(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】
【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