JP3140254B2 - Spark plug for internal combustion engine - Google Patents
Spark plug for internal combustion engineInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、自動車や航空機等に搭
載される内燃機関に取り付けるための主体金具の発火部
側の内径を広げることにより絶縁碍子の耐電圧性能を改
善した内燃機関用スパークプラグに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spark for an internal combustion engine in which the withstand voltage of an insulator is improved by enlarging the inner diameter of a metal shell for mounting on an internal combustion engine mounted on an automobile, an aircraft or the like. It is about plugs.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、ガソリンエンジン用スパーク
プラグは、内孔内に中心電極を保持した絶縁碍子を、発
火部側の外周にガソリンエンジンに取り付けるためのネ
ジ部が形成された主体金具により支持した技術が一般的
である。なお、主体金具の先端には、中心電極の先端面
との間で火花放電ギャップを形成する外側電極が溶接さ
れている。ここで、自動車用のイグニッションシステム
はガソリンエンジンの改良に伴って徐々に高電圧化が進
んでいる。また、多弁化等によりシリンダヘッドは過密
になり、小径のスパークプラグの要求も高まってきてい
る。その中で、特に高い耐電圧性能が必要なガソリンエ
ンジンには、従来のスパークプラグでは対応できない場
合も現れてきた。なお、スパークプラグの絶縁碍子の高
電圧による耐電圧性能は、絶縁碍子の肉厚と相関がある
ことが確認されており、耐電圧性能の不足により生じる
火花貫通は主に肉厚の薄い発火部で発生することも知ら
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, a spark plug for a gasoline engine has supported an insulator holding a center electrode in an inner hole by a metal shell having a screw portion formed on an outer periphery of a firing portion for attaching the insulator to a gasoline engine. Techniques are common. Note that an outer electrode that forms a spark discharge gap with the tip surface of the center electrode is welded to the tip of the metal shell. Here, the voltage of an ignition system for a vehicle has been gradually increased with the improvement of a gasoline engine. In addition, the number of valves has increased the number of cylinder heads, and the demand for small-diameter spark plugs has been increasing. Among them, a gasoline engine that requires particularly high withstand voltage performance may not be able to cope with a conventional spark plug. It has been confirmed that the withstand voltage performance of the insulator of the spark plug due to the high voltage is correlated with the thickness of the insulator. It is also known to occur in.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のスパ
ークプラグにおいては、絶縁碍子の径寸法を変えて所望
の肉厚を確保することは他の性能に悪影響を及ぼすので
限界があった。例えば、絶縁碍子の外径を大きくすれば
ガスボリューム（絶縁碍子の発火部側外周と主体金具の
発火部側内周との間の空間）が小さくなり、耐プレイグ
ニッション性が低下し、耐汚損性も悪くなるという不具
合がある。また、絶縁碍子の内孔径を小さくすれば、中
心電極内の熱引きが悪くなり、これも耐プレイグニッシ
ョン性が低下するという不具合がある。However, in the conventional spark plug, there is a limit to changing the diameter of the insulator to secure a desired thickness, since this adversely affects other performances. For example, if the outer diameter of the insulator is increased, the gas volume (the space between the outer periphery of the insulator on the ignition portion side and the inner periphery of the metal shell on the ignition portion) is reduced, and the preignition resistance is reduced, and the contamination resistance is reduced. There is a problem that the property also deteriorates. In addition, if the diameter of the inner hole of the insulator is reduced, the heat extraction in the center electrode is deteriorated, which also causes a problem that the preignition resistance is reduced.
【０００４】そして、発火部の絶縁碍子の外径は、最大
でも主体金具の絶縁碍子受け部の内径（最小径）より大
きくはならず、主体金具のネジ部のネジ径が小さいタイ
プのスパークプラグ程耐電圧性能が劣っていた。なお、
主体金具の内径を広げると、内径加工をしてからネジ転
造する従来の工程ではネジ部の肉厚が薄くなってしま
う。このように、ネジ部の肉厚が薄くなってしまうと、
スパークプラグがガソリンエンジンのシリンダヘッドに
咬んで戻しトルクが大きくなったときネジ切れが発生す
る可能性が大きくなるという問題点があった。また、ネ
ジ部の肉厚が薄くなってしまうと、外側電極の溶接代が
小さくなるため、使用可能な外側電極のサイズが肉厚の
薄いものに限定され、剛性も低下するので折損や焼損等
の不具合が発生する可能性も大きくなるという問題点が
あった。[0004] The outer diameter of the insulator at the ignition portion is at most not larger than the inner diameter (minimum diameter) of the insulator receiving portion of the metal shell, and the screw diameter of the screw portion of the metal shell is small. The withstand voltage performance was inferior. In addition,
When the inner diameter of the metal shell is increased, the thread thickness is reduced in the conventional process of forming the inner diameter and then thread rolling. In this way, when the thickness of the screw part becomes thin,
When the spark plug bites into the cylinder head of the gasoline engine and the return torque increases, there is a problem that the possibility of thread breakage increases. In addition, when the thickness of the screw portion is reduced, the margin for welding the outer electrode is reduced, so that the size of the outer electrode that can be used is limited to a thinner one, and the rigidity is also reduced. However, there is a problem that the possibility of occurrence of the above problem increases.
【０００５】請求項１の発明ないし請求項５の発明は、
絶縁碍子の耐プレイグニッション性や耐汚損性を低下さ
せることなく、絶縁碍子の耐電圧性能を向上して貫通火
花の発生を防止することが可能な内燃機関用スパークプ
ラグの提供を目的とする。また、請求項２の発明ないし
請求項４の発明は、仮に主体金具のネジ部の肉厚を薄く
した場合でも主体金具の強度や外側電極の剛性の低下を
防止することが可能な内燃機関用スパークプラグの提供
を目的とする。[0005] The invention of claim 1 to claim 5 is
An object of the present invention is to provide a spark plug for an internal combustion engine capable of improving the withstand voltage performance of an insulator and preventing generation of a through spark without reducing preignition resistance and stain resistance of the insulator. Further, the invention according to claim 2 to claim 4 is for an internal combustion engine capable of preventing the strength of the metal shell and the rigidity of the outer electrode from being reduced even if the thickness of the screw portion of the metal shell is reduced. The purpose is to provide spark plugs.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、軸方
向に内孔を有する筒状の絶縁碍子と、前記内孔内に嵌め
込まれて前記絶縁碍子に保持された中心電極と、この中
心電極の先端との間に火花放電ギャップを形成する外側
電極と、この外側電極を保持すると共に、前記絶縁碍子
の外周に固定された筒状の主体金具とを備え、前記主体
金具の発火部側の外周には、内燃機関に取り付けるため
のネジ部が形成されている内燃機関用スパークプラグで
あって、前記主体金具の発火部側の内径Ａは、前記主体
金具のネジ部のネジ径が（ａ）１４ｍｍ、（ｂ）１２ｍ
ｍ、（ｃ）１０ｍｍのとき、 （ａ）のとき、９．０６ｍｍ＜Ａ≦１０．０ｍｍ （ｂ）のとき、７．５８ｍｍ＜Ａ≦８．０ｍｍ （ｃ）のとき、６．１ｍｍ＜Ａ≦６．５ｍｍ の範囲に設定する技術手段を採用した。According to the first aspect of the present invention, there is provided a cylindrical insulator having an inner hole in an axial direction, a center electrode fitted in the inner hole and held by the insulator, An outer electrode forming a spark discharge gap with the tip of the center electrode; and a cylindrical metal shell fixed to the outer periphery of the insulator while holding the outer electrode. A spark plug for an internal combustion engine in which a screw portion for attachment to an internal combustion engine is formed on the outer periphery on the side, and an inner diameter A of the ignition portion side of the metal shell has a screw diameter of a screw portion of the metal shell. (A) 14 mm, (b) 12 m
m, (c) 10 mm, (a) 9.06 mm <A ≦ 10.0 mm (b), 7.58 mm <A ≦ 8.0 mm (c), 6.1 mm <A Technical means for setting the range of ≦ 6.5 mm was adopted.
【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の内燃
機関用スパークプラグにおいて、前記主体金具は、引張
り強度が５００ＭＰａ以上の金属材料を用いてなること
を特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, in the spark plug for an internal combustion engine according to the first aspect, the metal shell is made of a metal material having a tensile strength of 500 MPa or more.
【０００８】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおい
て、前記外側電極は、引張り強度が５００ＭＰａ以上の
金属材料を用いてなることを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in the spark plug for an internal combustion engine according to any one of the first and second aspects, the outer electrode is made of a metal material having a tensile strength of 500 MPa or more. It is assumed that.
【０００９】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３のうちのいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグ
において、前記主体金具は、前記外側電極を溶接により
接合する円弧状の接合部を有し、前記外側電極は、前記
接合部の形状に沿って内外ともに湾曲した形状の被接合
部を有することを特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the spark plug for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, the metal shell has an arc-shaped joining portion for joining the outer electrode by welding. Wherein the outer electrode has a portion to be joined having a shape that is curved both inside and outside along the shape of the joining portion.
【００１０】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
４のうちのいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグ
において、前記絶縁碍子のうち少なくとも発火部側は、
窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス焼結体よ
りなることを特徴とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the spark plug for an internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, at least a firing portion side of the insulator is provided.
It is characterized by being made of a ceramic sintered body containing aluminum nitride as a main component.
【００１１】[0011]
【作用】請求項１の発明によれば、主体金具の発火部側
の内径Ａを主体金具のネジ部のネジ径をＤとしたときの
数１式によって下限を決めることにより、絶縁碍子の外
径や、中心電極の外径（絶縁碍子の内径）を変えること
なく、絶縁碍子の耐電圧性能を向上して貫通火花の発生
を防止することが可能になるので、絶縁碍子や中心電極
の熱引きが良好となり、耐プレイグニッション性や耐汚
損性を低下させることはない。具体的には、スパークプ
ラグとしての機能も考慮して請求項記載の範囲内に設定
すると良い。According to the first aspect of the present invention, the lower limit of the inner diameter A of the ignition portion of the metal shell is determined by the following equation (1) when the screw diameter of the screw portion of the metal shell is D, so that the outer diameter of the insulator can be reduced. Without changing the diameter or the outer diameter of the center electrode (the inner diameter of the insulator), it is possible to improve the withstand voltage performance of the insulator and prevent the occurrence of penetration sparks. Pulling becomes good, and the preignition resistance and the stain resistance are not reduced. Specifically, it is preferable to set the value within the range described in the claims in consideration of the function as a spark plug.
【数１】 (Equation 1)
【００１２】請求項２の発明によれば、主体金具の引張
り強度が５００ＭＰａ以上になる金属材料を用いている
ので、主体金具の内径を広げてもネジ転造時の変形を抑
えられるので、従来の工程のように主体金具の内径加工
をしてからネジ転造が行える。また、主体金具のネジ部
の肉厚が薄くなっても、スパークプラグが内燃機関に咬
んで戻しトルクが大きくなったときネジ切れの不具合が
発生しない。According to the second aspect of the present invention, since the metal material having a tensile strength of the metal shell of 500 MPa or more is used, the deformation at the time of thread rolling can be suppressed even if the inner diameter of the metal shell is widened. The thread rolling can be performed after the inner diameter of the metal shell is processed as in the step (1). Further, even when the thickness of the threaded portion of the metal shell is reduced, the problem of thread breakage does not occur when the return torque increases due to the spark plug biting the internal combustion engine.
【００１３】請求項３の発明によれば、外側電極の引張
り強度が５００ＭＰａ以上になる金属材料を用いている
ので、主体金具のネジ部の肉厚が薄くなり、外側電極の
溶接代が狭くなって、外側電極の肉厚が薄いサイズのも
のに限定されても、外側電極の剛性が低下しないので、
折損や焼損等の不具合が発生しない。According to the third aspect of the present invention, since the metal material having a tensile strength of the outer electrode of 500 MPa or more is used, the thickness of the screw portion of the metal shell is reduced, and the margin for welding the outer electrode is reduced. Therefore, even if the thickness of the outer electrode is limited to a small size, the rigidity of the outer electrode does not decrease,
No problems such as breakage and burnout occur.
【００１４】請求項４の発明によれば、外側電極の被接
合部が主体金具の接合部の形状に沿って内外ともに湾曲
した形状に形成されているので、主体金具のネジ部の肉
厚が薄くなり、外側電極の溶接代が狭くなって、外側電
極の肉厚が薄いサイズのものに限定されても、外側電極
の剛性が低下しないので、折損や焼損等の不具合が発生
しない。また、外側電極の中心電極と対向する内側面
（放電面）は両端エッジを備えるため、着火性が優れ
る。According to the fourth aspect of the present invention, since the joined portion of the outer electrode is formed into a shape that is curved both inside and outside along the shape of the joined portion of the metal shell, the thickness of the screw portion of the metal shell is reduced. Even if the outer electrode becomes thinner and the welding margin of the outer electrode becomes narrower and the outer electrode is limited to a thinner one, the rigidity of the outer electrode does not decrease, so that problems such as breakage and burnout do not occur. In addition, the inner surface (discharge surface) of the outer electrode facing the center electrode has both end edges, so that the ignitability is excellent.
【００１５】請求項５の発明によれば、熱引きは優れて
いるが、耐電圧性能に劣る窒化アルミニウムを主成分と
するセラミックス焼結体を、絶縁碍子のうち少なくとも
発火部側に設けているので、窒化アルミニウムを主成分
とするセラミックス焼結体の耐電圧性能が向上する。According to the fifth aspect of the present invention, a ceramic sintered body mainly composed of aluminum nitride, which is excellent in heat drawing but is inferior in withstand voltage performance, is provided at least on the ignition portion side of the insulator. Therefore, the withstand voltage performance of the ceramic sintered body containing aluminum nitride as a main component is improved.
【００１６】[0016]
〔実施例の構成〕本発明の内燃機関用スパークプラグを
図に示す実施例に基づき説明する。図１は自動車に搭載
されるガソリンエンジン用のスパークプラグを示した図
である。スパークプラグ１は、筒状の絶縁碍子２、この
絶縁碍子２に保持された中心電極３、この中心電極の先
端面との間に火花放電ギャップＧを形成する外側電極
４、およびこの外側電極４を保持する筒状の主体金具５
等を備えている。[Structure of Embodiment] A spark plug for an internal combustion engine according to the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a view showing a spark plug for a gasoline engine mounted on an automobile. The spark plug 1 includes a cylindrical insulator 2, a center electrode 3 held by the insulator 2, an outer electrode 4 forming a spark discharge gap G between the insulator 2 and a front end face of the center electrode, and an outer electrode 4. Cylindrical metal shell 5 for holding
Etc. are provided.
【００１７】絶縁碍子２は、窒化アルミニウム質焼結体
または酸化アルミニウム（アルミナ）質焼結体等のセラ
ミックス焼結体より成形されている。この絶縁碍子２の
内部には、先端面および後端面で開口している軸方向の
内孔６が形成されている。この絶縁碍子２のうち発火部
７側の内孔６には中心電極３が嵌め込まれており、コル
ゲーション部８側の内孔６には端子電極９、抵抗体１
０、導電性ガラス層１１が収められている。また、絶縁
碍子２の中胴部１２は、主体金具５に係止されている。The insulator 2 is formed of a ceramic sintered body such as an aluminum nitride sintered body or an aluminum oxide (alumina) sintered body. Inside the insulator 2, an axial inner hole 6 which is open at the front end face and the rear end face is formed. The center electrode 3 is fitted into the inner hole 6 on the ignition portion 7 side of the insulator 2, and the terminal electrode 9 and the resistor 1 are inserted into the inner hole 6 on the corrugation portion 8 side.
0, the conductive glass layer 11 is stored. The middle body 12 of the insulator 2 is locked to the metal shell 5.
【００１８】中心電極３は、先端面が内孔６より突出し
た状態で内孔６内に嵌め込まれることによって絶縁碍子
２に保持されている。外側電極４は、ニッケル、クロム
合金やニッケル、マンガン、シリコン合金等の耐熱性耐
食金属が使用されている。この外側電極４は、略Ｌ字状
に形成され、中心電極３の先端面に対向配置され、主体
金具５の先端面に溶接により接合されている。The center electrode 3 is held by the insulator 2 by being fitted into the inner hole 6 with its front end face protruding from the inner hole 6. The outer electrode 4 is made of a heat-resistant and corrosion-resistant metal such as nickel, chromium alloy, nickel, manganese, and silicon alloy. The outer electrode 4 is formed in a substantially L-shape, is disposed opposite to the distal end surface of the center electrode 3, and is joined to the distal end surface of the metal shell 5 by welding.
【００１９】主体金具５は、低炭素鋼等の切削加工容易
な導電金属が使用されている。この主体金具５は、絶縁
碍子２の外周に嵌め合わされて、後端側のかしめ部１３
をかしめることにより絶縁碍子２を支持している。この
主体金具５の発火部７側の外周には、ガソリンエンジン
のシリンダヘッドに取り付けるためのネジ部１４が形成
されている。このネジ部１４のネジ径は、例えば１０m
m、１２mm、１４mmが用いられている。The metal shell 5 is made of a conductive metal such as low carbon steel, which can be easily cut. The metal shell 5 is fitted around the outer periphery of the insulator 2 and has a caulking portion 13 on the rear end side.
The insulator 2 is supported by caulking. A screw portion 14 for attaching to a cylinder head of a gasoline engine is formed on the outer periphery of the metal shell 5 on the side of the ignition portion 7. The screw diameter of the screw portion 14 is, for example, 10 m.
m, 12 mm and 14 mm are used.
【００２０】そして、主体金具５の後端側の外周には、
締付け用レンチ等の工具をかけるための六角部１５が形
成されている。また、ネジ部１４と六角部１５との間に
は円筒状の胴部１６が形成されている。ネジ部１４の上
部の内周には、絶縁碍子２の中胴部１２をパッキン１７
を介して係止する内周突条部（主体金具５の最小内径
部）１８が形成されている。なお、この実施例では、主
体金具５の内径１９は、ネジ部１４のネジ転造後に切削
加工により形成されている。Then, on the outer periphery of the rear end side of the metal shell 5,
A hexagonal portion 15 for applying a tool such as a tightening wrench is formed. A cylindrical body 16 is formed between the screw part 14 and the hexagonal part 15. On the inner periphery of the upper part of the screw part 14, the middle body 12 of the insulator 2 is
An inner peripheral ridge portion (minimum inner diameter portion of the metal shell 5) 18 is formed to be locked through the through hole. In this embodiment, the inner diameter 19 of the metal shell 5 is formed by cutting after thread rolling of the screw portion 14.
【００２１】次に、図２は自動車に搭載されるガソリン
エンジン用のスパークプラグを示した図である。このス
パークプラグ１は、発火部７を構成する窒化アルミニウ
ム質焼結体２１、およびこの窒化アルミニウム質焼結体
２１の後端側に凸凹嵌合され、コルゲーション部８を構
成する酸化アルミニウム（アルミナ）質焼結体２２より
なる分割型絶縁碍子２３を設けている。Next, FIG. 2 is a view showing a spark plug for a gasoline engine mounted on an automobile. The spark plug 1 has an aluminum nitride sintered body 21 constituting the ignition portion 7 and an aluminum oxide (alumina) which is unevenly fitted to the rear end side of the aluminum nitride sintered body 21 to constitute the corrugation portion 8. A divided insulator 23 made of a high quality sintered body 22 is provided.
【００２２】次に、図３は主体金具の内径が狭い（肉厚
が厚い）場合の外側電極の形状を示した図である。 内
径が狭い主体金具５の場合には、肉厚の大きい外側電極
４を溶接により接合する方形状の接合部２４または円弧
状の接合部２５が設けられている。外側電極４の主体金
具５側には、方形状の接合部２４の形状に合った方形状
の被接合部２６、あるいは円弧状の接合部２５の形状に
沿って内外ともに湾曲した形状の被接合部２７が設けら
れている。Next, FIG. 3 is a view showing the shape of the outer electrode when the inner diameter of the metal shell is small (thick). In the case of the metal shell 5 having a small inner diameter, a rectangular joint 24 or an arc-like joint 25 for joining the thick outer electrode 4 by welding is provided. On the metal shell 5 side of the outer electrode 4, there is formed a joined portion 26 having a rectangular shape that matches the shape of the rectangular joining portion 24, or a curved shape that is curved both inside and outside along the shape of the arc-shaped joining portion 25. A part 27 is provided.
【００２３】次に、図４は主体金具の内径が広い（肉厚
が薄い）場合の外側電極の形状を示した図である。 内
径が広い主体金具５の場合には、肉厚の小さい外側電極
４を溶接により接合する方形状の接合部２８または円弧
状の接合部２９が設けられている。外側電極４の主体金
具５側には、方形状の接合部２８の形状に合った方形状
の被接合部３０、あるいは円弧状の接合部２９の形状に
沿って内外ともに湾曲した形状の被接合部３１が設けら
れている。Next, FIG. 4 is a view showing the shape of the outer electrode when the inner diameter of the metal shell is large (thin wall thickness). In the case of the metal shell 5 having a large inner diameter, a rectangular joint 28 or an arc-like joint 29 for joining the outer electrode 4 having a small thickness by welding is provided. On the metal shell 5 side of the outer electrode 4, a bonded part 30 having a rectangular shape that matches the shape of the rectangular bonding part 28 or a shape that is curved both inside and outside according to the shape of the arc-shaped bonding part 29. A part 31 is provided.
【００２４】〔主体金具内径と絶縁碍子表面の電界強度
の関係〕 中心電極（高電圧）３と主体金具（接地）５との間にか
かった電圧は、絶縁碍子２、２３と空気層（混合気）に
分圧されるが、空気層の方が誘電率が小さい（約１／１
０）ので、電界は空気層の部分に集中し、絶縁碍子２、
２３の表面で不連続な分布になる。つまり、火花貫通に
関与する絶縁碍子２、２３部分の電界強度は表面で不連
続的に最大となり、これを低下することが火花貫通の耐
電圧性能を向上させることになる。[Relationship between Metal Body Inner Diameter and Electric Field Strength on Insulator Surface] The voltage applied between the center electrode (high voltage) 3 and the metal shell (ground) 5 is applied to the insulators 2 and 23 and the air layer (mixed). The air layer has a lower dielectric constant (about 1/1).
0), the electric field concentrates on the air layer, and the insulator 2,
A discontinuous distribution is formed on the surface of 23. That is, the electric field strength of the insulators 2 and 23 involved in spark penetration becomes maximum discontinuously on the surface, and lowering the electric field strength improves the withstand voltage performance of spark penetration.
【００２５】そこで、スパークプラグの径方向寸法につ
いて見てみると、中心電極３の外径（絶縁碍子２、２３
の内径）が小さく主体金具５の内径が大きいほど電極間
の距離が広くなり、全体に電界強度は緩和される。絶縁
碍子２、２３の外径は小さいほど表面の電界強度は軽減
されるが、肉厚による影響の方が大きいので通常の場合
は肉厚を増した方が有利になる。したがって、必要なだ
けの肉厚を持ち、耐プレイグニッション性や耐汚損性等
の他の性能に悪影響を及ぼさない中心電極３の外径（中
心電極径）を持った絶縁碍子２、２３の表面の電界強度
を低減させるためには、主体金具５の内径を広げること
が唯一の方法であると言える。Therefore, when looking at the radial dimension of the spark plug, the outer diameter of the center electrode 3 (insulators 2, 23)
The inner diameter of the metal shell 5 is smaller and the inner diameter of the metal shell 5 is larger, so that the distance between the electrodes is wider, and the electric field strength is reduced as a whole. As the outer diameter of the insulators 2 and 23 is smaller, the electric field intensity on the surface is reduced. However, since the influence of the thickness is greater, it is usually advantageous to increase the thickness. Therefore, the surfaces of the insulators 2 and 23 having the necessary thickness and having the outer diameter (center electrode diameter) of the center electrode 3 which does not adversely affect other performances such as preignition resistance and stain resistance. It can be said that the only way to reduce the electric field strength is to increase the inner diameter of the metal shell 5.
【００２６】〔耐電圧試験と耐プレイグニッション試
験〕図１のようなスパークプラグ（テストサンプル：実
施例１〜実施例８）において発火部の径方向の寸法
（Ａ、Ｂ、Ｃ）を様々に変更したものを試作し、耐電圧
性能および耐プレイグニッション性を次のような方法で
比較評価し、この結果を比較例１〜比較例１２と共に表
１に示した。また、図２のようなスパークプラグ（テス
トサンプル：実施例９〜実施例１２）についても同様に
試験を行い、その結果を比較例１３〜比較例１６と共に
表２に示した。[Withstand Voltage Test and Preignition Resistance Test] In the spark plug (test sample: Examples 1 to 8) as shown in FIG. 1, the radial size (A, B, C) of the ignition portion is variously changed. The modified one was prototyped, and the withstand voltage performance and the preignition resistance were compared and evaluated by the following methods. The results are shown in Table 1 together with Comparative Examples 1 to 12. In addition, the same test was performed on a spark plug as shown in FIG. 2 (test sample: Examples 9 to 12), and the results are shown in Table 2 together with Comparative Examples 13 to 16.
【００２７】[0027]
【表１】 [Table 1]
【表２】 [Table 2]
【００２８】〔耐電圧試験〕高圧力に耐え得るチャンバ
ー内にスパークプラグ（テストサンプル：実施例１〜実
施例１２および比較例１〜比較例１６）を取り付け、チ
ャンバーに乾燥した空気を導入して５ＭＰａで加圧し
た。但し、テストサンプルの外側電極４は火花が飛ばな
いように取り去った。これらのテストサンプルに電圧が
可変のＣ．Ｄ．Ｉ．電源から直流インパルスの高電圧を
印加し、絶縁碍子２、２３が貫通する電圧を測定した。
電圧の印加は２０ｋＶから始め、１ｋＶ昇圧して１分間
保持するというようにステップ式で変化させた。[Withstand voltage test] A spark plug (test sample: Examples 1 to 12 and Comparative examples 1 to 16) was mounted in a chamber capable of withstanding high pressure, and dry air was introduced into the chamber. It was pressurized at 5 MPa. However, the outer electrode 4 of the test sample was removed so that the spark did not fly. These test samples have a variable voltage C.I. D. I. A high voltage of a DC impulse was applied from a power supply, and a voltage penetrating through the insulators 2 and 23 was measured.
The application of the voltage was started at 20 kV and changed in a stepwise manner such that the voltage was increased by 1 kV and held for 1 minute.
【００２９】測定は各実施例１〜１２、比較例１〜比較
例１６につき２０本ずつ行い、その平均を示した。な
お、表１には、現状使用されている比較例１、比較例
５、比較例９、比較例１３および比較例１５より耐電圧
性能の向上したものに＋マークを記し、耐電圧性能の低
下したものに−マークを記した。The measurement was performed for 20 samples for each of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 16, and the average was shown. In Table 1, those with improved withstand voltage performance compared to the currently used Comparative Examples 1, 5, 5, 9, and 15 are marked with a + mark, and the withstand voltage performance is reduced. Those marked with a-mark.
【００３０】〔耐プレイグニッション性試験〕耐電圧試
験で性能向上が認められたテストサンプル（実施例１〜
実施例１２および比較例１、比較例３〜比較例５、比較
例７〜比較例９、比較例１１〜比較例１３、比較例１
５）について耐プレイグニッション性のテストを行っ
た。空冷式単気筒４サイクル、１２５ccのガソリンエン
ジンにスパークプラグ（テストサンプル）を取り付け、
９０００rpm ×W.O.T.（フルスロットル）で運転し、点
火時期は２０°クランクアングルから１分間保持して、
２．５クランクアングル進角というように変化させた。[Preignition resistance test] Test samples (Examples 1 to 4) in which the performance was improved in the withstand voltage test
Example 12 and Comparative Example 1, Comparative Examples 3 to 5, Comparative Examples 7 to 9, Comparative Examples 11 to 13, and Comparative Example 1
For 5), a test for preignition resistance was performed. A spark plug (test sample) was attached to an air-cooled single-cylinder 4-cycle, 125cc gasoline engine.
Operate at 9000 rpm × WOT (full throttle), hold ignition timing for 1 minute from 20 ° crank angle,
It was changed to 2.5 crank angle advance.
【００３１】この結果、いずれのネジ径のスパークプラ
グにおいても、主体金具５の金具内径（Ａ）が広いもの
ほど、耐電圧性能が向上していることが確認された。こ
のとき、発火部以外で貫通したものもあったが、この場
合は発火部の耐電圧性能が向上し、スパークプラグとし
ての耐電圧性能が発火部の性能に依存しなかったと考え
られる。絶縁碍子２、２３の外径（Ｂ）を大きくしたと
き、中心電極径（Ｃ）を小さくしたときも耐電圧性能は
向上したが、耐プレイグニッション性は劣化の傾向があ
った。As a result, it was confirmed that the larger the inner diameter (A) of the metal shell 5 of the spark plug of any screw diameter, the higher the withstand voltage performance. At this time, there was a penetration through other than the ignition portion. In this case, it is considered that the withstand voltage performance of the ignition portion was improved and the withstand voltage performance as the spark plug did not depend on the performance of the ignition portion. When the outer diameter (B) of the insulators 2 and 23 was increased and when the center electrode diameter (C) was decreased, the withstand voltage performance was improved, but the preignition resistance was liable to deteriorate.
【００３２】〔実機耐久試験〕図３および図４に示した
ように、主体金具５の金具内径（Ａ）、主体金具５の金
具材料強度、外側電極４の形状を様々に設定したスパー
クプラグ（実施例１３〜実施例１８および比較例１７〜
比較例２５）において、実機耐久試験を行った結果を表
３に示す。このとき用いた金具材料はＳ−２５（炭素
鋼）で引抜き加工により所定の強度を確保後切削加工に
より外形を加工し、ネジ転造後、内径加工をした。この
他の材料（例えばＳ１５Ｃ〜Ｓ４５Ｃの炭素鋼）でも、
同様に引抜き加工により強度を確保するかまたは、冷間
鍛造で材料を加工硬化させて成形する等の方法により５
００ＭＰａ以上の引張強度を持たせることができれば使
用が可能である。またこのとき用いた外側電極材料はＩ
ｎｃ６００を引抜き加工により所定の強度を確保して用
いたが、他にも引抜き加工により５００ＭＰａの引張り
強度の得られる材料（例えば９５％Ｎｉ−Ｓｉ、Ｃｒ、
Ｍｎ合金）ならば使用が可能である。ここで、実機耐久
試験は水冷式６気筒４サイクル、２０００ccのガソリン
エンジンにおいて６０００rpm ×W.O.T.（フルスロット
ル）で運転し、２００ｈｒ後のスパークプラグ（実施例
１３〜実施例１８および比較例１７〜比較例２５）の様
子を観察した。但し、他のネジ径についても同じ傾向に
なると推測されるので、ネジ部１４のネジ径Ｍ１４およ
びネジ径Ｍ１２についてのみ実機耐久試験を行った。[Real Machine Endurance Test] As shown in FIGS. 3 and 4, a spark plug in which the metal inner diameter (A) of the metal shell 5, the metal material strength of the metal shell 5, and the shape of the outer electrode 4 are variously set. Examples 13 to 18 and Comparative Examples 17 to
Table 3 shows the results of the actual machine durability test performed in Comparative Example 25). The metal fitting material used at this time was S-25 (carbon steel) to secure a predetermined strength by drawing, then the outer shape was machined by cutting, and the inner diameter was machined after thread rolling. In other materials (for example, carbon steel of S15C to S45C),
Similarly, the strength may be secured by drawing, or the material may be formed by work hardening the material by cold forging.
It can be used if it can have a tensile strength of 00 MPa or more. The outer electrode material used at this time was I
nc600 was used while securing a predetermined strength by drawing, but other materials (for example, 95% Ni-Si, Cr, 95% Ni-Si, Cr,
Mn alloy) can be used. Here, the actual machine durability test was performed using a water-cooled 6-cylinder 4-cycle, 2000 cc gasoline engine at 6000 rpm × WOT (full throttle) and a spark plug after 200 hours (Examples 13 to 18 and Comparative Examples 17 to Comparative Examples). 25) was observed. However, since the same tendency is presumed for other screw diameters, the actual machine durability test was performed only for the screw diameters M14 and M12 of the screw portion 14.
【００３３】[0033]
【表３】 [Table 3]
【００３４】〔実施例と比較例の試験結果について〕実
機耐久試験の結果、ネジ部１４の肉厚が薄く、内径が大
きい主体金具５ほど強度の大きい材質を必要とし、４０
０ＭＰａ以下の材料はスパークプラグを取り外すときに
伸び切れが生じた。また、外側電極４は肉厚が薄いもの
ほど強度の大きい材質を必要とし、さらに小さいサイズ
の外側電極４では内外ともに湾曲した断面形状を採用す
ることで外側電極４の起き上がりが防げた。以上のよう
に、実施例１〜実施例１８においては、主体金具５の内
径や外側電極４の形状あるいは材質を変更することによ
って、従来の技術と比較して、少なくとも１０％の耐電
圧性能の改善を実現することができる。[Test Results of Example and Comparative Example] As a result of the actual machine durability test, the metal shell 5 having a smaller thickness of the screw portion 14 and a larger inner diameter requires a material having a higher strength.
The material having a pressure of 0 MPa or less was insufficiently stretched when the spark plug was removed. The outer electrode 4 requires a material having a higher strength as the thickness of the outer electrode 4 is smaller, and the outer electrode 4 having a smaller size can prevent the outer electrode 4 from rising by adopting a curved cross-sectional shape both inside and outside. As described above, in Examples 1 to 18, by changing the inner diameter of the metal shell 5 and the shape or material of the outer electrode 4, the withstand voltage performance of at least 10% as compared with the related art is improved. Improvements can be realized.
【００３５】[0035]
【発明の効果】請求項１の発明は、ネジ径１４ｍｍはＡ
を９．０６ｍｍ＜Ａ≦１０．０ｍｍ、ネジ径１２ｍｍは
７．５８ｍｍ＜Ａ≦８．０ｍｍ、ネジ径１０ｍｍは６．
１ｍｍ＜Ａ≦６．５ｍｍとすることによって、耐プレイ
グニッション性や耐汚損性を低下させることなく、絶縁
碍子の耐電圧性能を向上して貫通火花の発生を防止する
ことができる。請求項２の発明は、主体金具の内径を広
くして主体金具のネジ部の肉厚が薄くなっても、主体金
具の内径加工をしてからネジ転造を行うことができるの
で、主体金具の製造機を変更しなくても良い。また、ス
パークプラグが内燃機関に咬んで戻しトルクが大きくな
ったときネジ切れを防止することができる。According to the first aspect of the present invention, the screw diameter of 14 mm is A
9.06 mm <A ≦ 10.0 mm, screw diameter 12 mm 7.58 mm <A ≦ 8.0 mm, screw diameter 10 mm 6.
By setting 1 mm <A ≦ 6.5 mm, it is possible to improve the withstand voltage performance of the insulator and prevent the occurrence of through sparks without reducing the preignition resistance and the stain resistance. According to the second aspect of the present invention, even if the inner diameter of the metal shell is widened and the thickness of the threaded portion of the metal shell is reduced, screw rolling can be performed after the inner diameter of the metal shell is processed. Need not be changed. Further, when the spark plug bites into the internal combustion engine and the return torque increases, it is possible to prevent the screw from being cut.
【００３６】請求項３の発明および請求項４の発明は、
主体金具のネジ部の肉厚が薄くなり、外側電極の溶接代
が狭くなって、外側電極の肉厚が薄いサイズのものに限
定されても、外側電極の剛性を保つことができるので、
外側電極の折損や焼損等を防止することができる。請求
項５の発明は、熱引きに優れた窒化アルミニウムを主成
分とするセラミックス焼結体の耐電圧性能の向上を安価
に得ることができる。The invention of claim 3 and the invention of claim 4 are:
Since the thickness of the screw portion of the metal shell is reduced, the welding allowance of the outer electrode is reduced, and even if the outer electrode is limited to a thinner size, the rigidity of the outer electrode can be maintained.
Breakage and burning of the outer electrode can be prevented. According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to inexpensively improve the withstand voltage performance of a ceramic sintered body containing aluminum nitride as a main component and having excellent heat drawing.
【図１】ガソリンエンジン用のスパークプラグを示した
断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a spark plug for a gasoline engine.
【図２】ガソリンエンジン用のスパークプラグを示した
断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a spark plug for a gasoline engine.
【図３】主体金具の内径が狭い場合の外側電極の形状を
示した説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a shape of an outer electrode when an inner diameter of a metal shell is small.
【図４】主体金具の内径が広い場合の外側電極の形状を
示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing the shape of an outer electrode when the inner diameter of the metal shell is large.
Ｇ 火花放電ギャップ １ スパークプラグ ２ 絶縁碍子 ３ 中心電極 ４ 外側電極 ５ 主体金具 ６ 内孔 ７ 発火部 ８ コルゲーション部 １２ 中胴部 １４ ネジ部 １５ 六角部 １６ 胴部 ２１ 窒化アルミニウム質焼結体 ２２ アルミナ質焼結体 ２３ 分割型絶縁碍子 ２４ 接合部 ２５ 接合部 ２６ 被接合部 ２７ 被接合部 ２８ 接合部 ２９ 接合部 ３０ 被接合部 ３１ 被接合部 G Spark discharge gap 1 Spark plug 2 Insulator 3 Center electrode 4 Outer electrode 5 Metal shell 6 Inner hole 7 Ignition part 8 Corrugation part 12 Middle body part 14 Screw part 15 Hexagon part 16 Body part 21 Aluminum nitride sintered body 22 Alumina Sintered body 23 Split-type insulator 24 Joint 25 Joint 27 Joint 27 Joint 29 Joint 29 Joint 30 Joint 31 Joint 31
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 倹一 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特 殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−306565（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−231282（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−370686（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−3275（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭55−15665（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01T 13/00 - 13/56 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Souichi Nishikawa 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya Japan Special Ceramics Co., Ltd. (56) References JP-A-2-306565 (JP, A) JP-A Hei 1-231282 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-370686 (JP, A) Japanese Patent Publication No. 2-3275 (JP, B2) Japanese Utility Model 55-15665 (JP, Y2) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 7 , DB name) H01T 13/00-13/56
Claims (5)
と、前記内孔内に嵌め込まれて前記絶縁碍子に保持され
た中心電極と、この中心電極の先端との間に火花放電ギ
ャップを形成する外側電極と、この外側電極を保持する
と共に、前記絶縁碍子の外周に固定された筒状の主体金
具とを備え、 前記主体金具の発火部側の外周には、内燃機関に取り付
けるためのネジ部が形成されている内燃機関用スパーク
プラグであって、 前記主体金具の発火部側の内径Ａは、前記主体金具のネ
ジ部のネジ径が（ａ）１４ｍｍ、（ｂ）１２ｍｍ、
（ｃ）１０ｍｍのとき、 （ａ）のとき、９．０６ｍｍ＜Ａ≦１０．０ｍｍ （ｂ）のとき、７．５８ｍｍ＜Ａ≦８．０ｍｍ （ｃ）のとき、６．１ｍｍ＜Ａ≦６．５ｍｍ の範囲に設定した ことを特徴とする内燃機関用スパーク
プラグ。A spark discharge gap is provided between a cylindrical insulator having an inner hole in an axial direction, a center electrode fitted in the inner hole and held by the insulator, and a tip of the center electrode. An outer electrode that forms an outer electrode, and a cylindrical metal shell fixed to the outer circumference of the insulator while holding the outer electrode. A spark plug for an internal combustion engine, wherein the inner diameter A of the metal shell on the ignition portion side is (a) 14 mm, (b) 12 mm,
(C) 10 mm, (a) 9.06 mm <A ≦ 10.0 mm (b), 7.58 mm <A ≦ 8.0 mm (c), 6.1 mm <A ≦ 6 A spark plug for an internal combustion engine, wherein the spark plug is set in a range of 0.5 mm .
ラグにおいて、 前記主体金具は、引張り強度が５００ＭＰａ以上の金属
材料を用いてなることを特徴とする内燃機関用スパーク
プラグ。2. The spark plug for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the metallic shell is made of a metal material having a tensile strength of 500 MPa or more.
載の内燃機関用スパークプラグにおいて、 前記外側電極は、引張り強度が５００ＭＰａ以上の金属
材料を用いてなることを特徴とする内燃機関用スパーク
プラグ。3. The spark plug for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the outer electrode is made of a metal material having a tensile strength of 500 MPa or more. Spark plug.
かに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、 前記主体金具は、前記外側電極を溶接により接合する円
弧状の接合部を有し、 前記外側電極は、前記接合部の形状に沿って内外ともに
湾曲した形状の被接合部を有することを特徴とする内燃
機関用スパークプラグ。4. The spark plug for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the metal shell has an arc-shaped joining portion for joining the outer electrode by welding. A spark plug for an internal combustion engine, wherein the outer electrode has a portion to be joined that is curved both inside and outside along the shape of the joint.
かに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、 前記絶縁碍子のうち少なくとも発火部側は、窒化アルミ
ニウムを主成分とするセラミックス焼結体よりなること
を特徴とする内燃機関用スパークプラグ。5. The spark plug for an internal combustion engine according to claim 1, wherein at least the ignition portion side of the insulator is made of a ceramic sintered body containing aluminum nitride as a main component. A spark plug for an internal combustion engine.
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