特開 2025-7038 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】P2025007038

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】スパークプラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/20 20060101AFI20250109BHJP

   H01T 21/02 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H01T13/20 E

H01T21/02

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023108172

(22)【出願日】2023-06-30

(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】木村 順二

【テーマコード（参考）】

5G059

【Ｆターム（参考）】

5G059AA10

5G059CC02

5G059FF08

5G059FF14

(57)【要約】

【課題】絶縁体に設けたマークの視認性の向上と絶縁体の破壊の低減とを両立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、セラミック製の絶縁体を備え、絶縁体は、母材の表面が溶融した溶融部を含む。絶縁体の断面において、母材と溶融部との界面の長さを、界面の両端を結ぶ線分の長さで除した値は、１．１以上１．５以下である。絶縁体の断面において、母材と溶融部との界面が、溶融部の表面から離れる方向へ向かって突出する凸部を２つ以上含むものであると好ましい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック製の絶縁体を備え、
前記絶縁体は、母材の表面が溶融した溶融部を含むスパークプラグであって、
前記絶縁体の断面において、
前記母材と前記溶融部との界面の長さを、前記界面の両端を結ぶ線分の長さで除した値は、１．１以上１．５以下であるスパークプラグ。

【請求項2】

前記絶縁体の断面において、前記界面は、前記溶融部の表面から離れる方向へ向かって突出する凸部を２つ以上含み、
前記凸部は、隣り合う前記凸部の谷を通る前記線分に平行な直線が前記界面を切り取る部分である請求項１記載のスパークプラグ。

【請求項3】

前記絶縁体の断面において、前記凸部の少なくとも１つは、前記線分の中点を通る前記線分に垂直な直線から離れた位置に存在する請求項２記載のスパークプラグ。

【請求項4】

前記絶縁体の断面において、前記凸部の少なくとも１つは、前記線分の長さの１／５の長さだけ前記界面の両端から前記線分に沿ってそれぞれ内側に入った部分を除く範囲に存在する請求項２又は３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。

【背景技術】

【0002】

スパークプラグにマークを設ける技術として、セラミック製の絶縁体の外周に配置された主体金具にマークを付す代わりに、絶縁体にレーザビームを照射して絶縁体の表面にマークを付す先行技術が特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２５２４４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

先行技術においてレーザビームのビーム強度を小さくするとマークの視認性が低下する傾向があり、ビーム強度を大きくすると絶縁体が破壊し易くなる傾向がある。先行技術はマークの視認性の向上と絶縁体の破壊の低減とを両立する点に改善の余地がある。

【0005】

本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、マークの視認性の向上と絶縁体の破壊の低減とを両立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、セラミック製の絶縁体を備え、絶縁体は、母材の表面が溶融した溶融部を含む。絶縁体の断面において、母材と溶融部との界面の長さを、界面の両端を結ぶ線分の長さで除した値は１．１以上１．５以下である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、母材の表面が溶融した溶融部を含む絶縁体の断面において、母材と溶融部との界面の長さを、界面の両端を結ぶ線分の長さで除した値が１．１以上１．５以下であるため、マークとしての溶融部の視認性の向上と絶縁体の破壊の低減とを両立できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【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】図１の矢印ＩＩ－ＩＩ線における絶縁体の断面図である。

【図3】第２実施の形態におけるスパークプラグの絶縁体の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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の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。スパークプラグ１０は絶縁体１１を備えている。

【0010】

絶縁体１１は、軸線Ｏに沿って延びる軸孔１２が設けられた円筒状の部材であり、高温下の絶縁性や機械的特性に優れるアルミナ等のセラミック製である。絶縁体１１は、軸方向の先端を含む第１端部１３、軸方向の後端を含む第２端部１４が設けられており、径方向の外側に張り出す円環状の張出部１５が、軸方向の中央の、第１端部１３と第２端部１４との間に設けられている。絶縁体１１は、張出部１５よりも第２端部１４側（後端側）の外周面の、第２端部１４を含む部分にガラス層１６及びマーク１７が設けられている。ガラス層１６の表面には汚れが付き難くなり、また付いた汚れが落ち易くなる。

【0011】

マーク１７は、文字、図形、数字、符号、記号または図柄が例示される。マーク１７が示す情報は、スパークプラグ１０の生産者や販売者、スパークプラグ１０の生産国、スパークプラグ１０に係る商標、スパークプラグ１０の品種、スパークプラグ１０が取り付けられるエンジンの識別表示、スパークプラグ１０や絶縁体１１等のロット番号や製造履歴が例示される。マーク１７は１次元コード（バーコード）や２次元コードを含むことができる。本実施形態ではマーク１７は登録商標に係る「ＮＧＫ」の文字である。図１にはマーク１７の一部が図示されている。

【0012】

絶縁体１１の軸孔１２の先端側に棒状の中心電極１８が配置されている。中心電極１８は、熱伝導性に優れる芯材が母材に埋設されている。母材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる金属材料で形成されている。芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。芯材は省略できる。中心電極１８は、軸孔１２の中で端子金具１９と電気的に接続されている。端子金具１９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。

【0013】

主体金具２０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２０は絶縁体１１の外周に配置されており、主に絶縁体１１の第１端部１３から張出部１５までの間を取り囲む。接地電極２１は、主体金具２０に接続された棒状の金属製（例えばニッケル基合金製）の部材である。接地電極２１は複数設けられていても良い。

【0014】

スパークプラグ１０は例えば以下のような方法によって製造される。まずセラミック粉末を成形して得られた円筒状の成形体を焼成して焼結体を得る。焼結体の外周面に釉薬を塗布した後、焼成してガラス層１６が設けられた絶縁体１１を得る。絶縁体１１の軸孔１２に中心電極１８を配置し、中心電極１８と端子金具１９とを電気的に接続した後、予め接地電極２１を接続した主体金具２０を絶縁体１１に組み付け、中心電極１８と接地電極２１との間に火花ギャップを設ける。

【0015】

絶縁体１１の第２端部１４を含む部分にレーザビームを照射し、絶縁体１１の表面のガラス層１６とガラス層１６の内側の母材２２（図２参照）とを溶かす。溶けた部分がマーク１７となる。レーザビームは、マーク１７の種類などに応じてＣＷレーザ（連続波）やパルスレーザが適宜選択される。

【0016】

図２は図１の矢印ＩＩ－ＩＩ線における絶縁体１１の断面図である。図２は絶縁体１１の軸線Ｏに垂直な切断面においてマーク１７（図１参照）が付された部分が拡大して図示され、それ以外の部分の図示が省略されている（図３においても同じ）。絶縁体１１は、焼結した組織からなる母材２２と、母材２２の表面２３が溶融した溶融部２４と、を含む。溶融部２４は、母材２２の表面２３に設けられたガラス層１６に隣接している。ガラス層１６や母材２２と色が異なって視認される溶融部２４はマーク１７を構成する。

【0017】

溶融部２４は、表面２５と、母材２２と溶融部２４との界面２６と、を含む。溶融部２４の界面２６の長さを、界面２６の両端２７，２８を結ぶ線分２９の長さで除した値は１．１以上１．５以下である。界面２６の両端２７，２８は、溶融部２４の表面２５と界面２６との交点である。

【0018】

溶融部２４の界面２６の長さを線分２９の長さで除した値が１．１未満であると、溶融部２４が母材２２に接合される面積が小さいので溶融部２４が母材２２から剥がれ易くなり、溶融部２４の表面２５と界面２６との間の距離が短いのでマーク１７（溶融部２４）の視認性が低下する。溶融部２４の界面２６の長さを線分２９の長さで除した値が１．５を超えると、母材２２の切り欠きとして溶融部２４が働くので絶縁体１１の強度が低下する。一方、溶融部２４の界面２６の長さを線分２９の長さで除した値が１．１以上１．５以下であると、マーク１７（溶融部２４）の剥離強度、マーク１７の視認性、及び、絶縁体１１の機械的強度を確保できる。

【0019】

溶融部２４の界面２６は、溶融部２４の表面２５から離れる方向へ向かって突出する複数（本実施形態では１０個）の凸部３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９を含む。凸部３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９の位置は、例えば溶融部２４を作るために絶縁体１１に照射したレーザビームのビーム軸の位置に相当する。

【0020】

凸部３０は、隣り合う凸部３０，３１の谷４０を通る直線４９によって界面２６が切り取られる部分である。谷４０は凸部３０，３１の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線４９は線分２９に平行な直線である。直線４９からの凸部３０の深さＤを凸部３０の幅Ｗ（凸部３０によって直線４９が切り取られる線分の長さ）で除した値Ｄ／Ｗは０．１以上である。値Ｄ／Ｗが０．１以上のものを凸部という。凸部３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９も値Ｄ／Ｗが０．１以上である。界面２６のうち値Ｄ／Ｗが０．１未満の部分は凸部ではない。

【0021】

凸部３１は、隣り合う凸部３０，３１の谷４０及び隣り合う凸部３１，３２の谷４１のうち線分２９から遠い方の谷４０を通る直線５０によって界面２６が切り取られる部分である。谷４１は凸部３１，３２の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線５０は線分２９に平行な直線である。

【0022】

凸部３２は、隣り合う凸部３１，３２の谷４１及び隣り合う凸部３２，３３の谷４２のうち線分２９から遠い方の谷４２を通る直線５１によって界面２６が切り取られる部分である。谷４２は凸部３２，３３の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線５１は線分２９に平行な直線である。

【0023】

凸部３３は、隣り合う凸部３２，３３の谷４２及び隣り合う凸部３３，３４の谷４３のうち線分２９から遠い方の谷４３を通る直線５２によって界面２６が切り取られる部分である。谷４３は凸部３３，３４の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線５２は線分２９に平行な直線である。

【0024】

凸部３４は、隣り合う凸部３３，３４の谷４３及び隣り合う凸部３４，３５の谷４４のうち線分２９から遠い方の谷４３を通る直線５３によって界面２６が切り取られる部分である。谷４４は凸部３４，３５の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線５３は線分２９に平行な直線である。

【0025】

凸部３５は、隣り合う凸部３４，３５の谷４４及び隣り合う凸部３５，３６の谷４５のうち線分２９から遠い方の谷４５を通る直線５４によって界面２６が切り取られる部分である。谷４５は凸部３５，３６の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線５４は線分２９に平行な直線である。

【0026】

凸部３６は、隣り合う凸部３５，３６の谷４５及び隣り合う凸部３６，３７の谷４６のうち線分２９から遠い方の谷４５を通る直線５５によって界面２６が切り取られる部分である。谷４６は凸部３６，３７の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線５５は線分２９に平行な直線である。

【0027】

凸部３７は、隣り合う凸部３６，３７の谷４６及び隣り合う凸部３７，３８の谷４７のうち線分２９から遠い方の谷４６を通る直線５６によって界面２６が切り取られる部分である。谷４７は凸部３７，３８の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線５６は線分２９に平行な直線である。

【0028】

凸部３８は、隣り合う凸部３７，３８の谷４７及び隣り合う凸部３８，３９の谷４８のうち線分２９から遠い方の谷４８を通る直線５７によって界面２６が切り取られる部分である。谷４８は凸部３８，３９の間の凹んだ部分のうち線分２９に最も近い点である。直線５７は線分２９に平行な直線である。

【0029】

凸部３９は、隣り合う凸部３８，３９の谷４８を通る直線５８によって界面２６が切り取られる部分である。直線５８は線分２９に平行な直線である。

【0030】

溶融部２４の界面２６の端２７を起点とするクラックが界面２６に沿って進展すると、クラックが最初に到達する凸部３０の頂点を境に、クラックの進展する向きが、表面２３から離れる方向から表面２３に近づく方向へ変わるので、クラックの進展が妨げられる。凸部３１，３２，３３，３４も同様にクラックの進展を妨げるので、界面２６の破壊を低減できる。

【0031】

同様に界面２６の端２８を起点とするクラックが界面２６に沿って進展すると、クラックが最初に到達する凸部３９の頂点を境に、クラックの進展する向きが、表面２３から離れる方向から表面２３に近づく方向へ変わるので、クラックの進展が妨げられる。凸部３８，３７，３６，３５も同様にクラックの進展を妨げるので、界面２６の破壊を低減できる。溶融部２４の界面２６は２つ以上の凸部３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９を含むので、界面２６に沿うクラックの進展を低減し、溶融部２４の母材２２からの剥離を低減できる。

【0032】

凸部３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９は、線分２９の中点５９を通る直線６０から離れた位置に存在する。直線６０は線分２９に垂直な直線である。直線６０から凸部が離れた位置に存在するというのは、直線６０に交わらない凸部が在るということである。凸部３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９が直線６０から離れた位置に存在するので、界面２６の端２７，２８から界面２６に沿ってクラックが進展したときに、直線６０に凸部が交わる場合に比べて、凸部３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９に早くクラックが到達する。凸部３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９はクラックの進展を妨げるので、直線６０に交わる凸部が存在する場合に比べ、クラックが短いうちにクラックの進展を抑制できる。従って界面２６の破壊をさらに低減できる。

【0033】

界面２６の端２７，２８を起点とするクラックは、ひずみエネルギーを解放しながら進展する。界面２６のうち、線分２９の長さの１／５の長さだけ界面２６の端２７，２８から線分２９に沿ってそれぞれ内側に入った部分６１，６２を除く範囲６３は、界面２６の端２７，２８を起点とするクラックが部分６１，６２を超えて進展したときに到達する。範囲６３に到達したクラックがもつクラック進展の駆動力が、部分６１，６２を進展するクラックがもつ駆動力よりも小さい場合に、範囲６３に凸部３２，３３，３４，３５，３６，３７が存在することにより、範囲６３におけるクラックの進展が妨げられる。従って溶融部２４の母材２２からの剥離をさらに低減できる。

【0034】

図３を参照して第２実施形態について説明する。第１実施形態では溶融部２４の界面２６が１０個の凸部を含む場合について説明した。これに対し第２実施形態では、溶融部７０の界面７２が３個の凸部を含む場合について説明する。第２実施形態では、第１実施形態において説明した部分と同一の部分に同一の符号を付して以下の説明を省略する。

【0035】

図３は第２実施の形態におけるスパークプラグ１０の絶縁体１１の断面図である。絶縁体１１は、母材２２の表面２３が溶融した溶融部７０を含む。溶融部７０は、母材２２の表面２３に設けられたガラス層１６に隣接している。ガラス層１６や母材２２と色が異なる溶融部７０はマーク１７を構成する。

【0036】

溶融部７０は、表面７１と、母材２２と溶融部７０との界面７２と、を含む。溶融部７０の界面７２の長さを、界面７２の両端７３，７４を結ぶ線分７５の長さで除した値は１．１以上１．５以下である。これによりマーク１７（溶融部７０）の剥離強度、マーク１７の視認性、及び、絶縁体１１の機械的強度を確保できる。界面７２の両端７３，７４は、溶融部７０の表面７１と界面７２との交点である。

【0037】

溶融部７０の界面７２は、溶融部７０の表面７１から離れる方向へ向かって突出する複数（本実施形態では３個）の凸部７６，７８，７９を含む。凸部７６，７８，７９の位置は、例えば溶融部７０を作るために絶縁体１１に照射したレーザビームのビーム軸の位置に相当する。

【0038】

凸部７６は、凸部７６に隣り合う隆起部７７と凸部７６との間の谷８０を通る直線８３によって界面７２が切り取られる部分である。谷８０は凸部７６と隆起部７７との間の凹んだ部分のうち線分７５に最も近い点である。直線８３は線分７５に平行な直線である。

【0039】

凸部７８は、凸部７８に隣り合う隆起部７７と凸部７８との間の谷８１及び隣り合う凸部７８，７９の谷８２のうち線分７５から遠い方の谷８２を通る直線８４によって界面７２が切り取られる部分である。谷８２は凸部７８，７９の間の凹んだ部分のうち線分７５に最も近い点である。直線８４は線分７５に平行な直線である。

【0040】

凸部７９は、隣り合う凸部７８，７９の谷８２を通る直線８５によって界面７２が切り取られる部分である。直線８５は線分７５に平行な直線である。

【0041】

凸部７６と隆起部７７との間の谷８０と線分７５との間の距離は、隆起部７７と凸部７８との間の谷８１と線分７５との間の距離よりも長い。距離が長い方の谷８０を通る直線であって線分７５に平行な直線８６からの隆起部７７の深さＤを、隆起部７７によって直線８６が切り取られる線分の長さ（隆起部７７の幅Ｗ）で除した値Ｄ／Ｗは０．１未満である。従って隆起部７７は、界面７２のうち溶融部７０の表面７１から離れる方向へ向かって突出しているが、凸部ではない。

【0042】

溶融部７０の界面７２の端７３を起点とするクラックが界面７２に沿って進展すると、クラックが最初に到達する凸部７６の頂点を境に、クラックの進展する向きが、表面２３から離れる方向から表面２３に近づく方向へ変わるので、クラックの進展が妨げられる。従って界面７２の破壊を低減できる。

【0043】

同様に界面７２の端７４を起点とするクラックが界面７２に沿って進展すると、クラックが最初に到達する凸部７９の頂点を境に、クラックの進展する向きが、表面２３から離れる方向から表面２３に近づく方向へ変わるので、クラックの進展が妨げられる。凸部７８も同様にクラックの進展を妨げるので、界面７２の破壊を低減できる。溶融部７０の界面７２は２つ以上の凸部７６，７８，７９を含むので、界面７２に沿うクラックの進展を低減し、溶融部７０の母材２２からの剥離を低減できる。

【0044】

凸部７６，７８，７９は、線分７５の中点８７を通る直線８８から離れた位置に存在する。直線８８は線分７５に垂直な直線である。凸部７６，７８，７９が直線８８から離れた位置に存在するので、界面７２の端７３，７４から界面７２に沿ってクラックが進展したときに、直線８８に凸部が交わる場合に比べて、凸部７６，７８，７９に早くクラックが到達する。凸部７６，７８，７９はクラックの進展を妨げるので、直線８８に交わる凸部が存在する場合に比べ、クラックが短いうちにクラックの進展を抑制できる。従って界面７２の破壊をさらに低減できる。

【0045】

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。

【0046】

実施形態では絶縁体１１の軸線Ｏに垂直な断面における溶融部２４，７０の界面２６，７２の形を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。絶縁体１１に設けた溶融部２４，７０の界面２６，７２が現出する断面であれば、様々な断面を採用できる。様々な断面は、（１）軸線Ｏを含む断面、（２）軸線Ｏに平行な断面、（３）軸線Ｏに直交する断面以外の、軸線Ｏに交わる断面が例示される。

【0047】

実施形態ではエンジンにスパークプラグ１０を取り付けた場合に、中心電極１８の先端と接地電極２１とがエンジンの燃焼室に露出するものを説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他のスパークプラグの絶縁体に適用することは当然可能である。他のスパークプラグとしては、エンジンに副燃焼室を設けるために、中心電極１８の先端と接地電極２１とを覆うキャップに貫通穴が設けられたスパークプラグが例示される。また、中心電極１８と接地電極２１との間に火花放電を生じさせるスパークプラグに限られるものではなく、バリア放電やアーク放電を利用して点火するスパークプラグに適用することは当然可能である。

【0048】

第１実施形態では直線６０から離れた位置に１０個の凸部３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９が存在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。凸部は、直線６０から離れた位置に少なくとも１つ存在すれば良い。

【0049】

第１実施形態では範囲６３に６個の凸部３２，３３，３４，３５，３６，３７が存在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。凸部は、範囲６３に少なくとも１つ存在すれば良い。

【符号の説明】

【0050】

１０ スパークプラグ
１１ 絶縁体
２２ 母材
２３ 母材の表面
２４ 溶融部
２５ 溶融部の表面
２６ 界面
２７，２８ 界面の端
２９ 線分
３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９ 凸部
４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８ 谷
４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８ 直線
５９ 中点
６０ 直線
６１，６２ 部分
６３ 範囲
７０ 溶融部
７１ 溶融部の表面
７２ 界面
７３，７４ 界面の端
７５ 線分
７６，７８，７９ 凸部
８０，８２ 谷
８３，８４，８５ 直線
８７ 中点
８８ 直線

【図1】

【図2】

【図3】