JP5816126B2

JP5816126B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP5816126B2
Application number: JP2012095417A
Authority: JP
Inventors: 雄也田中
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: JP2013222676A

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。

スパークプラグは、内燃機関（エンジン）等に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられる。一般的にスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に挿通される中心電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端部に固定される接地電極とを備える。接地電極は、自身の略中間部分に設けられた屈曲部において、自身の先端部が中心電極の先端部と対向するように曲げ返されており、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間には間隙が形成される。そして、前記間隙に高電圧が印加され、火花放電が生じることで、混合気への着火がなされるようになっている。

ところで、接地電極が前記間隙と燃料噴射装置との間に位置するようにして、スパークプラグが内燃機関等に取付けられた場合には、間隙に対する混合気の流入が接地電極により阻害されてしまい、着火性の低下を招いてしまうおそれがある。そこで、接地電極を幅狭（小径）とする、つまり、接地電極の断面積を比較的小さなものとすることが考えられる。これにより、仮に接地電極が前記間隙と燃料噴射装置との間に配置された場合であっても、着火性の低下を極力抑えることができる。

しかしながら、接地電極を幅狭（小径）とした場合には、図１２に示すように、前記間隙の気流により火花放電ＳＰが吹き流されたときに、接地電極５７の表面を這った火花放電ＳＰの移動可能量が少なくなってしまう。従って、火花放電が比較的早期に吹き消えてしまい、すなわち、混合気に対する着火機会が減少してしまい、その結果、失火を招きやすくなってしまうおそれがある。そこで、上述した着火性の低下抑制効果を維持しつつ、吹き消えによる失火を防止するために、接地電極のうち前記間隙に対応する部位を幅狭としつつ、接地電極のうち前記間隙を形成する部位の幅を増大させることが考えられる（例えば、特許文献１等参照）。当該手法によれば、火花放電が吹き流された際における接地電極の表面を這った火花放電の移動可能量を増大させることができ、火花放電をより長期間に亘って維持することができる。

特開平１０−２２３３５１号公報

しかしながら、接地電極のうち前記間隙に対応する部位を幅狭（小径）としつつ、接地電極のうち前記間隙を形成する部位の幅を増大させた場合には、振動に伴い接地電極に応力が加えられた際に、接地電極のうち特に幅狭とされた部位で折損が生じてしまうおそれがある。特に、近年の高出力、高圧縮エンジンにおいては、発生する振動が激しいため、接地電極の折損がより懸念される。

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、接地電極の配置位置の相違に伴う着火性の低下を極力抑制できるとともに、吹き消えによる失火を効果的に抑制でき、さらには、接地電極の折損をより確実に防止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筒状の絶縁体と、
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るとともに、屈曲部にて前記中心電極側へと曲げられ、前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極とを備えたスパークプラグであって、
前記接地電極は、
その中心軸に沿った全域に亘って、前記中心軸と直交する断面における断面積が１．７７ｍｍ²以下とされるとともに、
前記中心電極の先端面よりも前記軸線方向先端側かつ前記接地電極のうち前記先端面と対向する面よりも前記軸線方向後端側の部分、及び、前記屈曲部を含む基部と、
前記基部の先端部の延出方向に沿って前記基部の先端から延び、前記基部よりも幅広の幅広部とを有し、
前記間隙は、前記中心電極の先端面と前記幅広部のうち前記中心電極の先端面と対向する面との間に形成されるとともに、前記間隙の大きさが１．３０ｍｍ以下とされ、
前記軸線方向先端側から見たときに、前記幅広部のうち前記間隙を形成する部位に対応する前記接地電極の中心軸方向に沿った範囲内において、前記幅広部の幅方向両端縁のうち少なくとも一端縁は、前記中心電極の先端面よりも外周側に位置するとともに、前記幅広部の幅方向に沿った前記一端縁から前記中心電極の先端面外周までの距離ｆが０．３０ｍｍ以上とされ、
前記幅広部のうち前記間隙を形成する部位に対応する前記接地電極の中心軸方向に沿った範囲内において、前記幅広部の幅ｃが２．６ｍｍ以下とされることを特徴とする。

上記構成１によれば、中心電極の先端面よりも先端側かつ接地電極のうち中心電極の先端面と対向する面よりも後端側の部分（つまり、前記間隙に対応する部分）を含む基部の断面積が１．７７ｍｍ²以下とされている。そのため、接地電極が仮に前記間隙と燃料噴射装置との間に配置された場合であっても、前記間隙に対して基部を回り込んで混合気が流入しやすくなる。従って、接地電極の配置位置の相違に伴う着火性の低下を極力抑制することができる。

加えて、上記構成１によれば、間隙の大きさが１．３０ｍｍ以下とされているため、生成される火花放電が比較的短くなり、気流が火花放電に対して当たりにくくなる。そのため、火花放電の吹き流れが生じにくくなる。さらに、上記構成１によれば、基部よりも幅広に形成されるとともに、前記距離ｆが０．３０ｍｍ以上とされた幅広部が設けられ、当該幅広部と中心電極の先端面との間に前記間隙が形成されている。従って、火花放電が吹き流された際における接地電極の表面を這った火花放電の移動可能量を増大させることができ、火花放電をより長期間に亘って維持することができる。その結果、吹き消えによる失火を効果的に抑制することができ、上述した着火性の低下抑制効果と相俟って、優れた着火性を実現することができる。

さらに、上記構成１によれば、接地電極は、その中心軸に沿った全域に亘って断面積が１．７７ｍｍ²以下とされており、幅広部を設けながらも、当該幅広部の重量が比較的小さなものとなるように構成されている。従って、振動が加えられた際において、基部に加わる応力を低減させることができ、基部（特に屈曲部）の折損をより確実に防止することができる。

また、幅広部は、その幅ｃが２．６ｍｍ以下とされているため、その断面積が１．７７ｍｍ²以下であっても、十分な厚みを有することとなる。従って、基部及び幅広部の連接部における機械的強度を十分に確保することができ、振動が加えられたときにおいて、前記連接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。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記接地電極は、前記幅広部の幅方向に沿って前記中心電極の先端面と対向する部位から外れた部位に、前記中心電極との間における最短距離が前記間隙の大きさよりも大きくなる突部を有することを特徴とする。

上記構成２によれば、接地電極のうち、中心電極の先端面と対向する部位から外れた部位には、中心電極との間における最短距離が前記間隙の大きさよりも大きくなる突部が設けられている。従って、突部と中心電極との間よりも前記間隙にて火花放電が生じやすくなり、前記間隙にて生じた火花放電が吹き流された際には、火花放電が突部に接触することで、火花放電のそれ以上の吹き流れを防止することができる。これにより、火花放電を一層長期間に亘って維持することができ、吹き消えによる失火抑制効果をより高めることができる。その結果、着火性を一層向上させることができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成２において、前記突部は、前記幅広部の少なくとも幅方向一端側において、前記接地電極の中心軸に沿った前記幅広部の全域に亘って設けられることを特徴とする。

上記構成３によれば、突部は、幅広部の少なくとも幅方向一端側において、接地電極の中心軸に沿った幅広部の全域に亘って形成されている。従って、火花放電が吹き流された際に、突部に対して火花放電がより確実に接触することとなる。その結果、吹き消えによる失火を一層効果的に抑制することができ、着火性の更なる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２において、前記突部は、前記幅広部の幅方向両端側において、前記接地電極の中心軸に沿った前記幅広部の全域に亘って設けられることを特徴とする。

上記構成４によれば、突部は、幅広部の幅方向両端側において、接地電極の中心軸に沿った幅広部の全域に亘って形成されている。従って、気流の向き（火花放電の吹き流れ方向）の相違に関わらず、火花放電が吹き流されたときに、火花放電を突部に対してより確実に接触させることができる。その結果、吹き消えによる失火抑制効果を顕著に向上させることができ、着火性を飛躍的に高めることができる。

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拡大正面図である。スパークプラグの先端部の構成を示す拡大底面図である。スパークプラグの先端部の構成を示す拡大側面図である。（ａ）は、スパークプラグの先端部の別例を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、スパークプラグの先端部の別例を示す拡大側面図である。（ａ）は、スパークプラグの先端部の別例を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、スパークプラグの先端部の別例を示す拡大側面図である。スパークプラグの先端部の別例を示す拡大側面図である。スパークプラグの先端部の別例を示す拡大側面図である。接地電極中間体を示す斜視図である。（ａ）は、第１の型を示す斜視図であり、（ｂ）は、第２の型を示す斜視図である。（ａ），（ｂ）は、幅広部の形成工程における第１の型等を示す断面模式図である。従来技術における火花放電の吹き消えを説明するためのスパークプラグの先端部の拡大側面図である。

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、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。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、純ニッケル（Ｎｉ）等〕からなる内層５Ａと、Ｎｉを主成分とする合金からなる外層５Ｂとを備えている。また、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。さらに、中心電極５は、その先端部に貴金属合金等からなる円柱状のチップ３１を備えている。

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、その先端部外周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、前記段部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、図２及び図３に示すように、主体金具３の先端部２６には、Ｎｉ合金等により形成され、屈曲部２７Ｂにて中心電極５側へと曲げられた接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、主体金具３に固定され、中心電極５の先端面５Ｆよりも軸線ＣＬ１方向先端側かつ接地電極２７のうち前記先端面５Ｆと対向する面よりも軸線ＣＬ１方向後端側の部分（図２中、斜線を付した部分であり、後述する間隙３３に対応する部分）、及び、前記屈曲部２７Ｂを含む基部２８と、当該基部２８の先端部の延出方向に沿って基部２８の先端から延びる幅広部２９とを備えている。

基部２８は、主体金具３に固定され軸線ＣＬ１方向に沿って延びる直線状の部位と、当該部位に対して一端部が連接された前記屈曲部２７Ｂと、屈曲部２７Ｂの他端部に連接され軸線ＣＬ１と直交する方向に延びる直線状の部位とを備えている。また、基部２８は、その幅ａ及びその厚さｂがそれぞれ小さなもの（例えば、それぞれ１．５ｍｍ以下）とされている。尚、本実施形態において、基部２８は、断面円形状をなしており、その外形が比較的小径（例えば、φ１．５ｍｍ以下）とされている。

幅広部２９は、断面矩形状をなし、基部２８の幅よりも幅広に形成されている。そして、中心電極５の先端面５Ｆと幅広部２９のうち前記先端面５Ｆと対向する面との間には間隙３３が形成されており、当該間隙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、前記間隙３３の大きさＧ（幅広部２９及び前記先端面５Ｆ間の最短距離）が１．３０ｍｍ以下とされており、火花放電に必要な電圧の過大が抑制されている。また、本実施形態において、幅広部２９は、その厚さｄが所定値（例えば、０．５０ｍｍ）以上とされており、その長さｅが中心電極５の先端面５Ｆの外径以上とされている。

加えて、本実施形態において、接地電極２７は、その中心軸ＣＬ２に沿った全域に亘って、前記中心軸ＣＬ２と直交する断面における断面積が１．７７ｍｍ²以下とされている。すなわち、基部２８及び幅広部２９の双方において、これらの断面積が１．７７ｍｍ²以下とされている。基部２８の断面積が１．７７ｍｍ²以下とされることで、間隙３３と燃焼噴射装置との間に接地電極２７が配置されてしまった場合であっても、混合気が接地電極２７（基部２８）を回り込んで間隙３３へとスムーズに流入するようになっている。尚、十分な耐折損性を確保すべく、接地電極２７の断面積を所定値（例えば、１．３３ｍｍ²）以上とすることが好ましい。

さらに、図３に示すように、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときに、幅広部２９のうち間隙３３を形成する部位に対応する前記中心軸ＣＬ２方向に沿った範囲（図３中、散点模様を付した部位）内において、幅広部２９の幅方向両端縁２９Ｅ１，２９Ｅ２のうち少なくとも一方（本実施形態では、端縁２９Ｅ１，２９Ｅ２の双方）が、幅広部２９の幅方向に沿って基部２８の側面から張り出すように構成されており、中心電極５の先端面５Ｆよりも外周側に位置している。そして、図３及び図４に示すように、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときにおいて、幅広部２９の幅方向に沿った前記端縁２９Ｅ１，２９Ｅ２から中心電極５の先端面５Ｆ外周までの距離ｆ１，ｆ２がそれぞれ０．３０ｍｍ以上とされている。すなわち、幅広部２９のうち間隙３３に対応する部位は、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときに、自身の幅方向に沿って、中心電極５の先端面５Ｆ外周よりも０．３ｍｍ以上張り出すように構成されている。加えて、本実施形態では、距離ｆ１及び距離ｆ２がそれぞれ等しいものとされており、幅広部２９の幅方向中心に中心電極５の先端面５Ｆ中心が対向するように構成されている。

尚、図５（ａ），（ｂ）に示すように、幅広部２９のうち間隙３３を形成する部位に対応する前記中心軸ＣＬ２方向に沿った範囲〔図５（ａ）中、散点模様を付した部位〕内において、幅広部２９の幅方向両端縁２９Ｅ１，２９Ｅ２のうち一方側の端縁（例えば、端縁２９Ｅ１）のみが、幅広部２９の幅方向に沿って基部２８の側面から張り出すように構成してもよい。この場合には、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときにおいて、幅広部２９の幅方向に沿った前記端縁２９Ｅ１から中心電極５の先端面５Ｆ外周までの距離ｆ１が０．３０ｍｍ以上とされる。

図４に戻り、本実施形態では、幅広部２９のうち前記間隙３３を形成する部位に対応する接地電極２７の中心軸ＣＬ２方向に沿った範囲内において、幅広部２９の幅ｃが２．６ｍｍ以下とされている。

また、本実施形態において、接地電極２７は、幅広部２９の幅方向に沿って中心電極５の先端面５Ｆと対向する部位から外れた部位に、中心電極５との間における最短距離ｇが前記間隙３３の大きさＧよりも大きくなる突部２７Ｐ１，２７Ｐ２を有している。突部２７Ｐ１，２７Ｐ２は、幅広部２９の幅方向両端側に形成されており、図２に示すように、前記中心軸ＣＬ２に沿った幅広部２９の全域に亘って設けられている。

尚、図５に示すように、突部２７Ｐ１，２７Ｐ２のうちの一方を、幅広部２９の幅方向一端側にのみ設けることとしてもよい。また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、突部２７Ｐ３を、前記中心軸ＣＬ２に沿った幅広部２９の全域に亘って形成することなく、前記中心軸ＣＬ２に沿った幅広部２９の一部にのみ設けることとしてもよい。さらに、図７及び図８に示すように、突部を設けることなく構成し、幅広部２９のうち中心電極５側の面を平坦状に形成してもよい。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。

まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えば、鉄系素材やステンレス素材）に対して冷間鍛造加工等により概形を形成するとともに、貫通孔を形成する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

また、主体金具中間体とは別に接地電極２７となる接地電極中間体３７を製造しておく。より詳しくは、まず、Ｎｉ合金に対して冷間鍛造加工（伸線加工）を施すことで、前記合金を徐々に細くしていく。そして、十分に細くされた段階で合金を所定長さに切断することにより、図９に示すように、円柱状の接地電極中間体３７が得られる。尚、接地電極中間体３７は、その長手方向に沿って一定の断面積を有し、その断面積が１．７７ｍｍ²以下とされている。

続いて、得られた接地電極中間体３７が、主体金具中間体の先端面に抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極中間体３７の溶接された主体金具３が得られる。

次いで、接地電極中間体３７の溶接された主体金具３に、亜鉛メッキ或いはＮｉメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用いて、成形用素地造粒物を調製するとともに、当該成形用素地造粒物を用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され整形されるとともに、整形されたものが焼成炉で焼成されることにより、絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したＮｉ合金に鍛造加工を施すとともに、鍛造加工後の前記Ｎｉ合金の先端部にチップ３１をレーザー溶接等により接合することで、中心電極５を製造する。

次に、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９は、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されたものが、抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱されることで焼成される。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極中間体３７を備える主体金具３とが固定される。より詳しくは、主体金具３に絶縁碍子２を挿通した上で、比較的薄肉に形成された主体金具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絶縁碍子２と主体金具３とが固定される。

次いで、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、前記幅広部２９と同一の幅及び同一の長さを有し、前記突部２７Ｐ１，２７Ｐ２に対応する凹み部４１Ｄ１，４１Ｄ２が形成されてなる凹部４１Ａを有する第１の型４１と、断面矩形状をなすとともに、前記凹部４１Ａに挿通可能な棒状の第２の型４２とを用いて、接地電極中間体３７の先端部に塑性加工を施す。より詳しくは、図１１（ａ）に示すように、第１の型４１の凹部４１Ａに接地電極中間体３７の先端部を配置した上で、図１１（ｂ）に示すように、第２の型４２を凹部４１Ａに挿通し、第２の型４２により接地電極中間体３７の先端部をプレスする。これにより、接地電極中間体３７の先端部が凹部４１Ａに倣って変形し、幅広部２９や突部２７Ｐ１，２７Ｐ２が形成されてなる接地電極２７が得られる。

その後、接地電極２７を中心電極５側に屈曲させるとともに、中心電極５及び接地電極２７間に形成された間隙３３の大きさを調整することにより上述したスパークプラグ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、基部２８の断面積が１．７７ｍｍ²以下とされているため、接地電極２７が仮に間隙３３と燃料噴射装置との間に配置された場合であっても、間隙３３に対して接地電極２７（基部２８）を回り込んで混合気が流入しやすくなる。従って、接地電極２７の配置位置の相違に伴う着火性の低下を極力抑制することができる。

加えて、本実施形態では、間隙３３の大きさＧが１．３０ｍｍ以下とされているため、生成される火花放電が比較的短くなり、気流が火花放電に対して当たりにくくなる。そのため、火花放電の吹き流れが生じにくくなる。さらに、基部２８よりも幅広に形成されるとともに、前記距離ｆ１，ｆ２が０．３０ｍｍ以上とされた幅広部２９が設けられ、当該幅広部２９と中心電極５の先端面５Ｆとの間に間隙３３が形成されている。従って、火花放電が吹き流された際における接地電極２７の表面を這った火花放電の移動可能量を増大させることができ、火花放電をより長期間に亘って維持することができる。その結果、吹き消えによる失火を効果的に抑制することができ、上述した着火性の低下抑制効果と相俟って、優れた着火性を実現することができる。

さらに、接地電極２７は、その中心軸ＣＬ２に沿った全域に亘って断面積が１．７７ｍｍ²以下とされており、幅広部２９を設けながらも、当該幅広部２９の重量が比較的小さなものとなるように構成されている。従って、振動が加えられた際において、基部２８に加わる応力を低減させることができ、基部２８（特に屈曲部２７Ｂ）の折損をより確実に防止することができる。

また、幅広部２９は、その幅ｃが２．６ｍｍ以下とされているため、その断面積が１．７７ｍｍ²以下であっても、十分な厚みを有することとなる。従って、基部２８及び幅広部２９の連接部における機械的強度を十分に確保することができ、振動が加えられた際において、前記連接部における接地電極２７の折損をより確実に防止することができる。

加えて、本実施形態では、接地電極２７のうち、中心電極５の先端面５Ｆと対向する部位から外れた部位には、中心電極５との間における最短距離ｇが間隙３３の大きさＧよりも大きくなる突部２７Ｐ１，２７Ｐ２が設けられている。従って、突部２７Ｐ１，２７Ｐ２と中心電極５との間よりも前記間隙３３にて火花放電が生じやすくなり、間隙３３にて生じた火花放電が吹き流された際には、火花放電が突部２７Ｐ１，２７Ｐ２に接触することで、火花放電のそれ以上の吹き流れを防止することができる。これにより、火花放電を一層長期間に亘って維持することができ、吹き消えによる失火抑制効果をより高めることができる。その結果、着火性を一層向上させることができる。

特に本実施形態では、突部２７Ｐ１，２７Ｐ２は、幅広部２９の幅方向両端側において、接地電極２７の中心軸ＣＬ２に沿った幅広部２９の全域に亘って形成されている。従って、気流の向き（火花放電の吹き流れ方向）の相違に関わらず、火花放電が吹き流されたときに、火花放電を突部２７Ｐ１，２７Ｐ２に対してより確実に接触させることができる。その結果、吹き消えによる失火抑制効果を顕著に向上させることができ、着火性を飛躍的に高めることができる。

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、基部の幅ａ、基部の厚さｂ、幅広部の幅ｃ、幅広部の厚さｄ、幅広部の長さｅ、前記距離ｆ１，ｆ２（中心電極の先端面外周に対する幅広部の張り出し量）、基部の断面積、及び、幅広部の断面積を種々変更した接地電極を有してなる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、耐吹き消え評価試験、耐折損性評価試験、及び、着火性評価試験を行った。

耐吹き消え評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを、排気量１．８Ｌの４気筒ターボチャージャー付きエンジンに取付け、過給圧を１．４ｍｂａｒとして、エンジンを全開状態（回転数４５００ｒｐｍ）で動作させた。そして、１分間における、吹き消えによるエンジンの失火回数を計測した。ここで、前記失火回数が１０回未満となったサンプルは、吹き消えによる失火の抑制効果に優れるとして「○」の評価を下し、一方で、前記失火回数が１０回以上となったサンプルは、吹き消えによる失火が比較的生じやすいとして「×」の評価を下すこととした。

また、耐折損性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを上述のエンジンに取付けた上で、過給圧を２．１ｍｂａｒとして、エンジンを全開状態（回転数２５００ｒｐｍ）で１００時間に亘って動作させた。そして、１００時間経過後に、接地電極において折損が生じているか否かを確認した。ここで、接地電極に折損が生じていなかったサンプルは、優れた耐折損性を有するとして「○」の評価を下し、一方で、接地電極に折損が生じていたサンプルは、耐折損性に劣るとして「×」の評価を下すこととした。

加えて、着火性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを前記エンジンに対して、燃料噴射口及び間隙の間に接地電極が位置しないように取付けた上で、エンジンをアイドリング状態で動作させつつ、空燃比を徐々に減少させながら、放電１０００回中に１０回の失火が発生したときの空燃比（限界空燃比）を測定した。さらに、サンプルを前記エンジンに対して、燃料噴射口及び間隙の間に接地電極が位置するように取付けた上で、前記限界空燃比を測定した。そして、両ケースにおける限界空燃比の差を算出した。ここで、限界空燃比の差が所定値（３．０）以上となった場合には、接地電極の配置位置の相違により着火性が低下しやすいとして「×」の評価を下し、一方で、限界空燃比の差が所定値（３．０）未満となった場合には、接地電極の配置位置の相違による着火性の低下が生じにくいとして「○」の評価を下すこととした。

表１〜表４に、耐吹き消え評価試験、耐折損性評価試験、及び、着火性評価試験の試験結果をそれぞれ示す。尚、サンプルＡ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、接地電極がその中心軸に沿って一定の断面形状を有するように構成し、サンプルＡは、断面矩形状とし、サンプルＢ１〜Ｂ４は、断面円形状とした。一方で、その他のサンプルは、基部及び幅広部を有し、基部を断面円形状（すなわち、幅ａ及び厚さｂが等しくなる）とし、幅広部を断面矩形状とした。また、接地電極には、突部を形成することなく、中心電極側の面が平坦状となるように構成した。さらに、サンプル１〜２４，３１〜５２，６１〜８０は、幅広部の幅方向両端縁が、自身の幅方向に沿って基部の側面よりも張り出すように構成した（すなわち、図７と同様の構成とした）。一方で、サンプル２５，２６，５３，５４，８１，８２は、幅広部の幅方向一端縁のみが基部の側面よりも張り出すように構成した（すなわち、図８と同様の構成とした）。尚、距離ｆ１，ｆ２がマイナスとあるのは、軸線方向先端側から見たときに、幅広部の幅方向端縁が中心電極の先端面外周よりも軸線側に位置し、距離ｆ１，ｆ２がプラスとあるのは、軸線方向先端側から見たときに、幅広部の幅方向端縁が中心電極の先端面外周よりも外周側に位置することを示す。

尚、各サンプルともに、間隙の大きさＧを０．７ｍｍとした。

表１〜表４に示すように、基部の断面積を１．７７ｍｍ²超としたサンプル（サンプルＡ，Ｂ４，９１〜９９）は、基部の断面積に対して幅広部の断面積を過度に大きくしない限り、接地電極の折損は生じなかったが、着火性に劣ることが分かった。これは、基部の幅が比較的大きかったため、接地電極の存在によって間隙に対して混合気が流入しにくくなってしまったことによると考えられる。

また、基部の断面積を１．７７ｍｍ²以下としたサンプル（サンプルＢ１〜Ｂ３，１〜２６，３１〜５４，６１〜８２）は、優れた着火性を有していたが、幅広部の厚さｄを基部の厚さｂと略同一とするとともに、幅広部の幅ｃを基部の幅ａよりも大きくし、幅広部の断面積を基部の断面積よりも大きくしたサンプル（サンプル１〜１２，３１〜４１，６１〜７０）は、吹き消えによる失火の抑制効果及び耐折損性の少なくとも一方に劣ることが分かった。これは、次の（１）及び（２）が要因であると考えられる。
（１）幅広部の幅ｃひいては距離ｆ１，ｆ２を大きくした場合には、吹き消えによる失火を抑制できたものの、幅広部の断面積（重量）が増大したため、振動が加わった際に基部に加わる応力が大きくなってしまったこと。
（２）幅広部の幅ｃひいては距離ｆ１，ｆ２を比較的小さくした場合には、幅広部の断面積（重量）が減少したため、耐折損性は向上したものの、吹き消えによる失火を抑制する効果が弱まってしまったこと。

さらに、幅広部の断面積を基部の断面積以下とし、幅広部の重量低減を図ったサンプル（サンプル１３〜２６，４２〜５４，７１〜８２）のうち、幅広部の幅ｃを２．６ｍｍ超としたサンプル（サンプル１３，１４，４２，４３，７１，７２）は、接地電極のうち、特に基部及び幅広部の連接部において折損が生じてやすくなってしまうことが分かった。これには、幅広部の厚さｄが過度に小さくなってしまったため、接地電極の厚さ方向に沿った応力に対して、前記連接部の機械的強度が不十分となってしまったことに起因すると考えられる。

併せて、幅広部の断面積を基部の断面積以下としたサンプルのうち、距離ｆ１，ｆ２を０．１０ｍｍ未満としたサンプル（サンプル２１〜２４，５０〜５２，７９，８０）は、吹き消えによる失火が生じやすいことが確認された。これは、火花が吹き流れたときにおいて、幅広部の表面を這った火花放電の移動可能量が小さかったため、火花放電の維持時間が短くなってしまったことによると考えられる。

これに対して、幅広部の断面積を基部の断面積以下とするとともに、基部の幅ｃを２．６ｍｍ以下とし、かつ、距離ｆ１，ｆ２を０．１５ｍｍ以上としたサンプル（サンプル１５〜２０，２５，２６，４４〜４９，５３，５４，７３〜７８，８１，８２）は、吹き消えによる失火が生じにくく、かつ、接地電極の耐折損性に優れることが明らかとなった。

次いで、幅広部の幅方向両端縁が、自身の幅方向に沿って基部の側面から均等に張り出すように構成する（すなわち、距離ｆ１，ｆ２が等しくなるように構成する）とともに、間隙の大きさＧ、及び、距離ｆ１，ｆ２を種々変更したスパークプラグのサンプルと、幅広部の幅方向一端縁のみが基部の側面から張り出すように構成するとともに、間隙の大きさＧ、及び、距離ｆ１を種々変更したスパークプラグのサンプルとを作製し、各サンプルについて、上述の耐吹き消え評価試験を行った。表５に、幅広部の幅方向両端縁が基部の側面から張り出すサンプルの試験結果を示し、表６に、幅広部の一端縁が基部の側面から張り出すサンプルの試験結果を示す。尚、表５及び表６における回数は、火花の吹き消えによる失火回数を示し、「×」とあるのは、前記失火回数が１０回以上となったことを示す。

表５及び表６に示すように、間隙の大きさＧを１．３０ｍｍ以下とするとともに、距離ｆ１，ｆ２を０．３０ｍｍ以上とすることで、吹き消えによる失火を効果的に抑制できることが分かった。これは、次の（３）及び（４）に起因すると考えられる。
（３）間隙の大きさＧを１．３０ｍｍ以下としたことで、生成される火花放電が比較的短くなったため、気流が火花放電に当たりにくくなり、火花放電の吹き流れが生じにくくなったこと。
（４）距離ｆ１，ｆ２を０．３０ｍｍ以上としたことで、火花が吹き流れたときに、火花放電が幅広部を這って比較的大きな距離を移動可能となったため、火花の維持される時間が長くなり、混合気への着火機会が増加したこと。

上記試験の結果より、接地電極の配置位置の相違に伴う着火性の低下抑制、及び、耐折損性の向上を実現しつつ、吹き消えによる失火をより確実に防止するという観点から、接地電極をその中心軸に沿った全域において断面積が１．７７ｍｍ²以下となるように構成するとともに、間隙の大きさＧを１．３０ｍｍ以下とし、距離ｆ１，ｆ２を０．３０ｍｍ以上とし、かつ、幅広部の幅ｃを２．６ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

次いで、間隙の大きさＧ、及び、接地電極の形状を種々変更したスパークプラグのサンプルＣ〜Ｈを作製し、各サンプルについて、エンジン回転数を６５００ｒｐｍとして（つまり、吹き消えによる失火が一層生じやすい条件で）上述の耐吹き消え評価試験を行った。表７に、当該試験の試験結果を示す。尚、表５及び表６と同様に、表７における回数は、火花の吹き消えによる失火回数を示し、「×」とあるのは、前記失火回数が１０回以上となったことを示す。

加えて、サンプルＣ〜Ｈは、それぞれ次のように構成した。すなわち、サンプルＣは、比較例に相当するものであり、接地電極をその中心軸に沿った全域において断面円形状とした。また、サンプルＤ〜Ｈは、それぞれ実施例に相当するものであり、サンプルＤは、幅広部の幅方向一端縁のみが基部の側面から張り出すように構成し、幅広部の中心電極側の面を平坦状とした（すなわち、図８と同様の構成とした）。さらに、サンプルＥは、幅広部の幅方向両端縁が基部の側面から張り出すよう構成し、幅広部の中心電極側の面を平坦状とした（すなわち、図７と同様の構成とした）。加えて、サンプルＦは、幅広部の幅方向一端縁のみが基部の側面から張り出すように構成し、突部を接地電極の中心軸に沿った幅広部の一部にのみ設けた（すなわち、図６と同様の構成とした）。併せて、サンプルＧは、幅広部の幅方向一端縁のみが基部の側面から張り出すように構成し、突部を接地電極の中心軸に沿った幅広部の全域に亘って設けた（すなわち、図５と同様の構成とした）。また、サンプルＨは、幅広部の幅方向両端縁が基部の側面から張り出すよう構成し、幅広部の両端側に、接地電極の中心軸に沿った幅広部の全域に亘って突部を設けた（すなわち、図２〜４と同様の構成とした）。

さらに、各サンプルともに、接地電極が同一の断面積を有するように構成し、その断面積を１．７７ｍｍ²以下とした。加えて、幅広部を設けたサンプルＤ〜Ｈにおいては、幅広部の幅ｃを２．６ｍｍとし、距離ｆ１，ｆ２を０．５５ｍｍとした。

尚、間隙の大きさＧが大きいほど、火花が吹き流されやすく、吹き消えによる失火が生じやすいといえる。

表７に示すように、突部を設けたサンプル（サンプルＦ，Ｇ，Ｈ）は、吹き消えによる失火が極めて生じやすい条件においても、吹き消えによる失火を十分に抑制できることが分かった。これは、火花が吹き流されたときに、火花放電が突部に接触することで、火花放電のそれ以上の移動が抑制されることとなり、火花の維持される時間がより長期化したためであると考えられる。

さらに、突部を、幅広部の少なくとも幅方向一端側において、接地電極の中心軸に沿った幅広部の全域に亘って設けたサンプル（サンプルＧ，Ｈ）は、吹き消えによる失火の抑制効果にさらに優れることが分かった。これは、突部を幅広部の全域に亘って設けたことで、火花放電が吹き流されたときに、火花放電が突部に対してより接触しやすくなったためであると考えられる。

加えて、突部を、幅広部の幅方向両端側において、幅広部の全域に亘って設けたサンプル（サンプルＨ）は、吹き消えによる失火の抑制効果に極めて優れることが確認された。これは、気流の向き（火花の吹き流れ方向）の相違に関わらず、火花放電が吹き流されたときに、火花放電が突部に対してより確実に接触することとなったためであると考えられる。

上記試験の結果より、吹き消えによる失火をより効果的に抑制するためには、幅広部の幅方向に沿って中心電極の先端面と対向する部位から外れた部位に、中心電極との間における最短距離が間隙の大きさよりも大きくなる突部を設けることが好ましいといえる。

また、吹き消えによる失火の抑制効果を一層向上させるべく、突部を、幅広部の少なくとも幅方向一端側において、接地電極の中心軸に沿った幅広部の全域に亘って設けることがより好ましく、突部を、幅広部の幅方向両端側において、接地電極の中心軸に沿った幅広部の全域に亘って設けることがより一層好ましいといえる。

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）上記実施形態において、中心電極５は、チップ３１を備えているが、チップ３１を設けなくてもよい。

（ｂ）上記実施形態において、基部２８は断面円形状に構成されているが、基部２８を断面多角形状に構成してもよい。

（ｃ）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）。

（ｄ）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
５Ｆ…（中心電極の）先端面
２７…接地電極
２７Ｂ…屈曲部
２７Ｐ１，２７Ｐ２…突部
２８…基部
２９…幅広部
３３…間隙
ＣＬ１…軸線
ＣＬ２…（接地電極の）中心軸

Claims

軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
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るとともに、屈曲部にて前記中心電極側へと曲げられ、前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極とを備えたスパークプラグであって、
前記接地電極は、
その中心軸に沿った全域に亘って、前記中心軸と直交する断面における断面積が１．７７ｍｍ²以下とされるとともに、
前記中心電極の先端面よりも前記軸線方向先端側かつ前記接地電極のうち前記先端面と対向する面よりも前記軸線方向後端側の部分、及び、前記屈曲部を含む基部と、
前記基部の先端部の延出方向に沿って前記基部の先端から延び、前記基部よりも幅広の幅広部とを有し、
前記間隙は、前記中心電極の先端面と前記幅広部のうち前記中心電極の先端面と対向する面との間に形成されるとともに、前記間隙の大きさが１．３０ｍｍ以下とされ、
前記軸線方向先端側から見たときに、前記幅広部のうち前記間隙を形成する部位に対応する前記接地電極の中心軸方向に沿った範囲内において、前記幅広部の幅方向両端縁のうち少なくとも一端縁は、前記中心電極の先端面よりも外周側に位置するとともに、前記幅広部の幅方向に沿った前記一端縁から前記中心電極の先端面外周までの距離ｆが０．３０ｍｍ以上とされ、
前記幅広部のうち前記間隙を形成する部位に対応する前記接地電極の中心軸方向に沿った範囲内において、前記幅広部の幅ｃが２．６ｍｍ以下とされることを特徴とするスパークプラグ。
前記接地電極は、前記幅広部の幅方向に沿って前記中心電極の先端面と対向する部位から外れた部位に、前記中心電極との間における最短距離が前記間隙の大きさよりも大きくなる突部を有することを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
前記突部は、前記幅広部の少なくとも幅方向一端側において、前記接地電極の中心軸に沿った前記幅広部の全域に亘って設けられることを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。
前記突部は、前記幅広部の幅方向両端側において、前記接地電極の中心軸に沿った前記幅広部の全域に亘って設けられることを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。