JP2001068249A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐汚損性に優れてチャンネリングが生じにく
く、耐久性に極めて優れたスパークプラグを提供する。 【解決手段】 沿面放電型スパークプラグにおいて、中
心電極２と接地電極４との発火面形成部分２ｂ，４ａを
少なくとも、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上を
絶縁体侵食抑制成分として含有する金属材料にて構成す
る内燃機関に取り付け、一定以上の高速あるいは高負荷
の条件にて運転したときに、火花放電ギャップｇ１，ｇ
２における火花放電に伴い絶縁体２の先端部表面に、絶
縁体侵食抑制成分を含有した侵食抑制層３０が形成され
る。この侵食抑制層３０が形成されることにより、絶縁
体２は沿面放電火花のアタックから保護され、チャンネ
リングを極めて効果的に防止ないし抑制することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関用のス
パークプラグに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、耐汚損性を改善した内燃機関用の
スパークプラグとして沿面放電型スパークプラグと呼ば
れるものが知られている。これは、火花放電ギャップに
て発生する火花が、常時あるいは条件により、絶縁体表
面を経由した沿面放電形態にて伝播するように構成した
ものである。例えばセミ沿面放電型スパークプラグと称
されるものは、中心電極と、その周りを覆う絶縁体と、
先端の発火面が中心電極の側面と対向するように配置さ
れた接地電極とを備えるが、絶縁体の先端部は中心電極
と接地電極の発火面との間（すなわち、火花放電ギャッ
プ）に入り込む位置関係で配置されている。そして、沿
面放電時には、接地電極発火面と絶縁体表面との間が気
中放電となる以外は、絶縁体先端面の表面に沿う形態に
て飛火する形となる。スパークプラグは、例えばプレデ
リバリ時のように電極温度が４５０℃以下の低温環境で
長時間使用されると、いわゆる「燻り」や「かぶり」の
状態となり、絶縁体表面がカーボンなどの導電性汚損物
質で覆われて作動不良が生じやすくなる。しかしなが
ら、上記沿面放電型のスパークプラグによれば、絶縁体
表面を這う形で火花放電が生ずるため、汚損物質が絶え
ず焼き切られる形となり、気中放電型のスパークプラグ
と比べて耐汚損性が向上する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、沿面放
電型のスパークプラグでは、絶縁体の表面を這う火花が
頻繁に発生するため、絶縁体の表面が溝状に削られる、
いわゆるチャンネリングが生じやすくなることが知られ
ている。チャンネリングが進行すると、スパークプラグ
の耐熱性が損なわれたり、あるいは信頼性が低下するな
どの不具合が生じたりしやすくなる。このようなチャン
ネリングは、高速あるいは高負荷運転時に特に生じやす
い。近年はエンジンの高出力化に伴い、さらに耐久性に
優れたスパークプラグが求められており、チャンネリン
グの防止ないし抑制に対する要求も厳しくなってきてい
る。

【０００４】本発明の課題は、耐汚損性に優れてしかも
チャンネリングが生じにくく、良好な耐久性を有するス
パークプラグを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明のスパークプラグの第一の
構成は、中心電極と、中心電極の先端部を自身の先端面
に露出させる形にて、該中心電極の外側に配置される絶
縁体と、中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを
形成するとともに、当該火花放電ギャップにて絶縁体の
先端部表面に沿う沿面火花放電が可能となるように、絶
縁体先端部及び中心電極先端部との間の位置関係が定め
られた接地電極とを備え、絶縁体先端部表面に、侵食抑
制層を形成することにより、沿面火花放電に伴う絶縁体
先端部表面の侵食を抑制するようにしたことを特徴とす
る。

【０００６】絶縁体の表面に侵食抑制層を形成すること
により、絶縁体は沿面放電火花のアタックから保護さ
れ、チャンネリングを極めて効果的に防止ないし抑制す
ることができる。

【０００７】侵食抑制層は、スパークプラグの使用に先
立って絶縁体先端部表面に予め形成しておくこともでき
るし、中心電極及び／又は接地電極が侵食抑制層の形成
成分を含んだものとして構成しておき、火花放電ギャッ
プにおける火花放電に伴い絶縁体先端部表面に、電極に
含有される侵食抑制層の形成成分に由来した侵食抑制層
が自然形成されるようにしてもよい。もちろん、この両
者を併用した構成も可能である。特に後者の方式では、
侵食抑制層が火花のアタックにより徐々に消耗すること
があっても、スパークプラグの使用継続に伴い電極を成
分供給源として新たな侵食抑制層が形成されるので、効
果の持続時間に優れる。

【０００８】侵食抑制層は絶縁体侵食抑制成分として、
Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上を含有するもの
として構成できる。これにより、絶縁体を沿面放電火花
のアタックから保護し、チャンネリングを防止ないし抑
制する効果が一層高められる。

【０００９】本発明のスパークプラグは、中心電極と、
中心電極の先端部を自身の先端面に露出させる形にて、
該中心電極の外側に配置される絶縁体と、中心電極の先
端部との間に火花放電ギャップを形成するとともに、当
該火花放電ギャップにて絶縁体の先端部表面に沿う沿面
火花放電が可能となるように、絶縁体先端部及び中心電
極先端部との間の位置関係が定められた接地電極とを備
え、中心電極及び／又は接地電極は、火花放電ギャップ
に面する発火面の形成部分が少なくとも、Ｆｅ、Ｃｒ及
びＣｕの少なくとも１以上を絶縁体侵食抑制成分として
含有する金属材料にて構成され、火花放電ギャップにお
ける火花放電に伴い絶縁体先端部表面に、絶縁体侵食抑
制成分を含有した侵食抑制層を形成することにより、沿
面火花放電に伴う絶縁体先端部表面の侵食を抑制するよ
うに構成することができる。

【００１０】このスパークプラグは、いわゆる沿面放電
型スパークプラグとして構成されており、その中心電極
と接地電極とのいずれか一方又は双方において、火花放
電ギャップに面する発火面の形成部分を少なくとも、Ｆ
ｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上を絶縁体侵食抑制
成分として含有する金属材料にて構成している。本発明
者らが鋭意検討したところによると、このようなスパー
クプラグを内燃機関に取り付け、一定以上の高速あるい
は高負荷の条件にて運転したときに、火花放電ギャップ
における火花放電に伴い絶縁体先端部表面に、絶縁体侵
食抑制成分を含有した侵食抑制層が形成されることがわ
かった。そして、この侵食抑制層が形成されることによ
り、絶縁体は沿面放電火花のアタックから保護され、チ
ャンネリングを極めて効果的に防止ないし抑制すること
ができる。

【００１１】次に、中心電極の外径Ｄと、該中心電極が
挿通される貫通孔の内径ｄとの差ｄ−Ｄが、絶縁体の先
端位置から軸線方向に５ｍｍ離間した位置において０．
０７ｍｍ以上確保されていることが望ましい。また、本
発明のスパークプラグの第二の構成は、中心電極と、自
身に形成された貫通孔内に中心電極が軸線方向に挿入さ
れ、該中心電極の先端部を自身の先端面に露出させる絶
縁体と、中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを
形成するとともに、当該火花放電ギャップにて絶縁体の
先端部表面に沿う沿面火花放電が可能となるように、絶
縁体先端部及び中心電極先端部との間の位置関係が定め
られた接地電極とを備え、中心電極及び／又は接地電極
は、火花放電ギャップに面する発火面形成部分が少なく
とも、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上からなる
成分を絶縁体侵食抑制成分として含有する金属材料にて
構成され、火花放電ギャップにおける火花放電に伴い絶
縁体先端部表面に絶縁体侵食抑制成分を含有した侵食抑
制層が形成されるようになっており、かつ、中心電極の
外径Ｄと、該中心電極が挿通される貫通孔の内径ｄとの
差ｄ−Ｄが、絶縁体の先端位置から軸線方向に５ｍｍ離
間した位置において０．０７ｍｍ以上確保されているこ
とを特徴とする。

【００１２】上記の構成によれば、一定以上の高速ある
いは高負荷の条件にて運転したときに、火花放電ギャッ
プにおける火花放電に伴い絶縁体先端部表面に、絶縁体
侵食抑制成分を含有した侵食抑制層が形成されて絶縁体
が沿面放電火花のアタックから保護され、チャンネリン
グを極めて効果的に防止ないし抑制することができる。
この侵食抑制層の形成の要因については、以下のように
推測している。すなわち、火花放電の発生により火花放
電ギャップ近傍の気体分子がイオン化されるとともに、
そのイオンがギャップ間の電界勾配により加速されて電
極の発火面に衝突し、その金属成分をスパッタリングす
る。スパッタリングされた金属成分は直ちに酸化物とな
って絶縁体の表面に堆積し、侵食抑制層となるものと考
えられる。

【００１３】ここで、スパッタリング蒸発した金属成分
の酸化により生ずる反応生成物は、必ずしも全てが侵食
抑制層形成に寄与するのではなく、一部はダストとなっ
て、これが中心電極と絶縁体貫通孔との隙間に堆積する
ことがある。なお、侵食抑制層が沿面放電火花により部
分的に削られて、チャンネリングと同様の現象が生ずる
こともある。これに対し、上記本発明のスパークプラグ
では、削られた侵食抑制層は、放電面材料の蒸発酸化し
てできる反応生成物が新たに堆積して回復するので、絶
縁体部分にまでチャンネリングが進行することは生じに
くい。しかし、削られた侵食抑制層のダストが上記の隙
間に入り込んで堆積することは、同様に生じうる。いず
れにしろ、隙間量が小さいと、発生したダストが堆積し
て隙間に高密度に詰まり、例えば冷熱サイクルが繰り返
されたときに、金属製の中心電極とセラミック製の絶縁
体との膨張差によって、絶縁体に割れが生じたりする不
具合を生じることもありうる。

【００１４】しかしながら、本発明者等が鋭意検討した
結果、中心電極の外径と絶縁体貫通孔の内径との径差に
て表した隙間量を０．０７ｍｍ以上に確保することで、
隙間にダストが高密度に詰まることが抑制されることが
判明したのである。その結果、侵食抑制層形成により絶
縁体へのチャンネリングが抑制され、しかも、その侵食
抑制層形成に伴い発生するダストが、中心電極と絶縁体
との隙間に詰まりにくくなるから、冷熱サイクルが繰り
返された場合でも絶縁体に割れが生じたりする不具合も
同時に防止できる。なお、絶縁体の先端位置から軸線方
向に５ｍｍ離間した位置にて隙間量を規定している理由
は、以下の通りである。すなわち、スパークプラグは通
常、火花放電ギャップ、すなわち絶縁体の先端が下向き
となるようにシリンダヘッドに取り付けられ、ダストの
隙間への侵入も、燃焼圧力を受けて下側から上向きに押
し込まれる形で進行する。その結果、絶縁体の先端位置
からの距離にして５ｍｍ程度の位置にダストが最も溜ま
りやすくなるためである。

【００１５】なお、絶縁体への沿面放電火花のアタック
の強さ、ひいてはチャンネリングの生じやすさの傾向
は、電極への火花放電の電圧印加極性の相違によっても
影響を受ける。特に、中心電極側が正となるように火花
放電の電圧を印加する方が、負となるように電圧印加す
る場合よりもチャンネリングをより生じにくいので有利
である。この場合、絶縁体の先端位置から軸線方向に５
ｍｍ離間した位置における中心電極の外径Ｄと、該中心
電極が挿通される貫通孔の内径ｄとの差ｄ−Ｄは、中心
電極側が負となる極性にて電圧印加する場合は、上記の
通り０．０７ｍｍ以上とすることが望ましいが、正とな
る極性にて電圧印加する場合は、そのチャンネリング抑
制効果により発生するダスト量も少ないので、それより
も径差ｄ−Ｄを縮小すること、例えば０．０３ｍｍ以上
（望ましくは０．０４ｍｍ以上）とすることも可能であ
る。

【００１６】次に、侵食抑制層は、前述の通り、スパー
クプラグの使用に先立って、予め絶縁体表面に形成して
おくことができる。また、本発明のスパークプラグは、
中心電極と、中心電極の先端部を自身の先端面に露出さ
せる形にて、該中心電極の外側に配置される絶縁体と、
中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを形成する
とともに、当該火花放電ギャップにて絶縁体の先端部表
面に沿う沿面火花放電が可能となるように、絶縁体先端
部及び中心電極先端部との間の位置関係が定められた接
地電極とを備え、沿面火花放電の経路となる絶縁体先端
部表面に、無機系化合物を主体とする侵食抑制層が形成
され、その侵食抑制層により沿面火花放電に伴う絶縁体
先端部表面の侵食抑制を図るように構成することができ
る。

【００１７】この場合、侵食抑制層は、前記の絶縁体侵
食抑制成分（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ及びＳｎの少な
くとも１種）をカチオン成分とする酸化物系化合物（例
えば半導体性のもの）を主体に構成することができる。
侵食抑制層は、スパークプラグの使用に先立って絶縁体
表面に形成しておくわけであるから、放電面部の金属材
料に由来する成分を含有していることの必然性はなく、
例えば電極材料としては不適な低融点のＳｎ等を元素成
分として含有していてもさしつかえない。

【００１８】この構成においても、中心電極の外径Ｄ
と、該中心電極が挿通される貫通孔の内径ｄとの差ｄ−
Ｄが、絶縁体の先端位置から軸線方向に５ｍｍ離間した
位置において０．０７ｍｍ以上確保されていることが望
ましい。さらに、中心電極及び／又は接地電極は、火花
放電ギャップに面する発火面形成部分が少なくとも、Ｆ
ｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上からなる成分を絶
縁体侵食抑制成分として含有する金属材料にて構成する
ことができる。これによれば、火花放電ギャップにおけ
る火花放電に伴い絶縁体先端部表面に、絶縁体侵食抑制
成分を含有した反応生成物を、既に形成されている侵食
抑制層上に堆積させることで、侵食抑制層の沿面放電に
よる目減りが補われ、チャンネリング防止効果の持続性
が高められる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面に示す実施例により説明する。図１に示す本
発明の一例たるスパークプラグ１は、いわゆるセミ沿面
放電型スパークプラグとして構成され、筒状の主体金具
５、先端部が突出するようにその主体金具５に嵌め込ま
れた絶縁体３、その絶縁体３の内側に設けられた中心電
極２、及び主体金具５に基端側が結合され、絶縁体３の
先端部を間に挟んで中心電極２の側面と先端側が対向す
るように配置された接地電極４等を備えている。絶縁体
３は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセ
ラミック焼結体により構成され、図２に示すように、そ
の内部には自身の軸方向に沿って中心電極２を嵌め込む
ための孔部（貫通孔）３ｄを有している。また、主体金
具５は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されてお
り、スパークプラグ１のハウジングを構成するととも
に、その外周面には、図１に示すように、スパークプラ
グ１を図示しないシリンダヘッドに取り付けるためのね
じ部６が形成されている。なお、図２に示すように、接
地電極４は中心電極２の両側に各１ずつの計２つ設けら
れており、それぞれ端面（発火面）４ａが、円柱状の中
心電極２の先端部２ａの側面２ｂ（発火面）とほぼ平行
に対向するように湾曲させて形成される一方、他端側は
主体金具５に対して溶接等により固着・一体化されてい
る。

【００２０】絶縁体３は先端部３ａが中心電極２の側面
２ｂと接地電極４の発火面４ａとの間に入り込む位置関
係で配置されている。図２においては、中心電極２の軸
線方向において該中心電極２の先端面側を前方側、これ
と反対側を後方側として、絶縁体３の先端面３ｅは、接
地電極４の端面４ａの、後方側の縁４ｆよりも前方側に
位置している。一方、中心電極２の先端面は、絶縁体３
の先端面３ｅよりも所定高さだけ突出して配置されてい
る。

【００２１】図１に戻り、絶縁体３の孔部３ｄには、そ
の一方の端部側に端子金具１３が挿入・固定され、同じ
く他方の端部側に中心電極２が挿入・固定されている。
また、該貫通孔３ｄ内において端子金具１３と中心電極
２との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１
５の両端部は、導電性ガラスシール層１６，１７を介し
て中心電極２と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続
されている。また、端子金具１３は低炭素鋼等で構成さ
れ、表面には防食のためのＮｉメッキ層（層厚：例えば
５μｍ）が形成されている。抵抗体１５は、ガラス粉
末、セラミック粉末、金属粉末（例えば、Ｚｎ、Ｓｂ、
Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉの１種又は２種以上を主体とするも
の）、非金属導電物質粉末（例えば無定形カーボンない
しグラファイト）及び有機バインダ等を所定量配合し、
ホットプレス等の公知の手法により焼結して製造される
ものである。

【００２２】次に、中心電極２及び接地電極４は、火花
放電ギャップに面する発火面形成部分、この実施例では
各々全体が、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上か
らなる成分を絶縁体侵食抑制成分として含有する金属材
料にて構成されている。具体的な材質については、後に
詳述する。なお、中心電極２及び接地電極４には、熱引
きを改善するために必要に応じて内部に熱伝導性の良好
なＣｕ（あるいはその合金）等の芯材が埋設されていて
もよい。

【００２３】以下、スパークプラグ１の作動について説
明する。スパークプラグ１はそのねじ部６（図１）にお
いてガソリンエンジン等の内燃機関に取り付けられ、燃
焼室に供給される混合気への着火源として使用される。
該スパークプラグ１は、例えば、中心電極２側が負、接
地電極４側が正となるように放電用高電圧が印加され
る。これにより、図４（ａ）に示すように、接地電極４
の発火面４ａと中心電極２の先端部２ａの側面（発火
面）２ｂとの間で放電により火花Ｓが発生し、混合気に
着火を行う。ここで、絶縁体３の先端部３ａは発火面４
ａと中心電極２の側面２ｂとの間に入り込む形で配置さ
れており、火花Ｓ'が絶縁体３の先端部３ａの表面に沿
う経路で伝播するセミ沿面放電型スパークプラグとして
機能する。

【００２４】図２に示すように、本実施例のスパークプ
ラグ１では、中心電極２の先端部２ａが絶縁体３の先端
面３ａから突出していることで、その突出部の外周面と
接地電極４の発火面４ａとの間には第一ギャップｇ１
が、また、絶縁体３の外周面と発火面４ａとの間には第
二ギャップｇ２が形成されている。これにより、該スパ
ークプラグ１は、汚損がそれほど進行しない場合には第
一ギャップｇ１で火花放電する頻度が高く、汚損が進行
すると第二ギャップｇ２で火花放電する頻度が高くなる
ことで、絶縁体３の表面の汚損の進行を自動検出してこ
れを焼き切る汚損検出・浄化機能を備えていると見るこ
ともできる。

【００２５】そして、本実施例のスパークプラグ１にお
いては、中心電極２及び接地電極４の、少なくとも発火
面（２ｂ，４ａ）に、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも
１以上が絶縁体侵食抑制成分として含有されている。こ
のようなスパークプラグを内燃機関に取り付け、一定以
上の高速あるいは高負荷の条件にて運転すると、図４
（ａ）に示すように、火花放電に伴い絶縁体３の先端部
３ａの表面に、上記の絶縁体侵食抑制成分を含有した侵
食抑制層３０が形成される。その結果、例えば図４
（ｂ）に示すように、第二ギャップｇ２で飛火する沿面
放電時においても、侵食抑制層３０により絶縁体３の先
端部３ａの表面が保護され、チャンネリングの進行が効
果的に防止ないし抑制される。

【００２６】形成される侵食抑制層３０は、Ｆｅ、Ｃｒ
及びＣｕの少なくとも１種をカチオン成分として含有す
る酸化物系半導体化合物を主体に構成されたものとする
ことができる。Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕのいずれかの元素を
含有した酸化物系化合物（例えば、半導体性化合物）を
主体とする侵食抑制層３０を形成することで、チャンネ
リング防止効果は一層顕著なものとなる。

【００２７】上記のような侵食抑制層３０が形成される
理由については、本発明者らは以下のように推測してい
る。すなわち、火花放電ＳあるいはＳ'の発生により、
火花放電ギャップｇ１，ｇ２近傍の気体分子がイオン化
され、電極２，４間に形成される電界勾配によりそのイ
オンが発火面に衝突して、これを形成している金属成分
をはじきとばす。火花放電ギャップｇ１，ｇ２が配置さ
れる燃焼室内は通常、燃焼ガスにより高温の酸化雰囲気
になっているので、はじきとばされた金属成分は直ちに
酸化物となって絶縁体３の先端部３ａの表面に堆積し、
侵食抑制層３０となる。これは、発火面を形成する金属
材料をターゲットとした、反応性スパッタリングと類似
の機構であるといえる。なお、この実施例では、中心電
極側を負としており、正イオンの発生時には中心電極２
側の発火面が主に侵食抑制層３０の成分源として機能す
ると考えられる。しかしながら、電極２，４が高温とな
る高速あるいは高負荷運転時においては、発火面（２
ｂ，４ａ）の金属材料の部分的な溶融・飛散が起こるこ
とも考えられ、これが酸化されて絶縁体表面に堆積す
る、という可能性もありうる。この場合は、図４（ａ）
において破線で示すように、接地電極４側の発火面４ａ
も、侵食抑制層３０の成分源として機能しうる。

【００２８】なお、発火面４ａ，２ｂの金属材料にＦ
ｅ、Ｃｒ及びＣｕが含有されている場合、上記のような
侵食抑制層３０が顕著に形成されるか否かはスパークプ
ラグの使用条件、具体的には、発火面４ａ，２ｂの温度
（例えば中心電極先端部あるいはその付近の温度）等に
よって定まる。いずれにしろ、高速あるいは高負荷運転
時のように、発火面４ａ、２ｂの温度が上昇しやすい環
境下では、例えば発火面部２ｂのスパッタリング的な蒸
発が起こりやすくなり、侵食抑制層３０の形成も促進さ
れる。つまり、チャンネリングの起こりやすい条件とな
るほど、それを防止ないし抑制する侵食抑制層３０の形
成も進むので、結果として非常に優れたチャンネリング
防止効果が達成されるわけである。なお、侵食抑制層３
０の形成が促進される発火面４ａ，２ｂの温度条件は、
燃焼ガスの組成や空燃比等の影響も受けるので一概には
いえないが、概ね６００℃以上と考えられる。

【００２９】ここで、図３に示すように、中心電極２の
外径Ｄと、該中心電極２が挿通される貫通孔３ｄの内径
ｄとの差ｄ−Ｄは、絶縁体の先端位置から軸線方向に測
定した距離Ｑが５ｍｍの位置において０．０７ｍｍ以上
確保されていることが望ましい。なお、中心電極２の先
端部２ａが基端部２ｃよりも小径となるように縮径され
ている場合、その基端部２ｃの外径Ｄ1と貫通孔３ｄの
内径ｄとの差ｄ−Ｄ1が、０．０７ｍｍ以上確保されて
いればよい。

【００３０】図５に示すように、蒸発した電極金属成分
の酸化により生ずる反応生成物は、必ずしも全てが侵食
抑制層形成に寄与するのではなく、一部はダストＪとな
って、これが中心電極２と貫通孔３ｄとの隙間Ｋに堆積
することがある。他方、既に形成されている侵食抑制層
３０が沿面放電火花により部分的に削られて同様のダス
トＪを生ずることもありうる。この場合、隙間量が小さ
いと、図５（ｂ）に示すように、発生したダストＪが堆
積して隙間Ｋに高密度に詰まり、例えば冷熱サイクルが
繰り返されたときに、中心電極２と絶縁体３との膨張差
によって絶縁体３に割れＣが生じたりする不具合を生じ
ることもありうる。しかしながら、ｄ−Ｄ1が０．０７
ｍｍ以上に確保されていることで、隙間ＫにダストＪが
高密度に詰まることが抑制され、冷熱サイクルが繰り返
された場合でも絶縁体３に割れ等が生じにくくなる。た
だし、ｄ−Ｄ1が０．３ｍｍよりも大きくなると、耐熱
性が低下したり、中心電極２の偏心組付けが発生しやす
くなったりすることがあるので、ｄ−Ｄ1は０．３ｍｍ
以下とするのがよい。なお、ｄ−Ｄ1は、より望ましく
は０．０７〜０．１５ｍｍとなっているのがよい。

【００３１】なお、ｄ−Ｄ1は、中心電極２側が負とな
る極性にて電圧印加する場合は、上記の通り０．０７ｍ
ｍ以上とすることが望ましいが、正となる極性にて電圧
印加する場合は、０．０３ｍｍ以上（望ましくは０．０
４ｍｍ以上）とすることも可能である。

【００３２】次に、チャンネリング抑制効果の高い侵食
抑制層３０（図４）を形成するためには、中心電極２及
び／又は接地電極４は、火花放電ギャップｇ１あるいは
ｇ２に面する発火面２ｂ，４ａの形成部分が少なくと
も、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１を合計で１０質
量％以上含有する金属材料にて構成されていることが望
ましい。また、電極２，４の耐熱性を考慮すれば、発火
面２ｂ，４ａの形成部分が少なくとも、Ｎｉ又はＦｅを
主成分とするもので構成されていることが望ましい（な
お、本明細書において「主成分」とは、最も質量含有率
の高い成分を意味し、必ずしも「５０質量％以上を占め
る成分」を意味するものではない）。例えば、Ｎｉ又は
Ｆｅを主成分とする耐熱合金としては、次のようものが
使用可能である。 Ｎｉ基耐熱合金：本明細書では、Ｎｉを４０〜８５質
量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ
ｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＦｅの１種又は２種以上からなる耐
熱合金を総称する。具体的には、次のようなものが使用
できる（いずれも商品名；なお、合金組成については、
文献（改訂３版金属データブック（丸善）；ｐ１３８）
に記載されているので、詳細な説明は行わない）：ASTR
OLOY、CABOT 214、D-979、HASTELLOY C22、HASTELLOY C
276、HASTELLOY G30、HASTELLOY S、HASTELLOY X、HAYN
ES 230、INCONEL 587、INCONEL 597、INCONEL 600、INC
ONEL 601、INCONEL 617、INCONEL 625、INCONEL 706、I
NCONEL 718、INCONEL X750、KSN、M-252、NIMONIC 75、
NIMONIC 80A、NIMONIC 90、NIMONIC 105、NIMONIC 11
5、NIMONIC 263、NIMONIC 942、NIMONIC PE11、NIMONIC
PE16、NIMONIC PK33、PYROMET 860、RENE 41、RENE 9
5、SSS 113MA、UDIMET 400、UDIMET 500、UDIMET 520、
UDIMET 630、UDIMET 700、UDIMET 710、UDIMET 720、UN
ITEP AF2-1 DA6、WASPALOY。

【００３３】Ｆｅ基耐熱合金：本明細書では、Ｆｅを
２０〜６０質量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｉの１種又は２種以
上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のよう
なものが使用できる（いずれも商品名；なお、合金組成
については、文献（改訂３版金属データブック（丸
善）、ｐ１３８）に記載されているので、詳細な説明は
行わない）；A-286、ALLOY 901、DISCALOY、HAYNES 55
6、INCOLOY 800、INCOLOY 801、INCOLOY 802、INCOLOY
807、INCOLOY 825、INCOLOY 903、INCOLOY 907、INCOLO
Y 909、N-155、PYROMET CTX-1、PYROMET CTX-3、S-59
0、V-57、PYROMET CTX-1、16-25-6、17-14CuMo、19-9D
L、20-Cb3。

【００３４】なお、スパークプラグの耐チャンネリング
特性を高めるためには、絶縁体３に対する沿面放電火花
のアタックが過剰とならない作動環境を形成すること、
例えば電極に瞬間的に過剰な放電電圧が作用したり、あ
るいは１ケ所に電圧が集中したりする傾向をなるべく抑
制し、これを分散させることが有効である。前者に属す
る方策としては、例えば、図１の抵抗体１５の電気抵抗
値を、端子金具１３と中心電極２との間で測定した電気
抵抗値が２ｋΩ以上（望ましくは５ｋΩ以上）となるよ
うに調整するのがよい。抵抗体１５の電気抵抗値は、例
えばその組成や寸法の変更により調整が可能である。

【００３５】他方、後者に属する方式としては、接地電
極４の数を１つとするのではなく、また図１３（ａ）〜
（ｃ）に示すように、接地電極４を複数設けることが有
効である。例えば図１３（ｂ）においては３つの接地電
極４が、また同図（ｃ）においては４つの接地電極４
が、それぞれ中心電極２の軸線周りにおいてほぼ等角度
間隔で配置されている。特に、接地電極４の数を３以上
とすることで、耐チャンネリング性能の向上が顕著とな
る。

【００３６】また、図２において、中心電極２の先端部
の軸断面径Ｄ2（特に、絶縁体３の先端面位置に対応す
る中心電極２の軸断面径）は、これを大きくする方が、
放電路が分散しやすいので有利といえる。この場合、Ｄ
2は２．０ｍｍ以上確保されていることが望ましい。一
方、中心電極２の先端部の軸断面径Ｄ2は、これを小さ
くするほど中心電極２の先端部２ａの体積が減少して、
着火により生じた炎の熱を奪いにくくなり、プラグの着
火性が向上する場合がある。また、火花発生により清浄
化すべき中心電極２の先端部２ａあるいは絶縁体３の先
端部の表面積も減少することから、プラグの耐汚損性を
向上させることができる。そして、両者のバランスを考
慮すれば、上記中心電極の先端部の軸断面径を０．６〜
２．２ｍｍの範囲で調整するのがよい。軸断面径が０．
６ｍｍ未満になると、チャンネリング抑制効果が不十分
となる場合がある。一方、先端部の軸断面径が２．２ｍ
ｍを超えると、耐汚損性が十分に確保できなくなる場合
がある。

【００３７】また、上記のスパークプラグ１は、中心電
極２の軸線方向Ｏにおいて該中心電極２の先端面側を前
方側、これと反対側を後方側として、絶縁体３の先端面
が、接地電極４の端面（発火面）４ａの後方側の縁４ｆ
よりも前方側に位置するように構成されている。これに
より、スパークプラグの耐チャンネリング性がさらに向
上する。理由としては、図４（ａ）に示すように接地電
極４の端面の、後方側の縁４ｆを端とする放電路は、絶
縁体３によってブロックされる形となるので、気中型放
電が主体となる前方側の縁４ｅからの放電が起こりやす
くなることが考えられる。

【００３８】ここで、図３に示すように、中心電極２の
軸線方向Ｏにおいて接地電極４の、端面４ａの後方側の
縁４ｆから前方側の縁４ｅまでの距離をＨ、同じく絶縁
体３の先端面３ｅから、接地電極４の、端面４ａの前方
側の縁４ｅまでの距離をｈとして、ｈ／Ｈを０．５以下
とするのがよい。ｈ／Ｈをこのように設定することで、
接地電極４の端面４ａの、後方側の縁４ｆを放電路の端
とする火花（すなわち、絶縁体の表面を這いやすい火
花）の発生頻度が減少し、耐チャンネリング性をより良
好なものとすることができる。また、Ｈ−ｈ、すなわ
ち、絶縁体３の先端面の接地電極４の端面４ａの、後方
側縁４ｆからの突出量は１．２ｍｍ以下とするのがよ
い。これにより、接地電極の端面の後方側縁が放電路の
端となっても、火花は絶縁体の表面を強くアタックしに
くくなるので、スパークプラグの耐チャンネリング性を
向上させることができる。

【００３９】次に、スパークプラグ１においては、図７
に示すように、接地電極４及び／又は中心電極２の、発
火面４ａ，２ｂの一部を含む部分が、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒ
ｈ、Ｗ、Ｒｅ及びＲｕの少なくともいずれかを主成分と
する金属又は該金属を主体とする複合材料で構成された
耐消耗部とすることができる。例えば図７に示す例で
は、スパークプラグ１は、中心電極２の先端部２ａにお
いて、外周面（発火面）２ｂの軸線方向の中間位置に、
帯状の耐消耗部４０が形成されている。耐消耗部４０の
具体的な材質としては、Ｐｔ−Ｎｉ合金、例えばＰｔを
主体としてＮｉを６質量％以上含有する合金を使用する
ことができる。

【００４０】耐消耗部４０は、例えば上記金属ないし複
合材料で構成されたチップを溶接により固着して形成す
ることができる。耐消耗部４０を構成する上記材料は耐
熱性と耐腐食性とに優れ、ひいては耐消耗部４０の消耗
を抑制してスパークプラグ１の耐久性を向上させること
ができる。なお、耐消耗部４０は、中心電極２の先端面
の縁部を含むように形成してもよい。

【００４１】耐消耗部４０は、例えば次のようにして形
成することができる。すなわち、図８（ａ）に示すよう
に、中心電極２となるべきＮｉ製の電極素材３３０の先
端部に、溝（例えば台形状断面を有するもの）３３１を
周方向に沿って形成し、その溝３３１に環状のＰｔ部材
３４０（例えばＰｔ線を環状に丸めたもの）を嵌め込ん
でかしめる。そして、同図（ｂ）に示すように、電極素
材３３０を所定速度で回転させながら、レーザービーム
３３７をＰｔ部材３４０に照射する。これにより、同図
（ｃ）に示すようにＰｔ部材３４０と電極素材３３０と
が溶融してＰｔ−Ｎｉ合金部３３４（これが耐消耗部４
０となる）が形成される。なお、レーザービームの照射
条件及びＰｔ部材３４０の寸法は、形成される上記Ｐｔ
−Ｎｉ合金部３３４中のＮｉ含有量が１５質量％以上と
なるように調整する。なお、耐消耗部４０は、中心電極
２の先端面の縁部を含むように形成する場合は、同図
（ｄ）に示すように、先端面３０２ｆの周縁に、上記Ｐ
ｔ−Ｎｉ合金部３３４に基づく発火面２ｃが露出するよ
うに、電極素材３３０の先端部を切断、研磨あるいは切
削等により除去するようにする。

【００４２】なお、図６に示すように、耐消耗部４０を
中心電極２の外周面に形成する場合、該中心電極２の軸
線方向Ｏにおいて、絶縁体３の先端位置に関してその両
側に位置する領域にまたがらないように耐消耗部４０に
形成すること、すなわち、絶縁体３の貫通孔３ｄの開口
縁に対し、絶縁体侵食抑制成分であるＦｅ、Ｃｒ及びＣ
ｕを含有した、中心電極２の本体部の金属材料面が臨む
形となるように、耐消耗部４０を形成することが望まし
い。これにより、沿面放電火花が発生したときに、これ
が上記金属材料面に当り、絶縁体侵食抑制成分の供給、
ひいては侵食抑制層３０の形成が促進され、耐チャンネ
リング防止効果が向上する。

【００４３】一方、図９（ａ）に示すように、スパーク
プラグ１は、接地電極４の先端部の端面４ａの少なくと
も一部を、耐消耗部４ｇとすることができる。上記耐消
耗部４ｇの具体的な材質としては、前記した耐消耗部４
０と同様に、Ｐｔ−Ｎｉ合金、例えばＰｔを主体として
Ｎｉを１５質量％以上含有する合金を使用することがで
きる。ここでは、図９（ｂ）に示すように、接地電極４
の端面４ａの、後方側の縁から前方側の縁までの距離を
Ｈとし、該端面４ａの後方側の縁からＨ／２よりも先端
側に位置する領域の一部を含む形で、耐消耗部４０を形
成している。耐消耗部４ｇを構成する上記材料は耐熱性
と耐腐蝕性とに優れるため、接地電極４の、先端部の端
面４ａの消耗を抑制してスパークプラグ１の耐久性を向
上させることができる。

【００４４】図９（ｃ）に示すように、耐消耗部４ｇ
は、例えば上記金属ないし複合材料で構成されたチップ
４ｇ'を、端面４ａにレーザ溶接又は抵抗溶接により固
着して形成することができる。ここでは、端面４ａに凹
部４ｄを作り、ここにチップ４ｇ'を嵌め込んで境界部
分に溶接部Ｗを形成することにより、耐消耗部４ｇを設
けている。

【００４５】なお、中心電極２側の耐消耗部４０（図
７）と、接地電極４側の耐消耗部４ｇとは、これらを双
方ともに形成してもよいが、接地電極４側の消耗がそれ
ほど問題にならない場合には、該接地電極４側の耐消耗
部４ｇは特に設けず、中心電極２側の耐消耗部４０のみ
を形成するようにしてもよい。他方、上記のスパークプ
ラグ１は、上記と逆極性、すなわち中心電極２側が正と
なるように電圧印加を行ってもよい。この場合は、逆に
接地電極４側の耐消耗部４ｇのみを設けるようにしても
よい。

【００４６】次に、上記スパークプラグ１では、図４に
示すように、スパークプラグ１の使用時において、発火
面２ｂあるいは４ａを形成する金属材料に由来した侵食
抑制層３０を絶縁体表面に形成するようになっていた。
他方、図６に示すように、侵食抑制層３１を、予め絶縁
体３の表面に形成したスパークプラグ１００の構成によ
っても、上記したスパークプラグ１と実質的に同じ効果
が達成できる。この場合、侵食抑制層３１は、カチオン
成分がＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ及びＳｎの少なくとも１種を含
有する酸化物系半導体化合物を主体に構成することがで
きる。上記のような酸化物系半導体化合物からなる侵食
抑制層３１は、例えば高周波スパッタリング、反応性ス
パッタリング、イオンプレーティング等の各種気相成膜
法の他、金属アルコキシドの加水分解等により酸化物ゾ
ルを調製し、これと絶縁体３に塗布・乾燥して焼成する
ことにより酸化物被膜を得るゾル−ゲル法の適用も可能
である。

【００４７】この場合、中心電極２及び／又は接地電極
４の材質は特に限定されないが、例えば上記と同様に、
Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上からなる成分を
絶縁体侵食抑制成分として含有する金属材料にて構成す
ることができる。火花放電に伴い、絶縁体３の先端部３
ａの表面には、絶縁体侵食抑制成分を含有した反応生成
物３２が、既に形成されている侵食抑制層３１上に堆積
する。これにより、侵食抑制層３１の沿面放電による目
減りが補われ、チャンネリング防止効果の持続性が高め
られる。

【００４８】以上、本発明の実施の形態を、セミ沿面放
電型スパークプラグを例にとって説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。以下に、いくつかの別
の例を示す（スパークプラグ１との構成要件上の共通部
分には同一の符号を付与して、詳細な説明は省略してい
る）。例えば、図１０は、絶縁体３の表面に接地電極１
０４の内面側を接触させることにより、中心電極２との
間の放電経路のほぼ全長にわたって沿面放電を生じさせ
るようにした、フル沿面放電型スパークプラグ２００と
して構成した例である。

【００４９】また、図１１のスパークプラグ３００で
は、絶縁体３の先端部が、中心電極２の先端部２ａの側
面２ｂと、接地電極４の先端面４ａとの間（第一ギャッ
プｇ１）に入り込まない形となっている。そして、中心
電極２の先端部２ａの側面２ｂと接地電極４の先端面４
ａとの距離に対し、絶縁体３の先端面３ｅと、接地電極
４の端面４ａの、後方側の縁４ｆとの距離が小さく設定
されている（第二ギャップｇ２）。すなわち、中心電極
２の先端部２ａが、絶縁体３から突出して配置されると
ともに、その絶縁体３の外側を覆う形で筒状の主体金具
７が設けられている。接地電極４は、基端側が主体金具
１の端部に接合される一方、先端側は中心電極２側に曲
げ返され、その端面４ａが、突出する中心電極２の先端
部２ａの側面２ｂと対向するように配置されて第一ギャ
ップｇ１を形成する一方、接地電極４の先端部の内側面
が、絶縁体３の先端面３ｅと対向して第一ギャップｇ１
よりも小さい第二ギャップｇ２を形成している。これ
は、絶縁体３の汚損が進行した場合に限って第二ギャッ
プｇ２で火花放電するようにした、いわゆる間欠沿面放
電型スパークプラグとよばれるタイプのものである。

【００５０】この構成では、中心電極３の軸線方向にお
いて該中心電極３の先端面側を前方側、これと反対側を
後方側として、該軸線方向において、接地電極４の端面
４ａの、後方側の縁４ｆと絶縁体３の先端面３ｅとの間
の距離をｈとしたときに、該ｈが０．３ｍｍ以上、より
望ましくは０．４ｍｍ以上の範囲で調整するのがよい。
このように、沿面放電形態となる第二ギャップｇ２をあ
る程度大きく設定することで、耐チャンネリング性をよ
り良好なものとすることができる。ただし、ｈが０．７
ｍｍを超えると、第二ギャップｇ２における放電電圧が
高くなり過ぎて、間欠沿面放電型スパークプラグとして
の機能が不十分となる場合があるので、ｈは０．７ｍｍ
以下とするのがよい。

【００５１】この場合も、図１２に示すように、前記し
た耐消耗部４０と同様に、中心電極２に耐消耗部４１あ
るいは４２を設けることができる。図１２（ａ）では、
耐消耗部４１は、中心電極２の先端縁を含む形で形成さ
れている。他方、図１２（ｂ）では、耐消耗部４２が、
絶縁体３の貫通孔３ｄ内に収まるように（すなわち、該
中心電極２の軸線方向Ｏにおいて、絶縁体３の先端位置
に関してその両側に位置する領域にまたがらないよう
に）形成されている。特に、図１４に示すように、中心
電極２の軸線方向Ｏにおいて該中心電極２の先端に向か
う側を前方側として、耐消耗部４２の前方側の縁（以
下、前端縁という）が、絶縁体の先端縁から軸線方向に
おいて後方側へ０．５ｍｍまでの区間Ｙ内に位置させる
と、沿面放電火花が中心電極２の本体部の金属材料面に
一層効率的に当たり、上記の効果がさらに高められる。
後方側へ０．５ｍｍを超えて耐消耗部４０の前端縁が引
っ込むと、耐消耗部４０の位置が火花を受ける位置から
大きく外れ、電極消耗抑制に寄与しにくくなる。

【００５２】また、中心電極２の本体部の金属材料がＦ
ｅとＣｒとを含有している場合、耐消耗部４２の周囲に
は、耐消耗部の構成金属と中心電極の構成金属とが溶融
混合した溶融部４２ａが形成され、その溶融部４２ａに
は中心電極の構成金属よりも少ない量のＦｅとＣｒとが
含有される形となる。この溶融部４２ａは、中心電極の
構成金属ほどではないが、ＦｅとＣｒとが含有されてい
るため侵食抑制層の形成に寄与することができる。この
ことを考慮に入れた場合、耐消耗部４０の周辺におい
て、Ｆｅ及びＣｒの合計含有量が７質量％以上となる領
域（上記の溶融部４２ａである）が、絶縁体の先端縁か
ら軸線方向において前方側へ０．５ｍｍ、後方側へ０．
３ｍｍまでの区間Ｚ内に位置していることが望ましい。
前方側へ０．５ｍｍを超えて領域４２ａの前端縁が侵入
すると、侵食抑制層の形成が妨げられやすくなり、逆に
後方側へ０．３ｍｍを超えて領域４２ａの前端縁が引っ
込むと、耐消耗部４０の位置が火花を受ける位置から大
きく外れ、電極消耗抑制に寄与しにくくなる。

【００５３】なお、図１２は、間欠沿面放電型スパーク
プラグの中心電極２に耐消耗部４２ａを形成した例であ
るが、図１５に示すように、セミ沿面放電型スパークプ
ラグ３５０においても、耐消耗部４２を全く同様に形成
できる。なお、図１５の例では、中心電極２の内部にＣ
ｕあるいはＣｕ合金にて構成された放熱促進用金属部２
ａが形成されている。

【００５４】また、以上の実施例のスパークプラグは、
いずれも全ての接地電極の先端面が中心電極の側面に対
向するタイプのものであったが、本発明は、複数ある接
地電極の一部が、必ずしも中心電極の側面に先端面が対
向していない態様も包含する。その一例を図１６（ａ）
（正面図）及び（ｂ）（側面図）に示している。このス
パークプラグ４００では、図１２のスパークプラグ３０
０等と同様に、絶縁体３の外側を覆う形で筒状の主体金
具５が設けられる。また、基端側が主体金具５の端部に
接合される一方、先端側は中心電極２側に曲げ返される
形態の接地電極４，１０４が複数設けられる。そして、
それら接地電極の１つ、すなわち接地電極１０４は、側
面が中心電極２の先端面と対向するように配置される一
方、残余の接地電極４の少なくとも１つ（ここでは２
つ）のものが、端面が中心電極２の側面と対向するよう
に配置される。

【００５５】上記の構成では、いわゆる平行対向型スパ
ークプラグと同様の火花放電ギャップｇαが接地電極１
０４の側面と中心電極２の先端面との間に形成され、多
極スパークプラグと同様の火花放電ギャップｇβが、接
地電極４の先端面と中心電極２の側面との間に形成され
る。ギャップｇαの大きさをギャップｇβよりも大きく
おくと、通常はギャップｇαにて飛火しやすく、絶縁体
３の先端面が汚損した場合にはギャップｇβで飛火しや
すくなる。平行対向型スパークプラグに形態の近いギャ
ップｇαは火花の集中度が高く（特に中心電極２側を負
として電圧印加する場合）、着火性を高めることができ
る。この場合も、中心電極の外径Ｄと、該中心電極が挿
通される貫通孔の内径ｄとの差ｄ−Ｄが、絶縁体の先端
位置から軸線方向に５ｍｍ離間した位置において０．０
７ｍｍ以上確保されていることが望ましい。なお、この
実施例では、側面が中心電極２の先端面と対向するよう
に配置される接地電極４は、その端面が絶縁体３の先端
部を間に挟んで中心電極の側面と対向するように配置さ
れている。すなわち、ギャップｇβでの飛火形態は、図
２等のスパークプラグ１と同様のセミ沿面飛火形態とな
る。

【００５６】なお、ギャップｇβでは、通常時でも全く
飛火を起こさないというわけではなく、特に汚損を生じ
ていない状況下でも少なからぬ飛火を生ずることがあ
る。この場合、ギャップｇβでの飛火は、絶縁体３の先
端面におけるセミ沿面放電形態となるから、絶縁体先端
面に対応する位置における、中心電極の、先端部側面に
おける消耗を考慮しなければならない。そこで、該先端
面に対応する位置における中心電極２の軸断面径Ｄ2’
は、２．０ｍｍ以上確保されていることが望ましい。当
該位置における軸断面径Ｄ2’は、これを大きくする方
が、放電路が分散しやすいので、消耗抑制上有利だから
である。

【００５７】なお、中心電極２の先端部には、Ｉｒ、Ｐ
ｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｒｅ及びＲｕの少なくともいずれかを主
成分とする金属又は該金属を主体とする複合材料で構成
された耐消耗部１０５が、環状の溶接部１０６にて接合
されている。なお、中心電極２の外周面には、図１２
（ｂ）に示すのと同様の耐消耗部４２を形成してもよ
い。さらに、中心電極２の内部には、ＣｕあるいはＣｕ
合金にて構成された放熱促進用金属部２ａが形成されて
いる。

【００５８】

【実施例】図１及び図２に示すスパークプラグについ
て、本発明の効果を確認するために以下の実験を行っ
た。まず、図２において、第一ギャップｇ１の大きさを
１．６ｍｍ、ギャップｇ２の大きさを０．６ｍｍに設定
した。また、図３において、Ｈを１．５ｍｍ、ｈを１．
０ｍｍ（ｈ／Ｈは０．６７）、ｔを１．２ｍｍとした。
また、中心電極２の先端部２ａの外径Ｄ2は２．０ｍｍ
であり、基端部２ｃの外径Ｄ1は２．１ｍｍとした。さ
らに、絶縁体３の貫通孔３ｄの内径ｄを２．１５〜２．
３ｍｍの各種値に設定することにより、絶縁体３の先端
位置から軸線方向に５ｍｍ離間した位置においてｄ−Ｄ
1が、０．０５〜０．２ｍｍの各種値となるように調整
している。また、中心電極２と接地電極４の材質は、Ｎ
ｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金（Ｃｒ：１５質量％、Ｆｅ：８質量
％、残：Ｎｉ）であり、絶縁体３はアルミナ焼結体であ
る。また、比較のため、中心電極２と接地電極４の全体
を、Ｎｉ−Ｗ合金（Ｗ：４質量％、残Ｎｉ）にて作成し
たスパークプラグも用意した。

【００５９】これらのスパークプラグの耐チャンネリン
グ性を調べるために、６気筒ガソリンエンジン（排気量
２０００cc）に取り付け、スロットル全開状態、エンジ
ン回転数５０００ｒｐｍにて２００時間運転を行ない、
絶縁体３の表面に生じたチャンネリング溝の深さを走査
型電子顕微鏡観察により測定した（なお、電圧印加は、
中心電極側が負となる極性にて、周波数６０Ｈｚにて間
欠的に行っている）。判定条件は、溝深さが０．２ｍｍ
未満を軽度（◎）、０．２〜０．４mmを中度（○）、
０．４ｍｍを超えるものを重度（×）とした。

【００６０】また、上記各スパークプラグの冷熱サイク
ル試験を、スロットル全開状態、エンジン回転数５００
０ｒｐｍでの運転を１分、アイドリングを１分行う運転
サイクルを返すことにより行ない、１５０時間未満に絶
縁体に割れが発生したものを×、１５０時間以上２５０
時間未満にて割れが発生したものを△、２５０時間まで
に割れが発生しなかったものを○として評価した。な
お、スパークプラグへの電圧印加は、中心電極側が負と
なる極性と、同じく正となる極性との２通り行なってい
る。なお、試験終了後のスパークプラグ試験品は縦に切
断して、中心電極２と絶縁体貫通孔３ｄ内面との隙間の
ダスト堆積状況を目視確認した。以上の結果を表１に示
す。

【００６１】

【表１】

【００６２】これを見てもわかるとおり、中心電極２及
び接地電極４の材質をＮｉ−Ｗ合金とした比較例のスパ
ークプラグでは、チャンネリングの発生が顕著であるの
に対し、中心電極２及び接地電極４の材質をＮｉ−Ｃｒ
−Ｆｅ合金とした実施例のスパークプラグでは、チャン
ネリングが顕著に抑制されていることがわかる。また、
実施例のスパークプラグでは、絶縁体３の表面に、Ｎｉ
−Ｃｒ−Ｆｅ系の複合酸化物を主体とする侵食抑制層が
形成されていたのに対し、比較例のスパークプラグで
は、そのような侵食抑制層の形成は確認されなかった。

【００６３】他方、冷熱サイクル試験の結果によれば、
中心電極の極性を負とした場合は、ｄ−Ｄ1を０．０７
ｍｍ以上とすることにより、絶縁体３の割れ発生が極め
て効果的に抑制されていることがわかる。また、中心電
極の極性を正とした場合は、ｄ−Ｄ1を０．０３ｍｍ以
上とすることにより、絶縁体３の割れ発生が抑制されて
いることがわかる（ｄ−Ｄ1を０．０３ｍｍ未満とする
ことは、製造上困難であり、また、絶縁体と中心電極と
の熱膨張率の差によって割れ等が極めて発生しやすいこ
とから、事実上採用不能であった）。なお、中心電極の
極性を負とした場合、ｄ−Ｄ1を０．０５ｍｍとした番
号１の試験品では、絶縁体３にクラックが認められた
が、その断面を観察したところ、中心電極２と絶縁体貫
通孔３ｄ内面との隙間にダストが高密度に堆積していた
ことがわかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すスパークプラグの全体
図。

【図２】同じくその要部縦断面図。

【図３】図２の各部寸法関係を表す断面図。

【図４】図１のスパークプラグの作用説明図。

【図５】同じく別の作用説明図。

【図６】絶縁体表面に侵食抑制層を予め形成する例を示
す要部縦断面図。

【図７】中心電極に耐消耗部を設けた例を示す要部縦断
面図。

【図８】中心電極の外周面に耐消耗部を形成する方法の
一例を示す工程説明図。

【図９】接地電極の端面に耐消耗部を形成する例をその
製造方法とともに示す説明図。

【図１０】本発明をフル沿面放電型スパークプラグに適
用した例を示す要部縦断面図。

【図１１】本発明を間欠沿面放電型スパークプラグに適
用した例を示す要部縦断面図。

【図１２】図１１において、中心電極の外周面に耐消耗
部を形成する例をいくつか示す要部縦断面図。

【図１３】複数の接地電極を有するスパークプラグのい
くつかの実施例を示す平面図。

【図１４】中心電極外周面に設けた帯状の耐消耗部の望
ましい形成位置を示す拡大断面図。

【図１５】中心電極外周面に帯状の耐消耗部を設けたセ
ミ沿面放電型スパークプラグの例を示す要部縦断面図。

【図１６】中心電極先端面に対向する接地電極と、同じ
く側面に対向する接地電極とを両方設けたスパークプラ
グの例を示す要部正面断面図及び要部側面断面図。

【符号の説明】

１，１００，２００，３００，３５０，４００ スパー
クプラグ ２ 中心電極 ２ａ 先端部 ２ｂ 外周面（発火面） ２ｃ 基端部 ３ 絶縁体 ３ｄ 貫通孔 ４，１０４ 接地電極 ４ａ 端面（発火面） １３ 端子金具 １５ 抵抗体 ３０，３１ 侵食抑制層 ４０〜４２，４ｇ，１０５ 耐消耗部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 裕司 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 宮下 直道 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 九鬼 宏昭 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G059 AA02 CC03 CC09 DD01 DD20 DD21 EE01 EE21 FF12

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心電極と、 前記中心電極の先端部を自身の先端面に露出させる形に
   て、該中心電極の外側に配置される絶縁体と、 前記中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを形成
   するとともに、当該火花放電ギャップにて前記絶縁体の
   先端部表面に沿う沿面火花放電が可能となるように、前
   記絶縁体先端部及び中心電極先端部との間の位置関係が
   定められた接地電極とを備え、 前記絶縁体先端部表面に侵食抑制層を形成することによ
   り、前記沿面火花放電に伴う前記絶縁体先端部表面の侵
   食を抑制するようにしたことを特徴とするスパークプラ
   グ。
2. 【請求項２】 中心電極及び／又は前記接地電極が前記
   侵食抑制層の形成成分を含んだものとして構成され、前
   記火花放電ギャップにおける火花放電に伴い前記絶縁体
   先端部表面に、前記電極に含有される前記侵食抑制層の
   形成成分に由来した侵食抑制層が形成されるようになっ
   ている請求項１記載のスパークプラグ。
3. 【請求項３】 前記侵食抑制層は絶縁体侵食抑制成分と
   して、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上を含有す
   る請求項３記載のスパークプラグ。
4. 【請求項４】 前記侵食抑制層は、スパークプラグの使
   用に先立って前記絶縁体先端部表面に予め形成されたも
   のである請求項１ないし３のいずれかに記載のスパーク
   プラグ。
5. 【請求項５】 前記侵食抑制層は絶縁体侵食抑制成分と
   して、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ及びＳｎの少なくとも１種を含
   有する請求項４記載のスパークプラグ。
6. 【請求項６】 前記侵食抑制層は、前記絶縁体侵食抑制
   成分をカチオン成分とする酸化物系化合物を主体に構成
   される請求項３ないし５のいずれかに記載のスパークプ
   ラグ。
7. 【請求項７】 前記中心電極の外径Ｄと、該中心電極が
   挿通される前記貫通孔の内径ｄとの差ｄ−Ｄが、前記絶
   縁体の先端位置から軸線方向に５ｍｍ離間した位置にお
   いて０．０７ｍｍ以上確保されている請求項１ないし６
   のいずれかに記載のスパークプラグ。
8. 【請求項８】 中心電極と、 自身に形成された貫通孔内に前記中心電極が軸線方向に
   挿入され、該中心電極の先端部を自身の先端面に露出さ
   せる絶縁体と、 前記中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを形成
   するとともに、当該火花放電ギャップにて前記絶縁体の
   先端部表面に沿う沿面火花放電が可能となるように、前
   記絶縁体先端部及び中心電極先端部との間の位置関係が
   定められた接地電極とを備え、 前記中心電極及び／又は前記接地電極は、前記火花放電
   ギャップに面する発火面形成部分が少なくとも、Ｆｅ、
   Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１以上からなる成分を絶縁体
   侵食抑制成分として含有する金属材料にて構成され、前
   記火花放電ギャップにおける火花放電に伴い前記絶縁体
   先端部表面に前記絶縁体侵食抑制成分を含有した侵食抑
   制層が形成されるようになっており、かつ、 前記中心電極の外径Ｄと、該中心電極が挿通される前記
   貫通孔の内径ｄとの差ｄ−Ｄが、前記絶縁体の先端位置
   から軸線方向に５ｍｍ離間した位置において０．０７ｍ
   ｍ以上確保されていることを特徴とするスパークプラ
   グ。
9. 【請求項９】 中心電極側が正となる極性にて電圧印加
   されるようになっており、かつ、前記中心電極の外径Ｄ
   と、該中心電極が挿通される前記貫通孔の内径ｄとの差
   ｄ−Ｄが、前記絶縁体の先端位置から軸線方向に５ｍｍ
   離間した位置において０．０３ｍｍ以上確保されている
   請求項１ないし８のいずれかに記載のスパークプラグ。
10. 【請求項１０】 前記中心電極及び／又は前記接地電極
    の、前記火花放電ギャップに面する発火面形成部分が少
    なくとも、前記Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕの少なくとも１を合
    計で１０質量％以上含有する金属材料にて構成されてい
    る請求項１ないし９のいずれかに記載のスパークプラ
    グ。
11. 【請求項１１】 前記金属材料は、Ｎｉ又はＦｅを主成
    分とするものである請求項１０記載のスパークプラグ。
12. 【請求項１２】 前記中心電極は、先端部が基端部より
    も小径となるように縮径されており、前記絶縁体の先端
    位置から軸線方向に５ｍｍ離間した位置において、その
    基端部の外径Ｄ1と前記貫通孔の内径ｄとの差ｄ−Ｄ1
    が、０．０７ｍｍ以上確保されている請求項１ないし１
    １のいずれかに記載のスパークプラグ。
13. 【請求項１３】 前記絶縁体の軸方向に形成された貫通
    孔に対し、その一方の端部側に端子金具が固定され、同
    じく他方の端部側に前記中心電極が固定されるととも
    に、該貫通孔内において前記端子金具と前記中心電極と
    の間に抵抗体が配置されており、該抵抗体を介した前記
    端子金具と前記中心電極との間の電気抵抗値が２ｋΩ以
    上確保されている請求項１ないし１２のいずれかに記載
    のスパークプラグ。
14. 【請求項１４】 前記接地電極及び／又は前記中心電極
    の、前記火花放電ギャップに面する発火面の一部を含む
    部分が、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｒｅ及びＲｕの少なく
    ともいずれかを主成分とする金属又は該金属を主体とす
    る複合材料で構成された耐消耗部とされている請求項１
    ないし１３のいずれかに記載のスパークプラグ。
15. 【請求項１５】 前記中心電極の外周面には、該中心電
    極の軸線方向において、前記絶縁体の先端位置に関して
    その両側に位置する領域にまたがらないように、Ｉｒ、
    Ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｒｅ及びＲｕの少なくともいずれかを
    主成分とする金属又は該金属を主体とする複合材料で構
    成された耐消耗部が形成されている請求項１ないし１４
    のいずれかに記載のスパークプラグ。
16. 【請求項１６】 前記中心電極の軸線方向において該中
    心電極の先端に向かう側を前方側として、前記耐消耗部
    の前方側の縁が、前記絶縁体の先端縁から前記軸線方向
    において後方側へ０．５ｍｍまでの区間内に位置してい
    る請求項１５記載のスパークプラグ。
17. 【請求項１７】 前記耐消耗部の周辺において、Ｆｅ及
    びＣｒの合計含有量が７質量％以上となる領域が、前記
    絶縁体の先端縁から前記軸線方向において前方側へ０．
    ５ｍｍ、後方側へ０．３ｍｍまでの区間内に位置してい
    る請求項１５又は１６記載のスパークプラグ。
18. 【請求項１８】 前記中心電極を取り囲む形態で、前記
    接地電極が３つ以上配置されている請求項１ないし１７
    のいずれかに記載のスパークプラグ。
19. 【請求項１９】 前記中心電極の先端部が、前記絶縁体
    から突出して配置されるとともに、その絶縁体の外側を
    覆う筒状の主体金具が設けられ、 前記接地電極は、基端側が前記主体金具の端部に接合さ
    れ、先端側は前記中心電極側に曲げ返されて、その端面
    が、突出する前記中心電極の先端部側面と対向するよう
    に配置されて第一ギャップを形成する一方、前記接地電
    極の先端部内側面が、前記絶縁体の先端面と対向して前
    記第一ギャップよりも小さい第二ギャップを形成し、 前記中心電極の軸線方向において該中心電極の先端面側
    を前方側、これと反対側を後方側として、前記軸線方向
    において、前記接地電極の端面の後方側の縁と前記絶縁
    体の先端面との間の距離ｈが０．３ｍｍ以上に調整され
    ている請求項１ないし１８のいずれかに記載のスパーク
    プラグ。
20. 【請求項２０】 前記絶縁体の外側を覆う筒状の主体金
    具が設けられ、 前記接地電極の基端側が前記主体金具の端部に接合され
    る一方、先端側は前記中心電極側に曲げ返されて、その
    端面が前記絶縁体先端部を間に挟んで前記中心電極の側
    面と対向するように配置されており、 前記中心電極の軸線方向において、前記接地電極の端面
    の後方側の縁から前方側の縁までの距離をＨ、同じく前
    記絶縁体の先端面から前記接地電極の端面の前方側の縁
    までの距離をｈとして、ｈ／Ｈが０．５以下に設定され
    ている請求項１ないし１９のいずれかに記載のスパーク
    プラグ。
21. 【請求項２１】 前記中心電極の先端部の軸断面径が
    ２．０ｍｍ以上である請求項１ないし２０のいずれかに
    記載のスパークプラグ。
22. 【請求項２２】 前記絶縁体の外側を覆う筒状の主体金
    具が設けられ、 前記接地電極として、基端側が前記主体金具の端部に接
    合される一方、先端側は前記中心電極側に曲げ返される
    形態のものが複数設けられるとともに、それら接地電極
    の１つは、側面が前記中心電極の先端面と対向するよう
    に配置される一方、残余の接地電極の少なくとも１つの
    ものが、端面が前記中心電極の側面と対向するように配
    置され、 かつ前記中心電極の外径Ｄと、該中心電極が挿通される
    前記貫通孔の内径ｄとの差ｄ−Ｄが、前記絶縁体の先端
    位置から軸線方向に５ｍｍ離間した位置において０．０
    ７ｍｍ以上確保されている請求項１ないし２１のいずれ
    かに記載のスパークプラグ。
23. 【請求項２３】 側面が前記中心電極の先端面と対向す
    るように配置される接地電極は、その端面が前記絶縁体
    先端部を間に挟んで前記中心電極の側面と対向するよう
    に配置されている請求項２２記載のスパークプラグ。
24. 【請求項２４】 前記絶縁体先端面に対応する位置にお
    ける、前記中心電極の先端部の軸断面径が２．０ｍｍ以
    上である請求項２２又は２３に記載のスパークプラグ。