JP5690702B2 - 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。

近年では、エンジンの一層の高出力化や低燃費化の要求に伴って、スパークプラグに求められる放電電圧は上昇傾向にある。高い放電電圧を可能とするために、主体金具の先端側開口端面における絶縁体の肉厚を厚くすることによって、高い耐電圧性を実現したスパークプラグが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２０７７７０号公報 特開２００７−８０８３３号公報 特開平０９−２６６０５６号公報 特開２０１０−２７５４０号公報

また、従来からスパークプラグには、エンジンヘッド構造の複雑化に対応すべく、スパークプラグを小型化させたいという更なる要望があった。この点、絶縁体の肉厚を厚くしたスパークプラグでは、耐電圧性の向上には成功しているものの、絶縁体の厚みが妨げとなり、スパークプラグの小型化が困難であるという問題があった。

本発明は、スパークプラグにおいて、絶縁体の肉厚を厚くすることなく、耐電圧性を向上させ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なされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
棒状の中心電極と、
筒状に形成され、その軸線方向に形成された貫通孔と外周に形成された支持部とを有するとともに、前記中心電極を前記貫通孔の先端側に備えた絶縁体と、
筒状に形成されており、内周に形成された段部に前記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、
前記絶縁体と前記主体金具との間に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、
前記段部のうち、前記主体金具の内径が前記スパークプラグの先端側にかけて縮小して形成されている後端側段部と、前記主体金具の内径が略一定の径を保持して形成されている中央段部とが接続する接続点をＡとし、
前記パッキンが前記接続点Ａに接し、前記パッキンの先端部が前記接続点Ａよりも前記スパークプラグの先端側に位置し、前記接続点Ａを基準として、軸線方向に垂直に引いた仮想直線上において、前記パッキンが存在する部分の長さをＬ１[ｍｍ]、前記主体金具の接続点Ａから前記絶縁体までの間の距離をＬ２[ｍｍ]としたとき、
０．０１≦Ｌ１／Ｌ２≦０．５
の条件を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
このような構成とすれば、主体金具の内径が縮小する後端側段部と、主体金具の内径が略一定の径を保持する中央段部とが接続する接続点Ａに対して、パッキンが接続点Ａに接し、パッキンの先端部が接続点Ａよりもスパークプラグの先端側に位置するように構成されるため、接続点Ａへの電界集中を抑制することができる。また、接続点Ａを基準として、パッキンが存在する部分の長さＬ１と、主体金具の接続点Ａから絶縁体までの間の距離Ｌ２とが、０．０１≦Ｌ１／Ｌ２≦０．５、の条件を満たすように構成されるため、接続点Ａへの電界集中を抑制しつつ、パッキンと絶縁体との間に十分な間隔を確保することができる。これらの結果、スパークプラグにおいて、絶縁体の肉厚を厚くすることなく、耐電圧性を向上させることができる。
［適用例２］
適用例１記載のスパークプラグであって、
前記軸線を含む断面において、
前記絶縁体の前記支持部の先端側に連続して形成された脚長部と前記支持部とは曲線部を介して接続されており、
前記曲線部の曲率半径Ｒ[ｍｍ]は、
０．４≦Ｒ
の条件を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
このような構成とすれば、脚長部と支持部とは曲線部を介して接続されており、曲線部の曲率半径Ｒは０．４ｍｍ以上であるため、スパークプラグの加締め時および加締め後において、絶縁体に掛かる残留応力を小さくすることができ、スパークプラグの耐電圧性能のばらつきを抑制することができる。
［適用例３］
適用例１または２記載のスパークプラグであって、
前記軸線を含む断面において、
前記中央段部の内径をＤ１[ｍｍ]とし、
前記支持部のうち、外径が最も大きな部分の外径をＤ３[ｍｍ]としたとき、
（Ｄ３−Ｄ１）／２≧０．３
の条件を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
このような構成とすれば、中央段部の内径Ｄ１と、支持部の外径Ｄ３とが、（Ｄ３−Ｄ１）／２≧０．３、の条件を満たすように構成されるため、スパークプラグの加締め時および加締め後において、絶縁体に掛かる残留応力を小さくすることができ、スパークプラグの耐電圧性能のばらつきを抑制することができる。
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか一項記載のスパークプラグであって、
前記軸線を含む断面において、
前記中央段部の内径をＤ１[ｍｍ]とし、
前記支持部のうち、外径が最も大きな部分の外径をＤ３[ｍｍ]としたとき、
（Ｄ３−Ｄ１）／２≦１．２
の条件を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
このような構成とすれば、中央段部の内径Ｄ１と、支持部の外径Ｄ３とが、（Ｄ３−Ｄ１）／２≦１．２、の条件を満たすように構成されるため、スパークプラグ内部からの空気の漏洩を抑制することが可能となり、スパークプラグの気密性を向上させることができる。
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか一項記載のスパークプラグであって、
前記軸線を含む断面において、
前記絶縁体のうち、前記支持部と、前記支持部の後端側に連続して形成されている外径が略一定の先端側胴部とが接続する接続点をＢとし、
前記接続点Ａを基準として、前記軸線方向に垂直に引いた第１の直線と、前記後端側段部とから形成される角度をθ１[°]とし、
前記接続点Ｂを基準として、前記軸線方向に垂直に引いた第２の直線と、前記支持部とから形成される角度をθ２[°]としたとき、
θ１−θ２＞０
の条件を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
このような構成とすれば、接続点Ａを基準として、軸線方向に垂直に引いた第１の直線と後端側段部とから形成される角度θ１と、接続点Ｂを基準として、軸線方向に垂直に引いた第２の直線と支持部とから形成される角度θ２とが、θ１−θ２＞０、の条件を満たすように構成されるため、スパークプラグの加締め時および加締め後において、絶縁体に掛かる残留応力を小さくすることができ、スパークプラグの耐電圧性能のばらつきを抑制することができる。
［適用例６］
適用例１ないし５のいずれか一項記載のスパークプラグであって、
前記軸線を含む断面において、
前記絶縁体のうち、前記支持部と、前記支持部の後端側に連続して形成されている外径が略一定の先端側胴部とが接続する接続点をＢとし、
前記接続点Ａを基準として、前記軸線方向に垂直に引いた第１の直線と、前記後端側段部とから形成される角度をθ１[°]とし、
前記接続点Ｂを基準として、前記軸線方向に垂直に引いた第２の直線と、前記支持部とから形成される角度をθ２[°]としたとき、
θ１−θ２≦１０
の条件を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
このような構成とすれば、接続点Ａを基準として、軸線方向に垂直に引いた第１の直線と後端側段部とから形成される角度θ１と、接続点Ｂを基準として、軸線方向に垂直に引いた第２の直線と支持部とから形成される角度θ２とが、θ１−θ２≦１０、の条件を満たすように構成されるため、スパークプラグ組み立て時における、絶縁体の軸ずれの発生確率を低減することができる。

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の部分断面図である。 板パッキン付近を拡大して示す断面図である。 図２において破線で囲った領域ＡＦを拡大して示す断面図である。 第１の条件（条件ｃ）について説明するための説明図である。 図２において破線で囲った領域ＡＦを拡大して示す断面図である。 第５の条件と第６の条件とについて説明するための説明図である。 第２実施形態におけるスパークプラグについて領域ＡＦ（図２）を拡大して示す断面図である。 板パッキンのはみ出し量に関する耐電圧性評価試験の結果を示す図である。 絶縁碍子の曲線部の曲率半径に関する耐電圧性ばらつき評価試験の結果を示す図である。 支持部の外径Ｄ３と中央段部の内径Ｄ１との関係に関する耐電圧性ばらつき評価試験の結果を示す図である。 支持部の外径Ｄ３と中央段部の内径Ｄ１との関係に関する気密性試験の結果を示す図である。 後端側段部の角度θ１と支持部の角度θ２との関係に関する耐電圧性ばらつき評価試験の結果を示す図である。 後端側段部の角度θ１と支持部の角度θ２との関係に関する軸ずれ評価試験の結果を示す図である。

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：
（Ａ−１）スパークプラグの構造：
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、下側すなわち接地電極３０が位置する側をスパークプラグ１００の先端側、上側すなわち端子金具４０が位置する側をスパークプラグ１００の後端側として説明する。このことは、以降の図においても同様である。

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。

絶縁体としての絶縁碍子１０は、アルミナ等を焼成して形成され、軸線Ｏを中心に軸線方向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。先端側胴部１７は略一定の径を有する。一方、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（登録商標）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（登録商標）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、板パッキン８付近を拡大して示す断面図である。図３は、図２において破線で囲った領域ＡＦを拡大して示す断面図である。図２、図３共に、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。なお、以降の図では、軸線方向ＯＤに垂直な方向をスパークプラグ１００の径方向とする。

主体金具５０の段部５６には、スパークプラグ１００の後端側から先端側にかけて、後端側段部５６ａと、中央段部５６ｂと、先端側段部５６ｃとが形成されている。後端側段部５６ａは、主体金具５０の内径が、後端側から先端側にかけて徐々に縮小するように形成されている。中央段部５６ｂは、主体金具５０の内径が、略一定の径を保持するように形成されている。先端側段部５６ｃは、主体金具５０の内径が、後端側から先端側にかけて徐々に拡大するように形成されている。主体金具５０の後端側段部５６ａには、板パッキン８を介して、絶縁碍子１０の支持部１５が係止された状態で保持されている。

ここで、図３に示すように、後端側段部５６ａと、中央段部５６ｂとが接続する接続点をＡとしたとき、板パッキン８は、接続点Ａに接するように嵌め込まれていることが好ましい（条件ａ）。また、板パッキン８は、その先端部８ａが、接続点Ａよりもスパークプラグ１００の先端側に位置するように嵌め込まれていることが好ましい（条件ｂ）。さらに、接続点Ａを基準として、軸線方向ＯＤと垂直な方向（換言すれば、スパークプラグ１００の径方向）に引いた仮想直線をＰＡとする。このとき、軸線Ｏを含む断面のうちの軸線Ｏを境界とした片側部分について、仮想直線ＰＡ上に板パッキン８が存在する部分の長さをＬ１（ｍｍ）とする。同様に、軸線Ｏを含む断面のうちの軸線Ｏを境界とした片側部分について、仮想直線ＰＡ上の接続点Ａから絶縁碍子１０までの間の距離をＬ２（ｍｍ）としたとき、長さＬ１と距離Ｌ２との関係は、
０．０１≦Ｌ１／Ｌ２≦０．５
であることが好ましい（条件ｃ）。なお、上述の条件ａ〜ｃを総称して「第１の条件」とも呼ぶ。また、長さＬ１を「板パッキン８のはみ出し量」と、距離Ｌ２を「主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランス」とも呼ぶ。

スパークプラグ１００が第１の条件を満たすことが好ましい理由について説明する。段部５６は、主体金具５０の内周において突出するように形成されている。特に、後端側段部５６ａと中央段部５６ｂとが接続している接続点Ａは、角部を形成しているため、電界集中が起こりやすい。そこで、板パッキン８を条件ａ、ｂを満たすように嵌め込むこと、すなわち、板パッキン８が接続点Ａに接し、接続点Ａよりもスパークプラグ１００の先端側に位置するように嵌め込むことによって、板パッキン８で角部（接続点Ａ）を覆うことができる。この結果、接続点Ａへの電界集中を抑制することができる。

図４は、第１の条件（条件ｃ）について説明するための説明図である。図４（Ａ）は、板パッキン８のはみ出し量が、主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランスに対して０％（Ｌ１／Ｌ２＝０）である場合の例を示す。図４（Ａ）のような場合、板パッキン８の先端部８ａの形状に関わらず、角部を形成する接続点Ａが露出した状態となる。このため、接続点Ａにおいて、電界集中が起こりやすく、耐電圧性に乏しい状態となる。図４（Ｂ）は、板パッキン８のはみ出し量が、主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランスに対して５０％より大きい（Ｌ１／Ｌ２＞０．５）場合の例を示す。図４（Ｂ）のような場合、板パッキン８の先端部８ａと、絶縁碍子１０の脚長部１３との間に十分な空間が確保できないため、電界集中が起こりやすく、耐電圧性に乏しい状態となる。以上のように、条件ａ〜ｃにより構成される第１の条件を満たすように構成されたスパークプラグ１００は、耐電圧性能を向上させることが可能となる。なお、上記数値範囲が好ましい理由については後述する。

なお、図２および図３に示すように、主体金具５０の中央段部５６ｂの内径をＤ１（ｍｍ）とする。また、仮想直線ＰＡ上における、脚長部１３の外径をＤ２（ｍｍ）とする。このとき、上記距離Ｌ２は、下式で表わすこともできる。
Ｌ２＝（Ｄ１−Ｄ２）／２

なお、電界集中を抑制し、スパークプラグ１００の耐電圧性能をより向上させる目的で、中央段部５６ｂと先端側段部５６ｃとの接続点に対して、さらなる改善を加えても良い。例えば、先端側段部５６ｃをなくすことによって、主体金具５０の内径が、中央段部５６ｂから先端部５７にかけて、略一定の径を保持するように形成してもよい。また、中央段部５６ｂと先端側段部５６ｃとが、曲線部を介して接続されることとしてもよい。

さらに、図３に示すように、絶縁碍子１０の支持部１５の先端側には、脚長部１３が連続して形成されている。ここで、支持部１５と、脚長部１３とは、曲線部１５ｆを介して接続されていることが好ましく、曲線部１５ｆの外側表面の曲率半径Ｒは、０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、この条件を「第２の条件」とも呼ぶ。

スパークプラグ１００が第１の条件に加えて、第２の条件を満たすことがより好ましい理由について説明する。スパークプラグ１００の組み立て時には、中心電極２０を組み付けた絶縁碍子１０を、主体金具５０の中空部分に挿入し、主体金具５０の一部を内側（絶縁碍子１０側）に加締める。これにより、絶縁碍子１０の支持部１５は、主体金具５０の段部５６に支持され、絶縁碍子１０と主体金具５０は一体とされる。この加締めに伴う主体金具５０の変形により、加締め時および加締め後において、絶縁碍子１０には残留応力が掛かる。絶縁碍子１０に掛かる残留応力の大きさは、スパークプラグ１００の耐電圧性能と関連する。そこで、加締め時に主体金具５０の段部５６と係合する絶縁碍子１０の支持部１５に対して、曲線部１５ｆを設け、かつ、曲線部１５ｆの曲率半径Ｒを０．４ｍｍ以上とすることによって、絶縁碍子１０に掛かる残留応力を小さくすることができ、この結果、スパークプラグ１００の耐電圧性能のばらつきを抑制することができる。なお、上記数値範囲が好ましい理由については後述する。

さらに、図２に示すように、絶縁碍子１０の支持部１５の外径が最も大きな部分、換言すれば、先端側胴部１７と支持部１５とが接続している部分の絶縁碍子１０の外径をＤ３（ｍｍ）とする。このとき、外径Ｄ３と、主体金具５０の中央段部５６ｂの内径Ｄ１との関係は、
（Ｄ３−Ｄ１）／２≧０．３
であることが好ましい。なお、本条件を「第３の条件」とも呼ぶ。また、外径Ｄ３を「支持部１５の外径」とも呼ぶ。

スパークプラグ１００が第１の条件に加えて、第３の条件を満たすことがより好ましい理由は、第２の条件における理由と同様である。すなわち、（外径Ｄ３−内径Ｄ１）／２の値を０．３ｍｍ以上とすれば、支持部１５と後端側段部５６ａにおいて、板パッキン８と接触する部分の面積を大きくすることができるため、加締め時に掛かる面圧が低下する。この結果、加締め時に絶縁碍子１０に掛かる残留応力を小さくすることができ、スパークプラグ１００の耐電圧性能のばらつきを抑制することができる。なお、上記数値範囲が好ましい理由については後述する。

さらに、上記支持部１５の外径が最も大きな部分の外径Ｄ３と、主体金具５０の中央段部５６ｂの内径Ｄ１との関係は、
（Ｄ３−Ｄ１）／２≦１．２
であると、さらに好ましい。なお、本条件を「第４の条件」とも呼ぶ。

スパークプラグ１００が第１の条件に加えて、第４の条件を満たすことがより好ましい理由について説明する。スパークプラグ１００においては、燃焼ガスの流出を抑制するために、高い気密性が求められる。そこで、（外径Ｄ３−内径Ｄ１）／２の値を１．２ｍｍ以下とすれば、スパークプラグ１００内部からの空気の漏洩を抑制することが可能となるため、スパークプラグ１００の気密性を向上させることができる。なお、上記数値範囲が好ましい理由については後述する。

図５は、図２において破線で囲った領域ＡＦを拡大して示す断面図である。図５に示すように、後端側段部５６ａと、中央段部５６ｂとが接続する接続点Ａを基準として、軸線方向ＯＤと垂直な方向（換言すれば、スパークプラグ１００の径方向）に引いた第１の直線ＰＡと、後端側段部５６ａとから形成される角度をθ１とする。また、先端側胴部１７と、支持部１５とが接続する接続点Ｂを基準として、軸線方向ＯＤと垂直な方向に引いた第２の直線ＰＢと、支持部１５とから形成される角度をθ２とする。このとき、角度θ１と、角度θ２との関係は、
θ１−θ２＞０
であることが好ましい。なお、本条件を「第５の条件」とも呼ぶ。

また、図５において、角度θ１と、角度θ２との関係は、
θ１−θ２≦１０
であると、より好ましい。なお、本条件を「第６の条件」とも呼ぶ。なお、角度θ１を「後端側段部５６ａの角度」とも呼ぶ。また、角度θ２を「支持部１５の角度」とも呼ぶ。

スパークプラグ１００が第１の条件に加えて、第５の条件と、第６の条件とを満たすことがより好ましい理由について説明する。

図６は、第５の条件と、第６の条件とについて説明するための説明図である。図６（Ａ）は、後端側段部５６ａの角度θ１が、支持部１５の角度θ２以下（θ１−θ２≦０）である場合の例を示す。角度θ１が角度θ２以下である場合、スパークプラグ１００の組み立て時において、主体金具５０を加締める際に掛かる応力が、接続点Ａ付近に集中する。このため、絶縁碍子１０に掛かる残留応力が大きくなるため、耐電圧性に乏しい状態となる。図６（Ｂ）は、後端側段部５６ａの角度θ１が、支持部１５の角度θ２と比較して１０°より大きい（θ１−θ２＞１０）場合の例を示す。角度θ１が角度θ２と比較して１０°より大きい場合、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の空間が、絶縁碍子１０の中心（軸線Ｏ）方向に向かって広がる。このため、スパークプラグ１００の組み立て時において、主体金具５０を加締めた際の、板パッキン８のはみ出し量が大きくなり、板パッキン８の傾きに偏りが生じる。この結果、スパークプラグ１００の組み立て時において、絶縁碍子１０の軸ずれが生じやすくなる。

以上のように、第５の条件を満たすように構成されたスパークプラグ１００では、耐電圧性能を向上させることが可能となる。また、第６の条件を満たすように構成されたスパークプラグ１００では、組み立て時における絶縁碍子１０の軸ずれの発生確率を低減することができる。なお、上記数値範囲が好ましい理由については後述する。

Ｂ．第２実施形態：
本発明の第２実施形態では、後端側段部と中央段部とが、曲線部を介して接続されている構成のスパークプラグについて説明する。なお、以下では、第１実施形態と異なる構成を有する部分についてのみ説明する。図中において第１実施形態と同様の構成部分については先に説明した第１実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図７は、第２実施形態におけるスパークプラグ１００ａについて、領域ＡＦ（図２）を拡大して示す断面図である。図３に示した第１実施形態との違いは、後端側段部５６ａと中央段部５６ｂとが、曲線部５６ｄを介して接続されている点のみであり、他の構成は第１実施形態と同じである。第２実施形態のスパークプラグ１００ａにおいては、後端側段部５６ａを絶縁碍子１０の中心（軸線Ｏ）方向へ延長した延長線ＬＡと、中央段部５６ｂをスパークプラグ１００ａの後端側へ延長した延長線ＬＢとの交点を、接続点Ａとする。その上で、スパークプラグ１００ａは、第１実施形態において示した条件のうち、少なくとも第１の条件を満たしている。

Ｃ．板パッキンのはみ出し量に関する実験例：
図８は、板パッキン８のはみ出し量に関する耐電圧性評価試験の結果を示す図である。耐電圧性評価試験では、主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランスに対する板パッキン８のはみ出し量（％）が異なる複数のスパークプラグ１００のサンプルを用意した。

複数のサンプルのうち、サンプルグループ＃Ｇ１１に含まれる５個のサンプルは、図１において説明したスパークプラグ１００であって、さらに、板パッキン８のはみ出し量が、主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランスに対して０％以下（Ｌ１／Ｌ２≦０）のものである。サンプルグループ＃Ｇ１２に含まれる１９個のサンプルは、図１において説明したスパークプラグ１００であって、さらに、板パッキン８のはみ出し量が、主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランスに対して１％以上かつ５０％以下（０．０１≦Ｌ１／Ｌ２≦０．５）のものである。サンプルグループ＃Ｇ１３に含まれる７個のサンプルは、図１において説明したスパークプラグ１００であって、さらに、板パッキン８のはみ出し量が、主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランスに対して５０％より大きい（Ｌ１／Ｌ２＞０．５）ものである。

耐電圧性評価試験では、サンプルグループ＃Ｇ１１〜＃Ｇ１３に含まれるそれぞれのサンプルに対して、以下の手順１ａ〜手順３ａを実施した。
手順１ａ）サンプルのスパークプラグについて、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の隙間を、電気絶縁性液体で満たす。電気絶縁性液体としては、例えば、フッ素系不活性液体である住友スリーエム社製のフロリナート（Fluorinert，登録商標）や、絶縁油を用いることができる。
手順２ａ）サンプルのスパークプラグの主体金具５０をグランド（ＧＮＤ）に接続し、スパークプラグの電位を０にする。
手順３ａ）サンプルのスパークプラグに印加する電圧を徐々に高くしつつ、電気絶縁性液体による絶縁が破壊される電圧（すなわち絶縁碍子１０の貫通電圧）を測定した。

図８に示す耐電圧性評価試験の結果において、横軸は主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランスに対する板パッキン８のはみ出し量（％）を、縦軸は手順３ａにより測定された絶縁碍子１０の貫通電圧（ｋＶ）を、それぞれ示している。この評価試験において、貫通電圧が３０ｋＶ（基準値ＴＬ１）を上回る場合は、従来のエンジンにおいて求められる放電電圧に耐えることができる。しかし、貫通電圧が３５ｋＶ（基準値ＴＬ２）よりも小さいサンプルは、高出力エンジンにおいて求められる高い放電電圧に耐えられないおそれがあることから、判定を「不可」とした。

この評価試験の結果より、高出力エンジンにおいて求められる高い放電電圧に耐えうるだけの耐電圧性を有するためには、主体金具５０と絶縁碍子１０のクリアランスに対する板パッキン８のはみ出し量は、１％以上かつ５０％以下であることが好ましいことがわかる。すなわち、スパークプラグ１００において、絶縁碍子１０の肉厚を厚くすることなく、耐電圧性を向上させるためには、第１の条件を満たすことが好ましいことがわかる。

Ｄ．絶縁碍子の曲線部の曲率半径に関する実験例：
図９は、絶縁碍子１０の曲線部１５ｆの曲率半径に関する耐電圧性ばらつき評価試験の結果を示す図である。

耐電圧性ばらつき評価試験では、以下の手順１ｂ〜手順６ｂを実施した。
手順１ｂ）絶縁碍子１０の曲線部１５ｆの外側表面における曲率半径Ｒが０．２ｍｍである複数のスパークプラグ１００のサンプルを用意する。
手順２ｂ）手順１ｂで用意したサンプルのそれぞれに対して、「Ｃ．板パッキンのはみ出し量に関する実験例」で説明した手順１ａ〜手順３ａを実施する。
手順３ｂ）手順１ａ〜手順３ａにより得られた測定結果を、横軸を曲線部１５ｆの外側表面における曲率半径Ｒ（ｍｍ）、縦軸を手順３ａにより測定された絶縁碍子１０の貫通電圧（ｋＶ）とした表にプロットする。
手順４ｂ）絶縁碍子１０の曲線部１５ｆの外側表面における曲率半径Ｒが０．３ｍｍである複数のスパークプラグ１００のサンプルと、曲率半径Ｒが０．４ｍｍである複数のスパークプラグ１００のサンプルと、曲率半径Ｒが０．８ｍｍである複数のスパークプラグ１００のサンプルと、のそれぞれに対して、手順２ｂ、手順３ｂを実施する。図９（Ａ）は、手順１ｂ〜手順４ｂにより得られた表を示している。

手順５ｂ）手順１ｂ〜手順４ｂにより得られた表について、曲率半径Ｒが０．２ｍｍのサンプルグループについての、貫通電圧の標準偏差（ばらつき）σ１を１００％とおく。その上で、他の曲率半径Ｒを有するサンプルグループの貫通電圧の標準偏差（ばらつき）σ２〜σ４の比を、それぞれ求める。
手順６ｂ）横軸を曲線部１５ｆの外側表面における曲率半径Ｒ（ｍｍ）、縦軸を手順５ｂにより求めた貫通電圧の標準偏差（ばらつき）の比（％）とした表にプロットする。図９（Ｂ）は、手順１ｂ〜手順６ｂにより得られた表を示している。

図９（Ｂ）に示す耐電圧性ばらつき評価試験の結果より、曲率半径Ｒが０．３ｍｍのサンプルグループ＃Ｇ２２は、基準とした曲率半径Ｒが０．２ｍｍのサンプルグループ＃Ｇ２１と比較して、貫通電圧のばらつきに大きな差異が見られないことがわかる。一方、曲率半径Ｒが０．４ｍｍのサンプルグループ＃Ｇ２３と、曲率半径Ｒが０．８ｍｍのサンプルグループ＃Ｇ２４とは、基準とした曲率半径Ｒが０．２ｍｍのサンプルグループ＃Ｇ２１と比較して、貫通電圧のばらつきを低く抑えられていることがわかる。これは、換言すれば、曲率半径Ｒが０．４ｍｍ以上あれば、スパークプラグ１００の加締め時および加締め後において、絶縁碍子１０に掛かる残留応力を小さくすることができるため、スパークプラグ１００の耐電圧性能のばらつきを抑制することができることを示している。

以上より、スパークプラグの耐電圧性能のばらつきを抑制するためには、曲線部１５ｆの外側表面における曲率半径Ｒは０．４ｍｍ以上であること、すなわち、第２の条件を満たすことが好ましいことがわかる。

Ｅ．支持部の外径と中央段部の内径との関係に関する実験例１：
図１０は、支持部１５の外径Ｄ３と中央段部５６ｂの内径Ｄ１との関係に関する耐電圧性ばらつき評価試験の結果を示す図である。

耐電圧性ばらつき評価試験では、以下の手順１ｃ〜手順６ｃを実施した。
手順１ｃ）支持部１５の外径Ｄ３と、中央段部５６ｂの内径Ｄ１とが、（Ｄ３−Ｄ１）／２＝０．２の関係を満たす複数のスパークプラグ１００のサンプルを用意する。
手順２ｃ）手順１ｃで用意したサンプルのそれぞれに対して、「Ｃ．板パッキンのはみ出し量に関する実験例」で説明した手順１ａ〜手順３ａを実施する。
手順３ｃ）手順１ａ〜手順３ａにより得られた測定結果を、横軸を（Ｄ３−Ｄ１）／２の値（ｍｍ）、縦軸を手順３ａにより測定された絶縁碍子１０の貫通電圧（ｋＶ）とした表にプロットする。
手順４ｃ）支持部１５の外径Ｄ３と、中央段部５６ｂの内径Ｄ１とが、（Ｄ３−Ｄ１）／２＝０．３である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、（Ｄ３−Ｄ１）／２＝０．４である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、（Ｄ３−Ｄ１）／２＝０．５である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、のそれぞれに対して、手順２ｃ、手順３ｃを実施する。

手順５ｃ）手順１ｃ〜手順４ｃにより得られた表について、（Ｄ３−Ｄ１）／２＝０．２の関係を満たすサンプルグループについての、貫通電圧の標準偏差σを１００％とおく。その上で、他のサンプルグループの貫通電圧の標準偏差（ばらつき）の比を、それぞれ求める。
手順６ｃ）横軸を（Ｄ３−Ｄ１）／２の値（ｍｍ）、縦軸を手順５ｃにより求めた貫通電圧の標準偏差（ばらつき）の比（％）とした表にプロットする。図１０は、手順１ｃ〜手順６ｃにより得られた表を示している。なお、図１０では、主体金具５０の外径がＭ１０のスパークプラグ１００をサンプルとして用いた。

図１０に示す耐電圧性ばらつき評価試験の結果より、（Ｄ３−Ｄ１）／２が０．３ｍｍ以上のサンプルグループ＃Ｇ３２、＃Ｇ３３、＃Ｇ３４は、基準とした（Ｄ３−Ｄ１）／２が０．２ｍｍのサンプルグループ＃Ｇ３１と比較して、貫通電圧のばらつきを低く抑えられていることがわかる。これは、換言すれば、（Ｄ３−Ｄ１）／２が０．３ｍｍ以上あれば、スパークプラグ１００の加締め時および加締め後において、絶縁碍子１０に掛かる残留応力を小さくすることができるため、スパークプラグ１００の耐電圧性能のばらつきを抑制することができることを示している。

以上より、スパークプラグの耐電圧性能のばらつきを抑制するためには、支持部１５の外径Ｄ３と、中央段部５６ｂの内径Ｄ１とが、（Ｄ３−Ｄ１）／２≧０．３の関係を満たすこと、すなわち、第３の条件を満たすことが好ましいことがわかる。

Ｆ．支持部の外径と中央段部の内径との関係に関する実験例２：
図１１は、支持部１５の外径Ｄ３と中央段部５６ｂの内径Ｄ１との関係に関する気密性試験の結果を示す図である。

気密性試験では、以下の手順１ｄ、２ｄを実施した。
手順１ｄ）支持部１５の外径Ｄ３と、中央段部５６ｂの内径Ｄ１とについて、（Ｄ３−Ｄ１）／２が異なる複数のスパークプラグ１００のサンプルを用意する。
手順２ｄ）手順１ｄで用意したサンプルのそれぞれに対して、「ＪＩＳ Ｂ８０３１」に準拠する気密性試験を実施する。具体的には、各サンプルを温度１５０℃の環境において３０分保持後、各サンプルの先端部側（発火部側）から気圧１．５ＭＰａ掛け、スパークプラグ１００内部からの空気漏洩の有無を調べる。図１１は、手順１ｄ、手順２ｄにより得られた表を示している。なお、図１１では、主体金具５０の外径がＭ１０のスパークプラグ１００をサンプルとして用いた。

図１１に示す気密性試験の結果より、（Ｄ３−Ｄ１）／２が１．２ｍｍ以下のサンプルでは、空気漏洩が見られなかったことがわかる。これは、換言すれば、（Ｄ３−Ｄ１）／２が１．２ｍｍ以下であれば、スパークプラグ１００において、燃焼ガスの流出を抑制可能な高い気密性を得ることができることを示している。

以上より、スパークプラグにおいて高い気密性を確保するためには、支持部１５の外径Ｄ３と、中央段部５６ｂの内径Ｄ１とが、（Ｄ３−Ｄ１）／２≦１．２の関係を満たすこと、すなわち、第４の条件を満たすことが好ましいことがわかる。

Ｇ．後端側段部の角度と支持部の角度との関係に関する実験例１：
図１２は、後端側段部５６ａの角度θ１と、支持部１５の角度θ２との関係に関する耐電圧性ばらつき評価試験の結果を示す図である。

耐電圧性ばらつき評価試験では、以下の手順１ｅ〜６ｅを実施した。
手順１ｅ）後端側段部５６ａの角度θ１と、支持部１５の角度θ２との角度差（θ１−θ２）が０°の関係を満たす複数のスパークプラグ１００のサンプルを用意する。
手順２ｅ）手順１ｅで用意したサンプルのそれぞれに対して、「Ｃ．板パッキンのはみ出し量に関する実験例」で説明した手順１ａ〜手順３ａを実施する。
手順３ｅ）手順１ａ〜手順３ａにより得られた測定結果を、横軸を角度差（θ１−θ２）の値（°）、縦軸を手順３ａにより測定された絶縁碍子１０の貫通電圧（ｋＶ）とした表にプロットする。
手順４ｅ）角度差（θ１−θ２）が１°である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、角度差（θ１−θ２）が５°である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、のそれぞれに対して、手順２ｅ、手順３ｅを実施する。

手順５ｅ）手順１ｅ〜手順４ｅにより得られた表について、角度差（θ１−θ２）が０°であるサンプルグループについての、貫通電圧の標準偏差σを１００％とおく。その上で、他のサンプルグループの貫通電圧の標準偏差（ばらつき）の比を、それぞれ求める。
手順６ｅ）横軸を角度差（θ１−θ２）の値（°）、縦軸を手順５ｅにより求めた貫通電圧の標準偏差（ばらつき）の比（％）とした表にプロットする。図１２は、手順１ｅ〜手順６ｅにより得られた表を示している。

図１２に示す耐電圧性ばらつき評価試験の結果より、後端側段部５６ａの角度θ１と、支持部１５の角度θ２との角度差（θ１−θ２）が０°より大きいサンプルグループ＃Ｇ４２、＃Ｇ４３は、基準とした角度差（θ１−θ２）が０°のサンプルグループ＃Ｇ４１と比較して、貫通電圧のばらつきを低く抑えられていることがわかる。これは、換言すれば、角度差（θ１−θ２）が０°より大きければ、スパークプラグ１００の加締め時および加締め後において、絶縁碍子１０に掛かる残留応力を小さくすることができるため、スパークプラグ１００の耐電圧性能のばらつきを抑制することができることを示している。

以上より、スパークプラグの耐電圧性能のばらつきを抑制するためには、後端側段部５６ａの角度θ１と、支持部１５の角度θ２との角度差（θ１−θ２）が０°以上であること、すなわち、第５の条件を満たすことが好ましいことがわかる。

Ｈ．後端側段部の角度と支持部の角度との関係に関する実験例２：
図１３は、後端側段部５６ａの角度θ１と、支持部１５の角度θ２との関係に関する軸ずれ評価試験の結果を示す図である。

軸ずれ評価試験では、以下の手順１ｆ〜３ｆを実施した。
手順１ｆ）後端側段部５６ａの角度θ１と、支持部１５の角度θ２との角度差（θ１−θ２）が１°である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、角度差（θ１−θ２）が５°である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、角度差（θ１−θ２）が１０°である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、角度差（θ１−θ２）が１２°である複数のスパークプラグ１００のサンプルと、をそれぞれ用意する。
手順２ｆ）手順１ｆで用意したサンプルグループのそれぞれに対して、各スパークプラグをその先端側から見た際に、絶縁碍子１０と主体金具５０の中心座標同士のずれが所定量を超えるサンプルが発生する割合を調べる。
手順３ｆ）横軸を角度差（θ１−θ２）の値（°）、縦軸を手順２ｆにより求めた発生割合（％）とした表にプロットする。図１３は、手順１ｆ〜手順３ｆにより得られた表を示している。

図１３に示す軸ずれ評価試験の結果より、後端側段部５６ａの角度θ１と、支持部１５の角度θ２との角度差（θ１−θ２）が１０°以下のサンプルグループ＃Ｇ５１、＃Ｇ５２、＃Ｇ５３は、角度差（θ１−θ２）が１０°より大きいサンプルグループ＃Ｇ５４と比較して、絶縁碍子１０と主体金具５０の中心座標同士のずれが所定量を超える（すなわち、軸ずれが発生する）割合が大幅に低く抑えられていることがわかる。

以上より、スパークプラグの組み立て時における軸ずれ発生率を低減するためには、後端側段部５６ａの角度θ１と、支持部１５の角度θ２との角度差（θ１−θ２）が１０°以下あること、すなわち、第６の条件を満たすことが好ましいことがわかる。

Ｉ．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。

Ｉ１．変形例１：
上記実施形態では、スパークプラグの構成の一例を挙げて説明した。しかし、上記実施形態における態様はあくまで一例であり、スパークプラグの用途や、必要とされる性能に応じて、種々変形可能である。例えば、横放電型のスパークプラグとして構成してもよい。また、例えば、板パッキンの形状や材料についても、適宜変更が可能である。

また、上述した実施形態における本発明の構成要素のうち、独立請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略、または、組み合わせが可能である。

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
８ａ…先端部
９…タルク
１０…絶縁碍子
１１…先端部
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…支持部
１５ｆ…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
５６ａ…後端側段部
５６ｂ…中央段部
５６ｃ…先端側段部
５６ｄ…曲線部
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、１００ａ…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 (4)

1. 棒状の中心電極と、
   筒状に形成され、その軸線方向に形成された貫通孔と外周に形成された支持部とを有するとともに、前記中心電極を前記貫通孔の先端側に備えた絶縁体と、
   筒状に形成されており、内周に形成された段部に前記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、
   前記絶縁体と前記主体金具との間に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、
   前記段部のうち、前記主体金具の内径が前記スパークプラグの先端側にかけて縮小して形成されている後端側段部と、前記主体金具の内径が略一定の径を保持して形成されている中央段部とが接続する接続点をＡとし、
   前記パッキンが前記接続点Ａに接し、前記パッキンの先端部が前記接続点Ａよりも前記スパークプラグの先端側に位置し、前記接続点Ａを基準として、軸線方向に垂直に引いた仮想直線上において、前記パッキンが存在する部分の長さをＬ１[ｍｍ]、前記主体金具の接続点Ａから前記絶縁体までの間の距離をＬ２[ｍｍ]としたとき、
   ０．０１≦Ｌ１／Ｌ２≦０．５
   の条件を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
2. 請求項１記載のスパークプラグであって、
   前記軸線を含む断面において、
   前記絶縁体の前記支持部の先端側に連続して形成された脚長部と前記支持部とは曲線部を介して接続されており、
   前記曲線部の曲率半径Ｒ[ｍｍ]は、
   ０．４≦Ｒ
   の条件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記載のスパークプラグであって、
   前記軸線を含む断面において、
   前記中央段部の内径をＤ１[ｍｍ]とし、
   前記支持部のうち、外径が最も大きな部分の外径をＤ３[ｍｍ]としたとき、
   （Ｄ３−Ｄ１）／２≧０．３
   の条件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のいずれか一項記載のスパークプラグであって、
   前記軸線を含む断面において、
   前記中央段部の内径をＤ１[ｍｍ]とし、
   前記支持部のうち、外径が最も大きな部分の外径をＤ３[ｍｍ]としたとき、
   （Ｄ３−Ｄ１）／２≦１．２
   の条件を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。

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