JPH0395886A - 点火プラグ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンの点火プラグ及びその製造方法に関
し、特にその取付金具及び接地電極と中心電極間の絶縁
性を高めた点火プラグ及びその製造方法に関する。

〔従来技術〕

近年、各自動車メーカーにおいては、多気筒・多弁化に
よるエンジンの高出力化が進められているが、多数の吸
排気弁を限られたスペースに効率良くレイアウトし且つ
エンジンのヘッド部の信頼性を確保するために、エン．
ジンのヘッド部に装着される点火プラグは小型化（小径
化）される傾向にあり、特に点火プラグのうちヘッド部
に螺合するネジ部を有する取付金具を小径化した点火プ
ラグの実用化が要請されている。

一般に、点火プラグの基本性能としては、耐プレイグニ
ション性、耐汚損性、飛火性能、点火性能、耐久性が要
求される。

従来の点火プラグにおいては、取付金具の鋼材料自体が
露出状態になっていた。

従って、点火プラグを小径化した場合、中心電極と取付
金具間の距離が短《なり、中心電極から取付金具の端面
や接地電極のうち中心電極対向部を除く部分に直接に或
いはカーボンなどの汚損物質を介して電流がリークしや
すくなるため、スパーク電圧が低下しアイドル回転数が
不安定になるなどの問題がある。

そこで、点火フラグを小型化する為には、取付金具や絶
縁部材を薄肉化したり或いは中心電極を小径化したりし
て中心電極と取付金具の距離を長くすることが考えられ
る。

尚、参考までに、特開昭６２−８２６８４号公報には、
耐汚損性の低下の防止を図るために、取付金具に一体に
形或され燃焼室に突出する円筒部材を設け、円筒部材の
下端部に接地電極を形成した点火プラグが提案されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

点火プラグを小型化するための、絶縁部材の薄肉化や中
心電極の小径化を図った場合、絶縁部材の耐電圧不足や
中心電極の耐久性の低下を招き、点火プラグの信頼性・
耐久性が低下するという問題がある。

更に、上記各部品を薄肉化或いは小径化すると部品の歩
留りが低下し、点火プラグの生産効率が低下するという
問題もある。

一方、本願発明者等は、取付金具のうち中心電極側に臨
む端面と接地電極のうちの中心電極対向部以外の部分と
の少くとも一方に絶縁物質からなる溶射被膜層を形成し
て、取付金具及び接地電極と中心電極間の絶縁性を改善
することを着想したが、溶射被膜層には気孔が存在する
ため絶縁性が低いという問題がある。

本発明の目的は、信頼性・耐久性に優れ容易に小径化し
得る点火プラグとその製造方法゛を提供することである
。

Ｃ課題を解決するための手段〕 第ｌ請求項に係る点火プラグは、外周にネジ部を有する
取付金具を備えたエンジンの点火プラグにおいて、上記
取付金具のうち中心電極側に臨む端面と接地電極のうち
の中心電極対向部以外の部分との少なくとも一方ζこ絶
縁被膜層を形戒したものである。

第２請求項に係る点火プラグの製造方法は、外周にネジ
部を有する取付金具を備えたエンジンの点火プラグの製
造方法であって、上記取付金具のうち中心電極側に臨む
端面と接地電極のうちの中心電極対向部以外の部分との
少なくとも一方に絶縁物質からなる溶射被膜層を形成し
、次に上記溶射被膜層に熱間静水圧処理を施して溶射被
膜層の気孔を封孔するものである。

〔作用〕

第１請求項に係る点火プラグにおいては、その取付金具
のうち中心電極側に臨む端面と接地電極のうちの中心電
極対向部以外の部分との少なくとも一方に絶縁被膜層を
形或することにより、取付け金具を小径化して中心電極
と取付金具の距離が短くなっても、中心電極から取付金
具の端面や接地電極の中心電極対向部以外の部分に電流
がリークすることがなくスパーク電圧が低下しないので
、正規のスパーク電圧で中心電極から接地電極にスパー
クさせることが出来る。

また、カーボンなどの汚損物質が付着しても汚損物質を
介して電流がリークすることがないので、点火プラグの
耐汚損性の大幅な向上を図ることが出来る。

このように、取付金具に絶縁被膜層を形或することによ
り、点火プラグの信頼性・耐久性・耐汚損性を向上させ
ることが出来、小径化した点火プラグを実用化すること
が出来る。

第２請求項に係る点火プラグの製造方法においては、取
付金具のうち中心電極側に臨む端面と接地電極のうちの
中心電極対向部以外の部分との少なくとも一方に絶縁物
質からなる溶射被膜層を形或し、次に上記溶射被膜層に
熱間静水圧処理を施すことにより、溶射被膜層の気孔を
封孔するので、溶射被膜層を絶縁性の高い絶縁被膜層に
形戊することが出来る。

このように、取付金具のうち中心電極側に臨む端面と接
地電極のうちの中心電極対向部以外との少くとも一方に
絶縁被膜層を形或することにより、信頼性・耐久性・耐
汚損性に優れ、小径化の可能な点火プラグを製造するこ
とが出来る。

また、溶射被膜層は特殊な装置を用いることなく通常の
溶射装置を用いて形或することが出来る。

加えて、溶射被膜層の気孔を封孔する封孔処理は、特殊
な装置を用いることなく通常の熱間静水圧処理装置で能
率よく施すことが出来る。

従って、点火プラグの製造コストの上昇を招くことなく
比較的安価に製造することが出来る。

〔発明の効果〕

第１請求項に係る点火プラグによれば、以上〔作用〕の
項で説明したように、取付金具のうち中心電極側に臨む
端面と接地電極のうちの中心電極対向部以外の部分との
少なくとも一方に絶縁被膜層を形成することにより、取
付金具及び接地電極のうちの中心電極対向部以外の部分
と中心電極間の絶縁性を高めて、点火プラグの信頼性・
耐久性・耐汚損性を確実に向上させることが出来ること
、点火プラグの基本性能を損なわずに点火プラグを小径
化することが出来ることなどの効果が得られる。

第２請求項に係る点火プラグの製造方法によれば、〔作
用〕の項で説明したように、信頼性・耐久性・耐汚損性
に優れた小型・小径の点火プラグを製造することが出来
る。

加えて、特殊でない通常の装置を用いて絶縁被膜層を形
成しその気孔を封孔することが出来るので、点火プラグ
の生産コストの上昇を招くことなく比較的安価に製造す
ることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。

以下に説明する複数の実施例は、第１図に示す自動車用
エンジンの点火プラグＰに、本発明を適用したものであ
る。

尚、各実施例の点火ブラグＰはその取付金具１０に形或
された絶縁被膜Ｎ６０の構造及び形戒方法と取付金具１
０の熱処理の方法及び熱処理の有無を除いて同様のもの
なので、先ず点火プラグＰの構成について簡単に説明し
、次に各実施例ごとに点火ブラグＰの絶縁被膜層６０及
び取付金具ＩＯの熱処理について説明する。

上記点火プラグＰは、下部外周にネジｍ１１ａが形或さ
れたネジ部１１を有する鋼製（ＪＩＳＳ２５Ｃ相当品）
の取付金具ＩＯと、取付金具ＩＯの下半部が内嵌装着さ
れた高純度アル１ナからなる絶縁部材２０と、絶縁部材
２０の上端部に位置するターξナルナット３ｌを有し絶
縁部材２０の上部約２／３部分に隙間をあけて挿入装着
された金属製の中軸３０と、絶縁部材２０の下部約ｌ／
３部分に内嵌装着され下端部が絶縁部材２０から突出し
た中心電極４０であ．って銅ガラス製シール材からなる
抵抗体３２を介して中軸３０に電気的に接続された中心
電極４０と、取付金具１０の下端部に固着されたＬ字状
の接地電極５０と、第２図に示すように取付金具１０の
下端面に形成された絶縁被膜層６０などで構威されてい
る。

上記中心電極４０の下端と接地電極５０の中心電極対向
部５０ａとは、スパークギャブ４５を介して対向し、絶
縁部材２０の下部とネジ部１１の下部の間には点火プラ
グＰの自己清浄作用を促進する為の断面楔形の環状隙間
１３が形或されている。

尚、中軸３０の抵抗体３２と中心電極４０の構造は図示
のものに限らず例えば中軸３０と中心電極４０とを一体
化したもの或いは抵抗体３２を上記以外の抵抗材料で構
成したものでもよい。

〈第１実施例〉 本実施例の点火プラグＰにおいては、点火プラグＰの組
立前に取付金具１０に絶縁被膜層６０を次のような方法
で形或した。

先ず、プラズマ溶射装置を用い、取付金具１０をアルゴ
ンガス（ｌ次圧：１００ｐｓｉ，流量二８０　ｓｃｆｈ
）と水素ガス（１次圧：５０ｐｓｉ、流量：１　５ｓｃ
ｆｈ）の混合雰囲気中に収容し、アルξナ（Ａｌｚ○，
）をプラズマ溶射により出力３３ｋＷで溶射して、膜厚
３００μｍのアルごナの溶射被膜層を形或した。

尚、上記溶射被膜層の形或に際し、取付金具１０のうち
の溶射被膜層が形成される下端面以外の部分及び接地電
極５０は耐熱性の保護膜でカバーしてアルミナの溶射被
膜層が形或されないようにした。

次に、熱間静水圧プレス装置を用い、第３図に示すよう
に取付金具１０をアルゴンガス（温度＝１１００’Ｃ、
圧力：　１　５　０　０ｋｇ／ｃｎｌ）の雰囲気中に１
時間保持してＨＩＰ処理（熱間静水圧処理）を施し、溶
射被膜層に存在する気孔を封孔し、気孔が封孔された絶
縁被膜Ｎ６０を形成した。

上記ＨＩＰ処理により取付金具１０が焼きなまし状態に
なり、ネジ部ＩＩのネジ溝１１ａの強度が低下する。そ
の対策として、次に取付金具１０に浸炭による表面硬化
処理を次のように施した。

第３図に示すように、取付け金具１０を上記装置の処理
炉内で９２５’Ｃまで徐冷し、次にカーボンポテンシャ
ル０．　９〜０．９５％の浸炭雰囲気（温度９２５６Ｃ
）中に１．５時間保持して浸炭処理し、次にカーボンポ
テンシャル０．８〜０．８５％の浸炭雰囲気（温度９２
５９Ｃ）中に１時間保持して拡散処理し、その後取付金
具１０を炉内で冷却した。上記浸炭処理による、浸炭深
さは０．６ｍｍであった。

最後に、上記取付金具１０を用いて点火プラグＰを組立
て第ｌ図・第２図のような点火ブラグＰを得た。

〈第２実施例〉 本実施例の点火プラグＰにおいては、第１実施例と同様
の条件でアルミナの絶縁被膜１６０を形成した。

次に、取付金具１０の再結晶化熱処理を次のように施し
た。

第４図に示すように取付金具１０を処理炉内で鋼のＡｃ
Ｉ変態点（７２３°Ｃ）より低い７０００Ｃに冷却し、
その後９２５’Ｃに加熱した。

このように熱処理することにより、ＨＩＰ処理により粗
粒化した取付金具１０の表面の結晶を再結晶化（細粒化
）した。

次に、第４図に示すように第１実施例と同様の条件で取
付金具１０に浸炭による表面硬化処理を施した。尚、浸
炭深さは０．　６　ｍｍであった。

最後に、上記取付金具１０を用いて第１実施例と同様に
点火ブラグＰを組立てた。

〈第３実施例〉 本実施例の点火プラグＰにおいては、第１実施例と同様
の条件でアルξナの絶縁被膜層６０を形成した。その後
、上記浸炭処理の代わりに、取付金具１０にガス軟窒化
による表面硬化処理を次のように施した。

第５図に示すように、取付金具１０を処理炉内で５７５
°Ｃまで徐冷し、次に取付金具１０を吸熱型のＲＸガス
５０％とアンモニアガス５０％の混合ガス雰囲気（温度
５７５゜Ｃ）中に２時間保持し、その後取付金具１０を
炉内で冷却した。

最後に、上記取付金具１０を用いて第１実施例と同様に
点火ブラグＰを組立てた。

〈第４実施例〉 本実施例の点火プラグＰにおいては、第１実施例と同様
の条件でアルミナの絶縁被膜ＪＷ６０を形成した。

次に、取付金具１０に次のように球状化処理を施した。

第６図に示すように、取付金具１０を熱処理炉内でＡｃ
＋変態点よりも低い７００°Ｃまで冷却し、次にＡｅｌ
変態点より高い７４００Ｃに加熱し、以下同様に冷却加
熱を計５回繰返し、その後取付金具１０を炉内で冷却し
た。この球状化処理を施した結果、取付金具１０の金属
組織が層状パーライトから球状パーライトに変えられた
。

最後に、上記取付金具１０を用いて第１実施例と同様に
点火プラグＰを組立てた。

〈第５実施例〉 本実施例の点火プラグＰにおいては、第１実施例と同様
の条件でアルミナの溶射被膜層を形成した。

次に、溶射被膜層の封孔処理を次のように施した。

第７図に示すように、取付金具１０をステンレス製（Ｓ
ＵＳ３０４相当品　厚さ３ｍｍ）の容器５に収容された
ガラス粉末６中に埋め込み、次に容器５を６００°Ｃに
加熱し、その後容器５をアルゴンガスの雰囲気（圧力：
　１　０　０　０　ｋｇ／　ＣｒＡ）中に０．５時間保
持した。

この処理により、取付金具１０の溶射被膜層の気孔にガ
ラス粉末を圧入して封孔した。尚、アルゴンガスに代え
て窒素ガスを用いてもよい。

最後に、上記取付金具１０を用いて第１実施例と同様に
点火プラグＰ−ｔ−組立てた。

〈第６実施例〉 本実施例の点火プラグＰにおいては、第１実施例と同様
の条件でアルξナの溶射被膜層を形成した。

次に、溶射被膜層の封孔処理を次のように施した。

取付金具１０の溶射被膜層の表面をアセトンで脱脂し、
次に取付金具１０を真空容器（真空度：５　ｍｍｌｇ）
中に１５分保持した。その後真空容器中でコロイダルシ
リ力（Ｓｔ　○：，｝｛２　０＝３　：　７）を溶射被
膜層に注入し、次に真空容器内に加圧エア（圧力：　７
　ｋｇ　／　ａｉ　）を約１５分間充填し、溶射被膜層
の気孔にコロイダルシリカを圧入して封孔した。その後
取付金具１０を真空容器から取り出して水洗いし、次に
、乾燥（温度：ｔｏｏ”ｃ，時間：ＩＨｒ）Ｌた。

最後に、上記取付金具１０を用いて第１実施例と同様に
点火ブラグＰを組立てた。

上記各実施例の絶縁被膜層６０の形成方法及び取付金具
１０の熱処理の有無を第１表にまとめて示す。

第１表 ○：実施、×：不実施 第１表において、比較例の点火プラグＰは第１実施例と
同様の条件でアルミナの溶射被膜層だけを形成したもの
である。

以上のように形或された絶縁被膜層６０を有する各実施
例の点火ブラグＰの作用について説明する。

先ず、上記各絶縁被膜層６０の形或において、溶射被膜
層に存在する気孔を封孔するために施した封孔処理の効
果確認試験について説明する。

上記試験を行うに際しては、取付金具１０と同し材質（
ＪＩＳ　　Ｓ２５Ｃ）で寸法が５０ｍｍＸ５０ｍｍＸ５
ｎｍの鋼板１に、第１実施例〜第６実施例と同様に絶縁
被膜Ｎ６０を形成した５つの試験片Ｔを用意した（第８
図参照）。

尚、比較例として、上記鋼板１にアルミナの溶射被膜層
だけを形成した試験片Ｔも用意した。

封孔性の確認は、第８図に示したようにスポイトＳによ
り各試験片Ｔの絶縁被膜Ｎ６０に水滴を１滴投下し、１
０秒経過後の水滴の直径を測定することにより行った。

第２表に試験結果を示す。

第２表 上記第２表から明らかなように、比較例に比べ各実施例
の水滴の直径は小さくなっており、封孔処理により溶射
被膜層の気孔が封孔されていることがわかる。

次に、絶縁被膜層６０の絶縁性の確認のために行った耐
電圧試験について説明する。

上記耐電圧試験は、第９図に示すように各試験片Ｔの下
端を耐電圧試験機３のグランドに接続し、耐電圧試験機
３のロゴスキ電極４を各試験片Ｔの絶縁被膜層６０に当
接させ、各試験片Ｔに２５ｋｖの電圧を印加して絶縁被
膜層６０が絶縁破壊（短絡）するまでの時間を測定する
ことにより行った。

第３表に試験結果を示す。

第３表 尚、上記耐電圧試験において、比較例の試験片Ｔは約１
０分後に短絡した．また、第１実施例〜第６実施例の各
試験片Ｔは約９時間の印加時間経過後も絶縁破壊がなか
ったので試験を中止した。

上記第３表から明らかなように、各実施例の試験片Ｔの
絶縁被膜層６０は、封孔処理により溶射被膜層の気孔が
完全に封孔され、充分に実用に耐えうる絶縁性を備えて
いることがわかる．第１０図は、絶縁被膜層６０を形成
した点火プラグＰと絶縁被膜層６０を有しない従来の点
火ブラグＰについて、そのスパーク電圧を測定した結果
である。尚、測定は、取付金具１０のネジ部ｌｌの径が
Φ１０、Φｌ２、Φ１４の各点火プラグＰについて行っ
た。

第１０図から明らかなように、絶縁被膜層６０を形成し
た点火プラグＰは、従来の点火プラグＰに比べスパーク
電圧が大幅に高くなっている。

このように、取付金具１０の下端面に絶縁被膜層６０を
形成した点火プラグＰにおいては、絶縁被膜層６０によ
り中心電極４０から取付金具１０への電流のリークが防
止されるので、取付金具１０を小型化してもスパーク電
圧が低下せず安定した性能の点火プラグＰとすることが
出来る。

また、絶縁被膜Ｊｉ６０はアルミナにより形成されるの
で、汚損物質の付着が少くなり耐汚損性を向上させるこ
とが出来る。

次に、取付金具１０の再結晶化処理を含む熱処理の効果
をネジ部１１の硬度、疲労強度及び耐焼付性の観点から
説明する。

第１１図に示したように、熱処理を施していない第５実
施例と第６実施例と比較例の点火プラグＰのネジ部ｌ１
は、絶縁被膜層６０の形戒時の焼なまし状態のままであ
るが実用上問題のない硬度を維持している。浸炭による
表面硬化処理を施した第１実施例と第２実施例の点火プ
ラグＰのネジ部ｌ１とガス軟窒化による表面硬化処理を
施した第３実施例の点火プラグＰのネジ部１１とは、軟
化した表面硬度が改善されている。

一方、球状化処理を施した第４実施例の点火ブラグＰの
ネジ部１１の表面は、熱処理を施していない第５実施例
及び第６実施例と比べ硬度が低下していることがわかっ
た。

第４表は、ネジ部１１の疲労限界試験と耐焼付性試験を
行った結果である。

〈本頁以下余白） 第４表 耐焼付性　○：良、△：昔通、×：悪い上記耐焼付性試
験は、第１２図（ａ）　　・第１２図（ｂ）に示したよ
うに楕円状のネジ孔２ａを有する六角ナソト２を各実施
例の点火プラグＰに螺合し、六角ナット２の締め付けと
緩めを繰返し、その際の締め付けトルクを測定すること
により行った。

第４表の試験結果が示すように、浸炭による表面硬化処
理を施した第１実施例と第２実施例のネジ部ｌ１とガス
軟窒化による表面硬化処理を施した第３実施例のネジ部
１ｌは、疲労強度及び耐焼付性において優れ、また熱処
理を施していない第５実施例と第６実施例のネジ部１１
においても実用上問題のない疲労強度と耐焼付性を備え
ているが、球状化処理をした第４実施例のネジ部１１は
疲労強度及び耐焼付性ともに低下していることがわかっ
た。

従って、取付金具１０に絶縁被膜層６０を形戒した後に
、取付金具１０に浸炭或いはガス軟窒化による熱処理を
施すことが望ましい。

このように、取付金具１０のうち中心電極側に臨む端面
に絶縁被膜層６０を形或することにより、信頼性・耐久
性・耐汚損性に優れた小型・小径の点火ブラグＰを得る
ことが出来る。

〔変形例〕

第１３図に示したように、取付金具１０の下端面に加え
て取付金具１０の環状隙間１３の内周面と接地電極５０
のうち中心電極対向部５０ａを除く部分にも上記絶縁被
膜層６０を形成してもよい。

このように絶縁被膜層を形成することにより、取付金具
１０及び接地電極５０のうちの中心電極対向部５０ａ以
外の部分と中心電極４０間の絶縁性を高めることが出来
、カーボンなどの汚損物質の付着を少くして電流のリー
クを防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１３図は、本発明の実施例に係るもので、第
１図は点火プラグの縦断面図、第２図は点火プラグの要
部拡大縦断面図、第３図は取付金具のＨＩＰ処理及び浸
炭処理の熱処理サイクルの線図、第４図は取付金具のＨ
ＩＰ処理と再結晶化処理及び浸炭処理の熱処理サイクル
の線図、第５図は取付金具のＨＩＰ処理及びガス軟窒化
処理の熱処理サイクルの線図、第６図は取付金具のＨＩ
Ｐ処理及び球状化熱処理の熱処理サイクルの線図、第７
図は取付金具のガラス圧入による封孔処理を示す断面図
、第８図は封孔性ｌＩＩＩ認試験のテストピースの断面
図、第９図は耐電圧試験のテストビース等の断面図、第
１０図はスパーク電圧の測定値のグラフ、第１１図は取
付金具のネジ部の硬度分布図、第１２図（ａ）は耐焼付
性試験装置の要部断面図、第ｌ２図（ｂ）は同試験装置
のナント等の平面図、第１３図は変形例に係る第２図相
当図である。 １０・・取付金具、　　１１・・ネジ部、　４０・・中
心電極、　５０・・接地電極、　５０ａ・・中心電極対
向部、　６０・・絶縁被膜層、　Ｐ・・点火プラグ。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周にネジ部を有する取付金具を備えたエンジン
   の点火プラグにおいて、 上記取付金具のうち中心電極側に臨む端面と接地電極の
   うちの中心電極対向部以外の部分との少なくとも一方に
   絶縁被膜層を形成したことを特徴とする点火プラグ。
2. （２）外周にネジ部を有する取付金具を備えたエンジン
   の点火プラグの製造方法であって、 上記取付金具のうち中心電極側に臨む端面と接地電極の
   うちの中心電極対向部以外の部分との少なくとも一方に
   絶縁物質からなる溶射被膜層を形成し、 次に、上記溶射被膜層に熱間静水圧処理を施して溶射被
   膜層の気孔を封孔することを特徴とする点火プラグの製
   造方法。