JP5919214B2 - 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に用いる内燃機関用のスパークプラグに関する。

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スパークプラグとして、軸方向に中心電極と接地電極とを対向させて火花放電ギャップを形成したものがある。かかるスパークプラグは、火花放電ギャップに放電を生じさせ、この放電により、燃焼室内の混合気に着火している。
燃焼室内においては、例えばスワール流やタンブル流といった混合気の気流が形成されており、この気流が火花放電ギャップにおいても適度に流れることにより、着火性を確保することができる。

ところが、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢によっては、ハウジングの先端部に接合された接地電極の一部が、気流における火花放電ギャップの上流側に配置されることがある。この場合、燃焼室内の気流が接地電極によって遮られ、火花放電ギャップ付近の気流が停滞するおそれがある。その結果、スパークプラグの着火性が低下するおそれがある。すなわち、内燃機関への取付姿勢によって、スパークプラグの着火性がばらつくという問題が生じるおそれがある。特に近年、希薄燃焼による内燃機関が多く用いられているが、このような内燃機関においては、スパークプラグの取付姿勢によって、燃焼安定性が低下するおそれがある。

また、内燃機関へのスパークプラグの取付姿勢、すなわちプラグ周方向についての接地電極の位置を制御することは困難である。これは、ハウジングにおける取付用ネジの形成状態や内燃機関への取り付け作業時におけるスパークプラグの締付度合い等によって、取付姿勢が変化してしまうからである。

そこで、特許文献１においては、接地電極が火花放電ギャップの上流側に配された場合においても、気流が火花放電ギャップへ導かれるように、接地電極の側面に傾斜面を設けることが提案されている。すなわち、接地電極の一対の側面のうち少なくとも一方の側面に、中心電極に向かうにしたがい他方の側面側に傾斜する傾斜面を設ける。これにより、コアンダ効果によって、気流が傾斜面に沿って中心電極（火花放電ギャップ）へ向かうことを企図している。

特開２００７−２７３４２１号公報

しかしながら、実際には、コアンダ効果によって曲げることができる気流の角度は小さい。それゆえ、特許文献１に記載の技術によって火花放電ギャップに気流を充分に導くためには、接地電極を極端に細くしなければならない。これは、接地電極の強度等の観点から、現実的な対応策と言い難い。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、筒状のハウジングと、
該ハウジングの内側に保持された筒状の絶縁碍子と、
先端部が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極と、
上記ハウジングの先端部から先端側へ立ち上る立設部と、該立設部から内側へ屈曲すると共に上記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する対向部とからなる接地電極と、
該接地電極とは異なる位置において上記ハウジングの先端部から先端側へ突出すると共に、プラグ周方向において上記立設部側を向いた導風面を有する先端突起部と、を備え、
上記接地電極の上記対向部は、上記中心電極に対向する対向面と、該対向面と反対側の背面と、上記対向面と上記背面とをつなぐ一対の側端面とを有し、
該一対の側端面のうち少なくとも上記先端突起部側の側端面は、上記対向面となす角度が鈍角となるように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にある（請求項１）。

上記スパークプラグは上記先端突起部を有する。これにより、スパークプラグが内燃機関に対してどのような姿勢で取付けられても、火花放電ギャップへ向かう燃焼室内の気流が妨げられることを防ぐことができる。

つまり、例えば、上記接地電極の立設部が火花放電ギャップの上流側に配置された場合において、上流側から接地電極の立設部の脇を通過した気流を上記先端突起部によって、火花放電ギャップへ導くことができる。すなわち、先端突起部が気流のガイドとなり、気流を火花放電ギャップに向かって導くことができる（以下において、この機能を適宜「ガイド機能」という。）。

ただし、燃焼室内における気流には、スパークプラグの先端側から基端側へ向かうベクトルを持つ気流もある。この気流は、接地電極の対向部によって、火花放電ギャップへの導入が妨げられる。そして、この気流は、対向部の両脇を通過することとなる。この気流が火花放電ギャップＧへ近付く方向に流れないと、上述のように、立設部の脇を通過すると共に先端突起部にガイドされて火花放電ギャップへ向かおうとする気流は、対向部の脇を通過する気流に阻害されて、火花放電ギャップに導かれ難くなるおそれがある。

そこで、上記スパークプラグにおいては、接地電極の対向部における先端突起部側の側端面を、上記対向面となす角度が鈍角となるように形成してある。これにより、対向部における先端突起部側の脇を通過する気流の方向を、火花放電ギャップへ近付く方向とすることができる。そのため、上述した先端突起部に導かれて火花放電ギャップへ向かう気流が、対向部の脇を通過する気流に阻害されることを抑制することができる。それゆえ、火花放電ギャップ付近の気流の停滞を防ぐことができる。その結果、上記スパークプラグの安定した着火性を確保できる。

以上のごとく、本発明によれば、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

実施例１における、スパークプラグの先端部の斜視図。 実施例１における、スパークプラグの先端部の正面図。 図２のIII−III線矢視断面図。 実施例１における、接地電極の対向部の断面図。 実施例１における、接地電極の立設部の断面図。 実施例１における、接地電極の立設部が気流の上流側に配された場合のスパークプラグの先端部の側面図。 図６のVII−VII線矢視断面図。 実施例１における、接地電極の立設部が気流の上流側に配された場合のスパークプラグの先端部の正面図。 比較例１における、スパークプラグの先端部の斜視図。 比較例１における、（Ａ）上流側に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図、（Ｂ）気流と直交する位置に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図、（Ｃ）下流側に接地電極の立設部が配されたときの放電の説明図。 比較例１における、放電長さの比較グラフ。 比較例１における、放電長さとＡ／Ｆ限界との関係を示す線図。 比較例２における、接地電極の立設部が気流の上流側に配された場合のスパークプラグの先端部の正面図。 実施例２における、スパークプラグの先端部の正面図。 実施例２における、接地電極の対向部の正面図。 実施例２における、スパークプラグの先端部の側面図。 実施例２における、先端側から見たスパークプラグの先端部の平面図。 比較例３における、スパークプラグの先端部の正面図。 比較例３における、スパークプラグの先端部の側面図。 比較例３における、先端側から見たスパークプラグの先端部の平面図。 比較例４における、スパークプラグの先端部の正面図。 比較例４における、接地電極の対向部の正面図。 比較例４における、先端側から見たスパークプラグの先端部の平面図。 比較例５における、スパークプラグの先端部の正面図。 実験例１における、試験方法の説明図。 実験例１における、試験結果を表す線図。 実験例２における、試験結果を表す線図。 実施例３における、スパークプラグの先端部の正面図。 図２８のXXIX−XXIX線矢視断面図。 実施例４における、スパークプラグの先端部の斜視図。 実施例５における、スパークプラグの先端部の斜視図。 実施例６における、先端側から見たスパークプラグの先端部の平面図。 実施例６における、先端側から見た他のスパークプラグの先端部の平面図。

上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側、その反対側を基端側とする。
また、対向部における先端突起部側の側端面は、必ずしもプラグ軸方向の全体にわたって対向面とのなす角度が鈍角となるように形成されている必要はなく、プラグ軸方向における半分を超える領域において、対向面となす角度が鈍角となるように形成されていればよい。
また、対向部における先端突起部側の側端面は、必ずしも対向部の長手方向の全長にわたって対向面とのなす角度が鈍角となるように形成されている必要はなく、長手方向における一部において、対向面となす角度が鈍角となるように形成されていてもよい。この場合、火花放電ギャップに近い部位において、側端面が対向面に対して鈍角に傾斜していることが好ましい。
また、接地電極の対向部は、対向部の長手方向に直交する断面の形状において、対向面の幅が背面の幅よりも小さいことが好ましい。

また、上記接地電極の上記立設部は、上記中心電極側を向く内向面と、該内向面と反対側の外向面と、上記内向面と上記外向面とをつなぐ一対の周方向面とを有し、該一対の周方向面のうち少なくとも上記先端突起部側の周方向面は、上記内向面となす角度が鈍角となるように形成されていることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記接地電極の立設部が火花放電ギャップの上流側に配置された状態において、上流側から接地電極の立設部の脇を通過した気流を、より効率的に火花放電ギャップへ導くことができる。すなわち、上記立設部における先端突起部側の周方向面が、内向面となす角度が鈍角となるように形成されていることによって、先端突起部のガイド機能によって導かれる気流が、立設部の周方向面に沿いやすくなる。それゆえ、立設部と先端突起部との間を通過する気流が、より効率的に、火花放電ギャップに導かれやすくなる。

また、立設部における先端突起部側の周方向面は、必ずしもプラグ径方向の全体にわたって内向面とのなす角度が鈍角となるように形成されている必要はなく、プラグ径方向における半分を超える領域において、内向面となす角度が鈍角となるように形成されていればよい。
また、立設部における先端突起部側の周方向面は、必ずしも立設部の長手方向の全長にわたって内向面とのなす角度が鈍角となるように形成されている必要はなく、長手方向における一部において、内向面となす角度が鈍角となるように形成されていてもよい。この場合、火花放電ギャップに近い部位において、周方向面が内向面に対して鈍角に傾斜していることが好ましい。
また、接地電極の立設部は、立設部の長手方向に直交する断面の形状において、内向面の幅が外向面の幅よりも小さいことが好ましい。

また、上記対向部は、上記立設部と反対側の端部に、上記対向部の延設方向及びプラグ軸方向の双方に直交する方向の幅が他の部位よりも小さい小幅部を有していることが好ましい（請求項３）。この場合には、火花放電ギャップの近傍における対向部の幅を小さくすることができる。これにより、火花放電ギャップへ向かう気流を対向部が阻害することを抑制することができ、着火性を向上させることができる。また、上記小幅部を設けることにより、火花放電ギャップにおいて生じた火炎核が成長しやすく、かかる観点からも、着火性を向上させることができる。

また、上記先端突起部は、その先端を、上記接地電極の先端と同等もしくはそれよりも基端側、かつ上記絶縁碍子の先端と同等もしくはそれよりも先端側に位置させていることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記先端突起部の上記ガイド機能を確保しつつ、スパークプラグのプラグ軸方向における小型化を実現できる。その結果、スパークプラグの着火性を確保しつつ、上記先端突起部が燃焼室内においてピストンと干渉することを防ぐことができる。

また、上記先端突起部の先端は、上記中心電極の先端よりも先端側であることがより好ましく、更には、火花放電ギャップよりも先端側であることがより好ましい。

また、上記先端突起部は、プラグ軸方向に平行に突出していることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記先端突起部に起因する気流のよどみが、火花放電ギャップ付近に形成されることを防ぐことができる。また、上記先端突起部の形状を簡素化できるため、簡易な構成のスパークプラグを実現できる。
なお、「プラグ軸方向に対して平行」とは、プラグ軸方向に対して若干傾斜していても、上記効果を得られる程度に実質的に平行である場合も含む。

（実施例１）
上記内燃機関用のスパークプラグの実施例につき、図１〜図８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、筒状のハウジング２と、ハウジング２の内側に保持された筒状の絶縁碍子３と、先端部が突出するように絶縁碍子３の内側に保持された中心電極４とを有する。

また、スパークプラグ１は、ハウジング２の先端部２１から先端側へ立ち上る立設部５１と、立設部５１から内側へ屈曲すると共に中心電極４との間に火花放電ギャップＧを形成する対向部５２とからなる接地電極５を有する。
また、スパークプラグ１は、接地電極５とは異なる位置においてハウジング２の先端部２１から先端側へ突出すると共に、プラグ周方向において立設部５１側を向いた導風面２２１を有する先端突起部２２を備えている。

接地電極５の対向部５２は、図２、図４に示すごとく、中心電極４に対向する対向面５２１と、対向面５２１と反対側の背面５２２と、対向面５２１と背面５２２とをつなぐ一対の側端面５２３、５２４とを有する。そして、一対の側端面５２３、５２４のうち少なくとも先端突起部２２側の側端面５２３は、対向面５２１となす角度が鈍角となるように形成されている。なお、本例においては、先端突起部２２と反対側の側端面５２４は、対向面５２１及び背面５２２と直交している。
また、接地電極５の対向部５２は、対向部５２の長手方向に直交する断面の形状において、対向面５２１の幅が背面５２２の幅よりも小さい。

また、本例においては、対向部５２の側端面５２３は、プラグ軸方向の全体にわたって対向面５２１とのなす角度が鈍角となるように形成されている。また、側端面５２３は、対向部５２の長手方向の全長にわたって対向面とのなす角度が鈍角となるように形成されている。この鈍角は、例えば１００°以上とすることができる。

また、接地電極５の立設部５１は、図３、図５に示すごとく、中心電極４側を向く内向面５１１と、内向面５１１と反対側の外向面５１２と、内向面５１１と外向面５１２とをつなぐ一対の周方向面５１３、５１４とを有する。そして、一対の周方向面５１３、５１４のうち先端突起部２２側の周方向面５１３は、内向面５１１となす角度が鈍角となるように形成されている。なお、本例においては、先端突起部２２と反対側の周方向面５１４は、内向面５１１及び外向面５１２と直交している。
また、接地電極５の立設部５１は、立設部５１の長手方向に直交する断面の形状において、内向面５１１の幅が外向面５１２の幅よりも小さい。

また、立設部５１の周方向面５１３は、プラグ径方向の全体にわたって内向面５１１とのなす角度が鈍角となるように形成されている。また、周方向面５１３は、内向部５１１の長手方向の全長にわたって内向面５１１とのなす角度が鈍角となるように形成されている。この鈍角は、例えば１００°以上とすることができる。

また、図１、図２、図６に示すごとく、先端突起部２２は、プラグ軸方向に平行に突出している。また、先端突起部２２は、その先端を、接地電極５の先端と同等もしくはそれよりも基端側、かつ絶縁碍子３の先端と同等もしくはそれよりも先端側に位置させている。接地電極５は、立設部５１をプラグ軸方向に平行に、対向部５２をプラグ径方向に平行にした状態で、配設されている。

また、図３に示すごとく、プラグ軸方向から見たとき、先端突起部２２は、接地電極５の立設部５１の中心から周方向に９０°以内の位置に配置されている。また、図１、図３に示すごとく、先端突起部２２は、プラグ軸方向に直交する面による断面の形状が長方形状である、四角柱形状を有する。そして、長方形の長辺を構成する面の一方が、上記導風面２２１である。
なお、本例のスパークプラグ１は、自動車等の車両用の内燃機関に用いられる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグ１は先端突起部２２を有する。これにより、スパークプラグ１が内燃機関に対してどのような姿勢で取付けられても、火花放電ギャップＧへ向かう燃焼室内の気流が妨げられることを防ぐことができる。

つまり、例えば、図６、図７に示すごとく、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置された場合において、上流側から接地電極５の立設部５１の脇を通過した気流Ｆ１を先端突起部２２によって、火花放電ギャップＧへ導くことができる。すなわち、先端突起部２２が気流Ｆ１のガイドとなり、気流Ｆ１を火花放電ギャップＧに向かって導くことができる。

ただし、燃焼室内における気流には、図８に示すごとく、スパークプラグ１の先端側から基端側へ向かうベクトルを持つ気流Ｆ２もある。この気流Ｆ２は、接地電極５の対向部５２によって、火花放電ギャップＧへの導入が妨げられる。そして、この気流Ｆ２は、対向部５２の両脇を通過することとなる。この気流Ｆ２が火花放電ギャップＧへ近付く方向に流れないと、上述のように、立設部５１の脇を通過すると共に先端突起部２２にガイドされて火花放電ギャップＧへ向かおうとする気流Ｆ１は、対向部５２の脇を通過する気流Ｆ２に阻害され、火花放電ギャップＧに導かれ難くなるおそれがある（後述する比較例２参照）。

そこで、スパークプラグ１においては、接地電極５の対向部５２における先端突起部２２側の側端面５２３を、対向面５２１となす角度が鈍角となるように形成してある。これにより、対向部５２における先端突起部２２側の脇を通過する気流Ｆ２の方向を、火花放電ギャップＧへ近付く方向とすることができる。そのため、上述した先端突起部２２に導かれて火花放電ギャップＧへ向かう気流Ｆ１が、対向部５２の脇を通過する気流Ｆ２に阻害されることを抑制することができる。それゆえ、火花放電ギャップＧ付近の気流の停滞を防ぐことができる。その結果、スパークプラグ１の安定した着火性を確保できる。

また、接地電極５の立設部５１において、先端突起部２２側の周方向面５１３は、内向面５１１となす角度が鈍角となるように形成されている。これにより、図７に示すごとく、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置された状態において、上流側から接地電極５の立設部５１の脇を通過した気流Ｆ２を、より効率的に火花放電ギャップＧへ導くことができる。すなわち、立設部５１における先端突起部２２側の周方向面５１３が、内向面５１１となす角度が鈍角となるように形成されていることによって、先端突起部２２のガイド機能によって導かれる気流Ｆ１が、立設部５１の周方向面５１３に沿いやすくなる。それゆえ、立設部５１と先端突起部２２との間を通過する気流Ｆ１が、より効率的に、火花放電ギャップＧに導かれやすくなる。

また、先端突起部２２は、その先端を、接地電極５の先端と同等もしくはそれよりも基端側、かつ絶縁碍子３の先端と同等もしくはそれよりも先端側に位置させている。これにより、先端突起部２２のガイド機能を確保しつつ、スパークプラグ１のプラグ軸方向における小型化を実現できる。その結果、スパークプラグ１の着火性を確保しつつ、先端突起部２２が燃焼室内においてピストンと干渉することを防ぐことができる。

また、先端突起部２２は、プラグ軸方向に平行に突出している。これにより、先端突起部２２に起因する気流のよどみが、火花放電ギャップＧ付近に形成されることを防ぐことができる。また、先端突起部２２の形状を簡素化できるため、簡易な構成のスパークプラグ１を実現できる。

以上のごとく、本例によれば、内燃機関に対する取付姿勢に関わらず安定した着火性を確保することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（比較例１）
本例は、図９〜図１２に示すごとく、接地電極９５が、立設部９５１と対向部９５２とから構成される通常のスパークプラグ９の例である。
図９に示すごとく、接地電極９５は、ハウジング９２の先端面９２１から先端側に立設する立設部９５１と、立設部９５１の先端から屈曲して、中心電極９４の先端部９４１に対してプラグ軸方向に対向する対向面９５３を備えた対向部９５２とを有している。
つまり、スパークプラグ９は、実施例１のような、ハウジング先端部から先端側へ突出した先端突起部２２が配置された構成（図１参照）を有しない。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、スパークプラグ９を内燃機関に取り付けて使用する際に、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すごとく、スパークプラグ９の取付け向きによって、火花放電ギャップＧにおける放電火花Ｓの放電長さＮが大きく変化してしまう。これは、燃焼室における気流Ｆの方向との関係による。
つまり、図１０（Ａ）に示すごとく、接地電極９５の立設部９５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置されるようにスパークプラグ９が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さＮが極めて小さくなる。

一方、図１０（Ｂ）に示すごとく、火花放電ギャップＧに対する接地電極９５の立設部９５１の位置が気流Ｆの方向に直交する位置に配置されるようにスパークプラグ９が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さＮが極めて大きくなる。

また、図１０（Ｃ）に示すごとく、接地電極９５の立設部９５１が火花放電ギャップＧの下流側に配置されるようにスパークプラグ９が内燃機関に取り付けられた場合には、放電長さＮは、ある程度大きくなるが、上記図１０（Ｂ）に示す場合に比べて小さくなる。
なお、ここで、放電長さＮとは、スパークプラグの軸方向に対して直交する方向の放電の長さをいうものとする。
上記放電長さＮの変動の仕方は、気流Ｆの流速を１５ｍ／ｓとして、火花放電ギャップＧに生じた放電火花Ｓの放電長さＮを測定することにより得られた知見であり、具体的には、図１１に示すごとく、それぞれのスパークプラグ９の取付姿勢に応じて放電長さＮに大きな差が生じていた。

図１１におけるＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれ図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す取付姿勢における放電長さＮのデータを表す。
また、放電長さＮとスパークプラグ９の着火性能との関係についても、図１２に示すごとく、放電長さＮが長いほど、着火性能が向上することが確認されている。ここで、着火性能は、Ａ／Ｆ限界、すなわち、混合気に着火することができる空燃比の限界値によって評価したものであり、Ａ／Ｆ限界が高いほど（着火可能な混合気が希薄であるほど）着火性能が高いこととなる。
図１１、図１２から分かるように、比較例１のスパークプラグ９は、内燃機関への取付姿勢によって、着火性能が大きく変動してしまう。

スパークプラグ９における立設部９５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置されたときに、放電長さＮが極端に短くなり、着火性が低下する要因としては、図１０（Ａ）に示すごとく、立設部９５１によって気流Ｆが遮られ、火花放電ギャップＧ付近の気流が停滞してしまうことが考えられる。これにより、放電火花Ｓが伸びにくく、充分な放電長さＮが得られなくなってしまい、その結果、スパークプラグ９は、安定した着火性能を得ることが困難となると考えられる。

（比較例２）
本例は、図１３に示すごとく、接地電極５の対向部５２の断面形状を、長方形状とした例である。
すなわち、側端面５２３、５２４と対向面５２１とのなす角度が直角となるように、接地電極５の対向部５２を形成してある。また、接地電極５の立設部５１の断面形状も、長方形状としている。すなわち、周方向面５１３、５１４と内向面５１１とのなす角度が直角となるように、接地電極５の立設部５１を形成してある。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例のスパークプラグ９０２においては、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置された場合において、先端突起部２２のガイド機能によって、気流を火花放電ギャップＧに向かって導くことができる。
しかし、先端突起部２２のガイド機能によって火花放電ギャップＧに向かって導かれる気流Ｆ１が、スパークプラグ１の先端側から基端側へ向かうベクトルを持つ気流Ｆ２によって妨げられるおそれがある。すなわち、上述のごとく、燃焼室内における気流には、スパークプラグ１の先端側から基端側へ向かうベクトルを持つ気流Ｆ２もある。この気流Ｆ２は、接地電極５の対向部５２によって、火花放電ギャップＧへの導入が妨げられる。そして、この気流Ｆ２は、対向部５２の両脇を通過することとなる。

本例のスパークプラグ９０２においては、接地電極５の対向部５２の側端面５２３が対向面５２１と直角に形成されている。すなわち、側端面５２３はプラグ軸方向に平行に形成されている。それゆえ、対向部５２の脇を通過する気流Ｆ２は、側端面５２３に沿ってプラグ軸方向に流れる。そうすると、上述のように、立設部５１の脇を通過すると共に先端突起部２２にガイドされて火花放電ギャップＧへ向かおうとする気流Ｆ１は、対向部５２の脇を通過する気流Ｆ２に阻害され、火花放電ギャップＧに導かれ難くなるおそれがある。

（実施例２）
本例は、図１４〜図１７に示すごとく、接地電極５の対向部５２の対向面５２１に貴金属チップからなる対向突起５２５を配設した例である。
対向突起５２５は、中心電極４の先端部４１に対向配置され、先端部４１と対向突起５２５との間に火花放電ギャップＧが形成されている。対向突起５２５を構成する貴金属チップは、具体的には、Ｐｔ−Ｒｈ合金からなる。また、中心電極４の先端部４１も貴金属チップからなり、具体的にはイリジウム合金（Ｉｒ−Ｒｈ合金）からなる。対向突起５２５は、略円柱形状を有しており、その直径は０．９ｍｍであり、対向面５２１からの突出高さは０．８ｍｍである。また、中心電極４の先端部４１も、略円柱形状を有し、その直径は０．７ｍｍである。また、火花放電ギャップＧの大きさは、１．０５ｍｍである。

また、中心電極４の先端部４１は、絶縁碍子３の先端から軸方向に１．５ｍｍ突出している。また、ハウジング２及び接地電極５の本体部は、ニッケル合金からなる。ハウジング２の直径は１０．２ｍｍ、ハウジング２の先端部２１における肉厚は１．４５ｍｍである。

接地電極５の対向部５２は、図１５に示すごとく、先端突起部２２側の側端面５２３を、対向面５２１に対して鈍角となるように傾斜してなる。また、対向部５２における先端突起部２２と反対側の側端面５２４は曲面を構成している。この曲面の曲率半径は０．８ｍｍである。また、側端面５２３と対向面５２１との間には、曲面状の面取り部が形成され、該面取り部の曲率半径は、０．２ｍｍである。

また、側端面５２３と背面５２２との間にも、曲面状の面取り部が形成され、該面取り部の曲率半径は、０．４ｍｍである。そして、側端面５２３と背面５２２とのなす角度は、６３．４°である。つまり、側端面５２３と対向面５２１とのなす角度は、１１６．６°である。接地電極５の対向部５２は、プラグ軸方向の厚みが１．３ｍｍ、プラグ軸方向と対向部５２の長手方向との双方に直交する方向の幅が２．４ｍｍである。
なお、接地電極５の立設部５１の断面形状も、対向部５２の断面形状と同形状である。すなわち、接地電極５は、上記のような断面形状を有する棒状体を屈曲させることにより、立設部５１と対向部５２とからなる接地電極５を形成している。

また、図１６、図１７に示すごとく、先端突起部２２は、略四角柱形状を有する。先端突起部２２は、プラグ軸方向に直交する平面による断面形状が略長方形状である。この略長方形状は、導風面２２１に平行な方向の寸法が１．８ｍｍであり、導風面２２１に直交する方向の寸法が１．２ｍｍである。また、ハウジング２の先端部２１からの先端突起部２２の突出高さは７ｍｍであり、ハウジング２の先端部２１からの接地電極５の突出高さと同等である。

そして、プラグ軸方向から見た状態において、先端突起部２２は、その中心を通ると共に導風面２２１に平行な直線が、プラグ中心（火花放電ギャップＧ）を通過するような姿勢で配設されている。また、先端突起部２２の中心を通ると共に導風面２２１に平行な直線と、接地電極５の立設部５１の中心を通ると共に対向部５２に平行な直線とは、互いに４５°の角度をなしている。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。なお、本例の作用効果については、後述する実験例１、実験例２の結果によって、具体的に裏付けされている。

（比較例３）
本例は、図１８〜図２０に示すごとく、実施例２のスパークプラグ１に対して、先端突起部２２を取り除いた状態のスパークプラグ９０３の例である。その他は、実施例２と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例２において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例２と同様の構成要素等を表す。

（比較例４）
本例は、図２１〜図２３に示すごとく、実施例２のスパークプラグ１に対して、対向部５２の断面形状を略長方形状とした状態のスパークプラグ９０４の例である。
すなわち、比較例２と同様に、対向部５２の断面形状を略長方形状としており、側端面５２３、５２４のいずれも、対向面５２１に対して鈍角となるように傾斜しているわけではない。ただし、厳密には、図２２に示すごとく、対向部５２の側端部５２３、５２４は曲面状としてある。そして、この曲面の曲率半径は、０．８ｍｍとしている。また、対向部５２は、プラグ軸方向の厚みが１．３ｍｍ、プラグ軸方向及び対向部５２の長手方向の双方に直交する方向の幅は２．６ｍｍである。
その他は、実施例２と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例２において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例２と同様の構成要素等を表す。

（比較例５）
本例は、図２４に示すごとく、比較例３と同様に先端突起部２２を設けず、かつ、比較例４と同様に、対向部５２の断面形状を略長方形状とした状態のスパークプラグ９０５の例である。
対向部５２の形状は、比較例４と同様である。すなわち、比較例４との相違は、先端突起部２２を設けていない点のみである。その他は、比較例４と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、比較例４において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、比較例４と同様の構成要素等を表す。

（実験例１）
本例は、図２５、図２６に示すごとく、実施例２（図１４〜図１７）、比較例３（図１８〜図２０）、比較例４（図２１〜図２３）のスパークプラグについて、それらの着火性を間接的に評価した例である。
各スパークプラグを、図２５に示すごとく、流速２０ｍ／ｓの気流の上流側に接地電極５の立設部５１が配置されるように、チャンバーに設置した。ここで、気流Ｆは、プラグ軸方向に対して斜めにした。つまり、気流Ｆの方向は、プラグ軸方向の先端側であって接地電極５の立設部５１側から、プラグ軸方向の基端側であって立設部５１と反対側へ向かう方向とし、気流Ｆとプラグ軸方向とのなす角度は、６５°とした。すなわち、この気流Ｆは、プラグ軸方向において先端側から基端側へ向かうベクトルを有する。なお、この気流の方向を再現しやすくすべく、チャンバーにおけるスパークプラグを突出させた壁面７を、プラグ軸方向に対して６５°傾斜させて、気流Ｆと平行となるようにした。

このような条件の下、各スパークプラグを設置して、火花放電ギャップＧにおける気流の流速を測定した。
火花放電ギャップＧにおける気流の流速が小さいと放電長さが短くなるが、放電長さが短くなると着火性が低下することは確認されているため（図１２参照）、火花放電ギャップＧにおける気流の流速を測定することにより、間接的に着火性を評価することができる。

測定結果を図２６に示す。気流の流速は、火花放電ギャップＧにおける中心電極４の中心軸上の１２箇所において測定し、そのうちの最も流速が大きい部分の流速にて評価した。
図２６から分かるように、比較例３、比較例４のスパークプラグにおいては、火花放電ギャップＧにおける流速が、供給される気流の主流の流速（２０ｍ／ｓ）に対して半分以下となってしまう。これに対し、実施例２のスパークプラグにおいては、火花放電ギャップＧにおける気流の流速が、供給される気流の主流の流速（２０ｍ／ｓ）と同等以上となっている。

本例の結果から分かるように、実施例２のスパークプラグは、プラグ軸方向のベクトルを有する気流が燃焼室内に生じている場合において、接地電極５の立設部５１が気流の上流側に配置されたときにも、火花放電ギャップＧにおける気流を充分に確保することができる。したがって、上記のような状況においても、実施例２のスパークプラグは、安定した着火性を確保することができる。

（実験例２）
本例は、図２７に示すごとく、実施例２のスパークプラグ１（図１４〜図１７）と、比較例５のスパークプラグ９０５（図２４）とを用いて、それぞれのＡ／Ｆ限界が、気流Ｆに対する接地電極５における立設部５１の配置位置によってどのように変化するかを調べた例である。

具体的には、各スパークプラグを、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、スパークプラグを軸方向先端側から見たときに、気流Ｆの上流方向が、火花放電ギャップＧに対する接地電極５の立設部５１の配置位置となす角度（取付角度β）を、−１８０°〜１８０°まで、４５°おきに変化させ、それぞれの状態で、Ａ／Ｆ限界を測定した。つまり、取付角度βが０°のときは、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧの上流側に配置され、取付角度βが１８０°（−１８０°）のときは、接地電極５の立設部５１が、火花放電ギャップＧの下流側に配置されていることになる。

実施例２のスパークプラグ１と比較例５のスパークプラグ９０５とのそれぞれについて、上記のように気流Ｆに対する向きを変化させつつ、気流Ｆの流速を２０ｍ／ｓとして、それぞれＡ／Ｆ限界を測定した。

すなわち、スパークプラグを所定の向きに配置したそれぞれの状態で、エンジン回転数２０００ｒｐｍにてエンジンを運転する。そして、図示平均有効圧Ｐｍｉが０．２８ＭＰａの条件の下、Ａ／Ｆ（空燃比）の値を徐々に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、Ａ／Ｆ限界を調べる。
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、Ａ／Ｆ限界とは、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Ａ／Ｆ限界とする。

Ａ／Ｆ限界の測定結果を、図２７に示す。同図において、符号Ｃ１を付した破線で示す折れ線が実施例２のスパークプラグについての測定結果であり、符号Ｃ２を付した破線で示す折れ線が比較例５のスパークプラグについての測定結果である。同図のグラフにおいて、横軸が取付角度βであり、縦軸がＡ／Ｆ限界である。そして、Ａ／Ｆ限界の値が高いほど着火性に優れていることになる。

図２７に示すごとく、比較例５のスパークプラグにおけるＡ／Ｆ限界を示す折れ線グラフＣ２は、取付角度βによってＡ／Ｆ限界が大きく変動している。これは、比較例５のスパークプラグのＡ／Ｆ限界つまり着火性が、スパークプラグに対する気流Ｆの方向、換言すれば、スパークプラグの内燃機関への取付姿勢によって大きく変動することを意味する。また特に、取付角度βが０°となる位置においては、Ａ／Ｆ限界が極めて低くなっていることが分かる。つまり、接地電極５の立設部５１が火花放電ギャップＧに対して気流Ｆの上流側に配置されたときに、Ａ／Ｆ限界が極端に低下し、着火性能が大きく低下するおそれがあることが分かる。

これに対して、実施例２のスパークプラグ１におけるＡ／Ｆ限界を示す折れ線グラフＣ１は、取付角度βが０°においても、Ａ／Ｆ限界が改善されていることを表している。これは、スパークプラグ１は、取付姿勢に関わらず、充分な着火性を確保することができていることを意味する。それゆえ、実施例２のスパークプラグ１は、取付姿勢に関わらず、着火性を確保することができていることが分かる。

（実施例３）
本例は、図２８、図２９に示すごとく、接地電極５の対向部５２における一対の側端面５２３、５２４の双方を、対向面５２１に対して鈍角となるように傾斜させた例である。
また、接地電極５の立設部５１における一対の周方向面５１３、５１４の双方を、内向面５１１に対して鈍角となるように傾斜させている。そして、先端突起部２２を、接地電極５におけるプラグ周方向の両側に配置してある。すなわち、先端突起部２２は、接地電極５の立設部５１をプラグ周方向から挟むように、２本配設されている。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（実施例４）
本例は、図３０に示すごとく、先端突起部２２に、ひねり部２２２を設けた例である。
すなわち、先端突起部２２は、ハウジング２の先端部２１と接合される基端部と、導風面２２１を構成する部分との間のプラグ軸方向位置に、ひねり部２２２を有する。先端突起部２２は、断面長方形状の四角柱形状の素材を、その中心軸の周りに、ひねり部２２２において約９０°ひねった形状を有する。

そして、ひねり部２２２よりも先端側に導風面２２１が形成されている。ひねり部２２２は、火花放電ギャップＧよりも基端側に形成されていることが好ましい。これにより、導風面２２１を、火花放電ギャップＧの全体にわたるプラグ軸方向位置に形成することができる。更に、ひねり部２２２は、絶縁碍子３の先端よりも基端側に形成されていることがより好ましい。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（実施例５）
本例は、図３１に示すごとく、プラグ軸方向に直交する平面による先端突起部２２の断面形状を三角形状とした例である。すなわち、先端突起部２２は、三角柱形状を有する。
本例においては特に、上記断面形状が正三角形状である。そして、三角形状の一辺に対応する先端突起部２２の一つの面に、導風面２２１が形成されている。

その他は、実施例１と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（実施例６）
本例は、図３２、図３３に示すごとく、接地電極５の対向部５２が、立設部５１と反対側の端部に、対向部５２の延設方向及びプラグ軸方向の双方に直交する方向の幅が他の部位よりも小さい小幅部５２６を有しているスパークプラグ１の例である。
小幅部５２６の形状は、例えば、図３２に示すように、対向部５２の端部の幅を徐々に小さくするテーパ形状としたり、図３３に示すように、幅の小さい矩形状として、立設部５１と反対側へ突出させたりしてもよい。

なお、図示は省略するが、本例の場合にも、対向部５２における先端突起部２２側の側端面５２３は、対向面５２１に対して鈍角となるように形成されている。そして、小幅部５２６における側端面５２３も、内向面５２１に対して鈍角となるように傾斜していることが好ましい。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例及び本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、火花放電ギャップＧの近傍における対向部５２の幅を小さくすることができる。これにより、火花放電ギャップＧへ向かう気流を対向部５２が阻害することを抑制することができ、着火性を向上させることができる。また、小幅部５２６を設けることにより、火花放電ギャップＧにおいて生じた火炎核が成長しやすく、かかる観点からも、着火性を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、接地電極の断面形状は、上述した実施例に限定されるものではなく、例えば対向部における先端突起部側の側端面が曲面を構成する形状など、種々の形状を採用することができる。
また、先端突起部の形状も、特に限定されるものではなく、上述したような、断面長方形状、断面三角形状の他にも、例えば、断面六角形状、断面台形状、断面扇形状等、種々の形状を採用することができる。

１ スパークプラグ
２ ハウジング
２１ 先端部
２２ 先端突起部
２２１ 導風面
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
４１ 先端部
５ 接地電極
５１ 立設部
５２ 対向部
５２１ 対向面
５２２ 背面
５２３、５２４ 側端面
Ｇ 火花放電ギャップ

Claims (5)

1. 筒状のハウジング（２）と、
   該ハウジング（２）の内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
   先端部（４１）が突出するように上記絶縁碍子（３）の内側に保持された中心電極（４）と、
   上記ハウジング（２）の先端部（２１）から先端側へ立ち上る立設部（５１）と、該立設部（５１）から内側へ屈曲すると共に上記中心電極（４）との間に火花放電ギャップ（Ｇ）を形成する対向部（５２）とからなる接地電極（５）と、
   該接地電極（５）とは異なる位置において上記ハウジング（２）の先端部（２１）から先端側へ突出すると共に、プラグ周方向において上記立設部（５１）側を向いた導風面（２２１）を有する先端突起部（２２）と、を備え、
   上記接地電極（５）の上記対向部（５２）は、上記中心電極（４）に対向する対向面（５２１）と、該対向面（５２１）と反対側の背面（５２２）と、上記対向面（５２１）と上記背面（５２２）とをつなぐ一対の側端面（５２３、５２４）とを有し、
   該一対の側端面（５２３、５２４）のうち少なくとも上記先端突起部（２２）側の側端面（５２３）は、上記対向面（５２１）となす角度が鈍角となるように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（１）。
2. 請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記接地電極（５）の上記立設部（５１）は、上記中心電極（４）側を向く内向面（５１１）と、該内向面（５１１）と反対側の外向面（５１２）と、上記内向面（５１１）と上記外向面（５１２）とをつなぐ一対の周方向面（５１３、５１４）とを有し、該一対の周方向面（５１３、５１４）のうち少なくとも上記先端突起部（２２）側の周方向面（５１３）は、上記内向面（５１１）となす角度が鈍角となるように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（１）。
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（１）において、上記対向部（５２）は、上記立設部（５１）と反対側の端部に、上記対向部（５２）の延設方向及びプラグ軸方向の双方に直交する方向の幅が他の部位よりも小さい小幅部（５２６）を有していることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記先端突起部（２２）は、その先端を、上記接地電極（５）の先端と同等もしくはそれよりも基端側、かつ上記絶縁碍子（３）の先端と同等もしくはそれよりも先端側に位置させていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記先端突起部（２２）は、プラグ軸方向に平行に突出していることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。

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