WO2023032874A1 - スパークプラグ - Google Patents
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- H01T13/36—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the joint between insulation and body, e.g. using cement
Definitions
- the present invention relates to spark plugs.
- a shelf supporting the insulator is formed on the inner periphery of the metal shell. is provided in The insulator is in close contact with the shelf either directly or through another member to reduce leakage of combustion gas from between the shelf and the insulator.
- the present invention has been made to meet this demand, and an object of the present invention is to provide a spark plug capable of increasing the reaction force of the shelf.
- the spark plug of the present invention comprises an insulator extending along the axis from the front end side to the rear end side, and a tubular metal shell arranged on the outer circumference of the insulator.
- the metal shell includes a shelf portion including a rear end-facing surface with which the insulator contacts directly or via another member, a front end-facing surface located on the front end side of the rear end-facing surface, and a shelf portion extending from the front end-facing surface toward the front end side. and a second surface extending from the rear end facing surface toward the rear end side.
- the angle A between the front end facing surface of the shelf and the first surface of the metal shell, and the rear end facing surface of the shelf and the second surface of the metal shell.
- a ⁇ 1.15B between the formed angle B and the angle B ⁇ 90°. Since the volume of the shelf can be secured and the force with which the shelf starts to plastically deform in the axial direction can be increased, the reaction force of the shelf that pushes back the insulator in the axial direction can be increased. Furthermore, since the angle A ⁇ 90°, the electric field at the tip of the tip-facing surface can be made weaker than when the angle A ⁇ 90°. As a result, it is possible to reduce unintended electrical discharge (so-called back spark) that occurs at the tip of the tip-facing surface.
- an external thread is provided on the outer periphery of the body provided with the shelf.
- the nominal diameter of the external thread is 12 mm or less, the first mode tends to improve the decrease in the reaction force of the ledge.
- the third surface of the insulator faces radially inside the first surface of the metal shell, and the fourth surface of the insulator faces the third surface. connected to the rear end.
- the boundary between the tip facing surface of the metal shell and the first surface is located within 1 mm in the axial direction with respect to the position of the boundary between the third surface and the fourth surface of the insulator. Since the space between the metal shell and the insulator where the combustion gas stays can be reduced, the amount of carbon contained in the combustion gas adhering to the insulator can be reduced. Therefore, it is possible to reduce unintended electric discharge (deep spark) caused by carbon adhering to the insulator.
- a screw is provided on the outer periphery of the body provided with the shelf.
- a collar that overhangs the external thread includes a bearing surface adjacent to the rear end of the barrel. Since the amount of thermal expansion of the metal shell increases as the distance in the axial direction between the boundary between the second surface and the rear end facing surface of the metal shell and the bearing surface increases, when the temperature of the metal shell rises, The force exerted by the insulator on the shelf tends to decrease, and the reaction force of the shelf tends to decrease. In particular, when the distance is 24 mm or more, the first aspect tends to improve the decrease in the reaction force of the shelf portion.
- FIG. 1 is a half cross-sectional view of a spark plug in one embodiment
- FIG. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the spark plug, enlarging the portion indicated by II in FIG. 1
- 4 is a partial cross-sectional view of the metal shell
- FIG. 1 is a half sectional view of a spark plug 10 of one embodiment taken along an axis O.
- the lower side of the page is called the front end side of the spark plug 10
- the upper side of the page is called the rear end side of the spark plug 10 (the same applies to FIGS. 2 and 3).
- the spark plug 10 includes an insulator 11 and a metal shell 30.
- FIG. 1 shows that the spark plug 10 includes an insulator 11 and a metal shell 30.
- the insulator 11 is a substantially cylindrical member made of alumina or the like, which is excellent in insulating properties and mechanical properties at high temperatures.
- a shaft hole 12 extending along the axis O is formed in the insulator 11 .
- the insulator 11 includes an overhanging portion 13 projecting radially outward at the center in the axial direction, a first portion 14 adjacent to the tip side of the overhanging portion 13 , and adjacent to the rear end side of the overhanging portion 13 . a second part 16;
- the projecting portion 13 is continuous over the entire circumference of the insulator 11 .
- a tip facing surface 15 is provided on the outer circumference of the first part 14 .
- the tip-facing surface 15 is a conical surface that continues over the entire circumference of the first portion 14 .
- the tip-facing surface 15 may be a surface perpendicular to the axis O that is continuous over the entire circumference of the first portion 14 .
- a center electrode 17 is arranged on the tip side of the shaft hole 12 of the insulator 11 .
- the center electrode 17 is a rod-shaped electrode held by the insulator 11 .
- the center electrode 17 has a core material with excellent thermal conductivity embedded in the base material.
- the base material is formed of an alloy mainly composed of Ni or a metallic material composed of Ni.
- the core material is made of copper or an alloy containing copper as a main component. The core material can be omitted.
- the center electrode 17 is electrically connected to the terminal fitting 18 inside the shaft hole 12 of the insulator 11 .
- the terminal fitting 18 is a rod-shaped member to which a high-voltage cable (not shown) is connected, and is made of a conductive metal material (for example, low carbon steel).
- the metal shell 30 is a substantially cylindrical member made of a conductive metal material (such as low-carbon steel).
- the metal shell 30 has a trunk portion 31, a collar portion 34, a curved portion 36, a tool engaging portion 37, and a crimping portion 38, which are arranged in this order from the front end side to the rear end side.
- the trunk portion 31 is provided with a shelf portion 32 on its inner periphery and a male screw 33 on its outer periphery.
- the shelf portion 32 is arranged on the tip side of the tip-facing surface 15 of the insulator 11 .
- Spark plug 10 is attached to a plug hole in an engine (not shown) by external threads 33 .
- the nominal diameter of the male thread 33 is, for example, 6-12 mm.
- a collar portion 34 adjacent to the rear end of the body portion 31 includes a seat surface 35 .
- the outer diameter of the collar portion 34 is larger than the outer diameter of the male thread 33 .
- the seat surface 35 is an annular surface facing the tip side. When the male thread 33 is tightened onto the threads of the plug hole, the bearing surface 35 generates an axial force on the male thread 33 .
- the seat surface 35 is a surface perpendicular to the axis O. As shown in FIG.
- the seat surface 35 may be a conical surface whose diameter decreases toward the tip side (so-called tapered seat type).
- the curved portion 36 connects the collar portion 34 and the tool engaging portion 37 .
- the bending portion 36 generates a force in the direction of separating the flange portion 34 and the tool engaging portion 37 in the axial direction by the elastic force of bending deformation.
- the tool engaging portion 37 is a portion with which a tool such as a wrench is engaged when screwing the external thread 33 into the threads of the plug hole.
- the crimping portion 38 is an annular portion bent radially inward. The crimping portion 38 is located on the rear end side of the projecting portion 13 of the insulator 11 .
- a seal portion 39 filled with powder such as talc is provided over the entire circumference of the second portion 16 of the insulator 11 between the projecting portion 13 and the crimped portion 38 of the insulator 11 .
- the ground electrode 40 is a rod-shaped metal (for example, nickel-based alloy) member connected to the trunk portion 31 of the metal shell 30 .
- Ground electrode 40 forms a spark gap with center electrode 17 .
- FIG. 2 is a partial cross-sectional view including the axis O of the spark plug 10 in which the portion indicated by II in FIG. 1 is enlarged.
- the shelf portion 32 provided on the body portion 31 includes a rear end facing surface 42, a connection surface 43 adjacent to the front end side of the rear end facing surface 42, and a rear end facing surface 42 adjacent to the front end side of the connection surface 43. a distal facing surface 44 located distally.
- the rear end-facing surface 42 is a conical surface that continues over the entire circumference of the trunk portion 31 .
- the rear end facing surface 42 may be a surface perpendicular to the axis O that is continuous over the entire circumference of the trunk portion 31 .
- connection surface 43 is a cylindrical surface that is continuous over the entire circumference of the body portion 31 .
- the connecting surface 43 may be a conical surface continuous over the entire circumference of the trunk portion 31 or a spherical band continuous over the entire circumference of the trunk portion 31 .
- the connecting surface 43 may be a conical surface in which the inner diameter decreases toward the distal end side, or may be a conical surface in which the inner diameter increases toward the distal end side.
- the tip-facing surface 44 is a conical surface that continues over the entire circumference of the body portion 31 .
- the front end-facing surface 44 may be a surface perpendicular to the axis O that is continuous over the entire circumference of the body portion 31 .
- the corner where the rear end facing surface 42 and the connecting surface 43 are connected is rounded (rounded surface), but instead of being rounded, the corner may be chamfered (angular surface).
- the corner where the tip facing surface 44 and the connecting surface 43 are connected is rounded (rounded surface), but the corner may be chamfered (angular surface) instead of being rounded. Rounding or chamfering of the corner where the rear end facing surface 42 and the connecting surface 43 are connected may be omitted. Rounding or chamfering of the corner where the tip facing surface 44 and the connecting surface 43 are connected may be omitted.
- the trunk portion 31 includes a first surface 45 extending from the front end facing surface 44 toward the front end side, and a second surface 46 extending from the rear end facing surface 42 toward the rear end side.
- the first surface 45 is a cylindrical surface that continues over the entire circumference of the body portion 31 .
- the first surface 45 may be a conical surface that is continuous over the entire circumference of the body portion 31 .
- the first surface 45 is a conical surface, it may be a conical surface in which the inner diameter decreases toward the distal end side, or may be a conical surface in which the inner diameter increases toward the distal end side.
- the second surface 46 is a cylindrical surface that continues over the entire circumference of the body portion 31 .
- the second surface 46 may be a conical surface that continues over the entire circumference of the body portion 31 .
- the second surface 46 is a conical surface, it is preferably a conical surface in which the inner diameter becomes smaller toward the distal end side.
- a packing 41 is interposed between the front end facing surface 15 of the first part 14 and the rear end facing surface 42 of the metallic shell 30 .
- the packing 41 is an annular plate material.
- the material of the packing 41 is a metal such as iron or steel that is softer than the metal material forming the metal shell 30 .
- the first portion 14 includes a third surface 19 facing radially inwardly of the first surface 45 of the body portion 31 and a fourth surface 20 continuing from the rear end of the third surface 19 .
- the fourth surface 20 is adjacent to the distal end side of the distal facing surface 15 .
- a fifth surface 22 is adjacent to the rear end side of the front facing surface 15 .
- the fifth surface 22 is a cylindrical surface continuous over the entire circumference of the first portion 14 .
- the fifth surface 22 may be a conical surface continuous over the entire circumference of the first portion 14 . When the fifth surface 22 is a conical surface, it is preferable that the outer diameter of the fifth surface 22 increases toward the rear end side.
- the third surface 19 is a conical surface that continues over the entire circumference of the first portion 14 .
- the outer diameter of the third surface 19 becomes smaller toward the distal end side.
- the fourth surface 20 is a cylindrical surface continuous over the entire circumference of the first portion 14 .
- the fourth surface 20 may be a conical surface continuous over the entire circumference of the first portion 14 .
- the fourth surface 20 becomes smaller toward the distal end side. 2
- the inclination of the third surface 19 with respect to the axis O (see FIG. 1) is different from the inclination of the fourth surface 20 with respect to the axis O.
- a boundary 21 (corner) appears between the third surface 19 and the fourth surface 20 .
- the position of the boundary 21 is a straight line excluding the roundness and chamfering among the lines indicating the third surface 19 and a straight line excluding the roundness and chamfering among the lines indicating the fourth surface 20. is the position of the intersection of
- the spark plug 10 is manufactured by, for example, the following method. First, the center electrode 17 is inserted into the axial hole 12 of the insulator 11 and arranged so that the tip of the center electrode 17 is exposed from the insulator 11 to the outside. Next, the terminal fitting 18 is inserted into the shaft hole 12 of the insulator 11 to electrically connect the terminal fitting 18 and the center electrode 17 . Next, after placing the packing 41 on the rear end facing surface 42 of the shelf portion 32 of the metal shell 30 , the insulator 11 is inserted into the metal shell 30 so that the tip facing surface 15 of the insulator 11 and the rear end of the metal shell 30 are separated. The packing 41 is sandwiched between the facing surface 42 and the facing surface 42 .
- the caulking portion 38 and the curved portion 36 are formed.
- the portion of the metallic shell 30 from the shelf portion 32 to the crimped portion 38 is axially compressed through the packing 41 and the seal portion 39 to the portion from the tip-facing surface 15 of the insulator 11 to the projecting portion 13 .
- Add load. The insulator 11 is thereby held by the metallic shell 30 .
- the ground electrode 40 is bent to obtain the spark plug 10 .
- FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the metal shell 30 including the axis O.
- FIG. FIG. 3 is a diagram of FIG. 2 with the insulator 11 and the packing 41 removed.
- the shelf portion 32 In a cross section including the axis O, the shelf portion 32 has an angle A (°) formed between the front end facing surface 44 and the first surface 45 and an angle B (°) formed between the rear end facing surface 42 and the second surface 46. There is a relationship A ⁇ 1.15B between them. Angle A ⁇ 90°. Angle B ⁇ 90°.
- the first straight line 48 is a straight line in which the area 49 surrounded by the first straight line 48 and the inner periphery of the trunk portion 31 is equal to the area 50 of the shelf portion 32 cut by the first straight line 48. be.
- An angle A is an angle between the first straight line 48 and the first surface 45 .
- a boundary 47 between the tip-facing surface 44 and the first surface 45 is the intersection of the inner circumference of the barrel 31 and the first straight line 48 .
- the second straight line 52 is a straight line in which an area 53 surrounded by the second straight line 52 and the inner circumference of the body portion 31 is equal to an area 54 of the shelf portion 32 cut by the second straight line 52. be.
- An angle B is an angle between the second straight line 52 and the second surface 46 .
- a boundary 51 between the rear end facing surface 42 and the second surface 46 is the intersection of the inner circumference of the trunk portion 31 and the second straight line 52 .
- the size of the volume of the shelf portion 32 can be secured in a state where the position of the boundary 47 in the axial direction is fixed. Since the force with which the shelf portion 32 starts to be plastically deformed in the axial direction by being pushed by the tip-facing surface 15 of the insulator 11 can be increased, the reaction force of the shelf portion 32 in the axial direction can be increased. Therefore, leakage of combustion gas from between the rear end facing surface 42 of the body portion 31 and the front end facing surface 15 of the first portion 14 can be reduced. As a result, cracks in the insulator 11 due to rapid heating of the insulator 11 by the leaked combustion gas can be reduced.
- the angle B ⁇ 90° it is possible to prevent a sharp portion from forming in the vicinity of the rear end-facing surface 42 of the shelf portion 32 . If there is a sharp portion, the sharp portion of the shelf portion 32 is pushed by the tip-facing surface 15 of the insulator 11, and the load concentrates and the sharp portion is likely to be plastically deformed. If the shelf portion 32 does not have a sharp portion, plastic deformation in the vicinity of the rear end facing surface 42 of the shelf portion 32 can be reduced, so that the reaction force of the shelf portion 32 in the axial direction can be increased.
- the electric field at the tip of the tip-facing surface 44 (the angle where the tip-facing surface 44 and the connecting surface 43 connect) can be made weaker than when the angle A ⁇ 90°. As a result, unintended discharge (so-called back spark) occurring at the tip of the tip-facing surface 44 can be reduced.
- the shelf 32 In order to ensure the reaction force of the shelf 32, the shelf 32 must have a certain size.
- the axial distance L between the boundaries 47 and 51 of the ledge 32 is preferably 1-7 mm.
- the radial length H (the height from the second surface 46 to the connecting surface 43) of the rear end facing surface 42 is preferably 0.1-2.5 mm.
- a boundary 47 between the tip facing surface 44 of the ledge 32 and the first surface 45 of the body 31 is the boundary 21 between the third surface 19 and the fourth surface 20 of the first portion 14 (see FIG. 2). is preferably positioned within a range R within 1 mm in the axial direction with respect to the position of .
- the boundary 47 is positioned within 1 mm of the distal end side of the boundary 21 .
- the boundary 47 may be positioned within 1 mm on the rear end side of the boundary 21 . Thereby, the space between the fourth surface 20 of the first part and the body part 31 can be prevented from becoming wide.
- the combustion gas will enter the space. becomes easier to stay.
- the boundary 47 is arranged within 1 mm of the front end side in the axial direction with respect to the boundary 21, the space between the body portion 31 and the first portion 14 in which the combustion gas stagnate can be reduced. . Since the combustion gas is less likely to stay in the space between the body portion 31 and the first portion 14, the amount of carbon contained in the combustion gas adhering to the first portion 14 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce unintended electric discharge (back spark) caused by the carbon adhering to the first portion 14 .
- the amount of thermal expansion increases.
- the thermal expansion of the body 31 causes the front end facing surface 15 of the insulator 11 and the rear end direction of the metal shell 30 to expand.
- the force applied by the insulator 11 to the shelf portion 32 decreases, and the reaction force of the shelf portion 32 tends to decrease.
- the tendency to improve the decrease in the reaction force of the shelf portion 32 due to the relationship A ⁇ 1.15B is particularly noticeable when the distance D is 24 mm or more.
- the distance D is for example 24-40 mm.
- the tendency to improve the decrease in the reaction force of the shelf portion 32 due to the relationship A ⁇ 1.15B is particularly noticeable when the nominal diameter of the external thread 33 is 12 mm or less.
- the axial distance L between the boundary 47 and the boundary 51 of the shelf 32 is 2.2 mm, the radial length H of the rear end facing surface 42 is 0.6 mm, the boundary 51 of the shelf 32 and the bearing surface 35.
- the axial distance D between was set to 17 mm.
- the angle B (B ⁇ 90°) of the shelf 32 was kept constant, and the value of A/B was changed by changing the size of the angle A.
- the packing 41 is placed on the rear end facing surface 42 of the metal shell 30 , the insulator 11 is inserted into the metal shell 30 , and the packing 41 is placed between the front end facing surface 15 of the insulator 11 and the rear end facing surface 42 of the metal shell 30 . intervened.
- the seal portion 39 is provided between the second portion 16 of the insulator 11 and the metal shell 30 , a constant force in the axial direction is applied to the projecting portion 13 of the insulator 11 through the seal portion 39 by the crimping portion 38 . was added. Various samples were thus obtained.
- the axial distance L between the boundary 47 and the boundary 51 of the shelf 32 was 2.2 mm, the radial length H of the rear end facing surface 42 was 0.6 mm, and the nominal diameter of the male thread 33 was 14 mm. .
- the angle B (B ⁇ 90°) of the shelf 32 was kept constant, and the value of A/B was changed by changing the size of the angle A.
- the case where the crimping portion 38 of the metal shell 30 applies force in the axial direction to the protruding portion 13 of the insulator 11 via the seal portion 39 has been described, but it is not necessarily limited to this. Even when the sealing portion 39 is omitted and the caulking portion 38 of the metallic shell 30 applies force in the axial direction to the protruding portion 13 of the insulator 11, the same effects as in the present embodiment can be achieved.
- spark plug 10 that utilizes arc discharge has been described, but the invention is not necessarily limited to this. It is of course possible to apply the present invention to other spark plugs.
- Other spark plugs include, for example, spark plugs that utilize corona discharge and dielectric barrier discharge.
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- Spark Plugs (AREA)
Abstract
棚部の反力を大きくできるスパークプラグ(10)を提供する。スパークプラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる絶縁体(11)と、絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具(30)と、を備える。主体金具は、絶縁体が直接または他部材(41)を介して接する後端向き面(42)と、後端向き面の先端側に位置する先端向き面(44)と、を含む棚部(32)と、先端向き面から先端側に向かって延びる第1面(45)と、後端向き面から後端側に向かって延びる第2面(46)と、を自身の内周に備える。軸線を含む断面において、先端向き面と第1面とのなす角Aと、後端向き面と第2面とのなす角Bと、の間にA≦1.15Bの関係があり、角A≧90°、角B≧90°である。
Description
本発明はスパークプラグに関するものである。
絶縁体と、絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具と、を備えるスパークプラグにおいて、特許文献1に開示された先行技術では、絶縁体を支持する棚部が、主体金具の内周に設けられている。棚部に直接または他部材を介して絶縁体が密着し、棚部と絶縁体との間からの燃焼ガスの漏洩を低減する。
先行技術において、棚部と絶縁体との間からの燃焼ガスの漏洩をさらに低減するため、絶縁体を押し返す棚部の反力を大きくする技術が要求されている。
本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、棚部の反力を大きくできるスパークプラグを提供することを目的とする。
この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる絶縁体と、絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具と、を備える。主体金具は、絶縁体が直接または他部材を介して接する後端向き面と、後端向き面の先端側に位置する先端向き面と、を含む棚部と、先端向き面から先端側に向かって延びる第1面と、後端向き面から後端側に向かって延びる第2面と、を自身の内周に備える。軸線を含む断面において、先端向き面と第1面とのなす角Aと、後端向き面と第2面とのなす角Bと、の間にA≦1.15Bの関係があり、角A≧90°、角B≧90°である。
第1の態様によれば、軸線を含む断面において、棚部の先端向き面と主体金具の第1面とのなす角Aと、棚部の後端向き面と主体金具の第2面とのなす角Bと、の間にA≦1.15Bの関係があり、角B≧90°である。棚部の体積を確保し、軸線方向に棚部が塑性変形し始める力を大きくできるので、絶縁体を軸線方向に押し返す棚部の反力を大きくできる。さらに角A≧90°なので、角A<90°の場合に比べて先端向き面の先端の電場を弱くできる。これにより先端向き面の先端に生じる意図しない放電(いわゆる奥飛火)を低減できる。
第2の態様によれば、第1の態様において、棚部が設けられた胴部の外周におねじが設けられている。おねじの呼び径が小さいほど、すなわち胴部の外径が小さいほど胴部の厚さは薄くなり棚部は小さい力で塑性変形し始めるので、棚部の反力は低下する傾向がみられる。特におねじの呼び径が12mm以下のときに、第1の態様において棚部の反力の低下を改善する傾向が顕著になる。
第3の態様によれば、第1又は第2の態様において、主体金具の第1面の径方向の内側に絶縁体の第3面が対面し、絶縁体の第4面は第3面の後端に連なる。主体金具の先端向き面と第1面との間の境界は、絶縁体の第3面と第4面との間の境界の位置に対し、軸線方向において1mm以内の範囲に位置する。主体金具と絶縁体との間の、燃焼ガスが滞留する空間を低減できるので、燃焼ガスに含まれるカーボンが絶縁体に付着する量を低減できる。よって絶縁体に付着したカーボンが原因となる意図しない放電(奥飛火)を低減できる。
第4の態様によれば、第1から第3の態様において、棚部が設けられた胴部の外周におねじが設けられている。おねじの外周に張り出す鍔部は、胴部の後端に隣接する座面を含む。主体金具の第2面と後端向き面との間の境界と座面との間の軸線方向の距離が長いほど主体金具の熱膨張量は大きくなるので、主体金具の温度が上がったときに絶縁体が棚部に加える力が低下し、棚部の反力は低下する傾向がみられる。特に距離が24mm以上のときに、第1の態様において棚部の反力の低下を改善する傾向が顕著になる。
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は一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及び図3においても同じ)。図1に示すようにスパークプラグ10は、絶縁体11及び主体金具30を備えている。
絶縁体11は、高温下の絶縁性や機械的特性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体11には、軸線Oに沿って延びる軸孔12が形成されている。絶縁体11は、軸線方向の中央において径方向の外側に張り出す張出部13と、張出部13の先端側に隣接する第1部14と、張出部13の後端側に隣接する第2部16と、を備えている。張出部13は絶縁体11の全周に亘って連続している。
第1部14の外周に先端向き面15が設けられている。本実施形態では、先端向き面15は第1部14の全周に亘って連続する円錐面である。先端向き面15は、第1部14の全周に亘って連続する、軸線Oに垂直な面であっても良い。
絶縁体11の軸孔12の先端側に、中心電極17が配置されている。中心電極17は、絶縁体11に保持される棒状の電極である。中心電極17は、熱伝導性に優れる芯材が母材に埋設されている。母材は、Niを主体とする合金またはNiからなる金属材料で形成されている。芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。芯材は省略できる。
中心電極17は、絶縁体11の軸孔12の中で端子金具18と電気的に接続されている。端子金具18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。
主体金具30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30は、先端側から後端側へ順に、胴部31、鍔部34、湾曲部36、工具係合部37及び加締め部38が連なっている。
胴部31は、内周に棚部32が設けられ、外周におねじ33が設けられている。棚部32は、絶縁体11の先端向き面15の先端側に配置されている。スパークプラグ10は、おねじ33によってエンジン(図示せず)のプラグホールに取り付けられる。おねじ33の呼び径は、例えば6-12mmである。
胴部31の後端に隣接する鍔部34は、座面35を含む。鍔部34の外径は、おねじ33の外径よりも大きい。座面35は先端側を向く円環状の面である。おねじ33がプラグホールのねじに締め付けられたときに、座面35によっておねじ33に軸力が発生する。本実施形態では、座面35は軸線Oに垂直な面である。座面35は、プラグホールの形状に応じ、先端側に向かうにつれて縮径する円錐面であっても良い(いわゆるテーパシートタイプ)。
湾曲部36は鍔部34と工具係合部37とをつなぐ。湾曲部36は、曲げ変形の弾性力によって、鍔部34と工具係合部37とを軸線方向に離す方向の力を発生する。工具係合部37は、プラグホールのねじにおねじ33をねじ込むときに、レンチ等の工具が係合する部位である。加締め部38は、径方向の内側へ向けて屈曲する円環状の部位である。加締め部38は、絶縁体11の張出部13よりも後端側に位置する。絶縁体11の張出部13と加締め部38との間に、タルク等の粉末が充填されたシール部39が、絶縁体11の第2部16の全周に亘って設けられている。
接地電極40は、主体金具30の胴部31に接続された棒状の金属製(例えばニッケル基合金製)の部材である。接地電極40は中心電極17との間に火花ギャップを形成する。
図2は図1のIIで示す部分を拡大したスパークプラグ10の軸線Oを含む部分断面図である。胴部31に設けられた棚部32は、後端向き面42と、後端向き面42の先端側に隣接する接続面43と、接続面43の先端側に隣接し後端向き面42の先端側に位置する先端向き面44と、を含む。本実施形態では、後端向き面42は胴部31の全周に亘って連続する円錐面である。後端向き面42は、胴部31の全周に亘って連続する、軸線Oに垂直な面であっても良い。
接続面43は、胴部31の全周に亘って連続する円筒面である。接続面43は、胴部31の全周に亘って連続する円錐面であっても良いし、胴部31の全周に亘って連続する球帯であっても良い。接続面43が円錐面の場合、先端側へ向かうにつれて内径が小さくなる円錐面であっても良いし、先端側へ向かうにつれて内径が大きくなる円錐面であっても良い。
先端向き面44は、胴部31の全周に亘って連続する円錐面である。先端向き面44は、胴部31の全周に亘って連続する、軸線Oに垂直な面であっても良い。本実施形態では、後端向き面42と接続面43とがつながる角に丸み(丸面)が付されているが、丸みに代えて、角に面取り(角面)を施しても良い。同様に先端向き面44と接続面43とがつながる角に丸み(丸面)が付されているが、丸みに代えて、角に面取り(角面)を施しても良い。後端向き面42と接続面43とがつながる角の丸みや面取りを省略しても良い。先端向き面44と接続面43とがつながる角の丸みや面取りを省略しても良い。
胴部31は、先端向き面44から先端側に向かって延びる第1面45と、後端向き面42から後端側に向かって延びる第2面46と、を含む。第1面45は、胴部31の全周に亘って連続する円筒面である。第1面45は、胴部31の全周に亘って連続する円錐面であっても良い。第1面45が円錐面の場合、先端側へ向かうにつれて内径が小さくなる円錐面であっても良いし、先端側へ向かうにつれて内径が大きくなる円錐面であっても良い。第2面46は、胴部31の全周に亘って連続する円筒面である。第2面46は、胴部31の全周に亘って連続する円錐面であっても良い。第2面46が円錐面の場合、先端側へ向かうにつれて内径が小さくなる円錐面が好ましい。
第1部14の先端向き面15と主体金具30の後端向き面42との間にパッキン41が介在する。パッキン41は円環状の板材である。パッキン41の材料は、主体金具30を構成する金属材料よりも軟質の鉄や鋼などの金属である。
第1部14は、胴部31の第1面45の径方向の内側に対面する第3面19と、第3面19の後端に連なる第4面20と、を含む。第4面20は、先端向き面15の先端側に隣接している。先端向き面15の後端側に第5面22が隣接している。第5面22は、第1部14の全周に亘って連続する円筒面である。第5面22は、第1部14の全周に亘って連続する円錐面であっても良い。第5面22が円錐面の場合、第5面22の外径は、後端側へ向かうにつれて大きい方が好ましい。
第3面19は、第1部14の全周に亘って連続する円錐面である。第3面19の外径は、先端側へ向かうにつれて小さくなる。第4面20は、第1部14の全周に亘って連続する円筒面である。第4面20は、第1部14の全周に亘って連続する円錐面であっても良い。第4面20が円錐面の場合、第4面20の外径は、先端側へ向かうにつれて小さくなる。従って図2において、軸線O(図1参照)に対する第3面19の傾きは、軸線Oに対する第4面20の傾きと異なる。そのため第3面19と第4面20との間に境界21(角)が現出する。角に丸みや面取りが付されている場合、境界21の位置は、第3面19を示す線のうち丸みや面取りを除く直線と第4面20を示す線のうち丸みや面取りを除く直線との交点の位置である。
スパークプラグ10は、例えば以下のような方法によって製造される。まず、中心電極17を絶縁体11の軸孔12に挿入し、中心電極17の先端が絶縁体11から外部に露出するように配置する。次いで、絶縁体11の軸孔12に端子金具18を挿入し、端子金具18と中心電極17とを電気的に接続する。次に、主体金具30の棚部32の後端向き面42にパッキン41を配置した後、主体金具30に絶縁体11を挿入し、絶縁体11の先端向き面15と主体金具30の後端向き面42との間でパッキン41を挟む。
次いで、絶縁体11の第2部16と主体金具30との間にシール部39を設けた後、加締め部38及び湾曲部36を形成する。これにより主体金具30の棚部32から加締め部38までの部分は、絶縁体11の先端向き面15から張出部13までの部分に、パッキン41及びシール部39を介して軸線方向の圧縮荷重を加える。これにより絶縁体11は主体金具30に保持される。次に接地電極40を曲げ加工してスパークプラグ10を得る。
図3は軸線Oを含む主体金具30の部分断面図である。図3は、図2から絶縁体11とパッキン41とを除いた図である。棚部32は、軸線Oを含む断面において、先端向き面44と第1面45とのなす角A(°)と後端向き面42と第2面46とのなす角B(°)との間にA≦1.15Bの関係がある。角A≧90°である。角B≧90°である。
第1の直線48は、第1の直線48と胴部31の内周とに囲まれた面積49と、第1の直線48に切り取られた棚部32の面積50と、が等しくなる直線である。角Aは、第1の直線48と第1面45とのなす角である。先端向き面44と第1面45との間の境界47は、胴部31の内周と第1の直線48との交点である。
第2の直線52は、第2の直線52と胴部31の内周とに囲まれた面積53と、第2の直線52に切り取られた棚部32の面積54と、が等しくなる直線である。角Bは、第2の直線52と第2面46とのなす角である。後端向き面42と第2面46との間の境界51は、胴部31の内周と第2の直線52との交点である。
A≦1.15Bを満たすと、境界47の軸線方向の位置を固定した状態では、棚部32の体積の大きさを確保できる。絶縁体11の先端向き面15に押されて軸線方向に棚部32が塑性変形し始める力を大きくできるので、棚部32の軸線方向の反力を大きくできる。よって胴部31の後端向き面42と第1部14の先端向き面15との間からの燃焼ガスの漏洩を低減できる。その結果、漏洩した燃焼ガスに絶縁体11が急激に加熱されて絶縁体11に生じる割れを低減できる。
角B≧90°なので、棚部32の後端向き面42の付近に尖った部分ができないようにできる。尖った部分があると、絶縁体11の先端向き面15に棚部32の尖った部分が押され、荷重が集中して尖った部分が塑性変形し易くなる。棚部32に尖った部分がないと棚部32の後端向き面42の付近の塑性変形を低減できるので、棚部32の軸線方向の反力を大きくできる。
角A≧90°なので、角A<90°の場合に比べて先端向き面44の先端(先端向き面44と接続面43とがつながる角)の電場を弱くできる。これにより先端向き面44の先端に生じる意図しない放電(いわゆる奥飛火)を低減できる。
A>1.15Bの場合に、境界47の軸線方向の位置を先端側に動かすと、棚部32の体積が小さくならないようにできる。この場合には、境界47の軸線方向の位置が先端側に動いた分だけ先端向き面44と第1部14との間の空間の体積が小さくなる。先端向き面44と第1部14との間の空間に燃焼ガスが滞留し易くなるので、燃焼ガスに含まれるカーボンが第1部14の外周に付着する量が増加するおそれがある。すなわち、境界47の軸線方向の位置を先端側に動かしてA>1.15Bとすると、第1部14の外周に付着したカーボンが原因となる意図しない放電(奥飛火)が増えるおそれがある。よってA≦1.15Bの条件を満たす棚部32が好ましい。
棚部32の反力を確保するために、棚部32はある程度の大きさが必要である。棚部32の境界47と境界51との間の軸線方向の距離Lは1-7mmが好ましい。後端向き面42の径方向の長さH(第2面46から接続面43までの高さ)は0.1-2.5mmが好ましい。
棚部32の先端向き面44と胴部31の第1面45との間の境界47は、第1部14(図2参照)の第3面19と第4面20との間の境界21の位置に対し、軸線方向において1mm以内の範囲Rに位置するのが好ましい。本実施形態では、境界47は境界21に対し先端側の1mm以内に位置する。これにより第1部の第3面19と棚部32との間の空間が狭くならないようにできる。なお、境界47は境界21に対し後端側の1mm以内に位置しても良い。これにより第1部の第4面20と胴部31との間の空間が広くならないようにできる。
第1部の第3面19と棚部32との間の空間が狭くなったり、第1部の第4面20と胴部31との間の空間が広くなったりすると、その空間に燃焼ガスが滞留し易くなる。燃焼ガスの滞留を低減するため、境界21に対し境界47を軸線方向の先端側の1mm以内に配置すると、胴部31と第1部14との間の、燃焼ガスが滞留する空間を低減できる。胴部31と第1部14との間の空間に燃焼ガスが滞留し難くなるので、燃焼ガスに含まれるカーボンが第1部14に付着する量を低減できる。よって第1部14に付着したカーボンが原因となる意図しない放電(奥飛火)を低減できる。
胴部31の第2面46と後端向き面42との間の境界51(図3参照)と座面35(図1参照)との間の軸線方向の距離Dが長いほど胴部31の熱膨張量は大きくなる。スパークプラグ10が取り付けられたエンジン(図示せず)が作動して主体金具30の温度が上がると、胴部31の熱膨張によって、絶縁体11の先端向き面15と主体金具30の後端向き面42との間の距離が長くなり、絶縁体11が棚部32に加える力が低下し、棚部32の反力は低下する傾向がみられる。A≦1.15Bの関係によって棚部32の反力の低下を改善する傾向は、特に距離Dが24mm以上のときに顕著になる。距離Dは例えば24-40mmである。
おねじ33(図1参照)の呼び径は小さいほど、すなわち胴部31の外径が小さいほど胴部31の厚さは薄くなり棚部32は小さい力で塑性変形し始めるので、棚部32の反力は低下する傾向がみられる。A≦1.15Bの関係によって棚部32の反力の低下を改善する傾向は、特におねじ33の呼び径が12mm以下のときに顕著になる。
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
(試験1)
試験者は、実施形態におけるスパークプラグ10のサンプルを作製して、主体金具30の棚部32の角Aと角Bとの関係およびおねじ33の呼び径が、気密性に与える影響を調べる試験を行った。試験者は、おねじ33の呼び径が10mm、12mm、14mmであって、角Aと角Bとの比率A/B=1.15、1.20、1.25となる棚部32を設けた主体金具30と、第1部14の外径が異なる3種類の絶縁体11と、を準備した。棚部32の境界47と境界51との間の軸線方向の距離Lは2.2mm、後端向き面42の径方向の長さHは0.6mm、棚部32の境界51と座面35との間の軸線方向の距離Dは17mmにした。棚部32の角B(B≧90°)は一定にし、角Aの大きさを変えることによりA/Bの値を変えた。
試験者は、実施形態におけるスパークプラグ10のサンプルを作製して、主体金具30の棚部32の角Aと角Bとの関係およびおねじ33の呼び径が、気密性に与える影響を調べる試験を行った。試験者は、おねじ33の呼び径が10mm、12mm、14mmであって、角Aと角Bとの比率A/B=1.15、1.20、1.25となる棚部32を設けた主体金具30と、第1部14の外径が異なる3種類の絶縁体11と、を準備した。棚部32の境界47と境界51との間の軸線方向の距離Lは2.2mm、後端向き面42の径方向の長さHは0.6mm、棚部32の境界51と座面35との間の軸線方向の距離Dは17mmにした。棚部32の角B(B≧90°)は一定にし、角Aの大きさを変えることによりA/Bの値を変えた。
主体金具30の後端向き面42にパッキン41を乗せ、主体金具30に絶縁体11を挿入し、絶縁体11の先端向き面15と主体金具30の後端向き面42との間にパッキン41を介在させた。絶縁体11の第2部16と主体金具30との間にシール部39を設けた後、加締め部38によってシール部39を介して絶縁体11の張出部13に軸線方向の一定の力を加えた。これにより種々のサンプルを得た。
サンプルを150℃の雰囲気に30分間保った後、その状態で主体金具30の胴部31と絶縁体11の第1部14との間に1.8MPaの空気圧を加えて、加締め部38と絶縁体11との間からの空気の漏れ量を測定する気密性試験を行った。空気の漏れ量が毎分1mL以下のものをY、空気の漏れ量が毎分1mLより多いものをNと評価した。結果は表1に記した。
おねじ33の呼び径が10mm及び12mmのサンプルは、A/B=1.15のときに、A/B>1.15のときに比べ、気密性が高くなることがわかった。棚部が絶縁体11を軸線方向に押し返す反力が、A/B>1.15のときよりもA/B=1.15のときの方が大きくなったので、気密性が高くなったと推察される。A/B<1.15のときは、A/B=1.15のときよりも棚部32の体積が大きくなるので、棚部32の反力はさらに大きくなる。従ってA/B≦1.15のときは気密性を満足できることが明らかである。おねじ33の呼び径が12mm以下のときに気密性を高める効果が上がることも明らかになった。
(試験2)
試験者は、実施形態におけるスパークプラグ10のサンプルを作製して、主体金具30の棚部32の角Aと角Bとの関係および棚部32の境界51と座面35との間の距離Dが、気密性に与える影響を調べる試験を行った。試験者は、距離Dが17mm、19mm、22mm、24mm、26mmであって、角Aと角Bとの比率A/B=1.15、1.20、1.25となる棚部32を設けた主体金具30と、先端向き面15と鍔部34との間の距離が異なる5種類の絶縁体11と、を準備した。棚部32の境界47と境界51との間の軸線方向の距離Lは2.2mm、後端向き面42の径方向の長さHは0.6mm、おねじ33の呼び径は14mmにした。棚部32の角B(B≧90°)は一定にし、角Aの大きさを変えることによりA/Bの値を変えた。
試験者は、実施形態におけるスパークプラグ10のサンプルを作製して、主体金具30の棚部32の角Aと角Bとの関係および棚部32の境界51と座面35との間の距離Dが、気密性に与える影響を調べる試験を行った。試験者は、距離Dが17mm、19mm、22mm、24mm、26mmであって、角Aと角Bとの比率A/B=1.15、1.20、1.25となる棚部32を設けた主体金具30と、先端向き面15と鍔部34との間の距離が異なる5種類の絶縁体11と、を準備した。棚部32の境界47と境界51との間の軸線方向の距離Lは2.2mm、後端向き面42の径方向の長さHは0.6mm、おねじ33の呼び径は14mmにした。棚部32の角B(B≧90°)は一定にし、角Aの大きさを変えることによりA/Bの値を変えた。
試験1と同じ方法で種々のサンプルを作製し、試験1と同じ気密性試験を行った。空気の漏れ量が毎分1mL以下のものをY、空気の漏れ量が毎分1mLより多いものをNと評価した。結果は表2に記した。
距離Dが24mm及び26mmのサンプルは、A/B=1.15のときに、A/B>1.15のときに比べ、気密性が高くなることがわかった。棚部が絶縁体11を軸線方向に押し返す反力が、A/B>1.15のときよりもA/B=1.15のときの方が大きくなったので、気密性が高くなったと推察される。A/B<1.15のときは、A/B=1.15のときよりも棚部32の体積が大きくなるので、棚部32の反力はさらに大きくなる。従ってA/B≦1.15のときは気密性を満足できることが明らかである。距離Dが24mm以上のときに気密性を高める効果が上がることも明らかになった。
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。
実施形態では、主体金具30の加締め部38が、シール部39を介して絶縁体11の張出部13に軸線方向の力を加え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。シール部39を省略して、絶縁体11の張出部13に主体金具30の加締め部38が軸線方向の力を加える場合も、本実施形態と同様の作用効果を実現できる。
実施形態では、アーク放電を利用するスパークプラグ10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。他のスパークプラグに本発明を適用することは当然可能である。他のスパークプラグとしては、例えばコロナ放電や誘電体バリア放電を利用するスパークプラグが挙げられる。
実施形態では、パッキン41を介して絶縁体11の先端向き面15に主体金具30の後端向き面42が接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。パッキン41を省略して、絶縁体11の先端向き面15に直接、主体金具30の後端向き面42が接するようにすることは当然可能である。
10 スパークプラグ
11 絶縁体
19 第3面
20 第4面
21 第3面と第4面との間の境界
30 主体金具
31 胴部
32 棚部
33 おねじ
34 鍔部
35 座面
41 パッキン(他部材)
42 後端向き面
44 先端向き面
45 第1面
46 第2面
47 先端向き面と第1面との間の境界
51 第2面と後端向き面との間の境界
O 軸線
11 絶縁体
19 第3面
20 第4面
21 第3面と第4面との間の境界
30 主体金具
31 胴部
32 棚部
33 おねじ
34 鍔部
35 座面
41 パッキン(他部材)
42 後端向き面
44 先端向き面
45 第1面
46 第2面
47 先端向き面と第1面との間の境界
51 第2面と後端向き面との間の境界
O 軸線
Claims (4)
- 先端側から後端側へと軸線に沿って延びる絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される筒状の主体金具と、を備え、
前記主体金具は、前記絶縁体が直接または他部材を介して接する後端向き面と、前記後端向き面の先端側に位置する先端向き面と、を含む棚部と、
前記先端向き面から先端側に向かって延びる第1面と、
前記後端向き面から後端側に向かって延びる第2面と、を自身の内周に備えるスパークプラグであって、
前記軸線を含む断面において、
前記先端向き面と前記第1面とのなす角Aと、前記後端向き面と前記第2面とのなす角Bと、の間にA≦1.15Bの関係があり、前記角A≧90°、前記角B≧90°であるスパークプラグ。 - 前記主体金具は、前記棚部が内周に設けられ外周におねじが設けられた胴部を備え、
前記おねじの呼び径は12mm以下である請求項1記載のスパークプラグ。 - 前記絶縁体は、前記第1面の径方向の内側に対面する第3面と、
前記第3面の後端に連なる第4面と、を備え、
前記先端向き面と前記第1面との間の境界は、前記第3面と前記第4面との間の境界の位置に対し、軸線方向において1mm以内の範囲に位置する請求項1又は2に記載のスパークプラグ。 - 前記主体金具は、前記棚部が内周に設けられ外周におねじが設けられた胴部と、
前記胴部の後端に隣接する座面を含み、前記おねじの外周に張り出す鍔部と、を備え、
前記第2面と前記後端向き面との間の境界と前記座面との間の軸線方向の距離は24mm以上である請求項1から3のいずれかに記載のスパークプラグ。
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