特許 6114689 スパークプラグ、及び、点火システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6114689

(24)【登録日】2017年3月24日

(45)【発行日】2017年4月12日

(54)【発明の名称】スパークプラグ、及び、点火システム

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/20 20060101AFI20170403BHJP

   H01T 13/06 20060101ALI20170403BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20170403BHJP

【ＦＩ】

   H01T13/20 B

   H01T13/06

   F02P13/00 301J

   F02P13/00 303C

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-258907(P2013-258907)

(22)【出願日】2013年12月16日

(65)【公開番号】特開2015-115302(P2015-115302A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2015年11月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100156683

【弁理士】

【氏名又は名称】間瀬 武志

(72)【発明者】

【氏名】山田 裕一

(72)【発明者】

【氏名】山田 達範

【審査官】 段 吉享

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−２３０３８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｔ １３／２０

Ｆ０２Ｐ １３／００

Ｈ０１Ｔ １３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に沿った軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔に配置された中心電極と、
内燃機関に取り付けた場合に前記内燃機関のエンジンヘッドと直接または間接に接する座面と、前記座面よりも先端側に位置する主体部品先端部と、前記座面よりも後端側に位置する主体部品後端部とを有し、前記絶縁体の外周部を取り囲む主体部品と、
前記主体部品先端部に取り付けられた接地電極と、を備えたスパークプラグであって、
前記主体部品先端部は、金属によって形成され、
前記主体部品後端部は、絶縁性の樹脂で形成された樹脂部を有し、
前記絶縁体の外周部のうち、前記軸線方向において、前記主体部品のうち金属によって形成されている部分と前記絶縁体との接触面の後端より後端側と、前記樹脂部と前記絶縁体との接触面の後端より先端側との間の部分には、筋状の溝が設けられている、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、
前記主体部品後端部は、最後端が前記樹脂部で形成されている、ことを特徴とするスパークプラグ。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のスパークプラグであって、
前記主体部品後端部は、工具と係合するための工具係合部を有し、
前記工具係合部のうち少なくとも前記樹脂部によって形成された工具樹脂部分は、ビガット軟化温度が１２５℃以上である、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、
前記工具樹脂部分は、前記軸線方向と直交する断面における外形形状が前記軸線方向に沿って略同一である、ことを特徴とするスパークプラグ。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記主体部品後端部は、金属で形成されている金属部を有し、
前記絶縁体のうち前記樹脂部の後端に位置する第１部分と、前記金属部との前記樹脂部の外表面を通る最短距離は５ｍｍ以上であり、
前記樹脂部の耐電圧が１０ｋＶ／ｍｍ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から請求項５まで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、先端側に位置する第１電極と、後端側に位置する第２電極とを有し、
前記軸孔内において、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された抵抗体をさらに有し、
前記第２電極の後端と、前記第１電極の先端との間の抵抗値が１ｋΩ以下である、ことを特徴とするスパークプラグ。

【請求項7】

点火システムであって、
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のスパークプラグと、
前記中心電極と前記接地電極との間の火花放電の後に、前記中心電極に電圧を印加する電圧印加部と、
前記電圧の印加によって流れるイオン電流を検出するための電流検出部と、を備える、ことを特徴とする点火システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スパークプラグの技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、スパークプラグの軽量化を図るために、筒状の絶縁体の外側に配置される筒状取付具を炭素繊維強化プラスチックによって形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６０−２３０３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、スパークプラグをエンジンヘッドに対して着脱する際に、筒状取付具に対し工具によって外力が加えられる。ここで、特許文献１のように、筒状取付具全体がプラスチックで形成されている場合、筒状取付具の強度が低くなるため、スパークプラグの着脱の際に破損する可能性が高くなる。一方で、スパークプラグの筒状取付具全体を金属によって形成した場合、プラスチックによって形成した場合に比べ強度は向上できるものの、フラッシュオーバーが発生する場合がある。フラッシュオーバーが発生した場合、中心電極と接地電極との間が短絡する等して、スパークプラグの電極間に火花放電が生じない等の不具合が発生する。フラッシュオーバーとは、端子金具（ターミナル）と筒状取付具との間を、絶縁体表面を伝って電流が流れる現象である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［形態１］
軸線方向に沿った軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔に配置された中心電極と、
内燃機関に取り付けた場合に前記内燃機関のエンジンヘッドと直接または間接に接する座面と、前記座面よりも先端側に位置する主体部品先端部と、前記座面よりも後端側に位置する主体部品後端部とを有し、前記絶縁体の外周部を取り囲む主体部品と、
前記主体部品先端部に取り付けられた接地電極と、を備えたスパークプラグであって、
前記主体部品先端部は、金属によって形成され、
前記主体部品後端部は、絶縁性の樹脂で形成された樹脂部を有し、
前記絶縁体の外周部のうち、前記軸線方向において、前記主体部品のうち金属によって形成されている部分と前記絶縁体との接触面の後端より後端側と、前記樹脂部と前記絶縁体との接触面の後端より先端側との間の部分には、筋状の溝が設けられている、ことを特徴とするスパークプラグ。
この形態によれば、主体部品先端部が金属で形成され、主体部品後端部が絶縁性の樹脂で形成された樹脂部を有することで、主体部品の強度の低下を抑制しつつフラッシュオーバーが発生する可能性を低減できる。またこの形態によれば、筋状の溝によって絶縁体と樹脂部との密着性を向上できる。

【0006】

（１）本発明の一形態によれば、軸線方向に沿った軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔に配置された中心電極と、内燃機関に取り付けた場合に前記内燃機関のエンジンヘッドと直接または間接に接する座面と、前記座面よりも先端側に位置する主体部品先端部と、前記座面よりも後端側に位置する主体部品後端部とを有し、前記絶縁体の外周部を取り囲む主体部品と、前記主体部品先端部に取り付けられた接地電極と、を備えたスパークプラグが提供される。このスパークプラグは、前記主体部品先端部は、金属によって形成され、前記主体部品後端部は、絶縁性の樹脂で形成された樹脂部を有する、ことを特徴とする。この形態のスパークプラグによれば、主体部品先端部が金属で形成され、主体部品後端部が絶縁性の樹脂で形成された樹脂部を有することで、主体部品の強度の低下を抑制しつつフラッシュオーバーが発生する可能性を低減できる。

【0007】

（２）上記形態のスパークプラグであって、前記主体部品後端部は、最後端が前記樹脂部で構成されていても良い。この形態のスパークプラグによれば、主体部品後端部の最後端が樹脂部で形成されていることから、フラッシュオーバーが発生する可能性を更に低減できる。

【0008】

（３）上記形態のスパークプラグであって、前記主体部品後端部は、工具と係合するための工具係合部を有し、前記工具係合部のうち少なくとも前記樹脂部によって形成された工具樹脂部分は、ビガット軟化温度が１２５℃以上であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、主体部品の強度の低下を抑制できるため、主体部品が破損する可能性を低減できる。

【0009】

（４）上記形態のスパークプラグであって、前記工具樹脂部分は、前記軸線方向と直交する断面における外形形状が前記軸線方向に沿って略同一であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、工具等によって外力が主体部品に加えられた場合でも、応力集中（最大応力値）を低減できる。

【0010】

（５）上記形態のスパークプラグであって、前記主体部品後端部は、金属で形成されている金属部を有し、前記絶縁体のうち前記樹脂部の後端に位置する第１部分と、前記金属部との前記樹脂部の外表面を通る最短距離は５ｍｍ以上であり、前記樹脂部の耐電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、フラッシュオーバーが発生する可能性を更に低減できると共に、樹脂部５４が破壊（絶縁破壊）する可能性を低減できる。

【0011】

（６）上記形態のスパークプラグであって、前記中心電極は、先端側に位置する第１電極と、後端側に位置する第２電極とを有し、前記軸孔内において、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された抵抗体をさらに有し、前記第２電極の後端と、前記第１電極の先端との間の抵抗値が１ｋΩ以下であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、抵抗値が１ｋΩであることから、第１電極と接地電極との間の電圧上昇時間が短縮できる。一方で、電圧上昇時間が短縮されることでフラッシュオーバーが発生しやすくなるが、主体部品後端部が絶縁性の樹脂で形成された樹脂部を有することで、フラッシュオーバーの発生を抑制できる。

【0012】

（７）また本発明の他の形態によれば、点火システムが提供できる。この形態の点火システムは、上記形態のスパークプラグと、前記中心電極と前記接地電極との間の火花放電の後に、前記中心電極に電圧を印加する電圧印加部と、前記電圧の印加によって流れるイオン電流を検出するための電流検出部と、を備える、ことを特徴とする。この形態のスパークプラグによれば、主体部品後端部が樹脂部を有することで、イオン電流を検出する際に発生するノイズの発生を低減できる。これにより、電流検出部を用いたイオン電流の検出精度を向上できる。

【0013】

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグ、スパークプラグを備えた点火システムの他、スパークプラグの製造方法、点火システムの制御方法、スパークプラグ又は点火システムを備えた車両等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態としてのスパークプラグの部分断面図である。

【図2】本実施形態のスパークプラグの製造工程を説明するための図である。

【図3】評価試験に用いた比較例としてのスパークプラグの部分断面図である。

【図4】フラッシュオーバー評価および第１の強度評価の結果を示す図である。

【図5】第２の強度評価の結果を示す図である。

【図6】最短距離Ｄｔの第１の評価試験の結果を示す図である。

【図7】最短距離Ｄｔの第２の評価試験の結果を示す図である。

【図8】最短距離Ｄｔの総合評価結果を示す図である。

【図9】抵抗値の評価試験の結果を示す図である。

【図10】イオン電流検出機能を持つ点火システムの回路図である。

【図11】火花放電の終了後に出力端子に現れるイオン電流波形を示す図である。

【図12】失火時のイオン電流波形を示す図である。

【図13】点火システムのノイズ評価試験の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

Ａ．スパークプラグの構成および製造方法：
図１は、本発明の実施形態としてのスパークプラグ９０の部分断面図である。ここで、説明の便宜上、スパークプラグ９０のうち図中上側を後端側ＢＳ、図中下側を先端側ＦＳとする。スパークプラグ９０は、軸線ＣＬ方向に沿って延びる軸孔１２を有する絶縁体としての絶縁碍子１０と、軸孔１２内に少なくとも一部が配置された中心電極２０と、絶縁碍子１０の外周を取り囲む主体部品５０と、主体部品５０の先端側端面に取り付けられた接地電極３０と、を備える。ここで、主体部品５０は、従来技術の「筒状取付具」および一般的な従来のスパークプラグに用いられる「主体金具」に相当する部材である。

【0016】

中心電極２０は、先端側に位置し接地電極３０との間で火花ギャップを形成する第１電極２１と、第１電極２１よりも後端側に位置し外部回路に接続される端子金具としての第２電極２２とを備える。第１電極２１と第２電極２２は共に、軸孔１２内で保持されている。また、第１電極２１と第２電極２２は共に、軸線ＣＬ方向に沿って延びる。軸孔１２内において、第１電極２１と第２電極２２との間（隙間）には、抵抗体６０が配置されている。抵抗体６０は、例えば、主成分であるガラスの粒子と、ガラス以外のセラミックの粒子と、導電性材料（例えば、銀、銅、銅等）とを含む組成物によって形成されている。第１電極２１と第２電極２２との隙間に抵抗体６０が充填されることで、両電極２１，２２は電気的に接続されている。ここで、第１電極２１の先端と第２電極の後端との間の抵抗値（すなわち、抵抗体６０の抵抗値）は、１ｋΩ以下であることが好ましく、５００Ω以下であることが更に好ましく、１００Ω以下であることがより一層好ましい。抵抗値は、テスターを用いて計測する。

【0017】

絶縁碍子１０は、主体部品５０によって保持されている。絶縁碍子１０は、アルミナを始めとするセラミックス材料を焼成して形成されている。絶縁碍子１０のうち、スパークプラグ９０の軸線ＣＬ方向中央には他の部分よりも外径を大きくした中央胴部１９が形成されている。中央胴部１９よりも後端側ＢＳには、第２電極２２と主体部品５０との間を絶縁する後端側胴部１８が形成されている。後端側胴部１８の後端側外周には、凹凸状のコルゲーション１４が形成されている。また、後端側胴部１８の先端側外周には後述する樹脂部５４との密着性を向上させるための凹凸（筋状の溝）１５が形成されている。中央胴部１９よりも先端側ＦＳには、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成され、先端側胴部１７の更に先端側ＦＳには、先端側胴部１７よりも小さい外径であり、かつ、先端側ＦＳへ向かうほど外径が小さくなる先端部１３が形成されている。

【0018】

接地電極３０は、基端部が主体部品５０に取り付けられ、先端部が第１電極２１と対向するように屈曲している。第１電極２１の先端部２３と接地電極３０との間で、火花を発生させる火花ギャップを形成する。先端部２３は、絶縁碍子１０から先端側ＦＳに露出する部分である。例えば、第２電極２２に２万〜３万ボルトの高電圧が印加されると、第１電極２１と接地電極３０との間に形成された火花ギャップに火花が発生する。ここで、スパークプラグ９０のうち、先端部２３と、絶縁碍子１０のうち主体部品５０から先端側ＦＳに突出する突出部１１とからなる部分を発火部２９とも呼ぶ。

【0019】

主体部品５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から先端部１３に亘る部位を包囲して、絶縁碍子１０を保持する円筒状の部品である。主体部品５０は、金属によって形成された金属部５５と、絶縁性の樹脂によって形成された樹脂部５４とを有する。主体部品５０は、後端側ＢＳから先端側ＦＳへと順に、工具係合部５６と、シール部５７と、取付ねじ部５８と、を備える。主体部品５０の工具係合部５６には、スパークプラグ９０をエンジンヘッドＥＨに取り付ける工具（図示しない）が係合する。工具係合部５６は、軸線ＣＬ方向と直交する断面（直交断面）における外形形状が軸線ＣＬ方向に沿って略同一である。本実施形態では、工具係合部５６は、直交断面における外形形状が六角形であり、いずれの直交断面においても外形形状は略同一である。このように、樹脂部５４によって形成された工具係合部５６の直交断面における外形形状を略同一にすることで、工具等によって外力が工具係合部５６に加えられた場合でも、応力集中（最大応力値）を低減できる。これにより、工具係合部５６が破損する可能性を低減できる。

【0020】

主体部品５０の取付ねじ部５８は、エンジンヘッドＥＨの取付ねじ孔８０に螺合するねじ山を有する。主体部品５０のシール部５７は、取付ねじ部５８の根元に鍔状に形成されている。シール部５７とエンジンヘッドＥＨとの間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット６２が嵌挿される。

【0021】

シール部５７の先端側ＦＳ端面は、内燃機関に取り付けた場合に内燃機関のエンジンヘッドＥＨと直接または間接に接する座面５１を形成する。本実施形態では、ガスケット６２を介して、座面５１はエンジンヘッドＥＨと間接に接する。また、シール部５７のうち、後述する金属部５５によって構成された部分の外周には、後述する樹脂部５４との密着性を向上させるための凹凸（筋状の溝）５５ｐが形成されている。

【0022】

主体部品５０は、低炭素鋼等の金属によって形成された金属部５５と、ポリエチレン（ＰＥ）を主成分とする絶縁性の樹脂によって形成された樹脂部５４とを有する。本実施形態では、樹脂部５４は、ＰＥとガラスファイバー（ＧＦ）とを混合した樹脂によって形成されている。樹脂部５４と金属部５５とは接続され、樹脂部５４は金属部５５よりも後端側ＢＳに配置されている。

【0023】

また、主体部品５０のうち、座面５１よりも先端側ＦＳを主体部品先端部５２と呼び、座面５１よりも後端側ＢＳを主体部品後端部５３とも呼ぶ。主体部品先端部５２は、金属部５５によって形成されている。主体部品後端部５３は、金属部５５と樹脂部５４とによって形成されている。詳細には、主体部品後端部５３を形成する工具係合部５６は樹脂部５４で形成されている。主体部品後端部５３のうちシール部５７は、金属部５５と樹脂部５４とから形成されている。すなわち、主体部品後端部５３の最後端５９（主体部品５０の最後端５９）は、樹脂部５４によって構成されている。なお、本実施形態では、工具係合部５６が樹脂部５４によって構成されていることから、工具係合部５６を工具樹脂部分５６とも呼ぶ。

【0024】

樹脂部５４によって形成される工具係合部５６は、ビガット軟化温度が１２５℃以上であることが好ましい。ビガット軟化温度は、ＪＩＳ Ｋ７２０６（熱可塑性プラスチックのビガット軟化温度試験方法）に基づいて算出される。ここで、絶縁碍子１０のうち樹脂部５４の後端５９（最後端５９）に位置する部分を第１部分１０ｆとした場合、第１部分１０ｆと金属部５５との樹脂部５４の外表面を通る最短距離Ｄｔは５ｍｍ以上であることが好ましい。また、樹脂部５４の耐電圧は１０ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。最短距離Ｄｔと耐電圧の好ましい理由については後述する。なお、樹脂部５４の耐電圧は、公知の手法によって算出できる。具体的には、樹脂部５４と同じ材料を用いてΦ４０ｍｍ、厚み５ｍｍのテストピースを作成し、ＪＩＳ Ｃ２１１０に記載の電極を用いてテストピースを挟む。そして、絶縁油にテストピース及び電極を浸漬させて１ｋＶ／１秒の昇圧速度で電圧を印加し、絶縁破壊が生じた時の電圧値をテストピースの厚みで除する。これにより、テストピースの耐電圧を算出し、算出した耐電圧をテストピースと同じ材料を用いて作成した樹脂部５４の耐電圧とする。

【0025】

図２は、本実施形態のスパークプラグ９０の製造工程を説明するための図である。まず、部材準備工程を行う（ステップＳ１０）。部材準備工程は、絶縁碍子１０と、第１電極２１と、第２電極２２とを準備する工程である。次に、部材組付工程を行う（ステップＳ１２）。部材組付工程は、絶縁碍子１０の軸孔１２内に第１電極２１を配置し、次に抵抗体６０を軸孔１２内に配置し、次いで第２電極２２を軸孔１２内に配置した後に、抵抗体６０を加熱圧縮することで組付体１００を作成する工程である。これにより、各部材１０，２１，２２，６０が一体となる。次いで、主体部品５０の金属部５５を準備する（金属部準備工程：ステップＳ１４）。金属部５５には、屈曲する前の接地電極３０が接合されている。なお、金属部準備工程は、ステップＳ１０やステップＳ１２の前に行っても良い。次いで、準備した金属部５５をステップＳ１２によって作成した組付体１００の所定の位置に配置し、次いで樹脂部５４をモールド成形によって作成する（樹脂部形成工程：ステップＳ１６）。これにより、金属部５５と樹脂部５４とを備える主体部品５０が形成される。次に、接地電極３０を屈曲させ火花ギャップを形成する（火花ギャップ形成工程：ステップＳ１８）。これにより、スパークプラグ９０が作成できる。

【0026】

図３は、後述する評価試験に用いた比較例としてのスパークプラグ９０ｔの部分断面図である。スパークプラグ９０ｔは、従来のスパークプラグであり主体部品５０ｔが金属のみによって形成されている。また、スパークプラグ９０ｔは、主体部品５０ｔの工具係合部５６ｔより後端側には薄肉の加締部５９ｔが設けられている。また、シール部５７ｔと工具係合部５６ｔとの間には、加締部５９ｔと同様に薄肉の圧縮変形部９９ｔが設けられている。工具係合部５６ｔから加締部５９ｔにかけての主体部品５０ｔ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、環状の第１の線パッキン８４と環状の第２の線パッキン８６とが介在している。第１の線パッキン８４と第２の線パッキン８６との間には、タルク（滑石）８２が充填されている。その他の構成については、本実施形態のスパークプラグ９０（図１）と同一であるため、同一の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。

【0027】

Ｂ．フラッシュオーバー評価試験および第１の強度評価：
図４は、フラッシュオーバー評価および第１の強度評価の結果を示す図である。スパークプラグであるサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３を用いて、フラッシュオーバー評価試験及び第１の強度評価を行った。サンプルＮｏ．１は、図３に示すスパークプラグ９０ｔであり、サンプルＮｏ．２は、本実施形態のスパークプラグ９０（図１）であり、サンプルＮｏ．３は、スパークプラグ９０の主体部品５０を全て絶縁性の樹脂（本実施形態の樹脂部５４と同一材料）によって形成したスパークプラグである。

【0028】

サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３はＪＩＳ Ｂ ８０３１規格に基づくＭ１４ＨＥＸ１６一般型プラグであり、詳細は以下の通りである。
・取付ねじ部５８の径：１４ｍｍ
・工具係合部５６，５６ｔのＨＥＸ（六角部の対辺の距離）：１６ｍｍ
・ねじリーチ（取付ねじ部５８の軸線ＣＬ方向の長さ）：１９ｍｍ
また、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３には、コルゲーション１４（図１，図３）が形成されている。また、本実施形態のサンプルＮｏ．２の樹脂部５４（図１）は、ＰＥが７０重量％、ガラスファイバーが３０重量％の樹脂材料を用いて形成した。

【0029】

＜フラッシュオーバー評価方法＞
（ｉ）第２電極２２にゴム部材（コイルブーツ）を被せない状態で図示しないケーブルを接続し、第１電極２１と接地電極３０との間に高電圧を印加した場合のフラッシュオーバーが発生する電圧（フラッシュオーバー電圧）を測定した。また、第１電極２１の先端部１３と接地電極３０の先端部１３と対向する部分は絶縁油に浸漬させ、また、接地電極３０は第１電極２１の先端部１３から離れるように変形させる（すなわち、接地電極３０を起こす）、又は、接地電極３０を取り除くことで火花放電の発生を防止している。
（ｉｉ）市場のエンジンで発生する可能性がある最大電圧３５ｋＶ以上でもフラッシュオーバーが発生しないサンプルの評価を「○」とした。また、最大電圧３５ｋＶ未満でフラッシュオーバーが発生したサンプルの評価を「×」とした。

【0030】

＜第１の強度評価方法＞
（ｉ）サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３のそれぞれについて、所定のプラグレンチを用いて工具係合部５６、５６ｔを介してサンプルを所定のアルミニウム製の治具（ブッシュ）に締め付けていき、工具係合部５６，５６ｔが破断したときの締め付けトルクを測定した。
（ｉｉ）Ｍ１４ＨＥＸ一般型プラグのＪＩＳ規格である締め付けトルクが６０Ｎ・ｍ以上のサンプルの評価を「○」とした。
また、フラッシュオーバー評価及び強度評価が共に「○」のサンプルを総合評価「○」とした。

【0031】

図４に示すように、本実施形態のスパークプラグ９０（サンプルＮｏ．２）は、総合評価が「○」となり、フラッシュオーバーが発生する可能性を低減できると共に主体部品５０の強度低下を抑制できた。

【0032】

Ｃ．第２の強度評価：
図５は、第２の強度評価の結果を示す図である。第２の強度評価は、サンプルＮｏ．２のうち樹脂部５４（図１）のビガット軟化温度が異なるサンプルを用いて行った。異なるビガット軟化温度の樹脂部５４は、樹脂部５４の組成を変更することで作成した。具体的には、樹脂部５４を組成（ＰＥとガラスファイバーの比）のガラスファイバーの割合を大きくすることでビガット軟化温度を上げた。第２の強度評価に用いたサンプルは、ビガット軟化温度が８０℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、２００℃である。

【0033】

＜第２の強度評価方法＞
（ｉ）ビガット軟化温度が異なるサンプルについて、樹脂部５４（詳細には、工具係合部５６）の温度（係合部温度）を変化させて、所定のプラグレンチを用いて工具係合部５６を介してサンプルを所定のアルミニウムの治具（ブッシュ）に対して締め付け、取り外しを行った。締め付けトルクは４０Ｎ・ｍである。
（ｉｉ）工具係合部５６が破損した時の係合部温度が１５０℃以上のサンプルの評価を「◎」と、１５０℃未満のサンプルの評価を「○」とした。

【0034】

図５に示すように、サンプルＮｏ．２のうち、工具係合部５６のビガット軟化温度が１２５℃以上のサンプルは評価が「◎」であり、工具係合部５６の強度の低下を更に抑制できた。これにより、工具係合部５６のビガット軟化温度を１２５℃以上とした場合、主体部品５０が破損する可能性を低減できる。

【0035】

Ｄ．最短距離Ｄｔの評価試験：
図６は、第１部分１０ｆと金属部５５との樹脂部５４の外表面を通る最短距離Ｄｔ（図１）の第１の評価試験の結果を示す図である。図７は、最短距離Ｄｔの第２の評価試験の結果を示す図である。スパークプラグであるサンプルＮｏ．１ｂ，Ｎｏ．２ｂａ，Ｎｏ．２ｂｂ，Ｎｏ．２ｂｃを用いて最短距離Ｄｔ（図１）の第１と第２の評価試験を行った。サンプルＮｏ．１ｂは、図３に示すスパークプラグ９０ｔであり、サンプルＮｏ．２ｂａ，Ｎｏ．２ｂｂ，Ｎｏ．２ｂｃは本実施形態のスパークプラグ９０（図１）である。各サンプルはＪＩＳ Ｂ ８０３１規格に基づくＭ１２ＨＥＸ１４ロングリーチとしてのスパークプラグであり詳細は以下の通りである。
・取付ねじ部５８の径：１２ｍｍ
・工具係合部５６，５６ｔのＨＥＸ（六角部の対辺の距離）：１４ｍｍ
・ねじリーチ（取付ねじ部５８の軸線ＣＬ方向の長さ）：２６．５ｍｍ
また、サンプルＮｏ．１ｂ，Ｎｏ．２ｂａ，Ｎｏ．２ｂｂ，Ｎｏ．２ｂｃには、コルゲーション１４（図１，図３）が形成されている。

【0036】

また、サンプルＮｏ．２ｂａの樹脂部５４の常温（２０℃）における耐電圧は５ｋＶ／ｍｍであり、サンプルＮｏ．２ｂｂの樹脂部５４の常温における耐電圧は１０ｋＶ／ｍｍであり、サンプルＮｏ．２ｂｃの樹脂部５４の常温における耐電圧は１５ｋＶ／ｍｍである。耐電圧は、樹脂部５４の組成（ＰＥの種類を表すグレード、樹脂部５４の密度）を変更することで調整した。また、サンプルＮｏ．２ｂａ，Ｎｏ．２ｂｂ，Ｎｏ．２ｂｃは、ビガット軟化温度が１２５℃である。

【0037】

サンプルＮｏ．２ｂａ，Ｎｏ．２ｂｂ，Ｎｏ．２ｂｃのそれぞれについて、最短距離Ｄｔ（図１）を２〜２０ｍｍの範囲で変更して以下に述べる最短距離Ｄｔの評価試験を行った。

【0038】

＜最短距離Ｄｔの第１の評価試験方法＞
（ｉ）第２電極２２にゴム部材（コイルブーツ）を被せない状態で図示しないケーブルを接続し、第１電極２１と接地電極３０との間に高電圧を印加した場合のフラッシュオーバーが発生する電圧（フラッシュオーバー電圧）を測定した。なお、第１電極２１の先端部１３と接地電極３０の先端部１３と対向する部分は、絶縁油に浸漬させ、また、接地電極３０は第１電極２１の先端部１３から離れるように変形させる（すなわち、接地電極３０を起こす）、又は、接地電極３０を取り除くことで火花放電の発生を防止している。
（ｉｉ）市場のエンジンで発生する可能性がある最大電圧３５ｋＶ以上でもフラッシュオーバーが発生しないサンプルの評価を「○」とし、一般的なコイルの供給電圧である４０ｋＶ以上でもフラッシュオーバーが発生しないサンプルの評価を「◎」とした。

【0039】

図６に示すように、本実施形態のスパークプラグであるサンプルＮｏ．２ｂａ，Ｎｏ．２ｂｂ，Ｎｏ．２ｂｃは、最短距離Ｄｔが２〜２０ｍｍのいずれにおいても評価が「○」以上であり、フラッシュオーバーが発生する可能性を低減できた。また、サンプルＮｏ．２ｂａ，Ｎｏ．２ｂｂ，Ｎｏ．２ｂｃのそれぞれについて、最短距離Ｄｔが５ｍｍ以上であるサンプルについては評価が「◎」であり、フラッシュオーバーが発生する可能性を更に低減できた。

【0040】

＜最短距離Ｄｔの第２の評価試験方法＞
（ｉ）第２電極２２にゴム部材（コイルブーツ）を被せない状態で図示しないケーブルを接続し、第１の評価試験においてフラッシュオーバーが発生した電圧（フラッシュオーバー電圧）よりも１ｋＶ低い電圧（所定電圧）を第１電極２１と接地電極３０との間に印加した。また、所定電圧を５００回又は２０００回の回数印加し（すなわち、電圧の印加のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す）、目視で樹脂部５４が破壊（貫通）しているか否かを確認した。すなわち、５００回の電圧を印加した後に、樹脂部５４に破壊が発生していない場合は、残りの１５００回（合計２０００回）の電圧を印加し、その後に樹脂部５４に破壊が発生しているか否かを確認した。なお、第１電極２１の先端部１３と接地電極３０の先端部１３と対向する部分は絶縁油に浸漬させ、また、接地電極３０は第１電極２１の先端部１３から離れるように変形させる（すなわち、接地電極３０を起こす）、又は、接地電極３０を取り除くことで火花放電の発生を防止している。
（ｉｉ）第１の評価試験において樹脂部５４に貫通箇所（絶縁破壊箇所）が発生した場合は評価を「×」とし、５００回の電圧印加によって樹脂部５４に貫通箇所が発生した場合は評価を「△」とし、２０００回の電圧印加によって樹脂部５４に貫通箇所が発生した場合は評価を「○」とし、２０００回の電圧印加後においても樹脂部５４に貫通箇所が発生していない場合は評価を「◎」とした。

【0041】

図７に示すように、耐電圧が１０ｋＶ／ｍｍであるサンプルＮｏ．２ｂｂは最短距離Ｄｔが２〜２０ｍｍのいずれにおいても、評価が「○」又は「◎」となった。また、耐電圧が１５ｋＶ／ｍｍであるサンプルＮｏ．２ｂｃは最短距離Ｄｔが２〜２０ｍｍのいずれにおいても、評価が「◎」となった。

【0042】

図８は、最短距離Ｄｔの総合評価結果を示す図である。総合評価は以下のように決定した。
・総合評価「△」：図６の評価が「○」、かつ、図７の評価が「△」
・総合評価「○」：図６の評価が「○」又は「◎」、かつ、図７の評価が「○」
・総合評価「◎」：図６の評価が「○」、かつ、図７の評価が「◎」
・総合評価「☆」：図６の評価および図７の評価が共に「◎」

【0043】

図８に示すように、樹脂部５４の耐電圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上（サンプルＮｏ．２ｂｂ，２ｂｃ）のうち、最短距離Ｄｔが５ｍｍ以上のサンプルは総合評価が「☆」であり、フラッシュオーバーが発生する可能性を更に低減できると共に、樹脂部５４が破壊する可能性を低減できた。

【0044】

Ｅ．抵抗値の評価試験：
図９は、抵抗値の評価試験の結果を示す図である。抵抗値の評価試験に用いたサンプルは本実施形態のスパークプラグ９０と、図３に示すスパークプラグ９０ｔである。それぞれのスパークプラグ９０、９０ｔはＪＩＳ Ｂ ８０３１規格に基づくＭ１４ＨＥＸ１６一般型プラグであり、詳細は以下の通りである。
・取付ねじ部５８の径：１４ｍｍ
・工具係合部５６，５６ｔのＨＥＸ（六角部の対辺の距離）：１６ｍｍ
・ねじリーチ（取付ねじ部５８の軸線ＣＬ方向の長さ）：１９ｍｍ
また、スパークプラグ９０、９０ｔにはコルゲーション１４（図１，図３）が形成されている。

【0045】

また、抵抗値の評価試験に用いるスパークプラグ９０の最短距離Ｄｔは５ｍｍである。さらに、スパークプラグ９０，９０ｔについて、抵抗体６０の抵抗値（第２電極２２の後端と第１電極２１の先端との間の抵抗値）が異なるサンプルを準備した。抵抗値は１００Ω、５００Ω、１０００Ω、３０００Ω、５０００Ω、１００００Ω、１５０００Ωである。抵抗体６０の組成（ガラス、ガラス以外のセラミック、及び、導電性材料の比）を変えることで抵抗値を変化させた。

【0046】

＜抵抗値の評価方法＞
（ｉ）第２電極２２にゴム部材（コイルブーツ）を被せない状態で図示しないケーブルを接続し、抵抗体６０の抵抗値を変化させたスパークプラグ９０，９０ｔについて、第１電極２１と接地電極３０との間に高電圧を印加した場合のフラッシュオーバーが発生する電圧（フラッシュオーバー電圧）を測定した。なお、フラッシュオーバー電圧の測定の際には、第１電極２１の先端部１３と接地電極３０の先端部１３と対向する部分は、絶縁油に浸漬させて火花放電の発生を防止している。
（ｉｉ）向上率を以下の式（１）を用いて算出した。

【数1】

ここで、Ｖａは、スパークプラグ９０ｔのフラッシュオーバー電圧であり、Ｖｂは、スパークプラグ９０のフラッシュオーバー電圧である。なお、向上率の算出に用いるスパークプラグ９０，９０ｔの抵抗体６０の抵抗値は同一である。

【0047】

図９に示すように、抵抗値が１０００Ω以下のスパークプラグ９０は、向上率が１５％以上となった。これは、抵抗値が１０００Ω以下（すなわち１ｋΩ以下）であれば、主体部品後端部５３を絶縁性の樹脂で形成された樹脂部５４とすることによるフラッシュオーバー向上率が高くなることを意味する。すなわち、主体部品後端部５３を絶縁性の樹脂で形成された樹脂部５４とすることによる効果が高いと言える。これは、抵抗値が小さいほど電圧が上昇する昇圧スピードが速くなることで、抵抗値が小さいほどフラッシュオーバーが発生しやすいことから、主体部品後端部５３を絶縁性の樹脂で形成することで、効果的にフラッシュオーバーを発生し難くする、すなわち、フラッシュオーバー電圧を上昇させることができたことによると考えられる。また、図９に示すように、抵抗値が５００Ω以下であればさらに向上率が高くなり、抵抗値が１００Ωで向上率が最も高くなる。

【0048】

Ｆ．スパークプラグ９０を用いた点火システム；
図１０は、イオン電流検出機能を持つ点火システムの回路図１５０（点火システム１５０）である。図１１は、火花放電の終了後に出力端子１３６に現れるイオン電流波形を示す図である。図１０に示す点火システム１５０は、例えば、特開２０００−６８０３１号公報に開示の点火システムと同様の回路を構成する。

【0049】

図１０に示すように、バッテリ１３１は点火コイル１３４の１次側コイルに接続されている。エンジン制御コンピュータユニット（ＥＣＵ）１３２は適切なタイミングでパルス信号をイグナイタ１３３に送り、点火コイル１３４の１次側コイルに数ｍＳの間電流を通電させた後、遮断する。この結果、点火コイル１３４の２次側コイルの一端に負極性の高電圧が発生する。点火コイル１３４の２次側は高耐圧ケーブル１３５によりスパークプラグ９０に接続されている。点火コイル１３４の２次側コイルの他端は定格数百ＶのツェナーダイオードＺＤに接続され、逆流防止用のダイオードＤ１を経由して接地されている。ツェナーダイオードＺＤに並列にコンデンサーＣ１が接続され、コンデンサーＣ１の一端は２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２に直列に接続され接地されている。直列に接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２間には出力端子１３６が設けられ、イオン電流を電圧信号として検出する端子として用いられる。出力端子１３６は図示しないコンピュータに接続されイオン電流を解析してエンジン制御に使用される。上記の構成において、ツェナーダイオードＺＤとコンデンサーＣ１は第１電極２１（図１）に火花放電の終了直後に電圧を印加する電圧印加部を構成する。直列に接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２は電圧印加部からの電圧により第１電極２１と接地電極３０（図１）との間に流れるイオン電流を検出する電流検出部を構成する。

【0050】

イグナイタ１３３が点火コイル１３４への通電を遮断すると、負極性の高電圧（十数ＫＶ〜数十ＫＶ）が印加される。この高電圧により第１電極２１と接地電極３０との間の火花ギャップが絶縁破壊し、略一定の火花放電電圧で火花放電が数ｍＳの間続く。この間に矢印１０１で示す放電電流が流れ、コンデンサーＣ１にプラスの電圧が充電される。火花放電が終了すると点火コイル１３４に残る若干のエネルギーにより第１電極２１の電圧は若干の振動波形を示した後収束する。火花放電の終了後はコンデンサーＣ１の電圧（例えば２００〜３００Ｖ）が第１電極２１（図１）に印加され、出力端子１３６に図１１に示すようなイオン電流波形が現れる。すなわち、図１１に示すイオン電流波形が現れた場合は、スパークプラグ９０によってエンジンが正常に燃焼したことを表す。

【0051】

図１２は、失火時のイオン電流波形を示す図である。図１２に示すように、エンジンが正常に燃焼していない場合（失火している場合）は、図１２に示すように、図１１のイオン電流波形よりもイオン電流が小さい波形が現れる。

【0052】

ここで、図１０に示す点火システム１５０において、主体部品５０が全て金属で形成された従来のスパークプラグ９０ｔ（図３）を用いた場合、工具係合部５６ｔの最後端近傍でコロナ放電が発生することで、イオン電流波形にコロナ放電によるノイズ波が生じる場合があった。しかしながら、工具係合部５６を樹脂によって形成することで、コロナ放電によるノイズ波の発生を低減できる。以下にノイズ評価試験方法およびその結果を説明する。

【0053】

図１３は、点火システム１５０のノイズ評価試験の結果を示す図である。サンプルＮｏ．１ｃは、点火システム１５０に比較例のスパークプラグ９０ｔ（図３）を用いたサンプルであり、サンプルＮｏ．２ｃは、点火システム１５０に本実施形態のスパークプラグ９０（図１）を用いたサンプルである。サンプルＮｏ．１ｃ，Ｎｏ．２ｃに用いたスパークプラグ９０，９０ｔはＪＩＳ Ｂ ８０３１規格に基づくＭ１２ＨＥＸ１４ロングリーチであり、詳細は以下の通りである。
・取付ねじ部５８の径：１２ｍｍ
・工具係合部５６，５６ｔのＨＥＸ（六角部の対辺の距離）：１４ｍｍ
・ねじリーチ（取付ねじ部５８の軸線ＣＬ方向の長さ）：２６．５ｍｍ
・発火部２９（図１）の軸線ＣＬ方向の長さ：３．０ｍｍ
・突出部１１（図１）の軸線ＣＬ方向の長さ：１．５ｍｍ
・先端部２３（図１）の軸線ＣＬ方向の長さ：１．５ｍｍ
・火花ギャップ：１．１ｍｍ
また、スパークプラグ９０の最短距離Ｄｔ（図１）は５ｍｍである。

【0054】

＜ノイズ評価試験方法＞
（ｉ）直列４気筒、１．５ＬのＰＦＩ（Port Fuel Injection）エンジンを回転数６５０ｒｐｍでアイドリングし、無負荷状態の条件下で１０００サイクル（第１電極２１への電圧印加を１０００回）のイオン電流をサンプルＮｏ．１ｃ，Ｎｏ．２ｃの点火システム１５０を用いて検出した。１０００サイクルのうち１０％（１００サイクル）を意図的に失火状態にし、９０％（９００サイクル）を燃焼状態にした。
（ｉｉ）燃焼状態９００サイクルのイオン電流波形（図１１）の１サイクル毎の積分値Ｓａの平均値Ｓを算出した。また失火状態１００サイクルのイオン電流波形（図１２）の１サイクル毎の積分値Ｎａの平均値Ｎを算出した。平均値Ｓを平均値Ｎで除した値（Ｓ／Ｎ比）を図１３の縦軸とした。

【0055】

図１３に示すように、本実施形態のスパークプラグ９０を用いた点火システム１５０は、比較例のスパークプラグ９０ｔを用いた点火システム１５０よりも、Ｓ／Ｎ比が低い結果となった。すなわち、主体部品後端部５３（図１）が樹脂部５４を有することで、電流検出部（図１０の２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２）を用いたイオン電流の検出精度を向上できる。

【0056】

Ｇ．変形例：
Ｇ−１．第１変形例：
本実施形態のスパークプラグ９０の工具係合部５６は、全て樹脂部５４によって構成されていたが、少なくとも一部が樹脂部５４によって形成されていれば良い。また、工具係合部５６のうち、最後端５９から先端側ＦＳに所定距離までの間は樹脂部５４によって構成されていることが好ましい。工具係合部５６の少なくとも一部が樹脂部５４によって形成されていることで本実施形態のスパークプラグ９０と同様に、主体部品の強度の低下を抑制しつつフラッシュオーバーが発生する可能性を低減できる。なお、スパークプラグ９０は、第２電極２２と、主体部品５０のうちで第２電極２２に最も近い主体部品５０の最後端５９との間でフラッシュオーバーが発生する確率が高いため、少なくとも最後端５９を樹脂部５４によって形成することがより好ましい。

【0057】

また、主体部品後端部５３（図１）のうち、軸線ＣＬ方向における一部分が内面から外面に亘って樹脂部５４によって形成されていても良い。このようにしても、フラッシュオーバーが発生した場合でも、樹脂部５４によって第１電極２１と接地電極３０との絶縁を図ることができるため両電極２１，３０が短絡する可能性を低減できる。

【0058】

Ｇ−２．第２変形例：
上記実施形態において、工具係合部５６の直交断面における外形形状は略同一であったが、これに限定されるものではない。例えば、工具係合部５６のうち一部において外形形状が小さい部分を有していても良い。
また上記実施形態において、工具係合部５６の直交断面における外形形状は六角形状であったが、工具係合部５６の形状はこれ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）］等としても良い。

【0059】

Ｇ−３．第３変形例：
上記実施形態において、スパークプラグ９０はガスケット５１（図１）を有していたが、ガスケット５１を有していなくても良い。スパークプラグ９０がガスケット５１を有さない場合、シール部５７の座面５１が直接にエンジンヘッドＥＨと接する。
また、上記実施形態のスパークプラグ９０はコルゲーション１４（図１）を有していたが、コルゲージョン１４を有していなくても良い。
また、上記実施形態において、スパークプラグ９０は軸孔１２内において第１電極２１と第２電極２２との間に抵抗体６０（図１）を有していたが、抵抗体６０に加え、軸線ＣＬ方向に抵抗体６０を挟むようにシール材を配置しても良い。シール材は、例えば銅や鉄などの金属粉末とガラス粉末とを含む材料から形成される。この場合、抵抗体６０と共にシール材を軸孔１２内に配置し、加圧圧縮することで組付体１００が作成される（図２のステップＳ１２）。

【0060】

本発明は、上述の実施形態や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、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】

【0061】

１０…絶縁碍子
１０ｆ…第１部分
１１…突出部
１２…軸孔
１３…先端部
１４…コルゲーション
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０…中心電極
２１…第１電極
２２…第２電極
２３…先端部
２９…発火部
３０…接地電極
５０，５０ｔ…主体部品
５１…座面
５２…主体部品先端部
５３…主体部品後端部
５４…樹脂部
５５…金属部
５６…工具係合部（工具樹脂部分）
５６ｔ…工具係合部
５７，５７ｔ…シール部
５８…取付ねじ部
５９…最後端
５９ｔ…加締部
６０…抵抗体
６２…ガスケット
８０…取付ねじ孔
８４…第１の線パッキン
８６…第２の線パッキン
９０，９０ｔ…スパークプラグ
９９ｔ…圧縮変形部
１００…組付体
１３１…バッテリ
１３３…イグナイタ
１３４…点火コイル
１３５…高耐圧ケーブル
１３６…出力端子
１５０…点火システム
ＣＬ…軸線
Ｄ１…ダイオード
Ｃ１…コンデンサー
Ｒ１…抵抗
ＺＤ…ツェナーダイオード
ＥＨ…エンジンヘッド
ＢＳ…後端側
ＦＳ…先端側
Ｓａ…積分値
Ｎａ…積分値
Ｄｔ…最短距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】