JPH04149985A - 点火プラグ - 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、内燃機関の燃焼室に供給される混合気の着火
に用いられる点火プラグに関する。

（従来の技術） 内燃機関においては、その燃焼室に供給される混合気が
、点火プラグによる放電着火がなされて燃焼せしめられ
る。点火プラグは、通常ユ棒状体とされた中心電極と、
中心電極を包囲する筒状絶縁部材と、筒状絶縁部材に嵌
合せしめられ、筒状絶縁部材から外部に突出する中心電
極の一端部との間に放電ギャップを形成するギャップ形
成部が設けられた環状電極とを有して構成され、環状電
極が接地されるとともに中心電極にパルス電圧が印加さ
れて、中心電極と環状電極のギャップ形成部との間の放
電ギャップにおいて火花放電が行われるものとされる。

そして、例えば、環状電極がその外周面部に甥子溝が形
成されたものとなされて、内燃機関における燃焼室形成
部に捻し込まれることにより固定され、放電ギャップを
形成する中心電極の一端部と環状電極に設けられたギヤ
ノブ形成部とが燃焼室内に臨むものとされる。

このような点火プラグにあっては、筒状絶縁部材におけ
るそれから突出する中心電極の一端部の周囲部分が、特
に、脚長部と称される部分とされ、その脚長部が、絶縁
耐圧特性に優れるとともに、耐熱衝撃特性に優れたもの
とされることが要求される。そこで、一般に、脚長部を
含む筒状絶縁部材の全体が、アルミナを主成分とする絶
縁材料によるセラミックスによって形成されるが、例え
ば、特開昭５７−１５２６８９号公報にも示される如く
に、脚長部を含む筒状絶縁部材が、アルミナを主成分と
した絶縁材料によるセラミックスより一層耐熱衝撃特性
に優れた、窒化珪素を主成分とした絶縁材料によるセラ
ミックスによって形成されたものとされる点火プラグも
知られている。

（発明が解決しようとする課題） アルミナを主成分とした絶縁材料によるセラミックスは
、窒化珪素を主成分とした絶縁材料によるセラミックス
に比して耐熱衝撃特性においては劣るが、反面、比抵抗
が大であり、また、絶縁耐圧特性において優れている。

従って、脚長部を含む筒状絶縁部材がアルミナを主成分
とする絶縁材料によるセラミックスによって形成された
点火プラグにあっては、筒状絶縁部材の耐熱衝撃特性に
おいては、脚長部を含む筒状絶縁部材が窒化珪素を主成
分とした絶縁材料によるセラミックスによって形成され
たものとされる点火プラグに及ばないが、脚長部を含む
筒状絶縁部材が窒化珪素を主成分とした絶縁材料による
セラミックスによって形成されたものとされる点火プラ
グに比して、より優れた放電特性が得られるとともに、
環状電極と中心電極との間に印加されるパルス電圧が比
較的高いものとされても、筒状絶縁部材が絶縁破壊を生
じ難いという利点が得られる。

しかしながら、内燃機関における高出力化及び高回転化
に伴って、点火プラグにおける筒状絶縁部材、特に、脚
長部に課せられる熱負荷は、益々増大せしめられる傾向
にあり、このような観点がらして、脚長部を含む筒状絶
縁部材がアルミナを主成分とする絶縁材料によるセラミ
ックスによって形成された点火プラグは、脚長部の耐熱
衝撃特性に不安があるものとされることになる。

斯かる点に鑑み、本発明は、脚長部を含む筒状絶縁部材
がアルミナを主成分とする絶縁材料によるセラミックス
によって形成されて、優れた放電特性が得られるととも
に高圧パルス電圧が印加されるもとにおいても絶縁破壊
が生じ難い利点が得られるものとされ、しかも、筒状絶
縁部材における脚長部が、その耐熱衝撃特性が向上せし
められて、課せられた熱負荷による損傷を受は難いもの
とされる点火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） 上述の目的を達成すべく、本発明に係る点火プラグは、
棒状体を成すべく形成された中心電極と、アルミナを主
成分とする絶縁材料によるセラミックスによって形成さ
れ、中心電極を少なくともその一端部を外部に突出させ
て包囲する筒状絶縁部材と、筒状絶縁部材に嵌合し、筒
状絶縁部材から外部に突出する中心電極の一端部との間
に放電ギャップを形成するギャップ形成部が設けられた
環状電極とを有し、筒状絶縁部材におけるそれから突出
する中心電極の一端部の周囲部分、即ち、脚長部が、ア
ルミナより高い熱伝導率ををした絶縁材料による被覆層
により覆われたものとされて、構成される。

（作　用） 上述の如くに構成される本発明に係る点火プラグにおい
ては、筒状絶縁部材がアルミナを主成分とする絶縁材料
によるセラミックスによって形成されることにより、優
れた放電特性が得られるとともに、環状電極と中心電極
との間に高圧パルス電圧が印加されるもとにおいても絶
縁破壊が生じ難いものとされ、しかも、筒状絶縁部材に
おける脚長部が、筒状絶縁部材を形成するセラミックス
の主成分であるアルミナより高い熱伝導率を有した絶縁
材料、例えば、窒化アルミニウム、窒化硼素及び酸化ベ
リリウムのうちのいずれかによる被覆層により覆われた
ものとされることにより、筒状絶縁部材における脚長部
に加えられる熱が被覆層を通じ、さらには、環状電極を
通じて外部に効率良く放散され、筒状絶縁部材における
脚長部が、それに課せられる熱負荷に起因する損傷を受
ける事態が回避される。従って、本発明に係る点火プラ
グは、脚長部を含む筒状絶縁部材がアルミナを主成分と
する絶縁材料によるセラミックスによって形成されるこ
とにより良好な放電特性及び絶縁耐圧特性が得られると
ともに、耐熱衝撃特性が向上せしめられるものとされる
。

（実施例） 第２図は、本発明に係る点火プラグの一例を示す。

第２図に示される点火プラグは、アルミナ（Ａｊ２２０
３）を主成分とする絶縁材料によるセラミックスによっ
て筒状に形成され、一方の端部側が脚長部１ａとされた
筒状絶縁部材１と、筒状絶縁部材１の他方の他端に蝮合
せしめられ、パルス電圧発生部に接続される電極端子部
３と、棒状体を成すべく形成されて、その一端部４ａを
筒状絶縁部材１における脚長部１ａから外部に突出させ
た状態で筒状絶縁部材１により包囲されるとともに、そ
の他端部４ｂを電極端子部３に係合させた中心電極４と
、筒状絶縁部材１に嵌合し、筒状絶縁部材１における脚
長部１ａから外部に突出する中心電極４の一端部４ａと
の間に放電ギヤ・ンプ５を形成するギャップ形成部６ａ
が一端部に設けられた環状電極６とを有して構成されて
いる。中心電極４は調合金製とされており、筒状絶縁部
材１における脚長部１ａから外部に突出する一端部４ａ
を含む部分の表面が、耐熱性の鉄／ニッケル／クロム合
金であるインコネルの層４Ｃにより覆われている。

筒状絶縁部材１における脚長部１ａより中央側の部分の
内面とそれにより包囲された中心電極４の外面との間に
はシール部材９が配され、また、筒状絶縁部材１におけ
る脚長部１ａより中央例の部分の外面とそれに嵌合する
環状電極６の他端部の内面との間にはシール部材１０が
配されている。

また、筒状絶縁部材Ｉにおける脚長部１ａの基部を成す
傾斜面部１ｂとそれを包囲する環状電極６における傾斜
内面部６ｂとの間にはＯリング１２が配されている。さ
らに、環状電極６における筒状絶縁部材１の脚長部１ａ
を包囲する部分の外周部には螺子部６ｃが設けられてお
り、その螺子部６ｃにはガスケット１４が嵌装されてい
る。

そして、筒状絶縁部材１における脚長部１ａは、第１図
において拡大図示される如く、筒状絶縁部材１を形成す
るセラミックスの主成分であるアルミナと同程度の比抵
抗を有するとともにアルミナより高い熱伝導率を有した
絶縁材料がプラズマ蒸着されて形成された、膜厚が、例
えば、２０μｍとされる薄膜の被覆層２０により覆われ
たものとされている。斯かる被覆層２０を形成する絶縁
材料としては、例えば、窒化アルミニウム（Ａ／！Ｎ）
。

窒化硼素（ＢＮ）、及び、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）の
いずれかが選択される。窒化アルミニウム。

窒化硼素、及び、酸化へリリウムについての熱伝導率及
び熱膨張係数は、アルミナの熱伝導率及び熱膨張係数と
共に、下記の表−Ａに示される。

表−Ａ なお、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化硼素、及び、
酸化ベリリウムについての比抵抗は、いずれも１０Ｉ４
Ω・１以上である。

このように設けられる被覆層２０は、その一端部が筒状
絶縁部材１における脚長部１ａの基部を成す傾斜面部ｌ
ｂ上において０リング１２に接触せしめられている。

上述の如くに構成される点火プラグは、その環状電極６
における筒状絶縁部材１の脚長部１ａを包囲する部分の
外周部に設けられた螺子部６Ｃが、内燃機関における燃
焼室形成部分に捻じ込まれて固定され、中心電極４の一
端部４ａと環状電極６に設けられたギャップ形成部６ａ
との間に形成される放電ギャップ５が燃焼室内に臨む状
態におかれる。そして、環状電極６が内燃機関における
燃焼室形成部分を通じて電気的に接地された状態とされ
たもとで、中心電極４にその他端部４ｂが係合する電極
端子部３を通じてパルス電圧発生部からの高圧パルス電
圧が印加され、それにより、放電ギャップ５において火
花放電が生じる状態とされる。

斯かるちとで、中心電極４の一端部４ａと環状電極６に
設けられたギャップ形成部６ａとの間に形成される放電
ギャップ５が燃焼室内に臨む状態におかれることにより
、筒状絶縁部材ｌの脚長部１ａが、内燃機関において周
期的に行われる作動行程による急加熱／急冷却によって
熱衝撃が加えられる部分とされるが、脚長部１ａは、ア
ルミナより高い熱伝導率を有した絶縁材料による被覆層
２０によって覆われたものとされていることにより、そ
れに及ぼされる熱が、被覆層２０からその一端部が接続
されたＯリング１２を通じて環状電極６に効率良く伝達
され、環状電極６から外部に発散される。それにより、
筒状絶縁部材１の脚長部１ａは、課せられる熱負荷が抑
制されるものとされ、耐熱衝撃特性が向上せしめられる
ことになる。

このような本発明に係る点火プラグについての耐熱衝撃
特性の向上は、本出願人による実験によって確認されて
おり、以下に、本出願人により行われた実験及びその結
果について述べる。

斯かる実験にあたっては、本発明に係る点火プラグとし
て、アルミナを主成分とする絶縁材料によるセラミック
スによって形成された筒状絶縁部材における脚長部が、
その長さが３ｍｍ、５ｍｍ及び９ａｏｎとされるととも
に、厚さが２０μｍとされた窒化アルミニウムの被覆層
によって覆われた、３種の点火プラグＰＡＩ、ＰＡ２及
びＰＡ３が用意され、また、比較サンプルとして、アル
ミナを主成分とする絶縁材料によるセラミックスによっ
て形成された筒状絶縁部材における脚長部が、その長さ
が３ｍｍ、５ｍａ＋及び９ＩＩＩＩｆｉとされ、表面に
被覆層が設けられないものされた３種の点火プラグＰｓ
ｉ。

ＰＳ２及びＰＳ３が用意された。そして、点火プラグＰ
ＡＬ〜ＰＡ３及びＰｓｉ−ＰＳ３の夫々における筒状絶
縁部材における脚長部に対して、３０秒間のプロパンガ
ス・バーナによる加熱とそれに続＜６０秒間の送風冷却
とを連続５サイクル繰り返す熱衝撃テストが、各点火プ
ラグの筒状絶縁部材における脚長部に亀裂が生じるまで
行われた。そして、二〇熱衝撃テストにおける加熱量（
プロパンガスの供給量を熱量に換算した値）は、連続す
る５サイクルにつき、最初の１サイクルでは、３゜５Ｋ
ｃａ　ｌ　／ｅｇｉｎとされ、その後の４サイクルでは
、０゜５Ｋｃａ　ｌ　／ｓｉｎづつ増加せしめられるも
のとされた。

その結果、第３図（縦軸：筒状絶縁部材における脚長部
に亀裂が生じたときまでに加えられた熱量ＣＡ、横軸横
軸状筒状絶縁部材ける脚長部の長さし）にあられされる
如くの実験結果が得られた。

第３図において、点ａ、ｂ及びＣが、夫々、点火プラグ
ＰＡＬ、ＰＡ２及びＰＡ３についての結果をあられし、
また、点ａ’、ｂ”及びＣ″が、夫々、点火プラグＰｓ
ｉ、ＰＳ２及びＰＳ３についての結果をあられしている
。斯かる第３図から、点火プラグＰＡＩ、ＰＡ２及びＰ
Ａ３についてそれらの筒状絶縁部材における脚長部に亀
裂が生じたときまでに加えられた熱量は、夫々、点火プ
ラグＰｓｉ、ＰＳ２及びＰＳ３についてそれらの筒状絶
縁部材における脚長部に亀裂が生じたときまでに加えら
れた熱量に比して著しく大なるものとされており、従っ
て、本発明に係る点火プラグとして用意された点火プラ
グＰＡＬ、ＦＡ２及びＰＡ３が、夫々、比較サンプルと
して用意された点火プラグＰｓｉ、ＰＳ２及びＳＡ３に
比して、耐熱衝撃特性の大幅な向上が図られたものとさ
れていることが分かる。

また、点火プラグＰＡＩ、ＰＡ２及びＰＡ３の夫々の場
合、筒状絶縁部材における脚長部を覆う、表−Ａに示さ
れる如くにアルミナに比して極めて高い熱伝導率を有す
る窒化アルミニウムの被覆層が、筒状絶縁部材における
脚長部に及ぼされる熱を効果的に環状電極側に伝達して
、筒状絶縁部材における脚長部の温度上昇を抑制するこ
とも、上述の熱衝撃テストにあたって行われた、点火プ
ラグＰＡＬ、ＰＡ２．ＰＡ３．Ｐｓｌ、ＰＳ２及びＰＳ
３の各々の筒状絶縁部材における脚長部の表面部分の温
度測定によって確認された。

さらに、上述の熱衝撃テストを通して、点火プラグＰＡ
Ｉ、ＰＡ２及びＰＡ３の夫々について、筒状絶縁部材に
おける脚長部を覆う窒化アルミニウムの被覆層の剥離は
認められなかった。これは、前記の表−Ａに示される如
く、窒化アルミニウムの熱膨張係数とアルミナの熱膨張
係数とに大差がなく、かつ、窒化アルミニウムの被覆層
が高い熱伝導率を有していて熱応力が生じ難いものとな
るからである。

第４図は、本発明に係る点火プラグの他の例における部
分を示す。第４図に示される例は、第１図及び第２図に
示される例における被覆層２０に代えて、３層被覆層２
５が設けられたものに相当する。

第４図に示される本発明に係る点火プラグの例の筒状絶
縁部材ｌにおける脚長部１ａに設けられた３層被覆層２
５は、例えば、脚長部１ａの表面上に設けられた窒化ア
ルミニウム層２５Ａ、窒化アルミニウム層２５Ａ上に積
層されたアルミナ層２５Ｂ、及び、アルミナ層２５Ｂ上
に積層された窒化アルミニウム層２５Ｃから成っている
。そして、これらの窒化アルミニウム層２５Ａ、アルミ
ナ層２５Ｂ、及び、窒化アルミニウム層２５Ｃは、全体
として、筒状絶縁部材１を形成するセラミックスの主成
分であるアルミナに比して大なる熱伝導率を有するもの
とされる。

このような３層被覆層２５にあっては、筒状絶縁部材１
における脚長部１ａにその外部から及ぼされる熱が、最
外側位１をとる窒化アルミニウム層２５Ｃの熱伝達効果
により低減され、さらに、中間位置をとるアルミナ層２
５Ｂによって断熱され、斯かる断熱により昇温されたア
ルミナ層２５Ｂの熱が、最内側位置をとる窒化アルミニ
ウム層２５Ａの熱伝達効果により低減されて、脚長部１
ａの温度上昇は殆ど生じないことになる。従って、斯か
る場合における点火プラグの耐熱衝撃特性は、さらに向
上せしめられたものとされる。

なお、第４図の例においては、３層被覆層２５が、最外
側位置及び最内側位置に、夫々、窒化アルミニウム層２
５Ｃ及び２５Ａが配されたものとされているが、最外側
位置における窒化アルミニウム層２５Ｃ及び最内側位置
における窒化アルミニウム層２５Ａの夫々に代えて、窒
化硼素で成る層、あるいは、酸化ベリリウムで成る層が
配されたものとされてもよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係る点火プラグ
にあっては、中心電極とギャップ形成部が設けられた環
状電極とを絶縁すべく中心電極を包囲する脚長部を含む
筒状絶縁部材が、アルミナを主成分とする絶縁材料によ
るセラミックスによって形成されることにより、優れた
放電特性が得られるとともに、環状電極と中心電極との
間に高圧パルス電圧が印加されるもとにおいても絶縁破
壊が生し難いものとされ、しかも、筒状絶縁部材におけ
る脚長部が、筒状絶縁部材を形成するセラミックスの主
成分であるアルミナより高い熱伝導率を有した絶縁材料
、例えば、窒化アルミニウム。

窒化硼素及び酸化ベリリウムのうちのいずれかによる被
覆層により覆われたものとされることにより、筒状絶縁
部材における脚長部に加えられる熱が被覆層を通じ、さ
らには、環状電極を通じて外部に効率良く放散され、筒
状絶縁部材における脚長部が、それに課せられる熱負荷
に起因する損傷を受ける事態が回避される。従って、本
発明に係る点火プラグは、脚長部を含む筒状絶縁部材が
アルミナを主成分とする絶縁材料によるセラミックスに
よって形成されることにより良好な放電特性及び絶縁耐
圧特性が得られることに加えて、耐熱衝撃特性の向上が
図られるものとされることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る点火プラグの一例における主要部
を示す部分断面図、第２図は本発明に係る点火プラグの
一例を示す断面図、第３図は本発明に係る点火プラグの
一例における比較実験結果を示すグラフ、第４図は本発
明に係る点火プラグの他の例における主要部を示す断面
図である。 図中、１は筒状絶縁部材、１ａは脚長部、４は中心電極
、５は放電ギャップ、６は環状電極、６ａはギャップ形
成部、１２は０リング、２０は被覆層、２５は３層被覆
層である。 第１ 図 第４図 （ｒｒｙｎ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　棒状体を成すべく形成された中心電極と、アルミナ
   を主成分とする絶縁材料によるセラミックスによって形
   成され、上記中心電極を少なくともその一端部を外部に
   突出させて包囲する筒状絶縁部材と、該筒状絶縁部材に
   嵌合し、上記筒状絶縁部材から外部に突出する上記中心
   電極の一端部との間に放電ギャップを形成するギャップ
   形成部が設けられた環状電極とを有して構成され、 上記筒状絶縁部材における該筒状絶縁部材 から突出する上記中心電極の一端部の周囲部分が、アル
   ミナより高い熱伝導率を有した絶縁材料による被覆層に
   より覆われたことを特徴とする点火プラグ。 ２　筒状絶縁部材における該筒状絶縁部材から突出する
   上記中心電極の一端部の周囲部分を覆う被覆層が、窒化
   アルミニウム、窒化硼素及び酸化ベリリウムのうちのい
   ずれかで形成されたことを特徴とする請求項１記載の点
   火プラグ。