JP2021009821A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁体のみを変更することで熱価を変更することが可能な構造を有するスパークプラグを提供する。【解決手段】絶縁体１０の内周面１０ｄは、軸線方向ＤＸに延びる筒状をなし、中心電極２０の外周面２０ｃに近接または接触する第１筒状面１０ｆと、第１筒状面１０ｆに隣接して、第１筒状面１０ｆとの境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がる形態の拡径面１０ｊを有し、境界Ｋから絶縁体１０の先端１０ｂまで延びる筒状の第２筒状面１０ｇとを備える。主体金具５０の先端面５０ｂが位置する軸線方向ＤＸの位置において、開口空間Ｓを挟んで位置する中心電極２０の外周面２０ｃと絶縁体１０の第２筒状面１０ｇとの間隙寸法Ｂは、絶縁体１０の外周面１０ｃと主体金具５０の内周面５０ｄとの間隙寸法Ａよりも大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、スパークプラグに関する。

特許文献１には、軸線方向の先端側から後端側に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、絶縁体の軸孔の内部に挿入された中心電極と、絶縁体の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、主体金具の先端面に固定された接地電極と、を備えるスパークプラグが開示されている。このようなスパークプラグは、主体金具に形成されたネジ部を利用してエンジンのシリンダヘッドに取り付けられ、燃焼室内に供給される混合ガスへの着火源として使用される。より具体的には、火花放電ギャップを隔てた接地電極と中心電極との間で火花放電を発生させて、燃焼室内の混合ガスに着火を行う。

特開２０１６−１２４１０号公報

さらに、このスパークプラグでは、絶縁体の外周面が、先端側を向く環状の第１環状面（外周側段部）を有し、主体金具の内周面が、後端側を向く環状の第２環状面（棚部の一部）を有している。そして、絶縁体の第１環状面と主体金具の第２環状面とが、介在部材を間に挟んで間接に接触している。さらには、絶縁体の先端部の外周面と主体金具の先端部の内周面との間（主体金具の第２環状面よりも先端側の位置）には、ガスボリュームと呼ばれる空間が設けられている。一方、中心電極の外周面と絶縁体の内周面とは、近接または接触している。このスパークプラグでは、主体金具の先端面が位置する軸線方向の位置において、絶縁体の外周面と主体金具の内周面との間隙寸法は、中心電極の外周面と絶縁体の内周面との間隙寸法に比べて、極めて大きくされている。

このようなスパークプラグでは、燃焼室内の高温ガスに晒されて高温になる発火部（具体的には、絶縁体の先端部及び中心電極の先端部）の熱が、絶縁体の第１環状面から介在部材を通じて主体金具の第２環状面に伝わり、さらに、主体金具のネジ部等からエンジンのシリンダヘッドに伝わることで、絶縁体の先端部及び中心電極の先端部の熱が、スパークプラグの外部に放出（熱引き）される。

ところで、スパークプラグの発火部（具体的には、絶縁体の先端部及び中心電極の先端部）の熱引きの度合いを表す指標として、熱価が知られている。熱引きの度合いが高い（大きい）ものを高熱価、熱引きの度合いが低い（小さい）ものを低熱価という。スパークプラグでは、取り付け対象となるエンジンの種類などに応じて最適な熱価となるように、熱価が調整されている。具体的には、例えば、絶縁体の第１環状面と主体金具の第２環状面の軸線方向位置を変更することで、スパークプラグの熱価を変更する。例えば、絶縁体の第１環状面と主体金具の第２環状面の軸線方向位置が、より先端側になるように、絶縁体の形状及び主体金具の形状を変更することで、より高熱価なスパークプラグに変更することができる。

従って、従来、熱価の異なるスパークプラグを複数製造するためには、それぞれの熱価に対応した形状を有する複数種類の絶縁体及び複数種類の主体金具を用意する必要があった。このように、熱価ごとに異なる種類の絶縁体及び主体金具を製造することによって、スパークプラグの製造コストが高くなっていた。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、絶縁体のみを変更することで熱価を変更することが可能な構造を有するスパークプラグを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、軸線方向について先端側から後端側に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、前記軸孔の内部に挿入された中心電極と、前記絶縁体の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、前記主体金具の先端面に固定された接地電極と、を備えるスパークプラグにおいて、前記絶縁体は、前記主体金具の前記先端面から前記先端側に突出する突出部を有し、前記絶縁体の外周面の一部であって前記突出部よりも前記後端側に位置する環状の第１環状面と、前記主体金具の内周面の一部であって前記第１環状面に対向する環状の第２環状面とが、直接または介在部材を間に挟んで間接に接触しており、前記絶縁体のうち前記軸孔を構成する内周面は、前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記中心電極の外周面に近接または接触する第１筒状面と、前記第１筒状面に隣接して、前記第１筒状面との境界から径方向について外側に拡がる形態の拡径面を有し、前記境界から前記絶縁体の先端まで延びる筒状の第２筒状面と、を備え、前記スパークプラグは、前記絶縁体の前記第２筒状面と前記中心電極の前記外周面とによって囲まれて、前記先端側に開口する開口空間を有し、前記主体金具の前記先端面が位置する前記軸線方向の位置において、前記開口空間を挟んで位置する前記中心電極の前記外周面と前記絶縁体の前記第２筒状面との間隙寸法は、前記絶縁体の前記外周面と前記主体金具の前記内周面との間隙寸法よりも大きいスパークプラグである。

上述のスパークプラグでは、絶縁体が、主体金具の先端面から先端側に突出する突出部を有している。これにより、絶縁体が主体金具の先端面から先端側に突出していないスパークプラグに比べて、中心電極と主体金具との間の絶縁体の表面を通じた沿面距離を大きくすることができるので、絶縁体の表面を通じた中心電極と主体金具との間における沿面放電を発生し難くできる。

さらに、上述のスパークプラグでは、絶縁体の外周面の一部であって突出部よりも後端側に位置する環状（絶縁体の外周面の全周にわたる環状）の第１環状面と、主体金具の内周面の一部であって第１環状面に対向する環状（主体金具の内周面の全周にわたる環状）の第２環状面とが、直接または介在部材を間に挟んで間接に接触している。従って、このスパークプラグでは、燃焼室内の高温ガスに晒されて高温になる発火部（具体的には、絶縁体の先端部及び中心電極の先端部）の熱が、絶縁体の第１環状面から主体金具の第２環状面に伝わり、さらに、主体金具に形成されているネジ部等からエンジンのシリンダヘッドに伝わることで、絶縁体の先端部及び中心電極の先端部の熱が、スパークプラグの外部に放出（熱引き）される。

さらに、上述のスパークプラグでは、絶縁体のうち軸孔を構成する内周面が、第１筒状面と第２筒状面とを有している。このうち、第１筒状面は、軸線方向に延びる筒状をなし、中心電極の外周面に近接または接触する。なお、「第１筒状面が中心電極の外周面に近接する」とは、「第１筒状面が、中心電極の外周面との間に０．２ｍｍ以下の間隙を空けて離間する」ことをいう。従って、上述のスパークプラグでは、第１筒状面は、中心電極の外周面に接触している、または、中心電極の外周面との間に０．２ｍｍ以下の間隙を空けて離間（すなわち近接）している。また、第２筒状面は、第１筒状面に隣接して、第１筒状面との境界から径方向について外側に拡がる形態の拡径面を有し、第１筒状面との境界から絶縁体の先端まで延びる筒状をなしている。

このスパークプラグは、絶縁体の第２筒状面と中心電極の外周面とによって囲まれて、先端側に開口する開口空間を有する。さらに、このスパークプラグでは、主体金具の先端面が位置する軸線方向の位置において、開口空間を挟んで位置する中心電極の外周面と絶縁体の第２筒状面との間隙寸法Ｂが、絶縁体の外周面と主体金具の内周面との間隙寸法Ａよりも大きくされている。

このような構造のスパークプラグでは、中心電極の熱の多くは、第１筒状面を経由して絶縁体から主体金具に伝わることによって、スパークプラグの外部に放出（熱引き）される。このため、第１筒状面が大きいほど（例えば、第１筒状面の軸線方向の長さが長いほど）、中心電極の熱引きが良好になり、その結果、スパークプラグの熱価が高くなる。また、絶縁体の熱は、従来と同様に、絶縁体の第１環状面から主体金具の第２環状面に伝わるが、従来と異なり、間隙寸法Ａ＜間隙寸法Ｂとされているので、絶縁体の外周面のうち第１環状面よりも先端側に位置する部位から、間隙を通じて、主体金具の内周面のうち第２環状面よりも先端側に位置する部位に伝わり易くなる。

従って、上述のスパークプラグは、絶縁体のみを変更することで熱価を変更することが可能な構造を有するスパークプラグであるといえる。具体的には、絶縁体の第１筒状面と第２筒状面との境界の軸線方向位置を変更することで、スパークプラグの熱価を変更することができる。例えば、絶縁体の第１筒状面と第２筒状面との境界の軸線方向位置を先端側に変更すると、絶縁体の第１筒状面（中心電極の外周面に近接または接触する部位）の軸線方向の長さが長くなるので、中心電極の熱引きが良好になる。さらには、高温のガスに晒される絶縁体の第２筒状面（先端側に開口する開口空間を構成する面）の面積が小さくなるので、絶縁体の温度が上昇し難くなる。従って、絶縁体の第１筒状面と第２筒状面との境界の軸線方向位置を先端側に変更することで、熱価を高めることができる。

以上説明したように、上述のスパークプラグは、絶縁体のみを変更することで熱価を変更することが可能な構造を有するスパークプラグであるといえる。例えば、絶縁体の第１筒状面と第２筒状面との境界の軸線方向位置が異なる絶縁体を２つ用意し、それ以外の部品は同等のものを２つずつ用意すれば、熱価の異なるスパークプラグを１つずつ製造することができる。

なお、拡径面には、以下の２つの拡径面が含まれる。
（１）軸線方向に変位することなく、第１筒状面との境界から径方向について外側に拡がる環状平面である拡径面。
（２）第１筒状面との境界から径方向について外側に拡がりつつ軸線方向に変位する形態の筒状面を含む拡径面。

さらに、（２）の拡径面としては、以下の２つの拡径面を挙げることができる。
（３）第１筒状面との境界から径方向について外側に拡がりつつ軸線方向について先端側に変位する筒状面からなる拡径面。
（４）軸線方向に変位することなく第１筒状面との境界から径方向について外側に拡がる環状平面と、この環状平面の外周から径方向について外側に拡がりつつ軸線方向について先端側に変位する筒状面と、からなる拡径面。

また、第２筒状面としては、例えば、以下の２つの筒状面が挙げられる。
（５）前記（２）の拡径面のみからなる第２筒状面。
（６）前記（２）の拡径面と、この拡径面の先端から軸線方向について先端側に真っ直ぐ延びる筒状面とからなる第２筒状面。

さらに、前記のスパークプラグであって、前記絶縁体の前記第１環状面が前記主体金具の前記第２環状面を前記後端側から前記先端側に押圧する態様で、前記第１環状面と前記第２環状面とが直接または前記介在部材を間に挟んで間接に接触しており、前記第１環状面は、前記拡径面よりも前記後端側に位置するスパークプラグとすると良い。

上述のスパークプラグでは、絶縁体の第１環状面が、主体金具の第２環状面（第１環状面よりも先端側に位置する第２環状面）を、後端側から先端側に押圧する態様で、第１環状面と第２環状面とが直接または介在部材を間に挟んで間接に接触している。なお、第１環状面は、絶縁体の外周面の全周にわたる環状をなし、先端側を向く環状面である。また、第２環状面は、主体金具の内周面の全周にわたる環状をなし、後端側を向く環状面である。従って、絶縁体のうち第１環状面及びその近傍の部位には、主体金具の第２環状面からの反力が作用する。このため、絶縁体は、第１環状面が位置する部位の肉厚が厚いほど、第２環状面からの反力に対する強度が高くなるので好ましい。

これに対し、上述のスパークプラグでは、絶縁体の第１環状面を、拡径面よりも後端側に設けている。従って、絶縁体の第１環状面を、先端側に開口する開口空間よりも後端側に設けている。絶縁体のうち開口空間を構成する内周面を有する部位の肉厚は、開口空間の径方向寸法の分だけ薄くなるので、強度が低下する。一方、絶縁体のうち拡径面よりも後端側に位置する部位は、開口空間を構成する内周面を有する部位よりも肉厚が厚い。従って、絶縁体の第１環状面を拡径面よりも後端側に設けることで、前記反力に対する強度を高くすることができるので、第１環状面の近傍で前記反力によって絶縁体が折れるなどの不具合を防止できる。

さらに、前記いずれかのスパークプラグであって、前記拡径面は、前記第１筒状面との前記境界から、前記径方向について前記外側に拡がりつつ前記軸線方向について前記先端側に変位する形態であるスパークプラグとすると良い。

ところで、スパークプラグを装着したエンジンでは、ＬＳＰＩ（Low Speed Pre-Ignition）が発生することがあった。ここで、ＬＳＰＩとは、スパークプラグの先端側に開口する開口空間（ガスボリューム）内に、燃焼後の高温ガスが滞留し、この状態で、新たに混合ガス（燃料と空気の混合ガス）が燃焼室内に供給された場合に、スパークプラグによって火花放電を発生させる前に、高温ガスが滞留している前記開口空間内において着火してしまう現象（異常燃焼）をいう。

これに対し、上述のスパークプラグでは、拡径面が、第１筒状面との境界から、径方向について外側に拡がりつつ軸線方向について先端側に変位する筒状をなしている。換言すれば、拡径面は、軸線方向について先端側に向かう（変位する）にしたがって中心電極の外周面との間隙寸法が大きくなる形状をなしている。これにより、例えば、拡径面を、軸線方向に変位することなく第１筒状面との境界から径方向について外側に拡がる環状平面とした場合に比べて、絶縁体の第２筒状面（拡径面を有する筒状面）と中心電極の外周面とによって囲まれて先端側に開口する開口空間の体積を小さくすることができる。開口空間の体積を小さくすることによって、燃焼後に開口空間内に滞留する高温ガスの体積を低減することができるので、ＬＳＰＩを発生し難くすることができる。

実施形態にかかるスパークプラグの半断面図である。 図１のＢ部拡大図である。 実施形態にかかるスパークプラグの先端側部分の拡大断面図である。 変形形態１にかかるスパークプラグの先端側部分の拡大断面図である。 変形形態２にかかるスパークプラグの先端側部分の拡大断面図である。 変形形態３にかかるスパークプラグの先端側部分の拡大断面図である。

次に、本発明の実施形態にかかるスパークプラグ１００について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態にかかるスパークプラグの半断面図であり、スパークプラグ１００を軸線方向ＤＸ（軸線ＡＸに沿う方向、図１において上下方向）に切断した半断面図である。なお、図１では、エンジンＥＧのシリンダヘッド２００を破線で示している。図２は、図１のＢ部拡大図である。図３は、スパークプラグ１００の先端側部分の拡大断面図である。なお、スパークプラグ１００において、燃焼室２０６内に配置される側（図１において下側）を先端側、その反対側（図１において上側）を後端側とする。また、軸線方向ＤＸに直交する方向（筒状をなす絶縁体１０の直径に沿う方向、図１の切断面において左右方向）を径方向ＤＲとする。

スパークプラグ１００は、絶縁体１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０とを備える。このスパークプラグ１００は、主体金具５０に形成されているネジ部５２を利用してエンジンＥＧのシリンダヘッド２００に取り付けられ、燃焼室２０６内に供給される混合ガス（燃料と空気の混合ガス）への着火源として使用される。より具体的には、火花放電ギャップＧを隔てた中心電極２０と接地電極３０との間で火花放電を発生させて、燃焼室２０６内の混合ガスに着火を行う。

以下、スパークプラグ１００の各構成部品について詳細に説明する。絶縁体１０は、セラミックからなり、軸線方向ＤＸ（図１において上下方向）に延びる円筒状をなしている。この絶縁体１０は、軸線方向ＤＸについて先端側から後端側に貫通する軸孔１２を有する。絶縁体１０は、軸線方向ＤＸについて略中央の位置に、外径が最も大きな鍔部１９を有し、鍔部１９よりも後端側（図１において上側）に、後端側胴部１８を有している。さらに絶縁体１０は、鍔部１９よりも先端側に、先端側第１胴部１７と、これよりも小径の先端側第２胴部１５とを有している。先端側第１胴部１７と先端側第２胴部１５との間には、段差部１６が介在している。

この絶縁体１０（先端側第２胴部１５）は、主体金具５０の先端面５０ｂから先端側（図１において下側）に突出する突出部１５ｂを有する。さらに、絶縁体１０は、円筒状の外周面１０ｃの一部であって突出部１５ｂよりも後端側（図１において上側）に位置する円環状の第１環状面１１を有する（図２参照）。より具体的には、この第１環状面１１は、段差部１６の外周面であり、絶縁体１０の外周面１０ｃの全周にわたる円環状をなし、先端側（図１及び図２において下側）を向く環状面である。

中心電極２０は、軸線方向ＤＸに延びる棒状（略円柱状）をなし、絶縁体１０の軸孔１２の内部に挿入された状態で、絶縁体１０に保持されている（図１参照）。この中心電極２０は、電極母材２１の内部に、芯材２２が埋設された構造を有している。電極母材２１は、例えば、インコネル６００（INCONELは登録商標）等のニッケル合金によって形成されている。芯材２２は、電極母材２１よりも高い熱伝導率を有する金属（例えば、銅）によって形成されている。中心電極２０の先端部は、絶縁体１０の先端１０ｂから先端側に露出（突出）している。中心電極２０の先端には、電極チップ２９が設けられている（図１及び図３参照）。

主体金具５０は、絶縁体１０（後端側胴部１８の一部から先端側第２胴部１５の一部にかけての部位）の外周を囲む略円筒状の部材であり、絶縁体１０を内部に保持している。主体金具５０の外周には、工具係合部５１と、ネジ部５２とが形成されている。工具係合部５１は、スパークプラグレンチ（図示せず）が嵌合する部位である。主体金具５０のネジ部５２は、ネジ山が形成された部位であり、シリンダヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合する。主体金具５０のネジ部５２をシリンダヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合させて締め付けることによって、スパークプラグ１００がシリンダヘッド２００に固定される（図１参照）。

主体金具５０の工具係合部５１とネジ部５２との間には、径方向ＤＲについて外側に突き出たフランジ状の鍔部５４が形成されている。ネジ部５２と鍔部５４との間には、環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、板体を折り曲げることによって形成されており、スパークプラグ１００がシリンダヘッド２００に取り付けられた際には、鍔部５４の座面５５と取付ネジ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。ガスケット５の変形によって、スパークプラグ１００とシリンダヘッド２００との隙間が封止され、取付ネジ孔２０１を介した燃焼ガスの漏出が抑制される。

主体金具５０の工具係合部５１よりも後端側には、薄肉の加締部５３が形成されている。鍔部５４と工具係合部５１との間には、薄肉の座屈部５８が形成されている。主体金具５０の工具係合部５１から加締部５３にかけての内周面５０ｄと、絶縁体１０（後端側胴部１８）の外周面１０ｃとの間には、円環状のリング部材６，７が挿入されている。さらに両リング部材６，７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。

また、この主体金具５０は、円筒状の内周面５０ｄの一部であって、絶縁体１０の第１環状面１１に対向する円環状の第２環状面５６を有する（図２参照）。この第２環状面５６は、主体金具５０の内周面５０ｄの全周にわたる円環状をなし、後端側（図１及び図２において上側）を向く環状面である。第２環状面５６は、第１環状面１１よりも先端側に位置している。第２環状面５６と第１環状面１１との間には、円環状の板パッキン８（介在部材）が設けられている（図２参照）。

スパークプラグ１００の製造工程において、加締部５３が径方向ＤＲについて内側に折り曲げられて加締められると、圧縮力の付加に伴って、座屈部５８が径方向ＤＲについて外側に座屈変形する。これと共に、タルク９が加締部５３と絶縁体の鍔部１９との間で圧縮されて、主体金具５０と絶縁体１０との間の気密性が高まる（図２参照）。このとき、絶縁体１０が先端側に押圧されることによって、絶縁体１０の第１環状面１１が、主体金具５０の第２環状面５６を、後端側から先端側に押圧する態様で、第１環状面１１と第２環状面５６とが板パッキン８（介在部材）を間に挟んで間接に接触する（図２参照）。これにより、絶縁体１０が、主体金具５０の加締部５３と第２環状面５６との間に挟まれる態様で、主体金具５０に固定される。さらには、第１環状面１１と第２環状面５６とが板パッキン８（介在部材）に密着することで、絶縁体１０の第１環状面１１と主体金具５０の第２環状面５６との間が気密になり、燃焼ガスの漏出が抑制される。

接地電極３０は、屈曲板状をなし、一端が主体金具５０の先端面５０ｂに固定（接合）され、他端が中心電極２０と対向する電極である。接地電極３０のうち中心電極２０の電極チップ２９と対向する位置に、電極チップ３９が設けられている。従って、スパークプラグ１００では、中心電極２０の電極チップ２９と接地電極３０の電極チップ３９との間で、火花放電が発生する。

端子金具４０は、外部から給電を受けるための端子であり、軸線方向ＤＸに延びる棒状をなしている。この端子金具４０は、その後端部４１が絶縁体１０の軸孔１２から後端側に露出する態様で、絶縁体１０の軸孔１２内に挿入されている。

また、絶縁体１０の軸孔１２内のうち、端子金具４０と中心電極２０との間には、電気的なノイズを抑制するための抵抗体３が配置されている。この抵抗体３は、導電性材料（例えば、ガラスと炭素粒子とセラミック粒子との混合物）を用いて形成されている。さらに、抵抗体３と中心電極２０との間には、シール部２が配置されている。このシール部２は、導電性材料（例えば、抵抗体３を構成するガラスと同等のガラスと金属粒子との混合物）を用いて形成されている。これにより、中心電極２０は、シール部２及び抵抗体３を通じて、端子金具４０に電気的に接続されている。

なお、スパークプラグ１００の製造の際には、中心電極２０は、絶縁体１０の後端側（図１において上方）から軸孔１２内に挿入される。挿入された中心電極２０は、絶縁体１０の内側テーパ面１３（図３参照）に支持されることにより、軸孔１２内の所定位置に配置される。次に、シール部２の材料粉末の投入と投入された粉末材料の成形を行い、その後、抵抗体３の材料粉末の投入と投入された粉末材料の成形を行う。粉末材料は、絶縁体１０の後端側から軸孔１２内に投入される。次に、投入した材料粉末に含まれるガラス成分の軟化点よりも高い所定温度にまで絶縁体１０を加熱した状態で、端子金具４０を、絶縁体１０の後端側（図１において上方）から軸孔１２内に挿入する。これにより、投入した材料粉末が圧縮および焼結されて、シール部２及び抵抗体３が形成されると共に、端子金具４０が絶縁体１０に固定される。

端子金具４０の後端部４１には、プラグキャップ（図示せず）を介して高圧ケーブル（図示せず）が接続される。これにより、端子金具４０とシリンダヘッド２００との間に高電圧が印加され、シリンダヘッド２００に導通する接地電極３０と端子金具４０に導通する中心電極２０との間に火花放電が生じる。

ところで、スパークプラグ１００では、前述したように、絶縁体１０が、主体金具５０の先端面５０ｂから先端側に突出する突出部１５ｂを有している。これにより、絶縁体が主体金具の先端面から先端側に突出していないスパークプラグに比べて、中心電極２０と主体金具５０との間の絶縁体１０の表面を通じた沿面距離を大きくすることができるので、絶縁体１０の表面を通じた中心電極２０と主体金具５０との間における沿面放電を発生し難くできる。

さらに、スパークプラグ１００では、前述したように、絶縁体１０の外周面１０ｃの一部であって突出部１５ｂよりも後端側に位置する第１環状面１１と、主体金具５０の内周面５０ｄの一部であって第１環状面１１に対向する第２環状面５６とが、板パッキン８（介在部材）を間に挟んで間接に接触している（図２参照）。従って、スパークプラグ１００では、燃焼室２０６内の高温ガスに晒されて高温になる発火部（具体的には、絶縁体１０の先端側部分及び中心電極２０の先端側部分）の熱が、板パッキン８（介在部材）を通じて絶縁体１０の第１環状面１１から主体金具５０の第２環状面５６に伝わり、さらに、主体金具５０のネジ部５２等からエンジンＥＧのシリンダヘッド２００に伝わることで、絶縁体１０の先端側部分及び中心電極２０の先端側部分の熱が、スパークプラグ１００の外部に放出（熱引き）される。

さらに、スパークプラグ１００では、絶縁体１０のうち軸孔１２を構成する円筒状の内周面１０ｄが、第１筒状面１０ｆと第２筒状面１０ｇとを有している（図１及び図３参照）。このうち、第１筒状面１０ｆは、軸線方向ＤＸに延びる円筒状をなし、中心電極２０の外周面２０ｃに近接または接触する。なお、「第１筒状面１０ｆが、中心電極２０の外周面２０ｃに近接する」とは、「第１筒状面１０ｆが、中心電極２０の外周面２０ｃとの間に０．２ｍｍ以下の間隙を空けて離間する」ことをいう。従って、本実施形態のスパークプラグ１００では、第１筒状面１０ｆは、中心電極２０の外周面２０ｃに接触している、または、中心電極２０の外周面２０ｃとの間に０．２ｍｍ以下の間隙を空けて離間（すなわち近接）している。また、第２筒状面１０ｇは、第１筒状面１０ｆに隣接して、第１筒状面１０ｆとの境界Ｋから径方向ＤＲについて外側（図３の切断面において、軸線ＡＸから左右に遠ざかる方向）に拡がる形態の拡径面１０ｊを有し、第１筒状面１０ｆとの境界Ｋから絶縁体１０の先端１０ｂまで延びる円筒状をなしている（図１及び図３参照）。より具体的には、第２筒状面１０ｇは、拡径面１０ｊと、この拡径面１０ｊの先端（図１及び図３において下端）から軸線方向ＤＸについて先端側に真っ直ぐ延びる直筒状面１０ｋとからなる。

このスパークプラグ１００は、絶縁体１０の第２筒状面１０ｇと中心電極２０の外周面２０ｃとによって囲まれて、先端側（図３において下側）に開口する開口空間Ｓを有する（図３参照）。さらに、スパークプラグ１００では、主体金具５０の先端面５０ｂが位置する軸線方向ＤＸの位置（図３において二点鎖線で示す基準位置Ｌ）において、開口空間Ｓを挟んで位置する中心電極２０の外周面２０ｃと絶縁体１０の第２筒状面１０ｇとの間隙寸法Ｂ（径方向ＤＲについての間隙寸法）が、絶縁体１０の外周面１０ｃと主体金具５０の内周面５０ｄとの間隙寸法Ａ（径方向ＤＲについての間隙寸法）よりも大きくされている（図３参照）。なお、本実施形態のスパークプラグ１００では、間隙寸法Ａは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内の値とされ、間隙寸法Ｂは、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内の値とされる。

このような構造のスパークプラグ１００では、中心電極２０の熱の多くは、第１筒状面１０ｆを通じて絶縁体１０に伝わり、さらに、絶縁体１０から主体金具５０に伝わることによって、スパークプラグ１００の外部に放出（熱引き）される。このため、第１筒状面１０ｆが大きいほど（具体的には、第１筒状面１０ｆの軸線方向ＤＸの長さが長いほど）、中心電極２０の熱引きが良好になり、その結果、スパークプラグ１００の熱価が高くなる。

また、絶縁体１０の熱は、従来と同様に、板パッキン８を通じて絶縁体１０の第１環状面１１から主体金具５０の第２環状面５６に伝わる。さらには、従来と異なり、間隙寸法Ａ＜間隙寸法Ｂとされているので、絶縁体１０の外周面１０ｃのうち第１環状面１１よりも先端側に位置する外周部１０ｓ（先端側第２胴部１５の外周面）から、間隙を通じて、主体金具５０の内周面５０ｄのうち第２環状面５６よりも先端側に位置する内周部５０ｓにも伝わり易くなる。特に、本実施形態では、間隙寸法Ａを小さくして、絶縁体１０の外周部１０ｓと主体金具５０の内周部５０ｓを近接させているので、両者の間隙を通じて絶縁体１０の外周部１０ｓから主体金具５０の内周部５０ｓに熱が伝わり易くなっている。

以上のことから、スパークプラグ１００は、絶縁体１０のみを変更することで熱価を変更することが可能な構造を有するスパークプラグであるといえる。具体的には、絶縁体１０の第１筒状面１０ｆと第２筒状面１０ｇとの境界Ｋの軸線方向位置（軸線方向ＤＸについての位置、図３において上下方向の位置）を変更することで、スパークプラグの熱価を変更することができる。

ここで、実施形態のスパークプラグ１００と変形形態１のスパークプラグ４００とを比較して、具体的に説明する。変形形態１のスパークプラグ４００は、図４に示すように、実施形態のスパークプラグ１００と比較して、境界Ｋの軸線方向位置（軸線方向ＤＸの位置）がスパークプラグ１００よりも先端側に位置するように、絶縁体を変更した点のみが異なるスパークプラグである。従って、変形形態１のスパークプラグ４００でも、主体金具５０の先端面５０ｂが位置する軸線方向ＤＸの位置（基準位置Ｌ）において、開口空間Ｓを挟んで位置する中心電極２０の外周面２０ｃと絶縁体４１０の第２筒状面４１０ｇ（内周面４１０ｄ）との間隙寸法Ｂが、絶縁体４１０の外周面４１０ｃと主体金具５０の内周面５０ｄとの間隙寸法Ａよりも大きくされている（図４参照）。なお、図４には、実施形態のスパークプラグ１００の拡径面１０ｊを、二点鎖線で示している。

変形形態１のスパークプラグ４００では、図４に示すように、絶縁体４１０の第２筒状面４１０ｇを、スパークプラグ１００の直筒状面１０ｋと同等の直筒状面４１０ｋと、スパークプラグ１００の拡径面１０ｊよりも軸線方向ＤＸの長さが短い拡径面４１０ｊとにより構成している。これにより、変形形態１のスパークプラグ４００では、実施形態のスパークプラグ１００に比べて、絶縁体４１０の第１筒状面４１０ｆと第２筒状面４１０ｇとの境界Ｋの軸線方向位置が、先端側（図４において下側）に位置することになる。なお、変形形態１の拡径面４１０ｊの形態は、実施形態の拡径面１０ｊの形態と同様に、境界Ｋから、径方向ＤＲについて外側に拡がりつつ軸線方向ＤＸについて先端側に変位する円筒状をなしている。

図４に示すように、変形形態１のスパークプラグ４００では、実施形態のスパークプラグ１００に比べて、境界Ｋの軸線方向位置を先端側に変更することで、絶縁体４１０の第１筒状面４１０ｆ（中心電極２０の外周面２０ｃに近接または接触する部位）の軸線方向ＤＸの長さが長くなる（従って、第１筒状面４１０ｆの面積が大きくなる）ので、中心電極２０の熱引きが良好になる。さらには、変形形態１のスパークプラグ４００では、実施形態のスパークプラグ１００に比べて、高温のガスに晒される絶縁体４１０の第２筒状面４１０ｇ（先端側に開口する開口空間Ｓを構成する面）の面積が小さくなるので、絶縁体４１０の温度が上昇し難くなる。従って、絶縁体４１０の第１筒状面４１０ｆと第２筒状面４１０ｇとの境界Ｋの軸線方向位置を先端側に変更することで、熱価を高めることができる。

また、スパークプラグ１００では、前述したように、絶縁体１０の第１環状面１１が、板パッキン８（介在部材）を間に挟んで、主体金具５０の第２環状面５６を、後端側から先端側に押圧している（図２参照）。従って、絶縁体１０のうち第１環状面１１及びその近傍の部位には、主体金具５０の第２環状面５６からの反力が作用する。このため、絶縁体１０は、第１環状面１１が位置する部位の肉厚が厚いほど、第２環状面５６からの反力に対する強度が高くなるので好ましい。

これに対し、スパークプラグ１００では、絶縁体１０の第１環状面１１を、拡径面１０ｊよりも後端側（図３において上側）に設けている。従って、絶縁体１０の第１環状面１１を、開口空間Ｓよりも後端側に設けている。絶縁体１０のうち開口空間Ｓを構成する内周面１０ｄ（具体的には、第２筒状面１０ｇ）を有する部位の肉厚は、開口空間Ｓの径方向寸法の分だけ薄くなるので、強度が低下する。一方、絶縁体１０のうち拡径面１０ｊよりも後端側に位置する部位は、開口空間Ｓを構成する内周面１０ｄ（具体的には、第２筒状面１０ｇ）を有する部位よりも肉厚が厚い。従って、絶縁体１０の第１環状面１１を拡径面１０ｊよりも後端側に設けることで、第２環状面５６からの反力に対する強度を高くすることができるので、第１環状面１１の近傍で前記反力によって絶縁体１０が折れるなどの不具合を防止できる。

ところで、従来、スパークプラグを装着したエンジンでは、ＬＳＰＩ（Low Speed Pre-Ignition）が発生することがあった。ここで、ＬＳＰＩとは、スパークプラグの先端側に開口する開口空間（ガスボリューム）内に、燃焼後の高温ガスが滞留し、この状態で、新たに混合ガス（燃料と空気の混合ガス）が燃焼室内に供給された場合に、スパークプラグにおいて火花放電を発生させる前に、高温ガスが滞留している前記開口空間内において着火してしまう現象（異常燃焼）をいう。

これに対し、本実施形態のスパークプラグ１００では、拡径面１０ｊが、第１筒状面１０ｆとの境界Ｋから、径方向ＤＲについて外側に拡がりつつ軸線方向ＤＸについて先端側に変位する円筒状をなしている（図３参照）。換言すれば、拡径面１０ｊは、軸線方向ＤＸについて先端側に向かう（変位する）にしたがって中心電極２０の外周面２０ｃとの間隙寸法が大きくなる形状をなしている。これにより、例えば、拡径面を、軸線方向ＤＸに変位することなく第１筒状面１０ｆとの境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がる環状平面とした場合に比べて、開口空間Ｓの体積を小さくすることができる。開口空間Ｓの体積を小さくすることによって、燃焼後に開口空間Ｓ内に滞留する高温ガスの体積を低減することができるので、ＬＳＰＩを発生し難くすることができる。

ここで、実施形態のスパークプラグ１００と変形形態２のスパークプラグ５００とを比較して、具体的に説明する。変形形態２のスパークプラグ５００は、図５に示すように、絶縁体５１０の拡径面５１０ｊが、軸線方向ＤＸに変位することなく第１筒状面５１０ｆとの境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がる環状平面とされている。なお、変形形態２のスパークプラグ５００でも、主体金具５０の先端面５０ｂが位置する軸線方向ＤＸの位置（基準位置Ｌ）において、開口空間Ｓを挟んで位置する中心電極２０の外周面２０ｃと絶縁体５１０の第２筒状面５１０ｇ（内周面５１０ｄ）との間隙寸法Ｂが、絶縁体５１０の外周面５１０ｃと主体金具５０の内周面５０ｄとの間隙寸法Ａよりも大きくされている（図５参照）。図５には、実施形態のスパークプラグ１００の拡径面１０ｊを、二点鎖線で示している。

変形形態２のスパークプラグ５００では、図５に示すように、絶縁体５１０の第２筒状面５１０ｇを、軸線方向ＤＸに変位することなく第１筒状面５１０ｆとの境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がる円環状の拡径面５１０ｊと、拡径面５１０ｊの外周から軸線方向ＤＸについて先端側に真っ直ぐ延びる直筒状面５１０ｋとにより構成している。なお、変形形態２のスパークプラグ５００における境界Ｋの位置は、実施形態のスパークプラグ１００と同等である。

図３及び図５からわかるように、実施形態のスパークプラグ１００にかかる開口空間Ｓの体積は、変形形態２のスパークプラグ５００にかかる開口空間Ｓの体積よりも小さくなっている。従って、実施形態のスパークプラグ１００では、変形形態２のスパークプラグ５００に比べて、燃焼後に開口空間Ｓ内に滞留する高温ガスの体積を低減することができるので、ＬＳＰＩを発生し難くすることができる。

なお、軸線方向ＤＸに変位することなく第１筒状面５１０ｆとの境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がる円環状の拡径面５１０ｊを有する変形形態２のスパークプラグ５００についても、絶縁体５１０のみを変更することで熱価を変更することが可能な構造を有するスパークプラグであるといえる。具体的には、絶縁体５１０の第１筒状面５１０ｆと第２筒状面５１０ｇとの境界Ｋの軸線方向位置（軸線方向ＤＸについての位置、図５において上下方向の位置）を変更することで、中心電極２０の外周面２０ｃに近接または接触する第１筒状面５１０ｆの長さ（すなわち、熱伝導面積）を変更することができるので、スパークプラグの熱価を変更することができる。

以上において、本発明を実施形態及び変形形態１，２に即して説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、実施形態では、第２筒状面を、境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がりつつ軸線方向ＤＸについて先端側に変位する形態の拡径面１０ｊと、この拡径面１０ｊの先端から軸線方向ＤＸについて先端側に真っ直ぐ延びる直筒状面１０ｋとからなる第２筒状面１０ｇとした（図３参照）。しかしながら、第２筒状面を、境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がりつつ軸線方向ＤＸについて先端側に変位する形態の拡径面のみによって構成するようにしても良い。

また、変形形態２では、拡径面を、軸線方向ＤＸに変位することなく境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がる円環状の拡径面５１０ｊとした（図５参照）。しかしながら、図６に示す変形形態３にかかるスパークプラグ６００のように、拡径面を、軸線方向ＤＸに変位することなく境界Ｋから径方向ＤＲについて外側に拡がる円環状の第１拡径面６１０ｊと、この第１拡径面６１０ｊの外周から径方向ＤＲについて外側に拡がりつつ軸線方向ＤＸについて先端側に変位する円筒状の第２拡径面６１０ｍとからなる拡径面としても良い。

変形形態３のスパークプラグ６００は、絶縁体６１０の第２筒状面として、第１拡径面６１０ｊと、第２拡径面６１０ｍと、第２拡径面６１０ｍの先端から軸線方向ＤＸについて先端側に真っ直ぐ延びる直筒状面６１０ｋとからなる第２筒状面６１０ｇを有する。また、変形形態３のスパークプラグ６００でも、主体金具５０の先端面５０ｂが位置する軸線方向ＤＸの位置（基準位置Ｌ）において、開口空間Ｓを挟んで位置する中心電極２０の外周面２０ｃと絶縁体６１０の第２筒状面６１０ｇ（内周面６１０ｄ）との間隙寸法Ｂが、絶縁体６１０の外周面６１０ｃと主体金具５０の内周面５０ｄとの間隙寸法Ａよりも大きくされている（図６参照）。

また、実施形態のスパークプラグ１００では、絶縁体１０の軸孔１２内のうち端子金具４０と中心電極２０との間に、シール部２と抵抗体３とを設けた（図１参照）が、シール部２と抵抗体３に加えて、シール部２と同等の材料からなるシール部を設けるようにしても良い。具体的には、絶縁体１０の軸孔１２内のうち、端子金具４０と抵抗体３との間に、シール部２と同等の材料からなるシール部を設けるようにしても良い。

８ 板パッキン（介在部材）
１０，４１０，５１０，６１０ 絶縁体
１０ｂ 先端
１０ｃ，４１０ｃ，５１０ｃ，６１０ｃ 外周面
１０ｄ，４１０ｄ，５１０ｄ，６１０ｄ 内周面
１０ｆ，４１０ｆ，５１０ｆ，６１０ｆ 第１筒状面
１０ｇ，４１０ｇ，５１０ｇ，６１０ｇ 第２筒状面
１０ｊ，４１０ｊ，５１０ｊ 拡径面
１１ 第１環状面
１２ 軸孔
１５ｂ 突出部
２０ 中心電極
２０ｃ 外周面
３０ 接地電極
４０ 端子金具
５０ 主体金具
５０ｂ 先端面
５０ｄ 内周面
５６ 第２環状面
１００，４００，５００，６００ スパークプラグ
６１０ｊ 第１拡径面（拡径面）
６１０ｍ 第２拡径面（拡径面）
ＡＸ 軸線
ＤＲ 径方向
ＤＸ 軸線方向
Ｋ 境界
Ｓ 開口空間

Claims (3)

1. 軸線方向について先端側から後端側に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の内部に挿入された中心電極と、
   前記絶縁体の周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端面に固定された接地電極と、を備える
   スパークプラグにおいて、
   前記絶縁体は、前記主体金具の前記先端面から前記先端側に突出する突出部を有し、
   前記絶縁体の外周面の一部であって前記突出部よりも前記後端側に位置する環状の第１環状面と、前記主体金具の内周面の一部であって前記第１環状面に対向する環状の第２環状面とが、直接または介在部材を間に挟んで間接に接触しており、
   前記絶縁体のうち前記軸孔を構成する内周面は、
   前記軸線方向に延びる筒状をなし、前記中心電極の外周面に近接または接触する第１筒状面と、
   前記第１筒状面に隣接して、前記第１筒状面との境界から径方向について外側に拡がる形態の拡径面を有し、前記境界から前記絶縁体の先端まで延びる筒状の第２筒状面と、を備え、
   前記スパークプラグは、
   前記絶縁体の前記第２筒状面と前記中心電極の前記外周面とによって囲まれて、前記先端側に開口する開口空間を有し、
   前記主体金具の前記先端面が位置する前記軸線方向の位置において、前記開口空間を挟んで位置する前記中心電極の前記外周面と前記絶縁体の前記第２筒状面との間隙寸法は、前記絶縁体の前記外周面と前記主体金具の前記内周面との間隙寸法よりも大きい
   スパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、
   前記絶縁体の前記第１環状面が前記主体金具の前記第２環状面を前記後端側から前記先端側に押圧する態様で、前記第１環状面と前記第２環状面とが直接または前記介在部材を間に挟んで間接に接触しており、
   前記第１環状面は、前記拡径面よりも前記後端側に位置する
   スパークプラグ。
3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグであって、
   前記拡径面は、前記第１筒状面との前記境界から、前記径方向について前記外側に拡がりつつ前記軸線方向について前記先端側に変位する形態である
   スパークプラグ。

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