JP6427142B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明はスパークプラグに関し、特に主体金具に対する絶縁体の偏心を抑制できるスパークプラグに関するものである。

内燃機関に使用されるスパークプラグは、中心電極を保持する絶縁体の外周に取り付けられた主体金具に、中心電極と対向する接地電極が接続される（例えば特許文献１）。スパークプラグは、中心電極と接地電極との間で火花放電し、両電極間に曝された混合気に点火することにより火炎核が形成される。近年、内燃機関の設計等の観点からスパークプラグの小径化が求められている。

特開２０１６−１２４１０号公報

しかしながらスパークプラグの小径化に伴い、主体金具の内周面と絶縁体の外周面との距離が短くなるので、主体金具に対する絶縁体の偏心が顕著になると、主体金具（特に先端付近）と絶縁体との間の放電（以下「横飛火」と称す）が発生するおそれがある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、主体金具に対する絶縁体の偏心を抑制できるスパークプラグを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載のスパークプラグによれば、絶縁体は、中心軸に沿って配置される円筒状の筒部と、筒部の外径よりも外径が小さい円筒状の脚部と、脚部の外周面と筒部の外周面とを連絡する外周面を有する段部とを備えている。中心軸に沿って絶縁体の内側に中心電極が配置される。筒状の主体金具は、筒部の径方向外側に胴部が配置され、胴部の軸方向の先端に連接される棚部は、径方向内側へ張り出す後端面が段部の外周面に対向する。段部と棚部との間にパッキンが配置される。主体金具に接続される接地電極は中心電極と対向する。

中心軸を含む断面において、主体金具にパッキンが接触する主体金具上の金具接触面と、絶縁体にパッキンが接触する絶縁体上の接触面を中心軸と直交する方向に投影した主体金具上の投影面と、が重なる重なり部の軸方向の長さＬを、筒部のうち段部との接続位置における外周の半径と脚部のうち段部との接続位置における外周の半径との差Ｄで除した値Ｌ／Ｄは１．２以上である。Ｄはパッキンに加わる圧力に影響を与え、Ｌは絶縁体を拘束するパッキンの面積に影響を与える。Ｌ／Ｄ≧１．２を満たすことにより、パッキンによる絶縁体の径方向への拘束力を確保できるので、主体金具に対する絶縁体の偏心を抑制できる効果がある。

パッキンは、棚部の後端面と段部の外周面とに接触する第１部がそれらの間に配置され、胴部の内周面と筒部の外周面とに接触する第２部が、それらの間に配置される。後端面に連絡し脚部の径方向外側に配置される棚部の内周面と脚部の外周面とに接触する第３部が、それらの間に配置される。パッキンの第１部、第２部および第３部が絶縁体を拘束するので、主体金具に対して絶縁体の偏心を抑制する効果を向上できる。

請求項２記載のスパークプラグによれば、主体金具は、棚部の後端面から棚部の内周面にかけて設けられる突出部が、棚部の内周面よりも中心軸と直交する方向へ向けて突出する。パッキンは、突出部と絶縁体との間に一部が配置されるので、突出部が設けられない場合に比べて、パッキンの拘束力を大きくできる。よって、請求項１の効果に加え、主体金具に対して絶縁体の偏心を抑制する効果を向上できる。

請求項３記載のスパークプラグによれば、中心軸を含む断面において、棚部の内周面からの突出部の高さを、棚部の内周面と脚部の外周面との隙間の距離で除した値は０．９３以下なので、突出部が絶縁体に接触しないようにできる。よって、請求項２の効果に加え、突出部の接触による絶縁体の損傷を防止できる効果がある。

請求項４記載のスパークプラグによれば、主体金具は、少なくとも胴部の外周面に、呼び径が１０ｍｍ以下のねじ部を備えている。呼び径が１０ｍｍ以下のねじ部を備えるスパークプラグは主体金具に対する絶縁体の偏心が顕著になると横飛火が生じ易くなるが、パッキンによって主体金具に対する絶縁体の偏心を抑制できるので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、横飛火を抑制できる効果がある。

本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。 図１のＩＩで示した部分を拡大して図示したスパークプラグの断面図である。 第２実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。 第３実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の中心軸Ｏを含む面で切断した断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。図１に示すようにスパークプラグ１０は、主体金具２０、接地電極４０、絶縁体５０及び中心電極７０を備えている。

主体金具２０は、内燃機関のねじ穴（図示せず）に固定される略円筒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。主体金具２０は、後端側から先端側へ中心軸Ｏに沿って端部２１、工具係合部２２、溝部２３、座部２４、胴部２６、棚部２７、脚長部２８の順に連接されている。端部２１及び溝部２３は絶縁体５０を加締めるための部位であり、工具係合部２２はスパークプラグ１０を内燃機関に取り付けるときにレンチ等の工具を係合させる部位である。本実施の形態では、主体金具２０は冷間鍛造加工等によって成形されている。

棚部２７は胴部２６の径方向の内側へ張り出す部位であり、内径が胴部２６の内径より小さく形成される。棚部２７は、後端面３１が、後端側から先端側へ向かうにつれて縮径する。座部２４よりも先端側の胴部２６、棚部２７及び脚長部２８は、外周面にねじ部２９が形成される。座部２４とねじ部２９との間に環状のガスケット９５が嵌め込まれる。ガスケット９５は、内燃機関のねじ穴にねじ部２９が嵌められたときに、座面２５と内燃機関（エンジンヘッド）とに挟まれて主体金具２０と内燃機関との隙間を封止する。

接地電極４０は、主体金具２０の先端（脚長部２８の端面）に接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の電極母材４１と、電極母材４１の先端に接合されるチップ４２とを備えている。電極母材４１は、中心軸Ｏと交わるように中心軸Ｏへ向かって屈曲する棒状の部材である。チップ４２は、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属またはこれらを主成分とする合金によって形成される部材であり、中心軸Ｏと交わる位置に接合されている。

絶縁体５０は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体５０は、後端側から先端側へ中心軸Ｏに沿って後部５１、突出部５２、筒部５３、段部５４、脚部５５の順に連接され、中心軸Ｏに沿って貫通する軸孔５９が形成されている。絶縁体５０は主体金具２０に挿入され、外周に主体金具２０が固定される。絶縁体５０は、後部５１の後端および脚部５５の先端が、主体金具２０からそれぞれ露出する。脚部５５は、主体金具２０の脚長部２８の径方向内側に配置される。脚長部２８の内周面３２と脚部５５の外周面５８とは、所定の間隔をあけて対向する。

突出部５２は、後部５１の径方向の外側に張り出す部位であり、主体金具２０の溝部２３の径方向内側に配置される。筒部５３及び脚部５５は、それぞれ胴部２６及び脚長部２８の径方向内側に配置される。筒部５３と脚部５５との間に位置する段部５４は、先端側へ向かって縮径する内周面および外周面５７（図２参照）が形成されている。

パッキン６０は、主体金具２０を構成する金属材料よりも軟質の軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。パッキン６０は必要に応じて浸炭処理や浸炭窒化処理が施される。主体金具２０の端部２１が絶縁体５０に向けて径方向内側に加締められると、絶縁体５０の後部５１の外周に配置されたリング部材９３，９３及びリング部材９３，９３に挟まれたタルク等の充填材９４を介して、絶縁体５０が主体金具２０の棚部２７へ向けて押圧される。その結果、棚部２７と絶縁体５０の段部５４とに挟まれてパッキン６０が塑性変形する。パッキン６０は棚部２７と段部５４との隙間を気密に閉塞する。

中心電極７０は、有底筒状に形成された電極母材の内部に、電極母材よりも熱伝導性に優れる芯材７３を埋設した棒状の電極である。芯材７３は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７０は、絶縁体５０の段部５４に配置される頭部７１と、中心軸Ｏに沿って先端側へ延びる軸部７２とを備えている。

軸部７２は先端が軸孔５９から露出し、チップ７４が接合されている。チップ７４は、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属またはこれらを主成分とする合金によって形成される柱状の部材であり、火花ギャップを介して接地電極４０のチップ４２と対向する。

端子金具８０は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具８０の先端側は絶縁体５０の軸孔５９内に配置される。

抵抗体９０は、スパーク時に発生する電波ノイズを抑えるための部材であり、端子金具８０と中心電極７０との間の軸孔５９内に配置されている。抵抗体９０と中心電極７０との間、抵抗体９０と端子金具８０との間に、導電性を有するガラスシール９１，９２がそれぞれ配置される。ガラスシール９１は抵抗体９０と中心電極７０とにそれぞれ接触し、ガラスシール９２は抵抗体９０と端子金具８０とにそれぞれ接触する。この結果、中心電極７０と端子金具８０とは、抵抗体９０とガラスシール９１，９２とを介して電気的に接続される。

スパークプラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、絶縁体５０の軸孔５９の後部５１側から中心電極７０を挿入する。中心電極７０は、軸部７２の先端にチップ７４が接合されている。中心電極７０は段部５４に頭部７１が支持され、先端部が軸孔５９の先端から外部に露出するように配置される。

次に、ガラスシール９１の原料粉末を軸孔５９から入れて、頭部７１の周囲および後端側に充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、軸孔５９に充填したガラスシール９１の原料粉末を予備圧縮する。成形されたガラスシール９１の原料粉末の成形体の上に、抵抗体９０の原料粉末を充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、軸孔５９に充填した抵抗体９０の原料粉末を予備圧縮する。次いで、抵抗体９０の原料粉末の上に、ガラスシール９２の原料粉末を充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、軸孔５９に充填したガラスシール９２の原料粉末を予備圧縮する。

その後、軸孔５９の後端側から端子金具８０の先端部８１を挿入して、先端部８１がガラスシール９２の原料粉末に接触するように端子金具８０を配置する。次いで、例えば各原料粉末に含まれるガラス成分の軟化点より高い温度まで加熱しつつ、端子金具８０の後端側に設けられた張出部８２の先端面が絶縁体５０の後端面に当接するまで端子金具８０を圧入して、先端部８１によってガラスシール９１，９２及び抵抗体９０の原料粉末に軸方向の荷重を加える。この結果、各原料粉末が圧縮・焼結され、絶縁体５０の内部にガラスシール９１，９２及び抵抗体９０が形成される。

次に、予め接地電極４０が接合された主体金具２０の棚部２７の後端面３１の上にパッキン６０（塑性変形する前の円環状の部材）を配置した後、主体金具２０の端部２１側から絶縁体５０を軸方向へ挿入する。リング部材９３及び充填材９４を端部２１と絶縁体５０との間に挿入した後、端部２１の加締め形状に対応する凹部を備える治具（図示せず）により端部２１を軸方向へ押圧し、端部２１を径方向内側へ屈曲させる。

これにより主体金具２０と絶縁体５０とが固定される。溝部２３は、主体金具２０に加えられた荷重により座屈し、曲げ変形する。その結果、リング部材９３及び充填材９４を介して、端部２１により絶縁体５０の突出部５２が軸方向先端側へ押し付けられる。これにより、絶縁体５０の段部５４と主体金具２０の棚部２７とにパッキン６０が挟まれる。その結果、パッキン６０が塑性変形して、絶縁体５０の段部５４及び主体金具２０の棚部２７にパッキン６０が密着する。

その後、接地電極４０の電極母材４１にチップ４２を接合し、接地電極４０のチップ４２が中心電極７０のチップ４２と軸方向に対向するように電極母材４１を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。

図２を参照してパッキン６０について説明する。図２は図１のＩＩで示した部分を拡大して図示したスパークプラグ１０の中心軸Ｏを含む断面図である。主体金具２０は、胴部２６の内周面３０と棚部２７の後端面３１とが接続し、棚部２７の後端面３１と棚部２７の内周面３３とが接続する。棚部２７の後端面３１は、主体金具２０の先端側（図２下側）へ向かって縮径する。絶縁体５０は、筒部５３の外周面５６に段部５４の外周面５７が接続し、外周面５７に脚部５５の外周面５８が接続する。段部５４の外周面５７は、絶縁体５０の先端側（図２下側）へ向かって縮径する。

パッキン６０は第１部６１、第２部６２及び第３部６３を備えている。第１部６１は、棚部２７の後端面３１と段部５４の外周面５７とに接触して後端面３１と外周面５７との間に配置される部位である。第２部６２は、胴部２６の内周面３０と筒部５３の外周面５６とに接触して内周面３０と外周面５６との間に配置される部位である。第３部６３は、棚部２７の内周面３３と脚部５５の外周面５８とに接触して内周面３３と外周面５８との間に配置される部位である。

第１部６１、第２部６２及び第３部６３は、絶縁体５０に主体金具２０を組み付けたときにパッキン６０の塑性変形によって生じる部位であり、第１部６１、第２部６２及び第３部６３は一体に形成されている。第２部６２及び第３部６３が形成されることで、胴部２６から棚部２７に亘る主体金具２０上に、主体金具２０にパッキン６０が接触する金属接触面６４が形成される。同様に、筒部５３から脚部５５に亘る絶縁体５０上に、絶縁体５０にパッキン６０が接触する接触面６５が形成される。

長さＬは、中心軸Ｏ（図１参照）に直交する方向へ接触面６５を投影した主体金具２０上の投影面と金属接触面６４とが重なる重なり部の軸方向の長さである。パッキン６０のうち重なり部に相当する部位（長さＬの領域）は、振動等によって、主体金具２０に対して絶縁体５０が径方向に相対移動すると圧縮荷重を受けるので、主体金具２０に対する絶縁体５０の径方向の移動を拘束する。長さＬが大きいほど、主体金具２０に対する絶縁体５０の軸の傾きを抑制できる。

パッキン６０は、段部５４によって絶縁体５０と主体金具２０とに作用する軸方向の荷重を受ける。段部５４の外周面５７の面積は、絶縁体５０と主体金具２０とに作用する軸方向の荷重がパッキン６０に加える圧力に影響を与える。軸方向の荷重の大きさが同じであれば、段部５４の外周面５７の軸方向の投影面の面積が小さいほど、軸方向の荷重によるパッキン６０の圧力は大きい。パッキン６０の圧力は棚部２７の後端面３１に垂直に作用し、中心軸Ｏと直交する方向の分力が、拘束力として主体金具２０及び絶縁体５０に作用する。パッキン６０の圧力が大きいほど、即ち段部５４の外周面５７の径方向の長さが小さいほど、絶縁体５０の径方向への移動を拘束する拘束力を大きくできる。

段部５４の外周面５７の径方向の長さは、筒部５３のうち段部５４との接続位置１０５における外周の半径と、脚部５５のうち段部５４との接続位置１０４における外周の半径との差Ｄである。本実施の形態では、脚部５５の外周面５８と段部５４の外周面５７との境界、筒部５３の外周面５６と段部５４の外周面５７との境界はそれぞれ丸みが設けられているので、接続位置１０４，１０５は以下のようにして求める。なお、接続位置１０４，１０５の求め方は同じなので、ここでは接続位置１０４の求め方を説明し、接続位置１０５の求め方は説明を省略する。

まず、段部５４の外周面５７を径方向外側へ延長した直線１００と、脚部５５の外周面５８を中心軸Ｏ（図１参照）に沿って延長した直線１０１との交点１０２を求める。次いで、交点１０２を通り中心軸Ｏに直交する垂線１０３を引き、絶縁体５０の外面と垂線１０３との交点を接続位置１０４とする。境界に面取りが設けられている場合も、これと同様にして接続位置を求める。脚部５５の外周面５８と段部５４の外周面５７との境界や筒部５３の外周面５６と段部５４の外周面５７との境界に角がある場合（丸みや面取りが設けられていない場合）には、その境界の角が接続位置である。

長さＬ及び差Ｄは、絶縁体５０の寸法、絶縁体５０と主体金具２０との隙間の大きさ、主体金具２０の後端面３１や絶縁体５０の外周面５７の中心軸Ｏに対する傾き、パッキン６０の厚さや形状、絶縁体５０の軸方向の荷重の大きさ等によって設定される。スパークプラグ１０は長さＬを差Ｄで除した値Ｌ／Ｄが１．２以上に設定される。Ｌ／Ｄ≧１．２を満たすことにより、パッキン６０による絶縁体５０の径方向への拘束力を確保できる。これにより、主体金具２０に対する絶縁体５０の偏心を抑制できる。

パッキン６０は、胴部２６と筒部５３との間に進入する第２部６２、及び、棚部２７と脚部５５との間に進入する第３部６３を備えている。パッキン６０の第１部６１、第２部６２及び第３部６３が絶縁体５０を拘束するので、重なり部の軸方向の長さＬを確保できる。中心軸Ｏ（図１参照）に対する絶縁体５０の軸の傾きを抑制できるので、主体金具２０に対して絶縁体５０の偏心を抑制する効果を向上できる。

後端部３１及び外周面５７は中心軸Ｏに対して傾いているので、第１部６１には、それらの面の垂直方向に作用する荷重の軸直角方向の分力が作用する。これに対し第２部６２及び第３部６３は中心軸Ｏに沿って配置されるので、第１部６１に比べて軸直角方向の拘束力を大きくできる。よって、主体金具２０に対して絶縁体５０の偏心を抑制する効果を向上できる。

主体金具２０に対する絶縁体５０の偏心を抑制できれば、主体金具２０の脚長部２８の内周面３２と絶縁体５０の脚部５５の外周面５８との間隔を全周に亘ってほぼ等しくできる。その結果、例えばねじ部２９の呼び径が１０ｍｍ以下の小径のスパークプラグ１０であっても、横飛火を抑制できる。横飛火は、脚長部２８の内周面３２と脚部５５の外周面５８との間隔の小さいところで生じ易いからである。

次に図３を参照して第２実施の形態について説明する。第２実施の形態では、主体金具１１１の棚部２７の後端面３１と内周面３３との境界に突出部１１２が形成される場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図３は第２実施の形態におけるスパークプラグ１１０の中心軸Ｏを含む断面図である。図３は主体金具１１１の棚部２７の近傍が拡大して図示されている。

スパークプラグ１１０は主体金具１１１及び絶縁体５０を備えている。主体金具１１１は、胴部２６の内周面３０と棚部２７の後端面３１とが接続し、棚部２７の後端面３１と棚部２７の内周面３３とが接続する。棚部２７の後端面３１は、主体金具１１１の先端側（図３下側）へ向かって縮径する。棚部２７の後端面３１と内周面３３との境界に突出部１１２が形成されている。突出部１１２は、棚部２７の後端面３１と内周面３３との境界に円環状に存在する。突出部１１２は、棚部２７の内周面３３からの高さＨが、棚部２７の内周面３３と脚部５５の外周面５８との隙間の距離Ｇに対して０．９３以下に設定されている。

なお、主体金具１１１は、冷間鍛造加工によって外形を形成した後、切削加工によって胴部２６及び棚部２７が形成される。主体金具１１１は、冷間鍛造加工によって加工硬化した部分が切削除去される代りに、胴部２６の内周面３０及び棚部２７の後端面３１に切削痕（図示せず）が形成される。この時点では突出部１１２は形成されていない。

パッキン１２０は第１部１２１、第２部１２２及び第３部１２３を備えている。第１部１２１は、棚部２７の後端面３１と段部５４の外周面５７とに接触して後端面３１と外周面５７との間に配置される部位である。第２部１２２は、胴部２６の内周面３０と筒部５３の外周面５６とに接触して内周面３０と外周面５６との間に配置される部位である。

第３部１２３は、突出部１１２と脚部５５の外周面５８とに接触して突出部１１２と外周面５８との間に配置される部位である。第３部１２３は、突出部１１２の頂部（内周面３３からの高さＨが測定される部位）と脚部５５の外周面５８とに接触する。

主体金具１１１の絶縁体５０への組付け方法について説明する。予め接地電極４０（図１参照）が接合された主体金具１１１の棚部２７の後端面３１の上にパッキン１２０（塑性変形する前の円環状の部材）を配置した後、主体金具１１１に絶縁体５０を挿入する。次いで、リング部材９３及び充填材９４を介して、主体金具１１１の端部２１により絶縁体５０の突出部５２を軸方向先端側へ押し付け、絶縁体５０の段部５４と主体金具１１１の棚部２７とにパッキン１２０を押圧する。その結果、棚部２７が塑性変形して突出部１１２が形成され、パッキン１２０が塑性変形して第１部１２１、第２部１２２及び第３部１２３が形成され、段部５４及び棚部２７に密着する。

第１部１２１、第２部１２２及び第３部１２３が一体に形成されることで、胴部２６から棚部２７に亘る主体金具１１１上に、主体金具１１１にパッキン１２０が接触する金属接触面１２４が形成される。同様に、筒部５３から脚部５５に亘る絶縁体５０上に、絶縁体５０にパッキン１２０が接触する接触面１２５が形成される。スパークプラグ１１０は、第１実施の形態と同様に、中心軸Ｏ（図１参照）に直交する方向へ接触面１２５を投影した主体金具１１１上の投影面と金属接触面１２４とが重なる重なり部の軸方向の長さＬを差Ｄで除した値Ｌ／Ｄが１．２以上に設定される。

スパークプラグ１１０は、棚部２７の内周面３３よりも中心軸Ｏと直交する方向へ向けて突出する突出部１１２と絶縁体５０との間に第３部１２３（パッキン１２０の一部）が配置されるので、突出部１１２が設けられない場合に比べて、第３部１２３による拘束力を大きくできる。特に、第３部１２３は突出部１１２の頂部と脚部５５の外周面５８とに接触するので、金属接触面１２４に突出部１１２の頂部を含まない場合に比べて、第３部１２３による拘束力を大きくできる。

スパークプラグ１１０は、中心軸Ｏを含む断面において、棚部２７の内周面３３からの突出部１１２の高さＨを、棚部２７の内周面３３と脚部５５の外周面５８との隙間の距離Ｇで除した値Ｈ／Ｇが０．９３以下なので、使用時に、突出部１１２が絶縁体５０に接触しないようにできる。突出部１１２の接触による絶縁体５０の損傷を防止できるので、パッキン１２０による拘束力の向上と長寿命化とを両立できる。

次に図４を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施の形態および第２実施の形態では、パッキン６０，１２が第２部６２，１２２及び第３部６３，１２３を備える場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、第２部および第３部を有しないパッキン１４０を備えるスパークプラグ１３０について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４は第３実施の形態におけるスパークプラグ１３０の中心軸Ｏを含む断面図である。図４は主体金具１３１の棚部１３２の近傍が拡大して図示されている。

スパークプラグ１３０は主体金具１３１及び絶縁体１３５を備えている。主体金具１３１は、胴部２６の内周面３０と棚部１３２の後端面１３３とが接続し、棚部１３２の後端面１３３と棚部１３２の内周面１３４とが接続する。棚部１３２の後端面１３３は、主体金具１３１の先端側（図４下側）へ向かって縮径する。絶縁体１３５は、筒部５３の外周面５６に段部１３６の外周面１３７が接続し、外周面１３７に脚部５５の外周面５８が接続する。段部１３６の外周面１３７は、絶縁体１３５の先端側（図４下側）へ向かって縮径する。

パッキン１４０は、棚部１３２の後端面１３３と段部１３６の外周面１３７とに接触して後端面１３３と外周面１３７との間に配置される。胴部２６から棚部１３２に亘る主体金具１３１上に、主体金具１３１にパッキン１４０が接触する金属接触面１４１が形成される。同様に、筒部５３から脚部５５に亘る絶縁体１３５上に、絶縁体１３５にパッキン１４０が接触する接触面１４２が形成される。

スパークプラグ１３０は、第１実施の形態と同様に、中心軸Ｏ（図１参照）に直交する方向へ接触面１４２を投影した主体金具１３１上の投影面と金属接触面１４１とが重なる重なり部の軸方向の長さＬを差Ｄで除した値Ｌ／Ｄが１．２以上に設定される。差Ｄは、筒部５３のうち段部１３６との接続位置１３９における外周の半径と、脚部５５のうち段部１３６との接続位置１３８における外周の半径との差である。スパークプラグ１３０はＬ／Ｄ≧１．２に設定されるので、パッキン６０の第２部６２及び第３部６３による効果を除いて、第１実施の形態と同様の作用効果を実現できる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

＜供試体１〜１０＞
供試体１〜１０は、主体金具の外周に形成されたねじ部の呼び径が１０ｍｍ（呼びＭ１０）のスパークプラグについて、パッキンの重なる部の長さＬと差Ｄとの比Ｌ／Ｄを異ならせたものである。差Ｄは絶縁体の寸法により設定した。長さＬは、主体金具を絶縁体に組み付けるとき（主体金具を加締めるとき）の軸方向の荷重を異ならせることによって設定した。主体金具を絶縁体に組み付けるときには、絶縁体の中心軸と主体金具の中心軸との距離（軸ずれ）が小さくなるように、治具（図示せず）を用いて芯出しを行った。

軸ずれは三次元測定機を用いて測定した。供試体を三次元測定機に固定し、主体金具の脚長部の内周面の先端に三次元測定機のプローブを接触させ、脚長部の内周面の円の座標値を検出し、脚長部（内周面）の中心の座標Ａを算出した。次に、絶縁体の脚部の外周面の、脚長部（内周面）の円と交わる部分にプローブを接触させ、脚部の外周面の円の座標を検出し、脚部（外周面）の中心の座標Ｂを算出した。座標Ａに対する座標Ｂの位置と、座標Ａと座標Ｂとの距離とを記録した。

長さＬは、Ｘ線透視装置を用いて中心軸Ｏを含む断面を非破壊観察し測定した。中心軸Ｏを含む断面において、パッキンは中心軸Ｏを挟んで両側の２か所に現れるので、Ｌは、中心軸Ｏの両側に現れるパッキンの２か所の平均値をとった。非破壊観察の結果、供試体７〜１０は、第１実施の形態で説明したようにパッキンに第１部、第２部および第３部が形成されていた。

長さＬ及び軸ずれを測定した供試体は振動試験を行い、振動試験後に再び軸ずれを測定した。振動試験はＩＳＯ１１５６５（２００６年版）３．４．４を参考にした。供試体を加振する振動は、周波数５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの正弦振動を１分間に１オクターブの割合で掃引した。振動の加速度は３０Ｇ（２９４ｍ／ｓ^２）とした。試験は、３０分かけて５０℃から２００℃まで昇温した後、２００℃で３０分間保持し、１時間かけて２００℃から５０℃まで冷却する熱サイクルを繰り返し供試体に与えながら、供試体の中心軸に直交する方向に４８時間加振した。

試験前の座標Ａに対する座標Ｂの位置と、試験後の座標Ａに対する座標Ｂの位置とを比較して、試験によって移動した座標Ｂの距離（軸ずれ量）を評価した。評価は、軸ずれ量が０．０２２ｍｍ以下を「良い（○）」、軸ずれ量が０．０２２ｍｍを越えたものを「劣る（×）」とした。基準値の０．０２２ｍｍは、主体金具の組み付け時（加締め時）の軸ずれの規格値、及び、そのときの平均値±３σ（標準偏差）の区間から求めた。供試体１〜１０のＬ（ｍｍ）、Ｄ（ｍｍ）、Ｌ／Ｄ及び軸ずれ量（ｍｍ）と評価とを表１に示す。

表１に示すようにＬ／Ｄ≧１．２を満たす供試体７〜１０は、全て軸ずれ量の基準を満たした。これに対しＬ／Ｄ＜１．２の範囲にある供試体１〜６は、軸ずれ量の基準を満たさなかった。この試験では供試体に熱サイクルが加えられるので、主体金具が軸方向の膨張と収縮とを繰り返すことで、主体金具の組付け時にパッキンに加えられた圧力が低下する。さらに供試体は軸直角方向に加振されるので、軸ずれが生じ易くなる。

これに対し供試体７〜１０はＬ／Ｄ≧１．２を満たすようにすることで、供試体１〜６に比べて、主体金具の組付け時にパッキンに加えられる圧力を高くできる。熱サイクルによって、主体金具の組付け時にパッキンに加えられた圧力がいくらか低下するとしても、パッキンによる絶縁体の拘束力を確保できる。その結果、試験前後の軸ずれ量を小さくできたと推察される。

従って、ねじ部の呼び径が１０ｍｍ（呼びＭ１０）のスパークプラグであっても、内燃機関に取り付けられた後の経時的な軸ずれを抑制できるので、軸ずれが原因で生じる可能性のある横飛火を抑制できる。

また、供試体７〜１０はパッキン６０（図２参照）に第１部６１、第２部６２及び第３部６３が形成されているので、棚部２７の後端面３１と段部５４の外周面５７とに接触する第１部６１に加え、第２部６２が胴部２６と筒部５３とに接触し、第３部６３が棚部２７の内周面３３と脚部５５の外周面５８とに接触する。その結果、第２部６２及び第３部６３によって軸直角方向の拘束力が得られるので、主体金具２０に対する絶縁体５０の軸ずれを抑制できる。

＜供試体１１〜２４＞
供試体１１〜２４は、主体金具の外周に形成されたねじ部の呼び径が１０ｍｍ（呼びＭ１０）のスパークプラグについて、主体金具の内周面に形成された突出部の高さＨと主体金具と絶縁体との隙間の距離Ｇとの比Ｈ／Ｇを異ならせたものである。距離Ｇは主体金具および絶縁体の寸法により設定した。突出部の高さＨは、主体金具を絶縁体に組み付けるとき（主体金具を加締めるとき）の軸方向の荷重を異ならせることによって設定した。主体金具を絶縁体に組み付けるときには、絶縁体の中心軸と主体金具の中心軸との距離（軸ずれ）が小さくなるように、治具（図示せず）を用いて芯出しを行った。

突出部の高さＨ及び距離Ｇは、Ｘ線透視装置を用いて中心軸Ｏを含む断面を非破壊観察し測定した。中心軸Ｏを含む断面において、突出部は中心軸Ｏを挟んで両側の２か所に現れるので、高さＨ及び距離Ｇは、中心軸Ｏの両側に現れる突出部の２か所の平均値をとった。

高さＨ及び距離Ｇを測定した供試体は、供試体１〜１０に行ったのと同じ振動試験を行った。試験後の供試体は、Ｘ線透視装置を用いて、突出部の近傍の絶縁体に割れ等の損傷がないかどうかを観察した。評価は、絶縁体に割れ等の損傷が発生しなかったものは「良い（○）」、絶縁体に割れ等の損傷が発生したものは「劣る（×）」とした。供試体１１〜２４のＨ（ｍｍ）、Ｇ（ｍｍ）、Ｈ／Ｇ（％）及び評価を表２に示す。

表２に示すようにＨ／Ｇ≦０．９３を満たす供試体１１〜２０は、全て絶縁体に割れ等の損傷が生じなかった。これに対しＨ／Ｇ＞０．９３の範囲にある供試体２１〜２４は、絶縁体に割れ等の損傷が生じていた。この試験では主体金具と絶縁体との軸ずれが生じ易くなるが、Ｈ／Ｇ≦０．９３を満たす供試体１１〜２０は、絶縁体への突出部の衝突を防止できるので、絶縁体の損傷を防止できることがわかった。

また、突出部と絶縁体との間にパッキンの一部が配置されるようにすることで、突出部によりパッキンの一部を径方向に加圧できる。その分だけ絶縁体の拘束力を大きくできるので、主体金具に対する絶縁体の軸ずれを、より抑制できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば接地電極４０やパッキン６０の形状は一例であり、適宜設定できる。同様に、主体金具２０や絶縁体５０の形状や大きさ等は一例であり、適宜設定できる。

上記実施の形態では、接地電極４０及び中心電極７０にそれぞれチップ４２，７４を設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、チップ４２，７４を省略することは当然可能である。

上記実施の形態では、抵抗体９０が内蔵されるスパークプラグ１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、抵抗体９０を省略することは当然可能である。この場合には、端子金具８０と中心電極７０とをガラスシール９１で接合する。

上記実施の形態では、リング部材９３及び充填材９４を介して主体金具２０の端部２１が絶縁体５０を加締める場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。リング部材９３及び充填材９４を省略して、主体金具２０の端部２１を絶縁体５０の突出部５２に加締めることは当然可能である。

第１実施の形態および第２実施の形態では、パッキン６０，１２０に第２部６２，１２２及び第３部６３，１２３が形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。Ｌ／Ｄ≧１．２の条件を満たすのであれば、パッキンの形状や大きさ等を適宜設定して、第２部６２，１２２又は第３部６３，１２３のいずれかを省略することは当然可能である。この場合もＬ／Ｄ≧１．２の条件を満たすので、パッキンによる絶縁体５０の拘束力を確保することができ、主体金具２０，１１１と絶縁体５０との軸ずれを抑制できる。

１０，１１０，１３０ スパークプラグ
２０，１１１，１３１ 主体金具
２６ 胴部
２７，１３２ 棚部
２９ ねじ部
３１，１３３ 後端面
３３，１３４ 内周面
４０ 接地電極
５０，１３５ 絶縁体
５３ 筒部
５４，１３６ 段部
５５ 脚部
５６，５８ 外周面
６０，１２０，１４０ パッキン
６１，１２１ 第１部
６２，１２２ 第２部
６３，１２３ 第３部
６４，１２４，１４１ 金属接触面
６５，１２５，１４２ 接触面
７０ 中心電極
１０４，１０５，１３８，１３９ 接続位置
１１２ 突出部
Ｄ 差
Ｇ 隙間の距離
Ｈ 突出部の高さ
Ｌ 重なり部の長さ
Ｏ 中心軸

Claims (4)

1. 中心軸に沿って配置される円筒状の筒部と、前記筒部の外径よりも外径が小さい円筒状の脚部と、前記脚部の外周面と前記筒部の外周面とを連絡する外周面を有する段部とを備える絶縁体と、
   前記中心軸に沿って前記絶縁体の内側に配置される中心電極と、
   前記筒部の径方向外側に配置される胴部と、前記胴部の軸方向の先端に連接されると共に径方向内側へ張り出し前記段部の前記外周面に後端面が対向する棚部とを備える筒状の主体金具と、
   前記段部と前記棚部との間に配置されるパッキンと、
   前記主体金具に接続され、前記中心電極と対向する接地電極を備えるスパークプラグであって、
   前記パッキンは、前記棚部の前記後端面と前記段部の前記外周面とに接触し、それらの間に配置される第１部と、
   前記胴部の内周面と前記筒部の前記外周面とに接触し、それらの間に配置される第２部と、
   前記後端面に連絡し、前記脚部の径方向外側に配置される前記棚部の内周面と前記脚部の前記外周面とに接触し、それらの間に配置される第３部と、を備え、
   前記中心軸を含む断面において、前記主体金具に前記パッキンが接触する前記主体金具上の金具接触面と、前記絶縁体に前記パッキンが接触する前記絶縁体上の接触面を前記中心軸と直交する方向に投影した前記主体金具上の投影面と、が重なる重なり部の軸方向の長さを、前記筒部のうち前記段部との接続位置における外周の半径と前記脚部のうち前記段部との接続位置における外周の半径との差で除した値は１．２以上であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記主体金具は、前記棚部の前記後端面から前記棚部の内周面にかけて設けられると共に前記棚部の内周面よりも前記中心軸と直交する方向へ向けて突出する突出部を備え、
   前記パッキンは、一部が、前記突出部と前記絶縁体との間に配置されることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記中心軸を含む断面において、前記棚部の前記内周面からの前記突出部の高さを、前記棚部の前記内周面と前記脚部の前記外周面との隙間の距離で除した値は０．９３以下であることを特徴とする請求項２記載のスパークプラグ。
4. 前記主体金具は、少なくとも前記胴部の外周面にねじ部を備え、
   前記ねじ部は、呼び径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。

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