特開 2023-55246 スパークプラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023055246

(43)【公開日】2023-04-18

(54)【発明の名称】スパークプラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/20 20060101AFI20230411BHJP

【ＦＩ】

H01T13/20 B

H01T13/20 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021164418

(22)【出願日】2021-10-06

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000534

【氏名又は名称】弁理士法人真明センチュリー

(72)【発明者】

【氏名】長瀬 英樹

(72)【発明者】

【氏名】岩倉 駿介

【テーマコード（参考）】

5G059

【Ｆターム（参考）】

5G059AA10

5G059CC02

5G059EE11

(57)【要約】

【課題】中間部材の脱落の発生を低減できるスパークプラグを提供する。
【解決手段】スパークプラグは、放電面を有し貴金属を主体とするチップと、チップの放電面と反対側の部分が一端部に接合された本体部と、本体部の他端部の周囲に張り出す鍔部と、を含む中間部材と、溶融部を介して中間部材の他端部側に接合される母材と、を有する接地電極を備える。放電面の中心を通るチップの軸線を含む断面を見たときに、母材と鍔部との間には、鍔部が張り出す方向に向かって開口する隙間がある。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放電面を有し貴金属を主体とするチップと、
前記チップの前記放電面と反対側の部分が一端部に接合された本体部と、前記本体部の他端部の周囲に張り出す鍔部と、を含む中間部材と、
溶融部を介して前記中間部材の前記他端部側に接合される母材と、を有する接地電極を備えるスパークプラグであって、
前記放電面の中心を通る前記チップの軸線を含む断面を見たときに、前記母材と前記鍔部との間には、前記鍔部が張り出す方向に向かって開口する隙間があるスパークプラグ。

【請求項2】

前記隙間は、前記母材と前記鍔部との間から前記母材と前記他端部との間まで延びている請求項１記載のスパークプラグ。

【請求項3】

前記隙間は、前記母材と前記鍔部との間から前記溶融部まで延びている請求項１又は２に記載のスパークプラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はスパークプラグに関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃焼室内の混合気に点火するスパークプラグとして、貴金属を主体とするチップと、チップが接合された中間部材と、溶融部を介して中間部材が接合された母材と、を有する接地電極を備えるものは知られている。特許文献１に開示された先行技術は、中間部材の鍔部を含む端面の全体が母材に密着している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００９／０８４５６５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

先行技術では、中間部材の鍔部を含む端面の変形が母材に拘束されるので、混合気の燃焼による加熱、及び、燃焼室に流入する混合気による冷却に伴って中間部材および溶融部に生じる熱応力により、溶融部にクラックが入るおそれがある。溶融部が破壊するとチップと一緒に中間部材が母材から脱落する。

【0005】

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、中間部材の脱落の発生を低減できるスパークプラグの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、放電面を有し貴金属を主体とするチップと、チップの放電面と反対側の部分が一端部に接合された本体部と、本体部の他端部の周囲に張り出す鍔部と、を含む中間部材と、溶融部を介して中間部材の他端部側に接合される母材と、を有する接地電極を備え、放電面の中心を通るチップの軸線を含む断面を見たときに、母材と鍔部との間には、鍔部が張り出す方向に向かって開口する隙間がある。

【発明の効果】

【0007】

第１の態様によれば、放電面の中心を通るチップの軸線を含む断面を見たときに、接地電極の母材と中間部材の鍔部との間には、鍔部が張り出す方向に向かって開口する隙間がある。中間部材の鍔部を含む端面の全体が母材に密着して中間部材の変形が拘束される接地電極と比較して、熱膨張や収縮による中間部材の変形が隙間の分だけ許容される。これにより中間部材や溶融部の熱応力を小さくできるので、溶融部のクラックの発生を低減し中間部材の脱落の発生を低減できる。

【0008】

第２の態様によれば、第１の態様において、隙間は、母材と鍔部との間から母材と他端部との間まで延びている。隙間の分だけ大きく中間部材が変形できるので、中間部材や溶融部の熱応力をさらに小さくできる。よって溶融部のクラックが原因の中間部材の脱落の発生をさらに低減できる。

【0009】

第３の態様によれば、第１又は第２の態様において、隙間は、母材と鍔部との間から溶融部まで延びている。隙間の分だけ大きく中間部材が変形できるので、中間部材や溶融部の熱応力をさらに小さくできる。よって溶融部のクラックが原因の中間部材の脱落の発生をさらに低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。

【図2】接地電極の断面図である。

【図3】中間部材にチップが接合された部品および母材の断面図である。

【図4】第２実施の形態におけるスパークプラグの接地電極の断面図である。

【図5】第３実施の形態におけるスパークプラグの接地電極の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という（図２から図５においても同じ）。図１に示すようにスパークプラグ１０は、中心電極１３と接地電極１８とを備えている。中心電極１３は絶縁体１１に配置され、接地電極１８は、絶縁体１１に配置された主体金具１６に接続されている。

【0012】

絶縁体１１は軸線Ｏに沿う軸孔１２を有する略円筒状の部材である。絶縁体１１は機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等のセラミックスにより形成されている。中心電極１３は軸孔１２に配置されている。中心電極１３は、導電性を有する棒状の金属製の部材である。中心電極１３は、例えばＮｉを主成分とする有底円筒状の母材が、銅を主成分とする芯材を覆っている。芯材を省略することは可能である。中心電極１３の先端にはＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ等の貴金属を主体とするチップが設けられている。中心電極１３の先端面１４（チップの放電面）は軸孔１２の外に配置されている。

【0013】

中心電極１３は、軸孔１２内で端子金具１５と電気的に接続されている。端子金具１５は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具１５は、先端側が軸孔１２に挿入された状態で、絶縁体１１の後端に固定されている。

【0014】

主体金具１６は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具１６は絶縁体１１の先端側を取り囲み、絶縁体１１を径方向の内側に保持する。主体金具１６の外周面に、おねじ１７が形成されている。おねじ１７は、エンジン（図示せず）のねじ穴に螺合する部位である。

【0015】

接地電極１８は、導電性を有する金属材料（例えばＮｉ基合金等）によって形成された棒状の母材１９を含む。母材１９は、主体金具１６に接続された一端部１９ａから他端部１９ｂへ向けて延伸する。母材１９が延伸する方向に垂直な母材１９の断面は四角形、楕円形、半円形が例示される。母材１９は、一端部１９ａと他端部１９ｂとの間が屈曲している。母材１９には、熱伝導率が高い芯材（例えば銅を主成分とするもの）が埋め込まれていても良い。接地電極１８と中心電極１３の先端面１４との間に放電が生じる。

【0016】

図２は接地電極１８の断面図である。図２は母材１９の一部の図示が省略されている（図３から図５においても同じ）。母材１９の他端部１９ｂ（図１参照）には、中間部材２２を介してチップ２０が接続されている。チップ２０の材料は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ等の貴金属を主体とし、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ等の貴金属のうちの１種または２種以上を含み、これらの貴金属の１種を５０ｗｔ％以上含む。

【0017】

チップ２０の放電面２１は中心電極１３（図１参照）の先端面１４に対向している。チップ２０は、放電面２１の中心２０ａを通る軸線Ａに沿って延びている。軸線Ａに垂直なチップ２０の断面は円形、四角形などが例示される。図２は軸線Ａを含む接地電極１８の断面図である。

【0018】

中間部材２２は、軸線Ａに沿って延びる本体部２３と、本体部２３の周りに出ている鍔部２６と、を備えている。軸線Ａに垂直な本体部２３の断面は円形、四角形などが例示される。中間部材２２の材料は例えばＮｉを主成分とする合金である。

【0019】

チップ２０は、本体部２３の軸線方向の一端部２４に、第１の溶融部２７を介して接合されている。第１の溶融部２７は、チップ２０の成分と中間部材２２の成分とが溶融凝固している。本実施形態では、第１の溶融部２７は本体部２３とチップ２０の全周に亘って設けられており、軸線Ａと交わる位置にも溶融部２７が作られている。

【0020】

本体部２３の軸線方向の他端部２５は、第２の溶融部２８を介して母材１９に接合されている。鍔部２６は、本体部２３の他端部２５の周囲に張り出している。第２の溶融部２８は、母材１９の成分と中間部材２２の成分とが溶融凝固している。本実施形態では溶融部２８は軸線Ａと交わる位置にある。鍔部２６に溶融部２８は設けられていない。

【0021】

母材１９と鍔部２６との間には、鍔部２６が張り出す方向に向かって開口する隙間２９が設けられている。本実施形態では、隙間２９は母材１９と鍔部２６との間から母材１９と他端部２５との間まで延びている。隙間２９は、軸線Ａを含む断面において、軸線Ａの両側に現出している。さらに隙間２９は、母材１９と鍔部２６との間から溶融部２８まで延びている。隙間２９は鍔部２６の全周に亘って設けられている。

【0022】

図３を参照して接地電極１８の製造方法の一例を説明する。図３は中間部材２２にチップ２０が接合された部品３０及び母材１９の断面図である。部品３０は、溶融部２７を介して中間部材２２の本体部２３にチップ２０が接合されている。溶融部２７はレーザ溶接によって作られている。部品３０は、本体部２３の他端部２５の軸線方向の端面２５ａの中央に突起３１が設けられている。突起３１は複数あっても良い。

【0023】

溶融部２８（図２参照）は抵抗溶接によって作られている。部品３０の突起３１を母材１９に押し付け、通電を開始すると部品３０と母材１９との間に電流が流れ、ジュール熱により突起３１が昇温し軟化する。軟化に伴い突起３１は潰れ溶融部２８ができる。突起３１の位置や大きさ、部品３０と母材１９との間に流す電流の大きさ、部品３０を母材１９に押し付ける加圧力などの制御により、鍔部２６の外周と隙間２９の内側の端との間の距離や溶融部２８の大きさを設定できる。

【0024】

図２に戻って説明する。接地電極１８は中間部材２２があるので、チップ２０を長くしなくても、中間部材２２の軸線方向の長さの分だけチップ２０の放電面２１と母材１９との間の距離を長くすることができる。中間部材２２によって母材１９の消炎作用を低減できるので、中心電極１３とチップ２０の放電面２１との間の放電によって生じた火炎核の消滅を低減できる。これによりスパークプラグ１０の着火性能を向上できる。

【0025】

その反面、スパークプラグ１０は中間部材２２及びチップ２０が母材１９から突き出しているので、エンジン（図示せず）の燃焼室内の混合気の燃焼による加熱、及び、燃焼室に流入する混合気による冷却に伴う中間部材２２及びチップ２０の温度変化や、チップ２０と母材１９との間の温度差が、中間部材２２が無いスパークプラグと比較して大きく、過酷である。そのため接地電極１８の熱膨張や収縮に伴って中間部材２２及び溶融部２８に生じる熱応力は、中間部材２２が無い接地電極と比較して大きい。

【0026】

スパークプラグ１０は過酷な環境にある中間部材２２の鍔部２６と母材１９との間に、鍔部２６が張り出す方向に向かって開口する隙間２９が設けられている。これにより、中間部材２２の鍔部２６及び他端部２５の端面２５ａ（図３参照）の全体（溶融部２８は除く）が母材１９に密着して中間部材２２の変形が拘束されている接地電極と比較して、熱膨張や収縮による中間部材２２の変形が隙間２９の分だけ許容される。中間部材２２や溶融部２８の熱応力を小さくできるので、溶融部２８のクラックの発生を低減できる。その結果、溶融部２８の破壊による中間部材２２の脱落の発生を低減できる。

【0027】

母材１９と中間部材２２との間の隙間２９は、母材１９と鍔部２６との間から母材１９と他端部２５との間まで延びている。これにより母材１９と鍔部２６との間に存在する隙間が、母材１９と他端部２５との間まで延びていない場合に比べ、隙間２９の分だけ中間部材２２が大きく変形できる。熱膨張や収縮による中間部材２２や溶融部２８の熱応力をさらに小さくできるので、溶融部２８のクラックの発生をさらに低減できる。

【0028】

隙間２９は母材１９と鍔部２６との間から溶融部２８まで延びている。これにより母材１９と鍔部２６との間に存在する隙間が、溶融部２８まで延びていない場合に比べ、隙間２９の分だけ中間部材２２が大きく変形できる。熱膨張や収縮による中間部材２２や溶融部２８の熱応力をさらに小さくできるので、溶融部２８のクラックの発生をさらに低減できる。

【0029】

隙間２９は母材１９と鍔部２６との間から溶融部２８まで延びているので、隙間２９によって抵抗溶接による残留応力が解放される。中間部材２２や溶融部２８の引張残留応力を低減できるので、引張残留応力によって溶融部２８のクラックが促進されないようにできる。

【0030】

隙間２９は、軸線Ａを含む断面において軸線Ａの両側に現出する２つの鍔部２６と母材１９との間にそれぞれ存在し、母材１９と鍔部２６との間から溶融部２８まで延びているので、中間部材２２は溶融部２８を中心に隙間２９の分だけ揺れ動くことができる。これによりエンジンの振動がスパークプラグ１０に伝わることによって生じるおそれのある溶融部２８や中間部材２２のクラックを低減できる。

【0031】

隙間２９は鍔部２６の全周に亘って設けられている。溶融部２８の全周に亘って熱応力を小さくできるので、溶融部２８のクラックの発生をさらに低減できる。

【0032】

図４を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施形態では、母材１９と中間部材２２との間の隙間２９が、母材１９と鍔部２６との間から溶融部２８まで延びている場合について説明した。第２実施形態では、隙間２９が、母材１９と鍔部２６との間から中間部材２２の他端部２５と母材１９との間まで延びている場合について説明する。第２実施形態では、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、第１実施形態と同一の符号を付して以下の説明を省略する。

【0033】

図４は第２実施の形態におけるスパークプラグの接地電極４０の軸線Ａを含む断面図である。接地電極４０は、第１実施形態におけるスパークプラグ１０の接地電極１８に代えて、主体金具１６（図１参照）に接続されている。

【0034】

接地電極４０の母材１９と中間部材２２の鍔部２６との間には、鍔部２６が張り出す方向に向かって開口する隙間２９が設けられている。本実施形態では、隙間２９は母材１９と鍔部２６との間から母材１９と本体部２３の他端部２５との間まで延びている。隙間２９は、軸線Ａを含む断面において、軸線Ａの片方に現出する。隙間２９は溶融部２８に接していない。

【0035】

接地電極４０は隙間２９が設けられているので、熱膨張や収縮による中間部材２２の変形が隙間２９の分だけ許容される。これにより中間部材２２や溶融部２８の熱応力を小さくできるので、溶融部２８のクラックの発生を低減できる。よって溶融部２８の破壊による中間部材２２の脱落の発生を低減できる。

【0036】

図５を参照して第３実施の形態について説明する。第２実施形態では、母材１９と中間部材２２との間の隙間２９が、母材１９と鍔部２６との間から本体部２３まで延びている場合について説明した。第３実施形態では、隙間２９が、母材１９と鍔部２６との間に設けられている場合について説明する。第３実施形態では、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、第１実施形態と同一の符号を付して以下の説明を省略する。

【0037】

図５は第３実施の形態におけるスパークプラグの接地電極５０の軸線Ａを含む断面図である。接地電極５０は、第１実施形態におけるスパークプラグ１０の接地電極１８に代えて、主体金具１６（図１参照）に接続されている。

【0038】

接地電極５０の母材１９と中間部材２２の鍔部２６との間には、鍔部２６が張り出す方向に向かって開口する隙間２９が設けられている。本実施形態では、母材１９と鍔部２６との間に存在する隙間２９は、母材１９と他端部２５との間まで延びていない。隙間２９は、軸線Ａを含む断面において、軸線Ａの片方に現出する。

【0039】

接地電極５０は隙間２９が設けられているので、熱膨張や収縮による中間部材２２の変形が隙間２９の分だけ許容される。これにより中間部材２２や溶融部２８の熱応力を小さくできるので、溶融部２８のクラックの発生を低減できる。よって溶融部２８の破壊による中間部材２２の脱落の発生を低減できる。

【0040】

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば接地電極１８，４０，５０の形状は一例であり適宜設定される。

【0041】

実施形態では、接地電極１８，４０，５０のチップ２０の放電面２１と中心電極１３とが軸線Ｏの方向に対向する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。接地電極のチップ２０の放電面２１と中心電極１３とが軸線Ｏと交差する方向に対向するように、接地電極を設けることは当然可能である。

【0042】

実施形態では、母材１９と中間部材２２とを接合する溶融部２８が、中間部材２２の本体部２３に設けられており、鍔部２６に設けられていない場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。本体部２３に設けられた溶融部２８の大きさや位置によっては、溶融部２８の一部が鍔部２６へ出ても構わない。

【0043】

第１実施形態では、軸線Ａを含む断面において、軸線Ａを挟んで両側に隙間２９が現出する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。母材１９と鍔部２６との間から溶融部２８まで延びる隙間２９は、軸線Ａの片方だけに現出しても良い。軸線Ａのもう片方に隙間２９が現出しても良いし、現出しなくても良い。軸線Ａのもう片方に隙間２９が現出する場合には、その隙間２９は、母材１９と本体部２３との間まで延びていても良いし、母材１９と鍔部２６との間にだけ存在しても良い。

【0044】

第２実施形態および第３実施形態では、軸線Ａを含む断面において、軸線Ａの片方だけに隙間２９が現出する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。軸線Ａのもう片方に隙間２９が現出しても良い。軸線Ａのもう片方に隙間２９が現出する場合には、その隙間２９は、母材１９と本体部２３との間まで延びていても良いし、母材１９と鍔部２６との間にだけ存在しても良い。

【符号の説明】

【0045】

１０ スパークプラグ
１８，４０，５０ 接地電極
１９ 母材
２０ チップ
２１ 放電面
２２ 中間部材
２３ 本体部
２４ 一端部
２５ 他端部
２６ 鍔部
２８ 第２の溶融部（溶融部）
２９ 隙間
Ａ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】