JP5298240B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の点火に用いられるスパークプラグに関し、特に内部に抵抗体を有するスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関の点火用に用いられるスパークプラグは、一般に、筒状の主体金具と、この主体金具の内孔に配置される筒状の絶縁体と、この絶縁体の先端側軸孔に配置される中心電極と、他端側軸孔に配置される端子金具と、主体金具の先端側に一端が接合され、他端が中心電極と対向して火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。さらに、電波ノイズの発生を防止することを目的として、軸孔内における中心電極と端子金具との間に抵抗体が設けられてなるスパークプラグも知られている。

この抵抗体は、ガラス粉末とカーボンブラック粉末や金属粉末等の導電性物質との混合物から通常構成される。しかし、抵抗体は金属の含有量がそれほど多くないので、金属製の端子金具や中心電極と直接接合し難い。そのため、端子金具と抵抗体との間及び中心電極と抵抗体との間に、比較的多量の金属粉末を含むシール層を配置することで接合力を向上させることが一般的に行なわれている。

ところで、近年の自動車等の内燃機関は、高出力化及び高効率化が求められ、自由なエンジン設計及びエンジン自体の小型化等のために、小型化したスパークプラグの開発が求められている。スパークプラグを小型化するためには、絶縁体の小径化が不可避である。一方、絶縁体の機械的強度等の所望の特性を確保するには、所定の径方向の厚さ寸法が必要である。したがって、絶縁体を小径化するには絶縁体の孔径を小さくせざるを得ない。しかし、絶縁体の孔径を小さくすると、抵抗体及びシール層の直径も細くなる。そうすると、抵抗体とシール層との接合が弱くなり、衝撃や振動がスパークプラグに作用した場合には、抵抗体とシール層との界面に亀裂が生じ、その結果、負荷寿命性能が低下することがあった。

このような課題に対して、例えば、特許文献１の請求項１には、「・・・前記導電性ガラスシール層の直径Ｄが３．３ｍｍ以下の範囲にあり、且つ前記導電性ガラスシール層と前記抵抗体との接合面は、曲面状に形成されていることを特徴とするスパークプラグ」が記載されている。この発明によると、「抵抗体と導電性ガラスシール層との密着性を強化して、耐振動性能及び抵抗体負荷寿命特性に優れ、且つ小径化されたスパークプラグを提供することができる」（段落番号００１２欄参照。）と記載されている。

特開２００９−２４５８１６号公報

この発明は、衝撃や振動を受けても負荷寿命性能に優れるスパークプラグを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、
（１） 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
前記軸孔内に収容される被収容部を有し、前記絶縁体の他端側で保持される端子金具と、
前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
を備えたスパークプラグにおいて、
前記軸孔における端子金具が保持されている側を前記軸線方向の後端側としたとき、
前記被収容部の先端部の外周面と前記絶縁体の内周面との間に前記接続部を形成する接続部材を有し、
前記被収容部の後端から先端に向かって前記接続部材が存在する後端位置まで０．５ｍｍ間隔で撮影した前記軸線に直交する断面画像において、
前記被収容部の後端側からｎ番目（ｎは自然数である。）の断面における断面画像Ｓ_ｎにおける被収容部の中心を点ａ_ｎ、軸孔の中心を点Ｏ_ｎ、点ａ_ｎと点Ｏ_ｎとを通る直線を直線Ｌ_ｎ、軸孔の内径を２Ｒ_ｎ、被収容部の外径を２ｒ_ｎ、点ａ_ｎと点Ｏ_ｎとの距離をＨ_ａｏｎ、Ｈ_ａｏｎ≧０．８（Ｒ_ｎ−ｒ_ｎ）の関係を満たすときの点ａ_ｎを点Ａ_ｎとし、
さらに、断面画像Ｓ_１における直線Ｌ_１を点Ｏ_１を中心にして軸線の回りを４５°回転させた直線を直線Ｌ_１＋、−４５°回転させた直線を直線Ｌ_１−、前記直線Ｌ_１＋及び前記軸線を含む平面Ｘ_＋と前記直線Ｌ_１−及び前記軸線を含む平面Ｘ₋と前記絶縁体の内周面とで囲まれる４つの領域をＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４とし、
前記領域Ｔ_１〜Ｔ_４から選択される特定の１つの領域に連続する点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}（ｍ及びｋは自然数である。）が存在するとき、これらの集合を群Ｂ_ｍ，ｙ（ただし、ｙは自然数であり、前記被収容部の後端側から数えてｙ番目の集合であることを意味する。）とすると、
ｙの最大値は少なくとも３であり、かつ群Ｂ_ｍ，ｙの少なくとも２つはＴ_１〜Ｔ_４から選択される対称位置にある２つの領域に存在することを特徴とするスパークプラグである。

前記（１）の好ましい態様は、
（２） 点Ａ_ｓ（ただし、点Ａ_ｓは前記被収容部の後端側から１つ目の点Ａ_ｎを示す。）を含む断面画像と点Ａ_e（ただし、点Ａ_eは前記被収容部の後端側から数えて最終番目の点Ａ_ｎを示す。）を含む断面画像との前記軸線方向の距離である曲部間距離Ｄが５ｍｍ以上であり、
（３） 前記群Ｂ_ｍ，ｙがＴ１〜Ｔ₄から選択される少なくとも３つの領域に存在し、
（４） ｙの最大値が少なくとも４であり、
（５） 前記群Ｂ_ｍ，ｙがＴ_１〜Ｔ₄の全ての領域に存在し、
（６） ｙの最大値が少なくとも５であり、
（７） 前記先端部が配置されている部位における前記軸孔の内径を中径部径とすると、前記中径部径が２．９ｍｍ以下であり、
（８） 前記曲部間距離Ｄが７ｍｍ以上であり、
（９） 前記曲部間距離Ｄが１０ｍｍ以上であることを特徴とする。

この発明のスパークプラグは、ｙの最大値は少なくとも３であり、かつ群Ｂ_ｍ，ｙの少なくとも２つはＴ_１〜Ｔ₄から選択される対称位置にある２つの領域に存在するので、衝撃や振動を受けても負荷寿命性能に優れるスパークプラグを提供することができる。換言すると、被収容部が適度に曲って形成された複数の曲部が絶縁体の内周面に３箇所以上で近接し、これらの曲部が軸孔の径方向に偏らずに存在するので、スパークプラグが衝撃や振動を受けても、絶縁体の内周面に近接する複数の曲部が支点となって被収容部が揺れるのを抑えることができる。したがって、被収容部の揺れが前記接続部に伝達されずに、前記接続部を構成する抵抗体と第一シール層及び第二シール層との界面に亀裂が生じるのを抑制することができ、その結果、前記接続部の抵抗が急激に上昇することがない。よって、衝撃や振動を受けても負荷寿命性能に優れるスパークプラグを提供することができる。

この発明のスパークプラグは、点Ａ_ｓを含む断面画像と点Ａ_eを含む断面画像との前記軸線方向の距離が少なくとも５ｍｍである。したがって、前述した複数の曲部のうちの両端にある曲部が軸方向に所定距離以上離れているので、被収容部が揺れるのをさらに抑えることができる。その結果、衝撃や振動を受けた後の負荷寿命性能により一層優れる。

この発明のスパークプラグの前記中径部径が２．９ｍｍ以下であると、衝撃や振動を受けたときの負荷寿命性能の向上に対して、より一層効果が高い。

図１は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの断面全体説明図である。 図２は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの要部断面説明図である。 図３は、図２に示されるスパークプラグの線分Ｉ_１Ｊ_１において撮影された断面画像Ｓ_１の説明図である。 図４は、図２に示されるスパークプラグの線分Ｉ_ｎＪ_ｎにおいて撮影された断面画像Ｓ_ｎを後端側から順に並べた断面画像の説明図である。 図５は、図２におけるＩ_１Ｊ_１からＩ_１3Ｊ_１3まで間の要部斜視説明図である。 図６は、この発明に係るスパークプラグの製造方法の工程の一例を示す工程図である。 図７は、この発明に係るスパークプラグの他の実施例であるスパークプラグの断面画像Ｓ_ｎを重ねた場合の上面説明図である。 図８は、この発明に係るスパークプラグの他の実施例であるスパークプラグの断面画像Ｓ_ｎを重ねた場合の上面説明図である。 図９は、この発明に係るスパークプラグの他の実施例であるスパークプラグの断面画像Ｓ_ｎを重ねた場合の上面説明図である。

この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１に示す。図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の断面全体説明図である。なお、絶縁体の軸線をＯとし、図１では紙面下方を、すなわち中心電極が保持されている側を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を、すなわち端子金具が保持されている側を軸線Ｏの後端方向として、説明する。

このスパークプラグ１は、軸線Ｏ方向に延びる軸孔２を有する絶縁体３と、前記軸孔２の先端側で保持される中心電極４と、前記軸孔２の後端側で保持される端子金具５と、前記軸孔２内で前記中心電極４と前記端子金具５とを電気的に接続する接続部６と、前記絶縁体を収容する主体金具７と、一端が前記主体金具７の先端面に接合されると共に他端が前記中心電極４と間隙を介して対向するように配置された接地電極８とを備える。

前記主体金具７は、略円筒形状を有しており、絶縁体３を収容して保持するように形成されている。主体金具７における先端方向の外周面にはネジ部９が形成されており、このネジ部９を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。主体金具７は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。このネジ部９は小径化を図るためにＭ１２以下とされるのが好ましい。

前記絶縁体３は、主体金具７の内周部に滑石（タルク）１０又はパッキン１１等を介して保持されている。絶縁体３の軸孔２は、軸線Ｏの先端側で中心電極４を保持する小径部１２と、接続部６及び端子金具５における先端側に延在する略円柱状の被収容部１９を収容し、小径部１２の内径よりも内径が大きく段部１３を介して小径部１２に隣接している中径部１４を有する。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具７の先端面から突出した状態で、主体金具７に固定されている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気的強度等を有する材料であることが望ましく、このような材料として、例えば、アルミナを主体とするセラミック焼結体が挙げられる。

前記中心電極４は、軸孔２の小径部１２に収容され、軸孔２の段部１３に中心電極４の後端に設けられた径大のフランジ部１７が係止され、先端が絶縁体３の先端面から突出した状態で主体金具７に対して絶縁保持されている。中心電極４は、熱伝導性及び機械的強度等を有する材料で形成されることが望ましく、例えば、インコネル（商標名）等のＮｉ基合金で形成される。中心電極４の軸心部は、Ｃｕ又はＡｇなどの熱伝導性に優れた金属材料により形成されてもよい。

前記接地電極８は、例えば、略角柱体に形成されてなり、一端が主体金具７の先端面に接合され、途中で略Ｌ字に曲げられて、その先端部が中心電極４の先端部と間隙を介して対向するように、その形状及び構造が設計されている。接地電極８は、中心電極４を形成する材料と同様の材料により形成される。

前記中心電極４と前記接地電極８とが対向する面には、白金合金及びイリジウム合金等により形成される貴金属チップ２９，３０が設けられていてもよく、前記中心電極４及び前記接地電極８のいずれか一方にのみ貴金属チップが設けられていてもよい。この態様のスパークプラグ１においては、前記中心電極４及び前記接地電極８の両方に貴金属チップ２９，３０が設けられており、各貴金属チップ２９，３０の間に火花放電間隙ｇが形成されている。

前記端子金具５は、中心電極４と接地電極８との間で火花放電を行なうための電圧を外部から中心電極４に印加するための端子である。端子金具５は、軸孔２の内径よりも外径が大きく、軸孔２から露出して、絶縁体３の軸線Ｏ方向の後端側端面にその鍔型部の一部が当接する露出部１８と露出部１８の軸線Ｏ方向の先端側端面から先端方向に延在し、軸孔２内に収容される略円柱状の被収容部１９とを有する。前記被収容部１９は、軸線Ｏの先端部２０に凹凸状の表面を備える固着部２５と軸線Ｏの後端側に位置し露出部１８と隣接する胴部２２とを有する。固着部２５と胴部２２とは中径部１４に収容される。この態様のスパークプラグにおける固着部２５はその外周面にローレット加工が施されており、固着部２５の外周面が、例えばローレット加工により形成された凹凸構造を有することにより、端子金具５と接続部６との密着性が良好になり、その結果、端子金具５と絶縁体３とが強固に固定される。端子金具５は、例えば、低炭素鋼等で形成され、その表面にＮｉ金属層がメッキ等で形成されている。

前記接続部６は、軸孔２内で中心電極４と端子金具５との間に配置され、中心電極４と端子金具５とを電気的に接続する。接続部６は、抵抗体２６を有し、この抵抗体２６により電波ノイズの発生を防止する。接続部６は、抵抗体２６と中心電極４との間に第一シール層２３を、抵抗体２６と端子金具５との間に第二シール層２４を有し、第一シール層２３と第二シール層２４とは、絶縁体３と中心電極４及び端子金具５とを封着固定している。

抵抗体２６は、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末、ＺｒＯ_２等のセラミック粉末、カーボンブラック等の非金属導電性粉末、及び／又は、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属粉末等を含有する抵抗体組成物を焼結して形成された抵抗材により構成されることができる。この抵抗体２６の抵抗値は、通常１００Ω以上である。

第一シール層２３及び第二シール層２４は、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属粉末を含有するシール粉末を焼結して形成されたシール材により構成されることができる。第一シール層２３及び第二シール層２４の抵抗値は、通常数１００ｍΩ以下である。

第一シール層２３及び第二シール層２４は、抵抗体２６よりも金属成分を多く含むので、抵抗体２６と中心電極４及び端子金具５との間に配置されて、両者の接合力を高めている。以下において、接続部６を構成する抵抗材及びシール材を総称して接続部材、接続部６を形成する抵抗体組成物及びシール粉末を総称して接続部形成用粉末ということもある。

図２は、この発明のスパークプラグの特徴部分を説明するための断面説明図である。したがって、図２に示されるスパークプラグには、絶縁体及び端子金具を主に示し、端子金具より先端側に配置される部材及び主体金具等を省略している。

この発明のスパークプラグは、例えば図２に示すように、被収容部１９が波状に曲り、絶縁体３の軸孔２の内周面に近接する複数の曲部を有する。被収容部１９の後端Ｆすなわち露出部１８と被収容部１９との境界面から先端に向かって接続部材が存在する後端位置Ｅまで０．５ｍｍ間隔でマイクロＸ線ＣＴ装置（例えば、ＴＯＳＣＡＮＥＲ―３２２５０μｈｄ）によって軸線に直交する断面画像Ｓ_ｎを撮影した場合に、この発明のスパークプラグの断面画像Ｓ_ｎは次の特徴を有する。

図２における線分Ｉ_１Ｊ_１は、被収容部１９の後端側から１番目に撮影される断面画像Ｓ_１の軸線Ｏ方向の位置を示す。この実施の形態においては、接続部材の後端位置Ｅより後端側に０．５ｍｍ以内の位置にある断面画像Ｓ_１３まで、全部で１３枚の断面画像Ｓ_ｎが撮影される。なお、Ｓ_ｎは被収容部１９の後端側からｎ番目に撮影された断面画像であることを示す。

したがって、この実施形態のスパークプラグにおいては、ｎは１から１３までの自然数であり、断面画像は軸線方向に沿って０．５ｍｍ間隔で撮影されるので、被収容部１９の後端Ｆすなわち線分Ｉ_１Ｊ_１から接続部材が存在する位置Ｅまでの距離は、線分Ｉ_１Ｊ_１から線分Ｉ_１3Ｊ_１3までの距離６ｍｍ以上であり、６．５ｍｍ未満の範囲内である。

この発明のスパークプラグにおける被収容部１９の後端Ｆから接続部材が存在する位置Ｅまでの距離ＥＦは、１５ｍｍ〜７０ｍｍであるのが好ましい。このとき、断面画像Ｓ_ｎは、１５／０．５（小数点以下切り捨て）＋１（枚）＝３１（枚）〜７０／０．５（小数点以下切り捨て）＋１（枚）＝１４１（枚）得られる。なお、説明の便宜のために、図２には距離ＥＦが１５ｍｍより小さい実施態様のスパークプラグが示されている。

図３は、図２に示されるスパークプラグの線分Ｉ_１Ｊ_１において撮影された断面画像Ｓ_１の説明図である。

断面画像Ｓ_１における被収容部１９の中心を点ａ_１、軸孔２の中心を点Ｏ_１、点ａ_１と点Ｏ_１とを通る直線を直線Ｌ_１、軸孔２の内径を２Ｒ_１、被収容部１９の外径を２ｒ_１、点ａ_１と点Ｏ_１との距離をＨ_ａｏ１、
Ｈ_ａｏ１≧０．８（Ｒ_１−ｒ_１）
の関係を満たすときの点ａ_１を点Ａ_１とする。

点ａ_１が前記式を満たす位置にあるのは、点ａ_１と点Ｏ_１とが一致している場合の絶縁体３の内周面３１と被収容部１９の外周面３４との距離（Ｒ_１−ｒ_１）の８０％以上の距離だけ点ａ_１が点Ｏ_１から離れている場合である。点ａ_１が点Ｏ_１から距離（Ｒ_１−ｒ_１）だけ離れている場合には被収容部１９の外周面３４は絶縁体３の内周面３１に接触する。被収容部１９が曲って、絶縁体３の内周面３１に近接して、点ａ_１が前記式を満たす位置に存在する場合には点ａ_１を点Ａ_１とする。

この実施形態における断面画像Ｓ_１では、図３に示されるように、点ａ_１は点Ｏ_１から少し離れているだけであり、前記式の関係を満たさない。

ｎ＝２〜１３のときもｎ＝１のときと同様にして、点ａ_ｎ、点Ｏ_ｎ、直線Ｌ_ｎ、２Ｒ_ｎ、２ｒ_ｎ、Ｈ_ａｏｎを定義して、断面画像Ｓ_ｎにおいて、
Ｈ_ａｏｎ≧０．８（Ｒ_ｎ−ｒ_ｎ）・・・（１）
の関係を満たすときの点ａ_ｎを点Ａ_ｎとする。

図４は、図２に示されるスパークプラグの線分Ｉ_ｎＪ_ｎにおいて撮影された断面画像Ｓｎを後端側から順に並べた断面画像の説明図である。図４に示されるように、この実施形態のスパークプラグにおいては、断面画像Ｓ_２〜Ｓ₄、Ｓ₆〜Ｓ₈、Ｓ_１0〜Ｓ_１2における点ａ_ｎが前記（１）式を満たすので、軸孔２の中心点ａ₂〜点ａ₄、点ａ₆〜点ａ₈、点ａ_１0〜点ａ_１2をそれぞれ点Ａ₂〜点Ａ₄、点Ａ₆〜点Ａ₈、点Ａ_１0〜点Ａ_１2とする。

次に、図２におけるＩ_１Ｊ_１からＩ_１3Ｊ_１3までの間の要部斜視説明図を図５に示す。図３に示すように、断面画像Ｓ_１における直線Ｌ_１を点Ｏ_１を中心にして軸線の回りを４５°回転させた直線を直線Ｌ_１＋、−４５°回転させた直線を直線Ｌ_１−としたとき、図５に示すように、前記直線Ｌ_１＋及び前記軸線Ｏを含む平面Ｘ_＋と前記直線Ｌ_１−及び記軸線Ｏを含む平面Ｘ₋と前記絶縁体３の内周面３１とで囲まれる４つの領域をそれぞれＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４とする。この実施の形態では、点ａ_１が存在する領域をＴ_１として、右回りに順にＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４とする。

前記領域Ｔ_１〜Ｔ₄から選択される特定の１つの領域に、連続する点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}（ｍ及びｋは自然数である。）が存在するとき、これらの点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}の集合を群Ｂ_ｍ，ｙ（ただし、ｙは自然数であり、前記被収容部の後端側から数えてｙ番目の集合であることを意味する。）とする。換言すると、断面画像Ｓ_ｍにおいて点ａ_ｍが前記（１）式の関係を満たす位置に存在することにより点Ａ_ｍと称され、この断面画像Ｓ_ｍよりも先端側に隣接する断面画像Ｓ_{（ｍ＋１）}においても点ａ_{（ｍ＋１）}が前記（１）式の関係を満たす位置に存在することにより点Ａ_{（ｍ＋１）}と称され、断面画像Ｓ_ｍ〜断面画像Ｓ_{（ｍ＋ｋ）}までの２つ以上の断面画像における点ａ_ｍ〜点ａ_{（ｍ＋ｋ）}が連続して前記（１）式を満たす位置に存在することにより点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}と称され、かつ、これらの点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}が前記領域Ｔ_１〜Ｔ₄から選択される特定の１つの領域に存在するとき、これらの点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}の集合を群Ｂ_ｍ，ｙとする。

図４に示されるように、連続して撮影された断面画像Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４上の点Ａ_２、点Ａ_３、点Ａ_４は前記（１）式を満たし、１つの領域Ｔ_１に存在するので、これらの集合を群Ｂ_2，１とする。同様にして、連続して撮影された断面画像Ｓ_６、Ｓ_７、Ｓ_８上の点Ａ_６、点Ａ_７、点Ａ_８は前記（１）式を満たし、１つの領域Ｔ_３に存在するので、これらの集合を群Ｂ_６，２とし、連続して撮影された断面画像Ｓ_１０、Ｓ_１１、Ｓ_１２上の点Ａ_１０、点Ａ_１１、点Ａ_１２は前記（１）式を満たし、１つの領域Ｔ_１に存在するので、これらの集合を群Ｂ_１０，３とする。

この実施形態のスパークプラグでは、群Ｂ_ｍ，ｙが３つ存在することからｙの最大値は３であり、かつ、軸線Ｏを中心にして対象位置にある２つの領域Ｔ_１及びＴ_３に群Ｂ_２，１及び群Ｂ_１０，３、群Ｂ_６，２がそれぞれ存在する。

従来のスパークプラグの構造ではスパークプラグが衝撃や振動を受けた場合に、被収容部の後端側のみが固定されて、この点が支点となって被収容部が軸孔内で激しく揺れてしまうことがあった。しかし、この実施形態のスパークプラグでは、その断面画像Ｓ_ｎにおけるｙの最大値が３であり、かつ、群Ｂ_ｍ，ｙのうちの２つが軸線Ｏを中心にして対称位置にある２つの領域に存在するので、スパークプラグ１が衝撃や振動を受けたとしても、図５に示すように、被収容部１９は少なくとも群Ｂ_２，１、群Ｂ_６，２、群Ｂ_１０，３それぞれの中で最も絶縁体３の内周面に近接する点ｂ_１、点ｂ_２、点ｂ_３が支点となって、被収容部１９が軸孔２内で激しく揺れるのを抑制することができる。その結果、被収容部１９が軸孔２内で激しく揺れることにより第一シール層２３及び第二シール層２４と抵抗体２６との間、特に第二シール層２４と抵抗体２６との間に亀裂が生じて接触不良が発生するのを抑制することができ、その結果、接続部６の抵抗が急激に上昇することがない。よって、衝撃や振動を受けても負荷寿命性能に優れるスパークプラグを提供することができる。
なお、群Ｂ_ｍ，ｙに含まれる断面画像Ｓ_ｍ〜Ｓ_{（ｍ＋ｋ）}上の点Ａ_ｍ〜Ａ_{（ｍ＋ｋ）}がいずれもＨ_ａｏｎ＝（Ｒ_ｎ−ｒ_ｎ）を満たす位置に存在しない、すなわち被収容部１９の外周面３４が絶縁体３の内周面３１に接触する位置に存在しない場合でも、例えば点ｂ_３のように断面画像Ｓ_ｎとして撮影された部位以外の部位が内周面３１に最も近接する場合がある。したがって、群Ｂ_ｍ，ｙに含まれる点Ａ_ｍ〜Ａ_{（ｍ＋ｋ）}が軸孔２の中心点Ｏ_ｎから少なくとも距離（Ｒ_１−ｒ_１）の８０％だけ離れていれば、スパークプラグが衝撃や振動を受けた場合に被収容部１９の外周面３４に絶縁体３の内周面３１と接触する部位（支点）が存在し、被収容部１９が軸孔２内で激しく揺れるのを抑制することができる。

この発明のスパークプラグにおける断面画像Ｓ_ｎでは、ｙの最大値は少なくとも３であり、好ましくは少なくとも４、特に好ましくは少なくとも５であり、端子の長さによって変化するが通常２０以上になると効果は変わらなくなるので、ｙの最大値は通常２０より小さくて良い。ｙの値が大きいほど、絶縁体の内周面に近接する被収容部に形成された曲部が多数存在する、すなわちスパークプラグが衝撃を受けたときに被収容部の外周面と絶縁体の内周面とが接触する点が多数存在することを意味し、このような点が多いほど被収容部が軸孔内で激しく揺れるのを抑制することができるので好ましい。

この発明のスパークプラグにおける断面画像Ｓ_ｎでは、群Ｂ_ｍ，ｙの少なくとも２つは領域Ｔ_１〜Ｔ₄から選択される対称位置にある２つの領域に存在し、さらに群Ｂ_ｍ，ｙは３つの領域に存在するのが好ましく、特に全ての領域に存在するのが好ましい。絶縁体の内周面に近接する被収容部に形成された曲部すなわちスパークプラグが衝撃を受けたときに被収容部の外周面と絶縁体の内周面とが接触する点が、少なくとも軸線Ｏを中心にして対象位置に存在し、好ましくは径方向に均等に存在すると、被収容部が軸孔内で激しく揺れるのをさらに抑制することができる。

この発明のスパークプラグは、点Ａ_ｓ（ただし、点Ａ_ｓは前記被収容部１９の後端側から１つ目の点Ａ_ｎを示す。）を含む断面画像と点Ａ_e（ただし、点Ａ_ｅは前記被収容部１９の後端側から数えて最終番目の点Ａ_ｎを示す。）を含む断面画像との前記軸線Ｏ方向の距離である曲部間距離Ｄが５ｍｍ以上であるのが好ましく、７ｍｍ以上であるのがより好ましく、１０ｍｍ以上であるのが特に好ましく、さらに被収容部の後端から接続部材の後端位置Ｅまでの長さあればよい。前記曲部間距離Ｄが所定の値以上であると、絶縁体の内周面に近接する被収容部に形成された曲部のうち両端部にある２つの曲部が所定の距離離れることになるので、被収容部が軸孔内で激しく揺れるのをさらに抑制することができる。

この実施形態のスパークプラグにおいては、点Ａ_ｓは点Ａ₂、点Ａ_eは点Ａ_１2である。断面画像は０．５ｍｍ間隔で撮影されているので、断面画像Ｓ₂と断面画像Ｓ_１2との前記軸線Ｏ方向の曲部間距離Ｄは５ｍｍである。

この発明のスパークプラグは、中径部径が２．９ｍｍ以下であるとき、衝撃や振動を受けたときの負荷寿命性能に対してより一層効果が高い。前記中径部径の寸法は、端子金具５の軸線Ｏ方向先端部が配置されている部位における軸孔２の内径を測定する。

この発明のスパークプラグの被収容部１９の直径（２ｒ_ｎ）は、絶縁体３の軸孔２の内径（２Ｒ_ｎ）の通常７０％以上９７％以下の範囲内である。

前記スパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。スパークプラグ１の製造工程のうち絶縁体と中心電極と端子金具とを配設及び固定する工程を中心にして、以下に説明する（図６参照。）。

まず、公知の方法により中心電極４、接地電極８、主体金具７、端子金具５及び絶縁体３を所定の形状に作製し（準備工程）、主体金具７の先端面に、レーザ溶接等により接地電極８の一端部を接合する（接地電極接合工程）。

一方、絶縁体３の軸孔２内に中心電極４を挿入して、軸孔２の段部１３に中心電極４のフランジ部１７を係止し、小径部１２に中心電極４を配置する（第一工程）。

次いで、第一シール層２３を形成するシール粉末１５、抵抗体２２を形成する抵抗体組成物２８、及び第二シール層２４を形成するシール粉末１６をこの順に前記軸孔２内の後端側から入れて、プレスピン３２を軸孔２内に挿入して６０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で予備圧縮して、中径部１４にシール粉末１５，１６と抵抗体組成物２８とを充填する（第二工程）。

次いで、前記軸孔２内の後端側から端子金具５の先端部２０を挿入して、先端部２０がシール粉末１６に接触するように端子金具５を配置する（第三工程）。

次いで、接続部形成用粉末２７をシール粉末１５，１６に含まれるガラス粉末のガラス軟化点以上の温度、例えば８００〜１０００℃の温度で３〜３０分にわたって加熱しつつ、端子金具５の露出部１８の先端面が絶縁体３の後端面に当接するまで圧入して、接続部形成用粉末２７に荷重を加える（第四工程）。

こうして接続部形成用粉末２７を構成するシール粉末１５，１６及び抵抗体組成物２８が焼結して第一シール層２３、第二シール層２４及び抵抗体２６が形成される。また、フランジ部１７と軸孔２との間隙及び先端部２０と軸孔２との間隙に第一シール層２３及び第二シール層２４を構成するシール材が充填されて、軸孔２内に中心電極４と端子金具５とが封着固定される。前述した断面画像Ｓ_ｎは、このシール材が存在する最後端位置まで撮影される。

次いで、接地電極８が接合された主体金具７に、中心電極４及び端子金具５等が固定された絶縁体３を組み付ける（組立工程）。

最後に、接地電極８の先端部を中心電極４側に折り曲げて、接地電極８の一端が中心電極４の先端部と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。

この発明のスパークプラグは、前記製造方法において、端子金具５を構成する材料の組成を調整すること、被収容部１９の長さ及び径を調整すること、前記第三工程における露出部１８の先端部から絶縁体３の後端面までの軸線方向の長さである露出長（Ｋ）を調整すること、シール粉末や抵抗体組成物の硬さ(変形のし易さ)を変更すること、前記第四工程におけるホットプレスの温度を変更することなどにより得ることができる。

この発明のスパークプラグの他の実施形態のスパークプラグについて、図７〜９を参照しつつ説明する。図７〜９は、全ての断面画像Ｓ_ｎを重ねて、一番上に断面画像Ｓ_１をおいた場合の上面説明図である。説明の便宜のために断面画像Ｓ_１の下に重ねられている断面画像における被収容部１９及び主体金具７は図示せずに、被収容部１９の中心点ａ_ｎ又はＡ_ｎのみを図示して、被収容部１９の軸孔２の内周面３１に対する位置について以下に説明する。また、図７〜９に示される軸線Ｏを中心とする最小半径を有する円は、被収容部１９の中心点ａ_ｎが前記（１）式における等号を満たすときの位置を示す仮想線３３であり、中心点ａ_ｎがこの仮想線３３よりも外側にある場合には、前記（１）式を満たし、内側にある場合には前記（１）式を満たさない。換言すると、被収容部１９の中心点ａ_ｎが（Ｒ_ｎ−ｒ_ｎ）の８０％以上の距離で軸線Ｏから離れている場合には、中心点ａ_ｎはこの仮想線３３の線上を含む円の外側に存在し、一方、中心点ａ_ｎが（Ｒ_ｎ−ｒ_ｎ）の８０％未満の距離しか軸線Ｏから離れていない場合には、中心点ａ_ｎはこの仮想線３３の内側に存在する。なお、上述したように、中心点ａ_ｎがこの仮想線３３の線上を含む円の外側に存在するときの点ａ_ｎを点Ａ_ｎとする。

図７に示されるように、断面画像Ｓ_ｎにおける点ａ_ｎをｎの数値の小さい順に結んだ軌跡は、平面視では渦巻状である。断面画像Ｓ_ｎは０．５ｍｍ間隔で撮影された画像であるので、この実施形態のスパークプラグは、被収容部１９がらせん状に曲っている。この実施形態のスパークプラグにおける被収容部１９の点ａ_ｎが前記（１）式を満たす位置に存在するのは、仮想線３３の線上を含む円の外側にある場合であり、点Ａ_３〜点Ａ_１２が前記（１）式を満足する。

上述したように、領域Ｔ_１〜Ｔ_４から選択される特定の１つの領域に連続する点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}が存在するとき、これらの集合をＢ_ｍ，ｙとするので、点Ａ_４と点Ａ_５とを群Ｂ_４，１、点Ａ_６〜点Ａ_８を群Ｂ_６，２、点Ａ_９と点Ａ_１０とを群Ｂ_９，３、点Ａ_１１と点Ａ_１２とを群Ｂ_１１，４とする。このとき、群Ｂ_４，１は領域Ｔ_２に、群Ｂ_６，２は領域Ｔ_３に、群Ｂ_９，３は領域Ｔ_４に、群Ｂ_１１，４は領域Ｔ_１に存在する。

したがって、この実施形態のスパークプラグは、群Ｂ_ｍ，ｙの数が４つであるので、ｙの最大値は４であり、これらの群Ｂ_ｍ，ｙはＴ_１〜Ｔ_４の全ての領域に存在する。

図８に示されるように、断面画像における点ａ_ｎをｎの数値の小さい順に結んだ軌跡は、平面視では８の字状である。断面画像Ｓ_ｎは０．５ｍｍ間隔で撮影された画像であるので、この実施形態のスパークプラグは、被収容部１９が絶縁体の内周面に近づくように曲ってから軸線付近に戻った後に、その反対側の絶縁体の内周面に近づくように曲っている。この実施形態のスパークプラグにおける被収容部１９の点ａ_ｎが前記（１）式を満たす位置に存在するのは、仮想線３３の線上を含む円の外側にある場合であり、点Ａ_３〜点Ａ_６、点Ａ_９〜点Ａ_１３が前記（１）式を満足する。

上述したように、領域Ｔ_１〜Ｔ_４から選択される特定の１つの領域に連続する点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}が存在するとき、これらの集合をＢ_ｍ，ｙとするので、点Ａ_３と点Ａ_４とを群Ｂ_３，１、点Ａ_５と点Ａ_６とを群Ｂ_５，２、点Ａ_９〜点Ａ_１１を群Ｂ_９，３、点Ａ_１２と点Ａ_１３とを群Ｂ_１２，４とする。このとき、群Ｂ_３，１は領域Ｔ_１に、群Ｂ_５，２は領域Ｔ_２に、群Ｂ_９，３は領域Ｔ_４に、群Ｂ_１２，４は領域Ｔ₃に存在する。

したがって、この実施形態のスパークプラグは、群Ｂ_ｍ，ｙの数が４つであるので、ｙの最大値は４であり、これらの群Ｂ_ｍ，ｙはＴ_１〜Ｔ_４の全ての領域に存在する。

図９に示されるように、断面画像における点ａ_ｎをｎの数値の小さい順に結んだ軌跡は、平面視で星型である。断面画像Ｓ_ｎは０．５ｍｍ間隔で撮影された画像であるので、この実施形態のスパークプラグは、被収容部１９が絶縁体の内周面に近づくように曲ってから軸線付近に戻った後に、さらに絶縁体の内周面に近づくように曲ってから軸線付近に戻るという曲折を繰り返している。この実施形態のスパークプラグにおける被収容部１９の点ａ_ｎが前記（１）式を満たす位置に存在するのは、仮想線３３の線上を含む円の外側にある場合であり、点Ａ_２、点Ａ_５、点Ａ_６、点Ａ_９〜点Ａ_１１、点Ａ_１３、点_１４が前記（１）式を満足する。

上述したように、領域Ｔ_１〜Ｔ_４から選択される特定の１つの領域に連続する点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}が存在するとき、これらの集合をＢ_ｍ，ｙとするので、点Ａ_５と点Ａ_６とを群Ｂ_５，１、点Ａ_９〜点Ａ_１１を群Ｂ_９，２、点Ａ_１３、点Ａ_１４を群Ｂ_１３，３とする。このとき、群Ｂ_５，１は領域Ｔ_３に、群Ｂ_９，２は領域Ｔ_４に、群Ｂ_１３，３は領域Ｔ_１に存在する。

したがって、この実施形態のスパークプラグは、群Ｂ_ｍ，ｙの数が３つであるので、ｙの最大値は３であり、これらの群Ｂ_ｍ，ｙはＴ_１、Ｔ_３、Ｔ_４の３つの領域に存在する。

この発明に係るスパークプラグは、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部１０が螺合されて、所定の位置に固定される。この発明に係るスパークプラグは、如何なる内燃機関にも使用することができるが、小径化したスパークプラグにおいて特に効果が発揮されるから、スパークプラグの省スペース化が要求される内燃機関に好適に使用されることができる。

この発明に係るスパークプラグは、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、前記スパークプラグ１は、端子金具５の先端部にローレット加工が施された固着部２５を有しているが、固着部２５の表面はシール材との密着性が良好になる形状、例えば凹凸状であれば特に限定されず、ネジ切加工等により形成された形状であってもよい。また、被収容部の外周面及び先端面全体が凹凸状であり、被収容部の表面全体が固着部を形成していてもよいし、被収容部の表面の一部が凹凸状であってもよい。

＜スパークプラグの作製＞
図１に示すスパークプラグを、前述した製造工程にしたがって作製した。なお、被収容部の軸線方向長さ（被収容部長さ）、端子金具における中心電極側先端部における絶縁体の軸孔の内径（中径部径）、前述した第三工程における露出部の先端から絶縁体の後端までの軸線Ｏ方向の長さ（露出長（Ｋ））を変化させることにより、群Ｂ_ｍ，ｙの数及び群Ｂ_ｍ，ｙが存在する領域の異なる種々のスパークプラグを作製した。
各スパークプラグは被収容部の後端から先端に向かって接続部材が存在する後端位置まで０．５ｍｍ間隔でマイクロＸ線ＣＴ装置（ＴＯＳＣＡＮＥＲ―３２２５０μｈｄ）を用いて断面画像Ｓ_ｎを撮影し、上述したように、この断面画像Ｓ_ｎに基づいて群Ｂ_ｍ，ｙの数及び群Ｂ_ｍ，ｙが存在する領域（Ｔ_１〜Ｔ_４）、曲部間距離Ｄを調べた。

＜評価方法＞
（負荷寿命性能試験）
製造したスパークプラグを３５０℃の環境下に置き、２０ｋＶの放電電圧を印加して、１分間に３６００回放電させ、この試験前後のスパークプラグの抵抗体の抵抗値（Ｒ_０、Ｒ_１）を測定した。上記試験を１０回行い、初期抵抗値Ｒ_０に対する試験後の抵抗値Ｒ_１の平均値（Ｒ_１／Ｒ_０）が１．５倍以上になった時間を測定し、この時間が長いほど負荷寿命性能が良好であるとして、次の基準にしたがって評価した。評価結果を表１に示す。

×：１５０時間未満
○：１５０時間以上

（耐衝撃試験後の負荷寿命性能試験）
製造したスパークプラグをＪＩＳ Ｂ ８０３１に従って、耐衝撃性試験を行なった。
耐衝撃性試験後のスパークプラグを前述した負荷寿命性能試験と同様にして試験を行い、次の基準にしたがって評価した。評価結果を表１に示す。

１ ：５分未満
１．５ ：５分以上２０時間未満
２ ：２０時間以上１５０時間未満
２．５ ：１５０時間以上１８０時間未満
３〜８．５：１８０時間以後２０時間毎に０．５点加算する
９ ：４２０時間以上４５０時間未満
９．５ ：４５０時間以上５００時間未満
１０ ：５００時間以上

この発明の範囲に含まれるスパークプラグは、表１に示されるように、負荷寿命性能試験及び耐衝撃性試験後の負荷寿命性能試験のいずれの結果も良好だった。一方、この発明の範囲外のスパークプラグは、負荷寿命性能試験の結果はいずれも良好であったが、耐衝撃性試験後の負荷寿命性能試験の結果が劣っていた。

１ スパークプラグ
２ 軸孔
３ 絶縁体
４ 中心電極
５ 端子金具
６ シール部
７ 主体金具
８ 接地電極
９ ネジ部
１０ タルク
１１ パッキン
１２ 小径部
１３ 段部
１４ 中径部
１５，１６ シール粉末
１７ フランジ部
１８ 露出部
１９ 被収容部
２０ 先端部
２２ 胴部
２３ 第一シール層
２４ 第二シール層
２５ 固着部
２６ 抵抗体
２７ 接続部形成用粉末
２８ 抵抗体組成物
２９，３０ 貴金属チップ
３１ 内周面
３２ プレスピン
３３ 仮想線
３４ 外周面

Claims (9)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
   前記軸孔内に収容される被収容部を有し、前記絶縁体の他端側で保持される端子金具と、
   前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
   を備えたスパークプラグにおいて、
   前記軸孔における端子金具が保持されている側を前記軸線方向の後端側としたとき、
   前記被収容部の先端部の外周面と前記絶縁体の内周面との間に前記接続部を形成する接続部材を有し、
   前記被収容部の後端から先端に向かって前記接続部材が存在する後端位置まで０．５ｍｍ間隔で撮影した前記軸線に直交する断面画像において、
   前記被収容部の後端側からｎ番目（ｎは自然数である。）の断面における断面画像Ｓ_ｎにおける被収容部の中心を点ａ_ｎ、軸孔の中心を点Ｏ_ｎ、点ａ_ｎと点Ｏ_ｎとを通る直線を直線Ｌ_ｎ、軸孔の内径を２Ｒ_ｎ、被収容部の外径を２ｒ_ｎ、点ａ_ｎと点Ｏ_ｎとの距離をＨ_ａｏｎ、Ｈ_ａｏｎ≧０．８（Ｒ_ｎ−ｒ_ｎ）の関係を満たすときの点ａ_ｎを点Ａ_ｎとし、
   さらに、断面画像Ｓ_１における直線Ｌ_１を点Ｏ_１を中心にして軸線の回りを４５°回転させた直線を直線Ｌ_１＋、−４５°回転させた直線を直線Ｌ_１−、前記直線Ｌ_１＋及び前記軸線を含む平面Ｘ_＋と前記直線Ｌ_１−及び記軸線方向を含む平面Ｘ₋と前記絶縁体の内周面とで囲まれる４つの領域をＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４とし、
   前記領域Ｔ_１〜Ｔ_４から選択される特定の１つの領域に連続する点Ａ_ｍ〜点Ａ_{（ｍ＋ｋ）}（ｍ及びｋは自然数である。）が存在するとき、これらの集合を群Ｂ_ｍ，ｙ（ただし、ｙは自然数であり、前記被収容部の後端側から数えてｙ番目の集合であることを意味する。）とすると、
   ｙの最大値は少なくとも３であり、かつ群Ｂ_ｍ，ｙの少なくとも２つはＴ_１〜Ｔ_４から選択される対称位置にある２つの領域に存在することを特徴とするスパークプラグ。
2. 点Ａ_ｓ（ただし、点Ａ_ｓは前記被収容部の後端側から１つ目の点Ａ_ｎを示す。）を含む断面画像と点Ａ_e（ただし、点Ａ_eは前記被収容部の後端側から数えて最終番目の点Ａ_ｎを示す。）を含む断面画像との前記軸線方向の距離である曲部間距離Ｄが５ｍｍ以上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. 前記群Ｂ_ｍ，ｙがＴ_１〜Ｔ_４から選択される少なくとも３つの領域に存在す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. ｙの最大値が少なくとも４であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
5. 前記群Ｂ_ｍ，ｙがＴ_１〜Ｔ_４の全ての領域に存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
6. ｙの最大値が少なくとも５であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
7. 前記先端部が配置されている部位における前記軸孔の内径を中径部径とすると、前記中径部径が２．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
8. 前記曲部間距離Ｄが７ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
9. 前記曲部間距離Ｄが１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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