JP5727546B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグに関するものである。

従来、スパークプラグとしては、接地電極の先端に貴金属チップを備え、貴金属チップと中心電極先端との間に火花ギャップが形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−５６７８６号公報 特開２００２−３２４６５０号公報

このようなスパークプラグでは、点火の動作を繰り返すことによって、接地電極の先端に設けた貴金属チップにおいて、火花消耗が起こる。貴金属チップにおいて火花消耗が進行すると、火花ギャップが広がって失火が起こるようになり、着火性が低下する可能性がある。そして、貴金属チップにおいてさらに火花消耗が進行して貴金属チップの消耗の程度が高まると、スパークプラグを交換する必要が生じる。このような火花消耗に起因するスパークプラグの耐久性の低下を抑える方策としては、例えば、接地電極の貴金属チップをより大きく形成する方策が考えられる。しかしながら、接地電極の貴金属チップをより大きく形成しても、貴金属チップにおいて火花消耗が偏って進行すると、偏って消耗する部位で火花ギャップが広がると共に、他の部位は利用されずに残ってしまう。このような場合には、貴金属チップを無駄なく利用することができず、スパークプラグの耐久性を充分に向上できない可能性があった。また、スパークプラグでは、効率のよい火花形成だけでなく、火花形成により火種が生じたときに、良好に火炎が広がることが望まれていた。すなわち、スパークプラグにおいては、耐久性と着火性を両立させ、さらに性能を向上させることが望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、軸線方向に延びる中心電極と、前記中心電極の先端部が露出するように前記中心電極の外周に配置された絶縁体と、前記絶縁体の外周に配置された主体金具と、一端部が前記主体金具に接合され、他端部に貴金属チップを有する接地電極と、を備え、前記中心電極の先端部と前記貴金属チップの放電面との間に間隙が形成されるスパークプラグが提供される。このスパークプラグは、前記放電面の中心を通り、前記軸線を含む断面にて、前記中心電極の先端面と前記貴金属チップの放電面とが成す角のうち鋭角のものをθ１とし、前記中心電極の先端面のうち、前記貴金属チップに最も近い点を点Ａとし、前記放電面の両端点を、点Ｂ1および点Ｂ2とし、前記点Ａと前記点Ｂ1とを結んだ線分を第１の線分とし、前記点Ａと前記点Ｂ2とを結んだ線分を第２の線分とし、前記第１の線分と前記第２の線分とが成す角をθ２としたときに、３５°≦θ１≦５５°、８５°≦θ２≦９０°、且つ、前記第１の線分の長さと前記第２の線分の長さの差は、前記第１の線分と前記第２の線分のうちの長い方の線分の長さの１０％以下であることを特徴とする。この形態のスパークプラグによれば、θ１、θ２、および第１の線分の長さと第２の線分の長さとの関係に係る上記３つの要件を満たすことで、貴金属チップにおいて進行する火花消耗の偏りを抑え、貴金属チップの一部が無駄となることを抑えることにより、スパークプラグの耐久性を向上させる（長寿命化させる）ことができる。また、貴金属チップが火炎の広がりを妨げることを抑えて、着火性を向上させることができる。

（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記接地電極は、前記中心電極に向けて屈曲された屈曲部を有することとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、接地電極における貴金属チップ以外の箇所と中心電極との距離を、より長く確保することが可能になる。そのため、接地電極における貴金属チップ以外の箇所と中心電極との間の飛火（放電）を抑制し、このような飛火に起因する失火を抑えることができる。

（３）上記形態のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、前記他端部の先端面に配置されていることとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、接地電極における貴金属チップ以外の箇所と中心電極との距離を、さらに容易に確保することが可能になる。そのため、接地電極における貴金属チップ以外の箇所と中心電極との間の飛火（放電）を抑制する効果を高めることができる。

（４）上記形態のスパークプラグにおいて、前記放電面に垂直な方向から該放電面を見たときに、該放電面の外周の少なくとも一部に前記接地電極の前記先端面が存在することとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、火花が吹き流されたときに、吹き流された火花を上記先端面によって受け止めることができるため、貴金属チップに火花が集中することを抑えることにより、貴金属チップの火花消耗およびギャップ増加を抑制することができる。

（５）上記形態のスパークプラグにおいて、前記放電面に垂直な方向から該放電面を見たときに、前記接地電極の幅方向における前記放電面の両側の少なくとも一部に前記接地電極の前記先端面が存在することとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、火花が吹き流されたときに、吹き流された火花を上記先端面によって受け止めて、貴金属チップの火花消耗およびギャップ増加を抑える効果を高めることができる。

（６）上記形態のスパークプラグにおいて、前記放電面に垂直な方向から該放電面を見たときに、前記接地電極の幅方向における前記放電面の両側全てに前記接地電極の前記先端面が存在することとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、火花が吹き流されたときに、吹き流された火花を上記先端面によって受け止めて、貴金属チップの火花消耗およびギャップ増加を抑える効果をさらに高めることができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、スパークプラグの製造方法などの形態で実現することが可能である。

スパークプラグの部分断面図である。 スパークプラグの先端部の構造を拡大して示す説明図である。 接地電極チップと中心電極チップの位置関係を拡大して示す説明図である。 接地電極の先端部を表わす斜視図である。 接地電極チップの放電面を、垂直方向から見た様子を表わす平面図である。 スパークプラグの先端部の構造を拡大して示す説明図である。 接地電極チップの放電面を、垂直方向から見た様子を表わす平面図である。 スパークプラグの先端部の構造を拡大して示す説明図である。 接地電極チップの放電面を、垂直方向から見た様子を表わす平面図である。 スパークプラグの先端部の構造を拡大して示す説明図である。 スパークプラグの先端部の構造を拡大して示す説明図である。 スパークプラグについて火花消耗の程度を調べた結果を示す説明図である。 サンプル１のスパークプラグの先端部の構造を拡大して示す説明図である。 スパークプラグについて火花消耗の程度を調べた結果を示す説明図である。 スパークプラグについて着火性を調べた結果を示す説明図である。 スパークプラグについて、火花消耗の程度を調べた結果を示す説明図である。

Ａ．第１の実施形態：
図１は、本発明の第１実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図であり、スパークプラグ１００の軸線である軸線Ｏを境界として、紙面右側にスパークプラグ１００の外観形状を図示し、紙面左側にスパークプラグ１００の断面形状を図示した。以下の説明では、軸線Ｏに平行であって図１の下方側を先端側と呼び、図１の上方側を後端側と呼ぶ。

スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０とを備える。絶縁碍子１０の一端から突出する棒状の中心電極２０は、絶縁碍子１０の内部を通じて、絶縁碍子１０の他端に設けられた端子金具４０に電気的に接続されている。中心電極２０の外周は、絶縁碍子１０によって保持され、絶縁碍子１０の外周は、端子金具４０から離れた位置で主体金具５０によって保持されている。主体金具５０に電気的に接続された接地電極３０は、火花を発生させる間隙である火花ギャップを中心電極２０の先端との間に形成する。スパークプラグ１００は、内燃機関のエンジンヘッド２００に設けられた取付ネジ孔２０１に主体金具５０を介して取り付けられる。端子金具４０に２万〜３万ボルトの高電圧が印加されると、中心電極２０と接地電極３０との間に形成された火花ギャップに火花が発生する。

絶縁碍子１０は、セラミックス材料（例えばアルミナ等）を焼成して形成された絶縁体である。絶縁碍子１０は、中心電極２０および端子金具４０を収容する軸孔１２が中心に形成された筒状の部材である。絶縁碍子１０の軸方向中央には外径を大きくした中央胴部１９が形成されている。中央胴部１９よりも後端側には、端子金具４０と主体金具５０との間を絶縁する後端側胴部１８が形成されている。中央胴部１９よりも先端側には、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成され、先端側胴部１７の更に先端側には、先端側胴部１７よりも小さい外径であって先端側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部１３が形成されている。

主体金具５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３に亘る部位を包囲して保持する円筒状の金具であり、本実施例では、低炭素鋼から成る。主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２と、シール部５４とを備える。主体金具５０の工具係合部５１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付ける工具（図示せず）が嵌合する。主体金具５０の取付ネジ部５２は、エンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合するネジ山を有する。主体金具５０のシール部５４は、取付ネジ部５２の根元に鍔状に形成され、シール部５４とエンジンヘッド２００との間には、環状のガスケット５が嵌挿される。主体金具５０の先端面５７は、中空の円状であり、その中央には、絶縁碍子１０の脚長部１３から中心電極２０が突出する。

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が設けられている。また、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の圧縮変形部５８が設けられている。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。スパークプラグ１００の製造時には、加締部５３を内側に折り曲げるようにして先端側に押圧することにより圧縮変形部５８を圧縮変形させる加締加工を行なう。加締加工を行なうことで、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。この押圧により、タルク９が軸線Ｏ方向に圧縮されて主体金具５０内の気密性が高められる。

また、主体金具５０の内周においては、取付ネジ部５２の位置に形成された金具内段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の脚長部１３の基端に位置する碍子段部１５が押圧されている。この板パッキン８は、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性を保持する部材であり、燃焼ガスの流出が防止される。

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、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる芯材２５を埋設した棒状の部材である。本実施例では、電極母材２１は、ニッケルを主成分とするニッケル合金から成り、芯材２５は、銅または銅を主成分とする合金から成る。中心電極２０は、電極母材２１の先端が絶縁碍子１０の軸孔１２から突出した状態で絶縁碍子１０の軸孔１２に挿入され、セラミック抵抗３およびシール体４を介して端子金具４０に電気的に接続されている。

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、ニッケル合金が用いられる。この接地電極３０の基端は、主体金具５０の先端面５７に溶接されている。接地電極３０の先端側は、中心電極２０の先端に向かって屈曲されている。

図２は、スパークプラグ１００の先端部の構造を拡大して示す説明図である。図２では、図１とは逆に、上方側が先端側であり下方側が後端側である。図２に示すように、接地電極３０は、基部３１と接地電極チップ３２とを備えている。基部３１は、横断面が略矩形形状の棒状部材であって、中心電極２０側に湾曲されると共に、一端が主体金具５０に接続されている。すなわち、接地電極３０の基部３１は、屈曲部３１ｂを有しており、この屈曲部３１ｂにおいて中心電極２０側へと屈曲している（曲線状に曲げられている）。特に本実施形態では、基部３１は、主体金具５０との接続部から軸線Ｏに沿って先端側に延びた後に、屈曲部３１ｂにおいて屈曲している。接地電極チップ３２は、例えばレーザ溶接によって、基部３１の他端に固着されている。基部３１において、接地電極チップ３２が固着される他端は、先端面３４を形成している。先端面３４は、先端面３４が中心電極チップ２７の先端面２８と平行に対向する状態に近づく方向へと、基部３１の伸長方向に垂直な面に対して傾斜している。

接地電極チップ３２は、接地電極３０の耐火花消耗性を向上するために設けられた部材であり、高融点の貴金属を主成分として形成されている貴金属チップである。この接地電極チップ３２は、例えば、白金（Ｐｔ）、Ｐｔ−Ｎｉ合金によって形成することができ、本実施形態ではＰｔ−Ｎｉ合金によって形成されている。接地電極チップ３２において、基部３１に固着された面の裏側の面（中心電極２０と対向する面）は、放電面３３を形成する。本実施形態では、接地電極チップ３２は略直方体形状に形成されているため、放電面３３は、基部３１の先端面３４と略平行となっている。なお、接地電極チップ３２は、特許請求の範囲における「貴金属チップ」に相当する。

また、図２に示すように、中心電極２０は、その先端に中心電極チップ２７を有している。中心電極チップ２７は、軸線Ｏ方向に伸びた略円柱形状を有しており、耐火花消耗性を向上するため、高融点の貴金属を主成分として形成されている。中心電極チップ２７は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、あるいは、Ｉｒを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうちの１種類以上を添加したＩｒ合金によって形成することができる。中心電極チップ２７の先端面２８は、軸線Ｏ方向に垂直となっている。なお、中心電極チップ２７は、本願発明において必須の構成要件ではなく、中心電極チップ２７の有無に関わらず、中心電極２０の先端面を先端面２８と呼ぶものとする。

ここで、図２は、略長方形形状の放電面３３の中心を通り、軸線Ｏを含む断面の様子を表わしている。図２では、上記断面における放電面３３と重なる直線を直線Ｘ１として示しており、上記断面における先端面２８と重なる直線を直線Ｘ２として示している。図２に示すように、上記断面において、接地電極チップ３２の放電面３３と中心電極チップ２７の先端面２８とが成す角のうち鋭角のものをθ１と呼ぶ。

図３は、図２と同様の断面において、接地電極チップ３２と中心電極チップ２７との位置関係のみを拡大して示す説明図である。図３の断面において、中心電極チップ２７の先端面２８のうち、接地電極チップ３２に最も近い点を点Ａとしている。また、図３に示す断面において、接地電極チップ３２の放電面３３の両端点を、点Ｂ1および点Ｂ2としている。そして、点Ａと点Ｂ1とを結んだ線分を第１の線分ＡＢ1とし、点Ａと点Ｂ2とを結んだ線分を第２の線分ＡＢ2としたときに、第１の線分ＡＢ1と第２の線分ＡＢ2とが成す角をθ２と呼ぶ。

このとき、本実施形態では、３５°≦θ１≦５５°が成り立ち、且つ、８５°≦θ２≦９０°が成り立つ。さらに、本実施形態では、第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さの差が、第１の線分ＡＢ1と第２の線分ＡＢ2のうちの長い方の線分の長さの１０％以下となる。

以上のように構成された本実施形態のスパークプラグ１００によれば、θ１、θ２、および第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さとの関係に係る上記３つのパラメータを満たすことで、接地電極チップ３２において進行する火花消耗の偏りを抑え、接地電極チップ３２の一部を消費できずに残してしまう無駄を抑えることにより、スパークプラグ１００の耐久性を向上させる（長寿命化させる）ことができる。

ここで、本実施形態では、３５°≦θ１≦５５°であり、８５°≦θ２≦９０°であり、第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さの差は、長い方の線分の長さの１０％以下であるため、図３の三角形ＡＢ1Ｂ2は、点Ａを頂点として線分Ｂ1Ｂ2を底辺とする直角二等辺三角形、あるいはこれに近い形状になる。また、本実施形態では、既述した３つのパラメータを満たすことにより、三角形ＡＢ1Ｂ2の点Ｂ1は、点Ａから軸線Ｏ方向に延長した線上あるいはその近傍に存在し、点Ｂ2は、点Ａから軸線Ｏに垂直な方向（以下、水平方向とも呼ぶ）に延長した面上あるいはその近傍に存在する。中心電極チップ２７と接地電極チップ３２との間の放電は、中心電極チップ２７と接地電極チップ３２との距離がより短くなる部位で起こりやすいため、三角形ＡＢ1Ｂ2が上記形状となることにより、中心電極チップ２７では、点Ａに相当する角部において主として放電が起こる。そして接地電極チップ３２においては、放電面３３全体において点Ａとの距離が充分に短くなるため、放電面３３全体が放電の際に利用され得る。したがって、放電面３３では、放電時に特に利用され難い領域の形成が抑えられ、接地電極チップ３２における火花消耗の偏りを抑えることができる。このように火花消耗の偏りを抑えることで、火花ギャップの拡大の速度を抑制することができるため、失火を抑えつつ無駄なく接地電極チップ３２を利用して、スパークプラグ１００の耐久性を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、接地電極チップ３２側の点Ｂ1が、点Ａから軸線Ｏ方向に延長した線上あるいはその近傍に存在するため、中心電極チップ２７の先端面２８の上方（軸線Ｏ方向の先端側）が接地電極３０によって覆われない、あるいはほとんど覆われない状態にすることができる。そのため、スパークプラグ１００において火花形成後に火炎が広がり易くなり、スパークプラグ１００の着火性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、中心電極チップ２７の先端面２８に対して接地電極チップ３２を傾けて配置しても、点Ａから水平方向に伸ばした面よりも後端側に接地電極チップ３２が存在することを抑制し、放電面３３において放電に利用できない部分が生じることを抑えることができる。そのため、接地電極チップ３２全体を効率よく利用できる効果を高めることができる。

上記のように、点Ｂ1は、点Ａから軸線Ｏ方向に延長した線上よりも中心電極２０の中心寄りに張り出す程度が小さいほど、火炎の成長を妨げ難くなり、着火性が向上する。また、点Ｂ2は、点Ａから水平方向に伸ばした面よりも後端側に張り出して存在する程度が小さいほど、接地電極チップ３２全体が利用され易くなり、火花消耗の偏りを抑えることができる。本実施形態では、θ１およびθ２に加えて、第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さとの関係を規定することにより、上記した点Ａと点Ｂ1、および点Ａと点Ｂ2の位置関係を確保している。

図４は、本実施形態の接地電極３０の先端部を表わす斜視図である。また、図５は、接地電極チップ３２の放電面３３を、放電面３３に垂直な方向（図４に示す矢印Ｃの方向）から見た様子を表わす平面図である。図５では、上方が先端側であり、下方が後端側である。

図４および図５に示すように、本実施形態では、接地電極チップ３２は、接地電極３０の基部３１の先端面３４の中ほどの位置に取り付けられている。そして、放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見ると、接地電極３０の幅方向（放電面３３の短手方向）における放電面３３の両側全てに、先端面３４が存在している。すなわち、放電面３３の先端（図５における上端）から後端（図５における下端）にわたって（放電面３３の長手方向の全体にわたって）、接地電極３０の幅方向の両側に、先端面３４が張り出している。

このような構成とすることで、本実施形態では、接地電極チップ３２の火花消耗を抑えることができる。すなわち、スパークプラグが動作する際には、火花ギャップで発生した火花が内燃機関内の気流によって吹き流されたときに、吹き流された火花を、接地電極チップ３２に代えて、接地電極３０の基部３１（図５に示す先端面３４の張り出している部位等）で受け止めることが可能になる。これにより、接地電極チップ３２に火花が集中することを抑制して、接地電極チップ３２の火花消耗を抑え、火花ギャップの増加を抑制できる。その結果、スパークプラグ１００の耐久性を向上させることができる。特に、本実施形態では、放電面３３の上端から下端にわたって先端面３４が張り出しているため、吹き流された火花を基部３１で広く受け止めることが可能となり、接地電極チップ３２の火花消耗を抑える効果を高めることができる。

なお、先端面３４は、垂直方向から放電面３３を見たときに、接地電極３０の幅方向の両側の内、火花が吹き流されやすい一方の側のみに張り出す構成とすることも可能であるが、図５に示すように、接地電極３０の幅方向の両側に張り出していることが望ましい。内燃機関内において、スパークプラグに対してどの方向に気流が流れるか（どの方向に火花が吹き流されるか）は、内燃機関内における接地電極３０の向きにより定まるが、スパークプラグの取り付け時にスパークプラグの向きを調節することは困難だからである。

なお、火花ギャップとは、中心電極チップ２７と接地電極チップ３２との距離（最短距離）であり、本実施形態では、点Ａと放電面３３との距離である。望ましい火花ギャップは印加電圧によっても異なるが、上記した火花消耗も考慮して、火花ギャップは、例えば０．４〜１．２ｍｍに設定すればよい。また、接地電極チップ３２の厚み（高さ）は、例えば、０．５〜１．０ｍｍとすることができる。したがって、中心電極チップ２７の点Ａと、接地電極３０の先端面３４との距離は、例えば、０．９〜２．２ｍｍに設定することができる。点Ａと先端面３４との距離を上記範囲とすることで、吹き流された火花が基部３１に受け止められ易くなり、接地電極チップ３２の火花消耗を抑える効果を高めることができる。

Ｂ．第２の実施形態：
図６は、第２の実施形態のスパークプラグの先端部における図２と同様の断面の様子を示す説明図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。

図７は、第２の実施形態のスパークプラグが備える接地電極チップ３２の放電面３３を、図５と同様にして、放電面３３に垂直な方向から見た様子を表わす平面図である。第２の実施形態の接地電極チップ３２は、第１の実施形態と同様に、接地電極３０の基部３１の先端面３４の中ほどの位置に取り付けられている。ただし、放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見ると、接地電極３０の幅方向（放電面３３の短手方向）における放電面３３の両側の一部だけに、先端面３４が存在している。具体的には、放電面３３の後端側（図７における下端側）の部分のみにおいて、接地電極３０の幅方向の両側に、先端面３４が張り出している。なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、３５°≦θ１≦５５°が成り立ち、且つ、８５°≦θ２≦９０°が成り立つ。さらに、第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さの差が、長い方の線分の長さの１０％以下となっている。

上記のように、θ１、θ２、および第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さの関係に係る要件を満たすことで、第２の実施形態のスパークプラグは、第１の実施形態と同様に、着火性及び耐久性を向上させることができる。また、接地電極チップ３２の火花消耗を抑える効果を高めることができる。すなわち、火花ギャップで発生した火花が内燃機関内の気流によって吹き流されたときに、吹き流された火花を、接地電極チップ３２に代えて、接地電極３０の基部３１（図７に示す先端面３４の張り出している部位等）で受け止めることが可能になる。これにより、接地電極チップ３２に火花が集中することを抑制して、接地電極チップ３２の火花消耗を抑え、火花ギャップの増加を抑制することができる。

図８および図９は、第２の実施形態の変形例のスパークプラグの先端部の様子を表わす説明図である。図８は、図６と同様の断面の様子を示している。また、図９は、図７と同様に、スパークプラグが備える接地電極チップ３２の放電面３３を、放電面３３に垂直な方向から見た様子を表わす平面図である。第２の実施形態の本変形例において、第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。

第２の実施形態の変形例の接地電極チップ３２は、第２の実施形態と同様に、接地電極３０の基部３１の先端面３４の中ほどの位置に取り付けられており、放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見ると、接地電極３０の幅方向（放電面３３の短手方向）における放電面３３の両側の一部だけに、先端面３４が存在している。ただし、第２の実施形態の変形例では、放電面３３の先端側（図９における上端側）の部分のみにおいて、接地電極３０の幅方向の両側に、先端面３４が張り出している。このような構成としても、第２の実施形態と同様に、内燃機関内の気流によって吹き流された火花を、接地電極チップ３２に代えて、接地電極３０の基部３１（図９に示す先端面３４の張り出している部位等）で受け止めることが可能になる。これにより、接地電極チップ３２に火花が集中することを抑制して、接地電極チップ３２の火花消耗を抑え、火花ギャップの増加を抑制することができる。

なお、第２の実施形態、および第２の実施形態の変形例のいずれにおいても、第１の実施形態と同様に、先端面３４は、垂直方向から放電面３３を見たときに、接地電極３０の幅方向の両側に張り出していることが望ましい。

なお、図７，９に示すように、第２の実施形態およびその変形例は、接地電極３０の幅方向における放電面３３の両側の一部だけに先端面３４が存在しているが、吹き流された火花に起因する火花消耗を抑える観点からは、第１の実施形態のように、放電面３３の両側のより広い範囲に先端面３４が存在することが望ましい。また、着火性の観点からは、中心電極２０（点Ａ）から軸線Ｏ方向に延長した線上を越えて接地電極３０の先端が存在する程度が小さい方が、火炎の広がりが邪魔され難くなるため、図６，７と図８，９の構成を比較すると、図６，７の構成の方が望ましい。

Ｃ．第３の実施形態：
図１０は、第３の実施形態のスパークプラグの先端部における図２と同様の断面の様子を示す説明図である。第３の実施形態において、第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。

第３の実施形態では、接地電極３０における基部３１と接地電極チップ３２との位置関係が、第１および第２の実施形態とは異なっている。第３の実施形態においても、接地電極３０の基部３１の先端面３４に接地電極チップ３２が取り付けられており、接地電極チップ３２は、略直方体形状に形成されている。ただし、第３の実施形態では、略四角柱状の接地電極チップ３２において、基部３１の先端面３４に垂直な面が放電面３３となっている。そして、接地電極チップ３２の放電面３３と中心電極チップ２７の先端面２８とが成す角のうち鋭角のものをθ１、第１の線分ＡＢ1と第２の線分ＡＢ2とが成す角をθ２とすると、３５°≦θ１≦５５°および８５°≦θ２≦９０°が成り立つ。さらに、第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さの差が、長い方の線分の長さの１０％以下となっている。

このように構成された第３の実施形態のスパークプラグにおいても、第１の実施形態と同様に、接地電極チップ３２の火花消耗の偏りを抑えて耐久性が向上すると共に、着火性が向上する効果が得られる。ただし、第３の実施形態では、放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見ると、接地電極３０の幅方向（放電面３３の短手方向）における放電面３３の両側のいずれにも先端面３４が存在しない。そのため、吹き流された火花を基部３１で受け止める効果は、第１および第２の実施形態に及ばない。なお、第３の実施形態において、接地電極３０の基部３１の形状を、中心電極２０側へと曲線状に曲げられた屈曲部を有する形状としてもよい。

Ｄ．第４の実施形態：
図１１は、第４の実施形態のスパークプラグの先端部における図２と同様の断面の様子を示す説明図である。第４の実施形態において、第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。

第４の実施形態では、接地電極３０における基部３１と接地電極チップ３２との位置関係が、第１ないし第３の実施形態とは異なっている。第４の実施形態では、接地電極３０の基部３１の先端面３４ではなく、基部３１の側面であって、中心電極チップ２７に対向する側面３５の先端部に、接地電極チップ３２が取り付けられている。そして、接地電極チップ３２において、中心電極チップ２７に対向する面が、放電面３３となっている。また、第４の実施形態においても、接地電極チップ３２の放電面３３と中心電極チップ２７の先端面２８とが成す角のうち鋭角のものをθ１、第１の線分ＡＢ1と第２の線分ＡＢ2とが成す角をθ２とすると、３５°≦θ１≦５５°および８５°≦θ２≦９０°が成り立つ。さらに、第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さの差が、長い方の線分の長さの１０％以下となっている。

このように構成された第４の実施形態のスパークプラグにおいても、第１の実施形態と同様に、接地電極チップ３２の火花消耗の偏りを抑えて耐久性が向上すると共に、着火性が向上する効果が得られる。なお、第４の実施形態では、放電面３３の幅が基部３１の幅よりも小さく形成されている。そのため、放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見ると、接地電極３０の幅方向（放電面３３の短手方向）における放電面３３の両側に側面３５が存在する。したがって、第１および第２の実施形態と同様に、吹き流された火花を基部３１によって受け止めることにより、接地電極チップ３２の火花消耗を抑える同様の効果が得られる。また、第４の実施形態において、接地電極３０の基部３１の形状を、中心電極２０側へと曲線状に曲げられた屈曲部を有する形状としてもよい。

既述したように、第３の実施形態では、基部３１の先端面３４に接地電極チップ３２を設けつつ、接地電極チップ３２において、基部３１の先端面３４に垂直な面を放電面３３としている。また、第４の実施形態では、基部３１の側面３５に接地電極チップ３２を設けている。そして、３５°≦θ１≦５５°および８５°≦θ２≦９０°を成り立たせ、さらに、第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さの差を、長い方の線分の長さの１０％以下にしている。このような場合には、基部３１の先端面３４と接地電極チップ３２の放電面３３とが略平行である第１および第２の実施形態に比べて、接地電極３０の基部３１全体を、中心電極２０寄りに、より大きく傾ける必要がある。すなわち、接地電極３０の基部３１に屈曲部を設ける場合であっても、基部３１を、軸線Ｏ方向に沿って伸ばすことができる距離がより短くなり、また、中心電極２０寄りに折り曲げる程度がより大きくなる。そのため、第３および第４の実施形態では、第１および第２の実施形態に比べて、接地電極３０の基部３１と中心電極チップ２７（点Ａ）との距離を基部３１全体で十分に確保することが、より困難となる。そのため、接地電極３０の基部３１と中心電極チップ２７との間の飛火を抑える観点からは、第１および第２の実施形態の方が、第３および第４の実施形態よりも望ましい。

Ｅ．変形例：
・変形例１：
上記各実施形態では、接地電極チップ３２は、略直方体形状としているが、異なる形状としてもよい。接地電極チップ３２が、放電面３３となる平坦面を有しており、θ１、θ２、および第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さの関係が既述した要件を満たすならば、各実施形態と同様の効果を得ることができる。

・変形例２：
第１および第２の実施形態では、接地電極チップ３２の放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見たときに、接地電極３０の幅方向における放電面３３の両側の少なくとも一部に、接地電極３０の先端面３４が存在することとしたが、異なる構成としてもよい。放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見たときに、放電面３３の外周の少なくとも一部からはみ出して（いずれかの方向にはみ出して）、接地電極３０の先端面３４が存在するならば、吹き流された火花を基部３１で受け止めることによる同様の効果を得ることが可能になる。

ただし、第１および第２の実施形態のように、放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見たときに、接地電極３０の幅方向における放電面３３の両側に、先端面３４が存在することがより望ましい。放電面３３の先端側に張り出して先端面３４が存在する場合には、接地電極３０の基部３１が、中心電極チップ２７の先端面２８の上方を覆い易くなるため、火炎の広がりを抑制する可能性があるためである。また、放電面３３の後端側に張り出して先端面３４が存在する場合には、張り出した部分が点Ａを水平方向に伸ばした面よりも後端側となる可能性が高まる。このような場合には、吹き流された火花が、先端面３４の張り出した部分に受け止める可能性が低くなり、接地電極チップ３２の火花集中を抑制する効果を充分に得ることが困難になるためである。

［サンプル１〜６］
図１２は、接地電極チップ３２の放電面３３と中心電極チップ２７の先端面２８とが成す角のうちの鋭角のものであるθ１の値を異ならせたサンプル１〜６のスパークプラグについて、火花消耗の程度を調べた結果を示す説明図である。θ１の値は、サンプル１は０°、サンプル２は２５°、サンプル３は３５°、サンプル４は４５°、サンプル５は５５°、サンプル６は６５°とした。

ここで、サンプル２〜６は、第１および第２の実施形態と同様に、接地電極３０の基部３１の先端面３４に接地電極チップ３２を取り付けたスパークプラグである。そして、図２と同様の断面において、中心電極２０の先端面２８のうち、接地電極チップ３２に最も近い点を点Ａとし、接地電極チップ３２の放電面３３の両端点を、点Ｂ1および点Ｂ2とし、第１の線分ＡＢ1と第２の線分ＡＢ2とが成す角をθ２としたときに、θ２の値を９０°に固定しつつ、θ１の値を上記値とした。また、サンプル２〜６は、図５に示す第１の実施形態と同様に、放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見ると、接地電極３０の幅方向（放電面３３の短手方向）における放電面３３の両側全てに、先端面３４が存在する形状となっている。

図１３は、サンプル１のスパークプラグの先端部の構造を拡大して示す説明図である。図１３において、第１の実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。サンプル１では、接地電極３０の基部３１において、先端面３４と、中心電極チップ２７に対向する側面３５とが成す角部を含む部分に接地電極チップ３２が取り付けられている。また、サンプル１では、θ１＝０°、すなわち、接地電極チップ３２の放電面３３は、中心電極チップ２７の先端面２８と平行である。

なお、いずれのサンプルにおいても、接地電極チップ３２は、幅Ｗ＝０．７ｍｍ、高さＨ＝０．７ｍｍ、長さＬ＝１．４ｍｍとした（図４参照）。また、火花ギャップ（製造時における放電面３３と中心電極チップ２７との最短距離）は０．８ｍｍとした。また、中心電極チップ２７の直径は、０．５５ｍｍとした。

このようなサンプル１〜６のスパークプラグの各々を用いて点火の動作を行ない、点火動作後の火花ギャップの大きさをピンゲージを用いて測定した。点火の動作を行なう際の条件は、以下の通りである。
雰囲気：窒素、
圧力：１．６５ＭＰａ、
ガス流量：０．１５Ｌ／ｍｉｎ、
周波数：１００Ｈｚ、
時間：２５時間。

図１２に示すように、θ１を３５°〜５５°とすることで、火花ギャップの増加を抑制できることが確認された。同様の条件で点火の動作を行なったときに火花ギャップがより大きくなるということは、火花消耗が、より限られた部位で進行したと考えられる。したがって、θ１を３５°〜５５°とすることで、火花消耗の偏りを抑制できると考えられる。

［サンプル７〜１０］
図１４は、サンプル７〜１０のスパークプラグについて、火花消耗の程度を調べた結果を示す説明図である。ここで、サンプル７〜１０は、図２および図３と同様の断面において、中心電極２０の先端面２８のうち、接地電極チップ３２に最も近い点を点Ａとし、接地電極チップ３２の放電面３３の両端点を、点Ｂ1および点Ｂ2とし、第１の線分ＡＢ1と第２の線分ＡＢ2とが成す角をθ２としたときに、θ２の値を異ならせている。θ２の値は、サンプル７は７０°、サンプル８は８５°、サンプル９は９０°、サンプル１０は１００°とした。

ここで、サンプル７〜１０は、第１および第２の実施形態と同様に、接地電極３０の基部３１の先端面３４に接地電極チップ３２を取り付けたスパークプラグである。そして、第１の線分ＡＢ1の長さと第２の線分ＡＢ2の長さを等しくしつつ、θ２の値を上記値とした。また、サンプル７〜１０は、図５に示す第１の実施形態と同様に、放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見ると、接地電極３０の幅方向（放電面３３の短手方向）における放電面３３の両側全てに、先端面３４が存在する形状となっている。なお、接地電極チップ３２および中心電極チップ２７の大きさ（形状）は、サンプル１〜６と同様とした。また、サンプル７〜１０のいずれも、火花ギャップ（製造時における放電面３３と中心電極チップ２７との最短距離）は０．８ｍｍとした。

このようなサンプル７〜１０のスパークプラグの各々を用いて点火の動作を行ない、点火動作後の火花ギャップの大きさをピンゲージを用いて測定した。点火の動作を行なう際の条件は、サンプル１〜６で記載した条件と同じである。

図１４に示すように、θ２が大きいほど、火花ギャップの増加が抑えられた。これは、θ２が大きいほど接地電極チップ３２の放電面３３が大きくなるため、より広い範囲で分散して火花消耗が進行し得るため、火花ギャップの増加が抑えられたと考えられる。

図１５は、上記サンプル７〜１０のスパークプラグについて、混合気の着火性を調べた結果を示す説明図である。着火性は、リーンリミット法による計測値を求めることにより調べた。「リーンリミット法による計測値」とは、混合気における空気に対する燃料の希釈の度合いを増大させたときに、混合気の点火が不可能となる空燃比の限界値として求められる値である。以後、この値を「限界空燃比」と呼ぶ。なお、「空燃比」とは、混合気における空気の質量を燃料の質量で除した値（Ａ／Ｆ）である。限界空燃比は、その値が高いほど、スパークプラグによる混合気の着火性が向上していることを示している。図１５は、各々のサンプルの限界空燃比を示している。

具体的には、限界空燃比は、サンプル７〜１０のスパークプラグの各々をエンジンに取り付けて点火の動作を行ないつつ空燃比（Ａ／Ｆ）を変化させ、エンジンのトルクに基づいて失火の有無を判断し、失火率が１０％以上になるときの空燃比の値を求めた。なお、この試験では、排気量が１５００ｃｃの自動車用の内燃機関に適用される燃焼室を設定した。限界空燃比を求めた際の条件は、以下の通りである。
エンジン：１．５Ｌ ＤＯＨＣ ４Ｖａｌｖｅ、
エンジン回転数：１６００ｒｐｍ、
正味平均有効圧力（ＮＭＥＰ）：３４０ｋＰａ、
点火時期：Ｉｇｔ６０°ＢＴＤＣ。

図１５に示すように、θ２が大きいほど失火が起こりやすい傾向が認められた。これは、θ２が大きいほど、中心電極チップ２７の先端面２８の上方（軸線Ｏ方向の先端側）が接地電極３０によって覆われる程度が大きくなり、火炎の成長が抑えられるためと考えられる。

上記した図１４および図１５の結果より、火花消耗（火花ギャップの増加の程度）および着火性のバランスの観点から、θ２は、８５°〜９０°とすることが望ましいといえる。

［サンプル１１〜１３］
図１６は、サンプル１１〜１３のスパークプラグについて、火花消耗の程度を調べた結果を示す説明図である。ここで、サンプル１１は、図２〜図５に示した第１の実施形態と同様の形状を有するスパークプラグである。サンプル１２は、図６および図７に示した第２の実施形態と同様の形状を有するスパークプラグである。サンプル１３は、図１０に示した第３の実施形態と同様の形状を有するスパークプラグである。なお、接地電極チップ３２および中心電極チップ２７の大きさ（形状）は、サンプル１〜６と同様とした。また、サンプル１１〜１３のいずれも、火花ギャップ（製造時における放電面３３と中心電極チップ２７との最短距離）は０．８ｍｍとした。

このようなサンプル１１〜１３のスパークプラグの各々を用いて点火の動作を行ない、点火動作後の火花ギャップの大きさをピンゲージを用いて測定した。点火の動作を行なう際の条件は、サンプル１〜６で記載した条件と同じである。

図１６に示すように、サンプル１１が最も火花ギャップの増加が抑えられた。また、サンプル１３が、最も火花ギャップが増加した。すなわち、接地電極チップ３２の放電面３３に垂直な方向から放電面３３を見たときに、接地電極３０の幅方向における放電面３３の両側において先端面３４が存在する程度が大きいほど、火花ギャップの増加が抑えられることが確認された。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
６…リング部材
８…板パッキン
９…タルク
１０…絶縁碍子
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…碍子段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０…中心電極
２１…電極母材
２５…芯材
２７…中心電極チップ
２８…先端面
３０…接地電極
３１…基部
３１ｂ…屈曲部
３２…接地電極チップ
３３…放電面
３４…先端面
３５…側面
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５３…加締部
５４…シール部
５６…金具内段部
５７…先端面
５８…圧縮変形部
１００…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる中心電極と、
   前記中心電極の先端部が露出するように前記中心電極の外周に配置された絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に配置された主体金具と、
   一端部が前記主体金具に接合され、他端部に貴金属チップを有する接地電極と、を備え、
   前記中心電極の先端部と前記貴金属チップの放電面との間に間隙が形成されるスパークプラグにおいて、
   前記放電面の中心を通り、前記軸線を含む断面にて、
   前記中心電極の先端面と前記貴金属チップの放電面とが成す角のうち鋭角のものをθ１とし、
   前記中心電極の先端面のうち、前記貴金属チップに最も近い点を点Ａとし、
   前記放電面の両端点を、点Ｂ1および点Ｂ2とし、
   前記点Ａと前記点Ｂ1とを結んだ線分を第１の線分とし、
   前記点Ａと前記点Ｂ2とを結んだ線分を第２の線分とし、
   前記第１の線分と前記第２の線分とが成す角をθ２としたときに、
   ３５°≦θ１≦５５°、
   ８５°≦θ２≦９０°、且つ、
   前記第１の線分の長さと前記第２の線分の長さの差は、前記第１の線分と前記第２の線分のうちの長い方の線分の長さの１０％以下であることを特徴とする
   スパークプラグ。
2. 請求項１記載のスパークプラグであって、
   前記接地電極は、前記中心電極に向けて屈曲された屈曲部を有することを特徴とする
   スパークプラグ。
3. 請求項２に記載のスパークプラグであって、
   前記貴金属チップは、前記他端部の先端面に配置されていることを特徴とする
   スパークプラグ。
4. 請求項３に記載のスパークプラグであって、
   前記放電面に垂直な方向から該放電面を見たときに、該放電面の外周の少なくとも一部に前記接地電極の前記先端面が存在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であって、
   前記放電面に垂直な方向から該放電面を見たときに、前記接地電極の幅方向における前記放電面の両側の少なくとも一部に前記接地電極の前記先端面が存在することを特徴とする
   スパークプラグ。
6. 請求項５に記載のスパークプラグであって、
   前記放電面に垂直な方向から該放電面を見たときに、前記接地電極の幅方向における前記放電面の両側全てに前記接地電極の前記先端面が存在することを特徴とする
   スパークプラグ。

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