(57)【要約】【課題】絶縁体が受けた熱を効率良く主体金具に放熱し得るように構成したスパークプラグを提供すること。【解決手段】スパークプラグ１を構成する絶縁体３に放熱部材５を締まりばめにより結合するとともに、放熱部材５の後端面を主体金具２の棚部２ｅに圧接する。また、主体金具２の内周面に締まりばめにより支持部材を結合し、その後端面６ａを放熱部材５の先端面５ｂに圧接させて支持する。エンジンの燃焼室にて発生した熱により絶縁体３が加熱されると、絶縁体３が受けた熱は放熱部材５を介して主体金具２に伝導されて主体金具２から放熱される。放熱部材５は支持部材６により軸方向に支持されているので、加熱や振動等の環境変化により緩んだり圧接不良にならず、放熱作用が継続的に安定して行われる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延在する中心電極と、
自身の先端側にて前記中心電極を保持する筒状の絶縁体と、
前記絶縁体との間の気密を保持しつつ、前記絶縁体の一部を収容する筒状の主体金具と、
前記中心電極との間に火花放電間隙を形成するように配置された接地電極と、
前記絶縁体のうち前記主体金具との気密保持部よりも前記軸線方向先端側の部位に締まりばめにより結合され、前記絶縁体と前記主体金具との間を連絡して放熱経路を形成する放熱部材と、を備えたスパークプラグであって、
前記主体金具は、その内周面から半径方向内方に張り出すとともに、前記軸線方向先端側に前記半径方向と略平行な平坦面を有する棚部を有し、
前記主体金具の前記内周面には、前記放熱部材の後端側の面を前記棚部の前記平坦面に接触させた状態で前記放熱部材を前記軸線方向に支持する支持部材が、締まりばめにより結合されたことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記主体金具と前記絶縁体との間の気密保持部は、加締め構造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。
【請求項３】
前記主体金具と前記絶縁体との間の気密保持部は、圧入構造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。
【請求項４】
前記絶縁体と前記放熱部材との間の摩擦力よりも、前記主体金具と前記支持部材との間の摩擦力が大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スパークプラグについては、エンジンヘッドに取り付けられた際の占有容積の低減が求められている。この要求を満たすため、スパークプラグの外形を小径化したり、外周面にあるネジ部の軸方向長さを長くして、エンジンヘッドにおけるスパークプラグの占有容積を低減する等の対策が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７８０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スパークプラグにおける外形の小径化を図る場合、耐電圧性能を維持するために絶縁体の肉厚はある程度確保する必要があることから、主体金具を薄肉化することが考えられる。しかしながら、単に主体金具の肉厚を薄くすると、主体金具の機械的強度が低下するために、スパークプラグをエンジンヘッドに取り付けた際、主体金具の特にネジ部に隣接するネジ首部が従来のスパークプラグに比べて軸方向に伸び易い傾向にある。このため、絶縁体の先端部に形成された段部と主体金具の内周面に形成された端部とのパッキンを介した圧接状態が緩み、絶縁体から主体金具への熱の伝導が悪くなることが予想される。
【０００５】
また、絶縁体の先端部の段部を主体金具の棚部にパッキンを介して支持した状態で、主体金具の後端側を加締めることによって主体金具内に絶縁体を保持する構造のスパークプラグにおいては、エンジンヘッドへの取り付け用ネジ部の軸方向長さが長くなることに伴い、絶縁体先端部の段部と主体金具の棚部との圧接部と、主体金具と絶縁体との加締め部の間の距離が長くなる傾向にある。このような構造のスパークプラグが燃焼ガスに晒されることによって加熱された場合、一般的に、主体金具の線膨張係数は絶縁体の線膨張係数よりも３ｐｐｍ／℃以上大きいことから、主体金具が絶縁体よりも大きく熱膨張することとなる。このため、ネジ部の軸方向長さが長いスパークプラグにおいても、絶縁体先端部の段部と主体金具の棚部とのパッキンを介した圧接状態が緩み、絶縁体から主体金具への熱の伝導が悪くなることが予想される。
【０００６】
本発明の目的は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は絶縁体が受けた熱を効率良く主体金具に放熱し得るように構成したスパークプラグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  軸線方向に延在する中心電極と、
自身の先端側にて前記中心電極を保持する筒状の絶縁体と、
前記絶縁体との間の気密を保持しつつ、前記絶縁体の一部を収容する筒状の主体金具と、
前記中心電極との間に火花放電間隙を形成するように配置された接地電極と、
前記絶縁体のうち前記主体金具との気密保持部よりも前記軸線方向先端側の部位に締まりばめにより結合され、前記絶縁体と前記主体金具との間を連絡して放熱経路を形成する放熱部材と、を備えたスパークプラグであって、
前記主体金具は、その内周面から半径方向内方に張り出すとともに、前記軸線方向先端側に前記半径方向と略平行な平坦面を有する棚部を有し、
前記主体金具の前記内周面には、前記放熱部材の後端側の面を前記棚部の前記平坦面に接触させた状態で前記放熱部材を前記軸線方向に支持する支持部材が、締まりばめにより結合されたことを特徴とするスパークプラグ。
【０００８】
（２）  前記主体金具と前記絶縁体との間の気密保持部は、加締め構造であることを特徴とする前記（１）に記載のスパークプラグ。
【０００９】
（３）  前記主体金具と前記絶縁体との間の気密保持部は、圧入構造であることを特徴とする前記（１）に記載のスパークプラグ。
【００１０】
（４）  前記絶縁体と前記放熱部材との間の摩擦力よりも、前記主体金具と前記支持部材との間の摩擦力が大きいことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【００１１】
前記（１）の構成によれば、放熱部材は、締まりばめにより絶縁体に結合されるとともに、支持部材によって主体金具の棚部に接触した状態で軸方向に支持されている。また、支持部材は主体金具に締まりばめにより結合されている。このため、スパークプラグが加熱されても、放熱部材と主体金具の棚部との圧接状態を維持することができるので、絶縁体が受けた熱を放熱部材を介して効率良く主体金具に放熱することができる。
【００１２】
また、放熱部材は主体金具の棚部のうち半径方向と略平行な平坦面に支持されているので、支持部材を圧入したときに放熱部材が半径方向内方への力を受けて縮径することがない。棚部の先端側の面が後端側に向けて小径となるテーパ面であった場合には、支持部材を圧入して放熱部材をテーパ面に押圧すると、放熱部材が半径方向内方への力を受けて縮径し、絶縁体の締まり割れが起こるおそれがある。しかし、放熱部材は棚部の半径方向と略平行な平坦面に支持されているので、上記のようなおそれがなく、棚部に起因する絶縁体の破損を防止することができる。
【００１３】
前記（２）の構成によれば、主体金具と絶縁体との間の気密性を加締め構造により確保することができる。
【００１４】
前記（３）の構成によれば、主体金具と絶縁体との間の気密性を圧入構造により確保することができる。
【００１５】
前記（４）の構成によれば、絶縁体と放熱部材との間の摩擦力よりも、主体金具と支持部材との間の摩擦力が大きく設定されているので、スパークプラグが加熱等されて、絶縁体が主体金具に対して軸線方向に伸縮したとき、絶縁体と放熱部材の間で軸線方向の変位が発生し、主体金具と支持部材との間では変位は発生しない。このため、放熱部材と主体金具の棚部との圧接状態は維持されることとなる。なお、絶縁体と放熱部材とは締まりばめにより結合されているため、絶縁体と放熱部材との間で軸線方向の変位が発生しても、絶縁体から放熱部材への放熱性は変化しない。従って、絶縁体が主体金具に対して軸線方向に伸縮しても、絶縁体が受けた熱を放熱部材を介して効率良く主体金具に放熱することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるスパークプラグの構造によれば、放熱部材は、締まりばめにより絶縁体に結合されると共に、支持部材によって主体金具の棚部に接触した状態で軸線方向に支持されている。また、支持部材は主体金具に締まりばめにより結合されている。従って、スパークプラグが加熱されて絶縁体が受けた熱を、放熱部材を介して効率良く主体金具に放熱することができる。
【００１７】
また、主体金具と絶縁体との間の気密性を、加締め構造または圧入構造によって確保しており、燃焼ガスの漏洩を防止することができる。
【００１８】
更に、絶縁体と放熱部材との間の摩擦力よりも、主体金具と支持部材との間の摩擦力が大きく設定されているので、絶縁体が主体金具に対して軸線方向に伸縮しても、放熱部材と主体金具の棚部との圧接状態は維持されて、放熱部材と主体金具の棚部との圧接状態が緩むことがない。従って、放熱部材を介した絶縁体から主体金具への放熱が安定して行われることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るスパークプラグの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】スパークプラグの先端側構成を示す要部の拡大断面図である。
【図３】放熱部材及び支持部材の構造を示す一部切り欠き斜視図である。
【図４】スパークプラグの後端側構成を示す要部の拡大断面図である。
【図５】本発明に係るスパークプラグの第２実施形態を示す断面図である。
【図６】スパークプラグの後端側構成を示す要部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るスパークプラグの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
第１実施形態
図１は本発明に係るスパープラグの全体構成を示す断面図、図２はスパークプラグの先端側の要部構成を示す拡大断面図、図３は放熱部材及び支持部材の形状を示す一部切り欠き斜視図、図４はスパークプラグの後端側の要部構成を示す拡大断面図である。
【００２２】
本第１実施形態に示すスパークプラグ１は、図１に示すように、エンジンヘッドＡに取付けられている。そして、スパークプラグ１は、ガスシール部２３の先端側の面である座面２０を、エンジンヘッドＡの取り付け面部Ｂに向けて取り付けられている。なお、本明細書の説明において、この取り付け面部Ｂに対し図１の上側を後端側、下側を先端側とする。
【００２３】
スパークプラグ１は、筒状の主体金具２と、この主体金具２に嵌め込まれ、主体金具２の先端部２ａから自身の先端部３ａが露出された筒状の絶縁体３と、この絶縁体３の先端部３ａから自身の先端部４ａが露出されるようにこの絶縁体３内に配置された中心電極４と、絶縁体３に締まりばめ結合された放熱部材５と、絶縁体３と主体金具２との間に形成された隙間Ｅから主体金具２の内周面に締まりばめ結合されて放熱部材５を軸方向に支持する支持部材６と、主体金具２の先端部２ａに固着された接地電極１４等により構成されている。
【００２４】
なお、中心電極４、放熱部材５を含むスパークプラグ１の先端側構成については、後に図２及び図３を参照して詳細に説明する。
【００２５】
また、主体金具２と絶縁体３との固定構造については、後に図４を参照して詳細に説明する。
【００２６】
前記主体金具２は炭素鋼等で構成されており、必要に応じて表面に亜鉛メッキが施される。主体金具２の硬度は、１８０〜５００Ｈｖの範囲、好ましくは３００〜４５０Ｈｖの範囲に設定される。主体金具２の先端側の外周面２ｂには不図示の雄ネジが形成され、エンジンヘッドＡに開口した取付け孔の内周面ａには雌ネジが形成され、両者を螺合することによりエンジンヘッドＡにスパークプラグ１が固定されるようになっている。
【００２７】
主体金具２の後方側には、半径方向外側に突出したガスシール部２３が形成されており、このガスシール部２３の前方側にはガスケット７が配設されている。そして、ガスケット７と接触するエンジンヘッドＡの接触面が取り付け面部Ｂになる。
【００２８】
ガスシール部２３は軸断面形状が円形であり、ガスシール部２３の後方側の工具係合部２５は軸断面形状が六角形であり、スパークプラグ１をエンジンヘッドＡに固定する際に、工具係合部２５に取り付け用工具を係合してスパークプラグ１をエンジンヘッドＡに螺合するようになっている。工具係合部２５の後方側には圧入部２ｇが形成されている。
【００２９】
絶縁体３は、アルミナ等のセラミックス焼成体により構成され、その内部には軸方向に貫通孔８が形成され、この貫通孔８の後端側の端部には端子金具９がその後端部９ａを露出した状態で挿入・固定されている。また、端子金具９の先端側は、導電性ガラスシール１１ａ、抵抗体１２、導電性ガラスシール１１ｂを介して前記中心電極４に電気的に接続されている。
中心電極４内には、銅製の芯４ｂが設けられている。
【００３０】
以上にスパークプラグ１の全体構造を説明したが、次に図１〜図３を参照してスパークプラグ１の先端側の構成について説明する。
【００３１】
図２に示すように、絶縁体３の先端部に小径部３ｂが形成され、この小径部３ｂの外周面と主体金具２の先端部に形成した開口部２ｄの内周面との間に前記隙間Ｅが構成される。なお、絶縁体３の小径部３ｂは、一部にテーパ面を形成することにより概略先細り形状になっているが、前記放熱部材５の締まりばめ結合位置はテーパ面に形成されていない。そして、小径部３ｂに図２及び図３に示した環状の放熱部材５が締まりばめにより結合される。締まりばめとしては、圧入、焼きばめ、冷やしばめを採用することができる。
【００３２】
放熱部材５及び支持部材６は、主体金具２や絶縁体３に対し別部材として製造されるものであり、放熱部材５及び支持部材６の何れも図３に示すように環状に形成されている。そして、放熱部材５の内径ｄ１と、絶縁体３の放熱部材５の締まりばめ係合位置における外径ｄ１１とはｄ１＜ｄ１１に形成され、この径差により放熱部材５を絶縁体３に締まりばめ、例えば圧入により結合するようになっている。
【００３３】
支持部材６は、図３に示すように環状に形成され、その外径ｄ２と主体金具２の内径ｄ２２とはｄ２＞ｄ２２に形成され、この径差により支持部材６を主体金具２に締まりばめ、例えば圧入により結合するようになっている。
【００３４】
なお、支持部材６は、主体金具２と同じ材料で構成されることが好ましい。支持部材６と主体金具２とを同じ材料とすれば、線膨張係数が同じであるため、スパークプラグ１が加熱されたときでも、支持部材６と主体金具２との径差による結合力は維持されることとなる。
【００３５】
また、放熱部材５の外径ｄ２１と、主体金具２の内径ｄ２２とはｄ２１＜ｄ２２に形成され、この径差により放熱部材５の外周面と主体金具２の内周面との間に隙間ｅ１が形成される。更に、支持部材６の内径ｄ３１と、絶縁体３の外径ｄ１１とはｄ３１＞ｄ１１に形成され、この径差により絶縁体３の外周面と支持部材６の内周面との間に隙間ｅ２が形成される。
【００３６】
なお、放熱部材５は、硬度が２５０Ｈｖ未満、且つ線膨張係数が８〜２０ｐｐｍ／℃の範囲、好ましくは１０〜１６ｐｐｍ／℃の範囲の金属を用いて製造される。
【００３７】
前記絶縁体３に放熱部材５を締まりばめ、例えば圧入により結合する場合は、主体金具２に絶縁体３を組み付けた後、図２に示した隙間Ｅから絶縁体３の小径部３ｂに放熱部材５を嵌合し、そのまま圧入する。そして、放熱部材５の後端部５ａが、主体金具２に形成された棚部２ｅに当接して圧入不可になった時点で圧入を停止する。ここで、棚部２ｅの先端側の面は半径方向と略平行な平坦面に形成されている。
【００３８】
次に、隙間Ｅから支持部材６を圧入するのであるが、支持部材６の後端部６ａが、先に圧入されていた放熱部材５の先端部５ｂに当接して圧入不可になった時点で圧入を停止する。
【００３９】
前記のように隙間Ｅから放熱部材５、支持部材６を圧入することにより、放熱部材５の内周面が絶縁体３の外周面に圧接するとともに、後端部５ａが主体金具２の棚部２ｅに圧接するようになる。また、支持部材６の外周面が主体金具２の内周面に圧接するとともに、後端部６ａが放熱部材５の先端部５ｂに圧接するようになる。
【００４０】
このように、放熱部材５が、締まりばめにより絶縁体３に結合されるとともに、支持部材６によって主体金具２の棚部２ｅに接触した状態で軸方向に支持されて、また、支持部材６が主体金具２に締まりばめにより結合されることにより、スパークプラグ１が加熱されても、放熱部材５と主体金具２の棚部２ｅとの圧接状態を維持することができるので、絶縁体３が受けた熱を放熱部材５を介して効率良く主体金具２に放熱することができる。
【００４１】
また、放熱部材５は主体金具２の棚部２ｅのうち半径方向と略平行な平坦面に支持されているので、支持部材６を圧入したときに放熱部材５が半径方向内方への力を受けて縮径することがない。棚部２ｅの先端側の面が後端側に向けて小径となるテーパ面であった場合には、支持部材６を圧入して放熱部材５をテーパ面に押圧すると、放熱部材５が半径方向内方への力を受けて縮径し、絶縁体３の締まり割れが起こるおそれがある。しかし、放熱部材５は棚部２ｅの半径方向と略平行な平坦面に支持されているので、上記のようなおそれがなく、棚部２ｅに起因する絶縁体３の破損を防止することができる。
【００４２】
そして、放熱部材５と絶縁体３との摩擦力（圧接している力）をＦ１、支持部材６と主体金具２との摩擦力（圧接している力）をＦ２とすると、Ｆ１＜Ｆ２の関係に設定されているので、放熱部材５は常に支持部材６により支持されていることになり、放熱部材５と棚部２ｅとの圧接状態が緩むことを防止できる。
【００４３】
すなわち、絶縁体３と放熱部材５との間の摩擦力Ｆ１よりも、主体金具２と支持部材６との間の摩擦力Ｆ２が大きく設定されているので、スパークプラグ１が加熱等されて、絶縁体３が主体金具２に対して軸線方向に伸縮したとき、絶縁体３と放熱部材５の間で軸線方向の変位が発生し、主体金具２と支持部材６との間では変位は発生しない。このため、放熱部材５と主体金具２の棚部２ｅとの圧接状態は維持されることとなる。従って、絶縁体３が主体金具２に対して軸線方向に伸縮しても、絶縁体３が受けた熱を放熱部材５を介して効率良く主体金具２に放熱することができる。
【００４４】
ここで、Ｆ１＜Ｆ２の関係にするためには、絶縁体３と放熱部材５との締まりばめ部における軸線方向長さをＬ１とし、支持部材６と主体金具２との締まりばめ部における軸線方向長さをＬ２としたとき（図２参照）、Ｌ２をＬ１よりも大きくして、絶縁体３と放熱部材５との接触面積よりも支持部材６と主体金具２との接触面積を大きくすることで実現する方法が挙げられる。
【００４５】
次に、放熱部材５による熱伝導及び放熱作用について説明する。
エンジン駆動により燃焼室内の温度が上昇すると、この温度上昇にともなって中心電極４、絶縁体３の端部温度が上昇する。この熱は絶縁体３と放熱部材５との圧接面全体を介して放熱部材５に伝導され、放熱部材５を介して主体金具２に直に伝導されたり、支持部材６を介して主体金具２に伝導される。
【００４６】
即ち、絶縁体３等の熱は、放熱部材５を介して半径方向に放熱される。そして、放熱部材５は、主体金具２や絶縁体３とは別部品として製造し、前記のように圧入により組み付けられているので、各部材のクリアランスの影響で絶縁体に曲げ応力が発生して破壊される等の事故を防ぐことができる。
【００４７】
主体金具２の先端側の外周面は、図１に示したように広範囲にわたってエンジンヘッドＡに螺合している。従って、主体金具２に伝導された熱は、主体金具２からエンジンヘッドＡに効率よく放熱され、中心電極４や絶縁体３の過熱はもとより、過熱に起因する諸問題を解消できる。
【００４８】
次に、前記スパークプラグ１の後端側の構成について説明する。
図４に示すように、主体金具２は取り付け面部Ｂの真上の部分が最も肉厚に形成され、後端に向けて段差状に肉薄に形成されている。前記主体金具２の構成によれば、主体金具２が筒状であるから、その内部に絶縁体３を圧入すると主体金具２の後端側の内周面全体が絶縁体３の外周面に圧接し、両者の間が気密状態になる。
【００４９】
第２実施形態
次に、図５及び図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、図５はスパークプラグの全体構成を示す断面図、図６は後端側の構成を示す要部の拡大断面図である。また、前記第１実施形態と同様の作用をなす部材については同一の符号を付して重複説明を省略又は簡略化する。
【００５０】
本第２実施形態は、後端側の構成に関するものであり、先端側については前記第１実施形態と同一構成であってよい。
【００５１】
主体金具２を構成する大径部２ｆの内側には、絶縁体３との間に隙間ｅが形成され、この隙間ｅには環状のリング部材１５，１６が嵌め込まれるとともに、タルク（滑石）１７が充填されている。また、ガスシール部２３の内側には、先端側に向かって内径が漸減した棚部１８が形成され、この棚部１８と絶縁体３との間に形成された斜面状の隙間には円環状の板パッキン１９が嵌め込まれている。なお、板パッキン１９には、必要に応じて表面に亜鉛メッキが施される。
【００５２】
スパークプラグ１の製造工程では、主体金具２の後端部が半径方向内側に加締められる。この結果、大径部２ｆの後端と絶縁体３との間は閉塞され、板パッキン１９は棚部１８と絶縁体３との間に挟持されて変形し、板パッキン１９が嵌め込まれていた隙間を気密に閉塞する。
【００５３】
この結果、主体金具２と絶縁体３との間の気密性を向上させることができ、燃焼ガスの漏洩を防止できる。
【００５４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、放熱部材５は横断面Ｌ字状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  スパークプラグ
２  主体金具
３  絶縁体
４  中心電極
５  放熱部材
６  支持部材
７  ガスケット
８  貫通孔
９  端子金具
１１ａ，１１ｂ  導電性ガラスシール
１２  抵抗体
１５，１６  環状のリング部材
１７  タルク
１８  棚部
１９  板パッキン
Ａ  エンジンヘッド
Ｂ  取り付け面部
Ｅ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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