JP6183129B2 - Spark plug for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、自動車のエンジン等に用いる内燃機関用のスパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug for an internal combustion engine used for an automobile engine or the like.
内燃機関用のスパークプラグは、筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングの先端部に接続されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、を有する。中心電極には、径方向外側へ突出した鍔部が設けられている。中心電極は、この鍔部が絶縁碍子の内周面に設けられた支承部に当接することにより、支承されている。 A spark plug for an internal combustion engine includes a cylindrical housing, a cylindrical insulator held inside the housing, a center electrode held inside the insulator so that a tip portion projects, and the above A ground electrode connected to the front end of the housing and forming a spark discharge gap with the center electrode. The center electrode is provided with a flange that protrudes radially outward. The center electrode is supported by the flange portion coming into contact with a support portion provided on the inner peripheral surface of the insulator.
かかるスパークプラグにおいては、上記火花放電ギャップに高電圧を付与することから、中心電極から電波雑音が発生し、周辺機器に影響を及ぼすおそれがある。この電波雑音を防止する性能(雑防性)を向上させるため、中心電極の基端側に抵抗体が配置される。そして、雑防性の一層の向上を図るべく、抵抗体を火花放電ギャップに近い位置に配置することが提案されている(特許文献1参照)。 In such a spark plug, since a high voltage is applied to the spark discharge gap, radio noise is generated from the center electrode, which may affect peripheral devices. In order to improve the performance (noise prevention) for preventing the radio noise, a resistor is disposed on the base end side of the center electrode. And in order to aim at the further improvement of noise prevention property, arrange | positioning a resistor in the position close | similar to a spark discharge gap is proposed (refer patent document 1).
しかしながら、抵抗体を火花放電ギャップに近い位置に配置することに伴い、中心電極の鍔部と絶縁碍子の支承部との当接部が火花放電ギャップに近い位置に形成されることとなる。そうすると、当接部付近は、温度変化が大きくなりやすく、中心電極と絶縁碍子との間の線膨張係数の差に起因して絶縁碍子に大きな熱応力がかかりやすい。その結果、絶縁碍子の耐久性が低下するおそれがある。 However, as the resistor is disposed at a position close to the spark discharge gap, a contact portion between the flange portion of the center electrode and the support portion of the insulator is formed at a position close to the spark discharge gap. If it does so, the temperature change will become large easily in the contact part vicinity, and it will be easy to apply a big thermal stress to an insulator due to the difference of the linear expansion coefficient between a center electrode and an insulator. As a result, the durability of the insulator may be reduced.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、絶縁碍子の耐久性を向上することができる内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a spark plug for an internal combustion engine that can improve the durability of an insulator.
本発明の一態様は、筒状のハウジングと、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、
先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、
上記ハウジングの先端部に接続されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、を有し、
上記中心電極は、上記絶縁碍子の内周面に設けた支承部に軸方向から支承される被支承部を外周部に設けてなり、
上記支承部と上記被支承部との間には、環状のリング部材が介在しており、
該リング部材の線膨張係数と上記絶縁碍子の線膨張係数との差は、上記中心電極の線膨張係数と上記絶縁碍子の線膨張係数との差よりも小さく、
上記リング部材は、複数部材を積層してなり、上記中心電極に接する面に設けられた電極側層は、上記絶縁碍子に接する面に設けられた碍子側層よりも、硬質であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある。
One embodiment of the present invention includes a cylindrical housing;
A cylindrical insulator held inside the housing;
A center electrode held inside the insulator so that the tip protrudes; and
A ground electrode connected to the front end of the housing and forming a spark discharge gap with the center electrode;
The center electrode is provided with a supported portion supported on the support portion provided on the inner peripheral surface of the insulator from the axial direction on the outer peripheral portion,
An annular ring member is interposed between the bearing part and the supported part,
The difference between the linear expansion coefficient and the linear expansion coefficient of the insulator of the ring member, rather smaller than the difference between the linear expansion coefficient and the linear expansion coefficient of the insulator of the center electrode,
The ring member is formed by laminating a plurality of members, and the electrode side layer provided on the surface in contact with the center electrode is harder than the insulator side layer provided on the surface in contact with the insulator. And a spark plug for an internal combustion engine.
上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記支承部と上記被支承部との間に、環状のリング部材が介在している。これにより、リング部材が緩衝材の役割を果たし、中心電極から絶縁碍子にかかる熱応力を低減することができる。すなわち、スパークプラグが温度上昇したとき、絶縁碍子と中心電極との線膨張係数の差に起因して、支承部と被支承部との間には寸法変動の差が生じる。この寸法変動の差をリング部材が変形して吸収することにより、絶縁碍子の支承部に作用する応力を緩和することができる。 In the spark plug for the internal combustion engine, an annular ring member is interposed between the support portion and the supported portion. Thereby, a ring member plays the role of a shock absorbing material and can reduce the thermal stress applied to an insulator from a center electrode. That is, when the temperature of the spark plug rises, a difference in dimensional variation occurs between the support portion and the supported portion due to the difference in coefficient of linear expansion between the insulator and the center electrode. When the ring member deforms and absorbs the difference in dimensional variation, the stress acting on the support portion of the insulator can be relaxed.
また、上記リング部材の線膨張係数と上記絶縁碍子の線膨張係数との差は、上記中心電極の線膨張係数と上記絶縁碍子の線膨張係数との差よりも小さい。これにより、リング部材と絶縁碍子との間の線膨張係数の差に起因して絶縁碍子にかかる熱応力を、低減することができる。 Further, the difference between the linear expansion coefficient of the ring member and the linear expansion coefficient of the insulator is smaller than the difference between the linear expansion coefficient of the center electrode and the linear expansion coefficient of the insulator. Thereby, the thermal stress applied to the insulator due to the difference in the linear expansion coefficient between the ring member and the insulator can be reduced.
以上のごとく、本発明によれば、絶縁碍子の耐久性を向上することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a spark plug for an internal combustion engine that can improve the durability of an insulator.
本発明において、上記内燃機関用のスパークプラグは、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関に用いることができる。
また、本明細書において、スパークプラグの軸方向において、内燃機関の燃焼室に挿入される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
In the present invention, the spark plug for the internal combustion engine can be used for an internal combustion engine such as an automobile or a cogeneration.
In the present specification, in the axial direction of the spark plug, the side inserted into the combustion chamber of the internal combustion engine will be described as the front end side, and the opposite side will be described as the base end side.
上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記リング部材は、上記中心電極よりも軟質であることが好ましい。この場合には、リング部材による緩衝材としての役割をより一層向上させることができる。その結果、絶縁碍子にかかる熱応力をより低減させることができる。 In the spark plug for the internal combustion engine, the ring member is preferably softer than the center electrode. In this case, the role of the ring member as a cushioning material can be further improved. As a result, the thermal stress applied to the insulator can be further reduced.
(参考例1)
上記内燃機関用のスパークプラグの参考例につき、図1〜図3を用いて説明する。
本例の内燃機関用のスパークプラグ1は、図1に示すごとく、筒状のハウジング2と、ハウジング2の内側に保持された筒状の絶縁碍子3と、先端部が突出するように絶縁碍子3の内側に保持された中心電極4と、ハウジング2の先端部21に接続されると共に中心電極4との間に火花放電ギャップ11を形成する接地電極5と、を有する。図1、図2に示すごとく、中心電極4は、絶縁碍子3の内周面に設けた支承部31に軸方向から支承される被支承部412を外周部に設けてなる。
( Reference Example 1)
A reference example of the spark plug for the internal combustion engine will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a
図2に示すごとく、支承部31と被支承部412との間には、環状のリング部材6が介在している。
リング部材6の線膨張係数と絶縁碍子3の線膨張係数との差は、中心電極4の線膨張係数と絶縁碍子3の線膨張係数との差よりも小さい。
As shown in FIG. 2, an
The difference between the linear expansion coefficient of the
絶縁碍子3は、中心電極4を挿通保持するための軸孔30を軸方向に貫通して設けている。軸孔30は、その先端側に小径孔部30aを有し、小径孔部30aより基端側においてはこれよりも大径に形成された大径孔部30bを有する。そして、小径孔部30aと大径孔部30bとの連結部に、先端側に向かって漸次径小となるテーパ形状の支承部31が形成されている。
The
図1に示すごとく、絶縁碍子3の軸孔30には、中心電極4が挿通保持されている。中心電極4は、中心電極母材41とその先端に接合された貴金属チップ42とからなる。中心電極母材41の先端は、絶縁碍子3の先端よりも先端側に配されている。貴金属チップ42は、円柱形状を有し、中心電極母材41に溶接等によって接合されている。
As shown in FIG. 1, the
中心電極母材41は、基端部に鍔部411を有する。鍔部411は、中心電極母材41の基端部において、径方向外向きに突出している。また、図2に示すごとく、鍔部411には、先端側に向かって漸次径小となるテーパ面が形成されており、この部分が被支承部412となっている。つまり、鍔部411における被支承部412が、リング部材6を介して支承部31に支承されることにより、中心電極4が絶縁碍子3に保持されている。
The center
リング部材6は、図3に示すような円環形状を有する。また、リング部材6は、先端側に向かって漸次径小となっている。そして、図2に示すごとく、リング部材6は、支承部31に対する当接面と、被支承部412に対する当接面とが、略平行となっている。
The
支承部31と被支承部412とが、リング部材6を介して圧接されることにより、中心電極4が絶縁碍子3の内側に安定して保持されている。そして、中心電極4は、被支承部412以外の部分においては、絶縁碍子3の内周面に圧接していない。
The
本例において、中心電極母材41はNi基合金からなり、貴金属チップ42はイリジウム合金からなり、絶縁碍子3はアルミナ(Al2O3)からなり、リング部材6はニオブ(Nb)からなる。Nbからなるリング部材6の線膨張係数とアルミナからなる絶縁碍子3の線膨張係数との差は、Ni基合金からなる中心電極4の線膨張係数とアルミナからなる絶縁碍子3の線膨張係数との差よりも小さい。また、Nbからなるリング部材6は、Ni基合金からなる中心電極4よりも軟質である。すなわち、Nbからなるリング部材6は、Ni基合金からなる中心電極4よりもビッカース硬さが小さい。
In this example, the center
また、リング部材6の材質は、これに限られることなく、例えば、タンタル(Ta)としてもよい。この場合においても、リング部材6と絶縁碍子3との線膨張係数の差は、中心電極4と絶縁碍子3との線膨張係数の差よりも小さい。また、Taからなるリング部材6は、Ni基合金からなる中心電極4よりも軟質である。すなわち、Taからなるリング部材6は、Ni基合金からなる中心電極4よりもビッカース硬さが小さい。
The material of the
図1に示すごとく、接地電極5は、ハウジング2の先端部21に一端が溶接等によって接合されており、他端部が中心電極4と軸方向に対向する位置に配されるように屈曲している。これにより、中心電極4と接地電極5との間に、火花放電ギャップ11が形成されている。接地電極5は、Ni基合金からなる。
As shown in FIG. 1, the
図1、図2に示すごとく、軸孔30において、中心電極4の基端側には、導電性のガラスシール8を介して抵抗体7が配置されている。抵抗体7は、カーボンを主体とするセラミック抵抗や炭化ケイ素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)等によって構成することができる。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
次に、本例の作用効果につき説明する。内燃機関用のスパークプラグ1においては、支承部31と被支承部412との間に、環状のリング部材6が介在している。これにより、リング部材6が緩衝材の役割を果たし、中心電極4から絶縁碍子3にかかる熱応力を低減することができる。すなわち、スパークプラグ1が温度上昇したとき、絶縁碍子3と中心電極4との線膨張係数の差に起因して、支承部31と被支承部412との間には寸法変動の差が生じる。この寸法変動の差をリング部材6が変形して吸収することにより、絶縁碍子3の支承部31に作用する応力を緩和することができる。
Next, the function and effect of this example will be described. In the
また、リング部材6は、中心電極4よりも軟質である。これにより、リング部材6による緩衝材としての役割をより一層向上させることができる。その結果、絶縁碍子3にかかる熱応力をより低減させることができる。
The
また、リング部材6の線膨張係数と絶縁碍子3の線膨張係数との差は、中心電極4の線膨張係数と絶縁碍子3の線膨張係数との差よりも小さい。これにより、リング部材6と絶縁碍子3との間の線膨張係数の差に起因して絶縁碍子3にかかる熱応力を、低減することができる。
Further, the difference between the linear expansion coefficient of the
以上のごとく、本例によれば、絶縁碍子の耐久性を向上することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a spark plug for an internal combustion engine that can improve the durability of the insulator.
(実施例1)
本例は、図4に示すごとく、リング部材6を二層構造にした例である。すなわち、リング部材6は、2つの部材を積層してなり、中心電極4に接する面に設けられた電極側層61は、絶縁碍子3に接する面に設けられた碍子側層62よりも、硬質である。
( Example 1 )
In this example, as shown in FIG. 4, the
リング部材6の電極側層61はモリブデン(Mo)からなり、碍子側層62はニオブ(Nb)からなる。リング部材6の電極側層61及び碍子側層62の線膨張係数とアルミナ(Al2O3)からなる絶縁碍子3の線膨張係数との差は、Ni基合金からなる中心電極4の線膨張係数とアルミナからなる絶縁碍子3の線膨張係数との差よりも小さい。
The
なお、電極側層61、碍子側層62の材質の組合せは、特に限定されず、碍子側層62が電極側層61よりも軟質であればよく、例えば、電極側層61をモリブデン(Mo)、タングステン(W)又はコバール合金、碍子側層62をニオブ(Nb)、タンタル(Ta)又はジルコニウム(Zr)としてもよい。これらの場合においても、リング部材6の電極側層61及び碍子側層62と絶縁碍子3との線膨張係数の差は、中心電極4と絶縁碍子3との線膨張係数との差よりも小さい。
In addition, the combination of the material of the
その他は、参考例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、参考例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例1と同様の構成要素等を表す。 Others are the same as in Reference Example 1 . Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in Reference Example 1 represent the same components as in Reference Example 1 unless otherwise indicated.
本例の場合には、リング部材6の耐久性向上を図ることができる。すなわち、リング部材6と中心電極4との線膨張係数の差に起因してリング部材6に熱応力がかかるが、より熱応力がかかりやすい電極側層61を硬質にすることにより、リング部材6の過度の変形を防止している。その一方で、碍子側層62を軟質にすることにより、中心電極4から絶縁碍子3にかかる熱応力を、碍子側層62が変形することにより吸収することができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the durability of the
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.
(実験例)
本例は、表1に示すように、参考例1及び実施例1のスパークプラグ1につき、絶縁碍子3の耐久性を評価した例である。すなわち、絶縁碍子3の支承部31と中心電極4の被支承部412との間にリング部材6を介在させ、その材質を種々変更した構成のスパークプラグについて、絶縁碍子3の耐久性を評価した。また、リング部材6を介在させない構成のスパークプラグについても同様の評価を行った。さらに、絶縁碍子3の大径孔部30bと支承部31との境界における、絶縁碍子3の肉厚T(図5参照)も種々変更した。
(Experimental example)
As shown in Table 1, this example is an example in which the durability of the
具体的には、表1に示すごとく、リング部材6を設けないもの、参考例1のスパークプラグにおいてリング部材6をニオブ(Nb)としたもの、参考例1のスパークプラグにおいてリング部材6をタンタル(Ta)としたもの、実施例1のスパークプラグにおいて、リング部材6の電極側層61をモリブデン(Mo)、碍子側層62をNbとしたもの、をそれぞれ用意した。上述の4種類の試料は、順に、表1の「リング部材」の欄の表記として、「なし」、「Nb」、「Ta」、「Nb−Mo」としたものが対応する。
さらに、上記4種類のスパークプラグにつき、絶縁碍子3の肉厚Tを0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.2mmと、種々変更したものを用意した。すなわち、表1に示すごとく、全部で32種類のスパークプラグを用意した。
Specifically, as shown in Table 1, the
Further, for the above four types of spark plugs, the thickness T of the
ここで、図1に示すごとく、軸方向における中心電極4の先端面44から鍔部411までの距離Dは10mmに固定している。
Here, as shown in FIG. 1, the distance D from the
参考例1及び実施例1と同様に、中心電極母材41はNi基合金からなり、絶縁碍子3はアルミナ(Al2O3)からなる。Ni基合金からなる中心電極母材41の線膨張係数は、16.1×10−6/℃であり、アルミナからなる絶縁碍子3の線膨張係数は、7×10−6/℃である。また、Nb、Taからなるリング部材6の線膨張係数は、それぞれ、7.2×10−6/℃、7.3×10−6/℃である。
また、Ni基合金からなる中心電極母材41のビッカース硬さは、HV182であり、Nb、Taからなるリング部材6のビッカース硬さは、それぞれ、HV96、HV90である。
また、電極側層61と碍子側層62との二重構造のリング部材6において、Moからなる電極側層61の線膨張係数は7.1×10−6/℃、ビッカース硬さはHV160であり、Nbからなる碍子側層62の線膨張係数は7.2×10−6/℃、ビッカース硬さはHV96である。
As in Reference Example 1 and Example 1 , the center
The Vickers hardness of the center
Further, in the
上記32種類のスパークプラグ1を、JIS B 8031 7.9に準じて、ガスバーナによって絶縁碍子3の中心電極4側の先端部32が800℃になるまで昇温し、その後常温まで徐冷した。その後、絶縁碍子3に浸透探傷液を塗布し、絶縁碍子3に割れ(以下、適宜「碍子割れ」という。)が生じたか否かを目視によって観察した。観察結果を表1に示す。表1において、碍子割れがない場合を○、ある場合を×とした。
The 32 types of
表1に示すごとく、リング部材6を設けないスパークプラグにおいては、肉厚Tが0.7mm以下で碍子割れが生じた。一方、リング部材6を介在させたスパークプラグにおいては、いずれも肉厚Tが0.2mm以上において碍子割れが生じなかった。この結果から、リング部材6を介在させることにより、絶縁碍子3の耐久性が向上することが分かる。
さらに、リング部材6を実施例1で示したNb−Moの二層構造にすると、肉厚Tを0.1mmとしても碍子割れが生じなかった。このことから、実施例1のように、リング部材6を適切な材料の組合せによる二重構造とすることで、さらに絶縁碍子3の耐久性向上を図れることが分かった。
As shown in Table 1, in the spark plug in which the
Further, when the
(参考例2)
本例は、図6、図7に示すごとく、支承部31を、絶縁碍子3の先端部に設けた例である。本例においては、中心電極母材41の先端部に形成されたテーパ部が被支承部412となっており、リング部材6を介して、絶縁碍子3の支承部31により軸方向から支承されている。なお、本例においては、中心電極母材41に鍔部(図1、図2における符号411参照)が形成されていない。また、中心電極母材41の長さが参考例1、実施例1に示したものより短く、その分、抵抗体7が火花放電ギャップ11に近い位置に配置されている。
( Reference Example 2 )
In this example, as shown in FIGS. 6 and 7, the
その他は、参考例1と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、参考例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例1と同様の構成要素等を表す。 Others are the same as in Reference Example 1 . Of the reference numerals used in this example or the drawings relating to this example, the same reference numerals as those used in Reference Example 1 represent the same components as in Reference Example 1 unless otherwise indicated.
本例の場合には、抵抗体7をより火花放電ギャップ11側に近づけることができるため、雑防性を向上させることができる。その一方で、支承部31及び被支承部412が火花放電ギャップ11に近いため、支承部31における熱応力の問題が生じやすい。そこで、支承部31と被支承部412との間にリング部材6を介在させることにより、支承部31における熱応力を低減することができる。つまり、本例においては、リング部材6を設けることによる絶縁碍子3の耐久性向上の効果が特に要求されると共に期待できる。
In the case of this example, since the
1 スパークプラグ
2 ハウジング
3 絶縁碍子
31 支承部
4 中心電極
412 被支承部
5 接地電極
6 リング部材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該ハウジング(2)の内側に保持された筒状の絶縁碍子(3)と、
先端部が突出するように上記絶縁碍子(3)の内側に保持された中心電極(4)と、
上記ハウジング(2)の先端部(21)に接続されると共に上記中心電極(4)との間に火花放電ギャップ(11)を形成する接地電極(5)と、を有し、
上記中心電極(4)は、上記絶縁碍子(3)の内周面に設けた支承部(31)に軸方向から支承される被支承部(412)を外周部に設けてなり、
上記支承部(31)と上記被支承部(412)との間には、環状のリング部材(6)が介在しており、
該リング部材(6)の線膨張係数と上記絶縁碍子(3)の線膨張係数との差は、上記中心電極(4)の線膨張係数と上記絶縁碍子(3)の線膨張係数との差よりも小さく、
上記リング部材(6)は、複数部材を積層してなり、上記中心電極(4)に接する面に設けられた電極側層(61)は、上記絶縁碍子(3)に接する面に設けられた碍子側層(62)よりも、硬質であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ(1)。 A tubular housing (2);
A cylindrical insulator (3) held inside the housing (2);
A center electrode (4) held inside the insulator (3) such that the tip protrudes;
A ground electrode (5) connected to the tip (21) of the housing (2) and forming a spark discharge gap (11) with the center electrode (4);
The center electrode (4) is provided with a supported part (412) supported from the axial direction on a support part (31) provided on the inner peripheral surface of the insulator (3) on the outer peripheral part,
An annular ring member (6) is interposed between the support part (31) and the supported part (412),
The difference between the linear expansion coefficient of the ring member (6) and the linear expansion coefficient of the insulator (3) is the difference between the linear expansion coefficient of the center electrode (4) and the linear expansion coefficient of the insulator (3). rather smaller than,
The ring member (6) is formed by laminating a plurality of members, and the electrode side layer (61) provided on the surface in contact with the center electrode (4) is provided on the surface in contact with the insulator (3). A spark plug (1) for an internal combustion engine , which is harder than the insulator side layer (62 ).
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