JPS6123629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は新規な点火プラグの構造に関する。点
火プラグは、高速運転時に2000℃以上にもなる爆
発ガスにさらされるため、この熱を逃がすことが
必要である。また、低速運転時にはカーボンやオ
イルが電極部周辺に付着・堆積するので、これを
焼き切つて、清浄化する必要がある。点火プラグ
の過熱防止とカーボン等の付着（くすぶり）の防
止のためには、点火プラグの絶縁体発火部の温度
が常時およそ450〜900℃の温度範囲にあることが
必要であるが、この温度はエンジンの種類、運転
状態、燃料の種類、塞暑の季節変動に応じて変化
する。 従つて、点火プラグがこれらの条件下において
十分に機能する為には、発火部の過熱防止のため
にエンジンから受ける熱を必要に応じて効率よく
逃がしたり、また保持したりすることが必要であ
る。 従来の構成の点火プラグにおいては、発火部の
熱引きには、中軸が重要な役割を占め、多量の熱
を逃がすために最近は従来のニツケル合金単独中
軸から、ニツケル中軸の奥深くまでCuを挿入し
たCu芯入り中軸が用いられるようになつてい
る。しかしこのNi合金製中軸は温度によつて熱
伝導率はほとんど不変であるか又は逆に高温にな
るほど悪化する傾向を有する。熱伝導率増大のた
めにCu軸をNi軸の中心部に配したCu芯入り中軸
においても伝熱量は、温度の上昇とともに増大す
ることはない。従つて従来の点火プラグ構造にお
いては、発火部温度条件に対応して、伝熱量を変
化させることは極めて、困難であると言える。そ
の結果各エンジンの種類、運転状態、燃料の種
類、塞暖の程度に適合する熱範囲をもつた点火プ
ラグをその都度必要とし、多種の点火プラグが必
要となる。しかしながら、点火プラグの発火部温
度変化への適応性の改善（ワイドレンジ化）は、
点火プラグの性質上不可避の課題であり、ユーザ
ーの要求も益々厳しくなりつつある。 本発明は、かゝる状況のもとに、従来の点火プ
ラグ構造を基本的に変革することにより、この課
題を解決せんとするものである。即ち、本発明は
新しい発想による点火プラグを提供することを目
的とする。 本発明者等による考究の結果として、プラグに
おいてワイドレンジ化を実現するためには次の条
件の充足が必要である。即ち、点火プラグ発火部
付近の温度に感応して中軸部（又はこれに代る内
孔内部）の伝熱量を有効に変化させることが可能
でなければない。詳しくは、低温時には中軸部の
伝熱量をおさえて発火部に熱を滞留せしめてでき
るだけホツトに保ちカーボン等の焼切り清浄化を
助け、逆に高温時には伝熱量を増大させて発火部
の過熱を防止しプレイニツシヨンの発生を抑制す
ることが必要である。 本発明によれば、この条件は、従来は、従来の
点火プラグの中軸に代えて、中軸が占めている部
分（中軸部）に適当な融点を有する金属を充填
し、この金属の溶融―凝固の際に生ずる体積変化
を利用して伝熱面積を変化させ、点火プラグの発
火部からの伝熱量を変化させることにより実現さ
れる。即ち、本発明の点火プラグは、絶縁体先端
に中心電極を有し、前記絶縁体の内孔に空間を残
して金属製熱伝導体を配し、前記中心電極と前記
熱伝導体とで画成される前記内孔先端部に、凡そ
400〜800℃の融点を有する金属を、常時該熱伝導
体との接触を保持しかつ前記空間の一部を該金属
の膨脹空隙として残して充填してなることを特徴
とする。 また本発明は、上述の熱伝導体として高融点金
属表面に、SiC，TiC，B₄Cの導電性かつ耐火性
セラミツク被覆を有するものをも提供する。 以下本発明について詳述する。 第１図に示す点火プラグ本体１０の一実施例に
おいて絶縁体１の発火端にサーメツト（金属―セ
ラミツク）電極３ａ又はチツプ状金属極３ｂ（第
２図示）から成る発火中心電極が配され、次いで
内孔２内の先端部に低融点の金属４が充填されそ
の上部に熱伝導体５が配されている。熱伝導体５
の下方は充填金属４と接し、その周回り方向全域
は充填金属が存在しない膨脹空隙９となつてい
る。内孔２内においてさらに、熱伝導体５の上端
はラジアル突出部５ａを有してシール材６ａによ
りシールされかつ内孔２内壁の段部２ａに固定さ
れている。さらにその上部には抵抗体７、端子軸
８が通常の方法においてシール６ｂにより封着さ
れている。 このように構成した場合、低温時には、充填金
属は凝固しており熱伝導体５との接触面積は小で
ある（第３図参照）。他方高温時にはこの充填金
属４は溶融しかつ膨張して、熱伝導体の周りの空
隙９をその温度に従い上昇しつつ埋め、熱伝導体
との接触面積を増大させる（第４図参照）。その
結果、低温時（金属凝固収縮時）には伝導熱は小
であり、高温時（金属溶融膨張時）には、伝熱量
が増大する。かくて、エンジン運転条件によりプ
ラグ発火部近傍の温度が上昇した場合、そしてさ
らに高負荷の運転により一層多量の熱負荷を受け
た場合にも、温度上昇に対応して、発火部から熱
を逃がすことができるので、プラグ先端の発火部
の温度は過度に上昇することなく前述の適当な温
度範囲内に制御されることなく可能となる。 また、低速運転により、爆発エネルギー供給及
び発火回数が減少すると、プラグの発火部近傍の
温度は下降する。その際、まず溶融金属は温度の
降下に従つてわずかに収縮するが、さらに低速と
なつて外部温度が凝固点下に達すると、急激に収
縮しつつ凝固し、熱伝導体との接触面積は減少す
る。このようにして、プラグ発火部近傍の温度に
感応する可逆的伝熱量可変過程が実現され、低速
運転時には発火部温度が高められてカーボン汚損
を有利に阻止し点火プラグの熱範囲が拡大（ワイ
ドレンジ化）する。 本発明において用いる充填金属としては、約
400〜800℃の間に融点を有する金属又は合金であ
つて例えば、Zn，Al，Cu―Sn，Cu―Znまたはこ
れらの合金を用いることができる。好ましくは
Al，Cu―Zn合金，Cu―Sn合金等から、適宜選択
する。因みにこれらの融点は下表の通りである。

【表】 本発明に用いる発火中心電極としては、セラミ
ツク複合材電極または、貴金属のチツプ状ないし
は球状電極を用いることができる。セラミツク複
合材電極としては、チタン化合物（TiO₂，TiC，
TiN）を骨格材としそれに導電付与物質として
Pt，Pd又はこれらとAu，Ag，Ru，Rh等の貴金
属及び／又はAl₂O₃，Cr₂O₃，ZrO₂，SiO₂，
La₂O₃等の酸化物、Fe，Ni，Cr又はこれらの合
金を分散焼結したものである。その一例としては
凡その重量％において、Pt40〜60％、Pd20〜30
％をベースとして骨格材として10〜30％の
TiO₂，TiC，TiNの一種以上を配合し、さらにFe
―Ni―Cr0〜３％、Al₂O₃0〜10％等を配合したも
のである。このセラミツク電極は、絶縁体と各別
に焼成することももちろんできるが、好ましく
は、プレス成型体としての生絶縁体の先端袋状部
に小孔を設け、そこに上述の電極材料を適量の有
機バインダーの添加によいペースト化して充填等
により付着形成し、絶縁体と共に同時焼結（普通
約1600℃、大気中）される。 中心電極の他の態様としては、絶縁体の袋状部
先端に小孔を形成し、該小孔にチツプ状の金属電
極を密着させたものである。チツプ状とは金属小
片の意義である。鋲型、球状若しくは圧縮変形さ
れた球状、その他類似の形状をとることができ
る。金属としては、発火電極材としての一般的性
質を有すると共に、溶融充填金属と直接接する構
造の場合、充填金属の溶融―凝固の反復により、
反応して劣化した性質の合金を形成しないものを
用いる。例えばこの金属としては、Au，Ag，Au
―Ag合金、又はこれらとPd及び／又はNi，Cr，
Ni―Crとの合金、又はAg―Pt合金を用いること
ができる。但しガラスシール６Ｃをチツプの内孔
内側に施すときには、溶融充填金属との反応性は
考慮しなくてよい。かゝる金属から成り、充填金
属の融点及び、電極の到達温度よりも実質上高融
点を有する金属からなる金属球圧着電極又はその
融着形成による電極も好ましい。前記金属球圧着
電極も圧着の態様により一種の鋲類似形状をとる
が短棒の頂部の直径を太くして形成した鋲型電極
を用いることもでき、この場合もかしめにより小
孔に密着させるか、融着または導電性シールガラ
スにより封着する。かくして内孔２内の溶融金属
の浸出は防止されうる。 金属製熱伝導体５としては、高い伝熱性を有
し、溶融金属と反応して有害な合金を形成せず、
当然ながら、点火プラグの発火部の到達温度及び
シール材封着温度よりも実質的に高い融点を有す
る金属又は合金を用いることができる。例えば
Al，Zn等の充填金属に組合せて、Cu，Cu基合金
（Cu70〜95重量％と残部Ni，Cu97〜99.5重量％と
残部Cr、その他Zn5〜20重量％残部Cu、Sn4〜８
％残部Cu及びAl8〜10％、Ni1〜５％、Fe2.5〜
3.0と残部Cu等）を用いることができる。また、
適宜の高融点、高伝熱性金属の表面に、充填金属
に対する保護或いは界面張力の調整の目目的で、
メツキその他公知の方法、或いは蒸着、溶射等の
他の金属被覆を形成することもできる。その他、
導電性セラミツク被覆、例えばSiC，TiC，
B₄C，ZnC等による保護被覆を施することもでき
る。この保護被覆の方法として化学蒸発、プラズ
マ溶射等で10〜50μの厚みの被覆を形成すること
ができる。 熱伝導体５は絶縁体に係止させるホツトプレス
の便宜上好ましくは頂部にラジアル方向突出部を
有する棒状体に形成するをもつて足りるが、適宜
外周にリブを備え内孔２内壁との間のスペーサー
とすることも目的に適う。さらに適宜外周に凹凸
面を設け、或いは軸方向又はスパイラル状その他
の条溝を設けることもできる。このようにして確
保された空隙の体積は充填金属の溶融時の膨張量
に相応したものとし、不活性ガスを充填すること
もできる。但し、充填金属を粉末状において製造
時に充填し、他の部材をセツトないし充填した後
ホツトプレスすることによりその後の冷却時にお
いて自然に所定空隙は形成されうる。 前述のスペーサーの役は絶縁体内孔２の内壁に
形成したリブ等によることも出来、独立の部材と
して形成することもできる。 以下に本発明の点火プラグの製造方法について
記す。第１図に図示の点火プラグを例とするとま
ず予め、セラミツク電極３ａを袋状先端に有する
絶縁体１を準備する。次いで所定量の充填金属４
の粉末を充填する。次に頂部にラジアル突出部５
ａを有する熱伝導体５を挿入し所定位置まで予備
圧入する。該熱伝導体の上部に順次シールガラス
粉末、抵抗体粉末及びシールガラス粉末を充填予
備圧縮し、さらに端子軸８を挿入した上で約800
〜1000℃即ち点火プラグの実用最高温度より高い
温度で端子軸上方から圧力を印加してホツトプレ
スし端子軸８、抵抗体７、熱伝導体をともに導電
性シール材６ａ，６ｂにより封着させる。この際
に充填金属は溶融状態にあり膨張しているが、冷
却により絶縁体１内壁と熱伝導体５との間に充填
金属が存在していない膨脹空隙９が形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の点火プラグ本体の
夫々一実施例を示す縦断面図である。第３図及び
第４図は低温時及び高温時の充填金属の状態を示
す部分拡大図を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁体先端に中心電極を有し、前記絶縁体の
   内孔に空間を残して金属製熱伝導体を配し、前記
   中心電極と前記熱導体とで画成される前記内孔先
   端部に、凡そ400〜800℃の融点を有する金属を、
   常時該熱伝導体との接触を保持しかつ前記空間の
   一部を該金属の膨脹空隙として残して充填してな
   る熱的ワイドレンジ点火プラグ。 ２ 前記充填金属としてZn，Al，Cu―Sn合金、
   Cu―Sn合金又はこれらの混合物を用いる特許請
   求の範囲１項記載の点火プラグ。 ３ 前記中心電極および前記熱伝導体が前記充填
   金属に対して非反応性である特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の点火プラグ。 ４ 前記中心電極がセラミツクス複合材電極又は
   前記溶融充填金属に対し非反応性であるチツプ状
   金属電極から成る特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載の点火プラグ。 ５ 前記熱伝導体としてCu又はCuをベースとし
   てこれにNi，Cr，Fe，Sn，Zu，Alの一種以上を
   含有するCu基合金であつて900℃以上の融点を有
   する金属を用いる特許請求の範囲第１項または第
   ２項記細の点火プラグ。 ６ 前記熱伝導体として、その表面をZnC，
   TiC，ZnC及びB₄Cから成る導電性セラミツクス
   による被覆した約900℃以上の融点を有する金属
   を用いる特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の点火プラグ。