JP2015069828A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁体において、耐電圧性能及び耐熱衝撃性の双方を十分に高める。
【解決手段】点火プラグ１は、軸線ＣＬ１方向に貫通する軸孔４を有する絶縁碍子２と、軸孔４の先端側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とを備え、絶縁碍子２は、主体金具３の内周部分に係止される段部１４と、段部１４の先端から先端側に延びる脚長部１３とを有する。脚長部１３における気孔率が３．０％以下である。また、軸線ＣＬ１と直交する断面において、脚長部１３を径方向に沿って三等分し、最外周に位置する領域を第１領域ＡＲ１とし、最内周に位置する領域を第２領域ＡＲ２としたとき、第１領域ＡＲ１の気孔率ＰＯ１が、第２領域ＡＲ２の気孔率ＰＯ２の１．２０倍以上である。
【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、内燃機関（エンジン）等に取付けられ、燃焼室内の混合気等への着火のために用いられる。一般に点火プラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、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固定される接地電極とを備えている。また、絶縁体は、その外周に設けられた段部が、主体金具の内周部分に対して、直接又は金属製の板パッキンを介して係止された状態で、主体金具と固定されている。さらに、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間には火花放電間隙が形成されており、火花放電間隙に高電圧を印加し、火花放電を生じさせることで混合気等への着火がなされるようになっている。

ところで近年では、燃費の向上や環境規制への対応等を図るために、高過給・高圧縮化等を図った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、燃焼室内の圧力が比較的大きなものとなるため、火花放電を発生させるために必要な電圧（放電電圧）も大きなものとなる。放電電圧が大きなものとなると、絶縁体のうち前記段部よりも先端側に位置する比較的薄肉の脚長部において、絶縁体を貫通する火花放電（貫通放電）が生じてしまい、正常な火花放電に支障が生じてしまう（失火を招いてしまう）おそれがある。特に近年では、点火プラグの小型化を図るべく、絶縁体がより薄肉とされており、このような薄肉の絶縁体においては、貫通放電の発生が特に懸念される。

そこで、貫通放電の発生を抑制すべく、絶縁体の緻密化を図ること、つまり、絶縁体の気孔率を小さくすることで、絶縁体の耐電圧性能を向上させることが考えられる。従来技術では、絶縁体の気孔率を０．５％以下とする技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開平１１−４３３６８号公報

しかしながら、耐電圧性能の向上を図るべく、絶縁体の気孔率を極めて小さくした場合には、絶縁体の硬度が高くなり、絶縁体のヤング率が比較的大きなものとなってしまう。このようなヤング率の大きな絶縁体は、脚長部の外周側部位と脚長部の内周側部位との間において加熱・冷却に伴い発生する熱応力が大きくなる。そのため、冷熱サイクルの繰り返しにより脚長部に破損（割れ）が生じてしまいやすい。一方で、絶縁体の気孔率を大きくすれば、耐熱衝撃性の向上は図れるものの、耐電圧性能の低下を招いてしまうこととなる。つまり、耐電圧性能、及び、耐熱衝撃性は、いわばトレードオフの関係にあり、双方において良好な性能を得ることは非常に難しい。

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、絶縁体における耐電圧性能及び耐熱衝撃性の双方を十分に向上させることができる点火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．本構成の点火プラグは、軸線方向に貫通す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設けられる主体金具とを備え、
前記絶縁体が、前記主体金具の内周部分に係止される段部と、当該段部の先端から先端側に延びる脚長部とを有する点火プラグであって、
前記脚長部における気孔率が３．０％以下であるとともに、
前記軸線と直交する断面において、前記脚長部を径方向に沿って三等分し、最外周に位置する領域を第１領域とし、最内周に位置する領域を第２領域としたとき、前記第１領域の気孔率が、前記第２領域の気孔率の１．２０倍以上であることを特徴とする。

上記構成１によれば、脚長部における気孔率が３．０％以上とされており、脚長部が十分に密な状態とされている。従って、良好な耐電圧性能を実現することができる。

その一方で、上記構成１によれば、外周側に位置する第１領域の気孔率が、内周側に位置する第２領域の気孔率の１．２０倍以上とされており、外周側に位置する第１領域が比較的疎の状態とされている。従って、第１領域におけるヤング率を低下させることができ、脚長部の外周側部位と脚長部の内周側部位との間において加熱・冷却に伴い発生する熱応力を小さくすることができる。

また、上記構成１によれば、第２領域の気孔率が比較的小さなものとされるため、前記内周側部位には内側に向けた圧縮応力が残存することとなる。急冷時に前記外周側部位が急激に収縮し、表面に引っ張り応力が発生した際には、前記圧縮応力の残存により、前記内周側部位と前記外周側部位との間で生じる熱応力を一層小さくすることができる。その結果、良好な耐熱衝撃性を得ることができる。

構成２．本構成の点火プラグは、上記構成１において、前記断面において前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域の気孔率は、前記第２領域の気孔率の１．０５倍以下であることを特徴とする。

上記構成２によれば、脚長部の径方向中央に位置する第３領域の気孔率が、比較的密に形成された第２領域の気孔率の１．０５倍以下とされている。すなわち、第３領域も第２領域と同程度に密な状態とされている。従って、脚長部をその径方向に沿った広範囲において密な状態とすることができ、耐電圧性能を一層高めることができる。

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、前記脚長部の前記軸線と直交する方向に沿った最大肉厚が０．５０ｍｍ以上２．００ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記構成３によれば、脚長部の最大肉厚が２．００ｍｍ以下とされており、良好な耐電圧性能を確保することが非常に難しいが、上記構成１等を採用することで、このように脚長部が薄肉とされた場合であっても、良好な耐電圧性能を得ることができる。換言すれば、上記構成１等は、脚長部の最大肉厚が２．００ｍｍ以下とされ、十分な耐電圧性能を確保することが難しい点火プラグに対して特に有効である。

また、上記構成３によれば、脚長部の最大肉厚が０．５０ｍｍ以上とされているため、上記構成１等と相俟って、十分に優れた耐電圧性能を得ることができる。

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、前記脚長部の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在することを特徴とする。

上記構成４によれば、ムライト結晶相やアルミネート結晶相により、脚長部の熱膨張量を低減させることができる。従って、脚長部の外周側部位と脚長部の内周側部位との間において発生する熱応力をより一層小さくすることができる。その結果、耐熱衝撃性の更なる向上を図ることができる。

点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。 軸線と直交する方向に沿った脚長部等の拡大断面図である。 脚長部の最大肉厚を示す拡大断面図である。 絶縁碍子の製造工程の一過程を示す断面模式図である。 絶縁碍子の製造工程の一過程を示す断面模式図である。 絶縁碍子の製造工程の一過程を示す断面模式図である。

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、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。加えて、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。そして、中胴部１２と脚長部１３との間にはテーパ状の段部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。

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が挿通されている。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）等〕からなる内層５Ａと、Ｎｉを主成分とする合金からなる外層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、その外周面には点火プラグ１を内燃機関や燃料電池改質器等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よりも後端側には座部１６が外周側に向けて突出形成されており、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、点火プラグ１を内燃機関等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と、径方向内側に向けて屈曲する加締め部２０とが設けられている。尚、本実施形態では、点火プラグ１の小径化を図るべく、主体金具３が小径化（例えば、ねじ部１５のねじ径がＭ１２以下と）されている。

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部２１が設けられている。そして、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、自身の段部１４が主体金具３のテーパ部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側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、段部１４及びテーパ部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間には滑石（タルク）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及び滑石２５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２６には、自身の中間部分にて曲げ返されて、自身の先端側側面が中心電極５の先端部と対向する棒状の接地電極２７が接合されている。そして、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間には火花放電間隙２８が形成されており、当該火花放電間隙２８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、脚長部１３における気孔率が３．０％以下とされている。尚、気孔率は、次の手法により求めることができる。すなわち、脚長部１３を軸線ＣＬ１方向に切断するとともに、この切断面に鏡面研磨を施す。その上で、前記研磨面をＳＥＭ観察（例えば、加速電圧２０ｋＶ、スポットサイズ５０、ＣＯＭＰＯ像、組成像）して研磨面全体の気孔が判別可能な画像を１枚又は分割して数枚に亘って取得する。そして、取得した画像から気孔部分の面積割合を測定することにより、気孔率を求めることができる。尚、気孔部分の面積割合は、所定の画像解析ソフト（例えば、Ｓｏｆｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＧｍｂＨ社製のＡｎａｌｙｓｉｓ Ｆｉｖｅ）を用いて測定することができる。尚、例示した画像解析ソフトを用いる場合には、研磨面の全体画像で気孔部分が選択されるように適切な閾値を設定する。

さらに、図２に示すように、軸線ＣＬ１と直交する断面において、脚長部１３を径方向に沿って三等分し、最外周に位置する領域を第１領域ＡＲ１とし、最内周に位置する領域を第２領域ＡＲ２とする。このとき、第１領域ＡＲ１の気孔率ＰＯ１が、第２領域ＡＲ２の気孔率ＰＯ２の１．２０倍以上とされており、第１領域ＡＲ１が第２領域ＡＲ２よりも疎となるように構成されている。

加えて、前記断面において第１領域ＡＲ１と第２領域ＡＲ２との間に位置する領域を第３領域ＡＲ３とする。このとき、第３領域ＡＲ３の気孔率ＰＯ３が、第２領域ＡＲ２の気孔率ＰＯ２の１．０５倍以下とされている。すなわち、第３領域ＡＲ３は、比較的密な状態である第２領域ＡＲ２と同程度に密となるように構成されている。

また、主体金具３の小径化に伴い、絶縁碍子２は薄肉とされており、図３に示すように、脚長部１３の軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った最大肉厚Ｔが２．００ｍｍ以下とされている。尚、本実施形態では、脚長部１３において、耐電圧性能や機械的強度が過度に低下してしまうことを防止すべく、最大肉厚Ｔが０．５０ｍｍ以上とされている。

さらに、本実施形態では、脚長部１３の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在するように構成されている。尚、ムライト結晶相は、例えば、後述する絶縁碍子２を形成するための焼成工程において、原料粉末中に含まれるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）及びシリカ（ＳｉＯ₂）から生成することができる。また、例えば、原料粉末中にムライト粉末を混合しておくことで、脚長部１３の外表面にムライト結晶相が存在するように構成することもできる。さらに、アルミネート結晶相は、例えば、焼成工程において、原料粉末中に含まれるアルミナ及び希土類元素（例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及び、Ｌｕ等）、又は、アルミナ及び第２族元素（例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及び、Ｂａ等）などから生成することができる。また、例えば、原料粉末中にアルミネート粉末を混合しておくことで、脚長部１３の外表面にアルミネート結晶相が存在するように構成することもできる。

次に、上記のように構成されてなる点火プラグ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）に冷間鍛造加工を施すことで貫通孔を形成し、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合金からなる接地電極２７を抵抗溶接する。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を転造によって形成する。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。また、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。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を作製しておく。より詳しくは、まず、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末を主成分とし、シリカ（ＳｉＯ₂）や希土類元素、第２族元素等を含む焼結助剤を少なくとも１種含有して構成される原料粉末に対し、所定のバインダを含有した上で、水を溶媒として湿式混合することでスラリーを調整する。そして、調整されたスラリーを噴霧乾燥し、粒状体を得る。

次いで、得られた粒状体を、ラバープレス成形機４１によって、ラバープレス成形することで成形体を作製する。尚、ラバープレス成形機４１は、図４に示すように、中心軸ＣＬ２方向に沿って延びるキャビティ４２を有する円筒状の内ゴム型４３と、当該内ゴム型４３の外周に設けられる円筒状の外ゴム型４４と、当該外ゴム型４４の外周に設けられる成形機本体４５と、前記キャビティ４２の下側開口部を塞ぐための底蓋４６及び下ホルダー４７とを備えている。また、成形機本体４５には、液体流路４５Ａが設けられており、当該液体流路４５Ａを介して、液圧を外ゴム型４４の外周面に対して径方向に付与することで、キャビティ４２を径方向に縮小させることができるようになっている。

製造方法の説明に戻り、まず、粒状体ＰＭを内ゴム型４３のキャビティ４２に充填する。次いで、図５に示すように、前記キャビティ４２内に、金属やセラミック等の高硬度材からなる、前記軸孔４を形成するためのプレスピン５１を配置する。

次に、前記液体流路４５Ａを介して液圧を印加することで、内ゴム型４３及び外ゴム型４４の外周側から圧力を印加し、キャビティ４２を縮小させる。そして、所定時間経過後に液圧の付与を解除した後、図６に示すように、プレスピン５１をラバープレス成形機４１から軸線ＣＬ２方向に引き上げることにより、プレスピン５１とともに、粒状体ＰＭが圧縮されることで形成された成形体ＣＰをキャビティ４２から抜き取る。その後、プレスピン５１を成形体ＣＰに対して相対回転させることによって、プレスピン５１が成形体ＣＰから抜き取られ、成形体ＣＰが得られる。尚、本実施形態では、液圧を調節し、内ゴム型４３の昇圧スピード（内ゴム型４３の収縮スピード）を比較的速くしたり、内ゴム型４３や外ゴム型４４を比較的薄肉としたりすることで、粉状体ＰＭのうちプレスピン５１の近傍に位置する部位がより圧縮されるように構成されている。これにより、成形体ＣＰは、その径方向内側から外側に向けて、密から疎となるように構成されている。また、本実施形態では、前記昇圧スピードをある程度の速さに抑制することで、成形体ＣＰの径方向中央部分も十分に密となるように構成されている。さらに、粉状体ＰＭに加える圧力や圧力の印加時間を調整することで、成形体ＣＰは気孔が十分に少ない状態とされている。

次いで、得られた成形体ＣＰの外周に対して研削加工を施すことで、絶縁碍子２と略同一の外形をなす絶縁体中間体を得る。そして、焼成工程において、焼成炉により前記絶縁体中間体を焼成することで、絶縁碍子２が得られる。尚、上述の通り、成形体ＣＰは、その径方向内側から外側に向けて密から疎となるように構成されているため、得られた絶縁碍子２においては、第１領域ＡＲ１の気孔率ＰＯ１が第２領域ＡＲ２の気孔率ＰＯ２の１．２０倍以上となっている。また、成形体ＣＰの径方向中央部分が十分に密であるため、得られた絶縁碍子２においては、第３領域ＡＲ３の気孔率ＰＯ３が第２領域ＡＲ２の気孔率ＰＯ２の１．０５倍以下となっている。さらに、成形体ＣＰは気孔が十分に少ないため、少なくとも脚長部１３における気孔率は３．０％以下となっている。

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、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したＮｉ合金に鍛造加工を施すことで中心電極５を作製する。

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、焼成炉内にて加熱しつつ、後方から端子電極６で押圧することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０表面に釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層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製された中心電極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とが固定される。より詳しくは、主体金具３に絶縁碍子２を挿通した上で、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側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絶縁碍子２と主体金具３とが固定される。

そして最後に、接地電極２７の中間部分を中心電極５側に屈曲させるとともに、中心電極５及び接地電極２７間に形成された火花放電間隙２８の大きさを調整することで、上述した点火プラグ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、脚長部１３における気孔率が３．０％以上とされており、脚長部１３が十分に密な状態とされている。従って、良好な耐電圧性能を実現することができる。特に本実施形態では、脚長部１３の最大肉厚Ｔが２．００ｍｍ以下とされているため、十分な耐電圧性能を確保することが難しいが、本実施形態によれば、良好な耐電圧性能を得ることができる。

また、本実施形態では、第１領域ＡＲ１の気孔率ＰＯ１が、第２領域ＡＲ２の気孔率ＰＯ２の１．２０倍以上とされており、第１領域ＡＲ１が比較的疎の状態とされている。従って、第１領域ＡＲ１におけるヤング率を低下させることができ、脚長部１３の外周側部位と脚長部１３の内周側部位との間において加熱・冷却に伴い発生する熱応力を小さくすることができる。

さらに、本実施形態では、第２領域ＡＲ２の気孔率ＰＯ２が比較的小さなものとなるため、前記内周側部位には内側に向けた圧縮応力が残存することとなる。急冷時に前記外周側部位が急激に収縮し、表面に引っ張り応力が発生した際には、前記圧縮応力の残存により、前記内周側部位と前記外周側部位との間で生じる熱応力を一層小さくすることができる。その結果、良好な耐熱衝撃性を得ることができる。

加えて、第３領域ＡＲ３の気孔率ＰＯ３が、比較的密に形成された第２領域ＡＲ２の気孔率ＰＯ２の１．０５倍以下とされており、第３領域ＡＲ３も第２領域ＡＲ２と同程度に密な状態とされている。従って、脚長部１３をその径方向に沿った広範囲において密な状態とすることができ、耐電圧性能を一層高めることができる。

また、本実施形態では、脚長部１３の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在するように構成されている。従って、脚長部１３の熱膨張量を低減させることができ、脚長部１３の外周側部位と脚長部１３の内周側部位との間において発生する熱応力をより一層小さくすることができる。その結果、耐熱衝撃性の更なる向上を図ることができる。

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、第１領域の気孔率ＰＯ１（％）、第２領域の気孔率ＰＯ２（％）、第３領域の気孔率ＰＯ３（％）、脚長部全体における気孔率ＰＯ０（％）、及び、脚長部の外表面におけるムライト結晶相やアルミネート結晶相の有無を種々変更した点火プラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて、耐電圧性能評価試験、及び、耐熱衝撃性評価試験を行った。

耐電圧性能評価試験の概要は次の通りである。すなわち、第１領域の気孔率等を同一としたサンプルを３０本ずつ用意するとともに、サンプルの先端部を所定の絶縁油に浸漬し、中心電極及び接地電極間にて火花放電が生じない状態とした。その上で、中心電極に対して電圧を印加するとともに、印加電圧を徐々に増大させていき、中心電極と主体金具との間で絶縁碍子（脚長部）を貫通する放電が生じたときの印加電圧（貫通電圧）を測定した。さらに、３０本のサンプルにおける貫通電圧の平均値（平均貫通電圧）を算出した。ここで、平均貫通電圧が４０ｋＶ以上４１ｋＶ未満となったサンプルは、良好な耐電圧性能を有するとして「○」の評価を下すこととし、平均貫通電圧が４１ｋＶ以上となったサンプルは、非常に優れた耐電圧性能を有するとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、平均貫通電圧が４０ｋＶ未満となったサンプルは、耐電圧性能に劣るとして「×」の評価を下すこととした。

また、耐熱衝撃性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、加熱温度を種々異なるものとした上で、サンプルを３０分間に亘って加熱した後、サンプルを２０℃の水に投下し、急冷した。その後、所定の検査液を脚長部の表面に塗布することにより、脚長部における割れの有無を明確にするとともに、目視により、脚長部に割れが発生しているか否かを確認した。ここで、加熱温度を１８０℃以上２００℃未満としたときに脚長部の割れが発生したサンプルは、良好な耐熱衝撃性を有するとして「○」の評価を下し、加熱温度を２００℃以上としたときに脚長部に割れが発生したサンプルは、非常に優れた耐熱衝撃性を有するとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、加熱温度を１８０℃未満としたときに脚長部に割れが発生したサンプルは、耐熱衝撃性に劣るとして「×」の評価を下すこととした。

表１に、上記両試験の結果を示す。尚、第１領域の気孔率ＰＯ１等は、前記成形体を形成する際の昇圧スピードを調節することで変更した。また、試験実施用のサンプルとは別に、気孔率を測定するためのサンプルを前記試験実施用のサンプルと同一条件にて別途作製した。そして、気孔率を測定するためのサンプルにより、第１領域の気孔率ＰＯ１等を測定した。具体的には、脚長部を軸線と直交する方向に切断した上で、切断面を鏡面研磨した。その上で、所定の電子顕微鏡により、第１〜第３領域の各１０点における気孔率を測定するとともに、測定した気孔率の平均値を第１〜第３領域の気孔率ＰＯ１〜ＰＯ３とした。また、第１〜第３領域における計３０点の気孔率の平均値を脚長部の全体の気孔率ＰＯ０とした。さらに、所定のＸ線回折装置により脚長部の外表面をＸ線回折分析した際に、ムライト結晶相やアルミネート結晶相の固有ピーク値が検出されるか否かにより、脚長部の外表面にムライト結晶相やアルミネート結晶相が存在するか否かを判定した。

加えて、サンプル６は、絶縁碍子の肉厚を他のサンプルにおける絶縁碍子の肉厚よりも著しく小さなもの（具体的には、２／３程度）とし、良好な耐電圧性能を確保することが極めて難しいものとした。

表１に示すように、脚長部の全体の気孔率ＰＯ０を３．０％超としたサンプル（サンプル１）は、耐電圧性能が不十分となることが分かった。

さらに、脚長部の全体の気孔率ＰＯ０を３．０％以下としたものの、ＰＯ１／ＰＯ２を１．２０未満（つまり、第１領域の気孔率ＰＯ１を第２領域の気孔率ＰＯ２の１．２０倍未満）としたサンプル（サンプル２）は、耐電圧性能が良好となる一方で、耐熱衝撃性に劣ることが明らかとなった。これは、第１領域が非常に密であり、第１領域のヤング率が比較的大きなものとなったため、急冷時に脚長部にて生じる熱応力が大きくなったことによると考えられる。

これに対して、脚長部の全体の気孔率ＰＯ０を３．０％以下としつつ、ＰＯ１／ＰＯ２を１．２０以上（つまり、第１領域の気孔率ＰＯ１を第２領域の気孔率ＰＯ２の１．２０倍以上）としたサンプル（サンプル３〜８）は、耐電圧性能及び耐熱衝撃性の双方において良好な性能を有することが確認された。これは、次の（１）〜（３）によると考えられる。
（１）気孔率ＰＯ０を３．０％以下としたことで、脚長部の緻密性が十分に高まったこと。
（２）気孔率ＰＯ１を気孔率ＰＯ２の１．２０倍以上としたことで、第１領域のヤング率が十分に小さなものとなり、急冷時に脚長部にて発生する熱応力が小さくなったこと。
（３）気孔率ＰＯ２を比較的小さくしたことにより、絶縁碍子の内周側部位には内側に向けた圧縮応力が残存することとなったため、急冷時に絶縁碍子の外周側部位が急激に収縮し、表面に引っ張り応力が発生した際に、前記内周側部位と前記外周側部位との間で生じる熱応力が一層小さくなったこと。

さらに、ＰＯ３／ＰＯ２を１．０５以下（つまり、第３領域の気孔率ＰＯ３を第２領域の気孔率ＰＯ２の１．０５倍以下）としたサンプル（サンプル４〜８）は、一層優れた耐電圧性能を有し、絶縁碍子の肉厚を非常に小さくしたサンプル６においても、良好な耐電圧性能を確保できることが分かった。これは、脚長部がその径方向に沿った広範囲において密な状態となったことによると考えられる。

加えて、脚長部の外表面にムライト結晶相が存在するサンプル（サンプル７）、及び、脚長部の表面にアルミネート結晶相が存在するサンプル（サンプル８）は、非常に優れた耐熱衝撃性を有することが明らかとなった。これは、ムライト結晶相やアルミネート結晶相により、脚長部の熱膨張量が低減し、急冷時に脚長部にて発生する熱応力がより一層小さくなったためであると考えられる。

上記試験の結果より、耐電圧性能及び耐熱衝撃性の双方において良好な性能を得るためには、脚長部における気孔率を３．０％以下とするとともに、第１領域の気孔率ＰＯ１を第２領域の気孔率ＰＯ２の１．２０倍以上とすることが好ましいといえる。

さらに、耐電圧性能の更なる向上を図るという観点から、第３領域の気孔率ＰＯ３を第２領域の気孔率ＰＯ２の１．０５倍以下とすることがより好ましいといえる。

加えて、耐熱衝撃性を一層向上させるという観点から、脚長部の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在するように構成することがより好ましいといえる。

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）上記実施形態では、脚長部１３の最大肉厚Ｔが２．００ｍｍ以下とされているが、最大肉厚Ｔを２．００ｍｍ超とした点火プラグに対して本発明の技術思想を適用してもよい。

（ｂ）上記実施形態において、点火プラグ１は、火花放電間隙２８において火花放電を生じさせることで混合気等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、混合気等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。また、中心電極及び接地電極間に高周波電力を投入することで、両電極間にてプラズマを生成させる点火プラグ（高周波プラズマ点火プラグ）に対して、本発明の技術思想を適用してもよい。

（ｃ）上記実施形態では、主体金具３の先端部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）。

（ｄ）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。

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
１３…脚長部
１４…段部
ＡＲ１…第１領域
ＡＲ２…第２領域
ＡＲ３…第３領域
ＣＬ１…軸線

Claims (4)

1. 軸線方向に貫通す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設けられる主体金具とを備え、
   前記絶縁体が、前記主体金具の内周部分に係止される段部と、当該段部の先端から先端側に延びる脚長部とを有する点火プラグであって、
   前記脚長部における気孔率が３．０％以下であるとともに、
   前記軸線と直交する断面において、前記脚長部を径方向に沿って三等分し、最外周に位置する領域を第１領域とし、最内周に位置する領域を第２領域としたとき、前記第１領域の気孔率が、前記第２領域の気孔率の１．２０倍以上であることを特徴とする点火プラグ。
2. 前記断面において前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域の気孔率は、前記第２領域の気孔率の１．０５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
3. 前記脚長部の前記軸線と直交する方向に沿った最大肉厚が０．５０ｍｍ以上２．００ｍｍ以下である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. 前記脚長部の外表面に、ムライト結晶相、及び、アルミネート結晶相のうちの少なくとも一方が存在する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。

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