JP4596700B2

JP4596700B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP4596700B2
Application number: JP2001225437A
Authority: JP
Inventors: 英己寺村; 守無笹
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003045609A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は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点火用に使用されるスパークプラグは、絶縁体に形成された貫通孔の一端に火花ギャップを形成するための中心電極を配置された構造を有する。該中心電極に対しては、絶縁体貫通孔の他端に挿入された端子金具により、導電性ガラスシール層や抵抗体等を介して高電圧が印加される。このようなスパークプラグは、中心電極を配置した絶縁体貫通孔内に導電性ガラス粉末（あるいは抵抗体粉末）を充填し、これをガラスが軟化する高温に保持して端子金具を圧入することにより、中心電極と端子金具とを電気的に接続しつつ、貫通孔内面をガラスシールすることにより組み立てられる。また、端子金具は、図８に示すように、絶縁体２の貫通孔６内に位置する軸状の本体部８ａの後端に、該本体部８ａよりも径大な端子部８ｂが一体化された構造が一般的であり、端子部８ｂは絶縁体２の後方側に突出する形で配置される。また、スパークプラグを内燃機関の電装系に取り付ける際には、フラッシュオーバを防止するために、絶縁体の後端部にゴム製のプラグキャップＧＣが被せられる。このプラグキャップＧＣは、絶縁体２とともに端子金具の端子部８ｂも覆うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記ガラスシール工程では、特開平９−２１９２７３号公報に記載されているごとく、端子金具を高温圧入する際に、端子金具が偏芯したり曲がった状態で貫通孔内に固定されることがある。このような状態では、絶縁体の後方に突出配置される端子部８ｂも軸線Ｏから傾いて配置されるので、これに被せられるプラグキャップＧＣも傾き、絶縁体に対する嵌め合わせが狂いやすくなり、密着性が低下してフラッシュオーバを引き起こしやすくなる。
【０００４】
端子金具にこうした偏芯や曲がりが生じやすかった原因は、端子金具の形状に起因するものと考えられる。すなわち、端子金具の本体部８ａは、絶縁体貫通孔６への挿通をスムーズに行なうために、その外周面と貫通孔内周面との間に一定のクリアランスを形成することが不可欠であるが、このクリアランスの形成が偏心や曲がりの発生の直接的な要因となる。そして、従来のスパークプラグの端子金具は、本体部８ａの後端に不連続に拡径する形で端子部８ｂが一体化されるとともに、さらにその端子部８ｂの前端部外周面に鍔状の固定部８ｆが形成され、該固定部８ｆの前端面と絶縁体後端面とを当接・密着させる形で固定がなされていた。このような端子部８ｂの固定形態は、端子金具の、軸線方向における固定効果は大であるが、曲げや偏心につながる軸線に対する半径方向への移動阻止に関しては、その移動が許容されるために、目立った効果はほとんど期待ができない。
【０００５】
他方、端子金具の曲がりや偏心を小さくするため、本体部８ａと貫通孔６とのクリアランスをなるべく縮小することも行なわれているが、本体部８ａの外周面に高い加工精度が求められるので、コストアップの一因となりうる。特に近年では、エンジンの高性能化に伴いエンジンヘッドの構造も複雑化し、スパークプラグの取付けスペースも減少しているため、小型化への要求が喧しくなっている。スパークプラグの小型化は、端子金具及び貫通孔の小径化を意味し、端子金具の本体部８ａと貫通孔６とのクリアランスはさらに減少するので、製品歩留まりへの影響も大である。
【０００６】
また、絶縁体２はセラミック焼結体で構成されるので、貫通孔６の内周面の研磨加工はコストとの兼ね合いから現実的でなく、研磨加工を行なわない、いわゆる焼き放し面とされる。従って、貫通孔６の内周面はそれほど高い寸法精度を確保できないので、仮に本体部８ａ外周面の加工精度を相当に高めたとしても、端子金具の偏心や曲がりの問題を劇的に改善する効果は望むべくもない。
【０００７】
さらに、スパークプラグの小型化は、絶縁体表面における、端子金具と絶縁体前方側の外周側に位置する主体金具との沿面放電距離が、短かくなることをも意味しており、端子金具と主体金具との間の絶縁体表面を回りこむことにより起こるフラッシュオーバ現象が発生しやすくなる。特に、端子金具の端子部８ｂに前記した鍔状の固定部８ｆが形成されていると、固定部８ｆが半径方向に張り出している分だけ沿面放電距離が短くなり、フラッシュオーバはますます生じやすくなる。
【０００８】
本発明の課題は、端子金具形状の工夫により、端子金具が絶縁体の貫通孔に対して偏芯もしくは曲がった状態で挿入されることを効果的に防止でき、さらに、フラッシュオーバ抑制にも効果を有するスパークプラグを提供することにある。
【０００９】
上記課題を解決するために本発明のスパークプラグは、軸線方向に貫通孔が形成された絶縁体と、貫通孔内において絶縁体の一方の端部側に配置される中心電極と、同じく他方の端部側に中心電極と導通する形で配置される端子金具とを備え、絶縁体の軸線方向において中心電極の位置する側を前方側、これと反対側を後方側とし、貫通孔の後端側開口部は、絶縁体の後端面に近づくほど内径が連続的に拡径する絶縁体側傾斜拡径部を有し、一方、端子金具は、貫通孔内に挿入される本体部と、その本体部よりも径大に構成され貫通孔の後方側へ突出する端子部と、それら本体部と端子部とを接続するとともに外周面が該本体部側から端子部側へ向けて連続的に拡径する金具側傾斜接続部とを有し、その金具側傾斜接続部と絶縁体側傾斜拡径部とが当接しており、金具側傾斜接続部と絶縁体側傾斜拡径部との双方の外周面が円錐状面とされ、絶縁体側傾斜拡径部の外周面の頂角をαとし、金具側傾斜接続部の外周面の頂角をβとしたとき、β＜αの関係を満たしていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によると、端子金具は、その金具側傾斜接続部において、貫通孔の絶縁体側傾斜拡径部と係合する状態で貫通孔に対して固定される。その結果、端子金具は、貫通孔（絶縁体）の軸線に対する半径方向への移動が拘束されるので、従来問題であった端子金具の貫通孔に対する偏芯や曲がりを抑制することができる。また、先細りになった貫通孔の絶縁体側傾斜拡径部は、同じく先細りになった金具側傾斜接続部を自身の中心に位置決めするガイドの役割を果たすので、端子金具の偏心矯正効果に優れる。
【００１１】
また、従来は、貫通孔と貫通孔内に挿入される端子金具の本体部とのクリアランスを縮小することにより、端子金具の偏芯や曲がりを抑制しようとしてきたが、前述の通り、端子金具本体部の加工寸法精度を高く確保しなければならないためコストや歩留まり上の問題が生じる。そして、スパークプラグの小型化が進めばその傾向はさらに顕著となる。しかしながら、本発明においては、絶縁体側傾斜拡径部と金具側傾斜接続部との形態上の組み合わせによって、上記した端子金具の偏心を矯正する効果が出てくるので、結果的に金具側傾斜接続部の外周面の加工精度を下げることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１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内に嵌め込まれた絶縁体２、先端部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、他端側が中心電極３の先端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。そして、接地電極４と中心電極３との間には火花放電ギャップｇが形成されている。
【００１３】
主体金具１は炭素鋼等で形成され、図１に示すように、主体金具１の外周面には取付け用のねじ部７が形成されている。スパークプラグ１００は、該ねじ部７により例えばガソリンエンジン（内燃機関）のシリンダヘッドに取り付けられる。そして、その状態で接地電極４と中心電極３との間に高電圧を印加することにより、火花放電ギャップｇに火花放電して、該エンジンの着火源としての役割を果たすこととなる。なお、ねじ部７の外径は、例えば１４ｍｍである。また、中心電極３を突出させている側の主体金具１の開口端から、絶縁体２の後端縁位置までの長さは、例えば６０ｍｍである。また、中心電極３はインコネル（Inconel：商標名）等のＮｉ合金で構成されている。さらに、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。
【００１４】
上記スパークプラグ１００において、絶縁体２の軸方向には貫通孔６が形成されており、その一方の端部側に端子金具８が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極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８と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部は、導電性ガラスシール層１６，１７を介して中心電極３と端子金具８とにそれぞれ電気的に接続されている。これら導電性ガラスシール層１６，１７及び抵抗体１５は、導電性結合層を形成するものである。なお、抵抗体１５を省略し、端子金具８と中心電極３とを単一の導電性ガラスシール層で接合するようにしてもよい。
【００１５】
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。端子金具８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が鍔状に形成されている。そして、上記貫通孔６の第一部分６ａと第二部分６ｂとの間には、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２０がテーパ面あるいはアール面状に形成されている。
【００１６】
端子金具８は低炭素鋼等で構成され、表面には防食のための図示しないＮｉメッキ層が形成されたものである。そして、該端子金具８は、絶縁体２の貫通孔６内に挿通される軸状の本体部８ａ（先端部外周面に、ねじ形態あるいはその他の凹凸形態を有するシール部８ｊが形成されている）と、絶縁体２の後端面より突出するとともに本体部８ａよりも径大とされた端子部８ｂとを有する。シール部８ｊは、導電性ガラスシール層１７中に没入する形で配置され、貫通孔６の内面との間を該シール層１７によりシールされる。なお、本体部８ａの外周面と貫通孔６の内面との間のクリアランスは０．１〜０．５ｍｍ程度である。
【００１７】
絶縁体２は、軸線Ｏ方向において中心電極３の位置する側を前方側、これと反対側を後方側として、貫通孔６の後端側開口部には、絶縁体２の後端面に近づくほど内径が連続的に拡径する絶縁体側傾斜拡径部２ａが形成されている。一方、端子金具８の本体部８ａと端子部８ｂとを接続する部分には、外周面が該本体部８ａ側から端子部８ｂ側へ向けて連続的に拡径する金具側傾斜接続部８ｃが形成されている。そして、その金具側傾斜接続部８ｃの外周面を絶縁体側傾斜拡径部２ａに係合させた形で、端子金具８が貫通孔６に対して固定されている。
【００１８】
上記のスパークプラグ１００において、絶縁体２に対する中心電極３と端子金具８との組付けは、以下のようなガラスシール工程により行なわれる。まず、絶縁体２の貫通孔６に対し、その第一部分６ａに中心電極３を挿入した後、第二部分６ｂに導電性ガラス粉末を充填する。そして、第二部分６ｂ内に押さえ棒を挿入して充填した粉末を予備圧縮し、導電性ガラス粉末層を形成する。次いで、抵抗体原料粉末を充填して予備圧縮を行い、さらに導電性ガラス粉末を充填して予備圧縮を行うことにより、貫通孔６の第二部分６ｂ内には、中心電極３側（下側）から導電性ガラス粉末層、抵抗体原料粉末層及び導電性ガラス粉末層が積層された状態となる。
【００１９】
そして、この状態で全体を炉内に挿入してガラス軟化点以上である８００〜１０００℃に加熱し、その後、貫通孔６内に端子金具８を、中心電極３と反対側から圧入して積層状態の各層を軸方向に加圧してホットプレス処理する。これにより、各層は圧縮・焼結されてそれぞれ導電性ガラスシール層１６、抵抗体１５及び導電性ガラスシール層１７となる。このとき、シール部８ｊは軟化した導電性ガラス粉末層内に圧入される。
【００２０】
上記ガラスシール工程において端子金具８は、図２に示すように、その金具側傾斜接続部８ｃの外周において、絶縁体側傾斜拡径部２ａの外周面と係合する状態で貫通孔６に対して固定される。これにより端子金具８は、貫通孔６（絶縁体２）の軸線Ｏに対する半径方向への移動が拘束されるので、端子金具８が貫通孔６に対して偏芯したり曲がったりして組みつけられる不具合の発生を抑制することができる。また、先細りになった絶縁体側傾斜拡径部２ａは、同じく先細りになった金具側傾斜接続部８ｃを自身の中心に位置決めするガイドの役割を果たすので、端子金具６の偏心矯正効果に優れる。また、この偏心矯正効果により、金具側傾斜接続部８ｃの外周面の加工精度を下げることができるので、コスト低減にも寄与する。金具側傾斜接続部８ｃの外周面の加工精度が低下した場合、この外周面が軸線Ｏに対して傾斜した面として形成されているから、端子部８ｂの位置のずれは主に軸線Ｏ方向に生ずる形となる。この端子部８ｂの軸線Ｏ方向の位置決め公差は、ＪＩＳ：Ｂ８０３１（１９９５）によると１ｍｍ程度の大きな値が許容されている。従って、規格内に収めることが容易である。
【００２１】
上記の効果は、金具側傾斜接続部８ｃを絶縁体側傾斜拡径部２ａ内に圧入させる形で固定したとき、一層高められる。この場合、先細りになった金具側傾斜接続部８ｃが半径方向に弾性的に圧縮されながら絶縁体側傾斜拡径部２ａ内に押し込まれ、この弾性復帰力が端子金具８の貫通孔６に対する固定効果を高める。また、端子金具８に偏心や曲がりが生じようとした場合は、金具側傾斜接続部８ｃに生ずる弾性応力に周方向の分布アンバランスを生じさせるが、このアンバランスが、金具側傾斜接続部８ｃの中心軸線を絶縁体の中心軸線に合わせ込む復元力を生じさせるので、位置決め精度が一層向上する。
【００２２】
金具側傾斜接続部８ｃと絶縁体側傾斜拡径部２ａとの双方の外周面が円錐状面（テーパ面）とされている。金具側傾斜接続部８ｃと絶縁体側傾斜拡径部２ａとの接触は、絶縁体側傾斜拡径部２ａの最大内径部近傍にて生ずる形となるが、両者がいずれも円錐面とされている場合は、その径の一致する相対的な位置関係が幾何学的に狭い範囲でのみ発生するので、端子金具８の位置決め精度をさらに向上させることができる。
【００２３】
なお、絶縁体側傾斜拡径部２ａの外周面の頂角をαとし、金具側傾斜接続部８ｃの外周面の頂角をβとしたとき、β＜αとなるように各頂角α及びβが調整されている。これにより、絶縁体側傾斜拡径部２ａと金具側傾斜接続部８ｃとの係合に伴う偏心矯正効果をさらに高めることができる。なお、絶縁体側傾斜拡径部２ａ及び金具側傾斜接続部８ｃの各頂角α，βは、スパークプラグ１００の小型化に伴う、絶縁体側傾斜拡径部２ａ及び金具側傾斜接続部８ｃの小径化を考慮した場合はなるべく大きいことが望ましいが、角度が大きくなり過ぎると偏心矯正効果が損なわれることにつながるので、これらを勘案し、β＜αとなるように、αを３０〜７０°、βを２０〜６０°程度に設定することが望ましい。
【００２４】
また、図５〜図７に示すように、金具側傾斜接続部８ｃと絶縁体側傾斜拡径部２ａとの一方の外周面を円錐状面とし、他方の外周面を凸曲面状傾斜面（例えばアール面状）とすることもできる。図５及び図７は金具側傾斜接続部８ｃを凸曲面状傾斜面とした例であり、図６は縁体側傾斜拡径部２ａを凸曲面状傾斜面とした例である。いずれの場合も、図２のような金具側傾斜接続部８ｃと絶縁体側傾斜拡径部２ａとの双方を円錐状面とする場合と比較して、偏心矯正効果は多少損なわれるが、金具側傾斜接続部８ｃと絶縁体側傾斜拡径部２ａとの片方が曲面状となることで、両者が当接したときの応力が分散し、組み付け時において絶縁体２に割れや欠け等が生じにくくなる。なお、図７の構成では、絶縁体側傾斜拡径部２ａを、２段階に縮径する円錐状面の組み合わせとして形成しており、凸曲面状の金具側傾斜接続部８ｃを、各円錐状面のそれぞれに当接させることにより、応力分散効果をさらに高めている。
【００２５】
次に、図２〜図７の各端子部８ｂには、軸線Ｏ方向における金具側傾斜接続部８ｃとの接続側端部に、その接続位置における金具側傾斜接続部８ｃの外径（接続部終端外径）と略等しくなる端子定径部８ｋが形成されてなる。このような端子定径部８ｋを、金具側傾斜接続部８ｃとの接続側端部に直接続く形で形成することは、図８に示すような、鍔状の固定部８ｆが端子部８ｂから排除されることを意味する。この結果、図１の主体金具１と端子金具８との絶縁体２表面の沿面放電距離が拡大して、耐フラッシュオーバ性の向上に寄与する。本発明においては、金具側傾斜接続部８ｃと絶縁体側傾斜拡径部２ａとの係合により、軸線方向及び半径方向のいずれにおいても良好な位置決め固定効果が達成され、結果として固定部８ｆがなくとも十分に強固な固定状態を得ることができる。従って、耐フラッシュオーバ性の向上と、端子金具の固定強度向上及び軸線位置決めの各効果を両立させることが可能となる。
【００２６】
なお、軸線Ｏ方向において、絶縁体側傾斜拡径部２ａの後端位置での内径をｄ_Ｅとし、同じく金具側傾斜接続部８ｃの後端位置での外径をｄ_Ｃとしたとき、図２ではｄ_Ｃ＞ｄ_Ｅとなっているが、これを図３に示すようにｄ_Ｃ＜ｄ_Ｅとすると、上記の沿面放電距離がさらに拡大し、耐フラッシュオーバ性を一層向上させることができる。また、図４及び図５に示すように、軸線Ｏ方向において、貫通孔６の絶縁体側傾斜拡径部２ａの後方側に、端子部８ｂの外周面前端部を覆う絶縁体定径部２ｅを形成しておくと、沿面放電距離の拡大効果、ひいては耐フラッシュオーバ性向上効果をさらに高めることができる。また、絶縁体定径部２ｅが端子部８ｂの挿入時にガイドの役割を果たし、偏心や曲がりの防止効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパークプラグの一例を示す全体縦断面図。
【図２】図１の要部拡大半断面図。
【図３】図１のスパークプラグの第一変形例の要部拡大半断面図。
【図４】同じく第二変形例の要部拡大半断面図。
【図５】同じく第三変形例の要部拡大半断面図。
【図６】同じく第四変形例の要部拡大半断面図。
【図７】同じく第五変形例の要部拡大半断面図。
【図８】従来のスパークプラグにおける要部拡大半断面図。
【符号の説明】
１主体金具
２絶縁体
２ａ絶縁体側傾斜拡径部
２ｅ絶縁体定径部
３中心電極
４接地電極
６貫通孔
８端子金具
８ａ本体部
８ｂ端子部
８ｃ金具側傾斜接続部
８ｋ端子定径部

Claims

軸線方向に貫通孔が形成された絶縁体と、前記貫通孔内において前記絶縁体の一方の端部側に配置される中心電極と、同じく他方の端部側に前記中心電極と導通する形で配置される端子金具とを備え、
前記絶縁体の軸線方向において前記中心電極の位置する側を前方側、これと反対側を後方側とし、前記貫通孔の後端側開口部は、前記絶縁体の後端面に近づくほど内径が連続的に拡径する絶縁体側傾斜拡径部を有し、一方、前記端子金具は、前記貫通孔内に挿入される本体部と、その本体部よりも径大に構成され前記貫通孔の後方側へ突出する端子部と、それら本体部と端子部とを接続するとともに外周面が該本体部側から端子部側へ向けて連続的に拡径する金具側傾斜接続部とを有し、その金具側傾斜接続部と前記絶縁体側傾斜拡径部とが当接しており、前記金具側傾斜接続部と前記絶縁体側傾斜拡径部との双方の外周面が円錐状面とされ、前記絶縁体側傾斜拡径部の外周面の頂角をαとし、前記金具側傾斜接続部の外周面の頂角をβとしたとき、β＜αの関係を満たしていることを特徴とするスパークプラグ。
軸線方向に貫通孔が形成された絶縁体と、前記貫通孔内において前記絶縁体の一方の端部側に配置される中心電極と、同じく他方の端部側に前記中心電極と導通する形で配置される端子金具とを備え、
前記絶縁体の軸線方向において前記中心電極の位置する側を前方側、これと反対側を後方側とし、前記貫通孔の後端側開口部は、前記絶縁体の後端面に近づくほど内径が連続的に拡径する絶縁体側傾斜拡径部を有し、一方、前記端子金具は、前記貫通孔内に挿入される本体部と、その本体部よりも径大に構成され前記貫通孔の後方側へ突出する端子部と、それら本体部と端子部とを接続するとともに外周面が該本体部側から端子部側へ向けて連続的に拡径する金具側傾斜接続部とを有し、その金具側傾斜接続部と前記絶縁体側傾斜拡径部とが当接しており、前記金具側傾斜接続部と前記絶縁体側傾斜拡径部との一方の外周面が円錐状面よりなり、他方の外周面が凸曲面状傾斜面とされていることを特徴とするスパークプラグ。
軸線方向に貫通孔が形成された絶縁体と、前記貫通孔内において前記絶縁体の一方の端部側に配置される中心電極と、同じく他方の端部側に前記中心電極と導通する形で配置される端子金具とを備え、
前記絶縁体の軸線方向において前記中心電極の位置する側を前方側、これと反対側を後方側とし、前記貫通孔の後端側開口部は、前記絶縁体の後端面に近づくほど内径が連続的に拡径する絶縁体側傾斜拡径部を有し、一方、前記端子金具は、前記貫通孔内に挿入される本体部と、その本体部よりも径大に構成され前記貫通孔の後方側へ突出する端子部と、それら本体部と端子部とを接続するとともに外周面が該本体部側から端子部側へ向けて連続的に拡径する金具側傾斜接続部とを有し、その金具側傾斜接続部と前記絶縁体側傾斜拡径部とが当接しており、前記軸線方向において、前記絶縁体側傾斜拡径部の後端位置での内径をｄ_Ｅとし、同じく前記金具側傾斜接続部の後端位置での外径をｄ_Ｃとしたとき、ｄ_Ｃ＜ｄ_Ｅの関係を満たし、前記軸線方向において、前記貫通孔の前記絶縁体側傾斜拡径部の後方側に、前記端子部の外周面前端部を覆う絶縁体定径部が形成されてなることを特徴とするスパークプラグ。
前記軸線方向において、前記絶縁体側傾斜拡径部の後端位置での内径をｄ _Ｅとし、同じく前記金具側傾斜接続部の後端位置での外径をｄ _Ｃとしたとき、ｄ _Ｃ＜ｄ _Ｅの関係を満たし、前記軸線方向において、前記貫通孔の前記絶縁体側傾斜拡径部の後方側に、前記端子部の外周面前端部を覆う絶縁体定径部が形成されてなることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
前記端子金具において、前記金具側傾斜接続部は前記絶縁体側傾斜拡径部内に圧入されていることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。