JP6775460B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は点火プラグに関し、特に絶縁体の設計の自由度を高くできる点火プラグに関するものである。

内燃機関に装着される点火プラグは、気密性を確保するため、例えば、中心電極を保持する絶縁体の外周に設けられた係止部が、主体金具の径方向の内側へ突出する棚部に係止される。主体金具に対して中心電極に高電圧を印加すると、中心電極の先端近傍の気体が絶縁破壊し放電が生じる（特許文献１）。点火プラグは、絶縁体のうち中心電極の先端近傍に存在する部分の形状によって、様々な電極系を構成できる。

特開２００６−２９４２５７号公報

しかしながら上記従来の技術では、絶縁体のうち係止部よりも先端側の部分の外径を主体金具の棚部の内径よりも大きくできない、絶縁体のうち係止部よりも先端側の部分の形状を複雑にできない等、絶縁体のうち中心電極の先端近傍に存在する部分の設計の自由度が低いという問題点がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、絶縁体のうち中心電極の先端近傍に存在する部分の設計の自由度を高くできる点火プラグを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の点火プラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って中心電極が延び、中心電極の少なくとも一部を絶縁体が取り囲む。略筒状の主体金具は絶縁体を外周側から保持し、主体金具は径方向の内側へ棚部が突出する。絶縁体は、中心電極の先端が突出するように中心電極を取り囲む貫通孔と、先端側から棚部に係止される係止部と、を有する第１絶縁体と、第１絶縁体の係止部よりも先端側に配置され、自身の内周面の一部が第１絶縁体の外周面の一部に直接または他部材を介して接合される第２絶縁体と、を備えている。第２絶縁体は第１絶縁体に螺合されて接合される。

請求項１記載の点火プラグによれば、主体金具の棚部に係止される第１絶縁体の係止部よりも先端側の部分に、第１絶縁体とは別部材である第２絶縁体が接合されるので、絶縁体のうち係止部よりも先端側の部分を様々な形状に設計するのが容易である。例えば、主体金具の棚部の内径に関係なく、絶縁体のうち係止部よりも先端側の部分の外径を設定できる。また、第１絶縁体と第２絶縁体との組合せにより、絶縁体のうち係止部よりも先端側の部分を複雑な形状にできる。即ち、絶縁体のうち中心電極の先端近傍に存在する部分の設計の自由度を高くできる。

さらに、第２絶縁体は、自身の内周面の一部が、第１絶縁体の外周面の一部に、直接または他部材を介して螺合されて接合される。第２絶縁体が螺合するおねじが、第１絶縁体の外周面の一部に形成されることになるので、おねじが無い場合に比べて、第１絶縁体の沿面距離を長くできる。よって、第２絶縁体の内周面と第１絶縁体の外周面とを導電経路とする中心電極と主体金具とのリークを抑制できる。

請求項２記載の点火プラグによれば、第１絶縁体の外周面と第２絶縁体の内周面との間の少なくとも一部に充填材が充填される。よって、請求項１の効果に加え、第２絶縁体の内周面と第１絶縁体の外周面とを導電経路とする中心電極と主体金具とのリークを、より効果的に抑制できる。

本発明の第１実施の形態における点火プラグの片側断面図である。 一部を拡大した点火プラグの片側断面図である。 第２実施の形態における点火プラグの片側断面図である。 第３実施の形態における点火プラグの片側断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態における点火プラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図であり、図２は一部を拡大した点火プラグ１０の片側断面図である。図１及び図２では、紙面下側を点火プラグ１０の先端側、紙面上側を点火プラグ１０の後端側という（図３及び図４においても同じ）。図２では、点火プラグ１０の軸線Ｏ方向の後端側の図示が省略されている。

図１及び図２に示すように点火プラグ１０は、絶縁体１１、中心電極５０及び主体金具６０を備えている。絶縁体１１は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成される部材である。絶縁体１１は、略円筒状の第１絶縁体２０、及び、有底円筒状の第２絶縁体４０を備えている。

第１絶縁体２０は、後端側から先端側へ軸線Ｏに沿って胴部２１、突出部２２、大径部２３、小径部２５の順に連接されており、軸線Ｏに沿って形成された孔部２９、段部３０及び軸孔３１が中心を貫通する。胴部２１は、第１絶縁体２０のうち後端側に位置する。胴部２１と大径部２３との境界から径方向の外側へ突出部２２が鍔状に張り出している。突出部２２は、胴部２１と大径部２３との境界の全周に亘って設けられている。

大径部２３の先端側に設けられた小径部２５の外径は、大径部２３の外径よりも小さく、小径部２５の外径は小径部２５の軸線Ｏ方向の全長に亘って略同一である。大径部２３の外径と小径部２５の外径との差により、先端側を向く係止部２４が大径部２３の外周に形成される。係止部２４は、軸線Ｏ方向の先端側へ向かうにつれて縮径している。小径部２５は、外周におねじ部２６が形成されている。

孔部２９は、胴部２１から大径部２３にかけて形成されている。軸孔３１は、大径部２３から小径部２５にかけて形成されている。孔部２９の内径は、軸孔３１の内径よりも大きい。孔部２９の内径と軸孔３１の内径との差により、後端側を向く段部３０が大径部２３の内周に形成される。段部３０は、軸線Ｏ方向の先端側へ向かうにつれて縮径している。

第２絶縁体４０は、第１絶縁体２０の小径部２５の周囲を取り囲む部材である。第２絶縁体４０は、円筒部４１と、第２絶縁体４０の先端面４３を形成し円筒部４１の先端側の開口を塞ぐ底部４２と、を備えている。円筒部４１の内周には、めねじ部４４が形成されている。

めねじ部４４は、第１絶縁体２０の小径部２５の外周に形成されたおねじ部２６に係合して、第１絶縁体２０に第２絶縁体４０を直接接合する。円筒部４１の外径は、第１絶縁体２０の小径部２５の外径より大きい。円筒部４１の径方向の肉厚は、円筒部４１の軸線Ｏ方向の全長に亘って同一である。

中心電極５０は、棒状に形成された軸部５１と、軸部５１の先端に設けられた頭部５２と、を備える導電性のある部材である。軸部５１は、有底筒状に形成された電極母材の内部に、電極母材よりも熱伝導性に優れる芯材が埋設されている。芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されており、電極母材はニッケル基合金やニッケル等により形成されている。

中心電極５０は、軸部５１の後端に係合部５３が設けられている。係合部５３は、軸部５１よりも軸線Ｏと直交する軸直角方向へ広がる部分であり、第１絶縁体２０の孔部２９に配置され、第１絶縁体２０の段部３０と係合する。軸部５１は、頭部５２の最大径よりも内径が小さい第１絶縁体２０の軸孔３１に配置される。

頭部５２は、軸部５１よりも軸線Ｏと直交する軸直角方向へ広がる部分であり、先端面５４、側面５５及び後端面５６を有している。本実施の形態では、頭部５２はニッケル基合金やニッケル等により円柱状に形成されており、溶接により軸部５１の先端に接合されている。頭部５２は、第１絶縁体２０の小径部２５よりも軸線Ｏ方向の先端側に配置される。第２絶縁体４０は頭部５２を内包する。頭部５２の先端面５４は第２絶縁体４０の底部４２に覆われ、頭部５２の側面５５は第２絶縁体４０の円筒部４１に覆われる。

端子金具５７は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具５７の先端側は第１絶縁体２０の孔部２９内に配置される。端子金具５７と中心電極５０の係合部５３との間に、導電性を有するシール材５８が配置される。シール材５８は、例えばＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系等のガラス粒子とＣｕやＦｅ等の金属粒子とを含む組成物が用いられる。シール材５８により中心電極５０と端子金具５７とは孔部２９内で電気的に接続される。

主体金具６０は、内燃機関（図示せず）に固定される略円筒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼やステンレス鋼等）によって形成されている。主体金具６０は、後端側から先端側へと軸線Ｏに沿って加締め部６１、工具係合部６２、湾曲部６３、座部６４、胴部６５の順に連接されている。胴部６５は外周面にねじ部６６が形成されている。

加締め部６１及び湾曲部６３は、第１絶縁体２０を加締めるための部位である。工具係合部６２は、ねじ部６６を内燃機関のねじ穴（図示せず）に結合するときにレンチ等の工具を係合させる部位である。座部６４は、胴部６５の後端側に位置し、径方向の外側に環状に突出する部位である。座部６４は、胴部６５との間に環状のガスケット７５が配置される。

胴部６５は、径方向の内側へ突出する棚部６７が内周に設けられている。棚部６７は胴部６５の全周に亘って設けられており、軸線Ｏ方向の先端側へ向かうにつれて縮径している。胴部６５のうち棚部６７より先端側の内径は、棚部６７の最小内径と同じ大きさにされている。棚部６７にはパッキン７２が配置される。パッキン７２は、軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。

脚部６８は、内径が、棚部６７の最小内径よりも大きい円筒状の部位である。本実施の形態では、脚部６８の内径は、脚部６８の軸線Ｏ方向の全長に亘って同一である。脚部６８は、第２絶縁体４０の円筒部４１及び第１絶縁体２０の小径部２５を介して、中心電極５０と対向する。第２絶縁体４０の外径は、棚部６７の最小内径よりも大きい。本実施の形態では、脚部６８の先端６９は、第２絶縁体４０の先端面４３よりも後端側（図２上側）に位置する。また、脚部６８の先端６９は、中心電極５０の頭部５２の後端面５６よりも後端側（図２上側）に位置する。

主体金具６０の工具係合部６２の内周と第１絶縁体２０の胴部２１の外周との間に、一対のリング部材７３及びリング部材７３に挟まれたタルク等の粉末７４が配置される。主体金具６０の加締め部６１を変形させてリング部材７３に密着させると、リング部材７３、粉末７４及び突出部２２を介して、係止部２４が主体金具６０の棚部６７へ向けて押圧される。その結果、主体金具６０は、パッキン７２、リング部材７３及び粉末７４を介して第１絶縁体２０に取り付けられる。パッキン７２は棚部６７と係止部２４との隙間を気密に閉塞する。

点火プラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、中心電極５０の軸部５１を第１絶縁体２０の軸孔３１に挿入し、軸部５１の先端に頭部５２を溶接する。次に、シール材５８の原料粉末を孔部２９に充填して、孔部２９に端子金具５７を圧入し、加熱しながらシール材５８の原料粉末を軸方向へ圧縮する。原料粉末を圧縮・焼結させ、シール材５８で端子金具５７と中心電極５０との導通を確保する。次いで、第１絶縁体２０のおねじ部２６に第２絶縁体４０のめねじ部４４を結合して、第１絶縁体２０に第２絶縁体４０を接合する。最後に、第１絶縁体２０及び第２絶縁体４０の外周に主体金具６０を組み付け、点火プラグ１０を得る。

点火プラグ１０は、主体金具６０のねじ部６６が内燃機関（図示せず）のねじ穴に取り付けられると、第２絶縁体４０が燃焼室（図示せず）に露出する。点火プラグ１０は中心電極５０と主体金具６０とを絶縁体１１が隔てる１種のコンデンサなので、端子金具５７と主体金具６０との間に交流電圧または複数回のパルス電圧が印加されると、中心電極５０と主体金具６０との間に誘電体バリア放電が生じる。この放電によって点火プラグ１０は気体（混合気）を電離し、非平衡プラズマの状態にして混合気に火炎核を発生させる。

端子金具５７と主体金具６０との間の印加電圧が一定であれば、絶縁体１１に蓄えられる電荷の量は、中心電極５０と主体金具６０との間に介在する絶縁体１１の厚さに反比例するので、絶縁体１１の厚さが薄いほど第２絶縁体４０の表面に生じるプラズマの生成量が増加する。

点火プラグ１０は、軸部５１の太さよりも外寸が大きい頭部５２が先端に設けられた中心電極５０を備えるので、絶縁体１１の先端側の外径を小さくすることなく（つまり、絶縁体１１の先端側の表面積を確保しつつ）、絶縁体１１の先端側の肉厚を薄くできる。従って、プラズマの生成量を増やすことができ、着火性を向上できる。

また、プラズマの生成量を増やすために中心電極５０の外径を軸方向の全長に亘って大きくすると、中心電極５０と主体金具６０との間に介在する絶縁体１１の厚さを薄くできるが、その反面、絶縁体１１を電流が貫通し易くなるという問題点がある。

これに対し点火プラグ１０は、絶縁体１１を第１絶縁体２０と第２絶縁体４０とに分け、軸部５１よりも大きい頭部５２を先端部に備える中心電極５０を絶縁体１１の内部に配置するので、中心電極５０の軸部５１を取り囲む第１絶縁体２０（大径部２３及び小径部２５）を厚く、頭部５２を取り囲む第２絶縁体４０（円筒部４１）を薄くできる。よって、第１絶縁体２０の貫通を抑制しながら、第２絶縁体４０の外表面に多くのプラズマを発生させることができる。

また、絶縁体１１は、第１絶縁体２０及び第２絶縁体４０の２部材を備えるので、中心電極５０の軸部５１を第１絶縁体２０で覆いながら、軸部５１よりも外径の大きい頭部５２を第２絶縁体４０に内包できる。よって、頭部５２を備える中心電極５０を絶縁体１１へ容易に配置できる。

第１絶縁体２０の先端側を第２絶縁体４０で覆う構造なので、第１絶縁体２０の軸孔３１の大きさとは無関係に、第２絶縁体４０に覆われる頭部５２の外径を大きくできる。その結果、絶縁体１１の厚みを確保しつつ、第２絶縁体４０の表面積を大きくできるので、第２絶縁体４０の外表面に発生するプラズマの量を増やすことができる。

この点火プラグ１０は、燃費向上、ＣＯ_２低減を目的として、小型、高出力および低ＮＯｘを達成するために開発が続けられている近年の高効率エンジンに特に適している。高効率エンジンは高過給、高圧縮に加え混合気が希薄で着火性が乏しい場合があるので、燃焼室の広い範囲が電離される、燃焼室内の気体（混合気）を広範囲で活性化させ、その改質ガスによる着火性や燃焼効率の向上が期待されるからである。なお、点火プラグ１０はガソリン、軽油、気体燃料等の種々の燃料系に適用可能である。

第２絶縁体４０は、先端面４３が、主体金具６０の先端６９よりも先端側（図２下側）に突出しているので、火炎核の成長を主体金具６０が阻害しないようにできる。よって、着火性を向上できる。さらに、頭部５２の後端面５６は、主体金具６０の先端６９よりも先端側に配置されるので、第２絶縁体４０のうち頭部５２を取り囲む部分（肉厚の薄い部分）を主体金具６０の外側に配置できる。貫通は、絶縁体１１のうち主体金具６０と中心電極５０とに挟まれる部分で生じ易いが、主体金具６０の先端６９よりも先端側に頭部５２を配置することにより、さらに絶縁体１１の貫通を生じ難くできる。

第２絶縁体４０は、めねじ部４４が第１絶縁体２０のおねじ部２６に結合して第１絶縁体２０に接合されるので、ねじの螺合ではなく無機接着剤だけで第２絶縁体４０を第１絶縁体２０に接合する場合に比べて、接合信頼性を向上できる。

めねじ部４４及びおねじ部２６を設けることによって、めねじ部４４及びおねじ部２６を設けない場合に比べて、第２小径部２７の外周および円筒部４１の内周の沿面距離を長くできる。その結果、第２小径部２７と円筒部４１との間を経路とする主体金具６０と頭部５２との間のリークを抑制できる。

主体金具６０の棚部６７は、全周に亘って大径部２３よりも軸直角方向の内側へ突出して、第１絶縁体２０の大径部２３を支持する。このように絶縁体１１は、第１絶縁体２０に設けられた大径部２３が、主体金具６０の棚部６７に支持されることで、主体金具６０の内周に保持されている。軸部５１を覆う第１絶縁体２０に大径部２３を設けることにより、軸部５１よりも軸直角方向に広がる頭部５２を覆う第２絶縁体４０に大径部２３を設ける場合に比べて、大径部２３の軸直角方向の厚さを厚くできる。よって、大径部２３の機械的強度を確保できる。

点火プラグ１０は、第２絶縁体４０のうち少なくとも主体金具６０よりも先端側（図２下側）の部分の外径が、主体金具６０の棚部６７の最小内径よりも大きい。そのため、第２絶縁体４０のうち主体金具６０の先端６９よりも先端側に突出する部分の表面積を大きくできる。よって、プラズマの発生量を増やすことができる。

第２絶縁体４０のうち主体金具６０の先端６９よりも先端側に突出する部分の表面積を大きくできることに伴い、第２絶縁体４０に内包される頭部５２の外径を大きくできる。その結果、軸部５１よりも軸直角方向へ広がる頭部５２を中心電極５０が有しない場合に比べて、絶縁体１１の厚さを維持しつつ、第２絶縁体４０の表面積を大きくできる。これにより、第２絶縁体４０の外表面に発生するプラズマの量を増やすことができる。

絶縁体１１が第１絶縁体２０及び第２絶縁体４０の２部材に分割されていない場合には、主体金具６０の棚部６７よりも先端側に、棚部６７の最小内径よりも外径が大きい絶縁体（第２絶縁体４０）を設けることは難しい。しかし、第２絶縁体４０は、係止部２４よりも先端側の第１絶縁体２０に接合されるので、棚部６７の内径に制約を受けることなく、棚部６７の内径よりも外径が大きい絶縁体（第２絶縁体４０）を、主体金具６０の先端側に容易に設けることができる。

第２絶縁体４０は、主体金具６０の内部に円筒部４１及びめねじ部４４が存在するので、燃焼室内の燃焼ガスに円筒部４１が曝されないようにできる。第２絶縁体４０の全部が燃焼ガスに曝される場合に比べて、第２絶縁体４０の過熱を抑制できるので、第２絶縁体４０の異常過熱による混合気への着火を抑制できる。

主体金具６０の外周にねじ部６６が存在する胴部６５の内部に、第２絶縁体４０の円筒部４１及びめねじ部４４が存在する。よって、第２絶縁体４０の熱を、円筒部４１、胴部６５及びねじ部６６を介して内燃機関（図示せず）へ伝達できる。その結果、第２絶縁体４０の過熱を抑制できるので、第２絶縁体４０の異常過熱による混合気への着火をさらに抑制できる。

図３を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、中心電極５０の先端部（頭部５２）が第２絶縁体４０で覆われる場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、中心電極８１の先端近傍にキャビティ９９が形成される点火プラグ８０について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図３は第２実施の形態における点火プラグ８０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図３では点火プラグ８０の後端側の図示が省略されている。

図３に示すように点火プラグ８０は、中心電極８１と、中心電極８１を保持する第１絶縁体８４と、第１絶縁体８４に接合される第２絶縁体９０と、第１絶縁体８４を保持する主体金具９４と、主体金具９４に接合される接地電極９５を備えている。

中心電極８１は、係合部５３が後端部に連接された軸部８２と、軸部８２の先端に接合されたチップ８３とを備えている。軸部８２は、有底筒状に形成された電極母材の内部に、電極母材よりも熱伝導性に優れる芯材が埋設されている。チップ８３は、貴金属を主成分とする合金または貴金属によって柱状に形成されている。チップ８３は、レーザ溶接や抵抗溶接等によって軸部８２に接合されている。

第１絶縁体８４は、軸線Ｏに沿って中心に軸孔３１が形成されている。第１絶縁体８４は、大径部２３の先端側に、係止部２４を挟んで小径部８５が連接されている。小径部８５は、第１小径部８６と、第１小径部８６の先端側に連接された第２小径部８７と、を備えている。第１小径部８６の外径は、第２小径部８７の外径よりも大きく、大径部２３の外径より小さい。第２小径部８７は、外周におねじ部８８が形成されている。

中心電極８１は、第１絶縁体８４の軸孔３１内に軸部８２が配置され、第１絶縁体８４の段部３０に係合部５３が配置される。中心電極８１は、第１絶縁体８４の先端面８９よりも先端側に、軸部８２の先端側およびチップ８３が突出する。

第２絶縁体９０は、第１絶縁体８４の第２小径部８７の外周を取り囲む略円筒状の部材である。第２絶縁体９０は、円筒部９１と、円筒部９１の先端から径方向の内側へ向けて突出する先端部９２と、を備えている。円筒部９１の内周に形成されためねじ部４４は、第１絶縁体８４の第２小径部８７に形成されたおねじ部８８に螺合する。第２絶縁体９０の先端部９２は、円筒部４１の先端から円筒部４１の径方向の内側および先端側へ向けて張り出しており、先端部９２の中心に開口９３が形成されている。開口９３の内径は軸孔３１の内径よりも大きい。第２絶縁体９０は、第１絶縁体８４の先端面８９よりも先端側に、円筒部４１の先端側および先端部９２が突出する。

主体金具９４は、略円形状の接地電極９５が先端に配置される。接地電極９５は、第２絶縁体９０の先端部９２よりも軸線Ｏ方向の先端側に位置する。接地電極９５は、主体金具９４に外周が接合される円環状の金属製（例えばニッケル基合金製）の電極母材９６と、電極母材９６の内周に接合されるチップ９７とを備えている。チップ９７は、貴金属を主成分とする合金または貴金属によって形成される円環状の部材であり、軸線Ｏ方向に貫通する穴９８が中心に形成されている。主体金具９４の先端に接地電極９５が配置されることにより、中心電極８１の先端に、第１絶縁体８４、第２絶縁体９０及び接地電極９５で周囲が囲まれたキャビティ９９が形成される。

点火プラグ８０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、予めチップ８３が接合された中心電極８１の軸部８２を第１絶縁体８４の軸孔３１に挿入した後、シール材５８（図１参照）の原料粉末を孔部２９に充填する。次に、孔部２９に端子金具５７を圧入し、加熱しながらシール材５８の原料粉末を軸方向へ圧縮する。原料粉末を圧縮・焼結させ、シール材５８で端子金具５７と中心電極８１との導通を確保する。次いで、第１絶縁体８４のおねじ部８８に、第２絶縁体９０のめねじ部４４を螺合する。第１絶縁体８４及び第２絶縁体９０の外周に主体金具９４を組み付けた後、予めチップ９７が接合された接地電極９５を主体金具９４に接合して、点火プラグ８０を得る。

点火プラグ８０は、端子金具５７（図１参照）と主体金具９４との間に交流電圧または複数回のパルス電圧が印加されると、中心電極８１と接地電極９５との間で放電が生じ、キャビティ９９内にプラズマが形成される。キャビティ９９内のプラズマの圧力が高まると、穴９８からフレーム状にプラズマが噴出する。

本実施の形態では、キャビティ９９は、第１絶縁体８４の先端面８９及び第２絶縁体９０の円筒部４１によって内径の大きな部分と、第２絶縁体９０の先端部９２によって内径の小さい部分とが設けられている。これにより、中心電極８１と接地電極９５との間の沿面距離を長くできる。よって、中心電極８１と接地電極９５との間の短絡を生じ難くできる。その結果、プラズマの生成量を確保できる。

点火プラグ８０は、第１絶縁体８４に第２絶縁体９０を接合してキャビティ９９を形成するので、キャビティ９９の形状を設計する自由度を高くできる。キャビティ９９の複雑な形状を１部材で作成するのは困難だが、第１絶縁体８４に第２絶縁体９０を接合して第１絶縁体８４と第２絶縁体９０とを組合せることにより、キャビティ９９を複雑な形状にできる。

また、点火プラグ８０は、第１絶縁体８４及び第２絶縁体９０によってキャビティ９９を形成するので、キャビティ９９を構成する絶縁体の壁面の沿面距離を長くすることができる。その結果、リークの抑制効果を高めることができる。

第２絶縁体９０のめねじ部４４が第１絶縁体８４のおねじ部８８に結合して第２絶縁体９０が第１絶縁体８４に接合されるので、ねじを設けない場合に比べて、第２小径部８７の外周および円筒部９１の内周の沿面距離を長くできる。その結果、第２小径部８７と円筒部９１との間を経路とする主体金具９４と中心電極８１との間の短絡を抑制できる。また、めねじ部４４及びおねじ部８８によって第１絶縁体８４と第２絶縁体９０との接触面積を大きくできるので、第１絶縁体８４と第２絶縁体９０との熱伝達をめねじ部４４及びおねじ部８８によって向上できる。

めねじ部４４及びおねじ部８８は、主体金具９４のねじ部６６の径方向の内側に形成されているので、めねじ部４４及びおねじ部８８を介して第１絶縁体８４から第２絶縁体９０へ伝達された熱を、主体金具９４のねじ部６６からねじ穴（図示せず）を介して内燃機関へ放散させ易くできる。

図４を参照して第３実施の形態について説明する。第３実施の形態では、コロナ放電により大気圧プラズマを発生する点火プラグ１００について説明する。なお、第１実施の形態および第２実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４は第３実施の形態における点火プラグ１００の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図４では点火プラグ１００の後端側の図示が省略されている。

図４に示すように点火プラグ１００は、中心電極１０１と、中心電極１０１を保持する第１絶縁体１０４と、第１絶縁体１０４に接合される第２絶縁体１０６と、第１絶縁体１０４を保持する主体金具１１０とを備えている。

中心電極１０１は、係合部５３が後端部に連接された軸部１０２と、軸部１０２の先端に接合されたチップ１０３とを備えている。軸部１０２は、有底筒状に形成された電極母材の内部に、電極母材よりも熱伝導性に優れる芯材が埋設されている。チップ１０３は、貴金属を主成分とする合金または貴金属によって柱状に形成されている。チップ１０３は、レーザ溶接や抵抗溶接等によって軸部１０２に接合されている。

第１絶縁体１０４は、軸線Ｏに沿って中心に軸孔３１が形成されている。中心電極１０１は、第１絶縁体１０４の軸孔３１内に軸部１０２が配置され、第１絶縁体１０４の段部３０に係合部５３が配置される。

第２絶縁体１０６は、第１絶縁体１０４の第２小径部８７の外周を取り囲む円筒部１０７と、円筒部１０７の先端に連接された略円板状の先端部１０８と、を備える有底円筒状の部材である。先端部１０８の外径は、主体金具１１０の棚部６７の最小内径よりも大きい。先端部１０８は、第１絶縁体１０４の先端面１０５及び主体金具１１０の先端面１１１よりも先端側に配置される。先端部１０８は、主体金具１１０の先端面１１１に当接している。

先端部１０８は、中心を軸線Ｏ方向（厚さ方向）に貫通する開口１０９が形成されている。開口１０９は軸孔３１と連通し、開口１０９内に中心電極１０１の軸部１０２が配置される。中心電極１０１は、第２絶縁体１０６の先端部１０８よりも先端側に、軸部１０２の先端側およびチップ１０３が突出する。

円筒部１０７の内周に形成されためねじ部４４は、第１絶縁体１０４の第２小径部８７に形成されたおねじ部８８に螺合する。点火プラグ１００は、めねじ部４４とおねじ部８８との隙間に、充填材１１２が充填されている。充填材１１２は、耐熱性および絶縁性を有し、めねじ部４４及びおねじ部８８の少なくとも一部に密着し、めねじ部４４及びおねじ部８８を接着する。充填材１１２は、例えば無機接着剤（所謂セメント）、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系等のガラス粒子を含む組成物等が用いられる。

点火プラグ１００は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、予めチップ１０３が接合された中心電極１０１の軸部１０２を第１絶縁体１０４の軸孔３１に挿入した後、シール材５８により端子金具５７と中心電極１０１との導通を確保する。第１絶縁体１０４の外周に主体金具１１０を組み付けた後、めねじ部４４に充填材１１２が塗布された第２絶縁体１０６を、第１絶縁体１０４のおねじ部８８に螺合する。充填材１１２を硬化させて点火プラグ１００を得る。点火プラグ１００は、端子金具５７（図１参照）と主体金具１１０との間に交流電圧または複数回のパルス電圧が印加されると、中心電極１０１の先端にコロナ放電が生じる。

点火プラグ１００は、第１絶縁体１０４に第２絶縁体１０６を接合して、主体金具１１０の先端面１１１の先端側に第２絶縁体１０６の先端部１０８を配置するので、主体金具１１０と中心電極１０１との間の短絡を抑制できる。その結果、気中放電を生じ易くできるので、気中放電によるプラズマの生成量を確保できる。

また、主体金具１１０と中心電極１０１との間に第２絶縁体１０６の円筒部１０７が介在し、円筒部１０７のめねじ部４４と第１絶縁体１０４のおねじ部８８とが螺合しているので、めねじ部４４及びおねじ部８８が無い場合に比べて、その部分の沿面距離を長くすることができる。よって、第１絶縁体１０４の外周と第２絶縁体１０６の内周との間を導電経路とする短絡の抑制効果を高めることができる。

点火プラグ１００は、絶縁体が、棚部６７で支持される係止部２４を有する第１絶縁体１０４と、先端部１０８を有する第２絶縁体１０６と、を備えている。絶縁体が第１絶縁体１０４及び第２絶縁体１０６の２部材に分割されていない場合には、主体金具１１０の先端側に、棚部６７の最小内径よりも外径が大きい先端部１０８を設けることは難しい。しかし、第２絶縁体１０６は、係止部２４よりも先端側の第１絶縁体１０４に螺合されるので、棚部６７の内径に制約を受けることなく、棚部６７の内径よりも外径が大きい先端部１０８を容易に設けることができる。

また、絶縁性を有する充填材１１２が、めねじ部４４とおねじ部８８との隙間に配置され、めねじ部４４及びおねじ部８８の少なくとも一部に密着するので、めねじ部４４とおねじ部８８との間に生じる放電を抑制できる。その結果、めねじ部４４とおねじ部８８との間を導電経路とする短絡の抑制効果を向上できる。

また、充填材１１２が、めねじ部４４及びおねじ部８８に密着するので、充填材１１２の熱伝導率にもよるが、めねじ部４４及びおねじ部８８間の熱伝導性を向上させることができ、第２絶縁体９０から第１絶縁体８４への熱放散を良くすることができる。

めねじ部４４及びおねじ部８８を充填材１１２が接着するので、おねじ部８８に対するめねじ部４４の緩みを防止できる。めねじ部４４及びおねじ部８８並びに充填材１１２によって第２絶縁体９０が第１絶縁体８４に接合されるので、第２絶縁体９０の接合信頼性を向上できる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
第３実施の形態で説明した点火プラグ１００と同じ構造の実施例１におけるサンプルを作成した。実施例１におけるサンプルは、中心電極１０１の軸部１０２の外径を１．５ｍｍ、第２絶縁体１０６の先端部１０８の厚さ（軸線Ｏ方向の長さ）を４．０ｍｍ、先端部１０８の外径を１２．０ｍｍとした。第１絶縁体１０４のおねじ部８８と第２絶縁体１０６のめねじ部４４とを螺合して、第１絶縁体１０４に第２絶縁体１０６を接合した。

（実施例２）
第１絶縁体１０４のおねじ部８８と第２絶縁体１０６のめねじ部４４とを螺合しつつ、アルミナを主体とする充填材１１２（絶縁性の耐熱接着剤）を用いておねじ部８８とめねじ部４４とを接着した以外は、実施例１と同様にして実施例２におけるサンプルを作成した。

（比較例）
第１絶縁体１０４のおねじ部８８、及び、第２絶縁体１０６のめねじ部４４を無くし、第２絶縁体１０６に第１絶縁体１０４を嵌合した以外は、実施例１と同様にして比較例におけるサンプルを作成した。

誘導性素子に蓄積したエネルギーを放出する誘導エネルギー蓄積型（ＩＥＳ：Inductive Energy Storage）の電源を用いて、各サンプルの端子金具５７に大気中で直流パルス電圧を入力した。中心電極１０１の先端から主体金具１１０へのリークが生じるか否かを、入力する電圧を次第に上げながら目視観察し、リークが生じたときの電圧（以下「リーク電圧」と称す）を測定した。その結果、比較例のリーク電圧は３０．２ｋＶ、実施例１のリーク電圧は３２．８ｋＶ、実施例２のリーク電圧は３５．８ｋＶであった。

この実施例によれば、第１絶縁体１０４の外周面に第２絶縁体１０６の内周面を螺合した実施例１及び２におけるサンプルは、第２絶縁体１０６に第１絶縁体１０４を嵌めた比較例におけるサンプルに比べて、リーク電圧を高くできることがわかった。この理由は、ネジにより沿面距離を長くできたからであると推察される。

さらに、おねじ部８８とめねじ部４４とを充填材１１２で接着した実施例２におけるサンプルは、おねじ部８８とめねじ部４４とを螺合したが接着していない実施例１におけるサンプルに比べて、リーク電圧を高くできることが明らかになった。この理由は、ネジ間に充填された充填材１１２（耐熱接着剤）が、めねじ部４４とおねじ部８８との間を導電経路とするリークの抑制効果を高めたからであると推察される。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施の形態では、誘電体バリア放電やコロナ放電により大気圧プラズマを発生する点火プラグ１０，１００やプラズマジェット方式の点火プラグ８０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。中心電極と接地電極との間に火花放電を生じる点火プラグに、各実施形態のように、第１絶縁体２０，８４，１０４の外周に第２絶縁体４０，９０，１０６を螺合して接合した絶縁体を適用することは当然可能である。

各実施の形態では説明を省略したが、おねじ部２６，８８及びめねじ部４４は連続的に設けても良いし、断続的に設けても良い。

第１実施の形態および第２実施の形態では、おねじ部２６，８８とめねじ部４４との間に充填材１１２を設けない場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、おねじ部２６，８８とめねじ部４４との間に充填材１１２を設けることは当然可能である。同様に第３実施の形態において、充填材１１２を省略することは当然可能である。

第１実施の形態では、係合部５３が設けられた中心電極５０の軸部５１を軸孔３１に挿入した後、頭部５２を軸部５１に接合する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。頭部５２が設けられた軸部５１を軸孔３１に挿入した後、ねじ等によって係合部５３を軸部５１に接合することは当然可能である。また、係合部５３及びシール材５８を省略する代わりに、端子金具５７及び軸部５１を長いものに代えて、軸部５１を端子金具５７にねじ等を用いて接合することは当然可能である。

第３実施の形態では、円筒部４１に先端部１０８が連接された第２絶縁体１０６を設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。先端部１０８を省略して、第２絶縁体１０６を円筒状にすることは当然可能である。先端部１０８を省略した場合も、第１絶縁体１０４の径方向の外側に円筒状の第２絶縁体が配置されるので、第２絶縁体（円筒部４１）の厚さの分だけ、主体金具１１０と中心電極１０１との沿面距離を長くできる。その結果、第２絶縁体を設けることによって、リーク電圧を高くできる。

第１実施の形態では、第２絶縁体４０の先端面４３が、主体金具６０の先端６９より先端側に位置する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第２絶縁体４０の先端面４３を、主体金具６０の先端６９より後端側に存在させる（第２絶縁体４０を主体金具６０の内側に存在させる）ことは当然可能である。この場合も中心電極５０の頭部５２の表面積を大きくできるので、第２絶縁体４０の外表面のプラズマの生成量を増やすことができるからである。

第１実施の形態では、第２絶縁体４０の外径が、第２絶縁体４０の軸線Ｏ方向の全長に亘って同一である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。即ち、点火プラグ１０の製造工程において、第１絶縁体２０の外周に主体金具６０を組み付けた後、主体金具６０の先端６９側から第１絶縁体２０に第２絶縁体４０を接合できる。従って、第２絶縁体４０のうち主体金具６０よりも先端側に配置される部分の外径を、主体金具６０の先端６９の内径や、棚部６７の最小内径よりも大きくできる。

第１実施の形態では、中心電極５０の頭部５２が円柱状に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、頭部５２の形状は適宜設定できる。頭部５２の他の形状としては、例えば、円板状、球状、六角柱などの多角柱状などが挙げられる。

第１実施の形態および第２実施の形態では第１絶縁体２０，８４に第２絶縁体４０，９０を直接接合し、第３実施の形態では充填材１１２を介して第１絶縁体１０４に第２絶縁体１０６を接合する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１絶縁体２０，８４，１０４と第２絶縁体４０，９０，１０６との間に、おねじ及びめねじが形成された円環状の中間材（図示せず）を介在させ、中間材（他部材）を介して第１絶縁体２０，８４，１０４と第２絶縁体４０，９０，１０６とを接合することは当然可能である。

第３実施の形態では、第２絶縁体１０６の先端部１０８が主体金具１１０の先端面１１１に当接する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。締め付けの軸力を確保するため、主体金具１１０の代わりに、第２絶縁体１０６の先端部１０８を第１絶縁体１０４の先端に当接させることは当然可能である。なお、めねじ部４４及びおねじ部８８を充填材１１２が接着するので、第２絶縁体１０６を第１絶縁体１０４や主体金具１１０に当接させて締付軸力を確保しなくても良い。

上記各実施の形態では、リング部材７３及び粉末７４を介して主体金具６０，９４，１１０を第１絶縁体２０，８４，１０４に加締める場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。リング部材７３及び粉末７４を省略して、主体金具６０，９４，１１０を加締めることは当然可能である。

上記実施の形態では、第１絶縁体２０，８４，１０４及び第２絶縁体４０，９０，１０６が、いずれもアルミナ等の同じ材質で形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、点火プラグの要求特性に応じて、第１絶縁体２０，８４，１０４及び第２絶縁体４０，９０，１０６の材質を異ならせることは当然可能である。

１０，８０，１００ 点火プラグ
１１ 絶縁体
２０，８４，１０４ 第１絶縁体
２４ 係止部
２９ 孔部（貫通孔の一部）
３０ 段部（貫通孔の一部）
３１ 軸孔（貫通孔の一部）
４０，９０，１０６ 第２絶縁体
５０，８１，１０１ 中心電極
６０，９４，１１０ 主体金具
６７ 棚部
１１２ 充填材
Ｏ 軸線

Claims (2)

1. 先端側から後端側へと軸線に沿って延びる中心電極と、
   前記中心電極の少なくとも一部を取り囲む絶縁体と、
   前記絶縁体を外周側から保持する略筒状の主体金具と、を備える点火プラグであって、
   前記主体金具は、径方向の内側へ突出する棚部を備え、
   前記絶縁体は、前記中心電極の先端が突出するように前記中心電極を取り囲む貫通孔と、前記先端側から前記棚部に係止される係止部と、を有する第１絶縁体と、
   前記第１絶縁体の前記係止部よりも先端側に配置され、自身の内周面の一部が前記第１絶縁体の外周面の一部に直接または他部材を介して接合される第２絶縁体と、を備え、
   前記第２絶縁体は、前記第１絶縁体に螺合されて接合される点火プラグ。
2. 前記第１絶縁体の外周面と前記第２絶縁体の内周面との間の少なくとも一部には、充填材が充填されている請求項１記載の点火プラグ。

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