JP5622991B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

内燃機関等の燃焼装置に使用されるスパークプラグは、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絶縁体と、絶縁体の外周に設けられる筒状の主体金具と、一端部が主体金具の先端部に接合される棒状の接地電極とを備える。接地電極は、その他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して配置され、これにより中心電極の先端部及び接地電極の他端部の間に火花放電間隙が形成される。また、接地電極の他端部のうち、火花放電間隙を形成する部位に貴金属チップを設け、耐消耗性や着火性の向上を図る技術が知られている。

ところで、接地電極は燃焼室の中心側へと突き出して配置される。そのため、接地電極が過熱されてしまい、高温の接地電極によりプレイグニッション（早期着火）が生じてしまったり、接地電極に溶損や折損が生じてしまったりするおそれがある。

そこで、着火性を維持しつつ、接地電極の耐熱性向上を図るべく、接地電極を比較的短くするとともに、接地電極（貴金属チップ）の先端面を中心電極の先端部側面と対向させ、軸線とほぼ直交する方向に沿って火花放電を生じさせる手法（いわゆる横放電タイプのスパークプラグ）が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。当該手法によれば、接地電極の受熱量を低減できるとともに、接地電極の熱を主体金具側へと伝導しやすくなり、耐熱性を向上させることができる。また、接地電極により妨げられることなく、火炎核を燃焼室の中心側へとスムーズに成長させることができ、着火性を十分に維持することができる。

特開２００９−１５１９８４号公報

しかしながら、近年では、低燃費や低エミッション、高出力を実現するために過給機付きエンジンや高圧縮比エンジン等が提案されている。そのため、従前よりも火花放電を生じさせるために必要な電圧（放電電圧）が増大してしまったり、接地電極がより高温となってしまうおそれがあり、火花放電に伴う接地電極や貴金属チップの消耗が急速に進んでしまうことが懸念される。

ここで、接地電極等の耐消耗性を向上させるためには、接地電極（貴金属チップ）と中心電極との対向面積を増大させることが考えられるが、この場合には、接地電極（貴金属チップ）や中心電極によって火炎核の成長が妨げられてしまったり、放電位置にバラツキが生じてしまったりして、着火性の低下を招いてしまうおそれがある。

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、中心電極の先端部側面に接地電極や貴金属チップが対向するスパークプラグにおいて、着火性及び耐消耗性の双方において優れた性能を実現することができるスパーク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．本構成のスパークプラグは、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主体金具と、
前記主体金具の先端部に固定された接地電極と、
貴金属を含有する金属からなり、少なくとも自身の一端部が前記接地電極の先端部に接合された接地電極側チップとを備え、
前記中心電極は、その先端部に、貴金属を含有する金属からなる中心電極側チップを有し、
前記接地電極側チップの他端面が前記中心電極側チップの側面に対向し、前記接地電極側チップの他端面と前記中心電極側チップの側面との間に間隙が形成されたスパークプラグであって、
前記軸線と直交する仮想平面において、前記接地電極側チップと前記中心電極側チップの先端面とを投影した投影面のうち、前記接地電極側チップの他端面に対応する辺の一端から前記中心電極側チップの先端面に対応する投影領域に引いた第１の接線と、前記接地電極側チップの他端面に対応する辺の他端から前記中心電極側チップの先端面に対応する投影領域に引いた第２の接線と、前記接地電極側チップの他端面に対応する投影線と、前記中心電極側チップの先端面外周に対応する投影線とで囲まれた領域の面積をＳＡ１（ｍｍ²）とし、
前記接地電極側チップの他端面と平行な仮想平面に、前記中心電極側チップと前記接地電極側チップの他端面とを投影したときの前記中心電極側チップの投影領域と前記接地電極側チップの他端面の投影領域とが重なる領域の面積をＳＡ２（ｍｍ²）とし、
前記間隙の大きさをＧ（ｍｍ）としたとき、
０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ（ｍｍ³）≦０．４９
を満たし、
前記接地電極側チップの他端面のうち前記軸線方向に沿って最も後端側に位置する部位と、前記中心電極側チップのうち前記接地電極側チップの他端面に対向する面の前記軸線に沿って最も先端側に位置する部位との間の前記軸線に沿った距離をＡ（ｍｍ）とし、
前記接地電極側チップの他端面の前記軸線に沿った長さをＢ（ｍｍ）としたとき、
０．０５≦Ａ≦Ｂ＋０．２、かつ、０．３≦Ｂ≦０．７
を満たし、
前記接地電極側チップの他端面の面積をＳＸ（ｍｍ²）としたとき、
０．３≦ＳＸ≦０．６、かつ、０．４≦Ｇ≦１．０
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、
前記接地電極の中心軸と直交する方向に沿って前記内層の断面積が最大となる断面において、
前記内層の断面積をＳＩ（ｍｍ ² ）とし、前記接地電極の断面積をＳＺ（ｍｍ ² ）としたとき、
０．２≦ＳＩ／ＳＺ≦０．５
を満たすとともに、
前記接地電極の長手方向に沿った前記内層の埋設範囲の少なくとも半分において、
０．２≦ＳＩ／ＳＺを満たすことを特徴とする。

尚、前記投影面において、接地電極側チップの他端面に対応する辺の一端及び他端から、中心電極側チップの先端面に対応する投影領域に対して接線を引いたとき、それぞれの端から２本ずつの接線を引くことができるが、「第１の接線」及び「第２の接線」とあるのは、接地電極側チップの他端面に対応する辺と中心電極側チップの先端面に対応する投影領域との間において、相互に交差しない２本の接線を意味する。

上記構成１によれば、接地電極側チップ及び中心電極側チップの相対位置関係が、０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇを満たすように構成されている。従って、放電電圧の増大を抑制することができるとともに、火花放電が接地電極側チップや中心電極側チップのごく一部のみの間で生じ、接地電極側チップ等が局所的に消耗してしまうことをより確実に防止できる。その結果、耐消耗性を効果的に向上させることができる。

さらに、上記構成１によれば、ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ≦０．４９を満たすように構成されている。そのため、接地電極側チップや中心電極側チップの存在による火炎核の成長阻害をより確実に防止できるとともに、放電位置が極端にばらついてしまうという事態を抑制できる。その結果、上述した耐消耗性の向上効果を十分に維持しつつ、優れた着火性を実現することができる。

加えて、上記構成１によれば、距離Ｂが０．３ｍｍ以上とされており、接地電極側チップが十分に厚肉となるように構成されている。従って、接地電極側チップの過熱を抑制することができるとともに、接地電極側チップにおいて十分な消耗体積を確保することができる。

また、距離Ａが０．０５ｍｍ以上とされており、中心電極側チップと接地電極側チップとの対向面積が極端に小さくならないように構成されている。そのため、中心電極側チップ及び接地電極側チップのそれぞれのエッジ部分を基点とした火花放電が集中的に生じてしまい、エッジ部分が偏消耗してしまうという事態をより確実に防止できる。

以上のように、距離Ｂを０．３ｍｍ以上とすることによる作用効果と、距離Ａを０．０５ｍｍ以上とすることによる作用効果とが相乗的に作用して、耐消耗性の更なる向上を図ることができる。

さらに、上記構成１によれば、距離Ｂが０．７ｍｍ以下とされており、接地電極側チップの肉厚が過度に大きくならないように構成されている。従って、接地電極側チップによって、火炎核の成長が阻害されてしまったり、火炎核の熱が奪われてしまったりするという事態を一層確実に抑制することができる。

加えて、距離Ａが「Ｂ＋０．２ｍｍ」以下とされており、接地電極側チップの他端面に対する中心電極側チップの軸線方向先端側に向けた突き出し量が過度に大きくならないように構成されている。従って、中心電極側チップによって阻害されることなく、火炎核を燃焼室の中心側に向けてより一層成長させることができる。

また、中心電極側チップは、レーザー溶接等により形成された溶融部を介して中心電極の母材に接合されるのが一般的であるところ、距離Ａを「Ｂ＋０．２ｍｍ」以下とすることで、接地電極側チップの他端面を溶融部から離間させることができる。そのため、接地電極側チップと溶融部との間（つまり、燃焼室の中心から離れた位置）で火花放電が生じてしまうことをより確実に抑制できる。

以上のように、距離Ｂを０．７ｍｍ以下とすることによる作用効果と、距離Ａを「Ｂ＋０．２ｍｍ」以下とすることによる作用効果とが相俟って、着火性をより一層向上させることができる。

併せて、上記構成１によれば、火花放電間隙の大きさＧが１．０ｍｍ以下とされているため、放電電圧の増大を一層確実に抑制することができ、さらに、面積ＳＸが０．３ｍｍ²以上とされているため、接地電極側チップの消耗体積をより一層大きく確保することができる。これにより、耐消耗性の更なる向上を図ることができる。

また、上記構成１によれば、火花放電間隙の大きさＧが０．４ｍｍ以上とされるとともに、面積ＳＸが０．６ｍｍ²以下とされているため、接地電極側チップ等による火炎核の成長阻害を一層効果的に抑制することができる。その結果、着火性をさらに向上させることができる。
さらに、上記構成１によれば、接地電極の内部に、熱伝導性に優れる内層が設けられるとともに、０．２≦ＳＩ／ＳＺを満たすように（つまり、接地電極に対して内層が十分なボリュームを有するように）構成されている。従って、接地電極の熱伝導性を飛躍的に高めることができ、耐熱性を極めて効果的に向上させることができる。
一方で、接地電極の断面における内層の占める割合を過度に大きくしてしまうと、結果的に外層が薄肉となってしまい、内層の熱膨張に伴い外層が破損してしまうおそれがある。この点、上記構成１によれば、ＳＩ／ＳＺ≦０．５とされているため、外層の肉厚を十分に確保することができ、ひいては外層の強度を十分に維持することができる。その結果、内層の熱膨張に伴う外層の破損をより確実に防止することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、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主体金具と、
自身の一端部が前記主体金具の先端部に固定された接地電極とを備え、
前記接地電極の他端面が前記中心電極の先端部側面に対向し、前記接地電極の他端面と前記中心電極の先端部側面との間に間隙が形成されたスパークプラグであって、
前記軸線と直交する仮想平面において、前記接地電極と前記中心電極の先端面とを投影した投影面のうち、前記接地電極の他端面に対応する辺の一端から前記中心電極の先端面に対応する投影領域に引いた第３の接線と、前記接地電極の他端面に対応する辺の他端から前記中心電極の先端面に対応する投影領域に引いた第４の接線と、前記接地電極の他端面に対応する投影線と、前記中心電極の先端面外周に対応する投影線とで囲まれた領域の面積をＳＢ１（ｍｍ²）とし、
前記接地電極の他端面と平行な仮想平面に、前記中心電極と前記接地電極の他端面とを投影したときの前記中心電極の投影領域と前記接地電極の他端面の投影領域とが重なる領域の面積をＳＢ２（ｍｍ²）とし、
前記間隙の大きさをＧ（ｍｍ）としたとき、
０．２１≦ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇ（ｍｍ³）≦０．４９
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、
前記接地電極の中心軸と直交する方向に沿って前記内層の断面積が最大となる断面において、
前記内層の断面積をＳＩ（ｍｍ ² ）とし、前記接地電極の断面積をＳＺ（ｍｍ ² ）としたとき、
０．２≦ＳＩ／ＳＺ≦０．５
を満たすとともに、
前記接地電極の長手方向に沿った前記内層の埋設範囲の少なくとも半分において、
０．２≦ＳＩ／ＳＺを満たすことを特徴とする。

尚、「第３の接線」及び「第４の接線」とは、接地電極の他端面に対応する辺と中心電極の先端面に対応する投影領域との間において、相互に交差しない２本の接線をいう。

上記構成２によれば、接地電極の他端面が中心電極の先端部側面と対向するスパークプラグにおいて、耐消耗性及び着火性の双方において優れた性能を実現することができる。

尚、上記構成２においては、また、中心電極の先端部に中心電極側チップを設けることとしてもよいし、設けないこととしてもよい。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記接地電極の長手方向中心から前記接地電極の一端までの間における、前記接地電極の中心軸と直交する方向に沿った任意の断面において、
前記接地電極の断面積をＳＹ（ｍｍ²）とし、前記接地電極の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
２．３≦ＳＹ≦３．５、かつ、１．８≦Ｗ≦２．２
を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、接地電極の一端側（主体金具に固定される側）の断面積ＳＹが２．３ｍｍ²以上とされているため、接地電極の他端部から一端部側（主体金具側）に対して熱を効率よく伝導することができる。また、断面積を２．３ｍｍ²以上としても、接地電極の幅を極端に小さくした場合には、接地電極の厚みが過度に大きくなってしまうため、接地電極が燃焼室の中心側へ突き出す形となってしまい、接地電極の過熱が懸念されるが、幅Ｗが１．８ｍｍ以上とされているため、当該懸念を払拭することができる。すなわち、断面積ＳＹを２．３ｍｍ²以下としつつ、幅Ｗを１．８ｍｍ以上とすることで、一般に耐熱性に優れる横放電タイプのスパークプラグにおいて、耐熱性の更なる向上を図ることができる。

さらに、上記構成３によれば、断面積ＳＹが３．５ｍｍ²以下とされているため、接地電極により火炎核の熱が奪われてしまうことをより確実に防止することができ、また、幅Ｗが２．２ｍｍ以下とされているため、接地電極による火炎核の成長阻害を効果的に抑制することができる。その結果、着火性のより一層の向上を図ることができる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記接地電極のうち前記中心電極と対向する対向面に隣接する両側面は外側に凸の湾曲形状をなし、
前記接地電極の中心軸と直交する断面において、前記両側面の外形線の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、
Ｒ≦１．５
を満たすことを特徴とする。

尚、曲率半径が一定でない場合、「曲率半径Ｒ」とあるのは、接地電極の中心軸と直交する断面における、前記側面の外形線の一端点と他端点と両者の中点との３点を通る仮想円の曲率半径をいう。

上記構成４によれば、接地電極の両側面に凸状の湾曲面が形成されているため、間隙に対して燃料ガスが入り込みやすくなり、ひいては着火性を一層向上させることができる。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 スパーク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。 接地電極の断面形状等を示す部分拡大断面図である。 接地電極の先端部の構成を示す部分拡大側面図である。 軸線と直交する仮想平面に中心電極等を投影した投影図である。 接地電極側チップの他端面と平行な仮想平面に中心電極等を投影した投影図である。 第２実施形態におけるスパーク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。 第２実施形態において、軸線と直交する仮想平面に中心電極等を投影した投影図である。 第２実施形態において、接地電極の他端面と平行な仮想平面に中心電極等を投影した投影図である。 比較例サンプルの構成を示す一部破断拡大正面図である。 距離Ａ，Ｂを種々変更したサンプルにおける、机上火花耐久試験の試験結果を示すグラフである。 距離Ａ，Ｂを種々変更したサンプルにおける、着火性評価試験の試験結果を示すグラフである。 面積ＳＸ、及び、火花放電間隙の大きさＧを種々変更したサンプルにおける、机上火花耐久試験の試験結果を示すグラフである。 面積ＳＸ、及び、火花放電間隙の大きさＧを種々変更したサンプルにおける、着火性評価試験の試験結果を示すグラフである。 面積ＳＹ、及び、接地電極の幅Ｗを種々変更したサンプルにおける、着火性評価試験の試験結果を示すグラフである。 ＳＩ／ＳＺを種々変更したサンプルにおける、熱価の向上値を示すグラフである。 接地電極の断面形状を種々変更したサンプルにおける、限界空燃比の変動範囲を示すグラフである。 別の実施形態におけるスパーク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接地電極の構成を示す部分拡大平面図である。 別の実施形態における接地電極の構成を示す部分拡大平面図である。

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

スパークプラグ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に沿って延びる軸孔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が挿入、固定されている。中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端部分が絶縁碍子２の先端から突出している。加えて、中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとを備えている。さらに、中心電極５の先端部には、レーザー溶接等により形成された溶融部３４を介して外層５Ｂに接合された、貴金属（例えば、白金やイリジウム等）を含有する金属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。

また、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、その外周面にはスパークプラグ１を内燃機関や燃料電池改質器等の燃焼装置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の後端側には座部１６が外周側に向けて突出形成されており、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が設けられている。また、主体金具３の後端部には、径方向内側に向けて屈曲する加締め部２０が設けられている。

加えて、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、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部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間には滑石（タルク）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及び滑石２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部２６には、図２に示すように、棒状をなす接地電極２７の一端部が接合されている。接地電極２７は、略中間部分にて曲げ返されており、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金からなる外層２７Ｚと、当該外層２７Ｚの内部に設けられ、外層２７Ｚよりも熱伝導性が高い金属（例えば、銅や銅合金、純Ｎｉ等）からなる内層２７Ｉとを備えている。尚、本実施形態では、内層２７Ｉの先端と接地電極２７の他端との間の距離が十分に小さくなるように（例えば、２ｍｍ以下となるように）構成されている。

加えて、本実施形態において、接地電極２７は、図３に示すように、その中心軸ＣＬ２と直交する方向に沿った任意の断面において、中心電極側チップ３１と対向する（中心電極５側に位置する）対向面２７Ｔに隣接する両側面２７Ｓ１，２７Ｓ２が外側に凸の湾曲形状をなしている。そして、接地電極２７の中心軸ＣＬ２と直交する断面において、両側面２７Ｓ１，２７Ｓ２の外形線の曲率半径をそれぞれＲ１（ｍｍ）、Ｒ２（ｍｍ）としたとき、Ｒ１≦１．５、及び、Ｒ２≦１．５を満たすように構成されている。尚、曲率半径が一定でない場合、「曲率半径Ｒ１，Ｒ２」とあるのは、側面２７Ｓ１，２７Ｓ２の外形線の一端点と他端点と両者の中点との３点を通る仮想円の曲率半径をいう。

さらに、接地電極２７は、自身の長手方向に沿ってほぼ一定の幅及び断面積を有するように構成されており、接地電極２７の中心軸ＣＬ２と直交する方向に沿った任意の断面において、接地電極２７の断面積をＳＹ（ｍｍ²）とし、接地電極２７の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、２．３≦ＳＹ≦３．５、及び、１．８≦Ｗ≦２．２を満たすように構成されている。尚、本実施形態では、前記中心軸ＣＬ２と直交する方向に沿った任意の断面において、断面積ＳＹ等が上記式を満たすように構成されているが、少なくとも接地電極２７の長手方向中心から接地電極２７の一端までの間における、前記中心軸ＣＬ２と直交する方向に沿った任意の断面において、断面積ＳＹ等が上記式を満たすように構成されていればよい。

併せて、接地電極２７の中心軸ＣＬ２と直交する方向に沿って前記内層２７Ｉの断面積が最大となる断面において、内層２７Ｉの断面積をＳＩ（ｍｍ²）とし、接地電極２７の断面積をＳＺ（ｍｍ²）としたとき、０．２≦ＳＩ／ＳＺ≦０．５を満たすように設定されている。尚、本実施形態では、接地電極２７の長手方向に沿った内層２７Ｉの埋設範囲の少なくとも半分において、接地電極２７の中心軸ＣＬ２と直交する方向に沿った内層２７Ｉの断面積が、接地電極２７の断面積の０．２倍以上とされている。

図２に戻り、接地電極２７の対向面２７Ｔの先端側には、接地電極２７の他端面２７Ｆから突き出すようにして貴金属（例えば、白金やイリジウム等）を含む金属からなる接地電極側チップ３２が接合されている。接地電極側チップ３２は、断面矩形状をなすとともに（図４参照）、自身の一端部が接地電極２７に対して一部埋入した状態で接合されている。加えて、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆは、中心電極側チップ３１の先端部側面と対向している。そして、中心電極側チップ３１の側面と接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆ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と直交する方向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。

また、本実施形態では、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆのうち軸線ＣＬ１方向に沿って最も後端側に位置する部位と、中心電極側チップ３１のうち接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆに対向する面の軸線ＣＬ１に沿って最も先端側に位置する部位との間の軸線ＣＬ１に沿った距離をＡ（ｍｍ）とし、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆの軸線ＣＬ１に沿った長さをＢ（ｍｍ）としたとき、０．０５≦Ａ≦Ｂ＋０．２、かつ、０．３≦Ｂ≦０．７を満たすように構成されている。

さらに、火花放電間隙３３の大きさ（両チップ３１，３２間の最短距離）をＧ（ｍｍ）としたとき、０．４≦Ｇ≦１．０を満たすように中心電極側チップ３１と接地電極側チップ３２との間の距離が設定されている。加えて、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆの面積をＳＸ（ｍｍ²）としたとき、０．３≦ＳＸ≦０．６を満たすように接地電極側チップ３２の幅や厚さがそれぞれ設定されている（例えば、接地電極側チップ３２は、その幅が０．７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下とされ、その厚さが０．４ｍｍ以上０．７ｍｍ以下とされている）。

加えて、本実施形態では、図５に示す、軸線ＣＬ１と直交する仮想平面に、軸線ＣＬ１に沿って接地電極側チップ３２と中心電極側チップ３１の先端面とを投影したときの後述する面積ＳＡ１（ｍｍ²；図５中、散点模様を付した部位）と、図６に示す、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆと平行な仮想平面に、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿って中心電極側チップ３１と接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆとを投影したときの後述する面積ＳＡ２（ｍｍ²；図６中、散点模様を付した部位）と、火花放電間隙３３の大きさＧ（ｍｍ）とについて、０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ（ｍｍ³）≦０．４９を満たすように構成されている。

尚、面積ＳＡ１とあるのは、図５に示すように、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆに対応する辺の一端から中心電極側チップ３１の先端面に対応する投影領域に引いた第１の接線ＴＬ１と、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆに対応する辺の他端から中心電極側チップ３１の先端面に対応する投影領域に引いた第２の接線ＴＬ２と、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆに対応する投影線（辺）と、中心電極側チップ３１の先端面外周に対応する投影線とで囲まれた領域ＡＲ１の面積をいう。

また、面積ＳＡ２とあるのは、図６に示すように、中心電極側チップ３１の投影領域と接地電極側チップ３２の投影領域とが重なる領域ＡＲ２の面積をいう。

以上詳述したように、本実施形態によれば、接地電極側チップ３２及び中心電極側チップ３１の相対位置関係が、０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇを満たすように構成されている。従って、放電電圧の増大を抑制できるとともに、火花放電が接地電極側チップ３２や中心電極側チップ３１のごく一部のみの間で生じ、接地電極側チップ３２等が局所的に消耗してしまうことをより確実に防止できる。その結果、耐消耗性を効果的に向上させることができる。

さらに、ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ≦０．４９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や中心電極側チップ３１の存在による火炎核の成長阻害をより確実に防止できるとともに、放電位置が極端にばらついてしまうという事態を抑制できる。その結果、上述した耐消耗性の向上効果を十分に維持しつつ、優れた着火性を実現することができる。

加えて、距離Ｂが０．３ｍｍ以上とされているため、接地電極側チップ３２の過熱抑制等を図ることができるとともに、距離Ａが０．０５ｍｍ以上とされているため、中心電極側チップ３１や接地電極側チップ３２のエッジ部分における偏消耗をより確実に防止できる。その結果、耐消耗性の更なる向上を図ることができる。

併せて、距離Ｂが０．７ｍｍ以下とされているため、接地電極側チップ３２によって火炎核の熱が奪われてしまうこと等を効果的に抑制することができ、距離Ａが「Ｂ＋０．２ｍｍ」以下とされているため、火炎核を燃焼室の中心側に向けてスムーズに成長させることができる。これにより、着火性をより一層向上させることができる。

また、火花放電間隙３３の大きさＧが１．０ｍｍ以下とされているため、放電電圧の増大を一層確実に抑制することができ、さらに、面積ＳＸが０．３ｍｍ²以上とされているため、接地電極側チップ３２の消耗体積をより一層大きく確保することができる。これにより、耐消耗性の一層の向上を図ることができる。

加えて、火花放電間隙３３の大きさＧが０．４ｍｍ以上とされるとともに、面積ＳＸが０．６ｍｍ²以下とされているため、接地電極側チップ３２等による火炎核の成長阻害を一層効果的に抑制することができ、着火性をさらに向上させることができる。

また、断面積ＳＹを２．３ｍｍ²以上としつつ、幅Ｗを１．８ｍｍ以上とすることで、接地電極２７の熱伝導性を十分に高めつつ、接地電極２７の過熱を一層抑制することができる。その結果、耐熱性をより一層向上させることができる。

さらに、断面積ＳＹが３．５ｍｍ²以下とされているため、接地電極２７により火炎核の熱が奪われてしまうことをより確実に防止でき、また、幅Ｗが２．２ｍｍ以下とされているため、接地電極２７による火炎核の成長阻害を効果的に抑制することができる。その結果、着火性のより一層の向上を図ることができる。

加えて、接地電極２７の内部に、熱伝導性に優れる内層２７Ｉが設けられるとともに、０．２≦ＳＩ／ＳＺを満たすように構成されている。従って、接地電極２７の熱伝導性を飛躍的に高めることができ、耐熱性を極めて効果的に向上させることができる。

また、ＳＩ／ＳＺ≦０．５とされているため、外層２７Ｚの肉厚を十分に確保することができ、内層２７Ｉの熱膨張に伴う外層２７Ｚの破損をより確実に防止できる。

併せて、接地電極２７の両側面２７Ｓ１，２７Ｓ２に凸状の湾曲面が形成されているため、火花放電間隙３３に対して燃料ガスが入り込みやすくなり、ひいては着火性を一層向上させることができる。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態では、接地電極２７の先端部に接地電極側チップ３２が接合され、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆが中心電極側チップ３１の側面に対向している。これに対して、本第２実施形態においては、図７に示すように、接地電極側チップ３２が設けられることなく、接地電極３７の他端面３７Ｆが中心電極５の先端部側面（中心電極側チップ３１の側面）に対向するように構成されている。そして、接地電極３７の他端面３７Ｆと中心電極５の先端部側面（中心電極側チップ３１の側面）との間に、火花放電間隙４３が形成されている。

加えて、本第２実施形態では、図８に示す、軸線ＣＬ１と直交する仮想平面に、軸線ＣＬ１に沿って接地電極３７と中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端面とを投影したときの後述する面積ＳＢ１（ｍｍ²；図８中、散点模様を付した部位）と、図９に示す、接地電極３７の他端面３７Ｆと平行な仮想平面に、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿って中心電極５（中心電極側チップ３１）と接地電極３７の他端面３７Ｆとを投影したときの後述する面積ＳＢ２（ｍｍ²；図９中、散点模様を付した部位）と、火花放電間隙４３の大きさＧ（ｍｍ）とについて、０．２１≦ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇ（ｍｍ³）≦０．４９を満たすように構成されている。

尚、面積ＳＢ１とあるのは、図８に示すように、接地電極３７の他端面３７Ｆに対応する辺の一端から中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端面に対応する投影領域に引いた第３の接線ＴＬ３と、接地電極３７の他端面３７Ｆに対応する辺の他端から中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端面に対応する投影領域に引いた第４の接線ＴＬ４と、接地電極３７の他端面３７Ｆに対応する投影線（辺）と、中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端面外周に対応する投影線とで囲まれた領域ＡＲ３の面積をいう。

また、面積ＳＢ２とあるのは、図９に示すように、中心電極５（中心電極側チップ３１）の投影領域と接地電極３７の他端面３７Ｆとの投影領域とが重なる領域ＡＲ４の面積をいう。

以上、本第２実施形態によれば、基本的には上記第１実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。

特に、本第２実施形態では、０．２１≦ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇを満たすことで、前記接地電極側チップ３２と比較して耐消耗性に劣る接地電極３７が中心電極５（中心電極側チップ３１）に対向する場合であっても、優れた耐消耗性を実現することができる。

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、接地電極に接地電極側チップを設けるとともに、上記式ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ（ｍｍ³）の値を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて机上火花耐久試験、及び、火炎核成長評価試験を行った。そして、各サンプルの試験結果を、接地電極の他端部対向面にイリジウム合金からなる接地電極側チップ（長さ０．８ｍｍ）を設けるとともに、接地電極側チップの他端面が中心電極側チップ（長さ０．５ｍｍ）の先端面と対向するスパークプラグのサンプル（比較例サンプル；図１０参照）に対して前記各試験を行った際の試験結果と比較した。ここで、比較例サンプルよりも優れた性能を有していた場合には、「○」の評価を下すこととし、比較例サンプルと同等以下の性能であった場合には、「×」の評価を下すこととした。

尚、机上火花耐久試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を１．６ＭＰａに設定して、印加電圧の周波数を１００Ｈｚとして（すなわち、毎分６０００回の割合で）各サンプルを３００時間に亘って放電させた。そして、３００時間経過後に火花放電間隙の大きさを測定し、試験前（初期状態）における火花放電間隙の大きさ（初期間隙の大きさＧ）に対する増加量（ギャップ増加量）を計測した。尚、ギャップ増加量が小さいほど、耐消耗性の面で優れるといえる。

さらに、火炎核成長評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けた上で、サンプルに所定の電圧を印加し、火花放電を生じさせた。そして、火花放電から所定時間経過後に、火花放電間隙の中心及びその近傍のシュリーレン画像を得るとともに、得られたシュリーレン画像を所定の閾値で二値化して、高密度の部分の面積（つまり、成長後の火炎核の面積）を測定した。尚、前記面積が大きいほど、着火性の面で優れるといえる。

表１に、上記両試験の試験結果を示す。尚、表１には、参考として、各サンプルにおける、中心電極側チップの先端面の外径、接地電極側チップの幅、前記距離Ａ、前記長さＢ、及び、初期間隙の大きさＧを示す。また、各サンプルともに、接地電極を断面矩形状とした。

表１に示すように、ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇを０．４９より大きくしたサンプルは、着火性に劣ることが明らかとなった。これは、火炎核の成長が、接地電極側チップ（接地電極）や中心電極側チップにより阻害されてしまったり、放電位置にばらつきが生じてしまったりしたためであると考えられる。

また、ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇを０．１２よりも小さくしたときに、耐消耗性に劣ることが分かった。これは、接地電極側チップや中心電極側チップが局所的に消耗してしまったり、放電電圧が増大してしまったりしたことによると考えられる。

これに対して、０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ≦０．４９を満たすサンプルは、着火性及び耐消耗性の双方において優れた性能を有することが確認された。

次に、接地電極側チップの他端面のうち最も後端側に位置する部位を基準とし、軸線方向に沿って先端側をプラス側、後端側をマイナス側としたときの前記基準から中心電極側チップの先端面までの軸線に沿った距離Ａ（ｍｍ）と、接地電極側チップの他端面の軸線に沿った長さＢ（ｍｍ）とを種々変更したスパークプラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて、着火性評価試験、及び、上述の机上火花耐久試験を行った。

尚、着火性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルを排気量１．６Ｌ、４気筒エンジン（Ｎ／Ａ）に取付けた上で、点火タイミングを６０°ＢＴＤＣとして、回転数１６００ｒｐｍでエンジンを動作させた。そして、空燃比を徐々に増大（燃料を薄く）させつつ、各空燃比ごとにエンジントルクの変動率を測定し、エンジントルクの変動率が５％を上回ったときの空燃比を限界空燃比として特定した。尚、限界空燃比が大きいほど、着火性に優れることを意味する。

図１１に、机上火花耐久試験の試験結果を示し、図１２に、着火性評価試験の試験結果を示す。尚、図１１及び図１２においては、距離Ｂを０．１ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、距離Ｂを０．３ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角で示し、距離Ｂを０．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を正方形で示し、距離Ｂを０．７ｍｍとしたサンプルの試験結果を菱形で示す。また、図１２においては、距離Ｂを０．９ｍｍとしたサンプルの試験結果をバツ印で示す。尚、机上火花耐久試験とともに、各サンプルについて実機耐久試験〔各サンプルを排気量０．６６Ｌの４気筒エンジン（ＤＯＨＣ Ｉ／Ｃ Ｔ／Ｃ）に組付けた上で、スロットル全開状態（＝６０００ｒｐｍ）で５００時間に亘ってエンジンを動作させ、５００時間経過後にギャップ増加量を測定する試験〕を行ったが、両試験ともにほぼ同様の結果が得られた。そのため、図１１においては、机上火花耐久試験の試験結果のみを示す。また、図１１において、距離Ａがマイナスとあるのは、接地電極側チップの他端面が中心電極側チップの先端面よりも軸線方向先端側に位置していることを意味する。さらに、各サンプルともに、０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ（ｍｍ³）≦０．４９、０．３≦ＳＸ（ｍｍ）≦０．６、かつ、０．４≦Ｇ（ｍｍ）≦１．０を満たすものとし、接地電極を断面矩形状とした。

図１１に示すように、距離Ｂを０．３ｍｍ未満としたサンプルは、火花放電間隙の大きさが増大してしまいやすく、耐消耗性にやや劣ることが明らかとなった。これは、接地電極側チップが過熱されてしまったり、十分な消耗体積を確保できなかったりしたため、接地電極側チップの消耗が急速に進んでしまったことによると考えられる。また、距離Ａを０．０５ｍｍ未満としたサンプルについても、耐消耗性に若干劣ることが確認された。これは、中心電極側チップ及び接地電極側チップのそれぞれのエッジ部分を基点とした火花放電が集中的に生じてしまったためであると考えられる。

さらに、図１２に示すように、距離Ｂを０．７ｍｍよりも大きくしたサンプルや、距離Ａを「Ｂ＋０．２ｍｍ」よりも大きくしたサンプルは、着火性にやや劣ることが分かった。これは、接地電極側チップや中心電極側チップにより火炎核の成長が阻害されやすくなってしまったこと等に起因すると考えられる。

これに対して、距離Ａを０．０５ｍｍ以上とするとともに、距離Ｂを０．３ｍｍ以上としたサンプルは、ギャップ増加量が０．１０ｍｍ未満となり、優れた耐消耗性を有することが明らかとなった。さらに、距離Ａを「Ｂ＋０．２ｍｍ」以下とするとともに、距離Ｂを０．７ｍｍ以下としたサンプルは、限界空燃比が２０を上回り、着火性に優れることが分かった。

次いで、接地電極側チップの他端面の面積ＳＸ（ｍｍ²）と、火花放電間隙の大きさＧ（ｍｍ）とを種々変更したスパーク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火花耐久試験、及び、着火性評価試験を行った。図１３に、机上火花耐久試験の試験結果を示し、図１４に、着火性評価試験の試験結果を示す。尚、図１３及び図１４においては、面積ＳＸを０．１ｍｍ²としたサンプルの試験結果を丸印で示し、面積ＳＸを０．３ｍｍ²としたサンプルの試験結果を三角で示し、面積ＳＸを０．６ｍｍ²としたサンプルの試験結果を正方形で示し、面積ＳＸを０．９ｍｍ²としたサンプルの試験結果を菱形で示す。また、机上火花耐久試験においては、各サンプルともに、距離Ａを０．０５ｍｍ、距離Ｂを０．３ｍｍとし、着火性評価試験においては、各サンプルともに、距離Ａを０．９ｍｍ、距離Ｂを０．７ｍｍとした。さらに、両試験において、各サンプルは、０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ（ｍｍ³）≦０．４９を満たすように構成し、接地電極を断面矩形状とした。

図１３に示すように、火花放電間隙の大きさＧを１．０ｍｍ超としたサンプルや、面積ＳＸを０．３ｍｍ²未満としたサンプルは、ギャップ増加量が比較的大きくなってしまい、耐消耗性にやや劣ることが確認された。これは、放電電圧が増大してしまったり、接地電極側チップの消耗体積が十分に確保されなかったりしたためであると考えられる。

また、図１４に示すように、火花放電間隙の大きさＧを０．４ｍｍ未満としたサンプルや、面積ＳＸを０．６ｍｍ²よりも大きくしたサンプルは、着火性に若干劣ることが分かった。これは、接地電極側チップ等により火炎核の成長が阻害されやすくなってしまったことに起因すると考えられる。

これに対して、火花放電間隙の大きさＧを０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とするとともに、面積ＳＸを０．３ｍｍ²以上０．６ｍｍ²以下としたサンプルは、一層優れた耐消耗性及び着火性を有することが明らかとなった。

以上の試験結果より、接地電極側チップを具備し、接地電極側チップと中心電極との間に火花放電間隙を有するスパークプラグにおいて、着火性及び耐消耗性の双方で優れた性能を実現するためには、０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ≦０．４９、０．０５≦Ａ（ｍｍ）≦Ｂ＋０．２、０．３≦Ｂ（ｍｍ）≦０．７、０．３≦ＳＸ（ｍｍ²）≦０．６、及び、０．４≦Ｇ（ｍｍ）≦１．０を満たすことが好ましいといえる。

次いで、接地電極側チップを設けることなく、接地電極の他端面が中心電極の先端部側面と対向するように構成し、上記式ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇの値を種々変更したスパーク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火花耐久試験、及び、火炎核成長評価試験を行った。表２に、上記両試験の試験結果を示す。尚、表２には、参考として、各サンプルにおける、中心電極側チップの先端面の外径、接地電極先端の幅、前記距離Ａ、及び、初期間隙の大きさＧを示す。

表２に示すように、ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇを０．４９より大きくしたサンプルは、着火性に劣ることが明らかとなった。これは、火炎核の成長が、接地電極や中心電極により阻害されてしまったり、放電位置にばらつきが生じてしまったりしたためであると考えられる。

また、ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇを０．２１よりも小さくしたときに、耐消耗性に劣ることが分かった。これは、接地電極や中心電極が局所的に消耗してしまったり、放電電圧が増大してしまったりしたことによると考えられる。

これに対して、０．２１≦ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇ≦０．４９を満たすサンプルは、着火性及び耐消耗性の双方において優れた性能を有することが確認された。

上記試験の試験結果より、接地電極側チップを具備せず、接地電極と中心電極との間に火花放電間隙を有するスパークプラグにおいて、着火性及び耐消耗性の双方において優れた性能を実現するためには、０．２１≦ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇ≦０．４９を満たすことが好ましいといえる。

次に、接地電極の断面積ＳＹ（ｍｍ²）と、接地電極の幅Ｗ（ｍｍ）とを種々変更したスパークプラグのサンプルについて、耐熱性評価試験、及び、点火タイミングを６０°ＢＴＤＣから７５°ＢＴＤＣに変更した（つまり、より厳しい条件とした）上述の着火性評価試験を行った。

尚、耐熱性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、ＳＣ１７．６（ＳＡＥ Ｊ２２０３）で、圧縮比５．６、点火タイミング３０°ＢＴＤＣに設定されたエンジンにサンプルを組付けた上で、ベンゾールを主とする燃料を用いて、エンジンを２７００ｒｐｍで動作させつつ、一定量の過給を行い、燃焼室内の温度が最高となる燃料噴射量を特定した。そして、特定した燃料噴射量にてエンジンを動作させた際に、プレイグニッションが発生するか否かを確認した。

表３及び表４に、耐熱性評価試験の試験結果を示し、図１５に、着火性評価試験の試験結果を示す。尚、表３には、幅Ｗを１．８ｍｍとした上で、断面積ＳＹを変更したサンプルの試験結果を示し、表４には、断面積ＳＹを２．３ｍｍ²とした上で、幅Ｗを変更したサンプルの試験結果を示す。また、図１５においては、断面積ＳＹを２．１ｍｍ²としたサンプルの試験結果を丸印で示し、断面積ＳＹを２．３ｍｍ²としたサンプルの試験結果を三角で示し、断面積ＳＹを２．９ｍｍ²としたサンプルの試験結果を正方形で示し、断面積ＳＹを３．５ｍｍ²としたサンプルの試験結果を菱形で示し、断面積ＳＹを４．０ｍｍ²としたサンプルの試験結果をバツ印で示す。尚、各サンプルともに、０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ≦０．４９を満たすように構成し、接地電極を断面矩形状とした。

表３に示すように、断面積ＳＹを２．３ｍｍ²未満としたサンプルは、プレイグニッションが発生してしまうことが確認された。これは、接地電極が比較的細かったため、接地電極の他端部から一端部への熱伝導効率が低下してしまい、接地電極が過熱されてしまったためであると考えられる。また、表４に示すように、断面積を２．３ｍｍ²とした場合であっても、幅Ｗを１．８ｍｍ未満としたサンプルは、耐熱性に劣ることが分かった。これは、幅を狭くしたことで、結果的に接地電極の厚みが増大し、その結果、接地電極がより高温の燃焼室の中心側へと突き出す形となり、接地電極の受熱量が増大してしまったことによると考えられる。

加えて、図１５に示すように、断面積ＳＹを３．５ｍｍ²超としたサンプルや、幅Ｗを２．２ｍｍ超としたサンプルは、着火性にやや劣ることが明らかとなった。これは、接地電極により火炎核の熱が奪われやすくなってしまったり、接地電極により火炎核の成長が阻害されやすくなってしまったりしたことに起因すると考えられる。

これに対して、断面積ＳＹを２．３ｍｍ²以上３．５ｍｍ²以下とするとともに、幅Ｗを１．８ｍｍ以上２．２ｍｍ以下としたサンプルは、着火性及び耐熱性の双方において一層優れることが分かった。

上記試験の結果より、着火性及び耐熱性の双方を一層向上させるべく、２．３≦ＳＹ（ｍｍ²）≦３．５、かつ、１．８≦Ｗ（ｍｍ）≦２．２を満たすことが好ましいといえる。

次いで、接地電極の中心軸と直交する方向に沿って内層の断面積が最大となる断面において、接地電極の内層の断面積ＳＩ（ｍｍ²）と、接地電極の断面積ＳＺ（ｍｍ²）とを増減させることで、ＳＩ／ＳＺを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて机上バーナー試験、及び、耐熱性向上値測定試験を行った。

尚、机上バーナー試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルに対して、大気雰囲気下にて接地電極の温度が１０５０℃となるようバーナーで１分間加熱後、１分間徐冷することを１サイクルとして３０００サイクル実施した。そして、３０００サイクル終了後に、接地電極を観察し、内層の膨張に伴う外層の割れの有無を確認した。表５に、当該試験の試験結果を示す。

また、耐熱性向上値測定試験の概要は次の通りである。すなわち、接地電極の断面積ＳＹを２．３ｍｍ²、２．６ｍｍ²、又は、２．９ｍｍ²とした上で、内層を設けることなく、Ｎｉ合金により接地電極を形成したスパークプラグのサンプル（比較対象サンプル）について、その熱価をそれぞれの断面積ＳＹごとに測定した。そして、接地電極の断面積ＳＹを２．３ｍｍ²、２．６ｍｍ²、又は、２．９ｍｍ²とした上で、ＳＩ／ＳＺを種々変更したスパークプラグのサンプルについて、その熱価をそれぞれ測定し、断面積ＳＹが同一の比較対象サンプルの熱価に対する熱価の向上値を計測した。図１６に、当該試験の試験結果を示す。尚、図１６においては、断面積ＳＹを２．３ｍｍ²としたサンプルの試験結果を丸印で示し、断面積ＳＹを２．６ｍｍ²としたサンプルの試験結果を三角で示し、断面積ＳＹを２．９ｍｍ²としたサンプルの試験結果を四角で示す。

また、熱価は次のように測定した。すなわち、ＳＣ１７．６（ＳＡＥ Ｊ２２０３）で、圧縮比５．６、点火タイミング３０°ＢＴＤＣに設定されたエンジンにサンプルを組み付けた上で、ベンゾールを主とする燃料を用いて、エンジンを回転数２７００ｒｐｍで動作させつつ、一定量の過給を行い、その過給量で燃焼室の温度が最高となる燃料噴射量を調節した。そして、過給量の増加、及び、燃料噴射量の調節を繰り返し行い、プレイグニッション（早期着火）が発生する直前の過給圧を特定した。その後、特定された過給圧の微調整、及び、燃料噴射量の調整を行うことで、エンジンが３分間安定して動作するときのエンジン出力を測定するとともに、平均有効圧（ＰＳＩ）を算出し、当該平均有効圧を各サンプルの熱価として特定した。

表５及び図１６に示すように、ＳＩ／ＳＺを０．２以上０．５以下としたサンプルは、外層に割れが生じることなく、また、耐熱性を飛躍的に向上できることが明らかとなった。これは、ＳＩ／ＳＺを０．５以下としたことで、内層の熱膨張に耐え得る程度の肉厚を外層が有することとなり、また、ＳＩ／ＳＺを０．２以上としたことで、熱伝導性に優れる内層のボリュームが十分に確保され、接地電極の熱伝導性が向上したことによると考えられる。

上記試験の試験結果より、接地電極（外層）の破損防止を図りつつ、耐熱性の更なる向上を図るという観点から、０．２≦ＳＩ／ＳＺ≦０．５を満たすように構成することが好ましいといえる。

次いで、接地電極を断面矩形状としたスパークプラグのサンプルと、接地電極の側面を外側に凸の湾曲形状に形成するとともに、当該側面の曲率半径Ｒを１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、又は、１．８ｍｍとしたスパークプラグのサンプルとを作製した。そして、エンジン（燃料噴射口）に対する接地電極の相対位置が種々異なるようにして各サンプルをエンジンに組付けた上で、上述の着火性評価試験（尚、点火タイミングを６０°ＢＴＤＣから７５°ＢＴＤＣに変更した）を行い、各相対位置における限界空燃比をそれぞれ測定した。図１７に、各サンプルにおける、相対位置の変更に伴う限界空燃比の変動範囲を示す。

図１７に示すように、曲率半径Ｒを１．５ｍｍ以下としたサンプルは、限界空燃比の変動範囲が非常に狭くなるとともに、限界空燃比が全体的に大きなものとなり、優れた着火性を安定的に実現できることが明らかとなった。これは、接地電極を回り込む形で火花放電間隙に対して燃料ガスが入り込みやすくなったことによると考えられる。

上記試験の結果より、着火性の更なる向上を図るためには、接地電極の側面を外側に凸の湾曲形状に形成するとともに、当該側面の曲率半径Ｒを１．５ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

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）上記第１実施形態において、接地電極側チップ３２は接地電極２７の対向面２７Ｔに接合されているが、図１８に示すように、接地電極側チップ４２を接地電極２７の他端面２７Ｆに接合することとしてもよい。

（ｂ）上記第２実施形態において、中心電極５の先端部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を設けることなく中心電極５を構成してもよい。

（ｃ）上記実施形態において、接地電極２７は、自身の長手方向に沿ってほぼ一定の幅を有するように構成されているが、図１９及び図２０に示すように、接地電極２７（３７）の先端部にテーパ部４８（４９）を設け、接地電極２７（３７）が自身の他端側に向けて徐々に幅狭となるように構成してもよい。この場合には、接地電極２７（３７）による火炎核の成長阻害が一層抑制されることとなり、着火性を一層向上させることができる。

（ｄ）上記実施形態では、接地電極２７が２層構造をなすものとして説明しているが、接地電極２７を単一の金属（例えば、Ｎｉ合金）から構成してもよいし、３層以上の多層構造をなすように構成してもよい。尚、多層構造をなす場合には、外層２７Ｚに対し、その内側の層は、外層２７Ｚよりも良熱伝導性金属を含んでいることが望ましい。例えば、外層２７Ｚの内側に銅合金或いは純銅で構成された中間層が設けられ、中間層の内側に純ニッケルで構成された最内層が設けられていてもよい。また、接地電極２７が３層構造以上をなす場合には、外層２７Ｚの内側に位置し、当該外層２７Ｚよりも良熱伝導性金属を含んでなる複数の層が内層２７Ｉに相当する。例えば、上述した中間層及び最内層を設ける構成を採用した場合、中間層及び最内層が内層２７Ｉに相当する。

（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…スパークプラグ
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
２７Ｆ…（接地電極の）他端面
２７Ｉ…内層
２７Ｔ…（接地電極の）対向面
２７Ｓ１，２７Ｓ２…（接地電極の）側面
２７Ｚ…外層
３１…中心電極側チップ
３２…接地電極側チップ
３２Ｆ…（接地電極側チップの）他端面
３３…火花放電間隙（間隙）
ＣＬ１…軸線
ＣＬ２…（接地電極の）中心軸
ＴＬ１…第１の接線
ＴＬ２…第２の接線
ＴＬ３…第３の接線
ＴＬ４…第４の接線

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主体金具と、
   前記主体金具の先端部に固定された接地電極と、
   貴金属を含有する金属からなり、少なくとも自身の一端部が前記接地電極の先端部に接合された接地電極側チップとを備え、
   前記中心電極は、その先端部に、貴金属を含有する金属からなる中心電極側チップを有し、
   前記接地電極側チップの他端面が前記中心電極側チップの側面に対向し、前記接地電極側チップの他端面と前記中心電極側チップの側面との間に間隙が形成されたスパークプラグであって、
   前記軸線と直交する仮想平面において、前記接地電極側チップと前記中心電極側チップの先端面とを投影した投影面のうち、前記接地電極側チップの他端面に対応する辺の一端から前記中心電極側チップの先端面に対応する投影領域に引いた第１の接線と、前記接地電極側チップの他端面に対応する辺の他端から前記中心電極側チップの先端面に対応する投影領域に引いた第２の接線と、前記接地電極側チップの他端面に対応する投影線と、前記中心電極側チップの先端面外周に対応する投影線とで囲まれた領域の面積をＳＡ１（ｍｍ²）とし、
   前記接地電極側チップの他端面と平行な仮想平面に、前記中心電極側チップと前記接地電極側チップの他端面とを投影したときの前記中心電極側チップの投影領域と前記接地電極側チップの他端面の投影領域とが重なる領域の面積をＳＡ２（ｍｍ²）とし、
   前記間隙の大きさをＧ（ｍｍ）としたとき、
   ０．１２≦ＳＡ１×ＳＡ２／Ｇ（ｍｍ³）≦０．４９
   を満たし、
   前記接地電極側チップの他端面のうち前記軸線方向に沿って最も後端側に位置する部位と、前記中心電極側チップのうち前記接地電極側チップの他端面に対向する面の前記軸線に沿って最も先端側に位置する部位との間の前記軸線に沿った距離をＡ（ｍｍ）とし、
   前記接地電極側チップの他端面の前記軸線に沿った長さをＢ（ｍｍ）としたとき、
   ０．０５≦Ａ≦Ｂ＋０．２、かつ、０．３≦Ｂ≦０．７
   を満たし、
   前記接地電極側チップの他端面の面積をＳＸ（ｍｍ²）としたとき、
   ０．３≦ＳＸ≦０．６、かつ、０．４≦Ｇ≦１．０
   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、
   前記接地電極の中心軸と直交する方向に沿って前記内層の断面積が最大となる断面において、
   前記内層の断面積をＳＩ（ｍｍ ² ）とし、前記接地電極の断面積をＳＺ（ｍｍ ² ）としたとき、
   ０．２≦ＳＩ／ＳＺ≦０．５
   を満たすとともに、
   前記接地電極の長手方向に沿った前記内層の埋設範囲の少なくとも半分において、
   ０．２≦ＳＩ／ＳＺを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. 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主体金具と、
   自身の一端部が前記主体金具の先端部に固定された接地電極とを備え、
   前記接地電極の他端面が前記中心電極の先端部側面に対向し、前記接地電極の他端面と前記中心電極の先端部側面との間に間隙が形成されたスパークプラグであって、
   前記軸線と直交する仮想平面において、前記接地電極と前記中心電極の先端面とを投影した投影面のうち、前記接地電極の他端面に対応する辺の一端から前記中心電極の先端面に対応する投影領域に引いた第３の接線と、前記接地電極の他端面に対応する辺の他端から前記中心電極の先端面に対応する投影領域に引いた第４の接線と、前記接地電極の他端面に対応する投影線と、前記中心電極の先端面外周に対応する投影線とで囲まれた領域の面積をＳＢ１（ｍｍ²）とし、
   前記接地電極の他端面と平行な仮想平面に、前記中心電極と前記接地電極の他端面とを投影したときの前記中心電極の投影領域と前記接地電極の他端面の投影領域とが重なる領域の面積をＳＢ２（ｍｍ²）とし、
   前記間隙の大きさをＧ（ｍｍ）としたとき、
   ０．２１≦ＳＢ１×ＳＢ２／Ｇ（ｍｍ³）≦０．４９
   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、
   前記接地電極の中心軸と直交する方向に沿って前記内層の断面積が最大となる断面において、
   前記内層の断面積をＳＩ（ｍｍ ² ）とし、前記接地電極の断面積をＳＺ（ｍｍ ² ）としたとき、
   ０．２≦ＳＩ／ＳＺ≦０．５
   を満たすとともに、
   前記接地電極の長手方向に沿った前記内層の埋設範囲の少なくとも半分において、
   ０．２≦ＳＩ／ＳＺを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
3. 前記接地電極の長手方向中心から前記接地電極の一端までの間における、前記接地電極の中心軸と直交する方向に沿った任意の断面において、
   前記接地電極の断面積をＳＹ（ｍｍ²）とし、前記接地電極の幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
   ２．３≦ＳＹ≦３．５、かつ、１．８≦Ｗ≦２．２
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
4. 前記接地電極のうち前記中心電極と対向する対向面に隣接する両側面は外側に凸の湾曲形状をなし、
   前記接地電極の中心軸と直交する断面において、前記両側面の外形線の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、
   Ｒ≦１．５
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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