JP5149295B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に組み付けられて混合気への点火を行うためのスパークプラグに関するものである。

従来、自動車エンジン等の内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。一般的なスパークプラグは、中心電極と、中心電極を軸孔内に保持する絶縁碍子と、絶縁碍子を筒孔内に保持する主体金具と、主体金具に接合され、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを有している。燃焼室内に火花放電間隙を突き出すようにスパークプラグをエンジンに取り付け、火花放電間隙にて火花放電（気体の絶縁破壊によって行われる火花放電であり、後述する沿面放電と区別するため気中放電ともいう。）を行うことによって、混合気への点火が行われる。

ところで、絶縁碍子は、軸孔内の先端側に中心電極を保持している。また、主体金具は、筒孔内に設けられる保持部を、絶縁碍子の外表面に直接または間接的に当接させて、絶縁碍子を保持している。主体金具と中心電極とは、絶縁碍子のうち、主体金具の保持部が絶縁碍子に直接または間接的に当接するよりも先端側の部位（以下、この部位を「隔絶部位」という。）によって隔てられ、絶縁状態が維持されている。

隔絶部位に隔てられた主体金具と中心電極との間に高い電圧が印加されると、隔絶部位において、絶縁碍子の表面上を火花が這うように放電する、いわゆる沿面放電を生ずる場合がある。電極の消耗によって正規の火花放電間隙（すなわち中心電極と接地電極との間隙）が広がったり、あるいは着火性向上のためスパークプラグの設計において火花放電間隙を広げたりすると、火花放電間隙において気中放電を行うための要求電圧が高くなる。これにあわせて火花放電間隙に印加する電圧を高めた場合、隔絶部位を介して沿面放電を生ずる場合があり、正規の火花放電間隙における火花放電の確実性の低下を招く虞がある。

このような沿面放電の発生を防止するには、隔絶部位を軸線方向に長くして、絶縁距離を延ばすとよい。しかし、単純に隔絶部位を軸線方向に長くする設計を行って絶縁距離を延ばした場合、隔絶部位自体が大きくなって熱容量が増えるため、隔絶部位における熱引き性能が低下する場合がある。するとスパークプラグが低熱価型（いわゆる焼け型）になりやすく、エンジンの要求する熱価条件を満たせなくなる虞がある。これを防止するには、例えば、隔絶部位に凹凸形状のコルゲーションを設け、隔絶部位の軸線方向の長さは変えずに、隔絶部位における沿面放電の絶縁距離を延ばすことが考えられる。このようにすれば、スパークプラグの熱価が大きく変わることはない。また、火花放電の要求電圧が高まっても、沿面放電は発生し難くなり、正規の火花放電間隙で気中放電を生じさせることができる（例えば、特許文献１参照。）。

また、上記したように、主体金具は保持部を絶縁碍子の外表面に当接させて絶縁碍子を保持しているが、その当接位置よりも先端側において、保持部と隔絶部位との間には、主体金具の筒孔と隔絶部位との間の間隙よりも狭い間隙が生ずる。この間隙を大きく確保すれば、汚損時に、保持部と隔絶部位との間隙における飛火の発生を抑制できるのであるが、スパークプラグの小型化の観点から、間隙の大きさを確保することは難しい。そこで、保持部と隔絶部位との間隙を、敢えて小さくし、０．４ｍｍ以下としたところ、間隙内への未燃ガスの侵入を防ぎ、間隙内における耐汚損性を向上させ、その結果、飛火の発生を防止できた（例えば特許文献２参照。）。
実開昭５０−５９４２８号公報 特開２００２−２６０８１７号公報

しかしながら、近年、エンジン出力の向上が図られ、燃焼室内の圧力（混合気の圧縮比）が従来よりも高められる傾向にあり、これに伴い火花放電のための要求電圧がさらに高まっている。ここで、燃焼室内の圧力と火花放電の要求電圧との関係において、圧力の上昇に対する要求電圧の上昇の度合いは、沿面放電よりも気中放電の方が大きいことが知られている。このため、燃焼室内の圧力が従来よりも高くなった場合、特許文献１のスパークプラグのようにコルゲーションによって絶縁距離を延ばしたとしても、沿面放電が生じやすくなる虞があった。また、電極間により高い電圧が印加されることによって、保持部と隔絶部位との間隙における汚損は防げても、間隙内で飛火が発生し、隔絶部位における飛火位置が沿面放電の起点となってしまう虞があった。これを防止するには沿面放電の絶縁距離をさらに延ばすとよいが、そのために隔絶部位に極端な凹凸形状を設けると隔絶部位の表面積が増えてしまう。するとエンジンからの受熱量が高まってしまい、スパークプラグが低熱価型になりやすく、エンジンの要求する熱価条件を満たせなくなる虞があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、エンジンの要求する熱価条件を満たしつつも絶縁碍子の隔絶部位における沿面放電の発生を抑制し、確実に、正規の火花放電間隙で火花放電を行うことができるスパークプラグを提供することを目的とする。

本発明の実施態様に係るスパークプラグは、中心電極と、前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、前記軸線方向に延びる筒孔を有すると共に、その筒孔内に、前記絶縁碍子の周方向一周にわたって前記絶縁碍子の外表面に直接または間接的に当接し、前記絶縁碍子を前記筒孔内に保持するための保持部を有する主体金具と、一端部が前記主体金具に接合され、他端部側が前記中心電極の先端部に向けて屈曲されると共に、その他端部と前記中心電極の先端部との間で火花放電間隙を形成する接地電極と、を備えている。また、前記絶縁碍子のうち、前記軸線方向の先端側からみて、前記絶縁碍子が最初に前記保持部と直接または間接的に接触する位置Ｑよりも、前記軸線方向の先端側の部位を隔絶部位としたときに、前記隔絶部位における前記外表面であって、前記保持部を構成する面のうち前記軸線方向と直交する径方向の内側を向く内向き面と向き合う部分は、前記内向き面に対し、周方向一周にわたって前記径方向に０．４ｍｍ以下の間隙で配置されており、前記隔絶部位における前記絶縁碍子の体積Ｖ１に対する、前記隔絶部位における前記絶縁碍子の前記外表面の表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）が、１．２６≦Ｓ１／Ｖ１≦１．４０［ｍｍ^−１］を満たすと共に、前記隔絶部位における前記絶縁碍子の最大外径が、前記位置Ｑにおける前記絶縁碍子の外径以下であることを特徴とする。

本実施態様では、中心電極と主体金具の保持部とを隔てる隔絶部位における外表面と、保持部との間隙を０．４ｍｍ以下としており、耐汚損性を確保できる。その上で、絶縁碍子の隔絶部位の体積Ｖ１に対する、外表面の表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）を１．２６ｍｍ^−１以上としており、隔絶部位を介した沿面放電の発生を防止するのに十分な絶縁距離を確保できる。従って、エンジンの高出力化を図る上で燃焼圧が上昇し、火花放電のための要求電圧が高くなっても、確実に、正規の火花放電間隙で火花放電を行うことができる。その一方で、表面積Ｓ１の増大に伴い燃焼室からの受熱量が増加するが、Ｓ１／Ｖ１を１．４０ｍｍ^−１以下とするので、中心電極の温度上昇を抑えることができ、熱価条件を維持することができる。従って、従来の寸法比率のままスパークプラグの小型化を図ることができ、エンジンの小型化および高出力化を実現する上で好適である。

ところで、絶縁碍子の隔絶部位の体積Ｖ１に対する外表面の表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）が上記範囲を満たせるようにするには、隔絶部位において、例えば、凹凸形状を設けると容易である。このような形状を設けるにあたり、隔絶部位における絶縁碍子の最大外径を、位置Ｑにおける絶縁碍子の外径以下に抑えることで、隔絶部位が主体金具の筒孔の内周面に近づくことを制限することができる。従って、隔絶部位と筒孔の内周面との間で気中放電（いわゆる横飛火）が生じてしまうことを防止できる。

また、本実施態様に係るスパークプラグにおいて、前記隔絶部位の前記軸線方向先端部が、前記主体金具の先端から１．０ｍｍ以上突出してもよい。また、前記隔絶部位の先端部における前記外表面において、先端面と外側面とがなす稜角部分に面取寸法０．４ｍｍ以下のＲ面取りを行ってもよく、前記隔絶部位の先端部における前記絶縁碍子の前記軸孔と前記中心電極との前記径方向の距離を０．０５ｍｍ以上としてもよい。

主体金具の先端面と筒孔の内周面とがなす稜角部位は、電界強度が高まりやすい部位であるため、絶縁碍子の外表面においてその稜角部位に近い部分は、稜角部位との間での気中放電（横飛火）の起点となりやすい。そして横飛火が生じたときには、その起点と中心電極との間で、絶縁碍子の外表面を這う沿面放電が生ずることとなる。ゆえに、隔絶部位の先端部を主体金具の先端から１．０ｍｍ以上突出させれば、沿面放電経路における絶縁距離を延ばすことができるので、稜角部位と中心電極との間の絶縁抵抗を、さらに、高くすることができる。ゆえに、さらなる高出力化を図ったエンジンに、本実施態様に係るスパークプラグを使用する上で、十分な、絶縁性能を得ることができ、横飛火の発生を効果的に防止することができる。

なお、スパークプラグの製造過程において、前記隔絶部位の先端部における先端面と外側面とがなす稜角部分に欠けを生じやすくなる虞がある。このような欠けの発生を防止するには、その稜角部分にＲ面取りを施すとよい。もっとも、面取寸法が大きくなるほど、面取り部分において絶縁距離が短くなる。さらなる高出力化を図ったエンジンに、本実施態様に係るスパークプラグを使用するには、面取寸法を０．４ｍｍ以下として、十分な、絶縁距離を確保するとよい。

また、前記隔絶部位の先端部における絶縁碍子の軸孔と中心電極との間に間隙を設ければ、空気層による絶縁効果によって、主体金具と中心電極との間の絶縁距離を、さらに確保することができる。さらなる高出力化を図ったエンジンに、本実施態様に係るスパークプラグを使用する上で十分な絶縁性を得るには、絶縁碍子の軸孔と中心電極との間の径方向の距離を、０．０５ｍｍ以上とするとよい。

また、本実施態様に係るスパークプラグにおいて、前記隔絶部位の先端部が、前記軸線方向に延びる円筒形状をなしてもよく、前記軸線方向において、前記主体金具の先端の位置を跨いで配置されてもよい。そして、前記隔絶部の先端部における前記体積Ｖ２に対する、前記隔絶部位の先端部における前記表面積Ｓ２の割合（Ｓ２／Ｖ２）が、１．４０≦Ｓ２／Ｖ２≦２．００［ｍｍ^−１］を満たしてもよい。円筒形状をなす前記隔絶部位の先端部を、軸線方向において、主体金具の先端の位置を跨いで配置させれば、電界強度が高まりやすい稜角部位と、絶縁碍子の外表面との間の距離を確保することができ、横飛火の発生を防止することができる。

そして、確実に、前記隔絶部位の先端部における絶縁距離を確保するためには、上記同様に、前記隔絶部位の先端部における絶縁碍子の体積Ｖ２に対する、表面積Ｓ２の割合（Ｓ２／Ｖ２）を規定するとよく、具体的には、Ｓ２／Ｖ２を、１．４０≦Ｓ２／Ｖ２≦２．００［ｍｍ^−１］とするとよい。前記隔絶部位の先端部におけるＳ２／Ｖ２が１．４０ｍｍ^−１未満であっても実用範囲としては十分な絶縁距離を確保できるが、エンジンのさらなる高出力化を図り要求電圧が高くなった場合においても、前記隔絶部位の先端部において確実な絶縁距離を確保するには、前記隔絶部位の先端部におけるＳ２／Ｖ２を１．４０ｍｍ^−１以上とするとよい。一方、前記隔絶部位の先端部におけるＳ２／Ｖ２が大きくなれば、前記隔絶部位の先端部における燃焼室からの受熱量が多くなって中心電極の温度上昇を招くため、前記隔絶部位の先端部におけるＳ２／Ｖ２は２．００ｍｍ^−１以下とするとよい。

また、本実施態様に係るスパークプラグにおいて、前記主体金具が、自身の外周側に、自身を内燃機関に取り付けるためのねじ山が形成された取付部を有してもよい。また、そのねじ山の呼び径がＭ８〜Ｍ１２であるとよく、前記径方向において、前記主体金具の先端面と前記筒孔の内周面とがなす稜角部位と、前記隔絶部位における前記絶縁碍子の前記外表面との間の最短距離Ｌが、前記火花放電間隙の大きさＧよりも大きいとよい。

主体金具の稜角部位と、隔絶部位における絶縁碍子の外表面との最短距離Ｌを、火花放電間隙の大きさＧよりも大きくすることで、電界強度が高まりやすい稜角部位を起点とする横飛火の発生を防止することができ、正規の火花放電間隙での火花放電を確実に行うことができる。そして、本発明の適用によって、従来の寸法比率のままスパークプラグの小型化を図っても横飛火や沿面放電の発生を防止できるので、主体金具の取付部のねじ山の呼び径がＭ８〜Ｍ１２のスパークプラグに適用すれば、エンジンの小型化および高出力化を同時に実現する上で好適である。

また、本実施態様に係るスパークプラグにおいて、前記隔絶部位における前記絶縁碍子の前記径方向の最小の厚みＴを０．５ｍｍ以上としてもよい。隔絶部位における絶縁碍子の外表面の表面積Ｓ１をより大きくする上で、本実施態様のように、隔絶部位における絶縁碍子の最小の厚みＴを０．５ｍｍ以上とすれば、絶縁碍子の製造過程において取り扱う際に十分な強度を確保でき、折れ等の不具合の発生を抑制することができる。

なお、本実施態様に係るスパークプラグは、前記隔絶部位における前記絶縁碍子の最大外径と、前記主体金具の前記筒孔の内周面の内径と径差が半径差で０．５ｍｍ以上あることを特徴としてもよい。

スパークプラグ１００の部分断面図である。 スパークプラグ１００の隔絶部位Ｐを拡大してみた断面図である。 変形例としてのスパークプラグ２００の隔絶部位Ｐを拡大してみた部分断面図である。 変形例としてのスパークプラグ３００の隔絶部位Ｐを拡大してみた部分断面図である。 変形例としてのスパークプラグ４００の隔絶部位Ｐを拡大してみた部分断面図である。 変形例としてのスパークプラグ５００の隔絶部位Ｐを拡大してみた部分断面図である。 沿面放電の発生頻度と、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）との相関関係を示すグラフである。 隔絶部位Ｐにおける絶縁抵抗値と、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）との相関関係を示す片対数グラフである。 中心電極の先端部の温度と、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）との相関関係を示すグラフである。 隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の最小の厚みＴと、絶縁碍子の製造過程における折れの発生率との関係を示すグラフである。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、中心電極２０と、中心電極２０を軸孔１２内に保持する絶縁碍子１０と、絶縁碍子１０を筒孔５５内に保持する主体金具５０と、主体金具５０に接合され、中心電極２０との間で火花放電間隙ＧＡＰを形成する接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられる端子金具４０とから構成されている。

まず、絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向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、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）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、先端側胴部１７よりも更に先端側に、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は先端側へ向けて縮径されており、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。また、後述する主体金具５０の筒孔５５内にて絶縁碍子１０を保持すると共に気密維持を図れるように、脚長部１３と先端側胴部１７との間に段状の部位が設けられており、本実施の形態では、この部位を段部１５と呼称する。なお、後述するが、本実施の形態では、この脚長部１３において、絶縁碍子１０の外表面１４が凹凸形状に形成されている。

次に、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金から形成された母材２４の内部に、その母材２４よりも熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯２３を埋設した構造を有する棒状の電極である。中心電極２０は、絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側に保持されている。中心電極２０の先端部２２は、絶縁碍子１０の先端から突出し、後述する接地電極３０の先端部３１との間で火花放電間隙ＧＡＰを形成する。また、中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール体４およびセラミック抵抗３を経由して、後方（図１における上方）の端子金具４０と電気的に接続されている。端子金具４０にはプラグキャップ（図示外）を介して高圧ケーブル（図示外）が接続され、火花放電のための高電圧が印加されるようになっている。

次いで、接地電極３０について説明する。接地電極３０は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金が用いられる。接地電極３０は自身の長手方向の横断面が略長方形を有しており、基部３２が主体金具５０の先端面５７に溶接されている。接地電極３０の先端部３１は、中心電極２０の先端部２２に向かって屈曲され、両者間に火花放電間隙ＧＡＰが形成されている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド（図示外）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。主体金具５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして、絶縁碍子１０を筒孔５５に保持している。主体金具５０は低炭素鋼材から形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、エンジンヘッドのねじ孔（図示外）に螺合するねじ山が形成された取付部５２とを有する。

主体金具５０の工具係合部５１と取付部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。取付部５２とシール部５４との間の外周面には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌められて、配置されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けた際に、取付孔の開口周縁部とシール部５４との間で押し潰されて変形し、両者間を封止することで、取付孔を介した燃焼室内の気密漏れを防止するものである。

主体金具５０の内周で取付部５２の位置には、筒孔５５の内周面５９から内向きに突出し、周方向に一周する保持部５６が設けられている。この保持部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の段部１５が保持されている。また、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が設けられ、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の筒孔５５の内周面５９と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外表面１４との間には、円環状のリング部材６，７が介在されており、更に両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。主体金具５０の加締部５３を内側に折り曲げて加締めることで、絶縁碍子１０は筒孔５５内で先端側に向け押圧され、加締部５３と保持部５６との間で支持されて、主体金具５０と一体になる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、保持部５６と段部１５との間に介在する板パッキン８によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。また座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の軸線Ｏ方向の圧縮長を長くして主体金具５０内の気密性を高めている。

このように構成された本実施の形態のスパークプラグ１００では、火花放電の際に、火花放電間隙ＧＡＰにて確実に火花放電がなされるように、絶縁碍子１０の外表面１４上を這う沿面放電の発生を抑制するための構造を有する。以下、絶縁碍子１０の構成について、図２を参照して説明する。

前述したように、図２に示す、絶縁碍子１０の脚長部１３は、絶縁碍子１０を主体金具５０に保持させるために設けられた段部１５よりも先端側に形成された部位である。段部１５は板パッキン８を介して主体金具５０の保持部５６に保持されている。換言すると、主体金具５０の保持部５６は、板パッキン８を介して間接的に絶縁碍子１０の段部１５に当接し、絶縁碍子１０を保持している。本実施の形態では、絶縁碍子１０の外表面１４において、板パッキン８が段部１５に当接する位置のうち軸線Ｏ方向の最も先端の位置をＱとする。そして、絶縁碍子１０の部位のうち、位置Ｑよりも軸線Ｏ方向の先端側に存在し、中心電極２０と保持部５６とを絶縁状態に隔てる部位を、隔絶部位Ｐとしている。具体的に、図２では、絶縁碍子１０の隔絶部位Ｐを実線で示す。

スパークプラグ１００の稼働時には、主体金具５０と端子金具４０（図１参照）との間に高電圧が印加され、主体金具５０に接合された接地電極３０と、端子金具４０に電気的に接続された中心電極２０との間の火花放電間隙ＧＡＰにて火花放電（気中放電）が生じ、混合気への着火が行われる。このとき、主体金具５０と中心電極２０との間にも高電圧がかかるので、両者間に介在することとなる隔絶部位Ｐにおいて沿面放電が発生して中心電極２０と主体金具５０（保持部５６）との間で火花放電が生じないように、両者間には十分な絶縁距離を得ることが肝要である。さらに、従来よりも燃焼室内の圧力が高まった状態でも、確実に、火花放電間隙ＧＡＰにて火花放電（気中放電）を生じさせるには、隔絶部位Ｐの表面に沿った主体金具５０と中心電極２０との間の距離を延ばすだけでなく、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の外表面１４の表面積を、より大きくすることが望ましい。

これを実現するため、本実施の形態のスパークプラグ１００では、一例として、隔絶部位Ｐにおいて、絶縁碍子１０の外表面１４が凹凸形状に形成されている。この凹凸形状は隔絶部位Ｐにただ設ければよいというものではなく、エンジンの要求する熱価条件を満たしつつ、隔絶部位Ｐを介した沿面放電の確実な防止を図るため、以下のような各種規定を設けている。

まず、図２に示すように、絶縁碍子１０の隔絶部位Ｐについて、径方向（軸線Ｏと直交する方向）に主体金具５０の保持部５６と向き合う部位を、基端部Ｐ１とする。本実施の形態において、基端部Ｐ１は、略同一の外径で軸線Ｏ方向に延びる、円筒形状をなす。また、基端部Ｐ１から軸線Ｏ方向の先端側へ向けて、外径が変化しつつ延びる部位を中間部Ｐ２とする。上記したように、本実施の形態では、中間部Ｐ２における絶縁碍子１０の外表面１４が、凹凸状をなす。さらに、中間部Ｐ２から軸線Ｏ方向の先端側へ向けて延びる部位を先端部Ｐ３とする。先端部Ｐ３は、基端部Ｐ１と同様に円筒形状をなして軸線Ｏ方向に延び、先端面６１が、主体金具５０の先端面５７よりも軸線Ｏ方向先端側に配置されている。

基端部Ｐ１において、外表面１４は、保持部５６を構成する面のうち径方向の内側を向く内向き面６０と、向き合う部位Ｆを有する。部位Ｆは、内向き面６０との間に間隙Ｊを有するが、周方向一周にわたって間隙Ｊの大きさ（径方向長さ）が０．４ｍｍ以下となるように、基端部Ｐ１の大きさ（外径）が設定されている。間隙Ｊが０．４ｍｍより大きいと、内燃機関の駆動時に未燃焼ガスが間隙Ｊ内に入り込み、汚損物質が間隙Ｊ内に蓄積する虞がある。汚損物質の蓄積により形成される層が成長し、保持部５６の内向き面６０と、部位Ｆにおける絶縁碍子１０の外表面１４とが汚損物質を介して電気的に接触すると、主体金具５０と中心電極２０との間の絶縁抵抗が下がって隔絶部位Ｐを介した沿面放電を生じやすくなる虞がある。一方で、保持部５６の内向き面６０と、部位Ｆにおける絶縁碍子１０の外表面１４との間における気中放電に対する絶縁抵抗を確保するためには、間隙Ｊの大きさを０．０５ｍｍ以上確保することが望ましく、０．２ｍｍ以上確保できれば、なおよい。

また、間隙Ｊを構成する保持部５６の内向き面６０と、部位Ｆにおける絶縁碍子１０の外表面１４とが、軸線Ｏ方向に延びる長さをＨとしたときに、長さＨは０．５ｍｍ以上を確保するとよい。長さＨが０．５ｍｍより小さいと、間隙Ｊ内への未燃焼ガスの侵入を効果的に防止することが難しくなる。一方、長さＨが長くなるほど、主体金具５０の筒孔５５内における間隙Ｊ内への開口が、軸線Ｏ方向のより先端側に近づく。すると、間隙Ｊの開口付近における隔絶部位Ｐを介した沿面放電の絶縁距離が短くなるため、間隙Ｊの開口付近に汚損物質が付着した場合、汚損物質を介した飛火を生ずる虞がある。ゆえに、長さＨは２．５ｍｍ以下とすることが望ましい。

このように、間隙Ｊの大きさを規定することで、上記のように耐汚損性は向上するが、気中放電における絶縁抵抗は低下するので、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の体積Ｖ１に対する、表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）を規定して、隔絶部位Ｐにおける沿面放電の絶縁距離を確保している。具体的に、Ｓ１／Ｖ１が、１．２６≦Ｓ１／Ｖ１≦１．４０［ｍｍ^−１］を満たすことを規定している。隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の体積Ｖ１に対する、表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）が１．２６ｍｍ^−１未満である場合、隔絶部位Ｐに十分な大きさの表面積Ｓ１を得られず、隔絶部位Ｐを介した主体金具５０と中心電極２０との間における沿面放電に対し、絶縁距離を十分に確保できない虞がある。一方、隔絶部位Ｐの体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合が大きくなることは、同等の大きさのスパークプラグに比べ、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の表面積Ｓ１が増えることとなり、燃焼室からの受熱量が多くなる。具体的に、Ｓ１／Ｖ１が１．４０ｍｍ^−１より大きくなると、隔絶部位Ｐからの受熱による中心電極２０の温度上昇が大きく、スパークプラグ１００が低熱価型（いわゆる焼け型）となるため、エンジンの要求する熱価条件を満たせなくなる虞がある。

このように、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）が１．２６≦Ｓ１／Ｖ１≦１．４０［ｍｍ^−１］を満たすように規定することによって、従来の寸法比率のまま小型化したスパークプラグを、より燃焼圧の高いエンジンに利用することもできる。つまり、本発明を適用すれば、スパークプラグを設計する上で、脚長部を軸線Ｏ方向に延ばすことによって主体金具の保持部と中心電極との間の絶縁距離を確保するのではなく、従来の寸法比率のまま小型化しても十分に絶縁距離を確保できるのである。具体的に、主体金具５０の取付部５２のねじ山の呼び径がＭ８〜Ｍ１２のスパークプラグ１００に適用すれば、エンジンの小型化および高出力化を同時に実現する上で好適である。

さらに、スパークプラグ１００では、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の最大外径が、位置Ｑにおける絶縁碍子１０の外径Ｕ以下となることを規定している。本実施の形態では、隔絶部位Ｐの中間部Ｐ２が凹凸形状をなしつつも先端側へ向け縮径しているため、隔絶部位Ｐにおいて絶縁碍子１０の外径が最大となる位置は位置Ｑと一致する。そうでない場合であっても、この規定によって、隔絶部位Ｐが位置Ｑにおける絶縁碍子１０の外径Ｕよりも径方向外方へ突出することはない。これにより、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の外表面１４の表面積Ｓ１をより大きくする上で、隔絶部位Ｐが主体金具５０の筒孔５５の内周面５９に近づくことが制限されるので、隔絶部位Ｐと筒孔５５の内周面５９との間で気中放電（いわゆる横飛火）が生じてしまうことを防止できる。そして、より好ましくは、主体金具５０の筒孔５５の内径Ｘと、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の最大外径との径差を１．０ｍｍ以上（半径差で０．５ｍｍ以上）確保することが望ましい。

また、主体金具５０の先端面５７と筒孔５５の内周面５９とがなす稜角部位Ｗと隔絶部位Ｐにおける、絶縁碍子１０の外表面１４との間の最短距離Ｌが、火花放電間隙ＧＡＰの大きさＧよりも大きいことを規定している。稜角をなす部位は電界強度が高まって火花放電の起点となりやすいことが知られているが、稜角部位Ｗと中心電極２０との間で火花放電を生じるには、稜角部位Ｗと隔絶部位Ｐとの間での気中放電と、隔絶部位Ｐの外表面１４上にてその気中放電を生じた起点と中心電極２０との間での沿面放電とを必要とする。稜角部位Ｗと隔絶部位Ｐとの最短距離Ｌが火花放電間隙ＧＡＰよりも大きければ、稜角部位Ｗと中心電極２０との間における絶縁抵抗値が、火花放電間隙ＧＡＰにおける絶縁抵抗値を下回りにくく、エンジンの駆動の際に、正規の火花放電間隙ＧＡＰにおいて、より確実に火花放電を生じさせることができる。

また、スパークプラグ１００の径方向において、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の最小の厚みＴが、０．５ｍｍ以上となることを規定している。上記のように、隔絶部位Ｐが主体金具５０の筒孔５５の内周面５９に近づくことを制限しつつ、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の外表面１４の表面積Ｓ１をより大きくするには、絶縁碍子１０の厚みを部分的に薄くすることが考えられる。しかし、絶縁碍子１０は、アルミナ等の絶縁粉末を押し固め、切削加工によって成形後、焼成して作製されるが、軸孔１２を有するため、径方向の厚みが小さくなると、成形の際に折れ等を生じ歩留まりが悪くなる虞がある。特に、隔絶部位Ｐにおいては、凹凸形状によって絶縁碍子１０の最小の厚みＴが小さくなりやすい。これを防止するには、後述する実施例４によれば、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の最小の厚みＴを０．５ｍｍ以上とし、絶縁碍子１０に十分な厚みを確保することが望ましい。

このように各種規定を行うことで、従来よりも燃焼室内の圧力が高まった状態でも、隔絶部位Ｐを介した沿面放電の発生を十分に防止することができるが、燃焼室内の圧力上昇が、上記の規定で目標とする上昇幅よりもさらに上昇した場合にも対応できるスパークプラグ１００を提供するため、本実施の形態では、さらに、以下の規定を設けている。

まず、絶縁碍子１０の先端部Ｐ３が、軸線Ｏ方向において、主体金具５０の先端面５７よりも先端側へ突出する突出長さＮを、１．０ｍｍ以上とするとよい。上記したように、主体金具５０の稜角部位Ｗと絶縁碍子１０の外表面１４との最短距離Ｌを、火花放電間隙ＧＡＰの大きさＧよりも大きくすれば、正規の火花放電間隙ＧＡＰにおける火花放電を確保できる。ここで燃焼室内の圧力のさらなる上昇に伴い電極間への印加電圧が高められた場合に、隔絶部位Ｐの外表面１４上にて、稜角部位Ｗと隔絶部位Ｐとの間での気中放電を生じた起点と、中心電極２０との間での沿面放電の発生を抑制するには、その沿面放電が発生し得る部位と、中心電極２０との間の絶縁距離を長くすることが肝要である。後述する実施例５によれば、軸線Ｏ方向において、絶縁碍子１０の先端部Ｐ３が、主体金具５０の先端面５７よりも先端側へ突出する突出長さＮを、１．０ｍｍ以上とすれば、中心電極２０と主体金具５０との間における絶縁抵抗を、より高められることがわかった。もちろん、１．０ｍｍ未満であっても、実用的な大きさの範囲の絶縁抵抗を得ることができる。このようにすれば、稜角部位Ｗと中心電極２０との間の絶縁抵抗を、さらに、高くすることができる。ゆえに、さらなる高出力化を図ったエンジンにスパークプラグ１００を使用する上で、十分な、絶縁性能を得ることができ、横飛火の発生を効果的に防止することができる。一方、突出長さＮが長くなれば、先端部Ｐ３における燃焼室からの受熱量が増加し、温度上昇を招くため、突出長さＮは４．３ｍｍ以下、より好ましくは４．０ｍｍ以下とするとよい。なお、上記したように、先端部Ｐ３が円筒形状をなすが、略同一の外径で軸線Ｏ方向に延び、主体金具５０の先端面５７の位置を跨ぐこと、すなわち、軸線Ｏ方向における先端部Ｐ３の中腹の位置に、稜角部位Ｗが配置されることが好ましい。このようにすれば、稜角部位Ｗと、先端部Ｐ３における絶縁碍子１０の外表面１４との間の絶縁距離（両者間において生じ得る気中放電に対する絶縁距離）を確保でき、横飛火の発生を防止することができる。

なお、スパークプラグ１００の製造過程において、絶縁碍子１０の先端部Ｐ３における先端面６１と外側面とがなす稜角部分に欠けを生じやすくなる虞がある。このような欠けの発生を防止するには、その稜角部分にＲ面取りを施すとよく、その面取寸法Ｋを０．１ｍｍ以上とするとよい。後述する実施例８によれば、面取寸法Ｋが０．１ｍｍ未満の場合、スパークプラグ１００の製造過程において、上記の稜角部分に欠けを生じてしまう虞がある。一方、面取寸法Ｋが大きくなるほど、面取り部分において絶縁距離が短くなってしまうため、面取寸法Ｋは０．４５ｍｍ以下、より好ましくは０．４０ｍｍ以下とするとよい。

また、先端部Ｐ３において、絶縁碍子１０の軸孔１２と中心電極２０との間に、径方向において０．０５ｍｍ以上の間隙Ｍを有するとよい。具体的には図２に示すように、中心電極２０の先端部２２の外径を後端側の外径よりも、半径差で０．０５ｍｍ以上小さくして間隙Ｍを形成すればよい。もちろん、絶縁碍子１０の軸孔１２の内径を、先端部Ｐ３において、半径差で０．０５ｍｍ以上大きくして間隙Ｍを形成してもよいし、あるいは中心電極２０と絶縁碍子１０の双方に加工を施して上記の間隙Ｍを形成してもよい。間隙Ｍを形成することで、隔絶部位Ｐによる中心電極２０と主体金具５０との間の絶縁距離をさらに延ばすことができる。後述する実施例６によれば、間隙Ｍを０．０５ｍｍより小さくすると、間隙Ｍ内の空気層による絶縁効果が薄れ、隔絶部位Ｐにおける絶縁抵抗が、実用範囲としては十分ではあるものの、低下する。一方、間隙Ｍを大きくしすぎると、先端部Ｐ３において燃焼室から受熱した熱を中心電極２０側へ逃がしにくくなって、熱価条件の低下を招く虞があり、実用範囲として０．４７ｍｍ以下、より好ましくは０．４５ｍｍ以下に抑えるとよい。

そして、確実に、先端部Ｐ３における絶縁距離を確保するためには、上記同様に、先端部Ｐ３における絶縁碍子１０の体積Ｖ２に対する、表面積Ｓ２の割合（Ｓ２／Ｖ２）を規定するとよい。具体的に、Ｓ２／Ｖ２が、１．４０≦Ｓ２／Ｖ２≦２．００［ｍｍ^−１］を満たすことを規定している。後述する実施例７によれば、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２が１．４０ｍｍ^−１未満であっても実用範囲としては十分な絶縁距離を確保できるが、要求電圧が高い状況においても先端部Ｐ３において確実な絶縁距離を確保するには、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２を１．４０ｍｍ^−１以上とするとよい。また、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２が大きくなれば、先端部Ｐ３における燃焼室からの受熱量が多くなって中心電極２０の温度上昇を招くため、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２を２．２５ｍｍ^−１以下、より好ましくは２．００ｍｍ^−１以下とするとよい。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、図３に示す、スパークプラグ２００のように、絶縁碍子２１０の隔絶部位Ｐ（中間部Ｐ２）を多段状に形成して、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子２１０の外表面２１４の表面積Ｓ１をより大きくし、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子２１０の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）が１．２６〜１．４０［ｍｍ^−１］となるようにしてもよい。なお、主体金具２５０の保持部２５６が板パッキン８を介して間接的に絶縁碍子２１０の段部２１５に当接する位置のうち、最も先端側の位置を位置Ｑとし、位置Ｑよりも先端側に存在し、中心電極２０と保持部２５６とを絶縁状態に隔てる部位（図３において実線でしめす部位）を隔絶部位Ｐとし、各種規定を設けることや、先端部Ｐ３に対して各種規定を設けることも、本実施の形態と同様である。

また、図４に示す、スパークプラグ３００のように、絶縁碍子３１０の隔絶部位Ｐの基端部Ｐ１および中間部Ｐ２を、軸線Ｏ方向に延ばしつつ径方向の厚みを薄くして、隔絶部位Ｐ（図４において実線で示す部位）における絶縁碍子３１０の体積Ｖ１に対する絶縁碍子３１０の外表面３４０の表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）が１．２６〜１．４０［ｍｍ^−１］を満たすようにしてもよい。つまり、隔絶部位Ｐを軸線Ｏ方向に延ばすことで沿面放電の際の絶縁距離を延ばしつつ、厚みを薄くすることで隔絶部位Ｐにおける蓄熱量を低下させることができるので、スパークプラグ３００が低熱価型にはならないようにすることができる。なお、スパークプラグ３００は、主体金具３５０の保持部３５６と絶縁碍子３１０の段部３１５との間にパッキンを設けない場合の例でもある。さらに、絶縁碍子３１０は、基端部Ｐ１における外径が一定ではない場合の例でもあり、こうした場合でも、保持部３５６の内向き面３６０と、基端部Ｐ１（保持部３５６に対応する部位）において内向き面３６０と向き合う部位Ｆとの間の間隙Ｊの大きさ（ここでは最大の大きさ）が、０．４ｍｍ以下となればよい。この場合においても、保持部３５６が直接的に絶縁碍子３１０に当接する位置のうち、最も先端側の位置を位置Ｑとし、その位置Ｑよりも先端側に存在し、中心電極２０と保持部３５６とを絶縁状態に隔てる部位（図４において実線で示す部位）を隔絶部位Ｐとし、各種規定を設けることや、先端部Ｐ３に対して各種規定を設けることも、上記同様である。

また、図５に示す、スパークプラグ４００のように、隔絶部位Ｐの中間部Ｐ２を、基端部Ｐ１から先端部Ｐ３へ向けて外径が次第に小さくなるテーパ状に形成してもよい。さらには図６に示す、スパークプラグ５００のように、スパークプラグ５００の中間部Ｐ２を、複数の段状（ここでは２段）に形成してもよい。いずれのスパークプラグ４００，５００においても、隔絶部位Ｐに対して各種規定を設けることや、先端部Ｐ３に対して各種規定を設けることも、本実施の形態と同様である。

このように、絶縁碍子１０の隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の外表面１４の表面積Ｓ１を大きくする上で上記の各種規定を設けることによって、エンジンの要求する熱価条件を満たしながらも、隔絶部位Ｐにおける沿面放電の発生を抑制することができる。さらに、先端部Ｐ３に対して各種規定を行うことで、隔絶部位Ｐを介した中心電極２０と主体金具５０との絶縁性を、より高めることができ、これにより、正規の火花放電間隙ＧＡＰにおいて、確実に、気中放電が行われるようにすることができる。

次に、これらの各種規定を設けたことによる効果を確認するため評価試験を行った。まず、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合を高めることによって、従来よりも高出力のエンジン（すなわち燃焼圧の高いエンジン）においても十分に、中心電極と主体金具との間で絶縁距離を確保できることを確認するための評価試験を行った。

この評価試験では、主体金具のねじ山の呼び径がＭ１２で熱価６番の従来のスパークプラグの絶縁碍子に取り替えて組み付け可能な絶縁碍子を作製する上で、脚長部（より詳細には隔絶部位Ｐの中間部Ｐ２）の外表面の形状を異ならせたものを７種類、それぞれ３本ずつ用意した。なお、脚長部の軸線Ｏ方向の長さは、いずれのサンプルも１５ｍｍとした。これらの絶縁碍子の設計寸法から隔絶部位Ｐにおける外表面の表面積Ｓ１と体積Ｖ１を計算によって求め、体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）を求めたところ、１．０７，１．１３，１．２０，１．２４，１．２６，１．３０，１．３３［ｍｍ^−１］であった。そして上記７種２１本の絶縁碍子を用いて作製したスパークプラグの各サンプルを、それぞれ、スパークプラグに対する要求熱価が６番で排気量２０００ｃｃの直列４気筒ＤＯＨＣ直噴型エンジンに組み付け、テスト走行パターンを５サイクル繰り返す走行試験を行った。なお、テスト走行パターンは、スパークプラグのサンプルを取り付けたエンジンを、外気温、水温、油温が−２０℃の状態において始動させ、車速１０ｋｍ／ｈ〜２０ｋｍ／ｈの間で加減速を１０回繰り返した後、駆動停止させることを１サイクルとした走行パターンである。

そして各サンプルについて、走行試験中の沿面放電の発生頻度と、走行試験後の隔絶部位Ｐにおける絶縁抵抗について評価を行った。具体的に、走行試験中の放電波形を観察し、任意の放電１００発分に相当する放電波形を抽出し、そのうち沿面放電に伴う奥飛火が発生したと認められる放電波形を特定し、その発生回数を数えることによって、沿面放電の発生頻度（発生率）を求めた。さらに、走行試験後に、各サンプルの正規の火花放電間隙ＧＡＰに絶縁材を配置した状態で中心電極と主体金具との間に高電圧を印加し、沿面放電における絶縁抵抗値を測定した。図７に、走行試験中の沿面放電の発生頻度と、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）との相関関係について評価を行った結果を示す。また、図８に、隔絶部位Ｐにおける絶縁抵抗値と、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）との相関関係について評価を行った結果を示す。

図７に示すように、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）が大きくなるに従って、沿面放電の発生頻度が低下する傾向が見られた。Ｓ１／Ｖ１が１．２６ｍｍ^−１以上であれば沿面放電の発生頻度は２％以下となった。また、図８に示すように、Ｓ１／Ｖ１が大きくなるに従って、隔絶部位Ｐにおける絶縁抵抗値も対数的に大きくなる傾向が見られた。一般に、絶縁抵抗値が数十ＭΩあれば中心電極と主体金具との間の沿面放電を抑制でき、Ｓ１／Ｖ１が１．２０ｍｍ^−１以上あれば足りるが、Ｓ１／Ｖ１が１．２４ｍｍ^−１以上であれば絶縁抵抗値が１００ＭΩ以上となり、より確実な沿面放電の防止を目指す上で望ましいことがわかった。以上より、Ｓ１／Ｖ１が１．２６ｍｍ^−１以上であれば、より確実に沿面放電を防止することができることが確認できた。

次いで、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子１０の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合の上限について確認するため、評価試験を行った。実施例１と同様に、脚長部（隔絶部位Ｐの中間部Ｐ２）の外表面の形状を異ならせ、隔絶部位Ｐにおける体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）を１．２０〜１．４５［ｍｍ^−１］の範囲で０．０５ｍｍ^−１ずつ異ならせた６種類の絶縁碍子を作製し、主体金具のねじ山の呼び径がＭ１２で熱価６番の従来のスパークプラグの絶縁碍子に取り替えて組み付けたサンプルを用意した。なお、脚長部の軸線Ｏ方向の長さは、いずれのサンプルも１５ｍｍとした。そして各サンプルを、エンジンヘッドと同様のアルミ材を用いて作製し、２５℃の冷却水が巡回する水冷機構を有するアルミブッシュに取り付け、軸線Ｏ方向の先端側から垂直にプロパンバーナーを当てて各サンプルを熱し、そのときの中心電極の先端部の温度を測定した。図９に、中心電極の先端部の温度と、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の体積Ｖ１に対する表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）との相関関係について評価を行った結果を示す。

図９に示すように、Ｓ１／Ｖ１が大きくなるに従って受熱量が多くなり、中心電極の先端部の温度が高くなっていくことが確認された。そしてＳ１／Ｖ１が１．４０ｍｍ^−１より大きくなると中心電極の先端部の温度は１０００℃を超え、プレイグニッション等を発生しやすくなる虞があるため、より高熱価型（冷え型）のスパークプラグを用いる必要が生ずることがわかった。

次に、主体金具の先端面と筒孔の内周面とがなす稜角部位Ｗと、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の外表面との間の最短距離Ｌが、火花放電間隙ＧＡＰの大きさＧよりも大きいとよいことを確認するため、評価試験を行った。この評価試験では実施例１と同様に、脚長部（隔絶部位Ｐの中間部Ｐ２）の外表面の形状を異ならせ、主体金具の稜角部位Ｗと隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の外表面との間の最短距離Ｌが、１．０，１．１，１．２，１．３［ｍｍ］となるように設計した４種類の絶縁碍子を作製した。そして各絶縁碍子を、主体金具のねじ山の呼び径がＭ１２で熱価６番の従来のスパークプラグの絶縁碍子に取り替えて組み付け、上記最短距離Ｌの順にサンプル１１〜１４とした。このとき、各サンプルの火花放電間隙ＧＡＰの大きさＧは、いずれも１．１ｍｍとなるように調整した。これら各サンプルを加圧チャンバーに取り付け、チャンバー内に不活性ガスを充填し、内圧を１ＭＰａに調整して５００回の火花放電を行った。そして、この火花放電の様子を撮影し、５００回の火花放電のうち、正規の火花放電間隙ＧＡＰで火花放電が生じず、主体金具の稜角部位Ｗと、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の外表面との間で火花放電（いわゆる横飛火）が生じた回数を数えた。この評価試験の結果を表１に示す。

表１に示すように、主体金具の稜角部位Ｗと隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の外表面との間の最短距離Ｌが、火花放電間隙ＧＡＰの大きさＧ以下（１．１ｍｍ以下）のサンプル１１，１２では、横飛火が５００回の火花放電のうち３回以上発生し、最短距離Ｌが小さくなると横飛火の回数が増加したため、望ましくないと判断し「×」で示した。一方、最短距離Ｌが１．２ｍｍで、火花放電間隙ＧＡＰの大きさＧ（１．１ｍｍ）より大きいサンプル１３では、５００回の火花放電のうち横飛火は２回以下の発生回数であり、横飛火の発生を完全に防止できないものの実用上問題ないと判断し「△」で示した。そして最短距離Ｌが１．３ｍｍのサンプル１４では横飛火は発生せず、望ましいと判断し「○」で示した。これより、主体金具の稜角部位Ｗと隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の外表面との間の最短距離Ｌが、火花放電間隙ＧＡＰの大きさより大きければ、稜角部位Ｗに電界の集中が生じようとも十分に横飛火の発生を抑制でき、正規の火花放電間隙ＧＡＰで火花放電を生じさせることができることがわかった。

次に、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の最小の厚みＴが、０．５ｍｍ以上であるとよいことを確認するため、評価試験を行った。実施例１と同様に、主体金具のねじ山の呼び径がＭ１２の従来のスパークプラグの絶縁碍子に取り替えて組み付け可能な絶縁碍子を設計する上で、脚長部（隔絶部位Ｐの中間部Ｐ２）の外表面の形状を異ならせ、隔絶部位Ｐにおいて最も厚みの薄い部位の厚みＴが０．３，０．４，０．５，０．６［ｍｍ］の４種類の絶縁碍子を設計した。そして、設計に従い絶縁碍子を作製する過程において、折れ等の不具合が発生した割合（各厚みＴごとに１００本作製したサンプル中の折れの発生率）を求めた。具体的に、絶縁碍子の製造過程において、アルミナ等の絶縁粉末を押し固めた後に行われる切削加工中に、折れ等の不具合が生ずる虞がある。この評価試験の結果を図１０に示す。

図１０に示すように、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の最小の厚みＴが０．３ｍｍの場合、折れの発生率が３０％になったが、厚みＴが０．４ｍｍでは折れの発生率は２％に減少し、厚みＴが０．５ｍｍ以上では、折れが発生しなかった。このことより、隔絶部位Ｐにおける絶縁碍子の最小の厚みＴを０．５ｍｍ以上とするとよいことがわかった。

次に、隔絶部位Ｐの先端部Ｐ３が主体金具の先端面から突出する突出長さＮについて、評価を行った。この評価試験では、主体金具のねじ山の呼び径がＭ１２の従来のスパークプラグの絶縁碍子に取り替えて組み付け可能で、基端部Ｐ１から先端部Ｐ３へ向けて中間部Ｐ２の外径が次第に小さくなるテーパ状をなす（図５参照）絶縁碍子を４本用意した。なお、この絶縁碍子を作製するにあたって、以下の条件が満たされるように設計を行った。スパークプラグに組み付けた際に主体金具の保持部の内向き面と、基端部Ｐ１の外周面との間の間隙Ｊの大きさが０．４ｍｍとなるように、基端部Ｐ１の外径を調整した。隔絶部位ＰのＳ１／Ｖ１比が１．２６ｍｍ^−１となるように、中間部Ｐ２に形成したテーパの角度を調整した。先端部Ｐ３に施す面取りの面取寸法Ｋが０．４ｍｍとなるように調整した。また、主体金具と中心電極についても、本評価試験用のものを作製した。主体金具は、軸線Ｏ方向における保持部の後端向き面の位置を調整した４種類の主体金具を用意した。中心電極は、組み付け後に絶縁碍子の先端部Ｐ３における軸孔内に配置される先端部の外径を、それよりも後端側の部分の外径より、半径差で０．０５ｍｍ細くしたものを４本用意した。これらの絶縁碍子、主体金具および中心電極を用いてスパークプラグを組み立てたところ、主体金具の先端面から突出する絶縁碍子の先端部Ｐ３の突出長さＮが、０．８，１．０，４．０，４．３［ｍｍ］となった４種類のサンプルが完成し、順に、サンプル２１〜２４とした。

そして、各サンプルの正規の火花放電間隙ＧＡＰに絶縁材を配置した状態で中心電極と主体金具との間に高電圧を印加し、隔絶部位Ｐを介した沿面放電における絶縁抵抗値を測定した。さらに、各サンプルを、エンジンヘッドと同様のアルミ材を用いて作製し、２５℃の冷却水が巡回する水冷機構を有するアルミブッシュに取り付け、軸線Ｏ方向の先端側から垂直にプロパンバーナーを当てて各サンプルを熱し、そのときの中心電極の先端部の温度を測定した。各測定結果を表２に示す。

前述したように、一般に、絶縁抵抗値が数十ＭΩあれば中心電極と主体金具との間の沿面放電を抑制でき、さらに、絶縁抵抗値が１００ＭΩ以上あれば、より確実な沿面放電の防止を目指す上で望ましいとされる。そして、さらなる高出力化を図ったエンジンに使用するには、より高い絶縁抵抗値が必要とされ、具体的には２５０ＭΩ以上であることが望ましい。表２に示すように、先端部Ｐ３の突出長さＮが０．８ｍｍのサンプル２１は、絶縁抵抗値について、実用範囲の値を得られている。しかし、先端部Ｐ３の突出長さＮが１．０ｍｍ以上のサンプル２２〜２４であれば、より望ましい絶縁抵抗値を得られることがわかった。

また、中心電極の温度についても、一般には１０００℃以下に抑えられれば、従来のスパークプラグと同等の熱価条件（熱価６番）を満たせるとされている。そして、さらなる高出力化を図ったエンジンに使用するには、より高い熱価条件が求められ、そのためには中心電極の温度として９５０℃以下の確保が望まれる。表２に示す、先端部Ｐ３の突出長さＮが４．３ｍｍのサンプル２４は、中心電極の温度として１０００℃以下を確保できており、実用範囲の値を得られている。しかし、中心電極の温度として９５０℃以下を確保できる、先端部Ｐ３の突出長さＮが４．０ｍｍ以下のサンプル２１〜２３であれば、より望ましい熱価条件を満たせることがわかった。

したがって、絶縁抵抗値として２５０ＭΩ以上を確保でき、中心電極の温度として９５０℃以下を確保できる、サンプル２２，２３であれば、さらなる高出力化を図ったエンジンに対しても十分に使用可能であることがわかった。よって、先端部Ｐ３の突出長さＮを、１．０ｍｍ以上とするとよいことがわかった。

次に、隔絶部位Ｐの先端部Ｐ３における絶縁碍子の軸孔と中心電極との間隙Ｍの大きさについて、評価を行った。この評価試験では、実施例５と同様の大きさ条件を満たす絶縁碍子を４本用意した。また、中心電極は、組み付け後に絶縁碍子の先端部Ｐ３における軸孔内に配置されることとなる先端部の外径を、それよりも後端側の部分の外径と比べ、異なる大きさとしたものを４種類用意した。これらの絶縁碍子と中心電極を用いてスパークプラグを組み立てたところ、間隙Ｍの大きさが、０．０３，０．０５，０．４５，０．４７［ｍｍ］となった４種類のサンプルが完成し、順に、サンプル３１〜３４とした。そして、各サンプルに対し、実施例５と同様の評価試験を行い、各サンプルの絶縁抵抗値と、中心電極の先端部の温度を測定した。各測定結果を表３に示す。

表３に示すように、中心電極の間隙Ｍが０．０３ｍｍのサンプル３１は、絶縁抵抗値について、実用範囲の値（１００ＭΩ以上）を得られている。しかし、中心電極の間隙Ｍが０．０５ｍｍ以上のサンプル３２〜３４であれば、より望ましい絶縁抵抗値（２５０ＭΩ以上）を得られることがわかった。一方、中心電極の温度について、中心電極の間隙Ｍが０．４７ｍｍのサンプル３４は、実用範囲として有効な１０００℃以下を確保できているが、中心電極の間隙Ｍが０．４５ｍｍ以下のサンプル３１〜３３であれば９５０℃以下を確保でき、より望ましい熱価条件を満たせることがわかった。したがって、絶縁抵抗値として２５０ＭΩ以上を確保でき、中心電極の温度として９５０℃以下を確保できる、サンプル３２，３３であれば、さらなる高出力化を図ったエンジンに対しても十分に使用可能であることがわかった。よって、中心電極の間隙Ｍの大きさ（外径の半径差）を、０．０５ｍｍ以上とするとよいことがわかった。

次に、隔絶部位Ｐの先端部Ｐ３における、体積Ｖ２に対する表面積Ｓ２の割合（Ｓ２／Ｖ２）について、評価を行った。この評価試験では、隔絶部位ＰにおけるＳ１／Ｖ１が１．２６ｍｍ^−１、先端部Ｐ３の突出長さＮが１．０ｍｍ、面取寸法Ｋが０．４ｍｍの各条件を満たし、主体金具への組み付け後の保持部との間の間隙Ｊが０．４ｍｍ以下となるように基端部Ｐ１の外径を調整し、且つ、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２が１．３５〜２．２５［ｍｍ^−１］の範囲で適宜設定されるように、中間部Ｐ２に形成したテーパの角度や、基端部Ｐ１、中間部Ｐ２および先端部Ｐ３の軸線方向の長さ等を調整して、５種類の絶縁碍子を設計し、設計寸法に従って絶縁碍子を作製した。また、中心電極は、組み付け後に絶縁碍子の軸孔との間隙Ｍが０．０５ｍｍとなるように、先端部の外径を調整したものを５本用意した。これらの絶縁碍子と中心電極を用いてスパークプラグを組み立てたところ、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２が、１．３５，１．４０，１．６０，２．００，２．２５［ｍｍ^−１］となった５種類のサンプルが完成し、順に、サンプル４１〜４５とした。そして、各サンプルに対し、実施例５と同様の評価試験を行い、各サンプルの絶縁抵抗値と、中心電極の先端部の温度を測定した。各測定結果を表４に示す。

表４に示すように、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２が１．３５ｍｍ^−１のサンプル４１は、絶縁抵抗値について、実用範囲の値（１００ＭΩ以上）を得られている。しかし、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２が１．４０ｍｍ^−１以上のサンプル４２〜４５であれば、より望ましい絶縁抵抗値（２５０ＭΩ以上）を得られることがわかった。一方、中心電極の温度について、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２が２．２５ｍｍ^−１のサンプル４５は、実用範囲として有効な１０００℃以下を確保できているが、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２が２．００ｍｍ^−１以下のサンプル４１〜４４であれば９５０℃以下を確保でき、より望ましい熱価条件を満たせることがわかった。したがって、絶縁抵抗値として２５０ＭΩ以上を確保でき、中心電極の温度として９５０℃以下を確保できる、サンプル４２〜４４であれば、さらなる高出力化を図ったエンジンに対しても十分に使用可能であることがわかった。よって、先端部Ｐ３におけるＳ２／Ｖ２を、１．４０〜２．００ｍｍ^−１とするとよいことがわかった。

次に、隔絶部位Ｐの先端部Ｐ３に施す面取りの面取寸法Ｋについて、評価を行った。この評価試験では、隔絶部位ＰにおけるＳ１／Ｖ１が１．２６ｍｍ^−１、先端部Ｐ３の突出長さＮが１．０ｍｍの各条件を満たし、主体金具への組み付け後の保持部との間の間隙Ｊが０．４ｍｍ以下となるように基端部Ｐ１の外径を調整し、且つ、先端部Ｐ３の面取寸法Ｋが０．０５〜０．４５［ｍｍ］の範囲で適宜設定されるように、４種類の絶縁碍子を設計し、設計寸法に従って絶縁碍子を作製した。また、中心電極は、組み付け後に絶縁碍子の軸孔との間隙Ｍが０．０５ｍｍとなるように、先端部の外径を調整したものを４本用意した。これらの絶縁碍子と中心電極を用いてスパークプラグを組み立てたところ、先端部Ｐ３における面取寸法Ｋが、０．０５，０．１，０．４，０．４５［ｍｍ］となった４種類のサンプルが完成し、順に、サンプル５１〜５４とした。そして、各サンプルに対し、実施例５と同様の評価試験を行い、各サンプルの絶縁抵抗値と、中心電極の先端部の温度を測定した。各測定結果を表５に示す。

面取寸法Ｋを調整しただけでは先端部Ｐ３における熱容量に大きな影響を及ぼすことがなく、表５に示すように、いずれのサンプルも中心電極の温度として９５０℃以下を確保できた。一方、絶縁抵抗値について、面取寸法Ｋが０．４５ｍｍのサンプル５４では、実用範囲の値（１００ＭΩ以上）が得られたが、より好ましい２５０ＭΩ以上の絶縁抵抗値は得られなかった。また、面取寸法Ｋが０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下のサンプル５２，５３は、絶縁抵抗値として２５０ＭΩ以上を確保できた。しかし、面取寸法Ｋが０．０５ｍｍのサンプル５１は、絶縁抵抗値として２５０ＭΩ以上を確保できたものの、スパークプラグを製造する過程において、欠けが生じてしまった。したがって、絶縁抵抗値として２５０ＭΩ以上を確保でき、中心電極の温度として９５０℃以下を確保でき、さらに製造過程において欠けの生じにくいサンプル５２，５３であれば、さらなる高出力化を図ったエンジンに対しても十分に使用可能であることがわかった。よって、先端部Ｐ３における面取寸法Ｋを、０．１ｍｍ以上とするとよいことがわかった。

Claims (5)

1. 中心電極と、
   前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
   前記軸線方向に延びる筒孔を有すると共に、その筒孔内に、前記絶縁碍子の周方向一周にわたって前記絶縁碍子の外表面に直接または間接的に当接し、前記絶縁碍子を前記筒孔内に保持するための保持部を有する主体金具と、
   一端部が前記主体金具に接合され、他端部側が前記中心電極の先端部に向けて屈曲されると共に、その他端部と前記中心電極の先端部との間で火花放電間隙を形成する接地電極と、
   を備え、
   前記絶縁碍子のうち、前記軸線方向の先端側からみて、前記絶縁碍子が最初に前記保持部と直接または間接的に接触する位置Ｑよりも、前記軸線方向の先端側の部位を隔絶部位としたときに、
   前記隔絶部位における前記外表面であって、前記保持部を構成する面のうち前記軸線方向と直交する径方向の内側を向く内向き面と向き合う部分は、前記内向き面に対し、周方向一周にわたって前記径方向に０．４ｍｍ以下の間隙で配置されており、
   前記隔絶部位における前記絶縁碍子の体積Ｖ１に対する、前記隔絶部位における前記絶縁碍子の前記外表面の表面積Ｓ１の割合（Ｓ１／Ｖ１）が、１．２６≦Ｓ１／Ｖ１≦１．４０［ｍｍ^−１］を満たすと共に、
   前記隔絶部位における前記絶縁碍子の最大外径が、前記位置Ｑにおける前記絶縁碍子の外径以下であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記隔絶部位の前記軸線方向先端部は、前記主体金具の先端から１．０ｍｍ以上突出し、前記隔絶部位の先端部における前記外表面において、先端面と外側面とがなす稜角部分に面取寸法０．４ｍｍ以下のＲ面取りがなされていると共に、前記隔絶部位の先端部における前記絶縁碍子の前記軸孔と前記中心電極との前記径方向の距離が０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記隔絶部位の先端部は、前記軸線方向に延びる円筒形状をなし、前記軸線方向において、前記主体金具の先端の位置を跨いで配置されると共に、前記隔絶部位の先端部における前記体積Ｖ２に対する、前記隔絶部位の先端部における前記表面積Ｓ２の割合（Ｓ２／Ｖ２）が、１．４０≦Ｓ２／Ｖ２≦２．００［ｍｍ^−１］を満たすことを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 前記主体金具は、自身の外周側に、自身を内燃機関に取り付けるためのねじ山が形成された取付部を有し、そのねじ山の呼び径がＭ８〜Ｍ１２であると共に、
   前記径方向において、前記主体金具の先端面と前記筒孔の内周面とがなす稜角部位と、前記隔絶部位における前記絶縁碍子の前記外表面との間の最短距離Ｌが、前記火花放電間隙の大きさＧよりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパークプラグ。
5. 前記隔絶部位における前記絶縁碍子の前記径方向の最小の厚みＴが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスパークプラグ。

Images