(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
スパークプラグのうち燃焼室内に配置される部分に加わる外力(例えば、ガスが燃焼することにより生じる燃焼圧)により、主体金具に対する絶縁体の保持力が低下することがある。また、スパークプラグの後端部に設けられた端子電極の頭部及び主体金具間における異常放電(いわゆるフラッシュオーバー)が発生しないよう考慮されているものの、フラッシュオーバーの発生を抑制する性能(耐フラッシュオーバー性能)にはさらなる向上の余地があった。
そこで、本願発明はかかる実情に鑑み、主体金具に対する絶縁体の保持力および耐フラッシュオーバー性能をさらに向上させたスパークプラグの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【0006】
(1)本発明の一形態によれば、スパークプラグが提供される。このスパークプラグは、軸線を中心に先端側から後端側に向けて延びた筒状の絶縁体と、絶縁体の外周面にカシメ固定された筒状の主体金具であって、外周方向へ多角形状に張り出した工具係合部と、工具係合部の後端側に繋がる主体金具の後端部をカシメによって絶縁体の外周面に向けて屈曲したカシメ蓋とを有する主体金具とを備え、絶縁体の外周面とカシメ蓋の内周面との間に粉末が充填される。このスパークプラグでは、カシメ蓋は、自身の後端から外周方向に延びる環状の平面部を有する。この形態のスパークプラグによれば、カシメによってカシメ蓋を屈曲させる際、カシメ荷重を伝えやすい
平面状の部位を介してカシメ蓋を治具で押すことができるので、カシメ蓋の厚みが厚い等の理由で屈曲させにくい場合であっても確実にカシメ蓋を屈曲し、主体金具に対し絶縁体を固定することができる。その結果、主体金具に対する絶縁体の保持力が低下することを抑制することができる。また、スパークプラグの後端部にコイルブーツ(プラグキャップ)が装着された際、環状の平面部がコイルブーツ(プラグキャップ)に面接触するため、コイルブーツ(プラグキャップ)とカシメ蓋との接触面積が大きくなる。これにより、耐フラッシュオーバー性能を向上することができる。
【0007】
(2)上記形態のスパークプラグにおいて、主体金具と絶縁体との間に粉末が充填された充填領域と平面部とを、軸線に垂直な平面に投影したとき、平面部の投影領域が充填領域の投影領域に重なることとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、平面部によってより確実に滑石に荷重を加えることができる。これにより、滑石を介してより確実に絶縁体に荷重をかけることができ、主体金具に対し絶縁体を強固に固定することができる。その結果、主体金具に対する絶縁体の保持力が低下することをより抑制することができる。
【0008】
(3)上記形態のスパークプラグにおいて、充填領域の後端側とカシメ蓋との間に、環状のリング部材が配置され、カシメ蓋は、平面部よりも内周側に、内周方向へ突出する環状の内周部を有し、環状の内周部の少なくとも一部は、環状のリング部材と接触することとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、カシメ蓋と環状のリング部材との接触面積が増えるので、主体金具に対する絶縁体の保持力が低下することをより抑制することができる。
【0009】
(4)上記形態のスパークプラグにおいて、平面部は軸線と直交する方向に平行であることとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、カシメ荷重をより伝えやすいため、主体金具に対し絶縁体をより確実に固定することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
A.実施形態:
A−1.スパークプラグの構成:
図1は、スパークプラグ10の部分断面を示す説明図である。
図1には、スパークプラグ10の軸心である軸線CA1を境界として、紙面右側にスパークプラグ10の外観形状を図示し、紙面左側にスパークプラグ10の断面形状を図示した。本実施形態の説明では、スパークプラグ10における
図1の紙面下側を「先端側」といい、
図1の紙面上側を「後端側」という。
【0012】
スパークプラグ10は、中心電極100と、絶縁体200と、主体金具300と、接地電極400とを備える。本実施形態では、スパークプラグ10の軸線CA1は、中心電極100、絶縁体200および主体金具300の各部材における軸心でもある。
【0013】
スパークプラグ10は、中心電極100と接地電極400との間に形成された間隙SGを先端側に有する。スパークプラグ10の間隙SGは、火花ギャップとも呼ばれる。スパークプラグ10は、間隙SGが形成されている先端側を燃焼室920の内壁910から突出させた状態で内燃機関90に取り付け可能に構成されている。スパークプラグ10を内燃機関90に取り付けた状態で、高電圧を中心電極100に印加すると、間隙SGに火花放電が発生する。この間隙SGに発生させた火花放電によって、燃焼室920内の混合気に着火することが可能である。
【0014】
図1には、相互に直交するXYZ軸を図示した。
図1のXYZ軸は、後述する他の図におけるXYZ軸に対応する。
【0015】
図1のXYZ軸のうち、軸線CA1に沿った軸をZ軸とする。Z軸に沿ったZ軸方向(軸線方向)に関し、スパークプラグ10の後端側から先端側に向かって+Z軸方向とし、その逆を−Z軸方向とする。+Z軸方向は、中心電極100が絶縁体200と共に軸線CA1に沿って主体金具300の先端側から突出する方向である。
【0016】
図1のXYZ軸のうち、接地電極400が軸線CA1に向けて屈曲する方向に沿った軸をY軸とする。Y軸に沿ったY軸方向に関し、接地電極400が軸線CA1に向けて屈曲する方向を−Y軸方向とし、その逆を+Y軸方向とする。
【0017】
図1のXYZ軸のうち、Y軸およびZ軸に直交する軸をX軸とする。X軸に沿ったX軸方向に関し、
図1の紙面奥から紙面手前に向かって+X軸方向とし、その逆を−X軸方向とする。
【0018】
スパークプラグ10の中心電極100は、導電性を有する電極体である。中心電極100は、軸線CA1を中心に延びた棒状をなす。本実施形態では、中心電極100は、ニッケル(Ni)を主成分とするニッケル合金(例えば、インコネル(登録商標))からなる。中心電極100の外側面は、絶縁体200によって外部から電気的に絶縁されている。中心電極100の先端側は、絶縁体200の先端側から突出している。中心電極100の後端側は、絶縁体200の後端側へと電気的に接続されている。本実施形態では、中心電極100の後端側は、シール体160、セラミック抵抗170、シール体180、端子金具190を介して絶縁体200の後端側へと電気的に接続されている。
【0019】
スパークプラグ10の接地電極400は、導電性を有する電極体である。接地電極400は、主体金具300から軸線CA1に対して平行に一旦延びた後に軸線CA1に向けて屈曲した形状をなす。接地電極400の基端部は、主体金具300に接合されている。接地電極400の先端部は、中心電極100との間に間隙SGを形成する。本実施形態では、接地電極400は、ニッケル(Ni)を主成分とするニッケル合金(例えば、インコネル(登録商標))からなる。
【0020】
スパークプラグ10の絶縁体200は、電気絶縁性を有する碍子である。絶縁体200の熱膨張率は、主体金具300よりも小さい。絶縁体200は、軸線CA1を中心に延びた筒状をなす。本実施形態では、絶縁体200は、絶縁性セラミックス材料(例えば、アルミナ)を焼成してなる。
【0021】
絶縁体200は、軸線CA1を中心に延びた貫通孔である軸孔290を有する。絶縁体200の軸孔290には、絶縁体200の先端側(+Z軸方向側)から突出させた状態で中心電極100が軸線CA1上に保持されている。絶縁体200の外側には、先端側から後端側に向けて順に、第1筒状部210と、第2筒状部220と、第3筒状部250と、第4筒状部270とが形成されている。
【0022】
絶縁体200の第1筒状部210は、先端側に向けて先細りになった円筒状の部位であり、第1筒状部210の先端側は、主体金具300の先端側から突出している。絶縁体200の第2筒状部220は、第1筒状部210よりも大きな径を有する円筒状の部位である。絶縁体200の第3筒状部250は、第2筒状部220および第4筒状部270よりも外周方向に張り出した円筒状の部位である。絶縁体200の第4筒状部270は、第3筒状部250から後端側をなす円筒状の部位であり、第4筒状部270の後端側は、主体金具300の後端側から突出している。
【0023】
スパークプラグ10の主体金具300は、導電性を有する金属体である。主体金具300の熱膨張率は、絶縁体200よりも大きい。主体金具300は、軸線CA1を中心に延びた筒状をなす。本実施形態では、主体金具300は、筒状に成形した低炭素鋼にニッケルメッキを施した金属体である。他の実施形態では、主体金具300は、亜鉛メッキを施した金属体であっても良いし、メッキを施していない金属体(無メッキ)であっても良い。
【0024】
主体金具300の内側には、主体金具300の先端側(+Z軸方向側)から中心電極100と共に突出させた状態で絶縁体200が保持されている。主体金具300の内側には、先端側から後端側に向けて順に、金具内周面392と、環状凸部394と、金具内周面396とが形成されている。
【0025】
主体金具300の金具内周面392は、主体金具300の内周面のうち環状凸部394よりも先端側に位置する部位ある。主体金具300の環状凸部394は、主体金具300の内周面である金具内周面392および金具内周面396から内側に向けて隆起した環状の部位である。主体金具300の金具内周面396は、主体金具300の内周面のうち環状凸部394よりも後端側に位置する部位である。
【0026】
金具内周面392と絶縁体200との隙間は、環状凸部394と絶縁体200との隙間や、金具内周面396と絶縁体200との隙間よりも大きい。絶縁体200を主体金具300の後端側から挿入して主体金具300に組み付ける際、環状凸部394および金具内周面396は、主体金具300に対する絶縁体200の位置決めに利用される。
【0027】
主体金具300は、中心電極100から電気的に絶縁された状態で絶縁体200の外側面にカシメ固定されている。主体金具300の外側には、先端側から後端側に向けて順に、先端部310と、ネジ部320と、胴部340と、溝部350と、工具係合部360と、カシメ蓋380とが形成されている。
【0028】
主体金具300の先端部310は、主体金具300の先端側(+Z軸方向側)を構成する円筒状の部位である。先端部310には、接地電極400が接合されている。先端部310の中央からは、中心電極100と共に絶縁体200が+Z軸方向に向けて突出している。
【0029】
主体金具300のネジ部320は、ネジ山が外側面に形成されている円筒状の部位である。本実施形態では、主体金具300のネジ部320を内燃機関90のネジ孔930に螺合させることによって、スパークプラグ10を内燃機関90に取り付けることが可能である。本実施形態では、ネジ部320の呼び径は、M12である。他の実施形態では、ネジ部320の呼び径は、M12より小さくても良いし(例えば、M8、M9、M10)、M12より大きくても良い(例えば、M14、M18)。
【0030】
主体金具300の胴部340は、溝部350よりも外周方向に張り出した鍔状の部位である。スパークプラグ10を内燃機関90に取り付けた状態で、胴部340と内燃機関90との間にはガスケット500が圧縮される。
【0031】
主体金具300の溝部350は、胴部340と工具係合部360との間に設けられ、主体金具300を絶縁体200にカシメ固定する際に外周方向に膨出した円筒状の部位である。
【0032】
主体金具300の工具係合部360は、溝部350よりも外周方向へ多角形状に張り出した鍔状の部位であり、スパークプラグ10を内燃機関90に取り付けるための工具(図示しない)に係合する形状をなす。本実施形態では、工具係合部360の外形は、六角形状である。
【0033】
主体金具300のカシメ蓋380は、主体金具300を絶縁体200にカシメ固定する際に、主体金具300の後端側を絶縁体200に向けて屈曲して成形した部位である。カシメ固定は、カシメ治具を用いて行われる。カシメ治具に設けられた平面状の部位を主体金具300の後端側の部分に接触させながら荷重をかけることにより、主体金具300の後端側の部分を絶縁体200に向けて屈曲するとともに、外周方向に向けて延びる環状の平面部370を形成する。このように、環状の平面部370にカシメ治具に設けられた平面状の部位を接触させながら荷重をかけることにより、カシメ蓋380の厚みが厚い等の理由で屈曲させにくい場合であっても確実にカシメを行うことができる。平面部370の径方向における長さは、0.8mm〜1.2mm程度あればよく、本実施形態では、1mmとした。
【0034】
絶縁体200の第3筒状部250および第4筒状部270における外側と、主体金具300の工具係合部360およびカシメ蓋380における内側との間には、リング部材610が後端側に、リング部材620が先端側にそれぞれ配置され、リング部材610とリング部材620との間に粉末650が充填されている。リング部材610,620は、金属製(例えば、鉄(Fe))の環状の部材である。粉末650は、密閉(シール)用の粉末(例えば、粉末の滑石(タルク))である。
【0035】
リング部材610,620および粉末650は、絶縁体200と主体金具300との間を密閉すると共に、主体金具300に対する絶縁体200の保持力を向上させる。ここで、環状の部材であるリング部材610,620は、軸線CA1と直交する断面でみたとき、周方向において切れ目のないO字形状でもよいし、周方向の一部に切れ目があるC字形状であってもよい。
【0036】
図2は、スパークプラグ10の部分断面を拡大して示す説明図である。
図2には、スパークプラグ10における工具係合部360周辺の部分断面を、
図1よりも拡大して図示した。
【0037】
図2に示すように、主体金具300のカシメ蓋380は、工具係合部360に繋がる主体金具300の端部388をカシメによって絶縁体200の外周面208に向けて屈曲してなり、リング部材610,620および粉末650を封止する。密閉用の粉末650は、絶縁体200における第3筒状部250から第4筒状部270に至る外周面208と、主体金具300における工具係合部360からカシメ蓋380に至る内周面398との間に充填されている。
【0038】
リング部材610は、主体金具300のカシメ蓋380によって絶縁体200の外周面208に押し付けられ、絶縁体200の第4筒状部270における外周面208、および主体金具300のカシメ蓋380のうち平面部370よりも内周側に形成された環状の内周部389の内周面398に接触している。リング部材620は、リング部材610よりも先端側に配置され、絶縁体200の第3筒状部250における外周面208、および主体金具300の工具係合部360における内周面398に接触している。
【0039】
リング部材610,620が配置された領域を除き、軸線CA1に沿って絶縁体200と主体金具300との間に粉末650が充填された領域を充填領域FAとする。本実施形態では、充填領域FAと平面部370を軸線CA1に沿って軸線CA1に垂直な平面PPに投影したとき、平面部370の投影領域R1が充填領域FAの投影領域R2に重なるように、平面部370が形成されている。
【0040】
このように、平面部370の投影領域R1が充填領域FAの投影領域R2に重なる位置に平面部370があると、平面部370によってより確実に滑石に荷重を加えることができる。これにより、滑石を介してより確実に絶縁体に荷重をかけることができ、主体金具に対し絶縁体を強固に固定することができる。その結果、主体金具に対する絶縁体の保持力が低下することをより抑制することができる。
【0041】
なお、平面部370の投影領域R1すべてが充填領域FAの投影領域R2に重なる位置に平面部370があると、より確実に滑石を介して絶縁体を押さえつけることができるのでより良い。また、本実施例では、平面部370は軸線CA1と直交する方向に平行な面である。このように、平面部370を軸線CA1と直交する方向に平行となるように形成することで、滑石を介してより確実に絶縁体に荷重をかけることができる。
【0042】
図2に示すように、工具係合部360は、工具係合部360における後端側の端部である端面368を有する。この端面368を通りX軸およびY軸に平行な平面よりも−Z軸方向側に、カシメ蓋380が形成されている。
【0043】
図3は、カシメ蓋380の部分断面を拡大して示す説明図である。
図3には、軸線CA1を通りY軸およびZ軸に平行なYZ平面で切断したカシメ蓋380の断面を、
図2よりも拡大して図示した。
【0044】
図3において、カシメ蓋380のうち平面部370よりも内周側には、内周方向へ突出する環状の内周部389が形成されている。このように、平面部370よりも内周側に環状の内周部389があることで、カシメ380蓋とリング部材610との接触面積が大きくなり、主体金具300に対して絶縁体200をより確実に固定することができる。
【0045】
図4は、軸線CA1に垂直な平面PPに、充填領域FAと平面部370を投影したときの説明図である。
図4に示すように、平面部370の投影領域R1を平面PPに投影したとき、充填領域FAの投影領域R2に重なるように、平面部370は形成されている。
【0046】
A−2.第1評価試験:
図5は、スパークプラグ10の端子電極190に電圧を印加したときの端子電極190の頭部及び主体金具300間におけるフラッシュオーバーの発生の有無を評価した結果である。第1評価試験では、平面部370を有する実施例のサンプル10個と平面部370を有しない比較例のサンプル10個とを準備し、端子電極190に印加する印加電圧を変更した際にフラッシュオーバーが発生したか否かを調べた。具体的には、まず中心電極100と接地電極400との間に形成された間隙SG、および、絶縁体200と金具内周面392との間、で放電が生じないように、中心電極100と接地電極400との間、および、絶縁体200と金具内周面392との間、に絶縁油を満たした。次に、スパークプラグ10の後端部にプラグキャップを装着し、カシメ蓋380とプラグキャップを接触させた状態で、放電と放電波形を同期させて放電を観察することにより、フラッシュオーバーの発生の有無を評価した。第1評価試験では、1秒間あたり0.5kVづつ電圧を昇圧しながら、60ヘルツ周期で電圧を印加した。いずれのサンプルでもフラッシュオーバーが1回も発生しなかった場合は「○」と判定し、フラッシュオーバーが1回でも発生したサンプルがあった場合は、「×」と判定した。
【0047】
図5に示すように、平面部370がない比較例では、印加電圧を大きくするとフラッシュオーバーが発生したのに対し、平面部370を有する実施例では、46kVという非常に高い印加電圧の場合であっても、フラッシュオーバーの発生を抑制することができた。これは、平面部370がない場合は、プラグキャップとカシメ蓋とが線接触するのに対し、平面部370を有することにより、スパークプラグの後端部にプラグキャップが装着された際、環状の平面部がプラグキャップに面接触するため、プラグキャップとカシメ蓋との接触面積が大きくなり、フラッシュオーバーの発生を抑制することができたと考えられる。
【0048】
A−4.効果:
以上説明した実施形態によれば、カシメ蓋に、カシメ蓋の後端から外周方向に延びる環状の平面部を有する場合、カシメによってカシメ蓋を屈曲させる際、カシメ荷重を伝えやすい
平面状の部位を介してカシメ蓋を治具で押すことができるので、カシメ蓋の厚みが厚い等の理由で屈曲させにくい場合であっても確実にカシメ蓋を屈曲し、主体金具に対し絶縁体を固定することができる。その結果、主体金具に対する絶縁体の保持力が低下することを抑制することができる。また、スパークプラグの後端部にコイルブーツ(プラグキャップ)が装着された際、環状の平面部がコイルブーツ(プラグキャップ)に面接触するため、コイルブーツ(プラグキャップ)とカシメ蓋との接触面積が大きくなる。これにより、耐フラッシュオーバー性能を向上することができる。
【0049】
また、主体金具と絶縁体との間に粉末が充填された充填領域と平面部とを、軸線に垂直な平面に投影したとき、平面部の投影領域が充填領域の投影領域に重なるようにした場合、平面部によってより確実に滑石に荷重を加えることができ、滑石を介してより確実に絶縁体に荷重をかけて、主体金具に対し絶縁体を強固に固定することができる。
【0050】
さらに、カシメ蓋の平面部よりも内周側に、内周方向へ突出する環状の内周部を有し、環状の内周部の少なくとも一部は、環状のリング部材と接触する場合、カシメ蓋と環状のリング部材との接触面積が増えるので、主体金具に対する絶縁体の保持力が低下することをより抑制することができる。
【0051】
さらに、平面部は軸線と直交する方向に平行である場合、カシメ荷重をより伝えやすいため、主体金具に対し絶縁体をより確実に固定することができる。
【0052】
本実施形態では、平面部370は、軸線CA1と直交する方向に平行な面であったが、これに限られず、軸線CA1と平行でなはない平面であればよい。
【0053】
B.他の実施形態:
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。