JP2017174758A - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】着火性を向上させやすい内燃機関用のスパークプラグを提供すること。【解決手段】内燃機関用のスパークプラグ１は、筒状のハウジング２と筒状の絶縁碍子３と中心電極４と接地電極７とを有する。絶縁碍子３は、ハウジング２の内側に保持されている。中心電極４は、先端部が突出するように絶縁碍子３の内側に保持されている。接地電極７は、中心電極４との間に火花放電ギャップＧを形成する。中心電極４は、電極母材５と電極母材５の先端に接合された貴金属チップ６とを有する。貴金属チップ６は、基端側に向かうほど外径が大きくなる形状を有する。貴金属チップ６の中心軸を含む断面において、貴金属チップ６の外周面６１は、滑らかな形状を有する。貴金属チップ６は、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状が多角形である。【選択図】図２

Description

本発明は、貴金属チップを有する中心電極を備えた内燃機関用のスパークプラグに関する。

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スパークプラグとして、プラグ軸方向に中心電極と接地電極とを対向させた火花放電ギャップを形成したものがある。かかるスパークプラグは、火花放電ギャップに火花放電を生じさせることにより、燃焼室内の混合気に着火することができる。

そして、特許文献１には、スパークプラグとして、電極母材とその先端に接合された貴金属チップとを有する中心電極を備えたものが開示されている。そして、特許文献１に記載のスパークプラグは、貴金属チップを起点として放電を発生させることにより、電極消耗の抑制を図ろうとしている。

上記のようなスパークプラグにおける混合気への着火の機構は以下の通りである。
まず、中心電極と接地電極との間にパルス電圧を印加し、火花放電ギャップに初期の火花放電を発生させる。この火花放電によって生じた放電火花は、燃焼室内の混合気の気流により、放電火花の両起点間の部位が下流側に引き伸ばされる。このように、放電火花が引き伸ばされることにより、放電火花と混合気との接触領域を稼ぎ、混合気への着火性を向上させることができる。

特開２００９−１２９９０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグは、貴金属チップが円柱形状を有し、プラグ軸方向と平行に形成されている。そのため、貴金属チップの先端面の端縁付近に電界が集中しやすい。それゆえ、火花放電ギャップに生じた放電火花が混合気の気流によって流されても、放電火花の中心電極側の起点は、貴金属チップの先端面の端縁にとどまりやすい。それゆえ、放電火花が混合気の気流によって流されても、放電火花の一対の起点間の距離が増加し難い。そのため、放電火花の中間部を下流側に大きく引き伸ばし難くなる。すなわち、放電火花の中間部が、急角度で折れ曲がることは困難であるため、プラグ軸方向における放電火花の両起点間の距離が短いと、放電火花は早期に短絡しやすくなってしまう。それゆえ、上記スパークプラグにおいては、着火性を向上させ難い。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性を向上させやすい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。

本発明の一態様は、筒状のハウジング（２）と、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極（４）と、
該中心電極との間に火花放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（７）と、を有し、
上記中心電極は、電極母材（５）と、該電極母材の先端に接合された貴金属チップ（６）と、を有し、
該貴金属チップは、基端側に向かうほど外径が大きくなる形状を有し、
上記貴金属チップの中心軸を含む断面において、上記貴金属チップの外周面（６１）は、滑らかな形状を有し、
上記貴金属チップは、プラグ軸方向に直交する断面形状が多角形である、内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。

上記内燃機関用のスパークプラグは、貴金属チップが、基端側に向かうほど外径が大きくなる形状を有する。それゆえ、貴金属チップの先端面の端縁付近の電界強度を抑制しやすい。それゆえ、貴金属チップの先端面の端縁付近の電界強度が、貴金属チップの基端部周辺の電界強度と比べ、相対的に高くなりすぎることを抑制することができる。これにより、放電火花における中心電極側の起点が、貴金属チップの先端面から外周面に移動しやすくなる。そして、貴金属チップの中心軸を含む断面において、貴金属チップの外周面は、滑らかな形状を有する。それゆえ、放電火花における中心電極側の起点が、貴金属チップの外周面上を基端側に向って移動しやすい。これにより、プラグ軸方向における放電火花の両起点間の距離を増やすことができる。そのため、放電火花を、燃焼室内の混合気の下流側に大きく引き伸ばしやすい。その結果、放電火花から混合気への着火性を向上させることができる。

さらに、貴金属チップは、プラグ軸方向に直交する断面が多角形である。それゆえ、貴金属チップにおける周方向の一部に、角部を形成することができる。これにより、貴金属チップの周囲の電界強度を、角部付近において高くすることができる。そのため、角部が混合気の気流の下流側を向くように、スパークプラグを燃焼室内に設置すると、火花放電ギャップに生じた放電火花の中心電極側の起点は、上記角部上を這うように基端側に移動しやすくなる。このように、放電火花の中心電極側の起点が、周囲の電界強度が高い角部上を移動しやすいため、混合気の気流によって放電火花が吹き消えることを抑制しやすい。

以上のごとく、本態様によれば、着火性を向上させやすい内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、内燃機関用のスパークプラグの全体断面図。 実施形態１における、スパークプラグの火花放電ギャップ周辺の拡大正面図。 図２の、III−III線矢視断面図。 図２の、IV−IV線矢視断面図。 実施形態１における、中心電極を先端側から見た図。 実施形態１における、点火装置のスパークプラグ先端部周辺の拡大正面図であって、初期の放電火花を表した図。 実施形態１における、点火装置のスパークプラグ先端部周辺の拡大正面図であって、放電火花の中心電極側起点が、貴金属チップの外周面に移動したときの様子を示す図。 実施形態１における、点火装置のスパークプラグ先端部周辺の拡大正面図であって、放電火花の中心電極側起点が、母材先端部の外周面に移動したときの様子を示す図。 実施形態２における、スパークプラグの火花放電ギャップ周辺の拡大正面図。 図９の、Ａ−Ａ線矢視断面図。 図９の、XI−XI線矢視断面図。 図９の、XII−XII線矢視断面図。 実施形態３における、スパークプラグの火花放電ギャップ周辺の拡大正面図。 図１０の、XIV−XIV線矢視断面図。 従来のスパークプラグにおける、火花放電ギャップ周辺の拡大正面図。 実験例における、起点移動距離と放電長さＬとの関係を示した線図。 実験例における、放電長さＬとＡ／Ｆ限界値との関係を示した線図。

（実施形態１）
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
本実施形態の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、筒状のハウジング２と筒状の絶縁碍子３と中心電極４と接地電極７とを有する。絶縁碍子３は、ハウジング２の内側に保持されている。図１〜図３に示すごとく、中心電極４は、先端部が突出するように絶縁碍子３の内側に保持されている。接地電極７は、中心電極４との間に火花放電ギャップＧを形成する。

中心電極４は、電極母材５と電極母材５の先端に接合された貴金属チップ６とを有する。貴金属チップ６は、基端側に向かうほど外径が大きくなる形状を有する。貴金属チップ６の中心軸を含む断面において、貴金属チップ６の外周面６１は、滑らかな形状を有する。図４に示すごとく、貴金属チップ６は、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状が多角形である。なお、以下において、貴金属チップ６の中心軸を含む断面を、中心軸断面ということもある。図３において、中心軸断面の一例を示している。

スパークプラグ１は、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いることができる。プラグ軸方向Ｚにおいて、スパークプラグ１の一端は、図示しない点火コイルと接続され、他端は、内燃機関の燃焼室内に配される。なお、本明細書においては、スパークプラグ１の中心軸が延びる方向をプラグ軸方向Ｚという。また、プラグ軸方向Ｚの一方であり、スパークプラグ１における点火コイルと接続される側を基端側といい、その反対側であり、スパークプラグ１における燃焼室内に配される側を先端側という。スパークプラグ１の径方向を、プラグ径方向という。

図１に示すごとく、ハウジング２には、スパークプラグ１をエンジンヘッドに設けられた雌ネジ孔に取り付けるための取付ネジ部２１が形成されている。絶縁碍子３は、先端部と基端部とをハウジング２から突出させつつ、ハウジング２に保持されている。

絶縁碍子３は、略円筒形状を有する。絶縁碍子３は、基端側に形成された碍子大径部３１と、その先端側に形成され、碍子大径部３１よりも内径が小さい碍子小径部３３とを有する。また、碍子大径部３１と碍子小径部３３との間には、双方をつなぐように段差部３２が形成されている。

絶縁碍子３の内側に、中心電極４が挿通配置されている。中心電極４の電極母材５は、全体として略円柱形状を呈している。電極母材５は、基端部に、その先端側の部位よりもプラグ径方向に突出した鍔部５２が形成されている。鍔部５２は、絶縁碍子３の段差部３２にプラグ軸方向Ｚに支承されている。これにより、中心電極４は、絶縁碍子３の内側において、プラグ軸方向Ｚに位置決めされている。なお、図５は、中心電極４を先端側から見た正面図であるが、鍔部５２の図示は省略している。

図１〜図３に示すごとく、電極母材５の先端であり、貴金属チップ６が接合された母材先端部５１は、基端側に向かうにつれて外径が大きくなる形状を有する。図３に示すごとく、本実施形態において、中心軸断面における、母材先端部５１の外周面５１１は、基端側に向かうにつれて、プラグ径方向の外側に向かうように傾斜した直線状に形成されている。このように、母材先端部５１の外周面５１１は、中心軸断面において、角を有さない滑らかな形状となっている。また、図５に示すごとく、母材先端部５１は、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状が円形である。図２、図３に示すごとく、母材先端部５１の先端に、貴金属チップ６が溶接されている。

上述のごとく、貴金属チップ６は、基端側に向うほど外径が大きくなる形状を有する。本実施形態において、貴金属チップ６は、角錐台形状を有する。すなわち、図３に示すごとく、貴金属チップ６は、中心軸断面において、基端側の辺が先端側の辺よりも長い等脚台形形状を有すると共に、図５に示すごとく、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状が多角形である。また、図３に示すごとく、中心軸断面において、貴金属チップ６の先端面６３と外周面６１とが、中心電極４の内側になす角は、鈍角である。

図４に示すごとく、本実施形態において、上記断面形状は正多角形である。また、上記断面形状は、偶数角形である。すなわち、貴金属チップ６は、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状が、正偶数角形である。

具体的には、貴金属チップ６におけるプラグ軸方向Ｚに直交する断面形状を正方形としている。貴金属チップ６は、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状において、４つの角部６２を有する。なお、図４において、接地チップの図示は、省略している。

図３に示すごとく、貴金属チップ６は、中心軸断面において、外周面６１の形状が直線状である。つまり、貴金属チップ６の角部６２を含む外周面６１は、中心軸断面において、基端側に向かうにつれて、プラグ径方向の外側に向かうように傾斜した直線状に形成されている。このように、貴金属チップ６の外周面６１は、中心軸断面において、角を有さない滑らかな形状となっている。

図２、図３、図５に示すごとく、母材先端部５１の先端面と貴金属チップ６の基端面６４とは、最大外径の大きさが同じである。そして、貴金属チップ６は、基端面６４の４つの角部６２を、母材先端部５１の先端面の端縁に合わせるように、母材先端部５１に接合されている。

図２、図４に示すごとく、貴金属チップ６は、対向部７２の延設方向Ｘとプラグ軸方向Ｚとの双方に直交する直交方向Ｙに、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状の多角形の角部６２を向けて配されている。本実施形態において、貴金属チップ６は、直交方向Ｙの両側を向く一対の角部６２を有する。

図２に示すごとく、中心電極４の先端部は、絶縁碍子３から先端側に突出している。本実施形態においては、中心電極４における貴金属チップ６の全体と母材先端部５１の一部とが、絶縁碍子３から先端側に突出している。

電極母材５と貴金属チップ６とは、互いに異なる金属材料からなる。貴金属チップ６は、例えばＩｒ合金やＰｔ合金等の貴金属からなる。また、電極母材５は、例えばＣｕ等からなる芯材と、その外周及び先端を覆うＮｉ基合金等の被覆材とからなる。

図１〜図３に示すごとく、ハウジング２の先端面に、接地電極７が配されている。接地電極７は、ハウジング２の先端から先端側へ立設した立設部７１と、立設部７１からプラグ径方向の内側へ屈曲して延設され、中心電極４とプラグ軸方向Ｚに対向する対向部７２とを有する。対向部７２の基端側の面には、接地チップ７３が接合されている。接地チップ７３は、中心電極４の貴金属チップ６の先端面６３とプラグ軸方向Ｚに対向している。接地チップ７３は、例えばＩｒ合金やＰｔ合金等の貴金属からなる。

図１に示すごとく、絶縁碍子３の内側において、中心電極４の基端側には、ガラスシール１２を介して抵抗体１３が配置されている。ガラスシール１２は、例えばガラスに銅粉を混入させてなる銅ガラスからなる。抵抗体１３は、例えばカーボン又はセラミック粉末等の抵抗材及びガラス粉末を含むレジスタ組成物を加熱封着することにより形成することができる。そして、抵抗体１３の基端側には、銅ガラスからなるガラスシール１２を介して、ステム１４が配されている。ステム１４はその基端部を絶縁碍子３の基端側に突出させている。また、ステム１４は、例えば鉄合金からなる。

次に、本実施形態のスパークプラグ１を取り付けた内燃機関の一例について説明する。
図６に示すごとく、スパークプラグ１は、取付ネジ部２１において、エンジンヘッド１１に設けられた雌ネジ孔に螺合される。これにより、スパークプラグ１がエンジンヘッド１１に締結固定される。さらに、スパークプラグ１の先端部が燃焼室１０内に配される。このとき、プラグ軸方向Ｚから見たときの火花放電ギャップＧと接地電極７の立設部７１との並び方向が、スパークプラグ１の先端部付近を通過する混合気の気流Ｆの向きと直交する方向となるようにする。これにより、接地電極７の立設部７１が火花放電ギャップＧの上流側にも下流側にも位置しない。また、対向部７２の延設方向Ｘとプラグ軸方向Ｚとの双方に直交する直交方向Ｙを向いた一対の角部６２のうち、一方の角部６２が、下流側を向く。本明細書において、単に下流側といったときは、特に断らない限りスパークプラグ１の先端部付近の気流Ｆの下流側を意味し、単に上流側といったときは、特に断らない限りスパークプラグ１の先端部付近の上流側を意味しているものとする。

次に、図６〜図８を用いて、放電火花Ｓの起点が移動する様子の一例について説明する。
図６に示すごとく、中心電極４と接地電極７との間に所定の電圧を印加することにより、火花放電ギャップＧに火花放電が生じる。そして、図６〜図８に示すごとく、火花放電によって生じた放電火花Ｓは、気流Ｆによって経時的に下流側に引き伸ばされながら、経時的に放電火花Ｓの中心電極４側の起点が移動する。なお、以下において、放電火花Ｓの中心電極４側の起点を中心電極側起点Ｓ１ということもある。

図６に示すごとく、まず、火花放電Ｓは、貴金属チップ６と接地チップ７３とにおける、互いの対向面を起点として生じる。つまり、初期の中心電極側起点Ｓ１は、貴金属チップ６の先端面６３となる。なお、図６に示すごとく、角となってその周囲に電界が集中しやすい先端面６３の端縁が、初期の中心電極側起点Ｓ１となりやすい。

次に、中心電極側起点Ｓ１は、図７に示すごとく、気流Ｆに押されて、先端面６３から、先端面６３の下流側に形成された外周面６１の角部６２に移動する。そして、中心電極側起点Ｓ１は、外周面６１の角部６２を這うように、下流側に移動する。これに伴い、中心電極側起点Ｓ１は、基端側にも移動する。次に、図８に示すごとく、中心電極側起点Ｓ１は、気流Ｆに押されて、貴金属チップ６の外周面６１の角部６２から、外周面６１の下流側に形成された母材先端部５１の外周面５１１に移動する。そして、母材先端部５１の外周面５１１を這うように、下流側に移動する。これに伴い、中心電極側起点Ｓ１は、さらに基端側にも移動する。以上のように、中心電極側起点Ｓ１は、下流側、及び基端側に移動する。そして、図６〜図８に示すごとく、中心電極側起点Ｓ１の移動に伴い、放電火花Ｓは、両起点間の部位が下流側に大きく引き伸ばされる。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
内燃機関用のスパークプラグ１は、貴金属チップ６が、基端側に向かうほど外径が大きくなる形状を有する。それゆえ、貴金属チップ６の先端面６３の端縁付近の電界強度を抑制しやすい。本実施形態において、中心軸断面における貴金属チップ６の先端面６３と外周面６１とが中心電極４の内側になす角は、鈍角である。それゆえ、中心軸断面において、貴金属チップの先端面と外周面とが、中心電極の内側になす角が直角となる形状（例えば、円柱形状や多角柱形状）を有する貴金属チップと比べ、貴金属チップ６の先端面６３の端縁付近の電界強度と、貴金属チップ６の基端部周辺の電界強度との差を小さくすることができる。それゆえ、火花放電ギャップＧに生じた初期の放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１は、先端面６３の端縁から外周面６１に移動しやすい。

そして、中心軸断面において、貴金属チップ６の外周面６１は、滑らかな形状を有する。それゆえ、中心電極側起点Ｓ１が、貴金属チップ６の外周面６１上を基端側に向って移動しやすい。それゆえ、プラグ軸方向Ｚにおける放電火花Ｓの両起点間の距離を増やすことができる。そのため、放電火花Ｓを、燃焼室１０内の混合気の下流側に大きく引き伸ばしやすい。その結果、放電火花Ｓから混合気への着火性を向上させることができる。

さらに、貴金属チップ６は、プラグ軸方向Ｚに直交する断面が多角形である。それゆえ、貴金属チップ６における周方向の一部に、角部６２を形成することができる。これにより、貴金属チップ６の周囲の電界強度を、角部６２付近において高くすることができる。そのため、角部６２が混合気の気流の下流側を向くように、スパークプラグ１を燃焼室１０内に設置すると、火花放電ギャップＧに生じた放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１は、角部６２上を這うように基端側に移動しやすくなる。このように、本実施形態においては、放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１が、周囲の電界強度が高い角部６２上を移動しやすいため、混合気の気流Ｆによって放電火花Ｓが吹き消えることを抑制しやすい。

また、貴金属チップ６は、プラグ軸方向Ｚに直交する断面が偶数角形である。これにより、一対の角部６２がプラグ軸方向Ｚに直交する方向の両側を向いた貴金属チップ６を得やすい。一対の角部６２をプラグ軸方向Ｚに直交する方向の両側に向けることにより、一対の角部６２を気流Ｆの向きと一致させれば、一方の角部６２は必ず下流側を向くこととなる。そのため、角部６２を下流側に向けて設置しやすいスパークプラグ１を得ることができる。

また、貴金属チップ６は、中心軸断面において、外周面の形状が直線状である。それゆえ、貴金属チップ６を、切削加工等により、容易に形成することができる。それゆえ、貴金属チップ６の生産性を向上することができる。

また、貴金属チップ６は、直交方向Ｙに角部６２を向けて配されている。それゆえ、スパークプラグ１を燃焼室１０内に取り付けた状態において、接地電極７の立設部７１が火花放電ギャップＧの上流側にも下流側にも位置することなく、角部６２が下流側を向いた状態を得ることができる。それゆえ、火花放電ギャップＧに流れる混合気の流れが立設部７１によって阻害されることを防止しながら、上述の吹き消え抑制の効果を得ることができるため、一層放電火花Ｓを引き伸ばしやすい。その結果、一層混合気への着火性を向上させることができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、着火性を向上させやすい内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、図９〜図１２に示すごとく、貴金属チップ６及び母材先端部５１のそれぞれにおける、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状が多角形となる実施形態である。

図１１に示すごとく、貴金属チップ６１は、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状が正方形であると共に、図１２に示すごとく、母材先端部５１も、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状が正方形である。つまり、本実施形態においては、母材先端部５１も、プラグ軸方向Ｚに直交する断面形状において、４つの角部５１２を有する。

図９、図１０に示すごとく、中心電極４は、貴金属チップ６の外周面６１と電極母材５の外周面５１１とが滑らかにつながっている。本実施形態において、図１０に示すごとく、中心軸断面において、貴金属チップ６の角部６２を含む外周面６１及び母材先端部５１の角部５１２を含む外周面５１１は、基端側に向かうにつれて、プラグ径方向の外側に向かうように傾斜した直線状に形成されている。すなわち、中心軸断面において、貴金属チップ６の外周面６１と、母材先端部５１の外周面５１１とは、プラグ軸方向Ｚに対する傾きの程度が同程度である。また、母材先端部５１の先端面と貴金属チップ６の基端面６４とは、同等の形状、大きさを有し、互いの角部５１２、６２を合わせるように接合されている。

その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本実施形態において、中心電極４は、貴金属チップ６の外周面６１と電極母材５の外周面５１１とが滑らかにつながっている。それゆえ、貴金属チップ６の外周面６１を這う放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１を、電極母材５の外周面５１１に移動させやすい。それゆえ、中心電極側起点Ｓ１を一層基端側に移動させることができる結果、プラグ軸方向Ｚにおける放電火花Ｓの両起点間の距離を一層増やすことができる。そのため、放電火花Ｓを一層下流側に大きく引き伸ばしやすく、放電火花Ｓから混合気への着火性を一層向上させることができる。

また、中心軸断面において、貴金属チップ６の角部６２を含む外周面６１及び母材先端部５１の角部５１２を含む外周面５１１が、基端側に向かうにつれてプラグ径方向の外側に向かうように傾斜した直線状を呈している。そのため、放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１を、一層基端側に移動させやすい。それゆえ、本実施形態においては、混合気への着火性を一層向上させることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本実施形態は、図１３、図１４に示すごとく、実施形態２に対して、中心軸断面における貴金属チップ６の外周面６１及び母材先端部５１の外周面５１１の形状を変更した実施形態である。すなわち、図１４に示すごとく、中心軸断面において、貴金属チップ６の外周面６１及び母材先端部５１の外周面５１１の形状は、曲線形状となっている。具体的には、中心軸断面において、貴金属チップ６の角部６２を含む外周面６１及び母材先端部５１の角部５１２を含む外周面５１１を、基端側に向かうにつれて、プラグ径方向の外側に向って屈曲するような曲線形状としている。
その他、実施形態２と同様であり、実施形態２と同様の作用効果を有する。

（実験例）
本例は、図１６に示すごとく、放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１の移動距離（以下において、適宜、起点移動距離という。）と放電長さＬとの関係、及び、図１７に示すごとく、放電長さＬと着火性との関係を評価した例である。そして、この２つの関係から、起点移動距離と着火性との関係を間接的に評価した。

ここで、起点移動距離は、各サイクルにおける、火花放電発生時の放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１と、放電火花Ｓが気流Ｆによって吹き消される直前の中心電極側起点Ｓ１との間の直線距離である。また、放電長さＬは、図１５に示すごとく、プラグ軸方向Ｚに直交する方向における放電火花Ｓの長さである。また、着火性は、Ａ／Ｆ限界の値の測定によって調べた。Ａ／Ｆ限界とは、正常な燃焼が行われるための限界の空燃比をいい、Ａ／Ｆ限界の値が大きいほど、燃焼性能に優れていると言える。なお、本例において、正常な燃焼とは、燃焼変動率が５％以下であることを意味する。燃焼変動率とは、図示平均有効圧Ｐｍｉの（標準偏差／平均）×１００％で示されるものである。

本例においては、図１５に示すごとく、基本構成を実施形態１のスパークプラグ１と同様としつつ、貴金属チップを従来のものに変更したスパークプラグ９を用いて、試験を行った。つまり、このスパークプラグ９は、貴金属チップ９６が、プラグ軸方向Ｚに沿って形成された円柱形状を有する。また、本例においては、このスパークプラグ９を用いて、起点移動距離と放電長さＬとの関係を求める試験、及び、放電長さＬと着火性との関係を求める試験の２つの試験を行った。

まず、起点移動距離と放電長さＬとの関係を評価する試験につき、説明する。
本試験は、スパークプラグ９を実機のエンジンに取り付け、混合気の気流Ｆの流速を２０ｍ／ｓ程度とし、火花放電ギャップＧに生じた放電火花Ｓの起点移動距離及び放電長さＬを観測した。これを２０サイクル繰り返し、各サイクルにおける起点移動距離及び放電長さＬを観測した。その結果を図１６に示す。なお、図１６において、各サイクルの観測結果を、三角記号でプロットし、各プロットの回帰直線を直線Ｒ１で示している。また、図１６においては、近似するデータのプロットが重なり合っているため、プロットが２０個よりも少なく見える。

図１６から、起点移動距離が長くなるほど、放電長さＬが長くなる傾向にあることが分かる。つまり、放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１が移動するほど、放電火花Ｓが引き伸ばされやすくなることが分かる。

次に、放電長さＬと着火性との関係を評価する試験につき、説明する。
本試験においては、上述の起点移動距離と放電長さＬとの関係を評価する試験で用いたスパークプラグ９と基本構成を同じくした３つの試料１、試料２、試料３を用意した。

試験条件は、上述の起点移動距離と放電長さＬとの関係を評価する試験と同じとした。そして、放電長さＬは、各試料において、放電長さを２０サイクル繰り返し測定し、その平均値を算出することにより求めた。また、Ａ／Ｆ限界の値の測定は、Ａ／Ｆの値を変化させながら燃焼圧センサーの出力により、燃焼変動率を測定し、Ａ／Ｆ限界の値を調べた。結果を図１７に示す。なお、図１７において、各試料の測定結果を丸記号でプロットし、各プロットの回帰直線を直線Ｒ２で示している。

図１７から分かるように、放電長さＬが長いほど、Ａ／Ｆ限界の値が向上していることが分かる。すなわち、放電長さＬが長いほど、混合気への着火性が向上することが確認できる。
そして、本例で行った２つの試験から、放電火花Ｓの中心電極側起点Ｓ１が移動するほど、混合気への着火性が向上することが分かる。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態３においては、中心軸断面における貴金属チップの外周面の形状が、基端側に向かうにつれて、プラグ径方向の外側に向かって屈曲するような曲線形状となるものを示したが、これに限られない。すなわち、実施形態３において、中心軸断面おける貴金属チップの外周面６１の形状は、プラグ径方向の外側に向かうにつれて、基端側に屈曲するような曲線形状となるものであってもよい。

また、角部は、プラグ軸方向に直交する断面において、直角となっていなくてもよい。また、角部は、プラグ軸方向に直交する断面において、例えばアール状に形成されていてもよい。この場合、例えば、角部を、軸方向の先端側ほど、曲率半径が大きくなるような形状とすることが考えられる。これにより、貴金属チップの先端面の端縁周辺の電界強度が、貴金属チップの基端部の周辺の電界強度よりも高くなることを一層抑制しやすい。その結果、火花放電における中心電極側の起点を、一層基端側に移動しやすくすることができる。

また、貴金属チップの先端面、外周面、母材先端部の外周面、及び、貴金属チップと母材先端部との接合部は、表面加工を施して平面度を向上させることが好ましいが、これに限られない。すなわち、貴金属チップの先端面、外周面、母材先端部の外周面、及び、貴金属チップと母材先端部との接合部は、例えば鋳造、切削等によって滑らかに形成されていれば、表面加工を施しても施さなくてもよい。

１ 内燃機関用のスパークプラグ
２ ハウジング
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
５ 電極母材
６ 貴金属チップ
６１ 外周面
７ 接地電極
Ｇ 火花放電ギャップ
Ｚ プラグ軸方向

Claims (5)

1. 筒状のハウジング（２）と、
   該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
   先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極（４）と、
   該中心電極との間に火花放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（７）と、を有し、
   上記中心電極は、電極母材（５）と、該電極母材の先端に接合された貴金属チップ（６）と、を有し、
   該貴金属チップは、基端側に向かうほど外径が大きくなる形状を有し、
   上記貴金属チップの中心軸を含む断面において、上記貴金属チップの外周面（６１）は、滑らかな形状を有し、
   上記貴金属チップは、プラグ軸方向に直交する断面形状が多角形である、内燃機関用のスパークプラグ（１）。
2. 上記貴金属チップは、プラグ軸方向に直交する断面形状が偶数角形である、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
3. 上記中心電極は、上記貴金属チップの外周面（６１）と上記電極母材の外周面（５１１）とが滑らかにつながっている、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
4. 上記貴金属チップは、該貴金属チップの中心軸を含む断面において、上記外周面の形状が直線状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
5. 上記接地電極は、上記ハウジングの先端から先端側へ立設した立設部（７１）と、該立設部からプラグ径方向の内側へ屈曲して延設され、上記中心電極とプラグ軸方向に対向する対向部（７２）とを有し、上記貴金属チップは、上記対向部の延設方向（Ｘ）とプラグ軸方向との双方に直交する直交方向（Ｙ）に、上記断面形状の多角形の角部（６２）を向けて配されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

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