JP4965471B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に組みつけられて混合気への点火を行うためのスパークプラグに関するものである。

従来、内燃機関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、自身の先端側に火花放電のための電極を形成する中心電極と、その中心電極を軸孔内に保持する絶縁碍子と、この絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具とを有している。その主体金具には接地電極の一端部が接合されており、他端部と中心電極の先端部との間で火花放電間隙が形成されている。この火花放電間隙が着火部となり、火花放電が行われることによって、混合気への点火が行われる。

ところで、このようなスパークプラグの構造において、絶縁碍子の先端側における脚長部の径は、絶縁碍子の軸線方向の中間部における胴部の径より細くなっており、脚長部と胴部との間には段部が形成されている。その絶縁碍子の段部が、主体金具の筒孔内に設けられた縮径部に環状のパッキンを介して係止されることで、絶縁碍子の段部と主体金具の縮径部との間に所定の隙間を有した状態で絶縁碍子が主体金具内に保持されている。近年、この隙間を所定距離以下に狭めたスパークプラグが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成としたスパークプラグでは、主体金具の外径を小さくできるので、スパークプラグ自体を小型化することができ、ひいてはスパークプラグが取り付けられるエンジンヘッドを設計する上での自由度を高めることができる。また、絶縁碍子と主体金具との間の隙間が広い場合に比べて、絶縁碍子から主体金具への熱伝導性（熱引き）が向上するため、スパークプラグの点火前に自然に発火してしまうプレイグニッション（過早点火）の発生する可能性が低くなる。さらに、隙間に侵入する未燃ガスの量が減少するため、絶縁碍子の表面に付着するカーボンの量が減り、くすぶり汚損の発生が抑制される。

しかし、絶縁碍子と主体金具との隙間が狭くなったことで、絶縁碍子がカーボンの付着によって汚損された際には、この隙間で火花が飛ぶリーク（漏電）現象が発生しやすくなる。このリーク現象は、周囲の電界強度が大きくなる程生じやすい。そこで、主体金具の内部に設けられた縮径部の角に、曲率半径が０．２ｍｍ以上のＲを付けて角を丸め、縮径部近傍の電界強度を下げたスパークプラグが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１８３１７７号公報 特開平９−２８３２５９号公報

しかしながら、特許文献２に記載のスパークプラグでは、主体金具の縮径部近傍の電界強度が下がったことにより、コロナ放電の発生が抑制され、このコロナ放電を利用した絶縁碍子の汚損の清浄が難しくなるという問題があった。また、縮径部の角の丸めを行わなかった場合においても、上記隙間に配置されるパッキンがこの角を覆うと、電界強度が下がってコロナ放電が発生し難くなるという問題があった。

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、コロナ放電による清浄効果を利用して、耐汚損性を向上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、自身の先端側に火花放電のための電極を形成する軸状の中心電極と、前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、前記軸線方向に延びる筒孔を有し、その筒孔の内部で前記絶縁碍子を保持する主体金具と、前記絶縁碍子と前記主体金具とに接するように両者間に介在する環状のパッキンとを備え、前記絶縁碍子は、自身の後端側の部位である碍子胴部と、自身の先端側の部位であり、前記碍子胴部の外径よりも縮径された脚長部と、前記碍子胴部と前記脚長部とを連結し、前記軸線方向の先端側を向く面である碍子先端向き面を有する碍子段部とを備えて構成され、前記主体金具の前記筒孔には、その前記筒孔の内径よりも縮径された金具縮径部が形成され、前記金具縮径部は、前記軸線方向の後端側を向く面である金具後端向き面及び径方向内側を向く面である内向き面を有し、前記パッキンが、前記絶縁碍子の前記碍子先端向き面と、前記主体金具の前記金具後端向き面との間に配置されているスパークプラグであって、前記金具縮径部における前記金具後端向き面及び前記内向き面がなす第一稜角部位と前記パッキンとの間の距離が、前記金具後端向き面における径方向外側の端部と前記第一稜角部位との距離をＬとして、０．０５Ｌ以上、０．３Ｌ以下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、請求項１に記載の発明の構成に加え、軸線を含む前記主体金具の断面を見たときに、その断面の輪郭線における前記第一稜角部位の曲率半径が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記第一稜角部位と前記絶縁碍子とが、０．３ｍｍ以下の距離をおいて離間していることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、軸線を含む前記主体金具の断面を見たときに、前記金具縮径部における前記金具後端向き面と、前記主体金具の軸線と直交する平面との角度が２０度以上、３０度以下であることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記金具縮径部は、前記軸線方向の先端側を向く面である金具先端向き面を有し、軸線を含む前記主体金具の断面を見たときに、その断面の輪郭線において、前記金具縮径部の前記内向き面と前記金具先端向き面とがなす第二稜角部位の曲率半径が、前記第一稜角部位の曲率半径よりも大きいことを特徴とする。

請求項１に係る発明のスパークプラグでは、第一稜角部位とパッキンとの間の距離Ｘを、金具後端向き面における径方向外側の端部と第一稜角部位との距離Ｌに対し０．０５Ｌ以上となるように位置関係を定めたので、第一稜角部位をパッキンに覆われることなく露出させることができる。これにより、第一稜角部位近傍の電界強度はその周囲よりも強くなり、コロナ放電を発生させ易くできる。コロナ放電が生じれば、絶縁碍子の表面に付着したカーボンを焼き切って清浄することができるので、リーク現象が発生する虞を低くすることができる。すなわち、第一稜角部位近傍の電界強度を強くすることで、積極的にコロナ放電を発生させ、カーボンの清浄効果を得ることができる。従って、請求項１に係る発明のスパークプラグによると、主体金具と絶縁碍子との間の距離を狭くしてもリーク現象の発生を抑制できるので、スパークプラグの小型化を図ると共に、絶縁碍子から主体金具への熱引きを向上することができる。さらに、第一稜角部位とパッキンとの間の距離を０．３Ｌ以下とすることで、環状のパッキンの径方向の幅が狭くなって強度が下がることを防止することができる。よって、パッキンの過剰な変形によるスパークプラグの性能の劣化を防ぐことができる。

このように、第一稜角部位近傍にコロナ放電を発生させるにあたって、第一稜角部位の角が尖っている方が電界強度は強くなり、コロナ放電が発生しやすくなる。よって、請求項２に係る発明では、軸線を含む主体金具の断面を見たときに、その断面の輪郭線における第一稜角部位の曲率半径を０．２ｍｍ以下として角を尖らせているので、コロナ放電によるカーボンの清浄効果をより確実に得ることができる。

また、コロナ放電が到達する距離には限界があるが、請求項３に係る発明のように、第一稜角部位と絶縁碍子とを０．３ｍｍ以下の距離をおいて離間させることで、第一稜角部位近傍に発生するコロナ放電が絶縁碍子の表面まで確実に到達してカーボンを清浄するため、リーク現象の発生を抑制することができる。そして、第一稜角部位と絶縁碍子との間の距離を狭くする程、絶縁碍子の外径を変えずに主体金具の内径を小さくでき、ひいてはスパークプラグの外径を小さくできるので、スパークプラグが取り付けられるエンジンヘッドの設計を行うにあたって、その自由度を高めることができる。さらに、絶縁碍子と主体金具とが近づくため熱の伝導効率が良くなり、絶縁碍子から主体金具への熱引きが向上し、プレイグニッションの発生を抑制することもできる。

また、請求項４に係る発明のように、主体金具の軸線と直交する平面に対する金具縮径部の金具後端向き面の角度θを２０度以上、３０度以下とすることが望ましい。θの値を２０度以上とすることで、主体金具の軸線と絶縁碍子の軸線とを一致させてスパークプラグを組み付けることが容易になり、偏芯による性能の劣化を防止することができる。そして、θの値を３０度以下とすることで、パッキンに十分な力が加わるため、主体金具とパッキンとの間、又は絶縁碍子とパッキンとの間に隙間が生じて気密性が悪化することを防止することができる。さらに、θを３０度以下とすることで第一稜角部位の角が尖るため、第一稜角部位近傍の電界強度を強くすることができる。

また、金具縮径部における先端側に第二稜角部位が形成されている場合、請求項５に係る発明のように、軸線を含む主体金具の断面を見たときに、その断面の輪郭線における第二稜角部位の曲率半径を、第一稜角部位の曲率半径よりも大きくすることが望ましい。このようにすれば、主体金具の筒内における電界強度が第一稜角部位近傍と第二稜角部位近傍とで分散されるため、より火花放電間隙に近い第二稜角部位の近傍の電界強度を弱めることができ、リーク現象を発生し難くすることができる。そして、リーク現象が発生し難くなることで、スパークプラグへより高い電圧を印加することができる。すなわち、スパークプラグの耐電圧を向上することができる。また、第一稜角部位近傍の電界強度が強くなるため、コロナ放電によるカーボンの清浄効果を向上することができる。

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及び図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の部分断面図であり、図２は、パッキン８付近の要部を拡大した断面図である。尚、図１において、スパークプラグ１００の軸線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内に軸線Ｏ方向に保持された中心電極２０と、主体金具５０の先端面５７に基端部３２を溶接され、先端部３１の内面３３が中心電極２０の先端部２２を臨むように屈曲された接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とから構成されている。

まず、このスパークプラグ１００の絶縁体を構成する絶縁碍子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、軸中心に軸線Ｏ方向へ伸びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。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、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径されており、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。そして、脚長部１３と先端側胴部１７との間は、軸線Ｏ方向の先端側を向く面である碍子先端向き面１４（図２参照）を有する碍子段部１５として形成されている。尚、先端側胴部１７、後端側胴部１８、鍔部１９を含めた碍子段部１５よりも後端側の部位が、本発明における「碍子胴部」に相当する。

次に、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００又は６０１等のニッケル系合金等により略円柱状に形成され、内部に熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯２３を有している。中心電極２０は、その軸線がスパークプラグ１００の軸線Ｏと一致するように絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側にて保持されている。中心電極２０の先端側は絶縁碍子１０の先端部１１の先端面から突出され、その突出部分は先端側に向かって径小となるように形成されている。この突出部分の先端には耐火花消耗性を向上するための貴金属チップ９１が接合されており、中心電極２０本体と一体となって小径の先端部２２を構成している。尚、本実施の形態では、中心電極２０と一体になった貴金属チップ９１を含め「中心電極」と称する。

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及びセラミック抵抗体３を経由して、上方の端子金具４０に電気的に接続されている。そして、端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。

次いで、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又は６０１等のニッケル合金が用いられる。この接地電極３０は自身の長手方向の横断面が略長方形を有しており、基端部３２が主体金具５０の先端面５７に溶接により接合されている。また、接地電極３０の先端部３１は、一側面側が中心電極２０の先端部２２に対向するように屈曲され、その内面３３と中心電極２０の先端面２１（本実施の形態では貴金属チップ９１の先端面２１）との間で火花放電間隙が形成されている。

次に、主体金具５０について説明する。図１に示すように、主体金具５０は、図示外の内燃機関のエンジンヘッドにスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具であり、自身の先端面５７より絶縁碍子１０の先端部１１を突出させた状態で、脚長部１３から後端側胴部１８にかけての部位を取り囲むようにして、絶縁碍子１０を内部に保持している。主体金具５０は低炭素鋼材により形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッドに螺合する雄ねじ状のねじ部５２とを備えている。その工具係合部５１とねじ部５２との間には鍔状のシール部５４が形成され、シール部５４とねじ部５２との間の位置に、エンジン内の気密漏れを防止するためのガスケット５が嵌挿されている。

また、主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締め部５３が設けられており、シール部５４と工具係合部５１との間には薄肉の座屈部５８が設けられている。この座屈部５８は、加締め部５３を加締める際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、気密性を高めている。また、工具係合部５１から加締め部５３にかけての主体金具５０の内周面と、内部に保持される絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には円環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。

そして、図２に示すように、主体金具５０の軸線Ｏ方向の先端側には、主体金具５０の筒孔５５に径方向内向きに突出され、筒孔５５の内周を一周する金具縮径部６０が設けられている。この金具縮径部６０は、後端側（図２における上方）を向く面である金具後端向き面６１と、金具後端向き面６１の径方向内側の端部から先端側に向けて延びると共に径方向内側を向く内向き面６２と、内向き面６２の先端側の端部から径方向外側に向けて延びると共に先端側（図２における下方）を向く金具先端向き面６３とを有している。そして、金具後端向き面６１と内向き面６２とにより第一稜角部位６５が形成され、内向き面６２と金具先端向き面６３とにより第二稜角部位６６が形成されている。

このような構成のもと、図１に示すように、主体金具５０の金具縮径部６０の金具後端向き面６１にパッキン８を配置し、筒孔５５内に挿入した絶縁碍子１０の碍子段部１５を支持させる。さらに、リング部材６，７及びタルク９を主体金具５０と絶縁碍子１０との間に配置し、その状態で加締め部５３の端部を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。すると、図２に示すように、主体金具５０の筒孔５５に形成された金具縮径部６０の金具後端向き面６１に、絶縁碍子１０の碍子段部１５における碍子先端向き面１４が環状のパッキン８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。このパッキン８は、熱伝導率の高い銅の板体を打ち抜いて作られたものであり、絶縁碍子１０の熱を効率よく主体金具５０に伝え、主体金具５０を介してエンジンヘッドへ逃がすことができるため、スパークプラグ１００の耐熱性が向上している。また、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性はパッキン８によって保持されており、絶縁碍子１０の脚長部１３の外周面と、主体金具５０の内周面との間の間隙部７０に入り込んだ未燃ガスは、パッキン８よりも後端側（図２における上側）へ流出しないように構成されている。

次に、図２を参照して、絶縁碍子１０、主体金具５０、及びパッキン８の位置関係及び形状について説明する。先述したように、主体金具５０の筒孔５５に形成された金具縮径部６０の後端側には、金具後端向き面６１と内向き面６２とにより第一稜角部位６５が形成されている。そして、主体金具５０に高電圧が印加されると、絶縁碍子１０と主体金具５０の間の間隙部７０において、第一稜角部位６５近傍の電界強度は他の部分よりも強くなり、コロナ放電が発生しうる。本発明では、第一稜角部位６５近傍で積極的にコロナ放電を発生させることで、絶縁碍子１０の脚長部１３の表面に付着したカーボンを焼き切って清浄し、リーク（漏電）現象が発生する可能性を低下させることができる。

本実施の形態では、金具後端向き面６１にパッキン８を配置し、第一稜角部位６５を露出させている。ここで、第一稜角部位６５がパッキン８により覆われた状態であった場合、露出している場合に比べて第一稜角部位６５近傍の電界強度は弱くなるため、コロナ放電の発生によるカーボンの清浄効果が得られなくなる虞がある。一方で、第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離を大きくする程、環状のパッキン８における径方向の幅が狭くなるため、パッキン８の剛性が低下して変形を生ずる虞がある。パッキン８が変形すると、主体金具５０を加締める際に絶縁碍子１０へ過剰な力が加わり、絶縁碍子１０に押し割れ等が発生する場合がある。また、気密性の低下を引き起こす場合もある。そこで、本実施の形態では、後述する実施例１に示す解析及び実施例２に示す試験の結果に基づいて、第一稜角部位６５と、金具後端向き面６１における径方向外側の端部６８との間の距離をＬ、第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離をＸとしたときに、０．０５Ｌ≦Ｘ≦０．３Ｌとなるようにパッキン８の配置位置を規定している。

次いで、第一稜角部位６５の形状について説明する。電界強度は、金属の角が尖っている程強くなるため、第一稜角部位６５の角が尖っている程コロナ放電が発生し易くなり、カーボンの清浄効果が得られることになる。そこで、本実施の形態では後述する実施例３の結果に基づいて、軸線Ｏを含む主体金具５０の断面を見たときに、その断面の輪郭線における第一稜角部位６５の曲率半径ｒが０．２ｍｍ以下となるように構成し、第一稜角部位６５を尖らせている。尚、第一稜角部位６５の全周にわたってその曲率半径ｒをみたときに、曲率半径ｒの最大値及び最小値が０．０５ｍｍ〜０．２５ｍｍの範囲内に収まっており、且つ全周にわたる曲率半径ｒの平均値が０．２ｍｍ以下となれば、カーボンの良好な清浄効果が得られる。

また、軸線Ｏと直交する平面と、金具縮径部６０における金具後端向き面６１とがなす角度θを小さくする程、第一稜角部位６５は尖った形状となるため、コロナ放電は発生し易くなる。さらに、パッキン８に加わる力が大きくなるため、絶縁碍子１０とパッキン８との間、又は主体金具５０とパッキン８との間に隙間が生じにくくなり、気密性が向上する。一方で、この角度θが小さすぎると、筒状の主体金具５０の軸線と、この主体金具５０に保持される絶縁碍子１０の軸線とを一致させることができずに偏芯し、スパークプラグ１００の耐熱性や耐リーク性を低下させる虞がある。そこで、本実施の形態では、後述する実施例４に示す解析及び実施例５に示す試験の結果に基づいて、軸線Ｏと直交する平面と金具後端向き面６１とがなす角度θが２０度以上、３０度以下となるように構成している。

次いで、第一稜角部位６５と絶縁碍子１０との間の距離について説明する。本実施の形態では、先述したように、第一稜角部位６５近傍にコロナ放電を発生させることで、絶縁碍子１０の表面に付着したカーボンを清浄させている。しかし、第一稜角部位６５と絶縁碍子１０との間の距離Ｙを大きくしすぎると、コロナ放電が絶縁碍子１０まで届かなくなり、清浄効果が得られない。また、距離Ｙを大きくする程、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の間隙部７０から第一稜角部位６５近傍まで流れ込む未燃ガスの量が多くなるため、絶縁碍子１０の表面に付着するカーボンの量も多くなり、コロナ放電による清浄が困難になる。そこで、本実施の形態では、後述する実施例６に示す試験の結果に基づいて、第一稜角部位６５と絶縁碍子１０とを０．３ｍｍ以下の距離をおいて離間させている。また、距離Ｙを短くする程、絶縁碍子１０から主体金具５０への熱伝導性を向上させ、スパークプラグ１００の耐熱性を良好にする効果も得られる。尚、第一稜角部位６５と絶縁碍子１０との間の距離を全周にわたってみたときに、この距離の最大値及び最小値が０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲内に収まっており、且つこの距離の全周にわたる平均値が０．３ｍｍ以下となれば良好な効果が得られる。

次いで、第二稜角部位６６の形状について説明する。第二稜角部位６６は、第一稜角部位６５よりも火花放電間隙に近い。よって、第一稜角部位６５にてリーク現象が生じる場合よりも、第二稜角部位６６にて生じる場合の方が絶縁碍子１０表面の沿面距離が短くなるため、第二稜角部位６６の方がリーク現象は発生し易い。また、電界強度が強くなる程、その場所にてリーク現象が発生する可能性は高くなる。従って、第二稜角部位６６近傍の電界強度を強くすると、第二稜角部位６６にてリーク現象が発生する頻度が多くなるため、正規の火花放電間隙で飛火する回数が減ってスパークプラグ１００の性能が劣化する。そこで、軸線Ｏを含む主体金具５０の断面を見たときに、その断面の輪郭線において、第二稜角部位６６の曲率半径Ｒを第一稜角部位６５の曲率半径ｒよりも大きくしている。これにより、主体金具５０の筒内における電界強度を第一稜角部位６５近傍と第二稜角部位６６近傍とで分散させ、リーク現象の発生を防止している。

このように構成したスパークプラグについて、本発明の効果を確認するために、以下に示す評価試験を行った。

[実施例１]
まず、第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離と、第一稜角部位６５近傍及び第二稜角部位６６近傍での電界強度との関係についてシミュレーションによる解析を行った。このシミュレーションでは、公知のＦＥＭ解析法により電界強度を求めるソフトウェアを使用した。そして、第一稜角部位６５と、金具後端向き面６１における径方向外側の端部６８との間の距離をＬ、第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離をＸとして、Ｘの値が０となる場合、０．０５Ｌとなる場合、０．１０Ｌとなる場合の３つのパターンで各種条件を設定して電界強度の解析を行い、その解析結果を図３に示した。尚、図３に示すグラフの横軸はスパークプラグの軸線方向の位置を示し、左側がスパークプラグの後端側、右側が先端側に相当する。また、縦軸は電界強度を示し、上側ほど電界強度が高い。

図３に示すように、この解析の結果、Ｘの値が０である場合（第一稜角部位６５とパッキン８とが接触している場合）には、第一稜角部位６５近傍の電界強度は周囲との差があまり無く、第二稜角部位６６近傍の電界強度は周囲に比べて大幅に強いことが確認できた。これに対して、Ｘの値を０．０５Ｌとすると、第一稜角部位６５近傍の電界強度は強くなり、第二稜角部位６６近傍の電界強度は弱くなった。すなわち、電界強度が第一稜角部位６５と第二稜角部位６６とに分散されることが確認できた。また、Ｘの値を０．１０Ｌとすると、第一稜角部位６５近傍の電界強度はさらに強くなり、第二稜角部位６６の電界強度はさらに弱くなる。この結果により、第一稜角部位６５近傍の電界強度を強くしてコロナ放電による清浄効果を得るためには、Ｘの値を０．０５Ｌ以上とすることが望ましいことが分かった。

[実施例２]
次に、第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離と、パッキン８の厚さとの関係について評価試験を行った。この評価試験では、第一稜角部位６５と、金具後端向き面６１における径方向外側の端部６８との間の距離をＬ、第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離をＸとして、Ｘの値のみが０から０．５Ｌまで０．１Ｌずつ異なる複数のスパークプラグのサンプルを作成した。ここで、Ｘの値が大きくなる程、環状のパッキン８における径方向の幅は狭くなる。そして、各サンプルが同一の気密性を発揮した際のパッキン８の厚さを測定し、その測定結果を図４に示した。

図４に示すように、この評価試験の結果、Ｘの値を大きく（パッキン８の径方向の幅を狭く）していくと、Ｘが０〜０．２Ｌの場合はパッキンの厚さはほぼ変化しないが、０．３Ｌとなるとパッキン８は僅かに変形して薄くなり、０．４Ｌ以上とするとパッキン８の厚さは急に薄くなることが確認できた。先述したように、パッキン８が変形すると、絶縁碍子１０に押し割れ等が発生する場合や気密性の低下を引き起こす虞があるため、変形量は小さい方がよい。従って、パッキン８の変形を防止してスパークプラグ１００の性能を担保するためには、Ｘの値を０．３Ｌ以下とすることが望ましいと言える。そして、実施例１及び実施例２の２つの結果を統合すると、Ｘの値は０．０５Ｌ≦Ｘ≦０．３とすることが望ましいことが分かった。

[実施例３]
次に、第一稜角部位６５の角の曲率半径と、第一稜角部位６５近傍の電界強度との関係についてシミュレーションによる解析を行った。このシミュレーションでは、公知のＦＥＭ解析法により電界強度を求めるソフトウェアを使用した。そして、先述した第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離を０．１Ｌに固定し、第一稜角部位６５の角の曲率半径のみを０ｍｍから０．５ｍｍまでの間で変化させて各種条件を設定し、電界強度の解析を行った。この解析結果を図５に示した。

図５に示すように、この解析の結果、曲率半径を大きく（角を丸く）していくと、第一稜角部位６５近傍の電界強度は弱くなることが確認できた。そして、曲率半径が０．２ｍｍより大きい場合の電界強度は弱い値のままあまり変化しないが、０．２ｍｍ以下の場合は曲率半径を小さくする程電界強度が強くなることが確認できた。従って、コロナ放電による清浄効果を得るためには、第一稜角部位６５の角の曲率半径を０．２ｍｍ以下とすることが望ましいと言える。

[実施例４]
次に、軸線Ｏと直交する平面に対する金具後端向き面６１の角度と、第一稜角部位６５近傍の電界強度との関係についてシミュレーションによる解析を行った。このシミュレーションでは、ＦＥＭ解析法により電界強度を求めるソフトウェアを使用した。そして、第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離を０．１Ｌに固定し、軸線Ｏと直交する平面に対する金具後端向き面６１の角度θのみを変化させて各種条件を設定し、電界強度の解析を行った。この解析結果を図６に示した。

図６に示すように、この解析の結果、θの値が４０度より大きい場合には、第一稜角部位６５近傍の電界強度は弱い値のままあまり変化しないが、θの値が４０度以下である場合には、θの値を小さくする程、電界強度が強くなることが確認できた。これより、θの値は４０度以下とすることが望ましいことが分かった。

[実施例５]
次に、軸線Ｏと直交する平面に対する金具後端向き面６１の角度と、気密性及び組付け偏芯との関係について評価試験を行った。この評価試験では、軸線Ｏと直交する平面に対する金具後端向き面６１の角度θのみを変化させて複数のスパークプラグを作成した。そして、各スパークプラグにおける主体金具５０の軸心と絶縁碍子１０の軸心とのずれ（組付け偏芯）を測定した。さらに、気密性を評価するために、各スパークプラグの先端側から主体金具５０と絶縁碍子１０との間の間隙部７０（図２参照）へ、空気圧２ＭＰａでエアを送り込み、隙間を通り抜けてパッキン８の後端側へ流出するエアの１分間での流出量（ｃｃ）を、エアフローメータを用いて測定する。この動作を、スパークプラグの温度を変化させて複数回行い、１分間で１０ｃｃのエアが流出した際の、パッキン８近傍の主体金具５０の温度を測定した。これらの測定結果を図７に示した。尚、温度が高くなる程、エアはパッキン８の後端側へ流出し易くなる。よって、１分間で１０ｃｃのエアが流出した際の主体金具５０の温度（漏洩座温）が高い程、気密性の良いスパークプラグと言える。

図７に示すように、この評価試験の結果、θの値を大きくしていくと、３０度までは良好な気密性が得られるが、３０度より大きくなると気密性は急激に悪化していくことが確認できた。また、組付け偏芯に関しては、θの値を大きくしていくと、２０度までは偏芯量は急激に少なくなり、２０度より大きくなると緩やかに偏芯量が少なくなっていくことが確認できた。従って、気密性及び組付け偏芯を考慮すると、θの値は２０度以上、３０度以下とすることが望ましいと言える。

[実施例６]
次に、第一稜角部位６５及び絶縁碍子１０の間の距離と、スパークプラグのくすぶり汚損との関係について評価試験を行った。この評価試験では、第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離を０．１Ｌに固定し、第一稜角部位６５と絶縁碍子１０との間の距離Ｙのみを０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍに変化させて、それぞれのスパークプラグについてくすぶり汚損の試験を行った。この試験は、ＪＩＳ・Ｄ１６０６によって規定された所定の運転パターンに基づいて行った。この運転パターンでは、マイナス１０度の温度状態において、絶縁碍子１０が汚損し易い状況で運転させた後の絶縁碍子１０の絶縁抵抗と、付着したカーボンが清浄され易い状況で運転させた後の絶縁碍子１０の絶縁抵抗とを測定し、これを１サイクルとして合計１０サイクルを繰り返し実施した。この測定結果を図８に示した。尚、汚損される速度に清浄の速度が間に合わず、絶縁碍子１０の絶縁抵抗を保つことができなくなると、グラフは右下がりになる。

図８に示すように、この評価試験の結果、距離Ｙが０．１ｍｍである場合、及び０．３ｍｍである場合には、１０サイクルを経た後でも絶縁碍子１０の絶縁抵抗は保たれているが、Ｙの値が０．４ｍｍである場合には、絶縁抵抗を保てないことが確認できた。また、絶縁碍子１０と主体金具５０とが接触すると、絶縁碍子１０の絶縁抵抗を確保できない。従って、コロナ放電による清浄効果を得るためには、第一稜角部位６５と絶縁碍子１０とを０．３ｍｍ以下の距離をおいて離間させることが望ましいことが分かった。

尚、本発明は各種の変形が可能なことは言うまでもない。例えば、本実施の形態の金具縮径部６０とは異なり、金具縮径部６０が主体金具５０の先端面５７まで延設されていてもよい。また、パッキンの材質に限定されることもなく、銅のみならず、鉄やステンレス等を用いてもよい。

スパークプラグ１００の部分断面図である。 パッキン８付近の要部を拡大した断面図である。 第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離と、主体金具５０の金具縮径部６０近傍での電界強度との関係についての解析の結果を示すグラフである。 第一稜角部位６５とパッキン８との間の距離と、パッキン８の厚さとの関係についての評価試験の結果を示すグラフである。 第一稜角部位６５の角の曲率半径と、第一稜角部位６５近傍の電界強度との関係についての解析の結果を示すグラフである。 軸線Ｏと直交する平面に対する金具後端向き面６１の角度と、第一稜角部位６５近傍の電界強度との関係についての解析の結果を示すグラフである。 軸線Ｏと直交する平面に対する金具後端向き面６１の角度と、気密性及び組付け偏芯との関係についての評価試験の結果を示すグラフである。 第一稜角部位６５及び絶縁碍子１０の間の距離と、スパークプラグのくすぶり汚損との関係についての評価試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

８ パッキン
１０ 絶縁碍子
１２ 軸孔
１３ 脚長部
１４ 碍子先端向き面
１５ 碍子段部
１７ 先端側胴部
１８ 後端側胴部
２０ 中心電極
５０ 主体金具
５５ 筒孔
６０ 金具縮径部
６１ 金具後端向き面
６２ 内向き面
６３ 金具先端向き面
６５ 第一稜角部位
６６ 第二稜角部位
６８ 端部
１００ スパークプラグ

Claims (5)

1. 自身の先端側に火花放電のための電極を形成する軸状の中心電極と、
   前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
   前記軸線方向に延びる筒孔を有し、その筒孔の内部で前記絶縁碍子を保持する主体金具と、
   前記絶縁碍子と前記主体金具とに接するように両者間に介在する環状のパッキンとを備え、
   前記絶縁碍子は、自身の後端側の部位である碍子胴部と、自身の先端側の部位であり、前記碍子胴部の外径よりも縮径された脚長部と、前記碍子胴部と前記脚長部とを連結し、前記軸線方向の先端側を向く面である碍子先端向き面を有する碍子段部とを備えて構成され、
   前記主体金具の前記筒孔には、その前記筒孔の内径よりも縮径された金具縮径部が形成され、前記金具縮径部は、前記軸線方向の後端側を向く面である金具後端向き面及び径方向内側を向く面である内向き面を有し、
   前記パッキンが、前記絶縁碍子の前記碍子先端向き面と、前記主体金具の前記金具後端向き面との間に配置されているスパークプラグであって、
   前記金具縮径部における前記金具後端向き面及び前記内向き面がなす第一稜角部位と前記パッキンとの間の距離が、前記金具後端向き面における径方向外側の端部と前記第一稜角部位との距離をＬとして、０．０５Ｌ以上、０．３Ｌ以下であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 軸線を含む前記主体金具の断面を見たときに、その断面の輪郭線における前記第一稜角部位の曲率半径が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記第一稜角部位と前記絶縁碍子とが、０．３ｍｍ以下の距離をおいて離間していることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 軸線を含む前記主体金具の断面を見たときに、前記金具縮径部における前記金具後端向き面と、前記主体金具の軸線と直交する平面との角度が２０度以上、３０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグ。
5. 前記金具縮径部は、前記軸線方向の先端側を向く面である金具先端向き面を有し、
   軸線を含む前記主体金具の断面を見たときに、その断面の輪郭線において、前記金具縮径部の前記内向き面と前記金具先端向き面とがなす第二稜角部位の曲率半径が、前記第一稜角部位の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。

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