JPH0355785A - ヒータ付きスパークプラグおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、汚損対策や、難着火燃料使用内燃機関の低温
始動性の向上のため、絶縁体脚長部に電気ヒータを一体
的に配設させた、内燃機関のスパークプラグに関する。

［従来の技術］ 実開昭５５−１０２３９号公報には第７図に示すように
、絶縁体１１０の脚長部１１１の外周面に、金属粉末と
セラミック粉末との混合ペーストを巻き付けるように塗
布し、同時焼結によ・つてセラミックヒータ１２０を一
体焼成してなるヒータ付きスパークブラグ１００が開示
されている．［発明が解決しようとする課題］ しかるに、このヒータ付きスパークプラグは、ヒータと
中心電極との間で火花放電する、いわゆるフラッシュオ
ーバーが起き、ヒータおよび絶縁体が損傷し易い欠点が
あった． 本発明の目的は、ヒータと絶縁体先端から突出した中心
電極との間の耐フラッシュオーバー性に優れたヒータ付
きスパークプラグおよびその製造方法の提供にある． ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は次の構戒を採用した
． １）筒状主体金具に、軸孔付き絶縁体を嵌め込み、該軸
孔に中心電極を差し込むとともに、前記絶縁体の脚長部
にセラミックヒータを一体的に配設してなるスパークプ
ラグにおいて、 セラミックヒータは、絶縁体の脚長部の中間部に径小部
を設け、この径小部に、金属粉末５５重量％〜９５重量
％とセラミック粉末５重量％〜４５重量％との混合焼成
物から構戒され、任意のパターンを有する発熱体を配し
、その外周をセラミック絶縁層で被覆して形戒する． ここで、上記数値限定は次の理由による。金属粉末５５
重量％未満（セラミック粉末が４５重量％を越える）で
あると、発熱体の電気抵抗値が高くなり過ぎ発熱体の発
熱が少なく所望の脚長部表面温度が得られない。金属粉
末が９５重量％を越える（セラミック粉末が５重量％未
満）と、発熱体の電気抵抗値が低くなり過ぎ、発熱体に
大電流が流れるので発熱体が過昇温しやすい．２）絶縁
体の脚長部のセラミックヒータ配設部の先端側部分の表
面に凹凸を設け、前記発熟体の先端と前記中心電極の先
端部との沿面距離を増大させた槽遣． ３）絶縁体の脚長部のセラミックヒータ配設部を、主体
金具の先端部より後方に配置させるとともに主体金具の
先端部内周を内側に突出させ、該突出した面と、それに
対応する絶縁体表面との距離を、該対応する絶縁体表面
と、発熱体の先端との距離より小さく設定した構成． ４）セラミックヒーターは次ぎの工程で製造される． （ａ）未焼或絶縁体の脚長部の中間部外周に径小部を設
け、 （ｂ）厚さ０．２ｍｍ〜２．０ｍｍのセラミックグリー
ンシートの表面に、金属粉末５５重量％〜９５重量％と
セラミック粉末５重量％〜４５重址％とをバインダーと
ともに混練してなるペーストを、任意のパターンで塗布
して未焼成セラミックヒータを形成し、 （ｃ）該未焼威セラミックヒータを、塗布面が内側とな
るよう未焼或絶縁体の脚長部の径小部に巻き付けて密着
接合させ、 （ｄ）未焼成セラミックヒータおよび未焼成絶縁体を同
時焼成して製造する。

［作用および発明の効果］ 〈請求項１について〉 セラミック絶縁層で被覆してなるセラミックヒータが、
脚長部の中間部に設けられた径小部に形戒されている．
このため、発熱体の先端と中心電極の先端部との間は、
セラミック絶縁層の厚さの分だけ余分に絶縁距離が稼げ
るとともに、セラミック絶縁層と絶縁体との接触面が増
大して固着が緊密となる。これにより、フラッシュオー
バーが有効に防止できる。

く請求項２について〉 発熱体の先端と中心電極の先端部との間は、凹凸で距離
が増大した分だけ余分に絶縁距離が稼げる．これにより
、フラッシュオーバーの防止効果が増大できる。

〈請求項３について〉 外側電極以外への火花放電は、主に主体金具先端部との
間で生じ、発熱体へのフラッシュオーバーは防止される
． 〈請求項４について〉 未焼成絶縁体の脚長部の中間部外周に径小部を設け、表
面に未焼成セラミックヒータを形成したグリーンシ一ト
（厚さＱ，　２ｍｍ〜２．０ｍｍ＞を表面が内側となる
ように前記径小部に巻き付け密着接合させ、同時焼成し
ている。

これによりセラミック絶縁層と絶縁体とが緊密に一体化
し、また発熱体は、脚長部内に確実に埋設されているた
め、上記フラッシュオーバーの防止効果が増大するする
とともに、焼或工程が一度ですみ生産性に優れる。

ここでグリーンシ一トの厚さの限定は次の理由による．
厚さが０．２ｍｍ未満であるとセラミックヒータの先端
と中心電極先端部との間が短すぎ耐フラッシュオーバー
に劣る。また、厚さが、２．０ｍｍ以上だと、セラミッ
クヒータに通電して脚長部の表面温度がカーボン等の付
着防止に必要な４００℃〜６００℃の温度に達するまで
の時間が長くなりすぎる。

［実施例コ 本発明のヒータ付きスパークプラグの一実施例を第１図
ないし第４図に基づき説明する．第１図に示すごとく、
ヒータ付きスパークプラグ１００は、軸孔１１内に中心
電［２が差し込まれた絶縁体１を、筒状主体金具３に嵌
め込んでなる．絶縁体１の脚長部１２にはセラミックヒ
ータ４が配設されている． 絶縁体１は、アルミナを主体とするセラミック焼結体で
形成され、径大の胴部１０とその先端側（図示」一側）
に延長された径小の前記脚長部とを備える。脚長部１２
は先端方向に向かって外形が幾分漸減するテーパー形状
を有し、その中間部には径小部１３が形成されている。

ここで、各部の焼結後の寸法は次の通りである。脚長部
１２の長さｐは１１．０ｍｍ、径小部１３の長さｑは５
．０ｍｍ、径小部１３の先端と絶縁体１の先端面１４と
の距離ｒは３．０ｍｍ、径小部１３の後端と基底との距
離Ｓは３．０ｍｍ、径小部１３の深さｔは０．５ｍｍで
ある。

中心電極２は、ニッケル合金製であり、先端部は前記絶
縁体１の先端から突出して配され、放電部２１となって
いる． 主体金具３は、前記絶縁体の胴部１０が収容される径大
の胴部３０と、該胴部３０から先端側に延長されるとと
もに外周にねじが切られ、前記絶縁体の脚長部を包んで
いるねじ部３１とを備える。

ねじ部３１の先端は、主体金具３の先端部３２となって
おり、先端面には鍵形の外側電極３３が溶接されている
。

セラミックヒータ４は、金属粉末５５重量％〜９５重量
％とセラミック粉末５重量％〜４５重量％との混合焼成
物から構成された発熱体と４１と、該発熱体４１を被覆
するアルミナ焼或体４２とからなる．発熱体４１のパタ
ーンは、この実施例では、前記径小部１３の表面に接触
して、軸方向にほぼ等間隔で配された３つの開環状部と
、これらの両端に接続して軸方向に平行する２本のリー
ド部とからなる。

次に、ヒータ付きスパークプラグ１００の製造方法を第
２図、第３図、第４図とともに説明する．■ドクターブ
レード法、または金型ブレス等で、厚さＵが０．３ｍｍ
でセラミックグリーンシートを製造し、縦Ｖを６．０ｍ
ｍ、横Ｗを２０．０ｍｍに切断してヒータ用シ一ト５１
を製造する（第３図参照〉。

■白金粉末６５重量％とセラミック粉末３５重量％とを
バインダーとともに混練してなる白金ぺ一ストを用いて
スクリーン印刷法で等間隔に３本の未焼成発熱体５０を
ヒータ用シ一ト５１の片面５２に印刷する。

■白金粉末９５重量％とセラミック粉末５重量％とをバ
インダーとともに混練してなる白金ペーストを用いてス
クリーン印刷法で前記ヒータ用シ一ト５１上の両端部に
未焼成電極取り出し部５３を印刷する． ■未焼或絶縁体６の脚長部６１の径小部６２に長さＸが
６．０ｍｍ、距離ｙが０．３ｍｍの溝（第２図参照〉を
設けて、前記ヒータ用シ一ト５１上に印刷面が内側とな
るよう未焼或セラミックヒータ５を前記未焼成絶縁体６
に巻き付けて同時焼成する（第２図、第４図参照）． ■中心電極２を絶縁体１の軸孔１１内に差し込んで固着
し、これを筒状主体金具３に嵌め込んで完戒する。

次に、内燃機関に上記のヒータ付きスパークブラグ１０
０を取り付けた性能試験の説明をする。

（１〉耐プレイグニツション性 単気筒１２５ｃｃ、４サイクルの二輪車用エンジンで比
較品（ＢＣＰＲ７Ｅ、脚長部の長さ１１ｍｍ）とヒータ
付きスパークプラグ１００との比較では同等の耐プレイ
グニッション性であった。

なお比較品の形状、材質はプラグ１００と同じで中心電
極（図示せず）の直径は２．５ｍｍである．（２）耐プ
レデリバリ汚損性（急速汚損試験）４気筒１６００ｃｃ
、４サイクルの四輪車用エンジンで比較品とヒータ付き
スパークプラグ１００を用いて、−１０゜Ｃで車速３　
５Ｋｍ／ｈ　ｘ　６　０秒、アイドリング２０秒および
１　５Ｋｍ／ｈ　Ｘ４　０秒の運転パターンを１サイク
ルとする急速汚損試験を行った．ヒータ付きスパークブ
ラグ１００は絶縁抵抗値が無限大（第５図参照）であっ
た．つまり、セラミックヒータ４がカーボンを焼き尽く
したことを示している． （３）セラミックヒータ昇温特性（机上にて放射温度計
を用いて絶縁体脚長部の温度を測定した）印加電圧は１
２Ｖ、ヒータの消費電力は１５Ｗ、セラミックヒータ４
の厚さは０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲（第６図参照）
で測定した．本実施例のヒータ付きスパークプラグ１０
０は次の作用効果を奏する． （ア）絶縁体１の脚長部１２の中間部に、白金粉末６５
重量％とセラミック粉末３５重量％とからなる発熱休４
１を３本設けているため、点火時に脚長部１２の表面温
度を効果的に上げることができ、難着火燃料使用内燃機
関の低温始動性の向上に繋がる．また、カーボン等を焼
き切ってその付着が防止できる。

（イ）ヒータ用シ一ト５１は厚さＵを０．３ｍｍにして
いるのでフラッシュオーバー電圧が高い．また、セラミ
ックヒータ４の表面温度は約３５秒《第６図参照）で飽
和温度に達する．ヒータ用シ一ト５ｌの厚さＵがＯ−　
２ｍｍ以上あるので中心電極２からセラミックヒータ４
（発熱体４１）へのフラッシュオーバーに勝れる．さら
に、より好ましい厚さＵは０．３ｍｍから１．０ｍｍの
範囲である． （ウ〉絶縁体１の径小部１３の先端と絶縁体１の先端面
１４との距離ｒが３、Ｏｍｍなのでフラッシュオーバー
電圧が高い．ここで、距離ｒが２．０ｍｍ以下だと１５
ｋｖ〜２０ｋｖ程度でフラッシュオーバーになる． （工）径小部１３の径が細い程、中心電極２からの火花
がまわり込み難く、耐フラッシュオーバーに優れる．こ
こで、距離ｔが０．１ｍｍ未満だと低い電圧でもフラッ
シュオーバーが起こる．本発明は上記実施例以外に次の
実施態様も含む。

ａ．ヒータ用シ一ト５１を絶縁体１の脚長部１２に巻き
付ける時、発熱体４１表面との接合性を良くするために
接着剤としてアルミナペーストを塗布しても良い。

ｂ．発熱体４１として白金ペーストは高価なのでタング
ステンペースト（タングステンは非常に酸化されやすい
ので、水素雰囲気での焼成が必要）を用いても良い。

［変形例］ 第８図は、絶縁体１の脚長部１２のセラミックヒータ４
の配設部の先端側部分の表面に凹凸を設け、前記発熱体
４１の先端と前記中心電極の先端部（放電部）２１との
沿面距離を増大させた実施例を示す。

Ａは絶縁体１の先端部１５の外周を外方向に膨出させ、
Ｂは、絶縁体の先端面１４の外縁部を先方に突出させ、
Ｃは絶縁体の先端部１５の外周にコルゲーション１６を
設けている． これらは、いずれも発熱体４１の先端４１ａと前記中心
電極の先端部（放電部）２１との沿面距離が増大し、フ
ラッシュオーバーの発生防止効果が向上できる。

第９図は、絶縁体の脚長部１２のセラミックヒータ４の
配設部を、主体金具３の先端部３２より後方に配置させ
るとともに、主体金具３の先端部３２の内周を内側に突
出させ、該突出した面３２ａと、それに対応する絶縁体
脚長部１２の表面１２ａとの距離Ｌ１を、該対応する絶
縁体表面１２ａと、発熱体４１の先端４１ａとのｔｌｌ
Ｌ２より小さく設定している。

この実施例では、主に中心電極の放電部２１と外側電極
３３との間で生じる正常の気中火花放電以外の火花放電
（フラッシュオーバー）は、主体金具先端部３２と、そ
れに対応する絶縁体脚長部ｌ２の表面１２ａとの間で生
じ、発熱体４１へのフラッシュオーバーは防止される．
よって絶縁体１および発熱体４１の耐久性が向上できる
．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すヒータ付きスパークプラ
グの組み付け概略図、第２図はそのヒータ付きスパーク
プラグに用いる未焼或絶縁体の斜視図である．第３図は
未焼成セラミックヒータの斜視図、第４図は未焼成セラ
ミックヒータを未焼成絶縁体に巻き付けた斜視図である
。第５図は耐プレデリバリ汚損特性を示すグラフ、第６
図はセラミックヒータの昇温特性を示すグラフである．
第７図は従来のヒータ付きスパークプラグの断面図であ
る．第８図のＡ，Ｂ，Ｃは本発明の変形例の要部断面図
、第９図は本発明の他の変形例の要部断面図である． 図中　１００・・・ヒータ付きスパークブラグ　１・・
絶縁体　２・・・中心電極　３・・・筒状主体金具　４
・・セラミックヒータ　５・・・未焼成セラミックヒー
タ　６・・・未焼成絶縁体　ｌ１・・・軸孔　１２、６
ｌ・・・脚長部　ｌ３、６２・・・径小部　４１・・・
発熱体４２・・・アルミナ焼成体（セラミック絶縁層〉
　５０・・・未焼或発熱体　５１・・・ヒータ用シ一ト
（セラミックグリーンシート〉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）筒状主体金具に、軸孔付き絶縁体を嵌め込み、該軸
   孔に先端部を突出させて中心電極を差し込むとともに、
   前記絶縁体の脚長部にセラミックヒータを一体的に配設
   してなるスパークプラグにおいて、 前記セラミックヒータは、絶縁体の脚長部の中間部に径
   小部を設け、 この径小部に、金属粉末５５重量％〜９５重量％とセラ
   ミック粉末５重量％〜４５重量％との混合焼成物から構
   成され、任意のパターンを有する発熱体を配し、 その外周をセラミック絶縁層で被覆して形成された、 ことを特徴とするヒータ付きスパークプラグ。 ２）請求項１のヒータ付きスパークプラグにおいて、絶
   縁体の脚長部のセラミックヒータ配設部の先端側部分の
   表面に凹凸を設け、前記発熱体の先端と前記中心電極の
   先端部との沿面距離を増大させた構造。 ３）請求項１または２のヒータ付きスパークプラグにお
   いて、 絶縁体の脚長部のセラミックヒータ配設部を、主体金具
   の先端部より後方に配置させるとともに主体金具の先端
   部内周を内側に突出させ、該突出した面と、それに対応
   する絶縁体表面との距離を、該対応する絶縁体表面と、
   発熱体の先端との距離より小さく設定した構成。 ４）筒状主体金具に、軸孔付き絶縁体を嵌め込み、該軸
   孔に中心電極を差し込むとともに、前記絶縁体の脚長部
   にセラミックヒータを一体的に配設してなるヒータ付き
   スパークプラグの製造方法において、セラミックヒータ
   ーは、 （ａ）未焼成絶縁体の脚長部の中間部外周に径小部を設
   け、 （ｂ）厚さ０．２ｍｍ〜２．０ｍｍのセラミックグリー
   ンシートの表面に、金属粉末５５重量％〜９５重量％と
   セラミック粉末５重量％〜４５重量％とをバインダーと
   ともに混練してなるペーストを、任意のパターンで塗布
   して未焼成セラミックヒータを形成し、 （ｃ）該未焼成セラミックヒータを、塗布面が内側とな
   るよう未焼成絶縁体の脚長部の径小部に巻き付けて密着
   接合させ、 （ｄ）未焼成セラミックヒータおよび未焼成絶縁体を同
   時焼成して製造する、 工程により製造されることを特徴とするヒータ付きスパ
   ークプラグの製造方法。