JP2006049207A - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】横飛火を抑制し、着火性に優れた内燃機関用スパークプラグを提供すること。
【解決手段】中心貫通孔２１を有する絶縁碍子２と、絶縁碍子２の先端面から突出する状態で上記中心貫通孔２１に保持された中心電極３と、碍子先端２２を突出させた状態で絶縁碍子２を保持する取付金具４と、基端部５１が取付金具４に固定されると共に先端部５９が中心電極３の先端部３９との間に火花放電ギャップＧを形成する接地電極５とからなる内燃機関用スパークプラグ１。絶縁碍子２は、先端外径Ｄが、先端側から基端側へ向かって漸次径大となると共に、碍子先端２２から０．１ｍｍ基端側までの第１先端部体積Ｖ１が０．３８ｍｍ³以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に使用する内燃機関用スパークプラグに関する。

近年、エンジンの高出力化や燃費向上等の目的から、バルブ径の拡大や、水廻り改善としてのウォータージャケットの拡大が求められている。
そのため、エンジンに取付けられる内燃機関用スパークプラグの小型化が要求されている。
図１３に示すごとく、小型の内燃機関用スパークプラグ９は、絶縁碍子９２とハウジング（取付金具９４）や接地電極９５の基端部９５１との間の絶縁距離が短くなる。そのため、絶縁碍子９２の表面にカーボンが堆積してくると、火花放電ギャップＧで放電せず、中心電極９３から絶縁碍子９２を介してその側方の接地電極９５の基端部９５１へ飛火する、いわゆる横飛火Ｐが発生しやすい。

即ち、絶縁碍子９２にカーボンが付着して、いわゆるくすぶり状態になった場合、中心電極９３へ電圧が加わると、絶縁碍子９２の表面に付着したカーボンを通じて取付金具９４に向けて電流が漏れ、絶縁碍子９２の表面上に電圧がかかる。そのとき、絶縁碍子９２の表面上にかかる電圧があるレベル以上になると、中心電極９３と接地電極９５との間の火花放電ギャップＧで飛火せずに、横飛火Ｐが発生する。

横飛火は燃焼の悪化を招き、特に小型プラグ開発では大きな障害になっている。
これら横飛火の抑制を行う技術としては、絶縁碍子９２の先端径等のプラグ寸法を適当に規定したスパークプラグが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、該スパークプラグの構成においては、燃焼室への絶縁碍子９２の突き出し量が大きいため、着火性、熱価の性能と、横飛火の抑制を充分に両立させることが困難である。即ち、絶縁碍子９２の突き出し量が大きいと、絶縁碍子９２の先端から取付金具９４との接触部までの距離が長くなるため、碍子先端部の温度が上昇し、絶縁碍子９２の表面にカーボンが付着しにくくなり、横飛火は抑制しやすくなるが、プレイグニッションを招くおそれがある。また絶縁碍子９２の突き出し量が大きいと、絶縁碍子９２と接地電極９５との間の空間Ｓが狭くなるため、初期火炎の成長を妨げ、着火性の低下を招くおそれがある。
それ故、絶縁碍子９２の突き出し量を大きくすることなく、横飛火を抑制する手段が要求される。

特開昭６０−２３５３７９号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、横飛火を抑制し、着火性に優れた内燃機関用スパークプラグを提供しようとするものである。

本発明は、中心貫通孔を有する絶縁碍子と、該絶縁碍子の先端面から突出する状態で上記中心貫通孔に保持された中心電極と、碍子先端を突出させた状態で上記絶縁碍子を保持する取付金具と、基端部が該取付金具に固定されると共に先端部が上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接地電極とからなる内燃機関用スパークプラグにおいて、
上記絶縁碍子は、先端外径が、先端側から基端側へ向かって漸次径大となると共に、上記碍子先端から０．１ｍｍ基端側までの第１先端部体積が０．３８ｍｍ³以下であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用スパークプラグは、先端外径が、先端側から基端側へ向かって漸次径大となると共に、上記第１先端部体積が０．３８ｍｍ³以下であるため、中心電極から絶縁碍子を介してその側方の接地電極の基端部へ飛火する横飛火を抑制することができる。

即ち、上記絶縁碍子は、先端外径が先端側から基端側へ向かって漸次径大となる形状を有するため、先端部のうちの内側（中心電極側）部分である碍子先端内側部が最も先端側へ突き出た部分となる。それ故、この碍子先端内側部は、熱容量が小さくなり、昇温しやすくなる。
更に、上記第１先端部体積が０．３８ｍｍ³以下であるため、上記碍子先端内側部は、充分に熱容量が小さくなり、昇温しやすくなる。

そのため、その熱により絶縁碍子に付着したカーボンを焼失すること（温度清浄効果）により、碍子先端内側部へのカーボンの付着、堆積を防ぐことができる。これにより、例え、絶縁碍子の先端部の外側部分である碍子先端外側部にカーボンが付着しても、該碍子先端外側部と中心電極との間の絶縁抵抗が大きく確保される。そのため、中心電極に電圧が付与されても、横飛火の起点となりうる碍子先端外側部においては、大きく電圧降下して、接地電極の基端部との間の電位差は小さくなる。
その結果、横飛火を防ぐことができ、上記火花放電ギャップにおける着火性を確保することができる。

また、上記内燃機関用スパークプラグにおいては、絶縁碍子の先端部の形状を特定の形状にすることにより横飛火を防止するものであり、絶縁碍子の突き出し量を大きくするなどの必要がないため、熱価を充分に確保することもできる。

以上のごとく、本発明によれば、横飛火を抑制し、着火性に優れた内燃機関用スパークプラグを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記第１先端部体積は、０．１６ｍｍ³以上であることが好ましい。この場合には、絶縁碍子の先端部の強度を確保することができる。
上記内燃機関用スパークプラグは、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における着火装置として用いることができる。

また、上記第１先端部体積は０．３４ｍｍ³以下であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、より温度清浄効果が発揮されて、絶縁碍子の碍子先端内側部へのカーボンの付着、堆積を防ぐことができる。これにより、より横飛火を抑制することができる。

また、上記絶縁碍子は、上記碍子先端から０．２ｍｍ基端側までの第２先端部体積が０．８４ｍｍ³以下であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、さらに効果的に、横飛火を抑制することができる。
また、上記第２先端部体積は、０．５ｍｍ³以上であることが好ましい。この場合には、絶縁碍子の先端部の強度を確保することができる。

また、上記絶縁碍子は、上記碍子先端から０．３ｍｍ基端側までの第３先端部体積が１．４２ｍｍ³以下であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、さらに効果的に、横飛火を抑制することができる。
また、上記第３先端部体積は、０．８ｍｍ³以上であることが好ましい。この場合には、絶縁碍子の先端部の強度を確保することができる。

また、上記取付金具の先端面における上記絶縁碍子と上記取付金具との距離をＣとしたとき、
０．４ｍｍ≦Ｃ≦１．６ｍｍ
であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗を確保して、耐くすぶり性を向上させることができると共に、着火性を確保することができる。
上記距離Ｃが１．６ｍｍを超える場合には、取付金具の先端面よりも基端側における絶縁碍子の側面にカーボンが付着しやすくなり、くすぶりが生じやすくなるおそれがある。一方、上記距離Ｃが０．４ｍｍ未満の場合には、碍子表面にカーボンが付着した際に取付金具と絶縁碍子との間において放電しやすくなり、横飛火が発生した場合に失火に至るおそれがある。

また、上記中心電極は、電極母材に放電部材を接合してなり、該放電部材の軸直交断面積をＳ１、上記電極母材からの突き出し量をＦ１としたとき、
０．１ｍｍ²≦Ｓ１≦０．８ｍｍ²、
０．３ｍｍ≦Ｆ１≦１．５ｍｍ
であることが好ましい（請求項６）。
この場合には、着火性を向上することができ、火花放電ギャップにおける放電電圧を低減することができる。

上記軸直交断面積Ｓ１が０．１ｍｍ²未満の場合には、上記放電部材の消耗が早くなるおそれがある。上記軸直交断面積Ｓ１が０．８ｍｍ²を超える場合には、初期火炎成長時に初期火炎の放電部材による冷却損失が増大するため、着火性が低下するおそれがある。
また、上記突き出し量Ｆ１が０．３ｍｍ未満の場合には、初期火炎成長時の初期段階で電極母材へ火炎が接触し、火炎の電極による冷却損失が増大し、着火性が低下する、つまり放電部材を接合した効果が低減するおそれがある。上記突き出し量Ｆ１が１．５ｍｍを超える場合には、放電部材の先端温度が上昇し、放電部材の消耗を早めるおそれがある。

また、上記放電部材は、主成分としてＩｒを５０重量％以上含有すると共に添加物を含有した合金からなり、融点が２０００℃以上であることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記火花放電ギャップにおける放電電圧を低減させることができるため、横飛火をより効果的に抑制することができる。
また、上記放電部材の融点が２０００℃以上であるため、耐久性に優れた内燃機関用スパークプラグを得ることができる。上記融点が２０００℃未満の場合には、放電部材の消耗を抑制することが困難となるおそれがある。

また、上記添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ、Ｙ₂Ｏ₃の中から選択される少なくとも１種からなることが好ましい（請求項８）。
この場合には、一層長寿命、高信頼性の内燃機関用スパークプラグを得ることができる。

また、上記接地電極は、電極母材に放電部材を接合してなり、該放電部材の軸直交断面積をＳ２、上記電極母材からの突き出し量をＦ２としたとき、
０．１ｍｍ²≦Ｓ２≦０．８ｍｍ²、
０．３ｍｍ≦Ｆ２≦１．５ｍｍ
であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、着火性を向上することができ、火花放電ギャップにおける放電電圧を低減することができる。

上記軸直交断面積Ｓ２が０．１ｍｍ²未満の場合には、上記放電部材の消耗が早くなるおそれがある。上記軸直交断面積Ｓ２が０．８ｍｍ²を超える場合には、初期火炎成長時に初期火炎の放電部材による冷却損失が増大し、着火性が低下するおそれがある。
また、上記突き出し量Ｆ２が０．３ｍｍ未満の場合には、初期火炎成長時の初期段階で電極母材へ火炎が接触し、火炎の電極による冷却損失が増大し、着火性が低下する、つまり放電部材を接合した効果が低減するおそれがある。上記突き出し量Ｆ２が１．５ｍｍを超える場合には、放電部材の先端温度が上昇し、放電部材の消耗を早めるおそれがある。

また、上記放電部材は、主成分としてＰｔを５０重量％以上含有すると共に添加物を含有した合金からなり、融点が１５００℃以上であることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、上記火花放電ギャップにおける放電電圧を低減させることができるため、横飛火をより効果的に抑制することができる。
また、上記放電部材の融点が１５００℃以上であるため、耐久性に優れた内燃機関用スパークプラグを得ることができる。上記融点が１５００℃未満の場合には、放電部材の消耗を抑制することが困難となるおそれがある。

また、上記添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、より長寿命の内燃機関用スパークプラグを得ることができる。

また、上記絶縁碍子は、上記取付金具の先端面に対応する軸方向位置における先端肉厚が、０．３ｍｍ以上であることが好ましい（請求項１２）。
この場合には、上記中心電極と接地電極との絶縁を充分に確保することができる。
なお、上記先端肉厚は１．８ｍｍ以下であることが好ましい。この場合には、絶縁碍子の熱容量を小さくし、温度清浄効果を確保することができる。

また、上記中心電極は、上記取付金具の先端面に対応する軸方向位置における直径が、０．８ｍｍ以上であることが好ましい（請求項１３）。
この場合には、内燃機関用スパークプラグの熱価を確保し、プレイグニッションを確実に防止することができる。また、中心電極の先端部の耐久性を確保することができる。
上記直径は、例えば２．６ｍｍ以下であることが好ましい。この場合には、内燃機関用スパークプラグの小型細径化を図ることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる内燃機関用スパークプラグにつき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の内燃機関用スパークプラグ１は、図１、図２に示すごとく、絶縁碍子２と中心電極３と取付金具４と接地電極５とからなる。

上記絶縁碍子２は、中心貫通孔２１を有し、中心電極３は、絶縁碍子２の先端面から突出する状態で中心貫通孔２１に保持されている。また、取付金具５は、碍子先端２２を突出させた状態で絶縁碍子２を保持する。接地電極５は、基端部５１が取付金具２に固定されると共に先端部５９が中心電極３の先端部３９との間に火花放電ギャップＧを形成する。

上記絶縁碍子２は、図１、図３に示すごとく、先端外径Ｄが、先端側から基端側へ向かって漸次径大となると共に、上記碍子先端２２から０．１ｍｍ基端側までの第１先端部体積Ｖ１が０．３８ｍｍ³以下である。
上記絶縁碍子２の先端部は、その内側部分（碍子先端内側部２３）から外側部分（碍子先端外側部２４）にかけて断面略円弧状に形成されている。
なお、絶縁碍子２の先端部の強度の関係上、上記第１先端部体積Ｖ１は０．１５ｍｍ³以上であることが好ましい。また、第１先端部体積Ｖ１は０．３４ｍｍ³以下であることがより好ましい。

また、絶縁碍子２は、図４に示すごとく、碍子先端２２から０．２ｍｍ基端側までの第２先端部体積Ｖ２が０．８４ｍｍ³以下である。
更に、絶縁碍子２は、図５に示すごとく、碍子先端２２から０．３ｍｍ基端側までの第３先端部体積Ｖ３が１．４２ｍｍ³以下である。
なお、絶縁碍子２の強度の関係上、上記第２先端部体積Ｖ２は、０．５ｍｍ³以上であることが好ましく、上記第３先端部体積Ｖ３は、０．８ｍｍ³以上であることが好ましい。

また、図１に示すごとく、取付金具４の先端面４１における絶縁碍子２と取付金具４との距離をＣとしたとき、０．４ｍｍ≦Ｃ≦１．６ｍｍである。
また、中心電極３は、電極母材３０に放電部材３３を接合してなる。そして、該放電部材３３の軸直交断面積をＳ１、電極母材３０からの突き出し量をＦ１としたとき、
０．１ｍｍ²≦Ｓ１≦０．８ｍｍ²、
０．３ｍｍ≦Ｆ１≦１．５ｍｍ
である。

また、放電部材３３は、主成分としてＩｒを５０重量％以上含有すると共に添加物を含有した合金からなり、融点が２０００℃以上である。該添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ、Ｙ₂Ｏ₃の中から選択される少なくとも１種からなる。

また、接地電極５は、電極母材５０に放電部材５３を接合してなる。そして、該放電部材５３の軸直交断面積をＳ２、上記電極母材５０からの突き出し量をＦ２としたとき、
０．１ｍｍ²≦Ｓ２≦０．８ｍｍ²、
０．３ｍｍ≦Ｆ２≦１．５ｍｍ
である。
放電部材５３は、主成分としてＰｔを５０重量％以上含有すると共に添加物を含有した合金からなり、融点が１５００℃以上である。該添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなる。

また、上記絶縁碍子２は、取付金具４の先端面４１に対応する軸方向位置における先端肉厚Ｔが、０．３ｍｍ以上である。
また、上記中心電極３は、取付金具４の先端面４１に対応する軸方向位置における直径が、０．８ｍｍ以上である。

また、図２に示すごとく、上記取付金具４に形成された取付ネジ部４２は、例えば、ネジ径をＭ８〜Ｍ１４とすることができる。
また、上記中心電極３は、その先端部３９付近において、絶縁碍子２の中心貫通孔２１の直径（取付金具４の先端面４１における中心電極３の直径ｄ）よりも若干小径の小径部３４と、該小径部３４の先端から更に徐々に漸次縮径するテーパ部３５と、該テーパ部３５の先端側に溶接された上記放電部材３３とを有する。上記テーパ部３５の一部は、上記放電部材３３の一部によって形成されている。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用スパークプラグ１は、先端外径Ｄが、先端側から基端側へ向かって漸次径大となると共に、上記第１先端部体積Ｖ１（図３）が０．３８ｍｍ³以下であるため、中心電極３から絶縁碍子２を介してその側方の接地電極５の基端部５１へ飛火する横飛火（図１３の符合Ｐ参照）を抑制することができる。

即ち、上記絶縁碍子２は、先端外径Ｄが先端側から基端側へ向かって漸次径大となる形状を有するため、先端部のうちの内側（中心電極３側）部分である碍子先端内側部２３が最も先端側へ突き出た部分となる。それ故、この碍子先端内側部２３は、熱容量が小さくなり、昇温しやすくなる。
更に、上記第１先端部体積Ｖ１が０．３８ｍｍ³以下であるため、上記碍子先端内側部２３は、充分に熱容量が小さくなり、昇温しやすくなる。

そのため、その熱によって絶縁碍子２に付着したカーボンを焼失すること（温度清浄効果）により、碍子先端内側部２３へのカーボンの付着、堆積を防ぐことができる。これにより、例え、絶縁碍子２の先端部の外側部分である碍子先端外側部２４にカーボンが付着しても、該碍子先端外側部２４と中心電極３との間の絶縁抵抗が大きく確保される。そのため、中心電極３に電圧が付与されても、横飛火の起点となりうる碍子先端外側部２４においては、大きく電圧降下して、接地電極５の基端部５１との間の電位差は小さくなる。
その結果、横飛火を防ぐことができ、上記火花放電ギャップＧにおける着火性を確保することができる。

また、上記内燃機関用スパークプラグ１においては、絶縁碍子２の先端部の形状を特定の形状にすることにより横飛火を防止するものであり、絶縁碍子２の突き出し量を大きくするなどの必要がないため、熱価を充分に確保することもできる。

また、第１先端部体積Ｖ１を０．３４ｍｍ³以下とすることにより、一層温度清浄効果が発揮されて、絶縁碍子２の碍子先端内側部２３へのカーボンの付着、堆積を防ぐことができる。これにより、より横飛火を抑制することができる。

また、上記絶縁碍子２は、上記第２先端部体積Ｖ２（図４）が０．８４ｍｍ³以下であるため、さらに効果的に、横飛火を抑制することができる。
また、上記絶縁碍子２は、上記第３先端部体積Ｖ３（図５）が１．４２ｍｍ³以下であるため、さらに効果的に、横飛火を抑制することができる。

また、取付金具４の先端面４１における絶縁碍子２と取付金具４との距離をＣが、０．４ｍｍ≦Ｃ≦１．６ｍｍであるため、中心電極３と取付金具４との間の絶縁抵抗を確保して、耐くすぶり性を向上させることができると共に、着火性を確保することができる。

また、中心電極３は、電極母材３０に放電部材３３を接合してなり、該放電部材３３の軸直交断面積Ｓ１、突き出し量Ｆ１が、０．１ｍｍ²≦Ｓ１≦０．８ｍｍ²、０．３ｍｍ≦Ｆ１≦１．５ｍｍであるため、着火性を向上することができ、火花放電ギャップＧにおける放電電圧を低減することができる。

また、放電部材３３は、主成分としてＩｒを５０重量％以上含有すると共に添加物を含有した合金からなり、融点が２０００℃以上である。そのため、上記火花放電ギャップＧにおける放電電圧を低減させることができるため、横飛火をより効果的に抑制することができる。
また、放電部材３３の融点が２０００℃以上であるため、耐久性に優れた内燃機関用スパークプラグ１を得ることができる。

また、上記接地電極５は、電極母材５０に放電部材５３を接合してなり、該放電部材５３の軸直交断面積Ｓ２、突き出し量Ｆ２が、０．１ｍｍ²≦Ｓ２≦０．８ｍｍ²、０．３ｍｍ≦Ｆ２≦１．５ｍｍである。これにより、着火性を向上することができ、火花放電ギャップＧにおける放電電圧を低減することができる。

また、上記放電部材５３は、主成分としてＰｔを５０重量％以上含有すると共に添加物を含有した合金からなり、融点が１５００℃以上である。これにより、火花放電ギャップＧにおける放電電圧を低減させることができるため、横飛火をより効果的に抑制することができる。
また、上記放電部材５３の融点が１５００℃以上であるため、耐久性に優れた内燃機関用スパークプラグ１を得ることができる。

また、絶縁碍子２は、上記先端肉厚Ｔ（図１）が、０．３ｍｍ以上であるため、中心電極３と接地電極５との絶縁を充分に確保することができる。
また、中心電極３は、上記直径ｄが、０．８ｍｍ以上であるため、内燃機関用スパークプラグ１の熱価を確保し、プレイグニッションを確実に防止することができる。また、中心電極３の先端部３９の耐久性を確保することができる。

以上のごとく、本例によれば、横飛火を抑制し、着火性に優れた内燃機関用スパークプラグを提供することができる。

（実験例１）
本例は、図６、図７に示すごとく、実施例１に示した構成の内燃機関用スパークプラグにおいて、先端部体積Ｖ１の変化に伴う、絶縁抵抗と横飛火頻度の変化を確認した例である。
図６は、プレデリパターン試験を１０パターン繰り返した後のスパークプラグの絶縁抵抗と、絶縁抵抗計測後に実施したアイドル試験での横飛火頻度を、第１先端部体積Ｖ１との関係でまとめた結果である。上記絶縁抵抗は、中心電極３と接地電極５（又は取付金具４）との間の絶縁抵抗である。
また、上記プレデリパターン試験とは、新車を工場からディーラーまで搬送する際に行われる短時間の運転の繰り返しを想定した試験であり、この試験により、スパークプラグがくすぶり状態となり、絶縁抵抗が低下する。

調査は、碍子先端２２からの距離が０．４ｍｍの位置における絶縁碍子２の先端外径Ｄを３．４ｍｍに固定し、第１先端部体積Ｖ１を変化させた数種のスパークプラグを使用した。中心電極３の直径ｄは２．１ｍｍである。
また、取付金具４の取付ネジ部４２のネジ径はＭ１０、絶縁碍子２と取付金具４との距離Ｃは１．６ｍｍ、絶縁碍子２の碍子先端からの距離０．４mmの位置における先端肉厚は０．６４ｍｍ、中心電極３における放電部材３３の軸直交断面積Ｓ１は０．２４ｍｍ²、突き出し量Ｆ１は１．０ｍｍ、接地電極５における放電部材５３の軸直交断面積Ｓ２は０．３８ｍｍ²、突き出し量Ｆ２は１．０ｍｍ、火花放電ギャップＧは０．６ｍｍである。
以下、本形状のスパークプラグを基本として、説明する。

図６に示すごとく、第１先端部体積Ｖ１が大きいと絶縁抵抗は大きい（絶縁低下は少ない）が、横飛火頻度は高くなる。
Ｖ１を０．３８ｍｍ³以下にすると横飛火抑制の効果があり、特に０．３４ｍｍ³以下にすることで、大きな効果が得られることが分かる。

上述した図６に示す絶縁低下と横飛火の関係を、図７を用いて説明する。
図７は、第１先端部体積Ｖ１が大きい場合と小さい場合との絶縁碍子２の先端状況を、模式的に示したものである。
同図に示すごとく、第１先端部体積Ｖ１が大きいと、碍子先端２２からの距離が０．１ｍｍの位置における絶縁碍子２の先端外径Ｄが大きくなる。先端外径Ｄが大きいと、絶縁碍子２の先端部の外側部分である碍子先端外側部２４の温度は高くなる。先端外径Ｄが大きくなると、上記碍子先端外側部２４は、放熱機能を併せ持つ上記中心電極３から遠くなるからである。

それ故、第１先端部体積Ｖ１が大きい場合、碍子先端外側部２４の温度が上昇し、碍子先端外側部２４へのカーボン付着が抑制され、図６に示すごとく、絶縁抵抗の低下は少ない。
しかしながら、先端部体積Ｖ１が大きい場合、絶縁碍子２の先端部の内側部分である碍子先端内側部２３から碍子先端外側部２４までの間はカーボン付着が抑制されておらず、結果として碍子先端外側部２４まで高電圧がかかるため、横飛火は発生しやすい。

一方、第１先端部体積Ｖ１が小さい場合、絶縁碍子２の先端部の先端外径Ｄが小さいため、碍子先端外側部２４のカーボン付着は抑制されず、図６に示すごとく、第１先端部体積Ｖ１が大きい場合に比べ、絶縁抵抗は低下しやすい。
しかしながら、第１先端部体積Ｖ１が小さいと、碍子先端内側部２３の昇温性が高いため、碍子先端内側部２３のカーボン付着は抑制される。
その結果、中心電極３と上記碍子先端外側部２４との間において、大きな絶縁抵抗を確保することができ、中心電極３に電圧をかけても、碍子先端外側部２４においては大きく電圧降下する。そのため、横飛火を抑制することができる。

以上のごとく、碍子温度としては中心電極３から遠ざかるほど温度が高くなるため、第１先端部体積Ｖ１が大きくなり、先端外径Ｄが大きいほど、碍子先端外側部２４が高温となる。しかし、碍子先端外側部２４でカーボン付着を抑制しても、それよりも内側においてカーボン付着を抑制できないと、碍子先端外側部２４まで高電圧がかかることとなり、横飛火に至りやすい。
それ故、第１先端部体積Ｖ１が小さい場合、図６に示すごとく、絶縁低下はしやすくても、接地電極５から遠い位置にある碍子先端内側２３のカーボン付着が抑制されるため、碍子先端外側２４での電圧は降下し、横飛火自体は抑制できると考えられる。

（実験例２）
本例においては、図８に示すごとく、中心電極３の直径ｄを変えた場合における、第１先端部体積Ｖ１と横飛火頻度との関係を調べた。即ち、ｄ＝０．７ｍｍ（△にてプロット）、ｄ＝１．４ｍｍ（□にてプロット）、ｄ＝２．１ｍｍ（○にてプロット）の３種類につき測定を行った。
図８より、直径ｄに関わらず、第１先端部体積Ｖ１を０．３８ｍｍ³以下にすると横飛火が抑制されていることがわかる。

以下、このことにつき考察する。
直径ｄを小さくすると碍子先端内径（中心貫通孔２１の内径）が小さくなり碍子先端内側部２３が接地電極５から離れる、つまり上述のごとく、カーボン付着を抑制すべき箇所（横飛火の起点となりうる箇所）が接地電極５から離れるため、横飛火しにくくなる。これを、要因１とする。
しかし、第１先端部体積Ｖ１を変えずに直径ｄを小さくすれば、絶縁碍子２の先端肉厚が大きくなり、碍子先端内側部２３が昇温しにくい形状になっている、つまりカーボン付着抑制をしにくくなる要因が働く。これを、要因２とする。
その結果、上記要因１と要因２との作用が相殺されていると考えられる。

（実験例３）
本例は、図９に示すごとく、碍子先端２２からの距離０．２ｍｍまでの第２先端部体積Ｖ２（図４参照）と横飛火頻度との関係を、実験例１（図６）と同様の方法にて調べた例である。
図９に示すごとく、第２先端部体積Ｖ２を０．８４ｍｍ³以下とすることにより、横飛火の抑制効果がある。更に、Ｖ２を０．７９ｍｍ³以下にすることで、横飛火を防ぐことができることが分かる。

（実験例４）
本例は、図１０に示すごとく、碍子先端からの距離０．３ｍｍまでの第３先端部体積Ｖ３（図５参照）と横飛火頻度との関係を、実験例１（図４）と同様の方法にて調べた例である。
図１０に示すごとく、第３先端部体積Ｖ３を１．４２ｍｍ³以下とすることにより、横飛火の抑制効果が大きくなる。更に、Ｖ３を１．３９ｍｍ³以下にすることで、横飛火を防ぐことができることが分かる。

（実施例２）
本例は、図１１に示すごとく、接地電極５に、貴金属チップからなる放電部材（図１、図２の符号５３参照）を接合していない内燃機関用スパークプラグ１の例である。
一方、中心電極３には、実施例１と同様に貴金属チップからなる放電部材３３が配設されている。
その他は、実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実験例４）
本例は、図１２に示すごとく、実施例２に示した内燃機関用スパークプラグ１の横飛火頻度を、第１先端部体積Ｖ１との関係において調べた例である。試験方法は、上記実験例１と同様である。
図１２において、破線で示した曲線Ｈ２（●にてプロット）が実施例２の内燃機関用スパークプラグについての結果であり、実線で示した曲線Ｈ１（○にてプロット）が実施例１の内燃機関用スパークプラグについての結果である。

図１２に示すごとく、貴金属チップからなる放電部材を接地電極に設けていない実施例２のスパークプラグにおいては、横飛火頻度が全体的に高くなっている。しかし、第１先端部体積Ｖ１を０．３８ｍｍ以下とすることによる横飛火抑制効果については、貴金属チップからなる放電部材の有無に関わらず、実施例２のスパークプラグも、実施例１のスパークプラグと同様にある。

実施例１における、内燃機関用スパークプラグの先端部の断面図。 実施例１における、内燃機関用スパークプラグの部分断面説明図。 実施例１における、第１先端部体積Ｖ１の説明図。 実施例１における、第２先端部体積Ｖ２の説明図。 実施例１における、第３先端部体積Ｖ３の説明図。 実験例１における、試験結果を示す線図。 実験例１における、第１先端部体積Ｖ１と絶縁碍子の先端部形状の説明図。 実験例２における、試験結果を示す線図。 実験例３における、試験結果を示す線図。 実験例４における、試験結果を示す線図。 実施例２における、内燃機関用スパークプラグの先端部の断面図。 実験例５における、試験結果を示す線図。 従来例における、内燃機関用スパークプラグの先端部の断面図。

符号の説明

１ 内燃機関用スパークプラグ
２ 絶縁碍子
２１ 中心貫通孔
２２ 碍子先端
２３ 碍子先端内側部
２４ 碍子先端外側部
３ 中心電極
３９ 先端部
４ 取付金具
４１ 先端面
５ 接地電極
５１ 基端部
５９ 先端部

Claims (13)

1. 中心貫通孔を有する絶縁碍子と、該絶縁碍子の先端面から突出する状態で上記中心貫通孔に保持された中心電極と、碍子先端を突出させた状態で上記絶縁碍子を保持する取付金具と、基端部が該取付金具に固定されると共に先端部が上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接地電極とからなる内燃機関用スパークプラグにおいて、
   上記絶縁碍子は、先端外径が、先端側から基端側へ向かって漸次径大となると共に、上記碍子先端から０．１ｍｍ基端側までの第１先端部体積が０．３８ｍｍ³以下であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 請求項１において、上記第１先端部体積は０．３４ｍｍ³以下であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
3. 請求項１又は２において、上記絶縁碍子は、上記碍子先端から０．２ｍｍ基端側までの第２先端部体積が０．８４ｍｍ³以下であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記絶縁碍子は、上記碍子先端から０．３ｍｍ基端側までの第３先端部体積が１．４２ｍｍ³以下であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記取付金具の先端面における上記絶縁碍子と上記取付金具との距離をＣとしたとき、
   ０．４ｍｍ≦Ｃ≦１．６ｍｍ
   であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記中心電極は、電極母材に放電部材を接合してなり、該放電部材の軸直交断面積をＳ１、上記電極母材からの突き出し量をＦ１としたとき、
   ０．１ｍｍ²≦Ｓ１≦０．８ｍｍ²、
   ０．３ｍｍ≦Ｆ１≦１．５ｍｍ
   であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
7. 請求項６において、上記放電部材は、主成分としてＩｒを５０重量％以上含有すると共に添加物を含有した合金からなり、融点が２０００℃以上であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
8. 請求項７において、上記添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ、Ｙ₂Ｏ₃の中から選択される少なくとも１種からなることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項において、上記接地電極は、電極母材に放電部材を接合してなり、該放電部材の軸直交断面積をＳ２、上記電極母材からの突き出し量をＦ２としたとき、
   ０．１ｍｍ²≦Ｓ２≦０．８ｍｍ²、
   ０．３ｍｍ≦Ｆ２≦１．５ｍｍ
   であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
10. 請求項９において、上記放電部材は、主成分としてＰｔを５０重量％以上含有すると共に添加物を含有した合金からなり、融点が１５００℃以上であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
11. 請求項１０において、上記添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項において、上記絶縁碍子は、上記取付金具の先端面に対応する軸方向位置における先端肉厚が、０．３ｍｍ以上であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
13. 請求項１２において、上記中心電極は、上記取付金具の先端面に対応する軸方向位置における直径が、０．８ｍｍ以上であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。

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