(57)【要約】【課題】簡単な構成で耐汚損性を確保できるスパークプラグを提供すること。【解決手段】外周面に段部が形成された絶縁体は、軸孔に中心電極が配置される。段部と棚部が内周面に形成された筒状の主体金具は、絶縁体の径方向の外側に配置される。絶縁体は、絶縁体のうち段部よりも先端側に先端部が位置する。先端部は、外周面の周方向の算術平均粗さが０．５μｍ以下である。先端部の端面および外周面の少なくとも一部には、深さが３〜２０μｍの凹部が先端側から後端側へと延設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側から後端側へと軸線に沿って延びる中心電極と、
前記軸線に沿って形成された軸孔に前記中心電極が配置されると共に先端側から後端側へ向かうにつれて拡径する段部が外周面に形成された円筒状の絶縁体と、
前記段部と軸方向に対向する棚部が内周面に形成されると共に前記絶縁体の径方向の外側に配置される筒状の主体金具と、
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と、を備えるスパークプラグであって、
前記絶縁体は、前記絶縁体のうち前記段部よりも先端側に位置する先端部を備え、
前記先端部は、前記外周面の周方向の算術平均粗さが０．５μｍ以下であり、前記先端部の端面および前記外周面の少なくとも一部には、深さが３〜２０μｍの凹部が先端側から後端側へと延設されているスパークプラグ。
【請求項２】
前記凹部は、前記深さが５〜１０μｍである請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記凹部は、周方向の幅が３〜２００μｍである請求項１又は２記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記凹部は、軸線方向の長さが０．１〜２０ｍｍである請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記凹部は、周方向に互いに間隔をあけて前記先端部に２〜８個が設けられている請求項１から４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記凹部は、周方向に等間隔に配置されている請求項５記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記軸線に直交する断面において、前記軸線を通る第１仮想直線と、前記軸線を通り該第１仮想直線に直交する第２仮想直線と、を引いたときに、前記先端部のうち前記第１仮想直線と重なる第１領域の長さは、前記先端部のうち前記第２仮想直線と重なる第２領域の長さより長く設定され、
前記凹部は、前記先端部のうち前記第１領域を中心に±１５°の範囲に設けられている請求項１から６のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記第２領域の長さを前記第１領域の長さで除した値は０．７〜０．９６である請求項７記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記凹部は、軸方向視において、前記中心電極を挟んで前記接地電極の反対側に設けられている請求項１から８のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
前記絶縁体は、前記外周面のうち前記段部よりも後端側の部位から径方向の外側へ突出する突出部を備え、
前記主体金具は、前記内周面のうち前記棚部よりも後端側の部位に設けられる被係合部を備え、
前記突出部は、前記被係合部と周方向に係合する係合部を備えている請求項１から９のいずれかに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパークプラグに関し、耐汚損性を確保できるスパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スパークプラグは、一般に、接地電極が接続された主体金具が絶縁体を介して中心電極を絶縁保持する。スパークプラグは、内燃機関の燃焼室において、接地電極と中心電極との間に火花放電を生じさせて混合気に点火するが、不完全燃焼等によって生じたカーボンが絶縁体の表面に堆積して絶縁抵抗が低下し、印加電圧が要求電圧（火花放電が生じる電圧）を下回ると火花放電が生じなくなる。そこで、カーボンの堆積による絶縁体の汚損を防ぐ種々の技術が開発されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、軸線と交わる方向に突出する突起部を絶縁体に設ける技術が開示されている。特許文献１に開示される技術では、突起部に堆積したカーボンが中心電極と主体金具との間の導電経路となってエアギャップに放電が生じる。これにより、絶縁体に堆積したカーボンが焼失する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の技術に対して、より簡単な構成で耐汚損性を確保したいという要求がある。
【０００６】
本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、簡単な構成で耐汚損性を確保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】
【０００７】
この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる中心電極と、軸線に沿って形成された軸孔に中心電極が配置されると共に先端側から後端側へ向かうにつれて拡径する段部が外周面に形成された円筒状の絶縁体と、段部と軸方向に対向する棚部が内周面に形成されると共に絶縁体の径方向の外側に配置される筒状の主体金具と、主体金具に接続され、中心電極と対向する接地電極と、を備えている。絶縁体は、絶縁体のうち段部よりも先端側に位置する先端部を備え、先端部は、外周面の周方向の算術平均粗さが０．５μｍ以下であり、先端部の端面および外周面の少なくとも一部には、深さが３〜２０μｍの凹部が先端側から後端側へと延設されている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のスパークプラグによれば、絶縁体は、絶縁体のうち段部よりも先端側に位置する先端部の外周面の周方向の算術平均粗さが０．５μｍ以下である。先端部の端面および外周面の少なくとも一部には、深さが３〜２０μｍの凹部が先端側から後端側へと延設されている。その結果、先端部の端面や外周面にカーボンを付着させ難くできる一方で、凹部にカーボンを堆積させ易くできる。凹部に堆積したカーボンを導電経路にして、放電によりカーボンを焼失させることができる。従って、簡単な構成で耐汚損性を確保できる。
【０００９】
請求項２記載のスパークプラグによれば、凹部は深さが５〜１０μｍなので、先端部の強度を確保しつつ凹部にカーボンをより堆積し易くできる。よって、請求項１の効果に加え、耐汚損性を向上できる。
【００１０】
請求項３記載のスパークプラグによれば、凹部は周方向の幅が３〜２００μｍなので、凹部にカーボンを堆積させ易くできる。よって、請求項１又は２の効果に加え、耐汚損性を向上できる。
【００１１】
請求項４記載のスパークプラグによれば、凹部は軸線方向の長さが０．１〜２０ｍｍなので、カーボンを焼失させる導電経路を形成し易くできる。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、耐汚損性を向上できる。
【００１２】
請求項５記載のスパークプラグによれば、凹部は周方向に互いに間隔をあけて先端部に２〜８個が設けられる。凹部を２〜８個にすることによりカーボンの堆積による導電経路を複数にできる。導電経路が単数の場合に比べて、カーボンを焼失させる放電を生じ易くできるので、請求項１から４のいずれかの効果に加え、耐汚損性を向上できる。
【００１３】
請求項６記載のスパークプラグによれば、凹部は周方向に等間隔に配置されているので、内燃機関に取り付けられたときに凹部を全方位に配置できる。よって、請求項５の効果に加え、内燃機関に取り付けられた絶縁体の方位に依存した耐汚損性のばらつきを生じ難くできる。
【００１４】
請求項７記載のスパークプラグによれば、軸線に直交する断面において、軸線を通る第１仮想直線と軸線を通り第１仮想直線に直交する第２仮想直線とを引いたときに、先端部のうち第１仮想直線と重なる第１領域の長さは、先端部のうち第２仮想直線と重なる第２領域の長さより長く設定される。凹部は先端部のうち第１領域を中心に±１５°の範囲に設けられているので、先端部のうち凹部が形成される部分の厚さを確保できる。先端部の強度や絶縁性に凹部が与える影響を抑制できるので、請求項１から６のいずれかの効果に加え、先端部の強度や絶縁性を確保できる。
【００１５】
請求項８記載のスパークプラグによれば、第２領域の長さを第１領域の長さで除した値は０．７〜０．９６である。その結果、請求項７の効果に加え、耐電圧を確保できると共に、印加電圧による凹部を起点とした先端部の貫通破壊を抑制できる。
【００１６】
請求項９記載のスパークプラグによれば、凹部は、軸方向視において、中心電極を挟んで接地電極の反対側に設けられている。中心電極を挟んで接地電極の反対側は、接地電極側に比べて火炎核が成長できる空間が広いので、凹部に堆積したカーボンが焼失するときに生じる火炎を大きくできる。その結果、先端部に付着したカーボンを広範囲に亘って焼失させることができるので、請求項１から８のいずれかの効果に加え、耐汚損性を向上できる。
【００１７】
請求項１０記載のスパークプラグによれば、絶縁体は、外周面のうち段部よりも後端側の部位から径方向の外側へ突出部が突出する。主体金具は、内周面のうち棚部よりも後端側の部位に被係合部が設けられる。主体金具の被係合部と突出部の係合部とが周方向に係合すると、主体金具に対する絶縁体の凹部の位置が定められる。よって、請求項１から９のいずれかの効果に加え、主体金具に対する凹部の位置決めを容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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２】（ａ）は絶縁体の側面図であり、（ｂ）は絶縁体の先端部の斜視図である。
【図３】図２（ａ）の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線における先端部の断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線におけるスパークプラグの断面図である。
【図５】図１の矢印Ｖ−Ｖ線におけるスパークプラグの断面図である。
【図６】工具係合部の断面図である。
【図７】第２実施の形態におけるスパークプラグの絶縁体の先端部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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の軸線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３０、絶縁体４０及び中心電極６０を備えている。
【００２０】
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、軸線Ｏに沿って中心を貫通する貫通孔２１が形成されている。主体金具２０は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おり、後端側から先端側へと軸線Ｏに沿って加締め部２２、工具係合部２３、座部２４、胴部２５が配置されている。胴部２５は、内燃機関のねじ穴に嵌まるねじ部２６が外周面に形成されている。
【００２１】
加締め部２２は、絶縁体４０を加締めるための部位であり、工具係合部２３は、ねじ部２６を内燃機関のねじ穴（図示せず）に嵌めるときにレンチ等の工具を係合させる部位である。座部２４は、胴部２５との間に嵌めたガスケット２８を押さえる部位である。ガスケット２８は、座部２４と内燃機関との間に挟まれてねじ部２６とねじ穴との隙間を封止する。胴部２５は、径方向の内側へ張り出す棚部２７が内周面に形成されている。棚部２７は後端側から先端側へ向かうにつれて縮径する。
【００２２】
接地電極３０は、主体金具２０の先端（胴部２５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３１と、電極母材３１の先端に接合されるチップ３２とを備えている。電極母材３１は、軸線Ｏと交わるように軸線Ｏへ向かって屈曲する棒状の部材である。チップ３２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、軸線Ｏと交わる位置に接合されている。
【００２３】
絶縁体４０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４０は軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４１が形成され、軸線Ｏ方向の中央に外形の最も大きい突出部４２が形成されている。絶縁体４０は、突出部４２より後端側に後胴部４３が形成され、突出部４２より先端側に中胴部４４及び先端部４５が形成されている。
【００２４】
先端部４５は、中胴部４４の外径よりも外径の小さい筒状の部位であり、中胴部４４と先端部４５との間に先端側へ向かって縮径する段部４６が形成されている。段部４６と主体金具２０の棚部２７との間に、パッキン４７が配置される。パッキン４７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。
【００２５】
絶縁体４０は、中胴部４４の内周面に、径方向の内側へ張り出す受け部４８が形成されている。受け部４８は後端側から先端側へ向かうにつれて縮径する。絶縁体４０は、主体金具２０の貫通孔２１に挿入され、外周に主体金具２０が固定される。絶縁体４０は、先端部４５の先端および後胴部４３の後端が、主体金具２０の貫通孔２１からそれぞれ露出する。
【００２６】
主体金具２０の加締め部２２及び工具係合部２３と絶縁体４０の後胴部４３との間にリング部材４９，５０が介在する。リング部材４９，５０の間にタルク等の充填材５１が充填される。加締め部２２が加締められると、リング部材４９，５０及び充填材５１を介して絶縁体４０が軸線Ｏ方向に押圧される。その結果、主体金具２０の棚部２７と絶縁体４０の段部４６との間に配置されたパッキン４７が変形して、棚部２７及び段部４６に密着する。
【００２７】
中心電極６０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６１を埋設した棒状の電極である。芯材６１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６０は、軸線Ｏに沿って軸孔４１内を先端側へ延びる軸部６２と、軸部６２の先端に連接される小径部６３と、軸部６２の後端側に設けられる頭部６４とを備えている。頭部６４は、絶縁体４０（中胴部４４）に形成された受け部４８に係止される。
【００２８】
小径部６３は、外径が軸部６２の外径よりも小さく形成される。小径部６３は軸部６２との境界が段差状に形成されており、段差状の境界が軸孔４１内に配置されている。小径部６３は、先端が軸孔４１から突出し、先端にチップ６５が接合されている。チップ６５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る。
【００２９】
端子金具７０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７０の先端側は絶縁体４０の軸孔４１内に配置される。抵抗体７１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７０と中心電極６０との間の軸孔４１内に配置される。抵抗体７１は、金属粉が混合されたガラス製の導電性シール７２，７３を介して中心電極６０及び端子金具７０にそれぞれ電気的に接続される。
【００３０】
図２を参照して絶縁体４０について説明する。図２（ａ）は絶縁体４０の側面図であり、図２（ｂ）は絶縁体４０の先端部４５の斜視図である。図２（ａ）に示すように絶縁体４０は、後端側から先端側へと軸線Ｏに沿って後胴部４３、突出部４２、中胴部４４、段部４６及び先端部４５が連接されている。突出部４２は外周面に係合部４２ａ（後述する）が形成されている。
【００３１】
先端部４５は、周方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下の外周面４５ｂを有している。算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（１９９４年版）に準拠して測定される。算術平均粗さＲａの測定は、非接触式の形状測定レーザマイクロスコープＶＫ−Ｘ１１０／Ｘ１００（キーエンス社製）や、ＳＥＭ等の顕微鏡やマイクロスコープ等で得られた画像を解析する画像解析ソフトＷｉｎＲＯＯＦ（三谷商事製）を用いて行われる。
【００３２】
先端部４５は、外周面４５ｂ（軸線Ｏと直交する方向からの側面視において視認できる面）に凹部５３が形成されている。凹部５３は先端側から後端側へと延設されている。凹部５３は、幅Ｗよりも長さＬが大きい細長い窪みである。本実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、凹部５３は先端部４５の外周面４５ｂから端面４５ａにかけて連続している。本実施の形態では、凹部５３は先端部４５に１個設けられている。なお、先端部４５は、端面４５ａも算術平均粗さＲａ０．５μｍ以下に形成されている。
【００３３】
外周面４５ｂの周方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下の先端部４５をもつ絶縁体４０は、射出成形によって成形できる。その成形体を焼成することにより、絶縁体４０が得られる。射出成形の成形型（図示せず）に突起を設けておくことで、突起に対応する凹部５３を先端部４５に成形できる。突起の位置や大きさ等を適宜設定することによって、凹部５３の位置や大きさ等を任意に設定できる。
【００３４】
凹部５３は、焼結体を加工したり破壊したりして形成されたものではなく、成形体に成形された部分が焼成されたものである。従って、ＳＥＭ等によって観察される凹部５３の表面の組織は、凹部５３以外の外周面４５ｂの組織と同じ形態である。
【００３５】
図３は図２（ａ）の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線における先端部４５の断面図である。図３に示すように先端部４５は、軸線Ｏと直交する面で切断した断面の外形が楕円形であり、軸孔４１が円形である。第１仮想直線５４は軸線Ｏを通る直線であり、第２仮想直線５５は、軸線Ｏを通り第１仮想直線５４に直交する直線である。本実施の形態では、第１仮想直線５４は先端部４５の外形の楕円の長軸と重なり、第２仮想直線５５は先端部４５の外形の楕円の短軸に重なる。なお、第１仮想直線５４及び第２仮想直線５５の位置は、これに限られるものではなく、Ｌ１＞Ｌ２（後述する）を満たす範囲で適宜設定できる。
【００３６】
先端部４５のうち第１仮想直線５４と重なる第１領域５６の長さＬ１は、第２仮想直線５５と重なる第２領域５７の長さＬ２より長く設定される。凹部５３は、先端部４５の外周面４５ｂのうち第１領域５６を中心に±１５°の範囲に設けられている。本実施の形態では、凹部５３は第１仮想直線５４と外周面４５ｂとの交点に設けられている。
【００３７】
凹部５３は、外周面４５ｂからの深さＤが３μｍ以上２０μｍ以下に設定される。凹部５３は、幅Ｗが３μｍ〜２００μｍに設定されると好ましい。凹部５３は、外周面４５ｂ（端面４５ａを含む）における軸線Ｏ方向の長さＬ（図２（ａ）参照）が０．１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に設定されると好ましい。凹部５３の幅Ｗ、深さＤ及び長さの測定は、非接触式の形状測定レーザマイクロスコープＶＫ−Ｘ１１０／Ｘ１００（キーエンス社製）を用いて行われる。
【００３８】
先端部４５は、スパークプラグ１０が内燃機関（図示せず）に取り付けられたときに、少なくとも一部（端面４５ａ及び外周面４５ｂの先端側）が燃焼室に露出する。先端部４５は、外周面４５ｂ（凹部５３を除く部分）の周方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下なので、不完全燃焼等によって生じたカーボンを外周面４５ｂ及び端面４５ａに付着させ難くできる一方で、凹部５３にカーボンを堆積させ易くできる。凹部５３に堆積したカーボンを導電経路にして放電を生じさせ、凹部５３に堆積したカーボン及びその周囲の先端部４５に堆積したカーボンを焼失させることができる。
【００３９】
本実施の形態では、中心電極６０（図１参照）は軸部６２の先端に段差状の小径部６３が設けられている。小径部６３によって、先端部４５の軸孔４１と小径部６３との間にエアギャップを設けることができる。そのエアギャップを利用して、軸部６２と小径部６３との間の段差状のエッジと凹部５３に堆積したカーボン（導電経路）との間に放電を発生させることができる。凹部５３に堆積したカーボンを放電によって焼き切り、放電によって生じる火炎によって、その周辺に存在するカーボンを焼失させることができる。
【００４０】
凹部５３は先端部４５の外周面４５ｂから端面４５ａにかけて連続しているので、凹部５３に堆積したカーボンによる導電経路を、先端部４５の外周面４５ｂから端面４５ａにかけて形成できる。先端部４５の端面４５ａに導電経路を存在させ易くできるので、中心電極６０（図１参照）の小径部６３を利用した放電を生じ易くできる。なお、端面４５ａの凹部５３は必ずしも必要ではない。
【００４１】
凹部５３は深さＤが３μｍ未満であると、凹部５３に進入したカーボンが滞留し難くなる傾向がみられる。凹部５３の深さＤが２０μｍを超えると、凹部５３が、印加電圧による先端部４５の貫通破壊の起点となるおそれがある。凹部５３の深さＤを３μｍ以上２０μｍ以下にすることによって、先端部４５の強度を確保しつつ凹部５３にカーボンを堆積し易くできる。
【００４２】
凹部５３の幅Ｗが３μｍ未満であると、凹部５３にカーボンが進入し難くなる傾向がみられる。凹部５３の幅Ｗが２００μｍを超えると、凹部５３に進入したカーボンが滞留し難くなる傾向がみられる。凹部５３の幅Ｗを３μｍ以上２００μｍ以下にすることによって、凹部５３にカーボンを進入させて滞留させ易くできる。
【００４３】
凹部５３の長さＬが０．１ｍｍ未満であると、凹部５３に堆積したカーボンによる導電経路が短くなるので、堆積したカーボンを導電経路にした放電が生じ難くなる傾向がみられる。２０ｍｍを超えて凹部５３を長くしても、凹部５３の先端側に進入するカーボンの量に比べて、凹部５３の後端側に進入するカーボンの量は少ないので、凹部５３に堆積するカーボンの量はほとんど変わらない。凹部５３の長さＬを０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下にすることによって、放電に寄与する導電経路を形成し易くできる。
【００４４】
なお、凹部５３は、端面４５ａのみに形成される場合、外周面４５ｂのみに形成される場合、端面４５ａから外周面４５ｂにかけて形成される場合がある。凹部５３が先端部４５のどの部分に形成されていても、凹部５３の長さＬは、凹部５３（深さ３〜２０μｍの部分）の全長をいう。
【００４５】
凹部５３は先端部４５の外周面４５ｂのうち第１領域５６を中心に±１５°の範囲に設けられているので、先端部４５のうち凹部５３が形成される部分の厚さを確保できる。先端部４５の強度や絶縁性に凹部５３が与える影響を抑制できるので、先端部４５の強度や絶縁性を確保できる。
【００４６】
なお、第２領域５７の長さＬ２を第１領域５６の長さＬ１で除した値Ｌ２／Ｌ１は０．７〜０．９６が好適である。Ｌ２／Ｌ１＜０．７であると、第２領域５７の長さＬ２（第２領域５７の肉厚）が薄くなるので、第２領域５７の耐電圧が低下する傾向がみられる。Ｌ２／Ｌ１＞０．９６であると、先端部４５の肉厚にもよるが、印加電圧による凹部５３を起点とした先端部４５の貫通破壊が生じるおそれがある。０．７≦Ｌ２／Ｌ１≦０．９６にすることにより、先端部４５の耐電圧を確保できると共に、印加電圧による凹部５３を起点とした先端部４５の貫通破壊を抑制できる。
【００４７】
図４は図１のＩＶ−ＩＶ線におけるスパークプラグ１０の断面図である。図４では簡略化のため、中心電極６０（軸部６２）に埋設された芯材６１の図示が省略されている。図４に示すように絶縁体４０は、軸方向視において、中心電極６０を挟んで接地電極３０（電極母材３１）の反対側に凹部５３が存在するように配置されている。
【００４８】
中心電極６０を挟んで接地電極３０の反対側（図４右側）は、接地電極３０側（図４左側）に比べて、接地電極３０が存在しない分だけ、放電により発生した火炎核が成長できる空間を広くできる。その結果、接地電極３０側に凹部５３を配置する場合に比べて、凹部５３に堆積したカーボンが焼失するときに生じる火炎を大きくできる。その火炎によって、先端部４５に付着したカーボンを広範囲に亘って焼失させることができるので、スパークプラグ１０の耐汚損性を向上できる。
【００４９】
なお、接地電極３０の反対側に凹部５３を設けるには、予め接地電極３０が接合された主体金具２０を絶縁体４０に精度良く組み付ける必要がある。図５を参照して主体金具２０と絶縁体４０との関係を説明する。図５は図１の矢印Ｖ−Ｖ線におけるスパークプラグ１０の断面図である。
【００５０】
絶縁体４０は、突出部４２の外周面に係合部４２ａが形成されている。係合部４２ａは、主体金具２０に形成される被係合部５８（後述する）と周方向に係合する部位である。本実施の形態では、突出部４２は軸方向視における外形が略正六角形（多角形）の多角柱状に形成されるので、多角柱の稜および稜に隣り合う面が係合部４２ａを構成する。
【００５１】
突出部４２は、周方向の位置決めのための目印４２ｂが外周面に形成される。本実施の形態では、目印４２ｂは、稜の１つを落とした面取りによる角面である。目印４２ｂは、軸方向視において、軸孔４１を挟んで凹部５３の反対側に設けられている。絶縁体４０は射出成形によって成形されるので、係合部４２ａや目印４２ｂは、成形型（図示せず）を設計することで容易に成形できる。
【００５２】
主体金具２０は内周に被係合部５８が形成されている。本実施の形態では、被係合部５８は工具係合部２３の内周に形成されている。被係合部５８は、絶縁体４０の突出部４２が挿入されるように、突出部４２よりも少し大きめの略正六角形（多角形）の筒状に形成されている。多角形の稜および稜に隣り合う面が被係合部５８を構成する。工具係合部２３は、外形が、被係合部５８と相似形の正六角形に形成されている。
【００５３】
被係合部５８は、絶縁体４０の周方向の位置決めのための目印５９が、稜の１か所に形成されている。目印５９は、絶縁体４０の突出部４２に形成された目印４２ｂに対応する部位であり、貫通孔２１（図１参照）の一部が径方向の内側に突出している。目印５９は、接地電極３０の電極母材３１が主体金具２０に接合された位置を軸線Ｏ方向に延長した位置に設けられている。主体金具２０は冷間鍛造等によって成形されるので、多角形状の被係合部５８は比較的容易に形成される。
【００５４】
主体金具２０及び絶縁体４０にそれぞれ目印４２ｂ，５９が形成されているので、目印４２ｂ，５９を合致させて絶縁体４０を主体金具２０に挿入すると、軸方向視において、中心電極６０を挟んで接地電極３０（電極母材３１）の反対側に凹部５３を配置できる。なお、目印４２ｂ，５９同士を合致させないと突出部４２を主体金具２０へ挿入できないように被係合部５８が形成されているので、主体金具２０に対する絶縁体４０の組み付け位置の間違いが発生しないようにできる。
【００５５】
突出部４２に係合部４２ａが形成されているので、主体金具２０の被係合部５８に係合部４２ａが周方向に係合すると、主体金具２０に対する絶縁体４０の凹部５３の位置が定められる。よって、主体金具２０に対する凹部５３の位置決めを容易にできる。
【００５６】
工具係合部２３は外形が被係合部５８と相似形なので、被係合部５８が形成されていない従来の主体金具に比べて、工具係合部２３の外形を小さくできる。以下、図６を参照してこれを説明する。図６は工具係合部２３の断面図である。図６では、軸線Ｏと直交する方向に切断した工具係合部２３の断面が実線で図示され、従来の工具係合部８０の断面が二点鎖線で図示されている。
【００５７】
従来の工具係合部８０は貫通孔２１の断面が円形である。工具係合部８０の強度を確保するために、円形の貫通孔２１の外側に所定の距離（厚さＴ）を確保して工具係合部８０の正六角形の外形が設定される。
【００５８】
本実施の形態では、貫通孔２１に内接する正六角形を被係合部５８とする（目印５９は除く）。従来と同様に、被係合部５８の外側に所定の距離（厚さＴ）を確保して、被係合部５８と相似形の工具係合部２３の外形を設定すれば、図６から明らかなように、工具係合部２３の外形を従来の工具係合部８０の外形より小さくできる。工具係合部２３の外形を小さくした分だけスパークプラグ１０を小径化できるので、内燃機関（図示せず）の周囲の省スペース化に寄与できる。また、従来の工具係合部８０に比べて工具係合部２３の角部の肉厚を薄くできるので、その分だけ軽量化できると共に主体金具２０の材料コストを削減できる。
【００５９】
次に図７を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、断面が楕円形の先端部４５に断面が円形の軸孔４１が形成される場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、断面が円形の先端部９２に断面が楕円形の軸孔９１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と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図７は第２実施の形態におけるスパークプラグの絶縁体９０の先端部９２の断面図である。
【００６０】
図７に示すように先端部９２は、軸線Ｏと直交する面で切断した断面の外形が円形であり、軸孔９１が楕円形である。絶縁体９０は、第１実施の形態で説明したスパークプラグ１０の絶縁体４０に代えて、主体金具２０に保持される。本実施の形態では、第１仮想直線５４は軸孔９１の短軸と重なり、第２仮想直線５５は軸孔９１の長軸に重なる。なお、第１仮想直線５４及び第２仮想直線５５の位置は、これに限られるものではなく、Ｌ１＞Ｌ２を満たす範囲で適宜設定できる。
【００６１】
先端部９２のうち第１仮想直線５４と重なる第１領域９４の長さＬ１は、第２仮想直線５５と重なる第２領域９５の長さＬ２より長く設定される。先端部９２は、外周面９３の周方向の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下である。凹部９６は、先端部９２の外周面９３のうち第１領域９４を中心に±１５°の範囲に設けられている。本実施の形態では、凹部９６は、周方向に互いに間隔をあけて先端部９２の外周面９３に２個設けられている。凹部９６は周方向に等間隔に配置されている。
【００６２】
凹部９６が周方向に互いに間隔をあけて２個設けられているので、凹部９６にカーボンが堆積して生じる導電経路を複数にできる。導電経路が単数の場合に比べて、カーボンを焼失させる放電を生じ易くできるので、耐汚損性を向上できる。また、凹部９６は周方向に等間隔に配置されているので、スパークプラグが内燃機関（図示せず）に取り付けられたときに凹部９６を全方位に配置できる。よって、内燃機関に取り付けられた絶縁体９０の方位に依存して耐汚損性にばらつきが生じないようにできる。
【実施例】
【００６３】
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。
【００６４】
種々の絶縁体４０を組み付けたスパークプラグ１０のサンプル１〜３０を作成し、汚損性および耐電圧を評価した。サンプル１〜３０は、表１に示すように、絶縁体４０の先端部４５の外周面４５ｂの算術平均粗さ（Ｒａ）、凹部５３の深さＤ、凹部５３の幅Ｗ、凹部５３の数、第２領域５７の長さＬ２を第１領域５６の長さＬ１で除した値（長さ比）、第１領域５６に対する凹部５３の位置（角度）を異ならせたものである。なお、凹部５３の長さＬは、サンプル１〜３０の全てにおいて１５ｍｍとした。また、凹部５３が複数形成されたサンプルは、凹部を周方向に等間隔に配置した。
【００６５】
汚損性は、ＪＩＳ  Ｄ１６０６（１９８７年）に規定された「くすぶり汚損試験」に基づいて評価した。低温試験室内（−１０℃）のシャシダイナモメータ上に排気量１５００ｃｃの４気筒エンジンを有する試験用自動車を置き、この自動車のエンジンの各気筒にスパークプラグを取り付けた。一つのサンプルについて４本のスパークプラグ１０を準備して汚損性を評価した。
【００６６】
サンプルを取り付けた自動車のエンジンを始動し、空吹かしを３回行った後、３速３５ｋｍ／ｈで４０秒間走行し、９０秒間のアイドリングをはさんで、３速３５ｋｍ／ｈで４０秒間走行した。その後、エンジンを停止し冷却させた。エンジンを再び始動し、空吹かしを３回行った後、１速１５ｋｍ／ｈで２０秒間走行することを、３０秒間のエンジン停止をはさみつつ合計３度行い、その後エンジンを停止した。この一連のパターンを１サイクルとして、複数サイクルを繰り返した。
【００６７】
各サイクルの終了時に４本のサンプルを自動車から取り外し、取り外したサンプルを圧力チャンバに取り付け、端子金具７０と主体金具２０との間に電圧を印加して、中心電極６０と接地電極３０との間に正規の放電（チップ３２，６５間の放電）が生じるか否かを調べた。４本とも正規の放電が生じたサンプルは「Ａ」、正規の放電が生じたものが２〜３本のサンプルは「Ｂ」、正規の放電が生じたものが１本のサンプルは「Ｃ」、１本も正規の放電が生じなかったサンプルは「Ｄ」と評価した。
【００６８】
耐電圧は、スパークプラグ１０に組み付ける前の絶縁体４０について試験を行った。先端部４５を下にして絶縁体４０を鉛直方向に立てた状態で、突出部４２を絶縁部材（図示せず）で支持し、軸孔４１に棒状の第１電極（図示せず）を挿入した。先端部４５を取り囲むようにリング状の第２電極（図示せず）を配置し、絶縁性のオイルを溜めた油槽（図示せず）の中に、絶縁体４０、第１電極および第２電極を沈めた。絶縁性のオイルは、３Ｍ（登録商標）社製のフロリナート（登録商標）ＦＣ−４３を用いた。
【００６９】
第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、絶縁破壊電圧を調べた。絶縁破壊電圧が５０ｋＶ／ｍｍ以上のサンプルは「Ａ」、絶縁破壊電圧が４５ｋＶ／ｍｍ以上５０ｋＶ／ｍｍ未満のサンプルは「Ｂ」、絶縁破壊電圧が４０ｋＶ／ｍｍ以上４５ｋＶ／ｍｍ未満のサンプルは「Ｃ」、絶縁破壊電圧が４０ｋＶ／ｍｍ未満のサンプルは「Ｄ」と評価した。
【００７０】
【表１】
2018006325.tif 000003
表１に示すように、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下、且つ、凹部の深さが３〜２０μｍの条件を満たすサンプル１〜２５は、汚損性および耐電圧の評価がＡ〜Ｃであった。一方、その条件を満たさないサンプル２６〜３０は、汚損性または耐電圧の評価がＤであった。これにより、先端部の算術平均粗さ０．５μｍ以下、且つ、凹部の深さ３〜２０μｍの条件を満たすことによって、凹部にカーボンを堆積させて耐汚損性を確保できると共に、耐電圧性能を確保できることが確認された。
【００７１】
サンプル１〜２３に注目すると、凹部の深さが５〜１０μｍであるサンプル３〜１２，１５〜２３は、汚損性の評価がＡ又はＢであった。一方、その条件を満たさないサンプル１，２，１３，１４は、汚損性の評価がＣであった。これにより、凹部の深さを５〜１０μｍとすることにより、耐汚損性を向上できることが確認された。
【００７２】
サンプル３〜１２，１５〜２５に注目すると、凹部の幅が３〜２００μｍであるサンプル３〜１２，１５〜２３は、汚損性の評価がＡ又はＢであった。一方、その条件を満たさないサンプル２４，２５は、汚損性の評価がＣであった。これにより、凹部の幅を３〜２００μｍとすることにより、耐汚損性を向上できることが確認された。
【００７３】
サンプル３〜１２，１５〜２３に注目すると、凹部の数が４又は８個のサンプル１５，１６は、汚損性の評価がＡであった。一方、凹部の数が１個のサンプル３〜１２，１７〜２２は、汚損性の評価がＢであった。また、凹部の数が１０個のサンプル２３は、汚損性の評価がＣであった。これにより、凹部を複数（最大８個）設けることにより、耐汚損性を向上できることが確認された。
【００７４】
サンプル１７〜２２は、第１領域の長さＬ１と第２領域の長さＬ２とが異なるサンプルであった。サンプル１７〜２２は、いずれも汚損性の評価はＢであった。しかし、耐電圧の評価において、サンプル１７〜１９は評価Ａであったのに対して、サンプル２０は評価Ｂであり、サンプル２１，２２は評価Ｃであった。これにより、第１領域の長さＬ１と第２領域の長さＬ２とを異ならせる場合に、耐電圧特性を向上させるため、Ｌ２／Ｌ１≧０．７０が好ましいことが確認された。また、第１領域の長さＬ１と第２領域の長さＬ２とを異ならせる場合に、耐電圧特性を向上させるため、第１領域から１５°以内に凹部を設けるのが好ましいことが確認された。
【００７５】
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、絶縁体４０，９０の形状や寸法などは一例であり適宜設定できる。
【００７６】
上記各実施の形態では中心電極６０の先端に小径部６３を設け、小径部６３と絶縁体４０，９０の軸孔４１，９１との間のエアギャップを利用して、小径部６３の段差状のエッジと凹部５３，９６に堆積したカーボン（導電経路）との間に放電を発生させ、カーボンを焼き切る場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。小径部６３の代わりに、主体金具２０に電気的に接続された周知の副電極を設けることは当然可能である。この場合には、凹部５３，９６に堆積したカーボンと副電極との間に放電を生じさせてカーボンを焼失させることができる。
【００７７】
なお、小径部６３や副電極は必ずしも必要ではない。小径部６３や副電極を設けなくても、凹部５３，９６に堆積したカーボン（導電経路）と中心電極６０や主体金具２０とのエアギャップに放電を生じさせてカーボンを焼き切る周知の手段は適宜採用できる。
【００７８】
また、凹部５３，９６に堆積したカーボン（導電経路）を利用して、先端部４５，９２を帯電させ難くすることは可能である。先端部４５，９２を帯電させ難くすることにより、カーボンを先端部４５，９２に吸着させ難くすることができる。その結果、先端部４５，９２へのカーボンの堆積を防ぎ、先端部４５，９２の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００７９】
また、先端部４５，９２の長さを長くすることにより、混合気の燃焼によって発生した熱を先端部４５，９２に蓄積して、凹部５３，９６に堆積したカーボンを焼失させることは可能である。凹部５３，９６に堆積したカーボンを焼失させることで、先端部４５，９２へのカーボンの堆積を防ぎ、先端部４５，９２の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００８０】
上記各実施の形態では、主体金具２０の先端に接合された接地電極３０が軸線Ｏ方向に突出するスパークプラグ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い。中心電極６０を取り巻くように接地電極を配置したスパークプラグ（いわゆる沿面放電プラグ）や、接地電極を複数配置したスパークプラグ（いわゆる多極プラグ）に上記各実施の形態の絶縁体４０，９０を適用することは当然可能である。
【００８１】
上記第１実施の形態では先端部４５は断面が楕円形、軸孔４１は断面が円形に形成される場合について説明し、第２実施の形態では先端部９２は断面が円形、軸孔９１は断面が楕円形に形成される場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。先端部や軸孔の楕円形の形状を長円状や角丸状にすることは当然可能である。この場合も、肉厚の異なる第１領域および第２領域を先端部に形成できるからである。
【００８２】
上記各実施の形態では、絶縁体４０，９０の先端部４５，９２に肉厚の異なる第１領域５６，９４及び第２領域５７，９５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。断面が円形の先端部に断面が円形の軸孔を形成する（肉厚を周方向に亘って略同一にする）ことは当然可能である。先端部の断面形状に関わらず、先端部の外周面に形成された１乃至複数の凹部を利用して、先端部に堆積したカーボンを焼失させることができる。
【００８３】
上記各実施の形態では、先端部４５，９２に１個または２個の凹部５３，９６が形成された絶縁体４０，９０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。凹部の数は適宜設定できる。なお、凹部の数は２〜８個が好適である。凹部の数が９個より多くなると、凹部に堆積したカーボンによる導電経路の数が多いので、導電経路と電極との間のエアギャップに微小な放電が比較的頻繁に生じ、カーボンを焼き切り難くなる傾向がみられるからである。
【００８４】
上記各実施の形態では、工具係合部２３が六角形の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。レンチ等の工具が係合できる面、好ましくは軸線Ｏに平行な２面があれば、工具係合部２３の形状は当然に適宜設定できる。
【００８５】
上記各実施の形態では、主体金具２０の被係合部５８が六角形の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。被係合部５８は、軸線Ｏと直交する断面の形状が、工具係合部２３の軸線Ｏと直交する断面の形状と相似形であれば、工具係合部２３の肉厚を薄くできる。よって、被係合部５８の形状は、工具係合部２３の形状に合わせて適宜設定できる。
【００８６】
上記各実施の形態では、絶縁体４０，９０の突出部４２に六角形の係合部４２ａが形成された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。係合部４２ａは、主体金具２０に対する絶縁体４０の周方向の位置決めをするために、主体金具２０の被係合部５８と周方向に係合する部位なので、被係合部５８の形状に応じて、軸線Ｏを中心にして被係合部５８の内側を回転できないような形状に適宜設定できる。
【００８７】
上記各実施の形態では、絶縁体４０，９０の突出部４２に、稜の１つを落とした面取りからなる目印４２ｂが形成された場合について説明したが、これに限られるものではない。目印４２ｂの形状や位置は当然任意に設定できる。同様に、目印４２ｂに対応して主体金具２０に設けられる目印５９の位置や形状も、当然のことながら任意に設定できる。
【００８８】
上記各実施の形態では、接地電極３０及び中心電極６０がそれぞれチップ３２，６５を備え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。チップ３２，６５を省略することは当然可能である。
【００８９】
上記実施の形態では、抵抗体７１が絶縁体４０，９０に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い。抵抗体７１を内蔵しないスパークプラグの製造に上記各実施の形態を適用することは当然可能である。この場合には抵抗体７１及び導電性シール７３を省略して、導電性シール７２によって中心電極６０と端子金具７０とを接合すれば良い。
【符号の説明】
【００９０】
１０  スパークプラグ
２０  主体金具
２７  棚部
３０  接地電極
４０，９０  絶縁体
４１，９１  軸孔
４２  突出部
４２ａ  係合部
４５，９２  先端部
４５ａ  端面
４５ｂ，９３  外周面
４６  段部
５３，９６  凹部
５４  第１仮想直線
５５  第２仮想直線
５６，９４  第１領域
５７，９５  第２領域
５８  被係合部
６０  中心電極
Ｄ    深さ
Ｌ    長さ
Ｗ    幅
Ｏ    軸線
【図１】
2018006325.tif 000004
【図２】
2018006325.tif 000005
【図３】
2018006325.tif 000006
【図４】
2018006325.tif 000007
【図５】
2018006325.tif 000008
【図６】
2018006325.tif 000009
【図７】
2018006325.tif 000010