JP6334429B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関において混合気への点火に用いられる点火プラグに関する。

近年、車両の燃費性能を向上させるために、また、年々厳しくなる排出ガス規制値に適合させるために、たとえば、混合気の着火性を向上させるべく、点火プラグに加える電流値（エネルギー）を大きくして点火時に発生する火花を大きくすることや、点火プラグに対する通電時間を長くすることが行われている。一方、火花の大型化や通電時間の長期化は、火花の吹き流れをもたらしやすく、接地電極母材の偏摩耗が問題となり、この問題を解決するため技術が提案されている（たとえば、特許文献１）。

特開２００４−１２７９１６号公報

車両に対する上記要求に応えるため、ポート噴射に代えて、あるいは、ポート噴射と共に、燃焼室内への燃料の直接噴射技術が実用化されている。直接噴射技術では、運転条件によって、１サイクル中、複数のタイミングにて燃料の噴射が実行されるため、混合気に対する火花点火も複数のタイミングで実行されることがある。したがって、点火のタイミングによっては、燃焼室内における混合気流速が速いことや混合気流れが複雑な場合があり、火花の吹き流れ、放電位置の移動はより顕著となる傾向にある。

この問題に対処するために、ブレイクダウンが発生する位置に、柱状の貴金属製のチップを配置すれば、接地電極母材の消耗は抑制され得るものの、接地電極母材と貴金属製のチップとの接合性（密着性）が低下し、チップの耐剥離性の低下、貴金属チップの剥離に伴う失火といった問題がある。また、コストの観点から、貴金属の使用量を低減することが求められている。従来の技術では、これら問題は十分に考慮されていなかった。

したがって、接地電極の母材の消耗および偏摩耗を抑制または防止することができる点火プラグ、また、接地電極の母材と貴金属製のチップとの剥離を抑制または防止することができる点火プラグが望まれている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することが可能である。

第１の態様は点火プラグを提供する。第１の態様に係る点火プラグは、絶縁体と、前記絶縁体の外周を覆う主体金具と、前記絶縁体内に配置されている中心電極と、前記主体金具に固定されている固定端と、前記中心電極と対向する中心電極対向部を含む自由端を有する接地電極と、前記中心電極対向部に配置されている貴金属部と、を有し、前記貴金属部は、前記接地電極に接合されている厚さ０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの座部と、前記座部に積層配置され、積層方向の厚さが前記座部よりも厚い突部とを有し、前記突部の表面の面積Ａと前記座部の表面の面積Ｂとの間には、Ｂ−Ａ≧０．２ｍｍ^２の関係が成立する。

第１の態様に係る点火プラグによれば、接地電極の母材の消耗および偏摩耗を抑制または防止することが可能となり、また、接地電極の母材と貴金属製のチップとの剥離を抑制または防止することができる。

第１の態様に係る点火プラグにおいて、前記座部の面積Ｂは、前記中心電極の放電面の面積Ｃの３倍以上であっても良い。この場合には、接地電極の母材の消耗および偏摩耗を抑制または防止することができる。

第１の態様に係る点火プラグにおいて、前記接地電極は、前記中心電極対向部を含む内側面と、前記内側面の裏面を成す外側面と、前記内側面と外側面とを繋ぐ側面とを有し、前記座部は、前記側面にも配置されていても良い。この場合には、火花の移動に起因する接地電極の母材の消耗および偏摩耗をより抑制または防止することができる。

第１の態様に係る点火プラグにおいて、前記座部は、少なくとも前記中心電極対向部から前記固定端の側にかけて配置されていても良い。この場合には、接地電極の母材の消耗および偏摩耗による接地電極の折損等をより抑制または防止することができる。

第１の態様に係る点火プラグにおいて、前記突部の面積Ａは、前記中心電極の放電面の面積Ｃの０．８倍以上であっても良い。この場合には、接地電極の母材の消耗および偏摩耗を抑制または防止することができる。

本発明は、この他に、点火プラグと長放電コイルとを組み合わせた点火プラグ制御装置、点火プラグ制御装置における点火制御方法としても実現され得る。

本実施形態に係るスパークプラグの部分断面図である。 本実施形態において共通して用いられるスパークプラグを正面視した拡大部分断面図および拡大右側面図である。 実験例１としての、本実施形態に係るスパークプラグの先端部分を正面視および平面視した説明図である。 抵抗溶接にて座部と突部とを接合した際のスパークプラグの先端部分を正面視および平面視した説明図である。 レーザー溶接にて座部と突部とを接合した際のスパークプラグの先端部分を正面視および平面視した説明図である。 第１の実施例に係るスパークプラグの先端部分を平面視した説明図である。 第２の実施例に係るスパークプラグの先端部分を平面視した説明図である。 第３の実施例に係るスパークプラグの先端部分を平面視した説明図である。 第２および第３の検証において用いられたスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図である。 表３および表４に示す第１および第２の試験結果を示すグラフである。 表５および表６に示す第３および第４の試験結果を示すグラフである。 第５の試験に用いたスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大右側面図である。 第６の試験に用いたスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大右側面図である。 第７の試験に用いたスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大右側面図である。 第４の検証により得られた試験結果を示すグラフである。 第１の変形例に係るスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大右側面図である。 第１の変形例に係るスパークプラグの接地電極の自由端側における内側面を示す説明図である。 第２の変形例に係るスパークプラグの接地電極の自由端側における内側面を示す説明図である。 第３の変形例に係るスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大左側面図である。 第３の変形例に係るスパークプラグの接地電極の自由端側における内側面を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明に係る点火プラグとしてのスパークプラグ１００について説明する。図１は本実施形態に係るスパークプラグの部分断面図である。図１においては、スパークプラグ１００の長手方向の中心軸を一点鎖線の軸線ＯＬで示す。軸線ＯＬの右側は、外観正面図を示し、軸線ＯＬの左側は、スパークプラグ１００の中心軸を通る断面でスパークプラグ１００を切断した断面図を示している。以下では、図１におけるスパークプラグ１００の軸線ＯＬ方向の下側、すなわち、燃焼室内部に露出される側をスパークプラグ１００の先端側、上側、すなわち、プラグコードが装着される側を後端側として説明する。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、端子電極４０と、主体金具５０とを備える。

絶縁碍子１０は、アルミナを始めとするセラミックス材料を焼成して形成される筒状の絶縁体である。その中心には、中心電極２０および端子電極４０を収容する軸孔１２が、軸線ＯＬ方向に延びて形成されている。絶縁碍子１０の軸線ＯＬ方向の中央には、絶縁碍子１０のうちで外径が最も大きい中央胴部１９が形成されている。絶縁碍子１０の中央胴部１９よりも後端側には、端子電極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。絶縁碍子１０の中央胴部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が形成されている。絶縁碍子１０の先端側胴部１７の更に先端側には、先端側胴部１７よりも小さい外径を有し、中心電極２０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。先端側胴部１７と脚長部１３との間には、先端側に向けて外径が縮径し、先端側胴部１７と脚長部１３とを連結する縮径部１５が形成されている。

軸孔１２には、中心電極２０が挿入される。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（Ｎｉ）を主成分とするニッケル合金から成る。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、軸孔１２内で絶縁碍子１０によって保持され、中心電極２０の先端は軸孔１２（絶縁碍子１０）から外部に露出している。中心電極２０は、軸孔１２に挿入された、セラミック抵抗３およびシール体４を介して端子電極４０に電気的に接続される。

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の固定端部（基端部）３１は、主体金具５０の先端面５７に溶接されている。固定端３１から延びる接地電極３０は、中心電極２０に向かって屈曲され接地電極３０の自由端（先端）３２は、中心電極２０の先端面から所定間隔離間して配置されている。接地電極の自由端３２は、中心電極２０に対向する領域である中心電極対向部３０ｂを備えている。中心電極対向部３０ｂには突状部を備える貴金属部８０が備えられており、貴金属部８０の突状部の先端面８２ａ（図２参照）と、中心電極２０の先端面２０ａ（図２参照）との間の所定間隔は、火花放電を生じる火花ギャップＳＧである。

端子電極４０は、軸孔１２の後端側に設けられ、その後端側の一部は、絶縁碍子１０の後端側から露出している。端子電極４０には高圧ケーブル（図示省略）がプラグキャップ（図示省略）を介して接続され、火花点火用の高電圧が印加される。

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に亘る部位を周方向に包囲して保持する円筒状の金具である。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、全体にニッケルメッキや亜鉛メッキ等のメッキ処理が施されている。主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２と、加締部５３と、シール部５４とを備える。これらは、後端から先端に向かって、加締部５３、工具係合部５１、シール部５４、取付ネジ部５２の順に形成されている。工具係合部５１は、スパークプラグ１００を、内燃機関のエンジンヘッド１５０に取り付ける工具が嵌合する。取付ネジ部５２は、シリンダヘッド１５０の取付ネジ孔１５１に螺合するネジ山を有する。

取付ネジ部５２の内径側には、径方向内側に突出した突出部６０が形成される。突出部６０は、絶縁碍子１０の縮径部１５および脚長部１３の後端側と向かい合う位置に形成される。この突出部６０と、絶縁碍子１０の縮径部１５との間には、環状のシール部材としてのパッキン８が設けられる。パッキン８は、突出部６０と縮径部１５とに接触して、絶縁碍子１０と主体金具５０との間をシールする。パッキン８には、冷間圧延鋼板などを使用できる。

加締部５３は、主体金具５０の後端側の端部に設けられた薄肉の部材であり、主体金具５０が絶縁碍子１０を保持するために設けられる。具体的には、スパークプラグ１００の製造時に、加締部５３を内側に折り曲げて、この加締部５３を先端側に押圧することにより、中心電極２０の先端が主体金具５０の先端側から突出した状態で、絶縁碍子１０が主体金具５０に一体的に保持される。シール部５４は、取付ネジ部５２の根元に鍔状に形成されている。シール部５４とエンジンヘッドとの間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿される。かかるスパークプラグ１００は、シリンダヘッド１５０の取付ネジ孔１５１に主体金具５０を介して取り付けられる。

本実施形態に係るスパークプラグ１００は、接地電極３０における中心電極対向部３０ｂに貴金属または貴金属合金からなるチップを備えるスパークプラグにおいて、接地電極３０の母材の消耗を抑制または防止するための貴金属または貴金属合金からなる座部８１（図３参照）をチップの周囲に備えている。なお、以下では、チップを突部８２と呼び座部８１および突部８２を併せて貴金属部８０と呼ぶ。貴金属としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）およびルテニウム（Ｒｕ）のいずれかであって良い。貴金属部８０を接地電極母材に溶接する際には、両部の材料間において拡散が生じるが、本明細書においては、拡散領域において、上記貴金属を少なくとも１種以上、５０質量％以上含む部分を貴金属部８０と呼ぶ。すなわち、上記貴金属を少なくとも１種以上、５０質量％含む貴金属合金からなる部材も貴金属部８０と呼ぶ。

スパークプラグにおける放電は、初期は最短ギャップである、中心電極２０と、接地電極３０における中心電極対向部３０ｂとの間で生じるが、放電期間中、放電位置は移動することが知られている。特に、比較的平坦な接地電極３０においては放電位置が移動する頻度が高い。また、放電によっておこる接地電極３０の消耗は、エネルギーが最も高いブレイクダウン直後の初期の放電位置における消耗が最も大きいものの、放電持続中においても電極消耗は継続し、さらに、通常は融点の低い母材（Ｎｉ合金）部分に移動する為、比較的消耗が多い。したがって、中心電極対向部３０ｂに貴金属チップが配置されている場合であっても、接地電極３０の消耗を抑制または防止することができないという問題がある。この問題を解決するため、以下では、接地電極３０に対する貴金属部８０の配置態様、貴金属部８０の各種寸法について検証する。

第１の検証：
第１の検証では、接地電極３０の消耗を抑制または防止する観点、並びに接地電極に対する貴金属部の密着性の観点から、接地電極３０における貴金属部８０の形状を検証した。図２は本実施形態において共通して用いられるスパークプラグを正面視した拡大部分断面図および拡大右側面図である。図３は実験例１としての、本実施形態に係るスパークプラグの先端部分を正面視および平面視した説明図である。図３において（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を表している。

第１の検証において用いられる接地電極３０の基本的構成は、図２に示されている通りであり、中心電極２０および絶縁碍子１０に面する内側面３０ｃ、内側面３０ｃの裏面をなす外側面３０ｄ、内側面３０ｃと外側面３０ｄとを繋ぐ側面３０ｅを備えている。なお、側面３０ｅを含めて、あるいは、接地電極が側面３０ｅを有しない形状である場合には、内側面３０ｃの幅方向の一端（一辺）と他端（他辺）とを繋ぐ面を外側面３０ｄと呼ぶこともある。

・実験例１において、スパークプラグ１００の接地電極３０は、その内側面３０ｃ上に配置されている円形状の座部８１、座部８１上に積層配置されている円柱形状の突部８２からなる貴金属部８０を備えている。突部８２が接合された状態では、座部８１は平面視（中心電極２０から接地電極３０に向かう方向）で円板形状を有している。突部８２の積層方向の厚さｔ１は座部８１の厚さｔ２よりも厚い。貴金属部８０を正面視（または側面視）すると凸形状を有している。

接地電極３０に対する貴金属部８０の接合は、座部８１、突部８２の順に２段階での溶接、あるいは、座部８１と突部８２とを接合した後、貴金属部８０としての溶接、のいずれかによって実行され、溶接は、抵抗溶接またはレーザー溶接によって実行され得る。

第１の検証における、接地電極母材の消耗量の適否を確認する検証においては、Ｍ１２ＨＥＸ１４（取付ネジ径１２ｍｍ、金具六角部サイズ１４ｍｍ）、イリジウム（Ｉｒ）からなる直径０．６ｍｍの中心電極、１．１ｍｍの火花ギャップＳＧ、実験例１として説明した貴金属部８０を有する接地電極３０を有するスパークプラグを用いた。検証は、加圧空気雰囲気下（窒素雰囲気下）で、６０ｍＪのコイルを用い放電電圧が２５ｋＶとなるように放電部圧力を調整し、加圧空気により放電が生じている部分（中心電極２０と接地電極３０とで区画されている空間）の空気の平均流速を３ｍ／ｓｅｃとし、スパークレート１００Ｈｚにて１００時間放電させる条件の下、実行されたベンチ試験において、検証開始前後における接地電極３０の消耗体積を評価することにより行われた。接地電極３０の体積は、接地電極３０をＸ線ＣＴでスキャンして外寸を求め、求めた外寸から体積を算出することにより得られる。消耗体積は、初期体積から残存体積を減ずることにより求めた。

第１の検証における、接地電極母材と貴金属部８０との溶接性の適否を確認する検証においては、上記スパークプラグの接地電極３０をバーナーにて１分間加熱し、２分間自然空冷（バーナーによる加熱停止）を１０００サイクル繰り返すベンチ試験において、試験終了後の断面を拡大鏡にて確認し、評価することにより行われ。バーナーによる加熱は、放射温度計を用いて接地電極３０における貴金属部８０の温度が約１０００℃となるように実行された。拡大鏡による確認においては、貴金属部８０が接地電極母材から０．１ｍｍ以上離れている部分を剥離部とし、その長さを計測した。

貴金属部８０としては純プラチナ（Ｐｔ）から成る座部８１および突部８２であって、厚さｔ１＝０．３ｍｍ、直径０．７ｍｍ、最表面積Ａ０．３８ｍｍ^２の各寸法を有する突部８２と、厚さｔ２を０．０２５ｍｍ、０．０５０ｍｍ、０．０７５ｍｍ、０．１００ｍｍ、０．１５０ｍｍ、０．２００ｍｍ、０．３００ｍｍ、０．４００ｍｍおよび０．５００ｍｍと変化させ、各厚さについて最表面積Ｂを０．０５ｍｍ^２、０．１０ｍｍ^２、０．２０ｍｍ^２、０．２５ｍｍ^２、０．３０ｍｍ^２、０．３５ｍｍ^２、０．４０ｍｍ^２、０．４５ｍｍ^２および０．５０ｍｍ^２と変化させてた座部８１とからなる貴金属部８０を用いた。本実施形態において最表面積とは、座部８１および突部８２において空気に曝される表面部分の面積を意味する。座部８１が立体形状を有する場合には、底面に対して縦方向に向かう表面形状に従う厳密な表面積を採用しても良く、座部８１の寸法が小さいことに鑑みて、座部８１の底面に投写した二次元形状における面積を用いても良い。なお、座部８１の最表面積Ｂは突部８２によって覆われていない環状部分の面積を意味し、また、貴金属部８０の各寸法は、貴金属部８０を接地電極３０の母材に溶接した後の寸法である。

図３における貴金属部８０は、理想的な基本形状を示しており、溶接時における座部８１と突部８２との境界部の形状（溶接痕）を詳細に図示していない。溶接痕を考慮する場合、貴金属部８０は、図４または図５に示す形状を有する。図４は抵抗溶接にて座部と突部とを接合した際のスパークプラグの先端部分を正面視および平面視した説明図である。図５はレーザー溶接にて座部と突部とを接合した際のスパークプラグの先端部分を正面視および平面視した説明図である。図４および５において（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を表している。

座部８１の厚さｔ２は、図４および図５に示すように座部８１の周縁部の厚さによって規定されるが、座部８１に突部８２を溶接することによって座部８１と突部８２との間には座部８１から突部８２への径方向に狭まる縮径部８０ａが形成される。第１の検証では、座部８１の最表面積Ｂを変化させて最表面積Ｂを計測するに当たって、各厚さｔ２間でのバラツキをなくし統一的に取り扱うために、座部８１の底面（接地電極３０の内側面３０ｃ）から０．２ｍｍの厚さｔ３を基準厚さとし、各厚さｔ２において厚さｔ３までを座部８１と見なすこととした。なお、厚さｔ３における座部８１の最表面積Ｂは、厚さｔ３における座部８１（縮径部８０ａ）の断面積をＸ線解析によって求め、座部８１の底面積から減ずることによって求めることができる。なお、既述のように、最表面積とは、座部８１および突部８２の先端面８２ａの露出している面の面積を意味するが、縮径部８０ａが存在する場合には、平面投写された面積を最表面積とすることができる。また、貴金属部８０が高さ方向に同寸法（幅、径）を有する場合には、最表面積に代えて、座部８１および突部８２の断面積が用いられても良い。いずれにしても、貴金属部８０を平面投写した場合に得られる寸法の違いを考察できれば良い。

評価の結果は表１および表２に示す通りである。表１は第１の検証により得られた座部８１の厚さｔ２と、座部８１の最表面積Ｂと突部８２の最表面積Ａと差Ｄとを変化させた際における接地電極の消耗量の適否を示す表である。表２は第１の検証により得られた座部８１の厚さｔ２と、座部８１の最表面積Ｂと突部８２の最表面積Ａとを変化させた際における座部８１と接地電極母材との溶接性の適否を示す表である。

接地電極母材の消耗量の適否を確認する評価では、接地電極３０の消耗体積が２．５ｍｍ^３以上の態様を不適（Ｐ）、２．５ｍｍ^３未満を適（Ｇ）とした。表１の結果から、座部８１の厚さｔ２は０．０５ｍｍ未満では接地電極３０の消耗量を抑制または防止できないことがわかる。これは、座部８１の厚さが薄い場合、放電によって座部８１が短時間で消失してしまうことに起因する。したがって、座部８１の厚さｔ２は０．０５ｍｍ以上であることが接地電極３０の消耗量の抑制または防止の観点から望ましい。

座部８１の最表面積Ｂと突部８２の最表面積Ａとの差Ｄ、すなわち、Ｂ−Ａ（ｍｍ^２）については、差Ｄが小さい場合には、突部８２を起点とする放電位置の移動をカバーすることができず、放電位置が接地電極３０の母材に至り消耗量が増大してしまう。したがって、差Ｄは、０．２ｍｍ^２以上であることが望ましい。

第１の検証の結果、差Ｄ（ｍｍ^２）が大きくとも、厚さｔ２が薄い場合には、接地電極母材の消耗を抑制または低減することができないと結論付けることができる。すなわち、差Ｄ（ｍｍ^２）が大きい場合には、放電位置の移動をカバーできるものの、座部８１の厚さｔ２が薄いため、座部８１は短時間で消失し、この結果、放電は接地電極３０の母材と中心電極２０との間で発生され、接地電極母材の消耗を抑制することができない。

貴金属部８０と接地電極母材との溶接性の適否を確認する評価では、剥離部の長さが座部８１（貴金属部８０）の長さの１０％以下の態様を良好である適（Ｇ）、１０％よりも長い態様を不適（Ｐ）とした。ここで、剥離部の長さが座部８１の長さの１０％以下である場合には、貴金属部８０（座部８１）と接地電極母材との接合強度を保つことができると判断した。なお、座部８１の長さは、座部８１の水平方向のいずれの長さであっても良く、本検証においては、座部８１は円形であるからその直径であるということができる。

表２の結果から、座部８１の厚さｔ２が０．３ｍｍ以上で差Ｄ（ｍｍ^２）が大きい場合には、接地電極母材と座部８１との熱膨張差の影響が大きく、接地電極母材と座部８１との溶接性は不適である。なお、差Ｄ（ｍｍ^２）が小さい、たとえば、０．０５ｍｍ^２の場合には、溶接性は適当であるが、この場合、座部８１と突部８２とはほぼ一体であり、従来のチップと同様であるということができる。差Ｄ（ｍｍ^２）については、差が小さい場合には、座部８１の厚さｔ２の影響を受けることなく溶接性に関しては良好であると言える。

第１の検証の結果、厚さｔ２が０．３ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ以下である場合に、接地電極母材と座部８１（貴金属部８０）との溶接性は良好であると言える。

第１の検証結果を纏めると、座部８１の厚さｔ２が０．０５〜０．２ｍｍであり、突部８２の最表面の面積Ａと座部８１の最表面の面積Ｂとの間に、Ｂ−Ａ（Ｄ）＞０．２ｍｍ^２の関係が成立する場合に、接地電極３０の消耗を抑制または防止することができると共に、接地電極母材と座部８１（貴金属部８０）との良好な溶接性を有するスパークプラグを提供することができる。

第１の検証に用いられた実験例１に係るスパークプラグ１００以外のスパークプラグ１００の実施例を図６〜８に示す。図６は第１の実施例に係るスパークプラグの先端部分を平面視した説明図である。図７は第２の実施例に係るスパークプラグの先端部分を平面視した説明図である。図８は第３の実施例に係るスパークプラグの先端部分を平面視した説明図である。

第１の実施例は、円形状の座部８１および角柱形状の突部８２からなる貴金属部８０を有しており、第２の実施例は、四角形状の座部８１および円柱形状の突部８２からなる貴金属部８０を有しており、第３の実施例は、四角形状の座部８１および角柱形状の突部８２からなる貴金属部８０を有している。

第２の検証：
第２の検証では、貴金属部８０が備える突部８２の最表面積Ａと中心電極２０の先端面の最表面積Ｃとの関係について検証した。

図９は第２および第３の検証において用いられたスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図である。

第２の検証において用いられる接地電極３０および貴金属部８０の基本的構成は、第１の検証において説明したとおりである。第２の検証では、Ｍ１２ＨＥＸ１４（取付ネジ径１２ｍｍ、金具六角部サイズ１４ｍｍ）、イリジウム（Ｉｒ）からなる中心電極、１．１ｍｍの火花ギャップＳＧ、０．０５ｍｍの厚さｔ２を有する座部８１および０．４ｍｍの厚さｔ１を有する突部８２からなる貴金属部８０を有する接地電極３０を有するスパークプラグを用いた。検証方法および消耗体積の求め方は既述の通りである。

第２の検証においては、直径０．６ｍｍの中心電極２０を有するスパークプラグを用いた第１の試験、および直径１．０ｍｍの中心電極２０を有するスパークプラグを用いた第２の試験を行った。第１の試験において中心電極２０の先端部（先端面）の面積Ｃは０．２８ｍｍ^２であり、座部８１の最表面積Ｂは０．５ｍｍ^２である。第２の試験において中心電極２０の先端面の面積Ｃは０．７９ｍｍ^２であり、座部８１の最表面積Ｂは０．５ｍｍ^２である。第１および第２の試験において、突部８２の最表面積Ａは、中心電極２０の先端面の面積Ｃとの比Ａ／Ｃが、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３および１．４となるように調整された。

評価の結果は表３および表４、並びに図１０に示す通りである。表３は第１の試験の結果を示す表であり、突部８２の最表面積Ａと、中心電極２０の先端面の面積Ｃとの比Ａ／Ｃと、接地電極３０の消耗量Ｆ（ｍｍ^３）との関係を示している。表４は第２の試験の結果を示す表であり、突部８２の最表面積Ａと、中心電極２０の先端面の面積Ｃとの比Ａ／Ｃと、接地電極３０の消耗量Ｆ（ｍｍ^３）との関係を示している。図１０は表３および表４に示す第１および第２の試験結果を示すグラフである。図１０において、Ｌ１は第１の試験結果を示し、Ｌ２は第２の試験結果を示し、横軸は面積比Ａ／Ｃを示し、縦軸は接地電極３０の消耗量Ｆ（ｍｍ^３）を示している。

図１０に示すグラフから読み取れるように、面積比Ａ／Ｃが０．６から０．８へと変わると、第１の試験および第２の試験のいずれにおいても、消耗量Ｆは有意に少なくなる。したがって、接地電極３０の消耗を抑制するためには、面積比Ａ／Ｃを０．８以上とすること、すなわち、突部８２の最表面積Ａは中心電極２０の先端面の面積Ｃの０．８倍以上であることが望ましい。面積比Ａ／Ｃを０．８以上とすることによって、ブレイクダウンが比較的起こりやすい接地電極３０の領域をカバーし、接地電極３０（母材）の消耗量の抑制を図ることができる。一方、面積比Ａ／Ｃが１．２を超えると、消耗量Ｆの有意な低下は見られない。したがって、貴金属を用いるというコストの観点から、面積比Ａ／Ｃの上限は、たとえば、１．２であることが望ましい。

第２の検証結果を纏めると、突部８２の最表面積Ａと中心電極２０の先端面の面積Ｃとの面積比Ａ／Ｃは０．８倍以上かつ１．２倍以下であることが、接地電極３０の消耗量の抑制並びにコストの抑制の観点から望ましいことが確認できた。

第３の検証：
第３の検証では、燃焼室内における気体の流動が速い場合における、貴金属部８０が備える座部８１の最表面積Ｂと中心電極２０の先端面の最表面積Ｃとの関係について検証した。

第３の検証においても図９に示す基本構成を示すスパークプラグを用いた。

第３の検証において用いられる接地電極３０および貴金属部８０の基本的構成は、第２の検証において説明したとおりである。検証方法については、加圧空気により放電が生じている部分（中心電極２０と接地電極３０とで区画されている空間）の空気の平均流速を１０ｍ／ｓｅｃとしたこと以外は第２の検証と同条件で行われた。消耗体積の求め方は既述の通りである。

第３の検証においては、直径０．６ｍｍの突部８２を有するスパークプラグを用いた第３の試験、および直径１．０ｍｍの突部８２を有するスパークプラグを用いた第４の試験を行った。第３の試験において突部８２の最表面積Ａは０．２８ｍｍ^２であり、中心電極２０の先端面の面積と同値である。第４の試験において突部８２の最表面積Ａは０．７９ｍｍ^２である。第３の試験において、座部８１の最表面積Ｂは、０．７８ｍｍ^２から５．００ｍｍ^２の間で変更され、第４の試験において、座部８１の最表面積Ｂは、１．４０ｍｍ^２から１１．００ｍｍ^２の間で変更された。

評価の結果は表５および表６、並びに図１１に示す通りである。表５は第３の試験の結果を示す表であり、座部８１の最表面積Ｂと、座部８１の最表面積Ｂと中心電極２０の先端面の面積Ｃとの比Ｂ／Ｃと、接地電極３０の消耗量Ｆ（ｍｍ^３）との関係を示している。表６は第４の試験の結果を示す表であり、座部８１の最表面積Ｂと、座部８１の最表面積Ｂと中心電極２０の先端面の面積Ｃとの比Ｂ／Ｃと、接地電極３０の消耗量Ｆ（ｍｍ^３）との関係を示している。図１１は表５および表６に示す第３および第４の試験結果を示すグラフである。図１１において、Ｌ３は第３の試験結果を示し、Ｌ４は第４の試験結果を示し、横軸は面積比Ｂ／Ｃを示し、縦軸は接地電極３０の消耗量Ｆ（ｍｍ^３）を示している。

図１１に示すグラフから読み取れるように、面積比Ａ／Ｃが３を超えると、第３の試験および第４の試験のいずれにおいても、消耗量Ｆは有意に少なくなる。したがって、接地電極３０の消耗を抑制するためには、面積比Ｂ／Ｃを３以上とすること、すなわち、座部８１の最表面積Ｂは中心電極２０の先端面の面積Ｃの３倍以上であることが望ましい。面積比Ｂ／Ｃを３以上とすることによって、放電が生じている部分における気体の流速が高く、接地電極３０上における放電位置の移動距離が長い（移動範囲が広い）場合であっても接地電極３０（母材）の消耗量の抑制を図ることができる。すなわち、燃焼室内における混合気あるいは空気の流動が速く、混合気が複雑な動きをみせる近時のエンジンにおいても、接地電極３０の消耗を抑制または防止することができる。一方、面積比Ｂ／Ｃが１０を超えると、消耗量Ｆの有意な低下は見られない。したがって、貴金属を用いるというコストの観点から、面積比Ｂ／Ｃの上限は、たとえば、１０であることが望ましい。

第３の検証結果を纏めると、座部８１の最表面積Ｂと中心電極２０の先端面の面積Ｃとの面積比Ｂ／Ｃは３倍以上かつ１０倍以下であることが、接地電極３０の消耗量の抑制並びにコストの抑制の観点から望ましいことが確認できた。

第４の検証：
第４の検証では、燃焼室内における気体の流動が速い場合において、接地電極３０の消耗量を抑制または防止することができる貴金属部８０の配置態様について検証した。図１２は、第５の試験に用いたスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大右側面図である。図１３は、第６の試験に用いたスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大右側面図である。図１４は第７の試験に用いたスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大右側面図である。なお、図１２〜図１４において、符号（ａ）で示す図はスパークプラグの先端部分の正面図を示し、符号（ｂ）で示す図はスパークプラグの先端部分の右側面図を示す。また、符号（ｂ）で示す図において気体は紙面奥から手前に向かって流動する。

第４の検証において用いられる接地電極３０および貴金属部８０の基本的構成は、第１の検証において説明したとおりである。第４の検証においては、接地電極３０の側面３０ｅに座部８１を延伸させる配置態様を用いて接地電極３０の消耗量との関係について試験を行った。

・第５の試験に用いたスパークプラグ１００の接地電極３０は、接地電極３０の内側面３０ｃにおいてのみ矩形の座部８１を備えている。座部８１の最表面積Ｂは５ｍｍ^２である。
・第６の試験に用いたスパークプラグ１００の接地電極３０は、接地電極３０の内側面３０ｃを介して両側面３０ｅに亘る帯状の座部８１を有している。すなわち、接地電極３０の自由端３２から屈曲部へ向かう奥行き方向には座部８１は配置されていない。座部８１の最表面積Ｂは５ｍｍ^２である。
・第７の試験に用いたスパークプラグ１００の接地電極３０は、第５の試験における座部８１を側面３０ｅに延伸させた座部８１を有しており、内側面３０ｃの奥行き方向にも座部８１が配置されている。座部８１の最表面積Ｂは１０ｍｍ^２である。

第４の検証において用いられる接地電極３０および貴金属部８０の基本的構成は第３の検証において説明したとおりである。検証方法および消耗体積の求め方は第３の検証にて既述の通りである。なお、接地電極３０の奥行き方向に対して直角をなすように（各図（ａ）において矢印で示す方向）加圧空気を中心電極２０と接地電極３０とで区画されている空間に適用した。

評価の結果は図１５に示す通りである。図１５は第４の検証により得られた試験結果を示すグラフである。縦軸は接地電極３０の消耗量Ｆ（ｍｍ^３）を示し、横軸は実行した各試験を示す。

第５の試験では消耗量Ｆ＝１．５０ｍｍ^３であり、第６の試験では消耗量Ｆ＝１．０５ｍｍ^３であり、第７の試験では消耗量Ｆ＝１．０１ｍｍ^３であった。したがって、接地電極３０の側面３０ｅに座部８１を延伸させることによって、中心電極２０と接地電極３０とで区画されている空間における気体の流動速度が高い場合であっても、接地電極３０の消耗量を抑制することが確認できた。すなわち、燃焼室内における混合気あるいは空気の流動が速く、混合気が複雑な動きをみせる近時のエンジンにおいても、接地電極３０の消耗を抑制または防止することができる。

変形例：
以下、貴金属部８０の変形例について説明する。以下の変形例では、接地電極３０の固定端３１側における接地電極３０の消耗は接地電極３０の折損をもたらしスパークプラグとしての機能を妨げるのに対して、自由端３２側における接地電極３０の消耗は余り実害がないことに鑑み、同量の貴金属を用いる場合には、接地電極３０の固定端３１側に貴金属部８０の座部８１を偏在させて、上記問題を解決する点に特徴を有する。
（１）第１変形例：
図１６は第１の変形例に係るスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大左側面図である。図１６において符号（ａ）で示す図はスパークプラグの先端部分の正面図を示し、符号（ｂ）で示す図はスパークプラグの先端部分の左側面図を示す。図１７は第１の変形例に係るスパークプラグの接地電極の自由端側における内側面を示す説明図である。第１の変形例では、図１６（ａ）に示すように、座部８１は接地電極３０の幅方向に亘り配置されていると共に、図１６（ｂ）に示すように、接地電極３０の奥行き方向においては、中心電極対向部３０ｂから固定端３１側に座部８１が配置されている。第１の変形例に係る座部８１を平面視すると、図１７に示すように、接地電極３０の奥行き方向に向かって円弧を有する半円形状を有している。すなわち、接地電極３０上における放電位置の移動は、中心電極２０中心として生じる場合が多く、第１の変形例によれば、貴金属量を増大させることなく、放電位置の移動による接地電極３０の消耗を抑制することができる。

（２）第２変形例：
図１８は第２の変形例に係るスパークプラグの接地電極の自由端側における内側面を示す説明図である。第２の変形例は、正面視および左側面視においては、第１の変形例と同様の構成を備えている。第２の変形例に係る座部８１を平面視すると、図１８に示すように、接地電極３０の奥行き方向に偏在する矩形形状を有している。第２の変形例によれば、放電位置の移動による接地電極３０の消耗をより抑制することができる。

（３）第３変形例：
図１９は第３の変形例に係るスパークプラグの先端部分を正面視した拡大図および拡大左側面図である。図１９において符号（ａ）で示す図はスパークプラグの先端部分の正面図を示し、符号（ｂ）で示す図はスパークプラグの先端部分の左側面図を示す。図２０は第３の変形例に係るスパークプラグの接地電極の自由端側における内側面を示す説明図である。第３の変形例においては、図１９（ｂ）に示すように、座部８１は接地電極３０の奥行き方向にさらに延伸されている。第３の変形例に係る座部８１を平面視すると、図２０に示すように、中心電極対向部３０ｂから奥行き方向に偏在する楕円形状を有している。第３の変形例によれば、中心電極２０から固定端３１側へ拡がる領域を貴金属部８０（座部８１）によって覆うことが可能となり、放電位置の移動による接地電極３０の固定端３１側における消耗をより抑制することができる。

その他の変形例：
上記実施形態では、スパークプラグ１００の構成について説明したが、上記実施形態に係るスパークプラグ１００は、放電時の２次電流として、５０ｍＡ以上、２ｍｓｅｃ以上の２次電流を出力する長放電コイルと組み合わせて用いられることができる。この場合、従来のスパークプラグに対する、本実施形態に係るスパークプラグ１００の接地電極の消耗量の低減効果をより有意に確認することができる。すなわち、スパークプラグに対する通電時間が長い場合には、接地電極における放電位置はブレイクダウン位置から移動する可能性が高く、従来のスパークプラグではこの放電位置の移動に伴う接地電極の消耗を抑制することができなかった。これに対して、本実施形態に係るスパークプラグ１００では、接地電極３０上に貴金属部８０（座部８１）が備えられているので、放電位置の移動による接地電極３０の消耗を低減または防止することが可能となり、長放電コイルと組合せて使用されるスパークプラグとして適している。

以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。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、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
８…パッキン
１０…絶縁碍子
１０ａ…先端部
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…縮径部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０…中心電極
２０ａ…先端面
２１…電極母材
２５…芯材
３０…接地電極
３０ｂ…中心電極対向部
３０ｃ…内側面
３０ｄ…外側面
３０ｅ…側面
３１…固定端
３２…自由端
４０…端子電極
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
５７…先端面
６０…突出部
８０…貴金属部
８１…座部
８２…突部
８２ａ…先端面
１００…スパークプラグ
１５０…シリンダヘッド
１５１…取付ネジ孔
ＯＬ…軸線
ＳＧ…火花ギャップ

Claims (5)

1. 絶縁体と、
   前記絶縁体の外周を覆う主体金具と、
   前記絶縁体内に配置されている中心電極と、
   前記主体金具に固定されている固定端と、前記中心電極と対向する中心電極対向部を含む自由端を有する接地電極と、
   前記中心電極対向部に配置されている貴金属部と、を有する点火プラグであって、
   前記貴金属部は、前記接地電極に接合されている厚さ０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの座部と、前記座部に積層配置され、積層方向の厚さが前記座部よりも厚い突部とを有し、前記突部の表面の面積Ａと前記座部の表面の面積Ｂとの間には、Ｂ−Ａ≧０．２ｍｍ^２の関係が成立し、前記座部の面積Ｂは、前記中心電極の放電面の面積Ｃの３倍以上である、
   点火プラグ。
2. 絶縁体と、
   前記絶縁体の外周を覆う主体金具と、
   前記絶縁体内に配置されている中心電極と、
   前記主体金具に固定されている固定端と、前記中心電極と対向する中心電極対向部を含む自由端を有する接地電極と、
   前記中心電極対向部に配置されている貴金属部と、を有する点火プラグであって、
   前記貴金属部は、前記接地電極に接合されている厚さ０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの座部と、前記座部に積層配置され、積層方向の厚さが前記座部よりも厚い突部とを有し、前記突部の表面の面積Ａと前記座部の表面の面積Ｂとの間には、Ｂ−Ａ≧０．２ｍｍ ^２ の関係が成立し、
   前記接地電極は、前記中心電極対向部を含む内側面と、前記内側面の裏面を成す外側面と、前記内側面と外側面とを繋ぐ側面とを有し、
   前記座部は、前記側面にも配置されている、
   点火プラグ。
3. 請求項１に記載の点火プラグにおいて、
   前記接地電極は、前記中心電極対向部を含む内側面と、前記内側面の裏面を成す外側面と、前記内側面と外側面とを繋ぐ側面とを有し、
   前記座部は、前記側面にも配置されている、点火プラグ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の点火プラグにおいて、
   前記座部は、少なくとも前記中心電極対向部から前記固定端の側にかけて配置されている、点火プラグ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の点火プラグにおいて、
   前記突部の面積Ａは、前記中心電極の放電面の面積Ｃの０．８倍以上である、点火プラグ。

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