JPH0517985U - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カーボン等のデポジションが付着しても放電火
花の横飛び現象がなく、安定した放電火花が得られると
ともに、放熱性及び気密性に優れ電極の耐久性を向上さ
せた極めて簡単な構造の点火プラグを安価に得る。 【構成】高融点金属から成る導電材２をセラミック体３
中に埋設し、セラミック体３の先端に設けた溝４の両側
面５ａ、５ｂに対向して導電材２を露出させ、火花放電
用の電極６ａ、６ｂとし、セラミック体３の側面外周に
露出した導電材２を取付金具９及び筒状金具７を介した
外部端子８にそれぞれ接続して点火プラグ１を構成す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、火花点火機関及びディーゼル機関等の内燃機関に使用される点火プ ラグに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、各種内燃機関では省エネルギー対策のために燃費の改善が要求されてお り、この燃費改善の方法として飛火ミスや点火ミス等の失火を起こしやすい希薄 混合気でも確実に着火させることが必要であることから、着火性を直接左右する 点火プラグの研究・開発が鋭意行われている。

【０００３】 一般にスパーク放電によって混合気を直接加熱着火する点火プラグは、図４に 示すように燃焼室に装着できるように取付用の金具１０と、放電ギャップ１１を 形成する中心電極１２と外側電極１３、及び外部端子から燃焼室に突き出た放電 ギャップ１１に火花放電させるための高電圧を漏電することなく導くブッシング の役目をする絶縁体１４とで構成されている。

【０００４】 このような点火プラグは、絶えず爆発的な内燃機関用燃料の燃焼による高温高 圧に曝される一方、吸入した混合気は常温に近いために極めて大きな熱衝撃を受 けるとともに、更に３０ｋＶにも及ぶ高電圧が印加されるという厳しい環境下に あり、このような状況でも破損したり機能停止したりしないように、耐熱強度や 熱衝撃、気密性や構造的強度等に関して種々配慮されている（特公昭５８−４０ ８３２号公報、特開昭６２−８４８４号公報参照）。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前記点火プラグの代表的な構造には、中心電極１２と絶縁体１ ４との封着に耐熱性及び弾力性を有する滑石等の粉末１５を充填圧入した粉末充 填構造や、中心電極と絶縁体との封着にガラス粉末と金属粉末の混合物を加熱溶 解後、ホットプレスしてガラスシール構造とする等、中心電極と絶縁体との封着 に複雑な方法を用いて気密性を確保しており、加工工程が複雑かつ長いという欠 点とともに、中心電極１２外周の絶縁体１４がカーボン等で汚損すると、外側電 極１３が外部に大きく露出していることから、中心電極１２と外側電極１３との 放電ギャップ１１以外から放電する、いわゆる横飛び現象等が生じ易いという課 題があった。

【０００６】

【考案の目的】

本考案は前記課題に鑑み案出されたもので、その目的は熱伝導が良く、電極の 消耗が少なく、カーボン等で汚損しても横飛び現象等が発生せず、常に安定した 火花放電を確保できる極めて簡単な構造の点火プラグを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の点火プラグは、高融点金属から成る導電材を埋設したセラミック体の 先端部に溝を設け、該溝の両側面に導電材を露出させて火花放電用の電極とした ことを特徴とするものである。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の点火プラグを図面に基づき詳細に説明する。 図１は、本考案に係る点火プラグの一実施例を示す断面図であり、図２は図１ に示す点火プラグの要部を一部破断した斜視図である。

【０００９】 図において、１は高融点金属から成る導電材２をセラミック体３中に埋設し、 セラミック体３の先端に設けた溝４の両側面５ａ、５ｂに対向して導電材２を露 出させ、火花放電用の電極６ａ、６ｂとした点火プラグである。

【００１０】 点火プラグ１は、導電材２の一方の端部をセラミック体３の側面外周に露出さ せた後端部に少なくとも前記露出面にニッケル等の金属被膜を設け、筒状金具７ を介してセラミック体３の後端部に外部端子８をろう材により固着して一方の電 極を取り出し、次いで筒状金具７を介して外部端子８を後端部に固着したセラミ ック体３を取付用金具９に内挿し、セラミック体３の側面外周に露出した少なく とも該露出面にニッケル等の金属被膜を設けた導電材２の他端に接続するように ろう付けして他方の電極を取り出し、埋設した導電材２の陽極端子及び陰極端子 とすることにより形成されている。

【００１１】 前記高融点金属から成る導電材２を埋設したセラミック体３は、図２に示すよ うに断面が矩形の板状でなくとも、円形または半円形や多角形等の棒状であって も、その形状はいずれであっても良い。

【００１２】 尚、本考案の点火プラグにおいて、高融点金属から成る導電材としては火花放 電による消耗が少なく、熱伝導が良好で高温強度が大きく、加工が容易で安価で あること、一方、絶縁材料としてのセラミック体は熱伝導率が高く、熱衝撃に対 する機械的強度が大であり、高温まで絶縁性が高く耐熱性を有し、高電圧に耐え るものが望ましく、その上、導電材とセラミック体は高融点で熱膨張係数が近似 したものが良い。

【００１３】 とりわけ窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）や炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とするセラミ ック体を絶縁材料とする場合、前記導電材はタングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒ ｅ）及びそれらの合金が望ましく、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）やムライト（３Ａｌ ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ ）を主成分とするセラミック体を絶縁材料とする場合、前記 導電材は白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）及びそれらの合 金が望ましい。

【００１４】 また、セラミック体３の先端部に設けた溝４の巾は、０．１５〜２．０ｍｍの 範囲内であれば、溝４の先端から溝４の側面５ａ、５ｂに電極６ａ、６ｂとして 対向して露出する導電材２の中心までの距離ｌ₁ は０．２〜３．０ｍｍで、かつ 溝４の最奥部から露出した導電材２までの距離ｌ₂ は０〜５．０ｍｍであること がカーボン等のデポジットの付着対策及び電極の耐久性の点からは望ましい。

【００１５】 一方、火花放電用の電極として露出させた導電材の露出面積は火花放電による 電極の消耗、即ち耐久性とセラミック体との熱膨張差をなるべく小さくするとい う点から直径０．５〜３．０ｍｍの範囲内が望ましい。

【００１６】 以下、本考案の点火プラグを具体的に詳述する。 窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）粉末９０重量％に、焼結助剤としてイットリア（Ｙ₂ Ｏ₃ ）粉末４重量％及びアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）粉末６重量％を添加した原料粉 末をボールミルにて混合粉砕し、得られた混合物の泥漿を噴霧乾燥して造粒し、 断面が矩形の板状の窒化珪素質成形体を作製した。

【００１７】 次に、該成形体の平面上に、高融点金属から成る導電材として直径０．４５ｍ ｍの略Ｕ字形状のタングステン（Ｗ）線を載置し、該導電材を挟むように前記同 形状の別の窒化珪素質成形体を重ねて加圧焼成した。

【００１８】 かくして得られた高融点金属から成る導電材を埋設したセラミック体を、薄刃 の回転砥石またはレーザー切断装置により巾０．１５ｍｍの溝をセラミック体の 先端部から４ｍｍ内部まで切り込み加工し、前記溝の先端から導電材の中心まで の距離ｌ₁ を約２．５ｍｍとして前記導電材を溝側面に露出させた。

【００１９】 また、前記セラミック体の外周を研磨し、かつ側面外周から前記導電材として 埋設したタングステン（Ｗ）線の両端部の一部を露出させて厚さ約５ｍｍ、巾約 ７ｍｍ、長さ約７０ｍｍの評価用セラミック体を得た。

【００２０】 次いで、上記評価用セラミック体の側面外周に露出させたタングステン（Ｗ） 線の両端部の少なくとも露出表面上に、それぞれニッケル（Ｎｉ）を主成分とす る金属被膜を形成した後、該セラミック体の後端部には筒状金具を介して外部端 子を、また他方の導電材の露出表面には取付金具をそれぞれ還元ガス雰囲気中で 銀ろうにてろう付けして点火プラグを得た。

【００２１】 尚、セラミック体と取付金具とは、セラミック体を内挿するための取付金具の 嵌合孔の内寸をセラミック体の外寸より若干小さめに形成して焼き嵌めにより接 合しても良い。

【００２２】 かかる点火プラグをカーボン等のデポジットが発生し易い運転条件として、寒 冷地や都市走行の渋滞時を想定して燃料と空気の比を３対１４．５とし、アイド リング状態から時速４０ｋｍまで速度を上げ、いったん時速２５ｋｍまで下げて 再度時速４０ｋｍまで上げる試験パターンを１０分間で行うのを１サイクルとし 、一定時間毎に定められた点火時期以前に点火プラグのカーボン体積部等のスポ ット的な熱源より点火してしまうことにより生じるプレイグニッション発生角度 を測定して耐プレイグニッション性能を評価した。

【００２３】 その結果、運転開始直後のプレイグニッション角度は従来品が４５°であるの に対し、本考案の点火プラグは４４°で、４０時間後のプレイグニッション発生 角度は従来品では３０°であるのに対し、本考案では３１°と本考案の点火プラ グはプレイグニッション発生角度の変化がやや少ない傾向を示した。

【００２４】 次に、高圧の空気を封じ込んだ試験容器にガスケットを介して前記点火プラグ を装着し、前記試験容器内で１０⁷ パルスの火花放電を行い、点火プラグ先端の 温度を７００〜１０００℃に種々設定して高温酸化による電極の消耗量を電極断 面のマイクロメーター付顕微鏡による測定から求めた。

【００２５】 その結果、点火プラグ先端の温度が７００℃では従来品の電極消耗量が０．０ ４５ｍｍ／１０⁷ パルスであるのに対し、本考案では０．０３７ｍｍ／１０⁷ パ ルスであり、また前記温度が１０００℃の場合には従来品が０．１８７ｍｍ／１ ０⁷ パルスとなるのに対して、本考案では０．１５５ｍｍ／１０⁷ パルスと耐久 性が優れていることが明らかとなった。

【００２６】 また、図３は本考案に係る点火プラグの他の実施例を示す要部を一部破断した 斜視図であり、溝４をセラミック体３先端の側面から切り込んで火花放電部を形 成したもので、ｌ₃ は溝４の先端から溝４の側面５ａ、５ｂに電極６ａ、６ｂと して対向して露出させた導電材２の中心までの距離を示し、ｌ₄ は溝４の最奥部 から導電材２までの距離を示す。本実施例においても前記同様の結果を示すこと を確認している。

【００２７】

【考案の効果】

叙上の如く、本考案の点火プラグは高融点金属から成る導電材を埋設したセラ ミック体の先端部に溝を設け、該溝の両側面に導電材を露出させて火花放電用の 電極としたことから、放電電極面以外は露出していないためカーボン等のデポジ ションが付着しても放電火花の横飛び現象がなく、安定した放電火花が得られる とともに、放熱性及び気密性に優れ電極の耐久性を向上させた極めて簡単な構造 の点火プラグを安価に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る点火プラグの一実施例を示す断面
図である。

【図２】図１に示す点火プラグの要部を一部破断した斜
視図である。

【図３】本考案に係る点火プラグの他の実施例を示す、
要部を一部破断した斜視図である。

【図４】従来の点火プラグを示す断面図である。

【符号の説明】

１ 点火プラグ ２ 導電材 ３ セラミック体 ４ 溝 ５ａ、５ｂ 側面 ６ａ、６ｂ 電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】高融点金属から成る導電材を埋設したセラ
   ミック体の先端部に溝を設け、該溝の両側面に導電材を
   露出させて火花放電用の電極としたことを特徴とする点
   火プラグ。