JP2017216173A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁体の強度を確保しつつ奥飛火を抑制したスパークプラグを提供すること。【解決手段】 外周に段付部を有する絶縁体と、絶縁体の外周に設けられ内周に段付部を係止する主体金具とを備え、絶縁体は段付部の先端側に隣接し、外周面の算術平均粗さRaが0.5μｍ以下である脚長部を有し、脚長部は段付部の先端側に隣接し先端方向に縮径する第1部と、第1部の先端側に隣接し、先端方向に縮径し、第1部の基端と先端とを通る第１直線よりも内側に自身の外周面が位置すると共に、自身の基端と先端とを通る第2直線と第1直線とのなす角θがθ≧15°となる第2部と、第2部の先端側に隣接し、自身の全体に亘る外径が第2部の先端外径Ds以下であると共に、少なくとも第2部の先端に連結する後端部の外周面を示す線が第2直線よりも外側に位置する第3部とを備え、第2部の先端外径Dsと基端外径Dkとが5μｍ≦（Dk-Ds）/2≦200μｍを満たすスパークプラグ。【選択図】 図２

Description

本発明は、スパークプラグに関する。より詳しくは、絶縁体の強度を確保しつつ奥飛火を抑制したスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関の点火用に使用されるスパークプラグは、一般に、筒状の主体金具と、この主体金具の内孔に配置される筒状の絶縁体と、この絶縁体の先端側内孔に配置される中心電極と、主体金具の先端側に接合された一端及び中心電極との間に火花放電間隙を有して配置される他端を有する接地電極とを備える。そして、スパークプラグは、内燃機関の燃焼室内で、中心電極の先端部と接地電極の先端部との間に形成される火花放電間隙に火花放電され、燃焼室内に充填された燃料を燃焼させる。

ところで、近年のエンジンの高出力化及び低燃費化等の要求に伴ってエンジンの圧縮比が高くなり、スパークプラグの放電電圧が上昇する傾向にある。そのため、絶縁体と主体金具との間等、正規の火花放電間隙以外の箇所で放電する、所謂フラッシュオーバーと称される現象が生じることがある。フラッシュオーバーが発生すると、正規の火花放電間隙で放電する頻度が減少して、混合気への着火性が低下する。フラッシュオーバーには、絶縁破壊により発生し、しかも絶縁体の先端から横方向にある主体金具に向かって放電するいわゆる横飛火と、絶縁体の先端から主体金具の基端部に向かって、絶縁体の外表面に沿って放電する奥飛火とがある。フラッシュオーバーのうちでも特に奥飛火は、絶縁体の外表面の凹凸が少なくなるにつれて、発生し易くなる。

また、エンジンの圧縮比が高くなるにつれて燃焼室内の圧力変動により生じる振動等により絶縁体に加わる衝撃がより大きくなる傾向にある。その一方で、スパークプラグの小径化の要請から絶縁体の薄肉化が要求されている。すなわち、絶縁体に加わる衝撃等により応力集中を起こしやすい傾向にあるにもかかわらず、絶縁体を厚肉として応力に耐え得る強度を確保するという手法が採用し難い現状となっている。

このように、近年のエンジンの性能向上に伴って、フラッシュオーバーの抑制と絶縁体の強度の確保とを両立したスパークプラグが求められている。

例えば、特許文献１には、「前記絶縁体のうち、前記パッキンと接する位置よりも先端側の部分の外表面の算術平均粗さＲａ_１は、３μｍ以上、かつ、１５μｍ以下であることを特徴とする。・・・算術平均粗さＲａ_１が３μｍ以上となるので、絶縁体の表面の凹凸により、フラッシュオーバーが抑制される。・・・算術平均粗さＲａ_１が１５μ以下となるので、絶縁体の表面に形成される凹凸の凹部に作用する応力を小さくでき、絶縁体の折れやひび割れといった絶縁体の損傷を抑制でき、スパークプラグの耐久性を向上できる。」（特許文献１の０００７欄）と記載されている。

また、特許文献２の図２には、外周面に段差部が設けられた絶縁体が示されている。段差部を有することにより、「この段差部での電界強度が強まり、他の部分より火花が横飛びしやすく、主体金具５基端側での飛火が少なくなり、主体金具５先端側で着火可能となる。また、飛火による自己清浄作用が一層高められ、くすぶり汚損が発生しにくくなっている」（特許文献２の００２６欄）と記載されている。

特開２０１４−１０７０８４号公報 特開２００１−１４３８４７号公報

特許文献１に記載の発明によると、外表面の算術平均粗さＲａ_１が３μｍ以上１５μｍ以下である絶縁体を有するので、絶縁体の耐久性を維持しつつ、フラッシュオーバーを抑制できることが開示されている。特許文献１には、絶縁体の外周面に段差部を有すること、及び外表面の算術平均粗さＲａ_１が０．５μｍ以下である絶縁体について開示がない。
特許文献２に記載の発明によると、絶縁体の外周面に段差部を有することによりくすぶり汚染が発生し難くなることが開示されている。特許文献２には、段差部の大きさ及び絶縁体の外表面の算術平均粗さＲａについて開示がない。

本発明は、絶縁体の強度を確保しつつフラッシュオーバーのうち奥飛火を抑制したスパークプラグを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段は、
（１） 軸線方向に延びる軸孔を有し、先端に向かって外径が小さくなる段付部を自身の外周側面に有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられると共に筒状を有し、自身の内周面で前記段付部を係止する主体金具と、
を備えるスパークプラグであって、
前記絶縁体は、前記段付部の先端側に隣接し、自身の外周面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下である脚長部を有し、
前記脚長部は、
前記段付部の先端側に隣接し、自身の基端から先端に向かって縮径する第１部と、
前記第１部の先端側に隣接し、自身の基端から先端に向かって縮径する第２部であって、前記脚長部を切断したときに現れる前記軸線を含む切断面において、前記第１部の基端と先端とを通る第１直線よりも内側に自身の外周面を示す線が位置するとともに、当該第２部の基端と先端とを通る第２直線と前記第１直線とがなす先端側角度θがθ≧１５°となる第２部と、
前記第２部の先端側に隣接する第３部であって、自身の全体に亘る外径が前記第２部の先端外径Ｄｓ以下であるとともに、前記切断面において少なくとも前記第２部の先端に連結する後端部の外周面を示す線が、前記第２直線よりも外側に位置する第３部と、
を備えており、
前記第２部の前記先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係が、５μｍ≦（Ｄｋ−Ｄｓ）／２≦２００μｍを満たすことを特徴とするスパークプラグである。

前記（１）のスパークプラグの好ましい態様は、以下の通りである。
（２） 前記（１）のスパークプラグにおいて、
前記中心電極は、自身の後端側に、外側に張り出した張り出し部を有し、
前記絶縁体は、その前記軸孔が、前記中心電極の前記張り出し部を係止する内側段部を有し、それ自身の内周面のうち前記中心電極に対向する部位の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、
前記絶縁体を切断したときに現れる前記軸線を含む切断面において、
前記軸孔のうち前記内側段部の先端側に隣接し、自身の基端から先端に向かって直線状に延びる部位を示す線分Ｔ_２を先端方向に延長した仮想線Ｌ_１と前記絶縁体の先端面を示す線分Ｔ_１を径方向内側に延長した仮想線Ｌ_２との交点をａとすると、
前記線分Ｔ_２の先端から前記交点ａまでの距離ｄ_１と、前記線分Ｔ_１の前記軸線側の端から前記交点ａまでの距離ｄ_２とが、いずれも２００μｍ以下である。
（３） 前記（１）又は前記（２）のスパークプラグにおいて、前記外周面の算術平均粗さＲａは０．１μｍ以下である。
（４） 前記（１）〜前記（３）のいずれか一項に記載の少なくとも一つのスパークプラグにおいて、前記第２部の基端は、前記段付部のうち前記主体金具に係止される部位の先端から先端方向に３ｍｍ以上離れた位置にある。
（５） 前記（１）〜前記（４）のいずれか一項に記載の少なくとも一つのスパークプラグにおいて、前記第２部の前記先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係が、５μｍ≦（Ｄｋ−Ｄｓ）／２≦５０μｍを満たす。

この発明における絶縁体は、脚長部の外周面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であるので、脚長部の外周面に応力が集中するのを抑制することができ、所望の強度を確保することができる。また、この発明における脚長部は、前記第１部と前記第２部と前記第３部とを有し、前記第２部の先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係が、５μｍ≦（Ｄｋ−Ｄｓ）／２≦２００μｍを満たすので、奥飛火を抑制することができる。よって、この発明によると、絶縁体の所望の強度の確保と耐奥飛火性とを両立したスパークプラグを提供することができる。

図１は、本発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの一部断面全体説明図である。 図２は、図１に示すスパークプラグの絶縁体を切断したときに現れる軸線を含む切断面の要部断面説明図である。 図３は、図１に示すスパークプラグの絶縁体を切断したときに現れる軸線を含む切断面の先端部を示す要部断面説明図である。 図４は、本発明における絶縁体について、別の実施形態を示す要部断面説明図である。 図５は、本発明における絶縁体について、さらに別の実施形態を示す要部断面説明図である。 図６は、本発明における絶縁体について、さらに別の実施形態を示す要部断面説明図である。

（第１の実施形態）
図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の一部断面全体説明図である。なお、図１では紙面下方すなわち後述する接地電極７が配置されている側を軸線Ｏの先端方向、紙面上方すなわち端子金具５が配置されている側を軸線Ｏの後端方向として説明する。

スパークプラグ１は、図１に示されるように、軸線Ｏ方向に延びる軸孔２を有する略筒状の絶縁体３と、前記軸孔２内の先端側に設けられた略棒状の中心電極４と、前記軸孔２内の後端側に設けられた端子金具５と、前記軸孔２内の前記中心電極４と前記端子金具５との間に配置された接続部１２と、前記絶縁体３の外周に設けられた略筒状の主体金具６と、前記主体金具６の先端に固定された基端部及び中心電極４に間隙Ｇを介して対向するように配置された先端部を有する接地電極７とを備える。

絶縁体３は、後端側胴部１４と、鍔部１３と、先端側胴部１５と、段付部８と、脚長部１６とを有する筒状体であり、筒状体の内側空間には中心電極４を内装し、筒状体の内表面には中心電極４を係止する内側段部８ａを備える。後端側胴部１４は、端子金具５を収容し、端子金具５と主体金具６とを絶縁する。鍔部１３は、絶縁体３の略中央部に位置し、径方向外側に突出している。先端側胴部１５は、鍔部１３の先端側に位置し、鍔部１３より小さい外径を有し、接続部１２を収容する。段付部８は、先端側胴部１５の先端側に隣接乃至位置し、先端側胴部１５より小さい外径を有し、先端側胴部１５及び脚長部１６に比べて先端に向かう縮径率が大きくなるように構成される。段付部８は、後述する受け部９と接触している。脚長部１６は、段付部８の先端側に位置し、段付部８より小さい外径を有し、中心電極４を収容する。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具６の先端から突出した状態で、主体金具６に固定されている。絶縁体３の外表面に形成された段付部８にほぼ対応する内周面の位置には、大径内表面と小径内表面とを連絡するようにテーパー状に形成された内側段部８ａが、形成されている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気的強度を有する材料で形成されることが望ましく、このような材料として、例えば、アルミナを主体とするセラミック焼結体が挙げられる。この発明の特徴部分である絶縁体３の詳細については、後述する。

接続部１２は、軸孔２内の中心電極４と端子金具５との間に配置され、中心電極４及び端子金具５を軸孔２内に固定すると共にこれらを電気的に接続する。

主体金具６は、略筒状を有しており、絶縁体３を内装することにより絶縁体３を保持するように形成されている。主体金具６における先端方向の外周面にはネジ部１７が設けられている。このネジ部１７を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。主体金具６は、ネジ部１７の後端側にフランジ状のガスシール部１８を有し、ガスシール部１８の後端側にスパナやレンチ等の工具を係合させるための工具係合部２０、工具係合部２０の後端側に加締め部２１を有する。加締め部２１及び工具係合部２０の内周面と絶縁体３の外周面との間に形成される環状の空間には環状のリング部材２２，２３及び滑石２４が配置され、絶縁体３が主体金具６に対して固定されている。主体金具６は、ガスシール部１８より先端側の内周に径方向内側に円環状に突出する受け部９を有する。受け部９が段付部８を係止して、絶縁体３が主体金具６に対して固定されている。なお、受け部９と段付部８との間に環状のパッキン（図示せず。）が配置され、絶縁体がパッキンを介して主体金具に係止されていてもよい。主体金具６の受け部９より先端側に位置することになる内周面は、脚長部１６に対して空間を有するように、また、脚長部１６の外周面に対して離隔するように構成されている。主体金具６は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。

端子金具５は、中心電極４と接地電極７との間で火花放電を行うための電圧を外部から中心電極４に印加するための端子である。端子金具５は、絶縁体３の後端側からその一部が露出した状態で軸孔２内に挿入されて接続部１２により固定されている。端子金具５は、低炭素鋼等の金属材料により形成されることができる。

中心電極４は、その先端が絶縁体３の先端から突出した状態で絶縁体３の軸孔２内に固定され、主体金具６に対して絶縁保持されている。さらに言うと、中心電極４は、その後端側に、外側に張り出した張り出し部４ａを有する。この張り出し部４ａは、脚長部１６の内側段部８ａに係合することのできる係合面、例えばテーパー状に形成されたテーパー面を備え、かつ中心電極４の外側面に円環状に突出して形成される。この実施形態の中心電極４は、Ｎｉ合金等からなる外層２７と、Ｎｉ合金よりも熱伝導率の高い材料からなり、該外層２７の内部の軸心部に同心に埋め込まれるように形成されてなる芯部２８とにより形成されている。芯部２８を形成する材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、純Ｎｉ等を挙げることができる。なお、この実施形態の中心電極４は芯部２８を有するが、芯部がなく、単一の材料により形成されていてもよい。

接地電極７は、例えば、略角柱状であり、基端部が主体金具６の先端に接合され、途中で略Ｌ字状に屈曲され、先端部が中心電極４との間に間隙Ｇを介して対向するように配置されている。この実施形態における間隙Ｇは、中心電極４の先端と接地電極７の先端部側面との最短距離である。この間隙Ｇは、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定される。接地電極７は、Ｎｉ合金等の接地電極に使用される公知の材料で形成されることができる。また、接地電極７は、中心電極４と同様にＮｉ合金等により形成される外層２７と、Ｎｉ合金よりも熱伝導率の高い材料により形成され、該外層２７の内部の軸心部に同心に埋め込まれるように形成されてなる芯部２８とにより形成されてもよい。

次に、この発明の特徴部分である絶縁体について、以下に説明する。

図１及び図２に示されるように、絶縁体３は、絶縁体３の全表面のうち、少なくとも脚長部１６の外周面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、０．１μｍ以下であることが好ましい。脚長部１６の外周面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下、特に０．１μｍ以下であると、脚長部１６に衝撃が加わった場合にその外周面に応力が集中し易い凹凸がないので、外周面に応力が集中することを抑制することができ、所望の強度を確保することができる。絶縁体３は、脚長部１６の外周面だけでなく、絶縁体３の内周面のうち、中心電極４に接する部位の算術平均粗さＲａも前記範囲内にあることが好ましく、絶縁体３の全表面の算術平均粗さＲａが前記範囲内にあることがより好ましい。
算術平均粗さＲａは、表面粗さ測定器を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準じて測定することができる。

脚長部１６の外周面の算術平均粗さＲａが前記範囲内にあると、絶縁体３の強度が向上する一方で前記外周面に添った放電（以下において、沿面放電と称することがある。）して奥飛火が発生し易くなる。奥飛火を発生し難くする方法として、絶縁体３の先端外周縁の角を面取りするか、或いは曲面に形成することが考えられる。しかしながら、この方法では奥飛火を抑制することができる一方で横飛火が発生し易くなる。また、絶縁体３の先端外周縁が面取りされていないか、或いは曲面にされていないと、絶縁体３を製造する過程で、絶縁体３同士の衝突等により欠けるおそれがある。したがって、絶縁体３の先端外周縁は、面取りされているか、或いは曲面になっているのが好ましい。本発明の発明者らは、脚長部１６の外周面の算術平均粗さが前記範囲内にあることで耐奥飛火性が劣化しても、脚長部１６の外周面に後述する特定の大きさを有する段差すなわち後述する第２部を設けることで、脚長部１６の外周面に沿う放電路（「沿面放電」する放電路）がこの段差で遮られ、奥飛火の発生を抑制することができることを見出した。

以下に、図２を参照しつつ段差すなわち第２部４２を有する脚長部１６について説明する。図２には、便宜のため絶縁体３と中心電極４のみを示す。この実施形態の脚長部１６は、基端から先端に向かって縮径するテーパ部を有し、脚長部１６の先端外周縁は先端に向かって縮径率が大きくなって緩やかな曲面を形成しており、先端は軸線Ｏに直交する平坦面である。この実施形態の絶縁体３の脚長部１６は、基端から先端に向かって順に、第１部４１と第２部４２と第３部４３とを有する。第２部４２は、絶縁体３の先端外周縁にある曲面を切欠くことにより得られる形状と同じ形状を有する。第１部４１は、段付部８の先端側に位置し、第１部４１の基端から先端に向かって縮径する。第１部４１は基端側がテーパ部であり、先端側の外周面は先端に向かって縮径率が大きくなり、緩やかな曲面になっている。第２部４２は、第１部４１の先端側に隣接し、第２部４２の基端から先端に向かってテーパ状に縮径する。図２に示すように、脚長部１６を切断したときに現れる軸線Ｏを含む切断面Ｓ_１において、第２部４２は、第１部４１の基端と先端とを通る第１直線Ｌ_４１よりも内側に第２部４２の外周面を示す線Ｔ_４２が位置するとともに、当該第２部４２の基端と先端とを通る第２直線Ｌ_４２と第１直線Ｌ_４１とがなす先端側角度θがθ≧１５°であり、θ＜９０°であるのが好ましい。第３部４３は基端側がテーパ状に縮径し、先端側の外周面は先端に向かって縮径率が大きくなって緩やかな曲面を形成し、絶縁体３の平坦な先端面に連結している。第３部４３は、第２部４２の先端側に位置し、第３部４３の全体に亘る外径が第２部４２の先端外径Ｄｓ以下であるとともに、前記切断面Ｓ_１において少なくとも第２部４２の先端に連結する第３部４３の後端部の外周面を示す線Ｔ_４３が、第２直線Ｌ_４２よりも外側に位置する。なお、第１部４１の基端は、段付部８と第１部４１との境界であり、縮径率が大きく変化する点である。第１部４１の先端すなわち第２部４２の基端、及び第２部４２の先端もまた、縮径率が大きく変化する点である。

脚長部１６は、第２部４２の先端外径Ｄｓと第２部４２の基端外径Ｄｋとの関係が以下の式（１）を満たす。
５μｍ≦（Ｄｋ−Ｄｓ）／２≦２００μｍ・・・（１）
脚長部１６が（１）を満たす第２部４２すなわち段差を有するので、脚長部１６の外周面の算術平均粗さＲａが所定の値より小さくても、奥飛火の発生を抑制することができる。第２部４２における先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係は、以下の式（２）を満たすのが好ましい。
５μｍ≦（Ｄｋ−Ｄｓ）／２≦５０μｍ・・・（２）
脚長部１６が（２）を満たす第２部４２を有すると、絶縁体３の強度の確保と奥飛火の発生の抑制とをより一層両立することができる。第２部４２における先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係（Ｄｋ−Ｄｓ）／２が５μｍ未満であると、奥飛火を抑制することができない。第２部４２における先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係（Ｄｋ−Ｄｓ）／２が２００μｍを超えると、第２部４２に応力が集中し易くなり、所望の強度を確保することができない。また、先端側角度θが１５°未満であると、脚長部１６の外周面に沿う放電路を遮る効果が小さく、奥飛火の発生を抑制することができない。第２部４２が軸線Ｏに直交する面より後端に向かって傾斜すると、第２部４２に応力が集中し易くなり、所望の強度を確保することができない。

この実施形態の絶縁体３は、１つの段差すなわち１つの第２部４２を有するが、絶縁体３は、第３部４３に第２部４２と同様の段差を１つ以上有してもよい。また、第２部４２は、脚長部１６のいずれにあってもよいが、第２部４２の基端は、段付部８のうち主体金具６に係止される部位の先端から先端方向に３ｍｍ以上離れた位置にあるのが好ましい。第２部４２が前記位置にあると、奥飛火をより一層抑制し、着火性をより向上させることができる。

絶縁体３は、軸孔２を形成する内周面のうち中心電極４に対向する部位の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であるのが好ましい。また、絶縁体３の先端内周縁は、面取りされたり、曲面になっていたりせず、絶縁体３の先端面と内周面とが直角に配置されているのが好ましい。すなわち、絶縁体３の先端内周縁は、図３に示すように、絶縁体３を切断したときに現れる軸線Ｏを含む切断面Ｓ_１において、軸孔２を示す線分Ｔ_１を先端方向に延長した仮想線Ｌ_１と絶縁体３の先端面を示す線分Ｔ_２を径方向内側に延長した仮想線Ｌ_２との交点をａとすると、線分Ｔ_１の先端から交点ａまでの距離ｄ_１と、前記線分Ｔ_２の軸線Ｏ側の端から交点ａまでの距離ｄ_２とがいずれも２００μｍ以下であることが好ましい。

このように、絶縁体３の先端内周縁において、距離ｄ_１と距離ｄ_２とがいずれも２００μｍ以下であり、かつ絶縁体３の内周面のうち中心電極４に対向する部位の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であると、プレイグニッションの発生を抑制しつつ絶縁体３の先端部の強度を向上させることができる。絶縁体の先端内周縁が面取りされていなかったり、曲面になっておらず、絶縁体の内周面がその先端まで中心電極に接近していると、絶縁体３の先端が中心電極４から受熱し易くなり、絶縁体の先端が過熱されることによって発生するプレイグニッションが発生し易くなる。そのため、従来の絶縁体の先端内周縁には、面取りがされたり、曲面が形成されたりしていた。一方、この実施形態の絶縁体３は、その内周面の算術平均粗さＲａが従来に比べて小さく、０．５μｍ以下であるので、絶縁体３の内周面の比表面積が小さくなり、絶縁体３の内周面がその先端まで中心電極４に接近した場合であっても、絶縁体３の先端が中心電極４から受熱し難くい。したがって、この実施形態の絶縁体３は、絶縁体３の先端内周縁において、距離ｄ_１と距離ｄ_２とをいずれも２００μｍ以下として絶縁体３の先端部の肉厚を確保し、絶縁体３の先端部の強度を向上させても、絶縁体３の内周面のうち中心電極４に接触する部位の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であるからプレイグニッションの発生を抑制することができる。

（第２の実施形態）
この実施形態の絶縁体２０３は、段差すなわち第２部５２が脚長部２１６のテーパ部の途中にあること以外は、第１の実施形態の絶縁体３と同様の構成を有する。図４に示すように、この実施形態の脚長部２１６は、基端から先端に向かって順に第１部５１と第２部５２と第３部５３とを有する。第２部５２は、テーパ部を切欠くように設けられている。第１部５１は、段付部２０８の先端側に隣合うように位置し、第１部５１の基端から先端に向かってテーパ状に縮径する。第２部５２は、第１部５１の先端側に隣り合うように位置し、第２部５２の基端から先端に向かってテーパ状に縮径する。第３部５３は、第２部５２の先端側に隣り合うように位置し、第３部５３の基端から先端に向かってテーパ状に縮径し、先端側の外周面は先端に向かって縮径率が大きくなって緩やかな曲面を形成し、絶縁体２０３の平坦な先端面に連結している。

（第３の実施形態）
この実施形態の絶縁体３０３は、段差すなわち第２部６２が脚長部３１６のテーパ部と先端外周縁に形成された曲面との境界にあること、及び第２部６２の形状が凹状であること以外は、第１の実施形態の絶縁体３と同様の構成を有する。図５に示すように、この実施形態の脚長部３１６は、基端から先端に向かって順に第１部６１と第２部６２と第３部６３とを有する。第１部６１は、段付部３０８の先端側に隣り合うように位置し、第１部６１の基端から先端に向かってテーパ状に縮径する。第２部６２は、第１部６１の先端側に隣り合うように位置し、先端に向かって凹状に縮径する。図５に示す切断面Ｓ_３において、第２部６２を示す線Ｔ_６２は軸線Ｏ_３に向かって凹む曲線である。第３部６３は、第２部６２の先端側に隣り合うようにし、その外周面は先端に向かって縮径率が大きくなって緩やかな曲面を形成し、絶縁体３０３の平坦な先端面に連結している。

（第４の実施形態）
この実施形態の絶縁体４０３は、段差すなわち第２部７２の形状が凸状であること以外は、第２の実施形態の絶縁体２０３と同様の構成を有する。図６に示すように、この実施形態の脚長部４１６は、後端から先端に向かって順に第１部７１と第２部７２と第３部７３とを有する。第１部７１は、段付部４０８の先端側に隣り合うように位置し、第１部７１の基端から先端に向かってテーパ状に縮径する。第２部７２は、第１部７１の先端側に隣り合うように位置し、先端に向かって凸状に縮径する。図６に示す切断面Ｓ_４において、第２部７２を示す線Ｔ_７２は外側に向かって凸状に膨らむ曲線である。第３部７３は、第２部７２の先端側に隣り合うように位置し、第３部７３の基端から先端に向かってテーパ状に縮径し、先端側の外周面は先端に向かって縮径率が大きくなって緩やかな曲面を形成し、絶縁体４０３の平坦な先端面に連結している。

内燃機関の稼働中の燃焼室内の圧力変動による振動等によりスパークプラグ１の先端部に衝撃が加わった場合、及びスパークプラグ１を内燃機関に取り付ける際等にスパークプラグ１の先端部に衝撃が加わった場合等には、絶縁体３、２０３、３０３及び４０３における燃焼ガスに曝される部分すなわち脚長部１６、２１６、３１６及び４１６の外周面に応力が集中し易い。さらに絶縁体３、２０３、３０３及び４０３が薄肉化するほど前記外周面に応力が集中して破損し易くなる。一方、これらの実施形態のスパークプラグ１における絶縁体３、２０３、３０３及び４０３は、脚長部１６、２１６、３１６及び４１６の外周面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であるので、前記外周面に応力が集中するのを抑制することができ、所望の強度を確保することができる。また、前記外周面は、第１部４１、５１、６１及び７１と第２部４２、５２、６２及び７２と第３部４３〜７３とを有し、第２部４２、５２、６２及び７２の先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係が、５μｍ≦（Ｄｋ−Ｄｓ）／２≦２００μｍを満たすので、前記外周面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であっても奥飛火を抑制することができる。

この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１は、例えば次のようにして製造することができる。

絶縁体３は、原料粉末から成形された成形体を焼成することにより作製することができる。具体的には、主成分であるアルミナと焼結助剤として機能する、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ等の元素の化合物とを配合して原料粉末を準備する。原料粉末に、ポリカルボン酸ナトリウム（分散剤）や水及びアルコール等の溶媒とを添加及び混合して成形用スラリーを調製する。次いで、成形用スラリーをスプレードライ法等により噴霧乾燥し、その後樹脂と加圧加熱混合することにより、成形用造粒物を調製する。得られた成形用造粒物を、射出成形することにより成形体を得る。

射出成形では、前述した形状を有する絶縁体３が得られる金型を使用する。この金型の内周面には、第１部４１、第２部４２、及び第３部４３を形成することのできるパターンが予め設けられている。射出成形によると、金型の内周面に所望のパターンを設けるだけで第１部４１、第２部４２、及び第３部４３を容易に形成することができると共に、絶縁体３の外周面等の表面における算術平均粗さＲａを容易に０．５μｍ以下、さらに０．１μｍ以下にすることができる。

次いで、所望の形状に形成された成形体を大気雰囲気で仮焼し、脱脂を行う。次いで、脱脂した成形体を１３５０℃〜１６００°で１〜２４時間焼成する。所望により焼成後に釉薬をかけて仕上げ焼成を行うことにより絶縁体３が得られる。

この絶縁体３を備えたスパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。すなわち、得られた絶縁体３の軸孔２に所定の形状に形成された中心電極４を挿設し、さらに接続部１２を形成する組成物を軸孔２内に予備圧縮しつつ充填する。次いで、軸孔２内の端部から端子金具５を圧入しつつ組成物を圧縮加熱する。こうして組成物が焼結して接続部１２が形成される。次いで、中心電極４及び端子金具５が挿設された絶縁体３を、所定の形状に形成された主体金具６に挿入して、受け部９に段付部８を係止させることによって、主体金具６に絶縁体３を取り付ける。接地電極７は、主体金具６に絶縁体３を取り付ける前又は後に、主体金具６の先端部近傍に電気抵抗溶接等によって接合される。最後に接地電極７の先端部を中心電極４側に折り曲げて、接地電極７の先端部が中心電極４の先端と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。

本発明に係るスパークプラグは、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部が螺合されて、所定の位置に固定される。この発明に係るスパークプラグは、如何なる内燃機関にも使用することができる。この発明に係るスパークプラグにおける絶縁体は、所望の強度を有すると共に奥飛火が発生し難いので、燃焼室内の圧縮比が高く、振動等の生じやすい内燃機関に好適に使用されることができる。

この発明に係るスパークプラグは、前述した実施形態に限定されることはなく、本願発明の課題を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

例えば、この発明における絶縁体の脚長部に形成される段差すなわち第２部の形状、数、及び配置等は、前述した実施形態に特に限定されず、スパークプラグに要求される性能等に応じて適宜設定される。

［試験例１］
（スパークプラグの製造）
図１に示す構成を有するスパークプラグであって、絶縁体の脚長部の外周面の算術平均粗さＲａ、前記外周面における段差（第２部）の先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係（Ｄｋ−Ｄｓ）／２、段付部のうち主体金具に係止される部位の先端から段差（第２部）の基端までの距離Ｈを、表１に示すように互いに異ならせたスパークプラグを、前述のように製造した。なお、絶縁体に段差が設けられている場合には、表１に示すスパークプラグのいずれも、段差は図４に示すように、テーパ部の途中にあり、第１部の基端と先端とを通る第１直線と第２部の基端と先端とを通る第２直線とがなす先端側角度θが１５°≦θ＜９０°の範囲にあった。また、脚長部の外周面の算術平均粗さは、非接触三次元測定装置ＮＨ−３（三鷹光機株式会社製）を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠して測定した。
表１に示すスパークプラグの寸法は以下の通りである。
主体金具のねじの呼び：Ｍ１２
絶縁体の先端から段付部のうち主体金具に係止される部位の先端までの距離：１８ｍｍ
絶縁体の先端における外径：４．０ｍｍ
絶縁体の先端における厚み：０．５ｍｍ
絶縁体の脚長部の基端における外径：９．５ｍｍ
絶縁体の脚長部の基端における厚み：３．４ｍｍ

（着火性試験）
表１に示す各サンプルについて、火花放電間隙Ｇが１．００ｍｍ、１．０５ｍｍ、１．１０ｍｍであるスパークプラグを準備し、各スパークプラグをチャンバー内に配置し、中心電極に高電圧を印加して放電の様子をカメラで撮像した。なお、主体金具先端付近における主体金具と絶縁体との距離が横飛火が発生しない長さに調節されているので、この着火性試験においては奥飛火を観測している。各スパークプラグについて高電圧印加の回数を１００回とし、各回に撮像して得られた画像を観察して、リーク回数をカウントした。リーク回数が３０％以下の場合を「○」、３０％より大きい場合を「×」と判定し、以下のように着火性を点数で評価した。結果を表１に示す。
１点：火花放電間隙Ｇが１．００ｍｍで「×」
２点：火花放電間隙Ｇが１．００ｍｍで「○」、又は
火花放電間隙Ｇが１．０５ｍｍで「×」
３点：火花放電間隙Ｇが１．０５ｍｍで「○」、又は
火花放電間隙Ｇが１．１０ｍｍで「×」
４点：火花放電間隙Ｇが１．１０ｍｍで「○」

（絶縁体の強度試験）
表１に示す各サンプルについてベンディング試験を行った。具体的には、オートグラフを用いて、周方向における異なる三方向から絶縁体の先端部に対して軸線に直交する向きの荷重を加え、絶縁体に破壊が生じたときの荷重（破壊荷重）を各サンプルにつき５回測定した。サンプル５を従来品のスパークプラグの代表例として、この従来品のベンディング試験の評価を１点とし、各スパークプラグの平均破壊荷重と従来品の平均破壊荷重との差により、絶縁体の強度を点数で評価した。結果を表１に示す。
１点：平均破壊荷重の差が０．１ｋＮ未満
５点：平均破壊荷重の差が０．１ｋＮ以上０．２ｋＮ未満
１０点：平均破壊荷重の差が０．２ｋＮ以上

表１に示すように、本発明の範囲内にあるサンプル１〜４、８〜１１、１３〜１５は、着火性及び絶縁体の強度の評価結果がいずれも良好であるのに対し、本発明の範囲外にあるサンプル５〜７、１２は、着火性及び絶縁体の強度の評価結果の少なくとも一方が劣っていた。具体的には、絶縁体の脚長部の外周面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、段差のないサンプル６及び７は、着火性に劣っていた。絶縁体の脚長部の外周面の算術平均粗さＲａが１μｍであるサンプル５は、絶縁体の強度の評価結果が劣っていた。また、段差の先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係（Ｄｋ−Ｄｓ）／２が３００μｍであるサンプル１２は、段差部分が破壊し、絶縁体の強度の評価結果が劣っていた。

［試験例２］
絶縁体の内周面のうち中心電極に接触する部位の算術平均粗さＲａと、図３に示す絶縁体の先端内周縁付近における距離ｄ_１及び距離ｄ_２を、表２に示すように互いに異ならせたスパークプラグを試験例１と同様にして製造した。スパークプラグの寸法は、表２に示す寸法以外は試験例１と同じである。
各サンプルについて、試験例１と同様にして、着火性試験と絶縁体の強度試験を行った。結果を表２に示す。

表２に示すように、絶縁体の内周面のうち中心電極に接触する部位の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、かつ距離ｄ_１及び距離ｄ_２がいずれも２００μｍ以下であるサンプル１７〜２０は、距離ｄ_１及び距離ｄ_２のうちの大きい方の値が３００μｍであるサンプル１６に比べて、絶縁体の強度の評価結果が良好であった。これらの結果から、距離ｄ_１及び距離ｄ_２がいずれも２００μｍ以下である絶縁体は、良好な強度を有することが分かる。

[試験例３]
第１直線と第２直線とがなす先端側角度θを表３に示す値にした外は、サンプル１と同じスパークプラグを試験例１と同様にして製造した。スパークプラグの寸法は、表３に示す寸法以外は試験例１と同じである。
各サンプルについて、試験例１と同様にして、着火性試験と絶縁体の強度試験を行った。結果を表３に示す。

表３に示されるように、第１直線と第２直線とがなす先端側角度が１５度以上であるスパークプラグは、先端側角度が１５度未満であるスパークプラグに比べて、着火性に優れている。

１ スパークプラグ
２ 軸孔
３、２０３、３０３、４０３ 絶縁体
４、２０４、３０４、４０４ 中心電極
４ａ 張り出し部
５ 端子金具
６ 主体金具
７ 接地電極
８ 段付部
８ａ 内側段部
９ 受け部
１２ 接続部
１３ 鍔部
１４ 後端側胴部
１５ 先端側胴部
１６ 脚長部
１７ ネジ部
１８ ガスシール部
２０ 工具係合部
２１ 加締め部
２２、２３ リング部材
２４ 滑石
２７ 外層
２８ 芯部
４１、５１、６１、７１ 第１部
４２、５２、６２、７２ 第２部、段差
４３、５３、６３、７３ 第３部
Ｇ 間隙
Ｄｋ 第２部の基端外径
Ｄｓ 第２部の先端外径

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有し、先端に向かって外径が小さくなる段付部を自身の外周側に有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられると共に筒状を有し、自身の内周に前記段付部を係止する主体金具と、
   を備えるスパークプラグであって、
   前記絶縁体は、前記段付部の先端側に隣接し、自身の外周面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下である脚長部を有し、
   前記脚長部は、
   前記段付部の先端側に隣接し、自身の基端から先端に向かって縮径する第１部と、
   前記第１部の先端側に隣接し、自身の基端から先端に向かって縮径する第２部であって、前記脚長部を切断したときに現れる前記軸線を含む切断面において、前記第１部の基端と先端とを通る第１直線よりも内側に自身の外周面を示す線が位置するとともに、当該第２部の基端と先端とを通る第２直線と前記第１直線とがなす先端側角度θがθ≧１５°となる第２部と、
   前記第２部の先端側に隣接する第３部であって、自身の全体に亘る外径が前記第２部の先端外径Ｄｓ以下であるとともに、前記切断面において少なくとも前記第２部の先端に連結する後端部の外周面を示す線が、前記第２直線よりも外側に位置する第３部と、
   を備えており、
   前記第２部の前記先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係が、５μｍ≦（Ｄｋ−Ｄｓ）／２≦２００μｍを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記中心電極は、自身の後端側に、外側に張り出した張り出し部を有し、
   前記絶縁体の前記軸孔は、前記中心電極の前記張り出し部を係止する内側段部を有し、自身の内周面のうち前記中心電極に対向する部位の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下であり、 前記絶縁体を切断したときに現れる前記軸線を含む切断面において、
   前記軸孔のうち前記内側段部の先端側に隣接し、自身の基端から先端に向かって直線状に延びる部位を示す線分Ｔ_２を先端方向に延長した仮想線Ｌ_１と前記絶縁体の先端面を示す線分Ｔ_１を径方向内側に延長した仮想線Ｌ_２との交点をａとすると、
   前記線分Ｔ_２の先端から前記交点ａまでの距離ｄ_１と、前記線分Ｔ_１の前記軸線側の端から前記交点ａまでの距離ｄ_２とが、いずれも２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記外周面の算術平均粗さＲａは０．１μｍ以下である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. 前記第２部の基端は、前記段付部のうち前記主体金具に係止される部位の先端から先端方向に３ｍｍ以上離れた位置にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
5. 前記第２部の前記先端外径Ｄｓと基端外径Ｄｋとの関係が、５μｍ≦（Ｄｋ−Ｄｓ）／２≦５０μｍを満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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