JP6557632B2 - 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。

スパークプラグは、ガソリンエンジンの点火のために用いられる。具体的には、スパークプラグは、燃焼室内の混合気を点火するために、中心電極と接地電極との間に火花放電（以下、正規放電ともいう）を発生させる。

正規放電を発生させようとして、スパークプラグに電圧を印加すると、正規放電以外の放電が発生する場合がある。このような放電の具体例として、横飛火や奥飛火（以下、これら２つを総称して沿面放電ともいう）が挙げられる。沿面放電が発生すると、中心電極と主体金具とを隔てる絶縁体の表面を伝って電流が流れる。沿面放電は、正常な点火の妨げとなるので、発生しないことが好ましい。

一方で、近年、スパークプラグの小径化が要求されている。スパークプラグを小径化すると、主体金具先端内周面における絶縁体と主体金具とのギャップが狭くなるため、沿面放電が発生しやすくなる。

そこで、スパークプラグの小径化と、沿面放電の抑制とを両立するため、スパークプラグの寸法を数値限定した技術が知られている（特許文献１）。

特許第５１６７２５７号公報

本願発明は、上記先行技術を踏まえ、小径化されたスパークプラグにおける更なる沿面放電の抑制を解決課題とする。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。

本発明の一形態は、先端側から後端側に延びる軸線に沿った軸孔を有する絶縁体と；自身の先端部が前記絶縁体の先端から突き出るように前記軸孔内に配置された中心電極と；前記絶縁体の外周に配置された主体金具と；一端部が前記主体金具の先端部に接続され、他端部が前記中心電極の前記先端部と間隙を介して対向する接地電極と；を備えるスパークプラグであって；前記絶縁体の先端向き面には、環状の凸部が設けられていることを特徴とするスパークプラグである。

この形態によれば、小径化されたスパークプラグにおいて、沿面放電を抑制できる。絶縁体の先端向き面に環状の凸部を設けることは、スパークプラグの径に影響しない。一方、沿面放電は、電流が絶縁体の表面に沿って流れる距離（以下、放電距離）が長い方が、発生し難くなる。絶縁体の先端向き面は、沿面放電において電流が流れる部位なので、環状の凸部によって放電距離が長くなれば、沿面放電が発生し難くなる。さらに、絶縁体の先端向き面は、中心電極と主体金具との間に発生する電気力線に対して、平行または平行に近い面である（以下、平行または平行に近いことを、単に「平行」という）。このように電気力線に平行な面は、電気力線に対して直交または直交に近い面よりも、沿面放電に対する耐性の影響度が強い。これは、電気力線と絶縁体の表面との角度が直交に近いほど、絶縁体の表面に電荷が帯電しやすいため、低い電圧で電子なだれが発生するからである。このため、絶縁体の先端向き面に環状の凸部を設けることは、沿面放電の抑制に効果的である。

上記形態において、前記中心電極は；外径が一定のストレート部と；前記ストレート部の先端側に接続され、先端に向かって外径が縮小するテーパ部と；を備え；前記ストレート部と前記テーパ部との境界である肩部は、前記絶縁体の先端向き面よりも後端側に位置してもよい。

この形態によれば、更に沿面放電を抑制できる。肩部は、ストレート部とテーパ部との境界であるため角張（かどば）っており、電気力線が密集しやすい。この形態の場合、肩部が先端向き面よりも後端側に位置するので、先端向き面の凹凸によって、肩部における電気力線の集中が緩和しやすくなる。このため、上記効果を得ることができる。なお、先端向き面の凹凸によって肩部における電気力線の集中が緩和しやすくなるのは、先端向き面の凹凸の角部（先端側外周縁および先端側内周縁）には電気力線が密集しやすくなり、その影響で、肩部から離れた位置から電気力線が出やすくなるからである。

上記形態において、前記スパークプラグは；前記中心電極の先端に接合された電極チップをさらに備え；前記電極チップは、自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶接部を介して前記中心電極に接合されており；前記溶接部の先端は、前記絶縁体の先端向き面よりも後端側に位置してもよい。この形態によれば、更に沿面放電を抑制できる。溶接部は、溶接によって形成されるため、表面に微小なでこぼこがあり、滑らかでない。このため、電気力線が密集しやすい。この形態の場合、溶接部が先端向き面よりも後端側に位置するので、先端向き面の凹凸によって、溶接部における電気力線の集中が緩和しやすくなる。このため、上記効果を得ることができる。

上記形態において、前記環状の凹部または環状の凸部の先端側外周縁および先端側内周縁は、曲面形状であってもよい。この形態によれば、更に沿面放電を抑制できる。先述したように、凹凸の先端側外周縁および先端側内周縁には、電気力線が密集しやすい。そして、凹凸の先端側外周縁および先端側内周縁に電気力線が密集し過ぎると、沿面放電が発生しやすくなる。この形態の場合、凹凸の先端側外周縁および先端側内周縁が曲面形状であるため、電気力線が密集し過ぎることが回避される。このため、上記効果を得ることができる。

上記形態において、前記環状の凹部または環状の凸部は、複数形成されてもよい。この形態によれば、更に沿面放電を抑制できる。この形態によれば、環状の凹部または環状の凸部が１つだけの場合に比べて、放電距離が長くなるからである。

上記形態において、前記絶縁体は、先端部内周面に径方向内側に突出する小径部を備えてもよい。この形態によれば、更に沿面放電を抑制できる。この形態によれば、放電距離が長くなるからである。

上記形態において、前記小径部の先端面に、前記環状の凹部および環状の凸部の少なくとも一方が設けられてもよい。この形態によれば、更に沿面放電を抑制できる。この形態によれば、更に放電距離が長くなるからである。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、スパークプラグの製造方法等の形態で実現できる。

スパークプラグの部分断面図。 スパークプラグの先端付近を示す部分断面図。 先端向き面付近の拡大図。 先端向き面付近を拡大した断面図。 沿面ギャップ付近に発生する電気力線を示す図。 先端向き面付近を拡大した断面図。 沿面ギャップ付近に発生する電気力線を示す図（実施形態２）。 沿面ギャップ付近に発生する電気力線を示す図（実施形態３）。 先端向き面付近の拡大図。 先端向き面付近を拡大した断面図。 先端向き面付近を拡大した断面図（変形例）。 先端向き面付近を拡大した断面図（変形例）。 先端向き面付近を拡大した断面図（変形例）。 先端向き面付近を拡大した断面図（変形例）。 先端向き面付近を拡大した断面図（変形例）。

実施形態１を説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。図１においては、スパークプラグ１００の長手方向の中心軸を一点鎖線の軸線ＯＬ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、図１におけるスパークプラグ１００の軸線ＯＬ方向の下側、すなわち、燃焼室内部に露出される側をスパークプラグ１００の先端側と呼ぶ。また、図１におけるスパークプラグ１００の軸線ＯＬ方向の上側、すなわち、プラグコードが装着される側を後端側と呼ぶ。このように、軸線ＯＬは、先端側から後端側に延びる。

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、端子電極４０と、主体金具５０とを備える。

絶縁体１０は、セラミック材料（例えば酸化アルミニウム）を焼成して、筒状に形成される。絶縁体１０の中心には、中心電極２０および端子電極４０を収容する軸孔１２が形成されている。軸孔１２は、軸線ＯＬ方向に沿って延びる。

絶縁体１０の軸線ＯＬ方向の中央付近には、絶縁体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。絶縁体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。絶縁体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。

先端側胴部１７の更に先端側には、先端側胴部１７よりも小さい外径を有し、先端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。先端側胴部１７と脚長部１３との間には、先端側に向けて外径が縮径し、先端側胴部１７と脚長部１３とを連結する縮径部１５が形成されている。

軸孔１２には、中心電極２０が挿入される。中心電極２０は、棒状の部材である。中心電極２０は、先端側が軸孔１２から突出した状態で軸孔１２内において絶縁体１０によって保持されている。軸孔１２内には、セラミック抵抗３及びシール体４が配置されている。中心電極２０は、セラミック抵抗３及びシール体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、ニッケル合金からなり、接地電極３０の固定端３１は、主体金具５０の先端部に溶接されている。接地電極３０は、中心電極２０に向かって屈曲している。接地電極３０の自由端３２と、中心電極２０の先端向き面との間には、火花ギャップＧ１が形成されている。本実施形態における火花ギャップＧ１は、１．１ｍｍである。

端子電極４０は、軸孔１２の後端側に設けられる。端子電極４０の後端側の一部は、絶縁体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（図示省略）がプラグキャップ（図示省略）を介して接続され、高電圧が印加される。

主体金具５０は、絶縁体１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３に亘る部位の外周に配置される円筒状の部材である。主体金具５０の材料は、めっき処理が施された低炭素鋼材である。めっき処理は、具体的にはニッケルめっきや亜鉛めっき等であり、主体金具５０の全体に施される。

主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ねじ部５２と、加締部５３と、シール部５４とを備える。後端から先端に向かって、加締部５３、工具係合部５１、シール部５４、取付ねじ部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、内燃機関のシリンダヘッド１５０に取り付ける工具に係合させるための部位である。取付ねじ部５２は、シリンダヘッド１５０の取付ねじ孔１５１に螺合するねじ山を有する。

主体金具５０の内周面には、径方向内側に突出する突出部６０が形成される。突出部６０は軸線ＯＬ方向において、パッキン８を介して縮径部１５と対向する。

突出部６０と縮径部１５との間に配置されたパッキン８は、突出部６０と縮径部１５とに接触して、絶縁体１０と主体金具５０との間をシールする。パッキン８の材料は、冷間圧延鋼板である。

加締部５３は、主体金具５０の後端側の端部に設けられた薄肉の部位であり、主体金具５０が絶縁体１０を保持するために設けられる。具体的には、スパークプラグ１００の製造時に、加締部５３を内側に折り曲げて、加締部５３を先端側に押圧することによって、絶縁体１０の先端が主体金具５０の先端側から突出した状態で、絶縁体１０が主体金具５０に一体的に保持される。

シール部５４は、取付ねじ部５２の後端側に形成されたフランジである。シール部５４とシリンダヘッド１５０との間には、ガスケット５が配置される。ガスケット５は、板状の部材を折り曲げて形成される。

図２は、スパークプラグ１００の先端付近を示す部分断面図である。中心電極２０は、中心電極母材２１と、電極チップ２２と、溶接部２３と、芯材２５と、を備える。

中心電極母材２１は、有底筒状に形成された部材である。芯材２５は、中心電極母材２１の内部に埋設された中実の部材である。中心電極母材２１の材料は、ニッケル合金である。芯材２５の材料は、銅を主成分とする合金である。このため、芯材２５は、中心電極母材２１よりも熱伝導性に優れる。

中心電極母材２１の先端には、電極チップ２２が接合されている。電極チップ２２の材料は、貴金属合金である。本実施形態においては、貴金属合金としてのイリジウム合金が採用されている。本実施形態における電極チップ２２の外径は、０．６ｍｍである。

中心電極母材２１は、ストレート部２６と、テーパ部２７とを備える。ストレート部２６は、外径が一定の部位である。テーパ部２７は、ストレート部２６の先端側に接続され、先端に向かって外径が縮小する部位である。ストレート部２６とテーパ部２７との境界を肩部２９と呼ぶ。

溶接部２３は、電極チップ２２と中心電極２０とが溶け合ってなる。溶接部２３の形成は、本実施形態ではレーザ溶接によって実行される。

スパークプラグ１００は、火花ギャップＧ１間における放電（正規放電）を発生させることによって、内燃機関の燃焼室内における混合気の点火を実現する。上記の放電は、端子電極４０に高電圧を印加することで発生する電位差によって引き起こされる。この電位差は、中心電極２０と接地電極３０との間の電位差である。なお、接地電極３０の電位は、主体金具５０の電位と略同じである。

一方で、上記の高電圧を印加は、正規放電以外の放電として、沿面放電を引き起こす場合がある。沿面放電とは、電流が、中心電極２０と絶縁体１０との沿面ギャップＧ２を飛び越え、絶縁体１０の表面を伝って、主体金具５０又は接地電極３０に到達する放電である。

沿面放電の経路となる絶縁体１０の表面には、絶縁体１０の先端向き面３００が含まれる。先端向き面３００は、絶縁体１０において最も先端側に位置する面であり、軸線ＯＬに対してほぼ直交する面である。

図３は、先端向き面３００付近の拡大図である。先端向き面３００には、凹部および凸部の少なくとも一方が設けられている。具体的には、先端向き面３００には、複数の凹部が設けられている。さらに具体的には、先端向き面３００には、それぞれ環状に形成された第１の凹部３１１と、第２の凹部３１２と、第３の凹部３１３と（以下、これらを総称して「凹部群」ともいう。）が設けられている。凹部群は、先端向き面３００から後端側に窪んだ溝状の部位である。第１の凹部３１１は、凹部群のなかで最も径方向外側に位置する。第３の凹部３１３は、凹部群のなかで最も径方向内側に位置する。第２の凹部３１２は、径方向について、第１の凹部３１１と第３の凹部３１３との間に位置する。

凹部群の形成には、切削を用いる。この切削は、絶縁体１０の焼成後に実施する。なお、他の形態として、型成形などで凹部群を形成してもよい。

先端向き面３００は、第１の面３０１と、第２の面３０２と、第３の面３０３と、第４の面３０４と、を含む。第１の面３０１は、先端向き面３００のうち、第１の凹部３１１よりも径方向外側の部位である。第２の面３０２は、先端向き面３００のうち、第１の凹部３１１よりも径方向内側かつ第２の凹部３１２よりも径方向内側の部位である。第３の面３０３は、先端向き面３００のうち、第２の凹部３１２よりも径方向内側かつ第３の凹部３１３よりも径方向内側の部位である。第４の面３０４は、先端向き面３００のうち、第３の凹部３１３よりも径方向内側の部位である。このように、先端向き面３００は、不連続な面の集合によって構成される。なお、先端向き面３００の軸線ＯＬ方向の位置は、肩部２９よりも後端側である。

なお、第１の面３０１、第２の面３０２、第３の面３０３及び第４の面３０４は、凸部の頂面であるとも解釈できる。つまり、凹部群の後端を基準にすれば、第１の面３０１等が出っ張っていることになる。このように、本明細書における「凹部および凸部の少なくとも一方が設けられている」とは、基準となる面に対して、凹部と凸部との少なくとも何れかが設けられていることを意味する。

沿面放電が発生する場合、沿面ギャップＧ２を飛び越える電流は、主に、中心電極２０の所定部位から、第４の面３０４の径方向内側の角部（先端側内周縁）に向けて流れる。以下、上記の所定部位のことを、放電部位ともいう。本実施形態における放電部位は、２箇所ある。１箇所目は、第４の面３０４の径方向内側の端部に最も近い部位であり、具体的にはストレート部２６の外表面の一部である。２箇所目は、肩部２９である。肩部２９が放電部位になるのは、電気力線が密集するからである。電気力線については、本実施形態では詳しく説明しないが、実施形態２以降で図５等と共に説明する。

第４の面３０４に伝わった電流は、次の２つの経路のうち少なくとも一方によって、第３の面３０３に到達する。１つ目の経路は、第３の凹部３１３に沿う経路である。２つ目の経路は、第３の凹部３１３によって形成されたギャップを飛び越える経路である。つまり、２つ目の経路は、第４の面３０４の径方向外側の端部から、第３の面３０３の径方向外側の端部の間に位置する気体（混合気）の絶縁破壊によって形成される経路である。

第４の面３０４と第３の面３０３との間の電気抵抗は、従来の場合よりも大きくなるように、第３の凹部３１３の形状が決定されている。ここでいう従来の場合とは、第３の凹部３１３が設けられておらず、第４の面３０４から第３の面３０３にかけて連続で平らな面が形成されている場合のことである。

第４の面３０４と第３の面３０３との間の電気抵抗は、上記２つの経路の電気抵抗が並列接続された場合の合成抵抗に相当する。上記２つの経路それぞれの電気抵抗は、必然的に、従来の場合の電気抵抗よりも大きくなる。

上記１つ目の経路の場合に従来よりも電気抵抗が大きくなるのは、第４の面３０４の径方向外側の端部から、第３の面３０３の径方向外側の端部までの沿面距離が、従来の場合よりも長いからである。沿面距離とは、絶縁体１０の表面に沿うことを条件にした２点間の最短距離のことである。

上記２つ目の経路の場合に電気抵抗が大きくなるのは、気体中を流れる場合の方が、絶縁体１０の表面に沿って流れる場合よりも、電気抵抗が大きいからである。

但し、上記２つの経路それぞれの電気抵抗が従来の場合よりも大きいとしても、並列接続による合成抵抗が従来の場合よりも大きいとは限らない。そこで、以下、合成抵抗が従来の場合よりも大きくなるための条件を検討する。

上記の合成抵抗をＲｃ、１つ目の経路の抵抗をＲ１、２つ目の経路の抵抗をＲ２と表記すると、下記の式（１）が成り立つ。
Ｒｃ＝Ｒ１Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・（１）
一方、従来の場合における第４の面３０４と第３の面３０３との間の電気抵抗をＲｊ、係数をＴ（＞１）と表記すると、下記の式（２）が成り立つ。
Ｒ１＝ＴＲｊ・・・（２）

本実施形態では、式（１），式（２）を考慮し、Ｒｊ＜Ｒｃとなるように、第３の凹部３１３の寸法が決定されている。さらに詳しく説明すると、Ｒｊ＜Ｒｃは、式（２）によって、下記の式（３）のように変形できる。
Ｒ１／Ｔ ＜ Ｒｃ・・・（３）
式（３）に式（１）を代入すると、下記の式（４）になる。
Ｒ１／Ｔ ＜ Ｒ１Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・・・（４）
式（４）を変形すると、下記の式（５）になる。
Ｒ１／Ｒ２ ＜ Ｔ−１・・・（５）
式（５）が満たされれば、Ｒｊ＜Ｒｃが満たされる。よって、できるだけＲ２をＲ１よりも大きくすること、及びＴをできるだけ大きくすることによって、Ｒｊ＜Ｒｃが満たされやすくなることが分かる。

Ｒ２をＲ１よりも大きくするためには、第３の凹部３１３の径方向の幅（ギャップ）を大きくすることが有効である。Ｔを大きくするためには、第３の凹部３１３の深さを深くすることが有効である。深さとは、先端向き面３００から第３の凹部３１３の後端までの軸線ＯＬ方向の距離である。但し、第３の凹部３１３の深さを深くすると、Ｒ１が大きくなるので、Ｒ２をＲ１よりも大きくすることについては不利になる。

本実施形態では、Ｒｊ＜Ｒｃを満たすことを必要条件とし、且つ、Ｒｃができるだけ大きくなるように、実験またはシミュレーションによって第３の凹部３１３の形状を決定した。

第３の面３０３から第２の面３０２への経路、及び第２の面３０２から第１の面３０１への経路についても、上記と同様であるので、従来に比べて電流が流れにくい。この結果、沿面放電が従来に比べて抑制される。

上記の効果は、これまでの説明から明らかなように、凹部群によってもたらされる。一方で、凹部群を設けることは、スパークプラグ１００の径に影響しない。よって、本実施形態によれば、小径化されたスパークプラグ１００においても、沿面放電を抑制することができる。

実施形態２を説明する。実施形態２の説明は、実施形態１と異なる点を主な対象にする。特に説明されていない内容は、実施形態１と同じである。

図４は、先端向き面３００付近を拡大した断面図である。実施形態２では、実施形態１の絶縁体１０の代わりに、絶縁体１０ａが用いられる。絶縁体１０ａは、絶縁体１０とは異なり、先端向き面３００の軸線ＯＬ方向の位置が、肩部２９よりも先端側である。このため、実施形態２における放電部位は、肩部２９の１箇所である。

図５は、沿面ギャップＧ２付近に発生する電気力線を示す。図５は、実施形態２における様子と、比較例における様子とを合わせて示す。この比較例における絶縁体は、凹部群を備えない。但し、比較例における絶縁体は、図示されていない。

電気力線は、その性質上、他の電力線と交点を有しない。図５では、複数の電気力線が肩部２９において交点を有しているように示されているが、実際には交点は存在しない。

図５の電気力線によって示される電気力は、主体金具５０及び接地電極３０、並びに、中心電極２０の間に発生した電位差によって生じる。実施形態２における様子を示す電気力線は、電気力線Ｅ１０，Ｅ２０，Ｅ３０，Ｅ４０，Ｅ５０，Ｅ６０，Ｅ７０である。電気力線Ｅ２０Ａ，Ｅ３０Ａは、比較例において発生する電気力線の様子を示しており、実施形態２における電気力線Ｅ２０，Ｅ３０の代わりに発生する電気力線である。一方、比較例において電気力線Ｅ１０，Ｅ４０，Ｅ５０，Ｅ６０，Ｅ７０の代わりに発生する電気力線は実施形態２と殆ど同じである。以下では、電気力線Ｅ１０，Ｅ４０，Ｅ５０，Ｅ６０，Ｅ７０は、実施形態２と比較例とで共通であるものとする。

電気力線Ｅ１０がストレート部２６から出ており、電気力線Ｅ７０がテーパ部２７から出ていることは、実施形態２及び比較例で共通している。さらに、電気力線Ｅ４０，Ｅ５０，Ｅ６０が肩部２９から出ていることも、実施形態２及び比較例で共通している。さらに、実施形態２における電気力線Ｅ３０と、比較例における電気力線Ｅ３０Ａとが肩部２９から出ていることも、共通している。

一方、実施形態２における電気力線Ｅ２０がストレート部２６から出ているのに対して、比較例における電気力線Ｅ２０Ａが肩部２９から出ていることは、相違している。この相違は、主に、第３の凹部３１３の有無によってもたらされる。

もともと肩部２９のように、導体において角張った部位には、電気力線が密集しやすい。一方で、電気力線は、絶縁体にも影響を受ける。具体的には、第３の凹部３１３の４つの角部３１３Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃ，３１３Ｄのように、絶縁体において角張った部位に電気力線が通りやすくなる。角部３１３Ａ，３１３Ｄは、先端側内周縁であり、言い換えると、先端側かつ径方向内側に位置する角部である。角部３１３Ｂ，３１３Ｃは、先端側外周縁であり、言い換えると、先端側かつ径方向外側に位置する角部である。角部３１３Ａ，３１３Ｂは、後端側に位置する角部である。角部３１３Ｃ，３１３Ｄは、先端側に位置する角部である。

電気力線Ｅ３０Ａは、比較例においては角部３１３Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃ，３１３Ｄが存在しないので、絶縁体の形状による影響をあまり受けていない。この結果、電気力線Ｅ３０Ａは、実施形態２の場合に存在する角部３１３Ａと角部３１３Ｄとの間を通る。一方、実施形態２における電気力線Ｅ３０は、角部３１３Ｄの影響を受けて、角部３１３Ｄを通る。

同様に、電気力線Ｅ２０Ａは、比較例においては角部３１３Ａ，３１３Ｂ，３１３Ｃ，３１３Ｄが存在しないので、絶縁体の形状による影響をあまり受けていない。この結果、電気力線Ｅ２０Ａは、肩部２９から出て、実施形態２の場合に存在する角部３１３Ａと角部３１３Ｄとの間を通る。

一方、電気力線Ｅ２０は、角部３１３Ａの影響を受けて、角部３１３Ａを通る。この影響によって、電気力線Ｅ２０は肩部２９よりも後端側（つまりストレート部２６）から出ている。この結果、肩部２９における電気力線の密集度合いは、実施形態２の場合、比較例に比べて緩和される。

図４と共に説明したように、肩部２９は放電部位になる。これは、肩部２９が先端向き面３００（第４の面３０４）に最も近いというだけでなく、上記で説明したように電気力線が密集していることも大きな要因である。このため、肩部２９における電気力線の密集を緩和することは、沿面放電の発生の抑制に寄与する。

なお、実施形態２においても、実施形態１と同じく、凹部群によって電気抵抗が大きくなるという効果を得ることができる。つまり、凹部群によって、電気力線の緩和と、電気抵抗の増大との両方の効果がもたらされる。

実施形態３を説明する。実施形態３の説明は、実施形態２と異なる点を主な対象にする。特に説明されていない内容は、実施形態２と同じである。

図６は、先端向き面３００付近を拡大した断面図である。実施形態３では、実施形態２の絶縁体１０ａの代わりに、絶縁体１０ｂが用いられる。絶縁体１０ｂは、第１の凹部３１１の代わりに第１のＲ付凹部３３１を有し、第２の凹部３１２の代わりに第２のＲ付凹部３３２を有し、第３の凹部３１３の代わりに第３のＲ付凹部３３３を有する。

第３のＲ付凹部３３３は、角部３３３Ａ，３３３Ｂ，３３３Ｃ，３３３Ｄを有する。角部３３３Ｃ，３３３Ｄは、それぞれ、断面形状が曲面形状（Ｒ形状）になっている。第１のＲ付凹部３３１及び第２のＲ付凹部３３２も同様に、先端側の２つの角部の断面形状が曲面形状になっている。なお、角部３３３Ａ〜Ｄは、上記の通り、曲面形状であるため角張っていないが、本明細書では、このような形状も角部と呼称する。

図７は、実施形態２における電気力線を示す。ここで実施形態２の説明をするのは、実施形態３との比較のためである。図７に示された電気力線Ｅ２０，Ｅ３０は、図５に示された電気力線Ｅ２０，Ｅ３０と同じ電気力線を示している。図７では、電気力線Ｅ２０よりも後端側と、電気力線Ｅ３０よりも先端側との電気力線の図示は省略する。

電気力線は、仮想線であり、一定の範囲に電気力線を何本描くかは任意である。図７では、図５の場合よりも密に電気力線が示されている。具体的には、図７では、図５には示されていない電気力線Ｅ２１，Ｅ２２，２３，２４が、電気力線Ｅ２０と電気力線Ｅ３０との間に示されている。

図７に示すように、電気力線Ｅ２１，Ｅ２２は、電気力線Ｅ２０と同様、角部３１３Ａ付近を通る。この結果、角部３１３Ａにおいて、電気力線が密集する。電気力線Ｅ２３，Ｅ２４は、電気力線Ｅ３０と同様、角部３１３Ｄ付近を通る。この結果、角部３１３Ｄにおいて、電気力線が密集する。

図８は、実施形態３の場合における電気力線を示す。電気力線Ｅ２０，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３０は、実施形態２の場合と殆ど同じである。これに対し、電気力線Ｅ２３，Ｅ２４は、実施形態２の場合と異なる。具体的には、電気力線Ｅ２３，Ｅ２４は、角部３３３Ｄ付近を通らず、角部３３３Ａと角部３３３Ｄとの間を通る。この結果、角部３３３Ｄ付近における電気力線の密集が緩和される。電気力線Ｅ２３，Ｅ２４が角部３３３Ｄ付近を通らないのは、角部３３３Ｄが曲面形状だからである。

沿面放電の経路となる部位において電気力線の密集が生じると、沿面放電が発生しやすくなる。このため、上記のように角部３３３Ｄ付近における電気力線の密集が緩和されれば、沿面放電が発生しにくくなる。特に、角部３３３Ｄは、実施形態１で説明した第１及び第２の経路の両方に関わる部位であるので、角部３３３Ｄにおける電気力線の密集を緩和することは、沿面放電の抑制に効果的である。

実施形態４を説明する。実施形態４の説明は、実施形態３と異なる点を主な対象にする。特に説明されていない内容は、実施形態３と同じである。

図９は、先端向き面３００付近の拡大図である。実施形態４では、絶縁体１０ｂの代わりに、絶縁体１０ｃが用いられる。絶縁体１０ｃは、小径部３４０を備える。

小径部３４０は、先端向き面３００付近において、径方向内側に突き出す部位である。小径部３４０の先端を構成する面は、先端向き面３００の一部である。このため、小径部３４０が設けられていることによって、先端向き面３００が径方向内側に拡張される。

小径部３４０は、第４のＲ付凹部３３４と、第５の面３０５と、を備える。第４のＲ付凹部３３４は、第４の面３０４の径方向内側に設けられる。第５の面３０５は、第４のＲ付凹部３３４の径方向内側に設けられる。第５の面３０５は、先端向き面３００の一部である。

実施形態４における放電部位は、電気力線が密集する肩部２９と、中心電極２０のうち小径部３４０に最も近い部位とである。小径部３４０に到達した電流は、小径部３４０の軸線ＯＬ方向に平行な面を伝って、第５の面３０５に到達する。その後、第４のＲ付凹部３３４を通過して、第４の面３０４に到達する。このように、小径部３４０が設けられていることによって放電距離が長くなり、沿面放電が抑制される。

実施形態５を説明する。実施形態５の説明は、実施形態４と異なる点を主な対象にする。特に説明されていない内容は、実施形態４と同じである。

図１０は、先端向き面３００付近を拡大した断面図である。実施形態５では、絶縁体１０ｃの代わりに絶縁体１０ｄが用いられ、中心電極２０の代わりに中心電極２００が用いられる。

絶縁体１０ｄの小径部３５０は、第５のＲ付凹部３３５と、第６の面３０６と、第６のＲ付凹部３３６と、第７の面３０７と、を備える。第５のＲ付凹部３３５は、第５の面３０５の径方向内側に設けられる。第６の面３０６は、第５のＲ付凹部３３５の径方向内側に設けられる。第６のＲ付凹部３３６は、第６の面３０６の径方向内側に設けられる。第７の面３０７は、第６のＲ付凹部３３６の径方向内側に設けられる。

中心電極２００は、中心電極母材２１０と、電極チップ２２０と、溶接部２３０と、芯材２５０と、を備える。中心電極母材２１０は、ストレート部２６０と、テーパ部２７０と、肩部２９０とを備える。

溶接部２３０の先端は、先端向き面３００よりも後端側に配置される。この配置を実現するため、中心電極母材２１０、電極チップ２２０及び芯材２５０の寸法が、実施形態４の中心電極２０（つまり実施形態１の中心電極２０）から変更されている。具体的には、電極チップ２２０は、電極チップ２２に比べて長い。そして、中心電極母材２１０は中心電極母材２１に比べて短く、芯材２５０は芯材２５に比べて短い。

溶接部２３０は、レーザ溶接によって形成されるので、表面に微小なでこぼこが形成される。このようなでこぼこには、電気力線が密集しやく、放電部位になり得る。本実施形態では、溶接部２３０が、先端向き面３００よりも後端側に位置するため、主に第６のＲ付凹部３３６の影響によって、溶接部２３０のでこぼこへの電気力線の密集が緩和される。この結果、沿面放電が抑制される。

本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

図１１は、絶縁体１０ｅの先端向き面３００付近を拡大した断面図である。絶縁体１０ｅは、第１のＲ付凹部３６１と、第２のＲ付凹部３６２と、第３のＲ付凹部３６３と、を備える。第３のＲ付凹部３６３は、角部３６３Ａ，３６３Ｂ，３６３Ｃ，３６３Ｄを有する。角部３６３Ａ，３６３Ｂ，３６３Ｃ，３６３Ｄは、それぞれ、断面形状が曲面形状になっている。第１のＲ付凹部３６１及び第２のＲ付凹部３６２も同様に、４つの角部の断面形状が曲面形状になっている。

図１２は、絶縁体１０ｆの先端向き面３００付近を拡大した断面図である。絶縁体１０ｆは、第１のＲ付凹部３７１と、第２のＲ付凹部３７２と、第３のＲ付凹部３７３と、を備える。これら凹部群の断面形状は、先端側のギャップに比べて、後端の幅が狭くなっている。これら凹部群の断面形状において、径方向内側と径方向外側との側面が略対称の形状である。凹部群のそれぞれの角部にはＲが設けられている。

図１３は、絶縁体１０ｇの先端向き面３００付近を拡大した断面図である。絶縁体１０ｇは、第１のＲ付凹部３８１と、第２のＲ付凹部３８２と、第３のＲ付凹部３８３と、を備える。これら凹部群の断面形状は、先端側のギャップに比べて、後端の幅が狭くなっている。そして、これら凹部群の断面形状において、径方向内側と径方向外側との側面が非対称の形状である。具体的には、径方向外側の側面は、軸線ＯＬに略平行である。一方、径方向内側の側面は、軸線ＯＬに対して傾斜している。凹部群のそれぞれの角部にはＲが設けられている。

図１４は、絶縁体１０ｈの先端向き面３００付近を拡大した断面図である。絶縁体１０ｈは、第１のＲ付凹部３９１と、第２のＲ付凹部３９２と、第３のＲ付凹部３９３と、を備える。第１のＲ付凹部３９１の径方向外側に位置する平面が、先端向き面３００である。第２のＲ付凹部３９２の後端は、第１のＲ付凹部３９１の後端よりも後端側に位置する。第３のＲ付凹部３９３の後端は、第２のＲ付凹部３９２の後端よりも後端側に位置する。

図１５は、絶縁体１０ｉの先端向き面４００付近を拡大した断面図である。先端向き面４００には、凹凸が設けられている。具体的には、絶縁体１０ｉは、先端向き面４００から突き出る凸部５００を備える。凸部５００の先端側の角部は、曲面形状である。凸部５００によって、放電距離が長くなる。そして、凸部５００の先端側の角部によって、肩部２９における電気力線の密集が緩和される。

他の形態を説明する。
凹部または凸部の数は、１つ以上であれば、いくつでもよい。
小径部には、凹部および凸部の何れも設けられていなくてもよい。
中心電極にはテーパ部が設けられていなくてもよい。つまり、溶接部がストレート部に接合されていてもよい。

３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
８…パッキン
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ…絶縁体
１００…スパークプラグ
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…縮径部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０、２００…中心電極
２１、２１０…中心電極母材
２２、２２０…電極チップ
２３、２３０…溶接部
２５、２５０…芯材
２６、２６０…ストレート部
２７、２７０…テーパ部
２９、２９０…肩部
３０…接地電極
３１…固定端
３２…自由端
４０…端子電極
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
６０…突出部
１５０…シリンダヘッド
１５１…取付ねじ孔
３００、４００…先端向き面
３０１…第１の面
３０２…第２の面
３０３…第３の面
３０４…第４の面
３０５…第５の面
３０６…第６の面
３０７…第７の面
３１１…第１の凹部
３１２…第２の凹部
３１３…第３の凹部
３１３Ａ、３１３Ｂ、３１３Ｃ、３１３Ｄ、３３３Ａ、３３３Ｂ、３３３Ｃ、３３３Ｄ、３６３Ａ、３６３Ｂ、３６３Ｃ、３６３Ｄ…角部
３３１、３６１、３７１、３８１、３９１…第１のＲ付凹部
３３２、３６２、３７２、３８２、３９２…第２のＲ付凹部
３３３、３６３、３７３、３８３、３９３…第３のＲ付凹部
３３４…第４のＲ付凹部
３３５…第５のＲ付凹部
３３６…第６のＲ付凹部
３４０、３５０…小径部
５００…凸部
Ｇ１…火花ギャップ
Ｇ２…沿面ギャップ
ＯＬ…軸線

Claims (7)

1. 先端側から後端側に延びる軸線に沿った軸孔を有する絶縁体と、
   自身の先端部が前記絶縁体の先端から突き出るように前記軸孔内に配置された中心電極と、
   前記絶縁体の外周に配置された主体金具と、
   一端部が前記主体金具の先端部に接続され、他端部が前記中心電極の前記先端部と間隙を介して対向する接地電極と、
   を備えるスパークプラグであって、
   前記絶縁体の先端向き面には、環状の凸部が設けられている
   ことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記中心電極は、
   外径が一定のストレート部と、
   前記ストレート部の先端側に接続され、先端に向かって外径が縮小するテーパ部と、
   を備え、
   前記ストレート部と前記テーパ部との境界である肩部は、前記絶縁体の先端向き面よりも後端側に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記スパークプラグは、
   前記中心電極の先端に接合された電極チップをさらに備え、
   前記電極チップは、自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶接部を介して前記中心電極に接合されており、
   前記溶接部の先端は、前記絶縁体の先端向き面よりも後端側に位置する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 前記環状の凸部の先端側外周縁および先端側内周縁は、曲面形状である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のスパークプラグ。
5. 前記環状の凸部は、複数形成される
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか一項に記載のスパークプラグ。
6. 前記絶縁体は、先端部内周面に径方向内側に突出する小径部を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のスパークプラグ。
7. 前記小径部の先端向き面に、前記環状の凸部および環状の凹部の少なくとも一方が設けられている
   ことを特徴とする請求項６に記載のスパークプラグ。

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