JP2021077551A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】主体金具に対する絶縁体の偏心を抑制できるスパークプラグを提供すること。
【解決手段】スパークプラグは、自身の外周に軸線方向の先端側に向かうにつれて外径が小さくなる段部を有する筒状の絶縁体と、絶縁体の軸孔に配置される中心電極と、自身の内周に軸線方向の先端側に向かうにつれて内径が小さくなる棚部を備え、パッキンを介して段部が棚部に係止された状態で絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備え、段部および棚部のいずれか一方のうちパッキンが接する部分に凹部が形成され、段部および棚部の他方のうちパッキンが接する部分に、凹部の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明はスパークプラグに関し、特に主体金具と絶縁体との間にパッキンが介在するスパークプラグに関するものである。

パッキンを介して絶縁体を主体金具のテーパ部に係止するスパークプラグにおいて、テーパ部に溝を設ける技術が知られている（特許文献１）。特許文献１の技術では、パッキンを介して絶縁体を主体金具に係止するときに、パッキンが変形して溝にパッキンの一部が入り込むので、テーパ部（主体金具）に対するパッキンの径方向の移動を抑制できる。

特開２０１０−１９２１８４号公報

しかしながら上記技術では、パッキンを介して絶縁体を主体金具に係止するときに、パッキンに対して絶縁体が径方向に移動するおそれがある。パッキンに対して絶縁体が径方向に移動すると、主体金具に対して絶縁体が偏心するので、主体金具の内周面と絶縁体の外周面との間の距離が短いところで、主体金具と絶縁体との間の放電（以下「横飛火」と称す）が発生し易くなり、失火を招き易くなる。

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、主体金具に対する絶縁体の偏心を抑制できるスパークプラグを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、先端側から後端側へと軸線の方向に延びる軸孔と、自身の外周に軸線方向の先端側に向かうにつれて外径が小さくなる段部と、を有する筒状の絶縁体と、軸孔に配置される中心電極と、自身の内周に軸線方向の先端側に向かうにつれて内径が小さくなる棚部を備え、パッキンを介して段部が棚部に係止された状態で絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備え、段部および棚部のいずれか一方のうちパッキンが接する部分に凹部が形成され、段部および棚部の他方のうちパッキンが接する部分に、凹部の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部が形成されている。

請求項１記載のスパークプラグによれば、絶縁体の段部および主体金具の棚部のいずれか一方のうちパッキンが接する部分に凹部が形成され、段部および棚部の他方のうちパッキンが接する部分に、凹部の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部が形成されている。パッキンを介して絶縁体を主体金具に係止するときに、パッキンに凸部が入り込み、凸部に押されたパッキンの一部が凹部に入り込むので、棚部に対するパッキンの径方向の移動を抑制し、パッキンに対する絶縁体の径方向の移動を抑制できる。よって、主体金具に対する絶縁体の偏心を抑制できる。

請求項２記載のスパークプラグによれば、凸部の高さは凹部の深さよりも小さいので、凸部の高さが凹部の深さよりも大きい場合に比べ、パッキンに入り込んだ凸部に加わる荷重を小さくできる。よって、請求項１の効果に加え、凸部が形成された段部または棚部の破損を抑制できる。

請求項３記載のスパークプラグによれば、段部（絶縁体）に形成された凹部の位置における絶縁体の径方向の厚さの最小値は、凹部よりも先端側における主体金具の内周のうち軸線に最も近い部位の内側における絶縁体の径方向の厚さよりも大きい。よって、請求項1又は２の効果に加え、凹部の位置において絶縁体を貫通する絶縁破壊を生じ難くできる。

請求項４記載のスパークプラグによれば、凹部は棚部（主体金具）に形成されている。従って、請求項1又は２の効果に加え、凹部にパッキンの一部が入り込んで棚部に生じる引張応力による棚部の破損を抑制できる。

請求項５記載のスパークプラグによれば、棚部の径方向における凹部の中心は、棚部の径方向の中心よりも径方向の外側に位置する。これにより棚部の根元と凹部との間の距離を短くできるので、パッキンを介して絶縁体（段部）を主体金具（棚部）に係止するときに、凹部に作用する力のモーメントを抑制できる。よって、請求項４の効果に加え、さらに棚部を破損させ難くできる。

請求項６記載のスパークプラグによれば、段部および棚部のいずれかに形成された凹部とパッキンの母材との間に金属部材が挟まれる。金属部材のビッカース硬度は、母材のビッカース硬度よりも低いので、パッキンを介して絶縁体を主体金具に係止するときに、凹部が形成された段部または棚部に金属部材を密着させることができる。よって、請求項１から５のいずれかの効果に加え、パッキンの気密性を向上できると共に、金属部材によりパッキンの熱抵抗を抑制できる。

請求項７記載のスパークプラグによれば、パッキンは、母材の表面の少なくとも一部に金属層が形成される。金属層は、凹部が形成された段部および棚部のいずれかと母材との間に挟まれる。金属層のビッカース硬度は、母材のビッカース硬度よりも低いので、パッキンを介して絶縁体を主体金具に係止するときに、凹部が形成された段部または棚部に金属層を密着させることができる。金属層と段部や棚部との接触面積を拡大できるので、請求項１から６のいずれかの効果に加え、パッキンによる気密性を向上できると共に、パッキンの熱抵抗を抑制できる。

請求項８記載のスパークプラグによれば、凹部および凸部は、角および隅に丸み面取りが施されているので、凹部や凸部の角や隅を起点とする割れの発生を抑制できる。よって、請求項１から７のいずれかの効果に加え、段部および棚部を破損させ難くできる。

第１実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 図１のＩＩで示す部分を拡大したスパークプラグの部分断面図である。 第２実施の形態におけるスパークプラグの部分断面図である。 第３実施の形態におけるスパークプラグの部分断面図である。 第４実施の形態におけるスパークプラグの部分断面図である。 第５実施の形態におけるスパークプラグの部分断面図である。 第６実施の形態におけるスパークプラグの部分断面図である。 第７実施の形態におけるスパークプラグの部分断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図２は図１のＩＩで示す部分を拡大したスパークプラグ１０の部分断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という（他の図においても同じ）。図１に示すようにスパークプラグ１０は、絶縁体１１、主体金具２０及びパッキン３０を備えている。

絶縁体１１は、高温下の絶縁性や機械的特性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体１１には、軸線Ｏに沿って延びる軸孔１２が形成されている。絶縁体１１の軸線方向のほぼ中央には、径方向の外側へ向かって張り出す円環状の張出部１３が形成されている。絶縁体１１の外周には、張出部１３よりも先端側に、軸線方向の先端側に向かうにつれて外径が小さくなる段部１４（図２参照）が設けられている。絶縁体１１の軸孔１２の先端側に、中心電極１５が配置されている。

中心電極１５は、軸線Ｏに沿って絶縁体１１に保持される棒状の電極である。中心電極１５は、熱伝導性に優れる芯材が母材に埋設されている。母材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる金属材料で形成されており、芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。芯材は省略できる。

中心電極１５は、絶縁体１１の軸孔１２の中で端子金具１６と電気的に接続されている。端子金具１６は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。

主体金具２０は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具２０は、絶縁体１１の張出部１３よりも先端側の部分を囲む先端部２１と、先端部２１の後端側に連なる座部２３と、座部２３の後端側に配置される工具係合部２４と、工具係合部２４の後端側に連なる後端部２５と、を備えている。先端部２１の外周面には、先端部２１の軸線方向のほぼ全長に亘って、エンジン（図示せず）のねじ穴に螺合するおねじ２２が形成されている。先端部２１の内周には、軸線方向の先端側に向かうにつれて内径が小さくなる棚部２６（図２参照）が設けられている。

座部２３は、エンジンに対するおねじ２２のねじ込み量を規制すると共に、おねじ２２とねじ穴との隙間を塞ぐための部位である。工具係合部２４は、エンジンのねじ穴におねじ２２をねじ込むときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。後端部２５は、径方向の内側へ向けて屈曲する円環状の部位である。後端部２５は、絶縁体１１の張出部１３よりも後端側に位置する。

接地電極２７は、主体金具２０の先端部２１に接続された棒状の金属製（例えばニッケル基合金製）の部材である。接地電極２７は中心電極１５との間に火花ギャップを形成する。絶縁体１１の張出部１３と主体金具２０の後端部２５との間に、タルク等の粉末が充填されたシール部２８が全周に亘って設けられている。

図２に示すように、絶縁体１１の段部１４と主体金具２０の棚部２６との間にパッキン３０が介在する。パッキン３０は、主体金具２０を構成する金属材料よりも軟質の鉄や鋼などの金属材料で形成される円環状の板材である。

スパークプラグ１０を製造する工程において、主体金具２０の棚部２６と絶縁体１１の段部１４との間にパッキン３０を配置した状態で、絶縁体１１に主体金具２０が組み付けられる。主体金具２０の棚部２６から後端部２５（図１参照）までの部分は、絶縁体１１の段部１４から張出部１３までの部分に、パッキン３０及びシール部２８を介して軸線方向の圧縮荷重を加える。その結果、主体金具２０は絶縁体１１を保持し、パッキン３０に軸線方向の圧縮荷重が加えられる。絶縁体１１の段部１４は、パッキン３０を介して主体金具２０の棚部２６に係止される。

主体金具２０の棚部２６のうちパッキン３０が接する部位（以下「第１部３１」と称す）に、凹部３２が形成されている。本実施形態では、凹部３２は第１部３１の全周に連続して形成された、断面が四角形の溝である。

絶縁体１１の段部１４のうちパッキン３０が接する部位（以下「第２部３５」と称す）に、凹部３２の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部３６が形成されている。本実施形態では、凸部３６は第２部３５の全周に連続して形成された、断面が四角形の線条である。凸部３６の先端面３７は、軸線Ｏ（図１参照）に対して傾斜する傾斜面である。先端面３７は、径方向の内側へ向かうにつれて先端側に位置するように傾斜しており、先端面３７は第１部３１に平行に形成されている。

凹部３２の軸線方向に凸部３６の少なくとも一部が重なるので、パッキン３０を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときに、パッキン３０に凸部３６が入り込み、凸部３６に押されたパッキン３０の一部が凹部３２に入り込む。これにより棚部２６に対するパッキン３０の径方向の移動を抑制し、パッキン３０に対する絶縁体１１の径方向の移動を抑制できる。よって、主体金具２０に対する絶縁体１１の偏心を抑制できる。その結果、主体金具２０と絶縁体１１との間の空間距離が短いところで生じ易い横飛火の発生を抑制できる。

また、パッキン３０に凸部３６が入り込み、パッキン３０の一部が凹部３２に入り込むので、パッキン３０を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときの、パッキン３０の径方向の移動を抑制できる。これにより径方向に移動したパッキン３０が絶縁体１１を圧迫することによって生じる絶縁体１１の破損を抑制できる。

凸部３６の先端面３７は第１部３１に平行なので、主体金具２０に対して絶縁体１１が軸線方向に相対移動して凸部３６がパッキン３０に入り込むときに、パッキン３０を径方向に移動させる力（先端面３７に作用する径方向の反力）を弱くできる。よって、パッキン３０の径方向の移動をさらに抑制できる。

パッキン３０を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときの、パッキン３０の径方向の移動を抑制できるので、パッキン３０に加える軸線方向の圧縮荷重をより大きくできる。その結果、パッキン３０による気密性を向上できる。

パッキン３０に加わる軸線方向の圧縮荷重が大きくなると、パッキン３０が接触する第１部３１及び第２部３５の面積が大きくなり、パッキン３０の厚さが薄くなる。パッキン３０の熱抵抗は、パッキン３０の厚さに比例し、パッキン３０の面積に反比例するので、パッキン３０の熱抵抗を小さくできる。これにより絶縁体１１からパッキン３０を通って主体金具２０に移動する熱流量を大きくできるので、絶縁体１１が火種となるプレイグニッションの抑制が期待できる。

第２部３５からの凸部３６の高さＨは、第１部３１からの凹部３２の深さＤよりも小さい。凸部３６の高さＨが凹部３２の深さＤよりも大きい場合に比べ、パッキン３０に入り込んだ凸部３６に加わる荷重を小さくできる。よって、凸部３６が形成された段部１４の破損を抑制できる。

凸部３６の体積は凹部３２の体積より小さいので、凸部３６がパッキン３０に入り込むことによって変形したパッキン３０の一部を凹部３２に収容できる。その結果、凹部３２に収容されずに径方向にはみ出すパッキン３０の体積を小さくできるので、径方向にはみ出したパッキン３０が絶縁体１１を圧迫することによって生じる絶縁体１１の破損を抑制できる。

凹部３２は主体金具２０の棚部２６に形成されているので、凹部３２が絶縁体１１の段部１４に形成される場合に比べ、凹部３２にパッキン３０の一部が入り込んで生じる引張応力による棚部２６の破損を抑制できる。

棚部２６の径方向（図２左右方向）における凹部３２の中心Ｍ２は、棚部２６の径方向の中心Ｍ１よりも径方向の外側に位置する。凹部３２は棚部２６の破壊の起点になる可能性があるが、径方向における凹部３２の中心Ｍ２を、棚部２６の径方向の中心Ｍ１よりも径方向の外側にすることで、棚部２６の根元と凹部３２との間の距離を短くできる。これによりパッキン３０を介して段部１４を棚部２６に係止するときに、凹部３２に作用する力のモーメントを抑制できる。よって、棚部２６をさらに破損させ難くできる。

なお、棚部２６の径方向の中心Ｍ１は、棚部２６のうち軸線Ｏ（図１参照）に最も近い部位と棚部２６の径方向の外側の端とを結ぶ線分の中点の位置に等しい。凹部３２の径方向の中心Ｍ２は、凹部３２の径方向の内側の縁３３と凹部３２の径方向の外側の縁３４とを結ぶ線分の中点の位置に等しい。

図３を参照して第２実施の形態について説明する。第２実施形態では、パッキン４１の表面に金属層４３が設けられている場合について説明する。なお、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図３は、第２実施形態におけるスパークプラグ４０の軸線Ｏを含む部分断面図であり、図２と同様に、図１のＩＩで示す部分が拡大して図示されている（図４から図８においても同じ）。

図３に示すようにスパークプラグ４０は、絶縁体１１の段部１４と主体金具２０の棚部２６との間にパッキン４１が介在する。パッキン４１は、母材４２と、母材４２の表面に形成された金属層４３と、を備えている。母材４２は、鉄や鋼などの金属材料で形成される円環状の板材である。金属層４３は、母材４２を構成する金属材料よりも軟質のＺｎ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｓｎ等の金属材料を含む。金属層４３は、めっき、溶射、蒸着、化成処理などにより母材４２の表面に形成される。例えばＺｎの表面にクロメート処理を施す等、金属層４３を複数層にすることは当然可能である。

金属層４３のビッカース硬度は、母材４２のビッカース硬度よりも低い。ビッカース硬度はＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠して測定される。母材４２及び金属層４３のビッカース硬度は、スパークプラグ４０を分解してパッキン４１を取り出して測定される。金属層４３で母材４２の表面が全て覆われているパッキン４１は、研磨などによって金属層４３を取り除き、母材４２を露出させて母材４２のビッカース硬度を測定する。

主体金具２０の棚部２６のうちパッキン４１が接する第１部４４に、凹部４５が形成されている。本実施形態では、凹部４５は第１部４４の全周に連続して形成された、断面が半円状の溝である。絶縁体１１の段部１４のうちパッキン４１が接する第２部４８に、凹部４５の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部４９が形成されている。本実施形態では、凸部４９は第２部４８の全周に連続して形成された、断面が半円状の線条である。

パッキン４１を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときに、パッキン４１に凸部４９が入り込み、凸部４９に押されたパッキン４１の一部が凹部４５に入り込む。よって、棚部２６に対するパッキン４１の径方向の移動を抑制し、パッキン４１に対する絶縁体１１の径方向の移動を抑制できる。

凹部４５及び凸部４９は断面が半円状なので、凹部４５や凸部４９の応力集中を抑制できる。これにより、凹部４５及び凸部４９が原因となる割れの発生を抑制できるので、段部１４及び棚部２６を破損させ難くできる。

パッキン４１の金属層４３は、凹部４５が形成された棚部２６と母材４２との間に挟まれる。金属層４３の厚さは凹部４５の深さＤよりも薄いので、凹部４５に母材４２及び金属層４３の一部が入り込む。金属層４３のビッカース硬度は、母材４２のビッカース硬度よりも低いので、パッキン４１を介して絶縁体１１を主体金具２０に係止するときに、凹部４５が形成された棚部２６に金属層４３を密着させることができる。軟らかい金属層４３と棚部２６との接触面積を拡大できるので、パッキン４１による気密性を向上できると共に、パッキン４１の熱抵抗を抑制できる。

第２部４８からの凸部４９の高さＨは、第１部４４からの凹部４５の深さＤよりも小さい。棚部２６の径方向（図３左右方向）における凹部４５の中心Ｍ２は、棚部２６の径方向の中心Ｍ１よりも径方向の外側に位置する。なお、凹部４５の径方向の中心Ｍ２は、凹部４５の径方向の内側の縁４６と凹部４５の径方向の外側の縁４７とを結ぶ線分の中点の位置に等しい。これらの構成は第１実施形態におけるスパークプラグ１０と同様の構成であり、これらの構成による作用効果は、第１実施形態と同様である。

図４を参照して第３実施の形態について説明する。第２実施形態では、母材４２の表面に金属層４３が形成されたパッキン４１を用いる場合について説明した。これに対し第３実施形態では、母材５２に金属部材５３を重ねたパッキン５１を用いる場合について説明する。なお、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４は、第３実施形態におけるスパークプラグ５０の軸線Ｏを含む部分断面図である。

図４に示すようにスパークプラグ５０は、絶縁体１１の段部１４と主体金具２０の棚部２６との間にパッキン５１が介在する。パッキン５１は、母材５２と、母材５２に重ねた金属部材５３と、を備えている。母材５２は、鉄や鋼などの金属材料で形成される円環状の板材である。金属部材５３は、母材５２を構成する金属材料よりも軟質のＺｎ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｓｎ等の金属材料を含む円環状の板材である。金属部材５３のビッカース硬度は、母材５２のビッカース硬度よりも低い。ビッカース硬度はＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠して測定される。スパークプラグ５０を分解してパッキン５１を取り出してビッカース硬度が測定される。

主体金具２０の棚部２６のうちパッキン５１が接する第１部５４に、凹部５５が形成されている。本実施形態では、凹部５５は第１部５４の全周に連続して形成された、断面が四角形状の溝である。凹部５５の径方向の内側の縁５６（角）、凹部５５の径方向の外側の縁５７（角）及び凹部５５の隅５５ａに丸み面取りが施されている。金属部材５３は第１部５４に接している。凹部５５の深さＤは金属部材５３の厚さよりも大きい。よって、金属部材５３の一部および母材５２の一部は凹部５５に入り込んでいる。

絶縁体１１の段部１４のうちパッキン５１が接する第２部５８に、凹部５５の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部５９が形成されている。本実施形態では、凸部５９は第２部５８の全周に連続して形成された、断面が半円状の線条である。凸部５９の隅５９ａ及び凸部５９の角５９ｂに丸み面取りが施されている。

パッキン５１を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときに、母材５２に凸部５９が入り込み、凸部５９に押された母材５２及び金属部材５３の一部が凹部５５に入り込む。よって、棚部２６に対するパッキン５１の径方向の移動を抑制し、パッキン５１に対する絶縁体１１の径方向の移動を抑制できる。

凹部５５及び凸部５９は、角５６，５７，５９ｂ及び隅５５ａ，５９ａに丸み面取りが施されているので、角５６，５７，５９ｂ及び隅５５ａ，５９ａの応力集中を抑制し、角５６，５７，５９ｂや隅５５ａ，５９ａを起点とする割れの発生を抑制できる。よって、段部１４及び棚部２６を破損させ難くできる。

凹部５５と母材５２との間に挟まれる金属部材５３のビッカース硬度は、母材５２のビッカース硬度よりも低いので、パッキン５１を介して絶縁体１１を主体金具２０に係止するときに、凹部５５が形成された棚部２６に金属部材５３を密着させることができる。よって、パッキン５１の気密性を向上できると共に、金属部材５３によりパッキン５１の熱抵抗を抑制できる。

棚部２６の径方向（図４左右方向）における凹部５５の中心Ｍ２は、棚部２６の径方向の中心Ｍ１よりも径方向の外側に位置する。なお、凹部５５の中心Ｍ２は、凹部５５の径方向の内側の縁５６と凹部５５の径方向の外側の縁５７とを結ぶ線分の中点の位置に等しい。このときの線分の両端は、縁５６，５７をそれぞれ作る２本の線を延長した線が交差する点（面取りの中心）である。この構成は第１実施形態におけるスパークプラグ１０と同様の構成であり、この構成による作用効果は、第１実施形態と同様である。

図５を参照して第４実施の形態について説明する。第１実施形態では、凹部３１及び凸部３６の断面が四角形の場合について説明した。これに対し第４実施形態では、凹部６３及び凸部６７の断面が三角形の場合について説明する。なお、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５は、第４実施形態におけるスパークプラグ６０の軸線Ｏを含む部分断面図である。

図５に示すようにスパークプラグ６０は、絶縁体１１の段部１４と主体金具２０の棚部２６との間にパッキン６１が介在する。パッキン６１は、鉄や鋼などの金属材料で形成される円環状の板材である。主体金具２０の棚部２６のうちパッキン６１が接する第１部６２に、凹部６３が形成されている。本実施形態では、凹部６３は第１部６２の全周に連続して形成された、断面が三角形のＬ型溝である。軸線Ｏ（図１参照）を含む断面において凹部６３を示す２本の線のうち、凹部６３の径方向の内側の縁６４につながる線は軸線Ｏに垂直であり、凹部６３の径方向の外側の縁６５につながる線は軸線Ｏに平行である。

絶縁体１１の段部１４のうちパッキン６１が接する第２部６６に、凹部６３の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部６７が形成されている。本実施形態では、凸部６７は第２部６６の全周に連続して形成された、断面が三角形の線条である。凸部６７の先端面６８は軸線Ｏ（図１参照）に垂直である。軸線Ｏを含む断面において、凸部６７の側面６９は軸線Ｏに平行である。

パッキン６１を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときに、パッキン６１に凸部６７が入り込み、凸部６７に押されたパッキン６１の一部が凹部６３に入り込む。よって、棚部２６に対するパッキン６１の径方向の移動を抑制し、パッキン６１に対する絶縁体１１の径方向の移動を抑制できる。

主体金具２０に対して絶縁体１１が軸線方向に相対移動してパッキン６１に凸部６７が入り込むときに、まず、凸部６７の先端面６８と側面６９とがなす角がパッキン６１に入り込み、凸部６７に対するパッキン６１の径方向の移動を規制する。凸部６７がパッキン６１に入り込んでいくと、凸部６７の先端面６８及び第２部６６が、凹部６３のうち軸線Ｏ（図１参照）に平行な面にパッキン６１の一部を押し付けるので、凹部６３に対するパッキン６１の径方向の移動を規制する。よって、パッキン６１の径方向の移動をさらに抑制できる。

第２部６６からの凸部６７の高さＨは、第１部６２からの凹部６３の深さＤよりも小さい。棚部２６の径方向（図５左右方向）における凹部６３の中心Ｍ２は、棚部２６の径方向の中心Ｍ１よりも径方向の外側に位置する。なお、凹部６３の径方向の中心Ｍ２は、凹部６３縁６４，６５同士を結ぶ線分の中点の位置に等しい。これらの構成は第１実施形態におけるスパークプラグ１０と同様の構成であり、これらの構成による作用効果は、第１実施形態と同様である。

図６を参照して第５実施の形態について説明する。第１実施形態から第４実施形態では、凹部３２，４５，５５，６３及び凸部３６，４９，５９，６７がそれぞれ１つずつ形成される説明した。これに対し第５実施形態では、凹部７３及び凸部７５が複数形成される場合について説明する。なお、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図６は、第５実施形態におけるスパークプラグ７０の軸線Ｏを含む部分断面図である。

図６に示すようにスパークプラグ７０は、絶縁体１１の段部１４と主体金具２０の棚部２６との間にパッキン７１が介在する。パッキン７１は、鉄や鋼などの金属材料で形成される円環状の板材である。主体金具２０の棚部２６のうちパッキン７１が接する第１部７２に、凹部７３が複数形成されている。本実施形態では、凹部７３の各々は、第１部７２の全周に連続して形成された、断面が三角形のＬ型溝である。複数の凹部７３は、軸線Ｏ（図１参照）を中心とする同心円状に設けられている。軸線Ｏを含む断面において、各々の凹部７３を示す２本の線のうち、片方の線は軸線Ｏに垂直であり、もう片方の線は軸線Ｏに平行である。

絶縁体１１の段部１４のうちパッキン７１が接する第２部７４に、凹部７３の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部７５が複数形成されている。本実施形態では、凸部７５の各々は、第２部７４の全周に連続して形成された、断面が三角形の線条である。複数の凸部７５は、軸線Ｏ（図１参照）を中心とする同心円状に設けられている。各々の凸部７５の先端面７５ａは軸線Ｏに垂直である。軸線Ｏを含む断面において、各々の凸部７５の側面７５ｂは軸線Ｏに平行である。

パッキン７１を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときに、パッキン７１に凸部７５が入り込み、凸部７５に押されたパッキン７１の一部が凹部７３に入り込む。よって、棚部２６に対するパッキン７１の径方向の移動を抑制し、パッキン７１に対する絶縁体１１の径方向の移動を抑制できる。

凸部７５の位置における絶縁体１１の厚さ方向の最小値Ｔ１は、軸孔１２（図１参照）に最も近い側面７５ａと軸孔１２との間の径方向の距離である。最小値Ｔ１は、凹部７３よりも先端側における主体金具２０の内周のうち軸線Ｏ（図１参照）に最も近い部位７６を通る、軸線Ｏに垂直な直線と絶縁体１１の外周面との交点７７における絶縁体１１の厚さＴ２よりも大きい。厚さＴ２は、交点７７と軸孔１２との間の径方向の距離である。Ｔ１＞Ｔ２により、凸部７５における絶縁体１１の径方向の厚さを確保できるので、凸部７５の位置において絶縁体１１を貫通する絶縁破壊を生じ難くできる。

凹部７３及び凸部７５が複数形成されているので、パッキン７１と第１部７２や第２部７４との接触面積を大きくできる。パッキン７１の熱抵抗はパッキン７１の面積に反比例するので、凹部７３及び凸部７５が複数あることにより、パッキン７１の熱抵抗を小さくできる。これにより絶縁体１１からパッキン７１を通って主体金具２０に移動する熱流量を大きくできるので、絶縁体１１が火種となるプレイグニッションの抑制が期待できる。

第２部６６からの凸部６７の高さＨは、第１部６２からの凹部６３の深さＤよりも小さい。この構成は第１実施形態におけるスパークプラグ１０と同様の構成であり、この構成による作用効果は、第１実施形態と同様である。

図７を参照して第６実施の形態について説明する。第１実施形態から第５実施形態では、主体金具２０に凹部３２，４５，５５，６３，７３が形成され、絶縁体１１に凸部３６，４９，５９，６７，７５が形成される場合について説明した。これに対し第６実施形態では、絶縁体１１に凹部８３が形成され、主体金具２０に凸部８７が形成される場合について説明する。なお、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図７は、第６実施形態におけるスパークプラグ８０の軸線Ｏを含む部分断面図である。

図７に示すようにスパークプラグ８０は、絶縁体１１の段部１４と主体金具２０の棚部２６との間にパッキン８１が介在する。パッキン８１は、鉄や鋼などの金属材料で形成される円環状の板材である。絶縁体１１の段部１４のうちパッキン８１が接する第１部８２に、凹部８３が形成されている。本実施形態では、凹部８３は第１部８２の全周に連続して形成された、断面が四角形の溝である。

主体金具２０の棚部２６のうちパッキン８１が接する第２部８６に、凹部８３の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部８７が形成されている。本実施形態では、凸部８７は第２部８６の全周に連続して形成された、断面が四角形の線条である。

パッキン８１を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときに、パッキン８１に凸部８７が入り込み、凸部８７に押されたパッキン８１の一部が凹部８３に入り込む。よって、棚部２６に対するパッキン８１の径方向の移動を抑制し、パッキン８１に対する絶縁体１１の径方向の移動を抑制できる。

凹部８３の位置における絶縁体１１の厚さ方向の最小値Ｔ１は、凹部８３のうち軸孔１２（図１参照）に最も近い部位と軸孔１２との間の径方向の距離である。最小値Ｔ１は、凹部８３よりも先端側における主体金具２０の内周のうち軸線Ｏ（図１参照）に最も近い部位８８を通る、軸線Ｏに垂直な直線と絶縁体１１の外周面との交点８９における絶縁体１１の厚さＴ２よりも大きい。厚さＴ２は、交点８９と軸孔１２との間の径方向の距離である。Ｔ１＞Ｔ２により、凹部８３における絶縁体１１の径方向の厚さを確保できるので、凹部８３の位置において絶縁体１１を貫通する絶縁破壊を生じ難くできる。

第２部８６からの凸部８７の高さＨは、第１部８２からの凹部８３の深さＤよりも小さい。凸部８７の先端面８８ａは第１部８２に平行である。これらの構成は第１実施形態におけるスパークプラグ１０と同様の構成であり、これらの構成による作用効果は、第１実施形態と同様である。

図８を参照して第７実施の形態について説明する。第６実施形態では、凹部８３及び凸部８７の断面が四角形の場合について説明した。これに対し第７実施形態では、凹部９３及び凸部９７の断面が半円状の場合について説明する。なお、第１実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図８は、第７実施形態におけるスパークプラグ９０の軸線Ｏを含む部分断面図である。

図８に示すようにスパークプラグ９０は、絶縁体１１の段部１４と主体金具２０の棚部２６との間にパッキン９１が介在する。パッキン９１は、鉄や鋼などの金属材料で形成される円環状の板材である。絶縁体１１の段部１４のうちパッキン９１が接する第１部９２に、凹部９３が形成されている。本実施形態では、凹部９３は第１部９２の全周に連続して形成された、断面が半円状の溝である。

主体金具２０の棚部２６のうちパッキン９１が接する第２部９６に、凹部９３の軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部９７が形成されている。本実施形態では、凸部９７は第２部９６の全周に連続して形成された、断面が半円状の線条である。凹部９３及び凸部９７は断面が半円状なので、凹部９３や凸部９７の応力集中を抑制できる。これにより、凹部９３及び凸部９７が原因となる割れの発生を抑制できるので、段部１４及び棚部２６を破損させ難くできる。

パッキン９１を介して絶縁体１１の段部１４を主体金具２０の棚部２６に係止するときに、パッキン９１に凸部９７が入り込み、凸部９７に押されたパッキン９１の一部が凹部９３に入り込む。よって、棚部２６に対するパッキン９１の径方向の移動を抑制し、パッキン９１に対する絶縁体１１の径方向の移動を抑制できる。

凹部９３の位置における絶縁体１１の厚さ方向の最小値Ｔ１は、凹部９３のうち軸孔１２（図１参照）に最も近い部位と軸孔１２との間の径方向の距離である。最小値Ｔ１は、凹部９３よりも先端側における主体金具２０の内周のうち軸線Ｏ（図１参照）に最も近い部位９８を通る、軸線Ｏに垂直な直線と絶縁体１１の外周面との交点９９における絶縁体１１の厚さＴ２よりも大きい。これにより凹部９３における絶縁体１１の径方向の厚さを確保できるので、凹部９３の位置において絶縁体１１を貫通する絶縁破壊を生じ難くできる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば実施形態で説明した凹部や凸部の断面形状や数は一例であり、適宜設定できる。

実施形態では、凹部３２，４５，５５，６３，７３，８３，９３が、軸線Ｏの周りに連続する溝であり、凸部３６，４９，５９，６７，７５，８７，９７が、軸線Ｏの周りに連続する線条である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。凹部や凸部は、軸線Ｏの周りに断続した凹みや凸起、点在する凹みや凸起であっても良い。このときの凹部や凸部の数は１乃至複数を適宜設定できる。

凹部や凸部が複数ある場合に、主体金具２０に形成された複数の凹部や凸部の全てが、絶縁体１１に形成された凹部や凸部の軸線方向に重なり合っている必要はない。主体金具２０に形成された複数の凹部や凸部の一部に、絶縁体１１に形成された凹部や凸部が重なり合っていればパッキンの偏心を抑制できるからである。同様に、絶縁体１１に形成された複数の凹部や凸部の一部に、主体金具２０に形成された凹部や凸部が重なり合っていれば良い。重なり合う部分は、軸線Ｏを挟んで両側に少なくとも１つずつあると好ましい。

また、凹部や凸部が軸線Ｏの周りに連続している場合に、主体金具２０に形成された凹部や凸部が、全周に亘って、絶縁体１１に形成された凹部や凸部の軸線方向に重なり合っている必要はない。主体金具２０に形成された凹部や凸部の一部に、絶縁体１１に形成された凹部や凸部が重なり合っていればパッキンの偏心を抑制できるからである。同様に、絶縁体１１に形成された凹部や凸部の一部に、主体金具２０に形成された凹部や凸部が重なり合っていれば良い。重なり合う部分は、軸線Ｏを挟んで両側に少なくとも１つずつあると好ましい。

実施形態では、軸線Ｏを含む断面において、凹部３２，４５，５５，６３，７３，８３，９３の縁を結ぶ線分と凸部３６，４９，５９，６７，７５，８７，９７とが、軸線方向に離れている場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。凹部３２，４５，５５，６３，７３，８３，９３の縁を結ぶ線分に凸部３６，４９，５９，６７，７５，８７，９７が接したり交わったりしても構わない。凸部３６，４９，５９，６７，７５，８７，９７が当該線分に接したり交わったりすれば、パッキンを薄くできるので、パッキンの熱抵抗をさらに小さくできる。

但し、凹部３２，４５，５５，６３，７３，８３，９３の縁を結ぶ線分に凸部３６，４９，５９，６７，７５，８７，９７が接したり交わったりするときも、凹部に凸部が接しないように、凹部と凸部との間にパッキン３０，４１，５１，６１，７１，８１，９１が介在する。凹部に凸部が接すると、絶縁体１１の段部１４や主体金具２０の棚部２６が破損するおそれがあるからである。

実施形態では、断面形状が同じ又は相似形である凹部と凸部とを組み合わせる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。断面形状が異なる凹部と凸部とを組み合わせることは当然可能である。

実施形態では、絶縁体１１の段部１４及び主体金具２０の棚部２６にはパッキンが接するが、絶縁体１１のうち段部１４よりも先端側の部位や後端側の部位、主体金具２０のうち棚部２６よりも先端側の部位や後端側の部位にはパッキンが接しない場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。段部１４や棚部２６からパッキンをはみ出させて、段部１４や棚部２６よりも先端側の部位や後端側の部位にパッキンが接することは当然可能である。この場合でも、段部１４及び棚部２６のいずれか一方のうちパッキンが接する部位（第１部）に凹部が形成され、段部１４及び棚部２６の他方のうちパッキンが接する部位（第２部）に凸部が形成される。

実施形態では、主体金具２０の後端部２５が、シール部２８を介して絶縁体１１の張出部１３に軸線方向の荷重を加える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。シール部２８を省略して、絶縁体１１の張出部１３に主体金具２０の後端部２５が軸線方向の荷重を加える場合も、本実施形態と同様の作用効果を実現できる。

第２実施形態では、母材４２の全面に金属層４３が形成されたパッキン４１を用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。パッキン４１のうち段部１４や棚部２６に接する面（特に凹部がある面）に金属層４３があれば良いので、例えば、表面にめっきが施されためっき鋼板から円環の形状を打抜くことによりパッキン４１を作ることは当然可能である。

なお、各実施形態は、それぞれ、他の実施形態が有する構成の一部または複数部分を、その実施形態に追加し或いはその実施形態の構成の一部または複数部分と交換等することにより、その実施形態を変形することができる。

例えば、第２実施形態で説明したパッキン４１を、他の実施形態におけるパッキンと交換して、他の実施形態の構成を変更することは当然可能である。同様に第３実施形態で説明したパッキン５１を、他の実施形態におけるパッキンと交換して、他の実施形態の構成を変更することは当然可能である。また、第３実施形態で説明した凹部５５及び凸部５９に施した丸み面取りを、他の実施形態における凹部および凸部の角や隅に適用して、他の実施形態の構成を変更することは当然可能である。

１０，４０，５０，６０，７０，８０，９０ スパークプラグ
１１ 絶縁体
１２ 軸孔
１４ 段部
１５ 中心電極
２０ 主体金具
２６ 棚部
３０，４１，５１，６１，７１，８１，９１ パッキン
３２，４５，５５，６３，７３，８３，９３ 凹部
３６，４９，５９，６７，７５，８７，９７ 凸部
４２，５２ 母材
４３ 金属層
５３ 金属部材
５５ａ，５９ａ 隅
５６，５７，５９ｂ 角
Ｄ 凹部の深さ
Ｈ 凸部の高さ
Ｍ１ 第２部の中心
Ｍ２ 凹部の中心
Ｔ１ 凹部の位置における絶縁体の厚さの最小値
Ｔ２ 絶縁体の厚さ
Ｏ 軸線

Claims (8)

1. 先端側から後端側へと軸線の方向に延びる軸孔と、自身の外周に前記軸線方向の先端側に向かうにつれて外径が小さくなる段部と、を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔に配置される中心電極と、
   自身の内周に前記軸線方向の先端側に向かうにつれて内径が小さくなる棚部を備え、パッキンを介して前記段部が前記棚部に係止された状態で前記絶縁体を外周側から保持する筒状の主体金具と、を備えるスパークプラグであって、
   前記段部および前記棚部のいずれか一方のうち前記パッキンが接する部分に凹部が形成され、
   前記段部および前記棚部の他方のうち前記パッキンが接する部分に、前記凹部の前記軸線方向に少なくとも一部が重なる凸部が形成されているスパークプラグ。
2. 前記凸部の高さは、前記凹部の深さよりも小さい請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記凹部は前記段部に形成され、
   前記凹部の位置における前記絶縁体の径方向の厚さの最小値は、前記凹部よりも先端側における前記主体金具の内周のうち前記軸線に最も近い部位の内側における前記絶縁体の径方向の厚さよりも大きい請求項1又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記凹部は前記棚部に形成されている請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
5. 前記棚部の径方向における前記凹部の中心は、前記棚部の径方向の中心よりも径方向の外側に位置する請求項４記載のスパークプラグ。
6. 前記パッキンは、母材と、前記段部および前記棚部のいずれかに形成された前記凹部と前記母材との間に挟まれる金属部材と、を備え、
   前記金属部材のビッカース硬度は、前記母材のビッカース硬度よりも低い請求項１から５のいずれかに記載のスパークプラグ。
7. 前記パッキンは、母材と、前記母材の表面の少なくとも一部に形成された金属層と、を備え、
   前記金属層は、前記凹部が形成された前記段部および前記棚部のいずれかと前記母材との間に挟まれ、
   前記金属層のビッカース硬度は、前記母材のビッカース硬度よりも低い請求項１から６のいずれかに記載のスパークプラグ。
8. 前記凹部および前記凸部は、角および隅に丸み面取りが施されている請求項１から７のいずれかに記載のスパークプラグ。

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