WO2015063987A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2015063987A1
WO2015063987A1 PCT/JP2014/004262 JP2014004262W WO2015063987A1 WO 2015063987 A1 WO2015063987 A1 WO 2015063987A1 JP 2014004262 W JP2014004262 W JP 2014004262W WO 2015063987 A1 WO2015063987 A1 WO 2015063987A1
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WO
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insulator
tip
spark plug
peripheral surface
curved surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/004262
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English (en)
French (fr)
Inventor
伸也 光田
山田　裕一
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
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Publication date
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Priority to EP14858231.5A priority patent/EP3065238B1/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
    • H01T13/38—Selection of materials for insulation

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug used for ignition in an internal combustion engine or the like.
  • the spark plug applies a voltage to the center electrode and the ground electrode which are insulated from each other by an insulator, thereby causing a spark discharge in a spark gap formed between the tip of the center electrode and the tip of the ground electrode. Is generated.
  • the insulator that insulates the center electrode and the ground electrode is broken through by the applied voltage, a current flows through the portion that has been broken through, which may cause a problem that no spark discharge occurs in the spark gap.
  • An object of the present invention is to provide a spark plug that can suppress the penetration failure of an insulator.
  • a spark plug An insulator having a through hole extending in the direction of the axis; A rod-shaped center electrode inserted in the through hole and extending in the direction of the axis; and A metal shell disposed on the outer periphery of the insulator; A ground electrode that is electrically connected to the metal shell and forms a gap with the center electrode;
  • a spark plug comprising: The front end portion of the insulator has a front end surface, an outer peripheral surface extending from the front end surface toward the rear end in the axial direction, and a curved surface portion formed between the front end surface and the outer peripheral surface.
  • the spark plug has a radius of curvature of the curved surface portion of 0.2 mm (millimeters) or more and 0.8 mm (millimeters) or less.
  • tip of the internal peripheral surface of a metal shell opposes the curved surface part of the front-end
  • the curvature radius of a curved-surface part shall be 0.2 mm (millimeter) or more and 0.8 mm (millimeter) or less.
  • the curvature radius of the curved surface portion is set to a range of 0.2 mm (millimeters) or more and 0.8 mm (millimeters) or less, thereby increasing the possibility that the path of the spark discharge becomes a creeping path. It is possible to effectively suppress the insulator from being broken through.
  • the volume of the insulator becomes smaller as it is closer to the tip.
  • the temperature in the vicinity of the insulator can be made higher as it is closer to the front end of the insulator and lowered toward the rear end.
  • the acute angle formed by the two outer peripheral surfaces of the insulator (hereinafter also referred to as the taper angle of the insulator) is 5 degrees or more.
  • the taper angle of the insulator is 30 degrees or less, the temperature at the tip of the insulator can be prevented from becoming excessively high. As a result, it is possible to reduce the possibility of erroneous ignition due to an overheated tip, for example, preignition, during use in an internal combustion engine.
  • the present invention can be realized in various aspects, for example, in aspects such as a spark plug and an internal combustion engine equipped with the spark plug.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the vicinity of a tip of a spark plug 100.
  • FIG. 3 is a view for explaining the configuration near the tip of a spark plug 100.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a spark plug 100 of the present embodiment.
  • the dashed line in FIG. 1 indicates the axis CO (also referred to as axis CO) of the spark plug 100.
  • a direction parallel to the axis CO (vertical direction in FIG. 1) is also referred to as an axis direction.
  • the radial direction of the circle centered on the axis CO is simply referred to as “radial direction”
  • the circumferential direction of the circle centered on the axis CO is also simply referred to as “circumferential direction”.
  • the spark plug 100 includes an insulator 10 as an insulator, a center electrode 20, a ground electrode 30, a terminal fitting 40, and a metal shell 50. *
  • the insulator 10 is formed by firing alumina or the like.
  • the insulator 10 is a substantially cylindrical member that extends along the axial direction and has a through hole 12 (shaft hole) that penetrates the insulator 10.
  • the insulator 10 includes a flange part 19, a rear end side body part 18, a front end side body part 17, a step part 15, and a leg length part 13.
  • the rear end side body portion 18 is located on the rear end side of the flange portion 19 and has an outer diameter smaller than the outer diameter of the flange portion 19.
  • the distal end side body portion 17 is located on the distal end side from the flange portion 19 and has an outer diameter smaller than the outer diameter of the flange portion 19.
  • the long leg portion 13 is positioned on the distal end side from the distal end side body portion 17 and has an outer diameter smaller than the outer diameter of the distal end side body portion 17.
  • the leg portion 13 is exposed to the combustion chamber when the spark plug 100 is attached to an internal combustion engine (not shown).
  • the step portion 15 is formed between the leg long portion 13 and the distal end side body portion 17.
  • the metal shell 50 is formed of a conductive metal material (for example, a low carbon steel material) and is a cylindrical metal fitting for fixing the spark plug 100 to an engine head (not shown) of an internal combustion engine.
  • the metal shell 50 is formed with an insertion hole 59 penetrating along the axis CO.
  • the metal shell 50 is disposed on the outer periphery of the insulator 10. That is, the insulator 10 is inserted and held in the insertion hole 59 of the metal shell 50.
  • the axial position of the tip of the insulator 10 is substantially the same as the axial position of the tip of the metal shell 50, as will be described in detail later.
  • the rear end of the insulator 10 protrudes toward the rear end side from the rear end of the metal shell 50. *
  • the metal shell 50 is formed between a hexagonal column-shaped tool engagement portion 51 with which a spark plug wrench engages, an attachment screw portion 52 for attachment to an internal combustion engine, and the tool engagement portion 51 and the attachment screw portion 52. And a bowl-shaped seat portion 54.
  • the nominal diameter of the mounting screw portion 52 is, for example, one of M8 (8 mm (millimeters)), M10, M12, M14, and M18. *
  • An annular gasket 5 formed by bending a metal plate is fitted between the mounting screw portion 52 and the seat portion 54 of the metal shell 50.
  • the gasket 5 seals a gap between the spark plug 100 and the internal combustion engine (engine head) when the spark plug 100 is attached to the internal combustion engine.
  • the metal shell 50 further includes a thin caulking portion 53 provided on the rear end side of the tool engaging portion 51, and a thin compression deformation portion 58 provided between the seat portion 54 and the tool engaging portion 51. And.
  • An annular region formed between the inner peripheral surface of the portion of the metal shell 50 from the tool engaging portion 51 to the crimping portion 53 and the outer peripheral surface of the rear end side body portion 18 of the insulator 10 has an annular shape.
  • Ring members 6 and 7 are arranged. Between the two ring members 6 and 7 in the region, talc (talc) 9 powder is filled. The rear end of the crimped portion 53 is bent radially inward and fixed to the outer peripheral surface of the insulator 10.
  • the compression deforming portion 58 of the metal shell 50 is compressed and deformed when the crimping portion 53 fixed to the outer peripheral surface of the insulator 10 is pressed toward the distal end during manufacture.
  • the insulator 10 is pressed toward the front end side in the metal shell 50 through the ring members 6 and 7 and the talc 9 by the compression deformation of the compression deformation portion 58.
  • a step portion 15 (insulator side step) of the insulator 10 is formed by a step portion 56 (metal side step portion) formed on the inner periphery of the mounting screw portion 52 of the metal shell 50 through the metal annular plate packing 8. Part) is pressed.
  • the gas in the combustion chamber of the internal combustion engine is prevented by the plate packing 8 from leaking outside through the gap between the metal shell 50 and the insulator 10. *
  • the center electrode 20 is a rod-like member extending along the axis CO, and is inserted into the through hole 12 of the insulator 10.
  • the center electrode 20 has a structure including an electrode base material 21 and a core material 22 embedded in the electrode base material 21.
  • the electrode base material 21 is formed of nickel or an alloy containing nickel as a main component (such as Inconel (registered trademark) 600).
  • the core material 22 is made of copper or an alloy containing copper as a main component, which has better thermal conductivity than the alloy forming the electrode base material 21.
  • the tip of the center electrode 20 is exposed on the tip side of the insulator 10. *
  • the center electrode 20 has a flange portion 24 (also referred to as an electrode flange portion or a flange portion) provided at a predetermined position in the axial direction, and a head portion 23 (electrode head) that is a portion on the rear end side of the flange portion 24. Part) and a leg part 25 (electrode leg part) which is a part on the tip side of the collar part 24.
  • the flange 24 is supported by the step 16 of the insulator 10.
  • the distal end portion of the leg portion 25 protrudes toward the distal end side from the distal end of the insulator 10.
  • An electrode tip 29 is joined to the tip portion of the leg 25 by, for example, laser welding.
  • the electrode tip 29 is formed of a material mainly composed of a high melting point noble metal.
  • a material of the electrode tip 29 for example, iridium (Ir) or an alloy containing Ir as a main component is used. Specifically, an Ir-5Pt alloy (iridium alloy containing 5% by mass of platinum) or the like is used. Is used. *
  • the ground electrode 30 includes an electrode body 31 and an electrode tip 33, and is joined to the tip of the metal shell 50.
  • the electrode body 31 is made of a metal having high corrosion resistance, for example, a nickel alloy such as Inconel (registered trademark) 600.
  • the base end portion 31 b of the electrode body 31 is joined to the distal end surface of the metal shell 50 by welding. As a result, the ground electrode 30 is electrically connected to the metal shell 50.
  • the electrode body 31 is bent, and one side surface of the end portion 31a opposite to the base end portion 31b of the electrode body 31 faces the electrode tip 29 of the center electrode 20 in the axial direction on the axis CO. Yes.
  • An electrode tip 33 is welded to one side surface of the end 31 a of the electrode body 31 at a position facing the electrode tip 29 of the center electrode 20.
  • the electrode tip 33 for example, Pt (platinum) or an alloy containing Pt as a main component, specifically, a Pt-20Ir alloy (a platinum alloy containing 20% by mass of iridium) or the like is used.
  • a spark gap is formed between the electrode tip 29 of the center electrode 20 and the electrode tip 33 of the ground electrode 30.
  • the terminal fitting 40 is a rod-shaped member that extends along the axis CO.
  • the terminal fitting 40 is formed of a conductive metal material (for example, low carbon steel), and a metal layer (for example, Ni layer) for corrosion protection is formed on the surface of the terminal fitting 40 by plating or the like.
  • the terminal fitting 40 includes a collar part 42 (terminal jaw part) formed at a predetermined position in the axial direction, a cap mounting part 41 located on the rear end side of the collar part 42, and a leg part 43 on the distal side of the collar part 42. (Terminal leg).
  • the cap mounting portion 41 of the terminal fitting 40 is exposed to the rear end side from the insulator 10.
  • the leg portion 43 of the terminal fitting 40 is inserted (press-fitted) into the through hole 12 of the insulator 10.
  • a plug cap to which a high voltage cable (not shown) is connected is attached to the cap attaching portion 41, and a high voltage for generating a spark discharge is applied.
  • a resistor 70 for reduction is arranged.
  • the resistor is made of, for example, a composition containing glass particles as a main component, ceramic particles other than glass, and a conductive material.
  • a gap between the resistor 70 and the center electrode 20 is filled with a conductive seal 60.
  • a gap between the resistor 70 and the terminal fitting 40 is filled with a conductive seal 80.
  • the conductive seals 60 and 80 are made of, for example, a composition containing glass particles such as B 2 O 3 —SiO 2 and metal particles (Cu, Fe, etc.).
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the vicinity of the tip of the spark plug 100 taken along a plane including the axis CO.
  • FIG. 2B is an enlarged view of a portion surrounded by a dashed line EA in FIG. FIG. 2 is illustrated with the front end direction D1 facing upward and the rear end direction D2 facing downward.
  • the cross section in the vicinity of the tip of the spark plug 100 shown in FIG. 2A has a line-symmetric shape with the axis CO as the target axis except for the ground electrode 30.
  • description will be made centering on the portion on the right side of the axis CO in the cross section of FIG. 2A, but the portion on the left side of the axis CO has the same configuration. is doing. *
  • the distal end portion of the long leg portion 13 has a distal end surface 13A, an outer peripheral surface 13B, and a curved surface portion 13C.
  • the tip surface 13A is a surface perpendicular to the axis CO.
  • the outer peripheral surface 13B is located on the rear end side from the front end surface 13A and extends toward the rear end (rear end direction D2) in the axial direction.
  • the curved surface portion 13C is formed between the tip surface 13A and the outer peripheral surface 13B.
  • the point P1 is a point located on the outer edge of the tip surface 13A.
  • the point P1 can also be said to be a point located at the tip of the curved surface portion 13C.
  • Point P2 is a point located at the tip of outer peripheral surface 13B.
  • the point P2 can also be said to be a point located at the rear end of the curved surface portion 13C.
  • an imaginary line (a line perpendicular to the axis CO) obtained by extending the tip surface 13A in the cross section of FIG.
  • an imaginary line obtained by extending the outer peripheral surface 13B is defined as HL2. It can be said that the curved surface portion 13 ⁇ / b> C is a portion away from the two virtual lines HL ⁇ b> 1 and HL ⁇ b> 2 on the outer surface of the insulator 10 in the cross section of FIG. *
  • the length in the axial direction of the curved surface portion 13C that is, the length in the axial direction from the front end P1 of the curved surface portion 13C to the rear end P2 of the curved surface portion 13C is defined as H1.
  • the curved surface portion 13 ⁇ / b> C is formed when the outer shape of the insulator 10 is adjusted by grinding the insulator 10 before firing using a grinding wheel when the insulator 10 is formed.
  • the curved surface portion 13 ⁇ / b> C is formed in an annular shape over the entire circumference of the outer edge of the distal end portion of the leg long portion 13.
  • the curvature radius R of the curved surface portion 13C is expressed by using the radius of an arc representing the curved surface portion 13C in the cross section of FIG. *
  • an intersection of the above-described virtual line HL1 extending the tip surface 13A and the virtual line HL2 extending the outer peripheral surface 13B is defined as P4. Further, in the cross section of FIG. 2B, among the points on the outer peripheral surface 13B, a point where the axial distance from the tip surface 13A of the insulator 10 is 1 mm is P3. *
  • the double of the radial distance from the axis CO to the point P4 is defined as the first outer diameter ⁇ 1 (also referred to as the tip diameter ⁇ 1) of the insulator 10 (the long leg portion 13).
  • the outer diameter of the insulator 10 at twice the radial distance from the axis CO to the point P3, that is, at a position 1 mm away from the tip surface 13A in the axial direction is the second outer diameter ⁇ 2 of the insulator 10.
  • the second outer diameter ⁇ 2 is larger than the first outer diameter ⁇ 1 ( ⁇ 2> ⁇ 1).
  • the outer diameter of the outer peripheral surface 13B of the long leg portion 13 of the insulator 10 increases from the front end toward the rear end.
  • the leg long portion 13 has a tapered shape that expands from the front end toward the rear end.
  • the second outer diameter ⁇ 2 may be equal to the first outer diameter ⁇ 1.
  • two lines representing the outer peripheral surface 13B of the insulator 10 appear on both sides of the axis CO in the cross section.
  • the angle between these two lines that is, the acute angle formed by the two outer peripheral surfaces on the cross section of FIG. ⁇ 1 is also referred to as a taper angle near the tip of the insulator 10.
  • the first outer diameter ⁇ 1 of the insulator 10 is not limited to this, but is preferably 3.0 mm or more and 5.5 mm or less, for example, 3.6 mm or more and 4.3 mm or less. Is particularly preferred.
  • the inner diameter ⁇ 4 (the inner diameter of the portion where the leg portion 25 of the center electrode 20 is inserted) of the tip portion of the insulator 10 is not limited to this, but is, for example, 3.1 mm or more and 5.55 mm or less. It is preferable that it is 3.7 mm or more and 4.35 mm or less. *
  • the front end portion of the metal shell 50 has a front end surface 50A, an inner peripheral surface 50B, and a chamfered portion 50C formed between the front end surface 50A and the inner peripheral surface 50B.
  • the inner diameter of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 (the inner diameter of the insertion hole 59) is a constant value ⁇ 3 at the tip end side of the step portion 56 in FIG.
  • ⁇ 3 is also referred to as an inner diameter ⁇ 3 in the vicinity of the tip of the metal shell 50.
  • the inner diameter ⁇ 3 is not limited to this, but is preferably, for example, from 5.5 mm to 8.5 mm, and particularly preferably from 7.0 mm to 7.5 mm.
  • the diameters ⁇ 1 to ⁇ 4 described above represent not the radius but the diameter. *
  • the point P5 is a point located at the tip of the inner peripheral surface 50B.
  • the point P5 can also be said to be a point located at the rear end of the chamfered portion 50C.
  • the distal end P5 of the inner peripheral surface 50B is an intersection of the distal end surface 50A and the inner peripheral surface 50B.
  • ⁇ H The position in the axial direction of the tip surface 13A of the insulator 10 with respect to the position in the axial direction of the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 is represented using ⁇ H (FIG. 2B).
  • ⁇ H can also be said to be the position of the tip P1 of the curved surface portion 13C of the insulator 10 with reference to the axial position of the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50.
  • the value of ⁇ H is a positive value.
  • the distal end P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 has a curved surface of the insulator 10. It means that it is located at the rear end side from the front end P1 of the portion 13C and at the front end side from the rear end P2 of the curved surface portion 13C.
  • 0 ⁇ ⁇ H ⁇ H1 means that the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 faces the curved surface portion 13C of the insulator 10 in a direction perpendicular to the axial direction. ing. In the example of FIG. 2B, 0 ⁇ ⁇ H ⁇ H1 is satisfied. *
  • FIG. 3 is a view for explaining the configuration in the vicinity of the tip of the spark plug 100.
  • the front end surface 50A of the metal shell 50 is located at the position indicated by the broken line VL1 in FIG. 3, the front end (P5a in FIG. 3) of the inner peripheral surface 50B is more than the front end P1 of the curved surface portion 13C of the insulator 10. Since it is located on the side, ⁇ H ⁇ 0. *
  • ⁇ H is larger than the length H1 in the axial direction of the curved surface portion 13C ( ⁇ H> H1), so that the front end P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 is behind the rear end P2 of the curved surface portion 13C of the insulator 10. It means that it is located on the end side.
  • the front end (P5b in FIG. 3) of the inner peripheral surface 50B is from the rear end P2 of the curved surface portion 13C of the insulator 10. Since it is located on the rear end side, ⁇ H> H1.
  • the radius of curvature R of the curved surface portion 13C, the first outer diameter ⁇ 1, and the second outer diameter ⁇ 2 is different.
  • the curvature radius R is set to any one of 0.1 mm, 0.2 mm, 0.4 mm, 0.8 mm, and 0.9 mm.
  • the first outer diameter ⁇ 1 is set to any value of 4.1 mm and 4.5 mm.
  • the second outer diameter ⁇ 2 is any value of 4.1 mm, 4.3 mm, 4.5 mm, and 4.7 mm. *
  • the value of ⁇ H is any one of ⁇ 0.1 mm, 0 mm, 0.05 mm, 0.35 mm, 0.4 mm, 0.7 mm, and 0.75 mm.
  • the length H1 in the axial direction of the curved surface portion 13C is a value determined by the curvature radius R, the first outer diameter ⁇ 1, and the second outer diameter ⁇ 2.
  • Samples 1-2 to 1-4, 1-6, and 1-8 to 1-16 satisfy 0 ⁇ ⁇ H ⁇ H1. That is, in Samples 1-2 to 1-4, 1-6, and 1-8 to 1-16, the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 is perpendicular to the curved surface portion 13C of the insulator 10 and the axial direction. Opposite direction. *
  • test A a discharge test for generating 60 spark discharges per second in a chamber pressurized to 5 MPa was performed for 20 hours. The spark discharge was performed while heating using a burner so that the temperature of the tip of the sample insulator 10 was 900 degrees Celsius.
  • test B the discharge test was performed under conditions more severe than test A. Specifically, test B was performed in a chamber pressurized to 10 MPa. Other conditions for test B are the same as for test A. As the pressure in the chamber is higher, normal discharge in the spark gap between the electrode tip 29 of the center electrode 20 and the electrode tip 33 of the ground electrode 30 is less likely to occur. Become. *
  • each sample was disassembled, and it was evaluated whether or not penetration failure occurred in the insulator 10. Specifically, the presence or absence of penetration failure was confirmed visually after applying a red check solution to the insulator 10 to visualize the cracks in the insulator 10 due to penetration failure. *
  • Table 1 shows the presence or absence of penetration failure in each of test A and test B.
  • the evaluation of the sample by which the penetration fracture was recognized in the test A and the penetration fracture was recognized in the test B was set to "x".
  • the evaluation of the sample in which the penetration failure was not recognized in the test A and the penetration failure was recognized in the test B was set as “ ⁇ ”.
  • the evaluation of a sample in which no penetration failure was observed in Test A and no penetration failure was observed in Test B was evaluated as “ ⁇ ”.
  • a spark discharge may occur between the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 and the center electrode 20. Most likely. This is because a sharp portion (edge portion) such as the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 is likely to be the starting point of spark discharge because the electric field tends to concentrate.
  • 0 ⁇ ⁇ H ⁇ H1 is satisfied, that is, the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 faces the curved surface portion 13C of the insulator 10 in a direction perpendicular to the axial direction.
  • An unintended spark discharge path is likely to be the creeping path RT1 in FIG. That is, an unintended spark discharge path tends to be a path from the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 to the center electrode 20 through the curved surface portion 13C of the insulator 10 and the tip surface 13A. This is because the spark discharge is induced to the tip surface 13A by the curved surface portion 13C.
  • the unintended spark discharge path is the creeping path RT1
  • the penetration failure of the insulator 10 does not occur.
  • ⁇ H ⁇ 0 that is, if the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 is located on the tip side of the tip P1 of the curved surface portion 13C of the insulator 10, the inner circumference of the metal shell 50 will be described.
  • the distance from the front end P5 of the surface 50B to the surface (the outer peripheral surface 13B or the front end surface 13A) of the insulator 10 becomes longer (see FIG. 3).
  • the starting point of the unintended spark discharge is likely to be not the front end P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 but the rear end side portion of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 from the front end P5.
  • the unintended spark discharge path is likely to be the through-path RT2 in FIG.
  • penetration breakage of the insulator 10 is likely to occur as a result. *
  • the tip P5 of the inner peripheral surface 50B of the metal shell 50 faces the curved surface portion 13C of the insulator 10 in a direction perpendicular to the axial direction, and the curvature radius R of the curved surface portion 13C is 0.2 mm (millimeters). ) And preferably 0.8 mm (millimeters) or less. If it carries out like this, it can suppress effectively that the insulator 10 breaks through. *
  • 11 types of samples 1-2 to 1-4, 1-6, 1-9, 1-10, 1-12 to 1 satisfying 0 ⁇ ⁇ H ⁇ H1 and 0.2 mm ⁇ R ⁇ 0.8 mm -16 will be described in detail.
  • the evaluation of ⁇ 16 was “ ⁇ ”.
  • the evaluation of the three types of samples 1-12, 1-14, and 1-15 in which the second outer diameter ⁇ 2 is equal to or smaller than the first outer diameter ⁇ 1 was “ ⁇ ”.
  • the reason is estimated as follows. The higher the temperature, the lower the density of air in the vicinity, and the lower the electrical resistance and spark discharge is likely to occur. Conversely, the lower the temperature, the higher the density of the nearby air, so that the electrical resistance increases and spark discharge is less likely to occur.
  • the second outer diameter ⁇ 2 is larger than the first outer diameter ⁇ 1 in the vicinity of the tip portion of the insulator 10
  • the volume of the insulator 10 becomes smaller as it is closer to the tip.
  • the temperature in the vicinity of the insulator 10 increases as it approaches the tip of the insulator 10 and decreases as it approaches the rear end.
  • the second outer diameter ⁇ 2 is more preferably larger than the first outer diameter ⁇ 1.
  • the outer diameter of the outer peripheral surface 13B of the insulator 10 is more preferably increased from the front end to the rear end of the outer peripheral surface 13B. If it carries out like this, it can suppress more effectively that the insulator 10 breaks through.
  • the six types of samples have different taper angles ⁇ 1 described above. Specifically, the taper angles ⁇ 1 of the samples 2-1 to 2-6 are 0 degree, 5 degrees, 10 degrees, 20 degrees, 30 degrees, and 40 degrees, respectively.
  • each sample was disassembled, and the depth in the axial direction of the scratches generated at the tip portions (tip surface 13A and curved surface portion 13C) of the insulator 10 was measured using a three-dimensional shape measuring instrument (specifically, Measurement was performed using an X-ray CT scanner. Then, the maximum value of the measured depth of the scratch was taken as the amount of shaving of the sample.
  • the evaluation of a sample with a scraping amount of less than 0.1 mm was “ ⁇ ”, and the evaluation of a sample with a scraping amount of 0.1 mm or more was “x”.
  • the reason for this is estimated as follows.
  • the taper angle ⁇ 1 is 0 degree or more, the volume of the insulator 10 becomes smaller as it approaches the tip.
  • taper angle (theta) 1 is large, the volume of the front-end
  • the larger the taper angle ⁇ 1 the higher the temperature of the tip of the insulator 10.
  • the discharge voltage of the spark discharge passing through the tip surface 13A of the insulator 10 is lowered, and the spark energy is reduced.
  • the taper angle ⁇ 1 is more preferably 5 degrees or more and 30 degrees or less. In this way, the amount of scraping of the tip of the insulator 10 due to spark discharge can be suppressed, so that the durability of the spark plug can be improved. Moreover, it is possible to suppress the occurrence of erroneous ignition such as pre-ignition due to the tip of the overheated insulator 10. *
  • the suppression of penetration failure of the spark plug 100 of the above embodiment is brought about by satisfying 0 ⁇ ⁇ H ⁇ H1 and 0.2 mm ⁇ R ⁇ 0.8 mm. Conceivable. Therefore, elements other than these parameters, for example, the material and details of the metal shell 50 and the material and details of the insulator 10 can be variously changed.
  • the material of the metal shell 50 may be a low carbon steel plated with nickel or zinc, or may be a low carbon steel not plated.
  • the insulator 10 may be made of various insulating ceramics other than alumina. *

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Abstract

絶縁体の貫通破壊を抑制することができるスパークプラグを提供する。スパークプラグは、軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、貫通孔に挿設され、軸線の方向に延びる棒状の中心電極と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、主体金具と電気的に導通し、中心電極との間でギャップを形成する接地電極と、を備える。絶縁体の先端部分は、先端面と、先端面より軸線の方向の後端に向かって延びる外周面と、先端面と外周面との間に形成された曲面部を有す。軸線を含む断面において、主体金具の内周面の先端は、曲面部と、軸線と垂直な方向に対向し、曲面部の曲率半径は、０．２ｍｍ（ミリメートル）以上、かつ、０．８ｍｍ（ミリメートル）以下である。

Description

スパークプラグ
本発明は、内燃機関等において着火に用いられるスパークプラグに関する。
スパークプラグは、絶縁体によって互いに絶縁された中心電極と接地電極とに電圧が印加されることによって、中心電極の先端部と接地電極の先端部との間に形成された火花ギャップに、火花放電を発生させる。中心電極と接地電極とを絶縁する絶縁体が、印加された電圧によって貫通破壊されると、貫通破壊された部位に電流が流れるために、火花ギャップにおいて火花放電が発生しない不具合が生じ得る。　
近年、内燃機関における燃料ガスの高圧縮化などに伴って、スパークプラグに印加される電圧は、高くなる傾向にある。
特開２００１－３０７８５７号公報 特開平８－２９８１７７号公報 特開平９－２７３７９号公報 特開平９－２６６０５６号公報 特開平１０－４１０４７号公報
ここで、スパークプラグに印加される電圧が高くなると、スパークプラグの絶縁体の貫通破壊が発生しやすくなるので、絶縁体の貫通破壊を抑制する技術が求められている。　
本発明の目的は、絶縁体の貫通破壊を抑制することができるスパークプラグを提供することである。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。　
［適用例１］スパークプラグであって、

　軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、

　前記貫通孔に挿設され、前記軸線の方向に延びる棒状の中心電極と、

　前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、

　前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極との間でギャップを形成する接地電極と、

　を備えるスパークプラグであって、

　前記絶縁体の先端部分は、先端面と、前記先端面より前記軸線の方向の後端に向かって延びる外周面と、前記先端面と前記外周面との間に形成された曲面部を有し、

　前記軸線を含む断面において、

　　前記主体金具の内周面の先端は、前記曲面部と、前記軸線と垂直な方向に対向し、

　　前記曲面部の曲率半径は、０．２ｍｍ（ミリメートル）以上、かつ、０．８ｍｍ（ミリメートル）以下である、スパークプラグ。　
ギャップとは異なる部位で、意図しない火花放電が発生する場合の一例として、主体金具の内周面の先端と、中心電極と、の間に火花放電が発生することが考えられる。上記構成によれば、主体金具の内周面の先端は、絶縁体の先端部分の曲面部と、軸線と垂直な方向に対向している。そして、曲面部の曲率半径は、０．２ｍｍ（ミリメートル）以上、かつ、０．８ｍｍ（ミリメートル）以下とされている。この結果、主体金具の内周面の先端と、中心電極と、の間に火花放電が発生した場合に、火花放電の経路が、絶縁体の曲面部と先端面とを通って中心電極に至る経路（以下、沿面経路とも呼ぶ）となる可能性が高くなる。したがって、火花放電の経路が、絶縁体の内部を通って中心電極に至る経路（以下、貫通経路とも呼ぶ）となること、すなわち、絶縁体が貫通破壊することを、抑制することができる。　
さらに、曲面部の曲率半径は、０．２ｍｍ（ミリメートル）以上、かつ、０．８ｍｍ（ミリメートル）以下の範囲に設定することによって、火花放電の経路が、沿面経路となる可能性を高めて、絶縁体が貫通破壊することを、効果的に抑制することができる。　
［適用例２］適用例１に記載のスパークプラグであって、

　前記絶縁体の前記外周面の外径は、前記外周面の先端から後端に向かって大きくなる、スパークプラグ。　
温度が高い部位ほど、近傍の空気の密度が低くなるので、火花放電が発生しやすく、温度が低い部位ほど、近傍の空気の密度が高くなるので、火花放電が発生し難い。上記構成によれば、絶縁体の先端部分の近傍において、絶縁体の体積が、先端に近いほど小さくなる。この結果、絶縁体の近傍の温度を、絶縁体の先端に近いほど高く、後端に向かうほど低くすることができる。したがって、火花放電の経路が、絶縁体の先端面を通る沿面経路となる可能性をより高め、絶縁体の先端面より後端側を通る貫通経路となる可能性をより低くすることができる。この結果、絶縁体が貫通破壊することを、さらに効果的に抑制することができる。　
［適用例３］適用例１または適用例２に記載のスパークプラグであって、

　前記軸線を含む断面において、前記絶縁体の２つの前記外周面がなす鋭角は、５度以上、かつ、３０度以下である、スパークプラグ。　
上記構成によれば、軸線を含む断面において、絶縁体の２つの外周面がなす鋭角（以下、絶縁体のテーパー角とも呼ぶ）は、５度以上である。この結果、絶縁体の先端の温度を比較的高くすることによって、沿面経路を通る火花放電の放電電圧を低減することができる。したがって、絶縁体の先端の削れを抑制することができる。　
さらに、絶縁体のテーパー角は、３０度以下であるので、絶縁体の先端の温度が過度に高くなることを抑制することができる。この結果、内燃機関内での使用時に、過熱された先端による誤着火、例えば、プレイグニションが発生する可能性を低減することができる。　
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグや、そのスパークプラグを搭載する内燃機関、等の態様で実現することができる。
本実施形態のスパークプラグ１００の断面図である。 スパークプラグ１００の先端近傍の断面図である。 スパークプラグ１００の先端近傍の構成を説明するための図である。
Ａ．実施形態：Ａ－１．スパークプラグの構成：　以下、本発明の実施の態様を実施形態に基づいて説明する。図１は本実施形態のスパークプラグ１００の断面図である。図１の一点破線は、スパークプラグ１００の軸線ＣＯ（軸線ＣＯとも呼ぶ）を示している。軸線ＣＯと平行な方向（図１の上下方向）を軸線方向とも呼ぶ。軸線ＣＯを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、軸線ＣＯを中心とする円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図１における下方向を先端方向Ｄ１と呼び、上方向を後端方向Ｄ２とも呼ぶ。図１における下側を、スパークプラグ１００の先端側と呼び、図１における上側をスパークプラグ１００の後端側と呼ぶ。スパークプラグ１００は、絶縁体としての絶縁碍子１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、を備える。　
絶縁碍子１０はアルミナ等を焼成して形成されている。絶縁碍子１０は、軸線方向に沿って延び、絶縁碍子１０を貫通する貫通孔１２（軸孔）を有する略円筒形状の部材である。絶縁碍子１０は、鍔部１９と、後端側胴部１８と、先端側胴部１７と、段部１５と、脚長部１３とを備えている。後端側胴部１８は、鍔部１９より後端側に位置し、鍔部１９の外径より小さな外径を有している。先端側胴部１７は、鍔部１９より先端側に位置し、鍔部１９の外径より小さな外径を有している。脚長部１３は、先端側胴部１７より先端側に位置し、先端側胴部１７の外径よりも小さな外径を有している。脚長部１３は、スパークプラグ１００が内燃機関（図示せず）に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。段部１５は、脚長部１３と先端側胴部１７との間に形成されている。　
主体金具５０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼材）で形成され、内燃機関のエンジンヘッド（図示省略）にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、軸線ＣＯに沿って貫通する挿入孔５９が形成されている。主体金具５０は、絶縁碍子１０の外周に配置される。すなわち、主体金具５０の挿入孔５９内に、絶縁碍子１０が挿入・保持されている。絶縁碍子１０の先端の軸線方向の位置は、詳細は後述するが、主体金具５０の先端の軸線方向の位置と、ほぼ等しい。絶縁碍子１０の後端は、主体金具５０の後端より後端側に突出している。　
主体金具５０は、スパークプラグレンチが係合する六角柱形状の工具係合部５１と、内燃機関に取り付けるための取付ネジ部５２と、工具係合部５１と取付ネジ部５２との間に形成された鍔状の座部５４と、を備えている。取付ネジ部５２の呼び径は、例えば、Ｍ８（８ｍｍ（ミリメートル））、Ｍ１０、Ｍ１２、Ｍ１４、Ｍ１８のいずれかとされている。　
主体金具５０の取付ネジ部５２と座部５４との間には、金属板を折り曲げて形成された環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００が内燃機関に取り付けられた際に、スパークプラグ１００と内燃機関（エンジンヘッド）との隙間を封止する。　
主体金具５０は、さらに、工具係合部５１の後端側に設けられた薄肉の加締部５３と、座部５４と工具係合部５１との間に設けられた薄肉の圧縮変形部５８と、を備えている。主体金具５０における工具係合部５１から加締部５３に至る部位の内周面と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間に形成される環状の領域には、環状のリング部材６，７が配置されている。当該領域における２つのリング部材６，７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁碍子１０の外周面に固定されている。主体金具５０の圧縮変形部５８は、製造時において、絶縁碍子１０の外周面に固定された加締部５３が先端側に押圧されることにより、圧圧縮変形する。圧縮変形部５８の圧縮変形によって、リング部材６、７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。金属製の環状の板パッキン８を介して、主体金具５０の取付ネジ部５２の内周に形成された段部５６（金具側段部）によって、絶縁碍子１０の段部１５（絶縁碍子側段部）が押圧される。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具５０と絶縁碍子１０との隙間から外部に漏れることが、板パッキン８によって防止される。　
中心電極２０は、軸線ＣＯに沿って延びる棒状の部材であり、絶縁碍子１０の貫通孔１２に挿設されている。中心電極２０は、電極母材２１と、電極母材２１の内部に埋設された芯材２２と、を含む構造を有する。電極母材２１は、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金（インコネル（登録商標）６００等）で形成されている。芯材２２は、電極母材２１を形成する合金よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金で形成されている。中心電極２０の先端は、絶縁碍子１０の先端側に露出している。　
また、中心電極２０は、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部２４（電極鍔部、フランジ部とも呼ぶ。）、鍔部２４よりも後端側の部分である頭部２３（電極頭部）と、鍔部２４よりも先端側の部分である脚部２５（電極脚部）と、を備えている。鍔部２４は、絶縁碍子１０の段部１６に支持されている。脚部２５の先端部分は、絶縁碍子１０の先端より先端側に突出している。脚部２５の先端部分には、電極チップ２９が、例えば、レーザー溶接によって接合されている。電極チップ２９は、高融点の貴金属を主成分とする材料で形成されている。この電極チップ２９の材料には、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分とする合金が用いられ、具体的には、Ｉｒ－５Ｐｔ合金（５質量％の白金を含有したイリジウム合金）などが用いられる。　
接地電極３０は、電極本体３１と、電極チップ３３と、を備えており、主体金具５０の先端に接合されている。電極本体３１は耐腐食性の高い金属、例えば、インコネル（登録商標）６００などのニッケル合金で形成されている。この電極本体３１の基端部３１ｂは、主体金具５０の先端面に溶接にて接合されている。この結果、接地電極３０は、主体金具５０と電気的に導通している。電極本体３１は、屈曲されており、電極本体３１の基端部３１ｂとは反対側の端部３１ａの一側面は、中心電極２０の電極チップ２９と、軸線ＣＯ上で軸線方向に対向している。電極本体３１の端部３１ａの一側面には、中心電極２０の電極チップ２９と対抗する位置に電極チップ３３が溶接されている。電極チップ３３は、例えば、Ｐｔ（白金）または、Ｐｔを主成分とする合金、具体的には、Ｐｔ－２０Ｉｒ合金（２０質量％のイリジウムを含有した白金合金）など用いられる。中心電極２０の電極チップ２９と、接地電極３０の電極チップ３３の間には火花ギャップが形成される。　
端子金具４０は、軸線ＣＯに沿って延びる棒状の部材である。端子金具４０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼）で形成され、端子金具４０の表面には、防食のための金属層（例えば、Ｎｉ層）がめっきなどによって形成されている。端子金具４０は、軸線方向の所定位置に形成された鍔部４２（端子顎部）と、鍔部４２より後端側に位置するキャップ装着部４１と、鍔部４２より先端側の脚部４３（端子脚部）と、を備えている。端子金具４０のキャップ装着部４１は、絶縁碍子１０より後端側に露出している。端子金具４０の脚部４３は、絶縁碍子１０の貫通孔１２に挿入（圧入）されている。キャップ装着部４１には、高圧ケーブル（図示外）が接続されたプラグキャップが装着され、火花放電を発生するための高電圧が印加される。　
絶縁碍子１０の貫通孔１２内において、端子金具４０の先端（脚部４３の先端）と中心電極２０の後端（頭部２３の後端）との間には、火花発生時の電波ノイズを低減するための抵抗体７０が配置されている。抵抗体は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。貫通孔１２内において、抵抗体７０と中心電極２０との隙間は、導電性シール６０によって埋められている。抵抗体７０と端子金具４０との隙間は、導電性シール８０によって埋められている。導電性シール６０、８０は、例えば、Ｂ2Ｏ3－ＳｉＯ2系等のガラス粒子と金属粒子（Ｃｕ、Ｆｅなど）とを含む組成物で形成されている。　
Ａ－２．　中心電極の先端部分の構成：　上記で説明したスパークプラグ１００の先端近傍の構成について、さらに、詳細に説明する。図２（Ａ）は、スパークプラグ１００の先端近傍を、軸線ＣＯが含まれる面で切断した断面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一点破線ＥＡで囲まれた部分の拡大図である。なお、図２は、先端方向Ｄ１を上向きに、後端方向Ｄ２を下向きにして、図示されている。なお、図２（Ａ）に示すスパークプラグ１００の先端近傍の断面は、接地電極３０を除いて、軸線ＣＯを対象軸とする線対称な形状を有している。このために、図２（Ｂ）を参照して、図２（Ａ）の断面のうち、軸線ＣＯより右側の部分を中心に説明を行うが、軸線ＣＯより左側の部分も同様の構成を有している。　
図２（Ｂ）に示すように、脚長部１３（絶縁碍子１０）の先端部分は、先端面１３Ａと、外周面１３Ｂと、曲面部１３Ｃと、を有している。先端面１３Ａは、軸線ＣＯと垂直な面である。外周面１３Ｂは、先端面１３Ａより後端側に位置し、軸線方向の後端（後端方向Ｄ２）に向かって延びている。曲面部１３Ｃは、先端面１３Ａと外周面１３Ｂとの間に形成されている。　
図２（Ｂ）の断面において、点Ｐ１は、先端面１３Ａの外縁に位置する点である。点Ｐ１は、曲面部１３Ｃの先端に位置する点とも言うことができる。点Ｐ２は、外周面１３Ｂの先端に位置する点である。点Ｐ２は、曲面部１３Ｃの後端に位置する点とも言うことができる。ここで、図２（Ｂ）の断面における先端面１３Ａを延長した仮想線（軸線ＣＯと垂直な線になる）をＨＬ１とする。また、外周面１３Ｂを延長した仮想線をＨＬ２とする。曲面部１３Ｃは、図２（Ｂ）の断面における絶縁碍子１０の外表面のうち、２本の仮想線ＨＬ１、ＨＬ２から離れた部分である、と言うことができる。　
曲面部１３Ｃの軸線方向の長さ、すなわち、曲面部１３Ｃの先端Ｐ１から曲面部１３Ｃの後端Ｐ２までの軸線方向の長さをＨ１とする。　
曲面部１３Ｃは、絶縁碍子１０の作成時において、焼成前の絶縁碍子１０を研削砥石を用いて研削することによって、絶縁碍子１０の外形を整える際に、形成される。曲面部１３Ｃは、脚長部１３の先端部分の外縁の全周に亘って環状に形成されている。曲面部１３Ｃの曲率半径Ｒは、図２（Ｂ）の断面において曲面部１３Ｃを表す円弧の半径を用いて表される。　
図２（Ｂ）の断面において、上述した先端面１３Ａを延長した仮想線ＨＬ１と、外周面１３Ｂを延長した仮想線ＨＬ２と、の交点をＰ４とする。また、図２（Ｂ）の断面において、外周面１３Ｂ上の点のうち、絶縁碍子１０の先端面１３Ａとの間の軸線方向の距離が１ｍｍである点をＰ３とする。　
ここで、軸線ＣＯから点Ｐ４までの径方向の距離の２倍を、絶縁碍子１０（脚長部１３）の第１の外径φ１（先端径φ１とも呼ぶ）とする。また、軸線ＣＯから点Ｐ３までの径方向の距離の２倍、すなわち、先端面１３Ａから軸線方向に１ｍｍ離れた位置における絶縁碍子１０の外径を、絶縁碍子１０の第２の外径φ２とする。図２（Ｂ）の例では、第２の外径φ２は、第１の外径φ１より大きい（φ２＞φ１）。すなわち、絶縁碍子１０の脚長部１３の外周面１３Ｂの外径は、先端から後端に向かって大きくなる。換言すれば、脚長部１３は、先端から後端に向かって拡径するテーパー形状を有している。ただし、図２（Ｂ）の例に限らず、第２の外径φ２は、第１の外径φ１と等しくても良い。　
図２（Ａ）に示すように、断面には、軸線ＣＯを挟んだ両側に絶縁碍子１０（脚長部１３）の外周面１３Ｂを表す２つの線が現れる。この２つの線の間の角度、すなわち、図２（Ａ）の断面上における２つの外周面がなす鋭角をθ１とする。θ１を、絶縁碍子１０の先端部近傍のテーパー角とも呼ぶ。　
なお、絶縁碍子１０の第１の外径φ１は、これに限られるわけではないが、例えば、３．０ｍｍ以上５．５ｍｍ以下であることが好ましく、３．６ｍｍ以上４．３ｍｍ以下であることが特に好ましい。また、絶縁碍子１０の先端部分の内径φ４（中心電極２０の脚部２５が挿入されている部分の内径）は、これに限られるわけではないが、例えば、３．１ｍｍ以上５．５５ｍｍ以下であることが好ましく、３．７ｍｍ以上４．３５ｍｍ以下であることが特に好ましい。　
主体金具５０の先端部分は、先端面５０Ａと、内周面５０Ｂと、先端面５０Ａと内周面５０Ｂとの間に形成された面取部５０Ｃと、を有している。主体金具５０の内周面５０Ｂの内径（挿入孔５９の内径）は、図１の段部５６より先端側の部分では、一定値φ３である。以下では、φ３を、主体金具５０の先端部近傍の内径φ３とも呼ぶ。内径φ３は、これに限られるわけではないが、例えば、５．５ｍｍ以上８．５ｍｍ以下であることが好ましく、７．０ｍｍ以上７．５ｍｍ以下であることが特に好ましい。なお、上述した径φ１～φ４は、いずれも半径ではなく、直径を表すものとする。　
図２（Ｂ）の断面において、点Ｐ５は、内周面５０Ｂの先端に位置する点である。点Ｐ５は、面取部５０Ｃの後端に位置する点とも言うことができる。主体金具５０の先端部分に面取部５０Ｃが形成されていない場合には、内周面５０Ｂの先端Ｐ５は、先端面５０Ａと内周面５０Ｂとの交点になる。　
主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５の軸線方向の位置を基準とした絶縁碍子１０の先端面１３Ａの軸線方向の位置をΔＨを用いて表す（図２（Ｂ））。ΔＨは、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５の軸線方向の位置を基準とした絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの先端Ｐ１の位置と言うこともできる。なお、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの先端Ｐ１が、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５より先端方向Ｄ１に位置している場合に、ΔＨの値を正の値とする。逆に、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの先端Ｐ１が、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５より後端方向Ｄ２に位置している場合に、ΔＨの値を負の値とする。　
ΔＨが０以上であり、かつ、曲面部１３Ｃの軸線方向の長さＨ１以下であること（０≦ΔＨ≦Ｈ１）は、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの先端Ｐ１より後端側であり、かつ、曲面部１３Ｃの後端Ｐ２より先端側に位置していることを意味している。換言すれば、０≦ΔＨ≦Ｈ１であることは、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃと軸線方向と垂直な方向に対向していることを意味している。図２（Ｂ）の例では、０≦ΔＨ≦Ｈ１が満たされている。　
ΔＨが負の値であること（ΔＨ＜０）は、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの先端Ｐ１より先端側に位置していることを意味する。図３は、スパークプラグ１００の先端近傍の構成を説明するための図である。例えば、図３の破線ＶＬ１で示す位置に主体金具５０の先端面５０Ａがある場合には、内周面５０Ｂの先端（図３のＰ５ａ）が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの先端Ｐ１より先端側に位置するので、ΔＨ＜０になる。　
また、ΔＨが曲面部１３Ｃの軸線方向の長さＨ１より大きいことは（ΔＨ＞Ｈ１）、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの後端Ｐ２より後端側に位置していることを意味する。例えば、図３の破線ＶＬ２で示す位置に主体金具５０の先端面５０Ａがある場合には、内周面５０Ｂの先端（図３のＰ５ｂ）が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの後端Ｐ２より後端側に位置するので、ΔＨ＞Ｈ１になる。　
以下では、スパークプラグ１００のサンプルを用いて行われた評価試験について説明する。　
Ｂ：第１評価試験　第１評価試験では、表１に示すように、１６種類のスパークプラグのサンプル１－１～１－１６を作成し、放電試験を行った。各サンプルに共通な寸法は、以下の通りである。　絶縁碍子１０の先端部分の内径φ４：２．３ｍｍ　主体金具５０の先端部近傍の内径φ３：７．２ｍｍ　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
１６種類のサンプルでは、上述したΔＨの値と、曲面部１３Ｃの曲率半径Ｒと、第１の外径φ１と、第２の外径φ２と、のうちの少なくとも１つの値が異なっている。曲率半径Ｒは、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍのいずれかの値とされている。また、第１の外径φ１は、４．１ｍｍ、４．５ｍｍのいずれかの値とされている。第２の外径φ２は、４．１ｍｍ、４．３ｍｍ、４．５ｍｍ、４．７ｍｍのいずれかの値とされている。　
また、ΔＨの値は、－０．１ｍｍ、０ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．７ｍｍ、０．７５ｍｍのいずれかの値とされている。曲面部１３Ｃの軸方向の長さＨ１は、曲率半径Ｒと、第１の外径φ１と、第２の外径φ２と、によって決まる値である。　
表１から解るように、サンプル１－２～１－４、１－６、１－８～１－１６は、０≦ΔＨ≦Ｈ１を満たす。すなわち、サンプル１－２～１－４、１－６、１－８～１－１６では、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃと軸線方向と垂直な方向に対向している。　
サンプル１－１は、ΔＨ＜０であり、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５ａが、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの先端Ｐ１より先端側に位置している。また、サンプル１－５、１－７は、ΔＨ＞Ｈ１であり、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの後端Ｐ２より後端側に位置している。　
第１評価試験では、各サンプルを２個ずつ用意して、試験Ａと試験Ｂの２種類の試験を行った。試験Ａでは、５ＭＰａに加圧したチャンバー内で、１秒間に６０回の火花放電を発生させる放電試験を２０時間行った。なお、火花放電は、サンプルの絶縁碍子１０の先端の温度が摂氏９００度になるように、バーナーを用いて加熱しながら行われた。試験Ｂでは、試験Ａよりさらに厳しい条件で、放電試験が行われた。具体的には、試験Ｂは、１０ＭＰａに加圧したチャンバ－内で行われた。試験Ｂのその他の条件は、試験Ａと同じである。チャンバ－内の圧力が高いほど、中心電極２０の電極チップ２９と、接地電極３０の電極チップ３３との間の火花ギャップでの正常な放電が発生しにくくなるので、後述する貫通破壊が生じやすくなる。　
放電試験後に、各サンプルを解体し、絶縁碍子１０に貫通破壊が発生しているか否かを評価した。具体的には、貫通破壊の有無は、レッドチェック液を絶縁碍子１０に塗布して貫通破壊による絶縁碍子１０の割れを可視化した後に、目視で確認された。　
表１には、試験Ａと試験Ｂのそれぞれにおいて貫通破壊の有無が示されている。そして、試験Ａにおいて貫通破壊が認められ、かつ、試験Ｂにおいて貫通破壊が認められたサンプルの評価を「×」とした。試験Ａにおいて貫通破壊が認められず、かつ、試験Ｂにおいて貫通破壊が認められたサンプルの評価を「○」とした。試験Ａにおいて貫通破壊が認められず、かつ、試験Ｂにおいて貫通破壊が認められなかったサンプルの評価を「◎」とした。　
０≦ΔＨ≦Ｈ１を満たしていないサンプル、すなわち、ΔＨ＜０であるサンプル１－１と、ΔＨ＞Ｈ１であるサンプル１－５、１－７と、の評価は、「×」であった。また、曲率半径Ｒが０．２ｍｍ未満であるサンプル１－８と、曲率半径Ｒが０．８ｍｍを超えるサンプル１－１１と、の評価は、「×」であった。　
また、ΔＨが、０≦ΔＨ≦Ｈ１を満たし、かつ、曲率半径Ｒが、０．２ｍｍ≦Ｒ≦０．８ｍｍを満たすサンプル１－２～１－４、１－６、１－９、１－１０、１－１２～１－１６の評価は、「○」または「◎」であった。　
この理由は、以下のように推定される。正常な火花ギャップとは異なる部位で、意図しない火花放電が発生する場合の一例として、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５と、中心電極２０と、の間に火花放電が発生することが最も考えられる。主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５のような鋭利な部位（エッジ部位）は、電界が集中しやすいので、火花放電の起点となりやすいからである。ここで、０≦ΔＨ≦Ｈ１が満たされていると、すなわち、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃと軸線方向と垂直な方向に対向していると、意図しない火花放電の経路は、図３の沿面経路ＲＴ１となる可能性が高くなる。すなわち、意図しない火花放電の経路は、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５から、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃと、先端面１３Ａと、を通って、中心電極２０に至る経路となりやすい。火花放電が、曲面部１３Ｃによって先端面１３Ａに誘導されるからである。意図しない火花放電の経路が、沿面経路ＲＴ１となる場合には、絶縁碍子１０の貫通破壊は発生しない。　
これに対して、ΔＨ＞Ｈ１であると、すなわち、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの後端Ｐ２より後端側に位置していると、意図しない火花放電の経路は、図３の貫通経路ＲＴ２となる可能性が高くなる。すなわち、火花放電は、先端面１３Ａに誘導されずに、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５から、外周面１３Ｂから絶縁碍子１０（脚長部１３）の内部を通って、中心電極２０に至る経路となりやすい。この結果、絶縁碍子１０の貫通破壊が発生しやすい。　
また、ΔＨ＜０であると、すなわち、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５が、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃの先端Ｐ１より先端側に位置していると、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５から、絶縁碍子１０の表面（外周面１３Ｂまたは先端面１３Ａ）までの距離が長くなる（図３参照）。この結果、意図しない火花放電の起点は、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５ではなく、主体金具５０の内周面５０Ｂのうち、先端Ｐ５より後端側の部位になりやすい。この結果、意図しない火花放電の経路は、図３の貫通経路ＲＴ２になりやすくなる。この結果、この結果、絶縁碍子１０の貫通破壊が発生しやすい。　
さらに、０≦ΔＨ≦Ｈ１が満たされている場合であって
も、曲面部１３Ｃの曲率半径Ｒが、０．２ｍｍ未満であると、曲面部１３Ｃが鋭利なエッジに近くなるので、曲面部１３Ｃに電界が集中して、曲面部１３Ｃが破壊されて絶縁碍子１０の貫通破壊が発生する可能性が高くなる。
さらに、０≦ΔＨ≦Ｈ１が満たされている場合であっても、曲面部１３Ｃの曲率半径Ｒが、０．８ｍｍを超えていると、曲面部１３Ｃを通って先端面１３Ａに火花放電を誘導する経路長が長くなる。この結果、火花放電の経路が絶縁碍子１０の先端面１３Ａを通らずに、絶縁碍子１０の内部を通る経路になりやすい。この結果、絶縁碍子１０の貫通破壊が発生する可能性が高くなる。　
以上の説明から解るように、０≦ΔＨ≦Ｈ１、かつ、０．２ｍｍ≦Ｒ≦０．８ｍｍが満たされることが好ましいことが解った。換言すれば、主体金具５０の内周面５０Ｂの先端Ｐ５は、絶縁碍子１０の曲面部１３Ｃと、軸線方向と垂直な方向に対向し、曲面部１３Ｃの曲率半径Ｒは、０．２ｍｍ（ミリメートル）以上、かつ、０．８ｍｍ（ミリメートル）以下であることが好ましい。こうすれば、絶縁碍子１０が貫通破壊することを効果的に抑制することができる。　
さらに、０≦ΔＨ≦Ｈ１、かつ、０．２ｍｍ≦Ｒ≦０．８ｍｍを満たす１１種のサンプル１－２～１－４、１－６、１－９、１－１０、１－１２～１－１６について詳しく説明する。これらのサンプルのうち、第２の外径φ２が第１の外径φ１より大きな８種のサンプル１－２～１－４、１－６、１－９、１－１０、１－１３、１－１６の評価は、「◎」であった。一方、第２の外径φ２が第１の外径φ１以下である３種のサンプル１－１２、１－１４、１－１５の評価は、「○」であった。　
この理由は、以下のように推定される。温度が高い部位ほど、近傍の空気の密度が低くなるので、電気抵抗が低くなり火花放電が発生しやすくなる。逆に、温度が低い部位ほど、近傍の空気の密度が高くなるので、電気抵抗が高くなり火花放電が発生し難くなる。ここで、絶縁碍子１０の先端部分の近傍において、第２の外径φ２が第１の外径φ１より大きい場合には、絶縁碍子１０の体積が、先端に近いほど小さくなる。この結果、絶縁碍子１０の近傍の温度が、絶縁碍子１０の先端に近いほど高く、後端に向かうほど低くなる。したがって、火花放電の経路が、絶縁碍子１０の先端面１３Ａを通る沿面経路ＲＴ１となる可能性をより高めることができる。したがって、火花放電の経路が絶縁碍子１０の先端面１３Ａより後端側を通る貫通経路ＲＴ２となる可能性を相対的に低くすることができる。この結果、絶縁碍子１０が貫通破壊することを、さらに効果的に抑制することができる。　
以上の説明から解るように、第２の外径φ２は第１の外径φ１より大きいことがより好ましいことが解った。換言すれば、絶縁碍子１０の外周面１３Ｂの外径は、外周面１３Ｂの先端から後端に向かって大きくなることがより好ましい。こうすれば、絶縁碍子１０が貫通破壊することを、さらに効果的に抑制することができる。　
Ｃ：第２評価試験　第２評価試験では、表２に示すように、第１評価試験で明らかにされた好ましい条件（０≦ΔＨ≦Ｈ１、かつ、０．２ｍｍ≦Ｒ≦０．８ｍｍ）を満たす６種類のスパークプラグのサンプル２－１～２－６を作製して、運転試験を行った。各サンプルに共通な寸法は、以下の通りである。　絶縁碍子１０の先端部分の内径φ４：２．３ｍｍ

　主体金具５０の先端部近傍の内径φ３：７．２ｍｍ

　ΔＨ：０．０５ｍｍ

　曲率半径Ｒ：０．４ｍｍ

　第１の外径φ１：４．１ｍｍ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
６種類のサンプルでは、上述したテーパー角度θ１が互いに異なる。具体的には、サンプル２－１～２－６のテーパー角度θ１は、それぞれ、０度、５度、１０度、２０度、３０度、４０度とされている。テーパー角度θ１は、第２の外径φ２を変更することによって変更されている。サンプル２－１では、第２の外径φ２と第１の外径φ１は等しく（φ２＝φ１）、サンプル２－２～２－６では、第２の外径φ２が第１の外径φ１より大きい（φ２＞φ１）。　
第２評価試験では、接地電極３０を取り外して正常な火花放電を不可能にしたサンプルを用いた。そして、各サンプルを搭載した内燃機関を１００時間に亘って運転する運転試験を行った。具体的には、直列４気筒、排気量１．３Ｌのガソリンエンジンを、スロットル全開（ＷＯＴ（Wide-Open Throttle））、かつ、６０００ｒｐｍの回転速度で運転した。　
そして、運転試験後に、各サンプルを解体し、絶縁碍子１０の先端部（先端面１３Ａおよび曲面部１３Ｃ）に発生した傷の軸線方向の深さを、三次元形状測定器（具体的には、Ｘ線ＣＴスキャナー）を用いて測定した。そして、測定された傷の深さの最大値を、当該サンプルの削れ量とした。削れ量が０．１ｍｍ未満であるサンプルの評価を「○」とし、削れ量が０．１ｍｍ以上であるサンプルの評価を「×」とした。　
テーパー角度θ１が５度未満であるサンプル２－１の評価は「×」であり、具体的には、削れ量が０．１ｍｍを大幅に超えて、０．１４ｍｍに達した。テーパー角度θ１が５度以上３０度以下であるサンプル２－２～２－５の評価は「○」であり、具体的には、削れ量は、テーパー角度θ１が大きいほど小さくなった。　
また、テーパー角度θ１が３０度を超える４０度であるサンプル２－６は、プレイグニション（過早点火）が発生したために、内燃機関の運転を最後まで行うことができなかった。このために、サンプル２－６の削れ量の評価は、行うことができなかった。プレイグニションは、内燃機関の燃焼室内において、正常なタイミングより早いタイミングで燃料ガスが着火する不具合である。　
この理由は以下のように推定される。テーパー角度θ１が０度以上である場合には、絶縁碍子１０の体積が、先端に近いほど小さくなる。そして、テーパー角度θ１が大きいと、絶縁碍子１０の先端の体積が小さくなる。この結果、テーパー角度θ１が大きいほど、絶縁碍子１０の先端の温度が高くなる。絶縁碍子１０の先端の温度が高いほど、近傍の空気の密度が低くなるので、電気抵抗が低くなる。この結果、絶縁碍子１０の先端面１３Ａを通る火花放電の放電電圧が低くなり、火花エネルギーが低下する。この結果、テーパー角度θ１が大きいほど、火花放電による絶縁碍子１０の先端部分の削れ量が小さくなる。具体的には、テーパー角度θ１が５度以上である場合には、火花放電による絶縁碍子１０の先端部分の削れ量を効果的に抑制することができる。　
一方、テーパー角度θ１が３０度を超える場合には、絶縁碍子１０の先端の体積が過度に小さくなることによって、絶縁碍子１０の先端の温度が過度に高くなる。この結果、テーパー角度θ１が３０度を超える場合には、過熱された絶縁碍子１０の先端によってプレイグニションなどの誤着火が発生する可能性が高くなる。　
以上の説明から解るように、テーパー角度θ１は、５度以上、かつ、３０度以下であることがより好ましい。こうすれば、火花放電による絶縁碍子１０の先端の削れ量を抑制することができるので、スパークプラグの耐久性を向上できる。また、過熱された絶縁碍子１０の先端によってプレイグニションなどの誤着火が発生することを抑制することができる。　
Ｄ．変形例：（１）上記実施形態のスパークプラグ１００の貫通破壊の抑制は、上述したように、０≦ΔＨ≦Ｈ１、かつ、０．２ｍｍ≦Ｒ≦０．８ｍｍが満たされることによってもたらされると考えられる。したがって、これらのパラメータ以外の要素、例えば、主体金具５０の材質や細部の寸法、絶縁碍子１０の材質や細部の寸法などは、様々に変更可能である。例えば、主体金具５０の材質は、ニッケルめっきまたは亜鉛めっきがなされた低炭素鋼でも良いし、めっきがなされていない低炭素鋼でも良い。また、絶縁碍子１０の材質は、アルミナ以外の様々な絶縁性セラミックスでもよい。　
（２）上記実施形態では、スパークプラグの構成の一例を挙げて説明した。しかし、上記実施形態における態様はあくまで一例であり、スパークプラグの用途や、必要とされる性能に応じて、種々変形可能である。例えば、軸線方向に放電する縦放電型のスパークプラグに代えて、軸線方向と垂直な方向に放電する横放電型のスパークプラグとして構成されても良い。　以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。
５...ガスケット、６...リング部材、８...板パッキン、９...タルク、１０...絶縁碍子、１２...貫通孔、１３...脚長部、１３Ａ...先端面、１３Ｂ...外周面、１３Ｃ...曲面部、１５...段部、１６...段部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...鍔部、２０...中心電極、２１...電極母材、２２...芯材、２３...頭部、２４...鍔部、２５...脚部、２９...電極チップ、３０...接地電極、３１...電極本体、３３...電極チップ、４０...端子金具、４１...キャップ装着部、４２...鍔部、４３...脚部、５０...主体金具、５０...内周面、５０Ａ...先端面、５０Ｂ...内周面、５０Ｃ...面取部、５１...工具係合部、５２...取付ネジ部、５３...加締部、５４...座部、５６...段部、５８...圧縮変形部、５９...挿入孔、６０...導電性シール、７０...抵抗体、８０...導電性シール、１００...スパークプラグ

Claims (3)

  1. スパークプラグであって、

    　軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、

    　前記貫通孔に挿設され、前記軸線の方向に延びる棒状の中心電極と、

    　前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、

    　前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極との間でギャップを形成する接地電極と、

    　を備えるスパークプラグであって、

    　前記絶縁体の先端部分は、先端面と、前記先端面より前記軸線の方向の後端に向かって延びる外周面と、前記先端面と前記外周面との間に形成された曲面部を有し、

    　前記軸線を含む断面において、

    　　前記主体金具の内周面の先端は、前記曲面部と、前記軸線と垂直な方向に対向し、

    　　前記曲面部の曲率半径は、０．２ｍｍ（ミリメートル）以上、かつ、０．８ｍｍ（ミリメートル）以下である、スパークプラグ。
  2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、

    　前記絶縁体の前記外周面の外径は、前記外周面の先端から後端に向かって大きくなる、スパークプラグ。
  3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグであって、

    　前記軸線を含む断面において、前記絶縁体の２つの前記外周面がなす鋭角は、５度以上、かつ、３０度以下である、スパークプラグ。
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