KR101775854B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

절연체의 외경 축소부와 금속 셀의 내경 축소부의 사이에 패킹이 배치된다. 패킹과 절연체의 접촉 부분 중의 가장 선단측의 위치를 제 1 위치로 한다. 절연체의 외경 축소부의 선단측에 설치되는 다리부의 표면 중의 절연체의 선단으로부터의 축선 방향과 평행한 길이가 1㎜인 위치를 제 2 위치로 한다. 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 축선 방향과 평행한 길이를 제 1 길이로 한다. 제 2 위치에 축선 방향과 수직인 하중을 인가할 경우의 제 1 위치에서의 응력에 대한 절연체의 표면상의 위치인 표면 위치에서의 응력의 비율을 응력 비율로 한다. 응력 비율이 0.8 이상 1.15 이하인 표면 위치의 범위 중 제 1 위치에서 선단측으로 향하여 연속적인 범위의 축선 방향과 평행한 길이를 제 2 길이로 한다. 제 1 길이에 대한 제 2 길이의 비율이 0.7 이상이다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 개시는 스파크 플러그에 관한 것이다.

종래부터 내연기관에 스파크 플러그가 이용되고 있다. 스파크 플러그로서는 예를 들면, 축선 방향으로 연장되는 중심 전극과, 축선 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지고 축 구멍의 선단측에 중심 전극이 배치되는 절연체와, 절연체의 외주에 배치되는 금속 셀과, 절연체와 금속 셀의 사이에 배치되는 패킹을 가지는 스파크 플러그가 이용되고 있다. 절연체로서는 예를 들면, 선단측으로 향하여 외경이 직경 축소하는 단차부와, 단차부의 선단측에 있어서 선단으로 향하여 연장되는 긴 다리부를 가지는 절연체가 이용된다. 패킹은 절연체의 단부와 금속 셀의 사이에 끼워진다. 여기서, 절연체의 절손(折損)을 억제하기 위해, 절연체의 단차부와 긴 다리부의 사이에 만곡면부를 설치하며, 그리고 절연체의 단차부에 더불어서 만곡면부의 중간부보다도 선단측의 부위에도 패킹을 접촉시키는 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2012-69251호 공보

그런데 근래 내연기관의 설계자유도를 향상시키기 위해, 스파크 플러그의 소경화가 요망되고 있다. 스파크 플러그의 소경화에 의해서 절연체가 소경화되면, 절연체가 파괴되기 쉬워지는 경우가 있다.

본 개시는 절연체 파괴의 가능성을 저감하는 새로운 기술을 제공한다.

본 개시는 예를 들면, 이하의 적용예를 개시한다.

[적용예 1]

축선 방향으로 연장되는 중심 전극과,

상기 축선 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지고 상기 축 구멍의 선단측에 상기 중심 전극이 배치됨과 아울러, 상기 축선 방향의 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 외경 축소부 및 상기 외경 축소부의 선단측에 설치되는 부분인 다리부를 가지는 절연체와,

상기 절연체의 외주에 배치되고, 상기 축선 방향의 선단측으로 향하여 내경이 작아지는 내경 축소부를 가지는 금속 셀과,

상기 절연체의 상기 외경 축소부와 상기 금속 셀의 상기 내경 축소부의 사이에 배치되는 패킹을 구비하는 스파크 플러그로서,

상기 패킹과 상기 절연체의 접촉 부분 중의 가장 선단측의 위치를 제 1 위치로 하고,

상기 절연체의 상기 다리부의 표면 중의 상기 절연체의 선단으로부터의 상기 축선 방향과 평행한 길이가 1㎜인 위치를 제 2 위치로 하며,

상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 제 1 길이로 하고,

상기 절연체의 상기 제 1 위치에 있어서 상기 절연체가 고정되어 상기 절연체의 상기 선단이 자유단인 상태에서 상기 제 2 위치에 상기 축선 방향과 수직인 하중을 인가할 경우의 상기 제 1 위치에서의 응력에 대한 상기 절연체의 표면상의 위치인 표면 위치에서의 응력의 비율을 응력 비율로 하며,

상기 응력 비율이 0.8 이상 1.15 이하인 상기 표면 위치의 범위 중 상기 제 1 위치에서 선단측으로 향하여 연속적인 범위의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 제 2 길이로 한 경우에,

상기 제 1 길이에 대한 상기 제 2 길이의 비율이 0.7 이상인, 스파크 플러그.

이 구성에 따르면, 제 1 길이에 대한 제 2 길이의 비율이 0.7 미만인 경우와 비교하여 절연체 표면에서의 응력의 불균형이 억제되므로, 절연체 파괴의 가능성을 저감시킬 수 있다.

[적용예 2]

적용예 1에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 절연체의 상기 제 2 위치에서의 외경이 3.5㎜ 이하인, 스파크 플러그.

이 구성에 따르면, 절연체가 진동에 의해서 파괴될 가능성을 저감시킬 수 있다.

[적용예 3]

적용예 1 또는 2에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 다리부는 상기 다리부의 선단측의 부분을 형성하는 외경이 일정한 원통부를 가지며,

상기 원통부의 후단에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선 방향과 평행한 길이는 3.5㎜ 이하인, 스파크 플러그.

이 구성에 따르면, 절연체가 원통부의 근방에서 부러질 가능성을 저감시킬 수 있다.

[적용예 4]

적용예 1에서 3 중 어느 1항에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 다리부의 선단측의 일부분은 상기 금속 셀의 선단보다도 선단측에 배치되어 있으며,

상기 축선 방향과 수직인 방향으로 상기 다리부 중의 상기 금속 셀의 선단보다도 선단측에 배치되어 있는 부분을 투영했을 때의 투영 면적은 8.7㎟ 이하인, 스파크 플러그.

이 구성에 따르면, 다리부가 부러질 가능성을 저감시킬 수 있다.

[적용예 5]

적용예 1에서 4 중 어느 1항에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 금속 셀은 장착용의 나사부를 가지며,

상기 나사부의 호칭 직경은 M10 이하인, 스파크 플러그.

이 구성에 따르면, 나사부의 호칭 직경이 M10 이하인 가는 스파크 플러그를 채용할 경우에, 절연체의 파괴의 가능성을 저감시킬 수 있다.

[적용예 6]

적용예 1에서 5 중 어느 1항에 기재된 스파크 플러그로서,

상기 다리부는 상기 다리부의 선단측의 부분을 형성하는 외경이 일정한 원통부를 가지며,

상기 다리부의 선단측의 일부분은 상기 금속 셀의 선단보다도 선단측에 배치되어 있고,

상기 원통부의 후단에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 Ds1로 하며,

상기 제 1 위치에서의 상기 절연체의 단면(斷面) 계수를 Z1로 하고,

상기 원통부의 후단에서의 상기 절연체의 단면 계수를 Z2로 하며,

상기 제 1 위치에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 L4로 하고,

상기 다리부 중 상기 금속 셀의 선단보다도 선단측에 위치하는 부분의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 De로 할 경우에,

이하의 관계식 (1), (2), (3)을 만족하는, 스파크 플러그.

(1) Z1/Z2＞3.5

(2) Ds1＞2㎜

(3) Ds1＜Ap*(Z1/Z2)^Bp

여기서,

Ap=0.07+0.986*L4-0.268*De

Bp=-0.832-0.014*L4+0.099*De

Ds1과 L4와 De의 단위는 ㎜.

「*」는 곱셈 기호.

이 구성에 따르면, 내오손성과 내절손성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 다양한 형태로 실현할 수 있고, 예를 들면, 스파크 플러그나 그 스파크 플러그를 탑재하는 내연기관 등의 형태로 실현할 수 있다.

도 1은 실시형태의 스파크 플러그(100)의 단면도이다.
도 2는 절연체(10)의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3은 굽힘 시험과 응력의 설명도이다.
도 4는 응력(Sti)의 분포예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 외부 길이(De)와 투영 면적(Sp)의 설명도이다.
도 6은 절연체(10)의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 7은 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.

A. 실시형태:

도 1은 실시형태의 스파크 플러그(100)의 단면도이다. 도시된 라인(CL)은 스파크 플러그(100)의 중심축을 나타내고 있다. 도시된 단면은 중심축(CL)을 포함하는 단면이다. 이하, 중심축(CL)을 「축선(CL)」이라고도 부르며, 중심축(CL)과 평행한 방향을 「축선 방향」이라고도 부른다. 중심축(CL)을 중심으로 하는 원의 직경 방향을 단지 「직경 방향」이라고도 부르며, 중심축(CL)을 중심으로 하는 원의 원둘레 방향을 「둘레 방향」이라고도 부른다. 중심축(CL)과 평행한 방향 중, 도 1에 있어서의 하측 방향을 선단 방향(Df)이라고 부르며, 상측 방향을 후단 방향 (Dfr)이라고도 부른다. 선단 방향(Df)은 후술하는 금속 단자(40)에서 전극(20, 30)으로 향하는 방향이다. 또, 도 1에 있어서의 선단 방향(Df)측을 스파크 플러그 (100)의 선단측이라고 부르며, 도 1에 있어서의 후단 방향(Dfr)측을 스파크 플러그 (100)의 후단측이라고 부른다.

스파크 플러그(100)는 절연체[10, 이하, 「절연 애자(10)」라고도 부른다]와, 중심 전극(20)과, 접지 전극(30)과, 금속 단자(40)와, 금속 셀(50)과, 도전성의 제 1 밀봉부(60)와, 저항체(70)와, 도전성의 제 2 밀봉부(80)와, 선단측 패킹 (8)과, 탈크(9)와, 제 1 후단측 패킹(6)과, 제 2 후단측 패킹(7)을 구비하고 있다.

절연체(10)는 중심축(CL)을 따라서 연장되어 절연체(10)를 관통하는 관통 구멍(12, 이하, 「축 구멍(12)」이라고도 부른다)을 가지는 대략 원통 형상의 부재이다. 절연체(10)는 알루미나를 소성하여 형성되어 있다(다른 절연 재료도 채용할 수 있다). 절연체(10)는 선단측에서 후단측으로 향하여 순번으로 나열되는 다리부(13)와, 제 1 외경 축소부(15)와, 선단측 몸통부(17)와, 칼라(collar)부(19)와, 제 2 외경 축소부(11)와, 후단측 몸통부(18)를 가지고 있다.

칼라부(19)는 절연체(10)의 최대 외경 부분이다. 칼라부(19)보다도 선단측의 제 1 외경 축소부(15)의 외경은 후단측에서 선단측으로 향하여 서서히 작아진다. 절연체(10)의 제 1 외경 축소부(15)의 근방[도 1의 예에서는 선단측 몸통부(17)]에는 후단측에서 선단측으로 향하여 내경이 서서히 작아지는 내경 축소부(16)가 형성되어 있다. 칼라부(19)보다도 후단측의 제 2 외경 축소부(11)의 외경은 선단측에서 후단측으로 향하여 서서히 작아진다.

절연체(10)의 관통 구멍(12)의 선단측에는 중심 전극(20)이 삽입되어 있다. 중심 전극(20)은 중심축(CL)을 따라서 연장되는 봉 형상의 부재이다. 중심 전극 (20)은 전극 모재(21)와, 전극 모재(21)의 내부에 매설된 코어재(22)를 가지고 있다. 전극 모재(21)는 예를 들면, 니켈을 주된 성분으로서 포함하는 합금인 인코넬(「INCONEL」은 등록상표)을 이용하여 형성되어 있다. 코어재(22)는 전극 모재(21)보다도 열전도율이 높은 재료(예를 들면, 구리를 포함하는 합금)로 형성되어 있다.

또, 중심 전극(20)의 외관 형상에 주목하면, 중심 전극(20)은 선단 방향(Df)측의 단을 형성하는 다리부(25)와, 다리부(25)의 후단측에 설치된 칼라부(24)와, 칼라부(24)의 후단측에 설치된 머리부(23)를 가지고 있다. 머리부(23)와 칼라부 (24)는 관통 구멍(12) 내에 배치되어 있다. 칼라부(24)의 선단 방향(Df)측의 면은 절연체(10)의 내경 축소부(16)에 의해서 지지되어 있다. 다리부(25)의 선단측의 부분은 절연체(10)의 선단측에서 관통 구멍(12)의 외부로 노출되어 있다.

절연체(10)의 관통 구멍(12)의 후단측에는 금속 단자(40)가 삽입되어 있다. 금속 단자(40)는 도전재료(예를 들면, 저탄소강 등의 금속)를 이용하여 형성되어 있다. 금속 단자(40)의 표면에는 부식 방지를 위한 금속층이 형성될 수 있다. 예를 들면, Ni층이 도금으로 형성된다. 금속 단자(40)는 칼라부(42)와, 칼라부(42)보다 후단측의 부분을 형성하는 캡 장착부(41)와, 칼라부(42)보다 선단측의 부분을 형성하는 다리부(43)를 가지고 있다. 캡 장착부(41)는 절연체(10)의 후단측에서 관통 구멍(12)의 외부로 노출되어 있다. 다리부(43)는 절연체(10)의 관통 구멍(12)에 삽입되어 있다.

절연체(10)의 관통 구멍(12) 내에 있어서, 금속 단자(40)와 중심 전극(20)의 사이에는 전기적인 노이즈를 억제하기 위한 저항체(70)가 배치되어 있다. 저항체 (70)는 주된 성분인 유리 입자(예를 들면, B₂O₃-SiO₂계의 유리)와, 유리 이외의 세라믹 입자(예를 들면, TiO₂)와, 도전성 재료(예를 들면, Mg 등의 금속이나 탄소 입자)를 포함하는 조성물로 형성되어 있다.

관통 구멍(12) 내에 있어서, 저항체(70)와 중심 전극(20)의 사이는 제 1 밀봉부(60)가 배치되어 있다. 저항체(70)와 금속 단자(40)의 사이에는 제 2 밀봉부 (80)가 배치되어 있다. 이 결과, 중심 전극(20)과 금속 단자(40)는 저항체(70)와 밀봉부(60, 80)를 통하여 전기적으로 접속된다. 밀봉부(60, 80)는 예를 들면, 저항체(70)와 같은 유리 입자와, 금속 입자(Cu, Fe 등)를 포함하고 있다. 밀봉부(60, 80)를 이용함으로써 적층되는 부재(20, 60, 70, 80, 40) 사이의 접촉 저항이 안정되어 중심 전극(20)과 금속 단자(40) 사이의 저항값을 안정시킬 수 있다.

금속 셀(50)은 중심축(CL)을 따라서 연장되어 금속 셀(50)을 관통하는 관통 구멍(59)을 가지는 대략 원통 형상의 부재이다. 금속 셀(50)은 저탄소강재를 이용하여 형성되어 있다[다른 도전재료(예를 들면, 금속재료)도 채용할 수 있다]. 금속 셀(50)의 표면에는 부식 방지를 위한 금속층이 형성될 수 있다. 예를 들면, Ni층이 도금으로 형성된다. 금속 셀(50)의 관통 구멍(59)에는 절연체(10)가 삽입되어 있다. 금속 셀(50)은 절연체(10)의 외주에 고정되어 있다. 금속 셀(50)의 선단측에서는 절연체(10)의 선단[본 실시형태에서는 다리부(13)의 선단측의 부분]이 관통 구멍(59)의 외부로 노출되어 있다. 금속 셀(50)의 후단측에서는 절연체(10)의 후단[본 실시형태에서는 후단측 몸통부(18)의 후단측의 부분]이 관통 구멍(59)의 외부로 노출되어 있다.

금속 셀(50)은 선단측에서 후단측으로 향하여 순번으로 나열되는 몸통부(55)와, 시트부(54)와, 변형부(58)와, 공구걸어맞춤부(51)와, 크림핑부(53)를 가지고 있다. 시트부(54)는 플랜지 형상의 부분이다. 시트부(54)의 선단측에는 몸통부(55)가 설치되어 있다. 몸통부(55)의 외경은 시트부(54)의 외경보다도 작다. 몸통부 (55)의 외주면에는 내연기관(예를 들면, 가솔린 엔진)의 장착 구멍에 나사 결합하기 위한 나사부(52)가 형성되어 있다. 나사부(52)의 호칭 직경은 10㎜(M10)이다. 시트부(54)와 나사부(52)의 사이에는 금속판을 접어 구부려 형성된 환 형상의 개스킷(5)이 끼워 넣어져 있다.

금속 셀(50)은 변형부(58)보다도 선단 방향(Df)측에 배치된 내경 축소부(56)를 가지고 있다. 내경 축소부(56)의 내경은 후단측에서 선단측으로 향하여 서서히 작아진다. 금속 셀(50)의 내경 축소부(56)와 절연체(10)의 제 1 외경 축소부(15)의 사이에는 선단측 패킹(8)이 끼워져 있다. 선단측 패킹(8)은 철제의 O링이다[다른 재료(예를 들면, 구리 등의 금속재료)도 채용할 수 있다.].

시트부(54)의 후단측에는 시트부(54)보다도 두께가 얇은 변형부(58)가 설치되어 있다. 변형부(58)는 직경 방향의 외측[중심축(CL)으로부터 멀어지는 방향]으로 향하여 중앙부가 돌출되도록 변형하고 있다. 변형부(58)의 후단측에는 공구걸어맞춤부(51)가 설치되어 있다. 공구걸어맞춤부(51)의 형상은 스파크 플러그 렌치가 걸어 맞추는 형상(예를 들면, 육각 기둥)이다. 공구걸어맞춤부(51)의 후단측에는 공구걸어맞춤부(51)보다도 두께가 얇은 크림핑부(53)가 설치되어 있다. 크림핑부 (53)는 절연체(10)의 제 2 외경 축소부(11)보다도 후단측에 배치되어 금속 셀(50)의 후단[즉, 후단 방향(Dfr)측의 단]을 형성한다. 크림핑부(53)는 직경 방향의 내측으로 향하여 굴곡되어 있다.

금속 셀(50)의 후단측에서는 금속 셀(50)의 내주면과 절연체(10)의 외주면의 사이에 환 형상의 공간(SP)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 이 공간(SP)은 금속 셀(50)의 크림핑부(53) 및 공구걸어맞춤부(51)와, 절연체(10)의 제 2 외경 축소부(11) 및 후단측 몸통부(18)에 둘러싸인 공간이다. 이 공간(SP) 내의 후단측에는 제 1 후단측 패킹(6)이 배치되어 있다. 이 공간(SP) 내의 선단측에는 제 2 후단측 패킹(7)이 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 이들의 후단측 패킹(6, 7)은 철제의 C링이다(다른 재료도 채용할 수 있다.). 공간(SP) 내에 있어서의 2개의 후단측 패킹(6, 7)의 사이에는 탈크(활석, 9)의 분말이 충전되어 있다.

스파크 플러그(100)의 제조시에는 크림핑부(53)가 내측으로 꺾여 구부러지도록 크림핑된다. 그리고 크림핑부(53)가 선단 방향(Df)측으로 압압 된다. 이에 따라, 변형부(58)가 변형하고, 패킹(6, 7)과 탈크(9)를 통하여 절연체(10)가 금속 셀 (50) 내에서 선단측으로 향하여 압압된다. 선단측 패킹(8)은 제 1 외경 축소부(15)와 내경 축소부(56)의 사이에서 압압되며, 그리고 금속 셀(50)과 절연체(10)의 사이를 밀봉한다. 이상에 의해, 내연기관의 연소실 내의 가스가 금속 셀(50)과 절연체(10)의 사이를 통하여 외부로 누출되는 것이 억제된다. 또, 금속 셀(50)이 절연체(10)에 고정된다.

접지 전극(30)은 금속 셀(50)의 선단[즉, 선단 방향(Df)측의 단]에 접합되어 있다. 본 실시형태에서는 접지 전극(30)은 봉 형상의 전극이다. 접지 전극(30)은 금속 셀(50)에서 선단 방향(Df)으로 향하여 연장되고, 중심축(CL)으로 향하여 구부러져 선단부(31)에 이른다. 선단부(31)는 중심 전극(20)의 선단면[20s1, 선단 방향 (Df)측의 표면(20s1)]의 사이에서 갭(g)을 형성한다. 또, 접지 전극(30)은 금속 셀 (50)에 전기적으로 도통하도록 접합되어 있다(예를 들면, 레이저 용접). 접지 전극 (30)은 접지 전극(30)의 표면을 형성하는 모재(35)와, 모재(35) 내에 매설된 코어부(36)를 가지고 있다. 모재(35)는 예를 들면, 인코넬을 이용하여 형성되어 있다. 코어부(36)는 모재(35)보다도 열전도율이 높은 재료(예를 들면, 순 구리)를 이용하여 형성되어 있다.

도 2는 절연체(10)의 구성을 나타내는 파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2, L1, L3, d1)의 설명도이다. 도면 중에는 금속 셀(50)과 절연체(10)의 부분 단면도가 나타내어져 있다. 구체적으로는, 도면 중에는 중심축(CL)을 포함하는 단면 중의 선단측 패킹(8)과 접촉하는 부분에서 선단 방향(Df)측의 중심축(CL)에서 보아 편측(片側)의 부분이 나타내어져 있다.

도면 중에는 다리부(13)의 구성의 일례가 나타내어져 있다. 도시된 다리부 (13)는 선단측에서 후단측으로 향하여 순번으로 나열되는 전방 원통부(13fc)와, 테이퍼부(13t)와, 후방 원통부(13bc)를 가지고 있다. 전방 원통부(13fc)는 다리부 (13) 중의 선단 방향(Df)측의 부분이며, 외경이 일정한 대략 원통 형상의 부분이다. 또한, 전방 원통부(13fc)의 선단의 코너는 모따기 되어 있다. 후방 원통부 (13bc)는 다리부(13) 중의 후단 방향(Dfr)측의 부분이며, 외경이 일정한 대략 원통 형상의 부분이다. 후방 원통부(13bc)의 외경은 전방 원통부(13fc)의 외경보다도 크다. 테이퍼부(13t)는 전방 원통부(13fc)와 후방 원통부(13bc) 사이의 부분이며, 외경이 선단 방향(Df)으로 향하여 서서히 작아지는 부분이다. 또한, 전방 원통부 (13fc)는 생략될 수 있다. 이 경우, 테이퍼부(13t)의 선단이 다리부(13)의 선단을 형성한다. 또, 후방 원통부(13bc)는 생략될 수 있다. 이 경우, 테이퍼부(13t)의 후단이 다리부(13)의 후단을 형성한다.

도면 중에는 제 1 위치(Pa)와, 제 2 위치(Pb)와, 제 1 길이(L1)와, 단부 직경(Ddb)과, 베이스 직경(Dda)과, 단부 길이(Ds1)와, 베이스 길이(Ds2)가 나타내어져 있다. 제 1 위치(Pa)는 절연체(10)와 선단측 패킹(8)의 접촉 부분 중의 가장 선단측의 위치이다. 즉, 제 1 위치(Pa)는 절연체(10)의 표면 중 다른 부재에 의해서 고정(즉, 지지)되는 부분 중의 가장 선단 방향(Df)측의 위치이다. 제 1 위치(Pa)는 다리부(13)의 표면상의 위치이다. 단, 제 1 위치(Pa)는 제 1 외경 축소부(15)의 표면상의 위치라도 좋다.

제 2 위치(Pb)는 절연체(10)의 다리부(13)의 표면 중의 절연체(10)의 선단 (10e1)으로부터의 중심축(CL)과 평행한 길이가 소정 길이(Dpb)인 위치이다. 이하, 소정 길이(Dpb)로서 1㎜를 채용한다. 후술하는 굽힘 시험에서는 이 제 2 위치(Pb)에 중심축(CL)과 수직으로 중심축(CL)으로 향하는 방향의 힘이 인가된다.

제 1 길이(L1)는 제 1 위치(Pa)와 제 2 위치(Pb) 사이의 중심축(CL)과 평행한 길이이다. 제 3 길이(L3)는 절연체(10)의 제 1 외경 축소부(15)의 후단(P22)과 절연체(10)의 선단(10e1) 사이의 중심축(CL)과 평행한 길이이다. 이하, 제 3 길이 (L3)를 「다리 길이(L3)」라고도 부른다. 내경(d1)은 관통 구멍(12)의 직경이다. 본 실시형태에서는 내경(d1)은 제 1 위치(Pa)에서 제 2 위치(Pb)까지의 범위의 전체에 걸쳐서 같다.

단부 직경(Ddb)은 제 2 위치(Pb)에서의 절연체(10)의 외경이다. 베이스 직경 (Dda)은 제 1 위치(Pa)에서의 절연체(10)의 외경이다.

단부 길이(Ds1)는 다리부(13)의 선단(10e1)과 다리부(13)의 전방 원통부 (13fc)의 후단(P12) 사이의 중심축(CL)과 평행한 길이이다.

베이스 길이(Ds2)는 절연체(10)의 제 1 외경 축소부(15)의 후단(P22)과 다리부(13)의 후방 원통부(13bc)의 선단(P21) 사이의 중심축(CL)과 평행한 길이이다. 이 베이스 길이(Ds2)는 제 1 외경 축소부(15)의 길이와 후방 원통부(13bc)의 길이의 합계값이다.

도 3은 절연체(10)의 다리부(13)의 표면에서의 응력을 설명하는 설명도이다. 도면 중에는 금속 셀(50) 및 선단측 패킹(8)의 중심축(CL)을 포함하는 단면과, 절연체(10) 및 중심 전극(20)의 외관이 나타내어져 있다. 스파크 플러그(100)는 도시하지 않는 내연기관의 장착 구멍에 장착된다. 이 상태에서는 절연체(10)는 제 1 위치(Pa)에 고정되어 있고, 절연체(10)의 선단(10e1)은 자유단이다. 또, 절연체(10)의 제 1 위치(Pa)보다도 선단 방향(Df)측의 부분[여기에서는, 다리부(13)]은 내연기관의 연소실로 노출된다. 내연기관의 연소실 내에서 혼합기가 연소할 경우, 다리부(13)에는 다양한 힘이 인가될 수 있다. 예를 들면, 제 2 위치(Pb)의 근방에 직경 방향의 중심축(CL)으로 향하는 힘(W)이 인가될 수 있다. 이 힘(W)의 방향은 중심축 (CL)과 수직, 또한, 중심축(CL)으로 향하는 방향이다.

이와 같은 힘(W)이 제 2 위치(Pb)에 인가되면, 다리부(13)의 표면에는 응력이 발생한다. 여기서, 도 3의 (A)에 나타내는 주목 위치(Pi)에 있어서의 응력에 대해서 설명한다. 주목 위치(Pi)는 다리부(13)의 표면상의 제 1 위치(Pa)에서 제 2 위치(Pb)까지의 범위 내의 위치이다. 도면 중의 주목 길이(Li)는 제 2 위치(Pb)와 주목 위치(Pi) 사이의 중심축(CL)과 평행한 길이이다. 도 3의 (B)는 주목 위치(Pi)에 있어서의 다리부(13)의 중심축(CL)과 수직인 단면을 나타내고 있다. 내경(d1)은 주목 위치(Pi)에 있어서의 다리부(13)의 내경[즉, 관통 구멍(12)의 직경]을 나타내고, 외경(d2)은 주목 위치(Pi)에 있어서의 다리부(13)의 외경을 나타내고 있다.

주목 위치(Pi)에 있어서의 응력(Sti)은 이하에 나타내는 계산식 (1A)∼(1C)에 따라서 산출할 수 있다. 이들의 계산식 (1A)∼(1C)은 외팔보(cantilever beam)의 응력의 계산식이며, 도 3의 (B)의 단면 형상의 고정단이, 고정단으로부터 주목 길이(Li)만큼 떨어진 위치에 인가되는 힘(W)을 받는 경우의 응력의 계산식이다. 절연체(10)가 제 1 위치(Pa)에 있어서 고정된 상태에서 힘(W)이 제 2 위치(Pb)에 인가될 경우, 절연체(10)의 변형은 충분히 작다. 따라서, 주목 위치(Pi)에 있어서의 응력(Sti)은 절연체(10)가 주목 위치(Pi)에 있어서 고정되어 있는 경우의 계산식 (1A)∼(1C)에 의해서 근사적으로 산출할 수 있다.

Sti=M/Z　　　　　　　　　　(1A)

M　=Wf*Li　　　　　　　　　(1B)

Z　=(π*(d2⁴-d1⁴))/(32*d2)　(1C)

기호 「*」는 곱셈 기호이다(이하, 마찬가지). 또, 각 파라미터의 의미는 이하와 같다.

Sti: 응력(Sti),　M: 모멘트,　Z: 단면 계수, Wf: 힘(W)의 강도,　Li: 주목 길이(Li),　π:원주율, d1:내경(d1),　d2:외경(d2)

도 4는 응력(Sti)의 분포예를 나타내는 그래프이다. 가로축은 주목 위치(Pi)를 나타내고, 세로축은 응력(Sti)을 나타내고 있다. 주목 위치(Pi)의 범위는 제 1 위치(Pa)에서 제 2 위치(Pb)까지의 범위이다. 도 4의 (A)∼(E)는 각각, 서로 구성(치수와 형상의 적어도 일방)이 다른 절연체(10)로부터 얻어지는 응력(Sti) 분포의 예를 나타내고 있다. 도 4의 (A), (B)는 전방 원통부(13fc, 도 2)와 후방 원통부 (13bc)가 생략된 경우의 분포예를 나타내고 있다. 도 4의 (C)∼(E)는 절연체(10)가 전방 원통부(13fc)와 후방 원통부(13bc)를 가지는 경우의 분포예를 나타내고 있다(도시 생략).

도면 중의 기준 응력(Sta)은 제 1 위치(Pa)에 있어서의 응력(Sti)을 나타내고 있다. 하한 응력(St1)과 상한 응력(St2)은 기준 응력(Sta)을 포함하는 범위의 하한과 상한을 나타내고 있다. 이하, 하한 응력(St1) 이상, 또한, 상한 응력(St2) 이하의 응력(Sti)의 범위(Rs)를 허용 범위(Rs)라고 부른다. 여기에서는, 하한 응력 (St1)은 기준 응력(Sta)의 0.8배이며, 상한 응력(St2)은 기준 응력(Sta)의 1.15배이다. 응력(Sti)이 허용 범위(Rs) 내에 있는 것은 기준 응력(Sta)에 대한 응력 (Sti)의 비율 「Sti/Sta」이 0.8 이상, 또한, 1.15 이하인 것을 나타내고 있다.

도면 중에는 응력(Sti)이 허용 범위(Rs) 내에 있는 주목 위치(Pi)의 연속적인 범위(Rpi)가 나타내어져 있다[이하, 「안정 범위(Rpi)」라고 부른다]. 이 안정 범위(Rpi)는 제 1 위치(Pa)에서 선단 방향(Df)측으로 향하여 넓어지는 가장 넓은 범위이다. 도면 중의 선단 위치(Px)는 이 안정 범위(Rpi)의 선단 위치를 나타내고 있다. 제 2 길이(L2)는 이 안정 범위(Rpi)의 중심축(CL)과 평행한 길이이다.

도 4의 (A)∼(E)에 나타내는 바와 같이, 응력(Sti)의 분포는 절연체(10)의 구성(예를 들면, 치수)에 따라서 다양하게 변화할 수 있다. 도 4의 (A)의 예에서는 (B)의 예와 비교하여 응력(Sti)이 제 1 위치(Pa)의 근방이 좁은 범위(Rpi)에 집중하고 있다. 이와 같이 응력(Sti)이 좁은 범위에 집중할 경우, 그 범위 내에 있어서, 절연체(10)가 파괴되기 쉬운 경우가 있다. 따라서, 안정 범위(Rpi)가 넓어지도록 절연체(10)를 구성함으로써, 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다고 추정된다. 또한, 안정 범위(Rpi)의 넓이를 나타내는 지표로서는, 제 1 길이(L1)에 대한 제 2 길이(L2)의 비율을 이용할 수 있다. 절연체(10)의 파괴를 억제한다고 하는 관점에서는, 이 비율(L2/L1)이 넓은 것이 바람직하다. 또한, 제 2 길이(L2)는 상술의 계산식 (1A)∼(1C)에 의거하여 산출되는 응력 비율(Sti/Sta)을 이용하여 산출할 수 있다.

B. 제 1 평가 시험:

스파크 플러그(100)의 샘플을 이용한 제 1 평가 시험에 대해서 설명한다. 제 1 평가 시험으로서는, 절연체(10)의 「굽힘 시험」과「진동시험」이 실시되었다. 이하의 표 1은 샘플의 구성과 평가 결과를 나타내고 있다.

표 1은 샘플의 번호와, 절연체(10)의 구성을 나타내는 파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2, L2/L1)와, 굽힘 시험의 결과와, 진동시험의 결과를 나타내고 있다. 제 1 평가 시험에서는 절연체(10)의 구성이 서로 다른 A-1번에서 A-27번까지의 27종류의 샘플이 평가되어 있다.

제 1 평가 시험에서 평가된 27종류의 샘플의 사이에서 공통된 치수는 이하와 같다.

제 1 외경 축소부(15)의 길이[중심축(CL)과 평행한 길이]: 0.3㎜

관통 구멍(12)의 직경(d1)　　　　　　　　　　　　　 　: 1.76㎜

다리 길이(L3)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　: 14㎜

또한, 표 1에 있어서 「단부 길이(Ds1)=0」는 전방 원통부(13fc)가 생략된 것을 나타내고 있다. 마찬가지로, 「베이스 길이(Ds2)=0」는 후방 원통부(13bc)가 생략된 것을 나타내고 있다. 상술한 바와 같이, 베이스 길이(Ds2)는 제 1 외경 축소부(15)의 길이와 후방 원통부(13bc) 길이의 합계값이며, 제 1 외경 축소부(15)의 길이는 0는 아니다(0.3㎜). 그러나 표 1에서는 후방 원통부(13bc)가 생략된 것을 알기 쉽게 하기 위해서, 후방 원통부(13bc)가 생략된 경우의 베이스 길이(Ds2)를 0로 나타냈다.

우선, 굽힘 시험에 대해서 설명한다. 굽힘 시험에서는 우선, 스파크 플러그 (100)가 금속 셀(50)의 나사부(52)에 적합한 장착 구멍을 가지는 도시하지 않는 시험대에 장착된다. 이 상태에서는 절연체(10)는 제 1 위치(Pa)에 고정되어 있으며, 절연체(10)의 선단(10e1)은 자유단이다. 이 상태에서 도 3의 (A)에 나타내는 바와 같이, 힘(W)이 제 2 위치(Pb)에 인가된다. 힘(W)의 방향은 직경 방향의 중심축(CL)으로 향하는 방향이다. 즉, 힘(W)의 방향은 중심축(CL)과 수직, 또한, 중심축(CL)으로 향하는 방향이다. 그리고 절연체(10)가 파괴될 때까지 힘(W)이 강하게 된다. 이와 같은 굽힘 시험을 A-1번에서 A-27번의 각 종류마다 구성이 같은 10개의 샘플을 이용하여 실시했다.

표 1의 「파괴 하중」은 절연체(10)가 파괴된 시점에서의 힘(W)의 강도의 평균값(10개의 샘플의 평균값)이다(단위는 「뉴턴」). 표 1의 「파괴 개소」는 절연체(10)의 파괴 개소이며, 「베이스(Ba)」는 제 1 위치(Pa)의 근방을 나타내며, 「선단(Bb)」은 제 2 위치(Pb)의 근방을 나타내고 있다. 파괴 개소는 구성이 같은 10개의 샘플 사이에서는 같았다. 굽힘 시험의 평가는 A-5번의 샘플을 기준으로 2단계로 실시되었다. 구체적으로는, 제 1 평가(A)는 「파괴 하중이 A-5번의 샘플과 비교하여 큰」, 또한, 「파괴 개소가 베이스(Ba)인」 것을 나타내고 있다. 제 2 평가 (B)는 「파괴 하중이 A-5번의 샘플과 비교하여 작은 것」과, 「파괴 개소가 선단 (Bb)인」 것의 적어도 일방을 만족시키는 것을 나타내고 있다.

또한, 파괴 개소가 선단(Bb)인 것은 절연체(10)의 베이스 부분[즉, 제 1 위치(Pa)의 근방]이 파괴되지 않고 견디고 있음 에도 불구하고 선단 부분[즉, 제 2 위치(Pb)의 근방]이 파괴되는 것, 즉, 절연체(10)의 선단 부분의 강도가 국소적으로 낮은 것을 의미하고 있다. 따라서, 파괴 개소가 베이스(Ba)인 경우의 평가 결과가 파괴 개소가 선단(Bb)인 경우의 평가 결과보다도 좋은 것으로 했다.

다음에, 진동시험에 대해서 설명한다. 제 1 평가 시험의 진동시험에서는 스파크 플러그(100)의 샘플을 진동시험용의 지그에 장착하고, 이하의 조건에 따라서 샘플을 중심축(CL)과 수직인 방향으로 진동시켰다.

진폭: 5㎜, 주파수: 50㎐, 진동 시간: 1min

이와 같은 진동시험을 A-1번에서 A-27번의 각 종류마다 구성이 같은 10개의 샘플을 이용하여 실시했다. 이와 같은 진동시험에 의해서, 절연체(10)가 제 1 위치 (Pa)의 근방에서 깨지는 경우가 있다. 깨진 샘플수에 의거하여 진동시험의 평가를 실시했다. 구체적으로는, 제 1 평가(A)는 깨진 샘플수가 0인 것을 나타내고 있다. 제 2 평가(B)는 깨진 샘플수가 1 이상 5 이하인 것을 나타내고 있다. 제 3 평가(C)는 깨진 샘플수가 6 이상 10 이하인 것을 나타내고 있다. 또한, 진동시험의 상기의 조건은 복수 종류의 샘플의 사이에서 평가 결과에 차이를 내기 위해, 종래의 스파크 플러그의 절연체가 진동시험에 의해서 깨질 수 있도록 엄격한 조건으로 설정되어 있다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 비율(L2/L1)이 0.70 이상인 12종류의 샘플(A-2번, A-7번, A-8번, A-12번∼A-15번, A-18번, A-20번, A-21번, A-25번, A-26번)에서는 굽힘 시험과 진동시험의 양방이 제 1 평가(A)였다. 이와 같이, 0.70 이상의 비율(L2/L1)을 채용함으로써, 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다. 또한, 안정 범위 (Rpi)가 넓을수록 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다고 추정할 수 있다. 따라서, 비율(L2/L1)로서는 이론상의 최대값인 1.0보다 작은 다양한 값을 채용할 수 있다고 추정할 수 있다. 또, 양호한 평가가 얻어진 12종류의 샘플의 비율(L2/L1)은 0.70, 0.71, 0.72, 0.75, 0.78, 0.79, 0.80, 0.81, 0.83, 0.86이다. 이들 값 중의 임의의 값을 비율(L2/L1)의 바람직한 범위(하한 이상, 또한, 상한 이하의 범위)의 하한으로서 채용할 수 있다. 또, 이들 값 중의 하한 이상의 임의의 값을 비율(L2/L1)의 바람직한 범위의 상한으로서 채용할 수 있다.

파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2)에 대해서는 표 1에 나타내는 바와 같이, 다양한 값으로 양호한 평가가 얻어졌다. 양호한 평가가 얻어진 12종류의 샘플의 각 파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2)는 이하와 같다.

단부 직경(Ddb) : 2.9, 3.0, 3.2, 3.4(㎜)

베이스 직경(Dda): 4.9, 5.2(㎜)

단부 길이(Ds1) : 0, 1, 2, 3(㎜)

베이스 길이(Ds2): 0, 1, 2, 3(㎜)

단부 직경(Ddb)의 바람직한 범위(하한 이상, 또한, 상한 이하의 범위)의 하한으로서는 단부 직경(Ddb)의 이들 값 중의 임의의 값을 채용할 수 있고, 상한으로서는 단부 직경(Ddb)의 이들 값 중의 하한 이상의 임의의 값을 채용할 수 있다. 다른 파라미터(Dda, Ds1, Ds2)에 대해서도 마찬가지로 양호한 평가가 얻어진 12종류의 샘플의 상기의 값 중의 임의의 값을 하한으로서 채용할 수 있다. 또, 상기의 값 중의 하한 이상의 임의의 값을 상한으로서 채용할 수 있다.

또한, 단부 직경(Ddb)의 하한으로서는 상기의 값에 한정되지 않고, 중심 전극(20) 중의 절연체(10)의 제 2 위치(Pb)의 내주측에 배치되는 부분[본 실시형태에서는 중심 전극(20)의 다리부(25)]의 외경보다도 큰 다양한 값을 채용할 수 있다. 전형적인 스파크 플러그에서는 중심 전극(20)의 상기의 외경으로서는 1㎜ 이상, 3㎜ 이하의 범위 내의 값이 채용된다. 따라서, 단부 직경(Ddb)의 하한으로서는 1㎜ 이상, 3㎜ 이하의 범위 내의 값을 채용할 수 있다.

또한, A-21번과 A-27번의 2종류의 샘플의 사이에서는 단부 직경(Ddb)이 서로 다르지만, 베이스 직경(Dda)과 단부 길이(Ds1)와 베이스 길이(Ds2)는 공통이다. 이들 샘플의 사이에서 굽힘 시험의 결과를 비교하면, 단부 직경(Ddb)이 큰 A-21번에서는 단부 직경(Ddb)이 작은 A-27번과 비교하여 파괴 하중이 크며, 파괴 개소는 선단(Bb)은 아니고 베이스(Ba)이다. 이 이유는 이하와 같이 추정할 수 있다. 즉, 단부 직경(Ddb)이 클수록 절연체(10)의 제 2 위치(Pb)의 근방의 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 단부 직경(Ddb)이 클수록 절연체(10)의 제 1 위치(Pa)의 근방이 파괴되지 않고 견디고 있음 에도 불구하고 제 2 위치(Pb)의 근방이 파괴되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 단부 직경(Ddb)과 파괴 하중과 파괴 개소의 같은 경향은 다른 샘플(예를 들면, A-1번과 A-3번)로부터도 확인할 수 있다.

또, A-19번과 A-25번의 2종류의 샘플의 사이에서는 단부 직경(Ddb)이 서로 다르지만, 베이스 직경(Dda)과 단부 길이(Ds1)와 베이스 길이(Ds2)는 공통이다. 이들 샘플의 사이에서 진동시험의 결과를 비교하면, 단부 직경(Ddb)이 작은 A-25번에서는 단부 직경(Ddb)이 큰 A-19번과 비교하여 진동시험의 평가 결과가 양호하다. 이 이유는 이하와 같이 추정할 수 있다. 즉, 단부 직경(Ddb)이 작을수록 절연체 (10)의 선단부[즉, 제 2 위치(Pb)의 근방]의 질량이 가벼워진다. 따라서, 스파크 플러그(100)가 진동한 경우에는 절연체(10)의 제 1 위치(Pa)의 근방의 부분이 받는 힘은 단부 직경(Ddb)이 작을수록 작아진다. 이 결과, 단부 직경(Ddb)이 작을수록 진동에 의한 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다. 또한, 단부 직경(Ddb)과 진동시험의 평가 결과의 같은 경향은 다른 샘플(예를 들면, A-1번과 A-5번)로부터도 확인할 수 있다.

또, 일반적으로, 응력이 집중하는 경우보다도 응력이 분산하는 경우가 파괴가 발생하기 어렵다. 게다가 표 1에 나타내는 바와 같이, 절연체(10)의 구성[특히, 다리부(13)의 구성]이 다양하게 변화하는 경우도 0.70 이상의 비율(L2/L1)을 채용함으로써, 양호한 평가 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 내경(d1)이 1.76㎜와는 다른 경우에도 상술의 비율(L2/L1)의 바람직한 범위를 적용할 수 있다고 추정할 수 있다.

C. 제 2 평가 시험:

이하의 표 2는 제 2 평가 시험에서 이용한 스파크 플러그(100)의 샘플의 구성과 평가 결과를 나타내고 있다. 제 2 평가 시험에서는 절연체(10)의 내구성에 대한 다리 길이(L3)의 영향을 조사하기 위해서, 다리 길이(L3, 도 2)가 서로 다른 복수 종류의 샘플을 이용하여 굽힘 시험과 진동시험을 실시했다. 각 시험의 내용과 평가방법은 제 1 평가 시험의 것과 같다. 또한, 굽힘 시험에서는 평가의 기준이 되는 샘플을 다리 길이(L3)마다 선택했다.

표 2는 표 1과 마찬가지로, 샘플의 번호와, 절연체(10)의 구성을 나타내는 파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2, L2/L1)와, 굽힘 시험의 결과와, 진동시험의 결과를 나타내고 있다. 제 2 평가 시험에서는 절연체(10)의 구성이 서로 다른 B-1번에서 B-16번까지의 16종류의 샘플이 평가되어 있다. 다리 길이(L3)는 8, 10, 12, 16(㎜)의 어느 하나이다. 제 1 외경 축소부(15)의 길이와 관통 구멍(12)의 직경(d1)은 16종류의 샘플 사이에서 공통이며, 제 1 평가 시험의 샘플의 것과 같다.

16종류의 샘플은 다리 길이(L3)가 서로 다른 4개의 그룹으로 나누어진다. 각 그룹의 다리 길이(L3)와, 샘플 번호와, 굽힘 시험의 평가의 기준의 대응 관계는 이하와 같다.

(제 1 그룹) 다리 길이(L3)=8㎜, B-1번∼B-4번, 기준은 B-1번

(제 2 그룹) 다리 길이(L3)=10㎜, B-5번∼B-8번, 기준은 B-5번

(제 3 그룹) 다리 길이(L3)=12㎜, B-9번∼B-12번, 기준은 B-9번

(제 4 그룹) 다리 길이(L3)=16㎜, B-13번∼B-16번, 기준은 B-13번

굽힘 시험의 평가방법은 제 1 평가 시험의 평가방법과 같다. 예를 들면, 제 1 그룹에 관해서는 제 1 평가(A)는 「파괴 하중이 B-1번의 샘플과 비교하여 큰」, 또한, 「파괴 개소가 베이스(Ba)인」것을 나타내고 있다. 제 2 평가(B)는 「파괴 하중이 B-1번의 샘플과 비교하여 작은」 것과, 「파괴 개소가 선단(Bb)인」 것의 적어도 일방을 만족시키는 것을 나타내고 있다. 다른 그룹의 굽힘 시험의 평가도 마찬가지로 각 그룹의 기준을 이용하여 실시된다.

어느 그룹에 있어서도, 기준의 샘플에서는 전방 원통부(13fc)와 후방 원통부 (13bc)가 생략되고[단부 길이(Ds1)=0, 베이스 길이(Ds2)=0], 단부 직경(Ddb)이 3.5㎜이며, 베이스 직경(Dda)이 4.7㎜이다. 다른 3종류의 샘플의 사이에서는 베이스 직경(Dda, 5.2㎜)과 단부 길이(Ds1, 2㎜)와 베이스 길이(Ds2, 2㎜)가 공통이며, 단부 직경(Ddb)이 3.2, 3.4, 3.6이다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 비율(L2/L1)이 0.70 이상인 8종류의 샘플(B-3번, B-4번, B-6번, B-7번, B-10번, B-11번, B-14번, B-15번)에서는 굽힘 시험과 진동시험의 양방이 제 1 평가(A)였다. 이와 같이, 다리 길이(L3)를 변화시킨 경우에 있어서도 0.70 이상의 비율(L2/L1)을 채용함으로써, 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다.

표 1, 표 2를 종합하면, 굽힘 시험과 진동시험의 양방에서 제 1 평가(A)가 얻어진 20종류의 샘플의 비율(L2/L1)은 0.70, 0.71, 0.72, 0.74, 0.75, 0.78, 0.79, 0.80, 0.81, 0.82, 0.83, 0.86이다. 이들 값 중의 임의의 값을 비율(L2/L1)의 바람직한 범위(하한 이상, 또한, 상한 이하의 범위)의 하한으로서 채용할 수 있다. 또, 이들 값 중의 하한 이상의 임의의 값을 비율(L2/L1)의 바람직한 범위의 상한으로서 채용할 수 있다.

또, 표 1, 표 2를 종합하면, 파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2, L3)에 대해서는 다양한 값으로 양호한 평가가 얻어졌다. 굽힘 시험과 진동시험의 양방에서 제 1 평가(A)가 얻어진 20종류의 샘플의 각 파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2, L3)는 이하와 같다.

단부 직경(Ddb)　: 2.9, 3.0, 3.2, 3.4, 3.5, 3.6(㎜)

베이스 직경(Dda): 4.7, 4.9, 5.2(㎜)

단부 길이(Ds1)　: 0, 1, 2, 3(㎜)

베이스 길이(Ds2): 0, 1, 2, 3(㎜)

다리 길이(L3)　: 8, 10, 12, 14, 16(㎜)

단부 직경(Ddb)의 바람직한 범위(하한 이상, 또한, 상한 이하의 범위)의 하한으로서는 단부 직경(Ddb)의 이들 값 중의 임의의 값을 채용할 수 있고, 상한으로서는 단부 직경(Ddb)의 이들 값 중의 하한 이상의 임의의 값을 채용할 수 있다. 다른 파라미터(Dda, Ds1, Ds2, L3)에 대해서도 마찬가지로 양호한 평가가 얻어진 20종류의 샘플의 상기 값 중의 임의의 값을 하한으로서 채용할 수 있다. 또, 상기 값 중의 하한 이상의 임의의 값을 상한으로서 채용할 수 있다. 예를 들면, 다리 길이 (L3)는 바람직하게는 8㎜ 이상이다. 또, 다리 길이(L3)는 바람직하게는 16㎜ 이하이다. 내경(d1)에 대해서도 1.76㎜와는 다른 다양한 값을 채용할 수 있다고 추정할 수 있다.

D. 제 3 평가 시험:

이하의 표 3은 제 3 평가 시험에서 이용한 스파크 플러그(100)의 샘플의 구성과 평가 결과를 나타내고 있다. 제 3 평가 시험에서는 절연체(10)의 내구성에 대한 단부 직경(Ddb)의 영향을 조사하기 위해서, 단부 직경(Ddb)이 서로 다른 C-1번에서 C-6번까지의 6종류의 샘플을 이용하여 굽힘 시험과 진동시험을 실시했다.

표 3은 표 1과 마찬가지로, 샘플의 번호와, 절연체(10)의 구성을 나타내는 파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2, L2/L1)와, 굽힘 시험의 결과와, 진동시험의 결과를 나타내고 있다. 단부 직경(Ddb)은 C-1번에서 C-6번의 순으로 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7(㎜)이다. 또, 비율(L2/L1)은 C-1번에서 C-6번의 순으로 0.83, 0.81, 0.79, 0.75, 0.70, 0.64이다. 베이스 직경(Dda, 5.4㎜)과 단부 길이(Ds1, 2.5㎜)와 베이스 길이(Ds2, 2.5㎜)는 6종류의 샘플의 사이에서 공통이다. 또, 다리 길이(L3)와 제 1 외경 축소부(15)의 길이와 관통 구멍(12)의 직경(d1)은 6종류의 샘플의 사이에서 공통이며, 제 1 평가 시험의 샘플의 것과 같다.

굽힘 시험의 내용과 평가방법은 제 1 평가 시험의 것과 같다. 굽힘 시험의 평가의 기준은 상기의 표 1의 A-5번의 샘플이다. 진동시험은 복수 종류의 샘플의 사이에서 평가 결과에 차이를 내기 위해서, 제 1 평가 시험의 조건보다도 엄격한 조건하에서 실시되었다. 구체적으로는, 진폭이 제 1 평가 시험의 진폭(5㎜)보다도 큰 8㎜이다. 주파수(50㎐)와 진동 시간(1min)은 제 1 평가 시험의 것과 같다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 굽힘 시험의 평가 결과는 모든 샘플에 대해서 제 1 평가(A)였다. 진동시험의 평가 결과는 단부 직경(Ddb)이 3.5㎜ 이하인 C-1번에서 C-4번의 4종류의 샘플에 대해서 제 1 평가(A)이며, 단부 직경(Ddb)이 3.5㎜보다도 큰 C-5번과 C-6번의 2종류의 샘플에 대해서 제 2 평가(B)였다. 이와 같이, 비율(L2/L1)이 0.70 이상인 경우에, 또한, 3.5㎜ 이하의 단부 직경(Ddb)을 채용함으로써, 진동에 의한 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다. 이 이유는 단부 직경 (Ddb)이 작은 경우에는 단부 직경(Ddb)이 큰 경우와 비교하여 스파크 플러그(100)가 진동한 경우에, 절연체(10)의 제 1 위치(Pa)의 근방의 부분이 받는 힘이 작아지기 때문이라고 추정할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 제 3 평가 시험의 진동시험은 제 1 평가 시험의 조건보다도 엄격한 조건하에서 실시되었다. 따라서, 제 1 평가 시험과 같은 조건하에서 진동시험을 실시하면, 단부 직경(Ddb)이 3.5㎜보다도 큰 경우에도 제 1 평가(A)가 얻어질 수 있다고 추정할 수 있다.

또, 제 3 평가 시험에서 이용한 샘플의 베이스 직경(Dda)은 5.4㎜이다. 5.4㎜보다도 큰 베이스 직경(Dda)을 채용하면, 진동에 대한 다리부(13)의 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 3.5㎜ 이하의 단부 직경(Ddb)은 베이스 직경(Dda)이 5.4㎜ 이상인 다양한 스파크 플러그(100)에 적용할 수 있다. 또, 베이스 직경(Dda)이 5.4㎜보다도 큰 경우에는 3.5㎜보다 큰 단부 직경(Ddb)을 채용해도 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다고 추정할 수 있다.

E. 제 4 평가 시험:

이하의 표 4는 제 4 평가 시험에서 이용한 스파크 플러그(100)의 샘플의 구성과 평가 결과를 나타내고 있다. 제 4 평가 시험에서는 절연체(10)에 대한 단부 길이(Ds1)의 영향을 조사하기 위해서, 단부 길이(Ds1)가 서로 다른 D-1번에서 D-4번까지의 4종류의 샘플을 이용하여 굽힘 시험을 실시했다.

표 4는 샘플의 번호와, 절연체(10)의 구성을 나타내는 파라미터(Ddb, Dda, Ds1, Ds2, L2/L1)와, 굽힘 시험의 결과를 나타내고 있다. 단부 길이(Ds1)는 D-1번에서 D-4번의 순으로 3.4, 3.5, 3.6, 3.7(㎜)이다. 다른 파라미터[Ddb(3.2㎜), Dda(4.9㎜), Ds2(2.5㎜), L2/L1(0.79)]는 4종류의 샘플의 사이에서 공통이다. 또, 다리 길이(L3)와 제 1 외경 축소부(15)의 길이와 관통 구멍(12)의 직경(d1)은 4종류의 샘플의 사이에서 공통이며, 제 1 평가 시험의 샘플의 것과 같다.

굽힘 시험의 내용과 평가방법은 제 1 평가 시험의 것과 같다. 굽힘 시험의 평가의 기준은 상기 표 1의 A-5번의 샘플이다. 또한, 제 4 평가 시험에서는 모든 샘플의 파괴 하중이 기준의 파괴 하중(230N)보다도 컸다. 따라서, 제 1 평가(A)는 「파괴 개소가 베이스(Ba)인」것을 나타내고 있다. 제 2 평가(B)는 「파괴 개소가 선단(Bb)인」것을 나타내고 있다.

표 4에 나타내는 바와 같이, 단부 길이(Ds1)가 짧을수록 파괴 하중이 컸다. 또한, 단부 길이(Ds1)가 3.5㎜ 이하인 D-1번과 D-2번의 평가 결과는 제 1 평가(A)이며, 단부 길이(Ds1)가 3.5㎜를 초과하는 D-3번과 D-4번의 평가 결과는 제 2 평가 (B)였다. 이와 같이, 3.5㎜ 이하의 단부 길이(Ds1)를 채용함으로써, 3.5㎜를 초과하는 단부 길이(Ds1)를 채용하는 경우와 비교하여 절연체(10)를 굽히려고 하는 힘에 의한 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다. 이 이유는 이하와 같이 추정할 수 있다. 즉, 전방 원통부(13fc)의 외경은 다리부(13)의 다른 부분(13t, 13bc)의 외경보다도 작으므로, 전방 원통부(13fc)의 강도는 다른 부분(13t, 13bc)의 강도보다도 낮다. 따라서, 전방 원통부(13fc)의 길이가 짧을수록 즉, 단부 길이(Ds1)가 짧을수록 다리부(13)의 강도를 향상시킬 수 있다고 추정할 수 있다.

또한, 제 4 평가 시험에서 이용한 샘플의 단부 직경(Ddb)은 3.2㎜이다. 3.2㎜보다도 큰 단부 직경(Ddb)을 채용하면, 다리부(13)의 전방 원통부(13fc)의 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 3.5㎜ 이하의 단부 길이(Ds1)는 단부 직경(Ddb)이 3.2㎜ 이상인 다양한 스파크 플러그(100)에 적용할 수 있다. 또, 단부 직경(Ddb)이 3.2㎜보다도 큰 경우에는 3.5㎜보다도 큰 단부 길이(Ds1)를 채용해도 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다고 추정할 수 있다.

F. 제 5 평가 시험:

이하의 표 5는 제 5 평가 시험에서 이용한 스파크 플러그(100)의 샘플의 구성과 평가 결과를 나타내고 있다. 제 5 평가 시험으로서는, 내연기관의 노킹에 대한 절연체(10)의 내구성을 평가하는 시험(이하 「노킹 시험」이라고 부른다)을 실시했다.

표 5는 샘플의 번호와, 단부 직경(Ddb)과, 외부 길이(De)와, 투영 면적(Sp)과, 노킹 시험의 평가 결과를 나타내고 있다. 도 5는 외부 길이(De)와 투영 면적 (Sp)의 설명도이다. 도면 중에는 중심축(CL)과 수직인 방향을 향하여 본 스파크 플러그(100)의 선단 방향(Df)측의 일부분이 나타내어져 있다.

도시하는 바와 같이, 절연체(10)의 다리부(13)의 선단 방향(Df)측의 부분 (13p)은 금속 셀(50)의 선단 방향(Df)측의 단(이하 「선단(50e1)」이라고 부른다)보다도 선단 방향(Df)측에 배치되어 있다. 이 부분(13p)은 금속 셀(50)의 외측에 배치된 부분이다(이하, 「외측 부분(13p)」이라고 부른다). 도면 중에서는 외측 부분(13p)에 해칭이 붙여져 있다. 외부 길이(De)는 외측 부분(13p)의 중심축(CL)과 평행한 길이이다. 환언하면, 외부 길이(De)는 금속 셀(50)의 선단(50e1)과 절연체 (10)의 선단(10e1) 사이의 중심축(CL)과 평행한 거리이다.

투영 면적(Sp)은 중심축(CL)과 평행한 평면(이하 「투영면」이라고 부른다) 위에 투영면과 수직인 방향[즉, 중심축(CL)과 수직인 방향]을 따라서, 외측 부분 (13p)을 투영한 경우의 투영 면적이다. 도 5 상의 해칭이 붙여진 영역의 면적이 투영 면적(Sp)에 대응한다.

표 5에 나타내는 바와 같이, 외부 길이(De)와 투영 면적(Sp)의 적어도 일방이 서로 다른 15종류의 샘플을 이용하여 노킹 시험을 실시했다. 노킹 시험에서는 스파크 플러그(100)의 샘플을 장착한 내연기관에 강제적으로 노킹을 발생시키고, 그 후, 절연체(10)가 깨졌는지 아닌지를 확인했다. 이와 같은 시험을 E-1번에서 E-15번의 각 종류마다 구성이 같은 10개의 샘플을 이용하여 실시했다. 제 1 평가(A)는 10개의 샘플 모두가 깨지지 않았던 것을 나타내고, 제 2 평가(B)는 적어도 1개의 샘플이 깨진 것을 나타내고 있다. 노킹이 발생할 경우, 내연기관의 연소실 내에서 발생하는 충격파에 의해서, 절연체[10, 다리부(13)]에는 도 3의 힘(W)과 같이, 중심축(CL)과 교차하는 방향[예를 들면, 중심축(CL)과 수직인 방향]의 힘이 인가될 수 있다. 이와 같은 힘에 의해서, 다리부(13)가 깨지는 경우가 있다.

표 5에 나타내는 바와 같이, E-1번에서 E-9번의 9종류의 샘플은 단부 직경 (Ddb)이 3.3㎜인 절연체(10)를 이용하여 형성되어 있다. 이들 9종류의 샘플의 사이에서는 절연체(10)의 구성은 같다. 외부 길이(De), 나아가서는, 투영 면적(Sp)은 금속 셀(50, 도 2)의 내경 축소부(56)의 중심축(CL)과 평행한 방향의 위치를 바꿈으로써, 조정되어 있다. 외부 길이(De)는 E-1번에서 E-9번의 순으로 1.0㎜에서 5.0㎜까지 0.5㎜ 스텝으로 증가하고 있다.

E-10번에서 E-15번의 6종류의 샘플은 단부 직경(Ddb)이 3.5㎜인 절연체(10)를 이용하여 형성되어 있다. 이들 6종류의 샘플의 사이에서는 절연체(10)의 구성은 같다. 외부 길이(De), 나아가서는, 투영 면적(Sp)의 조정 방법은 E-1번에서 E-9번의 샘플의 것과 같다. 외부 길이(De)는 E-10번에서 E-15번의 순으로 2.0㎜에서 4.5㎜까지 0.5㎜ 스텝으로 증가하고 있다.

또한, 15종류의 샘플의 각각에서는 전방 원통부(13fc)와 후방 원통부(13bc)가 생략되어 있다[즉, 단부 길이(Ds1)=0, 베이스 길이(Ds2)=0]. 또, 15종류의 샘플의 각각에서는 다리 길이(L3)는 14㎜이며, 베이스 직경(Dda)은 5.2㎜이고, 비율 (L2/L1)은 0.7 이상이다.

표 5에 나타내는 바와 같이, 단부 직경(Ddb)에 관계없이, 투영 면적(Sp)이 8.7㎟ 이하인 6종류의 샘플(E-1번, E-2번, E-3번, E-4번, E-10번, E-11번)에서는 노킹 시험의 평가 결과가 제 1 평가(A)였다. 이와 같이, 8.7㎟ 이하의 투영 면적 (Sp)을 채용함으로써, 절연체(10)의 깨짐을 억제할 수 있다. 이 이유는 투영 면적 (Sp)이 작은 경우에는 투영 면적(Sp)이 큰 경우와 비교하여 다리부(13)의 외측 부분(13p), 즉, 중심축(CL)과 수직인 방향의 힘을 받을 수 있는 부분이 작기 때문이라고 추정된다.

또한, 표 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 평가(A)가 얻어진 6종류의 샘플(E-1번∼E-4번, E-10번, E-11번)의 투영 면적(Sp)은 3.2, 4.9, 6.5, 6.9, 8.2, 8.7(㎟)이다. 이들 값 중의 임의의 값을 투영 면적(Sp)의 바람직한 범위(하한 이상, 또한, 상한 이하의 범위)의 하한으로서 채용할 수 있다. 또, 이들 값 중의 하한 이상의 임의의 값을 투영 면적(Sp)의 바람직한 범위의 상한으로서 채용할 수 있다.

또한, 투영 면적(Sp)의 하한으로서는 0㎟를 채용할 수 있다. 투영 면적(Sp)이 0㎟인 것은 중심축(CL)과 수직인 방향을 향하여 스파크 플러그(100)를 볼 경우에, 다리부(13)의 전체가 금속 셀(50)의 관통 구멍(59) 내에 숨어 있는 것을 의미하고 있다. 이와 같은 구성을 채용하면, 노킹이 발생한 경우라도, 다리부(13)에 중심축(CL)과 수직인 방향의 힘이 인가되는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 다리부 (13)의 깨짐을 억제할 수 있다.

또한, 제 5 평가 시험에서 이용한 샘플의 베이스 직경(Dda)은 5.2㎜이다. 5.2㎜보다도 큰 베이스 직경(Dda)을 채용하면, 다리부(13)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 8.7㎟ 이하의 투영 면적(Sp)은 베이스 직경(Dda)이 5.2㎜ 이상인 다양한 스파크 플러그(100)에 적용할 수 있다. 또, 베이스 직경(Dda)이 5.2㎜보다도 큰 경우에는 8.7㎟보다도 큰 투영 면적(Sp)을 채용해도 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다고 추정할 수 있다.

G. 제 6 평가 시험:

G-1. 시험의 개요:

도 6은 절연체(10)의 구성을 나타내는 설명도이다. 도 6에는 제 6 평가 시험의 설명에서 이용되는 파라미터(Dda, Ddc, Ds1, De, L4, d1, Pc, Z1, Z2)를 포함하는 복수의 파라미터가 나타내어져 있다. 이들의 파라미터 중 Dda, Ds1, d1는 도 2에 나타내는 같은 부호의 파라미터와 같다. 예를 들면, 내경(d1)은 절연체(10)의 관통 구멍(12)의 선단 방향(Df)측의 부분의 내경이다. 외부 길이[De, 「노출길이 (De)」라고도 부른다]는 도 5에 나타내는 외부 길이(De)와 같다. 외경(Ddc)은 전방 원통부(13fc)의 후단[P12, 「전방 베이스(P12)」라고도 부른다)에서의 절연체(10)의 외경이다. 이하, 도 2의 단부 직경(Ddb)을 「제 1 단부 직경(Ddb)」이라고 부르고, 도 6의 외경(Ddc)을 「제 2 단부 직경(Ddc)」이라고도 부른다. 본 실시형태에서는 제 2 단부 직경(Ddc)은 제 1 단부 직경(Ddb)과 거의 같다. 제 4 길이(L4)는 제 1 위치(Pa)에서 절연체(10)의 선단(10e1)까지의 축선(CL)에 평행한 길이이다. 이하, 도 2의 다리 길이(L3)를 「제 1 다리 길이(L3)」라고 부르며, 도 6의 제 4 길이(L4)를 「제 2 다리 길이(L4)」라고도 부른다. 제 3 위치(Pc)는 절연체(10)의 외측 부분(13p)의 표면상의 위치 중, 외측 부분(13p)의 축선(CL)에 평행한 방향의 길이(De)를 2등분 하는 위치이다. 제 1 단면 계수(Z1)는 제 1 위치(Pa)에서의 절연체(10)의 단면 계수이다. 제 2 단면 계수(Z2)는 전방 베이스(P12)에서의 절연체 (10)의 단면 계수이다. 단면 계수(Z1, Z2)는 상기의 계산식(1C)에 따라서, 산출할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 내경(d1)은 제 1 위치(Pa)에서 전방 베이스 (P12)까지의 범위의 전체에 걸쳐서 같다.

다음에, 스파크 플러그(100)의 샘플을 이용한 제 6 평가 시험에 대해서 설명한다. 제 6 평가 시험에서는 절연체(10)의 「내절손성(耐折損性)」과「내오손성(耐汚損性)」이 평가되었다. 이하의 표 6은 샘플의 구성과 평가 결과를 나타내고 있다.

표 6은 샘플의 번호와, 절연체(10)의 구성을 나타내는 파라미터(Dda, Ddc, d1, Z1/Z2, Ds1, De)와, 내절손성의 평가 결과와, 내오손성의 평가 결과를 나타내고 있다. 제 6 평가 시험에서는 절연체(10)의 구성이 서로 다른 F-1번에서 F-28번의 28종류의 샘플이 평가되어 있다. 베이스 직경(Dda)은 모든 샘플에 공통이며, 5.2㎜였다. 제 2 단부 직경(Ddc)은 3.3, 3.5, 3.7, 4(㎜)의 어느 하나로 설정되었다. 내경(d1)은 1.76, 1.96, 2.16(㎜)의 어느 하나로 설정되었다. 비율(Z1/Z2)은 2.33, 3.05, 3.56, 4.20의 어느 하나였다. 단부 길이(Ds1)는 1.5, 2.5, 3.5, 4.5, 5.5, 6.5, 7.5(㎜)의 어느 하나로 설정되었다. 노출 길이(De)는 0.5, 1.5(㎜)의 어느 하나로 설정되었다. 또한, 제 6 평가 시험에서 평가된 28종류의 샘플에 관해서는 제 2 다리 길이(L4)는 14㎜이며, 베이스 길이(Ds2)는 2.5㎜였다. 비율(L2/L1)에 대해서는 비율(L2/L1)이 0.7 이상인 샘플은 F-4번과 F-7번과 F-8번과 F-10번과 F-11번과 F-14번의 6종류였다. 제 2 다리 길이(L4)를 고정한 상태에서의 노출 길이 (De)의 조정은 금속 셀(50)의 내경 축소부(56)의 축선(CL)에 평행한 방향의 위치를 조정함으로써 실시되었다.

내절손성은 상기의 제 1 평가 시험의 진동시험을 더 엄격한 조건하에서 실시함으로써 평가되었다. 구체적으로는, 진폭을 5㎜에서 10㎜로 증대시켰다. 진동시험의 다른 조건은 제 1 평가 시험의 진동시험의 조건과 같다. 이와 같은 진동시험을 F-1번에서 F-28번의 각 종류마다 5개의 샘플을 이용하여 실시했다. 이와 같은 엄격한 조건하에서의 진동시험에 의해서 절연체(10)가 절손했다. 절손 위치는 제 1 위치(Pa, 도 6)의 근방과 전방 베이스(P12)의 근방의 어느 하나였다. 절연체(10)의 다리부(13)는 제 1 위치(Pa)에서 선단측 패킹(8)을 통하여 금속 셀(50)에 지지되어 있다. 따라서, 진동시험에서는 절연체(10)의 제 1 위치(Pa)의 근방에서 절손하기 쉽다. 여기서, 제 1 위치(Pa)의 근방에서는 절손하지 않고, 전방 베이스(P12)의 근방에서 절손하는 것은, 전방 베이스(P12)의 근방의 강도가 국소적으로 낮은 것을 의미하고 있다. 그래서 「5개의 샘플 중, 제 1 위치(Pa)의 근방에서 절손한 샘플 수가 전방 베이스(P12)의 근방에서 절손한 샘플 수보다도 많다」라고 하는 평가 조건이 성립할 경우의 평가 결과를 제 1 평가(A)로 하고, 상기 평가 조건이 성립하지 않는 경우의 평가 결과를 제 2 평가(B)로 했다.

내오손성은 이하에 설명하는 시험 운전에 의해서 평가되었다. 우선, -15℃로 설정한 저온시험실 내의 섀시 동력계(chassis dynamometer) 위에 배기량 0.66L의 4기통 엔진을 가지는 자동차를 준비했다. 이 자동차의 엔진에 스파크 플러그(100)의 샘플을 조립했다. 그 후, 후술하는 제 1 주행 패턴과, 엔진 정지에 의한 자연 냉각과, 후술하는 제 2 주행 패턴을 차례로 실시하는 것을 1 사이클로 하는 운전 사이클을 반복했다. 여기서, 1회의 운전 사이클이 종료할 때마다 스파크 플러그(100)의 절연 저항값을 측정했다. 절연 저항은 금속 단자(40)와 금속 셀(50) 사이의 전기 저항이다. 그리고 절연 저항값이 100㏁ 이하로 까지 저하된 것을 조건으로 시험을 종료했다. 시험 종료시의 사이클수가 5 사이클 이하인 경우는 평가 결과를 제 2 평가(B)로 하고, 시험 종료시의 사이클수가 5 사이클을 초과하는 경우는 평가 결과를 제 1 평가(A)로 했다.

상기의 제 1 주행 패턴은 엔진의 공회전을 3회 실시한 후, 기어를 3단으로 하여 속도 35㎞/h로 40초간 주행하고, 90초간의 공회전을 사이에 두고 재차 3단의 기어에 의해서 35㎞/h로 40초간 주행한다고 하는 것이다.

상기의 제 2 주행 패턴은 공회전을 3회 실시한 후, 주행과 엔진 정지를 반복한다고 하는 것이다. 이 주행은 3회 반복했다. 1회 분의 주행은 기어를 1단으로 하여 15㎞/h로 20초간 실시했다. 엔진 정지는 30초간 실시했다. 제 2 주행 패턴 후, 엔진을 정지시키고 나서, 다음 사이클의 제 1 주행 패턴을 실시했다.

상기의 운전 사이클을 반복함으로써 절연 저항값은 저하한다. 이 이유는 연소실 내의 연소에 수반하는 절연체(10)의 오손[예를 들면, 절연체(10)의 표면으로의 카본의 부착]에 의해서, 중심 전극(20)에서 절연체(10)의 표면을 통과하여 금속 셀(50)에 도달하는 경로의 전기 저항이 저하하기 때문이다. 이와 같은 오손은 횡비화(橫飛火)를 유발한다. 횡비화는 중심 전극(20)에서 절연체(10)의 표면을 통과하여 금속 셀(50)에 도달하는 방전이다. 이와 같은 횡비화는 금속 셀(50)의 선단 (50e1)의 근방에서 발생하기 쉽다. 내오손성을 향상시키면, 절연체(10) 표면의 전기 저항의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 내오손성을 향상시키는 것에 의해, 횡비화를 억제할 수 있다.

표 6에 나타내는 바와 같이, 28종류의 모든 샘플에 대해서, 내절손성과 내오손성의 적어도 일방이 제 1 평가(A)였다. 내절손성과 내오손성의 양방이 제 2 평가 (B)인 샘플은 없었다.

도 7은 표 6에 나타내는 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 비율(Z1/Z2)을 나타내며, 세로축은 단부 길이(Ds1)를 나타내고 있다. ○마크로 나타내어지는 제 1 종 측정점(DP1)은 내절손성과 내오손성의 양방이 제 1 평가(A)인 샘플을 나타내고 있다. △마크로 나타내어지는 제 2 종 측정점(DP2)은 내절손성이 제 1 평가(A)이며 내오손성이 제 2 평가(B)인 샘플을 나타내고 있다. ×마크로 나타내어지는 제 3 종 측정점(P3)은 내절손성이 제 2 평가(B)이며 내오손성이 제 1 평가(A)인 샘플을 나타내고 있다.

G-2. 내오손성:

도시하는 바와 같이, 단부 길이(Ds1)가 일정한 경우에는 비율(Z1/Z2)을 크게 함으로써, 내오손성이 향상되었다[제 1 종 측정점(DP1)과 제 2 종 측정점(DP2)을 참조]. 이 이유는 이하와 같이 추정된다. 상기의 계산식(1C)에 나타내는 바와 같이, 단면 계수는 외경이 클수록 크다. 따라서, 비율(Z1/Z2)이 큰 경우에는, 제 1 단면 계수(Z1)에 대한 제 2 단면 계수(Z2)의 비율이 작은, 즉, 제 1 위치(Pa)에서의 외경(Dda)에 대한 전방 베이스(P12)에서의 외경(Ddc)의 비율이 작다. 전방 베이스(P12)에서의 외경(Ddc)의 비율이 작을 경우, 절연체(10)의 선단부의 체적이 작으므로, 연소실 내의 연소에 수반하여 절연체(10)의 선단부의 온도가 상승하기 쉽다. 따라서, 절연체(10)의 선단부의 표면에 카본이 부착된 경우라도, 카본을 용이하게 태울 수 있다. 이 결과, 비율(Z1/Z2)이 클수록 내오손성이 향상한다고 추정된다.

또한, 표 6, 도 7에 나타내는 바와 같이, 단부 길이(Ds1)에 관계없이 제 1 평가(A)의 내오손성을 실현한 비율(Z1/Z2)은 3.56과 4.20의 2개의 값이었다. 이들 2개의 값으로부터 임의로 선택된 값을 비율(Z1/Z2)의 바람직한 범위(하한 이상, 상한 이하)의 하한으로서 채용해도 좋다. 예를 들면, 비율(Z1/Z2)로서는 3.56 이상의 값을 채용해도 좋다. 비율(Z1/Z2)의 바람직한 범위의 상한으로서는 상기 2개의 값 중 하한 이상의 임의의 값을 채용해도 좋다. 예를 들면, 비율(Z1/Z2)로서는, 4.20 이하의 값을 채용해도 좋다. 또, 상술한 바와 같이, 비율(Z1/Z2)이 클수록 내오손성이 향상한다고 추정되므로, 비율(Z1/Z2)로서는 4.20보다도 큰 값을 채용할 수 있다고 추정된다. 예를 들면, 비율(Z1/Z2)로서는 실용적인 상한 이하(예를 들면, 6.0 이하)의 값을 채용해도 좋다.

또한, F-2번 등이 나타내는 바와 같이, 제 2 평가(B)의 내오손성을 가지는 샘플[도 7: 제 2 종 측정점(DP2)]의 비율(Z1/Z2) 중의 최대값(R1)은 3.05였다(이하, 「제 1 비율(R1)」이라고 부른다). 또, F-3번 등이 나타내는 바와 같이, 단부 길이(Ds1)에 관계없이 제 1 평가(A)의 내오손성을 실현한 비율(Z1/Z2) 중의 최소값(R2, 도 7)는 3.56이었다[이하, 제 2 비율(R2)이라고 부른다). 따라서, 단부 길이(Ds1)에 관계없이 제 1 평가(A)의 내오손성을 실현할 수 있는 비율(Z1/Z2)의 하한은 3.56[ 제 2 비율(R2)]보다도 작고, 3.05[제 1 비율(R1)]보다도 크다고 추정된다. 예를 들면, 비율(Z1/Z2)로서는 제 1 비율(R1, 3.05)과 제 2 비율(R2, 3.56) 사이의 값(예를 들면, 3.5)보다도 큰 값을 채용할 수 있다고 추정할 수 있다.

또, 비율(Z1/Z2)이 일정한 경우에는 단부 길이(Ds1)를 길게 함으로써, 내오손성이 향상되었다[제 1 종 측정점(DP1)과 제 2 종 측정점(DP2)을 참조]. 이 이유는 이하와 같이 추정된다. 단부 길이(Ds1)가 긴 경우에는 전방 원통부(13fc)가 길기 때문에, 절연체(10) 선단부의 체적이 작다. 따라서, 연소실 내의 연소에 수반하여 절연체(10) 선단부의 온도가 상승하기 쉬우므로, 절연체(10) 선단부의 표면에 카본이 부착한 경우라도 카본을 용이하게 태울 수 있다. 이 결과, 내오손성이 향상한다고 추정된다.

또한, 비율(Z1/Z2)이 제 1 비율(R1, 3.05)인 경우, F-2번이 나타내는 바와 같이 1.5㎜의 단부 길이(Ds1)의 내오손성은 제 2 평가(B)이며, F-6번이 나타내는 바와 같이 2.5㎜의 단부 길이(Ds1)의 내오손성은 제 1 평가(A)였다. 또, 비율 (Z1/Z2)이 제 2 비율(R2, 3.56)인 경우, F-3번과 F-7번이 나타내는 바와 같이, 1.5㎜의 단부 길이(Ds1)와 2.5㎜의 단부 길이(Ds1)의 양방이 제 1 평가(A)의 내오손성을 실현했다. 따라서, 비율(Z1/Z2)이 제 1 비율(R1, 3.05)과 제 2 비율(R2, 3.56) 사이의 값(예를 들면, 3.5)보다도 큰 경우에는 단부 길이(Ds1)로서 1.5㎜와 2.5㎜ 사이의 값(예를 들면, 2㎜)보다도 큰 값을 채용함으로써, 제 1 평가(A)의 내오손성을 실현할 수 있다고 추정된다.

또한, 표 6, 도 7에 나타내는 바와 같이, 비율(Z1/Z2)이 제 2 비율(R2, 3.56), 나아가서는, 3.5보다도 작은 경우라도 단부 길이(Ds1)를 길게 함으로써, 제 1 평가(A)의 내오손성을 실현할 수 있었다. 이와 같이, 비율(Z1/Z2)은 3.5보다도 작아도 좋다. 또, 단부 길이(Ds1)가 2㎜ 이하인 경우라도, 비율(Z1/Z2)을 크게 함으로써, 제 1 평가(A)의 내오손성을 실현할 수 있었다. 이와 같이, 단부 길이(Ds1)는 2㎜ 이하라도 좋다. 또, 도 7에 나타내는 바와 같이, Z1/Z2＞3.5, 또한, Ds1＞2㎜인 경우에는, 비율(Z1/Z2)과 단부 길이(Ds1)를 조정함으로써, 제 1 평가(A)의 내오손성에 더불어서, 제 1 평가(A)의 내절손성을 실현할 수 있다. 이하, 내절손성에 주목하여 비율(Z1/Z2)과 단부 길이(Ds1)의 관계에 대해서 설명한다.

G-3. 내절손성:

단부 길이(Ds1)가 일정한 경우에는 비율(Z1/Z2)을 작게 함으로써, 내절손성이 향상되었다[도 7의 제 1 종 측정점(DP1)과 제 3 종 측정점(DP3) 참조]. 이 이유는 이하와 같이 추정된다. 상기의 계산식(1C)에 나타내는 바와 같이, 단면 계수는 외경이 클수록 크다. 따라서, 비율(Z1/Z2)이 큰 경우에는 제 1 단면 계수(Z1)에 대한 제 2 단면 계수(Z2)의 비율이 작은, 즉, 제 1 위치(Pa)에서의 외경(Dda)에 대한 전방 베이스(P12)에서의 외경(Ddc)의 비율이 작다. 이 결과, 제 1 위치(Pa)에서의 강도에 비하여 전방 베이스(P12)에서의 강도가 저하하기 때문이라고 추정된다.

또, 비율(Z1/Z2)이 일정한 경우에는 단부 길이(Ds1)를 짧게 함으로써, 내절손성이 향상되었다[제 1 종 측정점(DP1)과 제 3 종 측정점(DP3)을 참조]. 이 이유는 단부 길이(Ds1)가 짧은 경우에는 단부 길이(Ds1)가 긴 경우와 비교하여 전방 베이스(P12)보다도 선단 방향(Df)측의 부분[외측 부분(13p)]이 작으므로, 진동시에 전방 베이스(P12)에서의 응력이 작아지기 때문이라고 추정된다. 이와 같이, 전방 베이스(P12)의 근방에서의 절손을 억제하기 위해서는, 단부 길이(Ds1)를 짧게 하는 것이 바람직하다.

또, 절연체(10)의 외경은 전방 베이스(P12)에서 후단 방향(Dfr2)으로 향하여 서서히 커진다. 즉, 절연체(10)의 표면상의 위치와 금속 셀(50) 사이의 최단 거리는 전방 베이스(P12)에서 후단 방향(Dfr2)으로 향하여 서서히 짧아진다. 따라서, 전방 베이스(P12)가 금속 셀(50)의 선단(50e1)에 가까운 경우에는 금속 셀(50)의 선단(50e1)과 절연체[10, 특히, 전방 베이스(P12)에서 후단 방향(Dfr2)측의 부분] 사이의 거리가 짧아지므로, 횡비화가 발생하기 쉬워진다. 여기서, 제 2 다리 길이 (L4)가 일정한 경우에는 단부 길이(Ds1)를 길게 함으로써, 전방 베이스(P12)를 금속 셀(50)의 선단(50e1)에서 후단 방향(Dfr2)측으로 멀리 떨어지게 할 수 있다. 이 결과, 횡비화를 억제할 수 있다고 추정된다.

G-4. 단부 길이(Ds1)와 비율(Z1/Z2)의 관계:

비율(Z1/Z2)이 일정한 경우에 제 1 평가(A)의 내절손성을 실현할 수 있는 단부 길이(Ds1)의 최대값은 비율(Z1/Z2)이 작을수록 크다[도 7의 제 1 종 측정점 (DP1)과 제 3 종 측정점(DP3)을 참조]. 이와 같은 단부 길이(Ds1)의 최대값과 비율 (Z1/Z2)의 관계에 대해서 설명한다. 도 7의 그래프에는 3종류의 계산점(CP1, CP2, CP3)이 나타내어져 있다. 이들의 계산점(CP1, CP2, CP3)은 전방 베이스(P12, 도 6)에서의 응력이 제 1 위치(Pa)에서의 응력과 같은 경우의 단부 길이(Ds1)와 비율 (Z1/Z2)의 조합을 나타내고 있다. 응력은 금속 셀(50)에 절연체(10)가 고정된 상태에서 절연체(10) 표면의 제 3 위치(Pc)에 축선(CL)에 수직인 하중을 인가하는 경우의 계산값이다[이하, 제 3 위치(Pc)를 「하중 위치(Pc)」라고도 부른다]. 이와 같은 응력은 상기의 계산식(1A)∼(1C)에 따라서 산출할 수 있다. 제 1 종 계산점 (CP1)은 노출 길이(De)가 2.5㎜인 경우를 나타내고, 제 2 종 계산점(CP2)은 노출 길이(De)가 1.5㎜인 경우를 나타내며, 제 3 종 계산점(CP3)은 노출 길이(De)가 0.5㎜인 경우를 나타내고 있다. 다른 파라미터에 대해서는 이하와 같다.

제 2 다리 길이(L4) : 14㎜에 고정

베이스 직경(Dda)　 : 4.6, 4.8, 5.0, 5.2(㎜)의 어느 하나

제 2 단부 직경(Ddc): 3.3, 3.5, 3.7, 4.0(㎜)의 어느 하나

내경(d1)　　　　 : 1.76, 1.96, 2.16(㎜)의 어느 하나

도 7의 그래프 중의 복수의 제 1 종 계산점(CP1)은 상기의 4개의 베이스 직경(Dda)과 4개의 제 2 단부 직경(Ddc)과 3개의 내경(d1)의 48개의 조합으로부터 산출된 48개의 계산점을 나타내고 있다. 복수의 제 2 종 계산점(CP2)과 복수의 제 3종 계산점(CP3) 모두 똑같이 파라미터(Dda, Ddc, d1)의 48개의 조합으로부터 산출된 48개의 계산점을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 7의 그래프에서는 측정점(DP1, DP2, DP3)은 노출 길이(De)를 구별하지 않고 나타내어져 있다.

여기서, 비율(Z1/Z2)이 일정한 경우의 단부 길이(Ds1)와 계산점(CP1, CP2, CP3)의 관계에 대해서 설명한다. 단부 길이(Ds1)가 같은 노출 길이(De)의 계산점 (CP1, CP2, CP3)과 같은 경우, 상술한 바와 같이, 전방 베이스(P12)에서의 응력은 제 1 위치(Pa)에서의 응력과 같다.

단부 길이(Ds1)를 같은 노출 길이(De)의 계산점(CP1, CP2, CP3)보다도 작게 했다고 한다(다른 파라미터는 변경하지 않는다). 그러면, 전방 베이스(P12)와 하중 위치(Pc)의 거리가 짧아지므로, 전방 베이스(P12)에서의 응력이 작아진다. 한편, 제 1 위치(Pa)와 하중 위치(Pc)의 거리는 변하지 않으므로, 제 1 위치(Pa)에서의 응력은 변하지 않다. 이상에 의해, 전방 베이스(P12)에서의 응력이 제 1 위치(Pa)에서의 응력보다 작아진다. 따라서, 전방 베이스(P12)의 근방에서의 절손의 가능성보다도, 제 1 위치(Pa)의 근방에서의 절손의 가능성이 커진다고 추정된다. 여기서, 도 7의 그래프에 있어서, 계산점(CP1, CP2, CP3)과 측정점(DP1, DP2, DP3)을 비교한다. 도시하는 바와 같이, 단부 길이(Ds1)가 계산점(CP1, CP2, CP3)보다도 작은 샘플의 내절손성은 제 1 평가(A)였다[제 1 종 측정점(DP1)을 참조].

반대로, 단부 길이(Ds1)를 같은 노출 길이(De)의 계산점(CP1, CP2, CP3)보다도 크게 했다고 한다(다른 파라미터는 변경하지 않는다). 그러면, 전방 베이스 (P12)와 하중 위치(Pc)의 거리가 길어지므로, 전방 베이스(P12)에서의 응력이 커진다. 한편, 제 1 위치(Pa)와 하중 위치(Pc)의 거리는 변하지 않으므로, 제 1 위치 (Pa)에서의 응력은 변하지 않다. 이상에 의해, 전방 베이스(P12)에서의 응력이 제 1 위치(Pa)에서의 응력보다도 커진다. 따라서, 제 1 위치(Pa)의 근방에서의 절손의 가능성보다, 전방 베이스(P12)의 근방에서의 절손의 가능성이 커진다고 추정된다. 여기서, 도 7의 그래프에 있어서, 계산점(CP1, CP2, CP3)과 측정점(DP1, DP2, DP3)을 비교한다. 도시하는 바와 같이, 내절손성이 제 2 평가(B)인 제 3 종 측정점 (DP3)의 단부 길이(Ds1)는 어느 것이나 계산점(CP1, CP2, CP3)보다도 컸다.

이상과 같이, 전방 베이스(P12)에서의 응력이 제 1 위치(Pa)에서의 응력과 같다고 하는 조건하에서 산출되는 단부 길이(Ds1)는 양호한 내절손성을 실현하기 위한 단부 길이(Ds1)의 상한값으로서 이용할 수 있다. 여기서, 복수의 계산점 (CP1, CP2, CP3)을 비율(Z1/Z2)의 함수로 근사(近似)함으로써, 비율(Z1/Z2)로부터 단부 길이(Ds1)의 상한값(Ds1L)을 산출하는 근사식을 도출한다. 이하에 나타내는 바와 같이, 상한값(Ds1L)을 비율(Z1/Z2)의 거듭제곱으로 나타내는 것으로 한다.

Ds1L=Ap*(Z1/Z2)^Bp

근사식의 2개의 파라미터(Ap, Bp)를 이하에 나타내는 바와 같이, 제 2 다리 길이(L4)와 노출 길이(De)의 일차 함수로 나타내는 것으로 한다.

Ap=a1+a2*L4+a3*De

Bp=b1+b2*L4+b3*De

이들 2개의 일차 함수의 6개의 파라미터(a1, a2, a3, b1, b2, b3)를 근사식으로 산출되는 상한값(Ds1L)이 복수의 계산점을 근사하도록 결정한다. 여기서, 복수의 계산점으로서는 도 7에 나타내는 복수의 계산점(CP1, CP2, CP3)에 더불어서, 제 2 다리 길이(L4)를 12㎜로 변경하여 얻어지는 48개의 계산점과, 제 2 다리 길이 (L4)를 8㎜로 변경하여 얻어지는 48개의 계산점이 근사에 이용되었다. 근사 방법으로서는, 최소 이승법이 이용되었다. 이와 같은 근사에 의해, 파라미터(Ap, Bp)의 계산식으로서는, 이하의 계산식이 도출되었다.

Ap= 0.07 +0.986*L4-0.268*De

Bp=-0.832-0.014*L4+0.099*De

도 7의 그래프에 나타내는 근사 곡선(LM1, LM2, LM3)은 각각, 노출 길이(De)가 2.5㎜, 1.5㎜, 0.5㎜인 경우의 상기의 근사식으로 나타내어지는 근사 곡선이다. 도시하는 바와 같이, 제 1 근사 곡선(LM1)은 복수의 제 1 종 계산점(CP1)을 적절하게 근사하고, 제 2 근사 곡선(LM2)은 복수의 제 2 종 계산점(CP2)을 적절하게 근사하며, 제 3 근사 곡선(LM3)은 복수의 제 3 종 계산점(CP3)을 적절하게 근사하고 있다. 그리고 단부 길이(Ds1)가 근사 곡선으로 나타내어지는 상한값(Ds1L)보다도 작은 샘플의 내절손성은 제 1 평가(A)이며, 또한, 내절손성이 제 2 평가(B)인 샘플의 단부 길이(Ds1)는 근사 곡선으로 나타내어지는 상한값(Ds1L)보다도 컸다. 이와 같이, 단부 길이(Ds1)를 근사식에 따라서 산출되는 상한값(Ds1L)보다도 작은 값으로 설정함으로써 내절손성을 향상시킬 수 있었다.

상한값(Ds1L)을 산출하는 상기의 근사식은 「전방 베이스(P12)에서의 응력이 제 1 위치(Pa)에서의 응력보다도 작은 경우에는 전방 베이스(P12)의 근방에서의 절손을 억제할 수 있으므로, 내절손성을 향상시킬 수 있다」라고 하는 논리에 의거하여 결정되어 있다. 이 논리는 절연체(10)의 구성[예를 들면, 제 2 다리 길이(L4), 베이스 직경(Dda), 제1 단부 직경(Ddb), 제 2 단부 직경(Ddc), 내경(d1), 노출 길이(De), 제 1 단면 계수(Z1), 제 2 단면 계수(Z2), 비율(Z1/Z2), 제 1 길이(L1), 비율(L2/L1), 투영 면적(Sp)]에 관계없이 성립한다고 생각할 수 있다. 따라서, 상한값(Ds1L)을 산출하는 상기의 근사식은 표 6에 나타내는 샘플에 한정되지 않고, 다른 다양한 구성을 가지는 절연체[10, 나아가서는, 스파크 플러그(100)]에 적용할 수 있다고 추정된다. 예를 들면, 제 2 다리 길이(L4)가 12㎜ 또는 8㎜인 경우, 나아가서는, 제 2 다리 길이(L4)가 실용적인 범위 내(예를 들면, 5㎜ 이상, 20㎜ 이하의 범위 내)에 있는 경우에, 단부 길이(Ds1)가 상기의 상한값(Ds1L) 미만이면 내절손성을 향상시킬 수 있다고 추정된다. 마찬가지로, 다른 파라미터[예를 들면, 파라미터(L4, Dda, Ddc, d1, De, Z1, Z2, Z1/Z2, L1, L2/L1)의 어느 하나]가 표 6의 평가 시험에서 평가된 값의 범위 밖인 경우에도 단부 길이(Ds1)가 상기의 상한값 (Ds1L) 미만이면 내절손성을 향상시킬 수 있다고 추정된다.

또한, 단부 길이(Ds1)가 상한값(Ds1L) 이상이었다고 해도, 절연체(10)의 강도가 스파크 플러그(100)의 상정된 사용 환경에 있어서 절연체(10)에 실제로 관련될 수 있는 응력보다도 강하면, 절연체(10)의 절손을 억제할 수 있다. 따라서, 단부 길이(Ds1)가 상한값(Ds1L) 이상이라도 좋다.

어느 경우도 표 1, 표 2에서 설명한 바람직한 범위 내의 비율[L2/L1, 예를 들면, 0.7 이상의 비율(L2/L1)]을 채용함으로써, 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다. 또, 표 3에서 설명한 바람직한 범위 내의 제1 단부 직경[Ddb, 예를 들면, 3.5㎜ 이하의 제 1 단부 직경(Ddb)]을 채용함으로써, 진동에 의한 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다. 여기서, 제 2 단부 직경(Ddc)은 제 1 단부 직경(Ddb)과 거의 같으므로 3.5㎜ 이하의 제 2 단부 직경(Ddc)을 채용함으로써, 진동에 의한 절연체 (10)의 파괴를 억제할 수 있다. 또, 표 4에서 설명한 바람직한 범위 내의 단부 길이[Ds1, 예를 들면, 3.5㎜ 이하의 단부 길이(Ds1)]를 채용함으로써, 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다. 또, 표 5에서 설명한 바람직한 범위 내의 투영 면적[Sp, 예를 들면, 8.7㎟ 이하의 투영 면적(Sp)]을 채용함으로써, 절연체(10)의 깨짐을 억제할 수 있다. 단, 이들의 파라미터(L2/L1, Ddb, Ddc, Ds1, Sp)의 적어도 1개가 대응하는 바람직한 범위 밖이라도 좋다.

H. 변형예:

(1) 절연체(10)의 구성으로서는 상술한 구성과는 다른 다양한 구성을 채용할 수 있다. 특히, 선단측 패킹(8)과 접촉하는 제 1 위치(Pa)에서 후단 방향(Dfr)측의 구성으로서는, 임의의 구성을 채용할 수 있다. 어느 경우도 제 1 위치(Pa)에서 선단 방향(Df)측의 구성으로서 상술한 구성을 채용하면, 절연체(10)의 파괴를 억제할 수 있다.

(2) 스파크 플러그(100)의 구성으로서는 도 1에서 설명한 구성과는 다른 다양한 구성을 채용할 수 있다. 예를 들면, 금속 셀(50)의 나사부(52)의 호칭 직경으로서는 M10(10㎜)과는 다른 호칭 직경을 채용할 수 있다. 여기서, 상술한 절연체 (10)를 채용하면, 절연체(10)의 파괴를 억제하면서, 스파크 플러그(100)의 외경을 작게 할 수 있다. 예를 들면, 나사부(52)의 호칭 직경으로서는, M10 이하의 호칭 직경, 예를 들면, M6 이상 M10 이하의 호칭 직경(예를 들면, M6, M8, M10의 어느 하나)을 채용할 수 있다. 이와 같이 M10 이하의 호칭 직경을 채용하면, 스파크 플러그(100)의 전체를 가늘게 할 수 있으므로, 내연기관의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

또, 저항체(70)가 생략되어도 좋다. 또, 중심 전극(20)의 머리부(23)가 생략되어도 좋다. 또, 갭이, 중심 전극의 측면(즉, 외주면)과 접지 전극의 사이에 형성되어도 좋다. 또, 중심 전극 중, 갭을 형성하는 부분에 귀금속 팁을 설치해도 좋다. 또, 접지 전극 중, 갭을 형성하는 부분에 귀금속 팁을 설치해도 좋다. 귀금속 팁의 재료로서는, 이리듐이나 백금 등의 귀금속을 포함하는 합금을 채용할 수 있다.

이상, 실시형태, 변형예에 의거하여 본 발명에 대해서 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지 및 청구의 범위를 일탈하는 일없이, 변경, 개량될 수 있음과 아울러, 본 발명에는 그 등가물이 포함된다.

본 개시는 내연기관 등에 사용되는 점화 플러그에 매우 적합하게 이용할 수 있다.

5: 개스킷 6: 제 1 후단측 패킹
7: 제 2 후단측 패킹 8: 선단측 패킹
9: 탈크 10: 절연체(절연 애자)
11: 제 2 외경 축소부 12: 관통 구멍(축 구멍)
13: 다리부 13p: 외측 부분
13t: 테이퍼부 13bc: 후방 원통부
13fc: 전방 원통부 15: 제 1 외경 축소부
16: 내경 축소부 17: 선단측 몸통부
18: 후단측 몸통부 19: 칼라부
20: 중심 전극 20s1: 선단면
21: 전극 모재 22: 코어재
23: 머리부 24: 칼라부
25: 다리부 30: 접지 전극
31: 선단부 35: 모재
36: 코어부 40: 금속 단자
41: 캡 장착부 42: 칼라부
43: 다리부 50: 금속 셀
51: 공구걸어맞춤부 52: 나사부
53: 크림핑부 54: 시트부
55: 몸통부 56: 내경 축소부
58: 변형부 59: 관통 구멍
60: 제 1 밀봉부 70: 저항체
80: 제 2 밀봉부 100: 스파크 플러그
g: 갭 CL: 중심축(축선)

Claims (6)

1. 축선 방향으로 연장되는 중심 전극과,
   상기 축선 방향으로 연장되는 축 구멍을 가지고 상기 축 구멍의 선단측에 상기 중심 전극이 배치됨과 아울러, 상기 축선 방향의 선단측으로 향하여 외경이 작아지는 외경 축소부 및 상기 외경 축소부의 선단측에 설치되는 부분인 다리부를 가지는 절연체와,
   상기 절연체의 외주에 배치되고, 상기 축선 방향의 선단측으로 향하여 내경이 작아지는 내경 축소부를 가지는 금속 셀과,
   상기 절연체의 상기 외경 축소부와 상기 금속 셀의 상기 내경 축소부의 사이에 배치되는 패킹을 구비하는 스파크 플러그로서,
   상기 패킹과 상기 절연체의 접촉 부분 중의 가장 선단측의 위치를 제 1 위치로 하고,
   상기 절연체의 상기 다리부의 표면 중의 상기 절연체의 선단으로부터의 상기 축선 방향과 평행한 길이가 1㎜인 위치를 제 2 위치로 하며,
   상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 제 1 길이로 하고,
   상기 절연체의 상기 제 1 위치에 있어서 상기 절연체가 고정되어 상기 절연체의 상기 선단이 자유단인 상태에서 상기 제 2 위치에 상기 축선 방향과 수직인 하중을 인가할 경우의 상기 제 1 위치에서의 응력에 대한 상기 절연체의 표면상의 위치인 표면 위치에서의 응력의 비율을 응력 비율로 하며,
   상기 응력 비율이 0.8 이상 1.15 이하인 상기 표면 위치의 범위 중 상기 제 1 위치에서 선단측으로 향하여 연속적인 범위의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 제 2 길이로 한 경우에,
   상기 제 1 길이에 대한 상기 제 2 길이의 비율이 0.7 이상인 것을 특징으로 하는　스파크 플러그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연체의 상기 제 2 위치에서의 외경이 3.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 다리부는 상기 다리부의 선단측의 부분을 형성하는 외경이 일정한 원통부를 가지며,
   상기 원통부의 후단에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선 방향과 평행한 길이는 3.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 다리부의 선단측의 일부분은 상기 금속 셀의 선단보다도 선단측에 배치되어 있으며,
   상기 축선 방향과 수직인 방향으로 상기 다리부 중의 상기 금속 셀의 선단보다도 선단측에 배치되어 있는 부분을 투영했을 때의 투영 면적은 8.7㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속 셀은 장착용의 나사부를 가지며,
   상기 나사부의 호칭 직경은 M10 이하인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 다리부는 상기 다리부의 선단측의 부분을 형성하는 외경이 일정한 원통부를 가지며,
   상기 다리부의 선단측의 일부분은 상기 금속 셀의 선단보다도 선단측에 배치되어 있고,
   상기 원통부의 후단에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 Ds1로 하며,
   상기 제 1 위치에서의 상기 절연체의 단면(斷面) 계수를 Z1로 하고,
   상기 원통부의 후단에서의 상기 절연체의 단면 계수를 Z2로 하며,
   상기 제 1 위치에서 상기 절연체의 선단까지의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 L4로 하고,
   상기 다리부 중 상기 금속 셀의 선단보다도 선단측에 위치하는 부분의 상기 축선 방향과 평행한 길이를 De로 할 경우에,
   이하의 관계식 (1), (2), (3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   (1) Z1/Z2＞3.5
   (2) Ds1＞2㎜
   (3) Ds1＜Ap*(Z1/Z2) Bp
   여기서,
   Ap=0.07+0.986*L4-0.268*De
   Bp=-0.832-0.014*L4+0.099*De
   Ds1과 L4와 De의 단위는 ㎜.
   「*」는 곱셈 기호.

Images