JP5870074B2 - Spark plug - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関等に使用される点火プラグに関する。   The present invention relates to a spark plug used for an internal combustion engine or the like.

点火プラグは、内燃機関(エンジン)等に取付けられ、燃焼室内の混合気等への着火のために用いられる。一般に点火プラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に挿通される中心電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端部に固定される接地電極とを備えている。また、絶縁体は、その外周に設けられた段部が、主体金具の内周部分に対して、直接又は金属製の板パッキンを介して係止された状態で、主体金具と固定されている。さらに、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間には火花放電間隙が形成されており、火花放電間隙に高電圧を印加し、火花放電を生じさせることで混合気等への着火がなされるようになっている。   The spark plug is attached to an internal combustion engine (engine) or the like, and is used to ignite an air-fuel mixture in the combustion chamber. In general, a spark plug is fixed to an insulator having an axial hole extending in the axial direction, a center electrode inserted through the tip end of the shaft hole, a metal shell provided on the outer periphery of the insulator, and a tip of the metal shell. And a ground electrode. Further, the insulator is fixed to the metal shell in a state in which the step provided on the outer periphery thereof is locked to the inner peripheral portion of the metal shell either directly or via a metal plate packing. . Furthermore, a spark discharge gap is formed between the tip of the ground electrode and the tip of the center electrode, and a high voltage is applied to the spark discharge gap to generate spark discharge, thereby igniting an air-fuel mixture or the like. Has been made.

ところで近年では、燃費の向上や環境規制への対応等を図るために、高過給・高圧縮化等を図ったエンジンが提案されている。このようなエンジンにおいては、その動作時に、燃焼室内の圧力が比較的大きなものとなるため、火花放電を発生させるために必要な電圧(放電電圧)も大きなものとなる。放電電圧が大きなものとなると、絶縁体のうち前記段部よりも先端側に位置する比較的薄肉の脚長部において、絶縁体を貫通する火花放電(貫通放電)が生じてしまい、正常な火花放電に支障が生じてしまう(失火を招いてしまう)おそれがある。特に近年では、点火プラグの小型化を図るべく、絶縁体がより薄肉とされており、このような薄肉の絶縁体においては、貫通放電の発生が特に懸念される。   In recent years, in order to improve fuel efficiency and comply with environmental regulations, engines with high supercharging and high compression have been proposed. In such an engine, the pressure in the combustion chamber becomes relatively large during operation, and thus a voltage (discharge voltage) necessary for generating a spark discharge becomes large. When the discharge voltage becomes large, a spark discharge (penetration discharge) penetrating the insulator is generated in a relatively thin leg portion located on the tip side of the step portion of the insulator, and normal spark discharge May cause trouble (cause misfire). Particularly in recent years, in order to reduce the size of the spark plug, the insulator is made thinner. In such a thin insulator, the occurrence of through discharge is particularly a concern.

そこで、貫通放電の発生を抑制すべく、絶縁体の緻密化を図ること、つまり、絶縁体の気孔率を小さくすることで、絶縁体の耐電圧性能を向上させることが考えられる。従来技術では、絶縁体の気孔率を0.5%以下とする技術が提案されている(例えば、特許文献1等参照)。   Therefore, it is conceivable to improve the withstand voltage performance of the insulator by densifying the insulator, that is, by reducing the porosity of the insulator in order to suppress the occurrence of through discharge. In the prior art, a technique for reducing the porosity of the insulator to 0.5% or less has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開平11−43368号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-43368

しかしながら、耐電圧性能の向上を図るべく、絶縁体の気孔率を極めて小さくした場合には、絶縁体の硬度が高くなり、絶縁体のヤング率が比較的大きなものとなってしまう。このようなヤング率の大きな絶縁体は、脚長部の外周側部位と脚長部の内周側部位との間において加熱・冷却に伴い発生する熱応力が大きくなる。そのため、冷熱サイクルの繰り返しにより脚長部に破損(割れ)が生じてしまいやすい。一方で、絶縁体の気孔率を大きくすれば、耐熱衝撃性の向上は図れるものの、耐電圧性能の低下を招いてしまうこととなる。つまり、耐電圧性能、及び、耐熱衝撃性は、いわばトレードオフの関係にあり、双方において良好な性能を得ることは非常に難しい。   However, when the porosity of the insulator is made extremely small in order to improve the withstand voltage performance, the hardness of the insulator becomes high and the Young's modulus of the insulator becomes relatively large. In such an insulator having a large Young's modulus, thermal stress generated by heating and cooling between the outer peripheral side portion of the leg length portion and the inner peripheral side portion of the leg length portion increases. For this reason, breakage (cracking) is likely to occur in the leg length portion due to repeated cooling and heating cycles. On the other hand, if the porosity of the insulator is increased, the thermal shock resistance can be improved, but the withstand voltage performance is lowered. That is, the withstand voltage performance and the thermal shock resistance are in a trade-off relationship, and it is very difficult to obtain good performance in both.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁体における耐電圧性能及び耐熱衝撃性の双方を十分に向上させることができる点火プラグを提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the ignition plug which can fully improve both the withstand voltage performance and thermal shock resistance in an insulator.

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、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 object will be described in terms of items. In addition, the effect specific to the corresponding structure is added as needed.

構成1.本構成の点火プラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられる主体金具とを備え、
前記絶縁体が、前記主体金具の内周部分に係止される段部と、当該段部の先端から先端側に延びる脚長部とを有する点火プラグであって、
前記脚長部における気孔率が3.0%以下であるとともに、
前記軸線と直交する断面において、前記脚長部を径方向に沿って三等分し、最外周に位置する領域を第1領域とし、最内周に位置する領域を第2領域としたとき、前記第1領域の気孔率が、前記第2領域の気孔率の1.20倍以上であることを特徴とする。
Configuration 1. The spark plug of this configuration includes an insulator having an axial hole penetrating in the axial direction;
A center electrode inserted on the tip side of the shaft hole;
A metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
The insulator is a spark plug having a stepped portion that is locked to an inner peripheral portion of the metal shell, and a leg long portion that extends from the tip of the stepped portion to the tip side,
While the porosity in the leg length is 3.0% or less,
In the cross section orthogonal to the axis, the leg length portion is equally divided along the radial direction, the region located on the outermost periphery is defined as the first region, and the region located on the innermost periphery is defined as the second region, The porosity of the first region is not less than 1.20 times the porosity of the second region.

上記構成1によれば、脚長部における気孔率が3.0%以上とされており、脚長部が十分に密な状態とされている。従って、良好な耐電圧性能を実現することができる。   According to the configuration 1, the porosity of the leg length portion is 3.0% or more, and the leg length portion is in a sufficiently dense state. Therefore, good withstand voltage performance can be realized.

その一方で、上記構成1によれば、外周側に位置する第1領域の気孔率が、内周側に位置する第2領域の気孔率の1.20倍以上とされており、外周側に位置する第1領域が比較的疎の状態とされている。従って、第1領域におけるヤング率を低下させることができ、脚長部の外周側部位と脚長部の内周側部位との間において加熱・冷却に伴い発生する熱応力を小さくすることができる。   On the other hand, according to the configuration 1, the porosity of the first region located on the outer peripheral side is 1.20 times or more the porosity of the second region located on the inner peripheral side, The first region located is relatively sparse. Therefore, the Young's modulus in the first region can be reduced, and the thermal stress generated by heating / cooling between the outer peripheral side portion of the leg length portion and the inner peripheral side portion of the leg length portion can be reduced.

また、上記構成1によれば、第2領域の気孔率が比較的小さなものとされるため、前記内周側部位には内側に向けた圧縮応力が残存することとなる。急冷時に前記外周側部位が急激に収縮し、表面に引っ張り応力が発生した際には、前記圧縮応力の残存により、前記内周側部位と前記外周側部位との間で生じる熱応力を一層小さくすることができる。その結果、良好な耐熱衝撃性を得ることができる。   Moreover, according to the said structure 1, since the porosity of a 2nd area | region is made comparatively small, the compressive stress toward the inner side will remain in the said inner peripheral part. When the outer peripheral portion contracts suddenly during rapid cooling and a tensile stress is generated on the surface, the thermal stress generated between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion is further reduced due to the remaining compressive stress. can do. As a result, good thermal shock resistance can be obtained.

構成2.本構成の点火プラグは、上記構成1において、前記断面において前記第1領域と前記第2領域との間に位置する第3領域の気孔率は、前記第2領域の気孔率の1.05倍以下であることを特徴とする。   Configuration 2. In the spark plug of this configuration, the porosity of the third region located between the first region and the second region in the cross section in the above configuration 1 is 1.05 times the porosity of the second region. It is characterized by the following.

上記構成2によれば、脚長部の径方向中央に位置する第3領域の気孔率が、比較的密に形成された第2領域の気孔率の1.05倍以下とされている。すなわち、第3領域も第2領域と同程度に密な状態とされている。従って、脚長部をその径方向に沿った広範囲において密な状態とすることができ、耐電圧性能を一層高めることができる。   According to Configuration 2, the porosity of the third region located in the radial center of the long leg portion is 1.05 times or less than the porosity of the second region formed relatively densely. That is, the third region is also as dense as the second region. Therefore, the leg length can be made dense in a wide range along the radial direction, and the withstand voltage performance can be further enhanced.

構成3.本構成の点火プラグは、上記構成1又は2において、前記脚長部の前記軸線と直交する方向に沿った最大肉厚が0.50mm以上2.00mm以下であることを特徴とする。   Configuration 3. The spark plug of this configuration is characterized in that, in the above configuration 1 or 2, the maximum thickness along the direction perpendicular to the axis of the leg long portion is 0.50 mm or more and 2.00 mm or less.

上記構成3によれば、脚長部の最大肉厚が2.00mm以下とされており、良好な耐電圧性能を確保することが非常に難しいが、上記構成1等を採用することで、このように脚長部が薄肉とされた場合であっても、良好な耐電圧性能を得ることができる。換言すれば、上記構成1等は、脚長部の最大肉厚が2.00mm以下とされ、十分な耐電圧性能を確保することが難しい点火プラグに対して特に有効である。   According to the above configuration 3, the maximum thickness of the leg length portion is 2.00 mm or less, and it is very difficult to secure a good withstand voltage performance. Even when the leg length is thin, good withstand voltage performance can be obtained. In other words, the above configuration 1 or the like is particularly effective for a spark plug in which the maximum thickness of the leg length portion is 2.00 mm or less and it is difficult to ensure sufficient withstand voltage performance.

また、上記構成3によれば、脚長部の最大肉厚が0.50mm以上とされているため、上記構成1等と相俟って、十分に優れた耐電圧性能を得ることができる。   Moreover, according to the said structure 3, since the maximum thickness of the leg length part shall be 0.50 mm or more, combined with the said structure 1 grade | etc., Can fully obtain the withstand voltage performance.

構成4.本構成の点火プラグは、上記構成1乃至3のいずれかにおいて、前記脚長部の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在することを特徴とする。   Configuration 4. The spark plug of this configuration is characterized in that in any one of the above configurations 1 to 3, at least one of a mullite crystal phase and an aluminate crystal phase is present on the outer surface of the leg length portion.

上記構成4によれば、ムライト結晶相やアルミネート結晶相により、脚長部の熱膨張量を低減させることができる。従って、脚長部の外周側部位と脚長部の内周側部位との間において発生する熱応力をより一層小さくすることができる。その結果、耐熱衝撃性の更なる向上を図ることができる。   According to the said structure 4, the amount of thermal expansion of a leg long part can be reduced with a mullite crystal phase or an aluminate crystal phase. Therefore, the thermal stress generated between the outer peripheral side part of the leg long part and the inner peripheral side part of the leg long part can be further reduced. As a result, the thermal shock resistance can be further improved.

点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。It is a partially broken front view which shows the structure of a spark plug. 軸線と直交する方向に沿った脚長部等の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a leg long part etc. along the direction orthogonal to an axis. 脚長部の最大肉厚を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the maximum thickness of a leg long part. 絶縁碍子の製造工程の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing process of an insulator. 絶縁碍子の製造工程の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing process of an insulator. 絶縁碍子の製造工程の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing process of an insulator.

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、点火プラグ1を示す一部破断正面図である。尚、図1では、点火プラグ1の軸線CL1方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ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 spark plug 1. In FIG. 1, the direction of the axis CL <b> 1 of the spark plug 1 is the vertical direction in the drawing, the lower side is the front end side, and the upper side is the rear end side.

点火プラグ1は、筒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 spark plug 1 includes an insulator 2 as a cylindrical insulator, a cylindrical metal shell 3 that holds the insulator 2, and the like.

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、後端側に形成された後端側胴部10と、当該後端側胴部10よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部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も細径に形成された脚長部13とを備えている。加えて、絶縁碍子2のうち、大径部11、中胴部12、及び、大部分の脚長部13は、主体金具3の内部に収容されている。そして、中胴部12と脚長部13との間にはテーパ状の段部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。   As is well known, the insulator 2 is formed by firing alumina or the like, and in its outer portion, a rear end side body portion 10 formed on the rear end side, and a front end than the rear end side body portion 10. A large-diameter portion 11 that protrudes radially outward on the side, a middle body portion 12 that is smaller in diameter than the large-diameter portion 11, and a tip portion that is more distal than the middle body portion 12. The leg length part 13 formed in diameter smaller than this on the side is provided. In addition, of the insulator 2, the large diameter portion 11, the middle trunk portion 12, and most of the leg long portions 13 are accommodated inside the metal shell 3. A tapered step portion 14 is formed between the middle trunk portion 12 and the leg long portion 13, and the insulator 2 is locked to the metal shell 3 at the step portion 14.

さらに、絶縁碍子2には、軸線CL1に沿って延びる軸孔4が貫通形成されており、当該軸孔4の先端側には中心電極5が挿通されている。中心電極5は、熱伝導性に優れる金属〔例えば、銅や銅合金、純ニッケル(Ni)等〕からなる内層5Aと、Niを主成分とする合金からなる外層5Bとを備えている。また、中心電極5は、全体として棒状(円柱状)をなし、その先端部が絶縁碍子2の先端から突出している。   Further, a shaft hole 4 extending along the axis CL <b> 1 is formed through the insulator 2, and a center electrode 5 is inserted through the tip end side of the shaft hole 4. The center electrode 5 includes an inner layer 5A made of a metal having excellent thermal conductivity (for example, copper, copper alloy, pure nickel (Ni), etc.) and an outer layer 5B made of an alloy containing Ni as a main component. Further, the center electrode 5 has a rod shape (cylindrical shape) as a whole, and a tip portion thereof protrudes from the tip of the insulator 2.

加えて、軸孔4の後端側には、絶縁碍子2の後端から突出した状態で端子電極6が挿入、固定されている。   In addition, a terminal electrode 6 is inserted and fixed on the rear end side of the shaft hole 4 in a state of protruding from the rear end of the insulator 2.

さらに、軸孔4の中心電極5と端子電極6との間には、円柱状の抵抗体7が配設されている。当該抵抗体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。   Further, a cylindrical resistor 7 is disposed between the center electrode 5 and the terminal electrode 6 of the shaft hole 4. Both ends of the resistor 7 are electrically connected to the center electrode 5 and the terminal electrode 6 through conductive glass seal layers 8 and 9, respectively.

加えて、前記主体金具3は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面には点火プラグ1を内燃機関や燃料電池改質器等に取付けるためのねじ部(雄ねじ部)15が形成されている。また、ねじ部15よりも後端側には座部16が外周側に向けて突出形成されており、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、点火プラグ1を内燃機関等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と、径方向内側に向けて屈曲する加締め部20とが設けられている。尚、本実施形態では、点火プラグ1の小径化を図るべく、主体金具3が小径化(例えば、ねじ部15のねじ径がM12以下と)されている。   In addition, the metal shell 3 is formed in a cylindrical shape from a metal such as low carbon steel, and a screw portion (male screw) for attaching the spark plug 1 to an internal combustion engine, a fuel cell reformer, or the like on the outer peripheral surface thereof. Part) 15 is formed. Further, a seat portion 16 is formed on the rear end side of the screw portion 15 so as to protrude toward the outer peripheral side, and a ring-shaped gasket 18 is fitted into the screw neck 17 at the rear end of the screw portion 15. Further, on the rear end side of the metal shell 3, a hexagonal cross-section tool engaging portion 19 for engaging a tool such as a wrench when the spark plug 1 is attached to an internal combustion engine or the like, and radially inward. A caulking portion 20 that bends is provided. In this embodiment, in order to reduce the diameter of the spark plug 1, the metal shell 3 is reduced in diameter (for example, the screw diameter of the screw portion 15 is equal to or less than M12).

また、主体金具3の内周面には、絶縁碍子2を係止するためのテーパ部21が設けられている。そして、絶縁碍子2は、主体金具3に対してそ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のテーパ部21に係止された状態で、主体金具3の後端側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主体金具3に固定されている。尚、段部14及びテーパ部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ガスが外部に漏れないようになっている。   A tapered portion 21 for locking the insulator 2 is provided on the inner peripheral surface of the metal shell 3. The insulator 2 is inserted from the rear end side to the front end side with respect to the metal shell 3, and the step 14 of the metal shell 3 is locked to the taper portion 21 of the metal shell 3. It is fixed to the metal shell 3 by caulking the rear end side opening portion radially inward, that is, by forming the caulking portion 20. An annular plate packing 22 is interposed between the stepped portion 14 and the tapered portion 21. Thereby, the airtightness in the combustion chamber is maintained, and the fuel gas entering the gap between the leg long portion 13 of the insulator 2 exposed to the combustion chamber and the inner peripheral surface of the metal shell 3 is prevented from leaking outside.

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間には滑石(タルク)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及び滑石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, annular ring members 23 and 24 are interposed between the metal shell 3 and the insulator 2 on the rear end side of the metal shell 3, and the ring member 23 , 24 is filled with talc 25 powder. That is, the metal shell 3 holds the insulator 2 via the plate packing 22, the ring members 23 and 24, and the talc 25.

また、主体金具3の先端部26には、自身の中間部分にて曲げ返されて、自身の先端側側面が中心電極5の先端部と対向する棒状の接地電極27が接合されている。そして、中心電極5の先端部と接地電極27の先端部との間には火花放電間隙28が形成されており、当該火花放電間隙28において軸線CL1にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。   Further, a rod-shaped ground electrode 27 which is bent back at an intermediate portion of the metal shell 3 at its middle portion and whose side surface on the tip side faces the tip of the center electrode 5 is joined to the tip portion 26 of the metal shell 3. A spark discharge gap 28 is formed between the tip of the center electrode 5 and the tip of the ground electrode 27, and spark discharge is performed in the spark discharge gap 28 in a direction substantially along the axis CL1. It has become.

さらに、本実施形態では、脚長部13における気孔率が3.0%以下とされている。尚、気孔率は、次の手法により求めることができる。すなわち、脚長部13を軸線CL1方向に切断するとともに、この切断面に鏡面研磨を施す。その上で、前記研磨面をSEM観察(例えば、加速電圧20kV、スポットサイズ50、COMPO像、組成像)して研磨面全体の気孔が判別可能な画像を1枚又は分割して数枚に亘って取得する。そして、取得した画像から気孔部分の面積割合を測定することにより、気孔率を求めることができる。尚、気孔部分の面積割合は、所定の画像解析ソフト(例えば、Soft Imaging System GmbH社製のAnalysis Five)を用いて測定することができる。尚、例示した画像解析ソフトを用いる場合には、研磨面の全体画像で気孔部分が選択されるように適切な閾値を設定する。   Furthermore, in this embodiment, the porosity in the leg length part 13 is 3.0% or less. The porosity can be obtained by the following method. That is, the long leg portion 13 is cut in the direction of the axis CL1, and the cut surface is mirror-polished. After that, the polished surface is observed with an SEM (for example, acceleration voltage 20 kV, spot size 50, COMPO image, composition image), and an image in which the pores of the entire polished surface can be distinguished is divided into one or several sheets. Get. And a porosity can be calculated | required by measuring the area ratio of a pore part from the acquired image. The area ratio of the pore portion can be measured using predetermined image analysis software (for example, Analysis Five manufactured by Soft Imaging System GmbH). In the case of using the illustrated image analysis software, an appropriate threshold value is set so that the pore portion is selected in the entire image of the polished surface.

さらに、図2に示すように、軸線CL1と直交する断面において、脚長部13を径方向に沿って三等分し、最外周に位置する領域を第1領域AR1とし、最内周に位置する領域を第2領域AR2とする。このとき、第1領域AR1の気孔率PO1が、第2領域AR2の気孔率PO2の1.20倍以上とされており、第1領域AR1が第2領域AR2よりも疎となるように構成されている。   Further, as shown in FIG. 2, in the cross section orthogonal to the axis CL1, the leg length portion 13 is divided into three equal parts along the radial direction, and the region located on the outermost periphery is defined as the first region AR1, and is located on the innermost periphery. Let the region be a second region AR2. At this time, the porosity PO1 of the first area AR1 is 1.20 times or more the porosity PO2 of the second area AR2, and the first area AR1 is configured to be sparser than the second area AR2. ing.

加えて、前記断面において第1領域AR1と第2領域AR2との間に位置する領域を第3領域AR3とする。このとき、第3領域AR3の気孔率PO3が、第2領域AR2の気孔率PO2の1.05倍以下とされている。すなわち、第3領域AR3は、比較的密な状態である第2領域AR2と同程度に密となるように構成されている。   In addition, a region located between the first region AR1 and the second region AR2 in the cross section is referred to as a third region AR3. At this time, the porosity PO3 of the third area AR3 is set to 1.05 times or less of the porosity PO2 of the second area AR2. That is, the third area AR3 is configured to be as dense as the second area AR2 in a relatively dense state.

また、主体金具3の小径化に伴い、絶縁碍子2は薄肉とされており、図3に示すように、脚長部13の軸線CL1と直交する方向に沿った最大肉厚Tが2.00mm以下とされている。尚、本実施形態では、脚長部13において、耐電圧性能や機械的強度が過度に低下してしまうことを防止すべく、最大肉厚Tが0.50mm以上とされている。   Further, as the diameter of the metal shell 3 is reduced, the insulator 2 is made thinner. As shown in FIG. 3, the maximum thickness T along the direction perpendicular to the axis CL1 of the leg long portion 13 is 2.00 mm or less. It is said that. In the present embodiment, the maximum thickness T is set to 0.50 mm or more in the leg length portion 13 in order to prevent the withstand voltage performance and the mechanical strength from excessively decreasing.

さらに、本実施形態では、脚長部13の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在するように構成されている。尚、ムライト結晶相は、例えば、後述する絶縁碍子2を形成するための焼成工程において、原料粉末中に含まれるアルミナ(Al23)及びシリカ(SiO2)から生成することができる。また、例えば、原料粉末中にムライト粉末を混合しておくことで、脚長部13の外表面にムライト結晶相が存在するように構成することもできる。さらに、アルミネート結晶相は、例えば、焼成工程において、原料粉末中に含まれるアルミナ及び希土類元素(例えば、Sc、Y、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及び、Lu等)、又は、アルミナ及び第2族元素(例えば、Mg、Ca、Sr、及び、Ba等)などから生成することができる。また、例えば、原料粉末中にアルミネート粉末を混合しておくことで、脚長部13の外表面にアルミネート結晶相が存在するように構成することもできる。 Further, in the present embodiment, at least one of a mullite crystal phase and an aluminate crystal phase exists on the outer surface of the leg length portion 13. The mullite crystal phase can be generated from alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ) contained in the raw material powder, for example, in a firing step for forming the insulator 2 described later. Further, for example, by mixing mullite powder in the raw material powder, the mullite crystal phase can be configured to exist on the outer surface of the leg length portion 13. Further, the aluminate crystal phase is obtained by, for example, alumina and rare earth elements (for example, Sc, Y, La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho contained in the raw material powder in the firing step. , Er, Tm, Yb, and Lu), or alumina and a Group 2 element (for example, Mg, Ca, Sr, and Ba). Further, for example, by mixing aluminate powder in the raw material powder, the aluminate crystal phase can be configured to exist on the outer surface of the leg portion 13.

次に、上記のように構成されてなる点火プラグ1の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the spark plug 1 comprised as mentioned above is demonstrated.

まず、主体金具3を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材(例えばS17CやS25Cといった鉄系素材やステンレス素材)に冷間鍛造加工を施すことで貫通孔を形成し、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。   First, the metal shell 3 is processed in advance. That is, a through hole is formed by subjecting a cylindrical metal material (for example, an iron-based material such as S17C or S25C or a stainless steel material) to a cold forging process, and a rough shape is manufactured. Thereafter, the outer shape is adjusted by cutting to obtain a metal shell intermediate.

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ni合金からなる接地電極27を抵抗溶接する。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部15を転造によって形成する。これにより、接地電極27の溶接された主体金具3が得られる。また、接地電極27の溶接された主体金具3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。   Subsequently, a ground electrode 27 made of Ni alloy is resistance-welded to the front end surface of the metal shell intermediate. During the welding, so-called “sag” occurs, and after removing the “sag”, the threaded portion 15 is formed by rolling at a predetermined portion of the metal shell intermediate body. Thereby, the metal shell 3 to which the ground electrode 27 is welded is obtained. The metal shell 3 to which the ground electrode 27 is welded is galvanized or nickel plated. In order to improve the corrosion resistance, the surface may be further subjected to chromate treatment.

一方、前記主体金具3とは別に、絶縁碍子2を作製しておく。より詳しくは、まず、アルミナ(Al23)粉末を主成分とし、シリカ(SiO2)や希土類元素、第2族元素等を含む焼結助剤を少なくとも1種含有して構成される原料粉末に対し、所定のバインダを含有した上で、水を溶媒として湿式混合することでスラリーを調整する。そして、調整されたスラリーを噴霧乾燥し、粒状体を得る。 On the other hand, the insulator 2 is prepared separately from the metal shell 3. More specifically, first, a raw material composed mainly of alumina (Al 2 O 3 ) powder and containing at least one kind of sintering aid containing silica (SiO 2 ), rare earth elements, Group 2 elements and the like. A slurry is prepared by wet-mixing the powder with water as a solvent after containing a predetermined binder. Then, the adjusted slurry is spray-dried to obtain a granular body.

次いで、得られた粒状体を、ラバープレス成形機41によって、ラバープレス成形することで成形体を作製する。尚、ラバープレス成形機41は、図4に示すように、中心軸CL2方向に沿って延びるキャビティ42を有する円筒状の内ゴム型43と、当該内ゴム型43の外周に設けられる円筒状の外ゴム型44と、当該外ゴム型44の外周に設けられる成形機本体45と、前記キャビティ42の下側開口部を塞ぐための底蓋46及び下ホルダー47とを備えている。また、成形機本体45には、液体流路45Aが設けられており、当該液体流路45Aを介して、液圧を外ゴム型44の外周面に対して径方向に付与することで、キャビティ42を径方向に縮小させることができるようになっている。   Next, the obtained granule is subjected to rubber press molding with a rubber press molding machine 41 to produce a molded body. As shown in FIG. 4, the rubber press molding machine 41 includes a cylindrical inner rubber mold 43 having a cavity 42 extending along the direction of the central axis CL <b> 2, and a cylindrical shape provided on the outer periphery of the inner rubber mold 43. An outer rubber mold 44, a molding machine main body 45 provided on the outer periphery of the outer rubber mold 44, and a bottom lid 46 and a lower holder 47 for closing the lower opening of the cavity 42 are provided. Further, the molding machine main body 45 is provided with a liquid channel 45A, and by applying a hydraulic pressure to the outer peripheral surface of the outer rubber mold 44 in the radial direction via the liquid channel 45A, the cavity 42 can be reduced in the radial direction.

製造方法の説明に戻り、まず、粒状体PMを内ゴム型43のキャビティ42に充填する。次いで、図5に示すように、前記キャビティ42内に、金属やセラミック等の高硬度材からなる、前記軸孔4を形成するためのプレスピン51を配置する。   Returning to the description of the manufacturing method, first, the particulate matter PM is filled in the cavity 42 of the inner rubber mold 43. Next, as shown in FIG. 5, a press pin 51 for forming the shaft hole 4 made of a high hardness material such as metal or ceramic is disposed in the cavity 42.

次に、前記液体流路45Aを介して液圧を印加することで、内ゴム型43及び外ゴム型44の外周側から圧力を印加し、キャビティ42を縮小させる。そして、所定時間経過後に液圧の付与を解除した後、図6に示すように、プレスピン51をラバープレス成形機41から軸線CL2方向に引き上げることにより、プレスピン51とともに、粒状体PMが圧縮されることで形成された成形体CPをキャビティ42から抜き取る。その後、プレスピン51を成形体CPに対して相対回転させることによって、プレスピン51が成形体CPから抜き取られ、成形体CPが得られる。尚、本実施形態では、液圧を調節し、内ゴム型43の昇圧スピード(内ゴム型43の収縮スピード)を比較的速くしたり、内ゴム型43や外ゴム型44を比較的薄肉としたりすることで、粉状体PMのうちプレスピン51の近傍に位置する部位がより圧縮されるように構成されている。これにより、成形体CPは、その径方向内側から外側に向けて、密から疎となるように構成されている。また、本実施形態では、前記昇圧スピードをある程度の速さに抑制することで、成形体CPの径方向中央部分も十分に密となるように構成されている。さらに、粉状体PMに加える圧力や圧力の印加時間を調整することで、成形体CPは気孔が十分に少ない状態とされている。   Next, by applying a hydraulic pressure through the liquid channel 45A, pressure is applied from the outer peripheral sides of the inner rubber mold 43 and the outer rubber mold 44, and the cavity 42 is reduced. Then, after releasing the hydraulic pressure after a predetermined time has elapsed, as shown in FIG. 6, the granular material PM is compressed together with the press pins 51 by pulling the press pins 51 from the rubber press molding machine 41 in the direction of the axis CL2. Then, the formed body CP formed is removed from the cavity 42. Thereafter, by rotating the press pin 51 relative to the molded body CP, the press pin 51 is extracted from the molded body CP, and the molded body CP is obtained. In this embodiment, the hydraulic pressure is adjusted so that the pressure increase speed of the inner rubber mold 43 (the contraction speed of the inner rubber mold 43) is relatively high, or the inner rubber mold 43 and the outer rubber mold 44 are relatively thin. It is comprised so that the site | part located in the vicinity of the press pin 51 among the powdery bodies PM may be compressed more. Thereby, the molded object CP is comprised so that it may become sparse from the radial direction inner side toward the outer side. In the present embodiment, the pressure increasing speed is suppressed to a certain level so that the central portion in the radial direction of the molded body CP is also sufficiently dense. Furthermore, by adjusting the pressure applied to the powder body PM and the application time of the pressure, the molded body CP is in a state where the pores are sufficiently small.

次いで、得られた成形体CPの外周に対して研削加工を施すことで、絶縁碍子2と略同一の外形をなす絶縁体中間体を得る。そして、焼成工程において、焼成炉により前記絶縁体中間体を焼成することで、絶縁碍子2が得られる。尚、上述の通り、成形体CPは、その径方向内側から外側に向けて密から疎となるように構成されているため、得られた絶縁碍子2においては、第1領域AR1の気孔率PO1が第2領域AR2の気孔率PO2の1.20倍以上となっている。また、成形体CPの径方向中央部分が十分に密であるため、得られた絶縁碍子2においては、第3領域AR3の気孔率PO3が第2領域AR2の気孔率PO2の1.05倍以下となっている。さらに、成形体CPは気孔が十分に少ないため、少なくとも脚長部13における気孔率は3.0%以下となっている。   Next, the outer periphery of the obtained molded body CP is ground to obtain an insulator intermediate that has substantially the same outer shape as the insulator 2. And in the baking process, the insulator 2 is obtained by baking the said insulator intermediate body with a baking furnace. Note that, as described above, the molded body CP is configured so as to become denser and sparser from the inside in the radial direction toward the outside. Therefore, in the obtained insulator 2, the porosity PO1 of the first region AR1 is obtained. Is not less than 1.20 times the porosity PO2 of the second region AR2. Further, since the central portion in the radial direction of the molded body CP is sufficiently dense, in the obtained insulator 2, the porosity PO3 of the third region AR3 is 1.05 times or less than the porosity PO2 of the second region AR2. It has become. Furthermore, since the molded body CP has a sufficient number of pores, the porosity of at least the leg length portion 13 is 3.0% or less.

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、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したNi合金に鍛造加工を施すことで中心電極5を作製する。   Separately from the metal shell 3 and the insulator 2, the center electrode 5 is manufactured. That is, the center electrode 5 is produced by forging a Ni alloy in which a copper alloy or the like for improving heat dissipation is arranged at the center.

そして、上記のようにして得られた絶縁碍子2及び中心電極5と、抵抗体7と、端子電極6とが、ガラスシール層8,9によって封着固定される。ガラスシール層8,9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ており、当該調製されたものが抵抗体7を挟むようにして絶縁碍子2の軸孔4内に注入された後、焼成炉内にて加熱しつつ、後方から端子電極6で押圧することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子2の後端側胴部10表面に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。   Then, the insulator 2 and the center electrode 5, the resistor 7, and the terminal electrode 6 obtained as described above are sealed and fixed by the glass seal layers 8 and 9. The glass seal layers 8 and 9 are generally prepared by mixing borosilicate glass and metal powder, and the prepared material is injected into the shaft hole 4 of the insulator 2 with the resistor 7 interposed therebetween. After being heated, it is baked and hardened by pressing with the terminal electrode 6 from behind while heating in the baking furnace. At this time, the glaze layer may be fired simultaneously on the surface of the rear end body portion 10 of the insulator 2 or the glaze layer may be formed in advance.

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、接地電極27を備える主体金具3とが固定される。より詳しくは、主体金具3に絶縁碍子2を挿通した上で、比較的薄肉に形成された主体金具3の後端側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絶縁碍子2と主体金具3とが固定される。   Thereafter, the insulator 2 provided with the center electrode 5 and the terminal electrode 6 and the metal shell 3 provided with the ground electrode 27 are fixed. More specifically, after the insulator 2 is inserted through the metal shell 3, the rear end side opening of the metal shell 3 formed relatively thin is crimped radially inward, that is, the crimp portion 20 is formed. By doing so, the insulator 2 and the metal shell 3 are fixed.

そして最後に、接地電極27の中間部分を中心電極5側に屈曲させるとともに、中心電極5及び接地電極27間に形成された火花放電間隙28の大きさを調整することで、上述した点火プラグ1が得られる。   Finally, the intermediate portion of the ground electrode 27 is bent toward the center electrode 5 side, and the size of the spark discharge gap 28 formed between the center electrode 5 and the ground electrode 27 is adjusted, whereby the spark plug 1 described above is used. Is obtained.

以上詳述したように、本実施形態によれば、脚長部13における気孔率が3.0%以上とされており、脚長部13が十分に密な状態とされている。従って、良好な耐電圧性能を実現することができる。特に本実施形態では、脚長部13の最大肉厚Tが2.00mm以下とされているため、十分な耐電圧性能を確保することが難しいが、本実施形態によれば、良好な耐電圧性能を得ることができる。   As described above in detail, according to the present embodiment, the porosity of the leg length portion 13 is 3.0% or more, and the leg length portion 13 is in a sufficiently dense state. Therefore, good withstand voltage performance can be realized. In particular, in this embodiment, since the maximum thickness T of the leg length portion 13 is 2.00 mm or less, it is difficult to ensure sufficient withstand voltage performance, but according to this embodiment, good withstand voltage performance is achieved. Can be obtained.

また、本実施形態では、第1領域AR1の気孔率PO1が、第2領域AR2の気孔率PO2の1.20倍以上とされており、第1領域AR1が比較的疎の状態とされている。従って、第1領域AR1におけるヤング率を低下させることができ、脚長部13の外周側部位と脚長部13の内周側部位との間において加熱・冷却に伴い発生する熱応力を小さくすることができる。   In the present embodiment, the porosity PO1 of the first area AR1 is 1.20 times or more the porosity PO2 of the second area AR2, and the first area AR1 is relatively sparse. . Therefore, the Young's modulus in the first region AR1 can be reduced, and the thermal stress generated by heating / cooling between the outer peripheral side portion of the leg length portion 13 and the inner peripheral side portion of the leg length portion 13 can be reduced. it can.

さらに、本実施形態では、第2領域AR2の気孔率PO2が比較的小さなものとなるため、前記内周側部位には内側に向けた圧縮応力が残存することとなる。急冷時に前記外周側部位が急激に収縮し、表面に引っ張り応力が発生した際には、前記圧縮応力の残存により、前記内周側部位と前記外周側部位との間で生じる熱応力を一層小さくすることができる。その結果、良好な耐熱衝撃性を得ることができる。   Furthermore, in this embodiment, since the porosity PO2 of the second region AR2 is relatively small, the compressive stress toward the inside remains in the inner peripheral portion. When the outer peripheral portion contracts suddenly during rapid cooling and a tensile stress is generated on the surface, the thermal stress generated between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion is further reduced due to the remaining compressive stress. can do. As a result, good thermal shock resistance can be obtained.

加えて、第3領域AR3の気孔率PO3が、比較的密に形成された第2領域AR2の気孔率PO2の1.05倍以下とされており、第3領域AR3も第2領域AR2と同程度に密な状態とされている。従って、脚長部13をその径方向に沿った広範囲において密な状態とすることができ、耐電圧性能を一層高めることができる。   In addition, the porosity PO3 of the third region AR3 is 1.05 times or less the porosity PO2 of the relatively densely formed second region AR2, and the third region AR3 is also the same as the second region AR2. It is considered as a dense state. Therefore, the leg length portion 13 can be in a dense state in a wide range along the radial direction, and the withstand voltage performance can be further enhanced.

また、本実施形態では、脚長部13の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在するように構成されている。従って、脚長部13の熱膨張量を低減させることができ、脚長部13の外周側部位と脚長部13の内周側部位との間において発生する熱応力をより一層小さくすることができる。その結果、耐熱衝撃性の更なる向上を図ることができる。   Moreover, in this embodiment, it is comprised so that at least one of a mullite crystal phase and an aluminate crystal phase may exist in the outer surface of the leg long part 13. FIG. Therefore, the amount of thermal expansion of the leg long portion 13 can be reduced, and the thermal stress generated between the outer peripheral side portion of the leg long portion 13 and the inner peripheral side portion of the leg long portion 13 can be further reduced. As a result, the thermal shock resistance can be further improved.

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、第1領域の気孔率PO1(%)、第2領域の気孔率PO2(%)、第3領域の気孔率PO3(%)、脚長部全体における気孔率PO0(%)、及び、脚長部の外表面におけるムライト結晶相やアルミネート結晶相の有無を種々変更した点火プラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて、耐電圧性能評価試験、及び、耐熱衝撃性評価試験を行った。   Next, in order to confirm the effect achieved by the above embodiment, the porosity PO1 (%) of the first region, the porosity PO2 (%) of the second region, the porosity PO3 (%) of the third region, the leg length Make several spark plug samples with various changes in the porosity PO0 (%) of the whole part and the presence or absence of mullite crystal phase or aluminate crystal phase on the outer surface of the leg length part, and withstand voltage performance evaluation test for each sample And the thermal shock resistance evaluation test was done.

耐電圧性能評価試験の概要は次の通りである。すなわち、第1領域の気孔率等を同一としたサンプルを30本ずつ用意するとともに、サンプルの先端部を所定の絶縁油に浸漬し、中心電極及び接地電極間にて火花放電が生じない状態とした。その上で、中心電極に対して電圧を印加するとともに、印加電圧を徐々に増大させていき、中心電極と主体金具との間で絶縁碍子(脚長部)を貫通する放電が生じたときの印加電圧(貫通電圧)を測定した。さらに、30本のサンプルにおける貫通電圧の平均値(平均貫通電圧)を算出した。ここで、平均貫通電圧が40kV以上41kV未満となったサンプルは、良好な耐電圧性能を有するとして「○」の評価を下すこととし、平均貫通電圧が41kV以上となったサンプルは、非常に優れた耐電圧性能を有するとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、平均貫通電圧が40kV未満となったサンプルは、耐電圧性能に劣るとして「×」の評価を下すこととした。   The outline of the withstand voltage performance evaluation test is as follows. That is, 30 samples each having the same porosity in the first region are prepared, and the tip of the sample is immersed in a predetermined insulating oil so that no spark discharge occurs between the center electrode and the ground electrode. did. In addition, the voltage is applied to the center electrode, and the applied voltage is gradually increased to apply when a discharge penetrating the insulator (leg leg) occurs between the center electrode and the metal shell. The voltage (through voltage) was measured. Furthermore, the average value (average penetration voltage) of the penetration voltage in 30 samples was calculated. Here, a sample having an average through voltage of 40 kV or more and less than 41 kV is evaluated as “◯” because it has good withstand voltage performance, and a sample having an average through voltage of 41 kV or more is very excellent. It was decided to give an evaluation of “◎” as having a withstand voltage performance. On the other hand, a sample having an average through voltage of less than 40 kV was evaluated as “x” because it had poor withstand voltage performance.

また、耐熱衝撃性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、加熱温度を種々異なるものとした上で、サンプルを30分間に亘って加熱した後、サンプルを20℃の水に投下し、急冷した。その後、所定の検査液を脚長部の表面に塗布することにより、脚長部における割れの有無を明確にするとともに、目視により、脚長部に割れが発生しているか否かを確認した。ここで、加熱温度を180℃以上200℃未満としたときに脚長部の割れが発生したサンプルは、良好な耐熱衝撃性を有するとして「○」の評価を下し、加熱温度を200℃以上としたときに脚長部に割れが発生したサンプルは、非常に優れた耐熱衝撃性を有するとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、加熱温度を180℃未満としたときに脚長部に割れが発生したサンプルは、耐熱衝撃性に劣るとして「×」の評価を下すこととした。   The outline of the thermal shock resistance evaluation test is as follows. That is, after making the heating temperature different, the sample was heated for 30 minutes, and then the sample was dropped into 20 ° C. water and rapidly cooled. Thereafter, a predetermined test solution was applied to the surface of the leg length part to clarify the presence or absence of cracks in the leg length part, and whether or not the leg length part was cracked was visually confirmed. Here, when the heating temperature was set to 180 ° C. or more and less than 200 ° C., the sample in which the crack of the leg length portion occurred was evaluated as “◯” as having good thermal shock resistance, and the heating temperature was set to 200 ° C. or more. The sample in which cracks occurred in the leg long part was evaluated as “◎” as having excellent thermal shock resistance. On the other hand, when the heating temperature was less than 180 ° C., the sample with cracks in the leg length was evaluated as “x” because it was inferior in thermal shock resistance.

表1に、上記両試験の結果を示す。尚、第1領域の気孔率PO1等は、前記成形体を形成する際の昇圧スピードを調節することで変更した。また、試験実施用のサンプルとは別に、気孔率を測定するためのサンプルを前記試験実施用のサンプルと同一条件にて別途作製した。そして、気孔率を測定するためのサンプルにより、第1領域の気孔率PO1等を測定した。具体的には、脚長部を軸線と直交する方向に切断した上で、切断面を鏡面研磨した。その上で、所定の電子顕微鏡により、第1〜第3領域の各10点における気孔率を測定するとともに、測定した気孔率の平均値を第1〜第3領域の気孔率PO1〜PO3とした。また、第1〜第3領域における計30点の気孔率の平均値を脚長部の全体の気孔率PO0とした。さらに、所定のX線回折装置により脚長部の外表面をX線回折分析した際に、ムライト結晶相やアルミネート結晶相の固有ピーク値が検出されるか否かにより、脚長部の外表面にムライト結晶相やアルミネート結晶相が存在するか否かを判定した。   Table 1 shows the results of both tests. The porosity PO1 and the like in the first region were changed by adjusting the pressure increase speed when forming the molded body. Separately from the test sample, a sample for measuring the porosity was separately prepared under the same conditions as the test sample. And the porosity PO1 etc. of the 1st field were measured with the sample for measuring the porosity. Specifically, the leg long part was cut in a direction perpendicular to the axis, and the cut surface was mirror-polished. Then, the porosity at each of the 10 points in the first to third regions was measured with a predetermined electron microscope, and the average value of the measured porosity was defined as the porosity PO1 to PO3 in the first to third regions. . Moreover, the average value of the porosity of 30 points in total in the first to third regions was defined as the overall porosity PO0 of the leg length portion. Further, when the outer surface of the leg length portion is subjected to X-ray diffraction analysis by a predetermined X-ray diffractometer, the outer surface of the leg length portion is determined depending on whether or not the intrinsic peak value of the mullite crystal phase or the aluminate crystal phase is detected. It was determined whether a mullite crystal phase or an aluminate crystal phase was present.

加えて、サンプル6は、絶縁碍子の肉厚を他のサンプルにおける絶縁碍子の肉厚よりも著しく小さなもの(具体的には、2/3程度)とし、良好な耐電圧性能を確保することが極めて難しいものとした。   In addition, in sample 6, the thickness of the insulator is significantly smaller than the thickness of the insulator in the other samples (specifically, about 2/3), thereby ensuring good withstand voltage performance. It was extremely difficult.

Figure 0005870074
Figure 0005870074

表1に示すように、脚長部の全体の気孔率PO0を3.0%超としたサンプル(サンプル1)は、耐電圧性能が不十分となることが分かった。   As shown in Table 1, it was found that the withstand voltage performance of the sample (sample 1) in which the overall porosity PO0 of the leg length portion was over 3.0% was insufficient.

さらに、脚長部の全体の気孔率PO0を3.0%以下としたものの、PO1/PO2を1.20未満(つまり、第1領域の気孔率PO1を第2領域の気孔率PO2の1.20倍未満)としたサンプル(サンプル2)は、耐電圧性能が良好となる一方で、耐熱衝撃性に劣ることが明らかとなった。これは、第1領域が非常に密であり、第1領域のヤング率が比較的大きなものとなったため、急冷時に脚長部にて生じる熱応力が大きくなったことによると考えられる。   Furthermore, although the overall porosity PO0 of the leg length portion is 3.0% or less, PO1 / PO2 is less than 1.20 (that is, the porosity PO1 of the first region is 1.20 of the porosity PO2 of the second region). It was revealed that the sample (sample 2), which was less than double), had good withstand voltage performance, but was inferior in thermal shock resistance. This is presumably because the first region is very dense and the Young's modulus of the first region is relatively large, so that the thermal stress generated in the leg length portion during rapid cooling increases.

これに対して、脚長部の全体の気孔率PO0を3.0%以下としつつ、PO1/PO2を1.20以上(つまり、第1領域の気孔率PO1を第2領域の気孔率PO2の1.20倍以上)としたサンプル(サンプル3〜8)は、耐電圧性能及び耐熱衝撃性の双方において良好な性能を有することが確認された。これは、次の(1)〜(3)によると考えられる。
(1)気孔率PO0を3.0%以下としたことで、脚長部の緻密性が十分に高まったこと。
(2)気孔率PO1を気孔率PO2の1.20倍以上としたことで、第1領域のヤング率が十分に小さなものとなり、急冷時に脚長部にて発生する熱応力が小さくなったこと。
(3)気孔率PO2を比較的小さくしたことにより、絶縁碍子の内周側部位には内側に向けた圧縮応力が残存することとなったため、急冷時に絶縁碍子の外周側部位が急激に収縮し、表面に引っ張り応力が発生した際に、前記内周側部位と前記外周側部位との間で生じる熱応力が一層小さくなったこと。
On the other hand, PO1 / PO2 is 1.20 or more while the overall porosity PO0 of the leg length portion is 3.0% or less (that is, the porosity PO1 of the first region is equal to 1 of the porosity PO2 of the second region). It was confirmed that the samples (samples 3 to 8) which were 20 times or more) had good performance in both withstand voltage performance and thermal shock resistance. This is considered to be due to the following (1) to (3).
(1) By setting the porosity PO0 to 3.0% or less, the denseness of the leg length has been sufficiently increased.
(2) By setting the porosity PO1 to 1.20 times or more of the porosity PO2, the Young's modulus of the first region is sufficiently small, and the thermal stress generated in the leg length portion during rapid cooling is reduced.
(3) Since the porosity PO2 is made relatively small, the compressive stress toward the inner side remains in the inner peripheral portion of the insulator, so that the outer peripheral portion of the insulator contracts rapidly during rapid cooling. When the tensile stress is generated on the surface, the thermal stress generated between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion is further reduced.

さらに、PO3/PO2を1.05以下(つまり、第3領域の気孔率PO3を第2領域の気孔率PO2の1.05倍以下)としたサンプル(サンプル4〜8)は、一層優れた耐電圧性能を有し、絶縁碍子の肉厚を非常に小さくしたサンプル6においても、良好な耐電圧性能を確保できることが分かった。これは、脚長部がその径方向に沿った広範囲において密な状態となったことによると考えられる。   Furthermore, samples (samples 4 to 8) having PO3 / PO2 of 1.05 or less (that is, the porosity PO3 of the third region is 1.05 times or less of the porosity PO2 of the second region) are more excellent in resistance. It was found that good withstand voltage performance can be secured even in sample 6 having voltage performance and having a very small insulator thickness. This is considered to be due to the fact that the leg length portion is dense in a wide range along the radial direction.

加えて、脚長部の外表面にムライト結晶相が存在するサンプル(サンプル7)、及び、脚長部の表面にアルミネート結晶相が存在するサンプル(サンプル8)は、非常に優れた耐熱衝撃性を有することが明らかとなった。これは、ムライト結晶相やアルミネート結晶相により、脚長部の熱膨張量が低減し、急冷時に脚長部にて発生する熱応力がより一層小さくなったためであると考えられる。   In addition, the sample (sample 7) in which the mullite crystal phase is present on the outer surface of the leg length part and the sample (sample 8) in which the aluminate crystal phase is present on the surface of the leg length part have extremely excellent thermal shock resistance. It became clear to have. This is presumably because the amount of thermal expansion of the leg length portion was reduced by the mullite crystal phase or the aluminate crystal phase, and the thermal stress generated in the leg length portion during quenching was further reduced.

上記試験の結果より、耐電圧性能及び耐熱衝撃性の双方において良好な性能を得るためには、脚長部における気孔率を3.0%以下とするとともに、第1領域の気孔率PO1を第2領域の気孔率PO2の1.20倍以上とすることが好ましいといえる。   From the results of the above test, in order to obtain good performance in both the withstand voltage performance and the thermal shock resistance, the porosity at the leg length is set to 3.0% or less, and the porosity PO1 in the first region is set to the second. It can be said that it is preferable to be 1.20 times or more the porosity PO2 of the region.

さらに、耐電圧性能の更なる向上を図るという観点から、第3領域の気孔率PO3を第2領域の気孔率PO2の1.05倍以下とすることがより好ましいといえる。   Furthermore, from the viewpoint of further improving the withstand voltage performance, it can be said that the porosity PO3 of the third region is more preferably 1.05 times or less of the porosity PO2 of the second region.

加えて、耐熱衝撃性を一層向上させるという観点から、脚長部の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在するように構成することがより好ましいといえる。   In addition, from the viewpoint of further improving the thermal shock resistance, it can be said that it is more preferable that at least one of a mullite crystal phase and an aluminate crystal phase exist on the outer surface of the leg length portion.

尚、上記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。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。   In addition, it is not limited to the description content of the said embodiment, For example, you may implement as follows. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are also possible.

(a)上記実施形態では、脚長部13の最大肉厚Tが2.00mm以下とされているが、最大肉厚Tを2.00mm超とした点火プラグに対して本発明の技術思想を適用してもよい。   (A) In the above embodiment, the maximum thickness T of the leg length portion 13 is set to 2.00 mm or less, but the technical idea of the present invention is applied to a spark plug having a maximum thickness T exceeding 2.00 mm. May be.

(b)上記実施形態において、点火プラグ1は、火花放電間隙28において火花放電を生じさせることで混合気等へと着火するものであるが、本発明の技術思想を適用可能な点火プラグの構成はこれに限定されるものではない。従って、例えば、絶縁碍子の先端部にキャビティ部(空間)を有し、キャビティ部において生成されたプラズマを噴出することで、混合気等へと着火する点火プラグ(プラズマジェット点火プラグ)に対して、本発明の技術思想を適用することとしてもよい。また、中心電極及び接地電極間に高周波電力を投入することで、両電極間にてプラズマを生成させる点火プラグ(高周波プラズマ点火プラグ)に対して、本発明の技術思想を適用してもよい。   (B) In the above embodiment, the spark plug 1 ignites an air-fuel mixture or the like by generating a spark discharge in the spark discharge gap 28. The structure of the spark plug to which the technical idea of the present invention can be applied. Is not limited to this. Therefore, for example, with respect to an ignition plug (plasma jet ignition plug) having a cavity (space) at the tip of the insulator and igniting an air-fuel mixture or the like by ejecting plasma generated in the cavity The technical idea of the present invention may be applied. Further, the technical idea of the present invention may be applied to an ignition plug (high frequency plasma ignition plug) that generates plasma between both electrodes by applying high frequency power between the center electrode and the ground electrode.

(c)上記実施形態では、主体金具3の先端部26に接地電極27が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部(又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部)を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である(例えば、特開2006−236906号公報等)。   (C) In the above embodiment, the case where the ground electrode 27 is joined to the distal end portion 26 of the metal shell 3 is embodied. However, a part of the metal shell (or the tip metal fitting previously welded to the metal shell is used. The present invention is also applicable to the case where the ground electrode is formed by cutting out a part of the ground (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-236906).

(d)上記実施形態では、工具係合部19は断面六角形状とされているが、工具係合部19の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Bi−HEX(変形12角)形状〔ISO22977:2005(E)〕等とされていてもよい。   (D) In the above embodiment, the tool engaging portion 19 has a hexagonal cross section, but the shape of the tool engaging portion 19 is not limited to such a shape. For example, it may be a Bi-HEX (deformed 12-angle) shape [ISO 22777: 2005 (E)].

1…点火プラグ
2…絶縁碍子(絶縁体)
3…主体金具
4…軸孔
5…中心電極
13…脚長部
14…段部
AR1…第1領域
AR2…第2領域
AR3…第3領域
CL1…軸線
1 ... Spark plug 2 ... Insulator (insulator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Metal shell 4 ... Shaft hole 5 ... Center electrode 13 ... Leg long part 14 ... Step part AR1 ... 1st area | region AR2 ... 2nd area | region AR3 ... 3rd area | region CL1 ... Axis line

Claims (4)

軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられる主体金具とを備え、
前記絶縁体が、前記主体金具の内周部分に係止される段部と、当該段部の先端から先端側に延びる脚長部とを有する点火プラグであって、
前記脚長部における気孔率が3.0%以下であるとともに、
前記軸線と直交する断面において、前記脚長部を径方向に沿って三等分し、最外周に位置する領域を第1領域とし、最内周に位置する領域を第2領域としたとき、前記第1領域の気孔率が、前記第2領域の気孔率の1.20倍以上であることを特徴とする点火プラグ。
An insulator having an axial hole penetrating in the axial direction;
A center electrode inserted on the tip side of the shaft hole;
A metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
The insulator is a spark plug having a stepped portion that is locked to an inner peripheral portion of the metal shell, and a leg long portion that extends from the tip of the stepped portion to the tip side,
While the porosity in the leg length is 3.0% or less,
In the cross section orthogonal to the axis, the leg length portion is equally divided along the radial direction, the region located on the outermost periphery is defined as the first region, and the region located on the innermost periphery is defined as the second region, A spark plug characterized in that the porosity of the first region is 1.20 times or more the porosity of the second region.
前記断面において前記第1領域と前記第2領域との間に位置する第3領域の気孔率は、前記第2領域の気孔率の1.05倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の点火プラグ。   The porosity of the third region located between the first region and the second region in the cross section is 1.05 or less of the porosity of the second region. The spark plug described. 前記脚長部の前記軸線と直交する方向に沿った最大肉厚が0.50mm以上2.00mm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の点火プラグ。   3. The spark plug according to claim 1, wherein a maximum thickness of the leg long portion along a direction orthogonal to the axis is 0.50 mm or more and 2.00 mm or less. 前記脚長部の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の点火プラグ。   The spark plug according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of a mullite crystal phase and an aluminate crystal phase is present on an outer surface of the leg length portion.
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