JP2015185294A - スパークプラグおよびその取付工具 - Google Patents

Abstract

【課題】スパークプラグの内燃機関への取付性を向上させる技術を提供する。【解決手段】スパークプラグ１００は、軸状の中心電極１０と、中心電極１０の先端部１１に対して所定の間隙を有して配置される接地電極１３と、中心電極１０を内部に収容する筒状の絶縁体２０と、絶縁体２０が収容される主体金具４０と、を備える。主体金具４０の先端側開口部４０ｔには接地電極１３が固定されている。また、主体金具４０は、先端側に内燃機関の取付孔に螺合するねじ部４２と、ねじ部４２より後端側に、工具が係合される工具係合部４５を有している。主体金具４０のねじ部４２には、ねじ部４２に螺合するナット金具５０が取り付けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、スパークプラグに関する。

スパークプラグは、主体金具と、中心電極と、接地電極と、を備えており、中心電極と接地電極との間には、火花放電を発生させるための間隙（以下、「火花放電ギャップ」とも呼ぶ）が形成されている（下記特許文献１等）。スパークプラグは、主体金具の外周に設けられた雄ねじ部と内燃機関の燃焼室に連通する取付孔に設けられた雌ねじ部とが螺合することにより内燃機関に固定され、火花放電ギャップにおける火花放電によって燃焼室内に供給された燃料ガスを点火する。

特開２０００−６８０３０号公報 特開２００２−２５２０７１号公報

内燃機関では、内燃機関内部での燃焼を制御するために、燃焼室内における点火位置（火花放電の発生位置）が、シリンダヘッドや吸排気系などに対して、より高い精度で調整されることが望ましい。そのため、スパークプラグに対しては、内燃機関に所定の締結トルクで取り付けられたときの燃焼室内における中心電極および接地電極の配置位置が高い精度で位置決めされていることが望ましい。特に、接地電極が中心電極に向かって延伸している棒状のタイプであるスパークプラグにおいては、スパークプラグの中心軸回りの円周方向における接地電極の配置位置についても高い精度で位置決めされることが要求されている。

特許文献１の技術では、スパークプラグの中心軸回りに回動可能な部材に接地電極を保持させることによって、スパークプラグの中心軸回りにおける接地電極の配置位置の位置決めを可能にしている。しかしながら、特許文献１の技術では、スパークプラグに回動可能な接地電極の保持部材を設けるとともに、内燃機関に接地電極の位置決めのためのキー溝を設ける必要がある。そのため、スパークプラグや内燃機関の構成の複雑化を招く可能性や、従来のスパークプラグあるいは内燃機関との互換性が損なわる可能性があり、新たな課題が生じてしまう。

特許文献２の技術では、主体金具に内燃機関に固定するためのねじ溝が形成されておらず、主体金具にねじ溝を有するタイプのスパークプラグに比較して、燃焼室内における接地電極の配置位置の調整が容易である。しかしながら、特許文献２の技術では、スパークプラグに主体金具のねじ溝以外の固定手段を設ける必要があるとともに、内燃機関に接地電極の位置決めのための係合部を予め設けておく必要がある。そのため、特許文献２の技術では、上記特許文献１の技術と同様に新たな課題が生じてしまう。

以上のように、スパークプラグにおいては、内燃機関への取り付けについて依然として改善の余地があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

［１］本発明の一形態によれば、スパークプラグが提供される。このスパークプラグは、軸状の中心電極と；前記中心電極の先端部に対して所定の間隙を有して配置される接地電極と；前記中心電極の先端部が露出した状態で前記中心電極を内部に収容する筒状の絶縁体と；前記中心電極が先端側に配置されるように前記絶縁体が収容される貫通孔を有し、前記貫通孔の先端側の開口端部に前記接地電極が固定されている主体金具と；を備え、前記主体金具は、自身の外周面にねじ部を有し、前記ねじ部より後端側に、工具が係合される工具係合部を有していて良く、前記ねじ部には、前記ねじ部に螺合する環状部材が取り付けられて良い。この形態のスパークプラグによれば、中心電極及び接地電極の配置位置を好適位置に調整した上で環状部材を締め付けることによってスパークプラグを固定することができる。従って、内燃機関に所定の締結トルクで取り付けられたときの燃焼室内における中心電極および接地電極の配置位置を高い精度で位置決めすることができる。

［２］上記形態のスパークプラグにおいて、前記接地電極は、前記主体金具における前記先端側の開口端部から前記中心電極の先端部に向かって延びる棒状の電極であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、内燃機関に対するスパークプラグの固定性を確保しつつ、接地電極をスパークプラグの中心軸回りの円周方向における好適位置に設置することができる。

［３］上記形態のスパークプラグにおいて、前記主体金具の中心軸に沿って見たときに、前記工具係合部の外周輪郭線は、前記環状部材の外周輪郭線の内側に位置して良い。この形態のスパークプラグによれば、環状部材の締結工具を、工具係合部の後端側から環状部材に容易に係合させることができる。

［４］上記形態のスパークプラグにおいて、前記環状部材の少なくとも内周面には、前記主体金具の構成材料よりも軟らかい材料が配置されて良い。この形態のスパークプラグによれば、主体金具のねじ部に対する環状部材の密着性を高めることができる。従って、内燃機関に対するスパークプラグの固定性を高めることができるとともに、内燃機関とスパークプラグとの間の気密性を高めることができる。

［５］上記形態のスパークプラグにおいて、前記主体金具は、前記工具係合部と前記環状部材との間に、前記環状部材の後端側の面に面接触する面を有する台座部が設けられていても良い。この形態のスパークプラグによれば、台座部によって環状部材が後端側に移動しすぎてしまうことが抑制でき、主体金具のねじ部における環状部材の後端側の基準位置が確定される。従って、スパークプラグの内燃機関への取り付けに際して、スパークプラグの挿入深さ方向の位置決めが容易になる。

［６］上記形態のスパークプラグにおいて、前記主体金具の中心軸に沿って見たときに、前記台座部の外周輪郭線が前記環状部材の外周輪郭線の内側に位置して良い。この形態のスパークプラグによれば、内燃機関への取り付けの際に、環状部材の締結工具が台座部に干渉してしまうことが抑制される。

［７］上記形態のスパークプラグにおいて、前記ねじ部よりも後端側の外表面に、前記接地電極の基準位置を示す電極位置表示部が設けられていても良い。この形態のスパークプラグによれば、内燃機関への取り付けの際に、電極位置表示部を指標にできるため、接地電極の配置位置の調整が容易になる。

［８］本発明の他の形態によれば、上記形態のスパークプラグを内燃機関に取り付けるための取付工具が提供される。この形態の取付工具は、前記環状部材の外周面と係合する内壁面を有する第１の筒状部材と；前記工具係合部の外周面と係合する内壁面を有する第２の筒状部材と；を備えて良く、前記第２の筒状部材は、少なくとも先端側が前記第１の筒状部材の筒内に収容されていて良い。この形態の取付工具によれば、上記形態のスパークプラグの内燃機関への取り付けが容易化される。

［９］上記形態の取付工具において、前記第１の筒状部材は、自身の先端側に前記環状部材の外周面と係合する内壁面が設けられ、前記第２の筒状部材は、自身の先端側に前記工具係合部の外周面と係合する内壁面が設けられて良い。この形態の取付工具によれば、上記形態のスパークプラグの内燃機関への取り付けがさらに容易化される。

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題や、その他の課題（スパークプラグの小型化や簡素化、製造の容易化、低コスト化、省資源化など）の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

本発明は、スパークプラグや取付工具以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、スパークプラグの取付方法の形態で実現することも可能である。また、スパークプラグが取り付けられた内燃機関や、その内燃機関を搭載する移動体等の機械類の形態で実現することができる。

第１実施形態としてのスパークプラグの構成を示す概略図。 ナット金具の構成を示す概略断面図。 スパークプラグにおける第１と第２のマークの位置を説明するための概略図。 内燃機関へのスパークプラグの取付工程を工程順に示す概略図。 燃焼室内における接地電極の配置角度θを説明するための説明図。 接地電極の配置角度θと限界空燃比Ｌ_A/Fとの関係を示す説明図。 接地電極の配置角度θと限界空燃比Ｌ_A/Fとの関係を示す説明図。 第２実施形態としてのスパークプラグの取付工具の構成を示す概略図。 取付工具の使用方法を説明するための概略図。 第３実施形態としてのスパークプラグの構成を示す概略図。 第４実施形態としてのスパークプラグの構成を示す概略図。

A．第１実施形態：
［スパークプラグの構成］
図１は、本発明の第１実施形態としてのスパークプラグ１００の構成を示す概略図である。図１では、スパークプラグ１００の中心軸ＣＸが一点鎖線で図示されており、スパークプラグ１００の中心軸ＣＸより紙面左側が概略断面で図示されている。また、図１には、スパークプラグ１００が内燃機関に取り付けられたときの内燃機関の外壁面の位置が二点鎖線ＯＬによって図示されている。

スパークプラグ１００は、内燃機関に取り付けられて、その点火に用いられる。内燃機関に取り付けられたときには、スパークプラグ１００の先端側（紙面下側）は内燃機関の燃焼室内に配置され、後端側（紙面上側）は燃焼室の外部に配置される。スパークプラグ１００は、中心電極１０と、接地電極１３と、絶縁体２０と、端子電極３０と、主体金具４０と、ナット金具５０と、を備える。

中心電極１０は、軸状の電極部材によって構成され、その中心軸がスパークプラグ１００の中心軸ＣＸと一致するように配置されている。中心電極１０は、その先端部１１が、主体金具４０の先端側開口部４０ｔから露出するように、絶縁体２０を介して主体金具４０に保持されている。中心電極１０は、後端側に配置されている端子電極３０を介して外部電源に電気的に接続される。

接地電極１３は、中心電極１０の先端部１１に向かって延伸している棒状の電極である。接地電極１３は、主体金具４０の先端側開口部４０ｔの周縁部から先端側へ向かって延びる第１の延伸部１３ａと、第１の延伸部１３ａから曲がって中心電極１０の先端部１１に向かって延びる第２の延伸部１３ｂと、を有する。第２の延伸部１３ｂの端部と、中心電極１０の先端部１１との間には、火花放電ギャップＳＧとして機能する間隙が設けられている。

絶縁体２０は、中心を貫通する軸孔２１を有する筒状部材であり、例えば、アルミナや、窒化アルミニウム等のセラミック焼結体によって構成される。絶縁体２０の軸孔２１の先端側には、中心電極１０が、その先端部１１が露出した状態で収容されている。軸孔２１の後端側には軸状の電極部材である端子電極３０が保持されている。端子電極３０の後端部３１は、外部電源と接続可能なように、絶縁体２０の後端開口部２２から延出している。中心電極１０と端子電極３０とは、火花放電発生時における電波雑音の発生を抑制するために、第１と第２のガラスシール材３６，３７に挟まれた抵抗体３５を介して電気的に接続されている。

絶縁体２０は、その中心軸がスパークプラグ１００の中心軸ＣＸと一致し、かつ、先端側端部２３および後端側の延伸部位２４が主体金具４０の後端側開口部４０ｒから延出するように主体金具４０の筒孔４１内に収容されている。絶縁体２０の後端側の延伸部位２４の表面には、第１のマーク２８が印刷されている。また、端子電極３０における後端部３１の上端面３１ｓには、第２のマーク２９が印刷されている。第１と第２のマーク２８，２９の形成位置および機能については後述する。

主体金具４０は、中心に筒孔４１を有する略円筒状の金属部材である。主体金具４０は、例えば、炭素鋼によって構成される。主体金具４０の中心軸はスパークプラグ１００の中心軸ＣＸと一致する。主体金具４０の先端側開口部４０ｔには、上述したように、接地電極１３が取り付けられている。また、主体金具４０の先端側の外周面には、内燃機関の取付孔（図示は省略）のねじ溝に螺合するねじ部４２が設けられている。

ねじ部４２には、環状部材であるナット金具５０が取り付けられている。ナット金具５０は外周面に工具が係合する係合面５１を有し、内周面に主体金具４０のねじ部４２に螺合するねじ部５２を有している。ナット金具５０は、スパークプラグ１００が内燃機関に取り付けられるときに内燃機関の外壁面上において締め付けられてスパークプラグ１００の固定に寄与する。本実施形態のスパークプラグ１００は、このナット金具５０を有することによって、内燃機関における中心電極１０及び接地電極１３を好適位置に配置した上でスパークプラグの固定性を確保することができる。ナット金具５０の構成および機能の詳細は後述する。

ねじ部４２の後端側には、台座部４３がねじ部４２に隣接して設けられている。台座部４３は、主体金具４０の径方向（中心軸ＣＸに垂直な方向）に突出している略円周状の鍔部である。台座部４３は、ねじ部４２におけるナット金具５０の取付基準位置を規定するための部位であり、ナット金具５０がねじ部４２を越えて後端側に移動してしまうことを抑制する。

台座部４３の後端側には、略六角断面形状の工具係合部４５が設けられている。工具係合部４５は、主体金具４０のねじ部４２を内燃機関の取付孔に螺合させるときに工具が係合される部位である。工具係合部４５は、対向二面幅が１２ｍｍである六角ナットの規格（Ｈｅｘ１２）に適合するように構成されても良い。工具係合部４５の後端側には絶縁体２０を固定するための加締部４７が設けられている。加締部４７は、絶縁体２０が筒孔４１内に収容された状態において、主体金具４０の後端側開口部４０ｒが内側に加締められることによって形成される。

図２は、ナット金具５０の構成を示す概略図である。図２には、図１に示すＸ−Ｘ切断におけるナット金具５０の概略断面に重ねて、中心軸ＣＸに沿ってスパークプラグ１００を見たときの台座部４３と工具係合部４５の外周輪郭線がそれぞれ一点鎖線と二点鎖線によって図示されている。ナット金具５０は、略六角断面形状を有している。工具係合部４５がＨｅｘ１２の規格に適合するように構成されている場合には、ナット金具５０は対向二面幅が１６ｍｍである六角ナットの規格（Ｈｅｘ１６）に適合するように構成されても良い。

ナット金具５０は、スパークプラグ１００を中心軸ＣＸに沿って見たときに、台座部４３および工具係合部４５の外周輪郭線がナット金具５０の外周輪郭線の内側に位置している。これによって、スパークプラグ１００の内燃機関への取付工程において、プラグホール内のナット金具５０の外周面への工具の係合が台座部４３および工具係合部４５に阻害されることなく容易に達成される。また、ナット金具５０の径方向のサイズが大きいため、ナット金具５０に対する締め付けのためのトルクの付与が容易になる。

スパークプラグ１００が内燃機関に取り付けられたときには、ナット金具５０は内燃機関の外壁面に直接的に接触し（図１）、内燃機関と主体金具４０との間のシール部材としても機能する。そのため、ナット金具５０は、主体金具４０よりも軟らかい金属によって構成されていることが好ましい。これによって、ナット金具５０と主体金具４０との間の密着性が高められ、ナット金具５０のシール部としての機能が高められる。具体的に、主体金具４０が炭素鋼によって構成されている場合には、ナット金具５０は銅やアルミニウムによって構成されても良い。スパークプラグ１００の使用時における熱伝導性や耐久性の観点からは、ナット金具５０は銅によって構成されていることがより望ましい。

ところで、一般的な内燃機関では、高温となる燃焼室に比べ、スパークプラグが延出している燃焼室外部における取付孔周縁部の温度は極めて低い。そのため、本実施形態のスパークプラグ１００のように当該取付孔周縁部にナット金具５０が配置されていても、スパークプラグ１００における熱の逃げやすさ（熱引き性能）に対するナット金具５０の影響は無視できる程度である。

図３は、スパークプラグ１００に設けられている第１と第２のマーク２８，２９の位置を説明するための概略図である。図３には、スパークプラグ１００を後端側から中心軸ＣＸに沿って見たときの絶縁体２０の外周面と端子電極３０の後端部３１とが図示されている。また、図３には、接地電極１３の第１と第２の延伸部１３ａ，１３ｂが破線で図示されている。

第１と第２のマーク２８，２９は、中心軸ＣＸまわりの円周方向における接地電極１３の第１の延伸部１３ａの配置位置に対応する所定の位置に形成されている。具体的には、第１のマーク２８は、第１のマーク２８から中心軸ＣＸに向かう方向（矢印ＭＤ）と第１の延伸部１３ａから中心軸ＣＸに向かう方向（矢印ＥＤ）との間の角度が所定の角度（例えば９０°）となる位置に形成されている。第２のマーク２９も第１のマーク２８と同様な位置に形成されている。第１と第２のマーク２８，２９は、以下に説明するスパークプラグ１００の取り付け工程において、主体金具４０の先端側開口部４０ｔにおける接地電極１３の第１の延伸部１３ａの位置を示す電極位置表示部として機能する。

［スパークプラグの取付工程］
図４は、内燃機関２００へのスパークプラグ１００の取付工程を示す概略図である。図４の（ａ）〜（ｃ）欄にはそれぞれ、スパークプラグ１００が内燃機関２００に取り付けられるときの様子が工程順に模式的に図示されている。図４の（ａ）欄および（ｃ）欄にはスパークプラグ１００において工具が係合される箇所を示す一対の矢印ＦＰが示されている。また、図４の（ａ）〜（ｃ）欄にはそれぞれ、スパークプラグ１００を中心軸ＣＸに沿った方向に見たときの接地電極１３の配置状態が吹き出し内に模式的に図示されている。各吹き出し内には、接地電極１３の第２の延伸部１３ｂの延伸方向を示す矢印ＭＤが図示されている。

内燃機関２００の隔壁２０１には、スパークプラグ１００を挿入するためのプラグホール２０２が凹部として形成されている。プラグホール２０２の底部には、内燃機関２００の燃焼室２０５に連通する取付孔２０３が形成されている。取付孔２０３の内周面には、スパークプラグ１００の主体金具４０に設けられたねじ部４２と螺合するねじ溝が設けられている。

内燃機関２００へのスパークプラグ１００の取り付けの際には、まず、工具係合部４５に工具を係合させて、スパークプラグ１００全体を中心軸ＣＸを中心に回転させ、主体金具４０のねじ部４２を取付孔２０３に螺合させる（（ａ）欄）。そして、火花放電ギャップＳＧを燃焼室２０５内における所定の深さ位置ＤＰの近傍に到達させるとともに、接地電極１３の第２の延伸部１３ｂの延伸方向（矢印ＭＤ）を所定の方向に向かせる（（ｂ）欄）。

ここで、「所定の深さ位置ＤＰ」は、混合ガスの点火性を確保するために予め実験的に求められた位置であれば良い。所定の深さ位置ＤＰは、例えば、燃焼室２０５の取付孔２０３の開口周縁の内壁面から中心軸ＣＸに沿った方向に１０〜１５ｍｍ程度離れた位置であるとしても良い。

また、「所定の深さ位置ＤＰの近傍」とは、所定の深さ位置ＤＰに対して±５％の範囲内の領域であるとしても良い。火花放電ギャップＳＧの深さ位置が±０．５ｍｍ程度の誤差で変動した場合であっても、限界空燃比（後述）は±０．１０〜０．１５の範囲で変動するのみである。従って、火花放電ギャップＳＧが、所定の深さ位置ＤＰ近傍に配置されていれば、スパークプラグ１００による良好な点火性を得ることは可能である。なお、燃焼室２０５内において火花放電ギャップＳＧが配置されている深さ位置はプラグホール２０２の底面から延出しているスパークプラグ１００の高さに基づいて求めることができる。

後述の参考例において説明するように、燃焼室２０５内におけるスパークプラグ１００による着火性は、中心軸ＣＸまわりの円周方向における第１の延伸部１３ａの配置位置（以下、単に「第１の延伸部１３ａの配置位置」と呼ぶ）に大きく影響される。第１の延伸部１３ａの配置位置は、第２の延伸部１３ｂの延伸方向ＭＤの向きによって決まる。従って、第２の延伸部１３ｂの延伸方向として設定される「所定の方向」は、混合ガスの点火性が確保されるように実験的に求められた第１の延伸部１３ａの配置位置に応じた方向であれば良い。

「所定の方向」は、後述する参考例において説明する接地電極の配置角度θが好適な値になる方向であるとしても良い。燃焼室２０５内における第２の延伸部１３ｂの延伸方向の向きは、内燃機関２００の外部に配置されている絶縁体２０の外表面に形成されている第１のマーク２８や端子電極３０の上端面３１ｓに形成されている第２のマーク２９の位置によって知ることができる。

火花放電ギャップＳＧが所定の深さ位置ＤＰ近傍に配置され、第２の延伸部１３ｂの延伸方向が所定の方向に向くように位置決めされた後、ナット金具５０に工具が係合されてナット金具５０が回転される（（ｃ）欄）。ナット金具５０は、所定の締結トルクが得られるまで内燃機関２００に向かって移動する方向に締め付けられる。このとき、第２の延伸部１３ｂの延伸方向がぶれないように、工具係合部４５は、ナット金具５０を回転させる工具とは別の工具によって固定され、ナット金具５０のみが回転されることが望ましい。以上の工程によって、スパークプラグ１００が内燃機関２００に固定される。

本実施形態のスパークプラグ１００であれば、主体金具４０のねじ部４２や内燃機関２００の取付孔２０３におけるねじ溝の切り始めの位置にかかわらず、燃焼室２０５における第１の延伸部１３ａの配置位置を位置決めすることができる。また、本実施形態のスパークプラグ１００であれば、スパークプラグ１００の内燃機関の取り外しの際には、ナット金具５０および工具係合部４５の両者を利用することができる。従って、スパークプラグ１００が内燃機関２００に固着しているような場合でも、その取り外しが容易である。

以上のように、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、中心電極１０および接地電極１３の配置位置が決まった後に、ナット金具５０によってスパークプラグ１００の所定の締結トルクを確保することができる。従って、燃焼室２０５内における中心電極１０および接地電極１３の位置決めを高い精度で容易に行うことができる。

［参考例］
図５は、内燃機関２００の燃焼室２０５内における接地電極１３の配置位置を示す配置角度θを説明するための説明図である。図５には、スパークプラグ１００が取り付けられた燃焼室２０５をスパークプラグ１００の挿入方向に見たときの、接地電極１３と、燃焼室２０５の吸気口２１１，２１２及び排気口２１３，２１４の位置関係が模式的に示されている。また、図５には、便宜上、内燃機関２００のクランクシャフト（図示は省略）の中心線を示す縦軸ＶＡと、縦軸ＶＡにスパークプラグ１００の中心軸ＣＸの位置において直交する横軸ＨＡと、が破線によって図示されている。

ここで、図５の紙面下側が内燃機関２００の前方であり、紙面上側が後方である。内燃機関２００の燃焼室２０５には、第１と第２の吸気口２１１，２１２と、第１と第２の排気口２１３，２１４とが、縦軸ＶＡを挟んで左右対称な位置に設けられている。また、第１と第２の吸気口２１１，２１２および第１と第２の排気口２１３，２１４はそれぞれ横軸ＨＡを挟んで前後に対称な位置に設けられている。

本参考例では、燃焼室２０５における接地電極１３の第１の延伸部１３ａの配置位置を以下に説明する「配置角度θ」によって表す。接地電極１３の配置角度θは、接地電極１３の中心線ＣＬと縦軸ＶＡとの間の角度である。接地電極１３の配置角度θは、接地電極１３の中心線ＣＬが縦軸ＶＡ上にあり、第１の延伸部１３ａが前方側にあるときが０°であり（破線で図示）、中心軸ＣＸの右回りの方向がプラス方向である。

図６，図７は上述の内燃機関２００と同様な構成の内燃機関において実験的に得られた接地電極１３の配置角度θと限界空燃比Ｌ_A/Fとの関係を示す説明図である。図６には、縦軸を限界空燃比Ｌ_A/Fとし、横軸を接地電極の配置角度θとする直交座標系のグラフが示されている。また、図７には、図６の直交座標系のグラフが、接地電極の配置角度θに対して径方向を限界空燃比Ｌ_A/Fとする極座標系のグラフに置き換えて示されている。

ここで、「限界空燃比Ｌ_A/F」とは、リーンリミット法によって得られる計測値であり、内燃機関に供給される混合気における空燃比を増大させたときに、混合気の所定の着火性が確保できなくなる空燃比の限界値を意味する。「空燃比」とは、混合気における空気の質量を燃料の質量で除した値（Ａ／Ｆ）である。

具体的な実験条件は以下の通りである。
（１）内燃機関：
機種：１ＮＺ−ＦＥ（排気量１．５ＬのＤＯＨＣ４バルブエンジン）
パラメータ：＃１ｃｙｌ，Ａ／Ｆ
（２）内燃機関の駆動条件：
回転数：１６００ｒｐｍ
点火時期：ＢＴＤＣ６０°
吸入空気：温度２０℃，湿度５０％
（３）限界空燃比Ｌ_A/Fの計測基準：
１０００サイクル中１％の失火が生じたときの空燃比とした。

限界空燃比Ｌ_A/Fは、接地電極１３の中心線ＣＬがクランクシャフトの中心線である縦軸ＶＡ（図５）に近いほど良好な値が得られる傾向にあり、接地電極の配置角度θが１８０°のときに最も高くなり、０°のときに２番目に高くなった。これに対して、限界空燃比Ｌ_A/Fは、接地電極１３の第１の延伸部１３ａの中心線が横軸ＨＡ（図５）に近いほど低くなる傾向にあり、接地電極の配置角度θが２７０°のときに最も低く、９０°のときに２番目に低くなった。

接地電極１３の配置角度θが０°，１８０°近傍のときに良好な着火性が得られるのは、第１の延伸部１３ａが縦軸ＶＡに近い位置にあるほど、火花放電ギャップＳＧに向かう混合気の流れが第１の延伸部１３ａによって阻害されないためであると考えられる。以上の結果から、接地電極１３の配置角度θは、０°≦θ≦３０°、１５０°≦θ≦２１０°、３３０°≦θ＜３６０°の範囲内にあることが望ましく、θ＝１８０°であることがより望ましいと言える。

B．第２実施形態：
図８は、本発明の第２実施形態としてのスパークプラグの取付工具３００の構成を示す概略図である。図８には、取付工具３００を第１レンチ部３１０と第２レンチ部３２０とに分解した状態が図示されるとともに、第１レンチ部３１０のＸ−Ｘ切断における概略断面と、第２レンチ部３２０のＹ−Ｙ切断における概略断面とが図示されている。

この取付工具３００は、第１実施形態のスパークプラグ１００を内燃機関に取り付けるのに適した工具である。取付工具３００は、第１の筒状部材としての第１レンチ部３１０と、第２の筒状部材としての第２レンチ部３２０と、を備える。第１レンチ部３１０は、貫通孔である筒孔３１１を有している。取付工具３００の使用時には、第１レンチ部３１０の筒孔３１１内に第２レンチ部３２０が挿入される。

第１レンチ部３１０の先端側（紙面下側）には、第１実施形態のスパークプラグ１００（図１）におけるナット金具５０の外周面が係合可能な内周壁面３１２を有する星形十二角形状の開口係合部３１３が設けられている。第１レンチ部３１０の後端側（紙面上側）の端部の外周にはレンチやスパナなどの工具が係合可能な六角断面形状の外周係合部３１５が形成されている。第１レンチ部３１０の長さは、内燃機関に設けられたプラグホール２０２（図４）の外に外周係合部３１５が配置されるように規定されていることが好ましい。第１レンチ部３１０の長さが２００ｍｍ以上であれば、一般的な内燃機関のプラグホールに対応することが可能である。

第２レンチ部３２０は後端側端部（紙面上側）において閉塞されている筒孔３２１を有している。第２レンチ部３２０の先端側（紙面下側）には、第１実施形態のスパークプラグ１００における工具係合部４５の外周面が係合可能な内周壁面３２２を有する星形十二角形状の開口係合部３２３が設けられている。第２レンチ部３２０の後端側の端面３２４には、ラチェットなどの工具が係合可能な工具係合孔３２５が形成されている。

第２レンチ部３２０は、第１レンチ部３１０に挿入されたときに第１レンチ部３１０の筒孔３１１から延出する部位が生じるように、その長さが第１レンチ部３１０の長さと同等かそれ以上になるように構成されている。第２レンチ部３２０において第１レンチ部３１０の筒孔３１１から延出する部位の外周面には、第２レンチ部３２０の外周方向における向きを示すためのマーク３２６が設けられている。

ここで、第１実施形態のスパークプラグ１００においてナット金具５０がＨＥＸ１６の規格に適合するサイズで構成され、工具係合部４５がＨＥＸ１２の規格に適合するサイズで構成されている場合には、取付工具３００は以下のように構成されても良い。
（１）第１レンチ部３１０
・外径、内径：２０ｍｍ、１８ｍｍ
・開口係合部３１３：Ｂｉ−ＨＥＸ１６の規格に適合するサイズ、深さが１０ｍｍ以内
・外周係合部３１５ ：ＨＥＸ２２の規格に適合するサイズ
（２）第２レンチ部３２０
・外径、内径：１７ｍｍ、１５ｍｍ
・開口係合部３２３：Ｂｉ−ＨＥＸ１２の規格に適合するサイズ
・工具係合孔３２５：３／８サイズのラチェットに適合するサイズ

図９は取付工具３００の使用方法を説明するための概略図である。図９には、第１レンチ部３１０に第２レンチ部３２０が挿入された状態の取付工具３００の概略断面とともに、内燃機関に取り付けられる時のスパークプラグ１００の概略輪郭線が破線によって示されている。

スパークプラグ１００の取り付け時には、スパークプラグ１００のねじ部４２より後端側は、第１レンチ部３１０の開口係合部３１３を介して第２レンチ部３２０の筒孔３２１内に収容される。スパークプラグ１００が備えるナット金具５０の外周面は第１レンチ部３１０の開口係合部３１３に係合され、工具係合部４５の外周面は第２レンチ部３２０の開口係合部３２３に係合される。

第１レンチ部３１０に対するスパークプラグ１００の挿入深さは筒孔３１１内に設けられた段差面３１７がナット金具５０に係止することによって固定される。また、第２レンチ部３２０に対するスパークプラグ１００の挿入深さは筒孔３２１内に設けられた段差部３２７がナット金具５０に係止することによって固定される。加えて、スパークプラグ１００が取付工具３００内に収容されるときには、第２レンチ部３２０のマーク３２６の向きがスパークプラグ１００の第１のマーク２８または第２のマーク２９の向きに合わせられる。

以下では、取付工具３００を用いた内燃機関へのスパークプラグ１００の取付工程を、図４で説明した工程順序に基づいて説明する。まず、取付工具３００にセッティングされたスパークプラグ１００の先端部を内燃機関２００の取付孔２０３に挿入し、第１レンチ部３１０とともに第２レンチ部３２０をスパークプラグ１００の中心軸ＣＸを中心に回転させる。これによって、スパークプラグ１００のねじ部４２が内燃機関２００の取付孔２０３に螺合された状態で火花放電ギャップＳＧが燃焼室２０５内に導入される（図４の（ａ）欄）。

次に、火花放電ギャップＳＧの深さ位置が所定の深さ位置ＤＰに到達し、かつ、接地電極１３の第２の延伸部１３ｂの延伸方向の向きが所定の向きになった状態で（（ｂ）欄）、第２レンチ部３２０は回転しないように固定される。なお、火花放電ギャップＳＧが所定の深さ位置ＤＰに到達したか否かは、第２レンチ部３２０の内燃機関２００に対する高さ方向の変位量に基づいて知ることができる。また、第２の延伸部１３ｂの延伸方向は第２レンチ部３２０のマーク３２６の向きによって知ることができる。

第２レンチ部３２０が固定された後に、第１レンチ部３１０の外周係合部３１５に工具を係合させて第１レンチ部３１０のみを回転させてナット金具５０を所定の締結トルクで締め付ける（（ｃ）欄）。これによって、スパークプラグ１００は内燃機関２００に固定される。以上のように、第２実施形態の取付工具３００であれば、第１実施形態のスパークプラグ１００の内燃機関への取り付けを効率的に行うことができる。

また、第２実施形態の取付工具３００であれば、内燃機関２００からのスパークプラグ１００の取り外しの際には、工具係合部４５とナット金具５０の両方に同時にトルクを付与することができる。従って、スパークプラグ１００が内燃機関２００の取付孔２０３に固着してしまっている場合であっても、その取り外しを容易に行うことができる。

C．第３実施形態：
図１０は本発明の第３実施形態としてのスパークプラグ１００Ａの構成を示す概略図である。第３実施形態のスパークプラグ１００Ａは工具係合部４５Ａの径方向のサイズが拡大されている点以外は第１実施形態のスパークプラグ１００（図１）とほぼ同じ構成である。第３実施形態のスパークプラグ１００Ａでは、工具係合部４５Ａがナット金具５０よりも径方向のサイズが大きく構成されている。工具係合部４５Ａは、ナット金具５０がＨＥＸ１６の規格に適合するサイズで構成されている場合には、ＨＥＸ１８の規格に適合するサイズで構成されても良い。第３実施形態のスパークプラグ１００Ａであれば、内燃機関への取り付けあるいは取り外しの際に、工具係合部４５Ａを介した中心軸ＣＸを中心とするスパークプラグ１００Ａの回転が容易になる。

D．第４実施形態：
図１１は、本発明の第４実施形態としてのスパークプラグ１００Ｂの構成を示す概略図である。第４実施形態のスパークプラグ１００Ｂは台座部４３が省略されている点以外は第１実施形態のスパークプラグ１００（図１，図２）の構成とほぼ同じである。第４実施形態のスパークプラグ１００Ｂであれば、台座部４３が省略されている分だけ、軽量化および製造コストの低減が可能である。なお、第４実施形態のスパークプラグ１００Ｂは、第２実施形態の取付工具３００によって内燃機関に対する脱着が可能である。

E．変形例：
E1．変形例１：
上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂは、中心電極１０の先端部１１に向かって延伸する棒状の接地電極１３を有している。これに対して、上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂは、そのような棒状の接地電極１３を有していなくても良く、例えば、中心電極１０の先端部１１の周囲を囲む環状の接地電極を有していても良い。上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂは、例えば、いわゆるプラズマジェットプラグやプレチャンバープラグとして構成されていても良い。この場合には、燃焼室２０５（図４）内において火花放電ギャップＳＧが所定の深さ位置ＤＰに到達させた後に、ナット金具５０が所定の締結トルクで締め付けられる。従って、火花放電ギャップＳＧを燃焼室２０５内の所定の深さ位置により高い精度で配置することができる。

E2．変形例２：
上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂにおいては、略六角断面形状のナット金具５０が主体金具４０のねじ部４２に螺合している。これに対して、各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂにおいては、ナット金具５０以外の環状部材が主体金具４０のねじ部４２に螺合していても良い。例えば、主体金具４０のねじ部４２には、略円形断面形状の環状部材が螺合していても良い。ただし、主体金具４０のねじ部４２に螺合する環状部材は、その締結を容易にするために外周面に工具が係合可能な係合面や係合穴などの係合部が形成されていることが望ましい。なお、本明細書における「環状部材」は、円周方向に完全に連続している必要はなく、円周方向の一部に切断部が形成されていても良い。

E3．変形例３：
上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂでは、主体金具４０の先端側開口部４０ｔにおける接地電極１３の第１の延伸部１３ａの位置を示す第１と第２のマーク２８，２９が絶縁体２０の外周面や端子電極３０の上端面３１ｓに印刷されている。これに対して、上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂには第１と第２のマーク２８，２９はいずれか一方が省略されても良いし、両方が省略されても良い。第２のマーク２９であれば、スパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂが深いプラグホール内に取り付けられる場合であっても、プラグホールの開口部から視認することが可能である。従って、スパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂは、第１と第２のマーク２８，２９のうち少なくとも第２のマーク２９を有していることが好ましい。なお、第１と第２のマーク２８，２９の両方が省略された場合であっても、燃焼室２０５内における接地電極１３の第１の延伸部１３ａの配置位置は、例えば、工具係合部４５の外周面など、予め第１の延伸部１３ａの位置に対応付けられた固定部位の位置に基づいて知ることができる。同様に、上記各実施形態の取付工具３００，３００Ａにおいて、マーク３２６は省略されても良い。

上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂにおいて、第１のマーク２８は、絶縁体２０の外周面以外の位置に形成されても良く、第２のマーク２９は端子電極３０の上端面３１ｓ以外の位置に形成されても良い。第１のマーク２８は、主体金具４０のねじ部４２よりも後端側に設けられていれば良く、例えば、工具係合部４５に形成されていても良い。第２のマーク２９は、スパークプラグ１００を後端側から中心軸ＣＸに沿って見たときに視認可能な位置に形成されていれば良く、例えば、加締部４７に形成されていても良い。また、第１と第２のマーク２８，２９は、印刷によって形成されていなくても良く、絶縁体２０や端子電極３０、主体金具４０などの外表面に対する加工によって、凹部や凸部として形成されていても良い。

また、上記第２実施形態の取付工具３００においてマーク３２６は、第２レンチ部３２０の後端部位における外周表面以外の位置に形成されていても良い。マーク３２６は、第２レンチ部３２０において、後端側の端面３２４や、第１レンチ部３１０の側面に設けられた窓部などを介して視認できる部位に形成されていても良い。また、マーク３２６は、印刷によって形成されていなくても良く、第２レンチ部３２０，３２０Ａの凹部や凸部として形成されていても良い。

E4．変形例４：
上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂにおいては、ナット金具５０が直接的に内燃機関２００の外壁面に接触している（図４の（ｃ）欄）。これに対して、上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂの内燃機関２００への取り付けの際にはナット金具５０と内燃機関２００との間にシール部材やワッシャなどの部材が介在されても良い。

E5．変形例５：
上記各実施形態のスパークプラグ１００，１００Ａ，１００Ｂにおいては、ナット金具５０全体が、主体金具４０の構成材料よりも軟らかい材料で構成されている。これに対して、ナット金具５０は、主体金具４０のねじ部４２に接する内周面のみが主体金具４０のねじ部４２よりも軟らかい材料で構成されているものとしても良い。

E6．変形例６：
上記第２実施形態の取付工具３００は、第１実施形態のスパークプラグ１００（図１）や第３実施形態のスパークプラグ１００Ｂ（図１１）の取り付けに好適なように構成されている。これに対して、取付工具３００は、第３実施形態のスパークプラグ１００Ａ（図１０）の取り付けに好適なように構成されても良い。具体的には、第２レンチ部３２０の開口係合部３２３が工具係合部４５Ａのサイズに合わせて拡大され、第１レンチ部３１０Ａの筒孔３１１の内径が、第２レンチ部３２０の開口係合部３２３のサイズに合わせて拡大されても良い。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…中心電極
１１…先端部
１３…接地電極
１３ａ…第１の延伸部
１３ｂ…第２の延伸部
２０…絶縁体
２１…軸孔
２２…後端側開口部
２４…延伸部位
２８，２９…第１と第２のマーク
３０…端子電極
３１…後端部
３１ｓ…上端面
３５…抵抗体
３６，３７…第１と第２のガラスシール材
４０…主体金具
４０ｔ…先端側開口部
４０ｒ…後端側開口部
４１…筒孔
４２…ねじ部
４３…台座部
４５，４５Ａ…工具係合部
４７…加締部
５０…ナット金具
５１…係合面
５２…ねじ部
１００，１００Ａ…スパークプラグ
２００…内燃機関
２０１…隔壁
２０２…プラグホール
２０３…取付孔
２０５…燃焼室
３００…取付工具
３１０…第１レンチ部
３１１…筒孔
３１２…内周壁面
３１３…開口係合部
３１５…外周係合部
３２０…第２レンチ部
３２１…筒孔
３２２…内周壁面
３２３…開口係合部
３２４…後端側端面
３２５…工具係合孔
３２６…マーク

Claims (9)

1. 軸状の中心電極と、
   前記中心電極の先端部に対して所定の間隙を有して配置される接地電極と、
   前記中心電極の先端部が露出した状態で前記中心電極を内部に収容する筒状の絶縁体と、
   前記中心電極が先端側に配置されるように前記絶縁体が収容される貫通孔を有し、前記貫通孔の先端側の開口端部に前記接地電極が固定されている主体金具と、
   を備え、
   前記主体金具は、自身の外周面にねじ部を有し、前記ねじ部より後端側に、工具が係合される工具係合部を有しているスパークプラグであって、
   前記ねじ部には、前記ねじ部に螺合する環状部材が取り付けられている、スパークプラグ。
2. 請求項１記載のスパークプラグであって、
   前記接地電極は、前記主体金具における前記先端側の開口端部から前記中心電極の先端部に向かって延びる棒状の電極である、スパークプラグ。
3. 請求項１または請求項２記載のスパークプラグであって、
   前記主体金具の中心軸に沿って見たときに、前記工具係合部の外周輪郭線は、前記環状部材の外周輪郭線より内側に位置している、スパークプラグ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
   前記環状部材の少なくとも内周面には、前記主体金具の構成材料よりも軟らかい材料が配置されている、スパークプラグ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
   前記主体金具は、前記工具係合部と前記環状部材との間に、前記環状部材の後端側の面に面接触する面を有する台座部が設けられている、スパークプラグ。
6. 請求項５記載のスパークプラグであって、
   前記主体金具の中心軸に沿って見たときに、前記台座部の外周輪郭線が前記環状部材の外周輪郭線の内側に位置している、スパークプラグ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
   前記ねじ部よりも後端側の外表面に、前記接地電極の基準位置を示す電極位置表示部が設けられている、スパークプラグ。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のスパークプラグを内燃機関に取り付けるための取付工具であって、
   前記環状部材の外周面と係合する内壁面を有する第１の筒状部材と、
   前記工具係合部の外周面と係合する内壁面を有する第２の筒状部材と、
   を備え、
   前記第２の筒状部材は、少なくとも先端側が前記第１の筒状部材の筒内に収容されている、取付工具。
9. 請求項８に記載の取付工具であって、
   前記第１の筒状部材は、自身の先端側に前記環状部材の外周面と係合する内壁面が設けられ、
   前記第２の筒状部材は、自身の先端側に前記工具係合部の外周面と係合する内壁面が設けられている、取付工具。

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