JP6515505B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、自動車エンジン等の内燃機関に用いられる内燃機関用のスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関に用いられるスパークプラグは、一般に、筒状のハウジングと、ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、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備える。また、絶縁碍子の内側には、基端部が突出するように端子金具が配設されている。また、絶縁碍子の内側における端子金具と中心電極との間には、電気的ノイズを抑制するための抵抗体が配置されている。抵抗体と端子金具との間及び抵抗体と中心電極との間には、銅ガラス等のシール材が充填されている。

スパークプラグを製造する際、絶縁碍子の内側に上記各部材を配置するにあたっては、まず、絶縁碍子の内側に中心電極を配置し、その基端側から、シール材の材料となる銅ガラス粉末と、抵抗体の材料粉末を配置し、さらにその基端側から銅ガラス粉末を配置し、さらにその基端側から端子金具を差し込む。そして、これらを所定の温度にて加熱すると共に端子金具を軸方向先端側へ向かって押し込む。これにより、銅ガラス粉末及び抵抗体粉末が溶融し、流動し、銅ガラスは、絶縁碍子の内側において各部材に密着する。これにより、銅ガラスによって、絶縁碍子の内側において、中心電極及び端子金具、抵抗体を固定すると共に隙間をシールする。

このようにして、スパークプラグの製造時において、絶縁碍子の内側に挿入される端子金具の小径部には、軸方向に大きな力が加わることとなる。

近年、内燃機関の小型化や設計自由度の向上が求められるのに伴い、スパークプラグの小型化が求められている。それゆえ、絶縁碍子の内径も小径化の傾向にあり、ひいては端子金具における絶縁碍子の内側に挿入される小径部も、小径化が求められる。そうすると、上記のように、軸方向に大きな力が加わる小径部に変形が生じることが考えられる。この場合、端子金具によるシール材及び抵抗体への加圧力が不十分となったり、ばらつきが生じたりすることが考えられる。その結果、中心電極、端子金具、抵抗体に対するシール材の密着が不十分となるおそれが考えられる。

かかる観点から、特許文献１の発明は、端子金具の脚部の外径や長さ等の寸法を規定することにより、上述の問題を解決することを提案している。

特開２０１３−４１７５３号公報

しかしながら、特許文献１の発明のように、端子金具の寸法を規定するということは、端子金具の設計自由度が低くなり、スパークプラグの設計自由度が低くなることとなる。それゆえ、例えば、軸方向長さの長いいわゆるロングリーチ型のスパークプラグなど、種々の形状のスパークプラグに対応することが困難となるという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、端子金具の変形を防ぐことができる設計自由度の高い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。

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、
基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端子金具と、
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、
上記中心電極と上記端子金具との間において上記絶縁碍子の内側に配置された抵抗体と、
該抵抗体と上記端子金具と上記絶縁碍子との間、及び、上記抵抗体と上記中心電極と上記絶縁碍子との間に、それぞれ充填された導電性のシール材と、を有し、
上記端子金具は、上記絶縁碍子の基端部の内周面に嵌入される嵌入部と、該嵌入部から先端側に延設されると共に上記嵌入部よりも直径の小さい小径部とを有し、
該小径部は、外周面から外側へ突出すると共に軸方向に沿って延びるリブを、周方向の複数箇所に設けてなり、
上記シール材は、上記端子金具の外周面と上記絶縁碍子の内周面との間の隙間のうちの少なくとも先端側の一部にも配置されており、
上記小径部の外周面からの上記リブの突出量は、上記嵌入部と上記小径部との半径差未満であり、かつ、上記半径差の半分以上であり、
上記小径部は、先端部における外周表面に凹凸面を設けた凹凸面部と、該凹凸面部と上記嵌入部との間の中間部とを有し、上記リブは、上記中間部に形成されてい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。

上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記端子金具の小径部は、上記リブを、周方向の複数箇所に設けてなる。そのため、小径部の剛性を高くすることができ、端子金具の変形を効果的に抑制することができる。また、小径部にリブを設けることにより、小径部の外周面と絶縁碍子の内周面との間に、シール材が配置される隙間を充分に確保しつつ、小径部の剛性を向上することができる。

また、端子金具は、リブによって小径部の剛性を高めているため、小径部の直径や長さ等の寸法を特に規定する必要がなく、端子金具の設計自由度を向上させることができる。その結果、スパークプラグの設計自由度を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、端子金具の変形を防ぐことができる設計自由度の高い内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

実施形態１における、内燃機関用のスパークプラグの一部断面正面図。 実施形態１における、端子金具の正面図。 図２のIII−III線矢視断面図。 実施形態１における、小径部の外周の隙間にシール材が配置された状態を示す断面説明図。 実施形態１における、端子金具を押し込む直前の状態を示す説明図。 実施形態１における、端子金具を押し込んだ状態を示す説明図。 実施形態２における、端子金具の正面図。

（実施形態１）
内燃機関用のスパークプラグの実施形態につき、図１〜図６を用いて説明する。
内燃機関用のスパークプラグ１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１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。

本実施形態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、を有する。

また、スパークプラグ１は、基端部が突出するように絶縁碍子３の内側に保持された端子金具６と、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、中心電極４と端子金具６との間において絶縁碍子３の内側に配置された抵抗体７とを有する。
また、導電性のシール材１２１、１２２が、抵抗体７と端子金具６と絶縁碍子３との間、及び、抵抗体７と中心電極４と絶縁碍子３との間に、それぞれ充填されている。

図１、図２に示すごとく、端子金具６は、絶縁碍子３の基端部の内周面に嵌入される嵌入部６１と、嵌入部６１から先端側に延設されると共に嵌入部６１よりも直径の小さい小径部６２とを有する。
図２、図３に示すごとく、小径部６２は、外周面から外側へ突出すると共に軸方向に沿って延びるリブ６３を、周方向の複数箇所に設けてなる。
図１、図４に示すごとく、シール材１２１は、端子金具６の外周面と絶縁碍子３の内周面との間の隙間１３のうちの少なくとも先端側の一部にも配置されている。

絶縁碍子３は、内側に軸方向に貫通した軸孔３１を備えた略円筒形状を有する。そして、軸孔３１に、中心電極４、シール材１２２、抵抗体７、シール材１２１、端子金具６が、先端側からこの順に配置されている。絶縁碍子３は、軸孔３１の内径が変化する段部３２を有しており、該段部３２に中心電極４の基端部に設けた鍔部４１が係止されている。これにより、中心電極４は絶縁碍子３の内側に軸方向に位置決めされている。

本実施形態において、シール材１２１、１２２は、銅をガラスに混合してなる銅ガラスからなり、導電性を有する。抵抗体７の先端側に配されたシール材１２２は、中心電極４の基端部と抵抗体７の先端部と絶縁碍子３の内周面とに密着している。
抵抗体７は、カーボンとガラスとの混合物からなり、所定の電気的抵抗を有する。抵抗体７の基端側に配されたシール材１２１は、抵抗体７の基端部と端子金具６の先端部と絶縁碍子３の内周面とに密着している。

図１、図２に示すごとく、端子金具６は、嵌入部６１の基端側に、点火コイル（図示略）との電気的接続を図るための端子部６４を有する。端子部６４は、絶縁碍子３の基端側に露出している。嵌入部６１は、絶縁碍子３の内径（軸孔３１の直径）と同等の直径を有する。また、嵌入部６１の先端部には、小径部６２へ向かうほど直径が小さくなるテーパ部６１１が設けられている。

小径部６２は、先端部に設けた凹凸面部６２１と、該凹凸面部６２１と嵌入部６１との間の中間部６２２とを有する。凹凸面部６２１は、外周表面に凹凸面を有している。凹凸面は、例えば、ネジ形状やローレット形状とすることができる。

そして、小径部６２に、複数本のリブ６３が形成されている。小径部６２は、３本以上のリブ６３を備え、３本以上のリブ６３は、周方向に等間隔に形成されていることが好ましい。図３に示すごとく、本実施形態においては、リブ６３は４本形成されており、４本のリブ６３は、小径部６２の周方向に等間隔に配置されている。また、複数本のリブ６３は、互いに同等の突出量、軸方向長さ、形状を有する。つまり、複数本のリブ６３を含む小径部６２の形状は、中心軸を対称軸とした回転対称形状を有する。特に、本実施形態においては、４回対称の回転対称形状を有する。

また、図２に示すごとく、リブ６３は、小径部６２における中間部６２２に設けてある。リブ６３は、嵌入部６１の先端と接続されている。リブ６３は、中間部６２２における軸方向の全体にわたって形成されている。また、リブ６３は、先端部において、先端側に行くほど突出高さが低くなる先端テーパ部６３１を有する。

リブ６３は、嵌入部６１の外形よりも外側に突出しない程度に、小径部６２の外周から外側へ突出している。つまり、軸方向に直交する端子金具６の断面形状（図３）において、複数のリブ６３の突出端を繋ぐ外接円の直径は、嵌入部６１の直径以下であり、小径部６２の直径よりも大きい。

小径部６２の直径は、絶縁碍子３の内径（軸孔３１の直径）よりも小さい。それゆえ、図４に示すごとく、小径部６２の外周面と絶縁碍子３の内周面との間に、隙間１３が形成されている。この隙間１３は、端子金具６の先端面と抵抗体７の基端面との間の空間とつながっている。そして、隙間１３における先端側部分にも、シール材１２１が配置されている。つまり、端子金具６の先端面と抵抗体７の基端面との間に配されたシール材１２１の一部が、小径部６２の外周側の筒状空間である隙間１３に這い上がった状態となっている。

スパークプラグ１を製造する際、絶縁碍子３の内側に、中心電極４、シール材１２２、抵抗体７、シール材１２１、端子金具６を組み付けるにあたっては、まず、図５に示すごとく、基端側が鉛直上方を向くように、絶縁碍子３を保持治具１４１に保持させる。この状態の絶縁碍子３の内側に中心電極４を配置する。つまり、中心電極４を、絶縁碍子３の軸孔３１に基端側（上側）から挿入して、中心電極４の先端部を絶縁碍子３の先端側へ露出させるように配置する。

次いで、図５に示すごとく、絶縁碍子３の軸孔３１における中心電極４の基端側に、シール材１２２の材料となる銅ガラス粉末１２０を配置し、その基端側から抵抗体７の材料となるカーボンとガラスとを混合した抵抗体粉末７０を配置し、さらにその基端側から銅ガラス粉末１２０を配置する。そして、中心電極４、銅ガラス粉末１２０、抵抗体粉末７０、銅ガラス粉末１２０の基端側から端子金具６を、絶縁碍子３の軸孔３１に差し込む。

そして、これらを所定の温度にて加熱すると共に、図６に示すごとく、押込み治具１４２によって、端子金具６を軸方向先端側へ向かって押し込み（矢印Ｆ）、嵌入部６１を絶縁碍子３の軸孔３１に嵌入する。これにより、銅ガラス粉末１２０及び抵抗体粉末７０が溶融し、流動する。端子金具６の軸方向先端側への押し込みにより、溶融した銅ガラス及び抵抗体には圧縮力が加わる。そして、溶融した銅ガラス（シール材１２１）の一部は、図４に示すごとく、端子金具６の小径部６２の外周側の隙間１３にも這い上がる。

冷却されることにより、シール材（銅ガラス）１２１、１２２は、絶縁碍子３の内側において中心電極４、抵抗体７、端子金具６に密着した状態で固化する。これにより、シール材１２１、１２２によって、絶縁碍子３の内側において、中心電極４及び端子金具６、抵抗体７が固定されると共に絶縁碍子３の内側空間がシールされる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用のスパークプラグ１において、端子金具６の小径部６２は、リブ６３を、周方向の複数箇所に設けてなる。そのため、小径部６２の剛性を高くすることができ、端子金具６の変形を効果的に抑制することができる。すなわち、上述のように、スパークプラグ１の組み立て時において、端子金具６に軸方向の力が加わっても、小径部６２が変形することを防ぐことができる。また、小径部６２にリブ６３を設けることにより、小径部６２の外周面と絶縁碍子３の内周面との間に、シール材１２１が配置される隙間１３を充分に確保しつつ、小径部６２の剛性を向上することができる。

また、端子金具６は、リブ６３によって小径部６２の剛性を高めているため、小径部６２の直径や長さ等の寸法を特に規定する必要がなく、端子金具６の設計自由度を向上させることができる。その結果、例えば、ロングリーチ形状としたり、小径化したりするなど、スパークプラグ１の設計自由度を向上させることができる。

小径部６２は、３本以上のリブ６３を備え、３本以上のリブ６３は、周方向に等間隔に形成されている。これにより、小径部６２の剛性を効果的に向上させることができる。すなわち、小径部６２が３回以上の回転対称の形状であることにより、軸方向に圧縮力が加わったときに、特定の方向への変形が抑制される。その結果、小径部６２の変形を効果的に防ぐことができ、抵抗体７及びシール材１２１、１２２への加圧力のばらつきを低減しやすい。特に、本実施形態においては、４本のリブ６３を周方向に等間隔に配置してなるため、より小径部６２の剛性を向上させることができる。

また、リブ６３は、嵌入部６１の先端と接続されているため、端子金具６の剛性をより向上させることができる。

以上のごとく、本例によれば、端子金具の変形を防ぐことができる設計自由度の高い内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態においては、図７に示すごとく、リブ６３が小径部６２の軸方向の全体にわたって形成されている。
すなわち、小径部６２における中間部６２２と凹凸面部６２１とにわたってリブ６３が形成されている。また、リブ６３の基端部は、中間部６２２の基端部と一致し、リブ６３の先端部は凹凸面部６２１の先端部と一致している。このようにして、リブ６３は、小径部６２における基端から先端にわたって連続的に形成されている。

その他は、実施例１と同様である。なお、本実施形態又は本実施形態に関する図面において用いた符号のうち、実施形態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、実施形態１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、より一層、小径部６２の剛性を向上させることができる。その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、種々の形態を採り得る。例えば、リブの形成本数は、特に限定されるものではなく、例えば、周方向の３箇所に設けてあってもよいし、５カ所以上に設けてあってもよい。
また、リブは、小径部の軸方向における複数箇所に分割して形成されていてもよい。ただし、リブは軸方向に連続して長く形成されていることが好ましい。

１ スパークプラグ
１１ 火花放電ギャップ
１２１、１２２ シール材
１３ 隙間
２ ハウジング
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
５ 接地電極
６ 端子金具
６１ 嵌入部
６２ 小径部
６３ リブ
７ 抵抗体

Claims (7)

1. 筒状のハウジング（２）と、
   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、
   基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端子金具（６）と、
   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、
   上記中心電極（４）と上記端子金具（６）との間において上記絶縁碍子（３）の内側に配置された抵抗体（７）と、
   該抵抗体（７）と上記端子金具（６）と上記絶縁碍子（３）との間、及び、上記抵抗体（７）と上記中心電極（４）と上記絶縁碍子（３）との間に、それぞれ充填された導電性のシール材（１２１、１２２）と、を有し、
   上記端子金具（６）は、上記絶縁碍子（３）の基端部の内周面に嵌入される嵌入部（６１）と、該嵌入部（６１）から先端側に延設されると共に上記嵌入部（６１）よりも直径の小さい小径部（６２）とを有し、
   該小径部（６２）は、外周面から外側へ突出すると共に軸方向に沿って延びるリブ（６３）を、周方向の複数箇所に設けてなり、
   上記シール材（１２１）は、上記端子金具（６）の外周面と上記絶縁碍子（３）の内周面との間の隙間（１３）のうちの少なくとも先端側の一部にも配置されており、
   上記小径部（６２）の外周面からの上記リブ（６３）の突出量は、上記嵌入部（６１）と上記小径部（６２）との半径差未満であり、かつ、上記半径差の半分以上であり、
   上記小径部（６２）は、先端部における外周表面に凹凸面を設けた凹凸面部（６２１）と、該凹凸面部（６２１）と上記嵌入部（６１）との間の中間部（６２２）とを有し、上記リブ（６３）は、上記中間部（６２２）に形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
2. 上記小径部（６２）は、３本以上の上記リブ（６３）を備え、該３本以上のリブ（６３）は、周方向に等間隔に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
3. 上記リブ（６３）は、上記嵌入部（６１）の先端と接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
4. 上記リブ（６３）は、上記中間部（６２２）の軸方向の全体にわたり形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
5. 上記リブ（６３）は、上記中間部（６２２）と上記凹凸面部（６２１）との境界を跨ぐように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
6. 上記シール材（１２１）は、複数の上記リブ（６３）の間の隙間にも配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
7. 上記リブ（６３）は、上記小径部（６２）の軸方向の全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。

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