JP2002270332A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 平行接地電極とセミ沿面接地電極を備えてな
るハイブリッド型スパークプラグにおいて、中心電極が
火花消耗に対する耐久性に優れたスパークプラグを提供
する。 【解決手段】 中心電極２は、先端に向かうにつれ段階
的及び／又は連続的に径が減少する移行部が形成され
る。絶縁碍子１の開口に臨む位置に外面外形線が外向き
に凸となる凸部２ｋが形成される。そして、凸部頂点Ｐ
が絶縁碍子１の先端より軸線方向後方側距離Ｌ_１に位置
するように設定され、距離Ｌ_１が０．５ｍｍ以内に設定
される。さらに、凸部頂点Ｐより軸線方向後方側位置で
あって、かつ絶縁碍子１の軸線方向前方側の先端を基点
とする軸線方向後方側０．５ｍｍ以内の中心電極表層部
において、耐火花消耗用金属部１０１が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用のスパー
クプラグに関する。

【従来の技術】従来のスパークプラグは、絶縁碍子の先
端面から下方に突出するようにされた中心電極と、この
中心電極に対向して配設され一端が主体金具に接合され
た平行接地電極とを備え、中心電極と平行接地電極との
間の気中ギャップに火花放電させて燃料混合ガスに着火
するものが一般的である。このような平行対向型スパー
クプラグに対し、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、絶縁碍子表面
を経由したセミ沿面放電形態にて伝播するように構成し
たものである。

【０００２】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、中心貫通孔を有する絶縁碍子と、中心
貫通孔に保持され絶縁碍子の先端部に配設された中心電
極と、絶縁碍子の先端部を自身の先端面から突出するよ
うに保持する主体金具と、主体金具に一端が接合され他
端が中心電極の側周面若しくは絶縁碍子の側周面に対向
するように配設されたセミ沿面接地電極を備える。そし
て、セミ沿面放電時には、セミ沿面接地電極の発火面と
絶縁碍子表面との間が気中放電となる以外は、絶縁碍子
先端面の表面に沿う形態にて飛火する形となる。このセ
ミ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】さらに、そのような平行対向型とセミ沿面
放電型の両機能を組み合わせたハイブリッド型スパーク
プラグが提供され、これによると、絶縁体の先端面が汚
損していない場合でもセミ沿面ギャップで飛火するよう
に各部寸法設定を行っているため耐汚損性を達成しつつ
も中心電極母材が飛散して絶縁碍子先端表面に付着する
ことによってチャンネリングを効果的に抑制し、かつ着
火性を向上することが可能となった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な平行接地電極とセミ沿面接地電極を備えてなるハイブ
リッド型スパークプラグは、エンジン条件、エンジン特
性等に起因して特定のギャップでの飛火割合が経時変化
する可能性がある。特に、ハイブリッド型スパークプラ
グにおいては、各部の寸法設定を行うことによりくすぶ
りを生じた場合のみならず、くすぶりが生じていなくと
もセミ沿面ギャップにて飛火することとなるが、特にこ
のように中心電極側面の飛火割合の高いスパークプラグ
においてはその中心電極側面の火花消耗が問題となる。

【０００５】また、セミ沿面接地電極と中心電極の電極
間の火花は絶縁碍子先端面を這うよう進行するため、例
えば図７における領域Ｃのような、凸部頂点より後方側
において火花の衝突する割合が高く、スパークプラグの
長期使用に伴いこの領域に偏消耗が生じる可能性がある
ことが判明した。

【０００６】本発明の解決すべき課題は、平行接地電極
とセミ沿面接地電極を備えてなるハイブリッド型スパー
クプラグにおいて、中心電極の側周面において火花によ
る衝撃が頻繁に生じる位置を効果的に保護し、火花消耗
に対する耐久性に優れたスパークプラグを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記のよ
うな課題を解決するために本発明は、中心貫通孔を有す
る絶縁碍子と、中心貫通孔に保持され絶縁碍子の先端部
に配設された自身の先端部貴金属チップを有する中心電
極と、絶縁碍子の先端部を自身の先端面から突出するよ
うに保持する主体金具と、その主体金具の先端面に一端
が接合され他端が中心電極の先端面に対向して主気中ギ
ャップを形成するように配設された平行接地電極とを備
えるとともに、主体金具に一端が接合され他端が中心電
極の側周面若しくは絶縁碍子の側周面の少なくともいず
れか一方に対向してセミ沿面ギャップを形成するように
配設された複数のセミ沿面接地電極を備えるスパークプ
ラグであって、中心電極の軸線と平行な仮想平面に対し
て投影したときに、その正射影像での中心電極の先端部
において、軸線方向において内燃機関へ向かう側を前方
側とするその軸線方向前方側に段階的及び／又は連続的
に径が縮径する縮径部が形成されるとともに、該縮径部
の軸線方向中間位置に仮想平面における外面外形線が外
向きに凸となる凸部が形成され、該凸部の頂点（以下
「凸部頂点」ともいう）が絶縁碍子の先端より軸線方向
後方側に位置し、かつ該凸部頂点と絶縁碍子の先端との
軸線方向における距離が０．５ｍｍ以内に設定され、さ
らに、凸部頂点より軸線方向後方側位置の中心電極の表
層部においてかつ該凸部頂点を跨らないように、電極母
材よりも耐火花消耗性の高い金属からなる耐火花消耗用
金属部が形成されることを特徴とするスパークプラグを
提供する。

【０００８】このように、中心電極において絶縁碍子先
端面から軸線方向後方側の位置に凸部頂点が設定される
ように凸部を形成すれば、電界集中の生じやすい凸部頂
点とセミ沿面接地電極との間に絶縁碍子が位置するよう
になるため、セミ沿面放電の火花が絶縁碍子の先端に密
着しやすく、絶縁碍子表面の火花清浄作用により耐汚損
性に効果がある。また、上記のごとく距離０．５ｍｍ以
内の位置に凸部頂点があると、絶縁碍子先端面を這いな
がら進行する火花が、電界の集中する凸部頂点又は凸部
頂点近傍に到達し易くなり、セミ沿面接地電極と中心電
極間における着火性が良好に維持される。

【０００９】また、これら電極間の火花は上記のごとく
絶縁碍子先端面を這うよう進行するため、絶縁碍子先端
面より後方側において火花による消耗が進行するが、本
発明のごとく、凸部頂点より後方側位置において、耐火
花消耗用金属部が形成されるようにすれば、絶縁碍子上
を這いながら進行する火花の、最も衝突の予想される凸
部後方側位置に火花消耗に強い耐火花消耗用金属部が備
えられることとなり、中心電極側面を火花消耗より効果
的に保護することができる。なお、この電極母材よりも
耐火花消耗性に優れた材質とは、例えば、電極母材より
も融点の高い材質にて耐火花消耗用形成部を構成するこ
とができる。

【００１０】また、凸部頂点をまたがらないように耐火
花消耗用金属部を配置し、凸部頂点をまたぐように電極
母材を設けるように、即ち凸部を電極母材により形成す
ると、凸部後方側を耐火花消耗用形成部により保護しつ
つ、凸部付近では中心電極母材が衝突によって飛散する
こととなり、この中心電極母材の成分が絶縁碍子先端に
付着するような構成となる。従って、上記構成をとるこ
とにより、中心電極の側周面の火花消耗を抑制しつつも
チャンネリングに対する抑制がなされ、相乗効果が得ら
れることとなる。

【００１１】具体的には、例えば耐火花消耗用金属部の
軸線方向前方側端縁が、絶縁碍子の先端を基点とする軸
線方向後方側０．５ｍｍの位置より軸線方向前方側に位
置するように形成することが望ましい。なお、軸線方向
後方側０．５ｍｍの位置より軸線方向後方側に端縁が位
置するように耐火花消耗用金属部が設けられていると、
火花を受けやすい位置から大きく外れることとなり、電
極の火花消耗抑制効果が得られなくなる。

【００１２】また、中心貫通孔の絶縁碍子の先端面側開
口縁にアールまたは面取りを施すようにしてもよい。凸
部頂点が絶縁碍子の先端より軸線方向後方側に位置する
場合に、セミ沿面放電時には、中心貫通孔の先端面開口
縁を経由してセミ沿面接地電極とこの凸部頂点との間で
火花が発生する。アールまたは面取りが施されていない
状態では、開口縁を火花が経由するとこの部分でのチャ
ンネリングが発生しやすくなる。そして、一旦チャンネ
リングが発生してしまうと、その発生した位置に集中し
て火花が発生してしまいチャンネリングが深くなり易
い。従って、この開口縁にアールまたは面取りを施すこ
とによって、チャネリングの発生を更に効果的に抑制す
ることができる。このアールまたは面取りは、曲率また
は幅を０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍとすると良い。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は本発明の一例たるスパーク
プラグ１００の部分断面図である。周知のように、アル
ミナ等からなる絶縁碍子１は、その後端部に沿面距離を
稼ぐためのコルゲーション１Ａを、先端部に内燃機関の
燃焼室に曝される脚長部１Ｂを備え、その軸中心には先
端面側開口縁に面取り１Ｇ（図４、図５参照）が施され
た中心貫通孔１Ｃを備えている。中心貫通孔１Ｃには、
貴金属チップを有する場合にはインコネル（商標名）６
００又は６０１等の、鉄６〜２０質量％、クロム１４〜
２５質量％、その他の不純物３％以下、所望によりアル
ミニウム１〜２質量％、残部としてニッケル５８質量％
以上含有するニッケル系金属等からなる電極母材２ｎを
少なくとも表層部に有する中心電極２が保持され、中心
電極２は絶縁碍子１の先端面から突出するようにされて
いる。

【００１４】中心電極２は中心貫通孔１Ｃの内部に設け
られたセラミック抵抗３を経由して上方の端子金具４に
電気的に接続されている。端子金具４には図示しない高
圧ケーブルが接続され高電圧が印加される。上記絶縁碍
子１は主体金具５に囲まれ保持部５１及びかしめ部５Ｃ
によって支持されている。主体金具５は低炭素鋼材で形
成され、スパークプラグレンチと嵌合する工具係合部
（六角部５Ａ）と、ねじの呼びが例えばＭ１４Ｓのねじ
部５Ｂとを備えている。主体金具５はそのかしめ部５Ｃ
により絶縁碍子１にかしめられ、主体金具５と絶縁碍子
１が一体にされる。かしめによる密閉を完全なものとす
るため、主体金具５と絶縁碍子１との間に板状のパッキ
ング部材６とワイヤ状のシール部材７，８が介在され、
シール部材７，８の間にはタルク（滑石）９の粉末が充
填されている。また、ねじ部５Ｂの後端、即ち、主体金
具５の座面５２にはガスケット１０が嵌挿されている。

【００１５】主体金具５の先端面５Ｄには、少なくとも
表層部をなす母材がニッケル合金からなる平行接地電極
１１が溶接により接合されている。平行接地電極１１は
中心電極２の先端面と軸方向に対向し、中心電極２と平
行接地電極１１とで主気中ギャップ（α）を形成してい
る。また、例えば六角部５Ａの対辺寸法は１６ｍｍであ
り、主体金具５の座面５２から先端面５Ｄまでの長さは
例えば１９ｍｍに設定されている。この寸法設定は、Ｊ
ＩＳ：Ｂ ８０３１に規定されている１４ｍｍ小形六角
形の、Ａ寸法が１９ｍｍのスパークプラグの基準寸法で
ある。なお、平行接地電極１１は、その先端部の温度を
低減させ、火花消耗を抑えるために、内部に母材よりも
熱伝導性の良好な材料（例えばＣｕや純Ｎｉ又はその複
合材料等）からなる良熱伝導材を有していても良い。こ
こまでは従来のスパークプラグと同じである。

【００１６】この実施の形態に係るスパークプラグ１０
０では、平行接地電極１１とは別に、複数のセミ沿面接
地電極１２を備えている。セミ沿面接地電極１２は少な
くとも表層部をなす母材がニッケル合金からなり、その
一端が主体金具５の先端面５Ｄに溶接により接合され、
他端の端面１２Ｃが中心電極２の側周面２Ａ若しくは脚
長部１Ｂの側周面１Ｅに対向するように配設されてい
る。図３の底面図に示すように、２個のセミ沿面接地電
極１２はそれぞれ平行接地電極１１から９０゜ずれた位
置に配設され、セミ沿面接地電極１２同士は略１８０゜
ずれた位置に配設されている。

【００１７】また、図３は、絶縁碍子１の先端部を軸線
３０の方向前方側から平面視した状態を表しているが、
セミ沿面接地電極１２は他端の端面１２Ｃにおいて、絶
縁碍子１の中心貫通孔１Ｃの先端開口径よりも大きな幅
を有するものとなっている。図２に示すように、各セミ
沿面接地電極１２の端面１２Ｃと中心電極２の側周面２
Ａとの間にはセミ沿面ギャップ（β）（図１）が所定の
ギャップ間隔βにてそれぞれ形成され、各セミ沿面接地
電極１２の端面１２Ｃと脚長部１Ｂの側周面１Ｅとの間
でセミ沿面碍子ギャップ（γ）（図１）が所定のギャッ
プ間隔γにてそれぞれ形成されている。

【００１８】また、平行接地電極１１の中心電極２と対
向する側面１１Ａと中心電極２の前方側先端面２Ｂとの
間で主気中ギャップ（α）がギャップ間隔αにて形成さ
れ、さらに、絶縁碍子１の先端より前方側に突出する中
心電極２の先端面２Ｂと絶縁碍子１の先端との距離Ｈ
（以下、「突き出し量Ｈ」ともいう）が所定の値となる
よう設定される。また、軸線方向における絶縁碍子１の
先端面高さ位置とセミ沿面接地電極の端面１２Ｃの後端
側縁の高さ位置の距離が所定距離Ｅｍｍとなっている。
なお、これらα、β、γ、Ｅ、Ｈの数値は下記の関係に
設定するとよい。即ち、０．７ｍｍ≦α（ｍｍ）≦
（０．８（β−γ）＋γ）（ｍｍ）とすると、正常時に
おいても所定割合でセミ沿面ギャップの火花放電を起こ
させることができる。なお、β、γ、Ｅ、Ｈについて
は、以下の関係、即ち、β（ｍｍ）≦２．２ｍｍ、０．
４ｍｍ≦γ（ｍｍ）≦（α−０．１）（ｍｍ）、Ｅ（ｍ
ｍ）≦０．５ｍｍ、及び１．０ｍｍ≦Ｈ（ｍｍ）≦４．
０ｍｍをそれぞれ満たすようにすると、さらに以下の効
果を達成できる。

【００１９】β（ｍｍ）≦２．２ｍｍ、０．４ｍｍ≦γ
（ｍｍ）≦（α−０．１）（ｍｍ）とすると、絶縁碍子
の表面が「くすぶり」の状態になった時にセミ沿面接地
電極と中心電極との間で、より確実に、セミ沿面放電を
生じさせることができる。セミ沿面ギャップ（β）の距
離βが２．２ｍｍより大きいと、セミ沿面接地電極と中
心電極との間で放電が生ぜず、中心電極と主体金具の絶
縁碍子取付部付近との間で絶縁碍子の脚長部表面に沿っ
て放電する、いわゆるフラッシュオーバーが発生する確
率が高くなる。また、セミ沿面碍子ギャップ（γ）の距
離γが０．４ｍｍより小さいと、セミ沿面接地電極と絶
縁碍子との間にカーボンによるブリッジが生じ放電不能
になる確率が高くなる。

【００２０】一方、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）の
距離γが主気中ギャップ（α）の距離α−０．１ｍｍよ
り大きくなると、「くすぶり」時においても、セミ沿面
接地電極との間のセミ沿面ギャップ（γ）で放電するよ
り、平行電極との間の主気中ギャップ（α）で放電して
しまう確率が高くなる。

【００２１】また、Ｅ≦＋０．５（＋はセミ沿面接地電
極の端面の下端縁が絶縁碍子の先端面から前方に離れる
方向）とすると、セミ沿面放電の火花による絶縁碍子表
面の火花清浄作用を効果的に維持することができる。Ｅ
が＋０．５ｍｍより大きいと、セミ沿面放電の火花が絶
縁碍子の先端面に密着せず、絶縁碍子表面の火花清浄作
用の効果が低下する。

【００２２】さらに、１．０≦Ｈ≦４．０とすると、セ
ミ沿面放電による中心電極の電極消耗を小さく抑制する
ことができる。さらに、平行接地電極との間の主気中ギ
ャップ（α）での火花放電による着火性と、セミ沿面接
地電極のセミ沿面放電による着火性との乖離を小さくす
ることができる。放電電極の変化に伴う着火性の変化に
よる内燃機関のトルク変動を極力抑制することができ
る。中心電極の突き出し量Ｈが１．０ｍｍより小さいと
中心電極側周の電極消耗が大きくなる。

【００２３】一方、中心電極の突き出し量Ｈが４．０ｍ
ｍより大きいとセミ沿面放電による着火性が主気中ギャ
ップαでの着火性に比べて低下し、両者の着火性が乖離
して好ましくない。

【００２４】なお、図３においては、セミ沿面接地電極
１２の端面１２Ｃは平面状に形成されているが、絶縁碍
子２の側周面に沿って略一様な間隔のセミ沿面ギャップ
が形成されるよう、端面１２Ｃを、例えば打抜加工等に
より絶縁碍子２の軸線３０を中心とする円筒面状に形成
することもできる。

【００２５】また、セミ沿面接地電極１２も平行接地電
極１１と同様に、内部にＣｕや純Ｎｉ又はその複合材料
等からなる良熱伝導材を有していても良い。この場合、
セミ沿面接地電極１２は、表層部を形成する母材と、内
層部を形成するとともに母材よりも熱伝導性の良好な材
料（例えばＣｕや純Ｎｉ又はその複合材料等）からなる
良熱伝導材とを有するものとなる。

【００２６】次に図４を参照しつつ中心電極について説
明する。図４には、絶縁碍子１及び中心電極２における
各部分の寸法、位置関係を説明するために、それらを中
心電極２の軸線３０と平行な仮想平面に対して投影した
場合のその正射影像を示している。中心電極２は、自身
の軸線方向において内燃機関へ向かう側（即ち、主気中
ギャップに臨む側）を前方側とするその軸線方向前方側
に段階的及び／又は連続的に径が縮径する縮径部が形成
されるとともに、該縮径部の軸線方向中間位置に当該仮
想平面における外面外形線が外向きに凸となる凸部２ｋ
が形成される。具体的には中心電極２は、絶縁碍子１の
内部において後方側に形成される基部２ｐと、主気中ギ
ャップに面する先端部において該基部２ｐよりも径小と
される径小部２ｑとの間において先端に向かうにつれ段
階的及び／又は連続的に径が減少する移行部が形成され
る。そして、当該正射影像での移行部の中間位置又は基
部２ｐと移行部に跨る位置における絶縁碍子１の開口に
臨む位置に上記凸部２ｋが形成されることとなる。な
お、本実施例においては貴金属チップ１０５が径小部２
ｑをなす形となっており、この貴金属チップ１０５は、
前方側に向かうにつれ縮径される電極母材２ｎの前端に
レーザ溶接等により溶融部１０６を形成する形で接合さ
れている。

【００２７】そして、軸線方向において中心電極２の先
端に向かう側を前方側として、凸部頂点Ｐが絶縁碍子１
の先端より軸線方向後方側に位置するように設定され、
さらに、その凸部頂点Ｐと絶縁碍子１の先端（図４では
先端面１Ｄ）との軸線方向における距離Ｌ_１が０．５ｍ
ｍ以内に設定される。これにより耐汚損性効果が生じ、
かつ着火性が良好となるようになっている。

【００２８】さらに、凸部頂点Ｐより軸線方向後方側位
置であって、かつ絶縁碍子１の軸線方向前方側の先端
（図４の例では先端面１Ｄ）を基点とする軸線方向後方
側０．５ｍｍ以内の中心電極表層部において、耐火花消
耗用金属部１０１が形成される。具体的には耐火花消耗
用金属部１０１における軸線方向前方側の端縁が、絶縁
碍子１の軸線方向前方側の先端（先端面１Ｄ）を基点と
する軸線方向後方側０．５ｍｍ以内となるように形成さ
れる。なお、耐火花消耗用金属部の端縁とは、貴金属又
は貴金属合金により当該耐火花消耗用金属部を構成する
場合にはその貴金属成分が５０質量％以上である領域と
５０％未満である領域との境界を意味し、後述するＮｉ
含有量が９０質量％以上である金属にて当該耐火花消耗
用金属部を構成する場合には、その９０質量％以上であ
る領域と９０％未満である領域との境界を意味する。

【００２９】このように、絶縁碍子１の先端縁から軸線
方向において後方側へ０．５ｍｍまでの区間に軸線方向
先端が位置するよう耐火花消耗用金属部１０１を位置さ
せると、沿面放電火花が耐火花消耗用金属部１０１に一
層効率的に当たり、電極消耗抑制に極めて効果的であ
る。後方側へ０．５ｍｍを超えて耐火花消耗用金属部１
０１の先端が引っ込むと、耐火花消耗用金属部１０１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。

【００３０】なお、耐火花消耗用金属部１０１は、具体
的には電極母材よりも融点の高い貴金属又は貴金属合金
にて構成できる。この場合、中心電極２の表面を含む表
層部において、絶縁碍子１の先端（先端面１Ｄ）を基点
とする軸線方向後方側０．５ｍｍの位置の貴金属成分が
５０質量％以上となるよう耐火花消耗用金属部１０１を
設けることができる。本実施例においては、絶縁碍子の
先端を基点とする軸線方向後方側０．５ｍｍの表面位置
をＰ_０．５として示している。このＰ_０．５の位置を軸
線方向にまたぐように耐火花消耗用金属部１０１が配置
され、かつそのＰ_０．５位置において上記範囲に貴金属
成分が調整されることとなる。なお、後方側０．５ｍｍ
の位置において貴金属成分が５０質量％未満であると、
火花による衝撃が頻繁に生じる位置において貴金属成分
含有量が不足し、望むべき電極消耗抑制を達成できない
可能性がある。

【００３１】また、具体的な貴金属は、例えばＩｒ、Ｐ
ｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、及びＲｅ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にて構成
することができる。また、貴金属を主成分とせずに、耐
火花消耗用金属部をＮｉ含有量が９０質量％以上である
金属にて構成してもよい。これらを採用することによ
り、耐火花消耗用金属部１０１を耐熱性と耐腐食性とに
優れるものとでき、ひいては耐火花消耗用金属部１０１
の消耗を抑制してスパークプラグ１００（図１）の耐久
性を向上させることができる。また、放電に伴い溶融し
た飛沫等の再付着現象（発汗と称されることもある）も
生じにくく、このような付着物による火花放電ギャップ
の短絡現象（いわゆるブリッジング）も生じにくい利点
がある。

【００３２】また、中心電極２において、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碍子侵
食抑制成分として含有する金属材料にて電極母材２ｎを
構成し、火花放電ギャップにおける火花放電に伴い絶縁
体碍子端部表面に絶縁碍子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することができる。具体的に
は、中心電極２の、セミ沿面ギャップ（β）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を合計で１０質量％以上含有する金属材料にて
構成することができる。この金属材料は、例えば、上記
電極母材材料例のごとくＮｉ又はＦｅを主成分とするも
のを採用できる。また、接地電極についても上記と同様
の材質とするとよい。このように、電極母材２ｎが侵食
抑制層の形成成分を含んだものとして構成しおき、セミ
沿面ギャップにおけるセミ沿面放電に伴い、絶縁碍子先
端部表面に電極母材２ｎ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すれば、火花のアタックによ
り絶縁碍子先端面表面が徐々に消耗するようなことがあ
っても、スパークプラグの使用継続に伴い電極母材を成
分供給源として新たな侵食抑制層が形成されるのでチャ
ンネリング防止効果が長期間持続する。本実施例におい
て、上記のごとく電極母材２ｎの材質としてインコネル
（商標名）６００又は６０１等の、鉄６〜２０質量％、
クロム１４〜２５質量％、その他の不純物３％以下、所
望によりアルミニウム１〜２質量％、残部としてニッケ
ル５８質量％以上含有するニッケル系金属を採用してい
るが、これによれば上記侵食抑制層形成効果が十分達成
される。

【００３３】図４のように中心電極２の外周面に形成さ
れる耐火花消耗用金属部１０１は、該中心電極２の軸線
方向において、凸部頂点Ｐに関してその両側に位置する
領域に跨らないようになっている。すなわち、絶縁碍子
１の先端（先端面１Ｄ）に対し、侵食抑制層形成成分で
あるＦｅ及びＣｒを含有した、中心電極２の電極母材２
ｎの金属材料により形成される凸部２ｋが臨む形となる
ように、耐火花消耗用金属部１０１が配置されているた
め、沿面放電火花が発生したときに、これがある程度の
割合で上記金属材料面（電極母材２ｎの表面）に当た
り、これが飛散して侵食抑制層の形成成分の供給、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。また、火花の衝突割合の高い領
域については上記のごとく耐火花消耗用金属部材１０１
により防護しているため、電極消耗を最小限に抑えつ
つ、チャンネリング防止効果が得られる分だけの凸部２
ｋへの火花衝突を許容する構成となっている。

【００３４】なお、本発明において図５のように、正射
影像において凸部２ｋの外形線が連続的に屈曲するよう
な形状を有するスパークプラグにおいては、凸部頂点Ｐ
を以下のごとく規定する。即ち、図５（ｂ）の拡大図に
て示されるように、その屈曲する凸部２ｋを挟んだ両側
の直線部Ｓ_１及びＳ_２の外形線をそれぞれ延長する延長
線Ａ，Ｂを設定し、それら延長線Ａ，Ｂの交点を凸部頂
点Ｐとして規定する。そして、この凸部頂点Ｐと絶縁碍
子先端の距離がＬ_１として上記範囲に設定されることと
なる。また、本発明において、図６のように仮想平面に
おける正射影像において絶縁碍子１の先端面の外面外形
線が軸線３０と直交する直線でない場合（即ち、先端面
が平面でない場合）には、当該絶縁碍子外面外形線上の
軸線方向前方側における最先端位置を絶縁碍子先端とし
て規定し、上記説明のごとく範囲調整を行う。なお、中
心貫通孔１Ｃの先端面１Ｄ側開口縁にはアール１Ｊが施
されている。

【００３５】

【実施例】図２のようなスパークプラグにおいて、主気
中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍとし、セミ沿面接地
電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をい
ずれもγ＝０．５ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいず
れもβ＝１．５ｍｍに設定するとともに、突き出し量Ｈ
＝１．５ｍｍ、絶縁碍子の先端面高さ位置とセミ沿面接
地電極の端面の後端側縁の高さ位置の距離Ｅについては
Ｅ＝０．２ｍｍとしてそれぞれ寸法設定を行ったスパー
クプラグを作製した。そして、図２のように中心電極の
周側面に耐火花消耗用金属部材を有するものと、有さな
いものとを２種類用意した。耐火花消耗用金属部材の軸
線方向前端の絶縁碍子先端からの距離は０．２ｍｍに設
定した。なお、中心電極２と接地電極４の電極母材の材
質としてはインコネル６００（商標名）、セミ沿面接地
電極１２の材質としてはＮｉ含有量が９０質量％以上の
金属を使用し、耐火花消耗用金属部材としては、純Ｐｔ
線を巻回し、レーザ溶接によって中心電極２の電極母材
表面に溶融させたものを使用した。

【００３６】そして、上記寸法設定を行ったスパークプ
ラグを用い、１０万ｋｍ走行相当の耐久試験を行った後
にプレデリバリ汚損試験を行った。試験条件は以下の通
りである。すなわち、排気量３０００ｃｃの６気筒直噴
式内燃機関を用いた自動車にスパークプラグを取り付け
る。燃料として無鉛ハイオクガソリンを用い、該自動車
を−１０゜Ｃの低温試験室に置き、ＪＩＳＤ１６０６の
低負荷適合性試験で規定されている運転パターンによ
り、低速で数回寸動させる所定の運転パターンを１サイ
クルとして絶縁抵抗値の変化を測定した。以上の結果を
図８のグラフにて示す。なお、図８のグラフにおいて
は、縦軸を絶縁抵抗値（ＭΩ）、横軸をサイクル数
（回）としている。グラフ上において、実線にて示され
るものは耐火花消耗用金属部材を設けない場合の結果、
破線は耐火花消耗用金属部材を設けた場合の結果であ
る。

【００３７】この結果によると、耐火花消耗用金属部材
を中心電極２の側周面に設けないスパークプラグにおい
ては、１０サイクル前において１０００ＭΩを下回り１
００ＭΩに到達したのに対して、耐火花消耗用金属部材
を設けることによって、プレデリバリ汚損テストにおい
て１０サイクル後であっても１０００ＭΩ以上の値が維
持されることが判明し、くすぶり汚損に対して極めて効
果的構成であることが判明した。耐火花消耗用金属部材
が備えられないものは中心電極側面が火花消耗により削
り取られる形となってセミ沿面碍子ギャップ（γ）の距
離γが大きくなり、サイクルが進行してくすぶりを生じ
た時において、平行電極との間の主気中ギャップαで放
電してしまう確率が高くなって火花清浄作用の効果が低
下したものと判断できる。一方、耐火花消耗用金属部材
が設けられるスパークプラグは、中心電極側面の消耗抑
制により側面形状が維持されるため、性能が長期的に維
持されると考えられ、上記実験結果によりこれが確認さ
れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例たるスパークプラグの部分断面
図。

【図２】図１のスパークプラグの電極近傍を拡大して示
す部分断面図。

【図３】図２のスパークプラグの底面図。

【図４】軸線に平行な仮想平面における正射影像につい
て概念的に示す図。

【図５】曲面形状の凸部を有するスパークプラグについ
て示す要部断面図。

【図６】曲面先端を有する絶縁碍子の先端位置規定につ
いて説明する説明図。

【図７】従来のスパークプラグの一例について示す説明
図。

【図８】プレデリバリ汚損試験の結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 絶縁碍子 １Ｄ 絶縁碍子先端面 １Ｇ 面取り １Ｊ アール ２ 中心電極 ２ｋ 凸部 ２ｎ 電極母材 ５ 主体金具 １１ 平行接地電極 １２ セミ沿面接地電極 ３０ 中心軸線 １００ スパークプラグ １０１ 耐火花消耗用金属部 （α） 主気中ギャップ （β） セミ沿面ギャップ （γ） セミ沿面碍子ギャップ Ｐ 凸部頂点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 友聡 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 AA04 CC05 DD02 DD04 DD19 FF06 FF08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心貫通孔を有する絶縁碍子と、前記中
   心貫通孔に保持され前記絶縁碍子の先端部に配設された
   自身の先端部貴金属チップを有する中心電極と、前記絶
   縁碍子の先端部を自身の先端面から突出するように保持
   する主体金具と、その主体金具の前記先端面に一端が接
   合され他端が前記中心電極の先端面に対向して主気中ギ
   ャップを形成するように配設された平行接地電極とを備
   えるとともに、前記主体金具に一端が接合され他端が前
   記中心電極の側周面若しくは前記絶縁碍子の側周面の少
   なくともいずれか一方に対向してセミ沿面ギャップを形
   成するように配設された複数のセミ沿面接地電極を備え
   るスパークプラグであって、 前記中心電極の軸線と平行な仮想平面に対して投影した
   ときに、その正射影像での前記中心電極の先端部におい
   て、軸線方向において内燃機関へ向かう側を前方側とす
   るその軸線方向前方側に段階的及び／又は連続的に径が
   縮径する縮径部が形成されるとともに、該縮径部の軸線
   方向中間位置に前記仮想平面における外面外形線が外向
   きに凸となる凸部が形成され、該凸部の頂点（以下「凸
   部頂点」ともいう）が前記絶縁碍子の先端より軸線方向
   後方側に位置し、かつ該凸部頂点と前記絶縁碍子の先端
   との前記軸線方向における距離が０．５ｍｍ以内に設定
   され、 さらに、前記凸部頂点より軸線方向後方側位置の前記中
   心電極の表層部においてかつ該凸部頂点を跨らないよう
   に、前記電極母材よりも耐火花消耗性の高い金属からな
   る耐火花消耗用金属部が形成されることを特徴とするス
   パークプラグ。
2. 【請求項２】 前記耐火花消耗用金属部の軸線方向前方
   側端縁が、前記絶縁碍子の先端を基点とする軸線方向後
   方側０．５ｍｍの位置より軸線方向前方側に位置するよ
   うに形成される請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 【請求項３】 前記耐火花消耗用金属部は、Ｎｉ含有量
   が９０質量％以上の金属からなる請求項１又は２に記載
   のスパークプラグ。
4. 【請求項４】 前記耐火花消耗用金属部は、貴金属又は
   貴金属合金からなる請求項１又は２に記載のスパークプ
   ラグ。
5. 【請求項５】 前記耐火花消耗用金属部は、前記中心電
   極の表面を含む表層部において、少なくとも前記絶縁碍
   子の先端を基点とする軸線方向後方側０．５ｍｍの位置
   での貴金属成分濃度が５０質量％以上となっている請求
   項４に記載のスパークプラグ。
6. 【請求項６】 前記耐火花消耗用金属部は、Ｉｒ、Ｐ
   ｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、及びＲｅ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
   れている請求項４又は５に記載のスパークプラグ。
7. 【請求項７】 前記中心貫通孔の前記絶縁碍子の先端面
   側開口縁にアールまたは面取りが施されている請求項１
   ないし６のいずれかに記載のスパークプラグ。