JP2017117580A

JP2017117580A - スパークプラグ

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Publication number: JP2017117580A
Application number: JP2015249988A
Authority: JP
Inventors: 山田　裕一; Yuichi Yamada; 裕一山田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: JP6456278B2

Abstract

【課題】スパークプラグの過剰な昇温を抑制しつつ、燃焼ガスからスパークプラグへ伝達される熱量が少ない場合にスパークプラグの昇温を促す。【解決手段】スパークプラグは、軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、前記貫通孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、前記貫通孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、を備えている。中心電極は、自身の内周側に自身の内壁面で囲まれて形成された閉空間を有している。前記閉空間内には、融点が摂氏２００度以上、摂氏６６０度以下の材料で形成された部材である熱伝部材が配置されている。【選択図】図１

Description

本開示は、スパークプラグに関する。

従来から、内燃機関に、絶縁体の軸孔に保持された電極を有するスパークプラグが用いられている。また、スパークプラグの電極の過剰な昇温を抑制する技術として、熱伝達物質の気化によって電極を冷却するヒートパイプをスパークプラグに設ける技術が提案されている。

特表平０３−５０１３０８号公報米国特許第１３１５２９８号明細書

ところで、エンジンの回転速度が低い場合や出力が小さい場合のように、燃焼ガスからスパークプラグの電極へ伝達される熱量が少ない場合には、電極の温度が低い状態が続く。この場合、スパークプラグの絶縁体のうち燃焼室内に露出する部分にカーボンが堆積する場合があった（燻りともいう）。このようなカーボンの堆積に起因して、適切な放電ができなくなる場合があった。

本開示は、スパークプラグの電極の過剰な昇温を抑制しつつ、燃焼ガスから絶縁体へ伝達される熱量が少ない場合に絶縁体の昇温を促すことができる技術を開示する。

本開示は、例えば、以下の適用例を開示する。

［適用例１］
軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記貫通孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、
前記貫通孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、
を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極は、自身の内周側に自身の内壁面で囲まれて形成された閉空間を有し、
前記閉空間内には、融点が摂氏２００度以上、摂氏６６０度以下の材料で形成された部材である熱伝部材が配置されている、
スパークプラグ。

この構成によれば、スパークプラグの中心電極の温度が所定の温度よりも高い場合には、溶融した熱伝部材によって中心電極の熱が後端側に伝達され易いので、中心電極の過剰な昇温を抑制できる。また、スパークプラグの中心電極の温度が低い場合には、熱伝部材の溶融が抑制されるので、中心電極からスパークプラグの後端側へ熱が伝達されることが抑制される。従って、燃焼ガスから絶縁体へ伝達される熱量が少ない場合に絶縁体の昇温を促すことができる。

［適用例２］
適用例１に記載のスパークプラグであって、
前記熱伝部材は、前記閉空間の一部分のみを占めており、
前記閉空間内には、前記熱伝部材の無い隙間であって前記閉空間の全容積の０％よりも大きく５０％以下の隙間が設けられている、
スパークプラグ。

この構成によれば、熱伝部材の熱膨張に起因する中心電極の破損を抑制できる。

［適用例３］
適用例１または２に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極のうち燃焼ガスに曝される外面の少なくとも一部を形成する部分は、タングステンと、モリブデンと、白金と、イリジウムと、ロジウムと、ルテニウムと、のいずれかを主成分とする金属で形成されている、
スパークプラグ。

この構成によれば、熱伝部材は、中心電極の過剰な昇温を、効果的に抑制できる。

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、スパークプラグを搭載する内燃機関、スパークプラグの製造方法、等の態様で実現することができる。

スパークプラグの一実施形態の断面図である。中心電極２０の製造方法の例を示す概略図である。スパークプラグの別の実施形態の断面図である。第２部分７２の製造方法の例を示す概略図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．スパークプラグの構成：
図１は、スパークプラグの一実施形態の断面図である。図中には、スパークプラグ１００の中心軸ＣＬが示されている（「軸線ＣＬ」とも呼ぶ）。図示された断面は、中心軸ＣＬを含む平らな断面である。以下、中心軸ＣＬに平行な方向を「軸線ＣＬの方向」、または、単に「軸線方向」または「前後方向」とも呼ぶ。中心軸ＣＬを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、中心軸ＣＬを中心とする円の円周方向を「周方向」とも呼ぶ。中心軸ＣＬに平行な方向のうち、図１における下方向を先端方向Ｄｆ、または、前方向Ｄｆと呼び、上方向を後端方向Ｄｆｒ、または、後方向Ｄｆｒとも呼ぶ。先端方向Ｄｆは、後述する端子金具４０から中心電極２０に向かう方向である。また、図１における先端方向Ｄｆ側をスパークプラグ１００の先端側と呼び、図１における後端方向Ｄｆｒ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、軸線ＣＬに沿って延びる貫通孔１２（以下「軸孔１２」とも呼ぶ）を有する略円筒状の絶縁体１０と、軸孔１２の先端側で保持される中心電極２０と、軸孔１２の後端側で保持される端子金具４０と、軸孔１２内で中心電極２０と端子金具４０とを電気的に接続する接続部３００と、絶縁体１０の外周側に固定された主体金具５０と、一端が主体金具５０の先端面に接合されるとともに他端が中心電極２０とギャップｇを介して対向するように配置された接地電極３０と、を有している。

絶縁体１０は、最大外径を有する大径部１９を有している。大径部１９の先端側には、先端側胴部１７、第１縮外径部１５、脚部１３が、先端側に向かってこの順に接続されている。第１縮外径部１５の外径は、先端側に向かって徐々に小さくなる。大径部１９の後端側には、第２縮外径部１１、後端側胴部１８が、後端側に向かってこの順に接続されている。第２縮外径部１１の外径は、後端側に向かって徐々に小さくなる。第１縮外径部１５の近傍（図１の例では、先端側胴部１７）には、先端側に向かって内径が徐々に小さくなる縮内径部１６が形成されている。絶縁体１０は、機械的強度と、熱的強度と、電気的強度とを考慮して形成されることが好ましく、例えば、アルミナを焼成して形成されている（他の絶縁材料も採用可能である）。

中心電極２０は、中心軸ＣＬに沿って延びる棒状の軸部２７と、軸部２７の先端に接合された第１チップ２９と、を有している。第１チップ２９は、例えば、レーザ溶接によって、軸部２７に固定されている。軸部２７の後端側には、外径が大きいフランジ部２４が形成されている。フランジ部２４の前方向Ｄｆ側の面は、絶縁体１０の縮内径部１６によって、支持されている。中心電極２０の先端部は、絶縁体１０の先端よりも前方向Ｄｆに突出している。

図１の右部には、中心電極２０の拡大図が示されている。軸部２７は、外層２１と芯部２２とを有している。外層２１は、中心電極２０の外面を形成する中空の部材である。外層２１の内周側には、外層２１の内壁面２３で囲まれた閉空間２６が形成されている。芯部２２は、この閉空間２６内に配置されている。中心電極２０の詳細については、後述する。第１チップ２９は、軸部２７よりも放電に対する耐久性に優れる材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属、タングステン（Ｗ）、それらの金属から選択された少なくとも１種を含む合金）を用いて形成されている。

絶縁体１０の軸孔１２の後端側には、端子金具４０の前方向Ｄｆ側の一部が挿入されている。端子金具４０は、軸線ＣＬに沿って延びる棒状の部材である。端子金具４０は、導電性材料（例えば、低炭素鋼等の金属）を用いて形成されている。

絶縁体１０の軸孔１２内において、端子金具４０と中心電極２０との間には、電気的なノイズを抑制するための略円柱形状の抵抗体７０が配置されている。抵抗体７０は、例えば、導電性材料（例えば、炭素粒子）と、セラミック粒子（例えば、ＺｒＯ_２）と、ガラス粒子（例えば、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｌｉ_２Ｏ−ＢａＯ系のガラス粒子）と、を含む材料を用いて形成されている。抵抗体７０と中心電極２０との間には、導電性の第１シール部６０が配置され、抵抗体７０と端子金具４０との間には、導電性の第２シール部８０が配置されている。シール部６０、８０は、例えば、抵抗体７０の材料に含まれるものと同じガラス粒子と、金属粒子（例えば、Ｃｕ）と、を含む材料を用いて、形成されている。中心電極２０と端子金具４０とは、抵抗体７０とシール部６０、８０とを介して、電気的に接続されている。以下、これらの部材６０、７０、８０の全体を、接続部３００とも呼ぶ。

主体金具５０は、軸線ＣＬに沿って延びる貫通孔５９を有する略円筒状の部材である。主体金具５０の貫通孔５９には、絶縁体１０が挿入され、主体金具５０は、絶縁体１０の外周に固定されている。絶縁体１０の先端側の一部は、貫通孔５９の外に露出している。絶縁体１０の後端側の一部は、貫通孔５９の外に露出している。主体金具５０は、導電材料（例えば、低炭素鋼等の金属）を用いて形成されている。

主体金具５０は、内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）の取付孔に螺合するためのネジ部５２が外周面に形成されている胴部５５を有している。胴部５５の後端側には、座部５４が形成されている。座部５４とネジ部５２との間には、環状のガスケット５が嵌め込まれている。座部５４の後端側には、変形部５８、工具係合部５１、加締部５３が、後端側に向かってこの順に形成されている。変形部５８は、径方向の外側（中心軸ＣＬから離れる方向）に向かって中央部が突出するように、変形している。工具係合部５１の形状は、スパークプラグレンチが係合する形状（例えば、六角柱）である。加締部５３は、絶縁体１０の第２縮外径部１１よりも後端側に配置され、径方向の内側に向かって屈曲されている。

主体金具５０の加締部５３と絶縁体１０の第２縮外径部１１との間には、主体金具５０の内周面と絶縁体１０の外周面とに挟まれた空間ＳＰが形成されている。空間ＳＰ内には、第１後端側パッキン６、タルク（滑石）９、第２後端側パッキン７が、先端側に向かってこの順に配置されている。本実施形態では、これらの後端側パッキン６、７は、鉄製のＣリングである（他の材料も採用可能である）。

主体金具５０の胴部５５には、先端側に向かって内径が徐々に小さくなる縮内径部５６が形成されている。主体金具５０の縮内径部５６と、絶縁体１０の第１縮外径部１５と、の間には、先端側パッキン８が挟まれている。本実施形態では、先端側パッキン８は、鉄製の板状リングである（他の材料（例えば、銅等の金属材料）も採用可能である）。

スパークプラグ１００の製造時には、加締部５３が内側に折り曲がるように加締められる。そして、加締部５３が先端方向Ｄｆ側に押圧される。これにより、変形部５８が変形し、パッキン６、７とタルク９とを介して、絶縁体１０が、主体金具５０内で、先端側に向けて押圧される。先端側パッキン８は、第１縮外径部１５と縮内径部５６との間で押圧され、そして、主体金具５０と絶縁体１０との間をシールする。以上により、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具５０と絶縁体１０との間を通って外に漏れることが、抑制される。また、主体金具５０が、絶縁体１０に、固定される。

接地電極３０は、棒状の軸部３７と、軸部３７の先端部３１に接合された第２チップ３９と、を有している。軸部３７の一端は、主体金具５０の先端面５７に接合されている（例えば、抵抗溶接）。軸部３７は、主体金具５０から先端方向Ｄｆに向かって延び、中心軸ＣＬに向かって曲がって、先端部３１に至る。先端部３１の中心電極２０と対向する面には、第２チップ３９が固定されている（例えば、レーザ溶接）。接地電極３０の第２チップ３９と、中心電極２０の第１チップ２９とは、ギャップｇを介して対向している。

軸部３７は、軸部３７の表面を形成する母材３５と、母材３５内に埋設された芯部３６と、を有している。母材３５は、芯部３６よりも耐酸化性に優れる材料（例えば、ニッケルを含む合金）で形成されている。芯部３６は、母材３５よりも熱伝導率が高い材料（例えば、純銅、銅合金、等）で形成されている。なお、第１チップ２９と第２チップ３９との少なくとも一方を省略してもよい。

Ａ−２．中心電極２０について：
図１に示すように、中心電極２０は、閉空間２６を形成する外層２１と、閉空間２６内に配置された芯部２２と、を有している。閉空間２６は、外層２１の前方向Ｄｆ側の端の近傍から後方向Ｄｆｒ側の端の近傍まで、中心軸ＣＬに沿って延びている。図１の実施形態では、閉空間２６は、フランジ部２４よりも前方向Ｄｆ側から、フランジ部２４よりも後方向Ｄｆｒ側まで、延びている。芯部２２は、閉空間２６の一部分のみを占めており、閉空間２６内には、隙間２８が設けられている。芯部２２は、融点が摂氏２００度以上、摂氏６６０度以下の材料で形成されている。そのような材料としては、例えば、鉛（摂氏２００度）、カドミウム（摂氏３２０度）、亜鉛（摂氏４２０度）、アルミニウム（摂氏６６０度）から選択された材料を採用可能である（括弧内の温度は、融点）。外層２１は、芯部２２よりも耐酸化性に優れる導電材料（例えば、ニッケルを含む合金）で形成されている。

一般的に、内燃機関の運転時には、スパークプラグの温度（特に、中心電極の温度）は、内燃機関の運転状態に応じて、低温（例えば、摂氏４００度以下）から高温（例えば、摂氏１０００度以上）まで幅広く変化し得る。例えば、内燃機関の回転速度が遅い場合や出力が小さい場合には、燃焼室内の温度が低く、燃焼ガスからスパークプラグへ伝達される熱量が少ないので、中心電極の温度は低くなる。内燃機関の回転速度が速い場合や出力が大きい場合には、燃焼室内の温度が高く、燃焼ガスからスパークプラグへ伝達される熱量が多いので、中心電極の温度は高くなる。

中心電極の温度が、内燃機関に対応付けられた適正温度範囲と比べて過度に高い場合（例えば、摂氏１０００度以上）、種々の不具合が生じ得る（例えば、プレイグニション）。本実施形態のスパークプラグ１００では、中心電極２０の温度が高い場合に、芯部２２が溶融する。芯部２２の溶融には、芯部２２の融解熱に相当する熱が用いられるので、芯部２２の溶融によって、中心電極２０（ひいては、絶縁体１０）の燃焼室に露出する部分の温度が過剰に高くなることが抑制される。

また、燃焼ガスは、中心電極２０のうちの後方向Ｄｆｒ側の部分には接触せずに前方向Ｄｆ側の部分に接触するので、通常は、中心電極２０のうち、後方向Ｄｆｒ側の部分の温度は、前方向Ｄｆ側の部分の温度よりも低い。芯部２２の溶融後には、溶融した芯部２２が閉空間２６内で流動し得る。特に、閉空間２６内の前方向Ｄｆ側で昇温した芯部２２は、閉空間２６内の後方向Ｄｆｒ側に移動して冷却され得る。また、閉空間２６内の後方向Ｄｆｒ側で冷却された芯部２２は、閉空間２６内の前方向Ｄｆ側に移動して昇温され得る。このように、溶融した芯部２２が閉空間２６内で流動することによって、中心電極２０からスパークプラグ１００の後端側の部分へ熱が伝達される。これにより、中心電極２０（ひいては、絶縁体１０）の燃焼室に露出する部分の温度が過剰に高くなることが抑制される。以上により、中心電極２０や絶縁体１０の温度が過剰に高くなることに起因する不具合（例えば、プレイグニション）を抑制できる。なお、芯部２２は、熱を伝達する部材である熱伝部材といえる。

また、芯部２２は、昇温によって熱膨張し得る。本実施形態では、芯部２２は、閉空間２６の一部分のみを占めており、閉空間２６内には、隙間２８が設けられている。従って、芯部２２が熱膨張した場合であっても、芯部２２は、閉空間２６内の隙間２８が小さくなるように閉空間２６内で膨張できるので、外層２１が破裂することを抑制できる。

中心電極の温度が、適正温度範囲と比べて過度に低い場合（例えば、摂氏４００度以下）、種々の不具合が生じ得る（例えば、絶縁体１０の外表面にカーボンが堆積することに起因するミスファイヤ）。本実施形態のスパークプラグ１００では、中心電極２０の温度が低い場合に、芯部２２の溶融が抑制される。従って、芯部２２が溶融する場合と比べて、中心電極２０からスパークプラグ１００の後端側の部分へ熱が伝達されることが抑制されるので、中心電極２０の冷却が抑制される。従って、中心電極２０（ひいては、絶縁体１０）の昇温が促進される。この結果、絶縁体１０のうち燃焼室に露出する部分にカーボンが堆積した場合であっても、カーボンが焼失し易いので、ミスファイヤなどの不具合を抑制できる。

このように、本実施形態では、中心電極２０は、中心電極２０からスパークプラグ１００の後端側の部分へ熱を伝達するヒートパイプとして機能する。そして、中心電極２０の芯部２２は、融点が摂氏２００度以上、摂氏６６０度以下の材料で形成されている。従って、中心電極２０の過剰な昇温を抑制しつつ、燃焼ガスからスパークプラグ１００へ伝達される熱量が少ない場合に絶縁体１０の昇温を促すことができる。

Ａ−３．中心電極２０の製造方法：
図２は、中心電極２０の製造方法の例を示す概略図である。まず、図２（Ａ）に示すように、棒状の芯部２２と、一端部（図中では、後方向Ｄｆｒ側の端部２１ｅ）が開口した細長い有底筒状の外層部材２１ｘと、が準備される。外層部材２１ｘの形状は、端部２１ｅが開口２６ｏを形成している点を除いて、完成した中心電極２０の外層２１の形状とほぼ同じである。開口２６ｏは、閉空間２６（図１）に対応する空間２６ｘの後方向Ｄｆｒ側の開口である。空間２６ｘの前方向Ｄｆ側は、閉じられている、すなわち、外層部材２１ｘは、前方向Ｄｆに向かって凹む凹部を形成している。このような外層部材２１ｘは、例えば、成形型を用いる成形によって、形成される。芯部２２は、開口２６ｏから外層部材２１ｘの内周側の空間２６ｘ内に挿入される（図２（Ｂ））。次に、外層部材２１ｘの開口２６ｏが閉じられる。例えば、図２（Ｃ）のように、外層部材２１ｘの端部２１ｅの溶接によって、開口２６ｏが閉じられる（例えば、アーク溶接、レーザ溶接など）。また、図２（Ｄ）のように、外層部材２１ｘの端部２１ｅに、蓋部材２１ｙを溶接することによって、開口２６ｏが閉じられる（例えば、抵抗溶接、レーザ溶接など）。蓋部材２１ｙの材料は、外層部材２１ｘの材料と同じである。以上のように、開口２６ｏが閉じられることによって、中心電極２０の軸部２７が完成する（図２（Ｅ））。なお、第１チップ２９（図１）は、予め外層部材２１ｘに接合されてもよく、軸部２７の完成の後に軸部２７に接合されてもよい。スパークプラグ１００（図１）の他の部分の製造方法としては、公知の方法を採用可能である。

Ｂ．第２実施形態：
Ｂ−１．スパークプラグの構成：
図３は、スパークプラグの別の実施形態の断面図である。図中には、スパークプラグ１００ａの中心軸ＣＬを含む平らな断面が示されている。図１の第１実施形態との差異は、接続部３００（すなわち、第１シール部６０と抵抗体７０と第２シール部８０）が省略され、代わりに、中心電極２０ａが、端子金具４０ａまで延びて、直接的に、端子金具４０ａに接続されている点である。絶縁体１０の貫通孔１２の縮内径部１６よりも後方向Ｄｆｒ側の部分と中心電極２０ａとの間の隙間には、耐熱性の接着剤６２（例えば、セメント、セラミック接着剤など）が、配置されている。端子金具４０ａの前方向Ｄｆ側の端部には、後方向Ｄｆｒに向かって凹む凹部４２が形成されており、この凹部４２に中心電極２０ａの後方向Ｄｆｒ側の端部が挿入されている。スパークプラグ１００ａの他の部分の構成は、第１実施形態のスパークプラグ１００の対応する部分の構成と同じである（対応する要素と同じ要素には、同じ符号を付して、説明を省略する）。

図３の右部には、中心電極２０ａの拡大図が示されている。中心電極２０ａは、中心軸ＣＬに沿って延びる棒状の第１部分２１ａと、第１部分２１ａの先端に接合された第１チップ２９と、第１部分２１ａの後方向Ｄｆｒ側に接続され中心軸ＣＬに沿って延びる棒状の第２部分７２と、を有している。第１部分２１ａには、前方向Ｄｆに向かって凹む凹部２６ａが形成されており、この凹部２６ａに第２部分７２の前方向Ｄｆ側の端部が挿入されている。第１部分２１ａの形状は、フランジ部２４の後方向Ｄｆｒ側に開口２６ａｏが形成されている点を除いて、第１実施形態の外層２１（図１）の形状と、おおよそ同じである。第１部分２１ａは、中心電極２０ａのうちの燃焼室に露出する部分の外面（すなわち、燃焼ガスに曝される外面）を形成する部材であり、開口２６ａｏから前方向Ｄｆに向かって凹む凹部２６ａを形成する細長い有底筒状の部材である。第１部分２１ａのフランジ部２４の前方向Ｄｆ側の面は、第１実施形態の外層２１のフランジ部２４の前方向Ｄｆ側の面と同様に、絶縁体１０の縮内径部１６によって支持されている。第１部分２１ａは、耐酸化性に優れる導電材料（例えば、ニッケルを含む合金）で形成されている。第１部分２１ａの先端には、第１チップ２９が接合されている。

第２部分７２は、閉空間７６を形成する外層７１と、閉空間７６内に配置された芯部２２ａと、を有している。外層７１は、中心軸ＣＬに沿って延びる中空の棒部材である。外層７１の内周側には、外層７１の内壁面７３で囲まれた閉空間７６が形成されている。閉空間７６は、外層７１の前方向Ｄｆ側の端の近傍から後方向Ｄｆｒ側の端の近傍まで、中心軸ＣＬに沿って延びている。外層７１の両端の間には、外径が外層７１の他の部分よりも大きいフランジ部７４が設けられている。

芯部２２ａは、閉空間７６の一部分のみを占めており、閉空間７６内には、隙間７８が設けられている。芯部２２ａは、第１実施形態の芯部２２と同様に、融点が摂氏２００度以上、摂氏６６０度以下の材料で形成されている（例えば、鉛、カドミウム、亜鉛、アルミニウムなど）。外層７１は、導電材料で形成されており、例えば、中心電極２０ａの第１部分２１ａの材料と同じ材料で形成されている。

外層７１のうちのフランジ部７４よりも前方向Ｄｆ側の部分は、中心電極２０ａの第１部分２１ａの凹部２６ａ内に配置されている。閉空間７６の前方向Ｄｆ側の一部分は、中心電極２０ａの第１部分２１ａの内周側に位置している。閉空間７６内の芯部２２ａは、第１部分２１ａの内周側に位置し得る。第１実施形態と同様に、本実施形態のスパークプラグ１００ａでは、中心電極２０ａの温度が高い場合に、中心電極２０ａの内周側に位置する芯部２２ａが溶融する。芯部２２ａの溶融によって、中心電極２０ａ（ひいては、絶縁体１０）の燃焼室に露出する部分の温度が過剰に高くなることが抑制される。

また、芯部２２ａの溶融後には、溶融した芯部２２ａが閉空間７６内で流動し得る。特に、閉空間７６内の前方向Ｄｆ側で昇温した芯部２２ａは、閉空間７６内の後方向Ｄｆｒ側に移動して冷却され得る。また、閉空間７６内の後方向Ｄｆｒ側で冷却された芯部２２ａは、閉空間７６内の前方向Ｄｆ側に移動して昇温され得る。このように、溶融した芯部２２ａが閉空間７６内で流動することによって、中心電極２０ａ（特に、燃焼室に露出する部分）からスパークプラグ１００ａの後端側の部分へ熱が伝達される。これにより、中心電極２０ａ（ひいては、絶縁体１０）の燃焼室に露出する部分の温度が過剰に高くなることが抑制される。以上により、中心電極２０ａや絶縁体１０の温度が過剰に高くなることに起因する不具合（例えば、プレイグニション）を抑制できる。なお、芯部２２ａは、熱を伝達する部材である熱伝部材といえる。

また、芯部２２ａは、昇温によって熱膨張し得る。本実施形態では、芯部２２ａは、閉空間７６の一部分のみを占めており、閉空間７６内には、隙間７８が設けられている。従って、芯部２２ａが熱膨張した場合であっても、芯部２２ａは、閉空間７６内の隙間７８が小さくなるように閉空間７６内で膨張できるので、外層７１が破裂することを抑制できる。

また、中心電極２０ａの温度が低い場合に、芯部２２ａの溶融が抑制される。従って、芯部２２ａが溶融する場合と比べて、中心電極２０ａ（特に、燃焼室に露出する部分）からスパークプラグ１００ａの後端側の部分へ熱が伝達されることが抑制されるので、中心電極２０ａの冷却が抑制される。従って、中心電極２０ａ（ひいては、絶縁体１０）の昇温が促進される。この結果、絶縁体１０のうち燃焼室に露出する部分にカーボンが堆積した場合であっても、カーボンが焼失し易いので、ミスファイヤなどの不具合を抑制できる。

このように、本実施形態では、中心電極２０ａは、自身の内周側に自身の内壁面７３で囲まれて形成された閉空間７６を有している。そして、この閉空間７６内には、芯部２２ａが配置されている。このような中心電極２０ａは、中心電極２０ａの燃焼室に露出する部分からスパークプラグ１００ａの後端側の部分へ熱を伝達するヒートパイプとして機能する。そして、芯部２２ａは、融点が摂氏２００度以上、摂氏６６０度以下の材料で形成されている。従って、中心電極２０および絶縁体１０の過剰な昇温を抑制しつつ、燃焼ガスからスパークプラグへ伝達される熱量が少ない場合に絶縁体１０の昇温を促すことができる。特に、閉空間７６は、中心電極２０ａのうち燃焼室に露出する第１部分２１ａの内周側に位置する部分を含んでいる。従って、中心電極２０ａは、効果的に、中心電極２０ａの燃焼室に露出する部分からスパークプラグ１００ａの後端側の部分へ熱を伝達できる。

Ｂ−２．中心電極２０ａの製造方法：
図４は、中心電極２０ａの製造方法の例を示す概略図である。まず、図４（Ａ）に示すように、棒状の芯部２２ａと、一端部（図中では、後方向Ｄｆｒ側の端部７１ｅ）が開口した細長い有底筒状の外層部材７１ｘと、が準備される。外層部材７１ｘの形状は、端部７１ｅが開口７６ｏを形成している点を除いて、完成した第２部分７２の外層７１の形状とほぼ同じである。開口７６ｏは、閉空間７６（図３）に対応する空間７６ｘの後方向Ｄｆｒ側の開口である。空間７６ｘの前方向Ｄｆ側は、閉じられている、すなわち、外層部材７１ｘは、前方向Ｄｆに向かって凹む凹部を形成している。このような外層部材７１ｘは、例えば、成形型を用いる成形によって、形成される。芯部２２は、開口７６ｏから外層部材７１ｘの内周側の空間７６ｘ内に挿入される（図４（Ｂ））。次に、外層部材７１ｘの開口７６ｏが閉じられる。例えば、図４（Ｃ）のように、外層部材７１ｘの端部７１ｅの溶接によって、開口７６ｏが閉じられる（例えば、アーク溶接、レーザ溶接など）。また、図４（Ｄ）のように、外層部材７１ｘの端部７１ｅに、蓋部材７１ｙを溶接することによって、開口７６ｏが閉じられる（例えば、抵抗溶接、レーザ溶接など）。蓋部材７１ｙの材料は、外層部材７１ｘの材料と同じである。以上のように、開口７６ｏが閉じられることによって、第２部分７２が完成する（図４（Ｅ））。この第２部分７２とは別に、第１部分２１ａが形成される。第１部分２１ａは、例えば、成形型を用いる成形によって、形成される。第２部分７２のうちフランジ部７４よりも前方向Ｄｆ側の部分が、第１部分２１ａの内周側の空間（すなわち、凹部２６ａ）内に挿入される（例えば、圧入）。これにより、第２部分７２と第１部分２１ａとが電気的に接続される（図４（Ｆ））。以上により、第１部分２１ａと第２部分７２との接合体が完成する。第１チップ２９（図３）は、予め第１部分２１ａに接合されてもよく、第１部分２１ａに第２部分７２が接続された後に第１部分２１ａに接合されてもよい。

スパークプラグ１００ａ（図３）の製造時には、中心電極２０ａ（図３）は、絶縁体１０の貫通孔１２内に、後方向Ｄｆｒ側から挿入される。そして、第２部分７２と貫通孔１２との間の隙間に、未硬化の接着剤６２が注入され、第２部分７２の後方向Ｄｆｒ側の端部に端子金具４０ａの凹部４２が嵌め込まれる（例えば、圧入）。スパークプラグ１００ａの他の部分の製造方法としては、公知の方法を採用可能である。

Ｃ．第１評価試験：
スパークプラグのサンプルを用いた第１評価試験について説明する。以下の表１は、サンプルの構成と評価試験の結果とを示している。表１に示すように、第１評価試験では、Ａ１〜Ａ７の７種類のサンプルと、参考例のサンプルとが、試験された。Ａ１〜Ａ７の各サンプルは、図３の第２実施形態のスパークプラグ１００ａのサンプルである。

表１中の「Ｎｏ．」は、サンプルの種類の番号を示している（Ａ１〜Ａ７）。「材料」は、芯部２２ａの材料を示し、「融点」は、その材料の融点を示している。Ａ１〜Ａ７のサンプルの芯部２２ａの材料は、それぞれ、ナトリウム、鉛、カドミウム、亜鉛、アルミニウム、銀、金であった。７種類のサンプルの間では、芯部２２ａの材料のみが互いに異なっており、他の部分の構成は共通であった。

参考例のサンプルは、図１のスパークプラグ１００において、中心電極２０の構成を修正したものである。具体的には、外層２１の後方向Ｄｆｒ側の端部に図２（Ａ）の開口２６ｏのような開口を設け、そして、外層２１の内周側に銅で形成された芯部を配置した。銅製の芯部は、外層２１の内周側の空間の全体を占めており、また、銅製の芯部の後方向Ｄｆｒ側の端面は、外層２１の開口の位置で第１シール部６０に接触していた。なお、参考例のサンプルとスパークプラグ１００ａのサンプルＡ１〜Ａ７との間では、絶縁体１０の貫通孔１２の内部の構成のみが異なっており、絶縁体１０と主体金具５０と接地電極３０とのそれぞれの構成と、中心電極と端子金具とのうちの絶縁体１０の貫通孔１２の外に露出した部分の構成とは、共通であった。

第１評価試験では、各サンプルは、アルミニウム製の治具に固定された。そして、各サンプルの前方向Ｄｆ側の部分（具体的には、ギャップｇの近傍の部分）をバーナで３０秒に亘って加熱し、その後、１分間に亘って自然空冷した。ここで、中心電極の前方向Ｄｆ側の端よりも後方向Ｄｆｒに１ｍｍの位置における中心電極の温度を、放射温度計で測定した。表１中の温度は、測定された最高温度を示している。

表１に示すように、第１評価試験では、２個の条件Ｃ１、Ｃ２の下で温度が測定された。第１条件Ｃ１は、参考例の温度が摂氏８００度になる条件であり、第２条件Ｃ２は、参考例の温度が摂氏４００度になる条件である。これらの条件Ｃ１、Ｃ２は、サンプルに対するバーナの炎の位置を調整することによって、実現された。

第１条件Ｃ１は、燃焼室内の温度が高い状態に対応している。第１条件Ｃ１では、温度が低いほど、サンプルの性能がよい。表１中では、Ａ評価は、温度が参考例の温度（摂氏８００度）よりも低いことを示し、Ｂ評価は、温度が参考例の温度以上であることを示している。

表１に示すように、第１条件Ｃ１の下では、融点が低い場合に、評価結果が良好であった。この理由は、融点が低い場合には、溶融した芯部２２ａが閉空間７６内で流動しやすいので、中心電極２０ａの冷却が促進されるからである。具体的には、５種類のサンプルＡ１〜Ａ５の評価結果が、Ａ評価であり、２種類のサンプルＡ６、Ａ６の評価結果が、Ｂ評価であった。Ａ評価のサンプルＡ１〜Ａ５の融点は、摂氏１００度、２００度、３２０度、４２０度、６６０度であり、Ｂ評価のサンプルＡ６、Ａ７の融点は、摂氏９６０度、１０６０度であった。

第２条件Ｃ２は、燃焼室内の温度が低い状態に対応している。第２条件Ｃ２では、温度が高いほど、サンプルの性能がよい。表１中では、Ａ評価は、温度が参考例の温度（摂氏４００度）よりも高いことを示し、Ｂ評価は、温度が参考例の温度以下であることを示している。

表１に示すように、第２条件Ｃ２の下では、融点が高い場合に、評価結果が良好であった。この理由は、融点が高い場合には、芯部２２ａの溶融が抑制され、この結果、中心電極２０ａの昇温が促進されるからである。具体的には、６種類のサンプルＡ２〜Ａ７の評価結果が、Ａ評価であり、１種類のサンプルＡ１の評価結果が、Ｂ評価であった。Ａ評価のサンプルＡ２〜Ａ７の融点は、摂氏２００度、３２０度、４２０度、６６０度、９６０度、１０６０度であり、Ｂ評価のサンプルＡ１の融点は、摂氏１００度であった。

表１中の「総合評価」は、第１条件Ｃ１下での評価結果と、第２条件Ｃ２下での評価結果とを総合した評価結果を示している。Ａ評価は、第１条件Ｃ１下の評価結果と第２条件Ｃ２下の評価結果との両方がＡ評価であることを示している。Ｂ評価は、第１条件Ｃ１下の評価結果と第２条件Ｃ２下の評価結果との少なくとも一方がＢ評価であることを示している。Ａ評価のサンプルは、４種類のサンプルＡ２〜Ａ５であり、これらのサンプルＡ２〜Ａ５の融点は、それぞれ、摂氏２００度、３２０度、４２０度、６６０度であった。このように、融点が摂氏２００度以上、摂氏６６０度以下の材料で形成された芯部２２ａを用いることによって、燃焼室の温度が高い場合に中心電極２０ａの過剰な昇温を抑制でき、そして、燃焼室の温度が低い場合に中心電極２０ａの昇温を促すことができる。

総合評価がＡ評価であったＡ２〜Ａ５のサンプルの芯部２２ａの材料の融点は、それぞれ、摂氏２００度、３２０度、４２０度、６６０度であった。融点の好ましい範囲（下限以上、上限以下の範囲）を、上記の４個の値を用いて定めてもよい。具体的には、上記の４個の値のうちの任意の値を、融点の好ましい範囲の下限として採用してもよい。例えば、融点は、摂氏２００度以上であることが好ましい。また、これらの値のうちの下限以上の任意の値を、上限として採用してもよい。例えば、融点は摂氏６６０度以下であることが好ましい。

なお、高温時に、溶融した芯部によって中心電極の過剰な昇温が抑制され、そして、低温時に、芯部の溶融が抑制されることによって中心電極の昇温が促進されるためには、中心電極のうち燃焼室に露出する部分（すなわち、燃焼ガスに曝される部分）の内周側に位置する部分を含む閉空間内に高温時に溶融し得る芯部が配置されていることが好ましい。ここで、中心電極と芯部と芯部を収容する閉空間とのそれぞれの構成としては、種々の構成を採用可能である。例えば、上記の融点の好ましい範囲を、図１に示す第１実施形態のスパークプラグ１００の中心電極２０の芯部２２に適用してもよい。芯部２２の融点が上記の好ましい範囲内である場合、高温時には、溶融した芯部２２が閉空間２６内で流動することにより、中心電極２０からスパークプラグ１００の後端側の部分へ熱が伝達される。従って、中心電極２０の過剰な昇温が抑制される。また、低温時には、芯部２２の溶融が抑制されることによって中心電極２０の昇温が促進される。

Ｄ．第２評価試験：
スパークプラグのサンプルを用いた第２評価試験について説明する。以下の表２は、サンプルの構成と評価試験の結果とを示している。表２に示すように、第２評価試験では、Ｂ１〜Ｂ６の６種類のサンプルと、６種類のサンプルにそれぞれ対応する６種類の参考例のサンプルとが、試験された。Ｂ１〜Ｂ６の各サンプルは、図３の第２実施形態のスパークプラグ１００ａのサンプルである。参考例のサンプルは、第１評価試験で説明した参考例のサンプルと同じである。

表２中の「Ｎｏ．」は、サンプルの種類の番号を示している（Ｂ１〜Ｂ６）。「外層材料」は、スパークプラグ１００ａのサンプルの中心電極２０ａの第１部分２１ａの材料を示し、「熱伝導率」は、第１部分２１ａの材料の熱伝導率を示している（単位は、Ｗ／ｍ・Ｋ）。Ｂ１〜Ｂ６のサンプルの第１部分２１ａの材料は、それぞれ、ニッケル合金（インコネル（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は、登録商標））、高ニッケル合金、イリジウム、白金、モリブデン、タングステンであった。これらの第１部分２１ａの材料の熱伝導率は、それぞれ、１５、４０、６０、７０、１５０、２００であった（単位は、Ｗ／ｍ・Ｋ）。６種類のサンプルＢ１〜Ｂ６の間では、第１部分２１ａの材料のみが互いに異なっており、他の部分の構成は共通であった。例えば、芯部２２ａの材料は、鉛であり、第２部分７２の外層７１の材料は、ニッケル合金（インコネル）であった。

スパークプラグ１００ａのサンプルに対応付けられた参考例のサンプルは、中心電極の外層（図１の外層２１に対応する部分）を、対応するスパークプラグ１００ａのサンプルの第１部分２１ａの材料と同じ材料で形成して得られたものである。参考例のサンプルにおいて、中心電極の芯部（図１の芯部２２に対応する部分）の材料は、銅である。

なお、参考例の６種類のサンプルとスパークプラグ１００ａの６種類のサンプルＢ１〜Ｂ６との間では、絶縁体１０の貫通孔１２の内部の構成のみが異なっており、絶縁体１０と主体金具５０と接地電極３０とのそれぞれの構成と、中心電極と端子金具とのうちの絶縁体１０の貫通孔１２の外に露出した部分の構成とは、共通であった。

表２中の「温度」は、第１評価試験と同じ方法で測定された中心電極の最高温度である。ここで、バーナの炎の位置は、サンプルＢ１に対応する参考例の温度が摂氏８００度となるように調整されており、全てのサンプルに共通である。このように、第２評価試験の条件は、燃焼室内の温度が高い状態に対応している。そして、表２に示すように、第１部分２１ａの全ての材料に関して、スパークプラグ１００ａのサンプルの温度は、参考例の温度と比べて、低い。この理由は、スパークプラグ１００ａのサンプルでは、参考例のサンプルとは異なり、溶融した芯部２２ａが閉空間７６内で流動することによって、中心電極２０ａの昇温が抑制されたからである。表中の「低減率」は、参考例の温度に対する、参考例の温度からスパークプラグ１００ａのサンプルの温度を引いた差分の割合である（単位は、％）。この低減率が大きいことは、高温時に中心電極の昇温を抑制する効果が大きいことを示している。

表２に示すように、中心電極２０ａの第１部分２１ａの材料の熱伝導率が大きいほど、温度の低減率が大きかった。この理由は、第１部分２１ａの熱伝導率が大きい場合には、中心電極２０ａの第１部分２１ａから芯部２２ａへ熱が伝わり易いので、流動する芯部２２ａが、中心電極２０ａの昇温を効果的に抑制できるからである。具体的には、６種類のサンプルＢ１〜Ｂ６の熱伝導率は、それぞれ、１５、４０、６０、７０、１５０、２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、低減率は、それぞれ、６．３、６．３、７．７、７．７、８．１、８．２（％）であった。

特に良好な低減率（ここでは、７％以上の低減率）を実現した第１部分２１ａの材料は、イリジウム、白金、モリブデン、タングステンであり、それらの材料の熱伝導率は、それぞれ、６０、７０、１５０、２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であった。このように、中心電極の第１部分２１ａの材料としては、イリジウム、白金、モリブデン、タングステンのいずれかを採用することが好ましい。より一般的には、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を採用することが好ましい。そのような材料としては、上記の４種類の材料に限らず、例えば、ロジウム（１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ））と、ルテニウム（１１７（Ｗ／ｍ・Ｋ））と、のいずれかを採用してもよい（括弧内は、熱伝導率）。より一般的には、例えば、タングステンと、モリブデンと、白金と、イリジウムと、ロジウムと、ルテニウムと、のいずれかを主成分とする金属を採用してもよい。ここで、主成分は、含有率（単位は、重量％）が最も高い成分を意味している。ただし、中心電極の第１部分２１ａの材料としては、ニッケル合金などの他の材料を採用してもよい。

なお、第１評価試験で説明したように、中心電極と芯部と芯部を収容する閉空間とのそれぞれの構成としては、種々の構成を採用可能である。例えば、中心電極の第１部分２１ａの上記の好ましい材料を、図１に示す第１実施形態のスパークプラグ１００の中心電極２０の外層２１に適用してもよい。外層２１の材料が上記の好ましい材料である場合、外層２１から芯部２２へ熱が伝わり易いので、流動する芯部２２が、中心電極２０の昇温を効果的に抑制できる。一般的には、中心電極のうち燃焼ガスに曝される外面の少なくとも一部を形成する部分（例えば、外層２１、第１部分２１ａ）が、外層２１と第１部分２１ａとの上記の好ましい材料で形成されていることが好ましい。なお、中心電極のうち燃焼ガスに曝される外面は、中心電極のうち燃焼室に露出する部分の外面であり、図１、図３の実施形態では、中心電極２０、２０ａの外面のうちの絶縁体１０の縮内径部１６に接触する部分よりも前方向Ｄｆ側の部分である。

Ｅ．変形例：
（１）芯部２２、２２ａ（図１、図３）を収容する閉空間２６、７６内において、芯部２２、２２ａの無い隙間２８、７８の大きさは、芯部２２、２２ａが熱膨張した場合であっても、閉空間２６、７６を形成する部材、ひいては、中心電極２０、２０ａが破損しないように、決定されていることが好ましい。例えば、隙間２８、７８の大きさは、閉空間２６、７６の全容積の０％よりも大きく５０％以下であってもよい。上記の第１評価試験と第２評価試験で評価されたサンプルでは、隙間７８の大きさは、閉空間７６の全容積の０％よりも大きく５０％以下である。なお、隙間２８、７８の大きさは、閉空間２６、７６の全容積の５％よりも大きくてもよく、１０％よりも大きくてもよい。また、隙間２８、７８の大きさは、閉空間２６、７６の全容積の４５％以下でもよく、４０％以下でもよい。いずれの場合も、閉空間２６、７６の全容積に対する隙間２８、７８の大きさの割合は、常温（摂氏２０度）で算出すればよい。なお、芯部２２、２２ａの熱膨張係数が小さい場合には、芯部２２、２２ａは、閉空間２６、７６内に隙間無く充填されてもよい。

（２）スパークプラグの構成としては、図１、図３の構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、図３の実施形態で、第２部分７２の外層７１のうち、フランジ部７４よりも前方向Ｄｆ側の部分が省略され、中心電極２０ａの第１部分２１ａと第２部分７２の外層７１とが、芯部２２ａを収容する閉空間を形成してもよい。また、中心電極の前方向Ｄｆ側の端面に代えて、中心軸ＣＬに垂直な方向の面（すなわち、側面）が、放電面であってもよい。また、中心電極の形状と接地電極の形状とのそれぞれは、上記の形状に代えて他の任意の形状であってよい。また、中心電極と端子金具とは、電気的に接続されていればよく、例えば、図３の実施形態のように直接的に接続されてもよく、また、図１の実施形態のように他の部材（例えば、接続部３００）を介して間接的に接続されてもよい。

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。

５...ガスケット、６...第１後端側パッキン、７...第２後端側パッキン、８...先端側パッキン、９...タルク、１０...絶縁体、１１...第２縮外径部、１２...貫通孔（軸孔）、１３...脚部、１５...第１縮外径部、１６...縮内径部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...大径部、２０...電極、２０、２０ａ...中心電極、２１...外層、２１ａ...第１部分、２１ｅ...端部、２１ｘ...外層部材、２１ｙ...蓋部材、２２、２２ａ...芯部（熱伝部材）、２３、７３...内壁面、２４...フランジ部、２６...閉空間、２６ａ...凹部、２６ｏ...開口、２６ｘ...空間、２６ａｏ...開口、２７...軸部、２８...隙間、２９...第１チップ、３０...接地電極、３１...先端部、３５...母材、３６...芯部、３７...軸部、３９...第２チップ、４０、４０ａ...端子金具、４２...凹部、５０...主体金具、５１...工具係合部、５２...ネジ部、５３...加締部、５４...座部、５５...胴部、５６...縮内径部、５７...先端面、５８...変形部、５９...貫通孔、６０...第１シール部、６２...接着剤、７０...抵抗体、７１...外層、７１ｅ...端部、７１ｘ...外層部材、７１ｙ...蓋部材、７２...第２部分、７４...フランジ部、７６...閉空間、７６ｏ...開口、７６ｘ...空間、７８...隙間、８０...第２シール部、１００、１００ａ...スパークプラグ、ｇ...ギャップ、ＣＬ...中心軸（軸線）、ＳＰ...空間、Ｄｆ...先端方向（前方向）、Ｄｆｒ...後端方向（後方向）

Claims

軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記貫通孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、
前記貫通孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、
を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極は、自身の内周側に自身の内壁面で囲まれて形成された閉空間を有し、
前記閉空間内には、融点が摂氏２００度以上、摂氏６６０度以下の材料で形成された部材である熱伝部材が配置されている、
スパークプラグ。
請求項１に記載のスパークプラグであって、
前記熱伝部材は、前記閉空間の一部分のみを占めており、
前記閉空間内には、前記熱伝部材の無い隙間であって前記閉空間の全容積の０％よりも大きく５０％以下の隙間が設けられている、
スパークプラグ。
請求項１または２に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極のうち燃焼ガスに曝される外面の少なくとも一部を形成する部分は、タングステンと、モリブデンと、白金と、イリジウムと、ロジウムと、ルテニウムと、のいずれかを主成分とする金属で形成されている、
スパークプラグ。