JP2022185779A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】主体金具の変形を抑制することのできる点火プラグを提供する。【解決手段】点火プラグ１０は、軸孔２００の形成された絶縁碍子２０と、絶縁碍子２０を外周側から保持するように加締められた主体金具５０と、絶縁碍子２０の外周面と主体金具５０の内周面との間の環状空間ＳＰ、に充填されたタルク材ＴＣと、環状空間ＳＰのうち、軸孔２００の中心軸ＣＸに沿って中心電極３０側の端部となる位置に配置された第１環状部材８０と、を備える。第１環状部材８０は、主体金具５０の内周面に当接する部分であって、中心軸ＣＸを含む面に沿って切断した場合の断面において、主体金具５０の当該内周面と平行な線となる金具当接部８１を有している。【選択図】図２

Description

本開示は点火プラグに関する。

例えば車両に搭載される内燃機関には、燃料への点火を行うための点火プラグが設けられる。点火プラグは、中心電極を保持する絶縁碍子と、絶縁碍子を外側から保持する主体金具（ハウジング）と、を備えており、主体金具が内燃機関に対して締結され固定される。主体金具の側面には、点火プラグを内燃機関に取り付ける際、例えばプラグレンチのような工具と嵌合する部分である嵌合部が設けられる。

下記特許文献１に記載されているように、絶縁碍子の外周面と主体金具の内周面との間であって、概ね上記嵌合部の内側となる部分には、環状の空間が形成されており、当該空間には粉末状の滑石であるタルク材が充填されている。タルク材は、内燃機関の動作時において点火プラグの耐衝撃性を高めると共に、内燃機関からのガスが外部に流出してしまうことを防止する役割を果たす。上記空間のうち、点火プラグの中心軸方向に沿った両端部のそれぞれには、タルク材を空間内に保持しておくための環状部材が配置される。

特許第３５０２９３６号公報

点火プラグの製造時においては、上記空間内にタルク材及び一対の環状部材を収容した状態で、絶縁碍子に対して主体金具が加締められる。このとき、内側のタルク材は圧縮された状態となる。主体金具は、加圧されたタルク材から、外側へと押し拡げる方向の力を受ける。

近年では、内燃機関の周囲における部品配置の制約等により、点火プラグには小型化が求められている。このため、上記嵌合部における六角の二面幅、すなわち、嵌合部のうち互いに対向する二面間の幅が、従来よりも小さくなってきている。二面幅が小さくなると、嵌合部における肉厚が薄くなるため、タルク材からの力による主体金具の変形が生じやすくなる。

主体金具の嵌合部が変形すると、点火プラグの取り付け時において、工具との嵌合に支障が生じてしまう可能性がある。また、主体金具の変形に伴ってタルク材のシール性能が低下し、内燃機関からのガスがタルク材を通過して外部へと流出してしまう可能性もある。

上記特許文献１では、タルク材が充填されている空間の長さや厚さ等の寸法を規定することで、タルク材からの力による主体金具の変形を抑制し得ることについて記載されている。しかしながら、本発明者らが行った実験等によれば、上記特許文献１に記載されている構成を採用しただけでは、主体金具の変形を十分に抑制することは難しいことが判明している。

本発明者らは、絶縁碍子の形状等によっては、タルク材から力を受けた環状部材が、主体金具に対し外側へと押し拡げる方向の力を加えるため、主体金具を更に変形させてしまう、という新たな知見を得ている。環状部材を介して伝達される力による主体金具の変形を抑制することについては、上記特許文献１では一切考慮されていない。

本開示は、主体金具の変形を抑制することのできる点火プラグを提供することを目的とする。

本開示に係る点火プラグ（１０）は、軸孔（２００）の形成された絶縁碍子（２０）と、軸孔の中心軸（ＣＸ）に沿った一方側端部となる位置において、絶縁碍子に保持された中心電極（３０）と、絶縁碍子を外周側から保持するように加締められた主体金具（５０）と、主体金具から伸びており、中心電極と一部が対向する接地電極（６０）と、絶縁碍子の外周面と主体金具の内周面との間の環状空間（ＳＰ）、に充填されたタルク材（ＴＣ）と、環状空間のうち、中心軸に沿って中心電極側の端部となる位置に配置された第１環状部材（８０）と、環状空間のうち、中心軸に沿って中心電極とは反対側の端部となる位置に配置された第２環状部材（９０）と、を備える。絶縁碍子には、中心軸に沿って中心電極側に行くほど外周面の径が大きくなるよう突出した部分であって、第１環状部材を中心電極側から支持する突出部（２１１）が形成されている。第１環状部材は、主体金具の内周面に当接する部分であって、中心軸を含む面に沿って切断した場合の断面において、主体金具の当該内周面と平行な線となる金具当接部（８１）を有している。

従来のように、第１環状部材の断面形状が円形である場合には、第１環状部材は、その外側にある主体金具に対して線で（断面においては点で）当接することとなる。この場合、第１環状部材からの力が、主体金具のうち狭小な範囲に集中して加えられる。その結果、圧力が大きくなり、局所的な主体金具の変形が生じやすくなってしまう。

これに対し、上記構成の点火プラグでは、第１環状部材の金具当接部が、その外側にある主体金具に対して面で（断面においては線で）当接することとなる。この場合、第１環状部材からの力が、主体金具の広い範囲に分散して加えられる。その結果、圧力が小さくなるので、主体金具の変形を抑制することができる。

本開示によれば、主体金具の変形を抑制することのできる点火プラグが提供される。

図１は、本実施形態に係る点火プラグの内部構成を示す図である。 図２は、図１の一部の構成を拡大して示す図である。 図３は、第１環状部材の断面形状を示す図である。 図４は、第１環状部材の製造方法を説明するための図である。 図５は、比較例に係る点火プラグで生じ得る問題について説明するための図である。 図６は、他の比較例に係る点火プラグで生じ得る問題について説明するための図である。 図７は、本実施形態に係る点火プラグにおいて、主体金具や絶縁碍子等に加えられる力を示す図である。 図８は、嵌合部における二面幅の膨らみ量を示すグラフである。 図９は、嵌合部における二面幅の膨らみ量が、どの程度低減されるかを示すグラフである。 図１０は、本実施形態の変形例における、第１環状部材の位置を示す図である。 図１１は、本実施形態の他の変形例における、第１環状部材の位置を示す図である。 図１２は、第１環状部材の他の形成方法を示す図である。 図１３は、本実施形態の更に他の変形例における、第１環状部材の形状を示す図である。 図１４は、本実施形態の更に他の変形例における、第１環状部材の形状を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

第１実施形態に係る点火プラグ１０の構成について、図１を参照しながら説明する。尚、図１においては、点火プラグ１０を、後述の中心軸ＣＸを含む面で切断した場合の断面が左側部分に示されている。ただし、点火プラグ１０を構成する部材のうち中心電極３０及び端子金具４０については、断面ではなくそれぞれの外観が示されている。

点火プラグ１０は、不図示の内燃機関の各気筒に設けられ、当該気筒の燃焼室において燃料への着火を行うための装置である。点火プラグ１０は、絶縁碍子２０と、中心電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、接地電極６０と、を備えている。

絶縁碍子２０は、例えばアルミナ等の絶縁材料により形成された筒状の部材である。絶縁碍子２０には軸孔２００が形成されている。軸孔２００は、絶縁碍子２０をその中心軸に沿って貫くように形成された貫通孔である。軸孔２００の中心軸は、絶縁碍子２０の中心軸と一致している。軸孔２００の中心軸のことを、以下では「中心軸ＣＸ」とも表記する。絶縁碍子２０を、中心軸ＣＸに対し垂直に切断した場合の断面においては、軸孔２００の形状は円形となっている。

中心電極３０は、軸孔２００のうち、中心軸ＣＸに沿った一方側の端部（図１では下方側の端部）となる位置において、絶縁碍子２０により保持されている金属製の部材である。中心電極３０は棒状の部材であり、その大部分が軸孔２００の内側に配置されている。中心電極３０の一部は、軸孔２００から絶縁碍子２０の外側へと突出しており、その突出している部分の先端には放電チップ３１が取り付けられている。

端子金具４０は、軸孔２００のうち、中心軸ＣＸに沿った他方側の端部（図１では上方側の端部）となる位置において、絶縁碍子２０により保持されている金属製の部材である。端子金具４０は棒状の部材であり、その大部分が軸孔２００の内側に配置されている。端子金具４０の一部は、軸孔２００から絶縁碍子２０の外側へと突出している。この突出している部分は、不図示の外部電源から電圧が印加される電極端子となっている。

尚、絶縁碍子２０のうち、中心軸ＣＸに沿って中心電極３０が取り付けられている方のことを、以下では「先端側」とも称する。また、絶縁碍子２０のうち、中心軸ＣＸに沿って端子金具４０が取り付けられている方のことを、以下では「後端側」とも称する。

軸孔２００のうち、端子金具４０と中心電極３０との間には、抵抗体７１が配置されている。抵抗体７１は、端子金具４０から中心電極３０に至る電路の電気抵抗を調整するために配置された部材である。抵抗体７１は、粉末状のガラス及びジルコニアに対し所定量のカーボン粉末を添加した材料、により形成されている。抵抗体７１の電気抵抗は、上記のカーボン添加量によって調整されている。端子金具４０から中心電極３０に至る電路に抵抗体７１が配置されることで、点火プラグ１０の火花放電に伴う電磁ノイズの発生が抑制される。抵抗体７１と中心電極３０との間は、導電性シール層７２を介して電気的に接続されている。同様に、端子金具４０と抵抗体７１との間は、導電性シール層７３を介して電気的に接続されている。導電性シール層７２、７３は、いずれも、粉末状のガラスに対し銅粉末を添加した材料により形成された、導電性を有する層である。

主体金具５０は、絶縁碍子２０の一部を外周側から覆うように設けられた筒状の部材である。主体金具５０は、その全体が金属により形成されている。後に説明するように、主体金具５０は、加締められることで絶縁碍子２０に対し固定されており、その状態で絶縁碍子２０を保持している。主体金具５０は、嵌合部５２と、フランジ部５５と、挿入部５６と、を有している。

嵌合部５２は、内燃機関に対する点火プラグ１０の取り付け時において、例えばプラグレンチのような工具と嵌合する部分である。中心軸ＣＸに沿って見た場合における嵌合部５２の形状は六角形である。本実施形態では、嵌合部５２のうち互いに対向する二面間の幅（所謂「二面幅」）が１６ｍｍとっている。

フランジ部５５は、内燃機関に点火プラグ１０が取り付けられた際、内燃機関の外表面に対しガスケットＧＫを介して当接する部分である。フランジ部５５は、嵌合部５２よりも先端側となる位置に設けられており、外周側に向けて突出している。尚、フランジ部５５と嵌合部５２との間には変形部５４が設けられているのであるが、これについては後述する。

挿入部５６は、フランジ部５５よりも更に先端側の部分であって、内燃機関に形成された不図示の挿入孔へと挿入される部分である。挿入部５６の外周面には雄螺子５６１が形成されている。点火プラグ１０が内燃機関に取り付けられる際には、嵌合部５２が工具から受ける力により中心軸ＣＸの周りに回転する。これにより、上記挿入孔の内周面に形成された雌螺子と、挿入部５６の雄螺子５６１とが互いに螺合する。これにより、内燃機関に対して点火プラグ１０が締結固定される。点火プラグ１０が内燃機関に取り付けられた状態においては、主体金具５０の電位は、内燃機関と同じ接地電位となる。

接地電極６０は、主体金具５０のうち先端側の端部から、更に先端側へと伸びるように形成された金属製の部材である。接地電極６０は屈曲しており、その一部が、中心軸ＣＸに沿って中心電極３０の放電チップ３１と対向した状態となっている。接地電極６０のうち放電チップ３１と対向する部分には、接地側チップ６１が取り付けられている。接地側チップ６１と放電チップ３１との間に形成された隙間が、放電ギャップとなっている。

図１に示されるように、嵌合部５２の内側においては、絶縁碍子２０の外周面と主体金具５０の内周面との間に環状空間ＳＰが形成されている。環状空間ＳＰは、中心軸ＣＸを囲むように形成された環状の空間である。環状空間ＳＰのうち先端側の端部は、絶縁碍子２０の外周面に形成された突出部２１１（図２を参照）により区画されている。環状空間ＳＰのうち後端側の端部は、主体金具５０の加締め部５１により区画されている。加締め部５１は、主体金具５０のうち嵌合部５２よりも後端側の部分であって、加締められた際に内周側へと変形する部分である。

環状空間ＳＰには、粉末状の滑石であるタルク材ＴＣが充填されている。タルク材ＴＣは、内燃機関に取り付けられた状態における点火プラグ１０の耐衝撃性を高めると共に、内燃機関からのガスが後端側へと流出してしまうことを防止する役割を果たすものである。

環状空間ＳＰのうち、中心軸ＣＸに沿って先端側（つまり中心電極３０側）の端部となる位置には、第１環状部材８０が配置されている。また、環状空間ＳＰのうち、中心軸ＣＸに沿って後端側（つまり中心電極３０とは反対側）の端部となる位置には、第２環状部材９０が配置されている。これらはいずれも、中心軸ＣＸを囲むように形成された円環状の部材であって、例えば炭素鋼のような硬質の金属材料によって形成されている。

中心軸ＣＸを含む面に沿って切断した場合における第２環状部材９０の断面形状は、円形となっている。一方、中心軸ＣＸを含む面に沿って切断した場合における第１環状部材８０の断面形状は、図２等に示されるように円形とは異なる形状となっている。当該断面形状の詳細については後に説明する。

主体金具５０を絶縁碍子２０に対し固定する方法について説明する。先ず、主体金具５０に対し、その後端側から絶縁碍子２０が挿入される。このとき、主体金具５０の加締め部５１は図１のように変形しておらず、後端側に向けて概ね直線状に伸びている。つまり、環状空間ＳＰは、その後端側の部分が外部に向けて開放された状態となっている。

主体金具５０のうち挿入部５６の内周面には、内側に向けて突出する突起５６２が形成されている。主体金具５０の内側に挿入された絶縁碍子２０は、その外周面に形成された段差部分を突起５６２に当接させた状態で停止する。その後、環状空間ＳＰには、第１環状部材８０、タルク材ＴＣ、及び第２環状部材９０が、この順で配置される。

続いて、フランジ部５５の底面（ガスケットＧＫが当接する面）と、加締め部５１の先端との間に、中心軸ＣＸに沿ってこれらを圧縮する方向の力が加えられる。当該力によって、加締め部５１は加締められて変形し、図１に示されるように内周側に向かうよう変位する。

また、嵌合部５２とフランジ部５５との間に形成された変形部５４は、比較的薄肉となっているので、上記の力によって座屈する。これにより、加締め部５１から突起５６２までの距離が短くなるので、タルク材ＴＣを介した力によって絶縁碍子２０は突起５６２に対し強く押し付けられた状態となる。以上のような方法で、主体金具５０は、絶縁碍子２０を外周側から保持するように加締められた状態となり、絶縁碍子２０に対して固定される。

主体金具５０が加締められた後の図１の状態においては、タルク材ＴＣには圧縮力が加えられている。この状態におけるタルク材ＴＣは、内燃機関からの振動を吸収するばねとして機能するため、点火プラグ１０の耐衝撃性を高める機能を発揮する。また、タルク材ＴＣは、圧縮されることによって緻密となるため、内燃機関からのガスが後端側へと流出してしまうことを防止するためのシール材としての機能をも発揮する。

第１環状部材８０及びその近傍の構成について、図２等を参照しながら説明する。図２は、図１の一部を拡大して示す図である。図２において符号「２１０」が付されているのは、絶縁碍子２０の外周面である。当該外周面のことを、以下では「外周面２１０」とも称する。

絶縁碍子２０のうち、環状空間ＳＰの先端側における端部の近傍となる位置には、突出部２１１が形成されている。突出部２１１は、中心軸ＣＸに沿って先端側（つまり中心電極３０側）に行くほど外周面２１０の径が大きくなるよう突出した部分である。図２の断面において、突出部２１１の外周面を示す線は、先端側に向けて突出する円弧状の曲線となっている。突出部２１１は、第１環状部材８０を先端側から支持している。

図２に示される点線ＤＬ１は、突出部２１１のうち後端側の端部の位置を示している。点線ＤＬ１よりも後端側においては、絶縁碍子２０の外周面２１０を示す線は、中心軸ＣＸと平行に伸びる直線となっている。

図２において符号「５２０」が付されているのは、主体金具５０の内周面である。当該内周面のことを、以下では「内周面５２０」とも称する。図２の断面において、主体金具５０の内周面５２０を示す線は、中心軸ＣＸと平行に伸びる直線となっている。

主体金具５０のうち、嵌合部５２に対し先端側において隣り合う部分、すなわち、図２において「符号５３」が付されている部分では、中心軸ＣＸに沿って先端側に行くほど、主体金具５０の外周面の径が次第に小さくなっている。当該部分のことを、以下では「縮小部５３」とも称する。

縮小部５３は、図２に示される点線ＤＬ１１の位置まで続いている。点線ＤＬ１１よりも先端側の部分では、中心軸ＣＸに沿って先端側に行くほど、主体金具５０の外周面の径が次第に大きくなっており、図１に示される変形部５４へと繋がっている。点線ＤＬ１１は、縮小部５３のうち、中心軸ＣＸに沿って最も先端側となる部分の位置を示すもの、ということができる。図２の断面において、点線ＤＬ１１から点線ＤＬ１２までの範囲においては、縮小部５３の外周面を示す線は円弧状の曲線となっている。点線ＤＬ１２から点線ＤＬ１３までの範囲においては、縮小部５３の外周面を示す線は直線となっている。

図３には、中心軸ＣＸを含む面に沿って切断した場合における、第１環状部材８０の断面形状が示されている。先に述べたように、当該断面形状は、円形とは異なる形状となっている。第１環状部材８０は、金具当接部８１と、碍子当接部８２と、凹部８３と、を有している。

金具当接部８１は、主体金具５０の内周面５２０に当接する部分である。図３の点線ＤＬ２１は、金具当接部８１のうち、中心軸ＣＸに沿って最も先端側となる部分の位置を示すものである。同図の点線ＤＬ２２は、金具当接部８１のうち、中心軸ＣＸに沿って最も後端側となる部分の位置を示すものである。金具当接部８１は、図２のように中心軸ＣＸを含む面に沿って切断した場合の断面において、主体金具５０の内周面５２０と平行な線となる形状を有している。具体的には、金具当接部８１は、図２のように中心軸ＣＸを含む面に沿って切断した場合の断面において、主体金具５０の内周面５２０のうち金具当接部８１に対向する部分、と平行な線となる形状を有している。本実施形態では、当該線は中心軸ＣＸと平行な直線である。

このため、金具当接部８１は、その全体が、主体金具５０の内周面５２０に対して隙間なく当接している。つまり、金具当接部８１は、その外側にある主体金具５０に対して広く面で（断面においては線で）当接している。

碍子当接部８２は、絶縁碍子２０が有する突出部２１１の外周面に当接する部分である。図３の点線ＤＬ３１は、碍子当接部８２のうち、中心軸ＣＸに沿って最も先端側となる部分の位置を示すものである。同図の点線ＤＬ３２は、碍子当接部８２のうち、中心軸ＣＸに沿って最も後端側となる部分の位置を示すものである。碍子当接部８２は、図２のように中心軸ＣＸを含む面に沿って切断した場合の断面において、突出部２１１の外周面と平行な線となる形状を有している。具体的には、碍子当接部８２は、図２のように中心軸ＣＸを含む面に沿って切断した場合の断面において、突出部２１１の外周面のうち碍子当接部８２に対向する部分、と平行な線となる形状を有している。本実施形態では、当該線は先端側に向けて突出する曲線となっている。

凹部８３は、第１環状部材８０のうち、後端側にある第２環状部材９０と対向する部分であって、先端側に向けて凹状に後退するように形成された部分である。

図３において一点鎖線で示される円ＣＣは、第１環状部材８０の断面形状を包含する外接円である。図３の断面において金具当接部８１に対応する線の長さは、円ＣＣの半径Ｒよりも長くなっている。

以上のような断面形状を有する第１環状部材８０は、図４に示される方法を用いて形成することができる。先ず、円形の断面形状を有する環状部材８０Ａが用意される。環状部材８０Ａとしては、例えば、第２環状部材９０と同一のものを用いることができる。

続いて、図４（Ａ）に示されるように、下型１１０に設けられた凹部１１１の内側に、環状部材８０Ａが配置される。凹部１１１は、上面視において円環状となっている凹状の溝である。凹部１１１の底面Ｓ１の形状は、突出部２１１の外周面の形状と同じである。

続いて、図４（Ｂ）に示されるように、凹部１１１に対し上方から上型１２０が挿入される。上型１２０の先端面Ｓ２の形状は、図３に示される第１環状部材８０のうち、凹部８３及びその周囲の形状と同じである。上型１２０に対し下方側に向けた力を更に加えると、環状部材８０Ａは、上型１２０及び下型１１０に挟み込まれることで塑性変形して行く。最終的には、図４（Ｃ）に示されるように、環状部材８０Ａのうち先端側の部分は、凹部１１１の底面Ｓ１と同一の形状となる。また、環状部材８０Ａのうち後端側の形状は、上型１２０の先端面Ｓ２と同一の形状となる。このような方法で、環状部材８０Ａは第１環状部材８０となる。

以上のように、第１環状部材８０には、環状空間ＳＰにおいてタルク材ＴＣからの力を受けるよりも前の当初の段階から、金具当接部８１と、碍子当接部８２と、凹部８３とが設けられている。

第１環状部材８０が上記のような形状を有することの利点を説明するために、従来と同様の比較例について先ず説明する。図５に示されるように、この比較例では、第１環状部材８０が、第２環状部材９０と同様の円形の断面形状を有している。この比較例のその他の構成については、図２等に示される本実施形態の構成と同じである。

図５（Ａ）には、主体金具５０が加締められた直後における状態が示されている。先に述べたように、主体金具５０が加締められると、タルク材ＴＣには圧縮力が加えられる。このため、第１環状部材８０は、タルク材ＴＣから先端側に向かうような方向の力を受ける。尚、タルク材ＴＣは、第１環状部材８０と突出部２１１との間にも入り込んでいる。このため、第１環状部材８０は、先端側に向かうような方向の力に加えて、タルク材ＴＣから矢印ＡＲ１で示されるような力も受ける。

第１環状部材８０は、タルク材ＴＣからの力により、突出部２１１に対し押し付けられる。図５（Ａ）の矢印ＡＲ２は、突出部２１１が、第１環状部材８０から受ける力のうち中心軸ＣＸに沿った成分を示している。

突出部２１１は、中心軸ＣＸに沿って先端側に行くほど外周面２１０の径が大きくなるように傾斜している。このため、突出部２１１に押し付けられた第１環状部材８０は、突出部２１１に沿って外側に移動しようとするので、主体金具５０の内周面５２０に対し押し付けられる。また、第１環状部材８０は、矢印ＡＲ１で示される力によって、内周面５２０に対し更に押し付けられる。図５（Ａ）の矢印ＡＲ３は、主体金具５０が第１環状部材８０から受ける力を示している。このように、タルク材ＴＣから力を受けた第１環状部材８０は、主体金具５０に対し外側へと押し拡げる方向の力を加える。

この比較例、及び本実施形態においては、主体金具５０のうち第１環状部材８０から力を受ける部分の近傍に、縮小部５３の先端側端部、すなわち、主体金具５０の肉厚が薄い部分が存在している。このため、加締めによる矢印ＡＲ３の力が大きくなると、図５（Ｂ）に示されるように、主体金具５０が変形してしまう可能性がある。同図に示される例では、嵌合部５２の外周面が、外側に向けて僅かに膨らむように変形している。尚、図５（Ｂ）においては、変形する前における当初の主体金具５０の形状が点線で示されている。

この比較例では、第１環状部材８０が円形の断面形状を有しているので、第１環状部材８０は、その外側にある主体金具５０に対して線で（断面においては点で）当接している。このため、第１環状部材８０からの力（矢印ＡＲ３）は、主体金具５０のうち狭小な範囲に集中して加えられる。主体金具５０が受ける圧力が大きくなるので、図５（Ｂ）に示されるような局所的な主体金具５０の変形は更に生じやすくなっている。

このような主体金具５０の変形が生じると、内燃機関に対する点火プラグ１０の取り付け時において、嵌合部５２に対して工具を嵌合させることができなくなる等、工具との嵌合に支障が生じてしまう可能性がある。また、主体金具５０の変形に伴ってタルク材ＴＣが緩んでしまうので、タルク材ＴＣのシール性能が低下し、内燃機関からのガスがタルク材ＴＣを通過して外部へと流出してしまう可能性もある。

図５（Ａ）の矢印ＡＲ３で示される力を低減し、主体金具５０の変形を抑制するための対策としては、突出部の形状を、図６に示されるような形状とすることも考えられる。図６の比較例においては、突出部２１１の傾斜が緩やかとなっており、突出部２１１の外周面のうち第１環状部材８０が当接する部分が、中心軸ＣＸに対し概ね垂直となっている。この場合、突出部２１１に押し付けられた第１環状部材８０が、突出部２１１に沿って外側に移動しようとする傾向は小さくなる。従って、主体金具５０が第１環状部材８０から受ける力（矢印ＡＲ３）を、図５（Ａ）の場合に比べて小さくすることができる。

しかしながら、図６の比較例においては、中心軸ＣＸに沿った第１環状部材８０からの力（矢印ＡＲ２）を、突出部２１１が垂直に受けることとなる。この場合、突出部２１１に掛かる負担が大きくなる。加締めによる力の大きさによっては、図６（Ｂ）に示されるように、突出部２１１に亀裂ＣＲが生じてしまう可能性がある。従って、主体金具５０の変形を抑制するために、図６の構成を採用することは好ましくない。

そこで、本実施形態では、第１環状部材８０の形状を図２等のように工夫することで、加締めの際における主体金具５０の変形を抑制することとしている。図７には、本実施形態に係る主体金具５０が加締められた直後における状態が、図５（Ａ）と同様の方法により描かれている。

本実施形態においても図５の比較例と同様に、主体金具５０が加締められると、第１環状部材８０は、タルク材ＴＣから先端側に向かう力（矢印ＡＲ１）を受ける。当該力によって、第１環状部材８０は突出部２１１に押し付けられる。絶縁碍子２０の突出部２１１は、第１環状部材８０から矢印ＡＲ２で示される力を受ける。また、主体金具５０の内周面５２０は、第１環状部材８０から矢印ＡＲ３で示される力を受ける。

先に述べたように、本実施形態では、第１環状部材８０に設けられた金具当接部８１が、主体金具５０の内周面５２０に対して広く面で（断面においては線で）当接している。このような構成においては、主体金具５０に加えられる力（矢印ＡＲ３）は、金具当接部８１の全体から分散して加えられることとなり、主体金具５０が受ける圧力は図５（Ｂ）の場合に比べて小さくなる。その結果、主体金具５０の変形が従来に比べて抑制される。

このような効果は、図３の断面において金具当接部８１に対応する線の長さが長くなる程、大きく発揮される。本発明者らが行った実験等によれば、上記線の長さが、図３に示される円ＣＣの半径Ｒよりも長くなっていれば、上記効果が十分に発揮されることが確認されている。

また、本実施形態では、第１環状部材８０に設けられた碍子当接部８２が、絶縁碍子２０の突出部２１１に対しても広く面で（断面においては線で）当接している。突出部２１１に加えられる力（矢印ＡＲ２）についても、碍子当接部８２の全体から分散して加えられることとなり、突出部２１１が受ける圧力は図５（Ｂ）や図６（Ｂ）の場合に比べて小さくなる。その結果、突出部２１１に亀裂ＣＲが生じてしまうことを防止することもできる。

更に本実施形態では、第１環状部材８０のうち後端側の部分に凹部８３が形成されている。凹部８３が、タルク材ＴＣから先端側に向かう力を受けることにより、第１環状部材８０は、主体金具５０及び絶縁碍子２０のそれぞれに対して確実に隙間なく押し付けられた状態となる。このため、内燃機関からのガスが外部に流出してしまうことは、タルク材ＴＣのみならず第１環状部材８０によっても防止される。

図８には、主体金具５０を加締めて絶縁碍子２０に固定した際において、嵌合部５２の二面幅がどの程度膨らむのかを測定した結果が示されている。図８の横軸に示される「硬材料」とは、主体金具５０の材料が比較的硬質な場合、具体的には、一般的な冷鍛加工用金属材料製の主体金具５０を冷鍛加工で作成した場合を表している。また、同横軸に示される「軟材料」とは、主体金具５０の材料が比較的軟質な場合、具体的には、一般的な切削加工用金属材料製の主体金具５０を切削加工で作成した場合を表している。図８の縦軸は、嵌合部５２の二面幅が、主体金具５０を加締める過程においてどの程度増加したのかを表している。「Ｔｈ」は、上記二面幅の膨らみ量について許容される上限値を表している。本実施形態の構成では、上限値Ｔｈは０．０８ｍｍである。

図８の「Ａ１」及び「Ｂ１」は、図５の比較例と同様に、断面形状が円形の第１環状部材８０を用いた場合の、嵌合部５２の二面幅の膨らみ量を表している。主体金具５０の材料が比較的硬質な場合（Ａ１）には、二面幅の膨らみ量は０．０７ｍｍであり、主体金具５０の材料が比較的軟質な場合（Ｂ１）には、二面幅の膨らみ量は０．１９ｍｍであった。このように、第１環状部材８０の断面形状が円形である場合には、主体金具５０の材料が軟質になると、二面幅の膨らみ量は上限値Ｔｈを超えてしまうことが確認された。

図８の「Ａ２」及び「Ｂ２」は、本実施形態（図３）の第１環状部材８０を用いた場合の、嵌合部５２の二面幅の膨らみ量を表している。主体金具５０の材料が比較的硬質な場合（Ａ２）には、二面幅の膨らみ量は０．０２ｍｍであり、主体金具５０の材料が比較的軟質な場合（Ｂ２）には、二面幅の膨らみ量は０．０６ｍｍであった。このように、本実施形態の第１環状部材８０を用いた場合には、主体金具５０の材料が軟質及び硬質のいずれであっても、二面幅の膨らみ量が上限値Ｔｈよりも小さくなることが確認された。

図９の縦軸に示される「膨らみの低減量」とは、主体金具５０を冷鍛加工で作成した場合（硬材料）において、比較例の第１環状部材８０を本実施形態の第１環状部材８０に置き換えることで、どの程度膨らみ量が低減したかを示すものである。この「膨らみの低減量」は、図８の例においては、「Ａ１」の膨らみ量から「Ｂ１」の膨らみ量を差し引いて得られる値であって、本実施形態の第１環状部材８０を採用することの効果の大きさを示すものである。図９には、嵌合部５２の二面幅（横軸）を変化させた場合における、上記の「膨らみの低減量」の変化の例が示されている。尚、図９の各データに付されている「Ｍ１０」等の文字は、雄螺子５６１の呼び径を表している。

図９に示されるように、雄螺子５６１の呼び径がＭ１２よりも大きい場合、すなわち、嵌合部５２の二面幅が１６ｍｍよりも大きい場合には、嵌合部５２やその近傍部分の剛性が高くなるので、本実施形態の第１環状部材８０を採用することの効果は小さくなる。一方、雄螺子５６１の呼び径がＭ１２以下の場合、すなわち、嵌合部５２の二面幅が１６ｍｍ以下の場合には、小型化の代償として、嵌合部５２やその近傍部分の剛性が低くなるので、本実施形態の第１環状部材８０を採用することの効果は大きくなる。このように、本実施形態の第１環状部材８０は、嵌合部５２の二面幅が１６ｍｍ以下の点火プラグ１０に採用することが好ましい。

図２に示されるように、本実施形態の第１環状部材８０は、その最も先端側となる部分が、点線ＤＬ１３と点線ＤＬ１２との間となるような位置に配置されている。第１環状部材８０は、これとは異なる位置に配置されていてもよい。例えば、図１０に示されるように、第１環状部材８０のうち最も先端側となる部分が、点線ＤＬ１１と点線ＤＬ１２との間となるような位置に配置されてもよい。また、図１１に示されるように、第１環状部材８０のうち最も先端側となる部分が、点線ＤＬ１３よりも後端側となるような位置に配置されてもよい。

ただし、いずれの場合であっても、第１環状部材８０は、その最も先端側となる部分が、点線ＤＬ１１よりも後端側となるような位置に配置されていることが好ましい。換言すれば、主体金具５０が有する縮小部５３のうち、中心軸ＣＸに沿って最も先端側となる部分の位置（つまり、図２の点線ＤＬ１１の位置）は、第１環状部材８０のうち、中心軸ＣＸに沿って最も先端側となる部分の位置よりも、更に先端側となる位置となっていることが好ましい。これは、点線ＤＬ１１の位置においては、主体金具５０の外径が最も小さくなっており、小さな力でも変形しやすくなっているからである。このような位置と重ならない範囲、すなわち、図２の点線ＤＬ１１よりも後端側となる位置に第１環状部材８０を配置することで、主体金具５０の変形を十分に抑制することが可能となる。

図４を参照しながら説明したように、本実施形態の第１環状部材８０は、円形の断面形状を有する環状部材８０Ａを、下型１１０と上型１２０との間で挟み込むことで形成される。このような態様に替えて、図１２に示される方法で第１環状部材８０が形成されてもよい。

図１２の例では、先ず、三角形の断面形状を有する環状部材８０Ｂが用意される。尚、上記断面形状における三角形のコーナー部分は、図１２に示されるように曲線となっている。

図１２（Ａ）に示されるように、環状部材８０Ｂは、タルク材ＴＣが充填される前の環状空間ＳＰの内側に配置される。このとき、環状部材８０Ｂのうち上記三角形の１辺となる面が、主体金具５０の内周面５２０に当接した状態とされる。

その後、環状空間ＳＰに対し上方から上型１３０が挿入される。上型１３０の先端面Ｓ１２の形状は、図３に示される第１環状部材８０のうち、凹部８３及びその周囲の形状と同じである。上型１３０に対し下方側に向けた力を更に加えると、環状部材８０Ｂは、上型１３０の先端面Ｓ１２、主体金具５０の内周面５２０、及び絶縁碍子２０の突出部２１１に挟み込まれることで塑性変形して行く。最終的には、図１２（Ｂ）に示されるように、環状部材８０Ｂのうち先端側の部分は、突出部２１１の外周面と同一の形状となる。また、環状部材８０Ｂのうち後端側の形状は、上型１３０の先端面Ｓ１２と同一の形状となる。このような方法で、環状部材８０Ｂから第１環状部材８０を形成してもよい。

第１環状部材８０の断面形状としては、図３に示されるような断面形状に限らず、様々な断面形状を採用することができる。以下では、図１３及び図１４を参照しながら、第１環状部材８０の断面形状において互いに異なる複数の変形例について説明する。図１３及び図１４では、それぞれの変形例について、図２と同様に中心軸ＣＸを含む面で切断した場合の断面が示されている。

図１３（Ａ）に示される変形例では、第１環状部材８０のうち、後端側にある第２環状部材９０と対向する部分に、凹部８３が形成されていない。代わりに、当該部分には、第２環状部材９０側に向けて突出する凸部８４が形成されている。このような構成においては、第１環状部材８０の肉厚が厚くなるので、振動等に対する第１環状部材８０の耐久性を十分に確保することが可能となる。

図１３（Ｂ）に示される変形例では、第１環状部材８０が凹部８３を有する形状としながらも、中心軸ＣＸに沿った第１環状部材８０の寸法が、第１実施形態よりも大きくなっている。その結果、この変形例では、金具当接部８１が、点線ＤＬ１よりも後端側となる位置まで伸びるように形成されている。換言すれば、金具当接部８１が、突出部２１１が形成されている範囲よりも、中心軸ＣＸに沿って第２環状部材９０側となる位置まで伸びるように形成されている。このような構成においては、金具当接部８１から主体金具５０に加えられる力が、更に広い範囲で分散して加えられることとなるので、主体金具５０の変形を更に抑制することが可能となる。

また、この変形例では、碍子当接部８２も、点線ＤＬ１よりも後端側となる位置まで伸びるように形成されている。換言すれば、碍子当接部８２が、突出部２１１が形成されている範囲よりも、中心軸ＣＸに沿って第２環状部材９０側となる位置まで伸びるように形成されている。このような構成においては、碍子当接部８２から突出部２１１に加えられる力が、更に広い範囲で分散して加えられることとなるので、突出部２１１に亀裂ＣＲが生じてしまうことをより確実に防止することが可能となる。

図１４（Ｃ）に示される変形例では、第１環状部材８０が有する凹部８３の形状が、突出部２１１の外周面と同じ曲率を有する形状となっている。図１４（Ｄ）に示される変形例では、第１環状部材８０に凹部８３が形成されていない。この変形例では、第１環状部材８０のうち第２環状部材９０と対向する部分の形状が、中心軸ＣＸに対して垂直な平坦面となっている。図１４（Ｅ）に示される変形例では、第１環状部材８０の断面形状が、中心軸ＣＸに沿って伸びる長円形（オーバル型）となっている。図１４に示されるいずれの変形例においても、第１環状部材８０には本実施形態と同様の金具当接部８１が形成されており、金具当接部８１の全体が主体金具５０の内周面５２０に当接している。これにより、先に説明したものと同様の効果を奏することができる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：点火プラグ
２０：絶縁碍子
３０：中心電極
５０：主体金具
６０：接地電極
８０：第１環状部材
８１：金具当接部
９０：第２環状部材
２００：軸孔
２１１：突出部
ＳＰ：環状空間
ＴＣ：タルク材
ＣＸ：中心軸

Claims (11)

1. 軸孔（２００）の形成された絶縁碍子（２０）と、
   前記軸孔の中心軸（ＣＸ）に沿った一方側端部となる位置において、前記絶縁碍子に保持された中心電極（３０）と、
   前記絶縁碍子を外周側から保持するように加締められた主体金具（５０）と、
   前記主体金具から伸びており、前記中心電極と一部が対向する接地電極（６０）と、
   前記絶縁碍子の外周面と前記主体金具の内周面との間の環状空間（ＳＰ）、に充填されたタルク材（ＴＣ）と、
   前記環状空間のうち、前記中心軸に沿って前記中心電極側の端部となる位置に配置された第１環状部材（８０）と、
   前記環状空間のうち、前記中心軸に沿って前記中心電極とは反対側の端部となる位置に配置された第２環状部材（９０）と、を備え、
   前記絶縁碍子には、前記中心軸に沿って前記中心電極側に行くほど外周面の径が大きくなるよう突出した部分であって、前記第１環状部材を前記中心電極側から支持する突出部（２１１）が形成されており、
   前記第１環状部材は、
   前記主体金具の内周面に当接する部分であって、
   前記中心軸を含む面に沿って切断した場合の断面において、前記主体金具の当該内周面と平行な線となる金具当接部（８１）を有している、点火プラグ。
2. 前記中心軸を含む面に沿って切断した場合の断面において、前記金具当接部は、前記中心軸と平行な直線となる、請求項１に記載の点火プラグ。
3. 前記第１環状部材は、
   前記突出部の外周面に当接する部分であって、
   前記中心軸を含む面に沿って切断した場合の断面において、前記突出部の当該外周面と平行な線となる碍子当接部（８２）を有している、請求項１又は２に記載の点火プラグ。
4. 前記中心軸を含む面に沿って切断した場合の断面において、前記碍子当接部は、前記中心電極側に向けて突出する曲線となる、請求項３に記載の点火プラグ。
5. 前記碍子当接部は、
   前記突出部が形成されている範囲よりも、前記中心軸に沿って前記第２環状部材側となる位置まで伸びるように形成されている、請求項３又は４に記載の点火プラグ。
6. 前記金具当接部は、
   前記突出部が形成されている範囲よりも、前記中心軸に沿って前記第２環状部材側となる位置まで伸びるように形成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の点火プラグ。
7. 前記第１環状部材のうち、前記第２環状部材と対向する部分には、前記中心電極側に向けて後退する凹部（８３）が形成されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の点火プラグ。
8. 前記第１環状部材のうち、前記第２環状部材と対向する部分には、前記第２環状部材側に向けて突出する凸部（８４）が形成されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の点火プラグ。
9. 前記主体金具は、
   前記環状空間の外周側であって、点火プラグの取り付け時において工具と嵌合する部分である嵌合部（５２）と、
   前記嵌合部に対し前記中心電極側において隣り合う部分であって、前記中心軸に沿って前記中心電極側に行くほど、外周面の径が次第に小さくなる部分、である縮小部（５３）と、を有し、
   前記縮小部のうち、前記中心軸に沿って最も前記中心電極側となる部分の位置は、
   前記第１環状部材のうち、前記中心軸に沿って最も前記中心電極側となる部分の位置よりも、更に前記中心電極側となる位置である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の点火プラグ。
10. 前記中心軸を含む面に沿って前記第１環状部材を切断した場合における断面においては、
    前記金具当接部に対応する線の長さが、前記第１環状部材の断面形状を包含する外接円（ＣＣ）の半径（Ｒ）よりも長い、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の点火プラグ。
11. 前記主体金具は、
    前記環状空間の外周側であって、点火プラグの取り付け時において工具と嵌合する部分である嵌合部（５２）を有しており、
    前記嵌合部のうち互いに対向する二面間の幅が１６ｍｍ以下である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の点火プラグ。

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