JP5992022B2 - 絶縁体、および、スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグ用の絶縁体に関するものである。

従来から、内燃機関の燃焼室内の混合気等の点火のために、スパークプラグが用いられている。スパークプラグは、例えば、中心電極と接地電極とを備えており、中心電極と接地電極とによって形成される間隙で生じる火花放電によって、混合気が点火される。スパークプラグは、中心電極と接地電極との間を絶縁する絶縁体を備えている。そのような絶縁体としては、アルミナを含む材料で形成されたものが、用いられている。

特開２００４−２４６１４４号公報 特開２０１１−１５４９０８号公報 特開２００１−２４６５号公報 特開２００９−２４２２３４号公報

ところで、近年では、性能向上（例えば、燃費の向上）の観点から、種々の内燃機関の開発が進められている。内燃機関の開発が進むに従って、スパークプラグの性能の更なる向上（例えば、絶縁体の破損の可能性の低減）が、望まれている。しかし、絶縁体の破損の可能性を低減することは、容易ではなかった。

本発明の主な利点は、絶縁体の破損の可能性を低減することである。

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、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
軸線の方向に延びる貫通孔を有する筒状の絶縁体であって、アルミナを主成分とするとともに自身の少なくとも一部にムライトを含むスパークプラグ用の絶縁体において、
前記ムライトは、前記筒状の絶縁体の内周面側にのみ含まれるとともに、前記絶縁体のうち、外径が最も大きい部分よりも先端側における内周面の少なくとも一部に含まれるスパークプラグ用の絶縁体。

この構成によれば、外径が最も大きい部分よりも先端側における内周面の少なくとも一部に、アルミナよりも熱膨張係数が小さいムライトが含まれるので、絶縁体の先端側の部分の昇温時に絶縁体の熱膨張によって貫通孔が小さくなることを抑制できる。この結果、絶縁体の先端側の部分の内周面が、貫通孔の中に配置された部材（例えば、中心電極）に接触することに起因して絶縁体が破損する可能性を低減できる。また、絶縁体の外周面は、ムライトを含まずに、ムライトよりも耐電圧性能が高いアルミナを含んでいる。従って、絶縁体の厚みが同じとき、絶縁体の内周面および外周面の両者にムライトが含まれるものに比べ、耐電圧性能をより高くできる。以上により、絶縁体の耐電圧性能の低下を抑制しつつ、絶縁体の破損の可能性を低減できる。

［適用例２］
適用例１に記載のスパークプラグ用の絶縁体であって、
前記絶縁体は、前記外径が最も大きい部分よりも先端側における部分の内周に、前記軸線の方向における先端部から延びるとともに一定の内径を有する一定径部を備え、
前記一定径部の内周面の少なくとも一部は、ムライトを含む、
スパークプラグ用の絶縁体。

この構成によれば、絶縁体のうちの温度が高くなりやすい先端側の部分である一定径部において、絶縁体の熱膨張によって貫通孔が小さくなることを抑制できる。この結果、絶縁体の一定径部の内周面が、貫通孔の中に配置された部材に接触することに起因して絶縁体が破損する可能性を低減できる。

［適用例３］
適用例１に記載のスパークプラグ用の絶縁体であって、
前記絶縁体は、自身の内周の先端に、後端側に向かって内径が小さくなる面取部を有し、
前記面取部よりも後端側の部分の内周面の少なくとも一部は、ムライトを含む、
スパークプラグ用の絶縁体。

この構成によれば、面取部よりも後端側において、絶縁体の内周面が、貫通孔の中に配置された部材に接触することに起因して絶縁体が破損する可能性を低減できる。

［適用例４］
適用例１から３のいずれか１項に記載のスパークプラグ用の絶縁体であって、
前記外径が最も大きい部分よりも先端側における部分のうち先端側の半分の部分の内周面の少なくとも一部は、ムライトを含む、
スパークプラグ用の絶縁体。

外径が最も大きい部分よりも先端側における部分のうち先端側の半分の部分では、後端側の半分の部分と比べて、温度が高くなりやすい。上記構成によれば、そのような温度が高くなりやすい先端側の半分の部分において、絶縁体の内周面が、貫通孔の中に配置された部材に接触することに起因して絶縁体が破損する可能性を低減できる。

［適用例５］
適用例１から４のいずれか１項に記載のスパークプラグ用の絶縁体と、
前記貫通孔の先端側に配置される中心電極と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具に接合され、間隙を隔てて前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
を備えるスパークプラグ。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグ用の絶縁体、絶縁体を有するスパークプラグ、そのスパークプラグを搭載する内燃機関、等の態様で実現することができる。

スパークプラグの一実施形態の断面図である。 絶縁体１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。 成形機の例を示す断面図である。 棒部材１０ｉの断面図である。 キャビティ９４２内に棒部材１０ｉが配置された状態を示す断面図である。 成形体１０ｘが成形機９４１から取り外される様子を示す断面図である。 生成された絶縁体１０の断面図である。 スパークプラグの別の実施形態の部分断面図である。 スパークプラグの別の実施形態の部分断面図である。 スパークプラグ用の絶縁体の別の実施形態の部分断面図である。 絶縁体の先端部の厚さを示す断面図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、スパークプラグの一実施形態の断面図である。図中には、スパークプラグ１００の中心軸ＣＬが示されている（「軸線ＣＬ」とも呼ぶ）。図示された断面は、中心軸ＣＬを含む断面である。以下、中心軸ＣＬと平行な方向を「軸線ＣＬの方向」、または、単に「軸線方向」とも呼ぶ。中心軸ＣＬを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、中心軸ＣＬを中心とする円の円周方向を「周方向」とも呼ぶ。中心軸ＣＬに平行な方向のうち、図１における下方向を先端方向Ｄｆと呼び、上方向を後端方向Ｄｆｒとも呼ぶ。先端方向Ｄｆは、後述する端子金具４０から電極２０、３０に向かう方向である。また、図１における先端方向Ｄｆ側をスパークプラグ１００の先端側と呼び、図１における後端方向Ｄｆｒ側をスパークプラグ１００の後端側と呼ぶ。

スパークプラグ１００は、絶縁体１０（「絶縁碍子１０」とも呼ぶ）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、導電性の第１シール部６０と、抵抗体７０と、導電性の第２シール部８０と、先端側パッキン８と、タルク９と、第１後端側パッキン６と、第２後端側パッキン７と、を有している。

絶縁体１０は、中心軸ＣＬに沿って延びて絶縁体１０を貫通する貫通孔１２（以下「軸孔１２」とも呼ぶ）を有する略円筒状の部材である。絶縁体１０は、アルミナを含む材料を焼成して形成されている（詳細は、後述）。絶縁体１０は、先端側から後端方向Ｄｆｒに向かって順番に並ぶ、脚部１３と、第１縮外径部１５と、先端側胴部１７と、鍔部１９と、第２縮外径部１１と、後端側胴部１８と、を有している。鍔部１９は、絶縁体１０のうちの外径が最も大きい部分である。第１縮外径部１５の外径は、後端側から先端側に向かって、徐々に小さくなる。絶縁体１０の第１縮外径部１５の近傍（図１の例では、先端側胴部１７）には、後端側から先端側に向かって内径が徐々に小さくなる縮内径部１６が形成されている。第２縮外径部１１の外径は、先端側から後端側に向かって、徐々に小さくなる。

絶縁体１０の軸孔１２の先端側には、中心電極２０が挿入されている。中心電極２０は、中心軸ＣＬに沿って延びる棒状の軸部２７と、軸部２７の先端に接合された第１チップ２００と、を有している。軸部２７は、先端側から後端方向Ｄｆｒに向かって順番に並ぶ、脚部２５と、鍔部２４と、頭部２３と、を有している。脚部２５の先端（すなわち、軸部２７の先端）に、第１チップ２００が接合されている（例えば、レーザ溶接）。第１チップ２００の少なくとも一部は、絶縁体１０の先端側で、軸孔１２の外に露出している。鍔部２４の先端方向Ｄｆ側の面は、絶縁体１０の縮内径部１６によって、支持されている。また、軸部２７は、外層２１と芯部２２とを有している。外層２１は、芯部２２よりも耐酸化性に優れる材料、すなわち、内燃機関の燃焼室内で燃焼ガスに曝された場合の消耗が少ない材料（例えば、純ニッケル、ニッケルとクロムとを含む合金、等）で形成されている。芯部２２は、外層２１よりも熱伝導率が高い材料（例えば、純銅、銅合金、等）で形成されている。芯部２２の後端部は、外層２１から露出し、中心電極２０の後端部を形成する。芯部２２の他の部分は、外層２１によって被覆されている。ただし、芯部２２の全体が、外層２１によって覆われていても良い。また、第１チップ２００は、軸部２７よりも放電に対する耐久性に優れる材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属、タングステン（Ｗ）、それらの金属から選択された少なくとも１種を含む合金）を用いて形成されている。

絶縁体１０の軸孔１２の後端側には、端子金具４０の一部が挿入されている。端子金具４０は、導電性材料（例えば、低炭素鋼等の金属）を用いて形成されている。

絶縁体１０の軸孔１２内において、端子金具４０と中心電極２０との間には、電気的なノイズを抑制するための略円柱形状の抵抗体７０が配置されている。抵抗体７０は、例えば、導電性材料（例えば、炭素粒子）と、セラミック粒子（例えば、ＺｒＯ_２）と、ガラス粒子（例えば、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌｉ_２Ｏ−ＢａＯ系のガラス粒子）と、を含む材料を用いて形成されている。抵抗体７０と中心電極２０との間には、導電性の第１シール部６０が配置され、抵抗体７０と端子金具４０との間には、導電性の第２シール部８０が配置されている。シール部６０、８０は、例えば、抵抗体７０の材料に含まれるものと同じガラス粒子と、金属粒子（例えば、Ｃｕ）と、を含む材料を用いて、形成されている。中心電極２０と端子金具４０とは、抵抗体７０とシール部６０、８０とを介して、電気的に接続されている。

主体金具５０は、中心軸ＣＬに沿って延びて主体金具５０を貫通する貫通孔５９を有する略円筒状の部材である。主体金具５０は、低炭素鋼材を用いて形成されている（他の導電性材料（例えば、金属材料）も採用可能である）。主体金具５０の貫通孔５９には、絶縁体１０が挿入されている。主体金具５０は、絶縁体１０の外周に固定されている。主体金具５０の先端側では、絶縁体１０の先端（本実施形態では、脚部１３の先端側の部分）が、貫通孔５９の外に露出している。主体金具５０の後端側では、絶縁体１０の後端（本実施形態では、後端側胴部１８の後端側の部分）が、貫通孔５９の外に露出している。

主体金具５０は、先端側から後端側に向かって順番に並ぶ、胴部５５と、座部５４と、変形部５８と、工具係合部５１と、加締部５３と、を有している。座部５４は、鍔状の部分である。胴部５５は、座部５４から中心軸ＣＬに沿って先端方向Ｄｆに向かって延びる略円筒状の部分である。胴部５５の外周面には、内燃機関の取付孔にねじ込むためのねじ山５２が形成されている。座部５４とねじ山５２との間には、金属板を折り曲げて形成された環状のガスケット５が嵌め込まれている。

主体金具５０は、変形部５８よりも先端方向Ｄｆ側に配置された縮内径部５６を有している。縮内径部５６の内径は、後端側から先端側に向かって、徐々に小さくなる。主体金具５０の縮内径部５６と、絶縁体１０の第１縮外径部１５と、の間には、先端側パッキン８が挟まれている。先端側パッキン８は、鉄製でＯ字形状のリングである（他の材料（例えば、銅等の金属材料）も採用可能である）。先端側パッキン８は、主体金具５０と絶縁体１０との間をシールする。

工具係合部５１は、スパークプラグ１００を締め付けるための工具（例えば、スパークプラグレンチ）と係合するための部分である。本実施形態では、工具係合部５１の外観形状は、中心軸ＣＬに沿って延びる略六角柱である。また、加締部５３は、絶縁体１０の第２縮外径部１１よりも後端側に配置され、主体金具５０の後端（すなわち、後端方向Ｄｆｒ側の端）を形成する。加締部５３は、径方向の内側に向かって屈曲されている。加締部５３の先端方向Ｄｆ側では、主体金具５０の内周面と絶縁体１０の外周面との間に、第１後端側パッキン６とタルク９と第２後端側パッキン７とが、先端方向Ｄｆに向かってこの順番に、配置されている。本実施形態では、これらの後端側パッキン６、７は、鉄製でＣ字形状のリングである（他の材料も採用可能である）。

スパークプラグ１００の製造時には、加締部５３が内側に折り曲がるように加締められる。そして、加締部５３が先端方向Ｄｆ側に押圧される。これにより、変形部５８が変形し、パッキン６、７とタルク９とを介して、絶縁体１０が、主体金具５０内で、先端側に向けて押圧される。先端側パッキン８は、第１縮外径部１５と縮内径部５６との間で押圧され、そして、主体金具５０と絶縁体１０との間をシールする。以上により、主体金具５０が、絶縁体１０に、固定される。

接地電極３０は、本実施形態では、棒状の軸部３７と、軸部３７の先端部３１に接合された第２チップ３００と、を有している。軸部３７の後端は、主体金具５０の先端面５７（すなわち、先端方向Ｄｆ側の面５７）に接合されている（例えば、抵抗溶接）。軸部３７は、主体金具５０の先端面５７から先端方向Ｄｆに向かって延び、中心軸ＣＬに向かって曲がって、先端部３１に至る。先端部３１は、中心電極２０の先端方向Ｄｆ側に配置されている。先端部３１の表面のうち中心電極２０側の表面に、第２チップ３００が接合されている（例えば、レーザ溶接）。第２チップ３００は、軸部３７よりも放電に対する耐久性に優れる材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属、タングステン（Ｗ）、それらの金属から選択された少なくとも１種を含む合金）を用いて形成されている。中心電極２０の第１チップ２００と接地電極３０の第２チップ３００とは、火花放電のための間隙ｇを形成する。接地電極３０は、間隙ｇを隔てて中心電極２０の先端部と対向している。

接地電極３０の軸部３７は、軸部３７の表面の少なくとも一部を形成する外層３５と、外層３５内に埋設された芯部３６と、を有している。外層３５は、耐酸化性に優れる材料（例えば、ニッケルとクロムとを含む合金）を用いて形成されている。芯部３６は、外層３５よりも熱伝導率が高い材料（例えば、純銅）を用いて形成されている。

図２は、絶縁体１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。図２の製造方法では、成形型を用いて未焼成の成形体を成形し、そして、その成形体を焼成することによって、絶縁体１０（図１）が製造される。

ステップＳ１００では、成形体の原料粉末が準備される。本実施形態では、アルミナ（酸化アルミニウム）の粉末を主成分とし、焼結助剤を含有する粉状体に対し、アクリル系バインダを含有した上で、水を溶媒として湿式混合することでスラリーを調整する。そして、調整されたスラリーを噴霧乾燥し、原料粉末を得る。

次のステップＳ１１０では、原料粉末が成形機のキャビティに充填される。図３は、成形機の例を示す断面図である。図中には、中心軸ＣＬと方向Ｄｆ、Ｄｆｒとが示されている。図中の中心軸ＣＬと方向Ｄｆ、Ｄｆｒとは、成形に用いられる部材（ここでは、成形機９４１）によって成形される成形体に、完成した絶縁体１０に対する中心軸ＣＬと方向Ｄｆ、Ｄｆｒとを適用したものである。後述する図４〜図７の中心軸ＣＬと方向Ｄｆ、Ｄｆｒも、同様である。図示された断面は、中心軸ＣＬを含む平面による断面である。

本実施形態では、成形機９４１は、ラバープレス成形機である。成形機９４１は、軸線ＣＬの方向に沿って延びるキャビティ９４２を有する円筒状の内ゴム型９４３と、当該内ゴム型９４３の外周に設けられる円筒状の外ゴム型９４４と、当該外ゴム型９４４の外周に設けられる成形機本体９４５と、キャビティ９４２の下側（ここでは、先端方向Ｄｆ側）の開口部を塞ぐための底蓋９４６及び下ホルダー９４７とを有している。成形機本体９４５には、液体流路９４５ａが設けられている。液体流路９４５ａを介して、液圧を外ゴム型９４４の外周面に対して径方向に付与することで、キャビティ９４２を径方向に縮小させることができる。このような成形機９４１における内ゴム型９４３のキャビティ９４２に原料粉末ＰＭが充填される。

次のステップＳ１２０（図２）では、絶縁体１０の貫通孔１２の内周面を成形する棒部材１０ｉに、離型剤が塗布される。図４は、中心軸ＣＬを含む平面による棒部材１０ｉの断面図である。棒部材１０ｉの外周面１４ｉは、絶縁体１０の貫通孔１２を形成する内周面を成形する成形面である。この外周面１４ｉ上に、離型剤が塗布される（図示せず）。ここで、外周面１４ｉのうち、絶縁体１０の脚部１３の内周面を成形する部分１３ｉには、Ｓ_ｉＯ_２（二酸化珪素）を含む離型剤Ｍｘが、塗布される。図中では、Ｓ_ｉＯ_２を含む離型剤Ｍｘが、濃いハッチングで示されている。外周面１４ｉからこの部分１３ｉを除いた残りの部分には、Ｓ_ｉＯ_２を含まない離型剤が塗布される。なお、棒部材１０ｉの後端方向Ｄｆｒ側には、上ホルダー９５２が一体化して設けられている。

次のステップＳ１３０（図２）では、棒部材１０ｉがキャビティ９４２内の所定位置に配置される。図５は、図３に示す成形機９４１のキャビティ９４２内に棒部材１０ｉが配置された状態を示す断面図である。上ホルダー９５２は、キャビティ９４２の上側（ここでは、後端方向Ｄｆｒ側）の開口部に嵌め込まれることで、キャビティ９４２を密封状態で塞いでいる。キャビティ９４２内に棒部材１０ｉを挿入することによって、原料粉末ＰＭは、棒部材１０ｉの外周面１４ｉと内ゴム型９４３の内面とに挟まれる空間内に充填されることになる。なお、棒部材１０ｉに離型剤を塗布するステップＳ１２０は、ステップＳ１３０よりも前の任意のタイミングで（例えば、ステップＳ１００、Ｓ１１０の間、または、ステップＳ１００よりも前）、実行可能である。本実施形態では、キャビティ９４
２内に原料粉末ＰＭを充填した後、キャビティ９４２内に棒部材１０ｉを挿入したが、充填方法はこれに限られない。例えば、原料粉末ＰＭを充填する前にキャビティ９４２内に
棒部材１０ｉの一部を挿入し、その後、原料粉末ＰＭの充填と棒部材１０ｉの残りの部分
の挿入を同時に行ってもよい。

次のステップＳ１４０（図２）では、液体流路９４５ａを介して液圧を印加することで、内ゴム型９４３及び外ゴム型９４４の外周側から圧力を印加し、キャビティ９４２を縮小させる。これにより、原料粉末ＰＭが圧縮・成形される。そして、所定時間経過後、液圧の付与を解除することで、内ゴム型９４３及び外ゴム型９４４が弾性復帰し、縮小していたキャビティ９４２が元のサイズに戻る。

次のステップＳ１５０（図２）では、成形された成形体１０ｘが、成形機９４１から取り外される。図６は、成形体１０ｘが成形機９４１から取り外される様子を示す断面図である。棒部材１０ｉを成形機９４１から軸線ＣＬに沿って後端方向Ｄｆｒ側に引き抜くことによって、棒部材１０ｉとともに、原料粉末ＰＭが圧縮されて形成された成形体１０ｘがキャビティ９４２から抜き取られる。その後、棒部材１０ｉを成形体１０ｘに対して相対回転させることによって、棒部材１０ｉが成形体１０ｘから抜き取られる。

次のステップＳ１６０（図２）では、成形体１０ｘが研磨される。この研磨によって、成形体１０ｘの形状が所定の形状に加工される。例えば、棒部材１０ｉによって形成された穴１２ｈの先端方向Ｄｆ側を塞ぐ部分が削られて、貫通孔１２ｘが形成される。成形体１０ｘの貫通孔１２ｘは、絶縁体１０の貫通孔１２に対応する。また、成形体１０ｘの先端方向Ｄｆ側の部分１３ｘは、絶縁体１０の脚部１３に対応する。この部分１３ｘの内周面には、Ｓ_ｉＯ_２を含む離型剤Ｍｘが、付着している（図６中では、Ｓ_ｉＯ_２を含む離型剤Ｍｘが、濃いハッチングで示されている）。成形体１０ｘの他の部分には、Ｓ_ｉＯ_２を含まない離型剤が付着している（図示省略）。

次のステップＳ１７０（図２）では、研磨済の成形体１０ｘが焼成される。これにより、焼結済の絶縁体１０が、生成される、すなわち、絶縁体１０が完成する。絶縁体１０の主成分は、アルミナである。「主成分」は、含有率（単位は、重量パーセント）が最も高い成分を意味している（以下、同様）。なお、焼成方法としては、公知の方法を採用可能である。また、焼成済の部材の表面に釉薬を塗布し、そして、仕上焼成を行っても良い。

図７は、生成された絶縁体１０の断面図である。図中の濃いハッチングが付された部分Ｍは、ムライト（Ａｌ_６Ｏ_１３Ｓｉ_２）を含む部分である（ムライト部分Ｍと呼ぶ）。図７の実施形態では、脚部１３の内周面が、ムライトを含んでいる。ムライトは、成形体１０ｘの材料に含まれるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が、ステップＳ１７０の焼成によって、成形体１０ｘの内周面に付着した離型剤Ｍｘに含まれる二酸化珪素（Ｓ_ｉＯ_２）と化合することによって、生成される。上述したように、二酸化珪素を含む離型剤Ｍｘは、成形体１０ｘの部分１３ｉの内周面にのみ、付着している。従って、ムライト部分Ｍは、脚部１３の内周面にのみ、形成される。

なお、内周面に含まれるムライトは、例えば、Ｘ線回折によって検出可能である。内周面を形成する部分のＸ線回折測定によってムライトのピークが検出されれば、内周面がムライトを含むということができる。

図１と図７には、シール先端位置Ｐｓが示されている。シール先端位置Ｐｓは、絶縁体１０の外周面における先端側パッキン８と接触する部分のうちの先端方向Ｄｆ側の端の位置である。絶縁体１０と主体金具５０との間は、先端側パッキン８によってシールされている。先端側パッキン８は、内燃機関の燃焼室内で生じた高温の燃焼ガスが先端側パッキン８から後端方向Ｄｆｒ側に移動することを、抑制する。絶縁体１０のうちのシール先端位置Ｐｓよりも先端方向Ｄｆ側の部分（ここでは、脚部１３）は、高温の燃焼ガスと接触し得る。従って、絶縁体１０のうちの先端方向Ｄｆ側の部分は、後端方向Ｄｆｒ側の部分よりも、温度が高くなり易い。

絶縁体１０の温度が高くなると、絶縁体１０の熱膨張により、内径（すなわち、貫通孔１２の径）が小さくなる。一方、貫通孔１２内に配置された部材（例えば、電極２０）の温度が高くなると、熱膨張により、その部材の外径が大きくなり得る。ここで、貫通孔１２の径が貫通孔１２内の部材の外径よりも小さくなろうとする場合には、絶縁体１０の内周面が貫通孔１２内の部材に接触することによって、絶縁体１０が破損し得る。

そこで、本実施形態では、図７で説明したように、脚部１３の内周面が、ムライトを含んでいる。ムライトの熱膨張係数は、アルミナの熱膨張係数よりも、小さい。従って、脚部１３の内周面がムライトを含む場合には、脚部１３の内周面がムライトを含まない場合よりも、高温時に脚部１３の内径が小さくなることが抑制される。この結果、脚部１３の内周面が中心電極２０に接触することに起因して絶縁体１０が破損する可能性を低減できる。

また、絶縁体１０の外周面は、ムライトを含まずに、アルミナを含んでいる。アルミナの耐電圧性能は、ムライトの耐電圧性能よりも、良好である。耐電圧性能が良好であることは、高電圧による絶縁体１０の破損（例えば、絶縁体１０の内周面と外周面との間を貫通する放電）の可能性が小さいことを示している。従って、絶縁体１０の内周面と外周面との間の厚みが同じ場合には、本実施形態の絶縁体１０は、絶縁体の外周面と内周面との両方がムライトを含むものに比べて、耐電圧性能を向上できる。

以上により、本実施形態の絶縁体１０は、絶縁体１０の耐電圧性能の低下を抑制しつつ、絶縁体１０の破損の可能性を低減できる。

なお、ムライトを含む部分の配置としては、図７に示す配置に代えて、他の配置を採用可能である。一般的には、ムライトは、絶縁体１０の内周面側の部分（すなわち、外周面を含まずに内周面を含む部分）にのみ含まれることが好ましい。また、ムライトは、絶縁体１０のうち、外径が最も大きい部分（ここでは、鍔部１９）よりも先端方向Ｄｆ側における内周面に含まれることが好ましい。外径が最も大きい部分よりも先端方向Ｄｆ側の部分は、後端方向Ｄｆｒ側の部分と比べて、温度が高くなりやすい。従って、そのような部分の内周面がムライトを含むことによって、絶縁体１０の耐電圧性能の低下を抑制しつつ、絶縁体１０の破損の可能性を低減できる。例えば、先端側胴部１７の内周面が、ムライトを含んでも良い。また、脚部１３の内周面の一部分のみが、ムライトを含んでも良い。

Ｂ．第２実施形態：
図８は、スパークプラグの別の実施形態の部分断面図である。図中には、中心電極２０ａと、絶縁体１０ａのうちの先端方向Ｄｆ側の端を含む一部分と、の断面図が示されている。この断面図は、中心軸ＣＬを含む平面で部材を切断して得られる断面図である。図１、図７の第１実施形態のスパークプラグ１００との差異は、２つある。第１の差異は、絶縁体１０ａのムライト部分Ｍａの配置が、図７のムライト部分Ｍの配置と異なっている点である。絶縁体１０ａの形状は、図７の絶縁体１０の形状と、同じである。以下、絶縁体１０ａの要素の符号として、図７の絶縁体１０の対応する要素の符号と同じ符号を用いる。第２の差異は、常温（具体的には、摂氏２０度）で、中心電極２０ａのうちの先端を含む第１部分２７１の外径が、第１部分２７１の後端側に接続された第２部分２７２の外径よりも、小さい点である。本実施形態では、第１部分２７１は、第２チップ３００と、軸部２７ａの先端方向Ｄｆ側の一部分と、で構成されている。第２部分２７２は、軸部２７ａの残りの部分である。軸部２７ａは、図１の中心電極２０の軸部２７に対応する部分である。中心電極２０ａの他の部分の構成は、図１の中心電極２０の対応する部分の構成と、同じである。また、スパークプラグ１００ａの他の部分の構成は、図１、図７で説明したスパークプラグ１００の対応する部分の構成と、同じである（同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する）。なお、図８では、絶縁体１０ａの貫通孔１２内の部材６０、７０、８０の図示と、中心電極２０ａの内部構造の図示とは、省略されている。

図中には、絶縁体１０ａの第１部分１３１が示されている。第１部分１３１は、外径が最も大きい部分（ここでは、鍔部１９）よりも先端方向Ｄｆ側において、絶縁体１０ａの先端を含む部分であり、一定の内径を有する部分である（「一定径部１３１」とも呼ぶ）。図８の実施形態では、一定径部１３１は、絶縁体１０ａのうちの縮内径部１６の先端方向Ｄｆ側の端の位置から先端方向Ｄｆ側の部分の全体である。ムライト部分Ｍａは、一定径部１３１の内周面の全体に、形成されている。絶縁体１０ａの表面の他の部分は、ムライトを含んでいない。このような絶縁体１０ａは、図２の手順に従って、製造可能である。図２のＳ１２０では、Ｓ_ｉＯ_２を含む離型剤Ｍｘが、図８のムライト部分Ｍａを成形する領域（すなわち、成形面）に、塗布される。

一般的に、絶縁体の先端部は、中心電極を収容する。特に、絶縁体が、先端方向Ｄｆ側の端から後端方向Ｄｆｒに向かって延びる一定の内径を有する一定径部を有する場合、その一定径部の少なくとも一部は、中心電極を収容する。従って、一定径部の内周面の少なくとも一部がムライトを含むことによって、一定径部の内周面が中心電極に接触することに起因して絶縁体が破損する可能性を低減できる。この結果、絶縁体の耐電圧性能の低下を抑制しつつ、絶縁体の破損の可能性を低減できる。図８の実施形態では、一定径部１３１の内周面の全体に、ムライト部分Ｍａが形成されている。従って、絶縁体１０ａの破損を適切に抑制できる。なお、ムライト部分Ｍａは、一定径部１３１の内周面の一部分のみに形成されていてもよい。この場合、一定径部１３１のうちの先端方向Ｄｆ側の端を含む部分の内周面が、ムライトを含むことが好ましい。

また、図８の実施形態では、中心電極２０ａの第１部分２７１と第２部分２７２との接続部分２７３は、貫通孔１２内に配置されている。第１部分２７１は、第２部分２７２よりも、接地電極３０との間隙（図１：間隙ｇ）に近いので、第１部分２７１の温度は、第２部分２７２の温度よりも、高くなりやすい。仮に、第１部分２７１が、第２部分２７２の外径と同じ外径を有する部分を含む場合には、熱膨張によって、第１部分２７１の外径が、第２部分２７２の外径よりも大きくなり得る。しかし、図８の実施形態では、第１部分２７１の外径は、第２部分２７２の外径よりも、小さい。従って、第１部分２７１の温度が第２部分２７２の温度よりも高くなった場合であっても、第１部分２７１の外径が過剰に大きくなること、すなわち、第１部分２７１が絶縁体１０ａの内周面に接触することを、抑制できる。この結果、絶縁体１０ａの破損を適切に抑制できる。

また、中心電極２０ａが、第１部分２７１と、第１部分２７１よりも大きな外径を有する第２部分２７２と、を有する場合、絶縁体１０ａのうちの中心電極２０ａの第２部分２７２を収容する部分の内周面の少なくとも一部が、ムライトを含むことが好ましい。例えば、図中の絶縁体１０ａの第２部分１３２は、絶縁体１０ａの一定径部１３１のうち、中心電極２０ａの第２部分２７２を収容する部分である。絶縁体１０ａの第２部分１３２の内周面は、ムライトを含んでいる。従って、中心電極２０ａの第２部分２７２の外径が熱膨張で増大した場合に、第２部分２７２が絶縁体１０ａの内周面に接触することを抑制できる。この結果、絶縁体１０ａの破損を適切に抑制できる。

なお、図８の実施形態において、中心電極としては、中心電極２０ａとは異なる種々の構成を有する電極を、採用可能である。いずれの場合も、絶縁体の一定径部の内周面の少なくとも一部がムライトを含むことによって、絶縁体の耐電圧性能の低下を抑制しつつ、絶縁体の破損の可能性を低減できる。

また、図８の中心電極２０ａを、図１の実施形態に適用してもよい。この場合も、第１部分２７１の熱膨張に起因して絶縁体１０が破損することを抑制できる。

Ｃ．第３実施形態：
図９は、スパークプラグの別の実施形態の部分断面図である。図中には、中心電極２０ａと、絶縁体１０ｂのうちの先端方向Ｄｆ側の端を含む一部分と、の断面図が示されている。この断面図は、中心軸ＣＬを含む平面で部材を切断して得られる断面図である。図８の第２実施形態のスパークプラグ１００ａとの差異は、絶縁体１０ｂが、絶縁体１０ｂの内周の先端に形成された面取部１３３を有する点だけである。面取部１３３は、後端方向Ｄｆｒ側に向かって内径が小さくなる部分である。この面取部１３３の内周面には、ムライトは含まれていない。絶縁体１０ｂの他の部分の構成は、図８の絶縁体１０ａの対応する部分の構成と、同じである。また、スパークプラグ１００ｂの他の部分の構成は、図８で説明したスパークプラグ１００ａの対応する部分の構成と、同じである。以下、同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する。なお、図９では、絶縁体１０ｂの貫通孔１２ｂ内の部材６０、７０、８０の図示と、中心電極２０ａの内部構造の図示とは、省略されている。

図中には、絶縁体１０ｂの特定部分１３４が示されている。特定部分１３４は、図８の一定径部１３１と同じ部分から面取部１３３（図９）を除いた残りの部分である。ムライト部分Ｍｂは、特定部分１３４の内周面の全体に、形成されている。絶縁体１０ｂの表面の他の部分は、ムライトを含んでいない。このような絶縁体１０ｂは、図２の手順に従って、製造可能である。図２のＳ１２０では、面取部１３３の内周面を成形する成形面を有する棒部材が準備され、そして、Ｓ_ｉＯ_２を含む離型剤Ｍｘが、図９のムライト部分Ｍｂを成形する領域（すなわち、成形面）に、塗布される。

絶縁体が、自身の先端に後端方向Ｄｆｒ側に向かって内径が小さくなる面取部を有する場合には、通常は、その面取部から後端方向Ｄｆｒ側の部分は、面取部の最小の内径以下の内径を有する部分を含んでいる（例えば、図９の特定部分１３４）。従って、絶縁体のうちの面取部よりも後端方向Ｄｆｒ側の部分の内周面の少なくとも一部がムライトを含むことによって、面取部よりも後端方向Ｄｆｒ側において、絶縁体の内周面が、貫通孔の中に配置された部材（例えば、中心電極）に接触することに起因して絶縁体が破損する可能性を低減できる。図９の実施形態では、特定部分１３４の内周面の全体に、ムライト部分Ｍｂが形成されている。従って、絶縁体１０ｂの破損を適切に抑制できる。

一般的には、絶縁体１０ｂのうち、外径が最も大きい部分（ここでは、鍔部１９）よりも先端方向Ｄｆ側、かつ、面取部よりも後端方向Ｄｆｒ側の部分の内周面の少なくとも一部が、ムライトを含むことが好ましい。例えば、図９のムライト部分Ｍｂは、特定部分１３４の内周面の一部分のみに形成されていてもよい。この場合、特定部分１３４のうちの先端方向Ｄｆ側の端を含む部分の内周面が、ムライトを含むことが好ましい。いずれの場合も、面取部の最小の内径以下の内径を有する部分の内周面の少なくとも一部が、ムライトを含むことが好ましい。この構成によれば、絶縁体１０ｂの破損を適切に抑制できる。

Ｄ．第４実施形態：
図１０は、スパークプラグ用の絶縁体の別の実施形態の部分断面図である。図中には、絶縁体１０ｃの先端方向Ｄｆ側の端を含む一部分の断面図が示されている。この断面図は、中心軸ＣＬを含む平面で部材を切断して得られる断面図である。図１、図７の絶縁体１０との差異は、ムライト部分Ｍｃの配置が、図７のムライト部分Ｍの配置と異なっている点だけである。絶縁体１０ｃの形状は、図７の絶縁体１０の形状と同じである。以下、絶縁体１０ｃの要素の符号として、図７の絶縁体１０の対応する要素の符号と同じ符号を用いる。この絶縁体１０ｃは、図１の絶縁体１０と、図８の絶縁体１０ａと、図９の絶縁体１０ｂと、のそれぞれの代わりに利用可能である。

図中には、絶縁体１０ｃの先端側部分１３５と、先端側部分１３５のうちの先端方向Ｄｆ側の半分の部分１３６（「前半部分１３６」と呼ぶ）と、が示されている。先端側部分１３５は、絶縁体１０ｃのうちの外径が最も大きい部分（ここでは、鍔部１９）よりも先端方向Ｄｆ側の部分である。具体的には、先端側部分１３５は、鍔部１９の先端方向Ｄｆ側の端１９ｅ、すなわち、最大外径を形成する部分のうちの先端方向Ｄｆ側の端１９ｅよりも先端方向Ｄｆ側の部分である。また、前半部分１３６の中心軸ＣＬに平行な長さは、先端側部分１３５の中心軸ＣＬに平行な長さの半分である。

上述したように、先端側部分１３５では、鍔部１９よりも後端方向Ｄｆｒ側の部分よりも、温度が高くなりやすい。このような先端側部分１３５のうち、先端方向Ｄｆ側の半分の部分である前半部分１３６では、先端側部分１３５のうちの後端方向Ｄｆｒ側の半分の部分よりも、温度が高くなりやすい。従って、前半部分１３６の内周面の少なくとも一部がムライトを含むことによって、絶縁体の耐電圧性能の低下を抑制しつつ、絶縁体の破損の可能性を低減できる。図１０の実施形態では、前半部分１３６の内周面の全体に、ムライト部分Ｍｃが形成されている。従って、絶縁体１０ｃの破損を適切に抑制できる。なお、ムライト部分Ｍｃは、前半部分１３６の内周面の一部分のみに形成されていてもよい。この場合、前半部分１３６のうちの先端方向Ｄｆ側の端を含む部分の内周面が、ムライトを含むことが好ましい。

なお、詳細な説明を省略するが、図７、図８、図９の実施形態のムライト部分Ｍ、Ｍａ、Ｍｂも、絶縁体１０、１０ａ、１０ｂの外径が最も大きい部分（ここでは、鍔部１９）よりも先端側における部分のうち先端側の半分の部分の内周面を含んでいる。従って、絶縁体の破損の可能性を適切に低減できる。

絶縁体の形状としては、図７、図８、図９、図１０に示す形状に代えて、他の種々の形状を採用可能である。いずれの場合も、外径が最も大きい部分よりも先端側における部分のうち先端側の半分の部分の内周面の少なくとも一部が、ムライトを含むことが好ましい。ただし、そのような部分の内周面がムライトを含まずに、他の部分の内周面がムライトを含んでも良い。

Ｅ．絶縁体の先端部の厚さについて：
図１１は、絶縁体の先端部の厚さを示す断面図である。この断面図は、中心軸ＣＬを含む平面で絶縁体を切断して得られる断面図である。図１１では、絶縁体の例として、絶縁体１０（図７）が示されている。

図中の基準面ＳＳは、中心軸ＣＬに直交する平面であり、絶縁体１０の先端１０ｅよりも後端方向Ｄｆｒ側に位置する平面である。距離Ｄは、絶縁体１０の先端１０ｅと基準面ＳＳとの間の中心軸ＣＬに平行な距離である。厚さＴは、基準面ＳＳ上における絶縁体１０の径方向の厚さ、すなわち、絶縁体１０の内周面と外周面との間の中心軸ＣＬに直交する径方向の距離である。このように、厚さＴは、先端１０ｅから中心軸ＣＬに平行に後端方向Ｄｆｒ側に距離Ｄだけ離れた位置における絶縁体１０の径方向の厚さを示している。このような距離Ｄに対応付けられる厚さＴは、図７の絶縁体１０とは異なる構成を有する絶縁体（例えば、図８、図９、図１０の絶縁体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を採用する場合にも、同様に特定可能である。

ところで、内燃機関の設計自由度の向上などのために、スパークプラグが小径化される場合がある。スパークプラグが小径化される場合には、絶縁体も小径化される。この結果、絶縁体の厚さＴが小さくなる。厚さＴが小さい場合には、絶縁体の機械的強度が低下し易い。ここで、上記の各実施形態のように、絶縁体のうち、外径が最も大きい部分（例えば、図１、図７の鍔部１９）よりも先端方向Ｄｆ側における内周面の少なくとも一部が、ムライトを含むことが好ましい。この構成によれば、厚さＴが小さい場合であっても、絶縁体の耐電圧性能の低下を抑制しつつ、絶縁体の破損の可能性を低減できる。例えば、距離Ｄが５ｍｍである場合の厚さＴとして、１ｍｍ以下の値を採用可能である。なお、絶縁体の破損を抑制するためには、厚さＴは、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

Ｆ．変形例：

（１）絶縁体の構成としては、上記各実施形態の構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、ムライトを含む内周面の内径が、中心軸ＣＬに平行な方向の位置に応じて変化してもよい。また、ムライトを含まない内周面の内径が、中心軸ＣＬに平行な方向の位置に応じて変化してもよい。

なお、絶縁体の内周面としては、絶縁体の先端方向Ｄｆ側の端から後端方向Ｄｆｒ側の端までの間の径方向の内側の表面を採用可能である。絶縁体の外周面としては、絶縁体の先端方向Ｄｆ側の端から後端方向Ｄｆｒ側の端までの間の径方向の外側の表面を採用可能である。

（２）絶縁体の製造方法としては、図２で説明した方法に代えて、他の種々の方法を採用可能である。例えば、成形型を用いてムライトを含まない未焼成の成形体を成形した後に、成形体の内周面にＳ_ｉＯ_２を含むペーストを塗布してもよい。

（３）スパークプラグの構成としては、上記各実施形態の構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、図１の中心電極２０を、図８、図９、図１０の実施形態に適用してもよい。また、図８の中心電極２０ａを、図１、図７、図９、図１０の実施形態に適用してもよい。また、第１チップ２００と第２チップ３００との少なくとも一方を省略してもよい。また、中心電極として、タングステン等の高融点材料で形成された一体成形品を採用してもよい。また、接地電極として、タングステン等の高融点材料で形成された一体成形品を採用してもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

５...ガスケット、６...第１後端側パッキン、７...第２後端側パッキン、８...先端側パッキン、９...タルク、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ...絶縁体（絶縁碍子）、１０ｅ...先端、１０ｉ...棒部材、１０ｘ...成形体、１１...第２縮外径部、１２、１２ｂ、１２ｘ...貫通孔（軸孔）、１３...脚部、１３ｉ...部分、１３ｘ...部分、１４ｉ...外周面、１５...第１縮外径部、１６...縮内径部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...鍔部、１９ｅ...端、２０、２０ａ...中心電極、２１...外層、２２...芯部、２３...頭部、２４...鍔部、２５...脚部、２７、２７ａ...軸部、３０...接地電極、３１...先端部、３５...外層、３６...芯部、３７...軸部、４０...端子金具、５０...主体金具、５１...工具係合部、５２...ねじ山、５３...加締部、５４...座部、５５...胴部、５６...縮内径部、５７...先端面、５８...変形部、５９...貫通孔、６０...第１シール部、７０...抵抗体、８０...第２シール部、１００、１００ａ、１００ｂ...スパークプラグ、１３１...一定径部（第１部分）、１３２...第２部分、１３３...面取部、１３４...第４部分、１３５...先端側部分、１３６...前半部分、２００...第１チップ、２７１...第１部分、２７２...第２部分、２７３...接続部分、３００...第２チップ、９４１...成形機、９４２...キャビティ、９４３...内ゴム型、９４４...外ゴム型、９４５...成形機本体、９４５ａ...液体流路、９４６...底蓋、９４７...下ホルダー、ｇ...間隙、Ｍ、Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃ...ムライト部分、Ｄ...距離、ＣＬ...中心軸（軸線）、ＳＳ...基準面、ＣＶ...キャビティ、Ｐｓ...シール先端位置、Ｍｘ...離型剤、Ｄｆ...先端方向、Ｄｆｒ...後端方向

Claims (5)

1. 軸線の方向に延びる貫通孔を有する筒状の絶縁体であって、アルミナを主成分とするとともに自身の少なくとも一部にムライトを含むスパークプラグ用の絶縁体において、
   前記ムライトは、前記筒状の絶縁体の内周面側にのみ含まれるとともに、前記絶縁体のうち、外径が最も大きい部分よりも先端側における内周面の少なくとも一部に含まれるスパークプラグ用の絶縁体。
2. 請求項１に記載のスパークプラグ用の絶縁体であって、
   前記絶縁体は、前記外径が最も大きい部分よりも先端側における部分の内周に、前記軸線の方向における先端部から延びるとともに一定の内径を有する一定径部を備え、
   前記一定径部の内周面の少なくとも一部は、ムライトを含む、
   スパークプラグ用の絶縁体。
3. 請求項１に記載のスパークプラグ用の絶縁体であって、
   前記絶縁体は、自身の内周の先端に、後端側に向かって内径が小さくなる面取部を有し、
   前記面取部よりも後端側の部分の内周面の少なくとも一部は、ムライトを含む、
   スパークプラグ用の絶縁体。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のスパークプラグ用の絶縁体であって、
   前記外径が最も大きい部分よりも先端側における部分のうち先端側の半分の部分の内周面の少なくとも一部は、ムライトを含む、
   スパークプラグ用の絶縁体。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のスパークプラグ用の絶縁体と、
   前記貫通孔の先端側に配置される中心電極と、
   前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
   前記主体金具に接合され、間隙を隔てて前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
   を備えるスパークプラグ。

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