(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-21
(45)【発行日】2023-01-04
(54)【発明の名称】スパークプラグ
(51)【国際特許分類】
H01T 13/32 20060101AFI20221222BHJP
H01T 13/20 20060101ALI20221222BHJP
【FI】
H01T13/32
H01T13/20 B
(21)【出願番号】P 2021505936
(86)(22)【出願日】2020-10-01
(86)【国際出願番号】 JP2020037420
(87)【国際公開番号】W WO2021111719
(87)【国際公開日】2021-06-10
【審査請求日】2021-02-02
(31)【優先権主張番号】P 2019220097
(32)【優先日】2019-12-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】110001036
【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 浩一郎
(72)【発明者】
【氏名】今井 奨
【審査官】関 信之
(56)【参考文献】
【文献】特開2005-158322(JP,A)
【文献】特開2019-046660(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01T 13/32
H01T 13/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中心電極と、
軸線を中心として筒状をなすように設けられ、自身の内部に前記中心電極を絶縁保持する金具であって、自身の側面に径方向に延びる孔部を有する金具と、
前記孔部において支えられ、前記孔部から前記軸線に向けて延設された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記孔部に固定された金属製の固定部と、前記中心電極との間に間隙を形成する放電面を有し、前記固定部よりも前記軸線側に配された貴金属を含む発火部と、を備えて構成され、
前記金具と前記固定部の熱膨張係数差の絶対値は、前記金具と前記発火部の熱膨張係数差の絶対値よりも小さい、スパークプラグ。
【請求項2】
前記固定部は、前記孔部に圧入されることで固定されており、前記固定部の熱膨張係数は、前記発火部の熱膨張係数よりも大きい、請求項1に記載のスパークプラグ。
【請求項3】
前記固定部は、Ni製またはNiが一番多く含まれる合金製である、請求項1または請求項2に記載のスパークプラグ。
【請求項4】
前記接地電極は、前記固定部と、前記発火部と、前記固定部と前記発火部をつなぐ接続部と、を備えて構成され、
前記接地電極のうち、前記固定部と前記接続部の境界における前記軸線と平行、かつ、前記接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積は、前記接続部における前記発火部側の端部における前記軸線と平行、かつ、前記接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積よりも大きい、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスパークプラグ。
【請求項5】
前記接続部は、テーパ部を有する、請求項4に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、内燃機関等において混合気に点火するためのスパークプラグに関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関に用いられるスパークプラグとして、例えば特開2005-135783号公報に記載のスパークプラグが知られている。このスパークプラグは、筒状の主体金具と、主体金具が嵌め込まれた絶縁体と、発火部を突出させた状態で絶縁体の内側に設けられた中心電極と、中心電極の発火部と対向するように配置された接地電極と、を備えている。接地電極は、中心電極の発火部とほぼ平行に対向するように曲げられた接地電極本体と、中心電極の発火部と対向する位置に配された発火部と、を有している。
【0003】
接地電極本体の一端は、主体金具の先端面に溶接することで固着されており、接地電極本体の他端部に発火部が備えられている。発火部は貴金属チップによって構成され、接地電極本体の他端部に設けた凹部に貴金属チップを挿入し、その接地電極本体の他端部と貴金属チップとの境界を溶接することで形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、エンジンの高性能化に伴ってスパークプラグの高性能化が要求されており、その要求性能の一つが着火性とされている。着火性の向上には接地電極に取り付けられる貴金属チップの接地電極本体からの突き出し量を大きくすることが有効であり、例えば接地電極本体をなくして主体金具に設けた凹部に貴金属チップを固定したものなどが提案されている。このようにすると、貴金属チップの主体金具からの突き出し量を大きくすることができる。
【0006】
しかしながら、貴金属チップを構成する金属の熱膨張係数と主体金具の熱膨張係数との差が大きいと、スパークプラグが高温になった際に熱膨張係数差に起因して保持力が低下して貴金属チップが脱落するおそれがある。また、貴金属は高価であるため、貴金属チップの主体金具からの突き出し量を大きくすると、その分だけ貴金属の使用量が増加することになるため、スパークプラグの製造コストが非常に高くなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示のスパークプラグは、中心電極と、軸線を中心として筒状をなすように設けられ、自身の内部に前記中心電極を絶縁保持する金具であって、自身の側面に径方向に延びる孔部を有する金具と、前記孔部において支えられ、前記孔部から前記軸線に向けて延設された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、前記接地電極は、前記孔部に固定された金属製の固定部と、前記中心電極との間に間隙を形成する放電面を有し、前記固定部よりも前記軸線側に配された貴金属を含む発火部と、を備えて構成され、前記金具と前記固定部の熱膨張係数差の絶対値は、前記金具と前記発火部の熱膨張係数差の絶対値よりも小さい、スパークプラグである。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、接地電極の脱落を抑制でき、スパークプラグの製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】
図1は実施形態1のスパークプラグの断面図である。
【
図2】
図2は
図1のスパークプラグの先端部を拡大した断面図である。
【
図3】
図3は主体金具と接地電極の取付構造を示した断面図である。
【
図5】
図5は実施形態2の主体金具と接地電極の取付構造を示した断面図である。
【
図6】
図6は実施形態3の主体金具と接地電極の取付構造を示した断面図である。
【
図7】
図7は実施形態4の主体金具と接地電極の取付構造を示した断面図である。
【
図8】
図8は実施形態5の主体金具と接地電極の取付構造を示した断面図である。
【
図9】
図9は実施形態6の主体金具と接地電極の取付構造を示した断面図である。
【
図10】
図10は実施形態7の主体金具と接地電極の取付構造を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)本開示のスパークプラグは、中心電極と、軸線を中心として筒状をなすように設けられ、自身の内部に前記中心電極を絶縁保持する金具であって、自身の側面に径方向に延びる孔部を有する金具と、前記孔部において支えられ、前記孔部から前記軸線に向けて延設された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、前記接地電極は、前記孔部に固定された金属製の固定部と、前記中心電極との間に間隙を形成する放電面を有し、前記固定部よりも前記軸線側に配された貴金属を含む発火部と、を備えて構成され、前記金具と前記固定部の熱膨張係数差の絶対値は、前記金具と前記発火部の熱膨張係数差の絶対値よりも小さい、スパークプラグである。
【0011】
上記構成によれば、発火部の熱膨張係数より固定部の熱膨張係数が金具の熱膨張係数に近い値となるから、スパークプラグが高温になった際に熱膨張係数差に起因して固定部の金具に対する保持力が低下することを抑制でき、もって接地電極の脱落を抑制できる。
【0012】
(2)前記固定部は、前記孔部に圧入されることで固定されており、前記固定部の熱膨張係数は、前記発火部の熱膨張係数よりも大きいことが好ましい。
上記構成によれば、圧入部の熱膨張係数は発火部の熱膨張係数よりも大きいため、スパークプラグが高温になった際に、圧入部が貴金属で構成されている場合よりも、接地電極の脱落を抑制できる。また、発火部を構成する貴金属は高価であるため、貴金属よりも安価な金属で圧入部を構成することで、スパークプラグの製造コストを低減できる。
【0013】
(3)前記固定部は、Ni製またはNiが一番多く含まれる合金製であることが好ましい。
NiまたはNiが一番多く含まれる合金は貴金属よりも安価な金属であるため、固定部が貴金属で構成されている場合と比較して、スパークプラグの製造コストを低減できる。また、Niは高い融点を持つため、火花に対する耐消耗性という点においても十分な性能を発揮できる。
【0014】
(4)前記接地電極は、前記固定部と、前記発火部と、前記固定部と前記発火部をつなぐ接続部と、を備えて構成され、前記接地電極のうち、前記固定部と前記接続部の境界における前記軸線と平行、かつ、前記接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積は、前記接続部における前記発火部側の端部における前記軸線と平行、かつ、前記接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積よりも大きいことが好ましい。
上記構成によれば、接続部の断面積が発火部側の端部よりも固定部との境界のほうが大きいから、固定部と接続部の境界において振動によって変形や折損が生じにくくなり、接地電極の破損を防ぎやすくなる。また、発火部から固定部に向かう熱引き効果を高めることができる。
【0015】
(5)前記接続部は、テーパ部を有することが好ましい。
上記構成によれば、接続部がテーパ部を有するから、吸気の際に中心電極と放電面との間の間隙に混合気が入りやすくでき、点火した際に接続部が燃焼の邪魔をしないようにできる。さらに、テーパ部を備えることで、固定部と接続部の境界において振動によって変形や折損が生じにくくなり、接地電極の破損をさらに防ぎやすくなる。
【0016】
[本開示の実施形態1の詳細]
本開示のスパークプラグの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0017】
<スパークプラグの全体構成>
図1は実施形態1のスパークプラグ100の断面図である。
図2は、
図1のスパークプラグ100の先端部を拡大した断面図である。
図1、
図2の一点破線は、スパークプラグ100の軸線AXを示している。軸線AXと平行な方向(
図1、
図2の上下方向)を軸線方向ともいう。軸線AXと垂直な面上の円の径方向を単に「径方向」といい、当該円の周方向を単に「周方向」という。軸線AXと垂直な面上の円は軸線AXを中心とする円でなくてもよく、すなわち径方向は軸線AXと交わらない方向でもよい。
図1における下方向を先端方向FDといい、
図1における上方向を後端方向BDという。
図1、
図2における下側をスパークプラグ100の先端側といい、
図1、
図2における上側をスパークプラグ100の後端側という。
【0018】
スパークプラグ100は内燃機関に取り付けられ、内燃機関の燃焼室内の混合気に着火するために用いられる。スパークプラグ100は、絶縁体10と、中心電極20と、接地電極30と、端子電極40と、主体金具50と、抵抗体70と、導電性のシール部材60、80と、を備える。
【0019】
<絶縁体>
絶縁体10は、軸線AXに沿って延び、絶縁体10を貫通する貫通孔である軸孔12を有する略円筒状の部材である。絶縁体10は、例えば、アルミナ等のセラミックスを用いて形成されている。絶縁体10は、鍔部19と、後端側胴部18と、先端側胴部17と、縮外径部15と、脚長部13と、を備えている。
【0020】
鍔部19は、絶縁体10における軸線方向の略中央に位置する部分である。後端側胴部18は、鍔部19よりも後端側に位置し、鍔部19の外径よりも小さな外径を有している。先端側胴部17は、鍔部19よりも先端側に位置し、後端側胴部18の外径よりも小さな外径を有している。脚長部13は、先端側胴部17よりも先端側に位置し、先端側胴部17の外径よりも小さな外径を有している。脚長部13の外径は、先端側ほど縮径され、スパークプラグ100が内燃機関(図示せず)に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。縮外径部15は、脚長部13と先端側胴部17との間に形成され、後端側から先端側に向かって外径が縮径した部分である。
【0021】
絶縁体10の内周側の構成は、後端側に位置する大内径部12Lと、大内径部12Lよりも先端側に位置し、大内径部12Lよりも内径が小さな小内径部12Sと、縮内径部16と、を備えている。縮内径部16は、大内径部12Lと小内径部12Sとの間に形成され、後端側から先端側に向かって内径が縮径した部分である。縮内径部16の軸線方向の位置は、本実施形態では、先端側胴部17の先端側の部分の位置である。
【0022】
<主体金具>
主体金具50は、導電性の金属材料(例えば、低炭素鋼材)で形成され、内燃機関のエンジンヘッド(図示省略)にスパークプラグ100を固定するための円筒状の金具である。主体金具50には、軸線AXに沿って貫通する貫通孔59が形成されている。主体金具50は、絶縁体10の径方向の周囲(すなわち、外周)に配置されている。すなわち、主体金具50の貫通孔59内に、絶縁体10が挿入、保持されている。絶縁体10の後端は、主体金具50の後端よりも後端側に突出している。
【0023】
主体金具50は全体として、軸線AXを中心として円筒状をなすように設けられている。主体金具50の内部には、中心電極20が絶縁保持されている。主体金具50は、プラグレンチ等の工具が係合する六角柱形状の工具係合部51と、内燃機関に取り付けるための取付ネジ部52と、工具係合部51と取付ネジ部52との間に形成された鍔状の座部54と、を備えている。取付ネジ部52の呼び径は、例えば、M8~M14である。
【0024】
主体金具50の取付ネジ部52と座部54との間には、金属製の環状のガスケット5が嵌挿されている。ガスケット5は、スパークプラグ100が内燃機関に取り付けられた際に、スパークプラグ100と内燃機関(エンジンヘッド)との隙間を封止する。
【0025】
主体金具50は、さらに、工具係合部51の後端側に設けられた薄肉の加締部53と、座部54と工具係合部51との間に設けられた薄肉の圧縮変形部58と、を備えている。主体金具50における工具係合部51から加締部53に至る部位の内周面と、絶縁体10の後端側胴部18の外周面と、の間に形成される環状の領域には、環状の線パッキン6、7が配置されている。当該領域における2つの線パッキン6、7の間には、タルク(滑石)9の粉末が充填されている。加締部53の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁体10の外周面に固定されている。主体金具50の圧縮変形部58は、製造時において、絶縁体10の外周面に固定された加締部53が先端側に押圧されることにより、圧縮変形する。圧縮変形部58の圧縮変形によって、線パッキン6、7およびタルク9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。主体金具50における取付ネジ部52の内周側の位置に段部56(金具側段部)が形成されている。絶縁体10の縮外径部15(絶縁体側段部)は、環状の板パッキン8を介して段部56によって押圧される。すなわち、板パッキン8は縮外径部15と段部56の間に挟持される。この結果、内燃機関の燃焼室内の混合気が、主体金具50の絶縁体10との隙間から外部に漏れることが、板パッキン8によって防止される。
【0026】
<中心電極>
中心電極20は、軸線AXに沿って延びる棒状の中心電極本体21と、発火部29と、を備えている。中心電極本体21は、絶縁体10の軸孔12の内部の先端側の部分に保持されている。すなわち、中心電極20の後端側(中心電極本体21の後端側)は、軸孔12内に配置されている。中心電極本体21は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、例えば、ニッケル(Ni)製またはニッケル(Ni)が一番多く含まれる合金(例えば、NCF600、NCF601等のNi合金)製とされている。中心電極本体21は、NiまたはNi合金で形成された母材と、その母材の内部に埋設された芯部と、を含む2層構造を有してもよい。この場合には、芯部は、例えば、母材よりも熱伝導性に優れる銅(Cu)製または銅(Cu)が一番多く含まれる合金で形成される。
【0027】
中心電極本体21は、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部24と、鍔部24よりも後端側の部分である頭部23と、鍔部24よりも先端側の部分である脚部25と、を備えている。鍔部24は、絶縁体10の縮内径部16によって、先端側から支持されている。すなわち、中心電極本体21は、縮内径部16に係止されている。脚部25の先端側、すなわち、中心電極本体21の先端側は、絶縁体10の先端よりも先端側に突出している。
【0028】
発火部29は、例えば、略円柱形状を有する部材であり、中心電極本体21の先端(脚部25の先端)に、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。発火部29は、後述する発火部39との間で火花ギャップを形成する第1放電面295を先端に有する。発火部29は、例えば、イリジウム(Ir)や白金(Pt)などの高融点の貴金属または貴金属が一番多く含まれる合金で形成された中心電極チップとされている。
【0029】
<端子電極>
端子電極40は、軸線方向に延びる棒状の部材である。端子電極40は、絶縁体10の軸孔12に後端側から挿通され、軸孔12内において、中心電極20よりも後端側に位置している。端子電極40は、導電性の金属材料(例えば、低炭素鋼)で形成され、端子電極40の表面には、例えば、防食のために、Niなどのめっきが形成されている。
【0030】
端子電極40は、軸線方向の所定位置に形成された鍔部42と、鍔部42よりも後端側に位置するキャップ装着部41と、鍔部42よりも先端側の脚部43と、を備えている。端子電極40のキャップ装着部41は、絶縁体10よりも後端側に露出している。端子電極40の脚部43は、絶縁体10の軸孔12に挿入されている。キャップ装着部41には、図示しない高圧ケーブルが接続された図示しないプラグキャップが装着され、放電を発生するための高電圧が印加される。
【0031】
<抵抗体>
抵抗体70は、絶縁体10の軸孔12において端子電極40の先端と中心電極20の後端との間に配置されている。抵抗体70は、例えば、1KΩ以上の抵抗値(例えば、5KΩ)を有し、火花発生時の電波ノイズを低減する機能を有する。抵抗体70は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。
【0032】
軸孔12における抵抗体70の先端と中心電極20の後端部との間には隙間が設定されており、この隙間は導電性のシール部材60によって埋められている。一方、軸孔12における抵抗体70の後端と端子電極40の先端部との間には隙間が設定されており、この隙間は導電性のシール部材80によって埋められている。すなわち、シール部材60は、中心電極20と抵抗体70とにそれぞれ接触し、中心電極20と抵抗体70とを離間している。シール部材80は、抵抗体70と端子電極40とにそれぞれ接触し、抵抗体70と端子電極40とを離間している。このように、シール部材60、80は、中心電極20と端子電極40とを抵抗体70を介して電気的、かつ、物理的に接続している。シール部材60、80は、導電性を有する材料、例えば、B2O3-SiO2系等のガラス粒子と金属粒子(Cu、Feなど)とを含む組成物で形成されている。
【0033】
<孔部>
主体金具50の側面には径方向に延びる孔部55が設けられており、接地電極30は、主体金具50の孔部55に挿入された状態で固定されている。ここで、孔部55が延びる方向である径方向は、軸線AXと交わらない方向でもよい。主体金具50の先端は、中心電極20の先端よりも先端側に位置しており、軸線方向において主体金具50の先端と中心電極20の先端との間の位置に接地電極30が配されている。孔部55は、主体金具50の貫通孔59を構成する周壁を径方向に貫通する形態で設けられている。
【0034】
<接地電極>
接地電極30は、
図2に示すように、孔部55において支えられ、孔部55から軸線AXに向けて延設されている。接地電極30は、孔部55に挿入されて固定された接地電極本体31と、接地電極本体31の先端に固定された発火部39と、を備えて構成されている。接地電極本体31は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、例えば、ニッケル(Ni)製またはニッケル(Ni)が一番多く含まれる合金(例えば、NCF600、NCF601等のNi合金)製とされている。接地電極本体31は、NiまたはNi合金で形成された母材と、その母材の内部に埋設された芯部と、を含む複層構造を有してもよい。この場合には、芯部は、例えば、母材よりも熱伝導性に優れる銅(Cu)製または銅(Cu)が一番多く含まれる合金で形成される。
【0035】
図3に示すように、接地電極本体31は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部32と、圧入部32と発火部39をつなぐ接続部33と、を備える。圧入部32が請求項の「固定部」に対応する。接続部33は、圧入部32と一体に構成されている。接地電極30は、圧入部32が孔部55に圧入されることで主体金具50に固定されている。一方、接続部33と発火部39は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。接続部33は、圧入部32との境界から発火部39側の端部に向かうほど断面積が小さくなるように縮径されている。この断面積とは、軸線AXと平行、かつ、接地電極30の延設方向に垂直な方向の断面積のことである。また、接地電極30の延設方向は、軸線AXと交わらない方向でもよい。
【0036】
発火部39は貴金属を含んで構成とされた接地電極チップとされ、例えば、イリジウム(Ir)や白金(Pt)などの高融点の貴金属または貴金属が一番多く含まれる合金で形成されている。発火部39は、例えば、略円柱形状を有する部材であり、中心電極20の第1放電面295と対向する第2放電面395を有している。
図2に示すように、中心電極20の第1放電面295と接地電極30の第2放電面395との間には、間隙Gが形成されている。間隙Gは、放電が発生するいわゆる火花ギャップである。
【0037】
詳細には
図4に示すように、接続部33と発火部39の間には溶接部34が形成されている。溶接部34は、接続部33の金属と発火部39の金属とからなる溶接金属である。接地電極本体31のうち、圧入部32と接続部33の境界における軸線AXと平行、かつ、接地電極30の延設方向に垂直な方向の断面積Skは、接続部33における発火部39側の端部における軸線AXと平行、かつ、接地電極30の延設方向に垂直な方向の断面積Shよりも大きい。
図4において接続部33における発火部39側の端部とは、接続部33と溶接部34の境界であるが、溶接ではなく圧入によって接続部33と発火部39を固定するような場合には、接続部33と発火部39の境界としてもよい。
【0038】
接続部33は中心線CLを中心とした円錐台形状とされ、圧入部32との境界から発火部39に向かうにつれて径寸法が小さくなるように形成されている。接続部33と発火部39は孔部55から突出した形状とされ、かつ、発火部39が貴金属を含んでいるため、接地電極30の重心は通常よりも発火部39側に偏っている。このため、エンジンの振動により圧入部32側に大きな荷重が発生するものの、接続部33の径寸法が発火部39側よりも圧入部32側のほうが大きいため、圧入部32側の剛性が高くなっており、接地電極本体31の破損には至らないものとなっている。また、発火部39側から圧入部32に向かう熱引き効果が高いものとなり、燃焼に対する耐消耗性を高めることができる。
【0039】
接続部33の先端面と後端面には、圧入部32との境界から発火部39との境界に向かうほど中心線CLに近づくように形成された一対のテーパ部35が設けられている。点火により混合気が燃焼した際には、発火部39を中心として燃え広がることになるものの、テーパ部35が設けられていることで燃焼の邪魔をしないものとされている。また、吸気の際には、テーパ部35が設けられていることで発火部39に向かう混合気の流れを阻害しないものとされている。
【0040】
接地電極30は、圧入部32が孔部55に圧入されることによって主体金具50に固定されている。孔部55は、接地電極30の延設方向において一定の内径を有する円孔状とされている。一方、圧入部32は、軸線方向の寸法が接地電極30の延設方向において一定とされている。よって、圧入部32のうち孔部55に配置された部分は、周方向の全周にわたって、かつ、接地電極30の延設方向の全長にわたって孔部55の内周面に隙間なく接触している。このため、孔部55の開口縁と圧入部32とは隙間なく接触することになる。
【0041】
さて、主体金具50と圧入部32の熱膨張係数差は、主体金具50と発火部39の熱膨張係数差よりも小さいものとされている。さらに圧入部32の熱膨張係数は、発火部39の熱膨張係数よりも大きいものとされている。混合気が燃焼するとスパークプラグ100は高温状態となるため、主体金具50の孔部55が拡径し、圧入部32の圧入状態に緩みが生じるおそれがある。仮に、接地電極本体31が発火部39と同じ金属で構成されているとした場合、エンジンの振動により圧入部32が力を受けた際に、接地電極本体31が孔部55から脱落するなどのおそれがある。そこで、本実施形態では発火部39の熱膨張係数より圧入部32の熱膨張係数が主体金具50の熱膨張係数に近い値となるようにしたから、圧入部32の圧入状態に緩みが生じることを回避できる。
【0042】
<熱膨張率の測定方法>
次に、圧入部32と発火部39の熱膨張率の測定方法について説明する。熱膨張率は、TMA(Thermomechanical Analysis)の圧縮法で測定される。圧入部32と発火部39をそれぞれ同様の寸法形状に切り出し、それぞれ複数のサンプル(例えば30サンプル以上)を測定し、その平均値を熱膨張係数とする。切り出し位置はそれぞれ任意の点から1つのプラグにつき1サンプルとし、平均をとる際のサンプル数は圧入部32と発火部39とで同数にする。
【0043】
<実施形態1の効果>
以上説明した本実施形態のスパークプラグ100によれば、発火部39の熱膨張係数より圧入部32の熱膨張係数が主体金具50の熱膨張係数に近い値となるから、スパークプラグ100が高温になった際に熱膨張係数差に起因して圧入部32の主体金具50に対する保持力が低下することを抑制でき、もって接地電極30の脱落を抑制できる。
【0044】
圧入部32は、孔部55に圧入されることで固定されており、圧入部32の熱膨張係数は発火部39の熱膨張係数よりも大きいため、スパークプラグ100が高温になった際に、圧入部32が貴金属で構成されている場合よりも、接地電極30の脱落を抑制できる。また、発火部39を構成する貴金属は高価であるため、貴金属よりも安価な金属で圧入部32を構成することで、スパークプラグ100の製造コストを低減できる。
【0045】
圧入部32は、Ni製またはNiが一番多く含まれる合金製である。NiまたはNiが一番多く含まれる合金は貴金属よりも安価な金属であるため、圧入部32が貴金属で構成されている場合と比較して、スパークプラグ100の製造コストを低減できる。また、Niは高い融点を持つため、火花に対する耐消耗性という点においても十分な性能を発揮できる。
【0046】
接地電極30は、圧入部32と、発火部39と、圧入部32と発火部39をつなぐ接続部33と、を備えて構成され、接地電極30のうち、圧入部32と接続部33の境界における軸線AXと平行、かつ、接地電極30の延設方向に垂直な方向の断面積は、接続部33における発火部39側の端部における軸線AXと平行、かつ、接地電極30の延設方向に垂直な方向の断面積よりも大きい。このようにすれば、接続部33の断面積が発火部39側の端部よりも圧入部32との境界のほうが大きいから、圧入部32と接続部33の境界において振動によって変形や折損が生じにくくなり、接地電極30の破損を防ぎやすくなる。また、発火部39から圧入部32に向かう熱引き効果を高めることができる。
【0047】
接続部33は、テーパ部35を有する。接続部33がテーパ部35を有するから、吸気の際に中心電極20と放電面395との間の間隙Gに混合気が入りやすくでき、点火した際に接続部33が燃焼の邪魔をしないようにできる。さらに、テーパ部35を備えることで、圧入部32と接続部33の境界において振動によって変形や折損が生じにくくなり、接地電極30の破損をさらに防ぎやすくなる。
【0048】
[本開示の実施形態2の詳細]
次に、実施形態1の接地電極30の構成を変更した実施形態2について
図5を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態2の接地電極120は、孔部55から突出した接地電極本体121と、接地電極本体121の突出端に固定された発火部129と、を備えて構成されている。接地電極本体121は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部122と、圧入部122と発火部129をつなぐ接続部123と、を備える。圧入部122が請求項の「固定部」に対応する。接続部123は、圧入部122と一体に構成されている。一方、接続部123と発火部129は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
【0049】
接続部123の断面積は、圧入部122との境界から発火部129側の端部にわたって同じとされている。また、圧入部122の断面積は接続部123の断面積と同じである。さらに、発火部129の断面積は接続部123の断面積と同じである。発火部129の大きさは、実施形態1の発火部39の大きさと同じである。一方、接地電極本体121の大きさは、実施形態1の接地電極本体31の大きさよりも小さい。
【0050】
[本開示の実施形態3の詳細]
次に、実施形態2の接地電極120の構成を一部変更した実施形態3について
図6を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態3の接地電極130は、孔部55から突出した接地電極本体131と、接地電極本体131の突出端に固定された発火部139と、を備えて構成されている。接地電極本体131は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部132と、圧入部132と発火部139をつなぐ接続部133と、を備える。圧入部132が請求項の「固定部」に対応する。接続部133は、圧入部132と一体に構成されている。一方、接続部133と発火部139は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
【0051】
発火部139は、実施形態2の発火部129の半分の厚さとされている。これに伴い、接続部133の突出端には、発火部129の先端面に沿って延設部136が設けられている。したがって、発火部139は、接続部133の突出端と延設部136の後端面の双方に接合されている。
【0052】
[本開示の実施形態4の詳細]
次に、実施形態3の接地電極130の構成を一部変更した実施形態4について
図7を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態4の接地電極140は、孔部55から突出した接地電極本体141と、接地電極本体141の突出端に固定された発火部149と、を備えて構成されている。接地電極本体141は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部142と、圧入部142と発火部149をつなぐ接続部143と、を備える。圧入部142が請求項の「固定部」に対応する。接続部143は、圧入部142と一体に構成されている。一方、接続部143と発火部149は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
【0053】
発火部149は、実施形態3の発火部139と同じ大きさとされている。本実施形態においても、接続部133の突出端には、発火部149の先端面に沿って延設部146が設けられている。しかしながら、延設部146の延設方向の長さは、実施形態3の延設部136の半分である。したがって、発火部149の半分は、延設部146から突出した形態とされている。
【0054】
[本開示の実施形態5の詳細]
次に、実施形態1の接地電極30の構成を一部変更した実施形態5について
図8を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態5の接地電極150は、孔部55から突出した接地電極本体151と、接地電極本体151の突出端に固定された発火部159と、を備えて構成されている。接地電極本体151は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部152と、圧入部152と発火部159をつなぐ接続部153と、を備える。圧入部152が請求項の「固定部」に対応する。接続部153は、圧入部152と一体に構成されている。一方、接続部153と発火部159は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
【0055】
発火部159の大きさは、実施形態1の発火部39の大きさと同じである。接続部153の断面積は、圧入部152との境界から発火部159側の端部にわたって同じとされている。また、圧入部152の断面積は接続部153の断面積と同じである。一方、接続部153における圧入部152との境界の大きさは、実施形態1の接続部33における圧入部32との境界の大きさと同じである。しかしながら、接続部153における発火部159側の端部の大きさは、実施形態1の接続部33における発火部39側の端部の大きさよりも大きい。
【0056】
[本開示の実施形態6の詳細]
次に、実施形態5の接地電極150の構成を一部変更した実施形態6について
図9を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。実施形態6の接地電極160は、孔部55から突出した接地電極本体161と、接地電極本体161の突出端に固定された発火部169と、を備えて構成されている。接地電極本体161は略柱状とされ、孔部55に圧入された圧入部162と、圧入部162と発火部169をつなぐ接続部163と、を備える。圧入部162が請求項の「固定部」に対応する。接続部163は、圧入部162と一体に構成されている。一方、接続部163と発火部169は、例えば、レーザ溶接等の溶接によって接合されている。
【0057】
本実施形態の接続部163の後端面には、テーパ部165が設けられている。テーパ部165は、接続部163の突出端から中央付近にわたって設けられている。テーパ部165の長さは、本実施形態に限られず、接続部163の突出端から圧入部162との境界にわたる長さであってもよい。
[本開示の実施形態7の詳細]
次に、実施形態1の接地電極30の構成を一部変更した実施形態7について
図10を参照しながら説明する。実施形態1と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施形態の接地電極170は、孔部55に挿入された接地電極本体171と、接地電極本体171の基端に一体に設けられた溶接部172と、接地電極本体171の先端に固定された発火部179と、を備えている。溶接部172が請求項の「固定部」に対応する。接地電極本体171は、孔部55に対して主体金具50の外周側から挿入されており、溶接部172は、主体金具50の外周面に当接している。溶接部172は主体金具50の外周面側に対してレーザ溶接等の溶接により固定されている(網掛けで図示されている箇所が溶接によって溶融した溶融部173を示している)。レーザ溶接は主体金具50の外周面側から溶接部172に対して行われ、溶融部173は溶接部172を通過して主体金具50の内部に至っている。
主体金具50と発火部179の熱膨張係数差は、主体金具50と溶接部172の熱膨張係数差よりも大きいものとされ、溶接部172の熱膨張係数は、発火部179の熱膨張係数よりも大きいものとされている。混合気が燃焼するとスパークプラグ100は高温状態となるため、主体金具50の孔部55が拡径し、溶接部172にクラックが入るおそれがある。仮に、接地電極本体171が発火部179と同じ金属で構成されているとした場合、クラックが進行して溶接部172が破損し、接地電極本体171が孔部55から脱落するなどのおそれがある。そこで、本実施形態では発火部179の熱膨張係数より溶接部172の熱膨張係数が主体金具50の熱膨張係数に近い値となるようにしたから、クラックの発生を防いで溶接部172の破損を回避できる。
【0058】
[他の実施形態]
(1)実施形態1から7では、接地電極が接続部を有するものを例示しているものの、発火部が孔部に直接固定された接地電極としてもよい。
【0059】
(2)実施形態1から6では、接続部が圧入部と一体に構成されたものを例示しているものの、接続部が圧入部と別体に構成され、接続部が圧入部に溶接された接地電極としてもよい。
【0060】
(3)実施形態1から6では、圧入部が主体金具の孔部に圧入されていることでのみ固定されているが、主体金具の内面に圧入部を残した状態で主体金具の外周面側からレーザ溶接等で溶接されていてもよい。
【符号の説明】
【0061】
5…ガスケット、6…線パッキン、7…線パッキン、8…板パッキン、9…タルク
10…絶縁体、12…軸孔、12L…大内径部、12S…小内径部、13…脚長部、15…縮外径部、16…縮内径部、17…先端側胴部、18…後端側胴部、19…鍔部
20…中心電極、21…中心電極本体、23…頭部、24…鍔部、25…脚部、29…発火部、295…第1放電面
30…接地電極、31…接地電極本体、32…圧入部、33…接続部、34…溶接部、35…テーパ部、39…発火部、395…第2放電面(放電面)
40…端子電極
50…主体金具(金具)、51…工具係合部、52…取付ネジ部、53…加締部、54…座部、55…孔部、56…段部、58…圧縮変形部、59…貫通孔
60…シール部材
70…抵抗体
80…シール部材
100…スパークプラグ
120…接地電極、121…接地電極本体、122…圧入部、123…接続部、129…発火部
130…接地電極、131…接地電極本体、132…圧入部、133…接続部、136…延設部、139…発火部
140…接地電極、141…接地電極本体、142…圧入部、143…接続部、146…延設部、149…発火部
150…接地電極、151…接地電極本体、152…圧入部、153…接続部、159…発火部
160…接地電極、161…接地電極本体、162…圧入部、163…接続部、165…テーパ部、169…発火部
170…接地電極、171…接地電極本体、172…溶接部、173…溶融部、179…発火部
AX…軸線、G…間隙
Sk…接地電極のうち、圧入部と接続部の境界における軸線と平行、かつ、接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積
Sh…接地電極のうち、接続部における発火部側の端部における軸線と平行、かつ、接地電極の延設方向に垂直な方向の断面積