(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】
また、一般に、ネジ部を長くするほど、エンジンのウォータージャケットを配置する場所の自由度が高まるため、好ましい。しかし、ネジ部の有効径を一様とした場合、ネジ部の長さが長くなるほど、ネジ部がエンジンヘッドと接する面積が増える結果、単位面積あたりの面圧は低下する。このため、エンジンの燃焼サイクルによる振動を受けた際に、ネジ部が長くなるほど、スパークプラグが緩みやすくなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上記の課題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できる。
【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、外周に雄ネジが形成された取付ネジ部を有する筒状の主体金具を備え、前記主体金具の軸線に沿った方向において、前記取付ネジ部の中央よりも後端側に、前記雄ネジの有効径が最大となる有効径最大部が存在し、前記有効径最大部よりも先端側に、前記有効径が極大となる有効径極大部が存在することを特徴とする。一般に、主体金具は、後端側に比べて先端側のほうがエンジン内からの熱を受けやすいため膨張する傾向にある。しかし、この形態のスパークプラグによれば、スパークプラグをエンジンヘッドに固定した場合に、有効径最大部において面圧が大きくなるとともに、有効径最大部よりも先端側にある有効径極大部が熱膨張することにより有効径極大部においても面圧が大きくなる。このため、スパークプラグのぐらつきを抑制することとなる結果、スパークプラグの緩みを抑制できる。
【0007】
(2)上記形態のスパークプラグにおいて、前記軸線に沿った方向において、前記取付ネジ部の中央よりも先端側に、前記有効径極大部が存在してもよい。この形態のスパークプラグによれば、取付ネジ部の中央よりも後端側に有効径極大部が存在する場合と比較して、有効径最大部と有効径極大部との距離が長くなり、エンジンヘッドと接触する位置同士の距離が遠くなる。このため、スパークプラグのぐらつきを抑制することとなる結果、より効果的にスパークプラグの緩みを抑制できる。
【0008】
(3)上記形態のスパークプラグにおいて、前記軸線に沿った方向における前記取付ネジ部の長さは、26.5mm以上であってもよい。この形態のスパークプラグによれば、一般に緩みが生じやすい傾向にある取付ネジ部の長さが長い形態のスパークプラグに、好適に使用できる。
【0009】
(4)上記形態のスパークプラグにおいて、さらに、前記主体金具の内周に配置されており、軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔に配置されており、外周側に張り出した鍔部を備える中心電極と、を備え、前記絶縁体は、前記軸孔において内周側に張り出した軸孔内段部を備え、前記軸孔内段部は、前記鍔部と接しており、前記軸線に沿った方向において、前記有効径極大部は、前記軸孔内段部が前記鍔部と接する部分の後端よりも先端側に存在してもよい。この形態のスパークプラグによれば、エンジン内からの熱が有効径極大部を経由して効率的に主体金具から放出されるため、熱引きが良好となる。
【0010】
(5)上記形態のスパークプラグにおいて、さらに、前記主体金具の内周に配置されており、軸孔を有する絶縁体を備え、前記絶縁体は、外周に張り出す絶縁体段部を備え、前記主体金具は、内周に張り出す金具内段部を備え、前記絶縁体段部は、パッキンを介して前記金具内段部と接しており、前記軸線に沿った方向において、前記有効径極大部は、前記金具内段部の後端よりも先端側に存在してもよい。この形態のスパークプラグによれば、エンジン内からの熱が有効径極大部を経由して効率的に主体金具から放出されるため、熱引きが良好となる。
【0011】
(6)上記形態のスパークプラグにおいて、前記軸線に沿った方向において、前記有効径極大部は、前記金具内段部の位置に存在してもよい。この形態のスパークプラグによれば、エンジン内からの熱が有効径極大部を経由して効率的に主体金具から放出されるため、熱引きが良好となる。
【0012】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグが取り付けられたエンジンヘッド等の態様で実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
A.第1実施形態:
図1は、スパークプラグ100の部分断面を示す説明図である。
図1では、スパークプラグ100の軸心である軸線CAを境界として、紙面右側にスパークプラグ100の外観形状を図示し、紙面左側にスパークプラグ100の断面形状を図示している。本実施形態の説明では、
図1の下方側をスパークプラグ100の先端側と呼び、
図1の上方側をスパークプラグ100の後端側と呼ぶ。
【0015】
スパークプラグ100は、軸線CAに沿った軸孔12を有する絶縁体10と、軸孔12に設けられた中心電極20と、絶縁体10の外周に配置された筒状の主体金具50と、主体金具50に基端32が固定された接地電極30と、を備える。
【0016】
絶縁体10は、アルミナを始めとするセラミック材料を焼成することにより形成された絶縁碍子である。絶縁体10は、主体金具50の内周に配置されている部材であり、先端側に中心電極20の一部を収容し、後端側に端子金具40の一部を収容する軸孔12が中心に形成された筒状の部材である。絶縁体10の軸方向中央には外径の大きい中央胴部19が形成されている。中央胴部19の後端側には、中央胴部19よりも外径が小さい後端側胴部18が形成されている。中央胴部19の先端側には、後端側胴部18よりも外径が小さい先端側胴部17が形成されている。先端側胴部17の更に先端側には、中心電極20側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部13が形成されている。
【0017】
主体金具50は、絶縁体10の後端側胴部18の一部から脚長部13に亘る部位を包囲して保持する筒状の金具である。主体金具50は、例えば、低炭素鋼により形成され、全体にニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理が施されている。主体金具50は、後端側から順に、工具係合部51と、シール部54と、取付ネジ部52とを備える。工具係合部51には、スパークプラグ100をエンジンヘッド90に取り付けるための工具が嵌合する。取付ネジ部52は、主体金具50の外周において全周に雄ネジが形成された部分であり、エンジンヘッド90の取付ネジ孔93にねじ込まれる部分である。シール部54は、取付ネジ部52の根元に鍔状に形成されている。シール部54とエンジンヘッド90との間には、板体を折り曲げることにより形成した環状のガスケット65が嵌挿されている。主体金具50の先端側の端面57は、中空の円状であり、その中央からは、絶縁体10の脚長部13の先端と中心電極20の先端とが突出している。
【0018】
主体金具50の工具係合部51より後端側には、厚みの薄い加締部53が設けられている。また、シール部54と工具係合部51との間には、加締部53と同様に厚みの薄い圧縮変形部58が設けられている。工具係合部51から加締部53にかけての主体金具50の内周面と絶縁体10の後端側胴部18の外周面との間には、円環状のリング部材66,67が介在されており、更にこれらのリング部材66,67間にはタルク69の粉末が充填されている。スパークプラグ100の製造時には、加締部53を内側に折り曲げるようにして先端側に押圧することにより圧縮変形部58が圧縮変形する。この圧縮変形部58の圧縮変形により、リング部材66,67及びタルク69を介し、絶縁体10が主体金具50内で先端側に向け押圧される。そして、この押圧により、タルク69が軸線CA方向に圧縮されることにより、主体金具50内の気密性が高められる。
【0019】
主体金具50には、内周に張り出した金具内段部56が形成されている。なお、軸線CAに沿った方向において、金具内段部56の後端の位置をP2とする。また、絶縁体10には、脚長部13の後端に位置し、外周に張り出した絶縁体段部15が形成されている。主体金具50の内周において、金具内段部56は、環状のパッキン68を介して、絶縁体段部15と接している。このパッキン68は、主体金具50と絶縁体10との間の気密性を保持する部材であり、燃焼ガスの流出を防止する。本実施形態では、パッキンとしては、板パッキンを用いる。
【0020】
中心電極20は、電極部材21の内部に、電極部材21よりも熱伝導性に優れる芯材22が埋設された棒状の部材である。電極部材21は、ニッケルを主成分とするニッケル合金から形成されており、芯材22は、銅又は銅を主成分とする合金から形成されている。中心電極20の先端側の端部には、例えば、イリジウム合金などによって形成された貴金属チップが接合されていてもよい。
【0021】
中心電極20の後端側の端部近傍には、外周側に張り出した鍔部23が形成されている。鍔部23は、絶縁体10の軸孔12において内周側に張り出した軸孔内段部14に後端側から接しており、中心電極20を絶縁体10内で位置決めする。中心電極20は、中心電極20の後端側において、シール体64及びセラミック抵抗63を介して端子金具40と電気的に接続する。なお、軸線CAに沿った方向において、絶縁体10の軸孔内段部14が中心電極20の鍔部23と接する部分における後端の位置をP1とする。
【0022】
接地電極30は、ニッケルを主成分とした合金によって形成されている。接地電極30は、主体金具50の端面57に基端32が固定されている。接地電極30は、基端32から先端側に向かって軸線CAに沿って延び、先端部33の一側面が中心電極20の先端面に対向するように、その中間部分が屈曲されている。接地電極30の先端部33の中心電極20側を向く面には、貴金属チップ31が設けられている。貴金属チップ31は、自身と中心電極20との間に火花放電のための隙間を形成する。貴金属チップ31は、例えば、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムあるいはこれらの合金によって形成されている。
【0023】
図2は、取付ネジ部52における雄ネジの有効径の変位を示す図である。
図2では、有効径の変位を破線で示し、参考のために雄ネジのネジ山の形状を実線で示す。内容の理解を容易にする観点から、破線で示された有効径の変位は、実際よりも変位量を大きく記載しており、絶対値としての意味は持たない。
図2では、縦軸が雄ネジの有効径を示し、横軸が軸線CAに沿った方向における位置を示す。ここで、本明細書において、「雄ネジの有効径」とは、JIS B 0205で規定された値を示す。
【0024】
図2において示すとおり、本実施形態のスパークプラグ100において、雄ネジの有効径が最大となる部分である有効径最大部D1は、取付ネジ部52の中央Cよりも後端側に存在する。ここで、「取付ネジ部52の中央C」とは、軸線CAに沿った方向において、最も先端側のネジ山及び最も後端側のネジ山から等しい距離にある位置を意味する。また、有効径最大部D1よりも先端側に、有効径が極大となる有効径極大部D2が存在する。ここで、「有効径極大部」とは、自身よりも先端側及び自身よりも後端側と比較して、有効径が大きい部分を意味する。本実施形態では、有効径最大部D1における有効径は、11.125mmであり、有効径極大部D2における有効径は、11.100mmである。
【0025】
本実施形態のスパークプラグ100によれば、スパークプラグ100がエンジンヘッド90に固定されたときにスパークプラグ100が緩むことを抑制できる。以下、このメカニズムについて説明する。
【0026】
エンジンヘッド90にスパークプラグ100が固定された場合、一般に、スパークプラグ100の後端側に比べて先端側のほうがエンジン内からの熱を受けやすい。具体的には、スパークプラグ100の主体金具50では、先端側は600℃程度まで温度が上昇するのに対して、主体金具50の後端側は100℃程度までしか温度が上昇しない。この結果として、主体金具50は、後端側に比べて先端側のほうが熱により膨張する。
【0027】
本実施形態におけるスパークプラグ100は、有効径最大部D1が取付ネジ部52の中央Cよりも後端側に存在する。このため、エンジン内からの熱を主体金具50が受けた場合、有効径最大部D1における熱膨張の量は比較的小さい。これに対して、有効径最大部D1よりも先端側に存在する有効径極大部D2の熱膨張の量は比較的大きくなる。この結果として、エンジンヘッド90と接触することにより、有効径最大部D1において面圧が大きくなるとともに、有効径最大部D1よりも先端側に存在する有効径極大部D2においても面圧が大きくなる。このため、スパークプラグ100のぐらつきを抑制することとなる結果、スパークプラグ100が緩むことを抑制できる。
【0028】
また、本実施形態におけるスパークプラグ100の有効径極大部D2における有効径は、有効径極大部D2よりも先端側の部分と比較して大きい。このため、有効径極大部D2よりも先端側の部分において過度な熱膨張が生じることに起因して、エンジンヘッド90の取付ネジ孔93が損傷することを抑制できる。
【0029】
さらに、
図2に示すとおり、本実施形態のスパークプラグ100では、有効径極大部D2は、取付ネジ部52の中央Cよりも先端側に存在する。このようにすることにより、有効径極大部D2が中央Cよりも後端側に存在する場合と比較して、有効径最大部D1と有効径極大部D2との距離が長くなり、エンジンヘッド90と接触する位置同士の距離が遠くなる。このため、スパークプラグ100のぐらつきを効果的に抑制することとなる結果、スパークプラグ100が緩むことをより効果的に抑制できる。
【0030】
図3は、スパークプラグ100における有効径最大部D1及び有効径極大部D2の位置関係を説明する図である。本実施形態では、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、絶縁体10の軸孔内段部14が中心電極20の鍔部23と接する部分の後端P1よりも先端側に存在する。
【0031】
ここで、エンジン内からの熱を主体金具50が受けた場合、熱は有効径最大部D1や有効径極大部D2を経由してエンジンヘッド90に伝わることにより、主体金具50から放出される。本実施形態によれば、有効径極大部D2は、軸孔内段部14が鍔部23と接する部分の後端P1よりも先端側に存在するため、後端P1よりも後端側に存在する場合と比較して、熱は有効径極大部D2を経由して効率的に主体金具50から放出される。このため、本実施形態のスパークプラグ100によれば、熱引きが良好となる。
【0032】
また、本実施形態では、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、金具内段部56の後端P2と同じ位置に存在する。つまり、本実施形態では、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、金具内段部56の位置に存在する。ここで、エンジン内からの熱を絶縁体10や中心電極20が受けた場合、熱は、パッキン68及び金具内段部56を経由して、主体金具50に伝わった後、有効径最大部D1や有効径極大部D2を経由してエンジンヘッド90に伝わる。本実施形態によれば、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、金具内段部56の位置に存在するため、熱は有効径極大部D2を経由して効率的に主体金具50から放出される。このため、本実施形態のスパークプラグ100によれば、熱引きが良好となる。
【0033】
本実施形態において、軸線CAに沿った方向における取付ネジ部52の長さは、26.5mm以上である。ここで、「取付ネジ部52の長さ」とは、最も先端のネジ山からシール部54の先端側の面までの長さを示す。一般に、取付ネジ部52の長さが長くなるほど、取付ネジ部52の雄ネジとエンジンヘッド90の雌ネジとの接触する面積が大きくなり、緩みが生じやすい傾向になるが、この形態のスパークプラグによれば、効果的に緩みを抑制できる。なお、軸線CAに沿った方向における取付ネジ部52の長さの下限は、これに限られず、例えば、18mm以上としてもよい。また、軸線CAに沿った方向における取付ネジ部52の長さの上限は、特に限定されないが、スパークプラグ100の製造のしやすさの観点から、70mm以下が好ましく、50mm以下がより好ましい。
【0034】
B.第2実施形態
図4は、第2実施形態における雄ネジの有効径の変位を示す図である。
図4においても、
図2と同様に、有効径の変位を破線で示し、参考のために雄ネジのネジ山の形状を実線で示す。内容の理解を容易にする観点から、破線で示された有効径の変位は、実際よりも変位量を大きく記載しており、絶対値としての意味は持たない。
図4では、縦軸が雄ネジの有効径を示し、横軸が軸線CAに沿った方向における位置を示す。第2実施形態では、第1実施形態と比較して、雄ネジの有効径の変位の態様が異なるが、それ以外の構成は同じである。
【0035】
第1実施形態では、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、金具内段部56の後端P2と同じ位置に存在するが、第2実施形態では、有効径極大部D2は、金具内段部56の後端P2よりも先端側に存在する。このようにすることにより、第2実施形態によれば、エンジンからの熱を主体金具50が受けた場合、熱は有効径極大部D2を経由して効率的に主体金具50から放出される。このため、本実施形態のスパークプラグ100によれば、熱引きが良好となる。
【0036】
C.他の実施形態:
本発明は、上述の実施形態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。
【0037】
上述の実施形態では、
図2に示すとおり、主体金具50の軸線CAに沿った方向において、取付ネジ部52の中央Cよりも先端側に有効径極大部D2が存在する。しかし、これに限られない。主体金具50の軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、取付ネジ部52の中央Cに存在してもよく、取付ネジ部52の中央Cよりも後端側に存在してもよい。
【0038】
上述の実施形態では、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、絶縁体10の軸孔内段部14が中心電極20の鍔部23と接する部分の後端P1よりも先端側に存在している。しかし、これに限られず、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、後端P1と同じ位置に存在してもよく、後端P1よりも後端側に存在してもよい。
【0039】
第1実施形態では、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、金具内段部56の後端P2と同じ位置に存在する。第2実施形態では、有効径極大部D2は、金具内段部56の後端P2よりも先端側に存在する。しかし、これに限られず、軸線CAに沿った方向において、有効径極大部D2は、金具内段部56の後端P2よりも後端側に存在していてもよい。
【0040】
上述の実施形態では、
図3に示すとおり、金具内段部56は、自身よりも先端側の部分及び自身よりも後端側の部分に対して、内周に張り出している。しかし、これに限られない。金具内段部56は、自身よりも後端側の部分に対して内周に張り出していればよい。
【0041】
上述の実施形態では、軸線CAに沿った方向において、絶縁体段部15は軸孔内段部14よりも先端側に存在する。しかし、これに限られず、軸線CAに沿った方向において、絶縁体段部15は、軸孔内段部14と同じ位置に存在してもよく、軸孔内段部14よりも後端側に存在してもよい。なお、スパークプラグ100を製造する観点から、軸線CAに沿った方向において、絶縁体段部15は軸孔内段部14よりも先端側に存在することが好ましい。