JP2003059619A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 レース用等の高出力エンジン用用途におい
て、接地電極の折損を一層効果的に防止ないし抑制でき
るスパークプラグを提供する。 【解決手段】 スパークプラグ１は、取付ねじ部６の中
心軸線Ｏと直交する第一投影面Ｐへの正射投影像におい
て、該接地電極４は中心軸線Ｏに関する半径方向に直線
的に延伸した外形形態を有する。接地電極４は、一様な
矩形断面を有する棒状素材を用いて形成されるととも
に、火花放電ギャップｇから遠い側の側面を第二側面と
して、棒状素材の先端部を第二側面側において一部切り
欠く切欠部４ａを形成することにより、該先端部にて体
積が減じられた形態をなすものとして構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスパークプラグに関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンなどの内燃機関に使用
されるスパークプラグのうち、レース用等の高出力エン
ジンに搭載されるものは、エンジンからの強い振動を受
けやすく、接地電極の折損等が生じやすい問題がある。
その原因として、機関もしくは燃焼振動による共振と高
加速度（Ｇ）とが考えられる。一般のスパークプラグ
は、接地電極が、先端側が中心電極側を向くようにアー
ル状に曲げ加工されていることから、主体金具への取り
付け基端側に曲げモーメントが作用しやすく、より折損
等が生じやすいといえる。

【０００３】そこで、レース用に特化されたスパークプ
ラグの仕様として、接地電極を上記のようにアール状に
曲げ加工せず、主体金具との接合側端部から、主体金具
の中心軸線に近づく向きに直線的に延びる形態としたも
のが、例えば特開平５−７４５４９号や特開平２−３２
６９２号の各公報に開示されている。このような接地電
極形態とすることにより、接地電極の全長が短くなり、
振動が加わったときに電極の接合基端部に付加される片
振り曲げモーメントを小さくできるので、折損等が生じ
にくくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
レース用自動車やオートバイ用のエンジンはさらに高性
能・高出力化しており、より高温下にてスパークプラグ
に強い振動が加わるようになってきている。その結果、
上記従来のスパークプラグにおける接地電極の形態改良
だけでは、折損対策を十分に図ることが困難となってい
る。

【０００５】本発明の課題は、レース用等の高出力エン
ジン用用途において、接地電極の折損を一層効果的に防
止ないし抑制できるスパークプラグを提供することにあ
る。

【０００６】

【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は、中心
電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶
縁体の外側に設けられるとともに内燃機関への取付ねじ
部が外周面に形成された主体金具と、一端側が主体金具
に結合され、他端側が中心電極の先端と対向するように
配置されて中心電極との間に火花放電ギャップを形成す
る接地電極とを備え、その特徴部が以下のように構成さ
れる（以下、理解の便宜を図るために図１及び図２を援
用して説明するが、本発明は該図面に開示されたスパー
クプラグの形態に限定されるものでないことはもちろん
である）。

【０００７】すなわち、図１において、取付ねじ部６の
中心軸線Ｏと直交する第一投影面Ｐへの正射投影像（図
１（ｂ））において、該接地電極４は中心軸線Ｏに関す
る半径方向に直線的に延伸した外形形態を有する。ま
た、図１（ｂ）に示すように、中心軸線Ｏと、投影面Ｐ
上における接地電極４の正射投影像の延伸方向Ｌとのい
ずれとも平行な第二投影面Ｑを考えたとき、図２に示す
ように、接地電極４の火花放電ギャップｇに近い側の側
面（第一側面）Ｊが、該第二投影面Ｑへの正射投影像に
おいて、主体金具５との接合側の端Ａから先端Ｂに向け
て少なくともその途中区間まで、中心軸線Ｏに近づく向
きに直線的に延びる形態を有してなる。そして、接地電
極４は、一様な矩形断面を有する棒状素材（例えば角柱
状素材）を用いて形成されるとともに、火花放電ギャッ
プｇから遠い側の側面を第二側面Ｋとして、棒状素材の
先端部を第二側面Ｋ側において一部切り欠く切欠部４
ａ，４ｂを形成することにより、該先端部にて体積が減
じられた形態をなすものとして構成される。

【０００８】スパークプラグに振動が加わったときに接
地電極４が受ける曲げモーメントは、接地電極４の長手
方向の質量分布において、拘束端（つまり主体金具１へ
の接合端）からの距離が長い位置に質量集中していると
大きくなる。本発明のスパークプラグにおいては、接合
端からの距離が長い電極先端部に上記のような切欠部が
形成されているので、同じレベルの振動が加わった場合
でも、接地電極４が受ける曲げモーメントを小さくで
き、ひいては耐折損性を高めることができる。

【０００９】

【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、図面を用いて説明する。図１（ａ）及び（ｂ）
に示す本発明の一例たるスパークプラグ１は、筒状の主
体金具５、その主体金具５の内側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、一端
側が主体金具５に結合され、他端側が中心電極２の先端
と対向するように配置されて中心電極２との間に火花放
電ギャップｇを形成する接地電極４等を備えている。

【００１０】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
１（ｃ）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
（ａ）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。

【００１１】他方、図１（ｃ）に示すように、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１５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、中心電極２は、
電極の表層部分を構成する母材がＮｉ合金にて構成さ
れ、必要に応じてその内部に熱引き改善のための、図示
しない放熱促進用芯材部（例えばＣｕあるいはＣｕ合金
にて構成される）が埋設される。また、火花放電ギャッ
プｇに面する先端位置に、Ｉｒ合金あるいはＰｔ合金か
らなる貴金属発火部３２が溶接接合されている。

【００１２】図１（ｂ）に示すように、取付ねじ部６の
中心軸線Ｏと直交する第一投影面Ｐへの正射投影像にお
いて、該接地電極４は中心軸線Ｏに関する半径方向に直
線的に延伸した外形形態を有する。そして、図２に示す
ように、中心軸線Ｏと、投影面Ｐ上における接地電極４
の正射投影像の延伸方向Ｌとのいずれとも平行な第二投
影面Ｑを考えたとき、接地電極４の火花放電ギャップｇ
に近い側の側面（第一側面）Ｊが、該第二投影面Ｑへの
正射投影像において、主体金具５との接合側の端Ａから
先端Ｂに向けて少なくともその途中区間まで、中心軸線
Ｏに近づく向きに直線的に延びる形態を有してなる。そ
して、接地電極４は、その全体が、Ｐｔ−Ｉｒ合金等の
Ｐｔ合金にて構成されてなる。

【００１３】接地電極４は、具体的には上記合金からな
る棒状素材の一方の端部を溶接部Ｗにより接合して形成
されたものである。この溶接は、公知の抵抗溶接法によ
り行われるものである。図２に示す態様では、着火性を
上げるために、中心電極２の先端部（あるいは貴金属発
火部３２）を主体金具１の先端面から突出配置してい
る。そこで、接地電極４は、第一側面Ｊが、主体金具５
との接合側の端Ａから先端Ｂに向けて、傾斜した形で中
心軸線Ｏに近づく向きに、全区間に渡り直線的に延びる
形態とされ、上記突出した中心電極２の先端面との間に
火花放電ギャップｇを形成している。このような接地電
極形態を有するスパークプラグを、一般にスラント電極
タイプと称している。このように接地電極４を傾斜形態
に接合するためには、図２に示すように、主体金具５の
先端面５ｔを内周側が突出する円錐面状に形成してお
き、そこに角柱形態（例えば軸断面が正方形状あるいは
長方形状のもの）の棒状素材の側面基端部を重ね合わせ
る形態で溶接するとよい。

【００１４】上記の形態の場合、着火性は大幅に向上す
るが、火花放電ギャップｇを形成する第一側面Ｊが、電
極先端に近づくほど中心電極２の先端面から離間してギ
ャップ長が大きくなるため、火花がギャップ間隔の短く
なる側に偏って発生しやすくなる。これが問題となる場
合は、図７に示すように、接地電極４の全長は若干長く
なるが、中心電極２の先端面と平行に対向する平行面部
Ｊ’を形成するようにしてもよい。この形態において
は、第一側面Ｊは、主体金具５との接合側の端Ａから先
端Ｂに向けて、途中区間までが、中心軸線Ｏに近づく向
きに直線的に延びることとなる。

【００１５】他方、図５に示すように、中心電極２の先
端部（あるいは貴金属発火部３２）を、主体金具１の先
端面より一定距離だけ引っ込んで位置させ、接地電極４
を中心軸線Ｏと略直交する向きに非傾斜に配置すること
もできる。この構成の場合、接地電極４が傾斜しない分
だけその全長を短くでき、ひいては耐折損性を一層高め
ることができる。また、接地電極４の第一側面Ｊを中心
電極２の先端面と平行に対向させることができるので、
図２の構成と比較して偏消耗が生じにくく、電極の長寿
命化を図ることができる。このような接地電極形態を有
するスパークプラグを、一般にサイド電極タイプと称し
ている。

【００１６】上記のような接地電極４は、一様な矩形断
面を有する棒状素材、例えば角柱状素材を用いて形成す
ることができる。そして、本実施形態において接地電極
４は、火花放電ギャップｇから遠い側の側面を第二側面
Ｋとして、図２に示すように、棒状素材の先端部を第二
側面Ｋ側において一部切り欠く切欠部４ａ形成すること
により、該先端部にて体積が減じられた形態をなすもの
として構成されている。振動が加わったときに接地電極
４が受ける曲げモーメントは、接地電極４の長手方向の
質量分布において、拘束端（つまり主体金具１への接合
端）からの距離が長い位置に質量集中していると大きく
なる。そこで、接合端からの距離が長い電極先端部に上
記のような切欠部４ａ，４ｂ，４ｃを形成しておけば、
同じレベルの振動が加わった場合でも、接地電極４が受
ける曲げモーメントを小さくでき、ひいては耐折損性を
高めることができる。

【００１７】図２〜図４及び図７は、スラント電極タイ
プのものに種々の切欠部４ａ，４ｂ，４ｃを形成した例
を示している。図２では、第二側面Ｋの先端に向かうほ
ど、接地電極４の厚みを長手方向に連続的に減少させる
平面状の切欠部４ａを形成している。なお、接地電極４
の厚みを段階的に減少させる階段状の切欠部４ａを形成
してもよい。図３及び図７では、接地電極４の先端部
に、基端側よりも薄肉となる一様な厚さの薄肉部を形成
する切欠部４ｂが形成されている。さらに、図４におい
ては、接地電極４の先端部において、幅方向両側に傾斜
面状の切欠部４ｃを形成することにより、当該幅方向両
側部分が中央部よりも薄肉となる形態とされている。図
５及び図６においては、サイド電極タイプのものに、図
２及び図３と同様の切欠部４ａ，４ｂを形成している。

【００１８】上記切欠部の形成長さが過度に大きくなる
と、薄肉化する区間が長くなりすぎ、耐折損性向上効果
が帰って損なわれることにもつながる。この観点におい
て、例えば図２、図３、図５、図６あるいは図７に示す
ように、切欠部４ａ，４ｂは、接地電極４の先端から長
手方向に２ｍｍまでの区間Ｌに収まるように形成するこ
とが望ましい。

【００１９】また、図２、図３、図５、図６あるいは図
７において、主体金具５は、取付ねじ部６の形成部分に
て内周面が円筒状面５ｅとされている。ここで、該円筒
状面５ｅを火花放電ギャップｇの存在側に延長し、接地
電極４の該延長面５ｅよりも内側に突出する部分（以
下、電極突出部という）の体積をＶ、切欠部４ａ，４ｂ
の形成により棒状素材から減じられる体積をＶ’とした
とき、Ｖ’／（Ｖ＋Ｖ’）の値は０．２以上０．５以下
とすることが望ましい。Ｖ’／（Ｖ＋Ｖ’）の値が０．
２未満では接地電極４の耐折損性向上効果に乏しく、
０．５を超えると電極先端温度が上昇しやすくなり、電
極の異常消耗や溶損といった不具合を招きやすい。

【００２０】例えば切欠部４ａ，４ｂの非形成区間にお
いて、電極突出部が直柱体状に形成されている場合、そ
の直柱体状部と同一の軸断面形状及び寸法を有し、かつ
電極突出部と同一長さの直柱体の体積をＶ0として求め
れば、実際の電極突出部の体積Ｖを求めることにより、
Ｖ’は、Ｖ0とＶとの差分Ｖ0−Ｖとして算出することが
できる。各体積パラメータの値は、公知の３次元形状測
定器を用いて測定した、電極突出部の３次元形状プロフ
ァイルから計算することが可能である。

【００２１】

【実施例】本発明の効果を確認するために、以下の実験
を行った。図１及び図２に示すスパークプラグの試験品
として、取付ねじ部６の呼びがＭ１４、中心電極２の主
体金具５からの出寸法が０．３ｍｍ、火花放電ギャップ
ｇの間隔（最小となる位置での値）が０．６ｍｍ、接地
電極４の断面形状が０．８ｍｍ×０．８ｍｍの正方形状
であり、電極突出部長さが３．９ｍｍのものを種々に作
製した。接地電極４の材質として用いたのは、Ｐｔ−２
０質量％Ｉｒの組成を有する二元合金であり、いずれも
熱間伸線した線材を素材として用い、主体金具５に対し
て抵抗溶接により接合した。そして、接地電極４には、
図２に示す形態の切欠部４ａを、接地電極４の先端から
長手方向に１ｍｍの長さにて、前記したＶ’／（Ｖ＋
Ｖ’）の値が０．０６４（切欠部４ａにおいて接地電極
４の厚みを１／４だけ減じた場合の値に相当）となるよ
うに形成した（表１：番号２）。他方、比較のために切
欠部４ａを形成しない試験品も作製した（表１：番号
１）。

【００２２】上記の各スパークプラグを加振器に取り付
け、振動周波数をスイープしながら接地電極の振動速度
をレーザードップラー振動計にて測定し、その振動速度
を周波数分析することにより共振周波数を求めた。以上
の結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】これによると、接地電極４に切欠部４ａを
形成した試験品は、切欠部を形成しない比較例の試験品
と比べて共振周波数が顕著に高くなり、耐折損性を向上
させる上で有利となる結果が得られていることがわか
る。

【００２５】次に、上記表１の２種の試験品（表２：番
号３，５）に加え、接地電極４に、図２に示す形態の切
欠部４ａを、接地電極４の先端から長手方向に１ｍｍの
長さにて、前記したＶ’／（Ｖ＋Ｖ’）の値が０．０５
１（切欠部４ａにおいて接地電極４の厚みを１／５だけ
減じた場合の値に相当）となるように形成したスパーク
プラグ試験品（表２：番号４）を用意した。これら試験
品を、排気量２５０ｃｃの２サイクルエンジンを搭載し
たオートバイに取り付け、テストコースを、平均速度１
６０ｋｍ／ｈにて３００ｋｍ走行した。走行終了後、試
験品を取り外し、接地電極と主体金具との溶接面及び電
極母材にクラックが形成されているか否かを目視により
確認し、クラックが全く検出されなかったものを良好
（○）、０．５ｍｍ未満の微小なクラックのみ認められ
たものを可（△）、０．５ｍｍ以上の顕著なクラックが
認められたものを不可（×）として判定した。以上の結
果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】接地電極４に切欠部４ａを形成した試験品
は、切欠部を形成しない比較例の試験品と比べてクラッ
クが発生しにくくなっており、耐折損性が高められてい
ることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグの一例を示す正面図、
底面図及び部分縦断面図。

【図２】図１のスパークプラグの要部を拡大して示す半
断面図。

【図３】図１のスパークプラグの、第一変形例の要部を
拡大して示す半断面図。

【図４】図１のスパークプラグの、第二変形例の要部を
拡大して示す半断面図。

【図５】図１のスパークプラグの、第三変形例の要部を
拡大して示す半断面図。

【図６】図１のスパークプラグの、第四変形例の要部を
拡大して示す半断面図。

【図７】図１のスパークプラグの、第五変形例の要部を
拡大して示す半断面図。

【符号の説明】

１ スパークプラグ ２ 中心電極 ３ 絶縁体 ４ 接地電極 ４ａ，４ｂ，４ｃ 切欠部 ５ 主体金具 Ｏ 中心軸線 ６ 取付ねじ部 ｇ 火花放電ギャップ Ｐ 第一投影面 Ｌ 延伸方向 Ｑ 第二投影面 Ｊ 第一側面 Ｋ 第二側面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 清博 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 AA04 CC02 EE19 EE23

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心電極（２）と、その中心電極（２）
   の外側に設けられた絶縁体（３）と、前記絶縁体（３）
   の外側に設けられるとともに内燃機関への取付ねじ部
   （６）が外周面に形成された主体金具（５）と、一端側
   が前記主体金具（５）に結合され、他端側が前記中心電
   極（２）の先端と対向するように配置されて前記中心電
   極（２）との間に火花放電ギャップ（ｇ）を形成する接
   地電極（４）とを備え、 前記取付ねじ部（６）の中心軸線（Ｏ）と直交する第一
   投影面（Ｐ）への正射投影像において、該接地電極
   （４）は前記中心軸線（Ｏ）に関する半径方向に直線的
   に延伸した外形形態を有し、 前記中心軸線（Ｏ）と、前記投影面（Ｐ）上における前
   記接地電極（４）の正射投影像の延伸方向（Ｌ）とのい
   ずれとも平行な第二投影面（Ｑ）を考えたとき、前記接
   地電極（４）の前記火花放電ギャップ（ｇ）に近い側の
   側面（以下、第一側面という）（Ｊ）が、該第二投影面
   （Ｑ）への正射投影像において、前記主体金具（５）と
   の接合側の端（Ａ）から先端（Ｂ）に向けて、少なくと
   もその途中区間まで、前記中心軸線（Ｏ）に近づく向き
   に直線的に延びる形態を有してなり、 また、前記接地電極（４）は、一様な矩形断面を有する
   棒状素材に基づいて形成されたものであり、前記火花放
   電ギャップ（ｇ）と遠い側面を第二側面（Ｋ）として、
   前記棒状素材の先端部を前記第二側面（Ｋ）側において
   一部切り欠く切欠部（４ａ，４ｂ，４ｃ）を形成するこ
   とにより、該先端部にて体積が減じられた形態を有する
   ことを特徴とするスパークプラグ。
2. 【請求項２】 前記切欠部（４ａ，４ｂ，４ｃ）は、前
   記接地電極（４）の先端から長手方向に２ｍｍまでの区
   間（Ｌ）内に収まるように形成されてなり、 また、前記主体金具（５）は、前記取付ねじ部（６）の
   形成部分にて内周面が円筒状面（５ｅ）とされてなり、 該円筒状面（５ｅ）を前記火花放電ギャップ（ｇ）の存
   在側に延長し、前記接地電極（４）の該延長面（５ｅ）
   よりも内側に突出する部分の体積をＶ、前記切欠部（４
   ａ，４ｂ，４ｃ）の形成により前記棒状素材から減じら
   れる体積をＶ’としたとき、Ｖ’／（Ｖ＋Ｖ’）の値が
   ０．０５以上０．３以下とされている請求項１記載のス
   パークプラグ。