JP2013114762A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】小径化された点火プラグにおいて、脚長部及びテーパ部の境界における絶縁体の割れをより確実に防止し、優れた耐久性を実現する。
【解決手段】点火プラグ１は、絶縁碍子２と、主体金具３とを備える。絶縁碍子２は、先端部に位置する脚長部１０と、脚長部１０の後端から後端側に延び、後端側に向けて拡径するテーパ部１１とを具備する。主体金具３は、径方向内側に突出し、テーパ部１１が係止される係止面１７Ｓを有する段部１７と、段部１７の外周側に位置する雄ねじ部１９と
を具備し、雄ねじ部１９のねじ径がＭ１２以下とされる。脚長部１０とテーパ部１１との境界を通り軸線ＣＬ１と直交する断面における、絶縁碍子２の断面積をＢ（ｍｍ²）とし、係止面１７Ｓの先端を通り軸線ＣＬ１と直交する断面における、主体金具３の断面積をＣ（ｍｍ²）としたとき、２．８０≦Ｃ／Ｂ≦３．５０を満たす。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関等に使用される点火プラグに関する。

点火プラグは、例えば、内燃機関（エンジン）等の燃焼装置に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられる。また、点火プラグは、軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿通される中心電極と、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接合され、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ている（例えば、特許文献１等参照）。

加えて、絶縁体は、その先端部に形成され、燃焼室内に露出する脚長部と、当該脚長部の後端から後端側に延び、その外径が後端側に向けて拡径するテーパ部とを備えている。そして、主体金具の内周に突出形成された段部に対して前記テーパ部が直接又は間接的に係止されることで、絶縁体が主体金具に係止されている。

さらに近年では、点火プラグの小型化（小径化）が要請されており、それに伴い絶縁体の小径化が要求されている。このような小径化された絶縁体においては、その肉厚が比較的小さなものとされる。

特開２００８−１０８４７８号公報

また、環境規制の強化に対応すべく、ダウンサイジング化や高過給・高圧縮化等を図った高効率エンジンが提案されている。このようなエンジンにおいては、その動作時に、点火プラグに対して非常に大きな振動が加わるとともに、点火プラグはより高温に加熱される。そして、このような高効率エンジンにおいては、次の理由により、前記脚長部及びテーパ部の境界部における絶縁体の割れが生じてしまいやすい。

すなわち、内燃機関の動作（振動）に伴い点火プラグに衝撃が加わった際には、絶縁体のうち、特に外径が急激に変化する部位に対して応力が加わる。そのため、外径が急激に変化する前記脚長部及びテーパ部の境界部には応力が集中的に加わる。ここで、高効率エンジンにおいては、絶縁体がより過熱されやすく、絶縁体に加わる応力も大きい。従って、前記境界部が過熱されることで、当該境界部の機械的強度が低下した状態となりやすく、この状態で、前記境界部に対して大きな応力が加わることにより、前記境界部において絶縁体の割れが生じてしまいやすい。

さらに、絶縁体の熱は、前記テーパ部から前記主体金具の段部へと伝導することにより、エンジン側へと引かれる。そのため、テーパ部及びその近傍に位置する部位は、より急速に冷却されやすい。一方で、上述のように、高効率エンジンにおいては、絶縁体がより高温に加熱される。そのため、テーパ部及びその近傍に位置する部位に対して、大きな熱衝撃が加わることとなる。その結果、テーパ部の近傍に位置し、かつ、比較的薄肉の（機械的強度が比較的低い）脚長部及びテーパ部の境界部においては、大きな熱衝撃が加わることにより、絶縁体の割れが生じてしまうおそれがある。

そして、上述のような境界部における絶縁体の割れは、小径化され、絶縁体が比較的薄肉となる点火プラグにおいて、特に懸念される。

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、小径化された点火プラグにおいて、脚長部及びテーパ部の境界部の過熱を防止するとともに、前記境界部に加わる熱衝撃を緩和することで、前記境界部における絶縁体の割れをより確実に防止し、優れた耐久性を実現することにある。

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．本構成の点火プラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、
前記絶縁体の外周に配設された筒状の主体金具とを備え、
前記絶縁体は、
先端部に位置する脚長部と、
当該脚長部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて拡径するテーパ部とを具備し、
前記主体金具は、
径方向内側に突出し、前記テーパ部が直接的又は間接的に係止される係止面を有する段部と、
当該段部の外周側に位置し、燃焼装置の取付穴に螺合するための雄ねじ部と
を具備する点火プラグであって、
前記雄ねじ部のねじ径がＭ１２以下であり、
前記脚長部と前記テーパ部との境界を通り前記軸線と直交する断面における、前記絶縁体の断面積をＢ（ｍｍ²）とし、
前記係止面の先端を通り前記軸線と直交する断面における、前記主体金具の断面積をＣ（ｍｍ²）としたとき、
２．８０≦Ｃ／Ｂ≦３．５０
を満たすことを特徴とする。

上記構成１によれば、雄ねじ部のねじ径がＭ１２以下とされており、点火プラグは小径化されている。そのため、脚長部及びテーパ部の境界部における絶縁体の割れがより懸念される。

この点、上記構成１によれば、脚長部とテーパ部との境界を通り軸線と直交する断面における、絶縁体の断面積をＢ（ｍｍ²）とし、係止面の先端を通り軸線と直交する断面における、主体金具の断面積をＣ（ｍｍ²）としたとき、Ｃ／Ｂ≦３．５０を満たすように構成されている。すなわち、前記境界部の受熱量に相当する断面積Ｂに対して、絶縁体の熱を燃焼装置へと伝導する際の熱引き経路の長さに相当する断面積Ｃが過度に大きなものとならないように構成されている。従って、前記境界部の熱を燃焼装置へと速やかに伝導することができ、前記境界部の過熱をより確実に抑制することができる。その結果、前記境界部の機械的強度が低下してしまうことをより確実に防止でき、応力が加わった際の絶縁体割れを効果的に防止することができる。

一方で、前記断面積Ｃを過度に小さくした場合（絶縁体の熱を燃焼装置へと伝導する際の熱引き経路の長さが極端に短い場合）には、前記境界部が極めて急激に冷却されてしまう。そのため、前記境界部に大きな熱衝撃が加わることとなり、前記境界部において絶縁体の割れが発生してしまうおそれがある。

この点、上記構成１によれば、２．８０≦Ｃ／Ｂを満たすように構成されている。そのため、前記境界部が急激に冷却されてしまうことを防止でき、前記境界部に加わる熱衝撃を緩和することができる。その結果、熱衝撃による、前記境界部における絶縁体の割れをより確実に防止することができる。

以上のように、上記構成１によれば、脚長部及びテーパ部の境界部において、過熱による機械的強度の低下抑制、及び、熱衝撃の緩和の双方をより確実に図ることができる。その結果、前記境界部における絶縁体の割れを効果的に抑制することができ、優れた耐久性を実現することができる。

構成２．本構成の点火プラグは、上記構成１において、前記絶縁体は、
前記テーパ部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記脚長部よりも大径の中胴部と、
当該中胴部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて外径が拡径する拡径部とを具備し、
前記中胴部と前記拡径部との境界を通り前記軸線と直交する断面における、前記絶縁体の断面積をＡ（ｍｍ²）とし、前記点火プラグの質量をＭ（ｇ）としたとき、Ｍ／Ａ≦１．４０（ｇ／ｍｍ²）を満たすことを特徴とする。

上述の通り、振動等による衝撃が加わった際には、絶縁体のうち外径が急激に変化する部位に対して応力が加わる。そのため、外径が急激に変化する、中胴部及び拡径部の境界部に対しても応力が集中的に加わる。この境界部においては、過熱や大きな熱衝撃の付与等は生じにくいものの、応力の集中により絶縁体の割れが生じてしまうおそれがある。

この点、上記構成２によれば、点火プラグの質量をＭ（ｇ）とし、中胴部と拡径部との境界を通り軸線と直交する断面における、絶縁体の断面積をＡ（ｍｍ²）としたとき、Ｍ／Ａ≦１．４０（ｇ／ｍｍ²）を満たすように構成されている。すなわち、衝撃が加わった際には、中胴部及び拡径部の境界部に対して、質量Ｍに対応する応力が加わるところ、前記境界部の機械的強度に相当する断面積Ａが十分に大きなものとされているため、前記応力に対して前記境界部が十分に抗することができる。その結果、中胴部及び拡径部の境界部における絶縁体の割れをより確実に防止することができ、上記構成１により奏される脚長部及びテーパ部の境界部における絶縁体の割れ抑制効果と相俟って、一層優れた耐久性を実現することができる。

構成３．本構成の点火プラグは、上記構成１又は２において、前記絶縁体は、
前記テーパ部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記脚長部よりも大径の中胴部と、
当該中胴部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて外径が拡径する拡径部と
当該拡径部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記中胴部よりも大径の大径部と、
当該大径部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて外径が縮径する縮径部とを具備し、
前記軸線を含む断面において、前記大径部の外形線と前記縮径部の外形線との境界点、及び、前記中胴部の外形線と前記拡径部の外形線との境界点を結ぶ直線を直線Ｌ１とし、前記中胴部の外形線と前記拡径部の外形線との境界点、及び、前記脚長部の外形線と前記テーパ部の外形線との境界点を結ぶ直線を直線Ｌ２とし、前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ２とのなす角のうち小なる角の角度をＧとしたとき、Ｇ≧１６３°を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、Ｇ≧１６３°を満たすように構成されており、絶縁体のうち中胴部から拡径部にかけての部位において、その外径が緩やかに変化するように構成されている。従って、中胴部及び拡径部の境界部に加わる応力を分散させることができる。その結果、中胴部及び拡径部の境界部における絶縁体の割れをより一層確実に抑制することができ、更なる耐久性の向上を図ることができる。

構成４．本構成の点火プラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記軸線に沿った前記脚長部の長さをＫ（ｍｍ）とし、前記点火プラグの質量をＭ（ｇ）としたとき、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０（ｇ／ｍｍ）を満たすことを特徴とする。

上記構成４によれば、脚長部の長さをＫ（ｍｍ）とし、点火プラグの質量をＭ（ｇ）としたとき、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０（ｇ／ｍｍ）を満たすように構成されている。すなわち、絶縁体に衝撃が加わった際には、脚長部及びテーパ部の境界部に対して、質量Ｍ及び長さＫの積に対応する応力が加わるところ、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０を満たすように、前記境界部の機械的強度に相当する断面積Ｂが十分に大きくされている。そのため、前記応力に対して前記境界部が十分に抗することができる。従って、脚長部及びテーパ部の境界部における絶縁体の割れをより一層確実に抑制することができ、耐久性をより一層向上させることができる。

構成５．本構成の点火プラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記絶縁体は、
前記テーパ部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記脚長部よりも大径の中胴部と、
当該中胴部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて外径が拡径する拡径部とを具備するとともに、
前記軸孔内には、ガラス粉末を含むガラス粉末混合物が焼成されてなり、前記絶縁体と前記中心電極及び前記端子電極のうちの少なくとも一方とを固定するガラスシール部が設けられ、
前記ガラスシール部の後端は、前記中胴部及び前記拡径部の境界よりも前記軸線方向先端側に位置することを特徴とする。

中心電極等と絶縁体とを固定するために、軸孔内にガラスシール部を設けることがある。ここで、ガラスシール部は、ガラス粉末混合物を焼成することにより形成され、焼成時には、その外周に位置する絶縁体に対して熱応力が加わる。このとき、ガラスシール部の外周に中胴部及び拡径部の境界部が位置していると、当該境界部は、応力の集中に抗すべく、高い機械的強度が要求される部位であるにも関わらず、熱応力の影響により、その機械的強度が低下してしまうおそれがある。

この点、上記構成５によれば、ガラスシール部の後端が、中胴部及び拡径部の境界よりも軸線方向先端側に位置するように構成されている。すなわち、前記境界の内周側にガラスシール部が配置されないように構成されている。従って、焼成時において、ガラスシール部からの熱応力が、中胴部及び拡径部の境界部に対して加わらないようにすることができる。その結果、前記境界部の強度低下をより確実に抑制することができ、ひいては前記境界部における絶縁体の割れを一層効果的に防止することができる。

点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。 主体金具に対する絶縁碍子の係止部分等を示す拡大断面図である。 脚長部からテーパ部にかけての外形線が湾曲している場合における、脚長部及びテーパ部の境界を説明するための拡大断面図である。 中胴部及び拡径部等を示す拡大断面図である。 角度Ｇを説明するための絶縁碍子の拡大断面図である。 中胴部から湾曲部にかけての外形線が湾曲している場合における、中胴部及び湾曲部の境界を説明するための拡大断面図である。 脚長部の長さＫ等を示す絶縁碍子先端部の拡大断面図である。

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、点火プラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、点火プラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

点火プラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、当該絶縁碍子２の外周に配置される筒状の主体金具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、先端側から順に、脚長部１０と、テーパ部１１と、中胴部１２と、拡径部１３と、大径部１４と、縮径部１５と、後端側胴部１６とを備えている。

脚長部１０は、絶縁碍子２の先端部に形成されており、少なくともその先端側の外径が軸線ＣＬ１方向後端側に向けて徐々に拡径するように構成されている。テーパ部１１は、脚長部１０の後端から軸線ＣＬ１方向後端側に延び、その外径が軸線ＣＬ１方向後端側に向けて拡径するように構成されている。中胴部１２は、テーパ部１１の後端から軸線ＣＬ１方向後端側に延び、脚長部１０よりも大径で、かつ、軸線ＣＬ１方向に沿って一定の外径を有するように構成されている。拡径部１３は、中胴部１２の後端から軸線ＣＬ１方向後端側に向けて延び、その外径が軸線ＣＬ１方向後端側に向けて拡径するように構成されている。大径部１４は、拡径部１３の後端から軸線ＣＬ１方向後端側に向けて延び、中胴部１２よりも大径で、かつ、軸線ＣＬ１方向に沿って一定の外径を有するように構成されている。縮径部１５は、大径部１４の後端から軸線ＣＬ１方向後端側に向けて延び、その外径が軸線ＣＬ１方向後端側に向けて縮径するように構成されている。後端側胴部１６は、縮径部１５の後端から軸線ＣＬ１方向後端側に向けて延び、その大部分が軸線ＣＬ１に沿って一定の外径を有するように構成されている。

加えて、絶縁碍子２のうち、脚長部１０の先端部と後端側胴部１６の最先端部以外の部位とは、主体金具３の外部に露出しており、テーパ部１１や中胴部１２、大径部１４等は、主体金具３の内部に収容されている。また、絶縁碍子２は、前記テーパ部１１にて主体金具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が挿設されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる金属〔例えば、銅や銅合金、純ニッケル（Ｎｉ）など〕からなる内層５Ａと、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとを備えている。また、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端部分が絶縁碍子２の先端から突出している。

加えて、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内の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状をなす導電性の抵抗体７が配設されている。また、軸孔４内における抵抗体７の両端側には、導電性物質やガラス粉末などを含むガラス粉末混合物が、圧縮状態で焼成されてなる導電性のガラスシール部８が設けられている。ガラスシール部８により、絶縁碍子２と中心電極５及び端子電極６とが固定されるとともに、中心電極５及び端子電極６が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、その内周には、径方向内側に突出する段部１７が形成されている。段部１７は、前記テーパ部１１が直接又は間接的に係止される係止面１７Ｓを備えており、本実施形態では、円環状の板パッキン１８を介して、テーパ部１１が係止面１７Ｓに対して間接的に係止されている。尚、テーパ部１１及び段部１７間に前記板パッキン１８を設けることで、燃焼室内の気密性が保持され、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１０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、主体金具３の外周面には、点火プラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に螺合するための雄ねじ部１９が形成されており、当該雄ねじ部１９は、その少なくとも一部が前記段部１７の外周側に位置している。また、雄ねじ部１９の後端側には座部２０が外周側に向けて突出形成されており、雄ねじ部１９後端のねじ首２１にはリング状のガスケット２２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２３が設けられている。また、主体金具３の後端部には、径方向内側に向けて屈曲する加締め部２４が設けられている。

さらに、絶縁碍子２は、主体金具３に対してそ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１１が板パッキン１８を介して段部１７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２４を形成することで主体金具３に固定されている。

また、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２５，２６が介在され、リング部材２５，２６間には滑石（タルク）２７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１８、リング部材２５，２６及び滑石２７を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部には、略中間部分にて曲げ返された棒状の接地電極２８が接合されている。加えて、接地電極２８の先端部と中心電極５の先端部との間には、火花放電間隙２９が形成されており、当該火花放電間隙２９において、軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。

さらに、本実施形態では、点火プラグ１の小型化（小径化）を図るべく、主体金具３が小径化されており、前記雄ねじ部１９のねじ径がＭ１２以下とされている。そして、主体金具３の小径化に伴い、主体金具３の内周に配置される絶縁碍子２も小径化されており、絶縁碍子２は比較的薄肉に形成されている。

ところで、点火プラグ１に対して振動等による衝撃が加わった際には、主体金具３を介して絶縁碍子２に応力が伝わり、絶縁碍子２のうち特に外径が急激に変化する部位に対して大きな応力が加わる。そのため、外径が急激に変化する脚長部１０及びテーパ部１１の境界部３１には、応力が集中的に加わる。そして、燃焼装置の動作に伴い、前記境界部３１が過熱され、境界部３１の機械的強度が低下した状態となっているときに、絶縁碍子２に対して応力が加わると、上述のように絶縁碍子２が比較的薄肉であることも相俟って、前記境界部３１において絶縁碍子２の割れが生じてしまうことが懸念される。

そこで、本実施形態では、過熱による強度低下に起因する前記境界部３１における絶縁碍子２の割れを防止すべく、図２に示すように、脚長部１０とテーパ部１１との境界を通り軸線ＣＬ１と直交する断面における、絶縁碍子２の断面積をＢ（ｍｍ²）とし、係止面１７Ｓの先端を通り軸線ＣＬ１と直交する断面における、主体金具３の断面積をＣ（ｍｍ²）としたとき、Ｃ／Ｂ≦３．５０を満たすように構成されている。

一方で、前記断面積Ｃを過度に小さくした場合（絶縁碍子２の熱を燃焼装置側へと伝導する際の熱引き経路の長さが極端に短い場合）には、前記境界部３１が極めて急激に冷却されることとなる。そのため、境界部３１に大きな熱衝撃が加わることとなり、境界部３１において絶縁碍子２の割れが発生してしまうことが懸念される。

この点を鑑みて、本実施形態では、境界部３１に加わる熱衝撃を緩和すべく、２．８０≦Ｃ／Ｂを満たすように構成されている。

尚、前記断面積Ｃは、雄ねじ部１９における谷部分の外径を直径とする円の面積から、係止面１７Ｓの先端の内径を直径とする円の面積を減算することにより算出することができる。

また、図３に示すように、軸線ＣＬ１を含む断面において、脚長部１０からテーパ部１１にかけて外形線が湾曲線状とされている場合、脚長部１０及びテーパ部１１の境界（後述する境界点Ｐ３）とあるのは、前記断面において、それぞれ次述する仮想直線ＶＬ１と仮想直線ＶＬ２との交点ＣＰ１をいう。尚、仮想直線ＶＬ１とあるのは、脚長部１０の外形線のうち前記湾曲線状の部位の直先端側に位置する直線状の外形線を軸線ＣＬ１方向後端側に向けて延長してなる直線をいう。また、仮想直線ＶＬ２とあるのは、テーパ部１１の外形線のうち前記湾曲線状の部位の直後端側に位置する直線状の外形線を軸線ＣＬ１方向先端側に向けて延長してなる直線をいう。

加えて、上述の通り、絶縁碍子２に衝撃が加わった際には、絶縁碍子２のうち特に外径が急激に変化する部位に対して大きな応力が加わることから、中胴部１２及び脚長部１３の境界部３２における絶縁碍子２の割れも懸念される。

この点、本実施形態では、前記境界部３２における絶縁碍子２の割れを防止すべく、点火プラグ１の質量をＭ（ｇ）とし、図４に示すように、中胴部１２と拡径部１３との境界を通り軸線ＣＬ１に直交する断面における、絶縁碍子の断面積をＡ（ｍｍ²）としたとき、Ｍ／Ａ≦１．４０（ｇ／ｍｍ²）を満たすように構成されている。

さらに、境界部３２に加わる応力の低減を図るべく、図５（図５では、絶縁碍子２のみを示す）に示すように、それぞれ次述する直線Ｌ１と直線Ｌ２とのなす角のうち小なる角度をＧとしたとき、Ｇ≧１６３°を満たすように構成されている。尚、直線Ｌ１とあるのは、軸線ＣＬ１を含む断面において、大径部１４の外形線と縮径部１５の外形線との境界点Ｐ１、及び、中胴部１２の外形線と拡径部１３の外形線との境界点Ｐ２を結ぶ直線をいう。また、直線Ｌ２とあるのは、軸線ＣＬ１を含む断面において、前記境界点Ｐ２、及び、脚長部１０の外形線とテーパ部１１の外形線との境界点Ｐ３を結ぶ直線をいう。

尚、図６に示すように、軸線ＣＬ１を含む断面において、中胴部１２から拡径部１３にかけて外形線が湾曲線状とされている場合、中胴部１２及び拡径部１３の境界（境界点Ｐ２）とあるのは、前記断面において、それぞれ次述する仮想直線ＶＬ３及び仮想直線ＶＬ４の交点ＣＰ２をいう。ここで、仮想直線ＶＬ３とあるのは、中胴部１２の外形線のうち前記湾曲線状の部位の直先端側に位置する直線状の外形線を軸線ＣＬ１方向後端側に向けて延長してなる直線をいう。また、仮想直線ＶＬ４とあるのは、拡径部１３の外形線のうち前記湾曲線状の部位の直後端側に位置する直線状の外形線を軸線ＣＬ１方向先端側に向けて延長してなる直線をいう。

さらに、軸線ＣＬ１を含む断面において、大径部１４から縮径部１５にかけての外形線が湾曲線状とされている場合、前記境界点Ｐ１とあるのは、大径部１４の外形線のうち前記湾曲線状の部位の直先端側に位置する直線状の外形線を軸線ＣＬ１方向後端側に向けて延長してなる仮想直線と、縮径部１５の外形線のうち前記湾曲線状の部位の直後端側に位置する直線状の外形線を軸線ＣＬ１方向先端側に向けて延長してなる仮想直線との交点をいう。

加えて、本実施形態では、衝撃が加わった際における、前記境界部３１における絶縁碍子２の割れを一層確実に防止すべく、図７に示すように、軸線ＣＬ１に沿った脚長部１０の長さをＫ（ｍｍ）としたとき、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０（ｇ／ｍｍ）を満たすように構成されている（尚、上述の通り、Ｍは、点火プラグ１の質量であり、Ｂは、脚長部１０とテーパ部１１との境界を通り軸線ＣＬ１と直交する断面における、絶縁碍子２の断面積である）。

併せて、前記境界部３２の機械的強度を高め、当界部３２における絶縁碍子２の割れを一層確実に防止するために、本実施形態では、図１に示すように、前記ガラスシール部８の後端が、中胴部１２及び拡径部１３の境界（境界部３２）よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置するように構成されている。すなわち、前記境界部３２の内周側にガラスシール部８が配置されないように構成されている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、Ｃ／Ｂ≦３．５０を満たすように構成されている。すなわち、前記境界部３１の受熱量に相当する断面積Ｂに対して、絶縁碍子２の熱を燃焼装置へと伝導する際の熱引き経路の長さに相当する断面積Ｃが過度に大きなものとならないように構成されている。従って、前記境界部３１の熱を燃焼装置へと速やかに伝導することができ、絶縁碍子２の過熱をより確実に抑制することができる。その結果、前記境界部３１における絶縁碍子２の機械的強度が低下してしまうことをより確実に防止でき、応力が加わった際における絶縁碍子２の割れを効果的に防止することができる。

一方で、本実施形態においては、２．８０≦Ｃ／Ｂを満たすように構成されているため、前記境界部３１が急激に冷却されてしまうことを防止できる。その結果、境界部３１に加わる熱衝撃を緩和することができる。その結果、熱衝撃による、前記境界部３１における絶縁碍子２の割れをより確実に防止することができる。

以上のように、本実施形態によれば、脚長部１０及びテーパ部１１の境界部３１において、過熱による機械的強度の低下抑制、及び、熱衝撃の緩和の双方をより確実に図ることができる。その結果、前記境界部３１における絶縁体の割れを効果的に抑制することができ、優れた耐久性を実現することができる。

さらに、本実施形態では、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０（ｇ／ｍｍ）を満たすように構成されている。すなわち、絶縁碍子２に衝撃が加わった際には、前記境界部３１に対して、質量Ｍ及び長さＫの積に対応する応力が加わるところ、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０を満たすように、前記境界部３１の機械的強度に相当する断面積Ｂが十分に大きくされている。そのため、前記応力に対して前記境界部３１が十分に抗することができる。従って、前記境界部３１における絶縁碍子２の割れをより一層確実に抑制することができ、耐久性をより一層向上させることができる。

また、本実施形態では、Ｍ／Ａ≦１．４０（ｇ／ｍｍ²）を満たすように構成されている。すなわち、衝撃が加わった際には、中胴部１２及び拡径部１３の境界部３２に対して、質量Ｍに対応する応力が加わるところ、前記境界部３２の機械的強度に相当する断面積Ａが十分に大きなものとされている。そのため、前記応力に対して前記境界部３２が十分に抗することができる。その結果、前記境界部３２における絶縁碍子２の割れをより確実に防止することができ、上述した前記境界部３１における絶縁碍子２の割れ抑制効果と相俟って、一層優れた耐久性を実現することができる。

加えて、Ｇ≧１６３°を満たすように構成されており、絶縁碍子２のうち中胴部１２から拡径部１３にかけての部位において、その外径が緩やかに変化するように構成されている。従って、境界部３２に加わる応力を分散させることができる。その結果、境界部３２における絶縁碍子２の割れをより一層確実に抑制することができ、更なる耐久性の向上を図ることができる。

併せて、ガラスシール部８の後端が、中胴部１２及び拡径部１３の境界よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置するように構成されており、前記境界の内周側にガラスシール部８が配置されないように構成されている。従って、焼成時において、ガラスシール部８からの熱応力が、境界部３２に対して加わらないようにすることができる。その結果、境界部３２の強度低下をより確実に抑制することができ、ひいては前記境界部３２における絶縁碍子２の割れを一層効果的に防止することができる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、雄ねじ部のねじ径をＭ１０又はＭ１２とした上で、前記断面積Ｂ，Ｃ（ｍｍ²）を種々変更することにより、Ｃ／Ｂの値を変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルに対して実機冷熱試験及び熱間衝撃試験を行った。

実機冷熱試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のエンジンに取付けた上で、プレイグニッション（早期着火）が発生するまで燃焼室内を加熱し、次いで、エンジンをアイドリング状態とする冷熱サイクルを繰り返しで１０回行った。その後、サンプルの絶縁碍子を観察し、絶縁碍子（特に、脚長部とテーパ部との境界部）における割れの有無を確認した。

また、熱間衝撃試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを、エアーにより内部が空冷される所定のブッシュに取付けた。その上で、バーナーにてサンプルの絶縁碍子の先端部（火花放電間隙の近傍に位置する部位）を９００℃に加熱しつつ、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定された耐衝撃性試験に準じる衝撃試験（衝呈２２ｍｍ）を行い、サンプルに対して１時間に亘って衝撃を加えた。その後、サンプルの絶縁碍子を観察し、絶縁碍子（特に、脚長部とテーパ部との境界部）における割れの有無を確認した。

表１に、ねじ径をＭ１０としたサンプルにおける両試験の試験結果を示し、表２に、ねじ径をＭ１２としたサンプルにおける両試験の試験結果を示す。尚、Ｃ／Ｂを同一としたサンプルを２０本ずつ用意し、各試験においては、Ｃ／Ｂを同一とした１０本のサンプルに対して試験を行った。そして、１０本のサンプルの全てにおいて、絶縁碍子の割れが確認されなかった場合には、「○」の評価を下し、一方で、１０本のサンプルのうち少なくとも１本において、絶縁碍子の割れが確認された場合には、「×」の評価を下すこととした。また、表１及び表２には、参考として、前記係止面の先端における主体金具の内径Ｄ１、脚長部とテーパ部との境界における絶縁碍子の外径Ｄ２、及び、軸孔の先端側開口径Ｄ３を示す。加えて、各サンプルともに、工具係合部の対辺寸法を１４ｍｍとした。

表１及び表２に示すように、Ｃ／Ｂを２．８０未満としたサンプルは、実機冷熱試験による冷熱サイクルの繰り返しにより絶縁碍子に割れが生じ得ることが分かった。これは、脚長部及びテーパ部の境界部とエンジンとの間の距離が小さかったため、アイドリング時に前記境界部が急激に冷却されてしまい、境界部に大きな熱衝撃が加わってしまったことによると考えられる。

また、Ｃ／Ｂを３．５０よりも大きくしたサンプルは、熱間衝撃試験を行った際に、絶縁碍子の割れが生じ得ることが確認された。これは、脚長部及びテーパ部の境界部とエンジンとの間の距離が大きかったため、前記境界部の熱をエンジン側へと速やかに引くことができず、前記境界部が過熱され、その強度低下を招いてしまったためであると考えられる。

これに対して、２．８０≦Ｃ／Ｂ≦３．５０を満たすサンプルは、両試験において絶縁碍子の割れが生じることなく、優れた耐久性を有することが明らかとなった。

上記両試験の結果より、脚長部及びテーパ部の境界部の過熱を防止するとともに、前記境界部に加わる熱衝撃を緩和することにより、脚長部及びテーパ部の境界部における絶縁碍子の割れを効果的に防止するためには、２．８０≦Ｃ／Ｂ≦３．５０を満たすことが好ましいといえる。

次に、主体金具のねじ径をＭ１０又はＭ１２とした上で、前記質量Ｍ（ｇ）及び前記断面積Ａ（ｍｍ²）を変更することにより、Ｍ／Ａ（ｇ／ｍｍ²）の値を種々異なるものとし、かつ、角度Ｇ（°）を種々変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルに対して落下試験を行った。

落下試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のブッシュに取付けた状態で、２．５ｍの高さから落下させた。その後、サンプルの絶縁碍子を観察し、絶縁碍子（特に、中胴部と拡径部との境界部）における割れの有無を確認した。

表３〜表５に、ねじ径をＭ１０としたサンプルの試験結果を示し、表６〜表８に、ねじ径をＭ１２としたサンプルの試験結果を示す。尚、Ｍ／Ａ及び角度Ｇを同一としたサンプルを１０本ずつ用意し、各サンプルに対して落下試験を行った。そして、１０本のサンプルの全てにおいて、絶縁碍子の割れが確認されなかった場合には、割れ抑制効果に極めて優れるとして「◎」の評価を下し、１０本のサンプルのうち１〜５本のサンプルで、絶縁碍子の割れが確認された場合には、優れた割れ抑制効果を有するとして「○」の評価を下すこととした。一方で、１０本のサンプルのうち６〜１０本のサンプルで、絶縁碍子の割れが確認された場合には、割れ抑制効果にやや劣るとして「△」の評価を下すこととした。また、表３〜表８には、参考として、前記中胴部の外径Ｄ４、及び、軸孔のうちガラスシール部が配置された部位の内径Ｄ５を示す。加えて、各サンプルともに、工具係合部の対辺寸法を１４ｍｍとした。さらに、ねじ径をＭ１０としたサンプルは、Ｃ／Ｂを３．３８とし、ねじ径をＭ１２としたサンプルは、Ｃ／Ｂを３．２１とした。

表３〜表８に示すように、Ｍ／Ａ≦１．４０を満たすサンプルは、中胴部及び拡径部の境界部における絶縁碍子の割れ抑制効果に優れることが分かった。これは、中胴部及び拡径部の境界部における機械的強度に相当する断面積Ａが、落下時に前記境界部に加わる応力に相当する点火プラグの質量Ｍに対して十分に大きくされたため、前記応力に対して前記境界部が十分に抗することができたことに起因すると考えられる。

さらに、Ｇ≧１６３°を満たすサンプルも、絶縁碍子の割れ抑制効果に優れることが明らかとなった。これは、中胴部から拡径部にかけて、その外径が緩やかに変化するように構成されたことで、落下時に前記境界部に加わる応力が分散したためであると考えられる。

また特に、Ｍ／Ａ≦１．４０及びＧ≧１６３°の双方を満たすサンプルは、極めて優れた割れ抑制効果を有することが確認された。

上記試験の結果より、中胴部及び拡径部の境界部における絶縁碍子の割れをより効果的に防止し、一層優れた耐久性を実現するという観点から、Ｍ／Ａ≦１．４０又はＧ≧１６３°を満たすことがより好ましく、Ｍ≦１．４０及びＧ≧１６３°の双方を満たすことがより一層好ましいといえる。

次いで、主体金具のねじ径をＭ１０又はＭ１２とした上で、前記質量Ｍ（ｇ）、前記断面積Ｂ（ｍｍ²）、及び、脚長部の長さＫ（ｍｍ）を変更することにより、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ（ｇ／ｍｍ）の値を種々異なるものとした点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルに対して、落下距離を２．５ｍから３．０ｍに変更した上述の落下試験を行った。尚、当該試験においては、脚長部とテーパ部との境界部における割れの有無を確認した。

表９〜表１１に、ねじ径をＭ１０としたサンプルの試験結果を示し、表１２〜表１４に、ねじ径をＭ１２としたサンプルの試験結果を示す。尚、（Ｍ／Ｂ）×Ｋを同一としたサンプルを１０本ずつ用意し、各サンプルに対して落下試験を行った。そして、１０本のサンプルの全てにおいて、絶縁碍子の割れが確認されなかった場合には、割れ抑制効果に極めて優れるとして「○」の評価を下し、一方で、１０本のサンプルのうち少なくとも１本で、絶縁碍子の割れが確認された場合には、割れがやや生じやすいとして「△」の評価を下すこととした。また、表９〜表１４には、参考として、前記内径Ｄ１、外径Ｄ２、開口径Ｄ３、断面積Ｃ、及び、Ｃ／Ｂを示す。加えて、各サンプルともに、工具係合部の対辺寸法を１４ｍｍとし、角度Ｇを１６３°とし、Ｍ／Ａ≦１．４０とした。

表９〜表１４に示すように、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０を満たすサンプルは、高さ３．０ｍの距離から落下させ、より大きな衝撃が加えられたにも関わらず、脚長部及びテーパ部の境界部における絶縁碍子の割れを効果的に抑制できることが分かった。これは、前記境界部の機械的強度に相当する断面積Ｂが十分に大きくされたことで、質量Ｍや長さＫの積に対応する応力に対して十分に抗することができる程度の強度が、前記境界部に備わることとなったことに起因すると考えられる。

上記試験の結果より、脚長部及びテーパ部の境界部における絶縁碍子の割れをより効果的に防止し、さらに優れた耐久性を実現すべく、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０を満たすように構成することが一層好ましいといえる。

次に、中胴部及び拡径部の境界を基準とし、軸線方向先端側を＋側、軸線方向後端側を−側として、軸線内におけるガラスシール部の配置位置を変更することで、前記境界からガラスシール部の後端までの距離Ｘ（ｍｍ）を種々異なるものとした点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについてベンディング試験を行った。

ベンディング試験の概要は次の通りである。すなわち、点火プラグを所定の試験台に対して固定した上で、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定された絶縁体曲げ強度試験に基づいて、絶縁碍子の後端部に対して荷重を加え、中胴部及び拡径部の境界部において絶縁碍子の割れが生じる際の荷重（破壊荷重）を計測した。

表１５に、当該試験の試験結果を示す。尚、サンプルは、ねじ径をＭ１０又はＭ１２とし、ねじ径をＭ１０としたサンプルはＣ／Ｂを３．３３とし、ねじ径をＭ１２としたサンプルはＣ／Ｂを３．２１とした。また、各サンプルともに、Ｍ／Ａ≦１．４０、及び、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０を満たすように構成した。

表１５に示すように、距離Ｘをプラスとしたサンプル、すなわち、ガラスシール部の後端が、中胴部及び拡径部の境界よりも先端側に位置し、前記境界の内側にガラスシール部が配置されていないサンプルは、破壊荷重がより大きなものとなり、優れた機械的強度を有することが分かった。これは、ガラスシール部を焼成する際に生じる熱応力が、中胴部及び拡径部の境界部に加わってしまうことをより確実に防止できたことによると考えられる。

上記試験の結果より、中胴部及び拡径部の境界部における機械的強度をより向上させ、耐久性を一層高めるためには、ガラスシール部の後端が、中胴部及び拡径部の境界よりも軸線方向先端側に位置するように構成することが好ましいといえる。

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）上記実施形態において、点火プラグ１は、火花放電間隙２９において火花放電を生じさせることで、燃料ガスへと着火するものであるが、本発明の技術思想を適用可能な点火プラグの構成はこれに限定されるものではない。従って、例えば、絶縁碍子の先端部にキャビティ部（空間）を有し、キャビティ部において生成されたプラズマを噴出することで、燃料ガスへと着火する点火プラグ（プラズマジェット点火プラグ）に対して、本発明の技術思想を適用することとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、燃焼室内において高気密性を確保すべく、滑石２７が設けられている。これに対して、滑石２７を備えることなく、燃焼室内において高気密性を確保可能な点火プラグに対して本発明の技術思想を適用することとしてもよい。従って、例えば、ガスケット２２を備えず、テーパ状に形成された座部２０の先端面がエンジンヘッドに対して直接的に接触するタイプ（コニカルシートタイプ）の点火プラグや、リング部材２５，２６や滑石２７を備えず、熱加締めにより形成された加締め部２４が、絶縁碍子２の縮径部１５に対して直接的に接触するタイプ（熱加締めタイプ）の点火プラグに対して、本発明の技術思想を適用することとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、主体金具３の先端部に、接地電極２８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）。

（ｄ）上記実施形態では、工具係合部２３は断面六角形状とされているが、工具係合部２３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。

１…点火プラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
８…ガラスシール部
１０…脚長部
１１…テーパ部
１２…中胴部
１３…拡径部
１４…大径部
１５…縮径部
１７…段部
１７Ｓ…係止面
１９…雄ねじ部
ＣＬ１…軸線

尚、前記断面積Ｃは、雄ねじ部１９における山部分の外径を直径とする円の面積から、係止面１７Ｓの先端の内径を直径とする円の面積を減算することにより算出することができる。

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、
   前記絶縁体の外周に配設された筒状の主体金具とを備え、
   前記絶縁体は、
   先端部に位置する脚長部と、
   当該脚長部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて拡径するテーパ部とを具備し、
   前記主体金具は、
   径方向内側に突出し、前記テーパ部が直接的又は間接的に係止される係止面を有する段部と、
   当該段部の外周側に位置し、燃焼装置の取付穴に螺合するための雄ねじ部と
   を具備する点火プラグであって、
   前記雄ねじ部のねじ径がＭ１２以下であり、
   前記脚長部と前記テーパ部との境界を通り前記軸線と直交する断面における、前記絶縁体の断面積をＢ（ｍｍ²）とし、
   前記係止面の先端を通り前記軸線と直交する断面における、前記主体金具の断面積をＣ（ｍｍ²）としたとき、
   ２．８０≦Ｃ／Ｂ≦３．５０
   を満たすことを特徴とする点火プラグ。
2. 前記絶縁体は、
   前記テーパ部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記脚長部よりも大径の中胴部と、
   当該中胴部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて外径が拡径する拡径部とを具備し、
   前記中胴部と前記拡径部との境界を通り前記軸線と直交する断面における、前記絶縁体の断面積をＡ（ｍｍ²）とし、前記点火プラグの質量をＭ（ｇ）としたとき、Ｍ／Ａ≦１．４０（ｇ／ｍｍ²）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
3. 前記絶縁体は、
   前記テーパ部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記脚長部よりも大径の中胴部と、
   当該中胴部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて外径が拡径する拡径部と
   当該拡径部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記中胴部よりも大径の大径部と、
   当該大径部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて外径が縮径する縮径部とを具備し、
   前記軸線を含む断面において、前記大径部の外形線と前記縮径部の外形線との境界点、及び、前記中胴部の外形線と前記拡径部の外形線との境界点を結ぶ直線を直線Ｌ１とし、前記中胴部の外形線と前記拡径部の外形線との境界点、及び、前記脚長部の外形線と前記テーパ部の外形線との境界点を結ぶ直線を直線Ｌ２とし、前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ２とのなす角のうち小なる角の角度をＧとしたとき、Ｇ≧１６３°を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の点火プラグ。
4. 前記軸線に沿った前記脚長部の長さをＫ（ｍｍ）とし、前記点火プラグの質量をＭ（ｇ）としたとき、（Ｍ／Ｂ）×Ｋ≦２５．０（ｇ／ｍｍ）を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の点火プラグ。
5. 前記絶縁体は、
   前記テーパ部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記脚長部よりも大径の中胴部と、
   当該中胴部の後端から前記軸線方向後端側に延び、前記軸線方向後端側に向けて外径が拡径する拡径部とを具備するとともに、
   前記軸孔内には、ガラス粉末を含むガラス粉末混合物が焼成されてなり、前記絶縁体と前記中心電極及び前記端子電極のうちの少なくとも一方とを固定するガラスシール部が設けられ、
   前記ガラスシール部の後端は、前記中胴部及び前記拡径部の境界よりも前記軸線方向先端側に位置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火プラグ。

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