JP2001284014A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中心電極の先端面との間に第１放電ギャップ
を形成する第１接地電極と、中心電極の側面との間に第
２放電ギャップを形成する第２接地電極とを備えるスパ
ークプラグにおいて、第２接地電極を第１接地電極より
も細くした場合でも第２接地電極の耐熱性を確保できる
ようにする。 【解決手段】 第１接地電極４の表面積を第１接地電極
４と取付金具１との接合部面積で割った値をα１とし、
第２接地電極５、６の表面積を第２接地電極５、６と取
付金具１との接合部面積で割った値をα２としたとき、
値α１を値α２以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、取付金具に複数個
の接地電極を設け、中心電極との間に複数の火花放電ギ
ャップを有するスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のスパークプラグとしては、特開
平５−３２６１０７号公報に記載のものが提案されてい
る。このものは、中心電極と、この中心電極をその外周
にて保持する絶縁碍子と、この絶縁碍子をその外周にて
保持する取付金具と、一端が取付金具に接合されるとと
もに他端が中心電極の先端面と対向配置されて中心電極
の先端面との間に第１放電ギャップを形成する第１接地
電極（主接地電極）と、一端が取付金具に接合されると
ともに他端が中心電極の側面と対向配置されて中心電極
の側面との間に第２放電ギャップを形成する第２接地電
極（補助接地電極）とを備えるものである（以下、これ
をダブル接地電極タイプのスパークプラグという）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のダブル接地
電極タイプのスパークプラグでは、第１接地電極につい
ては、一般のスパークプラグにおける接地電極の実績か
ら、着火性、耐熱性及び耐消耗性は実用レベル（自動車
用エンジンに適用の場合、走行距離１０ｋｍ相当の耐久
性）を確保することができる。

【０００４】一方、第２接地電極については、従来のも
のでは、第１接地電極と同じ形状及びサイズの断面（接
地電極の軸方向と直交する断面）であるが、第２接地電
極の着火性を向上させること及び第２接地電極によって
覆われる絶縁碍子の放熱性を向上させることのために、
第２接地電極の断面積を小さくしたい、つまり、第２接
地電極を第１接地電極よりも細くしたいという要望があ
る。しかし、単純に細くしたのでは、第２接地電極の耐
熱性が悪くなり、実用レベルを確保できない。

【０００５】本発明は上記問題に鑑み、ダブル接地電極
タイプのスパークプラグの第２接地電極において、第１
接地電極よりも細くした場合でも耐熱性を確保できるよ
うにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、まず、ダ
ブル接地電極タイプのスパークプラグの各接地電極にお
いて、受熱量を放熱量で割った値を耐熱性の指標値と
し、この指標値が小さいほど、即ち、受熱量に対し放熱
量が大きいほど、耐熱性が良好であると考えた。そし
て、表面積が大きいほど熱を受けやすいこと、及び、接
地電極における取付金具との接合部面積が大きいほど接
地電極の熱が取付金具へ放熱されやすいことに着目し、
接地電極形状を種々変えて実験検討を行った。

【０００７】請求項１記載の発明は、上記検討結果に基
づいてなされたものであり、ダブル接地電極タイプのス
パークプラグにおいて、第１接地電極（４）の表面積を
第１接地電極と取付金具（１）との接合部面積で割った
値をα１とし、第２接地電極（５、６）の表面積を第２
接地電極と取付金具との接合部面積で割った値をα２と
したとき、値α２が値α１以下であることを特徴として
いる。

【０００８】それによれば、受熱量として接地電極の表
面積、放熱量として接地電極と取付金具との接合部面積
を、各々パラメータとし、第１接地電極の耐熱性指標値
α１を基準にして、第２接地電極の耐熱性指標値α２を
値α１以下の小さいものとできる。つまり、耐熱性に対
して実績のある第１接地電極と同等以上の良好な耐熱性
を有する第２接地電極を構成することができるため、本
発明の第２接地電極は、第１接地電極よりも細くした場
合でも耐熱性を確保することができる。

【０００９】また、請求項２の発明のように、第１接地
電極（４）及び第２接地電極（５、６）が角柱形状をな
すものである場合、第１接地電極における厚さをＨ１、
幅をＷ１、長さをＬ１とし、前記第２接地電極における
厚さをＨ２、幅をＷ２、長さをＬ２としたとき、上記の
値α１及びα２は、それぞれ下記の数式２にて示すこと
ができる。

【００１０】

【数２】α１＝｛（Ｈ１×Ｗ１）＋２（Ｈ１＋Ｗ１）×
Ｌ１｝／（Ｈ１×Ｗ１） α２＝｛（Ｈ２×Ｗ２）＋２（Ｈ２＋Ｗ２）×Ｌ２｝／
（Ｈ２×Ｗ２） また、請求項３の発明は、第１接地電極（４）が、Ｃｒ
を１０〜２０ｗｔ％含有するＮｉ合金よりなることを特
徴とするものである。これは、第１接地電極において
は、放電部にＰｔよりなる貴金属チップを溶接する場合
があるが、この場合、本発明のような第１接地電極によ
れば、貴金属チップとの溶接性が良好なものとできる。

【００１１】また、請求項４の発明は、第２接地電極
（５、６）が、Ｃｒを０．５〜５ｗｔ％含有するＮｉ合
金よりなり、その厚さＨ２が１．２ｍｍ以下であること
を特徴とするものである。中心電極の先端面と対向する
第１接地電極に比べて、第２接地電極は中心電極の側面
と対向するため、より小さいＲ（例えば０．５ｍｍ以
下）で曲げ加工される。本発明によれば、第２接地電極
を、そのような曲げ加工性に優れたものにできる。

【００１２】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るダ
ブル接地電極タイプのスパークプラグ１００の半断面
図、図２は、図１中のＸ矢視部分を拡大した図、図３
は、図１中のＹ矢視図である。なお、図２においては、
絶縁碍子２内部の中心電極３を示すために、絶縁碍子２
は断面形状を示してあり、また、第１接地電極４は端面
のみ示してある。

【００１４】スパークプラグ１００は、金属等よりなる
円筒形状の取付金具（ハウジング）１を有しており、こ
の取付金具１は、図示しないエンジンブロックに固定す
るための取付ネジ部１ａを備えている。取付金具１の内
部には、例えばアルミナセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）等から
なる絶縁碍子２が固定されており、この絶縁碍子２の先
端部２ａは、取付金具１から露出するように設けられて
いる。さらに、図２に示す様に、絶縁碍子２の先端部２
ａのさらなる先端には、この基部である先端部２ａより
も径小であるとともに、略同一径を有する細径部２ｂが
設けられている。

【００１５】中心電極３は絶縁碍子２の軸孔２ｃに固定
され、絶縁碍子２を介して取付金具１に絶縁保持されて
いる。この中心電極３は、内材がＣｕ（銅）等の熱伝導
性に優れた金属材料、外材がＮｉ（ニッケル）基合金等
の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成され
た円柱体で、中心電極３の先端が絶縁碍子２の先端部２
ａから露出するように設けられている。また、図２に示
す様に、中心電極３の基部３ａの先端には、基部３ａよ
りもさらに径小な径小部３ｂが形成されており、径小部
３ｂの外周は、絶縁碍子２の細径部２ｂの内周よりも内
側に位置している。

【００１６】図２及び図３に示す様に、取付金具１の一
端には、第１接地電極（メイン接地電極）４、第２接地
電極（サブ接地電極）５及び６が溶接等により接合され
固定されている。これら第１及び第２接地電極４〜６
は、Ｎｉ合金やＦｅ合金材料等から構成された四角柱形
状のものである。第１接地電極４においては、取付金具
１に接合された一端とは反対の他端が、中心電極３の径
小部３ｂの先端面に対向して配置され、該径小部３ｂの
先端面との間に第１放電ギャップＡを形成している。

【００１７】また、第２接地電極５及び６においては各
々、取付金具１に接合された一端とは反対の他端面（先
端面）が、中心電極３の径小部３ｂの側面に対向して配
置され、該径小部３ｂの側面との間に第２放電ギャップ
を形成している。ここで、第２接地電極５及び６の他端
面は、絶縁碍子２の細径部２ｂにおける外径よりも距離
Ｂ（図２参照）だけ大きい径の外側に位置している。

【００１８】ここで、本実施形態においては、第１接地
電極４の表面積を第１接地電極４と取付金具１との接合
部面積で割った値をα１とし、第２接地電極５、６の表
面積を第２接地電極５、６と取付金具１との接合部面積
で割った値をα２としたとき、値α２が値α１以下とな
るようにした独自の構成としている。これら独自の構成
について、その根拠とともに説明していく。図４は接地
電極４〜６の寸法説明図であり、（ａ）は（ｂ）中のＺ
矢視図である。

【００１９】図４に示す様に、四角柱形状をなす本実施
形態の各接地電極４〜６は、曲げ加工により半径Ｒの曲
げ部を有して略Ｌ字状に曲げられており、軸方向と直交
する断面において幅がＷ１、Ｗ２、厚さがＨ１、Ｈ２、
軸方向の長さがＬ１、Ｌ２である。ここで、Ｗ１、Ｈ１
及びＬ１は第１接地電極４の寸法、Ｗ２、Ｈ２及びＬ２
は第２接地電極５、６の寸法である。また、長さＬ１、
Ｌ２は、Ｌ字形状において内周と外周との中心部分の長
さである。

【００２０】「手段」の欄にて述べたように、接地電極
において、受熱量に対し放熱量が大きいほど耐熱性が良
好であり、表面積が大きいほど熱を受けやすく、取付金
具との接合部面積が大きいほど熱が取付金具へ放熱され
やすい。従って、接地電極において、受熱量は表面積、
放熱量は取付金具との接合部面積にて近似され、受熱量
を放熱量で割った耐熱性指標値は、該表面積を該接合部
で割った値にて近似され、その値が小さいほど耐熱余裕
度がある。本実施形態においては、第１接地電極４の耐
熱性指標値α１及び各第２接地電極５、６の耐熱性指標
値α２は、次の数式３にて示される。

【００２１】

【数３】α１＝｛（Ｈ１×Ｗ１）＋２（Ｈ１＋Ｗ１）×
Ｌ１｝／（Ｈ１×Ｗ１） α２＝｛（Ｈ２×Ｗ２）＋２（Ｈ２＋Ｗ２）×Ｌ２｝／
（Ｈ２×Ｗ２） ここで、第２接地電極５、６の値α２を、従来より市場
実績（例えば走行距離１０ｋｍ相当の耐久性）のある第
１接地電極４の値α１以下とすれば、第２接地電極５、
６の耐熱性を確保できることになる。次に、指標値α１
に対する指標値α２の関係についての一検討例を図５に
示すが、これに限定されるものではない。

【００２２】本検討例において、第１接地電極４は、長
さＬ１を１０．０ｍｍ、厚さＨ１を１．６ｍｍ、幅Ｗ１
を２．８ｍｍとし、第２接地電極５、６は、長さＬ２を
５．０ｍｍとした。そして、第２接地電極５、６の厚さ
Ｈ２及び幅Ｗ２を種々変えていき、指標値α２を計算に
より求めた。図５では、横軸にＨ２とＷ２、縦軸にα２
をとり、例えば、Ｈ２が１．２ｍｍ且つＷ２が２．２ｍ
ｍのとき、α２は約１５であることを示している。

【００２３】図５には、第１接地電極４の指標値α１の
計算値（約２３）も示してあり、このα１以下となるよ
うな値α２の範囲におけるＨ２、Ｗ２が本発明の対象と
なる。つまり、本検討例においては、第１接地電極４と
して長さＬ１を１０．０ｍｍ、厚さＨ１を１．６ｍｍ、
幅Ｗ１を２．８ｍｍとしたものを使用するとき、各第２
接地電極５、６としては、長さＬ２を５．０ｍｍとする
と、厚さＨ２を０．８ｍｍ以上、幅Ｗ２を１．２ｍｍ以
上とすれば、実用レベルの耐熱余裕度を有する。

【００２４】以上が、α１≧α２の関係とした根拠であ
り、本実施形態では、この関係とすることによって、耐
熱性に対して実績のある第１接地電極４と同等以上の良
好な耐熱性を有する第２接地電極５、６を構成すること
ができるため、第２接地電極５、６を第１接地電極４よ
りも細くした場合でも、第２接地電極５、６の耐熱性を
実用レベルにて確保することができる。

【００２５】さらに、本実施形態の好ましい形態として
は、第２接地電極５、６を、Ｃｒを０．５〜５ｗｔ％含
有するＮｉ合金よりなり且つその厚さＨ２が１．２ｍｍ
以下であるものとすることが望ましい。これは、第２接
地電極５、６の曲げ加工性等を考慮したものであり、限
定するものではないが、次に、その曲げ加工性について
の一検討例を示す。

【００２６】例えば、上記図２において、第１放電ギャ
ップＡは、０．７ｍｍ未満であるとラフアイドルが生じ
やすく、１．３ｍｍを超えると失火エンストが生じやす
くなるため、０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下であること
が好ましい。さらに、この第１放電ギャップＡの好まし
い範囲に対して、距離Ｂは０．３ｍｍ以上（Ａ−０．
１）ｍｍ以下であれば良好な着火状態を得られ、好まし
い。

【００２７】ちなみに、距離Ｂが０．３ｍｍ未満の場合
には、絶縁碍子２の表面が汚損したときの火炎核が小さ
いため、絶縁碍子２及び第２接地電極５、６により、火
炎核の成長が阻害される（消炎作用）ため、失火発生の
原因となり、十分な着火状態を安定的に得ることができ
ない。また、距離Ｂが１．２ｍｍを超える場合には、絶
縁碍子２の表面にカーボンが付着した場合、第２放電ギ
ャップでの放電が生じにくく、碍子脚部付け根まで漏電
し、十分な着火状態を得ることが困難となってしまう。

【００２８】また、上記図２に示す絶縁碍子２の細径部
２ｂの直径Ｃ及び取付金具１の内径Ｄについては、絶縁
碍子２や取付金具１における絶縁性、熱引き性、体格等
の性能を考慮した場合、従来の実績から、上記直径Ｃは
φ４．０ｍｍ以上φ５．０ｍｍ以下、上記内径Ｄはφ
８．２ｍｍ以上φ８．６ｍｍとする。

【００２９】そして、中心電極３の先端面（径小部３ｂ
の先端面）と対向する第１接地電極４に比べて、第２接
地電極５、６は中心電極３の側面（径小部３ｂの側面）
と対向するため、より小さいＲで曲げ加工される。上記
の各寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの寸法範囲において、第２接地
電極５、６の長さＬ２が最小となるとき、第２接地電極
５、６のＲ寸法は最小となる。

【００３０】本発明者等の計算によれば、例えば、Ａ＝
１．３ｍｍ、Ｂ＝１．１ｍｍ、Ｃ＝φ５．０ｍｍ、Ｄ＝
φ８．２ｍｍのとき、Ｌ２が最小であり、このとき、第
２接地電極５、６は、半径Ｒが０．５ｍｍ以下となる。
よって、第２接地電極５、６はＲ０．５ｍｍ以下で加工
されることを考慮しなければならない。この場合におけ
る第２接地電極５、６の電極厚さＨ２（単位：ｍｍ）と
最小曲げＲ（最小曲げ半径、単位：ｍｍ）との関係を図
６に示す。

【００３１】ここで、最小曲げＲは、これ以上小さいＲ
で曲げると、第２接地電極５、６に亀裂が生じる可能性
のある限界Ｒである。また、図６において、実線で示す
グラフ線は、Ｃｒ（クロム）を１５ｗｔ％含有する高Ｃ
ｒＮｉ基合金（例えば、インコネル６００（登録商
標））であり、破線で示すグラフ線は、Ｃｒを１．５ｗ
ｔ％含有する低ＣｒＮｉ基合金の場合を示す。また、図
７には、これら高ＣｒＮｉ基合金（図中、高Ｃｒと記
す）及び低ＣｒＮｉ基合金（図中、低Ｃｒと記す）の物
性を示す。

【００３２】これら図６及び図７によれば、第２接地電
極５、６の最小曲げＲ０．５ｍｍ以下を確保するために
は、第２接地電極５、６に高ＣｒＮｉ基合金よりも低Ｃ
ｒＮｉ基合金を使用する方が曲げやすく、また、火花消
耗性、耐熱性も優れている。そして、本発明者等の検討
によれば、このような第２接地電極５、６の効果は、Ｃ
ｒを０．５〜５ｗｔ％含有するＮｉ合金よりなり且つそ
の厚さＨ２が１．２ｍｍ以下であるものであれば、十分
に発揮することができる。

【００３３】また、第１接地電極４においては、中心電
極３と対向する部位（放電部）にＰｔやＰｔ合金よりな
る貴金属チップを溶接する場合があり、この場合、図７
からわかるように、第１接地電極４として、高ＣｒＮｉ
基合金を用いることが好ましい。そして、第１接地電極
４におけるチップ接合性の効果は、本発明者等の検討に
よれば、Ｃｒを１０〜２０ｗｔ％含有するＮｉ合金であ
れば、十分に発揮することができる。

【００３４】以上述べてきたように、本実施形態によれ
ば、第１接地電極４と第２接地電極５、６の耐熱性を、
指標値α１及びα２にて規定（α１≧α２）したことを
主たる特徴としており、それにより、第２接地電極５、
６を第１接地電極４よりも細くした場合でも耐熱性を実
用レベル（自動車用エンジンに適用の場合、走行距離１
０ｋｍ相当の耐久性）にて確保することができる。そし
て、第２接地電極５、６の着火性及び第２接地電極５、
６によって覆われる絶縁碍子２の放熱性をより向上させ
ることができる。

【００３５】なお、上記実施形態では、第１接地電極４
及び第２接地電極５、６は四角柱形状をなすものであっ
たが、四角柱以外、例えば三角柱、五角柱、六角柱等の
多角柱形状、さらには、円柱形状等であっても良い。こ
れらの場合にも、上記関係α１≧α２が満足されていれ
ば、上記効果を奏することは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの半断
面図である。

【図２】図１中のＸ矢視部分拡大図である。

【図３】図１中のＹ矢視図である。

【図４】接地電極の寸法説明図である。

【図５】指標値α１に対する指標値α２の関係について
の一検討例を示す図である。

【図６】第２接地電極の厚さＨ２と最小曲げＲとの関係
についての一検討例を示す図である。

【図７】高ＣｒＮｉ基合金及び低ＣｒＮｉ基合金の物性
を示す図表である。

【符号の説明】

１…取付金具、２…絶縁碍子、３…中心電極、４…第１
接地電極、５、６…第２接地電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長村 弘法 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G019 KA01 5G059 AA03 CC03 EE03 EE04 EE19 EE21 EE23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心電極（３）と、 前記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持する絶縁
   碍子（２）と、 前記絶縁碍子を保持する取付金具（１）と、 一端が前記取付金具に接合されるとともに、他端が前記
   中心電極の先端面と対向配置されて前記中心電極の先端
   面との間に第１放電ギャップを形成する第１接地電極
   （４）と、 一端が前記取付金具に接合されるとともに、他端が前記
   中心電極の側面と対向配置されて前記中心電極の側面と
   の間に第２放電ギャップを形成する第２接地電極（５、
   ６）とを備えるスパークプラグにおいて、 前記第１接地電極の表面積を前記第１接地電極と前記取
   付金具との接合部面積で割った値をα１とし、前記第２
   接地電極の表面積を前記第２接地電極と前記取付金具と
   の接合部面積で割った値をα２としたとき、 前記値α２が前記値α１以下であることを特徴とするス
   パークプラグ。
2. 【請求項２】 前記第１接地電極（４）及び前記第２接
   地電極（５、６）は、角柱形状をなすものであり、 前記第１接地電極における厚さをＨ１、幅をＷ１、長さ
   をＬ１とし、前記第２接地電極における厚さをＨ２、幅
   をＷ２、長さをＬ２としたとき、 前記値α１及びα２は、それぞれ下記の数式１にて示さ
   れるもの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。 【数１】α１＝｛（Ｈ１×Ｗ１）＋２（Ｈ１＋Ｗ１）×
   Ｌ１｝／（Ｈ１×Ｗ１） α２＝｛（Ｈ２×Ｗ２）＋２（Ｈ２＋Ｗ２）×Ｌ２｝／
   （Ｈ２×Ｗ２）
3. 【請求項３】 前記第１接地電極（４）は、Ｃｒを１０
   〜２０ｗｔ％含有するＮｉ合金よりなることを特徴とす
   る請求項１または２に記載のスパークプラグ。
4. 【請求項４】 前記第２接地電極（５、６）は、Ｃｒを
   ０．５〜５ｗｔ％含有するＮｉ合金よりなり、その厚さ
   Ｈ２が１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれか１つに記載のスパークプラグ。