JP4922980B2 - スパークプラグ - Google Patents
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Description
まず、絶縁体の貫通孔に中心電極を挿入固定した後、導電性ガラス粉末を充填し、その後、抵抗体組成物の原料粉末を充填し、更に導電性ガラス粉末を再び充填し、最後に中心電極とは反対側から端子金具を圧入して組立体を作成する。次に、この組立体を加熱炉内に搬入してガラス軟化点以上に加熱し、端子金具をこの端子金具の軸方向に押し込むことにより各層が圧縮される。こうして、中心電極側の導電性ガラスシール層、抵抗体及び端子金具側の導電性ガラスシール層となる。そして端子金具と中心電極とが、それぞれ導電性ガラスシール層を介して抵抗体に接合されると共に絶縁体に固定されることになる(以下、この各層を形成する工程を「層形成工程」とも言う。)。
一方、絶縁体に要求される機能である耐電圧性能、機械的強度を確保するには、所定の径方向厚さ寸法が必要であり、このため絶縁体の貫通孔、換言すれば、抵抗体及び導電性ガラスシール層の直径も細くせざるを得ない。
(1) 筒状の主体金具と、
当該主体金具の軸方向に沿って貫通孔が内部に形成され、且つ当該主体金具から露出するように前記主体金具の内部に保持された絶縁体と、
前記貫通孔の一端部に挿入固定された中心電極と、
前記貫通孔の他端部に挿入固定された端子金具と、
前記貫通孔内において前記中心電極と前記端子金具との間に設けられ、且つ前記中心電極と前記軸方向で離間配置された抵抗体と、
前記貫通孔内において前記抵抗体と前記中心電極との間に隙間なく設けられた導電性ガラスシール層と、
前記主体金具と電気的に接続され、且つ自身の先端部と前記中心電極との間に所定の火花放電ギャップが形成されるように配設された接地電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記導電性ガラスシール層と前記抵抗体との接合面は、曲面状に形成されているとともに、
前記導電性ガラスシール層の直径Dが1.9〜2.9mmであり、且つ、
前記接合面の表面積をSaとし、前記導電性ガラスシール層の、前記軸方向と直交すると共に当該接合面の縁部を含む断面の断面積をS1としたとき、Sa/S1が1.1以上である
ことを特徴とするスパークプラグ。
(2) 前記接合面の表面積をSaとし、且つ前記導電性ガラスシール層の、前記軸方向と直交すると共に当該接合面の縁部を含む断面の断面積をS1としたとき、Sa/S1が、1.5以上である
ことを特徴とする上記(1)のスパークプラグ。
(3) 前記貫通孔は、その径方向断面が円形状になるように形成されており、
前記中心電極と前記端子金具との前記軸方向の離間距離Lが16mm以下であり、
前記抵抗体の最大径をDRとし、且つ前記抵抗体の、前記抵抗体のみが前記貫通孔に隙間なく設けられた部分の前記軸方向の最短の長さをMとしたとき、DR 2 /Mが2.2以下である
ことを特徴とする上記(1)又は(2)のスパークプラグ。
(4) 前記端子金具と前記抵抗体が離間配置されており、
第2の導電性ガラスシール層が、前記貫通孔内において前記端子金具と前記抵抗体との間に隙間なく設けられており、
前記抵抗体と前記第2の導電性ガラスシール層の第2の接合面は、曲面状に形成されて、その頂部が前記中心電極を向いている
ことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか1つのスパークプラグ。
(5) 前記第2の接合面の表面積をSbとし、且つ前記第2の導電性ガラスシール層の、前記軸方向と直交すると共に当該接合面の縁部を含む断面の断面積をS2としたとき、Sb/S2が、1.1以上である
ことを特徴とする上記(4)のスパークプラグ。
(6) 前記第2の接合面の表面積をSbとし、且つ前記第2の導電性ガラスシール層の、前記軸方向と直交すると共に当該接合面の縁部を含む断面の断面積をS2としたとき、Sb/S2が、1.5以上である
ことを特徴とする上記(4)又は(5)のスパークプラグ。
(7) 前記導電性ガラスシール層は、ガラス粉末及び金属粉末を含む混合物から形成され、前記抵抗体は、ガラス粉末、セラミック粉末、及び非金属導電性粉末を含む混合物から形成され、
前記導電性ガラスシール層に含有される前記ガラス粉末と、前記抵抗体に含有される前記ガラス粉末と、の組成は、互いに異なる
ことを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれか1つのスパークプラグ。
(8) 相手部材に取り付けるための前記主体金具に形成された取付け用の雄ねじは、M10以下である
ことを特徴とする上記(1)〜(7)のいずれか1つのスパークプラグ。
また、導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面の表面積をSaとし、且つ導電性ガラスシール層の断面積をS1としたとき、Sa/S1が、1.1以上(Sa/S1≧1.1)であるので、導電性ガラスシール層の直径Dを小径としたにも係わらず、導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面の面積を広くすることができ、接合力を従来と同等、あるいはそれ以上に高めることができる。更に接合力を高めるには、上記(2)の構成である、Sa/S1が、1.5以上(Sa/S1≧1.5)となる構成とするとよい。これにより、接合部での剥離や導通不良等の不具合の発生を防止して信頼性の高いスパークプラグを提供することができる。
上記(3)の構成によれば、抵抗体の最大径をDRとし、且つ抵抗体の軸方向の最短の長さ(抵抗体のみが隙間なく設けられている部分)をMとしたとき、DR2/Mが2.2以下(DR2/M≦2.2)であるので、従来、電極間での高電圧スパークに伴って発生していた電波ノイズに対し、この電波ノイズの発生自体を抵抗体により抑制して、ラジオ等の音響機器や、車両に搭載されるコンピュータ等に与える影響を抑制することができる。また、中心電極と端子金具との軸方向離間距離Lが16mm以下(L≦16mm)であるので、例えば、抵抗体の直径が3mm以下に小径化されたスパークプラグにおいても、スパークプラグの振動や衝撃による導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面への影響を長期間にわたって防止して、小型且つ長寿命のスパークプラグを提供することができる。
上記(4)の構成によれば、抵抗体と第2の導電性ガラスシール層との第2の接合面が曲面状に形成されているので、第2の導電性ガラスシール層と抵抗体との第2の接合面の面積を広くすることができる。これにより、第2の導電性ガラスシール層の直径を小径としても、第2の導電性ガラスシール層と抵抗体との接合力を従来と同等、あるいはそれ以上に高めて、スパークプラグに加わる振動や衝撃等による第2の接合部での剥離や導通不良等の不具合の発生を防止してスパークプラグの信頼性を高めることができる。
上記(5)の構成によれば、第2の導電性ガラスシール層と抵抗体との第2の接合面の表面積をSbとし、且つ第2の導電性ガラスシール層の断面積をS2としたとき、Sb/S2が、1.1以上(Sb/S2≧1.1)であるので、第2の導電性ガラスシール層の直径を小径としたにも係わらず、第2の導電性ガラスシール層と抵抗体との第2の接合面の面積が広く、接合面における接合力を従来と同等、あるいはそれ以上に高めることができる。更に接合力を高めるには、上記(6)の構成である、Sb/S2が、1.5以上(Sb/S2≧1.5)となる構成とするとよい。これにより、接合部での剥離や導通不良等の不具合の発生を防止して信頼性の高いスパークプラグを提供することができる。
上記(7)の構成によれば、導電性ガラスシール層がガラス粉末及び金属粉末を含む混合物から形成され、抵抗体がガラス粉末、セラミック粉末、及び非金属導電性粉末を含む混合物から形成されている。更に、導電性ガラスシール層に含有されるガラス粉末と、抵抗体に含有されるガラス粉末の組成が互いに異なるので、導電性ガラスシール層と抵抗体とを強固に接合することができ、耐振動性、耐衝撃性の優れた長寿命のスパークプラグを提供することができる。
上記(8)の構成によれば、例えばエンジン等の相手部材に取り付けるため主体金具に形成された取付け用の雄ねじがM10以下であるので、絶縁体、電極、抵抗体、及び導電性ガラスシール層が小径化された本発明のスパークプラグの効果が顕著に発揮されることになる。
図1は、本発明のスパークプラグの断面図である。図2は、図1におけるスパークプラグの要部拡大図である。
なお、以下の説明において、主体金具11の軸方向において中心電極13が配置される側を前方側、これと反対側(端子金具が配置される側)を後方側として説明する。
絶縁体12はアルミナ等のセラミックス焼成体から形成されている。
なお、貫通孔16の前方側の部分のみ、段部を有して縮径されている{図中では、この部分の内径をd1として示している(図2参照)。}。
また、このとき、抵抗体18と導電性ガラスシール層19,20とを強固に接合するため、抵抗体18と導電性ガラスシール層19,20に含まれるガラス粉末の組成は、互いに異なっているとよい。
なお、このSa/S1を、1.5以上(Sa/S1≧1.5)にすると更に好適である。
なお、このSb/S2が、1.5以上(Sb/S2≧1.5)になっていると更に好適である。
なお、図2に示す本実施形態においては、DR=Dであるので、D2/M≦2.2となる。
次に、前述した第1の導電性ガラスシール層19の直径D、第1の導電性ガラスシール層19と抵抗体18との接合面23の表面積Sa、及び中心電極13と端子金具17の軸方向離間距離Lの数値範囲について、評価試験結果を示す図面及び表を参照しながら、更に詳細に説明する。
図3には、第1の導電性ガラスシール層の直径D、接合面23の形状を変化させたときの、接合面23の表面積Sa及び数値Sa/S1を比較したものが示されている。
なお、図3(a)〜(n)に示す導電性ガラスシール層の直径Dは、3.3,3.0,2.8,2.5mmであり、接合面23のお椀形状の窪み深さが深くなるに従って接合面23の表面積Saが大きくなっていることがわかる。また、接合面23の形状は、接合面23の表面積Saを大きくできるものであれば、お椀形状に限定されるものではなく、図3(g)に示すように、円錐台形とすることも有効であり、或いは図示しない複数の凹凸を有した曲面、波形状の曲面等をすることもできる。なお、図3中では接合面23の形状について示しているが、接合面24の表面積Sbについても同様に考えられる。
第1の導電性ガラスシール層19の直径Dを1.5mm〜3.9mmに変化させると共に、第1の導電性ガラスシール層19と抵抗体18との接合面23の表面積Saと断面積S1とにより求められる数値(Sa/S1)を1.02〜3.00に変化させた複数のスパークプラグサンプルを製作した。
このスパークプラグサンプルを、JIS B8031:2006(内燃機関−スパークプラグ)に規定された耐衝撃性試験に基づいて、振動振幅22mm、衝撃回数400回/分の条件で、1時間及び2時間(JISの規定では10分であるが、より厳しい条件設定にして過酷試験として行った)の評価試験を行った。
更に、この耐衝撃性試験の後、同じくJIS B8031:2006に規定された抵抗体負荷寿命試験に基づいて、20±5kVの高電圧をかけて1.3×107回火花を発生させ、1時間放置後の抵抗値変化を測定した。
なお、端子金具17と中心電極13の軸方向離間距離Lは11mmに設定して一定とした。また、直径D=3.9mmは従来のスパークプラグと同一径のものであり、本発明と比較するために同様の試験を行った。
なお、JIS B8031:2006では、耐衝撃性試験後の抵抗値変化は±10%以内、抵抗体負荷寿命試験後の抵抗値変化は±30%以内と規定されている。また、本試験では、JIS B8031:2006と比較してより厳しい条件設定でおこなっており、本試験でC又はDに判定されたものであっても製品品質上問題があるわけではない。
なお、直径D=3.9mmは、従来のスパークプラグと同じ直径であるので、小径化を目的とする本発明の範囲から除外した。
また、比較のために試験した直径D=3.9mmの従来のスパークプラグは、いずれの評価試験でも全く問題のない結果が得られた。
なお、判定基準は、表1及び表2と同様とし、またこの場合においても、JIS B8031:2006と比較してより厳しい条件設定で評価試験を行っているため、本試験でC又はDに判定されたものであっても製品品質上問題があるわけではない。
なお、この前述した評価試験の結果は、第2の導電性ガラスシール層20の直径、接合面24の表面積Sbについても言えることはいうまでもない。
抵抗体18の直径DR、即ち第1の導電性ガラスシール層19の直径Dを2.0,2.5,3.3の値にそれぞれ変化させ、且つこの各数値それぞれに対して抵抗体18の軸方向長さMを変化させた(表4参照)複数のスパークプラグサンプルを製作した。そして、このスパークプラグサンプルを、JASO:D002−2:2004に規定された電流法に基づいて評価試験を行った。
この評価試験結果を表4に示す。
12 絶縁体
12a,12b 絶縁体の両端部
13 中心電極
13a 中心電極の先端部
14 接地電極
14a 接地電極の一端部
14b 接地電極の他端部
14c 接地電極の中間部
15 雄ねじ
16 貫通孔
16a 貫通孔の一端部
16b 貫通孔の他端部
17 端子金具
17a 端子金具の先端部
18 抵抗体
19 第1の導電性ガラスシール層
20 第2の導電性ガラスシール層
23 第1の導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面
23a 第1の導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面の頂部
23b 第1の導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面の縁部
24 第2の導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面(第2の接合面)
23a 第2の導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面の頂部
23b 第2の導電性ガラスシール層と抵抗体との接合面の縁部
100 スパークプラグ
D 導電性ガラスシール層の直径
DR 抵抗体の直径
L 中心電極と端子金具との軸方向離間距離
M 抵抗体の、抵抗体のみが貫通孔に隙間なく設けられた部分の軸方向の長さ
Sa 第1の導電性ガラスシール層と抵抗体の接合面の表面積
Sb 第2の導電性ガラスシール層と抵抗体の接合面の表面積(第2の接合面の表面積)
S1 第1の導電性ガラスシール層の、軸方向と直交すると共に接合面の縁部を含む断面の断面積
S2 第2の導電性ガラスシール層の、軸方向と直交すると共に接合面の縁部を含む断面の断面積
g 火花放電ギャップ
Claims (8)
- 筒状の主体金具と、
当該主体金具の軸方向に沿って貫通孔が内部に形成され、且つ当該主体金具から露出するように前記主体金具の内部に保持された絶縁体と、
前記貫通孔の一端部に挿入固定された中心電極と、
前記貫通孔の他端部に挿入固定された端子金具と、
前記貫通孔内において前記中心電極と前記端子金具との間に設けられ、且つ前記中心電極と前記軸方向で離間配置された抵抗体と、
前記貫通孔内において前記抵抗体と前記中心電極との間に隙間なく設けられた導電性ガラスシール層と、
前記主体金具と電気的に接続され、且つ自身の先端部と前記中心電極との間に所定の火花放電ギャップが形成されるように配設された接地電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記導電性ガラスシール層と前記抵抗体との接合面は、曲面状に形成されているとともに、
前記導電性ガラスシール層の直径Dが1.9〜2.9mmであり、且つ、
前記接合面の表面積をSaとし、前記導電性ガラスシール層の、前記軸方向と直交すると共に当該接合面の縁部を含む断面の断面積をS1としたとき、Sa/S1が1.1以上である
ことを特徴とするスパークプラグ。 - 前記接合面の表面積をSaとし、且つ前記導電性ガラスシール層の、前記軸方向と直交すると共に当該接合面の縁部を含む断面の断面積をS1としたとき、Sa/S1が、1.5以上である
ことを特徴とする請求項1に記載のスパークプラグ。 - 前記貫通孔は、その径方向断面が円形状になるように形成されており、
前記中心電極と前記端子金具との前記軸方向の離間距離Lが16mm以下であり、
前記抵抗体の最大径をDRとし、且つ前記抵抗体の、前記抵抗体のみが前記貫通孔に隙間なく設けられた部分の前記軸方向の最短の長さをMとしたとき、DR 2 /Mが2.2以下である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスパークプラグ。 - 前記端子金具と前記抵抗体が離間配置されており、
第2の導電性ガラスシール層が、前記貫通孔内において前記端子金具と前記抵抗体との間に隙間なく設けられており、
前記抵抗体と前記第2の導電性ガラスシール層の第2の接合面は、曲面状に形成されて、その頂部が前記中心電極を向いている
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のスパークプラグ。 - 前記第2の接合面の表面積をSbとし、且つ前記第2の導電性ガラスシール層の、前記軸方向と直交すると共に当該接合面の縁部を含む断面の断面積をS2としたとき、Sb/S2が、1.1以上である
ことを特徴とする請求項4に記載のスパークプラグ。 - 前記第2の接合面の表面積をSbとし、且つ前記第2の導電性ガラスシール層の、前記軸方向と直交すると共に当該接合面の縁部を含む断面の断面積をS2としたとき、Sb/S2が、1.5以上である
ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のスパークプラグ。 - 前記導電性ガラスシール層は、ガラス粉末及び金属粉末を含む混合物から形成され、前記抵抗体は、ガラス粉末、セラミック粉末、及び非金属導電性粉末を含む混合物から形成され、
前記導電性ガラスシール層に含有される前記ガラス粉末と、前記抵抗体に含有される前記ガラス粉末と、の組成は、互いに異なる
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載のスパークプラグ。 - 相手部材に取り付けるための前記主体金具に形成された取付け用の雄ねじは、M10以下である
ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載のスパークプラグ。
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