JP3980279B2

JP3980279B2 - スパークプラグ

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Publication number: JP3980279B2
Application number: JP2001037642A
Authority: JP
Inventors: 英己寺村; 守無笹; 純一加川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: JP2001307858A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の着火装置として用いられるスパークプラグに関する。より詳しくは、火花放電ギャップ間に燃料ブリッジが生じた場合であっても、その燃料ブリッジが切れやすいことにより、着火性の低下を抑制することができるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスパークプラグは、絶縁碍子の先端面から下方に突出するようにされた中心電極と、一端が主体金具に接合された接地電極を備え、この中心電極の先端面と接地電極との間に火花放電ギャップを形成させ、この火花放電ギャップに電気火花を発生させることで燃料混合ガスに着火するものが一般的である。このスパークプラグの低温での始動性を向上させるために、内燃機関では燃焼室内に吸入される混合気の濃度を高くしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、さらに低温での始動性を向上させるために、より高濃度の混合気を燃焼室内に吸入すると、ピストンに液体状の燃料が溜まることになる。この燃料が、始動時のピストンの往復運動に伴って、スパークプラグ表面や火花放電ギャップに燃料が付着し、その際、火花放電ギャップに燃料のブリッジが生じることが問題となっている。即ち、火花放電ギャップにこのような燃料ブリッジが生じると、燃料が導電性を有することから、たとえ火花放電ギャップに高電圧を印加したとしても電圧がリークしてしまい、火花放電ギャップに電気火花を生じなくなってしまう。このため燃焼室内に吸入された混合気に着火せず、始動性が却って悪化してしまうことになる。
【０００４】
そこで、本発明は、上述したような過濃混合気による火花放電ギャップにおける燃料ブリッジを発生し難いスパークプラグを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、中心貫通孔（１Ｄ）を有する絶縁碍子（１）と、中心貫通孔（１Ｄ）に保持されており、かつ軸線（Ｏ）方向に延びる中心電極（２）と、絶縁碍子（１）の外側に設けられた内燃機関取付用のネジ（５Ｂ）を有する主体金具（５）と、その主体金具（５）に一端が接合部（５５）によって接合され、他端側が中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）と対向するように配置されるとともに、火花放電ギャップ（ｇ）を形成する放電面（１１１Ａ）を有する１個の接地電極（１１）とを備えるスパークプラグに関するものであり、上記の目的を達成するため、
中心電極（２）の火花放電ギャップ（ｇ）を形成する先端は、直径１．０ｍｍ以下であって、長さ０．２ｍｍ以上の直棒状部（２２Ａ）を有する貴金属（２２）であり、
中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）又はその延長をなす平面（Ｐ１）と直棒状部（２２Ａ）の側面（２２Ｓ）又はその延長をなす円柱面（Ｃ１）とによって形成される交線を第一交線（ＰＫＬ）とし、
放電面（１１１Ａ）又はその延長をなす平面（Ｐ２）と接地電極（１１）の先端面（１１２Ｂ）又はその延長をなす平面との交線を第二交線（ＳＫＬ）とし、
さらに、内燃機関取付用のネジ（５Ｂ）を基準としたスパークプラグの仮想中心軸線（Ｏ）と平行な基準線（ＳＬ）を、該仮想中心軸線（Ｏ）に関して、接地電極（１１）の接合部（５５）と反対側から火花放電ギャップ（ｇ）を経て接合部（５５）に向けて移動させたとき、該基準線（ＳＬ）が第一交線（ＰＫＬ）と最初に交わる交点（ＰＰ）を通って仮想中心軸線（Ｏ）と平行な仮想線を第一仮想線（ＰＶＬ）とし、
同じく該基準線（ＳＬ）が第一交線（ＰＫＬ）と最後に交わる交点（ＳＰ）を通って仮想中心軸線（Ｏ）と平行な仮想線を第二仮想線（ＳＶＬ）として、
第一仮想線（ＰＶＬ）と第二交線（ＳＫＬ）との間の距離として定義されるかぶり寸法（Ｋ）が、
−ｄ≦Ｋ≦０．５ ‥‥[１]
（単位ｍｍ：但し、ｄは中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）の直径である；また、Ｋの符号は、第二交線（ＳＫＬ）が第一仮想線（ＰＶＬ）よりも接合部（５５）に近い側に位置する場合を−、同じく遠い側に位置する場合を＋とする）を満足するように設定される一方、
第二仮想線（ＳＶＬ）と第一仮想線（ＰＶＬ）との間に挟まれた区間（ＷＤＳ）における放電面の幅（ｗ）が、かぶり寸法（Ｋ）を用いて、
ｗ＜２．１−Ｋ（単位：ｍｍ）‥‥[２]
の関係を満足するとともに、
絶縁碍子（１）は係止部（１５）によって主体金具（５）に係止され、中心電極（２）は絶縁碍子（１）の先端面（１Ｅ）から突出するとともに、係止部（１５）よりも先端側において中心電極（２）の外周面と絶縁碍子（１）の内周面との間には、先端側ほど径差が拡大する、径差拡大部（Ｇ）が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
なお、特許請求の範囲及び本欄（「課題を解決するための手段及び作用・効果」）において、各要件に付与した符号は、添付の図面（図１、図２及び図１２）の対応部分に付された符号を援用して用いたものであるが、あくまで発明の理解を容易にするために付与したものであり、本発明における各構成要件の概念を何ら限定するものではない。
【０００７】
このように形成すると、火花放電ギャップに付着することによって一旦ブリッジを起こした燃料の、接地電極及び中心電極への接触面積を減少させることによって、燃料ブリッジを切れやすくすることができる。つまり、始動時には、スタータモータによってクランキングを行うことになるが、この際に、燃焼室内に混合気が吸入される。この混合気が過濃であると、始動時のピストンの動きに伴って、火花放電ギャップに燃料ブリッジが一旦生じてしまうのであるが、本発明のようなスパークプラグであれば、さらにクランキングを続けたときの振動によって燃料ブリッジが切れやすいのである。
【０００８】
スパークプラグは一般に火花放電ギャップ側を下にして内燃機関に装着される。火花放電ギャップに燃料ブリッジが生じた時には、この燃料の液滴を中心電極と液滴との間に生じる付着力によって吊り下げるような形状で保持される。このスパークプラグは、中心電極の先端を直径１．０ｍｍ以下にしてあるから、燃料の液滴を保持する面積を小さくすることになるため、一旦燃料ブリッジが生じたとしても、このブリッジが切れやすい。また、この中心電極の先端には０．２ｍｍ以上の直棒状部が形成されており、さらにその後方側は中心電極の径大部につながっている。過濃混合気によって一旦生じた燃料ブリッジは中心電極の側面にまで広がっているため、直棒状部を長くすることによって、径大部につながる部分にまで燃料が広がってしまうことを抑制できる。従って、液滴を保持する面積を更に小さくすることができるため、中心電極と液滴との間に生じる保持力を小さくすることになる。この結果、燃料ブリッジを切れやすくすることができる。さらに、この中心電極の先端を貴金属にすることによって、火花放電による消耗を抑制することができることから、長く使用していても消耗による変形を抑えることができ、ひいては燃料ブリッジの切れやすさを長期にわたって保持することができる。なお、貴金属としては、Ｐｔ、Ｉｒの他に、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｐｔ、Ｉｒ−Ｙ_２Ｏ_３等のＰｔ合金やＩｒ合金等の１６００℃以上の融点を持つものが好ましい。
【０００９】
かぶり寸法Ｋは、投影機を使うことによって測定することができる（例えば、図２Ｂのように、接地電極（１１）の接合部（５５）側から火花放電ギャップ（ｇ）を見込む方向と中心軸線Ｏとの双方に平行な投影面への投影を使用する）。また、放電面の外周縁にはアールや面取りが付いている場合が有る。この様な場合には、放電面を延長した延長平面と放電面形成部位（接地電極母材又は貴金属突出部）の側面の延長平面との交線が放電面の幅を考えるときの境界線になる。一方、前記第一交線の部分には、貴金属を切断した際のバリが出ている場合がある。このようなときには、このバリの部分を切り取って第一交線を考えるものとする。また、平角線を長手方向に所定間隔にて切断して接地電極を形成する場合は、その切断面が接地電極の先端面を形成することから、この先端面には該切断に伴う段差が生じている場合がある。このようなときには、放電面に近い側の先端面を基準に第二交線を考えるものとする。
【００１０】
一方、本発明のスパークプラグにおいては、第一仮想線（ＰＶＬ）と第二交線（ＳＫＬ）との間の距離として定義されるかぶり寸法（Ｋ）が、前記▲１▼式、すなわち、−ｄ≦Ｋ≦０．５を満たすものとされている。該かぶり寸法Ｋは、接地電極の先端面と、接地電極との接合部から最も離れた位置において、中心電極の先端面外縁に対し軸線方向に引いた仮想線（第一仮想線（ＰＶＬ）との距離に相当するものである。また、第二仮想線（ＳＶＬ）と第一仮想線（ＰＶＬ）との間に挟まれた区間（ＷＤＳ）における放電面の幅ｗは、前記▲２▼式、すなわちｗ＜２．１−Ｋを満たすものとされている。
【００１１】
かぶり寸法Ｋを−ｄ未満にした場合には、中心電極の先端部側面と接地電極の先端面とが対向する形態となる。このため、燃料の液滴を吊り下げる面積を小さくするためには、中心電極の先端部を形成する直棒状部の長さを必要以上に長くする必要が生じたり、直棒状部に続く径大部を細くする必要が生じる。この結果、直棒状部の熱引きが悪化する傾向となり、火花放電による消耗が大きくなりやすい。また、接地電極の先端面の面積はそれほど大きくないため、火花放電による消耗が進みやすく、消耗が大きくなりやすくなる。しかしながら、本発明においては、かぶり寸法Ｋを−ｄ以上としてあるため、中心電極の先端面と接地電極の放電面とが対向する形態にすることができる。このため燃料ブリッジは中心電極の先端面と接地電極の放電面で形成される火花放電ギャップに生じさせることができるので、上記のような不具合を生じない。この場合、中心電極の先端面近傍と接地電極の放電面とを燃料ブリッジが切れやすい形状にしておけばよい。
【００１２】
他方、かぶり寸法Ｋを０．５ｍｍ以下とし、さらに接地電極の放電面のうち、前記第一仮想線ＰＶＬと第二仮想線ＳＶＬとに挟まれた区間の先端面を軸線方向に延長した範囲における幅ｗ（以下、単に放電面幅ｗともいう）を、２．１−Ｋｍｍ以下に制限していることから、燃料ブリッジが生じた際における燃料の液滴を保持する接地電極側の面積を小さくすることができる。接地電極は燃料の液滴を下から支える形状になるため、支える面積を小さくすることによって燃料の液滴を保持できる量を少なくすることができる。この結果、燃料ブリッジが生じたとしても、振動が繰り返されることで切れやすくすることができるのである。なお、接地電極の幅ｗが同じであっても、かぶり寸法Ｋが大きければ、燃料液滴の保持能力が増す。従って▲１▼式は、かぶり寸法Ｋが大きいほど、燃料ブリッジ発生を抑制するための放電面幅ｗの値の上限値を、小さくしなければならないことを意味する。これは、逆にいえば、かぶり寸法Ｋが小さければ、放電面幅ｗを多少大きくしても燃料ブリッジが発生しにくいことも意味する。
【００１３】
また、かぶり寸法Ｋを上記のような寸法設定にすることによって、着火性を向上させることもできる。即ち、着火性に大きく影響する要因として、電極による消炎作用が挙げられる。火花放電ギャップで発生した電気火花によって混合気が一旦着火したとしても、着火した混合気の近傍に存在する電極によって熱を奪われてしまうため、混合気が失火してしまうことになる。本発明の様にかぶり寸法を小さくすることによって、このような消炎作用を生ずる電極が着火した混合気の近傍に存在しない様にすることができることから、着火性が向上し、ひいては低温始動性が更に向上する。なお、後述のように、接地電極の突出部を、角形状の小部材の接合により形成すると、このかぶり寸法Ｋを小さくし易いので、より有利である。
【００１４】
このような消炎作用を低減できることの他に、以下のように火炎の拡散を妨げないということも考えられる。上述のように一端着火した混合気は、燃焼室内を拡散していく。これによって燃焼室内の混合気すべてが燃焼して、より効率よく大きな出力を取り出せるのである。しかし、かぶり寸法Ｋが大きいと、火花放電ギャップで着火した混合気が燃焼室内に拡散していこうとする初期に接地電極が衝立のように拡散を遮ることになるのである。他方、かぶり寸法Ｋが０．５ｍｍを超えると、接地電極の過熱により電極消耗を早める不具合が生ずる場合がある。
【００１５】
なお、上記放電面幅ｗを必要以上に小さくしすぎると、放電面に対する過度の電圧集中により電極消耗が進行しやすくなり、電極寿命を十分に確保できなくなる場合があるので、例えば０．５ｍｍ以上に確保することが望ましい。また、放電面幅ｗは、より望ましくは、０．５≦ｗ＜１．７−Ｋ（単位：ｍｍ）を満足するように設定するのがよい。
【００１６】
次に、接地電極（１１）の中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）と対向する位置に、放電面をなす接地電極母材の表面（１１１Ａ）から中心電極（２）側に突出する角形状の突出部（１１２）を形成することができる。接地電極母材の表面（１１１Ａ）に、このような突出部を設けることによって、燃料の液滴が保持されやすい部分を、該突出部付近に抑えることができる。このため、接地電極側で保持される燃料の液滴の量をより少なくでき、ひいては燃料ブリッジをさらに生じにくくすることができる。なお、突出部（１１２）は、放電面をなす接地電極母材の表面（１１１Ａ）から０．５ｍｍ以上突出していることが、上記の効果をより顕著なものとする上で望ましい。
【００１７】
また、突出部（１１２）の先端面（１１２Ａ）の面積は、中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）の面積よりも大きくすることが望ましい。燃料ブリッジが切断されるには、燃料液滴に作用する重力が、これをブリッジ形成状態に維持しようとする付着力（例えば、上記各先端面と液滴の間の界面張力）に打ち勝って作用する必要がある。突出部の先端面の面積が中心電極の先端面の面積よりも小さいと、燃料ブリッジが生じたとき、中心電極と液滴との間に生じる付着力が、該液滴に作用する重力よりも大きくなって、燃料ブリッジが切れにくくなる可能性がある。しかしながら、突出部の先端面の面積を、中心電極の先端面の面積よりも大きくすると、そのような不具合を防止できる。
【００１８】
突出部（１１２）は、例えば貴金属部材によって形成することができる。接地電極側は、通常中心電極側と比較して高電位であるため、電気火花発生時には軽い電子が引き寄せられることになる。このため、接地電極側の消耗は比較的少ないが、燃焼室内の中央側に位置しているため中心電極と比べると温度が上昇しやすく、内燃機関の種類によっては消耗が進みやすい場合がある。そこで、接地電極の放電面を形成する突出部を、消耗の進行しにくい貴金属部材により構成すれば、消耗による突出部の変形を抑えることができ、ひいては燃料ブリッジの切れやすさを長期にわたって保持することができる。なお、貴金属部材としては、中心電極と同様にＰｔ、Ｉｒの他に、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｐｔ、Ｉｒ−Ｙ_２Ｏ_３等のＰｔ合金やＩｒ合金等の１６００℃以上の融点を持つものが好ましい。
【００１９】
また、本発明のスパークプラグにおいては、絶縁碍子（１）を係止部（１５）によって主体金具（５）に係止し、中心電極（２）を、絶縁碍子（１）の先端面から突出させることができる。この場合、係止部（１５）よりも先端側において中心電極（２）の外周面と絶縁碍子の内周面との間に、先端側ほど径差が拡大する、径差拡大部が形成されるように構成することができる。
【００２０】
このように構成することによって、中心電極と絶縁碍子の先端部との間に広い径差を作ることができる。前述したように、液体状の燃料がピストンの動きに伴って、ピストンに溜まった液状の燃料が巻き上げられてスパークプラグにかけられることになる。つまり図２Ｂに示すスパークプラグの発火部に、図面の下側から燃料がかけられることになる。大量の燃料がかけられると絶縁碍子の先端部と接地電極の間に形成された空間全体に燃料が付着する。更にクランキングを継続すると、その時の振動で付着した燃料が絶縁碍子の先端部の外側から落ちていくことになる。中心電極と絶縁碍子の先端部との間に広い径差が作られていると、この径差部分に溜まった燃料の重量が大きいことから、クランキングによる振動で落下しやすくなる。この結果、絶縁碍子の先端に付着した燃料がクランキングの初期で落下しやすくなるため、燃料ブリッジの切れを促進することになる。
【００２１】
径差拡大部（Ｇ）は、例えば、軸線方向において、径差が連続的に拡大するように形成してもよいし、２段階以上に段階的に拡大する形で形成してもいずれでもよい。また、段階的に拡大させる場合においても、途中の一部区間では径差が連続的に拡大するようにしてもよい。また、径差を形成する方法としては、中心電極先端部を先端側に向けて縮径させる方法、中心電極が挿通される絶縁碍子の中心貫通孔を先端側に向けて拡径する方法、及び両者の組合せのいずれを採用してもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態について図面を参照し説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るスパークプラグの部分断面図であり、図２Ａ及び図２Ｂはこのスパークプラグの要部拡大図である。図１に示す第１の実施の形態に係るスパークプラグは、周知のように、アルミナ等からなる絶縁碍子１は、その後端部に沿面距離を稼ぐためのコルゲーション１Ａを、先端部に内燃機関の燃焼室に曝される脚長部１Ｂを備え、絶縁碍子係止部１５が主体金具５の内径側に膨出した係止部５１に当接され、かしめ部５Ｃによって支持されている。その軸中心には、後述する絶縁碍子係止部１５よりも先端側に略同一径の先端側中心貫通孔１Ｃが形成され、後端側にはそれよりもやや太い径の後端側中心貫通孔１Ｄが形成されている。また、先端側中心貫通孔１Ｃと後端側中心貫通孔１Ｄとの段差部には、中心電極２の鍔部２１が係止されて、中心電極２は絶縁碍子１の先端面１Ｅから突出するようにされている。そして、中心電極２は、図２Ｂに示すように母材部分２ｍの先端部が複数段階（ここでは２段）に段階縮径されて縮径部とされ、さらにその縮径部の先端には貴金属チップ２２がレーザ溶接による溶融部２３を介して接合されている。貴金属チップ２２は、直径０．７ｍｍ、長さ０．８ｍｍのものを母材部分２ｍの縮径部の先端に載置され、レーザ溶接によって直棒状部２２Ａ（軸線方向長さＬ：例えば約０．３ｍｍ）を残す形で接合されている。従って、この貴金属チップ２２の接地電極１１と対向する面、つまり中心電極２の先端面２２Ｂの面積は、約０．３８ｍｍ^２である。中心電極２は中心貫通孔１Ｃの内部に設けられたセラミック抵抗３を経由して上方の端子ナット４に電気的に接続されている。端子ナット４には図示しない高圧ケーブルが接続され高電圧が印加される。貴金属チップ２２の材質としては、Ｐｔ、Ｉｒの他に、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｐｔ、Ｉｒ−Ｙ_２Ｏ_３等のＰｔ合金やＩｒ合金等の１６００℃以上の融点を持つものが好ましいが、本実施形態ではＩｒ−５ｗｔ％Ｐｔを使用している。
【００２３】
主体金具５は低炭素鋼材で形成され、スパークプラグレンチと嵌合する六角形部５Ａと、ネジの呼びが例えばＭ１４Ｓのネジ部５Ｂとを備えている。主体金具５はそのかしめ部５Ｃにより絶縁碍子１にかしめられ、主体金具５と絶縁碍子１が一体にされる。かしめによる密閉を完全なものとするため、主体金具５と絶縁碍子１との間に板状のパッキング部材６とワイヤ状のシール部材７、８が介在され、シール部材７、８の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。また、ネジ部５Ｂの後端、即ち、主体金具５の座面５２にはガスケット１０が嵌挿されている。
【００２４】
図２Ｂに示すように、主体金具５の先端面５Ｄにニッケル合金からなる接地電極１１が溶接により接合されている。接地電極１１は中心電極２に形成された貴金属チップ２２の先端面２２Ｂと軸Ｏ方向に対向し、中心電極２と接地電極１１とで火花放電ギャップｇを形成している。
【００２５】
また、六角形部５Ａの対辺寸法は１６ｍｍであり、主体金具５の座面５２から先端面５Ｄまでの長さは１９ｍｍに設定されている。なお、接地電極１１は、その先端部の温度を低減させ、火花消耗を抑えるために内部にＣｕや純Ｎｉ又はその複合材料等からなる良熱伝導材を有していても良い。
【００２６】
また、接地電極１１は、中心電極２の先端面２２Ｂと対向している部分に突出部１１２が形成されている。この突出部１１２は、Ｎｉ合金（例えばインコネル６００）からなる接地電極母材１１１の先端部において、放電面をなす表面（中心電極２と対向する側面）１１１Ａから中心電極２側へ突出する形態で設けられている。本実施形態では、幅０．７ｍｍ、深さ０．４５ｍｍ、長さ１．２５ｍｍの溝を接地電極母材１１１に形成し、該溝に、一辺０．７ｍｍ、長さ１．５ｍｍの直方体形状をした貴金属チップ１１２を嵌め込み、抵抗溶接にて接地電極１１に固定することにより突出部１１２Ａを形成している。この結果、突出部１１２は、接地電極母材１１１の先端面１１１Ｂから長さ方向に約０．２５ｍｍ、同じく中心電極２と対向する表面１１１Ａから高さ（深さ）方向に約０．２ｍｍ、それぞれ突出する形となっている。従って、この突出部１１２の中心電極２と対向する面１１２Ａの面積は、１．０５ｍｍ^２である。これは、中心電極２の先端面２２Ａの前記した面積（約０．３８ｍｍ^２）よりも大きい。
【００２７】
次に、図１２Ａに示すように、中心電極２の先端面２２Ｂ又はその延長をなす平面Ｐ１（図１２Ｂ：先端面２２Ｂの外周縁にアールあるいはテーパが形成される場合等）と直棒状部２２Ａの側面２２Ｓ又はその延長をなす円柱面Ｃ１（図１２Ｂ：同上）とによって形成される交線を第一交線ＰＫＬとし、放電面１１１Ａ又はその延長をなす平面Ｐ２と貴金属チップ１１２の先端面１１２Ｂ又はその延長をなす平面との交線を第二交線ＳＫＬとする。また、内燃機関取付用のネジ５Ｂを基準としたスパークプラグの仮想中心軸線Ｏと平行な基準線ＳＬを、該仮想中心軸線Ｏに関して、接地電極１１の接合部５５と反対側から火花放電ギャップｇを経て接合部５５に向けて移動させたとき、該基準線ＳＬが第一交線ＰＫＬと最初に交わる交点ＰＰを通って仮想中心軸線Ｏと平行な仮想線を第一仮想線ＰＶＬとし、同じく該基準線ＳＬが第一交線ＰＫＬと最後に交わる交点ＳＰを通って仮想中心軸線Ｏと平行な仮想線を第二仮想線ＳＶＬとする。そして、第一仮想線ＰＶＬと第二交線ＳＫＬとの間の距離として定義されるかぶり寸法Ｋが、−ｄ≦Ｋ≦０．５（単位ｍｍ：ｄは中心電極２の先端面２２Ｂの直径）を満足する。また、第二仮想線ＳＶＬと第一仮想線ＰＶＬとの間に挟まれた区間ＷＤＳにおける放電面の幅ｗが、かぶり寸法Ｋを用いて、ｗ＜２．１−Ｋ（単位：ｍｍ）の関係を満足する。
【００２８】
本実施形態では、Ｋ＝０．２５ｍｍに合せてある。つまり、接地電極母材１１１の先端面１１１Ｂが上述した第一仮想線ＰＶＬと重なるように設定してある。また、図２Ａに示すように、接地電極母材１１１の先端部を、幅方向両側に形成されたテーパ面１１１Ｔ，１１１Ｔにより、先端に向かうほど狭幅となるように形成してある。テーパ角度βは約３０゜であり、先端面１１１Ｂは幅約１．４ｍｍである。また、区間ＷＤＳにおける放電面１１１Ａの幅ｗは、１．４０ｍｍ〜１．７８ｍｍの範囲になっている。なお、放電面１１１Ａには、接地電極母材１１１の側面１１１Ｂとの境界にアールが付いている場合が有る。この場合には、放電面１１１Ａを延長した延長平面と側面１１１Ｂの延長平面との交線が放電面１１１Ａの幅を考えるときの境界線になる。例えば図３Ｃに示すような断面形状を持つ接地電極１１の場合には、放電面１１１Ａとテーパ状の側面１１１Ｂとの境界線１１１Ｃが図の左右に存在する。従って、この２本の境界線１１１Ｃ、１１１Ｃ間の距離を放電面１１１Ａの幅として測定する。
【００２９】
図２に戻り、接地電極１１の表面から、絶縁碍子１の表面までの最短距離Ｄは、１．５ｍｍ以上となっていることが望ましい。該最短距離Ｄが１．５ｍｍ以上確保されていることで、接地電極１１と絶縁碍子１との間の液切れが良好となり、該位置に燃料ブリッジを生じにくくなる。なお、内燃機関への取り付けを考慮すれば、通常使用される寸法のスパークプラグにおいて、上記最短距離Ｄとして４．５ｍｍを超える値を採用することは現実的でないので、該Ｄは４．５ｍｍ以下に設定することが望ましい。また、以下に説明する他の実施形態も含め、特に断りのない限り、絶縁碍子１の主体金具５からの突き出し量Ｆは２．５ｍｍとし、接地電極母材１１１には、幅が２．５ｍｍで厚さが１．４ｍｍのものを用いている。
【００３０】
【実施例】
次に本発明の効果を示すための実験例について説明する。図８に示す試料Ｎｏ．▲１▼〜▲４▼は本発明の各実施形態品であり、Ｎｏ．▲５▼は本発明品との効果の差を確認するための比較品である。各実施形態に係る試料は第１実施形態との相違点のみを説明する。第１実施形態に係る試料Ｎｏ．▲１▼は、前述した図２Ａ及び図２Ｂに要部拡大図として示す。図２Ｂは、この試料Ｎｏ．▲１▼の発火部のみを横から見た図を示し、図２Ａは、図２Ｂの下側から見た図を示す。第２実施形態に係る試料Ｎｏ．▲２▼を図３の要部拡大図に示す。図３Ｂは、この試料Ｎｏ．▲２▼の発火部のみを横から見た図を示し、図３Ａは、図３Ｂの下側から見た図を示す。また、図３Ｃは、接地電極１１を、その先端面１１Ａ側から見た様子を示す。試料Ｎｏ．▲２▼は、接地電極母材１１１の断面を台形状に形成し、中心電極２と対向する放電面１１１Ａが細くなるようにしてある。台形部のテーパ角度γは、放電面１１１Ａに対して４５゜であり、前述した第一仮想線ＰＶＬと、第一仮想線ＳＶＬとの間の範囲における放電面１１１Ａの幅は約１．８ｍｍである。なお、前述のように放電面１１１Ａの幅は、接地電極母材１１１のテーパ面を接地電極の側面１１１Ｂと考えて、第１実施形態の測定方法と同様の方法で測定した。
【００３１】
また、第３実施形態に係る試料Ｎｏ．▲３▼を図４Ａ及び図４Ｂに要部拡大図として示す。図４Ｂは、この試料Ｎｏ．▲３▼の発火部のみを横から見た図を示し、図４Ａは、図４Ｂの下側から見た図を示す。試料Ｎｏ．▲３▼は、中心電極２側の貴金属チップ２２を、直径０．４ｍｍに形成してある点のみが第２実施形態に係る試料Ｎｏ．▲２▼と異なるのみで、他は、試料Ｎｏ．▲１▼と同一である。また、前述した区間ＷＤＳにおける放電面１１１Ａの幅は、１．４０ｍｍ〜１．６１ｍｍの範囲になっている。なお、放電面１１１Ａの幅は、第１実施形態の測定方法と同様の方法で測定した。
【００３２】
また、第４実施形態に係る試料Ｎｏ．▲４▼を図５Ａ及び図５Ｂに要部拡大図として示す。図５Ｂは、この試料Ｎｏ．▲４▼の発火部のみを横から見た図を示し、図５Ａは、図５Ｂの下側から見た図を示す。試料Ｎｏ．▲４▼は、接地電極母材１１１の先端約２ｍｍの範囲を、切欠部１１１Ｒ，１１１Ｒにより、全体に幅約１．５ｍｍのほぼ同一幅になるように細く形成してある。つまり、前述した区間ＷＤＳにおける放電面１１１Ａの幅は、１．５ｍｍになっている。なお、放電面１１１Ａの幅は、第１実施形態の測定方法と同様の方法で測定した。
【００３３】
次に、比較例である試料Ｎｏ．▲５▼を図６Ａ及び図６Ｂに要部拡大図として示す。図６Ｂは、この試料Ｎｏ．▲５▼の発火部のみを横から見た図を示し、図６Ａは、図６Ｂの下側から見た図を示す。試料Ｎｏ．▲５▼は、接地電極母材１１１に円板状の貴金属チップ１１２'を抵抗溶接によって接合してある。また、この貴金属チップ１１２'を中心電極２側の貴金属チップ２２と対向させつつ、接地電極母材１１１'との接合性を確保するためかぶり寸法を、Ｋ＝０．６ｍｍに設定してある。さらに、前述の区間ＷＤＳにおける放電面１１１Ａの幅ｗは、接地電極の幅に相当するため２．５ｍｍである。なお、放電面１１１Ａの幅は、第１実施形態の測定方法と同様の方法で測定した。
【００３４】
これらの試料を評価するために、下記に示す燃料ブリッジテストを行った。本実験においては、内燃機関に一般に用いられるガソリンの替わりに水を用いた。この理由は、燃料ブリッジは一般に非常に温度の低い状態、即ち、燃料の粘度が低下した状態での、火花放電ギャップで生じたブリッジの切れやすさが問題になるためである。水の常温における粘度がガソリンの約−４０℃における粘度とほぼ同等であることが分かっているため、本発明の主目的である燃料ブリッジの切れやすさを確認するためには、最も手近な代替材である。まず、図７に示すような燃料ブリッジ試験機のアームに各試料を装着し、火花放電ギャップ間にスポイトを用いて水を約０．０５ｍｌ付着させた。そして、アームを傾けた後に受支点部に向けて自由落下させて、ブリッジが切れたか否かを落下させる毎に観察した。アームは図に示す寸法を有する矩形断面の焼入鋼からなる梁状部材であり、衝撃を受ける受け支点部は、一辺２０ｍｍの矩形断面の軟鋼からなる角柱状のものである。また、アームの旋回支点ＳＶから受け支点部との当接位置（受け支点部先端面の幾何学的重心とする）までの距離は１００ｍｍである。試験は、試料▲１▼〜▲５▼の試験品につき各１０本行った。なお、各試験品は試験終了まで水の補充を行わなかった。
【００３５】
試験結果を図８に示す。アームを傾ける角度は５゜から５゜づつ増加させ、各角度で最大５回行った。●は、ブリッジが切れた角度とその角度での何回目の試験で切れたかを示す。また、×は、ブリッジが切れなかったことを示す。例えば、試料Ｎｏ．▲１▼では、１０゜の角度の１回目で１本、１０゜の３回目で１本ブリッジが切れ、２０゜の１回目・２回目で各１本、２０゜の５回目で２本、２５゜の１回目・２回目・３回目で各１本、３０゜の１回目で１本切れたことが分かる。比較例である試料▲５▼は、４５゜の１回目及び２回目で各１本ブリッジが切れたが、残り８本は５０゜まで増加させて５回繰り返してもブリッジが切れなかったことを示す。この試験の結果、試料▲３▼が最もブリッジが切れやすいことがわかる。
【００３６】
次に、同じ形状の試料Ｎｏ．▲１▼〜▲５▼を用いて、着火性テストを行った。これは、燃焼室内での燃料への着火のしやすさを評価する指標となる。この試験は、排気量２リットル、直列６気筒の内燃機関の内、１気筒を用いて、燃料混合比をリーン側に推移させ、アイドリング７００ｒｐｍの条件で行った。このエンジン条件で、ＨＣスパイクが３分あたり１０回発生したときのＡ／Ｆの値を着火限界と判断した。この試験の結果を、図９に示す。この結果から、中心電極２側の貴金属チップ２２の径が最も小さいφO．４ｍｍの試料Ｎｏ．▲３▼が着火性が良好であることが分かる。
【００３７】
さらに、同じ形状の試料Ｎｏ．▲１▼〜▲５▼を用いて、低温始動性テストを行った。この試験は、排気量２リットル、直列６気筒の内燃機関を用いて、−３０℃の耐寒試験室における初爆と完爆の発生時間を比較したものである。ここで、初爆とは、クランキングを始めてからどれかの気筒において、着火による最初の圧力上昇が始まるまでの時間をいい、完爆とは、クランキングを始めてから内燃機関がクランキングを行わなくとも回転が持続可能となるまでの時間をいう。この試験の結果を、図１０に示す。この結果から、試料Ｎｏ．▲２▼〜▲４▼はほぼ同等であるが、特に試料Ｎｏ．▲３▼が最も始動性が良いことが分かる。また、図８のブリッジテスト結果と、この試験結果とを比較すると、燃料ブリッジ試験結果の良いものほど−３０℃という極低温での始動性が良好であって、両者には非常に強い相関関係があることが分かる。
【００３８】
また、図１１は、区間ＷＤＳにおける放電面幅ｗとかぶり寸法Ｋとを、種々の値に設定したスパークプラグを用いて、同様の燃料ブリッジテストを行なった結果である。各スパークプラグとも試験数は５本ずつであり、ブリッジが切れた角度の平均値が２０゜以内のものを優（◎）、２０゜を超え３０゜以下のもを良（○）、３０゜を超えるものを不可（×）として評価している。これによると、ｗ＜２．１−Ｋ（単位：ｍｍ）の関係を満足する場合に、ブリッジ発生抑制に関して良好な結果が得られ、ｗ＜１．７−Ｋを満足する場合にはさらに好ましい結果が得られていることがわかる。
【００３９】
（その他の実施の形態）
以上説明した本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。各実施の形態では、接地電極１１に形成された突出部１１２が、接地電極母材１１１の表面から０．２ｍｍ突出する場合について説明したが、突出量が０．５ｍｍ以上の場合には、さらに本発明の効果が達成されやすいことが確認されている。さらに、絶縁碍子の先端内部において中心電極の縮径（いわゆるサーモ）が２段に縮径されているスパークプラグについて説明したが、サーモなしまたは、１段に縮径されているスパークプラグであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパークプラグの部分断面図。
【図２Ａ】図１のスパークプラグの平面図。
【図２Ｂ】図１のスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図３Ａ】第２実施形態に係るスパークプラグの平面図。
【図３Ｂ】図３Ａのスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図３Ｃ】図３Ａのスパークプラグの接地電極の断面を示す図。
【図４Ａ】第３実施形態に係るスパークプラグの平面図。
【図４Ｂ】図４Ａのスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図５Ａ】第５実施形態に係るスパークプラグの平面図。
【図５Ｂ】図５Ａのスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図６Ａ】比較例である従来のスパークプラグの平面図。
【図６Ｂ】図６Ａのスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図７】ブリッジテスト装置の全体図を示す図。
【図８】ブリッジテスト結果を示すグラフ図。
【図９】着火性テスト結果を示すグラフ図。
【図１０】低温試験性テスト結果を示すグラフ図。
【図１１】かぶり寸法及び放電面幅と、ブリッジ発生難易との関係をさらに詳細に調査した実験結果を示す図。
【図１２Ａ】図２Ｂの要部をさらに拡大して示す図。
【図１２Ｂ】図１２Ａの中心電極の先端部の変形態様を示す模式図。
【符号の説明】
１絶縁碍子
１Ｃ先端側中心貫通孔
１Ｄ後端側中心貫通孔
２中心電極
５主体金具
１１接地電極
２２貴金属チップ（中心電極側）
２２Ｂ先端面（中心電極側）
Ｏ軸線
ＰＶＬ第一仮想線
ＳＶＬ第二仮想線
５１係止部
５５接合部
１１１Ａ放電面
１１２貴金属チップ（接地電極側）
１１２' 貴金属チップ（接地電極側）
１１２Ａ突出部
１１２Ｂ先端面（接地電極側）
ｇ火花放電ギャップ
Ｋかぶり寸法

Claims

中心貫通孔（１Ｄ）を有する絶縁碍子（１）と、前記中心貫通孔（１Ｄ）に保持されており、かつ軸線（Ｏ）方向に延びる中心電極（２）と、前記絶縁碍子（１）の外側に設けられた内燃機関取付用のネジ（５Ｂ）を有する主体金具（５）と、その主体金具（５）に一端が接合部（５５）によって接合され、他端側が前記中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）と対向するように配置されるとともに、火花放電ギャップ（ｇ）を形成する放電面（１１１Ａ）を有する１個の接地電極（１１）とを備えるスパークプラグであって、
前記中心電極（２）の前記火花放電ギャップ（ｇ）を形成する先端は、直径１．０ｍｍ以下であって、長さ０．２ｍｍ以上の直棒状部（２２Ａ）を有する貴金属（２２）であり、
前記中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）又はその延長をなす平面（Ｐ１）と前記直棒状部（２２Ａ）の側面（２２Ｓ）又はその延長をなす円柱面（Ｃ１）とによって形成される交線を第一交線（ＰＫＬ）とし、
前記放電面（１１１Ａ）又はその延長をなす平面（Ｐ２）と前記接地電極（１１）の先端面（１１２Ｂ）又はその延長をなす平面との交線を第二交線（ＳＫＬ）とし、
さらに、前記内燃機関取付用のネジ（５Ｂ）を基準としたスパークプラグの仮想中心軸線（Ｏ）と平行な基準線（ＳＬ）を、該仮想中心軸線（Ｏ）に関して、前記接地電極（１１）の前記接合部（５５）と反対側から前記火花放電ギャップ（ｇ）を経て前記接合部（５５）に向けて移動させたとき、該基準線（ＳＬ）が前記第一交線（ＰＫＬ）と最初に交わる交点（ＰＰ）を通って前記仮想中心軸線（Ｏ）と平行な仮想線を第一仮想線（ＰＶＬ）とし、
同じく該基準線（ＳＬ）が前記第一交線（ＰＫＬ）と最後に交わる交点（ＳＰ）を通って前記仮想中心軸線（Ｏ）と平行な仮想線を第二仮想線（ＳＶＬ）として、
前記第一仮想線（ＰＶＬ）と前記第二交線（ＳＫＬ）との間の距離として定義されるかぶり寸法（Ｋ）が、−ｄ≦Ｋ≦０．５（単位ｍｍ：但し、ｄは前記中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）の直径である；また、Ｋの符号は、前記第二交線（ＳＫＬ）が前記第一仮想線（ＰＶＬ）よりも前記接合部（５５）に近い側に位置する場合を−、同じく遠い側に位置する場合を＋とする）を満足するように設定される一方、
前記第二仮想線（ＳＶＬ）と前記第一仮想線（ＰＶＬ）との間に挟まれた区間（ＷＤＳ）における前記放電面の幅（ｗ）が、前記かぶり寸法（Ｋ）を用いて、ｗ＜２．１−Ｋ（単位：ｍｍ）の関係を満足するとともに、
前記絶縁碍子（１）は係止部（１５）によって前記主体金具（５）に係止され、前記中心電極（２）は前記絶縁碍子（１）の先端面（１Ｅ）から突出するとともに、前記係止部（１５）よりも先端側において前記中心電極（２）の外周面と前記絶縁碍子（１）の内周面との間には、先端側ほど径差が拡大する、径差拡大部（Ｇ）が形成されており、
前記接地電極（１１）の表面から前記絶縁碍子（１）の表面までの最短距離は１．５ｍｍ以上４．５ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグ。
前記第二仮想線（ＳＶＬ）と前記第一仮想線（ＰＶＬ）との間に挟まれた区間（ＷＤＳ）における前記放電面の幅（ｗ）が、前記かぶり寸法（Ｋ）を用いて、ｗ＜１．７−Ｋ（単位：ｍｍ）の関係を満足する請求項１記載のスパークプラグ。
前記接地電極（１１）の前記放電面（１１１Ａ）には、前記中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）と対向する位置に、前記放電面をなす接地電極母材の表面（１１１Ａ）から前記中心電極（２）側に突出する角形状の突出部（１１２）が形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
前記突出部（１１２）の先端面（１１２Ａ）の面積は、前記中心電極（２）の先端面（２２Ｂ）の面積よりも大きいことを特徴とする請求項３記載のスパークプラグ。
前記突出部（１１２）は、前記接地電極母材の表面（１１１Ａ）から０．５ｍｍ以上突出していることを特徴とする請求項３又は４に記載のスパークプラグ。
前記突出部（１１２）は、貴金属部材によって形成されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。