JP6016721B2 - スパークプラグ - Google Patents
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Description
[態様]
軸線方向に延びる中心電極と、
前記軸線方向に延びる軸孔を有し、前記軸孔に前記中心電極が挿設される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極の先端面との間でギャップを形成する接地電極と、
を備えたスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記接地電極の表面の少なくとも一部を形成する部分である母材と、前記母材内に埋設され前記母材よりも熱伝導率が高い芯部と、を備える棒状の本体部を備え、
前記接地電極の前記本体部の先端部は、前記中心電極の先端面と対向する位置に配置され、
前記本体部の前記先端部は、前記中心電極と対向する表面である対向面と、前記対向面を挟むように配置された表面である一対のテーパ面と、を有する、先細りの端部であるテーパ端部を備え、
前記テーパ端部の少なくとも一部は、前記中心電極の先端面を前記軸線方向に沿って投影した場合に、前記投影された前記中心電極の先端面と重なる範囲内に、配置されており、
前記テーパ端部の表面における前記対向面と前記テーパ面との境界と、前記中心電極と、の間の最短距離が、前記ギャップの距離の1.2倍の距離以下であり、
前記芯部の先端を含み前記軸線方向と直交する断面である直交断面上において、
前記芯部の断面の少なくとも一部は、前記直交断面上において、前記一対のテーパ面のうち一方のテーパ面に対応する線分の後端を通り前記一方のテーパ面に対応する前記線分と垂直な直線よりも先端側、かつ、前記一対のテーパ面のうち他方のテーパ面に対応する線分の後端を通り前記他方のテーパ面に対応する前記線分と垂直な直線よりも先端側の領域内に、配置されており、
前記テーパ面に対応する前記線分と前記芯部の前記断面との間の最短距離は、0.2mm以上、かつ、1.5mm以下である、
スパークプラグ。
軸線方向に延びる中心電極と、
前記軸線方向に延びる軸孔を有し、前記軸孔に前記中心電極が挿設される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極の先端面との間でギャップを形成する接地電極と、
を備えたスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記接地電極の表面の少なくとも一部を形成する部分である母材と、前記母材内に埋設され前記母材よりも熱伝導率が高い芯部と、を備える棒状の本体部を備え、
前記接地電極の前記本体部の先端部は、前記中心電極の先端面と対向する位置に配置され、
前記本体部の前記先端部は、前記中心電極と対向する表面である対向面と、前記対向面を挟むように配置された表面である一対のテーパ面と、を有する、先細りの端部であるテーパ端部を備え、
前記テーパ端部の少なくとも一部は、前記中心電極の先端面を前記軸線方向に沿って投影した場合に、前記投影された前記中心電極の先端面と重なる範囲内に、配置されており、
前記テーパ端部の表面における前記対向面と前記テーパ面との境界と、前記中心電極と、の間の最短距離が、前記ギャップの距離の1.2倍の距離以下であり、
前記芯部の先端を含み前記軸線方向と直交する断面である直交断面上において、
前記芯部の断面の少なくとも一部は、前記直交断面上において前記テーパ面に対応する線分の後端を通り前記線分と垂直な直線よりも先端側の領域内に、配置されており、
前記テーパ面に対応する前記線分と前記芯部の前記断面との間の最短距離は、0.2mm以上、かつ、1.5mm以下である、
スパークプラグ。
適用例1に記載のスパークプラグであって、
前記芯部の少なくとも前記先端を含む部分は、融点が摂氏1350度以上の材料で形成されている、スパークプラグ。
適用例2に記載のスパークプラグであって、
前記芯部は、前記母材よりも熱伝導率が高い第1芯部と、前記母材と前記第1芯部との間に設けられ、前記第1芯部よりも熱伝導率が高い第2芯部と、を備え、
前記直交断面上において、前記接地電極の先端側の断面構成は、前記第1芯部と前記母材との2層構成であり、前記接地電極の後端側の断面構成は、前記第1芯部と前記第2芯部と前記母材との3層構成である、
スパークプラグ。
適用例1ないし3のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、さらに、前記中心電極の先端面と対向する貴金属チップを備える、
スパークプラグ。
適用例4に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、レーザ溶接によって、前記母材に固定されており、
前記接地電極の前記本体部は、前記母材の成分と前記貴金属チップの成分とを含む溶融部を含み、
前記接地電極の断面のうちの、前記対向面上を前記接地電極の長手方向に沿って延びて前記対向面を二等分するラインを含み、かつ、前記対向面と直交する断面である二分断面において、
前記対向面の延びる方向と直交し、かつ、前記溶融部の断面と重なる直線のうちの、最も先端側の直線を、第1直線と呼び、最も後端側の直線を、第2直線と呼び、
前記溶融部の前記断面の面積を第1面積S1と呼び、
前記接地電極の前記本体部の断面のうちの前記第1直線と前記第2直線とで挟まれた部分の面積を第2面積S2と呼ぶ場合に、
面積比S1/S2が、1/3未満であり、かつ、前記芯部の断面が前記第2直線よりも前記接地電極の先端側まで延びており、かつ、前記芯部の断面は、前記溶融部の断面から離れている、
スパークプラグ。
適用例4に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、レーザ溶接によって、前記母材に固定されており、
前記接地電極の前記本体部は、前記母材の成分と前記貴金属チップの成分とを含む溶融部を含み、
前記接地電極の断面のうちの、前記対向面上を前記接地電極の長手方向に沿って延びて前記対向面を二等分するラインを含み、かつ、前記対向面と直交する断面である二分断面において、
前記対向面の延びる方向と直交し、かつ、前記溶融部の断面と重なる直線のうちの、最も先端側の直線を、第1直線と呼び、最も後端側の直線を、第2直線と呼び、
前記溶融部の前記断面の面積を第1面積S1と呼び、
前記接地電極の前記本体部の断面のうちの前記第1直線と前記第2直線とで挟まれた部分の面積を第2面積S2と呼ぶ場合に、
面積比S1/S2が、1/3以上であり、かつ、前記芯部の断面は、前記溶融部の断面と接触している、
スパークプラグ。
A1.スパークプラグの構成:
図1は、第1実施例のスパークプラグ100の断面図である。図示されたラインCLは、スパークプラグ100の中心軸を示している。以下、中心軸CLのことを「軸線CL」とも呼び、中心軸CLと平行な方向を「軸線方向」とも呼び、中心軸CLを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、中心軸CLを中心とする円の円周方向を「周方向」とも呼ぶ。図中の第1方向D1は、軸線CLと平行な方向である。後述するように、火花ギャップg(単に「ギャップg」とも呼ぶ)を形成する中心電極20と接地電極30とは、スパークプラグ100の第1方向D1側の端部を形成している。以下、このような第1方向D1側を「スパークプラグ100の先端側(あるいは、単に「先端側」)」とも呼び、第1方向D1の反対方向側を「スパークプラグ100の後端側(あるいは、単に「後端側」)」とも呼ぶ。また、図中の第2方向D2と第3方向D3とは、互いに垂直な方向であり、いずれも、第1方向D1と垂直な方向である。以下、第1方向D1を、単に「+D1方向」とも呼び、第1方向D1の反対方向を、単に「−D1方向」とも呼ぶ。他の方向についても、同様に、「+」または「−」の符号を用いて、方向を特定する。また、+D1方向側を、単に「+D1側」とも呼び、−D1方向側を、単に「−D1側」とも呼ぶ。他の方向側についても、同様である。
図2は、スパークプラグ100の電極20、30の構成を示す概略図である。図2(A)は、スパークプラグ100の第1方向D1側の一部分の断面図(具体的には、中心軸CLを含む断面図)を示し、図2(B)は、接地電極30の断面(具体的には、中心軸CLと直交する断面)を示し、図2(C)は、+D1方向を向いて見た接地電極30の概略図を示し、図2(D)は、電極20、30の斜視図を示している。なお、図2(A)中の中心軸CLの右側では、+D3方向を向いて見た中心電極20と絶縁碍子10との外観が示されている。また、図2(B)は、図2(A)のB1−B1断面である。
スパークプラグ100のサンプルを用いた第1評価試験について説明する。第1評価試験では、ギャップ距離Dg(図2(D))に対するエッジ距離Deの比率De/Dg(以下「ギャップ比率」と呼ぶ)が互いに異なる6個のスパークプラグ100のサンプルを用いて、スパークプラグ100で生じた放電の全回数(ここでは、1000回)に対する、中心電極20とエッジライン(第1エッジラインL11、または、第2エッジラインL12)との間で生じた放電の回数の割合(以下「エッジ放電率」と呼ぶ)を、測定した。いずれのサンプルに関しても、母材35の材料は、インコネルであり、芯部36の材料は、純銅である。
以下の表1は、測定結果を示している。
1)テーパ端部31tの第1端30e1の第3方向D3の幅Da :1.5mm
この幅Daは、対向面31tsiの上底Ubの長さと同じである。
2)テーパ端部31tのD2方向の長さDb :1.6mm
3)先端部31(テーパ端部31tを除く)の第3方向D3の幅Dc :3.0mm
この幅Dcは、対向面31tsiの下底Lbの長さと同じである。
4)先端部31のD1方向の厚さDt :1.6mm
5)中心電極20の先端面20s1の直径Dd :1.5mm
6)ギャップ距離Dg :1.0mm
6個のサンプルの間では、エッジ距離Deが互いに異なっている。エッジ距離Deの調整は、下底Lbと先端面20s1の中心CLとの第2方向D2の距離Dsと接地電極30の脚部32の曲がり具合とを調整することによって、行われた。
スパークプラグ100のサンプルを用いた第2評価試験について説明する。第2評価試験では、スパークプラグ100を搭載した内燃機関を100時間に亘って運転することによるギャップ距離Dgの増加量を測定した。内燃機関としては、直列4気筒、SOHC(Single OverHead camshaft)、2Valve、排気量1.3Lのものを用いた。100時間の運転の内訳は、1分間のアイドル運転と、1分間のスロットル全開運転(WOTとも呼ばれる)と、で構成される1サイクルの運転を、3000回繰り返すものである。アイドル運転時には、接地電極30のうちのギャップgに近い部分の最高温度は、おおよそ摂氏300度であり、スロットル全開運転時には、接地電極30のうちのギャップgに近い部分の最高温度は、おおよそ摂氏1000度である。
スパークプラグ100のサンプルを用いた第3評価試験について説明する。第3評価試験では、芯部36の材料が互いに異なる5個のスパークプラグ100のサンプルを用いて、接地電極30の耐久性を評価した。以下の表3は、評価結果を示している。
B1.スパークプラグの構成:
図3は、第2実施例のスパークプラグ100aの電極20、30aの構成を示す概略図である。図3(A)〜図3(C)は、それぞれ、図2(A)〜図2(C)と同様の概略図を示している。また、図3(D)は、図3(A)のA2−A2断面を示し、図3(E)は、図3(A)のA3−A3断面を示している。図2の第1実施例のスパークプラグ100からの主な差異は、接地電極の芯部36が、第1芯部36a1と第2芯部36a2とを含む芯部36aに置換されている点である。接地電極30a以外の構成は、図1、図2で説明した第1実施例の構成と同じである。接地電極30aの構成は、対称面CLaに対して面対称である。以下、第2実施例のスパークプラグ100aの要素のうち、第1実施例のスパークプラグ100の要素と同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する。
第2実施例のスパークプラグ100aのサンプルを用いた第4評価試験について説明する。第4評価試験では、上述の第2評価試験と同様に、スパークプラグ100aを搭載した内燃機関を100時間に亘って運転することによるギャップ距離Dgの増加量を測定した。内燃機関の運転方法のうちの第2評価試験とは異なる点は、スロットル全開運転時の接地電極30のギャップgに近い部分の最高温度が、摂氏1000度よりも高い摂氏1100度となるように、内燃機関が調整されている点である。このように、第4評価試験では、第2評価試験と比べて、厳しい条件下で評価が行われている。
1)第1サンプル :0.27mm
2)第2サンプル :0.33mm
以上のように、図3(B)の断面中に第2芯部36a2が設けられる場合には、その断面中に第2芯部36a2が設けられない場合と比べて、ギャップ距離Dgの増加量を低減できる。この理由は、芯部36aの先端36atを含む断面に第2芯部36a2の少なくとも一部が設けられている場合には、この断面に第2芯部36a2が設けられていない場合と比べて、先端部31の温度が高くなることを抑制できるからだと推定される。
C1.スパークプラグの構成:
図4は、第3実施例のスパークプラグ100bの電極20、30bの構成を示す概略図である。図4(A)、図4(B)は、それぞれ、図2(A)、図2(C)と同様の概略図を示している。図2の第1実施例のスパークプラグ100からの主な差異は、接地電極30bが、中心電極20の先端面20s1と対向する貴金属チップ38を備えている点である。スパークプラグ100bの他の構成は、図2で説明した第1実施例のスパークプラグ100の構成と同じである。以下、第3実施例のスパークプラグ100bの要素のうち、第1実施例のスパークプラグ100の要素と同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する。
第3実施例のスパークプラグ100bのサンプルを用いた第5評価試験について説明する。第5評価試験では、上述の第2評価試験と同様に、スパークプラグ100bを搭載した内燃機関を所定時間に亘って運転した後に、ギャップ距離Dgの増加量を測定し、二分断面の状態を観察した。接地電極30bには貴金属チップ38が設けられているので、ギャップ距離Dgの増加量が抑制されている。従って、内燃機関の運転時間を、第2評価試験よりも長い300時間に設定した。1サイクルの運転の内容は、第2評価試験と同じである。すなわち、1サイクルの運転は、1分間のアイドル運転と、1分間のスロットル全開運転と、で構成されている。アイドル運転時の接地電極30bの最高温度は、おおよそ摂氏300度であり、スロットル全開運転時の接地電極30bの最高温度は、おおよそ摂氏1000度である。
1)テーパ端部31tの第1端30e1の第3方向D3の幅Da :1.2mm
この幅Daは、対向面31tsiの上底Ubの長さと同じである。
2)テーパ端部31tのD2方向の長さDb :2.5mm
3)先端部31(テーパ端部31tを除く)の第3方向D3の幅Dc :2.8mm
この幅Dcは、対向面31tsiの下底Lbの長さと同じである。
4)先端部31の第1方向D1の厚さDt :1.6mm
5)貴金属チップ38の外径Dd8 :1.0mm
6)2本の直線L31、L32の間の距離DL :1.6mm
7)貴金属チップ38とエッジラインL11との間の最短距離Dm8 :0.4mm
8)中心電極20の先端面20s1の直径Dd :0.8mm
9)下底Lbと先端面20s1の中心CLとの第2方向D2の距離Dsb:1.0mm
下底Lbは、先端面20s1の中心CLよりも、−D2側に配置されている。
10)ギャップ距離Dg :1.0mm
11)図2(D)のエッジ距離Deに相当する距離 :1.2mm
1)テーパ端部31tの第1端30e1の第3方向D3の幅Da :1.0mm
この幅Daは、対向面31tsiの上底Ubの長さと同じである。
2)テーパ端部31tのD2方向の長さDb :2.0mm
3)先端部31(テーパ端部31tを除く)の第3方向D3の幅Dc :2.2mm
この幅Dcは、対向面31tsiの下底Lbの長さと同じである。
4)先端部31の第1方向D1の厚さDt :1.1mm
5)貴金属チップ38の外径Dd8 :1.2mm
6)2本の直線L31、L32の間の距離DL :1.8mm
7)貴金属チップ38とエッジラインL11との間の最短距離Dm8 :0.3mm
8)中心電極20の先端面20s1の直径Dd :0.6mm
9)下底Lbと先端面20s1の中心CLとの第2方向D2の距離Dsb:0.5mm
下底Lbは、先端面20s1の中心CLよりも、−D2側に配置されている。
10)ギャップ距離Dg :1.0mm
11)図2(D)のエッジ距離Deに相当する距離 :1.2mm
(1)接地電極の構成としては、上記各実施例の構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、テーパ面31ts1、31ts2の少なくとも一方が、中心軸CLに対して平行ではなく傾斜してもよい。例えば、2つのテーパ面31ts1、31ts2の間の距離(第3方向D3と平行な距離)が、第1方向D1に向かって徐々に広くなるように、2つのテーパ面31ts1、31ts2が中心軸CLに対して傾斜していてもよい。
Claims (6)
- 軸線方向に延びる中心電極と、
前記軸線方向に延びる軸孔を有し、前記軸孔に前記中心電極が挿設される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極の先端面との間でギャップを形成する接地電極と、
を備えたスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記接地電極の表面の少なくとも一部を形成する部分である母材と、前記母材内に埋設され前記母材よりも熱伝導率が高い芯部と、を備える棒状の本体部を備え、
前記接地電極の前記本体部の先端部は、前記中心電極の先端面と対向する位置に配置され、
前記本体部の前記先端部は、前記中心電極と対向する表面である対向面と、前記対向面を挟むように配置された表面である一対のテーパ面と、を有する、先細りの端部であるテーパ端部を備え、
前記テーパ端部の少なくとも一部は、前記中心電極の先端面を前記軸線方向に沿って投影した場合に、前記投影された前記中心電極の先端面と重なる範囲内に、配置されており、
前記テーパ端部の表面における前記対向面と前記テーパ面との境界と、前記中心電極と、の間の最短距離が、前記ギャップの距離の1.2倍の距離以下であり、
前記芯部の先端を含み前記軸線方向と直交する断面である直交断面上において、
前記芯部の断面の少なくとも一部は、前記直交断面上において、前記一対のテーパ面のうち一方のテーパ面に対応する線分の後端を通り前記一方のテーパ面に対応する前記線分と垂直な直線よりも先端側、かつ、前記一対のテーパ面のうち他方のテーパ面に対応する線分の後端を通り前記他方のテーパ面に対応する前記線分と垂直な直線よりも先端側の領域内に、配置されており、
前記テーパ面に対応する前記線分と前記芯部の前記断面との間の最短距離は、0.2mm以上、かつ、1.5mm以下である、
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、
前記芯部の少なくとも前記先端を含む部分は、融点が摂氏1350度以上の材料で形成されている、スパークプラグ。 - 請求項2に記載のスパークプラグであって、
前記芯部は、前記母材よりも熱伝導率が高い第1芯部と、前記母材と前記第1芯部との間に設けられ、前記第1芯部よりも熱伝導率が高い第2芯部と、を備え、
前記直交断面上において、前記接地電極の先端側の断面構成は、前記第1芯部と前記母材との2層構成であり、前記接地電極の後端側の断面構成は、前記第1芯部と前記第2芯部と前記母材との3層構成である、
スパークプラグ。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、さらに、前記中心電極の先端面と対向する貴金属チップを備える、
スパークプラグ。 - 請求項4に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、レーザ溶接部を介して、前記母材に固定されており、
前記接地電極の前記本体部は、前記母材の成分と前記貴金属チップの成分とを含む溶融部を含み、
前記接地電極の断面のうちの、前記対向面上を前記接地電極の長手方向に沿って延びて前記対向面を二等分するラインを含み、かつ、前記対向面と直交する断面である二分断面において、
前記対向面の延びる方向と直交し、かつ、前記溶融部の断面と重なる直線のうちの、最も先端側の直線を、第1直線と呼び、最も後端側の直線を、第2直線と呼び、
前記溶融部の前記断面の面積を第1面積S1と呼び、
前記接地電極の前記本体部の断面のうちの前記第1直線と前記第2直線とで挟まれた部分の面積を第2面積S2と呼ぶ場合に、
面積比S1/S2が、1/3未満であり、かつ、前記芯部の断面が前記第2直線よりも前記接地電極の先端側まで延びており、かつ、前記芯部の断面は、前記溶融部の断面から離れている、
スパークプラグ。
- 請求項4に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、レーザ溶接部を介して、前記母材に固定されており、
前記接地電極の前記本体部は、前記母材の成分と前記貴金属チップの成分とを含む溶融部を含み、
前記接地電極の断面のうちの、前記対向面上を前記接地電極の長手方向に沿って延びて前記対向面を二等分するラインを含み、かつ、前記対向面と直交する断面である二分断面において、
前記対向面の延びる方向と直交し、かつ、前記溶融部の断面と重なる直線のうちの、最も先端側の直線を、第1直線と呼び、最も後端側の直線を、第2直線と呼び、
前記溶融部の前記断面の面積を第1面積S1と呼び、
前記接地電極の前記本体部の断面のうちの前記第1直線と前記第2直線とで挟まれた部分の面積を第2面積S2と呼ぶ場合に、
面積比S1/S2が、1/3以上であり、かつ、前記芯部の断面は、前記溶融部の断面と接触している、
スパークプラグ。
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