JP4842700B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。

従来から、スパークプラグとして、中心電極と、この中心電極を保持する絶縁碍子と、先端部に接地電極を備えた主体金具とを備え、主体金具内に絶縁碍子が支持固定された構造のものが知られている。このようなスパークプラグでは、筒状に形成された主体金具内に絶縁碍子の径大の鍔状の部位を挿入し、主体金具の一方の端部を加締めて絶縁碍子の鍔状の部位を軸線方向に押圧することによって主体金具内に絶縁碍子に支持固定する構造とすることが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

また、上記のようなスパークプラグにおいて、熱的な特性（熱価ともいう）は重要であり、特に点火進角とスパークプラグの発火温度の関係から、範囲は規定されている。この範囲が広いほど特性として好ましい。この熱価の調整としては、絶縁碍子の発火部側の燃焼ガスにさらされる面積の大小を調整することによりその範囲を調整する方法が一般的である。しかしながら、この面積の変更のみでは、熱価の調整が十分に行えず単にくすぶり易い、または焼け易いスパークプラグとなってしまうことがある。このため、銅芯入り中心電極等を用いることりより、発火部側からの放熱性を向上させることにより、ワイドレンジ化が図られてきた。

また、上記のような銅芯入り中心電極等を用いたスパークプラグにおいて、主体金具と絶縁碍子の間に形成され燃焼ガスが入り込むガスポケットの長さと、主体金具と絶縁碍子との間に配置される金属製のパッキン介装部の長さの和を一定にし、これらの長さを変更することによって、熱価を調整することも知られている（例えば、特許文献２参照。）。この方法では、放熱性を上げるためには、パッキン介装部の長さを大きくしガスポケットの長さを小さくする。このため、くすぶり等の耐汚損性が悪くなるという問題がある。
特開２００２−１６４１４７号公報 実開昭６１−３９８８０号公報

上記のように従来においては、くすぶり等の耐汚損性の低下を招くことなく放熱性を上げることが困難であるという問題があった。また、スパークプラグにおいては、小径化することが求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、従来に比べて耐汚損性及び放熱性の向上を図ることができるとともに、小径化を図ることのできるスパークプラグを提供することを目的とする。

本発明のスパークプラグは、軸線方向に延在する中心電極と、前記中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、前記絶縁碍子の一部を収容するとともに、機関に取り付けられた際に当該機関との間で気密封止面を形成する座面と、先端部に配置され前記中心電極との間で火花放電を生じさせるための接地電極とを有する円筒状の主体金具と、前記主体金具の先端と前記座面との間の、前記絶縁碍子と前記主体金具との間に圧入され、前記絶縁碍子と前記主体金具との間の放熱経路を形成する環状の放熱部材であって、前記絶縁碍子の外周面に接触する内側圧入接触部と前記主体金具の内周面に接触する外側圧入接触部とを有し、当該放熱部材を軸線方向に直交する任意の径方向断面で見たときに、前記内側圧入接触部と前記主体金具の内周面との間及び前記外側圧入接触部と前記絶縁碍子の外周面との間のそれぞれに空間を有する形状とされた放熱部材とを具備し、前記絶縁碍子のうち、前記放熱部材の前記内側圧入接触部と当接する部位が軸線に対して平行であり、前記絶縁碍子のうち、前記放熱部材の前記内側圧入接触部と当接する部位の先端側に隣接する部位が先端に向かって小径となる傾斜面を有することを特徴とする。

上記構成の本発明のスパークプラグでは、絶縁碍子の外周面に接触する内側圧入接触部と前記主体金具の内周面に接触する外側圧入接触部とを有し、当該放熱部材を軸線方向に直交する任意の径方向断面で見たときに、前記内側圧入接触部と前記主体金具の内周面との間及び前記外側圧入接触部と前記絶縁碍子の外周面との間のそれぞれに空間を有する形状とされた放熱部材によって、絶縁碍子と主体金具との間で放熱を行う。このように、圧入によって絶縁碍子と主体金具との間に支持された放熱部材を用いることにより、例えば、主体金具と絶縁碍子とに夫々対向する段部を形成して、これらの間にリング状等の伝熱部材を配置する従来構造に比べて、段部等の構造を設ける必要がなくなるため、脚長（ガスポケットの長さ）を最大限長くすることができる。これによって、耐汚損性の良好なスパークプラグを得ることができるとともに、段部を過度に大きくする必要がなく、スパークプラグの小径化を図ることができる。さらに、放熱部材は、当該放熱部材を軸線方向に直交する任意の径方向断面で見たときに、前記内側圧入接触部と前記主体金具の内周面との間及び前記外側圧入接触部と前記絶縁碍子の外周面との間のそれぞれに空間を有する形状とされている。この空間の存在によって、絶縁碍子への放熱部材による締め付け負荷を軽減することができる。つまり、放熱部材のうち絶縁碍子に負荷を及ぼす部分である放熱部材はたわむように変形して応力を緩和することができ、絶縁碍子に対する放熱部材による面圧の過度な上昇を抑制することが可能となる。これによって、締め付け負荷により絶縁碍子が破損することを防止できる。また、圧入による主体金具の径方向の膨れを防止することができ、ねじ部のねじ精度の低下を防止できる。このように、軸線方向に直交する任意の径方向断面で見たときに、内側圧入接触部と主体金具の内周面との間及び外側圧入接触部と絶縁碍子の外周面との間のそれぞれに空間を有する形状とするための一態様としては、内側圧入接触部と、外側圧入接触部とが、互いに異なる軸線方向位置に配置された構造の放熱部材を挙げることができる。
絶縁碍子は熱サイクルにより軸線方向に伸縮（膨張−収縮）する。このため絶縁碍子の外径も変化し、放熱部材の内側圧入接触部と絶縁碍子の径方向における当接位置は変化してしまう。この当接位置の変化について軸線方向とこれに垂直な径方向について分析すると、絶縁碍子のうち内側圧入接触部と当接する部位が平行でない場合は、絶縁碍子の軸線方向成分の伸縮によっても径方向の当接位置の変化に影響を与えてしまう。しかしながら、本構成のように平行とすることにより、軸線方向の伸縮による径方向の当接位置が変化してしまうことはなく、良好な当接状態を維持することができる。このため、絶縁碍子の破損を抑制ないし低減し、良好な放熱性も実現できる。また、この内側圧入接触部と当接する部位の先端側に隣接する部位を、先端に向かって小径となる傾斜面を有する形状とすることによって、放熱部材内に絶縁碍子を容易に挿入することが可能となる。

本発明のスパークプラグの一態様では、上記スパークプラグにおいて、 前記放熱部材の、前記内側圧入接触部の軸方向長さＬ１と、前記外側圧入接触部の軸方向長さＬ２とが、
０．１ｍｍ≦Ｌ１≦（Ｌ２×１．５）
とされていることを特徴とする。すなわち、接触面積を確保し、絶縁碍子からの放熱性を十分確保するために、Ｌ１は、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。また、一般的にセラミックからなる絶縁碍子と金属からなる放熱部材との摩擦係数は、約０．１２であり、金属同士の主体金具と放熱部材との摩擦係数は、約０．２５で約２倍以上の差がある。このため、安全性と摩擦係数のばらつきを見込んで、Ｌ１≦（Ｌ２×１．５）とすれば、主体金具と放熱部材との間に比べて、絶縁碍子と放熱部材との間を滑り易い状態に維持できる。このようにすれば、絶縁碍子に熱による伸長、収縮が生じた場合に、放熱部材が、主体金具に固定された状態で絶縁碍子との間で滑り、その主体金具に対する位置が移動することなく保持される。

また、本発明のスパークプラグの一態様では、上記のＬ１，Ｌ２が、
（Ｌ２×２．５）≦Ｌ１
とされている。これによって、主体金具と放熱部材との間に比べて、絶縁碍子と放熱部材との間を滑り難い状態に維持し、絶縁碍子に熱による伸長、収縮が生じた場合に、放熱部材が、絶縁碍子に固定された状態で主体金具との間で滑り、その絶縁碍子に対する位置が移動することなく保持される。

また、本発明のスパークプラグの一態様では、前記主体金具の前記放熱部材配置位置より先端側に、前記放熱部材配置位置より内径が小さな径小部が設けられていることを特徴とする。このように径小部を設けることにより、万一放熱部材の圧入状態が緩んだ場合でも、内燃機関の燃焼室内等に放熱部材が抜け落ちることを防止することができる。

また、本発明のスパークプラグの一態様では、前記絶縁碍子の段付き部まで前記放熱部材を圧入した後、当該絶縁碍子と放熱部材とを前記主体金具に圧入して構成されていることを特徴とする。これによって、圧入時に絶縁碍子に破損が生じる可能性を低減することができる。すなわち、主体金具内に放熱部材を圧入した後に、絶縁碍子を放熱部材に圧入しようとすると、絶縁碍子の偏芯、軸振れ等によって、絶縁碍子の碍子脚長部の先端を放熱部材に圧入する際にその両者が全周にわたって均一に当接せず、碍子脚長部の後端側に大きな曲げ応力が加わり、絶縁碍子に破損が生じる可能性がある。上記一態様によれば、曲げ応力に関与する支点間距離を短くすることができこのような絶縁碍子の破損可能性を大幅に低減することができる。

本発明のスパークプラグの一態様では、前記主体金具に、前記放熱部材を圧入するための圧入導入部が形成されていることを特徴とする。これによって、放熱部材の主体金具への圧入を容易に行うことが可能となる。

また、本発明のスパークプラグの一態様では、前記放熱部材よりも後端側に、前記絶縁碍子と前記主体金具との間を気密封止する気密封止部を有することを特徴とする。この気密封止部としては、例えば、前記主体金具に設けられ、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌めのいずれかによって前記絶縁碍子を保持する嵌合部とすることができる。このように、主体金具の嵌合部にて、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌めのいずれかによって絶縁碍子を保持することによって、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子に設ける必要がなくなる。これにより、スパークプラグの最大径を従来に比べて細くすることができる。すなわち、従来に比べてスパークプラグの小径化を図ることができる。また、嵌合部において気密性を保持する構造とすることによって、放熱部の構造の自由度を高めることができる。

前記絶縁碍子が前記嵌合部にて保持される手段としては、圧入を選択することができ、この場合絶縁碍子の圧入部の先端側に、後端側よりも径小とした圧入導入部を設けることが好ましい。これによって容易に製造が可能となり、かつ、十分な抜け荷重を確保することができる。

本発明によれば、従来に比べて耐汚損性及び放熱性の向上を図ることができるとともに、小径化を図ることのできるスパークプラグを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスパークプラグ１００の要部断面構成を拡大して示すものであり、図２は、スパークプラグ１００の全体の外観を示し、図３は図１中に一点鎖線で囲んだ要部構成をさらに拡大して示している。スパークプラグ１００は、略円筒状の主体金具１と、先端部が突出するようにその主体金具１内に嵌め込まれる略円筒状の絶縁碍子２とを備えている。図１中に点線で示すように、絶縁碍子２内の先端側の中心部分にはその軸方向に沿って銅芯入りの中心電極３が配置されており、中心電極３の先端部は絶縁碍子２の先端面から突出した状態となっている。そして、この中心電極３の先端部と対向するように、接地電極１０が配置されている。この接地電極１０は、一端が主体金具１に結合され、接地電極１０と中心電極３の間には所定間隔の火花放電ギャップが形成されている。

絶縁碍子２は、例えばアルミナ等のセラミック焼結体により略円筒状に構成されている。図１中に点線で示すように、絶縁碍子２の内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を挿通させるための貫通孔が設けられ、その後端側に端子金具４が挿入・固定され、先端部側に中心電極３が挿入・固定されている。これらの端子金具４と中心電極３とは、絶縁碍子２の貫通孔内において抵抗体３０及び導電性ガラスシール層３１を介して電気的に接続されている。また、絶縁碍子２は、主体金具１の後端寄り部位や主体金具１より後端側で主体金具１より露出する部位を含む碍子径大部２１と、碍子径大部２１より先端側で碍子径大部２１より小径の碍子中胴部２２と、碍子中胴部２２より先端側で碍子中胴部２２より小径でありエンジン等の内燃機関に取り付けた時に自身の先端寄りの一部が燃焼ガスに晒される碍子脚長部２３とを有している。本実施形態では、碍子中胴部２２は、後端側に位置し大径の後端側碍子中胴部２２０と、先端側に位置し小径の先端側碍子中胴部２２１とから構成されている。

主体金具１は、炭素鋼やステンレス鋼等の金属、例えば、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その先端側（図中下側）の外周面には、スパークプラグ１００を図示しない機関のプラグ取付孔に取り付けるためのねじ部７が形成されている。このねじ部７より後端側の外周部には、スパークプラグ１００をプラグ取付孔に取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部８が設けられている。そして、この工具係合部８よりさらに後端側には、嵌合部９が設けられている。なお、図１，２において、５はスパークプラグ１００を機関に取り付けた際に当該機関との間で気密封止面を形成する座面である。この座面５と機関の当接面との間には、例えば気密シールのためのリング状のシール部材（ガスケット）が配置される場合がある。

主体金具１の内周面は、絶縁碍子２の碍子径大部２１と対向する大孔部１１と、碍子中胴部２２と対向する中孔部１２と、碍子脚長部２３と対向する小孔部１３とを有している。また、中孔部１２は、主に後端側碍子中胴部２２０と対向する大径の後端側中孔部１２０と、主に先端側碍子中胴部２２１と対向する小径の先端側中孔部１２１とから構成されている。

上記の絶縁碍子２の碍子脚長部２３及びこれに対向する主体金具１の小孔部１３との間に介在するように、環状の放熱部材１４が設けられている。この放熱部材１４は、例えば主体金具１と同様な金属から構成されており、絶縁碍子２に圧入されると共に、主体金具１内に圧入されてこれらの間に支持され、これらの間の放熱経路を形成している。放熱部材１４は、図３に示すように、絶縁碍子２の外周面に接触する内側圧入接触部１４１と主体金具１の内周面に接触する外側圧入接触部１４０とを有している。そして、内側圧入接触部１４１と外側圧入接触部１４０とは、互いに軸線方向位置が異なるように配置されている。これによって、放熱部材１４を軸線方向に直交する任意の径方向断面で見たときに、内側圧入接触部１４１と主体金具１の内周面との間及び外側圧入接触部１４０と絶縁碍子２の外周面との間のそれぞれに、必ず空間を有する形状とされている。

上記放熱部材１４は、主体金具１と絶縁碍子２とが当接する当接部のうち、最も軸線方向先端側に位置している。すなわち放熱部材１４は、絶縁碍子２と主体金具１との間に形成される放熱経路のうち、最も軸線方向先端側に位置した放熱経路として作用する。このように、主体金具１及び絶縁碍子２に圧入した放熱部材１４によって放熱経路を形成することにより、例えば、主体金具と絶縁碍子とに夫々対向する段部を形成して、これらの間にリング状等の伝熱部材を挟持する場合に比べて、段部等の構造を設ける必要がなくなるため、脚長（ガスポケットの長さ）を最大限長くすることができる。これによって、放熱性を良好に維持しつつ、耐汚損性の良好なスパークプラグを得ることができるとともに、スパークプラグ全体の小径化を図ることができる。

また、圧入によって、放熱部材１４と、絶縁碍子２及び主体金具１とが径方向の締め付けによって接触しているため、軸方向に押圧されて接触している場合に比べて、熱サイクルが加わった場合において、より確実に接触状態を維持することができる。すなわち、熱サイクルが加わった場合、絶縁碍子２の径方向の伸縮よりも、軸方向の伸縮が大きくなる。このため、軸方向に押圧されて伝熱部材が接触している場合、熱が加わって絶縁碍子２が伸びると伝熱部材の変形が進み、温度が常温に戻り絶縁碍子２の伸びが戻ると接触が保たれない場合がある。一方、本実施形態によれば、絶縁碍子２の軸方向への伸縮に対しては、放熱部材１４と絶縁碍子２（又は主体金具１）とがスライドすることで吸収できる。また、径方向への絶縁碍子２の伸縮は軸方向に比べて僅かであることに加え、放熱部材１４自身がたわむように変形したりするため、問題とならない。このため、良好な放熱性を維持することができる。

上記のように、放熱部材１４と絶縁碍子２とがスライドするためには、図３に示す放熱部材１４の、内側圧入接触部１４１の軸方向長さＬ１と、外側圧入接触部の軸方向長さＬ２とが、
０．１ｍｍ≦Ｌ１≦（Ｌ２×１．５）
とされていることが好ましい。すなわち、接触面積を確保し、絶縁碍子２からの放熱性を十分確保するためには、Ｌ１は、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。また、一般的にセラミックからなる絶縁碍子２と金属からなる放熱部材１４との摩擦係数は、約０．１２であり、金属同士の主体金具１と放熱部材１４との摩擦係数は、約０．２５で約２倍以上の差がある。このため、安全性と摩擦係数のばらつきを見込んで、Ｌ１≦（Ｌ２×１．５）とすれば、主体金具１と放熱部材１４との間に比べて、絶縁碍子２と放熱部材１４との間を滑り易い状態に維持できる。このようにすれば、絶縁碍子２に熱による伸長、収縮が生じた場合に、放熱部材１４が主体金具１に固定された状態で、絶縁碍子２との間で滑り、放熱部材１４の主体金具１に対する位置が移動することなく保持される。

また、逆に
（Ｌ２×２．５）≦Ｌ１
として、主体金具１と放熱部材１４との間に比べて、絶縁碍子２と放熱部材１４との間を滑り難い状態に維持し、これによって絶縁碍子２に熱による伸長、収縮が生じた場合に、放熱部材１４が絶縁碍子２に固定された状態で、主体金具１との間で滑るよう構成することもできる。この場合、放熱部材１４の絶縁碍子２に対する位置が移動することなく保持される。

さらに、前述したとおり、放熱部材１４は、内側圧入接触部１４１と、外側圧入接触部１４０とが、互いに軸線方向位置が異なるように配置され、これによって、放熱部材１４を軸線方向に直交する任意の径方向断面で見たときに、内側圧入接触部１４１と主体金具１の内周面との間及び外側圧入接触部１４０と絶縁碍子２の外周面との間のそれぞれに、必ず空間を有する形状とされている。放熱部材１４をこのような形状とすることにより、絶縁碍子２への締め付け負荷を軽減することができる。放熱部材１４は、絶縁碍子２のうち、小径で肉厚の薄い碍子脚長部２３と当接されているため、このように面圧を抑制することは、絶縁碍子２の破損を防止する上で有効である。また、圧入による主体金具１の径方向の膨れを防止することができ、ねじ部７のねじ精度の低下を防止することができる。

上記のように、放熱部材１４を、軸線方向に直交する任意の径方向断面で見たときに、内側圧入接触部１４１と主体金具１の内周面との間及び外側圧入接触部１４０と絶縁碍子２の外周面との間のそれぞれに、必ず空間を有する形状とする場合、内側圧入接触部１４１と、外側圧入接触部１４０とが、互いに軸線方向位置が異なるように配置したものに限らず、例えば、図４，５に示す形状の放熱部材１４２、１４３等も用いることができる。このような放熱部材１４２、１４３等によっても、例えば、これらの図に直線Ａ，Ｂで例示した軸線方向に直交する径方向断面で見たときに、内側圧入接触部１４１と主体金具１の内周面との間及び外側圧入接触部１４０と絶縁碍子２の外周面との間のそれぞれに、必ず空間を有する（部材のない部分がある）形状とすることができる。

また、内側圧入接触部１４１と、外側圧入接触部１４０とが、互いに軸線方向位置が異なるように配置した場合についても、図３に示した形状の放熱部材１４に限られない。例えば、図６，７に示した放熱部材１４４、１４５の如き形状のもの、その他どのような形状のものも使用することができる。

図８は、主体金具１の放熱部材１４配置位置より先端側に、放熱部材１４配置位置より内径が小さな径小部５０を設けたスパークプラグ１１０を示している。このように径小部５０を設ければ、万一放熱部材１４の圧入状態が緩んだ場合でも、放熱部材１４が内燃機関の燃焼室内等に抜け落ちることを防止することができる。また、同図に示すように、絶縁碍子２の碍子脚長部２３のうち、放熱部材１４が当接される当接部位２３０は、軸線に対して略平行とすることが好ましい。これによって、放熱部材１４と絶縁碍子２との圧入状態が良好に保たれる。また、この当接部位２３０に隣接する隣接部位２３１については、先端に向かって小径となる傾斜面とすることが好ましい。これによって、放熱部材１４の圧入を容易に行うことが可能となる。さらに、主体金具１についても、放熱部材１４の圧入を容易にするため、テーパー状又はＲを付けた圧入導入部２３２を設けることが好ましい。

また、上記の放熱部材１４を圧入して主体金具１と絶縁碍子２とを組み付ける際には、例えば、図９に示すように、絶縁碍子２を段付き構造とし、放熱部材１４を絶縁碍子２に圧入した後、絶縁碍子２と共に放熱部材１４を主体金具１内に圧入することが好ましい。これによって、圧入時に絶縁碍子２に破損が生じる可能性を低減することができる。すなわち、逆に、主体金具１内に放熱部材１４を圧入した後に、絶縁碍子２を放熱部材１４に圧入しようとすると、絶縁碍子２の偏芯、軸振れ等によって、絶縁碍子２の碍子脚長部２３の先端を放熱部材１４に圧入する際にその両者が全周にわたって均一に当接せず、碍子脚長部２３の後端側に大きな曲げ応力が加わり、絶縁碍子２に破損が生じる可能性があるからである。一方、前記したように、放熱部材１４を絶縁碍子２に圧入した後、絶縁碍子２と共に放熱部材１４を主体金具１内に圧入すれば、曲げ応力に関与する支点間距離を短くすることができ、上記のような絶縁碍子２の破損可能性を大幅に低減することができる。

また、本実施形態によれば、放熱部材１４の軸方向位置を変更することによって、熱価を容易に調節することが可能である。この場合において、主体金具１及び絶縁碍子２、さらに放熱部材１４についても、共通部品化が可能となる。

なお、本実施形態では、上記した放熱部材１４より後端側に、放熱経路を形成するための環状の伝熱部材４０が、絶縁碍子２と主体金具１との間に介在するように設けられている。この伝熱部材４０は、熱伝導性の良好な金属、例えば銅、アルミニウム等から構成されている。このように、絶縁碍子２の軸方向に離間した複数個所（２箇所）において、絶縁碍子２から主体金具１へ放熱する放熱経路を形成することにより、放熱を精度良く制御することができ、耐汚損性の低下を招くことなく、ワイドレンジ化することができる。

すなわち、この場合、図１中の放熱部材１４による先端側の放熱経路は、主として絶縁碍子２の先端部からの熱を主体金具１に放熱する。また、図１中の伝熱部材４０による後端側の放熱経路は、中心電極３と抵抗体３０とを接合する部分に隣接して設けられており、熱伝導性の良好な銅芯入り中心電極３からの熱を主体金具１に放熱する。これによって、これらの部位の温度を夫々所望の熱価に合うように所望温度に制御することができ、プリイグニッションの発生等を防止してワイドレンジ化を実現することができる。また、ガスポケットの長さを小さくする必要もないため、くすぶり等の耐汚損性が悪化することもない。

嵌合部９は、絶縁碍子２を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの嵌合部９は、絶縁碍子２を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになっている。このように、嵌合部９を工具係合部８よりも後端側に設けることにより、工具係合部８に工具を係合させてスパークプラグ１００をプラグ取付孔に締め付けた際等に、嵌合部９にねじれトルクや軸力が加わることを防止したり低減することができ、嵌合部９における結合部分（嵌合保持）の信頼性を向上させることができる。すなわち、スパークプラグ１００のプラグ取付孔への取り付け、取り外しを繰り返して何度も行ったとしても、嵌合部９への影響が小さく、絶縁碍子２との結合状態に緩み等が生じることがない。また、主体金具１の後端側で絶縁碍子２を支持することにより、絶縁碍子２が振動した際の振動周波数を高めることができ、耐振動性を向上させることができる。

また、上記のような嵌合部９を、例えばねじ部７の部分に設けたとすると、絶縁碍子２の圧入によってねじ部７が膨らみ、ねじ精度が低下する可能性があるが、本実施形態のように、工具係合部８よりも後端側に嵌合部９を設けることにより、このような不具合が生じることを防止することができる。更に、更に、後端側に設けることで絶縁碍子２の碍子径大部２１側で嵌合することができる。碍子径大部２１は他の部位に比べて厚肉に構成することができ、絶縁碍子２の破壊荷重が小／中径部と比べて高く、そのため嵌合力を強めに設計しても、絶縁碍子２が破壊、損傷することを防ぐことができる。また、エンジンで使用したときに、比較的低温となるため気密漏れ等の不具合が生じにくい。

一方、前記したとおり、絶縁碍子２は、先端側から順に、碍子脚長部２３、碍子中胴部２２、碍子径大部２１とされている。そして、碍子径大部２１の碍子中胴部２２側端部は、所定角度のテーパーが形成され、主体金具１の嵌合部９に圧入するための圧入導入部２４とされている。この圧入導入部２４のテーパー角度は、１〜５度程度とすることが好ましく、２〜４度程度とすることがさらに好ましい。テーパー角度を１度以上、好ましくは２度以上とする理由は、テーパー角度によって、テーパー長（圧入導入部長さ）が変化し、テーパー角度が１度未満となると、テーパー長が急激に長くなるためである。また、テーパー角度を５度以下、好ましくは４度以下とする理由は、十分な抜き後の嵌合代を確保するためである。この抜き後の嵌合代とは、一旦圧入した後引き抜いた時の絶縁碍子２の外形（Ｄ１）と圧入部９の内径（Ｄ２）との径差（Ｄ２−Ｄ１）のことを示しており、十分な嵌合強度（一定以上の抜け荷重）を得るためにはある程度大きい必要がある。

上記のように、本実施形態では、嵌合部９に、絶縁碍子２を圧入して嵌合保持する構成となっているので、従来のように主体金具１の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子２に設ける必要がなく、スパークプラグ１００の最大径を細くすることができる。これによって、エンジンに設けるスパークプラグ１００取り付け用の孔の径を小さくすることができ、エンジン設計における自由度を高めることができる。なお、圧入の他、焼き嵌め、冷やし嵌め、或いはこれらの組み合わせによって、嵌合部９に絶縁碍子２を嵌合させるようにしても良い。

また、本実施形態のスパークプラグでは、嵌合部分の信頼性を高める、すなわち抜け荷重を高くする必要があるが、この抜け荷重を高くすればするほど、圧入荷重も高くなってしまう。このようなときには、圧入時に潤滑材を使用することで嵌合部の信頼性を高く保ったまま、圧入荷重を少なくすることができる。この場合、圧入後に熱処理を行うことで抜け荷重が増大する。これは、熱処理によって潤滑材が分解され潤滑効果がなくなるためと、嵌合部９の接触状態が熱処理前では点接触の状態にあるが、点接触部には局所的に高面圧が掛かっており、この状態に熱を与えることで主体金具材が軟化、そして塑性変形することで接触状態が点から面接触へと変化し、嵌合部９の真の接触面積が増大するための２つの効果による。このような潤滑材としては、例えばパスキンＭ３０（商品名）、セロゾール（商品名）等を使用することができる。

熱処理は、例えば温度３００℃で１５分程度行うことが好ましい。このような圧入後の熱処理を行わなかった場合、圧入荷重と抜け荷重は略同一となる。ところが、上記のような熱処理を行うことにより、例えば嵌合部直径（絶縁碍子の外径）が１０ｍｍのスパークプラグの場合に実際に測定したデータの一例を挙げれば、圧入荷重が１５０Ｋｇに対して、室温での抜け荷重が６１０Ｋｇ、２００℃での抜け荷重が５２０Ｋｇとなった。また、例えば嵌合部直径（絶縁碍子の外径）が８ｍｍのスパークプラグの場合に実際に測定したデータの一例を挙げれば、圧入荷重が１５７Ｋｇに対して、室温での抜け荷重が３５７Ｋｇ、２００℃での抜け荷重が２７６Ｋｇとなった。この圧入の際は、主体金具１の座面５を支持して絶縁碍子２の圧入を行っている。主体金具１には公知の方法によって、先端に接地電極１０が接合されているので（図１参照。）、この接地電極１０を変形させてしまうことなく圧入を行うためには座面５を支持して圧入することが好ましい。

さらに、上記嵌合部９は、絶縁碍子２の外側との間で、必要とされる気密性が確保できるようになっている。スパークプラグ１００を取り付けた状態で内部から１．５５ＭＰａの圧力が加わった場合の気密性について測定したところ、常温では漏れ量が略０ｍｌ／ｍｉｎ、２００℃で略１ｍｌ／ｍｉｎ程度であり、一般に市販されている加締めによるスパークプラグと同等以上の気密性が確保されていることが分かった。このように、本実施形態に係るスパークプラグ１００では、嵌合部９において気密性を確保するようになっているので、従来のように気密性を確保するためのシールとなるタルク粉末等の充填が必要なく、このため構造を簡易化することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、本実施形態に記載したＬ字形状の接地電極１０の他、複数の接地電極を組み合わせたもの、さらには一般に沿面放電タイプと呼ばれるもののひとつである主体金具の先端部が火花放電電極を兼ねるタイプであってもよい。

また、嵌合部において絶縁碍子と当接する部分の長さは１ｍｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、長すぎると過剰な圧入荷重を必要としてしまうため、作製の面からは嵌合部の内径を上限とすることが好ましい。

本発明の実施形態に係るスパークプラグの要部断面構成を拡大して示す図。 図１のスパークプラグの全体の外観構成を示す図。 図１のスパークプラグの要部断面構成を拡大して示す図。 他の実施形態のスパークプラグの要部断面構成を拡大して示す図。 他の実施形態のスパークプラグの要部断面構成を拡大して示す図。 他の実施形態のスパークプラグの要部断面構成を拡大して示す図。 他の実施形態のスパークプラグの要部断面構成を拡大して示す図。 他の実施形態に係るスパークプラグの要部断面構成を拡大して示す図。 実施形態に係るスパークプラグの製造方法を説明するための図。

符号の説明

１……主体金具、２……絶縁碍子、３……中心電極、４……端子金具、７……ねじ部、８……工具係合部、９……嵌合部、１０……接地電極、１４……放熱部材、１００……スパークプラグ。

Claims (10)

1. 軸線方向に延在する中心電極と、
   前記中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子の一部を収容するとともに、機関に取り付けられた際に当該機関との間で気密封止面を形成する座面と、先端部に配置され前記中心電極との間で火花放電を生じさせるための接地電極とを有する円筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端と前記座面との間の、前記絶縁碍子と前記主体金具との間に圧入され、前記絶縁碍子と前記主体金具との間の放熱経路を形成する環状の放熱部材であって、前記絶縁碍子の外周面に接触する内側圧入接触部と前記主体金具の内周面に接触する外側圧入接触部とを有し、当該放熱部材を軸線方向に直交する任意の径方向断面で見たときに、前記内側圧入接触部と前記主体金具の内周面との間及び前記外側圧入接触部と前記絶縁碍子の外周面との間のそれぞれに空間を有する形状とされた放熱部材と
   を具備し、
   前記絶縁碍子のうち、前記放熱部材の前記内側圧入接触部と当接する部位が軸線に対して平行であり、
   前記絶縁碍子のうち、前記放熱部材の前記内側圧入接触部と当接する部位の先端側に隣接する部位が先端に向かって小径となる傾斜面を有する
   ことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記放熱部材は、前記内側圧入接触部と、前記外側圧入接触部とが、互いに異なる軸線方向位置に配置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。
3. 前記放熱部材の、前記内側圧入接触部の軸方向長さＬ１と、前記外側圧入接触部の軸方向長さＬ２とが、
   ０．１ｍｍ≦Ｌ１≦（Ｌ２×１．５）
   とされていることを特徴とする請求項１又は２記載のスパークプラグ。
4. 前記放熱部材の、前記内側圧入接触部の軸方向長さＬ１と、前記外側圧入接触部の軸方向長さＬ２とが、
   （Ｌ２×２．５）≦Ｌ１
   とされていることを特徴とする請求項１又は２記載のスパークプラグ。
5. 前記主体金具の前記放熱部材配置位置より先端側に、前記放熱部材配置位置より内径が小さな径小部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のスパークプラグ。
6. 前記絶縁碍子の段付き部まで前記放熱部材を圧入した後、当該絶縁碍子と放熱部材とを前記主体金具に圧入して構成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のスパークプラグ。
7. 前記主体金具に、前記放熱部材を圧入するための圧入導入部が形成されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のスパークプラグ。
8. 前記放熱部材よりも後端側に、前記絶縁碍子と前記主体金具との間を気密封止する気密封止部を有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のスパークプラグ。
9. 前記気密封止部が、前記主体金具に設けられ、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌めのいずれかによって前記絶縁碍子を保持する嵌合部であることを特徴とする請求項８項記載のスパークプラグ。
10. 前記絶縁碍子が前記嵌合部にて圧入により保持され、当該絶縁碍子の前記嵌合部に当接する部分のうち少なくともその先端側を後端側よりも径小とする圧入導入部が設けられていることを特徴とする請求項９記載のスパークプラグ。

Images