグ。 - 請求項9または10に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、前記貫通孔内に配置される部分の後端側に接続され、前記保持部の前記後端面における前記貫通孔の縁よりも外周側の位置まで突出する突出部を有する、
スパークプラグ。 - 請求項11に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップの中心軸に平行な方向の前記突出部の厚さは、0.2mm以上である、
スパークプラグ。 - 請求項11または12に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップのうちの前記貫通孔内に配置される部分の外周面の後端から前記突出部の外周側の端までの、前記貴金属チップの中心軸を中心とする円の径方向の長さは、0.05mm以上、0.25mm以下である、
スパークプラグ。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記保持部の前記貫通孔に前記貴金属チップを配置する配置工程と、
前記配置工程の後に、前記保持部に、前記保持部の径方向の荷重を加える工程と、
を有する、製造方法。 - 貴金属チップと、前記貴金属チップが配置される貫通孔を有する保持部と、前記保持部が接合される本体部と、を有する接地電極と、
前記貴金属チップとの間でギャップを形成する中心電極と、
を有するスパークプラグの製造方法であって、
前記保持部の前記貫通孔内に前記貴金属チップを配置する配置工程と、
前記保持部の前記貫通孔内に前記貴金属チップが配置された状態で、前記保持部を前記本体部に接合する接合工程と、
を備え、
前記貴金属チップから見て前記ギャップ側を先端側とし、
前記保持部の先端面における内径を内径Gf、前記保持部の後端面における内径を内径Grとし、
前記貴金属チップの先端面の外径を外径Tf、前記貴金属チップの後端面の外径を外径Trとしたときに、
前記内径Gfが、前記外径Tr未満であり、
前記内径Gfが、前記内径Gr未満であり、
前記外径Tfが、前記外径Tr未満であり、
前記保持部の前記貫通孔を形成する内周面と、前記貫通孔に配置される部分における前記貴金属チップの外周面と、の少なくとも一方は、先端側に向かって連続的に縮径しており、
前記保持部の前記貫通孔内に前記貴金属チップが配置された状態で、前記貴金属チップの先端面は、前記保持部の先端面よりも、先端側に位置している、スパークプラグの製造方法。 - 請求項15に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記保持部の前記内周面は、先端側に向かって連続的に縮径する第1テーパ面を有し、
前記貴金属チップの前記外周面は、先端側に向かって連続的に縮径する第2テーパ面を有する、スパークプラグの製造方法。 - 請求項16に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記保持部の前記貫通孔内に前記貴金属チップが配置された状態で、前記保持部と前記貴金属チップとの前記貴金属チップの中心軸を含む断面において、前記第1テーパ面と前記中心軸とがなす角度のうちの鋭角である第1角度A1から、前記第2テーパ面と前記中心軸とがなす角度のうちの鋭角である第2角度A2を、引いた差分dAgは、−10度以上、かつ、+10度以下である、
スパークプラグの製造方法。 - 請求項15から17のいずれか1項に記載のスパークプラグの製造方法であって、さらに、
前記貴金属チップと前記保持部とを接合する第1溶融部を形成する形成工程を有する、
スパークプラグの製造方法。 - 請求項18に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記形成工程は、前記貴金属チップの中心軸を挟んで互いに対向しない位置に配置された複数の前記第1溶融部を形成する工程を含む、
スパークプラグの製造方法。
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