JP2014107128A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】着火性の低下を招くことなく、放電電圧を効果的に低減させる。
【解決手段】スパークプラグ１は、中心電極５と、中心電極５との間に間隙３３を形成する接地電極２７とを備える。少なくとも両電極５，２７のうちの一方の電極は、レーザービーム又は電子ビームの照射によって接合されたチップ３１を有する。チップ３１を接合する際におけるレーザービーム又は電子ビームの照射により形成され、チップ３１のうち他方の電極側に位置する放電面３１Ｆより他方の電極側に突出する突起部３７が設けられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

内燃機関等に使用されるスパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、前記主体金具の先端部に固定された棒状の接地電極とを備えている。また、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間には間隙が形成されており、中心電極に電圧を印加することで、前記間隙にて火花放電を生じさせるようになっている。

さらに、耐久性の向上を図るべく、少なくとも前記両電極のうちの一方の電極が耐消耗性に優れるチップを有するものとし、一方の電極が有するチップと他方の電極との間に、又は、両電極が有するチップ同士の間に、前記間隙を形成する手法が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００４−２１４２１８号公報

ところで近年では、燃費性能の向上等を図るべく、高圧縮、高過給エンジンが提案されており、このようなエンジンにおける筒内圧力は比較的高いものとなっている。従って、このようなエンジンにおいては、火花放電を生じさせるために必要な電圧（放電電圧）がより大きなものとなる。そのため、火花放電に伴い両電極やチップが急激に消耗してしまったり、火花放電を生じさせるための電圧を中心電極に印加した際に、中心電極及び主体金具間で絶縁体を貫通する放電（貫通放電）が生じてしまい、火花放電を正常に発生させることができなくなってしまったりするおそれがある。

これに対して、間隙の大きさを小さくすることで、放電電圧の低減を図ることが考えられる。ところが、間隙の大きさを小さくすると、間隙に対する燃料ガスの流入量が不十分となってしまったり、両電極により火炎核の成長が阻害されやすくなってしまったりして、着火性の低下を招いてしまうおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、着火性の低下を招くことなく、放電電圧を効果的に低減させることができるスパークプラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、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を付記する。

構成１．本構成のスパークプラグは、中心電極と、
前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極とを備え、
少なくとも前記両電極のうちの一方の電極は、レーザービーム又は電子ビームの照射によって接合されたチップを有するスパークプラグであって、
前記チップを接合する際におけるレーザービーム又は電子ビームの照射により形成され、前記チップのうち前記他方の電極側に位置する放電面より前記他方の電極側に突出する突起部が設けられることを特徴とする。

上記構成１によれば、チップの放電面には、他方の電極側に突出する突起部が設けられている。従って、突起部と他方の電極との間の最短距離を間隙の大きさよりも小さくすることができるとともに、突起部において電界強度を高くすることができる。その結果、放電電圧を効果的に低減させることができる。

また、単に間隙の大きさを小さくする（放電面を他方の電極に接近させる）場合と異なり、間隙に対して燃料ガスを十分に流入させることができるとともに、両電極による火炎核の成長阻害を効果的に抑制することができる。その結果、着火性の低下をより確実に防止することができる。

また、上記構成１によれば、チップを接合する際のレーザービーム等の照射により、突起部が設けられるように構成されている。すなわち、チップの接合と突起部の形成とが同時期になされるように構成されており、突起部を設けるために別段の工程を設ける必要がない。従って、良好な生産性を確保することができる。

尚、突起部は、レーザービーム等の照射に伴い、電極の構成材料等を含む溶融金属がチップの放電面側に移動する（飛ぶ）ことによって形成することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記間隙の大きさをＡ（ｍｍ）とし、前記放電面を含む仮想平面に対する前記他方の電極側に向けた前記突起部の突出量をＢ（ｍｍ）としたとき、Ｂ／Ａ≦０．２を満たすことを特徴とする。

尚、「間隙の大きさＡ」とあるのは、一方の電極のみがチップを有する場合、一方の電極が有するチップの放電面と他方の電極のうち前記放電面に対向する面との間の最短距離をいい、両電極がそれぞれチップを有する場合、両電極のチップの放電面間における最短距離をいう。

上記構成２によれば、Ｂ／Ａ≦０．２を満たすように構成されており、他方の電極側に対する突起部の突出量が過度に大きなものとならないように構成されている。従って、突起部による火炎核の成長阻害をより確実に抑制することができる。その結果、着火性の低下を一層確実に防止することができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記突起部は、前記チップ側面より径方向外側に突出し、
前記放電面と平行な第２の仮想平面に対して前記放電面と前記突起部とを投影したとき、前記放電面の投影領域を内部に含む最小の仮想円の直径をＣ（ｍｍ）とし、前記放電面の投影領域と前記突起部の投影領域とを内部に含む最小の仮想円の直径をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｄ−Ｃ≦０．２を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、突起部による火炎核の成長阻害を一層確実に抑制することができ、着火性の低下をより一層確実に防止することができる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記放電面を含む仮想平面に対する前記他方の電極側に向けた前記突起部の突出量をＢ（ｍｍ）としたとき、Ｂ≧０．０３を満たすことを特徴とする。

上記構成４によれば、突起部と他方の電極との間の最短距離を間隙の大きさよりも十分に小さくすることができるとともに、突起部における電界強度をより一層高めることができる。その結果、放電電圧を一層低減させることができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記中心電極が挿設される軸孔を有する絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置され、外周に取付用のねじ部を有する筒状の主体金具とを備え、
前記ねじ部のねじ径がＭ１２以下であることを特徴とする。

近年では、スパークプラグの小型化（小径化）を図るべく、主体金具が小径化されるとともに、主体金具の内周に配置される絶縁体も小径化され、絶縁体が薄肉とされることがある。このような薄肉の絶縁体は、耐電圧性能が比較的低いため、放電電圧が高い場合には、貫通放電がより発生してしまいやすい。

この点、上記構成５のように、ねじ部のねじ径がＭ１２以下とされているスパークプラグにおいては、絶縁体が比較的薄肉となるため、貫通放電の発生が特に懸念されるが、上記構成１等を採用することで、放電電圧を低減させることができ、貫通放電の発生をより確実に防止することができる。換言すれば、上記構成１等は、ねじ部のねじ径がＭ１２以下とされ、貫通放電がより発生しやすいスパークプラグに対して特に好適である。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 （ａ）は、スパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図であり、（ｂ）は、突起部の突出量等を示す部分拡大正面図である。 第２の仮想平面に投影された放電面及び突起部を示す投影図である。 突起部の別例を示す部分拡大正面図である。 突起部の別例を示す投影図である。 第２実施形態における、スパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。 第２実施形態における、突起部の構成等を示す部分拡大断面図である。 第２実施形態において、第２の仮想平面に投影された放電面及び突起部を示す投影図である。 突起部の突出量と放電電圧低減率との関係を示すグラフである。 別の実施形態における、スパークプラグの構成を示す一部破断拡大正面図である。 別の実施形態における、接地電極側チップの構成を示す部分拡大平面図である。 別の実施形態における、接地電極側チップの構成を示す部分拡大平面図である。 別の実施形態における、接地電極側チップの構成を示す部分拡大平面図である。 別の実施形態における、接地電極の本体部に対する接地電極側チップの接合態様を示す一部破断拡大正面図である。 別の実施形態における、接地電極の本体部に対する接地電極側チップの接合態様を示す一部破断拡大正面図である。

以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿設されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる金属〔例えば、銅や銅合金、純ニッケル（Ｎｉ）〕等からなる内層５Ａと、Ｎｉを主成分とする合金からなる外層５Ｂとを有する本体部５Ｍを具備している。本体部５Ｍは、全体として棒状（円柱状）をなし、絶縁碍子２の先端から突出している。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１を内燃機関等の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５よりも後端側には鍔状の座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を内燃機関等に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。尚、本実施形態においては、スパークプラグ１の小型化（小径化）を図るべく、主体金具３が小径化されており、ねじ部１５のねじ径がＭ１２以下とされている。さらに、主体金具３の小径化に伴い、主体金具３の内周に配置される絶縁碍子２も小径とされており、絶縁碍子２の肉厚が比較的小さなものとされている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３に対してその後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定されている。尚、段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部２６には、自身の中間部分にて曲げ返されて、その先端側側面が中心電極５の先端部と対向する棒状の接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、Ｎｉを主成分とする合金（例えば、Ｎｉを主成分とし、ケイ素、アルミニウム、及び、希土類元素の少なくとも一種を含有する合金）により構成されている。

さらに、図２（ａ）に示すように、中心電極５は、その先端部に、所定の金属〔例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は、これらの少なくとも一種を主成分とする合金など〕からなり、接地電極２７側に位置する放電面３１Ｆが平坦とされた円柱状の中心電極側チップ３１（本発明の「チップ」に相当する）を有している。中心電極側チップ３１は、自身の外周側から周方向に沿って連続的にレーザービーム又は電子ビームを照射することで形成された溶融部３５により前記本体部５Ｍの先端部に接合されている。また、本実施形態において、溶融部３５は、中心電極側チップ３１の構成材料と本体部５Ｍ（外層５Ｂ）の構成材料とが溶け合ってなる金属により構成されている。

加えて、接地電極２７の先端部と中心電極５の先端部（中心電極側チップ３１の放電面３１Ｆ）との間には、間隙３３が形成されている。本実施形態において、間隙３３の大きさＡ（ｍｍ）は、所定範囲内（例えば、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下）とされている。尚、「間隙３３の大きさＡ」とあるのは、前記放電面３１Ｆと、接地電極２７のうち前記放電面３１Ｆに対向する面２７Ｆとの間の最短距離をいう。

さらに、本実施形態において、中心電極側チップ３１の放電面３１Ｆには、放電面３１Ｆよりも接地電極２７側に突出する突起部３７が設けられている。突起部３７は、中心電極側チップ３１を本体部５Ｍに接合する際のレーザービーム又は電子ビームの照射により形成されたものである。詳述すると、突起部３７は、レーザービーム等の照射に伴い、中心電極側チップ３１の構成材料と本体部５Ｍの構成材料（外層５Ｂ）とを含む溶融金属が、中心電極側チップ３１の側面を伝わって放電面３１Ｆ側に移動する（飛ぶ）ことで形成されている。そのため、突起部３７は、溶融部３５と同様に、中心電極側チップ３１の構成材料と本体部５Ｍ（外層５Ｂ）の構成材料とが溶け合ってなる金属により構成されている。

加えて、図２（ａ），（ｂ）に示すように、前記間隙３３の大きさをＡ（ｍｍ）とし、放電面３１Ｆを含む仮想平面ＶＳ１に対する接地電極２７側に向けた突起部３７の突出量をＢ（ｍｍ）としたとき、Ｂ／Ａ≦０．２を満たすように構成されている。

さらに、本実施形態では、Ｂ≧０．０３を満たすように構成されている。尚、突出量Ｂは、レーザービーム等の出力などを調節することにより変更することができる。例えば、レーザービーム等の出力を増大させることで、突出量Ｂを比較的大きなものとすることができる。

また、本実施形態において、突起部３７は、中心電極側チップ３１の側面より径方向外側に突出している。そして、図３に示すように、放電面３１Ｆと平行な第２の仮想平面ＶＳ２に対して放電面３１Ｆと突起部３７とを投影したとき、放電面３１Ｆの投影領域３１ＦＸ（図３中、斜線を付した部位）を内部に含む最小の仮想円ＶＣ１の直径をＣ（ｍｍ）とし、放電面３１Ｆの投影領域３１ＦＸと突起部３７の投影領域３７Ｘとを内部に含む最小の仮想円ＶＣ２の直径をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｄ−Ｃ≦０．２を満たすように構成されている。

加えて、本実施形態では、溶融部３５の後端における外径をＥ（ｍｍ）としたとき〔図２（ｂ）参照〕、Ｅ≧Ｃを満たすように構成されており、溶融部３５の外表面が放電面３１Ｆ側に向けて中心電極側チップ３１の中心軸（本実施形態では、軸線ＣＬ１と一致する）に徐々に接近するように構成されている。これにより、レーザービーム等の照射により、放電面３１Ｆ側に溶融金属をより確実に移動させる（飛ばす）ことができ、ひいては突起部３７を比較的容易に形成できるようになっている。

尚、突起部の数は特に限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、放電面３１Ｆよりも接地電極２７側に突出する複数の突起部３８，３９を設けてもよい。尚、突起部を複数設けた場合には、図５に示すように、前記第２の仮想平面ＶＳ２に対して放電面３１Ｆと突起部３８，３９とを投影したとき、放電面３１Ｆの投影領域３１ＦＸと突起部３８，３９の投影領域３８Ｘ，３９Ｘとを内部に含む最小の仮想円ＶＣ２の直径Ｄ（ｍｍ）が比較的大きなものとなり得るが、このような場合であっても、Ｄ−Ｃ≦０．２を満たすように構成することが好ましい。

以上詳述したように、本実施形態によれば、中心電極側チップ３１の放電面３１Ｆには、接地電極２７側に突出する突起部３７が設けられている。従って、突起部３７と接地電極２７との間の最短距離を間隙３３の大きさＡよりも小さくすることができるとともに、突起部３７において電界強度を高くすることができる。その結果、放電電圧を効果的に低減させることができる。

特に本実施形態では、ねじ部１５のねじ径がＭ１２以下とされており、絶縁碍子２が比較的薄肉であるため、貫通放電の発生が特に懸念されるが、突起部３７を設けることにより放電電圧を低減させることができ、ひいては貫通放電の発生をより確実に防止することができる。換言すれば、突起部３７を設けることは、ねじ部のねじ径がＭ１２以下とされ、貫通放電がより発生しやすいスパークプラグに対して特に好適である。

また、本実施形態では、単に間隙３３の大きさを小さくする（放電面３１Ｆを接地電極２７に接近させる）場合と異なり、間隙３３に対して燃料ガスを十分に流入させることができるとともに、両電極５，２７による火炎核の成長阻害を効果的に抑制することができる。その結果、着火性の低下をより確実に防止することができる。

さらに、本実施形態では、中心電極側チップ３１を接合する際のレーザービーム等の照射により、突起部３７が設けられるように構成されている。すなわち、中心電極側チップ３１の接合と突起部３７の形成とが同時期になされるように構成されており、突起部３７を設けるために別段の工程を設ける必要がない。従って、良好な生産性を確保することができる。

加えて、Ｂ／Ａ≦０．２を満たすように構成されており、接地電極２７側に対する突起部３７の突出量Ｂが過度に大きなものとならないように構成されている。従って、突起部３７による火炎核の成長阻害をより確実に抑制することができる。その結果、着火性の低下を一層確実に防止することができる。

また、本実施形態では、Ｄ−Ｃ≦０．２ｍｍを満たすように構成されているため、突起部３７による火炎核の成長阻害をより一層確実に抑制することができる。これにより、着火性の低下をより一層確実に防止することができる。

さらに、Ｂ≧０．０３ｍｍを満たすため、突起部３７と接地電極２７との間の最短距離を間隙３３の大きさよりも十分に小さくすることができるとともに、突起部３７における電界強度をより一層高めることができる。その結果、放電電圧を一層低減させることができる。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態では、中心電極５のみが中心電極側チップ３１を備えているが、本第２実施形態では、中心電極５が中心電極側チップ３１を備えるとともに、接地電極２７が接地電極側チップ４１（本発明の「チップ」に相当する）を備えている。

本第２実施形態において、接地電極２７は、Ｎｉを主成分とする合金からなる本体部２７Ｍと、所定の金属（例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｐｄ、又は、これらの少なくとも一種を主成分とする合金など）からなる前記接地電極側チップ４１とを備えている。接地電極側チップ４１は、中心電極５側に位置する放電面４１Ｆが平坦の円柱状とされている。また、接地電極側チップ４１は、接地電極２７の先端側から本体部２７Ｍと接地電極側チップ４１との境界部分に対して連続的にレーザービーム又は電子ビームを照射することで形成された溶融部４５により前記本体部２７Ｍの先端部に接合されている。さらに、本実施形態において、溶融部４５は、接地電極側チップ４１の構成材料と本体部２７Ｍの構成材料とが溶け合ってなる金属により構成されている。

加えて、図６及び図７に示すように、接地電極側チップ４１の放電面４１Ｆには、放電面４１Ｆよりも中心電極５側に突出する突起部４７が設けられている。突起部４７は、接地電極側チップ４１を本体部２７Ｍに接合する際のレーザービーム又は電子ビームの照射により形成されたものである。詳述すると、突起部４７は、レーザービーム等の照射に伴い、接地電極側チップ４１の構成材料と本体部２７Ｍの構成材料とを含む溶融金属が、接地電極側チップ４１の側面を伝わって放電面４１Ｆ側に移動する（飛ぶ）ことで形成されている。そのため、突起部４７は、溶融部４５と同様に、接地電極側チップ４１の構成材料と本体部２７Ｍの構成材料とが溶け合ってなる金属により構成されている。

尚、本第２実施形態では、溶融部４５の外表面が放電面４１Ｆ側に向けて接地電極側チップ４１の中心軸（本実施形態では、軸線ＣＬ１と一致する）に徐々に接近するように構成されている。これにより、レーザービーム等の照射により、放電面４１Ｆ側に溶融金属をより確実に移動させる（飛ばす）ことができ、ひいては突起部４７を比較的容易に形成できるようになっている。

また、上記第１実施形態において、突起部３７は、放電面３１Ｆのうち接地電極２７の基端部側に位置する面に設けられているが、本第２実施形態において、突起部４７は、放電面４１Ｆのうち接地電極２７の基端部とは軸線ＣＬ１を挟んで反対側に位置する面に設けられている。

加えて、本第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、間隙３３の大きさをＡ１（ｍｍ）とし、放電面４１Ｆを含む仮想平面ＶＳ３に対する中心電極５側に向けた突起部４７の突出量をＢ１（ｍｍ）としたとき、Ｂ１／Ａ１≦０．２を満たすように構成されている。

さらに、Ｂ１≧０．０３を満たすように構成されており、突出量Ｂ１が十分に大きなものとされている。

また、突起部４７は、接地電極側チップ４１の側面より径方向外側に突出している。そして、図８に示すように、放電面４１Ｆと平行な第２の仮想平面ＶＳ４に対して放電面４１Ｆと突起部４７とを投影したとき、放電面４１Ｆの投影領域４１ＦＸ（図８中、斜線を付した部位）を内部に含む最小の仮想円ＶＣ３の直径をＣ１（ｍｍ）とし、放電面４１Ｆの投影領域４１ＦＸと突起部４７の投影領域４７Ｘとを内部に含む最小の仮想円ＶＣ４の直径をＤ１（ｍｍ）としたとき、Ｄ１−Ｃ１≦０．２を満たすように構成されている。

以上、本第２実施形態によれば、基本的には上記第１実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。すなわち、着火性の低下をより確実に防止しつつ、放電電圧を効果的に低減させることができる。

また、本第２実施形態において、突起部４７は、放電面４１Ｆのうち接地電極２７の基端部とは反対側に位置する面に設けられている。従って、突起部４７と中心電極側チップ３１との間において、接地電極２７の基端部とは反対側の位置にて火花放電を生じさせることができる。その結果、接地電極２７による火炎核の成長阻害を効果的に抑制することができ、着火性の向上を図ることができる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、中心電極側チップの放電面に突起部を設けるとともに、突起部の突出量Ｂ（ｍｍ）を種々異なるものとしたスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、ＪＩＳ Ｂ８０３１に参考として記載された火花性試験に基づく放電電圧確認試験を行った。

放電電圧確認試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けるとともに、チャンバー内の圧力を１．５ＭＰａに設定した。その上で、サンプルの間隙において火花放電を発生させるために必要な放電電圧を測定した。さらに、同様の条件にて、突起部を設けることなく構成したサンプルにおける放電電圧（基準放電電圧）を測定するとともに、突起部を設けた各サンプルにおける、放電電圧の低減率〔＝（基準放電電圧−測定された放電電圧）／基準放電電圧×１００〕を算出した。ここで、測定された放電電圧が基準放電電圧を下回った（つまり、放電電圧の低減率が０％超となった）サンプルは、放電電圧の低減効果を有するとして「○」の評価を下し、放電電圧の低減率が２％以上となったサンプルは、放電電圧の低減効果に優れるとして「◎」の評価を下すこととした。

図９に、突出量Ｂと放電電圧の低減率との関係を表すグラフを示し、表１に、各サンプルの評価を示す。尚、各サンプルともに、放電面の外径を０．８ｍｍとするとともに、間隙の大きさＡを１．２５ｍｍとした。また、突起部の突出量Ｂは、レーザービームの出力を調節することで変更した。

図９及び表１に示すように、突起部を設けることで、放電電圧を低減できることが確認された。これは、突起部及び接地電極間の最短距離が間隙の大きさＡよりも小さくなるとともに、突起部において電界強度が高くなったためであると考えられる。

また特に、突起部の突出量Ｂを０．０３ｍｍ以上としたサンプルは、放電電圧をより効果的に低減できることが分かった。突起部及び接地電極間の最短距離が間隙の大きさＡよりも十分に小さくなるとともに、突起部における電界強度が一層高まったためであると考えられる。

上記試験の結果より、放電電圧の低減を図るべく、一方の電極が具備するチップの放電面に、当該放電面よりも他方の電極側に突出する突起部を設けることが好ましいといえる。

また、放電電圧の低減効果をさらに向上させるべく、突起部の突出量Ｂを０．０３ｍｍ以上とすることがより好ましいといえる。

次に、間隙の大きさＡ（ｍｍ）、及び、突起部の突出量Ｂ（ｍｍ）を変更することで、Ｂ／Ａを種々異なるものとしたスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて着火性評価試験を行った。

着火性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを排気量１．５Ｌ、４気筒エンジン（Ｎ／Ａ）に取付けた上で、点火タイミングをＭＢＴ（最適点火位置）として、回転数１５００ｒｐｍでエンジンを動作させた。そして、空燃比を徐々に増大（燃料を薄く）させつつ、各空燃比ごとにエンジントルクの変動率を測定し、エンジントルクの変動率が５％を上回ったときの空燃比を限界空燃比として特定した。さらに、突起部を設けることなく構成したスパークプラグのサンプルにおける限界空燃比（基準限界空燃比）を求めるとともに、突起部を設けた各サンプルにおける、限界空燃比の低下率〔＝（基準限界空燃比−特定された限界空燃比）／基準限界空燃比×１００〕を算出した。ここで、限界空燃比の低下率が５％未満となったサンプルは、突起部の存在よる着火性の低下を効果的に抑制できるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、限界空燃比の低下率が５％以上となったサンプルは、突起部の存在による着火性の低下が生じやすいとして「×」の評価を下すこととした。

表２に、当該試験の結果を示す。尚、突起部は、中心電極側チップの放電面に設けた。

表２に示すように、Ｂ／Ａを０．２以下としたサンプルは、着火性の低下を効果的に抑制できることが分かった。これは、突起部による火炎核の成長阻害が十分に抑制されたためであると考えられる。

上記試験の結果より、突起部を設けることに伴う着火性の低下をより確実に防止すべく、間隙の大きさＡ（ｍｍ）と突起部の突出量Ｂ（ｍｍ）とが、Ｂ／Ａ≦０．２を満たすように構成することが好ましいといえる。

次いで、前記直径Ｃ（ｍｍ）と前記直径Ｄ（ｍｍ）とを変更することで、Ｄ−Ｃを種々異なるものとしたスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、上述の着火性評価試験を行った。

表３に、当該試験の結果を示す。尚、突起部は、中心電極側チップの放電面に設け、直径Ｃは、放電面の外径を変更することで変更した。また、直径Ｄは、突起部の数を変更することで変更した。

表３に示すように、Ｄ−Ｃを０．２ｍｍ以下としたサンプルは、突起部を設けることに伴う着火性の低下をより確実に抑制できることが分かった。これは、突起部による火炎核の成長阻害が効果的に抑制されたことによると考えられる。

上記試験の結果より、突起部を設けることに伴う着火性の低下防止を図るために、Ｄ−Ｃ≦０．２を満たすように構成することが好ましいといえる。

尚、上記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。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、中心電極側チップ３１又は接地電極側チップ４１に突起部が設けられているが、図１０に示すように、中心電極側チップ３１及び接地電極側チップ４１の双方に突起部３７，４７を設けることとしてもよい。

（ｂ）上記第２実施形態において、接地電極側チップ４１は円柱状とされているが、接地電極側チップの形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図１１に示すように、接地電極側チップ５１が直方体状をなすように構成してもよい。尚、接地電極側チップ５１が直方体状をなす場合、その放電面５１Ｆの短辺の長さＫＳ（ｍｍ）に対する長辺の長さＫＬ（ｍｍ）の割合（ＫＬ／ＫＳ）を２．２以下とすることが好ましい。

また、接地電極側チップが多角柱状であってもよい。従って、例えば、図１２に示すように、接地電極側チップ５２が六角柱状であってもよいし、図１３に示すように、接地電極側チップ５３が八角柱状であってもよい。

（ｃ）上記第２実施形態において、接地電極側チップ４１は、本体部２７Ｍの先端面よりも本体部２７Ｍの基端部（主体金具３に固定される部位）側に位置するように構成されているが、図１４に示すように、接地電極側チップ５４が、本体部２７Ｍの先端面２７Ａから突出するように構成してもよい。この場合には、本体部２７Ｍによる火炎核の成長阻害を一層効果的に抑制することができ、着火性の更なる向上を図ることができる。

（ｄ）図１５に示すように、抵抗溶接等により接地電極２７の本体部２７Ｍに台座部６３を設けるとともに、台座部６３と接地電極側チップ５５との境界部分にレーザービーム等を照射し、溶融部６４を形成することにより本体部２７Ｍ（台座部６３）に接地電極側チップ５５を接合してもよい。また、接地電極側チップ５５を接合する際におけるレーザービーム等の照射により、放電面５５Ｆに突起部６５を設けてもよい。尚、突起部６５は、台座部６３の構成材料と接地電極側チップ５５の構成材料とを含む金属により構成される。また、溶融部６４の外表面が放電面５５Ｆ側に向けて接地電極側チップ５５の中心軸（本実施形態では、軸線ＣＬ１と一致する）に徐々に接近するように構成することで、レーザービーム等の照射により、放電面５５Ｆ側に溶融金属をより確実に移動させる（飛ばす）ことができ、突起部６５を比較的容易に形成することができる。

（ｅ）上記実施形態において、接地電極２７の本体部２７Ｍは単一の金属により構成されているが、本体部２７Ｍの内部に良熱伝導性に優れる金属（銅や銅合金、純Ｎｉ）からなる内層を設け、本体部２７Ｍを外層及び内層からなる多層構造としてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｇ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１…スパークプラグ、２…絶縁碍子（絶縁体）、３…主体金具、４…軸孔、５…中心電極、１５…ねじ部、２７…接地電極、３１…中心電極側チップ（チップ）、３１Ｆ…放電面、３１ＦＸ…（放電面の）投影領域、３３…間隙、３７…突起部、３７Ｘ…（突起部の）投影領域、ＶＳ１…仮想平面、ＶＳ２…第２の仮想平面。

Claims (5)

1. 中心電極と、
   前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極とを備え、
   少なくとも前記両電極のうちの一方の電極は、レーザービーム又は電子ビームの照射によって接合されたチップを有するスパークプラグであって、
   前記チップを接合する際におけるレーザービーム又は電子ビームの照射により形成され、前記チップのうち前記他方の電極側に位置する放電面より前記他方の電極側に突出する突起部が設けられることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記間隙の大きさをＡ（ｍｍ）とし、前記放電面を含む仮想平面に対する前記他方の電極側に向けた前記突起部の突出量をＢ（ｍｍ）としたとき、Ｂ／Ａ≦０．２を満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記突起部は、前記チップ側面より径方向外側に突出し、
   前記放電面と平行な第２の仮想平面に対して前記放電面と前記突起部とを投影したとき、前記放電面の投影領域を内部に含む最小の仮想円の直径をＣ（ｍｍ）とし、前記放電面の投影領域と前記突起部の投影領域とを内部に含む最小の仮想円の直径をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｄ−Ｃ≦０．２を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記放電面を含む仮想平面に対する前記他方の電極側に向けた前記突起部の突出量をＢ（ｍｍ）としたとき、Ｂ≧０．０３を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記中心電極が挿設される軸孔を有する絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に配置され、外周に取付用のねじ部を有する筒状の主体金具とを備え、
   前記ねじ部のねじ径がＭ１２以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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