JP5783927B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。

内燃機関に用いられるスパークプラグは、中心電極と絶縁体とを備える。絶縁体は、軸線方向に延びる軸孔を有し、筒状に形成される。絶縁体の軸孔内には、中心電極の後端部が絶縁体に係止された状態で、中心電極が保持される。中心電極の先端部は、軸孔から外部に露出する。中心電極のうちの、絶縁体に係止された後端部よりも先端部の側の部位では、絶縁体との間に、僅かなクリアランスが形成される。このクリアランスは、中心電極の熱膨張による体積の増大を吸収する。

かかるスパークプラグの種類として、中心電極の先端部を細径化し、中心電極の先端部の外周面と、絶縁体に形成された軸孔の内周面との間に、上述の僅かなクリアランスよりも広いクリアランス（以下、環状空所ともいう）が形成されたタイプが知られている。環状空所が形成されることにより、環状空所における軸孔の内周面にカーボンが付着した汚損時に、環状空所で火花放電が発生するため、カーボンを効率良く焼失させることができる。

特開平２−１８１３８３号公報 特開２００９−２６４６９号公報

しかしながら、上述したタイプのスパークプラグでは、中心電極の先端部の径を細くすることによって環状空所が形成されるため、中心電極のうちの放電する部位の径が必然的に細くなる。その結果、中心電極の耐久性が犠牲となる。一方、ネジ径が細いＭ１２，Ｍ１０のスパークプラグでは、中心電極の径も細くする必要があるので、耐久性の確保が特に求められる。このため、スパークプラグについて、耐汚損性と耐久性との両立が求められる。また、環状空所が広くなりすぎると、中心電極側への熱引きが過剰に抑制される、つまり、スパークプラグの熱特性が低下する。その結果、スパークプラグにプレイグニッションが生じるおそれがある。このため、スパークプラグの熱特性の低下を抑制することが求められる。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［形態１］軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸線方向先端側で露出させた状態で、前記軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁体と、
前記絶縁体の一部分を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、
を備え、
前記中心電極は、前記軸孔内で前記絶縁体に係止される第１部位と、前記第１部位よりも前記軸線方向先端側に前記第1部位と連続して形成された部位であって、一定の径で形成された第２部位とを備え、
前記軸線方向において、前記絶縁体の先端側の端面である絶縁体端面が、前記主体金具の先端側の端面である主体金具端面と同一の位置、または、前記主体金具端面よりも先端側に位置する
スパークプラグにおいて、
前記軸線方向と直交する方向における、前記絶縁体と、前記中心電極の前記第２部位との間に設けられたクリアランスの大きさをＡとしたとき、
前記絶縁体端面から前記軸線方向後端側に前記軸線方向に沿って０．５ｍｍの位置までの間において、０．０５ｍｍ≦Ａ≦０．１０ｍｍの条件を満たし、
前記主体金具端面から前記軸線方向後端側に前記軸線方向に沿って０．５ｍｍの位置よりも前記軸線方向後端側において、Ａ＜０．０５ｍｍの条件を満たし、
前記絶縁体の前記軸孔は、前記軸線方向先端側において拡径する、
ことを特徴とするスパークプラグ。

［適用例１］軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸線方向先端側で露出させた状態で、前記軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁体と、
前記絶縁体の一部分を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、
を備え、
前記中心電極は、前記軸孔内で前記絶縁体に係止される第１部位と、前記第１部位よりも前記軸線方向先端側の部位であって、一定の径で形成された第２部位とを備え、
前記軸線方向において、前記絶縁体の先端側の端面である絶縁体端面が、前記主体金具の先端側の端面である主体金具端面と同一の位置、または、前記主体金具端面よりも先端側に位置する
スパークプラグにおいて、
前記軸線方向と直交する方向における、前記絶縁体と、前記中心電極の前記第２部位との間に設けられたクリアランスの大きさをＡとしたとき、
前記絶縁体端面から前記軸線方向後端側に前記軸線方向に沿って０．５ｍｍの位置までの間において、０．０５ｍｍ≦Ａ≦０．１０ｍｍの条件を満たし、
前記主体金具端面から前記軸線方向後端側に前記軸線方向に沿って０．５ｍｍの位置よりも前記軸線方向後端側において、Ａ＜０．０５ｍｍの条件を満たす
ことを特徴とするスパークプラグ。

かかる構成のスパークプラグによれば、中心電極の先端の側で、絶縁体と中心電極との間のクリアランスが好適に確保される。その結果、スパークプラグの耐汚損性を得ることができる。しかも、中心電極の第２部位は、一定の径で形成されるため、中心電極の先端が細径化されたスパークプラグと比較して、耐久性を向上できる。つまり、かかる構成のスパークプラグによれば、耐汚損性と耐久性とを両立させることができる。また、絶縁体と中心電極との間のクリアランスのうち、０．０５ｍｍ以上のクリアランスが確保される部位は、後端の側に過剰に延びて形成されないので、スパークプラグの熱特性の低下を抑制できる。

［適用例２］適用例１記載のスパークプラグにおいて、前記軸線方向のうちの、前記主体金具端面の位置における、前記絶縁体の、前記軸線方向と直交する方向の厚みをＢとしたとき、Ｂ≧１．０ｍｍの条件を満たすことを特徴とするスパークプラグ。

かかる構成のスパークプラグによれば、絶縁体の肉厚が好適に確保され、絶縁体の耐電圧性が好適に得られる。

［適用例３］適用例１または適用例２記載のスパークプラグにおいて、前記中心電極のうち露出した部分の前記軸線方向の長さをＣとしたとき、Ｃ≧１．０ｍｍの条件を満たすことを特徴とするスパークプラグ。

かかる構成のスパークプラグによれば、中心電極のうちの露出した部分からの熱引きが増大し、熱特性を向上できる。つまり、耐汚損性と熱特性とを両立させることができる。

［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか記載のスパークプラグにおいて、前記中心電極の前記第２部位の径をＤとしたとき、Ｄ≦２．３ｍｍの条件を満たすことを特徴とするスパークプラグ。

適用例１ないし適用例３のスパークプラグは、適用例４のスパークプラグにも好適に適用できる。中心電極の先端が細径化されたスパークプラグにおいて、中心電極の径を小さくすると、スパークプラグの耐久性が著しく低下する。一方、適用例１ないし適用例３のスパークプラグによれば、中心電極の第２部位が一定の径で形成されるため、スパークプラグの耐久性の低下を抑制できる。つまり、適用例１ないし適用例３のスパークプラグが奏する効果は、Ｄ≦２．３ｍｍの条件において顕著となる。

［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれか記載のスパークプラグにおいて、前記中心電極の先端部には、貴金属、または、貴金属の合金からなるチップが設けられていないことを特徴とするスパークプラグ。

適用例１ないし適用例３のスパークプラグは、貴金属、または、貴金属の合金を含まない部材からなる中心電極を使用するスパークプラグに好適に適用できる。

［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれか記載のスパークプラグにおいて、前記主体金具は自身の外表面にネジ部を有し、該ネジ部のネジ径は、Ｍ１２であることを特徴とするスパークプラグ。

［適用例７］適用例１ないし適用例５のいずれか記載のスパークプラグにおいて、前記主体金具は自身の外表面にネジ部を有し、該ネジ部のネジ径は、Ｍ１０以下であることを特徴とするスパークプラグ。

ネジ径が小さくなると、中心電極の径も必然的に小さくなる。適用例６，７のスパークプラグによれば、適用例４のスパークプラグと同様の理由により、同様の効果を奏する。

スパークプラグ１００の概略構成を示す部分断面図である。 スパークプラグ１００の先端側の拡大図である。 比較例としてのスパークプラグ１００ａの先端側の拡大図である。 スパークプラグ１００およびスパークプラグ１００ａについての第１の評価試験の結果を示す図表である。 スパークプラグ１００についての第２の評価試験（耐汚損性評価試験）の結果を示す図表である（絶縁体出寸０ｍｍ）。 スパークプラグ１００についての第２の評価試験（熱特性評価試験）の結果を示す図表である（絶縁体出寸０ｍｍ）。 スパークプラグ１００についての第２の評価試験（耐汚損性評価試験）の結果を示す図表である（絶縁体出寸１ｍｍ）。 スパークプラグ１００についての第２の評価試験（熱特性評価試験）の結果を示す図表である（絶縁体出寸１ｍｍ）。 スパークプラグ１００についての第２の評価試験（耐汚損性評価試験）の結果を示す図表である（絶縁体出寸２ｍｍ）。 スパークプラグ１００についての第２の評価試験（熱特性評価試験）の結果を示す図表である（絶縁体出寸２ｍｍ）。 スパークプラグ１００についての第２の評価試験（耐汚損性評価試験）の結果を示す図表である（絶縁体出寸４ｍｍ）。 スパークプラグ１００についての第２の評価試験（熱特性評価試験）の結果を示す図表である（絶縁体出寸４ｍｍ）。 スパークプラグ１００についての第３の評価試験の結果を示す図表である。 スパークプラグ１００およびスパークプラグ１００ａについての第４の評価試験の結果を示す図表である。 スパークプラグ１００およびスパークプラグ１００ａについての第５の評価試験の結果を示す図表である。

Ａ．実施例：
Ａ−１．スパークプラグ１００の概略構成：
図１は、本発明のスパークプラグの実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。図１において、一点鎖線で示す軸線ＯＬの右側は、外観正面図を示し、軸線ＯＬの左側は、スパークプラグ１００の中心軸を通る断面でスパークプラグ１００を切断した断面図を示している。以下では、図１におけるスパークプラグ１００の軸線ＯＬ方向の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、中心電極２０と、接地電極３０と、端子電極４０と、主体金具５０とを備える。

絶縁碍子１０は、中心電極２０および端子電極４０を収容する軸孔１２が中心に形成された筒状の絶縁体である。軸孔１２は、軸線ＯＬ方向に延びて形成される。絶縁碍子１０は、アルミナを始めとするセラミックス材料を焼成して形成される。絶縁碍子１０の軸線ＯＬ方向の中央には、絶縁碍子１０のうちで外径が最も大きい中央胴部１９が形成されている。絶縁碍子１０の中央胴部１９よりも後端側には、端子電極４０と主体金具５０との間を絶縁する後端側胴部１８が形成されている。絶縁碍子１０の中央胴部１９よりも先端側には、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成されている。絶縁碍子１０の先端側胴部１７の更に先端側には、先端側胴部１７よりも小さい外径であって、中心電極２０側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部１３が形成されている。また、絶縁碍子１０の先端側には、段部１５が形成されている。段部１５よりも先端側の軸孔１２の径は、段部１５よりも後端側の軸孔１２の径よりも小さくなっている。

絶縁碍子１０の軸孔１２には、中心電極２０が挿入される。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、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる芯材２５を埋設した棒状の部材である。本実施例では、電極母材２１は、ニッケルを主成分とするニッケル合金から成る。また、芯材２５は、銅または銅を主成分とする合金から成る。かかる中心電極２０は、鍔部２２と、中軸部２３とを備える。鍔部２２は、中心電極２０の後端部に形成される。鍔部２２は、中心電極２０の径方向外側に突出する部位を備えている。中軸部２３は、中心電極２０のうちの鍔部２２よりも先端側の部位である。この中軸部２３は、一定の径で形成されている。中心電極２０は、鍔部２２が絶縁碍子１０の段部１５に係止された状態で、軸孔１２内に保持される。中心電極２０の先端側では、中心電極２０の先端２４が軸孔１２（絶縁碍子１０）から外部に露出している。かかる中心電極２０は、軸孔１２に挿入された、セラミック抵抗３およびシール体４を介して端子電極４０に電気的に接続される。

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、ニッケル合金が用いられる。この接地電極３０の基端は、主体金具５０の先端面ＥＦ２に溶接されている。接地電極３０の先端部は、軸線ＯＬ上に向かって屈曲されている。この接地電極３０の先端部と、中心電極２０の先端面との間に、火花放電が生じる火花ギャップＳＧが形成される。

端子電極４０は、軸孔１２の後端側に設けられ、その後端側の一部は、絶縁碍子１０の後端側から露出している。端子電極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。

主体金具５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３に亘る部位を周方向に包囲して保持する円筒状の金具である。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、全体にニッケルメッキや亜鉛メッキ等のメッキ処理が施されている。主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２と、シール部５４とを備える。これらは、後端から先端に向かって、工具係合部５１、シール部５４、取付ネジ部５２の順に形成されている。工具係合部５１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド（図示省略）に取り付ける工具が嵌合する。取付ネジ部５２は、エンジンヘッドの取付ネジ孔に螺合するねじ山を有する。シール部５４は、取付ネジ部５２の根元に鍔状に形成されている。シール部５４とエンジンヘッドとの間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿される。本実施例では、中心電極２０の先端側の端面である先端面ＥＦ１は、主体金具５０の先端側の端面である先端面ＥＦ２よりも先端側に位置している。ただし、先端面ＥＦ１と先端面ＥＦ２とは、軸線ＯＬ方向において、同一の位置にあってもよい。

図２は、スパークプラグ１００の先端側の拡大図である。絶縁碍子１０（脚長部１３）と、中心電極２０（中軸部２３）との間には、クリアランスＣＬが形成されている。このクリアランスＣＬは、その広さの違いから、第１のクリアランス２８と、第２のクリアランス２９とに分類できる。第２のクリアランス２９は、中心電極２０（絶縁碍子１０）の先端部分のクリアランスである。以下では、第２のクリアランス２９を環状空所２９ともいう。第１のクリアランス２８は、クリアランスＣＬのうちの環状空所２９を除く部分であり、クリアランスＣＬの大半は、第１のクリアランス２８で構成される。

第１のクリアランス２８の広さＡ１、つまり、軸線ＯＬに直交する方向の幅は、僅かである。第１のクリアランス２８は、軸線ＯＬに沿って一定の広さで形成されている。第１のクリアランス２８は、スパークプラグ１００を内燃機関で使用する際に、中心電極２０の熱膨張による体積の増大を吸収する。つまり、第１のクリアランス２８の広さＡ１は、スパークプラグ１００の使用時の温度や中心電極２０の熱膨張特性に応じて設定される。

一方、環状空所２９は、第１のクリアランス２８よりも広いクリアランスである。中軸部２３の径は一定であるから、図２を見ても明らかなように、環状空所２９は、絶縁碍子１０（脚長部１３）の先端部の内径、つまり、軸孔１２の径を大きくすることにより形成される。本実施例においては、環状空所２９の広さＡ２は、後端側の端部を除いて、軸線ＯＬに沿って一定の広さで形成されている。環状空所２９のうちの後端側の端部では、軸孔１２は、環状空所２９のうちの先端側のクリアランスが第１のクリアランス２８にすり付くように、後端側に向かって縮径している。絶縁碍子１０の先端面ＥＦ１から、後端側に向かって、環状空所２９のうちの軸孔１２の径が一定となっている箇所の後端点までの軸線ＯＬに沿った距離を深さＨ１ともいう。また、主体金具５０の先端面ＥＦ２から、後端側に向かって、環状空所２９のうちの軸孔１２の径が一定となっている箇所の後端点までの軸線ＯＬに沿った距離を深さＨ２ともいう。

スパークプラグ１００において、クリアランスＣＬの広さをＡ（ｍｍ）とすると、絶縁碍子１０の先端面ＥＦ１と、先端面ＥＦ１から後端側に軸線ＯＬ方向に沿って０．５ｍｍの位置との間において、０．０５ｍｍ≦Ａ≦０．１０ｍｍの条件を満たす。また、主体金具５０の先端面ＥＦ２から後端側に軸線ＯＬ方向に沿って０．５ｍｍの位置よりも後端側において、Ａ＜０．０５ｍｍの条件を満たす。換言すれば、環状空所２９の広さは、０．０５ｍｍ以上、かつ、０．１０ｍｍ以下である。また、環状空所２９は、絶縁碍子１０の先端面ＥＦ１から先端側に少なくとも０．５ｍｍの範囲において形成される。さらに、環状空所２９は、主体金具５０の先端面ＥＦ２から後端側に０．５ｍｍの位置を越えては形成されない。

かかる条件を満たすことにより、環状空所２９は、絶縁碍子１０の先端面ＥＦ１付近における中軸部２３側への熱引きを適度に抑制する効果を奏する。その結果、スパークプラグ１００の使用時にくすぶりが生じ、絶縁碍子１０の先端面ＥＦ１付近にカーボンが付着した場合に、当該カーボンを焼き切りやすくなり、耐汚損性が向上する。しかも、中心電極２０の中軸部２３は、一定の径で形成され、軸孔１２のうちの先端部の径を、その他の部位よりも大きくすることにより、環状空所２９が形成される。このため、スパークプラグ１００は、後述する比較例としての中心電極の先端が細径化されたスパークプラグと比較して、耐久性を向上できる。つまり、かかる中心電極２０によれば、耐汚損性と耐久性とを両立させることができる。

また、環状空所２９は、第１のクリアランス２８と比べて広いため、環状空所２９が形成されていないスパークプラグと比較すると、脚長部１３の先端部の周辺から中心電極２０を経由して熱引きする効果が低下することとなる。しかし、スパークプラグ１００は、環状空所２９が後端側に過剰に延びて形成されないので、スパークプラグ１００の熱特性の低下を抑制できる。

また、スパークプラグ１００において、軸線ＯＬ方向のうちの、主体金具５０の先端面ＥＦ２の位置における、脚長部１３の、軸線ＯＬ方向と直交する方向の厚みをＢ（ｍｍ）としたとき、Ｂ≧１．０ｍｍの条件を満たす。絶縁碍子１０の耐電圧性は、その厚みに比例するので、この条件を満たすことにより、絶縁碍子１０の耐電圧性を好適に確保できる。

また、スパークプラグ１００において、絶縁碍子１０から露出した先端２４の軸線ＯＬ方向の長さをＣ（ｍｍ）としたとき、Ｃ≧１．０ｍｍの条件を満たす。したがって、中心電極２０の先端２４からの熱引きが増大し、熱特性を向上できる。つまり、スパークプラグ１００は、耐汚損性と熱特性とを両立させることができる。

図３は、比較例としてのスパークプラグ１００ａの先端側の拡大図である。図３において、実施例としてのスパークプラグ１００の各構成要素に対応する、スパークプラグ１００ａの各構成要素には、スパークプラグ１００の各構成要素に付した符号の末尾に「ａ」を付して表示している。スパークプラグ１００ａでは、中心電極２０ａの先端部が縮径されている。この縮径される部位は、先端２４ａよりも後端側にまで及んでいる。このように、中心電極２０ａの先端部が縮径されることにより、脚長部１３ａと中心電極２０の先端部との間に環状空所２９ａが形成されている。かかるスパークプラグ１００ａは、耐汚損性を得ることはできるが、中心電極２０が縮径された分、実施例としてのスパークプラグ１００よりも耐久性に劣る。

図４は、上述したスパークプラグ１００およびスパークプラグ１００ａについての第１の評価試験の結果を示す。第１の評価試験では、評価対象スパークプラグを評価用エンジンに装着し、点火使用した後、火花ギャップＳＧの増加量、つまり、中心電極の消耗の程度を測定した。図４に示す試験結果は、３つの試料の火花ギャップＳＧの増加量の平均値である。評価対象スパークプラグとしてのスパークプラグ１００およびスパークプラグ１００ａの諸元は、以下の通りである。
中軸部２３、中心電極２０ａ（縮径されていない部位）の径：φ２．６
中心電極２０，２０ａの材質：Ｎｉ（ニッケル）合金
環状空所２９，２９ａの広さＡ：０．１ｍｍ
環状空所２９，２９ａの深さ（軸線ＯＬ方向の長さ）：０．５ｍｍ
また、評価用エンジンとして、１．３Ｌ（リットル）、Ｌ４（直列４気筒）、Ｎ／Ａ（Natural Aspiration）、ＭＰＩ（Multi Point Injection）のエンジンを使用した。評価用エンジンの運転は、５０００ｒｐｍ／ＷＯＴ（Wide-Open Throttle）の条件で５０時間行った。

図４に示すように、実施例としてのスパークプラグ１００では、火花ギャップＳＧの増加量が、比較例としてのスパークプラグ１００ａと比べて、７．６％抑制されていることが分かる。つまり、スパークプラグ１００は、スパークプラグ１００ａと比べて、中心電極２０の耐久性が向上している。

図５〜図１２は、スパークプラグ１００についての第２の評価試験の結果を示す。第２の評価試験では、評価対象スパークプラグを評価用エンジンに装着し、使用することにより、熱特性評価と耐汚損性評価とを行った。この試験では、評価対象スパークプラグとして、環状空所２９の広さＡと、環状空所２９の深さＨ１，Ｈ２とを段階的に変化させたものをそれぞれ用意した。また、評価対象スパークプラグとして、絶縁体出寸を変化させたものをそれぞれ用意した。絶縁体出寸とは、主体金具５０の先端面ＥＦ２に対して、絶縁碍子１０の先端面ＥＦ１が先端側に突出する距離である。中軸部２３の径、中心電極２０の材質は、第１の評価試験と同一である。

耐汚損性評価では、評価用エンジンとして、第１の評価試験と同一のエンジンを使用した。評価手法は、以下の通りである。環境温度−１０℃の条件下で、（１）エンジン始動、（２）３０秒間アイドリング、（３）エンジン停止、（４）２分間放置の４工程を１サイクルとして、複数サイクル繰り返す。そして、エンジンの始動ができなくなったときのサイクル数が、３０サイクル以下の場合を評価「×」（望ましくない）、３０サイクル以上、５０サイクル未満の場合を評価「○」（良い）、５０サイクル以上、７０サイクル未満の場合を評価「◎」（優れている）とする。

熱特性評価では、評価用エンジンとして、１．６Ｌ、Ｌ４、Ｎ／Ａ、ＭＰＩのエンジンを使用した。評価用エンジンの運転は、６０００ｒｐｍ／ＷＯＴの条件で点火進角させた。評価は、プレイグニッションの発生時の進角値が４０°よりも大きくなった場合は、評価「○」（望ましい）とし、進角値が４０°以下となった場合は、評価「×」（望ましくない）とした。

図５は、絶縁体出寸が０ｍｍの場合の耐汚損性評価を示している。図５において、環状空所２９の広さＡ２とは、環状空所２９のうちの軸孔１２の径が一定となっている箇所のクリアランスの大きさである。深さＨ１と深さＨ２との関係は、絶縁体出寸によって一意に定まる。これらの点は、後述する図６〜１２についても同様である。図５に示すように、０．５ｍｍ≦Ｈ１（０．５ｍｍ≦Ｈ２）、かつ、０．０５ｍｍ≦Ａ２の条件を満たす場合と、０．３ｍｍ≦Ｈ１（０．３ｍｍ≦Ｈ２）、かつ、０．１５ｍｍ≦Ａ２の条件を満たす場合とに、「○」または「◎」の評価が得られた。

図６は、絶縁体出寸が０ｍｍの場合の熱特性評価を示している。図示するように、環状空所２９の深さＨ１，Ｈ２および広さＡ２の関係が、０．１ｍｍ≦Ｈ１≦０．５ｍｍ（０．１ｍｍ≦Ｈ２≦０．５ｍｍ）、かつ、０．０１ｍｍ≦Ａ２≦０．１０ｍｍの条件を満たす場合に、「○」の評価が得られた。

図７は、絶縁体出寸が１ｍｍの場合の耐汚損性評価を示している。図示するように、２．０ｍｍ≦Ｈ１（１．０ｍｍ≦Ｈ２）の条件を満たす場合と、０．５ｍｍ≦Ｈ１（−０．５ｍｍ≦Ｈ２）、かつ、０．０５ｍｍ≦Ａ２の条件を満たす場合と、０．３ｍｍ≦Ｈ１（−０．８ｍｍ≦Ｈ２）、かつ、０．１５ｍｍ≦Ａ２の条件を満たす場合とに、「○」または「◎」の評価が得られた。なお、Ｈ２のマイナスの値は、深さＡ２のクリアランスの後端側の終端点が、先端面ＥＦ２よりも先端側に位置することを示している。

図８は、絶縁体出寸が１ｍｍの場合の熱特性評価を示している。図示するように、環状空所２９の深さＨ１，Ｈ２および広さＡ２の関係が、０．１ｍｍ≦Ｈ１≦１．５ｍｍ（−０．９ｍｍ≦Ｈ２≦０．５ｍｍ）、かつ、０．０１ｍｍ≦Ａ２≦０．１０ｍｍの条件を満たす場合に、「○」の評価が得られた。

図９は、絶縁体出寸が２ｍｍの場合の耐汚損性評価を示している。図示するように、２．０ｍｍ≦Ｈ１（−０．０ｍｍ≦Ｈ２）の条件を満たす場合と、０．５ｍｍ≦Ｈ１（−１．５ｍｍ≦Ｈ２）、かつ、０．０５ｍｍ≦Ａ２の条件を満たす場合と、０．３ｍｍ≦Ｈ１（−１．８ｍｍ≦Ｈ２）、かつ、０．１５ｍｍ≦Ａ２の条件を満たす場合とに、「○」または「◎」の評価が得られた。

図１０は、絶縁体出寸が２ｍｍの場合の熱特性評価を示している。図示するように、環状空所２９の深さＨ１，Ｈ２および広さＡ２の関係が、０．１ｍｍ≦Ｈ１≦１．５ｍｍ（−１．９ｍｍ≦Ｈ２≦−０．５ｍｍ）、かつ、０．０１ｍｍ≦Ａ２≦０．１０ｍｍの条件を満たす場合と、２．０ｍｍ＜Ｈ１≦２．５ｍｍ（−０．０ｍｍ＜Ｈ２≦０．５ｍｍ）、かつ、０．０５ｍｍ≦Ａ２≦０．１０ｍｍの条件を満たす場合とに、「○」の評価が得られた。

図１１は、絶縁体出寸が４ｍｍの場合の耐汚損性評価を示している。図示するように、２．０ｍｍ≦Ｈ１（−２．０ｍｍ≦Ｈ２）の条件を満たす場合と、０．５ｍｍ≦Ｈ１（−３．５ｍｍ≦Ｈ２）、かつ、０．０５ｍｍ≦Ａ２の条件を満たす場合と、０．３ｍｍ≦Ｈ１（−３．８ｍｍ≦Ｈ２）、かつ、０．１５ｍｍ≦Ａ２の条件を満たす場合とに、「○」または「◎」の評価が得られた。

図１２は、絶縁体出寸が４ｍｍの場合の熱特性評価を示している。図示するように、環状空所２９の深さＨ１，Ｈ２および広さＡ２の関係が、０．１ｍｍ≦Ｈ１≦１．５ｍｍ（−３．９ｍｍ≦Ｈ２≦−２．５ｍｍ）、かつ、０．０１ｍｍ≦Ａ２≦０．１０ｍｍの条件を満たす場合と、２．０ｍｍ＜Ｈ１≦４．５ｍｍ（−２．５ｍｍ＜Ｈ２≦０．５ｍｍ）、かつ、０．０５ｍｍ≦Ａ２≦０．１０ｍｍの条件を満たす場合とに、「○」の評価が得られた。

以上の評価結果から、以下の点が実証された。環状空所２９の広さＡ２は、熱特性の観点からは、０．１０ｍｍ以下とすることが望ましい。環状空所２９の広さＡ２は、耐汚損性の観点からは、０．０５ｍｍ以上とすることが望ましく、当該範囲の中において、大きいほど望ましい。また、環状空所２９の深さＨ１は、耐汚損性の観点からは、０．０３ｍｍ以上とすることが望ましく、０．０５ｍｍ以上とすることがさらに望ましい。環状空所２９の深さＨ２は、熱特性の観点からは、０．０５ｍｍ以下とすることが望ましい。

図１３は、スパークプラグ１００についての第３の評価試験の結果を示す。第３の評価試験では、評価対象スパークプラグを評価用エンジンに装着し、使用することにより、耐電圧性評価を行った。具体的には、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定された耐電圧試験を実施した。そして、耐電圧が３０ｋＶ以上となった場合を評価「○」（良い）、３０ｋＶ未満となった場合を評価「×」（望ましくない）として評価した。評価対象スパークプラグとしてのスパークプラグ１００の諸元は、以下の通りである。評価対象スパークプラグは、絶縁碍子１０の外径を段階的に変化させたものをそれぞれ用意した。
中軸部２３の径：φ２．６
中心電極２０の材質：Ｎｉ（ニッケル）合金
絶縁体出寸：１ｍｍ
環状空所２９の広さＡ：０．１ｍｍ
環状空所２９の深さＨ１：１．５ｍｍ
環状空所２９の深さＨ２：０．５ｍｍ

図１３に示すように、第３の評価試験では、絶縁碍子１０の外径がφ４．８以上、すなわち、主体金具５０の先端面ＥＦ２の位置における、脚長部１３の厚みＢが１．０ｍｍ以上の条件を満たす場合に、「○」の評価が得られた。つまり、厚みＢが１．０ｍｍ以上の場合に、スパークプラグ１００の耐電圧性が向上することが実証された。

図１４は、スパークプラグ１００およびスパークプラグ１００ａについての第４の評価試験の結果を示す。第４の評価試験では、評価対象スパークプラグを評価用エンジンに装着し、使用することにより、熱特性評価を行った。具体的には、使用後のスパークプラグ１００，１００ａについて、中軸部２３、中心電極２０ａ（縮径されていない部位）の温度を測定した。そして、実施例としてのスパークプラグ１００の中軸部２３の測定温度が、比較例と比べて低下している場合を評価「○」（良い）、低下していない場合を評価「×」（望ましくない）として評価した。評価対象スパークプラグとしてのスパークプラグ１００およびスパークプラグ１００ａの諸元は、以下の通りである。評価対象スパークプラグは、中心電極２０，２０ａの先端２４，２４ａの長さＣ（図２，３参照）を段階的に変化させたものをそれぞれ用意した。評価用エンジンおよびその運転条件は、第１の評価試験に使用したものと同じである。
中軸部２３、中心電極２０ａ（縮径されていない部位）の径：φ２．６
中心電極２０，２０ａの材質：Ｎｉ（ニッケル）合金
絶縁体出寸：２ｍｍ
環状空所２９，２９ａの広さＡ：０．１ｍｍ
環状空所２９，２９ａの深さＨ１：２．５ｍｍ
環状空所２９，２９ａの深さＨ２：０．５ｍｍ

図１４に示すように、第４の評価試験では、中心電極２０の先端２４の長さＣが１．０ｍｍ以上の条件を満たす場合に、「○」の評価が得られた。つまり、厚みＢが１．０ｍｍ以上の場合に、スパークプラグ１００の熱特性が向上することが実証された。

図１５は、スパークプラグ１００およびスパークプラグ１００ａについての第５の評価試験の結果を示す。第５の評価試験では、第１の評価試験と同様に、火花ギャップＳＧの増加量を測定した。第５の評価試験の内容は、上述した第１の評価試験と同一である。第５の評価試験では、評価対象プラグとして、スパークプラグ１００の中軸部２３の径Ｄ、および、スパークプラグ１００ａの中心電極２０ａ（縮径されていない部位）の径Ｄを段階的に変化させたものをそれぞれ用意した。そして、火花ギャップＳＧの増加量について、比較例としてのスパークプラグ１００ａに対する実施例としてのスパークプラグ１００の低減率が１０％未満であった場合を評価「○」（良い）、１０％以上であった場合を評価「◎」（優れている）として評価した。

図１５に示すように、スパークプラグ１００の中軸部２３の径Ｄがφ２．６の場合には、「○」の評価が得られた。また、中軸部２３の径Ｄがφ２．３〜φ１．７の場合には、「◎」の評価が得られた。また、中軸部２３の径Ｄが小さくなるほど、火花ギャップＳＧの増加量の低減率は増加している。本実施例としてのスパークプラグ１００の耐久性を向上する効果は、中軸部２３の径Ｄが小さくなるほど顕著に奏することがわかる。つまり、スパークプラグ１００は、小型化しても、耐汚損性と耐久性とを好適に両立させることができる。

また、同様の理由により、スパークプラグ１００は、主体金具５０のネジ径、すなわち、取付ネジ部５２のネジ径が小さいスパークプラグにも好適に適用することができる。例えば、スパークプラグ１００は、Ｍ１２としても、さらには、Ｍ１０以下としても、耐汚損性と耐久性とを好適に両立させることができる。主体金具５０のネジ径が小さくなると、中心電極の径も必然的に小さくなるが、上述したように、スパークプラグ１００は、中心電極２０の径を小さくしても、火花ギャップＳＧの増加量を低減できるからである。

上述したスパークプラグ１００において、鍔部２２は、請求項の第１部位に該当する。中軸部２３は、請求項の第２部位に該当する。先端面ＥＦ１は、請求項の絶縁体端面に該当する。先端面ＥＦ２は、請求項の主体金具端面に該当する。先端２４は、請求項の先端に該当する。

Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
上述の実施例においては、環状空所２９を形成する脚長部１３の内面は、第１のクリアランス２８が形成される部位に隣接する部分を除けば、軸線ＯＬに平行な面で形成された。ただし、環状空所２９を形成する脚長部１３の内面は、軸線ＯＬと直交する方向に凹凸形状が形成されていてもよい。かかる場合、軸線ＯＬに沿って環状空所２９の広さが変化することとなる。このような態様では、変化する環状空所２９の広さが、上述したクリアランスＣＬの広さＡに関する条件を満たせば、実施例と同様の効果を奏する。

Ｂ−２．変形例２：
上述のスパークプラグ１００では、中心電極２０の先端面には、貴金属、または、貴金属の合金からなる貴金属チップが設けられていない。ただし、中心電極２０の先端面には、当該チップが設けられてもよい。貴金属チップには、例えば、Ｉｒ（イリジウム）合金や、Ｐｔ（白金）合金を使用することができる。かかる場合、貴金属チップも中心電極の一部として見れば、中心電極の先端部、つまり、貴金属チップが設けられた部位は、それよりも後端側の部位（中心電極２０）よりも径が小さくなる。このような態様では、貴金属チップおよび中心電極２０のうちの中心電極２０が、上述した種々の条件を満たすこととしてもよい。ただし、スパークプラグ１００の効果は、中心電極の先端側が縮径化されていないスパークプラグに特に適していることは、上述の説明から容易に理解できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、上述した各適用例の構成要素や、実施形態中の要素は、本願の課題の少なくとも一部を解決可能な態様、または、上述した各効果の少なくとも一部を奏する態様において、適宜、組み合わせ、省略、上位概念化を行うことが可能である。

３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
１０…絶縁碍子
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０…中心電極
２１…電極母材
２２…鍔部
２３…中軸部
２４…先端
２５…芯材
２８…第１のクリアランス
２９…第２のクリアランス（環状空所）
３０…接地電極
４０…端子電極
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５４…シール部
６０…端子電極
１００…スパークプラグ
ＯＬ…軸線
ＳＧ…火花ギャップ
ＣＬ…クリアランス
ＥＦ１，ＥＦ２…先端面

Claims (7)

1. 軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
   前記軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸線方向先端側で露出させた状態で、前記軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁体と、
   前記絶縁体の一部分を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、
   を備え、
   前記中心電極は、前記軸孔内で前記絶縁体に係止される第１部位と、前記第１部位よりも前記軸線方向先端側に前記第１部位と連続して形成された部位であって、一定の径で形成された第２部位とを備え、
   前記軸線方向において、前記絶縁体の先端側の端面である絶縁体端面が、前記主体金具の先端側の端面である主体金具端面と同一の位置、または、前記主体金具端面よりも先端側に位置する
   スパークプラグにおいて、
   前記軸線方向と直交する方向における、前記絶縁体と、前記中心電極の前記第２部位との間に設けられたクリアランスの大きさをＡとしたとき、
   前記絶縁体端面から前記軸線方向後端側に前記軸線方向に沿って０．５ｍｍの位置までの間において、０．０５ｍｍ≦Ａ≦０．１０ｍｍの条件を満たし、
   前記主体金具端面から前記軸線方向後端側に前記軸線方向に沿って０．５ｍｍの位置よりも前記軸線方向後端側において、Ａ＜０．０５ｍｍの条件を満たし、
   前記絶縁体の前記軸孔は、前記軸線方向先端側において拡径する、
   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において、
   前記軸線方向のうちの、前記主体金具端面の位置における、前記絶縁体の、前記軸線方向と直交する方向の厚みをＢとしたとき、
   Ｂ≧１．０ｍｍ
   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または請求項２記載のスパークプラグにおいて、
   前記中心電極のうち露出した部分の前記軸線方向の長さをＣとしたとき、
   Ｃ≧１．０ｍｍ
   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ないし請求項３のいずれか記載のスパークプラグにおいて、
   前記中心電極の前記第２部位の径をＤとしたとき、
   Ｄ≦２．３ｍｍ
   の条件を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか記載のスパークプラグにおいて、
   前記中心電極の先端部には、貴金属、または、貴金属の合金からなるチップが設けられていないことを特徴とするスパークプラグ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか記載のスパークプラグにおいて、
   前記主体金具は自身の外表面にネジ部を有し、該ネジ部のネジ径は、Ｍ１２であることを特徴とするスパークプラグ。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか記載のスパークプラグにおいて、
   前記主体金具は自身の外表面にネジ部を有し、該ネジ部のネジ径は、Ｍ１０以下であることを特徴とするスパークプラグ。

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