JP2007250344A

JP2007250344A - 内燃機関用スパークプラグ

Info

Publication number: JP2007250344A
Application number: JP2006071942A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Yoshida; 和正吉田; Wataru Matsutani; 渉松谷; Kazuyoshi Torii; 計良鳥居
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP4676912B2

Abstract

【課題】混合気の流入阻害を抑制し、もって着火性の低下防止を図るとともに、耐久性の向上を図ることのできる内燃機関用スパークプラグを提供する。
【解決手段】スパークプラグ１００は、主体金具１と、絶縁体２と、中心電極３と、接地電極４とを備えている。接地電極４は、主体金具１の先端面に接合され一定の幅を有する断面略矩形状の基部４１と、基部４１よりも先端側に位置する断面円形状の幅狭部４２と、基部４１及び幅狭部４２間に位置し、断面形状が長手方向に沿って徐変するテーパ部４３とを具備する。基部４１の断面積は３ｍｍ²以上であり、幅狭部４２の幅（直径Ｄ）は１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。幅狭部４２のうち最も基部４１側の部位γが、軸線方向において、絶縁体２の先端面αと中心電極３の先端面βとの間に位置するよう設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグに関するものである。

自動車エンジン等の内燃機関用のスパークプラグは、例えば中心電極と、その外側に設けられた絶縁体と、当該絶縁体の外側に設けられた筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端部に接合された接地電極とを備える。接地電極は、断面略矩形状をなし、その先端部内側面が前記中心電極の先端面と対向するように配置され、これにより中心電極の先端部及び接地電極の先端部間に火花放電間隙が形成される。

主体金具の外周面には図示しないねじ部が形成されている。スパークプラグは、当該ねじ部においてエンジンのシリンダヘッドに螺着されることで、取り付けられる。ところで、スパークプラグの取付状態において、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合、接地電極が混合気の火花放電間隙への流入を阻害するおそれがある。その結果、火花放電間隙への混合気の到達が困難となり、着火性が低下してしまうおそれがある。

これに対し、接地電極の主体金具側の部位（基部）の幅を比較的大きくするとともに、先端側を比較的幅狭な幅狭部とする技術がある（例えば、特許文献１参照）。このように先端側を比較的幅狭とすることで、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合でも、混合気の火花放電間隙への流入阻害をある程度抑制できる。また、上記特許文献１に記載された技術では、基部側の幅、ひいては断面積が大きいものとなるため、主体金具に対する接合強度を高めることができ、しかも、断面積が大きい分、所謂放熱性の向上を図ることができる。結果として、ある程度の耐久性の向上が図られる。
特表２００４−５２１４７３号公報

しかしながら、上記特許文献に記載された技術では、幅狭部のうち最も基部側の位置が、絶縁体の先端面よりも基端側に位置しており、放熱性の向上を図る上では限界があるのも事実である。一方で、闇雲に幅の大きい基部の区間（長さ）を増大させたのでは、幅狭部の区間（長さ）を短くせざるを得ず、混合気の火花放電間隙への流入阻害を招いてしまい、着火性の低下を招いてしまう。なお、混合気の流入阻害を招くということは、火炎の広がり（燃焼スペース）が阻害されることにもつながり、かかる意味でも着火性に支障を来すことになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、混合気の流入阻害を抑制し、もって着火性の低下防止を図るとともに、耐久性の向上を図ることのできる内燃機関用スパークプラグを提供することにある。

以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果等を付記する。

構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端面に接合され、先端部が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端面及び前記接地電極の先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極は、
前記主体金具の先端面に接合された基部と、
前記基部よりも先端側に位置し、前記中心電極と前記接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向において前記基部よりも幅狭の略一定の幅を有し、かつ、前記中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有する幅狭部とを有し、
前記幅狭部の幅を１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とするとともに、前記基部の断面積を３．０ｍｍ²以上とし、
前記幅狭部のうち最も基部側の部位が、前記軸線方向において前記絶縁体の先端面と前記中心電極の先端面との間に位置することを特徴とする。

なお、接地電極及び中心電極のうち少なくとも一方に、例えば貴金属チップが設けられていてもよい。中心電極に貴金属チップが設けられている場合には、相対向する貴金属チップと接地電極本体との間で火花放電間隙が形成され、接地電極に貴金属チップが設けられている場合には、相対向する貴金属チップと中心電極本体との間で火花放電間隙が形成され、双方に貴金属チップが設けられている場合には、相対向する貴金属チップ同士の間で火花放電間隙が形成される。また、いずれにも貴金属チップが設けられない場合には、中心電極先端面と接地電極内側面との間で火花放電間隙が形成される。

さらに、「幅」とあるのは、中心電極と接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向における幅を指す。

加えて、基部と幅狭部との間に、両者を連結する連結部（例えばテーパ部）を設けることとしてもよい。

また、接地電極の幅狭部は、必ずしも断面円形である必要はなく、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有していればよい。少なくとも背面が丸みを帯びていれば、混合気が接地電極の内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすくなるからである。

上記構成１によれば、接地電極のうち主体金具の先端面に接合された側が、断面積３．０ｍｍ²以上と、幅狭部に比べ断面積の大きい略一定の幅を有する基部となっている。このため、当該基部側ほど、主体金具への熱の移動が円滑に行われ、もって接地電極が冷却されやすくなる。従って、所謂「熱引き」が良くなり、高速運転時等において接地電極温度が上昇してしまうことによる不具合、すなわち、耐酸化性や耐火花摩耗性等の耐久性の低下を抑制できる。一方、基部の断面積が３．０ｍｍ²未満の場合には、十分な放熱性が得られないおそれがあり、耐酸化性や耐火花摩耗性等の耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。

また、前記幅狭部は、その幅が２．０ｍｍ以下であるとともに、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有する。このため、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気が接地電極の内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。一方、幅狭部の幅が２．０ｍｍを超える場合には、背面に凸状の湾曲面を有することの効果が得られにくく混合気の流入阻害を招いてしまうおそれがある。但し、幅狭部の幅は１．０ｍｍ以上である必要がある。幅狭部の幅が１．０ｍｍ未満の場合には、たとえ基部が存在しても十分な放熱が図られないおそれがある。

その上、構成１では、幅狭部のうち最も基部側の部位が、軸線方向において絶縁体の先端面と中心電極の先端面との間に位置する。すなわち、基部の区間を比較的小さくせざるを得なかった従来技術に比べ、基部の区間を比較的大きくすることで、放熱性の向上が図られている。構成１では、幅狭部の幅を２．０ｍｍ以下とするとともに、幅狭部が、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有しているからこそ、上記のように、基部の区間を比較的多く設定したとしても着火性の低下を招くことがないのである。すなわち、構成１にあっては、幅狭部が、中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有しており、その幅を１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下にするとともに、基部の断面積を３．０ｍｍ²以上とし、幅狭部のうち最も基部側の部位が絶縁体の先端面と、中心電極の先端面との間に位置するという構成を具備しているからこそ、着火性の低下防止を図るとともに、耐久性の向上を図ることができるのである。

構成２．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端面に接合され、先端部が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端面及び前記接地電極の先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極は、断面略長円形状、断面略楕円形状、又は、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られて構成されており、
前記中心電極と前記接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向における幅が、
前記主体金具の先端面に接合された基部においては、厚みよりも大きく、
前記中心電極の先端部と対向する先端部においては、厚みよりも小さいことを特徴とする。

構成２によれば、接地電極のうち、主体金具の先端面に接合された基部においては、厚みよりも幅が大きいため、接合可能な面積が限られている主体金具端面に対する接合強度を高めることができる。その結果、耐久性の向上が図られる。

一方、接地電極のうち、中心電極の先端部と対向する先端部においては、厚みよりも幅が小さい。このため、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気の流入が阻害されにくく、火花放電間隙に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。

さらに、構成２では、断面略長円形状、断面略楕円形状、又は、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られることで、上記の基部と先端部とが形成される。このため、接地電極を部分的に細くしたり、太くしたりするために、切削、押出、スウェージングといった比較的煩雑な加工を施さなくて済む。すなわち、比較的簡易な捻り加工を施すことで、上述した特性が得られることから、製造に際しての工数低減等を図ることができるという効果も奏される。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成２において、前記接地電極は、捻り部において略９０度捻られているとともに、屈曲部にて中心方向へ屈曲させられており、
前記捻り部は、屈曲部よりも基部側に位置していることを特徴とする。

構成３によれば、屈曲部に捻り部が存在していないため、設計や実際の加工について、捻り、屈曲に関し、それぞれ独立したものとすることができる。結果として、製造上の煩雑化を抑制でき、製造上の誤差の低減を図ることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本実施形態のスパークプラグ１００は、主体金具１と、絶縁体２と、中心電極３と、接地電極４とを備えている。また、特に符号を付さないが、絶縁体２の後端側には抵抗体やガラスシール体を介して中心電極３に電気的に接続された接続端子等を備えている。主体金具１は筒状をなしており、その内側に絶縁体２が滑石（タルク）やパッキン等を介して保持されている。絶縁体２の先端部は主体金具１から突出している。また、中心電極３は、先端に設けられた貴金属チップ３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられている。さらに、接地電極４は、前記主体金具１の先端面に対しその基端面が溶接されているとともに、長手方向中間位置の屈曲部５において中心方向へ屈曲させられている。そして、接地電極４は、その先端部内側面が前記中心電極３の先端面と対向するように配置されている。当該接地電極４の内側面には、前記貴金属チップ３１に対向する貴金属チップ３２が設けられている。そして、これら貴金属チップ３１と貴金属チップ３２との間の隙間が火花放電間隙３３となっている。

前記絶縁体２は、例えばアルミナからなるセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３が配置されるための孔部６が形成されている。また、主体金具１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１００のハウジングを構成するとともに、その外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けるためのねじ部７が形成されている。

また、接地電極４の本体部は、外層４Ａ及び内層４Ｂからなる２層構造となっている。外層４Ａは、ニッケル合金等で構成されている。これに対し、内層４Ｂは、ニッケル合金よりも良熱伝導性金属（例えば銅を主体とする金属材料や、前記ニッケル合金よりも熱伝導性に優れる高純度ニッケル等）で構成されている。本実施形態では、後述する基部４１の存在に加えて、当該内層４Ｂの存在によっても、熱引き性（放熱性）の向上が図られている。尚、本実施形態では、中心電極３の本体部もまた、外層及び内層の２層構造を具備している。

また、上記中心電極３側の貴金属チップ３１は、例えばイリジウムを主成分とし、１０質量％の白金、３質量％のロジウム、及び１質量％のニッケルを含有する貴金属合金により構成されている。さらに、接地電極４側の貴金属チップ３２は、例えば白金を主成分とし、２０質量％のイリジウム、５質量％のロジウムを含有する貴金属合金により構成されている。但し、これらの素材構成はあくまでも例示であって、何ら限定されるものではない。各貴金属チップ３１，３２は、主体金具３又は接地電極４に対し、それぞれの接合面外縁部に沿って所定形状（例えば円柱形状）のチップをレーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等によって固着することにより形成されている。

尚、本実施形態では両電極３，４共に貴金属チップ３１，３２が設けられているが、接地電極４又は中心電極３の一方にのみ貴金属チップが設けられていてもよい。中心電極３にのみ貴金属チップ３１が設けられている場合には、相対向する貴金属チップ３１と接地電極４との間で火花放電間隙が形成され、接地電極４にのみ貴金属チップ３２が設けられている場合には、相対向する貴金属チップ３２と中心電極３との間で火花放電間隙が形成される。これに対し、いずれにも貴金属チップを設けないこととしてもよい。この場合には、中心電極３先端面と接地電極４内側面との間で火花放電間隙が形成される。

さて、図１，２，３に示すように、本実施形態において、前記接地電極４は、主体金具１の先端面に接合され一定の幅を有する基部４１と、基部４１よりも先端側に位置する断面円形状の幅狭部４２と、前記基部４１及び幅狭部４２間に位置し、断面形状が長手方向に沿って徐変するテーパ部４３とを具備している。但し、本実施形態における「幅」は、中心電極３と接地電極４とが重なる方向にみたときに、軸線方向（図１の上下方向）と直交する方向における幅を指す。前記基部４１は、幅Ｌ１が２．７ｍｍ、厚さＴ１が１．３ｍｍの断面矩形状をなしており、その断面における断面積は約３．５ｍｍ²となっている。また、幅狭部４２は、直径Ｄが１．３ｍｍの丸棒状をなし、その中間に前記屈曲部５を有している。なお、必ずしも上記数値に拘泥されるものではなく、基部４１は、その断面積が３ｍｍ²以上であり、幅狭部４２は、その幅（直径Ｄ）が１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であればよい。

さらに、本実施形態では、幅狭部４２のうち最も基部４１側の部位γが、前記軸線方向において絶縁体２の先端面αと、中心電極３の先端面βとの間に位置するよう設定されている。ここにいう中心電極３の先端面βというのは、中心電極３に貴金属チップ３１が設けられている場合、貴金属チップ３１の先端面を指し、貴金属チップが設けられていない場合には、中心電極３本体部の先端面を指す。

ここで、上記のように構成されてなるスパークプラグ１００の製造方法について簡単に説明する。まず、主体金具１を予め加工しておく。すなわち、円柱状に形成された金属素材（例えばＳ１５ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

続いて、主体金具中間体の先端部位に、接地電極の中間体が抵抗溶接される。ここで溶接される接地電極中間体は、未だ屈曲前の直棒状のものであって、なおかつ、先端側の幅狭部４２及びテーパ部４３に相当する部位に関しては、最終製品よりも幾分大きい断面積を有するものである。より詳しくは、本実施形態における接地電極中間体は、全長において基部４１と同一の断面形状を有するものである。当該接地電極中間体は、例えば次のようにして得られる。すなわち、内層４Ｂを構成する銅芯を、外層４Ａを構成するニッケル合金カップ内に封入して芯鞘構造をなすカップ材を制作する。そして、当該カップ材を、ダイス等を用いた押出成形を施すことにより、幾分細径化するとともに、断面形状が前記基部４１の断面形状となるよう成形された接地電極中間体を得る。

尚、前記抵抗溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、前記接地電極中間体に関し、スウェージング加工が施される。これにより、接地電極中間体の先端部が丸く、細径化されることとなり、上述した幅狭部４１が形成される。接地電極中間体は、主体金具中間体端面に既に溶接されているので、当該スウェージング加工に際しては、主体金具中間体が保持された状態でスウェージングが実施される。つまり、保持するに際し、十分な長さが確保されていることから、安定したスウェージング加工を行うことができ、作業性の向上が図られる。

スウェージング加工後、主体金具中間体の所定部位に、ねじ部７が転造によって形成される。これにより、接地電極４の溶接された主体金具１が得られる。接地電極４の溶接された主体金具１には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

さらに、接地電極４の先端部には、上述した貴金属チップ３２が、抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。尚、溶接をより確実なものとするべく、当該溶接に先だって溶接部位のメッキ除去が行われたり、或いは、メッキ工程に際し溶接予定部位にマスキングが施されたりする。また、当該チップの溶接を、後述する組付けの後に行うこととしてもよい。

一方、前記主体金具１とは別に、絶縁体２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成形用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。得られた成形体に対し、研削加工が施され整形される。そして、整形されたものが焼成炉へ投入され焼成されることで、絶縁体２が得られる。

また、前記主体金具１、絶縁体２とは別に、中心電極３を製造しておく。すなわち、Ｎｉ系合金が鍛造加工され、その中央部に放熱性向上を図るべく銅芯が設けられる。そして、その先端部には、上述した貴金属チップ３１が、抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。

そして、上記のようにして得られた貴金属チップ３１が接合された中心電極３と、図示しない端子金具とが、やはり図示しないガラスシールによって前記絶縁体２の孔部６へ封着固定される。ガラスシールとしては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されたものが用いられる。そして先ず中心電極３を絶縁体２の孔部６へ挿通した状態とし、前記調製されたシール材が絶縁体２の孔部６に注入された後、後方から前記端子金具が押圧された状態とした上で、焼成炉内にて焼き固められる。尚、このとき、絶縁体２の後端側の胴部表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極３及び端子金具を備える絶縁体２と、接地電極４を備える主体金具１とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具１の後端部に対し、冷間加締めや熱間加締めが行われることで、周方向から絶縁体２の一部が主体金具１に取り囲まれるようにして保持される。

そして、最後に、接地電極４の先端部（幅狭部４２）を屈曲させることで、中心電極３（の貴金属チップ３１）及び接地電極４（の貴金属チップ３２）間の前記火花放電間隙３３を調整する加工が実施される。

このように一連の工程を経ることで、上述した構成を有するスパークプラグ１００が製造される。

以上のとおり、本実施形態によれば、接地電極４のうち主体金具１の先端面に接合された側が、断面積３．０ｍｍ²以上と、幅狭部４２に比べ断面積の大きい基部４１となっている。このため、当該基部４１において、放熱が図られる。このため、所謂「熱引き」が良くなり、高速運転時等において接地電極温度が上昇してしまうことによる不具合、すなわち、耐酸化性や耐火花摩耗性等の耐久性の低下を抑制できる。

また、先端側の幅狭部４２は、その幅が２．０ｍｍ以下であるとともに、断面円形状をなしている。このため、図３に示すように、混合気が接地電極４の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気が幅狭部４２の内側に廻り込んで、火花放電間隙に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。

その上、本実施形態では、幅狭部４２のうち最も基部４１側の部位γが、軸線方向において、絶縁体２の先端面αと中心電極３の先端面βとの間に位置するよう設定されている。すなわち、本実施形態では、基部４１の区間を比較的大きくすることで、放熱性の向上が図られる。

ここで、闇雲に基部の区間増大を図ったのでは、混合気の火花放電間隙への流入阻害を招くこととなってしまう。本実施形態では、幅狭部４２の幅を２．０ｍｍ以下とするとともに、幅狭部４２が断面円形状をなしているからこそ、上記のように、基部の区間を比較的多く設定したとしても着火性の低下を招くことがないのである。すなわち、本実施形態にあっては、幅狭部４２が、断面円形状をなし、その幅を１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下にするとともに、基部の断面積を３．０ｍｍ²以上とし、幅狭部４２のうち最も基部４１側の部位γが、軸線方向において絶縁体２の先端面αと中心電極３の先端面βとの間に位置するという構成を具備しているからこそ、着火性の低下防止を図るとともに、耐久性の向上を図ることができるのである。

次に、上述した作用効果を確認するべく、各種条件を変更することで種々のサンプルを作製し、種々の評価を試みた。その実験結果を以下に記す。

先ず第１に、基部の高さを種々異ならせた接地電極のサンプルを、幅狭部に相当する先端部の断面形状が円形のものと、基部同様矩形状のものとについてそれぞれ作成した。尚、各サンプルはテーパ部を具備しておらず、基部の高さが幅狭部の最も基部側の高さと一致している。また、基部の断面積及び幅、並びに、幅狭部（先端部）の幅は、全サンプルにつき一定とした。そして、各サンプルを具備するスパークプラグを、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係としたうえで、着火限界空燃比（Ａ／Ｆ）を計測した。その結果を図４のグラフに示す。但し、グラフ中、横軸の高さ３ｃｍの位置が、丁度絶縁体の先端面αに相当し、横軸の高さ５ｃｍの位置が、丁度中心電極の先端面βとなるように設定した。尚、着火限界空燃比の計測にあたっては、点火装置に組み付けた評価試験対象の各サンプル（スパークプラグ）を試験用チャンバに取り付け、この試験用チャンバ内を大気とプロパンとを混合してなる評価混合気で充満し、スパークプラグを放電させ、混合気の着火の有無を確認する。尚、この試験用チャンバ内にはファンが取り付けられ、スパークプラグを放電させる際には接地電極の背面から火花放電間隙へ混合気の流れが生じるようにファンを作動させている。この計測を各サンプルに対して種々混合比（空燃比）を変更するごとに１０回試み、２回失火が発生した時点での混合比を着火限界空燃比とした。

同図に示すように、いずれのサンプルにおいても、幅狭部の断面が矩形状よりも円形状のほうが着火限界空燃比が良好であることがわかる。また、幅狭部の断面が円形状の場合には、基部の高さ（幅狭部の最も基部側の高さ）が、絶縁体の先端面αと中心電極の先端面βとの間にあるサンプルの着火限界空燃比はいずれも１６．５であった。これに対し、断面円形状であっても、幅狭部の最も基部側の高さが中心電極の先端面βよりも高くなると、着火限界空燃比が低下してしまった。一方、幅狭部の断面が矩形状の場合には、基部の高さ（幅狭部の最も基部側の高さ）が、絶縁体の先端面αよりも高くなった時点で、１５．５となり、それより高くなると、さらに着火限界空燃比が低下してしまった。従って、断面円形状の幅狭部を有し、幅狭部の最も基部側の高さ位置が絶縁体の先端面αと中心電極の先端面βとの間に存在することで、着火性の低下防止が図られるといえる。

次に、基部の幅を一定にするとともに、幅狭部に相当する先端部の断面形状を円形状とし、幅狭部の幅（径）を種々異ならせた接地電極のサンプルを作成した。尚、各サンプルはテーパ部を具備しておらず、また、基部の高さ、及び、幅狭部（先端部）の高さ（区間）は、全サンプルにつき一定とした。そして、各サンプルを具備するスパークプラグを、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係としたうえで、着火限界空燃比（Ａ／Ｆ）を計測した。その結果を図５のグラフに示す。尚、ここでの着火限界空燃比の計測も、上記と同様の手法で行った。

同図に示すように、幅狭部（先端部）の幅が、０．５ｍｍ、１．０ｍｍの場合には着火限界空燃比はいずれも１７．０であり、幅が、１．５ｍｍ、２．０ｍｍの場合には着火限界空燃比はいずれも１６．５であった。これに対し、幅が、２．５ｍｍの場合には着火限界空燃比は１５．５にまで低下してしまった。このことから、幅狭部（先端部）が断面円形状であっても、その幅が２．０ｍｍを超えると、着火限界空燃比の低下度合いが大きくなってしまう、つまり、着火性の低下を招いてしまうといえる。

次に、基部の断面積及び幅狭部（先端部）の幅（直径）を種々異ならせた接地電極のサンプルを作成した。尚、各サンプルはテーパ部を具備しておらず、基部の高さ、並びに、幅狭部（先端部）の高さ（区間）は、全サンプルにつき一定とした。そして、各サンプルを具備するスパークプラグをエンジンに取付け、接地電極が最も高温になるといわれている高回転高負荷状態を一定時間維持した（具体的には、４気筒１６００ｃｃのエンジンにスパークプラグを取付け、５５００ｒｐｍのスロットル全開でエンジンを駆動させ接地電極先端温度を測定した）。そして、接地電極先端の最も高い温度が１０００℃以下か否かについての判定を行った。その結果を表１に示す。但し、表中、○印は接地電極先端の最も高い温度が１０００℃以下であったことを示し、×印は接地電極先端の最も高い温度が１０００℃を超えたことを示す。ここで、１０００℃を境に評価することとしたのは、一般に１０００℃を超えると耐酸化性や耐火花消耗性等の耐久性が極端に悪化することが経験的に知られていることによる。すなわち、表中、○印の場合には、耐久性が低下しにくく、×印の場合には耐久性が低下しやすいと評価することができる。

表１に示すように、幅狭部の幅が１ｍｍ以上２ｍｍ以下のサンプルについては、基部の断面積が３．０ｍｍ²以上であれば、接地電極先端の最も高い温度が１０００℃以下となった。一方、基部の断面積が３．０ｍｍ²であっても、幅狭部の幅が１ｍｍ未満のサンプルについては、接地電極先端の最も高い温度が１０００℃を超えてしまった。また、基部の断面積が３．０ｍｍ²未満のサンプルは、幅狭部の幅が２ｍｍのサンプルを除いて、接地電極先端の最も高い温度が１０００℃を超えてしまった。従って、幅狭部の幅が１ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、基部の断面積が３．０ｍｍ²以上であれば、放熱性の向上を図ることができるといえる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図面を参照しつつ説明する。但し、本実施形態において、上記第１実施形態と重複する構成については同一の符号を付す等してその説明を省略するとともに、以下には、相違点を中心として説明することとする。図６，７に示すように、本実施形態のスパークプラグ２００も、主体金具１と、絶縁体２と、中心電極３と、接地電極５１とを備えている。本実施形態では、接地電極５１の構成が、第１実施形態と大きく相違している。

すなわち、接地電極５１は、断面矩形状をなす金属製の棒状体が捻られて構成されており、捻り部５０を境に、主体金具１の先端面に接合された側の基部５２においては、厚みＴ２１よりも幅Ｌ２１が大きく、中心電極３の先端部と径方向（周方向）において対向する先端部５３においては、厚みＴ２２よりも幅Ｌ２２が小さくなっている。

本実施形態では、接地電極５１は、捻り部５０において略９０度捻られているとともに、屈曲部６０にて中心方向へ屈曲させられている。そして、捻り部５０は、屈曲部６０よりも基部５２側に位置している。

かかる構成を具備する本第２実施形態によれば、接地電極５１のうち、主体金具１の先端面に接合された基部５２においては、厚みＴ２１よりも幅Ｌ２１が大きいため、接合可能な面積が限られている主体金具１端面に対する接合強度を高めることができる。その結果、耐久性の向上を図ることができる。

一方、接地電極４のうち、先端部５３においては、厚みＴ２２よりも幅Ｌ２２が小さい。このため、図７に示すように混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係になった場合であっても、混合気の火花放電間隙３３への流入が阻害されにくく、火花放電間隙３３に混合気が到達しやすい。結果として、着火性の低下を防止することができる。

さらに、本実施形態の接地電極５１においては、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られることで、上記の基部５２と先端部５３とが形成される。このため、接地電極を部分的に細くしたり、太くしたりするために、切削、押出、スウェージングといった比較的煩雑な加工を施さなくて済む。すなわち、比較的簡易な捻り加工を施すことで、上述した特性が得られることから、製造に際しての工数低減等を図ることができるという効果も奏される。

その上、捻り部５０は、屈曲部６０よりも基部５２側に位置している。つまり、屈曲部６０に捻り部５０が存在していないため、設計や実際の加工について、捻り、屈曲に関し、それぞれ独立したものとすることができる。結果として、製造上の煩雑化を抑制でき、製造上の誤差の低減を図ることができる。

なお、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

（ａ）上記第１実施形態では、接地電極４の幅狭部４２が断面円形状をなす場合について具体化しているが、必ずしも断面円形状に限られるものではない。すなわち、中心電極３側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有していればよく、例えば断面楕円形状をなす接地電極であってもよいし、断面が一部において切り欠かれた円形状をなす接地電極であってもよい。この場合、中心電極側が平面となっていると、貴金属チップを溶接する作業を行いやすく、都合がよいというメリットがある。勿論、断面半円形状でも、長円形状であってもよいし、背面の曲率が途中で異なっているようなものであってもよい。但し、幅狭部の幅は１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である必要がある。

（ｂ）また、上記第１実施形態では、基部４１と幅狭部４２との間にテーパ部４３を設ける構成としているが、テーパ部を省略した構成、つまり、基部と幅狭部との境界が段状になっていてもよい。また、基部４１は、上記第１実施形態のように一定の幅Ｌ１を有していてもよいし、主体金具１側ほど幅広に構成されていてもよい。

（ｃ）上記第１実施形態では、接地電極４を外層４Ａ、内層４Ｂからなる２層構造を備えるものとしているが、１層からなっていてもよいし、３層構造を備えていてもよい。また、内層４Ｂは、接地電極４の先端面にまで及んで（露出して）いてもよいし、接地電極４の先端面が外層４Ａで被覆されていてもよい。

（ｄ）上記第１実施形態では、接地電極中間体を主体金具中間体に溶接した後に、スウェージング加工を施して細径化することとしているが、スウェージング加工等により細径化した後に、溶接することとしても何ら差し支えない。

（ｅ）上記第２実施形態では、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られることで、接地電極５１が構成されている。これに対し、断面略長円形状、或いは断面略楕円形状をなす金属製の棒状体が捻られることで、接地電極が構成されていてもよい。

（ｆ）また、上記第２実施形態では、捻り部５０が屈曲部６０よりも基部５２側に位置することが望ましい旨記載している。この点、さらにいえば、捻り部５０の先端が、中心電極３のほぼ先端部［例えば、図６における一点鎖線δで示す部分（中心電極３の本体部の同径部と先細りするテーパ部との境界部）］と同等の高さ位置か、又は、基端側に位置しているのがより望ましい。火花放電間隙３３の高さ位置において捻りが完了しきっているほうが、火花放電間隙３３に対し混合気がより到達しやすいからである。

第１実施形態のスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。図１に対し直交する方向から見たスパークプラグを示す側面図であるスパークプラグを先端側からみた状態を示す平面図である。基部の高さを種々異ならせたサンプルを用意し、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係としたうえで、着火限界空燃比を計測した結果を示すグラフである。幅狭部の幅を種々異ならせたサンプルを用意し、混合気が接地電極の背面に直接当たるような位置関係としたうえで、着火限界空燃比を計測した結果を示すグラフである。第２実施形態のスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。第２実施形態のスパークプラグの接地電極を主として示す斜視図である。

符号の説明

１…主体金具、２…絶縁体、３…中心電極、４，５１…接地電極、３３…火花放電間隙、４１…基部、４２…幅狭部、５０…捻れ部、５２…基部、５３…先端部。

Claims

軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端面に接合され、先端部が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端面及び前記接地電極の先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極は、
前記主体金具の先端面に接合された基部と、
前記基部よりも先端側に位置し、前記中心電極と前記接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向において前記基部よりも幅狭の略一定の幅を有し、かつ、前記中心電極側とは反対側の背面に凸状の湾曲面を有する幅狭部とを有し、
前記幅狭部の幅を１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とするとともに、前記基部の断面積を３．０ｍｍ²以上とし、
前記幅狭部のうち最も基部側の部位が、前記軸線方向において前記絶縁体の先端面と前記中心電極の先端面との間に位置することを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
基端部が前記主体金具の先端面に接合され、先端部が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端面及び前記接地電極の先端部間に火花放電間隙を有する内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極は、断面略長円形状、断面略楕円形状、又は、断面略矩形状をなす金属製の棒状体が捻られて構成されており、
前記中心電極と前記接地電極とが重なる方向にみたときに、前記軸線方向と直交する方向における幅が、
前記主体金具の先端面に接合された基部においては、厚みよりも大きく、
前記中心電極の先端部と対向する先端部においては、厚みよりも小さいことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
前記接地電極は、捻り部において略９０度捻られているとともに、屈曲部にて中心方向へ屈曲させられており、
前記捻り部は、屈曲部よりも基部側に位置していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用スパークプラグ。