JP2008277252A - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁体全体の強度の向上を図ることができ、ひいては割れによる不具合をより確実に防止できる内燃機関用スパークプラグを提供する。
【解決手段】スパークプラグ１は、軸孔４を有する絶縁碍子２と、軸孔４に挿設される中心電極５と、絶縁碍子２の外周に設けられる主体金具３と、主体金具３に設けられ、中心電極５の先端部との間に火花放電間隙３３を形成する接地電極２７とを備える。絶縁碍子２は、後端側胴部１０、大径部１１、中胴部１２を具備する。大径部１１は、後端側胴部１０と連結される肩部２３と、中胴部１２と連結される先細り部２４とを備える。絶縁碍子２の表面のうち後端側胴部１０から肩部２３にかけて後端側釉薬層２８を設けるとともに、絶縁碍子２の表面のうち先細り部２４の途中から中胴部１２の少なくとも一部を覆うように先端側釉薬層２９を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関用スパークプラグに関する。

内燃機関用スパークプラグは、自動車等の内燃機関（エンジン）に取り付けられ、混合気の着火のために用いられる。スパークプラグは、一般的に、中心電極と、中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶縁体の外側に設けられた主体金具とを備える。ここで、絶縁体は、自身の後端側に形成された後端側胴部と、当該後端側胴部より先端側に形成されるとともに径方向外側に突出形成された大径部と、当該大径部より先端側に形成されるとともに大径部より小径の中胴部と、当該中胴部より先端側に形成された脚長部とを具備する。また、当該大径部の後端部分は前記後端側胴部と連結される湾曲面状の肩部となっているものも多い。

スパークプラグは、内燃機関の動作に伴う振動の影響を受けるとともに、混合気の燃焼時に生じる高圧の燃焼圧力を受ける。従って、このような外部からの応力によって絶縁体に割れが発生するのをより確実に防止する必要があり、絶縁体としては十分な強度を具備している必要がある。

一方、近年では、スパークプラグの小型化や小径化が求められており、これを実現するためには、絶縁体を薄肉化することが考えられる。しかし、単に薄肉としたのでは強度の低下を招くこととなってしまう。これに対し、従来、絶縁体の表面のうち後端側胴部から前記肩部にかけて釉薬層を設けることが行われている（例えば、特許文献１参照）。このように釉薬層が設けられることで、釉薬層で被覆された部位が圧縮応力等によって補強されるとともに、絶縁体表面の微小な亀裂や孔等を平滑化することができ、絶縁体の強度の向上を図ることができる。但し、釉薬層の厚みがあまりにも薄いと、強度の向上を十分に図ることができず、特に応力が集中する前記肩部において割れが発生してしまうおそれがある。一方、釉薬層の厚みが厚すぎた場合、釉薬層自体が割れやすくなってしまい、その割れが絶縁体にまで進展し、前記肩部において割れが発生してしまうおそれがある。それ故、強度の向上を図るためには、適切な厚みの釉薬層を設けることが重要となってくる。
特開２００３−７４２４号公報

しかしながら、本願発明者等が鋭意検討したところ、適切な厚みの釉薬層を設けた場合であっても、肩部における割れの発生を抑制できる一方で、前記中胴部における割れが顕著となってしまうケースがあることが明らかとなった。これは、釉薬層が設けられた部位においては強度の向上が十分に図られ、外部からの比較的高い応力に耐え得る一方で、中胴部は当該応力に耐え得る程度の強度を具備していないことが原因であると考えられる。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁体全体の強度の向上を図ることができ、ひいては割れによる不具合をより確実に防止できる内燃機関用スパークプラグを提供することにある。

以下、上記目的等を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有し、自身の後端側に形成された後端側胴部、当該後端側胴部に連続して形成されるとともに径方向外側に突出する大径部、及び、当該大径部より先端側に連続して形成されるとともに当該大径部より小径の中胴部を具備する絶縁体と、前記軸孔に挿設された中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられる筒状の主体金具と、自身の一部が前記中心電極の先端部と対向するように、前記主体金具に設けられ、前記中心電極の先端部との間に火花放電間隙を形成する接地電極とを備える内燃機関用スパークプラグであって、
前記大径部は、自身の後端において前記後端側胴部と連結される湾曲面状、段状又はテーパ状をなす肩部を有するとともに、自身の先端において前記中胴部と連結される湾曲面状又はテーパ状をなす先細り部を有し、
前記絶縁体の表面のうち前記後端側胴部から前記肩部にかけて第１の釉薬層を設けるとともに、
前記絶縁体の表面のうち前記先細り部の途中から前記中胴部の少なくとも一部を覆うように第２の釉薬層を設けたことを特徴とする。

構成１によれば、絶縁体の表面のうち後端側胴部から肩部にかけて第１の釉薬層が設けられている。本構成を採用することにより、肩部に対応する部位の強度の向上が図られ、肩部における割れを抑制できる。また、肩部に対応する部位の強度の向上が図られる一方で、中胴部での割れが懸念されるところであるが、これに対し、本構成１では、絶縁体の表面のうち先細り部の途中から中胴部のうち少なくとも一部を覆うように第２の釉薬層が設けられている。このため、中胴部に対応する部位の強度向上が図られる。その結果、絶縁体全体の強度の向上を図ることができ、割れによる不具合をより確実に抑制できる。

尚、第２の釉薬層を設ける際、中胴部の表面のうち主体金具と当接する部位にまで釉薬層を設けてしまうと、釉薬層の厚みによって外径が増大してしまうため、主体金具に対する絶縁体の組合せ作業性が低下してしまうおそれがある。さらに、絶縁体と主体金具との組合せがなされたとしても、絶縁体と主体金具との間において十分な気密性を確保できなくなってしまうおそれがある。一方、大径部の表面のうち主体金具と当接する部位にまで釉薬層を設けてしまうと、上記同様、主体金具と絶縁体との組合せ作業性や気密性が低下してしまうおそれがある。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記第１の釉薬層のうち、前記後端側胴部の先端部分から前記肩部の後端部分までの間に位置する後端側角部を覆う第１の角部釉薬層の厚さ、及び、前記第２の釉薬層のうち、前記先細り部の先端部分から前記中胴部の後端部分までの間に位置する先端側角部を覆う第２の角部釉薬層の厚さがそれぞれ５μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする。

尚、「前記後端側胴部の先端部分から前記肩部の後端部分までの間に位置する後端側角部」とあるのは、少なくとも後端側胴部と肩部との間の角状の境界部分を含むものである。また、「前記先細り部の先端部分から前記中胴部の後端部分までの間に位置する先端側角部」とは、少なくとも先細り部と中胴部との間の角状の境界部分を含むものである（以下、同様）。

上記構成２によれば、機械的な応力がより集中しやすい後端側角部や先端側角部を覆う第１及び第２の角部釉薬層の厚みが５μｍ以上１５０μｍ以下と比較的厚肉にされている。これにより、両角部に対応する部位の強度向上を図ることができ、ひいては絶縁体全体の強度を一層向上させることができる。また、当該構成を採用することによって、両角部における屈曲状態と比較して、第１及び第２の角部釉薬層の屈曲状態をより滑らかな状態（例えば、湾曲形状等）とすることができる。これにより、応力の分散を図ることができ、ひいては絶縁体の強度向上をより一層図ることができる。

ここで、第１及び第２の角部釉薬層の厚みが５μｍ未満の場合には、両角部に対応する部位の強度向上を十分に図ることができない等のおそれがある。一方、第１及び第２の角部釉薬層の厚みが１５０μｍを越える場合には、角部釉薬層自体が割れやすくなってしまい、当該割れが絶縁体にまで至ってしまうおそれがある。尚、両角部に対応する部位についてより一層の強度向上を図るべく、第１及び第２の角部釉薬層の厚さを１０μｍ以上としてもよい。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記第１の釉薬層のうち、前記後端側胴部を覆う第１の胴部釉薬層の厚さ、及び、前記第２の釉薬層のうち、前記中胴部を覆う第２の胴部釉薬層の厚さがそれぞれ５μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする。

構成３によれば、第１及び第２の胴部釉薬層の厚みがそれぞれ５μｍ以上３０μｍ以下とされている。これにより、中胴部等の割れをより確実に抑制することができる。尚、第１及び第２の胴部釉薬層の厚みが５μｍ未満である場合には、強度の向上を十分に図れないおそれがある。また、胴部釉薬層の厚みが３０μｍを超える場合には、釉薬層自体が割れやすくなり、釉薬層の割れが絶縁体にまで進展してしまうおそれがある。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記第１の釉薬層のうち、前記後端側胴部の先端部分から前記肩部の後端部分までの間に位置する後端側角部を覆う第１の角部釉薬層を、前記第１の釉薬層のうち、前記後端側胴部を覆う第１の胴部釉薬層よりも厚くしたことを特徴とする。

上記構成４によれば、後端側角部を覆う第１の角部釉薬層の厚さが、第１の胴部釉薬層の厚さよりも大きなものとされている。これにより、より機械的応力の集中しやすい後端側角部に対応する部位について、効果的に強度の向上を図ることができ、ひいては絶縁体全体の強度をより効果的に向上させることができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記第２の釉薬層のうち、前記先細り部の先端部分から前記中胴部の後端部分までの間に位置する先端側角部を覆う第２の角部釉薬層を、前記第２の釉薬層のうち、前記中胴部を覆う第２の胴部釉薬層よりも厚くしたことを特徴とする。

上記構成５によれば、先端側角部に対応する部位について、より一層の強度向上を図ることができ、絶縁体全体の強度向上により一層寄与し得る。

以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。なお、図１では、スパークプラグ１の軸線Ｃ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２には、軸線Ｃ１に沿って軸孔４が貫通形成されている。そして、軸孔４の先端部側には中心電極５が挿入、固定され、後端部側には端子電極６が挿入、固定されている。軸孔４内における中心電極５と端子電極６との間には、抵抗体７が配置されており、この抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

中心電極５は、絶縁碍子２の先端から突出し、端子電極６は絶縁碍子２の後端から突出した状態でそれぞれ固定されている。また、中心電極５には、その先端に貴金属チップ３１が溶接により接合されている（これについては後述する）。

一方、絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれより細径に形成され、内燃機関（エンジン）の燃焼室に晒される脚長部１３とを備えている。絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、筒状に形成された主体金具３の内部に収容されている。そして、脚長部１３と中胴部１２との連接部には段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。また、本実施形態において、大径部１１の後端部分は湾曲面状をなす肩部２３となっており、大径部の先端部分はテーパ状の先細り部２４となっている。尚、肩部２３は、平坦面からなる段状或いは傾斜面からなるテーパ状となっていてもよい。また、先細り部２４は、湾曲面状となっていてもよい。また、前記後端側胴部１０の先端部分から肩部２３の後端部分までの間には、断面くの字状の後端側角部４１が形成されている。加えて、前記先細り部２４の先端部分から前記中胴部１２の後端部分までの間には、断面くの字状をなす先端側角部４２が形成されている。

主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１をエンジンヘッドに取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３をエンジンヘッドに取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するための段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。これにより、加締め部２０の内周面は前記肩部２３に倣う形で係止することとなる。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。

また、主体金具３の先端面２６には、略Ｌ字状をなす接地電極２７が接合されている。すなわち、接地電極２７は、前記主体金具３の先端面２６に対しその後端部が溶接されるとともに、先端側が曲げ返されて、その側面が中心電極５の先端部（貴金属チップ３１）と対向するように配置されている。当該接地電極２７には、前記貴金属チップ３１に対向するようにして貴金属チップ３２が設けられている。そして、これら貴金属チップ３１，３２間の隙間が火花放電間隙３３となっている。

中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。また、接地電極２７は、Ｎｉ合金等で構成されている。

中心電極５は、その先端側が縮径されるとともに、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されている。ここに円柱状をなす上記貴金属チップ３１を重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザ溶接、電子ビーム溶接、或いは抵抗溶接等を施すことにより貴金属チップ３１と中心電極５とが接合されている。一方、これに対向する貴金属チップ３２は、接地電極２７の所定位置上に貴金属チップ３２を位置合わせし、その接合面外縁部に沿って溶接することにより接合される。尚、貴金属チップ３１及びこれに対向する貴金属チップ３２のうちいずれか一方（のチップ）又は両方を省略する構成としてもよい。この場合には、貴金属チップ３１と接地電極２７の本体部との間、或いは対向する貴金属チップ３２と中心電極５の本体部との間で火花放電間隙３３が形成される。

本実施形態において、前記貴金属チップ３１，３２は、公知の貴金属材料（例えば、Ｐｔ−Ｉｒ合金等）により構成されている。

さらに、図２，３に示すように、絶縁碍子２の表面のうち後端側胴部１０から前記肩部２３にかけて第１の釉薬層としての後端側釉薬層２８が設けられており、また、絶縁碍子２の表面のうち前記先細り部２４の途中から中胴部１２の少なくとも一部（本実施形態では、先細り部２４の途中から中胴部１２のうち主体金具３と当接していない部位）を覆うよう第２の釉薬層としての先端側釉薬層２９が設けられている（図中の散点模様を付した部位が後端側釉薬層２８及び先端側釉薬層２９を表す）。

特に、後端側釉薬層２８のうち、前記後端側角部４１を覆う第１の角部釉薬層４３の厚さ、及び、先端側釉薬層２９のうち、前記先端側角部４２を覆う第２の角部釉薬層４４の厚さはそれぞれ５μｍ以上１５０μｍ以下（例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下）とされている。また、後端側釉薬層２８のうち、後端側胴部１０の後端からその先端部分までを覆う第１の胴部釉薬層４５の厚さ、及び、先端側釉薬層２９のうち、前記中胴部１２の後端部分を覆う第２の胴部釉薬層４６の厚さがそれぞれ５μｍ以上３０μｍ以下（例えば、１０μｍ以上２０μｍ以下）とされている。尚、本実施形態において、第１の角部釉薬層４３が前記第１の胴部釉薬層４５よりも厚くなるように形成されており、また、第２の角部釉薬層４４が前記第２の胴部釉薬層４６よりも厚くなるように形成されている。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ系合金（例えばインコネル系合金等）からなる接地電極２７が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

さらに、接地電極２７の先端部には、上述した貴金属チップ３２が、抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。尚、溶接をより確実なものとするべく、当該溶接に先だって溶接部位のメッキ除去が行われたり、或いは、メッキ工程に際し溶接予定部位にマスキングが施されたりする。また、当該貴金属チップ３２の溶接を、後述する組合せの後に行うこととしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成型用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。得られた成形体に対し、研削加工が施され整形される。そして、整形されたものが焼成炉へ投入され焼成される。焼成後、種々の研磨加工を施すことで、絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、Ｎｉ系合金が鍛造加工され、その中央部に放熱性向上を図るべく銅合金からなる内層５Ａが設けられる。そして、その先端部には、上述した貴金属チップ３１が抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。

そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６が押圧された状態とした上で、焼成炉内にて焼き固められる。このとき、前記後端側釉薬層２８及び前記先端側釉薬層２９が同時に焼成される。尚、後端側釉薬層２８或いは先端側釉薬層２９のどちらか一方が同時に焼成され、他方は事前に形成されることとしてもよい。また、事前に後端側釉薬層２８及び先端側釉薬層２９が形成されることとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作成された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組み合わされる。組合せに際しては、熱加締めによる加締めが行われる。すなわち、主体金具３の座部１６及び工具係合部１９の間に形成された薄肉部２５を加熱して変形抵抗を小さくした状態で、主体金具３後端側の開口部を加締める。これにより、加締め部２０の塑性変形による加締めと、絶縁碍子２と主体金具３との熱膨張差を利用した加締めとが同時に行われる。熱膨張状態にあった薄肉部２５が冷却されることで、薄肉部２５は軸線Ｃ１方向に収縮し、大径部１１の肩部２３に係止された加締め部２０は、肩部２３を先端側に押圧することとなる。これにより、絶縁碍子２の外周面に形成された段部１４と、主体金具３の内周面に形成された段部２１とが強固に係止された状態となり、ひいては絶縁碍子２と主体金具３とが強固に組み合わされる。この組み合わされた状態において、絶縁碍子２は軸線Ｃ１方向の応力により支持されるため、絶縁碍子２の中胴部１２と当該中胴部１２に対向する主体金具３内周面とは実質的に離間することとなる。ここで、「実質的に離間」とは、中胴部１２のうち先端側釉薬層２９で覆われた部位の後端側において、主体金具３の内径が先端側釉薬層２９を含めた中胴部１２の外径よりも大きいことを意味するものである。すなわち、先端側釉薬層２９は、図２に示すような、絶縁碍子２のうち主体金具３の内周面との間隙が比較的大きな部位（当該間隙が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、以下、「開放部位」という）にのみ設けられることを必須としているわけではなく、当該開放部位より先端側にまで先端側釉薬層２９が存在している構成を含み得るものである。但し、この場合、開放部位の先端側において、主体金具３の内径が先端側釉薬層２９を含めた中胴部１２の外径と等しくなるよう、或いは両者の間隙を極力小さくなるよう中胴部１２の外径や先端側釉薬層２９の厚み等を設定することが好ましい。

そして、最後に、接地電極２７を屈曲させることで、中心電極５の先端に設けられた貴金属チップ３１及び接地電極２７に設けられた貴金属チップ３２間の前記火花放電間隙３３を調整する加工が実施される。

このように一連の工程を経ることで、上述した構成を有するスパークプラグ１が製造される。

次に、先端側釉薬層を設けず、後端側釉薬層のみを設け、当該後端側釉薬層の第１の胴部釉薬層の厚みを種々変更したスパークプラグのサンプルを５２本作製し、各サンプルに対し、ベンディング強度試験を実施した。ベンディング強度試験の概要は以下の通りである。すなわち、スパークプラグの軸線方向を水平とし、試験台のねじ孔に対して２５Ｎ・ｍの締め付けトルクでスパークプラグのねじ部を螺合し、試験台にスパークプラグを固定する。そして、スパークプラグの端子電極に対して、オートグラフにて上方向から荷重を加えていく。当該荷重を連続的に増加させていき、絶縁碍子に割れが発生した際の割れ荷重を測定するとともに、割れが発生した部位を特定した。当該試験における試験結果を図４に示す。尚、後端側釉薬層の第１の胴部釉薬層の厚みが０ｍｍとは後端側釉薬層を設けなかったことを意味するものである。また、図４中の△でプロットしたものについては、絶縁碍子の肩部において割れが発生したことを表す。一方、◇でプロットしたものについては、絶縁碍子の中胴部において割れが発生したことを表す。

図４に示すように、第１の胴部釉薬層の厚みが５μｍ未満である場合には、比較的小さな荷重で肩部において割れが発生してしまうことがわかった。さらに、第１の胴部釉薬層の厚みが３０μｍを超える場合でも、同様に肩部にて割れが発生し、第１の胴部釉薬層が厚ければ厚いほどより小さな荷重で割れが発生してしまうことが明らかとなった。一方で、第１の胴部釉薬層の厚みが５μｍ以上３０μｍ以下である場合には、肩部における割れを抑制できているものの、比較的大きな荷重で中胴部に割れが発生してしまうことがわかった。つまり、肩部は当該比較的大きな荷重に耐え得る程度の十分な強度の向上が図られている一方で、中胴部は当該荷重に耐え得る程度の強度を具備していないために割れが発生してしまうと考えられる。

上記試験結果より、後端側釉薬層の第１の胴部釉薬層が５μｍ以上３０μｍ以下と肩部の強度向上を図る上で適切な厚みを具備する場合、先端側釉薬層を設けることにより中胴部の割れを抑制できるといえる。その結果、更なる強度の向上を図ることができ、ひいては割れによる不具合をより確実に防止できるといえる。また、先端側釉薬層の第２の胴部釉薬層の厚みについても、５μｍ以上３０μｍ以下とすることが強度の向上を図る上でより好適であると考えられる。

次いで、先端側釉薬層を設けず、後端側釉薬層のみを設け、当該後端側釉薬層の第１の角部釉薬層の厚みを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルに対し、上述のベンディング強度試験を実施した。当該試験の結果を図５に示す。尚、第１の角部釉薬層の厚みが０ｍｍとは後端側釉薬層を設けなかったことを意味するものである。図５中においても図４と同様に、△でプロットしたものについては絶縁碍子の肩部において割れが発生したことを表し、◇でプロットしたものについては、絶縁碍子の中胴部において割れが発生したことを表す。

図５に示すように、第１の角部釉薬層の厚みが５μｍ未満である場合、比較的小さな負荷によって肩部における割れが発生してしまうことが明らかとなった。加えて、第１の角部釉薬層の厚みが１５０μｍを越える場合でも、同様に肩部において割れが発生してしまうことがわかった。一方で、第１の角部釉薬層の厚みが５μｍ以上１５０μｍ以下である場合には、肩部における割れを抑制できるものの、比較的大きな荷重が加えられることで、中胴部における割れが発生してしまうことが明らかとなった。これは、肩部は比較的大きな荷重に耐え得る程度の十分な強度を有する一方で、中胴部は当該荷重に耐え得る程度の強度を有していなかったことによると考えられる。

以上の試験結果より、第１の角部釉薬層が５μｍ以上１５０μｍ以下と肩部の強度向上を図る上で適切な厚みを具備する場合、先端側釉薬層を設けることにより中胴部の割れを抑制できるといえる。その結果、効果的に強度の向上を図ることができ、ひいては割れによる不具合をより確実に防止できるといえる。また、先端側釉薬層の第２の角部釉薬層の厚みについても、５μｍ以上１５０μｍ以下とすることが強度の向上を図る上でより好適であると考えられる。尚、後端側角部や先端側角部において応力が集中しやすいことを鑑みれば、第１及び第２の角部釉薬層の厚みを１０μｍ以上とすることがより好ましく、また、第１及び第２の角部釉薬層を第１及び第２の胴部釉薬層よりも厚くすることがより望ましいといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、加締め部２０の内周面が肩部２３に直接係止されているが、加締め部２０と肩部２３との間（絶縁碍子２の外周面と主体金具３の内周面との間隙）に、一対のリング部材に滑石（タルク）が充填されたものを設けることとしてもよい。また、金属製で円環状の板パッキンを設けることとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、主体金具３の先端に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｃ）上記実施形態の中心電極５は、その先端側が縮径されているものであるが、必ずしも縮径されていなくてもよく、全体として棒状（円柱状）をなしていても何ら差し支えない。また、中心電極５は、内層５Ａ及び外層５Ｂからなる２層構造を具備しているが、１層からなっていても差し支えない。

（ｄ）スパークプラグのタイプについては、上記実施形態のものに特に限定されるものではない。従って、例えば２乃至４本の接地電極を具備するタイプに具現化することもできる。

（ｅ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

本実施形態のスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 絶縁碍子に設けられる先端側釉薬層及び後端側釉薬層と主体金具との位置関係を示す一部破断正面図である。 絶縁碍子に設けられる先端側釉薬層及び後端側釉薬層の位置を示す正面図である。 ベンディング強度試験において種々に変更した第１の胴部釉薬層の厚みと、絶縁碍子に割れが発生した際の割れ荷重及び割れが発生した部位との関係を示すグラフである。 ベンディング強度試験において種々変更した第１の角部釉薬層の厚みと、絶縁碍子に割れが発生した際の割れ荷重及び割れが発生した部位との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…スパークプラグ、２…絶縁碍子、３…主体金具、４…軸孔、５…中心電極、１０…後端側胴部、１１…大径部、１２…中胴部、２３…肩部、２４…先細り部、２７…接地電極、２８…後端側釉薬層、２９…先端側釉薬層、３３…火花放電間隙、４１…後端側角部、４２…先端側角部、４３…第１の角部釉薬層、４４…第２の角部釉薬層、４５…第１の胴部釉薬層、４６…第２の胴部釉薬層、Ｃ１…軸線。

Claims (5)

1. 軸線方向に貫通する軸孔を有し、自身の後端側に形成された後端側胴部、当該後端側胴部に連続して形成されるとともに径方向外側に突出する大径部、及び、当該大径部より先端側に連続して形成されるとともに当該大径部より小径の中胴部を具備する絶縁体と、
   前記軸孔に挿設された中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられる筒状の主体金具と、
   自身の一部が前記中心電極の先端部と対向するように、前記主体金具に設けられ、前記中心電極の先端部との間に火花放電間隙を形成する接地電極とを備える内燃機関用スパークプラグであって、
   前記大径部は、自身の後端において前記後端側胴部と連結される湾曲面状、段状又はテーパ状をなす肩部を有するとともに、自身の先端において前記中胴部と連結される湾曲面状又はテーパ状をなす先細り部を有し、
   前記絶縁体の表面のうち前記後端側胴部から前記肩部にかけて第１の釉薬層を設けるとともに、
   前記絶縁体の表面のうち前記先細り部の途中から前記中胴部の少なくとも一部を覆うように第２の釉薬層を設けたことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 前記第１の釉薬層のうち、前記後端側胴部の先端部分から前記肩部の後端部分までの間に位置する後端側角部を覆う第１の角部釉薬層の厚さ、及び、前記第２の釉薬層のうち、前記先細り部の先端部分から前記中胴部の後端部分までの間に位置する先端側角部を覆う第２の角部釉薬層の厚さがそれぞれ５μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。
3. 前記第１の釉薬層のうち、前記後端側胴部を覆う第１の胴部釉薬層の厚さ、及び、前記第２の釉薬層のうち、前記中胴部を覆う第２の胴部釉薬層の厚さがそれぞれ５μｍ以上３０μｍ以下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スパークプラグ。
4. 前記第１の釉薬層のうち、前記後端側胴部の先端部分から前記肩部の後端部分までの間に位置する後端側角部を覆う第１の角部釉薬層を、前記第１の釉薬層のうち、前記後端側胴部を覆う第１の胴部釉薬層よりも厚くしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
5. 前記第２の釉薬層のうち、前記先細り部の先端部分から前記中胴部の後端部分までの間に位置する先端側角部を覆う第２の角部釉薬層を、前記第２の釉薬層のうち、前記中胴部を覆う第２の胴部釉薬層よりも厚くしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。

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