JP6311476B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火に用いられる点火プラグに関する。

内燃機関の燃焼室内に導入した混合気の着火には、軸状の中心電極と、内側に設けた貫通孔に中心電極を保持する筒状の絶縁碍子と、絶縁碍子の外周の一部を覆い絶縁碍子を保持する筒状のハウジングと、ハウジングの先端に延設して中心電極の先端との間に所定の放電ギャップを隔てて対向する接地電極とを有し、中心電極と接地電極との間に高電圧を印加したときに火花放電を発生する点火プラグが広く用いられている。

特許文献１には、ネジ部の外径が１２ｍｍ以下の高融点金属チップを使用したスパークプラグにおいて、絶縁体の先端部分の厚さを１．１ｍｍ以上とし、ガスボリューム幅Ｅの値を適切に拡大することで、中心電極と主体金具との間の横飛び発生を防止し、当該中心電極の突出側の当該絶縁体の端面に対応する位置における外径と、基端部のパッキンの軸線方向前端内縁に対応する位置における外径とを特定の範囲に設定するとともに、当該中心電極の基端部から当該絶縁体の端面に対応する位置に至る電極外周面を先細りとなるテーパ面状に形成することで、ガスボリューム幅を拡大しても中心電極の全体の細径化を防止して、熱引きを確保したスパークプラグが開示されている。

特開２００９−１８７９５４号公報

ところが、特許文献１にあるように、中心電極の基端側を先端側よりも太くなるように電極外周面をテーパ状に形成すると、ハウジングの一部を内側に向かって突出させ、絶縁体の拡径部を係止する突状係止部（ジッツ部ともいう。）と中心電極外周との距離が短くなる。
その結果、抵抗体よりも先端側の静電容量が大きくなり、容量放電による電極消耗を招く虞がある。
また、電界集中し易い突状係止部の内周端縁と中心電極外周面との距離が最も近くなる位置において絶縁体の肉厚が相対的に薄くなっているため、耐電圧の低下を招き易い。
特に、内燃機関の高過給化、高圧縮比化に伴い、放電電圧が上昇しているため、容量放電に伴う電極消耗の問題が顕在化している。

一方、内燃機関においては、点火プラグの細径化が望まれている。従来の点火プラグの構造のまま、点火プラグ全体を細径としたのでは、中心電極の細経化を伴うため、熱引きが低下し、プレイグニションを生じ易くなる虞がある。
また、中心電極の細径化に伴う熱引きの低下に対して熱価を確保するため碍子脚長を長くすると、くすぶり性が悪化する虞がある。

そこで、かかる実情に鑑み、本発明は、細径化の要求を満足しつつ、プレイグニションの抑制とくすぶりの抑制との両立を図りつつ、耐電圧の低下を伴うことなく、静電容量の低下により、ノイズの低減と電極消耗の抑制とを図ることのできる点火プラグの提供を目的とする。

本発明は、少なくとも、軸状に伸びる中心電極（１）と、一方の端から前記中心電極の先端に設けた中心電極放電部（１０）が露出し、他方の端から前記中心電極の基端に設けた中心電極端子部（１８）が露出するように前記中心電極を保持する筒状の絶縁碍子（２）と、一方の端から前記絶縁碍子の先端側に設けた碍子脚部（２０）が露出し、他方の端から前記絶縁碍子の基端側に設けた碍子頭部（２３）が露出するように前記絶縁碍子を収容保持するハウジング（３）と、該ハウジングから前記中心電極放電部に向かって延びる接地電極（３１）と、該接地電極の先端において前記中心電極放電部と所定の放電ギャップ（４０）を隔てて対向する接地電極放電部（３０）とを具備する点火プラグ（１００）に係るものである。
本発明では、前記中心電極が、基端側から順に、前記中心電極端子部と前記中心電極放電部との間に、中軸部（１７）と、中軸埋込部（１６）と、基端側接着層（１５）と、抵抗体（１４）と、先端側接着層（１３）と、連結部（１２）と、高熱伝導部（１１）と、を具備している。

前記中軸部は、基端側が前記中心電極端子部に接続され、前記碍子頭部の内側で円柱状に延びるように形成されている。前記中軸埋込部は、前記中軸部の先端側において、その一部を拡径して形成されている。前記抵抗体は、前記中軸埋込部に接続せしめて円柱状に形成されている。

前記連結部は、先端側において基端側に向かって径大となるように拡径して形成されている。前記高熱伝導部は、先端側において前記中心電極放電部と接続し、円柱状に形成されている。

前記基端側接着層は、前記抵抗体の基端側に配設され、前記中軸埋込部と前記抵抗体との電気的接続を図ると共に、前記中軸埋込部を前記絶縁碍子の内側に固定している。
前記先端側接着層は、前記抵抗体の先端側に配設され、前記抵抗体と前記連結部との電気的接続を図ると共に、前記連結部を前記絶縁碍子の内側に固定している。

本発明では、前記絶縁碍子が、前記碍子頭部と前記碍子脚部との間に、前記碍子脚部よりも径大となる碍子中胴部（２１）と、該碍子中胴部の一部を鍔状に拡径した碍子大径部（２２）とを具備し、前記ハウジングが、その内周面の一部を中心に向かって突出せしめた突状係止部（３４）と、基端側端縁を内側に向かって加締めた加締め部（３６）とによって、前記碍子中胴部と碍子大径部とを加締め固定している。

本発明の点火プラグは、少なくとも、前記高熱伝導部が前記連結部に接続する基端位置における前記高熱伝導部の直径（φＤ_１）を前記抵抗体が前記接着層に接続する直径φＤ_３よりも径小とすると共に、前記碍子脚部が一定の直径（φＤ_２）を維持したまま垂直に延びるように前記突状係止部から露出する碍子脚部垂直部（２０３）を具備し、前記高熱伝導部と前記連結部との境界を高熱伝導部根本部（１２０）とし、該高熱伝導部根本部を基準として、前記碍子脚部の根本部（２１０）までの垂直距離を碍子脚部絶縁距離Ｌ_３（ｍｍ）としたとき、０．９≦Ｌ_３≦１．７に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、前記高熱伝導部の外径を細くすることで、相対的に前記碍子脚部の肉厚が厚くなり、抵抗体よりも先端側の静電容量を小さくすることができる。
しかも、所定の長さだけ、前記碍子脚部の外径を一定とすることで、前記碍子脚部が根本部から直ちに縮径する場合に比べ静電容量を小さくできる。
その結果ノイズの低減と容量放電による電極消耗の抑制とを同時に実現することができる。
また、前記碍子脚部の肉厚の増加によって耐電圧も上昇する。加えて、前記突状係止部から前記碍子脚部垂直部が露出するように形成されているので、前記突状係止部の周辺における電界集中が抑制され、更に耐電圧が高くなっている。
さらに、前記軸方向絶縁距離Ｌ_３を本発明の範囲に設定することで、前記高熱伝導部から前記抵抗体までの軸方向の距離が短くなり中軸部へ放熱性が向上する。
以上により、前記高熱伝導部の細径化による熱引きの低下を補って、プレイグニションを抑制することができる。
しかも、前記碍子脚部の長さは変更する必要がないので、くすぶり性を悪化させることもない。

本発明の点火プラグの全体概要を示す一部断面図 本発明の点火プラグの特徴を示す要部拡大断面図 耐電圧、及び、静電容量に対する中心電極外径／碍子脚部外径比の効果を示す特性図 図３を相対化した特性図 耐電圧に対する碍子脚部垂直部長さの効果を示す特性図 耐電圧に対する軸方向絶縁長さの効果を示す特性図 プレイグニション抑制に対する軸方向絶縁長さの効果を示す特性図

図１、図２を参照して本発明の実施形態における点火プラグ１００の概要について説明する。
なお、以下の説明において、図略の外部電源に接続される側を基端側、内燃機関の燃焼室に臨む側を先端側と称する。
点火プラグ１００は、少なくとも、中心電極１と絶縁碍子２とハウジング３とを具備して構成されている。

中心電極１は、軸状に伸びるように形成され、一方の端には、中心電極放電部１０が設けられ、他方の端には、中心電極端子部１８が設けられている。
絶縁碍子２は、筒状に形成され、一方の端から中心電極放電部１０が露出し、他方の端から中心電極端子部１８が露出するように中心電極１を保持する。
絶縁碍子２の先端側には、碍子脚部２０が設けられ、基端側には碍子頭部２３が設けられている。

ハウジング３は、筒状に形成され、一方の端から碍子脚部２０が露出し、他方の端から碍子頭部２３が露出するように絶縁碍子２を収容保持している。
ハウジング３には、中心電極放電部１０に向かって延びる接地電極３１と、接地電極３１の先端において中心電極放電部１０と所定の放電ギャップ４０を隔てて対向する接地電極放電部３０が設けられている。

点火プラグ１００は、図略の内燃機関に設けられ、外部電源から中心電極１と接地電極３１との間に高電圧が印加されると中心電極放電部１０と接地電極放電部３０との間で火花放電を発生し、内燃機関の燃焼室内に導入された混合気の点火を行うものである。
点火プラグ１００は、取付ネジ部３３の呼び径がＭ８、Ｍ９、Ｍ１０、Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４のいずれかの点火プラグに適宜採用し得るものである。

中心電極１は、中心電極端子部１８と中心電極放電部１０との間に、基端側から順に中軸部１７と、中軸埋込部１６と、接着層１５と、抵抗体１４と、接着層１３と、連結部１２と、高熱伝導部１１とを具備している。
中心電極１は、筒状の絶縁碍子２に収容保持され、絶縁碍子２の先端側から図略の内燃機関の燃焼室内に中心電極放電部１０が露出し、絶縁碍子２の基端側から中心電極端子部１８が露出し、図略の外部電源に接続される。

中心電極放電部１０には、Ｐｔ、イリジウム等、公知の耐熱貴金属材料が用いられている。
高熱伝導部１１には、Ｆｅ、Ｎｉ、これらの合金等、公知の耐熱性金属材料が用いられ、その内側にＣｕ等の公知の熱伝導率の高い金属材料が用いられ、円柱状に形成され、碍子脚部２０内に埋設されている。
高熱伝導部１１の先端は、碍子脚部２０から露出して中心電極放電部１０接続している。
高熱伝導部１１の基端には、径大となるように拡径された連結部１２が形成されている。高熱伝導部１１が碍子脚部２０からの抜けを防止している。
連結部１２は、高熱伝導部１１と抵抗体１４との接続を図ると共に、基端側に向かって拡径するように形成され、絶縁碍子２の中胴部内周傾斜面２１３に係止され、高熱伝導部１１が碍子脚部２０からの抜け防止を図っている。

先端側接着層１３、基端側接着層１５には、ガラス粉末と銅、鉄、若しくは、これらの合金等の金属粉末を混合したものが用いられ、絶縁碍子２内の所定位置に充填圧縮された後加熱熔融されている。
先端側接着層１３は、抵抗体１４の先端側において、高熱伝導部１１の基端側に設けた連結部１２を気密に封止固定すると共に、連結部１２と抵抗体１４との電気的導通を図っている。
基端側接着層１５は、抵抗体１４の基端側において、抵抗体１４の基端側及び中軸埋込部１６を絶縁碍子２の内側に気密に封止固定すると共に、抵抗体１４と中軸部１７との電気的導通を図っている。
先端側接着層１３、及び、基端側接着層１５の抵抗値は、数ｍΩ程度である。

抵抗体１４には、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ系３、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＢａＯ−ＣａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ系２、Ｎａ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、Ｋ２Ｏ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３系、Ｂｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３系のいずれかから選択される１種以上からなるガラス粉末と、カーボン等の導電性粉末と、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２のいずれかから選択される１種以上を含有する絶縁性材料からなる骨材とからなり、絶縁碍子２の内側に区画した抵抗体収容孔２１４に充填圧縮された後、加熱熔融されて構成されている。
抵抗体１４は、抵抗体収容孔２１４の内径に倣い、円柱状に形成されている。

中軸押込部１６は、中軸部１７の先端側において、その直径の一部を拡径したネジ状に形成して構成され、接着層１５を加熱熔融した状態で押し込まれている。
中軸部１７には、鉄、ニッケル、これらの合金、若しくは、ステンレス等の金属が用いられ、円柱状に形成されている。
中軸部１７は、円柱状に形成され、碍子頭部２３に埋設され、基端側において絶縁碍子２から露出する位置には中心電極端子部１８が設けられ、中心電極１と外部に設けた図略の電源との電気的接続を図っている。

中心電極端子部１８には、鉄、ニッケル、これらの合金、若しくは、ステンレス等の金属が用いられており、必要に応じて中軸部１７から着脱可能に設けても良い。
本発明においては、抵抗体１４の外径φＤ_３（半径Ｒ_３）と、高熱伝導部１１の外径φＤ_１（半径Ｒ_１）としたとき、少なくとも、Ｄ_３＞Ｄ_１（即ち、Ｒ_３＞Ｒ_１）の関係が成立しており、後述する絶縁碍子２がガスポケット４１に露出する碍子脚部２０には、中心軸Ｃ/Ｌに並行となるように一定の碍子脚部外径φＤ_２（半径Ｒ_２）で垂直に延びる碍子脚部垂直部２０３が形成されている。
このような構造とすることで、抵抗体１４の先端側の静電容量を小さくし、ノイズの低減や容量放電の低減による耐久性の向上を図っている。

さらに、碍子脚部２０の外径φＤ_２（半径Ｒ_２）と、高熱伝導部１１の外径φＤ_１（半径Ｒ_１）との間に０．１８≦Ｄ_１／Ｄ_２（＝Ｒ_１／Ｒ_２）≦０．３２の関係が成立している。
後述する本発明者等の鋭意試験によって、半径比Ｒ_１／Ｒ_２を特定の範囲に設定することで、耐電圧の向上と、容量放電の低減との両立を図り耐久性の高い点火プラグ１００が実現できことが判明した。

より望ましくは、抵抗体１４の外径φＤ_３（半径Ｒ_３）と、高熱伝導部１１の外径φＤ_１（半径Ｒ_１）と、中軸埋込部１６の外径φＤ_４（半径Ｒ_４）との間で、Ｄ_４＞Ｄ_３＞Ｄ_１（即ち、Ｒ_４＞Ｒ_３＞Ｒ_１）の関係が成立するように各部を形成することによって、抵抗体１４の緻密化を促進し、更なる細径化、耐久性の向上を図ることもできる。

絶縁碍子２は、高純度アルミナからなり、筒状に形成されている。
絶縁碍子２の内側には中心電極１を挿通保持している。
絶縁碍子２は、碍子脚部２０と、碍子中胴部２１と、碍子大径部２２と、碍子頭部２３とによって構成されている。

碍子脚部２０は、後述する突状係止部３４の先端側から図略の燃焼室に連通するガスポケット４１内に露出している。
碍子脚部２０の基端側には、碍子脚部２０よりも径大となるように拡径された碍子中胴部２１が設けられている。
碍子中胴部２１の先端は、突状係止部３４に直接又は、環状のシール部材４２を介して当接している。

碍子中胴部２１の一部には、外径方向に向かって鍔状に張り出す碍子大径部２２が形成されている。
碍子大径部２２の基端側を覆うように、タルク等の公知の粉末充填部材３８が配設され、ハウジング３に設けた加締め部３６によって加締め固定されている。
碍子大径部２２の基端側には、ハウジング３から露出する碍子頭部２３が設けられている。
放電時のリークを防止するため、碍子頭部２３の一部をコルゲート状に形成し、中心電極端子部１８とハウジング３との沿面距離を長くしても良い。

ハウジング３には、鉄、ニッケル、これらの合金、炭素鋼、ステンレス等の公知の金属材料が用いられ、筒状に形成されている。
ハウジング３は、接地電極放電部３０、接地電極３１、ガスポケット周壁部（側面電極部）３２、取付ネジ部３３、突状係止部３４（ジッツ部ともいう。）、碍子収容部３５、加締め部３６、六角部３７によって構成されている。
ハウジング３は、その内周面の一部を中心に向かって突出せしめた突状係止部３４と、基端側端縁を内側に向かって加締めた加締め部３６とによって、碍子中胴部２１と碍子大径部２２とを加締め固定している。

接地電極放電部３０は、中心電極放電部１０と所定の放電ギャップ４０を隔てて対向する位置に配設されている。
接地電極放電部３０は、耐久性を向上すべく、イリジウム、若しくは、イリジウム合金、白金、若しくは、白金合金等の公知の貴金属を用いても良い。

接地電極３１には、鉄、ニッケル、ニッケル合金等の導電性、伝熱性に優れた金属が用いられている。
接地電極３１はハウジング３の先端から中心電極放電部１０に対向する位置までＬ字型に湾曲するように設けられ、先端に接地電極放電部３０が配設されている。
ハウジング３の一部は碍子脚部２０の周囲を取り囲み、内側にガスポケット４１を区画するガスポケット周壁部３２を構成している。

ガスポケット周壁部３２の外周側には、取り付けネジ部３３が形成され、図略の内燃機関のエンジンヘッドへ固定できるようになっている。
取付ネジ部３３は、熱的には、ガスポケット周壁部３２を介して、ガスポケット４１内の発生した熱をエンジンヘッドへ放熱している。
取付ネジ部３３は、電気的には、接地電極３１、ガスポケット周壁部３２を介して接地電極放電部３０を内燃機関のエンジンヘッドに接地している。

ガスポケット周壁部３２は、電気的には、高熱伝導部１１との間に電界を生じる側面電極としても機能している。 碍子収容部３５は、内側に絶縁碍子２を収容保持するため、碍子中胴部２１を収容可能な碍子収容部内周面３５０が設けられている。
碍子収容部内周面３５０の基端側には、碍子大径部２２よりも径大となる粉末充填部３５１が形成されている。

碍子収容部内周面３５０の先端側には、突状係止部３４が形成されている。
突状係止部３４は、ハウジング３の内周面の一部を中心に向かって環状に突出しており、碍子中胴部２１の先端を係止している。
突状係止部３４の先端側に区画したガスポケット４１には、碍子脚部２０が露出している。

碍子中胴部２１の先端が突状係止部３４に保持された状態で、ハウジング３の基端側に設けた加締め部３６が粉末充填部材３８を介して碍子大径部２３を軸方向に押圧することで、ハウジング３と絶縁碍子２との間の気密性を保持している。
ハウジング３の基端側外周には取付ネジ部３３を締め付けるための六角部３７が設けられている。
ハウジング３と図略のエンジンヘッドとの間にはガスケット３９が配設されており、点火プラグ１００とエンジンヘッドとの気密性を確保してる。

碍子大径部２２、及び、碍子頭部２３の内側には、中軸部１７及び中軸押込部１６が挿通可能な中軸挿通孔２２２が穿設されている。
碍子中胴部２１の内側には、中軸挿通孔２２２よりも径小となる抵抗体収容孔２１４が穿設されている。

中軸挿通孔２２２と抵抗体収容孔２１４とは、先端に向かって径小となるように縮径する大径部内周傾斜面２２１によって連通されている。
碍子脚部２０の内側には、抵抗体収容孔２１４よりも径小となる電極挿入孔２０１が穿設されている。
抵抗体収容孔２１４と電極挿入孔２０１とは、先端に向かって径小となるように縮径する碍子中胴部内周傾斜面２１３によって連通されている。
碍子中胴部内周傾斜面２１３には、連結部１２が係止され、高熱伝導部１１の抜け止めが図られている。

碍子中胴部２１の碍子中胴部外周面２１２よりも径小となる碍子脚部２０との間に設けられ先端に向かって径小となる碍子中胴部外周傾斜面２１１と碍子脚部垂直部２０３とが交わる位置を碍子脚部根本部２１０と称する。
碍子脚部２０には、中心軸Ｃ/Ｌに並行となるように一定の碍子脚部外径φＤ_２（半径Ｒ_２）で垂直に延びる碍子脚部垂直部２０３が形成されている。
また、碍子脚部根本部２１０を基準とした、中心軸Ｃ／Ｌと並行となるように垂直に延びる突状係止部３４の係止部内周面３４０が形成されている。

本発明者等の鋭意試験により、碍子脚部根本部２１０の位置を基準として、係止部内周面３４０の長さを、突状係止部端縁軸方向長さＬ_１とし、碍子脚部垂直部２０３の長さを碍子脚部垂直部長さＬ_２（ｍｍ）としたとき、Ｌ_２＞Ｌ_１に設定するのが望ましいことが判明した。
高熱伝導部１１と連結部１２との境界を高熱伝導部根本部１２０と称する。
高熱伝導部根本部１２０を基準として、碍子脚部根本部２１０までの垂直距離を碍子脚部絶縁距離Ｌ_３（ｍｍ）としたとき、０．９≦Ｌ３≦１．７に設定するのが望ましいことが判明した。

点火プラグ１００は、少なくとも、高熱伝導部１１が連結部１２に接続する基端位置における高熱伝導部の直径φＤ_１を抵抗体１４が接着層１３に接続する位置における直径φＤ_３よりも径小とすると共に、碍子脚部が一定の直径φＤ_２を維持したまま垂直に延びるように前記突状係止部から露出する碍子脚部垂直部２０３を具備することを特徴とするものである。
本発明の点火プラグ１００においては、抵抗体１４の外径φＤ_３を中軸押込部１６の外径φＤ_４よりも小さくすることで、抵抗体１４の充填密度の均質化、高密度化を図り、比抵抗を高くし、抵抗体１４の小型化による点火プラグ１００の更なる小型化を実現している。
さらに、高熱伝導部１１の外径φＤ_１を抵抗体１４の外径φＤ_３よりも小さくすることで、従来の抵抗体の外径と中軸押込部の外径とを等しく設定した場合にくらべ、高熱伝導部１１を細くして、周囲を覆う絶縁碍子２の碍子中胴部２１から碍子脚部２０に縮径する部分の肉厚を相対的厚くして、抵抗体１４よりも先端側の静電容量を小さくすることができる。

本発明者の鋭意試験により、中心電極径碍子径比率Ｒ_１／Ｒ_２を０．１８以上０．３２以下とすることで、高熱伝導部１１を細くして、碍子脚部２０の肉厚を相対的に厚くすることで耐電圧性能を高くしつつ、静電容量を小さくし、容量放電による電極消耗の抑制ができることが判明した。
加えて、従来に比べ、高熱伝導部１１の外径を細くすることで、その周囲を覆う絶縁碍子２の肉厚が相対的に厚くなり、径方向の絶縁耐圧が高くなるので、高熱伝導部１１の基端側に設けた、連結部１２の根本部１２０と、絶縁碍子２の碍子中胴部２１から碍子脚部２０に径変する根本部２１０との間の軸方向の距離、即ち、軸方向絶縁距離Ｌ_３を短くしても、０．９ｍｍ≦Ｌ_３≦１．８ｍｍに設定すれば、絶縁耐圧の低下を招くことなく、熱引きを確保することができ、プレイグニションの発生を抑制できることが判明した。

図３、図４を参照して、高熱伝導部１１の外径φＤ_１（半径Ｒ_１）と碍子脚部２０の外径φＤ_２（半径Ｒ_２）と耐電圧ＤＳＴ（ｋＶ）並びに静電容量Ｃ（μＦ）との関係について説明する。
図３は、取付ネジ部３３の呼び径Ｍ１０、Ｍ１２、Ｍ１４について、碍子脚部２０の外径φＤ_２をそれぞれ、５．０ｍｍ、５．９ｍｍ、６．９ｍｍに固定し、高熱伝導部１１の外径φＤ_１を、それぞれ、０．９〜１．６ｍｍ、１．０６〜１．８９ｍｍ、１．２４〜２．２１ｍｍに変化させたときの耐電圧ＤＳＴ（ｋＶ）及び静電容量Ｃ（μＦ）の変化を示すものである。

なお、静電容量Ｃは、２πε_１Ｌ／Ｌｎ（Ｒ_２／Ｒ_１）によって算出した値である。
但し、ε_１は、絶縁碍子２を構成するアルミナの比誘電率、Ｌは、碍子脚部２０においてＲ_２を一定とした範囲の軸方向の長さ（碍子脚部垂直部長さＬ_２に相当）である。
また、本試験結果は、碍子脚部絶縁距離Ｌ_３を２．５ｍｍとしたときのものである。

図４は、最も高い耐電圧を１とし、耐電圧の変化を相対値で表したものである。
従来の点火プラグにおいては、高熱伝導部の外径は、碍子脚部の外径の半分程度（即ち、Ｄ_１／Ｄ_２＝Ｒ_１／Ｒ_２＝０．５程度）に形成されていた。
碍子脚部２０の外径φＤ_２を一定とし、高熱伝導部１１の外径φＤ_１を変化させたところ、絶縁耐圧は徐々に上昇した後、絶縁耐圧が低下に転じ、ピーク値が存在することが判明した。
これは、高熱伝導部１１の外径を細くすると、その分、碍子脚部２０の肉厚が厚くなるため、絶縁耐圧が上昇するが、一定の範囲を超えて高熱伝導部１１の外径を細くすると、電界集中を招き、絶縁耐圧が低下するためと考えられる。

一方、高熱伝導部１１の外径φＤ_１の細径化（即ち、中心電極径碍子径比率Ｒ_１／Ｒ_２の低下）に伴い、碍子脚部２０の外径φＤ_２の増加するため、必然的に静電容量Ｃは、小さくなる。
以上により、半径比Ｒ_１／Ｒ_２を０．１８以上０．３２以下とすることで、抵抗体１４とハウジング３に設けた突状係止部３４との間の絶縁耐圧を確保しつつ、抵抗体１４よりも先端側における静電容量Ｃを小さくできるとの知見を得た。

図５を参照して、絶縁碍子２が突状係止部３４からガスポケット４１内に露出する碍子脚部２０において、外径φＤ_２一定で軸方向に直線的に延びる碍子脚部垂直部２０３の長さＬ_２と絶縁碍子２の耐電圧に対する効果について説明する。
なお、本試験結果は半径比Ｒ_１／Ｒ_３＝０．３（Ｒ_１＝２．１ｍｍ、Ｒ_２＝６．９ｍｍ）、碍子脚部絶縁距離Ｌ_３＝２．５ｍｍに設定し、碍子脚部垂直部長さＬ_２を変化させたものである。

図５に示すように、碍子脚部垂直部２０３の長さＬ_２が、突状係止部３４の垂直部分の長さＬ_１を超えると、急激に耐電圧が上昇することが判明した。
これは、従来のように、碍子脚部に垂直部が設けられることなく、碍子脚部の根本から徐々に縮径している場合には、根本部の絶縁耐圧が最も高くなるが、根本部に電界集中を招くため耐電圧が低くなるためと考えられる。

一方、本発明によらず、特許文献１にあるように、中心電極の基端部から絶縁体の端面に対応する位置に至る電極外周面を先細りのテーパ面状に形成すると、相対的に碍子脚部の根本部における絶縁距離が短くなり、耐電圧の低下を招く虞がある。
そこで、本発明では、碍子脚部垂直部２０３の長さＬ_２をハウジング３の内側に設けた突状係止部３４の垂直部分の長さＬ_１よりも長くすることにより、耐電圧の高い点火プラグを実現できるとの知見を得た。

図６を参照して、本発明の点火プラグ１００の耐電圧に対する高熱伝導部１１の基端側根本部１２０から、碍子脚部２０の基端側根本部２１０に至るまでの軸方向絶縁長さＬ_３の影響を調査した結果について説明する。
なお、本試験結果は半径比Ｒ_１／Ｒ_３＝０．３（Ｒ_１＝２．１ｍｍ、Ｒ_２＝６．９ｍｍ）としたときの結果である。

高熱伝導部１１の細径化によって、相対的に、碍子脚部２０の肉厚を厚くできるので、耐電圧が向上する。
そこで、軸方向絶縁長さＬ_３を短くした場合に、従来の耐電圧と同等の耐電圧を維持できる限界を調査した。

その結果、方向絶縁長さＬ_３を２．５ｍｍから１．５ｍｍまで短くしても、耐電圧は全く変化しなかったが、０．９ｍｍより短くすると、所定の耐電圧下限を下回る虞を生じるため、これを下限とした。

図７、表１を参照して、本発明の点火プラグ１００のプレイグ発生温度に対する高熱伝導部１１の半径Ｒ_１を細径化した場合の、軸方向絶縁距離Ｌ_３の長さの影響を調査した試験結果について説明する。
高熱伝導部１１の半径Ｒ_１を細径とすると、熱引き性の低下が懸念されるが、その反面、高熱伝導部１１の半径Ｒ_１の細径化により、碍子脚部２０の肉厚が厚くなるので、耐電圧性が向上する。

そこで、耐電圧性能を維持しつつ、軸方向絶縁距離Ｌ_３を１．７ｍｍ以下とすることで、高熱伝導部１１から中軸部１７への熱移動を容易にした。
これによって、中心電極１を介した冷却効果が向上し、プレイグ発生温度を９４０℃以上とすることができ、熱引き性の低下を補うことができることが判明した。
即ち、高熱伝導部１１の細径化に伴う、冷却効果の低下を軸方向絶縁距離Ｌ_３を短くすることで補ってプレイグの発生を抑制できることが判明した。
一方、上述したように、軸方向絶縁距離Ｌ_３を０．９ｍｍより短くとすると、耐電圧が低下するので、０．９ｍｍ≦Ｌ_３≦１．７ｍｍとするのが望ましいとの知見を得た。

１００ 点火プラグ
１ 中心電極
１０ 中心電極放電部
１１ 高熱伝導部
１２ 連結部
１３、１５ 接着層
１４ 抵抗体
１６ 中軸埋込部
１７ 中軸部
１８ 中心電極端子部
２ 絶縁碍子
２０ 碍子脚部（先端側露出部）
２０３ 碍子脚部垂直部
２１ 碍子中胴部
２１０ 碍子脚部根本部
２３ 碍子頭部
３ ハウジング
３０ 接地電極放電部
３１ 接地電極
３４ 突状係止部（ジッツ部）
３４０ ジッツ部内周垂直部
３６ 加締め部
４０ 放電ギャップ
Ｒ_１ 高熱伝導部半径
Ｒ_２ 碍子脚部半径
Ｒ_３ 抵抗体半径
Ｒ_４ 中軸押込部半径
Ｌ_１ 突状係止部端縁軸方向長さ
Ｌ_２ 碍子脚部垂直部長さ
Ｌ_３ 中心電極軸方向絶縁長さ
φＤ_１ 高熱伝導部直径
φＤ_２ 碍子脚部直径
φＤ_３ 抵抗体直径
φＤ_４ 中軸押込部直径

Claims (5)

1. 少なくとも、軸状に伸びる中心電極（１）と、一方の端から前記中心電極の先端に設けた中心電極放電部（１０）が露出し、他方の端から前記中心電極の基端に設けた中心電極端子部（１８）が露出するように前記中心電極を保持する筒状の絶縁碍子（２）と、一方の端から前記絶縁碍子の先端側に設けた碍子脚部（２０）が露出し、他方の端から前記絶縁碍子の基端側に設けた碍子頭部（２３）が露出するように前記絶縁碍子を収容保持するハウジング（３）と、該ハウジングから前記中心電極放電部に向かって延びる接地電極（３１）と、該接地電極の先端において前記中心電極放電部と所定の放電ギャップ（４０）を隔てて対向する接地電極放電部（３０）とを具備し、
   前記中心電極が、前記中心電極端子部と前記中心電極放電部との間に、
   基端側が前記中心電極端子部に接続され、前記碍子頭部の内側で円柱状に延びる中軸部（１７）と、
   該中軸部の先端側において、その一部を拡径した中軸埋込部（１６）と、
   該中軸埋込部に接続せしめた円柱状の抵抗体（１４）と、
   先端側において基端側に向かって径大となるように拡径した連結部（１２）を具備し、先端側において前記中心電極放電部と接続する円柱状の高熱伝導部（１１）と、
   前記中軸埋込部と前記抵抗体との電気的接続を図ると共に、前記中軸埋込部を前記絶縁碍子の内側に固定する基端側接着層（１５）と、
   前記抵抗体と前記連結部との電気的接続を図ると共に、前記連結部を前記絶縁碍子の内側に固定する先端側接着層（１３）と、を具備し、
   前記絶縁碍子が、前記碍子頭部と前記碍子脚部との間に、前記碍子脚部よりも径大となる碍子中胴部（２１）と、該碍子中胴部の一部を鍔状に拡径した碍子大径部（２２）とを具備し、
   前記ハウジングが、その内周面の一部を中心に向かって突出せしめた突状係止部（３４）と、基端側端縁を内側に向かって加締めた加締め部（３６）とによって、前記碍子中胴部と碍子大径部とを加締め固定した点火プラグであって、
   少なくとも、前記高熱伝導部が前記連結部に接続する基端位置における前記高熱伝導部の直径（φＤ_１）を前記抵抗体が前記接着層に接続する直径（φＤ_３）よりも径小とすると共に、
   前記碍子脚部が一定の直径（φＤ_２）を維持したまま先端側に延びるように前記突状係止部から露出する碍子脚部垂直部（２０３）を具備し、
   前記高熱伝導部と前記連結部との境界を高熱伝導部根本部（１２０）とし、該高熱伝導部根本部を基準として、前記碍子脚部の根本部（２１０）までの垂直距離を碍子脚部絶縁距離Ｌ_３（ｍｍ）としたとき、
   ０．９≦Ｌ_３≦１．７に設定したことを特徴とする点火プラグ（１００）
2. 前記高熱伝導部の半径をＲ_１、前記碍子脚部の半径をＲ_２としたとき、
   ０．１８≦Ｒ_１／Ｒ_２≦０．３２である請求項１に記載の点火プラグ
3. 前記碍子脚部の根本部（２１０）の位置を基準として、前記突状係止部の内周面（３４０）の長さを、突状係止部端縁軸方向長さＬ_１とし、前記碍子脚部垂直部の長さを碍子脚部垂直部長さＬ_２としたとき、
   Ｌ_２＞Ｌ_１である請求項１又は２に記載の点火プラグ
4. 前記抵抗体の直径（φＤ_３）を前記中軸埋込部の直径（φＤ_４）よりも径小とした請求項１ないし３のいずれかに記載の点火プラグ
5. 前記ネジ部の呼び径が、Ｍ８、Ｍ９、Ｍ１０、Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４のいずれかである請求項１ないし４のいずれかに記載の点火プラグ

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