JP2019175707A - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スパークプラグの細径化と耐電圧の向上との両立が可能になるスパークプラグ及びその製造方法を提供する。【解決手段】中心電極３の基端側の外側面３１と、絶縁碍子２の内側面２１との間に隙間に導電性ガラス粉末を充填し、加熱し、冷却することにより、スパークプラグ１を製造する。隙間の大きさＴｍｍと導電性ガラス粉末の平均粒子径Ｘとが下記式Ｉの関係を満足する。スパークプラグ１においては、内側面２１と外側面３１との間隔１５０内における導電性ガラスシール部４内に存在する気孔４１のうち、内側面２１に隣接する隣接気孔４１１の最大径Ｙｍｍと、間隔１５０の大きさＴｍｍとが下記式VIの関係を満足する。１０５６(Ｘ−０．１４４)2＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ＜５．４６ ・・・（Ｉ）４４４Ｙ−１３Ｔ＜２６．６ ・・・（VI）【選択図】図３

Description

本発明は、筒状の絶縁碍子と、該絶縁碍子内に挿入された中心電極との間に形成された導電性ガラスシール部を有するスパークプラグに関する。

スパークプラグは、自動車のエンジン等の内燃機関における着火手段として用いられる。スパークプラグは、中心電極と接地電極とを軸方向に対向させてこれらの間に火花放電ギャップを形成している。中心電極と接地電極との間にパルス電圧をかけることにより、火花放電ギャップに火花放電が発生する。

特許文献１には、棒状部と、この棒状部の直径よりも大きな直径を有する頭部とを有する中心電極と、軸孔内の先端側に中心電極が設けられた筒状の絶縁体と、中心電極を軸孔内に固定するシール部とを備えるスパークプラグが開示されている。このスパークプラグは、曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上の連接面をシール部に有している。絶縁体は絶縁碍子ともいわれる。

特許第５４４９５８１号公報

近年、エンジンの高効率、高出力化に伴い、エンジンの設計自由度を確保するために、使用するスパークプラグの細径化のニーズがますます高まっている。スパークプラグの細径化のために筒状の絶縁碍子の細径化が求められ、絶縁碍子の外径を小さくするというニーズがある。

しかしながら、絶縁碍子の内径を変えずに、絶縁碍子の外径を小さくすると、絶縁碍子の肉厚が小さくなる。その結果、絶縁碍子の耐電圧が低下してしまう。一方、耐電圧を十分に確保できるように絶縁碍子の肉厚を大きくしようとすると、絶縁碍子の内径を小さくし、絶縁碍子内に配置される中心電極等の部品の外径を小さくする必要がある。このとき、耐電圧確保のために肉厚を可能な限り大きくしようとすると、絶縁碍子の中心電極の基端側の外側面と絶縁碍子の内側面との間の隙間が小さくなる。

中心電極と絶縁碍子との隙間が小さくなると、シール部を形成するための導電性ガラス粉末が隙間に入り難くなり、導電性ガラス粉末の充填密度が低下する。その結果、導電性ガラス粉末の加熱焼結後に形成されるシール部内に粗大な気孔が形成されやすくなる。スパークプラグに大電流が流れたときに、シール部内の粗大な気孔には高電圧が印加されることとなるため、気孔内の空気が電離して部分放電が発生する。その結果、絶縁碍子への電子供給量が増大して耐電圧が低下する。特に、絶縁碍子の内側面に隣接する気孔（つまり隣接気孔）が形成されると、部分放電による耐電圧の低下が起こりやすくなる。

また、絶縁碍子の細径化により絶縁碍子の内径が小さくなると、従来のように連接面の曲率半径Ｒを十分に大きくすることが困難になる。つまり、曲率半径Ｒを大きくすると、絶縁碍子の内側面がより中心電極側に近づくため、絶縁碍子と中心電極との隙間がより小さくなる。その結果、導電性ガラス粉末が隙間に一層入り難くなり、シール部内に粗大な気孔がより一層形成されやすくなる。したがって、部分放電による耐電圧の低下がますます起こりやすくなる。つまり、連接面の曲率半径を大きくする方法では、スパークプラグの細径化と耐電圧の向上との両立が困難になる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、スパークプラグの細径化と耐電圧の向上との両立が可能になるスパークプラグ及びその製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、筒状の絶縁碍子（２）内に長尺状の中心電極（３）を挿入し、該中心電極の基端側の外側面（３１）と、上記絶縁碍子の内側面（２１）との間に隙間（１５）を設けた状態にて上記中心電極を上記絶縁碍子内に配置する挿入工程（Ｓ１）と、
上記隙間に導電性ガラス粉末（４００）を充填する充填工程（Ｓ２）と、
上記隙間内の上記導電性ガラス粉末を軟化させる加熱工程（Ｓ３）と、
軟化状態の上記導電性ガラス粉末を冷却することにより、上記中心電極の基端側を上記絶縁碍子内に固着する導電性ガラスシール部（４）を形成する冷却工程（Ｓ４）と、を有し、
上記隙間の大きさＴｍｍと上記導電性ガラス粉末の平均粒子径Ｘとが下記式Ｉの関係を満足する、スパークプラグ（１）の製造方法。
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ＜５．４６ ・・・（Ｉ）

本発明の他の態様は、筒状の絶縁碍子（２）と、
該絶縁碍子内に挿入配置された長尺状の中心電極（３）と、
該中心電極の基端側の外側面（３１）と、上記絶縁碍子の内側面（２１）との間に形成された導電性ガラスシール部（４）と、を有し、
上記内側面と上記外側面との間隔（１５０）内における上記導電性ガラスシール部に存在する気孔（４１）のうち、上記絶縁碍子の上記内側面に隣接する隣接気孔（４１１）の最大径Ｙｍｍと、上記間隔の大きさＴｍｍとが下記式VIの関係を満足する、スパークプラグ（１）にある。
４４４Ｙ−１３Ｔ＜２６．６ ・・・（VI）

上記製造方法においては、挿入工程と、充填工程と、加熱工程と、冷却工程とが行われ、中心電極と絶縁碍子との隙間の大きさＴｍｍと導電性ガラス粉末の平均粒子径Ｘｍｍとが式（Ｉ）の関係を満足する。これにより、隙間の大きさＴと平均粒子径Ｘとの関係が良好になり、中心電極と絶縁碍子との隙間内に導電性ガラス粉末が入り易くなり、隙間内での導電性ガラス粉末の充填密度が向上する。

その結果、導電性ガラスシール部内において、部分放電を生じ易い粗大な気孔の形成が抑制される。さらに、絶縁碍子の内側面に隣接する隣接気孔の形成も抑制される。したがって、絶縁碍子への電界集中が抑制され、耐電圧の低下を十分に防止できるスパークプラグの製造が可能になる。スパークプラグを細径化しても、スパークプラグは優れた耐電圧を示すことができる。

上記スパークプラグにおいては、絶縁碍子と中心電極との間隔における導電性ガラスシール部内に存在する気孔のうち、絶縁碍子の内側面に隣接する隣接気孔の最大径Ｙｍｍと、間隔の大きさＴｍｍとが式VIの関係を満足する。これにより、間隔Ｔと隣接気孔Ｙとの関係が良好になり、絶縁碍子への電界集中が抑制される。つまり、スパークプラグの耐電圧の低下を十分に防止される。スパークプラグは、絶縁碍子を細径化しても優れた耐電圧を示すことができる。

以上のごとく、上記態様によれば、スパークプラグの細径化と耐電圧の向上との両立が可能になるスパークプラグ及びその製造方法を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、スパークプラグの全体構造を示す縦断面図である。 実施形態１における、スパークプラグにおける導電性ガラスシール部の拡大断面図である。 実施形態１における、スパークプラグにおける絶縁碍子と中心電極の基端側との間隔の拡大断面図である。 実施形態１における、隣接気孔の第１の形態例を示す説明図である。 実施形態１における、隣接気孔の第２の形態例を示す説明図である。 実施形態１における、隣接気孔の第３の形態例を示す説明図である。 実施形態１における、サブアッセンブリ状態のスパークプラグを製造する方法を示す組付工程図である。 実施形態１における、中心電極が挿入された絶縁碍子の主要部拡大断面図である。 実施形態１における、絶縁碍子と中心電極との隙間内に導電性ガラス粉末が充填された絶縁碍子の主要部拡大断面図である。 変形例１における、スパークプラグにおける導電性ガラスシール部の拡大断面図である。 変形例２における、スパークプラグにおける導電性ガラスシール部の拡大断面図である。 実験例における、中心電極と絶縁碍子の隙間の大きさＴと、導電性ガラス粉末の平均粒子径Ｘと、耐電圧上昇率ΔＥとの関係を示すグラフである。 実験例における、中心電極と絶縁碍子の間隔の大きさＴと、導電性ガラスシール部内に存在する隣接気孔の最大径Ｙと、耐電圧上昇率との関係を示すグラフである。 図１３における隣接気孔の最大径０．０５０〜０．０７０ｍｍの範囲の拡大図。 図１３における隣接気孔の最大径０．０４５〜０．０６５ｍｍの範囲の拡大図。 図１３における隣接気孔の最大径０．０４０〜０．０６０ｍｍの範囲の拡大図。 図１３における隣接気孔の最大径０．０３０〜０．０５０ｍｍの範囲の拡大図。

（実施形態１）
スパークプラグに係る実施形態１について、図面を参照しながら説明する。図１に例示するように、スパークプラグ１は長尺状である。スパークプラグ１は内燃機関用である。内燃機関は、例えば自動車用エンジンであり、スパークプラグ１は、後述の取付金具１１によって、図示しないエンジン燃焼室に臨むシリンダヘッドの取付孔に取り付けられる。

本明細書ではスパークプラグ１の長尺方向Ｄにおける燃焼室内に突出する側を先端側Ｄ１といい、その反対側を基端側Ｄ２という。つまり、図１における下側が先端側Ｄ１であり、上側が基端側Ｄ２である。スパークプラグ１の長尺方向Ｄと直交する方向を径方向という。つまり、図１における左右方向が径方向である。

スパークプラグ１は、取付金具１１と、絶縁碍子２と、中心電極３と、導電性ガラスシール部４、４８と、抵抗体５と、ステム６と、接地電極７とを具備する。導電性ガラスシール部４、４８には、中心電極３の基端側Ｄ２と抵抗体５の先端側Ｄ１との間に設けられた第１導電性ガラスシール部４と、抵抗体５の基端側Ｄ２とステム６の先端側Ｄ１との間２に設けられた第２導電性ガラスシール部４８とがある。

筒状の取付金具１１は内側に絶縁碍子２を保持している。絶縁碍子２は、軸孔２１０内の先端側Ｄ１に中心電極３を保持し、軸孔２１０内の基端側にステム６の軸部６１を保持する。第１導電性ガラスシール部４は、中心電極３の基端側Ｄ２を絶縁碍子２の軸孔２１０内に固定している。第２導電性ガラスシール部４８は、ステム６の先端側Ｄ１を絶縁碍子２の軸孔２１０内に固定している。

接地電極７は、絶縁碍子２の軸孔２１０の先端側Ｄ１において中心電極３と対向する。抵抗体５は、絶縁碍子２の軸孔２１０内において中心電極３とステム６との間に配置される。スパークプラグ１においては、絶縁碍子２と中心電極３とが同軸配置されており、長尺方向Ｄは、軸方向Ｄということができる。以下、スパークプラグ１を構成する各部を詳説する。

取付金具１１は、筒状であり、絶縁碍子２を内側に保持する。取付金具１１は、長尺方向Ｄの先端側Ｄ１の外周に取付用ネジ部１２を有し、基端側Ｄ２に、取付用ネジ部１２より外径が大きい大径部１３を有している。

取付金具１１の大径部１３の内側には、絶縁碍子２の中間部に設けた大径部２２が収容保持され、大径部２２の基端縁部２４を加締め固定して気密シールしている。取付金具１１は、例えば、炭素鋼等の鉄系合金材料からなる。

絶縁碍子２は筒状の取付金具１１の内側に保持される。絶縁碍子２は長尺方向Ｄを貫通する軸孔２１０を有する。絶縁碍子２の軸孔２１０内には中心電極３が保持される。絶縁碍子２の先端部２３は、取付金具１１の先端開口１１１よりも先端側Ｄ１に突出している。絶縁碍子２は、アルミナ等の絶縁性セラミックスからなる。

中心電極３は、スパークプラグ１の長尺方向Ｄに伸びる長尺状である。中心電極３は、絶縁碍子２の軸孔２１０内の先端側Ｄ１に保持される。中心電極３は、大径の基端部３２を有し、基端部３２が絶縁碍子２の軸孔２１０の内周に設けたテーパ状の段差面２１１上に支持される。一方、中心電極３は、テーパ状の先端部３１１を有し、先端部３１１は、絶縁碍子２の先端部２３よりも、さらに先端側Ｄ１に突出している。

長尺方向Ｄに伸びる絶縁碍子２の内側面２１と段差面２１１との境界２１２は曲面形状により形成されていることが好ましい。この場合には、境界２１２に、非曲面形状が形成されている場合に比べて、境界２１２に電界集中が起こることを防止できる。非曲面形状としては、例えば境界２１２にて鈍角などを形成する角部がある。曲面形状は径方向の外方に向けて突出するように形成される。曲面形状は、所謂Ｒ形状ともいわれ、この場合には境界２１２は曲率半径Ｒを有する。境界２１２に曲面が形成されている場合には、絶縁碍子２の縮径化に伴って隙間１５の大きさがさらに小さくなるため、導電性ガラス粉末４００の充填性による上述の問題が顕著になる。したがって、式（Ｉ）、式（VI）を満足する等の本形態の構成を採用することによる優位性が顕著になる。

接地電極７は、断面形状全体がＬ字形（具体的には、図１では逆Ｌ字状）に屈曲する板状体であり、基端側Ｄ２が取付金具１１の先端面に接合固定されている。接地電極７は、中心電極３の側方で軸方向Ｄに延び、先端部７１が径方向の内側に屈曲して中心電極３の先端部３１１に対向している。これにより、中心電極３の先端部３１１と接地電極７の先端部７１との間に、火花放電ギャップＧが形成される。

中心電極３、接地電極７は、例えば、Ｎｉ（すなわち、ニッケル）を主成分として含むＮｉ基合金等の金属材料を母材として構成される。電極内部に、熱伝導性に優れた金属、例えば、Ｃｕ（すなわち、銅）又はＣｕ合金等の金属材料等からなる芯材を有して構成されていてもよい。中心電極３の先端部３１１と、接地電極７の先端部７１との対向面には、例えば、円柱状に成形された貴金属チップが、溶接等により接合される。貴金属材料としては、例えば、Ｐｔ（すなわち、白金）、Ｉｒ（すなわち、イリジウム）、Ｒｈ（すなわち、ロジウム）等が挙げられ、これら貴金属から選ばれる少なくとも１種類を主成分として含む貴金属又は貴金属合金を用いることができる。

ステム６は、大径の端子部６２と、これより小径の軸部６１とを備える。軸部６１は、端子部６２側の基端部６１１と、これより先端側Ｄ１の主軸部６１２とからなる。主軸部６１２は、先端側Ｄ１の外周にネジ加工又は溝加工を施してなる外周溝部６１３を有する。外周溝部６１３は、抵抗体５との間の導電性ガラスシール部４８との固着力を向上させる。

図１において、ステム６は、小径の軸部６１が絶縁碍子２の軸孔２１０内に収容されており、絶縁碍子２への組付時に、導電性ガラスシール部４８を介して抵抗体５を加圧する。ステム６の大径の端子部６２は、絶縁碍子２の軸孔２１０の基端開口よりも基端側Ｄ２に突出し、図示しない高電圧源に接続される。高電圧源は、例えば、車載バッテリに接続されて点火用高電圧を発生する点火コイルであり、図示しない制御装置に接続されている。

絶縁碍子２の軸孔２１０内において、ステム６の軸部６１と中心電極３との間には、導電性ガラスシール部４、４８を介して抵抗体５が設けられる。抵抗体５は、導電性材料を含有する円柱状の部材であり、所望の抵抗値に調整されている。抵抗体５は、中心電極３とステム６とを電気的に接続すると共に、電波雑音を吸収する機能を有する。抵抗体５は、例えば、ホウケイ酸ガラス等のガラス材料と骨材とを含む基材に、カーボン材料等の導電性材料が分散した集合体からなる。具体的には、導電性材料の粉末とガラス粉末と骨材粉末とを含む粉末材料を熱処理して得られ、例えば、骨材粉末としてジルコニア粉末等のセラミック粉末が用いられる。導電性材料の粉末は、例えば、カーボン粉末を混合したガラスを主成分とするカーボン−ガラス混合粉末として添加することができる。

抵抗体５と中心電極３、抵抗体５とステム６との間には、それぞれ第１導電性ガラスシール部４と第２導電性ガラスシール部４８が設けられている。

第１導電性ガラスシール部４及び第２導電性ガラスシール部４８は、導電性の接合ガラスからなり、接合ガラスは、例えば、ガラスに銅粉末を混入させてなる銅ガラスからなる。これにより、外部の高電圧源から、ステム６、第２導電性ガラスシール部４８、抵抗体５、第１導電性ガラスシール部４を経て、中心電極３に至る導電パスが形成され、中心電極３と接地電極７との間に高電圧が印加されて火花放電が発生する。

第１導電性ガラスシール部４は、中心電極３の基端部３２を絶縁碍子２の軸孔２１０内に固定している。図２及び図３に例示されるように、中心電極３の基端部３２の外側面３１と、絶縁碍子２の内側面２１との間には間隔１５０が設けられており、第１導電性ガラスシール部４は間隔１５０を埋めている。

第１導電性ガラスシール部４内には気孔４１が形成されることがある。気孔４１の大きさは小さいことが好ましく、気孔４１の数は少ないことが好ましい。上述の間隔１５０内に存在する第１導電性ガラスシール部４内にも気孔４１が存在することある。図３に例示されるように、間隔１５０内の第１導電性ガラスシール部４内に存在する気孔４１のうち、隣接気孔４１１の最大径Ｙと、間隔１５０の大きさＴとが式VIの関係を満足する。なお、間隔１５０の大きさＴは、絶縁碍子２の内側面２１と中心電極３基端部３２の外側面との距離である。具体的には、図１〜図３に例示されるスパークプラグ１の断面において長尺方向Ｄにそれぞれ平行に伸びる内側面２１と外側面３１との距離である。したがって、間隔１５０の大きさＴに関しては、絶縁碍子２のテーパ状の段差面２１１と中心電極３との距離は考慮されない。後述の隙間１５についても同様である。
４４４Ｙ−１３Ｔ＜２６．６ ・・・（VI）

式（VI）を満足しない場合、つまり４４４Ｙ−１３Ｔ≧２６．６の場合には、耐電圧の向上効果が得られないおそれがある。耐電圧をより十分に向上させるという観点から、隣接気孔４１１の最大径Ｙと、間隔１５０の大きさＴとは、式（VII）を満足することが好ましく、式（VIII）を満足することがより好ましく、式IXを満足することがさらに好ましい。
４４４Ｙ−１３Ｔ≦２３．６ ・・・（VII）
４４４Ｙ−１３Ｔ≦２１．６ ・・・（VIII）
４４４Ｙ−１３Ｔ≦１６．６ ・・・（IX）

隣接気孔４１１は、絶縁碍子２の内側面２１に隣接する気孔のことである。隣接気孔４１１の形状、内側面２１への隣接形態は、特に限定されるものではないが、例えば図４〜図６に例示される形態がある。隣接気孔４１１の最大径は、以下のようにして測定される。具体的には、まず、抵抗体５を含むスパークプラグ１を、軸線を含む半断面状態にし、第１導電性ガラスシール部４の断面を研磨する。次いで、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、研磨面を観察し、隣接気孔４１１の最大径Ｙを測定する。具体的には、最大径の測定は、走査型電子顕微鏡として例えば日本電子社製のＪＳＭ−６４８０ＬＡを用いて、加速電圧２０ｋＶ、観察倍率５０倍という測定条件にて行うことができる。

間隔１５０の大きさＴは、下記の式Ｘを満足することが好ましい。この場合には、スパークプラグ１の十分な細径化が可能になり、細径化により間隔１５０の大きさが小さくなっても、上述の式VIを満足させることにより、耐電圧の向上が可能になる。つまり、細径化と耐電圧の向上との両立をより高いレベルで実現することができる。
Ｔ≦０．２ ・・・（Ｘ）

次に、スパークプラグ１の製造方法について、図７〜図９を参照して説明する。スパークプラグ１は、挿入工程Ｓ１、充填工程Ｓ２、加熱工程Ｓ３、冷却工程Ｓ４を行うことにより製造される。まずは、絶縁碍子２内に、中心電極３、抵抗体５、ステム６を組み付けてサブアッセンブリ状態のスパークプラグ１００を製造する。

まず、挿入工程Ｓ１において、絶縁碍子２の軸孔２１０内に中心電極３を挿入して配置する。このとき、図８に例示されるように、中心電極３の基端部３２の外側面３１と絶縁碍子２の内側面２１との間には隙間１５が形成される。なお、隙間１５と上述の間隔１５０とは、実質的に同じ大きさであるが、隙間１５は絶縁碍子２の内側面２１と中心電極３の基端部の外側面３１との間の空間を意味し、間隔１５０は、第１導電性ガラスシール部４が存在する絶縁碍子２の内側面２１と中心電極３の基端側の外側面３１との間を意味する。また、絶縁碍子２の内側面２１や中心電極３の基端部３２の外側面３１がテーパ状又は段差状になっており、間隔１５０や隙間１５が一定でない場合には、最短距離が間隔１５０や隙間１５の大きさＴとなる。

図１、図７に例示されるように、挿入工程Ｓ１においては、中心電極３の先端部３１１を絶縁碍子２の先端部２３から突出させる。中心電極３におけるその先端側よりも大径の基端部３２は、軸孔２１０内周の段差面２１１上に当接支持される。

次に、充填工程Ｓ２においては、軸孔２１０内へ、加熱後に第１導電性ガラスシール部４となる第１導電性ガラス粉末４００を充填する。充填は、中心電極３が挿入された軸孔２１０内に第１導電性ガラス粉末４００を入れ、加圧治具１９９にて加圧することにより行われる。第１導電性ガラス粉末４００としては、銅ガラス粉末などを用いることができる。第１導電性ガラス粉末４００は、絶縁碍子２の内側面２１と中心電極３の基端部３２の外側面３１との間の隙間１５内にも充填される。

隙間１５の大きさＴｍｍと第１導電性ガラス粉末４００の平均粒子径Ｘｍｍとは式Ｉの関係を満足する。隙間の大きさＴ（単位：ｍｍ）は、第１導電性ガラス粉末４００が充填される絶縁碍子２の軸孔２１０の内径ｄ₁（単位：ｍｍ）と、中心電極３の基端部３２の外径ｄ₂（単位：ｍｍ）とから式（XI）にて算出される。第１導電性ガラス粉末４００の平均粒子径Ｘは、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布における体積積算値５０％での粒径である。具体的には、平均粒子径は、堀場製作所製のＬＡ−９２０を用いて、反復回数３０回という条件にて測定することができる。なお、式（Ｉ）の詳細については後述するが、第１導電性ガラス粉末４００の平均粒子径Ｘと、隙間１５の大きさＴと、従来品からの耐電圧上昇率ΔＶとの関係から、従来よりも耐電圧が上昇する関係式として導き出したものである。
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ＜５．４６ ・・・（Ｉ）
Ｔ＝（ｄ₁−ｄ₂）／２ ・・・（XI）

式（Ｉ）の関係を満足しない場合には、スパークプラグ１の耐電圧が不十分になる。これは、隙間１５内に第１導電性ガラス粉末４００が十分に充填されず、加熱後の導電性ガラスシール部４内に粗大な気孔が形成され、耐電圧に悪影響を及ぼす隣接気孔４１１が形成されやすくなるためであると考えられる。スパークプラグ１の耐電圧をより高めるという観点から、平均粒子径Ｘと、隙間１５の大きさＴとは、式IIを満足することが好ましく、式IIIを満足することがより好ましく、式IVを満足することがさらに好ましい。
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦２．４６ ・・・（II）
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦０．４６ ・・・（III）
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦−４．７４ ・・・（IV）

隙間１５の大きさＴｍｍが下記の式（Ｖ）を満足することが好ましい。この場合には、スパークプラグ１の十分な細径化が可能になり、細径化により間隔１５０の大きさが小さくなっても、上述の式VIを満足させることにより、耐電圧の向上が可能になる。つまり、細径化と耐電圧の向上との両立をより高いレベルで実現することができる。
Ｔ≦０．２ ・・・（Ｖ）

次に、抵抗粉末の充填工程Ｓ２１を行う。具体的には、加熱後に抵抗体５となる抵抗粉末５０を軸孔２１０内に入れ、加圧治具１９９にて加圧する。抵抗粉末５０としては、例えばカーボン−ガラス混合粉末を用いることができる。

次に、第２導電性ガラス粉末４０１の充填工程Ｓ２２を行う。具体的には、加熱後に第２導電性ガラスシール部４８となる第２導電性ガラス粉末４０１を軸孔２１０内に入れ、加圧治具１９９にて加圧する。第２導電性ガラス粉末４０１としては、例えば第１導電性ガラス粉末４００と同様のものを用いることができる。

次に、ステム６の挿入工程Ｓ２３を行う。具体的には、軸孔２１０内にステム６の軸部６１を挿入する。その後、加熱工程Ｓ３を行う。

加熱工程Ｓ３では、充填工程Ｓ２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３後の絶縁碍子２を加熱する。加熱は例えば加熱炉１９内で行うことができる。これにより、第１導電性ガラス粉末４００、第２導電性ガラス粉末４０１、抵抗粉末５０が軟化し、流動可能になる。加熱温度はガラス材料の例えば軟化温度以上である。第１導電性ガラス粉末４００、第２導電性ガラス粉末４０１、及び抵抗粉末５０が軟化状態にあるときに、ステム６の基端側末端の端子部６２を軸孔２１０内に押し込むことにより、ステム６をさらに軸孔２１０内に圧入する。軟化時には、各粉末のガラスが溶融していてもよいし、完全に溶融していなくてもよく、少なくとも表面が軟化状態であればよい。

次に、冷却工程Ｓ４を行う。冷却工程Ｓ４においては、ステム６の圧入後に冷却を行い、軟化状態のガラス材料を固化させる。これにより、第１導電性ガラスシール部４、抵抗体５、及び第２導電性ガラスシール部４８が形成される。このようにして、サブアッセンブリ状態のスパークプラグ１００が得られる。以下、サブアッセンブリ状態のスパークプラグのことをサブアッセンブリという。

サブアッセンブリ１００は、図１に例示されるように、筒状の取付金具１１に組み付けられる。このとき、絶縁碍子２が取付金具１１内に保持される。このようにして、図１に例示されるスパークプラグ１が得られる。

本形態では、挿入工程と、充填工程と、加熱工程と、冷却工程とを行うことにより、サブアッセンブリ１００を製造している。絶縁碍子２の内側面２１と中心電極３の大径の基端部３２の外側面３１との隙間１５の大きさＴｍｍと、導電性ガラス粉末４００の平均粒子径Ｘｍｍとが、式Ｉの関係を満足する。したがって、隙間１５の大きさＴｍｍと平均粒子径のＸｍｍとの関係が良好になる。これにより、絶縁碍子２と導電性ガラス粉末４００との摩擦抵抗の上昇を抑制し、隙間１５内に導電性ガラス粉末４００が入り易くなる。また、隙間１５の大きさを十分に確保することができるため、隙間１５内に充填性よく導電性ガラス粉末４００が充填される。したがって、隙間１５内での導電性ガラス粉末４００の充填密度が向上する。

その結果、加熱後に形成される導電性ガラスシール部４内における粗大気孔の発生が抑制され、これにより部分放電の原因となる隣接気孔４１１が小さくなる。したがって、部分放電が抑制され、耐電圧低下の防止を図ることができる。スパークプラグ１を細径化して絶縁碍子２を細径化しても、スパークプラグ１は優れた耐電圧を示すことができる。

上記製造方法により、絶縁碍子２の内側面２１に隣接する隣接気孔４１１の最大径Ｙｍｍと、間隔１５０の大きさＴｍｍとが式VIの関係を満足するスパークプラグ１を得ることができる。このような構成のスパークプラグ１は、部分放電の原因となる隣接気孔４１１の最大径Ｙが小さい。したがって、部分放電が抑制され、絶縁碍子２への電界集中が抑制される。その結果、スパークプラグ１の耐電圧の低下を防止することができる。

（変形例１）
本例は、中心電極３の大径の基端部３２に、外径が変化する段差面が形成されたスパークプラグ１の例について説明する。なお、変形例１以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

図１０に例示されるように、本例のスパークプラグ１は、中心電極３の基端部３２の形状が実施形態１とは異なる。具体的には、基端部３２が大径部３２１と小径部３２２とを有し、基端部３２が基端側Ｄ２に縮径している。大径部３２１の外径ｄ₂と小径部３２２の外径ｄ₃とがｄ₂＞ｄ₃の関係を満足する。第１導電性ガラスシール部４の形成領域における絶縁碍子２の内径ｄ₁は、実施形態１と同様に一定である。

したがって、図１０に例示されるように、絶縁碍子２の内側面２１と、中心電極３の基端部３２の外側面３１との距離が一定ではないが、径方向における間隔１５０の最短距離が上述の間隔１５０の大きさＴとなり、Ｔ＝（ｄ₁−ｄ₂）／２である。本例の構成においても、実施形態１における式Ｉや式VIを満足することにより、スパークプラグ１の細径化と耐電圧の向上との両立が可能になる。その他の構成及び効果は実施形態１と同様である。

本発明は本実施形態、後述の変形例、実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

（変形例２）
本例は、中心電極３の基端部３２の末端に羽根形状部が形成されたスパークプラグ１の例である。図１１に例示されるように、本例のスパークプラグ１は、中心電極３の基端部３２の末端形状が実施形態１とは異なる。具体的には、基端部３２の末端形状が羽根形状である。

図１１に例示されるように、基端部３２の末端形状が羽根形状であるものの、中心電極３の基端部３２の外径ｄ₂は一定である。一方、第１導電性ガラスシール部４の形成領域における絶縁碍子２の内径ｄ₁も一定である。したがって、実施形態１と同様に、第１導電性ガラスシール部４の形成領域において、絶縁碍子２の内側面２１と、中心電極３３の基端部３２の外側面３１との間隔１５０の大きさＴは一定である。

本例のスパークプラグ１においても、上述の式（Ｉ）や式（VI）を満足することにより、スパークプラグ１の細径化と耐電圧の向上との両立が可能になる。その他の構成及び効果は実施形態１と同様である。

（実験例）
本例は、導電性ガラス粉末（具体的には、第１導電性ガラス粉末４００）の平均粒子径Ｘ、絶縁碍子２の内径ｄ₁、中心電極３の基端部の外径ｄ₂を変更して、複数のスパークプラグを製造し、その耐電圧を比較評価する例である。具体的には、まず、後述の表１に示すように、平均粒子径の異なる複数の導電性ガラス粉末４００を準備した。導電性ガラス粉末４００の平均粒子径Ｘは、篩を用いた分級により調整した。

本例で用いた導電性ガラス粉末４００は、ガラス粉末５０ｍａｓｓ％と、金属粉末５０ｍａｓｓ％との混合粉であり、微小の金属粉末がガラス粒子に担持されている。また、抵抗粉末は、ガラス粉末７８ｍａｓｓ％と、セラミック粉末２０ｍａｓｓ％と、カーボンブラック２ｍａｓｓ％との混合粉である。

また、第１導電性ガラスシール部４の形成領域において所定の内径ｄ₁を有する絶縁碍子２、基端部３２の外径ｄ₂が異なる複数の中心電極３を準備した。これらの絶縁碍子２と中心電極３とを組み合わせることにより、絶縁碍子２の内側面２１と、中心電極３の基端部３２における外側面３１との間隔１５０の大きさＴを表１に示すように調整することができる。

スパークプラグ１は、実施形態１における製造方法と同様にして製造される。このようにして、表１に示すように、試料１〜試料１５のスパークプラグ１を製造した。

各試料のスパークプラグ１を絶縁油中に入れ、スパークプラグ１のステム６にオープン波形の電圧を印加した。印加電圧は、イグニッションコイルの２次電圧を２０ｋＶから２０秒間に１ｋＶの割合で増加させた。そして、絶縁破壊を引き起こすときの電圧を、オシロスコープを用いて読み取った。その結果を耐電圧として表１に示す。試料１５が従来品であり、試料１５の耐電圧に対する他の試料の耐電圧の上昇率ΔＥを表１に示す。

また、上述の測定結果に基づき、中心電極３と絶縁碍子２との隙間１５の大きさＴと、導電性ガラス粉末４００の平均粒子径Ｘと、耐電圧上昇率ΔＥとの関係を図１２に示す。さらに、中心電極３と絶縁碍子２との間隔１５０の大きさＴと、導電性ガラスシール部内の隣接気孔４１１の最大径Ｙと耐電圧上昇率ΔＥとの関係を図１３〜図１７に示す。図１４〜図１７は、図１３の所定範囲における拡大図である。

表１より知られるように、試料２〜試料４、試料７〜試料９、試料１１〜試料１４は、従来の構成の試料１５に比べて耐電圧が上昇している。図１２に示される隙間１５の大きさＴと平均粒子径Ｘと耐電圧上昇率ΔＥとの関係に基づいて、これらの関係式（XII）を統計的手法（具体的には多変量解析）により導出した。
ΔＥ＝−１０５６(Ｘ−０．１４４)²−２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)−１０．６Ｘ＋４０．６Ｔ＋５．４６ ・・・（XII）

従来品よりもの耐電圧が大きくなる範囲を規定するために、関係式（XII）の左辺に０を代入することにより、耐電圧が従来品よりも向上する条件となる式（Ｉ）を導出した。つまり、隙間１５の大きさＴと平均粒子径Ｘとが式（Ｉ）の関係を満足することにより、従来品よりもスパークプラグ１の耐電圧を高めることが可能になり、スパークプラグ１の細径化と耐電圧の向上との両立が可能になる。なお、Ｔを小さくすることにより細径化が可能になり、例えばＴ＜０．２５とすることが好ましい。細径化と耐電圧の向上との両立をより高いレベルに向上させるという観点から、Ｔ≦０．２であることがより好ましい。
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ＜５．４６ ・・・（Ｉ）

また、式（ＸII）の左辺にそれぞれ３、５、１０を代入することにより、耐電圧が従来品よりも３％、５％、１０％向上する式（II）、（III）、（IV）がそれぞれ導出される。つまり、式（II）〜（IV）を満足することにより、従来品よりもスパークプラグ１の耐電圧を、それぞれ、３％以上、５％以上、１０％以上向上させることが可能になる。
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦２．４６ ・・・（II）
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦０．４６ ・・・（III）
１０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦−４．７４ ・・・（IV）

また、図１３に示される中心電極３と絶縁碍子２との間隔１５０の大きさＴと、導電性ガラスシール部内の隣接気孔４１１の最大径Ｙと耐電圧上昇率ΔＥとの関係に基づいて、これらの関係式（XIII）を統計的手法（具体的には多変量解析）により導出した。
ΔＥ＝−４４４Ｙ＋１３Ｔ＋２６．６ ・・・（XIII）

従来品よりも耐電圧が大きくなる範囲を規定するために、関係式（XIII）の左辺に０を代入することにより、耐電圧が従来品よりも向上する条件となる式（VI）を導出した。つまり、間隔１５０の大きさＴと隣接気孔４１１の最大径Ｙとが式（VI）の関係を満足することにより、従来品よりもスパークプラグ１の耐電圧を高めることが可能になり、スパークプラグ１の細径化と耐電圧の向上との両立が可能になる。
４４４Ｙ−１３Ｔ＜２６．６ ・・・（VI）

図１４は、図１３における０．０５０≦Ｙ≦０．０７０の範囲の拡大図である。図１４に示すグラフにおいては、耐電圧上昇率ΔＥ＝０を示す実線より上の領域が従来品よりも耐電圧が高い領域となる。また、式（VI）のＴに、Ｔ＝０．１５、０．２０、０．２５をそれぞれ代入すると、下記表２のようになる。

表２の関係は、図１４中に図示される。図１４中に示される２点鎖線より左側の領域が表２におけるＴ＝０．１５でＹ＜０．０６４３となる領域である。図１４中に示される破線より左側の領域が表２におけるＴ＝０．２０でＹ＜０．０６５８となる領域である。図１４中に示される１点鎖線より左側の領域がＴ＝０．２５でＹ＜０．０６７２となる領域である。つまり、図１４において、耐電圧上昇率ΔＥ＝０となる実線よりも上であり、かつ２点鎖線、破線、又は１点鎖線よりもそれぞれ左側の領域であれば、Ｔ＝０．１５、０．２０、０．２５の各間隔において、耐電圧が従来品よりも向上する。

また、式（ＸIII）の左辺にそれぞれ３、５、１０を代入することにより、耐電圧が従来品よりも３％、５％、１０％向上する式（VII）、（VIII）、（IX）がそれぞれ導出される。つまり、式（VII）〜（IX）を満足することにより、従来品よりもスパークプラグ１の耐電圧を、それぞれ、３％以上、５％以上、１０％以上向上させることが可能になる。
４４４Ｙ−１３Ｔ≦２３．６ ・・・（VII）
４４４Ｙ−１３Ｔ≦２１．６ ・・・（VIII）
４４４Ｙ−１３Ｔ≦１６．６ ・・・（IX）

図１５は、図１３における０．０４５≦Ｙ≦０．０６５の範囲の拡大図である。図１５に示すグラフにおいては、耐電圧上昇率ΔＥ＝３を示す実線より上の領域が従来品よりも３％以上耐電圧が高い領域となる。また、式（VII）のＴに、Ｔ＝０．１５、０．２０、０．２５をそれぞれ代入すると、下記表３のようになる。

図１６は、図１３における０．０４０≦Ｙ≦０．０６０の範囲の拡大図である。図１６に示すグラフにおいては、耐電圧上昇率ΔＥ＝５を示す実線より上の領域が従来品よりも５％以上耐電圧が高い領域となる。また、式（VIII）のＴに、Ｔ＝０．１５、０．２０、０．２５をそれぞれ代入すると、下記表４のようになる。

図１７は、図１３における０．０３０≦Ｙ≦０．０５０の範囲の拡大図である。図１７に示すグラフにおいては、耐電圧上昇率ΔＥ＝１０を示す実線より上の領域が従来品よりも１０％以上耐電圧が高い領域となる。また、式（IX）のＴに、Ｔ＝０．１５、０．２０、０．２５をそれぞれ代入すると、下記表５のようになる。

表３〜表５の関係は、図１５〜図１７中にそれぞれ図示される。図１５〜図１７中に示される２点鎖線より左側の領域は、それぞれ、表３におけるＴ＝０．１５でＹ≦０．０５７５となる領域、表４におけるＴ＝０．１５でＹ≦０．０５３０となる領域、表５におけるＴ＝０．１５でＹ≦０．０４１８となる領域を示す。図１５〜図１７に示される破線より左側の領域は、それぞれ、表３におけるＴ＝０．２０でＹ≦０．０５９０となる領域、表４におけるＴ＝０．２０でＹ≦０．０５４５となる領域、表５におけるＴ＝０．２０でＹ≦０．０４３２となる領域を示す。図１５〜図１７中に示される１点鎖線より左側の領域は、それぞれ、表３におけるＴ＝０．２５でＹ≦０．０６０５となる領域、表４におけるＴ＝０．２５でＹ≦０．０５６０となる領域、表５におけるＴ＝０．２５でＹ≦０．０４４７となる領域を示す。

つまり、図１５において、耐電圧上昇率ΔＥ＝３となる実線よりも上の領域であり、かつ２点鎖線、破線、又は１点鎖線よりもそれぞれ左側の領域であれば、Ｔ＝０．１５、０．２０、０．２５の各間隔において、耐電圧が従来品よりも３％以上向上する。同様に、図１６においては、実線よりも上の領域であり、かつ２点鎖線、破線、又は１点鎖線よりもそれぞれ左側の領域であれば、耐電圧が従来品よりも５％以上向上し、図１７においては、実線よりも上の領域であり、かつ２点鎖線、破線、又は１点鎖線よりもそれぞれ左側の領域であれば、耐電圧が従来品よりも１０％以上向上する。

以上のように、本例によれば、中心電極３の基端側の外側面３１と、絶縁碍子２の内側面２１との隙間１５の大きさＴｍｍと導電性ガラス粉末４００の平均粒子径Ｘ、あるいは、外側面３１と内側面２１と間隔１５０の大きさＴと、隣接気孔４１１の最大径Ｙとが、上述の関係式を満足することにより、スパークプラグ１の細径化と耐電圧の向上との両立が可能になることがわかる。

１ スパークプラグ
２ 絶縁碍子
２１ 内側面
３ 中心電極
３１ 外側面
４ 導電性ガラスシール部
４００ 導電性ガラス粉末
４１ 気孔
４１１ 隣接気孔

Claims (10)

1. 筒状の絶縁碍子（２）内に長尺状の中心電極（３）を挿入し、該中心電極の基端側の外側面（３１）と、上記絶縁碍子の内側面（２１）との間に隙間（１５）を設けた状態にて上記中心電極を上記絶縁碍子内に配置する挿入工程（Ｓ１）と、
   上記隙間に導電性ガラス粉末（４００）を充填する充填工程（Ｓ２）と、
   上記隙間内の上記導電性ガラス粉末を軟化させる加熱工程（Ｓ３）と、
   軟化状態の上記導電性ガラス粉末を冷却することにより、上記中心電極の基端側を上記絶縁碍子内に固着する導電性ガラスシール部（４）を形成する冷却工程（Ｓ４）と、を有し、
   上記隙間の大きさＴｍｍと上記導電性ガラス粉末の平均粒子径Ｘｍｍとが下記式Ｉの関係を満足する、スパークプラグ（１）の製造方法。
   １０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ＜５．４６ ・・・（Ｉ）
2. 上記隙間の間隔Ｔｍｍと上記導電性ガラス粉末の平均粒子径Ｘｍｍとが下記の式IIの関係を満足する、請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
   １０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦２．４６ ・・・（II）
3. 上記隙間の間隔Ｔｍｍと上記導電性ガラス粉末の平均粒子径Ｘｍｍとが下記式IIIを満足する、請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
   １０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦０．４６ ・・・（III）
4. 上記隙間の間隔Ｔｍｍと上記導電性ガラス粉末の平均粒子径Ｘｍｍとが下記式IVを満足する、請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
   １０５６(Ｘ−０．１４４)²＋２０４(Ｘ−０．１４４)(Ｔ−０．２)＋１０．６Ｘ−４０．６Ｔ≦−４．７４ ・・・（IV）
5. 上記隙間の間隔Ｔｍｍが下記の式（Ｖ）を満足する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
   Ｔ≦０．２ ・・・（Ｖ）
6. 筒状の絶縁碍子（２）と、
   該絶縁碍子内に挿入配置された長尺状の中心電極（３）と、
   該中心電極の基端側の外側面（３１）と、上記絶縁碍子の内側面（２１）との間に形成された導電性ガラスシール部（４）と、を有し、
   上記内側面と上記外側面との間隔（１５０）内における上記導電性ガラスシール部に存在する気孔（４１）のうち、上記絶縁碍子の上記内側面に隣接する隣接気孔（４１１）の最大径Ｙｍｍと、上記間隔の大きさＴｍｍとが下記式VIの関係を満足する、スパークプラグ（１）。
   ４４４Ｙ−１３Ｔ＜２６．６ ・・・（VI）
7. 上記最大径Ｙｍｍと上記間隔の大きさＴｍｍとが下記式VIIの関係を満足する、請求項６に記載のスパークプラグ。
   ４４４Ｙ−１３Ｔ≦２３．６ ・・・（VII）
8. 上記最大径Ｙｍｍと上記間隔の大きさＴｍｍとが下記式VIIの関係を満足する、請求項６に記載のスパークプラグ。
   ４４４Ｙ−１３Ｔ≦２１．６ ・・・（VIII）
9. 上記最大径Ｙｍｍと上記間隔の大きさＴｍｍとが下記式IXの関係を満足する、請求項６に記載のスパークプラグ。
   ４４４Ｙ−１３Ｔ≦１６．６ ・・・（IX）
10. 上記間隔の大きさＴｍｍが下記の式（Ｘ）を満足する、請求項６〜９のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
    Ｔ≦０．２ ・・・（Ｘ）

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