JP4981746B2 - Spark plug for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug used for an internal combustion engine.
自動車エンジン等の内燃機関用のスパークプラグは、例えば中心電極と、その外側に設けられた絶縁体と、当該絶縁体の外側に設けられた筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端面に接合された接地電極とを備える。接地電極は、断面略矩形状をなし、その先端部内側面が前記中心電極の先端部と対向するように配置され、これにより中心電極の先端部及び接地電極の先端部間に火花放電間隙が形成される。 A spark plug for an internal combustion engine such as an automobile engine includes, for example, a center electrode, an insulator provided outside the center electrode, a cylindrical metal shell provided outside the insulator, and a base end portion of the metal shell. And a ground electrode joined to the front end surface of the. The ground electrode has a substantially rectangular cross section and is arranged so that the inner side surface of the tip part faces the tip part of the center electrode, thereby forming a spark discharge gap between the tip part of the center electrode and the tip part of the ground electrode. Is done.
主体金具の外周面には図示しないねじ部が形成されている。スパークプラグは、当該ねじ部において、エンジンのシリンダヘッドに形成された雌ねじを備えるプラグホールに螺着されることで、取り付けられる。ところで、スパークプラグの取付状態において、混合気が接地電極の背面に当たるような位置関係になった場合、接地電極が混合気の火花放電間隙への流入を阻害するおそれがある。その結果、着火性にバラツキが生じてしまうおそれがある。 A threaded portion (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the metal shell. The spark plug is attached by being screwed into a plug hole provided with a female screw formed in the cylinder head of the engine at the screw portion. By the way, when the air-fuel mixture is in a positional relationship such that it strikes the back surface of the ground electrode when the spark plug is attached, the ground electrode may hinder the inflow of the air-fuel mixture into the spark discharge gap. As a result, the ignitability may vary.
これに対し、2以上の接地電極を有するタイプにおいて、各接地電極を、断面が略円形状の円柱状とするという技術がある(例えば、特許文献1参照)。このように断面を略円形状とすることで、混合気が接地電極の背面に当たるような位置関係になった場合であっても、混合気が接地電極から剥離しにくく、その内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすいものとなる。 On the other hand, in a type having two or more ground electrodes, there is a technique in which each ground electrode has a cylindrical shape with a substantially circular cross section (for example, see Patent Document 1). By making the cross section substantially circular in this way, even when the air-fuel mixture hits the back of the ground electrode, it is difficult for the air-fuel mixture to peel off from the ground electrode, and it goes around inside The air-fuel mixture easily reaches the spark discharge gap.
また、接地電極の断面を略台形状とする技術もある(例えば、特許文献2参照)。このように断面を略台形状とすることで、断面が長方形状である場合に比べて、火花放電間隙に混合気が到達しやすいといえる。
しかしながら、接地電極が主体金具の先端面に接合される都合上、接地電極の断面を円形状にすると、断面が長方形状の場合に比べて、断面積が小さくならざるを得ない。その結果、いわゆる熱引き(放熱性)が悪く、高速運転時等においては電極温度が上昇しやすく接地電極の消耗の度合いが大きく、耐久性が低くなってしまうおそれがある。 However, for the convenience of joining the ground electrode to the front end surface of the metal shell, if the cross section of the ground electrode is circular, the cross sectional area has to be smaller than when the cross section is rectangular. As a result, so-called heat sinking (heat dissipation) is poor, the electrode temperature is likely to rise during high-speed operation, etc., and the degree of wear of the ground electrode is large, and the durability may be reduced.
また、近年では、中心電極の先端部、及び、接地電極の先端部に、それぞれ貴金属合金よりなるチップ(貴金属チップ)を接合することで、着火性や火花伝播性の向上を図ることも考えられているが、上記特許文献1のように接地電極の断面が円形状の場合には、接地電極側の貴金属チップを接合することが困難となってしまうことが懸念される。
In recent years, it is also conceivable to improve ignitability and spark propagation by bonding a tip made of a noble metal alloy (noble metal tip) to the tip of the center electrode and the tip of the ground electrode. However, when the ground electrode has a circular cross section as in
さらに、特許文献2では、接地電極が、外層と当該外層よりも熱伝導性に優れた内層とからなる点が記載されており、熱引き性能の向上については示唆されているものの、貴金属チップの接合手法については何ら記載されていない。ここで、例えば、貴金属チップを抵抗溶接で溶接したのでは十分な接合強度が得られない。また、例えばレーザ又は電子ビーム溶接等で溶接した場合には、溶融部が内層にまで及んでしまうおそれがあり、この場合には、酸化スケールが形成されてしまうことに起因する耐酸化性の低下が懸念される。
Furthermore,
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、混合気の火花放電間隙への流入阻害を抑制し、着火性の低下防止を図るとともに、貴金属チップの接合強度向上を図り、耐久性の向上を図ることのできる内燃機関用スパークプラグを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to suppress the inhibition of the inflow of the air-fuel mixture into the spark discharge gap, to prevent deterioration of ignitability, and to improve the bonding strength of the noble metal tip, An object of the present invention is to provide a spark plug for an internal combustion engine that can improve durability.
以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。 Hereinafter, each configuration suitable for solving the above-described problems will be described in terms of items. In addition, the effect specific to the corresponding structure is added as needed.
構成1.本構成のスパークプラグは、
軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端部に接合され、先端部が前記中心電極の先端部と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端には中心電極用貴金属チップが接合されるとともに、前記接地電極の先端部のうち、前記中心電極用貴金属チップに対向する位置には、接地電極用貴金属チップが接合され、前記中心電極用貴金属チップの先端部及び前記接地電極用貴金属チップの先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極のうち少なくとも先端側においては、前記中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有し、
前記接地電極用貴金属チップは、ニッケルを主成分とする台座部の座面に接合されるとともに、前記台座部が前記接地電極に接合されることで設けられ、かつ、前記接地電極のうち前記台座部が接合される部位は平坦面となっており、
前記接地電極のうち少なくとも火花放電する部位においては、ニッケル合金よりなる外層及び当該外層よりも良熱伝導性素材よりなる内層を備え、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記平坦面(接合前の平坦面をも含む)と前記内層との最短距離をA(mm)、
前記内層のうち前記中心電極から最も遠い点と前記外層のうち前記中心電極から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、
A/B≦0.7
を満たすことを特徴とする。
A rod-shaped center electrode extending in the axial direction;
A substantially cylindrical insulator provided on the outer periphery of the center electrode;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A base electrode is joined to the tip of the metal shell, and the tip is disposed so that the tip faces the tip of the center electrode,
A noble metal tip for center electrode is joined to the tip of the center electrode, and a noble metal tip for ground electrode is joined to a position facing the noble metal tip for center electrode in the tip portion of the ground electrode, A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a tip of a noble metal tip for a center electrode and a tip of the noble metal tip for a ground electrode,
At least the tip side of the ground electrode has a convex curved surface on the back side opposite to the center electrode side,
The noble metal tip for the ground electrode is bonded to a seat surface of a pedestal portion mainly composed of nickel, and is provided by bonding the pedestal portion to the ground electrode, and the pedestal among the ground electrodes. The part where the part is joined is a flat surface,
At least a portion of the ground electrode that is subjected to a spark discharge includes an outer layer made of a nickel alloy and an inner layer made of a heat conductive material than the outer layer,
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
The shortest distance between the flat surface (including the flat surface before bonding) and the inner layer is A (mm),
When the distance between the farthest point from the center electrode in the inner layer and the farthest point from the center electrode in the outer layer is B (mm),
A / B ≦ 0.7
It is characterized by satisfying.
上記構成1によれば、接地電極のうち少なくとも火花放電間隙の中心よりも先端側において、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有している。このため、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気が接地電極の内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下防止を図ることができる。
According to the
また、接地電極のうち少なくとも火花放電する部位において、ニッケル合金よりなる外層及び当該外層よりも良熱伝導性の金属よりなる内層を備えている。上記外層の存在により、酸化に対し耐久性が高められるとともに、内層の存在により、熱引きが良くなり、高速運転時等において接地電極や接地電極の貴金属チップの温度が上昇してしまうことによる不具合、例えば接地電極や接地電極の貴金属チップの消耗による火花放電間隙の増大を抑制しやすい。 In addition, at least a portion of the ground electrode that is subjected to spark discharge includes an outer layer made of a nickel alloy and an inner layer made of a metal having better heat conductivity than the outer layer. Due to the presence of the outer layer, the durability against oxidation is enhanced, and the presence of the inner layer improves heat sinking, resulting in an increase in the temperature of the ground electrode and the noble metal tip of the ground electrode during high-speed operation. For example, the increase in the spark discharge gap due to the consumption of the ground electrode or the noble metal tip of the ground electrode can be easily suppressed.
さらに、中心電極及び接地電極には、それぞれ貴金属チップが接合されている。このため、高温下における耐火花消耗性の向上を図ることができる。すなわち、貴金属チップの存在により消耗が抑制され、かかる意味で耐久性の向上を図ることができる。 Further, a noble metal tip is joined to each of the center electrode and the ground electrode. For this reason, the spark wear resistance at high temperatures can be improved. That is, consumption is suppressed by the presence of the noble metal tip, and durability can be improved in this sense.
また、構成1では、接地電極のうち少なくとも前記接地電極用貴金属チップが接合される接合面は略平面状の平坦面をなしている。このため、接合面が曲面をなしている場合に比べ接合作業の煩雑化を回避しやすく、また、接合強度の向上を図ることができる。
In
その上、前記接地電極用貴金属チップは、ニッケルを主成分とする台座部の座面に接合され、当該台座部が、前記接地電極の平坦面に対し、接合されている。そのため、接地電極用貴金属チップを台座部に対し強固に接合しておけば、同じニッケルを主成分とする台座部と接地電極の平坦面とは比較的容易にかつ強固に接合することができる。そのため、接地電極用貴金属チップの接合強度の向上が図られ、接合状態の一層の安定化が図られる。 In addition, the noble metal tip for the ground electrode is bonded to the seat surface of the pedestal portion whose main component is nickel, and the pedestal portion is bonded to the flat surface of the ground electrode. Therefore, if the noble metal tip for ground electrode is firmly bonded to the pedestal portion, the pedestal portion mainly composed of the same nickel and the flat surface of the ground electrode can be bonded relatively easily and firmly. Therefore, the bonding strength of the noble metal tip for ground electrode is improved, and the bonding state is further stabilized.
しかも、構成1では、軸線に沿って接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、平坦面(接合前の平坦面をも含む)と内層との最短距離をA(mm)、内層のうち中心電極から最も遠い点と外層のうち中心電極から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、A/B≦0.7を満たす。すなわち、平坦面と内層との最短距離Aが、比較的短い。上述したように、接地電極用貴金属チップは、台座部を介して接地電極の平坦面に対し接合されている。このように台座部を介することで、貴金属チップの成分を含む溶融部が内層に対し直接接触してしまうことなく、強固な接合を実現することが可能ではあるが、一方で、台座部の存在が存在する分、接地電極用貴金属チップと内層との距離も長くなってしまうことが懸念される。この点、構成1では、平坦面と内層との最短距離Aが比較的短いことから、接地電極用貴金属チップからの熱が、良熱伝導性の金属よりなる内層へと伝達されやすい。結果として、熱引き性能の飛躍的な向上を図ることができる。
Moreover, in
これに対し、A/B≦0.7を満たさない場合には、良好な熱引きが行われにくくなり、消耗体積の増大を招いてしまうこととなる。その結果、火花放電間隙の経時的な増大、要求電圧の増大等を招くとともに、横飛火、奥飛火等が起こりやすくなってしまう。 On the other hand, when A / B ≦ 0.7 is not satisfied, it is difficult to perform good heat pulling, and the consumption volume is increased. As a result, the spark discharge gap increases with time, the required voltage increases, and the like.
上記のように、構成1では、接地電極用貴金属チップは、板状の台座部を介して接地電極の平坦面に接合されているのであるが、より強固な接合を確保する等の観点からは、後述する構成4〜7を採用するのがより望ましい。
As described above, in the
構成2.本構成のスパークプラグは、
軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端部に接合され、先端部が前記中心電極の先端部と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端には中心電極用貴金属チップが接合されるとともに、前記接地電極の先端部のうち、前記中心電極用貴金属チップに対向する位置には、接地電極用貴金属チップが接合され、前記中心電極用貴金属チップの先端部及び前記接地電極用貴金属チップの先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極のうち少なくとも先端側においては、断面長円形状をなし、
前記接地電極用貴金属チップは、ニッケルを主成分とする台座部の座面に接合されるとともに、前記台座部が前記接地電極に接合されることで設けられ、かつ、前記接地電極のうち前記台座部が接合される部位は平坦面となっており、
前記接地電極のうち少なくとも火花放電する部位においては、ニッケル合金よりなる外層及び当該外層よりも良熱伝導性素材よりなる内層を備え、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記平坦面(接合前の平坦面をも含む)と前記内層との最短距離をA(mm)、
前記内層のうち前記中心電極から最も遠い点と前記外層のうち前記中心電極から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、
A/B≦0.7
を満たすことを特徴とする。
A rod-shaped center electrode extending in the axial direction;
A substantially cylindrical insulator provided on the outer periphery of the center electrode;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A base electrode is joined to the tip of the metal shell, and the tip is disposed so that the tip faces the tip of the center electrode,
A noble metal tip for center electrode is joined to the tip of the center electrode, and a noble metal tip for ground electrode is joined to a position facing the noble metal tip for center electrode in the tip portion of the ground electrode, A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a tip of a noble metal tip for a center electrode and a tip of the noble metal tip for a ground electrode,
At least the tip side of the ground electrode has an elliptical cross section,
The noble metal tip for the ground electrode is bonded to a seat surface of a pedestal portion mainly composed of nickel, and is provided by bonding the pedestal portion to the ground electrode, and the pedestal among the ground electrodes. The part where the part is joined is a flat surface,
At least a portion of the ground electrode that is subjected to a spark discharge includes an outer layer made of a nickel alloy and an inner layer made of a heat conductive material than the outer layer,
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
The shortest distance between the flat surface (including the flat surface before bonding) and the inner layer is A (mm),
When the distance between the farthest point from the center electrode in the inner layer and the farthest point from the center electrode in the outer layer is B (mm),
A / B ≦ 0.7
It is characterized by satisfying.
尚、「長円形状」とあるのは、真円を中心で、或いは、楕円を長辺又は短辺で切断し、切断してなる半円或いは半楕円の両端同士を直線で連結した形状をいうものであり、換言すれば、長方形のうち一対の対向辺を突状に湾曲させてなる形状を意味する。 The “oval shape” is a shape in which a perfect circle is centered, or an ellipse is cut by a long side or a short side and both ends of the cut semicircle or semi-ellipse are connected by a straight line. In other words, it means a shape formed by curving a pair of opposing sides of a rectangle in a protruding manner.
構成2によれば、接地電極の両側面に湾曲面が形成されているため、混合気を火花放電間隙へと流入しやすくすることができ、ひいては上記構成1と同様の作用効果が奏される。尚、構成1と同様に、接地電極用貴金属チップのより強固な接合を確保する等の観点からは、後述する構成4〜7を採用するのがより望ましい。
According to the
構成3.本構成のスパークプラグは、
軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端部に接合され、先端部が前記中心電極の先端部と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端には中心電極用貴金属チップが接合されるとともに、前記接地電極の先端部のうち、前記中心電極用貴金属チップに対向する位置には、接地電極用貴金属チップが接合され、前記中心電極用貴金属チップの先端部及び前記接地電極用貴金属チップの先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極のうち少なくとも先端側においては、矩形の四隅をそれぞれ直線状或いは突状の湾曲状に切除してなる断面形状を有し、
前記接地電極用貴金属チップは、ニッケルを主成分とする台座部の座面に接合されるとともに、前記台座部が前記接地電極に接合されることで設けられ、かつ、前記接地電極のうち前記台座部が接合される部位は平坦面となっており、
前記接地電極のうち少なくとも火花放電する部位においては、ニッケル合金よりなる外層及び当該外層よりも良熱伝導性素材よりなる内層を備え、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記平坦面(接合前の平坦面をも含む)と前記内層との最短距離をA(mm)、
前記内層のうち前記中心電極から最も遠い点と前記外層のうち前記中心電極から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、
A/B≦0.7
を満たすことを特徴とする。
Configuration 3. The spark plug of this configuration is
A rod-shaped center electrode extending in the axial direction;
A substantially cylindrical insulator provided on the outer periphery of the center electrode;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A base electrode is joined to the tip of the metal shell, and the tip is disposed so that the tip faces the tip of the center electrode,
A noble metal tip for center electrode is joined to the tip of the center electrode, and a noble metal tip for ground electrode is joined to a position facing the noble metal tip for center electrode in the tip portion of the ground electrode, A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a tip of a noble metal tip for a center electrode and a tip of the noble metal tip for a ground electrode,
At least the tip side of the ground electrode has a cross-sectional shape formed by cutting out the four corners of the rectangle into straight or protruding curved shapes, respectively.
The noble metal tip for the ground electrode is bonded to a seat surface of a pedestal portion mainly composed of nickel, and is provided by bonding the pedestal portion to the ground electrode, and the pedestal among the ground electrodes. The part where the part is joined is a flat surface,
At least a portion of the ground electrode that is subjected to a spark discharge includes an outer layer made of a nickel alloy and an inner layer made of a heat conductive material than the outer layer,
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
The shortest distance between the flat surface (including the flat surface before bonding) and the inner layer is A (mm),
When the distance between the farthest point from the center electrode in the inner layer and the farthest point from the center electrode in the outer layer is B (mm),
A / B ≦ 0.7
It is characterized by satisfying.
尚、「矩形の四隅が直線状に切除されてなる断面形状」とあるのは、接地電極のうち中心電極側に位置する正面側側面及び当該正面側側面の裏側に位置する背面側側面と、前記正面側側面及び背面側側面の間に位置する両側面との間に面取り部が設けられ、断面八角形状をなしていることを意味する。また、「矩形の四隅が突状の湾曲状に切除されてなる断面形状」とあるのは、前記正面側側面及び背面側側面と、当該正面側側面及び背面側側面の間に位置する両側面との間に湾曲面部が設けられていることを意味する。 In addition, "the cross-sectional shape formed by cutting the four corners of the rectangle in a straight line" is the front side surface located on the center electrode side of the ground electrode and the back side surface located on the back side of the front side surface, It means that a chamfered portion is provided between the front side surface and the both side surfaces located between the back side surface and has an octagonal cross section. In addition, “the cross-sectional shape formed by cutting out the four corners of the rectangle into a projecting curved shape” means that the front side surface and the back side surface and both side surfaces located between the front side surface and the back side surface It means that a curved surface portion is provided between the two.
構成3によれば、接地電極は、矩形の四隅が直線状或いは突状の湾曲状に切除されてなる断面形状をなしているため、混合気を火花放電間隙へと流入しやすくすることができる。その結果、上記構成1と同様の作用効果が奏されることとなる。
According to the configuration 3, the ground electrode has a cross-sectional shape in which the four corners of the rectangle are cut into straight or projecting curved shapes, so that the air-fuel mixture can easily flow into the spark discharge gap. . As a result, the same effects as those of the
尚、混合気を火花放電間隙により到達しやすくするという観点から、面取り部については、接地電極の中心軸と直交する断面における、接地電極の厚さ方向に沿った長さ、並びに、接地電極の幅方向に沿った長さをそれぞれ0.3mm以上とすることが好ましい。加えて、湾曲面部については、接地電極の中心軸と直交する断面における曲率半径を0.3mm以上とすることが好ましい。 From the viewpoint of facilitating the air-fuel mixture to reach the spark discharge gap, the chamfered portion has a length along the thickness direction of the ground electrode in the cross section orthogonal to the central axis of the ground electrode, and the ground electrode. It is preferable that each length along the width direction is 0.3 mm or more. In addition, for the curved surface portion, it is preferable that the radius of curvature in a cross section orthogonal to the central axis of the ground electrode is 0.3 mm or more.
また、構成1と同様に、接地電極用貴金属チップのより強固な接合を確保する等の観点からは、後述する構成4〜7を採用するのがより望ましい。
Further, similarly to the
構成4.構成1乃至3に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、前記台座部の前記軸線方向における厚みをT(mm)とするとき、
T≧0.25
を満たすことを特徴とする。
Configuration 4. In the spark plug for the internal combustion engine according to
T ≧ 0.25
It is characterized by satisfying.
接合強度の向上を図るという観点からは、接地電極用貴金属チップと台座部とが、所定の溶接等で接地電極用貴金属チップを構成する金属及び台座部を構成するニッケル系金属が相互に溶融され混じり合うことによって溶融部を形成し、当該溶融部を介して接合されることが、望ましい。この点、構成4では、台座部の軸線方向における厚みTが0.25mm以上と十分に確保されている。このため、前記溶融部に関し十分な大きさを確保することができる。結果として、接地電極用貴金属チップ及び台座部間において十分な接合強度を確保することができ、ひいては、接合状態の一層の安定化を図ることができる。 From the viewpoint of improving the bonding strength, the noble metal tip for the ground electrode and the pedestal portion are melted together by a predetermined welding or the like to form the noble metal tip for the ground electrode and the nickel-based metal constituting the pedestal portion. It is desirable to form a melted part by mixing and to be joined through the melted part. In this respect, in the configuration 4, the thickness T in the axial direction of the pedestal portion is sufficiently secured to be 0.25 mm or more. For this reason, it is possible to ensure a sufficient size with respect to the melting portion. As a result, a sufficient bonding strength can be ensured between the noble metal tip for ground electrode and the pedestal, and as a result, the bonding state can be further stabilized.
構成5.構成1乃至4に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記地電極用貴金属チップは、前記台座部の座面に対し、レーザ溶接又は電子ビーム溶接により接合されていることを特徴とする。
Configuration 5. In the spark plug for an internal combustion engine according to any one of
The ground electrode noble metal tip is bonded to the seating surface of the pedestal portion by laser welding or electron beam welding.
構成6.構成1乃至5のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、前記台座部は、前記平坦面に対し、抵抗溶接により接合されていることを特徴とする。
上記構成5によれば、接地電極用貴金属チップと台座部との間に、接地電極用貴金属チップを構成する金属及び台座部を構成するニッケル系金属が相互に溶融され混じり合うことによって形成された溶融部を介して接合される。このように溶融部が形成されることから、両者間の接合強度の向上を図ることができる。 According to the configuration 5, the metal constituting the noble metal tip for ground electrode and the nickel metal constituting the pedestal portion are melted and mixed with each other between the noble metal tip for ground electrode and the pedestal portion. It joins through a fusion | melting part. Since the melted part is formed in this way, the joint strength between the two can be improved.
また、上記構成6によれば、台座部はニッケルを主成分とするとともに、平坦面を構成する外層もニッケル合金により形成されている。すなわち、両者は同系金属よりなっているため、抵抗溶接であっても、つまりレーザ溶接等のように溶融部が形成されなくとも、十分な接合強度を確保することができる。また、内層が耐酸化性に劣るような素材である場合であっても、他のレーザ溶接等のように、比較的大きな溶融部を形成して表面に出てしまうこともなく、かかる意味においても接合強度の確保が可能となる。
Moreover, according to the said
構成7.構成1乃至6のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記接地電極用貴金属チップが、前記台座部の座面に接合されることで複合体とされた上で、当該複合体の台座部が、前記平坦面に対し接合されていることを特徴とする。
The noble metal tip for ground electrode is joined to the seating surface of the pedestal portion to form a composite, and the pedestal portion of the composite is joined to the flat surface. .
上記構成7によれば、接合作業をスムースに行うことができる。
According to the
さらに、次の構成8〜13を採用することがより一層望ましい。 Furthermore, it is even more desirable to employ the following configurations 8 to 13.
構成8.構成1乃至7のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記台座部が、前記内層と接触していることを特徴とする。
Configuration 8. In the spark plug for an internal combustion engine according to any one of
The pedestal is in contact with the inner layer.
構成8によれば、接地電極用貴金属チップと内層との距離をより一層短いものとすることができ、より一層の熱引き性能の向上を図ることができる。一方で、接地電極用貴金属チップと内層との間には、台座部が介在しているため、接地電極用貴金属チップと内層とが接触してしまうことによる不具合、すなわち、酸化スケールが形成されてしまうことに起因する耐酸化性の低下を抑制することができる。 According to the configuration 8, the distance between the noble metal tip for ground electrode and the inner layer can be further shortened, and the heat-drawing performance can be further improved. On the other hand, since a pedestal is interposed between the noble metal tip for ground electrode and the inner layer, a malfunction due to contact between the noble metal tip for ground electrode and the inner layer, that is, an oxide scale is formed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in oxidation resistance due to the occurrence.
構成9.構成1乃至8のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記内層のうち、少なくとも一部は銅を主成分とすることを特徴とする。
Configuration 9 In the spark plug for an internal combustion engine according to any one of
At least a part of the inner layer is mainly composed of copper.
構成9のように、銅を主成分とする内層を備えることで、良好な熱引きが確保でき、接地電極温度が上昇してしまうことによる不具合をより確実に抑制することができる。尚、接地電極としては、単なる2層構造に限られることなく、3層構造以上をなしていてもよい。但し、内層は、外層よりも良熱伝導性金属を含んでいる必要がある。従って、例えば、外層の内側に銅合金或いは純銅で構成された中間層があり、中間層の内側に純ニッケルで構成された最内層がある場合には、中間層及び最内層により、内層が構成されていると捉えることができる。 As in configuration 9, by providing the inner layer mainly composed of copper, it is possible to ensure good heat dissipation and to more reliably suppress problems caused by the rise in the ground electrode temperature. The ground electrode is not limited to a simple two-layer structure and may have a three-layer structure or more. However, the inner layer needs to contain a better heat conductive metal than the outer layer. Therefore, for example, when there is an intermediate layer made of copper alloy or pure copper inside the outer layer and there is an innermost layer made of pure nickel inside the intermediate layer, the inner layer is constituted by the intermediate layer and the innermost layer. Can be seen as being.
構成10.構成1乃至9のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記平坦面と前記外層のうち前記中心電極から最も遠い点との距離をC(mm)とするとき、
C≦1.3を満たすことを特徴とする。
Configuration 10 In the spark plug for an internal combustion engine according to any one of
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
When the distance between the flat surface and the point farthest from the center electrode of the outer layer is C (mm),
C ≦ 1.3 is satisfied.
構成11.構成1乃至10のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記軸線に直交する方向における前記接地電極の幅をD(mm)とするとき、
D≦1.5を満たすことを特徴とする。
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
When the width of the ground electrode in the direction orthogonal to the axis is D (mm),
D ≦ 1.5 is satisfied.
上記構成10,11によれば、混合気が接地電極の内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすい。結果として、より一層の着火性の向上を図ることができる。また、比較的ねじ径が小さく、接合面積についての制約を受けやすい場合であっても主体金具に対し確実に接合することができる。
According to the
構成12.構成1乃至11のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記平坦面から前記接地電極用貴金属チップの先端までの長さをE(mm)とするとき、
E≧0.4を満たすことを特徴とする。
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
When the length from the flat surface to the tip of the noble metal tip for the ground electrode is E (mm),
E ≧ 0.4 is satisfied.
構成12によれば、平坦面から接地電極用貴金属チップの先端までの長さEが、0.4mm以上となっているため、より一層の着火性の向上が図られる。
According to the
構成13.構成1乃至12のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記平坦面は、前記外層を切り欠くことで構成されていることを特徴とする。
Configuration 13 In the spark plug for an internal combustion engine according to any one of
The flat surface is formed by cutting out the outer layer.
構成13のように、接地電極の外層を切り欠くことで、前記平坦面が形成される。このため、型等を用いて平坦面を形成する場合に比べて、比較的容易に平坦面を形成することができる。また、「切り欠く」ことには、例えば切削加工を施すこと等が挙げられるが、この場合には単に切削加工を施すことで、構成1等に規定されている「A/B≦0.7」の関係を、さほどの困難を伴うことなく実現することができる。
As in the configuration 13, the flat surface is formed by cutting out the outer layer of the ground electrode. For this reason, compared with the case where a flat surface is formed using a mold or the like, the flat surface can be formed relatively easily. In addition, “notching” includes, for example, performing a cutting process. In this case, “A / B ≦ 0.7” defined in the
以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、スパークプラグ1を示す一部破断正面図である。なお、図1では、スパークプラグ1の軸線CL1方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ1の先端側、上側を後端側として説明する。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a
スパークプラグ1は、長尺状をなす絶縁体としての絶縁碍子2、これを保持する筒状の主体金具3などから構成されるものである。
The
絶縁碍子2には、軸線CL1に沿って軸孔4が貫通形成されている。そして、軸孔4の先端部側には中心電極5が挿入、固定され、後端部側には端子電極6が挿入、固定されている。軸孔4内における中心電極5と端子電極6との間には、抵抗体7が配置されており、この抵抗体7の両端部は導電性のガラスシール層8,9を介して、中心電極5と端子電極6とにそれぞれ電気的に接続されている。
A shaft hole 4 is formed through the
中心電極5は、絶縁碍子2の先端から突出し、端子電極6は絶縁碍子2の後端から突出した状態でそれぞれ固定されている。また、中心電極5には、その先端に、イリジウムを主成分とする貴金属チップ(中心電極用貴金属チップ)31が溶接により接合されている。
The center electrode 5 protrudes from the tip of the
一方、絶縁碍子2は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、軸線CL1方向略中央部において径方向外向きに突出形成されたフランジ状の大径部11と、当該大径部11よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部12と、当該中胴部12よりも先端側においてこれより細径に形成され、内燃機関(エンジン)の燃焼室に晒される脚長部13とを備えている。絶縁碍子2のうち、大径部11、中胴部12、脚長部13を含む先端側は、筒状に形成された主体金具3の内部に収容されている。そして、脚長部13と中胴部12との連接部には段部14が形成されており、当該段部14にて絶縁碍子2が主体金具3に係止されている。
On the other hand, the
主体金具3は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ1をエンジンのシリンダヘッドに取付けるためのねじ部(雄ねじ部)15が形成されている。ねじ部15の後端側の外周面には座部16が形成され、ねじ部15後端のねじ首17にはリング状のガスケット18が嵌め込まれている。さらに、主体金具3の後端側には、主体金具3をシリンダヘッドに取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部19が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子2を保持するための加締め部20が設けられている。
The metal shell 3 is formed in a cylindrical shape from a metal such as low carbon steel, and a screw portion (male screw portion) 15 for attaching the
また、主体金具3の内周面には、絶縁碍子2を係止するための段部21が設けられている。そして、絶縁碍子2は、主体金具3の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部14が主体金具3の段部21に係止された状態で、主体金具3の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部20を形成することによって固定される。なお、絶縁碍子2及び主体金具3双方の段部14,21間には、円環状の板パッキン22が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子2の脚長部13と主体金具3の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようにしている。
Further, a
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具3の後端側においては、主体金具3と絶縁碍子2との間に環状のリング部材23,24が介在され、リング部材23,24間にはタルク(滑石)25の粉末が充填されている。すなわち、主体金具3は、板パッキン22、リング部材23,24及びタルク25を介して絶縁碍子2を保持している。
Further, in order to make the sealing by caulking more complete,
また、主体金具3の先端面26には、略L字状をなす接地電極27が接合されている。すなわち、接地電極27は、前記主体金具3の先端面26に対しその基端部が溶接されるとともに、先端側が曲げ返されて、その先端側の一側面が中心電極5の先端部(貴金属チップ31)と対向するように配置されている。当該接地電極27には、前記貴金属チップ31に対向するようにして貴金属チップ(接地電極用貴金属チップ)32が設けられている。そして、これら貴金属チップ31,32は、軸線CL1上に設けられており、これら貴金属チップ31,32間の隙間が火花放電間隙33となっている。
A ground electrode 27 having a substantially L shape is joined to the
図2に示すように、中心電極5は、銅又は銅合金からなる内層5Aと、ニッケル(Ni)合金からなる外層5Bとにより構成されている。中心電極5は、その先端側が縮径されるとともに、全体として棒状(円柱状)をなし、その先端面が平坦に形成されている。ここに円柱状をなす上記貴金属チップ31を重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザ溶接、或いは、電子ビーム溶接等を施すことにより貴金属チップ31と中心電極5とが溶け合い、溶融部41が形成される。すなわち、貴金属チップ31は、中心電極5先端に対し、溶融部41で固着されることで接合されている。
As shown in FIG. 2, the center electrode 5 includes an
一方、接地電極27は、内層27A及び外層27Bからなる2層構造となっている。本実施形態における外層27Bは、インコネル600やインコネル601(いずれも登録商標)等のニッケル合金で構成されている。これに対し、内層27Aは、前記ニッケル合金よりも良熱伝導性金属である銅合金或いは純銅で構成されている。当該内層27Aの存在によって、熱引き性の向上が図られている(この点については後に詳述する)。尚、本実施形態では、説明の便宜上、単なる2層構造として説明しているが、3層構造或いは4層以上の多層構造をなしていてもよい。但し、外層27Bに対し、その内側の層は、外層27Bよりも良熱伝導性金属を含んでいる必要がある。従って、例えば、外層27Bの内側に銅合金或いは純銅で構成された中間層が設けられ、中間層の内側に純ニッケルで構成された最内層が設けられていてもよい。この場合、中間層及び最内層により、内層27Aが構成される。
On the other hand, the ground electrode 27 has a two-layer structure including an
また、本実施形態では、接地電極27は、基本的には、断面円形状をなしている。そして、特に当該接地電極27のうち、少なくとも貴金属チップ32が接合されている部位を含む先端部分(本実施形態では屈曲部よりも先端部分)は、略平面状をなすよう、切削加工が施されている。すなわち、当該切削加工により、外層27Bが削られることで、平坦面F1が形成されている。 In the present embodiment, the ground electrode 27 basically has a circular cross section. In particular, the tip portion including at least the portion to which the noble metal tip 32 is joined (the tip portion rather than the bent portion in the present embodiment) of the ground electrode 27 is cut so as to be substantially flat. ing. That is, the flat surface F1 is formed by cutting the outer layer 27B by the cutting process.
また、上記中心電極5側の貴金属チップ31がイリジウムを主成分としている点については言及したが、接地電極27側の貴金属チップ32は、例えば白金を主成分とし、20質量%のロジウムを含有する貴金属合金により構成されている。但し、これらの素材構成はあくまでも例示であって、上記記載に何ら限定されるものではない。例えば、別の例としては、Pt−10Niとして、ニッケルを主成分とする後述する台座部52との溶接性を向上させることとしてもよい。これら貴金属チップ31,32は、例えば次のようにして製造される。まず、主成分をイリジウム、或いは白金とするインゴットを用意し、上述した所定の組成となるよう各合金成分を配合・溶融し、当該溶融合金に関し再度インゴットを形成し、その後、当該インゴットについて熱間鍛造、熱間圧延(溝ロール圧延)を施す。その後、線引き加工を施すことで、棒状素材を得た後、それを所定長に切断することで、円柱状の貴金属チップ31,32が得られる。 The noble metal tip 31 on the side of the center electrode 5 has been referred to as containing iridium as a main component, but the noble metal tip 32 on the side of the ground electrode 27 contains, for example, platinum as a main component and contains 20% by mass of rhodium. It is composed of a noble metal alloy. However, these material configurations are merely examples, and are not limited to the above description. For example, as another example, it is good also as improving weldability with the base part 52 mentioned later which has nickel as a main component as Pt-10Ni. These noble metal tips 31 and 32 are manufactured as follows, for example. First, an ingot whose main component is iridium or platinum is prepared, and each alloy component is blended and melted so as to have the predetermined composition described above, and an ingot is formed again with respect to the molten alloy. Forging and hot rolling (groove roll rolling) are performed. Then, after drawing a rod-shaped raw material by performing a drawing process, the cylindrical noble metal tips 31 and 32 are obtained by cutting it into a predetermined length.
さて、本実施形態における接地電極27側の貴金属チップ32は、当該接地電極27の先端部分に直接接合されている訳ではなく、台座部51を介していわば間接的に接合されている。すなわち、貴金属チップ32は、ニッケルを主成分とする板状の台座部51の座面52に接合され、当該台座部52(の座面52とは反対側の面)が、前記接地電極27のうち前記平坦面F1に対し、接合されている。より具体的に説明すると、まず、貴金属チップ32を前記台座部51の座面52に当接させた状態で、その当接面外縁部に沿ってレーザ溶接、或いは、電子ビーム溶接を施す。これにより、貴金属チップ32と台座部51とが溶け合い、溶融部42が形成されことで、貴金属チップ32と台座部51とが強固に接合固定された複合体61が得られる(図6(c)参照)。そして、当該複合体61の台座部51が、前記接地電極27の平坦面F1に対し、抵抗溶接により接合されているのである。台座部51、及び、接地電極27の外層27Bは、いずれもニッケル合金よりなるため、抵抗溶接であっても十分な接合強度が得られる。尚、本実施形態における前記台座部51の厚さT(図5参照)は、0.25m以上(例えば0.45mm)となっており、レーザ溶接、或いは、電子ビーム溶接を行うに際し、十分な溶接を行うことができる(十分に深い(厚い)溶融部42を形成することができる)ようになっている。
Now, the noble metal tip 32 on the ground electrode 27 side in the present embodiment is not directly joined to the tip portion of the ground electrode 27 but indirectly joined via the pedestal 51. That is, the noble metal tip 32 is bonded to the seat surface 52 of the plate-like pedestal portion 51 containing nickel as a main component, and the pedestal portion 52 (the surface opposite to the seat surface 52) is connected to the ground electrode 27. Of these, it is bonded to the flat surface F1. More specifically, first, with the noble metal tip 32 in contact with the seating surface 52 of the pedestal 51, laser welding or electron beam welding is performed along the outer edge of the contact surface. As a result, the noble metal tip 32 and the pedestal portion 51 are melted and the melted
上記のように構成されてなる本実施形態では、図5に示すように、軸線CL1に沿って接地電極27の先端面側から視認した当該接地電極27の断面において、平坦面F1と内層27Aとの最短距離をA(mm)、前記内層27Aのうち中心電極5から最も遠い点と、外層27Bのうち中心電極5から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、
A/B≦0.7を満たすように構成されている。
In the present embodiment configured as described above, as shown in FIG. 5, in the cross section of the ground electrode 27 viewed from the front end side of the ground electrode 27 along the axis CL1, the flat surface F1, the
It is configured to satisfy A / B ≦ 0.7.
また、本実施形態では、接地電極27の平坦面F1と、外層27Bのうち中心電極5から最も遠い点との距離をC(mm)とするとき、
C≦1.3を満たすように構成されている。
In the present embodiment, when the distance between the flat surface F1 of the ground electrode 27 and the point farthest from the center electrode 5 in the outer layer 27B is C (mm),
It is configured to satisfy C ≦ 1.3.
さらに、軸線CL1に直交する方向における接地電極27の幅をD(mm)とするとき、
D≦1.5を満たすように構成されている。
Further, when the width of the ground electrode 27 in the direction orthogonal to the axis CL1 is D (mm),
It is configured to satisfy D ≦ 1.5.
併せて、前記平坦面F1から貴金属チップ32の先端までの長さをE(mm)とするとき、
E≧0.4を満たすように構成されている。
In addition, when the length from the flat surface F1 to the tip of the noble metal tip 32 is E (mm),
It is configured to satisfy E ≧ 0.4.
尚、上述したように、本実施形態では、接地電極27のうち中心電極5側とは反対側の背面に突状の湾曲面を有する構成とされているが、例えば、図9に示すように、接地電極27のうち中心電極5に対向する側面と隣り合う両側面に突状の湾曲面を有するように(すなわち、断面長円形状に)構成することとしてもよい。また、接地電極27を、矩形の四隅を切除してなる断面形状をなすように構成することとしてもよい。すなわち、図10に示すように、接地電極27の各側面の間に面取り部MBを有するように構成することとしてもよいし、図11に示すように、接地電極27の各側面の間に湾曲面部WBを有するように構成することとしてもよい。また、前記接地電極27の各側面の間に前記面取り部MB及び湾曲面部WBのいずれかを有するように構成することとしてもよい。尚、面取り部MB又は湾曲面部WBを設けるにあたっては、混合気を火花放電間隙33により到達しやすくするという観点から、面取り部MBについては、接地電極27の中心軸と直交する断面における、接地電極27の厚さ方向に沿った長さ、並びに、接地電極27の幅方向に沿った長さをそれぞれ0.3mm以上とすることが好ましい。加えて、湾曲面部WBについては、接地電極27の中心軸と直交する断面における曲率半径を0.3mm以上とすることが好ましい。 As described above, in the present embodiment, the ground electrode 27 has a projecting curved surface on the back surface opposite to the center electrode 5 side. For example, as shown in FIG. Alternatively, the ground electrode 27 may be configured to have a projecting curved surface on both side surfaces adjacent to the side surface facing the center electrode 5 (that is, in an elliptical cross section). Further, the ground electrode 27 may be configured to have a cross-sectional shape formed by cutting four corners of a rectangle. That is, as shown in FIG. 10, it is good also as comprising a chamfer part MB between each side surface of the ground electrode 27, and as shown in FIG. 11, it curves between each side surface of the ground electrode 27. It is good also as comprising so that it may have surface part WB. Moreover, it is good also as comprising so that it may have either the said chamfer part MB or the curved surface part WB between each side surface of the said ground electrode 27. FIG. In providing the chamfered portion MB or the curved surface portion WB, the chamfered portion MB has a ground electrode in a cross section orthogonal to the central axis of the ground electrode 27 from the viewpoint of making the air-fuel mixture easily reach the spark discharge gap 33. Preferably, the length along the thickness direction of 27 and the length along the width direction of the ground electrode 27 are each 0.3 mm or more. In addition, for the curved surface portion WB, it is preferable that the radius of curvature in the cross section orthogonal to the central axis of the ground electrode 27 is 0.3 mm or more.
次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ1の製造方法について、前記接地電極27の製造過程等を中心に説明する。まず、主体金具3を予め加工しておく。すなわち、円柱状に形成された金属素材(例えばS15CやS25Cといった鉄系素材やステンレス素材)を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。
Next, a method for manufacturing the
一方で、接地電極27の中間体を製造する。すなわち、接地電極27の中間体は、未だ屈曲前の直棒状のものである。当該屈曲前の接地電極27は、例えば次のようにして得られる。 On the other hand, the intermediate body of the ground electrode 27 is manufactured. That is, the intermediate body of the ground electrode 27 is still a straight rod-like shape before bending. The ground electrode 27 before bending is obtained as follows, for example.
すなわち、内層27Aを構成する金属材料よりなる芯材と、外層27Bを構成する金属材料よりなる有底筒状体とを用意する(いずれも図示略)。そして、有底筒状体の凹部に対し、芯材を嵌入することにより、カップ材を形成する。次に、当該2層構造をもつカップ材に関し、冷間にて細化加工を施す。冷間での細化加工としては、例えば、ダイス等を用いた線引き加工、雌型等を用いた押出成形加工等が挙げられる。その後、スウェージング加工が施されることにより、図6(a)に示すように、断面円形状をなすとともに細径化された棒状体271が形成される。
That is, a core material made of a metal material constituting the
そして、被屈曲部分よりも先端側において、切削加工を施すことにより、図6(b)に示すように、棒状体271に前記平坦面F1が形成される。
Then, the flat surface F1 is formed on the rod-shaped
続いて、前記主体金具中間体の先端面に、屈曲前、チップ接合前の接地電極27を抵抗溶接により接合する。尚、抵抗溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去する作業が行われる。また、本例では、スウェージング加工、切削加工等を施した後、屈曲前の接地電極27を抵抗溶接により接合することとしているが、細化加工後、棒状体を主体金具中間体に接合した後、スウェージング加工を行い、その後、切削を行うこととしてもよい。この場合、スウェージングに際しては、主体金具中間体を保持した状態で、その先端面に接合された棒状体をその先端側からスウェージャーの加工部(スウェージングダイス)に導入することができる。従って、スウェージングに際し保持するための部位を確保するために、棒状体をわざわざ長めに設定したりすることが不要となる。 Subsequently, the ground electrode 27 before bending and before chip bonding is bonded to the front end surface of the metal shell intermediate body by resistance welding. It should be noted that so-called “sagging” occurs during resistance welding, and an operation of removing the “sagging” is performed. Further, in this example, after performing swaging processing, cutting processing, etc., the ground electrode 27 before bending is joined by resistance welding, but after thinning, the rod-like body was joined to the metal shell intermediate body. Thereafter, swaging may be performed, and then cutting may be performed. In this case, at the time of swaging, the rod-like body joined to the front end surface of the metal shell intermediate body can be introduced from the front end side into the swaged portion (swaging die) while holding the metal shell intermediate body. Therefore, it is not necessary to set the rod-like body to be long in order to secure a portion for holding during swaging.
その後、主体金具中間体の所定部位に、ねじ部15が転造によって形成される。これにより、屈曲前の接地電極27の溶接された主体金具3が得られる。主体金具3等には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。
Thereafter, the threaded
一方で、上述のように、貴金属チップ32の複合体61を形成しておく。すなわち、貴金属チップ32を台座部51の座面52に当接させた状態で、その当接面外縁部に沿ってレーザ溶接、或いは、電子ビーム溶接を施すことで、溶融部42が形成され、これにより、貴金属チップ32と台座部51とが強固に接合固定された複合体61が得られる。
On the other hand, the
そして、図6(c)に示すように、当該複合体61の台座部51を、棒状体271の平坦面F1に対し、抵抗溶接により接合する。尚、溶接をより確実なものとするべく、当該溶接に先だって溶接部位のメッキ除去が行われたり、或いは、メッキ工程に際し溶接予定部位にマスキングが施されたりする。また、当該複合体61の溶接を、後述する組付けの後に行うこととしてもよい。
Then, as shown in FIG. 6C, the pedestal 51 of the composite 61 is joined to the flat surface F1 of the rod-
一方、前記主体金具3とは別に、絶縁碍子2を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成形用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。得られた成形体に対し、研削加工が施され整形される。そして、整形されたものが焼成炉へ投入され焼成されることで、絶縁碍子2が得られる。
On the other hand, the
また、前記主体金具3、絶縁碍子2とは別に、中心電極5を製造しておく。すなわち、Ni系合金が鍛造加工され、その中央部に放熱性向上を図るべく銅芯が設けられる。そして、その先端部には、上述した貴金属チップ31が、レーザ溶接等により接合される。
Separately from the metal shell 3 and the
そして、上記のようにして得られた貴金属チップ31が接合された中心電極5と、端子電極6とが、やはり図示しないガラスシールによって前記絶縁碍子2の軸孔4へ封着固定される。ガラスシールとしては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されたものが用いられる。そして先ず中心電極5を絶縁碍子2の軸孔4へ挿通した状態とし、前記調製されたシール材が絶縁碍子2の軸孔4に注入された後、後方から前記端子電極6が押圧された状態とした上で、焼成炉内にて焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子2の後端側の胴部表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
The center electrode 5 to which the noble metal tip 31 obtained as described above is joined and the
その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極5及び端子電極6を備える絶縁碍子2と、直棒状の接地電極27を備える主体金具3とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具3の後端部に対し、冷間加締めや熱間加締めが行われることで、周方向から絶縁碍子2の一部が主体金具3に取り囲まれるようにして保持される。
Thereafter, the
そして、最後に、直棒状の接地電極27を屈曲させることで、中心電極5(の貴金属チップ31)及び接地電極27(の貴金属チップ32)間の前記火花放電間隙33を調整する加工が実施される。 Finally, a process of adjusting the spark discharge gap 33 between the center electrode 5 (the noble metal tip 31) and the ground electrode 27 (the noble metal tip 32) is performed by bending the straight rod-like ground electrode 27. The
このように一連の工程を経ることで、上述した構成を有するスパークプラグ1が製造される。
Thus, the
以上詳述したように、本実施形態によれば、得られるスパークプラグ1に関し、接地電極27のうち少なくとも火花放電間隙33の中心よりも先端側において、中心電極5側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有している(断面略円形状をなしている)。このため、例えば図3,4に示すように、混合気が接地電極27の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気が接地電極27の内側に廻り込んで、火花放電間隙33に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, with respect to the
また、接地電極27は、ニッケル合金等で構成された外層27B及び当該外層27Bよりも良熱伝導性金属よりなる内層27Aを備えている。このため、内層27Aにおいて、積極的に放熱が図られ、所謂「熱引き」が良くなる。従って、高速運転時等において接地電極27や接地電極用貴金属チップ32の温度が上昇してしまうことによる不具合、つまり、耐酸化性や耐火花摩耗性等の耐久性の低下を抑制できる。
The ground electrode 27 includes an outer layer 27B made of a nickel alloy or the like and an
また、本実施形態では、接地電極27のうち貴金属チップ32は略平面状をなす平坦面F1に接合されている。このため、接合面が曲面をなしている場合に比べ接合作業の煩雑化を回避しやすく、また、接合強度の向上を図ることができる。 In the present embodiment, the noble metal tip 32 of the ground electrode 27 is bonded to a flat surface F1 having a substantially planar shape. For this reason, compared with the case where the joining surface is curved, it is easy to avoid complication of joining work, and it is possible to improve the joining strength.
その上、貴金属チップ32は、ニッケルを主成分とする板状の台座部51の座面に接合され、当該台座部51が、接地電極27の平坦面F1に接合されている。そのため、貴金属チップ32を台座部51に対しレーザ溶接等で強固に接合しておけば、同じニッケルを主成分とする台座部51と接地電極27の平坦面F1とは比較的容易に接合することができる。そのため、貴金属チップ32の接合強度の向上が図られ、接合状態の一層の安定化が図られる。
In addition, the noble metal tip 32 is bonded to the seat surface of the plate-like pedestal portion 51 containing nickel as a main component, and the pedestal portion 51 is bonded to the
しかも、本実施形態では、軸線CL1に沿って接地電極27の先端面側から視認した当該接地電極27の断面において、平坦面F1と内層27Aとの最短距離をA(mm)、前記内層27Aのうち中心電極5から最も遠い点と、外層27Bのうち中心電極5から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、A/B≦0.7を満たしている。すなわち、平坦面F1と内層27Aとの最短距離Aが、比較的短い。上述したように、貴金属チップ32は、台座部51を介して接地電極27の平坦面F1に対し接合されており、このように台座部51を介することで、溶融部42が内層27Aに対し直接接触してしまうことなく、強固な接合を実現することが可能となっているのであるが、一方で、台座部51の存在が存在する分、貴金属チップ32と内層27Aとの距離も離れてしまうことが懸念される。この点、本実施形態では平坦面F1と内層27Aとの最短距離Aが比較的短いことから、貴金属チップ32からの熱が、良熱伝導性の金属よりなる内層27Aへと伝達されやすい。結果として、熱引き性能の飛躍的な向上を図ることができる。
Moreover, in the present embodiment, in the cross section of the ground electrode 27 viewed from the front end surface side of the ground electrode 27 along the axis CL1, the shortest distance between the flat surface F1 and the
ここで、上記効果を確認するべく、A/Bを変更することで種々のサンプルを作製し、種々の評価を試みた。その実験結果を以下に記す。 Here, in order to confirm the above effects, various samples were prepared by changing A / B, and various evaluations were attempted. The experimental results are described below.
先ずサンプルとしては、ねじ径M12、燃焼室からの中心電極用貴金属チップ31先端面までの突出長3.5mm、火花放電間隙1.05mm、中心電極用貴金属チップ31として直径0.6mm、高さ0.8mmのIr−5Pt合金を接合し、接地電極用貴金属チップ32としては直径0.7mmのPt−20Rh合金をE=0.8mmとなるよう接合したスパークプラグサンプルであって、内層27Aと接地電極用貴金属チップ32との最短距離Aを種々変更したスパークプラグサンプル(サンプル1〜16)を、排気量660cc、直列3気筒のエンジンに搭載した上で、4000rpmスロットル全開、点火時期5゜BTDC、A/F(空燃比)10.7の試験条件で総計300時間運転した(但し、各スパークプラグサンプルは、50時間ずつローテーション(気筒もローテーション)させた)。そして、試験後のスパークプラグサンプルの接地電極用貴金属チップ32の消耗体積及び横飛火率を計測した。なお、消耗体積は、貴金属チップ32の当初体積からの試験後の減少量を意味する。より具体的には、試験前にCTスキャナを用いて貴金属チップ32の体積を測定しておき、試験後においても同様に貴金属チップ32の体積を測定した。そして、試験前の体積から試験後の体積を減算することで消耗体積を算出した。また、横飛火率は、上記試験条件で運転後のスパークプラグサンプルを同エンジンに再度搭載し、一定のアイドル回転数(1500rpm)で運転させて放電波形を100発分データ取りし、そのときの放電波形をオペレータが正規放電であるか横飛火であるかを判別することに基づいて、算出されたものである。尚、サンプル1〜4は、接地電極の背面に湾曲面を有するものであり、サンプル5〜8は、接地電極の両側面に湾曲面を有するものである。また、サンプル9〜12は、接地電極の正面及び背面と、両側面との間に面取り部を有するものであり、サンプル13〜16は、接地電極の正面及び背面と、両側面との間に湾曲面部を有するものである。
First, as a sample, the screw diameter M12, the protruding length from the combustion chamber to the tip surface of the noble metal tip 31 for the center electrode is 3.5 mm, the spark discharge gap is 1.05 mm, the noble metal tip 31 for the center electrode is 0.6 mm in diameter, and the height. A spark plug sample obtained by joining a 0.8 mm Ir-5Pt alloy and joining a Pt-20Rh alloy having a diameter of 0.7 mm as E = 0.8 mm as the noble metal tip 32 for the ground electrode, A spark plug sample (
評価結果を表1及び図7に示す。また、図7においては、サンプル1〜4を白抜き円でプロットし、サンプル5〜8を白抜き三角でプロットし、サンプル9〜12を白抜き四角でプロットし、サンプル13〜16をバツ印でプロットした。
The evaluation results are shown in Table 1 and FIG. In FIG. 7,
尚、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。 In addition, it is not limited to the description content of embodiment mentioned above, For example, you may implement as follows.
(a)上記実施形態では、接地電極27として、全体として丸棒状をなしているものを用いているが、例えば図8に示すように、主体金具3の先端面に接合され一定の幅を有する断面略矩形状の基部71と、基部71よりも先端側に位置する断面円形状の(但し、平坦面は具備している)小径部72と、前記71及び小径部72間に位置し、断面形状が長手方向に沿って徐変するテーパ部73とを具備する接地電極27を採用してもよい(但し、図では、中心電極等は省略されている)。この場合、接地電極27と主体金具3との接合面積の増大、ひいては接合強度の増大が図られる。
(A) In the above embodiment, as the ground electrode 27, a round bar is used as a whole. For example, as shown in FIG. 8, the ground electrode 27 is joined to the front end surface of the metal shell 3 and has a certain width. A base 71 having a substantially rectangular cross section, a small-
要するに、接地電極27のうち少なくとも火花放電間隙33の中心よりも先端側において、中心電極5側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有していれば、その形状は特に限定されるものではない。 In short, the shape of the ground electrode 27 is particularly limited as long as it has a convex curved surface on the back side opposite to the center electrode 5 side at least on the tip side of the center of the spark discharge gap 33. It is not a thing.
(b)また、上記実施形態では、接地電極27の屈曲部よりも先端部分が略平面状をなすよう、切削加工が施されている。これに対し、少なくとも貴金属チップ32が接合される部分のみが切削加工で削られていてもよいし、また、内層27Aが外部に露出しない構成であれば、長手方向全域において切削加工が施されていてもよい。
(B) Moreover, in the said embodiment, the cutting process is given so that the front-end | tip part may become substantially planar shape rather than the bending part of the ground electrode 27. FIG. On the other hand, at least only the portion to which the noble metal tip 32 is bonded may be cut by cutting, or if the
(c)貴金属チップ32が接合される部位は略平面状となっていればよく、厳密な意味での平面である必要はない。従って、多少の凹凸があっても差し支えない。 (C) The part to which the noble metal tip 32 is joined may be substantially planar, and need not be a plane in a strict sense. Therefore, there may be some unevenness.
(d)上記実施形態では、内層27Aと台座部51との間に、外層27Bが存在している場合について具体化されているが、当該外層27Bが介在しない場合に具体化することもできる。この場合、台座部51が、内層27Aと直接接触していることとなり、内層27Aと貴金属チップ32との距離をより一層短くすることができる。
(D) In the above embodiment, the case where the outer layer 27B is present between the
(e)上記実施形態では、溶融部42が一側と他側とで繋がっていない断面が示されているが、繋がっていても差し支えない。
(E) In the above embodiment, a cross section in which the
1…スパークプラグ
2…絶縁碍子(絶縁体)
3…主体金具
5…中心電極
27…接地電極
27A…内層
27B…外層
31…(中心電極用)貴金属チップ
32…(接地電極用)貴金属チップ
33…火花放電間隙
42…溶融部
51…台座部
52…座面
61…複合体
F1…平坦面
CL1…軸線
1 ...
3 ... metal shell 5 ... center electrode 27 ...
Claims (13)
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端部に接合され、先端部が前記中心電極の先端部と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端には中心電極用貴金属チップが接合されるとともに、前記接地電極の先端部のうち、前記中心電極用貴金属チップに対向する位置には、接地電極用貴金属チップが接合され、前記中心電極用貴金属チップの先端部及び前記接地電極用貴金属チップの先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極のうち少なくとも先端側においては、前記中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有し、
前記接地電極用貴金属チップは、ニッケルを主成分とする台座部の座面に接合されるとともに、前記台座部が前記接地電極に接合されることで設けられ、かつ、前記接地電極のうち前記台座部が接合される部位は平坦面となっており、
前記接地電極のうち少なくとも火花放電する部位においては、ニッケル合金よりなる外層及び当該外層よりも良熱伝導性素材よりなる内層を備え、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記平坦面(接合前の平坦面をも含む)と前記内層との最短距離をA(mm)、
前記内層のうち前記中心電極から最も遠い点と前記外層のうち前記中心電極から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、
A/B≦0.7
を満たすことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。 A rod-shaped center electrode extending in the axial direction;
A substantially cylindrical insulator provided on the outer periphery of the center electrode;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A base electrode is joined to the tip of the metal shell, and the tip is disposed so that the tip faces the tip of the center electrode,
A noble metal tip for center electrode is joined to the tip of the center electrode, and a noble metal tip for ground electrode is joined to a position facing the noble metal tip for center electrode in the tip portion of the ground electrode, A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a tip of a noble metal tip for a center electrode and a tip of the noble metal tip for a ground electrode,
At least the tip side of the ground electrode has a convex curved surface on the back side opposite to the center electrode side,
The noble metal tip for the ground electrode is bonded to a seat surface of a pedestal portion mainly composed of nickel, and is provided by bonding the pedestal portion to the ground electrode, and the pedestal among the ground electrodes. The part where the part is joined is a flat surface,
At least a portion of the ground electrode that is subjected to a spark discharge includes an outer layer made of a nickel alloy and an inner layer made of a heat conductive material than the outer layer,
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
The shortest distance between the flat surface (including the flat surface before bonding) and the inner layer is A (mm),
When the distance between the farthest point from the center electrode in the inner layer and the farthest point from the center electrode in the outer layer is B (mm),
A / B ≦ 0.7
A spark plug for an internal combustion engine characterized by satisfying
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端部に接合され、先端部が前記中心電極の先端部と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端には中心電極用貴金属チップが接合されるとともに、前記接地電極の先端部のうち、前記中心電極用貴金属チップに対向する位置には、接地電極用貴金属チップが接合され、前記中心電極用貴金属チップの先端部及び前記接地電極用貴金属チップの先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極のうち少なくとも先端側においては、断面長円形状をなし、
前記接地電極用貴金属チップは、ニッケルを主成分とする台座部の座面に接合されるとともに、前記台座部が前記接地電極に接合されることで設けられ、かつ、前記接地電極のうち前記台座部が接合される部位は平坦面となっており、
前記接地電極のうち少なくとも火花放電する部位においては、ニッケル合金よりなる外層及び当該外層よりも良熱伝導性素材よりなる内層を備え、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記平坦面(接合前の平坦面をも含む)と前記内層との最短距離をA(mm)、
前記内層のうち前記中心電極から最も遠い点と前記外層のうち前記中心電極から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、
A/B≦0.7
を満たすことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。 A rod-shaped center electrode extending in the axial direction;
A substantially cylindrical insulator provided on the outer periphery of the center electrode;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A base electrode is joined to the tip of the metal shell, and the tip is disposed so that the tip faces the tip of the center electrode,
A noble metal tip for center electrode is joined to the tip of the center electrode, and a noble metal tip for ground electrode is joined to a position facing the noble metal tip for center electrode in the tip portion of the ground electrode, A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a tip of a noble metal tip for a center electrode and a tip of the noble metal tip for a ground electrode,
At least the tip side of the ground electrode has an elliptical cross section,
The noble metal tip for the ground electrode is bonded to a seat surface of a pedestal portion mainly composed of nickel, and is provided by bonding the pedestal portion to the ground electrode, and the pedestal among the ground electrodes. The part where the part is joined is a flat surface,
At least a portion of the ground electrode that is subjected to a spark discharge includes an outer layer made of a nickel alloy and an inner layer made of a heat conductive material than the outer layer,
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
The shortest distance between the flat surface (including the flat surface before bonding) and the inner layer is A (mm),
When the distance between the farthest point from the center electrode in the inner layer and the farthest point from the center electrode in the outer layer is B (mm),
A / B ≦ 0.7
A spark plug for an internal combustion engine characterized by satisfying
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端部に接合され、先端部が前記中心電極の先端部と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端には中心電極用貴金属チップが接合されるとともに、前記接地電極の先端部のうち、前記中心電極用貴金属チップに対向する位置には、接地電極用貴金属チップが接合され、前記中心電極用貴金属チップの先端部及び前記接地電極用貴金属チップの先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極のうち少なくとも先端側においては、矩形の四隅をそれぞれ直線状或いは突状の湾曲状に切除してなる断面形状を有し、
前記接地電極用貴金属チップは、ニッケルを主成分とする台座部の座面に接合されるとともに、前記台座部が前記接地電極に接合されることで設けられ、かつ、前記接地電極のうち前記台座部が接合される部位は平坦面となっており、
前記接地電極のうち少なくとも火花放電する部位においては、ニッケル合金よりなる外層及び当該外層よりも良熱伝導性素材よりなる内層を備え、
前記軸線に沿って前記接地電極の先端面側から視認した当該接地電極の断面において、
前記平坦面(接合前の平坦面をも含む)と前記内層との最短距離をA(mm)、
前記内層のうち前記中心電極から最も遠い点と前記外層のうち前記中心電極から最も遠い点との距離をB(mm)とするとき、
A/B≦0.7
を満たすことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。 A rod-shaped center electrode extending in the axial direction;
A substantially cylindrical insulator provided on the outer periphery of the center electrode;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A base electrode is joined to the tip of the metal shell, and the tip is disposed so that the tip faces the tip of the center electrode,
A noble metal tip for center electrode is joined to the tip of the center electrode, and a noble metal tip for ground electrode is joined to a position facing the noble metal tip for center electrode in the tip portion of the ground electrode, A spark plug for an internal combustion engine having a spark discharge gap between a tip of a noble metal tip for a center electrode and a tip of the noble metal tip for a ground electrode,
At least the tip side of the ground electrode has a cross-sectional shape formed by cutting out the four corners of the rectangle into straight or protruding curved shapes, respectively.
The noble metal tip for the ground electrode is bonded to a seat surface of a pedestal portion mainly composed of nickel, and is provided by bonding the pedestal portion to the ground electrode, and the pedestal among the ground electrodes. The part where the part is joined is a flat surface,
At least a portion of the ground electrode that is subjected to a spark discharge includes an outer layer made of a nickel alloy and an inner layer made of a heat conductive material than the outer layer,
In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
The shortest distance between the flat surface (including the flat surface before bonding) and the inner layer is A (mm),
When the distance between the farthest point from the center electrode in the inner layer and the farthest point from the center electrode in the outer layer is B (mm),
A / B ≦ 0.7
A spark plug for an internal combustion engine characterized by satisfying
T≧0.25
を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグ。 When the thickness in the axial direction of the pedestal portion is T (mm),
T ≧ 0.25
The spark plug for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記平坦面と前記外層のうち前記中心電極から最も遠い点との距離をC(mm)とするとき、
C≦1.3を満たすことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグ。 In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
When the distance between the flat surface and the point farthest from the center electrode of the outer layer is C (mm),
The spark plug for an internal combustion engine according to claim 1, wherein C ≦ 1.3 is satisfied.
前記軸線に直交する方向における前記接地電極の幅をD(mm)とするとき、
D≦1.5を満たすことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグ。 In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
When the width of the ground electrode in the direction orthogonal to the axis is D (mm),
The spark plug for an internal combustion engine according to claim 1, wherein D ≦ 1.5 is satisfied.
前記平坦面から前記接地電極用貴金属チップの先端までの長さをE(mm)とするとき、
E≧0.4を満たすことを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグ。 In the cross section of the ground electrode viewed from the tip surface side of the ground electrode along the axis,
When the length from the flat surface to the tip of the noble metal tip for the ground electrode is E (mm),
The spark plug for an internal combustion engine according to claim 1, wherein E ≧ 0.4 is satisfied.
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