特許 7475317 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】2024-04-18

(45)【発行日】2024-04-26

(54)【発明の名称】スパークプラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/20 20060101AFI20240419BHJP

【ＦＩ】

H01T13/20 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021113910

(22)【出願日】2021-07-09

(65)【公開番号】P2023010084

(43)【公開日】2023-01-20

【審査請求日】2023-07-12

(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】100179578

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 和弘

(72)【発明者】

【氏名】今井 奨

(72)【発明者】

【氏名】後澤 達哉

【審査官】内田 勝久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４６６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５２６３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０９３４３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｔ ７／００ － ２３／００

Ｆ０２Ｐ １／００ － ３／１２

Ｆ０２Ｐ ７／００ － １７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びる軸孔が形成された絶縁体と、
前記軸孔に配置され、自身の先端部が前記軸孔の先端側に突出する中心電極と、
前記絶縁体を内周側に保持し、外周面にネジ部が形成された筒状の主体金具と、
一端部が前記主体金具に設けられた貫通孔に固定され、他端部が前記中心電極の前記先端部との間で放電ギャップを形成する接地電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記ネジ部は、前記貫通孔よりも前記軸線方向の後端側に位置する第１ネジ部と、前記貫通孔よりも前記軸線方向の先端側に位置する第２ネジ部と、を有し、
前記主体金具は、前記第１ネジ部と前記第２ネジ部との間に位置してネジ山が全周に亘って形成されていない非ネジ部を有し、
前記非ネジ部に前記貫通孔が設けられていることを特徴とする、スパークプラグ。

【請求項2】

請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
前記軸線方向において、前記第２ネジ部の長さは、前記第１ネジ部の長さよりも短いことを特徴とする、スパークプラグ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のスパークプラグにおいて、
前記第１ネジ部、前記第２ネジ部および前記非ネジ部は、一体に形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、
前記非ネジ部の外径は、前記ネジ部の谷径よりも小さいことを特徴とする、スパークプラグ。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、
前記非ネジ部の平均肉厚は、前記ネジ部の有効径の８％以上であることを特徴とする、スパークプラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スパークプラグに関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関に用いる点火用のスパークプラグとして、エンジンヘッドに取り付けられて、中心電極の先端と接地電極との間で火花放電を発生させるスパークプラグが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のスパークプラグでは、主体金具において径方向に貫通する貫通孔が形成されており、径方向に沿って延びる棒状の接地電極が、その貫通孔に挿入されて固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－０４６６６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のスパークプラグでは、接地電極を固定するための貫通孔が主体金具の周方向の一箇所に形成されるとともに、貫通孔よりも軸線方向の先端側にも主体金具の雄ネジが形成されている。このため、貫通孔が形成された領域は、雄ネジが形成されていないためエンジンヘッドの雌ネジと離間しており、冷却されにくい。この結果、貫通孔が形成された軸線方向の位置において、周方向において温度差が生じることに起因して熱膨張の度合いに差が生じてしまい、主体金具が曲がるような応力が発生するおそれがあった。このため、主体金具に応力が発生することを抑制できる技術が求められていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することができる。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、スパークプラグが提供される。このスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔が形成された絶縁体と、前記軸孔に配置され、自身の先端部が前記軸孔の先端側に突出する中心電極と、前記絶縁体を内周側に保持し、外周面にネジ部が形成された筒状の主体金具と、一端部が前記主体金具に設けられた貫通孔に固定され、他端部が前記中心電極の前記先端部との間で放電ギャップを形成する接地電極と、を備えるスパークプラグであって、前記ネジ部は、前記貫通孔よりも前記軸線方向の後端側に位置する第１ネジ部と、前記貫通孔よりも前記軸線方向の先端側に位置する第２ネジ部と、を有し、前記主体金具は、前記第１ネジ部と前記第２ネジ部との間に位置してネジ山が全周に亘って形成されていない非ネジ部を有し、前記非ネジ部に前記貫通孔が設けられていることを特徴とする。この形態のスパークプラグによれば、主体金具は、第１ネジ部と第２ネジ部との間に位置してネジ山が全周に亘って形成されていない非ネジ部を有し、非ネジ部に貫通孔が設けられているので、主体金具は、貫通孔が形成された軸線方向の位置において全周に亘ってエンジンヘッドの雌ネジと離間する。この結果、周方向において温度差が生じることを抑制できるので、熱膨張の度合いに差が生じることを抑制でき、この結果、主体金具に応力が発生することを抑制できる。

【0007】

（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記軸線方向において、前記第２ネジ部の長さは、前記第１ネジ部の長さよりも短くてもよい。この形態のスパークプラグによれば、軸線方向において第２ネジ部の長さが第１ネジ部の長さよりも短いので、より高温になりやすい軸線方向先端側に非ネジ部が形成される構成において、周方向の温度差を抑制でき、この結果、応力の発生を効果的に抑制できる。

【0008】

（３）上記形態のスパークプラグにおいて、前記第１ネジ部、前記第２ネジ部および前記非ネジ部は、一体に形成されていてもよい。この形態のスパークプラグによれば、第１ネジ部、第２ネジ部および非ネジ部が一体に形成されているので、第１ネジ部と第２ネジ部との位相がずれることを抑制できる。この結果、第１ネジ部と第２ネジ部との位相を合わせるために主体金具の製造工程が複雑化することを抑制できる。

【0009】

（４）上記形態のスパークプラグにおいて、前記非ネジ部の外径は、前記ネジ部の谷径よりも小さくてもよい。この形態のスパークプラグによれば、非ネジ部の外径がネジ部の谷径よりも小さいので、スパークプラグをエンジンヘッドに組み付ける際に、エンジンヘッドの雌ネジによって非ネジ部が削れることを抑制できる。

【0010】

（５）上記形態のスパークプラグにおいて、前記非ネジ部の平均肉厚は、前記ネジ部の有効径の８％以上であってもよい。この形態のスパークプラグによれば、非ネジ部の平均肉厚がネジ部の有効径の８％以上であるので、非ネジ部の強度が過度に低下することを抑制できる。

【0011】

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグの製造方法、スパークプラグが取り付けられたエンジンヘッド等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】スパークプラグの概略構成を示す部分断面図。

【図2】スパークプラグの先端付近を拡大して示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

Ａ．第１実施形態：
図１は、本開示の一実施形態としてのスパークプラグ１００の概略構成を示す部分断面図である。図１では、スパークプラグ１００の軸心である軸線ＣＡを境界として、紙面右側にスパークプラグ１００の外観形状を示し、紙面左側にスパークプラグ１００の断面形状を示している。以下の説明では、軸線ＣＡに沿った図１の下方側（後述する接地電極４０が配置されている側）を先端側と呼び、図１の上方側（後述する端子金具５０が配置されている側）を後端側と呼び、軸線ＣＡに沿った方向を軸線方向ＡＤと呼ぶ。図１では、説明の便宜上、スパークプラグ１００が取り付けられるエンジンヘッド９０を破線で示している。エンジンヘッド９０には、一般に、冷却媒体を循環させる図示しない冷媒流路が設けられている。スパークプラグ１００は、その先端側が燃焼室９５内に露出するようにエンジンヘッド９０に取り付けられている。

【0014】

スパークプラグ１００は、絶縁体１０と、中心電極２０と、主体金具３０と、接地電極４０と、端子金具５０とを備える。なお、スパークプラグ１００の軸線ＣＡは、絶縁体１０と中心電極２０と主体金具３０と端子金具５０との各部材の軸線と一致する。

【0015】

絶縁体１０は、軸線方向ＡＤに延びる軸孔１１が形成された略筒状の外観形状を有する。軸孔１１には、先端側において中心電極２０の一部が収容され、後端側において端子金具５０の一部が収容される。このため、絶縁体１０は、中心電極２０を内周側に保持する。絶縁体１０は、先端側の部分が後述する主体金具３０の軸孔３１に収容され、後端側の部分が軸孔３１から露呈している。絶縁体１０は、アルミナ等のセラミック材料を焼成して形成された絶縁碍子により構成されている。

【0016】

中心電極２０は、軸線方向ＡＤに沿って延びる棒状の電極であり、軸孔１１に配置されている。中心電極２０の先端部２１は、軸孔１１の先端側に突出している。先端部２１には、例えば白金やイリジウム合金等によって形成された貴金属チップが接合されていてもよい。本実施形態の中心電極２０は、ニッケルを主成分とするニッケル合金により形成されている。

【0017】

絶縁体１０の軸孔１１内において、中心電極２０と端子金具５０との間には、先端側から後端側へと向かって順番に、先端側シール材６１と、抵抗体６２と、後端側シール材６３とが配置されている。このため、中心電極２０は、後端側において、先端側シール材６１と、抵抗体６２と、後端側シール材６３とを介して、端子金具５０と電気的に接続されている。

【0018】

抵抗体６２は、セラミック粉末と導電材とガラスとを材料として含んでいる。抵抗体６２は、端子金具５０と中心電極２０との間における電気抵抗として機能することにより、火花放電を発生させる際のノイズの発生を抑制する。先端側シール材６１と後端側シール材６３とは、それぞれ導電性のガラス粉末を材料として含んでいる。本実施形態において、先端側シール材６１および後端側シール材６３は、銅粉末とホウケイ酸カルシウムガラス粉末とを混合した粉末を材料として含んでいる。

【0019】

端子金具５０は、スパークプラグ１００の後端側の端部に設けられている。端子金具５０の先端側は、絶縁体１０の軸孔１１に収容され、端子金具５０の後端側は、軸孔１１から露呈している。端子金具５０には、図示しない高圧ケーブルが接続され、高電圧が印加される。この印加により、後述する放電ギャップＧに火花放電が発生する。放電ギャップＧに発生した火花は、燃焼室９５における混合気を着火させる。

【0020】

主体金具３０は、軸線方向ＡＤに沿って軸孔３１が形成された略筒状の外観形状を有し、軸孔３１内において絶縁体１０を保持する。換言すると、主体金具３０は、絶縁体１０を内周側に保持する。主体金具３０は、例えば低炭素鋼により形成され、ニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理が全体に施されている。主体金具３０の外周面には、工具係合部３２と、ネジ部３３と、非ネジ部３７とが形成されている。工具係合部３２は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド９０に取り付ける際に、図示しない工具と係合する。ネジ部３３は、主体金具３０の先端側の領域において外周面にネジ山が形成されており、エンジンヘッド９０の雌ネジ部９３にねじ込まれる。

【0021】

図２は、スパークプラグ１００の先端付近を拡大して示す断面図である。主体金具３０の外周面に形成されたネジ部３３は、第１ネジ部３４と、第２ネジ部３５とを有する。軸線方向ＡＤにおいて、第１ネジ部３４は、第２ネジ部３５よりも後端側に位置している。また、主体金具３０が有する非ネジ部３７は、第１ネジ部３４と第２ネジ部３５との間に位置している。このため、主体金具３０の外周面には、軸線方向ＡＤの後端側から先端側に向かって、第１ネジ部３４と、非ネジ部３７と、第２ネジ部３５とが、この順に並んで形成されている。

【0022】

非ネジ部３７には、ネジ山が全周に亘って形成されていない。本実施形態において、非ネジ部３７は、主体金具３０の外周面の全周に亘って、主体金具３０の径方向内側に向かって窪んで形成されている。非ネジ部３７には、主体金具３０の板厚を貫通する貫通孔３９が設けられている。貫通孔３９は、軸線方向ＡＤにおいて中心電極２０の先端部２１よりも先端側において形成されており、主体金具３０の外周面と内周面とを連通させている。貫通孔３９は、主体金具３０の周方向の一箇所に設けられている。貫通孔３９には、後述する接地電極４０が固定されている。

【0023】

第１ネジ部３４は、貫通孔３９よりも軸線方向ＡＤの後端側に位置しており、第２ネジ部３５は、貫通孔３９よりも軸線方向ＡＤの先端側に位置している。本実施形態では、軸線方向ＡＤにおいて、第２ネジ部３５の長さは、第１ネジ部３４の長さよりも短い。また、本実施形態において、非ネジ部３７の外径は、ネジ部３３の谷径よりも小さい。ネジ部３３の谷径は、第１ネジ部３４および第２ネジ部３５のネジ谷ごとに測定した値の平均値を算出することによって求めることができる。また、本実施形態において、非ネジ部３７の平均肉厚は、ネジ部３３の有効径の８％以上である。本明細書において、「非ネジ部３７の平均肉厚」とは、非ネジ部３７の肉厚の周方向における平均値を意味しており、より具体的には、貫通孔３９の中心を通る軸線方向ＡＤの位置において、周方向において等間隔に３点測定した肉厚の値の平均値を意味している。また、本明細書において、「有効径」とは、ＪＩＳ Ｂ ０２０５ ２００１で規定された値を示す。ネジ部３３の有効径は、第１ネジ部３４および第２ネジ部３５のネジ山ごとに測定した値の平均値を算出することによって求めることができる。なお、非ネジ部３７の平均肉厚は、ネジ部３３の有効径の１７％以下であることが好ましい。

【0024】

ネジ部３３と非ネジ部３７とは、例えば、転造や切削等によって形成することができる。転造によって形成する場合には、例えば、第１ネジ部３４と第２ネジ部３５とをそれぞれ形成するために２つのダイスを用いて転造が行われてもよい。また、例えば、第１ネジ部３４と第２ネジ部３５とが１つのダイスを用いて転造されて、その後、全周に亘って外周面を削り取ることにより非ネジ部３７が形成されてもよい。また、例えば、ネジ切り前の状態において、非ネジ部３７に対応する箇所が予め径方向内側に向かって窪んで形成されていてもよい。本実施形態のスパークプラグ１００では、第１ネジ部３４、第２ネジ部３５および非ネジ部３７が一体に形成されている。なお、貫通孔３９は、ネジ部３３および非ネジ部３７の形成前に形成されてもよく、ネジ部３３および非ネジ部３７の形成後に形成されてもよい。

【0025】

接地電極４０は、棒状の金属部材により構成され、径方向に延びるように配置されている。接地電極４０の一端部４１は、貫通孔３９に挿入されて固定されている。このため、一端部４１は、固定部とも換言できる。接地電極４０の他端部４２は、中心電極２０の先端部２１と対向している。他端部４２は、中心電極２０の先端部２１との間で、火花放電のための放電ギャップＧを形成する。本実施形態の接地電極４０は、中心電極２０と同様に、ニッケルを主成分とするニッケル合金により形成されている。本実施形態の接地電極４０は、貫通孔３９において溶接されて固定されているが、溶接に限らず、圧入によって固定されていてもよい。

【0026】

ここで、一般に、接地電極４０は、混合気の燃焼に曝されて高温状態となる。このため、主体金具３０に形成された貫通孔３９に接地電極４０が固定されるスパークプラグ１００において、接地電極４０の一端部４１は、過熱によって酸化するおそれがある。しかしながら、本実施形態のスパークプラグ１００では、軸線方向ＡＤにおいて貫通孔３９よりも先端側に第２ネジ部３５が形成されているので、貫通孔３９よりも先端側においても、主体金具３０の第２ネジ部３５とエンジンヘッド９０の雌ネジ部９３とを螺合させることができる。一般にエンジンヘッド９０には冷媒流路が設けられているため、第２ネジ部３５と雌ネジ部９３とを螺合させることにより、より高温になりやすい先端側においても接地電極４０の熱引き経路を確保できる。したがって、接地電極４０の一端部４１が過度に温度上昇することを抑制できるので、接地電極４０の一端部４１が酸化することを抑制できる。この結果、燃焼室９５の冷熱サイクルにおいて接地電極４０が貫通孔３９から脱落することを抑制できるので、スパークプラグ１００の耐久性を向上できる。

【0027】

ここで、本実施形態のスパークプラグ１００とは異なり、周方向において貫通孔の形成位置に限って雄ネジが形成されていないスパークプラグでは、周方向において貫通孔の形成位置に限って、雄ネジがエンジンヘッド９０の雌ネジ部９３と離間する。このため、周方向において貫通孔の形成領域は、冷却されにくく、周方向において貫通孔が形成されていない領域は、冷却されやすい。この結果、貫通孔が形成された軸線方向の位置において、周方向において温度差が生じることに起因して熱膨張の度合いに差が生じてしまい、主体金具が曲がるような応力が発生する。

【0028】

これに対し、本実施形態のスパークプラグ１００は、第１ネジ部３４と第２ネジ部３５との間に位置してネジ山が全周に亘って形成されていない非ネジ部３７を主体金具３０が有し、非ネジ部３７に貫通孔３９が設けられている。このため、主体金具３０は、貫通孔３９が形成された軸線方向ＡＤの位置において、全周に亘ってネジ山が形成されていないので、全周に亘ってエンジンヘッド９０の雌ネジ部９３と離間する。この結果、周方向において温度差が生じることを抑制できるので、熱膨張の度合いに差が生じることを抑制でき、この結果、主体金具３０に応力が発生することを抑制できる。

【0029】

また、軸線方向ＡＤにおいて第２ネジ部３５の長さが第１ネジ部３４の長さよりも短いので、より高温になりやすい軸線方向ＡＤ先端側に非ネジ部３７が形成される構成において、周方向の温度差を抑制でき、この結果、主体金具３０に応力が発生することを効果的に抑制できる。また、第１ネジ部３４、第２ネジ部３５および非ネジ部３７が一体に形成されているので、第１ネジ部３４と第２ネジ部３５とが別体に形成されて非ネジ部３７を介して固定される態様と比較して、第１ネジ部３４と第２ネジ部３５との位相がずれることを抑制できる。この結果、第１ネジ部３４と第２ネジ部３５との位相を合わせるために主体金具３０の製造工程が複雑化することを抑制できる。

【0030】

また、非ネジ部３７の外径がネジ部３３の谷径よりも小さいので、スパークプラグ１００をエンジンヘッド９０に組み付ける際に、エンジンヘッド９０の雌ネジ部９３によって非ネジ部３７が削れることを抑制できる。また、非ネジ部３７の平均肉厚がネジ部３３の有効径の８％以上であるので、非ネジ部３７の肉厚が過度に薄くなることを抑制できる。この結果、非ネジ部３７の強度が過度に低下することを抑制できるので、締め付けトルクに適合する強度を維持することができ、スパークプラグ１００をエンジンヘッド９０に組み付ける際や取り外す際に非ネジ部３７が損傷することを抑制できる。

【0031】

Ｂ．他の実施形態：
上記実施形態におけるネジ部３３の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、軸線方向ＡＤにおいて、第２ネジ部３５の長さは、第１ネジ部３４の長さと同じであってもよく、第１ネジ部３４の長さよりも長くてもよい。また、例えば、第１ネジ部３４、第２ネジ部３５および非ネジ部３７は、一体に形成されることに限らず、少なくとも一部が別体に形成されて固定されてもよい。また、例えば、非ネジ部３７の平均肉厚は、ネジ部３３の有効径の８％未満であってもよい。また、例えば、非ネジ部３７の外径は、ネジ部３３の谷径と同じであってもよく、ネジ部３３の谷径よりも大きくてもよい。なお、非ネジ部３７の外径がネジ部３３の谷径よりも大きい態様において、非ネジ部３７の外径は、雌ネジ部９３のネジ山径の規格最小値よりも小さいことが好ましい。このような構成によっても、第１ネジ部３４と第２ネジ部３５との間に位置してネジ山が全周に亘って形成されていない非ネジ部３７に貫通孔３９が設けられることによって、周方向の熱膨張差を抑制できるので、主体金具３０に応力が発生することを抑制できる。

【0032】

上記実施形態におけるスパークプラグ１００の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、スパークプラグ１００は、主体金具３０の先端にカバーを備えて副燃焼室が形成されたプレチャンバープラグであってもよい。

【0033】

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0034】

１０…絶縁体、１１…軸孔、２０…中心電極、２１…先端部、３０…主体金具、３１…軸孔、３２…工具係合部、３３…ネジ部、３４…第１ネジ部、３５…第２ネジ部、３７…非ネジ部、３９…貫通孔、４０…接地電極、４１…一端部、４２…他端部、５０…端子金具、６１…先端側シール材、６２…抵抗体、６３…後端側シール材、９０…エンジンヘッド、９３…雌ネジ部、９５…燃焼室、１００…スパークプラグ、ＡＤ…軸線方向、ＣＡ…軸線、Ｇ…放電ギャップ

【図1】

【図2】