JP2008166252A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗低下の前兆として生じる横飛火を早期に発生させることができると共に、絶縁碍子の熱応力を緩和することができる内燃機関用のスパークプラグを提供すること。
【解決手段】取付金具４と、絶縁碍子２と、中心電極３と、接地電極５とを備えたスパークプラグ１。絶縁碍子２は、取付金具４の内周段部４２に当接支持される外周段部２１を有すると共に、外周段部２１の先端側に形成される脚部２２を有する。脚部２２は、外周段部２１から連続形成されその外周面がプラグ中心軸Ｍに平行に形成されたストレート部２２１と、ストレート部２２１の先端から更に先端側へ向かうほど直径が小さくなるテーパ部２２２とからなる。テーパ部２２２の外周面は、プラグ中心軸Ｍを含む平面による断面形状が、直線状あるいは外側に凸の曲線状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジン等の内燃機関における着火手段として用いられる内燃機関用のスパークプラグに関する。

従来より、図１３、図１４に示すごとく、外周に取付け用ネジ部９４１を設けた取付金具９４と、該取付金具９４の中心軸側に保持される絶縁碍子９２と、該絶縁碍子９２の中心軸側に保持される中心電極９３と、上記取付金具９４に取付けられると共に上記中心電極９３の先端部との間に火花放電ギャップ９１１を形成する接地電極９５とを有する内燃機関用のスパークプラグ９がある。

かかるスパークプラグ９においては、例えば低速運転を繰り返す場合などに、混合気の燃焼に伴い発生するカーボンが絶縁碍子９２の脚部９２２の表面に付着する、いわゆる燻りの状態が発生するおそれがある。そして、カーボン付着が進むと、カーボンによって中心電極９３と取付金具９４とが導通して、両者間の絶縁抵抗が大きく低下してしまい、火花放電ギャップ９１１における火花放電が起こらなくなってしまうという現象が生じ得る。
これは、いわゆる熱価の大きい、即ち脚長の短い絶縁碍子を有するスパークプラグにおいて、特に生じやすい。

この現象を、上記従来のスパークプラグ９の場合について考察すると、以下のような現象となると考えられる。即ち、図１５に示すごとく、カーボンＣは、絶縁碍子９２の脚部９２２の先端部から順に付着して、徐々に取付金具９４の内側における脚部９２２にも付着していく。
上記従来のスパークプラグ９においては、上記脚部９２２の形状が、取付金具９４の内周段部９４２に当接支持されている外周段部９２１から先端部へ向かって、徐々に直径を小さくした形状である。逆にいうと、絶縁碍子９２が外周段部９４２に近付くにつれて、取付金具９４と脚部９２２との間のスペースが徐々に小さくなっている。それ故、脚部９２２へのカーボン付着が、徐々に進んでいくと、カーボンＣと取付金具９４との間の距離が徐々に縮まる。そして、ある距離まで縮まったところで、脚部９２２の外周面と取付金具９４との間で生じる火花放電、いわゆる横飛火が生じる。
そして、更に、カーボン付着が進むと、カーボンＣによって中心電極９３と取付金具９４とが導通して、絶縁抵抗が大きく低下してしまう。

かかる燻りによる中心電極９３と取付金具９４との間の絶縁不良を解消するためには、内燃機関の回転数を上げるなどして、燃焼室の温度を上昇させ、絶縁碍子９２の表面に付着したカーボンＣを焼失させる必要がある。
そして、このような操作をするタイミングとして、上述した横飛火の発生を契機とすることが考えられる。即ち、横飛火が発生するということは、カーボン付着がある程度進んでいることを示すこととなるため、この時点で、カーボンＣを焼失させる手段を講じることができる。また、横飛火の発生により内燃機関においてトラッキング現象が生じるため、自動車等の運転手は、その発生を容易に認識することができる。

しかしながら、図１３に示すごとく、上記従来のスパークプラグ９においては、絶縁碍子９２の先端部から外周段部９２１まで、取付金具９４と脚部９２２との間のスペースが徐々に小さくなり続けている。そのため、横飛火が生じた後、短い時間で取付金具９４と中心電極９３とが短絡してしまう。従って、トラッキングを認識した後に、カーボンを焼失させる操作を行うことは困難であるという問題がある。また、トラッキングを認識して内燃機関を停止した後、再始動しようとしても、既に脚部９２２に付着したカーボンによって中心電極９３と取付金具９４との絶縁抵抗、即ち中心電極９３と接地電極９５との間の絶縁抵抗が大きく低下しているために、再始動できないという問題がある。

また、脚部９２２の形状が、取付金具９４の内周段部９４２に当接支持している部分から先端部へ向かって、徐々に直径を小さくした形状であると、脚部９２２の熱が基端側に逃げ難い。それ故、自動車の急加速等による燃焼室の急熱により、脚部９２２に大きな応力が作用するおそれがある。
また、脚部９２２の熱引きが悪いと、脚部９２２の温度が高くなりやすく、高温の脚部９２２に燃料が付着して脚部９２２が急冷されたとき、大きな応力がかかりやすい。
その結果、絶縁碍子９２に割れが生じるおそれがある。

また、上記のような、カーボンの付着による中心電極９３と取付金具９４との間の絶縁抵抗低下の問題や、絶縁碍子９２の割れの問題は、チューンアップした自動車など、出力の大きい内燃機関において特に生じるおそれがある。

なお、引用文献１には、取付金具の段差部に対向する絶縁碍子脚基部の厚みを所定の厚み分確保したスパークプラグが開示されている。しかし、このスパークプラグにおいては、取付金具の内側に突出した段差部に対向する部分における絶縁碍子の耐電圧を向上させることを目的としており、脚部へのカーボン付着による横飛火を早期に発生させる構成のものではない。

特許第２９５３２２７号公報

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたもので、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗低下の前兆として生じる横飛火を早期に発生させることができると共に、絶縁碍子の熱応力を緩和することができる内燃機関用の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、外周に取付け用ネジ部を設けた取付金具と、該取付金具の内側に保持される絶縁碍子と、該絶縁碍子の内側に保持される中心電極と、上記取付金具の先端部に固定され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を備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
上記絶縁碍子は、上記取付金具の内周段部に当接支持される外周段部を有すると共に、該外周段部の先端側に形成される脚部を有し、
該脚部は、上記外周段部から連続形成され、その外周面がプラグ中心軸に平行に形成されたストレート部と、該ストレート部の先端から更に先端側へ向かうほど直径が小さくなるテーパ部とからなり、
該テーパ部の外周面は、プラグ中心軸を含む平面による断面形状が、直線状あるいは外側に凸の曲線状であることを特徴とする内燃機関用の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。
上記絶縁碍子における脚部は、上記ストレート部と、該ストレート部の先端から形成されたテーパ部とからなる。そのため、脚部にカーボンが付着する場合、まず、テーパ部の表面に、その先端から徐々に基端側へ向かって、カーボンが付着していくこととなる。テーパ部は、ストレート部に近付くにつれ直径が大きくなっており、その外周面と取付金具との距離が徐々に小さくなっている。そのため、カーボンの付着が進むにつれ、カーボン付着部位と取付金具との距離が縮まる。そして、カーボン付着部位と取付金具との距離がある距離まで縮まると、絶縁碍子と取付金具との間で横飛火が生じる。

また、更にカーボン付着が進むと、カーボンは、ストレート部の外周面にも付着し始める。しかし、ストレート部は、その外周面がプラグ中心軸に平行であるため、先端側から取付金具の内側に侵入するカーボンは、ストレート部の外周面には堆積しにくく、連続的に付着し難い。

また、ストレート部はその軸方向位置によって直径が変化しないため、取付金具と絶縁碍子との間の距離は、ストレート部においては変化しない。それ故、仮にストレート部への連続的なカーボン付着が基端側へ進んでいっても、カーボン付着部と取付金具との距離は縮まらず、カーボンによって中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗が低下するまでには時間がかかる。

それ故、絶縁低下のタイミングに対して充分早期に（適切なタイミングで）横飛火を発生させることができ、横飛火が生じ始めてから中心電極と取付金具との間の絶縁低下までの間に、充分な時間を確保することができる。そのため、横飛火によるトラッキングを認識した後に、燻りを解消するための対応を容易に行うことができる。即ち、例えば、運転手がトラッキングを認識した後、内燃機関の回転数を上げるなどして燃焼室の温度を上昇させ、絶縁碍子の表面に付着したカーボンを焼失させるといった対応を容易に行うことができる。また、トラッキングを認識して内燃機関を停止した後、再始動することも可能である。即ち、トラッキングの発生時点では、中心電極と取付金具との絶縁抵抗は充分に確保されているため、再始動が可能である。

また、脚部が上記ストレート部と上記テーパ部とからなるため、脚部の先端において受熱した熱が基端側へ逃げやすい。そのため、脚部にかかる熱応力を緩和することができ、脚部における割れの発生を抑制することができる。
また、テーパ部の外周面は、プラグ中心軸を含む平面による断面形状が、直線状あるいは外側に凸の曲線状であるため、特にテーパ部における熱が基端側へ逃げやすい。また、かかる形状であれば、ストレート部とテーパ部との境界部分に応力が集中する部位が形成され難い。そのため、熱応力による脚部の割れの発生を効果的に抑制することができる。

以上のごとく、本発明によれば、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗低下の前兆として生じる横飛火を早期に発生させることができると共に、絶縁碍子の熱応力を緩和することができる内燃機関用の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、上記内燃機関用のスパークプラグは、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手段として用いることができるが、特に、チューンアップされた自動車など、出力の大きい内燃機関に用いる場合に大きな効果を発揮する。
また、本明細書において、上記スパークプラグにおける、内燃機関の燃焼室に挿入する側を先端側とし、その反対側を基端側とする。
また、プラグ中心軸とは、スパークプラグの中心軸を意味する。

また、上記ストレート部は、１．５〜６ｍｍの長さを有することが好ましい（請求項２）。
この場合には、横飛火が発生し始めてから中心電極と取付金具との間の絶縁低下までの間に、充分な時間を確保することができる。
上記ストレート部の長さが１．５ｍｍ未満の場合には、横飛火が発生し始めてから中心電極と取付金具との間の絶縁低下までの間の時間が短くなり、燻り解消手段を講じる時間が短くなってしまうおそれがある。一方、上記ストレート部の長さが６ｍｍを超える場合には、脚長が長くなり、高熱価のスパークプラグを得ることが困難となるおそれがある。
なお、ここで長さとは、プラグ軸方向長さ、即ちプラグ中心軸の方向についての長さである。

また、上記ストレート部は、上記外周段部と上記脚部とを合せた長さである脚長に対して、７〜４０％の長さを有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、横飛火が発生し始めてから中心電極と取付金具との間の絶縁低下までの間に、充分な時間を確保することができる。
上記ストレート部の長さが上記脚長に対して７％未満の場合には、横飛火が発生し始めてから中心電極と取付金具との間の絶縁低下までの間の時間が短くなり、燻り解消手段を講じる時間が短くなってしまうおそれがある。一方、上記ストレート部の長さが上記脚長に対して４０％を超える場合には、横飛びが短時間で頻繁に発生しすぎるおそれがあり、実使用に耐えないスパークプラグになるおそれがある。

また、上記火花放電ギャップの大きさをＧｍとし、上記取付金具の内周面と、上記絶縁碍子における上記テーパ部と上記ストレート部との境界部分の外周面との間の距離をＧｓとしたとき、Ｇｍ≧Ｇｓ≧０．４Ｇｍの関係を満たすことが好ましい（請求項４）。
この場合には、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗低下の前兆として横飛火を早期に確実に発生させることができる。

Ｇｓ＞Ｇｍの場合には、テーパ部とストレート部との境界部分までカーボン付着が進んでも、横飛火が発生しないおそれがある。そのため、カーボン付着が更に進んで、中心電極と取付金具との絶縁抵抗が大きく低下するまで、あるいはその直前までトラッキングが発生しないおそれがあり、燻りを解消する手段を講ずる時間を充分に取れないおそれがある。
一方、Ｇｓ＜０．４Ｇｍの場合には、ストレート部にカーボン付着が進んだときに、カーボンによって中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗が大きく低下してしまうおそれがある。それ故、テーパ部とストレート部との境界部分までカーボン付着が進んで、横飛火が発生したのち、短時間で中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗が大きく低下してしまい、燻りを解消する手段を講ずる時間を充分に取れないおそれがある。

また、上記ストレート部の外周面と上記テーパ部の外周面とは、プラグ中心軸を含む平面による断面形状が曲線状であるＲ面によって滑らかに連結されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記ストレート部と上記テーパ部との境界部分における応力の集中を一層緩和することができる。そのため、一層耐久性に優れた絶縁碍子を得ることができる。

また、上記中心電極は、先端部に貴金属チップを配設してなることが好ましい（請求項６）。
この場合には、要求電圧を低減することができると共に耐久性に優れたスパークプラグを得ることができる。

また、上記貴金属チップは、直径が０．７ｍｍ以下であることが好ましい（請求項７）。
この場合には、要求電圧をより低減することができると共に、着火性に優れたスパークプラグを得ることができる。
なお、上記貴金属チップの直径は０．４５ｍｍ以下とすることが、より好ましい。

また、上記貴金属チップは、Ｉｒ合金からなることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記貴金属チップの消耗を抑制し、長寿命のスパークプラグを得ることができる。

また、上記絶縁碍子における上記外周段部と上記脚部とを合せた長さである脚長は、１１ｍｍ以下とすることができる（請求項９）。
この場合には、高熱価のスパークプラグを得ることができる。即ち、脚部が受熱した熱を取付金具へ逃がしやすくなる。これにより、燃焼室が特に高温となるような高出力の内燃機関に使用しても、充分な耐久性を確保することができる。
また、かかる高熱価のスパークプラグにおいては、一般に燻りが生じやすいが、そのようなスパークプラグに本発明を適用することにより、上述したように、燻り解消手段を講じやすくなるため、スパークプラグの寿命を長くすることができる。

また、上記取付金具は、上記内周段部から先端部までにわたってプラグ中心軸と平行に形成された先端内周面を有することが好ましい（請求項１０）。
この場合には、上記絶縁碍子の脚部における上記ストレート部と上記取付金具の上記先端内周面とが平行となると共に、上記絶縁碍子の脚部における上記テーパ部と上記取付金具の上記先端内周面との間の空間が先端側へ行くほど広くなる状態となる。これにより、絶縁碍子の先端から徐々にカーボンの付着が進むとき、初期の段階においては絶縁碍子に付着したカーボンと取付金具の先端内周面との距離を充分に大きくしておくことができると共に、上記ストレート部へのカーボンの付着をより抑制することができる。そのため、横飛火によるトラッキングが早期に発生しすぎることを防ぐことができると共に、トラッキングが発生してから絶縁低下までの時間を充分に確保することもできる。

上記先端内周面が先端へ向かうほど縮径するような形状の場合には、トラッキングが早すぎる段階で発生するおそれがある。一方、上記先端内周面が先端へ向かうほど拡径するような形状の場合には、ストレート部へのカーボン付着が進みやすく、トラッキング発生から絶縁低下までの間の時間が短くなりすぎるおそれがある。

また、上記取付金具の先端部には、内側に突出した内方突出部が形成されていることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、上記取付金具と上記絶縁碍子との間にカーボンが侵入することを抑制することができる。これにより、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗低下を抑制することができると共に、トラッキング発生から絶縁低下までの時間を長くすることができる。

また、上記火花放電ギャップの大きさをＧｍとし、上記内方突出部の内側端と上記絶縁碍子との間のクリアランスをＧｐとしたとき、Ｇｍ≦Ｇｐ≦１．８Ｇｍを満たすことが好ましい（請求項１２）。
この場合には、中心電極と接地電極との間の正常な火花放電を確保することができると共に、上記取付金具と上記絶縁碍子との間へのカーボンの侵入を効果的に抑制することができる。
すなわち、上記クリアランスＧｐがＧｍ未満の場合には、上記内方突出部に対向する位置における絶縁碍子の外周面にカーボンが付着したときに、内方突出部と絶縁碍子との間において横飛火が発生しやすくなるおそれがある。一方、上記クリアランスＧｐが１．８Ｇｍを超える場合には、上記取付金具と上記絶縁碍子との間へのカーボンの侵入を充分に抑制することが困難となるおそれがある。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる内燃機関用のスパークプラグにつき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のスパークプラグ１は、図１、図２に示すごとく、外周に取付け用ネジ部４１を設けた取付金具４と、該取付金具４の内側に保持される絶縁碍子２と、該絶縁碍子２の内側に保持される中心電極３と、上記取付金具４の先端部に固定され上記中心電極３の先端部との間に火花放電ギャップ１１を形成する接地電極５とを備えている。

絶縁碍子２は、取付金具４の内周段部４２に当接支持される外周段部２１を有すると共に、該外周段部２１の先端側に形成される脚部２２を有する。
該脚部２２は、外周段部２１から連続形成され、その外周面がプラグ中心軸Ｍに平行に形成されたストレート部２２１と、該ストレート部２２１の先端から更に先端側へ向かうほど直径が小さくなるテーパ部２２２とからなる。

テーパ部２２２の外周面は、プラグ中心軸Ｍを含む平面による断面形状が、直線状である。なお、テーパ部２２２の外周面は、上記断面形状が外側に凸の曲線状となるような形状とすることもできる。

また、ストレート部２２１の長さＡは、１．５〜６ｍｍである。
また、ストレート部２２１の長さＡは、外周段部２１と脚部２２とを合せた長さである脚長Ｂに対して、７〜４０％の長さを有する。なお、絶縁碍子２における脚長Ｂは、１１ｍｍ以下である。

また、取付金具４は、絶縁碍子２を挿通保持するための軸孔４０を軸方向に貫通して設けてなり、軸孔４０の一部に上記内周段部４２が形成されている。そして、軸孔４０は、内周段部４２から取付金具４の先端部４４までに渡って、プラグ中心軸Ｍと平行に形成された先端内周面４３を有する。従って、先端内周面４３は、内径が一定である。
そして、先端内周面４３と脚部２２の外周面とが対向配置されることとなり、先端内周面４３と脚部２２との間に、先端側に開口する空間であるポケット部１２が形成される。
また、取付金具４の内周段部４２と絶縁碍子２の外周段部２１とは、パッキン１３を介して当接している。

また、火花放電ギャップ１１の大きさをＧｍとし、取付金具４の内周面と絶縁碍子２におけるストレート部２２１の外周面との間の距離をＧｓとしたとき、Ｇｍ≧Ｇｓ≧０．４Ｇｍの関係を満たす。

また、図３に示すごとく、ストレート部２２１の外周面とテーパ部２２２の外周面とは、プラグ中心軸Ｍを含む平面による断面形状が曲線状であるＲ面２２３によって滑らかに連結されている。このＲ面２２３の曲率半径は約２ｍｍである。

中心電極３は、先端部にＩｒ合金からなる貴金属チップ３１を配設してなる。貴金属チップ３１は、直径ｄが０．７ｍｍ以下であり、より好ましくは０．４５ｍｍ以下である。
また、中心電極３は、絶縁碍子２の内側に保持される電極母材３０の先端部に、上記貴金属チップ３１を接合してなるが、電極母材３０の直径Ｄは、２〜３ｍｍである。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記絶縁碍子２における脚部２２は、上記ストレート部２２１と、該ストレート部２２１の先端から形成されたテーパ部２２２とからなる。そのため、図４に示すごとく、脚部２２にカーボンＣが付着する場合、まず、テーパ部２２２の表面に、その先端から徐々に基端側へ向かって、カーボンＣが付着していくこととなる。テーパ部２２２は、ストレート部２２１に近付くにつれ直径が大きくなっており、その外周面と取付金具４との距離が徐々に小さくなっている。そのため、カーボンＣの付着が進むにつれ、カーボン付着部位と取付金具４との距離が縮まる。そして、カーボン付着部位と取付金具４との距離がある距離まで縮まると、絶縁碍子２と取付金具４との間で横飛火Ｓが生じる。

また、更にカーボン付着が進むと、カーボンＣは、ストレート部２２１の外周面にも付着し始める。しかし、ストレート部２２１は、その外周面がプラグ中心軸Ｍに平行であるため、先端側から取付金具４の内側に侵入するカーボンＣは、ストレート部２２１の外周面には堆積しにくく、連続的に付着し難い。

また、ストレート部２２１はその軸方向位置によって直径が変化しないため、取付金具４と絶縁碍子２との間の距離は、ストレート部２２１においては変化しない。それ故、仮にストレート部２２１への連続的なカーボン付着が基端側へ進んでいっても、カーボン付着部と取付金具４との距離は縮まらず、カーボンＣによって中心電極３と取付金具４との間の絶縁抵抗が低下するまでには時間がかかる。

それ故、横飛火が生じ始めてから中心電極３と取付金具４との間の絶縁低下までの間に、充分な時間を確保することができる。そのため、横飛火によるトラッキングを認識した後に、燻りを解消するための対応を容易に行うことができる。即ち、例えば、運転手がトラッキングを認識した後、内燃機関の回転数を上げるなどして燃焼室の温度を上昇させ、絶縁碍子２の表面に付着したカーボンを焼失させるといった対応を容易に行うことができる。また、トラッキングを認識して内燃機関を停止した後、再始動することも可能である。即ち、トラッキングの発生時点では、中心電極３と取付金具４との絶縁抵抗は充分に確保されているため、再始動が可能である。

また、脚部２２が上記ストレート部２２１と上記テーパ部２２２とからなるため、脚部２２の先端において受熱した熱が基端側へ逃げやすい。そのため、脚部２２にかかる熱応力を緩和することができ、脚部２２における割れの発生を抑制することができる。
また、テーパ部２２２の外周面は、プラグ中心軸Ｍを含む平面による断面形状が、直線状あるいは外側に凸の曲線状であるため、特にテーパ部２２２における熱が基端側へ逃げやすい。また、かかる形状であれば、ストレート部２２１とテーパ部２２２との境界部分に応力が集中する部位が形成され難い。そのため、熱応力による脚部２２の割れの発生を効果的に抑制することができる。

また、ストレート部２２１は、１．５〜６ｍｍの長さを有するため、横飛火が発生し始めてから中心電極３と取付金具４との間の絶縁低下までの間に、充分な時間を確保することができる。
また、ストレート部２２１の長さＡは、脚長Ｂに対して、７〜４０％の長さを有するため、横飛火が発生し始めてから中心電極３と取付金具４との間の絶縁低下までの間に、充分な時間を確保することができる。

また、火花放電ギャップ１１の大きさＧｍと、取付金具４の内周面と絶縁碍子２におけるストレート部２２１の外周面との間の距離をＧｓとが、Ｇｍ≧Ｇｓ≧０．４Ｇｍの関係を満たす。これにより、中心電極３と取付金具４との間の絶縁抵抗低下の前兆として横飛火を早期に確実に発生させることができる。

また、ストレート部２２１の外周面とテーパ部２２２の外周面とは、Ｒ面２２３によって滑らかに連結されている。これにより、ストレート部２２１とテーパ部２２２との境界部分における応力の集中を一層緩和することができる。そのため、一層耐久性に優れた絶縁碍子２を得ることができる。

また、中心電極３は、先端部に、Ｉｒ合金からなる直径０．７ｍｍ以下の貴金属チップ３１を配設してなる。これにより、要求電圧を低減することができると共に耐久性に優れた長寿命のスパークプラグ１を得ることができる。

また、絶縁碍子２における脚長Ｂが、１１ｍｍ以下であるため、高熱価のスパークプラグ１を得ることができる。即ち、脚部２２が受熱した熱を取付金具４へ逃がしやすくなる。これにより、燃焼室が特に高温となるような高出力の内燃機関に使用しても、充分な耐久性を確保することができる。
また、かかる高熱価のスパークプラグ１においては、一般に燻りが生じやすいが、そのようなスパークプラグ１に本発明を適用することにより、上述したように、燻り解消手段を講じやすくなるため、スパークプラグ１の寿命を長くすることができる。

以上のごとく、本例によれば、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗低下の前兆として生じる横飛火を早期に発生させることができると共に、絶縁碍子の熱応力を緩和することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図５、図６に示すごとく、本発明のスパークプラグにつき耐燻り性試験を行った例である。
即ち、スパークプラグを試験車両のエンジンに装着し、試験車両を以下に示す条件に従って運転する。そして、絶縁碍子にカーボンが付着してトラッキングが発生してから６０秒後にエンジンを停止する。そして、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗を、試験前後において測定する。

試験車両は、２２３ｃｃ、１気筒の４サイクルエンジンを搭載したものであり、平坦路を毎時４０ｋｍで走行する定常運転を行った。また、湯温は３０℃とした。
走行中、スパークプラグの火花波形をモニタリングし、横飛火によるトラッキングの波形を検出した時点から、６０秒間運転を続けた後、エンジンを停止した。

上記の試験を、本発明のスパークプラグと、比較用のスパークプラグとについて、それぞれ４個の試料を用いて行った。
本発明のスパークプラグは、上記実施例１に示したスパークプラグである。また、比較用のスパークプラグは、図１３、図１４に示したような、脚部にストレート部（図１における符号２２１参照）のない絶縁碍子を用いたスパークプラグである。
また、各部の寸法は、以下の表１に示す。同表において、各数値における「±」又は「＋」の後の数値は誤差を表す。

そして、試験前後における、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗の測定結果を、図５、図６に示す。図５が本発明のスパークプラグについての結果であり、図６が比較用のスパークプラグについての結果である。

図５、図６から分かるように、比較用のスパークプラグについては、試験後における絶縁抵抗の著しい低下が見られたが、本発明のスパークプラグについては、試験後における絶縁抵抗の低下は殆ど見られず、５００ＭΩ以上を維持している。
従って、本発明のスパークプラグを用いることにより、トラッキングが発生してから、６０秒以内にエンジンを停止すれば、再始動が可能であることが分かる。また、トラッキング発生から６０秒以内にエンジン回転数を上げて燃焼室内の温度を例えば８００℃という高温に上げることにより、燻りを解消して、正常な運転を継続することも可能である。
これに対し、比較用のスパークプラグにおいては、トラッキングが生じた後にエンジンを停止しても、既に絶縁抵抗が大きく低下しているために、再始動も不可能となり、また、エンジン回転数を上げた運転も不可能となるおそれがある。

（実施例３）
本例は、図７に示すごとく、本発明のスパークプラグにおける絶縁碍子の耐急熱性試験を行った例である。
まず、実施例１に示したスパークプラグ１から取付金具４を外した状態の試料を用意した。この試料は、中心電極３を内側に保持した状態の絶縁碍子２であり、実施例２において本発明品として用意したスパークプラグに用いられているものと同じである。
また、比較試料として、上記実施例２において用意した比較用のスパークプラグから取付金具を外した状態の試料を用意した。

これらの試料を用い、以下の試験を行った。この試験は、ＪＩＳ Ｂ８０３１による試験方法を更に厳しくした条件で行った試験である。
即ち、錫（Ｓｎ）の高温浴６１を用意し、該高温浴６１に、常温の上記試料における絶縁碍子２の脚部２２を先端から８ｍｍの長さ分浸漬する。浸漬時間は３０秒である。
そして、高温浴６１の温度は、比較試料については、８００℃、８５０℃、９００℃の３水準とし、本発明の試料については、８５０℃、９００℃、９５０℃の３水準とした。また、各水準につき、それぞれ４個の試料を用いた。
浸漬試験後、絶縁碍子に割れが発生しているか否かを観測した。観測結果を表２に示す。同表における分数は、分母が試験に用いた試料の数であり、分子が割れた試料の数である。

表２から分かるように、比較試料については、８５０℃において割れが発生し始め、９００℃においては全てに割れが発生した。これに対し、本発明の試料については、９００℃においても割れは発生しなかった。

（実施例４）
本例は、図８に示すごとく、本発明のスパークプラグにおける絶縁碍子の耐急冷性試験を行った例である。
試料としては、実施例２において使用した本発明品と同じスパークプラグを用意し、比較試料として、実施例２において使用した比較試料と同じスパークプラグを用意した。

これらの試料を用い、以下の試験を行った。この試験は、ＪＩＳ Ｂ８０３１による試験方法を更に厳しくした条件で行った試験である。
即ち、まず、試料を２４０℃以上の温風炉において３０分加熱する。その後、常温（２５℃）の水６２に、上記試料における絶縁碍子２の脚部２２を先端から５ｍｍの長さ分浸漬して急冷する。浸漬時間は５分である。
そして、急冷前の試料の温度は、比較試料及び本発明の試料のいずれについても、それぞれ、２４０℃、２６０℃、２８０℃、３００℃の４水準とした。また、各水準につき、それぞれ２個の試料を用いた。
急冷試験後、絶縁碍子に割れが発生しているか否かを観測した。観測結果を表３に示す。同表における分数は、分母が試験に用いた試料の数であり、分子が割れた試料の数である。

表２から分かるように、比較試料については、２８０℃からの急冷において割れが発生し始めたのに対し、本発明の試料については、２８０℃からの急冷では割れは発生しなかった。

上記の実施例３、４の結果から分かるように、本発明のスパークプラグにおける絶縁碍子は、耐急熱性、耐急冷性の何れにも優れている。従って、本発明によれば、燃焼室内の温度が極めて高温となるような過酷な環境下においても使用に耐えることが可能な、耐久性に優れたスパークプラグを得ることができることが分かる。

（実施例５）
本例は、本発明のスパークプラグを実機に搭載し、過酷な運転状況における耐久試験を行った例である。
即ち、２サイクル、２気筒の二輪エンジンに、本発明のスパークプラグと比較用のスパークプラグとをそれぞれ搭載し、エンジンを以下のように運転した。ここで、本発明のスパークプラグと比較用のスパークプラグとは、それぞれ、上記実施例２において用いた試料と同様である。試料は各８個ずつ用いた。

エンジンの運転条件としては、平坦路を毎時４０ｋｍで走行する定常運転と、エンジン回転数を上げて自己発火が連続的に発生する高速運転（回転数８９００ｒｐｍ）とを、交互に５サイクル行うというものである。上記定常運転は各６０秒間であり、上記高速運転は各１５〜２０秒間である。

耐久試験後、絶縁碍子の脚部における割れを観察したところ、比較試料においては、８個の試料全てに割れが発生したのに対し、本発明品の試料においては、８個の試料の何れにも割れが生じなかった。
この結果からも、本発明のスパークプラグの絶縁碍子は、耐久性に優れていることが分かる。

（実施例６）
本例は、図９〜図１１に示すごとく、取付金具４の先端部４４に、内側に突出した内方突出部４５が形成されている内燃機関用のスパークプラグ１の例である。
すなわち、取付金具４は、その先端部４４において、先端内周面４３から内側へ向かって内方突出部４５を突出形成してなる。
内方突出部４５の内側端と絶縁碍子２との間のクリアランスＧｐは、火花放電ギャップ１１の大きさをＧｍとしたとき、Ｇｍ≦Ｇｐ≦１．８Ｇｍを満たす。また、先端内周面４３からの内方突出部４５の突出長さは、例えば０．２〜２．４ｍｍである。

また、内方突出部４５は、図１０に示すごとく、取付金具４の先端内周面４３の全周にわたって連続的に形成されていてもよいし、図１１に示すごとく、複数に分割して形成されていてもよい。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、取付金具４と絶縁碍子２との間のポケット部１２にカーボンが侵入することを抑制することができる。これにより、中心電極３と取付金具４との間の絶縁抵抗低下を抑制することができると共に、トラッキング発生から絶縁低下までの時間を長くすることができる。

また、内方突出部４５の内側端と絶縁碍子２との間のクリアランスＧｐが、Ｇｍ≦Ｇｐ≦１．８Ｇｍを満たすことにより、中心電極３と接地電極５との間の正常な火花放電を確保することができると共に、取付金具４と絶縁碍子２との間のポケット部１２へのカーボンの侵入を効果的に抑制することができる。

なお、図１０に示すごとく、内方突出部４５が先端内周面４３の全周にわたって連続的に形成されている場合には、ポケット部１２へのカーボンの侵入をより効果的に防ぐことができる。
また、図１１に示すごとく、内方突出部４５が分割して形成されている場合には、内方突出部４５にエッジ部分を多く形成しやすくなる。これにより、絶縁碍子２にカーボンが付着したときに、内方突出部４５がサブ接地電極の役割を果たし、内方突出部４５と絶縁碍子２に付着したカーボンとの間に火花放電が生じ、そのカーボンを焼失させることができる。これにより、カーボンによるスパークプラグ１の燻り状態を早期に解消させやすくなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例７）
本例は、図１２に示すごとく、実施例６に示したスパークプラグ１（図９、図１０）につき耐燻り性試験を行った例である。
試験方法は、実施例２に示した方法と同様である。
また、本試験に用いたスパークプラグ１の寸法も、実施例２において示した本発明のスパークプラグと同様であるが、内方突出部４５の突出長さは、０．３±０．１ｍｍ、内方突出部４５の内側端と絶縁碍子２との間のクリアランスＧｐは１．１±０．２ｍｍである。

試験前後における、中心電極と取付金具との間の絶縁抵抗の測定結果を、図１２に示す。
図１２から分かるように、実施例６のスパークプラグについては、４つのサンプルとも、試験後における絶縁抵抗の低下がなく、実施例１に示したスパークプラグの耐燻り性試験の結果（実施例２、図５）よりもさらに優れた結果を得た。
この結果から、実施例６のスパークプラグを用いることにより、トラッキングが発生してから６０秒以内における絶縁低下をより一層確実に防ぐことができることが分かる。

実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の説明図。 実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの説明図。 実施例１における、絶縁碍子の脚部と中心電極の先端部付近の説明図。 実施例１における、絶縁碍子の脚部へのカーボンの付着状態を示す模式図。 実施例２における、本発明品における絶縁抵抗の変化を示す線図。 実施例２における、比較品における絶縁抵抗の変化を示す線図。 実施例３における、耐急熱性試験方法の説明図。 実施例４における、耐急冷性試験方法の説明図。 実施例６における、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の説明図。 実施例６における、内方突出部が連続形成されている場合の図９のＣ−Ｃ線矢視断面図。 実施例６における、内方突出部が分割形成されている場合の図９のＣ−Ｃ線矢視断面図。 実施例７における、内方突出部を有するスパークプラグにおける絶縁抵抗の変化を示す線図。 従来例における、内燃機関用のスパークプラグの先端部付近の説明図。 従来例における、内燃機関用のスパークプラグの説明図。 従来例における、絶縁碍子の脚部へのカーボンの付着状態を示す模式図。

符号の説明

１ スパークプラグ
１１ 火花放電ギャップ
２ 絶縁碍子
２１ 外周段部
２２ 脚部
２２１ ストレート部
２２２ テーパ部
３ 中心電極
４ 取付金具
４２ 内周段部
５ 接地電極

Claims (12)

1. 外周に取付け用ネジ部を設けた取付金具と、該取付金具の内側に保持される絶縁碍子と、該絶縁碍子の内側に保持される中心電極と、上記取付金具の先端部に固定され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を備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
   上記絶縁碍子は、上記取付金具の内周段部に当接支持される外周段部を有すると共に、該外周段部の先端側に形成される脚部を有し、
   該脚部は、上記外周段部から連続形成され、その外周面がプラグ中心軸に平行に形成されたストレート部と、該ストレート部の先端から更に先端側へ向かうほど直径が小さくなるテーパ部とからなり、
   該テーパ部の外周面は、プラグ中心軸を含む平面による断面形状が、直線状あるいは外側に凸の曲線状であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
2. 請求項１において、上記ストレート部は、１．５〜６ｍｍの長さを有することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
3. 請求項１又は２において、上記ストレート部は、上記外周段部と上記脚部とを合せた長さである脚長に対して、７〜４０％の長さを有することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記火花放電ギャップの大きさをＧｍとし、上記取付金具の内周面と、上記絶縁碍子における上記テーパ部と上記ストレート部との境界部分の外周面との間の距離をＧｓとしたとき、Ｇｍ≧Ｇｓ≧０．４Ｇｍの関係を満たすことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記ストレート部の外周面と上記テーパ部の外周面とは、プラグ中心軸を含む平面による断面形状が曲線状であるＲ面によって滑らかに連結されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記中心電極は、先端部に貴金属チップを配設してなることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
7. 請求項６において、上記貴金属チップは、直径が０．７ｍｍ以下であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
8. 請求項６又は７において、上記貴金属チップは、Ｉｒ合金からなることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項において、上記絶縁碍子における上記外周段部と上記脚部とを合せた長さである脚長は、１１ｍｍ以下であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
10. 請求項１〜９のいずれか一項において、上記取付金具は、上記内周段部から先端部までにわたってプラグ中心軸と平行に形成された先端内周面を有することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項において、上記取付金具の先端部には、内側に突出した内方突出部が形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
12. 請求項１１において、上記火花放電ギャップの大きさをＧｍとし、上記内方突出部の内側端と上記絶縁碍子との間のクリアランスをＧｐとしたとき、Ｇｍ≦Ｇｐ≦１．８Ｇｍを満たすことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
    

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