JP3075528B2

JP3075528B2 - スパークプラグ及び内燃機関用点火システム

Info

Publication number: JP3075528B2
Application number: JP10268255A
Authority: JP
Inventors: 祥一郎伊藤; 佳弘松原
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: US6326720B1; JP2000100545A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用のスパー
クプラグと、スパークプラグを用いた内燃機関用点火シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】スパークプラグを使用する自動車用内燃
機関の点火システムとしては、図１１に示すような、デ
ィストリビュータを用いた方式が長らく使用されてき
た。該システム２４９では、点火コイル２５１は、点火
スイッチ２５７を介してバッテリー２５６から受電する
一次コイル２５２がイグナイタ２５４に接続される一
方、二次コイル２５３がディストリビュータ２５０に接
続される。そして、制御ユニット２５５が所定の着火タ
イミングでイグナイタ２５４に遮断指令信号を発する
と、イグナイタ２５４は無接点スイッチ部を作動させて
一次コイル２５２への通電を遮断する。これにより、二
次コイル２５３には高圧の誘導電流が発生し、これがデ
ィストリビュータ２５０によりハイテンションケーブル
Ｃを介して各スパークプラグ１００に分配される。

【０００３】しかしながら、最近はディストリビュータ
方式は次第に用いられなくなってきており、点火時期制
御が容易で接点メンテナンスも不要である、フルトラン
ジスタ型コイルオン方式の点火システム（以下、ディス
トリビュータを使用しない点火方式という意味で、ＤＬ
Ｉ（Distributor-Less Ignition）方式と称する）が主
流となりつつある。この方式では、各スパークプラグ上
に点火コイルが直接取り付けられ、制御ユニットにより
所定のタイミングで遮断駆動されることとなる。この場
合、点火コイルがスパークプラグに直接取り付けられる
ため、ハイテンションケーブルは不要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来より、
スパークプラグの耐火花消耗性を向上させるために、電
極の先端にＰｔ（白金）合金のチップを溶接して発火部
を形成したものが使用されている。しかしながら、白金
は高価であり融点も１７６９℃程度であって耐火花消耗
材料としては十分ではないため、チップ材料として融点
が２４５４℃程度と高いＩｒ（イリジウム）を使用する
提案がなされている。ところが、発火部をＩｒで構成し
た場合、Ｉｒが９００〜１０００℃程度の高温域におい
て、揮発性の酸化物を生成することから、比較的消耗し
やすい性質を有している。

【０００５】そして、このようなＩｒ系チップにて発火
部を構成したスパークプラグにおいては、前記した点火
システムの方式変更が、その発火部の耐久性に少なから
ぬ影響を及ぼす場合がある。すなわち、スパークプラグ
の火花放電の形態には、大きく分けてグロー放電とアー
ク放電との２種類がある。グロー放電は、例えば電源イ
ンピーダンスが比較的大きい時に発生する放電形態であ
り、放電電流がそれほど大きくないので、発火部の昇温
・消耗は比較的進みにくい。他方、アーク放電は電源イ
ンピーダンスが小さいときに発生することが多く、大電
流が流れて発火部の昇温ひいては消耗が進みやすい。従
って、発火部の消耗抑制という観点においては、グロー
放電が主体となる環境が望ましいと言える。

【０００６】そして、ディストリビュータ方式では、接
点ギャップやハイテンションケーブルに由来する電気抵
抗により電源インピーダンスは大きく、放電形態はグロ
ー放電を主体としたものになりやすい。しかしながら、
ＤＬＩ方式では接点ギャップやケーブルの抵抗が存在し
ないため電源インピーダンスが小さく、電極に使用され
る材質によっては火花放電でのグロー／アークの放電遷
移比率が増し、電極消耗が生じやすくなることがある。
そして、本発明者らが検討したところによると、Ｉｒ系
合金の発火部の場合、グロー／アークの放電遷移比率が
特に高く、酸化揮発により消耗が進みやすいことも相俟
って、スパークプラグが特に短寿命化しやすくなること
がわかった。

【０００７】本発明の課題は、発火部をＩｒ系合金で構
成しつつもアーク放電が発生しにくく、ひいては電極消
耗が抑制され長寿命となるスパークプラグと、該スパー
クプラグを用いた内燃機関用点火システムとを提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のスパークプラグは、中心電
極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶縁
体の外側に設けられた主体金具と、中心電極と対向する
ように配置された接地電極と、それら中心電極と接地電
極との少なくとも一方に固着されて火花放電ギャップを
形成する発火部とを備え、また、絶縁体の軸方向に形成
された貫通孔に対し、その一方の端部側に端子金具が固
定され、同じく他方の端部側に中心電極が固定されると
ともに、該貫通孔内において端子金具と中心電極との間
に抵抗体が配置されており、発火部が、Ｉｒを６０重量
％以上含有する合金を主体に構成され、かつ抵抗体を介
した端子金具と中心電極との間の電気抵抗値が１０ｋΩ
以上３０ｋΩ以下の範囲に確保されていることを特徴と
する。

【０００９】また、本発明の内燃機関用点火システム
は、中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁
体と、絶縁体の外側に設けられた主体金具と、中心電極
と対向するように配置された接地電極と、それら中心電
極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花放電
ギャップを形成する発火部とを備え、また、絶縁体の軸
方向に形成された貫通孔に対し、その一方の端部側に端
子金具が固定され、同じく他方の端部側に中心電極が固
定されたスパークプラグと、そのスパークプラグに取り
付けられるケーシングと、そのケーシングの内側に収容
されるとともにスパークプラグの端子金具に接続され、
該スパークプラグに対して放電用の高電圧を印加する点
火コイルとを有するコイルユニットを備え、スパークプ
ラグの発火部が、Ｉｒを６０重量％以上含有する金属を
主体に構成され、かつ点火コイルと中心電極との間に、
両者の間の電気抵抗値を１０ｋΩ以上に確保するための
抵抗部が設けられたことを特徴とする。

【００１０】発火部をＩｒ系の金属で構成する場合、そ
の金属成分の６０重量％以上をＩｒで構成しなければ、
発火部の高融点化による耐火花消耗性の向上は十分に期
待することはできない。しかしながら、コイルユニット
によりスパークプラグに点火コイルをハイテンションケ
ーブルを介さずに直結する方式、すなわちＤＬＩ方式を
点火システムとして採用する場合、発火部のＩｒ含有量
が高くなると、前述の通りアーク放電等の大電流放電へ
の遷移が起こりやすくなり、昇温によるＩｒ成分の酸化
揮発に起因した発火部の消耗が生じやすくなる。

【００１１】しかしながら、本発明者らが鋭意検討した
結果、上記のようなＩｒ系金属で発火部を構成したスパ
ークプラグ（以下、Ｉｒ系プラグともいう）において
は、点火コイルと中心電極との間の電気抵抗値（すなわ
ち電源インピーダンスに相当する）を１０ｋΩ以上に確
保することで、ＤＬＩ方式においても比較的電流の小さ
い形態の放電（グロー放電等）が安定して持続しやすく
なることを見い出し、本発明を完成するに至ったのであ
る。これにより、ＤＬＩ方式の点火システムに上記Ｉｒ
系プラグを適用した場合に、アーク放電等の大電流放電
への遷移が起こりにくくなり、ひいては高速あるいは高
負荷運転時においてもＩｒの酸化揮発による発火部の消
耗が抑えられ、スパークプラグを長寿命化することがで
きる。なお、点火コイルと中心電極との間の電気抵抗値
は、より望ましくは１５ｋΩ以上確保されているのがよ
い。他方、電気抵抗値が１００ｋΩを超えると着火性の
低下を招くことがあり、注意が必要である。

【００１２】点火コイルと中心電極との間で１０ｋΩ以
上の電気抵抗値を確保するためには、スパークプラグに
組み込まれた電波ノイズ低減用の抵抗体を利用すること
ができる。この場合、抵抗体の電気抵抗値を高くして、
端子金具と中心電極との間で１０ｋΩ以上（望ましくは
１５ｋΩ以上）の電気抵抗値が確保されるように、スパ
ークプラグを構成することができる。他方、安価な普及
型スパークプラグのように、抵抗体が組み込まれない場
合には、コイルユニット側に設けた抵抗器等の抵抗部に
より、上記範囲の電気抵抗値が確保されるようにしても
よい。

【００１３】スパークプラグは、中心電極の先端部の軸
断面径を小さくするほど中心電極先端部体積が減少し
て、着火により生じた炎の熱を奪いにくくなり着火性が
向上する。そして、本発明のスパークプラグあるいは点
火システムにおいて、上記Ｉｒ系合金で構成された発火
部を中心電極の先端部に形成する場合、該中心電極の先
端径は１．１ｍｍ以下の範囲で調整するのがよい。すな
わち、先端径を１．１ｍｍ以下とすることで、先端細径
化による着火性向上の効果を顕著に享受できる。なお、
該先端径は望ましくは０．３〜０．８ｍｍの範囲で調整
するのがよい。先端径を０．８ｍｍ以下とすることで、
着火性向上の効果がさらに顕著となる。他方、先端径が
０．３ｍｍ未満になると火花の集中により発火部が昇温
しやすくなり、Ｉｒの酸化揮発による発火部の消耗が進
みやすくなる場合がある。

【００１４】また、スパークプラグは一般に、絶縁体の
外側が主体金具により覆われているが、燻りや燃料のカ
ブリ等により絶縁体表面が汚損されると、金具内面と絶
縁体外面との間で火花が飛んで、ギャップでの正常な放
電が阻害される不具合が生ずる場合がある。この場合、
火花放電ギャップの間隔をなるべく小さくすることが、
汚損発生時に正常なギャップ放電を確保する上で有効で
ある。この場合、スパークプラグの耐汚損性を確保する
ために、その火花放電ギャップの大きさを１．２ｍｍ以
下、望ましくは０．８ｍｍ以下とするのがよい。また、
ギャップ短絡を防止する観点から、火花放電ギャップの
大きさは０．３ｍｍ以上に設定するのがよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面を用いて説明する。図１に示す本発明の一例
たる抵抗体入りスパークプラグ１００は、筒状の主体金
具１、先端部が突出するようにその主体金具１内に嵌め
込まれた絶縁体２、先端部を突出させた状態で絶縁体２
の内側に設けられた中心電極３、及び主体金具１に一端
が結合され、他端側が中心電極３の先端と対向するよう
に配置された接地電極４等を備えている。また、図２に
示すように、接地電極４には中心電極の発火部３１に対
向する発火部３２が形成されており、それら発火部３１
と、対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギャッ
プｇとされている。

【００１６】絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成されてい
る。また、主体金具１は、低炭素鋼等で形成されてお
り、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとと
もに、その外周面には、プラグ１００を図示しないエン
ジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されて
いる。なお、ねじ部７の呼びは、例えばＭ１４Ｓであ
る。また、中心電極３を突出させている側の主体金具１
の開口端から、絶縁体２の後端縁位置までの長さＬ1
は、例えば５８．５ｍｍである。

【００１７】次に、中心電極３及び接地電極４の本体部
３ａ及び４ａ（図２）はＮｉ合金（例えばインコネル
（Inconel：商標名））で構成されている。一方、上記
発火部３１及び対向する発火部３２は、金属成分がＩｒ
を６０重量％以上含有する合金を主体に構成される。

【００１８】図２に示すように、中心電極３の本体部３
ａは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構
成され、ここに上記発火部３１を構成する合金組成から
なる円板状のチップを重ね合わせ、さらにその接合面外
縁部に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接
等により溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより
発火部３１が形成される。また、対向する発火部３２
は、発火部３１に対応する位置において接地電極４にチ
ップを位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同様に
溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより形成され
る。なお、これらチップは、例えば表記組成となるよう
に各合金成分を配合・溶解することにより得られる溶解
材、又は合金粉末あるいは所定比率で配合された金属単
体成分粉末を成形・焼結することにより得られる焼結材
により構成することができる。

【００１９】上記チップを構成する合金としては、例え
ば次のようなものを使用できる。（１）Ｉｒを主体としてＲｈを３〜５０重量％（ただし
５０重量％は含まない）の範囲で含有する合金を使用す
る。該合金の使用により、高温でのＩｒ成分の酸化・揮
発による発火部の消耗が効果的に抑制され、ひいては耐
久性に優れたスパークプラグが実現される。

【００２０】上記合金中のＲｈの含有量が３重量％未満
になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、
発火部が消耗しやすくなるためプラグの耐久性が低下す
る。一方、Ｒｈの含有量が５０重量％以上になると合金
の融点が低下し、プラグの耐久性が同様に低下する。以
上のことから、Ｒｈの含有量は前述の範囲で調整するの
がよく、望ましくは７〜３０重量％、より望ましくは１
５〜２５重量％、最も望ましくは１８〜２２重量％の範
囲で調整するのがよい。

【００２１】（２）Ｉｒを主体としてＰｔを１〜２０重
量％の範囲で含有する合金を使用する。該合金の使用に
より、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部の消
耗が効果的に抑制され、ひいては耐久性に優れたスパー
クプラグが実現される。なお、上記合金中のＰｔの含有
量が１重量％未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果
が不十分となり、発火部が消耗しやすくなるためプラグ
の耐久性が低下する。一方、Ｐｔの含有量が２０重量％
以上になると合金の融点が低下し、プラグの耐久性が同
様に低下する。

【００２２】チップ（発火部）を構成する材料には、元
素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族
（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合
酸化物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有さ
せることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発
による消耗がさらに効果的に抑制される。この場合、該
酸化物の配合によりＩｒ成分の酸化揮発を抑制できるこ
とから、チップを構成する金属部は、上記（１）あるい
は（２）のようなＩｒ合金の他、Ｉｒ単体金属で構成す
ることもできる。なお、上記酸化物の含有量が０．１重
量％未満になると、当該酸化物添加によるＩｒの酸化・
揮発防止効果が十分に得られなくなる。一方、酸化物の
含有量が１５重量％を超えると、チップの耐熱衝撃性が
低下し、例えばチップを電極に溶接等により固着する際
に、ひびわれ等の不具合を生ずることがある。なお、上
記酸化物としては、Ｙ_２Ｏ_３が好適に使用されるが、こ
のほかにもＬａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、ＺｒＯ_２等を好まし
く使用することができる。

【００２３】ここで、発火部３１、すなわち中心電極３
の先端径δは１．１ｍｍ以下、望ましくは０．３〜０．
８ｍｍに設定される。また、火花放電ギャップｇの大き
さγは、１．２ｍｍ以下、望ましくは０．３〜１．１ｍ
ｍ、さらに望ましくは０．６〜０．９ｍｍに設定され
る。なお、発火部３１及び対向する発火部３２は、いず
れか一方を省略する構成としてもよい。この場合には、
発火部３１又は対向する発火部３２及び接地電極４又は
中心電極３との間で火花放電ギャップｇが形成される。

【００２４】図１に戻り、上記スパークプラグ１００に
おいては、絶縁体２の軸方向には貫通孔６が形成されて
おり、その一方の端部側に端子金具１３が挿入・固定さ
れ、同じく他方の端部側に中心電極３が挿入・固定され
ている。また、該貫通孔６内において端子金具１３と中
心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵
抗体１５の両端部は、導電性ガラスシール層１６，１７
を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的
に接続されている。

【００２５】端子金具１３は低炭素鋼等で構成され、表
面には防食のためのＮｉメッキ層（層厚：例えば５μ
ｍ）が形成されている。そして、該端子金具１３は、シ
ール部１３ｃ（先端部）と、絶縁体２の後端縁より突出
する端子部１３ａと、端子部１３ａとシール部１３ｃと
を接続する棒状部１３ｂとを有する。シール部１３ｃは
軸方向に長い円筒状に形成されて、導電性ガラスシール
層１７中に没入する形で配置され、貫通孔６の内面との
間を該シール層１７によりシールされる。

【００２６】抵抗体１５は、ガラス粉末、セラミック粉
末、金属粉末（Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉの１種
又は２種以上を主体とするもの）、非金属導電物質粉末
（例えば無定形カーボン（カーボンブラック）ないしグ
ラファイト）及び有機バインダ等を所定量配合し、ホッ
トプレス等の公知の手法により焼結して製造されるもの
である。そして、その組成及び寸法は、端子金具１３と
中心電極３との間で測定した電気抵抗値が１０ｋΩ以上
（望ましくは１５ｋΩ以上）３０ｋΩ以下の範囲となる
ように調整される。

【００２７】また、導電性ガラスシール層１６，１７
は、Ｃｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以上を主
体とする金属粉末を混合したガラスにより構成され、そ
の金属含有量が３５〜７０重量％とされる。なお、該導
電性ガラスシール層１６，１７には、必要に応じてＴｉ
Ｏ_２等の半導体性の無機化合物粉末を適量配合すること
ができる。

【００２８】図３は、スパークプラグ１００を用いた点
火システムの一例を示すものである。該点火システム１
５０では、ディストリビュータを使用せず、各スパーク
プラグ１００に対し個別の点火コイル５１により直接的
に電圧印加するように構成されている。各点火コイル５
１においては、点火スイッチ１５７を介してバッテリー
１５６から受電する一次コイル５２がイグナイタ１５４
に接続されている。他方二次コイル５３は、それぞれス
パークプラグ１００に接続される。この場合、イグナイ
タ１５４は、個々の点火コイル５１に対応したトランジ
スタ等の無接点スイッチ部を有し、それら無接点スイッ
チ部は制御ユニット１５５の対応する出力ポートから個
別に遮断指令信号を受けて、所定のタイミングで遮断駆
動されるようになっている。なお、各点火コイル５１と
スパークプラグ１００との間には、イグナイタ１５４内
の無接点スイッチ部を遮断状態から導通状態に復帰させ
る際に、スパークプラグ１００に再通電することを阻止
するためのダイオード５１ａが設けられている。

【００２９】図４に示すように、内燃機関１８０が多気
筒ガソリンエンジンとして構成されている場合、それら
各気筒１８１に点火用のスパークプラグ１００が、取付
ねじ部７により火花放電ギャップｇがそれぞれ燃焼室内
に位置するように取り付けられる。そして、各スパーク
プラグ１００に一対一に対応して、コイルユニット５０
が取り付けられており、それぞれ制御ユニット１５５に
接続されている。コイルユニット５０は、スパークプラ
グ１００の後端部に嵌め込まれるケーシング６０を有
し、その内側に点火コイル５１とイグナイタ１５４とが
収容されている。点火コイル５１は、図示しないユニッ
ト側端子部にてスパークプラグ１００の端子金具と電気
的に接続される。

【００３０】なお、スパークプラグ１００は、抵抗体１
５を省略し、端子金具１３と中心電極３とを、例えば単
一の導電性ガラスシール層で接合するようにしてもよ
い。また、抵抗体１５を設ける場合、これと中心電極３
との間の導電性ガラスシール層１６を省略してもよい。
この場合、点火コイル５１とスパークプラグ１００の中
心電極３との間で１０ｋΩ以上（望ましくは１５ｋΩ以
上）の電気抵抗値が確保されるよう、例えば点火コイル
５１とユニット側端子部との間に抵抗器を配置しておく
とよい。

【００３１】

【実施例】以下、上記スパークプラグ１００ないし点火
システム１５０の効果を確認するために、以下の実験を
行った。まず、微粒ガラス粉末（平均粒径８０μｍ）を
３０重量部、セラミック粉末としてのＺｒＯ_２（平均粒
径３μｍ）を６０重量部、金属粉末としてのＡｌ粉末
（平均粒径２０〜５０μｍ）を１重量部、非金属導電材
料粉末としてのカーボンブラックを２〜９重量部、及び
有機バインダとしてのデキストリンを３重量部配合し、
水を溶媒としてボールミルにより湿式混合し、その後こ
れを乾燥して予備素材を調製した。そして、これに粗粒
ガラス粉末（平均粒径２５０μｍ）を、上記予備素材１
００重量部に対して４００重量部配合し、抵抗体組成物
の原料粉末を得た。なお、ガラス粉末の材質は、ＳｉＯ
_２を５０重量部、Ｂ_２Ｏ_５を２９重量部、Ｌｉ_２Ｏを４
重量部、及びＢａＯを１７重量部配合・溶解して得られ
るホウケイ酸リチウムガラスであり、その軟化温度は５
８５℃であった。

【００３２】次いで、この抵抗体組成物粉末を用いてホ
ットプレスにより抵抗体１５を形成することで、図１に
示す抵抗体入りスパークプラグ１００のサンプルを各種
作製した。ここで、中心電極３は、材質がＮｉ合金（イ
ンコネル６００）であり、軸方向長さを２０．７ｍｍ、
軸断面径を２．６ｍｍとした。また、絶縁体２の貫通孔
６の内径（得られる抵抗体１５の軸断面径はこれとほぼ
同じ値となる）は４．０ｍｍであり、ホットプレス処理
の加熱温度は９００℃、加圧力は１００ｋｇ／ｃｍ^２に
設定した。また、導電性ガラス粉末として、Ｃｕ、Ｆ
ｅ、Ｓｎ、ＴｉＯ _２等の導電性粉末とホウケイ酸カルシ
ウムガラス粉末との混合物（導電性粉末の含有量が約５
０重量％）を用いた。得られたスパークプラグにおい
て、抵抗体１５の長さＬ2は７．０〜１５．０ｍｍであ
る。なお、中心電極３と端子金具１３との間の電気抵抗
値Ｒkは、抵抗体１５の長さＬ2と組成調整により５〜３
０ｋΩの各種値となるように調整している。

【００３３】次に、発火部３１及び３２は、次のように
して形成した。まず、所定量のＩｒ及びＰｔを配合・溶
解することにより、Ｐｔを５重量％含有し残部Ｉｒとな
る合金を作製し、これを直径０．２〜１．６ｍｍ、厚さ
０．６ｍｍの円板状のチップに加工した。そして、この
チップを用いて図１及び図２に示すスパークプラグ１０
０の発火部３１及び対向する発火部３２を形成した（す
なわち、中心電極３の発火部の大きさを０．２〜１．６
ｍｍの各種値に調整した）。また、火花放電ギャップｇ
の初期の大きさδは０．４〜１．４ｍｍの各種値に設定
した。

【００３４】そして、上記の各種スパークプラグを、６
気筒ガソリンエンジン（排気量１９９８ｃｃ）に取り付
け、スロットル全開状態、エンジン回転数５６００ｒｐ
ｍにて８００時間まで連続運転し（中心電極温度約７８
０℃）、運転終了後のプラグの火花放電ギャップｇの拡
大量を測定した。なお、テストに用いた点火システムは
図３に示すタイプのものであり、中心電極側が負となる
極性にて二次電流ピーク値７０ｍＡ、放電エネルギ６５
ｍＪの条件にて点火放電させた。また、放電中の電流及
び電圧の波形をオシロスコープにて記録した。さらに、
比較のために、図１１に示すディストリビュータ方式の
点火システムを用いた実験も同様に行った。ただし、点
火コイル２５１と各ハイテンションケーブルＣの末端と
の間の電気抵抗値は５〜１０ｋΩとした。

【００３５】まず、図５は、電気抵抗値Ｒkの値を５ｋ
Ωと小さく設定し、中心電極の先端径δを１．０ｍｍ、
初期火花放電ギャップの大きさγを０．５ｍｍ、０．８
ｍｍ及び１．１ｍｍのいずれかとして、ギャップ拡大挙
動（すなわち電極消耗）を調べた結果を示すグラフであ
る。γが０．８ｍｍあるいは１．１ｍｍのものは電極消
耗が激しく、ギャップ成長が著しいことがわかる。この
要因として放電形態の違いが考えられたため、放電波形
の観察を行った。図６（ａ）はγ＝０．５ｍｍ、同
（ｂ）はγ＝０．８ｍｍの場合の１放電の波形である。
（ａ）では電流値が比較的安定しており、グロー放電が
主体になっていると推測されるのに対し、（ｂ）では、
電流値が突然大きくなる挙動が頻繁に生じていることが
わかる。これは、アーク放電が発生していることを示唆
しており、特にグロー放電からアーク放電に移行する瞬
間に大きな電流が流れていると推測される。すなわち、
（ｂ）では、１放電中におけるグロー／アークの放電遷
移頻度が高くなり、瞬間的に大きな電流が流れる機会が
多くなって、電極消耗が激しくなったものと考えられ
る。

【００３６】例えば、図６（ａ）において、グロー放電
が起こっていると考えられる領域では、電流変化幅が概
ね５ｍＡの範囲に収まりつつ、電流絶対値が放電末期に
向けて漸減する、いわばバックグラウンド電流レベルを
形成する。そこで、本実施例では、１放電期間を０．５
ｍｓ単位に区切って各区間の平均値を算出することによ
り上記バックグラウンド電流レベルを求め、そのバック
グラウンド電流レベルより少なくとも２０ｍＡ以上の電
流が流れた場合をグロー／アークの放電遷移と判断し、
１放電中の発生回数（頻度）をカウントすることによ
り、その遷移の起こりやすさについての評価を行った。

【００３７】図７は、電気抵抗値Ｒkを５ｋΩ、１０ｋ
Ω及び１５ｋΩのいずれかとし、中心電極の先端径δを
１．０ｍｍとし、初期火花放電ギャップの大きさγを
０．４〜１．４ｍｍの各種値としたときの、グロー／ア
ークの遷移頻度を測定した結果である（γ＝０．８ｍ
ｍ、Ｒk＝５ｋΩのときの結果を１００とした相対値に
より表示している。また、数値を表１に示す）。

【００３８】

【表１】

【００３９】すなわち、電気抵抗値Ｒkを大きくするこ
とで遷移回数が少なくなっていることがわかる。他方、
電気抵抗値１０ｋΩのものについて、初期火花放電ギャ
ップの大きさγを０．８〜１．３ｍｍに設定し、その耐
汚損性を調べるために、ＪＩＳ：Ｄ１６０６に規定され
たプレデリバリ耐久試験を行った。ここでは、スパーク
プラグを試験用自動車に取り付け、ＪＩＳに規定された
走行パターンを１サイクルとして、ラフアイドルが発生
するまで、あるいはスパークプラグの絶縁抵抗が１ＭΩ
以下に低下するまでの耐久サイクル数にて評価を行っ
た。結果を図１２に示す。すなわち、γが１．２ｍｍを
超えると耐久サイクル数が減少し、耐汚損性が悪くなっ
ていることがわかる。

【００４０】次に、図８は初期火花放電ギャップの大き
さγを０．８ｍｍとし、電気抵抗値Ｒkを５〜３０ｋΩ
の各種値として、図３のＤＬＩ方式の点火システムと、
図１１のディストリビュータ方式の点火システムのそれ
ぞれについて、同様の評価を行った結果を示すものであ
る（数値を表２に示す）。

【００４１】

【表２】

【００４２】ＤＬＩ方式の点火システムを使用した場合
でも、電気抵抗値Ｒkを大きくするに従って遷移頻度は
減少し、抵抗値を１０ｋΩ以上とすることで、遷移頻度
はディストリビュータ（ＤＩＳ）式のものと同程度に抑
制されていることがわかる。なお抵抗値が２０ｋΩ以上
では遷移頻度の変化率は小さくなっていることもわか
る。

【００４３】図９は、初期火花放電ギャップの大きさγ
を１．１ｍｍとし、電気抵抗値Ｒkを５ｋΩとし、中心
電極の先端径δを各種変化させて８００時間耐久させた
ときの、１放電当りの電極の消耗体積を測定した結果で
ある。電極径の細いものほど１放電当たりの消耗体積が
多くなっている。これはδが小さいものほど温度が上が
りやすく、グロー・アーク遷移による昇温もしやすいた
めであると考えられる。また、図１０は初期火花放電ギ
ャップの大きさγを０．５ｍｍとし、電気抵抗値Ｒkを
５ｋΩ、１０ｋΩ及び１５ｋΩのいずれかとし、中心電
極の先端径δを１．０ｍｍとして８００時間まで耐久さ
せたときのギャップ増加挙動の測定結果を示すものであ
る。電気抵抗値Ｒkを１０ｋΩとすることで電極消耗を
抑えることができ、１５ｋΩとすることでさらにその効
果が高められていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す縦部
分断面図。

【図２】その火花放電ギャップ付近を拡大して示す断面
図。

【図３】図１のスパークプラグを用いた点火システムの
一例を示す回路図。

【図４】図３の点火システムのエンジンへの取付態様の
一例を示す正面模式図。

【図５】実施例にて行った実験結果を示す第一のグラ
フ。

【図６】同じく第二のグラフ。

【図７】同じく第三のグラフ。

【図８】同じく第四のグラフ。

【図９】同じく第五のグラフ。

【図１０】同じく第六のグラフ。

【図１１】ディストリビュータ方式による点火システム
の一例を示す回路図。

【図１２】実施例にて行った実験結果を示す第七のグラ
フ。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁体３中心電極４接地電極６貫通孔１３端子金具１５抵抗体３１発火部（チップ）３２対向する発火部（チップ）５０コイルユニット５１点火コイル６０ケーシング１００スパークプラグ１５０点火システムｇ火花放電ギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01T 13/00 - 21/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極と、その中心電極の外側に設けら
れた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金具
と、前記中心電極と対向するように配置された接地電極
と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に固
着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備え、
また、前記絶縁体の軸方向に形成された貫通孔に対し、
その一方の端部側に端子金具が固定され、同じく他方の
端部側に前記中心電極が固定されるとともに、該貫通孔
内において前記端子金具と前記中心電極との間に抵抗体
が配置されており、前記発火部が、Ｉｒを６０重量％以上含有する合金を主
体に構成され、かつ前記抵抗体を介した前記端子金具と
前記中心電極との間の電気抵抗値が１０ｋΩ以上３０ｋ
Ω以下の範囲に確保されていることを特徴とするスパー
クプラグ。
【請求項２】前記端子金具と前記中心電極との間の電
気抵抗値が１５ｋΩ以上確保されている請求項１記載の
スパークプラグ。
【請求項３】前記発火部は前記中心電極の先端部に形
成されており、かつ前記中心電極の先端径が１．１ｍｍ
以下である請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】前記中心電極の先端径が０．３〜０．８
ｍｍの範囲に調整されている請求項３記載のスパークプ
ラグ。
【請求項５】前記火花放電ギャップの間隔が１．２ｍ
ｍ以下である請求項１ないし４のいずれかに記載のスパ
ークプラグ。
【請求項６】前記火花放電ギャップの間隔が０．８ｍ
ｍ以下である請求項５記載のスパークプラグ。
【請求項７】中心電極と、その中心電極の外側に設け
られた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金
具と、前記中心電極と対向するように配置された接地電
極と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に
固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備
え、また、前記絶縁体の軸方向に形成された貫通孔に対
し、その一方の端部側に端子金具が固定され、同じく他
方の端部側に前記中心電極が固定されたスパークプラグ
と、そのスパークプラグに取り付けられるケーシングと、そ
のケーシングの内側に収容されるとともに前記スパーク
プラグの前記端子金具に接続され、該スパークプラグに
対して放電用の高電圧を印加する点火コイルとを有する
コイルユニットとを備え、前記スパークプラグの発火部が、Ｉｒを６０重量％以上
含有する金属を主体に構成され、かつ前記点火コイルと
前記中心電極との間に、両者の間の電気抵抗値を１０ｋ
Ω以上に確保するための抵抗部が設けられたことを特徴
とする内燃機関用点火システム。
【請求項８】前記抵抗部により、前記点火コイルと前
記中心電極との間の抵抗値が１５ｋΩ以上の値に確保さ
れている請求項７記載の内燃機関用点火システム。
【請求項９】前記スパークプラグは、請求項１ないし
６のいずれかに記載されたスパークプラグである請求項
７又は８に記載の内燃機関用点火システム。