JPWO2021111719A1 - スパークプラグ - Google Patents
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Abstract
Description
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)本開示のスパークプラグは、中心電極と、軸線を中心として筒状をなすように設けられ、自身の内部に前記中心電極を絶縁保持する金具であって、自身の側面に径方向に延びる孔部を有する金具と、前記孔部において支えられ、前記孔部から前記軸線に向けて延設された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、前記接地電極は、前記孔部に固定された金属製の固定部と、前記中心電極との間に間隙を形成する放電面を有し、前記固定部よりも前記軸線側に配された貴金属を含む発火部と、を備えて構成され、前記金具と前記固定部の熱膨張係数差の絶対値は、前記金具と前記発火部の熱膨張係数差の絶対値よりも小さい、スパークプラグである。
上記構成によれば、圧入部の熱膨張係数は発火部の熱膨張係数よりも大きいため、スパークプラグが高温になった際に、圧入部が貴金属で構成されている場合よりも、接地電極の脱落を抑制できる。また、発火部を構成する貴金属は高価であるため、貴金属よりも安価な金属で圧入部を構成することで、スパークプラグの製造コストを低減できる。
NiまたはNiが一番多く含まれる合金は貴金属よりも安価な金属であるため、固定部が貴金属で構成されている場合と比較して、スパークプラグの製造コストを低減できる。また、Niは高い融点を持つため、火花に対する耐消耗性という点においても十分な性能を発揮できる。
上記構成によれば、接続部の断面積が発火部側の端部よりも固定部との境界のほうが大きいから、固定部と接続部の境界において振動によって変形や折損が生じにくくなり、接地電極の破損を防ぎやすくなる。また、発火部から固定部に向かう熱引き効果を高めることができる。
上記構成によれば、接続部がテーパ部を有するから、吸気の際に中心電極と放電面との間の間隙に混合気が入りやすくでき、点火した際に接続部が燃焼の邪魔をしないようにできる。さらに、テーパ部を備えることで、固定部と接続部の境界において振動によって変形や折損が生じにくくなり、接地電極の破損をさらに防ぎやすくなる。
本開示のスパークプラグの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図1は実施形態1のスパークプラグ100の断面図である。図2は、図1のスパークプラグ100の先端部を拡大した断面図である。図1、図2の一点破線は、スパークプラグ100の軸線AXを示している。軸線AXと平行な方向(図1、図2の上下方向)を軸線方向ともいう。軸線AXと垂直な面上の円の径方向を単に「径方向」といい、当該円の周方向を単に「周方向」という。軸線AXと垂直な面上の円は軸線AXを中心とする円でなくてもよく、すなわち径方向は軸線AXと交わらない方向でもよい。図1における下方向を先端方向FDといい、図1における上方向を後端方向BDという。図1、図2における下側をスパークプラグ100の先端側といい、図1、図2における上側をスパークプラグ100の後端側という。
絶縁体10は、軸線AXに沿って延び、絶縁体10を貫通する貫通孔である軸孔12を有する略円筒状の部材である。絶縁体10は、例えば、アルミナ等のセラミックスを用いて形成されている。絶縁体10は、鍔部19と、後端側胴部18と、先端側胴部17と、縮外径部15と、脚長部13と、を備えている。
主体金具50は、導電性の金属材料(例えば、低炭素鋼材)で形成され、内燃機関のエンジンヘッド(図示省略)にスパークプラグ100を固定するための円筒状の金具である。主体金具50には、軸線AXに沿って貫通する貫通孔59が形成されている。主体金具50は、絶縁体10の径方向の周囲(すなわち、外周)に配置されている。すなわち、主体金具50の貫通孔59内に、絶縁体10が挿入、保持されている。絶縁体10の後端は、主体金具50の後端よりも後端側に突出している。
中心電極20は、軸線AXに沿って延びる棒状の中心電極本体21と、発火部29と、を備えている。中心電極本体21は、絶縁体10の軸孔12の内部の先端側の部分に保持されている。すなわち、中心電極20の後端側(中心電極本体21の後端側)は、軸孔12内に配置されている。中心電極本体21は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、例えば、ニッケル(Ni)製またはニッケル(Ni)が一番多く含まれる合金(例えば、NCF600、NCF601等のNi合金)製とされている。中心電極本体21は、NiまたはNi合金で形成された母材と、その母材の内部に埋設された芯部と、を含む2層構造を有してもよい。この場合には、芯部は、例えば、母材よりも熱伝導性に優れる銅(Cu)製または銅(Cu)が一番多く含まれる合金で形成される。
端子電極40は、軸線方向に延びる棒状の部材である。端子電極40は、絶縁体10の軸孔12に後端側から挿通され、軸孔12内において、中心電極20よりも後端側に位置している。端子電極40は、導電性の金属材料(例えば、低炭素鋼)で形成され、端子電極40の表面には、例えば、防食のために、Niなどのめっきが形成されている。
抵抗体70は、絶縁体10の軸孔12において端子電極40の先端と中心電極20の後端との間に配置されている。抵抗体70は、例えば、1KΩ以上の抵抗値(例えば、5KΩ)を有し、火花発生時の電波ノイズを低減する機能を有する。抵抗体70は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。
主体金具50の側面には径方向に延びる孔部55が設けられており、接地電極30は、主体金具50の孔部55に挿入された状態で固定されている。ここで、孔部55が延びる方向である径方向は、軸線AXと交わらない方向でもよい。主体金具50の先端は、中心電極20の先端よりも先端側に位置しており、軸線方向において主体金具50の先端と中心電極20の先端との間の位置に接地電極30が配されている。孔部55は、主体金具50の貫通孔59を構成する周壁を径方向に貫通する形態で設けられている。
接地電極30は、図2に示すように、孔部55において支えられ、孔部55から軸線AXに向けて延設されている。接地電極30は、孔部55に挿入されて固定された接地電極本体31と、接地電極本体31の先端に固定された発火部39と、を備えて構成されている。接地電極本体31は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、例えば、ニッケル(Ni)製またはニッケル(Ni)が一番多く含まれる合金(例えば、NCF600、NCF601等のNi合金)製とされている。接地電極本体31は、NiまたはNi合金で形成された母材と、その母材の内部に埋設された芯部と、を含む複層構造を有してもよい。この場合には、芯部は、例えば、母材よりも熱伝導性に優れる銅(Cu)製または銅(Cu)が一番多く含まれる合金で形成される。
次に、圧入部32と発火部39の熱膨張率の測定方法について説明する。熱膨張率は、TMA(Thermomechanical Analysis)の圧縮法で測定される。圧入部32と発火部39をそれぞれ同様の寸法形状に切り出し、それぞれ複数のサンプル(例えば30サンプル以上)を測定し、その平均値を熱膨張係数とする。切り出し位置はそれぞれ任意の点から1つのプラグにつき1サンプルとし、平均をとる際のサンプル数は圧入部32と発火部39とで同数にする。
以上説明した本実施形態のスパークプラグ100によれば、発火部39の熱膨張係数より圧入部32の熱膨張係数が主体金具50の熱膨張係数に近い値となるから、スパークプラグ100が高温になった際に熱膨張係数差に起因して圧入部32の主体金具50に対する保持力が低下することを抑制でき、もって接地電極30の脱落を抑制できる。
次に、実施形態1の接地電極30の構成を変更した実施形態2について図5を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態2の接地電極120は、孔部55から突出した接地電極本体121と、接地電極本体121の突出端に固定された発火部129と、を備えて構成されている。接地電極本体121は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部122と、圧入部122と発火部129をつなぐ接続部123と、を備える。圧入部122が請求項の「固定部」に対応する。接続部123は、圧入部122と一体に構成されている。一方、接続部123と発火部129は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
次に、実施形態2の接地電極120の構成を一部変更した実施形態3について図6を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態3の接地電極130は、孔部55から突出した接地電極本体131と、接地電極本体131の突出端に固定された発火部139と、を備えて構成されている。接地電極本体131は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部132と、圧入部132と発火部139をつなぐ接続部133と、を備える。圧入部132が請求項の「固定部」に対応する。接続部133は、圧入部132と一体に構成されている。一方、接続部133と発火部139は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
次に、実施形態3の接地電極130の構成を一部変更した実施形態4について図7を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態4の接地電極140は、孔部55から突出した接地電極本体141と、接地電極本体141の突出端に固定された発火部149と、を備えて構成されている。接地電極本体141は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部142と、圧入部142と発火部149をつなぐ接続部143と、を備える。圧入部142が請求項の「固定部」に対応する。接続部143は、圧入部142と一体に構成されている。一方、接続部143と発火部149は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
次に、実施形態1の接地電極30の構成を一部変更した実施形態5について図8を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態5の接地電極150は、孔部55から突出した接地電極本体151と、接地電極本体151の突出端に固定された発火部159と、を備えて構成されている。接地電極本体151は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部152と、圧入部152と発火部159をつなぐ接続部153と、を備える。圧入部152が請求項の「固定部」に対応する。接続部153は、圧入部152と一体に構成されている。一方、接続部153と発火部159は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
次に、実施形態5の接地電極150の構成を一部変更した実施形態6について図9を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態6の接地電極160は、孔部55から突出した接地電極本体161と、接地電極本体161の突出端に固定された発火部169と、を備えて構成されている。接地電極本体161は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部162と、圧入部162と発火部169をつなぐ接続部163と、を備える。圧入部162が請求項の「固定部」に対応する。接続部163は、圧入部162と一体に構成されている。一方、接続部163と発火部169は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
[本開示の実施形態7の詳細]
次に、実施形態1の接地電極30の構成を一部変更した実施形態7について図10を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施形態の接地電極170は、孔部55に挿入された接地電極本体171と、接地電極本体171の基端に一体に設けられた溶接部172と、接地電極本体171の先端に固定された発火部179と、を備えている。溶接部172が請求項の「固定部」に対応する。接地電極本体171は、孔部55に対して主体金具50の外周側から挿入されており、溶接部172は、主体金具50の外周面に当接している。溶接部172は主体金具50の外周面側に対してレーザ溶接等の溶接により固定されている(網掛けで図示されている箇所が溶接によって溶融した溶融部173を示している)。レーザ溶接は主体金具50の外周面側から溶接部172に対して行われ、溶融部173は溶接部172を通過して主体金具50の内部に至っている。
主体金具50と発火部179の熱膨張係数差は、主体金具50と溶接部172の熱膨張係数差よりも大きいものとされ、溶接部172の熱膨張係数は、発火部179の熱膨張係数よりも大きいものとされている。混合気が燃焼するとスパークプラグ100は高温状態となるため、主体金具50の孔部55が拡径し、溶接部172にクラックが入るおそれがある。仮に、接地電極本体171が発火部179と同じ金属で構成されているとした場合、クラックが進行して溶接部172が破損し、接地電極本体171が孔部55から脱落するなどのおそれがある。そこで、本実施形態では発火部179の熱膨張係数より溶接部172の熱膨張係数が主体金具50の熱膨張係数に近い値となるようにしたから、クラックの発生を防いで溶接部172の破損を回避できる。
(1)実施形態1から7では、接地電極が接続部を有するものを例示しているものの、発火部が孔部に直接固定された接地電極としてもよい。
10…絶縁体、12…軸孔、12L…大内径部、12S…小内径部、13…脚長部、15…縮外径部、16…縮内径部、17…先端側胴部、18…後端側胴部、19…鍔部
20…中心電極、21…中心電極本体、23…頭部、24…鍔部、25…脚部、29…発火部、295…第1放電面
30…接地電極、31…接地電極本体、32…圧入部、33…接続部、34…溶接部、35…テーパ部、39…発火部、395…第2放電面(放電面)
40…端子電極
50…主体金具(金具)、51…工具係合部、52…取付ネジ部、53…加締部、54…座部、55…孔部、56…段部、58…圧縮変形部、59…貫通孔
60…シール部材
70…抵抗体
80…シール部材
100…スパークプラグ
120…接地電極、121…接地電極本体、122…圧入部、123…接続部、129…発火部
130…接地電極、131…接地電極本体、132…圧入部、133…接続部、136…延設部、139…発火部
140…接地電極、141…接地電極本体、142…圧入部、143…接続部、146…延設部、149…発火部
150…接地電極、151…接地電極本体、152…圧入部、153…接続部、159…発火部
160…接地電極、161…接地電極本体、162…圧入部、163…接続部、165…テーパ部、169…発火部
170…接地電極、171…接地電極本体、172…溶接部、173…溶融部、179…発火部
AX…軸線、G…間隙
Sk…接地電極のうち、圧入部と接続部の境界における軸線と平行、かつ、接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積
Sh…接地電極のうち、接続部における発火部側の端部における軸線と平行、かつ、接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積
Claims (5)
- 中心電極と、
軸線を中心として筒状をなすように設けられ、自身の内部に前記中心電極を絶縁保持する金具であって、自身の側面に径方向に延びる孔部を有する金具と、
前記孔部において支えられ、前記孔部から前記軸線に向けて延設された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記孔部に固定された金属製の固定部と、前記中心電極との間に間隙を形成する放電面を有し、前記固定部よりも前記軸線側に配された貴金属を含む発火部と、を備えて構成され、
前記金具と前記固定部の熱膨張係数差の絶対値は、前記金具と前記発火部の熱膨張係数差の絶対値よりも小さい、スパークプラグ。 - 前記固定部は、前記孔部に圧入されることで固定されており、前記固定部の熱膨張係数は、前記発火部の熱膨張係数よりも大きい、請求項1に記載のスパークプラグ。
- 前記固定部は、Ni製またはNiが一番多く含まれる合金製である、請求項1または請求項2に記載のスパークプラグ。
- 前記接地電極は、前記固定部と、前記発火部と、前記固定部と前記発火部をつなぐ接続部と、を備えて構成され、
前記接地電極のうち、前記固定部と前記接続部の境界における前記軸線と平行、かつ、前記接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積は、前記接続部における前記発火部側の端部における前記軸線と平行、かつ、前記接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積よりも大きい、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスパークプラグ。 - 前記接続部は、テーパ部を有する、請求項4に記載のスパークプラグ。
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