JP2019186014A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁体の割れの発生を抑制しつつ主体金具と絶縁体との間の気密を確保できるスパークプラグを提供すること。【解決手段】スパークプラグは、絶縁体が直接または他部材を介して係止される後端側向き面を備える棚部が、主体金具の内周に設けられる。棚部は、後端側向き面を有する第１凸部と、第１凸部よりも先端側で第１凸部に隣り合う第２凸部と、第１凸部と第２凸部とを接続する接続部と、を備え、軸線を含む断面を見たとき、接続部は、軸線に垂直な方向において、後端側向き面のうち絶縁体または他部材と接触する部分が位置する範囲内に存在する。【選択図】図２

Description

本発明はスパークプラグに関し、特に絶縁体が主体金具に係止されるスパークプラグに関するものである。

絶縁体が主体金具に係止されるスパークプラグにおいて、特許文献１には、金属製のパッキンを用いて主体金具と絶縁体との間を気密にする技術が開示されている。主体金具および絶縁体がパッキンに加える荷重を大きくすると気密性は高まるが、過変形したパッキンが絶縁体を圧迫すると絶縁体に割れが生じる。特許文献１の技術では、主体金具と絶縁体との隙間の形状を調整してパッキンの過変形を抑制し、絶縁体の割れの発生を抑制しつつ気密を確保する。

国際公開第２０１０／０３５７１７号

しかしながら上記従来の技術において、絶縁体が主体金具に係止される際の荷重を過度に大きくすることなく、主体金具と絶縁体との間の気密性を高めることへの要求がある。

本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、絶縁体の割れの発生を抑制しつつ主体金具と絶縁体との間の気密を確保できるスパークプラグを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる絶縁体と、絶縁体の外周側に配置される筒状の主体金具と、を備え、主体金具は、径方向内側に張り出した棚部であり、絶縁体が直接または他部材を介して係止される後端側向き面を備える棚部を、自身の内周に有する。棚部は、後端側向き面を有する第１凸部と、第１凸部よりも先端側で第１凸部に隣り合う第２凸部と、第１凸部と第２凸部とを接続する接続部と、を備え、軸線を含む断面を見たとき、接続部は、軸線に垂直な方向において、後端側向き面のうち絶縁体または他部材と接触する部分が位置する範囲内に存在する。

請求項１記載のスパークプラグによれば、棚部の第１凸部と第２凸部とを接続する接続部は、軸線に垂直な方向において、第１凸部の後端側向き面のうち絶縁体または他部材と接触する部分が位置する範囲内に存在する。これにより、絶縁体が主体金具に係止される際に絶縁体から軸線方向の先端側の力を第１凸部が受けると、後端側向き面に沿って第１凸部に引張応力が生じ、第２凸部が隣り合う接続部側の面に沿って第１凸部に圧縮応力が生じる。その結果、第１凸部の弾性変形によって生じる反力により、直接または他部材を介して後端側向き面を絶縁体に密着させることができる。よって、主体金具の棚部と絶縁体との気密を確保できる。

なお、絶縁体が他部材を介して後端向き面に係止される場合は、第１凸部が弾性変形して他部材の過変形を抑制するので、他部材が原因となる絶縁体の割れの発生を抑制できる。後端側向き面に絶縁体が接触する場合は、他部材がないので、他部材が原因となる絶縁体の割れの発生を抑制できる。

請求項２記載のスパークプラグによれば、軸線を含む断面において、接続部を通り軸線に沿う仮想直線上の第１凸部の長さは、仮想直線上の第２凸部の長さよりも短い。これにより、軸線方向の先端側の力を受けた第１凸部を弾性変形させ易くできる。その結果、第１凸部の弾性変形によって生じる反力を確保できるので、請求項１の効果に加え、気密性を向上できる。

請求項３記載のスパークプラグによれば、軸線を含む断面において、接続部を通り軸線に沿う仮想直線から、第２凸部の最も径方向内側の位置までの距離は、仮想直線から第１凸部の最も径方向内側の位置までの距離よりも長い。これにより、軸線方向の先端側の力を受けた第１凸部が接続部に加える荷重を、第２凸部によって分散し易くできる。その結果、請求項１又は２の効果に加え、第１凸部を座屈させ難くできる。

請求項４記載のスパークプラグによれば、絶縁体は後端側向き面に直接係止される。棚部と絶縁体との間に介在する他部材を省略できるので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、部品点数を削減できると共に、他部材の過変形が原因となる絶縁体の割れの発生を防止できる。

第１実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 図１の一部を拡大したスパークプラグの断面図である。 第２実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という（図２及び図３においても同じ）。図１に示すようにスパークプラグ１０は、絶縁体１１及び主体金具３０を備えている。

絶縁体１１は、高温下の絶縁性や機械的特性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体１１は、軸線Ｏに沿って軸孔が貫通する。軸孔を形成する絶縁体１１の内周面１２の先端側には、後端側を向きつつ先端側へ向かって縮径する傾斜面１３が形成されている。絶縁体１１は、後端側から先端側へ順に、後端部１４、大径部１５、小径部１６及び先端部１７が連接されている。大径部１５は、絶縁体１１のうち外径が最も大きい部位である。小径部１６は、大径部１５よりも外径の小さい部位である。小径部１６の先端側に、係止部１８を介して、小径部１６よりも外径の小さい先端部１７が隣接している。係止部１８は、先端側へ向かうにつれて縮径する。

中心電極２０は、軸孔の先端側に挿入され軸線Ｏに沿って絶縁体１１に保持される棒状の電極である。中心電極２０は、軸線Ｏ方向に延びる軸部２１に、軸部２１に対して軸直角方向へ張り出す頭部２２が連接されている。頭部２２は傾斜面１３に係止される。中心電極２０は、熱伝導性に優れる芯材が母材に埋設されている。母材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる金属材料で形成されており、芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。なお、芯材を省略しても良い。

端子金具２３は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具２３は先端側が絶縁体１１の軸孔に挿入される。端子金具２３は、ガラスを含有する導体等によって、中心電極２０の頭部２２と電気的に接続されている。

主体金具３０は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具３０は、絶縁体１１の先端部１７から小径部１６までを取り囲む胴部３１と、胴部３１の後端側に連接される座部３２と、座部３２の後端側に連接される連結部３３と、連結部３３の後端側に連接される工具係合部３４と、工具係合部３４の後端側に連接される後端部３５と、を備えている。胴部３１は、エンジン（図示せず）のねじ穴に螺合するおねじ３６が外周に形成されている。胴部３１は、径方向の内側へ張り出した棚部３７が、全周に亘って内周に形成されている。

座部３２は、エンジン（図示せず）のねじ穴とおねじ３６との隙間を塞ぐための部位であり、胴部３１よりも外径が大きく形成されている。連結部３３は、主体金具３０を絶縁体１１に組み付けるときに湾曲状に塑性変形した部位である。工具係合部３４は、エンジンのねじ穴におねじ３６を締め付けるときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。後端部３５は径方向の内側へ向けて屈曲した部位であり、絶縁体１１の大径部１５よりも後端側に位置する。絶縁体１１の後端部１４の外周の全周に亘って、大径部１５と後端部３５との間に、タルク等の粉末が充填されたシール部３８が設けられている。

主体金具３０の棚部３７は、絶縁体１１の係止部１８よりも先端側に位置する。絶縁体１１に主体金具３０が組み付けられると、主体金具３０の棚部３７から後端部３５までの部分は、絶縁体１１の小径部１６から大径部１５までの部分に、シール部３８を介して軸線Ｏ方向の圧縮荷重を加える。その結果、主体金具３０は絶縁体１１を保持する。接地電極３９は、主体金具３０の胴部３１に接合された棒状の金属製（例えばニッケル基合金製）の部材である。接地電極３９は中心電極２０との間に火花ギャップを形成する。

図２は図１の一部（棚部３７付近）を拡大したスパークプラグ１０の軸線Ｏ（図１参照）を含む断面図である。棚部３７は、主体金具３０の胴部３１から径方向の内側（図２右側）へ向けて突出する第１凸部４１と、胴部３１から径方向の内側へ向けて突出する第２凸部４２と、を備えている。第２凸部４２は、第１凸部４１の先端側（図２下側）で第１凸部４１に隣り合う。接続部４３は、第１凸部４１と第２凸部４２とを接続する。

第１凸部４１は、後端側向き面４４及び先端側向き面４５を備えている。後端側向き面４４は、絶縁体１１の係止部１８に対面する。後端側向き面４４は絶縁体１１を係止する面であり、軸線Ｏ方向（図２上下方向）の先端側に向かって縮径している。本実施形態では、後端側向き面４４は絶縁体１１の係止部１８に接触する。先端側向き面４５は、接続部４３に連なる面であり、先端側に向かって拡径している。

第２凸部４２は、後端側から先端側へ順に、第１面４６、第２面４７及び第３面４８が連なる。第１面４６は後端側を向く面であり、先端側に向かって縮径している。第２面４７は軸線Ｏに垂直な方向（絶縁体１１の先端部１７側）を向く面である。第３面４８は先端側を向く面であり、先端側に向かって拡径している。

接続部４３は、第１凸部４１の先端側向き面４５と第２凸部４２の第１面４６とを連絡する谷底に相当する面である。接続部４３は、軸線Ｏに垂直な方向（図２左右方向）において、後端側向き面４４のうち絶縁体１１と接触する部分が位置する範囲４９内に存在する。これにより、絶縁体１１が主体金具３０に係止され、絶縁体１１に主体金具３０が組み付けられる際に、絶縁体１１から軸線Ｏ方向の先端側（図２下側）の力を第１凸部４１が受けると、後端側向き面４４に沿って第１凸部４１に引張応力が生じ、先端側向き面４５に沿って第１凸部４１に圧縮応力が生じる。その結果、第１凸部４１に生じる後端側（図２上側）の反力により、後端側向き面４４を絶縁体１１に密着させることができる。よって、絶縁体１１が主体金具３０に加える荷重を過度に大きくしなくても、棚部３７と絶縁体１１との気密を確保できる。

また、後端側向き面４４を絶縁体１１に接触させるので、棚部３７と絶縁体１１との間に介在するパッキンを省略できる。パッキンを省略できる分だけ部品点数を削減でき、さらにパッキンの過変形が原因となる絶縁体１１の小径部１６や先端部１７の割れの発生を防止できる。

本実施形態では、軸線Ｏを含む断面において（図２参照）、接続部４３を通り軸線Ｏに平行な仮想直線５０と後端側向き面４４とのなす角θ１（鋭角側）は、仮想直線５０と先端側向き面４５とのなす角θ２（鋭角側）よりも大きい（θ１＞θ２）。これにより、θ１≦θ２の場合に比べ、絶縁体１１から力を受ける第１凸部４１を座屈させ難くでき、第１凸部４１に生じる後端側の反力を大きくできる。よって、気密性を向上できる。

軸線Ｏを含む断面において、仮想直線５０上の第１凸部４１の長さＬ１は、仮想直線５０上の第２凸部４２の長さＬ２よりも短い（Ｌ１＜Ｌ２）。これにより、Ｌ１≧Ｌ２の場合に比べ、軸線方向の先端側の力を受けた第１凸部４１を弾性変形させ易くし、第１凸部４１の弾性変形によって生じる反力を確保できる。よって、第１凸部４１と絶縁体１１との気密性を向上できる。

なお、長さＬ１は、後端側向き面４４と仮想直線５０との交点から接続部４３までの線分の長さをいう。長さＬ２は、第３面４８の先端５１を通る仮想直線５０の垂線と仮想直線５０との交点から接続部４３までの線分の長さをいう。接続部４３は仮想直線５０に１点で接するので、仮想直線５０上の接続部４３の長さは０である。

軸線Ｏを含む断面において、仮想直線５０から第２凸部４２の最も径方向内側の位置までの距離Ｄ２は、仮想直線５０から第１凸部４１の最も径方向内側の位置までの距離Ｄ１よりも長い。これにより、軸線方向の先端側の力を受けた第１凸部４１が接続部４３に加える荷重を、第２凸部４２によって分散し易くできる。その結果、第１凸部４１を座屈させ難くできる。さらに、接続部４３は丸みが付けられているので、接続部４３に角がある場合に比べ、荷重をより分散させ易くできる。

第２凸部４２は、先端側に向かって拡径する第３面４８があるので、第３面４８が存在しないで第２面４７が主体金具３０の先端まで連続する場合に比べ、胴部３１と先端部１７との隙間を確保できる。これにより、混合気の不完全燃焼等によって生じたカーボンによる先端部１７の汚損を抑制し、リークの発生を抑制できる。

また、第２凸部４２は第１面４６、第２面４７及び第３面４８に囲まれているので、径方向の内側を向く第２面４７が存在しない（第１面４６に第３面４８が接続する）場合に比べ、第２凸部４２の断面二次モーメントを大きくできる。その結果、第２凸部４２の座屈荷重を大きくできるので、第１凸部４１が接続部４３に加える荷重を第２凸部４２が受けることができる。よって、第１凸部４１をさらに座屈させ難くできる。

図３を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施形態では、主体金具３０が絶縁体１１を直接係止するスパークプラグ１０について説明した。これに対し第２実施形態では、主体金具６１がパッキン６２（別部材）を介して絶縁体１１を係止する場合について説明する。なお、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図３は第２実施の形態におけるスパークプラグ６０の軸線Ｏ（図１参照）を含む断面図である。図３は図２に図示された部分と同様の部分が図示されている。

スパークプラグ６０は絶縁体１１及び主体金具６１を備えている。主体金具６１は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具６１の胴部３１は、径方向の内側（図３右側）へ張り出した棚部７０が、全周に亘って内周に形成されている。棚部７０は、絶縁体１１の係止部１８よりも先端側に位置する。係止部１８と棚部７０との間にパッキン６２が介在する。パッキン６２は、主体金具６１を構成する金属材料よりも軟質の軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。

絶縁体１１に主体金具６１が組み付けられると、主体金具６１の棚部７０から後端部３５（図１参照）までの部分は、絶縁体１１の小径部１６から大径部１５（図１参照）までの部分に、シール部３８及びパッキン６２を介して軸線Ｏ方向（図３上下方向）の圧縮荷重を加える。その結果、主体金具６１は絶縁体１１を保持する。パッキン６２は、その圧縮荷重により変形して軸線Ｏ方向に圧縮される。

棚部７０は、胴部３１から径方向の内側へ向けて突出する第１凸部７１と、胴部３１から径方向の内側へ向けて突出する第２凸部７２と、を備えている。第２凸部７２は、第１凸部７１の先端側（図３下側）で第１凸部７１に隣り合う。接続部７３は、第１凸部７１と第２凸部７２とを接続する。

第１凸部７１は、後端側向き面７４及び先端側向き面７５を備えている。後端側向き面７４は、絶縁体１１の係止部１８に対面する。後端側向き面７４は絶縁体１１を係止する面であり、軸線Ｏ方向（図３上下方向）の先端側に向かって縮径している。本実施形態では、後端側向き面７４はパッキン６２に接触する。先端側向き面７５は、接続部７３に連なる面であり、先端側に向かって拡径している。

第２凸部７２は、後端側から先端側へ順に、第１面７６、第２面７７及び第３面７８が連なる。第１面７６は後端側を向く面であり、先端側に向かって縮径している。第２面７７は軸線Ｏに垂直な方向（絶縁体１１の先端部１７側）を向く面である。第３面７８は先端側を向く面であり、先端側に向かって拡径している。

接続部７３は、第１凸部７１の先端側向き面７５と第２凸部７２の第１面７６とを連絡する谷底に相当する面である。接続部７３は、軸線Ｏに垂直な方向（図３左右方向）において、後端側向き面７４のうちパッキン６２と接触する部分が位置する範囲７９内に存在する。

これにより、絶縁体１１が主体金具６１に係止され、絶縁体１１に主体金具６１が組み付けられる際に、絶縁体１１から軸線Ｏ方向の先端側（図３下側）の力を第１凸部７１が受けると、後端側向き面７４に沿って第１凸部７１に引張応力が生じ、先端側向き面７５に沿って第１凸部７１に圧縮応力が生じる。その結果、第１凸部７１に生じる後端側（図３上側）の反力により、パッキン６２を介して後端側向き面７４を絶縁体１１の係止部１８に密着させることができる。よって、絶縁体１１が主体金具６１に加える荷重を過度に大きくしなくても、主体金具６１の棚部７０と絶縁体１１との気密を確保できる。さらに、第１凸部７１が弾性変形してパッキン６２の過変形を抑制するので、パッキン６２が原因となる絶縁体１１の小径部１６や先端部１７の割れの発生を抑制できる。

本実施形態では、軸線Ｏを含む断面において（図３参照）、接続部７３を通り軸線Ｏに平行な仮想直線８０と後端側向き面７４とのなす角θ１（鋭角側）は、仮想直線８０と先端側向き面７５とのなす角θ２（鋭角側）以下である（θ１≦θ２）。これにより、θ１＞θ２の場合に比べ、絶縁体１１から力を受ける第１凸部７１の反力を抑制し、パッキン６２の過変形を抑制し易くできる。

軸線Ｏを含む断面において、仮想直線８０上の第１凸部７１の長さＬ１は、仮想直線８０上の第２凸部７２の長さＬ２よりも短い（Ｌ１＜Ｌ２）。これにより、Ｌ１≧Ｌ２の場合に比べ、軸線方向の先端側の力を受けた第１凸部７１を弾性変形させ易くし、第１凸部７１の弾性変形によって生じる反力を確保できる。よって、パッキン６２を介して第１凸部７１と絶縁体１１との気密性を向上できる。

なお、長さＬ１は、後端側向き面７４と仮想直線８０との交点から接続部７３の後端までの線分の長さをいう。長さＬ２は、第３面７８と仮想直線８０との交点から接続部７３の先端までの線分の長さをいう。接続部７３は仮想直線８０に線接触する。仮想直線８０が接続部７３に接する接続部７３の長さＬ３は０．１ｍｍ以下である。接続部７３の長さＬ３が０．１ｍｍ以下なので、第２凸部７２は、軸線方向の先端側の力を受けた第１凸部７１が接続部７３に加える荷重を分散し易くできる。これにより、第１凸部７１の座屈を抑制できる。

軸線Ｏを含む断面において、仮想直線８０から第２凸部７２の最も径方向内側の位置までの距離Ｄ２は、仮想直線８０から第１凸部７１の最も径方向内側の位置までの距離Ｄ１よりも短い（Ｄ１＞Ｄ２）。これにより、Ｄ１≦Ｄ２の場合に比べ、第２凸部７２の第２面７７と絶縁体１１の先端部１７との空間距離を長くできるので、混合気の不完全燃焼等によって生じたカーボンの堆積等を抑制し、中心電極２０（図１参照）と接地電極３９との間に所定の火花放電を発生させ易くできる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、第１凸部４１，７１及び第２凸部４２，７２の形状や寸法（距離Ｄ１，Ｄ２及び長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３）は一例であり適宜設定できる。

実施形態では、第１凸部４１，７１の先端側向き面４５，７５が、先端側に向かって拡径する錘状（円錐面）に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。先端側向き面４５，７５を軸線Ｏに垂直な面にすることは当然可能である。

実施形態では、第２凸部４２，７２の第１面４６，７６が、先端側に向かって縮径する錘状（円錐面）に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１面４６，７６を軸線Ｏに垂直な面にすることは当然可能である。

実施形態では、第２凸部４２，７２が、径方向の内側を向く第２面４７，７７（円筒面）を備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第２面４７，７７を省略して、第１面４６，７６に第３面４８，７８を接続することは当然可能である。

実施形態では、第２凸部４２，７２の第３面４８，７８が、先端側に向かって拡径する錘状（円錐面）に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第３面４８，７８を軸線Ｏに垂直な面にすることは当然可能である。

実施形態では、第２凸部４２，７２が、第３面４８，７８を備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第３面４８，７８を省略して、第２面４７，７７を主体金具３０の先端まで連続させることは当然可能である。

第１実施形態では、第１凸部４１が絶縁体１１を直接係止する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第２実施形態のように、第１凸部４１と絶縁体１１との間にパッキン６２（他部材）を介在させることは当然可能である。同様に、第２実施形態においてパッキン６２を省略し、第１凸部７１が絶縁体１１を直接係止することは当然可能である。

実施形態では、主体金具３０に接地電極３９が１本接合される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。接地電極を複数本、主体金具３０に接合することは当然可能である。

１０，６０ スパークプラグ
１１ 絶縁体
３０，６１ 主体金具
３７，７０ 棚部
４１，７１ 第１凸部
４２，７２ 第２凸部
４３，７３ 接続部
４４，７４ 後端側向き面
４９，７９ 範囲
５０，８０ 仮想直線
６２ パッキン（他部材）
Ｄ１，Ｄ２ 距離
Ｌ１，Ｌ２ 長さ
Ｏ 軸線

Claims (4)

1. 先端側から後端側へと軸線に沿って延びる絶縁体と、
   前記絶縁体の外周側に配置される筒状の主体金具と、を備え、
   前記主体金具は、径方向内側に張り出した棚部であり、前記絶縁体が直接または他部材を介して係止される後端側向き面を備える棚部を、自身の内周に有するスパークプラグであって、
   前記棚部は、前記後端側向き面を有する第１凸部と、前記第１凸部よりも先端側で前記第１凸部に隣り合う第２凸部と、前記第１凸部と前記第２凸部とを接続する接続部と、を備え、
   前記軸線を含む断面を見たとき、前記接続部は、前記軸線に垂直な方向において、前記後端側向き面のうち前記絶縁体または前記他部材と接触する部分が位置する範囲内に存在するスパークプラグ。
2. 前記軸線を含む断面において、
   前記接続部を通り前記軸線に沿う仮想直線上の前記第１凸部の長さは、前記仮想直線上の前記第２凸部の長さよりも短い請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記軸線を含む断面において、
   前記接続部を通り前記軸線に沿う仮想直線から、前記第２凸部の最も径方向内側の位置までの距離は、前記仮想直線から前記第１凸部の最も径方向内側の位置までの距離よりも長い請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記絶縁体は、前記後端側向き面に直接係止される請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。

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