(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の端部に、別部品として製造される放熱部材５を締まりばめにより結合するとともに、放熱部材５の他端を主体金具２の先端２ｄに素材結合する。エンジンの燃焼室にて発生した熱により中心電極４や絶縁体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。【選択図】図２
2010231934.tif 000002
【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、を備えたスパークプラグであって、
前記主体金具の先端面には、自身の内周面が前記絶縁体に締まりばめにより結合されると共に、前記絶縁体が受けた熱を前記主体金具に放熱する筒状の放熱部材の後端面が素材結合されたことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記主体金具の外周面には、ネジ部が形成されており、前記主体金具の硬度が１８０〜５００Ｈｖであり、前記放熱部材の硬度が２５０Ｈｖ未満であり且つ線膨張係数が８〜２０ｐｐｍ／℃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、加締め構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
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又は２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、を備えたスパークプラグであって、
前記主体金具の先端面には、自身の内周面が前記絶縁体に締まりばめにより結合されると共に、前記絶縁体が受けた熱を前記主体金具に放熱する筒状の放熱部材の後端面が素材結合されたことを特徴とするスパークプラグ。
【０００８】
（２）  前記主体金具の外周面には、ネジ部が形成されており、前記主体金具の硬度が１８０〜５００Ｈｖであり、前記放熱部材の硬度が２５０Ｈｖ未満であり且つ線膨張係数が８〜２０ｐｐｍ／℃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、加締め構造であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のスパークプラグ。
【００１０】
（４）  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）又は（２）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、絶縁体に締まりばめにより結合されると共に、主体金具の先端面に素材結合されている。従って、スパークプラグが加熱されても、放熱部材は絶縁体及び主体金具に結合しているので、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、前記（１）の構成によれば、前記放熱部材は前記主体金具と当該主体金具に収容される絶縁体とは別部材となっており、この放熱部材は、前記主体金具に前記絶縁体を組み付けた後、前記絶縁体に締まりばめにより結合されると共に、前記主体金具の先端面に素材結合される。従って、絶縁体に放熱部材を組み付ける際に絶縁体に加わる曲げ応力を低減でき、曲げ応力に起因する絶縁体の破損を防ぐことができる。
【００１３】
前記（２）の構成によれば、前記主体金具の硬度は１８０〜５００Ｈｖの範囲、好ましくは３００〜４５０Ｈｖの範囲に設定される。従って、スパークプラグをエンジンヘッドに螺合させる際に、主体金具の硬度が小さい（１８０Ｈｖ未満）ために、ネジ部の後端側に隣接して形成されたネジ首部が破断したり、或いは、主体金具の硬度が大きい（５００Ｈｖを超える）ために、主体金具を構成する材料の靭性が低下して脆くなり、ネジ首部が衝撃の力に弱くなるといったことを防止できる。
【００１４】
また、放熱部材の硬度が２５０Ｈｖ未満に設定されている。従って、放熱部材が硬すぎることに起因して、放熱部材と絶縁体とを締まりばめ結合する際に、絶縁体に過剰な力が加わって絶縁体が破損したりすることを防止できる。
【００１５】
さらに、放熱部材の線膨張係数が８〜２０ｐｐｍ／℃、好ましくは１０〜１６ｐｐｍ／℃に設定されている。従って、スパークプラグが加熱されたときに、放熱部材の線膨張係数が小さい（８ｐｐｍ／℃未満）ために、放熱部材と絶縁体との締まりばめ結合に緩みが発生して絶縁体から放熱部材への放熱性が低下したり、或いは、放熱部材の線膨張係数が大きい（２０ｐｐｍ／℃を超える）ために、絶縁体に過剰な力が加わって絶縁体が破損したりすることを防止できる。
【００１６】
前記（３）の構成によれば、前記主体金具と前記絶縁体との間の気密性を加締め構造により確保できる。
【００１７】
前記（４）の構成によれば、前記主体金具と前記絶縁体との間の気密性を圧入構造により確保できる。
【発明の効果】
【００１８】
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、絶縁体に締まりばめにより結合され、その後端面が主体金具の先端面に素材結合される。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。
【００１９】
また、放熱部材の締まりばめによる結合によって、主体金具と絶縁体との間の隙間が閉塞されるので、前記主体金具と絶縁体との間に形成される隙間に燃焼ガスが漏洩するのを防止できる。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、燃焼ガスの漏洩を十分に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】（Ａ）はスパークプラグの先端側構成を示す要部の拡大断面図、（Ｂ）は放熱部材の構造を示す一部切り欠き斜視図である。
【図３】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４】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５】（Ａ）はスパークプラグの先端側構成を示す要部の拡大断面図、（Ｂ）は放熱部材の構造を示す一部切り欠き斜視図である。
【図６】（Ａ）はスパークプラグの変形例を示す先端側の拡大断面図、（Ｂ）は放熱部材の変形例を示す一部切り欠き斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
実施形態１
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（Ａ）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２（Ｂ）は放熱部材の形状を示す一部切り欠き斜視図、図３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。
【００２３】
本実施形態に示すスパークプラグ１は、沿面型プラグと呼ばれているものである。
図１に示すように、スパークプラグ１は、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、大径部２ｃの先端側の面である座面２ｆ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。
【００２４】
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の先端部に締まりばめ結合された放熱部材５等により構成されている。
【００２５】
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（ａ）、（ｂ）を参照して詳細に説明する。
【００２６】
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３を参照して詳細に説明する。
【００２７】
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。
【００２８】
主体金具２の硬度が、１８０〜５００Ｈｖの範囲、好ましくは３００〜４５０Ｈｖの範囲に設定されることにより、スパークプラグ１をエンジンヘッドＡに螺合させる際に、主体金具２の硬度が小さい（１８０Ｈｖ未満）ために、ネジ部の後端側に隣接して形成されたネジ首部が破断したり、或いは、主体金具２の硬度が大きい（５００Ｈｖを超える）ために、主体金具２を構成する材料の靭性が低下して脆くなり、ネジ首部が衝撃の力に弱くなるといったことを防止できる。
【００２９】
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２ｃが形成されており、このガスシール部２ｃの前方側にはガスケット６が配設されている。そして、ガスケット６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。
【００３０】
ガスシール部２ｃは軸断面形状が円形であり、ガスシール部２ｃの後方側の工具係合部２ｅ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２ｅ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２ｅの後方側は半径方向内方に加締められるようになっている。
【００３１】
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７が形成され、この貫通孔７の後端側の端部には端子金具８がその後端部８ａを露出した状態で挿入・固定されている。また、端子金具８は、導電性ガラスシール９、抵抗体１１、導電性ガラスシール９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。
【００３２】
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及び図２（Ａ）、（Ｂ）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。
【００３３】
本実施形態にあっては、絶縁体３の先端部に小径部３ｂが形成され、この小径部３ｂが主体金具２の先端面２ｄに対し高さＨだけ突出した構成になっている。そして、小径部３ｂに図２（Ｂ）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。
【００３４】
放熱部材５は、主体金具２や絶縁体３に対し別部材として製造され、主体金具２内に絶縁体３を組み付けた後に、絶縁体３の先端部３ａに締まりばめにより結合されるものである。放熱部材５の高さｈは、主体金具２の下端面２ｄから絶縁体３の先端までの絶縁体３の突出高さＨに対応している。
【００３５】
前記放熱部材５の内周面には段差が形成され、肉薄に形成された大径部５ａと、肉厚に形成された小径部５ｂとを備え、段差部には環状に溝部５ｃが形成されている。圧入による締まりばめを採用する場合、大径部５ａの内径ｄ１は絶縁体３の小径部３ｂの外径寸法ｄ２よりも、わずかに小径に形成されている。また、小径部５ｂの内径ｄ３は、図２（Ａ）に示すように絶縁体３に接触しない寸法に設定されている。
【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。これにより、スパークプラグ１が加熱されたときに、放熱部材５の線膨張係数が小さい（８ｐｐｍ／℃未満）ために、放熱部材５と絶縁体３との締まりばめ結合に緩みが発生して絶縁体３から放熱部材５への放熱性が低下したり、或いは、放熱部材５の線膨張係数が大きい（２０ｐｐｍ／℃を超える）ために、絶縁体３に過剰な力が加わって絶縁体３が破損したりすることを防止できる。
【００３７】
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、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。この圧入時に、溝部５ｃの作用により圧入作業が容易になる。そして、放熱部材５の後端面５ｄが、主体金具２の先端面２ｄに当接した時点で圧入完了になる。なお、放熱部材５の後端面５ｄ及び主体金具２の先端面２ｄは、軸線方向に直交した平坦面となっている。次に、放熱部材５の後端面５ｄと、主体金具２の先端面２ｄとの接触面を素材結合する。素材結合としては、溶接、ろう接が採用され、この素材結合と前記締まりばめ結合により、主体金具２と絶縁体３とが先端部において放熱部材５を介して一体化される。
【００３８】
このように、放熱部材５が、絶縁体３に締まりばめにより結合されると共に、主体金具２の先端面２ｄに素材結合されていることにより、スパークプラグ１が加熱されても、放熱部材５は絶縁体３及び主体金具２に結合しているので、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。
【００３９】
また、放熱部材５は主体金具２と当該主体金具２に収容される絶縁体３とは別部材となっており、この放熱部材５は、主体金具２に絶縁体３を組み付けた後、絶縁体３に締まりばめにより結合されると共に、主体金具２の先端面２ｄに素材結合されることにより、絶縁体３に放熱部材５を組み付ける際に絶縁体３に加わる曲げ応力を低減でき、曲げ応力に起因する絶縁体３の破損を防ぐことができる。
【００４０】
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に伝導される。
【００４１】
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され、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３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。
【００４２】
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。
【００４３】
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１及び図３に示すように、工具係合部２ｅの内側には絶縁体３との間の隙間に環状のリング部材１３，１４が嵌め込まれ、両者の間の隙間にはタルク（滑石）１５が充填されている。また、大径部２ｃの内側には、先端側に向かって内径が漸減した段部１６が形成され、この段部１６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１７が嵌め込まれている。なお、板パッキン１７には、必要に応じて表面に亜鉛メッキが施される。
【００４４】
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、工具係合部２ｅの後端側に形成された加締め部と絶縁体３のとの間は閉塞され、板パッキン１７は段部１６と絶縁体３との間に挟持されて変形し、板パッキン１７が嵌め込まれていた隙間を気密に閉塞する。
【００４５】
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。
【００４６】
実施形態２
次に、図４及び図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、図４はスパークプラグの構成を示す断面図、図５（Ａ）は先端側の構成を示す要部の拡大断面図、図５（Ｂ）は放熱部材の形状を示す一部切り欠き斜視図である。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説明を省略又は簡略化する。
【００４７】
前記実施形態１と本実施形態との相違点は、先端側については放熱部材２１の形状が異なり、後端側については主体金具２に絶縁体３を圧入した構造が異なっている点にある。
【００４８】
先端側の構成について説明すると、図５（Ｂ）に示すように環状の放熱部材２１は肉薄の大径部２１ａ、肉厚の小径部２１ｂ、溝部２１ｃを備えているが、小径部２１ａの上面はテーパ面Ｔに形成されている。このテーパ面の角度は、図５（Ａ）に示すように絶縁体３の先端部に形成されたテーパ面３ｃに合わされている。
【００４９】
そして、前記実施形態１と同様に主体金具２に絶縁体３を圧入した後、絶縁体３の先端部に放熱部材２１を圧入し、放熱部材２１の後端面２１ｄを主体金具２の先端面２ｄに当接させ、接触面をレーザ溶接等により素材結合する。この結果、燃焼室内の温度上昇により中心電極２が熱せられると、その熱は前記同様に絶縁体３から放熱部材２１に伝導され、更に主体金具２に伝導されて放熱される。
【００５０】
本実施形態においても、絶縁体２が受けた熱は半径方向に伝導・放熱される。
【００５１】
次に、後端側について説明すると、主体金具２は取り付け面部Ｂに対向する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。
【００５２】
次に、図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して放熱部材の変形例を説明する。
変形例１
放熱部材３１は、環状で且つ軸線方向後端側に突出した圧入支持部３１ａと、圧入支持部３１ａの先端側に形成され圧入支持部３１ａよりも径大のフランジ部３１ｂとを備えている。また、圧入支持部３１ａの内側の一部にリブ３１ｃが設けられ、外側にもリブ３１ｄが設けられている。各リブ３１ｃ，３１ｄは、放熱部材３１の圧入時に塑性変形することで、放熱部材３１の圧入を円滑かつ確実に行うためのものである。
なお、フランジ部３１ｂの後端面は、主体金具２の先端面２１ｄに当接して素材結合される面になる。
【００５３】
一方、主体金具２の先端部２ａは、図６（Ａ）に示すように絶縁体３の先端に形成された先細り部分の略中間まで延長されている。従って、主体金具２に絶縁体３を圧入した状態で、主体金具２と絶縁体３との間に隙間Ｇが形成され、この隙間Ｇに放熱部材３１の圧入支持部３１ａが圧入される。なお、圧入支持部３１ａのリブ３１ｃ間の内径ｄ１は、絶縁体３の外径ｄ２に対し小径に形成されている。
【００５４】
放熱部材３１を圧入する場合は、前記各実施形態と同様に主体金具２に絶縁体３を圧入した後、別部品として製造された放熱部材３１を圧入する。そして、フランジ部３１ｂの後端面が主体金具２の先端面２ｄに当接するまで圧入し、次いでフランジ部３１ｂと主体金具２との接触面を素材結合する。
【００５５】
この結果、燃焼室内の温度上昇により中心電極４が熱せられると、その熱は前記同様に絶縁体３から放熱部材３１を介して主体金具２に伝導され、主体金具２からエンジンヘッドＡに放熱される。
【００５６】
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、先端側の構成と後端側の構成とは、実施形態１，２の組み合わせに限定されない。
【符号の説明】
【００５７】
１  スパークプラグ
２  主体金具
３  絶縁体
４  中心電極
５，２１，３１  放熱部材
６  パッキン
７  貫通孔
８  端子金具
９  導電性ガラスシール
１１  抵抗体
１３，１４  環状のリング部材
１５  タルク
１６  段部
１７  板パッキン
Ａ  エンジンヘッド
Ｂ  取り付け面部
Ｈ  高さ
【図１】
2010231934.tif 000003
【図２】
2010231934.tif 000004
【図３】
2010231934.tif 000005
【図４】
2010231934.tif 000006
【図５】
2010231934.tif 000007
【図６】
2010231934.tif 000008