WO2022009453A1 - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

軸線に沿って延びる軸孔を有する絶縁体（５０）と、絶縁体（５０）の外周に配置される主体金具（３０）と、軸孔の軸線の先端側に配置される中心電極（２０）と、を備えるスパークプラグ（１）が提供される。絶縁体（５０）は、先端側を向く段部（５９Ａ）を外周面に有する。主体金具（３０）は、後端側を向き、パッキン（７０）を介して段部（５９Ａ）を係止する受け面（３９Ａ）を内周面に有する。段部（５９Ａ）は、外周側は、先端側に向けて凸となる第１の曲面（５９１）であり、第１の曲面（５９１）より内周側は、後端側に向けて凸となる第２の曲面（５９２）である。

Description

スパークプラグ

　本開示は、内燃機関に用いられるスパークプラグの技術に関する。

　自動車用エンジンなどの内燃機関の着火手段として、スパークプラグが用いられている。スパークプラグは、軸状の中心電極と、その中心電極を内側に保持する略円筒状の絶縁体と、その絶縁体を内側に保持する主体金具とを有している。

　スパークプラグに関する従来技術として、たとえば、特開２０１７－１０７７８９号公報によると、内周方向に張り出した金具内段部を有するとともに、軸線方向に延びる筒穴を備える筒状の主体金具と、主体金具に挿入され、軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、環状のパッキンを介して金具内段部と対向する対向部を備える絶縁体と、軸線方向に延び、外周方向に張り出した鍔部を有するとともに、軸孔に挿入される中心電極と、軸孔内に配置され絶縁体と中心電極とを封着するシール体と、を有するスパークプラグが提供される。軸線を含み軸線に沿った断面において、絶縁体の対向部の後端から、絶縁体に鍔部が接触する部分の後端までの、軸線に沿った距離Ｌは、Ｌ≦１．１（ｍｍ）を満たす。

特開２０１７－１０７７８９号公報

　本開示の目的は、スパークプラグの気密性を向上させることを目的とする。

　本開示の一局面によると、軸線に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、軸孔の軸線の先端側に配置される中心電極と、を備えるスパークプラグが提供される。絶縁体は、先端側を向く段部を外周面に有する。主体金具は、後端側を向き、パッキンを介して段部を係止する受け面を内周面に有する。段部は、外周側は、先端側に向けて凸となる第１の曲面であり、第１の曲面より内周側は、後端側に向けて凸となる第２の曲面である。

　このように構成されるので、スパークプラグの気密性を向上させることができる。

　好ましくは、第１の曲面は、第２の曲面より後端側に形成され、第２の曲面よりも曲率半径が大きい。

　このように構成されるので、第１の曲面とパッキンとの接触面積が広くなり、気密性がより向上する。

　好ましくは、パッキンと絶縁体との接触部の後端は、第１の曲面の後端よりも後端側に位置する。接触部の先端は、受け面よりも内周側に位置し、かつ、第１の曲面と第２の曲面との接続点よりも外周側に位置する。

　このように構成されるので、第１の曲面とパッキンとの接触面積が広くなり、気密性がより向上する。

　本開示の一局面によれば、スパークプラグの気密性を向上させることができる。

本開示の一実施形態にかかるスパークプラグの外観および内部構成を示す片側断面図である。 本開示の一実施形態にかかるパッキン近傍の構成を示す側面図である。 本開示の一実施形態にかかるパッキン接触部と中軸受け位置との位置関係を示す側面断面図である。

　以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

　（スパークプラグの構成）
　先ず、図１を参照しながら、本実施の形態にかかるスパークプラグ１の全体構成について説明する。

　スパークプラグ１は、主に、中心電極２０、絶縁体５０、主体金具３０、などを備えている。

　絶縁体５０は、スパークプラグ１の長手方向に延びる略円筒形状の部材である。絶縁体５０内には、軸線Ｏに沿って延びる軸孔５０ａが形成されている。絶縁体５０は、絶縁性、耐熱性、および熱伝導性に優れた材料で形成されている。例えば、絶縁体５０は、アルミナ系セラミックなどで形成されている。

　絶縁体５０の先端部５１には、中心電極２０が設けられている。本実施の形態においては、スパークプラグ１および絶縁体５０において、中心電極２０が設けられている側をスパークプラグ１または絶縁体５０の先端側とし、その他端側を後端側とする。図１から図３においては、図面下方側が先端側であり、図面上方側が後端側である。

　絶縁体５０の他方の端部（すなわち、後端部）には、端子金具５３が取り付けられている。中心電極２０と端子金具５３との間には、導電性のガラスシール５５が設けられている。

　中心電極２０は、その先端部分が絶縁体５０の先端部５１から突出した状態で、絶縁体５０の軸孔５０ａに貫通保持されている。なお、中心電極２０と絶縁体５０は、中軸受け位置２９において、中心電極２０の縮外径部（先端側にむかうにつれて外径が小さくなる部位）と、絶縁体５０の縮内径部（先端側にむかうにつれて内径が小さくなる部位）と、が接触することによって、互いに位置決めされる。

　中心電極２０は、電極母材２１と芯材２２とを有している。電極母材２１は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）を主成分として含むＮｉ基合金等の金属材料で形成される。Ｎｉ基合金に添加される合金元素としては、Ａｌ（アルミニウム）等が挙げられる。芯材２２は、電極母材２１の内側に埋設されている。芯材２２は、電極母材よりも熱伝導性に優れた金属材料（例えば、Ｃｕ（銅）又はＣｕ合金など）で形成することができる。電極母材２１および芯材２２は、鍛造によって一体化される。なお、この構成は一例であり、芯材２２は設けられていなくてもよい。すなわち、中心電極２０は電極母材のみで形成されていてもよい。

　電極母材２１の先端部は、先端側に向かって縮径する形状を有している。

　主体金具３０は、内燃機関のネジ穴に固定される略円筒形状の部材である。主体金具３０は、絶縁体５０を部分的に覆うように設けられている。後述するように、略円筒形状の主体金具３０内に絶縁体５０の一部が挿入された状態で、主体金具３０の後端側に存在する絶縁体５０との隙間は、タルク６１によって充填されている。

　主体金具３０は、導電性を有する金属材料で形成されている。このような金属材料としては、低炭素鋼、または鉄を主成分とする金属材料などが挙げられる。主体金具３０は、後端側から順に、主に、加締部３１、工具係合部３２、湾曲部３３、座部３４、および胴部３６などを有している。

　工具係合部３２は、内燃機関のネジ穴に主体金具３０を取り付けるときにレンチなどの工具を係合させる部位である。工具係合部３２の後端側には、加締部３１が形成されている。加締部３１は、後端側に向かうほど径方向内側に折り曲げられている。座部３４は、工具係合部３２と胴部３６との間に位置しており、先端側に環状のガスケットが配置される。スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられた状態で、座部３４は、環状のガスケットを図示しないエンジンヘッドに押し付ける。工具係合部３２と座部３４との間には、薄肉の湾曲部３３が形成されている。胴部３６は、絶縁体５０の先端部５１側に位置している。スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられる際には、胴部３６の外周に形成されたネジ溝（図示せず）が内燃機関のネジ穴に螺合される。

　また、主体金具３０の先端部側（胴部３６が位置する側）には、接地電極１１が取り付けられている。接地電極１１は、溶接などによって主体金具３０に接合されている。接地電極１１は、全体が略Ｌ字形に屈曲する板状体で、基端側が主体金具３０の先端面に接合固定されている。接地電極１１の先端部は、絶縁体５０の軸線Ｏの仮想延長線が通過する位置にまで延びている。そして、接地電極１１の先端部の近傍には、中心電極２０側の面に、中心電極２０の先端面と対向する貴金属チップ（図示せず）が接合されている。

　接地電極１１は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）を主成分として含むＮｉ基合金等の金属材料を電極母材として形成される。Ｎｉ基合金に添加される合金元素としては、Ａｌ（アルミニウム）等が挙げられる。接地電極１１は、Ｎｉ以外の成分として、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、およびＴｉ（チタン）より選択される少なくとも一つの元素を含んでいてもよい。

　（絶縁体と主体金具との気密構成）
　主体金具３０における工具係合部３２から加締部３１に至る部位の内周面と、絶縁体５０の後端側胴部の外周面との間に形成される環状の領域には、環状の線パッキン６２、６３が配置されている。当該領域における２つの線パッキン６２、６３の間には、タルク（滑石）６１の粉末が充填されている。加締部３１の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁体５０の外周面に固定されている。

　主体金具３０の湾曲部３３は、製造時において、加締部３１が屈曲されながら先端側に押圧されることにより、圧縮変形して形成される。すなわち、加締部３１の形成によって、線パッキン６２、６３およびタルク６１を介し、絶縁体５０が主体金具３０内で先端側に向け押圧される。このとき、工具係合部３２と座部３４との間の薄肉部が圧縮変形されて湾曲部３３が形成される。これによって、主体金具３０の内周で先端部の位置に形成された棚部３９に、鉄製の板パッキン７０を介しながら、絶縁体５０の縮外径部５９（先端側にむかうにつれて外径が小さくなる部位）が押し付けられる。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具３０と絶縁体５０との隙間から外部に漏れることが、板パッキン７０によって防止される。

　より詳細には、本実施の形態においては、図２に示すように、主体金具３０の棚部３９の受け面３９Ａと、絶縁体５０の縮外径部５９の段部５９Ａとは略平行に対向するように形成される。そして、主体金具３０の棚部３９の受け面３９Ａと、絶縁体５０の縮外径部５９の段部５９Ａとの間に、板パッキン７０が配置された状態で、絶縁体５０が主体金具３０の内側を前方に向かって押し込まれる。このとき、板パッキン７０が両者に挟まれて変形していく。つまり、板パッキン７０は、その前面が、主体金具３０の棚部３９の受け面３９Ａに密着し、その後面が、絶縁体５０の縮外径部５９の段部５９Ａに密着する。これによって、主体金具３０と絶縁体５０との隙間の気密性が保たれるようになる。

　特に本実施の形態においては、絶縁体５０の縮外径部５９は、側面断面視において２つの円弧形状に形成される。より詳細には、縮外径部５９の外側すなわち外周側に、先端側または外周側または主体金具３０側に凸となる円弧形状の第１の曲面５９１が形成される。そして、縮外径部５９の内側すなわち内周側には、換言すれば第１の曲面５９１よりも先端側には、後端方向または軸孔５０ａに向けて凸となる円弧形状の第２の曲面５９２が形成される。

　本実施の形態においては、第１の曲面５９１の曲率半径が、第２の曲面５９２の曲率半径よりも大きく形成される。このように構成されているので、第１の曲面５９１と板パッキン７０との接触面積が広くなり、気密性をより向上することができる。なお、板パッキン７０との密着性能や応力分散の観点から、第１の曲面５９１の曲率半径と第２の曲面５９２の曲率半径とは、適宜調整してよい。例えば第１の曲面５９１の曲率半径と第２の曲面５９２の曲率半径とが同一でもよく、第２の曲面５９２の曲率半径の方が大きくてもよい。

　このように、絶縁体５０の段部５９Ａを円弧形状とすることによって、絶縁体５０の段部５９Ａやその端部にかかる応力を分散させることが可能になり、その結果、例えば絶縁体５０を主体金具３０に組み付ける際に、絶縁体５０の段部５９Ａやその端部の破断を防止することができる。そして、同時に、絶縁体５０の段部５９Ａに第１の曲面５９１を設けることによって、板パッキン７０と絶縁体５０との接触面積を増やすことができ、その結果、主体金具３０の棚部３９の受け面３９Ａと絶縁体５０の縮外径部５９の段部５９Ａとの間の気密性を高めることができる。また、第２の曲面５９２を設けることによって、絶縁体５０の段部５９Ａの先端部における機械的強度を向上することができる。絶縁体５０の機械的強度が向上すれば、絶縁体５０を主体金具３０に組み付ける際に、絶縁体５０を強く主体金具３０に押し付けることができる。その結果、板パッキン７０の形状が絶縁体５０に馴染むので、気密性を高めることができる。

　また、本実施の形態においては、図２に示すように、板パッキン７０は、主体金具３０の棚部３９の受け面３９Ａと、絶縁体５０の縮外径部５９の段部５９Ａとに挟まれて変形される。変形後の板パッキン７０は、その後端側の先端が、第１の曲面５９１の端部５９１Ｘよりも後方に位置するように変形される。これによって、板パッキン７０と絶縁体５０との接触面積が大きくなる。その結果、主体金具３０と絶縁体５０との間の気密性を高めることができる。また、変形後の板パッキン７０は、その前端側すなわち内周側の先端が、第１の曲面５９１と第２の曲面５９２の切り替わり部５９２Ｘよりも内周側に位置するように変形される。これによって、板パッキン７０が絶縁体５０を軸線Ｏ側に押す力が弱くなる。その結果、板パッキン７０の干渉による絶縁体５０の破断を防止することができる。

　また、本実施の形態においては、図３に示すように、中心電極２０の縮外径部２８と接触する絶縁体５０の縮内径部５８との接触部の中間点、すなわち中軸受け位置２９から、板パッキン７０と絶縁体５０の第１の曲面５９１との接触部までの最大の距離Ｌが３．０４６ｍｍ以上となるように形成されることが好ましい。換言すれば、中軸受け位置２９から第１の曲面５９１の最も遠い部分までの距離Ｌが３．０４６ｍｍ以上となるように形成されることが好ましい。例えば、距離Ｌは３．１０２ｍｍ以上であるとより好ましい。距離Ｌがこのように設定されると、パッキン７０による気密性能がいっそう向上する。

　パッキン７０による気密性能の向上は次のように確かめた。すなわち、距離Ｌが３．０４６ｍｍの絶縁体５０を備えるスパークプラグ１（サンプル１）と、距離Ｌが３．１０２ｍｍの絶縁体５０を備えるスパークプラグ１（サンプル２）と、を用意した。サンプル１，２は、距離Ｌが異なるだけであり、他の構成は実質的に同一である。また、比較例として、サンプル１において第１の曲面を平らな平面に変更したスパークプラグ（サンプル３）と、サンプル２において第１の曲面を平らな平面に変更したスパークプラグ（サンプル４）と、を用意した。各サンプルをＳＵＳ製のブッシュに取り付け、中心電極側の空間を２ＭＰａに保つようにした。この状態からブッシュの温度を上昇させ、主体金具と絶縁体との間を漏れ出る空気の流量（ｍｌ／ｍｉｎ）を計測し、流量があらかじめ定められた値を超えるときの温度を測定した。サンプル１～４の、流量があらかじめ定められた値となったときの温度は、順に、２２０℃、２４０℃、２１０℃、２１０℃であった。

（まとめ）
　以上のように、本実施形態においては、軸線に沿って延びる軸孔を有する絶縁体５０と、絶縁体５０の外周に配置される主体金具３０と、軸孔の軸線の先端側に配置される中心電極２０と、を備えるスパークプラグ１が提供される。絶縁体５０は、先端側を向く段部５９Ａを外周面に有する。主体金具３０は、後端側を向き、パッキン７０を介して段部５９Ａを係止する受け面３９Ａを内周面に有する。段部５９Ａは、外周側は、先端側に向けて凸となる第１の曲面５９１であり、第１の曲面５９１より内周側は、後端側に向けて凸となる第２の曲面５９２である。

　これによると、スパークプラグ１の気密性を向上させることができる。

　好ましくは、第１の曲面５９１は、第２の曲面５９２より後端側に形成され、第２の曲面５９２よりも曲率半径が大きい。

　これによって、第１の曲面５９１とパッキン７０との接触面積が広くなり、気密性がより向上する。

　好ましくは、パッキン７０と絶縁体５０との接触部の後端は、第１の曲面５９１の後端よりも後端側に位置する。接触部の先端は、受け面３９Ａよりも内周側に位置し、かつ、第１の曲面５９１と第２の曲面５９２との接続点よりも外周側に位置する。

　これによって、第１の曲面５９１とパッキン７０との接触面積が広くなり、気密性がより向上する。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて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。また、本明細書で説明した異なる実施形態の構成を互いに組み合わせて得られる構成についても、本開示の範疇に含まれる。

１　　　　：スパークプラグ
１１　　　：接地電極
２０　　　：中心電極
２１　　　：電極母材
２２　　　：芯材
２８　　　：縮外径部
２９　　　：中軸受け位置
３０　　　：主体金具
３１　　　：加締部
３２　　　：工具係合部
３３　　　：湾曲部
３４　　　：座部
３６　　　：胴部
３９　　　：棚部
３９Ａ　　：受け面
５０　　　：絶縁体
５０ａ　　：軸孔
５１　　　：先端部
５３　　　：端子金具
５５　　　：ガラスシール
５８　　　：縮内径部
５９　　　：縮外径部
５９Ａ　　：段部
６１　　　：タルク
６２　　　：線パッキン
６３　　　：線パッキン
７０　　　：板パッキン
５９１　　：第１の曲面
５９１Ｘ　：端部
５９２　　：第２の曲面
５９２Ｘ　：部
Ｏ　　　　：軸線

Claims (3)

1. 　軸線に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、
   　前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
   　前記軸孔の前記軸線の先端側に配置される中心電極と、を備え、
   　前記絶縁体は、先端側を向く段部を外周面に有し、
   　前記主体金具は、後端側を向き、パッキンを介して前記段部を係止する受け面を内周面に有する、スパークプラグであって、
   　前記段部は、外周側は、先端側に向けて凸となる第１の曲面であり、前記第１の曲面より内周側は、後端側に向けて凸となる第２の曲面である、スパークプラグ。
2. 　前記第１の曲面は、前記第２の曲面より後端側に形成され、前記第２の曲面よりも曲率半径が大きい、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 　前記パッキンと前記絶縁体との接触部の後端は、前記第１の曲面の後端よりも後端側に位置し、
   　前記接触部の先端は、前記受け面よりも内周側に位置し、かつ、前記第１の曲面と前記第２の曲面との接続点よりも外周側に位置する、請求項１または２に記載のスパークプラグ。

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