JP5134081B2 - スパークプラグおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
[第1形態] 第1形態のスパークプラグは、軸状の中心電極と、前記中心電極の外周を保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の外周を保持する主体金具と、前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に火花ギャップを形成する接地電極であって、前記中心電極の先端に対向する対向面と、前記中心電極の先端に背を向ける背面と、押出しプレスによって形成され、前記対向面から前記中心電極の先端に向けて突出する突起部と、前記押出しプレスによる前記突起部の形成に伴って前記背面に形成され、前記背面から前記中心電極の先端に向けて窪むプレス凹部とを有する接地電極とを備えるスパークプラグであって、
前記突起部が前記対向面から突出する突出量Aは、0.4mm≦A≦1.0mmを満たし、
前記プレス凹部は、前記接地電極の先端に至り、
前記突起部が前記中心電極に対向する方向から見た場合、前記突起部は、前記プレス凹部の内側に位置することを特徴とする。
[第2形態] 第2形態におけるスパークプラグの製造方法は、軸状の中心電極と、前記中心電極の外周を保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の外周を保持する主体金具と、前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に火花ギャップを形成する接地電極とを備えるスパークプラグを製造する製造方法であって、
前記接地電極において前記中心電極の先端に対向する対向面に、前記対向面から前記中心電極の先端に向けて突出する突起部を、前記突起部が前記対向面から突出する突出量Aが0.4mm≦A≦1.0mmを満たすように、押出しプレスによって形成し、
前記接地電極において前記中心電極の先端に背を向ける背面に、前記背面から前記中心電極の先端に向けて窪むプレス凹部を、該プレス凹部が前記接地電極の先端に至るように形成し、
前記突起部が前記中心電極に対向する方向から見た場合、前記突起部を前記プレス凹部の内側に形成したことを特徴とする。
A−1.スパークプラグの構成:
図1は、スパークプラグ100の部分断面を主に示す説明図である。スパークプラグ100は、絶縁碍子10と、中心電極20と、接地電極30と、端子金具40と、主体金具50とを備える。絶縁碍子10の一端から突出する棒状の中心電極20は、絶縁碍子10の内部を通じて、絶縁碍子10の他端に設けられた端子金具40に電気的に接続されている。中心電極20の外周は、絶縁碍子10によって絶縁され、絶縁碍子10の外周は、端子金具40から離れた位置で主体金具50によって保持されている。主体金具50に電気的に接続された接地電極30は、火花を発生させる隙間である火花ギャップGを中心電極20の先端との間に形成する。スパークプラグ100は、内燃機関(図示しない)のエンジンヘッド200に設けられた取付ネジ孔201に主体金具50を介して取り付けられ、2万〜3万ボルトの高電圧が端子金具40に印加されると、中心電極20と接地電極30との間に形成された火花ギャップGに火花が発生する。
次に、スパークプラグ100を製造する製造工程の一部である接地電極30の製造工程について説明する。図6は、接地電極30の製造工程を示すフローチャートである。図7および図8は、接地電極30を製造する様子を示す説明図である。接地電極30を製造する際には、まず、接地電極30の材料である電極部材301を主体金具50に溶接する(ステップS110)。本実施例では、電極部材301は、略長方形の断面を有する棒状のニッケル合金である。
図9は、第1変形例における接地電極30の三面図を示す説明図である。図9には、第1変形例の接地電極30を示す三面図として、接地電極30を側端面34側から見た図と、接地電極30を先端面31側から見た図と、接地電極30を背面33側から見た図とが示されている。第1変形例の接地電極30は、背面33に向かうに従って拡がるように傾斜した傾斜部378がプレス凹部37に形成されている点を除き、前述した実施例と同様である。
図13は、突出量Aが着火性能に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図13では、横軸に突出量Aをとり、縦軸に燃焼変動率20%の点火時期をとって、実験値が示されている。ここで、燃焼変動率とは、燃焼圧力から図示平均有効圧力(IMEP、Indicated Mean Effective Pressure)を求め、500サンプルの平均値と標準偏差に基づいて、「(燃焼変動率)=(標準偏差/平均値)×100(%)」として求められた値である。図13では、燃焼変動率20%となる点火時期が、内燃機関のクランク角度を用いて示されている。図13の評価実験では、突起部36の直径を1.5mmとし、突起部36の突出量Aが異なる複数のスパークプラグ100を用意した。これらのスパークプラグ100を、排気量2000cc、DOHC型ガソリンエンジンに装着した上で、吸気圧−550mmHg、エンジン回転数750rpmでアイドリング運転を行うことによって、図13の実験値を得た。図13の実験値によれば、突出量Aが0.4mmよりも小さくなると、急着火性能が急激に低下することが分かった。
図15は、プレス凹部37と先端面31との位置関係が耐久性能に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図16は、比較例の接地電極30cを示す説明図である。比較例の接地電極30では、プレス凹部37は、先端面31から離れた位置に形成され、プレス凹部37の側面372から先端面31までの間に幅Bを有する。図15では、プレス凹部37が先端面31に至る実施例の接地電極30では、幅B=0として取り扱うことによって、横軸に幅Bをとり、縦軸に先端面31の温度をとって、実験値が示されている。図15の評価実験では、プレス凹部37が先端面31に至る実施例の接地電極30を備えるスパークプラグ100と、プレス凹部37から先端面31までの幅Bが異なる比較例の接地電極30cを備える複数のスパークプラグ100とを用意した。これらのスパークプラグ100において、接地電極30,30cの厚みTを1.5mm、接地電極30,30cの電極幅Wを2.8mm、突起部36の突出量Aを0.7mm、突起部36の直径を1.5mm、プレス凹部37の深さを0.7mm、プレス凹部37の幅を1.7mm、接地電極30の側端面34,35からプレス凹部37までの幅Cを0.5mmとした。実施例の接地電極30では、突起部36から先端面31までの幅Kを0.1mmとした。これらのスパークプラグ100を、バーナーで950℃に2分間加熱した後に室温で1分間冷却する工程を1000サイクル実施した後、接地電極30の場合は、先端面31における底面371寄りの部分の温度を測定し、接地電極30cの場合は、先端面31における背面33寄りの部分の温度を測定することによって、図15の実験値を得た。
図17は、幅Cが耐久性能に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図17では、プレス凹部37が側端面34,35に至る接地電極30では、幅C=0として取り扱うことによって、横軸に幅Cをとり、縦軸に側端面34,35の温度をとって、実験値が示されている。図17の評価実験では、接地電極30の側端面34,35からプレス凹部37までの幅Cが異なる複数のスパークプラグ100を用意した。これらのスパークプラグ100において、接地電極30の厚みTを1.5mm、接地電極30の電極幅Wを2.8mm、突起部36の突出量Aを0.7mm、プレス凹部37の深さを0.7mm、プレス凹部37の幅を(電極幅W−(2×幅C))mm、突起部36の直径を((プレス凹部37の幅)−0.2)mm(最大値1.7mm)とした。これらのスパークプラグ100を、バーナーで950℃に2分間加熱した後に室温で1分間冷却する工程を1000サイクル実施した後、接地電極30の側端面34,35における背面33寄りまたは底面371寄りの部分の温度を測定することによって、図17の実験値を得た。
図18は、幅Kが耐久性能に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図18では、突起部36の側面362が先端面31に至る場合を幅K=0として取り扱うことによって、横軸に幅Kをとり、縦軸に先端面31の温度をとって、実験値が示されている。図18の評価実験では、突起部36から先端面31までの幅Kが異なる接地電極30を備える複数のスパークプラグ100を用意した。これらのスパークプラグ100において、接地電極30の厚みTを1.5mm、接地電極30の電極幅Wを2.8mm、突起部36の突出量Aを0.7mm、突起部36の直径を1.5mm、プレス凹部37の深さを0.7mm、プレス凹部37の幅を1.7mm、接地電極30の側端面34,35からプレス凹部37までの幅Cを0.5mmとした。これらのスパークプラグ100を、バーナーで950℃に2分間加熱した後に室温で1分間冷却する工程を1000サイクル実施した後、先端面31における底面371寄りの部分の温度を測定することによって、図18の実験値を得た。
図19は、距離Fが成形性に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図19には、突起部36の根元部364がプレス凹部37の側面372から内側に位置する距離Fと、その距離Fにて接地電極30を押出しプレスで加工した場合に、接地電極30にクラックが発生する割合を示すクラック発生率とが示されている。なお、接地電極30を背面33側から見た場合に、突起部36がプレス凹部37の外側に飛び出た状態では、距離Fはマイナスの値をとる。図19の評価実験において、突起部36の直径を変更することによって距離Fを変化させ、接地電極30の厚みTを1.5mm、接地電極30の電極幅Wを2.8mm、プレス凹部37の深さを1.0mm、プレス凹部37の幅を1.7mmとした。図19の評価実験では、距離Fが異なる複数の接地電極30を押出しプレスで加工した後、接地電極30に発生したクラックの有無を検査した。
以上説明したスパークプラグ100によれば、突起部36の突出量Aが0.4mm≦A≦1.0mmを満たし、プレス凹部37は、接地電極30の先端面31に至ることから、接地電極30の先端面31における放熱性を向上させることができる。その結果、プレス加工によって接地電極30が形成されたスパークプラグ100の耐久性を向上させることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、接地電極30における突起部36の根元部364およびプレス凹部37の隅部374の形状は、約45°の角度で面取りされた角部であっても良いし、湾曲した丸角部であっても良い。また、接地電極30における突起部36およびプレス凹部37の形状は、接地電極30を背面33側から見た場合、実施の形態に応じて、円形,四角形,楕円形,三角形など種々の多角形や複数の曲線で構成された形状であっても良い。
Claims (5)
- 軸状の中心電極と、
前記中心電極の外周を保持する絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の外周を保持する主体金具と、
前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に火花ギャップを形成する接地電極であって、
前記中心電極の先端に対向する対向面と、
前記中心電極の先端に背を向ける背面と、
押出しプレスによって形成され、前記対向面から前記中心電極の先端に向けて突出する突起部と、
前記押出しプレスによる前記突起部の形成に伴って前記背面に形成され、前記背面から前記中心電極の先端に向けて窪むプレス凹部と
を有する接地電極と
を備えるスパークプラグであって、
前記突起部が前記対向面から突出する突出量Aは、0.4mm≦A≦1.0mmを満たし、
前記プレス凹部は、前記接地電極の先端に至り、
前記突起部が前記中心電極に対向する方向から見た場合、前記突起部は、前記プレス凹部の内側に位置することを特徴とするスパークプラグ。 - 請求項1に記載のスパークプラグであって、前記接地電極の側端から前記プレス凹部までの幅Cは、0.4mm≦C≦0.8mmを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
- 請求項1に記載のスパークプラグであって、前記プレス凹部は、前記接地電極の先端および側端に至ることを特徴とするスパークプラグ。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記接地電極の先端から前記突起部までの幅Kは、0mm≦K≦0.4mmを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
- 軸状の中心電極と、
前記中心電極の外周を保持する絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の外周を保持する主体金具と、
前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に火花ギャップを形成する接地電極と
を備えるスパークプラグを製造する製造方法であって、
前記接地電極において前記中心電極の先端に対向する対向面に、前記対向面から前記中心電極の先端に向けて突出する突起部を、前記突起部が前記対向面から突出する突出量Aが0.4mm≦A≦1.0mmを満たすように、押出しプレスによって形成し、
前記接地電極において前記中心電極の先端に背を向ける背面に、前記背面から前記中心電極の先端に向けて窪むプレス凹部を、該プレス凹部が前記接地電極の先端に至るように形成し、
前記突起部が前記中心電極に対向する方向から見た場合、前記突起部を前記プレス凹部の内側に形成したことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
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