JP4302224B2

JP4302224B2 - Spark plug

Info

Publication number: JP4302224B2
Application number: JP04383399A
Authority: JP
Inventors: 一郎権田; 渉松谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2019-02-22
Also published as: JP2000243535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグにおいては、エンジンの高出力化や燃費向上の目的で、燃焼室内の温度も高くなる傾向にあり、また着火性向上のために、スパークプラグの発火部を燃焼室内部に突き出させるタイプのエンジンも多く使用されるようになってきている。このような状況では、スパークプラグの発火部が高温にさらされるので、その火花消耗が進みやすくなる。そこで、発火部の耐火花消耗性向上のために、電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを溶接したタイプのものが多数提案されている。
【０００３】
ところで最近は、エンジンヘッドの構造は複雑化する傾向にあり、スパークプラグが取り付けられるバルブ周辺のスペースも減少している。そのため、スパークプラグの主体金具の取付ねじ部の外径を１２ｍｍ以下にした小型のスパークプラグの需要が増えてきている。このように取付ねじ部が小径化した場合、主体金具内に絶縁体あるいは中心電極を組み付けるためのスペースは否応なく縮小され、結果として絶縁体の厚み等も、取付ねじ部径の大きいスパークプラグと比較して十分に確保することが困難となる。近年、エンジン性能の向上等のため火花放電電圧は上昇する傾向にあり、厚みが不足した部分において絶縁体の耐電圧が不十分となり、絶縁破壊等のトラブルが生じやすくなる問題がある。
【０００４】
また、主体金具の内径が縮小すると、絶縁体外面と主体金具内面との間に形成される隙間（ガスボリュームとも称される）が小さくなり、中心電極あるいは絶縁体と主体金具との間で飛火する、いわゆる横飛びが発生しやすくなる問題がある。このような横飛びが発生する原因についてはさまざまな考察がなされているが、例えば特開平９−２１９２２７４号公報には、中心電極に固着する貴金属チップの材質によっても横飛び発生の難易に差があり、特に貴金属チップがＩｒを主体に構成されている場合に横飛びが発生しやすくなる旨が記されている。そして、該公報には、Ｉｒ系チップを使用したスパークプラグにおいて、横飛発生を抑制するために各部の寸法を次のように規定する提案がなされている。
【０００５】
すなわち、火花ギャップの幅をＡ（本明細書ではＤ）、ガスボリューム幅をＢ（本明細書ではＥ）、絶縁体の主体金具からの出寸法をＣ（本明細書ではＦ）、取付ねじ部の外径をＤ（本明細書ではＭ）、チップ先端径をＧ（本明細書ではＢ）、チップの中心電極先端面からの突出高さをＨとして：
Ｄ≦１２ｍｍ
（１０／９）×Ａ≦Ｂ；
Ａ≧０．９ｍｍ；
Ｂ≦１．５ｍｍ；
１．０ｍｍ≦Ｃ≦３．０ｍｍ；
１０ｍｍ≦Ｄ≦１２ｍｍ；
０．６ｍｍ≦Ｇ≦０．９ｍｍ；
０．３ｍｍ≦Ｈ≦１．０ｍｍ。
また、中心電極の外径Ｆは、熱引き低下による発火部の耐消耗性悪化を招かないように、２．０ｍｍ以上にすることが望ましいとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果、取付ねじ部の外径Ｄが１２ｍｍ以下のスパークプラグにおいては、上記のような寸法規定では横飛びを必ずしも確実に防止できるには至らないことが判明した。また、本発明者らの検討によれば、横飛び防止には絶縁体の厚みも重要な因子として関与していることもわかったが、上記の公報においては、横飛び防止を考慮した絶縁体の厚み規定に関する開示は全くなされていない。また、外径Ｄが１２ｍｍ以下のスパークプラグにおいて絶縁体の厚みを適切に規定することは、前記した絶縁破壊を防止する観点においても極めて重要であるが、上記公報においてはこの点に関しても何一つ言及していない。
【０００７】
本発明の課題は、Ｉｒ等を主成分とする高融点金属チップを使用した、取付ねじ部の外径Ｄが１２ｍｍ以下のスパークプラグにおいて、従来とは異なる観点から横飛び防止あるいは絶縁破壊等の不具合解消を図り、ひいては小型でしかも信頼性及び耐久性に優れたスパークプラグを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明のスパークプラグは、下記の要件を必須要件として含む。すなわち、軸状に形成されて先端に、単体の融点がＰｔよりも高い金属元素を主成分とする高融点金属チップが固着された中心電極と、その外側を覆う軸状の絶縁体と、両端が開放する筒状に形成され、中心電極の外側に配置される主体金具と、その主体金具に基端側が結合されるとともに先端側が側方に曲げ返されて側面が中心電極先端の高融点金属チップと対向し、該高融点金属チップとの間に火花ギャップを形成する接地電極とを備え、
中心電極の軸線方向において火花ギャップの形成される側を前方側、これと反対側を後方側として、主体金具の前端側外周面には取付ねじ部が形成されるとともに、その取付ねじ部の外径をＭとしたときに、Ｍ≦１２ｍｍとされる。
【００１３】
なお、上記Ａの値が１．４ｍｍ未満になると、中心電極の熱引きが悪くなり、発火部（高融点金属チップ）の耐消耗性の不足を招く場合がある。他方、Ａの値が２．０ｍｍを超えた場合には、主体金具と中心電極との間に確保できる絶縁体厚さＣあるいは隙間幅Ｅを確保するためのスペースが不足し、横飛び発生あるいは絶縁体の厚み減少による絶縁強度不足につながる場合がある。なお、Ａの値は、望ましくは１．４ｍｍ〜１．９ｍｍ（請求項３）、さらに望ましくは１．４〜１．８ｍｍとなっているのがよい。
【００１５】
絶縁体は、前端部が周方向の段部により縮径されて該段部が絶縁体側係合部とされ、主体金具に対し後方側開口部から挿入されるとともに、絶縁体側係合部が、取付ねじ部内において主体金具の内面から突出する金具側係合部とリング状のパッキンを介して係合させることができる。そのパッキンの軸線方向前端内縁に対応する絶縁体厚さをＧとした場合、Ｇ≧１．５ｍｍとする。絶縁体は、一般にはパッキンとの係合部が段付面に形成され、パッキンの軸線方向前端内縁位置（以下、パッキン内縁位置という）は、この段付面形成により谷底となる部分において電界集中を受けやすい傾向にある。そして、絶縁体は、この段付面を境に先端側が縮径して薄肉となる構造を有しているので、電界集中しやすい上記部分は特に貫通破壊等を起こしやすくなる。そこで、上記のように、この部分における絶縁体厚さＧを１．５ｍｍ以上に確保することで、絶縁体の絶縁強度を効果的に高めることができる。
【００１６】
Ｇの値が１．５ｍｍ未満では、上記位置での絶縁体の貫通破壊等が発生しやすくなる場合がある。他方、外径Ｍが１２ｍｍ以下（あるいはＭ１２以下）の取付ねじ部の場合には、金具先穴径は、接地電極の肉厚確保のためφ７．６が限界であり、このようにＧを広げる工夫をしても、Ｇの値が２ｍｍを超えると中心電極径が相対的に小さくなり、発火部の耐消耗性低下につながる場合がある。Ｇの値は、望ましくは１．５５〜１．８ｍｍとするのがよい。
【００１７】
なお、主体金具の取付ねじ部の外径Ｍが１２ｍｍ以下である場合、ガスボリューム幅Ｅと絶縁体厚みＣを確保するためのスペースを考慮すれば、主体金具の先端開口端面における内径寸法は７．２ｍｍよりも大きくすることが望ましい。この場合、火花ギャップの間隔をＤ、ガスボリューム幅をＥ、絶縁体の主体金具の先端側開口端面からの出寸法をＦとすれば、０．８ｍｍ≦Ｄ≦１．４ｍｍ、Ｅ≧１．３ｍｍ、１．０ｍｍ≦Ｆ≦４．０ｍｍとなっていることが、横飛びを防止する上で望ましい。なお、本明細書では、ガスボリューム幅Ｅは、主体金具の内面と絶縁体外面との間に形成された環状の隙間の、主体金具の先端側開口端面内縁における幅として定義する。
【００１８】
ギャップ間隔Ｄが１．４ｍｍ以上になると、放電電圧が高くなり過ぎて電源の負担が大きくなり、電源回路系の寿命低下につながる場合がある。他方、Ｄが０．８ｍｍ未満では、着火性が低下する場合がある。なお、Ｄの値は、より望ましくは０．９〜１．１ｍｍとするのがよい。
【００１９】
また、絶縁体の主体金具の先端側開口端面からの出寸法Ｆが１．０ｍｍ未満では、火花の横飛びが発生しやすくなる場合があり、逆にＦが４．０ｍｍを超えると、プラグの発火部が過熱箇所となって火花発生前に混合気に着火する、いわゆるプレイグニッションを引き起こしやすくなる場合がある。上記出寸法Ｆは、望ましくは１．０〜３．０ｍｍとするのがよい。
【００２０】
なお、本発明においてガスボリューム幅Ｅは、火花ギャップの大きさＤよりも大きく設定することが、横飛び発生をより効果的に防止する上で望ましい。また、ＥをＤよりも大きく設定することで、例えば貫通破壊強度向上等の目的で絶縁体の厚さＣを大きく設定するに伴い、ガスボリューム幅Ｅが相対的に減少する場合においても、横飛び発生に及ぼす影響を小さくすることができる。ガスボリューム幅Ｅは、具体的には１．３ｍｍ以上に設定するのがよい。ガスボリューム幅Ｅが１．３ｍｍ未満になると、横飛び発生確率が高くなる場合がある。他方、ガスボリューム幅Ｅが１．８ｍｍを超えると、絶縁体厚さＣあるいは中心電極外径Ａを十分に確保できなくなる場合がある。Ｃが不足した場合には絶縁体の絶縁強度低下につながり、Ａが不足した場合には、発火部の耐消耗性低下につながる。なお、ガスボリューム幅Ｅは、より望ましくは１．５ｍｍ以上、さらに望ましくは１．６ｍｍ以上とするのがよい。
【００２１】
次に、高融点金属チップは、Ｉｒ、Ｗ、Ｒｅ及びＭｏのいずれかを主成分に構成することができる。これらの金属元素はいずれも、単体の融点がＰｔよりも高く、中心電極の温度が上昇しやすい環境下においても、発火部の耐消耗性を良好なものとすることができる。
【００２２】
高融点金属チップをＩｒを主体に構成する場合、Ｉｒが高温域において酸化・揮発しやすい性質を有しているため、そのまま発火部に使用すると、火花消耗よりも酸化・揮発による消耗が問題となる欠点がある。そこで、高融点金属チップを、Ｉｒを主成分として、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ及びＲｅの１種または２種以上を添加したＩｒ合金を主体に構成することで、このようなＩｒの酸化揮発を効果的に抑制することができ、発火部の耐消耗性を良好なものとすることができる。
【００２３】
具体的な材質としては、下記のものを例示できる。
（１）Ｉｒを主体としてＲｈを３〜５０重量％（ただし５０重量％は含まない）の範囲で含有する合金を使用する。該合金の使用により、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部の消耗が効果的に抑制され、ひいては耐久性に優れたスパークプラグが実現される。
【００２４】
上記合金中のＲｈの含有量が３重量％未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、発火部が消耗しやすくなるためプラグの耐久性が低下する。一方、Ｒｈの含有量が５０重量％以上になると合金の融点が低下し、プラグの耐久性が同様に低下する。以上のことから、Ｒｈの含有量は前述の範囲で調整するのがよく、望ましくは７〜３０重量％、より望ましくは１５〜２５重量％、最も望ましくは１８〜２２重量％の範囲で調整するのがよい。
【００２５】
（２）Ｉｒを主体としてＰｔを１〜２０重量％の範囲で含有する合金を使用する。該合金の使用により、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部の消耗が効果的に抑制され、ひいては耐久性に優れたスパークプラグが実現される。なお、上記合金中のＰｔの含有量が１重量％未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、発火部が消耗しやすくなるためプラグの耐久性が低下する。一方、Ｐｔの含有量が２０重量％以上になると合金の融点が低下し、プラグの耐久性が同様に低下する。
【００２６】
（３）Ｉｒを主体としてＲｈを０．１〜３５重量％の範囲で含有し、さらにＲｕを０．１重量％以上含有する合金を使用する。これにより、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部の消耗がさらに効果的に抑制され、ひいてはより耐久性に優れたスパークプラグが実現される。Ｒｈの含有量が０．１重量％未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、発火部が消耗しやすくなるためプラグの耐消耗性が確保できなくなる。一方、Ｒｈの含有量が３５重量％を超えると、Ｒｕを含有する合金の融点が低下して耐火花消耗性が損なわれ、プラグの耐久性が同様に確保できなくなる。それ故、Ｒｈの含有量は上記範囲で調整される。
【００２７】
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一方、Ｒｕの含有量が０．１重量％未満になると、該元素の添加によるＩｒの酸化・揮発による消耗を抑制する効果が不十分となる。なお、Ｒｕの含有量の上限は、発火部の火花消耗抑制効果の必要レベルに応じて、例えば１７重量％程度のまでの範囲で適宜調整される。
【００２８】
Ｒｕが合金中に含有されることにより発火部の耐消耗性が改善される原因の一つとして、例えばこの成分の添加により、合金表面に高温で安定かつ緻密な酸化物皮膜が形成され、単体の酸化物では揮発性が非常に高かったＩｒが、該酸化物皮膜中に固定されることが推測される。そして、この酸化物皮膜が一種の不動態皮膜として作用し、Ｉｒ成分の酸化進行を抑制するものと考えられる。また、Ｒｈを添加しない状態では、Ｒｕを添加しても合金の高温での耐酸化揮発性はそれほど改善されないことから、上記酸化物皮膜はＩｒ−Ｒｕ−Ｒｈ系等の複合酸化物であり、これが緻密性ないし合金表面に対する密着性においてＩｒ−Ｒｕ系の酸化物皮膜より優れたものとなっていることも考えられる。
【００２９】
また、Ｒｕの添加により、さらに次のような重要な効果を達成することができる。すなわち、Ｒｕを合金中に含有させることにより、Ｉｒ−Ｒｈ二元合金を使用する場合と比較して、Ｒｈ含有量を大幅に削減しても耐消耗性を十分に確保でき、ひいては高性能のスパークプラグをより安価に構成できるようになる。この場合、Ｒｈの含有量は０．１〜３重量％となっているのがよい。
【００３０】
（４）Ｉｒを主体としてＰｔ、Ｒｅ及びＰｄの少なくともいずれかを合計で１〜３０重量％の範囲で含有し、さらにＲｈを１〜４９重量％の範囲で含有した合金を使用する。Ｉｒを主体として上記範囲のＰｔ、ＲｅないしＰｄを含有する合金により構成することで、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による消耗が効果的に抑制さるとともに、合金がさらに上記範囲のＲｈを含有することにより、その加工性が劇的に改善される。チップとしては、原料を所定の組成となるように配合・溶解して得られる溶解合金に対し所定の加工を施して形成されたものが使用できる。なお、ここでいう「加工」とは、圧延、鍛造、切削、切断及び打抜きの少なくともいずれかを単独で、又は複数を組み合わせてなされるものを意味するものとする。
【００３１】
Ｒｈの含有量が１重量％未満になると、合金の加工性改善効果が十分に達成できなくなり、例えば加工中に割れやクラックなどが生じやすくなって、チップを製造する際の材料歩留まりの低下につながる。また、熱間打抜き加工等によりチップを製造する場合は、打抜き刃等の工具の消耗あるいは損傷が生じやすくなり、製造効率が低下する。一方、４９重量％を越えると合金の融点が低下し、プラグの耐久性低下を招く。それ故、Ｒｈの含有量は前述の範囲で調整するのがよく、望ましくは２〜２０重量％の範囲で調整するのがよい。特に、ＰｄないしＰｔの合計含有量が５重量％以上である場合には合金がさらに脆くなり、所定量以上のＲｈを添加しないと、加工によるチップ製造が極めて困難となる。この場合、Ｒｈは２重量％以上、望ましくは５重量％以上、さらに望ましくは１０重量％以上添加するのがよい。なお、Ｒｈの含有量が３重量％以上である場合には、Ｒｈは加工性の改善だけでなく、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発の抑制に対しても効果を生ずる場合がある。
【００３２】
ＰｔないしＰｄの合計含有量が１重量％未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、チップが消耗しやすくなるためプラグの耐久性が低下する。一方、含有量が３０重量％以上になると合金の融点が低下し、プラグの耐久性が同様に低下したり（例えばＰｄ単独添加の場合）、あるいは高価なＰｔないしＰｄの含有量が増大してチップの材料コストが増大する割には、チップの消耗抑制効果がそれほど期待できなくなる問題が生ずる。以上のことから、ＰｔないしＰｄの合計含有量は前述の範囲で調整するのがよく、望ましくは３〜２０重量％の範囲で調整するのがよい。
【００３３】
また、高融点金属チップを上記のＩｒ合金をベースとして構成する場合に、Ｉｒの酸化揮発を防止する目的で、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｗ、Ｎｉ及びＣｒから選ばれる１種又は２種以上の元素の酸化物、炭化物、窒化物及びホウ化物の１種又は２種以上を配合することができる。例えば、元素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合酸化物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有させることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発による消耗がさらに効果的に抑制される。上記酸化物の含有量が０．１重量％未満になると、当該酸化物添加によるＩｒの酸化・揮発防止効果が十分に得られなくなる。一方、酸化物の含有量が１５重量％を超えると、チップの耐熱衝撃性が低下し、例えばチップを電極に溶接等により固着する際に、ひびわれ等の不具合を生ずることがある。なお、上記酸化物としては、Ｙ_２Ｏ_３が好適に使用されるが、このほかにもＬａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、ＺｒＯ_２等を好ましく使用することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施の形態を図面を用いて説明する。
図１及び図２に示す本発明の一例たる抵抗体入りスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部が突出するようにその主体金具１に嵌め込まれた絶縁体２、発火部３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及び主体金具１に一端が結合され、発火部３１（中心電極３）の側面と対向するように配置された接地電極４等を備えている。接地電極４は、その先端面が発火部３１の側面とほぼ平行に対向するように曲げられており、発火部３１と対向する位置に対向発火部３２が形成されている。そして、これら発火部３１と対向発火部３２との間が火花ギャップｇとなっている。一方、接地電極４の基端側は、主体金具１に対して溶接等により固着・一体化されている。また、主体金具１は炭素鋼等で形成され、図１に示すように、発火部３１側の外周面には機関への取付け用のねじ部１２が形成されている。このねじ部の外径Ｍは、例えば８〜１２ｍｍである。
【００３５】
中心電極３及び接地電極４の本体部３ａ及び４ａはインコネル（英国Inco社の商標名）等のＮｉ合金で構成されている。一方、上記発火部３１及び対向発火部３２は、単体の融点がＰｔよりも高い金属元素を主成分とする高融点金属、例えばＩｒ合金にて構成される。高融点金属の具体的な材質については、すでに詳細に説明済みなので、ここでは繰り返さない。また、絶縁体２はアルミナ等のセラミックス焼成体で構成されている。
【００３６】
図２に示すように、中心電極３の本体部３ａは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構成され、ここに上記発火部３１を構成する円板状の高融点金属チップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより発火部３１が形成される。また、対向発火部３２は、発火部３１に対応する位置において接地電極４に同様のチップを位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同様に溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより形成される。なお、対向発火部３２を省略する構成としてもよい。なお本明細書でいう「発火部」とは、接合されたチップのうち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例えば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金化した部分を除く残余の部分）を指すものとする。
【００３７】
図２において、主体金具１の先端側開口端面に対応する位置における絶縁体２の厚さをＣとしたときに、Ｃ≧１．１ｍｍとされている。絶縁体２の端面に対応する位置における中心電極３の外径をＡとして、１．４ｍｍ≦Ａ≦２．０ｍｍ（望ましくは１．４ｍｍ≦Ａ≦１．９ｍｍ、さらに望ましくは１．４ｍｍ≦Ａ≦１．８ｍｍ）とされている。発火部３１を構成する高融点金属チップの外径をＢとして、０．４ｍｍ≦Ｂ≦１．０ｍｍ（望ましくは０．４ｍｍ≦Ｂ≦０．８ｍｍ）とされている。
【００３８】
また、火花ギャップｇのギャップ間隔をＤとして、０．８ｍｍ≦Ｄ≦１．４ｍｍ（望ましくは０．８ｍｍ≦Ｄ≦１．１ｍｍ）とされている。また、主体金具１の内面と絶縁体２の外面との間に形成された環状の隙間Ｋの、主体金具１の先端側開口端面内縁における幅（ガスボリューム幅）をＥとして、Ｅ≧１．３ｍｍ（望ましくはＥ≧１．５ｍｍ、さらに望ましくはＥ≧１．６ｍｍ）とされている。さらに、絶縁体２の主体金具１の先端側開口端面からの出寸法をＦとして、１．０ｍｍ≦Ｆ≦４．０ｍｍ（望ましくは１．０ｍｍ≦Ｆ≦３．０ｍｍ）とされている。以上の各部の数値範囲の臨界的意味については、すでに詳細に説明済みなので、ここでは繰り返さない。
【００３９】
絶縁体２の軸方向には貫通孔６が形成されており、その一方の端部側から端子金具１３が挿入・固定され、同じく他方の端部側から中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内において端子金具１３と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。図３に示すように、絶縁体２の軸方向中間には、周方向外向きに突出する突出部２ｅが例えばフランジ状に形成されている。そして、絶縁体２には、中心電極３（図１）の先端に向かう側を前方側として、該突出部２ｅよりも後方側がこれよりも細径に形成された本体部２ｂとされている。一方、突出部２ｅの前方側にはこれよりも細径の第一軸部２ｇと、その第一軸部２ｇよりもさらに細径の第二軸部２ｉがこの順序で形成されている。なお、本体部２ｂの外周面には釉薬２ｄが施され、当該外周面の後端部にはコルゲーション２ｃが形成されている。また、第一軸部２ｇの外周面は略円筒状とされ、第二軸部２ｉの外周面は先端に向かうほど縮径する略円錐面状とされている。
【００４０】
また、中心電極３の軸断面径は抵抗体１５の軸断面径よりも小さく設定されている。そして、絶縁体２の貫通孔６は、中心電極３を挿通させる略円筒状の第一部分６ａと、その第一部分６ａの後方側（図面上方側）においてこれよりも大径に形成される略円筒状の第二部分６ｂとを有する。図１に示すように、端子金具１３と抵抗体１５とは第二部分６ｂ内に収容され、中心電極３は第一部分６ａ内に挿通される。中心電極３の後端部には、その外周面から外向きに突出して電極固定用凸部３ａが形成されている。そして、上記貫通孔６の第一部分６ａと第二部分６ｂとは、第一軸部２ｇ内において互いに接続しており、その接続位置には、中心電極３の電極固定用凸部３ａを受けるための凸部受け面６ｃがテーパ面あるいはアール面状に形成されている。
【００４１】
さらに、図２に示すように、第一軸部２ｇと第二軸部２ｉとの接続部２ｈの外周面は段付面（段部）とされ、図１に示すように、これが主体金具１の内面に形成された金具側係合部としての凸条部１ｃとリング状のパッキン６３を介して係合することにより、軸方向の抜止めがなされている。他方、主体金具１の後方側開口部内面と、絶縁体２の外面との間には、フランジ状の突出部２ｅの後方側周縁と係合するリング状の線パッキン６２が配置され、そのさらに後方側にはタルク等の充填層６１を介してリング状のパッキン６０が配置されている。そして、絶縁体２を主体金具１に向けて前方側に押し込み、その状態で主体金具１の開口縁をパッキン６０に向けて内側に加締めることにより加締め部１ｄが形成され、主体金具１が絶縁体２に対して固定されている。
【００４２】
図２に示すように、パッキン６０の軸線方向前端内縁位置に対応する絶縁体２の厚さをＧとして、２ｍｍ≧Ｇ≧１．５ｍｍ（望ましくは１．５５ｍｍ≧Ｇ≧１．８ｍｍ）とされている。該Ｇの数値範囲の臨界的意味については、すでに詳細に説明済みなので、ここでは繰り返さない。
【００４３】
図３は絶縁体２の一例を示すものである。その各部の寸法を以下に例示する。
・全長Ｌ1：約６０ｍｍ。
・第一軸部２ｇの長さＬ2：約１０ｍｍ（ただし、係止用突出部２ｅとの接続部２ｆを含まず、第二軸部２ｉとの接続部２ｈを含む）。
・第二軸部２ｉの長さＬ3：約１２ｍｍ。
・本体部２ｂの外径Ｄ1：約１０ｍｍ。
・係止用突出部２ｅの外径Ｄ2：約１３ｍｍ。
・第一軸部２ｇの外径Ｄ3：約７．４ｍｍ。
・第二軸部２ｉの基端部外径Ｄ4：５．３ｍｍ。
・第二軸部２ｉの先端部外径Ｄ5（ただし、先端面外周縁にアールないし面取が施される場合は、中心軸線Ｏを含む断面において、該アール部ないし面取部の基端位置における外径を指す）：４．３ｍｍ。
・貫通孔６の第二部分６ｂの内径Ｄ6：４ｍｍ。
・貫通孔６の第一部分６ａの内径Ｄ7：２．１ｍｍ。
・第一軸部２ｇの肉厚ｔ1：１．７ｍｍ。
・第二軸部２ｉの基端部肉厚ｔ2（中心軸線Ｏと直交する向きにおける値）：１．６ｍｍ。
・第二軸部２ｉの先端部肉厚ｔ3（（中心軸線Ｏと直交する向きにおける値；ただし、先端面外周縁にアールないし面取りが施される場合は、中心軸線Ｏを含む断面において、該アール部ないし面取部の基端位置における肉厚を指す）：１．１ｍｍ。
・第二軸部２ｉの平均肉厚ｔA（（ｔ1＋ｔ2）／２）：１．３５ｍｍ。
【００４４】
図１及び図２のスパークプラグ１００において、各部の寸法を上記のように調整することにより、どのような効果が達成されるかについては「課題を解決するための手段及び作用・効果」の欄においてすでに説明している。また、効果を検証するために行った各種実験の結果については、後に詳しく説明する。
【００４５】
なお、図４に示すように、中心電極３は、基端側部分を先端側部分よりも大径に形成することができる。これにより、中心電極３の熱引きが向上し、発火部の耐消耗性をさらに良好なものとすることができる。なお、この図では、基端側部分が先端側部分よりも大径となるように、電極外周面をテーパ面上に形成しているが、外周面に段部を形成することで、径の略一様な大径の基端部と小径の先端部とを形成するようにしてもよい。
【００４６】
例えば絶縁体２の端面に対応する位置における中心電極の外径をＡとする一方、中心電極３の基端部の、前記パッキン６３の軸線方向前端内縁に対応する位置における外径をＡ’として、Ａ’≧１．３Ａとすることが望ましい。Ａ’が１．３Ａ未満になると、中心電極の基端部大径化による熱引き改善の効果が十分に達成できなくなる場合がある。
【００４７】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、以下の各種実験を行った。
（実施例１）
図１及び図２に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。まず、絶縁体２の材質として焼結アルミナセラミックを、中心電極３の材質としてインコネル６００を、発火部３１，３２を形成するための高融点金属チップの材質として１．７重量％Ｙ_２Ｏ_３を１．７重量％分散させたＩｒを、それぞれ選定した。なお、各高融点金属チップの厚さは０．５ｍｍとした。また、図２に示す各部の寸法を以下のように設定した：
Ｍ：１２ｍｍ（取付ねじ部内径は７．２ｍｍ）；
Ａ：１．９ｍｍ；
Ｂ：１．０ｍｍ；
Ｃ：１．０ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｄ：１．１ｍｍ；
Ｅ：１．６５ｍｍ、１．５５ｍｍ、１．４５ｍｍ（上記Ｃの値にそれぞれ対応）；
Ｆ：２．０ｍｍ；
Ｇ：１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ（上記Ｃの値にそれぞれ対応）；
Ｈ：１．５ｍｍ。
【００４８】
上記の各種試験品を、各条件毎に５個ずつ用意し、それぞれ排気量６６０ｃｃ、４気筒のＤＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数５５００ｒｐｍ、インテークマニホルド内の圧力がゲージ圧にて＋５５０ｍｍＨｇとなる条件（作為的にブレークダウン電圧を高めるために、過給を行っている：他の実施例では、このゲージ圧は０ｍｍＨｇである）にて１００時間連続運転した。試験終了後に絶縁体先端部に貫通破壊が生じたかどうかを目視確認し、５個中の貫通破壊発生率により評価を行った。以上の結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
また、同様のスパークプラグを、排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数７００ｒｐｍのアイドリング状態にて運転を行うとともに、接地電極４を除去した参照用プラグで横飛び波形を計測し、試験プラグでテストを行った時に、参照用プラグと同じ波形が出たら「横飛び」と判定し、１０００発計測した中で何回この波形が表れるかを調べることにより横飛び発生率を調べた。結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】

【００５２】
すなわち、絶縁体２の先端部の厚さＣの値を１．１ｍｍ以上とすることで、貫通破壊が発生しにくくなっていることがわかる。また、横飛びも発生していないことがわかる。
【００５３】
（実施例２）
図１及び図２に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。絶縁体２、中心電極３及び高融点金属チップの材質選定は、実施例１と同様である。また、高融点金属チップの厚さは０．５ｍｍである。そして、図２に示す各部の寸法を以下のように設定した：
Ｍ：１２ｍｍ（取付ねじ部内径は７．２ｍｍ）；
Ａ：１．２ｍｍ、１．４ｍｍ、１．６ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｂ：０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｃ：１．６ｍｍ、１．５ｍｍ、１．４ｍｍ（上記Ａの値にそれぞれ対応）；
Ｄ：１．１ｍｍ；
Ｅ：１．４ｍｍ；
Ｆ：２．０ｍｍ；
Ｇ：２．１ｍｍ、２．０ｍｍ、１．９ｍｍ（上記Ａの値にそれぞれ対応）；
Ｈ：１．５ｍｍ。
【００５４】
上記の各種試験品を２５００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型試験用エンジンに取り付け、平均時速１５５ｋｍの１０万ｋｍ走行に相当する条件として、エンジン回転数４５００ｒｐｍ、スロットル全開状態にて６５０時間連続運転した。運転終了後、中心電極３側の発火部３１のチップの厚さ減少量を測定した。この結果を図５に示す。また、グラフ中のプロット点の数値を表３に示す。なお、チップ厚さ減少量が０．２ｍｍ以下のものを合格と判定する。
【００５５】
【表３】

【００５６】
すなわち、中心電極径Ａが１．４ｍｍ未満、あるいはチップ径Ｂが０．３ｍｍ未満では、チップ厚さ減少量が大きく、発火部の耐消耗性が損なわれていることがわかる。主に、中心電極の熱引きが悪化することが原因と考えられる。
【００５７】
（実施例３）
図１及び図２に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。絶縁体２、中心電極３及び高融点金属チップの材質選定は、実施例１と同様である。また、高融点金属チップの厚さは０．５ｍｍである。そして、図２に示す各部の寸法を以下のように設定した：
Ｍ：１２ｍｍ（取付ねじ部内径は７．２ｍｍ）；
Ａ：１．７ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、２．０ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｂ：１．０ｍｍ；
Ｃ：１．２５ｍｍ、１．２０ｍｍ、１．１５ｍｍ、１．１０ｍｍ（上記Ａの値にそれぞれ対応）；
Ｄ：１．４ｍｍ；
Ｅ：１．５ｍｍ；
Ｆ：０ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｇ：２．０ｍｍ、１．９ｍｍ、１．８ｍｍ、１．７ｍｍ（上記Ａの値にそれぞれ対応）；
Ｈ：１．５ｍｍ。
【００５８】
上記の各種試験品を排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数７００ｒｐｍのアイドリング状態にて運転を行うとともに、実施例１と同様にして調横飛び発生率を調べた。結果を図６に示す（図中の各プロット点の数値を表４に示す）。
【００５９】
【表４】

【００６０】
すなわち、ガスボリューム幅Ｅを固定した状態で、中心電極径Ａを２．０ｍｍ未満に小さくすると、横飛び発生率を減少できることがわかる。中心電極径Ａの縮小に伴い、絶縁体先端部の厚さＣを大きく確保できることが理由として考えられる。
【００６１】
（実施例４）
図１及び図２に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。絶縁体２、中心電極３及び高融点金属チップの材質選定は、実施例１と同様である。また、高融点金属チップの厚さは０．５ｍｍである。そして、図２に示す各部の寸法を以下のように設定した：
Ｍ：１２ｍｍ（取付ねじ部内径は７．２ｍｍ）；
Ａ：１．９ｍｍ；
Ｂ：１．０ｍｍ；
Ｃ：０．９５ｍｍ、１．０５ｍｍ、１．１５ｍｍ、１．２５ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｄ：１．４ｍｍ；
Ｅ：１．７ｍｍ、１．６ｍｍ、１．５ｍｍ、１．４ｍｍ；
Ｆ：０ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｇ：２．０ｍｍ、１．９ｍｍ、１．８ｍｍ、１．７ｍｍ（上記Ｃの値にそれぞれ対応）；
Ｈ：１．５ｍｍ。
【００６２】
上記の各種試験品を排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数７００ｒｐｍのアイドリング状態にて運転を行うとともに、実施例１と同様にして横飛び発生率を調べた。結果を図７に示す（図中の各プロット点の数値を表５に示す）。
【００６３】
【表５】

【００６４】
すなわち、中心電極径Ａを固定して、ガスボリューム幅Ｅを増大してゆくと、ガスボリューム幅Ｅが１．５ｍｍ以上で横飛び発生が起こりにくくなっていることがわかる。
【００６５】
（実施例５）
図１及び図２に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。絶縁体２、中心電極３及び高融点金属チップの材質選定は、実施例１と同様である。また、高融点金属チップの厚さは０．５ｍｍである。そして、図２に示す各部の寸法を以下のように設定した：
Ｍ：１２ｍｍ（取付ねじ部内径は７．２ｍｍ）；
Ａ：１．９ｍｍ；
Ｂ：０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｃ：１．４５ｍｍ；
Ｄ：０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、１．１ｍｍ、１．４ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｅ：１．８ｍｍ；
Ｆ：２．０ｍｍ；
Ｇ：２．１５ｍｍ；
Ｈ：１．５ｍｍ。
【００６６】
上記の各種試験品を排気量２０００ｃｃ、６気筒のＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、混合気の空燃比を徐々に減少させながらエンジン回転数７００ｒｐｍのアイドリング状態にて運転を行うとともに、着火ミス発生率が１％以上となる空燃比を限界空燃比として決定した。結果を図８に示す（図中の各プロット点の数値を表６に示す）。なお、限界空燃比が１６．５以上のものを合格と判定したる。
【００６７】
【表６】

【００６８】
すなわち、ギャップ幅Ｄが０．８ｍｍ未満になると、チップ径をかなり小さくしても限界空燃比を１６．５以上とできず、着火性が低下していることがわかる。また、チップ径Ｂが１．０ｍｍを超えると、ギャップ幅を大きくしても限界空燃比を１６．５以上とできず、着火性が低下していることがわかる。
【００６９】
（実施例６）
図１及び図２に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。絶縁体２、中心電極３及び高融点金属チップの材質選定は、実施例１と同様である。また、高融点金属チップの厚さは０．５ｍｍである。そして、図２に示す各部の寸法を以下のように設定した：
Ｍ：１２ｍｍ（取付ねじ部内径は７．２ｍｍ）；
Ａ：１．９ｍｍ；
Ｂ：１．０ｍｍ；
Ｃ：１．２ｍｍ；
Ｄ：１．１ｍｍ；
Ｅ：１．４５ｍｍ；
Ｆ：２．０ｍｍ；
Ｇ：１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｈ：１．５ｍｍ。
【００７０】
上記の各種試験品を、各条件毎に５個ずつ用意し、それぞれ排気量６６０ｃｃ、４気筒のＤＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数５５００ｒｐｍ、インテークマニホルド内の圧力がゲージ圧にて＋５５０ｍｍＨｇとなる条件（実施例１と同様）にて１００時間連続運転した。試験終了後に絶縁体先端部に貫通破壊が生じたかどうかを目視確認し、５個中の貫通破壊発生率により評価を行った。以上の結果を表７に示す。
【００７１】
【表７】

【００７２】
すなわち、パッキン位置における絶縁体厚さＧを１．５ｍｍ以上とすることで、貫通破壊が発生しにくくなっていることがわかる。
【００７３】
（実施例７）
図４に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。絶縁体２、中心電極３及び高融点金属チップの材質選定は、実施例１と同様である。また、高融点金属チップの厚さは０．５ｍｍである。そして、図４に示す各部の寸法を以下のように設定した：
Ｍ：１２ｍｍ（取付ねじ部内径は７．２ｍｍ）；
Ａ：１．４ｍｍ；
Ａ’：１．２Ａ、１．３Ａ、１．４Ａ（いずれかの値に設定）；
Ｂ：０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ（いずれかの値に設定）；
Ｃ：１．５ｍｍ；
Ｄ：１．１ｍｍ；
Ｅ：１．４ｍｍ；
Ｆ：２．０ｍｍ；
Ｇ：４．８ｍｍ、４．９ｍｍ、５．１ｍｍ（上記Ａ’の値にそれぞれ対応）；
Ｈ：１．５ｍｍ。
【００７４】
上記の各種試験品を２５００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型試験用エンジンに取り付け、平均時速１５５ｋｍの１０万ｋｍ走行に相当する条件として、エンジン回転数４５００ｒｐｍ、スロットル全開状態にて６５０時間連続運転した。運転終了後、中心電極側の発火部３１のチップの厚さ減少量を測定した。この結果を図９に示す。また、グラフ中のプロット点の数値を表８に示す。なお、チップ厚さ減少量が０．２ｍｍ以下のものを合格と判定する。
【００７５】
【表８】

【００７６】
すなわち、中心電極基端部径Ａ’を１．３Ａ以上とすることで、チップ厚さ減少量が小さくなり、発火部の耐消耗性が向上していることがわかる。主に、中心電極の熱引きが改善されたことが原因と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す正面断面図。
【図２】図１の要部を示す正面断面図。
【図３】絶縁体の一例を示す縦断面図。
【図４】基端部が先端部よりも太い中心電極を用いたスパークプラグの実施例を示す要部正面断面図。
【図５】実施例２の実験結果を示すグラフ。
【図６】実施例３の実験結果を示すグラフ。
【図７】実施例４の実験結果を示すグラフ。
【図８】実施例５の実験結果を示すグラフ。
【図９】実施例７の実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１主体金具
２絶縁体
３中心電極
４接地電極
６貫通孔
３１発火部（高融点金属チップ）
６０パッキン
１００スパークプラグ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spark plug used for ignition of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In spark plugs used for ignition of internal combustion engines such as automobile engines, the temperature in the combustion chamber tends to increase for the purpose of increasing engine output and improving fuel efficiency. Many types of engines in which the ignition part of the plug protrudes into the combustion chamber are also being used. In such a situation, the spark plug's ignition part is exposed to a high temperature, so that the spark consumption easily proceeds. Therefore, in order to improve the spark wear resistance of the ignition part, many types have been proposed in which a noble metal tip mainly composed of Pt, Ir or the like is welded to the tip of the electrode.
[0003]
Recently, the structure of the engine head tends to be complicated, and the space around the valve to which the spark plug is attached is also decreasing. Therefore, there is an increasing demand for a small spark plug in which the outer diameter of the mounting screw portion of the spark plug metal shell is 12 mm or less. When the mounting screw portion is reduced in diameter in this way, the space for assembling the insulator or the center electrode within the metal shell is inevitably reduced, and as a result, the thickness of the insulator and the spark plug having a large mounting screw portion diameter can be reduced. It becomes difficult to ensure sufficient in comparison. In recent years, spark discharge voltage tends to increase for improving engine performance and the like, and there is a problem that breakdown voltage of an insulator becomes insufficient in a portion where the thickness is insufficient, and troubles such as dielectric breakdown are likely to occur.
[0004]
Further, when the inner diameter of the metal shell is reduced, a gap (also referred to as a gas volume) formed between the outer surface of the insulator and the inner surface of the metal shell is reduced, and a spark is generated between the center electrode or the insulator and the metal shell. There is a problem that the so-called side jump tends to occur. Various considerations have been made about the cause of such a lateral jump. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-2192274 discloses a difference in the difficulty of the lateral jump depending on the material of the noble metal tip fixed to the center electrode. In particular, it is described that a side jump easily occurs when the noble metal tip is mainly composed of Ir. In this publication, there is a proposal for defining the dimensions of each part as follows in order to suppress the occurrence of lateral flight in a spark plug using an Ir-based chip.
[0005]
That is, the width of the spark gap is A (D in this specification), the gas volume width is B (E in this specification), the protruding dimension from the metal shell of the insulator is C (F in this specification), the mounting screw The outer diameter of the part is D (M in this specification), the tip tip diameter is G (B in this specification), and the protrusion height from the tip end surface of the center electrode of the tip is H:
D ≦ 12mm
(10/9) × A ≦ B;
A ≧ 0.9 mm;
B ≦ 1.5 mm;
1.0 mm ≦ C ≦ 3.0 mm;
10 mm ≦ D ≦ 12 mm;
0.6 mm ≦ G ≦ 0.9 mm;
0.3 mm ≦ H ≦ 1.0 mm.
In addition, the outer diameter F of the center electrode is desirably set to 2.0 mm or more so as not to cause deterioration in wear resistance of the ignition portion due to a decrease in heat pull.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, as a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that, in a spark plug having an outer diameter D of the mounting screw portion of 12 mm or less, side jumping cannot always be reliably prevented by the above-mentioned dimension definition. did. Further, according to the study by the present inventors, it has been found that the thickness of the insulator is also an important factor in preventing the lateral jump, but in the above publication, the insulator considering the lateral jump prevention is considered. No disclosure has been made regarding the thickness regulation. Moreover, in the spark plug having an outer diameter D of 12 mm or less, it is extremely important from the viewpoint of preventing the above-mentioned dielectric breakdown to appropriately define the thickness of the insulator, but the above-mentioned publication also mentions this point. Not done.
[0007]
An object of the present invention is to prevent lateral jumping or insulation breakdown from a viewpoint different from the conventional one in a spark plug using a refractory metal tip mainly composed of Ir or the like and having an outer diameter D of a mounting screw portion of 12 mm or less. It is an object of the present invention to provide a spark plug that solves the problem and is small in size and excellent in reliability and durability.
[0008]
[Means for solving the problems and actions / effects]
The spark plug of the present invention includes the following requirements as essential requirements. That is, a center electrode formed with a shaft and having a refractory metal chip mainly composed of a metal element whose melting point is higher than Pt is fixed to the tip, a shaft-shaped insulator covering the outside, and both ends A metal shell that is formed in a cylindrical shape that is open to the outside of the center electrode, and a refractory metal having a base end side coupled to the metal shell and the tip side bent back to the side so that the side surface is the tip of the center electrode A grounding electrode facing the tip and forming a spark gap with the refractory metal tip;
In the axial direction of the center electrode, the side where the spark gap is formed is the front side, and the opposite side is the rear side. When the diameter is M, M ≦ 12 mm.
[0013]
If the value of A is less than 1.4 mm, the heat extraction of the center electrode is worsened, which may lead to insufficient wear resistance of the ignition part (refractory metal tip). On the other hand, when the value of A exceeds 2.0 mm, there is insufficient space for securing the insulator thickness C or gap width E that can be secured between the metal shell and the center electrode, It may lead to insufficient insulation strength due to a decrease in the thickness of the insulator. The value of A is desirably 1.4 mm to 1.9 mm (Claim 3), and more desirably 1.4 to 1.8 mm.
[0015]
The insulator is reduced in diameter by a step portion in the circumferential direction, the step portion is an insulator-side engagement portion, inserted into the metal shell from the rear side opening, and the insulator-side engagement portion is It is possible to engage with the metal fitting side engaging portion protruding from the inner surface of the metal shell through the ring-shaped packing in the mounting screw portion. When the insulator thickness corresponding to the inner edge in the axial direction of the packing is G, G ≧ 1.5 mm . Insulators are generally formed on the stepped surface with the engaging part of the packing, and the axial front edge inner edge position of the packing (hereinafter referred to as packing inner edge position) is the electric field concentration at the bottom of the valley due to the stepped surface formation. It tends to be susceptible. And since the insulator has a structure in which the tip side is reduced in diameter and becomes thin with this stepped surface as a boundary, the above-mentioned portion where the electric field is likely to concentrate is particularly likely to cause through breakdown. Therefore, as described above, the insulation strength of the insulator can be effectively increased by securing the insulator thickness G in this portion to 1.5 mm or more.
[0016]
If the value of G is less than 1.5 mm, penetration breakage of the insulator at the above position is likely to occur. On the other hand, in the case of a mounting screw portion having an outer diameter M of 12 mm or less (or M12 or less), the metal fitting tip hole diameter has a limit of φ7.6 in order to secure the thickness of the ground electrode. Even if it is devised, if the value of G exceeds 2 mm, the center electrode diameter becomes relatively small, which may lead to a decrease in wear resistance of the ignition part. The value of G is desirably 1.55 to 1.8 mm.
[0017]
When the outer diameter M of the mounting screw portion of the metal shell is 12 mm or less, the inner diameter dimension at the end opening end surface of the metal shell is 7 in consideration of the space for securing the gas volume width E and the insulator thickness C. Desirably larger than 2 mm. In this case, if the spark gap interval is D, the gas volume width is E, and the projecting dimension from the front end opening end surface of the metal shell of the insulator is F, 0.8 mm ≦ D ≦ 1.4 mm, E ≧ 1. 3 mm and 1.0 mm ≦ F ≦ 4.0 mm are desirable in order to prevent side jumping. In this specification, the gas volume width E is defined as the width of the annular gap formed between the inner surface of the metal shell and the outer surface of the insulator at the inner edge of the front end opening end surface of the metal shell.
[0018]
If the gap distance D is 1.4 mm or more, the discharge voltage becomes too high and the load on the power supply increases, which may lead to a reduction in the life of the power supply circuit system. On the other hand, if D is less than 0.8 mm, the ignitability may be reduced. The value of D is more preferably 0.9 to 1.1 mm.
[0019]
In addition, if the protruding dimension F from the opening end face of the metal shell of the insulator is less than 1.0 mm, the sparks may easily jump out. If F exceeds 4.0 mm, the plug In some cases, the ignition part becomes an overheated location, and it is easy to cause so-called pre-ignition that ignites the air-fuel mixture before the occurrence of a spark. The protruding dimension F is desirably 1.0 to 3.0 mm.
[0020]
In the present invention, it is desirable to set the gas volume width E larger than the spark gap size D in order to more effectively prevent the occurrence of side jump. Further, by setting E larger than D, for example, when the thickness C of the insulator is set larger for the purpose of improving the penetration fracture strength, etc. The influence on the occurrence of jumping can be reduced. Specifically, the gas volume width E is preferably set to 1.3 mm or more. If the gas volume width E is less than 1.3 mm, the probability of occurrence of side jump may be high. On the other hand, if the gas volume width E exceeds 1.8 mm, the insulator thickness C or the center electrode outer diameter A may not be sufficiently secured. When C is insufficient, the insulation strength of the insulator is reduced, and when A is insufficient, the wear resistance of the ignition part is reduced. The gas volume width E is more preferably 1.5 mm or more, and even more preferably 1.6 mm or more.
[0021]
Next, the refractory metal tip can be composed mainly of any of Ir, W, Re, and Mo. Any of these metal elements has a melting point of a single substance higher than Pt, and can improve the wear resistance of the ignition part even in an environment where the temperature of the center electrode is likely to rise.
[0022]
When the refractory metal tip is mainly composed of Ir, since Ir has the property of being easily oxidized and volatilized in a high temperature range, if it is used as it is in the ignition part, consumption due to oxidation and volatilization is more problematic than spark consumption. There are disadvantages. Therefore, the refractory metal chip is mainly composed of an Ir alloy containing Ir as a main component and one or more of Pt, Rh, Ru, Pd, and Re added thereto, so that such Ir oxidation volatilization can be performed. Can be effectively suppressed, and the wear resistance of the ignition part can be improved.
[0023]
Specific examples of the material include the following.
(1) An alloy containing Ir as a main component and containing Rh in a range of 3 to 50% by weight (but not including 50% by weight) is used. By using the alloy, the consumption of the ignition part due to the oxidation and volatilization of the Ir component at high temperature is effectively suppressed, and as a result, a spark plug excellent in durability is realized.
[0024]
When the Rh content in the alloy is less than 3% by weight, the effect of suppressing Ir oxidation and volatilization becomes insufficient, and the ignition part is easily consumed, so that the durability of the plug is lowered. On the other hand, when the Rh content is 50% by weight or more, the melting point of the alloy is lowered, and the durability of the plug is similarly lowered. In view of the above, the content of Rh is preferably adjusted within the above range, preferably 7 to 30% by weight, more preferably 15 to 25% by weight, and most preferably 18 to 22% by weight. It is good.
[0025]
(2) An alloy mainly containing Ir and containing Pt in the range of 1 to 20% by weight is used. By using the alloy, the consumption of the ignition part due to the oxidation and volatilization of the Ir component at high temperature is effectively suppressed, and as a result, a spark plug excellent in durability is realized. When the Pt content in the alloy is less than 1% by weight, the effect of suppressing Ir oxidation and volatilization becomes insufficient, and the ignition part is easily consumed, so that the durability of the plug is lowered. On the other hand, when the Pt content is 20% by weight or more, the melting point of the alloy is lowered, and the durability of the plug is similarly lowered.
[0026]
(3) An alloy containing Ir as a main component and containing Rh in the range of 0.1 to 35% by weight and further containing 0.1% by weight or more of Ru is used. Thereby, consumption of the ignition part due to oxidation and volatilization of the Ir component at a high temperature is further effectively suppressed, and as a result, a spark plug having higher durability is realized. When the Rh content is less than 0.1% by weight, the effect of suppressing the oxidation and volatilization of Ir becomes insufficient, and the ignition part is easily consumed, so that the wear resistance of the plug cannot be secured. On the other hand, if the Rh content exceeds 35% by weight, the melting point of the Ru-containing alloy is lowered and the spark wear resistance is impaired, and the durability of the plug cannot be ensured as well. Therefore, the content of Rh is adjusted within the above range.
[0027]
.
On the other hand, if the Ru content is less than 0.1% by weight, the effect of suppressing consumption due to the oxidation and volatilization of Ir due to the addition of the element becomes insufficient. The upper limit of the Ru content is appropriately adjusted within a range of, for example, about 17% by weight according to the required level of the spark consumption suppression effect of the ignition part.
[0028]
As one of the causes that the wear resistance of the ignition part is improved by including Ru in the alloy, for example, by adding this component, a stable and dense oxide film is formed on the alloy surface at a high temperature. It is presumed that Ir, which is very volatile with the oxide of, is fixed in the oxide film. And it is thought that this oxide film acts as a kind of passive film and suppresses the progress of oxidation of the Ir component. In addition, in the state where Rh is not added, even if Ru is added, the oxidation volatility at high temperatures of the alloy is not improved so much, so the oxide film is a complex oxide such as an Ir-Ru-Rh system, It is also conceivable that this is superior to the Ir-Ru-based oxide film in denseness or adhesion to the alloy surface.
[0029]
Moreover, the following important effects can be achieved by addition of Ru. That is, by including Ru in the alloy, it is possible to sufficiently ensure wear resistance even when the Rh content is significantly reduced compared to the case of using an Ir—Rh binary alloy, and thus high performance. The spark plug can be configured at a lower cost. In this case, the content of Rh is preferably 0.1 to 3% by weight.
[0030]
(4) An alloy containing mainly Ir and containing at least one of Pt, Re, and Pd in a range of 1 to 30% by weight and further containing Rh in a range of 1 to 49% by weight is used. Constituting with an alloy containing Pt, Re, or Pd in the above range mainly composed of Ir effectively suppresses consumption due to oxidation and volatilization of the Ir component at a high temperature, and the alloy further contains Rh in the above range. By doing so, the processability is dramatically improved. As the chip, a chip formed by subjecting a molten alloy obtained by blending and melting raw materials to have a predetermined composition to a predetermined process can be used. In addition, "processing" here shall mean what is made by at least one of rolling, forging, cutting, cutting, and punching alone or in combination.
[0031]
When the Rh content is less than 1% by weight, the effect of improving the workability of the alloy cannot be sufficiently achieved, and for example, cracks and cracks are likely to occur during processing, resulting in a decrease in material yield when manufacturing chips. Connected. In addition, when a chip is manufactured by hot punching or the like, wear or damage of a tool such as a punching blade is likely to occur, resulting in a decrease in manufacturing efficiency. On the other hand, if it exceeds 49% by weight, the melting point of the alloy is lowered and the durability of the plug is lowered. Therefore, the content of Rh is preferably adjusted within the above-described range, and is preferably adjusted within a range of 2 to 20% by weight. In particular, when the total content of Pd to Pt is 5% by weight or more, the alloy becomes further brittle, and unless a predetermined amount or more of Rh is added, chip manufacturing by processing becomes extremely difficult. In this case, Rh is added in an amount of 2% by weight or more, desirably 5% by weight or more, and more desirably 10% by weight or more. When the content of Rh is 3% by weight or more, Rh may not only improve workability but also have an effect on the suppression of oxidation and volatilization of Ir components at high temperatures.
[0032]
If the total content of Pt or Pd is less than 1% by weight, the effect of suppressing Ir oxidation and volatilization becomes insufficient, and the chip is easily consumed, so that the durability of the plug is lowered. On the other hand, when the content exceeds 30% by weight, the melting point of the alloy decreases, the durability of the plug also decreases (for example, when Pd alone is added), or the content of expensive Pt or Pd increases. Although the material cost of the chip increases, there arises a problem that the chip consumption suppressing effect cannot be expected so much. In view of the above, the total content of Pt to Pd is preferably adjusted in the above range, and preferably in the range of 3 to 20% by weight.
[0033]
Further, when the refractory metal tip is composed of the above Ir alloy, one or two kinds selected from Y, Zr, Si, La, W, Ni and Cr are used for the purpose of preventing the oxidation and volatilization of Ir. One or more of oxides, carbides, nitrides and borides of the above elements can be blended. For example, oxides (including complex oxides) of metal elements belonging to Group 3A (so-called rare earth elements) and Group 4A (Ti, Zr, Hf) of the Periodic Table of Elements are within a range of 0.1 to 15% by weight. It can be included. Thereby, consumption due to oxidation and volatilization of the Ir component is further effectively suppressed. When the content of the oxide is less than 0.1% by weight, the effect of preventing Ir oxidation and volatilization due to the addition of the oxide cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the oxide content exceeds 15% by weight, the thermal shock resistance of the tip is lowered, and for example, when the tip is fixed to the electrode by welding or the like, a problem such as cracking may occur. As the oxide, Y ₂ O ₃ is preferably used, but La ₂ O ₃ , ThO ₂ , ZrO _{2 and the} like can be preferably used.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A spark plug 100 with a resistor as an example of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes a cylindrical metal shell 1, an insulator 2 fitted into the metal shell 1 so that a tip portion protrudes, and an ignition part 31. One end is coupled to the center electrode 3 provided inside the insulator 2 in the protruding state and the metal shell 1, and the ground electrode 4 is disposed so as to face the side surface of the ignition part 31 (center electrode 3). It has. The ground electrode 4 is bent so that its front end face faces the side surface of the ignition part 31 substantially in parallel, and an opposing ignition part 32 is formed at a position facing the ignition part 31. A spark gap g is formed between the ignition part 31 and the counter ignition part 32. On the other hand, the base end side of the ground electrode 4 is fixed and integrated with the metal shell 1 by welding or the like. The metal shell 1 is made of carbon steel or the like, and as shown in FIG. 1, a threaded portion 12 for attachment to the engine is formed on the outer peripheral surface on the ignition portion 31 side. The outer diameter M of this thread part is 8-12 mm, for example.
[0035]
The body portions 3a and 4a of the center electrode 3 and the ground electrode 4 are made of Ni alloy such as Inconel (trade name of Inco, UK). On the other hand, the ignition part 31 and the counter-ignition part 32 are made of a high melting point metal whose main component is a metal element whose melting point is higher than Pt, for example, an Ir alloy. The specific material of the refractory metal has already been described in detail and will not be repeated here. The insulator 2 is made of a ceramic fired body such as alumina.
[0036]
As shown in FIG. 2, the body 3 a of the center electrode 3 has a distal end with a reduced diameter and a flat distal end surface, on which a disk-shaped refractory metal chip constituting the ignition portion 31 is stacked. In addition, the ignition part 31 is formed by forming a welded part W by laser welding, electron beam welding, resistance welding or the like along the outer edge of the joint surface and fixing it. Moreover, the opposing ignition part 32 aligns the same chip | tip with the ground electrode 4 in the position corresponding to the ignition part 31, forms the welding part W similarly along the joining surface outer edge part, and adheres this. It is formed by. Note that the counter ignition unit 32 may be omitted. As used herein, the term “ignition part” refers to a part of the joined chip that is not affected by the composition variation due to welding (for example, a part that is alloyed with the material of the ground electrode or the center electrode by welding). The remaining part).
[0037]
In FIG. 2, C ≧ 1.1 mm, where C is the thickness of the insulator 2 at a position corresponding to the opening side end face of the metal shell 1. 1.4 mm ≦ A ≦ 2.0 mm (preferably 1.4 mm ≦ A ≦ 1.9 mm, more preferably 1.4 mm ≦ A) where A is the outer diameter of the center electrode 3 at a position corresponding to the end face of the insulator 2. ≦ 1.8 mm). The outer diameter of the refractory metal tip constituting the ignition part 31 is defined as B, and 0.4 mm ≦ B ≦ 1.0 mm (desirably 0.4 mm ≦ B ≦ 0.8 mm).
[0038]
Further, let D be the gap interval of the spark gap g, and 0.8 mm ≦ D ≦ 1.4 mm (desirably 0.8 mm ≦ D ≦ 1.1 mm). Further, assuming that E is the width (gas volume width) of the annular gap K formed between the inner surface of the metal shell 1 and the outer surface of the insulator 2 at the inner edge of the front end opening end surface of the metal shell 1, E ≧ 1. 3 mm (desirably E ≧ 1.5 mm, more desirably E ≧ 1.6 mm). Further, F is defined as 1.0 mm ≦ F ≦ 4.0 mm (preferably 1.0 mm ≦ F ≦ 3.0 mm), where F is the protruding dimension of the insulator 2 from the opening side end face of the metal shell 1. The critical meaning of the numerical ranges of the above parts has already been described in detail and will not be repeated here.
[0039]
A through hole 6 is formed in the axial direction of the insulator 2, a terminal fitting 13 is inserted and fixed from one end side, and the center electrode 3 is also inserted and fixed from the other end side. . A resistor 15 is disposed between the terminal fitting 13 and the center electrode 3 in the through hole 6. As shown in FIG. 3, a protruding portion 2 e that protrudes outward in the circumferential direction is formed, for example, in a flange shape in the middle of the insulator 2 in the axial direction. The insulator 2 has a main body 2b in which the side toward the tip of the center electrode 3 (FIG. 1) is the front side, and the rear side of the protrusion 2e is formed with a smaller diameter. On the other hand, on the front side of the protruding portion 2e, a first shaft portion 2g having a smaller diameter and a second shaft portion 2i having a smaller diameter than the first shaft portion 2g are formed in this order. In addition, the glaze 2d is given to the outer peripheral surface of the main-body part 2b, and the corrugation 2c is formed in the rear-end part of the said outer peripheral surface. Further, the outer peripheral surface of the first shaft portion 2g is substantially cylindrical, and the outer peripheral surface of the second shaft portion 2i is substantially conical, with a diameter decreasing toward the tip.
[0040]
Further, the axial sectional diameter of the center electrode 3 is set smaller than the axial sectional diameter of the resistor 15. The through-hole 6 of the insulator 2 has a substantially cylindrical first portion 6a through which the center electrode 3 is inserted, and a substantially cylindrical shape having a larger diameter on the rear side (upper side in the drawing) of the first portion 6a. Second portion 6b. As shown in FIG. 1, the terminal fitting 13 and the resistor 15 are accommodated in the second portion 6b, and the center electrode 3 is inserted into the first portion 6a. At the rear end portion of the center electrode 3, an electrode fixing convex portion 3a is formed so as to protrude outward from the outer peripheral surface thereof. The first portion 6a and the second portion 6b of the through hole 6 are connected to each other in the first shaft portion 2g, and the connection position receives the electrode fixing convex portion 3a of the center electrode 3. The convex portion receiving surface 6c is formed in a tapered surface or a rounded surface.
[0041]
Furthermore, as shown in FIG. 2, the outer peripheral surface of the connecting portion 2h between the first shaft portion 2g and the second shaft portion 2i is a stepped surface (step portion), and as shown in FIG. The protrusions 1c serving as the metal fitting side engaging portions formed on the inner surface of the metal plate and the ring-shaped packing 63 are engaged with each other, thereby preventing axial removal. On the other hand, a ring-shaped wire packing 62 that engages with the rear peripheral edge of the flange-shaped protrusion 2e is disposed between the inner surface of the rear opening of the metal shell 1 and the outer surface of the insulator 2, and further On the rear side, a ring-shaped packing 60 is disposed via a filling layer 61 such as talc. Then, the insulator 2 is pushed forward toward the metal shell 1, and in this state, the crimping portion 1d is formed by crimping the opening edge of the metal shell 1 toward the packing 60 inward. It is fixed with respect to the insulator 2.
[0042]
As shown in FIG. 2, the thickness of the insulator 2 corresponding to the inner edge position in the axial direction of the packing 60 is G, and 2 mm ≧ G ≧ 1.5 mm (preferably 1.55 mm ≧ G ≧ 1.8 mm). ing. The critical meaning of the numerical range of G has already been described in detail and will not be repeated here.
[0043]
FIG. 3 shows an example of the insulator 2. The dimension of each part is illustrated below.
-Total length L1: about 60 mm.
The length L2 of the first shaft portion 2g: about 10 mm (however, the connection portion 2f with the locking projection 2e is not included and the connection portion 2h with the second shaft portion 2i is included).
-Length L3 of the second shaft portion 2i: about 12 mm.
-Outer diameter D1 of the main body 2b: about 10 mm.
-Outer diameter D2 of the locking projection 2e: about 13 mm.
-Outer diameter D3 of the first shaft portion 2g: about 7.4 mm.
-Outer diameter D4 of the base end portion of the second shaft portion 2i: 5.3 mm.
The distal end outer diameter D5 of the second shaft portion 2i (however, when the outer peripheral edge of the distal end surface is rounded or chamfered, the base end position of the rounded portion or chamfered portion in the cross section including the central axis O) The outer diameter is indicated by 4.3 mm).
The inner diameter D6 of the second portion 6b of the through hole 6 is 4 mm.
-Inner diameter D7 of the first portion 6a of the through hole 6: 2.1 mm.
-Wall thickness t1 of the first shaft portion 2g: 1.7 mm.
-Base end portion thickness t2 of the second shaft portion 2i (value in a direction orthogonal to the central axis O): 1.6 mm.
The thickness t3 of the tip end of the second shaft 2i ((value in a direction orthogonal to the center axis O; however, when the outer peripheral edge of the tip face is rounded or chamfered, in the cross section including the center axis O, The thickness at the base end position of the rounded portion or the chamfered portion is indicated): 1.1 mm.
-Average thickness tA ((t1 + t2) / 2) of the second shaft portion 2i: 1.35 mm.
[0044]
In the spark plug 100 of FIGS. 1 and 2, what effect is achieved by adjusting the dimensions of the respective parts as described above is described in the section “Means for solving the problem and actions / effects”. Already explained. Further, the results of various experiments conducted for verifying the effect will be described in detail later.
[0045]
As shown in FIG. 4, the center electrode 3 can be formed such that the proximal end portion has a larger diameter than the distal end portion. Thereby, the heat dissipation of the center electrode 3 is improved, and the wear resistance of the ignition part can be further improved. In this figure, the outer peripheral surface of the electrode is formed on the tapered surface so that the proximal end portion has a larger diameter than the distal end side portion. You may make it form the base end part of a substantially uniform large diameter, and the front-end | tip part of a small diameter.
[0046]
For example, the outer diameter of the center electrode at a position corresponding to the end face of the insulator 2 is A, and the outer diameter at the position corresponding to the inner edge of the packing 63 in the axial direction of the proximal end portion of the center electrode 3 is A ′. A ′ ≧ 1.3A is desirable. If A ′ is less than 1.3 A, the effect of improving heat sinking due to the increase in diameter of the base end of the center electrode may not be sufficiently achieved.
[0047]
【Example】
In order to confirm the effect of the present invention, the following various experiments were conducted.
Example 1
Various test pieces of the spark plug having the shape shown in FIGS. 1 and 2 were prepared as follows. First, sintered alumina ceramic is used as the material of the insulator 2, Inconel 600 is used as the material of the center electrode 3, and 1.7 wt% Y ₂ O _{3 is used} as the material of the refractory metal tip for forming the

ignition parts

31 and 32. Ir was dispersed in 1.7% by weight, respectively. The thickness of each refractory metal tip was 0.5 mm. In addition, the dimensions of each part shown in FIG. 2 were set as follows:
M: 12 mm (the inner diameter of the mounting screw is 7.2 mm);
A: 1.9 mm;
B: 1.0 mm;
C: 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm (set to any value);
D: 1.1 mm;
E: 1.65 mm, 1.55 mm, 1.45 mm (corresponding to the value of C above);
F: 2.0 mm;
G: 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm (corresponding to the value of C above);
H: 1.5 mm.
[0048]
Prepare five test pieces for each condition and install them on a 660cc 4-cylinder DOHC test gasoline engine. Engine speed is 5500rpm and the pressure in the intake manifold is + 550mmHg at gauge pressure. (In other examples, this gauge pressure is 0 mmHg) was continuously operated for 100 hours under the following conditions (in order to increase the breakdown voltage artificially: in other examples, this gauge pressure is 0 mmHg). After completion of the test, whether or not through breakage occurred at the tip of the insulator was visually confirmed, and evaluation was made based on the through breakage occurrence rate among the 5 pieces. The results are shown in Table 1.
[0049]
[Table 1]

[0050]
A similar spark plug is mounted on a 2000 cc, 6-cylinder DOHC test gasoline engine, and the engine is operated in an idling state at an engine speed of 700 rpm. When the waveform is measured and the test is performed with the test plug, if the same waveform as the reference plug appears, it is determined to be “horizontal jump”, and the horizontal jump is determined by examining how many times this waveform appears in 1000 measurements. The incidence was examined. The results are shown in Table 2.
[0051]
[Table 2]

[0052]
In other words, it can be seen that when the value of the thickness C of the tip portion of the insulator 2 is 1.1 mm or more, it is difficult for penetration failure to occur. It can also be seen that no side jumps have occurred.
[0053]
(Example 2)
Various test pieces of the spark plug having the shape shown in FIGS. 1 and 2 were prepared as follows. The selection of materials for the insulator 2, the center electrode 3, and the refractory metal tip is the same as in the first embodiment. The thickness of the refractory metal tip is 0.5 mm. And the dimension of each part shown in FIG. 2 was set as follows:
M: 12 mm (the inner diameter of the mounting screw is 7.2 mm);
A: 1.2 mm, 1.4 mm, 1.6 mm (set to any value);
B: 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm (set to any value);
C: 1.6 mm, 1.5 mm, 1.4 mm (corresponding to the value of A above);
D: 1.1 mm;
E: 1.4 mm;
F: 2.0 mm;
G: 2.1 mm, 2.0 mm, 1.9 mm (corresponding to the value of A above);
H: 1.5 mm.
[0054]
The above-mentioned various test products were attached to a 2500 cc, 6-cylinder DOHC type test engine and operated continuously for 650 hours at an engine speed of 4500 rpm and a throttle fully opened as a condition corresponding to 100,000 km running at an average speed of 155 km. After the operation, the chip thickness reduction amount of the ignition part 31 on the center electrode 3 side was measured. The result is shown in FIG. In addition, Table 3 shows numerical values of plot points in the graph. A chip thickness reduction amount of 0.2 mm or less is determined to be acceptable.
[0055]
[Table 3]

[0056]
That is, it can be seen that when the center electrode diameter A is less than 1.4 mm or the tip diameter B is less than 0.3 mm, the chip thickness decrease is large and the wear resistance of the ignition part is impaired. The main reason is considered to be the deterioration of the heat dissipation of the center electrode.
[0057]
(Example 3)
Various test pieces of the spark plug having the shape shown in FIGS. 1 and 2 were prepared as follows. The selection of materials for the insulator 2, the center electrode 3, and the refractory metal tip is the same as in the first embodiment. The thickness of the refractory metal tip is 0.5 mm. And the dimension of each part shown in FIG. 2 was set as follows:
M: 12 mm (the inner diameter of the mounting screw is 7.2 mm);
A: 1.7 mm, 1.8 mm, 1.9 mm, 2.0 mm (set to any value);
B: 1.0 mm;
C: 1.25 mm, 1.20 mm, 1.15 mm, 1.10 mm (corresponding to the value of A above);
D: 1.4 mm;
E: 1.5 mm;
F: 0 mm, 1.0 mm, 2.0 mm (set to any value);
G: 2.0 mm, 1.9 mm, 1.8 mm, 1.7 mm (corresponding to the value of A above);
H: 1.5 mm.
[0058]
The above-mentioned various test products are mounted on a 2000 cc, 6-cylinder DOHC type test gasoline engine and operated in an idling state at an engine speed of 700 rpm. It was. A result is shown in FIG. 6 (The numerical value of each plot point in a figure is shown in Table 4.).
[0059]
[Table 4]

[0060]
That is, it can be seen that if the center electrode diameter A is reduced to less than 2.0 mm while the gas volume width E is fixed, the lateral jump occurrence rate can be reduced. As the center electrode diameter A is reduced, it can be considered that the thickness C of the insulator tip portion can be secured large.
[0061]
(Example 4)
Various test pieces of the spark plug having the shape shown in FIGS. 1 and 2 were prepared as follows. The selection of materials for the insulator 2, the center electrode 3, and the refractory metal tip is the same as in the first embodiment. The thickness of the refractory metal tip is 0.5 mm. And the dimension of each part shown in FIG. 2 was set as follows:
M: 12 mm (the inner diameter of the mounting screw is 7.2 mm);
A: 1.9 mm;
B: 1.0 mm;
C: 0.95 mm, 1.05 mm, 1.15 mm, 1.25 mm (set to any value);
D: 1.4 mm;
E: 1.7 mm, 1.6 mm, 1.5 mm, 1.4 mm;
F: 0 mm, 1.0 mm, 2.0 mm (set to any value);
G: 2.0 mm, 1.9 mm, 1.8 mm, 1.7 mm (corresponding to the value of C above);
H: 1.5 mm.
[0062]
The above-mentioned various test products were attached to a 2000 cc, 6-cylinder DOHC type test gasoline engine, operated in an idling state at an engine speed of 700 rpm, and the side jump occurrence rate was examined in the same manner as in Example 1. . The results are shown in FIG. 7 (the values of each plot point in the figure are shown in Table 5).
[0063]
[Table 5]

[0064]
That is, when the center electrode diameter A is fixed and the gas volume width E is increased, it can be seen that the occurrence of side jumping hardly occurs when the gas volume width E is 1.5 mm or more.
[0065]
(Example 5)
Various test pieces of the spark plug having the shape shown in FIGS. 1 and 2 were prepared as follows. The selection of materials for the insulator 2, the center electrode 3, and the refractory metal tip is the same as in the first embodiment. The thickness of the refractory metal tip is 0.5 mm. And the dimension of each part shown in FIG. 2 was set as follows:
M: 12 mm (the inner diameter of the mounting screw is 7.2 mm);
A: 1.9 mm;
B: 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm (set to any value);
C: 1.45 mm;
D: 0.7 mm, 0.8 mm, 1.1 mm, 1.4 mm (set to any value);
E: 1.8 mm;
F: 2.0 mm;
G: 2.15 mm;
H: 1.5 mm.
[0066]
The above-mentioned various test products are mounted on a 2000 cc, 6-cylinder OHC test gasoline engine, and the engine is operated in an idling state at an engine speed of 700 rpm while gradually reducing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture. The air / fuel ratio at which the rate is 1% or more was determined as the critical air / fuel ratio. A result is shown in FIG. 8 (The numerical value of each plot point in a figure is shown in Table 6.). In addition, it determines with the thing whose limit air-fuel ratio is 16.5 or more being a pass.
[0067]
[Table 6]

[0068]
That is, when the gap width D is less than 0.8 mm, the critical air-fuel ratio cannot be increased to 16.5 or more even when the tip diameter is considerably reduced, and it is understood that the ignitability is lowered. It can also be seen that when the tip diameter B exceeds 1.0 mm, the critical air-fuel ratio cannot be increased to 16.5 or more even when the gap width is increased, and the ignitability is reduced.
[0069]
(Example 6)
Various test pieces of the spark plug having the shape shown in FIGS. 1 and 2 were prepared as follows. The selection of materials for the insulator 2, the center electrode 3, and the refractory metal tip is the same as in the first embodiment. The thickness of the refractory metal tip is 0.5 mm. And the dimension of each part shown in FIG. 2 was set as follows:
M: 12 mm (the inner diameter of the mounting screw is 7.2 mm);
A: 1.9 mm;
B: 1.0 mm;
C: 1.2 mm;
D: 1.1 mm;
E: 1.45 mm;
F: 2.0 mm;
G: 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm (set to any value);
H: 1.5 mm.
[0070]
Prepare five test pieces for each condition and install them on a 660cc 4-cylinder DOHC test gasoline engine. Engine speed is 5500rpm and the pressure in the intake manifold is + 550mmHg at gauge pressure. The operation was continued for 100 hours under the same conditions as in Example 1. After completion of the test, whether or not through breakage occurred at the tip of the insulator was visually confirmed, and evaluation was made based on the through breakage occurrence rate among the 5 pieces. The results are shown in Table 7.
[0071]
[Table 7]

[0072]
That is, it can be seen that by making the insulator thickness G at the packing position 1.5 mm or more, it is difficult for penetration failure to occur.
[0073]
(Example 7)
Various test pieces of the spark plug having the shape shown in FIG. 4 were prepared as follows. The selection of materials for the insulator 2, the center electrode 3, and the refractory metal tip is the same as in the first embodiment. The thickness of the refractory metal tip is 0.5 mm. And the dimension of each part shown in FIG. 4 was set as follows:
M: 12 mm (the inner diameter of the mounting screw is 7.2 mm);
A: 1.4 mm;
A ′: 1.2A, 1.3A, 1.4A (set to any value);
B: 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm (set to any value);
C: 1.5 mm;
D: 1.1 mm;
E: 1.4 mm;
F: 2.0 mm;
G: 4.8 mm, 4.9 mm, 5.1 mm (corresponding to the value of A ′ above);
H: 1.5 mm.
[0074]
The above-mentioned various test products were attached to a 2500 cc, 6-cylinder DOHC type test engine and operated continuously for 650 hours at an engine speed of 4500 rpm and a throttle fully opened as a condition corresponding to 100,000 km running at an average speed of 155 km. After the operation was completed, the chip thickness reduction amount of the ignition part 31 on the center electrode side was measured. The result is shown in FIG. Table 8 shows the numerical values of the plot points in the graph. A chip thickness reduction amount of 0.2 mm or less is determined to be acceptable.
[0075]
[Table 8]

[0076]
That is, it can be seen that by setting the center electrode base end diameter A ′ to 1.3 A or more, the chip thickness reduction amount is reduced and the wear resistance of the ignition portion is improved. It is thought that this is mainly due to the improvement in heat dissipation of the center electrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of a spark plug according to the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view showing the main part of FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an example of an insulator.
FIG. 4 is a front sectional view of an essential part showing an embodiment of a spark plug using a center electrode having a base end thicker than a tip end.
5 is a graph showing experimental results of Example 2. FIG.
6 is a graph showing experimental results of Example 3. FIG.
7 is a graph showing the experimental results of Example 4. FIG.
8 is a graph showing the experimental results of Example 5. FIG.
9 is a graph showing the experimental results of Example 7. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal shell 2 Insulator 3 Center electrode 4 Ground electrode 6 Through-hole 31 Ignition part (refractory metal chip)
60 Packing 100 Spark plug

Claims

The center electrode is formed in the shape of a shaft, and a refractory metal chip mainly composed of Ir is fixed to the tip thereof, the shaft-shaped insulator covering the outside thereof, and the tube is formed in a cylindrical shape whose both ends are open. A metal shell disposed on the outside of the electrode, a base end side of which is coupled to the metal shell, and a tip side thereof is bent back to the side so that the side surface faces the refractory metal tip at the tip of the center electrode. And a ground electrode that forms a spark gap between the front end and the outer peripheral surface of the metal shell, with the side on which the spark gap is formed in the axial direction of the center electrode as the front side and the opposite side as the rear side. A mounting screw portion is formed, and the outer diameter of the mounting screw portion is M. Further, the insulator has a front end portion whose diameter is reduced by a step portion in the circumferential direction, and the step portion is engaged with the insulator side. A rear opening with respect to the metal shell. The insulator-side engaging portion is inserted into the mounting screw portion and the metal-side engaging portion protruding from the inner surface of the metal shell through a ring-shaped packing. The thickness of the insulator corresponding to the inner edge of the front end in the axial direction is G, M ≦ 12 mm; G ≧ 1.5 mm;
An inner diameter dimension of the front end opening end surface of the metal shell is larger than 7.2 mm, and a front end portion of the insulator is disposed so as to protrude from a front end opening portion of the metal shell, and the inner surface of the metal shell and the outer surface of the insulator An annular gap is formed between them, and the width of the gap at the inner edge of the front end side opening end surface of the metal shell is E, and the projecting dimension of the insulator from the front end opening end surface of the metal shell is F, Moreover, the spacing of the spark gap as D, 0.8mm ≦ D ≦ 1.4mm; has a,; E ≧ 1.3mm; 1.0mm ≦ F ≦ 4.0mm
The center electrode is arranged such that the tip of the center electrode protrudes from the insulator, and the outer diameter of the center electrode at a position corresponding to the insulator end surface on the protruding side is A, while the base of the center electrode is The outer peripheral surface of the electrode and the peripheral surface of the insulator are formed in a tapered surface so that the end portion has a larger diameter than the tip portion, and the front end portion of the insulator is reduced in diameter by a stepped portion in the circumferential direction. Then, the stepped portion is used as an insulator-side engagement portion, and is inserted into the metal shell from the rear side opening, and the insulator-side engagement portion protrudes from the inner surface of the metal shell in the mounting screw portion. It is designed to engage with the metal fitting side engaging portion via a ring-shaped packing, and the outer diameter at the position corresponding to the inner edge in the axial direction of the packing at the base end portion of the center electrode is A ′, A '≧ 1.3A; Spark plug to be.

The spark plug according to claim 1, wherein the refractory metal tip is mainly composed of Ir, W, Re, or Mo.

The spark plug according to claim 2, wherein the refractory metal tip is mainly composed of an Ir alloy containing Ir as a main component and one or more of Pt, Rh, Ru, Pd, and Re added.

The refractory metal chip is based on the Ir alloy, and includes oxides, carbides, nitrides of one or more elements selected from Y, Zr, Si, La, W, Ni and Cr. The spark plug according to claim 3, wherein one or more borides are blended.