JP4024320B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等で火花放電を行なうスパークプラグに関し、特に中軸電極から絶縁体へ熱を逃がす技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスパークプラグの要部の断面を図６に示す。このスパークプラグは、筒状の主体金具に固定された絶縁体１０１の軸孔１０１ａの内部に、棒状の中軸電極１０２が固定されたもので、中軸電極１０２は径方向に突出するフランジ部１０２ａを備えるとともに、絶縁体１０１はフランジ部１０２ａと係止する段部１０１ｂを備え、フランジ部１０２ａが段部１０１ｂに押し付けられた状態で中軸電極１０２が絶縁体１０１の軸孔１０１ａ内に固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁体１０１は、アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックであるため、硬質であるとともに、段部１０１ｂを含む絶縁体１０１の表面は粗い。
一方、中軸電極１０２の表面は、ニッケルやニッケル合金、あるいはインコネル等硬質な金属が使用されるものであるとともに、塑性変形を伴う加工によって形成されるため、段部１０１ｂと接触するフランジ部１０２ａを含む中軸電極１０２の表面は硬い。
【０００４】
このように、スパークプラグは、硬く表面の粗い絶縁体１０１と、硬い中軸電極１０２とが接触するものであるため、絶縁体１０１と中軸電極１０２との接触面積は小さく、中軸電極１０２から絶縁体１０１へ熱を逃がす熱伝導性に優れない不具合があった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、中軸電極から絶縁体へ熱を、高い伝導率で逃がすことのできるスパークプラグの提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のスパークプラグは、次の技術的手段を採用した。
〔請求項１の手段〕
筒状の主体金具と、この主体金具内に固定され、内部に軸孔を備える筒状の絶縁体と、ニッケル合金の内部に熱伝導性に優れた銅を配し前記軸孔の内部に挿入された棒状の中軸電極とを具備し、
前記中軸電極は径方向に突出するフランジ部を備えるとともに、前記絶縁体は前記フランジ部と軸方向に係止する段部を備え、前記中軸電極は前記フランジ部が前記段部に押し付けられて前記絶縁体の前記軸孔内に固定されたスパークプラグにおいて、
前記中軸電極の前記フランジ部と、前記絶縁体の前記段部との間には、鍍金技術、溶射技術、蒸着技術、塗布技術、焼付技術の何れかの金属層形成技術、あるいは前記金属層形成技術を複数組み合わせた技術によって形成された金、銀、銅、アルミニウム、あるいはこれらを主体とする合金であり、前記フランジ部の表面に形成された軟質性金属が押圧されて変形し、前記段部の表面に密着するように挟まれたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の作用および効果】
スパークプラグの中軸電極は、そのフランジ部が絶縁体の段部に押し付けられて絶縁体の軸孔内に固定される。押し付けられる中軸電極のフランジ部と、絶縁体の段部との間には、軟質性金属が挟まれる。このため、押し付けられた軟質性金属の表面が変形し、軟質性金属がフランジ部の表面と、絶縁体の段部の表面とに密着する。つまり、中軸電極のフランジ部と絶縁体の段部との間の空隙が減少し、中軸電極のフランジ部と絶縁体の段部との熱伝導性が向上する。
この結果、中軸電極の熱を、軟質性金属を介して絶縁体へ素早く逃がすことができ、熱引き特性に優れたスパークプラグとすることができる。
【００１２】
なお、中軸電極の表面に軟質性金属を形成する場合や、絶縁体の表面に軟質性金属を形成する場合は、軟質性金属を火花放電側に形成しない。軟質性金属を火花放電側に形成すると、軟質性金属が燃焼ガスに晒されて酸化膨張し、絶縁体が割れる可能性がある。しかるに、軟質性金属を火花放電側に形成しないことによって、軟質性金属が絶縁体を破損させる不具合を回避することができる。
【００１３】
また、中軸電極のフランジ部と、絶縁体の段部との間に挟まれる軟質性金属を、別体のパッキングとすると、既存の絶縁体の生産工程や、既存の中軸電極の生産工程を変更することなく、中軸電極の熱を絶縁体へ素早く安定して逃がすことができるスパークプラグを製造することができる。
【００１４】
【実施例】
次に、本発明のスパークプラグを、図面を用いて説明する。
〔第１実施例の構成〕
図１ないし図４は第１実施例を説明する図面で、図１はスパークプラグの先端側の断面図、図２はスパークプラグの要部断面図である。
【００１５】
スパークプラグ１は、主要な構成として、ガソリンエンジン等の内燃機関に締結される略筒状の主体金具２と、この主体金具２の内部に固定され、軸方向へ伸びる孔（以下、軸孔３ａ）を備える絶縁体３と、この絶縁体３の軸孔３ａ内の先端側（燃焼室側）に固定された中軸電極４と、および主体金具２の端部に接合された外側電極５とを備える。
【００１６】
また、絶縁体３の軸孔３ａ内には、中軸電極４の他に、絶縁体３の後端側（反燃焼室側）に固定された端子電極６、中軸電極４と端子電極６との間に配置されたモノシリック抵抗体７が配置され、中軸電極４、端子電極６およびモノシリック抵抗体７は、絶縁体３の軸孔３ａ内に封入された導電性のガラスシール８によって固定されている。
【００１７】
なお、スパークプラグ１は、次の順序で組み付けられる。まず、絶縁体３の軸孔３ａ内に中軸電極４を挿入する。次に、ガラスと金属粉（銅粉）の混合物よりなるガラスシール８を軸孔３ａ内に入れ、続いてガラスシールにカーボンを混入した粉状のモノシリック抵抗体７を入れ、さらに上記粉状のガラスシール８を軸孔３ａ内に入れる。次いで、絶縁体３をガラスシール８及びモノシリック抵抗体７を軟化点以上に加熱し、ガラスシール８が溶けた状態で端子電極６を軸孔３ａ内に圧入する。これによって、溶けたガラスシール８が軸孔３ａ内の隙間に回り込み、軸孔３ａ内にガラスシール８およびモノシリック抵抗体７が封入されるとともに、中軸電極４のフランジ部４ｂが、絶縁体３の軸孔３ａ内の段部３ｂに強く押し付けられる。その後、徐冷する。
【００１８】
次に、主体金具２内の台座２ａに熱伝導性に優れた銅等のパッキング１１を入れ、中軸電極４が封入された絶縁体３を主体金具２内に挿入する。続いて、主体金具２と絶縁体３との隙間に、リング１２、シール粉末１３、リング１４を挿入し、主体金具２の後端２ｂを内側へカシメることで絶縁体３を主体金具２の内側に固定する。以上の工程によって、スパークプラグ１が完成する。
【００１９】
主体金具２は、図示しない内燃機関に締結されることでエンジンにアース接地されるもので、その周囲には内燃機関にネジ込まれるネジ部２ｃ、および主体金具２を締結するための工具が嵌め合わされる六角部２ｄが形成されている。また、主体金具２の内周には、パッキング１１を受ける上述の台座２ａを備える。なお、パッキング１１は、絶縁体３の外周段差３ｃにも圧接して、主体金具２と絶縁体３との隙間を塞ぐとともに、絶縁体３の熱を主体金具２へ導くものである。
【００２０】
絶縁体３は、アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミック製の絶縁物で、先端側の脚長部３ｄ（主体金具２との間にガスボリュームを形成する部分）がテーパ状に設けられている。また、絶縁体３の外周には、パッキング１１に当たる上述の外周段差３ｃが形成されている。さらに、絶縁体３の軸孔３ａ内は、先端側が小径に設けられ、大径部と小径部との間の段部３ｂには、中軸電極４のフランジ部４ｂが押し付けられ、中軸電極４を軸方向に係止するように設けられている。
【００２１】
外側電極５は、断面略矩形の棒状金属を略Ｌ字形に曲折された耐熱性および耐腐食性に優れたニッケル、ニッケル合金（例えばインコネル）で、主体金具２の先端面に溶接技術によって接合されたものである。そして、外側電極５の端部は、中軸電極４の先端に対して対向配置され、外側電極５の端部と中軸電極４の先端との間に所定の火花放電ギャップＧを形成する。
【００２２】
中軸電極４は、絶縁体３の軸孔３ａ内において燃焼室側に固定される棒状のもので、先端が絶縁体３の端部より突出する。本実施例の中軸電極４の先端には、プラチナなど、耐火花消耗性に優れた貴金属チップ４ｃが接合されている。また、中軸電極４の後端側の周囲には、絶縁体３の段部３ｂに係止する径方向へ突出した上述のフランジ部４ｂが設けられている。このフランジ部４ｂは、端子電極６を絶縁体３の軸孔３ａ内に圧入する際に、溶けたガラスシール８によって段部３ｂに押しつけられて、中軸電極４を絶縁体３の軸孔３ａ内に固定する。さらに、中軸電極４の後端面には、ガラスシール８との接合強度を増すための窪み４ｄが設けられている。
【００２３】
なお、端子電極６は、点火時期に高電圧を発生する点火装置（図示しない）と高圧コード（図示しない）を介して接続されるものである。また、ガラスシール８およびモノシリック抵抗体７は、高電圧が印加された際のノイズの発生を防ぐとともに、組付け時に、溶融後固化して中軸電極４および端子電極６を、絶縁体３の軸孔３ａ内に固定するものである。
【００２４】
中軸電極は、耐熱性および耐腐食性に優れたニッケル合金４ｅの内部に、熱伝導性に優れた銅４ｆを配した複合電極で、絶縁体３の段部３ｂと当接する当接面と、その当接面の近傍には、導電性に優れ、且つフランジ部４ｂが段部３ｂに押し付けられる力で、表面が変形可能な、金、銀、銅、アルミニウム、あるいはこれらを主体とする合金よりなる軟質性金属４ａの層が形成されている。なお、軟質性金属４ａは、絶縁体３の段部３ｂと当接する当接面と、その当接面の近傍に設けられるのみで、火花放電側には形成されないものである。この場合、軟質性金属４ａはフランジ部４ｂの表面に形成されている。
【００２５】
この軟質性金属４ａは、中軸電極４を絶縁体３の軸孔３ａ内に挿入する前の工程において、すでに中軸電極４に形成されたもので、鍍金技術、溶射技術、蒸着技術、塗布技術、焼付技術等の何れかの金属層形成技術、あるいは上記金属層形成技術を複数組み合わせて、中軸電極４に軟質性金属４ａを形成したものである。
【００２６】
〔実験データ〕
絶縁体３の段部３ｂと、中軸電極４のフランジ部４ｂとの間に、軟質性金属４ａを介在させた実施例品と、中軸電極４のフランジ部４ｂとの間に、軟質性金属４ａを介在させない従来品（軟質性金属４ａを有しないもので、他の条件は実施例品と同一）とを用い、内燃機関の回転数と中軸電極の温度との関係を測定した温測テストと、使用時間と火花放電ギャップＧの増加量との関係を測定した耐久テスト（５０００ｒｐｍ×４／４×２００ｈｒ）とを行った。
【００２７】
温測テストの結果を図３のグラフに示す。なお、実線Ａは従来品における中軸電極４の温度を示し、破線Ｂは実施例品における中軸電極４の温度を示す。この図３のグラフから分かるように、中軸電極４のフランジ部４ｂとの間に、軟質性金属４ａを介在させることにより、中軸電極４の温度上昇を約５０°Ｃ程度抑えることができる。
【００２８】
耐久テストの結果を図４のグラフに示す。なお、実線Ｃは従来品における火花放電ギャップＧを示し、破線Ｄは実施例品における火花放電ギャップＧを示す。この図４のグラフから分かるように、中軸電極４のフランジ部４ｂとの間に、軟質性金属４ａを介在させることにより、火花放電ギャップＧの増加を約０．０５ｍｍ程度少なくすることができる。
【００２９】
〔実施例の効果〕
上記の測定結果からも明らかなように、絶縁体３の段部３ｂと中軸電極４のフランジ部４ｂとの間に、軟質性金属４ａを挟むことにより、脚長部３ｄの長さや径、絶縁体３の材質等を変更することなく、中軸電極４の温度上昇を抑えることができ、それによって火花放電ギャップＧの増加を抑えることができる。
【００３０】
これは、中軸電極４のフランジ部４ｂが絶縁体３の段部３ｂに押し付けられて、これらの間に介在される軟質性金属４ａの表面が変形し、軟質性金属４ａがフランジ部４ｂの表面と、絶縁体３の段部３ｂの表面とにそれぞれ密着し、フランジ部４ｂと段部３ｂとの間の空隙が減少して、結果的に中軸電極４のフランジ部４ｂと絶縁体３の段部３ｂとの熱伝導性が向上するためである。
【００３１】
スパークプラグ１は、先端側より加熱されるため、絶縁体３および中軸電極４は受熱と放熱とによって、膨張および収縮を行う。絶縁体３と中軸電極４は、材質が異なるため、膨張率が異なり、膨張および収縮時に絶縁体３と中軸電極４との間に歪みを発生するように作用する。しかるに、絶縁体３と中軸電極４の膨張および収縮の差を、軟質性金属４ａが変形して吸収するため、例えば、中軸電極４の膨張によって絶縁体３が破損するなどの不具合を解消することができる。
【００３２】
また、スパークプラグ１の組付時において、絶縁体３の軸孔３ａ内に中軸電極４を挿入した後に、中軸電極４を絶縁体３内に押圧することにより、フランジ部４ｂが段部３ｂに押し付けられて、フランジ部４ｂと段部３ｂとの間が軟質性金属４ａを介して密着し、フランジ部４ｂと段部３ｂとの間に隙間がなくなる。この状態で、粉状のガラスシール８や、滑石等を軸孔３ａ内に入れても、軸孔３ａ内に入れられた粉末が中軸電極４の先端側へ流出する不具合が解消できる。
【００３３】
さらに、中軸電極４の熱を、軟質性金属４ａを介して安定して絶縁体３へ素早く逃がすことができるため、中軸電極４と絶縁体３との熱伝導性が、絶縁体３および中軸電極４の表面形状や接触状態に大きく左右されることなく、結果的に製造されるスパークプラグ１の熱価が安定化する。
【００３４】
なお、軟質性金属４ａは、段部３ｂとフランジ部４ｂとの当接面と、その当接面の近傍に設けられるのみで、火花放電側には形成されない。軟質性金属４ａを火花放電側に形成すると、軟質性金属４ａが燃焼ガスに晒されて酸化膨張し、絶縁体３が割れる可能性があるが、軟質性金属４ａを火花放電側に形成しないことによって、軟質性金属４ａが絶縁体３を破損させる不具合を回避できる。
【００３５】
〔第２実施例〕
図５は第２実施例を示すスパークプラグの要部断面図である。
上記の第１実施例では、軟質性金属４ａを中軸電極４の表面に形成した例を示したが、本実施例は、軟質性金属４ａを絶縁体３の表面に形成したものである。
【００３６】
具体的には、軟質性金属４ａは、少なくとも、中軸電極４のフランジ部４ｂと当接する当接面に形成されたもので、第１実施例同様、熱伝導性に優れ、且つフランジ部４ｂが段部３ｂに押し付けられる力で、表面が変形可能な、金、銀、銅、アルミニウム、あるいはこれらを主体とする合金よりなる軟質性金属４ａの層である。なお、本実施例の軟質性金属４ａも、中軸電極４のフランジ部４ｂと当接する当接面と、その当接面の近傍に形成されるのみで、火花放電側には形成されないものである。
【００３７】
この軟質性金属４ａは、中軸電極４を絶縁体３の軸孔３ａ内に挿入する前の工程において、すでに絶縁体３に形成されたもので、鍍金技術、溶射技術、蒸着技術、塗布技術、焼付技術等の何れかの金属層形成技術、あるいは上記金属層形成技術を複数組み合わせて、絶縁体３に軟質性金属４ａを形成したものである。
【００４１】
〔変形例〕
上記の実施例では、中軸電極４をニッケル合金４ｅと銅４ｆとからなる複合電極とした例を示したが、ニッケル合金４ｅ以外の複合電極としたり、インコネル、ニッケル、ニッケル合金などの単一部材によって中軸電極４を設けても良い。中軸電極４の火花放電部にプラチナ等の貴金属チップ４ｃを接合した例を示したが、貴金属を接合しなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スパークプラグの先端側の断面図である（第１実施例）。
【図２】 スパークプラグの要部断面図である（第１実施例）。
【図３】 温測テストの結果を示すグラフである（第１実施例）。
【図４】 耐久テストの結果を示すグラフである（第１実施例）。
【図５】 スパークプラグの要部断面図である（第２実施例）。
【図６】 スパークプラグの要部断面図である（従来技術）。
【符号の説明】
１ スパークプラグ
２ 主体金具
３ 絶縁体
３ａ 軸孔
３ｂ 段部
４ 中軸電極
４ａ 軟質性金属
４ｂ フランジ部

Claims (1)

1. 筒状の主体金具と、この主体金具内に固定され、内部に軸孔を備える筒状の絶縁体と、ニッケル合金の内部に熱伝導性に優れた銅を配し前記軸孔の内部に挿入された棒状の中軸電極とを具備し、
   前記中軸電極は径方向に突出するフランジ部を備えるとともに、前記絶縁体は前記フランジ部と軸方向に係止する段部を備え、前記中軸電極は前記フランジ部が前記段部に押し付けられて前記絶縁体の前記軸孔内に固定されたスパークプラグにおいて、
   前記中軸電極の前記フランジ部と、前記絶縁体の前記段部との間には、鍍金技術、溶射技術、蒸着技術、塗布技術、焼付技術の何れかの金属層形成技術、あるいは前記金属層形成技術を複数組み合わせた技術によって形成された金、銀、銅、アルミニウム、あるいはこれらを主体とする合金であり、前記フランジ部の表面に形成された軟質性金属が押圧されて変形し、前記段部の表面に密着するように挟まれたことを特徴とするスパークプラグ。