JP2019185871A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】中心電極の後端側に導電性シール材が充填されるスパークプラグにおいて、中心電極と導電性シール材との間に隙間が発生することを抑制し得る構成を提供する。【解決手段】スパークプラグにおいて、絶縁体３は、第１孔部１１と第２孔部１２とが段部１３を介して連なる形態をなす貫通孔３Ａを備え、貫通孔３Ａが軸線の方向に沿って延びる。中心電極４は、第２孔部１２内に配置され、段部１３に支持される鍔部４４と、鍔部４４から第１孔部１１側に延びる軸部４２と、を備え、絶縁体３よりも熱膨張率が大きい。導電性シール材６１は、中心電極４よりも熱膨張率が小さく、第２孔部１２内において少なくとも中心電極４と抵抗体６３との間に充填される。中心電極４は、自身の後端から先端側に向かって続く凹部を有し、凹部は、軸線の方向において鍔部４４の最大外径部４４Ｂの位置に少なくとも設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、スパークプラグに関するものである。

特許文献１には、スパークプラグの一例が開示されている。特許文献１で開示されるスパークプラグは、筒状の絶縁体と、絶縁体の内側に保持される中心電極と、中心電極との間で火花放電ギャップを形成する接地電極と、中心電極の基端側において絶縁体の内側に保持される抵抗体と、を備える。そして、抵抗体と中心電極との間には導電性シール材（ガラスシール材）が充填されている。このスパークプラグは、絶縁体の内部に抵抗体が配置されているため、中心電極から発生する電波雑音を抑制することができ、抵抗体の両側に密着させた形で導電性シール材（ガラスシール材）が配置されているため、絶縁体内のシール性を高めつつ、中心電極への導電路を確保することができる。

特開平９−２６６０５５号公報

しかし、この種のスパークプラグでは、絶縁体と中心電極とで熱膨張率差が大きくなりやすいため、製造過程において熱膨張率差に起因する隙間が生じる虞がある。

例えば、ホットプレスを用いてガラス封着する場合、絶縁体に形成された貫通孔内に中心電極、導電性シール材（原料となる粉末材料）、抵抗体、端子金具などを配置した後、これらを加熱することで粉末材料を溶融させ、その後、冷却することで溶融した導電性シール材を固化させて中心電極と抵抗体との間に固着させるような方法を採用し得る。しかし、中心電極と絶縁体との熱膨張率差が大きくなるほど、冷却過程において中心電極の熱収縮の度合いが絶縁体より大きくなり、中心電極の界面付近に隙間が生じやすくなる。このような熱膨張率差の影響は、貫通孔内において中心電極の占める割合が大きいほど生じやすく、中心電極の後端側に配置される鍔部付近では特に懸念される。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、中心電極の後端側に導電性シール材が充填されるスパークプラグにおいて、中心電極と導電性シール材との間に隙間が発生することを抑制することができ、且つ中心電極と導電性シール材との固着性を高め得る構成を提供することを目的とするものである。

本発明の一つであるスパークプラグは、
自身の先端側に接地電極が接続される筒状の主体金具と、
第１孔部と前記第１孔部より内径の大きい第２孔部とが段部を介して連なる形態をなす貫通孔を備え、前記貫通孔が軸線の方向に沿って延びる絶縁体と、
前記第２孔部内に配置され、前記段部に支持される鍔部と、前記鍔部から前記第１孔部側に延びる軸部と、を備え、前記絶縁体よりも熱膨張率が大きい中心電極と、
前記第２孔部内に配置され、自身の先端が前記中心電極の後端から離れて配置される抵抗体と、
前記中心電極よりも熱膨張率が小さく、前記第２孔部内において少なくとも前記中心電極と前記抵抗体との間に充填される導電性シール材と、
を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極は、自身の後端側から先端側に向かって続く凹部を有し、
前記凹部は、前記軸線の方向において前記鍔部の最大外径部の位置に少なくとも設けられ、
前記導電性シール材は、前記中心電極の後端から前記凹部内に入り込んでいる。

上記スパークプラグは、鍔部の最大外径部の位置において、鍔部内の全領域を中心電極の材料によって構成せずに、内部の一部領域を中心電極よりも熱膨張率が小さい導電性シール材によって構成する。このような構成であるため、鍔部の最大外径部において中心電極の肉厚を抑え、最大外径部全体として熱膨張や熱収縮を抑えることができる。よって、加熱工程での膨張量や冷却工程での収縮量を小さくすることができ、絶縁体と中心電極との熱膨張率差に起因して最大外径部付近で隙間が生じてしまうことを効果的に抑制し得る。しかも、上記スパークプラグでは、軸線の方向において中心電極の後端から最大外径部まで及ぶように凹部を形成し、その凹部の内部に導電性シール材を入り込ませているため、中心電極の後端側において導電性シール材と中心電極とが接触する面積をより大きく確保することができる。よって、導電性シール材と中心電極との固着性を効果的に高めることができる。

本発明のスパークプラグは、軸線を通るいずれの平面方向で切断した切断面でも、軸線の方向における鍔部の最大外径部の位置において、鍔部の外径βに対する凹部の内径αの割合α／βが４０％以上であってもよい。
このようにすれば、鍔部の最大外径部の位置において、凹部の割合をより大きく確保することができるため、最大外径部において中心電極の肉厚がより一層抑えられ、加熱工程での膨張量や冷却工程での収縮量をより一層小さくすることができる。しかも、軸線を通るいずれの平面方向で切断した切断面でも、α／βが４０％以上であるため、周方向全体にわたって中心電極の肉厚を小さくすることができ、最大外径部付近で熱膨張率差に起因する隙間が生じることを、より確実に抑制し得る。

本発明のスパークプラグにおいて、段部は、第１孔部に近づくにつれて内径が次第に小さくなるテーパ部を有していてもよい。そして、鍔部の先端側の表面が、テーパ部の表面と接触し、凹部の先端は、テーパ部の先端よりも第１孔部側にあってもよい。
このようにすれば、軸線の方向において、少なくとも中心電極の後端からテーパ部の先端まで及ぶ範囲で中心電極の肉厚を低減することができ、この範囲にわたって隙間の発生を抑制し得る。しかも、凹部の深さ（軸線の方向の長さ）がより大きくなるため、導電性シール材と中心電極とが接触する面積をより大きくすることができ、導電性シール材と中心電極との固着性をより一層高めることができる。

本発明のスパークプラグにおいて、導電性シール材は、鍔部の外周面と貫通孔の内周面との間に入り込んでいてもよい。そして、凹部は、自身の先端が導電性シール材において中心電極の外側に配置される部分の先端よりも軸線の方向において接地電極側に配置されていてもよい。
このように、鍔部の外周面と貫通孔の内周面との間に導電性シール材が入り込んでいれば、鍔部の外周面と貫通孔の内周面との間のシール性がより高まる。但し、この構成では、鍔部の肉厚が大きいと、加熱工程や冷却工程で鍔部の膨張量又は収縮量が大きくなるため、鍔部の外周面と導電性シール材の間に隙間が生じやすくなってしまう。しかし、本発明によれば、凹部内に導電性シール材を入り込ませることにより鍔部全体として熱膨張や熱収縮を抑えることができるため、鍔部の外周面付近で隙間が発生することを確実に抑制し得る。しかも、凹部の深さ（軸線の方向の長さ）がより大きくなるため、導電性シール材と中心電極とが接触する面積をより大きくすることができ、導電性シール材と中心電極との固着性をより一層高めることができる。

本発明のスパークプラグにおいて、鍔部は、最大外径部よりも先端側に、軸部に近づくにつれて外径が次第に小さくなる縮径部を有していてもよい。そして、凹部は、軸線の方向において縮径部の後端よりも軸部側に、最大外径部での最大内径よりも内径が小さい小径部を有していてもよい。
本発明のように凹部を設けた構成では、凹部をより深く形成することで、熱膨張率差を抑制し得る領域を軸線の方向においてより大きく確保することができ、且つ導電性シール材と中心電極との固着性をより高めることができる。但し、鍔部の先端側に縮径部（軸部に近づくにつれて外径が次第に小さくなる部分）が形成されたものでは、内径の大きい凹部を縮径部の内部にまで及ぶように形成すると、縮径部での肉厚が小さくなり、強度が不十分になる虞がある。しかし、上述した構成のように、凹部において、縮径部の後端よりも軸部側に小径部（最大外径部での最大内径よりも内径が小さい部分）を設けるようにすれば、縮径部において肉厚をより大きく確保しつつ、凹部をより深く形成することができる。

本発明のスパークプラグにおいて、凹部の後端側には、後端に近づくにつれて内径が次第に大きくなる拡径部が設けられていてもよい。
このように拡径部が設けられていれば、製造工程において導電性シール材の原料が凹部内に入り込みやすくなるため、凹部内において導電性シール材の密度を高めやすくなる。

本発明の一つである上述のスパークプラグによれば、中心電極と導電性シール材との間に隙間が発生することを抑制することができ、且つ中心電極と導電性シール材との固着性を高めることができる。

第１実施形態のスパークプラグの一例を示す断面概略図である。 第１態様のスパークプラグにおける中心電極の後端部付近を拡大して示す拡大断面図である。 第２態様のスパークプラグにおける中心電極の後端部付近を拡大して示す拡大断面図である。 変形例１のスパークプラグにおける中心電極の後端部付近を拡大して示す拡大断面図である。 変形例２のスパークプラグにおける中心電極の後端部付近を拡大して示す拡大断面図である。 変形例３のスパークプラグにおける中心電極の後端部付近を拡大して示す拡大断面図である。

Ａ．第１実施形態
Ａ１．スパークプラグの基本構成
図１は、本発明の第１実施形態としてのスパークプラグ１の全体構成を示す断面概略図である。図１において図示されたラインＣＬは、スパークプラグ１の中心軸を示している。図１において図示された断面は、中心軸ＣＬの位置で中心軸ＣＬに沿って切断した切断面である。

以下の説明では、中心軸ＣＬのことを「軸線ＣＬ」とも呼び、中心軸ＣＬと平行な方向を「軸線の方向」とも呼ぶ。また、軸線の方向を前後方向とし、軸線の方向において発火部側（火花放電間隙ｇ側）をスパークプラグ１の前側とし、軸線の方向において端子金具５が突出する側を後ろ側とする。なお、軸線の方向において発火部側をスパークプラグ１の先端側とも呼び、軸線の方向において発火部とは反対側を後端側とも呼ぶ。

スパークプラグ１は、絶縁体３と、中心電極４と、端子金具５と、主体金具７と、電気的接続部６０と、接地電極８と、を備える。

主体金具７は、自身の先端側に接地電極８が接続される筒状（具体的には略円筒形状）の部材であり、絶縁体３の一部を収容しつつ保持するように形成されている。主体金具７における先端方向の外周面にはネジ部９が形成されており、このネジ部９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。

絶縁体３は、主体金具７の内周部に滑石１０及びパッキン１４を介して保持されており、先端部（前端部）付近が主体金具７の先端面（前端面）から突出した状態で、主体金具７に固定されている。貫通孔３Ａは、絶縁体３の先端部（前端部）と後端部との間で貫通して形成された軸孔であり、軸線ＣＬの方向に延びている。貫通孔３Ａは、絶縁体３における先端側で中心電極４を保持する第１孔部１１と、第１孔部１１の後方側で電気的接続部６０を収容する第２孔部１２とを有する。第１孔部１１及び第２孔部１２はいずれも、内周面が軸線ＣＬを中心とする円筒面となっており、第１孔部１１の内周面の径（内径）よりも第２孔部１２の内周面の径（内径）のほうが大きくなっている。また、第１孔部１１と第２孔部１２の間には、後方側となるにつれて内周面の径が大きくなるように後方側に向かって拡径するテーパ状の段部１３が、貫通孔３Ａの一部として設けられている。第１孔部１１は、段部１３の先端（前端）から絶縁体３の先端（前端）までの範囲で一定の内径となっており、第２孔部１２は、段部１３の後端から端子金具５の先端（前端）よりも後方側の所定位置までの範囲で一定の内径となっている。このように、絶縁体３の貫通孔３Ａは、第１孔部１１と第１孔部１１より内径の大きい第２孔部１２とが段部１３を介して連なる形態をなしている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気的強度等を有する材料であることが望ましく、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。絶縁体３の熱膨張率は、中心電極４の熱膨張率よりも小さく、導電性シール材６１及び第２シール材６２の熱膨張率よりも小さくなっている。

中心電極４は、貫通孔３Ａの先端側（前端側）で保持されつつ一部が絶縁体３の前端面から突出した形態で露出する構成をなし、主体金具７と絶縁された状態で保持されている。中心電極４は、後端側に鍔部４４が形成され、鍔部４４よりも外径が小さい軸部４２が鍔部４４の前側に連結され、鍔部４４よりも外径が小さい筒状部４５が鍔部４４の後ろ側に連結された構成で貫通孔３Ａ内に収容されている。鍔部４４は、第２孔部１２内に配置され、貫通孔３Ａの段部１３に係止した構成で段部１３に支持される。筒状部４５は、鍔部４４の後端から後方側に延びる部分であり、鍔部４４とともに第２孔部１２内に配置されている。軸部４２は、鍔部４４から第１孔部１１側に延びる部分であり、第１孔部１１内に挿し通されている。

中心電極４は、熱伝導性及び機械的強度等を有する材料で形成されることが望ましく、例えば、インコネル（商標名）等のＮｉ基合金で形成される。中心電極４の軸心部は、Ｃｕ又はＡｇなどの熱伝導性に優れた金属材料により形成されてもよい。中心電極４の熱膨張率は、絶縁体３の熱膨張率よりも大きく、導電性シール材６１及び第２シール材６２の熱膨張率よりも大きくなっている。

接地電極８は、一端が主体金具７の先端面（前端面）に接合され、途中で略Ｌ字に曲げられて、その先端部が中心電極４の先端部（前端部）と間隙を介して対向するように形成されている。接地電極８は、中心電極４を形成する材料と同様の材料により形成される。

中心電極４と接地電極８とが対向する面には、白金合金及びイリジウム合金等により形成される貴金属チップ２９，３０が設けられている。各貴金属チップ２９，３０の間には、火花放電間隙ｇが構成されている。なお、中心電極４及び接地電極８の一方又は両方の貴金属チップを省略してもよい。

端子金具５は、中心電極４と接地電極８との間で火花放電を行なうための電圧を、外部から中心電極４に印加するために用いられる。端子金具５は、貫通孔３Ａの他端側（後端側）で保持され、一部が絶縁体３の後端部よりも後方側に突出して配置されている。端子金具５の前端側部分の表面は、例えばローレット加工などによる凹凸構造となっており、これにより端子金具５と第２シール材６２との密着性が高められ、端子金具５と絶縁体３とが強固に固定されている。端子金具５は、例えば、低炭素鋼等で形成され、その表面にＮｉ金属層がメッキ等で形成されている。

電気的接続部６０は、貫通孔３Ａの内部において中心電極４と端子金具５との間に配置されている。電気的接続部６０は、貫通孔３Ａの内部で中心電極４と端子金具５とを電気的に接続し、これらを導通させる導通経路として機能する。電気的接続部６０は、抵抗体６３、導電性シール材６１、第２シール材６２、を備える。

抵抗体６３は、導電性を有し、端子金具５と中心電極４との間における電気抵抗として機能する部分であり、第２孔部１２内に配置され、自身の先端（前端）が中心電極４の後端から離れて配置されている。抵抗体６３は、電気抵抗として機能することにより、火花放電時の電波雑音（ノイズ）の発生を抑制する。抵抗体６３は、ガラス粉末と、炭素を含む導電性粉末と、を含有する抵抗体組成物を焼結して形成された抵抗材によって形成されている。

導電性シール材６１及び第２シール材６２は、貫通孔３Ａの内部をシールする層である。導電性シール材６１及び第２シール材６２は、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末と、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属粉末とを含むシール粉末を焼結して形成することができる。導電性シール材６１及び第２シール材６２のいずれも、熱膨張率が中心電極４の熱膨張率よりも小さく、絶縁体３の熱膨張率よりも大きい。

導電性シール材６１は、貫通孔３Ａ内において絶縁体３と中心電極４とを封着固定する部分であり、第２孔部１２内において中心電極４と抵抗体６３との間に充填されている。導電性シール材６１は、貫通孔３Ａ内において中心電極４の後端部付近の表面に密着するとともに抵抗体６３の先端面（前端面）に密着する形で中心電極４と抵抗体６３との間に配置され、中心電極４と抵抗体６３とを電気的に接続し、中心電極４と抵抗体６３の間の導通経路として機能する。

第２シール材６２は、貫通孔３Ａ内において絶縁体３と端子金具５とを封着固定する導電性のシール材であり、第２孔部１２内において端子金具５と抵抗体６３との間に配置されている。第２シール材６２は、第２孔部１２内において抵抗体６３の後端面に密着するとともに端子金具５の先端部付近（前端部付近）の表面に密着する形でと端子金具５と抵抗体６３との間に配置され、端子金具５と抵抗体６３とを電気的に接続し、端子金具５と抵抗体６３の間の導通経路として機能する。

Ａ２．第１態様の詳細構成
次に、第１態様の詳細構成について説明する。図２は、第１態様のスパークプラグ１における中心電極の後端部付近を拡大して示す拡大断面図である。

図２の例では、中心電極４の鍔部４４が最大外径部４４Ｂと縮径部４４Ａとを有する。最大外径部４４Ｂは、鍔部４４において外周面の径が最大となる部分であり、具体的には、外周面が円筒面とされ、軸線の方向の所定範囲（領域ＡＲ１）において外径が一定である外径一定部として構成されている。縮径部４４Ａは、最大外径部４４Ｂの先端（前端）から前側に続くように最大外径部４４Ｂよりも先端側に配置され、軸部４２に近づくにつれて外径が次第に小さくなるようなテーパ形状且つ先細り形状となっている。図２の例では、縮径部４４Ａの後端が最大外径部４４Ｂの先端（前端）と一致し、縮径部４４Ａの先端（前端）が軸部４２の後端と一致している。

図２の例では、貫通孔３Ａの一部をなす段部１３がテーパ部１３Ａを有している。具体的には、段部１３の全体がテーパ部１３Ａとして構成され、テーパ部１３Ａの後端が第２孔部１２の先端（前端）と一致し、テーパ部１３Ａの先端（前端）が第１孔部１１の後端と一致している。テーパ部１３Ａは、第１孔部１１に近づくにつれて内径が次第に小さくなっており、テーパ部１３Ａの後端の内径は第２孔部１２の内径と一致し、テーパ部１３Ａの前端の内径は第１孔部１１の内径と一致している。このように構成されたテーパ部１３Ａの表面に対し、鍔部４４の先端側の表面が接触している。具体的には、鍔部４４の縮径部４４Ａの表面とテーパ部１３Ａの表面とが接触する構成をなしている。

中心電極４は、このように構成された鍔部４４付近において、中心電極４の後端４Ａから先端４Ｂ（図１）側に向かって続く凹部４６を有している。凹部４６は、軸線ＣＬを中心とし、軸線ＣＬに沿うように前側に向かって凹んだ形状をなす穴部である。凹部４６の深さ方向は軸線の方向（前後方向）であり、凹部４６の最も深い位置が凹部４６の先端（前端）となっている。このように凹部４６が形成されているため、中心電極４では、軸線の方向において凹部４６が形成された領域の形状が、中空形状（具体的には略円筒状）となっている。

図２のように、凹部４６は、軸線の方向において鍔部４４の最大外径部４４Ｂの位置に少なくとも設けられている。図２では、軸線の方向において最大外径部４４Ｂが設けられた範囲を領域ＡＲ１として示しており、図２の例では、最大外径部４４Ｂが設けられた範囲（領域ＡＲ１）の全体に及ぶように凹部４６が形成されている。つまり、凹部４６の先端４６Ａ（前端）は、最大外径部４４Ｂの先端（前端）よりも先端側（前側）となっている。具体的には、凹部４６の先端４６Ａは、テーパ部１３Ａの先端（前端）よりも第１孔部１１側となっており、軸線の方向においてテーパ部１３Ａの全範囲にわたるように凹部４６が設けられている。

凹部４６は、内周面が軸線ＣＬを中心とする円筒面として構成された円筒面部４８と、円筒面部４８よりも後方側に形成された拡径部４９と、円筒面部４８よりも前方側に形成された小径部４７と、を有する。

円筒面部４８は、軸線方向の所定範囲にわたって形成され、この所定範囲にわたって一定の内径Ｄ１となっている。円筒面部４８は、筒状部４５と鍔部４４とに跨るように形成され、円筒面部４８の先端（前端）は、軸線の方向における領域ＡＲ１内において最大外径部４４Ｂの先端（前端）寄りの位置となっている。なお、図２では、円筒面部４８の内径（凹部４６の最大内径）を符号Ｄ１で示し、最大外径部４４Ｂの外径（鍔部４４の最大外径）を符号Ｄ２で示し、第２孔部１２の内径を符号Ｄ３で示す。

拡径部４９は、凹部４６の後端側に形成され、凹部４６の後端に近づくにつれて内径が次第に大きくなるように形成されている。図２の例では、中心電極４の後端４Ａが拡径部４９の後端であり、凹部４６の後端でもある。拡径部４９の先端（前端）は、円筒面部４８の後端と一致しており、拡径部４９の先端（前端）の内径は、円筒面部４８の内径Ｄ１と一致している。拡径部４９の内周面は、凹部４６の後端に近づくにつれて次第に拡がるテーパ面となっている。

小径部４７は、円筒面部４８の内径Ｄ１よりも内径が小さい部分であり、凹部４６の先端（前端）に近づくにつれて内径が次第に小さくなるように形成された部分である。円筒面部４８の内径Ｄ１は、最大外径部４４Ｂでの最大内径となっており、小径部４７は、この最大内径よりも内径が小さくなっている。小径部４７の後端は、軸線の方向において縮径部４４Ａの後端４４Ｚと同位置又は縮径部４４Ａの後端よりもやや後方側の位置となっており、小径部４７の先端（前端）は軸線の方向において縮径部４４Ａの先端４４Ｙ（前端）よりも先端側（前側）の位置となっている。このように、小径部４７は、軸線の方向において縮径部４４Ａの後端４４Ｚよりも軸部４２側に少なくとも一部が設けられており、具体的には、軸線の方向において、縮径部４４Ａが設けられた範囲の全体にわたるように設けられている。図２の例では、軸線の方向において縮径部４４Ａが設けられた範囲の全体にわたり、先端側（前側）となるにつれて内径が次第に小さくなるように小径部４７が配置されるため、縮径部４４Ａにおいて中心電極４の肉厚が確保されやすい。

導電性シール材６１は、中心電極４の後端から凹部４６内に入り込んでおり、凹部４６内の全体にわたって充填されている。更に、導電性シール材６１は、中心電極４の後端側の一部を周方向に囲む形で中心電極４の外周面と絶縁体３の内周面との間に入り込んでいる。具体的には、導電性シール材６１は、筒状部４５の外周面と絶縁体３の内周面との間に入り込んでおり、筒状部４５の周方向全体を囲む形で配置されている。更に、導電性シール材６１は、最大外径部４４Ｂの外周面と絶縁体３の内周面との間にまで入り込んでおり、最大外径部４４Ｂの周方向全体を囲む形で配置されている。導電性シール材６１において中心電極４の外側に配置される部分の先端６１Ａ（前端）は、例えば、最大外径部４４Ｂの先端（前端）の位置、又はこの位置よりも先端側（前側）の位置（例えば、縮径部４４Ａとテーパ部１３Ａの間の位置）となっている。そして、凹部４６は、自身の先端４６Ａが上記先端６１Ａよりも軸線の方向において先端側（接地電極８側）に配置されている。

このように構成されたスパークプラグ１は、軸線ＣＬを通るいずれの平面方向で切断した切断面でも、軸線の方向における鍔部４４の最大外径部４４Ｂの位置（図２で示す領域ＡＲ１の位置）において、鍔部４４の外径βに対する凹部４６の内径αの割合α／βが４０％以上となっている。具体的には、軸線ＣＬと直交し且つ最大外径部４４Ｂを通るいずれかの仮想平面において、「軸線ＣＬを通るいずれの平面方向で切断した切断面でも、鍔部４４の外径βに対する凹部４６の内径αの割合α／βが４０％以上となる関係」であればよい。例えば、所定領域ＡＲ１内で軸線ＣＬと直交する任意の仮想平面Ｐ１において、「軸線ＣＬを通るいずれの平面方向で切断した切断面でも、鍔部４４の外径βに対する凹部４６の内径αの割合α／βが４０％以上となるような関係」であればよい。より望ましくは、軸線ＣＬと直交する仮想平面のうち、最大外径部４４Ｂを通るいずれの仮想平面でも、「軸線ＣＬを通る全ての平面方向の各切断面において、鍔部４４の外径βに対する凹部４６の内径αの割合α／βが４０％以上となるような関係」であるとよい。

このような関係になっているか否かを特定する方法としては、ＣＴ（computed tomography）技術により、スパークプラグ１における最大外径部４４Ｂの位置を特定し、その位置において軸線ＣＬと直交する平面方向に切断研磨し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で確認し、その切断面において、軸線ＣＬを通り且つ軸線ＣＬと直交するいずれの方向においても、鍔部４４の外径βに対する凹部４６の内径αの割合α／βが４０％以上となっているか否かを確認すればよい。

また、軸線ＣＬと直交する仮想平面のうち、中心電極４における最大外径部４４Ｂよりも後端側の部分（具体的には、筒状部４５）を通るいずれの仮想平面でも、「軸線ＣＬを通る全ての平面方向の各切断面において、鍔部４４の外径βに対する凹部４６の内径αの割合α／βが４０％以上となるような関係」であるとよい。

Ａ３．第２態様
次に、図３等を参照して第２態様のスパークプラグ２０１を説明する。第２態様のスパークプラグ２０１は、図２で示す第１態様のスパークプラグ１の領域Ｚ（貫通孔３Ａ内の領域のうち、抵抗体６３の先端（前端）から段部１３の先端（前端）付近までの領域）の構成を、図３で示す領域Ｚの構成に置き換えた点のみが第１態様のスパークプラグ１と異なり、それ以外は第１態様のスパークプラグ１と同様である。具体的には、第２態様のスパークプラグ２０１は、中心電極及び導電性シール材の構成が第１態様のスパークプラグ１と異なり、中心電極及び導電性シール材以外の構成は第１態様のスパークプラグ１と同一となっている。よって、スパークプラグ２０１において中心電極及び導電性シール材以外の構成については、第１態様のスパークプラグ１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第２態様のスパークプラグ２０１の中心電極２０４は、図２で示す凹部４６を図３で示す凹部２４６に変更した点以外は第１態様のスパークプラグ１の中心電極４と同一の構成となっている。よって、中心電極２０４において中心電極４（図２）と同様の構成をなす部分については、中心電極４と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図３の例でも、凹部２４６は、中心電極２０４の後端から先端側（前側）に向かって凹むように形成されており、軸線の方向において鍔部４４の最大外径部４４Ｂの位置に少なくとも設けられている。図３では、軸線の方向において最大外径部４４Ｂが設けられた範囲を領域ＡＲ１として示しており、最大外径部４４Ｂが設けられた範囲（領域ＡＲ１）の全体又はほぼ全体に及ぶように凹部２４６が形成されている。凹部２４６の先端２４６Ａ（前端）は、軸線の方向において最大外径部４４Ｂの先端（前端）と同位置であってもよく、最大外径部４４Ｂの先端（前端）よりも先端側（前側）であってもよく、最大外径部４４Ｂの先端（前端）よりも後端側であってもよい。凹部２４６の全体は、内周面が軸線ＣＬを中心とする円筒面として構成された円筒面部２４８となっている。円筒面部２４８は、軸線の方向において後端２４６Ｂから先端２４６Ａまでの全範囲で一定の内径Ｄ１となっている。このような構成のものでも、凹部２４６内に導電性シール材６１を入り込ませることができ、少なくとも最大外径部４４Ｂの位置において、中心電極４の肉厚を低減しつつ、内部において導電性シール材６１を充填させることができる。

Ａ４．効果
図２のように、第１態様のスパークプラグ１は、鍔部４４の最大外径部４４Ｂの位置において、鍔部４４内の全領域を中心電極４の材料によって構成せずに、内部の一部領域を中心電極４よりも熱膨張率が小さい導電性シール材６１によって構成する。このような構成であるため、鍔部４４の最大外径部４４Ｂにおいて中心電極４の肉厚を抑え、最大外径部４４Ｂの位置において熱膨張や熱収縮を抑えることができる。よって、スパークプラグ１を製造する際に、最大外径部４４Ｂの位置において加熱工程での膨張量や冷却工程での収縮量を小さくすることができ、絶縁体３と中心電極４との熱膨張率差に起因して最大外径部４４Ｂ付近で隙間が生じてしまうことを効果的に抑制し得る。仮に最大外径部４４Ｂ付近で隙間が生じてしまうと、この隙間が起点となってクラック等が生じやすくなり、気密性や固着性を損ねる虞があるが、図２の構成によれば、このような不具合を生じにくくすることができる。しかも、スパークプラグ１では、軸線の方向において中心電極４の後端から最大外径部４４Ｂまで及ぶように凹部４６を形成し、その凹部４６の内部に導電性シール材６１を入り込ませているため、中心電極４の後端側において導電性シール材６１と中心電極４とが接触する面積をより大きく確保することができる。よって、導電性シール材６１と中心電極４との固着性を効果的に高めることができる。また、図３で示す第２態様のスパークプラグ２０１でも同様の効果が得られる。

図２のように、第１態様のスパークプラグ１は、軸線を通るいずれの平面方向で切断した切断面でも、軸線の方向における鍔部４４の最大外径部４４Ｂの位置において、鍔部４４の外径βに対する凹部４６の内径αの割合α／βが４０％以上となっている。このようにすれば、最大外径部４４Ｂの位置において、凹部４６の割合をより大きく確保することができるため、最大外径部４４Ｂにおいて中心電極４の肉厚がより一層抑えられ、加熱工程での膨張量や冷却工程での収縮量をより一層小さくすることができる。しかも、軸線を通るいずれの平面方向で切断した切断面でも、α／βが４０％以上であるため、周方向全体にわたって中心電極４の肉厚を小さくすることができ、最大外径部４４Ｂ付近で熱膨張率差に起因する隙間が生じることを、より確実に抑制し得る。なお、図３で示す第２態様のスパークプラグ２０１も同様の構成をなし、同様の効果が得られる。

図２で示す第１態様のスパークプラグ１において、段部１３は、第１孔部１１に近づくにつれて内径が次第に小さくなるテーパ部１３Ａを有している。そして、鍔部４４の先端側の表面が、テーパ部１３Ａの表面と接触し、凹部４６の先端は、テーパ部１３Ａの先端よりも第１孔部１１側となっている。このようにすれば、軸線の方向において、少なくとも中心電極４の後端からテーパ部１３Ａの先端まで及ぶ範囲で中心電極４の肉厚を低減することができ、この範囲にわたって隙間の発生を抑制し得る。しかも、凹部４６の深さ（軸線の方向の長さ）がより大きくなるため、導電性シール材６１と中心電極４とが接触する面積をより大きくすることができ、導電性シール材６１と中心電極４との固着性をより一層高めることができる。

図２で示す第１態様のスパークプラグ１において、導電性シール材６１は、鍔部４４の外周面と貫通孔３Ａの内周面との間に入り込んでいる。そして、凹部４６は、自身の先端４６Ａが導電性シール材６１における中心電極４の外側に配置される部分の先端６１Ａよりも軸線の方向において先端側（接地電極８側）に配置されている。このように、鍔部４４の外周面と貫通孔３Ａの内周面との間に導電性シール材６１が入り込んでいれば、鍔部４４の外周面と貫通孔３Ａの内周面との間のシール性がより高まる。但し、この構成では、鍔部４４の肉厚が大きいと、加熱工程や冷却工程で鍔部４４の膨張量や収縮量が大きくなるため、鍔部４４の外周面と導電性シール材６１との間に隙間が生じやすくなってしまう。しかし、図２の構成によれば、凹部４６内に導電性シール材６１を入り込ませることにより鍔部４４全体として熱膨張や熱収縮を抑えることができるため、鍔部４４の外周面付近で隙間が発生することを確実に抑制し得る。しかも、凹部４６は、自身の先端４６Ａが導電性シール材６１の先端６１Ａよりも先端側に及ぶ程度まで深さ（軸線の方向の長さ）が大きくなるため、導電性シール材６１と中心電極４とが接触する面積をより大きくすることができ、導電性シール材６１と中心電極４との固着性をより一層高めることができる。

図２で示す第１態様のスパークプラグ１において、鍔部４４は、最大外径部４４Ｂよりも先端側に、軸部４２に近づくにつれて外径が次第に小さくなる縮径部４４Ａを有する。そして、凹部４６は、軸線の方向において縮径部４４Ａの後端よりも軸部４２側に、最大外径部４４Ｂでの最大内径（内径Ｄ１）よりも内径が小さい小径部４７を有する。スパークプラグ１のように凹部４６を設けた構成では、凹部４６をより深く形成することで、熱膨張率差を抑制し得る領域を軸線の方向においてより大きく確保することができ、且つ導電性シール材６１と中心電極４との固着性をより高めることができるが、鍔部４４の先端側に縮径部４４Ａ（軸部４２に近づくにつれて外径が次第に小さくなる部分）が形成されたものでは、内径の大きい凹部４６を縮径部４４Ａの内部にまで及ぶように形成すると、縮径部４４Ａでの肉厚が小さくなり、強度が不十分になる虞がある。しかし、図２のように、凹部４６において、縮径部４４Ａの後端よりも軸部４２側に小径部４７（最大外径部４４Ｂでの最大内径よりも内径が小さい部分）を設けるようにすれば、縮径部４４Ａにおいて肉厚をより大きく確保しつつ、凹部４６をより深く形成することができる。

図２で示す第１態様のスパークプラグ１は、凹部４６の後端側に、後端に近づくにつれて内径が次第に大きくなる拡径部４９が設けられている。このように拡径部４９が設けられていれば、製造工程において導電性シール材６１の原料が凹部４６内に入り込みやすくなるため、凹部４６内において導電性シール材６１の密度を高めやすくなる。例えば、ホットプレスを用いてガラス封着する場合、絶縁体に形成された貫通孔内に中心電極、導電性シール材（原料となる粉末材料）、抵抗体、端子金具などを配置した後、これらを加熱することで粉末材料を溶融させ、その後、冷却することで溶融した導電性シール材を固化させて中心電極と抵抗体との間に固着させるような方法を採用し得る。このような工程で製造する場合、導電性シール材６１の原料が中心電極４となるべき成形体において凹部４６内に入り込みにくいと、最終製品において凹部４６内の導電性シール材６１の密度が低くなり、使用時に凹部４６付近で割れ等が生じることが懸念されるが、図２で示す構成のように拡径部４９が設けられていれば、このような不具合を生じにくくすることができる。

Ａ５．評価試験
次に、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。
検証試験に用いる実施例１〜１８として、１８種類のスパークプラグを用意した。１８種類のスパークプラグは、図３で示す第２態様のスパークプラグ２０１と同様の構成とした。

実施例１〜１８は、図３で示す内径Ｄ１、外径Ｄ２、内径Ｄ３を様々に変更したものである。実施例１〜６のスパークプラグは、図３で示す内径Ｄ１（凹部２４６の内径）の大きさが互いに異なるが、それ以外は同一である。実施例７〜１８のスパークプラグは、図３で示す外径Ｄ２（鍔部４４における最大外径部４４Ｂの外径）の大きさを実施例１〜６とは異ならせている。実施例７〜１２のスパークプラグは、図３で示す内径Ｄ１（凹部２４６の内径）の大きさが互いに異なるが、それ以外は同一である。実施例１３〜１８のスパークプラグは、図３で示す内径Ｄ３（第２孔部１２の内径）を実施例１〜１２とは異ならせている。実施例１３〜１８のスパークプラグは、図３で示す内径Ｄ１（凹部２４６の内径）の大きさが互いに異なるが、それ以外は同一である。

実施例１〜１８の構成は、図３で示す凹部２４６の内周面が軸線ＣＬを中心とする円筒面（内径Ｄ１の円筒面）となっており、最大外径部４４Ｂの外周面が軸線ＣＬを中心とする円筒面（外径Ｄ２の円筒面）となっており、第２孔部１２の内周面も軸線ＣＬを中心とする円筒面（内径Ｄ３の円筒面）となっている。このように構成された実施例１〜１８の各々は、軸線ＣＬと直交し且つ最大外径部４４Ｂを通るいずれの仮想平面でも、軸線ＣＬを通る全平面方向での各切断面において鍔部４４の外径β（最大外径部４４Ｂの外径Ｄ２）に対する凹部４６の内径α（内径Ｄ１）の割合α／β（Ｄ１／Ｄ２）が一定値となっている。

また、実施例と比較するための比較例１，２を用意した。比較例１，２は、図３で示すスパークプラグ２０１の一部を変更した構成であり、具体的には、図３の構成において凹部２４６内を中心電極２０４の材料に置き換えるようにして凹部２４６を設けないようにした構成である。

このような実施例１〜１８、及び比較例１，２について、シール性の評価試験を以下のように行った。まず、所定の容器内に流動性を有する樹脂を収容した状態で、サンプルとなるスパークプラグの先端側の一部（図１における絶縁体３の先端部付近）を樹脂内に入り込ませ、このように絶縁体の先端部付近を樹脂内に入り込ませた状態で、スパークプラグが配置された空間（樹脂外の空間）を減圧状態とした。樹脂は、エポキシ冷間埋め込み樹脂（ＳＴＲＵＥＲＳ製スペシフィックス−２０）を用いた。

具体的には、図３で示す実施例１〜１８及び比較例１，２の各々のサンプルを３つずつ用意した。そして各々のサンプルに対して上記試験を行ったが、各々の実施例において、１つのサンプルは１００００Ｐａの減圧状態で試験を行い、１つのサンプルは５０００Ｐａの減圧状態で試験を行い、１つのサンプルは１０００Ｐａの減圧状態で試験を行った。

そして、試験後の各サンプルに対しては、研磨により、図３で示す最大外径部４４Ｂの先端位置（前端位置）において軸線ＣＬと直交する平面方向に切断した半断面とし、最大外径部４４Ｂの先端位置（前端位置）の断面において上記樹脂が存在するか否かを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）に付属されたエネルギー分散型Ｘ線分析器（ＥＤＳ：Energy Dispersive Spectrometer）によって確認した。

実施例１〜１８及び比較例１，２において、１００００Ｐａの減圧状態で試験を行ったサンプルで樹脂が確認できたものを「△」とし、５０００Ｐａの減圧状態で試験を行ったサンプルで樹脂が確認できたものを「○」とし、１０００Ｐａの減圧状態で試験を行ったサンプルで樹脂が確認できたものを「◎」とし、１０００Ｐａの減圧状態で試験を行ったサンプルでも樹脂が確認できなかったものを「☆」とした。その結果を、表１で示す。

表１から明らかなように、図３で示す凹部２４６が存在しない比較例１，２においては１００００Ｐａの減圧状態で試験を行ったサンプルでも樹脂が確認され、凹部２４６が存在する実施例１〜１８では、１００００Ｐａの減圧状態で試験を行ったサンプルでは樹脂が確認されなかった。その理由は、実施例１〜１８のものでは、図３で示す凹部２４６内に導電性シール材６１が充填されていることにより、最大外径部４４Ｂ付近において中心電極２０４と絶縁体３との熱膨張率差の影響が緩和され、最大外径部４４Ｂの界面で隙間が生じにくくなっていることに起因すると考えられる。

また、表１から明らかなように、Ｄ１／Ｄ２（α／β）の割合が４０％以上の実施例４〜６、９〜１２、１５〜１８では、５０００Ｐａの減圧状態でも樹脂が確認されなかった。その理由は、図３で示す最大外径部４４Ｂの位置において導電性シール材６１が占める割合が大きいため、最大外径部４４Ｂ付近において中心電極２０４と絶縁体３との熱膨張率差の影響がより一層緩和され、最大外径部４４Ｂの界面で隙間がより生じにくくなっていることに起因すると考えられる。

＜他の実施形態＞
本発明は、本明細書の実施形態の各態様や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。変更例としては、例えば、以下のようなものが該当する。

上述した実施形態では、凹部の先端（前端）が、軸線の方向において最大外径部が設けられた領域（図２、図３で示す領域ＡＲ１）の中心位置よりも先端側（前側）となっていたが、上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例においても、凹部の先端（前端）が、軸線の方向において最大外径部が設けられた領域（図２、図３で示す領域ＡＲ１）の中心位置よりも後端側であってもよい。

上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例においても、最大外径部の範囲（領域ＡＲ１）の全体にわたって凹部が形成されていたが、軸線の方向における最大外径部の範囲の少なくとも一部に凹部が設けられていればよい。

また、凹部における円筒面部の内径は、図２や図３のような大きさに限定されず、これよりも大きくても小さくてもよい。

図２で示す第１態様の構成において拡径部を省略し、円筒面部が中心電極の後端まで達しているような構成であってもよく、図２で示す第１態様の構成において小径部を省略し、円筒面部の先端（前端）が凹部の先端（前端）となるような構成であってもよい。

上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例においても、凹部の先端（前端）は、軸線の方向において少なくとも最大外径部の後端よりも先端側（前側）にあればよく、最大外径部Ｂの先端（前端）よりも先端側（前側）であっても後端側であってもよく、縮径部の先端（前端）よりも先端側（前側）であっても後端側であってもよい。

上述した実施形態又は上述した実施形態を変更したいずれの例においても、図４〜図６のように構成を変更し得る。なお、図４〜図６で示すスパークプラグ３０１，４０１，５０１は、図２で示す第１態様のスパークプラグ１の領域Ｚ（貫通孔３Ａ内の領域のうち、抵抗体６３の先端（前端）から段部１３の先端（前端）付近までの領域）の構成を、図４〜図６のそれぞれで示す領域Ｚの構成に置き換えた点のみが第１態様のスパークプラグ１と異なり、それ以外は第１態様のスパークプラグ１と同様である。図４〜図６のスパークプラグ３０１，４０１，５０１は、中心電極及び導電性シール材の構成が第１態様のスパークプラグ１と異なり、中心電極及び導電性シール材以外の構成は第１態様のスパークプラグ１と同一となっている。よって、スパークプラグ３０１，４０１，５０１において中心電極及び導電性シール材以外の構成については、第１態様のスパークプラグ１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図４で示す変形例１のスパークプラグ３０１は、中心電極３０４において鍔部４４の後方側に筒状部が設けられておらず、鍔部４４の後端が中心電極３０４の後端となっている。このような構成のものにおいて、鍔部４４の後端から先端側（前側）に向かって続く凹部３４６が形成されている。この例では、鍔部４４の後端から所定範囲にわたって一定の内径を有する円筒面部３４８が形成され、円筒面部３４８よりも先端側（前側）に小径部３４７が形成されている。このような構成のものにおいて、凹部３４６内に導電性シール材６１が充填されている。
図５で示す変形例２のスパークプラグ５０１は、中心電極４０４の後端部付近（鍔部４４の後方側に配置された部分）が非筒状部として構成され、後方側に突出した形態をなしている。凹部４４６は、中心電極４０４の後端よりも少し前側の位置から先端側（前側）に向かって凹んだ形状をなし、鍔部４４の後端から所定範囲にわたって一定の内径を有する円筒面部４４８が形成され、円筒面部４４８よりも先端側（前側）に小径部４４７が形成されている。このような構成のものにおいて、凹部４４６内に導電性シール材６１が充填されている。
図６で示す変形例３のスパークプラグ５０１は、中心電極５０４において鍔部４４の後方側に筒状部が設けられておらず、鍔部４４の後端が中心電極５０４の後端となっている。このような構成のものにおいて、鍔部４４の後端から先端側（前側）に向かって続く凹部５４６が形成されている。この例では、鍔部４４の後端から所定範囲にわたって拡径部５４９が形成され、拡径部５４９の先端側（前側）には、一定の内径を有する円筒面部５４８が形成されている。このような構成のものにおいて、凹部５４６内に導電性シール材６１が充填されている。

１，２０１，３０１，４０１，５０１…スパークプラグ
３…絶縁体
３Ａ…貫通孔
４，２０４，３０４，４０４，５０４…中心電極
５…端子金具
７…主体金具
８…接地電極
１１…第１孔部
１２…第２孔部
１３…段部
１３Ａ…テーパ部
４２…軸部
４４…鍔部
４４Ａ…縮径部
４４Ｂ…最大外径部
４６，２４６，３４６，４４６，５４６…凹部
４７，３４７，４４７…小径部
４９，５４９…拡径部
６１…第１シール層（導電性シール材）
６３…抵抗体
ＣＬ…軸線

Claims (6)

1. 自身の先端側に接地電極が接続される筒状の主体金具と、
   第１孔部と前記第１孔部より内径の大きい第２孔部とが段部を介して連なる形態をなす貫通孔を備え、前記貫通孔が軸線の方向に沿って延びる絶縁体と、
   前記第２孔部内に配置され、前記段部に支持される鍔部と、前記鍔部から前記第１孔部側に延びる軸部と、を備え、前記絶縁体よりも熱膨張率が大きい中心電極と、
   前記第２孔部内に配置され、自身の先端が前記中心電極の後端から離れて配置される抵抗体と、
   前記中心電極よりも熱膨張率が小さく、前記第２孔部内において少なくとも前記中心電極と前記抵抗体との間に充填される導電性シール材と、
   を備えるスパークプラグであって、
   前記中心電極は、自身の後端側から先端側に向かって続く凹部を有し、
   前記凹部は、前記軸線の方向において前記鍔部の最大外径部の位置に少なくとも設けられ、
   前記導電性シール材は、前記中心電極の後端から前記凹部内に入り込んでいる
   スパークプラグ。
2. 前記軸線を通るいずれの平面方向で切断した切断面でも、前記軸線の方向における前記鍔部の最大外径部の位置において、前記鍔部の外径βに対する前記凹部の内径αの割合α／βが４０％以上である
   請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記段部は、前記第１孔部に近づくにつれて内径が次第に小さくなるテーパ部を有し、
   前記鍔部の先端側の表面が、前記テーパ部の表面と接触し、
   前記凹部の先端は、前記テーパ部の先端よりも前記第１孔部側にある
   請求項１又は請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 前記導電性シール材は、前記鍔部の外周面と前記貫通孔の内周面との間に入り込んでおり、
   前記凹部は、自身の先端が前記導電性シール材において前記中心電極の外側に配置される部分の先端よりも前記軸線の方向において前記接地電極側に配置されている
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
5. 前記鍔部は、前記最大外径部よりも先端側に、前記軸部に近づくにつれて外径が次第に小さくなる縮径部を有し、
   前記凹部は、前記軸線の方向において前記縮径部の後端よりも前記軸部側に、前記最大外径部での最大内径よりも内径が小さい小径部を有する
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
6. 前記凹部の後端側には、後端に近づくにつれて内径が次第に大きくなる拡径部が設けられている
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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