JP7235715B2 - スパークプラグ - Google Patents
スパークプラグ Download PDFInfo
- Publication number
- JP7235715B2 JP7235715B2 JP2020212593A JP2020212593A JP7235715B2 JP 7235715 B2 JP7235715 B2 JP 7235715B2 JP 2020212593 A JP2020212593 A JP 2020212593A JP 2020212593 A JP2020212593 A JP 2020212593A JP 7235715 B2 JP7235715 B2 JP 7235715B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- component
- glass
- insulator
- mass
- seal portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
- H01T13/39—Selection of materials for electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/02—Details
- H01T13/04—Means providing electrical connection to sparking plugs
- H01T13/05—Means providing electrical connection to sparking plugs combined with interference suppressing or shielding means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
- H01T13/34—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the mounting of electrodes in insulation, e.g. by embedding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
- H01T13/38—Selection of materials for insulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
- H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Spark Plugs (AREA)
Description
本開示は、スパークプラグに関する。
従来から、内燃機関の点火用のスパークプラグとして、貫通孔が形成された絶縁体と、かかる貫通孔の内部に配置される中心電極とを備えるスパークプラグが用いられている。特許文献1に記載のスパークプラグでは、導電性のガラスシール部が貫通孔に配置されることにより、中心電極と絶縁体とがシールされている。
特許文献1に記載のスパークプラグでは、ガラスシール部にNa2Oが含まれることによってガラスシール部の軟化点を低下させている。しかしながら、Na2OにおけるNa成分がガラスシール部から溶出して絶縁体に拡散することによって、絶縁体の耐電圧性が低下するおそれがあることを本願発明者らは見出した。このため、絶縁体の耐電圧性の低下を抑制可能な技術が望まれる。
本開示は、以下の形態として実現することができる。
(1)本開示の一形態によれば、スパークプラグが提供される。スパークプラグは、軸線方向に沿って貫通孔が形成された絶縁体と、前記貫通孔のうち前記軸線方向の先端側に自身の一部が挿入された中心電極と、前記貫通孔内において前記絶縁体と前記中心電極とに接触するガラスシール部と、を備え、前記ガラスシール部が、ガラスと導電性物質とを含むスパークプラグであって、前記ガラスは、Si成分をSiO2に換算し、B成分をB2O3に換算した場合に、SiO2とB2O3とを合計50質量%以上と、Zn成分をZnO換算した場合に、ZnOを20質量%以上35質量%以下と、アルカリ金属成分と、を含み、前記アルカリ金属成分において、Na成分をNa2O換算した場合に、Na2Oの含有量が1質量%未満であることを特徴とする。この形態のスパークプラグによれば、Zn成分をZnO換算した場合の含有量が20質量%以上35質量%以下なので、SiO2のランダムネットワーク、すなわち規則性のない結晶構造に、ZnOのランダムネットワークが絡み合ってガラスのネットワーク構造を強化できる。この結果、ガラスに含まれるアルカリ金属成分の溶出を抑制できるので、絶縁体の耐電圧性の低下を抑制できる。また、ガラスに含まれるアルカリ金属成分において、Na成分をNa2O換算した場合の含有量が1質量%未満なので、Na成分がガラスシール部から溶出して絶縁体に拡散することを抑制でき、この結果、絶縁体の耐電圧性が低下することを抑制できる。
(2)上記形態のスパークプラグにおいて、前記ガラスは、前記アルカリ金属成分として、K成分をK2O換算した場合に、K2Oを4質量%以上8質量%以下含んでいてもよい。この形態のスパークプラグによれば、Na成分よりもイオン半径が大きいK成分を、K2O換算した場合に4質量%以上8質量%以下含むので、アルカリ金属成分としてのK成分がガラスの内部ネットワーク構造において移動しにくい。この結果、アルカリ金属成分がガラスシール部から溶出することを抑制できるので、絶縁体の耐電圧性が低下することをより抑制できる。また、アルカリ金属成分としてK成分を含むことにより、ガラスの軟化温度が高くなることを抑制できるので、ガラスシール部の製造工程においてガラスシール部の焼締まり不足が発生することを抑制できる。
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、スパークプラグの製造方法、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。
A.実施形態:
A-1.全体構成:
図1は、本開示の一実施形態としてのスパークプラグ100の概略構成を示す部分断面図である。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、紙面左側にスパークプラグ100の外観形状を示し、紙面右側にスパークプラグ100の断面形状を示している。以下の説明では、軸線CAに沿った図1の下方側(後述する接地電極40が配置されている側)を先端側と呼び、図1の上方側(後述する端子金具50が配置されている側)を後端側と呼び、軸線CAに沿った方向を軸線方向ADと呼ぶ。なお、図1では、説明の便宜上、スパークプラグ100が取り付けられるエンジンヘッド90を破線で示している。
A-1.全体構成:
図1は、本開示の一実施形態としてのスパークプラグ100の概略構成を示す部分断面図である。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、紙面左側にスパークプラグ100の外観形状を示し、紙面右側にスパークプラグ100の断面形状を示している。以下の説明では、軸線CAに沿った図1の下方側(後述する接地電極40が配置されている側)を先端側と呼び、図1の上方側(後述する端子金具50が配置されている側)を後端側と呼び、軸線CAに沿った方向を軸線方向ADと呼ぶ。なお、図1では、説明の便宜上、スパークプラグ100が取り付けられるエンジンヘッド90を破線で示している。
スパークプラグ100は、絶縁体10と、中心電極20と、主体金具30と、接地電極40と、端子金具50とを備える。なお、スパークプラグ100の軸線CAは、絶縁体10と中心電極20と主体金具30と端子金具50との各部材の軸線CAと一致する。
絶縁体10は、軸線方向ADに沿って貫通孔11が形成されており、略筒状の外観形状を有する。貫通孔11内には、先端側において中心電極20の一部が収容され、後端側において端子金具50の一部が収容される。絶縁体10は、先端側の約半分が後述する主体金具30の軸孔38に収容され、後端側の約半分が軸孔38から露呈している。絶縁体10は、アルミナ等のセラミック材料を焼成して形成された絶縁碍子により構成されている。
図2は、要部の構成を示す断面図である。図2では、軸線CAに沿ったスパークプラグ100の断面において、後述するガラスシール部61の周辺を拡大して示している。図1および図2に示すように、絶縁体10は、大径部14と、係止部15と、段部17と、小径部16とを有する。大径部14は、絶縁体10において軸線方向ADの後端側に位置している。大径部14における貫通孔11の径は、略一定に形成されている。係止部15は、大径部14よりも先端側において、軸線方向ADに沿って先端側に向かうにつれて外径が小さく形成されている。段部17は、軸線方向ADに沿って先端側に向かうにつれて貫通孔11の径が小さく形成されて構成されている。換言すると、段部17は、貫通孔11において径方向内側に向かって張り出して形成されている。段部17は、中心電極20の鍔部22を支持する。小径部16は、段部17の先端側に連なり、段部17よりも貫通孔11の径が小さく形成されている。小径部16の貫通孔11には、後述する中心電極20の脚部21の一部が収容される。
図1に示すように、中心電極20は、軸線方向ADに延びる棒状の電極である。中心電極20は、絶縁体10の貫通孔11のうち軸線方向ADの先端側に、自身の一部が挿入されている。中心電極20は、脚部21と、鍔部22と、頭部23とを有する。
脚部21は、軸線方向ADに延びて形成されており、先端側の一部が貫通孔11から露呈している。脚部21の先端側の端部には、例えばイリジウム合金等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。図1および図2に示す鍔部22は、脚部21の後端側に連なり、脚部21よりも径方向外側に突出して形成されている。鍔部22は、絶縁体10の段部17に後端側から当接することにより、絶縁体10の貫通孔11内において中心電極20を位置決めする。頭部23は、鍔部22の後端側に連なり、軸線方向ADに延びて形成されている。
本実施形態の中心電極20は、熱伝導性に優れる芯材25が電極部材26の内側に埋設されて形成されている。本実施形態において、芯材25は、銅を主成分とする合金により形成されており、電極部材26は、ニッケルを主成分とするニッケル合金により形成されている。
図1に示すように、絶縁体10の貫通孔11内の先端側には、中心電極20の一部が挿入され、絶縁体10の貫通孔11内の後端側には、端子金具50の一部が挿入されている。絶縁体10の貫通孔11内において、中心電極20と端子金具50との間には、先端側から後端側へと向かって順番に、ガラスシール部61と、抵抗体62と、後端側シール部63とが配置されている。このため、中心電極20は、後端側において、ガラスシール部61と、抵抗体62と、後端側シール部63とを介して、端子金具50と電気的に接続されている。
抵抗体62は、セラミック粉末と導電材とガラスとを材料として形成されている。抵抗体62は、端子金具50と中心電極20との間における電気抵抗として機能することにより、火花放電を発生させる際のノイズの発生を抑制する。ガラスシール部61と後端側シール部63とは、ガラスと導電性物質とを含んで形成されている。ガラスシール部61の構成についての詳細な説明は、後述する。ガラスシール部61は、貫通孔11内において絶縁体10と中心電極20とに接触している。本実施形態において、ガラスシール部61は、鍔部22と絶縁体10と抵抗体62とに接触し、これらの部材を固着させている。また、後端側シール部63は、抵抗体62と絶縁体10と端子金具50とに接触し、これらの部材を固着させている。
主体金具30は、軸線方向ADに沿って軸孔38が形成された略筒状の外観形状を有し、軸孔38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30は、絶縁体10の大径部14の一部から小径部16に亘る部位を包囲して保持する。主体金具30は、例えば、低炭素鋼により形成され、ニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理が全体に施されている。
主体金具30は、工具係合部31と、雄ネジ部32と、座部33と、突出部34と、加締部35と、圧縮変形部36とを備える。
工具係合部31は、スパークプラグ100をエンジンヘッド90に取り付ける際に、図示しない工具と係合する。雄ネジ部32は、主体金具30の先端部において外周面にねじ山が形成されており、エンジンヘッド90の雌ネジ部93にねじ込まれる。座部33は、雄ネジ部32の後端側に連なって鍔状に形成されている。座部33とエンジンヘッド90との間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット65が嵌挿されている。突出部34は、雄ネジ部32の内周面において、径方向内側に突出して形成されている。突出部34には、絶縁体10の係止部15が後端側から当接している。このため、突出部34は、軸孔38に挿入される絶縁体10を支持する。突出部34と係止部15との間には、図示しない環状の板パッキンが配置されている。
加締部35は、工具係合部31よりも後端側において、肉厚が薄く形成されている。圧縮変形部36は、工具係合部31と座部33との間において、肉厚が薄く形成されている。軸線方向ADにおいて工具係合部31から加締部35にかけて、主体金具30の軸孔38と絶縁体10の大径部14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、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。後述するように、主体金具30は、加締部35において加締められることにより、絶縁体10に組み付けられる。
接地電極40は、屈曲した棒状の金属製部材により形成されている。接地電極40は、中心電極20と同様に、ニッケルを主成分とするニッケル合金により形成されている。接地電極40の一端は、主体金具30の先端面37に固定されており、接地電極40の他端は、中心電極20の先端部と対向するように屈曲している。接地電極40において、中心電極20の先端部と対向する部分には、電極チップ42が設けられている。電極チップ42と中心電極20の先端部との間には、火花放電のための隙間G1が形成されている。なお、隙間G1は、放電ギャップまたは火花ギャップとも呼ばれる。
端子金具50は、スパークプラグ100の後端側の端部に設けられている。端子金具50の先端側は、絶縁体10の貫通孔11に収容され、端子金具50の後端側は、貫通孔11から露呈している。端子金具50には、図示しない高圧ケーブルが接続され、高電圧が印加される。この印加により、隙間G1に火花放電が発生する。隙間G1に発生した火花放電は、燃焼室95における混合気を着火させる。
A-2.製造方法:
スパークプラグ100の製造方法について、以下に説明する。
スパークプラグ100の製造方法について、以下に説明する。
まず、絶縁体10の貫通孔11に、後端側から中心電極20を挿入する。その後、ガラスシール部61の材料粉末を、後端側から貫通孔11に充填して圧縮する(以下、「シール材充填工程」とも呼ぶ)。その後、抵抗体62の材料を後端側から貫通孔11に充填して圧縮し、さらに、後端側シール部63の材料粉末を後端側から貫通孔11に充填して圧縮する。上記の各圧縮は、例えば、貫通孔11に棒状の治具を挿入して押圧することによって実行してもよい。その後、端子金具50の先端側の端部を貫通孔11に挿入し、絶縁体10全体を加熱しながら端子金具50側から所定の圧力を加えて圧縮する(以下、「加熱圧縮工程」とも呼ぶ)。加熱圧縮工程により、貫通孔11に充填された各材料は、圧縮および焼成される。これにより、貫通孔11内に、ガラスシール部61と、抵抗体62と、後端側シール部63とが形成される。以上により、中心電極20が絶縁体10に固着される。
そして、主体金具30の軸孔38に、中心電極20が固着された絶縁体10を、後端側から挿入する。その後、主体金具30の加締部35を加締めることにより、主体金具30と絶縁体10とを固定する。このとき、主体金具30の加締部35を径方向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36が圧縮変形する。圧縮変形部36の圧縮変形により、リング部材66,67およびタルク69を介し、絶縁体10が主体金具30内で先端側に向けて押圧される。以上により、スパークプラグ100が完成する。
A-3.ガラスシール部の構成:
上述のように、ガラスシール部61は、ガラスと導電性物質とを含んで形成されている。本実施形態において、導電性物質は、銅であるが、銅に限らず鉄や真鍮等の金属材料であってもよい。本実施形態のガラスは、Si(ケイ素)成分と、B(ホウ素)成分と、Zn(亜鉛)成分と、アルカリ金属成分とを含んでいる。本実施形態のスパークプラグ100は、ガラスに含まれる各成分の含有量を所定の範囲内とすることにより、絶縁体10の耐電圧性の低下を抑制している。
上述のように、ガラスシール部61は、ガラスと導電性物質とを含んで形成されている。本実施形態において、導電性物質は、銅であるが、銅に限らず鉄や真鍮等の金属材料であってもよい。本実施形態のガラスは、Si(ケイ素)成分と、B(ホウ素)成分と、Zn(亜鉛)成分と、アルカリ金属成分とを含んでいる。本実施形態のスパークプラグ100は、ガラスに含まれる各成分の含有量を所定の範囲内とすることにより、絶縁体10の耐電圧性の低下を抑制している。
本実施形態において、ガラス100質量%中には、Si成分をSiO2(シリカ、二酸化ケイ素)に換算し、B成分をB2O3(酸化ホウ素)に換算した場合に、SiO2とB2O3とが合計50質量%以上含まれている。ガラスにおけるSiO2とB2O3との合計含有量は、化学的耐久性を向上させる観点から、55質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましい。また、SiO2とB2O3との合計含有量は、ガラス軟化点を低下させる観点から、65質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましい。また、ガラスにおけるSi成分の含有量は、SiO2に換算した場合に、化学的耐久性を向上させる観点から20質量%以上であることが好ましく、ガラス軟化点を低下させる観点から40質量%以下であることが好ましい。また、ガラスにおけるB成分の含有量は、B2O3に換算した場合に、ガラス軟化点を低下させる観点から20質量%以上であることが好ましく、熱膨張の観点から30質量%以下であることが好ましい。
ZnO(酸化亜鉛)は、ガラスの熱膨張を低下させ、また、化学的耐久性を増大させる機能を有する。また、ZnOは、粘性温度曲線を緩やかにする性質を有するため、ガラスシール部61の製造工程において温度が低下した際に、ガラスシール部61の柔らかさを保つことができる。本実施形態において、ガラス100質量%中には、Zn成分をZnO換算した場合に、ZnOが20質量%以上35質量%以下含まれている。
Zn成分をZnO換算した場合における含有量が20質量%以上であることにより、SiO2のランダムネットワーク、すなわち規則性のない結晶構造に、ZnOのランダムネットワークが絡み合うと推定される。その結果、ガラスのネットワーク構造を強化できるので、ガラスに含まれるアルカリ金属成分の溶出を抑制できる。したがって、アルカリ金属成分が溶出して絶縁体10に拡散することを抑制できるので、絶縁体10の耐電圧性が低下することを抑制できる。ZnOの含有量は、ガラスのネットワーク構造をより強化する観点から、25質量%以上であることが好ましい。
他方、本実施形態とは異なり、Zn成分をZnO換算した場合における含有量が20質量%未満であると、上記ネットワーク構造の強化が不十分となる。この結果、ガラスに含まれるアルカリ金属成分が溶出して絶縁体に拡散し、絶縁体の耐電圧性が低下する。
また、Zn成分をZnO換算した場合における含有量が35質量%以下であることにより、ガラスシール部61の製造工程においてガラスが固化するのに要する時間が長くなることを抑制できる。その結果、ガラスシール部61の材料が、中心電極20の脚部21の軸線方向AD後端部と絶縁体10との間にまで入り込んでしまうことを抑制できる。したがって、脚部21の軸線方向AD後端部がガラスシール部61によって固着されることを抑制できるので、耐衝撃性が低下することを抑制できる。ZnOの含有量は、ガラスの固化に要する時間を短くして耐衝撃性の低下をより抑制する観点から、30質量%以下であることが好ましい。
アルカリ金属成分は、ガラスの軟化温度を低下させてガラスシール部61の製造工程においてガラスシール部61の焼締まり不足が発生することを抑制する機能と、熱膨張を増大させて気密性が低下することを抑制する機能とを有する。本実施形態では、ガラスに含まれるアルカリ金属成分において、Na(ナトリウム)成分をNa2O(酸化ナトリウム)換算した場合に、ガラス100質量%中におけるNa2Oの含有量が1質量%未満である。Na成分をNa2O換算した場合における含有量が1質量%未満であることにより、Na成分がガラスシール部61から溶出することを抑制でき、その結果、絶縁体10の耐電圧性が低下することを抑制できる。Na成分の含有量は、Na成分の溶出量を減少させて絶縁体10の耐電圧性の低下を抑制する観点から、Na2O換算した場合に0.9質量%未満であることが好ましく、0.3質量%未満であることがより好ましく、実質的に含まれないことがさらに好ましい。
本明細書において、「Na成分が実質的に含まれない」とは、電子線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Micro Analyzer)を用いて、加速電圧15kV、照射電流25μAの条件により分析した際に、Na成分が検出されないことを意味する。一般に、EPMAにおいて、Na成分が検出されない範囲は、0.01質量%以下である。
本実施形態において、ガラスには、アルカリ金属成分としてK(カリウム)成分が含まれている。Kイオンは、Naイオンよりもイオン半径が大きいため、ガラスの内部ネットワーク構造において移動しにくい。このため、アルカリ金属成分としてK成分が含まれることにより、Na成分が含まれる構成と同様にガラスの軟化温度を低下させ、また、熱膨張を増大させつつ、アルカリ金属成分の溶出を抑制することができる。この結果、アルカリ金属成分が絶縁体10に拡散することを抑制できるので、耐電圧性が低下することを抑制できる。
K成分は、K2O(酸化カリウム)換算した場合に、ガラス100質量%中において4質量%以上8質量%以下含まれていることが好ましい。K成分をK2O換算した場合における含有量が4質量%以上であることにより、ガラスの軟化温度が高くなることを抑制できるので、ガラスシール部61の製造工程においてガラスシール部61の焼締まり不足が発生することを抑制できる。また、K成分をK2O換算した場合における含有量が8質量%以下であることにより、ガラスシール部61の熱膨張が過度に大きくなることを抑制できる。このため、冷熱サイクルを繰り返す中で冷却時におけるガラスシール部61の収縮の度合いが過度に大きくなることを抑制できる。その結果、ガラスシール部61と絶縁体10との界面に隙間が生じることを抑制できるので、気密性が低下することを抑制できる。
本実施形態のガラスには、本発明の効果を妨げない範囲において、他の任意の成分が含まれていてもよい。かかる成分としては、例えば、Al2O3(アルミナ、酸化アルミニウム)、MgO(マグネシア、酸化マグネシウム)、CaO(カルシア、酸化カルシウム)等が挙げられる。
ガラスに含まれる各成分の含有量は、電子線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Micro Analyzer)を用いて、加速電圧15kV、照射電流25μAの条件により分析することができる。EPMAを用いた分析では、走査電子顕微鏡(SEM)によってガラスシール部61の断面における対象範囲のSEM画像を撮影し、対象範囲の成分分析によってガラス相が特定され、ガラス相中の各成分の含有率が特定される。対象範囲は、例えば1mm2の正方形であってもよく、倍率は、例えば200倍であってもよい。なお、このようにして分析された各成分の酸化物換算含有量は、ガラスシール部61の製造に用いるガラスの原料粉末の配合比とほぼ一致する。したがって、各成分の酸化物換算含有量は、ガラスの原料粉末の配合比により調整できる。
B.実施例:
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(Zn成分およびアルカリ金属成分の検討)
<試料>
ガラスシール部61のガラスに含まれる各成分が以下の表1に示す含有量となるように原料粉末を混合し、上記製造方法に従ってスパークプラグ100のサンプルを作成した(サンプル1~14)。以下に示す表に記載の各サンプルの「種別」において、「実」は実施例であることを示し、「比」は比較例であることを示している。なお、各サンプルにおけるSi成分(SiO2換算)とB成分(B2O3換算)との合計含有量は、いずれも50質量%以上であった。また、表中において、含有量が0質量%とは、当該成分が実質的に含まれないことを意味している。
<試料>
ガラスシール部61のガラスに含まれる各成分が以下の表1に示す含有量となるように原料粉末を混合し、上記製造方法に従ってスパークプラグ100のサンプルを作成した(サンプル1~14)。以下に示す表に記載の各サンプルの「種別」において、「実」は実施例であることを示し、「比」は比較例であることを示している。なお、各サンプルにおけるSi成分(SiO2換算)とB成分(B2O3換算)との合計含有量は、いずれも50質量%以上であった。また、表中において、含有量が0質量%とは、当該成分が実質的に含まれないことを意味している。
<耐電圧評価>
表1に示す各サンプルに対し、耐電圧評価を行った。まず、スパークプラグ100の各サンプルを4個ずつ準備し、4気筒、排気量1.6L、直噴、過給器付のガソリンエンジンに取り付け、放電電圧が40kV以上となるようにスパークプラグ100の放電ギャップを調整した。かかるエンジンを、スロットル全開の条件下で100時間に亘って運転した(以下、「実機運転」とも呼ぶ)。実機運転の後に、4個のスパークプラグ100をそれぞれ分解し、絶縁体10を観察および分析した。より具体的には、後述する貫通放電の痕を観察するとともに、軸線CAに沿った絶縁体10の断面のうち段部17を含む領域と、軸線CAに垂直な絶縁体10の断面のうち段部17を含む領域とについて、EPMAを用いてNa成分を分析した。
表1に示す各サンプルに対し、耐電圧評価を行った。まず、スパークプラグ100の各サンプルを4個ずつ準備し、4気筒、排気量1.6L、直噴、過給器付のガソリンエンジンに取り付け、放電電圧が40kV以上となるようにスパークプラグ100の放電ギャップを調整した。かかるエンジンを、スロットル全開の条件下で100時間に亘って運転した(以下、「実機運転」とも呼ぶ)。実機運転の後に、4個のスパークプラグ100をそれぞれ分解し、絶縁体10を観察および分析した。より具体的には、後述する貫通放電の痕を観察するとともに、軸線CAに沿った絶縁体10の断面のうち段部17を含む領域と、軸線CAに垂直な絶縁体10の断面のうち段部17を含む領域とについて、EPMAを用いてNa成分を分析した。
ここで、絶縁体10の材料には、Na成分が実質的に含まれていない。したがって、絶縁体10の断面からNa成分が検出されることは、ガラスシール部61に含まれるNaが絶縁体10の内部へと拡散したことを示している。絶縁体10の内部へとNaが拡散すると、Naを介して、絶縁体10の段部17の内周面と係止部15の外周面とを貫通する貫通放電が生じ得る。このような貫通放電が生じた場合、絶縁体10の外周面に、貫通放電の痕として黒点等が観察される。
耐電圧評価の評価基準を以下に示す。なお、絶縁体10の断面からNaが検出されなかったサンプルでは、貫通放電の痕も検出されなかった。
A:4個の絶縁体10のいずれの断面においても、Naが検出されなかった
B:1個以上の絶縁体10の断面からNaが検出され、かつ、4個の絶縁体10のいずれにおいても貫通放電の痕が検出されなかった
C:1個以上の絶縁体10において貫通放電の痕が検出された
A:4個の絶縁体10のいずれの断面においても、Naが検出されなかった
B:1個以上の絶縁体10の断面からNaが検出され、かつ、4個の絶縁体10のいずれにおいても貫通放電の痕が検出されなかった
C:1個以上の絶縁体10において貫通放電の痕が検出された
<焼締まり評価>
表1に示す各サンプルに対し、焼締まり評価を行った。焼締まり評価は、スパークプラグ100の製造工程においてガラスシール部61の材料が十分に溶融したか否かについての評価である。まず、スパークプラグ100の各サンプルを1個ずつ新たに準備し、かかるサンプルを切断することにより軸線CAに沿った断面を準備した。そして、かかる断面について光学顕微鏡を用いて観察した。より具体的には、ガラスシール部61を含む領域においてガラスの材料粉末を検索するとともに、ガラスシール部61と中心電極20およびガラスシール部61と絶縁体10の間に、それぞれ隙間が生じているか否かについて観察した。
表1に示す各サンプルに対し、焼締まり評価を行った。焼締まり評価は、スパークプラグ100の製造工程においてガラスシール部61の材料が十分に溶融したか否かについての評価である。まず、スパークプラグ100の各サンプルを1個ずつ新たに準備し、かかるサンプルを切断することにより軸線CAに沿った断面を準備した。そして、かかる断面について光学顕微鏡を用いて観察した。より具体的には、ガラスシール部61を含む領域においてガラスの材料粉末を検索するとともに、ガラスシール部61と中心電極20およびガラスシール部61と絶縁体10の間に、それぞれ隙間が生じているか否かについて観察した。
ここで、スパークプラグ100の上記製造工程において、ガラスシール部61の材料粉末は、加熱圧縮工程によって貫通孔11内で軟化し圧縮される。ガラスシール部61の材料が十分に軟化した場合、完成したスパークプラグ100のガラスシール部61を含む断面領域からは、ガラスの材料粉末の粒子が検出されない。加えて、ガラスシール部61と他の部材(中心電極20や絶縁体10等)の密着性は、良好となる。他方、加熱圧縮工程においてガラスシール部61の材料の軟化が不十分であった場合、完成したスパークプラグ100のガラスシール部61を含む断面領域からは、ガラスの材料粉末の粒子が検出される。そして、ガラスシール部61と他の部材との間に隙間が生じ得る。
焼締まり評価の評価基準を以下に示す。
A:ガラスの材料粉末の粒子が検出されなかった
B:ガラスの材料粉末の粒子が検出された
A:ガラスの材料粉末の粒子が検出されなかった
B:ガラスの材料粉末の粒子が検出された
<気密性評価>
表1に示す各サンプルに対し、気密性評価を行った。気密性評価では、まず、エンジンヘッド90の雌ネジ部93と同様の雌ネジ部を有する加圧キャビティを備える加圧試験台と、スパークプラグ100の各サンプルを準備した。そして、加圧キャビティの雌ネジ部に、主体金具30の雄ネジ部32をねじ込むことによって、加圧キャビティにスパークプラグ100の各サンプルを装着した。加圧キャビティの内部は、エンジンヘッド90に取り付けられたスパークプラグ100に対する燃焼室95に相当する。かかる加圧キャビティの内部における空気の圧力を高めた状態で、絶縁体10の貫通孔11における軸線方向AD後端側からの空気の漏洩量を測定した。圧力は、1.5MPaと、2.5MPaと、の2段階に設定された。
表1に示す各サンプルに対し、気密性評価を行った。気密性評価では、まず、エンジンヘッド90の雌ネジ部93と同様の雌ネジ部を有する加圧キャビティを備える加圧試験台と、スパークプラグ100の各サンプルを準備した。そして、加圧キャビティの雌ネジ部に、主体金具30の雄ネジ部32をねじ込むことによって、加圧キャビティにスパークプラグ100の各サンプルを装着した。加圧キャビティの内部は、エンジンヘッド90に取り付けられたスパークプラグ100に対する燃焼室95に相当する。かかる加圧キャビティの内部における空気の圧力を高めた状態で、絶縁体10の貫通孔11における軸線方向AD後端側からの空気の漏洩量を測定した。圧力は、1.5MPaと、2.5MPaと、の2段階に設定された。
圧力が1.5MPaである場合には、いずれのサンプルにおいても空気の漏洩が検出されなかった。表1に示す気密性の評価結果は、圧力が2.5MPaである場合の空気の漏洩量に基づく評価結果を示している。気密性評価の評価基準を以下に示す。
A:空気の漏洩が検出されなかった
B:空気の漏洩が検出された
A:空気の漏洩が検出されなかった
B:空気の漏洩が検出された
<耐衝撃評価>
表1に示す各サンプルに対し、耐衝撃評価を行った。耐衝撃評価では、JIS B8031(2006年版)に準拠した耐衝撃性試験を行った。試験では、振動振幅22mmの衝撃を毎分400回の割合で各サンプルに30分間加えた。そして、試験前後の中心電極20と接地電極40との間の絶縁抵抗を測定した。
表1に示す各サンプルに対し、耐衝撃評価を行った。耐衝撃評価では、JIS B8031(2006年版)に準拠した耐衝撃性試験を行った。試験では、振動振幅22mmの衝撃を毎分400回の割合で各サンプルに30分間加えた。そして、試験前後の中心電極20と接地電極40との間の絶縁抵抗を測定した。
耐衝撃評価の評価基準を以下に示す。
A:試験前の抵抗値に対する試験後の抵抗値の増加率が5%未満であった
B:上記増加率が5%以上であった
A:試験前の抵抗値に対する試験後の抵抗値の増加率が5%未満であった
B:上記増加率が5%以上であった
以下の表2では、表1に示すサンプル1~6を比較することにより、Zn成分の含有量の違いによる評価結果の違いを示している。
表2から、以下のことがわかった。すなわち、ZnOの含有量が20質量%~35質量%であるサンプル2~5(実施例)では、耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価、耐衝撃評価のいずれにおいても、良好な結果が得られた。これに対し、ZnOの含有量が15質量%であるサンプル1(比較例)では、耐電圧性において劣っていた。また、ZnOの含有量が40質量%であるサンプル6(比較例)では、耐衝撃性において劣っていた。
以下の表3では、表1に示すサンプル5、7~10を比較することにより、K成分の含有量の違いによる評価結果の違いを示している。
表3から、以下のことがわかった。すなわち、K2Oの含有量が2質量%~10質量%であるサンプル7、8、9、5、10(実施例)では、耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価、耐衝撃評価のいずれにおいても、良好な結果が得られた。また、K2Oの含有量が4質量%以上8質量%以下であるサンプル8、9、5(実施例)では、焼締まり評価および気密性評価において特に良好な結果が得られた。
以下の表4では、表1に示すサンプル5、11~14を比較することにより、Na成分の含有量の違いによる評価結果の違いを示している。
表4から、以下のことがわかった。すなわち、Na2Oの含有量が少ないほど、耐電圧性が優れることがわかった。また、Na2Oの含有量が0質量%であるサンプル5(実施例)では、耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価、耐衝撃評価のいずれにおいても、特に良好な結果が得られた。これに対し、Na2Oの含有量が1質量%であるサンプル14(比較例)では、耐電圧性において劣っていた。
(Si成分とB成分との含有量の比率の検討)
ガラスシール部61のガラスに含まれる各成分が以下の表5に示す含有量となるように原料粉末を混合し、上記製造方法に従ってスパークプラグ100のサンプルを作成した(サンプル2、5、15)。その後、各サンプルに対し、上記の耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価および耐衝撃評価を行った。表5では、Si成分とB成分との含有量の比率の違いによる評価結果の違いを示している。なお、サンプル2、5は、表1に示すサンプル2、5と同じサンプルを示している。
ガラスシール部61のガラスに含まれる各成分が以下の表5に示す含有量となるように原料粉末を混合し、上記製造方法に従ってスパークプラグ100のサンプルを作成した(サンプル2、5、15)。その後、各サンプルに対し、上記の耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価および耐衝撃評価を行った。表5では、Si成分とB成分との含有量の比率の違いによる評価結果の違いを示している。なお、サンプル2、5は、表1に示すサンプル2、5と同じサンプルを示している。
表5から、以下のことがわかった。すなわち、Si成分(SiO2換算)とB成分(B2O3換算)との含有量の比率にかかわらず、耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価、耐衝撃評価のいずれにおいても、良好な結果が得られた。また、Si成分(SiO2換算)とB成分(B2O3換算)との含有量が65質量%であるサンプル2(実施例)および50質量%であるサンプル5、15(実施例)のいずれにおいても、良好な評価結果が得られた。
C.他の実施形態:
上記実施形態におけるスパークプラグ100の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、後端側シール部63は、ガラスシール部61と同様の材料により構成されていてもよく、ガラスシール部61と異なる材料により構成されていてもよい。また、例えば、抵抗体62に代えてまたは抵抗体62に加えて磁性体を含んでいてもよく、抵抗体62および後端側シール部63が省略される態様であってもよい。かかる態様において、ガラスシール部61は、中心電極20と端子金具50とを電気的に接続してもよい。また、例えば、放電ギャップの数が2以上であってもよく、接地電極40が省略される態様であってもよい。かかる態様において、中心電極20と燃焼室95内の他の部材との間で火花放電が生じてもよい。
上記実施形態におけるスパークプラグ100の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、後端側シール部63は、ガラスシール部61と同様の材料により構成されていてもよく、ガラスシール部61と異なる材料により構成されていてもよい。また、例えば、抵抗体62に代えてまたは抵抗体62に加えて磁性体を含んでいてもよく、抵抗体62および後端側シール部63が省略される態様であってもよい。かかる態様において、ガラスシール部61は、中心電極20と端子金具50とを電気的に接続してもよい。また、例えば、放電ギャップの数が2以上であってもよく、接地電極40が省略される態様であってもよい。かかる態様において、中心電極20と燃焼室95内の他の部材との間で火花放電が生じてもよい。
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。
10…絶縁体、11…貫通孔、14…大径部、15…係止部、16…小径部、17…段部、20…中心電極、21…脚部、22…鍔部、23…頭部、25…芯材、26…電極部材、30…主体金具、31…工具係合部、32…雄ネジ部、33…座部、34…突出部、35…加締部、36…圧縮変形部、37…先端面、38…軸孔、40…接地電極、42…電極チップ、50…端子金具、61…ガラスシール部、62…抵抗体、63…後端側シール部、65…ガスケット、66,67…リング部材、69…タルク、90…エンジンヘッド、93…雌ネジ部、95…燃焼室、100…スパークプラグ、AD…軸線方向、CA…軸線、G1…隙間
Claims (2)
- 軸線方向に沿って貫通孔が形成された絶縁体と、前記貫通孔のうち前記軸線方向の先端側に自身の一部が挿入された中心電極と、前記貫通孔内において前記絶縁体と前記中心電極とに接触するガラスシール部と、を備え、前記ガラスシール部が、ガラスと導電性物質とを含むスパークプラグであって、
前記ガラスは、
Si成分をSiO2に換算し、B成分をB2O3に換算した場合に、SiO2とB2O3とを合計50質量%以上と、
Zn成分をZnO換算した場合に、ZnOを20質量%以上35質量%以下と、
アルカリ金属成分と、
を含み、
前記アルカリ金属成分において、Na成分をNa2O換算した場合に、Na2Oの含有量が1質量%未満であることを特徴とする、
スパークプラグ。 - 請求項1に記載のスパークプラグにおいて、
前記ガラスは、前記アルカリ金属成分として、K成分をK2O換算した場合に、K2Oを4質量%以上8質量%以下含むことを特徴とする、
スパークプラグ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020212593A JP7235715B2 (ja) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | スパークプラグ |
PCT/JP2021/040556 WO2022137824A1 (ja) | 2020-12-22 | 2021-11-04 | スパークプラグ |
DE112021006644.7T DE112021006644T5 (de) | 2020-12-22 | 2021-11-04 | Zündkerze |
US17/802,334 US11695257B2 (en) | 2020-12-22 | 2021-11-04 | Spark plug |
CN202180017524.XA CN115191065B (zh) | 2020-12-22 | 2021-11-04 | 火花塞 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020212593A JP7235715B2 (ja) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | スパークプラグ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022098918A JP2022098918A (ja) | 2022-07-04 |
JP7235715B2 true JP7235715B2 (ja) | 2023-03-08 |
Family
ID=82157539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020212593A Active JP7235715B2 (ja) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | スパークプラグ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11695257B2 (ja) |
JP (1) | JP7235715B2 (ja) |
CN (1) | CN115191065B (ja) |
DE (1) | DE112021006644T5 (ja) |
WO (1) | WO2022137824A1 (ja) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003529524A (ja) | 2000-04-01 | 2003-10-07 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ガラスセラミック、その製造法及び該ガラスセラミックを用いる点火プラグ |
JP2005340171A (ja) | 2004-04-30 | 2005-12-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
JP2007179788A (ja) | 2004-12-28 | 2007-07-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
JP2009545860A (ja) | 2006-06-16 | 2009-12-24 | フェデラル−モーグル コーポレイション | スパークプラグ |
JP2011070890A (ja) | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関用スパークプラグ |
JP2019091646A (ja) | 2017-11-16 | 2019-06-13 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
JP2019216067A (ja) | 2018-06-14 | 2019-12-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグ |
JP2020205189A (ja) | 2019-06-18 | 2020-12-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグ |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7365480B2 (en) * | 2004-04-30 | 2008-04-29 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug |
EP1677399B1 (en) | 2004-12-28 | 2012-02-15 | Ngk Spark Plug Co., Ltd | Spark plug |
US9893495B2 (en) * | 2014-08-10 | 2018-02-13 | Federal-Mogul Ignition Company | Spark plug with improved seal |
JP6649359B2 (ja) * | 2014-08-10 | 2020-02-19 | フェデラル−モーグル・イグニション・リミテッド・ライアビリティ・カンパニーFederal−Mogul Ignition Llc | 改良されたシールを有するコロナ点火装置 |
JP2017135034A (ja) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグ |
KR20190035814A (ko) * | 2016-08-01 | 2019-04-03 | 테네코 인코퍼레이티드 | 개선된 시일을 가지는 스파크 플러그 |
-
2020
- 2020-12-22 JP JP2020212593A patent/JP7235715B2/ja active Active
-
2021
- 2021-11-04 CN CN202180017524.XA patent/CN115191065B/zh active Active
- 2021-11-04 DE DE112021006644.7T patent/DE112021006644T5/de active Pending
- 2021-11-04 US US17/802,334 patent/US11695257B2/en active Active
- 2021-11-04 WO PCT/JP2021/040556 patent/WO2022137824A1/ja active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003529524A (ja) | 2000-04-01 | 2003-10-07 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ガラスセラミック、その製造法及び該ガラスセラミックを用いる点火プラグ |
JP2005340171A (ja) | 2004-04-30 | 2005-12-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
JP2007179788A (ja) | 2004-12-28 | 2007-07-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
JP2009545860A (ja) | 2006-06-16 | 2009-12-24 | フェデラル−モーグル コーポレイション | スパークプラグ |
JP2011070890A (ja) | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関用スパークプラグ |
JP2019091646A (ja) | 2017-11-16 | 2019-06-13 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
JP2019216067A (ja) | 2018-06-14 | 2019-12-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグ |
JP2020205189A (ja) | 2019-06-18 | 2020-12-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022098918A (ja) | 2022-07-04 |
US20230155354A1 (en) | 2023-05-18 |
US11695257B2 (en) | 2023-07-04 |
CN115191065B (zh) | 2023-06-02 |
DE112021006644T5 (de) | 2023-10-05 |
WO2022137824A1 (ja) | 2022-06-30 |
CN115191065A (zh) | 2022-10-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101747567B1 (ko) | 스파크 플러그 | |
EP2741382B1 (en) | Ignition plug | |
US9160147B2 (en) | Spark plug and manufacturing method for same | |
CN110350398B (zh) | 火花塞 | |
CN112103770B (zh) | 火花塞 | |
JP7235715B2 (ja) | スパークプラグ | |
EP3200291B1 (en) | Spark plug | |
EP2226912A1 (en) | Spark plug | |
JP5244137B2 (ja) | スパークプラグの製造方法 | |
JP5401426B2 (ja) | スパークプラグの製造方法 | |
US11652335B2 (en) | Spark plug | |
CN109565157B (zh) | 火花塞 | |
CN112217098A (zh) | 火花塞 | |
US20110304256A1 (en) | Spark plug and manufacturing method thereof | |
JP6910496B1 (ja) | スパークプラグ | |
WO2023042729A1 (ja) | スパークプラグ | |
EP3220496B1 (en) | Ignition plug | |
CN111194511A (zh) | 火花塞 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230207 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230224 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7235715 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |