JP5291789B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等に使用される点火プラグに関する。

内燃機関等に使用される点火プラグは、例えば、軸線方向に延びる中心電極と、中心電極の外周に設けられる筒状の絶縁体と、絶縁体の外周に設けられる筒状の主体金具と、基端部が主体金具の先端部に接合された接地電極とを備える。また、接地電極は、その先端部が中心電極の先端部と対向するように、自身の略中間部分が曲げ返され、中心電極の先端部及び接地電極の先端部の間には火花放電間隙が形成される。

ところで近年では、環境保護の観点から低排気量化を図りつつ、十分な出力を得るために、高圧縮、高過給のエンジンが利用されることがある。このようなエンジンにおいては、エンジンの動作に伴い接地電極に対して加わる振動が大きなものとなりやすい。そのため、接地電極のうち、振動に伴う応力が特に集中する屈曲部において折損が生じてしまうおそれがある。

そこで、接地電極の折損を抑制すべく、屈曲部を設けることなく、接地電極を直棒（ストレート）状とする技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。また、接地電極の屈曲部における結晶粒径を大きくすることで、接地電極の折損を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献２等参照）。

特開２００３−５９６１８号公報 特開２００５−３３９８６４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、接地電極の先端部のみならず、接地電極の中間部分も中心電極に対して接近することとなってしまう。そのため、接地電極の存在により、火花放電間隙にて生成された火花の成長が阻害されてしまい、着火性の低下を招いてしまうおそれがある。

また、上記特許文献２に記載の技術では、振動に伴い接地電極の屈曲部に加わる応力は依然として大きく、接地電極の折損を十分に抑制することができないおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた着火性を実現しつつ、接地電極等の折損をより確実に防止することができる点火プラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成の点火プラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部に固定され、屈曲部にて前記軸線側へと曲げられた接地電極と、
前記接地電極の先端部に接合され、前記中心電極の先端部との間に間隙を形成するチップとを備え、
前記チップは、自身の一部が前記接地電極の先端面及び内周側側面から突出した状態で、前記接地電極に接合され、
前記接地電極の先端面の中心が、前記中心電極の先端よりも前記軸線方向先端側に位置する点火プラグであって、
前記接地電極のその中心軸に沿った長さをＬ（ｍｍ）とし、前記軸線に沿った前記主体金具の先端に対する前記接地電極の突出長をＸ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｘ≦１．２８を満たすとともに、
前記接地電極の中心軸と直交する断面における、前記接地電極のうち前記チップの接合された部位よりも基端側の部位の断面積をＳ１（ｍｍ²）とし、前記接地電極の先端に対する前記チップの突出方向と直交する断面における、前記チップの断面積をＳ２（ｍｍ²）とし、前記接地電極の長手方向における前記接地電極の先端面に対する前記チップの突出長をＡ（ｍｍ）としたとき、１３．１≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすことを特徴とする。

上記構成１によれば、接地電極には屈曲部が設けられているため、接地電極と中心電極との間に比較的大きな空間を形成することができ、接地電極による火花の成長阻害をより確実に防止することができる。さらに、接地電極の先端面の中心が中心電極の先端よりも軸線方向先端側に位置しているため、前記間隙を燃焼室の中心側に形成することができる。これらの結果、良好な着火性を実現することができる。

一方で、接地電極の先端面の中心が中心電極の先端よりも先端側に配置されている場合、すなわち、主体金具の先端から接地電極が比較的大きく突き出している場合には、振動が加えられた際に、接地電極に加わる応力が大きなものとなりやすく、屈曲部における接地電極の折損が懸念される。

この点、上記構成１によれば、Ｌ／Ｘ≦１．２８を満たすように構成されており、軸線側に向けた接地電極の突き出し量（軸線方向先端側から見たときにおける、軸線と直交する方向に沿った接地電極の長さ）が、比較的小さなものとされている。すなわち、振動が加えられた際に屈曲部に加わる応力は、前記突き出し量に対応するところ、前記突き出し量を小さくすることで、屈曲部に加わる応力を効果的に低減させることができる。その結果、屈曲部における接地電極の折損をより確実に防止することができる。

ところで、軸線側に向けた接地電極の突き出し量を小さくすることは、接地電極の耐折損性を高めるという点で効果的であるが、接地電極の先端部を中心電極に対して十分に接近させることができなくなってしまうおそれがある。接地電極の先端部を中心電極に対して十分に接近させることができないと、接地電極の先端部と中心電極との間に間隙を形成しようとした場合において、間隙が比較的大きなものとなってしまい、上述した良好な着火性を安定的に発揮させることができなくなってしまうおそれがある。

この点を鑑みて、上記構成１によれば、接地電極の先端部には、自身の一部が接地電極の先端面及び内周側側面から突出するチップが接合されており、当該チップと中心電極の先端部との間で間隙が形成されている。従って、間隙を適切な大きさで形成することができ、良好な着火性を安定的に発揮させることができる。また、チップは、その一部が接地電極の先端面及び内周側側面から突出するように構成されているため、接地電極は、間隙からより遠ざかることとなる。そのため、接地電極による火花の成長阻害をより一層確実に防止することができ、一層優れた着火性を実現することができる。

ところで、接地電極の先端面から突出するようにチップを構成した場合には、チップが過熱されてしまいやすい。チップが過熱されてしまうと、チップの強度が低下してしまい、振動が加えられた際に、チップのうち接地電極の先端面から突出する部位の根元側（接地電極との連接部側）にてチップの折損が生じてしまうおそれがある。

この点、上記構成１によれば、１３．１（ｍｍ^-1）≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすように構成されている。すなわち、チップのうち接地電極の先端面から突出する突出部の体積（Ｓ２×Ａ）は、内燃機関等の動作時における前記突出部の受熱量に相当し、接地電極の断面積Ｓ１は、接地電極の有する、前記突出部の熱を主体金具側へと伝導する能力（接地電極の熱引き能力）に相当する。そして、１３．１≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａ、つまり、１３．１≦Ｓ１／（Ｓ２×Ａ）を満たすことで、接地電極の熱引き能力を、突出部の受熱量に対して十分に大きなものとすることができ、チップの過熱を極めて効果的に防止することができる。その結果、高温下においてチップの強度を十分に維持することができ、チップの耐折損性を飛躍的に向上させることができる。

構成２．本構成の点火プラグは、上記構成１において、前記接地電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備えることを特徴とする。

上記構成２によれば、接地電極の内部には、外層よりも熱伝導性が高い内層が設けられている。従って、チップの熱を内層を介して主体金具側へと速やかに伝導することができ、チップの過熱をより一層確実に防止することができる。その結果、チップの耐折損性を一層向上させることができる。

構成３．本構成の点火プラグは、上記構成２において、１．７≦Ｓ１≦３．０を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、接地電極の断面積Ｓ１が３．０ｍｍ²以下とされている。従って、接地電極の存在による火花の成長阻害がより生じにくくなるとともに、間隙と燃料噴射装置との間に接地電極が配置された場合において、混合気が接地電極を回り込んで前記間隙へと入り込みやすくなる。その結果、着火性を一層向上させることができる。

一方で、断面積Ｓ１を３．０ｍｍ²以下とした場合には、接地電極における熱引き能力が低下してしまうおそれがあるが、上記構成３によれば、接地電極に内層が設けられているため、接地電極において優れた熱引き能力を確保することができる。その結果、着火性の更なる向上を図りつつ、チップにおいて優れた耐折損性を維持することができる。換言すれば、上記構成２は、断面積Ｓ１を３．０ｍｍ²以下とした場合において、特に有効に作用するといえる。

尚、断面積Ｓ１を過度に小さくした場合には、内層を設けたとしても、接地電極において優れた熱引き能力を確保することが難しくなり得るが、上記構成３によれば、断面積Ｓ１が１．７ｍｍ²以上とされている。従って、接地電極において優れた熱引き能力をより確実に確保することができ、チップの耐折損性をより確実に向上させることができる。
構成４．本構成の点火プラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部に固定され、屈曲部にて前記軸線側へと曲げられた接地電極と、
前記接地電極の先端部に接合され、前記中心電極の先端部との間に間隙を形成するチップとを備え、
前記チップは、自身の一部が前記接地電極の先端面及び内周側側面から突出した状態で、前記接地電極に接合され、
前記接地電極の先端面の中心が、前記中心電極の先端よりも前記軸線方向先端側に位置する点火プラグであって、
前記接地電極のその中心軸に沿った長さをＬ（ｍｍ）とし、前記軸線に沿った前記主体金具の先端に対する前記接地電極の突出長をＸ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｘ≦１．２８を満たすとともに、
前記接地電極の中心軸と直交する断面における、前記接地電極のうち前記チップの接合された部位よりも基端側の部位の断面積をＳ１（ｍｍ ² ）とし、前記接地電極の先端に対する前記チップの突出方向と直交する断面における、前記チップの断面積をＳ２（ｍｍ ² ）とし、前記接地電極の長手方向における前記接地電極の先端面に対する前記チップの突出長をＡ（ｍｍ）としたとき、８．４≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たし、
前記接地電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備え、
１．７≦Ｓ１≦３．０を満たすことを特徴とする。
上記構成４によれば、８．４（ｍｍ ^-1 ）≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすように構成されている。従って、接地電極の熱引き能力を、突出部の受熱量に対して十分に大きなものとすることができ、チップの過熱を効果的に防止することができる。その結果、高温下においてチップの強度を十分に維持することができ、チップの折損をより確実に防止することができる。
さらに、上記構成４によれば、上記構成２及び上記構成３による作用効果が合わせて奏されることとなる。

点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。 点火プラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。 接地電極の別例を示す点火プラグ先端部の一部破断拡大正面図である。 （ａ）は、図２のＪ−Ｊ線断面図であり、（ｂ）は、図２のＫ−Ｋ線断面図である。 図２のＰ−Ｐ線断面図である。 別の実施形態における点火プラグの構成を示す一部破断拡大正面図である。 別の実施形態における点火プラグの構成を示す一部破断拡大正面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、点火プラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、点火プラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

点火プラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿設されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金等）からなる芯部５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする合金からなる外皮部５Ｂにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５の先端部には、耐消耗性に優れる金属（例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、及び、Ｒｅ等のうち１種類以上を含有する金属など）からなる円柱状の中心電極側チップ３１が設けられている。

加えて、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面には点火プラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には径方向外側に突出する座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３に対してその後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって主体金具３に固定されている。尚、段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、図２に示すように、主体金具３の先端部２６には、棒状をなす接地電極２７の基端部が接合されている。接地電極２７は、断面矩形状をなし、自身の略中間部分に設けられた屈曲部２７Ｋにて軸線ＣＬ１側へと曲げ返されている。また、接地電極２７は、Ｎｉ合金〔例えば、インコネル６００やインコネル６０１（いずれも登録商標）〕によって形成された外層２７Ａと、当該外層２７Ａの内部に設けられ、外層２７Ａよりも熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金等）によって形成された内層２７Ｂとを備えている。尚、図３に示すように、接地電極２７に内層２７Ｂを設けることなく、単一の金属（例えば、Ｎｉ合金）により接地電極２７を構成してもよい。

図２に戻り、接地電極２７の先端部には、耐消耗性に優れる金属（例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、及び、Ｒｅ等のうち１種類以上を含有する金属など）からなる直方体状の接地電極側チップ３２（本発明の「チップ」に相当する）が接合されている。接地電極側チップ３２は、自身の一部が接地電極２７の側面のうち中心電極５側に位置する内周側側面２７Ｓ及び接地電極２７の先端面２７Ｆから突出するとともに、自身の一部が接地電極２７に埋入した状態で、接地電極２７に接合されている。そして、接地電極側チップ３２の側面のうち中心電極５側に位置する面と、中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端面との間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されており、当該火花放電間隙３３において軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。

尚、本実施形態では、上述の通り、接地電極側チップ３２は、その一部が接地電極２７に埋入しているため、接地電極側チップ３２と内層２７Ｂとの間の最短距離が比較的小さなもの（例えば、０．９ｍｍ以下）となっている。また、火花放電間隙３３の大きさ（接地電極側チップ３２と中心電極５の先端部との間の最短距離）は、所定の数値範囲内（例えば、０．５ｍｍ以上１．４ｍｍ以下）に設定されている。

加えて、本実施形態では、接地電極２７の先端面２７Ｆの中心ＣＥ（中心軸ＣＬ２と先端面２７Ｆとの交点）が、中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置している。すなわち、接地電極２７は、主体金具３の先端から軸線ＣＬ１方向先端側に向けて比較的大きく突出するように構成されており、火花放電間隙３３が燃焼室の中心側に配置されるように構成されている。

また、本実施形態では、接地電極２７のその中心軸ＣＬ２に沿った長さをＬ（ｍｍ）とし、軸線ＣＬ１に沿った主体金具３の先端に対する接地電極２７の突出長をＸ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｘ≦１．２８を満たすように構成されている。尚、本実施形態において、前記長さＬは、所定の数値範囲内（例えば、６ｍｍ以上１０ｍｍ以下）に設定され、突出長Ｘは、所定の数値範囲内（例えば、５ｍｍ以上８ｍｍ以下）に設定されている。加えて、Ｌ／Ｘ≦１．２８等を満たすことで、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った、接地電極２７基端部の最外周から接地電極２７の先端までの長さ、すなわち、主体金具３への接地電極２７の固定位置に対する軸線ＣＬ１側に向けた接地電極２７の突き出し量Ｙが、比較的小さなもの（例えば、４ｍｍ以上６ｍｍ以下）とされている。

さらに、本実施形態において、接地電極２７は、接地電極側チップ３２よりも基端側において、図４（ａ），（ｂ）〔図４（ａ）は、図２のＪ−Ｊ線断面図であり、図４（ｂ）は、図２のＫ−Ｋ線断面図である〕に示すように前記中心軸ＣＬ２と直交する断面における断面積Ｓ１（ｍｍ²）が一定とされている。また、本実施形態において、前記断面積Ｓ１（ｍｍ²）は、１．７≦Ｓ１≦３．０を満たすように構成されている。

加えて、図５（図５は、図２のＰ−Ｐ線断面図を示す）に示すように、接地電極２７の先端に対する接地電極側チップ３２の突出方向と直交する断面における、接地電極側チップ３２の断面積をＳ２（ｍｍ²）とし、図２に示すように、接地電極２７の長手方向における接地電極２７の先端面２７Ｆに対する接地電極側チップ３２の突出長をＡ（ｍｍ）としたとき、前記断面積Ｓ１，Ｓ２及び突出長Ａは、８．４（ｍｍ^-1）≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすように構成されている。

すなわち、接地電極側チップ３２のうち接地電極２７の先端面２７Ｆから突出する突出部３２Ｐ（図２中、散点模様を付した部位）の体積（Ｓ２×Ａ）は、内燃機関等の動作時における前記突出部３２Ｐの受熱量に相当し、断面積Ｓ１は、接地電極２７の有する、前記突出部３２Ｐの熱を主体金具３側へと伝導する際の能力（接地電極２７の熱引き能力）に相当する。そして、８．４≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａ、つまり、８．４≦Ｓ１／（Ｓ２×Ａ）を満たすことで、接地電極２７の熱引き能力が、突出部３２Ｐの受熱量に対して十分に大きなものとなり、その結果、チップ３２の過熱を防止することができる。

尚、（Ｓ１／Ｓ２）／Ａ（ｍｍ^-1）は、いわば、突出部３２Ｐの単位長さ当たりに働く接地電極２７の熱引き能力に相当し、（Ｓ１／Ｓ２）／Ａが大きいほど、チップ３２の過熱を効果的に抑制することができる。従って、チップ３２の過熱抑制効果をより効果的に、かつ、より確実に発揮させるという観点から、１３．１（ｍｍ^-1）≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすように構成することが好ましい。

以上詳述したように、本実施形態によれば、接地電極２７には屈曲部２７Ｋが設けられているため、接地電極２７と中心電極５との間に比較的大きな空間を形成することができ、接地電極２７による火花の成長阻害をより確実に防止することができる。さらに、接地電極２７の先端面２７Ｆの中心ＣＥが中心電極５の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置しているため、火花放電間隙３３を燃焼室の中心側に形成することができる。これらの結果、良好な着火性を実現することができる。

さらに、Ｌ／Ｘ≦１．２８を満たすように構成されており、軸線ＣＬ１側に向けた接地電極２７の突き出し量Ｙが比較的小さなものとされている。従って、振動が加えられた際に、屈曲部２７Ｋに加わる応力を効果的に低減させることができる。その結果、屈曲部２７Ｋにおける接地電極２７の折損をより確実に防止することができる。

加えて、接地電極２７の先端部には、自身の一部が接地電極の先端面２７Ｆ及び内周側側面２７Ｓから突出する接地電極側チップ３２が接合されており、当該接地電極側チップ３２と中心電極５の先端部との間で火花放電間隙３３が形成されている。従って、突き出し量Ｙを比較的小さなものとしても、火花放電間隙３３を適切な大きさで形成することができる。その結果、上述した良好な着火性を安定的に発揮させることができる。

また、接地電極側チップ３２は、その一部が前記先端面２７Ｆ及び内周側側面２７Ｓから突出するように構成されているため、接地電極２７は、火花放電間隙３３からより遠ざかることとなる。そのため、接地電極２７による火花の成長阻害をより一層確実に防止することができ、一層優れた着火性を実現することができる。

併せて、本実施形態では、８．４（ｍｍ^-1）≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすように構成されているため、接地電極側チップ３２の過熱を効果的に防止することができる。その結果、高温下において接地電極側チップ３２の強度を十分に維持することができ、接地電極側チップ３２の折損をより確実に防止することができる。

加えて、接地電極２７の内部には、外層２７Ａよりも熱伝導性が高い内層２７Ｂが設けられている。従って、接地電極側チップ３２の熱を内層２７Ｂを介して主体金具３側へと速やかに伝導することができ、接地電極側チップ３２の過熱をより一層確実に防止できる。その結果、接地電極側チップ３２の耐折損性を一層向上させることができる。

また、本実施形態では、接地電極２７の断面積Ｓ１が３．０ｍｍ²以下とされている。従って、接地電極２７の存在による火花の成長阻害がより生じにくくなるとともに、火花放電間隙３３と燃料噴射装置との間に接地電極２７が配置された場合において、混合気が接地電極２７を回り込んで火花放電間隙３３へと入り込みやすくなる。その結果、着火性を一層向上させることができる。

一方で、断面積Ｓ１を３．０ｍｍ²以下とした場合には、接地電極２７の熱引き能力が低下してしまうおそれがあるが、接地電極２７に内層２７Ｂが設けられているため、接地電極２７において優れた熱引き能力を確保することができる。その結果、着火性の更なる向上を図りつつ、接地電極側チップ３２において優れた耐折損性を維持できる。

また、断面積Ｓ１が１．７ｍｍ²以上とされているため、接地電極２７において優れた熱引き能力をより確実に確保することができ、接地電極側チップ３２の耐折損性をより確実に向上させることができる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、接地電極の長さＬ、及び、主体金具の先端に対する接地電極の突出長Ｘを変更することで、Ｌ／Ｘを種々変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて机上耐振動性試験、及び、実機耐振動性試験を行うことにより、接地電極の耐折損性を確認した。

尚、机上耐振動性試験は、接地電極の先端部に３ｇの錘を取付けたサンプルを所定の振動試験機に取付けた上で、バーナーにより接地電極を９００℃に加熱しつつ、周波数を２００Ｈｚとして（すなわち、毎分１２０００回の割合で）、サンプルに対して加速度６０Ｇの振動を加えるものである。また、実機耐振動性試験は、サンプルを排気量３．２Ｌの６気筒エンジンに取付けた上で、回転数を６９００ｒｐｍとして、エンジンを１００時間に亘って動作させるものである。

加えて、机上耐振動性試験においては、サンプルに対して１０⁵回の振動を与えた後に、接地電極に折損が生じているか否かを確認することを、サンプルに対して計１０⁶回の振動を加えるまで繰り返し行い、計１０⁶回の振動を加えた後には、サンプルに対して１０⁶回の振動を与えた後に、接地電極に折損が生じているか否かを確認することを、サンプルに対して計１０⁷回の振動を加えるまで繰り返し行い、接地電極に折損が生じたときには、折損発生までに加えられた振動回数（折損時回数）を求めた。例えば、５×１０⁵回の振動を加えたときには、接地電極に折損が生じていなかったものの、６×１０⁵回の振動を加えた後に、接地電極に折損が生じた場合には、折損時回数を６×１０⁵回とした。また、例えば、３×１０⁶回の振動を加えたときには、接地電極に折損が生じていなかったものの、４×１０⁶回の振動を加えた後に、接地電極に折損が生じた場合には、折損時回数を４×１０⁶回とした。そして、接地電極に折損が生じた場合には、接地電極の耐折損性に劣るとして「×」の評価を下すこととし、１０⁷回の振動を加えた後でも接地電極に折損が生じなかった場合には、接地電極が極めて優れた耐折損性を有するとして「◎」の評価を下すこととした。

さらに、実機耐振動性試験においては、サンプルに対して振動を１００時間加えた後に、接地電極を確認し、接地電極に折損が生じていた場合には、接地電極の耐折損性が不十分であるとして「×」の評価を下し、接地電極に折損は生じなかったものの、接地電極にクラックが生じていた場合には、接地電極の耐折損性がやや劣るとして「△」の評価を下すこととした。一方で、接地電極に折損及びクラックの双方が生じていなかった場合には、優れた耐折損性を有するとして「○」の評価を下すこととした。

表１に、上記両試験の試験結果をそれぞれ示す。尚、表１には、参考として、机上耐振動性試験にて接地電極に折損が生じたサンプルにおける折損時回数を合わせて示す。また、実機耐振動性試験は、サンプル２，３，５〜７に対して行った。加えて、各サンプルともに、８．４≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすとともに、接地電極の断面積Ｓ１を１．７ｍｍ²以上とした。また、接地電極の内部に内層を設けることなく、単一の金属（Ｎｉ合金）により接地電極を構成した。

表１に示すように、Ｌ／Ｘを１．２８以下としたサンプル（サンプル７〜９）は、接地電極が優れた耐折損性を有することが分かった。これは、接地電極の長さＬに対して、接地電極の突出長Ｘがある程度の大きさ以上とされたことで、主体金具への接地電極の固定位置に対する軸線側に向けた接地電極の突き出し量Ｙが十分に小さなものとなり、振動が加えられた際に屈曲部へと加わる、突き出し量Ｙに対応する応力が十分に小さくなったためであると考えられる。

次に、突出長Ｘを６．６ｍｍとし、長さＬを８．４７ｍｍとし、Ｌ／Ｘを１．２８とした上で、接地電極の断面積Ｓ１、接地電極側チップの断面積Ｓ２、及び、接地電極の先端に対する接地電極側チップの突出長Ａを変更することで、（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを種々変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、上述の机上耐振動性試験、及び、実機耐振動性試験を行うことにより、接地電極側チップの耐折損性を確認した。

尚、机上耐振動性試験においては、接地電極側チップに折損が生じた場合に、接地電極側チップの耐折損性に劣るとして「×」の評価を下すこととした。一方で、１０⁷回の振動を加えた後に、接地電極側チップにクラックが生じたものの、接地電極側チップの折損が生じなかったサンプルは、接地電極側チップが良好な耐折損性を有するとして「○」の評価を下すこととした。さらに、１０⁷回の振動を加えた後でも接地電極に折損やクラックが生じなかった場合には、接地電極側チップが極めて優れた耐折損性を有するとして「◎」の評価を下すこととした。

さらに、実機耐振動性試験においては、接地電極側チップに折損が生じていた場合に、接地電極側チップの耐折損性が不十分であるとして「×」の評価を下し、接地電極側チップに折損は生じなかったものの、接地電極側チップにクラックが生じていた場合には、耐折損性にやや劣るとして「△」の評価を下すこととした。一方で、接地電極側チップに折損及びクラックの双方が生じていなかった場合には、優れた耐折損性を有するとして「○」の評価を下すこととした。

尚、机上耐振動性試験において、接地電極側チップにクラックが生じたものを「○」と評価し、実機耐振動性試験において、接地電極側チップにクラックが生じたものを「△」と評価したのは、机上耐振動性試験は、実機耐振動性試験よりも接地電極側チップに加えられる熱的な負荷や応力が大きく、接地電極側チップの折損やクラックがより生じやすいことによる。従って、実機耐振動性試験において「○」と評価されたサンプルは、接地電極が優れた耐折損性を有するものということができ、机上耐振動性試験において「◎」と評価されたサンプルは、接地電極が極めて優れた耐折損性を有するものということができる。

表２に、両試験の試験結果をそれぞれ示す。尚、各サンプルともに、接地電極の断面積Ｓ１を１．７ｍｍ²以上とし、接地電極を単一の金属（Ｎｉ合金）により構成した。

表２に示すように、（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを８．４以上としたサンプル（サンプル１２〜１６）は、接地電極側チップの耐折損性に優れることが明らかとなった。これは、接地電極による接地電極側チップの突出部の熱を引く能力が、前記突出部の受熱量に対して十分に大きなものとなり、接地電極側チップの過熱ひいては強度低下を抑制できたことに起因すると考えられる。

さらに、１３．１≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすサンプル（サンプル１５，１６）は、極めて厳しい試験である机上耐振動性試験を行った場合でも、接地電極側チップにクラックや折損が生じることなく、極めて優れた耐折損性を有することが確認された。

上記試験の結果より、接地電極及び接地電極側チップの双方において優れた耐折損性を実現するためには、Ｌ／Ｘ≦１．２８、及び、８．４≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすように構成することが好ましいといえる。

さらに、接地電極側チップにおいて一層優れた耐折損性を実現するという観点から、１３．１≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすように構成することがより好ましいといえる。

次いで、接地電極の内部に銅からなる内層を設けるとともに、（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを種々変更した点火プラグのサンプル（内層あり）と、内層を設けることなく接地電極を単一の金属（Ｎｉ合金）により構成するとともに、（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを種々変更した点火プラグのサンプル（内層なし）とを作製し、各サンプルについて、振動の印加時間を１００時間から２００時間に変更して（すなわち、接地電極側チップの折損がより生じやすい条件として）、上記実機耐振動性評価試験を行い、接地電極側チップの耐折損性を確認した。

表３に、当該試験の試験結果を示す。尚、評価は、上記と同様の手法により行った。すなわち、接地電極側チップに折損が生じていた場合には「×」と評価し、接地電極側チップに折損は生じていなかったものの、クラックが生じていた場合には「△」と評価し、接地電極側チップにクラック及び折損の双方が生じていなかった場合には「○」と評価した。

表３に示すように、内層を設けたサンプルは、接地電極側チップの折損がより生じやすい条件で試験を行った場合であっても、接地電極側チップに折損はおろかクラックすら生じず、接地電極側チップが極めて優れた耐折損性を有することが分かった。これは、内層を設けたことで、接地電極側チップの熱が内層を介して主体金具側へと速やかに伝導され、接地電極側チップの過熱がより効果的に抑制されたためであると考えられる。

上記試験の結果より、接地電極側チップの耐折損性を一層向上させるべく、接地電極の内部に、外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層を設けることが一層好ましいといえる。

次に、内層の有無、及び、接地電極の断面積Ｓ１を変更した点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、上述の机上耐振動性試験を行うことで、接地電極側チップの耐折損性を確認した。尚、当該試験においては、サンプルに対して加える振動の回数を最大で１０¹⁰回とし、接地電極側チップの折損が極めて生じやすい条件とした。そして、１０¹⁰回の振動を加えた後に、接地電極側チップの折損が確認されなかった場合には「○」と評価し、接地電極側チップに折損が生じた場合には「×」と評価した。表４に、当該試験の結果を示す。尚、表４には、参考として、接地電極側チップに折損が生じたサンプルにおける折損時回数を合わせて示す。また、各サンプルともに、接地電極が、接地電極側チップよりも基端側において一定の断面積Ｓ１を有するように構成した。

表４に示すように、断面積Ｓ１を１．７ｍｍ²以上３．０ｍｍ²以下とした場合において、内層を設けることなく構成したサンプルは、接地電極側チップの折損が生じてしまったが、内層を設けたサンプルは、接地電極側チップに折損が生じることなく、優れた耐折損性を有することが分かった。

上記試験の結果より、接地電極に内層を設けることは、内層を設けない場合において耐折損性を確保することが難しくなる、断面積Ｓ１を１．７ｍｍ²以上３．０ｍｍ²以下とした場合において、特に有効であるといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、火花放電間隙３３において、軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるように構成されている。これに対して、図６に示すように、接地電極側チップ３２の先端面３２Ｆが、中心電極５（中心電極側チップ３１）の外周面に対向するように構成し、接地電極側チップ３２の先端面３２Ｆと中心電極５の外周面との間に形成された火花放電間隙３４において軸線ＣＬ１とほぼ直交する方向に沿って火花放電が行われるように構成してもよい。この場合には、接地電極２７の長さＬをより短くすることができるため、接地電極２７に加わる応力を低減できるとともに、接地電極２７を介して接地電極側チップ３２の熱を主体金具３側へと一層速やかに伝導することができる。その結果、接地電極２７や接地電極側チップ３２の耐折損性をより一層向上させることができる。

また、図７に示すように、接地電極側チップ３２の先端面３２Ｆが、中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端面よりも外周側で、かつ、中心電極５の先端面よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置するように構成し、接地電極側チップ３２と中心電極５との間に形成された火花放電間隙３５において軸線ＣＬ１と交差する斜め方向に火花放電が行われるように構成してもよい。この場合には、優れた着火性を維持しつつ、接地電極２７や接地電極側チップ３２における耐折損性の更なる向上を図ることができる。

（ｂ）上記実施形態において、接地電極２７は、外層２７Ａ及び内層２７Ｂを有する二相構造とされているが、接地電極２７を三層構造或いは四層以上の多層構造としてもよい。従って、例えば、内層２７Ｂを、外層２７Ａよりも熱伝導性に優れる金属（例えば、純Ｎｉや純Ｆｅなど）により形成された最内層部と、外層２７Ａよりも熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金等）により形成され、外層２７Ａ及び前記最内層部間に位置する中間層部とから構成してもよい。

（ｃ）上記実施形態において、中心電極５には中心電極側チップ３１が設けられているが、中心電極側チップ３１を設けなくてもよい。

（ｄ）上記実施形態において、接地電極２７は断面矩形状とされているが、接地電極２７を断面円形状や断面多角形状に構成してもよい。

（ｅ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｆ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１…点火プラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
２７…接地電極
２７Ａ…外層
２７Ｂ…内層
２７Ｆ…（接地電極の）先端面
２７Ｋ…屈曲部
２７Ｓ…（接地電極の）内周側側面
３２…接地電極側チップ（チップ）
３３…火花放電間隙（間隙）
ＣＥ…（接地電極の先端面の）中心
ＣＬ１…軸線
ＣＬ２（接地電極の）中心軸

Claims (4)

1. 軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔に挿設された中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部に固定され、屈曲部にて前記軸線側へと曲げられた接地電極と、
   前記接地電極の先端部に接合され、前記中心電極の先端部との間に間隙を形成するチップとを備え、
   前記チップは、自身の一部が前記接地電極の先端面及び内周側側面から突出した状態で、前記接地電極に接合され、
   前記接地電極の先端面の中心が、前記中心電極の先端よりも前記軸線方向先端側に位置する点火プラグであって、
   前記接地電極のその中心軸に沿った長さをＬ（ｍｍ）とし、前記軸線に沿った前記主体金具の先端に対する前記接地電極の突出長をＸ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｘ≦１．２８を満たすとともに、
   前記接地電極の中心軸と直交する断面における、前記接地電極のうち前記チップの接合された部位よりも基端側の部位の断面積をＳ１（ｍｍ²）とし、前記接地電極の先端に対する前記チップの突出方向と直交する断面における、前記チップの断面積をＳ２（ｍｍ²）とし、前記接地電極の長手方向における前記接地電極の先端面に対する前記チップの突出長をＡ（ｍｍ）としたとき、１３．１≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たすことを特徴とする点火プラグ。
2. 前記接地電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備えることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
3. １．７≦Ｓ１≦３．０を満たすことを特徴とする請求項２に記載の点火プラグ。
4. 軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔に挿設された中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部に固定され、屈曲部にて前記軸線側へと曲げられた接地電極と、
   前記接地電極の先端部に接合され、前記中心電極の先端部との間に間隙を形成するチップとを備え、
   前記チップは、自身の一部が前記接地電極の先端面及び内周側側面から突出した状態で、前記接地電極に接合され、
   前記接地電極の先端面の中心が、前記中心電極の先端よりも前記軸線方向先端側に位置する点火プラグであって、
   前記接地電極のその中心軸に沿った長さをＬ（ｍｍ）とし、前記軸線に沿った前記主体金具の先端に対する前記接地電極の突出長をＸ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｘ≦１．２８を満たすとともに、
   前記接地電極の中心軸と直交する断面における、前記接地電極のうち前記チップの接合された部位よりも基端側の部位の断面積をＳ１（ｍｍ ² ）とし、前記接地電極の先端に対する前記チップの突出方向と直交する断面における、前記チップの断面積をＳ２（ｍｍ ² ）とし、前記接地電極の長手方向における前記接地電極の先端面に対する前記チップの突出長をＡ（ｍｍ）としたとき、８．４≦（Ｓ１／Ｓ２）／Ａを満たし、
   前記接地電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備え、
   １．７≦Ｓ１≦３．０を満たすことを特徴とする点火プラグ。

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