JPH071711B2 - 内燃機関用スパ−クプラグ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、内燃機関用スパークプラグに関し、特に絶
縁碍子と中心電極との間での線膨張係数値の差に起因し
て生じる熱応力により絶縁碍子先端部に割れあるいは亀
裂が発生するのを確実に防止した内燃機関用スパークプ
ラグに関する。

（従来の技術） 内燃機関用スパークプラグ（以下プラグと記載する）の
絶縁碍子に中心電極を保持する従来方法の一つとして、
特開昭58-40789に開示された方法がある。この方法は、 （イ）細い釘状に成型した貴金属よりなる中心電極チツ
プを絶縁孔内に導入し、 （ロ）絶縁碍子用成形体と該中心電極チツプとを共に焼
成炉を通し、この成形体が焼結されて絶縁碍子となる時
に成形体が収縮することを利用して中心電極チツプを絶
縁碍子の先端部に固着し、 （ハ）絶縁碍子の内孔で、中心電極チツプと中心電極母
材とをシールグラスを介して接続しもしくは溶接により
接合して中心電極チツプと中心電極母材とを電気的に導
通状態とする工程を有する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしこの従来技術による方法では、セラミツクより成
る絶縁碍子と金属より成る中心電極母材との間で線膨張
係数に比較的大きな差があるため、中心電極チツプを固
定している絶縁碍子先端部は内燃機関作動時と停止時と
に生じる大きな温度差に起因して軸線方向の熱応力を受
け、絶縁碍子割れが発生する恐れがある。この絶縁碍子
割れを防止するため従来技術では、絶縁碍子の線膨張係
数とほぼ同じ値の線膨張係数を有するコバールにより中
心電極母材を作り、中心電極チツプとコバール製中心電
極母材とを溶接により接合して、上記碍子割れの防止を
おこなつていた。

しかしコバールは高価な材料であるためプラグのコスト
が高くなり更に溶接により中心電極チツプとコバール製
中心電極母材とを接合しているためプラグの量産性が劣
つているという問題があつた。

（問題点を解決するための手段） この発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消した内燃
機関用スパークプラグを得ることである。

この発明の内燃機関用スパークプラグは、 軸線方向に延在した内孔を備えた絶縁碍子と、 該内孔内に配置された中心電極と、を有し、 該中心電極は、 前記絶縁碍子の先端部に固定され且つ一端部が前記絶縁
碍子先端部から外方に突出し更に他端部が前記絶縁碍子
先端部から前記内孔内に突出した中心電極チップと、 前記内孔内に配置され且つ端部が前記中心電極チップの
前記他端部に対して軸線方向に対設された中心電極母材
と、を有し、 前記中心電極チップの前記他端部と前記中心電極母材の
前記端部とは、前記中心電極母材と前記絶縁碍子との線
膨張係数値の差に基づく該中心電極母材の伸びを吸収し
得る程度の距離、隔置されているとともに、 前記両端部間は電気的導通手段を介して電気的に導通状
態に設定されていることを特徴とする。

（作用） プラグ使用時にはプラグはかなり高温となり、中心電極
母材の線膨張係数値は絶縁碍子の線膨張係数値に比較し
て通常は大きいため、中心電極の軸線方向の伸びは絶縁
碍子の伸びよりも大きくなる。この伸びの差は起因して
中心電極チツプ固定絶縁碍子先端部には応力がかかり割
れあるいは亀裂がこの先端部に生じ易くなる。この発明
では中心電極母材の先端部は、絶縁碍子先端部に固定さ
れた中心電極チツプの内端部から所定距離だけ隔置され
ているため上記伸びの差はこの隔置された空所で生じる
だけで、絶縁碍子先端部には応力が付与されず従つて割
れあるいは亀裂発生が確実に防止可能となつた。また内
燃機関停止後の温度変化によつて生じる収縮値の差も同
様にこの隔置された空所で生じるので、絶縁碍子先端部
の割れ等が防止可能となつた。

（実施例） この発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図はこの発明の内燃機関用スパークプラグにおける
第１の実施例を示した断面図であり、この第１実施例で
の特徴は第２図に示されている。第２図において１はセ
ラミツクから成る絶縁碍子、２は絶縁碍子先端部に固定
された0.5〜3mm直径の白金製中心電極チツプであり、こ
の中心電極チツプの外端2aは絶縁碍子先端部1aから外方
に突出し、中心電極チツプの内端2bは絶縁碍子先端部1a
から絶縁碍子の内孔６内に突出している。

３は絶縁碍子１の内孔６内に配置された1.5〜3mm直径の
銅製あるいはNi製あるいはNiを被覆したCu製中心電極母
材であり、該中心電極母材３の端部3aは中心電極チツプ
２の内端2bから軸線方向に所定距離（Ｌ）だけ隔置され
ている。

４は中心電極チツプ２及びこれと対向する中心電極母材
端部3aに対応する絶縁碍子２の内孔６部分の表面に焼き
付けられた白金等の高融点金属を含む導電性被膜であ
る。中心電極チツプ２は軸線方向内端部2bで導電性被膜
４に接触しているので、該中心電極チツプ２と導電性被
膜４とは電気的に導通状態にある。中心電極チツプ２と
向かい合つた中心電極母材３の端部と導電性被膜４との
間には約0.1mm程度の隙間がある。しかしプラグの作動
時には10〜30KVの高電圧がプラグに付与されるため、中
心電極母材３のこの端部3aと導電性被膜４とはプラグ作
動時には電気的に導通状態となる。

なおプラグの発火部でのギヤツプは約1mmあり、この約1
mmの隙間にプラグ作動時に放電スパークが生じるので、
このことからも中心電極母材３の端部3aと導電性被膜４
との間の上記隙間はプラグ作動時には電気的に導通状態
になることが裏付けられる。

中心電極チツプ内端部2bと中心電極母材端部3aとの間の
距離（Ｌ）の範囲を定めるため、水冷ガソリンエンジン
で、全負荷かつ最高回転数で運転した時のプレイグニツ
シヨンが発生する点火時期の進角の値を求めた。その結
果を第５図に示す。

第５図で横軸は上記距離（Ｌ）であり、縦軸はプレイグ
ニツシヨンが発生する点火時期の進角の値（点火進角）
であり、点火進角の値が大きいほどプレイグニツシヨン
は発生しにくいことを示している。試験はｎ＝６個実施
し、その最大値、平均値、最小値が図示してある。この
第５図に示された結果より、内部ギヤツプ1.5mm＜Ｌに
おいて、プレイグニツシヨンが発生し易くなることが分
る。即ち、プレイグニツシヨンの早期発生をもたらさな
い為のギヤツプ距離（Ｌ）は、1.5mm以下に設定する必
要がありＬ≦1.5mmとなる。但し中心電極と絶縁体の線
膨張係数の差を補償するため且つ粗付時の公差を考慮し
てＬ≧0.4mmが好ましい。

導電性被膜４の厚さは0.15mm以下であり、材質はプラグ
の使用温度を考慮して選定する必要がある。即ち、プラ
グの使用最高温度より融点の低い材料においては使用時
に被膜金属が溶融してしまう。従つて、導電性被膜は、
融点が1000℃以上の白金等の高融点金属より選定する必
要がある。そして、被膜を形成する為には、該金属の粉
末とガラス粉末を有機溶材等にて液状もしくは、ペース
ト状にして塗布すれば良い。

この実施例では、金属による被膜について述べたが、金
属の代替として導電性を有する材料ならば、SiC、MoS
i₂、TiN、ZrSi等に代表される炭化物、ケイ化物、窒化
物を使用しても良い。

この第１の実施例では中心電極母材先端部3aの形体は円
柱状であつたが、この他に先端部3aの形状は第３図ある
いは第４図に示される円錐形状あるいは円錐台形状でも
よい。

第６図はこの発明の内燃機関用スパークプラグの第２の
実施例を示す。絶縁碍子１と、この絶縁碍子の先端部に
固定された中心電極チツプ２と、絶縁碍子１の内孔６の
表面に設けられた導電性被膜４との構成及び製造方法は
第１の実施例で示した場合と同じである。この第２の実
施例では中心電極チツプの内端部2aと向かい合つて隔置
された中心電極母材の先端部3aの直径が第１実施例の場
合の中心電極母材先端部の直径よりも小さく、従つて先
端部3aと導電性被膜４との間の隙間の間隔が第１実施例
の場合よりも大きい。この隙間での電気的導通性を確実
にするため、この第２実施例では中心電極母材先端部3a
に、皿形の形状をした板バネ５が抵抗溶接あるいはアル
ゴン溶接等により固着されている。中心電極母材３が絶
縁碍子１の内孔６に配置された状態でこの板バネ５は導
電性被膜４に接触する寸法を有しているので、中心電極
チツプ２と中心電極母材３とは電気的に導通状態とな
る。

第７図は、中心電極母材先端部3aに固着された円錐台形
形状の板バネ５の斜視図である。板バネ５は、第７図に
示された形状の他に第８図に示されたようにほぼ正方形
で正方形の４隅部分が曲げられた形状のものでもよい。

第９図はこの発明の第３の実施例を示したプラグ主要部
の断面図であり、この第３の実施例で絶縁碍子１と、中
心電極チツプ２の構成及び製造方法は第１の実施例と同
じである。この第３の実施例では、導電性被膜は設けら
れておらず、且つ中心電極母材の先端部3aには円柱状の
穴７が該先端部3aと同心状に設けられ、この穴７に中心
電極チツプの先端部2bが軸線方向の隙間（Ｌ）を設ける
ように挿入されていることが第１の実施例と異なる。穴
７内に位置した中心電極チツプの先端部2bは、穴７の内
壁との間に径方向に約0.1mm程度の隙間がある。しかし
プラグ作動時には10〜30KVの高電圧がプラグに付与され
るため、第１実施例の場合に説明したように中心電極チ
ツプ２の中心電極母材３とはプラグ作動時には電気的に
導通状態となる。

（発明の効果） この発明の内燃機関用スパークプラグでは、中心電極チ
ツプ内端部2bと中心電極母材の端部3aとが所定距離
（Ｌ）だけ隔置されているため、絶縁碍子１の線膨張係
数値と中心電極母材３の線膨張係数値との差に起因して
生じる中心電極３の絶縁碍子１に対する相対的な伸びあ
るいは収縮はこの距離（Ｌ）の隙間に生じ、中心電極母
材の伸びあるいは収縮は絶縁碍子先端部へ何んらの応力
も付与しない。従つて線膨張係数値の差にもとづき従来
生じていた絶縁碍子先端部の割れあるいは亀裂発生はコ
バール等の高価な金属を使用することなく確実に防止可
能となつた。また従来技術で必要であつた中心電極チツ
プを中心電極母材の先端に溶接する工程が不要となつた
ことにより、プラグの生産性を高くすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の内燃機関用スパークプラグの第１実
施例を示す断面図、 第２図は第１図のプラグにおいてこの発明の特徴部分を
示す主要部の断面図、 第３図及び第４図は、中心電極チツプ内端部と中心電極
母材端部の変形例を示すプラグ主要部の断面図、 第５図は、中心電極チツプ内端部2bと中心電極母材端部
3aとの間の隔置距離（Ｌ）と点火進角との相関性を示す
グラフ、 第６図は、この発明の第２の実施例でのプラグ主要部の
断面図、 第７図は第６図に示された中心電極母材端部3aの斜視
図、 第８図は第６図に示されたプラグでの中心電極母材先端
部に固着された板バネ５の変形例を示す斜視図、及び 第９図は、この発明の第３の実施例でのプラグ主要部の
断面図である。 １……絶縁碍子 ２……中心電極チツプ ３……中心電極母材 ４……導電性被膜 ６……内孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関用スパークプラグに於いて、 軸線方向に延在した内孔を備えた絶縁碍子と、 該内孔内に配置された中心電極と、を有し、 該中心電極は、 前記絶縁碍子の先端部に固定され且つ一端部が前記絶縁
   碍子先端部から外方に突出し更に他端部が前記絶縁碍子
   先端部から前記内孔内に突出した中心電極チップと、 前記内孔内に配置され且つ端部が前記中心電極チップの
   前記他端部に対して軸線方向に対設された中心電極母材
   と、を有し、 前記中心電極チップの前記他端部と前記中心電極母材の
   前記端部とは、前記中心電極母材と前記絶縁碍子との線
   膨張係数値の差に基づく該中心電極母材の伸びを吸収し
   得る程度の距離、隔置されているとともに、 前記両端部間は電気的導通手段を介して電気的に導通状
   態に設定されている ことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。