WO2013031232A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2013031232A1
WO2013031232A1 PCT/JP2012/005515 JP2012005515W WO2013031232A1 WO 2013031232 A1 WO2013031232 A1 WO 2013031232A1 JP 2012005515 W JP2012005515 W JP 2012005515W WO 2013031232 A1 WO2013031232 A1 WO 2013031232A1
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WO
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insulator
diameter
spark plug
peripheral surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/005515
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English (en)
French (fr)
Inventor
研悟 藤村
啓一 黒野
稔貴 本田
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
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Publication date
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Priority to JP2012556316A priority patent/JP5449581B2/ja
Priority to EP12828431.2A priority patent/EP2752949B1/en
Priority to US14/238,559 priority patent/US9054501B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/34—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the mounting of electrodes in insulation, e.g. by embedding

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug used for ignition of an internal combustion engine, and more particularly to a spark plug excellent in withstand voltage performance.
  • a spark plug used for ignition of an internal combustion engine such as an automobile engine generally includes a substantially cylindrical metal shell, a substantially cylindrical insulator disposed in an inner hole of the metal shell, A center electrode disposed in the distal end side shaft hole, a terminal fitting disposed in the other end side axial hole, and one end joined to the distal end side of the metal shell, with the other end facing the center electrode and a spark discharge gap A ground electrode.
  • a spark discharge is generated between the center electrode and the ground electrode, and the fuel in the combustion chamber is ignited by the spark discharge.
  • an object of the present invention is to appropriately ensure a withstand voltage in a small-diameter spark plug having a mounting screw portion of M10 or less.
  • investigations have been made as to which part of the insulator is susceptible to dielectric breakdown.
  • “in the mounting bracket (10) in the insulator (20)” A portion having the maximum diameter in the circumferential direction is formed as a body portion (22), and is adjacent to the body portion (22) on one end (20a) side of the insulator (20).
  • the portion to be formed is formed as a middle step portion (23) having a diameter smaller than that of the barrel portion (22), and the barrel portion (22) and the middle step portion (23) in the insulator (20) It is opposed to the inner surface of (10) via a gap, and the inner diameter of the portion of the mounting bracket (10) facing the body (22) via the gap is D1, and the mounting bracket (10) Of the middle stage (23) and
  • the spark plug is characterized in that (D1-D2) / 2 is 1.8 mm or less, where D2 is the inner peripheral diameter of the part facing through the gap. "(Claim 1) ing.
  • the thickness of the insulator tends to become thinner and thinner, a spark plug having further improved withstand voltage performance is desired.
  • An object of the present invention is to provide a spark plug having excellent withstand voltage performance.
  • a central electrode having a rod-like portion extending in the axial direction and a head portion continuously provided on the rear end side of the rod-like portion and having a diameter larger than the diameter of the rod-like portion;
  • An insulator having a shaft hole and provided with the center electrode on the tip side in the shaft hole;
  • a spark plug comprising:
  • the insulator is a cylindrical body having a leg inner peripheral surface surrounding the rod-shaped part, a diameter larger than the diameter of the leg inner peripheral surface, surrounding the head, and having a central axis coinciding with the axis.
  • the seal portion includes an outer peripheral surface of the seal portion that is in contact with the inner peripheral surface of the body portion, a seal portion receiving surface that is in contact with the support surface, and a space between the outer peripheral surface of the seal portion and the seal portion receiving surface.
  • a spark plug having a curvature radius R of a curve included in the connecting surface among contour lines appearing in a cross section of the seal portion when cut along a plane including the axis is 0.1 mm or more. It is.
  • a preferred embodiment of (1) is as follows: (2) When the diameter d of the shaft hole at the position where the diameter of the head is maximum is 3 mm or less in the range surrounded by the inner peripheral surface of the trunk, the radius of curvature R is 0.6 mm or less. . (3) In the spark plug according to (1) or (2), the insulator has an insulator continuous surface provided between the support surface and the leg inner peripheral surface, Of the contour lines appearing in the cross section of the insulator when cut along the plane including the axis, the curvature radius r of the curve included in the insulator continuous surface is 0.6 mm or less. (4) In the spark plug according to (2), the diameter d is 2.7 mm or less.
  • the radius of curvature R is 0.1 mm or more, an electric field concentration occurs in the seal portion, so that dielectric breakdown occurs, and the current passes through the insulator between the center electrode and the metal shell. Can be prevented from leaking (hereinafter referred to as through discharge). Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a spark plug having an excellent withstand voltage performance by preventing the occurrence of through discharge.
  • the diameter d of the inner circumferential surface of the trunk portion at a position where the diameter of the head is maximum is 3 mm or less, particularly 2.7 mm or less, in a range surrounded by the inner circumferential surface of the trunk portion. Since the radius of curvature R is 0.6 mm or less, it is possible to secure an amount of the sealing material for forming the seal portion for embedding the center electrode, and to prevent the seal portion from peeling off from the center electrode. When the seal portion is peeled off from the center electrode, a corner is likely to be formed at a portion in contact with the inner peripheral surface of the insulator in the seal portion, and electric field concentration is likely to occur at this corner.
  • the spark plug of the present invention can prevent the seal portion from being peeled off from the center electrode, it is difficult to form a corner in the seal portion, and a through discharge occurs due to electric field concentration occurring at this corner. Can be prevented. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a spark plug having further excellent withstand voltage performance.
  • the radius of curvature r of the insulator is 0.6 mm or less, the contact area between the insulator and the center electrode can be sufficiently obtained, so that the center electrode can rattle in the shaft hole. As a result, it is possible to prevent the seal portion from being peeled off from the center electrode. Therefore, as described above, it is possible to prevent the occurrence of through discharge, and it is possible to provide a spark plug having a further excellent withstand voltage performance.
  • FIG. 1 is an overall cross-sectional explanatory view of a spark plug showing an example of the spark plug of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional explanatory view of the main part showing the vicinity of the head of the center electrode in the spark plug of FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of a main part showing an enlarged view of the vicinity of the head of the center electrode in a spark plug of another embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of a main part showing an enlarged view of the vicinity of the head of the center electrode in a spark plug of another embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view of the main part showing an enlarged view of the vicinity of the head of the center electrode in a spark plug of another embodiment.
  • FIG. 1 shows a spark plug as an embodiment of the spark plug according to the present invention.
  • FIG. 1 is an entire cross-sectional explanatory view of a spark plug 1 which is an embodiment of a spark plug according to the present invention.
  • the axis of the center electrode is O, and in FIG.
  • the spark plug 1 includes a rod-shaped portion 7 extending in the direction of the axis O and a head portion connected to the rear end side of the rod-shaped portion 7 and having a diameter larger than the diameter of the rod-shaped portion 7.
  • the center electrode 2 has a shaft hole 9, the center electrode 2 is provided on the front end side in the shaft hole 9, and the terminal fitting 6 is provided on the rear end side in the shaft hole 9.
  • a seal portion 10 for fixing the center electrode 2 in the shaft hole 9 a substantially cylindrical metal shell 5 disposed on the outer periphery of the insulator 3, one end Is joined to the front end of the metal shell 5 and the other end is provided with a ground electrode 4 disposed with a gap between the center electrode 2 and the other end.
  • the center electrode 2 has a rod-like portion 7 extending in the direction of the axis O, and a head 8 that is connected to the rear end side of the rod-like portion 7 and has a diameter larger than the diameter of the rod-like portion 7. It is held on the tip end side in the shaft hole 9 and is insulated and held with respect to the metal shell 5 with the tip of the center electrode 2 protruding from the tip surface of the insulator 3.
  • the center electrode 2 is desirably formed of a material having thermal conductivity, mechanical strength, and the like.
  • the center electrode 2 is formed of a Ni-based alloy such as Inconel (trade name).
  • an inner material 43 formed of a material having a high thermal conductivity such as a Cu alloy may be provided in the axial center portion of the center electrode 2.
  • the insulator 3 has a shaft hole 9 and has a substantially cylindrical shape.
  • a leg portion 11 in which the rod-like portion 7 is accommodated in the shaft hole 9 in order from the tip end side in the axis O direction, the leg portion 11.
  • a rear body portion 14 is provided.
  • the insulator 3 is preferably formed of a material having mechanical strength, thermal strength, electrical strength, and the like.
  • the insulator 3 is formed of a ceramic sintered body mainly composed of alumina.
  • the metal shell 5 has a substantially cylindrical shape and is formed so as to receive and hold the insulator 3.
  • a threaded portion 15 is formed on the outer peripheral surface in the front end direction of the metal shell 5, and a spark plug is attached to a cylinder head of an internal combustion engine (not shown) using the threaded portion 15.
  • the threaded portion 15 is preferably M12 or less in order to reduce the diameter.
  • a flange-like gas seal portion 16 is formed on the rear end side of the screw portion 15, and a gasket 17 is fitted between the gas seal portion 16 and the screw portion 15.
  • a tool engaging portion 18 for engaging a tool such as a spanner or a wrench is formed on the rear end side of the gas seal portion 16, and a caulking portion 19 is formed on the rear end side of the tool engaging portion 18.
  • Ring-shaped packings 20 and 21 and talc 22 are arranged in an annular space formed between the inner peripheral surface of the crimping portion 19 and the tool engaging portion 18 and the outer peripheral surface of the insulator 3, and the insulator 3 is It is fixed to the metal shell 5.
  • a cylinder part 23 surrounding the body part 12 of the insulator 3 is provided at the tip side from the gas seal part 16, a shelf part 24 protruding radially inward from the tip part side from the cylinder part 23, and a tip part side from the shelf part 24.
  • the front cylinder part 25 surrounding the leg part 11 of the insulator 3 is formed.
  • the metal shell 5 is made of, for example, a conductive steel material such as low carbon steel.
  • the ground electrode 4 is formed in, for example, a substantially prismatic body, one end is joined to the front end surface of the metal shell 5, and is bent into a substantially L shape in the middle, and the front end is connected to the front end of the center electrode 2.
  • the shape and structure are designed so as to face each other via a gap g.
  • the ground electrode 4 is formed of the same material as that for forming the center electrode 2.
  • the terminal fitting 6 is a terminal for applying a voltage for performing a spark discharge between the center electrode 2 and the ground electrode 4 to the center electrode 2 from the outside.
  • the terminal fitting 6 has an outer diameter larger than the inner diameter of the shaft hole 9, is exposed from the shaft hole 9, and an exposed portion 26 and an exposed portion in which a part of the hook portion abuts on the rear end side end surface in the axis O direction.
  • 26 has a substantially columnar columnar portion 27 extending in the distal direction from the distal end surface in the direction of the axis O and accommodated in the shaft hole 9.
  • the terminal fitting 6 is made of, for example, low carbon steel.
  • the seal portion 10 embeds the head 8 of the center electrode 2 and fixes the center electrode 2 in the shaft hole 9.
  • the seal portion 10 can be formed of a seal material formed by sintering a seal powder containing a base glass, a conductive filler, and an insulating filler.
  • the base glass is mainly composed of an oxide such as a borosilicate type glass.
  • the conductive filler is a metal powder mainly composed of one or more metal components such as Cu and Fe.
  • the insulating filler is one or more oxide-based inorganic materials selected from ⁇ -eucryptite, ⁇ -spodumene, keatite, silica, mullite, cordierite, zircon, aluminum titanate, and the like.
  • the resistance value of the seal portion 10 made of the seal material is usually 0.1 m ⁇ to several hundred m ⁇ , for example, 900 m ⁇ .
  • the sealing material may be provided so as to embed the vicinity of the tip of the terminal fitting 6.
  • the former is referred to as the lower seal portion 10
  • the latter is referred to as the upper seal portion 28. May be called.
  • a resistor 29 is provided between the terminal fitting 6 and the center electrode 2 in the shaft hole 9 for the purpose of reducing propagation noise.
  • the resistor 29 is, for example, glass powder such as sodium borosilicate glass, ceramic powder such as ZrO 2 , non-metallic conductive powder such as carbon black, and / or metal powder such as Zn, Sb, Sn, Ag, Ni, etc. It can be comprised by the resistance material formed by sintering the resistor composition containing etc.
  • the resistance value of the resistor 29 made of the resistance material is usually 100 ⁇ or more.
  • the resistance material 29 may be provided as necessary, and the space between the center electrode 2 and the terminal fitting 6 may be filled with the sealing material.
  • the lower seal portion 10 is disposed between the resistor 29 and the center electrode 2, and the upper seal portion 28 is disposed between the resistor 29 and the terminal fitting 6. By doing so, the binding force between them can be increased. Therefore, it is desirable to provide the lower seal portion 10 between the resistor 29 and the center electrode 2 and the upper seal portion 28 between the resistor 29 and the terminal fitting 6, but the upper seal portion 28 is formed of a resistance material. Then, the terminal fitting 6 may be fixed in the shaft hole 9.
  • noble metal tips 41 and 42 formed of a platinum alloy, an iridium alloy, or the like may be provided on a surface where the center electrode 2 and the ground electrode 4 are opposed to each other.
  • the center electrode 2 and the ground electrode Noble metal tips may be provided on only one of the four.
  • noble metal tips 41 and 42 are provided on both the center electrode 2 and the ground electrode 4, and a spark discharge gap g is formed between the noble metal tips 41 and 42. .
  • FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the main part showing the vicinity of the head 8 of the center electrode in the spark plug of FIG.
  • the insulator 3 has a leg inner peripheral surface 30 that surrounds the rod-shaped portion 7, a diameter larger than the diameter of the leg inner peripheral surface 30, surrounds the head 8, and a center that substantially coincides with the axis O
  • a substantially cylindrical trunk inner peripheral surface 31 having an axis and a support surface 32 that supports the head 8 and is connected between the leg inner peripheral surface 30 and the trunk inner peripheral surface 31.
  • the support surface 32 is a portion that is provided between the leg inner peripheral surface 30 and the trunk inner peripheral surface 31 and continuously transitions from the leg inner peripheral surface 30 to the trunk inner peripheral surface 31.
  • the seal portion 10 includes a seal portion outer peripheral surface 33 in contact with the body inner peripheral surface 31, a seal portion receiving surface 34 in contact with the support surface 32, and the seal portion outer peripheral surface 33 and the seal portion receiving member.
  • a continuous surface 35 is provided between the surface 34 and the surface 34.
  • the continuous surface 35 is a portion that is provided between the seal portion outer peripheral surface 33 and the seal portion receiving surface 34 and continuously transitions from the seal portion outer peripheral surface 33 to the seal portion receiving surface 34.
  • the spark plug 1 is manufactured such that the insulator 3, the center electrode 2 and the like are axially symmetric and are usually assembled so that the axis O and the center axis of the body inner peripheral surface 31 coincide with each other. Since there are tolerances in manufacturing the center electrode 2 and the like, errors in assembly, and the like, the fact that the axis O coincides with the center axis of the body inner peripheral surface 31 is a range including these errors and the like. Matches within.
  • the spark plug of the present invention has a curved line m included in the continuous surface 35 among the contour lines appearing in the cross section of the seal portion 10 when cut along a plane including the axis O.
  • the curvature radius R is 0.1 mm or more. If the radius of curvature R is smaller than 0.1 mm, the connecting surface 35 is not a smooth curved surface but an angle A is formed (see FIG. 3), and electric field concentration is likely to occur at the angle A. There is a possibility that dielectric breakdown occurs in the vicinity of the insulator 3 that is in contact, and a through discharge occurs between the center electrode 2 and the metal shell 5.
  • the radius of curvature R is 0.1 mm or more, electric field concentration is less likely to occur, so that through discharge is unlikely to occur in the insulator 3, and as a result, a spark plug having excellent withstand voltage performance can be provided. .
  • the thickness of the insulator 3 is reduced, a through discharge is more likely to occur. Therefore, when the thickness of the insulator 3 at the position where the diameter of the head 8 is maximum is 2.3 mm or less, the radius of curvature R is 0. The effect by being 1 mm or more becomes particularly large.
  • the seal part outer peripheral surface 33 is contacting the cylindrical trunk
  • the seal part outer peripheral surface 33 is also cylindrical. Since the seal portion receiving surface 34 is in contact with the entire surface of the support surface 32 or a part of the support surface 32, it has the same shape as the support surface 32 or a part of the support surface 32. It has a similar shape.
  • the support surface 32 shown in FIG. 2 has a tapered shape that widens toward the rear end direction of the axis O, and the seal portion receiving surface 34 is in contact with a part of the surface, and the seal portion receiving surface 34 is the support member. A tapered shape having an area smaller than the area of the surface 32 is formed.
  • the continuous surface 35 is connected between the seal portion outer peripheral surface 33 and the seal portion receiving surface 34, and the seal portion outer peripheral surface 33, the continuous surface 35, and the seal portion receiving surface 34 are continuous. It is formed to be a surface.
  • the connecting surface 35 is a curved surface that is convex toward the tip side in the direction of the axis O.
  • the radius of curvature R is 0.6 mm or less. Is preferred. The smaller the diameter d, the more difficult it is to secure a space in which a sealing material is provided between the insulator 3 and the head 8. If the radius of curvature R is large in a state where the space in which the sealing material is provided is narrow, as shown in FIG. 4, the amount of the sealing material may decrease, and the fixing force to the head 8 may be reduced. When the fixing force is reduced, the seal portion 10 is peeled off from the head portion 8 to generate a gap, and an angle B is formed in the seal portion 10.
  • the radius of curvature R is more preferably 0.6 mm or less.
  • the diameter d becomes smaller, as will be described later with respect to the manufacturing process of the seal portion 10, the press pressure at the time of filling the seal powder into the shaft hole 9 and the press pressure at the time of hot press-fitting are easily transmitted.
  • the sealing material is filled up to the tip of the space where the space is provided. Therefore, the corner B when the seal part 10 is peeled from the head part 8 is further sharpened. As the corner B becomes sharper, electrolytic concentration is more likely to occur in the vicinity of the corner B.
  • the seal portion 10 and the head 8 are prevented from being peeled off, so that a sharp angle B is formed. It is possible to suppress the formation, and the effect obtained by setting the radius of curvature R to 0.6 mm or less is further increased.
  • the diameter of the head 8 As the diameter d of the insulator decreases. For example, if the diameter of the head 8 is reduced while the thickness of the rod-like portion 7 is constant, the difference in diameter between the head 8 and the rod-like portion 7 is reduced, and the receiving surface 36 supported by the support surface 32 is reduced. Since the area becomes small, it becomes difficult to securely fix the center electrode 2 in the shaft hole 9. In addition, if both the diameter of the head 8 and the diameter of the rod-like portion 7 are reduced, the volume of the center electrode 2 is reduced, so that it is difficult to release the heat generated by the spark discharge and the heat received from the combustion chamber.
  • the sealing material may deteriorate and the fixing force of the sealing material may be reduced. Therefore, when the diameter d is 3 mm or less, particularly 2.7 mm or less, the diameters of the head 8 and the rod-like part 7 are set in consideration of the effect of fixing the center electrode into the shaft hole and heat sinking. Therefore, in order to ensure the amount of the sealing material in the space where the sealing material is provided, it is preferable that the curvature radius R is 0.6 mm or less.
  • the insulator 3 has an insulator connecting surface 37 connected between the support surface 32 and the leg inner peripheral surface 30.
  • the insulator continuous surface 37 is a portion that is provided between the support surface 32 and the leg inner peripheral surface 30 and continuously transitions from the support surface 32 to the leg inner peripheral surface 30.
  • the curvature radius r of the curve n included in the insulator continuous surface 37 is 0.1 mm or greater and 0.6 mm or less. Is preferred.
  • the radius of curvature r is 0.6 mm or less, the insulator 3 and the center electrode Since the contact area with 2 is ensured, the center electrode 2 can be prevented from rattling in the shaft hole 9, and the sealing material can be prevented from peeling off from the head 8.
  • the insulator connecting surface 37 is likely to be chipped when the center electrode 2 is inserted into the insulator 3 in the spark plug manufacturing process. If the insulator continuous surface 37 is missing, the contact area between the support surface 32 of the insulator 3 and the receiving surface 36 of the center electrode 2 is reduced, so that the center electrode 2 may be rattled in the shaft hole 9. Further, there is a possibility that chipping of the insulator 3 is induced.
  • the center electrode 2 is prevented from rattling in the shaft hole 9, and the seal portion 10 is connected to the head 8. Can be prevented from peeling off. As a result, corners are formed in the seal portion 10 and electric field concentration occurs, thereby further preventing the occurrence of through discharge.
  • a straight line t orthogonal to the line p included in the support surface 32 and the axis O. Is preferably 10 ° or more and 60 ° or less. If the angle ⁇ is larger than 60 °, the contact area between the seal portion 10 and the head 8 is reduced, and there is a possibility that the fixing force may be reduced. If the angle ⁇ is 60 ° or less, the seal portion 10 Separation from the portion 8 is prevented, and an angle B is formed in the seal portion 10 to cause electric field concentration, thereby further preventing the occurrence of through discharge.
  • the angle ⁇ is smaller than 10 °, when the terminal fitting 6 is inserted into the shaft hole 9 and sealed, the load applied to the support surface 32 may not be dispersed and the support surface 32 may break. If the angle ⁇ is 10 ° or more, the probability that the support surface 32 will break can be lowered, and the defective product generation rate can be reduced.
  • the line p is a straight line in the spark plug shown in FIG. 2, but, for example, when a part of the line p is a curve as shown in FIG. 5, the support surface in contact with the receiving surface 36.
  • a tangent of an arbitrary point on the line p of 32 is defined as a line q, and an angle between the line q and the straight line t is defined as ⁇ .
  • the shapes of the inner peripheral surface 31 and the support surface 32 of the insulator 3 are not particularly limited.
  • the body inner peripheral surface 31 and the support surface 32 smoothly and continuously form a curved surface without forming a curved surface, and the support surface 32 and the continuous surface 35 do not contact each other. Therefore, a space F surrounded by the body inner peripheral surface 31, the support surface 32, the seal portion outer peripheral surface 33, the connecting surface 35, and the seal portion receiving surface 34 may be formed.
  • FIG. 2 the body inner peripheral surface 31 and the support surface 32 smoothly and continuously form a curved surface without forming a curved surface, and the support surface 32 and the continuous surface 35 do not contact each other. Therefore, a space F surrounded by the body inner peripheral surface 31, the support surface 32, the seal portion outer peripheral surface 33, the connecting surface 35, and the seal portion receiving surface 34 may be formed.
  • FIG. 1 As shown in FIG.
  • the support surface 32 extends along the curved surfaces of the seal portion receiving surface 34 and the continuous surface 35, and the support surface 32, the seal portion receiving surface 34, and the continuous surface 35 are in contact with each other.
  • the space F may not be formed, and the support surface 32 forms a curved surface, and there is a portion where the support surface 32 and the connecting surface 35 do not come into contact with each other. May be formed (not shown).
  • an insulating material having a relative dielectric constant of 3 or more and 10 or less exists in the space F.
  • the relative dielectric constant of the sealing material is usually 1 or less, and the relative dielectric constant of the insulator 3 is usually 4 to 11.
  • Examples of the insulating material having a relative dielectric constant of 3 or more and 10 or less can include inorganic compounds such as glass, cement, alumina, silica, and barium titanate, and by adjusting the blending amount of these inorganic compounds, The value of the relative dielectric constant of the composition composed of a kind of inorganic compound can be adjusted.
  • the various dimensions of the spark plug described above can be measured using a projector, a micrometer, and a pin gauge. Further, the radius of curvature R and the radius of curvature r can be measured by, for example, DIGITAL MICROSCOPE VHX-200 (manufactured by KEYENCE).
  • the center electrode 2 and the ground electrode 4 are prepared by, for example, using a vacuum melting furnace to prepare a molten alloy having a desired composition, and preparing ingots from the respective melts by vacuum casting.
  • the center electrode 2 and the ground electrode 4 can be produced by plastic processing or the like and appropriately adjusted to a predetermined shape and a predetermined dimension.
  • the center electrode 2 can also be formed by plastic processing such as extrusion processing by inserting an inner material formed of a Cu alloy or the like into an outer material formed of a Ni alloy or the like formed in a cup shape.
  • one end of the ground electrode 4 is joined to the front end surface of the metal shell 5 formed by plastic working or the like in a predetermined shape by electric resistance welding or laser welding.
  • a melting material obtained by melting a chip material having a desired composition is processed into a plate material, and this plate material is punched into a predetermined chip shape by hot punching to produce a noble metal chip.
  • the noble metal tips 41 and 42 are fused and fixed to the center electrode 2 and the ground electrode 4 by resistance welding and / or laser welding or the like.
  • the ceramic insulator 3 is produced by adjusting the shape and the dimensions as appropriate.
  • the manufacturing process of the seal portion 10 in the case where the support surface 32 is formed in a tapered shape that extends toward the rear end and the seal portion 10 is in contact with a part of the support surface 32 will be described below.
  • the center electrode 2 to which the noble metal tip 41 is bonded is inserted into the shaft hole 9 of the insulator 3.
  • a curved surface is formed by filling an insulating material different from the sealing powder forming the seal portion 10 so as to fill the corner a formed by the support surface 32 and the body inner peripheral surface 31.
  • This insulating material preferably has a relative dielectric constant of 3 to 10.
  • the seal powder forming the seal portion 10 is filled so as to embed the head 8
  • the resistor composition forming the resistor 29 is filled on the rear end side of the seal powder, and the rear end side of the resistor composition Is filled with seal powder and pre-compressed.
  • the terminal fitting 6 is inserted from the end in the shaft hole 9, and the resistor composition and the seal powder are hot-pressed.
  • the resistor composition is sintered to form the resistor 29, and the seal powder is sintered to form the lower seal portion 10 and the upper seal portion 28. According to such a manufacturing method, it is not necessary to manufacture the insulator 3 so that the support surface 32 and the body inner peripheral surface 31 form a smoothly continuous curved surface, and after forming the insulator 3 having the corner a.
  • the surface of the insulator 3 that faces the continuous surface 35 of the seal portion 10 can be formed as a curved surface. Therefore, by using the insulating material, when the insulator 3 is cut along a plane including the axis O, the curvature of the contour line appearing in the cross section of the insulator 3 facing the connecting surface 35 is easily adjusted. be able to. As a result, the seal portion 10 having the desired radius of curvature R can be easily manufactured simply by filling the corner hole a with the sealing powder in the shaft hole 9 filled with the insulating material.
  • the manufacturing method of the seal portion 10 having the radius of curvature R of 0.1 mm or more is not limited to the above method.
  • the seal portion 10 can be manufactured as follows. That is, the curvature of the curve k included in the support surface 32 in the vicinity of the boundary between the support surface 32 and the body inner peripheral surface 31 among the contour lines appearing in the cross section of the insulator 3 when cut along the plane including the axis O. radius R 2 to form an insulator 3 so that the above 0.1 mm.
  • the center electrode 2 to which the noble metal tip 41 is bonded is inserted into the shaft hole 9 of the insulator 3.
  • the sealing powder is filled so as to embed the head 8
  • the resistor composition forming the resistor 29 is filled on the rear end side of the sealing powder
  • the sealing powder is filled on the rear end side of the resistor composition.
  • the seal portion 10 having the curvature radius R of 0.1 mm or more can be manufactured.
  • the insulator 3 to which the center electrode 2 or the like is fixed is assembled to the metal shell 5 to which the ground electrode 4 is joined, and the tip of the ground electrode 4 is bent toward the center electrode 2 side.
  • the spark plug 1 is manufactured such that the gap g is formed between the center electrode 2 and the tip.
  • the spark plug according to the present invention is used in an internal combustion engine for automobiles such as a gasoline engine, and the screw portion 15 is screwed into a screw hole provided in a head (not shown) that defines a combustion chamber of the internal combustion engine. And fixed at a predetermined position.
  • spark plug according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within a range in which the object of the present invention can be achieved.
  • the thickness of the insulator at the position where the diameter d is measured is 1.7 (mm)
  • the maximum diameter of the head is 3.5 (mm)
  • the diameter of the rod-shaped part is 2.3 (mm)
  • ⁇ is
  • the curvature radius r was 30 (°) and the curvature radius r was 0.6 (mm).
  • the diameter d and the radius of curvature r of the spark plug b in which the support surface, the seal portion receiving surface and the connecting surface are in contact with each other are changed.
  • the radius of curvature R is 0.3 (mm)
  • the thickness of the insulator at the position where the diameter d is measured is 1.7 (mm)
  • the maximum diameter of the head is 3.5 (mm)
  • the diameter was 2.3 (mm) and ⁇ was 30 (°).
  • ⁇ Production of spark plug c> In accordance with the manufacturing process described above, as shown in FIG. 2, a plurality of spark plugs c were formed in which the support surface was formed in a tapered shape extending toward the rear end, and the seal portion was in contact with part of the support surface.
  • the radius of curvature R is 0.3 (mm)
  • the diameter d is 3.9 (mm)
  • the thickness of the insulator at the position where the diameter d is measured is 1.7 (mm)
  • the maximum value of the head diameter is
  • the diameter of the rod-shaped portion was 3.5 (mm), 2.3 (mm), and ⁇ was 30 (°).
  • each said dimension was measured with the projector, the micrometer, and the pin gauge, and the curvature radius R and the curvature radius r were measured by DIGITAL

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Abstract

　優れた耐電圧性能を有するスパークプラグを提供することを課題とする。この発明のスパークプラグは、棒状部と該棒状部の後端側に連設され、該棒状部の直径より大きな直径を有する頭部とを有する中心電極と、軸孔内の先端側に前記中心電極が設けられた絶縁体と、前記中心電極を前記軸孔内に固定するシール部と、を備えたスパークプラグであって、前記絶縁体は前記棒状部を取囲む脚部内周面、該脚部内周面の直径より大きな直径を有し、前記頭部を取囲み、前記軸線に一致する中心軸を有する円筒形の胴部内周面、及び前記頭部を支持し、該脚部内周面と該胴部内周面との間に連設された支持面を有し、前記シール部は前記胴部内周面に接触しているシール部外周面、前記支持面に接触しているシール部受面、及び該シール部外周面と該シール部受面との間に連設された連設面を有し、前記軸線を含む面で切断したときに、前記シール部の断面に現れる輪郭線のうち、前記連設面に含まれる曲線の曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ以上である。

Description

スパークプラグ
　この発明は、内燃機関の点火に用いられるスパークプラグに関し、特に耐電圧性能に優れたスパークプラグに関する。
　自動車エンジン等の内燃機関の点火用に使用されているスパークプラグは、一般に、略筒状の主体金具と、この主体金具の内孔に配置される略筒状の絶縁体と、この絶縁体の先端側軸孔内に配置される中心電極と、他端側軸孔内に配置される端子金具と、主体金具の先端側に一端が接合され、他端が中心電極と対向して火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。中心電極と主体金具との間に高電圧が印加されると、中心電極と接地電極との間に火花放電が生じ、この火花放電により燃焼室内の燃料に着火される。
　ところで、近年の自動車等の内燃機関は、高出力化及び高効率化が求められ、自由なエンジン設計及びエンジン自体の小型化等のために、小型化したスパークプラグの開発が求められている。スパークプラグを小型化するためには、絶縁体の小型化が不可避であり、絶縁体の小型化に伴ってその厚みも薄くなるので、耐電圧性能を確保するのが難しくなってきている。また、エンジンの高出力化が求められると、スパークプラグの放電電圧も上昇する傾向にあるので、耐電圧性能を確保するのが益々厳しくなる。
　特許文献１に記載の発明では、Ｍ１０以下の取付用ネジ部を有する細径化されたスパークプラグにおいて、適切に耐電圧を確保できるようにすることを課題としている。この課題を達成するために、絶縁碍子のどの部分で絶縁破壊が発生しやすいかについて検討を行っており、課題を解決する手段として「前記絶縁碍子（２０）における前記取付金具（１０）内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する部位が胴部（２２）として形成されているとともに、前記絶縁碍子（２０）の一端部（２０ａ）側にて前記胴部（２２）に隣接する部位が前記胴部（２２）よりも径の小さい中段部（２３）として形成されており、前記絶縁碍子（２０）における前記胴部（２２）および前記中段部（２３）は、前記取付金具（１０）の内面と隙間を介して対向しており、前記取付金具（１０）のうち前記胴部（２２）と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ１、前記取付金具（１０）のうち前記中段部（２３）と隙間を介して対向する部位の内周直径をＤ２としたとき、（Ｄ１－Ｄ２）／２が１．８ｍｍ以下となっていることを特徴とするスパークプラグ。」（請求項１）が記載されている。しかし、近年、絶縁碍子の厚みは益々薄くなる傾向にあるので、さらに耐電圧性能の向上したスパークプラグが望まれている。
特開２００５－１２９３７７号公報
　この発明は、優れた耐電圧性能を有するスパークプラグを提供することを課題とする。
　前記課題を解決するための手段として、
（１）　軸線方向に延在する棒状部と該棒状部の後端側に連設され、該棒状部の直径より大きな直径を有する頭部とを有する中心電極と、
　軸孔を有し、該軸孔内の先端側に前記中心電極が設けられた絶縁体と、
　前記中心電極を前記軸孔内に固定するシール部と、
を備えたスパークプラグであって、
　前記絶縁体は、前記棒状部を取囲む脚部内周面、該脚部内周面の直径より大きな直径を有し、前記頭部を取囲み、前記軸線に一致する中心軸を有する円筒形の胴部内周面、及び前記頭部を支持し、該脚部内周面と該胴部内周面との間に連設された支持面を有し、
　前記シール部は、前記胴部内周面に接触しているシール部外周面、前記支持面に接触しているシール部受面、及び該シール部外周面と該シール部受面との間に連設された連設面を有し、
　前記軸線を含む面で切断したときに、前記シール部の断面に現れる輪郭線のうち、前記連設面に含まれる曲線の曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ以上であることを特徴とするスパークプラグである。
　前記（１）の好ましい態様は、
（２）　前記胴部内周面によって囲まれた範囲において、前記頭部の直径が最大となる位置における前記軸孔の直径ｄが３ｍｍ以下であるとき、前記曲率半径Ｒが０．６ｍｍ以下である。
（３）　前記（１）又は（２）に係るスパークプラグにおいて、前記絶縁体は、前記支持面と前記脚部内周面との間に連設された絶縁体連設面を有し、
　前記軸線を含む面で切断したときに、前記絶縁体の断面に現れる輪郭線のうち、前記絶縁体連設面に含まれる曲線の曲率半径ｒが０．６ｍｍ以下である。
（４）　前記（２）に係るスパークプラグにおいて、前記直径ｄが２．７ｍｍ以下である。
　この発明のスパークプラグは、前記曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上であるので、シール部に電界集中が生じることにより絶縁破壊が起こり、中心電極と主体金具との間で絶縁体を貫通して電流がリーク（以下において貫通放電と称することがある。）するのを防止することができる。したがって、この発明によると、貫通放電が生じるのを防ぐことにより、優れた耐電圧性能を有するスパークプラグを提供することができる。
　この発明のスパークプラグは、前記胴部内周面によって囲まれた範囲において、前記頭部の直径が最大となる位置における前記胴部内周面の直径ｄが３ｍｍ以下、特に２．７ｍｍ以下であるとき、前記曲率半径Ｒが０．６ｍｍ以下であるので、中心電極を埋め込むシール部を形成するシール材の量を確保することができ、シール部が中心電極から剥離するのを防止することができる。シール部が中心電極から剥離すると、シール部における絶縁体の内周面と接触する部位に角が形成され易くなり、この角に電界集中が起き易くなってしまう。しかし、この発明のスパークプラグは、シール部が中心電極から剥離するのを防止することができるので、シール部に角が形成され難くなり、この角に電界集中が起こることによる貫通放電が生じるのを防止することができる。よって、この発明によると、一層優れた耐電圧性能を有するスパークプラグを提供することができる。
　この発明のスパークプラグは、絶縁体の前記曲率半径ｒが０．６ｍｍ以下であるので、絶縁体と中心電極との接触面積が十分に得られることにより、中心電極が軸孔内でがたつくのを抑制することができ、その結果シール部が中心電極から剥離するのを防止することができる。よって、前述したのと同様に、貫通放電が生じるのを防止することができ、より一層優れた耐電圧性能を有するスパークプラグを提供することができる。
図１は、この発明のスパークプラグの一例を示すスパークプラグの断面全体説明図である。 図２は、図１のスパークプラグにおける中心電極の頭部近傍を拡大して示した要部断面説明図である。 図３は、別の実施例のスパークプラグにおける中心電極の頭部近傍を拡大して示した要部断面説明図である。 図４は、別の実施例のスパークプラグにおける中心電極の頭部近傍を拡大して示した要部断面説明図である。 図５は、別の実施例のスパークプラグにおける中心電極の頭部近傍を拡大して示した要部断面説明図である。
　この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１に示す。図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の断面全体説明図である。まず、図１を参照しつつ、スパークプラグの構成の概略を説明する。なお、中心電極の軸線をＯとし、図１では紙面下方を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を軸線Ｏの後端方向として、説明する。
　このスパークプラグ１は、図１に示すように、軸線Ｏ方向に延在する棒状部７と該棒状部７の後端側に連設され、該棒状部７の直径より大きな直径を有する頭部８とを有する中心電極２と、軸孔９を有し、該軸孔９内の先端側に前記中心電極２が設けられ、前記軸孔９内の後端側に端子金具６が設けられた絶縁体３と、前記軸孔９内において、前記中心電極２を前記軸孔９内に固定するシール部１０と、前記絶縁体３の外周に配置された略筒状の主体金具５と、一端が前記主体金具５の先端に接合され、他端が中心電極２との間に間隙を設けて配置された接地電極４とを備える。
　前記中心電極２は、軸線Ｏ方向に延在する棒状部７と該棒状部７の後端側に連設され、該棒状部７の直径より大きな直径を有する頭部８とを有し、前記軸孔９内の先端側に保持されて、中心電極２の先端が前記絶縁体３の先端面から突出した状態で主体金具５に対して絶縁保持されている。中心電極２は、熱伝導性及び機械的強度等を有する材料で形成されることが望ましく、例えば、インコネル（商標名）等のＮｉ基合金で形成される。また、中心電極２の軸心部にＣｕ合金等の高熱伝導率を有する材料で形成される内材４３が設けられても良い。
　前記絶縁体３は、軸孔９を有し、略円筒状であり、軸線Ｏ方向の先端側から順に、前記軸孔９内に前記棒状部７が収容される脚部１１、該脚部１１より大きい内径を有し、前記軸孔９内に前記頭部８が収容される胴部１２、径方向外側に突出する鍔状のフランジ部１３、及び前記軸孔９内に端子金具６を収容する後胴部１４を備える。前記絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気的強度等を有する材料で形成されるのが望ましく、例えば、アルミナを主体とするセラミック焼結体により形成される。
　前記主体金具５は、略筒状を有しており、前記絶縁体３を収容してこれを保持するように形成されている。主体金具５における先端方向の外周面にはネジ部１５が形成されており、このネジ部１５を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグが装着される。このネジ部１５は小径化を図るためにＭ１２以下とされるのが好ましい。ネジ部１５の後端側にはフランジ状のガスシール部１６が形成され、このガスシール部１６とネジ部１５との間にはガスケット１７がはめ込まれている。ガスシール部１６の後端側にはスパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部１８、工具係合部１８の後端側には加締め部１９が形成されている。加締め部１９及び工具係合部１８の内周面と絶縁体３の外周面との間に形成される環状の空間にはリング状パッキン２０，２１及び滑石２２が配置され、絶縁体３が主体金具５に固定されている。ガスシール部１６より先端側には絶縁体３の胴部１２を取囲む筒部２３、該筒部２３より先端側には径方向内側に突出する棚部２４、該棚部２４より先端側には絶縁体３の脚部１１を取囲む前筒部２５が形成されている。前記主体金具５は、例えば、低炭素鋼等の導電性の鉄鋼材料により形成される。
　前記接地電極４は、例えば、略角柱体に形成されてなり、一端が主体金具５の先端面に接合され、途中で略Ｌ字に曲げられて、その先端部が中心電極２の先端部との間にギャップｇを介して対向するように、その形状及び構造が設計されている。接地電極４は、中心電極２を形成する材料と同様の材料により形成される。
　前記端子金具６は、中心電極２と接地電極４との間で火花放電を行うための電圧を外部から中心電極２に印加するための端子である。端子金具６は、軸孔９の内径よりも外径が大きく、軸孔９から露出して、軸線Ｏ方向の後端側端面にその鍔型部の一部が当接する露出部２６と露出部２６の軸線Ｏ方向の先端側端面から先端方向に延在し、軸孔９内に収容される略円柱状の柱状部２７とを有する。端子金具６は、例えば、低炭素鋼等で形成される。
　前記シール部１０は、前記中心電極２の前記頭部８を埋設し、前記中心電極２を前記軸孔９内に固定する。前記シール部１０は、ベースガラスと、導電性フィラーと、絶縁性フィラーとを含有するシール粉末を焼結して形成されたシール材により構成されることができる。ベースガラスは、例えばホウケイ酸塩系のものなど、酸化物を主体にしたものである。また、導電性フィラーは、例えばＣｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以上を主体とする金属粉末である。他方、絶縁性フィラーは、β－ユークリプタイト、β－スポジュメン、キータイト、シリカ、ムライト、コージェライト、ジルコン及びチタン酸アルミニウム等から選ばれる１種又は２種以上の酸化物系無機材料である。前記シール材により構成されるシール部１０の抵抗値は、通常０．１ｍΩ～数１００ｍΩであり、たとえば、９００ｍΩである。
　前記シール材は、前記端子金具６の先端部近傍を埋め込むように設けられていても良い。図１に示す態様においては、中心電極２を埋め込むシール材と端子金具６を埋め込むシール材とを有するので、両者を区別するために、以下において前者を下シール部１０、後者を上シール部２８と称することがある。
　前記軸孔９内における前記端子金具６と前記中心電極２との間には、伝播雑音を低減する目的で抵抗体２９が設けられている。抵抗体２９は、例えば、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末、ＺｒＯ２等のセラミック粉末、カーボンブラック等の非金属導電性粉末、及び／又は、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属粉末等を含有する抵抗体組成物を焼結して形成された抵抗材により構成されることができる。前記抵抗材により構成される抵抗体２９の抵抗値は、通常１００Ω以上である。前記抵抗材２９は、必要に応じて設けられれば良く、中心電極２と端子金具６との間が全て前記シール材により充填されていても良い。
　なお、シール材は抵抗材よりも金属成分を多く含むので、下シール部１０が抵抗体２９と中心電極２との間に、上シール部２８が抵抗体２９と端子金具６との間に配置されることにより、両者の結合力を高めることができる。したがって、抵抗体２９と中心電極２との間に下シール部１０、抵抗体２９と端子金具６との間に上シール部２８が設けられるのが望ましいが、上シール部２８を抵抗材により形成して端子金具６を軸孔９内に固定するようにしても良い。
　また、前記中心電極２と前記接地電極４とが対向する面には、白金合金及びイリジウム合金等により形成される貴金属チップ４１，４２が設けられていても良く、前記中心電極２及び前記接地電極４のいずれか一方にのみ貴金属チップが設けられていても良い。この態様のスパークプラグ１においては、前記中心電極２及び前記接地電極４の両方に貴金属チップ４１，４２が設けられており、各貴金属チップ４１，４２の間に火花放電間隙ｇが形成されている。
　次に、この発明のスパークプラグの特徴部分について、図２を参照しつつ説明する。図２は、図１のスパークプラグにおける中心電極の頭部８近傍を拡大して示した要部断面説明図である。
　前記絶縁体３は、前記棒状部７を取囲む脚部内周面３０、該脚部内周面３０の直径より大きな直径を有し、前記頭部８を取囲み、前記軸線Ｏに略一致する中心軸を有する略円筒形の胴部内周面３１、及び前記頭部８を支持し、該脚部内周面３０と該胴部内周面３１との間に連設された支持面３２を有する。前記支持面３２は脚部内周面３０と胴部内周面３１との間に設けられ、脚部内周面３０から胴部内周面３１へと連続して移行する部位である。前記シール部１０は、前記胴部内周面３１に接触しているシール部外周面３３、前記支持面３２に接触しているシール部受面３４、及び該シール部外周面３３と該シール部受面３４との間に連設された連設面３５を有する。前記連設面３５は、シール部外周面３３とシール部受面３４との間に設けられ、シール部外周面３３からシール部受面３４へと連続して移行する部位である。なお、スパークプラグ１は、絶縁体３や中心電極２等が軸対称に製造され、通常前記軸線Ｏと前記胴部内周面３１の中心軸とが一致するように組み付けられるが、絶縁体３や中心電極２等を製造する際の許容差や組み付けの際の誤差等もあるので、前記軸線Ｏと前記胴部内周面３１の中心軸とが一致するというのはこれらの誤差等を含めた範囲内で一致することをいう。
　図２に示すように、この発明のスパークプラグは、前記軸線Ｏを含む面で切断したときに、前記シール部１０の断面に現れる輪郭線のうち、前記連設面３５に含まれる曲線ｍの曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ以上である。曲率半径Ｒが０．１ｍｍより小さいと、前記連設面３５がなめらかな曲面ではなく、角Ａが形成されるので（図３参照。）、角Ａに電界集中が起き易くなり、角Ａに接触している絶縁体３の近傍で絶縁破壊が起こり、中心電極２と主体金具５との間で貫通放電が生じるおそれがある。一方、曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上であると、電界集中が起きにくくなるので、絶縁体３に貫通放電が生じにくく、その結果、優れた耐電圧性能を有するスパークプラグを提供することができる。絶縁体３の厚みが薄くなるほど貫通放電が発生し易くなるので、頭部８の直径が最大となる位置における絶縁体３の厚みが２．３ｍｍ以下の場合には、前記曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上であることによる効果が特に大きくなる。
　なお、前記シール部外周面３３は、円筒形の胴部内周面３１に接触しているので、シール部外周面３３もまた円筒形である。前記シール部受面３４は、前記支持面３２の全面又は支持面３２の一部の面に接触しているので、支持面３２と同様の形状を有するか、或いは、支持面３２の一部と同様の形状を有する。例えば、図２に示す支持面３２は、軸線Ｏの後端方向に向かって広がるテーパ形状を有し、その一部の面にシール部受面３４が接触し、シール部受面３４は前記支持面３２の面積より小さい面積を有するテーパ形状を形成している。前記連設面３５は、前記シール部外周面３３と前記シール部受面３４との間に連設され、シール部外周面３３と連設面３５とシール部受面３４とが連続する一体の面となるように形成されている。前記連設面３５は、軸線Ｏ方向の先端側に凸状の曲面である。
　前記胴部内周面３１によって囲まれた範囲において、前記頭部８の直径が最大となる位置における前記軸孔９の直径ｄが３ｍｍ以下であるとき、前記曲率半径Ｒは０．６ｍｍ以下であるのが好ましい。前記直径ｄが小さくなる程、絶縁体３と頭部８との間のシール材の設けられる空間を確保するのが難しくなる。シール材の設けられる空間が狭い状態で曲率半径Ｒが大きいと、図４に示すように、シール材の量が減少することにより頭部８に対する固着力が低下するおそれがある。固着力が低下すると、シール部１０が頭部８から剥離して隙間が発生し、シール部１０に角Ｂが形成される。このような角Ｂが存在すると、角Ｂ付近で電界集中が起こり、絶縁体３に貫通放電が発生するおそれがある。しかし、前記曲率半径Ｒが０．６ｍｍ以下であると、シール材の充填される空間を確保することができ、シール部１０と頭部８とが剥離するのが抑制されるので、絶縁体３に貫通放電が生じにくくなり、優れた耐電圧性能を有するスパークプラグを提供することができる。
　さらに、前記直径ｄが２．７ｍｍ以下であるとき、前記曲率半径Ｒは０．６ｍｍ以下であるのがより好ましい。前記直径ｄが小さくなる程、シール部１０の製造工程について後述するように、シール粉末を軸孔９内に充填する際のプレス圧及び熱間圧入時のプレス圧が伝わり易くなるので、シール材の設けられる空間の先端までシール材が充填される。よって、シール部１０が頭部８から剥離して形成されたときの角Ｂはより一層鋭利となる。角Ｂが鋭利になる程、角Ｂ付近で電解集中が起こり易くなる。したがって、前記直径ｄが２．７ｍｍ以下であるときに前記曲率半径Ｒが０．６ｍｍ以下であると、シール部１０と頭部８とが剥離するのが抑制されるので、鋭利な角Ｂが形成されるのを抑制することができ、前記曲率半径Ｒを０．６ｍｍ以下とすることで得られる効果がより一層大きくなる。
　なお、シール材の充填される空間を確保するために、絶縁体の直径ｄが小さくなるのに応じて頭部８の直径を小さくすることが考えられる。例えば、棒状部７の太さを一定にした状態で頭部８の径を小さくすると、頭部８と棒状部７との径差が小さくなり、前記支持面３２によって支持される受面３６の面積が小さくなるので、中心電極２を軸孔９内に確実に固定するのが難しくなってしまう。また、頭部８の径と棒状部７の径との両方を小さくすると、中心電極２の体積が小さくなるので、火花放電で発生した熱及び燃焼室内の熱を受熱した熱を逃がしにくくなることにより（以下において熱引きと称することがある。）、シール材が劣化してシール材の固着力が低下するおそれがある。したがって、前記直径ｄが３ｍｍ以下、特に２．７ｍｍ以下であるとき、中心電極の軸孔内への固定及び熱引きの効果等を考慮して頭部８及び棒状部７の径が設定されるので、シール材が設けられる空間にシール材の量を確保するために、前記曲率半径Ｒが０．６ｍｍ以下であるのが好ましい。
　図２に示されるように、前記絶縁体３は、前記支持面３２と前記脚部内周面３０との間に連設された絶縁体連設面３７を有する。前記絶縁体連設面３７は、支持面３２と脚部内周面３０との間に設けられ、支持面３２から脚部内周面３０へと連続して移行する部位である。前記軸線Ｏを含む面で切断したときに、前記絶縁体３の断面に現れる輪郭線のうち、前記絶縁体連設面３７に含まれる曲線ｎの曲率半径ｒが０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であるのが好ましい。前記曲率半径ｒが大きくなる程、絶縁体３の支持面３２と中心電極２の受面３６との接触する面積が小さくなるので、中心電極２が軸孔９内に固定されにくくなり、エンジン稼動時に起こる振動等により中心電極２が軸孔９内でがたついてシール部１０が頭部８から剥離し易くなるところ、前記曲率半径ｒが０．６ｍｍ以下であると、絶縁体３と中心電極２との接触面積が確保されるので、中心電極２が軸孔９内でがたつくことが防止され、シール材が頭部８から剥離するのを防止することができる。その結果、シール部１０に角が発生して電界集中が起きることにより、貫通放電が発生するのをより一層防止することができる。また、前記曲率半径ｒが０．１ｍｍ未満であると、スパークプラグの製造工程において、絶縁体３に中心電極２を挿入する際に、絶縁体連設面３７が欠け易くなる。絶縁体連設面３７が欠けると絶縁体３の支持面３２と中心電極２の受面３６との接触する面積が減少するので、中心電極２が軸孔９内でがたつくおそれがあり、それによってさらに絶縁体３の欠けが誘発されるおそれもあるところ、前記曲率半径ｒが０．１ｍｍ以上であると、中心電極２が軸孔９内でがたつくことが防止され、シール部１０が頭部８から剥離するのを防止することができる。その結果、シール部１０に角が形成されて電界集中が起きることにより、貫通放電が発生するのをより一層防止することができる。
　図２に示されるように、前記軸線Ｏを含む面で切断したときに、絶縁体３の断面に現れる輪郭線のうち、前記支持面３２に含まれる線ｐと前記軸線Ｏに直交する直線ｔとのなす角度θが、１０°以上６０°以下であるのが好ましい。前記角度θが６０°より大きいと、シール部１０と頭部８との接触面積が減るので、固着力が低下するおそれがあるところ、前記角度θが６０°以下であるとシール部１０が頭部８から剥離することが防止され、シール部１０に角Ｂが形成されて電界集中が起きることにより、貫通放電が発生するのをより一層防止することができる。また、前記角度θが１０°より小さいと、端子金具６を軸孔９に挿入して封着する際に、支持面３２にかかる荷重が分散されずに支持面３２が割れるおそれがあるところ、前記角度θが１０°以上であると支持面３２が割れる確率を低くすることができるので、不良品発生率を下げることができる。なお、線ｐは、図２に示すスパークプラグにおいては直線であるが、例えば、図５に示すように線ｐの一部が曲線である場合には、受面３６と接触している支持面３２の線ｐ上における任意の点の接線を線ｑとして、線ｑと直線ｔとのなす角をθとする。
　この発明のスパークプラグは、前記曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上である限り、絶縁体３の胴部内周面３１及び支持面３２の形状は特に限定されない。例えば、図２に示すように胴部内周面３１と支持面３２とが滑らかに連続して曲面を形成せずに角ａが形成されて、支持面３２と連設面３５とが接触しない部位が存在することにより、前記胴部内周面３１と前記支持面３２と前記シール部外周面３３と前記連設面３５と前記シール部受面３４とにより囲まれる空間Ｆが形成されていても良いし、図５に示すように、支持面３２がシール部受面３４及び連設面３５の曲面に沿って延在し、支持面３２とシール部受面３４及び連設面３５とが接触するように形成されることにより前記空間Ｆが形成されていなくても良いし、支持面３２が曲面を形成し、支持面３２と連設面３５とが接触しない部位が存在することにより前記空間Ｆが形成されていても良い（図示せず。）。前記空間Ｆが形成されている場合には、前記空間Ｆに比誘電率が３以上１０以下である絶縁物質が存在しているのが好ましい。シール材の比誘電率は通常１以下であり、絶縁体３の比誘電率は通常４～１１である。前記空間Ｆにシール材の比誘電率より大きく、絶縁体の比誘電率と同程度かそれより小さい比誘電率を有する絶縁物質が存在すると、前記物質が存在している部分が絶縁体３と同様に絶縁材料として働くので、図２のように、絶縁体に角ａが形成されていても、この部分に電界集中は起きにくく、電界集中が起きることによる絶縁体３の貫通放電が生じにくくなる。
　比誘電率が３以上１０以下である絶縁物質としては、ガラス、セメント、アルミナ、シリカ、チタン酸バリウム等の無機化合物を挙げることができ、これらの無機化合物の配合量を調整することにより、複数種の無機化合物からなる組成物の比誘電率の値を調整することができる。
　前述したスパークプラグの各種寸法については、投影機、マイクロメーターおよびピンゲージを用いて測定することができる。また、曲率半径Ｒ及び曲率半径ｒは、例えば、DIGITAL MICROSCOPE VHX-200（KEYENCE製）により測定することができる。
　次に、この発明のスパークプラグの製造方法の一例を説明する。
　まず、中心電極２及び接地電極４は、例えば、真空溶解炉を用いて、所望の組成を有する合金の溶湯を調製し、真空鋳造にて各溶湯から鋳塊を調製した後、この鋳塊を、塑性加工等して、所定の形状及び所定の寸法に適宜調整して、中心電極２及び接地電極４を作製することができる。なお、カップ状に形成したＮｉ合金等により形成される外材にＣｕ合金等により形成される内材を挿入し、押し出し加工等の塑性加工にて中心電極２を形成することもできる。
　次いで、所定の形状に塑性加工等によって形成した主体金具５の先端面に、接地電極４の一端部を電気抵抗溶接又はレーザ溶接等によって接合する。
　次いで、必要に応じて、所望の組成を有するチップ材料を溶解して得られる溶解材を、板材に加工し、この板材を熱間打ち抜き加工により予定のチップ形状に打ち抜いて、貴金属チップを作製し、この貴金属チップ４１，４２を中心電極２及び接地電極４に抵抗溶接及び／又はレーザ溶接等により溶融固着する。
　一方、所定の形状及び所定の寸法に適宜調整してセラミック製の絶縁体３を作製する。
　図２に示すように、例えば、支持面３２が後端に向かって広がるテーパ状に形成され、支持面３２の一部にシール部１０が接触している場合のシール部１０の製造工程について以下に説明する。まず、絶縁体３の軸孔９内に貴金属チップ４１が接合された中心電極２を挿入する。次いで、支持面３２と胴部内周面３１とにより形成される角ａを埋めるようにシール部１０を形成するシール粉末とは異なる絶縁物質を充填して曲面を形成する。この絶縁物質は比誘電率が３以上１０以下であるのが好ましい。次いで、シール部１０を形成するシール粉末を頭部８を埋め込むように充填し、シール粉末より後端側に抵抗体２９を形成する抵抗体組成物を充填し、抵抗体組成物の後端側にシール粉末を充填して予備圧縮する。次いで、前記軸孔９内の端部から端子金具６を挿入して抵抗体組成物及びシール粉末を熱間圧入する。こうして、抵抗体組成物が焼結して抵抗体２９が形成され、シール粉末が焼結して下シール部１０及び上シール部２８が形成される。このような製造方法によると、支持面３２と胴部内周面３１とが滑らかに連続する曲面を形成するように絶縁体３を製造する必要がなく、角ａを有する絶縁体３を形成した後に、この角ａに前記絶縁物質を充填することで、絶縁体３におけるシール部１０の連設面３５に対向する面を曲面として形成することができる。したがって、前記絶縁物質を使用することにより、絶縁体３を軸線Ｏを含む面で切断したときに、連設面３５に対向する絶縁体３の断面に現れる輪郭線の曲率を、容易に調整することができる。その結果、角ａに前記絶縁物質が充填された軸孔９内にシール粉末を充填するだけで、所望の曲率半径Ｒを有するシール部１０を容易に製造することができる。
　前記曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上であるシール部１０の製造方法は、前記方法に限定されず、例えば、図５に示すように、支持面３２とシール部受面３４及び連設面３５とが全面に渡って接触している場合には、以下のようにしてシール部１０を製造することができる。すなわち、前記軸線Ｏを含む面で切断したときに、絶縁体３の断面に現れる輪郭線のうち、支持面３２と胴部内周面３１との境界付近における支持面３２に含まれる曲線ｋの曲率半径Ｒ２が０．１ｍｍ以上になるように絶縁体３を形成する。この絶縁体３の軸孔９内に貴金属チップ４１が接合された中心電極２を挿入する。次いで、シール粉末を頭部８を埋め込むように充填し、シール粉末より後端側に抵抗体２９を形成する抵抗体組成物を充填し、抵抗体組成物の後端側にシール粉末を充填して予備圧縮する。この後の工程については前述したのと同様にして行うことにより、前記曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以上であるシール部１０を製造することができる。
　最後に、接地電極４が接合された主体金具５に中心電極２等が固定された絶縁体３を組み付けて、接地電極４の先端部を中心電極２側に折り曲げて、接地電極４の一端と中心電極２の先端部との間にギャップｇが形成されるようにして、スパークプラグ１が製造される。
　この発明に係るスパークプラグは、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等に使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部１５が螺合されて、所定の位置に固定される。
　この発明に係るスパークプラグは、前記した実施形態に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。
＜スパークプラグａの作製＞
　前述した製造工程にしたがって、図５に示すように、支持面とシール部受面及び連設面とが全面に渡って接触しているスパークプラグａを前記直径ｄ及び前記曲率半径Ｒを変化させて複数作製した。なお、直径ｄを測定する位置における絶縁体の厚みは１．７（ｍｍ）、頭部の直径の最大値は３．５（ｍｍ）、棒状部の直径は２．３（ｍｍ）、θは３０（°）、曲率半径ｒは０．６（ｍｍ）であった。
＜スパークプラグｂの作製＞
　前述した製造工程にしたがって、図５に示すように、支持面とシール部受面及び連設面とが全面に渡って接触しているスパークプラグｂを前記直径ｄ及び前記曲率半径ｒを変化させて複数作製した。なお、曲率半径Ｒは０．３（ｍｍ）、直径ｄを測定する位置における絶縁体の厚みは１．７（ｍｍ）、頭部の直径の最大値は３．５（ｍｍ）、棒状部の直径は２．３（ｍｍ）、θは３０（°）であった。
＜スパークプラグｃの作製＞
　前述した製造工程にしたがって、図２に示すように、支持面が後端に向かって広がるテーパ状に形成され、支持面の一部においてシール部が接触しているスパークプラグｃを複数作製した。なお、曲率半径Ｒは０．３（ｍｍ）、直径ｄは３．９（ｍｍ）、直径ｄを測定する位置における絶縁体の厚みは１．７（ｍｍ）、頭部の直径の最大値は３．５（ｍｍ）、棒状部の直径は２．３（ｍｍ）、θは３０（°）であった。
　なお、前記各寸法は、投影機、マイクロメーターおよびピンゲージにより測定し、曲率半径Ｒ及び曲率半径ｒは、DIGITAL MICROSCOPE VHX-200（KEYENCE製）によって測定した。
１．シール部の曲率半径Ｒの違いによる耐電圧性能の評価
（耐電圧試験）
　耐電圧試験は、前記スパークプラグａを用いて、ＪＩＳ　Ｂ　８０３１（２００６）の７．３項の「耐電圧試験」に準じて行い、３５ｋＶの電圧を印加した。絶縁体での貫通の有無を調べ、以下の基準にしたがって評価した。

　×：スパークプラグ２０本中の絶縁体で貫通した本数が１１～２０本
　○：スパークプラグ２０本中の絶縁体で貫通した本数が３～１０本
　◎：スパークプラグ２０本中の絶縁体で貫通した本数が０～２本

　直径ｄ及び曲率半径Ｒを変化させて、耐電圧試験を行った結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（振動試験後の耐電圧試験）
　振動試験後の耐電圧試験は、前記スパークプラグａを用いて、ＪＩＳ　Ｂ　８０３１（２００６）の７．４項の「耐衝撃試験」に準じて、衝程２２（ｍｍ）で毎分４００回の割合で１０分間衝撃を加えた後、前記耐電圧試験を行った。
　直径ｄ及び曲率半径Ｒを変化させて、振動試験後の耐電圧試験を行った結果を表２に示す。なお、表２中の括弧内の数値はスパークプラグ２０本中の貫通した本数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
２．絶縁体の曲率半径ｒの違いによる耐電圧性能の評価
（振動試験後の耐電圧試験）
　振動試験後の耐電圧試験は、前記スパークプラグｂを用いて、ＪＩＳ　Ｂ　８０３１（２００６）の７．４項の「耐衝撃試験」に準じて、衝程２２（ｍｍ）で毎分４００回の割合で１０分間衝撃を加えた後、前記耐電圧試験を行った。
　直径ｄ及び曲率半径ｒを変化させて、振動試験後の耐電圧試験を行った結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
（絶縁体の欠け発生率の測定）
　前記スパークプラグｂを製造する工程で、絶縁体の軸孔内に中心電極を挿入する際に、前記絶縁体連設面が欠けた本数をカウントして、以下の基準にしたがって評価した。

　○：スパークプラグ２００本中で欠けた本数が２本以上
　◎：スパークプラグ２００本中で欠けた本数が０～１本

　直径ｄ及び曲率半径ｒを変化させて、耐電圧試験を行った結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
３．前記空間Ｆに設けられた物質の比誘電率の違いによる評価
（耐電圧試験）
　スパークプラグｃを用いて、前記空間Ｆに設けられた物質の比誘電率を変化させたこと以外は、前述した耐電圧試験と同様にして試験を行った。結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表１に示すように、シール部の曲率半径Ｒが０．１（ｍｍ）以上のとき、耐電圧試験の結果は良好であった。一方、曲率半径Ｒが０．０５（ｍｍ）以下のとき、耐電圧試験の結果は劣っていた。
　表２に示すように、直径ｄが３．０（ｍｍ）以下のとき、曲率半径Ｒが０．６（ｍｍ）以下で、振動試験後の耐電圧試験の結果は良好であった。また、直径ｄが２．７（ｍｍ）のときの評価結果は、直径ｄが２．９（ｍｍ）のときに比べて、曲率半径Ｒが０．６（ｍｍ）以下のときの貫通本数と曲率半径Ｒが０．６（ｍｍ）を超えたときの貫通本数の差が大きく、曲率半径Ｒを０．６（ｍｍ）以下とすることの効果が大きかった。
　表３に示すように、絶縁体の曲率半径ｒが０．６（ｍｍ）以下のとき、振動試験後の耐電圧試験の結果は良好であった。表４に示すように、曲率半径ｒが０．１（ｍｍ）以上のとき、絶縁体の欠けの発生率が低かった。
　表５に示すように、前記空間Ｆに設けられた物質の比誘電率が３以上１０以下のとき、耐電圧試験の結果は良好であった。
　１　　スパークプラグ
　２　　中心電極
　３　　絶縁体
　４　　接地電極
　５　　主体金具
　６　　端子金具
　７　　棒状部
　８　　頭部
　９　　軸孔
　１０　　シール部、下シール部
　１１　　脚部
　１２　　胴部
　１３　　フランジ部
　１４　　後胴部
　１５　　ネジ部
　１６　　ガスシール部
　１７　　ガスケット
　１８　　工具係合部
　１９　　加締め部
　２０，２１　　パッキン
　２２　　滑石
　２３　　筒部
　２４　　棚部
　２５　　前筒部
　２６　　露出部
　２７　　柱状部
　２８　　上シール部
　２９　　抵抗体
　３０　　脚部内周面
　３１　　胴部内周面
　３２　　支持面
　３３　　シール部外周面
　３４　　シール部受面
　３５　　連設面
　３６　　受面
　３７　　絶縁体連設面
　４１，４２　　貴金属チップ
　４３　　内材

Claims (4)

  1. 　軸線方向に延在する棒状部と該棒状部の後端側に連設され、該棒状部の直径より大きな直径を有する頭部とを有する中心電極と、
    　軸孔を有し、該軸孔内の先端側に前記中心電極が設けられた絶縁体と、
    　前記中心電極を前記軸孔内に固定するシール部と、
    を備えたスパークプラグであって、
    　前記絶縁体は、前記棒状部を取囲む脚部内周面、該脚部内周面の直径より大きな直径を有し、前記頭部を取囲み、前記軸線に一致する中心軸を有する円筒形の胴部内周面、及び前記頭部を支持し、該脚部内周面と該胴部内周面との間に連設された支持面を有し、
    　前記シール部は、前記胴部内周面に接触しているシール部外周面、前記支持面に接触しているシール部受面、及び該シール部外周面と該シール部受面との間に連設された連設面を有し、
    　前記軸線を含む面で切断したときに、前記シール部の断面に現れる輪郭線のうち、前記連設面に含まれる曲線の曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ以上であることを特徴とするスパークプラグ。
  2. 　前記胴部内周面によって囲まれた範囲において、前記頭部の直径が最大となる位置における前記軸孔の直径ｄが３ｍｍ以下であるとき、前記曲率半径Ｒが０．６ｍｍ以下であ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. 　前記絶縁体は、前記支持面と前記脚部内周面との間に連設された絶縁体連設面を有し、前記軸線を含む面で切断したときに、前記絶縁体の断面に現れる輪郭線のうち、前記絶縁体連設面に含まれる曲線の曲率半径ｒが０．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
  4. 　前記直径ｄが２．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。
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