JP2023071088A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】接地電極の過熱を低減できるスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグは、直線に沿って先端側へ向かって延びる筒状の先端部を有し、直線と交差する方向に貫通する貫通孔が先端部に設けられた主体金具と、貫通孔に配置される固定部を有する接地電極と、を備え、貫通孔は、座繰り部と、座繰り部から先端部の内周面まで延びる、座繰り部よりも細い貫通部と、を備え、固定部は、座繰り部に配置される第１部と、貫通部に配置される、第１部よりも細い第２部と、を備え、先端部の内周面につながる貫通部の縁と第２部との間に隙間がある。【選択図】図２

Description

本発明は主体金具に接地電極が接続されたスパークプラグに関する。

燃料ガスに点火するスパークプラグにおいて、主体金具を貫通する貫通孔に接地電極を配置する技術は知られている。特許文献１（図５）に開示された技術では、接地電極のうち貫通孔に配置された部分が、全周に亘って貫通孔に接している。

特開２０１９－４６６６０号公報

この種のスパークプラグでは、接地電極が過熱すると過早着火（プレイグニッション）を起こす火種となる。

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、接地電極の過熱を低減できるスパークプラグを提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、直線に沿って先端側へ向かって延びる筒状の先端部を有し、直線と交差する方向に貫通する貫通孔が先端部に設けられた主体金具と、貫通孔に配置される固定部を有する接地電極と、を備え、貫通孔は、座繰り部と、座繰り部から先端部の内周面まで延びる、座繰り部よりも細い貫通部と、を備え、固定部は、座繰り部に配置される第１部と、貫通部に配置される、第１部よりも細い第２部と、を備え、先端部の内周面につながる貫通部の縁と第２部との間に隙間がある。

第１の態様によれば、主体金具の先端部を貫通する貫通孔は、座繰り部と、座繰り部から先端部の内周面まで延びる、座繰り部よりも細い貫通部と、を備える。接地電極の固定部は、座繰り部に第１部が配置され、第１部よりも細い第２部が、貫通部に配置される。先端部の内周面につながる貫通部の縁と第２部との間に隙間があるので、隙間に進入した燃料ガスによって接地電極の第２部は冷やされる。よって接地電極の過熱を低減できる。

第２の態様によれば、貫通部の軸に沿って内周面側から貫通部を見て、隙間を貫通部の中央よりも先端側の第１隙間と貫通部の中央よりも後端側の第２隙間の２つに分けたときに、第１隙間の面積は第２隙間の面積よりも大きい。第１隙間に燃料ガスが進入し易くなるので、第１の態様の効果に加え、接地電極の過熱をさらに低減できる。

第３の態様によれば、第２部の一部は貫通部の縁に接しており、貫通部の縁を貫通部の中央よりも先端側の第１縁と貫通部の中央よりも後端側の第２縁の２つに分けたときに、第１縁と第２部とは接していない、又は、第２縁と第２部とが接する長さは、第１縁と第２部とが接する長さよりも長い。第１縁と第２部との間に燃料ガスが進入し易くなるので、第１又は第２の態様の効果に加え、接地電極の過熱をさらに低減できる。

第４の態様によれば、貫通部の中央よりも後端側の第２隙間の面積は、貫通部の中央よりも先端側の第１隙間の面積よりも大きいので、その分だけ接地電極の第２部を先端側に配置できる。先端側に配置された第２部は燃料ガスによって冷やされ易くなるので、第１の態様の効果に加え、接地電極の過熱をさらに低減できる。

第５の態様によれば、第２部の一部は貫通部の縁に接しており、貫通部の中央よりも後端側の第２縁と接地電極の第２部とは接していない、又は、貫通部の中央よりも先端側の第１縁と第２部とが接する長さは、第２縁と前記第２部とが接する長さよりも長いので、その分だけ接地電極の第２部を先端側に配置できる。先端側に配置された第２部は燃料ガスによって冷やされ易くなるので、第１又は第４の態様の効果に加え、接地電極の過熱をさらに低減できる。

第１実施の形態におけるスパークプラグの部分断面図である。 （ａ）は図１のＩＩａで示す部分を拡大したスパークプラグの断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ－ＩＩｂ線で切断したスパークプラグの切断面を先端部の内周面側から見た図である。 （ａ）は第２実施の形態におけるスパークプラグの断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線で切断したスパークプラグの切断面を先端部の内周面側から見た図である。 （ａ）は第３実施の形態におけるスパークプラグの断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ－ＩＶｂ線で切断したスパークプラグの切断面を先端部の内周面側から見た図である。 （ａ）は第４実施の形態におけるスパークプラグの断面図であり、（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線で切断したスパークプラグの切断面を先端部の内周面側から見た図である。

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は第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の部分断面図である。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（ａ）から図５（ｂ）においても同じ）。図１には、スパークプラグ１０の先端側の部位の直線Ｏを含む断面が図示されている。スパークプラグ１０は、絶縁体１１の外周に配置された主体金具２０、及び、主体金具２０に接続された接地電極４０を備えている。

絶縁体１１は、直線Ｏに沿う軸孔１２が設けられた略円筒状の部材であり、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等のセラミックスにより形成されている。絶縁体１１の軸孔１２には中心電極１３が配置されている。中心電極１３は導電性を有する棒状の部材である。中心電極１３の一部は、絶縁体１１から先端側に突出している。中心電極１３は、軸孔１２内で端子金具１４と電気的に接続されている。端子金具１４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１４は絶縁体１１の後端に固定されている。

主体金具２０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２０は、おねじ２２が設けられた筒状の先端部２１と、先端部２１の後端側に隣接する座部２３と、を備えている。先端部２１のおねじ２２はエンジン（図示せず）のねじ穴に螺合する。座部２３の外径は、おねじ２２の外径よりも大きい。座部２３は、エンジンのねじ穴におねじ２２を締め付けたときの軸力を受ける。

主体金具２０の先端部２１のうちおねじ２２よりも先端側にキャップ２４が接続されている。キャップ２４は、有底円筒状または半球状の部材であり、例えばＦｅ，Ｎｉ，Ｃｕ等の１種以上を主成分とする金属材料で形成されている。主体金具２０は先端部２１がキャップ２４で塞がれる。本実施形態では、キャップ２４は半球状の部材であり、溶接部（図示せず）により先端部２１に接合されている。先端部２１とキャップ２４とに囲まれて副室２５ができる。キャップ２４には、キャップ２４の厚さ方向に貫通する噴孔２６が設けられている。噴孔２６はエンジン（図示せず）の燃焼室と副室２５とを連通する。

主体金具２０の先端部２１には接地電極４０が接続されている。接地電極４０は、例えばＰｔ，Ｎｉ，Ｉｒ等のうちの１種以上を主成分とする金属製の棒状の部材である。接地電極４０の材料は主体金具２０の材料と異なる。中心電極１３と接地電極４０との間に火花ギャップが設けられる。本実施形態では、中心電極１３の軸線方向の先端側に火花ギャップが設けられている。中心電極１３や接地電極４０のうち火花ギャップに接する部分にチップを配置することは当然可能である。

エンジン（図示せず）にスパークプラグ１０が取り付けられると、エンジンのバルブやピストンの操作により、エンジンの燃焼室から噴孔２６を通って副室２５に燃料ガスが流入する。スパークプラグ１０は、中心電極１３と接地電極４０との間の放電により火花ギャップに火炎核を生成する。火炎核が成長すると副室２５内の燃料ガスに点火し燃料ガスが燃焼する。その燃焼によって生じる膨張圧力により、スパークプラグ１０は火炎を含むガス流を噴孔２６から燃焼室に噴射する。その火炎の噴流によって燃焼室内の燃料ガスが燃焼する。

図２（ａ）は図１のＩＩａで示す部分を拡大したスパークプラグ１０の断面図である。図２（ａ）に示すように主体金具２０の先端部２１には、先端部２１の外周面２７から内周面２８まで突き抜けた貫通孔３０が設けられている。本実施形態では先端部２１のうちおねじ２２の位置に貫通孔３０が設けられている。貫通孔３０は、先端部２１の外周面２７から内周面２８へ順に、座繰り部３１及び貫通部３２を含む。

座繰り部３１は先端部２１の外周面２７に開口している。座繰り部３１の深さは、おねじ２２の谷２９よりも深い。貫通部３２は、座繰り部３１よりも細い穴であり、座繰り部３１から先端部２１の内周面２８まで延びている。本実施形態では、座繰り部３１及び貫通部３２は断面の形状が円形の円筒面であり、座繰り部３１と貫通部３２との間に円環状の段３３が設けられている。

接地電極４０は、貫通孔３０に配置される固定部４１を備えている。固定部４１は、座繰り部３１に配置される第１部４２と、貫通部３２の軸Ｃに沿って貫通部３２に配置される第２部４３と、を備えている。第２部４３は第１部４２よりも細い。本実施形態では、第１部４２及び第２部４３は円柱状である。座繰り部３１と第１部４２との間のはめあいは、すきまばめの関係にある。第１部４２は段３３に接しており、溶融部４４によって第１部４２と先端部２１とが接合されている。第１部４２は、おねじ２２の谷２９の径方向の内側に配置されている。

先端部２１の内周面２８につながる貫通部３２の縁３４と第２部４３との間に隙間３５がある。燃焼前の燃料ガスが隙間３５に進入できるので、隙間３５に進入した燃料ガスによって第２部４３が冷やされる。燃料ガスによって第２部４３が冷やされるので、隙間３５が無い場合に比べ、接地電極４０の過熱を低減できる。よって過熱した接地電極４０が火種となるプレイグニッションの発生を低減できる。

第２部４３が冷やされると第２部４３の熱膨張が抑えられるので、貫通部３２の縁３４と第２部４３との間の隙間３５と相俟って、第２部４３の熱膨張によって貫通部３２に作用する引張応力を低減できる。よって貫通部３２の亀裂の発生を低減できる。

接地電極４０の第１部４２は貫通孔３０の段３３に接しているので、接地電極４０の熱が、第１部４２から先端部２１及びおねじ２２を経てエンジン（図示せず）に伝わる。第１部４２と先端部２１との間の熱伝導によっても接地電極４０は冷やされる。

図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ－ＩＩｂ線におけるスパークプラグ１０の断面図である。図２（ｂ）には、ＩＩｂ－ＩＩｂ線における第２部４３の切断面、及び、先端部２１（図２（ａ）参照）の内周面２８側から貫通部３２の軸Ｃに沿って貫通部３２を見たときの貫通部３２の縁３４が図示されている（図３（ｂ）、図４（ｂ）及び図５（ｂ）においても同じ）。第２部４３は貫通部３２の縁３４に接しているところが無く、第２部４３の外周の全体が、貫通部３２の縁３４と離れている。

貫通部３２の縁３４は、貫通部３２の軸Ｃ（中央）よりも先端側の第１縁３６と貫通部３２の中央よりも後端側の第２縁３７の２つに分けられる。第１縁３６は、軸Ｃを含み直線Ｏ（図１参照）に垂直な平面Ｐで縁３４を切断したときの、平面Ｐよりも先端側の部分である。第２縁３７は、縁３４のうち平面Ｐよりも後端側の部分である。貫通部３２の縁３４と第２部４３との間の隙間３５は、平面Ｐよりも先端側の第１隙間３８と平面Ｐよりも後端側の第２隙間３９の２つに分けられる。第２隙間３９の一部は、先端側から見て第２部４３の影になる。

第１隙間３８の面積は第２隙間３９の面積よりも大きいので、第２部４３よりも先端側にある第１隙間３８に燃料ガスが進入し易くなり、第２部４３が冷やされ易くなる。よって接地電極４０の過熱をさらに低減できる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）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、貫通部３２の縁３４に第２部４３が接していない接地電極４０について説明した。これに対し第２実施形態では、貫通部３２の縁３４の一部に第２部４３が接する接地電極５０の場合を説明する。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（ａ）は第２実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。図３（ａ）は、図２（ａ）と同様に、図１のＩＩａで示す部分を拡大した断面図である（図４（ａ）及び図５（ａ）においても同じ）。図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ線におけるスパークプラグの断面図である。第２実施形態において説明する接地電極５０は、第１実施形態におけるスパークプラグ１０の接地電極４０と同様に配置される。

貫通孔３０に配置される接地電極５０の固定部４１は、第１部４２及び第２部４３を備えている。第１隙間３８の面積は第２隙間３９の面積よりも大きい。第２部４３は、貫通部３２の第２縁３７に接しており、第１縁３６と接していない。従って第２縁３７と第２部４３とが接する長さは、第１縁３６と第２部４３とが接する長さ（本実施形態ではゼロ）よりも長い。これにより第１隙間３８の幅が第２隙間３９の幅よりも大きくなるので、第１隙間３８に燃料ガスがさらに進入し易くなり、第２部４３が冷やされ易くなる。よって接地電極４０の過熱をさらに低減できる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施形態および第２実施形態では、第２部４３が円柱状の接地電極４０，５０の場合を説明した。これに対し第３実施形態では、第２部６３が四角柱状の接地電極６０の場合を説明する。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４（ａ）は第３実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ－ＩＶｂ線におけるスパークプラグの断面図である。第３実施形態において説明する接地電極６０は、第１実施形態におけるスパークプラグ１０の接地電極４０と同様に配置される。

貫通孔３０に配置される接地電極６０の固定部６１は、座繰り部３１に配置される第１部６２と、貫通部３２の軸Ｃに沿って貫通部３２に配置される第２部６３と、を備えている。第２部６３は第１部６２よりも細い。第１部６２は円柱状であり、第２部４３は角が丸みを帯びた四角柱状である。第１部６２は段３３に接しており、溶融部６４によって第１部６２と先端部２１とが接合されている。第１部６２は、おねじ２２の谷２９の径方向の内側に配置されている。

貫通部３２の縁３４と第２部６３との間に隙間３５がある。第２部６３は貫通部３２の縁３４に接しているところが無く、第２部６３の外周の全体が、貫通部３２の縁３４と離れている。第２隙間３９の面積は第１隙間３８の面積よりも大きいので、その分だけ第２部６３を先端側（エンジンの燃焼室の中央に近い位置）に配置できる。先端側に配置された第２部６３は燃料ガスによって冷やされ易くなるので、接地電極６０の過熱をさらに低減できる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して第４実施の形態について説明する。第３実施形態では、貫通部３２の縁３４に第２部６３が接していない接地電極６０について説明した。これに対し第４実施形態では、貫通部３２の縁３４の一部に第２部６３が接する接地電極７０の場合を説明する。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５（ａ）は第４実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線におけるスパークプラグの断面図である。第４実施形態において説明する接地電極７０は、第１実施形態におけるスパークプラグ１０の接地電極４０と同様に配置される。

貫通孔３０に配置される接地電極７０の固定部６１は、第１部６２及び第２部６３を備えている。第２隙間３９の面積は第１隙間３８の面積よりも大きい。第２部６３は、貫通部３２の第１縁３６に接しており、第２縁３７と接していない。従って第１縁３６と第２部６３とが接する長さは、第２縁３７と第２部６３とが接する長さ（本実施形態ではゼロ）よりも長い。これにより第２部６３をさらに先端側（エンジンの燃焼室の中央に近い位置）に配置できる。先端側に配置された第２部６３は燃料ガスによって冷やされ易くなるので、接地電極６０の過熱をさらに低減できる。

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。例えば貫通孔３０の形状や接地電極４０，５０，６０，７０の形状などは適宜設定できる。

実施形態では、主体金具２０の先端がキャップ２４で塞がれてい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。キャップ２４を省略して副室２５を設けないスパークプラグ１０にすることは当然可能である。この場合にも中心電極１３と接地電極４０，５０，６０，７０との間の放電により火炎核を生成し、燃料ガスに点火する。火炎核が成長すると燃焼室内の燃料ガスが燃焼する。キャップ２４が省略されている場合もエンジンのバルブやピストンの操作により、接地電極４０，５０，６０，７０の周囲に燃料ガスの流動が生じ、隙間３５に燃料ガスが進入し、接地電極４０，５０，６０，７０が冷やされる。

実施形態では、中心電極１３の軸線方向の先端側に火花ギャップを設けるように接地電極４０，５０，６０，７０を主体金具２０に配置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。中心電極１３の径方向の外端側に火花ギャップを設けるように接地電極４０，５０，６０，７０を主体金具２０に配置することは当然可能である。

実施形態では、貫通部３２の軸Ｃに垂直な貫通孔３０の断面形状が円の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。貫通孔３０の断面形状は楕円、多角形が例示される。多角形の隅に丸みや面取りを付すことは当然可能である。

実施形態では、座繰り部３１が円筒面の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。座繰り部３１のうち少なくとも貫通部３２につながる部分を円錐面にすることは当然可能である。この場合、段３３を省略して座繰り部３１に貫通部３２をつなげても良いし、座繰り部３１と貫通部３２との間に段３３を設けても良い。段３３を円錐面にすることは当然可能である。

実施形態では、第１部４２，６２が円柱状の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部４２，６２の形状を、座繰り部３１の形状に応じて、例えば多角柱、多角錐、円錐にすることは当然可能である。

実施形態では、座繰り部３１と第１部４２，６２との間のはめあいが、すきまばめの関係にあ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。座繰り部３１と第１部４２，６２との間のはめあいを、しまりばめの関係にすることは当然可能である。第１部４２，６２が座繰り部３１に圧入される場合（しまりばめの場合）、溶融部４４，６４を省略することは当然可能である。第１部４２，６２が座繰り部３１に圧入されると、溶接しなくても接地電極４０，５０，６０，７０は貫通孔３０に固定されるからである。

実施形態では、接地電極４０，５０，６０，７０が固定される貫通孔３０が、先端部２１のおねじ２２の位置に設けら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。例えば先端部２１のうちおねじ２２よりも先端側の部分に、接地電極４０，５０，６０，７０を固定する貫通孔を設けることは当然可能である。

第１実施形態および第２実施形態では、円柱状の第２部４３と貫通部３２の縁３４との間に隙間３５が設けられる場合について説明し、第３実施形態および第４実施形態では、四角柱状の第２部６３と貫通部３２の縁３４との間に隙間３５が設けら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実施形態および第２実施形態における第２部４３と第３実施形態および第４実施形態における第２部６３とを交換することは当然可能である。第２部４３，６３を交換した場合も、第２部４３，６３を交換する前と同様の作用効果を実現できる。

第２実施形態では、貫通部３２の第２縁３７に第２部４３が接しており、第１縁３６と第２部４３が接していない場合について説明したが、これに限られるものではない。貫通部３２や第２部４３の形状によるが、第２縁３７に第２部４３が接し、第１縁３６に第２部４３が接する場合も、第２縁３７に第２部４３が接する長さが、第１縁３６に第２部４３が接する長さよりも長ければ、第２実施形態と同様の作用効果が実現できる。

第４実施形態では、貫通部３２の第１縁３６に第２部６３が接しており、第２縁３７と第２部６３が接していない場合について説明したが、これに限られるものではない。貫通部３２や第２部６３の形状によるが、第１縁３６に第２部６３が接し、第２縁３７に第２部６３が接する場合も、第１縁３６に第２部６３が接する長さが、第２縁３７に第２部６３が接する長さよりも長ければ、第４実施形態と同様の作用効果が実現できる。

１０ スパークプラグ
２０ 主体金具
２１ 先端部
２８ 先端部の内周面
３０ 貫通孔
３１ 座繰り部
３２ 貫通部
３４ 貫通部の縁
３５ 隙間
３６ 第１縁
３７ 第２縁
３８ 第１隙間
３９ 第２隙間
４０，５０，６０，７０ 接地電極
４１，６１ 固定部
４２，６２ 第１部
４３，６３ 第２部
Ｃ 貫通部の軸
Ｏ 直線

Claims (5)

1. 直線に沿って先端側へ向かって延びる筒状の先端部を有し、前記直線と交差する方向に貫通する貫通孔が前記先端部に設けられた主体金具と、
   前記貫通孔に配置される固定部を有する接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
   前記貫通孔は、座繰り部と、前記座繰り部から前記先端部の内周面まで延びる、前記座繰り部よりも細い貫通部と、を備え、
   前記固定部は、前記座繰り部に配置される第１部と、前記貫通部に配置される、前記第１部よりも細い第２部と、を備え、
   前記先端部の前記内周面につながる前記貫通部の縁と前記第２部との間に隙間があるスパークプラグ。
2. 前記貫通部の軸に沿って前記内周面側から前記貫通部を見て、前記隙間を前記貫通部の中央よりも先端側の第１隙間と前記中央よりも後端側の第２隙間の２つに分けたときに、前記第１隙間の面積は、前記第２隙間の面積よりも大きい請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記第２部の一部は前記縁に接しており、
   前記縁を前記貫通部の中央よりも先端側の第１縁と前記中央よりも後端側の第２縁の２つに分けたときに、前記第１縁と前記第２部とは接していない、又は、前記第２縁と前記第２部とが接する長さは、前記第１縁と前記第２部とが接する長さよりも長い請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記貫通部の軸に沿って前記内周面側から前記貫通部を見て、前記隙間を前記貫通部の中央よりも先端側の第１隙間と前記中央よりも後端側の第２隙間の２つに分けたときに、前記第２隙間の面積は、前記第１隙間の面積よりも大きい請求項１記載のスパークプラグ。
5. 前記第２部の一部は前記縁に接しており、
   前記縁を前記貫通部の中央よりも先端側の第１縁と前記中央よりも後端側の第２縁の２つに分けたときに、前記第２縁と前記第２部とは接していない、又は、前記第１縁と前記第２部とが接する長さは、前記第２縁と前記前記第２部とが接する長さよりも長い請求項１又は４に記載のスパークプラグ。

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