JP2019121590A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】接地電極の耐火花消耗性を向上できるスパークプラグを提供すること。【解決手段】スパークプラグは、軸孔を有する絶縁体と、軸孔に配置された中心電極と、絶縁体を内側に保持する筒状の主体金具と、Ｎｉを主成分とし主体金具に接続される母材と、貴金属を主成分とし母材に接合されるチップと、を有する接地電極と、を備え、母材は、中心電極に対向する第１面と、第１面に接続される第２面および第３面と、を備えている。チップは、第１面に接合され中心電極との間でスパークする第１放電面を有する第１チップと、第２面および第３面の少なくとも１つに接合され中心電極との間でスパークする第２放電面を有する第２チップと、を備え、第１チップと第２チップとは離間している。【選択図】図２

Description

本発明はスパークプラグに関し、特に貴金属を主成分とするチップが母材に接合された接地電極を備えるスパークプラグに関するものである。

エンジンに固定される主体金具と、主体金具に接続された母材に貴金属を主成分とするチップが接合された接地電極と、主体金具に絶縁保持された中心電極と、を備えるスパークプラグが知られている。この種のスパークプラグは、中心電極と接地電極との間の絶縁が破れると、中心電極と接地電極との間の放電路に火花が発生する。エンジンの燃焼室内の混合気の流動によって下流側に放電路が引き伸ばされるので、火花消耗する接地電極の範囲が広がる。特許文献１には、チップが接合された部分以外の母材の全体を、貴金属を主成分とする保護膜で覆う技術が開示されている。

特開２００４−１５２６８２号公報

この技術に対して、接地電極の耐火花消耗性のさらなる向上が求められている。

本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、接地電極の耐火花消耗性を向上できるスパークプラグを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、先端側から後端側へと軸線の方向へ延びる軸孔を有する絶縁体、軸孔の先端側に配置された中心電極、絶縁体を内側に保持する筒状の主体金具、及び接地電極を備えている。接地電極は、Ｎｉを主成分とする棒状の母材であり自身の他端部が主体金具に接続される母材と、貴金属を主成分とし母材の一端部に接合されるチップと、を備える。母材の一端部は、中心電極に対向する第１面と、第１面に接続され一端部側から他端部側へ延びる第２面および第３面と、を備えている。チップは、第１面に接合され中心電極との間でスパークする第１放電面を有する第１チップと、第２面および第３面の少なくとも１つに接合され中心電極との間でスパークする第２放電面を有する第２チップと、を有し、第１チップと第２チップとは離間している。

請求項１記載のスパークプラグによれば、Ｎｉを主成分とする棒状の母材の一端部に、貴金属を主成分とするチップが接合され、母材の他端部が主体金具に接続される。母材の一端部は、第１チップが接合される第１面が中心電極に対向し、第１面に接続する第２面および第３面が一端部側から他端部側へ延びている。第２面および第３面の少なくとも１つに第２チップが接合される。第１チップは、中心電極との間でスパークする第１放電面を有し、第２チップは中心電極との間でスパークする第２放電面を有する。母材の第２面および第３面の少なくとも１つに第２チップが接合されているので、第２チップが無い場合に比べ、母材の第２面や第３面の火花消耗を抑制できる。

また、第１チップと第２チップとを離間させることにより、第１チップから第２チップへの熱伝導、及び、第２チップから第１チップへの熱伝導を抑制できる。チップは温度が高いほど火花消耗し易いので、スパークによって熱せられる第１チップと第２チップとが接していることによる直接的な熱伝導を抑制し、第１チップから母材への熱伝達、及び、第２チップから母材への熱伝達をそれぞれ促すことにより、チップの温度上昇を抑制し、その分だけ第１チップ及び第２チップの火花消耗を抑制できる。よって、接地電極の耐火花消耗性を向上できる。

請求項２記載のスパークプラグによれば、第１チップは、第１面のうち、第２チップが接合された第２面および第３面の少なくとも１つが接続する辺の少なくとも一部を覆うので、第１チップによって、第１面の辺の付近の火花消耗を抑制できる面積を広くできる。よって、請求項１の効果に加え、接地電極の第１面の耐火花消耗性を向上できる。

請求項３記載のスパークプラグによれば、第２チップは、第２面および第３面の少なくとも一つのうち、第１面が接続する辺の少なくとも一部を覆うので、第２チップによって、第２面および第３面の少なくとも一つの辺の付近の火花消耗を抑制できる面積を広くできる。よって、請求項１又は２の効果に加え、接地電極の第２面や第３面の耐火花消耗性を向上できる。

請求項４記載のスパークプラグによれば、第１面に垂直な方向における第１チップの第１面からの高さ、及び、第２面または第３面に垂直な方向における第２チップの第２面または第３面からの高さは０．１〜１ｍｍである。火花消耗する第１チップ及び第２チップの厚さを確保できるので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、接地電極の寿命を確保できる。

請求項５記載のスパークプラグによれば、第１放電面を含む第１仮想面と第２放電面を含む第２仮想面とは鈍角をなすので、第１仮想面と第２仮想面とが垂直に交わる場合に比べて、燃焼室内の混合気の流動によって中心電極と第２放電面との間に生じる放電路を、燃焼室の中心側へ引き伸ばし易くできる。その結果、請求項１から４のいずれかの効果に加え、着火性を向上できる。

請求項６記載のスパークプラグによれば、鈍角は１２０〜１７０°なので、請求項５の効果に加え、放電路を燃焼室の中心側へ引き伸ばす効果を確保できる。

請求項７記載のスパークプラグによれば、第２チップの体積は第１チップの体積より大きいので、請求項１から６のいずれかの効果に加え、気流によって引き伸ばされた放電路による火花消耗に対する第２チップの寿命を確保できる。

請求項８記載のスパークプラグによれば、第２チップの体積は第１チップの体積より１．３倍以上大きいので、請求項７の効果に加え、第２チップの耐火花消耗性を確保できる。

請求項９記載のスパークプラグによれば、中心電極は電極母材の先端に溶接部を介して貴金属を主成分とするチップが接合されている。チップに比べて火花消耗し易い溶接部が絶縁体の軸孔の内部に配置されているので、請求項１から８のいずれかの効果に加え、溶接部の火花消耗を抑制できる。

請求項１０記載のスパークプラグによれば、第２放電面に垂直な方向から接地電極を見たときに、中心電極の先端面と第１放電面とを最短距離で結んだ線分に垂直な方向において、中心電極の先端面の全てが第２チップの存在する範囲内に位置する。よって、中心電極と第２チップとの間に火花を生じ易くできる。その結果、請求項１から９のいずれかの効果に加え、第２面や第３面の火花消耗を抑制できる。

請求項１１記載のスパークプラグによれば、第２放電面に垂直な方向から接地電極を見たときに、中心電極の先端面と第１放電面とを最短距離で結んだ線分に垂直な方向において、第１放電面の全てが、第２チップの存在する範囲内に位置する。これにより火花が吹き流された際に、火花（放電路）の接地電極側の端が、第１チップから第２チップに移動し易くできる。その結果、請求項１から１０のいずれかの効果に加え、母材の火花消耗を抑制できる。

本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 接地電極の斜視図である。 図１の矢印ＩＩＩ方向から見たスパークプラグの片側断面図である。 スパークプラグの一部を拡大した片側断面図である。 第２実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 第３実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 第４実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 （ａ）は試験２の模式図であり、（ｂ）は試験３の模式図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である（但し接地電極４０は外形図）。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という（図２から図７においても同じ）。図１に示すようにスパークプラグ１０は、絶縁体１１、中心電極２０、主体金具３０及び接地電極４０を備えている。

絶縁体１１は、軸線Ｏに沿う軸孔１２が形成された略円筒状の部材であり、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等のセラミックスにより形成されている。絶縁体１１は、軸孔１２により形成された内周面の先端側に、後端側を向く円環状の面である後端向き面１３が形成されている。後端向き面１３は、先端側へ向けて縮径している。

中心電極２０は、頭部２１が後端向き面１３に係止される棒状の部材であり、後端向き面１３よりも先端側の軸孔１２に、頭部２１以外の部分が配置されている。中心電極２０は、Ｎｉを主成分とする有底円筒状の電極母材２２が、銅を主成分とする芯材２３を覆っている。電極母材２２はＮｉを５０ｗｔ％以上含む化学組成を有する。芯材２３を省略することは可能である。

電極母材２２の先端に、貴金属を主成分とするチップ２５が接合されている。チップ２５は、軸孔１２から先端側に一部が露出する。チップ２５は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ等の貴金属のうちの１種または２種以上を５０ｗｔ％以上含む化学組成を有する。中心電極２０は、軸孔１２内で端子金具２７と電気的に接続されている。

端子金具２７は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具２７は、先端側が軸孔１２に挿入された状態で、絶縁体１１の後端に固定されている。

主体金具３０は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具３０は絶縁体１１の先端側を取り囲み、絶縁体１１を内側に保持する。主体金具３０は、自身の先端側の胴部３１の外周面におねじ３２が形成されている。おねじ３２は、エンジン（図示せず）のねじ穴に螺合する部位である。主体金具３０は、胴部３１の後端側に連接される座部３３と、座部３３の後端側に連接される工具係合部３４と、を備えている。

座部３３は、エンジン（図示せず）のねじ穴とおねじ３２との隙間を塞ぐための部位であり、胴部３１の外径よりも外径が大きく形成されている。工具係合部３４は、エンジンのねじ穴におねじ３２を締め付けるときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。主体金具３０は、胴部３１の先端側に接地電極４０が接続されている。

接地電極４０は、Ｎｉを主成分とする棒状の母材４１と、母材４１に接合された貴金属を主成分とするチップ５３と、を備えている。母材４１は、一端部４２にチップ５３が接合され、他端部４３が主体金具３０に接続されている。母材４１はＮｉを５０ｗｔ％以上含む化学組成を有する。母材４１が、銅を主成分とする芯材（図示せず）を被覆するようにすることは可能である。チップ５３は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ等の貴金属のうちの１種または２種以上を５０ｗｔ％以上含む化学組成を有する。接地電極４０は、チップ５３が、中心電極２０と間隙（火花ギャップ）を介して対向する。

図２は接地電極４０の斜視図である。図２は接地電極４０のうちチップ５３が接合された母材４１の一端部４２（図１参照）側が図示され、母材４１の他端部４３側の図示が省略されている。母材４１の一端部４２は、第１辺４５及び第２辺４６に挟まれる第１面４４と、第１面４４の第２辺４６に接続される第２面４７と、第１面４４の第１辺４５に接続される第３面５０と、第２面４７及び第３面５０を接続する第４面５１と、を備えている。第１面４４は中心電極２０（図１参照）に対向する面である。第２面４７は第１辺４８及び第２辺４９に挟まれている。第１面４４、第２面４７、第３面５０及び第４面５１は先端面４１ａに接続している。第１面４４、第２面４７、第３面５０及び第４面５１は、先端面４１ａのある一端部４２（図１参照）側から他端部４３側へ延びている。

チップ５３は、底面が第１面４４に接合された第１チップ５４と、底面が第２面４７に接合された第２チップ５６と、を備えている。第１チップ５４及び第２チップ５６はいずれも直方体状（平板状）に形成されている。第１チップ５４の底面の反対側の面である第１放電面５５は第１面４４と同じ方向を向き、第２チップ５６の底面の反対側の面である第２放電面５７は第２面４７と同じ方向を向いている。第１面４４に垂直な方向における第１チップ５４の第１面４４からの高さＴ１は０．１ｍｍ〜１ｍｍである。第２面４７に垂直な方向における第２チップ５６の第２面４７からの高さＴ２は０．１ｍｍ〜１ｍｍである。これにより、第１チップ５４及び第２チップ５６の厚さを確保し、火花消耗に対する接地電極４０の寿命を確保できる。

第２面４７は面取部５２を介して第１面４４に接続されている。面取部５２は、第１面４４と第２辺４６を共有し、第２面４７と第１辺４８を共有する。本実施の形態では、面取部５２は丸みが付された丸面である。第１チップ５４は第１面４４の第２辺４６の一部（本実施形態では先端面４１ａの近く）を覆い、第２チップ５６は第２面４７の第１辺４８の一部（本実施形態では先端面４１ａの近く）を覆う。第１チップ５４と第２チップ５６とは面取部５２の分だけ離間している。

図３は図１の矢印ＩＩＩ方向から見たスパークプラグ１０の片側断面図である。図３ではスパークプラグ１０の先端側の部分が図示され、後端側の図示が省略されている。

中心電極２０は、電極母材２２の先端に円柱状のチップ２５が溶接部２４によって接合されている。本実施形態ではレーザ溶接により溶接部２４が形成されている。溶接部２４は絶縁体１１の軸孔１２の内部に配置されており、チップ２５の先端面２６側の一部が軸孔１２から先端側に突出している。

接地電極４０の第１チップ５４は、第１放電面５５が中心電極２０の先端面２６に対向している。第１チップ５４は母材４１の第１面４４に溶接部５８によって接合されている。本実施形態では、溶接部５８は抵抗溶接により形成されたナゲットである。第２チップ５６も抵抗溶接により形成された溶接部（図示せず）を介して母材４１に接合されている。

チップ５３は、第２チップ５６（溶接部は除く）の体積が、第１チップ５４（溶接部５８は除く）の体積よりも大きくなるように設定されている。本実施形態では、第２チップ５６の体積は第１チップ５４の体積の１．３倍以上である。また、第１チップ５４の第１放電面５５を含む第１仮想面５９（平面）と、第２チップ５６の第２放電面５７（平面）を含む第２仮想面６０とは、所定の角度θで交わる。本実施形態では角度θは略９０°である。

スパークプラグ１０は、例えば以下のような方法によって製造される。まず、絶縁体１１の軸孔１２に中心電極２０を挿入して、溶接部２４が軸孔１２の内部に存在し、先端面２６が軸孔１２から外部に露出するように中心電極２０を配置する。次いで、軸孔１２に端子金具２７を挿入しつつ、端子金具２７と中心電極２０とを電気的に接続した後、予め母材４１が接合された主体金具３０を絶縁体１１の外周に組み付ける。第１チップ５４及び第２チップ５６を母材４１に接合した後、第１チップ５４が中心電極２０と対向するように母材４１を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。

スパークプラグ１０がエンジン（図示せず）に取り付けられると、燃焼室に中心電極２０のチップ２５及び接地電極４０が露出する。スパークプラグ１０は、燃焼室内の混合気の気流の上流側に接地電極４０の第３面５０を向け、下流側（排気バルブ側）に第２面４７を向けてエンジンに配置される。

点火装置（図示せず）のイグニッションコイルの二次電圧が上昇して中心電極２０と接地電極４０との間の絶縁が破れると、まず、二次回路に蓄えられた電気エネルギーによって中心電極２０と接地電極４０との間に火花（以下「容量火花」と称す）が発生し、次いで、イグニッションコイルの電磁エネルギーによって、容量火花よりも電流が小さく持続時間が長い火花（以下「誘導火花」と称す）が発生する。接地電極４０のうち中心電極２０と火花放電が生じ易い部分は、中心電極２０に距離が近い部分や突出した部分なので、放電路は、中心電極２０の先端面２６と第１チップ５４の第１放電面５５との間に形成され易い。

燃焼室内の混合気の流速が遅いときは、放電路は、中心電極２０の先端面２６と第１チップ５４の第１放電面５５との間に形成される。一方、例えば希薄燃焼エンジンのように混合気の流速が速くなると、放電路は下流側に引き伸ばされ、第２面４７や第２チップ５６と中心電極２０の先端面２６との間に放電路が生じ得る。スパークプラグ１０は第２面４７に第２チップ５６が接合されているので、気流によって引き伸ばされた放電路６１（主に誘導火花の放電路）を、中心電極２０の先端面２６と第２チップ５６との間に形成できる。よって、第２面４７に第２チップ５６が接合されていない場合に比べ、母材４１（第２面４７）の火花消耗を抑制できる。

また、放電路６１が引き伸ばされると、放電によって活性化される燃料粒子を増やしつつ火炎核を大きくすることができる。中心電極２０や接地電極４０から火炎核までの距離が遠くなるので、中心電極２０や接地電極４０による消炎作用も小さくできる。よって、着火性を向上できる。

さらに、第１チップ５４と第２チップ５６とを離間させることにより、第１チップ５４から第２チップ５６への熱伝導、及び、第２チップ５６から第１チップ５４への熱伝導を抑制できる。チップ５３は温度が高いほど火花消耗し易いので、放電によって加熱される第１チップ５４と第２チップ５６との距離をあけて、第１チップ５４と第２チップ５６との間の直接的な熱伝導を抑制し、第１チップ５４から母材４１への熱伝達、及び、第２チップ５６から母材４１への熱伝達をそれぞれ促すことにより、チップ５３の温度上昇を抑制して、その分だけチップ５３の火花消耗を抑制できる。よって、接地電極４０の耐火花消耗性を向上できる。

貴金属を主成分とするチップ５３（第１チップ５４及び第２チップ５６）及びＮｉを主成分とする母材４１が溶融した溶接部５８の熱伝導率はチップ５３の熱伝導率より小さいので、本実施形態のように溶接部５８が形成されている場合、第１チップ５４と第２チップ５６とを離間することによる、熱伝導による第１チップ５４及び第２チップ５６の温度上昇の抑制効果が高い。よって、本実施形態のように溶接部５８が形成されている場合に、第１チップ５４と第２チップ５６とを離間することがより好ましい。

母材４１の第１面４４のうち、第２チップ５６が接合された第２面４７が接続する第２辺４６の一部を第１チップ５４が覆うので、第１チップ５４によって、第１面４４の第２辺４６付近の火花消耗を抑制できる面積を広くできる。よって、母材４１の第１面４４の耐火花消耗性を向上できる。また、母材４１の第２面４７のうち、第１面４４が接続する第１辺４８の一部を第２チップ５６が覆うので、第２チップ５６によって、第２面４７の第１辺４８付近の火花消耗を抑制できる面積を広くできる。よって、母材４１の第２面４７の耐火花消耗性を向上できる。

第２チップ５６（溶接部は除く）の体積は第１チップ５４（溶接部５８は除く）の体積より大きいので、気流によって引き伸ばされた放電路６１（主に誘導火花の放電路）による火花消耗に対する第２チップ５６の寿命を確保できる。また、中心電極２０は、チップ２５に比べて火花消耗し易い溶接部２４が絶縁体１１の軸孔１２の内部に配置されているので、溶接部２４の火花消耗を抑制できる。

図４は、図１の紙面に垂直な方向から見たスパークプラグ１０の一部を拡大した片側断面図である（但し接地電極４０は外形図）。スパークプラグ１０は、第２チップ５６の第２放電面５７に垂直な方向（図４紙面に垂直な方向）から接地電極４０を見たときに、中心電極２０の先端面２６と第１放電面５５とを最短距離で結んだ線分に垂直な方向（図４紙面と平行な方向）において、中心電極２０の先端面２６の全てが第２チップ５６の存在する範囲６２内に位置する。よって、中心電極２０の先端面２６と第２チップ５６との間に火花を生じ易くできる。その結果、第２面４７（図３参照）の火花消耗を抑制できる。

また、第２放電面５７に垂直な方向（図４紙面に垂直な方向）から接地電極４０を見たときに、中心電極２０の先端面２６と第１放電面５５とを最短距離で結んだ線分に垂直な方向（図４紙面と平行な方向）において、第１放電面５５の全てが、第２チップ５６の存在する範囲６２内に位置する。よって、中心電極２０と第１チップ５４との間の火花が吹き流された際に、放電路６１（図３参照）の接地電極４０側の端が、第１チップ５４から第２チップ５６に移動し易くできる。その結果、母材４１の火花消耗を抑制できる。なお、第２チップ５６の存在する範囲６２の幅（図４左右方向の寸法）は、第２チップ５６のうち最も広い部分の幅に等しい。

次に図５を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、第１放電面５５を含む第１仮想面５９と第２放電面５７を含む第２仮想面６０とがなす角度θが略９０°の場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、第１放電面８０を含む第１仮想面８４と第２放電面８２を含む第２仮想面８５とが鈍角をなす場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５は第２実施の形態におけるスパークプラグ７０の片側断面図である。図５ではスパークプラグ７０の先端側の部分が図示され、後端側の図示が省略されている。

図５に示すようにスパークプラグ７０の接地電極７１は、Ｎｉを主成分とする母材７２と、母材７２の第１面７３に接合された第１チップ７９と、母材７２の第２面７５に接合された第２チップ８１と、を備えている。母材７２は、中心電極２０の先端面２６に対向する第１面７３と、面取部７４を介して第１面７３に接続される第２面７５と、第２面７５の反対側の第１面７３に接続される第３面７７と、第３面７７に向かい合い第２面７５に接続される第４面７６と、第３面７７及び第４面７６を接続する第５面７８と、を備えている。第１面７３と第２面７５とは鈍角をなす。面取部７４は角を落とした角面（面取り）である。

第１チップ７９は貴金属を主成分とする平板状の部材であり、第１チップ７９及び母材７２が溶融した溶接部８３によって母材７２に接合されている。第１チップ７９の第１放電面８０は中心電極２０の先端面２６に対向し、第１放電面８０は軸線Ｏに垂直である。第２チップ８１は貴金属を主成分とする平板状の部材であり、第２チップ８１及び母材７２が溶融した溶接部（図示せず）によって母材７２に接合されている。第１放電面８０を含む第１仮想面８４（平面）と、第２チップ８１の第２放電面８２を含む第２仮想面８５（平面）とは、鈍角をなし、所定の角度θ（θ＞９０°）で交わる。好ましくは１２０°≦θ≦１７０°である。

ここで、中心電極２０と第２放電面８２との間の火花放電は、第２放電面８２のうち突出した部分や中心電極２０に距離が近い部分に生じ易い。第１仮想面８４と第２仮想面８５とが鈍角をなすことにより、第１仮想面８４と第２仮想面８５とが垂直に交わる場合に比べて、中心電極２０が配置されている後端側（図５上側）に第２放電面８２を向けられる。これにより、第２放電面８２の先端側（図５下側）と中心電極２０との間に放電を生じさせ易くできるので、中心電極２０と第２放電面８２との間の放電路８６を、燃焼室（図示せず）内の混合気の流動によって、燃焼室の中心側へ引き伸ばし易くできる。その結果、燃焼室の中心近くの燃料粒子を火花放電によって活性化できるので、着火性を向上できる。

次に図６を参照して第３実施の形態について説明する。第２実施の形態では、第１チップ７９が接合された母材７２の第１面７３と第２チップ８１が接合された第２面７５とが鈍角をなし、その結果、第１仮想面８４と第２仮想面８５とが鈍角をなす場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、第１チップ９９が接合された母材９２の第１面９３に対して第２チップ１０１が接合された第２面９５は垂直だが、第２チップ１０１の形状により、第１仮想面１０４と第２仮想面１０５とが鈍角をなす場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図６は第３実施の形態におけるスパークプラグ９０の片側断面図である。図６ではスパークプラグ９０の先端側の部分が図示され、後端側の図示が省略されている。

図６に示すようにスパークプラグ９０の接地電極９１は、Ｎｉを主成分とする母材９２と、母材９２の第１面９３に接合された第１チップ９９と、母材９２の第２面９５に接合された第２チップ１０１と、を備えている。母材９２は、中心電極２０の先端面２６に対向する第１面９３と、中間面９４を介して第１面９３に接続される第２面９５と、中間面９４の反対側の第１面９３に接続される第３面９６と、第２面９５及び第３面９６を接続する第４面９７と、を備えている。第１面９３に対して第２面９５は略垂直である。中間面９４は第１面９３と第２面９５とを接続する平坦面である。

第１チップ９９は貴金属を主成分とする平板状の部材であり、第１チップ９９及び母材９２が溶融した溶接部１０３によって母材９２に接合されている。第１チップ９９の第１放電面１００は中心電極２０の先端面２６に対向し、第１放電面１００は軸線Ｏに垂直である。第２チップ１０１は貴金属を主成分とする略三角柱状の部材であり、溶接部（図示せず）によって母材９２に接合されている。第２チップ１０１の第２放電面１０２を含む第２仮想面１０５（平面）は、第２面９５に対して傾斜している。

第１放電面１００を含む第１仮想面１０４（平面）と第２放電面１０２を含む第２仮想面１０５とは鈍角をなし、所定の角度θ（θ＞９０°）で交わる。好ましくは１２０°≦θ≦１７０°である。スパークプラグ９０によれば、第１仮想面１０４と第２仮想面１０５とが鈍角をなすので、第２実施形態におけるスパークプラグ７０と同様の作用効果を実現できる。

図７を参照して第４実施の形態について説明する。第２実施の形態では、接地電極７１の母材７２の第１面７３に第１チップ７９が配置され、母材７２の第２面７５に第２チップ８１が配置される場合について説明した。これに対し第４実施形態では、第１チップ７９及び第２チップ８１に加え、第３チップ１１２が接地電極１１１に配置される場合について説明する。なお、第１実施形態および第２実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図７は第４実施の形態におけるスパークプラグ１１０の片側断面図である。図７ではスパークプラグ１１０の先端側の部分が図示され、後端側の図示が省略されている。

図７に示すようにスパークプラグ１１０の接地電極１１１は、母材７２の第４面７６に第３チップ１１２が配置されている。第３チップ１１２は貴金属を主成分とする平板状の部材であり、第３チップ１１２及び母材７２が溶融した溶接部（図示せず）によって母材７２に接合されている。第３チップ１１２は、第１チップ７９及び第２チップ８１とそれぞれ離間している。第３チップ１１２の第３放電面１１３を含む第３仮想面１１４（平面）と第２仮想面８５とは鈍角をなし、所定の角度θ（θ＞９０°）で交わる。好ましくは１２０°≦θ≦１７０°である。

第４実施形態によれば、母材７２の第４面７６に第３チップ１１２が配置されているので、第４面７６の火花消耗を抑制できる。さらに、中心電極２０と第３チップ１１２との間に放電が生じると、放電路８６を燃焼室（図示せず）の中心側へ引き伸ばし易くできる。その結果、燃焼室の中心近くの燃料粒子を火花放電によって活性化できるので、着火性を向上できる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（試験１）
試験者は、中心電極の電極母材の先端にＩｒ製のチップ（以下「相手チップ」と称す）が接合され、接地電極の母材に直径１．６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円盤状のチップ（Ｎｉを１０ｗｔ％含有するＰｔ製）が接合されたスパークプラグを準備した。試験者は、混合気が供給される試験用エンジンにスパークプラグを取り付け、試験用エンジンの燃焼室を１．５Ｍｐａに加圧した。この状態で、電磁エネルギー５０ｍＪのイグニッションコイルに充電し、６０Ｈｚの周期で２５０時間、スパークプラグの中心電極と接地電極との間に火花放電を生じさせる試験を行った。この充放電の周期は４ストロークエンジンの７２００ｒｐｍに相当する。この試験の１００時間は、一般の運転手による約５万ｋｍの自動車の走行距離に相当する。

試験開始から２５０時間まで、５０時間毎にスパークプラグを取り外し、チップと相手チップとの隙間をゲージで測定した。測定された隙間から相手チップの消耗量（厚さ）を差し引いて、チップの消耗量（厚さ）を算出した。試験開始から５０時間毎のチップの消耗量を表１に示す。

表１に示すように、試験開始から１００時間後のチップの消耗量（厚さ）は０．１ｍｍであった。従って、接地電極のチップは、厚さが０．１ｍｍ以上あれば寿命を確保できると判断される。

なお、表１に示すように試験時間が長くなるほどチップの消耗量は増加するので、チップは厚いほど寿命を長くできる。一方、チップの質量はチップの厚さに比例するので、チップが厚くなるにつれてチップを支える母材に加わる荷重は増加し、高温環境下において母材の変形や破損の原因となる。これらを考慮して、チップの厚さは１．０ｍｍを上限とする。

（試験２）
図８（ａ）は試験２の模式図である。試験者は、中心電極１２１と断面が方形状の接地電極１２２とを対向させたスパークプラグ１２０を、上流から下流まで断面積が一定の流路に取り付けた。スパークプラグ１２０は、接地電極１２２の第１面１２３を中心電極１２１に対向させ、第１面１２３と中心電極１２１との間に火花ギャップを形成した。試験者は、試験ガス（本実施例では空気）の流れＦの上流側に第３面１２５を、流れＦの下流側に第２面１２４を配置し、流路の断面積の中央にスパークプラグ１２０の火花ギャップがくるように調整した。なお、ニッケル基合金製の母材（チップが母材に接合されていないもの）を接地電極１２２とした。

試験ガスの流速を１０ｍ／ｓとし、１回の放電エネルギーが１００ｍＪの放電を中心電極１２１と接地電極１２２との間に生じさせ、電気火花を発生させた。１００回の放電の様子を高速度カメラで撮影し、中心電極１２１と第１面１２３との間で放電している時間（Ａ）と、中心電極１２１と第２面１２４との間で放電している時間（Ｂ）と、を測定した。その結果、時間Ａと時間Ｂとを合計した時間に対して、中心電極１２１と第２面１２４との間で放電している時間（Ｂ）の割合は５７％であった。

この結果から、放電している時間が長い第２面に接合される第２チップの体積を、第１面に接合される第１チップの体積よりも大きくすることにより、気流によって引き伸ばされた放電路による火花消耗に対する第２チップの寿命を確保できることが明らかである。特に、時間（Ａ）に対する時間（Ｂ）の比率（５７％／４３％）に応じ、第１チップの体積に対して第２チップの体積を１．３倍以上にすることにより、第２チップの火花消耗性を確保できることが明白である。

（試験３）
図８（ｂ）は試験３の模式図である。試験者は、中心電極１３１と接地電極１３２とを対向させたスパークプラグ１３０を、上流から下流まで断面積が一定の流路に取り付けた。スパークプラグ１３０は、接地電極１３２の第１面１３３と中心電極１３１の先端面とが互いに平行になるように中心電極１３１に第１面１３３を対向させ、第１面１３３と中心電極１３１との間に火花ギャップ１３６を形成した。試験者は、試験ガス（本実施例では空気）の流れＦの上流側に第３面１３５を、流れＦの下流側に第２面１３４を配置し、流路の断面積の中央にスパークプラグ１３０の火花ギャップ１３６がくるように調整した。なお、ニッケル基合金製の母材（チップが母材に接合されていないもの）を接地電極１３２とした。

試験ガスの流速を１０ｍ／ｓとし、１回の放電エネルギーが１００ｍＪの放電を中心電極１３１と接地電極１３２との間に生じさせ、電気火花を発生させた。１００回の放電の様子を高速度カメラで撮影し、画像処理をすることにより、中心電極１３１と第２面１３４との間に形成された放電路１３７を平面図形としたときの重心１３８を計算し、その平均位置を求めた。放電路１３７の両端を結んだ線分と放電路１３７とによって囲まれた図形を放電路１３７の平面図形とした。重心１３８は、平面図形を構成する座標の算術平均、平面図形のモーメント等を用いた公知の方法によって求められる。

試験者は、第１面１３３及び第２面１３４の大きさは変えないで、接地電極１３２の第２面１３４の第１面１３３に対する角度を異ならせて、第１面１３３と第２面１３４とのなす角θを変え、その角度θと重心１３８の平均位置との関係を調べた。軸線Ｏ方向において、重心１３８の平均位置が第１面１３３の位置よりも先端側（図８（ｂ）下側）に存在するものを「Ａ」と評価し、重心１３８の平均位置が第１面１３３の位置よりも後端側（図８（ｂ）上側）に存在するものを「Ｂ」と評価した。結果は表２に記した。

表２に示すように１２０°≦θ≦１７０°のときは評価Ａであった。評価Ａのスパークプラグによれば、評価Ｂのスパークプラグに比べて、放電路１３７の重心１３８をエンジンの燃焼室の中心側に近づけられるので、燃焼室の中心に近い燃料粒子を放電によって活性化できる。よって、着火性を向上できることが明らかである。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

実施形態では、接地電極４０，７１，９１，１１１の母材４１，７２，９２の断面が矩形状や五角形状に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。母材の断面形状は適宜設定される。例えば母材の断面を半円形状にすることは当然可能である。

実施形態では、母材４１，７２，９２に接合される第１チップ５４，７９，９９、第２チップ５６，８１及び第３チップ１１２の形状が平板状（直方体）の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１チップや第２チップ、第３チップの形状を、例えば実施例（試験１）のように直方体以外の円盤状などにすることは当然可能である。第１チップ、第２チップ及び第３チップの形状は適宜設定される。

実施形態では、母材４１の第１面４４の第２辺４６のうち先端面４１ａの近くを第１チップ５４が覆い、第２面４７の第１辺４８のうち先端面４１ａの近くを第２チップ５６が覆う場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。チップ５３の大きさや母材４１の一端部４２側の長さは適宜設定できるので、チップ５２と先端面４１ａとの距離は任意に設定できる。

実施形態では、母材４１，７２，９２の第２面４７，７５，９５に第２チップ５６，８１，１０１が接合され、第３面５０，７７，９６には第２チップが接合されない場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第２面４７，７５，９５に加えて第３面５０，７７，９６に第２チップを接合したり、第２面４７，７５，９５に代えて第３面５０，７７，９６に第２チップを接合したりすることは当然可能である。第３面５０，７７，９６に第２チップを接合することにより、第３面５０，７７，９６の火花消耗を抑制できる。

また、第１チップ５４，７９，９９や第２チップ５６，８１，１０１に加え、母材４１の先端面４１ａに第３チップを接合することは当然可能である。第３チップを先端面４１ａに接合することにより、先端面４１ａの火花消耗を抑制できる。

なお、各実施形態は、それぞれ、他の実施形態が有する構成の一部または複数部分を、その実施形態に追加し或いはその実施形態の構成の一部または複数部分と交換等することにより、その実施形態を変形して構成するようにしても良い。例えば、第１実施形態におけるスパークプラグ１０の第２チップ５６に代えて、第３実施形態におけるスパークプラグ９０の第２チップ１０１を母材４１の第２面４７に接合することは当然可能である。これにより、第２チップ１０１の第２放電面１０２を含む第２仮想面１０５と第１仮想面５９とが鈍角をなすようにできる。

また、第１実施形態におけるスパークプラグ１０の母材４１の面取部５２を角面にしたり、第２実施形態や第４実施形態におけるスパークプラグ７０，１１０の母材７２の面取部７４を丸面にしたり、第３実施形態におけるスパークプラグ９０の母材９２の中間面９４を省略したり、中間面９４を湾曲面にしたりすることは当然可能である。

１０，７０，９０，１１０ スパークプラグ
１１ 絶縁体
１２ 軸孔
２０ 中心電極
２２ 電極母材
２４ 溶接部
２５ チップ
２６ 先端面
４０，７１，９１ 接地電極
４１，７２，９２ 母材
４２ 母材の一端部
４３ 母材の他端部
４４，７３，９３ 第１面
４６ 第２辺（辺）
４７，７５，９５ 第２面
５０，７７，９６ 第３面
５３ チップ
５４，７９，９９ 第１チップ
５５，８０，１００ 第１放電面
５６，８１，１０１ 第２チップ
５７，８２，１０２ 第２放電面
５９，８４，１０４ 第１仮想面
６０，８５，１０５ 第２仮想面
６２ 第２チップの存在する範囲
Ｏ 軸線

Claims (11)

1. 先端側から後端側へと軸線の方向へ延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に配置された中心電極と、
   前記絶縁体を内側に保持する筒状の主体金具と、
   Ｎｉを主成分とする棒状の母材であり、自身の他端部が前記主体金具に接続される母材と、貴金属を主成分とし前記母材の一端部に接合されるチップと、を有する接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
   前記母材の前記一端部は、前記中心電極に対向する第１面と、前記第１面に接続され前記一端部側から前記他端部側へ延びる第２面および第３面と、を備え、
   前記チップは、前記第１面に接合され前記中心電極との間でスパークする第１放電面を有する第１チップと、前記第２面および前記第３面の少なくとも１つに接合され前記中心電極との間でスパークする第２放電面を有する第２チップと、を有し、
   前記第１チップと前記第２チップとは離間しているスパークプラグ。
2. 前記第１チップは、前記第１面のうち、前記第２チップが接合された前記第２面および前記第３面の少なくとも１つが接続する辺の少なくとも一部を覆う請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記第２チップは、前記第２面および前記第３面の少なくとも一つのうち、前記第１面が接続する辺の少なくとも一部を覆う請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記第１面に垂直な方向における前記第１チップの前記第１面からの高さ、及び、前記第２面または前記第３面に垂直な方向における前記第２チップの前記第２面または前記第３面からの高さは０．１〜１ｍｍである請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。
5. 前記第１放電面を含む第１仮想面と前記第２放電面を含む第２仮想面とは鈍角をなす請求項１から４のいずれかに記載のスパークプラグ。
6. 前記鈍角は１２０〜１７０°である請求項５記載のスパークプラグ。
7. 前記第２チップの体積は、前記第１チップの体積より大きい請求項１から６のいずれかに記載のスパークプラグ。
8. 前記第２チップの体積は、前記第１チップの体積より１．３倍以上大きい請求項７記載のスパークプラグ。
9. 前記中心電極は、電極母材と、前記電極母材の先端に溶接部を介して接合された貴金属を主成分とするチップと、を備え、
   前記溶接部は、前記絶縁体の前記軸孔の内部に配置されている請求項１から８のいずれかに記載のスパークプラグ。
10. 前記第２放電面に垂直な方向から前記接地電極を見たときに、
    前記中心電極の先端面と前記第１放電面とを最短距離で結んだ線分に垂直な方向において、前記中心電極の前記先端面の全てが、前記第２チップの存在する範囲内に位置する請求項１から９のいずれかに記載のスパークプラグ。
11. 前記第２放電面に垂直な方向から前記接地電極を見たときに、
    前記中心電極の先端面と前記第１放電面とを最短距離で結んだ線分に垂直な方向において、前記第１放電面の全てが、前記第２チップの存在する範囲内に位置する請求項１から１０のいずれかに記載のスパークプラグ。

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