JP7415766B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグ及びその製造方法に関する。

内燃機関の着火手段として用いられるスパークプラグは、筒状の絶縁碍子とその軸孔に挿入配置された中心電極とを有する。そして、絶縁碍子の軸孔内における中心電極の基端側に、導電性ガラスシール部が形成されている。絶縁碍子の軸孔の内周面と中心電極の基端部の外周面との間の隙間にも、導電性ガラスシール部が形成される。しかし、この部分の隙間が小さいと、導電性ガラスシール部の充填密度が低下しやすい。そして、この隙間に粗大な気泡が形成されると、当該箇所において部分放電が生じるおそれが懸念される。この場合、スパークプラグの耐電圧の向上が困難となる。

そこで、特許文献１においては、当該隙間に導電性ガラス粉末が入りやすくすることで、部分放電の発生を防ぎ、耐電圧の高いスパークプラグの製造方法を提案している。

特開２０１９－１７５７０７号公報

しかしながら、導電性ガラス粉末の平均粒径を制御したとしても、製造時において、導電性ガラス粉末を隙間に向わせる加圧力が充分に伝わらなければ、隙間における粗大な気泡の残留を防ぐことが困難となる。この場合、スパークプラグの耐電圧を向上させることが困難となる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、高い耐電圧性を確保しやすい、スパークプラグ及びその製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、筒状の絶縁碍子（２）と、
該絶縁碍子の軸孔（２１）に挿入配置された中心電極（３）と、
上記軸孔内において上記中心電極の基端部の外周側及び基端側に配設された第１導電性ガラスシール部（４１）と、
上記軸孔内において上記第１導電性ガラスシール部の基端側に配設された抵抗体（５）と、
上記軸孔内において上記抵抗体の基端側に配設された第２導電性ガラスシール部（４２）と、
上記第２導電性ガラスシール部の基端側に配設されて上記軸孔の基端部を塞ぐステム（６）と、
を有し、
上記軸孔内には、該軸孔の軸方向に貫通した形状の筒状体（７）が配設されており、
上記軸孔の内周面が上記筒状体の外周面（７１）と対向し、上記第１導電性ガラスシール部が上記筒状体の先端面（７３）及び内周面（７２）に接触し、上記抵抗体が上記筒状体の基端面（７４）及び内周面に接触している、スパークプラグ（１）にある。

本発明の他の態様は、筒状の絶縁碍子（２）の軸孔（２１）内に中心電極（３）を挿入配置し、
上記軸孔内における上記中心電極の基端側に第１導電性ガラス材料（４１０）を配置し、
上記軸孔内における上記第１導電性ガラス材料の基端側に、上記軸孔と同軸状となる姿勢にて筒状体（７）を挿入配置し、
上記軸孔内における上記筒状体の基端側に抵抗体材料（５０）を配置し、
上記軸孔内における上記抵抗体材料の基端側に、第２導電性ガラス材料（４２０）を配置し、
上記軸孔内における上記第２導電性ガラス材料の基端側に、ステム（６）を挿入配置し、
上記第１導電性ガラス材料、上記抵抗体材料、及び上記第２導電性ガラス材料を加熱して軟化させながら、上記ステムを軸方向の先端側へ加圧した後、
上記第１導電性ガラス材料、上記抵抗体材料、及び上記第２導電性ガラス材料を固化させる、スパークプラグの製造方法にある。

上記スパークプラグにおいては、絶縁碍子の軸孔に上記筒状体が配設されている。そして、軸孔の内周面が筒状体の外周面と対向し、第１導電性ガラスシール部が筒状体の先端面及び内周面に接触し、抵抗体が筒状体の基端面及び内周面に接触している。このような状態で筒状体が配設されているため、スパークプラグを製造する際に、第１導電性ガラスシール部を形成する材料を中心電極の基端部の周囲に向わせる加圧力が、伝わりやすくなる。それゆえ、第１導電性ガラスシール部に粗大な気泡が形成されることを抑制することができる。その結果、スパークプラグの高い耐電圧性を確保しやすい。

上記スパークプラグの製造方法においては、軸孔内における第１導電性ガラス材料の基端側に、上記筒状体を挿入配置する。これにより、第１導電性ガラス材料を中心電極の基端部の周囲に向わせる加圧力が、伝わりやすくなる。それゆえ、第１導電性ガラスシール部に粗大な気泡が形成されることを抑制することができる。その結果、耐電圧性に優れたスパークプラグを製造しやすい。

以上のごとく、上記態様によれば、高い耐電圧性を確保しやすい、スパークプラグ及びその製造方法を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、スパークプラグの中心軸に沿った断面図。 実施形態１における、スパークプラグの筒状体付近の拡大断面図。 図２のIII－III線矢視断面図 実施形態１における、第１工程の説明図。 実施形態１における、第２工程の説明図。 実施形態１における、第２工程の、図５に続く説明図。 実施形態１における、第３工程の説明図。 実施形態１における、第４工程の説明図。 実施形態１における、第４工程の、図８に続く説明図。 実施形態１における、第５工程の説明図。 実施形態１における、第６工程の説明図。 実施形態１における、第７工程の説明図。 実施形態１における、第４工程の加圧力の伝わり方を示す説明図。 実施形態１における、第７工程の加圧力の伝わり方を示す説明図。 比較形態における、加圧力の伝わり方を示す説明図。 実施形態１における、軟化ガラスの加圧力の伝わり方を微視的に示す説明図。 実験例における、解析モデルの説明図。 実験例における、解析結果を示す線図。 実施形態２における、スパークプラグの筒状体付近の拡大断面図。 実施形態２における、筒状体の斜視図。 実施形態２における、筒状体の一部の断面図。 実施形態２における、スパークプラグの製造方法の断面説明図。 実施形態２の変形例における、筒状体の斜視図。 実施形態３における、スパークプラグの筒状体付近の拡大断面図。 実施形態４における、スパークプラグの筒状体付近の拡大断面図。

（実施形態１）
スパークプラグ及びその製造方法に係る実施形態について、図１～図１６を参照して説明する。
本形態のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、筒状の絶縁碍子２と、中心電極３と、第１導電性ガラスシール部４１と、抵抗体５と、第２導電性ガラスシール部４２と、ステム６と、を有する。

中心電極３は、絶縁碍子２の軸孔２１に挿入配置されている。第１導電性ガラスシール部４１は、軸孔２１内において中心電極３の基端部の外周側及び基端側に配設されている。抵抗体５は、軸孔２１内において第１導電性ガラスシール部４１の基端側に配設されている。第２導電性ガラスシール部４２は、軸孔２１内において抵抗体５の基端側に配設されている。ステム６は、第２導電性ガラスシール部４２の基端側に配設されて軸孔２１の基端部を塞ぐ。

軸孔２１内には、軸孔２１の軸方向Ｚに貫通した形状の筒状体７が配設されている。図２、図３に示すごとく、軸孔２１の内周面が筒状体７の外周面７１と対向している。第１導電性ガラスシール部４１が筒状体７の先端面７３及び内周面７２に接触している。抵抗体５が筒状体７の基端面７４及び内周面７２に接触している。

スパークプラグ１は、例えば自動車エンジン等の内燃機関に取り付けられる。図１に示すごとく、スパークプラグ１は、内側に絶縁碍子２を保持する、略筒状の取付金具１１を備える。この取付金具１１にて、スパークプラグ１は内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられる。

本明細書において、絶縁碍子２の軸孔２１の貫通方向を、軸方向Ｚという。この軸方向Ｚにおいて、スパークプラグ１を内燃機関の燃焼室へ露出させる側を先端側といい、その反対側を基端側という。

中心電極３は、先端部を絶縁碍子２の先端から突出させている。また、取付金具１１の先端部に、接地電極１２が接合されている。中心電極３と接地電極１２との間に、放電ギャップＧが形成されている。接地電極１２は、例えば、Ｎｉ基合金等からなる。また、取付金具１１は、例えば、炭素鋼等の鉄系合金材料からなる。

中心電極３は、先端部に、貴金属チップ３１１を有するものとすることができる。すなわち、例えば、Ｎｉ基合金からなる中心電極３の母材の先端部に、貴金属チップ３１１を溶接等にて接合した構成とすることができる。貴金属チップ３１１としては、例えば、Ｐｔ（すなわち、白金）、Ｉｒ（すなわち、イリジウム）、Ｒｈ（すなわち、ロジウム）等、或いはこれら貴金属から選ばれる少なくとも１種類を主成分として含む貴金属又は貴金属合金を用いることができる。

図１、図２に示すごとく、絶縁碍子２の軸孔２１は、先端側に開口した小径孔２１２と、基端側に開口した大径孔２１３とを有する。軸方向Ｚにおける、小径孔２１２と大径孔２１３との間に、テーパ状の段部２１１が形成されている。

中心電極３は、基端部に大径の頭部３２を有する。中心電極３は、頭部３２が絶縁碍子２の段部２１１に、先端側から支承されている。そして、中心電極３における頭部３２よりも先端側の部位は、絶縁碍子２の軸孔２１の小径孔２１２に挿通されている。

中心電極３の頭部３２の外周面と、軸孔２１の内周面との間には、隙間１５が環状に形成されている。この隙間１５を、以下において適宜、第１隙間１５ともいう。径方向における第１隙間１５の大きさは、例えば、０．１～０．８ｍｍ程度である。

この第１隙間１５には、第１導電性ガラスシール部４１の一部が充填されている。第１導電性ガラスシール部４１は、絶縁碍子２の軸孔２１において、中心電極３の頭部３２の外周側と、基端側とに、配設されている。軸孔２１内において、第１導電性ガラスシール部４１の基端側には、抵抗体５が配設されている。軸孔２１内において、抵抗体５の基端側には、第２導電性ガラスシール部４２を介して、ステム６が配設されている。

抵抗体５は、導電性材料を含有する部材であり、所望の抵抗値に調整されている。抵抗体５は、中心電極３とステム６とを電気的に接続すると共に、電波雑音を吸収する機能を有する。抵抗体５は、例えば、ホウケイ酸ガラス等のガラス材料と骨材とを含む基材に、カーボン材料等の導電性材料が分散した集合体からなる。具体的には、導電性材料の粉末とガラス粉末と骨材粉末とを含む混合粉末材料を熱処理して得られる。この熱処理前の混合粉末材料が、後述する抵抗体材料５０に相当する。例えば、骨材粉末としてジルコニア粉末等のセラミック粉末が用いられる。導電性材料の粉末は、例えば、カーボン粉末を混合したガラスを主成分とするカーボン－ガラス混合粉末として添加することができる。

ステム６は、大径の端子部６２と、これより小径の軸部６１とを備える。ステム６は、軸部６１が絶縁碍子２の軸孔２１に挿入され、端子部６２が絶縁碍子２の基端側へ突出している。

第１導電性ガラスシール部４１及び第２導電性ガラスシール部４２は、例えば、導電性の接合ガラスからなる。接合ガラスは、例えば、ガラスに銅粉末を混入させてなる銅ガラスからなる。

図２に示すごとく、軸孔２１内における、第１導電性ガラスシール部４１と抵抗体５との間に、筒状体７が配設されている。筒状体７の内周側の空間には、第１導電性ガラスシール部４１の一部と抵抗体５の一部とが配置されている。筒状体７の内周側の空間において、第１導電性ガラスシール部４１と抵抗体５とが互いに接触している。

筒状体７は、充分な剛性を有する。より具体的には、筒状体７は、例えば、室温～９００℃を含む温度域において、第１導電性ガラスシール部４１及び抵抗体５よりも高い剛性を有する。筒状体７は、例えば、アルミナ等の金属酸化物、インコネル（登録商標）等の上記温度域に対し充分高い融点を持つ金属等からなる。本形態において、筒状体７は、円筒形状を有する。

図３に示すごとく、筒状体７の外径ｄ１は、中心電極３の基端部の外径ｄ３よりも大きい。筒状体７の内径ｄ２は、中心電極３の基端部の外径ｄ３よりも小さい。本形態において、外径ｄ３は、頭部３２の直径でもある。筒状体７の外周面７１は、軸孔２１の内周面に実質的に接触していることが好ましい。図２に示すごとく、筒状体７の先端面７３は、軸方向Ｚにおいて、第１隙間１５に対向している。

次に、本形態のスパークプラグ１の製造方法につき、主として図４～図１２を用いて説明する。

まず、図４に示すごとく、筒状の絶縁碍子２の軸孔２１内に中心電極３を挿入配置する。以下において、この工程を適宜、第１工程という。
次に、図５、図６に示すごとく、軸孔２１内における中心電極３の基端側に第１導電性ガラス材料４１０を配置する。以下において、この工程を適宜、第２工程という。

次いで、図７に示すごとく、軸孔２１内における第１導電性ガラス材料４１０の基端側に、軸孔２１と同軸状となる姿勢にて筒状体７を挿入配置する。以下において、この工程を適宜、第３工程という。
次いで、図８、図９に示すごとく、軸孔２１内における筒状体７の基端側に抵抗体材料５０を配置する。以下において、この工程を適宜、第４工程という。

次いで、図１０に示すごとく、軸孔２１内における抵抗体材料５０の基端側に、第２導電性ガラス材料４２０を配置する。以下において、この工程を適宜、第５工程という。
次いで、図１１に示すごとく、軸孔２１内における第２導電性ガラス材料４２０の基端側に、ステム６を挿入配置する。以下において、この工程を適宜、第６工程という。

次いで、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０を加熱して軟化させながら、図１２に示すごとく、ステム６を軸方向Ｚの先端側へ加圧する。以下において、この工程を適宜、第７工程という。
その後、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０を冷却して固化させる。以下において、この工程を適宜、第８工程という。

上述の第１工程～第８工程は、便宜的な表現であり、各行程の間に、他の工程が入ることもあり得る。また、第８工程の後、取付金具１１の内側に絶縁碍子２を挿入して固定することで、図１に示すスパークプラグ１が得られる。

第１工程においては、図４に示すごとく、絶縁碍子２の軸孔２１における小径孔２１２に、中心電極３を挿通させる。中心電極３の頭部３２は、軸孔２１の段部２１１に係止させる。そして、軸孔２１の大径孔２１３の内周面と中心電極３の頭部３２との間に、第１隙間１５が形成される。本形態において、軸孔２１の小径孔２１２及び大径孔２１３は、いずれも円柱形状の空間である。

第２工程においては、軸孔２１内に配置された第１導電性ガラス材料４１０を、図６に示すごとく、加圧治具１９によって、先端側へ加圧する。これにより、第１導電性ガラス材料４１０は、中心電極３の基端側において圧縮される。そして、第１導電性ガラス材料４１０の一部が、第１隙間１５にも充填される。なお、第１導電性ガラス材料４１０としては、例えば、銅ガラス粉末等を用いることができる。

第３工程においては、図７に示すごとく、軸孔２１内に筒状体７を挿入配置した後、軸孔２１内に抵抗体材料５０を配置する前に、筒状体７を軸方向Ｚの先端側へ加圧する。すなわち、第４工程の前において、筒状体７を軸方向Ｚの先端側へ加圧する。具体的には、図７に示すごとく、加圧治具１９を直接、筒状体７の基端面７４に当接させて、筒状体７を先端側へ加圧する。これにより、実質的に剛体である筒状体７が、その先端側に存在する第１導電性ガラス材料４１０を先端側へ加圧することとなる。

すなわち、筒状体７の基端面７４に入力された加圧治具１９の加圧力は、略そのまま、筒状体７の先端面７３から、軸孔２１の内周面付近の第１導電性ガラス材料４１０に入力される。その結果、第１導電性ガラス材料４１０の一部を、第１隙間１５に押し込みやすくなる。
加圧治具１９は、軸孔２１の内径よりも若干小径の円柱形状を有する。また、第１導電性ガラス材料４１０の配置と加圧とは、複数回に分けて行うこともできる。

第４工程においては、軸孔２１内に抵抗体材料５０を配置した後、図８、図９に示すごとく、抵抗体材料５０を加圧治具１９によって先端側へ加圧する。本形態においては、抵抗体材料５０を、複数回に分けて軸孔２１内に配置する。すなわち、まず、図８に示すごとく、最終的に配置する抵抗体材料５０の量よりも少量の抵抗体材料５０を、軸孔２１内に配置する。その後、加圧治具１９によって、抵抗体材料５０を加圧する。次いで、図９に示すごとく、さらに残りの量の抵抗体材料５０を軸孔２１内に配置した後、加圧治具１９によって抵抗体材料５０を加圧する。抵抗体材料５０の配置と加圧との繰り返し回数は、３回以上とすることもできる。抵抗体材料５０の配置及び加圧は、１回のみとすることもできる。

第４工程における加圧治具１９の加圧によって、抵抗体材料５０が圧縮されるのみならず、その先端側に配置された第１導電性ガラス材料４１０も加圧される。そして、筒状体７の先端側に位置する第１導電性ガラス材料４１０は、筒状体７を介して、先端側へ向かう加圧力を受ける。

ここで、仮に筒状体７を軸孔２１に挿入しない場合を想定する。この場合、加圧治具１９の加圧力は、抵抗体材料５０及び第１導電性ガラス材料４１０において、粉末粒子の間の摩擦によって減衰してしまい、先端側へ向かうほど加圧力が小さくなってしまう。そうすると、中心電極３の頭部３２付近の第１導電性ガラス材料４１０に伝わる加圧力は小さくなってしまう。第１導電性ガラス材料４１０に対して、第１隙間１５に向う加圧力も小さくなってしまう。

これに対して、図１３に示すように、軸孔２１内に筒状体７が配置されていると、抵抗体材料５０から筒状体７の基端面７４に入力される加圧力Ｐαは、略そのまま筒状体７の先端面７３から第１導電性ガラス材料４１０に入力される加圧力Ｐβとなる。すなわち、Ｐα≒Pβとなる。つまり、筒状体７が配された部分においては、加圧力が実質的に減衰することなく、軸孔２１の内周面付近の第１導電性ガラス材料４１０に選択的に伝わることとなる。なお、筒状体７の内周側においては、軸方向Ｚに加わる加圧力Ｐγ、Ｐδが、先端側ほど減衰する。すなわち、Ｐγ＞Ｐδとなる。このようにして、第４工程においても、第１導電性ガラス材料４１０の一部が、第１隙間１５に押し込まれやすくなる。

第５工程においては、軸孔２１内に配置された第２導電性ガラス材料４２０を、図１０に示すごとく、加圧治具１９によって先端側へ加圧する。これにより、第２導電性ガラス材料４２０は、抵抗体材料５０の基端側において圧縮される。また、このときの加圧によって、第２導電性ガラス材料４２０が圧縮されるのみならず、その先端側に配置された抵抗体材料５０及び第１導電性ガラス材料４１０も加圧される。そして、この工程においても、筒状体７の先端側に位置する第１導電性ガラス材料４１０は、筒状体７を介して、先端側へ向かう加圧力を受ける。これにより、この第５工程においても、第１導電性ガラス材料４１０の一部が、第１隙間１５に押し込まれやすくなる。なお、第５工程においても、第１導電性ガラス材料４１０の配置と加圧とは、複数回に分けて行うこともできる。

第６工程においては、上述のように、軸孔２１内にステム６を挿入配置するが、この段階においては、図１１に示すごとく、ステム６の軸部６１の一部が軸孔２１の基端側に露出している。

第７工程においては、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０を、例えば８５０～９００℃程度に加熱する。これにより、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０は、少なくともガラス成分の一部が軟化した状態となる。この第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０が軟化した状態のものを、便宜的に、それぞれ、軟化ガラス４１Ｇ、５Ｇ、４２Ｇともいう。

第７工程においては、上述のように、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０が、溶融し、軟化するため、粉末粒子間に存在していた空隙が徐々に埋まる。なお、この空隙が、後述する気泡Ａの素となる。これと共に、ステム６が軸方向Ｚの先端側に加圧されるため、軸孔２１内における、第１導電性ガラス材料４１０、抵抗体材料５０、及び第２導電性ガラス材料４２０の充填領域が、軸方向Ｚに圧縮される。また、軟化ガラス４２Ｇ（すなわち、軟化した第２導電性ガラス材料４２０）の一部は、図１４に示すごとく、ステム６と軸孔２１の内周面との間の隙間１６（以下において、第２隙間１６ともいう。）に這い上がる。

その結果、図１２に示すごとく、ステム６の軸部６１の全体が、軸孔２１に挿入され、端子部６２の先端が絶縁碍子２の基端に当接する。

軟化ガラス４１Ｇ、５Ｇ、４２Ｇは、完全な液体状ではなく、ゲル状のように粘度がある程度高い状態にある。これらの軟化ガラス４１Ｇ、５Ｇ、４２Ｇは、粉末の状態に比べて、流動しやすくなる。それゆえ、第１隙間１５にも、軟化ガラス４１Ｇが充填されやすくなる。しかし、図１４に示すごとく、軟化ガラス４１Ｇ内には、上述した第１導電性ガラス材料４１０の粉末粒子間の空隙に起因する気泡Ａが生じている。そして、第１隙間１５における軟化ガラス４１Ｇ内に気泡Ａが残ると、スパークプラグ１の耐電圧が低下することが懸念される。

軟化ガラス４１Ｇ内の気泡Ａは、軟化ガラス４１Ｇの流動が大きいと、比較的移動しやすい。しかし、仮に、図１５に示すように筒状体７を配置しない形態（以下、比較形態）とした場合には、特に第１隙間１５付近において、軟化ガラス４１Ｇの流動が生じにくくなる。つまり、ステム６からの加圧力Ｐ１は、第２導電性ガラス材料４２０の軟化ガラス４２Ｇ、抵抗体材料５０の軟化ガラス５Ｇ、第１導電性ガラス材料４１０の軟化ガラス４１Ｇに、順次伝わる。しかし、これらの軸方向Ｚの加圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、先端側へ向かうにつれて、徐々に減衰する。これは、各部の軟化ガラス４２Ｇ、５Ｇ、４１Ｇに伝わる軸方向Ｚの先端側を向く加圧力が分散してしまい、軸方向Ｚの加圧力が減衰するためである。なお、図１４、図１５において、矢印ｆ１は、軟化ガラス４２Ｇ、５Ｇ、４１Ｇの流動を示す。

この現象を、より微視的に考察すると、次のように考えることができる。
すなわち、軟化ガラス４１Ｇ、５Ｇ、４２Ｇは、ミクロ的には、図１６に示すごとく、固形もしくは固形に近い状態の、多数の粒子（以下において、固形部４ａという。）の間に、軟化したゲル状のガラス（以下において、軟化部４ｂという。）が満たされた状態にあると考えられる。したがって、ステム６から直接的又は間接的に受けた加圧力によって、軟化ガラス４１Ｇ、５Ｇ、４２Ｇのうちの軟化部４ｂは、固形部４ａの間を、軸方向Ｚの先端側のみならず、矢印ｆ０に示すように、様々な方向に移動することとなる。つまり、軸方向Ｚの先端側を向く加圧力Ｐｚの一部は、他の方向に分散して逃げてしまう。その結果、先端側へ向かうほど、軸方向Ｚの先端側を向く加圧力Ｐｚは、減衰してしまうと考えることができる。

そうすると、図１５に示す比較形態において、第１隙間１５に軟化ガラス４１Ｇを押し込む加圧力Ｐ４は、小さくなり、第１隙間１５における軟化ガラス４１Ｇの流動性が低くなりやすい。それゆえ、比較形態においては、第１隙間１５に気泡Ａが残ることが懸念される。特に、第１隙間１５の先端位置における軸孔２１の内周面に、一定程度以上の大きさの気泡Ａが残ると、耐電圧の低下につながることが懸念される（後述する実験例参照）。

これに対して、本形態においては、図１４に示すように、筒状体７を配置するため、筒状体７の先端側における軟化ガラス４１Ｇは、軸方向Ｚの先端側に押される。ここで、本形態においても、軸方向Ｚの先端側へ向かうほど、加圧力Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３の減衰は生じる。しかし、実質的に剛体である筒状体７が存在する部分においては、この減衰が実質的に生じないと考えられる。つまり、第２導電性ガラス材料４２０の軟化ガラスから筒状体７の基端面７４に入力される加圧力Ｐ５１の大きさと、筒状体７の先端面７３から第１導電性ガラス材料４１０の軟化ガラス４１Ｇに伝わる加圧力Ｐ５２の大きさとは、略同等と考えられる。そうすると、筒状体７の先端面７３に対向する位置の軟化ガラス４１Ｇには、選択的に比較的大きな加圧力が作用する。つまり、軸孔２１の内周面付近の軟化ガラス４１Ｇが、比較的大きな加圧力によって、第１隙間１５に向かうこととなる。

これにより、筒状体７の先端側に位置する第１隙間１５に、軟化ガラス４１Ｇが押し込まれる。そうすると、第１隙間１５において、軟化ガラス４１Ｇが流動しやすくなる。その結果、第１隙間１５に存在していた気泡Ａが移動する。また、仮に第１隙間１５に気泡Ａが残っても、軟化ガラス４１Ｇにかかる圧力によって押し潰されて、小さくなる。

また、一旦第１隙間１５に押し込まれた軟化ガラス４１Ｇの一部は、先端側に押し込まれる流れから外れて、基端側へ移動する。この流れに乗って、気泡Ａが第１隙間１５から排出される。そして、筒状体７の内側を通って、基端側へ移動する気泡Ａも存在する。
このようにして、第１導電性ガラスシール部４１、特に第１隙間１５における第１導電性ガラスシール部４１に残る気泡Ａの量及び大きさが抑制される。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグ１においては、絶縁碍子２の軸孔２１に筒状体７が配設されている。そして、軸孔２１の内周面が筒状体７の外周面７１と対向し、第１導電性ガラスシール部４１が筒状体７の先端面７３及び内周面７２に接触し、抵抗体５が筒状体７の基端面７４及び内周面７２に接触している。このような状態で筒状体７が配設されているため、上述のように、スパークプラグ１を製造する際に、第１導電性ガラス材料４１０を中心電極３の基端部（すなわち、頭部３２）の周囲（すなわち、第１隙間１５）に向わせる加圧力が、伝わりやすくなる。それゆえ、第１導電性ガラスシール部４１に粗大な気泡が形成されることを抑制することができる。その結果、スパークプラグ１の高い耐電圧性を確保しやすい。

筒状体７の外径ｄ１は、中心電極３の基端部の外径ｄ３よりも大きい。これにより、第１導電性ガラス材料４１０を第１隙間１５に向わせる加圧力が、より伝わりやすくなる。

筒状体７の内径ｄ２は、中心電極３の基端部の外径ｄ３よりも小さい。これによっても、第１導電性ガラス材料４１０を第１隙間１５に向わせる加圧力が、より伝わりやすくなる。

また、本形態の製造方法において、軸孔２１内に筒状体７を挿入配置した後、軸孔２１内に抵抗体材料５０を配置する前に、筒状体７を軸方向Ｚの先端側へ加圧する。これにより、筒状体７を介して、比較的大きな加圧力を、軸孔２１の内周面付近の第２導電性ガラス材料４２０の軟化ガラス４１Ｇに作用させることができる。その結果、効果的に、第１隙間１５に粗大な気泡が残ることを抑制することができる。

以上のごとく、本形態によれば、高い耐電圧性を確保しやすい、スパークプラグ及びその製造方法を提供することができる。

（実験例）
本例は、気泡の電界強度を指標として、粗大な気泡が第１隙間１５に残留することによる影響を、シミュレーション解析にて調べた例である。
本例においては、図１７に示すような、中心電極３の頭部３２と軸孔２１の内周面との間の第１隙間１５に第１導電性ガラスシール部４１が充填された状態を、解析モデルとして想定した。同図において、軸孔２１の右側に付した目盛は、角部Ｒからの、軸方向Ｚの距離を示す。角部Ｒは、軸孔２１の大径孔２１３の先端部であり、段部２１１と大径孔２１３の内周面との間の角部である。なお、同図に示す目盛の単位は、ｍｍである。また、大径孔２１３の直径を３．０ｍｍ、中心電極３の頭部３２の直径を２．４ｍｍとし、絶縁碍子の材質をアルミナ、中心電極３の頭部３２の材質をインコネル６００とした。

そして、軸孔２１の内周面に気泡が付着していた場合において、スパークプラグへの電圧印加時に、どの程度の電界強度が当該気泡に生じるかを解析した。
なお、気泡に生じる電界強度が大きくなるほど、絶縁碍子の耐電圧の低下を招きやすいことが知られている。すなわち、スパークプラグへの電圧印加時において、気泡内に電界集中が起こると、これをきっかけに絶縁碍子の絶縁破壊を招くおそれがあることが、知られている。したがって、気泡に生じる電界強度が大きいほど、耐電圧が低いと考えることができる。

具体的な解析手法としては、上述の解析モデルにおいて、直径２０μｍの気泡が、軸孔２１の内周面に付着した場合の電界強度と、当該気泡の付着した位置（以下において、気泡位置ＺＡともいう）との関係を解析した。また、直径１００μｍの気泡が、軸孔２１の内周面に付着した場合の電界強度と、当該気泡の付着した位置（すなわち、気泡位置ＺＡ）との関係を解析した。さらには、直径２０μｍの気泡が、中心電極３の頭部３２の側面に付着した場合の電界強度についても、解析した。これらの結果を、図１８のグラフに示す。気泡位置ＺＡは、上述の角部Ｒからの軸方向Ｚの距離にて示される。

同図から分かるように、軸孔２１の内周面に気泡が付着した場合、気泡の直径が大きい方が、電界強度が大きい。また、気泡位置ＺＡが角部Ｒに近いと、電界強度が大きいことが確認された。一方、中心電極３の頭部３２に気泡が付着しても、電界強度は略ゼロであった。

上記の結果から分かるように、気泡が軸孔２１の内周面に接触していないことが重要であるが、軸孔２１の内周面に付着しても、その付着位置がより基端側である（すなわち、気泡位置ＺＡの値が大きい）こと、及び、気泡の直径が小さいことが、重要であると考えられる。つまり、第１隙間１５における、より先端側の、粗大な気泡の付着を阻止することが、スパークプラグの耐電圧を確保するうえで、重要であるといえる。

上述のように、実施形態１のスパークプラグ及びその製造方法によれば、筒状体７を軸孔２１内に適切に配置することで、第１隙間１５における第１導電性ガラス材料４１０に対して、より先端側まで、加圧力を付与することができる。このことは、より角部Ｒに近い位置の気泡を軸孔２１の内周面から剥離しやすくなることに繋がるし、気泡をより小さく潰すことができることにも繋がる。つまり、実施形態１のスパークプラグ１は、第１隙間１５における、より先端側の、粗大な気泡の付着を阻止することができる。したがって、実施形態１のスパークプラグは、高い耐電圧を実現しやすいといえる。

（実施形態２）
本形態は、図１９～図２２に示すごとく、筒状体７の先端面７３が外向傾斜面７３１を有する形態である。
外向傾斜面７３１は、外周側へ向かうほど基端側へ向かうように傾斜している。そして、径方向における外向傾斜面７３１と軸孔２１の内周面との間に、第１導電性ガラスシール部４１が介在している。

本形態において、図２０、図２１に示すごとく、筒状体７は、先端面７３の一部に、外向傾斜面７３１を有する。先端面７３は、外向傾斜面７３１の内周側に、内向傾斜面７３２を有する。内向傾斜面７３２は、内周側へ向かうほど基端側へ向かうように傾斜している。外向傾斜面７３１は、内向傾斜面７３２よりも、径方向の形成領域が大きい。外向傾斜面７３１は、筒状体７の先端面７３のうち、例えば、径方向の１／３以上、若しくは１／２以上の領域に形成されている。また、筒状体７の基端面７４は、内周側へ向かうほど先端側へ向かうように傾斜した基端傾斜面７４１を有する。
なお、図２０にハッチングを付した領域は、筒状体７の中心軸を含む断面Ｃを示す。この断面Ｃの一部を、図２１に拡大して表している。

本形態のスパークプラグ１の製造方法においては、図２２に示すごとく、筒状体７が先端側へ加圧される際に、径方向における外向傾斜面７３１と軸孔２１の内周面との間に、第１導電性ガラス材料４１０の一部が介在する。

その他は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態においては、筒状体７の先端面７３が外向傾斜面７３１を有する。これにより、スパークプラグ１の製造時において、筒状体７が先端側へ押し込まれる加圧力が作用したとき、外向傾斜面７３１と軸孔２１の内周面との間の第１導電性ガラス材料４１０を塊として先端側へ押し込むようにすることができる。つまり、外向傾斜面７３１と軸孔２１の内周面との間の領域に存在する第１導電性ガラス材料４１０は、内周側へ逃げにくいため、軸孔２１の内周面に沿って先端側へ押し込まれやすい。

これにより、軸孔２１の内周面と中心電極３の頭部３２との間の第１隙間１５に、第１導電性ガラス材料４１０の一部が押し込まれやすくなる。このような作用は、実施形態１において説明した製造方法における、第３工程（図７参照）、第４工程（図８、図９参照）、第５工程（図１０参照）、第７工程（図１２参照）のいずれにおいても、生じ得る。

また、第７工程においては、第１導電性ガラス材料４１０の軟化ガラス４１Ｇが第１隙間１５に押し込まれるため、第１隙間１５に存在していた気泡Ａを、移動させたり、圧縮したりすることができる。これにより、粗大な気泡Ａが第１隙間１５に残ることを抑制することができる。

また、筒状体７の先端面７３は、内向傾斜面７３２をも有する。この内向傾斜面７３２によって、図２２に示すごとく、第１隙間１５から基端側へ移動してきた気泡Ａを、内周側に導くことができる。これにより、筒状体７の内周側から、気泡Ａを逃がしやすくなる。

また、筒状体７の基端面７４は基端傾斜面７４１を有する。これにより、抵抗体材料５０から筒状体７に加わる軸方向Ｚの加圧力は、基端傾斜面７４１において、斜め外周側、すなわち先端側へ向かうほど、外周側へ向かうようなベクトルの力として伝わる。これにより、筒状体７を先端側へ押し込む力とともに外周側へも加圧する力が作用する。それゆえ、筒状体７を軸孔２１の内周面に沿わせて安定させつつ、先端側へ押し込むことができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

なお、本形態に示した筒状体７の変形例として、図２３に示すように、周方向の一部に、スリット７５を設けることもできる。スリット７５を設けることにより、筒状体７は、周方向の寸法が変化するように弾性変形しやすくなる。つまり、弾性変形によって筒状体７の径方向寸法が変動する。それゆえ、筒状体７を、絶縁碍子２の軸孔２１に挿入した後、筒状体７の外周面７１を、軸孔２１の内周面に接触させやすくなる。これにより、容易に、軸孔２１の内周面付近の第１導電性ガラス材料４１０を、先端側へ押し込む加圧力を伝えやすくすることができる。

（実施形態３）
本形態は、図２４に示すごとく、筒状体７の基端面７４に、凹状面７４２を設けた形態である。本形態において、凹状面７４２は、基端傾斜面７４１と、その内側の逆傾斜面７４３とによって構成されている。
その他は、実施形態２と同様である。

本形態においては、抵抗体材料５０から筒状体７が受ける軸方向Ｚの加圧力を、凹状面７４２において、効率よく受けることができる。その結果、軸方向Ｚの先端側への加圧力を、より、第１導電性ガラス材料４１０に伝えやすくすることができる。
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。

（実施形態４）
本形態は、図２５に示すごとく、中心電極３の頭部３２の形状を、基端側へ向かうほど縮径した形状とした形態である。すなわち、中心軸に沿った頭部３２の断面の形状が、略台形状となる。

これに伴い、中心電極３の頭部３２と、絶縁碍子２の軸孔２１の内周面との間の空間である、第１隙間１５は、基端側が大きくなるような形状となる。
その他は、実施形態２と同様である。

本形態においては、第１隙間１５は、基端側が大きくなるような形状となる。それゆえ、第１隙間１５への第１導電性ガラス材料４１０の流入、第１隙間１５からの第１導電性ガラス材料４１０の流出が、より円滑に行われやすくなる。その結果、第１隙間１５に粗大な気泡が残ることを、より効果的に抑制することができる。
その他、実施形態２と同様の作用効果を有する。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１…スパークプラグ、２…絶縁碍子、２１…軸孔、３…中心電極、４１…第１導電性ガラスシール部、４１０…第１導電性ガラス材料、４２…第２導電性ガラスシール部、４２０…第２導電性ガラス材料、５…抵抗体、５０…抵抗体材料、６…ステム、７…筒状体、７１…（筒状体の）外周面、７２…（筒状体の）内周面、７３…（筒状体の）先端面、７４…（筒状体の）基端面、Ｚ…軸方向

Claims (9)

1. 筒状の絶縁碍子（２）と、
   該絶縁碍子の軸孔（２１）に挿入配置された中心電極（３）と、
   上記軸孔内において上記中心電極の基端部の外周側及び基端側に配設された第１導電性ガラスシール部（４１）と、
   上記軸孔内において上記第１導電性ガラスシール部の基端側に配設された抵抗体（５）と、
   上記軸孔内において上記抵抗体の基端側に配設された第２導電性ガラスシール部（４２）と、
   上記第２導電性ガラスシール部の基端側に配設されて上記軸孔の基端部を塞ぐステム（６）と、
   を有し、
   上記軸孔内には、該軸孔の軸方向に貫通した形状の筒状体（７）が配設されており、
   上記軸孔の内周面が上記筒状体の外周面（７１）と対向し、上記第１導電性ガラスシール部が上記筒状体の先端面（７３）及び内周面（７２）に接触し、上記抵抗体が上記筒状体の基端面（７４）及び内周面に接触している、スパークプラグ（１）。
2. 上記筒状体の外径（ｄ１）は、上記中心電極の基端部の外径（ｄ３）よりも大きい、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 上記筒状体の内径（ｄ２）は、上記中心電極の基端部の外径よりも小さい、請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 上記筒状体の先端面は、外周側へ向かうほど基端側へ向かうように傾斜した外向傾斜面を有し、径方向における上記外向傾斜面と上記軸孔の内周面との間に、上記第１導電性ガラスシール部が介在している、請求項１～３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
5. 筒状の絶縁碍子（２）の軸孔（２１）内に中心電極（３）を挿入配置し、
   上記軸孔内における上記中心電極の基端側に第１導電性ガラス材料（４１０）を配置し、
   上記軸孔内における上記第１導電性ガラス材料の基端側に、上記軸孔と同軸状となる姿勢にて筒状体（７）を挿入配置し、
   上記軸孔内における上記筒状体の基端側に抵抗体材料（５０）を配置し、
   上記軸孔内における上記抵抗体材料の基端側に、第２導電性ガラス材料（４２０）を配置し、
   上記軸孔内における上記第２導電性ガラス材料の基端側に、ステム（６）を挿入配置し、
   上記第１導電性ガラス材料、上記抵抗体材料、及び上記第２導電性ガラス材料を加熱して軟化させながら、上記ステムを軸方向の先端側へ加圧した後、
   上記第１導電性ガラス材料、上記抵抗体材料、及び上記第２導電性ガラス材料を固化させる、スパークプラグの製造方法。
6. 上記軸孔内に上記筒状体を挿入配置した後、上記軸孔内に抵抗体材料（５０）を配置する前に、上記筒状体を軸方向の先端側へ加圧する、請求項５に記載のスパークプラグの製造方法。
7. 上記筒状体の外径（ｄ１）は、上記中心電極の基端部の外径（ｄ３）よりも大きい、請求項５又は６に記載のスパークプラグの製造方法。
8. 上記筒状体の内径（ｄ２）は、上記中心電極の基端部の外径よりも小さい、請求項７に記載のスパークプラグの製造方法。
9. 上記筒状体の先端面は、外周側へ向かうほど基端側へ向かうように傾斜した外向傾斜面を有し、上記筒状体が先端側へ加圧される際に、径方向における上記外向傾斜面と上記軸孔の内周面との間に、上記第１導電性ガラス材料の一部が介在する、請求項５～８のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法。

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