JP5167408B2

JP5167408B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP5167408B2
Application number: JP2011512310A
Authority: JP
Inventors: 浩平鬘谷; 裕之亀田; 勝稔中山
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: EP3739701A1; CN102414945B; CN102414945A; EP3739701B1; US8629605B2; EP3739701A4; WO2010128592A1; US20120038263A1; JPWO2010128592A1

Description

本発明は、スパークプラグに関するものである。

エンジンの燃焼室内において混合気の不完全燃焼等が生じると、カーボンが発生し、スパークプラグの絶縁体表面にカーボンが堆積することがある。絶縁体表面がカーボンで覆われると、リーク電流が発生し、本来の電極間（スパークギャップ）で放電が発生しなくなってしまうおそれがある。

従来、スパークプラグにおけるリーク電流の抑制に関する技術としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

この技術では、スパークプラグの絶縁体のうち、燃焼室内に露出している部分の長さ（以下では、「脚長部」ともいう）を長くしている。そうすると、脚長部の表面積が増えるため、カーボンが付着してもリーク電流が発生しにくくなり、スパークプラグの耐汚損性能を向上させることができる。しかし、この技術では、耐汚損性能を向上させることはできるが、絶縁体から金具への熱移動がスムーズに行なわれなくなってしまうため、スパークプラグの耐熱性能が低下してしまうという問題があった。

特開２００５−１８３１７７号公報

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、スパークプラグの耐熱性能を維持しつつ、リーク電流の発生を抑制することのできる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

[適用例１]
軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極の外周に配置された絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置され、前記絶縁体側に所定幅で突出した棚部を有する主体金具と、
前記主体金具に接合された接地電極と、
を備えたスパークプラグであって、
前記軸線方向に平行であり、前記中心電極と前記接地電極との間に形成される発火部へ向かう方向を前方、逆を後方とした場合において、前記絶縁体は、
前記棚部の後方の段部に対向し前記絶縁体を支持する支持部を有し、
前記棚部に対向する領域に、前記支持部から前方に向かうにしたがって外径が縮小される径縮小部と、
前記棚部に対向する領域の前記径縮小部よりも前方側において、前方に向かうにしたがって外径が拡大される径拡大部と、
を備えるスパークプラグ。

適用例１のスパークプラグによれば、径縮小部と径拡大部とを備えた部位にはカーボンが付着しにくくなるので、耐熱性能を維持しつつ、リーク電流の発生を抑制することができる。

[適用例２]
適用例１記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向に垂直な方向を径方向とした場合において、
前記径縮小部のうち径方向の肉厚が最も薄くなっている最薄肉部の肉厚の厚さをＡとし、
前記径拡大部のうち径方向の肉厚が最も厚くなっている最厚肉部の肉厚の厚さをＢとした場合において、
０．８４≦Ａ／Ｂ≦０．９５
の関係式を満たすスパークプラグ。

適用例２のスパークプラグによれば、Ａ／Ｂの値が適切な範囲に設定されるので、耐電圧性能を維持しつつ、耐汚損性能を向上することができる。

[適用例３]
適用例１または２に記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向に垂直な方向を径方向とした場合において、
前記径縮小部のうち径方向の肉厚が最も薄くなっている最薄肉部よりも前方であって、前記絶縁体と前記主体金具との間に形成される隙間の径方向における距離のうち、最も小さくなっている距離をＣとした場合において、
０．２ｍｍ≦Ｃ≦０．５ｍｍ
の関係式を満たすスパークプラグ。

適用例３のスパークプラグによれば、距離Ｃが適切な範囲に設定されるので、耐熱性能を維持しつつ、耐汚損性能を向上することができる。

[適用例４]
適用例１ないし３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向に垂直な方向を径方向とした場合において、
前記径拡大部のうち径方向の肉厚が最も厚い最厚肉部に到達した位置と、該位置から前記軸線方向に平行に後方に延長した仮想線が前記絶縁体の外形と交叉する位置との離間距離をＤとした場合において、
０．８ｍｍ≦Ｄ
の関係式を満たすスパークプラグ。

適用例４のスパークプラグによれば、距離Ｄが適切な長さに設定されるので、耐汚損性能を向上することができる。

［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向に垂直な方向を径方向とした場合において、
前記径拡大部のうち径方向の肉厚が最も厚い最厚肉部に到達した位置から、前記軸線方向に平行に後方に延長した仮想線と、前記絶縁体の外形線とにより囲まれた領域の面積をＳとした場合において、
０．１ｍｍ²≦Ｓ≦０．３５ｍｍ²
の関係式を満たすスパークプラグ。

適用例５のスパークプラグによれば、面積Ｓが適切な大きさに設定されるので、耐汚損性能を向上することができる。

［その他の適用例］
こうしたスパークプラグにおいて、径縮小部を、絶縁体の支持部に連続して形成しても良いしあるいは径縮小を、支持部から、軸線方向に平行な所定長さの平行部を介して形成してもよい。平行部を設ける場合、この平行部を、径拡大部のうち径方向の肉厚が最も厚い最厚肉部の外径より小さな外径としてもよい。また、径縮小部から径拡大部までの間に、所定長さに亘って、外径が一定の径一定部を備えるものとしても良い。上述したいずれの場合でも、径縮小部および径拡大部は存在するので、この部位にはカーボンが付着しにくくなり、耐熱性能を維持しつつ、リーク電流の発生を抑制することができる。

更に、主体金具の棚部の絶縁体側対向面は、必ずしも軸線方向に平行である必要はなく、軸線方向と所定の角度（１〜１０度程度）傾いていても良い。また表面に、凹凸が存在しても差し支えない。主体金具の棚部が、軸線方向に所定長さに亘って平行な平坦部を備え、絶縁体の径拡大部が、平坦部に対向する領域に設けられる構成とすればこの部位へのカーボンの付着は更に生じ難くなり、耐熱性能を維持しつつ、リーク電流の発生を抑制することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、スパークプラグの製造方法および製造装置、製造システム等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。絶縁碍子１０の支持部１５付近を拡大して示す説明図である。第２実施形態のスパークプラグ１００ｂにおける絶縁碍子１０ｂの支持部１５ｂ付近を示す拡大図である。絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂと耐電圧低下率（％）との関係を示すグラフである。絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂと１０ＭΩ到達サイクル数との関係を示すグラフである。距離Ｃと１０ＭΩ到達サイクル数との関係を示すグラフである。距離Ｄと１０ＭΩ到達サイクル数との関係を示すグラフである。面積Ｓと１０ＭΩ到達サイクル数との関係およびブレイグ発生角度との関係を示すグラフである。本発明の他の実施形態を例示する説明図である。

次に、本発明の一態様であるスパークプラグの実施の形態を、以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態：
Ｂ．第２実施形態：
Ｃ．耐電圧試験：
Ｄ．耐汚損試験１：
Ｅ．耐汚損試験２：
Ｆ．耐汚損試験３：
Ｇ．耐汚損試験４および耐熱試験
Ｈ．変形例：

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線方向ＯＤ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。

スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、主体金具５０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０とを備えている。中心電極２０は、絶縁碍子１０内に軸線方向ＯＤに延びた状態で保持されている。絶縁碍子１０は、絶縁体として機能しており、主体金具５０は、この絶縁碍子１０を保持している。端子金具４０は、絶縁碍子１０の後端部に設けられている。

絶縁碍子１０は、アルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線方向ＯＤへ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線方向ＯＤ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、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には支持部１５が形成されている。

主体金具５０は、低炭素鋼材より形成された円筒状の金具であり、スパークプラグ１００を内燃機関のエンジンヘッド２００に固定する。そして、主体金具５０は、絶縁碍子１０を内部に保持しており、絶縁碍子１０は、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を主体金具５０によって取り囲まれている。

また、主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ねじ部５２とを備えている。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の取付ねじ部５２は、ねじ山が形成された部位であり、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ねじ孔２０１に螺合する。

主体金具５０の工具係合部５１と取付ねじ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付ねじ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形により、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００間が封止され、取付ねじ孔２０１を介したエンジン内の気密漏れが防止される。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、薄肉の加締部５３が設けられている。また、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に、薄肉の座屈部５８が設けられている。主体金具５０の工具係合部５１から加締部５３にかけての内周面と、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が介在されている。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。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めると、絶縁碍子１０は、リング部材６，７およびタルク９を介して主体金具５０内の先端側に向け押圧される。これにより、絶縁碍子１０の支持部１５は、主体金具５０の内周に形成された棚部５６に支持され、主体金具５０と絶縁碍子１０とは、一体となる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、絶縁碍子１０の支持部１５と主体金具５０の棚部５６との間に介在された環状の板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。座屈部５８は、加締めの際に、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、タルク９の圧縮ストロークを稼いで主体金具５０内の気密性を高めている。なお、主体金具５０の棚部５６よりも先端側と絶縁碍子１０との間には、所定寸法のクリアランスＣＬが設けられている。棚部５６の形状については、図２を用いて、後で詳しく説明する。

中心電極２０は、棒状の電極であり、電極母材２１の内部に芯材２５を埋設した構造を有している。電極母材２１は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成されている。芯材２５は、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金から形成されている。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製される。芯材２５は、胴部分においては略一定の外径をなすものの、先端側においては縮径部が形成される。また、中心電極２０は、軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４およびセラミック抵抗３を経由して、端子金具４０に電気的に接続されている。端子金具４０には、高圧ケーブル（図示せず）がプラグキャップ（図示せず）を介して接続され、高電圧が印加される。

中心電極２０の先端部２２は、絶縁碍子１０の先端部１１よりも突出している。中心電極２０の先端部２２の先端には、中心電極チップ９０が接合されている。中心電極チップ９０は、軸線方向ＯＤに伸びた略円柱形状を有しており、耐火花消耗性を向上するため、高融点の貴金属によって形成されている。中心電極チップ９０は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、１種類あるいは２種類以上を添加したＩｒ合金によって形成される。

接地電極３０は、耐腐食性の高い金属から形成され、例えば、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金から形成されている。この接地電極３０の基部３２は、溶接によって、主体金具５０の先端部５７に接合されている。また、接地電極３０は屈曲しており、接地電極３０の先端部３３は、中心電極チップ９０と対向している。

さらに、接地電極３０の先端部３３には、接地電極チップ９５が接合されている。接地電極チップ９５は、中心電極チップ９０と対向しており、接地電極チップ９５と、中心電極チップ９０との間には、火花放電ギャップＧが形成されている。なお、接地電極チップ９５は、中心電極チップ９０と同様の材料で形成することができる。

図２は、絶縁碍子１０の支持部１５付近を拡大して示す説明図である。ここで、軸線方向ＯＤに平行であり、支持部１５から、中心電極２０と接地電極３０との間に形成される発火部（火花放電ギャップＧ）へ向かう方向を「前方」と呼び、反対方向に「後方」と呼ぶ。また、軸線方向ＯＤに垂直な方向を、「径方向」と呼ぶ。絶縁碍子１０には、支持部１５から前方に向かうにしたがって外径が縮小される径縮小部７０が形成されている。さらに、絶縁碍子１０には、径縮小部７０のうち最も前方部分からさらに前方に向かうにしたがって外径が拡大される径拡大部７１が形成されている。従って、支持部１５の前方には窪み７２が形成されていることになる。絶縁碍子１０のこの窪み７２に対向する主体金具側には、上述した棚部５６が設けられている。この棚部５６は、絶縁碍子１０の窪み７２に対向する平らな部位である平坦部５６ａと、平坦部５６ａより後方側の後方段部５６ｂ、平坦部５６ａより前方側の前方段部５６ｃを備える。棚部５６の後方段部５６ｂは、絶縁碍子１０の支持部１５と同じ傾斜を持ち、支持部と共に板パッキン８を挟持している。また前方段部５６ｃは、平坦部５６ａより前方で内径が次第に拡大している部位である。棚部５６とは、この範囲、つまり図２に示した範囲ＴＮを指している。上述した絶縁碍子１０の径縮小部７０と径拡大部７１は、この棚部５６に対応する位置に設けられており、窪み７２は、棚部５６の平坦部５６ａにほぼ対向している。従って、窪み７２が存在する箇所では、主体金具５０と絶縁碍子１０との間に形成されている隙間７３は大きくなり、この窪み７２よりもさらに前方では、隙間７３は再び狭くなっている。

このように、絶縁碍子１０に窪み７２を設け、窪み７２の前方で隙間７３を絞った形状とすると、混合気の不完全燃焼時において、隙間７３へのカーボンの進入を抑制することができ、窪み７２にカーボンが付着するのを抑制することができる。さらに、絶縁碍子１０の窪み７２までは燃焼ガスが届きにくくなるため、絶縁碍子１０の温度上昇を抑制することができ、スパークプラグの耐熱性能を向上させることができる。

さらに、隙間７３は、支持部１５の前方が軸線方向ＯＤに沿って直線形状となっている場合（破線Ｚ）に比べて大きくなっている。したがって、隙間７３へカーボンが侵入した場合であっても、カーボンが堆積することによって隙間７３が閉塞して主体金具５０と絶縁碍子１０との間でリーク電流が発生してしまうことを抑制することができる。

ここで、径縮小部７０のうち径方向の肉厚が最も薄くなっている最薄肉部Ｐの肉厚の厚さをＡとする。そして、径拡大部７１のうち径方向の肉厚が最も厚くなっている最厚肉部Ｑの肉厚の厚さをＢとする。この場合において、スパークプラグ１００は、以下の関係式（１）を満たすことが好ましい。
０．８４≦Ａ／Ｂ≦０．９５ …（１）
この理由は以下の通りである。なお、以下ではＡ／Ｂを「絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂ」とも呼ぶ。

絶縁碍子１０の窪み７２が小さすぎると、換言すれば、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂが大きすぎると、窪み７２にカーボンが堆積して、主体金具５０と中心電極２０が導通する可能性が高くなってしまう。すなわち、耐汚損性能の向上効果が小さくなってしまう。一方、絶縁碍子１０の窪み７２が大きすぎると、換言すれば、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂが小さすぎると、耐汚損性能は向上するが、最薄肉部Ｐにおいて絶縁破壊が生じやすくなってしまい、耐電圧性能が低下してしまう。

ここで、絶縁碍子１０が関係式（１）を満たすように、スパークプラグ１００を構成すれば、耐電圧性能を維持しつつ、耐汚損性能を向上させることができる。絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂの範囲を、関係式（１）の数値範囲に規定する根拠については、後述する。

また、径縮小部７０のうち径方向の肉厚が最も厚くなっている最薄肉部Ｐよりも前方で、かつ、絶縁碍子１０と主体金具５０との間に形成される隙間７３の径方向における距離のうち、最も小さくなっている距離をＣとする。この場合において、スパークプラグ１００は、以下の関係式（２）を満たすことが好ましい。
０．２ｍｍ≦Ｃ≦０．５ｍｍ …（２）

この理由は次の通りである。距離Ｃが大きすぎると、カーボン及び燃焼ガスが絶縁碍子１０の窪み７２まで入りやすくなってしまい、耐汚損性能及び耐熱性能が低下してしまう。一方、距離Ｃが小さすぎると、距離Ｃの部分にカーボンが堆積して詰まってしまい、耐汚損性能がさらに低下してしまうおそれがある。ここで、絶縁碍子１０が関係式（２）を満たすように、スパークプラグ１００を構成すれば、耐熱性能を維持しつつ、適切に耐汚損性能を向上させることができる。距離Ｃを、関係式（２）の数値範囲に規定する根拠については後述する。

また、径拡大部７１のうち径方向の肉厚が最も厚くなっている最厚肉部Ｑ１から、軸線ＯＤと平行に後方に伸ばした仮想線（図２、破線Ｚ）が絶縁碍子１０の外形にぶつかる点Ｑ２までの距離をＤとした場合において、スパークプラグ１００は、以下の関係式（３）を満たすことが好ましい。
０．８ｍｍ≦Ｄ …（３）

この理由は次の通りである。絶縁碍子１０の窪み７２の軸線方向ＯＤにおける長さが短すぎると、隙間７３が十分に確保された範囲が小さくなって、耐汚損性能の向上効果が低下してしまう。ここで、絶縁碍子１０が関係式（３）を満たすように、スパークプラグ１００を構成すれば、適切に耐汚損性能を向上させることができる。距離Ｄを、関係式（３）の数値範囲に規定する根拠については後述する。

更に、窪み７２の大きさを次のように規定する。即ち、図２に示した仮想線（破線Ｚ）と絶縁碍子１０の外形線とで囲まれた領域（図２にハッチを施した領域）の面積をＳとしたとき、スパークプラグ１００は、以下の関係式（４）を満たすことが好ましい。
０．１ｍｍ²≦Ｓ≦０．３５ｍｍ² …（４）

この理由は次の通りである。絶縁碍子１０の窪み７２の断面積Ｓが小さすぎると、耐汚損性能の向上効果が低下してしまい、断面積Ｓが大きすぎると、耐熱性が低下してしまう。ここで、絶縁碍子１０が関係式（４）を満たすように、スパークプラグ１００を構成すれば、適切に耐汚損性能を向上させつつ、耐熱性も確保することができる。面積Ｓを、関係式（４）の数値範囲に規定する根拠については後述する。

なお、スパークプラグ１００は、上述した全ての条件を満たす必要はなく、上記条件のうちのいずれか１つ以上を満たせばよい。ただし、スパークプラグ１００を、上述した全ての条件を満たすように構成すれば、より適切に耐汚損性能を向上させることができる。

Ｂ．第２の実施形態：
図３は、第２実施形態のスパークプラグ１００ｂにおける絶縁碍子１０ｂの支持部１５ｂ付近を示す拡大図である。図２に示した第１実施形態との違いは、主体金具５０ｂの形状及び絶縁碍子１０ｂの形状が異なっている点だけであり、他の構成は第１実施形態と同じである。この絶縁碍子１０ｂでは、径拡大部７１ｂが軸線方向ＯＤに沿って延びた形状となっている。このため、この第２実施形態における距離Ｄは、第１実施形態における距離Ｄよりも長くなっている。また、隙間７３の最も小さくなっている箇所（距離Ｃの部分）が、最厚肉部Ｑ１よりも後方側となっている。絶縁碍子１０ｂをこのような形状としても、第１実施形態と同様に、耐熱性能を向上させつつ、耐汚損性能を向上させることができ、リーク電流の発生を抑制することが可能である。

Ｃ．耐電圧試験：
絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂと、耐電圧性能との関係を調べるために、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂの異なる複数のスパークプラグを用いて、耐電圧試験を行なった。耐電圧試験では、サンプルのスパークプラグを絶縁油の中に浸漬した状態で、主体金具５０と端子金具４０との間に、火花放電波形の電圧を印加した。この場合、火花放電ギャップＧには絶縁油が存在するので、この火花放電ギャップＧでは火花放電は発生しない。火花放電波形電圧の最大値を徐々に大きくしていきつつ、火花放電波形電圧での印加を繰り返すと、絶縁碍子１０内で絶縁破壊が生じた。この時点での火花放電波形電圧の最大値を、耐電圧として記録した。そして、絶縁碍子１０に窪み７２を設けていないスパークプラグにおいても耐電圧を測定し、この耐電圧からの低下率を、耐電圧低下率（％）として記録した。

図４は、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂと、耐電圧低下率（％）との関係を示すグラフである。この図４において、横軸は絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂを示しており、縦軸は耐電圧低下率（％）を示している。この図４によれば、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂが大きくなるにしたがって、耐電圧低下率が小さくなっている。さらに、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂを０．８４以上にすれば、耐電圧低下率を１０％以下にすることができる。したがって、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂは、０．８４以上とすることが好ましいことが理解できる。また、この図４によれば、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂは、０．８８以上とすることがさらに好ましいことも理解できる。

Ｄ．耐汚損試験１：
絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂと、耐汚損性能との関係を調べるために、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂの異なる複数のスパークプラグを用いて、耐汚損試験１を行なった。耐汚損試験１では、１０ＭΩ到達サイクルを用いて各スパークプラグを評価した。ここで、「１０ＭΩ到達サイクル」とは、自動車用スパークプラグのエンジン適合性試験方法（ＪＩＳＤ１６０６）に定められたくすぶり汚損試験に基づいて試験を行い、内燃機関用スパークプラグの絶縁抵抗が１０ＭΩに低下するまでに要した試験のサイクル数を示す。したがって、１０ＭΩ到達サイクル数が大きいほど、絶縁抵抗値の低下が遅いことを意味する。換言すれば、１０ＭΩ到達サイクル数が大きいほど、カーボンや金属酸化物などの導電性汚損物質が蓄積し難い（耐汚損性能が優れている）ことを意味する。

図５は、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂと、１０ＭΩ到達サイクル数との関係を示すグラフである。この図５によれば、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂが大きくなるにしたがって、１０ＭΩ到達サイクル数が小さくなっている。すなわち、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂが大きくなるにしたがって、耐汚損性能が低下している。そして、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂを０．９５以下とすれば、１０ＭΩ到達サイクル数を１０以上にすることができる。したがって、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂは、０．９５以下とすることが好ましいことが理解できる。また、この図５によれば、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂは、０．９４以下とすることがさらに好ましく、０．８８以下とすることが最も好ましいことも理解できる。

この耐汚損試験１の結果と、上記耐電圧試験の結果を考慮すると、絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂは、上記関係式（１）に示したように、０．８４以上かつ０．９５以下とすることが好ましいことが理解できる。

Ｅ．耐汚損試験２：
上述した距離Ｃ（ｍｍ）と、耐汚損性能との関係を調べるために、距離Ｃの異なる複数のスパークプラグを用いて、耐汚損試験２を行なった。なお、この耐汚損試験２においても、耐汚損試験１と同様に、１０ＭΩ到達サイクルを用いて各スパークプラグを評価した。

図６は、距離Ｃと、１０ＭΩ到達サイクル数との関係を示すグラフである。なお、この試験における各スパークプラグの絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂは、０．８５である。この図６によれば、距離Ｃが０．３ｍｍ付近に達するまでは、距離Ｃが大きくなるにしたがって１０ＭΩ到達サイクル数が大きくなっているが、距離Ｃが０．４ｍｍ付近を越えてからは、距離Ｃが大きくなるにしたがって１０ＭΩ到達サイクル数が小さくなっている。そして、距離Ｃを、０．２ｍｍから０．５ｍｍの範囲内とすれば、１０ＭΩ到達サイクル数を１０以上にすることができる。したがって、距離Ｃは、上記関係式（２）に示したように、０．２ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下とすることが好ましいことが理解できる。また、この図６によれば、距離Ｃは、０．２ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．３ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ以下とすることが最も好ましいことも理解できる。

Ｆ．耐汚損試験３：
上述した距離Ｄ（ｍｍ）と、耐汚損性能との関係を調べるために、距離Ｄの異なる複数のスパークプラグを用いて、耐汚損試験３を行なった。なお、この耐汚損試験３においても、耐汚損試験１と同様に、１０ＭΩ到達サイクルを用いて各スパークプラグを評価した。

図７は、距離Ｄと、１０ＭΩ到達サイクル数との関係を示すグラフである。なお、この試験における各スパークプラグの絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂは０．８５、距離Ｃは０．４ｍｍである。この図７によれば、距離Ｄが大きくなるにしたがって、１０ＭΩ到達サイクル数が大きくなっている。すなわち、距離Ｄが大きくなるにしたがって、耐汚損性能が向上している。そして、距離Ｄを０．８ｍｍ以上とすれば、１０ＭΩ到達サイクル数を１０以上にすることができる。したがって、距離Ｄは、上記関係式（３）に示したように、０．８ｍｍ以上とすることが好ましいことが理解できる。また、この図７によれば、距離Ｄは、０．９ｍｍ以上とすることがさらに好ましいことも理解できる。

Ｇ．耐汚損および耐熱試験：
上述した断面積Ｓ（ｍｍ²）と、耐汚損性能との関係および耐熱性能との関係を調べるために、断面積Ｓの異なる複数のスパークプラグを用いて、耐汚損試験および耐熱試験を行なった。なお、この耐汚損試験においても、耐汚損試験１と同様に、１０ＭΩ到達サイクルを用いて各スパークプラグを評価した。

図８は、断面積Ｓと１０ＭΩ到達サイクル数との関係、および断面積Ｓ耐熱性能との関係を示すグラフである。なお、この試験における各スパークプラグの絶縁碍子肉厚比Ａ／Ｂは０．８５、距離Ｃは０．４ｍｍ、距離Ｄは２ｍｍである。図８によれば、面積Ｓが大きくなるにしたがって、１０ＭΩ到達サイクル数が大きくなっている。すなわち、面積Ｓが大きくなるにしたがって、耐汚損性能が向上している。そして、面積Ｓが０．１ｍｍ²以上とすれば、１０ＭΩ到達サイクル数を１２以上にすることができる。

他方、この面積Ｓは、耐熱性に影響を与え、面積Ｓを大きくしすぎると耐熱性が低下することが見いだされた。そこで、スパークプラグの耐熱性から見て好ましい面積Ｓの範囲について説明する。耐熱試験は、次の条件下でエンジンを運転して行なった。
・エンジン：排気量１.６Ｌ、４サイクル、ＤＯＨＣエンジン
・燃料：無鉛ハイオクガソリン
・室温／湿度：２０℃／６０％
・油温度：８０℃
・テストパターン：エンジン回転数５５００ｒｐｍ、スロットル全開（２分間）

面積Ｓの異なるスパークプラグをエンジンに取り付け、上記条件でエンジンを運転した。そして、次第に点火時期を早めて行き、プレイグニッション（過早着火）が発生した際の点火時期をＴＤＣからの進角値として測定した。図８の右側縦軸は、プレイグニッションが発生した角度（単位、度）を示している。この過早着火の生じた進角値、つまりプレイグニッション発生進角を測定することで、スパークプラグの耐熱性を評価することができる。プレイグニッション発生進角が大きいことは、スパークプラグの伝熱性能（耐熱性）が良好であることを意味するらである。これは次の理由による。

一般に、点火時期をより進めると、新規混合気に晒される時間が相対的に短く、燃焼ガスに晒される時間が相対的に長くなるため、スパークプラグの先端温度が上昇しやすくなる。スパークプラグの先端温度が過剰に上昇すると、火花点火を待たずに、混合気の圧縮により点火してしまう過早点火（プレイグニッション）が生じることがある。換言すれば、大きく進角してもプレイグニッションを生じないスパークプラグは、熱引きが良好なので、プレイグニッション進角は大きくなる。そこで、プレイグニッション発生進角を測定することにより、スパークプラグの耐熱性（伝熱性能）を評価することができる。

図８から分かるように、面積Ｓが０．３５ｍｍ²より大きくなると、プレイグニッション発生進角は急激に小さくなり、スパークプラグの耐熱性は低下する。従って、耐熱性の試験から、面積Ｓは、０．３５ｍｍ²以下とすることが望ましいことが分かる。図８に示した２つの試験、即ち耐汚損試験および耐熱試験の結果を重ね合わせると、面積Ｓは、上述した関係式（４）に示した範囲とすることが好ましいことが分かる。

Ｈ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｈ１．変形例１：
上記実施例では、径縮小部７０及び径拡大部７１は連続して形成したが、例えば、図９（Ａ）に示したように、径縮小部と径拡大部との間に外径が一定の径一定部を備えるものとしても良い。また、上記実施例では径縮小部や径拡大部は、曲線形状としたが、これにに変えて、図９（Ａ），（Ｂ）に示したように、少なくとも一方を直線的に径が変化する形状としても良い。また、径縮小部を、図９（Ｃ）に示したように、２段階に径が縮小するように構成しても良い。図示では、径縮小部について、２段階に径が変化する構成としたが、径拡大部についても同様に形成することができる。もとより、径の拡大、縮小は３段階以上としても良い。また、径縮小部と径拡大部との境界部分、あるいは径縮小部と径一定部、系一定部と径拡大部との境界部分は、滑らかではなく、角が形成されていてもよい。

図９（Ａ）ないし（Ｃ）に示した各窪み７２において、上述した式（３）の距離Ｄは、径拡大部において径方向の肉厚が最も厚い最厚肉部に到達した位置（Ｑ１）から、軸線方向ＯＤに平行に後方に延長した仮想線Ｚが、絶縁碍子１０の外形とぶつかる位置（Ｑ２）までの距離として規定されている。従って、図９（Ｂ）に示したように、絶縁碍子１０の支持部１５から窪み７２までに、軸線方向ＯＤに平行な部分が存在すると、距離Ｄは、径方向の肉厚が最も厚い最肉厚部（Ｑ２）からの仮想線が、支持部１５と交叉する位置までの距離ではなく、窪み７２の幅に等しい距離となる。また、上述した式（４）の面積Ｓも同様に、この距離Ｄの範囲の窪みの断面積となる。

Ｈ２．変形例２：
上記実施例では、火花放電ギャップＧにおける放電方向は、軸線方向ＯＤと平行方向であったが、この代わりに、火花放電ギャップＧにおける放電方向が軸線方向ＯＤに対して垂直な方向となるように、接地電極３０及び接地電極チップ９５を構成してもよい。

Ｈ３．変形例３：
上記実施例では、中心電極２０及び接地電極３０の先端に、それぞれ中心電極チップ９０及び接地電極チップ９５を設けていたが、これらは省略することとしてもよい。

３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
６…リング部材
８…板パッキン
９…タルク
１０…絶縁碍子
１０ｂ…絶縁碍子
１１…先端部
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…支持部
１５ｂ…支持部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…鍔部
２０…中心電極
２１…電極母材
２２…先端部
２５…芯材
３０…接地電極
３２…基部
３３…先端部
４０…端子金具
５０…主体金具
５０ｂ…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ねじ部
５３…加締部
５４…シール部
５５…座面
５６…棚部
５７…先端部
５８…座屈部
５９…ねじ首
７０…径縮小部
７０ｂ…径縮小部
７１…径拡大部
７１ｂ…径拡大部
７２…窪み
７３…隙間
９０…中心電極チップ
９５…接地電極チップ
１００…スパークプラグ
１００ｂ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ねじ孔
２０５…開口周縁部

Claims

軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極の外周に配置された絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置され、前記絶縁体側に所定幅で突出した棚部を有する主体金具と、
前記主体金具に接合された接地電極と、
を備えたスパークプラグであって、
前記軸線方向に平行であり、前記中心電極と前記接地電極との間に形成される発火部へ向かう方向を前方、逆を後方とした場合において、前記絶縁体は、
前記棚部の後方の段部に対向し前記絶縁体を支持する支持部を有し、
前記棚部に対向する領域に、前記支持部から前方に向かうにしたがって外径が縮小される径縮小部と、
前記棚部に対向する領域の前記径縮小部よりも前方側において、前方に向かうにしたがって外径が拡大される径拡大部と、
を備え、
前記軸線方向に垂直な方向を径方向とした場合において、
前記径縮小部のうち径方向の肉厚が最も薄くなっている最薄肉部の肉厚の厚さをＡとし、
前記径拡大部のうち径方向の肉厚が最も厚くなっている最厚肉部の肉厚の厚さをＢとした場合において、
０．８４≦Ａ／Ｂ≦０．９５
の関係式を満たすスパークプラグ。
請求項１記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向に垂直な方向を径方向とした場合において、
前記径縮小部のうち径方向の肉厚が最も薄くなっている最薄肉部よりも前方であって、前記絶縁体と前記主体金具との間に形成される隙間の径方向における距離のうち、最も小さくなっている距離をＣとした場合において、
０．２ｍｍ≦Ｃ≦０．５ｍｍ
の関係式を満たすスパークプラグ。
請求項１または請求項３記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向に垂直な方向を径方向とした場合において、
前記径拡大部のうち径方向の肉厚が最も厚い最厚肉部に到達した位置と、該位置から前記軸線方向に平行に後方に延長した仮想線が前記絶縁体の外形と交叉する位置との離間距離をＤとした場合において、
０．８ｍｍ≦Ｄ
の関係式を満たすスパークプラグ。
請求項１、請求項３または請求項４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向に垂直な方向を径方向とした場合において、
前記径拡大部のうち径方向の肉厚が最も厚い最厚肉部に到達した位置から、前記軸線方向に平行に後方に延長した仮想線と、前記絶縁体の外形線とにより囲まれた領域の面積をＳとした場合において、
０．１ｍｍ^２≦Ｓ≦０．３５ｍｍ^２
の関係式を満たすスパークプラグ。
前記径縮小部は、前記支持部に連続して形成された請求項１、請求項３ないし請求項５のいずれかに記載のスパークプラグ。
前記径縮小部は、前記支持部から、前記軸線方向に平行な所定長さの平行部を介して形成された請求項１、請求項３ないし請求項５のいずれかに記載のスパークプラグ。
前記平行部は、前記径拡大部のうち径方向の肉厚が最も厚い最厚肉部の外径より小さな外径とされた請求項７記載のスパークプラグ。
前記径縮小部から前記径拡大部までの間に、所定長さに亘って、外径が一定の径一定部を備える請求項１、請求項３ないし請求項８のいずれかに記載のスパークプラグ。
請求項１、請求項３ないし請求項９のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記主体金具の前記棚部は、前記軸線方向に所定長さに亘って平行な平坦部を備え、
前記絶縁体の前記径拡大部は、前記平坦部に対向する領域に設けられた
スパークプラグ。