JP5752329B1 - スパークプラグ - Google Patents
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Abstract
Description
軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記貫通孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、
前記貫通孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、
前記貫通孔内で、前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
を備えるスパークプラグであって、
前記接続部は、抵抗体を含み、
前記抵抗体は、骨材と、ZrO2を含むフィラーと、カーボンと、を含み、
前記抵抗体の前記軸線を含む断面において、
前記軸線を中心線とし、前記軸線に垂直な方向の大きさが1800μmであり、前記軸線の方向の大きさが2400μmである矩形領域を、対象領域とし、
前記対象領域を、一辺の長さが200μmである複数の正方形領域に分割した場合に、前記軸線に垂直な方向に並ぶ9個の正方形領域で構成される線状の領域を、線状領域とし、
ZrO2の面積の割合が25%以上である正方形領域を第1種領域とし、
ZrO2の面積の割合が25%未満である正方形領域を第2種領域としたときに、
2個以上の前記第1種領域を含む前記線状領域の総数が、5本以上である、
スパークプラグ。
適用例1に記載のスパークプラグであって、
連続する2個以上の前記第1種領域を含む前記線状領域の総数が、5本以上である、
スパークプラグ。
適用例1または2に記載のスパークプラグであって、
前記フィラーは、TiO2を含み、
前記抵抗体におけるZrに対するTiの重量割合が、0.05以上、6以下である、
スパークプラグ。
適用例1から3のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記抵抗体のうちの前記軸線と垂直な断面において前記絶縁体の内周面と全周に亘って接触している部分の外径の最小値は、3.5mm以下である、スパークプラグ。
適用例4に記載のスパークプラグであって、
前記外径の最小値は、2.9mm以下である、スパークプラグ。
適用例1から5のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極の後端と前記端子金具の先端との間の前記軸線の方向の距離は、15mm以上である、スパークプラグ。
適用例1から6のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記軸線に平行な方向に並ぶ12個の前記正方形領域で構成される線状の領域を、縦線状領域とし、1本の縦線状領域における前記第1種領域の連続数の最大値を、縦最大連続数としたときに、前記対象領域に含まれる9本の縦線状領域における前記縦最大連続数の平均値が、5.0以下である、スパークプラグ。
適用例1から7のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
連続する2個以上の前記第1種領域を含む前記横線状領域の総数が、7本以上である、
スパークプラグ。
適用例1から8のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
1本の横線状領域における前記第1種領域の連続数の最大値を、横最大連続数としたときに、前記対象領域に含まれる12本の横線状領域における前記横最大連続数の平均値が、前記対象領域中の前記第1種領域の総数から算出される前記横最大連続数の期待値よりも、大きい、
スパークプラグ。
図1は、第1実施形態のスパークプラグの一例の断面図である。図示されたラインCLは、スパークプラグ100の中心軸を示している。図示された断面は、中心軸CLを含む断面である。以下、中心軸CLのことを「軸線CL」とも呼び、中心軸CLと平行な方向を「軸線方向」とも呼ぶ。中心軸CLを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、中心軸CLを中心とする円の円周方向を「周方向」とも呼ぶ。中心軸CLと平行な方向のうち、図1における下方向を先端方向D1と呼び、上方向を後端方向D1rとも呼ぶ。先端方向D1は、後述する端子金具40から電極20、30に向かう方向である。また、図1における先端方向D1側をスパークプラグ100の先端側と呼び、図1における後端方向D1r側をスパークプラグ100の後端側と呼ぶ。
B−1.第1評価試験の概要:
第1評価試験では、実施形態のスパークプラグ100のサンプルを用いて、電波ノイズの抑制性能と、負荷寿命と、が評価された。以下の表1は、サンプルの種類の番号と、第1種ライン数NL1と、成分割合R(Ti/Zr)と、第2種ライン数NL2と、縦最大連続数Ncpの平均値NcpAと、接続部長300L(単位は、mm)と、抵抗体径70D(単位は、mm)と、電波ノイズの抑制性能の評価結果(以下、「電波ノイズ評価結果」と呼ぶ)と、負荷寿命の評価結果と、の関係を示している。本評価試験では、1番から23番の23種類のサンプルが、評価された。
温度 :摂氏400度
放電周期 :60Hz
1周期で電源から出力されるエネルギー :400mJ
評価試験では、上記条件下で運転を行い、運転後に中心電極20と端子金具40との間の常温での電気抵抗値を測定した。そして、5本のサンプルのうちの少なくとも1本のサンプルの運転後の電気抵抗値が評価試験前の電気抵抗値の1.5倍以上に上昇するまで、運転と電気抵抗値の測定とを、繰り返した。そして、少なくとも1本のサンプルの運転後の電気抵抗値が評価試験前の電気抵抗値の1.5倍以上に上昇したときの合計運転時間から、以下のように評価結果を決定した。
合計運転時間 :評価結果
10時間未満 : 1点
10時間以上、20時間未満 : 2点
20時間以上、100時間未満 : 3点
100時間以上、120時間未満 : 4点
120時間以上、140時間未満 : 5点
(以降、合計運転時間が20時間増加する毎に1点加算)
Five(商標)が用いられた。また、表1のライン数NL1、NL2と平均値NcpAとは、1つのサンプルの断面上の位置が異なる2つの対象領域A10の解析結果の平均値である。
表1の1番から10番のそれぞれの第1種ライン数NL1は、1、5、5、7、7、8、10、12、12、12であった。これら10種類のサンプルの間では、成分割合Rは、同じ1であり、接続部長300Lは、同じ11mmであり、抵抗体径70Dは、同じ3.5mmであった。また、抵抗体長70L(図2)は、おおよそ、8mmであった。
表1の1番から10番のそれぞれの第2種ライン数NL2は、0、3、5、3、5、6、7、10、10、10であった。これらのサンプルが示すように、電波ノイズ評価結果と負荷寿命評価結果とは、第2種ライン数NL2が小さい場合よりも第2種ライン数NL2が大きい場合の方が、良好であった。これらの理由は、上述したように、第2種ライン数NL2が多いほど電流の経路の形状が複雑化するからだと推定される。
表1の11番から17番のそれぞれの成分割合R(Ti/Zr)は、0、0.05、0.5、2、3、6、10であった。これら7種類のサンプルの間では、第1種ライン数NL1は、同じ12であり、第2種ライン数NL2は、同じ10であり、接続部長300Lは、同じ11mmであり、抵抗体径70Dは、同じ3.5mmであった。11番から17番のサンプルの他の構成は、上記の1番から10番のサンプルの構成と、同じであった。
表1の18番と19番のそれぞれの抵抗体径70Dは、1番から17番の抵抗体径70D(3.5mm)よりも大きい4mmであった。18番の構成は、NL1=1、NL2=0、R=1であり、2つのパラメータNL1、NL2が、上記の好ましい範囲から外れていた。そして、18番の電波ノイズ評価結果は、1点であり、負荷寿命評価結果は、3点であった。一方、19番の構成は、NL1=10、NL2=7、R=1であり、3つのパラメータNL1、NL2、Rのそれぞれが、上記の好ましい範囲内であった。そして、19番の電波ノイズ評価結果は、18番より良好な4点であり、19番の負荷寿命評価結果は、18番より良好な10点であった。
表1の22番と23番のそれぞれの接続部長300Lは、1番から21番の接続部長300L(11mm)よりも大きい15mmであった。15mmの接続部長300Lは、端子金具40の先端(先端方向D1側の端)の位置を後端方向D1r側に移動させ、そして、抵抗体70の中心軸CLと平行な方向の長さ(具体的には、図2の抵抗体長70L)を長くすることによって、実現された。第1シール部60の形状と大きさとは、1番から21番の全てのサンプルの間で、おおよそ同じであった。同様に、第2シール部80の形状と大きさとは、1番から21番の全てのサンプルの間で、おおよそ同じであった。
表1の1番から23番によれば、2点以上の電波ノイズ評価結果を実現可能な平均値NcpAは、0.8、1.8、1.9、2.0、2.1、2.7、2.8、3.0、3.1、3.2、3.3、5.0、6.0の13個の値であった。これら13個の値から任意に選択された値を、平均値NcpAの好ましい範囲(下限以上、上限以下)の下限として採用可能である。そして、13個の値のうちの下限以上の任意の値を、上限として採用可能である。なお、平均値NcpAが小さいほど、電流の経路が複雑化すると推定される。従って、平均値NcpAとしては、上記の13個の値のうちの最小値(0.8)よりも小さい値(例えば、ゼロ以上の種々の値)を採用可能と推定される。例えば、平均値NcpAとしては、ゼロ以上、6.0以下の値を採用可能と推定される。ただし、第1種ライン数NL1を上記の好ましい範囲内に設定することによって、縦最大連続数Ncpの平均値NcpAも、ゼロよりも大きな値になると推定される。
C−1.第2評価試験の概要:
第2評価試験では、実施形態のスパークプラグ100のサンプルの構成と、電波ノイズの抑制性能と、負荷寿命と、の関係が評価された。以下の表2は、サンプルの種類の番号と、第1種ライン数NL1と、成分割合R(Ti/Zr)と、第2種ライン数NL2と、第1種領域割合RA1と、第1種領域数期待値NcEと、横最大連続数期待値NccEと、連続性の判定結果と、横最大連続数平均値NccAと、接続部長300L(単位はmm)と、抵抗体径70D(単位はmm)と、電波ノイズ評価結果と、負荷寿命評価結果と、の関係を示している。第2評価試験では、T1番からT5番の5種類のサンプルが、評価された。
第1パターン:2個の横連続部分、5個の第2種領域A2
第2パターン:1個の横連続部分、2個の第1種領域A1、5個の第2種領域A2
いずれのパターンにおいても、1個の横連続部分は、2個の第1種領域A1で構成される。
Σ(Ncc*CNcc)=(4*6)+(3*30)+(2*75)+(1*15)=24+90+150+15=279
NccE=Σ(Ncc*CNcc)/Σ(CNcc)=279/126=2.21
(演算記号「Σ」は、実現可能な全てのNccについての和を示す(以下同様))
このように、第1種領域数期待値NcEが「4」である場合、横連続期待値NccEは、2.21である。
Σ(Ncc*CNcc)=(8*2)+(7*2)+(6*2)+(5*2)+(4*1)=16+14+12+10+4=56
NccE=Σ(Ncc*CNcc)/Σ(CNcc)=56/9=6.2
このように、第1種領域数期待値NcEが「8」である場合、横連続期待値NccEは、6.2である。
(1)対象領域A10中の第1種領域A1の総数から、第1種領域数期待値NcEが算出される。例えば、対象領域A10中の第1種領域A1の総数から、第1種領域割合RA1が算出され、第1種領域割合RA1から第1種領域数期待値NcEが算出される。
(2)第1種領域数期待値NcEに基づいて、実現可能な横最大連続数Nccが特定される。
(3)実現可能な横最大連続数Nccのそれぞれに関して、横最大連続数Nccを実現する第1種領域A1の配置の組合せ数CNccが算出される。例えば、1本の横線状領域が、第1種領域数期待値NcEと横最大連続数Nccとに応じて複数の要素に分解され、分解結果に応じて、横最大連続数Nccを実現するNcE個の第1種領域A1の配置の組合せ数CNccが、算出される。
(4)演算式「NccE=Σ(Ncc*CNcc)/Σ(CNcc)」に従って、横連続期待値NccEが算出される。
表2に示すように、T1番からT5番のそれぞれの連続性判定結果は、A判定、A判定、A判定、A判定、B判定であった。これらのサンプルが示すように、負荷寿命評価結果は、連続性判定結果がB判定である場合には、5点であったが、連続性判定結果がA判定である場合には、10点であった。この理由は、連続性判定結果がA判定である場合には、上述のように横線状領域内の第1種領域A1の連続性が良好であるので、電流が横線状領域に沿って分散され易いからだと推定される。
(1)抵抗体70の材料としては、上述した材料に限らず、種々の材料を採用可能である。ガラスとしては、例えば、B2O3−SiO2系と、BaO−B2O3系と、SiO2−B2O3−CaO−BaO系と、SiO2−ZnO−B2O3系と、SiO2−B2O3−Li2O系と、SiO2−B2O3−Li2O−BaO系と、のうちの1種以上を含むものを採用可能である。また、骨材を形成する材料としては、ガラスに限らず、アルミナ等の種々のセラミック材料を採用してもよい。また、ガラスとセラミック材料(例えば、アルミナ)との混合物を採用してもよい。いずれの場合も、骨材を形成する材料粒子の形状が扁平していることが好ましい。こうすれば、抵抗体70の製造時に抵抗体70の材料を圧縮するために中心軸CLと平行な方向の力を材料に印加することによって、扁平した材料粒子の短軸の方向を中心軸CLと平行な方向に近づけ長軸の方向を中心軸CLと直交する方向に近づけることができる。この結果、中心軸CLと交差する方向に延びるジルコニア部分P1(図2)を、容易に形成できる。すなわち、第1種ライン数NL1と第2種ライン数NL2とを、容易に増やすことができる。ここで、扁平した粒子の長軸は、その粒子の最大外径を形成する軸であり、扁平した粒子の短軸は、その粒子の最小外径を形成する軸である。上記の好ましい範囲内の第1種ライン数NL1を実現するためには、骨材の材料粒子のアスペクト比(長軸の長さ(最大外径):短軸の長さ(最小外径))が、「1:0.4」から「1:0.7」の範囲内であることが好ましい。
Claims (9)
- 軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記貫通孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、
前記貫通孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、
前記貫通孔内で、前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
を備えるスパークプラグであって、
前記接続部は、抵抗体を含み、
前記抵抗体は、骨材と、ZrO2を含むフィラーと、カーボンと、を含み、
前記抵抗体の前記軸線を含む断面において、
前記軸線を中心線とし、前記軸線に垂直な方向の大きさが1800μmであり、前記軸線の方向の大きさが2400μmである矩形領域を、対象領域とし、
前記対象領域を、一辺の長さが200μmである複数の正方形領域に分割した場合に、前記軸線に垂直な方向に並ぶ9個の正方形領域で構成される線状の領域を、横線状領域とし、
ZrO2の面積の割合が25%以上である正方形領域を第1種領域とし、
ZrO2の面積の割合が25%未満である正方形領域を第2種領域としたときに、
2個以上の前記第1種領域を含む前記横線状領域の総数が、5本以上である、
スパークプラグ。 - 請求項1に記載のスパークプラグであって、
連続する2個以上の前記第1種領域を含む前記横線状領域の総数が、5本以上である、
スパークプラグ。 - 請求項1または2に記載のスパークプラグであって、
前記フィラーは、TiO2を含み、
前記抵抗体におけるZrに対するTiの重量割合が、0.05以上、6以下である、
スパークプラグ。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記抵抗体のうちの前記軸線と垂直な断面において前記絶縁体の内周面と全周に亘って接触している部分の外径の最小値は、3.5mm以下である、スパークプラグ。 - 請求項4に記載のスパークプラグであって、
前記外径の最小値は、2.9mm以下である、スパークプラグ。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極の後端と前記端子金具の先端との間の前記軸線の方向の距離は、15mm以上である、スパークプラグ。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
前記軸線に平行な方向に並ぶ12個の前記正方形領域で構成される線状の領域を、縦線状領域とし、1本の縦線状領域における前記第1種領域の連続数の最大値を、縦最大連続数としたときに、前記対象領域に含まれる9本の縦線状領域における前記縦最大連続数の平均値が、5.0以下である、スパークプラグ。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
連続する2個以上の前記第1種領域を含む前記横線状領域の総数が、7本以上である、
スパークプラグ。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載のスパークプラグであって、
1本の横線状領域における前記第1種領域の連続数の最大値を、横最大連続数としたときに、前記対象領域に含まれる12本の横線状領域における前記横最大連続数の平均値が、前記対象領域中の前記第1種領域の総数から算出される前記横最大連続数の期待値よりも、大きい、
スパークプラグ。
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