JP2005100747A - ガスエンジン用点火プラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性を向上し得るガスエンジン用点火プラグを提供する。
【解決手段】 接地電極体Ｅｇと中心電極体Ｅｃとを備えて構成されたガスエンジン用点火プラグであって、接地電極体Ｅｇが、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成される接地電極２を中心電極体Ｅｃ側に突出する状態で、耐熱性ニッケル系合金にて形成される接地電極母材７における中心電極体Ｅｃに対向する面７ａに嵌入状態で溶接して構成され、接地電極母材７における接地電極２の嵌入方向での厚さをＨ、接地電極２における接地電極母材７に嵌入される部分の嵌入方向での嵌入長さをｈとすると、０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５となるように構成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、接地電極体と中心電極体とを備えて構成されたガスエンジン用点火プラグに関する。

このようなガスエンジン用点火プラグとして、従来、前記接地電極体を、イリジウムを主成分として含む材料にて形成される接地電極を前記中心電極体側に突出する状態で、耐熱性ニッケル系合金にて形成される接地電極母材における中心電極体に対向する面に嵌入状態で溶接して構成したものがあり、そして、この従来のガスエンジン用点火プラグでは、接地電極母材における接地電極の嵌入方向での厚さ（以下、単に、接地電極母材の厚さと記載する場合がある）と、接地電極における接地電極母材に嵌入される部分の前記嵌入方向での嵌入長さ（以下、単に接地電極の嵌入長さと記載する場合がある）とを、何等、関係付けていなかった（例えば、特許文献１参照。）。以下、この従来技術を第１従来技術と称する。

又、このようなガスエンジン用点火プラグとして、従来、前記接地電極体の接地電極及び前記中心電極体の中心電極を、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成して、前記接地電極の径をＤ１、前記中心電極の径をＤ２とすると、
Ｄ１／Ｄ２＞０．９
となるように構成したものがあった（例えば、特許文献２参照。）。以下、この従来技術を第２従来技術と称する。

特開２００２−９３５４７号公報 特開２００２−３１３５２３号公報

ところで、このようなガスエンジン用点火プラグは、高温雰囲気に曝されることになるが、上記第１従来技術及び第２従来技術では、以下に説明するように、高温雰囲気に曝されることにより、ガスエンジン用点火プラグの耐久性が低いという問題があった。
ちなみに、このようなガスエンジン用点火プラグは、副室希薄燃焼方式のガスエンジンの副燃焼室に対して配置して使用する場合があるが、この副燃焼室は、濃度の高い混合気を燃焼させることから温度が高くなるので、このように副室希薄燃焼方式のガスエンジンにて用いる場合は、一般のガスエンジンにて用いる場合に比べて、より高温度の雰囲気（例えば、８００°Ｃ以上）に曝されることになり、下記に説明する問題が特に顕著なものとなる。

上記第１従来技術では、接地電極母材の厚さと接地電極の嵌入長さとを、何等、関係付けていないことから、以下に説明するように、接地電極母材の厚さと接地電極の嵌入長さとの関係によっては、接地電極体の耐久性が低下し、延いては、ガスエンジン用点火プラグの耐久性が低下するものとなっていた。
即ち、接地電極母材の厚さに対して接地電極の嵌入長さが短過ぎると、換言すれば、接地電極を接地電極母材に嵌入する深さが浅過ぎると、接地電極を接地電極母材に保持する強度が弱くなって、接地電極が接地電極母材から脱落し易くなり、接地電極体の耐久性が低下することになる。

又、接地電極を接地電極母材に保持する強度を強くするために、接地電極母材の厚さに対する接地電極の嵌入長さの比率を大きくする、換言すれば、接地電極を接地電極母材に嵌入する深さを深くすることが考えられる。
しかしながら、接地電極を形成するイリジウム又は白金を主成分として含む材料と、接地電極母材を形成する耐熱性ニッケル系合金とは、熱膨張係数が異なる（耐熱性ニッケル系合金の方が大きい）と共に、上述のように接地電極体は高温雰囲気に曝されることから、互いに溶接にて接合されている接地電極と接地電極母材との膨張量の差が大きくなるので、接地電極を接地電極母材に嵌入する深さを深くなり過ぎると、接地電極母材における接地電極が嵌入されている側とは反対側の面が膨出する状態で、接地電極母材が反り易くなって、接地電極と接地電極母材との溶接接合部分に応力がかかり易くなる。
従って、接地電極を接地電極母材に嵌入する深さを深くなり過ぎると、接地電極が接地電極母材から脱落し易くなって、接地電極体の耐久性が低下することになる。

一方、上記第２従来技術では、中心電極の径Ｄ２に対する接地電極の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２を０．９よりも大きくする条件に設定していたのであるが、その比率Ｄ１／Ｄ２が小さくなって接地電極の径Ｄ１が小さくなると、中心電極と接地電極との間で起こさせるべき火花放電が、中心電極と接地電極を支持する接地電極母材との間においても起こり易くなる。そして、そのように火花放電が中心電極と接地電極母材との間で起こり易くなると、上述のように高温雰囲気に曝されることにより、高温酸化による接地電極母材の消耗が速くなって、運転時間の経過に伴って放電要求電圧が高くなるのが速くなるので、ガスエンジン用点火プラグの耐久性が低下することになる。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性を向上し得るガスエンジン用点火プラグを提供することにある。

本発明のガスエンジン用点火プラグは、接地電極体と中心電極体とを備えて構成されたものであって、
第１特徴構成は、前記接地電極体が、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成される接地電極を前記中心電極体側に突出する状態で、耐熱性ニッケル系合金にて形成される接地電極母材における前記中心電極体に対向する面に嵌入状態で溶接して構成され、
前記接地電極母材における前記接地電極の嵌入方向での厚さをＨ、前記接地電極における前記接地電極母材に嵌入される部分の前記嵌入方向での嵌入長さをｈとすると、
０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５
となるように構成されている点を特徴とする。

即ち、本発明の発明者らは、ガスエンジン用点火プラグの耐久性の向上を図るべく、鋭意研究し、接地電極体として、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成される接地電極を中心電極体側に突出する状態で、耐熱性ニッケル系合金にて形成される接地電極母材における中心電極体に対向する面に嵌入状態で溶接して構成し、そして、接地電極母材の厚さＨに対する接地電極の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを、０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定すると、接地電極体の耐久性を向上して、延いては、ガスエンジン用点火プラグの耐久性を向上することができることを見出した。

つまり、接地電極母材の厚さＨに対する接地電極の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈが０．３より小さいときは、接地電極を接地電極母材に嵌入する深さが浅過ぎるので、接地電極を接地電極母材に保持する強度が弱くなって、接地電極が接地電極母材から脱落し易くなり、０．５より大きいときは、接地電極を接地電極母材に嵌入する深さが深くなり過ぎるので、接地電極体が高温雰囲気に曝されて、互いに溶接にて接合されている接地電極と接地電極母材との膨張量の差が大きくなると、接地電極母材が反り易くなって、接地電極が接地電極母材から脱落し易くなる。
そして、接地電極を接地電極母材に保持する強度を強くしながら、高温雰囲気に曝された状態での接地電極母材の反りを抑制することが可能となって、接地電極が接地電極母材から脱落し難いようにするために、接地電極母材の厚さＨに対する接地電極の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈの条件として、０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件を設定したのである。
従って、接地電極母材の厚さＨに対する接地電極の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定することにより、耐久性を向上し得るガスエンジン用点火プラグを提供することができるようになった。

第２特徴構成は、
前記接地電極体の接地電極及び前記中心電極体の中心電極が、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成され、
前記接地電極の径をＤ１、前記中心電極の径をＤ２とすると、
Ｄ１／Ｄ２≧１．１
となるように構成されている点を特徴とする。

即ち、本発明の発明者らは、ガスエンジン用点火プラグの耐久性の向上を図るべく、鋭意研究し、接地電極体の接地電極及び中心電極体の中心電極を、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成し、そして、中心電極の径Ｄ２に対する接地電極の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２をＤ１／Ｄ２≧１．１成る条件に設定すると、接地電極を支持する接地電極母材の運転時間の経過に伴う消耗を抑制して、運転時間の経過に伴う放電要求電圧の上昇を抑制することが可能となり、ガスエンジン用点火プラグの耐久性を向上することができることを見出した。

つまり、中心電極の径Ｄ２に対する接地電極の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２を１．１以上に設定して、接地電極の径を大きくすることにより、中心電極と接地電極との間で起こさせるべき火花放電が中心電極と接地電極母材との間で起こるのを抑制することが可能になるので、接地電極母材の運転時間の経過に伴う消耗を抑制して、運転時間の経過に伴う放電要求電圧の上昇を抑制することが可能となるのである。
従って、中心電極の径Ｄ２に対する接地電極の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２をＤ１／Ｄ２≧１．１成る条件に設定することにより、耐久性を向上し得るガスエンジン用点火プラグを提供することができるようになった。

第３特徴構成は、
前記接地電極体の接地電極及び前記中心電極体の中心電極が、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成され、
前記接地電極体が、前記接地電極を前記中心電極体側に突出する状態で、耐熱性ニッケル系合金にて形成される接地電極母材における前記中心電極体に対向する面に嵌入状態で溶接して構成され、
前記接地電極の径をＤ１、前記中心電極の径をＤ２、前記接地電極母材における前記接地電極の嵌入方向での厚さをＨ、前記接地電極における前記接地電極母材に嵌入される部分の前記嵌入方向での嵌入長さをｈとすると、
Ｄ１／Ｄ２≧１．１
０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５
となるように構成されている点を特徴とする。

即ち、本発明の発明者らは、ガスエンジン用点火プラグの耐久性の向上を図るべく、鋭意研究し、接地電極体の接地電極及び中心電極体の中心電極を、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成し、接地電極体として、接地電極を中心電極体側に突出する状態で、耐熱性ニッケル系合金にて形成される接地電極母材における中心電極体に対向する面に嵌入状態で溶接して構成し、そして、中心電極の径Ｄ２に対する接地電極の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２をＤ１／Ｄ２≧１．１成る条件に設定すると、接地電極を支持する接地電極母材の運転時間の経過に伴う消耗を抑制して、運転時間の経過に伴う放電要求電圧の上昇を抑制することが可能となり、又、接地電極母材の厚さＨに対する接地電極の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定すると、接地電極体の耐久性を向上することが可能となり、そして、運転時間の経過に伴う放電要求電圧の上昇を抑制することと接地電極体の耐久性を向上することとの相乗効果により、ガスエンジン用点火プラグの耐久性を向上することができることを見出した。

つまり、先に第２特徴構成について説明したのと同様に、中心電極と接地電極母材との間での火花放電を抑制して、接地電極母材の運転時間の経過に伴う消耗を抑制することを可能とするために、中心電極の径Ｄ２に対する接地電極の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２の条件として、Ｄ１／Ｄ２≧１．１成る条件を設定した。
又、先に第１特徴構成について説明したのと同様に、接地電極を接地電極母材に保持する強度を強くしながら、高温雰囲気に曝された状態での接地電極母材の反りを抑制することが可能となって、接地電極が接地電極母材から脱落し難いようにするために、接地電極母材の厚さＨに対する接地電極の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈの条件として、０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件を設定した。
従って、中心電極の径Ｄ２に対する接地電極の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２をＤ１／Ｄ２≧１．１成る条件に設定し、且つ、接地電極母材の厚さＨに対する接地電極の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定することにより、耐久性を向上し得るガスエンジン用点火プラグを提供することができるようになった。

第４特徴構成は、上記第１又は第３特徴構成に加えて、
ｈ＞０．５ｍｍ
となるように構成されている点を特徴とする。
即ち、接地電極を接地電極母材に嵌入状態で溶接するに当たって、接地電極の嵌入長さｈを０．５ｍｍよりも大きくすることにより、接地電極母材と接地電極との接合強度を強くすることができる。
つまり、接地電極を接地電極母材に嵌入状態で溶接するに当たって、接地電極母材と接地電極とを互いに溶融させる溶融部分における前記嵌入方向での長さを長くするほど、接合強度を強くすることが可能になる。
そして、種々の実験の結果、接地電極の嵌入長さｈを０．５ｍｍよりも大きくすると、前記溶融部分の前記嵌入方向での長さとして、接地電極体を構成するために必要な接地電極母材と接地電極との接合強度を得るに足る長さとすることか可能となり、接地電極の嵌入長さｈを０．５ｍｍ以下にすると、前記溶融部分の前記嵌入方向での長さとして、前述の如き接合強度を得るに足る長さを得難いことを見出した。
従って、上記第１又は第３特徴構成に実施するに当たって好適な具体構成を得ることができた。

第５特徴構成は、上記第１、第３又は第４特徴構成に加えて、
前記接地電極母材と前記接地電極とが、レーザ溶接にて接合されている点を特徴とする。
即ち、接地電極母材と接地電極とをレーザ溶接にて接合するので、接地電極母材と接地電極との接合強度を一段と強くすることが可能となる。
つまり、レーザ溶接は、接合対象の部材同士の微小な部分を高温にて溶融させて、強固の接合することが可能であるので、レーザ溶接を用いることにより、基本的に小さい部材である接地電極母材と接地電極とを、所定の接合箇所を精度良く且つ強固に接合することが可能となり、接地電極母材と接地電極との接合強度を一段と強くすることが可能になる。
従って、接地電極母材と接地電極との接合強度を一段と強くすることができるので、ガスエンジン用点火プラグの耐久性を一段と向上することができるようになった。

第６特徴構成は、上記第２又は第３特徴構成に加えて、
前記中心電極における前記接地電極に対向する対接地電極対向面に、凹入状態で溝が形成されている点を特徴とする。
即ち、中心電極の対接地電極対向面の周縁部の角部等に加えて、中心電極の対接地電極対向面における凹入状態の溝の縁部に沿う角部も、火花放電の起点となるので、火花放電の発生箇所が増加して、放電要求電圧を低くすることができる。
つまり、中心電極と接地電極との間の火花放電は、中心電極の対接地電極対向面に存在する角部が火花放電の起点となり易いことから、中心電極の対接地電極対向面に凹入状態で溝を形成することにより、その溝の縁部に沿って形成される角部も、中心電極の対接地電極対向面の周縁部の角部と同様に、火花放電の起点となるように作用させることが可能となり、火花放電の発生箇所を増加させることができて、放電要求電圧を低くすることができる。
従って、放電要求電圧を低くすることができて、運転時間の経過に伴って放電要求電圧が上限値に達するのを一段と遅くすることができるので、ガスエンジン用点火プラグの耐久性を一段と向上することができるようになった。

〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明のガスエンジン用点火プラグ（以下、単に点火プラグと記載する場合がある）Ｐを用いる副室希薄燃焼方式のガスエンジンを示し、このガスエンジンは、図１に示すように、シリンダ１１にピストン１２を往復摺動自在に内嵌し、シリンダ１１内においてピストン１２の頂部側に主燃焼室１３が形成されるように構成すると共に、その主燃焼室１３の頂部に連通する状態で、主燃焼室１３よりも容積が小さい副燃焼室１４を設けてある。主燃焼室１３に連通する吸気ポート１５に吸気弁１６を備え、主燃焼室１３に連通する排気ポート１７に排気弁１８を備え、並びに、副燃焼室１４に連通する副燃焼用ガスポート１９に副燃焼用ガス弁２０を備え、点火プラグＰを、副燃焼室１４内の混合気に点火するように設けてある。

そして、吸気工程において、副燃焼用ガスポート１９から副燃焼室１４に燃料ガスが供給され、吸気ポート１５から主燃焼室１３に空気過剰率λが１．７より大きい予混合気が供給されるようにして、希薄燃焼させるように構成してある。

又、本実施形態においては、ガスエンジンは、以下に説明するようにミラーサイクルを採用している。
即ち、吸気工程においては、ピストン１２が下死点を過ぎて所定量（例えば、１／２程度）上昇してから、吸気弁１６及び副燃焼用ガス弁２０を閉じ、以降、実質的な圧縮工程が行われ、ピストン１２が上死点に達した頃に、点火プラグＰが作動して、副燃焼室１４の混合気に点火されると共に、副燃焼室１４から炎が主燃焼室１３に噴出して、主燃焼室１３の混合気が燃焼して、ピストン１２が押し下げられて膨張工程が始まり、その膨張工程においては、ピストン１２が下死点まで押し下げられ、以降、排気工程が行われるようにして、膨張比が圧縮比よりも大になるようにしてある。つまり、膨張比が圧縮比よりも大になるようにすることにより、ノッキングを防止して効率を向上させている。ちなみに、圧縮比は、８〜１５の範囲の値に適宜設定する。

次に、点火プラグＰについて説明する。
図２に示すように、点火プラグＰは、中心電極体Ｅｃの中心電極１と接地電極体Ｅｇの接地電極２とを放電ギャップＧを隔てて対向配置する状態で、接地電極体Ｅｇをハウジング３に保持すると共に、中心電極体Ｅｃをハウジング３に保持した絶縁碍子４の貫通孔４ａに挿入保持して構成してある。

前記ハウジング３は、鉄等の金属材料にて概ね円筒形状に形成すると共に、外周部に、ガスエンジンに取り付けるためのネジ部３ａを形成し、このハウジング３内に、アルミナ等の絶縁材料にて形成した絶縁碍子４の一端側を挿入して保持してある。
前記絶縁碍子４には、ハウジング３の軸心方向に沿う方向に貫通する状態で、前記貫通孔４ａを形成してある。

図３及び図４に示すように、前記中心電極体Ｅｃは、円柱形状の前記中心電極１を概ね円柱形状の中心電極母材５の先端面にそれと略同軸状に位置させて溶接接合して構成してある。尚、図４の（イ）は、中心電極体Ｅｃにおける接地電極体Ｅｇの側から見た図であり、（ロ）は、接地電極体Ｅｇにおける中心電極体Ｅｃの側から見た図である。

そして、図２に示すように、中心電極１が絶縁碍子４から突出する状態で、中心電極母材５を絶縁碍子４の貫通孔４ａの一端側（ハウジング３に挿入している側）に挿入することにより、中心電極体Ｅｃをハウジング３とは電気的に絶縁した状態で、絶縁碍子４に保持してある。又、絶縁碍子４の貫通孔４ａの他端側には、中心電極母材５に対して電気的に接続した状態で、端子部６を、その一端が絶縁碍子４から突出する状態で、挿入して保持してある。

図３及び図４に示すように、前記接地電極体Ｅｇは、円柱状の前記接地電極２を前記中心電極体Ｅｃ側に突出する状態で、接地電極母材７における前記中心電極体Ｅｃに対向する面７ａに嵌入状態で溶接して構成してある。
説明を加えると、前記接地電極母材７は、概ねＬ字状に形成し、その一端側の内側の面７ａが前記中心電極体Ｅｃに対向する姿勢で、その他端を前記ハウジング３に溶接することにより、接地電極体Ｅｇをハウジング３に保持する。
つまり、前記接地電極母材７の一端側の内側の面７ａが前記中心電極体Ｅｃに対向する面７ａになり、その面７ａに、前記接地電極２をその先端側を突出させて嵌入した状態で、接地電極母材７と接地電極２とをレーザ溶接にて接合してある。

前記接地電極母材７と前記接地電極２とをレーザ溶接するに当たっては、図３及び図４に示すように、接地電極２を接地電極母材７に上述のように嵌入した状態で、接地電極母材７の側周面の複数箇所にて、内方側に向かってレーザ溶接して、前記各箇所において接地電極母材７から接地電極２にわたって溶融部８を形成して、接地電極母材７と接地電極２とを接合してある。

前記中心電極１と前記接地電極２との間の放電ギャップＧは、適宜設定することができ、例えば、０．２〜０．４ｍｍの範囲で適宜設定する。

前記中心電極１及び前記接地電極２は、Ｉｒ（イリジウム）を主成分として含む材料にて形成してある。具体的には、前記中心電極１及び前記接地電極２は、Ｉｒを９０％程度含み、Ｒｈ（ロジウム）を１０％程度含む合金により形成してある。
前記中心電極母材５及び前記接地電極母材７は、図示を省略するが、外材と、その外材内にその長手方向に沿って位置する内材とから構成してある。そして、放熱を促進させて、中心電極１や前記接地電極２の温度を低くして消耗を抑制するために、外材は、インコネル等の耐熱性ニッケル系合金にて形成し、内材は、銅等の熱伝導性に優れた金属材料にて形成する。

前記接地電極２及び前記中心電極１について説明を加える。
図３に示すように、本第１実施形態においては、前記接地電極２の径をＤ１、前記中心電極１の径をＤ２、前記接地電極母材７における前記接地電極２の嵌入方向での厚さをＨ、前記接地電極２における前記接地電極母材７に嵌入される部分の前記嵌入方向での嵌入長さをｈとすると、
Ｄ１／Ｄ２≧１．１、且つ、
０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５
となるように構成してある。

説明を加えると、前記中心電極１の径Ｄ２を大きくするほど、運転時間の経過に伴う中心電極１の消耗を抑制して、放電要求電圧が高くなるのを抑制することが可能となって、点火プラグＰの耐久性を向上することが可能となるが、一方、大きくし過ぎると、中心電極体Ｅｃが大型化すると共に、火花放電の際の火種が中心電極１にて冷却され易いことに起因して着火性能が低下するので、中心電極１の径Ｄ２は２．０ｍｍ以下に設定するのが好ましい。
又、中心電極１の径Ｄ２に対する接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２を１．１以上に設定して、接地電極２の径を大きくすることにより、中心電極１と接地電極２との間で起こさせるべき火花放電が中心電極１と接地電極母材７との間で起こるのを抑制することが可能になるので、接地電極母材７の運転時間の経過に伴う消耗を抑制して、運転時間の経過に伴う放電要求電圧の上昇を抑制することが可能となる。一方、後述するように、前記中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２は、１．２以上に設定しても、点火プラグＰの耐久性は延びることなく飽和する。従って、接地電極体Ｅｇの大型化を回避しながら、接地電極２の径Ｄ１を極力大きくして、点火プラグＰの耐久性を向上する上では、Ｄ１／Ｄ２≦１．２に設定するのが好ましい。

つまり、中心電極１及び接地電極２の大型化及び着火性能の低下を回避しながら、点火プラグＰの耐久性を向上するには、中心電極１の径Ｄ２を２．０ｍｍとする条件で、前記中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２は、１．１≦Ｄ１／Ｄ２≦１．２成る条件に設定するのが好ましい。

又、前記接地電極母材７の厚さＨは、厚くするほど、接地電極体Ｅｇの強度を強くする上で有利になるが、一方、厚くし過ぎると接地電極体Ｅｇが大型化して、点火プラグＰを製作し難くなるので好ましくなく、点火プラグＰを製作し難くなるのを回避しながら、接地電極体Ｅｇの強度を極力強くするには、前記接地電極母材７の厚さＨを１．６ｍｍ以下に設定するのが好ましい。
又、前記接地電極２の嵌入長さｈを小さくするほど、接地電極母材７と接地電極２との溶接接合強度が弱くなり、又、上述のように、接地電極母材７と接地電極２とを接地電極母材７の側周面から内方に向かってレーザ溶接するには、前記接地電極２の嵌入長さｈを小さくするほど、レーザ溶接し難くなって、点火プラグＰを製作し難くなるので、接地電極母材７と接地電極２との溶接接合強度を十分に確保し且つ点火プラグＰが製作し難くなるのを回避するには、接地電極２の嵌入長さｈを０．５ｍｍよりも大きく設定するのが好ましく、更に、０．６ｍｍ以上に設定するのがより好ましい。

つまり、点火プラグＰを製作し難くなるのを回避しながら、点火プラグＰの耐久性を向上するには、Ｈ≦１．６ｍｍ、且つ、ｈ＞０．５ｍｍの条件を満たす条件で、接地電極母材７の厚さＨに対する接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを、０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定するのが好ましく、更に、ｈ≧０．６に設定するのがより好ましい。

ちなみに、一例としては、中心電極１の径Ｄ２を２．０ｍｍ、接地電極２の径Ｄ１を２．４ｍｍ、即ち、Ｄ１／Ｄ２を１．２に設定し、接地電極母材７の厚さＨを１．６ｍｍ、接地電極２の嵌入長さｈを０．７ｍｍ、即ち、ｈ／Ｈを０．４３に設定する。

以下、前記中心電極体Ｅｃ及び前記接地電極体Ｅｇを上述のように構成することにより、点火プラグＰの耐久性を向上することができることを検証した結果を説明する。尚、検証試験は、各種条件にて製作した供試用の点火プラグを上述した副室希薄燃焼方式でミラーサイクルを採用したガスエンジンに搭載して、ガスエンジンを運転して、放電要求電圧を測定することにより、点火プラグの耐久性を評価した。そして、放電要求電圧の上限値を３５ｋＶとして、放電要求電圧が３５ｋＶに達するまでの間は、性能が維持されていて使用可能であり、放電要求電圧が上限値３５ｋＶを越えると、使用限界であるとした。

先ず、接地電極母材７の厚さＨに対する接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈと、使用可能時間との関係を検証した結果を説明する。
Ｈ＝１．６ｍｍに設定する状態で、ｈ／Ｈを０．２〜０．７の範囲で異ならせた複数の供試用の点火プラグを製作して、各供試用の点火プラグを上述のようにガスエンジンに搭載して、耐久性を検証した。
その結果は、図５に示す通りであり、ｈ／Ｈが０．２の点火プラグは、接地電極母材７に対する接地電極２の保持強度が弱いため、約１００時間経過すると、接地電極２が接地電極母材７から剥離し、ｈ／Ｈが０．６以上の点火プラグは、約１００時間経過すると、接地電極母材７が反って、接地電極２が接地電極母材７から脱落し、ｈ／Ｈが０．３〜０．５の点火プラグは、２５００時間に達するまでは、放電要求電圧を３５ｋＶよりも小さい状態に維持することができて使用可能であり、２５００時間を過ぎると、放電要求電圧が３５ｋＶよりも大きくなって使用限界になった。

つまり、接地電極母材７の厚さＨに対する接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを、０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定すると、接地電極２を接地電極母材７に保持する強度を強くしながら、高温雰囲気に曝された状態での接地電極母材７の反りを抑制することが可能となって、接地電極体Ｅｇの耐久性を向上することができ、延いては、点火プラグの耐久性を向上することができることが分かる。

次に、前記中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２と、使用可能時間との関係を検証した結果を説明する。
Ｄ２＝２．０ｍｍに設定する状態で、Ｄ１／Ｄ２を０．９〜１．３の範囲で異ならせた複数の供試用の点火プラグを製作して、各供試用の点火プラグを上述のようにガスエンジンに搭載して、耐久性を検証した。
その結果は、図６に示す通りであり、Ｄ１／Ｄ２が０．９の点火プラグは、約１０００時間で放電要求電圧が３５ｋＶ以上になり、Ｄ１／Ｄ２が１．０の点火プラグは、１５００時間に達するまでは、放電要求電圧を３５ｋＶよりも小さい状態に維持することができて使用可能であり、１５００時間を過ぎると、放電要求電圧が３５ｋＶよりも大きくなって使用限界になり、Ｄ１／Ｄ２が１．１の点火プラグは、２５００時間に達するまでは、放電要求電圧を３５ｋＶよりも小さい状態に維持することができて使用可能であり、２５００時間を過ぎると、放電要求電圧が３５ｋＶよりも大きくなって使用限界になった。
又、Ｄ１／Ｄ２を１．２以上に設定しても、放電要求電圧が３５ｋＶに達するまでの時間は略同程度であり、点火プラグの耐久性は延びることなく飽和した。

つまり、前記中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２を、Ｄ１／Ｄ２≧１．１なる関係に設定すると、初期における放電要求電圧が高くなるのを回避しながら接地電極２の径を大きくすることが可能となって、中心電極１と接地電極母材７との間で火花放電が起こるのを抑制することが可能になるので、接地電極母材７の運転時間の経過に伴う消耗を抑制して、運転時間の経過に伴う放電要求電圧の上昇を抑制することが可能となり、点火プラグの耐久性を向上することができることが分かる。

以下、本発明の第２ないし第４の各実施形態を説明するが、各実施形態においては、前記中心電極体Ｅｃ又は前記接地電極体Ｅｃ以外は、第１実施形態と同様に構成してあるので、第１形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。

〔第２実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、前記中心電極１の径Ｄ２を２．０ｍｍとする条件で、前記中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２を１．１≦Ｄ１／Ｄ２≦１．２成る条件に設定し、Ｈ≦１．６ｍｍ、且つ、ｈ＞０．５ｍｍの条件を満たす条件で、前記接地電極母材７の厚さＨに対する前記接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定することに加えて、図７及び図８に示すように、前記中心電極１における前記接地電極２に対向する対接地電極対向面１ａに、凹入状態で溝１Ａを形成した以外は、上記の第１実施形態と同様に構成してある。

前記溝１Ａは、「十」字状で、その十字状の各端部が中心電極１の周縁を貫通する状態で形成してある。

この第２実施形態の点火プラグＰでは、第１実施形態と同様に耐久性を向上することができ、又、中心電極１の対接地電極対向面１ａの周縁部の角部に加えて、前記溝１Ａの縁部に沿う角部も、火花放電の起点となるので、火花放電の発生箇所を増加させることができて、着火性能を一段と向上することができる。

〔第３実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第３実施形態を説明する。
図９に示すように、第３実施形態においては、第１実施形態と同様に、Ｈ≦１．６ｍｍ、且つ、ｈ＞０．５ｍｍの条件を満たす条件で、前記接地電極母材７の厚さＨに対する前記接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定してあるが、前記中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２は、第１実施形態と異なり、Ｄ１／Ｄ２＜１．１成る条件に設定してある。

上記の第１実施形態において説明したように、中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２は、１．１よりも小さくなるほど、点火プラグの耐久性が低下するので、Ｄ１／Ｄ２は、１．１よりも小さくなる条件で、極力大きく（例えば、１．０５以上）に設定するのが好ましい。

ちなみに、一例としては、中心電極１の径Ｄ２を２．０ｍｍ、接地電極２の径Ｄ１を２．１ｍｍ、即ち、Ｄ１／Ｄ２を１．０５に設定し、接地電極母材７の厚さＨを１．６ｍｍ、接地電極２の嵌入長さｈを０．７ｍｍ、即ち、ｈ／Ｈを０．４３に設定する。

この第３実施形態の点火プラグでは、Ｈ≦１．６ｍｍ、且つ、ｈ＞０．５ｍｍの条件を満たす条件で、前記接地電極母材７の厚さＨに対する前記接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５成る条件に設定することにより、上記の第１実施形態において説明したように、点火プラグの耐久性を向上することができる。

〔第４実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第４実施形態を説明する。
図１０に示すように、第４実施形態においては、第１実施形態と同様に、前記中心電極１の径Ｄ２を２．０ｍｍとする条件で、前記中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２を１．１≦Ｄ１／Ｄ２≦１．２成る条件に設定してあるが、前記接地電極母材７の厚さＨに対する前記接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈは、ｈ／Ｈ＞０．５成る条件に設定してある。

上記の第１実施形態において説明したように、前記接地電極母材７の厚さＨに対する前記接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈは、０．５よりも大きくなるほど、点火プラグの耐久性が低下するので、ｈ／Ｈは、０．５以上になる条件で、極力小さく（例えば、０．５５以下）に設定するのが好ましい。

ちなみに、一例としては、中心電極１の径Ｄ２を２．０ｍｍ、接地電極２の径Ｄ１を２．４ｍｍ、即ち、Ｄ１／Ｄ２を１．２に設定し、接地電極母材７の厚さＨを１．６ｍｍ、接地電極２の嵌入長さｈを０．８８ｍｍ、即ち、ｈ／Ｈを０．５５に設定する。

この第４実施形態の点火プラグでは、前記中心電極１の径Ｄ２を２．０ｍｍとする条件で、前記中心電極１の径Ｄ２に対する前記接地電極２の径Ｄ１の比率Ｄ１／Ｄ２を１．１≦Ｄ１／Ｄ２≦１．２成る条件に設定することにより、上記の第１実施形態において説明したように、点火プラグの耐久性を向上することができる。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 前記接地電極２及び前記中心電極１を形成する材料として、上記の各実施形態において例示した如きＩｒを主成分とする合金を用いる場合、その組成は、上記の各実施形態において例示した組成に限定されるものではない。
例えば、上記の各実施形態において例示したように、Ｉｒを主成分とし、Ｒｈを含む合金を用いる場合、それらの含有率は種々に設定可能である。
又、Ｉｒを主成分とし、Ｒｈ、Ｐｔ（白金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスミウム）のうちの少なくとも一つを含む合金を用いても良い。この場合、Ｉｒの含有率が最大になる状態で、Ｒｈ、Ｐｔの含有率が５０％以下になり、Ｎｉ、Ｐｄの含有率が４０％以下になり、Ｗ、Ｒｕの含有率が３０％以下になり、Ｏｓの含有率が２０％以下になる条件にすると、前記接地電極２及び前記中心電極１の耐久性向上の上で好ましい。

又、前記接地電極２及び前記中心電極１を形成する材料として、上記の各実施形態において例示したＩｒを主成分とする合金に代えて、Ｐｔを主成分とする合金を用いても良い。Ｐｔを主成分とする合金としては、例えば、Ｐｔを主成分とし、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも一つを含む合金を用いることができる。この場合、Ｐｔの含有率が最大になる状態で、Ｉｒ、Ｒｈの含有率が５０％以下になり、Ｎｉ、Ｐｄの含有率が４０％以下になり、Ｗ、Ｒｕの含有率が３０％以下になり、Ｏｓの含有率が２０％以下になる条件にすると、前記接地電極２及び前記中心電極１の耐久性向上の上で好ましい。

（ロ） 前記接地電極母材７と前記接地電極２とをレーザ溶接するに当たっては、上記の各実施形態において例示した如き、接地電極母材７の側周面の複数箇所にてレーザ溶接する形態に限定されるものではなく、例えば、接地電極母材７における前記中心電極体Ｅｃに対向する面７ａとは反対側の背面の複数箇所にて、前記中心電極体Ｅｃ側に向かってレーザ溶接して、前記各箇所において接地電極母材７から接地電極２にわたって溶融部８を形成して、接地電極母材７と接地電極２とを接合しても良い。又、上記の各実施形態において例示した接地電極母材７の側周面の複数箇所にてレーザ溶接する形態と、前述の接地電極母材７の背面の複数箇所にてレーザ溶接する形態とを組み合わせても良い。

（ハ） 前記接地電極母材７と前記接地電極２とを溶接するに当たって、その方式は、上記の各実施形態において例示したレーザ溶接に限定されるものではなく、例えば、抵抗溶接やプラズマ溶接を用いることが可能である。

（ニ） 前記中心電極１の径Ｄ２は、上記の実施形態において例示した如き、２．０ｍｍ以下に設定する場合に限定されるものではなく、２．０ｍｍよりも大きく設定しても良い。
又、前記接地電極母材７の厚さＨは、上記の実施形態において例示した如き、１．６ｍｍ以下に設定する場合に限定されるものではなく、１．６ｍｍよりも大きく設定しても良い。

（ホ） 上記の第２実施形態において、前記中心電極１における前記接地電極２に対向する対接地電極対向面１ａに、凹入状態で前記溝１Ａを形成するに当たって、その形状は、上記の第２実施形態において例示した形状に限定されるものではない。
例えば、「二」字状や、「Ｙ」字状でも良い。溝１Ａを、「十」字状、「二」字状又は「Ｙ」字状に形成する場合、溝１Ａの各端部が中心電極１の周縁を貫通する状態で形成してもよいし、中心電極１の周縁に達しない状態で形成しても良い。
又、溝１Ａは円状や四角状に形成しても良い。

（ヘ） 上記の第３及び第４の各実施形態において、上記の第２実施形態と同様に、前記中心電極１における前記接地電極２に対向する対接地電極対向面１ａに、凹入状態で溝１Ａを形成しても良い。

（ト） 上記の第４実施形態において、前記接地電極母材７の厚さＨに対する前記接地電極２の嵌入長さｈの比率ｈ／Ｈを、ｈ／Ｈ＞０．５成る条件に設定するのに代えて、ｈ／Ｈ＜０．３成る関係に設定しても良い。この場合は、上記の第１実施形態において説明したように、ｈ／Ｈが０．３よりも小さくなるほど点火プラグの耐久性が低下するので、ｈ／Ｈは、０．３よりも小さくなる条件で極力大きく（例えば、０．２５以上）に設定するのが好ましい。

（チ） 上記の各実施形態の点火プラグは、各実施形態において例示したミラーサイクルを採用したもの以外に、各種の副室希薄燃焼方式のガスエンジンにおいて用いることが可能であり、例えば、ミラーサイクルを採用しない通常のもの、即ち、ピストン１２が下死点に達した頃に吸気弁１６を閉じるように構成したものにも用いることが可能である。
又、副燃焼室を備えないガスエンジン、あるいは、空気過剰率λが１に近い混合気を燃焼させるガスエンジンにも用いることができる。

副室希薄燃焼方式のガスエンジンの概略図 第１実施形態にかかるガスエンジン用点火プラグの一部切り欠き状態での全体概略側面図 第１実施形態にかかるガスエンジン用点火プラグの中心電極体及び接地電極体を示す側面図 第１実施形態にかかるガスエンジン用点火プラグの中心電極体及び接地電極体を示す図 ｈ／Ｈと使用可能時間との関係を示す図 Ｄ１／Ｄ２と使用可能時間との関係を示す図 第２実施形態にかかるガスエンジン用点火プラグの中心電極体及び接地電極体周辺を示す側面図 第２実施形態にかかるガスエンジン用点火プラグの中心電極を示す斜視図 第３実施形態にかかるガスエンジン用点火プラグの中心電極体及び接地電極体を示す側面図 第４実施形態にかかるガスエンジン用点火プラグの中心電極体及び接地電極体を示す側面図

符号の説明

１ 中心電極
１ａ 対接地電極対向面
１Ａ 溝
２ 接地電極
７ 接地電極母材
７ａ 接地電極母材における中心電極体に対向する面
１４ 副燃焼室
Ｅｃ 中心電極体
Ｅｇ 接地電極体

Claims (6)

1. 接地電極体と中心電極体とを備えて構成されたガスエンジン用点火プラグであって、
   前記接地電極体が、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成される接地電極を前記中心電極体側に突出する状態で、耐熱性ニッケル系合金にて形成される接地電極母材における前記中心電極体に対向する面に嵌入状態で溶接して構成され、
   前記接地電極母材における前記接地電極の嵌入方向での厚さをＨ、前記接地電極における前記接地電極母材に嵌入される部分の前記嵌入方向での嵌入長さをｈとすると、
   ０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５
   となるように構成されているガスエンジン用点火プラグ。
2. 接地電極体と中心電極体とを備えて構成されたガスエンジン用点火プラグであって、
   前記接地電極体の接地電極及び前記中心電極体の中心電極が、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成され、
   前記接地電極の径をＤ１、前記中心電極の径をＤ２とすると、
   Ｄ１／Ｄ２≧１．１
   となるように構成されているガスエンジン用点火プラグ。
3. 接地電極体と中心電極体とを備えて構成されたガスエンジン用点火プラグであって、
   前記接地電極体の接地電極及び前記中心電極体の中心電極が、イリジウム又は白金を主成分として含む材料にて形成され、
   前記接地電極体が、前記接地電極を前記中心電極体側に突出する状態で、耐熱性ニッケル系合金にて形成される接地電極母材における前記中心電極体に対向する面に嵌入状態で溶接して構成され、
   前記接地電極の径をＤ１、前記中心電極の径をＤ２、前記接地電極母材における前記接地電極の嵌入方向での厚さをＨ、前記接地電極における前記接地電極母材に嵌入される部分の前記嵌入方向での嵌入長さをｈとすると、
   Ｄ１／Ｄ２≧１．１
   ０．３≦ｈ／Ｈ≦０．５
   となるように構成されているガスエンジン用点火プラグ。
4. ｈ＞０．５ｍｍ
   となるように構成されている請求項１又は３記載のガスエンジン用点火プラグ。
5. 前記接地電極母材と前記接地電極とが、レーザ溶接にて接合されている請求項１、３又は４記載のガスエンジン用点火プラグ。
6. 前記中心電極における前記接地電極に対向する対接地電極対向面に、凹入状態で溝が形成されている請求項２又は３記載のガスエンジン用点火プラグ。

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