(57)【要約】【課題】絶縁碍子の耐久性を向上することができる内燃機関用のスパークプラグを提供すること。【解決手段】内燃機関用のスパークプラグは、筒状のハウジングと、ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子３と、先端部が突出するように絶縁碍子３の内側に保持された中心電極４と、ハウジング２の先端部に接続されると共に中心電極４との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、を有する。中心電極４は、絶縁碍子３の内周面に設けた支承部３１に軸方向から支承される被支承部４１２を外周部に設けてなる。支承部３１と被支承部４１２との間には、環状のリング部材６が介在している。リング部材６の線膨張係数と絶縁碍子３の線膨張係数との差は、中心電極４の線膨張係数と絶縁碍子３の線膨張係数との差よりも小さい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジング（２）と、
該ハウジング（２）の内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
先端部が突出するように上記絶縁碍子（３）の内側に保持された中心電極（４）と、
上記ハウジング（２）の先端部（２１）に接続されると共に上記中心電極（４）との間に火花放電ギャップ（１１）を形成する接地電極（５）と、を有し、
上記中心電極（４）は、上記絶縁碍子（３）の内周面に設けた支承部（３１）に軸方向から支承される被支承部（４１２）を外周部に設けてなり、
上記支承部（３１）と上記被支承部（４１２）との間には、環状のリング部材（６）が介在しており、
該リング部材（６）の線膨張係数と上記絶縁碍子（３）の線膨張係数との差は、上記中心電極（４）の線膨張係数と上記絶縁碍子（３）の線膨張係数との差よりも小さいことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
【請求項２】
上記リング部材（６）は、上記中心電極（４）よりも軟質であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
【請求項３】
上記リング部材（６）は、複数部材を積層してなり、上記中心電極（４）に接する面に設けられた電極側層（６１）は、上記絶縁碍子（３）に接する面に設けられた碍子側層（６２）よりも、硬質であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
【請求項４】
上記支承部（３１）は、上記絶縁碍子（３）の先端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジン等に用いる内燃機関用のスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用のスパークプラグは、筒状のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、上記ハウジングの先端部に接続されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、を有する。中心電極には、径方向外側へ突出した鍔部が設けられている。中心電極は、この鍔部が絶縁碍子の内周面に設けられた支承部に当接することにより、支承されている。
【０００３】
かかるスパークプラグにおいては、上記火花放電ギャップに高電圧を付与することから、中心電極から電波雑音が発生し、周辺機器に影響を及ぼすおそれがある。この電波雑音を防止する性能（雑防性）を向上させるため、中心電極の基端側に抵抗体が配置される。そして、雑防性の一層の向上を図るべく、抵抗体を火花放電ギャップに近い位置に配置することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３８３９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、抵抗体を火花放電ギャップに近い位置に配置することに伴い、中心電極の鍔部と絶縁碍子の支承部との当接部が火花放電ギャップに近い位置に形成されることとなる。そうすると、当接部付近は、温度変化が大きくなりやすく、中心電極と絶縁碍子との間の線膨張係数の差に起因して絶縁碍子に大きな熱応力がかかりやすい。その結果、絶縁碍子の耐久性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、絶縁碍子の耐久性を向上することができる内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、筒状のハウジングと、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、
先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、
上記ハウジングの先端部に接続されると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、を有し、
上記中心電極は、上記絶縁碍子の内周面に設けた支承部に軸方向から支承される被支承部を外周部に設けてなり、
上記支承部と上記被支承部との間には、環状のリング部材が介在しており、
該リング部材の線膨張係数と上記絶縁碍子の線膨張係数との差は、上記中心電極の線膨張係数と上記絶縁碍子の線膨張係数との差よりも小さいことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある。
【発明の効果】
【０００８】
上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記支承部と上記被支承部との間に、環状のリング部材が介在している。これにより、リング部材が緩衝材の役割を果たし、中心電極から絶縁碍子にかかる熱応力を低減することができる。すなわち、スパークプラグが温度上昇したとき、絶縁碍子と中心電極との線膨張係数の差に起因して、支承部と被支承部との間には寸法変動の差が生じる。この寸法変動の差をリング部材が変形して吸収することにより、絶縁碍子の支承部に作用する応力を緩和することができる。
【０００９】
また、上記リング部材の線膨張係数と上記絶縁碍子の線膨張係数との差は、上記中心電極の線膨張係数と上記絶縁碍子の線膨張係数との差よりも小さい。これにより、リング部材と絶縁碍子との間の線膨張係数の差に起因して絶縁碍子にかかる熱応力を、低減することができる。
【００１０】
以上のごとく、本発明によれば、絶縁碍子の耐久性を向上することができる内燃機関用の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】
【００１１】
【図１】実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの一部断面正面図。
【図２】実施例１における、支承部付近の拡大断面図。
【図３】実施例１における、リング部材の斜視図。
【図４】実施例２における、支承部付近の拡大図断面図。
【図５】実験例における、支承部付近の拡大断面図。
【図６】実施例３における、内燃機関用のスパークプラグの一部断面正面図。
【図７】実施例３における、支承部付近の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明において、上記内燃機関用のスパークプラグは、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関に用いることができる。
また、本明細書において、スパークプラグの軸方向において、内燃機関の燃焼室に挿入される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
【００１３】
上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記リング部材は、上記中心電極よりも軟質であることが好ましい。この場合には、リング部材による緩衝材としての役割をより一層向上させることができる。その結果、絶縁碍子にかかる熱応力をより低減させることができる。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
上記内燃機関用のスパークプラグの実施例につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、筒状のハウジング２と、ハウジング２の内側に保持された筒状の絶縁碍子３と、先端部が突出するように絶縁碍子３の内側に保持された中心電極４と、ハウジング２の先端部２１に接続されると共に中心電極４との間に火花放電ギャップ１１を形成する接地電極５と、を有する。図１、図２に示すごとく、中心電極４は、絶縁碍子３の内周面に設けた支承部３１に軸方向から支承される被支承部４１２を外周部に設けてなる。
【００１５】
図２に示すごとく、支承部３１と被支承部４１２との間には、環状のリング部材６が介在している。
リング部材６の線膨張係数と絶縁碍子３の線膨張係数との差は、中心電極４の線膨張係数と絶縁碍子３の線膨張係数との差よりも小さい。
【００１６】
絶縁碍子３は、中心電極４を挿通保持するための軸孔３０を軸方向に貫通して設けている。軸孔３０は、その先端側に小径孔部３０ａを有し、小径孔部３０ａより基端側においてはこれよりも大径に形成された大径孔部３０ｂを有する。そして、小径孔部３０ａと大径孔部３０ｂとの連結部に、先端側に向かって漸次径小となるテーパ形状の支承部３１が形成されている。
【００１７】
図１に示すごとく、絶縁碍子３の軸孔３０には、中心電極４が挿通保持されている。中心電極４は、中心電極母材４１とその先端に接合された貴金属チップ４２とからなる。中心電極母材４１の先端は、絶縁碍子３の先端よりも先端側に配されている。貴金属チップ４２は、円柱形状を有し、中心電極母材４１に溶接等によって接合されている。
【００１８】
中心電極母材４１は、基端部に鍔部４１１を有する。鍔部４１１は、中心電極母材４１の基端部において、径方向外向きに突出している。また、図２に示すごとく、鍔部４１１には、先端側に向かって漸次径小となるテーパ面が形成されており、この部分が被支承部４１２となっている。つまり、鍔部４１１における被支承部４１２が、リング部材６を介して支承部３１に支承されることにより、中心電極４が絶縁碍子３に保持されている。
【００１９】
リング部材６は、図３に示すような円環形状を有する。また、リング部材６は、先端側に向かって漸次径小となっている。そして、図２に示すごとく、リング部材６は、支承部３１に対する当接面と、被支承部４１２に対する当接面とが、略平行となっている。
【００２０】
支承部３１と被支承部４１２とが、リング部材６を介して圧接されることにより、中心電極４が絶縁碍子３の内側に安定して保持されている。そして、中心電極４は、被支承部４１２以外の部分においては、絶縁碍子３の内周面に圧接していない。
【００２１】
本例において、中心電極母材４１はＮｉ基合金からなり、貴金属チップ４２はイリジウム合金からなり、絶縁碍子３はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなり、リング部材６はニオブ（Ｎｂ）からなる。Ｎｂからなるリング部材６の線膨張係数とアルミナからなる絶縁碍子３の線膨張係数との差は、Ｎｉ基合金からなる中心電極４の線膨張係数とアルミナからなる絶縁碍子３の線膨張係数との差よりも小さい。また、Ｎｂからなるリング部材６は、Ｎｉ基合金からなる中心電極４よりも軟質である。すなわち、Ｎｂからなるリング部材６は、Ｎｉ基合金からなる中心電極４よりもビッカース硬さが小さい。
【００２２】
また、リング部材６の材質は、これに限られることなく、例えば、タンタル（Ｔａ）としてもよい。この場合においても、リング部材６と絶縁碍子３との線膨張係数の差は、中心電極４と絶縁碍子３との線膨張係数の差よりも小さい。また、Ｔａからなるリング部材６は、Ｎｉ基合金からなる中心電極４よりも軟質である。すなわち、Ｔａからなるリング部材６は、Ｎｉ基合金からなる中心電極４よりもビッカース硬さが小さい。
【００２３】
図１に示すごとく、接地電極５は、ハウジング２の先端部２１に一端が溶接等によって接合されており、他端部が中心電極４と軸方向に対向する位置に配されるように屈曲している。これにより、中心電極４と接地電極５との間に、火花放電ギャップ１１が形成されている。接地電極５は、Ｎｉ基合金からなる。
【００２４】
図１、図２に示すごとく、軸孔３０において、中心電極４の基端側には、導電性のガラスシール８を介して抵抗体７が配置されている。抵抗体７は、カーボンを主体とするセラミック抵抗や炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等によって構成することができる。
【００２５】
次に、本例の作用効果につき説明する。内燃機関用のスパークプラグ１においては、支承部３１と被支承部４１２との間に、環状のリング部材６が介在している。これにより、リング部材６が緩衝材の役割を果たし、中心電極４から絶縁碍子３にかかる熱応力を低減することができる。すなわち、スパークプラグ１が温度上昇したとき、絶縁碍子３と中心電極４との線膨張係数の差に起因して、支承部３１と被支承部４１２との間には寸法変動の差が生じる。この寸法変動の差をリング部材６が変形して吸収することにより、絶縁碍子３の支承部３１に作用する応力を緩和することができる。
【００２６】
また、リング部材６は、中心電極４よりも軟質である。これにより、リング部材６による緩衝材としての役割をより一層向上させることができる。その結果、絶縁碍子３にかかる熱応力をより低減させることができる。
【００２７】
また、リング部材６の線膨張係数と絶縁碍子３の線膨張係数との差は、中心電極４の線膨張係数と絶縁碍子３の線膨張係数との差よりも小さい。これにより、リング部材６と絶縁碍子３との間の線膨張係数の差に起因して絶縁碍子３にかかる熱応力を、低減することができる。
【００２８】
以上のごとく、本例によれば、絶縁碍子の耐久性を向上することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
【００２９】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、リング部材６を二層構造にした例である。すなわち、リング部材６は、２つの部材を積層してなり、中心電極４に接する面に設けられた電極側層６１は、絶縁碍子３に接する面に設けられた碍子側層６２よりも、硬質である。
【００３０】
リング部材６の電極側層６１はモリブデン（Ｍｏ）からなり、碍子側層６２はニオブ（Ｎｂ）からなる。リング部材６の電極側層６１及び碍子側層６２の線膨張係数とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁碍子３の線膨張係数との差は、Ｎｉ基合金からなる中心電極４の線膨張係数とアルミナからなる絶縁碍子３の線膨張係数との差よりも小さい。
【００３１】
なお、電極側層６１、碍子側層６２の材質の組合せは、特に限定されず、碍子側層６２が電極側層６１よりも軟質であればよく、例えば、電極側層６１をモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）又はコバール合金、碍子側層６２をニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）又はジルコニウム（Ｚｒ）としてもよい。これらの場合においても、リング部材６の電極側層６１及び碍子側層６２と絶縁碍子３との線膨張係数の差は、中心電極４と絶縁碍子３との線膨張係数との差よりも小さい。
【００３２】
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００３３】
本例の場合には、リング部材６の耐久性向上を図ることができる。すなわち、リング部材６と中心電極４との線膨張係数の差に起因してリング部材６に熱応力がかかるが、より熱応力がかかりやすい電極側層６１を硬質にすることにより、リング部材６の過度の変形を防止している。その一方で、碍子側層６２を軟質にすることにより、中心電極４から絶縁碍子３にかかる熱応力を、碍子側層６２が変形することにより吸収することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３４】
（実験例）
本例は、表１に示すように、実施例１及び実施例２のスパークプラグ１につき、絶縁碍子３の耐久性を評価した例である。すなわち、絶縁碍子３の支承部３１と中心電極４の被支承部４１２との間にリング部材６を介在させ、その材質を種々変更した構成のスパークプラグについて、絶縁碍子３の耐久性を評価した。また、リング部材６を介在させない構成のスパークプラグについても同様の評価を行った。さらに、絶縁碍子３の大径孔部３０ｂと支承部３１との境界における、絶縁碍子３の肉厚Ｔ（図５参照）も種々変更した。
【００３５】
具体的には、表１に示すごとく、リング部材６を設けないもの、実施例１のスパークプラグにおいてリング部材６をニオブ（Ｎｂ）としたもの、実施例１のスパークプラグにおいてリング部材６をタンタル（Ｔａ）としたもの、実施例２のスパークプラグにおいて、リング部材６の電極側層６１をモリブデン（Ｍｏ）、碍子側層６２をＮｂとしたもの、をそれぞれ用意した。上述の４種類の試料は、順に、表１の「リング部材」の欄の表記として、「なし」、「Ｎｂ」、「Ｔａ」、「Ｎｂ−Ｍｏ」としたものが対応する。
さらに、上記４種類のスパークプラグにつき、絶縁碍子３の肉厚Ｔを０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍと、種々変更したものを用意した。すなわち、表１に示すごとく、全部で３２種類のスパークプラグを用意した。
【００３６】
ここで、図１に示すごとく、軸方向における中心電極４の先端面４４から鍔部４１１までの距離Ｄは１０ｍｍに固定している。
【００３７】
実施例１及び実施例２と同様に、中心電極母材４１はＮｉ基合金からなり、絶縁碍子３はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる。Ｎｉ基合金からなる中心電極母材４１の線膨張係数は、１６．１×１０−６／℃であり、アルミナからなる絶縁碍子３の線膨張係数は、７×１０−６／℃である。また、Ｎｂ、Ｔａからなるリング部材６の線膨張係数は、それぞれ、７．２×１０−６／℃、７．３×１０−６／℃である。
また、Ｎｉ基合金からなる中心電極母材４１のビッカース硬さは、ＨＶ１８２であり、Ｎｂ、Ｔａからなるリング部材６のビッカース硬さは、それぞれ、ＨＶ９６、ＨＶ９０である。
また、電極側層６１と碍子側層６２との二重構造のリング部材６において、Ｍｏからなる電極側層６１の線膨張係数は７．１×１０−６／℃、ビッカース硬さはＨＶ１６０であり、Ｎｂからなる碍子側層６２の線膨張係数は７．２×１０−６／℃、ビッカース硬さはＨＶ９６である。
【００３８】
上記３２種類のスパークプラグ１を、ＪＩＳ  Ｂ  ８０３１  ７．９に準じて、ガスバーナによって絶縁碍子３の中心電極４側の先端部３２が８００℃になるまで昇温し、その後常温まで徐冷した。その後、絶縁碍子３に浸透探傷液を塗布し、絶縁碍子３に割れ（以下、適宜「碍子割れ」という。）が生じたか否かを目視によって観察した。観察結果を表１に示す。表１において、碍子割れがない場合を○、ある場合を×とした。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示すごとく、リング部材６を設けないスパークプラグにおいては、肉厚Ｔが０．７ｍｍ以下で碍子割れが生じた。一方、リング部材６を介在させたスパークプラグにおいては、いずれも肉厚Ｔが０．２ｍｍ以上において碍子割れが生じなかった。この結果から、リング部材６を介在させることにより、絶縁碍子３の耐久性が向上することが分かる。
さらに、リング部材６を実施例２で示したＮｂ−Ｍｏの二層構造にすると、肉厚Ｔを０．１ｍｍとしても碍子割れが生じなかった。このことから、実施例２のように、リング部材６を適切な材料の組合せによる二重構造とすることで、さらに絶縁碍子３の耐久性向上を図れることが分かった。
【００４１】
（実施例３）
本例は、図６、図７に示すごとく、支承部３１を、絶縁碍子３の先端部に設けた例である。本例においては、中心電極母材４１の先端部に形成されたテーパ部が被支承部４１２となっており、リング部材６を介して、絶縁碍子３の支承部３１により軸方向から支承されている。なお、本例においては、中心電極母材４１に鍔部（図１、図２における符号４１１参照）が形成されていない。また、中心電極母材４１の長さが実施例１、実施例２に示したものより短く、その分、抵抗体７が火花放電ギャップ１１に近い位置に配置されている。
【００４２】
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００４３】
本例の場合には、抵抗体７をより火花放電ギャップ１１側に近づけることができるため、雑防性を向上させることができる。その一方で、支承部３１及び被支承部４１２が火花放電ギャップ１１に近いため、支承部３１における熱応力の問題が生じやすい。そこで、支承部３１と被支承部４１２との間にリング部材６を介在させることにより、支承部３１における熱応力を低減することができる。つまり、本例においては、リング部材６を設けることによる絶縁碍子３の耐久性向上の効果が特に要求されると共に期待できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  スパークプラグ
２  ハウジング
３  絶縁碍子
３１  支承部
４  中心電極
４１２  被支承部
５  接地電極
６  リング部材
【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】
2015076174.tif 000009
【図７】
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