WO2021215051A1

WO2021215051A1 - スパークプラグ

Info

Publication number: WO2021215051A1
Application number: PCT/JP2020/047998
Authority: WO
Inventors: 成治中野; 研悟藤村; 翔太 ▲高▼榎
Original assignee: 日本特殊陶業株式会社
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-10-28
Also published as: CN113966570A; US11652335B2; US20220360052A1; DE112020007103T5; CN113966570B; JP2021174581A; JP6970779B2

Abstract

スパークプラグの製造時にシール材が鍔部と段部との間に入り込むことを抑制しつつ、スパークプラグの使用時における絶縁体の割れの発生を抑制する。鍔部を有する中心電極と、軸線方向に沿って貫通孔が形成されて中心電極を保持する絶縁体と、貫通孔内に充填され鍔部と絶縁体とを固着させるシール材と、を備えるスパークプラグにおいて、絶縁体は、先端側に向かうにつれて貫通孔の径が小さく形成されて鍔部を支持する段部と、段部の先端側に連なり段部よりも貫通孔の径が小さく形成された小径部と、を有し、軸線に垂直な平面と段部とがなす角度θ１と、鍔部のうち段部と対向する対向面と軸線に垂直な平面とがなす角度θ２とは、θ１－θ２≧６°を満たし、軸線を含む断面において、鍔部の直径の最大値Ｄ１と、小径部における軸線方向後端側の端部の貫通孔の直径Ｄ２とは、０．１５ｍｍ≦（Ｄ１－Ｄ２）／２を満たす。

Description

スパークプラグ

　本開示は、スパークプラグに関する。

　ガソリンエンジンに用いる点火用のスパークプラグとして、軸線方向に沿って貫通孔が形成された絶縁体と、かかる貫通孔の内部に配置される中心電極と、を備えるスパークプラグが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のスパークプラグでは、絶縁体の貫通孔において先端側に向かうにつれて縮径して形成された段部が、中心電極において径方向外側に突出して形成された鍔部を支持している。かかるスパークプラグでは、貫通孔内において鍔部の周囲にシール材が充填されることにより、中心電極が絶縁体に固着されている。

特開平１１－６７４２２号公報

　シール材は、スパークプラグの製造時に後端側から貫通孔内に充填されることがあり、かかる充填の際に鍔部と段部との間に入り込むおそれがある。ここで、一般に、中心電極の熱膨張係数が絶縁体の熱膨張係数よりも大きいことから、スパークプラグが高温環境下で使用される際に、中心電極は絶縁体よりも熱膨張する傾向にある。このため、鍔部と段部との間にシール材が入り込んだ場合、スパークプラグを高温環境下である内燃機関に取り付けて使用する際に、中心電極の熱膨張に起因して、中心電極の鍔部と絶縁体の段部とがシール材を介して接触した状態となる。この状態から中心電極の熱膨張がさらに進行すると、シール材を介して鍔部から段部へと応力が加えられ、その結果として、絶縁体に割れが生じるおそれがある。また、鍔部と段部との間には、燃焼室側から煤等の異物が侵入する場合がある。このような場合においても同様に、かかる異物を介して中心電極の鍔部から絶縁体の段部へと応力が加えられる結果、絶縁体に割れが生じるおそれがある。このため、スパークプラグの製造時にシール材が鍔部と段部との間に入り込むことを抑制しつつ、スパークプラグの使用時における絶縁体の割れの発生を抑制可能な技術が求められている。

　本開示は、以下の形態として実現することができる。

（１）本開示の一形態によれば、スパークプラグが提供される。スパークプラグは、軸線に沿った軸線方向に延びる脚部と、前記脚部の前記軸線方向後端側に連なり前記脚部よりも径方向外側に突出して形成された鍔部と、を有する中心電極と、前記軸線方向に沿って貫通孔が形成され、前記貫通孔内において前記中心電極を保持する絶縁体と、前記貫通孔内に充填され、前記鍔部と前記絶縁体とを固着させるシール材と、を備えるスパークプラグであって、前記絶縁体は、前記軸線方向に沿って先端側に向かうにつれて前記貫通孔の径が小さく形成されて前記鍔部を支持する段部と、前記段部の前記先端側に連なり、前記段部よりも前記貫通孔の径が小さく形成された小径部と、を有し、前記軸線に垂直な平面と前記段部とがなす角度θ１と、前記鍔部のうち前記段部と対向する対向面と前記平面とがなす角度θ２とは、θ１－θ２≧６°を満たし、前記軸線を含む断面において、前記鍔部の直径の最大値Ｄ１と、前記小径部における前記軸線方向後端側の端部の前記貫通孔の直径Ｄ２とは、０．１５ｍｍ≦（Ｄ１－Ｄ２）／２を満たすことを特徴とする。この形態のスパークプラグによれば、軸線に垂直な平面と段部とがなす角度θ１と、鍔部のうち段部と対向する対向面と軸線に垂直な平面とがなす角度θ２とが、θ１－θ２≧６°を満たすので、中心電極の鍔部と絶縁体の段部とを点接触させることができる。このため、鍔部と段部との密封性を向上できるので、スパークプラグの製造時にシール材が鍔部と段部との間に入り込むことを抑制できる。加えて、軸線を含む断面において、鍔部の直径の最大値Ｄ１と、小径部における軸線方向後端側の端部の貫通孔の直径Ｄ２とが、０．１５ｍｍ≦（Ｄ１－Ｄ２）／２を満たすので、鍔部の対向面と段部との間に比較的大きな隙間を形成できる。このため、かかる隙間に燃焼室から異物が侵入した場合においても、隙間が異物によって詰まることを抑制できる。したがって、スパークプラグの使用時における中心電極の熱膨張に起因して、中心電極の鍔部から絶縁体の段部へとシール材や異物を介して応力が加えられることを抑制できる。したがって、上記形態のスパークプラグによれば、スパークプラグの製造時にシール材が鍔部と段部との間に入り込むことを抑制しつつ、スパークプラグの使用時における絶縁体の割れの発生を抑制できる。

（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記角度θ１は、２５°≦θ１≦３５°を満たしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、角度θ１が、２５°≦θ１≦３５°を満たすので、スパークプラグの製造時にシール材が鍔部と段部との間に入り込むことをより抑制できる。

（３）上記形態のスパークプラグにおいて、前記角度θ１と前記角度θ２とは、θ１－θ２≦２０°を満たしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、角度θ１と角度θ２とが、θ１－θ２≦２０°を満たすので、鍔部の対向面と段部との間の隙間が過剰に大きくなることを抑制できるので、燃焼室からその隙間に高温のガスが入り込む量を低減できる。したがって、高温のガスによって中心電極と絶縁体との温度が上昇して熱膨張することに起因して鍔部が変形することを抑制できるので、鍔部と段部との気密性が低下することを抑制できる。

　なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグの製造方法、スパークプラグが取り付けられたエンジンヘッド等の態様で実現することができる。

スパークプラグの概略構成を示す部分断面図。鍔部および段部の周辺を拡大して示す拡大断面図。図２の領域Ａｒ１を模式的に示す拡大図である。図３の領域Ａｒ２を模式的に示す拡大図である。中心電極の熱膨張を説明するための説明図。比較例１のスパークプラグの一部を模式的に示す模式図。比較例１のスパークプラグの中心電極の熱膨張を説明するための説明図

Ａ．実施形態：
　図１は、本開示の一実施形態としてのスパークプラグ１００の概略構成を示す部分断面図である。図１では、スパークプラグ１００の軸心である軸線ＣＡを境界として、紙面左側にスパークプラグ１００の外観形状を示し、紙面右側にスパークプラグ１００の断面形状を示している。以下の説明では、軸線ＣＡに沿った図１の下方側（後述する接地電極４０が配置されている側）を先端側と呼び、図１の上方側（後述する端子金具５０が配置されている側）を後端側と呼び、軸線ＣＡに沿った方向を軸線方向ＡＤと呼ぶ。なお、図１では、説明の便宜上、スパークプラグ１００が取り付けられるエンジンヘッド９０を破線で示している。

　スパークプラグ１００は、絶縁体１０と、中心電極２０と、主体金具３０と、接地電極４０と、端子金具５０とを備える。なお、スパークプラグ１００の軸線ＣＡは、絶縁体１０と中心電極２０と主体金具３０と端子金具５０との各部材の軸線ＣＡと一致する。

　絶縁体１０は、軸線方向ＡＤに沿って貫通孔１１が形成された略筒状の外観形状を有する。貫通孔１１内には、先端側において中心電極２０の一部が収容され、後端側において端子金具５０の一部が収容される。このため、絶縁体１０は、貫通孔１１内において中心電極２０を保持する。絶縁体１０は、先端側の約半分が後述する主体金具３０の軸孔３８に収容され、後端側の約半分が軸孔３８から露呈している。絶縁体１０は、アルミナ等のセラミック材料を焼成して形成された絶縁碍子により構成されている。

　絶縁体１０は、大径部１４と、係止部１５と、段部１７と、小径部１６と、を有する。大径部１４は、絶縁体１０において軸線方向ＡＤの後端側に位置している。大径部１４における貫通孔１１の径は、略一定に形成されている。係止部１５は、大径部１４よりも先端側において、軸線方向ＡＤに沿って先端側に向かうにつれて外径が小さく形成されている。

　図２は、段部１７および鍔部２２の周辺を拡大して模式的に示す断面模式図である。図２では、軸線ＣＡを含む断面を示している。段部１７は、軸線方向ＡＤに沿って先端側に向かうにつれて貫通孔１１の径が小さく形成されて構成されている。換言すると、段部１７は、貫通孔１１において径方向内側に向かって張り出して形成されている。段部１７は、中心電極２０の鍔部２２を支持する。図１および図２に示す小径部１６は、段部１７の先端側に連なり、段部１７よりも貫通孔１１の径が小さく形成されている。小径部１６の貫通孔１１には、後述する中心電極２０の脚部２１の一部が収容される。

　中心電極２０は、軸線方向ＡＤに延びる棒状の電極である。中心電極２０は、絶縁体１０の貫通孔１１内に保持されている。中心電極２０は、脚部２１と、鍔部２２と、頭部２３とを有する。

　図１に示すように、脚部２１は、軸線方向ＡＤに延びて形成されており、先端側の一部が貫通孔１１から露呈している。脚部２１の先端側の端部には、例えばイリジウム合金等によって形成された貴金属チップが接合されていてもよい。

　図２に示すように、鍔部２２は、脚部２１の後端側に連なり、脚部２１よりも径方向外側に突出して形成されている。鍔部２２には、段部１７と対向する対向面Ｓが形成されている。対向面Ｓは、脚部２１に連なって形成されている。鍔部２２は、絶縁体１０の段部１７に後端側から当接することにより、絶縁体１０の貫通孔１１内において中心電極２０を位置決めする。頭部２３は、鍔部２２の後端側に連なり、軸線方向ＡＤに延びて形成されている。

　本実施形態の中心電極２０は、熱伝導性に優れる芯材２５が電極部材２６の内側に埋設されて形成されている。本実施形態において、芯材２５は、銅を主成分とする合金により形成されており、電極部材２６は、ニッケルを主成分とするニッケル合金により形成されている。

　図１に示すように、絶縁体１０の貫通孔１１内の先端側には、中心電極２０の一部が挿入され、絶縁体１０の貫通孔１１内の後端側には、端子金具５０の一部が挿入されている。絶縁体１０の貫通孔１１内において、中心電極２０と端子金具５０との間には、先端側から後端側へと向かって順番に、先端側シール材６１と、抵抗体６２と、後端側シール材６３とが配置されている。このため、中心電極２０は、後端側において、先端側シール材６１と、抵抗体６２と、後端側シール材６３とを介して、端子金具５０と電気的に接続されている。

　抵抗体６２は、セラミック粉末と導電材とガラスと接着剤とを材料として形成されている。抵抗体６２は、端子金具５０と中心電極２０との間における電気抵抗として機能することにより、火花放電を発生させる際のノイズの発生を抑制する。先端側シール材６１と後端側シール材６３とは、それぞれ導電性のガラス粉末を材料として形成されている。本実施形態において、先端側シール材６１および後端側シール材６３は、銅粉末とホウケイ酸カルシウムガラス粉末とを混合した粉末を材料として形成されている。先端側シール材６１は、鍔部２２と絶縁体１０と抵抗体６２とに接触し、これらの部材を固着させている。後端側シール材６３は、抵抗体６２と絶縁体１０と端子金具５０とに接触し、これらの部材を固着させている。

　主体金具３０は、軸線方向ＡＤに沿って軸孔３８が形成された略筒状の外観形状を有し、軸孔３８内において絶縁体１０を保持する。より具体的には、主体金具３０は、絶縁体１０の大径部１４の一部から小径部１６に亘る部位を包囲して保持する。主体金具３０は、例えば、低炭素鋼により形成され、ニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理が全体に施されている。

　主体金具３０は、工具係合部３１と、雄ネジ部３２と、座部３３と、突出部３４と、加締部３５と、圧縮変形部３６とを備える。

　工具係合部３１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド９０に取り付ける際に、図示しない工具と係合する。雄ネジ部３２は、主体金具３０の先端部において外周面にねじ山が形成されており、エンジンヘッド９０の雌ネジ部９３にねじ込まれる。座部３３は、雄ネジ部３２の後端側に連なって鍔状に形成されている。座部３３とエンジンヘッド９０との間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット６５が嵌挿されている。突出部３４は、雄ネジ部３２の内周面において、径方向内側に突出して形成されている。突出部３４には、絶縁体１０の係止部１５が後端側から当接している。このため、突出部３４は、軸孔３８に挿入される絶縁体１０を支持する。突出部３４と係止部１５との間には、図示しない環状の板パッキンが配置されている。

　加締部３５は、工具係合部３１よりも後端側において、肉厚が薄く形成されている。圧縮変形部３６は、工具係合部３１と座部３３との間において、肉厚が薄く形成されている。軸線方向ＡＤにおいて工具係合部３１から加締部３５にかけて、主体金具３０の軸孔３８と絶縁体１０の大径部１４の外周面との間には、円環状のリング部材６６，６７が介在されており、リング部材６６，６７間にはタルク６９の粉末が充填されている。後述するように、主体金具３０は、加締部３５において加締められることにより、絶縁体１０に組み付けられる。

　接地電極４０は、屈曲した棒状の金属製部材により形成されている。接地電極４０は、中心電極２０と同様に、ニッケルを主成分とするニッケル合金により形成されている。接地電極４０の一端は、主体金具３０の先端面３７に固定されており、接地電極４０の他端は、中心電極２０の先端部と対向するように屈曲している。接地電極４０において、中心電極２０の先端部と対向する部分には、電極チップ４２が設けられている。電極チップ４２と中心電極２０の先端部との間には、火花放電のための隙間Ｇ１が形成されている。なお、隙間Ｇ１は、放電ギャップまたは火花ギャップとも呼ばれる。

　端子金具５０は、スパークプラグ１００の後端側の端部に設けられている。端子金具５０の先端側は、絶縁体１０の貫通孔１１に収容され、端子金具５０の後端側は、貫通孔１１から露呈している。端子金具５０には、図示しない高圧ケーブルが接続され、高電圧が印加される。この印加により、隙間Ｇ１に火花放電が発生する。隙間Ｇ１に発生した火花放電は、燃焼室９５における混合気を着火させる。

　本実施形態において、先端側シール材６１は、本開示におけるシール材に相当する。また、先端側は、本開示における軸線方向先端側に相当し、後端側は、本開示における軸線方向後端側に相当する。

　スパークプラグ１００の製造方法について、以下に説明する。

　まず、絶縁体１０の貫通孔１１に、後端側から中心電極２０を挿入する。その後、先端側シール材６１の材料粉末を、後端側から貫通孔１１に充填して圧縮する（以下、「シール材充填工程」とも呼ぶ）。その後、抵抗体６２の材料を後端側から貫通孔１１に充填して圧縮し、さらに、後端側シール材６３の材料粉末を後端側から貫通孔１１に充填して圧縮する。上記の各圧縮は、例えば、貫通孔１１に棒状の治具を挿入して押圧することによって実行してもよい。その後、端子金具５０の先端側の端部を貫通孔１１に挿入し、絶縁体１０全体を加熱しながら端子金具５０側から所定の圧力を加えて圧縮する（以下、「加熱圧縮工程」とも呼ぶ）。加熱圧縮工程により、貫通孔１１に充填された各材料は、圧縮および焼成される。これにより、貫通孔１１内に、先端側シール材６１と、抵抗体６２と、後端側シール材６３とが形成される。以上により、中心電極２０が絶縁体１０に固着される。

　そして、主体金具３０の軸孔３８に、中心電極２０が固着された絶縁体１０を、後端側から挿入する。その後、主体金具３０の加締部３５を加締めることにより、主体金具３０と絶縁体１０とを固定する。このとき、主体金具３０の加締部３５を径方向内側に折り曲げるようにして先端側に押圧することにより、圧縮変形部３６が圧縮変形する。圧縮変形部３６の圧縮変形により、リング部材６６，６７及びタルク６９を介し、絶縁体１０が主体金具３０内で先端側に向けて押圧される。以上により、スパークプラグ１００が完成する。

　図３は、図２の領域Ａｒ１を模式的に示す拡大図である。図４は、図３の領域Ａｒ２を模式的に示す拡大図である。本実施形態のスパークプラグ１００は、軸線ＣＡに垂直な平面Ｐと段部１７とがなす角度をθ１とし、鍔部２２のうち段部１７と対向する対向面Ｓと平面Ｐとがなす角度をθ２とすると、下記式（１）を満たしている。
　θ１－θ２≧６°　式（１）

　上記式（１）、図３および図４に示されるように、角度θ１は角度θ２よりも大きく、また、θ１とθ２との差の角度（θ１－θ２）は、軸線ＣＡに沿った断面における段部１７と対向面Ｓとがなす角度に相当する。このような構成により、中心電極２０の鍔部２２と絶縁体１０の段部１７とは、点接触している。このため、中心電極２０の鍔部２２と絶縁体１０の段部１７とが面接触するスパークプラグと比較して、鍔部２２と段部１７との密封性を向上できる。したがって、スパークプラグ１００の製造時のシール材充填工程において、先端側シール材６１の材料粉末が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制できる。また、スパークプラグ１００の製造時の加熱圧縮工程において、先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制できる。したがって本実施形態のスパークプラグ１００は、上記式（１）を満たすことにより、スパークプラグ１００の製造時に先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制できる。

　本実施形態において、上記角度θ１は、特に限定されるものではないが、２５°以上３５°以下であることが好ましい。上記角度θ１が２５°以上３５°以下であることにより、鍔部２２と段部１７との密封性をより向上できるので、スパークプラグ１００の製造時に先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことをより抑制できる。

　（θ１－θ２）の上限値は、特に限定されるものではないが、（θ１－θ２）は、２０°以下であることが好ましい。（θ１－θ２）が２０°以下であることにより、鍔部２２の対向面Ｓと段部１７との間の隙間が過剰に大きくなることを抑制できるので、燃焼室９５からその隙間に高温のガスが入り込む量を低減できる。このため、中心電極２０と絶縁体１０とに加えられる熱量が過度に増大することを抑制できるので、中心電極２０と絶縁体１０との熱膨張が大きくなりすぎることを抑制できる。したがって、高温のガスによって中心電極２０と絶縁体１０との温度が上昇して熱膨張することに起因して鍔部２２が変形することを抑制できるので、鍔部２２と段部１７との気密性が低下することを抑制できる。

　また、（θ１－θ２）が２０°以下であることにより、中心電極２０の鍔部２２のうち絶縁体１０の段部１７に点接触する部分の形状が鋭角に近い形状となることを抑制できるので、鍔部２２と段部１７との密封性の低下をより抑制できる。このため、スパークプラグ１００の製造時に、先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことをより抑制できる。より具体的には、例えば、シール材充填工程から加熱圧縮工程までの間の搬送工程等における振動等に起因して、先端側シール材６１の材料粉末が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制できる。

　図３に示すように、本実施形態のスパークプラグ１００は、軸線ＣＡを含む断面において、鍔部２２の直径の最大値をＤ１とし、小径部１６における後端側の端部の貫通孔１１の直径をＤ２とすると、下記式（２）を満たしている。
　０．１５ｍｍ≦（Ｄ１－Ｄ２）／２　式（２）

　上記式（２）において、鍔部２２の直径の最大値Ｄ１と、小径部１６における後端側の端部の貫通孔１１の直径Ｄ２との差（Ｄ１－Ｄ２）を二分した値を寸法Ｘとすると、寸法Ｘは、図３に示すように、鍔部２２のうち最も径方向外側に突出している部分の半径と、小径部１６における後端側の端部の貫通孔１１の半径との差の値に相当する。ここで、段部１７の先端側の端部と鍔部２２との間の軸線方向ＡＤに沿った寸法Ｙは、径方向内側に向かうにつれて拡大する。このため、本実施形態のスパークプラグ１００では、寸法Ｘが０．１５ｍｍ以上であることにより、段部１７の先端側の端部と鍔部２２との間の軸線方向ＡＤに沿った寸法Ｙを比較的大きく確保できる。寸法Ｘは、寸法Ｙを大きく確保する観点から、０．１７ｍｍ以上であることがより好ましく、０．３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、スパークプラグ１００の径方向の寸法が増大することを抑制する観点から、０．６ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以下であることがより好ましい。

　図５は、中心電極２０の熱膨張を説明するための説明図である。図５では、図４と同様の断面図を示している。

　ここで、一般に、スパークプラグ１００の中心電極２０の熱膨張係数は、絶縁体１０の熱膨張係数よりも大きい。本実施形態のスパークプラグ１００においても、上述のように、中心電極２０が銅合金およびニッケル合金により形成され、絶縁体１０がセラミックにより形成されているので、中心電極２０の熱膨張係数は、絶縁体１０の熱膨張係数よりも大きい。このため、スパークプラグ１００が高温環境下で使用される際に、中心電極２０は、図５において白抜きの矢印で示すように軸線方向ＡＤの先端側に向かって、絶縁体１０よりも熱膨張する傾向にある。

　本実施形態のスパークプラグ１００は、上記式（１）を満たし、かつ、上記式（２）を満たすことにより、鍔部２２の対向面Ｓと段部１７との間に比較的大きな隙間Ｇ２が形成されている。このため、スパークプラグ１００使用時における中心電極２０の熱膨張に起因して中心電極２０の鍔部２２から絶縁体１０の段部１７へと応力が加えられることを抑制できるので、スパークプラグ１００使用時における絶縁体１０の割れの発生を抑制できる。

　また、一般に、スパークプラグ１００は、図１に示すようにエンジンヘッド９０に取り付けられて、スパークプラグ１００の先端部が燃焼室９５内に露出された状態で用いられる。燃焼室９５には、燃焼ガス中の炭素等に由来する煤等が存在している。かかる煤等は、絶縁体１０の貫通孔１１内に先端側から入り込み、貫通孔１１と中心電極２０の脚部２１との間を通って、鍔部２２の対向面Ｓと段部１７との間に形成された隙間Ｇ２に到達し、図５に示すように異物Ｂとして堆積することがある。

　本実施形態のスパークプラグ１００とは異なり、上記式（１）と上記式（２）とのうちの少なくとも一方を満たさず鍔部の対向面と段部との間の隙間が小さい構成においては、異物Ｂにより隙間が埋められてしまい、スパークプラグの使用時における中心電極の熱膨張に起因して、中心電極の鍔部から絶縁体の段部へと異物Ｂを介して応力が加えられる。その結果、スパークプラグの使用時に絶縁体に割れが発生する。

　これに対し、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、上記式（１）と上記式（２）とをいずれも満たすことにより、鍔部２２の対向面Ｓと段部１７との間に比較的大きな隙間Ｇ２が形成されているので、隙間Ｇ２に異物Ｂが堆積された場合においても、隙間Ｇ２が異物Ｂによって詰まることを抑制できる。このため、スパークプラグ１００使用時における中心電極２０の熱膨張に起因して中心電極２０の鍔部２２から絶縁体１０の段部１７へと応力が加えられることを抑制できるので、スパークプラグ１００使用時における絶縁体１０の割れの発生を抑制できる。

　以上説明した本実施形態のスパークプラグ１００によれば、上記式（１）を満たすので、中心電極２０の鍔部２２と絶縁体１０の段部１７とを点接触させることができる。このため、鍔部２２と段部１７との密封性を向上できるので、スパークプラグ１００の製造時のシール材充填工程において、先端側シール材６１の材料粉末が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制できる。また、スパークプラグ１００の製造時の加熱圧縮工程において、先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制できる。したがって、本実施形態のスパークプラグ１００は、上記式（１）を満たすことにより、スパークプラグ１００の製造時に先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制できる。このため、スパークプラグ１００使用時における中心電極２０の熱膨張に起因して中心電極２０の鍔部２２と絶縁体１０の段部１７とが先端側シール材６１を介して接触した状態となることを抑制できるので、中心電極２０の熱膨張がさらに進行して中心電極２０の鍔部２２から絶縁体１０の段部１７へと先端側シール材６１を介して応力が加えられることを抑制できる。したがって、スパークプラグ１００使用時における絶縁体１０の割れの発生を抑制できる。

　また、本実施形態のスパークプラグ１００は、上記式（１）を満たし、かつ、上記式（２）を満たすので、鍔部２２の対向面Ｓと段部１７との間に比較的大きな隙間Ｇ２が形成されている。このため、スパークプラグ１００使用時における中心電極２０の熱膨張に起因して中心電極２０の鍔部２２から絶縁体１０の段部１７へと応力が加えられることを抑制できる。また、隙間Ｇ２が比較的大きいので、隙間Ｇ２に燃焼室９５から異物Ｂが侵入して堆積された場合においても、隙間Ｇ２が異物Ｂによって詰まることを抑制できる。このため、スパークプラグ１００使用時における中心電極２０の熱膨張に起因して、中心電極２０の鍔部２２から絶縁体１０の段部１７へと異物Ｂを介して応力が加えられることを抑制できるので、スパークプラグ１００使用時における絶縁体１０の割れの発生を抑制できる。

　したがって、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、上記式（１）を満たし、かつ、上記式（２）を満たすので、スパークプラグ１００の製造時に先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制しつつ、スパークプラグ１００の使用時における絶縁体１０の割れの発生を抑制できる。

　また、角度θ１が２５°以上３５°以下であるので、鍔部２２と段部１７との密封性をより向上できる結果、スパークプラグ１００の製造時に先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことをより抑制できる。

　また、（θ１－θ２）が２０°以下であるので、鍔部２２の対向面Ｓと段部１７との間の隙間Ｇ２が過剰に大きくなることを抑制できるので、燃焼室９５から隙間Ｇ２に高温のガスが入り込む量を低減できる。したがって、高温のガスによって中心電極２０と絶縁体１０との温度が上昇して熱膨張することに起因して鍔部２２が変形することを抑制できるので、鍔部２２と段部１７との気密性が低下することを抑制できる。

　また、（θ１－θ２）が２０°以下であるので、中心電極２０の鍔部２２のうち絶縁体１０の段部１７に点接触する部分の形状が鋭角に近い形状となることを抑制できる結果、鍔部２２と段部１７との密封性の低下をより抑制できる。このため、スパークプラグ１００の製造時の搬送工程等において、先端側シール材６１の材料粉末が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことを抑制できる。したがって、スパークプラグ１００の製造時に先端側シール材６１が鍔部２２と段部１７との間に入り込むことをより抑制できる。また、中心電極２０の鍔部２２のうち絶縁体１０の段部１７に点接触する部分の形状が鋭角に近い形状となることを抑制できるので、中心電極２０が熱膨張した場合に、鍔部２２と段部１７とが点接触する部分において段部１７が削られることを抑制できる。

Ｂ．実施例：
　以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

　θ１とθ２との差の角度（θ１－θ２）が互いに異なるスパークプラグ１００において、先端側シール材６１の入り込みの発生と、絶縁体１０の割れの発生とをそれぞれ評価した。

＜試料＞
　実施例１～５として、上記式（１）と上記式（２）とを満たすスパークプラグ１００を作成した。実施例１～５のスパークプラグ１００における（θ１－θ２）の角度は、下記表１に示す通りである。また、比較例１、２として、上記式（１）を満たさず、かつ、上記式（２）を満たすスパークプラグを作成した。比較例１、２のスパークプラグにおける（θ１－θ２）の値は、下記表１に示す通りである。なお、実施例１～５および比較例１、２のいずれにおいても、（Ｄ１－Ｄ２）を二分した値は０．１７ｍｍであった。

　図６は、比較例１のスパークプラグの一部を模式的に示す模式図である。図６では、図４と同様の断面を示している。比較例１のスパークプラグは、軸線ＣＡに垂直な平面Ｐと段部１１７とがなす角度をθ１と、鍔部１２２のうち段部１１７と対向する対向面Ｓと平面Ｐとがなす角度をθ２とが、互いに等しい。すなわち、比較例１のスパークプラグは、（θ１－θ２）の角度が０°であり、上記式（１）を満たしていない。比較例１のスパークプラグにおいて、中心電極１２０の鍔部１２２と絶縁体１１０の段部１１７とは、面接触している。このため、比較例１のスパークプラグにおいて、鍔部１２２の対向面Ｓと段部１１７との間の隙間Ｇ２は、小さい。

　また、実施例６、７として、上記式（１）と上記式（２）とを満たすスパークプラグ１００を作成した。実施例６、７のスパークプラグ１００における（Ｄ１－Ｄ２）を二分した値は、下記表２に示す通りである。また、比較例３、４として、上記式（１）を満たし、かつ、上記式（２）を満たさないスパークプラグを作成した。比較例３、４のスパークプラグにおける（Ｄ１－Ｄ２）を二分した値は、下記表２に示す通りである。なお、実施例６、７および比較例３、４のいずれにおいても、（θ１－θ２）の角度は６°であった。

＜絶縁体の割れの評価＞
　実施例１～７および比較例１、２の各試料を排気凝縮水に浸して加熱することにより、高温の排気凝縮水に暴露させる処理を行った。排気凝縮水とは、排気ガスに含まれる水分がマフラーにて冷却されて凝縮し、滴り落ちたものを意味している。かかる処理により、鍔部２２、１２２の対向面Ｓと段部１７、１１７との間の隙間Ｇ２に、異物Ｂを堆積させた。その後、各試料を金具に組付けて、エンジン内部を模擬した約４００℃の高温炉に入れた。その後、走査電子顕微鏡を用いて、絶縁体１０の割れの発生を評価した。評価基準を以下に示す。なお、各試料のサンプル数は、それぞれ５～１０とした。
　Ａ：割れがない
　Ｃ：割れの発生がある

＜シール材の入り込みの評価＞
　実施例１～５および比較例１、２の各試料に対し、走査電子顕微鏡を用いて、隙間Ｇ２への先端側シール材６１の入り込みの発生を評価した。評価基準を以下に示す。なお、各試料のサンプル数は、それぞれ５～１０とした。
　Ａ：入り込みがない
　Ｂ：一部、入り込みがある
　Ｃ：全体にわたって入り込みがある

　表１の結果から、以下のことがわかった。すなわち、実施例１～５では、絶縁体１０の割れが認められなかった。これに対し、比較例１、２では、絶縁体１１０の割れが認められた。

　図７は、比較例１のスパークプラグの中心電極１２０の熱膨張を説明するための説明図である。図７では、図６と同様の断面を示している。

　比較例１のスパークプラグには、隙間Ｇ２に異物Ｂが詰まっている。このため、比較例１のスパークプラグは、高温環境下において、図７において白抜きの矢印で示すように中心電極１２０が熱膨張し、中心電極１２０の鍔部１２２から絶縁体１１０の段部１１７へと応力が加えられることが推定される。その結果、絶縁体１１０に割れが発生したと考えられる。

　また、表１の結果から、以下のことがわかった。すなわち、（θ１－θ２）の値が２°～２０°の範囲内である実施例１～３および比較例２では、先端側シール材６１の入り込みが認められなかった。また、（θ１－θ２）の値が２２°～２５°の範囲内である実施例４、５では、先端側シール材６１の入り込みが認められたものの、その量は少なかった。これに対し、（θ１－θ２）の値が０°である比較例１では、先端側シール材６１の入り込みが多かった。

　比較例１では、鍔部１２２と段部１１７とが面接触しているため、鍔部１２２と段部１１７との密着性が実施例１～５と比較して小さいと考えられる。このため、スパークプラグ２００の製造時のシール材充填工程において、先端側シール材６１の材料粉末が鍔部１２２と段部１１７との間に入り込んだと考えられる。また、スパークプラグ２００の製造時の加熱圧縮工程において、先端側シール材６１が鍔部１２２と段部１１７との間に入り込んだと考えられる。

　実施例４、５では、鍔部２２と段部１７とが点接触しているため、鍔部２２と段部１７との密着性が高く、スパークプラグ１００の製造工程における先端側シール材６１の入り込みは抑制されていると考えられる。他方、（θ１－θ２）の値が比較的大きいことから、鍔部２２のうち段部１７に点接触する部分の形状が鋭角に近い形状となっている。このため、先端側シール材６１の充填工程から加熱圧縮工程までの間の搬送工程等における振動等に起因して、先端側シール材６１の材料粉末が鍔部２２と段部１７との間に入り込んだと考えられる。

　表２の結果から、以下のことがわかった。すなわち、（Ｄ１－Ｄ２）を二分した値が０．１５ｍｍ以上である実施例６、７では、絶縁体１０の割れが認められなかった。これに対し、（Ｄ１－Ｄ２）を二分した値が０．１３ｍｍ以下である比較例３、４では、絶縁体１１０の割れが認められた。この理由として、比較例３、４では、（Ｄ１－Ｄ２）を二分した値が０．１３ｍｍ以下であることにより、鍔部１２２の対向面Ｓと段部１１７との間の隙間Ｇ２の大きさが十分ではないことが考えられる。このため、比較例３、４では、隙間Ｇ２に異物Ｂが詰まり、高温環境下において中心電極１２０が熱膨張し、中心電極１２０の鍔部１２２から絶縁体１１０の段部１１７へと応力が加えられることが推定される。その結果、絶縁体１１０に割れが発生したと考えられる。

Ｃ．他の実施形態：
　本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…絶縁体、１１…貫通孔、１２…中央胴部、１３…後端側胴部、１４…先端側胴部、１５…係止部、１６…脚長部、１７…段部、１８…小径部、２０…中心電極、２１…脚部、２２…鍔部、２３…頭部、２５…芯材、２６…電極部材、３０…主体金具、３１…工具係合部、３２…雄ネジ部、３３…座部、３４…突出部、３５…加締部、３６…圧縮変形部、３７…先端面、３８…軸孔、４０…接地電極、４２…電極チップ、５０…端子金具、６１…先端側シール材（シール材）、６２…抵抗体、６３…後端側シール材、６５…ガスケット、６６，６７…リング部材、６９…タルク、９０…エンジンヘッド、９３…雌ネジ部、９５…燃焼室、１００…スパークプラグ、１１０…絶縁体、１１７…段部、１２０…中心電極、１２２…鍔部、ＡＤ…軸線方向、Ｂ…異物、ＣＡ…軸線、Ｇ１…隙間、Ｇ２…隙間、Ｐ…平面、Ｓ…対向面、Ｘ…寸法、Ｙ…寸法

Claims

　軸線に沿った軸線方向に延びる脚部と、前記脚部の前記軸線方向後端側に連なり前記脚部よりも径方向外側に突出して形成された鍔部と、を有する中心電極と、
　前記軸線方向に沿って貫通孔が形成され、前記貫通孔内において前記中心電極を保持する絶縁体と、
　前記貫通孔内に充填され、前記鍔部と前記絶縁体とを固着させるシール材と、
　を備えるスパークプラグであって、
　前記絶縁体は、
　　前記軸線方向に沿って先端側に向かうにつれて前記貫通孔の径が小さく形成されて前記鍔部を支持する段部と、
　　前記段部の前記先端側に連なり、前記段部よりも前記貫通孔の径が小さく形成された小径部と、
　を有し、
　前記軸線に垂直な平面と前記段部とがなす角度θ１と、前記鍔部のうち前記段部と対向する対向面と前記平面とがなす角度θ２とは、θ１－θ２≧６°を満たし、
　前記軸線を含む断面において、前記鍔部の直径の最大値Ｄ１と、前記小径部における前記軸線方向後端側の端部の前記貫通孔の直径Ｄ２とは、０．１５ｍｍ≦（Ｄ１－Ｄ２）／２を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
　請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
　前記角度θ１は、２５°≦θ１≦３５°を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
　請求項１または請求項２に記載のスパークプラグにおいて、
　前記角度θ１と前記角度θ２とは、θ１－θ２≦２０°を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。