(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
を有するスパークプラグであって、
前記絶縁体は自身の先端部に、前記中心電極から径方向外側に向けて開口する溝を一つ以上有し、
前記絶縁体の先端から前記溝の底部までの部分における前記溝部分の空間が占める体積の合計が、前記絶縁体の先端から前記溝の底部までの部分における前記絶縁体の体積に対して１／９以上１以下である
ことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
請求項１記載のスパークプラグであって、
前記中心電極は、当該中心電極の先端側が小径となる段部を有し、前記絶縁体の先端から前記段部までの距離ｂが、前記絶縁体の後端側をプラス方向として、
０≦ｂ≦１．０ｍｍである
ことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項３】
請求項２記載のスパークプラグであって、
前記段部と前記溝の底部との間の前記軸線方向に沿った長さＨが、
Ｈ≦０．２５ｍｍである
ことを特徴とするスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に用いられるスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用エンジンなどの内燃機関に取り付けられ、内燃機関の点火に利用されるスパークプラグが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、プラズマ式点火装置において、着火性向上のため、中心電極を収容する絶縁体に溝を形成し、この溝を介して中心電極と接地電極との間で放電が発生するようにしたプラズマ式点火装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７０２８３８号公報
【特許文献２】特開２００８−３１１０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなスパークプラグでは、絶縁体にカーボン等が付着する汚損によって絶縁抵抗値が低下すると、放電が中心電極と接地電極との間の正規ギャップではなくハウジングの内側に横飛びし、正常燃焼できずエンジン性能が低下する虞がある。このため、耐汚損性を向上させて放電の横飛び等を抑制できるようにすることが望ましい。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであって、耐汚損性を向上させて放電の横飛び等が発生することを抑制することのできるスパークプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスパークプラグの一態様は、軸線方向に延びる中心電極と、前記中心電極の外周に設けられた筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
を有するスパークプラグであって、前記絶縁体は自身の先端部に、前記中心電極から径方向外側に向けて開口する溝を一つ以上有し、前記絶縁体の先端から前記溝の底部までの部分における前記溝部分の空間が占める体積の合計が、前記絶縁体の先端から前記溝の底部までの部分における前記絶縁体の体積に対して１／９以上１以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明のスパークプラグでは、絶縁体の先端部に溝が形成され、絶縁体の先端部の体積が、溝が無い場合に比べて少なくなっている。これによって絶縁体の先端部の温度が高くなり、カーボン等が燃焼し易くなるため、耐汚損性を向上させることができる。この溝を設けることによって減少する絶縁体の先端部の体積は、少なすぎると耐汚損性の向上効果が十分でない。このため、絶縁体の先端から溝の底部までの部分における溝部分の空間が占める体積の合計が、絶縁体の先端から溝の底部までの部分における絶縁体の体積に対して１／９以上とすることが好ましい。また、溝を設けることによって減少する絶縁体の先端部の体積が多くなり過ぎると高温となる部分の体積が少なくなってしまい耐汚損性の向上効果が十分でなくなるため、絶縁体の先端から溝の底部までの部分における溝部分の空間が占める体積の合計が、絶縁体の先端から溝の底部までの部分における絶縁体の体積に対して１以下とすることが好ましい。また、溝を有することによって、絶縁体の先端部にエッジが増え微小放電が生じ易くなるので、微小放電によるカーボン等の燃焼も促進され、これによってさらに耐汚損性を向上させることができる。
【０００９】
上記のスパークプラグでは、前記中心電極は、当該中心電極の先端側が小径となる段部を有し、前記絶縁体の先端から前記段部までの距離ｂが、前記絶縁体の後端側をプラス方向として、０≦ｂ≦１．０ｍｍである構成とすることができる。このような構成とすることによって、絶縁体の先端部の温度を高め、耐汚損性を向上させることができるとともに、耐熱性を確保することができる。
【００１０】
また、この場合、前記段部と前記溝の底部との間の前記軸線方向に沿った長さＨが、
Ｈ≦０．２５ｍｍ
である構成とすることが好ましい。このような構成とすることによって、より耐汚損性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、耐汚損性を向上させて放電の横飛び等が発生することを抑制することのできるスパークプラグを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパークプラグの全体概略構成を示す図。
【図２】図１のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。
【図３】変形例のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態にかかるスパークプラグ１００の全体概略構成を示す図であり、図２はスパークプラグ１００の要部構成を拡大して示す図である。以下、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。
【００１５】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、低炭素鋼等の金属により構成され、軸線Ｏ方向に延びる円筒状の主体金具５０を具備している。この主体金具５０の内側には、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され先端部１１が主体金具５０の端面から突出する形で配置された絶縁碍子（絶縁体）１０が支持されている。
【００１６】
この絶縁碍子１０の軸孔１２内には、先端部２２が絶縁碍子１０の端面から突出するように中心電極２０が配置されている。中心電極２０は、インコネル６００、インコネル６０１（いずれも登録商標）等のニッケル系合金等からなる電極母材の中心部に、放熱促進のための銅、あるいは銅合金などで構成された芯材２３が埋設された棒状の電極である。
【００１７】
中心電極２０は、絶縁碍子１０の脚長部１３が形成された部分の軸孔１２内に保持されている。また中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール体４および抵抗体３を経由して、後端側胴部１８が形成された部分の軸孔１２内に保持される接続端子４０に電気的に接続されている。接続端子４０の後端部４１は絶縁碍子１０の後端より露出され、この後端部４１に、プラグキャップ（図示せず。）を介して高圧ケーブル（図示せず。）が接続され、高電圧が印加されるようになっている。
【００１８】
絶縁碍子１０は、アルミナ等を焼成して形成され、軸線Ｏ方向に軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、これより後端側には後端側胴部１８が形成されている。また、鍔部１９より先端側には先端側胴部１７と、その先端側胴部１７に連続する脚長部１３とが形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径されている。この絶縁碍子１０の先端部には、図２に示すように、一又は複数の溝１４が形成されている。この溝１４の詳細な構成については、後述する。
【００１９】
図１に示すように、主体金具５０は、絶縁碍子１０の鍔部１９近傍の後端側胴部１８から、鍔部１９、先端側胴部１７および脚長部１３を取り囲むようにして絶縁碍子１０を保持している。主体金具５０は低炭素鋼材で形成され、六角レンチ等の工具を係合するための工具係合部５１と、内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するためのねじ部５２とを備えている。
【００２０】
また、主体金具５０の工具係合部５１と絶縁碍子１０後端側胴部１８との間には環状のリング部材６，７が配設されており、更に両リング部材６，７の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。工具係合部５１の後端側には、かしめ部５３が形成されており、このかしめ部５３をかしめることにより、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周に形成された段部５６に、絶縁碍子１０の先端側胴部１７と脚長部１３との間の段部１５が板パッキン８０を介して支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密は板パッキン８０によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、主体金具５０の中央部には鍔部５４が形成されており、鍔部５４とねじ部５２との間のねじ首部５５には、燃焼室のガス抜けを防止するガスケット５が嵌挿されている。
【００２１】
主体金具５０の先端部には、外側電極（接地電極）３０が溶接により固着されている。外側電極３０は、前述したインコネル６００（商標名）、インコネル６０１（商標名）等によって構成されている。この外側電極３０は、自身の長手方向と直交する横断面が略長方形であり、屈曲された角棒状の外形を呈している。そして、角棒状の基端側の基部３２が、主体金具５０の軸線方向先端側の先端面５７に溶接されている。一方、この接地電極３０の基部３２とは反対側の先端部３１は、中心電極２０の先端部２２に対向するよう屈曲されている。そして、中心電極２０の先端部２２と、接地電極３０の先端部３１との対向部分との間に火花放電ギャップが形成されている。
【００２２】
本実施形態のスパークプラグ１００では、図２（ａ）に示すように、絶縁碍子１０の先端部に、中心電極２０から径方向外側に向けて開口する複数（図２（ａ）に示す例では４つ）の溝１４が形成されている。なお、図３には上記の溝１４を８つ設けた場合の構成例を示してある。溝１４の数は、１以上幾つであってもよい。
【００２３】
また、図２（ｂ）に示すように、中心電極２０の先端部２２には、先端側（図２（ｂ）中上側）が径小となる段部２１が形成されており、この段部２１より先端側では、中心電極２０の外側面と絶縁碍子１０の内側面との間に間隙２５が形成されている。このように中心電極２０と絶縁碍子１０との間に間隙２５を設けることによって微小放電が発生し易くなり、耐汚損性を向上させることができる。
【００２４】
図２（ｂ）に示す、符号ａは主体金具５０の先端部（先端面）から絶縁碍子１０の先端部（先端面）までの距離（絶縁体位置）、符号ｂは絶縁碍子１０の先端部（先端面）から段部２１までの距離（段部位置）、符号ｃは絶縁碍子１０の厚み、符号Ｈ１は絶縁碍子１０の先端部（先端面）と溝１４の底部との間の軸線方向に沿った長さ（溝深さ）、符号Ｈは段部２１と溝１４の底部との間の軸線方向に沿った長さ（溝深さ）を示している。また、図２（ａ）に示す符号Ｗは、溝１４の幅を示している。
【００２５】
本実施形態のスパークプラグ１００において、絶縁碍子１０の先端から溝１４の底部までの部分における溝１４部分の空間が占める体積の合計が、絶縁碍子１０の先端から溝１４の底部までの部分における絶縁碍子１０の体積に対して１／９以上１以下の範囲となっている。
【００２６】
換言すれば、溝１４が無い場合の絶縁碍子１０の先端から長さＨ１の部分までの体積が、溝１４を設けることによって、１０％以上５０％以下減少した状態となっている。このような絶縁碍子１０の先端部分の体積の減少によって、絶縁碍子１０の先端部分の温度が高くなり、カーボン等が燃焼し易くなるため、耐汚損性を向上させることができる。また、溝１４を有することによって、絶縁体１０の先端部にエッジが増え微小放電が生じ易くなるので、微小放電によるカーボン等の燃焼も促進され、これによってさらに耐汚損性を向上させることができる。
【００２７】
上記のように溝１４を設けることによって減少する絶縁碍子１０の先端部の体積は、少なすぎると耐汚損性の向上効果が十分でない。また、溝１４を設けることによって減少する絶縁碍子１０の先端部の体積が多くなり過ぎると高温となる部分の体積が少なくなってしまい耐汚損性の向上効果が十分でなくなる。このため、本実施形態では、絶縁碍子１０の先端から溝１４の底部までの部分における溝１４部分の空間が占める体積の合計が、絶縁碍子１０の先端から溝１４の底部までの部分における絶縁碍子１０の体積に対して１／９以上１以下の範囲となっている。すなわち、溝１４が無い場合に比べて１０％以上５０％以下の範囲で体積が減少するように溝１４が設けられている。これによって、耐汚損性を向上させることができる。
【００２８】
実施例１〜１９、比較例１〜５について、排気量が１．５リットルの４気筒エンジンを用い、温度−２０℃、ＪＩＳ・Ｄ１６０６の運転パターンでプレデリバリ汚損性（プレデリ汚損性）を測定した結果、及び、排気量が０．１２５リットルの単気筒エンジンを用い、９０００ｒｐｍでスロットル全開（ＷＯＴ（Wide Open Throttle））で耐熱性試験を行った結果を以下の表１に示す。
【００２９】
プレデリバリ汚損性の測定では、具体的にはエンジンを始動させ、レーシングを数回行った後に３速３５ｋｍ／ｈで４０秒駆動し、アイドリングを９０秒行ってから再度３速３５ｋｍ／ｈで４０秒駆動してエンジンを停止する。そして冷却水の温度が室温となるまで完全冷却を行い、再度エンジンを始動させてレーシングを数回行った後に、１速１５ｋｍ／ｈで１５秒駆動とエンジン停止３０秒を２回、再び１速１５ｋｍ／ｈで再度１５秒駆動してエンジンを停止する。この一連のテストパターンを１サイクルとして、複数サイクル繰り返し試験を行った。そして各サイクルが終了する度にスパークプラグの主体金具と接続端子との間の絶縁抵抗値を測定し、その値が１００ＭΩを下回ったときのサイクル数を確認した。
【００３０】
なお、表１に示すプレデリバリ汚損性の評価結果において、絶縁抵抗値が１００ＭΩ到達サイクルが７サイクル以上であったものを◎、５サイクル以上７サイクル未満であったものを○、５サイクル未満であったものを×で示してある。また、耐熱性の評価結果では、プレイグニション発生点火時期４３度以上(耐熱レベル低下なし)の場合◎、プレイグニション発生点火時期４３度未満(耐熱レベル低下)の場合○で示してある。
【００３１】
【表１】
0005519581.tif 000002
【００３２】
表１に示す比較例１は、絶縁碍子１０の先端部に溝１４の無い従来型のスパークプラグの場合であり、プレデリバリ汚損性の評価結果は×となった。また、絶縁碍子１０の先端部に溝１４を設けた比較例２〜５は、絶縁碍子１０の先端から溝１４の底部までの部分における溝１４部分の空間が占める体積の合計が、絶縁碍子１０の先端から溝１４の底部までの部分における絶縁碍子１０の体積に対して１／１９（比較例２）、３／２（比較例３）、１／１９（比較例４）、１／３９（比較例５）の場合であり、これらのプレデリバリ汚損性の評価結果は×となった。
【００３３】
一方、絶縁碍子１０の先端部に溝１４を設け、かつ、絶縁碍子１０の先端から溝１４の底部までの部分における溝１４部分の空間が占める体積の合計が、絶縁碍子１０の先端から溝１４の底部までの部分における絶縁碍子１０の体積に対して１／９以上１以下とした実施例１〜１９では、プレデリバリ汚損性の評価結果は◎若しくは○となった。これらの実施例１〜１９のプレデリバリ汚損性の評価結果から明らかなように、実施例１〜１９では、比較例１〜５に比べて耐汚損性を向上させることができた。
【００３４】
また、実施例１〜１７のうち、プレデリバリ汚損性の評価結果が○となった実施例1は図２（ｂ）に示した段部２１と溝１４の底部との間の軸線方向に沿った長さＨが０．７５ｍｍの場合であり、同様にプレデリバリ汚損性の評価結果が○となった実施例２は０．５ｍｍの場合、プレデリバリ汚損性の評価結果が○となった実施例６は−０．５ｍｍの場合である。一方、実施例１〜１７のうち、プレデリバリ汚損性の評価結果が◎となった他の実施例３〜５，７〜１９は、いずれも段部２１と溝１４の底部との間の軸線方向に沿った長さＨが、Ｈ≦０．２５ｍｍの場合である。したがって、段部２１と溝１４の底部との間の軸線方向に沿った長さＨは、
Ｈ≦０．２５ｍｍ
の範囲内とすることが好ましい。
【００３５】
また、実施例１１では、耐熱性の低下が見られたが、実施例１１では、図２（ｂ）に示した絶縁碍子１０の先端部（先端面）から段部２１までの距離ｂが、１．５ｍｍとなっている。一方、耐熱性の低下が見られなかった、他の実施例では、絶縁碍子１０の先端部（先端面）から段部２１までの距離ｂが、０≦ｂ≦１．０ｍｍの範囲となっている。したがって、耐熱性の観点から、絶縁碍子１０の先端部（先端面）から段部２１までの距離ｂは、
０≦ｂ≦１．０ｍｍ
の範囲とすることが好ましい。
【００３６】
さらに、溝幅Ｗは、特に限定されるものではないが、加工のし易さ等を考慮すれば
０．５ｍｍ≦Ｗ≦２．５ｍｍ
程度とすることが好ましく、溝深さＨ１は、
０．２５ｍｍ≦Ｈ１≦１．５ｍｍ
程度とすることが好ましい。
【００３７】
以上説明したとおり、本発明の実施形態及び実施例では、耐汚損性を向上させて放電の横飛び等が発生することを抑制することのできるスパークプラグを提供することができる。なお、本発明は、上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３８】
１００……スパークプラグ、５０……主体金具（ハウジング）、１０……絶縁碍子、１４……溝、２０……中心電極、３０……外側電極。
【図１】
0005519581.tif 000003
【図２】
0005519581.tif 000004
【図３】
0005519581.tif 000005