WO2010082409A1 - スパークプラグ - Google Patents

スパークプラグ Download PDF

Info

Publication number
WO2010082409A1
WO2010082409A1 PCT/JP2009/070455 JP2009070455W WO2010082409A1 WO 2010082409 A1 WO2010082409 A1 WO 2010082409A1 JP 2009070455 W JP2009070455 W JP 2009070455W WO 2010082409 A1 WO2010082409 A1 WO 2010082409A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
insulator
metal shell
spark plug
less
tip
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/070455
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
彰 鈴木
友聡 加藤
守 無笹
稔貴 本田
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本特殊陶業株式会社 filed Critical 日本特殊陶業株式会社
Priority to EP09838374.8A priority Critical patent/EP2388792B1/en
Priority to US13/142,893 priority patent/US8395307B2/en
Priority to JP2010515153A priority patent/JP5156094B2/ja
Priority to KR1020117018735A priority patent/KR101280708B1/ko
Priority to CN2009801508564A priority patent/CN102257586A/zh
Publication of WO2010082409A1 publication Critical patent/WO2010082409A1/ja

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
    • H01T13/02—Details
    • H01T13/14—Means for self-cleaning
    • 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
    • H01T13/36—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the joint between insulation and body, e.g. using cement

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug used for an internal combustion engine or the like.
  • the spark plug is attached to an internal combustion engine (engine), for example, and is used for ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber.
  • a spark plug is composed of an insulator having a shaft hole, a center electrode inserted through the shaft hole, a metal shell provided on the outer periphery of the insulator, and a front end surface of the metal shell. And a ground electrode that forms a spark discharge gap therebetween.
  • the step provided on the inner peripheral surface of the metal shell and the step provided on the outer peripheral surface of the insulator are connected via a metal plate packing. (See, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a spark plug that can more reliably prevent adhesion / deposition of carbon to an insulator and improve antifouling property. It is to provide.
  • the spark plug of this configuration includes a rod-shaped center electrode extending in the axial direction, A cylindrical insulator having an axial hole extending in the axial direction and the center electrode provided in the axial hole; A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator, directly or indirectly in contact with the outer peripheral surface of the insulator, and having a support portion for supporting the insulator; , A ground electrode extending from the tip of the metal shell, and forming a gap between the tip of the metal shell and the tip of the center electrode;
  • the insulator is a spark plug having a step portion supported by a support portion of the metal shell and a leg long portion formed on the tip end side in the axial direction of the step portion,
  • the volume of the space formed between the long leg portion of the insulator and the inner peripheral surface of the metal shell is set to 100 mm 3 or more and 300 mm 3 or less,
  • the center line average roughness of the surface of the leg long part is 1.8 ⁇ m or less.
  • the “centerline average roughness” is standardized by JIS B0601, and simply put, it is between the outline of the cross section in a predetermined length range and the centerline of the outline. It is a value obtained by calculating the total area of the region (integration of the distance between the cross-sectional curve and the center line) and dividing the total area by the predetermined length.
  • a noble metal tip made of a noble metal alloy may be provided at the tip of the center electrode or the ground electrode.
  • the gap is formed between the two noble metal tips.
  • the noble metal tip is provided only on one electrode, the gap is provided on one electrode. It is formed between the noble metal tip and the tip of the other electrode (hereinafter the same).
  • the space formed between the leg length part of the insulator and the inner peripheral surface of the metal shell is the space formed between the leg length part and the metal shell, in detail.
  • the spark plug when assembled to the internal combustion engine, it means one that is connected to the internal space of the combustion chamber.
  • the volume of the space formed between the long leg portion of the insulator and the inner peripheral surface of the metal shell (hereinafter referred to as “gas volume”) is 100 mm 3 or more. Therefore, a relatively large distance between the insulator and the metal shell can be ensured, and the occurrence of spark discharge between the insulator and the metal shell can be more reliably prevented.
  • the gas volume is set to 300 mm 3 or less, it is possible to suppress the opening of the space from being extremely expanded and to suppress the intrusion of carbon into the space.
  • the leg length is smoothed so that the center line average roughness of the surface is 1.8 ⁇ m or less.
  • the surface of the leg long part is hardly formed with irregularities that cause the carbon to be caught or fitted. Therefore, it is possible to more reliably prevent carbon from adhering to and accumulating on the leg long surface.
  • the above-mentioned functions and effects act synergistically, so that the stain resistance can be drastically improved.
  • the spark plug of this configuration is characterized in that, in the above configuration 1, the center line average roughness of the surface of the leg long part is 1.5 ⁇ m or less.
  • the center line average roughness of the surface of the leg length portion is 1.5 ⁇ m or less, it is possible to more reliably prevent the carbon from adhering and accumulating on the surface of the leg length portion, and to prevent the stain resistance. Further improvement can be achieved.
  • the spark plug of this configuration is characterized in that, in the above configuration 1 or 2, the volume of the space is 130 mm 3 or more and 240 mm 3 or less.
  • the gas volume is set to 130 mm 3 or more and 240 mm 3 or less, a larger distance can be secured between the insulator and the metal shell, while the gap between the insulator and the metal shell is increased.
  • the opening of the space can be made sufficiently small. Thereby, generation
  • a center line average roughness of a surface of at least a portion of the inner peripheral surface of the metal shell facing the leg long portion of the insulator is 0.8 ⁇ m or less. It is characterized by that.
  • the center line average roughness of the surface of the inner peripheral surface of the metallic shell is at least 0 at the portion facing the leg long portion of the insulator (in other words, the portion forming the space). Smoothed to 8 ⁇ m or less. Therefore, it is possible to suppress the adhesion / deposition of carbon on the surface of the metal shell where an abnormal spark discharge can occur with the insulator, and to further improve the stain resistance. it can.
  • the distance (clearance) W along the direction orthogonal to the axis between the tip of the metal shell and the insulator is 0.5 to 1.5 times the gap size G. It is said that. In other words, by ensuring a sufficiently large clearance so as to satisfy 0.5G ⁇ W, it is possible to more reliably prevent the occurrence of abnormal spark discharge (lateral flight) between the tip of the metal shell and the insulator. it can. On the other hand, by setting W ⁇ 1.5G and relatively narrowing the opening of the space formed between the metal shell and the insulator, it is possible to further suppress carbon intrusion into the space.
  • the distance W is a distance along the direction perpendicular to the axis from the intersection between the front end surface of the main metal shell and the inner peripheral surface to the insulator. Let's say.
  • the metal shell has a screw portion for screwing into a mounting hole of the combustion device,
  • the outer diameter of the thread portion is M10 or less.
  • the “combustion device” includes, for example, an internal combustion engine, a combustion reformer having a burner, a boiler, and the like.
  • the diameter of insulators and metal shells has been reduced in order to reduce the diameter of spark plugs.
  • the thickness of the metallic shell must be secured to some extent. Therefore, the inner diameter of the metal shell can be made smaller, and as a result, the distance between the leg length part and the metal shell can be made relatively small.
  • the insulator with a reduced diameter may cover the entire leg length even if the amount of carbon deposited is relatively small. That is, it is particularly difficult to ensure a sufficient antifouling property for a spark plug having a reduced diameter.
  • the spark plug of the present configuration 6 has a configuration in which the outer diameter of the thread portion is reduced to M10 or less, and it is difficult to ensure sufficient antifouling properties, but by adopting the above configuration 1 or the like, Excellent stain resistance can be achieved. That is, each of the above configurations is particularly significant in the spark plug in which the outer diameter of the thread portion is relatively small, that is, M10 or less.
  • FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a spark plug 1.
  • the direction of the axis CL ⁇ b> 1 of the spark plug 1 is the vertical direction in the drawing, the lower side is the front end side of the spark plug 1 and the upper side is the rear end side.
  • the spark plug 1 includes an insulator 2 as a cylindrical insulator, a cylindrical metal shell 3 that holds the insulator 2, and the like.
  • the insulator 2 is formed by firing alumina or the like, and in its outer portion, a rear end side body portion 10 formed on the rear end side, and a front end than the rear end side body portion 10. A large-diameter portion 11 that protrudes outward in the radial direction on the side, and a middle body portion 12 that has a smaller diameter on the tip side than the large-diameter portion 11 are provided. Further, the insulator 2 is provided with a leg length portion 13 formed on the distal end side with respect to the middle trunk portion 12 and having a diameter smaller than that of the middle trunk portion 12.
  • the leg portion 13 is a part that is exposed to the combustion chamber of the internal combustion engine when the spark plug 1 is assembled to an internal combustion engine as a combustion device, for example.
  • a tapered step portion 14 is formed at a connecting portion between the leg long portion 13 and the middle trunk portion 12, and the insulator 2 is locked to the metal shell 3 at the step portion 14.
  • a shaft hole 4 is formed through the insulator 2 along the axis CL1, and a center electrode 5 is inserted and fixed at the tip side of the shaft hole 4.
  • the center electrode 5 has a rod-like shape (cylindrical shape) as a whole, and its tip end surface is formed flat and protrudes from the tip of the insulator 2.
  • the center electrode 5 includes an inner layer 5A made of copper or a copper alloy and an outer layer 5B made of a Ni alloy containing nickel (Ni) as a main component. Further, a columnar noble metal tip 31 formed of a noble metal alloy (for example, iridium alloy) is joined to the tip of the center electrode 5.
  • a terminal electrode 6 is inserted and fixed on the rear end side of the shaft hole 4 in a state of protruding from the rear end of the insulator 2.
  • a cylindrical resistor 7 is disposed between the center electrode 5 and the terminal electrode 6 of the shaft hole 4. Both ends of the resistor 7 are electrically connected to the center electrode 5 and the terminal electrode 6 through conductive glass seal layers 8 and 9, respectively.
  • the metal shell 3 is formed in a cylindrical shape from a metal such as low carbon steel, and a screw portion (male screw portion) 15 for attaching the spark plug 1 to the combustion device is formed on the outer peripheral surface thereof.
  • a seat portion 16 is formed on the outer peripheral surface on the rear end side of the screw portion 15, and a ring-shaped gasket 18 is fitted on the screw neck 17 on the rear end of the screw portion 15.
  • a tool engagement portion 19 having a hexagonal cross section for engaging a tool such as a wrench when the metal shell 3 is attached to the combustion device is provided on the rear end side of the metal shell 3.
  • a caulking portion 20 for holding the insulator 2 is provided.
  • the spark plug 1 has a relatively small diameter, and the outer diameter of the screw portion 15 is M10 or less.
  • a tapered support portion 21 for locking the insulator 2 is provided on the inner peripheral surface 3 i of the metal shell 3.
  • the insulator 2 is inserted from the rear end side to the front end side of the metal shell 3, and the rear end of the metal shell 3 is engaged with the stepped portion 14 of the insulator 2 on the support portion 21 of the metal shell 3. It is fixed by caulking the opening on the side radially inward, that is, by forming the caulking portion 20.
  • An annular plate packing 22 is interposed between the step portion 14 and the support portion 21 of both the insulator 2 and the metal shell 3.
  • annular ring members 23 and 24 are interposed between the metal shell 3 and the insulator 2 on the rear end side of the metal shell 3, and the ring member 23 , 24 is filled with powder of talc (talc) 25. That is, the metal shell 3 holds the insulator 2 via the plate packing 22, the ring members 23 and 24, and the talc 25.
  • a ground electrode 27 made of an Ni alloy is joined to the distal end portion 26 of the metal shell 3.
  • a columnar noble metal tip 32 made of a noble metal alloy (for example, a platinum alloy) is joined to the tip of the ground electrode 27.
  • a spark discharge gap 33 is formed as a gap between the noble metal tip 31 and the noble metal tip 32, and the spark discharge gap 33 has a direction substantially along the axis CL1. A spark discharge occurs.
  • gas volume the volume (hereinafter referred to as “gas volume”) of the space SP formed between the peripheral surface 3i and the peripheral surface 3i (hereinafter referred to as “gas volume”) is 100 mm 3 or more and 300 mm 3 or less.
  • gas volume the volume of the space SP formed between the peripheral surface 3i and the peripheral surface 3i
  • the leg length portion 13 is polished on the surface, and the center line average roughness of the surface is 1.8 ⁇ m or less (for example, 1.5 ⁇ m or less).
  • the “centerline average roughness” can be measured by, for example, a non-contact type three-dimensional measuring apparatus (NH-3 manufactured by Mitaka Kogyo Co., Ltd.).
  • the surface of the portion of the inner peripheral surface 3 i of the metallic shell 3 facing the leg length portion 13 is also smoothed, and the center line average roughness of the surface of the portion is 0.8 ⁇ m or less. Has been.
  • the size of the spark discharge gap 33 is G, and the distance (clearance) from the distal end portion 26 of the metal shell 3 to the insulator 2 (leg long portion 13) along the direction orthogonal to the axis CL1 is W. Then, the size G and the like of the spark discharge gap 33 is adjusted so as to satisfy 0.5G ⁇ W ⁇ 1.5G.
  • the metal shell 3 is processed in advance. That is, a cylindrical metal material (for example, an iron-based material such as S17C or S25C or a stainless steel material) is formed by forming a through-hole by cold forging to produce a rough shape. Thereafter, the outer shape is adjusted by cutting to obtain a metal shell intermediate.
  • the through hole is formed by performing a parting process using a predetermined through hole forming jig. The parting process is performed at a predetermined rotational speed and at a relatively low feed rate. The Thereby, about the through-hole, the surface (namely, inner peripheral surface 3i of the metal shell 3) is smoothed (the center line average roughness is 0.8 ⁇ m or less).
  • a straight bar-shaped ground electrode 27 made of an Ni alloy is resistance-welded to the front end surface of the metal shell intermediate.
  • so-called “sag” is generated.
  • the threaded portion 15 is formed by rolling at a predetermined portion of the metal shell intermediate body.
  • the metal shell 3 to which the ground electrode 27 is welded is obtained.
  • the metal shell 3 to which the ground electrode 27 is welded is galvanized or nickel plated.
  • the surface may be further subjected to chromate treatment. Thereafter, the plating at the tip of the ground electrode 27 is removed.
  • the insulator 2 is molded separately from the metal shell 3.
  • a raw material powder mainly composed of alumina and containing a binder or the like a green granulated material for molding is prepared, and rubber press molding is used to obtain a cylindrical molded body.
  • the obtained molded body is subjected to grinding to shape the outer shape.
  • the grinding process is performed by using a grindstone having a relatively small surface roughness, and at least the surface of the portion corresponding to the leg length portion 13 in the molded body after the process is relatively smoothed.
  • the shaped one is put into a firing furnace and fired, whereby the insulator 2 having a center line average roughness of the surface of the leg length portion 13 of 1.8 ⁇ m or less is obtained.
  • the centerline average roughness of the leg long part 13 surface is so preferable that it is small, in order to make a centerline average roughness less than 0.2 micrometer, it should perform an additional grinding
  • the center electrode 5 is manufactured separately from the metal shell 3 and the insulator 2. That is, the center electrode 5 is produced by forging a Ni alloy in which a copper alloy for improving heat dissipation is arranged at the center. Next, the noble metal tip 31 is joined to the tip of the center electrode 5 by laser welding or the like.
  • the glass seal layers 8 and 9 are generally prepared by mixing borosilicate glass and metal powder, and the prepared material is injected into the shaft hole 4 of the insulator 2 with the resistor 7 interposed therebetween. Then, the terminal electrode 6 is pressed from the rear and then baked in a firing furnace. At this time, the glaze layer may be fired simultaneously on the surface of the rear end body portion 10 of the insulator 2 or the glaze layer may be formed in advance.
  • the insulator 2 provided with the center electrode 5 and the terminal electrode 6 and the metal shell 3 provided with the ground electrode 27 are assembled as described above. More specifically, it is fixed by caulking the opening on the rear end side of the metal shell 3 formed relatively thin inward in the radial direction, that is, by forming the caulking portion 20.
  • the noble metal tip 32 is resistance-welded to the tip of the ground electrode 27 from which the plating has been removed. Finally, the tip of the ground electrode 27 is bent toward the center electrode 5 so that the spark discharge gap 33 between the noble metal tips 31 and 32 is adjusted, and the above-described spark plug 1 is obtained. .
  • the volume (gas volume) of the space formed between the leg long portion 13 of the insulator 2 and the inner peripheral surface 3i of the metal shell 3 is set to 100 mm 3 or more. The Therefore, a relatively large distance between the insulator 2 and the metal shell 3 can be ensured, and the occurrence of spark discharge between the insulator 2 and the metal shell 3 can be more reliably prevented.
  • the gas volume is set to 300 mm 3 or less, the opening of the space SP is suppressed from being extremely expanded, and the intrusion of carbon into the space SP can be suppressed.
  • the leg long part 13 has a smoothed center line average roughness of 1.8 ⁇ m or less on the surface thereof. That is, the surface of the long leg portion 13 is hardly formed with irregularities that cause the carbon to be caught or fitted. Therefore, it is possible to more reliably prevent carbon from adhering to and accumulating on the surface of the leg long portion 13.
  • the above-described functions and effects act synergistically, so that the stain resistance can be drastically improved.
  • the center line average roughness of the surface of the inner peripheral surface 3i of the metal shell 3 at least in a portion facing the leg length portion 13 of the insulator 2 is 0. Smoothed to 8 ⁇ m or less. Therefore, it is possible to suppress the adhesion / deposition of carbon on the surface of the part where an abnormal spark discharge can occur with the insulator 2 and to further improve the fouling resistance.
  • the distance (clearance) W along the direction perpendicular to the axis CL1 between the tip 26 of the metal shell 3 and the insulator 2 is 0.5 times the size G of the spark discharge gap 33 or more. .5 times or less. That is, by ensuring the clearance so as to satisfy 0.5G ⁇ W, it is possible to more reliably prevent the occurrence of abnormal spark discharge (lateral flight) between the front end portion 26 of the metal shell 3 and the insulator 2. it can. On the other hand, by setting W ⁇ 1.5G and relatively narrowing the opening of the space SP formed between the metal shell 3 and the insulator 2, carbon intrusion into the space SP can be further suppressed. Can do.
  • the fouling resistance evaluation test is a “smoldering fouling test” defined in JIS D1606, and details are as follows. That is, a test car having a 4-cylinder engine with a displacement of 1600 cc is placed on a chassis dynamometer in a low temperature test chamber ( ⁇ 10 ° C.), and a sample of each spark plug is assigned to each cylinder of the test car engine. Assemble four.
  • the vehicle After performing idling three times, the vehicle travels for 40 seconds at a third speed of 35 km / h, and again travels for 40 seconds at a third speed of 35 km / h with an idling of 90 seconds. Then stop and cool the engine once. Next, after performing idling three times, traveling for 20 seconds at a speed of 15 km / h is performed a total of three times, with the engine stopped for 30 seconds, and then the engine is stopped. This series of test patterns was set as one cycle, repeated 10 cycles, and switched to operation in the idling state after the end of 10 cycles.
  • the discharge waveform is observed, and abnormal spark discharge (for example, current leakage or side flight) with respect to the total number of discharges is observed.
  • the rate of occurrence (non-regular discharge occurrence rate) was measured.
  • the gas volume is 170 mm 3
  • the spark discharge gap is 1.1 mm
  • the distance (clearance) between the front end of the metal shell and the insulator along the direction orthogonal to the axis is 1.
  • the center line average roughness of the inner peripheral surface of the metal shell was 4 mm and 0.8 mm.
  • FIG. 4 the graph showing the relationship between the centerline average roughness of the leg long surface and the irregular discharge occurrence rate is shown.
  • the sample with the center line average roughness of the leg long surface of 1.8 ⁇ m or less has an irregular discharge occurrence rate of 5% or less and has excellent antifouling performance.
  • a sample with a center line average roughness of the surface of the leg length of 1.5 ⁇ m or less has an irregular discharge occurrence rate of 2% or less and can realize extremely excellent antifouling performance.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the gas volume and the non-regular discharge occurrence rate.
  • the sample having a gas volume of 100 mm 3 or more and 300 mm 3 or less has a non-regular discharge occurrence rate of 10% or less and has sufficient antifouling performance.
  • a sample having a gas volume of 130 mm 3 or more and 240 mm 3 or less has an irregular discharge occurrence rate of 5% or less and has excellent antifouling resistance.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the center line average roughness of the inner peripheral surface of the metal shell and the non-regular discharge occurrence rate.
  • the non-regular discharge occurrence rate when the number of cycles is 10 is plotted with black triangles
  • the non-normal discharge occurrence rate when the number of cycles is 15 is plotted with black circles.
  • the non-normal discharge occurrence rate was constant at 4% regardless of the difference in the center line average roughness of the inner peripheral surface of the metal shell.
  • the number of cycles is 15 cycles, that is, when carbon is more likely to adhere and accumulate, samples with a center line average roughness of the inner peripheral surface of the metal shell of 0.8 ⁇ m or less are irregular It has been found that the discharge occurrence rate is 10% or less, and the antifouling performance is extremely excellent despite the condition that the fouling is likely to proceed.
  • FIG. 7 shows a graph showing the relationship between W / G and the occurrence rate of irregular discharge.
  • the sample with 0.5 ⁇ W / G ⁇ 1.5 has a non-regular discharge occurrence rate of 10% or less, despite the condition that carbon is more likely to adhere and deposit. It became clear that antifouling resistance could be realized. This is because 0.5 ⁇ W / G, a sufficiently large clearance is secured, the occurrence of abnormal spark discharge between the tip of the metal shell and the insulator is suppressed, and W ⁇ With 1.5 G, the opening of the space formed between the metal shell and the insulator can be relatively narrowed, and as a result, carbon intrusion into the space is suppressed. It is done.
  • the center line average roughness of the surface of the leg long part is set to 1.8 ⁇ m or less, and the gas volume is set to 100 mm 3 or more and 300 mm 3 or less to improve the fouling resistance. It can be said that it is significant above.
  • the center line average roughness of the surface of the long leg portion is 1.5 ⁇ m or less
  • the gas volume is 130 mm 3 or more and 240 mm 3 or less
  • the center line average roughness of the inner peripheral surface of the metal shell is 0.8 ⁇ m or less.
  • 0.5 ⁇ W / G ⁇ 1.5 is significant from the viewpoint of further improving the antifouling property.
  • the insulator 2 is indirectly engaged with the metal shell 3 via the plate packing 22, but the insulator 2 is attached to the metal shell 3 without using the plate packing 22. It is good also as engaging directly.
  • an internal combustion engine is exemplified as the combustion device, but the combustion device that can use the spark plug 1 is not limited to the internal combustion engine. Therefore, for example, the spark plug 1 may be used to ignite a fuel reformer, a boiler burner, or the like.
  • the noble metal tips 31 and 32 are provided. However, one or both of the noble metal tips 31 and 32 may be omitted.
  • the tool engaging portion 19 has a hexagonal cross section, but the shape of the tool engaging portion 19 is not limited to such a shape.
  • it may be a Bi-HEX (deformed 12-angle) shape [ISO 22777: 2005 (E)].

Landscapes

  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

　絶縁体に対するカーボンの付着・堆積をより確実に防止することができ、耐汚損性の向上を図る。スパークプラグ１は、軸線ＣＬ１方向に延びる中心電極５と、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔４を有するとともに、中心電極５が軸孔４に設けられた絶縁碍子２と、絶縁碍子２の外周に設けられ、内周面に絶縁碍子２を支持するための支持部２１を有する円筒状の主体金具３と、主体金具３の先端部から延びる接地電極２７とを備える。絶縁碍子２は、主体金具３の支持部２１に支持される段部１４を有するとともに、段部１４の軸線ＣＬ１方向先端側に形成された脚長部１３を有する。絶縁碍子２の脚長部１３、及び、主体金具３の内周面３ｉの間に形成される空間ＳＰの容積は１００ｍｍ3以上３００ｍｍ3以下とされ、さらに、脚長部１３の表面の中心線平均粗さが１．８μｍ以下とされる。

Description

スパークプラグ
　本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。
　スパークプラグは、例えば、内燃機関（エンジン）に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられるものである。一般的にスパークプラグは、軸孔を有する絶縁体と、当該軸孔に挿通される中心電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端面に設けられ、中心電極との間に火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。また、主体金具と絶縁体との組付に際しては、一般的に、主体金具の内周面に設けられる段部と絶縁体の外周面に設けられる段部とが、金属製の板パッキンを介して係止される（例えば、特許文献１等参照）。
特開２００３－３０３６６１号公報
　ところで、燃焼室内においては混合気の不完全燃焼等によりカーボンが発生し、それが絶縁体のうち混合気や燃焼ガスに晒される部位（脚長部）の表面に堆積してしまうおそれがある。ここで、脚長部表面へのカーボンの堆積が進み、脚長部表面がカーボンによって覆われてしまうと、中心電極から脚長部に堆積したカーボンを伝って主体金具へと電流がリークしてしまったり、絶縁体と主体金具との間で火花放電が生じてしまったりして、火花放電間隙における正常な火花放電が阻害されてしまうおそれがある。特に近年、燃費や出力の向上を図るべく用いられる直噴エンジン等においては、絶縁体にカーボンがより付着しやすく、上記不具合の発生が一層懸念される。
　本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁体に対するカーボンの付着・堆積をより確実に防止することができ、耐汚損性の向上を図ることができるスパークプラグを提供することにある。
　以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
　構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
　前記軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、前記中心電極が前記軸孔に設けられた筒状の絶縁体と、
　前記絶縁体の外周に設けられ、自身の内周面に、前記絶縁体の外周面と直接又は間接的に接触し、前記絶縁体を支持するための支持部を有した円筒状の主体金具と、
　前記主体金具の先端部から延び、自身の先端部が前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する接地電極とを備え、
　前記絶縁体は、前記主体金具の支持部に支持される段部を有するとともに、前記段部の軸線方向先端側に形成された脚長部を有するスパークプラグであって、
　前記絶縁体の脚長部、及び、前記主体金具の内周面の間に形成される空間の容積を１００ｍｍ3以上３００ｍｍ3以下とするとともに、
　前記脚長部の表面の中心線平均粗さを１．８μｍ以下としたことを特徴とする。
　尚、「中心線平均粗さ」とあるのは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１で規格されるものであり、簡単に言えば、所定長さ範囲における断面の外形線と、当該外形線の中心線との間の領域の合計面積（断面曲線と中心線との距離の積分）を算出した上で、当該合計面積を前記所定長さで除算することによって得られる値である。
　また、中心電極や接地電極の先端部に貴金属合金からなる貴金属チップを設けることとしてもよい。ここで、両電極に貴金属チップを設けた場合、前記間隙は、両貴金属チップ間に形成されることとなり、一方の電極にのみ貴金属チップを設けた場合、前記間隙は、一方の電極に設けられた貴金属チップと他方の電極の先端部との間に形成されることとなる（以下、同様）。
　さらに、「前記絶縁体の脚長部、及び、前記主体金具の内周面の間に形成される空間」とあるのは、詳述すると、脚長部と主体金具の間に形成される空間であって、例えば、スパークプラグを内燃機関に組みつけた場合においては、燃焼室の内部空間に連結されるものを意味する。
　上記構成１によれば、絶縁体の脚長部と主体金具の内周面との間に形成される空間の容積（以下、「ガスボリューム」と称す）が１００ｍｍ3以上とされる。そのため、絶縁体と主体金具との間の距離を比較的大きく確保することができ、絶縁体と主体金具との間において火花放電が発生してしまうことをより確実に防止できる。一方で、前記ガスボリュームが３００ｍｍ3以下とされるため、前記空間の開口部が極度に広がってしまうことを抑制でき、前記空間へのカーボンの侵入を抑制することができる。
　さらに、脚長部については、その表面の中心線平均粗さが１．８μｍ以下と平滑化されている。すなわち、脚長部の表面には、カーボンが引っ掛かったり、嵌り込んだりするような凹凸がほとんど形成されていない。そのため、脚長部表面へのカーボンの付着・堆積をより確実に防止することができる。
　以上のように、本構成１によれば、上述の各作用効果が相乗的に作用することにより、耐汚損性の飛躍的な向上を図ることができる。
　構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記脚長部の表面の中心線平均粗さを１．５μｍ以下としたことを特徴とする。
　上記構成２によれば、脚長部表面の中心線平均粗さが１．５μｍ以下とされるため、脚長部表面へのカーボンの付着・堆積を一層確実に防止することができ、耐汚損性の更なる向上を図ることができる。
　構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記空間の容積を１３０ｍｍ3以上２４０ｍｍ3以下としたことを特徴とする。
　上記構成３によれば、ガスボリュームが１３０ｍｍ3以上２４０ｍｍ3以下とされるため、絶縁体と主体金具との間の距離をより大きく確保することができる一方で、絶縁体及び主体金具間の前記空間の開口部を十分に小さなものとすることができる。これにより、絶縁体及び主体金具間における異常な火花放電の発生、及び、前記空間へのカーボンの侵入を一層確実に抑制することができ、耐汚損性の一層の向上を図ることができる。
　構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記主体金具の内周面のうち、少なくとも前記絶縁体の脚長部と対向する部位表面の中心線平均粗さを０．８μｍ以下としたことを特徴とする。
　上記構成４によれば、主体金具の内周面のうち、少なくとも絶縁体の脚長部と対向する部位（換言すれば、前記空間を形成する部位）について、その表面の中心線平均粗さが０．８μｍ以下と平滑化されている。従って、主体金具のうち、絶縁体との間で異常な火花放電が発生し得る部位表面へのカーボンの付着・堆積を抑制することができ、ひいては耐汚損性のより一層の向上を図ることができる。
　構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記軸線と直交する方向に沿った前記主体金具の先端と前記絶縁体との間の距離をＷとし、前記間隙の大きさをＧとしたとき、
　０．５Ｇ≦Ｗ≦１．５Ｇ
を満たすことを特徴とする。
　上記構成５によれば、主体金具の先端と絶縁体との間の軸線と直交する方向に沿った距離（クリアランス）Ｗが、前記間隙の大きさＧの０．５倍以上１．５倍以下とされている。すなわち、０．５Ｇ≦Ｗを満たすように、十分に大きなクリアランスを確保することで、主体金具の先端及び絶縁体の間における異常な火花放電（横飛火）の発生をより確実に防止することができる。一方で、Ｗ≦１．５Ｇとし、主体金具と絶縁体との間に形成される前記空間の開口部を比較的狭めることで、当該空間へのカーボンの侵入を一層抑制することができる。尚、主体金具の先端内周面に面取りが施されている場合、距離Ｗは、主体金具の先端面と内周面との交点から絶縁体までの間の軸線と直交する方向に沿った距離とすることとする。
　構成６．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記主体金具は、燃焼装置の取付孔に螺合するためのねじ部を有するとともに、
　前記ねじ部の外径がＭ１０以下とされることを特徴とする。
　尚、「燃焼装置」とあるのは、例えば、内燃機関や、バーナーを有する燃焼改質器やボイラー等を挙げることができる。
　近年、スパークプラグの小径化を実現すべく、絶縁体や主体金具の小径化が行われる。ここで、主体金具の機械的強度を十分に確保するためには、主体金具の肉厚をある程度確保せざるを得ない。従って、主体金具の内径がより小さなものとされ、ひいては脚長部及び主体金具間の距離が比較的小さなものとされ得る。また、小径化された絶縁体については、カーボンの堆積量が比較的少なくても脚長部の全域が覆われてしまうおそれがある。すなわち、小径化されたスパークプラグは、十分な耐汚損性を確保することが特に難しい。
　この点、本構成６のスパークプラグは、ねじ部の外径がＭ１０以下と小径化されており、十分な耐汚損性の確保が難しい構成であるが、上記構成１等を採用することによって、優れた耐汚損性を実現することができる。すなわち、上記各構成は、ねじ部の外径がＭ１０以下と比較的小径化されたスパークプラグにおいて、特に有意である。
本実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 スパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大図である。 脚長部と絶縁碍子との間の空間について説明するための断面模式図である。 耐汚損性評価試験における、脚長部表面の中心線平均粗さと、非正規放電発生率との関係を示すグラフである。 耐汚損性評価試験における、ガスボリュームと非正規放電発生率との関係を示すグラフである。 耐汚損性評価試験における、主体金具の内周面表面の中心線平均粗さと、非正規放電発生率との関係を示すグラフである。 耐汚損性評価試験における、火花放電間隙の大きさに対するクリアランスの大きさの比と、非正規放電発生率との関係を示すグラフである。
　以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。
　スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。
　絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２とを備えている。また、絶縁碍子２は、前記中胴部１２よりも先端側に、これよりも細径に形成された脚長部１３を備えている。当該脚長部１３は、例えば、スパークプラグ１を燃焼装置としての内燃機関に組付けたときに、当該内燃機関の燃焼室に晒される部位である。加えて、前記脚長部１３と中胴部１２との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。
　さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとを備えている。さらに、前記中心電極５の先端部には、貴金属合金（例えば、イリジウム合金）により形成された円柱状の貴金属チップ３１が接合されている。
　また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。
　さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。
　加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１を燃焼装置に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。尚、本実施形態において、スパークプラグ１は比較的小径化されており、前記ねじ部１５の外径がＭ１０以下とされている。
　また、主体金具３の内周面３ｉには、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の支持部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の支持部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４及び支持部２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面３ｉとの間の空間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。
　さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。
　また、主体金具３の先端部２６に対して、Ｎｉ合金で構成された接地電極２７が接合されている。加えて、接地電極２７の先端部には、貴金属合金（例えば、白金合金）よりなる円柱状の貴金属チップ３２が接合されている。そして、図２に示すように、前記貴金属チップ３１及び貴金属チップ３２の間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されており、当該火花放電間隙３３において、前記軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われる。
　さらに、本実施形態においては、図３（同図は、図２の１点鎖線で囲まれた部位を示す）に示すように、前記絶縁碍子２の脚長部１３と、前記主体金具３の内周面３ｉとの間に形成される空間ＳＰ（同図中、散点模様を付した部位）の容積（以下、「ガスボリューム」と称す）が、１００ｍｍ3以上３００ｍｍ3以下とされている。尚、空間ＳＰは、例えば、スパークプラグ１を内燃機関に組み付けられたとき、当該内燃機関の燃焼室内部に対して空間的に連結される。
　併せて、前記脚長部１３は、表面に研磨加工が施されており、その表面の中心線平均粗さが１．８μｍ以下（例えば、１．５μｍ以下）とされている。ここで、「中心線平均粗さ」は、例えば、非接触式三次元測定装置（三鷹光器株式会社製ＮＨ－３）にて測定できる。
　図２に戻り、前記主体金具３の内周面３ｉのうち、前記脚長部１３に対向する部位の表面についても平滑化されており、当該部位表面の中心線平均粗さは０．８μｍ以下とされている。
　加えて、前記火花放電間隙３３の大きさをＧとし、軸線ＣＬ１に直交する方向に沿った前記主体金具３の先端部２６から絶縁碍子２（脚長部１３）までの距離（クリアランス）をＷとしたとき、０．５Ｇ≦Ｗ≦１．５Ｇを満たすように、火花放電間隙３３の大きさＧ等が調整されている。
　次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。尚、前記貫通孔は、所定の貫通孔形成用治具を用いて突っ切り加工を施すことにより形成されるが、この突っ切り加工は、所定の回転速度で、かつ、比較的遅い送り速度で施される。これにより、貫通孔については、その表面（すなわち、主体金具３の内周面３ｉ）が平滑化（中心線平均粗さが０．８μｍ以下と）されて形成される。
　続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金からなる直棒状の接地電極２７を抵抗溶接する。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。その後、接地電極２７の先端部のメッキが除去される。
　一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成型用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。得られた成形体に対し、研削加工が施され外形が整形される。ここで、研削加工は、表面粗さの比較的小さな砥石を用いることによって行われ、加工後の成形体のうち少なくとも脚長部１３にあたる部位の表面が比較的平滑化される。そして、整形されたものが焼成炉へ投入され、焼成されることで、脚長部１３の表面の中心線平均粗さが１．８μｍ以下の絶縁碍子２が得られる。
　尚、脚長部１３表面の中心線平均粗さは小さいほど好ましいが、中心線平均粗さを０．２μｍ未満とするためには、焼成後の絶縁碍子２に別途の研磨処理等を施すことが必要となる。従って、製造コストの増大抑制を図るという観点から、脚長部１３表面の中心線平均粗さは、焼成後において別途の研磨処理等を施すことなく実現可能な程度の粗さであること、すなわち、脚長部１３表面の中心線平均粗さを０．２μｍ以上とすることが好ましい。
　また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金を配置したＮｉ合金を鍛造加工して中心電極５を作製する。次に、中心電極５の先端部に対して貴金属チップ３１がレーザ溶接等により接合される。
　そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６が押圧された状態とした上で、焼成炉内にて焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０の表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
　その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。
　次いで、メッキが除去された接地電極２７の先端部に、貴金属チップ３２が抵抗溶接される。そして最後に、接地電極２７の先端部分を中心電極５側へと屈曲させることで、貴金属チップ３１，３２間の前記火花放電間隙３３を調整する加工が実施され、上述のスパークプラグ１が得られる。
　以上詳述したように、本実施形態によれば、絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面３ｉとの間に形成される空間の容積（ガスボリューム）が１００ｍｍ3以上とされる。そのため、絶縁碍子２と主体金具３との間の距離を比較的大きく確保することができ、絶縁碍子２と主体金具３との間において火花放電が発生してしまうことをより確実に防止できる。一方で、前記ガスボリュームが３００ｍｍ3以下とされるため、前記空間ＳＰの開口部が極度に広がってしまうことが抑制され、前記空間ＳＰへのカーボンの侵入を抑制することができる。
　さらに、脚長部１３については、その表面の中心線平均粗さが１．８μｍ以下と平滑化されている。すなわち、脚長部１３の表面には、カーボンが引っ掛かったり、嵌り込んだりするような凹凸がほとんど形成されていない。そのため、脚長部１３表面へのカーボンの付着・堆積をより確実に防止することができる。
　以上のように、本実施形態によれば、上述の各作用効果が相乗的に作用することにより、耐汚損性の飛躍的な向上を図ることができる。
　また、主体金具３の内周面３ｉのうち、少なくとも絶縁碍子２の脚長部１３と対向する部位（換言すれば、前記空間ＳＰを形成する部位）について、その表面の中心線平均粗さが０．８μｍ以下と平滑化されている。従って、絶縁碍子２との間で異常な火花放電が発生し得る部位表面へのカーボンの付着・堆積を抑制することができ、ひいては耐汚損性のより一層の向上を図ることができる。
　併せて、主体金具３の先端部２６と絶縁碍子２との間の軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った距離（クリアランス）Ｗが、前記火花放電間隙３３の大きさＧの０．５倍以上１．５倍以下とされている。すなわち、０．５Ｇ≦Ｗを満たすようにクリアランスを確保することで、主体金具３の先端部２６及び絶縁碍子２の間における異常な火花放電（横飛火）の発生をより確実に防止することができる。一方で、Ｗ≦１．５Ｇとし、主体金具３と絶縁碍子２との間に形成される前記空間ＳＰの開口部を比較的狭めることで、当該空間ＳＰへのカーボンの侵入を一層抑制することができる。
　次に、本実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、脚長部の表面の中心線平均粗さを種々変更したスパークプラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて耐汚損性評価試験を行った。ここで、耐汚損性評価試験は、ＪＩＳ　Ｄ１６０６で規定されている「くすぶり汚損試験」であり、詳細については、次の通りである。すなわち、低温試験室内（－１０℃）のシャシダイナモメータ上に排気量１６００ｃｃの４気筒エンジンを有する試験用自動車を置き、当該試験用自動車のエンジンに各スパークプラグのサンプルを各気筒に対応して４本組み付ける。そして、空吹かしを３回行った後、３速３５ｋｍ／ｈで４０秒間走行し、９０秒間のアイドリングを挟んで、再度３速３５ｋｍ／ｈで４０秒間走行する。その後、エンジンを一度停止・冷却させる。次いで、空吹かしを３回行った後、１速１５ｋｍ／ｈで２０秒間走行することを、３０秒間のエンジン停止を挟みつつ、合計３度行い、その後エンジンを停止させる。この一連のテストパターンを１サイクルとして、１０サイクル繰り返し、１０サイクルの終了後に、アイドリング状態での運転に切り替えた。そして、アイドリング運転時において、サンプルに印加される電圧に基づく放電波形を得た上で、当該放電波形を観察し、総放電回数に対する異常な火花放電（例えば、電流のリークや横飛火等）の発生回数の割合（非正規放電発生率）を測定した。尚、各サンプルともに、ガスボリュームを１７０ｍｍ3、火花放電間隙の大きさを１．１ｍｍ、軸線と直交する方向に沿った主体金具の先端部と絶縁碍子との間の距離（クリアランス）を１．４ｍｍ、主体金具の内周面の中心線平均粗さを０．８ｍｍとした。図４に、脚長部表面の中心線平均粗さと、非正規放電発生率との関係を表すグラフを示す。
　図４に示すように、脚長部表面の中心線平均粗さを１．８μｍ以下としたサンプルは、非正規放電発生率が５％以下となり、優れた耐汚損性能を有することが明らかとなった。これは、脚長部表面の中心線平均粗さを１．８μｍ以下としたことで、異常な火花放電の原因となるカーボンの脚長部への付着・堆積が効果的に抑制されたことに起因すると考えられる。また特に、脚長部表面の中心線平均粗さを１．５μｍ以下としたサンプルは、非正規放電発生率が２％以下となり、極めて優れた耐汚損性能を実現できることがわかった。
　次いで、脚長部表面の中心線平均粗さを１．８μｍとした上で、ガスボリュームを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて上述の耐汚損性評価試験を行った。尚、火花放電間隙の大きさ等については、上記試験と同様の条件とした。図５に、ガスボリュームと、非正規放電発生率との関係を表すグラフを示す。
　図５に示すように、ガスボリュームを１００ｍｍ3以上３００ｍｍ3以下としたサンプルは、非正規放電発生率が１０％以下となり、十分な耐汚損性能を有することが明らかとなった。これは、ガスボリュームを１００ｍｍ3以上としたことで、絶縁碍子と主体金具との距離が比較的大きく確保されたため、両者間における異常な火花放電の発生が抑制されたこと、及び、ガスボリュームを３００ｍｍ3以下としたことで、絶縁碍子と主体金具との間の空間へのカーボンの過度の侵入が抑制されたことに起因すると考えられる。また特に、ガスボリュームを１３０ｍｍ3以上２４０ｍｍ3以下としたサンプルは、非正規放電発生率が５％以下となり、優れた耐汚損性を有することがわかった。
　次に、脚長部表面の中心線平均粗さを１．８μｍとするとともに、ガスボリュームを１７０ｍｍ3とした上で、主体金具の内周面表面の中心線平均粗さを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、上述の耐汚損性評価試験のサイクル数を１０サイクルとしたときの非正規放電発生率と、１５サイクルとしたときの非正規放電発生率とを測定した。尚、火花放電間隙等の大きさ等は、上記試験と同様の条件とした。図６に、主体金具の内周面表面の中心線平均粗さと、非正規放電発生率との関係を表すグラフを示す。尚、同図中においては、サイクル数を１０サイクルとしたときの非正規放電発生率を黒三角でプロットし、サイクル数を１５サイクルとしたときの非正規放電発生率を黒丸でプロットした。
　図６に示すように、サイクル数を１０サイクルとしたときは、主体金具の内周面表面の中心線平均粗さの相違に関わらず、非正規放電発生率は４％と一定であったが、サイクル数を１５サイクルとしたとき、すなわち、カーボンがより付着・堆積しやすい条件としたとき、主体金具の内周面表面の中心線平均粗さを０．８μｍ以下としたサンプルは、非正規放電発生率が１０％以下となり、汚損が進行しやすい条件下にも関わらず、極めて優れた耐汚損性能を有することがわかった。これは、主体金具内周面の表面粗さを比較的小さなものとしたことで、主体金具の内周面に対するカーボンの付着・堆積が抑制され、ひいては主体金具と絶縁碍子との間における異常な火花放電の発生が抑制されたためであると考えられる。
　次いで、火花放電間隙の大きさをＧに対する、軸線と直交する方向に沿った主体金具の先端部から絶縁碍子までの距離（クリアランス）Ｗの比（Ｗ／Ｇ）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについてサイクル数を１５サイクルとした上で、前記耐汚損性評価試験を行った。図７に、Ｗ／Ｇと非正規放電発生率との関係を表すグラフを示す。
　図７に示すように、０．５≦Ｗ／Ｇ≦１．５としたサンプルは、カーボンがより付着・堆積しやすい条件にも関わらず、非正規放電発生率が１０％以下となり、十分な耐汚損性を実現できることが明らかとなった。これは、０．５≦Ｗ／Ｇとされたことで、十分に大きなクリアランスが確保され、主体金具の先端及び絶縁体の間における異常な火花放電の発生が抑制されたこと、また、Ｗ≦１．５Ｇとされたことで、主体金具と絶縁体との間に形成される空間の開口部を比較的狭めることができ、ひいては当該空間へのカーボンの侵入が抑制されたことに起因すると考えられる。
　以上、上記評価試験の結果を勘案すると、脚長部表面の中心線平均粗さを１．８μｍ以下とするとともに、ガスボリュームを１００ｍｍ3以上３００ｍｍ3以下とすることが、耐汚損性の向上を図る上で有意であるといえる。また、脚長部の表面の中心線平均粗さを１．５μｍ以下としたり、ガスボリュームを１３０ｍｍ3以上２４０ｍｍ3以下としたり、主体金具の内周面表面の中心線平均粗さを０．８μｍ以下としたり、或いは、０．５≦Ｗ／Ｇ≦１．５としたりすることが、耐汚損性の更なる向上を図るという観点から有意であるといえる。
　尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
　（ａ）上記実施形態では、絶縁碍子２は主体金具３に対して板パッキン２２を介して間接的に係合されているが、板パッキン２２を介することなく、絶縁碍子２を主体金具３に対して直接的に係合することとしてもよい。
　（ｂ）上記実施形態では、燃焼装置として内燃機関を例示しているが、スパークプラグ１を使用可能な燃焼装置は内燃機関に限定されるものではない。従って、例えば、燃料改質器やボイラーのバーナー等に点火するためにスパークプラグ１を用いることとしてもよい。
　（ｃ）上記実施形態では、貴金属チップ３１，３２が設けられているが、貴金属チップ３１，３２のうちの一方、或いは、双方を省略して構成することとしてもよい。
　（ｄ）上記実施形態では、主体金具３の先端に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６－２３６９０６号公報等）。
　（ｅ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ－ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。
　１…スパークプラグ、２…絶縁碍子（絶縁体）、３…主体金具、３ｉ…主体金具の内周面、４…軸孔、５…中心電極、１３…脚長部、１４…段部、１５…ねじ部、２１…支持部、２７…接地電極、３３…火花放電間隙（間隙）、ＣＬ１…軸線。

Claims (6)

  1. 　軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
    　前記軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、前記中心電極が前記軸孔に設けられた筒状の絶縁体と、
    　前記絶縁体の外周に設けられ、自身の内周面に、前記絶縁体の外周面と直接又は間接的に接触し、前記絶縁体を支持するための支持部を有した円筒状の主体金具と、
    　前記主体金具の先端部から延び、自身の先端部が前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する接地電極とを備え、
    　前記絶縁体は、前記主体金具の支持部に支持される段部を有するとともに、前記段部の軸線方向先端側に形成された脚長部を有するスパークプラグであって、
    　前記絶縁体の脚長部、及び、前記主体金具の内周面の間に形成される空間の容積を１００ｍｍ3以上３００ｍｍ3以下とするとともに、
    　前記脚長部の表面の中心線平均粗さを１．８μｍ以下としたことを特徴とするスパークプラグ。
  2. 　前記脚長部の表面の中心線平均粗さを１．５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
  3. 　前記空間の容積を１３０ｍｍ3以上２４０ｍｍ3以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
  4. 　前記主体金具の内周面のうち、少なくとも前記絶縁体の脚長部と対向する部位表面の中心線平均粗さを０．８μｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
  5. 　前記軸線と直交する方向に沿った前記主体金具の先端と前記絶縁体との間の距離をＷとし、前記間隙の大きさをＧとしたとき、
    　０．５Ｇ≦Ｗ≦１．５Ｇ
    を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
  6. 　前記主体金具は、燃焼装置の取付孔に螺合するためのねじ部を有するとともに、
    　前記ねじ部の外径がＭ１０以下とされることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
PCT/JP2009/070455 2009-01-13 2009-12-07 スパークプラグ WO2010082409A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09838374.8A EP2388792B1 (en) 2009-01-13 2009-12-07 Spark plug
US13/142,893 US8395307B2 (en) 2009-01-13 2009-12-07 Spark plug for preventing accumulation of carbon on an insulator
JP2010515153A JP5156094B2 (ja) 2009-01-13 2009-12-07 スパークプラグ
KR1020117018735A KR101280708B1 (ko) 2009-01-13 2009-12-07 스파크 플러그
CN2009801508564A CN102257586A (zh) 2009-01-13 2009-12-07 火花塞

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-004313 2009-01-13
JP2009004313 2009-01-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010082409A1 true WO2010082409A1 (ja) 2010-07-22

Family

ID=42339667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/070455 WO2010082409A1 (ja) 2009-01-13 2009-12-07 スパークプラグ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8395307B2 (ja)
EP (1) EP2388792B1 (ja)
JP (1) JP5156094B2 (ja)
KR (1) KR101280708B1 (ja)
CN (1) CN102257586A (ja)
WO (1) WO2010082409A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012169211A (ja) * 2011-02-16 2012-09-06 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2013055022A (ja) * 2011-09-06 2013-03-21 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2014067658A (ja) * 2012-09-27 2014-04-17 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2014107084A (ja) * 2012-11-27 2014-06-09 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2016512587A (ja) * 2013-03-12 2016-04-28 プロメテウス アプライド テクノロジーズ，エルエルシー 能動掃気プレチャンバ
JP2017216173A (ja) * 2016-06-01 2017-12-07 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
WO2018123146A1 (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6340453B2 (ja) * 2016-06-27 2018-06-06 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP6632576B2 (ja) * 2017-07-14 2020-01-22 日本特殊陶業株式会社 点火プラグ
JP6623200B2 (ja) * 2017-10-13 2019-12-18 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
CN111102078B (zh) * 2019-11-28 2022-10-18 四川泛华航空仪表电器有限公司 一种去除点火电嘴导电杆氧化层的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0945457A (ja) * 1995-08-01 1997-02-14 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関用スパークプラグ
JP2000243535A (ja) * 1999-02-22 2000-09-08 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
WO2007149772A2 (en) * 2006-06-23 2007-12-27 Federal-Mogul Corporation Spark plug insulator

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4092826B2 (ja) * 1999-10-21 2008-05-28 株式会社デンソー スパークプラグおよびその製造方法
JP2001176637A (ja) 1999-12-17 2001-06-29 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ用絶縁碍子の製造方法及びそれに使用する研削部材
US6653768B2 (en) * 2000-12-27 2003-11-25 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
JP2003303661A (ja) 2002-04-11 2003-10-24 Denso Corp 内燃機関用スパークプラグおよびその製造方法
JP2005116513A (ja) * 2003-09-16 2005-04-28 Denso Corp スパークプラグ
JP2006236906A (ja) 2005-02-28 2006-09-07 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグの製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0945457A (ja) * 1995-08-01 1997-02-14 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関用スパークプラグ
JP2000243535A (ja) * 1999-02-22 2000-09-08 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
WO2007149772A2 (en) * 2006-06-23 2007-12-27 Federal-Mogul Corporation Spark plug insulator

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012169211A (ja) * 2011-02-16 2012-09-06 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
CN102684073A (zh) * 2011-02-16 2012-09-19 日本特殊陶业株式会社 火花塞
JP2013055022A (ja) * 2011-09-06 2013-03-21 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2014067658A (ja) * 2012-09-27 2014-04-17 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2014107084A (ja) * 2012-11-27 2014-06-09 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2016512587A (ja) * 2013-03-12 2016-04-28 プロメテウス アプライド テクノロジーズ，エルエルシー 能動掃気プレチャンバ
JP2017216173A (ja) * 2016-06-01 2017-12-07 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
CN107453209A (zh) * 2016-06-01 2017-12-08 日本特殊陶业株式会社 火花塞
CN107453209B (zh) * 2016-06-01 2020-02-14 日本特殊陶业株式会社 火花塞
US10879675B2 (en) 2016-06-01 2020-12-29 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
WO2018123146A1 (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP2018106968A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
US10601202B2 (en) 2016-12-27 2020-03-24 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2010082409A1 (ja) 2012-07-05
US20110266940A1 (en) 2011-11-03
EP2388792A4 (en) 2015-05-06
US8395307B2 (en) 2013-03-12
EP2388792B1 (en) 2017-07-05
EP2388792A1 (en) 2011-11-23
CN102257586A (zh) 2011-11-23
JP5156094B2 (ja) 2013-03-06
KR101280708B1 (ko) 2013-07-01
KR20110114653A (ko) 2011-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5156094B2 (ja) スパークプラグ
US8188642B2 (en) Spark plug for internal combustion engine
JP4928626B2 (ja) スパークプラグ
US8653724B2 (en) Spark plug for internal combustion engine having a ground electrode with a protrusion having improved erosion resistance and method of manufacturing same
JP4625531B1 (ja) スパークプラグ
WO2011033902A1 (ja) スパークプラグ
EP2858185B1 (en) Gasket and production method for same, and spark plug and production method for same
EP2264844B1 (en) Spark plug for internal combustion engine
JP5001963B2 (ja) 内燃機関用スパークプラグ。
EP2889971B1 (en) Spark plug
EP2538506B1 (en) Spark plug
US7786657B2 (en) Spark plug for internal combustion engine
JP4866265B2 (ja) 内燃機関用スパークプラグ
JP5054633B2 (ja) 内燃機関用スパークプラグ
JP5973928B2 (ja) 点火プラグ及びその製造方法
JP5816126B2 (ja) スパークプラグ
US20160218486A1 (en) Spark plug
JP2008277251A (ja) 内燃機関用スパークプラグ
JP2019102409A (ja) スパークプラグ
CN110676693B (zh) 火花塞
JP2010251216A (ja) 内燃機関用スパークプラグ
JP2009140674A (ja) ガスエンジン用スパークプラグ

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980150856.4

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010515153

Country of ref document: JP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09838374

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13142893

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2009838374

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009838374

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117018735

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A