特許 7383581 スパークプラグ

(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】2023-11-10

(45)【発行日】2023-11-20

(54)【発明の名称】スパークプラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/32 20060101AFI20231113BHJP

【ＦＩ】

H01T13/32

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020126222

(22)【出願日】2020-07-27

(65)【公開番号】P2022023347

(43)【公開日】2022-02-08

【審査請求日】2022-08-04

(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】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】若園 零二

(72)【発明者】

【氏名】上野 加奈子

【審査官】関 信之

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５２－０３８５３１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－０８３１４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｔ １３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心電極と、前記中心電極を絶縁保持し軸線に沿って延びる筒状の主体金具と、前記主体金具に接続される接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記主体金具に接続し前記軸線方向に延びる基端部と、
前記基端部に連なり前記軸線に向かって湾曲する湾曲部と、
前記湾曲部に連なり前記中心電極の先端部と一部が対向する対向部と、を備え、
前記湾曲部は、前記中心電極の側を向き凹状に湾曲する第１面と、前記第１面の反対側に位置し凸状に湾曲する第２面と、を有し、
前記第１面から前記第２面へ向かって凹む凹部が、前記第１面に設けられ、
前記凹部は、前記湾曲部のみに設けられているスパークプラグ。

【請求項2】

前記凹部は、前記凹部の内面の少なくとも一部が互いに接触する請求項１記載のスパークプラグ。

【請求項3】

前記凹部は、前記凹部の内面が開放されている請求項１記載のスパークプラグ。

【請求項4】

前記凹部の深さは、前記凹部の深さ方向における前記凹部の底と前記第２面との間の前記湾曲部の厚さよりも浅い請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は内燃機関のスパークプラグに関するものである。

【背景技術】

【0002】

中心電極と接地電極との間（火花ギャップ）に放電を生じるスパークプラグにおいて、直角に折れ曲がる接地電極と中心電極とが対向する部分を火花ギャップとする技術が特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－８３１４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、直角に折り曲げられた接地電極の残留応力が開放されるスプリングバックが生じると、火花ギャップが大きくなるという問題点がある。

【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、火花ギャップの変化を低減できるスパークプラグを提供することを目的としている。

【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、中心電極と、中心電極を絶縁保持し軸線に沿って延びる筒状の主体金具と、主体金具に接続される接地電極と、を備える。接地電極は、主体金具に接続し軸線方向に延びる基端部と、基端部に連なり軸線に向かって湾曲する湾曲部と、湾曲部に連なり中心電極の先端部と一部が対向する対向部と、を備える。湾曲部は、中心電極の側を向き凹状に湾曲する第１面と、第１面の反対側に位置し凸状に湾曲する第２面を含む。第１面から第２面へ向かって凹む凹部が、第１面に設けられている。

【発明の効果】

【0007】

請求項１記載のスパークプラグによれば、接地電極の湾曲部に連なる対向部の一部が、中心電極の先端部と対向し火花ギャップが作られる。中心電極の側を向く湾曲部の第１面は凹状に湾曲する。第１面の反対側の湾曲部の第２面は凸状に湾曲する。第１面から第２面へ向かって凹む凹部により、第1面の圧縮の残留応力を低減できるので、残留応力の開放による火花ギャップの変化を低減できる。

【0008】

請求項２記載のスパークプラグによれば、凹部は凹部の内面の少なくとも一部が互いに接触する。凹部の分だけ湾曲部における熱伝導の熱流経路が細くなるが、凹部の内面が互いに接触するので、接触する分だけ熱伝導の熱流経路を拡大できる。湾曲部の伝熱量を増やすことができるので、請求項１の効果に加え、対向部の過熱を低減できる。

【0009】

請求項３記載のスパークプラグによれば、凹部は凹部の内面が開放されている。熱膨張により、凹部を境にして基端部を含む部分と対向部を含む部分とが互いに押し合う力を低減できる。請求項１の効果に加え、熱膨張による火花ギャップの変化を低減できる。

【0010】

請求項４記載のスパークプラグによれば、凹部の深さは、凹部の深さ方向における凹部の底と第２面との間の湾曲部の厚さよりも浅い。請求項１から３のいずれかの効果に加え、湾曲部における熱伝導の熱流経路および湾曲部の機械的強度を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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の方向から見た接地電極の側面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線における接地電極の断面図である。

【図4】図３のＩＶで示す部分を拡大した湾曲部の断面図である。

【図5】（ａ）は湾曲部を設ける前のワークの側面図であり、（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線におけるワークの断面図である。

【図6】第２実施の形態におけるスパークプラグの接地電極の側面図である。

【図7】図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線における接地電極の断面図である。

【図8】図７のＶＩＩＩで示す部分を拡大した湾曲部の断面図である。

【図9】第３実施の形態におけるスパークプラグの接地電極の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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９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に保持され、接地電極１８は、絶縁体１１を保持する主体金具１６に接続されている。

【0013】

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の先端部１４は軸孔１２の外に配置されている。

【0014】

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。

【0015】

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。接地電極１８主体金具１６に接続されている。

【0016】

図２は図１の矢印ＩＩの方向から見た接地電極１８の側面図である。図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線における接地電極１８の断面図である。図３に示すように接地電極１８は、主体金具１６に接続し軸線Ｏに沿って延びる直線状の基端部１９と、基端部１９に連なり軸線Ｏに向かって湾曲する湾曲部２０と、湾曲部２０に連なり中心電極１３の先端部１４と一部が対向する直線状の対向部２１と、を備えている。中心電極１３の先端部１４と対向部２１との間に火花ギャップ２２が設けられている。本実施形態では、対向部２１は中心電極１３の先端部１４より先端側に位置し、先端部１４の先端側に火花ギャップ２２が設けられている。

【0017】

本実施形態では、基端部１９は軸線Ｏとほぼ平行に延びている。しかしこれに限るものではない。基端部１９は軸線Ｏに沿って延びていれば良い。例えば基端部１９は、軸線Ｏと同一平面上にあって軸線Ｏに対して斜めに傾いていても良いし、軸線Ｏとねじれの位置にあっても良い。

【0018】

本実施形態では、対向部２１は、軸線Ｏとほぼ垂直に延びている。しかしこれに限るものではない。対向部２１は湾曲部２０につながっていれば良い。例えば対向部２１は、軸線Ｏと同一平面上にあって軸線Ｏに斜めに交わっていても良いし、軸線Ｏとねじれの位置にあっても良い。

【0019】

湾曲部２０は、中心電極１３の側を向く第１面２３と、第１面２３の反対側に位置する第２面２４と、を有する。第１面２３は凹状に湾曲し、第２面２４は凸状に湾曲する。図２に示すように第１面２３には、湾曲部２０の第３面２５及び第４面２６がつながっている。第３面２５は第４面２６の反対側に位置する。第３面２５及び第４面２６は第２面２４にもつながっている。湾曲部２０の第１面２３には、第１面２３から第２面２４へ向かって凹む凹部２７が設けられている。

【0020】

図４は図３のＩＶで示す部分を拡大した湾曲部２０の断面図である。図４に示す断面図は、凹部２７の底２８を通り軸線Ｏを含む断面図、又は、凹部２７の底２８を通り軸線Ｏに平行な断面図である。凹部２７の底２８は、凹部２７の最も深いところである。

【0021】

凹部２７の内面２９は、互いに向かい合う第１部３０及び第２部３１を含む。第１部３０は、内面２９のうち基端部１９に近い凹部２７の端点３２と底２８との間の部分である。第２部３１は、内面２９のうち対向部２１に近い凹部２７の端点３３と底２８との間の部分である。凹部２７の内面２９は開放されており、第１部３０のうち底２８を除く部分と第２部３１のうち底２８を除く部分とは互いに離れている。

【0022】

凹部２７の内面２９が開放されているか否かは、例えば湾曲部２０を常温硬化型樹脂に埋め込み、樹脂を凹部２７に侵入させ、内面２９に接した状態で硬化した樹脂が再現する凹部２７の形状（樹脂が作る突起）に基づいて判断できる。樹脂が再現した凹部２７の形（突起）に、厚さ方向に貫通する穴があいている、又は、突起ができなければ、穴の位置において凹部２７の第１部３０と第２部３１とが接していることを示す。樹脂が再現した凹部２７の形（突起）に、厚さ方向に貫通する穴があいていなければ、第１部３０と第２部３１とが離れている（内面２９が開放されている）ことを示す。常温硬化型樹脂としては、例えばKulzer社製のテクノビット(Technovit：登録商標)が挙げられる。

【0023】

凹部２７の深さＤは、凹部２７の底２８と第２面２４との間の湾曲部２０の厚さＴよりも浅い。凹部２７の深さＤ及び湾曲部２０の厚さＴを求めるには、図４において、まず凹部２７の端点３２，３３同士を結ぶ線分３４を引く。次いで線分３４に垂直な直線であって底２８を通る直線３５を引く。凹部２７の深さＤは、線分３４及び底２８によって直線３５が切り取られてできる線分の長さである。湾曲部２０の厚さＴは、第２面２４及び底２８によって直線３５が切り取られてできる線分の長さである。

【0024】

スパークプラグ１０は、例えば以下の方法により製造される。まず絶縁体１１の軸孔１２の外に中心電極１３の先端部１４が位置するように、軸孔１２に中心電極１３を配置する。次に絶縁体１１の軸孔１２に端子金具１５を挿入し、端子金具１５と中心電極１３とを電気的に接続する。予めワーク３６（図５（ａ）参照）が接続された主体金具１６を絶縁体１１に組み付け、ワーク３６のうち湾曲部２０が作られる予定位置に凹部２７を設ける。

【0025】

図５（ａ）は湾曲部２０を設ける前のワーク３６の側面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線におけるワーク３６の断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）ではワーク３６が接続された主体金具１６の図示が省略されている。

【0026】

ワーク３６は断面の形状が矩形の直線状の部材である。ワーク３６は第１面２３と、第１面２３の反対側の第２面２４と、第１面２３と第２面２４とをつなぐ第３面２５及び第４面２６と、を含む。本実施形態ではワーク３６の第１面２３に、ワーク３６よりも硬い円錐の圧子を押し付けて凹部２７（圧痕）を形成する。圧子の形状は円錐、角錐、角柱、球など適宜設定できる。凹部２７は、圧子の形状に応じて、円錐面、角錐面、球冠などの痕跡となる。圧痕で凹部２７を作るのに代えて、切削で凹部２７を作ることは当然可能である。

【0027】

ワーク３６の第１面２３に凹部２７を設けた後、第１面２３の、主体金具１６と凹部２７との間に第１の金型を接触させ、第２面２４の、ワーク３６の先端３７と凹部２７との間を第２の金型で押す。外力により第１の金型を支点にしてワーク３６を曲げ、湾曲部２０が形成された接地電極１８を得る。湾曲部２０が作られる予定位置に凹部２７が設けられているので、ワーク３６の曲げの位置を安定させ易い。

【0028】

ワーク３６が曲げられると、湾曲部２０の凹状に湾曲する第１面２３に圧縮応力が生じ、凸状に湾曲する第２面２４に引張応力が生じる。曲げの外力が外れると、第１面２３の圧縮の残留応力および第２面２４の引張の残留応力によって、湾曲部２０の曲げ角度が広がるスプリングバックが生じるおそれがある。スプリングバックが生じて火花ギャップ２２が広がると、火花ギャップ２２に放電が生じる要求電圧が高くなるという問題点がある。

【0029】

スパークプラグ１０によれば、第１面２３から第２面２４へ向かって凹む凹部２７が湾曲部２０に設けられているので、第1面２３の圧縮の残留応力を低減できる。よって残留応力の開放（スプリングバック）による火花ギャップ２２の変化を低減できる。

【0030】

図４において凹部２７の端点３２を通り軸線Ｏに平行な仮想直線（図示せず）を引き、仮想直線によって基端部１９を含む第１領域（軸線Ｏを含まない領域）と対向部２１を含む第２領域（軸線Ｏを含む領域）の２つに分けたときに、凹部２７の少なくとも一部は、基端部１９を含む第１領域に位置する。凹部２７の少なくとも一部が第１領域にあるので、湾曲部２０の圧縮の残留応力を低減させ易くできる。

【0031】

凹部２７は内面２９が開放されているので、熱膨張により、凹部２７を境にして基端部１９を含む部分と対向部２１を含む部分とが互いに押し合う力を低減できる。よって熱膨張による火花ギャップ２２の変化を低減できる。

【0032】

凹部２７の分だけ湾曲部２０の断面積は小さくなる。しかし凹部２７の深さＤは、凹部２７の深さ方向における凹部２７の底２８と第２面２４との間の湾曲部２０の厚さＴよりも浅いので、湾曲部２０における熱伝導の熱流経路および湾曲部２０の機械的強度を確保できる。

【0033】

図６から図８までを参照して第２実施の形態について説明する。第１実施形態では、凹部２７の内面２９が開放されている場合について説明した。これに対し第２実施形態では凹部４２の内面４４が互いに接触している場合について説明する。なお第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

【0034】

図６は第２実施の形態におけるスパークプラグ４０の接地電極４１の側面図である。図６は、図２と同様に、図１の矢印ＩＩの方向から見た接地電極４１の側面図である。図７は図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線における接地電極４１の断面図である。湾曲部２０の第１面２３には、第１面２３から第２面２４へ向かって凹む凹部４２が設けられている。第１面２３の凹部４２は、第３面２５及び第４面２６の近くまで、直線状に細く長く延びている。

【0035】

接地電極４１は、ワーク（図示せず）の第１面２３に溝状のノッチを付けた後、ワークを曲げ、湾曲部２０を形成して得られる。凹部４２は、ワークの第１面２３に付けられたノッチが、ワークの曲げ加工により潰れた状態である。湾曲部２０に設けられた凹部４２によって第1面２３の圧縮の残留応力を低減できる。

【0036】

図８は図７のＶＩＩＩで示す部分を拡大した湾曲部２０の断面図である。図８に示す断面図は、凹部４２の底４３を通り軸線Ｏを含む断面図、又は、凹部４２の底４３を通り軸線Ｏに平行な断面図である。凹部４２の底４３は、凹部４２の最も深いところである。

【0037】

凹部４２の内面４４は、全体が、凹部４２の底４３を境にして互いに接している。凹部４２の分だけ湾曲部２０における熱伝導の熱流経路が細くなるが、凹部４２の内面４４が互いに接しているので、内面４４が接している分だけ熱伝導の熱流経路を拡大できる。凹部４２における湾曲部２０の伝熱量を増やすことができるので、対向部２１の過熱を低減できる。

【0038】

凹部４２の深さＤは、凹部４２の底４３と第２面２４との間の湾曲部２０の厚さＴよりも浅い。よって湾曲部２０における熱伝導の熱流経路および湾曲部２０の機械的強度を確保できる。凹部４２の深さＤ及び湾曲部２０の厚さＴを求めるには、図８において、凹部４２の内面４４及び底４３を含む直線４５を引く。凹部４２の深さＤは、第１面２３及び底４３によって直線４５が切り取られてできる線分の長さである。湾曲部２０の厚さＴは、第２面２４及び底４３によって直線４５が切り取られてできる線分の長さである。

【0039】

図９を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施形態および第２実施形態では、接地電極１８，４１の第１面２３に凹部２７，４２が設けられる場合について説明した。これに対し第３実施形態では、第１面２３に加え、第３面２５及び第４面２６にも凹部５３が設けられる接地電極５０について説明する。なお第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

【0040】

図９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の斜視図である。図９では、絶縁体１１、中心電極１３及び主体金具１６の図示が省略されている。接地電極５０は、第１実施形態で説明した接地電極１８に代えて、主体金具１６に接続される。

【0041】

接地電極５０は、湾曲部２０の第１面２３と第３面２５とが交わる角５１、及び、湾曲部２０の第１面２３と第４面２６（図２参照）とが交わる角５２に、それぞれ凹部５３が設けられている。よって凹部５３は、第１面２３に加え、第３面２５及び第４面２６に設けられている。

【0042】

本実施形態ではワーク（図示せず）を曲げて湾曲部２０を形成した後、湾曲部２０の角５１，５２に、切削によって凹部５３を形成する。圧縮応力が残留する第１面２３の一部が、凹部５３によって取り除かれるので、第1面２３の圧縮の残留応力を低減できる。よって残留応力の開放（スプリングバック）による火花ギャップ２２の変化を低減できる。

【0043】

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１８，４１，５０の形、凹部２７，４２，５３の形や大きさは一例であり適宜設定される。

【0044】

実施形態では、中心電極１３の先端部１４と接地電極１８，４１，５０の対向部２１との間であって、先端部１４の軸線方向の先端側に火花ギャップ２２が設けられ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。中心電極１３の先端部１４と接地電極１８，４１，５０の対向部２１との間であって、先端部１４の径方向（軸線Ｏに垂直な方向）の外側に火花ギャップ２２を設けることは当然可能である。この場合も湾曲部２０の第１面２３に凹部２７，４２，５３を設けることにより、圧縮の残留応力を低減し湾曲部２０のスプリングバックを低減できる。

【0045】

実施形態では、接地電極１８，４１，５０の第１面２３、第２面２４、第３面２５及び第４面２６に囲まれた断面形状が矩形の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１８，４１，５０の断面を、第２面２４を示す線が円弧である半円形状にすることは当然可能である。

【0046】

第１実施形態では、ワーク３６に凹部２７を設けた後に曲げ加工を行う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。ワーク３６を曲げて湾曲部２０を形成した後、湾曲部２０の第１面２３に、プレスや切削によって凹部２７を形成することは当然可能である。圧縮応力が残留する第１面２３の一部が、凹部２７によって取り除かれるので、第1面２３の圧縮の残留応力を低減し、スプリングバックによる火花ギャップ２２の変化を低減できる。

【0047】

第２実施形態では、凹部４２の内面４４のうち対面する部分の全体が互いに接してい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。凹部４２の内面４４のうち対面する部分の少なくとも一部が互いに接していても良い。この場合も、内面４４が接している分だけ熱伝導の熱流経路を拡大できる。

【0048】

第１実施形態および第２実施形態では、湾曲部２０に凹部２７，４２が一つ設けられ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。２つ以上の凹部２７，４２を湾曲部２０の第１面２３に設けることは当然可能である。

【0049】

第３実施形態では、ワーク（図示せず）に湾曲部２０を設けた後、湾曲部２０の第１面２３に凹部５３を形成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。ワークの第１面２３に凹部５３を設けた後、曲げ加工を行い、湾曲部２０に凹部５３を設けることは当然可能である。

【0050】

第３実施形態では、湾曲部２０の第１面２３に凹部５３を２つ設け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。凹部５３を一つ、又は、凹部５３を３つ以上にすることは当然可能である。

【0051】

第３実施形態では、第１面２３と第３面２５とにまたがる凹部５３、及び、第１面２３と第４面２６とにまたがる凹部５３を湾曲部２０に設け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。第１面２３のみに凹部５３を設けることは当然可能である。角５１の凹部５３と角５２の凹部５３とをつなげて、第１面２３の幅方向の全長に亘って凹部５３を設けることは当然可能である。

【0052】

実施形態では、ワークの第１面２３に凹部２７，４２を設けた後、曲げ加工を行い、湾曲部２０に凹部２７，４２を設ける場合、及び、ワークの曲げ加工を行った後、湾曲部２０に凹部５３を設け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。曲げ加工を行うときの第１の金型に突起を設け、突起をワークの第１面２３に食い込ませることにより第１面２３に凹部を形成し、第２の金型を使って第１の金型を支点にワークを曲げ、湾曲部２０に凹部が形成された接地電極を得ることは当然可能である。この場合も凹部によって第1面２３の圧縮の残留応力を低減できるので、スプリングバックによる火花ギャップ２２の変化を低減できる。

【符号の説明】

【0053】

１０，４０ スパークプラグ
１３ 中心電極
１４ 先端部
１６ 主体金具
１８，４１，５０ 接地電極
１９ 基端部
２０ 湾曲部
２１ 対向部
２３ 第１面
２４ 第２面
２７，４２，５３ 凹部
２８，４３ 凹部の底
２９，４４ 凹部の内面
Ｄ 凹部の深さ
Ｏ 軸線
Ｔ 湾曲部の厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】