CN104798272A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明能够有效抑制火花放电的偏斜引起的接地电极的侧面的急剧消耗，且更可靠地防止端头从接地电极的剥离。火花塞(1)具备：绝缘子(2)；中心电极(5)；主体配件(3)；接地电极(27)，配置于主体配件(3)的前端部，在与中心电极(5)的前端部之间形成间隙(33)；及接地电极侧端头(32)，自身的至少一部分接合于接地电极(27)的两侧面(27S1)、(27S2)中的至少配置于燃料气体的下游方向的面。设间隙(33)的大小为G(mm)时，将接地电极侧端头(32)的放电面(32A)投影到包含中心电极(5)的前端面(5F)的第一虚拟平面(VS1)时，在第一虚拟平面(VS1)中，放电面(32A)的投影区域PR1的至少一部分位于距中心电极(5)的前端面(5F)外周2.5G的范围内。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及使用于内燃机等的火花塞。

背景技术

使用于内燃机等的火花塞例如具备：绝缘体，具有沿轴线延伸的轴孔；中心电极，插入设置于上述轴孔的前端侧；筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；及棒状的接地电极，固定于上述主体配件的前端部。另外，在接地电极的前端部与中心电极的前端部之间形成间隙，通过在该间隙施加电压，从而使火花放电产生。

并且近年来，为了实现对火花放电的耐消耗性的提高，提议了如下技术(例如参照专利文献1等)：在接地电极中的与中心电极的前端部相对的面(相对面)接合由贵金属合金等耐久性优异的金属构成的端头，在该端头与中心电极的前端部之间形成上述间隙。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-69376号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，受到流过燃烧室内的燃料气体的影响，有在上述间隙产生的火花放电向接地电极中的与上述相对面相邻的侧面一方偏斜的担忧。这样火花放电偏斜的话，在接地电极中的不存在端头的侧面侧的部位与中心电极的前端部之间形成火花放电，接地电极的侧面急剧消耗。其结果，招致火花放电所需的电压(要求电压)的急剧增大，有从使用开始到较早的时期无法使火花放电产生(即发生失火)的担忧。

进一步，在接地电极的上述相对面接合端头的情况下，燃料气体容易直接接触端头，端头容易急速冷却。端头急速冷却的话，在端头及接地电极间产生的热应力差变大。其结果，在端头及接地电极的接合部分产生裂纹，有端头从接地电极剥离的担忧。

并且，为了实现燃油经济性能的提高，在以燃烧室内的燃料气体更快速流动的方式构成的内燃机中，燃料气体更容易偏斜，此外端头更容易急速地冷却。因此，有接地电极的侧面极急剧地消耗，端头容易从接地电极剥离的担忧。

本发明是鉴于上述事情完成的，其目的在于提供一种火花塞，其能够有效抑制火花放电的偏斜引起的接地电极的侧面的急剧消耗，且更可靠地防止端头从接地电极的剥离。

用于解决课题的手段

以下，分项对适用于解决上述目的的各结构进行说明。此外，根据需要对对应的结构附记特有的作用效果。

结构1.本结构的火花塞具备：

筒状的绝缘体，具有沿轴线方向贯通的轴孔；

中心电极，插入设置在上述轴孔的前端侧；

筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；及

接地电极，配置于上述主体配件的前端部，在该接地电极与上述中心电极的前端部之间形成间隙，

上述火花塞的特征在于，

上述火花塞具有端头，该端头自身的至少一部分接合于上述接地电极的两侧面中的至少配置于燃料气体的下游方向的面，

设上述间隙的大小为G(mm)时，

沿上述轴线将上述端头的放电面投影到包含上述中心电极的前端面的虚拟平面时，在上述虚拟平面中，上述放电面的投影区域的至少一部分位于距上述中心电极的前端面外周2.5G的范围内。

并且，“间隙的大小G”是指，从包含中心电极的前端面的虚拟平面至包含接地电极的与上述中心电极相对的面(相对面)的虚拟平面的最短距离。另外，“接地电极的侧面”是指，接地电极的与上述相对面相邻的面中除接地电极的前端面以外的面。并且，“放电面”是指，端头中的位于朝向接地电极的接合面(接地电极的侧面中的接合端头的面)的面的背后的面。

另外，“配置于燃料气体的下游方向的面”根据内燃机(发动机)的形式而不同，但一般是，接地电极的、相邻于与中心电极的相对面的侧面中、未在这些两侧面设置端头的情况下，相对于其他侧面消耗进展的侧面。

根据上述结构1，在接地电极中的配置于燃料气体的下游方向的面接合端头。即，在与偏斜的火花放电对应的位置设置端头。另外，构成为将端头的放电面投影到包含中心电极的前端面的虚拟平面时，放电面的投影区域的至少一部分位于距中心电极的前端面外周2.5G的范围内。即，以上述放电面的至少一部分位于接地电极中的与中心电极之间可以形成火花放电的部位的方式构成。根据这些结构，在燃料气体引起火花放电偏斜时，能够在端头与中心电极之间更可靠地形成火花放电。其结果，能够有效抑制伴随火花放电的偏斜引起的接地电极的侧面急剧地消耗，能够长时间防止失火的发生。

另外，根据上述结构1，能够抑制燃料气体直接接触端头，能够更可靠地防止端头的急剧冷却。因此，能够有效使冷却时在接地电极与端头之间产生的热应力差降低。其结果，能够有效抑制接地电极及端头的接合部分的裂纹的产生，能够更可靠地防止端头从接地电极的剥离。

结构2.本结构的火花塞根据上述结构1，其特征在于，

上述端头的厚度为0.1mm以上，

从与上述轴线正交的方向将上述端头的距接合于上述接地电极的面0.1mm以上的部分投影到包含上述接地电极中的接合上述端头的上述侧面的第二虚拟平面时，上述部分的投影区域的面积为0.1mm²以上。

并且，“端头的厚度”是指以端头的接合于接地电极的侧面的面为基准的端头的最大厚度。

根据上述结构2，能够充分确保端头的消耗体积，能够进一步提高耐消耗性。

结构3.本结构的火花塞根据上述结构1或2，其特征在于，

以上述中心电极的前端面为基准，设上述燃料气体的下游方向为+侧，上述燃料气体的上游方向为-侧时，

从上述中心电极的前端面至上述端头的上述放电面的沿与上述轴线正交的方向的最短距离为+1.5mm以下。

根据上述结构3，沿火花放电的偏斜方向的从中心电极的前端面至端头的放电面的距离充分小，进而沿上述偏斜方向的从中心电极的前端面至接地电极的侧面(接合有端头的面)的距离为充分小。因此，能够更可靠地防止偏斜的火花放电(火焰核心)的成长被接地电极阻碍，能够使火花放电(火焰核心)进一步大幅成长。其结果，能够实现优异的引燃性。

结构4.本结构的火花塞根据上述结构1至3中任一项，其特征在于，

上述端头的一部分配置于上述接地电极中的位于上述中心电极侧的相对面及位于该相对面的背后的背面中的至少一方。

根据上述结构4，能够进一步提高对接地电极的端头的接合强度，能够使端头的耐剥离性进一步提高。

结构5.本结构的火花塞根据上述结构1至4中任一项，其特征在于，

上述端头的一部分比上述接地电极中的位于上述中心电极侧的相对面向上述中心电极侧突出。

根据上述结构5，在火花放电偏斜时，能够在端头与中心电极之间更可靠地形成火花放电。其结果，能够更可靠地抑制伴随火花放电引起的接地电极的消耗。

另外，在火花放电偏斜时，能够使火花放电接触端头的从上述相对面突出的部位，能够防止火花放电的进一步偏斜。由此，能够更长时间维持火花放电，能够有效抑制失火的发生。其结果，能够实现引燃性的进一步提高。

结构6.本结构的火花塞根据上述结构1至5中任一项，其特征在于，

上述端头仅接合于上述接地电极的两侧面中的配置于上述燃料气体的下游方向的面。

通过在接地电极的两侧面设置端头，即使在如火花塞相对于内燃机等的安装位置偏离正常位置的情况(例如，在火花塞以相比正常位置旋转的状态安装到内燃机等的情况)下，也能够更可靠在接地电极中的配置于燃料气体的下游方向的面设置端头。

然而，在接地电极的两侧面设置端头的话，有因配置于燃料气体的上游方向的端头阻碍燃料气体流入间隙的担忧。另外，配置于燃料气体的上游方向的端头容易通过燃料气体急剧冷却，容易剥离。并且，有剥离的端头进入间隙，从而招致失火的担忧。进一步，伴随设置多个端头有成本增大的担忧。

鉴于该点，根据上述结构6，以仅在接地电极中的配置于燃料气体的下游方向的面接合端头的方式构成。因此，能够使燃料气体顺畅地流入间隙，能够实现引燃性的进一步提高。另外，能够更可靠地防止伴随端头的剥离的失火的发生，且能够实现成本的抑制。

结构7.本结构的火花塞的安装构造是安装有上述结构1至6中任一项的火花塞的内燃机而成的，其特征在于，

上述端头接合于上述接地电极的两侧面中的至少配置于上述燃料气体的下游方向的面。

根据上述结构7的安装构造，能够防止燃料气体直接接触火花塞的端头，能够更可靠地防止端头的急剧冷却。因此，能够有效使冷却时在接地电极与端头之间产生的热应力差降低。其结果，能够有效抑制接地电极及端头的接合部分的裂纹的产生，能够更可靠地防止端头从接地电极的剥离。

附图说明

图1是表示火花塞的结构的局部剖切主视图。

图2是表示火花塞的前端部的结构的局部剖切放大主视图。

图3是表示火花塞的前端部的结构的放大剖视图。

图4是表示安装于内燃机的火花塞的示意图。

图5是表示接地电极侧端头等的部分放大立体图。

图6是表示接地电极侧端头的其他例的部分放大立体图。

图7是表示投影于第一虚拟平面的放电面的投影区域等的投影图。

图8是表示接地电极侧端头的厚度等的示意图。

图9是用于说明最短距离K的放大剖视图。

图10是表示放电发生距离与间隙的大小的关系的曲线图。

图11是表示放电电压的时间变化的曲线图。

图12是表示最短距离K与界限空燃比的关系的曲线图。

图13是表示其他实施方式中的接地电极侧端头的结构的放大剖视图。

图14是表示其他实施方式中的接地电极侧端头的结构的放大剖视图。

图15是表示其他实施方式中的接地电极侧端头的结构的放大立体图。

图16是表示其他实施方式中的设置于接地电极的前端面的前端侧端头等的放大立体图。

图17是表示其他实施方式中的接地电极侧端头的结构的放大剖视图。

图18是表示其他实施方式中的接地电极侧端头的结构的放大剖视图。

图19是表示其他实施方式中的接地电极侧端头的结构的放大立体图。

图20是表示其他实施方式中的接地电极侧端头的结构的放大立体图。

具体实施方式

图1是表示火花塞1的局部剖切主视图。并且，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向作为附图的上下方向，下侧作为火花塞1的前端侧，上侧作为后端侧进行说明。

火花塞1由筒状绝缘体的绝缘子2和保持绝缘子2的筒状的主体配件3等构成。

众所周知，绝缘子2通过烧结氧化铝等而形成，在其外形部具备：形成于后端侧的后端侧主体部10；在比该后端侧主体部10靠前端侧沿径向向外突出形成的大径部11；在比该大径部11靠前端侧形成为比其细径的中间主体部12；和在比该中间主体部12靠前端侧形成为比其细径的长腿部13。此外，在绝缘子2中，大径部11、中间主体部12、以及大部分的长腿部13容纳于主体配件3的内部。另一方面，绝缘子2的前端部比主体配件3的前端靠前端侧突出。并且，在中间主体部12与长腿部13的连接部形成锥形的台阶部14，绝缘子2通过该台阶部14卡定在主体配件3上。

进一步，在绝缘子2中沿轴线CL1贯通形成轴孔4，在该轴孔4的前端侧插入设置中心电极5。该中心电极5由内层5A和外层5B构成，其中，内层5A由导热性优异的金属〔例如，铜、铜合金、纯镍(Ni)等〕构成，外层5B由以Ni为主成分的合金构成。进一步，中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，从绝缘子2的前端突出。另外，在中心电极5的前端部设置由预定的金属〔例如，铱(Ir)、铂(Pt)、銠(Rh)、钌(Ru)、铼(Re)、钨(W)、钯(Pd)或以这些中的至少一种为主成分的合金等〕构成且前端面平坦的圆柱状的中心电极侧端头31。

此外，端子电极6以从绝缘子2的后端突出的状态插入并固定在轴孔4的后端侧。

进一步，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配置有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部经由导电性的玻璃密封层8、9分别与中心电极5和端子电极6电连接。

此外，上述主体配件3由低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面形成用于将火花塞1安装到预定的装置内燃机等的安装孔的螺纹部(外螺纹部)15。另外，在比螺纹部15靠后端侧径向形成凸缘状的基座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈17嵌入环状的衬垫18。进一步，在主体配件3的后端侧设置有将主体配件3安装到内燃机等时，用于卡合扳手等工具的剖面六边形的工具卡合部19，且在后端部设置有用于保持绝缘子2的压紧部20。

另外，在主体配件3的内周设置有用于卡定绝缘子2的锥形的台阶部21。并且，绝缘子2相对于主体配件3从其后端侧向前端侧插入，以自身的台阶部14卡定于主体配件3的台阶部21的状态，将主体配件3的后端侧开口部压紧到径向内侧，即通过形成上述压紧部20来固定绝缘子2。并且，在台阶部14、21间介入圆环状的密封片22。由此，保持燃烧室内的气密性，以使进入到暴露于燃烧室内的绝缘子2的长腿部13与主体配件3的内周面之间的间隙的燃料气体不泄露到外部。

进一步，为了使压紧所产生的密闭更完善，在主体配件3的后端侧，在主体配件3与绝缘子2之间介入环状的环构件23、24，在环构件23、24间填充有滑石(talc)25的粉末。即，主体配件3通过密封片22、环构件23、24及滑石25来保持绝缘子2。

另外，如图2所述，在主体配件3的前端部26接合棒状的接地电极27，该棒状的接地电极27在大致中间弯折且其前端部与中心电极5的前端部(中心电极侧端头31)相对。接地电极27由以Ni为主成分的合金(例如，以Ni为主成分，含有硅、铝及稀土类元素的至少一种的合金)构成，在接地电极27的前端部与中心电极5的前端部(中心电极侧端头31)之间形成间隙33。在本实施方式中，间隙33的大小G为预定范围内(例如，0.2mm以上2mm以下)。并且，如图3所示，“间隙33的大小G”是指，从包含中心电极5的前端面5F的第一虚拟平面VS1(相当于本发明的“虚拟平面”)至包含接地电极27中的与中心电极5的前端面5F相对的面即相对面27F的第三虚拟平面VS3的最短距离。

另外，在本实施方式中，如图4(图4中粗线所示箭头表示燃料气体的流向)所示，通过将螺纹部15的螺纹牙相对于主体配件3中的固定有接地电极27的部位的相对的形成位置设为与形成于内燃机EN的安装孔HO的内螺纹部FS的切削开始的位置等对应的位置，从而构成为在将火花塞1安装到内燃机EN时，在对燃烧室ER供给燃料气体的燃料供给装置FJ与间隙33之间不配置接地电极27。由此，由于接地电极27的存在所以能够阻碍对上述间隙33的燃料气体的供给，防止流过间隙33的气流产生混乱，能够实现良好的引燃性。并且，在本实施方式中，为了实现燃油经济性能的提高等，内燃机EN以燃烧室ER内燃料气体的流动较快(例如，为10m/s以上)的方式构成。

进一步，在内燃机EN安装火花塞1时，接地电极27配置于上述的位置，因此如图5(图5中粗线所示箭头表示燃料气体的流向)所示，接地电极27的两侧面27S1、27S2中的一方配置于燃料气体的上游方向，两侧面27S1、27S2中的另一方配置于燃料气体的下游方向。因此，在上述间隙33施加电压来产生火花放电的情况下，燃料气体会引起火花放电偏斜。火花放电偏斜的话，在接地电极27中的配置于燃料气体的下游方向的侧面与中心电极5(中心电极侧端头31)的前端部之间形成火花放电。其结果，有伴随着火花放电，接地电极27中的配置于燃料气体的下游方向的侧面过于消耗的担忧。

因此，在本实施方式中，为了防止接地电极27的过于消耗，在配置于接地电极27的两侧面27S1、27S2中的至少燃料气体的下游方向的面(在本实施方式中为侧面27S1)接合长方形的接地电极侧端头32。接地电极侧端头32由耐消耗性优异的金属(例如，Ir、Pt、Rh、Ru、Re、W、Pd或以这些中的至少一种为主成分的合金等)构成，通过电阻焊接等，以埋没于接地电极27的状态接合于接地电极27。另外，在本实施方式中，仅在配置于燃料气体的下游方向的面27S1接合接地电极侧端头32。进一步，接地电极侧端头32中的位于中心电极5侧的面以与接地电极27的相对面27F处于同一平面的方式构成。

并且，接地电极侧端头32的形状没有特别限定，例如，如图6所示，接地电极侧端头41也可以呈圆柱状。

此外，在本实施方式中，如图7所示，沿轴线CL1将接地电极侧端头32的放电面32A投影到上述第一虚拟平面VS1时，在第一虚拟平面VS1中，放电面32A的投影区域PR1(图7中，粗线所示的部位)的至少一部分构成为位于距中心电极5的前端面5F外周2.5G的范围RA(图7中标记点状图案的部位)内。并且，如图5等所示，“放电面32A”是指接地电极侧端头32中的位于朝向接地电极27的接合面(接地电极27的侧面27S1、27S2中的配置于燃料气体的下游方向且接合有接地电极侧端头32的面，在本实施方式中为侧面27S1)的面的背后的面。

另外，如图8所示，接地电极侧端头32的厚度T(更详细而言，以接地电极侧端头32中接合于侧面27S1的面为基准的接地电极侧端头32的最大厚度)为0.1mm以上。

进一步，将沿上述接地电极侧端头32的厚度方向的距接地电极侧端头32中的接合于接地电极27的面0.1mm以上的部分32P(图8中标记点状图案的部位)从与轴线CL1正交的方向投影到包含接地电极27的侧面27S1(接合端头32的面)的第二虚拟平面VS2时，上述部分32P的投影区域PR2(图8中标记斜线的部位)的面积S为0.1mm²以上。即，接地电极侧端头32为充分的厚壁，且位于放电面32A侧的部位的剖面积为充分大。

进一步，如图9(图9中粗线所示箭头表示燃料气体的流向)所示，以中心电极5的前端面5F为基准，设燃料气体的下游方向为+侧，燃料气体的上游方向为-侧时，从中心电极5的前端面5F至上述放电面32A的沿与轴线CL1正交的方向的最短距离K为+1.5mm以下。即，燃料气体引起的偏斜的火花放电(火焰核心)在成长时，以其成长尽可能不被接地电极27抑制的方式构成。并且，在放电面32A位于中心电极5的前端面5F上的情况(更详细而言，放电面32A位于沿轴线CL1使前端面5F的外周延长所形成的虚拟面上或比该虚拟面靠内侧的情况)下，最短距离K为0.0mm。

如上所述，根据本实施方式，在接地电极27中的配置于燃料气体的下游方向的侧面27S1接合接地电极侧端头32。即，在与偏斜的火花放电对应的位置设置接地电极侧端头32。另外，在放电面32A投影到第一虚拟平面VS1时，放电面32A的投影区域PR1的至少一部分构成为位于距中心电极5的前端面5F外周2.5G的范围RA内。即，放电面32A的至少一部分构成为位于接地电极27中的与中心电极5之间可以形成火花放电的部位。通过这些结构，在燃料气体引起火花放电偏斜时，能够在接地电极侧端头32与中心电极5之间形成火花放电。其结果，能够有效抑制伴随火花放电的偏斜而接地电极27的侧面27S1急剧地消耗，能够长时间防止失火的发生。

另外，根据本实施方式，能够抑制燃料气体直接接触接地电极侧端头32，能够更可靠地防止接地电极侧端头32的急剧冷却。因此，能够有效使冷却时在接地电极27与接地电极侧端头32之间产生的热应力差降低。其结果，能够有效抑制在接地电极27及接地电极侧端头32的接合部分的裂纹的产生，能够更可靠地防止接地电极侧端头32的剥离。

特别如本实施方式，在以燃料气体的流动变快(例如为10m/s以上)的方式构成的内燃机EN安装火花塞1的情况下，更有接地电极27的过于消耗、接地电极侧端头32的剥离的担忧，但通过上述的结构，能够更可靠地防止接地电极27的过于消耗、接地电极侧端头32的剥离。换言之，在接地电极27的侧面27S1、27S2中的至少配置于燃料气体的下游方向的侧面接合接地电极侧端头31对以燃料气体的流动变快(例如为10m/s以上)的方式构成的内燃机EN所使用的火花塞特别有效。

此外，在本实施方式中，接地电极侧端头32的厚度T为0.1mm以上，上述面积S为0.1mm²以上。因此，能够充分确保接地电极侧端头32的消耗体积，能够使耐消耗性进一步提高。

进一步，上述最短距离K为+1.5mm以下，沿火花放电的偏斜方向的从中心电极5的前端面5F至接地电极27的侧面27S1的距离充分小。因此，能够更可靠地防止偏斜的火花放电(火焰核心)的成长被接地电极27阻碍，能够使火花放电(火焰核心)更大幅度地成长。其结果，能够实现优异的引燃性。

同时，仅在接地电极27中的配置于燃料气体的下游方向的侧面27S1接合接地电极侧端头32，因此能够使燃料气体顺畅地流入间隙33，能够实现引燃性的进一步提高。

接着，为了确认通过上述实施方式起到的作用效果，制作了在接地电极的相对面接合接地电极侧端头的火花塞的样品1(相当于比较例)与在接地电极中的配置于燃料气体的下游方向的侧面接合接地电极侧端头的火花塞的样品2(相当于实施例)，对两样品进行机上冷热试验。机上冷热试验的概要如下。即，在大气气氛下，通过燃烧器对样品加热2分钟使接地电极侧端头的周围的温度成为1000℃后，对接地电极的侧面(在样品2中为与接合有端头的侧面相反侧的侧面)吹1分钟假设为燃料气体的空气作为1次循环，实施1000次循环。并且，在1000次循环结束后通过观察样品剖面，从而计测在该边界部分形成的氧化皮的长度相对于接地电极与接地电极侧端头的边界部分的长度的比例(氧化皮比例)。表1分别示出了两样品的氧化皮比例。

并且，各样品的中心电极的前端面的外径为0.8mm。另外，接地电极的厚度为1.5mm，宽度为2.8mm。进一步，接地电极侧端头为圆柱状，其厚度为0.3mm，其外径为0.7mm。

[表1]

如表1所示，可知在样品2中，氧化皮比例为充分小，能够更可靠地防止接地电极侧端头从接地电极剥离。我们认为这是因为，抑制空气(燃料气体)引起的接地电极侧端头的急冷，其结果，有效降低在接地电极与接地电极侧端头之间产生的热应力差。

根据上述试验的结果，为了实现接地电极侧端头的剥离防止，优选的是：在接地电极的两侧面中的配置于燃料气体的下游方向的侧面接合接地电极侧端头。

接着，制作间隙的大小G为0.8mm、1.1mm或1.5mm的火花塞的样品，且以中心电极为负极性，接地电极为正极性来产生火花放电的方式连接各样品与电源装置。接着，对间隙吹10m/s以上的流速的空气，在1MPa的大气气氛下对样品施加电压(并且，施加电压的频率为100Hz，进行每一分钟6000次的火花放电)。并且，特定接地电极中的与中心电极之间形成火花放电的部位且最远离中心电极的前端面外周的部位，并且测定从特定的部位至中心电极的前端面外周的沿与轴线正交的方向的距离(放电发生距离)。并且，该放电发生距离的大小相当于接地电极中的与中心电极之间可以形成火花放电的范围(即，能够产生火花放电引起的消耗的范围)的大小。

图10表示示出间隙的大小G与放电发生距离的关系的曲线图。并且，各样品的中心电极的前端面的外径为0.8mm。另外，接地电极的厚度为1.5mm，宽度为2.8mm。进一步，接地电极侧端头为圆柱状，其厚度为0.3mm，其外径为0.7mm。

如图10所示，确认了放电发生距离为间隙的大小G的2.5倍。即，确认了如下内容：在取将从中心电极的前端面外周向外周侧间隔2.5G的环状部分沿轴线方向前端侧延伸而成的虚拟面时，接地电极中位于上述虚拟面内的部分为会伴随火花放电而产生消耗的部分。

根据上述结果，可以说优选的是，构成为在设置接地电极侧端头时，接地电极侧端头的放电面的至少一部分位于接地电极中的位于上述虚拟面内的部分。换言之，可以说优选的是，构成为在沿轴线将接地电极侧端头的放电面投影到包含中心电极的前端面的虚拟平面时，在上述虚拟平面中，放电面的投影部分的至少一部分位于距中心电极的前端面外周2.5G的范围内。

接着，制作无端头的样品与有端头的样品A、B，对各样品进行机上火花耐久试验。机上火花耐久试验的概要如下。即，在以中心电极为负极性、接地电极为正极性来产生火花放电的方式连接各样品与电源装置的基础上，对间隙吹10m/s以上的流速的空气，在1MPa的大气气氛下对样品施加电压最长达100小时(并且，施加电压的频率为100Hz，进行每一分钟6000次的火花放电)。并且，在每个预定时间测定各样品的放电电压的时间变化。

图11示出了该试验的结果。并且，图11中，无端头的样品的试验结果以圆标记表示，有端头的样品A的试验结果以三角标记表示，有端头的样品B的试验结果以方形标记表示。另外，在图11中，失火发生以空心标记表示。

并且，无端头的样品为不设置接地电极侧端头而构成的火花塞的样品。另外，有端头的样品A为如下火花塞的样品：在接地电极中的配置于燃料气体(在本试验中为空气)的下游方向的侧面设置接地电极侧端头且接地电极侧端头的厚度T为0.1mm，上述面积S为0.05mm²。进一步，有端头的样品B为如下火花塞的样品：在接地电极中的配置于燃料气体(在本试验中为空气)的下游方向的侧面设置接地电极侧端头且接地电极侧端头的厚度T为0.1mm，上述面积S为0.1mm²。

如图11所示，可知厚度T为0.1mm，面积S为0.1mm²的样品(有端头的样品B)即使使放电产生100小时也不发生失火，放电电压的上升抑制效果优异。

根据上述试验的结果，从使耐消耗性进一步提高，有效抑制放电电压的上升的观点看，可以说优选的是接地电极侧端头的厚度T为0.1mm以上且上述面积S为0.1mm²以上。

接着，沿制作对最短距离K进行了各种各样的变更的火花塞的样品，对各样品进行引燃界限评价试验，该最短距离K(mm)是：在以中心电极的前端面为基准，设燃料气体的下游方向为+侧，燃料气体的上游方向为-侧时，从中心电极的前端面至接地电极侧端头的放电面的沿与轴线正交的方向的最短距离。引燃界限评价试验的概要如下。即，在将各样品安装到预定的发动机的基础上，使上述发动机以旋转数2000rpm动作，且使燃料气体的空燃比(A/F)渐渐减少。并且，测定在对样品施加1000次电压时，失火发生10次时的空燃比(界限空燃比)。图12示出了该试验的结果。并且，可以说界限空燃比越大，引燃性越优异。

如图12所示，可知最短距离K为+1.5mm以下时，界限空燃比显著增大，能够实现优异的引燃性。我们认为这是因为有效抑制了接地电极引起的火花放电的成长阻碍。

根据上述试验的结果，为了实现优异的引燃性，可以说优选的是从中心电极的前端面至接地电极侧端头的放电面的沿与轴线正交的方向的最短距离K为+1.5mm以下。

并且，不限定于上述实施方式的记载，例如可以由如下实施。当然，也可以是在以下未例示的其他的应用例、变更例。

(a)在上述实施方式中，以接地电极侧端头32中的位于中心电极5侧的面与接地电极27的相对面27F处于同一平面的方式构成，但接地电极侧端头32相对于相对面27F的相对位置并不限定于此。因此，例如，如图13所示，也可以以接地电极侧端头42的整个区域位于比上述相对面27F远离中心电极5侧的方式构成。

并且，在这样构成的情况下，从更可靠地防止接地电极27的消耗的观点看，优选使接地电极侧端头的位于中心电极5侧的面充分接近相对面27F。因此，优选使接地电极侧端头中的位于中心电极5侧的面与相对面27F之间的距离为接合有接地电极侧端头的部分中的接地电极27的厚度的一半以下，更优选为上述厚度的1/4以下。

另外，如图14所示，也可以以接地电极侧端头43的一部分比上述相对面27F靠中心电极5侧突出的方式构成。通过这样构成，在火花放电偏斜时，能够在接地电极侧端头43与中心电极5之间更可靠地形成火花放电。其结果，能够更可靠地防止伴随火花放电的接地电极27的消耗。另外，在火花放电偏斜时，通过能够使火花放电接触接地电极侧端头43中的从上述相对面27F突出的部位，能够防止火花放电的进一步的偏斜。由此，能够更长时间维持火花放电，能够有效抑制失火的发生。其结果，能够实现引燃性的进一步的提高。

(b)在上述实施方式中，接地电极侧端头32仅接合于接地电极27的侧面27S1，但如图15所示，也可以在两侧面27S1、27S2接合接地电极侧端头44、45。另外，如图16所示，也可以在接地电极27的侧面27S1、27S2中的至少配置于燃料气体的下游方向的侧面接合接地电极侧端头46且在接地电极27的前端面27A接合由预定的金属(例如，Ir、Pt、Rh、Ru、Re、W、Pd或以这些中的至少一种为主成分的合金等)构成的前端面端头47。

(c)如图17所示，也可以以将接地电极侧端头48的一部分配置到接地电极27中的位于中心电极5侧的相对面27F的方式构成。另外，如图18所示，也可以以将接地电极侧端头49的一部分配置到接地电极27中的位于上述相对面27F的背后的背面27B的方式构成。进一步，也可以以将接地电极侧端头的一部分配置到上述相对面27F及背面27B双方的方式构成。在该情况下，能够进一步提高接地电极侧端头与接地电极27的接合强度，能够更可靠地防止接地电极侧端头的剥离。

(d)在上述实施方式中，接地电极侧端头32为埋没于接地电极27的状态，但如图19及图20所示，也可以以接地电极侧端头50、51的至少一部分从接地电极27的侧面27S1突出的方式构成。

(e)在上述实施方式中，接地电极27由单一的金属构成，但也可以是如下结构：在接地电极27的内部设置由导热性优异的铜、铜合金等构成内层，接地电极27为由外层及内层构成的多层构造。

(f)在上述实施方式中，对在主体配件3的前端部26接合接地电极27的情况进行了具体化，但也可以适用于削出主体配件的一部分(或者预先焊接到主体配件的前端配件的一部分)的方式来形成接地电极的情况(例如日本特开2006-236906号公报等)。

(g)在上述实施方式中，工具卡合部19为剖面六边形状，但工具卡合部19的形状并不限定于这样的形状。也可以是例如Bi-HEX(变形12边)形状(ISO22977：2005(E))等。

标号说明

1…火花塞

2…绝缘子(绝缘体)

3…主体配件

4…轴孔

5…中心电极

5F…(中心电极的)前端面

27…接地电极

27B…(接地电极的)背面

27F…(接地电极的)相对面

27S1、27S2…(接地电极的)侧面

32…接地电极侧端头(端头)

32A…放电面

33…间隙

VS1…第一虚拟平面(虚拟平面)

VS2…第二虚拟平面

CL1…轴线

PR1…放电面的投影区域

Claims (7)

1.一种火花塞，具备：

筒状的绝缘体，具有沿轴线方向贯通的轴孔；

中心电极，插入设置在上述轴孔的前端侧；

筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；及

接地电极，配置于上述主体配件的前端部，在该接地电极与上述中心电极的前端部之间形成间隙，

上述火花塞的特征在于，

上述火花塞具有端头，该端头自身的至少一部分接合于上述接地电极的两侧面中的至少配置于燃料气体的下游方向的面，

设上述间隙的大小为G(mm)时，

沿上述轴线将上述端头的放电面投影到包含上述中心电极的前端面的虚拟平面时，在上述虚拟平面中，上述放电面的投影区域的至少一部分位于距上述中心电极的前端面外周2.5G的范围内。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

上述端头的厚度为0.1mm以上，

从与上述轴线正交的方向将上述端头中的距接合于上述接地电极的面0.1mm以上的部分投影到包含上述接地电极中的接合上述端头的上述侧面的第二虚拟平面时，上述部分的投影区域的面积为0.1mm²以上。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

以上述中心电极的前端面为基准，设上述燃料气体的下游方向为+侧，上述燃料气体的上游方向为-侧时，

从上述中心电极的前端面至上述端头的上述放电面的沿与上述轴线正交的方向的最短距离为+1.5mm以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述端头的一部分配置于上述接地电极中的位于上述中心电极侧的相对面及位于该相对面的背后的背面中的至少一方。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述端头的一部分比上述接地电极中的位于上述中心电极侧的相对面向上述中心电极侧突出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述端头仅接合于上述接地电极的两侧面中的配置于上述燃料气体的下游方向的面。

7.一种火花塞的安装构造，将权利要求1至6中任一项所述的火花塞安装到内燃机而成，上述火花塞的安装构造的特征在于，

上述端头接合于上述接地电极的两侧面中的至少配置于上述燃料气体的下游方向的面。