JP5593236B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のエンジン等の内燃機関における着火手段として用いられる内燃機関用のスパークプラグに関する。

内燃機関用のスパークプラグとしては、例えば、外周に取付用ネジ部を設けたハウジングと、該ハウジングの内側に保持される絶縁碍子と、該絶縁碍子の内側に保持される中心電極と、該中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えたものが知られている。そして、接地電極は、ハウジングの先端面から中心電極に沿って延び、途中で内側に折り曲げられ、中心電極の先端部に対向する位置へと形成されている。

ところで、スパークプラグは、内燃機関の燃焼室の壁部に設けられたネジ孔に取付用ネジ部を螺合させて装着されている。このとき、取付用ネジ部は、ネジ孔に対して十分な締結力が得られるまで回転されることとなり、取り付け後における接地電極の向きは、個々のスパークプラグによって異なる。そして、スパークプラグの装着姿勢によって接地電極が燃焼室内の混合気流に影響を与えることがある。

例えば、接地電極が中心電極よりも混合気流の上流側（以下、適宜、単に上流側という）に位置するように、スパークプラグが燃焼室の壁部に装着された場合には、接地電極によって混合気の流れが妨げられて火花放電の流れが弱められ、火炎が成長し難くなって着火性が低下することがある。
また、接地電極が中心電極より混合気流の下流側（以下、適宜、単に下流側という）に位置するように、スパークプラグが燃焼室の壁部に装着された場合には、接地電極がガイドになって混合気がハウジング内に流れ込み、それに伴って火炎もハウジング内に流れ込んで消失する等して着火性が低下することがある。

そこで、従来から、内燃機関用のスパークプラグにおいては、接地電極による混合気流への阻害を防止するために、様々な接地電極の形状が提案されている。
例えば、特許文献１には、接地電極にスロット状の穴を設けたり、接地電極を分割して枝分かれさせたりすることにより、混合気流をスムーズにする構造が提案されている。
また、特許文献２には、接地電極に貫通孔を設け、その貫通孔が中心電極に向かって縮径しており、混合気が貫通孔を通って火花放電ギャップに効率よく流れ込むようにする構造が提案されている。

特開平９−１４８０４５号公報 特開２００６−２８６４０２号公報

しかしながら、上記特許文献１、２のように、接地電極に穴（孔）を設けた構造や接地電極を分割して枝分かれさせた構造では、接地電極自体の強度が低下してしまう。また、接地電極の耐熱強度が低下し、溶損・脱落が生じるおそれもある。そのため、耐久性を十分に確保することができなかった。
また、上記特許文献１、２の構造であっても、接地電極が中心電極よりも上流側及び下流側に位置する場合は存在する。すなわち、接地電極における穴（孔）の開いていない部分や分割して枝分かれした接地電極が中心電極よりも上流側及び下流側に位置する場合があり、接地電極によって混合気流が阻害される問題点を根本的に解消することはできなかった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、接地電極による混合気流への影響を抑制し、安定した着火性を得ることができる内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、外周に取付用ネジ部を設けたハウジングと、該ハウジングの内側に保持される絶縁碍子と、該絶縁碍子の内側に保持される中心電極と、該中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
上記接地電極は、上記ハウジングの先端面に接合される接合部と、上記スパークプラグの軸方向において上記中心電極の上記先端部に対向する対向面を設けた対向部と、上記接合部と上記対向部とを繋ぐ連結部とを有し、
上記接地電極は、長手方向に直交する断面の形状が長方形状の平角棒状の金属部材を螺旋状に捻ることにより形成されており、
上記スパークプラグの上記軸方向に直交する方向のいずれの方向から見た場合であっても、上記ハウジングの上記先端面を含む平面及び上記接地電極の上記対向部の上記対向面と上記中心電極の中心軸との交点を両端とする中心軸線分は、上記接地電極によって隠されない開放部を少なくとも一部に有することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項１）。

第２の発明は、上記第１の発明の内燃機関用のスパークプラグを製造する方法であって、
上記接地電極を形成するに当たっては、直線状の金属部材を上記ハウジングの先端面に対して斜めに接合する接合工程と、
上記金属部材の先端部が上記スパークプラグの上記軸方向において上記中心電極の上記先端部に対向するように、上記金属部材を折り曲げる曲げ工程とを行うことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法にある（請求項９）。

上記第１の発明のスパークプラグにおいて、上記接地電極は、上記接合部と上記対向部とを上記連結部によって繋いで形成されている。そして、中心電極の中心軸における上記中心軸線分は、上記スパークプラグの軸方向に直交する方向（径方向）のいずれの方向から見た場合であっても、接地電極によって隠されない開放部を少なくとも一部に有する。すなわち、上記スパークプラグは、径方向のいずれの方向から見た場合であっても、上記中心軸線分のすべてが接地電極によって覆われることなく、その少なくとも一部が見えるよう（少なくとも開放部を有するよう）になっている。

そのため、上記スパークプラグが内燃機関の燃焼室に装着されたとき、中心電極の中心軸に対する接地電極の位置がどのような位置となっても、混合気が接地電極によって大きく妨げられることがなくなる。また、混合気が中心電極の中心軸に向かって直線的に流れることのできる空間（以下、流通空間という）が必ず存在することになるため、混合気を火花放電ギャップに対して常にスムーズに流れ込ませ、接地電極によって混合気の流れが極端に遅くなることを防止することができる。

これにより、上記スパークプラグがどのような姿勢で内燃機関の燃焼室に装着されても、混合気の流れをばらつきなく、より均一化することができる。その結果、接地電極による混合気流への影響を極力抑えることができ、上記スパークプラグの装着姿勢にかかわらず、安定した着火性を確実に得ることができる。

また、上記第２の発明のスパークプラグの製造方法は、上記接合工程において、直線状の金属部材をハウジングの先端面に対して斜めに接合し、上記曲げ工程において、金属部材の先端部が所定の位置となるように金属部材を折り曲げ、接地電極を形成する。これにより、上記中心軸線分における上記開放部が十分に確保されるように接地電極を形成することが容易となる。また、接地電極全体の長さを短く設定することができるという効果も得られる。

このように、上記第１及び第２の発明によれば、接地電極による混合気流への影響を抑制し、安定した着火性を得ることができる内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法を提供することができる。

実施例１における、スパークプラグの全体構造を示す説明図。 実施例１における、スパークプラグの先端部を示す斜視図。 実施例１における、スパークプラグを軸方向先端側から見た図。 実施例１における、スパークプラグを図３の径方向Ｐ１から見た図。 実施例１における、スパークプラグを図３の径方向Ｐ２から見た図。 実施例１における、スパークプラグを図３の径方向Ｐ３から見た図。 実施例１における、スパークプラグを図３の径方向Ｐ４から見た図。 実施例１における、スパークプラグを図３の径方向Ｐ５から見た図。 実施例１における、接地電極となる金属部材をハウジングの先端面に対して接合した状態を示す説明図。 実施例１における、別例のスパークプラグを軸方向先端側から見た図。 実施例１における、別例のスパークプラグを図１０の径方向Ｐ６から見た図。 実施例１における、別例のスパークプラグを図１０の径方向Ｐ７から見た図。 実施例２における、スパークプラグの先端部の構造を示す説明図。 実施例３における、スパークプラグの先端部を示す斜視図。 実施例４における、スパークプラグの先端部の構造を示す説明図。 実施例５、６における、本発明品Ｅ１１、Ｅ２１のスパークプラグの接地電極の位置を示す説明図。 実施例５、６における、本発明品Ｅ１２、Ｅ２２のスパークプラグの接地電極の位置を示す説明図。 実施例５、６における、本発明品Ｅ１３、Ｅ２３のスパークプラグの接地電極の位置を示す説明図。 実施例５、６における、比較品Ｃ１１、Ｃ２１のスパークプラグの接地電極の位置を示す説明図。 実施例５、６における、比較品Ｃ１２、Ｃ２２のスパークプラグの接地電極の位置を示す説明図。 実施例５、６における、比較品Ｃ１３、Ｃ２３のスパークプラグの接地電極の位置を示す説明図。 実施例５における、各試料の初期火炎面積を示す説明図。 実施例６における、各試料のリーン限界Ａ／Ｆを示す説明図。

上記第１の発明において、上記スパークプラグは、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における内燃機関の着火手段として用いることができる。
また、上記スパークプラグにおいては、内燃機関の燃焼室内に挿入される側を「先端側」、その反対側を「基端側」とする。

また、上記中心軸線分の長さに対する上記開放部の長さの割合は、２５％以上であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記中心軸線分における上記開放部を十分に確保することができる。これにより、上記流通空間を十分に確保することができ、混合気の流れをばらつきなく、均一化するという効果を十分に発揮することができる。
なお、上記開放部の長さとは、該開放部が複数箇所にある場合にはその各開放部の長さの合計をいう。

また、上記中心軸線分の長さに対する上記開放部の長さの割合を大きくしようとすると、該開放部を確保するために、構造上、接地電極の長さを長くする必要がある。この場合、接地電極の熱容量が増大し、耐熱性が低下するおそれがある。そのため、上記開放部の割合は、７０％以下とすることが好ましい。

また、上記スパークプラグを上記軸方向に直交する平面に投影した投影平面上では、上記中心電極の上記中心軸を中心点とし、上記接地電極の上記接合部の内周面の中点を円周上の一点とする仮想円を想定した場合に、上記投影平面上における上記接地電極が占める領域内において上記中点から上記中心点までの最短経路の距離である最短経路長は、上記仮想円の半径よりも長いことが好ましい（請求項３）。
この場合には、接地電極による混合気流への影響を抑制するという効果を十分に発揮することができる。

なお、上記中点とは、上記投影平面上において、上記接地電極の上記接合部の内周面の両端から等しい距離にある点のことをいう。
また、上記最短経路長とは、上記投影平面上において、上記接地電極が占める領域内を通ることを条件とした場合の上記仮想円の上記中点から上記中心点までの最短経路の距離のことをいう。

また、上記接地電極の上記対向部の上記対向面は、上記対向部の形成方向においても、該形成方向に直交する方向においても、上記中心電極の上記中心軸に直交する平面に対する対向面傾斜角が３°以下であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、接地電極による混合気流への影響を抑制するという効果を十分に発揮することができる。
上記対向面傾斜角が３°を超える場合には、上記スパークプラグの装着姿勢によって混合気の流れにばらつきが生じ、安定した着火性を得ることができないおそれがある。

なお、上記対向部の形成方向とは、中心電極の中心軸に直交する方向において、対向部が形成されている方向をいう。また、上記対向面傾斜角が３°以下であるというのは、該対向面傾斜角が０°であることを含む。つまり、接地電極の対向部の対向面が中心電極の中心軸に対して直交する方向（中心電極の中心軸に直交する平面に対して平行）に形成されていることを含む。
また、上記対向面傾斜角が３°以下とは、接地電極の対向部の対向面が中心電極の中心軸に直交する平面に対して、中心軸の軸方向のどちら側（先端側及び基端側）においてもその傾斜角が３°以下（±３°）であることをいう。

また、上記スパークプラグを上記軸方向の先端側から見た場合に、上記接地電極における上記接合部から上記対向部までの捻り角が３０°以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、接地電極による混合気流への影響を抑制するという効果を十分に発揮することができる。また、接地電極を例えば螺旋状（スパイラル状）に捻った形状とすることにより、接地電極の剛性を高めることができる。これにより、接地電極全体の強度を高め、耐久性を向上させることができる。そして、上記スパークプラグの耐久性、信頼性を向上させることができる。

上記捻り角が３０°未満の場合には、上記中心軸線分における上記開放部を十分に確保することができないおそれがある。そして、上記流通空間を十分に確保することが困難となり、接地電極による混合気流への影響を十分に抑制することができないおそれがある。また、接地電極を例えば螺旋状（スパイラル状）に捻って剛性を高めるという効果を十分に得られないおそれがある。
なお、上記流通空間を確保するために接地電極を細くすることも考えられるが、この場合には、接地電極の強度が低下するおそれがある。

一方、上記捻り角を大きくしようとすると、該捻り角を確保するために、構造上、接地電極の長さを長くする必要がある。この場合、接地電極の熱容量が増大し、耐熱性が低下するおそれがある。そのため、上記捻り角は、９０°以下とすることが好ましい。

ここで、上記捻り角とは、上記スパークプラグを軸方向から見た場合に、接地電極における接合部から対向部までを直線状に形成したときを基準とし（このときの捻り角を０°とする）、これに対して接地電極における接合部から対向部までを連結部を介してどれくらい捻って形成しているか、その捻った角度を表したものである。

また、上記接地電極は、上記スパークプラグを軸方向から見た場合に、接合部から対向部までを連結部を介して捻るようにして形成されているが、接地電極の捻りの回転方向は、どちらの方向でも構わない。すなわち、上記スパークプラグを軸方向の先端側から見た場合に、接合部から対向部にかけて右回り（時計回り）であってもよいし、左回り（反時計回り）であってもよい。

また、上記接地電極の上記接合部は、上記ハウジングの上記先端面に対して斜めに接合されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記中心軸線分における上記開放部を確保することが容易となる。また、接地電極全体の長さを短く設定することができる。

また、上記ハウジングの上記先端面と上記接地電極の中心軸とが成す接合傾斜角は、３０〜６０°であることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記中心軸線分における上記開放部を確保することが容易となるという効果及び接地電極の長さを短く設定することができるという効果を十分に得ることができる。

上記接合傾斜角が３０°未満の場合には、上記中心軸線分における上記開放部を十分に確保することができないおそれがある。そして、上記流通空間を十分に確保することが困難となり、接地電極による混合気流への影響を十分に抑制することができないおそれがある。
一方、上記接合傾斜角が６０°を超える場合には、接地電極の長さを短く設定することができるという効果を十分に得ることができないおそれがある。また、接地電極の長さが長くなり、該接地電極の熱容量が増大して耐熱性が低下するおそれがある。

また、上記中心電極の上記先端部には、上記接地電極の上記対向部に向かって突出してなる先端突出部が設けられていることが好ましい。
また、上記接地電極の上記対向部には、上記中心電極の上記先端部に向かって突出してなる対向突出部が設けられていることが好ましい。
いずれの場合にも、火花放電ギャップにおいて良好に放電を行うことができると共に、発生した火炎をより一層成長させることができる。

また、上記接地電極の上記対向部は、先端に近づくに従って幅狭となっていることが好ましい。
この場合には、火花放電ギャップにおいて発生した火炎をより一層成長させることができる。

また、上記絶縁碍子は、上記ハウジングの上記先端面よりも上記軸方向の先端側に突出しており、上記ハウジングと上記絶縁碍子との間には、上記軸方向の先端側に開口したポケット部が形成されており、上記ハウジングの上記先端面には、内側に行くに従って上記ポケット部の奥へ向かうように傾斜している傾斜部が形成されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記ポケット部に侵入して該ポケット部から押し出される混合気流が形成される。また、ハウジングの先端面が内側に向かって上記ポケット部の奥へ傾斜していることにより、このような混合気流の形成が促進される。そして、上記ポケット部から押し出される混合気流が形成されることにより、火花放電ギャップにおいて発生した火炎をより一層成長させることができる。特に、本発明のような接地電極による混合気流への影響を小さくした構造の場合には、上記の効果をより一層有効に発揮することができる。

上記第２の発明において、上記ハウジングの上記先端面と上記金属部材の中心軸とが成す接合傾斜角は、３０〜６０°であることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、上記中心軸線分における上記開放部が十分に確保されるように接地電極を形成することが容易となる。また、接地電極全体の長さを短く設定することができるという効果も得られる。

上記接合傾斜角が３０°未満の場合には、上記中心軸線分における上記開放部を十分に確保することができないおそれがある。そして、上記流通空間を十分に確保することが困難となり、接地電極による混合気流への影響を十分に抑制することができないおそれがある。
一方、上記接合傾斜角が６０°を超える場合には、接地電極の長さを短く設定することができるという効果を十分に得ることができないおそれがある。また、接地電極の長さが長くなり、該接地電極の熱容量が増大して耐熱性が低下するおそれがある。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法について、図を用いて説明する。
本例のスパークプラグ１は、図１〜図３に示すごとく、外周に取付用ネジ部２１を設けたハウジング２と、ハウジング２の内側に保持される絶縁碍子３と、絶縁碍子３の内側に保持される中心電極４と、中心電極４の先端部４０との間に火花放電ギャップＧを形成する接地電極５とを備えている。

接地電極５は、ハウジング２の先端面２０１に接合される接合部５１と、スパークプラグ１の軸方向Ｘにおいて中心電極４の先端部４０に対向する対向面５３１を設けた対向部５３と、接合部５１と対向部５３とを繋ぐ連結部５２とを有する。
スパークプラグ１の軸方向Ｘに直交する方向（径方向Ｙ）のいずれの方向から見た場合であっても、ハウジング２の先端面２０１を含む平面及び接地電極５の対向部５３の対向面５３１と中心電極４の中心軸４００との交点Ａ１、Ａ２を両端とする中心軸線分Ａは、接地電極５によって隠されない開放部Ｂを少なくとも一部に有する。
以下、これを詳説する。

本例のスパークプラグ１は、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における内燃機関（エンジン）の着火手段として用いられるものである。
図１に示すごとく、スパークプラグ１は、ハウジング２の外周に取付用ネジ部２１が設けられており、内燃機関の燃焼室の壁部に設けられたネジ孔（図示略）に取付用ネジ部２１を螺合させて装着される。

ハウジング２の内側には、絶縁碍子３が挿通保持されている。絶縁碍子３は、その先端部３０がハウジング２の先端部２０よりも突出して配置されている。ハウジング２と絶縁碍子３との間には、軸方向Ｘの先端側に開口したポケット部１１が形成されている。
絶縁碍子３の内側には、中心電極４が保持されている。中心電極４は、その先端部４０が絶縁碍子３の先端部３０よりも突出して配置されている。中心電極４の先端部４０には、接地電極５の対向部５３に向かって突出してなる先端突出部４０１が設けられている。

図１〜図３に示すごとく、ハウジング２の先端面２０１には、接地電極５が接合されている。接地電極５は、接合部５１と連結部５２と対向部５３とにより構成されており、全体として螺旋状（スパイラル状）に捻って形成されている。接地電極５の捻りの回転方向は、軸方向Ｘの先端側から見た場合に、接合部５１から対向部５３にかけて左回り（反時計回り）である。

接合部５１は、ハウジング２の先端面２０１に対して斜めに接合されている。ハウジング２の先端面２０１と接地電極５の中心軸５００とが成す接合傾斜角（スラント角）αは、４５°である（図４参照）。
対向部５３は、軸方向Ｘにおいて中心電極４の先端部４０に対向するように配置されている。また、対向部５３は、中心電極４の先端部４０に対向する対向面５３１を有しており、この対向面５３１と中心電極４の先端部４０との間に火花放電ギャップＧを形成している。
連結部５２は、ハウジング２の先端面２０１に対して接合された接合部５１と、軸方向Ｘにおいて中心電極４の先端部４０に対向する対向部５３とを滑らかに繋いでいる。

また、図３に示すごとく、スパークプラグ１を軸方向Ｘに直交する平面に投影した投影平面上では、中心電極４の中心軸４００を中心点Ｄ１とし、接地電極５の接合部５１の内周面５１１の中点Ｄ２を円周上の一点とする仮想円Ｄを想定した場合に、投影平面上における接地電極５が占める領域５９（図中の斜線部分）内において中点Ｄ２から中心点Ｄ１までの最短経路の距離である最短経路長Ｆは、仮想円Ｄの半径ｄ（中点Ｄ２から中心点Ｄ１までの直線距離）よりも長い。

また、同図に示すごとく、接地電極５における接合部５１から対向部５３までの捻り角βが４５°である。すなわち、接地電極５における接合部５１から対向部５３までを直線状に形成したときを基準（捻り角０°）とし、本例では、接地電極５における接合部５１から対向部５３までを連結部５２を介して４５°捻っている。

また、図４〜図８に示すごとく、径方向Ｙのいずれの方向から見た場合であっても、中心電極４の中心軸４００における中心軸線分Ａは、接地電極５によって隠されない開放部Ｂを少なくとも一部に有する。ここで、中心軸線分Ａとは、ハウジング２の先端面２０１を含む平面と中心電極４の中心軸４００との交点Ａ１を一端とし、接地電極５の対向部５３の対向面５３１と中心電極４の中心軸４００との交点Ａ２を他端とする線分のことである。

すなわち、径方向Ｙのいずれの方向から見た場合であっても、中心電極４の中心軸４００における中心軸線分Ａのすべてが接地電極５によって覆われることなく、その少なくとも一部が見えるよう（少なくとも開放部Ｂを有するよう）構成されている。本例では、中心軸線分Ａの長さａに対する開放部Ｂの長さｂの割合が２５％以上となっている。なお、開放部Ｂの長さｂとは、開放部Ｂが複数箇所にある場合にはその各開放部Ｂの長さの合計を表す。

次に、本例のスパークプラグ１の製造方法について簡単に説明する。
接地電極５を形成するに当たっては、まず、図９に示すごとく、直線状の金属部材５０をハウジング２の先端面２０１に対して斜めに接合する（接合工程）。このとき、ハウジング２の先端面２０１と金属部材５０の中心軸５００とが成す接合傾斜角（スラント角）αを４５°に設定した。
その後、金属部材５０の先端部５０１が軸方向Ｘにおいて中心電極４の先端部４０に対向するように、金属部材５０を螺旋状（スパイラル状）に捻って折り曲げる（曲げ工程）。これにより、接地電極５を形成する（図４参照）。

次に、本例のスパークプラグ１における作用効果について説明する。
本例のスパークプラグ１において、接地電極５は、接合部５１と対向部５３とを連結部５２によって繋いで形成されている。そして、中心電極４の中心軸４００における中心軸線分Ａは、スパークプラグ１の軸方向Ｘに直交する方向（径方向Ｙ）のいずれの方向から見た場合であっても、接地電極５によって隠されない開放部Ｂを少なくとも一部に有する。すなわち、スパークプラグ１は、径方向Ｙのいずれの方向から見た場合であっても、中心軸線分Ａのすべてが接地電極５によって覆われることなく、その少なくとも一部が見えるよう（少なくとも開放部Ｂを有するよう）になっている。

そのため、スパークプラグ１が内燃機関の燃焼室に装着されたとき、中心電極４の中心軸４００に対する接地電極５の位置がどのような位置となっても、直線状に形成した場合に比べて混合気が接地電極５によって大きく妨げられることがなくなる。また、混合気が中心電極４の中心軸４００に向かって直線的に流れることのできる流通空間Ｓが必ず存在することになるため、混合気を火花放電ギャップＧに対して常にスムーズに流れ込ませ、接地電極５によって混合気の流れが極端に遅くなることを防止することができる。

これにより、スパークプラグ１がどのような姿勢で内燃機関の燃焼室に装着されても、混合気の流れをばらつきなく、より均一化することができる。その結果、接地電極５による混合気流への影響を極力抑えることができ、スパークプラグ１の装着姿勢にかかわらず、安定した着火性を確実に得ることができる。

また、本例では、中心軸線分Ａの長さａに対する開放部Ｂの長さｂの割合は、２５％以上である。そのため、中心軸線分Ａにおける開放部Ｂを十分に確保することができる。これにより、流通空間Ｓを十分に確保することができ、混合気の流れをばらつきなく、均一化するという効果を十分に発揮することができる。

また、図３に示すごとく、スパークプラグ１を軸方向Ｘに直交する平面に投影した投影平面上では、中心電極４の中心軸４００を中心点Ｄ１とし、接地電極５の接合部５１の内周面５１１の中点Ｄ２を円周上の一点とする仮想円Ｄを想定した場合に、投影平面上における接地電極５が占める領域５９内において仮想円Ｄの中点Ｄ２から中心点Ｄ１までの最短経路の距離である最短経路長Ｆは、仮想円Ｄの半径ｄよりも長い。そのため、接地電極５による混合気流への影響を抑制するという効果を十分に発揮することができる。

また、図３に示すごとく、スパークプラグ１を軸方向Ｘの先端側から見た場合に、接地電極５における接合部５１から対向部５３までの捻り角βが３０°以上である。そのため、接地電極５による混合気流への影響を抑制するという効果を十分に発揮することができる。また、接地電極５を螺旋状（スパイラル状）に捻った形状とすることにより、接地電極５の剛性を高めることができる。これにより、接地電極５全体の強度を高め、耐久性を向上させることができる。そして、スパークプラグ１の耐久性、信頼性を向上させることができる。

また、図４に示すごとく、接地電極５の接合部５１は、ハウジング２の先端面２０１に対して斜めに接合されている。また、ハウジング２の先端面２０１と接地電極５の中心軸５００とが成す接合傾斜角αは、３０〜６０°の範囲内である。そのため、中心軸線分Ａにおける開放部Ｂを確保することが容易となるという効果及び接地電極５の長さを短く設定することができるという効果を十分に得ることができる。

また、中心電極４の先端部４０には、接地電極５の対向部５３に向かって突出してなる先端突出部４０１が設けられている。そのため、火花放電ギャップＧにおいて良好に放電を行うことができると共に、発生した火炎をより一層成長させることができる。

このように、本例によれば、接地電極５による混合気流への影響を抑制し、安定した着火性を得ることができる内燃機関用のスパークプラグ１及びその製造方法を提供することができる。

また、本例では、図１〜図８に示すごとく、接地電極５の対向部５３の対向面５３１は、中心電極４の中心軸４００に対して略直交する方向（中心電極４の中心軸４００に直交する平面に対して略平行）に形成されているが、例えば、図１０〜図１２に示すごとく、中心電極４の中心軸４００に直交する平面（直交平面）４０９に対して傾斜させて形成してもよい。

この場合、接地電極５の対向部５３の対向面５３１は、図１１に示すごとく、対向部５３の形成方向Ｋ１において、直交面４０９に対する対向面傾斜角γ１が３°以下であり、図１２に示すごとく、対向部５３の形成方向５３に直交する方向Ｋ２において、直交平面４０９に対する対向面傾斜角γ２が３°以下であることが好ましい。このようにすることで、接地電極５による混合気流への影響を抑制するという効果を十分に発揮することができる。
なお、対向部５３の形成方向Ｋ１とは、中心電極４の中心軸４００に直交する方向において、対向部５３が形成されている方向をいう。

（実施例２）
本例は、図１３に示すごとく、スパークプラグ１における接地電極５の構成を変更した例である。
本例のスパークプラグ１において、同図に示すごとく、接地電極５の対向部５３には、中心電極４の先端部４０に向かって突出してなる対向突出部５３２が設けられている。
その他は、実施例１と同様の構成である。

本例の場合には、中心電極４の先端部４０に先端突出部４０１を設け、さらに接地電極５の対向部５３に対向突出部５３２を設けることにより、火花放電ギャップＧにおいてさらに良好に放電を行うことができると共に、発生した火炎をより一層十分に成長させることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図１４に示すごとく、スパークプラグ１における接地電極５の構成を変更した例である。
本例のスパークプラグ１において、同図に示すごとく、接地電極５の対向部５３は、先端に近づくに従って幅狭となっている。
その他は、実施例１と同様の構成である。

本例の場合には、火花放電ギャップＧにおいて発生した火炎をより一層成長させることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１５に示すごとく、スパークプラグ１におけるハウジング２の構成を変更した例である。
本例のスパークプラグ１において、同図に示すごとく、ハウジング２の先端面２０１には、内側に行くに従ってポケット部１１の奥へ向かうように傾斜している傾斜部２０２が形成されている。
その他は、実施例１と同様の構成である。

本例の場合には、ポケット部１１に侵入してそのポケット部１１から押し出される混合気流が形成される。また、ハウジング２の先端面２０１が内側に向かってポケット部１１の奥へ傾斜していることにより、このような混合気流の形成が促進される。そして、ポケット部１１から押し出される混合気流が形成されることにより、火花放電ギャップＧにおいて発生した火炎をより一層成長させることができる。特に、本例のような接地電極５による混合気流への影響を小さくした構造の場合には、上記の効果をより一層有効に発揮することができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、本発明のスパークプラグの着火性について評価した例である。
本例では、本発明品のスパークプラグ（本発明品Ｅ１１〜Ｅ１３）と、従来のスパークプラグ（比較品Ｃ１１〜Ｃ１３）とを準備し、これらをエンジンの燃焼室を模した燃焼容器内に取り付けて着火性の評価を行った。

なお、本発明品Ｅ１１〜Ｅ１３は、図１６〜図１８に示すごとく、接地電極５における捻りの回転方向が軸方向先端側から見た場合に接合部５１から対向部５３にかけて右回り（時計回り）であることを除いては、実施例２のスパークプラグ１と同様の構成のものである。

また、比較品Ｃ１１〜Ｃ１３は、図１９〜図２１に示すごとく、接地電極５の接合部５１から対向部５３までを軸方向から見た場合に直線状に形成したスパークプラグである。具体的には、接地電極５は、ハウジング２の先端面２０１から中心電極４に沿って延び、途中で内側に折り曲げられ、中心電極４に対向する位置へと形成されている。その他は、実施例２のスパークプラグ１と同様の構成のものである。

次に、着火性の評価方法について説明する。
まず、本発明品Ｅ１１〜Ｅ１３及び比較品Ｃ１１〜Ｃ１３のスパークプラグをそれぞれ燃焼容器内に取り付ける。このとき、図１６〜図２１に示すごとく、それぞれの接地電極５が混合気Ｒの流れ方向に対して異なる位置となるように取り付ける。

具体的には、本発明品Ｅ１１及び比較品Ｃ１１は、図１６（ａ）、（ｂ）及び図１９（ａ）、（ｂ）に示すごとく、接地電極５が中心電極４よりも上流側Ｑ１となるように（接地電極５の先端が下流側Ｑ２を向くように）取り付ける。

また、本発明品Ｅ１２及び比較品Ｃ１２は、図１７（ａ）、（ｂ）及び図２０（ａ）、（ｂ）に示すごとく、接地電極５が中心電極４の横側となるように（接地電極５の先端が横側を向くように）取り付ける。すなわち、本発明品Ｅ１及び比較品Ｃ１を軸方向先端側から見て時計回り（右回り）に９０°回転させた状態で取り付ける。

また、本発明品Ｅ１３及び比較品Ｃ１３は、図１８（ａ）、（ｂ）及び図２１（ａ）、（ｂ）に示すごとく、接地電極５が中心電極４よりも下流側Ｑ２となるように（接地電極５の先端が上流側Ｑ１を向くように）取り付ける。すなわち、本発明品Ｅ２及び比較品Ｃ２を軸方向先端側から見て時計回り（右回り）に９０°回転させた状態で取り付ける。

次いで、図１６〜図２１に示すごとく、燃焼容器内において一定方向に混合気Ｒ（流速１５ｍ／秒）を流す。そして、火花放電ギャップＧにおいて火花放電を行い、その火花に混合気Ｒを接触させ、点火する。
次いで、発生した火炎（可視光）を高速カメラで撮影し、点火直後から一定時間経過後（本例では４．５ｍ秒後）の火炎の大きさを求める。火炎の大きさは、画像処理によって火炎を２値化し、その面積（初期火炎面積）を求める。

着火性の評価結果を図２２に示す。なお、縦軸は初期火炎面積であり、各本発明品及び各比較品の初期火炎面積は、比較品Ｃ１２の初期火炎面積を１として表している。
同図から、比較品Ｃ１１は、接地電極が中心電極の上流側にあり、混合気の流れを遮断するように設置されているため、初期火炎面積が非常に小さくなっている。このことから、接地電極が火花放電ギャップ近傍の混合気の流れを阻害し、混合気が火花に接触する機会を減少させ、着火性能の低下を招いていると考えられる。
また、比較品Ｃ１１〜Ｃ１３の初期火炎面積の最大値と最小値の差（ばらつきｃ１）が非常に大きくなっている。このことから、接地電極の位置によって着火性能にばらつきがあり、安定した着火性を得ることができないことがわかる。

一方、本発明品Ｅ１１は、接地電極が中心電極の上流側にあるが、混合気が接地電極によって妨げられることなく中心電極に向かって流れることのできる流通空間（隙間）が存在するため、比較品Ｃ１１に比べて初期火炎面積が極端に小さくなっていない。このことから、接地電極による混合気流への影響を抑制していることがわかる。
また、本発明品Ｅ１１〜Ｅ１３の初期火炎面積の最大値と最小値の差（ばらつきｅ１）も比較品Ｃ１１〜Ｃ１３に比べて非常に小さくなっている。このことから、接地電極の位置にかかわらず、安定した着火性を得ることができることがわかる。

以上の結果より、本発明品のスパークプラグは、従来のスパークプラグに比べて、接地電極による混合気流への影響を抑制し、安定した着火性を得ることができることがわかった。

（実施例６）
本例は、本発明のスパークプラグの着火性について、実機のエンジンを用いて評価した例である。
本例では、本発明品のスパークプラグ（本発明品Ｅ２１〜Ｅ２３）と従来のスパークプラグ（比較品Ｃ２１〜Ｃ２３）とを準備し、これらをエンジンの燃焼室内に取り付けて着火性の評価を行った。

なお、本発明品Ｅ２１〜Ｅ２３は、図１６〜図１８に示すごとく、実施例５の本発明品Ｅ１１〜Ｅ１３のスパークプラグと同様の構成のものである。
また、比較品Ｃ２１〜Ｃ２３は、図１９〜図２１に示すごとく、実施例５の比較品Ｃ１１〜Ｃ１３のスパークプラグと同様の構成のものである。

次に、着火性の評価方法について説明する。
まず、本発明品Ｅ１１〜Ｅ１３及び比較品Ｃ１１〜Ｃ１３のスパークプラグをそれぞれ１８００ｃｃ、４気筒のエンジンのうち燃焼圧センサーの取り付けられた特定１気筒の燃焼室内に取り付ける。このとき、図１６〜図２１に示すごとく、それぞれの接地電極５が混合気Ｒの流れ方向に対して異なる位置となるように取り付ける。

具体的には、本発明品Ｅ２１及び比較品Ｃ２１は、図１６（ａ）、（ｂ）及び図１９（ａ）、（ｂ）に示すごとく、実施例５の本発明品Ｅ１１及び比較品Ｃ１１と同様である。
また、本発明品Ｅ２２及び比較品Ｃ２２は、図１７（ａ）、（ｂ）及び図２０（ａ）、（ｂ）に示すごとく、実施例５の本発明品Ｅ１２及び比較品Ｃ１２と同様である。
また、本発明品Ｅ２３及び比較品Ｃ２３は、図１８（ａ）、（ｂ）及び図２１（ａ）、（ｂ）に示すごとく、実施例５の本発明品Ｅ１３及び比較品Ｃ１３と同様である。

次いで、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ、図示平均有効圧Ｐｍｉが０．３ＭＰａの条件の下、Ａ／Ｆ（空燃比）の値を変化させながら燃焼圧センサーの出力より燃焼変動率を測定し、リーン限界Ａ／Ｆを調べる。
なお、燃焼変動率とは、図示平均有効圧Ｐｍｉの（標準偏差／平均）×１００％で示されるものである。また、リーン限界Ａ／Ｆとは、着火可能な空燃比の限界である。本例では、エンジンの円滑な運転が可能な燃焼変動率の値よりも大きくなったＡ／Ｆの値をリーン限界Ａ／Ｆとする。

着火性の評価結果を図２３に示す。
同図から、比較品Ｃ２１は、リーン限界Ａ／Ｆの値が低くなっている。これは、実施例４の比較品Ｃ１１と同様の理由によるものであると考えられる。
また、比較品Ｃ２３も、リーン限界Ａ／Ｆの値が低くなっている。これは、接地電極が中心電極の下流側にあるため、接地電極がガイドになって混合気がハウジング内に流れ込み、それに伴って火炎もハウジング内に流れ込んで消失する等して着火性能の低下を招いていると考えられる。
また、比較品Ｃ２１〜Ｃ２３のリーン限界Ａ／Ｆの最大値と最小値の差（ばらつきｃ２）が非常に大きくなっている。このことから、接地電極の位置によって着火性能にばらつきがあり、安定した着火性を得ることができないことがわかる。

一方、本発明品Ｅ２１、Ｅ２３は、比較品Ｃ２１、Ｃ２３に比べてリーン限界Ａ／Ｆが極端に小さくなっていない。これは、実施例４の本発明品Ｅ１１と同様の理由によるものであると考えられる。
また、本発明品Ｅ２１〜Ｅ２３のリーン限界Ａ／Ｆの最大値と最小値の差（ばらつきｅ２）も比較品Ｃ２１〜Ｃ２３に比べて非常に小さくなっている。このことから、接地電極の位置にかかわらず、安定した着火性を得ることができることがわかる。

以上の結果より、本発明品のスパークプラグは、実機のエンジンを用いた場合でも、従来のスパークプラグに比べて、接地電極による混合気流への影響を抑制し、安定した着火性を得ることができることがわかった。

（実施例７）
本例は、本発明のスパークプラグの着火性について、実機のエンジンを用いて評価した例である。
本例では、表１に示すごとく、接合傾斜角α及び捻り角βが異なる本発明品のスパークプラグを複数準備し、これらをエンジンの燃焼室内に取り付けて着火性の評価を行った。

次に、着火性の評価方法について説明する。
本例では、実施例６と同様に、接地電極が混合気の流れに対して異なる位置となるように取り付け（実施例６の本発明品Ｅ２１〜Ｅ２３、図１６〜図１８参照）、それぞれについてリーン限界Ａ／Ｆを調べる。そして、リーン限界Ａ／Ｆの最大値と最小値の差（ばらつき幅ｅ２（図２３参照））を求める。

次に、着火性の評価の判定について説明する。
本例では、リーン限界Ａ／Ｆのばらつき幅ｅ２が、従来のスパークプラグである実施例６の比較品Ｃ２１〜Ｃ２３のリーン限界Ａ／Ｆのばらつき幅ｃ２（図２３参照）より小さい場合には「○」、同等もしくは大きい場合には「×」とした。

着火性の評価結果を表１に示す。
同表からわかるように、接合傾斜角αが３０°以上の場合、捻り角βを３０〜９０°の範囲で変化させても、着火性の評価の判定はすべて○であった。また、接合傾斜角αが２０°の場合、捻り角βを７５°、９０°と大きくすれば着火性の評価の判定は○であった。すなわち、いずれの場合にも、接地電極の位置にかかわらず、安定した着火性を得ることができる。

一方、接合傾斜角αが２０°であって捻り角βが６０°以下の場合、接合傾斜角αが１５°の場合、着火性の評価の判定は×であった。
なお、接合傾斜角αが２０°であって捻り角が３０°の場合、接合傾斜角αが１５°であって捻り角βが３０°、４５°の場合については、接合傾斜角αと捻り角βと関係から、製造することが困難であった（表１には「−」と示した）。

以上の結果から、従来のスパークプラグに比べて、接地電極による混合気流への影響を抑制し、安定した着火性を得るためには、接合傾斜角αが３０°以上であることが好ましいことがわかった。また、接合傾斜角αが３０°未満であっても、捻り角βを大きくすれば、従来のスパークプラグよりも優れた性能が得られることがわかった。
ただし、接合傾斜角αが６０°を超えると、接地電極の長さが長くなり、接地電極の熱容量が増大して耐熱性が低下するおそれがある。そのため、接合傾斜角αは、６０°以下とすることが好ましい。

また、同様に、従来のスパークプラグに比べて、接地電極による混合気流への影響を抑制し、安定した着火性を得るためには、捻り角βが３０°以上であることが好ましいことがわかった。
ただし、捻り角βが３０°以上とした場合であっても、接合傾斜角αとの関係で、構造上、製造することが困難となることがある。また、捻り角βが９０°を超えると、接地電極の長さが長くなり、接地電極の熱容量が増大して耐熱性が低下するおそれがある。そのため、捻り角βは、９０°以下とすることが好ましい。

次に、本例において着火性の評価を行った接合傾斜角α及び捻り角βが異なるスパークプラグについて、中心軸線分の長さに対する開放部の長さの割合を表２に示す。
同表には、中心軸線分の長さに対する開放部の長さの割合（％）が示してある。この数値は、スパークプラグを図３の径方向Ｐ１から見た場合（図４参照）における中心軸線分Ａの長さａに対する開放部Ｂの長さｂの割合（％）である。

表２を表１の結果と照らし合わせて見てみると、従来のスパークプラグに比べて、接地電極による混合気流への影響を抑制し、安定した着火性を得るためには（着火性の評価の判定が○となるためには）、中心軸線分の長さに対する開放部の長さの割合が２５％以上であることが好ましいことがわかった。
ただし、接合傾斜角αが６０°を超えたり、捻り角βが９０°を超えたりすると、接地電極の長さが長くなり、接地電極の熱容量が増大して耐熱性が低下するおそれがある。そのため、中心軸線分の長さに対する開放部の長さの割合は、７０％以下とすることが好ましい。

１ スパークプラグ
２ ハウジング
２０１ 先端面（ハウジングの先端面）
２１ 取付用ネジ部
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
４０ 先端部（中心電極の先端部）
４００ 中心軸（中心電極の中心軸）
５ 接地電極
５１ 接合部
５２ 連結部
５３ 対向部
５３１ 対向面
Ａ 中心軸線分
Ｂ 開放部
Ｇ 火花放電ギャップ

Claims (10)

1. 外周に取付用ネジ部を設けたハウジングと、該ハウジングの内側に保持される絶縁碍子と、該絶縁碍子の内側に保持される中心電極と、該中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
   上記接地電極は、上記ハウジングの先端面に接合される接合部と、上記スパークプラグの軸方向において上記中心電極の上記先端部に対向する対向面を設けた対向部と、上記接合部と上記対向部とを繋ぐ連結部とを有し、
   上記接地電極は、長手方向に直交する断面の形状が長方形状の平角棒状の金属部材を螺旋状に捻ることにより形成されており、
   上記スパークプラグの上記軸方向に直交する方向のいずれの方向から見た場合であっても、上記ハウジングの上記先端面を含む平面及び上記接地電極の上記対向部の上記対向面と上記中心電極の中心軸との交点を両端とする中心軸線分は、上記接地電極によって隠されない開放部を少なくとも一部に有することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
2. 請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記中心軸線分の長さに対する上記開放部の長さの割合は、２５％以上であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、該スパークプラグを上記軸方向に直交する平面に投影した投影平面上では、上記中心電極の上記中心軸を中心点とし、上記接地電極の上記接合部の内周面の中点を円周上の一点とする仮想円を想定した場合に、上記投影平面上における上記接地電極が占める領域内において上記中点から上記中心点までの最短経路の距離である最短経路長は、上記仮想円の半径よりも長いことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記接地電極の上記対向部の上記対向面は、上記対向部の形成方向においても、該形成方向に直交する方向においても、上記中心電極の上記中心軸に直交する平面に対する対向面傾斜角が３°以下であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、該スパークプラグを上記軸方向の先端側から見た場合に、上記接地電極における上記接合部から上記対向部までの捻り角が３０°以上であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記接地電極の上記接合部は、上記ハウジングの上記先端面に対して斜めに接合されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
7. 請求項６に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記ハウジングの上記先端面と上記接地電極の中心軸とが成す接合傾斜角は、３０〜６０°であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグにおいて、上記絶縁碍子は、上記ハウジングの上記先端面よりも上記軸方向の先端側に突出しており、上記ハウジングと上記絶縁碍子との間には、上記軸方向の先端側に開口したポケット部が形成されており、上記ハウジングの上記先端面には、内側に行くに従って上記ポケット部の奥へ向かうように傾斜している傾斜部が形成されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグを製造する方法であって、
   上記接地電極を形成するに当たっては、直線状の金属部材を上記ハウジングの先端面に対して斜めに接合する接合工程と、
   上記金属部材の先端部が上記スパークプラグの上記軸方向において上記中心電極の上記先端部に対向するように、上記金属部材を折り曲げる曲げ工程とを行うことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。
10. 請求項９に記載の内燃機関用のスパークプラグの製造方法において、上記ハウジングの上記先端面と上記金属部材の中心軸とが成す接合傾斜角は、３０〜６０°であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。

Images