JP2023130199A - Spark plug for internal combustion - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug for an internal combustion engine.
スパークプラグは、車両用エンジン等の内燃機関における着火手段として用いられる。例えば特許文献１に開示されているように、絶縁碍子の軸孔内に、中心電極の基端側に配設された第１の導電性ガラスシール層と、第１の導電性ガラスシール層の基端側に配設された抵抗体と、抵抗体の基端側に配設された第２の導電性ガラスシール層とを有するスパークプラグが知られている。
Spark plugs are used as ignition means in internal combustion engines such as vehicle engines. For example, as disclosed in
特許文献１に記載のスパークプラグにおいて、導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面は曲面状に形成されている。これにより、抵抗体と導電性ガラスシール層との密着性を強化して、抵抗体負荷寿命を向上させようとしている。
In the spark plug described in
しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグは、導電性ガラスシール層の気孔については考慮されていない。つまり、スパークプラグに流れる電流が比較的大きい場合、導電性ガラスシール層に存在する気孔が原因となって、抵抗体の抵抗値上昇を引き起こすおそれがあるが、この点については考慮されていない。そのため、スパークプラグの長寿命化の観点から、更なる改善の余地があるといえる。
However, the spark plug described in
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、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しようとするものである。 The present invention has been made in view of this problem, and it is an object of the present invention to provide a spark plug for an internal combustion engine that can extend the life of the spark plug.
本発明の一態様は、筒状の絶縁碍子（２）と、
該絶縁碍子の軸孔（２１）に挿入配置された中心電極（３）と、
上記軸孔内において上記中心電極の基端側に配設された第１導電性ガラスシール層（４１）と、
上記軸孔内において上記第１導電性ガラスシール層の基端側に配設された抵抗体（５）と、
上記軸孔内において上記抵抗体の基端側に配設された第２導電性ガラスシール層（４２）と、
上記第２導電性ガラスシール層の基端側に配設されると共に、上記軸孔の基端部を塞ぐ端子金具（６）と、を有し、
上記端子金具と上記中心電極との間の抵抗値は１ｋΩ以上かつ３ｋΩ以下であり、
上記第２導電性ガラスシール層の気孔率は１．４体積％以下である、内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。
One aspect of the present invention includes a cylindrical insulator (2),
a center electrode (3) inserted into the shaft hole (21) of the insulator;
a first conductive glass seal layer (41) disposed within the shaft hole on the base end side of the center electrode;
a resistor (5) disposed within the shaft hole on the base end side of the first conductive glass seal layer;
a second conductive glass seal layer (42) disposed within the shaft hole on the proximal end side of the resistor;
a terminal fitting (6) disposed on the base end side of the second conductive glass seal layer and closing the base end of the shaft hole;
The resistance value between the terminal fitting and the center electrode is 1 kΩ or more and 3 kΩ or less,
In the spark plug (1) for an internal combustion engine, the second conductive glass seal layer has a porosity of 1.4% by volume or less.
上記スパークプラグにおいて、第２導電性ガラスシール層の気孔率は１．４体積％以下である。それゆえ、スパークプラグに流れる電流が比較的大きい場合であっても、抵抗体の抵抗値上昇を抑制することができる。その結果、スパークプラグの長寿命化を図ることができる。 In the above spark plug, the second conductive glass seal layer has a porosity of 1.4% by volume or less. Therefore, even when the current flowing through the spark plug is relatively large, an increase in the resistance value of the resistor can be suppressed. As a result, the life of the spark plug can be extended.
以上のごとく、上記態様によれば、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ができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a spark plug for an internal combustion engine that can extend its life.
Note that the numerals in parentheses described in the claims and means for solving the problem indicate correspondence with specific means described in the embodiments described later, and do not limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.
（実施形態１）
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図１～図４を参照して説明する。
本形態の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１～図３に示すごとく、筒状の絶縁碍子２と、中心電極３と、第１導電性ガラスシール層４１と、抵抗体５と、第２導電性ガラスシール層４２と、端子金具６と、を有する。中心電極３は、絶縁碍子２の軸孔２１に挿入配置されている。第１導電性ガラスシール層４１は、軸孔２１内において中心電極３の基端側に配設されている。抵抗体５は、軸孔２１内において第１導電性ガラスシール層４１の基端側に配設されている。第２導電性ガラスシール層４２は、軸孔２１内において抵抗体５の基端側に配設されている。端子金具６は、第２導電性ガラスシール層４２の基端側に配設されると共に、軸孔２１の基端部を塞いでいる。
(Embodiment 1)
Embodiments of spark plugs for internal combustion engines will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
端子金具６と中心電極３との間の抵抗値は１ｋΩ以上かつ３ｋΩ以下である。また、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率は１．４体積％以下である。
The resistance value between the terminal fitting 6 and the
本形態のスパークプラグ１は、例えば、自動車等の内燃機関における着火手段として用いることができる。スパークプラグ１は、図１に示すごとく、内側に絶縁碍子２を保持すると共に、外周側の一部にネジ部１１１を有する筒状のハウジング１１を備える。ハウジング１１のネジ部１１１を、シリンダヘッド（図示略）のプラグホールの雌ネジ部に螺合することにより、スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられる。
The
本明細書において、絶縁碍子２の軸孔２１の貫通方向を、プラグ軸方向Ｚという。このプラグ軸方向Ｚにおいて、スパークプラグ１を内燃機関の燃焼室に露出させる側を先端側といい、その反対側を基端側という。なお、プラグ中心軸Ｃは、スパークプラグ１の中心軸Ｃを意味するものとする。また、プラグ径方向とは、プラグ中心軸Ｃに直交する平面上において、プラグ中心軸Ｃを中心とする円の半径方向を意味する。
In this specification, the penetrating direction of the
中心電極３は、プラグ中心軸Ｃに沿って配置されると共に、先端部を絶縁碍子２の先端から先端側へ突出させている。また、ハウジング１１の先端部には、接地電極１２が接合されている。中心電極３と接地電極１２との間に、放電ギャップＧが形成されている。
The
本形態において、中心電極３は、先端部にチップ３１を有する。チップ３１は、中心電極３の母材の先端部に溶接等によって接合されている。放電ギャップＧは、チップ３１と接地電極１２とがプラグ軸方向Ｚに互いに対向することにより形成されている。チップ３１は、例えば、イリジウムや白金等の貴金属、又はこれらを主成分とする合金にて構成することができる。
In this embodiment, the
また、絶縁碍子２は、例えば、アルミナ等の絶縁性セラミックスからなる。絶縁碍子２の軸孔２１は、先端側に開口した小径孔２１２と、小径孔２１２よりも径が大きいと共に、基端側に開口した大径孔２１３とを有する。プラグ軸方向Ｚにおける、小径孔２１２と大径孔２１３との間に、テーパ状の段部２１１が形成されている。
Further, the
中心電極３は、基端部に大径の頭部３２を有する。中心電極３は、頭部３２が絶縁碍子２の段部２１１に、先端側から支承されている。そして、中心電極３における頭部３２よりも先端側の部位は、絶縁碍子２の軸孔２１の小径孔２１２に挿通されている。
The
また、軸孔２１内において、頭部３２の基端側には、第１導電性ガラスシール層４１が配置されている。第１導電性ガラスシール層４１の気孔率は１．４体積％以下である。本形態において、第１導電性ガラスシール層４１の気孔率は、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率よりも低い。
Furthermore, a first conductive
第１導電性ガラスシール層４１及び第２導電性ガラスシール層４２は、導電性を有し、軸孔２１を封止している。第１導電性ガラスシール層４１は、抵抗体５と中心電極３とを電気的に接続している。第２導電性ガラスシール層４２は、端子金具６と抵抗体５とを電気的に接続している。
The first conductive
第１導電性ガラスシール層４１及び第２導電性ガラスシール層４２は、例えば、導電性の接合ガラスからなる。接合ガラスは、例えば、ガラスに銅粉末を混入させてなる銅ガラスからなる。本形態において、第１導電性ガラスシール層４１及び第２導電性ガラスシール層４２は、銅ガラス粉末を熱処理して得られる。この熱処理前の銅ガラス粉末が、後述する第１導電性ガラス材料４１０及び第２導電性ガラス材料４２０に相当する。
The first conductive
図２に示すごとく、第２導電性ガラスシール層４２のプラグ軸方向Ｚの長さＬ２は、第１導電性ガラスシール層４１のプラグ軸方向Ｚの長さＬ１よりも長い。本形態において、長さＬ２は、２．３ｍｍ以上である。なお、長さＬ２は、プラグ軸方向Ｚにおける、端子金具６の先端から、第２導電性ガラスシール層４２と抵抗体５との互いの接合面である第２接合面１４の先端までの長さを意味する。また、長さＬ１は、プラグ軸方向Ｚにおける、抵抗体５と第１導電性ガラスシール層４１との互いの接合面である第１接合面１３の基端から、中心電極３の基端までの長さを意味する。
As shown in FIG. 2, the length L2 of the second conductive
また、図３に示すごとく、第２導電性ガラスシール層４２に存在する気孔７のうち、直径が１００μｍ以下の気孔７である微小気孔７１の総体積は、気孔７の総体積の９０体積％以上である。本形態においては、第２導電性ガラスシール層４２に存在する気孔７の全てが微小気孔７１となっている。
Further, as shown in FIG. 3, among the
また、抵抗体５は、図１、図２に示すごとく、プラグ軸方向Ｚにおける、第１導電性ガラスシール層４１と第２導電性ガラスシール層４２との間に配置されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
抵抗体５は、導電性材料を含有する部材であり、所望の抵抗値に調整されている。抵抗体５は、中心電極３と端子金具６とを電気的に接続すると共に、電波雑音を吸収する機能を有する。抵抗体５は、例えば、ガラス材料と骨材とを含む基材に、カーボン材料等の導電性材料が分散した集合体からなる。具体的には、抵抗体５は、導電性材料の粉末とガラス粉末と骨材粉末とを含む混合粉末材料を熱処理して得られる。この熱処理前の混合粉末材料が、後述する抵抗体材料５０に相当する。例えば、骨材粉末としてジルコニア粉末等のセラミック粉末が用いられる。導電性材料の粉末は、例えば、カーボン粉末を混合したガラスを主成分とするカーボン－ガラス混合粉末として添加することができる。また、本形態においては、スパークプラグ１に流れる電流を大きくするため、抵抗体５に含まれるカーボンの量を比較的多くし、抵抗体５の抵抗値を低くしてある。
The
図２に示すごとく、本形態において、抵抗体５のプラグ軸方向Ｚの長さＬ３は、１５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下である。なお、長さＬ３は、プラグ軸方向Ｚにおける、第２接合面１４の先端から第１接合面１３の基端までの長さを意味する。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the length L3 of the
また、第１接合面１３及び第２接合面１４は、それぞれ曲面状に形成されている。本形態において、第２接合面１４の曲率は、第１接合面１３の曲率よりも大きい。
Moreover, the first
また、第２導電性ガラスシール層４２の基端側には、端子金具６が配置されている。端子金具６は、図１に示すごとく、大径の端子部６２と、これより小径の軸部６１とを備える。端子金具６は、軸部６１が絶縁碍子２の軸孔２１に挿入され、端子部６２が絶縁碍子２の基端側へ突出している。軸部６１は、軸孔２１の大径孔２１３の内径よりも若干小径の円柱形状をなしている。そのため、図３に示すごとく、端子金具６と軸孔２１の内周面との間には隙間１５が形成されている。また、隙間１５の先端部には、第２導電性ガラスシール層４２の一部が配置されている。
Furthermore, a
次に、本形態のスパークプラグ１の製造方法につき、主として図４を用いて説明する。また、スパークプラグ１の製造方法の流れを、図５に、フローチャートとして示した。
Next, a method for manufacturing the
まず、図４（ａ）及び図５のステップＳ１に示すごとく、筒状の絶縁碍子２の軸孔２１内に中心電極３を挿入配置する。
First, as shown in FIG. 4A and step S1 in FIG. 5, the
次に、図４（ｂ）及び図５のステップＳ２に示すごとく、軸孔２１内における中心電極３の基端側に第１導電性ガラス材料４１０を配置する。そして、軸孔２１内に配置された第１導電性ガラス材料４１０を、図４（ｂ）の矢印Ｐ及び図５のステップＳ３に示すごとく、加圧治具１６によって先端側へ加圧する。これにより、第１導電性ガラス材料４１０は、中心電極３の基端側において圧縮される。また、加圧治具１６は、軸孔２１の大径孔２１３の内径よりも若干小径の円柱形状をなしている。また、第１導電性ガラス材料４１０の配置と加圧とは、複数回に分けて行うこともできる。
Next, as shown in FIG. 4B and step S2 in FIG. 5, a first
次いで、図４（ｃ）、図４（ｄ）及び図５のステップＳ４、Ｓ６に示すごとく、軸孔２１内における第１導電性ガラス材料４１０の基端側に抵抗体材料５０を配置する。そして、軸孔２１内に抵抗体材料５０を配置した後、抵抗体材料５０を加圧治具１６によって先端側へ加圧する。本形態においては、抵抗体材料５０を、２回に分けて軸孔２１内に配置する。すなわち、まず、図４（ｃ）及び図５のステップＳ４に示すごとく、最終的に配置する抵抗体材料５０の量よりも少量の抵抗体材料５０を、軸孔２１内に配置する。その後、図５のステップＳ５に示すごとく、加圧治具１６によって、抵抗体材料５０を加圧する。次いで、図４（ｄ）及び図５のステップＳ６に示すごとく、さらに残りの量の抵抗体材料５０を軸孔２１内に配置した後、図５のステップＳ７に示すごとく、加圧治具１６によって抵抗体材料５０を加圧する。抵抗体材料５０の配置と加圧との繰り返し回数は、３回以上とすることもできる。抵抗体材料５０の配置及び加圧は、１回のみとすることもできる。また、このときの加圧によって、抵抗体材料５０が圧縮されるのみならず、その先端側に配置された第１導電性ガラス材料４１０も圧縮される。
Next, as shown in FIGS. 4(c), 4(d), and steps S4 and S6 in FIG. 5, the
次いで、図４（ｅ）及び図５のステップＳ８に示すごとく、軸孔２１内における抵抗体材料５０の基端側に、第２導電性ガラス材料４２０を配置する。そして、図５のステップＳ９に示すごとく、軸孔２１内に配置された第２導電性ガラス材料４２０を、加圧治具１６によって先端側へ加圧する。これにより、第２導電性ガラス材料４２０は、抵抗体材料５０の基端側において圧縮される。また、このときの加圧によって、第２導電性ガラス材料４２０が圧縮されるのみならず、その先端側に配置された抵抗体材料５０及び第１導電性ガラス材料４１０も圧縮される。また、本形態においては、軸孔２１内に配置する第２導電性ガラス材料４２０の量は、軸孔２１内に配置する第１導電性ガラス材料４１０の量よりも多い。また、第２導電性ガラス材料４２０の配置と加圧とは、複数回に分けて行うこともできる。
Next, as shown in FIG. 4E and step S8 in FIG. 5, the second
次いで、図４（ｆ）及び図５のステップＳ１０に示すごとく、軸孔２１内における第２導電性ガラス材料４２０の基端側に、端子金具６を挿入配置する。軸孔２１内に端子金具６を挿入配置するが、この段階においては、端子金具６の軸部６１の一部が軸孔２１の基端側に露出している。
Next, as shown in FIG. 4F and step S10 in FIG. 5, the
次いで、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０を加熱して軟化させた後、図４（ｇ）及び図５のステップＳ１１に示すごとく、加圧治具１８を用いて、端子金具６をプラグ軸方向Ｚの先端側へ圧入する。また、本形態においては、支承治具１７によって絶縁碍子２を先端側から支承しつつ、端子金具６を先端側へ圧入する。
Next, after heating and softening the first
加熱条件としては、例えば、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０を、８５０～９００℃程度に加熱する。これにより、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０は、少なくともガラス成分の一部が軟化した状態となる。この第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０が軟化した状態のものを、便宜的に、それぞれ、第１軟化ガラス４１Ｇ、抵抗軟化ガラス５Ｇ、又は第２軟化ガラス４２Ｇともいう。
As the heating conditions, for example, the first
上述のように、加熱によって、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０が、溶融し、軟化するため、粉末粒子間に存在していた空隙が徐々に埋まる。なお、この空隙が、気孔の素となる。また、加熱と共に、端子金具６をプラグ軸方向Ｚの先端側へ圧入するため、軸孔２１内における、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０の充填領域が、プラグ軸方向Ｚに圧縮される。その結果、図４（ｇ）に示すごとく、端子金具６の軸部６１の全体が、軸孔２１に挿入され、端子部６２の先端が絶縁碍子２の基端に当接する。
As described above, heating melts and softens the first
その後、図５のステップＳ１２に示すごとく、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０を冷却して固化させる。次いで、ハウジング１１の内側に絶縁碍子２を挿入して固定することで、図１に示すスパークプラグ１が得られる。
Thereafter, as shown in step S12 in FIG. 5, the first
また、図４（ｇ）に示す製造工程において、加熱と共に、端子金具６を先端側へ圧入する際、第２軟化ガラス４２Ｇの一部が、端子金具６と軸孔２１の内周面との間の隙間１５に這い上がる。それゆえ、第２軟化ガラス４２Ｇの外周側の部分、及び抵抗軟化ガラス５Ｇの基端側かつ外周側の部分は、それぞれ、第２軟化ガラス４２Ｇのプラグ中心軸Ｃ付近の部分又は抵抗軟化ガラス５Ｇのプラグ中心軸Ｃ付近の部分と比較し、受ける加圧力が低くなりやすい。そのため、抵抗軟化ガラス５Ｇの基端側かつ外周側の部分が、抵抗軟化ガラス５Ｇの基端側かつプラグ中心軸Ｃ付近の部分と比較し、基端側に位置しやすい。一方、第１軟化ガラス４１Ｇは、抵抗軟化ガラス５Ｇ、及び第２軟化ガラス４２Ｇを介して加圧されるため、プラグ径方向において、第１軟化ガラス４１Ｇにかかる加圧力の差は小さくなりやすい。そのため、図２に示すごとく、製造されたスパークプラグ１において、第２接合面１４のプラグ軸方向Ｚの長さＬ５は、第１接合面１３のプラグ軸方向Ｚの長さＬ４よりも長くなる。また、第２接合面１４の曲率は、第１接合面１３の曲率よりも大きくなる。
Further, in the manufacturing process shown in FIG. 4(g), when the
次に、本形態の作用効果を説明する。
上記スパークプラグ１において、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率は１．４体積％以下である。それゆえ、スパークプラグ１に流れる電流が比較的大きい場合であっても、抵抗体５の抵抗値上昇を抑制することができる。その結果、スパークプラグ１の長寿命化を図ることができる。
Next, the effects of this embodiment will be explained.
In the
スパークプラグ１は、点火コイルから電圧が印加されることにより、放電ギャップＧに火花放電が生じる。そして、放電ギャップＧに生じた火花放電によって、内燃機関の燃焼室内の混合気を点火する。ここで、スパークプラグ１による点火の際、端子金具６と中心電極３との間に電流が流れる。そのため、火花放電を安定的に生じさせるためには、端子金具６から中心電極３までの間の導電性が安定していることが重要である。
In the
仮に、基本構造を実施形態１と同様としつつ、第２導電性ガラスシール層の気孔率が１．４体積％よりも高いスパークプラグについて考える。第２導電性ガラスシール層は、銅粉末と、銅よりも軟化温度が低いガラスとを含み、端子金具と抵抗体とを電気的に接続している。ここで、第２導電性ガラスシール層の気孔率が高いと、スパークプラグの抵抗値を上昇させるおそれがある。具体的には、第２導電性ガラスシール層と抵抗体との互いの接合面である第２接合面に気孔が接していると、この気孔に面している抵抗体の一部には通電されないため、第２接合面における抵抗体の他の部分に通電時の負荷が集中し、当該部分の温度が上昇しやすい。そして、当該部分の温度上昇により、第２導電性ガラスシール層及び抵抗体を構成するガラスが軟化しやすい。そうすると、第２導電性ガラスシール層の気孔に含まれる酸素が抵抗体に侵入し、抵抗体に含まれるカーボンを酸化させるおそれがある。抵抗体内のカーボンが酸化されると、カーボンが存在していた箇所に空洞が生じる。そうすると、残存するカーボンの負荷が高まり、更なる温度上昇とカーボンの酸化の連鎖を引き起こしやすい。その結果、抵抗体が劣化し、抵抗値の上昇を引き起こすおそれがある。また、抵抗体の劣化が進むと、最終的には、スパークプラグに印加される電圧では電流が流れなくなり、放電ギャップに火花放電を形成できなくなるおそれがある。特に、抵抗体に含まれるカーボン量が比較的多い場合、カーボンの酸化による空洞の形成量が多くなりやすく、さらに大電流によってジュール熱も発生しやすいため、抵抗体の劣化が進むおそれがある。
Let us consider a spark plug whose basic structure is the same as that of
そこで、本形態のスパークプラグ１は、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率を１．４体積％以下としている。それゆえ、第２導電性ガラスシール層４２の気孔７に含まれる酸素が抵抗体５に侵入することを抑制することができる。それゆえ、抵抗体５の耐久性を向上させることができ、スパークプラグ１の抵抗値の長期安定性を確保することができる。その結果、スパークプラグ１の長寿命化を図ることができる。
Therefore, in the
また、長さＬ２は長さＬ１よりも長い。それゆえ、スパークプラグ１の製造時において、軸孔２１内に配置する第２導電性ガラス材料４２０の量を、軸孔２１内に配置する第１導電性ガラス材料４１０の量よりも多くすることができる。つまり、軸孔２１内に配置する第２導電性ガラス材料４２０の量を比較的多くすることができる。そのため、スパークプラグ１を加熱しつつ、端子金具６をプラグ軸方向Ｚの先端側へ圧入する際、第２導電性ガラス材料４２０への圧縮荷重を大きくすることができる。それゆえ、第２導電性ガラス材料４２０に含まれる気孔７を、隙間１５を介して外部に排出しやすい。そのため、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率を一層低くすることができる。その結果、抵抗体５の抵抗値上昇を一層抑制することができる。
Further, the length L2 is longer than the length L1. Therefore, when manufacturing the
長さＬ２は、２．３ｍｍ以上である。それゆえ、スパークプラグ１の製造時において、充分な量の第２導電性ガラス材料４２０を軸孔２１内に配置しやすい。それゆえ、スパークプラグ１を加熱しつつ、端子金具６をプラグ軸方向Ｚの先端側へ圧入する際、加圧力が第２導電性ガラス材料４２０に充分に伝わりやすい。そのため、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率を確実に低くすることができる。その結果、抵抗体５の抵抗値上昇を確実に抑制することができる。
The length L2 is 2.3 mm or more. Therefore, when manufacturing the
長さＬ３は、１５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下である。それゆえ、抵抗体５における単位長さ当たりの抵抗値を小さくすることができる。また、スパークプラグ１の製造時において、加圧治具１６又は端子金具６によって第２導電性ガラス材料４２０を加圧する際、加圧力が第２導電性ガラス材料４２０に充分に伝わりやすい。それゆえ、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率を確実に低くすることができる。その結果、抵抗体５の抵抗値上昇を確実に抑制することができる。
The length L3 is 15 mm or more and 20 mm or less. Therefore, the resistance value per unit length of the
微小気孔７１の総体積は、気孔７の総体積の９０体積％以上である。それゆえ、抵抗体５の抵抗値上昇を抑制しやすい。つまり、気孔７の直径が大きいほど、第２接合面１４に接していると、第２接合面１４の通電範囲が狭くなるところ、微小気孔７１は、その直径が充分に小さいため、通電を抑制しにくい。それゆえ、抵抗体５の抵抗値上昇を確実に抑制することができる。
The total volume of the
本形態においては、第２導電性ガラスシール層４２に存在する気孔７の全てが微小気孔７１である。それゆえ、スパークプラグ１に流れる電流が比較的大きい場合であっても、抵抗体５の抵抗値上昇を一層確実に抑制することができる。その結果、スパークプラグ１の長寿命化を一層確実に図ることができる。
In this embodiment, all of the
また、スパークプラグ１を製造する際、軸孔２１内に配置する第２導電性ガラス材料４２０の量は、軸孔２１内に配置する第１導電性ガラス材料４１０の量よりも多い。それゆえ、スパークプラグ１を加熱しつつ、端子金具６をプラグ軸方向Ｚの先端側へ圧入する際、第２導電性ガラス材料４２０への圧縮荷重を大きくすることができる。それゆえ、第２導電性ガラスシール層４２の気孔７が小さくなりやすい。それゆえ、第２導電性ガラスシール層４２に存在する気孔７において、微小気孔７１の割合が高くなりやすい。その結果、抵抗体５の抵抗値上昇を確実に抑制することができる。
Further, when manufacturing the
また、スパークプラグ１の製造時において、第１導電性ガラス材料４１０は、加圧治具１６によって直接加圧される他、抵抗体材料５０及び第２導電性ガラス材料４２０を加圧治具１６又は端子金具６によって加圧する際にも加圧される。それゆえ、軸孔２１内に配置する第１導電性ガラス材料４１０の量が比較的少ない場合であっても、第１導電性ガラスシール層４１の気孔率は、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率よりも低くなりやすい。その結果、第１導電性ガラスシール層４１に存在する気孔を起因とする、抵抗体５の抵抗値上昇を確実に抑制することができる。
Further, when manufacturing the
端子金具６と中心電極３との間の抵抗値は１ｋΩ以上かつ３ｋΩ以下である。それゆえ、スパークプラグ１に流れる電流を大きくすることができる。それゆえ、スパークプラグ１の点火エネルギーを高めることができる。それゆえ、空燃比が大きい場合等であっても、混合気を確実に燃焼させることができる。その結果、内燃機関の熱効率を高くすることができる。
The resistance value between the
以上のごとく、本形態によれば、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１を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a
（実験例１）
本例では、図６のグラフに示すごとく、基本構造を実施形態１と同様としつつ、第２導電性ガラスシール層の気孔率が互いに異なる複数のスパークプラグを用いて、気孔率と、抵抗値が上昇するまでの耐久試験時間との関係を求めた。本例では、耐久試験開始前の端子金具と中心電極との間の抵抗値である初期抵抗値が０．５～３．２ｋΩのスパークプラグを用いた。初期抵抗値の調整は、抵抗体に含まれるカーボンの量を調整することにより行った。また、本例にて用いるスパークプラグは、第１導電性ガラスシール層、第２導電性ガラスシール層、及び抵抗体の直径を３ｍｍとし、長さＬ１（図２参照）を１．０ｍｍとし、長さＬ２（図２参照）を２．３ｍｍ以上とし、長さＬ３（図２参照）を１５ｍｍとした。また、本耐久試験では、３５ｋＶの電圧を印加することにより、スパークプラグを放電させ続け、抵抗値が、初期抵抗値の１．５倍以上になるまでの耐久試験時間を調べた。また、本耐久試験の３０時間が走行距離１０万ｋｍに相当する。ここで、走行距離２０万ｋｍ以上に相当する、耐久試験時間が６０時間以上となる場合を、熱効率が高い高効率エンジン用のスパークプラグとして用いる際に充分に市場要求を満たす基準としている。そこで、上記実験結果から、当該基準を満たす気孔率を求めた。なお、耐久試験時間が１００時間を超える場合であっても、図６のグラフには、便宜的に、１００時間として示した。また、図６のグラフには、実験結果のプロットにおける近似曲線を示した。
(Experiment example 1)
In this example, as shown in the graph of FIG. 6, the basic structure is the same as that of
また、本例において、第２導電性ガラスシール層の気孔率は、第２導電性ガラスシール層の断面をＳＥＭ（すなわち走査型電子顕微鏡）にて撮影することにより、測定した。具体的には、スパークプラグをプラグ中心軸に沿って切断した後、第２導電性ガラスシール層の断面全体を、ＳＥＭを用いて４５倍の倍率にて撮影した。その後、撮影した画像を２値化することにより、気孔率を求めた。 Furthermore, in this example, the porosity of the second conductive glass seal layer was measured by photographing a cross section of the second conductive glass seal layer using a SEM (ie, scanning electron microscope). Specifically, after cutting the spark plug along the central axis of the plug, the entire cross section of the second conductive glass seal layer was photographed using an SEM at a magnification of 45 times. Thereafter, the porosity was determined by binarizing the photographed image.
図６のグラフから、初期抵抗値が比較的小さい場合、耐久試験時間が短くなることが分かる。また、スパークプラグの初期抵抗値によらず、気孔率が低いほど、耐久試験時間が長くなることが分かる。また、初期抵抗値が０．８５ｋΩ以上のスパークプラグでは、気孔率が１．４体積％以下のとき、上記基準を満たす結果となった。つまり、第２導電性ガラスシール層４２の気孔率が１．４体積％以下である実施形態１のスパークプラグ１は、抵抗値の上昇を充分に抑制することができる。また、図６のグラフに示す近似曲線から、初期抵抗値が０．５ｋΩ以上のスパークプラグは、気孔率を１．０体積％以下とすることにより、上記基準を満たすと推測された。
From the graph of FIG. 6, it can be seen that when the initial resistance value is relatively small, the durability test time becomes short. It can also be seen that the lower the porosity, the longer the durability test time, regardless of the initial resistance value of the spark plug. In addition, spark plugs with an initial resistance value of 0.85 kΩ or more met the above criteria when the porosity was 1.4% by volume or less. In other words, the
（実験例２）
本例では、図７のグラフに示すごとく、基本構造を実施形態１と同様としつつ、抵抗体の長さＬ３が互いに異なる複数のスパークプラグを用いて、長さＬ３と耐久試験時間との関係を求めた。また、本例にて用いるスパークプラグは、初期抵抗値を１ｋΩとした。また、本例においては、端子金具の軸部のプラグ軸方向における長さを調整することにより、抵抗体の長さＬ３を調整した。また、長さＬ３が２０ｍｍ以下のスパークプラグは、第２導電性ガラスシール層の気孔率が１．０～１．４体積％であり、長さＬ３が２０ｍｍを超えるスパークプラグは、第２導電性ガラスシール層の気孔率が１．４体積％を超えていた。その他の実験条件及び基準は、実験例１と同様である。
(Experiment example 2)
In this example, as shown in the graph of FIG. 7, the basic structure is the same as that of
図７のグラフに示すごとく、抵抗体の長さＬ３が１５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下のとき、上記基準を満たしていることが分かる。一方、長さＬ３が１４．６ｍｍのとき、耐久試験時間が約２０時間となり、上記基準を下回る結果となった。ここで、本例に用いたスパークプラグのように、スパークプラグを流れる電流が大きい場合、抵抗体の負荷が大きくなりやすい。また、長さＬ３が短くなるほど、抵抗体の単位長さ当たりの抵抗値が大きくなり、負荷が集中しやすい。そのため、長さＬ３が１４．６ｍｍのとき、長さＬ３が短過ぎたことにより、抵抗体の負荷が集中し、耐久試験時間が短くなったと考えられる。 As shown in the graph of FIG. 7, it can be seen that the above criteria are satisfied when the length L3 of the resistor is 15 mm or more and 20 mm or less. On the other hand, when the length L3 was 14.6 mm, the durability test time was about 20 hours, which was below the above standard. Here, when the current flowing through the spark plug is large like the spark plug used in this example, the load on the resistor tends to be large. Furthermore, as the length L3 becomes shorter, the resistance value per unit length of the resistor increases, and the load tends to concentrate. Therefore, when the length L3 was 14.6 mm, it is considered that because the length L3 was too short, the load on the resistor was concentrated and the durability test time was shortened.
また、長さＬ３が２０ｍｍを超えたときも、上記基準を下回る結果となった。ここで、長さＬ３を長くするほど、抵抗体の単位長さ当たりの抵抗値が小さくなり、抵抗体の負荷を分散させやすい。しかしながら、上述のごとく、長さＬ３が２０ｍｍを超える場合、第２導電性ガラスシール層の気孔率は１．４体積％を超えていた。この結果から、長さＬ３が２０ｍｍを超えるスパークプラグを製造する場合、第２導電性ガラスシール層の気孔率を低くしにくいと考えられる。つまり、長さＬ３が長いほど、スパークプラグの製造時において、軸孔内に配置する抵抗体材料の量が多くなる。これにより、加圧治具又は端子金具によって第２導電性ガラス材料を加圧する際、加圧力が第２導電性ガラス材料に充分に伝わりにくく、第２導電性ガラスシール層の気孔率が低くなりにくいと考えられる。その結果、長さＬ３が２０ｍｍよりも長い場合、第２導電性ガラスシール層の気孔率が１．４体積％を超え、上記基準を下回る結果になったと考えられる。 Furthermore, when the length L3 exceeded 20 mm, the results also fell below the above criteria. Here, the longer the length L3 is, the smaller the resistance value per unit length of the resistor becomes, making it easier to disperse the load on the resistor. However, as described above, when the length L3 exceeded 20 mm, the porosity of the second conductive glass seal layer exceeded 1.4% by volume. From this result, it is considered that when manufacturing a spark plug with a length L3 exceeding 20 mm, it is difficult to reduce the porosity of the second conductive glass seal layer. In other words, the longer the length L3, the greater the amount of resistor material placed in the shaft hole during manufacture of the spark plug. As a result, when pressurizing the second conductive glass material with a pressure jig or terminal fitting, the pressurizing force is difficult to be sufficiently transmitted to the second conductive glass material, and the porosity of the second conductive glass seal layer is reduced. It is considered difficult. As a result, it is considered that when the length L3 was longer than 20 mm, the porosity of the second conductive glass seal layer exceeded 1.4% by volume, which was lower than the above standard.
一方、長さＬ３を１５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下とすることにより、抵抗体の負荷を分散させつつ、第２導電性ガラスシール層の気孔率を低く抑えることができると考えられる。つまり、長さＬ３を１５ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下とすることにより、スパークプラグの長寿命化を確実に図ることができる。 On the other hand, it is considered that by setting the length L3 to 15 mm or more and 20 mm or less, it is possible to reduce the porosity of the second conductive glass seal layer while distributing the load on the resistor. In other words, by setting the length L3 to 15 mm or more and 20 mm or less, it is possible to reliably extend the life of the spark plug.
（実験例３）
本例では、図８のグラフに示すごとく、基本構造を実施形態１と同様としつつ、第２導電性ガラスシール層の長さＬ２が互いに異なる複数のスパークプラグを用いて、長さＬ２と耐久試験時間との関係を求めた。また、本例にて用いるスパークプラグは、初期抵抗値を１ｋΩとした。また、本例においては、端子金具の軸部のプラグ軸方向における長さを調整することにより、長さＬ２を調整した。また、長さＬ２が２．３ｍｍ以上のスパークプラグは、第２導電性ガラスシール層の気孔率が１．０～１．４体積％であった。一方、長さＬ２が２ｍｍよりも短いスパークプラグは、第２導電性ガラスシール層の気孔率が１．４体積％を超えていた。その他の実験条件及び基準は、実験例１と同様である。
(Experiment example 3)
In this example, as shown in the graph of FIG. 8, the basic structure is the same as that of
図８のグラフに示すごとく、第２導電性ガラスシール層の長さＬ２が２．３ｍｍ以上のとき、上記基準を満たしていることが分かる。一方、長さＬ２が２ｍｍよりも短いとき、上記基準を下回る結果となった。これは、長さＬ２が２ｍｍよりも短い場合、スパークプラグの製造時において、軸孔内に配置する第２導電性ガラス材料が少なすぎるため、スパークプラグを加熱しつつ、端子金具をプラグ軸方向Ｚの先端側へ圧入する際、加圧力が第２導電性ガラス材料に充分に伝わりにくかったためと考えられる。これにより、第２導電性ガラスシール層の気孔率を充分に低くすることができなかったと考えられる。 As shown in the graph of FIG. 8, it can be seen that the above criteria are met when the length L2 of the second conductive glass seal layer is 2.3 mm or more. On the other hand, when the length L2 was shorter than 2 mm, the results fell below the above criteria. This is because when the length L2 is shorter than 2 mm, there is too little second conductive glass material placed in the shaft hole during spark plug manufacturing, so while heating the spark plug, the terminal fitting is inserted in the plug axial direction. This is thought to be because the pressing force was not sufficiently transmitted to the second conductive glass material when press-fitting it to the tip side of Z. It is considered that this caused the porosity of the second conductive glass seal layer to be unable to be sufficiently lowered.
一方、長さＬ２が２．３ｍｍ以上の場合、スパークプラグの製造時において、軸孔内に充分な量の第２導電性ガラス材料があるため、スパークプラグを加熱しつつ、端子金具をプラグ軸方向Ｚの先端側へ圧入する際、加圧力を第２導電性ガラス材料に充分に伝えることができたと考えられる。その結果、第２導電性ガラスシール層の気孔率を低く抑えることができたと考えられる。つまり、長さＬ２を２．３ｍｍ以上にすることにより、スパークプラグの長寿命化を確実に図ることができる。 On the other hand, if the length L2 is 2.3 mm or more, there is a sufficient amount of the second conductive glass material in the shaft hole during manufacturing of the spark plug, so the terminal fitting is attached to the plug shaft while heating the spark plug. It is considered that the pressurizing force was able to be sufficiently transmitted to the second conductive glass material when press-fitting to the tip side in direction Z. It is believed that as a result, the porosity of the second conductive glass seal layer could be kept low. In other words, by setting the length L2 to 2.3 mm or more, it is possible to reliably extend the life of the spark plug.
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
１…スパークプラグ、２…絶縁碍子、２１…軸孔、３…中心電極、４１…第１導電性ガラスシール層、４２…第２導電性ガラスシール層、５…抵抗体、６…端子金具
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該絶縁碍子の軸孔（２１）に挿入配置された中心電極（３）と、
上記軸孔内において上記中心電極の基端側に配設された第１導電性ガラスシール層（４１）と、
上記軸孔内において上記第１導電性ガラスシール層の基端側に配設された抵抗体（５）と、
上記軸孔内において上記抵抗体の基端側に配設された第２導電性ガラスシール層（４２）と、
上記第２導電性ガラスシール層の基端側に配設されると共に、上記軸孔の基端部を塞ぐ端子金具（６）と、を有し、
上記端子金具と上記中心電極との間の抵抗値は１ｋΩ以上かつ３ｋΩ以下であり、
上記第２導電性ガラスシール層の気孔率は１．４体積％以下である、内燃機関用のスパークプラグ（１）。 a cylindrical insulator (2);
a center electrode (3) inserted into the shaft hole (21) of the insulator;
a first conductive glass seal layer (41) disposed within the shaft hole on the base end side of the center electrode;
a resistor (5) disposed within the shaft hole on the base end side of the first conductive glass seal layer;
a second conductive glass seal layer (42) disposed within the shaft hole on the proximal end side of the resistor;
a terminal fitting (6) disposed on the base end side of the second conductive glass seal layer and closing the base end of the shaft hole;
The resistance value between the terminal fitting and the center electrode is 1 kΩ or more and 3 kΩ or less,
A spark plug (1) for an internal combustion engine, wherein the second conductive glass seal layer has a porosity of 1.4% by volume or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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