JP5421473B2

JP5421473B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP5421473B2
Application number: JP2013021554A
Authority: JP
Inventors: 彰鈴木; 友聡加藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP2013110126A

Description

本発明は、内燃機関に組み付けられて混合気への点火を行うためのスパークプラグに関するものである。

従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。一般的なスパークプラグは、中心電極と、その中心電極を軸孔内に保持する絶縁碍子と、この絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、一端部が主体金具に接合され、他端部が中心電極との間で火花放電ギャップ（火花放電間隙）を形成する接地電極とを備えている。そして、その火花放電ギャップで火花放電が行われることによって、混合気への点火が行われる。

近年、エンジン高出力化のためにエンジンに設けられるインテークバルブやエキゾーストバルブのバルブ径の拡大や、水廻り改善のためにエンジンに対してより大きなウォータージャケットを確保することが必要となってきている。これにより、エンジンに取付けられるスパークプラグの設置スペースが小さくなるため、スパークプラグの細径化が要求されている。ところが、スパークプラグを細径化すると、絶縁碍子と主体金具との間の絶縁距離が狭くなる。そのため、正規の火花放電ギャップで放電せず、中心電極から絶縁碍子を介して主体金具へ飛火する横飛火が発生し易くなる。さらに、燻り状態になると、奥飛火が発生し易くなる。これは、絶縁碍子の表面に堆積した導電性のカーボンなどが、絶縁碍子と主体金具との間の絶縁性低下をもたらすためである。この場合、絶縁碍子の先端温度を上昇させることによって、絶縁碍子に付着したカーボンを焼き切り、その都度絶縁性を確保する必要がある。

そこで、例えば、絶縁碍子の先端部における絶縁碍子と中心電極との距離をＸ、主体金具外部の絶縁碍子の表面の沿面距離をＹ、主体金具からの絶縁碍子の突出量をＹ１、ポケット隙間をＺ、火花放電ギャップの大きさをＧ、主体金具の内部において絶縁碍子と主体金具との距離がＧ以下となる部位までの絶縁碍子の表面の長さをＷとした場合に、（Ｘ＋０．３Ｙ＋Ｚ）／Ｇ≧２、Ｙ１（ｍｍ）≧１、Ｗ／Ｚ≧４、１．２５≦Ｚ（ｍｍ）≦１．５５としたスパークプラグが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このスパークプラグでは、構成部品間の上記各種距離をそれぞれ規定することによって、細径化されたスパークプラグにおいても、燻っていない場合は安定して正規の火花放電ギャップへ飛火させ、燻って横飛火や奥飛火等の沿面放電が発生した場合でも、着火性を確保できる点に優れている。
特開２００５−１１６５１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグのように、燻って沿面放電が発生した状態で着火できたとしても、絶縁碍子に付着したカーボンをすぐに焼き切らなければ、絶縁碍子の表面に大量のカーボンが付着してしまう。この場合、カーボンを全て焼き切るまでに相当時間を要するため、絶縁碍子からカーボンを完全に除去できない事態を生じ、正常な着火現象が得られる状態にまで回復できないという問題点があった。よって、例えば、絶縁碍子に付着したカーボンを速やかに焼き切ることによって、燻った状態から正常な状態にまで速やかに回復できるような方法が望まれていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、絶縁碍子に付着したカーボンを速やかに焼き切ることのできるスパークプラグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグは、軸線方向に延びる中心電極と、前記軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔内の先端側に保持する絶縁碍子と、前記中心電極を前記絶縁碍子の前記軸孔内に保持してなる組立体における前記絶縁碍子の周囲を取り囲んで保持する主体金具と、一端部が、前記主体金具に接合され、他端部が、前記中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備えたスパークプラグにおいて、前記軸線方向において、前記中心電極は、先端部にイリジウム合金及びプラチナ合金の何れかの電極チップが溶接されており、前記主体金具の先端面から先端側に突き出る前記絶縁碍子の長さをＨとし、前記軸線方向において、前記絶縁碍子の先端から後端側に向かって１．５ｍｍの範囲内に相当する前記絶縁碍子の部分の体積をＶｉとし、前記軸線方向において、前記１．５ｍｍの範囲内に相当する前記中心電極の部分の体積をＶｃとしたときに、Ｈ≧１．８ｍｍを満たすと共に、４．０２ｍｍ ^３＜Ｖｉ≦１２．５１ｍｍ ^３、２．１０ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦６．４２ｍｍ ^３、Ｖｃ／Ｖｉ≦１．０３を満たしている。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、４．２２ｍｍ ^３ ≦Ｖｉ≦８．７７ｍｍ
^３、２．４２ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦５．３６ｍｍ ^３、Ｖｃ／Ｖｉ≦０．８４を満たしている。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記主体金具は、自身の外周面に、内燃機関の取付ねじ孔に螺合するねじ山が形成された取付ねじ部を有し、前記取付ねじ部の外径は、呼び径で、Ｍ１０以下であることを特徴とする。

請求項１に係る発明のスパークプラグでは、Ｈ≧１．８ｍｍを満たすと共に、４．０２ｍｍ ^３＜Ｖｉ≦１２．５１ｍｍ ^３、２．１０ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦６．４２ｍｍ ^３、Ｖｃ／Ｖｉ≦１．０３を満たしているので、絶縁碍子の温度を速やかに上昇させることができる。一般的に、絶縁碍子の体積Ｖｃは小さければ小さいほど、カーボン汚損に対する効果は認められるが、発火部周りでの絶縁碍子の温度が上がることから絶縁碍子の耐久性が低下する。本発明では、カーボン汚損の回復が良好であったＶｃを有するスパークプラグを用いて、エンジンによる絶縁碍子の耐久性を評価し、さらに中心電極の耐久性の評価を行うことによって、Ｈ、Ｖｉ、Ｖｃ、Ｖｃ／Ｖｉの最適な数値範囲を見い出した。これにより、絶縁碍子の温度を速やかに上昇させることができるので、絶縁碍子に付着したカーボンを速やかに焼き切ることができる。そして、カーボンをより速やかに焼き切ることによって、横飛火等の沿面放電の発生の防止と共に、自動車走行に必要な絶縁抵抗の確保に高い効果を発揮できる。また、中心電極の先端側体積Ｖｃを小さくし過ぎると、中心電極の先端部に溶接された電極チップの耐久性が急激に低下するが、本発明では、２．１０ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦６．４２ｍｍ ^３を満たしているので、絶縁碍子の昇温性能を維持できると共に、電極チップの耐久性を保持できる。即ち、電極チップの消耗を防止できる。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、請求項１で限定した数値範囲をさらに限定することによって、絶縁碍子の温度を速やかに上昇させることができる。よって、絶縁碍子に付着したカーボンをより速やかに焼き切ることができ、電極チップの耐久性をさらに保持できる。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグでは、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、上記のような昇温性能を高めた絶縁碍子を、取付ねじ部のねじ山の外径が呼び径でＭ１０以下の細径のスパークプラグに用いれば、主体金具の内周と絶縁碍子の外周との間のクリアランスが狭くても、絶縁碍子に付着したカーボンを速やかに焼き切ることができる。よって、中心電極から絶縁碍子を介して主体金具へ飛火する沿面放電の発生を防止できるので、混合気への正常な着火を安定して確保できる。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図であり、図２は、スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の部分拡大図である。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０内に軸線Ｏ方向に保持された中心電極２０と、主体金具５０の先端面５７に基部３２を溶接され、先端部３１の一側面が中心電極２０の先端部２２に対向する接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とを備えている。

まず、絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径され、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。そして、脚長部１３と先端側胴部１７との間は段部１５として形成されている。

次に、中心電極２０について説明する。図２に示すように、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成された電極母材２１の内部に、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金からなる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製されるものである。芯材２５は、胴部分においては略一定の外径をなすものの、先端側においては先細り形状に形成される。

また、中心電極２０の先端部２２は絶縁碍子１０の先端部１１よりも突出されており、先端側に向かって径小となるように形成されている。そして、先端部２２の先端面には、耐火花消耗性を向上するため、貴金属からなる電極チップ９０が接合されている。両者の接合は、電極チップ９０と中心電極２０の先端部２２との合わせ面を狙って外周を一周するレーザ溶接によって行われている。そして、レーザの照射により両材料が溶けて混ざり合うことによって、電極チップ９０と中心電極２０とが強固に接合されている。

また、中心電極２０は軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４およびセラミック抵抗３（図１参照）を経由して、後方（図１における上方）の端子金具４０に電気的に接続されている。そして、端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。ここで、中心電極２０を絶縁碍子１０の軸孔１２内に保持してなるものを組立体６０（図２，図３参照）と
する。

次に、接地電極３０について説明する。接地電極３０は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金が用いられる。この接地電極３０は、自身の長手方向の横断面が略長方形を有しており、基部３２が主体金具５０の先端面５７に溶接により接合されている。また、接地電極３０の先端部３１は、一側面側が中心電極２０の先端部２２に対向するように屈曲されている。

次に、主体金具５０について説明する。図１に示す主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド２００にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具である。そして、絶縁碍子１０を、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして内部に保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ねじ孔２０１に螺合するねじ山が形成された取付ねじ部５２とを備えている。

また、主体金具５０の工具係合部５１と取付ねじ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。そして、取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付ねじ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形し、両者間を封止することで、取付ねじ孔２０１を介したエンジン内の気密漏れを防止するためのものである。

そして、主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられ、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。そして、工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。

これにより、主体金具５０の内周で取付ねじ部５２の位置に形成された段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の軸線Ｏ方向への圧縮長を長くして主体金具５０内の気密性を高めている。

上記構造からなるスパークプラグ１００では、絶縁碍子１０の先端側の表面にカーボンが付着して燻った状態になると、絶縁抵抗値が低下し、さらにイグニッションコイルの発生電圧が低下する。そしてその発生電圧がスパークプラグの要求電圧（火花ギャップ間で火花放電する電圧）より低くなると火花放電できなくなるため、失火を起こす原因となる。このような失火を防止するためには、絶縁碍子１０の先端温度を約４５０℃まで上昇させる。これにより、絶縁碍子１０に付着したカーボンを焼き切ることができるので、失火を防止することができる。このような現象を「自己清浄」と呼ぶ。

このような自己清浄を速やかに行うことによって、燻った状態から正常な着火性能が得られる状態にまで速やかに回復させることができる。そして、自己清浄を速やかに行うためには、絶縁碍子１０の先端温度を速やかに上昇させることが必要である。そこで、本実施形態では、絶縁碍子１０の先端側の昇温性能を向上させるために、絶縁碍子１０の先端側の突出量（後述するＨ）、絶縁碍子１０の先端側の体積（後述するＶｉ）、中心電極の先端側の体積（後述するＶｃ）についてそれぞれ規定した。

次に、スパークプラグ１００で規定されるパラメータについて、図２，図３を参照して説明する。図３は、絶縁碍子１０の先端側体積Ｖｉの位置と、中心電極２０の先端側体積Ｖｃの位置とを示す図である。図２，図３に示すように、まず、主体金具５０の先端面５７から軸線Ｏ方向先端側に向かって突き出た絶縁碍子１０の突出量（長さ）をＨ（ｍｍ）とする。次いで、絶縁碍子１０の先端から軸線Ｏ方向後端側へ１．５ｍｍ離れた位置を通り、軸線Ｏと直交する平面Ｐ（２点鎖線Ｐ−Ｐでその断面を示す。）を想定する。この平面Ｐで組立体６０を切断する。その時の平面Ｐで切断した絶縁碍子１０の先端側の体積をＶｉ（ｍｍ
^３）とする。さらにその平面Ｐで切断した中心電極２０の先端側の体積をＶｃ（ｍｍ ^３）とする。

そして、これらパラメータについては、以下の数値範囲で規定される。なお、以下に規定する数値範囲は、後述する各種試験の結果から導き出されたものである。
・Ｈ≧１．８ｍｍ
・４．０２ｍｍ ^３＜Ｖｉ≦１２．５１ｍｍ ^３
・２．１０ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦６．４２ｍｍ ^３
・Ｖｃ／Ｖｉ≦１．０３
さらに好ましくは、以下の数値範囲で規定される。
・Ｈ≧１．８ｍｍ
・４．２２ｍｍ ^３ ≦Ｖｉ≦８．７７ｍｍ ^３
・２．４２ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦５．３６ｍｍ ^３
・Ｖｃ／Ｖｉ≦０．８４

このような数値範囲で各パラメータを規定することで、絶縁碍子１０の先端側の昇温性能を向上させることができる。例えば、絶縁碍子の突出量Ｈは、小さければ小さいほど燃焼室に曝される部分が少なくなるため、絶縁碍子１０の先端温度は十分に上昇しない。この場合、絶縁碍子１０に付着したカーボンを速やかに焼き切ることができない。よって、正規放電しないことに起因する異常燃焼の発生率が高くなる。そこで、本実施形態では、Ｈを１．８ｍｍ以上と規定した。これにより、絶縁碍子１０の先端側が燃焼室に十分に曝されるので、絶縁碍子１０の先端温度が上昇し易くなる。従って、絶縁碍子１０の昇温性能を向上できる。

また、絶縁碍子１０の先端側体積Ｖｉは、小さければ小さいほど先端温度は上昇し易くなり、絶縁碍子１０に付着したカーボンを速やかに焼き切ることができる。ところが、Ｖｉを小さくし過ぎると、発火部周りで絶縁碍子の温度が上昇することから、絶縁碍子が貫通破壊する虞がある。その反対に、先端側体積Ｖｉを大きくすれば、先端温度は上昇し難くなる。そこで、本実施形態では、４．０２ｍｍ
^３＜Ｖｉ≦１２．５１ｍｍ ^３（好ましくは、８．７７ｍｍ ^３
）と規定した。これにより、絶縁碍子１０の昇温性能を維持できると共に、絶縁碍子１０が貫通破壊する不具合を防止できる。

また、中心電極２０の先端側体積Ｖｃを小さくし過ぎると、中心電極２０の先端部２２に溶接された電極チップ９０の耐久性が急激に低下する。そこで、本実施形態では、２．１０ｍｍ
^３ ≦Ｖｃ≦６．４２ｍｍ ^３
（好ましくは５．３６ｍｍ ^３）と規定した。これにより、絶縁碍子１０の昇温性能を維持できると共に、電極チップ９０の耐久性を保持できる。即ち、電極チップ９０の消耗を防止できる。

上記のような昇温性能を高めた絶縁碍子及び中心電極を、取付ねじ部のねじ山の外径が呼び径でＭ１０以下の細径のスパークプラグに用いれば、主体金具５０の内周と絶縁碍子１０の外周との間のクリアランスが狭くても、絶縁碍子１０に付着したカーボンを速やかに焼き切ることができる。よって、中心電極２０から絶縁碍子１０を介して主体金具５０へ飛火する横飛火の発生を防止できるので、混合気への正常な着火を安定して確保できる。

次に、本発明で規定した各パラメータの数値範囲を実証するための３つの評価試験について説明する。実施例１では、カーボン汚損の回復性試験について説明する。実施例２では、絶縁碍子の耐電圧試験について説明する。実施例３では、中心電極の電極チップの耐久性試験について説明する。なお、以下の説明では、絶縁碍子の突出量を「Ｈ」とし、絶縁碍子の先端側体積を「Ｖｉ」とし、中心電極の先端側体積を「Ｖｃ」と略して説明する。

［実施例１］
実施例１では、Ｈ、Ｖｉ、Ｖｃがカーボン汚損の回復性に与える影響について調べた。まず、本試験では、絶縁碍子のＨが異なる４つの試験区を設けた。試験区１をＨ＝０．８ｍｍ、試験区２をＨ＝１．８ｍｍ、試験区３をＨ＝２．８ｍｍ、試験区４をＨ＝３．８ｍｍに設定した。そして、各試験区で設定されたＨを満たすと共に、Ｖｉ及びＶｃをそれぞれ適宜変更させた複数本のスパークプラグを各試験区毎に用意した。

次に、試験条件について説明する。まず、ＪＩＳＤ１６０６の燻り汚損試験に基づき、スパークプラグを燻らせ、絶縁抵抗値が１００Ωのスパークプラグを用意した。そして、絶縁抵抗値が調整されたスパークプラグをベンチ上のエンジンに取り付け、回転数＝３０００ｒｐｍ、吸入圧力＝−３０ＭＰａの条件下で２分間保持した。その後、エンジンをアイドリング状態にし、横飛火の発生率を３０秒間測定した。なお、本試験に使用したエンジンは２Ｌ、４気筒エンジンである。このような試験条件の下で、各試験区毎に上述したスパークプラグの各サンプルについて評価を行った。なお、評価は横飛火の発生率に基づいて３段階で行い、発生無しを「○」、５％未満を「△」、５％以上を「×」と判定した。

試験区１の結果について、図４を参照して説明する。図４は、実施例１の試験区１の結果を示す表である。試験区１では、Ｈ＝０．８ｍｍで、Ｖｉを３．９１〜１３．６３（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃを２．１０〜６．９８（ｍｍ ^３）の範囲内で適宜変更させた１９本のサンプル（サンプルＮｏ．１−１〜１−１９）の評価を行った。表に示すように、１９本のサンプルの評価は全て「×」であった。

試験区２の結果について、図５を参照して説明する。図５は、実施例１の試験区２の結果を示す表である。試験区２では、Ｈ＝１．８ｍｍで、Ｖｉを１．７４〜１６．５１（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃを２．１０〜８．１７（ｍｍ ^３）の範囲内で適宜変更させた２２本のサンプルの評価（サンプルＮｏ．２−１〜２−２２）を行った。なお、試験区２の結果を示す表では、評価が異なるサンプル同士を比較検討し易くするために、上から順に、評価が「×」であったサンプル、評価が「△」であったサンプル、評価が「○」であったサンプルの順に並べている。

表に示すように、２２本のサンプルの内、評価が「△」であったサンプルは８本、評価が「○」であったサンプルは６本であった。「○」又は「△」に相当するサンプルの各パラメータの範囲は、Ｖｉが４．０２〜１２．５１（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃが２．１０〜６．４２（ｍｍ ^３）の範囲内、Ｖｃ／Ｖｉが０．２８〜１．０３（ｍｍ ^３
）の範囲内であった。「○」のみに相当するサンプルの各パラメータの範囲は、Ｖｉが４．０２〜８．７７（ｍｍ ^３）の範囲内、Ｖｃが２．１０〜５．３６（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃ／Ｖｉが０．４０〜０．８４（ｍｍ ^３）の範囲内であった。

試験区３の結果について、図６を参照して説明する。図６は、実施例１の試験区３の結果を示す表である。試験区３では、Ｈ＝２．８ｍｍで、Ｖｉを４．０２〜１３．６３（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃを２．１０〜．６．９８（ｍｍ ^３）の範囲内で適宜変更させた１３本のサンプル（サンプルＮｏ．３−１〜３−１３）の評価を行った。なお、試験区３の結果を示す表についても、評価が異なるサンプル同士を比較検討し易くするために、上から順に、評価が「×」であったサンプル、評価が「△」であったサンプル、評価が「○」であったサンプルの順に並べている。

表に示すように、１３本のサンプルの内、評価が「△」であったサンプルは６本、評価が「○」であったサンプルは４本であった。「○」又は「△」に相当するサンプルの各パラメータの範囲は、Ｖｉが４．０２〜１２．５１（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃが２．１０〜６．４２（ｍｍ^３）の範囲内、Ｖｃ／Ｖｉが０．２８〜１．０３（ｍｍ ^３
）の範囲内であった。「○」のみに相当するサンプルの各パラメータの範囲は、Ｖｉが４．０２〜８．７７（ｍｍ ^３）の範囲内、Ｖｃが２．１０〜５．３６（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃ／Ｖｉが０．４０〜０．８４（ｍｍ ^３）の範囲内であった。

試験区４の結果について、図７を参照して説明する。図７は、実施例１の試験区４の結果を示す表である。試験区４では、Ｈ＝３．８ｍｍで、Ｖｉを４．０２〜１３．６３（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃを２．１０〜．６．９８（ｍｍ ^３）の範囲内で適宜変更させた１３本のサンプル（サンプルＮｏ．４−１〜４−１３）の評価を行った。なお、試験区４の結果を示す表についても、評価が異なるサンプル同士を比較検討し易くするために、上から順に、評価が「×」であったサンプル、評価が「△」であったサンプル、評価が「○」であったサンプルの順に並べている。

表に示すように、１３本のサンプルの内、評価が「△」であったサンプルは６本、評価が「○」であったサンプルは４本であった。「○」又は「△」に相当するサンプルの各パラメータの範囲は、Ｖｉが４．０２〜１２．５１（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃが２．１０〜６．４２（ｍｍ ^３）の範囲内、Ｖｃ／Ｖｉが０．２８〜１．０３（ｍｍ ^３
）の範囲内であった。「○」のみに相当するサンプルの各パラメータの範囲は、Ｖｉが４．０２〜８．７７（ｍｍ ^３）の範囲内、Ｖｃが２．１０〜５．３６（ｍｍ
^３）の範囲内、Ｖｃ／Ｖｉが０．４０〜０．８４（ｍｍ ^３）の範囲内であった。

次に、実施例１の結果についてまとめる。実施例１の試験区１〜４の各結果において、「○」「△」の範囲を考慮すると、Ｈ、Ｖｉ、Ｖｃ、Ｖｃ／Ｖｉについては、以下の数値範囲で規定される。
・Ｈ≧１．８ｍｍ
・４．０２ｍｍ ^３≦Ｖｉ≦１２．５１ｍｍ ^３
・２．１０≦Ｖｃ≦６．４２ｍｍ ^３
・Ｖｃ／Ｖｉ≦１．０３
なお、「○」の範囲のみを考慮した場合は、以下の数値範囲で規定される。
・Ｈ≧１．８ｍｍ
・４．０２ｍｍ ^３ ≦Ｖｉ≦８．７７ｍｍ ^３
・２．１０≦Ｖｃ≦５．３６ｍｍ ^３
・Ｖｃ／Ｖｉ≦０．８４

［実施例２］
実施例２では、実施例１で規定された数値範囲において、絶縁碍子の耐電圧試験を行った。まず、実施例１で汚損時の回復性が良好であったＨ及びＶｉの各範囲を満たすスパークプラグをサンプルとして作製した。具体的には、Ｈについて１．８，２．８，３．８の３種類を設定し、さらにＶｉを２．４７〜１２．５１（ｍｍ
^３）の範囲内で適宜変更させることで、２３本のサンプルを作製した。なお、火花放電間隙は、電極消耗を考慮して１．３ｍｍに調整した。

次に、試験条件について説明する。エンジンは６６０ｃｃ、３気筒、ターボチャージャーエンジンを使用した。試験パターンは、アイドリング（８００ｒｐｍ）１分、全開３分からなるパターンであって、１０時間それを繰り返した。そして、その１０時間後の各サンプルについて、汚損の回復性を評価すると共に、絶縁碍子の耐電圧性を評価した。なお、汚損の回復性については「○」「△」「×」で評価した。絶縁碍子の耐電圧性については、絶縁碍子に貫通破壊が発生した場合を「×」、貫通が発生しなかった場合を「○」と評価した。

次に、耐電圧試験の結果について、図８を参照して説明する。図８は、実施例２の結果を示す表である。汚損回復性については、Ｈに関わらず、Ｖｉが１２．５１（ｍｍ
^３）である３本のサンプル（サンプルＮｏ２１，２２，２３）については何れも「△」であったが、それ以外は全て「○」であり、「×」は無かった。一方、絶縁碍子の貫通破壊の有無については、Ｈに関わらず、Ｖｉが２．４７〜４．０２（ｍｍ
^３）の範囲内にあるサンプルは全て「×」であったが、Ｖｉが４．２２〜１２．５１（ｍｍ ^３）の範囲内にあるサンプルは全て「○」であった。

次に、実施例２の結果についてまとめる。実施例２の結果を、実施例１で規定された数値範囲に反映させた場合、Ｖｉ＝４．０２（ｍｍ
^３）のサンプルで絶縁碍子に貫通破壊が発生したため、Ｖｉは少なくとも４．０２を超えていなければならない。従って、実施例１で規定されたＶｉの数値範囲は、以下のようにさらに規定される。
・４．０２ｍｍ ^３＜Ｖｉ≦１２．５１（好ましくは８．７７）ｍｍ
^３

［実施例３］
実施例３では、Ｖｃが中心電極の先端部に溶接された電極チップの耐久性に与える影響について調べた。電極チップの耐久試験では、スパークプラグをエンジンに取り付けた状態で、１００時間の耐久試験後の電極チップの残存率を算出した。ここで、「残存率」とは、電極チップの溶融部を含まない部分の残存率をいい、以下の式で算出した。
・残存率＝耐久試験後の電極チップの体積／耐久試験前の電極チップの体積なお、「電極チップの体積」とは、電極チップの溶融部を含まない部分の体積をいう。

次に、試験条件について説明する。エンジンは２Ｌ、４気筒のエンジンを使用した。そして、ＷＯＴ（５０００ｒｐｍ）で１００時間連続で耐久試験を行い、耐久試験後の電極チップの残存率を算出した。電極チップは、イリジウム（Ｉｒ）合金製と、プラチナ（Ｐｔ）合金製との２種類について検討した。そして、これらの電極チップが溶接される中心電極のＶｃを０．６４〜８．１７の範囲内で適宜変更させ、イリジウム合金製の電極チップを供えたスパークプラグ１２本と、プラチナ合金製の電極チップを供えたスパークプラグ１２本とをサンプルとして用意した。

次に、耐久試験の結果について、図９，図１０を参照して説明する。図９は、実施例３の結果を示す表であり、図１０は、実施例３の結果を示すグラフである。まず、イリジウム合金製の電極チップから検討する。Ｖｃが０．６４ｍｍ
^３〜１．５２ｍｍ ^３にかけて、残存率は２２％から４９％まで緩やかに上昇した。そして、Ｖｃが１．５２ｍｍ ^３
を超えると急激に上昇し、Ｖｃが１．７９ｍｍ ^３で残存率は９０％にまで一気に上昇した。その後、残存率は９８％に推移した。一方、プラチナ合金製の電極チップについても同様の結果が得られた。即ち、Ｖｃが０．６４ｍｍ
^３〜１．５２ｍｍ ^３にかけては、残存率は５６％から７０％まで緩やかに上昇した。そして、Ｖｃが１．５２ｍｍ ^３
を超えると急激に上昇し、Ｖｃが１．７９ｍｍ ^３で残存率は８５％にまで一気に上昇した。その後、残存率は９３％に推移した。

次に、実施例３の結果についてまとめる。イリジウム合金製及びプラチナ合金製の何れの電極チップを用いた場合でも、Ｖｃが１．７９ｍｍ
^３以上で電極チップの残存率が急激に高くなった。従って、Ｖｃが１．７９ｍｍ ^３以上であれば、電極チップの耐久性が保持されるので、実施例１で規定されたＶｃの数値範囲の下限値（Ｖｃ＝２．１０ｍｍ
^３）は、この条件を満たしていることが実証された。

以上の実施例１〜３の結果を踏まえると、Ｈ、Ｖｉ、Ｖｃ、Ｖｃ／Ｖｉは、以下の数値範囲で規定されることが実証された。
・Ｈ≧１．８ｍｍ
・４．０２ｍｍ ^３＜Ｖｉ≦１２．５１（好ましくは８．７７）ｍｍ
^３
・２．１０ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦６．４２（好ましくは５．３６）ｍｍ ^３
・Ｖｃ／Ｖｉ≦１．０３（好ましくは０．８４）
なお、Ｖｃ／Ｖｉの下限値は、Ｖｃの下限値及びＶｉの下限値で自動的に決まる値である。

以上説明したように、本実施形態のスパークプラグ１００では、絶縁碍子１０の先端側の昇温性能を向上するために、絶縁碍子１０の突出量Ｈ（ｍｍ）、絶縁碍子１０の先端側体積Ｖｉ（ｍｍ
^３）、中心電極２０の先端側体積Ｖｃ（ｍｍ ^３）を各々規定した。これにより、絶縁碍子１０の耐電圧性および中心電極２０の耐久性を保持しつつ、カーボン汚損の回復性を向上できる。そして、カーボン汚損の回復性が向上することから、中心電極２０から絶縁碍子１０を介して主体金具５０へ飛火する横飛火の発生を抑制できるので、混合気への正常な着火を安定して確保できる。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、中心電極２０を構成する電極母材２１や芯材２５の材質は、それぞれ、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金、および銅または銅を主成分とする合金からなるとしたが、それぞれ、耐火花消耗性に優れた金属（Ｆｅ合金など）、および電極母材２１よりも熱伝導性に優れた金属（Ａｇ合金など）の組み合わせとなれば、その他の金属を用いてもよい。

スパークプラグ１００の部分断面図である。スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。絶縁碍子１０の先端側体積Ｖｉの位置と、中心電極２０の先端側体積Ｖｃの位置とを示す図である。実施例１の試験区１の結果を示す表である。実施例１の試験区２の結果を示す表である。実施例１の試験区３の結果を示す表である。実施例１の試験区４の結果を示す表である。実施例２の結果を示す表である。実施例３の結果を示す表である。実施例３の結果を示すグラフである。

１０絶縁碍子
１１先端部
１２軸孔
２０中心電極
２２先端部
３０接地電極
５０主体金具
５７先端面
６０組立体
９０電極チップ１００スパークプラグ
Ｈ絶縁碍子の突出量
Ｖｉ絶縁碍子の先端側体積
Ｖｃ中心電極の先端側体積

Claims

軸線方向に延びる中心電極と、
前記軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔内の先端側に保持する絶縁碍子と、
前記中心電極を前記絶縁碍子の前記軸孔内に保持してなる組立体における前記絶縁碍子の周囲を取り囲んで保持する主体金具と、
一端部が、前記主体金具に接合され、他端部が、前記中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極と
を備えたスパークプラグにおいて、
前記中心電極は、先端部にイリジウム合金及びプラチナ合金の何れかの電極チップが溶接されており、
前記軸線方向において、前記主体金具の先端面から先端側に突き出る前記絶縁碍子の長さをＨとし、前記軸線方向において、前記絶縁碍子の先端から後端側に向かって１．５ｍｍの範囲内に相当する前記絶縁碍子の部分の体積をＶｉとし、前記軸線方向において、前記１．５ｍｍの範囲内に相当する前記中心電極の部分の体積をＶｃとしたときに、
Ｈ≧１．８ｍｍ
を満たすと共に、
４．０２ｍｍ ^３＜Ｖｉ≦１２．５１ｍｍ ^３
２．１０ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦６．４２ｍｍ ^３
Ｖｃ／Ｖｉ≦１．０３
を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
４．２２ｍｍ ^３ ≦Ｖｉ≦８．７７ｍｍ ^３
２．４２ｍｍ ^３ ≦Ｖｃ≦５．３６ｍｍ ^３
Ｖｃ／Ｖｉ≦０．８４
を満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
前記主体金具は、自身の外周面に、内燃機関の取付ねじ孔に螺合するねじ山が形成された取付ねじ部を有し、
前記取付ねじ部の外径は、呼び径で、Ｍ１０以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。