JP2012133976A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】中心電極に空間形成部が形成されるとともに、絶縁体が比較的薄肉とされたスパークプラグにおいて、絶縁体の貫通を効果的に抑制する。
【解決手段】スパークプラグ１は、筒状の主体金具３と、主体金具３の内周に設けられ、主体金具３の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に自身の先端が位置し、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔４を有する筒状の絶縁碍子２と、軸孔４に挿設された中心電極５とを備える。中心電極５は、軸孔４との間で、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて開口する環状空間ＳＰを形成する空間形成部５Ｄと、空間形成部５Ｄの後端から後端側に向けて延びる本体部５Ｍとを有し、軸線ＣＬ１と直交し主体金具３の先端２６を含む断面において、絶縁碍子２の厚さＡが０．６ｍｍ以下とされる。軸線ＣＬ１に沿った、空間形成部５Ｄ及び本体部５Ｍの境界部分と、主体金具３の先端２６との間の距離Ｂが０．４ｍｍ以上とされる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

一般的にスパークプラグは、軸線に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔に挿設される中心電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端部に設けられ、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。そして、所定の電圧が中心電極に印加されることにより、火花放電間隙において火花放電が生じ、混合気への着火がなされるようになっている。

ところで、使用に伴い、絶縁体の表面にカーボン等のデポジットが付着してしまうことがあり、絶縁体の表面へのデポジットの堆積が進んでしまうと、中心電極と主体金具との間で絶縁体の表面を這った異常な火花放電（いわゆる横飛火など）が生じてしまうおそれがある。そこで、異常放電の発生を抑制するために、中心電極の先端部に比較的小径の空間形成部を設け、当該空間形成部と軸孔との間で軸線方向先端側に向けて開口する環状空間（いわゆるサーモポケット）を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

また近年では、エンジンレイアウトの自由度の向上等を図るべく、スパークプラグ（主体金具）の小径化が要求されている。しかしながら、主体金具のみを小径化しただけでは、主体金具と絶縁体とが過度に接近してしまい、上述した横飛火等の異常放電が発生しやすくなってしまうおそれがある。そこで、主体金具と絶縁体との間の距離を十分に大きく確保すべく、絶縁体の薄肉化が行われ得る。

特開２００６−４９２０７号公報

ところが、中心電極に空間形成部を設けたスパークプラグにおいては、空間形成部と、当該空間形成部の後端に連接される部位との境界部分において電界強度が増大してしまう。そのため、前記境界部分と主体金具の先端部（特に、電界強度が高い主体金具の先端面と内周面との間の角部）との間で電界強度の集中が生じてしまい、絶縁体が薄肉化されている場合には、絶縁体の貫通という事態が生じてしまうおそれがある。

また近年では、燃費向上を図りつつ、出力の低下を防止するために高圧縮化や高過給気化された燃焼装置が開発されているが、このような燃焼装置においては、火花を放電させるためにより大きな電圧が必要となるため、絶縁体の貫通がより生じてしまいやすい。さらに、リーンバーン（希薄燃焼）エンジン等においては、燃料が薄いため、燃料の気化による絶縁体の先端部の冷却効果が低くなってしまい、絶縁体がより高温となってしまいやすい。従って、過熱に伴い絶縁体の耐電圧性能が低下してしまい、絶縁体の貫通がより生じやすくなってしまうおそれがある。

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、中心電極に空間形成部が形成されるとともに、絶縁体が比較的薄肉とされたスパークプラグにおいて、絶縁体の貫通を効果的に抑制することができるスパークプラグを提供することにある。

以下、上記目的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、軸線方向に延びる筒状の主体金具と、
前記主体金具の内周に設けられ、前記主体金具の先端よりも軸線方向先端側に自身の先端が位置し、前記軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔に挿設された中心電極とを備え、
前記中心電極は、
前記軸孔との間で、前記軸線方向先端側に向けて開口する環状空間を形成する空間形成部と、
前記空間形成部の後端から後端側に向けて延び、前記空間形成部よりも大径の本体部とを有するスパークプラグであって、
前記軸線と直交し、前記主体金具の先端を含む断面において、前記絶縁体の厚さが０．６ｍｍ以下であり、
前記軸線に沿った、前記空間形成部及び前記本体部の境界部分と、前記主体金具の先端との間の距離を０．４ｍｍ以上としたことを特徴とする。

上記構成１によれば、中心電極は、軸孔との間で環状空間を形成する空間形成部を備えるとともに、絶縁体のうち特に貫通が発生しやすい主体金具の先端と対向する部位の厚さが０．６ｍｍ以下と薄肉とされている。そのため、絶縁体における貫通の発生が非常に懸念されるところであるが、上記構成１によれば、空間形成部及び本体部の境界部分と、主体金具の先端との間（つまり、電界強度が比較的高くなる部位同士の間）の軸線に沿った距離が０．４ｍｍ以上と大きく確保されている。すなわち、空間形成部及び本体部の境界部分や主体金具の先端面と内周面との境界部分においては、径方向に沿った向きの電界が主として形成されるが、両境界部分を軸線方向に（つまり、電界の向きと交差する方向に）沿って比較的大きくずらすことで、電界強度の集中を効果的に抑制することができる。その結果、絶縁体の貫通をより確実に防止することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記軸線に沿った、前記空間形成部及び前記本体部の境界部分と、前記主体金具の先端との間の距離を０．７ｍｍ以上としたことを特徴とする。

上記構成２によれば、空間形成部及び前記本体部の境界部分と、主体金具の先端との間の軸線に沿った距離が０．７ｍｍ以上と一層大きく確保されている。そのため、電界強度の集中を一層抑制することができ、絶縁体の貫通を一層確実に防止することができる。

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、前記軸線と直交し、前記空間形成部の後端を含む断面において、前記中心電極と前記軸孔との間隔を０．０５ｍｍ以下としたことを特徴とする。

上記構成３によれば、空間形成部の後端と軸孔との間隔が０．０５ｍｍ以下とされている。従って、絶縁体〔特に空間形成部と本体部との境界部分と対向する部位（すなわち、貫通の発生が特に懸念される部位）〕の熱が、中心電極側へと効率よく伝導されることとなり、絶縁体の過熱を抑制することができる。その結果、過熱に伴う絶縁体の耐電圧性能の低下をより確実に防止することができ、ひいては絶縁体の貫通をより効果的に防止することができる。

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、前記中心電極は、ニッケル合金よりなる外層と、当該外層よりも熱伝導率が大きい素材よりなる内層とを備え、
前記内層の先端は、前記主体金具の先端よりも前記軸線方向先端側に位置しており、
前記軸線と直交し、前記主体金具の先端を含む断面において、前記外層の厚さを０．６ｍｍ以下としたことを特徴とする。

上記構成４によれば、絶縁体〔特に主体金具の先端と対向する部位（すなわち、貫通の発生が特に懸念される部位）〕の熱を、熱伝導性に優れる内層に対して効率よく伝導することができる。従って、絶縁体の過熱を抑制することができ、絶縁体における耐電圧性能の低下をより確実に抑制することができる。その結果、絶縁体の耐貫通性を一層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、前記絶縁体は、前記軸線方向後端側に向けて拡径するとともに、前記主体金具の内周に設けられた段部に対して直接又は間接的に係止されるテーパ部を備え、
前記軸線に沿った、前記絶縁体の先端から前記テーパ部の後端までの距離を１１ｍｍ以下としたことを特徴とする。

絶縁体の受けた熱は、中心電極を介して主体金具の段部側へと伝わるが、上記構成５によれば、絶縁体の先端からテーパ部の後端までの距離、すなわち、絶縁体の熱が主体金具の段部側へと伝わる際の熱の伝導経路が十分に短いものとされている。従って、絶縁体の過熱を一層効果的に抑制することができ、絶縁体の貫通をより一層確実に防止することができる。

構成６．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記空間形成部は、
前記本体部の先端から前記軸線方向先端側に向けて先細る段差部と、
前記段差部の先端から前記軸線方向先端側に向けて延びる円柱状の円柱部とを備え、
前記円柱部の後端の外径と前記本体部の先端の外径との径差の１／２が０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする。

上記構成６によれば、円柱部の後端の外径と本体部の先端の外径との径差の１／２が０．０５ｍｍ以上と十分に大きくされているため、環状空間を設けることによる耐汚損性の向上効果がより確実に発揮されることとなる。

一方で、空間形成部が段差部と円柱部とを備えるとともに、円柱部の後端の外径と本体部の先端の外径との径差の１／２（つまり、段差部の径方向に沿った突き出し量）が０．０５ｍｍ以上と大きい場合には、空間形成部（段差部）と本体部との境界部分における電界強度が一層増大してしまう。そのため、絶縁体の貫通がより懸念されるが、上記構成１等を採用することで、当該懸念を払拭することができる。換言すれば、上記構成１等は、前記径差の１／２が０．０５ｍｍ以上とされた、絶縁体の貫通が一層生じてしまいやすいスパークプラグに対して適用することが有意である。

構成７．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記主体金具の先端面と内周面との間に、テーパ状の面取り部及び外側に凸の湾曲面部のいずれか一方が形成されることを特徴とする。

上記構成７によれば、主体金具の先端面と内周面との間に、面取り部や湾曲面部が形成されているため、主体金具の先端面と内周面との境界部分における電界強度を低減させることができる。その結果、絶縁体の貫通をより一層抑制することができる。

構成８．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至７のいずれかにおいて、前記主体金具は、その外周面に燃焼装置の取付孔に螺合するためのねじ部を備え、
前記ねじ部のねじ径がＭ１０以下であることを特徴とする。

電界強度の集中抑制を図るという観点では、空間形成部及び本体部の境界部分と、主体金具の先端とを径方向（軸線と直交する方向）に沿って離間させることも考えられる。しかしながら、上記構成８のように、ねじ径がＭ１０以下とされた主体金具を有するスパークプラグにおいては、両境界部分を径方向に沿って離間させることは困難であり、上記構成１等を採用すること（両境界部分を軸線方向に沿って離間させること）は、このようなスパークプラグにおいて電界強度の集中抑制を実現するために、非常に簡便な手法となる。すなわち、上記構成１等は、ねじ径がＭ１０以下とされ、両境界部分を径方向に沿って離間させることが困難なスパークプラグにおいて、特に有意である。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 スパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。 絶縁碍子の厚さＡ等を示す部分拡大断面図である。 距離Ｂを種々変更したサンプルにおける、絶縁体貫通試験の試験結果を示すグラフである。 間隔Ｃを種々変更したサンプルにおける、絶縁体貫通試験の試験結果を示すグラフである。 厚さＤを種々変更したサンプルにおける、絶縁体貫通試験の試験結果を示すグラフである。 距離Ｌを種々変更したサンプルにおける、絶縁体貫通試験の試験結果を示すグラフである。 別の実施形態における主体金具の構成を示す部分拡大断面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１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も細径に形成された脚長部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、主体金具３の内部に収容されている。一方で、絶縁碍子２の先端は、主体金具３の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に突き出して配置されている。加えて、中胴部１２と脚長部１３との連接部には、軸線ＣＬ１方向後端側に向けて拡径するテーパ部１４が形成されており、当該テーパ部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って延びる軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ａ、及び、外層５Ａを構成するＮｉ合金よりも熱伝導率の高い金属（例えば、銅や銅合金、純Ｎｉ等）からなる内層５Ｂを備えているおり、内層５Ｂの先端は、主体金具３の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置している。さらに、中心電極５は、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るとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５の先端部には、所定の貴金属合金（例えば、白金合金やイリジウム合金）からなる円柱状の貴金属部３１が設けられている。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体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。

加えて、前記主体金具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を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔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を前記燃焼装置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を係止するためのテーパ状の段部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、自身のテーパ部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主体金具３に固定されている。尚、絶縁碍子２のテーパ部１４及び主体金具３の段部２１の間には、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ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、図２に示すように、主体金具３の先端２６には、略中間部分にて曲げ返されて、その先端部が中心電極５の先端部（貴金属部３１）と対向する棒状の接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金によって構成されており、接地電極２７のうち貴金属部３１と対向する部位には、円柱状の貴金属チップ３２が接合されている。貴金属チップ３２は、所定の貴金属を含む金属（例えば、イリジウムや白金等、又は、これらを含有する貴金属合金）によって構成されている。

加えて、中心電極５（貴金属部３１）と貴金属チップ３２との間には、火花放電間隙３３が形成されており、当該火花放電間隙３３において軸線ＣＬ１に沿った方向で火花放電が行われるようになっている。尚、本実施形態では、着火性の向上を図るべく、火花放電間隙３３の大きさＧが比較的大きなもの（例えば、０．９ｍｍ以上）とされており、ひいては火花放電のために必要な電圧（放電電圧）が比較的大きなものとなっている。

さらに、本実施形態では、スパークプラグ１の小径化を図るべく、主体金具３は比較的小径とされており、ねじ部１５のねじ径もＭ１０以下と比較的小径にされている。また、主体金具３の小径化に伴い、絶縁碍子２の小径化が図られており、本実施形態では、軸線ＣＬ１と直交し、主体金具３の先端２６を含む断面において、絶縁碍子２の厚さＡが０．６ｍｍ以下とされている。これにより、主体金具３の先端２６と、絶縁碍子２（脚長部１３）の外周面との間の軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った距離が十分に大きく確保されることとなり、中心電極５と主体金具３の先端２６との間における異常な火花放電（いわゆる横飛火等）の発生が抑制されるようになっている。尚、絶縁碍子２の耐電圧性能が極端に低下してしまうことを防止するため、絶縁碍子２の厚さＡを０．４ｍｍ以上確保することが好ましい。

加えて、中心電極５は、軸孔４との間で、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて開口する環状空間ＳＰ（いわゆるサーモポケット）を形成する空間形成部５Ｄと、当該空間形成部５Ｄの後端から後端側に向けて延び、空間形成部５Ｄよりも大径の本体部５Ｍとを備えている。

空間形成部５Ｄは、本体部５Ｍの先端から軸線ＣＬ１方向先端側に向けて先細る段差部５Ｅと、段差部５Ｅの先端から軸線ＣＬ１方向先端側に向けて延びる円柱状の円柱部５Ｆとを備えている。また、本実施形態では、空間形成部５Ｄと軸孔４との間に形成された前記環状空間ＳＰの径方向に沿った大きさを十分に確保すべく、図３に示すように、円柱部５Ｆの後端の外径と本体部５Ｍの先端の外径との径差の１／２をＥ（ｍｍ）としたとき、Ｅ≧０．０５を満たすように構成されている。尚、Ｅ≧０．０５としたことで、空間形成部５Ｄ（段差部５Ｅ）及び本体部５Ｍの間に形成される角部の電界強度は、比較的大きなものとなっている。

さらに、本実施形態では、軸線ＣＬ１に沿った、空間形成部５Ｄ（段差部５Ｅ）及び本体部５Ｍの境界部分と、主体金具３の先端２６との間の距離Ｂが０．４ｍｍ以上（より好ましくは、０．７ｍｍ以上）とされている。すなわち、電界強度がともに比較的高いものとなる、空間形成部５Ｄ及び本体部５Ｍの間の境界部分（角部）と、主体金具３の先端面及び内周面の間の境界部分とが、軸線ＣＬ１方向に沿って離間するように構成されている。

また、軸線ＣＬ１と直交し、空間形成部５Ｄ（段差部５Ｅ）の後端を含む断面において、中心電極５と軸孔４との間隔Ｃが０．０５ｍｍ以下とされており、絶縁碍子２と本体部５Ｍとが十分に接近するように構成されている。

加えて、中心電極５においては、軸線ＣＬ１と直交し、主体金具３の先端２６を含む断面において、外層５Ａの厚さＤが０．６ｍｍ以下とされている。すなわち、熱伝導性に優れる内層５Ｂが、絶縁碍子２のうち主体金具３の先端２６と対向する部位に対して比較的接近するように構成されている。

さらに、軸線ＣＬ１に沿った、絶縁碍子２の先端からテーパ部１４の後端までの距離Ｌが１１ｍｍ以下とされている（図１参照）。

また、本実施形態では、主体金具３の先端面と内周面との間に、テーパ状の面取り部３Ｔが形成されている。尚、面取り部３Ｔの幅は０．１ｍｍ以上と十分に大きく確保することが好ましい。

以上詳述したように、本実施形態におけるスパークプラグ１は、空間形成部５Ｄを備えるとともに、絶縁碍子２の厚さＡが０．６ｍｍ以下とされ、さらに、距離Ｅが０．０５ｍｍ以上とされている。従って、絶縁碍子２における貫通の発生が非常に懸念されるところであるが、本実施形態では、空間形成部５Ｄ及び本体部５Ｍの境界部分と、主体金具３の先端との間（つまり、電界強度が比較的高くなる部位同士の間）の軸線ＣＬ１に沿った距離Ｂが０．４ｍｍ以上と大きく確保されている。従って、空間形成部５Ｄ及び本体部５Ｍの境界部分や主体金具３の先端面及び内周面の境界部分において、電界強度の集中を効果的に抑制することができる。その結果、絶縁碍子２の貫通をより確実に防止することができる。

さらに、間隔Ｃが０．０５ｍｍ以下とされているため、絶縁碍子２の熱を中心電極５側へと効率よく伝導することができ、また、外層５Ａの厚さＤが０．６ｍｍ以下とされているため、絶縁碍子２の熱を、中心電極５のうち熱伝導性に優れる内層５Ｂに対して特に効率よく伝導することができる。さらに、距離Ｌ（すなわち、絶縁碍子２の熱が主体金具３の段部２１側へと伝導される際の熱の伝導経路の長さに相当する）が１１ｍｍ以下とされているため、絶縁碍子２の熱を、中心電極５を介して主体金具３の段部２１側へと効率よく伝導することができる。このように、間隔Ｃや厚さＤ、距離Ｌが上記数値範囲内とされることで、絶縁碍子２の過熱を極めて効果的に抑制することができ、絶縁碍子２における耐電圧性能の低下をより確実に防止することができる。その結果、絶縁碍子２の貫通をより一層確実に防止することができる。

次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、火花放電間隙の大きさＧを１．２ｍｍ、又は、１．５ｍｍとした上で、絶縁碍子の厚さＡ（ｍｍ）、空間形成部及び本体部の境界部分と主体金具の先端との間の軸線に沿った距離Ｂ（ｍｍ）、空間形成部の後端（本体部）と軸孔との間隔Ｃ（ｍｍ）、主体金具の先端における外層の厚さＤ（ｍｍ）、円柱部の後端の外径と本体部の先端の外径との径差の半分Ｅ（ｍｍ）、及び、絶縁碍子の先端からテーパ部の後端までの距離Ｌ（ｍｍ）を種々変更したスパークプラグのサンプルをそれぞれ２０本ずつ作製し、各サンプルについて絶縁体貫通試験を行った。絶縁体貫通試験の概要は次の通りである。すなわち、４本のサンプルを排気量１．６Ｌの４気筒ターボエンジンに対して組付けた上で、２．５時間ごとにサンプルを組付ける気筒を順次変更しつつ、計１０時間に亘って全開状態（＝５０００ｒｐｍ）でエンジンを動作させた。そして、１０時間経過後に、絶縁碍子における貫通の有無を観察するとともに、２０本中における貫通の発生した本数の割合（貫通発生率）を算出した。

ここで、火花放電間隙の大きさＧを１．２ｍｍとしたサンプルにおいて、貫通発生率が０％となったサンプルは、絶縁碍子の貫通を効果的に抑制できるとして「○」の評価を下すこととした。さらに、火花放電間隙の大きさＧを１．５ｍｍとしたサンプル（つまり、放電電圧が高く、絶縁碍子の貫通がより発生しやすいもの）において、貫通発生率が０％となったサンプルは、絶縁碍子の貫通を極めて効果的に抑制できるとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、火花放電間隙の大きさＧを１．２ｍｍとしたサンプルにおいて、絶縁碍子に貫通が発生したサンプルは、絶縁碍子に貫通がやや生じやすいとして「×」の評価を下すこととした。表１に、当該試験の試験結果を示す。尚、表１において、距離Ｂがマイナスとなっているのは、空間形成部と本体部との境界部分が、主体金具の先端よりも軸線方向後端側に位置していることを示す。つまり、距離Ｂは、主体金具の先端を基準として、軸線方向先端側をプラスで示し、軸線方向後端側をマイナスで示している。

尚、サンプル１〜１５，１９〜２５，２７〜２９は、中心電極の内層を比較的短くしたことで、その先端が主体金具の先端まで到達していない（つまり、外層の厚さＤを測定できない）ものである。また、サンプル２７には、主体金具の先端面と内周面との間に面取り部を設け、他のサンプルは、軸線を含む断面において、主体金具の先端面と内周面とが直交するように構成した。さらに、サンプル２については、空間形成部を設けることなく構成した（すなわち、距離Ｅを０．０ｍｍとした）。併せて、サンプル１〜４，６〜２７については、本体部の先端の外径を２．１ｍｍとし、サンプル５，２８，２９については、本体部の先端の外径を１．９ｍｍとした（つまり、サンプル５，２８，２９は、絶縁碍子の熱が引かれにくく、ひいては絶縁碍子の貫通がより発生しやすい構成とした）。

加えて、図４に、距離Ｂのみが異なるサンプル４，６〜１２の試験結果を抽出したグラフを示し、図５に、間隔Ｃのみが異なるサンプル７，１３〜１５の試験結果を抽出したグラフを示す。また、図６に、厚さＤのみが異なるサンプル１６〜１８の試験結果を抽出したグラフを示し、図７に、距離Ｌのみが異なるサンプル７，１９〜２４の試験結果を抽出したグラフを示す。尚、図４においては、火花放電間隙の大きさＧを１．２ｍｍとしたサンプルの試験結果を四角で示し、火花放電間隙の大きさＧを１．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示す。また、図５〜７においては、火花放電間隙の大きさＧを１．５ｍｍとしたサンプルの試験結果のみを示す。

表１に示すように、厚さＡを０．８ｍｍと十分に大きくしたサンプル１においては、絶縁碍子の貫通は発生しなかったが、サンプル１と比較して、厚さＡを０．６ｍｍ以下とした点のみが異なるサンプル４においては、絶縁碍子の貫通が非常に発生しやすくなってしまうことが分かった。すなわち、厚さＡを０．６ｍｍ以下の絶縁碍子を用いる場合には、貫通の発生がより懸念されることが確認された。

また、距離Ｅを０．０ｍｍとした（つまり、空間形成部を設けなかった）サンプル２においては、絶縁碍子の貫通は発生しにくかったが、サンプル２と比較して、距離Ｅを０．０５ｍｍとした点のみが異なるサンプル３においては、絶縁碍子の貫通が非常に発生しやすくなってしまうことが明らかとなった。つまり、中心電極に空間形成部が設けられ、空間形成部と本体部との境界部分における電界強度が増大する場合には、絶縁碍子の貫通がより懸念されることが確認された。加えて、サンプル３，４の試験結果などから、距離Ｅが大きいほど絶縁碍子に貫通が発生してしまいやすいことが分かった。

以上の点から、厚さＡが０．６ｍｍ以下とされるとともに、距離Ｅが０．０ｍｍを超えるサンプル３〜２９は、貫通の発生が特に懸念されるものと考えられるが、表１及び図４に示すように、距離Ｂを０．４ｍｍ以上とすることで（サンプル７〜２９）、絶縁碍子の貫通が効果的に抑制されることが分かった。これは、電界強度がともに比較的高くなりやすい、空間形成部及び本体部の境界部分と、主体金具の先端面及び側面の間の角部とを軸線方向に沿って遠ざけたことで、電界強度の集中を抑制できたことによると考えられる。

また特に、距離Ｂを０．７ｍｍ以上としたサンプル９，１０，１２，２９は、火花放電間隙Ｇを１．５ｍｍとした、より貫通の発生しやすい条件においても、貫通発生率が０％となり、絶縁碍子の貫通を極めて効果的に抑制できることが確認された。尚、本体部の先端の外径のみを異ならせたサンプル４，５の試験結果から、本体部（中心電極）を細くするほど絶縁碍子の貫通が発生しやすいことを確認できるが、サンプル２９の試験結果から、本体部の先端の外径を１．９ｍｍとした場合（絶縁碍子の貫通が極めて発生しやすい条件とした場合）であっても、距離Ｂを０．７ｍｍ以上とすれば、絶縁碍子の貫通を効果的に抑制できることが分かった。すなわち、距離Ｂを０．７ｍｍ以上とすることは、絶縁碍子の貫通抑制を図るという点で、非常に効果的であると考えられる。

さらに、表１及び図５に示すように、間隔Ｃを０．０５ｍｍ以下としたサンプル１３〜１５は、耐貫通性に極めて優れることが確認された。これは、中心電極（本体部）と絶縁碍子との距離を接近させたことで、絶縁碍子の熱が中心電極側へと効率よく伝導され、ひいては絶縁碍子の温度上昇が抑制されたことに起因すると考えられる。

加えて、表１及び図６に示すように、厚さＤを０．６ｍｍ以下としたサンプル１７，１８は、絶縁碍子の貫通を極めて効果的に抑制できることが明らかとなった。これは、絶縁碍子の熱が、熱伝導性に優れる中心電極の内層に対して伝導しやすくなり、絶縁碍子の温度上昇が抑制されたためであると考えられる。

併せて、表１及び図７に示すように、距離Ｌを１１ｍｍ以下とすることで（サンプル２１〜２４）、優れた耐貫通性を実現できることが分かった。これは、距離Ｌを比較的短くしたことで、中心電極を介して絶縁碍子の熱が効率よく主体金具へと伝導され、ひいては絶縁碍子の温度上昇が抑制されたことによると考えられる。

また、面取り部が設けられたサンプル２７は、距離Ｅが０．１５ｍｍとされ、絶縁碍子の貫通が一層懸念されるものであるにも関わらず、絶縁碍子の貫通を極めて効果的に抑制できることが明らかとなった。これは、面取り部を設けたことで、主体金具の先端面と内周面との間における電界強度が低減したことに起因すると考えられる。

以上の試験結果より、絶縁碍子の厚さＡが０．６ｍｍ以下とされるとともに、中心電極に空間形成部が設けられ、絶縁碍子の貫通がより懸念されるスパークプラグにおいて、絶縁碍子の貫通を抑制すべく、軸線ＣＬ１に沿った、空間形成部及び本体部の境界部分と、主体金具の先端との間の距離Ｂを０．４ｍｍ以上とすることがより好ましい。

また、絶縁碍子の貫通をより一層確実に抑制するためには、距離Ｂを０．７ｍｍ以上としたり、間隔Ｃを０．０５ｍｍ以上としたり、厚さＤを０．６ｍｍ以下としたり、距離Ｌを１１ｍｍ以下としたり、主体金具の先端面と内周面との間に面取り部を設けたりすることがより好ましいといえる。

尚、距離Ｅが大きく、絶縁碍子の貫通が発生しやすいスパークプラグにおいて、距離Ｂ等を上述の数値範囲とすることなどが特に効果的であるといえる。換言すれば、距離Ｂ等を上述の数値範囲とすることなどは、距離Ｅを０．０５ｍｍ以上としたスパークプラグにおいて効果的であり、距離Ｅを０．１０ｍｍ以上としたスパークプラグにおいて一層効果的であるといえる。

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、主体金具３の先端面及び内周面の間に、面取り部３Ｔが設けられているが、図８に示すように、面取り部３Ｔに代えて、外側に凸の湾曲面部３Ｗを設けることとしてもよい。この場合においても、主体金具３の先端面と内周面との間における電界強度の低減を図ることができ、絶縁碍子２の貫通をより確実に防止することができる。尚、電界強度の低減をより確実に図るという観点から、湾曲面部３Ｗの曲率半径を０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。

（ｂ）上記実施形態では、中心電極５の先端部に貴金属部３１が設けられるとともに、接地電極２７の先端部に貴金属チップ３２が設けられているが、貴金属部３１及び貴金属チップ３２の少なくとも一方を省略することとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態において、接地電極２７は単一の合金により構成されているが、接地電極２７の内部に良熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層を設け、接地電極２７を外層及び内層からなる多層構造に構成することとしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、主体金具３の先端２６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）。

（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。

（ｆ）上記実施形態では、主体金具３と絶縁碍子２との間にリング部材２３，２４及びタルク（滑石）２５が配置されているが、リング部材２３，２４及びタルク（滑石）２５を設けることなく、主体金具３を通電加熱しながら主体金具３の後端部に軸線ＣＬ１方向に圧縮力を加えること（いわゆる熱加締めを行うこと）で、加締め部２０を大径部１１に直接係止させることとしてもよい。

１…スパークプラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
３Ｔ…面取り部
３Ｗ…湾曲面部
４…軸孔
５…中心電極
５Ａ…外層
５Ｂ…内層
５Ｄ…空間形成部
５Ｅ…段差部
５Ｆ…円柱部
５Ｍ…本体部
１４…テーパ部
１５…ねじ部
２１…段部
ＣＬ１…軸線
ＳＰ…環状空間

Claims (8)

1. 軸線方向に延びる筒状の主体金具と、
   前記主体金具の内周に設けられ、前記主体金具の先端よりも軸線方向先端側に自身の先端が位置し、前記軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔に挿設された中心電極とを備え、
   前記中心電極は、
   前記軸孔との間で、前記軸線方向先端側に向けて開口する環状空間を形成する空間形成部と、
   前記空間形成部の後端から後端側に向けて延び、前記空間形成部よりも大径の本体部とを有するスパークプラグであって、
   前記軸線と直交し、前記主体金具の先端を含む断面において、前記絶縁体の厚さが０．６ｍｍ以下であり、
   前記軸線に沿った、前記空間形成部及び前記本体部の境界部分と、前記主体金具の先端との間の距離を０．４ｍｍ以上としたことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記軸線に沿った、前記空間形成部及び前記本体部の境界部分と、前記主体金具の先端との間の距離を０．７ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記軸線と直交し、前記空間形成部の後端を含む断面において、前記中心電極と前記軸孔との間隔を０．０５ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記中心電極は、ニッケル合金よりなる外層と、当該外層よりも熱伝導率が大きい素材よりなる内層とを備え、
   前記内層の先端は、前記主体金具の先端よりも前記軸線方向先端側に位置しており、
   前記軸線と直交し、前記主体金具の先端を含む断面において、前記外層の厚さを０．６ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記絶縁体は、前記軸線方向後端側に向けて拡径するとともに、前記主体金具の内周に設けられた段部に対して直接又は間接的に係止されるテーパ部を備え、
   前記軸線に沿った、前記絶縁体の先端から前記テーパ部の後端までの距離を１１ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
6. 前記空間形成部は、
   前記本体部の先端から前記軸線方向先端側に向けて先細る段差部と、
   前記段差部の先端から前記軸線方向先端側に向けて延びる円柱状の円柱部とを備え、
   前記円柱部の後端の外径と前記本体部の先端の外径との径差の１／２が０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
7. 前記主体金具の先端面と内周面との間に、テーパ状の面取り部及び外側に凸の湾曲面部のいずれか一方が形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
8. 前記主体金具は、その外周面に燃焼装置の取付孔に螺合するためのねじ部を備え、
   前記ねじ部のねじ径がＭ１０以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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