JP4227942B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグは、接地電極本体の先端（主体金具と接合される一端とは反対の他端）の近傍に第１貴金属チップを接合したタイプのものが多数提案されている。これは、スパークプラグの着火性向上のために、スパークプラグの発火部を燃焼室内部に突出させるようになっているため、発火部が高温に曝されるからである。

また最近では、エンジンの更なる高性能化の要求が高まりつつあり、スパークプラグにおいても、更なる着火性の向上が求められている。この着火性の向上のために、接地電極本体に接合された第１貴金属チップの中心電極と対向する先端面と接地電極本体の内周面との軸線方向の距離（以後、突き出し量ともいう）を大きくすることが有効である。これは、中心電極と接地電極（または第１貴金属チップ）とにより形成される火花放電ギャップ間にできた火炎核が、スワール等により成長しようとする。ところが、突き出し量が少ないと火炎核の成長する過程において、この火炎核が接地電極本体に接触し、成長を妨げる（以後、消炎作用ともいう）ことがある。よって、突き出し量が大きくなるように第１貴金属チップを接地電極本体に接合し、火炎核の成長を促進させた構造が多く採用されている。（特許文献１参照）
特開２００１−３４５１６２

しかしながら、特許文献１のように突き出し量のみを大きくしたスパークプラグでも、さらに火炎核が成長した際に、接地電極本体や絶縁体に接触する構造となっているため、消炎作用が起こり、火炎核の成長を妨げることがある。これにより、着火性が十分に確保できない問題があった。

本発明の課題は、突き出し量を大きくしたスパークプラグにおいて、接地電極本体や絶縁体が火炎核に接触することをできるだけ抑制し、火炎核の成長を接地電極本体や絶縁体が妨げることなく、着火性の優れたスパークプラグを提供することにある。

本発明のスパークプラグは、軸線方向に軸孔を有する絶縁体と、該絶縁体の軸孔の先端側に配設される中心電極と、前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、一端が該主体金具に結合される接地電極本体と、該接地電極本体の他端部における前記中心電極と対向する側の面に、自身の先端面が前記中心電極と対向する第１貴金属チップとを有する接地電極と、を備えるスパークプラグにおいて、前記第１貴金属チップの前記先端面と前記接地電極本体の内周面との軸線方向の距離ｔが０．３ｍｍ以上であり、前記接地電極本体の他端面の中心を通り、前記軸線を含む断面をとったときに、前記第１貴金属チップの先端面における他端側縁を含む軸線方向に平行な仮想線ｓ１、前記第１貴金属チップの先端面における他端側縁と、前記接地電極本体の内周面と前記接地電極本体の他端面との交点とを直線で結ぶ仮想線ｓ２とし、仮想線ｓ１と仮想線ｓ２との挟角の角度をθ１とし、前記断面をとったときに、前記中心電極の先端面における前記接地電極本体の他端側縁を含む軸線方向に平行な仮想線ｓ３、前記中心電極の先端面における他端側縁を含み前記絶縁体と接する仮想線ｓ４とし、仮想線ｓ３と仮想線ｓ４との挟角の角度をθ２としたとき、θ１＋θ２≦９３°であることを特徴とする。

本発明のスパークプラグは、第１貴金属チップの先端面と接地電極本体の内周面との軸線方向の距離ｔが０．３ｍｍ以上とするように構成されている。このように、第１貴金属チップの接地電極本体からの突き出し量が大きくなることで、中心電極と第１貴金属チップとにより形成される火花放電ギャップ間にできた火炎核が、スワール等により成長する際に、火炎核が接地電極本体に接触する可能性が低くなり、火炎核の成長を促進することで、着火性が向上する。第１貴金属チップの先端面と接地電極本体の内周面との軸線方向の距離ｔが０．３ｍｍ未満となると、上記のように、火炎核が接地電極本体に接触することを有効に抑制することができない。また、第１貴金属チップの先端面と接地電極本体の内周面との軸線方向の距離ｔは１．５ｍｍ以下とするのが好ましい。第１貴金属チップの先端面と接地電極本体の内周面との軸線方向の距離ｔが１．５ｍｍを越えると、第１貴金属チップの熱容量が大きくなり、第１貴金属チップの耐久性が低下する。

なお、接地電極本体の内周面とは、接地電極における中心電極と対向する側の面のことである。

さらに、本発明のスパークプラグは、接地電極本体の他端面の中心を通り、軸線を含む断面をとったときに、第１貴金属チップの先端面（中心電極との対向面）における他端側縁を含む軸線方向に平行な仮想線ｓ１、第１貴金属チップの先端面における他端側縁と、接地電極本体の内周面と接地電極本体の他端面との交点とを直線で結ぶ仮想線ｓ２とし、仮想線ｓ１と仮想線ｓ２との挟角の角度をθ１とし、断面をとったときに、中心電極の先端面（接地電極との対向面）における接地電極本体の他端側縁を含む軸線方向に平行な仮想線ｓ３、中心電極の先端面における他端側縁を含み絶縁体と接する仮想線ｓ４とし、仮想線ｓ３と仮想線ｓ４との挟角の角度をθ２としたとき、θ１＋θ２≦９３°とするように構成されている。

上記のように突き出し量を大きくしたスパークプラグであっても、さらに火炎核が成長した際に、接地電極本体や絶縁体に接触する構造となっているため、消炎作用が起こり、火炎核の成長を妨げることがある。ところが本発明のように、軸線を含む断面をとったときに、第１貴金属チップの先端面における他端側縁を含む軸線方向に平行な仮想線ｓ１、第１貴金属チップの先端面における他端側縁と、接地電極本体の内周面と接地電極本体の他端面との交点とを直線で結ぶ仮想線ｓ２とし、仮想線ｓ１と仮想線ｓ２との挟角の角度をθ１とし、断面をとったときに、中心電極の先端面における接地電極本体の他端側縁を含む軸線方向に平行な仮想線ｓ３、中心電極の先端面における他端側縁を含み絶縁体と接する仮想線ｓ４とし、仮想線ｓ３と仮想線ｓ４との挟角の角度をθ２としたとき、θ１＋θ２≦９３°とすることで、第１貴金属チップの先端面における他端側縁よりも他端部側に位置する接地電極本体の接触面や、中心電極の先端面における他端側縁よりも他端部側に位置する絶縁体の接触面が少なくなり、更に火炎核が成長した際に、接地電極本体や絶縁体に接触する可能性を低くすることができ、火炎核を効率よく成長させることができる。よって、着火性がさらに向上する。なお、θ１＋θ２が９３°を越えると、上記のような、火炎核を効率よく成長させることができない。また、θ１、θ２が０°以上であることは言うまでもない。また、θ１＋θ２が８５°以下、更には、５０°以下となることが好ましい。なお、挟角とは仮想線ｓ１と仮想線ｓ２の間に挟まれた角のことであり、本発明においては、鋭角となる角を指す。さらに、θ２は３５°以上が好ましい。θ２を３５°以上とすることで、絶縁体の肉厚が十分に確保され、絶縁体が貫通することを抑制することができる。

また、本発明のスパークプラグは、前記中心電極は、自身の先端に円柱形状の第２貴金属チップを有し、第１貴金属チップは、その先端面における直径が第２貴金属チップの先端面における直径よりも大きく、かつ、０．８ｍｍ以下である円柱形状を有することが好ましい。一般的に、中心電極側の発火部も接地電極側と同様に高温に曝されるため、中心電極の先端にも円柱状の第２貴金属チップを有しているスパークプラグが知られている。このとき、第１貴金属チップ及び第２貴金属チップの直径をそれぞれ０．８ｍｍ以下とすることで、有効にスパークプラグの着火性を向上させることができる。第１貴金属チップ及び第２貴金属チップのいずれか一方の直径が０．８ｍｍを越えると、着火性が低下することがある。

ところで、第１貴金属チップ及び第２貴金属チップが設けられたスパークプラグを内燃機関に取り付けた際、第２貴金属チップよりも第１貴金属チップのほうが消耗しやすくなる。これは、前述したように接地電極が中心電極よりも燃焼室の内部側に取り付けられるため、第１貴金属チップがより燃焼室内に突き出ている。よって、第１貴金属チップが燃焼室内から受けた熱をエンジンヘッド等に放熱しにくくなるためであると考えられる。そこで、本発明では、第１貴金属チップの直径を第２貴金属チップ直径よりも大きくしている。これにより、第１貴金属チップの耐消耗性も十分に良好にすることができる。

さらに、本発明のスパークプラグは、中心電極が先端に向かうほど縮径するテーパ部を有し、断面をとったときに、接地電極本体の内周面と接地電極本体の他端面との交点がテーパ部に対向することが好ましい。これにより、第１貴金属チップの先端面における他端側縁よりも他端部側に位置する接地電極本体の接触面をさらに少なくすることができ、火炎核を効率よく成長させることができる。よって、スパークプラグの着火性がさらに向上する。

ところで、第１貴金属チップと接地電極本体とを接合する場合、有効な接合方法の１つとしてレーザ溶接が考えられる。このとき、本発明のスパークプラグは、第１貴金属チップと接地電極本体との間に溶融部を有し、溶融部は、第１貴金属チップと接地電極本体の他端面との最短距離Ｄ１が０．２５ｍｍ以上となる状態で、第１貴金属チップを接地電極本体にレーザ溶接して形成することが好ましい。これにより、レーザ溶接によって形成される溶融部の形成スペースが第１貴金属チップと接地電極本体の他端面との間に十分に確保された状態でレーザ溶接できるので、第１貴金属チップと接地電極本体とを強固に接合できる。レーザ溶接による形成される溶融部が第１貴金属チップと接地電極本体の他端面との最短距離Ｄ１で０．２５ｍｍ未満となると、接地電極本体に対して貴金属チップが強固に接合できない虞がある。

さらに、本発明のスパークプラグは、溶融部が接地電極本体の他端面まで形成されてなることが好ましい。限られた溶融部の形成スペースである第１貴金属チップと接地電極本体の他端面との間を最大限有効活用して溶融部を形成することにより、第１貴金属チップと接地電極本体との接合強度を最大限増すことができる。その一方、第１貴金属チップの先端面における他端側縁よりも他端部側に位置する接地電極本体の接触面をできる限り少なくすることができ、火炎核を効率よく成長させることができる。

上記したように、火炎核が接地電極本体に接触する可能性をできる限り小さくするためには、第１貴金属チップと接地電極本体の他端面との最短距離Ｄ１をできるだけ小さくすることが好ましいが、その結果、溶融部の形成スペースが制限される。すなわち、溶融部の長さは、第１貴金属チップと接地電極本体の他端面との間においては、最短距離Ｄ１を超えることができない。この結果、接地電極本体の第１貴金属チップよりも他端側においては十分な接合強度が得られない恐れがある。そこで、本発明のスパークプラグは、接地電極本体の内周面を見たときに、溶融部のうち接地電極本体の一端に最も近い部位と第１貴金属チップとの最短距離をＤ２としたときに、Ｄ２＞Ｄ１であることが好ましい。つまり、接地電極の第１貴金属チップよりも一端側（すなわち、主体金具側）においては、溶融部の長さが接地電極の第１貴金属チップよりも他端側のような制限を受けないため、第１貴金属チップと接地電極本体の他端面との最短距離Ｄ１よりも長い幅の溶融部を形成することが可能となる。その結果、限られた溶融部の形成スペース内においても第１貴金属チップと接地電極本体との接合強度を全体として向上することができる。

また、本発明のスパークプラグは、接地電極本体の側面と接地電極本体の他端面との間の角部に斜面を有し、接地電極の内周面を見たときに、斜面と第１貴金属チップとの最短距離Ｄ３とし、接地電極本体の他端面と第１貴金属チップのとの最短距離Ｄ１としたときに、Ｄ３＜Ｄ１であることが好ましい。このように、Ｄ３＜Ｄ１となる斜面を接地電極本体に設けることで、第１貴金属チップ周辺の接地電極本体の接触面を更に減少させることができ、火炎核と接地電極本体との接触可能性をより効果的に低減することができる。

ところで、第１貴金属チップと接地電極本体とを接合する場合、有効な接合方法の１つとしてレーザ溶接が考えられる。このとき、本発明のスパークプラグは、第１貴金属チップと接地電極本体との間に溶融部を有し、溶融部は、第１貴金属チップと斜面との最短距離Ｄ３が０．２５ｍｍ以上となる状態で、第１貴金属チップを接地電極本体にレーザ溶接して形成することが好ましい。これにより、レーザ溶接によって形成される溶融部の形成スペースが第１貴金属チップと接地電極の斜面との間に十分に確保された状態でレーザ溶接できるので、第１貴金属チップと接地電極本体とを強固に接合できる。

さらに、本発明のスパークプラグは、溶融部が斜面まで形成されてなることが好ましい。限られた溶融部の形成スペースである第１貴金属チップと斜面との間を最大限有効活用して溶融部を形成することにより、第１貴金属チップと接地電極本体との接合強度を最大限増すことができるからである。その一方、第１貴金属チップの先端面における他端側縁よりも他端部側に位置する接地電極本体の接触面をできる限り少なくすることができ、火炎核を効率よく成長させることができる。

上記したように、火炎核が接地電極本体に接触する可能性をできる限り小さくするためには、第１貴金属チップと接地電極本体の斜面との最短距離Ｄ３をできるだけ小さくすることが好ましいが、その結果、溶融部の形成スペースが制限される。すなわち、溶融部の長さは、第１貴金属チップと斜面との間においては、最短距離Ｄ３を超えることができない。この結果、接地電極本体の第１貴金属チップと斜面との間においては十分な接合強度が得られない恐れがある。そこで、本発明のスパークプラグは、接地電極の内周面を見たときに、溶融部のうち接地電極本体の一端に最も近い部位と第１貴金属チップとの最短距離をＤ２とし、Ｄ２＞Ｄ３であることが好ましい。つまり、接地電極の第１貴金属チップよりも一端側（すなわち、主体金具側）においては、溶融部の長さが接地電極本体の第１貴金属チップと斜面との間のような制限を受けないため、第１貴金属チップと接地電極本体の斜面との最短距離Ｄ３よりも長い幅の溶融部を形成することが可能となる。その結果、限られた溶融部の形成スペース内においても第１貴金属チップと接地電極本体との接合強度を全体として向上することができる。

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〜図３に示す本発明の実施形態１の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に嵌め込まれた絶縁体２、第２貴金属チップ３１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、その一端（接地電極本体の接合面４２）が主体金具１に接合され、他端（接地電極本体の接合面と反対側の端面４４）近くの内周面４５に第１貴金属チップ４１が接合された接地電極４等を備えている。接地電極４は、第１貴金属チップ４１の先端面が第２貴金属チップ３１の先端面と対向するように曲げられている。そして、第２貴金属チップ３１と第１貴金属チップ４１との間が火花ギャップｇとなっている。

主体金具１は炭素鋼等で形成され、図１に示すように、その外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取付けるためのねじ部１２が形成されている。また、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、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有している。貫通孔６の一方の端部側に端子金具８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８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。

中心電極３は、ＩＮＣＯＮＥＬ６００（ＩＮＣＯ社の登録商標）等のＮｉ合金である。そして、中心電極３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、ここに上記円板状の貴金属チップ重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により固着することにより第２貴金属チップ３１が形成される。上記第２貴金属チップ３１は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＷを主成分とする金属にて構成される。具体的には、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｒｈ等のＰｔ合金や、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ等のＩｒ合金が挙げられる。

接地電極４の一端（接合面４２）は、主体金具１の先端面に対して溶接等により固着・一体化されている。一方、接地電極本体４ａの他端（接合面とは反対側の端面４４）近傍（他端部）には、第１貴金属チップ４１が接合されており、中心電極先端面（具体的には貴金属チップ３１）に対向している。第１貴金属チップ４１は、円板状乃至円柱状の貴金属チップを接地電極４の所定位置に設け、レーザ溶接により固着することで第１貴金属チップ４１が形成される。なお、レーザ溶接の他、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により固着することも可能である。接地電極本体４ａは、ＩＮＣＯＮＥＬ６００である。第１貴金属チップ４１は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＷを主成分とする金属にて構成される。具体的には、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｎｉ、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｒｈ等のＰｔ合金や、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ等のＩｒ合金が挙げられる。

そして、第１貴金属チップ４１は、直径がφ０．６ｍｍ、接地電極本体４ａからの突き出し量ｔが０．８ｍｍとなっている。このように、第１貴金属チップ４１の接地電極本体４ａからの突き出し量ｔが０．３ｍｍ以上となることで、第２貴金属チップ３１と第１貴金属チップ４１とにより形成される火花放電ギャップｇ間にできた火炎核が、スワール等により成長する際に、火炎核が接地電極本体４ａに接触する可能性が低くなり、火炎核の成長を促進することで、着火性が向上する。

さらに、第２貴金属チップ３１は、直径がφ０．５５ｍｍとなっている。このように、第１貴金属チップ４１及び第２貴金属チップ３１の直径をそれぞれ０．８ｍｍ以下とすることで、有効にスパークプラグの着火性を向上させることができる。そのうえ、第１貴金属チップ４１の直径を第２貴金属チップ３１の直径よりも大きくしているので第１貴金属チップ４１の耐消耗性も十分に良好にすることができる。

さらに、第１貴金属チップ４１の先端面４１ａにおける他端側縁４１ｂを含む軸線方向に平行な仮想線ｓ１、他端側縁４１ｂと、接地電極本体４ａの内周面４５と接地電極本体４ａの他端面４４との交点とを直線で結ぶ仮想線ｓ２との挟角が２０°となっている。また、第２貴金属チップ３１の先端面３１ａにおける他端側縁３１ｂを含む軸線方向に平行な仮想線ｓ３、他端側縁３１ｂを含み絶縁体２と接する仮想線ｓ４との挟角が４５°となっている。このように、仮想線ｓ１と仮想線ｓ２との挟角の角度をθ１と仮想線ｓ３と仮想線ｓ４との挟角の角度をθ２としたとき、θ１＋θ２≦９３°とすることで、第１貴金属チップ４１の先端面４１ａにおける他端側縁４１ｂよりも他端部側に位置する接地電極本体４ａの接触面や、第２貴金属チップ３１の先端面３１ａにおける他端側縁３１ｂよりも他端部側に位置する絶縁体２の接触面が少なくなり、更に火炎核が成長した際に、接地電極本体４ａや絶縁体２に接触する可能性を低くすることができ、火炎核を効率よく成長させることができる。よって、着火性がさらに向上する。

さらに、仮想線ｓ１と仮想線ｓ２との挟角の角度θ１が４５°以下とすることで、通常、中心電極３よりも燃焼室の内部側に取り付けられる接地電極４の接地電極本体４ａと火炎核とが接触することをより抑制し、火炎核をさらに効率よく成長させることができ、着火性がさらに向上する。

さらに、図２に示されるように、接地電極本体４ａの内周面４５と接地電極本体４ａの他端面４４との交点４ｂが中心電極３のテーパ部３２に対向している。これにより、第１貴金属チップ４１の先端面４１ａにおける他端側縁４１ｂよりも他端部側に位置する接地電極本体４ａの接触面をさらに少なくすることができ、火炎核を効率よく成長させることができる。よって、スパークプラグの着火性がさらに向上する。

また、図３に示されるように、第１貴金属チップ４１と接地電極本体４ａの先端面４４との最短距離Ｄ１は、約０．２９ｍｍなっている。このように、第１貴金属チップ４１と接地電極本体４ａの他端面４４との最短距離Ｄ１が０．２５ｍｍ以上となることで、レーザ溶接によって形成される溶融部４３の形成スペースが第１貴金属チップ４１と接地電極本体４ａの他端面４４との間に十分に確保された状態となり、第１貴金属チップ４１と接地電極本体４ａとを強固に接合できる。

さらに、溶融部４３は、接地電極本体４ａの他端面４４まで延びて形成されている。よって、限られた溶融部４３の形成スペースである第１貴金属チップ４１と接地電極本体４ａの他端面４４との間を最大限有効活用して溶融部４３を形成することにより、第１貴金属チップ４１と接地電極本体４ａとの接合強度を最大限増すことができる。

また、溶融部４３のうち接地電極本体４ａの一端４１に最も近い部位Ｐ１と第１貴金属チップ４１との最短距離Ｄ２が約１．０ｍｍとなっている。このように、最短距離Ｄ２が、第１貴金属チップ４１と接地電極本体４ａの先端面４４との最短距離Ｄ１よりも大きい、つまり、Ｄ２＞Ｄ１であることで、限られた溶融部４３の形成スペース内においても第１貴金属チップ４１と接地電極本体４ａとの接合強度を全体として向上することができる。このような効果を十分に得るために、本実施例では、Ｄ２はＤ１の２倍以上とされている。

次に、本発明の実施形態２について図４を用いて説明する。なお、この実施形態２のスパークプラグ２００は、上述した実施形態１のスパークプラグ１００と比較して、接地電極本体４ａの形状が主に異なるものである。従って、実施形態１のスパークプラグ１００と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については、説明を省略又は簡略化する。

実施形態２のスパークプラグ２００も同様に、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に嵌め込まれた絶縁体２、第２貴金属チップ３１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、第２貴金属チップ３１（中心電極３）の先端面と対向するように配置された接地電極２０４等を備えている。この接地電極２０４の接地電極本体２０４ａは、ＩＮＣＯＮＥＬ６００である。そして、図４に示されるように、接地電極２０４の他端部には、第１貴金属チップ２４１が備えられている。この第１貴金属チップ２４１は、円板状の貴金属チップを接地電極本体２０４ａの所定位置に設け、レーザ溶接により固着することで第１貴金属チップ２４１が形成される。なお、レーザ溶接の他、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により固着することも可能である。上記第１貴金属チップ２４１は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＷを主成分とする金属にて構成される。具体的には、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｎｉ、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｒｈ等のＰｔ合金や、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ等のＩｒ合金が挙げられる。

さらに、接地地電極本体２０４ａは、接地電極本体２０４ａの側面２４７と接地電極本体２０４ａの他端面２４４との間の角部（実施形態１の角部４６に相当）に斜面（面取り）２４６を有している。そして、斜面２４６と第１貴金属チップ２４１との最短距離Ｄ３が約０．２７ｍｍとなっている。一方、接地電極本体２０４ａの他端面２４４と貴金属チップ２４１との最短距離Ｄ１は約０．２９ｍｍとなっている。このように、Ｄ３＜Ｄ１となる斜面２４６を接地電極本体２０４ａに設けることで、第１貴金属チップ２４１周辺の接地電極本体２０４ａの接触面を更に減少させることができ、火炎核と接地電極本体２０４ａとの接触可能性をより効果的に低減することができる。

さらに、第１貴金属チップ２４１と斜面２４６との最短距離Ｄ３が０．２５ｍｍ以上となることで、レーザ溶接によって形成される溶融部２４３の形成スペースが第１貴金属チップ２４１と斜面２４６との間に十分に確保された状態となり、第１貴金属チップ２４１と接地電極本体２０４ａとを強固に接合できる。

さらに、溶融部２４３は、斜面２４６まで形成されている。よって、限られた溶融部２４３の形成スペースである第１貴金属チップ２４１と斜面２４６の間を最大限有効活用して溶融部２４３を形成することにより、第１貴金属チップ２４１と接地電極本体２０４ａとの接合強度を最大限増すことができる。

また、溶融部２４３のうち接地電極本体２０４ａの一端（図示せず）に最も近い部位Ｐ１と第１貴金属チップ２４１との最短距離Ｄ２が１．０ｍｍとなっている。このように、最短距離Ｄ２が、斜面２４６と第１貴金属チップ２４１との最短距離Ｄ３よりも大きい、つまり、Ｄ２＞Ｄ３であることで、限られた溶融部２４３の形成スペース内においても第１貴金属チップ２４１と接地電極本体２０４ａとの接合強度を全体として向上することができる。このような効果を十分に得るために、Ｄ２はＤ３の２倍以上とされている。

本発明の効果を確認するために、以下の各種実験を行った。
図１、図２に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。まず、絶縁体２の材質として焼結アルミナセラミックを、中心電極３中心電極本体３ａとしてＩＮＣＯＮＥＬ６００、第２貴金属チップ３１の材質として、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ、第１貴金属チップ４１の材質としてＰｔ−２０ｗｔ％Ｎｉを、それぞれ選定した。なお、第１貴金属チップ４１の高さｔを０．８ｍｍ、直径をφ０．６ｍｍの円柱状とした。

そして、図２におけるθ１、θ２の角度を表１のように設定したスパークプラグ１００を、排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに取り付け、アイドリング（エンジン回転数７００ｒｐｍ）にて着火性の試験を行った。本試験では、上記エンジン条件でＨＣスパイクが３分間あたり１０回発生した時のＡ／Ｆの値を着火限界と判断し、調査した。なお、本試験は、エンジンが失火すると、ＨＣ（ハイドロカーボン）が発生することが知られており、このことより、所定の回数が発生した時のＡ／Ｆを着火限界と考えることができる。Ａ／Ｆが１８以上のものを◎、Ａ／Ｆが１７．５以上１８未満のものを○、Ａ／Ｆが１７以上１７．５未満のものを△、１７未満のものを×とした。結果も表１に示す。

表１によると、資料Ａ（θ１＋θ２が５０°）、資料Ｂ（θ１＋θ２が６５°）、資料Ｃ（θ１＋θ２が８０°）、資料Ｄ（θ１＋θ２が８５°）、資料Ｅ（θ１＋θ２が９０°）、資料Ｆ（θ１＋θ２が９３°）については、Ａ／Ｆが１７以上であった。それに対して、資料Ｇ（θ１＋θ２が９５°）、資料Ｈ（θ１＋θ２が１０５°）については、Ａ／Ｆが１７未満であった。このように、θ１＋θ２を９３°以下とすることで、着火性が良好となる。さらに、資料Ａ、資料Ｂ、資料Ｃ、資料Ｄについては、Ａ／Ｆが１７．５以上となった。このようにθ１＋θ２を８５°以下とすることで、さらに着火性が良好となる。その上、資料Ａについては、Ａ／Ｆが１８以上となった。このようにθ１＋θ２が５０℃以下となることで、更に効率的に着火性が良好となる。

次に、実施例１と同様に図１、図２に示す形状のスパークプラグの各種試験品を用意した。具体的には、絶縁体２の材質として焼結アルミナセラミックを、中心電極３の中心電極本体３ａとしてＩＮＣＯＮＥＬ６００、第２貴金属チップ３１の材質として、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ、第１貴金属チップ４１の材質としてＰｔ−２０ｗｔ％Ｎｉを、それぞれ選定した。なお、第１貴金属チップ４１の高さｔを０．８ｍｍ、直径をφ０．６ｍｍの円柱状とした。

そして、図２におけるθ１、θ２の角度を表２のように設定したスパークプラグ１００を、上記実施例１と同様に、排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに取り付け、アイドリング（エンジン回転数７００ｒｐｍ）にて着火性の試験を行った。本試験では、上記エンジン条件でＨＣスパイクが３分間あたり１０回発生した時のＡ／Ｆの値を着火限界と判断し、調査した。Ａ／Ｆが１８以上のものを◎、Ａ／Ｆが１７．５以上１８未満のものを○、結果も表２に示す。

表２によると、資料Ｉ（θ１が４０°、θ２が４５°）、資料Ｊ（θ１が４５°、θ２が４０°）Ａ／Ｆが１８以上であった。それに対して、資料Ｃ（θ１が５０°、θ２が３５°）Ａ／Ｆが１７．５以上１８未満であった。このように、θ１を４５°以下とすることで更に効率的に着火性が良好となる。

なお、本発明においては、上述した具体的な実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。例えば、本発明のスパークプラグ１００において、中心電極３に第２貴金属チップ３１を設けたがこれに限られず、第２貴金属チップ３１が設けられていない中心電極３であってもよい。

また、本発明のスパークプラグ１００は、中心電極３または接地電極４は電極本体のみであるが、これに限らず、中心電極３の電極本体が表面に形成され、内部に金属芯が挿入されている、または接地電極４の電極本体が表面に形成され、内部に金属芯が挿入されていてもよい。そして、この場合の金属芯の材質は、Ｃｕ、Ａｇ等の単体または合金から形成されている。

本発明のスパークプラグの実施形態１を示す正面断面図。 図１の要部を示す正面断面図。 図１の接地電極本体４ａの内周面４５を見た正面図。 本発明のスパークプラグの実施形態２の接地電極本体２０４ａの内周面２４５を見た正面図。

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
３１ 第２貴金属チップ
４１、２４１ 第１貴金属チップ
１００、２００ スパークプラグ

Claims (10)

1. 軸線方向に軸孔を有する絶縁体と、
   該絶縁体の軸孔の先端側に配設される中心電極と、
   前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
   一端が該主体金具に結合される接地電極本体と、該接地電極本体の他端部における前記中心電極と対向する側の面に、自身の先端面が前記中心電極と対向する第１貴金属チップとを有する接地電極と、を備えるスパークプラグにおいて、
   前記第１貴金属チップの前記先端面と前記接地電極本体の内周面との軸線方向の距離ｔが０．３ｍｍ以上であり、
   前記接地電極本体の他端面の中心を通り、前記軸線を含む断面をとったときに、前記第１貴金属チップの先端面における他端側縁を含む軸線方向に平行な仮想線ｓ１、前記第１貴金属チップの先端面における他端側縁と、前記接地電極本体の内周面と前記接地電極本体の他端面との交点とを直線で結ぶ仮想線ｓ２とし、仮想線ｓ１と仮想線ｓ２との挟角の角度をθ１とし、
   前記断面をとったときに、前記中心電極の先端面における前記接地電極本体の他端側縁を含む軸線方向に平行な仮想線ｓ３、前記中心電極の先端面における他端側縁を含み前記絶縁体と接する仮想線ｓ４とし、仮想線ｓ３と仮想線ｓ４との挟角の角度をθ２としたとき、
   θ１＋θ２≦９３°
   であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
   前記中心電極は、自身の先端に円柱形状の第２貴金属チップを有し、
   前記第１貴金属チップは、その先端面における直径が前記第２貴金属チップの先端面における直径よりも大きく、かつ、０．８ｍｍ以下である円柱形状を有することを特徴とするスパークプラグ。
   
3. 請求項１または２に記載のスパークプラグにおいて、
   前記中心電極は、先端に向かうほど縮径するテーパ部を有し、
   前記断面をとったときに、前記接地電極本体の内周面と前記接地電極本体の他端面との交点が前記テーパ部に対向することを特徴とするスパークプラグ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、
   前記第１貴金属チップと前記接地電極本体との間に溶融部を有し、
   前記溶融部は、前記第１貴金属チップと前記接地電極本体の他端面との最短距離Ｄ１が０．２５ｍｍ以上となる状態で、前記第１貴金属チップを前記接地電極本体にレーザ溶接して形成することを特徴とするスパークプラグ。
5. 請求項４に記載のスパークプラグにおいて、
   前記溶融部は、前記接地電極本体の他端面まで形成されてなることを特徴とするスパークプラグ。
6. 請求項４または５に記載のスパークプラグおいて、
   前記接地電極の内周面を見たときに、前記溶融部のうち前記接地電極本体の一端に最も近い部位と前記貴金属チップとの最短距離をＤ２とし、
   Ｄ２＞Ｄ１であることを特徴とするスパークプラグ。
7. 請求項１または２に記載のスパークプラグにおいて、
   前記接地電極本体の側面と前記接地電極本体の他端面との間の角部に斜面を有し、
   前記接地電極本体の内周面を見たときに、前記第１貴金属チップと前記斜面との最短距離Ｄ３とし、前記接地電極本体の他端面と前記第１貴金属チップとの最短距離Ｄ１としたときに、
   Ｄ３＜Ｄ１であることを特徴とするスパークプラグ。
8. 請求項７に記載のスパークプラグにおいて、
   前記第１貴金属チップと前記接地電極本体との間に溶融部を有し、
   前記溶融部は、前記第１貴金属チップと前記斜面との最短距離Ｄ３が０．２５ｍｍ以上となる状態で、前記第１貴金属チップを前記接地電極本体にレーザ溶接して形成することを特徴とするスパークプラグ。
9. 請求項８に記載のスパークプラグにおいて、
   前記溶融部は、前記斜面まで形成されてなることを特徴とするスパークプラグ。
10. 請求項７乃至９のいずれかに記載のスパークプラグおいて、
    前記接地電極本体の内周面を見たときに、前記溶融部のうち前記接地電極本体の一端に最も近い部位と前記貴金属チップとの最短距離をＤ２とし、
    Ｄ２＞Ｄ３であることを特徴とするスパークプラグ。