(57)【要約】【課題】複数個の絶縁部材を含むスパークプラグの強度を向上する。【解決手段】スパークプラグは、第１の孔を有する第１部分と、第１の孔より大きな内径を有する第２の孔を有し、第１部分より後端側に配置された第２部分と、第１部分と第２の部分との間に形成された棚部と、を備える第１の絶縁部材と、軸線方向に延びる貫通孔を有し第１の孔に配置された筒状部を備える第２の絶縁部材と、筒状部の貫通孔に配置される棒状部を備える中心電極と、を備える。第２の絶縁部材は、筒状部の後端側に配置され、筒状部より大きな外径を有する大径部を備える。大径部は、第１の絶縁部材の棚部に直接または間接に支持されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる第１の孔を有する第１部分と、前記第１の孔より大きな内径を有する第２の孔を有し、前記第１部分より後端側に配置された第２部分と、前記第１部分と前記第２の部分との間に形成された棚部と、を備える第１の絶縁部材と、
前記軸線方向に延びる貫通孔を有し前記第１の孔に配置された筒状部を備える第２の絶縁部材と、
前記筒状部の前記貫通孔に配置される棒状部を備える中心電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記第２の絶縁部材は、前記筒状部の後端側に配置され、前記筒状部より大きな外径を有する大径部を備え、
前記大径部は、前記第１の絶縁部材の前記棚部に直接または間接に支持されてい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、前記筒状部より後端側に配置され、前記筒状部より大きな外径を有する頭部を備え、
前記第２の絶縁部材の前記大径部は、前記第１の絶縁部材の前記棚部と、前記中心電極の前記頭部と、によって挟まれてい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、さらに、
前記第２の孔において、前記頭部と前記第２部分との間をシールするシール部材と、
を備える、スパークプラグ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第１の絶縁部材と前記第２の絶縁部材とのそれぞれはＡｌ２Ｏ３を含み、
前記第１の絶縁部材に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率と、前記第２の絶縁部材に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率とは、異なることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第１の絶縁部材と前記第２の絶縁部材とのそれぞれはＡｌ２Ｏ３を含み、
前記第２の絶縁部材に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率は、前記第１の絶縁部材に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率以上であることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第２の絶縁部材の先端は、前記第１の絶縁部材の先端より先端側に位置し、
前記中心電極の先端は、前記第２の絶縁部材の先端より後端側に位置することを特徴とするスパークプラグ。
【請求項７】
請求項６に記載のスパークプラグであって、
前記第２の絶縁部材は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯのうちの少なくとも１個の特定化合物を含み、
前記第２の絶縁部材に含まれる前記特定化合物の合計の重量比率は、前記第１の絶縁部材に含まれる前記特定化合物の合計の重量比率より大きい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３、請求項６のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第１の絶縁部材は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスであり、
前記第２の絶縁部材は、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３のうちのいずれかを主成分とするセラミックスであ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、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。
【背景技術】
【０００２】
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ギャップに、火花を発生させる。ここで、２つの電極の間を絶縁する絶縁体を、複数個の絶縁部材を組み合わせて構成する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載の技術では、スパークプラグの絶縁体は、熱伝導性に優れた窒化アルミニウムを用いて形成された本体と、高温での耐電圧性に優れたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いて形成されたパイプ部材と、によって構成されている。このパイプ部材は、本体と、中心電極と、の隙間に配置されて、接着材（セメントとも呼ぶ）によって固定されている。これによって、スパークプラグの耐熱性と耐電圧性とが向上されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１５２１８６号公報
【特許文献２】特開昭５５−１１３２９０号公報
【特許文献３】特開２００２−２４６１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術では、複数個の絶縁部材を固定する構造について、十分な工夫がなされているとは言えなかった。このために、スパークプラグの強度を十分に確保することができない可能性があった。
【０００５】
本発明の目的は、２つの電極の間を絶縁する絶縁体として、複数個の絶縁部材を含むスパークプラグの強度を向上することである。
【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、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］  軸線方向に延びる第１の孔を有する第１部分と、前記第１の孔より大きな内径を有する第２の孔を有し、前記第１部分より後端側に配置された第２部分と、前記第１部分と前記第２の部分との間に形成された棚部と、を備える第１の絶縁部材と、
前記軸線方向に延びる貫通孔を有し前記第１の孔に配置された筒状部を備える第２の絶縁部材と、
前記筒状部の前記貫通孔に配置される棒状部を備える中心電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記第２の絶縁部材は、前記筒状部の後端側に配置され、前記筒状部より大きな外径を有する大径部を備え、
前記大径部は、前記第１の絶縁部材の前記棚部に直接または間接に支持されていることを特徴とする、スパークプラグ。
【０００８】
上記構成によれば、第２の絶縁部材の大径部は、第１の絶縁部材の棚部に支持されている。この結果、第２の絶縁部材を第１の絶縁部材に対して強固に固定することができる。したがって、スパークプラグの強度を向上することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極は、前記筒状部より後端側に配置され、前記筒状部より大きな外径を有する頭部を備え、
前記第２の絶縁部材の前記大径部は、前記第１の絶縁部材の前記棚部と、前記中心電極の前記頭部と、によって挟まれていることを特徴とするスパークプラグ。
【００１０】
上記構成によれば、第２の絶縁部材の大径部は、第１の絶縁部材の棚部と、中心電極の頭部と、によって挟まれている。この結果、第２の絶縁部材を第１の絶縁部材に対してより強固に固定することができる。したがって、スパークプラグの強度をより向上することができる。
【００１１】
［適用例３］適用例２に記載のスパークプラグであって、さらに、
前記第２の孔において、前記頭部と前記第２部分との間をシールするシール部材と、
を備える、スパークプラグ。
【００１２】
上記構成によれば、前記頭部と前記第２部分との間をシールするシール部材によって、第２の絶縁部材を第１の絶縁部材に対してさらに強固に固定することができる。したがって、スパークプラグの強度をさらに向上することができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１から３のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第１の絶縁部材と前記第２の絶縁部材とのそれぞれはＡｌ２Ｏ３を含み、
前記第１の絶縁部材に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率と、前記第２の絶縁部材に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率とは、異なることを特徴とするスパークプラグ。
【００１４】
Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）の重量比率が低いほど成形性に優れるが、耐電圧性が劣る傾向にある。上記構成によれば、Ａｌ２Ｏ３の重量比率が互いに異なる第１の絶縁部材と第２の絶縁部材を用いることで、スパークプラグの成形性と、耐電圧性と、を両立し得る。
【００１５】
［適用例５］適用例１から４のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第１の絶縁部材と前記第２の絶縁部材とのそれぞれはＡｌ２Ｏ３を含み、
前記第２の絶縁部材に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率は、前記第１の絶縁部材に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率以上であることを特徴とするスパークプラグ。
【００１６】
上記構成によれば、中心電極により近いために第１の絶縁部材より高い耐電圧性が要求される第２の絶縁部材の耐電圧性を確保することができるとともに、第１の絶縁部材の成形性を確保できる。この結果、スパークプラグの作製の容易性と、耐電圧性と、をより効果的に両立することができる。
【００１７】
［適用例６］適用例１から５のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第２の絶縁部材の先端は、前記第１の絶縁部材の先端より先端側に位置し、
前記中心電極の先端は、前記第２の絶縁部材の先端より後端側に位置することを特徴とするスパークプラグ。
【００１８】
一般的に、チャンネリングと呼ばれる火花による消耗に対する耐性（耐火花消耗性）が高い材料は、耐電圧性が悪い。上記構成によれば、中心電極の先端は、第２の絶縁部材の先端より後端側に位置している。このために、第２の絶縁部材には、中心電極の先端で発生する火花による消耗が発生しやく、第１の絶縁部材には、第２の絶縁部材より火花による消耗が発生し難い。上記構成によれば、高い耐火花消耗性が要求される第２の絶縁部材と、高い耐火花消耗性が要求されない第１の絶縁部材が、異なる部材で構成されているので、スパークプラグの耐火花消耗性と耐電圧性とを両立し得る。
【００１９】
［適用例７］適用例６に記載のスパークプラグであって、
前記第２の絶縁部材は、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯのうちの少なくとも１個の特定化合物を含み、
前記第２の絶縁部材に含まれる前記特定化合物の合計の重量比率は、前記第１の絶縁部材に含まれる前記特定化合物の合計の重量比率より大きいことを特徴とするスパークプラグ。
【００２０】
Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯの重量比率が高い材料ほど、表面抵抗が低下して耐火花消耗性が高くなる。上記構成によれば、第２の絶縁部材の耐火花消耗性を第１の絶縁部材より向上することができるので、スパークプラグの耐火花消耗性を向上することができる。
【００２１】
［適用例８］適用例１から３、適用例６のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第１の絶縁部材は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスであり、
前記第２の絶縁部材は、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３のうちのいずれかを主成分とするセラミックスであることを特徴とするスパークプラグ。
【００２２】
上記構成によれば、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスを用いて形成された第１の絶縁部材の特性と、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３のうちのいずれかを主成分とするセラミックスを用いて形成された第２の絶縁部材の特性と、によって、性能が適正化された絶縁体を有するスパークプラグを実現することができる。
【００２３】
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、スパークプラグやスパークプラグを用いた点火装置、そのスパークプラグを搭載する内燃機関や、そのスパークプラグを用いた点火装置を搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態のスパークプラグ１００を軸線が含まれる面で切断した断面図である。
【図２】図１の断面図の中心電極２０の近傍を拡大した図である。
【図３】比較サンプルＡ〜Ｃの断面図である。
【図４】比較形態のスパークプラグの端部の構成を示す図。
【図５】変形例の内側絶縁碍子の例を示す第１の図である。
【図６】変形例の内側絶縁碍子の例を示す第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
Ａ．第１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、第１実施形態のスパークプラグ１００を軸線が含まれる面で切断した断面図である。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ＦＤと呼び、上方向を後端方向ＢＤ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、第１の絶縁部材としての外側絶縁碍子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、第２の絶縁部材としての内側絶縁碍子９０と、を備える。
【００２６】
外側絶縁碍子１０は、詳細は後述するが、例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）を主成分とするセラミックスを用いて形成されている。外側絶縁碍子１０は、軸線方向に沿って延び、外側絶縁碍子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。外側絶縁碍子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。
【００２７】
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（図１）。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、外側絶縁碍子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、外側絶縁碍子１０が挿入・保持されている。外側絶縁碍子１０の先端は、主体金具５０の先端より先端側に突出している。外側絶縁碍子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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、外側絶縁碍子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、外側絶縁碍子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、外側絶縁碍子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、外側絶縁碍子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、外側絶縁碍子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と外側絶縁碍子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。
【００３１】
端子金具４０は、軸線方向に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、外側絶縁碍子１０より後端側に露出している。端子金具４０の脚部４３は、外側絶縁碍子１０の貫通孔１２に挿入されている。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。
【００３２】
接地電極３０は、接地電極本体３１と、円柱状の接地電極チップ３９と、を備えている。接地電極本体３１は、断面が四角形の湾曲した棒状体である。接地電極本体３１の後端部は、主体金具５０の先端面に溶接によって接合されている。これによって、主体金具５０と接地電極本体３１とは、電気的に接続される。接地電極本体３１の先端は、自由端である。接地電極チップ３９は、接地電極本体３１の先端近傍の中心電極２０側を向いた面（後端側の面）に、溶接されている。接地電極チップ３９の材料には、例えば、Ｐｔ（白金）または、Ｐｔを主成分とする合金がなどが用いられる。本実施形態では、Ｐｔ−２０Ｒｈ合金（２０重量％のロジウムを含有した白金合金）が用いられている。
【００３３】
内側絶縁碍子９０は、詳細は後述するが、外側絶縁碍子１０とは異なる材料を用いて形成されている。内側絶縁碍子９０は、詳細は後述するが、略筒状の部材であり、外側絶縁碍子１０の貫通孔１２の内部の先端側の部分に配置されている。
【００３４】
中心電極２０は、詳細は後述するが、略棒状の中心電極本体２５と、中心電極本体２５の先端に接合された円柱状の中心電極チップ２９と、を備えている（図１）。中心電極本体２５の大部分は、詳細は後述する内側絶縁碍子９０に挿入されている。中心電極チップ２９と、上述した接地電極チップ３９との間に、火花ギャップが形成される。
【００３５】
外側絶縁碍子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（中心電極本体２５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７０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、導電性のシール部材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、導電性のシール部材８０によって埋められている。シール部材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。
【００３６】
Ａ−２．  スパークプラグ１００の中心電極２０近傍の構成：
上記のスパークプラグ１００の中心電極２０近傍の構成について、さらに、詳細に説明する。図２は、図１の断面図の中心電極２０の近傍を拡大した図である。外側絶縁碍子１０の貫通孔１２（図１）は、径Ｒ１の第１の孔１２１と、第１の孔１２１より後端側に位置し、径Ｒ１より大きな径Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）を有する第２の孔１２２と、を含んでいる（図２）。すなわち、外側絶縁碍子１０は、第１の孔１２１を有する第１部分１０１と、第２の孔１２２を有し、第１部分より後端側に配置された第２部分１０２と、を備えている、と言うことができる。
【００３７】
第１の孔１２１は、脚長部１３の先端（外側絶縁碍子１０の先端）から、先端側胴部１７の先端側の部分までの部分に形成されている。第２の孔１２２は、先端側胴部１７の先端側の部分から、後端側胴部１８の後端（外側絶縁碍子１０の後端）までの部分に形成されている。外側絶縁碍子１０の貫通孔１２は、第２の孔１２２の先端から第１の孔１２１の後端に向かって縮径している。この結果、外側絶縁碍子１０の内部において、第１の孔１２１を有する第１部分と第２の孔１２２を有する第２部分との間に棚部１６が形成されている。なお、脚長部１３の外径は、後端側から先端側に向かって、後端径Ｒｂから先端径Ｒａまで縮径している。なお、図２の断面において脚長部１３の内周面に沿った直線Ｌ１と、段部１５の板パッキン８との接触面に沿った直線Ｌ２と、の交点をＰ１とし（図２の拡大図）、交点Ｐ１に対して軸線を挟んだ反対側に位置する同様の点をＰ２（図示省略）とする。脚長部１３の後端径Ｒｂは、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ線分の長さとする。後述する第２実施形態における脚長部１３Ｄの後端径Ｒ２ｂ（図４）についても同様である。
【００３８】
内側絶縁碍子９０は、軸線方向に延びる径Ｒ４の貫通孔９１１を有する筒状部９１と、筒状部９１の後端側に配置された鍔（つば）状の大径部９２と、を備えている。筒状部９１は、外側絶縁碍子１０の第１の孔１２１内に配置されている。筒状部９１の外径Ｒ３は、第１の孔１２１の径Ｒ１（第１部分１０１の内径Ｒ１）より僅かに（例えば、０．０４〜０．０６ｍｍ）小さい。すなわち、第１部分１０１の内周面と、筒状部９１の外周面との間には、僅かな隙間（例えば、０．０２〜０．０３ｍｍの隙間）が形成されている。筒状部９１の軸線方向の長さは、第１の孔１２１の軸線方向の長さとほぼ等しい。このために、外側絶縁碍子１０の先端（脚長部１３の先端）と、筒状部９１の先端と、の軸線方向の位置は、ほぼ一致している。
【００３９】
大径部９２の外径Ｒ５は、第２の孔１２２の径Ｒ２（第２部分１０２の内径Ｒ２）より小さく、第１部分１０１の内径Ｒ１より大きい。大径部９２の先端側の部分の外径は、後端側から先端側に向かって縮径している。また、大径部９２の後端側の部分の内径も、後端側から先端側に向かって縮径している。すなわち、大径部９２は、先端側の縮径外面９２ａと、後端側の縮径内面９２ｂと、を備えている。大径部９２の縮径外面９２ａは、外側絶縁碍子１０の棚部１６と接している。この結果、内側絶縁碍子９０の大径部９２は、外側絶縁碍子１０の棚部１６によって支持されている。
【００４０】
中心電極２０は、上述したように、軸線方向に延びる棒状の中心電極本体２５と、中心電極本体２５の先端に接合された円柱状の中心電極チップ２９と、を備えている（図２）。図２の例では、レーザー溶接を用いて電極チップ２９と中心電極本体２５とが接合されているので、中心電極２０は、電極チップ２９と中心電極本体２５の先端との間に、レーザー溶接時に形成された溶融部２６を備えている。
【００４１】
中心電極チップ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、本実施形態では、Ｉｒ−１１Ｒｕ−８Ｒｈ−１Ｎｉ合金（１１重量％のルテニウムと、８重量％のロジウムと、１重量％のニッケルと、を含有したイリジウム合金）が用いられている。
【００４２】
中心電極本体２５は、電極母材２２と、電極母材２２の内部に埋設された芯部２３と、を含む２層構造を有する。電極母材２２は、例えば、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金、本実施例では、インコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は、登録商標））で形成されている。芯部２３は、電極母材２２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、本実施例では、銅で形成されている。図３以降の図面では、図の煩雑を避けるために、中心電極本体２５の２層構造の図示は省略する。
【００４３】
中心電極本体２５は、軸線方向に沿って延びる棒状部２５１と、棒状部２５１の後端側に配置された鍔状部２５２と、鍔状部２５２の後端側に配置された柱状部２５３と、を備えている。棒状部２５１より後端側の部分、すなわち、鍔状部２５２と柱状部２５３との全体を、頭部とも呼ぶ。棒状部２５１は、内側絶縁碍子９０の筒状部９１の貫通孔９１１内に配置されている。棒状部２５１の棒状部２５１の外径Ｒ６は、貫通孔９１１の径Ｒ４（筒状部９１の内径Ｒ４）より僅かに（例えば、０．０４〜０．０６ｍｍ）小さい。すなわち、筒状部９１の内周面と、棒状部２５１の外周面との間には、僅かな隙間（例えば、０．０２〜０．０３ｍｍの隙間）が形成されている。棒状部２５１の軸線方向の長さは、筒状部９１の軸線方向の長さより長い。このために、棒状部２５１の先端は、内側絶縁碍子９０の先端および外側絶縁碍子１０の先端より、先端側に突出している。
【００４４】
鍔状部２５２の外径Ｒ７は、棒状部２５１の外径Ｒ６より大きく、上述した内側絶縁碍子９０の大径部９２の外径Ｒ５と、ほぼ同じである。鍔状部２５２の先端側の部分の外径は、後端側から先端側に向かって縮径している。すなわち、鍔状部２５２は、先端側に縮径外面２５２ａを備えている。鍔状部２５２の縮径外面２５２ａと、大径部９２の縮径内面９２ｂとは、互いに接している。この結果、内側絶縁碍子９０の大径部９２は、外側絶縁碍子１０の棚部１６と、中心電極本体２５の鍔状部２５２とによって挟まれている。柱状部２５３の外径Ｒ８は、鍔状部２５２の外径Ｒ７より小さい。
【００４５】
図２に示すように、上述した抵抗体７０と中心電極本体２５との間をシールするシール部材６０は、中心電極本体２５の頭部（鍔状部２５２と柱状部２５３）の外周面と、外側絶縁碍子１０の第２部分１０２の内周面と、の間もシールしている。さらに、シール部材６０は、内側絶縁碍子９０の大径部９２と、外側絶縁碍子１０の第２部分１０２の内周面と、の間もシールしている。
【００４６】
ここで、外側絶縁碍子１０と内側絶縁碍子９０とを形成する材料について説明する。外側絶縁碍子１０は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスを用いて形成されている。セラミックスの主成分は、当該セラミックスに含まれる成分（例えば、化合物や単体の金属）のうち、重量比率が最も高い成分である。Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスは、Ａｌ２Ｏ３と、焼結助剤として用いられる成分（例えば、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ）と、を含んでいる。なお、Ａｌ２Ｏ３の重量比率が高いほど、成形性が悪くなるが、耐電圧性が高くなることが知られている。外側絶縁碍子１０を形成する材料のＡｌ２Ｏ３の重量比率は、具体的には、８０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることがさらに好ましい。
【００４７】
内側絶縁碍子９０は、外側絶縁碍子１０とは異なるセラミックスを用いて形成されている。具体的には、内側絶縁碍子９０は、外側絶縁碍子１０を形成するセラミックスより成形性は劣るが、耐電圧性に優れたセラミックスを用いて形成される。より具体的には、外側絶縁碍子１０は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、内側絶縁碍子９０を形成するセラミックスよりＡｌ２Ｏ３の重量比率が高いセラミックスを用いて形成される。例えば、外側絶縁碍子１０を形成する材料のＡｌ２Ｏ３の重量比率は、具体的には、９０重量％以上であることが好ましく、９５％以上であることがさらに好ましい。なお、本明細書では、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスは、焼成助剤としての成分を含まないＡｌ２Ｏ３、すなわち、Ａｌ２Ｏ３の重量比率が、１００重量％であるセラミックスを含むものとする。
【００４８】
絶縁碍子の全体を、耐電圧性に比較的優れ、成形性に比較的劣るセラミックスを用いて作製すると、耐電圧性は確保できるが、成形性を確保できず、生産性が悪化したり作製が不可能になる可能性がある。逆に、絶縁碍子の全体を、成形性に比較的優れ、耐電圧性に比較的劣るセラミックスを用いて作製すると、成形性は確保できるが、耐電圧性を確保できず、絶縁碍子の貫通破壊などが発生する可能性がある。ここで、中心電極本体２５の近傍は、動作時に高温になる。また、中心電極本体２５の近傍では、絶縁碍子の径方向の厚さが薄くなりがちである。このために、絶縁碍子のうち、中心電極本体２５の近傍の部分、すなわち、絶縁碍子のうちの先端側、かつ、内周側の部分を形成する材料は、絶縁碍子の他の部分より高い耐電圧性が要求される。そこで、本実施形態では、絶縁碍子を、２つの部材、すなわち、外側絶縁碍子１０と内側絶縁碍子９０とによって構成し、上述したように、内側絶縁碍子９０を、外側絶縁碍子１０を形成するセラミックスより成形性は劣るが、耐電圧性に優れたセラミックスを用いて形成している。この結果、より高い耐電圧性が要求される内側絶縁碍子９０の耐電圧性を確保することができるとともに、内側絶縁碍子９０より体積が大きい外側絶縁碍子１０の成形性を確保できる。この結果、スパークプラグ１００の耐電圧性と成形性とを両立することができる。
【００４９】
ここで、絶縁碍子を２つの部材を用いて構成すると、絶縁碍子の全体の強度が懸念され得る。本実施形態では、上述したように、内側絶縁碍子９０の大径部９２は、外側絶縁碍子１０の棚部１６に支持されている。この結果、内側絶縁碍子９０を外側絶縁碍子１０に対して強固に固定することができる。したがって、絶縁碍子の全体の強度、ひいては、スパークプラグ１００の強度を向上することができる。
【００５０】
さらに、内側絶縁碍子９０の大径部９２は、外側絶縁碍子１０の棚部１６と、中心電極２０の中心電極本体２５の頭部（鍔状部２５２と棒状部２５１）と、によって挟まれている。この結果、内側絶縁碍子９０を外側絶縁碍子１０に対してより強固に固定することができる。したがって、スパークプラグ１００の強度をより向上することができる。
【００５１】
さらに、中心電極本体２５の頭部と、外側絶縁碍子１０の第２部分１０２との間をシールするシール部材６０が設けられている。この結果、シール部材によって、内側絶縁碍子９０を外側絶縁碍子１０に対してさらに強固に固定することができる。したがって、スパークプラグ１００の強度をさらに向上することができる。
【００５２】
さらに、上述したように、外側絶縁碍子１０と内側絶縁碍子９０とのそれぞれは、Ａｌ２Ｏ３を含み、外側絶縁碍子１０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率と、内側絶縁碍子９０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率とは、異なっている。このように、Ａｌ２Ｏ３の重量比率が互いに異なる外側絶縁碍子１０と内側絶縁碍子９０とを用いることで、スパークプラグ１００の成形性と、耐電圧性と、を両立し得る。より具体的には、内側絶縁碍子９０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率は、外側絶縁碍子１０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率より大きい。この結果、外側絶縁碍子１０より高い耐電圧性が要求される内側絶縁碍子９０の耐電圧性を向上することができるとともに、内側絶縁碍子９０より大きな外側絶縁碍子１０の成形性を向上できる。この結果、スパークプラグ１００の成形性（作製の容易性）と、耐電圧性と、をより効果的に両立することができる。
【００５３】
Ａ−３：第１評価試験
第１評価試験では、上記第１実施形態のスパークプラグ１００の強度を確認するために、上記第１実施形態のスパークプラグ１００のサンプル（評価サンプルとも呼ぶ）と、比較サンプルＡ〜Ｃの強度試験を実施した。
【００５４】
試験に用いた評価サンプルの主な寸法は、以下の通りである。
外側絶縁碍子１０の第１部分１０１の内径（第１の孔１２１の径）Ｒ１：２．５４ｍｍ
外側絶縁碍子１０の第２部分１０２の内径（第１の孔１２１の径）Ｒ２：４ｍｍ
内側絶縁碍子９０の筒状部９１の外径Ｒ３：２．５ｍｍ
内側絶縁碍子９０の筒状部９１の内径Ｒ４：１．５ｍｍ
内側絶縁碍子９０の大径部９２の外径Ｒ５：３．８ｍｍ
中心電極本体２５の棒状部２５１の外径Ｒ６：１．４６ｍｍ
中心電極本体２５の鍔状部２５２の外径Ｒ７：３．８ｍｍ
中心電極本体２５の柱状部２５３の外径Ｒ８：２．５ｍｍ
外側絶縁碍子１０の脚長部１３の後端径Ｒｂ：５．５ｍｍ
外側絶縁碍子１０の脚長部１３の先端径Ｒａ：４ｍｍ
【００５５】
比較サンプルＡ〜Ｃについて説明する。図３は、比較サンプルＡ〜Ｃの断面図である。図３（Ａ）の比較サンプルＡは、評価サンプルの内側絶縁碍子９０に代えて、内側絶縁碍子９０Ａを備えている。内側絶縁碍子９０Ａは、鍔状の大径部９２を備えていない筒状の部材である。内側絶縁碍子９０Ａは、軸線方向の長さが内側絶縁碍子９０の半分であり、外径が２．８ｍｍ、内径が２．５４ｍｍである。比較サンプルＡの外側絶縁碍子１０Ａの第１部分１０１Ａには、中心電極本体２５の棒状部２５１が挿入される孔１２１Ａ（径１．５ｍｍ）と、孔１２１Ａの先端側に位置し、内側絶縁碍子９０Ａが挿入される孔１２３Ａ（２．８４ｍｍ）とが形成されている。内側絶縁碍子９０Ａの外周面と、第１部分１０１Ａの内周面との隙間は、耐熱性の無機接着材（東亞合成（株）のアロンセラミック）によって充填されている。これによって、内側絶縁碍子９０Ａが外側絶縁碍子１０Ａに対して固定されている。比較サンプルＡの中心電極本体２５は、評価サンプルの中心電極本体２５と同じである。比較サンプルＡの中心電極本体２５の棒状部２５１の先端側の半分は、内側絶縁碍子９０Ａに挿入されている。比較サンプルＡの他の構成は、評価サンプルの構成と同一であるので、その説明を省略する。
【００５６】
図３（Ｂ）の比較サンプルＢは、評価サンプルの内側絶縁碍子９０に代えて、内側絶縁碍子９０Ｂを備えている。内側絶縁碍子９０Ｂは、評価サンプルの内側絶縁碍子９０の大径部９２を備えていない。内側絶縁碍子９０Ｂは、評価サンプルの内側絶縁碍子９０の筒状部９１と同じ形状および寸法を有する筒状の部材である。内側絶縁碍子９０Ｂの外周面と、外側絶縁碍子１０の第１部分１０１の内周面との隙間は、上述した耐熱性の無機接着材によって充填されている。これによって、内側絶縁碍子９０Ｂが外側絶縁碍子１０に対して固定されている。比較サンプルＢの他の構成は、評価サンプルの構成と同一であるので、その説明を省略する。
【００５７】
図３（Ｃ）の比較サンプルＣでは、絶縁碍子は、後端側絶縁碍子１０Ｃと、先端側絶縁碍子９０Ｃと、によって構成されている。すなわち、後端側絶縁碍子１０Ｃは、評価サンプルの第１部分１０１の後端側の半分と、第２部分１０２に対応する部材である。先端側絶縁碍子９０Ｃは、評価サンプルの第１部分１０１のうちの先端側の半分に対応する部材である。比較サンプルＣは、内側絶縁碍子９０を備えていないので、後端側絶縁碍子１０Ｃの第１部分１０１Ｃの内径、および、先端側絶縁碍子９０Ｃの内径は、中心電極本体２５の棒状部２５１の外径より僅かに大きい値（１．５ｍｍ）とされている。後端側絶縁碍子１０Ｃと、先端側絶縁碍子９０Ｃとは、上述した耐熱性の無機接着材によって接着されている。これによって、先端側絶縁碍子９０Ｃが後端側絶縁碍子１０Ｃに対して固定されている。比較サンプルＣの他の構成は、評価サンプルの構成と同一であるので、その説明を省略する。
【００５８】
なお、評価サンプルの外側絶縁碍子１０、および、比較サンプルの外側絶縁碍子１０Ａ、１０、後端側絶縁碍子１０Ｃの材料には、９０重量％のＡｌ２Ｏ３と、１０重量％の焼結助剤（ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ）と、から成るセラミックスを用いた。
【００５９】
また、評価サンプルの内側絶縁碍子９０、および、比較サンプルの内側絶縁碍子９０Ａ、９０Ｂ、先端側絶縁碍子９０Ｃの材料には、９５重量％のＡｌ２Ｏ３と、５重量％の焼結助剤（ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ）と、から成るセラミックスを用いた。
【００６０】
第１評価試験では、各種類のサンプルを３個ずつ準備して、ＪＩＳ Ｂ８０３１：２００６（内燃機関−スパークプラグ）の７．４に規定された耐衝撃試験が実施された。試験後に、絶縁碍子の異常を調べた。絶縁碍子に異常が無かったサンプルの評価を「○」とし、絶縁碍子に異常が見られたサンプルの評価を「×」とした。試験結果は、以下の表１に示すとおりであった。
【００６１】
【表１】
2015185286.tif 000003
【００６２】
３個の評価サンプルの評価は、いずれも「○」であった。３個の比較サンプルＡのうち、１個の評価は「○」であり、残りの２個の評価は「×」であった。３個の比較サンプルＢのうち、１個の評価は「○」であり、残りの２個の評価は「×」であった。３個の比較サンプルＣの評価は、いずれも「×」であった。評価が「×」の比較サンプルＡ、Ｂでは、無機接着材で接着されている部分において、外側絶縁碍子１０Ａ、１０から内側絶縁碍子９０Ａ、９０Ｂが剥離する異常が見られた。評価が「×」の比較サンプルＣでは、無機接着材で接着されている部分において、後端側絶縁碍子１０Ｃから先端側絶縁碍子９０Ｃが剥離する異常が見られた。
【００６３】
第１評価試験によって、実施形態のスパークプラグ１００において、上述したように、内側絶縁碍子９０を外側絶縁碍子１０に対して強固に固定することができ、スパークプラグ１００の強度を向上することができることが確認できた。
【００６４】
Ａ−４：第２評価試験
第２評価試験では、下の表２に示すように、８種類のサンプル１〜８を１０個ずつ準備した。サンプル１は、比較形態のスパークプラグのサンプル（比較サンプル）である。サンプル２〜８は、第１実施形態のスパークプラグ１００のサンプル（評価サンプル）である。評価サンプル２〜８の構成は、外側絶縁碍子１０と内側絶縁碍子９０を形成する材料を除いて、第１評価試験の評価サンプルと同じである。比較サンプル１では、評価サンプルの外側絶縁碍子１０と内側絶縁碍子９０とが、一体の絶縁碍子で形成されている。比較サンプル１の他の構成は、評価サンプルと同じである。
【００６５】
比較サンプル１の絶縁碍子の材料には、９０重量％のＡｌ２Ｏ３と、１０重量％の焼結助剤（ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ）と、から成るセラミックスを用いた。
【００６６】
また、評価サンプル２〜８の外側絶縁碍子１０の材料には、比較サンプル１の絶縁碍子と同様に、９０重量％のアルミナと、１０重量％の焼結助剤（ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ）と、から成るセラミックスが用いられた。評価サンプル２〜８の内側絶縁碍子９０の材料には、８０〜１００重量％のアルミナと、０〜２０重量％の焼結助剤（ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ）と、から成るセラミックスが用いられた。具体的には、評価サンプル２〜８の内側絶縁碍子９０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量％は、それぞれ、８０％、８５％、８８％、９０％、９２％、９５％、１００％である。ここで、外側絶縁碍子１０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量％（Ｗｔａとする）と、内側絶縁碍子９０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量％（Ｗｔｂとする）と、の差を、ΔＷｔとする（ΔＷｔ＝Ｗｔｂ−Ｗｔａ）。評価サンプル２〜８のＡｌ２Ｏ３の重量％の差ΔＷｔは、それぞれ、−１０％、−５％、−２％、０％、５％、２％、１０％である（表２）。
【００６７】
第２評価試験では、各種類の１０個ずつのサンプルを用いて、耐電圧試験が実施された。具体的には、ＪＩＳ Ｂ８０３１：２００６（内燃機関−スパークプラグ）の７．３に規定された耐電圧試験装置を用いて、段階的に印加する電圧を１ｋＶずつ上げながら試験を行って、絶縁碍子の貫通破壊が生じる電圧の下限値（耐電圧値と呼ぶ）を調べた。そして、同種の１０個のサンプルの耐電圧値の平均値Ｖａと、分散σと、を算出し、（Ｖａ−３σ）の値を、耐電圧性の評価値Ｖｅ（単位は、ｋＶ）として算出した。そして、評価サンプル２〜８のうち、評価値Ｖｅが、比較サンプル１の評価値Ｖｅ（＝４２ｋＶ）を超えるサンプルの評価を「○」とし、評価値Ｖｅが、比較サンプル１の評価値Ｖｅ以下であるサンプルの評価を「△」とした。試験結果は、以下の表２に示すとおりであった。
【００６８】
【表２】
2015185286.tif 000004
【００６９】
表２に示すように、Ａｌ２Ｏ３の重量％の差ΔＷｔが負の値である評価サンプル２〜４の評価は「△」であり、Ａｌ２Ｏ３の重量％の差ΔＷｔが０である評価サンプル５と、Ａｌ２Ｏ３の重量％の差ΔＷｔが正の値である評価サンプル６〜８の評価は「○」であった。
【００７０】
第２評価試験によって、上述したように、内側絶縁碍子９０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率が、外側絶縁碍子１０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率以上であると、耐電圧性を向上できることが確認できた。なお、Ａｌ２Ｏ３の重量％の差ΔＷｔが０である評価サンプル５が、比較サンプル１より耐電圧性に優れているのは、外側絶縁碍子１０の内周面と外側絶縁碍子１０の外周面との間に、隙間があることによると考えられる。
【００７１】
なお、表２に示すように、評価サンプル２〜８では、Ａｌ２Ｏ３の重量％の差ΔＷｔが大きいほど、換言すれば、内側絶縁碍子９０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量％が、外側絶縁碍子１０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量％と比較して大きいほど、耐電圧性に優れることが解った。
【００７２】
Ｂ．第２実施形態：
Ｂ−１．スパークプラグの構成：
第２実施形態のスパークプラグは、第１実施形態のスパークプラグ１００と異なり、プラズマジェットプラグと呼ばれるタイプのスパークプラグである。なお、プラズマジェットプラグは、第１実施形態のスパークプラグ１００とは、先端部近傍の構成が異なる。図４は、第２実施形態のスパークプラグの先端部近傍を軸線が含まれる面で切断した断面図である。第２実施形態のスパークプラグの構成のうち、第１実施形態のスパークプラグ１００と異なる構成については、符号の末尾に「Ｄ」を付し、第１実施例のスパークプラグ１００と同じ構成については、第１実施形態のスパークプラグ１００と同じ符号を付した。
【００７３】
第２実施形態では、外側絶縁碍子１０Ｄの脚長部１３Ｄの軸方向の長さは、内側絶縁碍子９０Ｄの軸方向の長さより短い。このために、内側絶縁碍子９０Ｄの先端は、外側絶縁碍子１０Ｄの先端より先端側に位置している。
【００７４】
内側絶縁碍子９０Ｄは、第１実施形態における内側絶縁碍子９０と同様に、筒状部９１Ｄと、大径部９２と、を備えている。図４の例では、筒状部９１Ｄの内径Ｒ２４は、第１実施形態の筒状部９１の内径４より小さい。その分だけ、筒状部９１Ｄの径方向の長さ（厚さ）は、第１実施形態の筒状部９１より厚い。
【００７５】
さらに、中心電極２０Ｄは、先端に中心電極チップを備えていない。中心電極２０Ｄは、第１実施形態における中心電極本体２５と同様に、棒状部２５１Ｄと、鍔状部２５２と、柱状部２５３と、を備えている。棒状部２５１Ｄの外径Ｒ２６は、第１実施例の棒状部２５１の外径Ｒ６より小さい。棒状部２５１Ｄの先端（すなわち、中心電極２０Ｄの先端）は、内側絶縁碍子９０Ｄの先端より後端側に位置している。この結果、内側絶縁碍子９０Ｄの筒状部９１の内周面と、中心電極２０Ｄの先端と、によって区画されるキャビティＣＶが、スパークプラグの先端に形成されている。
【００７６】
主体金具５０Ｄの先端は、筒状部９１Ｄの先端（内側絶縁碍子９０Ｄの先端）より先端側に位置している。主体金具５０Ｄの先端には、円盤状の接地電極３０Ｄが接合されている。接地電極３０Ｄは、軸線ＣＯ上に開口するプラズマの噴出孔３５Ｄを有している。接地電極３０Ｄの後端面の軸方向の位置と、筒状部９１Ｄの先端面の軸方向の位置とは、ほぼ一致している。また、噴出孔３５Ｄの径と、筒状部９１Ｄの内径とは、ほぼ一致している。第２実施形態のスパークプラグの火花ギャップＧは、図４に示すように、中心電極２０Ｄの先端（棒状部２５１Ｄの先端）と、接地電極３０Ｄにおける噴出孔３５Ｄが形成されている部分と、の間である。
【００７７】
さらには、第２実施形態のスパークプラグは、抵抗体７０（図１）を備えていない。このために、第２実施形態のスパークプラグでは、端子金具４０Ｄの先端（脚部４３Ｄの先端）と、中心電極２０Ｄの後端（柱状部２５３の後端）と、の間が、シール部材６０Ｄによってシールされている。
【００７８】
第２実施形態のスパークプラグのその他の構成は、第１実施形態のスパークプラグ１００と同じである。
【００７９】
第２実施形態のスパークプラグ（プラズマジェットプラグ）は、以下のように動作する。図示しない点火装置によって高電圧が供給されることによって、火花ギャップＧに火花放電が生じると、火花放電のエネルギーによって、キャビティＣＶ内の気体が励起されて、キャビティＣＶ内にプラズマが形成される。キャビティＣＶ内に形成されたプラズマが膨張し、キャビティＣＶ内の圧力が高まると、キャビティＣＶ内のプラズマは、火柱状に、接地電極３０Ｄに形成された噴出孔３５Ｄから噴出される。噴出されたプラズマによって、内燃機関の燃焼室内の混合気が着火される。
【００８０】
ここで、内側絶縁碍子９０Ｄの筒状部９１Ｄの内周面のうち、キャビティＣＶを区画している先端部分は、火花放電のエネルギーによって、溶融し、消耗する。この結果、筒状部９１Ｄの内周面の先端部分には、チャンネリングと呼ばれる溝状の傷が発生する。このようなチャンネリングが過度に発生すると、筒状部９１Ｄの欠けなどが発生して、スパークプラグが本来の性能を発揮できなくなる可能性がある。このために、内側絶縁碍子９０Ｄの材料には、チャンネリングに対する耐性、すなわち、耐火花消耗性が求められる。
【００８１】
ここで、Ａｌ２Ｏ３などの絶縁体を主成分とするセラミックスにおいて、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯなどの特定化合物の添加量が増加するほど、セラミックスの表面抵抗が低下して、耐火花消耗性が向上する。一方、これらの特定化合物の添加量を増加するほど、セラミックスの抵抗が低下するので、耐電圧性が悪くなる。
【００８２】
絶縁碍子の全体を耐電圧性に比較的優れ、耐火花消耗性に比較的劣るセラミックスを用いて作製すると、耐電圧性は確保できるが、耐火花消耗性が確保できず、スパークプラグの寿命が短くなる可能性がある。逆に、絶縁碍子の全体を耐火花消耗性に比較的優れ、耐電圧性に比較的劣るセラミックスを用いて作製すると、耐火花消耗性は確保できるが、耐電圧性が確保できず、絶縁碍子の貫通破壊などが発生する可能性がある。チャンネリングが発生する部分、すなわち、絶縁碍子のうちの先端側、かつ、内周側の部分を形成する材料は、絶縁碍子の他の部分より高い耐火花消耗性が要求される。そこで、本実施形態では、絶縁碍子を、２つの部材、すなわち、外側絶縁碍子１０Ｄと内側絶縁碍子９０Ｄとによって構成し、内側絶縁碍子９０Ｄを、外側絶縁碍子１０Ｄを形成するセラミックスより耐電圧性は劣るが、耐火花消耗性に優れたセラミックスを用いて形成している。
【００８３】
具体的には、外側絶縁碍子１０Ｄは、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、添加物として、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯのうちの１個の特定化合物を、所定量（例えば、３重量％）含んでいるセラミックスで形成されている。外側絶縁碍子１０Ｄを形成する材料のＡｌ２Ｏ３の重量比率は、具体的には、８０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることがさらに好ましく、９５重量％以上であることが最も好ましい。
【００８４】
また、内側絶縁碍子９０Ｄは、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、添加物として、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯのうちの１個の特定化合物を、外側絶縁碍子１０Ｄを形成する材料より多く含んでいるセラミックスで形成されている。すなわち、内側絶縁碍子９０Ｄに含まれる特定化合物の重量％は、外側絶縁碍子１０Ｄに含まれる特定化合物の重量％より大きい。この結果、スパークプラグの耐火花消耗性と耐電圧性とを両立することができる。
【００８５】
また、第１実施形態と同様に、内側絶縁碍子９０Ｄの大径部９２は、外側絶縁碍子１０Ｄの棚部１６に支持されている。この結果、内側絶縁碍子９０Ｄを外側絶縁碍子１０Ｄに対して強固に固定することができる。さらに、第１実施形態と同様に、内側絶縁碍子９０Ｄの大径部９２は、外側絶縁碍子１０Ｄの棚部１６と、中心電極２０Ｄの頭部（鍔状部２５２と棒状部２５１）と、によって挟まれている。この結果、内側絶縁碍子９０Ｄを外側絶縁碍子１０Ｄに対してより強固に固定することができる。さらに、第１実施形態と同様に、中心電極２０Ｄの頭部と、外側絶縁碍子１０Ｄの第２部分１０２との間をシールするシール部材６０が設けられている。この結果、シール部材によって、内側絶縁碍子９０Ｄを外側絶縁碍子１０Ｄに対してさらに強固に固定することができる。したがって、スパークプラグ１００の強度を向上することができる。
【００８６】
Ｂ−２：評価試験
評価試験では、上記第２実施形態のスパークプラグのサンプルの耐火花消耗性の試験を実施した。
【００８７】
試験に用いた評価サンプルの主な寸法は、以下の通りである。
外側絶縁碍子１０Ｄの第１部分１０１Ｄの内径Ｒ２１：２．５４ｍｍ
外側絶縁碍子１０Ｄの第２部分１０２の内径Ｒ２２：４ｍｍ
内側絶縁碍子９０Ｄの筒状部９１Ｄの外径Ｒ２３：２．５ｍｍ
内側絶縁碍子９０Ｄの筒状部９１Ｄの内径Ｒ４：０．８ｍｍ
内側絶縁碍子９０Ｄの大径部９２の外径Ｒ２５：３．８ｍｍ
中心電極２０Ｄの棒状部２５１Ｄの外径Ｒ２６：０．７６ｍｍ
中心電極２０Ｄの鍔状部２５２の外径Ｒ２７：３．８ｍｍ
中心電極２０Ｄの柱状部２５３の外径Ｒ２８：２．５ｍｍ
外側絶縁碍子１０Ｄの脚長部１３Ｄの後端径Ｒ２ｂ：５．５ｍｍ
外側絶縁碍子１０Ｄの脚長部１３Ｄの先端径Ｒ２ａ：４ｍｍ
【００８８】
また、評価サンプルの外側絶縁碍子１０Ｄの材料には、９７重量％のＡｌ２Ｏ３と、３重量％の特定化合物と、から成るセラミックスが用いられた。評価サンプルの内側絶縁碍子９０Ｄの材料は、９５〜９９重量％のＡｌ２Ｏ３と、１〜５重量％の特定化合物と、から成るセラミックスを用いた。具体的には、下の表３に示すように、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯの７種類の特定化合物について、それぞれ、５個ずつのサンプルが準備された。１種類の特定化合物についての５個のサンプルでは、当該特定化合物の重量％が、それぞれ、１％、２％、３％、４％、５％に変更され、これに応じて、Ａｌ２Ｏ３の重量％を、９９％、９８％、９７％、９６％、９５％に変更されている。
【００８９】
ここで、外側絶縁碍子１０Ｄに含まれる特定化合物の重量％（Ｗｔｃとする）と、内側絶縁碍子９０Ｄに含まれる特定化合物の重量％（Ｗｔｄとする）と、の差を、ΔＷｔ２とする（ΔＷｔ２＝Ｗｔｄ−Ｗｔｃ）。表３では、各サンプルの内側絶縁碍子９０Ｄに含まれる特定化合物の重量％が、外側絶縁碍子１０Ｄに含まれる特定化合物の重量％を基準に、ΔＷｔ２の値を用いて示されている。
【００９０】
評価試験では、各サンプルに対し、１．０ＭＰａ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３００時間行った。放電試験後に各サンプルを解体し、内側絶縁碍子９０Ｄの内周面のうち、キャビティＣＶを区画している部分の全周に亘ってチャンネリングの深さを測定した。チャンネリングの深さの測定には、非接触のレーザ式の形状測定器を用いた。各サンプルで測定されたチャンネリングのうち、最も深いチャンネリングの深さを、各サンプルのチャンネリング深さとして採用した。チャンネリング深さが、浅いほど、耐火花消耗性が優れていることを表す。試験結果は、以下の表３に示すとおりであった。
【００９１】
【表３】
2015185286.tif 000005
【００９２】
表３に示すように、特定化合物の重量％の差ΔＷｔ２が負の値であるサンプルのチャンネリング深さは、特定化合物の種類に拘わらずに、特定化合物の重量％の差ΔＷｔ２が０であるサンプルと比較して、深いことが解った。また、特定化合物の重量％の差ΔＷｔ２が正の値であるサンプルのチャンネリング深さは、特定化合物の種類に拘わらずに、特定化合物の重量％の差ΔＷｔ２が０であるサンプルと比較して、浅いことが解った。
【００９３】
本評価試験によって、上述したように、内側絶縁碍子９０Ｄに含まれる特定化合物の重量比率が、外側絶縁碍子１０に含まれるＡｌ２Ｏ３の重量比率より大きいと、耐火花消耗性を向上できることが確認できた。
【００９４】
なお、表３に示すように、同じ特定化合物を添加する場合には、特定化合物の重量％の差ΔＷｔ２が大きいほど、換言すれば、内側絶縁碍子９０Ｄに含まれる特定化合物の重量％が、外側絶縁碍子１０Ｄに含まれる特定化合物の重量％と比較して大きいほど、耐火花消耗性に優れることが解った。
【００９５】
なお、表３に示すように、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯの７種類の特定化合物の中では、特定化合物の重量％の差ΔＷｔ２が正である範囲において、ＳｉＣが最も耐火花消耗性を向上させることができることが解った。そして、ＴｉＯ２とＬａ２Ｏ３が、ＳｉＣの次に耐火花消耗性を向上させることができ、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯが、ＴｉＯ２とＬａ２Ｏ３の次に耐火花消耗性を向上させることが解った。
【００９６】
Ｃ．変形例：
（１）図５は、変形例の内側絶縁碍子の例を示す第１の図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）の変形例について第２実施形態と異なる部分のみを説明する。図５（Ａ）の内側絶縁碍子９０Ｆの大径部９２Ｆの外径は、中心電極の鍔状部２５２Ｄの外径より大きい。図５（Ｂ）の内側絶縁碍子９０Ｇの大径部９２Ｇの外径は、中心電極の鍔状部２５２Ｄの外径より小さい。このように、内側絶縁碍子の大径部の外径は、中心電極の鍔状部２５２Ｄの外径と異なっていても良い。
【００９７】
図５（Ｃ）の内側絶縁碍子９０Ｈの大径部９２Ｈの外径は、中心電極の鍔状部２５２Ｈの外径より小さい。そして、中心電極の鍔状部２５２Ｈの先端側の縮径面には、環状の溝ＤＰが形成されている。大径部９２Ｈの後端側の部分は、中心電極の鍔状部２５２Ｈに形成された溝ＤＰに嵌合している。この結果、内側絶縁碍子９０Ｈと、中心電極とが、強固に固定される。
【００９８】
図６は、変形例の内側絶縁碍子の例を示す第２の図である。図６（Ａ）の内側絶縁碍子９０Ｉの大径部９２Ｉの外径は、中心電極の鍔状部２５２Ｄの外径より大きい。さらに、内側絶縁碍子９０Ｉは、大径部９２Ｉの後端から後端方向に向かって延びる環状の側壁部９６Ｉを備えている。そして、中心電極の鍔状部２５２Ｄの先端側の部分は、大径部９２Ｉの後端側の縮径面９２Ｉｂと、側壁部９６Ｉの内周面９６Ｉａと、によって区画される凹部に嵌合している。この結果、内側絶縁碍子９０Ｈと、中心電極とが、強固に固定される。
【００９９】
図６（Ｂ）の中心電極の頭部２５３Ｊは、鍔状部と柱状部とに別れていない。頭部２５３Ｊは、円柱形状を有しており、先端側が縮径している。図６（Ｂ）の内側絶縁碍子９０Ｊの大径部９２Ｊの外径は、図６（Ａ）例と同様に、中心電極の頭部２５３Ｊの外径より大きい。さらに、内側絶縁碍子９０Ｊは、図６（Ａ）例と同様に、大径部９２Ｊの後端から後端方向に向かって延びる環状の側壁部９６Ｊを備えている。そして、中心電極の頭部２５３Ｊの先端側の部分は、図６（Ａ）例と同様に、大径部９２Ｊの後端側の縮径面９２Ｊｂと、側壁部９６Ｉの内周面９６Ｊａと、によって区画される凹部に嵌合している。この結果、内側絶縁碍子９０Ｊと、中心電極とが、強固に固定される。
【０１００】
このように、内側絶縁碍子の大径部の構成は、上記第１実施形態や第２実施形態の構成に限られず、様々な構成を取り得る。例えば、内側絶縁碍子の大径部は、周方向の全周に亘って鍔状に配置されているが、必ずしも周方向の全周に亘って配置されている必要はなく、周方向の一部が欠けていても良い。
【０１０１】
（２）上記第１実施形態および第２実施形態では、内側絶縁碍子は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスを用いて形成されているが、これに代えて、内側絶縁碍子は、他の化合物を主成分とするセラミックスを用いて形成されても良い。この結果、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスを用いて形成された外側絶縁碍子の特性と、他の化合物を主成分とするセラミックスを用いて形成された内側絶縁碍子の特性と、によって、性能が適正化された絶縁碍子を有するスパークプラグを実現することができる。例えば、内側絶縁碍子は、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３のうちのいずれかを主成分とするセラミックスを用いて形成されても良い。例えば、ＡｌＮを主成分とするセラミックスは、熱伝導性が、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスより高い。このために、内側絶縁碍子をＡｌＮを主成分とするセラミックスを用いて形成すると、高温になりやすいスパークプラグの先端部の熱引き性能を向上することができる。また、ＺｒＯ２やＳｉＣを主成分とするセラミックスは、表面抵抗が、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミックスより低い。このために、内側絶縁碍子をＺｒＯ２やＳｉＣを主成分とするセラミックスを用いて形成すると、上述した第２実施形態と同様に、スパークプラグの耐火花消耗性を向上することができる。
【０１０２】
（３）上記第２実施形態のスパークプラグの内側絶縁碍子９０Ｄは、上述したように、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯのうちの１個の特定化合物を含んでいるが、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯのうちの２個以上の特定化合物を含んでもよい。この場合には、内側絶縁碍子９０Ｄに含まれる当該２個以上の特定化合物の合計の重量比率が、外側絶縁碍子１０Ｄに含まれる当該２個以上の特定化合物の合計の重量比率より大きいことが好ましい。こうすれば、第２実施形態と同様に、スパークプラグの耐火花消耗性を向上することができる。
【０１０３】
（４）上記第１実施形態において、内側絶縁碍子９０の大径部９２の縮径外面９２ａは、外側絶縁碍子１０の棚部１６に直接接している。すなわち、内側絶縁碍子９０の大径部９２は、外側絶縁碍子１０の棚部１６に、直接に支持されている。これに代えて、大径部９２の縮径外面９２ａと、外側絶縁碍子１０の棚部１６との間には、無機接着材（いわゆるセメント）や、図１のシール部材６０と同様の材料（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）などが充填されても良い。すなわち、内側絶縁碍子９０の大径部９２は、外側絶縁碍子１０の棚部１６に、間接に支持されていても良い。第２実施形態においても同様である。
【０１０４】
（６）上記第１実施形態において、内側絶縁碍子９０の内周面と中心電極本体２５の棒状部２５１の外周面との間には、無機接着材が充填されても良い。同様に、外側絶縁碍子１０の第１部分１０１の内周面と、内側絶縁碍子９０の外周面との間には、無機接着材が充填されても良い。
【０１０５】
（７）上記第１実施形態において、中心電極本体２５の頭部（鍔状部２５２と柱状部２５３）はなくても良い。この場合には、例えば、中心電極本体２５の棒状部２５１の外周面が、内側絶縁碍子９０の内周面と無機接着材によって接着されることによって、中心電極本体２５が内側絶縁碍子９０に固定される。そして、内側絶縁碍子９０の大径部９２は、外側絶縁碍子１０の棚部１６と、シール部材６０と、によって挟まれる。この結果、内側絶縁碍子９０は、外側絶縁碍子１０に対して固定される。
【０１０６】
（８）上記各実施形態において、内側絶縁碍子と外側絶縁碍子と中心電極の構成を中心に説明してきたが、他の要素、例えば、主体金具５０、端子金具４０、接地電極３０などの材質や寸法などは、様々に変更可能である。例えば、主体金具５０の材質は、亜鉛やニッケルなどでめっきされた低炭素鋼でも良いし、これらのめっきがなされていない低炭素鋼でも良い。また、接地電極３０は、ニッケル合金で形成された母材と、銅で形成された芯部と、を備える２層構造を備えても良い。また、接地電極３０は、中心電極の先端部分と軸線方向と垂直な方向に対向して、軸線方向と垂直な方向の火花ギャップを形成しても良い。
【０１０７】
（９）上記第２実施形態の中心電極２０は、チップを備えていない（図４）が、これに変えて、中心電極２０の先端には、白金やイリジウムなどの貴金属、貴金属を主成分とする合金、タングステン（Ｗ）などで形成されたチップが配置されていてもよい。
【０１０８】
（１０）上記第２実施形態では、接地電極３０Ｄの後端面の軸方向の位置と、筒状部９１Ｄの先端面の軸方向の位置とは、一致している（図４）が、接地電極３０Ｄの後端面と、筒状部９１Ｄの先端面と、間にはわずかな隙間（例えば、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ）が設けられていてもよい。
【０１０９】
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。
【符号の説明】
【０１１０】
５...ガスケット、６...リング部材、８...板パッキン、９...タルク、１０、１０Ａ、１０Ｄ...外側絶縁碍子、１０Ａ...外側絶縁碍子、１０Ｃ...後端側絶縁碍子、１３、１３Ｄ...脚長部、１５...段部、１６...棚部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...鍔部、２０、２０Ｄ...中心電極、２２...電極母材、２３...芯部、２３...頭部、２５...中心電極本体、２６...溶融部、２９...電極チップ、２９...中心電極チップ、３０、３０Ｄ...接地電極、３１...接地電極本体、３５Ｄ...噴出孔、３９...接地電極チップ、４０、４０Ｄ...端子金具、４０Ｄ...端子金具、４１...キャップ装着部、４２...鍔部、４３、４３Ｄ...脚部、５０、５０Ｄ...主体金具、５０Ｄ...主体金具、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、６０Ｄ...シール部材、７０...抵抗体、８０...シール部材、９０...内側絶縁碍子、９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｄ、９０Ｆ〜９０Ｊ...内側絶縁碍子、９０Ｃ...先端側絶縁碍子、９１、９１Ｄ...筒状部、９２、９２Ｆ〜９２Ｊ...大径部、９６Ｉ、９６Ｊ...側壁部、１００...スパークプラグ、１０１...第１部分、２５１、２５２Ｄ...棒状部、２５２、２５３Ｄ、２５２Ｈ...鍔状部、２５３、２５３Ｊ...柱状部
【図１】
2015185286.tif 000006
【図２】
2015185286.tif 000007
【図３】
2015185286.tif 000008
【図４】
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【図５】
2015185286.tif 000010
【図６】
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