JP4625416B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火に使用されるスパークプラグに関するものである。

従来、自動車等のエンジンには点火のためのスパークプラグが用いられている。一般的なスパークプラグは、自身の軸孔内の先端側にて中心電極を保持し、後端側にて接続端子を保持した絶縁碍子が、その胴部を主体金具に取り囲まれて保持された構成を有している。また、主体金具の先端面には接地電極の一端が溶接されており、接地電極の他端は、中心電極と対向するように屈曲されている。この接地電極の他端と中心電極との間で火花放電ギャップが形成され、火花放電が行われる。

このようなスパークプラグの絶縁碍子は、以下のように作製される。まず、アルミナ等の絶縁性セラミックスを主体とする原料粉末がラバープレスされ、絶縁碍子の概形をなす圧粉体が形成される。このとき、ゴム型にはプレスピンがセットされ、圧粉体には、後に軸孔となる貫通孔が形成される。次に、この圧粉体の貫通孔に、圧粉体の基端側から支持ピンが挿通される。この支持ピンは自身の基端側が製造装置に固定されており、圧粉体は支持ピンにより回転可能に保持される。そして、支持ピンの軸線と直交する方向から圧粉体に砥石が当接されて、圧粉体の外周面が研削され、絶縁碍子の外形をなす成形体が形成される。その後、成形体は焼成され、更にマークの捺印、釉薬の塗布、釉焼などの過程を経て、絶縁碍子が完成する（例えば特許文献１参照）。

近年、自動車エンジンの高出力化や省燃費化が進み、エンジン側の設計の自由度の確保の点からスパークプラグの小型化が求められている。そこでスパークプラグの小型化を図るため主体金具の小径化を行い、更に主体金具内に保持される絶縁碍子の小径化を行った場合、絶縁碍子に十分な強度や絶縁性を得られなくなる虞が生ずる。この不具合を回避するには絶縁碍子の軸孔の内径を小さくして肉厚（絶縁碍子の外周面と軸孔の内周面との間の距離）を確保すればよいが、これに伴い、絶縁碍子の製造過程において使用される支持ピンもまた小径に形成されることとなる。
特開２００１−１７６６３７号公報

しかしながら、絶縁碍子の製造工程において、圧粉体の研削時に従来より外径を細くした支持ピンを使用した場合、圧粉体と砥石との接触に伴い生ずる応力によって支持ピンが撓るという問題が生じた。特に全長（軸線方向における長さ）が６５ｍｍ以上の絶縁碍子を作製するには支持ピンを長く形成する必要があり、全長の短い絶縁碍子を作製する場合と比べ全体の重心が先端側寄りとなるため、製造装置に固定される支持ピンの基端側に応力が集中しやすい。支持ピンが撓ったまま圧粉体が研削されると、形成される成形体では特に先端側において外周面の中心位置に対する貫通孔の中心位置のずれ（偏心）が大きくなり、肉厚の厚いところや薄いところが生じてしまう。そのまま絶縁碍子として完成されて主体金具に組み付けられると、絶縁碍子の肉厚の厚い部分では、自身の外周面と主体金具の内周面との間の距離が近くなるため横飛火を生ずる虞があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、絶縁碍子の製造過程において使用される支持ピンの撓りを低減して軸孔の偏心を抑制した絶縁碍子を作製し、横飛火の発生を防止することができるスパークプラグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側に火花放電のための中心電極を保持すると共に、前記軸孔内の後端側で前記軸孔を介し前記中心電極と電気的に接続される接続端子を保持する絶縁碍子を備えたスパークプラグにおいて、前記絶縁碍子の前記軸孔は、少なくとも、前記軸孔の後端側の開口に連続する太径部と、前記太径部より先端側で前記太径部に連続し、内径が、前記太径部より縮径された細径部とを備え、前記絶縁碍子の軸線方向における長さをＡ（ｍｍ）、前記絶縁碍子の外径が最大となる部位よりも後端側の部位である後端側胴部の外径をＢ（ｍｍ）、前記太径部の内径をＣ（ｍｍ）、前記太径部の軸線方向における長さをＤ（ｍｍ）、前記細径部の内径をＥ（ｍｍ）としたとき、Ａ≧６５（ｍｍ）で、Ｅ≦３．４（ｍｍ）である場合に、０．０１×（０．１４１×Ａ−０．１４０×Ｄ−０．２８５×Ｂ−６．１２４×Ｃ＋１．１０５×Ｅ＋１７．５２７）＜０．０７であることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側に火花放電のための中心電極を保持すると共に、前記軸孔内の後端側で前記軸孔を介し前記中心電極と電気的に接続される接続端子を保持する絶縁碍子を備えたスパークプラグにおいて、前記絶縁碍子の前記軸孔は、少なくとも、前記軸孔の後端側の開口に連続する太径部と、前記太径部より先端側で前記太径部に連続し、内径が、前記太径部より縮径された細径部とを備え、前記絶縁碍子の軸線方向における長さをＡ（ｍｍ）、前記絶縁碍子の外径が最大となる部位よりも後端側の部位である後端側胴部の外径をＢ（ｍｍ）、前記太径部の内径をＣ（ｍｍ）、前記太径部の軸線方向における長さをＤ（ｍｍ）、前記細径部の内径をＥ（ｍｍ）としたとき、Ａ≧６５（ｍｍ）、Ｅ≦３．４（ｍｍ）、Ｃ／Ｅ×１００≧１１６（％）、Ｃ／Ｂ×１００≦４７（％）、およびＤ／Ａ×１００≧９（％）である場合に、前記軸線方向と直交する平面に前記絶縁碍子の先端面を投影したとき、前記先端面の外周の輪郭線を投影した外周投影線の中心位置と、前記軸孔の開口の輪郭線を投影した内周投影線の中心位置との間の距離が０．０７ｍｍ未満であることを特徴とする。

スパークプラグの絶縁碍子を製造する過程では、原形となる成形体は圧粉体の外周を研削することによって絶縁碍子の外形形状が形成される。この研削の工程において、圧粉体の貫通孔（完成後の絶縁碍子の軸孔に相当する）に基端側が製造装置に固定された支持ピンが挿通され、この支持ピンに支えられた圧粉体に砥石が当接されて、成形体の外周面を形成する研削が行われる。請求項１に係る発明のスパークプラグでは、完成後の絶縁碍子の各部の寸法を規定することにより、その絶縁碍子の作製に使用可能な支持ピンの各部の大きさを規定することができるので、支持ピンの剛性を高めた構成とすることができる。これにより、圧粉体の研削の際に支持ピンを撓りにくくすることができ、撓った状態で圧粉体が研削されることにより生ずる虞のある、完成後の絶縁碍子の軸孔の偏心を、効果的に抑制することができる。

このように、完成後の絶縁碍子の各部の寸法を規定するにあたって、本発明では、重回帰分析による統計的な解析を行うことで、全長Ａ、後端側胴部の外径Ｂ、太径部の内径Ｃ、太径部の長さＤ、細径部の内径Ｅをパラメータとして絶縁碍子の偏肉量（軸孔の偏心の大きさ）の想定値を求める式、０．０１×（０．１４１×Ａ−０．１４０×Ｄ−０．２８５×Ｂ−６．１２４×Ｃ＋１．１０５×Ｅ＋１７．５２７）を導くことができる。そして、この式によって求められる偏肉量の想定値が０．０７未満となる絶縁碍子を設計すれば、その絶縁碍子の製造の際に使用される支持ピンの撓りを低減することができるので、作製される絶縁碍子の軸孔の偏心を抑制することができる。そして、その絶縁碍子を用いてスパークプラグを作製すれば、横飛火の発生を防止することができる。

なお、本発明は、スパークプラグの小型化を図る上で絶縁碍子の小径化を狙い、その絶縁碍子の製造過程で生じうる軸孔の偏心を抑制するものである。このため、絶縁碍子の製造過程において使用される支持ピンが撓る虞のあるもの、すなわち、全長Ａが６５ｍｍ以上、細径部の内径Ｅが３．４ｍｍ以下の絶縁碍子を対象としている。

また、請求項２に係る発明では、絶縁碍子の製造の際に使用される支持ピンが撓りにくい構成となるように、完成後の絶縁碍子の各部の大きさを規定することで、その絶縁碍子を製造するのに使用可能となる支持ピンの各部の大きさを規定することができる。すなわち、Ｃ／Ｅ×１００≧１１６（％）と規定することで、上記した圧粉体の研削を行う際に製造装置に固定され内部応力が集中しやすい支持ピンの基端側の外径を大きくすることができる。また、Ｃ／Ｂ×１００≦４７（％）と規定することで、上記のように支持ピンの基端側を太くした影響から、完成後の絶縁碍子の厚みが太径部において薄くなりすぎないようにすることができる。更に、Ｄ／Ａ×１００≧９（％）と規定することで、支持ピンの基端側で外径を大きくした部分の長さを十分に確保して、基端側の強度を高め、撓りが生じにくい支持ピンの構成を実現することができる。このように、各部の寸法を規定した絶縁碍子を作製することで、上記のように支持ピンの撓りを低減し、作製される絶縁碍子の軸孔の偏心を抑制することができる。そして、作製された絶縁碍子の偏肉量（軸孔の偏心の大きさ）を測定した際に０．０７ｍｍ未満となる絶縁碍子を用いてスパークプラグを作製すれば、横飛火の発生を防止することができる。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。図２は、絶縁碍子１０の断面図である。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０の軸孔１２内に保持された中心電極２０と、主体金具５０に接合され、先端部３１が中心電極２０の先端部２２に対向する接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端側に設けられた接続端子４０とから構成されている。

まず、このスパークプラグ１００の絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸線Ｏ方向に軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。図２に示すように、軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、これより後端側には後端側胴部１８が形成されている。また、鍔部１９より先端側には先端側胴部１７と、その先端側胴部１７に連続する脚長部１３とが形成されている。先端側胴部１７の外径Ｆは後端側胴部１８の外径Ｂより小さく構成されており、先端側胴部１７より先端側の脚長部１３では先端側胴部１７より更に外径が小さく構成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径されており、この構成により、後述する主体金具５０の内周と、自身の外周との間のクリアランスが先端側ほど大きく形成され、横飛火が防止されている。

また、上記のように外径を小さくした脚長部１３の肉厚（筒状の壁面としての厚み）を確保するため、絶縁碍子１０の脚長部１３の形成部位、すなわち図２における軸孔１２の極細径部１２５の内径は、最も小さく構成されている。そして軸孔１２の極細径部１２５より後端側は細径部１２０として構成されており、先端側胴部１７から鍔部１９を介し後端側胴部１８の後端付近まで内径Ｅを有するように形成されている。

一方、絶縁碍子１０の軸孔１２で、自身の後端側の開口１２９から先端側に向けて長さＤまでの部分は、細径部１２０の内径Ｅより拡径された内径Ｃを有する太径部１１０として形成されている。この太径部１１０には、開口１２９から先端側に向けて長さＧの部分に雌ねじ部１１２が形成されている。雌ねじ部１１２は、後述する絶縁碍子１０の製造過程において、軸孔１２の形状（製造過程の一形態である圧粉体２５０の貫通孔２５１の形状）を形成するためのプレスピン１５０（図３参照）を圧粉体２５０から抜き取るための構成である。本実施の形態では、雌ねじ部１１２の最小内径（形成されたねじ山の稜角部分からなる仮想の内周面の内径）を、太径部１１０においてねじ山の形成されていない滑面部１１１の内径と等しくしている。

また、軸孔１２の太径部１１０と細径部１２０との間には、テーパ状の段部１１５が形成されている。この段部１１５は、スパークプラグ１００の製造の際に後述するシール体４（一般的にはガラスシール粉末、図１参照）を注入しやすくするためのものであり、軸線Ｏに直交する平面に対して約６０度の傾斜を有するように構成されている。段部１１５の傾斜が２０度未満であると、シール体４の注入を円滑に行うことができない虞がある。また、段部１１５の傾斜が８０度より大きいとテーパ部分の長さが長くなってしまい、後述する支持ピン２００の寸法調整に手間がかかる場合がある。本実施の形態では、太径部１１０の長さＤに、この段部１１５は含まれない。

なお、図示しないが、絶縁碍子１０の後端面と軸孔１２の内周面とがなす稜角部分に、軸孔１２の太径部１１０の内径を段状あるいはテーパ状に更に拡径した部位が形成される場合がある。絶縁碍子１０の製造過程では後端側胴部１８に釉薬を塗布し釉焼する工程が行われるが、こうした部位は、釉焼後に絶縁碍子１０の後端面に釉薬が盛り上がって残ることを防止するための釉薬溜まりとして形成される。本実施の形態では、開口１２９を、絶縁碍子１０の後端面における軸孔１２の開口とし、こうした釉薬溜まりが形成されている場合、太径部１１０にその釉薬溜まりが含まれるものとする。

次に、中心電極２０について説明する。図１に示す中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金等からなる電極母材の中心部に、放熱促進のための銅、あるいは銅合金などで構成された芯材２３が埋設された棒状の電極である。中心電極２０は絶縁碍子１０の脚長部１３が形成された部分の軸孔１２内に保持され、その先端部２２は絶縁碍子１０の先端面１１から突出している。また中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール体４および抵抗体３を経由して、後端側胴部１８が形成された部分の軸孔１２内に保持される接続端子４０に電気的に接続されている。接続端子４０の後端部４１は絶縁碍子１０の後端より露出され、この後端部４１に、プラグキャップ（図示外）を介して高圧ケーブル（図示外）が接続され、高電圧が印加されるようになっている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は絶縁碍子１０を保持し、図示外の内燃機関にスパークプラグ１００を固定するためのものである。主体金具５０は、絶縁碍子１０の鍔部１９近傍の後端側胴部１８から、鍔部１９、先端側胴部１７および脚長部１３を取り囲むようにして絶縁碍子１０を保持している。主体金具５０は低炭素鋼材で形成され、図示外のスパークプラグレンチが係合する工具係合部５１と、図示外の内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部５２とを備えている。

また、主体金具５０の工具係合部５１と絶縁碍子１０後端側胴部１８との間には環状のリング部材６，７が介在されており、更に両リング部材６，７の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。工具係合部５１の後端側には加締め部５３が形成されており、この加締め部５３を加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周に形成された段部５６に、絶縁碍子１０の先端側胴部１７と脚長部１３との間の段部１５が板パッキン８０を介して支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密は板パッキン８０によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、主体金具５０の中央部には鍔部５４が形成されており、鍔部５４とねじ部５２との間のねじ首部５５には、燃焼室（図示外）のガス抜けを防止するガスケット５が嵌挿されている。

次に、接地電極３０について説明する。接地電極３０は、耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１などのＮｉ合金が用いられている。この接地電極３０は、自身の長手方向と直交する横断面が略長方形であり、屈曲された角棒状の外形を呈している。そして、角棒状の基端側の基部３２が、主体金具５０の軸線方向先端側の先端面５７に溶接されている。一方、この接地電極３０の基部３２とは反対側の先端部３１は、中心電極２０の先端部２２に対向するよう屈曲されている。そして、中心電極２０の先端部２２と接地電極３０の先端部３１との対向部分には、それぞれに、貴金属から形成された貴金属チップ９１が突設状に溶接されており、両者間に火花放電ギャップが形成されている。

このような構成のスパークプラグ１００の絶縁碍子１０は、図３，図４に示す具体的な製造工程に従って作製される。図３，図４は、絶縁碍子１０の製造工程を模式的に示す図である。

図３に示すように、絶縁碍子１０の製造工程では、まず、絶縁碍子１０の原形となる圧粉体２５０を形成するため、ラバープレスによる成型が行われる（加圧工程）。この成型工程では、ゴム型１６０のキャビティ１６１内に成形材料１７０が注入され、後に軸孔１２となる貫通孔２５１の内周面の形状を形成するためのプレスピン１５０が、成形後の圧粉体２５０の軸中心となる位置に挿入される。なお、プレスピン１５０の挿入方向後端側にはキャビティ１６１の封止を行う鍔部１５７が形成されている。その鍔部１５７の位置を基端として、絶縁碍子１０の軸孔１２の太径部１１０の滑面部１１１の形状を形成するための太径部１５１と、雌ねじ部１１２の形状を形成するための雄ねじ部１５２とから構成される太径部１５５が形成されている。そしてプレスピン１５０の鍔部１５７によりキャビティ１６１が封止され、この状態でゴム型１６０の側面が押圧されるとキャビティ１６１内の成形材料１７０は加圧圧縮されて、プレスピン１５０と一体となった圧粉体２５０として形成される。

次に、この圧粉体２５０をプレスピン１５０ごとゴム型１６０から離型させる。そしてプレスピン１５０を、軸を中心に回転させることで、圧粉体２５０の貫通孔２５１の太径部２１０の雌ねじ部２１２と、プレスピン１５０の太径部１５５の雄ねじ部１５２との螺合が解除される。これにより、圧粉体２５０とプレスピン１５０との係合を外し、プレスピン１５０から圧粉体２５０を抜き取ることができる（抜芯工程）。すなわち、プレスピン１５０の外周面にあわせた形状を有する貫通孔２５１が、圧粉体２５０の軸の位置に形成される。

次の工程では、支持ピン２００が圧粉体２５０の貫通孔２５１に挿入される（支持ピン挿入工程）。ここで、支持ピン２００は先端側を細く構成した丸棒状のピンであり、超硬合金からの削りだしにより一端から他端にかけて、太径の保持部２０５と、圧粉体２５０を装着した際のストッパとして機能する鍔部２０１と、保持部２０５と同様に太径の基部２０２と、基部２０２より細径の胴部２０３と、胴部２０３より更に細径の先端部２０４とを形成したものである。支持ピン２００は先端部２０４が圧粉体２５０の太径部２１０側より貫通孔２５１内に挿通され、極細径部１２５に相当する部位に支持ピン２００の先端部２０４が当接され、細径部１２０に相当する部位に支持ピン２００の胴部２０３が当接される。そして、太径部１１０に相当する部位には基部２０２が当接され、開口１２９に相当する部位に、鍔部２０１が当接されることにより、圧粉体２５０と支持ピン２００とが互いに位置決めされる。なお、この鍔部２０１は必ずしも胴部２０３と同じ材質で構成する必要はなく、例えば、シリコンゴムを用いて別途ストッパを構成してもよい。

そして図４に示すように、支持ピン２００の保持部２０５が固定チャック２３０に固定される（支持ピン固定工程）。この状態で軸２４１を中心に回転する砥石２４０と、軸２２１を中心に回転する調整車２２０との間に圧粉体２５０が挟み込まれ、圧粉体２５０の外周の研削が行われる（研削工程）。なお、砥石２４０の軸２４１と調整車２２０の軸２２１とは平行に設けられ、砥石２４０と調整車２２０は互いに逆方向に回転されており、砥石２４０は調整車２２０よりも速い角速度で回転されている。調整車２２０の表面はグリップ力を有し、研削後の絶縁碍子１０の鍔部１９となる圧粉体２５０の部分に当接して圧粉体２５０を砥石２４０方向に押圧するとともに、圧粉体２５０が砥石２４０に従動して回転されるのを抑え、効率よく研削が行われるようにしている。

こうして上記各工程を経て圧粉体２５０の外周が研削されて絶縁碍子１０の形状を有する成形体３１０が形成される。この成形体３１０は更に焼成され、マークの捺印、釉薬の塗布、釉焼などの工程を経て、絶縁碍子１０として製造される（焼成工程（図示外））。

ところで、上記絶縁碍子１０の製造工程において圧粉体２５０を研削する際に、圧粉体２５０を支える支持ピン２００は、先端部２０４側が解放された状態で保持部２０５が固定される。この状態で圧粉体２５０は支持ピン２００の軸線方向と直交する方向から砥石が当接されて研削されるため、支持ピン２００は、これに伴い生ずる応力を受けることとなる。このとき支持ピン２００は、保持部２０５が固定されているので基部２０２に応力が集中しやすく、撓りを生ずる虞がある。この支持ピン２００の撓りを低減するため、本実施の形態では、支持ピン２００の基部２０２を太径に構成している。もっとも、支持ピン２００の基部２０２をただ太径に構成しただけでは、絶縁碍子１０の肉厚を確保するため後端側胴部１８の外径Ｂ（図２参照）を大きく構成する必要が生じ、絶縁碍子１０の小径化、延いてはスパークプラグ１００の小型化を図ることが難しい。そこで本実施の形態では完成後の絶縁碍子１０の各部の寸法を規定することにより、その絶縁碍子１０を製造するための支持ピン２００の基部２０２が、必要且つ十分な太さや大きさを得られるようにしている。

以下、図２，図３を参照し、絶縁碍子１０の各部の寸法の規定について説明する。なお、以下に示す絶縁碍子１０の各部の寸法は、製品寸法に基づくものである。

図２に示す、本実施の形態の絶縁碍子１０では、その全長Ａ（軸線Ｏ方向の長さ）を６５ｍｍ以上に規定すると共に、細径部１２０の内径Ｅを３．４ｍｍ以下に規定している。本発明はスパークプラグの小型化を目指す上で絶縁碍子に生ずる問題点を解決するものであり、全長Ａが１００ｍｍ以上となる絶縁碍子については考慮していない。同様に、細径部の内径Ｅが３．４ｍｍより大きい絶縁碍子では十分な肉厚を確保するため必然的に後端側胴部の外径Ｂが大きくなり、絶縁碍子１０の小径化を図ることが難しく、考慮していない。

また、上記したように、絶縁碍子１０の製造過程では絶縁碍子１０の原形となる圧粉体２５０が支持ピン２００に支持される。全長Ａが６５ｍｍ未満の絶縁碍子を作製する場合、全長Ａが６５ｍｍ以上の絶縁碍子を作製する場合と比べ、圧粉体２５０の全体の重心が支持ピン２００の根元側寄り（図中下方、保持部２０５側）となるため、もともと支持ピン２００の撓りが生じにくい。なお、絶縁碍子１０の製造の際に支持ピン２００の保持部２０５は製造装置に固定されるため、固定部分と非固定部分との境目となる基部２０２と鍔部２０１との境目付近が上述した根元に相当するといえる。

こうしたことから上記のように、全長Ａ（軸線Ｏ方向の長さ）が６５ｍｍ以上、細径部１２０の内径Ｅが３．４ｍｍ以下である絶縁碍子１０について、更に、各部の寸法を以下のように規定している。

まず、絶縁碍子１０の完成品において、太径部１１０の内径Ｃが、細径部１２０の内径Ｅに対して１１６％以上の大きさとなることを規定している。絶縁碍子１０の製造過程において支持ピン２００に装着された圧粉体２５０には、支持ピン２００の軸線方向と直交する方向から砥石があてられ、研削される。上記したように支持ピン２００は保持部２０５が固定されているため、圧粉体２５０が砥石から受ける抗力に基づく応力は保持部２０５側ほど大きくなり、特に根元付近に応力が集中しやすい。このとき、細径部１２０の内径Ｅにあわせ３．４ｍｍ以下となる胴部２０３の外径と同じ太さで基部２０２の外径が形成されていると、集中する応力に十分に耐えられなくなる虞がある。そこで本実施の形態では、支持ピン２００の基部２０２を胴部２０３よりも太径に形成できるように、絶縁碍子１０の製品寸法をもって、上記のように支持ピン２００の大きさを規定している。

もっとも、絶縁碍子１０の剛性を確保する観点からは、軸線Ｏ方向において、太径部１１０として必要な長さを確保しながらも、絶縁碍子１０の厚みとして確保できる範囲（細径部１２０の長さ）をできるだけ長くした構成であることが望ましい。そこで本実施の形態では、太径部１１０の軸線方向の長さＤが絶縁碍子１０の全長Ａに対して９％以上の大きさとなるように規定している。

また、太径部１１０においては、製造されたスパークプラグ１００を取り扱う上で、過剰なほども慎重に取り扱わなければならないほど肉厚の薄い絶縁碍子を構成することには問題がある。また、スパークプラグ１００を使用する際に絶縁破壊が生じるほども絶縁碍子の肉厚が薄くなってしまうことは望ましくない。すなわち、絶縁碍子には機械的、電気的に優れるものである必要があり、支持ピン２００の基部２０２の太さを確保しつつも太径部１１０における厚みを確保するため、本実施の形態では、後端側胴部１８の外径Ｂに対する太径部１１０の内径Ｃが４７％以下の大きさとなるように規定している。

このように、上記した製品寸法を満たす絶縁碍子１０を設計することで、その絶縁碍子１０の製造の際に用いることができる支持ピン２００の各部の寸法が規定される。その寸法に従って作製される支持ピン２００は剛性が高められるので撓りが低減され、この支持ピン２００を用いて作製される絶縁碍子１０では、軸孔１２の偏心が生じにくい。

ここで、軸孔１２の偏心について説明する。上記したように、絶縁碍子１０の原形となる圧粉体２５０の研削の際に、支持ピン２００は根元付近に応力が集中するため剛性が低いと撓りやすく、支持ピン２００の先端部２０４付近では本来の軸心位置（撓りを生じていないときの軸心位置）に対しずれが生じやすい。支持ピン２００が撓った状態で圧粉体２５０が研削されると、完成される絶縁碍子１０の軸孔１２の軸心位置は、絶縁碍子１０自身の軸心位置に対して偏心してしまう。この軸孔１２の偏心は絶縁碍子１０の先端側ほど大きくなるため、具体的な大きさとして示すには、絶縁碍子１０の先端面１１を軸線Ｏと直交する平面に投影し、その先端面１１の外周を投影した外周投影線（すなわち脚長部１３の外周面の輪郭線）の中心位置と、内周を投影した内周投影線（すなわち先端面１１に開口した軸孔１２の開口１２８（図２参照）の輪郭線）の中心位置との間の距離を測ればよい（このように測定される軸孔の偏心の大きさを、以下、「偏肉量」という。）。この偏肉量を測定することにより、絶縁碍子１０の製造の際の支持ピン２００の撓りの大きさを、具体的な数値として測ることができる。

本実施の形態では、上記のように軸孔１２の偏心を抑制した絶縁碍子１０の偏肉量の大きさを、０．０７ｍｍ未満に規定している。絶縁碍子１０の偏肉量の大きさが０．０７ｍｍ未満となれば、その絶縁碍子１０を用いて作製したスパークプラグ１００に横飛火が発生しないことを、後述する評価試験において確認している。

ところで、軸孔１２の偏心を抑制して横飛火が発生しないスパークプラグ１００を製造するにあたって、絶縁碍子１０を新たに設計する場合、上記各条件を満たす絶縁碍子１０の各部の寸法の組合せは数多く存在する。そこで本願発明者等は、実際に軸孔の偏心を抑制することができた絶縁碍子のサンプルの各部の寸法を用いて統計的手法により解析を行い、これを新たな絶縁碍子の設計に応用することによって、容易に各条件を満たす絶縁碍子が作製できることを見いだした。

具体的には公知の重回帰分析に基づき、
０．０１×（０．１４１×Ａ−０．１４０×Ｄ−０．２８５×Ｂ−６．１２４×Ｃ＋１．１０５×Ｅ＋１７．５２７） ・・・ （１）
で示される式を用いて算出される偏肉量の想定値が、０．０７未満となることと規定した。なお（１）の式は、上記同様、全長Ａが６５ｍｍ以上であり、且つ細径部１２０の内径Ｅが３．４ｍｍ以下である絶縁碍子１０に適用される。

（１）の式は、株式会社 日本科学技術研修所製のソフトウェア ＪＵＳＥ−ＳｔａｔＷｏｒｋｓ（登録商標）を用いて求められたものである。具体的には、後述する評価試験の結果に基づき、絶縁碍子のサンプルのＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ各値と偏肉量との関係を上記ソフトウェアで統計的に解析し、（１）の式をもって表したものである。（１）の式に、Ａ〜Ｅの各値を変数として代入し、算出された偏肉量の想定値が０．０７未満となる絶縁碍子を設計すれば、その絶縁碍子の製造の際に用いられる支持ピンの撓りは低減され、その絶縁碍子を用いて作製したスパークプラグは横飛火を生じない。なお、偏肉量の想定値として求められる値が小さいため、（１）の式では、その計算の過程において１００倍した数値を用いて計算を行い、最後に０．０１倍することによって桁合わせを行っている。

上記した製品寸法を満たし軸孔１２の偏心が抑制された絶縁碍子１０を作製し、その偏肉量が０．０７ｍｍ未満となれば、この絶縁碍子１０を用いて作製されるスパークプラグ１００の横飛火を防止できることを、以下に示す評価試験を行うことにより確認した。

［実施例１］
この評価試験では、絶縁碍子の全長Ａ（ｍｍ）、太径部の長さＤ（ｍｍ）、後端側胴部の外径Ｂ（ｍｍ）、太径部の内径Ｃ（ｍｍ）、細径部の内径Ｅ（ｍｍ）の各値をそれぞれ何種類かのうちから組み合わせた絶縁碍子のサンプルを３６種類作製した。そして、Ａ〜Ｅの値が所定の組合せのもの同士を比較するため、各サンプルをＲ１〜Ｒ１２の１２種類にグループ化した。具体的なＡ〜Ｅの値の組合せとグループは以下の通りである。

グループＲ１は、絶縁碍子の全長Ａを８０ｍｍ、後端側胴部の外径Ｂを７．２ｍｍ、太径部の内径Ｃを２．８ｍｍとし、太径部の長さＤをそれぞれ３１．０，３７．０（ｍｍ）、細径部の内径Ｅをそれぞれ２．２，２．０（ｍｍ）として作製したサンプル１番，２番が分類され、各サンプルの偏肉量について比較を行ったものである。また、グループＲ２に分類されるサンプル３番，４番は、グループＲ１の各サンプルの絶縁碍子の全長を６５ｍｍとし、太径部の長さＤをそれぞれ１８．５，２５．０（ｍｍ）に変更して偏肉量を比較したものである。

グループＲ３は、絶縁碍子の全長Ａを８０ｍｍ、後端側胴部の外径Ｂを７．５ｍｍ、太径部の内径Ｃを３．０ｍｍ，細径部の内径Ｅを２．５ｍｍとし、太径部の長さＤをそれぞれ１８．５，２５．０，３１．０，３７．０（ｍｍ）として作製したサンプル５番〜８番が分類され、各サンプルの偏肉量について比較を行ったものである。また、グループＲ４に分類されるサンプル９番〜１２番は、グループＲ３の各サンプルにおいて後端側胴部の外径Ｂを９．０ｍｍに変更し、それぞれの偏肉量を比較したものである。

グループＲ５は、絶縁碍子の全長Ａを６５ｍｍ、後端側胴部の外径Ｂを７．５ｍｍ、太径部の内径Ｃを３．０ｍｍ，細径部の内径Ｅを２．５ｍｍとし、太径部の長さＤをそれぞれ１１．０，１５．０，１８．５，２５．０（ｍｍ）として作製したサンプル１３番〜１６番が分類され、各サンプルの偏肉量について比較を行ったものである。また、グループＲ６に分類されるサンプル１７番〜２０番は、グループＲ５の各サンプルにおいて後端側胴部の外径Ｂを９．０ｍｍに変更し、それぞれの偏肉量を比較したものである。

グループＲ７は、絶縁碍子の全長Ａを８０ｍｍ、後端側胴部の外径Ｂを７．５ｍｍ、太径部の内径Ｃを３．５ｍｍ，細径部の内径Ｅを３．０ｍｍとし、太径部の長さＤをそれぞれ１１．０，１８．５，２５．０，３７．０（ｍｍ）として作製したサンプル２１番〜２４番が分類され、各サンプルの偏肉量について比較を行ったものである。また、グループＲ８に分類されるサンプル２５番〜２８番は、グループＲ７の各サンプルにおいて後端側胴部の外径Ｂを９．０ｍｍに変更し、それぞれの偏肉量を比較したものである。

グループＲ９は、絶縁碍子の全長Ａを６５ｍｍ、後端側胴部の外径Ｂを７．５ｍｍ、太径部の内径Ｃを３．５ｍｍ，細径部の内径Ｅを３．０ｍｍとし、太径部の長さＤをそれぞれ６．０，１１．０，１８．５，２５．０（ｍｍ）として作製したサンプル２９番〜３２番が分類され、各サンプルの偏肉量について比較を行ったものである。また、グループＲ１０に分類されるサンプル３３番〜３６番は、グループＲ９の各サンプルにおいて後端側胴部の外径Ｂを９．０ｍｍに変更し、それぞれの偏肉量を比較したものである。

グループＲ１１は、絶縁碍子の全長Ａを８０ｍｍ、後端側胴部の外径Ｂを９．０ｍｍ、太径部の内径Ｃを４．０ｍｍ，細径部の内径Ｅを３．４ｍｍとし、太径部の長さＤをそれぞれ６．０，１１．０（ｍｍ）として作製したサンプル３７番，３８番が分類され、両サンプルの偏肉量について比較を行ったものである。また、グループＲ１２に分類されるサンプル３９番，４０番は、グループＲ１１の各サンプルにおいて絶縁碍子の全長Ａを６５ｍｍに変更し、それぞれの偏肉量を比較したものである。

これら各サンプル１番〜４０番は、いずれも以下の条件を満たすように設計されたものである。すなわち、各サンプル１番〜４０番は、全長Ａが６５ｍｍ以上であり、細径部の内径Ｅが３．４ｍｍ以下であり、細径部の内径Ｅに対する太径部の内径Ｃが１１６％以上であり、全長Ａに対する太径部の長さＤが９％以上であり、後端側胴部の外径Ｂに対する太径部の内径Ｃが４７％以下となるように設計されている。

そして、各サンプルを用いてスパークプラグを作製し、それぞれのスパークプラグについて横飛火の発生の有無を確認した。なお、横飛火の発生の測定は以下の方法により行った。上記各サンプルを用いて作製したスパークプラグを排気量８００ｃｃのＶ型４気筒４サイクルエンジンに取り付け、１５００ｒｐｍにてアイドル運転を行ったときの放電波形を観察した。このとき、放電１００発分に相当する放電波形から横飛火が発生したと認められる放電波形が１発でも確認できた場合を「×」と評価し、横飛火が発生したと認められる放電波形がなかった場合を「○」と評価した。表１に、各サンプルの偏肉量の測定結果と、それら各サンプルを用いて作製したスパークプラグの横飛火の発生の有無を確認した結果を示す。

表１に示すように、サンプル１番，３番，５番，６番，９番，１０番，１３番，１７番は、偏肉量が０．０７ｍｍ以上となった。そして、これらのサンプルを用いて作製したスパークプラグでは、いずれも横飛火が発生した。このことから、上記した各条件を満たすように絶縁碍子を設計し、その設計に従って作製された絶縁碍子の偏肉量が０．０７ｍｍ未満となれば、この絶縁碍子を用いて作製されるスパークプラグの横飛火を防止できることを確認することができた。

なお、絶縁碍子の全長Ａに対する太径部の長さＤの割合と偏肉量の実測値との関係について各グループにわけて記したグラフを図５に示す。このグラフから、グループＲ１〜Ｒ１２のいずれのグループにおいても、絶縁碍子の全長Ａに対する太径部の長さＤの割合を小さくするほど、偏肉量が大きくなることが確認できた。これは、図５のグラフでいずれのグループも右肩上がりのグラフを描くことで示される。つまり、支持ピンの長さに対する基部の長さの割合が小さくなるほど支持ピンの撓りが大きくなることが確認できた。

［実施例２］
更に、サンプル１番〜４０番について各部の寸法（Ａ〜Ｅ）をパラメータとし、前述したソフトウェアを用いて重回帰分析による統計的な解析を行ったところ、前述した（１）の式を得ることができた。そこで、この式の有効性について検証するため、各サンプル１番〜４０番についてそれぞれ（１）の式を用いて偏肉量の想定値（計算値）を計算し、偏肉量の実測値との誤差を調べ、その結果を表１に追加して記載した。また、図６に、絶縁碍子の全長Ａに対する太径部の長さＤの割合と偏肉量の想定値（計算値）との関係について実測値と同様のグループ分けを行い、各グループＲ１〜Ｒ１２にそれぞれ対応させたグループＳ１〜Ｓ１２のグラフを、図５のグラフに重ねて示す。

表１に示すように、偏肉量の実測値と想定値との誤差は０．００２以内の値に留まり、（１）の式が有効であることが確認できた。更に、図６に示すように、絶縁碍子の各部の寸法（Ａ〜Ｂ）をパラメータとして（１）の式により計算した偏肉量の想定値が、実測値とほぼ一致することがグラフからも確認できた。すなわち絶縁碍子の設計を行う際に（１）の式を用いて偏肉量の想定値を計算し、その値が０．０７未満となれば、横飛火を防止することができるスパークプラグを作製できることがわかった。

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、各種の変更が可能である。例えば、軸孔１２の太径部１１０には雄ねじ部１１２と滑面部１１１とを形成したが、雌ねじ部１１２を非形成（すなわち長さＧが０）として滑面部１１１のみから形成してもよいし、あるいは、滑面部１１１を非形成（すなわち長さＧと長さＤとが同じ長さ）として雄ねじ部１１２のみから形成してもよい。

なお、本実施例においては支持ピンを圧粉体に挿入した後に支持ピンの保持部を固定チャックに固定する工程として記載しているが、この工程順序に限定されるわけではない。例えば、連続処理が可能なようにあらかじめ支持ピンが加工治具に複数個固定されており、そこへ圧粉体を挿入固定するようにしてもよいし、ラバープレスにて成形を行った後にハンドリング（加工効率）を向上させるために仮焼成等の工程を含んでいてもよい。

また、コルゲーションが形成されている絶縁碍子の場合、後端側胴部とは、その名が印刷された部位を意味しており、その外径をマーク径と呼称することもある。また、完成されたスパークプラグの絶縁碍子にはホウケイ酸ガラス等からなる釉薬層が形成されているが、その釉薬層の厚みは２０μｍ程度であるため、本発明においては胴部の外径としては無視してもよい。

なお、本発明において圧粉体とは、原料粉末が押し固められたのみの状態を限定するものではなく、研削により外形を形成する前の状態を意味する。同様に成形体とは、研削直後のもののみを意味するものではなく、焼成される前段階のものを意味する。

本発明は、研削加工により外形形状の形成を行う絶縁碍子を用いたスパークプラグに適用することができる。

スパークプラグ１００の部分断面図である。 絶縁碍子１０の断面図である。 絶縁碍子１０の製造工程を模式的に示す図である。 絶縁碍子１０の製造工程を模式的に示す図である。 絶縁碍子の全長Ａに対する太径部の長さＤの割合と偏肉量の実測値との関係について各グループにわけて記したグラフである。 絶縁碍子の全長Ａに対する太径部の長さＤの割合と偏肉量の想定値（計算値）との関係について各グループにわけて記したグラフを、図５のグラフに重ねて示した図である。

符号の説明

１０ 絶縁碍子
１１ 先端面
１２ 軸孔
１８ 後端側胴部
２０ 中心電極
４０ 接続端子
５０ 主体金具
１００ スパークプラグ
１１０ 太径部
１２０ 細径部
１２９ 開口
２００ 支持ピン

Claims (2)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側に火花放電のための中心電極を保持すると共に、前記軸孔内の後端側で前記軸孔を介し前記中心電極と電気的に接続される接続端子を保持する絶縁碍子を備えたスパークプラグにおいて、
   前記絶縁碍子の前記軸孔は、少なくとも、
   前記軸孔の後端側の開口に連続する太径部と、
   前記太径部より先端側で前記太径部に連続し、内径が、前記太径部より縮径された細径部と
   を備え、
   前記絶縁碍子の軸線方向における長さをＡ（ｍｍ）、前記絶縁碍子の外径が最大となる部位よりも後端側の部位である後端側胴部の外径をＢ（ｍｍ）、前記太径部の内径をＣ（ｍｍ）、前記太径部の軸線方向における長さをＤ（ｍｍ）、前記細径部の内径をＥ（ｍｍ）としたとき、
   Ａ≧６５（ｍｍ）で、Ｅ≦３．４（ｍｍ）である場合に、
   ０．０１×（０．１４１×Ａ−０．１４０×Ｄ−０．２８５×Ｂ−６．１２４×Ｃ＋１．１０５×Ｅ＋１７．５２７）＜０．０７
   であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側に火花放電のための中心電極を保持すると共に、前記軸孔内の後端側で前記軸孔を介し前記中心電極と電気的に接続される接続端子を保持する絶縁碍子を備えたスパークプラグにおいて、
   前記絶縁碍子の前記軸孔は、少なくとも、
   前記軸孔の後端側の開口に連続する太径部と、
   前記太径部より先端側で前記太径部に連続し、内径が、前記太径部より縮径された細径部と
   を備え、
   前記絶縁碍子の軸線方向における長さをＡ（ｍｍ）、前記絶縁碍子の外径が最大となる部位よりも後端側の部位である後端側胴部の外径をＢ（ｍｍ）、前記太径部の内径をＣ（ｍｍ）、前記太径部の軸線方向における長さをＤ（ｍｍ）、前記細径部の内径をＥ（ｍｍ）としたとき、
   Ａ≧６５（ｍｍ）、Ｅ≦３．４（ｍｍ）、Ｃ／Ｅ×１００≧１１６（％）、Ｃ／Ｂ×１００≦４７（％）、およびＤ／Ａ×１００≧９（％）である場合に、
   前記軸線方向と直交する平面に前記絶縁碍子の先端面を投影したとき、前記先端面の外周の輪郭線を投影した外周投影線の中心位置と、前記軸孔の開口の輪郭線を投影した内周投影線の中心位置との間の距離が０．０７ｍｍ未満であることを特徴とするスパークプラグ。
   

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