JP7174678B2 - 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。

スパークプラグは、車両用エンジン、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いられる。特許文献１には、放電ギャップをプラグカバーで覆い、プラグカバーの内側に副燃焼室を形成したスパークプラグが開示されている。

かかるスパークプラグにおいては、プラグカバーに形成した噴孔を介して内燃機関の燃焼室内の混合気を副燃焼室に導入すると共に、放電ギャップにおいて火花放電を行うことにより混合気に着火し、副燃焼室において火炎を発生させる。そして、噴孔から副燃焼室外の燃焼室に火炎ジェットを噴出させ、燃焼室全体に火炎を広げる。これにより、燃焼速度の大きい内燃機関を得ることができる。

ここで、特許文献１に記載のスパークプラグにおいて、接地電極は、その一端のみがハウジングに接続された、いわゆる片持ち状態にある。

特開２０１４－１５９７７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスパークプラグにおいては、接地電極が片持ち状態であるため、接地電極の強度が低い。それゆえ、接地電極の強度を確保すべく、接地電極を太く形成する必要があるが、そうなると、副燃焼室内に生じた火炎の熱を接地電極が奪いやすく、副燃焼室内における火炎の成長が阻害され、着火性が低下するおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性を向上しやすい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、中心電極（２）と、
前記中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（３）と、
前記中心電極を内側に配した筒状の絶縁碍子（４）と、
前記絶縁碍子を保持するとともに、前記放電ギャップが配される副燃焼室（６）を囲むハウジング構造体（５）と、を備え、
前記ハウジング構造体には、外部部材（１１）の雌ネジ穴（１３）に螺合するための取付ネジ部（５１１）が形成されており、
前記接地電極の複数箇所は、前記取付ネジ部に支持されており、
前記接地電極は、その延在方向に平行な回転軸（Ａ）の回りに自転させることにより、少なくとも２つの姿勢（１０１、１０２、１０３、１０４）の間で姿勢を変化させることができ、
少なくとも２つの前記姿勢は、互いに前記放電ギャップの長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が異なる姿勢である、スパークプラグ（１）にある。

前記態様のスパークプラグにおいて、接地電極の複数箇所は、ハウジング構造体における取付ネジ部に支持されている。取付ネジ部は、外部部材の雌ネジ穴に螺合される部位である。ここで、取付ネジ部は、スパークプラグが外部部材に取り付けられた状態において、外部部材によって補強され、強度が高くなる部位である。そのため、かかる取付ネジ部に接地電極の複数箇所を支持させることで、接地電極の強度を高めやすい。それゆえ、接地電極の強度が過度に低下することなく、接地電極の断面積を小さくすることができる。これにより、接地電極の熱容量を小さくしやすく、副燃焼室内において火炎が成長する際に、接地電極が火炎から熱を奪い、火炎の成長を阻害することを抑制することができる。そのため、燃焼室内の混合気に対するスパークプラグの着火性を向上させることができる。

以上のごとく、前記態様によれば着火性を向上しやすいスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

参考形態１における、スパークプラグ及びこれを取り付けた内燃機関の断面図。 図１の、II－II線矢視断面図。 参考形態１における、スパークプラグの側面図。 参考形態１における、接地電極を取り外したスパークプラグの断面図。 参考形態１における、接地電極の正面図。 参考形態１における、ハウジング構造体に対する接地電極の組付方法を説明するための図であって、接地電極がハウジングの外側に位置した状態を示す一部断面図。 参考形態１における、ハウジング構造体に対する接地電極の組付方法を説明するための図であって、接地電極の雄ネジ部がハウジング構造体の貫通孔の第二部位に当接した状態を示す一部断面図。 参考形態１における、ハウジング構造体に接地電極が組み付いた状態を示す一部断面図。 実施形態１における、スパークプラグの断面図。 図９の、Ｙ－Ｙ線矢視断面図。 実施形態１における、スパークプラグの側面図。 図９の、XII－XII線矢視断面図。 実施形態１における、ハウジング構造体に対する接地電極の組付方法を説明するための図であって、接地電極の回転姿勢を調整する様子を示す一部断面図。 実施形態１における、（ａ）第一姿勢の接地電極と中心電極との断面図、（ｂ）第二姿勢の接地電極と中心電極との断面図。 実施形態２における、（ａ）第一姿勢の接地電極と中心電極との断面図、（ｂ）第二姿勢の接地電極と中心電極との断面図、（ｃ）第三姿勢の接地電極と中心電極との断面図。 実施形態３における、接地電極の正面図。 図１６の、XVII－XVII線矢視断面図。 実施形態３における、スパークプラグの側面図。 実施形態３における、（ａ）第一姿勢の接地電極と中心電極との断面図、（ｂ）第二姿勢の接地電極と中心電極との断面図、（ｃ）第三姿勢の接地電極と中心電極との断面図、（ｄ）第四姿勢の接地電極と中心電極との断面図。 参考形態２における、スパークプラグの断面図。 実験例における、両持ち接地電極及び壁部の断面図。 実験例における、片持ち接地電極及び壁部の断面図。 図２２の、XXIII－XXIII線矢視断面図。 実験例における、一般的な片持ちの接地電極を備えるスパークプラグの模式的な断面図。 実験例における、両持ち接地電極の強度及び暖まりやすさを示すためのグラフ。

（参考形態１）
スパークプラグの参考形態につき、図１～図８を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本形態のスパークプラグ１は、中心電極２と接地電極３と絶縁碍子４とハウジング構造体５とを備える。

接地電極３は、中心電極２との間に放電ギャップＧを形成する。絶縁碍子４は、筒状を呈しており、中心電極２を内側に配している。ハウジング構造体５は、絶縁碍子４を保持している。また、ハウジング構造体５は、放電ギャップＧが配される副燃焼室６を囲んでいる。

図１に示すごとく、ハウジング構造体５には、スパークプラグ１を取り付けるシリンダヘッド１１の雌ネジ穴１３に螺合するための取付ネジ部５１１が形成されている。接地電極３の複数箇所は、取付ネジ部５１１に支持されている。
以後、本形態につき詳説する。

以後、スパークプラグ１の中心軸を、プラグ中心軸という。また、プラグ中心軸が延びる方向を、プラグ軸方向Ｘという。プラグ軸方向Ｘにおけるスパークプラグ１の副燃焼室６が位置する側（例えば、図１～図３の上側）を先端側、その反対側（例えば、図１～図３の下側）を基端側という。また、スパークプラグ１の径方向をプラグ径方向といい、スパークプラグ１の周方向をプラグ周方向という。

スパークプラグ１は、例えば、自動車、コージェネレーション等の内燃機関における着火手段として用いることができる。スパークプラグ１の基端部は、図示しない点火コイルと接続され、スパークプラグ１の先端部は内燃機関の燃焼室１００内に配される。

ハウジング構造体５は、鉄、ニッケル、鉄ニッケル合金、ステンレス等の耐熱性金属材料からなる。図１、図２に示すごとく、ハウジング構造体５は、先端部が閉塞された有底筒状に形成されている。ハウジング構造体５は、筒状の筒状部５１と、筒状部５１の先端の開口を覆う被覆部５２とを備える。

筒状部５１は、円筒状に形成されている。筒状部５１は、その内側に配された絶縁碍子４を保持している。図示は省略するが、筒状部５１は、例えばパッキンを介して絶縁碍子４を保持することで、絶縁碍子４との間の気密性を確保している。

図１に示すごとく、筒状部５１の先端部には、スパークプラグ１を内燃機関のシリンダヘッド１１のプラグホール１２の雌ネジ穴１３に螺合するための取付ネジ部５１１が形成されている。取付ネジ部５１１は、外周面にネジ山を備えるハウジング構造体５の壁部であり、プラグ径方向における、副燃焼室６に面する部位からハウジング構造体５の外周面までの領域を指す。スパークプラグ１がシリンダヘッド１１に取り付けられた状態において、スパークプラグ１における取付ネジ部５１１より先端側の部位は、燃焼室１００に曝される。そして、筒状部５１の先端部から被覆部５２が形成されている。

被覆部５２は、被覆部５２を貫通し、副燃焼室６をスパークプラグ１の外部の空間に連通する噴孔５２１が複数形成されている。図１に示すごとく、噴孔５２１は、スパークプラグ１がシリンダヘッド１１に取り付けられた状態において、燃焼室１００内に突出するよう形成される。複数の噴孔５２１は、プラグ中心軸よりもプラグ径方向の外周側に配されている。複数の噴孔５２１は、プラグ周方向に等間隔に形成されている。各噴孔５２１は、プラグ軸方向Ｘの先端側へ向かうにつれてプラグ径方向の外周側に向かうよう傾斜して形成されている。なお、噴孔５２１の数、形状、配置箇所等は、要請に応じて適宜決定される。

例えば、ハウジング構造体５は、絶縁碍子４を保持する筒状のハウジング本体部と、ハウジング本体部の先端に取り付けられ、本体部の先端側の開口を覆うカバー部とによって構成することが可能である。

図１、図４に示すごとく、ハウジング構造体５には、接地電極３を内側に挿入する貫通孔５１２及び凹部５１３が形成されている。貫通孔５１２は、ハウジング構造体５の筒状部５１を構成する壁部を貫通するよう形成されている。本形態において、貫通孔５１２は、筒状部５１の取付ネジ部５１１を構成する壁部をプラグ径方向に貫通するよう形成されている。貫通孔５１２は、後述の第一部位５１２ａと第二部位５１２ｂとを備える。

第一部位５１２ａは、取付ネジ部５１１の外周面が内周側に向かって凹むよう形成されている。図３に示すごとく、第一部位５１２ａは、外周側から見た形状が、円形である。

図１、図４に示すごとく、第二部位５１２ｂは、第一部位５１２ａにおける外周側を向く面の略中央から副燃焼室６側に向かって形成されており、副燃焼室６に向かって開口するよう形成されている。第二部位５１２ｂは、第一部位５１２ａよりも小径に形成されており、その内周面にネジが切られた雌ネジである。

凹部５１３は、貫通孔５１２にプラグ径方向に対向する位置に形成されている。凹部５１３は、ハウジング構造体５の筒状部５１の内周面が外周側に向かって凹むよう形成されている。凹部５１３には、ネジが切られていない。そして、接地電極３の一端が貫通孔５１２の第一部位５１２ａ及び第二部位５１２ｂに挿入されており、接地電極３の他端が凹部５１３に挿入されている。これにより、接地電極３は、両持ちの状態でハウジング構造体５に支持されている。なお、凹部５１３に雌ネジを設け、接地電極３の後述の雄ネジ部３３を凹部５１３に螺合してもよい。

接地電極３は、プラグ径方向に延在するよう形成されている。図１、図５に示すごとく、接地電極３は、その延在方向の一方側から、突出部３１、延在部３２、及び雄ネジ部３３を有する。

突出部３１は、接地電極３の端部に形成されており、延在部３２よりも接地電極３の延在方向に直交する方向に突出するよう形成されている。図３に示すごとく、突出部３１の外周面は、接地電極３の延在方向に直交する断面形状が、正六角形状を呈している。例えば、突出部３１は、接地電極３の雄ネジ部３３をハウジング構造体５の貫通孔５１２の第二部位５１２ｂに螺合する際の工具が係合される。なお、本形態は、工具を用いて接地電極３をハウジング構造体５に組み付けるものに限られない。また、以後、接地電極３に関して、単に断面といったときは、特に断らない限り、接地電極３の延在方向に直交する断面を意味するものとする。

図１に示すごとく、延在部３２は、プラグ径方向に延在するよう形成されている。図２に示すごとく、延在部３２は、その断面形状が円形となるよう形成されている。延在部３２は、その延在方向の各位置において、直径が０．９ｍｍ以上、１．７ｍｍ以下である。すなわち。延在部３２は、その断面の面積が、０．６４ｍｍ²以上、２．２６ｍｍ²以下を満たす。プラグ中心軸を含むとともに接地電極３の延在方向に平行な断面（すなわち図１の断面）において、延在部３２の幅（すなわちプラグ軸方向Ｚの長さ）は、取付ネジ部５１１の厚み（すなわち、取付ネジ部５１１の壁部の内周面から外周端までのプラグ径方向の長さ）よりも小さい。すなわち、接地電極３は、当該断面において、ハウジング構造体５における接地電極３を支持する部位（すなわち取付ネジ部５１１）の厚みよりも幅が小さい部分を有する。

図１、図５に示すごとく、雄ネジ部３３は、外周面にネジが切られている。雄ネジ部３３の外径は、延在部３２よりも若干大きく、突出部３１の外接円の外径よりも小さい。

図１に示すごとく、接地電極３は、凹部５１３に雄ネジ部３３を配し、貫通孔５１２の第一部位５１２ａに突出部３１、第二部位５１２ｂに延在部３２の突出部３１側の端部を配している。これにより、接地電極３の両端は、ハウジング構造体５における取付ネジ部５１１に支持されている。すなわち、接地電極３は、ハウジング構造体５から脱落しないようハウジング構造体５に配されていればよく、ハウジング構造体５に溶接等により固定されている必要はない。本形態において、接地電極３は、ハウジング構造体５に固着されてはおらず、ハウジング構造体５に脱着可能に取り付けられている。

突出部３１は、プラグ径方向において、貫通孔５１２の第一部位５１２ａよりも小さい長さに形成されており、貫通孔５１２から外周側に突出しないよう第一部位５１２ａ内に収まっている。また、突出部３１は、取付ネジ部５１１のネジ谷よりもスパークプラグ１の内周側に収まるよう配されている。延在部３２は、第二部位５１２ｂよりも若干小さい径を有する。また、雄ネジ部３３は、凹部５１３よりも若干小さい径を有し、凹部５１３内に挿入されている。雄ネジ部３３は、一部が凹部５１３に当接しているが、凹部５１３に螺合や固着はされてはいない。なお、雄ネジ部３３は、凹部５１３に螺合又は固着されていてもよい。

図１、図２に示すごとく、延在部３２は、中心電極２の先端面２１とプラグ軸方向Ｘに対向しており、中心電極２との間に放電ギャップＧを形成している。

中心電極２は、プラグ軸方向Ｘに延在する略円柱状に形成されている。中心電極２は、その中心軸をプラグ中心軸に一致させるよう形成されている。中心電極２は、絶縁碍子４の内側に挿入されて絶縁碍子４に保持されており、中心電極２の先端部を絶縁碍子４から突出させている。

絶縁碍子４は、アルミナ等を筒状に形成してなる。絶縁碍子４は、ハウジング構造体５の筒状部５１の内側に保持されている。

次に、図６～図８を用いて、ハウジング構造体５に接地電極３を組み付ける方法の一例につき説明する。

まず、図６、図７に示すごとく、ハウジング構造体５の貫通孔５１２に接地電極３を雄ネジ部３３側から挿入し、雄ネジ部３３を貫通孔５１２の第二部位５１２ｂに当接させる。そして、雄ネジ部３３を、第二部位５１２ｂを貫通するまでねじ込む。そして、接地電極３を凹部５１３側に向かって移動させ、図８に示すごとく、雄ネジ部３３側の端部を凹部５１３内に配置する。ここで、接地電極３は、雄ネジ部３３の外径が貫通孔５１２の第二部位５１２ｂの最小内径よりも大きいため、貫通孔５１２から抜け落ちないようになっている。
以上のように、接地電極３がハウジング構造体５に組み付けられる。

また、接地電極３からハウジング構造体５を取り外すときは、接地電極３をハウジング構造体５へ組み付ける工程を反対に行えばよい。

次に、本形態の作用効果につき説明する。
本形態のスパークプラグ１において、接地電極３の複数箇所は、ハウジング構造体５における取付ネジ部５１１に支持されている。取付ネジ部５１１は、シリンダヘッド１１のプラグホール１２の雌ネジ穴１３に螺合される部位である。ここで、取付ネジ部５１１は、スパークプラグ１がシリンダヘッド１１に取り付けられた状態において、シリンダヘッド１１によって補強され、強度が高くなる部位である。そのため、かかる取付ネジ部５１１に接地電極３の複数箇所を支持させることで、接地電極３の強度を高めやすい。それゆえ、接地電極３の強度が過度に低下することなく、接地電極３の断面積を小さくすることができる。これにより、接地電極３の熱容量を小さくしやすく、副燃焼室６内において火炎が成長する際に、接地電極３が火炎から熱を奪い、火炎の成長を阻害することを抑制することができる。そのため、燃焼室内の混合気に対するスパークプラグ１の着火性を向上させることができる。さらに、接地電極３を細くすることにより、スパークプラグ１の軽量化を図りやすい。また、ハウジング構造体５における接地電極３を支持する部位の厚みを厚くする等しなくても接地電極３を強固に支持しやすく、全体としてスパークプラグ１の大型化を防止しやすい。

また、接地電極３は、断面積が２．２６ｍｍ²以下となる部位を有する。これにより、接地電極３の熱容量を小さくしやすく、副燃焼室６内において火炎が成長する際に、接地電極３が火炎から熱を奪い、火炎の成長を阻害することを抑制することができる。これにより、燃焼室１００内の混合気に対するスパークプラグ１の着火性を向上させることができる。なお、この数値に関しては、後述する実験例にて裏付けられる。

さらに、接地電極３は、断面の面積が０．６４ｍｍ²以上、２．２６ｍｍ²以下となる部位を有する。ここで、接地電極３は、細ければ細い程（すなわち断面積が小さい程）、熱容量が小さくなり、副燃焼室６内に形成される火炎の熱を奪いにくくなって着火性が向上する一方で、強度が低くなりやすい。反対に、接地電極３は、太ければ太い程（すなわち断面積が大きい程）、熱容量が大きくなり、副燃焼室６内に形成される火花の熱を奪いやすくなって着火性が低下する一方で、強度が高くなりやすい。そこで、接地電極３が、０．６４ｍｍ²以上、２．２６ｍｍ²以下の断面積となる部位を有することにより、強度を確保しながら着火性も向上させることができる。なお、この数値に関しては、後述する実験例にて裏付けられる。

また、接地電極３は、ハウジング構造体５に対して、脱着可能に支持されている。それゆえ、スパークプラグ１において、接地電極３のみを交換することが可能となる。

以上のごとく、本形態によれば着火性を向上しやすいスパークプラグを提供することができる。

（実施形態１）
本形態は、図９～図１４に示すごとく、参考形態１に対して、接地電極３の形状及びハウジング構造体５の貫通孔５１２の第一部位５１２ａの形状を変更した形態である。

図１０に示すごとく、接地電極３の延在部３２は、その断面形状が多角形となるよう形成されている。本形態において、延在部３２の断面形状は、正方形である。

図１１、図１２に示すごとく、突出部３１の外周面は、その断面形状が正八角形状を呈している。

図１１、図１２に示すごとく、貫通孔５１２の第一部位５１２ａは、突出部３１の外周面に近接して沿うよう形成されている。すなわち、第一部位５１２ａは、プラグ径方向に直交する断面形状が正八角形状を呈している。これにより、接地電極３は、ハウジング構造体５に取り付けられた状態において、プラグ径方向に延びる接地電極３の中心軸を中心に自転することが制限される。

次に、図１３、図１４を用いて、ハウジング構造体５に接地電極３を組み付ける方法の一例につき説明する。

参考形態１と同様、接地電極３の雄ネジ部３３を、第二部位５１２ｂを貫通するまでねじ込む。雄ネジ部３３が第二部位５１２ｂを通過し、突出部３１が第一部位５１２ａの外側に配されている状態において、図１３に示すごとく、接地電極３は、貫通孔５１２に対して自由に自転できる。

かかる状態において、貫通孔５１２の第一部位５１２ａに対する接地電極３の回転位置を、接地電極３をその延在方向に平行な回転軸（図１４の符号Ａ）の回りに自転させることで、適宜調整する。本形態において、図１２に示すごとく、接地電極３の突出部３１の外周面及び貫通孔５１２の第一部位５１２ａは、その断面形状が正八角形状に形成されているため、第一部位５１２ａに対する接地電極３の突出部３１の回転姿勢を、３６０［°］÷８＝４５［°］置きに変更できる。これにより、ハウジング構造体５に対する接地電極３の回転姿勢を、４５°置きに調整できる。

これにより、図１４に示すごとく、接地電極３は、互いに放電ギャップＧの長さ（プラグ径方向における接地電極３の自転の回転軸Ａの位置における、プラグ軸方向Ｘの接地電極３と中心電極２との間の距離）が異なる２つの姿勢を取り得る。

まず、図１４（ａ）に示すごとく、接地電極３は、延在部３２の断面形状が、プラグ軸方向Ｘに対角線を有する正方形状となる第一姿勢１０１を取り得る。この姿勢においては、延在部３２の角部３２ｅが中心電極２の先端面２１側を向くように配され、このように、周囲の電界強度が高い延在部３２の角部３２ｅを中心電極２側に向けることで、放電ギャップＧに火花放電を生じさせるための要求電圧を小さくすることができる。

また、図１４（ｂ）に示すごとく、接地電極３は、延在部３２の断面形状が、プラグ軸方向Ｘに平行な正方形状となる第二姿勢１０２を取り得る。第二姿勢１０２において、延在部３２は、基端側の面が中心電極２の先端面２１にプラグ軸方向Ｘに対向する。

第一姿勢１０１における延在部３２と中心電極２の先端面２１との間のプラグ軸方向Ｘの長さＬ１（すなわち放電ギャップＧの長さ）は、第二姿勢１０２における延在部３２と中心電極２の先端面２１との間のプラグ軸方向Ｘの長さＬ２（すなわち放電ギャップＧの長さ）よりも短い。

そして、所望の放電ギャップＧの長さを得るべく、図１３に示すごとく、貫通孔５１２の第一部位５１２ａに対する接地電極３の回転位置を、接地電極３をその延在方向に平行な回転軸Ａの回りに自転させ、適切な姿勢で突出部３１を第一部に挿入することで、所望の長さの放電ギャップＧを確保できる。

その他は、参考形態１と同様である。
なお、実施形態１以降において用いた符号のうち、既出の参考形態及び実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の参考形態及び実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態において、接地電極３は、その延在方向に平行な回転軸Ａの回りに自転させることにより、少なくとも２つの姿勢の間で姿勢を変化させることができる。そして、この少なくとも２つの姿勢は、互いに放電ギャップＧの長さが異なる姿勢である。それゆえ、スパークプラグ１に接地電極３を取り付ける際、接地電極３を自転させることで、中心電極２との間の長さ、すなわち放電ギャップＧの長さを変更できるため、放電ギャップＧの長さを調整しやすい。放電ギャップＧの長さは、放電ギャップＧに火花放電を生じさせるために要求される要求電圧に影響を及ぼすため、放電ギャップＧの長さは調整しやすいことが好ましい。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態２）
本形態は、図１５に示すごとく、実施形態１と基本構造を同じくしつつ、延在部３２の形状を変更した実施形態である。

本形態において、延在部３２は、その延在方向に直交する断面形状が楕円形状となるよう形成されている。

本形態において、接地電極３は、互いに放電ギャップＧの長さが異なる３つの姿勢（第一姿勢１０１、第二姿勢１０２、第三姿勢１０３）を取り得る。第一姿勢１０１は、延在部３２の断面形状が、プラグ径方向に長軸を有する楕円状となる接地電極３の姿勢である。第二姿勢１０２は、延在部３２の断面形状が、プラグ軸方向Ｘ及びプラグ径方向の双方に対して４５°ずれた方向に長軸を有する楕円状となる姿勢である。第三姿勢１０３は、延在部３２の断面形状が、プラグ軸方向Ｘに長尺を有する楕円状となる接地電極３の姿勢である。

第一姿勢１０１、第二姿勢１０２、第三姿勢１０３のそれぞれの放電ギャップＧは、第一姿勢１０１における放電ギャップＧのプラグ軸方向Ｘの長さＬ１が最も大きく、第三姿勢１０３における放電ギャップＧのプラグ軸方向Ｘの長さＬ３がもっとも小さい。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においても、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本形態は、図１６～図１９に示すごとく、実施形態１と基本構造を同様にしつつ、接地電極３の形状及びハウジング構造体５の貫通孔５１２の第一部位５１２ａの形状を変更した形態である。

本形態において、図１８に示すごとく、接地電極３の延在方向に直交する、突出部３１の断面形状、及び、貫通孔５１２の第一部位５１２ａの断面形状が、いずれも、プラグ軸方向Ｘに平行な辺を有する正方形状となる。これにより、第一部位５１２ａに対する接地電極３の突出部３１の回転姿勢を、３６０［°］÷４＝９０［°］置きに変更できる。これにより、ハウジング構造体５に対する接地電極３の回転姿勢を、９０°置きに調整できる。

図１７に示すごとく、延在部３２は、突出部３１の外周面と平行な辺を有する長方形状に形成されている。図１６、図１７に示すごとく、延在部３２は、その断面形状（長方形状）における２つの対角線の交点である中心３２ｃが、突出部３１の断面形状における２つの対角線の交点である中心３１ｃと異なる位置に形成されている。すなわち、接地電極３の延在方向に直交する方向において、延在部３２は、突出部３１に対して偏心して配されている。これにより、図１７において両向き矢印で示しているように、延在部３２の断面において、突出部３１の中心３１ｃから延在部３２の各辺までの最短長さが、互いに異なる。

このように延在部３２が突出部３１に対して偏心していることにより、図１９に示すごとく、接地電極３は、互いに突出部３１の中心３１ｃを回転軸Ａとした回転方向の姿勢が異なり、かつ、互いに放電ギャップＧの長さが異なる４つの姿勢（第一姿勢１０１、第二姿勢１０２、第三姿勢１０３、第四姿勢１０４）を取り得る。なお、図１９において、第一姿勢１０１の放電ギャップＧの長さをＬ１、第二姿勢１０２の放電ギャップＧの長さをＬ２、第三姿勢１０３の放電ギャップＧの長さをＬ３、第四姿勢１０４の放電ギャップＧの長さをＬ４にて表している。第一姿勢１０１、第二姿勢１０２、第三姿勢１０３、第四姿勢１０４のいずれにおいても、接地電極３の延在部３２は、中心電極２の先端面２１に対して面で対向している。
その他は、実施形態１と同様である。

本形態においても、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（参考形態２）
本形態は、図２０に示すごとく、参考形態１に対して、接地電極３をプラグ径方向に傾斜する斜め方向に形成した形態である。

本形態において、接地電極３は、プラグ径方向に対して傾斜する方向に延在する円柱状に形成されている。接地電極３は、その両端部において、ハウジング構造体５の取付ネジ部５１１における互いに対向する位置に形成された一対の穴５０に挿入されているとともに溶接されている。
その他は、参考形態１と同様である。

本形態においては、接地電極３は、プラグ径方向に傾斜する斜め方向に形成されている。それゆえ、放電ギャップＧに形成された放電火花の接地電極３側の起点は、副燃焼室６内の気流により、接地電極３に沿って斜め先端側に移動する。そのため、放電火花の両起点間の直線距離を確保することができる。これにより、放電火花の部位同士が早期に短絡することで放電火花の伸長が阻害されることを防止でき、着火性を向上させることができる。
その他、参考形態１と同様の作用効果を有する。

（実験例）
本例は、図２２に示すような片持ちの接地電極９３に対する、図２１に示すような両持ちの接地電極３の強度及び暖まりやすさにつき評価した実験例である。

図２１に示すごとく、両持ちの接地電極３は、その延在方向の両端が壁部７に接続されている。そして、両持ちの接地電極３は、その断面形状が円形である。両持ちの接地電極３の延在方向の長さは、８ｍｍとした。

図２２に示すごとく、片持ちの接地電極９３は、その延在方向の一端が壁部７に接続されている。図２３に示すごとく、片持ちの接地電極９３は、その断面形状が長方形状である。片持ちの接地電極９３の断面は、その長手方向の寸法が２．６ｍｍであり、短手方向の寸法が１．３ｍｍである。また、図２２に示すごとく、片持ちの接地電極９３の長さは、１０．５ｍｍとした。

この片持ちの接地電極９３の寸法は、図２４（ｂ）に示すような一般的な片持ちの接地電極９３１の寸法を想定している。図２４（ｂ）に示すスパークプラグ９（プラグカバーの図示は省略している。）は、前記特許文献１（特開２０１４－１５９７７８号公報）に記載されたスパークプラグと同様に、接地電極９３１がＬ字状に形成されており、接地電極９３１の長手方向の一端部９３１ａがハウジング構造体９５に接続されている。このように、一般的な片持ちの接地電極９３１は、Ｌ字状に形成されるため、その長さは比較的長めに形成される。

そして、接地電極の強度は、最大曲げ応力を算出することで行った。両持ちの接地電極３に関しては、その接地電極３の中央部においてプラグ軸方向Ｘの荷重Ｆを印加した場合の最大曲げ応力を算出した。一方、片持ちの接地電極９３に関しては、接地電極９３の壁部７に接続された側の反対側の端部に、プラグ軸方向Ｘの荷重Ｆを印加した場合の最大曲げ応力を算出した。片持ちの接地電極９３の最大曲げ応力は、次のような最大曲げ応力を想定している。図２４（ｂ）に示すような一般的な片持ちの接地電極９３１を備えるスパークプラグ９を製造するにあたっては、まっすぐな柱状の接地電極基材９３０の一端部をハウジング構造体９５に接合した後、接地電極基材９３０の先端部を押圧して接地電極基材９３０を曲げ加工する。片持ちの接地電極９３の最大曲げ応力は、この曲げ加工の際に生じ得る最大曲げ応力を想定している。

また、各接地電極における暖まりやすさは、各接地電極の表面積／体積［ｍｍ^-1］に比例するため、表面積／体積に基づいて評価した。

そして、片持ちの接地電極９３の強度に対する両持ちの接地電極３の強度である比率１を、両持ちの接地電極３の直径を種々変更して算出した。同様に、片持ちの接地電極９３の暖まりやすさに対する両持ちの接地電極３の暖まりやすさである比率２を、両持ちの接地電極３の直径を種々変更して算出した。その結果を図２５に示す。図２５において、強度に関する比率１を曲線Ｃ１にて、暖まりやすさに関する比率２を曲線Ｃ２にて表している。

図２５の曲線Ｃ１の結果から分かるように、両持ちの接地電極３の直径を０．９ｍｍを超える値にすることにより、強さに関する比率１を、１を超える値にすることができる。すなわち、両持ちの接地電極３の直径を０．９ｍｍを超える値にすることにより、一般的な形状を有する片持ちの接地電極９３に比べて高い強度を確保できることが分かる。これを面積に換算すると、両持ち接地電極３の断面積を０．６３６ｍｍ²（なお、小数点第四位以降は切り捨てた。）を超える値とすることにより、両持ちの接地電極３の強度を確保しやすいこととなる。つまり、両持ちの接地電極３の断面積を、０．６４ｍｍ²以上とすることにより、両持ちの接地電極３の強度を確保しやすい。

また、図２５の曲線Ｃ２の結果から分かるように、接地電極３の直径を１．７ｍｍ未満にすることにより、暖まりやすさに関する比率２を、１を超える値にすることができる。すなわち、両持ちの接地電極３の直径を１．７ｍｍ未満とすることにより、一般的な形状を有する片持ちの接地電極９３に比べて高い強度を確保できることが分かる。これを面積に換算すると、両持ちの接地電極３の断面積を２．２６９ｍｍ²（なお、小数点第四位以降は切り捨てた。）未満にすることにより、両持ちの接地電極３の暖まりやすさを確保しやすいこととなる。つまり、接地電極３の断面積を２．２６ｍｍ²以下にすることにより、接地電極３の暖まりやすさを確保しやすい。それゆえ、両持ちの接地電極３の断面積を、０．６４ｍｍ²以上２．２６ｍｍ²以下にすることにより、両持ちの接地電極３の強度及び暖まりやすさの双方を確保できる。

本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

例えば、実施形態１～３においては、接地電極に雄ネジ部を設け、かつ、ハウジング構造体に、接地電極の雄ネジ部が螺合できる雌ネジ部（貫通孔の第二部位）を設けたが、これに限られず、接地電極の雄ネジ部及びこれに螺合されるハウジング構造体の雌ネジ部を設けなくてもよい。この場合は、接地電極は、単にハウジング構造体の穴に挿入配置される。なお、ハウジング構造体の当該穴をハウジング構造体のプラグ軸方向における取付ネジ部が形成された領域に形成することで、スパークプラグをシリンダヘッドに取り付けた状態においては、接地電極は、シリンダヘッドに囲まれるため、燃焼室内に落下することが防止される。

１ スパークプラグ
２ 中心電極
３ 接地電極
４ 絶縁碍子
５ ハウジング構造体
６ 副燃焼室
Ｇ 放電ギャップ

Claims (4)

1. 中心電極（２）と、
   前記中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（３）と、
   前記中心電極を内側に配した筒状の絶縁碍子（４）と、
   前記絶縁碍子を保持するとともに、前記放電ギャップが配される副燃焼室（６）を囲むハウジング構造体（５）と、を備え、
   前記ハウジング構造体には、外部部材（１１）の雌ネジ穴（１３）に螺合するための取付ネジ部（５１１）が形成されており、
   前記接地電極の複数箇所は、前記取付ネジ部に支持されており、
   前記接地電極は、その延在方向に平行な回転軸（Ａ）の回りに自転させることにより、少なくとも２つの姿勢（１０１、１０２、１０３、１０４）の間で姿勢を変化させることができ、
   少なくとも２つの前記姿勢は、互いに前記放電ギャップの長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が異なる姿勢である、スパークプラグ（１）。
2. 前記接地電極は、前記接地電極の延在方向に直交する断面の面積が２．２６ｍｍ²以下となる部位を有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記接地電極は、前記接地電極の延在方向に直交する断面の面積が０．６４ｍｍ²以上、２．２６ｍｍ²以下となる部位を有する、請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 前記接地電極は、前記ハウジング構造体に対して、脱着可能に支持されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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