JP2015176687A - 点火プラグ - Google Patents
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Abstract
【課題】点火プラグの細径化に対し耐久性向上とノイズ低減効果の向上との両立を図る。【解決手段】点火プラグ１００に内蔵した雑音防止抵抗体１３の基端側に設けた導電性接着層１４に先端側に向かって径小となるテーパＴＰを設けて中軸収容部内径ＩＤ２よりも抵抗体収容部内径ＩＤ１を縮径することで、抵抗体の焼結密度の均一化により抵抗寿命の向上、抵抗値の安定化、並びに、抵抗基端側の静電容量を大きくしてノイズ低減を図ることができる。【選択図】 図１
Description
本発明は、雑音防止抵抗体を備えた点火プラグに関する。
内燃機関の燃焼室内に導入した混合気の着火には、軸状の中心電極と、内側に設けた貫通孔に中心電極を保持する筒状の絶縁碍子と、絶縁碍子の外周の一部を覆い絶縁碍子を保持する筒状のハウジングと、ハウジングの先端に延設して中心電極の先端との間に所定の放電ギャップを隔てて対向する接地電極とを有し、中心電極と接地電極との間に高電圧を印加したときに火花放電を発生する点火プラグが広く用いられている。
点火プラグには、電磁波ノイズを吸収するため、中心電極への通電経路に雑音防止抵抗体が設けられている。
点火プラグには、電磁波ノイズを吸収するため、中心電極への通電経路に雑音防止抵抗体が設けられている。
特許文献１には、スパークプラグの製造設備及びスパークプラグの製造方法として、絶縁体の貫通孔に対し、その一方の端部側に端子金具が固定され、その他方の端部側に中心電極が固定されるとともに、該貫通孔において端子金具と中心電極との間に、導電性ガラスシール層や抵抗等の原料粉末の充填層が形成された組立体を製造し、次いで絶縁体の軸線方向において中心電極側が端子金具側よりも高温となるように組立体を加熱し、貫通孔に対する中心電極の位置を固定して、端子金具を貫通孔の軸方向において中心電極に近づく方向に加圧することにより、貫通穴内の原料粉末の充填層を中心電極と端子金具との間でプレスする方法が開示されている。
また、過給気エンジンにおいては、燃焼時の筒内圧力が高く、自然吸気エンジンに比べて混合気中の絶縁破壊に必要な要求電圧が高くなり、放電開始時の突入電流が大きく、点火プラグにおいて陽極側となる接地電極の消耗が激しくなる虞がある。
これは、放電電圧の上昇に伴い、容量放電による放電電流が増加し、陽極側の電極消耗に寄与するためと考えられている。
これは、放電電圧の上昇に伴い、容量放電による放電電流が増加し、陽極側の電極消耗に寄与するためと考えられている。
近年、エンジンの冷却性能向上を図ったり、吸気量増加のため吸気バルブの大型化を図ったりする等、エンジンの設計自由度を高くするため点火プラグの細径化が望まれている。
一方、雑音防止抵抗体の基端側に形成される寄生容量によって発生する電磁波ノイズは、雑音防止抵抗体によって吸収できるが、雑音防止抵抗体を収容する部分に形成される寄生容量によって発生する電磁波ノイズは吸収され難い。
このため、点火プラグの細径化によって、雑音防止抵抗体を収容する部分の絶縁碍子の肉厚が薄くなり、その部分の静電容量が大きくなと、新たなノイズ源となるだけでなく、容量放電電流の増加によるプラグ消耗増加を招く虞も生じる。
さらに、本発明者等の鋭意試験により、点火プラグの細径化を図るために従来の構造のまま雑音防止抵抗体を細くすると、雑音防止抵抗体を成形する際に均一な加圧が困難となり、雑音防止抵抗体の焼結密度が低下し、雑音防止抵抗体の耐久性を招くおそれがあることが判明した。
このため、点火プラグの細径化によって、雑音防止抵抗体を収容する部分の絶縁碍子の肉厚が薄くなり、その部分の静電容量が大きくなと、新たなノイズ源となるだけでなく、容量放電電流の増加によるプラグ消耗増加を招く虞も生じる。
さらに、本発明者等の鋭意試験により、点火プラグの細径化を図るために従来の構造のまま雑音防止抵抗体を細くすると、雑音防止抵抗体を成形する際に均一な加圧が困難となり、雑音防止抵抗体の焼結密度が低下し、雑音防止抵抗体の耐久性を招くおそれがあることが判明した。
そこで、かかる実情に鑑み、本発明は、雑音防止抵抗体横の静電容量の低減を図ることで、容量放電による電極消耗を抑制し、点火プラグの耐久性向上を図ると共に、雑音防止抵抗体の緻密化により雑音防止抵抗体の耐久性向上を図り、同時に電磁波ノイズの低減を実現可能な点火プラグの提供を目的とする。
本発明の点火プラグ（１００）は、内燃機関に設けられ、少なくとも、軸状の中心電極（１）と、前記中心電極を収容保持する筒状の絶縁碍子（２）と、該絶縁碍子を気密に保持する筒状のハウジング（３）と、該ハウジングの先端に延設した接地電極放電部（３０）と、前記中心電極の導通経路一部に雑音防止抵抗体（１３）を配設せしめた、点火プラグであって、前記絶縁碍子において、前記雑音防止抵抗体を収容する抵抗体収容部（２１）の内径（ＩＤ１）が、その基端側に配設され、前記中心電極と外部との電気的接続を図る中心電極中軸部（１６）を収容する中軸収容部（２２）の内径（ＩＤ２）よりも径小であると共に、点火プラグの中心軸（Ｃ/Ｌ）に直交する平面を基準面として所定の傾斜角度(θ)をもって傾斜し、前記抵抗体収容部内径と前記中軸収容部内径とを連通する径変部（ＴＰ）を具備することを特徴とする。
本発明によれば、雑音防止抵抗体の密度を均一化し耐久性の向上を図ると共に、雑音防止抵抗体の外径を細くし、雑音防止抵抗体横の絶縁碍子の肉厚を厚くすることで、当該部分の静電容量を小さくし、容量放電による電極の消耗を抑制することができる。
また、雑音防止抵抗体の基端側における絶縁碍子の静電容量が雑音防止抵抗体横の静電容量よりも相対的に大きくなるため、電磁波ノイズを低減できることが判明した。
また、本発明者の鋭意試験により、前記抵抗体収容部内径ＩＤ１と前記中軸収容部内径ＩＤ２との内径比ＲＩＤ（＝ＩＤ１／ＩＤ２）（％）、及び、前記抵抗体収容部内径ＩＤ１と前記中軸収容部内径ＩＤ２とを連通する径変部ＴＰの傾斜角度θを所定の範囲に設定することで、より耐久性の高い点火プラグが実現できることが判明した。
また、雑音防止抵抗体の基端側における絶縁碍子の静電容量が雑音防止抵抗体横の静電容量よりも相対的に大きくなるため、電磁波ノイズを低減できることが判明した。
また、本発明者の鋭意試験により、前記抵抗体収容部内径ＩＤ１と前記中軸収容部内径ＩＤ２との内径比ＲＩＤ（＝ＩＤ１／ＩＤ２）（％）、及び、前記抵抗体収容部内径ＩＤ１と前記中軸収容部内径ＩＤ２とを連通する径変部ＴＰの傾斜角度θを所定の範囲に設定することで、より耐久性の高い点火プラグが実現できることが判明した。
図１を参照して本発明の点火プラグ１００の概要について説明する。本図においては、図の上側を外部の電源に接続される基端側、図の下側を内燃機関の燃焼室に臨む先端側として記載してある。
点火プラグ１００は、軸状に伸びる中心電極１と、中心電極１の側面を覆う筒状の絶縁碍子２と、絶縁碍子２を気密に保持するハウジング３と、ハウジング３の先端側に延設され中心電極１の先端に対して所定の放電ギャップＧＰを隔てて対向する接地電極３０とからなり、絶縁碍子２の内部であって中心電極１の導通経路の一部に雑音防止抵抗体１３を配設している。
点火プラグ１００は、内燃機関に設けられ、図略の高エネルギ電源から高電圧の印加により、中心電極１の先端の設けた中心電極放電部１０と接地電極放電部３０との間に設けた放電ギャップＧＰに火花放電を発生させ、内燃機関の燃焼室内に導入された混合気の着火を行うものである。
点火プラグ１００は、軸状に伸びる中心電極１と、中心電極１の側面を覆う筒状の絶縁碍子２と、絶縁碍子２を気密に保持するハウジング３と、ハウジング３の先端側に延設され中心電極１の先端に対して所定の放電ギャップＧＰを隔てて対向する接地電極３０とからなり、絶縁碍子２の内部であって中心電極１の導通経路の一部に雑音防止抵抗体１３を配設している。
点火プラグ１００は、内燃機関に設けられ、図略の高エネルギ電源から高電圧の印加により、中心電極１の先端の設けた中心電極放電部１０と接地電極放電部３０との間に設けた放電ギャップＧＰに火花放電を発生させ、内燃機関の燃焼室内に導入された混合気の着火を行うものである。
本発明の点火プラグ１００は、絶縁碍子２において、雑音防止抵抗体１３を収容する抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１をその基端側に配設された中心電極中軸部１６及び中軸埋込部１５を収容する中軸収容部２２の内径ＩＤ２よりも細径とし、所定の傾斜角度θをもって抵抗体収容部内径ＩＤ１と中軸収容部内径ＩＤ２とを連通する径変部ＴＰを具備することを特徴とする。
また、本発明者の鋭意試験により、抵抗体収容部内径ＩＤ１と中軸収容部内径ＩＤ２との内径比ＲＩＤ（＝ＩＤ１／ＩＤ２）（％）、及び、抵抗体収容部内径ＩＤ１と中軸収容部内径ＩＤ２とを連通する径変部ＴＰの傾斜角度θを所定の範囲に設定することで、耐久性の高い点火プラグ１００が実現できることが判明した。
なお、傾斜角度θは、点火プラグ１００の中心軸Ｃ/Ｌに直交する平面を基準面とし、その基準面と径変部ＴＰとのなす角度とする。
また、本発明者の鋭意試験により、抵抗体収容部内径ＩＤ１と中軸収容部内径ＩＤ２との内径比ＲＩＤ（＝ＩＤ１／ＩＤ２）（％）、及び、抵抗体収容部内径ＩＤ１と中軸収容部内径ＩＤ２とを連通する径変部ＴＰの傾斜角度θを所定の範囲に設定することで、耐久性の高い点火プラグ１００が実現できることが判明した。
なお、傾斜角度θは、点火プラグ１００の中心軸Ｃ/Ｌに直交する平面を基準面とし、その基準面と径変部ＴＰとのなす角度とする。
中心電極１は、中心電極放電部１０、中心電極高熱伝導部１１、導電性接着層１２、雑音防止抵抗体１３、導電性接着層１４、中軸埋込部１５、中心電極中軸部１６、及び、中心電極端子部１７によって構成されている。
中心電極１は、筒状の絶縁碍子２に収容保持され、一方の端には絶縁碍子２の先端側から図略の内燃機関の燃焼室内に露出する中心電極放電部１０が設けられ、他方の端には絶縁碍子２の基端側から露出して外部に接続される中心電極端子部１７が設けられている。
中心電極１は、筒状の絶縁碍子２に収容保持され、一方の端には絶縁碍子２の先端側から図略の内燃機関の燃焼室内に露出する中心電極放電部１０が設けられ、他方の端には絶縁碍子２の基端側から露出して外部に接続される中心電極端子部１７が設けられている。
中心電極放電部１０には、耐久性を向上すべくイリジウム、白金等の耐熱性貴金属、若しくは、これらを含む耐熱性合金を用いても良い。
中心電極高熱伝導部１１には、鉄、ニッケル、ニッケル合金等の導電性の良い金属が用いられ、内部には導電性と放熱性を良好にすべく、銅、銅合金等の芯材が内蔵されている。
中心電極高熱伝導部１１には、鉄、ニッケル、ニッケル合金等の導電性の良い金属が用いられ、内部には導電性と放熱性を良好にすべく、銅、銅合金等の芯材が内蔵されている。
導電性接着層１２、１４には、ガラス粉末と銅、鉄、若しくは、これらの合金等の金属粉末を混合したものが用いられ、絶縁碍子２内の所定位置に充填圧縮された後加熱熔融されている。
導電性接着層１２は、中心電極高熱伝導部１１の基端側を封止固定すると共に、雑音防止抵抗体１３との導通を図っている。
導電性接着層１４は、雑音防止抵抗体１３と中心電極中軸部１６との導通を図ると共に、中軸押込部１５を封止固定している。
導電性接着層１２、１４の抵抗値は、数ｍΩ程度である。
導電性接着層１２は、中心電極高熱伝導部１１の基端側を封止固定すると共に、雑音防止抵抗体１３との導通を図っている。
導電性接着層１４は、雑音防止抵抗体１３と中心電極中軸部１６との導通を図ると共に、中軸押込部１５を封止固定している。
導電性接着層１２、１４の抵抗値は、数ｍΩ程度である。
雑音防止抵抗体１３には、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ系３、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＢａＯ−ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ系２、Ｎａ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３系、Ｂｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３系のいずれかから選択される１種以上からなるガラス粉末と、カーボン等の導電性粉末と、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２のいずれかから選択される１種以上を含有する絶縁性材料からなる骨材とからなり、絶縁碍子２に設けた抵抗体収容部２１内に充填圧縮された後、加熱熔融されて構成されている。
雑音防止抵抗体１３の外径は、中心電極放電部１０の外径よりも太く、中心電極中軸部１６の外径よりも細く形成されている。
雑音防止抵抗体１３の外径は、絶縁碍子２に設けられた抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１に等しく、後述する範囲に設定されている。
雑音防止抵抗体１３の長さＬは、雑音防止抵抗体１３の抵抗値が所定の範囲（例えば、５ｋΩ）となるように、外径（即ち、抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１）との関係で決定される。
雑音防止抵抗体１３の外径は、絶縁碍子２に設けられた抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１に等しく、後述する範囲に設定されている。
雑音防止抵抗体１３の長さＬは、雑音防止抵抗体１３の抵抗値が所定の範囲（例えば、５ｋΩ）となるように、外径（即ち、抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１）との関係で決定される。
中軸押込部１５は、中心電極中軸部１６の先端をネジ状に形成して構成され、導電接着層１４を加熱熔融した状態で押し込まれている。
中心電極中軸部１６には、鉄、ニッケル、これらの合金、若しくは、ステンレス等の金属が用いられ、棒状に形成されている。
中心電極中軸部１６の基端側の絶縁碍子２から露出する位置には中心電極端子部１７が設けられ、中心電極１と外部に設けた図略の電源との電気的接続を図っている。
中心電極端子部１７には、鉄、ニッケル、これらの合金、若しくは、ステンレス等の金属が用いられており、必要に応じて中心電極中軸部１６から着脱可能に設けても良い。
中心電極中軸部１６には、鉄、ニッケル、これらの合金、若しくは、ステンレス等の金属が用いられ、棒状に形成されている。
中心電極中軸部１６の基端側の絶縁碍子２から露出する位置には中心電極端子部１７が設けられ、中心電極１と外部に設けた図略の電源との電気的接続を図っている。
中心電極端子部１７には、鉄、ニッケル、これらの合金、若しくは、ステンレス等の金属が用いられており、必要に応じて中心電極中軸部１６から着脱可能に設けても良い。
絶縁碍子２は、高純度アルミナからなり筒状に形成され、内側に中心電極１を挿通保持している。
絶縁碍子２は、碍子放電部２０、抵抗体収容部２１、中軸収容部２２、碍子拡径部２３、及び、碍子頭部２４によって構成されている。
碍子放電部２０は、ハウジング３の先端側から図略の燃焼室を臨むように露出している。
碍子放電部２０は、内側に、中心電極高熱伝導部１１を保持し、先端から中心電極放電部１０が露出している。
絶縁碍子２は、碍子放電部２０、抵抗体収容部２１、中軸収容部２２、碍子拡径部２３、及び、碍子頭部２４によって構成されている。
碍子放電部２０は、ハウジング３の先端側から図略の燃焼室を臨むように露出している。
碍子放電部２０は、内側に、中心電極高熱伝導部１１を保持し、先端から中心電極放電部１０が露出している。
本発明の要部である抵抗体収容部２１と中軸収容部２２との間には、先端側に向かって径小となるように縮径する径変部ＴＰが形成されている。
抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１と中軸収容部２２の内径ＩＤ２との内径比ＲＩＤが、６６．７％以上、９２．０％以下となるように、設定することにより、本発明の効果を発揮し、より望ましくは、内径比ＲＩＤを６６．７％以上、８０．０％以下とすることにより、抵抗値変化率ＲＲ（％）を２０％以内とすることができることが判明した。
なお、抵抗体収容部内径ＩＤ１の下限は、中心電極高熱伝導部１１の外径の下限との関係によって設定されたものである。
本発明者の鋭意試験により、径変部ＴＰの傾斜角度θを、５°以上、８０°以下とすることにより、本発明の効果を発揮し、より望ましくは、傾斜角度θを５°以上、６０°以下とすることにより、雑音防止抵抗体１３の耐久試験後の抵抗値変化率ＲＲ（％）を２０％以内とすることができることが判明した。
抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１と中軸収容部２２の内径ＩＤ２との内径比ＲＩＤが、６６．７％以上、９２．０％以下となるように、設定することにより、本発明の効果を発揮し、より望ましくは、内径比ＲＩＤを６６．７％以上、８０．０％以下とすることにより、抵抗値変化率ＲＲ（％）を２０％以内とすることができることが判明した。
なお、抵抗体収容部内径ＩＤ１の下限は、中心電極高熱伝導部１１の外径の下限との関係によって設定されたものである。
本発明者の鋭意試験により、径変部ＴＰの傾斜角度θを、５°以上、８０°以下とすることにより、本発明の効果を発揮し、より望ましくは、傾斜角度θを５°以上、６０°以下とすることにより、雑音防止抵抗体１３の耐久試験後の抵抗値変化率ＲＲ（％）を２０％以内とすることができることが判明した。
絶縁碍子２の中腹外周には、外径方向に向かって鍔状に張り出す碍子拡径部２３が形成され、ハウジング３によって加締め固定されている。
ハウジング３の基端側からは、碍子頭部２４が露出している。
放電時のリークを防止するため、碍子頭部２４の一部をコルゲート状に形成し、中心電極端子部１７とハウジング３との沿面距離を長くしても良い。
ハウジング３の基端側からは、碍子頭部２４が露出している。
放電時のリークを防止するため、碍子頭部２４の一部をコルゲート状に形成し、中心電極端子部１７とハウジング３との沿面距離を長くしても良い。
ハウジング３には、鉄、ニッケル、これらの合金、炭素鋼、ステンレス等の公知の金属材料が用いられ、筒状に形成されている。
ハウジング３は、接地電極放電部３０、接地電極連結部３１、ネジ部３２、側面電極部３３、碍子収容部３４、加締め部３５、六角部３６によって構成されている。
接地電極放電部３０は、中心電極放電部１０と所定の放電ギャップＧＰを隔てて対向する位置に配設されている。
接地電極放電部３０は、耐久性を向上すべく、イリジウム、若しくは、イリジウム合金、白金、若しくは、白金合金等の公知の貴金属を用いても良い。
接地電極連結部３１には、鉄、ニッケル、ニッケル合金等の導電性、伝熱性に優れた金属が用いられ、ハウジング３の先端から中心電極放電部１０に対向する位置までＬ字型に湾曲するように設けられ、先端に接地電極放電部３０が配設されている。
ネジ部３２は、図略の内燃機関に螺結され、接地電極連結部３１、側面電極部３３を介して接地電極放電部３０を内燃機関のエンジンヘッドに接地している。
碍子収容部３４は、内側に絶縁碍子２を収容保持し、公知のパッキン、粉末充填剤等の封止部材３７を介して碍子拡径部２３を加締め部３５によって加締め固定している。
ハウジング３の基端側外周にはネジ部３２を締め付けるための六角部３６が設けられている。
ハウジング３は、接地電極放電部３０、接地電極連結部３１、ネジ部３２、側面電極部３３、碍子収容部３４、加締め部３５、六角部３６によって構成されている。
接地電極放電部３０は、中心電極放電部１０と所定の放電ギャップＧＰを隔てて対向する位置に配設されている。
接地電極放電部３０は、耐久性を向上すべく、イリジウム、若しくは、イリジウム合金、白金、若しくは、白金合金等の公知の貴金属を用いても良い。
接地電極連結部３１には、鉄、ニッケル、ニッケル合金等の導電性、伝熱性に優れた金属が用いられ、ハウジング３の先端から中心電極放電部１０に対向する位置までＬ字型に湾曲するように設けられ、先端に接地電極放電部３０が配設されている。
ネジ部３２は、図略の内燃機関に螺結され、接地電極連結部３１、側面電極部３３を介して接地電極放電部３０を内燃機関のエンジンヘッドに接地している。
碍子収容部３４は、内側に絶縁碍子２を収容保持し、公知のパッキン、粉末充填剤等の封止部材３７を介して碍子拡径部２３を加締め部３５によって加締め固定している。
ハウジング３の基端側外周にはネジ部３２を締め付けるための六角部３６が設けられている。
図２Ａを参照して比較例として示す従来の点火プラグ１００ｚの概要と問題点を説明し、図２Ｂを参照して、本発明の点火プラグ１００の特徴を説明する。
なお、従来の点火プラグ１００ｚと本発明の点火プラグ１００と共通する部分は同じ符号を付し、相違する部分には、アルファベットの枝番を付してある。
また、図２Ａ、図２Ｂにおいて、ハウジング３等を省略し、比較例と実施例との特徴的な部分のみを示しており、図の左側が点火プラグの先端側、右側が基端側となるように記載してある。
なお、従来の点火プラグ１００ｚと本発明の点火プラグ１００と共通する部分は同じ符号を付し、相違する部分には、アルファベットの枝番を付してある。
また、図２Ａ、図２Ｂにおいて、ハウジング３等を省略し、比較例と実施例との特徴的な部分のみを示しており、図の左側が点火プラグの先端側、右側が基端側となるように記載してある。
図２Ａに示すように、従来の点火プラグ１００ｚでは、抵抗体収容部内径ＩＤ１ｚと中軸収容部内径ＩＤ２Ｚとが等しく形成されている。
このため、雑音防止抵抗体１３ｚを形成する際には、絶縁碍子２内に中心電極高熱伝導部１１を収容した後、絶縁碍子２の基端側から、導電性接着層１２となるガラス粉末と導体粉末と充填し、さらに、雑音防止抵抗体１３ｚとなるガラス粉末と導電性粉末と絶縁性骨材とを混合したもの所定量を充填し、導電性接着層１３となるガラス粉末と導体粉末と充填し、中心電極中軸１６を利用して、軸方向に圧縮する。
このため、雑音防止抵抗体１３ｚを形成する際には、絶縁碍子２内に中心電極高熱伝導部１１を収容した後、絶縁碍子２の基端側から、導電性接着層１２となるガラス粉末と導体粉末と充填し、さらに、雑音防止抵抗体１３ｚとなるガラス粉末と導電性粉末と絶縁性骨材とを混合したもの所定量を充填し、導電性接着層１３となるガラス粉末と導体粉末と充填し、中心電極中軸１６を利用して、軸方向に圧縮する。
絶縁碍子２の周囲から高温に加熱してガラス成分を熔融し、さらに中心電極中軸部１６によって圧縮することで、雑音防止抵抗体１３ｚを緻密化しつつ、中心電極中軸部１６の中軸押込部１５を導電性接着層１２内に埋め込ませる。
このとき、従来の点火プラグ１００ｚでは、中心電極中軸部１６の先端によって雑音防止抵抗体１３ｚの中心部分は強く押圧されるので緻密性が高くなる。
しかし、抵抗体収容部２１ｚの内周面と接する部分は、摩擦力によって粉末材料の充填性が低下するのに加え、中軸埋込部１５では押圧方向と逆方向に導電性接着層１３ｚが相対移動することになり、雑音防止抵抗体１３ｚの外周近傍への加圧力も低下する。
その結果、従来の点火プラグ１００ｚの雑音防止抵抗体１３ｚでは、中心付近の緻密性の高い部分と外周付近の緻密性の低い部分との粗密差が大きくなることが判明した。
このため、雑音防止抵抗体１３ｚは、全体が均一に緻密化されている場合に比べ、抵抗値が低くなるため、一定の抵抗値を得るためには、雑音防止抵抗体１３ｚの長さＬｚを長くする必要がある。
さらに、従来の点火プラグ１００ｚに設けた雑音防止抵抗体１３ｚでは、長期の使用によって、緻密化が進行するため抵抗値が徐々に変化することが判明した。
このとき、従来の点火プラグ１００ｚでは、中心電極中軸部１６の先端によって雑音防止抵抗体１３ｚの中心部分は強く押圧されるので緻密性が高くなる。
しかし、抵抗体収容部２１ｚの内周面と接する部分は、摩擦力によって粉末材料の充填性が低下するのに加え、中軸埋込部１５では押圧方向と逆方向に導電性接着層１３ｚが相対移動することになり、雑音防止抵抗体１３ｚの外周近傍への加圧力も低下する。
その結果、従来の点火プラグ１００ｚの雑音防止抵抗体１３ｚでは、中心付近の緻密性の高い部分と外周付近の緻密性の低い部分との粗密差が大きくなることが判明した。
このため、雑音防止抵抗体１３ｚは、全体が均一に緻密化されている場合に比べ、抵抗値が低くなるため、一定の抵抗値を得るためには、雑音防止抵抗体１３ｚの長さＬｚを長くする必要がある。
さらに、従来の点火プラグ１００ｚに設けた雑音防止抵抗体１３ｚでは、長期の使用によって、緻密化が進行するため抵抗値が徐々に変化することが判明した。
加えて、従来の点火プラグ１００ｚでは、抵抗体収容部２１ｚの内径ＩＤ１ｚと中軸収容部２２ｚの内径ＩＤ２ｚが一定であるため、点火プラグ１００ｚを全体的に細径とした場合には、抵抗体収容部２１ｚの肉厚Ｔ１ｚが中軸収容部２２ｚの肉厚Ｔ２ｚに比べて薄くなる。
特に、従来の点火プラグ１００ｚでは、雑音防止抵抗体１３ｚの基端位置が絶縁碍子２ｚの碍子拡径部２３ｚが形成される位置に近くなっている。
特に、従来の点火プラグ１００ｚでは、雑音防止抵抗体１３ｚの基端位置が絶縁碍子２ｚの碍子拡径部２３ｚが形成される位置に近くなっている。
このため、抵抗体収容部２１ｚに形成される抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１ｚが抵抗体１３ｚの基端側に形成される中軸収容部寄生容量Ｃｓ２ｚよりも大きくなる。
雑音防止抵抗体１３ｚと、その基端側に形成される中軸収容部寄生容量Ｃｓ２ｚとで、ローパスフィルタが構成されるので、中軸収容部寄生容量Ｃｓ２ｚによって発生する電磁波ノイズは吸収されるが、雑音防止抵抗体１３ｚの下流側となる抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１ｚによって発生する電磁波ノイズは吸収され難く、抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１ｚが大きくなると一相、雑音防止抵抗体１３ｚによる吸収が困難となる。
雑音防止抵抗体１３ｚと、その基端側に形成される中軸収容部寄生容量Ｃｓ２ｚとで、ローパスフィルタが構成されるので、中軸収容部寄生容量Ｃｓ２ｚによって発生する電磁波ノイズは吸収されるが、雑音防止抵抗体１３ｚの下流側となる抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１ｚによって発生する電磁波ノイズは吸収され難く、抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１ｚが大きくなると一相、雑音防止抵抗体１３ｚによる吸収が困難となる。
一方、本発明の点火プラグ１００では、雑音防止抵抗体１３を形成する際に、抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１が中軸収容部２２の内径ＩＤ２よりも細く、その間に先端に向かって縮径する径変部ＴＰが形成されている。
このため、雑音防止抵抗体１３を形成する際に、所定の粉末を充填し、中心電極中軸部１６で圧縮したときに、雑音防止抵抗体１３の外周に当たる位置まで均一に押圧されることになる。
加えて、雑音防止抵抗体１３が細径となったことで、中心電極中軸部１６で加圧したときの単位面積当たりの荷重が従来より高くなる。このため、雑音防止抵抗体１３が均一に緻密化され、比抵抗も高くなる。
その結果、雑音防止抵抗体１３の耐久性が向上することが判明した。
このため、雑音防止抵抗体１３を形成する際に、所定の粉末を充填し、中心電極中軸部１６で圧縮したときに、雑音防止抵抗体１３の外周に当たる位置まで均一に押圧されることになる。
加えて、雑音防止抵抗体１３が細径となったことで、中心電極中軸部１６で加圧したときの単位面積当たりの荷重が従来より高くなる。このため、雑音防止抵抗体１３が均一に緻密化され、比抵抗も高くなる。
その結果、雑音防止抵抗体１３の耐久性が向上することが判明した。
さらに、雑音防止抵抗体１３が所定の抵抗値を有するのに必要な外径（φＩＤ１）を細く、長さＬを短くすることができる。
点火プラグ１００では、抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１が中軸収容部２２の内径ＩＤ２よりも細く、必然的に、抵抗体収容部２１の肉厚Ｔ１を中軸収容部２２の肉厚Ｔ２よりも薄くし、抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１は、中軸収容部寄生容量Ｃｓ２よりも小さくすることができる。
雑音防止抵抗体１３よりも基端側の中軸収容部寄生容量Ｃｓ２で発生した電磁波ノイズは、雑音防止抵抗体１３で吸収することができ、雑音防止抵抗体１３で吸収が困難な抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１は小さくなるので、従来よりも電磁波ノイズを低減できることが判明した。
点火プラグ１００では、抵抗体収容部２１の内径ＩＤ１が中軸収容部２２の内径ＩＤ２よりも細く、必然的に、抵抗体収容部２１の肉厚Ｔ１を中軸収容部２２の肉厚Ｔ２よりも薄くし、抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１は、中軸収容部寄生容量Ｃｓ２よりも小さくすることができる。
雑音防止抵抗体１３よりも基端側の中軸収容部寄生容量Ｃｓ２で発生した電磁波ノイズは、雑音防止抵抗体１３で吸収することができ、雑音防止抵抗体１３で吸収が困難な抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１は小さくなるので、従来よりも電磁波ノイズを低減できることが判明した。
図３を参照して、本発明者が本発明を得るに至った試験について説明する。
雑音防止抵抗体１３を収容する抵抗体収容部２１の内径を抵抗体収容部内径ＩＤ１、中心電極中軸部１６の中軸埋込部１５を収容する中軸収容部２２の内径を中軸収容部内径ＩＤ２とし、点火プラグ１００の中心軸Ｃ／Ｌに直交する平面を基準面としたときの径変部ＴＰの傾斜角度を傾斜角度θとした。
内径比ＲＩＤを、６６．７％〜９５％までの範囲で変化させ、傾斜角度θを５°〜８０°まで変化させた試料を用意した。
雑音防止抵抗体１３を収容する抵抗体収容部２１の内径を抵抗体収容部内径ＩＤ１、中心電極中軸部１６の中軸埋込部１５を収容する中軸収容部２２の内径を中軸収容部内径ＩＤ２とし、点火プラグ１００の中心軸Ｃ／Ｌに直交する平面を基準面としたときの径変部ＴＰの傾斜角度を傾斜角度θとした。
内径比ＲＩＤを、６６．７％〜９５％までの範囲で変化させ、傾斜角度θを５°〜８０°まで変化させた試料を用意した。
また、雑音防止抵抗体１３は、抵抗体収容部２２内に圧縮充填される粉末材料の量のバラツキによって長さが変化するため、雑音防止抵抗体１３を収容する抵抗体収容部内径ＩＤ１と径変部ＴＰとの間に、直線部が存在する場合の直線部長さＬｓの影響についても調査した。
なお、雑音防止抵抗体１３の長さＬは、各試料における雑音防止抵抗体１３の断面積との関係から、抵抗値が一定（例えば、５ｋΩ）となるように設定した。
なお、雑音防止抵抗体１３の長さＬは、各試料における雑音防止抵抗体１３の断面積との関係から、抵抗値が一定（例えば、５ｋΩ）となるように設定した。
得られた試料について、プラグ温度を３５０℃に加熱し、ＪＩＳ Ｂ８０３１ ７．３に準拠した方式により、３００時間の耐久試験を行い、耐久前の雑音防止抵抗体の抵抗値ＲＩと耐久後の雑音防止抵抗体の抵抗値ＲＬとを比較し、抵抗値変化率ＲＲ（％）（ＲＲ＝１００（ＲＬ−ＲＩ）／ＲＩ）を算出した。その結果を表１、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示す。
図４Ａに示すように、比較例として示す従来の点火プラグ１００ｚでは、耐久負荷試験後の雑音防止抵抗体１３ｚの抵抗値変化率ＲＲ（％）が７５％であった。
また、図４Ａに示すように、抵抗体収容部内径ＩＤ１を中軸収容部内径ＩＤ２の９１％以下とした場合、傾斜角度θの如何にかかわらず、抵抗値変化率ＲＲを５０％以下に低減できることが判明した。
また、図４Ａに示すように、抵抗体収容部内径ＩＤ１を中軸収容部内径ＩＤ２の９１％以下とした場合、傾斜角度θの如何にかかわらず、抵抗値変化率ＲＲを５０％以下に低減できることが判明した。
さらに、図４Ａに示すように、抵抗体収容部内径ＩＤ１を中軸収容部内径ＩＤ２の８０％以下とした場合には、傾斜角度θの如何にかかわらず、抵抗値変化率を２０％以下に低減できることが判明した。
図４Ｂに示すように、傾斜角度θを６７°以下とした場合には、内径比ＲＩＤRIDの如何にかかわらず、抵抗値変化率ＲＲを５０％以下に低減できることが判明した。
図４Ｂに示すように、内径比ＲＩＤが８７％以下で、傾斜角度θを５°以上、５２°以下とした場合には、抵抗値変化率ＲＲを２０％以下に低減できることが判明した。
図４Ｃに示すように、直線部長さＬｓと抵抗値変化率ＲＲ％とに相関は見られず、雑音防止抵抗体１３を収容する抵抗体収容部内径ＩＤ１と径変部ＴＰとの間に、直線部が存在する場合であっても、直線部長さＬｓの影響はなく、ある程度の雑音防止抵抗体１３の長さＬにバラツキを許容できることが判明した。
図４Ｂに示すように、傾斜角度θを６７°以下とした場合には、内径比ＲＩＤRIDの如何にかかわらず、抵抗値変化率ＲＲを５０％以下に低減できることが判明した。
図４Ｂに示すように、内径比ＲＩＤが８７％以下で、傾斜角度θを５°以上、５２°以下とした場合には、抵抗値変化率ＲＲを２０％以下に低減できることが判明した。
図４Ｃに示すように、直線部長さＬｓと抵抗値変化率ＲＲ％とに相関は見られず、雑音防止抵抗体１３を収容する抵抗体収容部内径ＩＤ１と径変部ＴＰとの間に、直線部が存在する場合であっても、直線部長さＬｓの影響はなく、ある程度の雑音防止抵抗体１３の長さＬにバラツキを許容できることが判明した。
内径比ＲＩＤを６６．７％以上、８７％以下、傾斜角度θを５°以上、６０°以下とすれば、抵抗値変化率を２０％以下に抑制し、耐久性の高い点火プラグ１００が実現できることが判明した。
例えば、中軸収容部内径ＩＤ２をφ３．０ｍｍとした場合、抵抗体収容部内径ＩＤ１をφ２．０ｍｍ〜φ２．８５ｍｍとし、径変部ＴＰの傾斜角度θを５°〜６０°とすれば、雑音防止抵抗体１３の耐久性の向上を図ることができる。
例えば、中軸収容部内径ＩＤ２をφ３．０ｍｍとした場合、抵抗体収容部内径ＩＤ１をφ２．０ｍｍ〜φ２．８５ｍｍとし、径変部ＴＰの傾斜角度θを５°〜６０°とすれば、雑音防止抵抗体１３の耐久性の向上を図ることができる。
また、必然的に雑音防止抵抗体１３の横の抵抗体収容部２１の肉厚Ｔ１は、中軸収容部２２の肉厚Ｔ２よりも厚くなる。
したがって、雑音防止抵抗体１３の横に形成される寄生容量Ｃｓ１に比べ、雑音防止抵抗体１３の基端側に形成される寄生容量Ｃｓ２が大きくなる。
これによって、雑音防止抵抗体１３よりも基端側の中軸収容部寄生容量Ｃｓ２で発生した電磁波ノイズは、雑音防止抵抗体１３で吸収することができ、雑音防止抵抗体１３で吸収が困難な抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１は小さくなるので、従来よりも電磁波ノイズを低減できることが判明した。
したがって、雑音防止抵抗体１３の横に形成される寄生容量Ｃｓ１に比べ、雑音防止抵抗体１３の基端側に形成される寄生容量Ｃｓ２が大きくなる。
これによって、雑音防止抵抗体１３よりも基端側の中軸収容部寄生容量Ｃｓ２で発生した電磁波ノイズは、雑音防止抵抗体１３で吸収することができ、雑音防止抵抗体１３で吸収が困難な抵抗体収容部寄生容量Ｃｓ１は小さくなるので、従来よりも電磁波ノイズを低減できることが判明した。
ここで、図５Ａ、図５Ｂを参照して、本発明の点火プラグ１００の電磁波ノイズ低減効果について説明する。
図５Ａに示すように、本発明の点火プラグ１００、又は、比較例となる従来の点火プラグ１００ｚを、内燃機関の燃焼室を模し、所定の圧力（０．２ＭＰａ）に調整可能な圧力容器に取り付け、高電圧（放電電圧１５ｋＶ）を印加したときに発生する電磁波ノイズを、ＥＭＩレシーバを用いて測定した。
その結果、図５Ｂにおいて、従来の点火プラグ１００ｚを用いた結果を比較例として点線で、本発明の点火プラグ１００を用いた結果を実施例として実線で示した。
図５Ａに示すように、本発明の点火プラグ１００、又は、比較例となる従来の点火プラグ１００ｚを、内燃機関の燃焼室を模し、所定の圧力（０．２ＭＰａ）に調整可能な圧力容器に取り付け、高電圧（放電電圧１５ｋＶ）を印加したときに発生する電磁波ノイズを、ＥＭＩレシーバを用いて測定した。
その結果、図５Ｂにおいて、従来の点火プラグ１００ｚを用いた結果を比較例として点線で、本発明の点火プラグ１００を用いた結果を実施例として実線で示した。
点火プラグ１００ｚでは、図２Ａに示したように抵抗体収容部内径ＩＤ１ｚと中軸収容部内径ＩＤ２ｚとを等しくてある。
点火プラグ１００として、内径比ＲＩＤ（抵抗体収容部内径／中軸収容部内径ＩＤ１／ＩＤ２）を８０％、傾斜角度θを２０°としたものを用いた。
その結果、従来の点火プラグ１００ｚにくらべ、本発明の点火プラグ１００では、ノイズレベルを２〜３ｄＢ低減できることが確認された。
点火プラグ１００として、内径比ＲＩＤ（抵抗体収容部内径／中軸収容部内径ＩＤ１／ＩＤ２）を８０％、傾斜角度θを２０°としたものを用いた。
その結果、従来の点火プラグ１００ｚにくらべ、本発明の点火プラグ１００では、ノイズレベルを２〜３ｄＢ低減できることが確認された。
１００ 点火プラグ
１ 中心電極
１０ 中心電極放電部
１１ 中心電極高熱伝導部
１３ 雑音防止抵抗体
１２、１４ 中心電極導電性接着層
１５ 中軸埋込部
１６ 中心電極中軸部
１７ 中心電極端子部
２ 絶縁碍子
２０ 碍子放電部
２１ 抵抗体収容部
２２ 中軸収容部
２３ 拡径部
２４ 碍子頭部
３ ハウジング
３０ 接地電極放電部
３１ 接地電極連結部
３２ ネジ部
３３ 側面電極部
３４ 碍子収容部
３５ 加締め部
３６ 六角部
３７ 封止部材
ＩＤ１ 抵抗体収容部内径
ＩＤ２ 中軸収容部内径
ＲＩＤ 内径比
ＴＰ 径変部
θ 傾斜角度
ＧＰ 放電ギャップ
ＲＲ％ 抵抗値変化率
Ｃ/Ｌ 点火プラグ中心軸
１ 中心電極
１０ 中心電極放電部
１１ 中心電極高熱伝導部
１３ 雑音防止抵抗体
１２、１４ 中心電極導電性接着層
１５ 中軸埋込部
１６ 中心電極中軸部
１７ 中心電極端子部
２ 絶縁碍子
２０ 碍子放電部
２１ 抵抗体収容部
２２ 中軸収容部
２３ 拡径部
２４ 碍子頭部
３ ハウジング
３０ 接地電極放電部
３１ 接地電極連結部
３２ ネジ部
３３ 側面電極部
３４ 碍子収容部
３５ 加締め部
３６ 六角部
３７ 封止部材
ＩＤ１ 抵抗体収容部内径
ＩＤ２ 中軸収容部内径
ＲＩＤ 内径比
ＴＰ 径変部
θ 傾斜角度
ＧＰ 放電ギャップ
ＲＲ％ 抵抗値変化率
Ｃ/Ｌ 点火プラグ中心軸
Claims (5)
- 内燃機関に設けられ、少なくとも、軸状の中心電極（１）と、前記中心電極を収容保持する筒状の絶縁碍子（２）と、該絶縁碍子を気密に保持する筒状のハウジング（３）と、該ハウジングの先端に延設した接地電極放電部（３０）と、前記中心電極の導通経路の一部に雑音防止抵抗体（１３）を配設せしめた、点火プラグであって、
前記絶縁碍子において、前記雑音防止抵抗体を収容する抵抗体収容部（２１）の内径（ＩＤ１）が、その基端側に配設され、前記中心電極と外部との電気的接続を図る中心電極中軸部（１６）を収容する中軸収容部（２２）の内径（ＩＤ２）よりも径小である共に、点火プラグの中心軸（Ｃ/Ｌ）に直交する平面を基準面として所定の傾斜角度(θ)をもって傾斜し、前記抵抗体収容部内径と前記中軸収容部内径とを連通する径変部（ＴＰ）を具備することを特徴とする点火プラグ（１００） - 前記中軸収容部内径（ＩＤ２）に対する前記抵抗体収容部内径（ＩＤ１）の内径比（ＲＩＤ＝ＩＤ１／ＩＤ２）が、６６．７％以上、８７％以下である請求項１に記載の点火プラグ
- 前記中軸収容部内径（ＩＤ２）に対する前記抵抗体収容部内径（ＩＤ１）の内径比（ＲＩＤ＝ＩＤ１／ＩＤ２）が、６６．７％以上、８０％以下である請求項１又は２に記載の点火プラグ
- 前記径変部（ＴＰ）の傾斜角度(θ)が、５°以上、６７°以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の点火プラグ
- 前記径変部（ＴＰ）の傾斜角度(θ)が、５°以上、５２°以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の点火プラグ
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2014
- 2014-03-14 JP JP2014051056A patent/JP6337529B2/ja active Active
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