JP7076413B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグに関する。

内燃機関、例えば、ガソリンエンジンに用いる点火用のスパークプラグとして、中心電極と、中心電極の外周に設けられた筒状の絶縁体と、絶縁体の外周に配置された筒状の主体金具とを備えるスパークプラグが知られている（例えば、特許文献１）。このようなスパークプラグでは、中心電極と主体金具との絶縁性は、これらの間に設けられた絶縁体により確保されている。

特開２０１４－１３５１８９号公報

一般に、スパークプラグは、エンジンヘッドに固定され、エンジン内の燃焼ガスの点火を行うため、エンジン内の爆発により高熱に曝されるとともに、スパークプラグの先端側は特に高熱に曝される。この高熱に起因して絶縁体の周りの部材が熱膨張することにより、絶縁体が圧縮応力を受ける結果、圧縮応力がかかる部分の近傍において引張応力も働き、絶縁体の割れが発生する虞がある。そして、絶縁体の割れが発生した場合、絶縁体の絶縁性が低下する虞がある。このため、絶縁体の割れの発生を抑制する技術の開発が望まれていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。

（１）本発明の一形態によれば、スパークプラグが提供される。スパークプラグは、軸線の方向に沿って第１貫通孔が形成され、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる係止部を有する絶縁体と、前記軸線の方向に沿って第２貫通孔が形成され、前記第２貫通孔内において前記絶縁体を保持し、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて内径が小さくなる棚部によって、パッキンを介して前記係止部を係止した状態で前記絶縁体を保持する主体金具と、を備えるスパークプラグであって、前記絶縁体は、さらに、前記係止部の先端に連なり、前記係止部から前記棚部に向かう方向に突出する突出部と、前記突出部の先端に連なる脚長部と、を有し、前記突出部は、少なくとも一部が前記パッキンと接触する頂部と、前記頂部の先端に連なる基部と、を有し、前記頂部は、前記軸線に沿った方向において前記棚部の先端よりも後端側に設けられているとともに、前記絶縁体の径方向において前記棚部の先端よりも内側に設けられており、外径が一定、もしくは、前記係止部よりも小さい割合で、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなり、前記基部は、前記軸線と直交する面により形成されているか、もしくは、前記頂部よりも大きい割合で、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなり、前記脚長部は、外径が一定、もしくは、前記基部よりも小さい割合で、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなることを特徴とする。この形態のスパークプラグは、突出部を備えることにより、パッキンは径方向の内側へ向かう方向ではなく先端側へ向かう方向に誘導される。このため、温度上昇による熱膨張の割合が大きいパッキンの先端部分と、頂部よりも絶縁体の先端側の部分との間に隙間ができるため、パッキンが頂部よりも絶縁体の先端側の部分に接触することを抑制できる。この結果として、この形態のスパークプラグによれば、パッキンから絶縁体への圧縮応力に起因する絶縁体の割れを抑制できる。

（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記頂部は、外径が一定であってもよい。この形態のスパークプラグによれば、頂部を先端に向かうにつれて外径が小さくなる態様とした場合と比較して、絶縁体の径を小さくせずに、パッキンの先端部分と頂部よりも絶縁体の先端側の部分との間の隙間を確保できる。このため、この形態のスパークプラグによれば、絶縁体の径を小さくしないことにより絶縁体の絶縁性を確保できるとともに、この隙間により絶縁体の割れを抑制できる。

（３）上記形態のスパークプラグにおいて、前記基部は、前記軸線と直交する面により形成されていてもよい。この形態のスパークプラグによれば、基部が軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる構成と比較して、パッキンの先端部分と頂部よりも絶縁体の先端側の部分との隙間を確実に確保できる。このため、この形態のスパークプラグによれば、絶縁体の割れを効果的に抑制できる。

（４）上記形態のスパークプラグにおいて、前記軸線を含む断面において、前記係止部は、さらに、前記突出部に連なり、あらかじめ定められた曲率半径となるように先端に向かうにつれて外径が小さくなる曲線部を有してもよい。この形態のスパークプラグによれば、係止部と突出部との間にパッキンからの応力が集中することを緩和できる。このため、この形態のスパークプラグによれば、絶縁体の割れを効果的に抑制できる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグが取り付けられたエンジンヘッド等の態様で実現することができる。

スパークプラグの部分断面を示す説明図。 棚部の周辺における断面模式図。

Ａ．第１実施形態：
図１は、スパークプラグ１００の部分断面を示す説明図である。図１では、スパークプラグ１００の軸心である軸線ＣＡを境界として、紙面右側にスパークプラグ１００の外観形状を図示し、紙面左側にスパークプラグ１００の断面形状を図示している。本実施形態の説明では、図１の下方側をスパークプラグ１００の先端側と呼び、図１の上方側をスパークプラグ１００の後端側と呼ぶ。

スパークプラグ１００は、軸線ＣＡに沿って第１貫通孔１２が形成された絶縁体１０と、第１貫通孔１２に設けられた中心電極２０と、絶縁体１０の外周に配置された筒状の主体金具５０と、主体金具５０に基端３２が固定された接地電極３０と、を備える。なお、スパークプラグ１００の軸心は、絶縁体１０の軸線と同じである。

絶縁体１０は、アルミナを始めとするセラミック材料を焼成することにより形成された絶縁碍子である。絶縁体１０は、主体金具５０の内周に配置されている部材であり、先端側に中心電極２０の一部を収容し、後端側に端子金具４０の一部を収容する第１貫通孔１２が中心に形成された筒状の部材である。

絶縁体１０の軸方向中央には外径の大きい中央胴部１９が形成されている。中央胴部１９の後端側には、中央胴部１９よりも外径が小さい後端側胴部１８が形成されている。中央胴部１９の先端側には、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成されている。先端側胴部１７の更に先端側には、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる係止部１５が形成されている。係止部１５の先端側には、突出部１６が形成されている。係止部１５及び突出部１６については、後に詳述する。突出部１６の先端側には、突出部１６に連なる脚長部１３が形成されている。

中心電極２０は、電極部材２１の内部に、電極部材２１よりも熱伝導性に優れる芯材２２が埋設された棒状の部材である。電極部材２１は、ニッケルを主成分とするニッケル合金から形成されており、芯材２２は、銅又は銅を主成分とする合金から形成されている。中心電極２０の先端側の端部には、例えば、イリジウム合金などによって形成された貴金属チップが接合されていてもよい。

中心電極２０の後端側の端部近傍には、外周側に張り出した鍔部２３が形成されている。鍔部２３は、絶縁体１０の第１貫通孔１２において内周側に張り出した軸孔内段部１４に後端側から接しており、中心電極２０を絶縁体１０内で位置決めする。中心電極２０は、中心電極２０の後端側において、シール体６４及びセラミック抵抗６３を介して端子金具４０と電気的に接続する。

接地電極３０は、主体金具５０の端面５７に基端３２が固定されている。接地電極３０は、基端３２から先端側に延びる基端部３６と、中心電極２０に対向する対向面Ｓ１が形成された対向部３３と、基端部３６と対向部３３とを接続し、屈曲した形状の屈曲部３８と、を備える。接地電極３０は、ニッケルを主成分として形成されている。接地電極３０には、対向面Ｓ１にチップ３１が設けられている。

主体金具５０は、軸線ＣＡに沿って第２貫通孔２６が形成された筒状の金具である。主体金具５０は、第２貫通孔２６内において絶縁体１０を保持する。より具体的には、主体金具５０は、絶縁体１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３に亘る部位を包囲して保持する。主体金具５０は、例えば、低炭素鋼により形成され、全体にニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理が施されている。

主体金具５０は、後端側から順に、工具係合部５１と、シール部５４と、取付ネジ部５２とを備える。工具係合部５１には、スパークプラグ１００をエンジンヘッド９０に取り付けるための工具が嵌合する。取付ネジ部５２は、主体金具５０の外周において全周に雄ネジが形成された部分であり、エンジンヘッド９０の取付ネジ孔９３にねじ込まれる部分である。シール部５４は、取付ネジ部５２の根元に鍔状に形成されている。シール部５４とエンジンヘッド９０との間には、板体を折り曲げることにより形成した環状のガスケット６５が嵌挿されている。主体金具５０の先端側の端面５７は、中空の円状であり、その中央からは、絶縁体１０の脚長部１３の先端と中心電極２０の先端とが突出している。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、厚みの薄い加締部５３が設けられている。また、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に厚みの薄い圧縮変形部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁体１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６６，６７が介在されており、更にこれらのリング部材６６，６７間にはタルク６９の粉末が充填されている。スパークプラグ１００の製造時には、加締部５３を内側に折り曲げるようにして先端側に押圧することにより圧縮変形部５８が圧縮変形する。この圧縮変形部５８の圧縮変形により、リング部材６６，６７及びタルク６９を介し、絶縁体１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。そして、この押圧により、軸線ＣＡに沿った方向にタルク６９が圧縮されることにより、主体金具５０内の気密性が高められる。

主体金具５０は、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて内径が小さくなる棚部５６を有する。

図２は、棚部５６の周辺における断面模式図である。図２に記載された断面は、図１の紙面左側と同様に軸線ＣＡを含む断面である。絶縁体１０は、先端側胴部１７と脚長部１３との間に、後端側から順に、係止部１５と、突出部１６とを有する。係止部１５は、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる部分である。突出部１６は、係止部１５の先端に連なり、係止部１５から棚部５６に向かう方向に突出する部分である。係止部１５と棚部５６との間には、環状のパッキン６８が設けられている。主体金具５０は、棚部５６によって、パッキン６８を介して係止部１５を係止した状態で絶縁体１０を保持する。パッキン６８は、主体金具５０と絶縁体１０との間の気密性を保持する部材であり、燃焼ガスの流出を防止する。本実施形態では、パッキンとして、板パッキンを用いる。

突出部１６は、少なくとも一部がパッキン６８と接触する頂部Ｔｐと、頂部Ｔｐの先端に連なる基部Ｂｐとを有する。頂部Ｔｐは、軸線ＣＡの方向において棚部５６の先端よりも後端側に設けられているとともに、絶縁体１０の径方向において棚部５６の先端よりも内側に設けられている。頂部Ｔｐは、外径が一定、もしくは、係止部１５よりも小さい割合で、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる。基部Ｂｐは、軸線ＣＡと直交する面により形成されているか、もしくは、頂部Ｔｐよりも大きい割合で、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる。脚長部１３は、外径が一定、もしくは、基部Ｂｐよりも小さい割合で、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる。このような構成により、突出部１６は係止部１５から棚部５６に向かう方向に突出している。本実施形態では、頂部Ｔｐは、外径が一定であるとともに、基部Ｂｐは、軸線ＣＡと直交する面により形成されている。また、本実施形態では、脚長部１３は、基部Ｂｐよりも小さい割合で、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる。

一般に、スパークプラグ１００がエンジンヘッド９０に設置され、エンジン内が高熱になると、主体金具５０やパッキン６８が熱膨張することにより、絶縁体１０へ圧縮応力が発生する。そして、絶縁体１０が圧縮応力を受ける結果、圧縮応力がかかる部分の近傍において引張応力も働き、絶縁体１０の割れが発生する虞がある。特に、エンジンの中心に近いほど温度が高くなるため、スパークプラグ１００の後端側よりも先端側のほうの温度がより高くなる。この結果として、絶縁体の割れは後端側よりも先端側において発生しやすい。

しかし、本実施形態のスパークプラグ１００は、突出部１６を備える。このため、突出部１６の頂部Ｔｐにより、パッキン６８の先端は、棚部５６に沿って脚長部１３へ向かう方向ではなく先端側へ向かう方向に誘導される。このため、温度上昇による熱膨張の割合が大きいパッキン６８の先端部分が絶縁体１０の脚長部１３に接触することを抑制できる。この結果として、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、パッキン６８から絶縁体１０への圧縮応力に起因する絶縁体１０の割れを抑制できる。

さらに、本実施形態の頂部Ｔｐは、外径が一定である。このような構成により、頂部Ｔｐを先端に向かうにつれて外径が小さくなる態様とした場合と比較して、絶縁体１０の径を小さくせずに、絶縁体１０の脚長部１３とパッキン６８との隙間を確保できる。このため、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、絶縁体１０の径を小さくしないことにより絶縁体１０の絶縁性をより確保できるとともに、絶縁体１０の割れを効果的に抑制できる。

さらに、本実施形態の基部Ｂｐは、軸線ＣＡと直交する面により形成されている。このような構成により、基部Ｂｐが軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる構成と比較して、絶縁体１０の脚長部１３とパッキン６８との隙間を確実に確保できる。このため、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、絶縁体１０の割れを効果的に抑制できる。

また、軸線ＣＡを含む断面において、係止部１５は、さらに、突出部１６に連なり、あらかじめ定められた曲率半径となるように先端に向かうにつれて外径が小さくなる曲線部Ｃｐを有する。曲線部Ｃｐは、棚部５６から係止部１５に向かう方向に凸となる形状である。つまり、曲線部Ｃｐの曲率中心は、係止部１５よりも棚部５６側に位置する。このような構成により、係止部１５と突出部１６との間にパッキン６８からの応力が集中することを緩和できる。このため、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、絶縁体１０の割れを効果的に抑制できる。本明細書において、曲率半径は、軸線ＣＡに垂直な方向から曲線部Ｃｐに光を投射させ、投影された曲線部Ｃｐの像からＲ測定用紙を用いて測定した値とする。

近年、車両の軽量化によるエンジンの小型化の影響等により、エンジンに設置するスパークプラグの小径化が求められている。一般的に、スパークプラグの径を小さくするほど、絶縁体の径も小さくなる傾向にあるため、絶縁体に割れが発生した場合の悪影響が大きくなる。このため、本実施形態のスパークプラグ１００は、このような小径化されたスパークプラグに特に好適に用いることができる。

Ｂ．他の実施形態：
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上述の実施形態では、軸線ＣＡの方向において、パッキン６８の先端が棚部５６の先端よりもせり出しているが、これに限られず、パッキン６８の先端が棚部５６の先端よりもせり出していなくてもよい。

上述の実施形態では、頂部Ｔｐはパッキン６８と全面で接触しているが、これに限られず、頂部Ｔｐの一部がパッキン６８と接触していなくてもよい。

上述の実施形態では、基部Ｂｐは、軸線ＣＡと直交する面により形成されている。しかし、これに限られず、基部Ｂｐは、軸線ＣＡと直交する面により形成されていなくてもよい。例えば、基部Ｂｐは、頂部Ｔｐよりも大きい割合で、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなってもよい。

上述の実施形態では、軸線ＣＡを含む断面において、係止部１５は、曲線部Ｃｐを有するが、これに限られず、係止部１５は、曲線部Ｃｐを有さなくてもよい。

上述の実施形態において、係止部１５は、さらに、先端側胴部１７に連なり、あらかじめ定められた曲率半径となるように先端に向かうにつれて外径が小さくなる曲線部を有していてもよい。この曲線部は、係止部１５から棚部５６に向かう方向に凸となる形状である。つまり、この曲線部の曲率中心は、先端側胴部１７よりも軸線ＣＡ側に位置する。このような構成により、係止部１５と先端側胴部１７との間にパッキン６８からの応力が集中することを緩和できる。

上述の実施形態において、突出部１６の頂部Ｔｐは、さらに、基部Ｂｐに連なり、あらかじめ定められた曲率半径となるように先端に向かうにつれて外径が小さくなる曲線部を有していてもよい。この曲線部は、係止部１５から棚部５６に向かう方向に凸となる形状である。つまり、この曲線部の曲率中心は、係止部１５よりも軸線ＣＡ側に位置する。このような構成により、パッキン６８からの応力が頂部Ｔｐの先端に集中することを緩和できる。

上述の実施形態において、脚長部１３は、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなるが、これに限られず、外径が一定であってもよい。また、脚長部１３は、外径が一定である部分と、この部分に連なり、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる部分と、を有していてもよい。脚長部１３は、軸線ＣＡの方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が大きくなる部分を有さない。

１０…絶縁体
１２…第１貫通孔
１３…脚長部
１４…軸孔内段部
１５…係止部
１６…突出部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０…中心電極
２１…電極部材
２２…芯材
２３…鍔部
２６…第２貫通孔
３０…接地電極
３１…チップ
３２…基端
３３…対向部
３６…基端部
３８…屈曲部
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５３…加締部
５４…シール部
５６…棚部
５７…端面
５８…圧縮変形部
６３…セラミック抵抗
６４…シール体
６５…ガスケット
６６，６７…リング部材
６８…パッキン
６９…タルク
９０…エンジンヘッド
９３…取付ネジ孔
１００…スパークプラグ
Ｂｐ…基部
ＣＡ…軸線
Ｃｐ…曲線部
Ｓ１…対向面
Ｔｐ…頂部

Claims (4)

1. 軸線の方向に沿って第１貫通孔が形成され、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなる係止部を有する絶縁体と、
   前記軸線の方向に沿って第２貫通孔が形成され、前記第２貫通孔内において前記絶縁体を保持し、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて内径が小さくなる棚部によって、パッキンを介して前記係止部を係止した状態で前記絶縁体を保持する主体金具と、
   を備えるスパークプラグであって、
   前記絶縁体は、さらに、
   前記係止部の先端に連なり、前記係止部から前記棚部に向かう方向に突出する突出部と、前記突出部の先端に連なる脚長部と、を有し、
   前記突出部は、少なくとも一部が前記パッキンと接触する頂部と、前記頂部の先端に連なる基部と、を有し、
   前記頂部は、
   前記軸線に沿った方向において前記棚部の先端よりも後端側に設けられているとともに、前記絶縁体の径方向において前記棚部の先端よりも内側に設けられており、
   外径が一定、もしくは、前記係止部よりも小さい割合で、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなり、
   前記基部は、前記軸線と直交する面により形成されているか、もしくは、前記頂部よりも大きい割合で、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなり、
   前記脚長部は、外径が一定、もしくは、前記基部よりも小さい割合で、前記軸線の方向に沿って先端側に向かうにつれて外径が小さくなることを特徴とするスパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、
   前記頂部は、外径が一定であることを特徴とするスパークプラグ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のスパークプラグであって、
   前記基部は、前記軸線と直交する面により形成されていることを特徴とするスパークプラグ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
   前記軸線を含む断面において、
   前記係止部は、さらに、前記突出部に連なり、あらかじめ定められた曲率半径となるように先端に向かうにつれて外径が小さくなる曲線部を有することを特徴とするスパークプラグ。

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