JP5798203B2 - 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。

一般に、スパークプラグは、その先端側に中心電極と接地電極とを有し、その後端側に電力の供給を受けるための端子金具を有している。端子金具は、絶縁体の軸孔に保持され、絶縁体の後端から突出している。絶縁体は、主体金具の内部に収容されて保持されている。絶縁体の後端には平坦部が設けられており、端子金具の段差部の接触面が絶縁体の平坦部に接触する。

端子金具は、加熱封着工程によって絶縁体の軸孔内に固定される。この加熱封着工程では、絶縁体の先端部を下方に向けた状態で、最初に中心電極が絶縁体の軸孔の先端部に挿入され、次に抵抗体粉末と導電性シール粉末とが充填された後、端子金具が絶縁体の後端側に突出した状態で挿入される。そして、端子金具を下方に押圧しつつ、抵抗体粉末と導電性シール粉末とを加熱し軟化させた後に冷却し固化させることによって、絶縁体の軸孔内に中心電極と端子金具とが封着され固定される。こうして中心電極と端子金具とが固定された絶縁体は、加締め工程によって主体金具に固定される。この加締め工程では、主体金具の後端に設けられた被カシメ部が加締められるとともに主体金具の被座屈部が座屈し、この結果、主体金具と絶縁体とが強固に係合する。なお、この加締め工程では、絶縁体を正しい位置で保持するために、押さえ治具によって後端の端子金具を押さえた状態で加締め加工が実行される。

また、スパークプラグに関しては、フラッシュオーバー（絶縁体表面を回り込んで端子金具と主体金具の間に発生する沿面放電）の抑制や、絶縁体の破損防止などに関して種々の工夫がなされて来ている（特許文献１〜３）。

特開２００３−４５６０９号公報 特開２０１３−１６２９５号公報 特開２０１３−１３１３７５号公報

近年では、内燃機関の設計自由度向上などを目的として、スパークプラグの小型化や小径化が求められている。スパークプラグの小径化に伴い、絶縁体の肉厚が減少するので絶縁体の強度が低下するという問題があり、また、スパークプラグの各部に対してより高い寸法精度やより高い組立精度が求められる。スパークプラグの組立精度の中で、特に、上述した加熱封着工程後の端子金具と絶縁体の間の偏芯量が重要である。すなわち、端子金具と絶縁体の間の偏芯量が大きくなると、上述した加締め工程において、必要とされる組立精度を満足できなくなる可能性がある。より具体的には、端子金具と絶縁体の間の偏芯量が大きく場合には、加締め工程において押さえ治具が端子金具を（ひいては絶縁体を）正しい位置に保持することができなくなり、主体金具に対して絶縁体が大幅に偏った状態で固定されてしまう可能性がある。

また、端子金具と絶縁体の間の偏芯量が大きくなると、フラッシュオーバーが発生し易くなるという課題もある。すなわち、絶縁体頭部（絶縁体の後端）には、端子金具の段差部の接触面と接触する平坦部が設けられている。絶縁体頭部の平坦部の外径は端子金具の外径よりも大きくなっており、フラッシュオーバーを抑制する機能を有している。しかし、端子金具と絶縁体の間の偏芯量が大きい場合には、絶縁体頭部の平坦部の外径が実質的に小さいものと等価な組立形状となってしまうので、フラッシュオーバーが発生し易くなるという問題が生じる。

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。
本発明の第１の形態は、軸線方向に延びる軸孔と後端に位置する平坦部とを有する絶縁体と、前記軸孔の後端に配置され、前記平坦部に接触する接触面を有する端子金具と、前記絶縁体を内部に保持する筒状の主体金具と、を備えるスパークプラグであって、
前記主体金具の後端における前記絶縁体の外径が、８ｍｍ以下であり、
前記絶縁体の前記平坦部と前記端子金具の前記接触面の接触面積が、１０ｍｍ ² 未満であり、
前記端子金具は、前記接触面の後端に隣接し、前記軸線方向の後端側に向かって前記端子金具の外径を漸増させた後に漸減させた張り出し部を有し、
前記張り出し部の最大外径と、前記張り出し部の後端における前記端子金具の外径との差が、０．２ｍｍ以下である、ことを特徴とするスパークプラグである。
このスパークプラグによれば、絶縁体の平坦部と端子金具の接触面の接触面積が１０ｍｍ ² 未満なので、端子金具と絶縁体の間の偏芯量を小さく抑えることが可能である。特に、主体金具の後端における前記絶縁体の外径が８ｍｍ以下の場合には、端子金具と絶縁体の間の偏芯量がスパークプラグの組立精度や性能（フラッシュオーバーなど）に与える影響が大きいので、端子金具と絶縁体の間の偏芯量を小さく抑えることによる効果が顕著である。また、張り出し部の最大外径と張り出し部の後端における端子金具の外径との差を０．２ｍｍ以下としているので、フラッシュオーバー開始電圧を高めることができ、フラッシュオーバーの発生を抑制することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、軸線方向に延びる軸孔と後端に位置する平坦部とを有する絶縁体と、前記軸孔の後端に配置され、前記平坦部に接触する接触面を有する端子金具と、前記絶縁体を内部に保持する筒状の主体金具と、を備えるスパークプラグが提供される。このスパークプラグは、前記主体金具の後端における前記絶縁体の外径が、８ｍｍ以下であり、前記絶縁体の前記平坦部と前記端子金具の前記接触面の接触面積が、１０ｍｍ²未満である、ことを特徴とする。
このスパークプラグによれば、絶縁体の平坦部と端子金具の接触面の接触面積が１０ｍｍ²未満なので、端子金具と絶縁体の間の偏芯量を小さく抑えることが可能である。特に、主体金具の後端における前記絶縁体の外径が８ｍｍ以下の場合には、端子金具と絶縁体の間の偏芯量がスパークプラグの組立精度や性能（フラッシュオーバーなど）に与える影響が大きいので、端子金具と絶縁体の間の偏芯量を小さく抑えることによる効果が顕著である。

（２）上記スパークプラグにおいて、前記接触面積が、８ｍｍ²未満であるものとしてもよい。
この構成によれば、端子金具と絶縁体の間の偏芯量を更に小さく抑えることができる。

（３）上記スパークプラグにおいて、前記接触面積が、５ｍｍ²未満であるものとしてもよい。
この構成によれば、端子金具と絶縁体の間の偏芯量を更に小さく抑えることができる。

（４）上記スパークプラグにおいて、前記接触面積が、２．３ｍｍ²以上である、ものとしてもよい。
この構成によれば、加熱封着工程によって端子金具を絶縁体の軸孔内に固定する際に、絶縁体の頭部が破損する可能性を低減することができる。

（５）上記スパークプラグにおいて、前記端子金具は、前記接触面の後端に隣接し、前記軸線方向の後端側に向かって前記端子金具の外径を漸増させた後に漸減させた張り出し部を有し、前記張り出し部の最大外径と、前記張り出し部の後端における前記端子金具の外径との差が、０．２ｍｍ以下である、ものとしてもよい。
この構成によれば、フラッシュオーバー開始電圧を高めることができるので、フラッシュオーバーの発生を抑制することが可能である。

（６）上記スパークプラグにおいて、前記軸線方向に沿って前記絶縁体の前記平坦部から前記端子金具の前記張り出し部の最大外径の位置まで測った距離ｔと、前記張り出し部の前記軸線方向に亘る幅Ｔとが、ｔ＞Ｔ／２の関係を有する、ものとしてもよい。
この構成によれば、フラッシュオーバー開始電圧を更に高めることができるので、フラッシュオーバーの発生を更に抑制することが可能である。

（７）上記スパークプラグにおいて、前記主体金具の後端よりも後端側における前記絶縁体の外径形状は、前記主体金具の後端側に隣接し外径が一定の柱状部と、前記柱状部の後端側に隣接し前記平坦部に至るまで外径が漸減する後端減径部と、で構成されているものとしてもよい。
この構成では、絶縁体にコルゲーションが設けられていないのでフラッシュオーバーが発生しやすい傾向にあるが、上述した特徴を採用することによって端子金具と絶縁体の間の偏芯量を小さく抑えることができ、フラッシュオーバーの発生を抑制することが可能である。

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、スパークプラグの製造方法等の形態で実現することができる。

一実施形態としてのスパークプラグを示す部分断面図。 端子金具と絶縁体を拡大して示す説明図。 図２の形状を有するサンプルＳ０３の寸法を示す説明図。 第１比較例のサンプルＣ０１の形状と寸法を示す説明図。 第２比較例のサンプルＣ０２の形状と寸法を示す説明図。 各種のサンプルの寸法と機械的特性の実験結果とを示す説明図。 各サンプルについての接触面積Ｒｃと端子偏芯量との関係を示すグラフ。 端子金具の張り出し部の径差Ｓ及び幅Ｔと、フラッシュオーバー開始電圧との関係を示すグラフ。

図１は、本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００を示す部分断面図である。以下では、図１に示す軸線方向ＯＤを上下方向と定義し、下側をスパークプラグの先端側、上側を後端側と定義して説明する。このスパークプラグ１００は、絶縁体１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０とを備えている。絶縁体１０は、軸線Ｏに沿って延びる軸孔１２を有している。中心電極２０は、軸線Ｏに沿って延びる棒状の電極であり、絶縁体１０の軸孔１２内に挿入された状態で保持されている。主体金具５０は、絶縁体１０の外周を囲む筒状の部材であり、絶縁体１０を内部に固定している。

接地電極３０は、一端が主体金具５０の先端に固定され、他端が中心電極２０と対向する電極である。端子金具４０は、電力の供給を受けるための端子であり、中心電極２０に電気的に接続されている。スパークプラグ１００がエンジンヘッド２００に取り付けられた状態で、端子金具４０とエンジンヘッド２００との間に高電圧が印加されると、中心電極２０と接地電極３０との間に火花放電が生じる。

絶縁体１０は、セラミックス（例えばアルミナ）によって形成されており、軸線方向ＯＤに延びる軸孔１２が形成されている。絶縁体１０の軸線方向ＯＤの略中央には、外径が最も大きな鍔部１９が形成されている。鍔部１９より後端側には、後端側胴部１８が形成されている。この後端側胴部１８は、外径がほぼ一定の部分であり、「柱状部」又は「絶縁体マーク部」とも呼ぶ。「絶縁体マーク部」と呼ぶ理由は、この部分に文字などのマークが形成されるからである。後端側胴部１８の最も後端側には、外径が減少する後端減径部１８ｔが形成されている。後端減径部１８ｔに続いて、絶縁体１０の後端には平坦部１１が形成されている。この平坦部１１は、端子金具４０の接触面（後述）と接触する部分であり、軸線方向ＯＤに垂直な平面である。なお、このスパークプラグ１００の絶縁体１０には、コルゲーションが形成されていない。すなわち、主体金具５０の後端よりも後端側における絶縁体１０の外径形状は、主体金具５０の後端側に隣接し外径が一定に維持される部分（後端側胴部１８すなわち柱状部１８）と、後端側胴部１８の後端側に隣接し平坦部１１に至るまで外径が減少する部分（後端減径部１８ｔ）とのみで形成されている。換言すれば、絶縁体１０は、主体金具５０の後端よりも後端側において、絶縁体１０の外径が一度も増加することなく、単調減少するように形成されている。絶縁体１０がこのように形成されている理由は、スパークプラグ１００の小径化の要請に従って、絶縁体１０の外径を小さくしたため、コルゲーション（軸線方向に沿った凹凸）を設けると絶縁体１０の肉厚が過度に小さくなって強度が低下してしまうからである。なお、コルゲーションは、フラッシュオーバーの発生を抑制する効果がある。コルゲーションが無いスパークプラグ１００ではフラッシュオーバーが発生しやすいので、後述するフラッシュオーバー対策が更に重要になる。

絶縁体１０の露出長さＬは、主体金具５０の後端位置から絶縁体１０の後端の平坦部１１までに亘る絶縁体１０の軸線方向ＯＤに沿った長さである。この露出長さＬが十分に長い場合にはフラッシュオーバーが発生し難く、逆に、露出長さＬが短い場合にはフラッシュオーバーが発生し易い。例えば、絶縁体１０の露出長さＬが２８ｍｍ以上の場合には、フラッシュオーバーの発生を十分に抑制することが可能である（上述した特許文献３参照）。一方、絶縁体１０の露出長さＬが２８ｍｍ未満の場合には、フラッシュオーバーが発生し易い傾向にあるので、後述するフラッシュオーバー対策が更に重要になる。

絶縁体１０の中央にある鍔部１９よりも先端側には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成されている。先端側胴部１７よりもさらに先端側には、第１円柱部１３と、テーパ部１４と、第２円柱部１５とが形成されている。テーパ部１４の外径は、先端側に近づくにしたがって小さくなっている。スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた状態では、テーパ部１４及び第２円柱部１５は、内燃機関の燃焼室内に曝される。第１円柱部１３と先端側胴部１７との間には外周側段部１６が形成されている。

中心電極２０は、絶縁体１０の軸孔１２内に配置され、後端側から先端側に向かって延びた棒状の部材である。中心電極２０の先端は、絶縁体１０の先端側において露出している。本実施形態では、中心電極２０は、電極母材２１の内部に、芯材２２が埋設された構造を有している。

絶縁体１０の軸孔１２内のうち、中心電極２０の後端側には、シール体４及びセラミック抵抗３が設けられている。中心電極２０は、シール体４及びセラミック抵抗３を介して、端子金具４０に電気的に接続されている。

主体金具５０は、低炭素鋼材によって形成された筒状の金具であり、絶縁体１０を内部に保持している。絶縁体１０の後端側胴部１８の一部から第２円柱部１５の一部にかけての部位は、主体金具５０によって囲まれている。

主体金具５０の外周には、工具係合部５１と、ネジ部５２とが形成されている。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のネジ部５２は、ネジ山が形成された部位であり、内燃機関のエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合する。スパークプラグ１００は、主体金具５０のネジ部５２をエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合させて締め付けることによって、内燃機関のエンジンヘッド２００に固定される。

主体金具５０の工具係合部５１とネジ部５２との間には、径方向外側に突き出たフランジ状の鍔部５４が形成されている。ネジ部５２と鍔部５４との間のネジ首５９には、環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、板体を折り曲げることによって形成されており、スパークプラグ１００がエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、鍔部５４の座面５５と取付ネジ孔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の変形によって、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００との隙間が封止され、取付ネジ孔２０１を介した燃焼ガスの漏出が抑制される。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、薄肉の被カシメ部５３が形成されている。また、鍔部５４と工具係合部５１との間には、薄肉の被座屈部５８が形成されている。主体金具５０の工具係合部５１から被カシメ部５３にかけての内周面と、絶縁体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が挿入されている。さらに両リング部材６，７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。スパークプラグ１００の製造工程において、被カシメ部５３が内側に折り曲げられて加締められると、被座屈部５８が圧縮力の付加に伴って外向きに変形（座屈）し、この結果、主体金具５０と絶縁体１０とが固定される。タルク９は、この加締め工程の際に圧縮され、主体金具５０と絶縁体１０との間の気密性が高められる。

主体金具５０の内周には、径方向内側に突出した棚部５７が形成されている。主体金具５０の棚部５７と、絶縁体１０の外周側段部１６との間には、環状の板パッキン８が設けられている。主体金具５０と絶縁体１０との間の気密性は、この板パッキン８によっても確保され、燃焼ガスの漏出が抑制される。

接地電極３０は、主体金具５０の先端に接合された電極であり、耐腐食性の優れた合金によって形成されていることが好ましい。接地電極３０と主体金具５０との接合は、例えば、溶接によって行なわれる。接地電極３０の先端部３３は、中心電極２０の先端と対向している。

端子金具４０には、プラグキャップ（図示せず）を介して高圧ケーブル（図示せず）が接続される。上述したように、この端子金具４０とエンジンヘッド２００との間に高電圧が印加されると、接地電極３０と中心電極２０との間に火花放電が生じる。

図２（Ａ）は、端子金具４０と絶縁体１０の後端部分を拡大して示しており、図２（Ｂ）は、端子金具４０と絶縁体１０を分離した状態を示している。絶縁体１０は、図１でも説明したように、後端側胴部１８と、後端減径部１８ｔと、平坦部１１とを有している。端子金具４０は、先端側の小径部４３と、後端側の大径部４１とを有しており、これらの両者の間に接触面４２を有する段差部が形成されている。端子金具４０の接触面４２は、絶縁体１０の平坦部１１と面接触する部分である。また、接触面４２に隣接する後端側には、後端側に向かって外径が漸増した後に漸減する張り出し部４４が設けられている。張り出し部４４を「鍔部」とも呼ぶ。なお、端子金具４０を絶縁体１０の軸孔１２内に挿入できるようにするために、絶縁体１０の軸孔１２の内径は、端子金具４０の小径部４３の外径よりも若干大きく形成されている。

図２（Ｃ）は、絶縁体１０の後端にある平坦部１１の近傍を拡大して示している。絶縁体１０と端子金具４０は、端子金具４０の接触面４２の外径の位置と、絶縁体１０の平坦部１１の内径の位置との間の円環状の領域において互いに面接触する。

図３は、図２の形状を有するサンプルＳ０３の寸法を示している。なお、図３（Ａ）では、図示の便宜上、ハッチングを省略している。サンプルＳ０３では、端子金具４０の大径部４１の外径Ｄ４１は５．４ｍｍであり、絶縁体１０の後端側胴部１８の外径Ｄ１８は７．５ｍｍである。また、端子金具４０の接触面４２の外径Ｄｏは５．４ｍｍであり、絶縁体１０の平坦部１１の内径Ｄｉは４．９ｍｍである。絶縁体１０と端子金具４０とが面接触する領域の面積Ｒｃは、図３（Ｂ）に示すように、端子金具４０の接触面４２の外径Ｄｏを有する円の面積から、絶縁体１０の平坦部１１の内径Ｄｉを有する円の面積を減算した値である。この例では接触面積Ｒｃは４．０４ｍｍ²である。

図３（Ｃ）では、張り出し部４４に関連する寸法が図示されている。張り出し部４４は、端子金具４０の接触面４２の後端に隣接しており、軸線方向ＯＤの後端側に向かって端子金具４０の外径を漸増させてその頂点に到達した後に外径を漸減させた部分である。張り出し部４４の最大外径と、張り出し部４４の後端における外径（すなわち、大径部４１の外径Ｄ４１）との差Ｓ（以下、「径差Ｓ」と呼ぶ）は、張り出し部４４の最大外径の大きさを示す指標である。張り出し部４４の径差Ｓが大きい場合には、張り出し部４４の最大外径位置から主体金具５０（図１）に向かう沿面放電（フラッシュオーバー）が発生しやすくなるので、張り出し部４４の径差Ｓは小さい方が好ましい。

張り出し部４４の軸線方向ＯＤに亘る幅Ｔは、張り出し部４４の下端と上端との間の距離に相当する。絶縁体１０の平坦部１１から端子金具４０の張り出し部４４の最大外径位置まで測った距離ｔは、張り出し部４４の下端から最大外径位置までの距離に相当する。張り出し部４４の幅Ｔの半分の値（Ｔ／２）に対する距離ｔの比ｔ／（Ｔ／２）が１に等しい場合には、張り出し部４４の最大外径位置は張り出し部４４の幅Ｔの中央に存在する。張り出し部４４の最大外径位置が絶縁体１０から遠いほど、フラッシュオーバーが発生しにくいので、上述した比ｔ／（Ｔ／２）の値は大きいほど好ましい。張り出し部４４の形状に関するパラメータｔ，Ｔに関連する実験結果については後述する。

図４は、第１比較例としてのサンプルＣ０１の形状と寸法を示す説明図である。サンプルＣ０１では、端子金具４０の張り出し部４４を鍔状（フランジ状）形状に形成することによって、端子金具４０の接触面４２の面積を増大させている。端子金具４０の大径部４１の外径Ｄ４１は６．４ｍｍであり、絶縁体１０の後端側胴部１８の外径Ｄ１８は９．０ｍｍである。また、端子金具４０の接触面４２の外径Ｄｏは７．１ｍｍであり、絶縁体１０の平坦部１１の内径Ｄｉは５．８ｍｍである。絶縁体１０と端子金具４０の接触面積Ｒｃは１３．１７ｍｍ²である。なお、このサンプルＣ０１では、絶縁体１０にコルゲーションが設けられている点でも図３のサンプルＳ０３と異なっている。

図５は、第２比較例としてのサンプルＣ０２の形状と寸法を示す説明図である。サンプルＣ０２においても、サンプルＣ０１と同様に、端子金具４０の張り出し部４４を鍔状（フランジ状）形状に形成している。但し、サンプルＣ０２の張り出し部４４の大きさは、サンプルＣ０１より小さく、図３のサンプルＳ０３より大きい。このサンプルＣ０２において、端子金具４０の大径部４１の外径Ｄ４１は５．４ｍｍであり、絶縁体１０の後端側胴部１８の外径Ｄ１８は７．５ｍｍである。また、端子金具４０の接触面４２の外径Ｄｏは６．１ｍｍであり、絶縁体１０の平坦部１１の内径Ｄｉは４．９ｍｍである。絶縁体１０と端子金具４０の接触面積Ｒｃは１０．３７ｍｍ²である。図３と図５とを比較すればわかるように、図５のサンプルＣ０２は、図３のサンプルＳ０３と絶縁体１０の形状・寸法は同じであり、端子金具４０の形状・寸法のみがサンプルＳ０３と異なっている。図５のサンプルＣ０２と図３のサンプルＳ０３の最も大きな差異は、端子金具４０の接触面４２の外径Ｄｏの値である。また、絶縁体１０と端子金具４０の接触面積Ｒｃは、接触面４２の外径Ｄｏの値に応じて、サンプルＳ０３と大きく異なる値になっている。なお、このサンプルＣ０２は、絶縁体１０の後端側胴部１８にコルゲーションが設けられていない点で、図３のサンプルＳ０３と共通している。

図６は、各種のサンプルの寸法と機械的特性の実験結果とを示している。サンプルＣ０１，Ｃ０２，Ｓ０３は、上述した図４、図５、図３でそれぞれ説明したサンプルである。図６の表には、これらの他に、サンプルＳ０１〜Ｓ０２，Ｓ０４〜Ｓ０７が追加されている。これらの追加のサンプルＳ０１〜Ｓ０２，Ｓ０４〜Ｓ０７の寸法は、サンプルＳ０３とは接触面４２の外径Ｄｏと、接触面積Ｒｃとが異なるだけであり、他の寸法はサンプルＳ０３と同一である。サンプルＳ０１〜Ｓ０７において、絶縁体１０と端子金具４０の接触面積Ｒｃは、接触面４２の外径Ｄｏに応じた値となっており、６．６６ｍｍ²から０．７８ｍｍ²まで次第に減少している。換言すれば、サンプルＳ０１〜Ｓ０７は、接触面４２の外径Ｄｏを互いに異なる値に設定することによって、絶縁体１０と端子金具４０の接触面積Ｒｃの値を変化させたサンプルである。また、第２比較例としてのサンプルＣ０２も、サンプルＳ０３から接触面４２の外径Ｄｏを増大させることによって、絶縁体１０と端子金具４０の接触面積Ｒｃの値を増大させたサンプルである。

図６の右端から２番目の欄に示す端子偏芯量は、加熱封着工程によって端子金具４０を絶縁体１０に固定した後に、端子金具４０と絶縁体１０の間の偏芯量を測定した実験結果である。なお、端子偏芯量の値は、各サンプルについてそれぞれ３０個の試料を作成して測定した偏芯量の平均値に、偏芯量の標準偏差の３倍（３σ）を加算した値である。３σを加算した理由は、現実的な偏芯量の最大値に相当する値を得るためである。この端子偏芯量が大きい場合には、加熱封着工程後における端子金具４０と絶縁体１０の間の実際の偏芯量が大きくなる可能性が高い。従って、従来技術において説明したように、主体金具の加締め工程において、必要とされる組立精度を満足できなくなる可能性があり、また、フラッシュオーバーが発生し易くなる可能性がある。

なお、図６に挙げたサンプルＣ０１〜Ｃ０２，Ｓ０１〜Ｓ０７のうちで、サンプルＣ０１は絶縁体１０の後端側胴部１８の外径Ｄ１８が９．０ｍｍであり、他のサンプルＣ０２，Ｓ０１〜Ｓ０７は外径Ｄ１８がすべて７．５ｍｍである。絶縁体１０の後端側胴部１８の外径Ｄ１８が８ｍｍ以上である場合には、平坦部１１の外周と張り出し部４４の外周との間の距離を比較的大きく取りやすいため、フラッシュオーバーが発生しにくく、偏心によるフラッシュオーバーへの影響が問題となりにくい傾向にある。この意味では、絶縁体１０の後端側胴部１８の外径Ｄ１８が８ｍｍ以下である場合に、端子金具４０と絶縁体１０の間の偏芯量を小さく抑える効果がより顕著である。

図７は、図６のサンプルＣ０１〜Ｃ０２，Ｓ０１〜Ｓ０７についての接触面積Ｒｃと端子偏芯量の関係をグラフにしたものである。比較例のサンプルＣ０１，Ｃ０２では、端子偏芯量が０．４４ｍｍ以上の大きな値を示している点で好ましくない。一方、サンプルＳ０１〜Ｓ０７では、端子偏芯量が０．４３ｍｍ以下の比較的小さな値を示している点で好ましい。特に、主体金具の加締め工程などのスパークプラグの組立工程における組立精度を考慮すると、端子偏芯量の値としては、０．４２ｍｍ未満が好ましく、０．４１ｍｍ未満が更に好ましく、０．４０ｍｍ未満が最も好ましい。この観点からは、絶縁体１０の平坦部１１と端子金具４０の接触面４２の接触面積Ｒｃの値としては、８ｍｍ²未満が好ましく、７ｍｍ²未満（もしくは６．７ｍｍ²以下）が更に好ましく、５ｍｍ²未満（もしくは４．９ｍｍ²以下）が最も好ましい。

図６の右端に示した「絶縁体割れの有無」は、加熱封着工程によって端子金具４０を絶縁体１０に固定した後に、絶縁体１０の頭部（後端部）に割れが発生しているか否かを調べた実験結果である。この欄において、白丸「○」は絶縁体割れが全く発生しなかったサンプルであり、白三角「△」は一部の試料に絶縁体割れが発生していたサンプルである。接触面積Ｒｃを小さくするために接触面４２の外径Ｄｏを小さくすると、絶縁体１０の後端部における肉厚が薄くなるので、絶縁体割れが発生しやすくなる傾向にある。絶縁体割れの発生の有無に関して、サンプルＳ０１〜Ｓ０７はすべて十分に実用的な範囲内にある。但し、絶縁体割れをなるべく発生させないという観点からは、接触面積Ｒｃの値を１．０ｍｍ²以上とすることが好ましく、２．３ｍｍ²以上とすることが更に好ましい。なお、図６のサンプルＣ０２，Ｓ０１〜Ｓ０７に関する上述の実験結果は、接触面４２の外径Ｄｏを変化させる代わりに平坦部１１の内径Ｄｉを変化させた場合も同様であると推定される。

図８は、端子金具４０の張り出し部４４の径差Ｓ（図３（Ｃ））と、張り出し部４４の幅Ｔと、フラッシュオーバー開始電圧との関係を示している。図の横軸は、端子金具４０の張り出し部４４の径差Ｓであり、縦軸はフラッシュオーバー開始電圧の相対値である。この図には、絶縁体１０の平坦部１１から端子金具４０の張り出し部４４の最大外径位置まで測った距離ｔ（図３（Ｃ））と、張り出し部４４の幅Ｔの半分の値（Ｔ／２）との間の大小関係が異なる３つの場合について、３本のグラフが示されている。これらの３つの場合における距離ｔと幅Ｔの値はそれぞれ以下の通りである。
（１）ｔ＞Ｔ／２の場合：ｔ＝０．７５ｍｍ，Ｔ＝１．０ｍｍ
（２）ｔ＝Ｔ／２の場合：ｔ＝０．５０ｍｍ，Ｔ＝１．０ｍｍ
（３）ｔ＜Ｔ／２の場合：ｔ＝０．２５ｍｍ，Ｔ＝１．０ｍｍ

フラッシュオーバー開始電圧の相対値は、ｔ＝Ｔ／２及び径差Ｓ＝０．５ｍｍの場合を基準とした相対値である。また、図８には、「鍔無し」の場合のフラッシュオーバー開始電圧も示されている。ここで、「鍔無し」とは、図３に示したサンプルＳ０３において張り出し部４４を完全に削除して円柱状に成形したものである。なお、図８の実験で使用した各試料の形状や寸法は、パラメータＳ，ｔ，Ｔ以外は図３に示したサンプルＳ０３と同じである。

図８からも理解できるように、フラッシュオーバーの発生を抑制する点からは、張り出し部４４の径差Ｓは小さい方が好ましい。この理由は、張り出し部４４の径差Ｓが大きいと、張り出し部４４の最大外径位置から主体金具５０（図１）に向かう沿面放電（フラッシュオーバー）が発生しやすくなるからである。この観点からは、張り出し部４４の径差Ｓは、０．３ｍｍ未満とすることが好ましく、０．２ｍｍ以下とすることが更に好ましく、０．１５ｍｍ以下とすることが最も好ましい。

また、張り出し部４４の幅Ｔの半分の値（Ｔ／２）に対する距離ｔの比ｔ／（Ｔ／２）は、大きいことが好ましい。この理由は、上述した比ｔ／（Ｔ／２）の値が１より大きいほど張り出し部４４の最大外径位置が絶縁体１０から遠くなり、フラッシュオーバーが発生し難くなるからである。この観点からは、張り出し部４４の幅Ｔの半分の値（Ｔ／２）に対する距離ｔの比ｔ／（Ｔ／２）は、１よりも大きいこと（すなわち、ｔ＞（Ｔ／２）であること）が好ましい。また、張り出し部４４が全く無い「鍔無し」も、フラッシュオーバー開始電圧が高い点で好ましい。

なお、図８の全体を考慮すると、張り出し部４４の径差Ｓを０．２ｍｍ以下とし、かつ、ｔ＞（Ｔ／２）とすることが好ましいことが理解できる。但し、張り出し部４４の径差Ｓと、ｔ＞（Ｔ／２）との両方の条件を満たすことは必須ではなく、いずれか一方の条件のみを満たすようにしてもよい。なお、上述した３つのパラメータＳ，ｔ，Ｔに関する好ましい範囲は、これらのパラメータＳ，ｔ，Ｔが図８と異なる場合にも同様の傾向にあるものと推定される。

・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る。

・変形例１：
スパークプラグとしては、図１に示したもの以外の種々の構成を有するスパークプラグを本発明に適用することが可能である。特に、端子金具や絶縁体の具体的な形状については、様々な変形が可能である。

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
９…タルク
１０…絶縁体
１１…平坦部
１２…軸孔
１３…第１円柱部
１４…テーパ部
１５…第２円柱部
１６…外周側段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１８ｔ…後端減径部
１９…鍔部
２０…中心電極
２１…電極母材
２２…芯材
３０…接地電極
３３…先端部
４０…端子金具
４１…大径部
４２…接触面
４３…小径部
４４…張り出し部
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…ネジ部
５３…被カシメ部
５４…鍔部
５５…座面
５７…棚部
５８…被座屈部
５９…ネジ首
１００…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
２０５…開口周縁部

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる軸孔と後端に位置する平坦部とを有する絶縁体と、前記軸孔の後端に配置され、前記平坦部に接触する接触面を有する端子金具と、前記絶縁体を内部に保持する筒状の主体金具と、を備えるスパークプラグであって、
   前記主体金具の後端における前記絶縁体の外径が、８ｍｍ以下であり、
   前記絶縁体の前記平坦部と前記端子金具の前記接触面の接触面積が、１０ｍｍ²未満であり、
   前記端子金具は、前記接触面の後端に隣接し、前記軸線方向の後端側に向かって前記端子金具の外径を漸増させた後に漸減させた張り出し部を有し、
   前記張り出し部の最大外径と、前記張り出し部の後端における前記端子金具の外径との差が、０．２ｍｍ以下である、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、
   前記接触面積が、８ｍｍ²未満である、ことを特徴とするスパークプラグ。
3. 請求項２に記載のスパークプラグであって、
   前記接触面積が、５ｍｍ²未満である、ことを特徴とするスパークプラグ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
   前記接触面積が、２．３ｍｍ²以上である、ことを特徴とするスパークプラグ。
5. 請求項１に記載のスパークプラグであって、
   前記軸線方向に沿って前記絶縁体の前記平坦部から前記端子金具の前記張り出し部の最大外径の位置まで測った距離ｔと、前記張り出し部の前記軸線方向に亘る幅Ｔとが、ｔ＞Ｔ／２の関係を有する、ことを特徴とするスパークプラグ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
   前記主体金具の後端よりも後端側における前記絶縁体の外径形状は、前記主体金具の後端側に隣接し外径が一定の柱状部と、前記柱状部の後端側に隣接し前記平坦部に至るまで外径が漸減する後端減径部と、で構成されている、ことを特徴とするスパークプラグ。

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