WO2011033902A1

WO2011033902A1 - スパークプラグ

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Publication number: WO2011033902A1
Application number: PCT/JP2010/064059
Authority: WO
Inventors: 加藤　友聡
Original assignee: 日本特殊陶業株式会社
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2011-03-24
Also published as: CN102484006A; EP2469555A4; EP2469555B1; JPWO2011033902A1; KR101371910B1; KR20120083426A; US8723406B2; US20120169207A1; JP5167415B2; EP2469555A1; CN102484006B

Abstract

　スパークプラグ（１）は、軸線（ＣＬ１）方向に延びる軸孔（４）を有する絶縁碍子（２）と、軸孔（４）に挿通される端子電極（６）とを備える。端子電極（６）は、前記軸孔（４）の後端側に挿通される棒状の脚部（６Ａ）と、絶縁碍子（２）の後端から露出する頭部（６Ｂ）を具備する。また、端子電極（６）の脚部（６Ａ）の先端部が絶縁碍子（２）に固定されるとともに、脚部（６Ａ）の軸線（ＣＬ１）に沿った長さが３５ｍｍ以上とされる。加えて、端子電極（６）の重心が、絶縁碍子（２）の内部に位置する。これにより、脚部（６Ａ）の比較的長い端子電極（６）を有するスパークプラグ（１）において、端子電極（６）の折損をより確実に防止することができる。

Description

スパークプラグ

　本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

　スパークプラグは、内燃機関等に用いられ、例えば、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に設けられる中心電極と、軸孔の後端側に設けられる端子電極とを備える。また、端子電極は、絶縁体の後端から露出し、電力供給用のプラグキャップ等が取付られる頭部と、前記軸孔に挿通され、先端部がガラスシール等により絶縁体に固定される棒状の脚部とを備えている。加えて、前記絶縁体の外周には円筒状の主体金具が固定されるとともに、主体金具の先端部には接地電極が接合される。そして、端子電極に取付けられたプラグキャップ等を介して、所定の電圧が印加されることにより、中心電極と接地電極との間において火花が放電する。

　ところで、近年では、環境保護等の観点から内燃機関の燃費が厳しく規制されている。そこで、燃費規制の要求に応えつつ、出力の低下を防止するために、内燃機関の排気量を減少させる一方で、高圧縮化や高過給気化を行うことにより出力の低下防止が図られている。

　ここで、高圧縮化や高過給気化された内燃機関においては、火花を放電させるためにより大きな電圧が必要となる。しかしながら、印加電圧を増大させると、端子電極と主体金具との間で絶縁体表面を這うようにして電流がリークしてしまい、放電異常による失火が生じてしまうおそれがある。そこで、電流のリーク（いわゆる、フラッシュオーバー）を防止すべく、絶縁体のうち端子電極と主体金具との間に位置する部位（後端側胴部）をより長いもの（例えば、３５ｍｍ程度）とすることが考えられる（例えば、特許文献１等参照）。この場合、絶縁体の後端側胴部の長尺化に伴い、絶縁体の内部に挿通される端子電極の脚部もより長いものとされ得る。

特開２００１－１５５８３９号公報

　しかしながら、可変バルブタイミング制御や気筒休止制御などの特殊な制御システムが組み込まれた高効率エンジン等においては、従前のエンジンと比較して、動作に伴い生じる振動がより大きなものとなっており、端子電極に加わる加速度もより大きなものとなっている。そのため、上述のように端子電極の脚部を長くすると、振動に伴い絶縁体に固定された脚部の先端部を基点として端子電極の頭部が振れ動くことで脚部に対して著しく大きな応力が加わってしまい、ひいては端子電極が折損してしまうおそれがある。

　本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、端子電極の脚部が比較的長くされてなるスパークプラグにおいて、端子電極の折損をより確実に防止することができるスパークプラグを提供することにある。

　以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

　構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
　前記軸孔の後端側に挿通される棒状の脚部、及び、前記絶縁体の後端から露出する頭部を具備する端子電極とを備え、
　前記脚部の先端部が前記絶縁体に固定されるとともに、前記軸線に沿った前記脚部の長さが３５ｍｍ以上のスパークプラグであって、
　前記端子電極の重心が、前記絶縁体の内部に位置することを特徴とする。

　上記構成１のスパークプラグは、軸線に沿った端子電極の脚部の長さが３５ｍｍ以上であり、振動に伴う端子電極の折損がより懸念される。

　この点、上記構成１によれば、端子電極の重心位置が絶縁体（軸孔）の内部に位置している。すなわち、端子電極の重心の位置する部位が軸孔の外周面によって保持されるとともに、軸線に沿った脚部の先端から重心位置までの距離が比較的短くなるように構成されている。従って、内燃機関等の動作に伴い、脚部の先端部を基点として端子電極が振れ動いたときにおいて、脚部に対して加わる応力を飛躍的に低減させることができる。その結果、端子電極の折損をより確実に防止することができる。

　さらに、端子電極の折損を防止しつつ、脚部の長さを３５ｍｍ以上とすることができるため、絶縁体のうち端子電極の頭部と主体金具との間に位置する部位（後端側胴部）をより長いものとすることができる。これにより、スパークプラグへの供給電圧（スパークプラグの要求電圧）を増大させたとしても、絶縁体（後端側胴部）表面を這った端子電極から主体金具への電流のリークをより確実に防止することができ、放電異常による失火をより確実に抑制することができる。

　加えて、端子電極の全域が絶縁体内部に配設されることなく、端子電極の頭部が絶縁体の後端から露出しているため、電力供給用のプラグキャップ等と端子電極の頭部との間をより確実に電気的に接続することができる。従って、スパークプラグへとより確実に電圧を印加することができ、放電異常の発生をより一層確実に抑制することができる。尚、このようにプラグキャップ等と端子電極とをより確実に電気的に接続することで、例えば、点火時に印加する電圧（例えば、３万Ｖ程度）よりも遥かに低い電圧（例えば、３００Ｖ～５００Ｖ）をスパークプラグに印加し、着火状態を判定するイオン電流検出システムが備えられている場合においては、当該イオン電流検出システムのより安定的な動作を図ることができる。

　構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記端子電極の硬度が、ビッカース硬度で１５０Ｈｖ以上であることを特徴とする。

　上記構成２によれば、端子電極の硬度が、ビッカース硬度で１５０Ｈｖ以上とされている。すなわち、端子電極は十分に大きな強度を有するため、耐折損性の更なる向上を図ることができる。

　構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記端子電極の重心が、前記軸線に沿って前記絶縁体の後端から５ｍｍ以上先端側に位置することを特徴とする。

　上記構成３によれば、端子電極の重心が、軸線に沿って絶縁体の後端から５ｍｍ以上先端側に位置しているため、振動に伴い脚部に加わる応力をより一層低減させることができる。その結果、端子電極の折損をより一層確実に防止することができる。

　構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記絶縁体の後端側に位置する後端側胴部の外径が９ｍｍ以下であって、
　前記頭部の重量が０．８ｇ以下であることを特徴とする。

　上述のように、スパークプラグに対して電力を供給すべく、端子電極の頭部には電力供給用のプラグキャップ等が取付けられ得る。この状態で端子電極に振動が加わると、プラグキャップ等により保持されている端子電極の頭部側を基点として、端子電極の脚部側に応力が加わってしまい、脚部から絶縁碍子の内周面に対して衝撃が加わってしまうおそれがある。ここで、絶縁体が十分に厚肉であれば、絶縁体に破損が生じるおそれは比較的少ないと言える。ところが近年、スパークプラグの小型化の要請から絶縁体の小径化・薄肉化が図られており、このような絶縁体においては、脚部から加わる衝撃によって破損が生じてしまうおそれがある。

　この点、上記構成４の絶縁体は、後端側胴部の外径が９ｍｍ以下と小径化されており、絶縁体の破損がより懸念されるところであるが、本構成４によれば、端子電極の頭部の重さが０．８ｇ以下とされている。すなわち、脚部から絶縁体に対して加わる応力と、絶縁体の外部に配設される端子電極の頭部の重量との間には相関関係があるところ、頭部の重量を０．８ｇ以下と十分に小さなものとすることで、脚部から絶縁体へと加わる衝撃の低減が図られている。これにより、小径化された絶縁体であっても、その破損をより確実に防止することができる。

　構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記絶縁体の後端側に位置する後端側胴部の外径が９ｍｍ以下であって、
　前記軸線に沿った前記頭部の長さが５ｍｍ以下であることを特徴とする。

　脚部から絶縁体に対して加わる応力と、絶縁体の外部に配設される端子電極の頭部の長さとの間には相関関係があるところ、上記構成５によれば、軸線に沿った頭部の長さが５ｍｍ以下と比較的短くされている。従って、脚部から絶縁体へと加わる衝撃をより低減させることができ、外径が９ｍｍ以下と小径化された絶縁体であっても、振動に伴う破損をより確実に防止することができる。

　構成６．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記端子電極の頭部に、前記軸線方向後端側に向けて延びる突部を設けたことを特徴とする。

　端子電極の頭部とプラグキャップ等とを電気的に接続する手法の１つとして、プラグキャップ内部に電力供給用の導線に接続されたコイルスプリングを設け、当該コイルスプリングの端部を端子電極の頭部に圧接させる手法が考えられる。ところが、一般に頭部の後端面は平坦状に形成される。そのため、振動が加わったときに、コイルスプリングの端部と頭部との間で摩擦が生じ、ひいては磨耗による金属粉が生じてしまうおそれがある。ここで、金属粉が絶縁体の後端側胴部の表面に付着してしまうと、頭部から主体金具へと電流がリークしてしまいやすくなり、放電異常が発生してしまうおそれがある。

　この点、上記構成６によれば、端子電極の頭部に突部が設けられており、当該突部をコイルスプリングの端部を挿入することで頭部に対するコイルスプリングのずれ移動を抑制することができる。その結果、磨耗による金属粉の発生をより確実に防止することができ、放電異常の発生を効果的に抑制することができる。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。端子電極に対するプラグキャップの取付を示す一部破断正面拡大図である。耐衝撃試験に用いる試験機の概略構成を示す一部破断正面図である。端子電極の硬度等を変更したサンプルにおける耐衝撃試験の結果を示すグラフである。端子電極の頭部の長さ等を変更したサンプルにおける耐衝撃試験の結果を示すグラフである。別の実施形態における端子電極の頭部を示す一部破断正面拡大図である。（ａ），（ｂ）は、別の実施形態における端子電極の頭部を示す一部破断正面拡大図である。

　以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１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１の先端側、上側を後端側として説明する。

　スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

　絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、脚長部１３と中胴部１２との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

　さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。さらに、前記中心電極５の先端部には、貴金属合金（例えば、イリジウム合金や白金合金等）により形成された円柱状の貴金属チップ３１が接合されている。

　また、軸孔４の後端側には、端子電極６が挿入、固定されている。端子電極６は、軸線ＣＬ１に沿って延びる棒状の脚部６Ａと、当該脚部６Ａの後端側に位置し、脚部６Ａよりも大径の頭部６Ｂとを備えている。加えて、前記脚部６Ａは前記軸孔４に挿通される一方で、前記頭部６Ｂが絶縁碍子２の後端から露出している。さらに、軸孔４に対して脚部６Ａを容易に挿通可能とすべく、軸孔４の内周面との間に所定のクリアランスが形成されるように前記脚部６Ａの外径が設定されている。また、脚部６Ａの先端部は次述するガラスシール層９により絶縁碍子２に固定されており、これにより端子電極６と絶縁碍子２とが固定されている。

　さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

　加えて、主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１を内燃機関や燃料電池改質器等の燃焼装置に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、スパークプラグ１を燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。尚、本実施形態において、ねじ部１５のねじ径はＭ１２以下と比較的小径化されている。

　また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との間の空間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

　さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

　また、主体金具３の先端部２６には、略中間部分が曲げ返されて、その先端側側面が中心電極５の先端部と対向する接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、Ｎｉ合金により形成されており、接地電極２７の先端部と中心電極５の先端部（貴金属チップ３１）との間に形成された火花放電間隙３３において、軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。

　加えて、本実施形態においては、軸線ＣＬ１に沿った後端側胴部１０の長さが比較的長く（例えば、３０ｍｍ以上）とされており、それに伴い、軸線ＣＬ１に沿った端子電極６の脚部６Ｂの長さＡが３５ｍｍ以上と比較的長くされている。

　さらに、前記端子電極６の頭部６Ｂは、小型化されており、ひいては端子電極６の重心が前記絶縁碍子２（軸孔４）の内部に位置するように設定されている。本実施形態では、端子電極６の重心は、軸線ＣＬ１に沿って絶縁碍子２の後端から５ｍｍ以上先端側に位置するように設定されている。

　加えて、端子電極６は、導電性を有する高硬度合金（例えば、クロムモリブデン鋼）により形成されている。これにより、端子電極６の硬度は、ビッカース硬度で１５０Ｈｖ以上とされている。尚、端子電極６の硬度は、次のようにして求めることができる。すなわち、端子電極６を軸線ＣＬ１を含む任意の面で断面とする。その上で、軸線ＣＬ１上における端子電極６の断面の硬度を頭部６Ｂから脚部６Ａの先端部までの間において等間隔に５点測定する。そして、得られた５点の硬度の平均値を算出することにより、端子電極６の硬度を求めることができる。尚、硬度計としては、ミツトヨ製硬度計ＡＡＶ－５０１を用いることができ、圧子としては正四角錐型ダイアモンド圧子を用いることができる。また、上述した硬度計において、試験力は自動（例えば、９８０ｍＮ）とすればよい。

　さらに、前記頭部６Ｂは、小型化により、その重量が０．８ｇ以下とされている。加えて、頭部６Ｂの軸線ＣＬ１に沿った長さは５ｍｍ以下とされている。尚、本実施形態のスパークプラグ１においては、軸線ＣＬ１に沿った主体金具３の後端から端子電極６の後端までの長さが、軸線ＣＬ１に沿った全長が同程度である従前のスパークプラグとほぼ同等のものとされている。その一方で、本実施形態のスパークプラグ１は、頭部６Ｂの長さが５ｍｍ以下と比較的短くされているため、軸線ＣＬ１に沿った全長が同程度の従前のプラグと比較して、後端側胴部１０がより長くなっている。

　さらに、前記ねじ部１５のねじ径が比較的小径化されていることに伴って、絶縁碍子２も小径化されている。本実施形態では、後端側胴部１０の外径Ｄが９ｍｍ以下とされており、後端側胴部１０の肉厚は比較的薄いものとされている。

　併せて、本実施形態では、前記端子電極６の頭部６Ｂの後端面が平坦状に形成されている。そして、図２に示すように、端子電極６に電力供給用のプラグキャップ４１を取付ける際には、通電経路となるコイルスプリング４２の先端部が頭部６Ｂの後端面に対して接触するようになっている。

　次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。

　まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

　次いで、前記主体金具中間体の先端面に、直棒状の接地電極２７を抵抗溶接する。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。また、接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

　一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成形用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され外形が整形された上で、焼成加工が施されることにより絶縁碍子２が得られる。

　また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したＮｉ合金を鍛造加工して中心電極５を作製する。次いで、中心電極５の先端部に対して貴金属チップ３１がレーザー溶接により接合される。

　さらに、クロムモリブデン鋼等の高硬度合金からなる棒状部材に鍛造加工や切削加工を施すことにより、脚部６Ａ及び頭部６Ｂを備えてなる端子電極６を作製しておく。

　そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６が押圧された状態で、焼成炉内にて焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０の表面に釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。また、焼成炉内にて加熱されることにより、端子電極６の硬度は若干低下することとなるが、加熱後においても、端子電極６はビッカース硬度で１５０Ｈｖ以上の硬度を有している。

　その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。

　そして最後に、接地電極２７の略中間部分を屈曲させることで、前記火花放電間隙３３の大きさを調整する加工が実施され、上述のスパークプラグ１が得られる。

　以上詳述したように、本実施形態によれば、端子電極６の重心位置が絶縁碍子２（軸孔４）の内部に位置しており、端子電極６の重心部分が軸孔４の外周面によって保持されるとともに、軸線ＣＬ１に沿った脚部６Ａの先端から重心位置までの距離が比較的短くされている。従って、内燃機関等の動作に伴い、脚部６Ａの先端部を基点として端子電極６が振れ動いたときにおいて、脚部６Ａに対して加わる応力を飛躍的に低減させることができる。その結果、端子電極６の折損をより確実に防止することができる。

　さらに、端子電極６の折損を防止しつつ、脚部６Ａの長さＡを３５ｍｍ以上とすることができるため、絶縁碍子２の後端側胴部１０をより長いものとすることができる。これにより、スパークプラグ１への供給電圧を増大させたとしても、絶縁碍子２（後端側胴部１０）表面を這った端子電極６から主体金具２への電流のリークをより確実に防止することができ、放電異常による失火をより確実に抑制することができる。

　加えて、端子電極６の頭部６Ｂが絶縁碍子の後端から露出しているため、電力供給用のプラグキャップ４１と頭部６Ｂとの間をより確実に電気的に接続することができる。従って、スパークプラグ１へとより確実に電圧を印加することができ、放電異常の発生をより一層確実に抑制することができる。

　併せて、端子電極６は、ビッカース硬度で１５０Ｈｖ以上と十分に大きな強度を有するため、耐折損性の更なる向上を図ることができる。

　また、本実施形態においては、端子電極６の頭部６Ｂの重さが０．８ｇ以下とされているため、振動により脚部６Ａから絶縁碍子２へと加わる衝撃を低減させることができる。これにより、後端側胴部１０の外径Ｄが９ｍｍ以下と小径化された絶縁碍子２であっても、その破損をより確実に防止することができる。

　加えて、軸線ＣＬ１に沿った頭部の長さが５ｍｍ以下と短くされているため、振動に伴う絶縁碍子２の破損をより一層確実に防止することができる。

　尚、本実施形態のスパークプラグ１は、後端側胴部１０が比較的長いにも関わらず、上述の通り、軸線ＣＬ１に沿った主体金具３の後端から端子電極６の後端までの長さが、軸線ＣＬ１に沿った全長が同程度である従前のスパークプラグとほぼ同等のものとなっている。従って、従来使用されていたプラグキャップ等をそのまま使用することが可能である。

　次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、硬度を１２０Ｈｖ或いは１５０Ｈｖとするとともに、頭部の大きさを種々変更することで重心位置を種々変更した端子電極を有するスパークプラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて耐衝撃試験を行った。尚、耐衝撃試験の概要は次の通りである。まず、図３に示すように、有底円筒状をなし側面にプラグ取付用の雌ねじ部７５を複数有するとともに、上下移動可能に支持されたブッシュ７２と、上方から下方に向けて前記ブッシュ７２に力を加えるバネ７３と、ブッシュ７２の底面に接触する複数のカム７４とを備え、当該カム７４を回転させることで前記ブッシュ７２を上下に移動可能な試験機７１を用意した（図はあくまでも模式的なものである）。そして、前記ブッシュ７２の雌ねじ部７５にサンプルを取付けた上で、サンプルの端子電極にかかる最大加速度が４０００Ｇとなるような条件でブッシュ７２を上下移動させ、端子電極に折損が生じるまでの時間（折損時間）を計測した。

　図４に、端子電極の重心位置と折損時間との関係を表すグラフを示す。尚、図４においては、端子電極の硬度を１２０Ｈｖとしたサンプルの試験結果を黒菱形（◆）でプロットし、端子電極の硬度を１５０Ｈｖとしたサンプルの試験結果を白抜き丸（○）でプロットした。さらに、各サンプルともに、端子電極の脚部の長さを４５ｍｍとし、絶縁碍子の後端側胴部の外径を１０．５ｍｍとした。また、炭素鋼により形成することで端子電極の硬度を１２０Ｈｖとし、クロムモリブデン鋼により形成することで端子電極の硬度を１５０Ｈｖとした。加えて、試験時間は最長６０分とし、６０分経過時に端子電極の折損が確認されなかったサンプルについては、図４において、折損時間を６０分として示した。また、端子電極の重心位置は、絶縁碍子の後端を基準とした上で、軸線に沿って後端側を＋側とし、先端側を－側として示した。例えば、端子電極の重心が、軸線に沿って絶縁碍子の後端から５ｍｍ先端側に位置する場合、重心位置は「－５ｍｍ」となる。

　図４に示すように、重心位置を０ｍｍよりも大きくしたサンプル、すなわち、端子電極の重心が絶縁碍子の外部に位置していたサンプルは、端子電極の硬度の大小に関わらず、試験開始から１０分未満で端子電極に折損が生じてしまうことが明らかとなった。これは、端子電極の重心部分（頭部）が絶縁碍子によって支持されていない等の要因により、端子電極の頭部が振動することにより脚部に対して加わる応力が著しく大きなものとなってしまったためであると考えられる。

　これに対して、重心位置を０ｍｍ以下としたサンプル、すなわち、端子電極の重心が絶縁碍子の内部に位置していたサンプルは、試験開始から１０分を経過した時点において、端子電極に折損が生じないことがわかった。これは、端子電極の重心部分が絶縁碍子により保持された状態にあり、また、脚部の先端から端子電極の重心位置が比較的接近していたため、振動に伴い脚部に加わる応力を効果的に減少させることができたことによると考えられる。

　また特に、端子電極の硬度を１５０Ｈｖとしたサンプルは、端子電極の硬度を１２０Ｈｖとしたサンプルと比べて、折損に至るまでの時間が長くなり、一層優れた耐折損性を有することが明らかとなった。

　さらに、重心位置を－５ｍｍ以下したサンプルは、端子電極の硬度を１２０Ｈｖとしたものであっても、６０分間に亘り振動を加え続けたにも関わらず、端子電極に折損が生じないことが確認された。

　以上、上記試験の結果を鑑みて、振動に伴う端子電極の折損を防止すべく、端子電極の重心を絶縁碍子の内部に位置することが好ましいといえる。また、端子電極の折損をより確実に防止するという観点から、端子電極の硬度を１５０Ｈｖ以上としたり、端子電極の重心を軸線に沿って絶縁碍子の後端から５ｍｍ以上先端側に位置することがより好ましいといえる。

　次に、端子電極の頭部の軸線に沿った長さを５ｍｍ或いは８ｍｍとした上で、頭部の重量を種々変更したスパークプラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて上記耐衝撃試験を行い、絶縁碍子に破損が生じるまでの時間（破損時間）を計測した。図５に、各サンプルについての耐衝撃試験の結果を示す。尚、図５においては、頭部の長さを５ｍｍとしたサンプルの試験結果を白抜き丸（○）でプロットし、頭部の長さを８ｍｍとしたサンプルの試験結果を黒菱形（◆）でプロットした。また、各サンプルともに、絶縁碍子の後端側胴部の外径を９ｍｍとし、端子電極の脚部の長さを４５ｍｍとし、端子電極の硬度を１５０Ｈｖとした。また、端子電極の重心位置を－５ｍｍ以下とした。さらに、試験時間は６０分とし、６０分経過時に絶縁碍子の破損が確認されなかったサンプルは、図５における破損時間を６０分とした。

　図５に示すように、頭部の長さを５ｍｍとしたサンプルは、頭部の長さを８ｍｍとしたサンプルと比較して、破損時間をより長くできる、換言すれば、絶縁碍子に破損が生じにくいことがわかった。これは、頭部の長さを比較的短くしたことで、振動に伴い端子電極の脚部から絶縁碍子へと加わる力を低減させることができたためであると考えられる。

　また、頭部の重量を０．８ｇとしたサンプルについては、頭部の長さに関わらず、試験開始から６０分経過した時点において、絶縁碍子に破損が生じないことが明らかとなった。

　以上、上記試験の結果を勘案して、振動に伴う絶縁碍子の破損を防止すべく、軸線に沿った頭部の長さを５ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。また、絶縁碍子の破損をより確実に防止するという観点から、頭部の重さを０．８ｇ以下とすることがより好ましいといえる。

　尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

　（ａ）上記実施形態では、端子電極６の頭部６Ｂの後端面は平坦状に形成されているが、図６に示すように、頭部６２Ｂに軸線ＣＬ１方向後端側に向けて延びる突部６２Ｃを設け、当該突部６２Ｃをコイルスプリング４２の先端部に挿入することとしてもよい。この場合には、頭部６２Ｂに対するコイルスプリング４２のずれ移動を防止することができ、磨耗による金属粉の発生等を効果的に防止することができる。

　（ｂ）上記実施形態では、端子電極６の頭部６Ｂが軸線ＣＬ１に沿った断面において矩形状をなすように構成されているが、端子電極６の頭部６Ｂの形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図７（ａ）に示すように、頭部６３Ｂの後端面が湾曲面状をなすようにして端子電極６３を構成することとしてもよいし、図７（ｂ）に示すように、頭部６４Ｂが断面台形状をなすようにして端子電極６４を構成することとしてもよい。

　（ｃ）上記実施形態では、端子電極６を構成する金属材料としてクロムモリブデン鋼を例示しているが、端子電極６を他の導電性金属材料により構成することとしてもよい。

　（ｄ）上記実施形態では特に記載していないが、後端側胴部１０に同心円状の凹凸（いわゆるコルゲーション）を設けることとしてもよい。この場合には、後端側胴部１０の表面を沿った電流のリーク（フラッシュオーバー）をより確実に防止することができる。尚、コルゲーションを設けたときのように、軸線ＣＬ１に沿って後端側胴部１０の外径が種々異なる場合には、「後端側胴部１０の外径Ｄ」とあるのは、後端側胴部１０の外径の平均値を意味する。

　（ｅ）上記実施形態では、中心電極５の先端部に貴金属チップ３１が設けられているが、貴金属チップ３１を省略して構成することとしてもよい。尚、貴金属チップ３１を省略して構成した場合、火花放電間隙３３は、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間に形成されることとなる。

　（ｆ）上記実施形態においては、ねじ部１５のねじ径がＭ１２以下と小径化されているが、ねじ部１５のねじ径はＭ１２以下に限定されるものではない。

　（ｇ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ－ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

　１…スパークプラグ
　２…絶縁碍子（絶縁体）
　４…軸孔
　６，６２，６３，６４…端子電極
　６Ａ…脚部
　６Ｂ，６２Ｂ，６３Ｂ，６４Ｂ…頭部
　６２Ｃ…突部
　１０…後端側胴部
　ＣＬ１…軸線

Claims

　軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
　前記軸孔の後端側に挿通される棒状の脚部、及び、前記絶縁体の後端から露出する頭部を具備する端子電極とを備え、
　前記脚部の先端部が前記絶縁体に固定されるとともに、前記軸線に沿った前記脚部の長さが３５ｍｍ以上のスパークプラグであって、
　前記端子電極の重心が、前記絶縁体の内部に位置することを特徴とするスパークプラグ。
　前記端子電極の硬度が、ビッカース硬度で１５０Ｈｖ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。
　前記端子電極の重心が、前記軸線に沿って前記絶縁体の後端から５ｍｍ以上先端側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
　前記絶縁体の後端側に位置する後端側胴部の外径が９ｍｍ以下であって、
　前記頭部の重量が０．８ｇ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
　前記絶縁体の後端側に位置する後端側胴部の外径が９ｍｍ以下であって、
　前記軸線に沿った前記頭部の長さが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
　前記端子電極の頭部に、前記軸線方向後端側に向けて延びる突部を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。