JP5260748B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグに関するものである。

従来、耐汚損性能を向上させるとともに、小型化を実現したスパークプラグとしては、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、スパークプラグの発火部付近における主体金具と絶縁体との間に形成される隙間を小さくすることによって、耐汚損性能を向上させるとともに、小型化を実現している。

このように小型化されたスパークプラグでは、絶縁体の径も小さいため、絶縁体の折損強度の向上が課題となってくる。特に、気密を確保するためのパッキンと絶縁体との接触箇所における強度を向上させたいという要望があった。

なおこのような要望は、主体金具と絶縁体との間に形成される隙間を小さくしたスパークプラグに限らず、スパークプラグ全般に共通する要望であった。

特開２００２−２６０９１７号公報 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、スパークプラグの絶縁体の折損強度を向上させ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。
[形態]
棒状の中心電極と、
略筒状に形成され、軸線方向に貫通孔を有するとともに、前記中心電極を前記貫通孔の先端側に備えた絶縁体と、
略筒状に形成され、前記絶縁体を内挿し、自身の内周に形成された段部に前記絶縁体の外周に形成された支持部を係止した状態で、前記絶縁体を保持する主体金具と、
前記絶縁体の外周の支持部と前記主体金具の内周の段部との間に密着して介在する環状のパッキンと、
を備えたスパークプラグであって、
前記軸線を含む断面において、
前記絶縁体の支持部と該絶縁体の支持部より先端側に形成された絶縁体胴部とが接続する接続点を点Ａとし、
前記絶縁体の支持部と前記パッキンとが接触する部位のうち最も内周側の位置と、前記主体金具の段部の最も内周側の端部から延び前記軸線と平行な仮想直線が前記絶縁体の支持部と交差する位置とを比較して、より外周側の位置を点Ｂとし、
前記点Ａから前記点Ｂまでの前記絶縁体の表面に沿った経路の長さをＬとしたとき、
０．６ｍｍ≦Ｌ
の関係式を満たすとともに、
前記主体金具の段部よりも先端側の主体金具棚部の内周の半径をｒ１とし、
前記絶縁体胴部のうち、前記主体金具棚部の先端に対向する部分の外周の半径をｒ２としたとき、
ｒ１−ｒ２≦０．５ｍｍ
の関係式を満たすことを特徴とする
スパークプラグ。

[適用例１]
棒状の中心電極と、
略筒状に形成され、軸線方向に貫通孔を有するとともに、前記中心電極を前記貫通孔の先端側に備えた絶縁体と、
略筒状に形成され、前記絶縁体を内挿し、自身の内周に形成された段部に前記絶縁体の外周に形成された支持部を係止した状態で、前記絶縁体を保持する主体金具と、
前記絶縁体の外周の支持部と前記主体金具の内周の段部との間に密着して介在する環状のパッキンと、
を備えたスパークプラグであって、
前記軸線を含む断面において、
前記絶縁体の支持部と該絶縁体の支持部より先端側に形成された絶縁体胴部とが接続する接続点を点Ａとし、
前記絶縁体の支持部と前記パッキンとが接触する部位のうち最も内周側の位置と、前記主体金具の段部の最も内周側の端部から延び前記軸線と平行な仮想直線が前記絶縁体の支持部と交差する位置とを比較して、より外周側の位置を点Ｂとし、
前記点Ａから前記点Ｂまでの前記絶縁体の表面に沿った経路の長さをＬとしたとき、
０．６ｍｍ≦Ｌ
の関係式を満たすことを特徴とする
スパークプラグ。

適用例１によれば、絶縁体において応力が集中する点Ａから点Ｂまでの経路の長さを所定値より大きくするので、スパークプラグの絶縁体の折損強度を向上させることができる。

[適用例２]
適用例１に記載のスパークプラグであって、
前記絶縁体の支持部は、先端側に曲線部を有し、該曲線部を介して前記絶縁体胴部と接続しており、
前記曲線部の曲率半径をＲとしたとき、
０．６ｍｍ≦Ｒ≦１．５ｍｍ
の関係式を満たすことを特徴とする
スパークプラグ。

適用例２によれば、曲線部の曲率半径を所定の範囲とするので、気密性の低下を抑制することができるとともに、スパークプラグの絶縁体の強度を向上させることができる。

[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、
前記絶縁体の支持部と前記パッキンとが接触する部位のうち最も内周側に位置する点Ｂ１は、前記仮想直線よりも外周側に位置し、
前記軸線を含む断面において、
前記絶縁体の支持部と前記パッキンとが接触している２つの接触面のうちの一方の接触面の長さをＬ２としたとき、
０．３ｍｍ≦Ｌ２
の関係式を満たすことを特徴とする
スパークプラグ。

適用例３によれば、接触面の長さを所定値よりも大きくするので、気密性の低下を抑制することができるとともに、スパークプラグの絶縁体の強度を向上させることができる。

[適用例４]
適用例１ないし３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記主体金具の段部よりも先端側の主体金具棚部の内周の半径をｒ１とし、
前記絶縁体胴部のうち、前記主体金具棚部の先端に対向する部分の外周の半径をｒ２としたとき、
ｒ１−ｒ２≦０．５ｍｍ
の関係式を満たすことを特徴とする
スパークプラグ。

適用例４によれば、主体金具棚部と絶縁体胴部との間に形成される隙間に未燃ガスが侵入するのを抑制することができるので、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。

[適用例５]
適用例１ないし４のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
Ｌ≦０．９ｍｍ
の関係式を満たすことを特徴とする
スパークプラグ。

適用例５によれば、絶縁体の肉厚が小さくなることによる折損強度の低下を抑制することができる。

[適用例６]
適用例１ないし５のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記スパークプラグを被取付け部材に取り付けるために、前記主体金具の外周面に形成された取付ねじ部のねじ径は、Ｍ１２以下であることを特徴とするスパークプラグ。

適用例６によれば、取付ねじ部のねじ径がＭ１２以下のスパークプラグの絶縁体の折損強度を向上させることができる。

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断面図である。 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。 第３実施形態のスパークプラグ１００ｃにおける絶縁碍子１０ｃの支持部１５ｃ付近を示す拡大図である。 絶縁碍子の強度試験の結果を表形式で示す説明図である。 沿面距離Ｌと絶縁碍子の強度との関係を示すグラフである。 絶縁碍子の強度試験の結果を表形式で示す説明図である。 沿面距離Ｌと絶縁碍子の強度との関係を示すグラフである。 絶縁碍子の強度試験及び気密判定試験の結果を表形式で示す説明図である。 曲率半径Ｒと絶縁碍子の強度向上率との関係を示すグラフである。 絶縁碍子の強度試験及び気密判定試験の結果を表形式で示す説明図である。 曲率半径Ｒと絶縁碍子の強度向上率との関係を示すグラフである。 絶縁碍子の強度試験及び気密判定試験の結果を表形式で示す説明図である。 接触長さＬ２と絶縁碍子の強度との関係を示すグラフである。 絶縁碍子の強度試験及び気密判定試験の結果を表形式で示す説明図である。 接触長さＬ２と絶縁碍子の強度との関係を示すグラフである。 変形例のスパークプラグ１００ｄにおける絶縁碍子１０の支持部１５付近を示す拡大図である。 変形例のスパークプラグ１００ｅにおける絶縁碍子１０の支持部１５付近を示す拡大図である。 変形例のスパークプラグ１００ｆにおける絶縁碍子１０の支持部１５付近を示す拡大図である。 変形例のスパークプラグ１００ｇにおける絶縁碍子１０の支持部１５付近を示す拡大図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて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．第３実施形態：
Ｄ．実験例：
Ｄ１．沿面距離Ｌに関する実験例：
Ｄ２．曲率半径Ｒに関する実験例：
Ｄ３．接触長さＬ２に関する実験例：
Ｅ．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を内挿している。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。なお、本実施形態における取付ねじ部５２のねじ径は、Ｍ１２である。

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段部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の段部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。板パッキン８は、例えば、銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い材料によって形成される。板パッキン８の熱伝導率が高いと、絶縁碍子１０の熱が主体金具５０の段部５６に効率よく伝わるため、スパークプラグ１００の熱引きがよくなり、耐熱性を向上させることができる。
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の段部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。

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断面図である。この図２は、軸線Ｏを含む断面でスパークプラグ１００を切断した状態を示している。ここで、図中下側を先端側とし、軸線方向ＯＤに垂直な方向を径方向とする。

上述したように、主体金具５０は、自身の内周に形成された段部５６に絶縁碍子１０の外周に形成された支持部１５を係止した状態で、絶縁碍子１０を保持している。環状の板パッキン８は、絶縁碍子１０の外周の支持部１５と主体金具５０の内周の段部５６との間に密着して介在している。

ここで、絶縁碍子１０の支持部１５と、絶縁碍子１０の支持部１５より先端側に形成された絶縁碍子胴部１４とが接続する接続点を点Ａとする。絶縁碍子１０の支持部１５と板パッキン８とが接触する部位のうち最も内周側に位置する点を点Ｂ１とする。主体金具５０の段部５６の最も内周側の端部から延び、軸線Ｏと平行な仮想直線ＶＬが絶縁碍子１０の支持部１５と交差する点を点Ｂ２とする。点Ｂ１及び点Ｂ２のうち、より外周側に位置する点を点Ｂとする。この図２に示された例では、点Ｂ１が点Ｂとなる。点Ａから点Ｂまでの絶縁碍子１０の表面に沿った経路の長さをＬ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。
０．６ｍｍ≦Ｌ ・（１）
この理由は以下のとおりである。なお、以下ではＬを「沿面距離Ｌ」とも呼ぶ。

点Ａは、絶縁碍子１０の支持部１５と絶縁碍子胴部１４とが接続する位置であり、絶縁碍子１０の形状は、点Ａを起点として変化している。したがって、絶縁碍子１０に径方向の力が与えられると、点Ａの位置に応力が集中する。点Ｂ１は、支持部１５と板パッキン８とが接触する位置であるため、点Ｂ１の位置に圧縮応力が発生する。点Ｂ２が点Ｂ１よりも外周側に位置する場合、換言すれば、板パッキン８の内周が仮想直線ＶＬよりも内側に位置する場合には、点Ｂ２は、主体金具棚部５６ｆから圧縮断力を受ける位置となる。すなわち、点Ｂ１及び点Ｂ２のうち、より外周側に位置する点である点Ｂは、支持部１５において最も応力が集中する位置となる。

ここで、沿面距離Ｌを大きくすれば、換言すれば、応力が集中する点Ａと点Ｂの位置を遠ざければ、応力の集中を抑制することができるため、絶縁碍子１０の折損強度を向上させることができる。沿面距離Ｌを、上記関係式（１）を用いて規定する根拠については、後述する。

また、絶縁碍子１０の支持部１５は、先端側に曲線部１５ｒを有しており、曲線部１５ｒを介して絶縁碍子胴部１４と接続している。このとき、曲線部１５ｒの曲率半径をＲとしたとき、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。
０．６ｍｍ≦Ｒ≦１．５ｍｍ ・（２）

この理由は次の通りである。曲線部１５ｒの曲率半径Ｒを大きくすれば、点Ａにおける応力の集中を抑制することができるため、絶縁碍子１０の強度を向上させることができる。一方、曲線部１５ｒの曲率半径Ｒを小さくすれば、板パッキン８と絶縁碍子１０との間の気密性を向上させることができる。したがって、曲線部１５ｒの曲率半径Ｒを上記関係式（２）の範囲とすれば、板パッキン８と絶縁碍子１０との間の気密性を確保しつつ、絶縁碍子１０の折損強度を向上させることができる。曲率半径Ｒを、上記関係式（２）の数値範囲に規定する根拠については後述する。

さらに、図２の断面図に示すように、点Ｂ１が仮想直線ＶＬよりも外周側に位置する場合において、絶縁碍子１０の支持部１５と板パッキン８とが接触している２つの接触面のうちの一方の接触面の長さをＬ２とする。なお、２つの接触面のうちのもう一方の接触面は、軸線Ｏに対して対称な位置に存在しているが、この図２においては描かれていない。この場合において、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。
０．３ｍｍ≦Ｌ２ ・（３）
この理由は以下のとおりである。なお、以下ではＬ２を「接触長さＬ２」とも呼ぶ。

接触長さＬ２を大きくすれば、板パッキン８と絶縁碍子１０との接触面積が大きくなるので、板パッキン８と絶縁碍子１０との間の気密性を向上させることができる。したがって、接触長さＬ２を上記関係式（３）の範囲とすれば、板パッキン８と絶縁碍子１０との間の気密性を向上させることができる。接触長さＬ２を、上記関係式（３）の数値範囲に規定する根拠については後述する。

さらに、主体金具５０の段部５６よりも先端側の主体金具棚部５６ｆの内周の半径をｒ１とし、絶縁碍子胴部１４の外周の半径をｒ２とする。そして、半径ｒ１から半径ｒ２を引いた値を隙間量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（４）を満たすことが好ましい。
Ｃ（＝ｒ１−ｒ２）≦０．５ｍｍ ・（４）
この理由は以下のとおりである。

スパークプラグは、例えばプレデリバリ時のように電極温度が４５０℃以下の低温環境下において使用されると、未燃ガスが多く発生する。こうした未燃ガス発生状況が長時間続くと、絶縁碍子がいわゆる「燻り」や「かぶり」の状態となり、表面がカーボンなどの導電性物質で汚損されて作動不良が生じやすくなる。特に未燃ガスが主体金具棚部５６ｆと絶縁碍子胴部１４との間に形成された隙間内に侵入し、絶縁碍子の表面が汚損されると、当該隙間内において火花放電が生じ、正常な着火が困難となる。ここで、隙間量Ｃを０．５ｍｍ以下とすれば、未燃ガスの侵入を抑制することができ、当該隙間における絶縁碍子の表面が汚損されるのを抑制することができるとともに、スパークプラグ１００を小型化することができる。

さらに、上述した沿面長さＬは、以下の関係式（５）を満たすことが好ましい。
Ｌ≦０．９ｍｍ ・（５）
この理由は以下のとおりである。

上述したように、沿面距離Ｌを大きくすれば、絶縁碍子１０の強度は向上するが、絶縁碍子胴部１４の外周の半径ｒ２は、沿面距離Ｌが大きくなるほど小さくなる。すると、絶縁碍子１０の肉厚が小さくなることに起因して、絶縁碍子１０の強度が低下しはじめる。したがって、沿面距離Ｌを所定値以下とすれば、絶縁碍子胴部１４の外周の半径ｒ２が所定値以上となるため、絶縁碍子１０の肉厚が小さくなることによる絶縁碍子１０の折損強度の低下を抑制することができる。沿面距離Ｌを、関係式（５）の数値範囲に規定する根拠については、後述する。

このように、第１実施形態では、上記関係式を満たすようにスパークプラグを構成するので、絶縁碍子１０の折損強度を向上させることができる。なお、スパークプラグ１００は、上述した全ての関係式を満たす必要はなく、上記関係式のうちのいずれか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、より適切に絶縁碍子１０の折損強度を向上させることができる。

Ｂ．第２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、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の支持部１５ｂの先端側には、曲線部１５ｒが形成されておらず、支持部１５ｂは、直線的に構成されている。曲線部１５ｒが形成されていないスパークプラグ１００ｂに対しては、上記関係式（２）を除くいずれかの関係式を満たすように構成すれば、絶縁碍子１０ｂの折損強度を向上させることができる。

Ｃ．第３実施形態：
図４は、第３実施形態のスパークプラグ１００ｃにおける絶縁碍子１０ｃの支持部１５ｃ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、絶縁碍子１０ｃの形状と板パッキン８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１０ｃの支持部１５ｃの先端側には、曲線部１５ｒが形成されておらず、支持部１５ｂの点Ｂ１より先端側は屈曲している。また、板パッキン８の内周の半径ｒ３は、主体金具棚部５６ｆの内周の半径ｒ１と等しくなっている。したがって、点Ｂ１と点Ｂ２とが一致した点が点Ｂとなっている。曲線部１５ｒが形成されていないスパークプラグ１００ｃに対しては、上記関係式（２）を除くいずれかの関係式を満たすように構成すれば、絶縁碍子１０ｃの折損強度を向上させることができる。

Ｄ．実験例：
Ｄ１．沿面距離Ｌに関する実験例：
絶縁碍子の強度と沿面距離Ｌとの関係を調べるため、沿面距離Ｌの異なる複数のサンプルを用いて強度試験を行なった。この試験に用いるサンプルでは、絶縁碍子胴部１４の直径φ（＝半径ｒ２・２）を変化させることにより、沿面距離Ｌを変化させた。強度試験では、絶縁碍子の先端から１．５ｍｍの部分に対して径方向から荷重をかけ、絶縁碍子が折損したときの荷重を計測した。なお、本実験例では、Ｍ１４（ＩＳＯメートルねじ）とＭ１２の２種類の径のスパークプラグに対して試験を行なった。以下に示す他の実験例においても同様である。

図５は、絶縁碍子の強度試験の結果を表形式で示す説明図である。図６は、沿面距離Ｌ（ｍｍ）と絶縁碍子の強度（ｋＮ）との関係を示すグラフである。この図５及び図６は、Ｍ１４タイプ、曲率半径Ｒ＝０のスパークプラグにおける試験結果である。

図５及び図６によれば、沿面距離Ｌを大きくすれば、絶縁碍子の強度が向上することが理解できる。具体的には、沿面距離Ｌは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、０．６ｍｍ以上であることがさらに好ましく、０．７ｍｍ以上であることが特に好ましいことが理解できる。

一方、沿面距離Ｌが所定値を超えると、絶縁碍子の強度が低下することも理解できる。したがって、沿面距離Ｌを所定値よりも小さくすれば、絶縁碍子の強度の低下を抑制することができる。具体的には、沿面距離Ｌは、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．９ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．８ｍｍ以下であることが特に好ましいことが理解できる。

図７は、絶縁碍子の強度試験の結果を表形式で示す説明図である。図８は、沿面距離Ｌ（ｍｍ）と絶縁碍子の強度（ｋＮ）との関係を示すグラフである。この図７及び図８は、Ｍ１２タイプ、曲率半径Ｒ＝０のスパークプラグにおける試験結果である。

図７及び図８によれば、沿面距離Ｌは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、０．６ｍｍ以上であることがさらに好ましく、０．７ｍｍ以上であることが特に好ましいことが理解できる。

一方、絶縁碍子の強度の低下を抑制する観点から、沿面距離Ｌは、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．９ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．８ｍｍ以下であることが特に好ましいことが理解できる。

Ｄ２．曲率半径Ｒに関する実験例：
絶縁碍子の強度と曲線部１５ｒの曲率半径Ｒとの関係を調べるため、曲率半径Ｒの異なる複数のサンプルを用いて強度試験を行なった。さらに、これらのサンプルを用いて、板パッキン８と絶縁碍子１０との間の気密性が確保されているか否かを判定する気密判定試験も行なった。

強度試験の試験方法は、上述した試験方法と同じである。ただし、各サンプルの絶縁碍子の強度が、曲率半径Ｒ＝０のサンプルに対してどの程度向上したかを調べるために、沿面距離Ｌが同じで曲率半径Ｒが異なるサンプルに対しても強度試験を行ない、強度の向上率を求めた。

気密判定試験では、ＩＳＯ規格に準拠した気密試験（ＩＳＯ １１５６５ ｓｅｃ．３．５：２００℃、２ＭＰａ環境下）を５回繰り返して行なった。そして、シリンダー内部の気密を確認し、漏れ量が１ｍＬ／分未満であったサンプルを良「○」と評価し、漏れ量が１ｍＬ／分以上であったサンプルを可「△」と評価した。

図９は、絶縁碍子の強度試験及び気密判定試験の結果を表形式で示す説明図である。図１０は、曲率半径Ｒ（ｍｍ）と絶縁碍子の強度向上率（％）との関係を示すグラフである。この図９及び図１０は、Ｍ１４タイプ、絶縁碍子胴部１４の直径φ（＝半径ｒ２・２）＝７．４ｍｍのスパークプラグにおける試験結果である。図９には、実験結果に加えて、各サンプルの絶縁体の強度が、曲率半径Ｒ＝０のサンプルに対してどの程度向上したかを示す強度向上率（％）が示されている。

この図９及び図１０によれば、曲率半径Ｒを大きくすれば、絶縁碍子の強度が向上することが理解できる。具体的には、曲率半径Ｒは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、０．６ｍｍ以上であることがさらに好ましく、１．０ｍｍ以上であることが特に好ましいことが理解できる。

一方、曲率半径Ｒを所定値以下とすれば、気密性の低下の抑制が可能であることも理解できる。具体的には、曲率半径Ｒは、１．７５ｍｍ未満であることが好ましく、１．５０ｍｍ以下であることがさらに好ましいことが理解できる。

図１１は、絶縁碍子の強度試験及び気密判定試験の結果を表形式で示す説明図である。図１２は、曲率半径Ｒ（ｍｍ）と絶縁碍子の強度向上率（％）との関係を示すグラフである。この図１１及び図１２は、Ｍ１２タイプ、絶縁碍子胴部１４の直径φ（＝半径ｒ２・２）＝５．７ｍｍのスパークプラグにおける試験結果である。

この図１１及び図１２によれば、絶縁碍子の強度の観点から、曲率半径Ｒは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、０．６ｍｍ以上であることがさらに好ましく、１．０ｍｍ以上であることが特に好ましいことが理解できる。

一方、気密性の観点から、曲率半径Ｒは、１．７５ｍｍ未満であることが好ましく、１．５０ｍｍ以下であることがさらに好ましいことが理解できる。

Ｄ３．接触長さＬ２に関する実験例：
絶縁碍子の強度と接触長さＬ２との関係を調べるため、接触長さＬ２の異なる複数のサンプルを用いて強度試験を行なった。さらに、これらのサンプルを用いて、板パッキン８と絶縁碍子１０との間の気密性が確保されているか否かを判定する気密判定試験も行なった。強度試験及び気密判定試験の試験方法は、上述した試験方法と同じである。

図１３は、絶縁碍子の強度試験及び気密判定試験の結果を表形式で示す説明図である。図１４は、接触長さＬ２（ｍｍ）と絶縁碍子の強度（ｋＮ）との関係を示すグラフである。この図１３及び図１４は、Ｍ１４タイプ、曲率半径Ｒ＝０、絶縁碍子胴部１４の直径φ（＝半径ｒ２・２）＝６．３ｍｍのスパークプラグにおける試験結果である。また、図１３には、各サンプルにおける沿面距離Ｌ及び板パッキン８の内周の半径ｒ３と主体金具棚部５６ｆの内周の半径ｒ１との差である径差ｒｄ（＝ｒ３−ｒ１）（ｍｍ）も記載されている。

この図１３及び図１４によれば、接触長さＬ２が短くなると、気密性が低下することが理解できる。したがって、接触長さＬ２を所定値以上とすれば、気密性の低下の抑制が可能であることも理解できる。具体的には、接触長さＬ２は、０．２５ｍｍより長いことが好ましく、０．３０ｍｍ以上であることがさらに好ましいことが理解できる。また、径差ｒｄは、０．３２ｍｍより小さいことが好ましく、０．２８ｍｍ以下であることがさらに好ましいことが理解できる。

一方、接触長さＬ２を小さくすれば、沿面距離Ｌが長くなるので、絶縁碍子の強度が向上することが理解できる。具体的には、接触長さＬ２は、０．５０ｍｍ以下であることが好ましく、０．４５ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．３５ｍｍ以下であることが特に好ましいことが理解できる。また、径差ｒｄは、０．１０ｍｍ以上でることが好ましく、０．１５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、０．２３ｍｍ以上であることが特に好ましいことが理解できる。

図１５は、絶縁碍子の強度試験及び気密判定試験の結果を表形式で示す説明図である。図１６は、接触長さＬ２（ｍｍ）と絶縁碍子の強度（ｋＮ）との関係を示すグラフである。この図１５及び図１６は、Ｍ１２タイプ、曲率半径Ｒ＝０、絶縁碍子胴部１４の直径φ（＝半径ｒ２・２）＝４．６ｍｍのスパークプラグにおける試験結果である。

この図１５及び図１６によれば、気密性の観点から、接触長さＬ２は、０．２５ｍｍより長いことが好ましく、０．３０ｍｍ以上であることがさらに好ましいことが理解できる。また、径差ｒｄは、０．３２ｍｍより小さいことが好ましく、０．２８ｍｍ以下であることがさらに好ましいことが理解できる。

一方、絶縁碍子の強度の観点から、接触長さＬ２は、０．５０ｍｍ以下であることが好ましく、０．４５ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．３５ｍｍ以下であることが特に好ましいことが理解できる。また、径差ｒｄは、０．１０ｍｍ以上でることが好ましく、０．１５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、０．２３ｍｍ以上であることが特に好ましいことが理解できる。

Ｅ．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。

図１７は、変形例のスパークプラグ１００ｄにおける絶縁碍子１０の支持部１５付近を示す拡大図である。この図１７に示すスパークプラグ１００ｄの絶縁碍子１０及び主体金具５０の形状は、図２に示す実施形態と同じであり、板パッキン８ｄの形状のみが異なっている。図２及び図３に示す実施形態では、板パッキン８の内周の半径ｒ３は、主体金具棚部５６ｆの内周の半径ｒ１よりも大きくなっているが、図１７の変形例に示すように、板パッキン８ｄの内周の半径ｒ３は、半径ｒ１より小さくてもよい。半径ｒ３が半径ｒ１よりも小さい場合には、点Ｂ２を点Ｂとして、沿面距離Ｌを求めることとなる。

図１８は、変形例のスパークプラグ１００ｅにおける絶縁碍子１０の支持部１５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、絶縁碍子胴部１４ｂの外周が、先端側に近づくにしたがって縮小している点であり、他の構成は第１実施形態と同じである。この図１８に示したように、絶縁碍子胴部１４ｂの外周が、先端側に近づくにしたがって縮小している場合には、絶縁碍子胴部１４ｂのうち、主体金具棚部５６ｆの先端５６ｔに対向する部分の外周の半径をｒ２として定義して、隙間量Ｃを算出する。この場合においても、スパークプラグ１００ｅは、上記実施形態と同様に、上記関係式（４）を満たすことが好ましい。この理由について説明する。主体金具棚部５６ｆと絶縁碍子胴部１４ｂとの間に形成された隙間への未燃ガスの侵入は、主体金具棚部５６ｆの先端５６ｔと絶縁碍子胴部１４ｂとの間に形成される隙間の大きさの影響を受ける。したがって、スパークプラグ１００ｅが上記関係式（４）を満たせば、上記実施形態と同様に、未燃ガスの侵入を抑制することができ、絶縁碍子の表面が汚損されるのを抑制することができる。このように、絶縁碍子胴部１４ｂの外周は、先端側に近づくにしたがって縮小した形状であってもよい。

なお、上記第１ないし第３実施形態では、絶縁碍子胴部１４の外周の半径は一定である。したがって、上記第１ないし第３実施形態において、絶縁碍子胴部１４のうち、主体金具棚部５６ｆの先端に対向する部分の外周の半径をｒ２として定義した場合と、絶縁碍子胴部１４の外周の半径をｒ２として定義した場合とで、半径ｒ２の値は同じとなる。すなわち、上記第１ないし第３実施形態においても、半径ｒ２を、絶縁碍子胴部１４のうち、主体金具棚部５６ｆの先端に対向する部分の外周の半径として定義することができる。

また、図示は省略するが、絶縁碍子胴部の外周は、先端側に近づくにしたがって拡大する形状であってもよい。すなわち、絶縁碍子胴部の外周は、先端側に近づくに従って変形していてもよい。なお、絶縁碍子胴部は、絶縁碍子のうち、主体金具棚部５６ｆに対向する面を有する部分として定義することができ、その対向する面は、軸線方向ＯＤから±５度以内の傾きの面として定義することができる。

図１９は、変形例のスパークプラグ１００ｆにおける絶縁碍子１０の支持部１５付近を示す拡大図である。図３に示した第２実施形態との違いは、絶縁碍子胴部１４ｂの外周が、先端側に近づくにしたがって縮小している点であり、他の構成は第２実施形態と同じである。また、半径ｒ２の定義は、図１８に示すスパークプラグ１００ｅの場合と同様にすることができる。スパークプラグ１００ｆは、上記実施形態と同様に、上記関係式（４）を満たすことが好ましい。

図２０は、変形例のスパークプラグ１００ｇにおける絶縁碍子１０の支持部１５付近を示す拡大図である。図４に示した第３実施形態との違いは、絶縁碍子胴部１４ｂの外周が、先端側に近づくにしたがって縮小している点であり、他の構成は第３実施形態と同じである。また、半径ｒ２の定義は、図１８に示すスパークプラグ１００ｅの場合と同様にすることができる。スパークプラグ１００ｇは、上記実施形態と同様に、上記関係式（４）を満たすことが好ましい。

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
８ｄ…板パッキン
９…タルク
１０…絶縁碍子
１０ｂ…絶縁碍子
１０ｃ…絶縁碍子
１１…先端部
１２…軸孔
１３…脚長部
１４…絶縁碍子胴部
１５…支持部
１５ｂ…支持部
１５ｃ…支持部
１５ｒ…曲線部
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
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…段部
５６ｆ…主体金具棚部
５６ｔ…先端
５７…先端部
５８…座屈部
５９…ねじ首
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
１００ｃ…スパークプラグ
１００ｄ…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
Ｇ…火花放電ギャップ
Ｏ…軸線
Ｌ…沿面距離
Ｒ…曲率半径
Ｌ２…接触長さ
ＯＤ…軸線方向
ＣＬ…クリアランス
ＶＬ…仮想直線

Claims (5)

1. 棒状の中心電極と、
   略筒状に形成され、軸線方向に貫通孔を有するとともに、前記中心電極を前記貫通孔の先端側に備えた絶縁体と、
   略筒状に形成され、前記絶縁体を内挿し、自身の内周に形成された段部に前記絶縁体の外周に形成された支持部を係止した状態で、前記絶縁体を保持する主体金具と、
   前記絶縁体の外周の支持部と前記主体金具の内周の段部との間に密着して介在する環状のパッキンと、
   を備えたスパークプラグであって、
   前記軸線を含む断面において、
   前記絶縁体の支持部と該絶縁体の支持部より先端側に形成された絶縁体胴部とが接続する接続点を点Ａとし、
   前記絶縁体の支持部と前記パッキンとが接触する部位のうち最も内周側の位置と、前記主体金具の段部の最も内周側の端部から延び前記軸線と平行な仮想直線が前記絶縁体の支持部と交差する位置とを比較して、より外周側の位置を点Ｂとし、
   前記点Ａから前記点Ｂまでの前記絶縁体の表面に沿った経路の長さをＬとしたとき、
   ０．６ｍｍ≦Ｌ
   の関係式を満たすとともに、
   前記主体金具の段部よりも先端側の主体金具棚部の内周の半径をｒ１とし、
   前記絶縁体胴部のうち、前記主体金具棚部の先端に対向する部分の外周の半径をｒ２としたとき、
   ｒ１−ｒ２≦０．５ｍｍ
   の関係式を満たすことを特徴とする
   スパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、
   前記絶縁体の支持部は、先端側に曲線部を有し、該曲線部を介して前記絶縁体胴部と接続しており、
   前記曲線部の曲率半径をＲとしたとき、
   ０．６ｍｍ≦Ｒ≦１．５ｍｍ
   の関係式を満たすことを特徴とする
   スパークプラグ。
3. 請求項１または２に記載のスパークプラグであって、
   前記絶縁体の支持部と前記パッキンとが接触する部位のうち最も内周側に位置する点Ｂ１は、前記仮想直線よりも外周側に位置し、
   前記軸線を含む断面において、
   前記絶縁体の支持部と前記パッキンとが接触している２つの接触面のうちの一方の接触面の長さをＬ２としたとき、
   ０．３ｍｍ≦Ｌ２
   の関係式を満たすことを特徴とする
   スパークプラグ。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
   Ｌ≦０．９ｍｍ
   の関係式を満たすことを特徴とする
   スパークプラグ。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
   前記スパークプラグを被取付け部材に取り付けるために、前記主体金具の外周面に形成された取付ねじ部のねじ径は、Ｍ１２以下であることを特徴とするスパークプラグ。

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