(57)【要約】【課題】スパークプラグの耐電圧性能を向上させることのできる技術を提供する。【解決手段】スパークプラグは、軸線に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔内に挿入された中心電極と、絶縁体の外周に配置された主体金具と、主体金具の先端に配置された接地電極とを備える。主体金具の内周には、径方向内側に突出した棚部が形成されている。中心電極は、径方向の外側に突出した鍔部と、鍔部より先端側に形成された第１胴部と、鍔部と第１胴部との間であって少なくとも主体金具の棚部に対向する位置に形成され、第１胴部の径よりも小さい径を有する小径部とを備える。【選択図】図２
2015122157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔内に挿入された中心電極と、
前記絶縁体の外周に配置された主体金具と、
前記主体金具の先端に配置された接地電極と
を備えるスパークプラグであって、
前記主体金具の内周には、径方向内側に突出した棚部が形成されており、
前記中心電極は、
径方向の外側に突出した鍔部と、
前記鍔部より先端側に形成された第１胴部と、
前記鍔部と前記第１胴部との間であって少なくとも前記主体金具の前記棚部に対向する位置に形成され、前記第１胴部の径よりも小さい径を有する小径部と
を備えることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極は、さらに、前記鍔部と前記小径部との間に形成され、前記小径部の径よりも大きい径を有する第２胴部を備えることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項３】
請求項２に記載のスパークプラグであって、
前記第２胴部と前記小径部との間には、先端部に向けて径が小さくなる縮径部が形成されており、
前記小径部と前記第１胴部との間には、先端部に向けて径が大きくなる拡径部が形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項４】
請求項３に記載のスパークプラグであって、
前記縮径部及び前記拡径部のうちの少なくとも一方は、直線又は曲線によって構成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記絶縁体の前記軸孔には、前記中心電極の前記鍔部を支持する段部が形成されており、
前記中心電極の前記第２胴部の先端から、前記第１胴部の後端までの長さをＬ１と定義し、
前記絶縁体の前記段部の先端から前記絶縁体の先端までの長さをＬ２と定義した場合に、
関係式
Ｌ１／Ｌ２≦０．５５
を満たすことを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極の前記第２胴部の外周と、前記絶縁体の前記軸孔との隙間は、０．０９ｍｍ以下であり、
前記中心電極の前記第２胴部の長さは、１．５ｍｍ以上であることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項７】
請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極の前記第２胴部の長さは、４．０ｍｍ以下であることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極の前記第１胴部の外周と、前記絶縁体の前記軸孔との隙間は、０．０９ｍｍ以下であり、
前記絶縁体の前記軸孔には、前記中心電極の前記鍔部を支持する段部が形成されており、
前記絶縁体の前記段部の先端から前記絶縁体の先端までの長さをＬ２と定義した場合に、
前記中心電極の前記小径部は、少なくとも、前記絶縁体の先端から長さＬ２の４割の位置に形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極は、外層と、前記外層よりも高い熱伝導率を有する内層とを備えていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項１０】
請求項９に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極の前記内層は、前記小径部が形成されている位置において、径方向の内側に後退していることを特徴とする、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する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの高圧縮化・高出力化に伴って、スパークプラグを着火させるための要求電圧が高くなっている。このため、高い要求電圧にも耐えうるように、スパークプラグの耐電圧性能を向上させることが重要な課題となっている。また、エンジンの小型化やレイアウトの見直し等に伴って、スパークプラグの小型化（絶縁碍子の細径化）が求められている。しかし、スパークプラグを小型化すると、主体金具と中心電極など電極間距離の縮小化や、絶縁碍子の厚みの薄肉化等によって、スパークプラグの耐電圧性能が低下してしまうといった課題があった。
【０００３】
従来、スパークプラグの耐電圧性能を向上させる技術としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１には、主体金具の内周面に形成された棚部の角を丸くすることによって、電界の集中を低減し、主体金具と中心電極との間における絶縁破壊を抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１３０４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、主体金具と中心電極との間における絶縁破壊をさらに抑制し、スパークプラグの耐電圧性能をさらに向上させたいといった要望があった。そのほか、従来のスパークプラグにおいては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、スパークプラグが提供される。このスパークプラグは、軸線に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と；前記軸孔内に挿入された中心電極と；前記絶縁体の外周に配置された主体金具と；前記主体金具の先端に配置された接地電極とを備える。前記主体金具の内周には、径方向内側に突出した棚部が形成されており；前記中心電極は、径方向の外側に突出した鍔部と；前記鍔部より先端側に形成された第１胴部と；前記鍔部と前記第１胴部との間であって少なくとも前記主体金具の前記棚部に対向する位置に形成され、前記第１胴部の径よりも小さい径を有する小径部とを備える。
この形態のスパークプラグによれば、中心電極に小径部が形成されているため、主体金具の棚部に対向する位置において、絶縁体の軸孔の内周面と中心電極の表面との間の距離が大きくなっている。したがって、スパークプラグに高電圧が印加された場合に、主体金具の棚部と中心電極との間において絶縁破壊が生じるのを抑制することができ、スパークプラグの耐電圧性能を向上させることができる。
【０００８】
（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記中心電極は、さらに、前記鍔部と前記小径部との間に形成され、前記小径部の径よりも大きい径を有する第２胴部を備えてもよい。
この形態のスパークプラグによれば、第２胴部の表面と絶縁体の軸孔の内周面との間の距離が小さくなるので、中心電極の鍔部よりも先端側の熱は、第２胴部から絶縁体に伝わりやすくなる。したがって、中心電極の鍔部が高温になるのを抑制することができるとともに、中心電極の鍔部の周囲に充填されたガラスシールの熱による劣化を抑制することができる。
【０００９】
（３）上記形態のスパークプラグにおいて、前記第２胴部と前記小径部との間には、先端部に向けて径が小さくなる縮径部が形成されており；前記小径部と前記第１胴部との間には、先端部に向けて径が大きくなる拡径部が形成されていてもよい。
この形態のスパークプラグによれば、中心電極に、縮径部及び拡径部が形成されているので、第２胴部と小径部との間及び小径部と第１胴部との間における電界強度が小さくなる。したがって、スパークプラグに高電圧が印加された場合に、主体金具の棚部と中心電極との間において絶縁破壊が生じるのをさらに抑制することができる。
【００１０】
（４）上記形態のスパークプラグにおいて、前記縮径部及び前記拡径部のうちの少なくとも一方は、直線又は曲線によって構成されていてもよい。
縮径部又は拡径部が曲線によって構成されているスパークプラグによれば、縮径部又は拡径部における電界強度をさらに小さくすることができるとともに、中心電極の曲げ強度を向上させることができる。一方、縮径部又は拡径部が直線によって構成されているスパークプラグによれば、縮径部又は拡径部を容易に形成することができる。
【００１１】
（５）上記形態のスパークプラグにおいて、前記絶縁体の前記軸孔には、前記中心電極の前記鍔部を支持する段部が形成されており；前記中心電極の前記第２胴部の先端から、前記第１胴部の後端までの長さをＬ１と定義し；前記絶縁体の前記段部の先端から前記絶縁体の先端までの長さをＬ２と定義した場合に；関係式Ｌ１／Ｌ２≦０．５５を満たしてもよい。
この形態のスパークプラグによれば、絶縁体の所定の部分の長さに対する小径部の長さの割合が一定以下となるので、絶縁体の所定の部分の長さに対して第１胴部及び第２胴部の長さが一定以上確保される。第１胴部及び第２胴部の径は、小径部の径よりも大きいため、絶縁体の熱が中心電極に伝わりやすい。したがって、スパークプラグの耐熱性能を確保することができる。
【００１２】
（６）上記形態のスパークプラグにおいて、前記中心電極の前記第２胴部の外周と、前記絶縁体の前記軸孔との隙間は、０．０９ｍｍ以下であり；前記中心電極の前記第２胴部の長さは、１．５ｍｍ以上であってもよい。
この形態のスパークプラグによれば、中心電極の鍔部よりも先端側の熱が、第２胴部から絶縁体に十分に伝わりやすくなる。したがって、中心電極の鍔部が高温になるのをさらに抑制することができるとともに、中心電極の鍔部の周囲に充填されたガラスシールの熱による劣化をさらに抑制することができる。
【００１３】
（７）上記形態のスパークプラグにおいて、前記中心電極の前記第２胴部の長さは、４．０ｍｍ以下であってもよい。
この形態のスパークプラグによれば、中心電極において小径部が形成されている領域が十分に確保され、中心電極と絶縁体との間に十分な大きさの空隙が確保される。したがって、中心電極と絶縁体との間に燃焼残渣物が詰まりにくくなるとともに、中心電極が高温になって膨張しても、絶縁碍子１０に作用する応力を低減することができる。
【００１４】
（８）上記形態のスパークプラグにおいて、前記中心電極の前記第１胴部の外周と、前記絶縁体の前記軸孔との隙間は、０．０９ｍｍ以下であり；前記絶縁体の前記軸孔には、前記中心電極の前記鍔部を支持する段部が形成されており；前記絶縁体の前記段部の先端から前記絶縁体の先端までの長さをＬ２と定義した場合に；前記中心電極の前記小径部は、少なくとも、前記絶縁体の先端から長さＬ２の４割の位置に形成されていてもよい。
中心電極が高温になって膨張すると、絶縁体及び中心電極に応力が生じる。絶縁体及び中心電極に生じる応力は、絶縁体の先端から長さＬ２の４割の位置において最大となることが実験によって確認された。この形態のスパークプラグによれば、中心電極の小径部が、少なくとも、絶縁体の先端から長さＬ２の４割の位置に形成されているので、中心電極の膨張を小径部によって吸収することができ、絶縁体の先端から長さＬ２の４割の位置において生じる応力を低減することができる。また、この形態のスパークプラグによれば、中心電極の第１胴部の外周と、絶縁体の軸孔との隙間が０．０９ｍｍ以下なので、燃焼残渣物が中心電極と絶縁体との間に侵入するのを抑制することができる。
【００１５】
（９）上記形態のスパークプラグにおいて、前記中心電極は、外層と、前記外層よりも高い熱伝導率を有する内層とを備えていてもよい。
この形態のスパークプラグによれば、中心電極の熱引き性能を向上させることができる。
【００１６】
（１０）上記形態のスパークプラグにおいて、前記中心電極の前記内層は、前記小径部が形成されている位置において、径方向の内側に後退していてもよい。
この形態のスパークプラグによれば、小径部が形成されている位置においても、外層の厚さが確保されるので、中心電極の表面から内層が露出するのを抑制することができる。
【００１７】
本発明は、スパークプラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、スパークプラグの製造方法の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態としてのスパークプラグを示す部分断面図である。
【図２】スパークプラグの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。
【図３】中心電極の外観を示す説明図である。
【図４】第２実施形態としてのスパークプラグの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。
【図５】第３実施形態としてのスパークプラグの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。
【図６】第４実施形態としてのスパークプラグの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。
【図７】第５実施形態としてのスパークプラグの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。
【図８】耐電圧試験の結果をグラフ形式で示す説明図である。
【図９】Ｌ１／Ｌ２と耐熱性能との関係をグラフ形式で示す説明図である。
【図１０】Ｌ１／Ｌ２と耐熱性能との関係をグラフ形式で示す説明図である。
【図１１】Ｌ１／Ｌ２と耐熱性能との関係をグラフ形式で示す説明図である。
【図１２】Ｌ１／Ｌ２と耐熱性能との関係をグラフ形式で示す説明図である。
【図１３】各サンプルの熱引き性能、気密性能、耐破損性能及び総合性能の結果を表形式で示す説明図である。
【図１４】各サンプルの熱引き性能、気密性能、耐破損性能及び総合性能の結果を表形式で示す説明図である。
【図１５】各サンプルの熱引き性能、気密性能、耐破損性能及び総合性能の結果を表形式で示す説明図である。
【図１６】各サンプルの総合性能の結果をグラフ形式で示す説明図である。
【図１７】絶縁碍子１０の先端１０ａからの位置と応力との関係を表形式及びグラフ形式で示す説明図である。
【図１８】絶縁碍子１０の先端１０ａからの位置と応力との関係を表形式及びグラフ形式で示す説明図である。
【図１９】絶縁碍子１０の先端１０ａからの位置と応力との関係を表形式及びグラフ形式で示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態を実施形態に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ〜Ｅ．第１〜第５実施形態：
Ｆ．実験例： 
Ｆ１．中心電極の小径部に関する実験例（耐電圧試験）：
Ｆ２．Ｌ１／Ｌ２に関する実験例（耐熱性能評価試験）：
Ｆ３．第２胴部の外周と軸孔との隙間Ｌ３及び第２胴部の長さＬ４に関する実験例：
Ｆ４．応力に関する実験例：
Ｇ．変形例：
【００２０】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００を示す部分断面図である。以下では、図１に示す軸線方向ＯＤを、図面における上下方向と定義し、下側をスパークプラグの先端側、上側を後端側と定義して説明する。なお、図１では、軸線Ｏの右側にスパークプラグ１００の外観を示し、軸線Ｏの左側にスパークプラグ１００の断面を示している。
【００２１】
スパークプラグ１００は、内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられる装置であり、先端の電極間において火花放電を生じさせることによって、内燃機関の燃焼室内における混合気（燃料＋空気）に着火させる。
【００２２】
スパークプラグ１００は、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とを備えている。絶縁碍子１０は、絶縁体として機能する部材であり、軸線Ｏに沿って延びる軸孔１２を有している。中心電極２０は、軸線Ｏに沿って延びる棒状の電極であり、絶縁碍子１０の軸孔１２内に挿入された状態で保持されている。主体金具５０は、絶縁碍子１０の外周を囲む筒状の部材であり、絶縁碍子１０を内部に固定している。
【００２３】
接地電極３０は、一端が主体金具５０の先端に固定され、他端が中心電極２０と対向する電極である。端子金具４０は、電力の供給を受けるための端子であり、中心電極２０に電気的に接続されている。スパークプラグ１００がエンジンヘッド２００に取り付けられた状態で、端子金具４０とエンジンヘッド２００との間に高電圧が印加されると、中心電極２０と接地電極３０との間に火花放電が生じる。以下、各部材の詳細について説明する。
【００２４】
絶縁碍子１０は、セラミックスによって形成された筒状の絶縁体であり、軸線方向ＯＤに延びる軸孔１２が軸線Ｏに沿って形成されている。本実施形態では、絶縁碍子１０は、アルミナを焼成することによって形成されている。絶縁碍子１０の軸線方向ＯＤの略中央には、外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、鍔部１９より後端側には、後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成されている。先端側胴部１７よりもさらに先端側には、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３の外径は、先端側に近づくにしたがって小さくなっている。スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた状態では、脚長部１３は、内燃機関の燃焼室内に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には外周側段部１５が形成されている。
【００２５】
中心電極２０は、絶縁碍子１０の後端側から先端側に向かって延びた棒状の部材であり、中心電極２０の先端は、絶縁碍子１０の先端側において露出している。本実施形態では、中心電極２０は、電極母材２１（外層２１）の内部に、芯材２２（内層２２）が埋設された構造を有している。電極母材２１は、インコネル６００等（インコネルは登録商標）のニッケル合金によって形成されている。芯材２２は、電極母材２１よりも高い熱伝導率を有する銅または銅を主体とする合金によって形成されている。
【００２６】
絶縁碍子１０の軸孔１２内のうち、中心電極２０の後端側には、シール体４及びセラミック抵抗３が設けられている。中心電極２０は、シール体４及びセラミック抵抗３を介して、端子金具４０に電気的に接続されている。
【００２７】
主体金具５０は、低炭素鋼材によって形成された筒状の金具であり、絶縁碍子１０を内部に保持している。絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位は、主体金具５０によって囲まれている。
【００２８】
主体金具５０の外周には、工具係合部５１と、ネジ部５２とが形成されている。工具係合部５１は、スパークプラグレンチ（図示せず）が嵌合する部位である。主体金具５０のネジ部５２は、ネジ山が形成された部位であり、内燃機関のエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合する。スパークプラグ１００は、主体金具５０のネジ部５２をエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合させて締め付けることによって、内燃機関のエンジンヘッド２００に固定される。
【００２９】
主体金具５０の工具係合部５１とネジ部５２との間には、径方向外側に突き出たフランジ状の鍔部５４が形成されている。ネジ部５２と鍔部５４との間のネジ首５９には、環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、板体を折り曲げることによって形成されており、スパークプラグ１００がエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、鍔部５４の座面５５と取付ネジ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形によって、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００との隙間が封止され、取付ネジ孔２０１を介した燃焼ガスの漏出が抑制される。
【００３０】
主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、薄肉の加締部５３が形成されている。また、鍔部５４と工具係合部５１との間には、薄肉の座屈部５８が形成されている。主体金具５０の工具係合部５１から加締部５３にかけての内周面と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が挿入されている。さらに両リング部材６，７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。スパークプラグ１００の製造工程において、加締部５３が内側に折り曲げられて加締められると、座屈部５８は、圧縮力の付加に伴って外向きに変形（座屈）するとともに、主体金具５０と絶縁碍子１０とが固定される。タルク９は、この加締め工程の際に圧縮され、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性が高められる。
【００３１】
主体金具５０の内周には、径方向内側に突出した棚部５７が形成されている。主体金具５０の棚部５７と、絶縁碍子１０の外周側段部１５との間には、環状の板パッキン８が設けられている。主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、この板パッキン８によっても確保され、燃焼ガスの漏出が抑制される。
【００３２】
接地電極３０は、主体金具５０の先端に接合された電極であり、耐腐食性の優れた合金によって形成されていることが好ましい。本実施形態では、接地電極３０は、ニッケルまたは、インコネル６００またはインコネル６０１等（「インコネル」は登録商標）のニッケルを主成分とする合金によって形成されている。接地電極３０と主体金具５０との接合は、例えば、溶接によって行なわれる。
【００３３】
端子金具４０には、プラグキャップ（図示せず）を介して高圧ケーブル（図示せず）が接続される。上述したように、この端子金具４０とエンジンヘッド２００との間に高電圧が印加されると、接地電極３０と中心電極２０との間に火花放電が生じる。
【００３４】
図２は、スパークプラグ１００の先端付近の断面を拡大して示す説明図である。図２に示すように、中心電極２０には、径方向の外側に突出した鍔部２３が形成されており、絶縁碍子１０の軸孔１２には、中心電極２０の鍔部２３を支持する段部１６が形成されている。
【００３５】
中心電極２０には、さらに、第１胴部２４と、小径部２５とが形成されている。第１胴部２４は、鍔部２３より先端側に形成されている。小径部２５は、鍔部２３と第１胴部２４との間であって少なくとも主体金具５０の棚部５７に対向する位置に形成されており、第１胴部２４の径よりも小さい径を有している。
【００３６】
本実施形態によれば、主体金具５０の棚部５７に対向する位置において、中心電極２０に小径部２５が形成されているため、絶縁碍子１０の軸孔１２の内周面と中心電極２０の表面との間の距離が大きくなっている。したがって、スパークプラグ１００に高電圧が印加された場合に、主体金具５０の棚部５７と中心電極２０との間において絶縁破壊が生じるのを抑制することができ、スパークプラグ１００の耐電圧性能を向上させることができる。なお、本実施形態では、小径部２５は、切削加工によって形成されている。
【００３７】
さらに、本実施形態では、中心電極２０の鍔部２３と小径部２５との間に、小径部２５の径よりも大きい径を有する第２胴部２６が形成されている。本実施形態によれば、第２胴部２６の表面と絶縁碍子１０の軸孔１２の内周面との間の距離が小さくなっているので、中心電極２０の鍔部２３よりも先端側の熱は、第２胴部２６から絶縁碍子１０に伝わる。したがって、中心電極２０の鍔部２３が高温になるのを抑制することができる。この結果、中心電極２０の鍔部２３の周囲に充填されたシール体４（ガラスシール）の熱による劣化を抑制することができる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、中心電極２０の第２胴部２６の外周と、絶縁碍子１０の軸孔１２との隙間Ｌ３は、０．０９ｍｍ以下であり、中心電極２０の第２胴部２６の長さＬ４は、１．５ｍｍ以上である。このように規定した理由について説明する。隙間Ｌ３が小さいほど、また、第２胴部２６の長さＬ４が長いほど、中心電極２０の熱が第２胴部２６を通じて絶縁碍子１０に伝わりやすくなる。したがって、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、中心電極２０の鍔部２３よりも先端側の熱が、第２胴部２６から絶縁碍子１０にさらに伝わりやすくなるので、中心電極２０の鍔部２３が高温になるのをさらに抑制することができる。隙間Ｌ３を０．０９ｍｍ以下に規定した根拠や、中心電極２０の第２胴部２６の長Ｌ４さを１．５ｍｍ以上に規定した根拠については後述する。
【００３９】
さらに、本実施形態では、第２胴部２６と小径部２５との間には、先端部に向けて径が小さくなる縮径部２７が形成されており、小径部２５と第１胴部２４との間には、先端部に向けて径が大きくなる拡径部２８が形成されている。本実施形態によれば、中心電極２０に、縮径部２７及び拡径部２８が形成されているので、第２胴部２６と小径部２５との間及び小径部２５と第１胴部２４との間における電界強度が小さくなっている。したがって、スパークプラグ１００に高電圧が印加された場合に、主体金具５０の棚部５７と中心電極２０との間において絶縁破壊が生じるのをさらに抑制することができる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、中心電極２０の縮径部２７及び拡径部２８は、直線によって構成されている。したがって、縮径部２７及び拡径部２８を容易に形成することができる。
【００４１】
さらに、中心電極２０の第２胴部２６の先端２６ａから、第１胴部２４の後端２４ａまでの長さをＬ１と定義する。絶縁碍子１０の段部１６の先端から、絶縁碍子１０の先端１０ａまでの長さを、脚長部１３の長さとして、Ｌ２と定義する。この場合において、本実施形態のスパークプラグ１００は、下記の関係式（１）を満たしている。
Ｌ１／Ｌ２≦０．５５  …（１）
【００４２】
上記関係式（１）を満たすようにした理由について説明する。脚長部１３の長さＬ２に対してＬ１が長くなりすぎると、絶縁碍子１０の熱が中心電極２０に伝わりにくくなり、スパークプラグ１００の耐熱性能が低下してしまう。そこで、本実施形態では、脚長部１３の長さＬ２に対するＬ１の長さを５５％以下に規定するので、スパークプラグ１００の耐熱性能の低下を抑制することができる。なお、脚長部１３の長さＬ２に対するＬ１の長さを５５％以下に規定した根拠については後述する。
【００４３】
さらに、本実施形態では、中心電極２０の第２胴部２６の長さＬ４は、４．０ｍｍ以下である。このように規定した理由について説明する。中心電極２０のうち、第２胴部２６の長さＬ４が短いほど、小径部２５が形成されている領域が広くなる。小径部２５が形成されている領域が広いほど、中心電極２０と絶縁碍子１０との間に形成される空隙が大きくなるので、中心電極２０と絶縁碍子１０との間に燃焼残渣物が詰まりにくくなるとともに、中心電極２０が高温になって膨張しても、絶縁碍子１０に作用する応力が低減される。本実施形態によれば、中心電極２０の第２胴部２６の長さＬ４が４．０ｍｍ以下なので、中心電極２０において小径部２５が形成されている領域が十分に確保される。したがって、燃焼残渣物による詰まりや、絶縁碍子１０に作用する応力を低減することができる。
【００４４】
図３は、中心電極２０の外観を示す説明図である。上述したように、本実施形態の中心電極２０には、鍔部２３と、第２胴部２６と、縮径部２７と、小径部２５と、拡径部２８と、第１胴部２４とが形成されている。小径部２５の直径Ｄａは、第２胴部２６の直径Ｄｂ及び第１胴部２４の直径Ｄｃよりも小さくなっており、第２胴部２６の直径Ｄｂは、第１胴部２４の直径Ｄｃと同じである。
【００４５】
このように、本実施形態では、中心電極２０に小径部２５が形成されているので、主体金具５０の棚部５７と中心電極２０との間において絶縁破壊が生じるのを抑制することができ、スパークプラグ１００の耐電圧性能を向上させることができる。また、上述したように、本実施形態では、中心電極２０の内層２２は、外層２１よりも高い熱伝導率を有しているので、中心電極２０の熱引き性能を向上させることができる。
【００４６】
Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態としてのスパークプラグ１００ｂの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。図２に示した第１実施形態との違いは、中心電極２０の縮径部２７及び拡径部２８が曲線によって構成されているという点であり、他の構成は第１実施形態と同じである。
【００４７】
本実施形態によれば、縮径部２７及び拡径部２８における電界強度を小さくすることができるので、スパークプラグ１００ｂの耐電圧性能をさらに向上させることができる。また、本実施形態によれば、中心電極２０の曲げ強度を向上させることができる。
【００４８】
Ｃ．第３実施形態：
図５は、第３実施形態としてのスパークプラグ１００ｃの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。図２に示した第１実施形態との違いは、中心電極２０の小径部２５は、少なくとも、絶縁碍子１０の先端１０ａから長さＬ２の４割の位置に形成されている点と、中心電極２０の第１胴部２４の外周と絶縁碍子１０の軸孔１２との隙間Ｌ５が０．０９ｍｍ以下である点と、Ｌ１／Ｌ２が０．５５を超えている点であり、他の構成は第１実施形態と同じである。
【００４９】
中心電極２０が高温になって膨張すると、絶縁碍子１０及び中心電極２０に応力が生じる。後述する実験例で示すように、絶縁碍子１０及び中心電極２０に生じる応力は、絶縁碍子１０の先端１０ａから長さＬ２の４割の位置において最大となる。本実施形態によれば、中心電極２０の小径部２５が、少なくとも、絶縁碍子１０の先端１０ａから長さＬ２の４割の位置に形成されているので、中心電極２０の膨張分を小径部２５によって吸収することができる。したがって、絶縁碍子１０の先端１０ａから長さＬ２の４割の位置において生じる応力を低減することができ、絶縁碍子１０の破損を抑制することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、隙間Ｌ５が０．０９ｍｍ以下なので、燃焼残渣物が中心電極２０と絶縁碍子１０との間に侵入するのを抑制することができる。
【００５１】
Ｄ．第４実施形態：
図６は、第４実施形態としてのスパークプラグ１００ｄの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。図２に示した第１実施形態との違いは、中心電極２０の内層２２が、中心電極２０の小径部２５が形成されている位置において、径方向の内側に後退しているという点であり、他の構成は第１実施形態と同じである。
【００５２】
本実施形態によれば、小径部２５が形成されている位置においても、外層２１の厚さが確保されるので、中心電極２０の表面から内層２２が露出するのを抑制することができる。また、このような形状の中心電極２０は、例えば、プレス加工によって容易に作製することができる。
【００５３】
Ｅ．第５実施形態：
図７は、第５実施形態としてのスパークプラグ１００ｅの先端付近の断面を拡大して示す説明図である。図２に示した第１実施形態との違いは、棚部５７が主体金具５０の先端近傍まで形成されているという点であり、他の構成は第１実施形態と同じである。
【００５４】
本実施形態のように、棚部５７が主体金具５０の先端近傍まで形成されている場合には、棚部５７の後端５７ａから３ｍｍまでの範囲を棚部５７と定義する。そして、小径部２５は、棚部５７の後端５７ａから少なくとも３ｍｍまでの範囲に形成されていればよい。
【００５５】
このような構成であっても、第１実施形態と同様に、中心電極２０に小径部２５が形成されているので、主体金具５０の棚部５７と中心電極２０との間において絶縁破壊が生じるのを抑制することができ、スパークプラグ１００の耐電圧性能を向上させることができる。
【００５６】
Ｆ．実験例： 
Ｆ１．中心電極の小径部に関する実験例（耐電圧試験）：
本実験例では、中心電極２０の小径部２５の径の大きさと、スパークプラグ１００の耐電圧性能との関係について調べた。具体的には、小径部２５の径の大きさの異なる複数のサンプルを用意した。用意したスパークプラグ１００のサンプルの先端を絶縁油で満たした状態とし、端子金具４０と主体金具５０との間に電圧を印加した。０．１ｋＶ／３秒の割合で印加電圧を大きくしていき、主体金具５０と中心電極２０との間で絶縁破壊が生じたときの印加電圧を測定した。そして、小径部２５が形成されていないスパークプラグと比較して、絶縁破壊が生じたときの印加電圧がどれだけ増加したのかを調べた。なお、以下では、絶縁破壊が生じたときの印加電圧を「貫通電圧」とも呼ぶ。
【００５７】
図８は、耐電圧試験の結果をグラフ形式で示す説明図である。横軸は、第１胴部２４の直径Ｄｃから小径部２５の直径Ｄａを引いた長さである。縦軸は、中心電極２０に小径部２５が形成されていないサンプルと比較して、貫通電圧がどれだけ増加したのかを示す値である。
【００５８】
図８によれば、中心電極２０に小径部２５が形成されていると、貫通電圧が大きくなり、耐電圧性能が向上することが理解できる。さらに、小径部２５の径が、第１胴部２４及び第２胴部２６の径に対して小さくなるほど、耐電圧性能が向上することも理解できる。
【００５９】
Ｆ２．Ｌ１／Ｌ２に関する実験例（耐熱性能評価試験）：
本実験例では、Ｌ２に占めるＬ１の割合（Ｌ１／Ｌ２）と、スパークプラグ１００の耐熱性能との関係について調べた。具体的には、Ｌ１／Ｌ２の異なる複数のサンプルを用意し、下記の耐熱性能評価試験を行なった。
【００６０】
耐熱性能評価試験では、自動車用エンジン(４気筒、排気量１．６Ｌ)を用いて、スパークプラグ１００の点火時期を変化させる。点火時期を進めていくと、ある点火時期においてプレイグニッションが発生し始める。プレイグニッションが発生し始める点火時期（クランクアングル）を測定することによって、スパークプラグの耐熱性能を評価する。
【００６１】
本実験例では、エンジン回転数５５００ｒｐｍ、スロットル全開という条件で、点火時期を１°ＣＡ（クランクアングル）ずつ進めていき、各点火時期ごとに２分間保持した。そして、２分間にプレイグニッションが４回発生した点火時期を測定することによって、スパークプラグ１００の耐熱性能を判定した。この耐熱性能評価試験では、プレイグニッションが発生しない点火時期の限界がより進角側であるほど、耐熱性能の高いスパークプラグとして評価される。
【００６２】
図９から図１２は、Ｌ１／Ｌ２と、耐熱性能との関係をグラフ形式で示す説明図である。横軸は、Ｌ１／Ｌ２を１００倍した値であり、縦軸は、中心電極２０に小径部２５が形成されていないサンプルに比べてプレイグニッションが発生する点火時期がどのように変化したかを示す耐熱性能評価値である。この図９から図１２に示した例では、耐熱性能評価値［°ＣＡ］がマイナスの値になるほど、プレイグニッションが発生する点火時期が遅角側になっていることを意味し、耐熱性能が低下したと評価される。
【００６３】
この図９から図１２によれば、Ｌ２の長さや小径部２５の直径Ｄａの大きさにかかわらず、Ｌ１／Ｌ２が５５％を超えると、耐熱性能が低下することが理解できる。したがって、耐熱性能の観点からは、Ｌ１／Ｌ２が５５％以下であることが好ましい。
【００６４】
Ｆ３．第２胴部の外周と軸孔との隙間Ｌ３及び第２胴部の長さＬ４に関する実験例：
本実験例では、隙間Ｌ３及び第２胴部２６の長さＬ４の異なる複数のサンプルを用意し、熱引き性能、気密性能及び耐破損性能を評価する試験を行なった。そして、これら３種類の評価試験の結果に基づいて、総合性能を評価した。
【００６５】
［熱引き性能］
中心電極２０の鍔部２３の近傍に熱電対を埋め込んだ状態で各サンプルを加熱して、温度を測定した。また、鍔部２３と小径部２５との間に第２胴部２６が形成されていない比較用サンプルも同様に加熱して温度を測定した。そして比較用サンプルの温度の上昇具合と同等であったサンプルを「Ｓ」と評価し、比較用サンプルよりも温度が上昇したサンプルを「Ａ」と評価した。
【００６６】
［気密性能］
中心電極２０、シール体４、セラミック抵抗３、及び端子金具４０を、絶縁碍子１０の軸孔１２に挿入して中軸付絶縁体を作製した。そして、中心電極２０の先端側から空気を送り込んで加圧し、端子金具４０側から空気が漏れるか否かを確認した。空気が漏れなかったサンプルを「Ｓ」と評価し、空気が漏れたサンプルを「Ａ」と評価した。
【００６７】
［耐破損性能］
上記の中軸付絶縁体を作製し、中心電極２０の先端側から模擬的な堆積物（デポジット）としてセメントを入れた。その中軸付絶縁体のサンプルを、中心電極２０の温度が８００℃になるまでバーナーによって加熱した。そして、中心電極２０の膨張によって絶縁碍子１０が押し割られて破損するか否かを確認した。中心電極２０が膨張しても絶縁碍子１０が破損しなかったサンプルを「Ｓ」と評価し、中心電極２０の膨張によって絶縁碍子１０が押し割られて破損したサンプルを「Ａ」と評価した。
【００６８】
［総合性能］
上記の３つの性能のうち、全ての評価が「Ｓ」となったサンプルを、総合性能が「Ｓ」であると評価し、１つでも「Ａ」の評価のあったサンプルを、総合性能が「Ａ」であると評価した。
【００６９】
図１３から図１５は、各サンプルの熱引き性能、気密性能、耐破損性能及び総合性能の結果を表形式で示す説明図である。図１６は、各サンプルの総合性能の結果をグラフ形式で示す説明図である。これらの実験結果によれば、隙間Ｌ３が０．０９ｍｍ以下であれば、気密性能の評価が「Ｓ」となることが理解できる。また、第２胴部２６の長さＬ４が１．５ｍｍ以上であれば、熱引き性能の評価が「Ｓ」となることが理解できる。また、第２胴部２６の長さＬ４が４．０ｍｍ以下であれば、絶縁碍子１０が破損せず、耐破損性能の評価が「Ｓ」となることが理解できる。
【００７０】
そして、図１６に示すように、隙間Ｌ３が０．０９ｍｍ以下で、かつ、第２胴部２６の長さＬ４が１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であれば、総合性能の評価が「Ｓ」となることが理解できる。
【００７１】
Ｆ４．応力に関する実験例：
本実験例では、絶縁碍子１０の先端１０ａからの位置と、中心電極２０及び絶縁碍子１０の熱膨張によって生じる応力との関係について調べた。具体的には、中心電極２０に小径部２５が形成されていないサンプルにおいて、中心電極２０と絶縁碍子１０との隙間にデポジットを詰め、８００℃の雰囲気のエンジンの燃焼室にスパークプラグをさらした条件で、中心電極２０及び絶縁碍子１０の熱膨張によって生じる応力をＦＥＭ（Finite Element Method）解析によって計算した。また、絶縁碍子１０に割れが発生するか否かも判定した。
【００７２】
図１７から図１９は、絶縁碍子１０の先端１０ａからの位置と応力との関係を表形式及びグラフ形式で示す説明図である。図１７から図１９では、脚長部１３の長さＬ２が異なっている。図１７から図１９によれば、脚長部１３の長さＬ２にかかわらず、絶縁碍子１０及び中心電極２０に生じる応力は、絶縁碍子１０の先端１０ａから長さＬ２の４割の位置において最大となり、絶縁碍子１０に割れが発生することが理解できる。したがって、中心電極２０の小径部２５が、少なくとも、絶縁体の先端から長さＬ２の４割の位置に形成されていれば、中心電極２０の膨張量を吸収することができるので、絶縁碍子１０の先端１０ａから長さＬ２の４割の位置において生じる応力を低減することができる。
【００７３】
Ｇ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７４】
・変形例１：
上記実施形態において、第２胴部２６は形成されていなくてもよい。また、上記実施形態において、縮径部２７及び拡径部２８は形成されていなくてもよい。また、中心電極２０は、外層２１よりも高い熱伝導率の内層２２を有していなくてもよい。
【００７５】
・変形例２：
上記実施形態において、中心電極２０には、複数の小径部２５が形成されていてもよい。また、上記第３実施形態において、第２胴部２６をより長く形成することによって、Ｌ１／Ｌ２が０．５５以下となるようにしてもよい。また、上記第３実施形態以外の実施形態においても、中心電極２０の第１胴部２４の外周と、絶縁碍子１０の軸孔１２との隙間Ｌ５は、０．０９ｍｍ以下であってもよい。
【００７６】
・変形例３：
上記実施形態において、第２胴部２６の直径Ｄｂは、第１胴部２４の直径Ｄｃより大きくてもよく、また、第２胴部２６の直径Ｄｂは、第１胴部２４の直径Ｄｃより小さくてもよい。
【００７７】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。
【符号の説明】
【００７８】
３…セラミック抵抗
４…シール体
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
１０ａ…先端
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…外周側段部
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（外層）
２２…芯材（内層）
２３…鍔部
２４…第１胴部
２４ａ…後端
２５…小径部
２６…第２胴部
２６ａ…先端
２７…縮径部
２８…拡径部
３０…接地電極
３３…先端部
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…ネジ部
５３…加締部
５４…鍔部
５５…座面
５７…棚部
５７ａ…後端
５８…座屈部
５９…ネジ首
１００…スパークプラグ
１００ｂ…スパークプラグ
１００ｃ…スパークプラグ
１００ｄ…スパークプラグ
１００ｅ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
２０５…開口周縁部
【図１】
2015122157.tif 000003
【図２】
2015122157.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015122157.tif 000007
【図６】
2015122157.tif 000008
【図７】
2015122157.tif 000009
【図８】
2015122157.tif 000010
【図９】
2015122157.tif 000011
【図１０】
2015122157.tif 000012
【図１１】
2015122157.tif 000013
【図１２】
2015122157.tif 000014
【図１３】
2015122157.tif 000015
【図１４】
2015122157.tif 000016
【図１５】
2015122157.tif 000017
【図１６】
2015122157.tif 000018
【図１７】
2015122157.tif 000019
【図１８】
2015122157.tif 000020
【図１９】
2015122157.tif 000021