JP7275891B2 - 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。

従来、中心電極及び接地電極を備え、湾曲した接地電極に沿った平面が気流の流れ方向に垂直となるスパークプラグがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のスパークプラグでは、中心電極及び接地電極の間を気流が左から右に流れるときに、接地電極の上側の辺及び下側の辺を右下がりとし、接地電極の上側において中心電極の中心軸よりも気流の上流側に突起部を設けている。これにより、接地電極の下流側に後流渦が形成され、伸長した放電火花が後流渦に巻き込まれて保持されるとしている。

特開２０１７－１４７０８６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では、中心電極と接地電極との間を通過した気流が乱れ易く、伸長した放電火花の途中部分が互いに短絡し易い。このため、放電火花が不安定になり、スパークプラグによる燃料と空気との混合気への着火性が低下するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、混合気への着火性を向上させるとともに、製造性を向上させることのできるスパークプラグを提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
筒状の主体金具（１１）と、前記主体金具の内部に挿入された中心電極（１３）と、前記主体金具に接続されて前記中心電極の先端面（１５ａ）に対向するように湾曲した接地電極（１４）と、を備え、前記湾曲した接地電極に沿った所定平面（Ｐ）が気流の流れ方向を向くスパークプラグ（１０）であって、
前記接地電極の本体（１４ｍ）において、
前記中心電極の先端面に対向する位置に、前記先端面との距離が最も短い面である対向面（２５）が形成され、
前記先端面に面した側、且つ前記気流の流れに対して前記中心電極よりも下流側において、前記対向面に接続され、前記気流の上流側から下流側にかけて前記先端面から離れる第１傾斜面（２３）が形成され、
前記第１傾斜面に接続され、前記所定平面に平行で前記気流の最も下流側の平面である下流端面（２９）が形成され、
前記先端面に面した側と反対側において、前記気流の上流側から下流側にかけて前記先端面に近付き、前記下流端面に接続された第２傾斜面（２４）が形成され、
前記第２傾斜面に接続され、前記先端面に面した側と反対側において、前記先端面との距離が最も長い面である反対面（３０）が形成され、
前記所定平面に垂直な方向に関して、前記対向面の幅（Ａ１）が前記反対面の幅（Ａ２）よりも広く、
前記対向面と前記第１傾斜面とがなす角度をθ１として、１０°≦θ１≦４０°であり、
前記中心電極の挿入方向に関して、前記下流端面の前記対向面と反対側の端（Ｅ１）から前記対向面までの距離をＬ１として、０．３［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．９［ｍｍ］である。

上記構成によれば、主体金具に接続された接地電極は、主体金具との接続部から中心電極の先端面に対向するように途中で湾曲している。湾曲した接地電極に沿った所定平面に向かって、すなわち接地電極の側方から中心電極及び接地電極へ向かって気流が流れる。そして、中心電極と接地電極との間で放電が行われ、放電火花により燃料と空気との混合気に着火される。

ここで、接地電極の本体において、中心電極の先端面に対向する位置に、中心電極の先端面との距離が最も短い面である対向面が形成されている。このため、中心電極と接地電極との間を通過した気流が乱れることを抑制することができ、放電火花が不安定になることを抑制することができる。そして、中心電極の先端面に面した側、且つ気流の流れに対して中心電極よりも下流側において、中心電極の先端面との対向面に接続され、気流の上流側から下流側にかけて中心電極の先端面から離れる第１傾斜面が形成されている。このため、中心電極と接地電極との間を通過した気流を、第１傾斜面により中心電極から離れる方向、すなわち燃焼室の中央方向へ導くことができる。その結果、放電火花の冷却損失を低減することができ、混合気への着火性を向上させることができる。なお、接地電極が貴金属チップを備える場合は、接地電極において貴金属チップを除く部分が接地電極の本体に相当する。また、接地電極が貴金属チップを備えない場合は、接地電極と接地電極の本体とが一致する。

第１傾斜面に接続され、所定平面に平行で気流の最も下流側の平面である下流端面が形成されている。中心電極の先端面に面した側と反対側において、気流の上流側から下流側にかけて中心電極の先端面に近付き、下流端面に接続された第２傾斜面が形成されている。第２傾斜面に接続され、中心電極の先端面に面した側と反対側において、中心電極の先端面との距離が最も長い面である反対面が形成されている。このため、上記第１傾斜面及び反対面により、気流が下流端面及び第２傾斜面から剥離するように流れ、下流端面及び第２傾斜面の下流側に負圧が形成される。この負圧により、中心電極と接地電極との間を通過した気流ひいては放電火花を、中心電極から離れる方向へ導くことができる。したがって、中心電極から離れる方向へ放電火花を伸長させることができ、混合気への着火性を向上させることができる。さらに、接地電極における放電火花の起点が、第１傾斜面に沿って気流の上流側から下流側へ移動することにより、接地電極における放電火花の起点と中心電極との距離を延ばすことができる。したがって、放電火花の途中部分が互いに短絡することを抑制することができる。

さらに、接地電極の本体において、所定平面に垂直な方向に関して、対向面の幅が反対面の幅よりも広く、対向面と第１傾斜面とがなす角度をθ１として、１０°≦θ１≦４０°であり、中心電極の挿入方向に関して、下流端面の対向面と反対側の端から対向面までの距離をＬ１として、０．３［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．９［ｍｍ］である場合に、混合気への着火性が向上することが本願発明者により確認されている。したがって、上記スパークプラグによれば、混合気への着火性をさらに向上させることができる。

しかも、第１傾斜面と第２傾斜面とが、所定平面に平行で気流の最も下流側の平面である下流端面を介して接続されている。このため、第１傾斜面と第２傾斜面とが直接接続されている場合に第１傾斜面と第２傾斜面とがなす角度よりも、第１傾斜面と下流端面とがなす角度、及び下流端面と第２傾斜面とがなす角度を大きくすることができる。したがって、接地電極に鋭角部分が形成されることを抑制することができ、スパークプラグの製造性を向上させることができる。

第２の手段では、前記接地電極の本体において、１５°≦θ１≦２５°であり、０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．７［ｍｍ］である。

上記構成によれば、１５°≦θ１≦２５°であるため、第１傾斜面と下流端面とがなす角度を適度に大きくすることができ、スパークプラグの製造性をさらに向上させることができる。０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．７［ｍｍ］である場合は、混合気への着火性がさらに向上することが本願発明者により確認されている。

第３の手段では、前記接地電極の本体において、２５°≦θ１≦４０°であり、０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．８［ｍｍ］である。

接地電極の本体において、２５°≦θ１≦４０°であり、０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．８［ｍｍ］である場合は、混合気への着火性が特に向上することが本願発明者により確認されている。

第４の手段では、
前記接地電極の本体において、
前記中心電極の前記先端面に面した側、且つ前記気流の流れに対して前記中心電極よりも上流側において、前記気流の上流側から下流側にかけて前記先端面に近付き、前記対向面に接続された第３傾斜面（２１）が形成され、
前記第３傾斜面に接続され、前記所定平面に平行で前記気流の最も上流側の平面である上流端面（２８）が形成され、
前記上流端面及び前記反対面に接続され、前記先端面に面した側と反対側において、前記気流の上流側から下流側にかけて前記先端面から離れる第４傾斜面（２２）が形成され、
前記対向面と前記第３傾斜面とがなす角度をθ２として、１０°≦θ２≦４０°であり、
前記中心電極の挿入方向に関して、前記上流端面の前記対向面と反対側の端（Ｅ２）から前記対向面までの距離をＬ２として、０．３［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．９［ｍｍ］である。

上記構成によれば、接地電極の本体において、中心電極の先端面に面した側、且つ気流の流れに対して中心電極よりも上流側において、気流の上流側から下流側にかけて中心電極の先端面に近付き、対向面に接続された第３傾斜面が形成されている。そして、接地電極の本体は、中心電極の先端面に対向する位置に、中心電極の先端面との距離が最も短い面である対向面を備えている。このため、第３傾斜面により、中心電極と接地電極との間へ流れる気流が整流され、放電火花を安定して伸長させることができる。

接地電極の本体において、第３傾斜面に接続され、所定平面に平行で気流の最も上流側の平面である上流端面が形成されている。上流端面及び上記反対面に接続され、中心電極の先端面に面した側と反対側において、気流の上流側から下流側にかけて中心電極の先端面から離れる第４傾斜面が形成されている。このため、第４傾斜面により、接地電極から離れる方向へ気流が導かれ、接地電極の下流側に負圧が形成される。この負圧により、中心電極と接地電極との間を通過した気流ひいては放電火花を、中心電極から離れる方向へ導くことができる。したがって、中心電極から離れる方向へ放電火花を伸長させることができ、混合気への着火性を向上させることができる。

さらに、接地電極の本体において、対向面と第３傾斜面とがなす角度をθ２として、１０°≦θ２≦４０°であり、中心電極の挿入方向に関して、上流端面の対向面と反対側の端から対向面までの距離をＬ２として、０．３［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．９［ｍｍ］である場合に、混合気への着火性が向上することが本願発明者により確認されている。したがって、上記スパークプラグによれば、混合気への着火性を向上させることができる。

しかも、第３傾斜面と第４傾斜面とが、所定平面に平行で気流の最も上流側の平面である上流端面を介して接続されている。このため、第３傾斜面と第４傾斜面とが直接接続されている場合に第３傾斜面と第４傾斜面とがなす角度よりも、第３傾斜面と上流端面とがなす角度、及び上流端面と第４傾斜面とがなす角度を大きくすることができる。したがって、接地電極に鋭角部分が形成されることを抑制することができ、スパークプラグの製造性を向上させることができる。

第５の手段では、前記接地電極の本体において、１５°≦θ２≦２５°であり、０．５［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．７［ｍｍ］である。

上記構成によれば、１５°≦θ２≦２５°であるため、第３傾斜面と上流端面とがなす角度を適度に大きくすることができ、スパークプラグの製造性をさらに向上させることができる。

また、具体的には、第６の手段のように、前記接地電極の本体において、２５°≦θ２≦４０°であり、０．５［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．８［ｍｍ］である、といった構成を採用することもできる。

燃焼室に対してスパークプラグが取り付けられた場合、燃焼室内の混合気の燃焼過程においてスパークプラグに対する気流の流れ方向が一時的に逆になることがある。

この点、第７の手段では、θ１＝θ２であり、Ｌ１＝Ｌ２である。このため、燃焼過程においてスパークプラグに対する気流の流れ方向が一時的に逆になったとしても、第３傾斜面と第１傾斜面とが互いの機能を入れ替えて実現し、第４傾斜面と第２傾斜面とが互いの機能を入れ替えて実現することができる。したがって、燃焼過程においてスパークプラグに対する気流の流れ方向が一時的に逆になったとしても、混合気への着火性を向上させることができる。また、燃焼室に対して、接地電極の上流側と下流側とが逆向きに取り付けられたとしても、正しい向きに取り付けられた場合と同様に混合気への着火性を向上させることができる。しかも、接地電極の本体の形状を、中心電極に対して上流側と下流側とで対称にすることができる。したがって、スパークプラグの製造性をさらに向上させることができる。

第８の手段では、前記所定平面に垂直な方向に関して、前記接地電極の本体の幅をＷとして、２．３［ｍｍ］≦Ｗ≦２．９［ｍｍ］である。

所定平面に垂直な方向に関して、接地電極の本体の幅をＷとして、２．３［ｍｍ］≦Ｗ≦２．９［ｍｍ］である場合は、混合気への着火性が向上することが本願発明者により確認されている。したがって、上記スパークプラグによれば、混合気への着火性をさらに向上させることができる。

具体的には、第９の手段のように、２．５［ｍｍ］≦Ｗ≦２．７［ｍｍ］である、といった構成を採用することができる。

第１０の手段では、前記対向面において前記中心電極の前記先端面に対向する部分には、第１貴金属チップが設けられている。このため、第１貴金属チップで電界集中が起きることにより中心電極との間で放電が行われ易くなるとともに、放電による接地電極の消耗を抑制することができる。

スパークプラグの半断面図。 図１の部分拡大図。 中心電極の先端部及び接地電極の斜視図。 中心電極の先端部及び接地電極の正面図。 接地電極の各寸法を示す模式図。 比較例の接地電極の各寸法を示す模式図。 気流の流れ方向を示す模式図。 放電火花の伸長態様を示す模式図。 距離Ｌ１と角度θ１とＡ／Ｆ向上代との関係を示すグラフ。 気流の逆流態様を示す模式図。 スパークプラグの逆向きの取り付け状態を示す模式図。 接地電極の変更例を示す模式図。 接地電極の他の変更例を示す模式図。 接地電極の他の変更例を示す模式図。 接地電極の他の変更例を示す模式図。

以下、内燃機関に用いられるスパークプラグに具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１０は、鉄等の金属材料によって形成された円筒状のハウジング１１を備えている。ハウジング１１（主体金具）の下部の外周には、ねじ部１１ａが形成されている。

ハウジング１１の内部には、円筒状の絶縁碍子１２の下端部が同軸に挿入されている。絶縁碍子１２は、アルミナ等の絶縁材料で成形されている。絶縁碍子１２に対してハウジング１１の上端部１１ｂをかしめることにより、ハウジング１１と絶縁碍子１２とが一体に結合されている。そして、絶縁碍子１２の下部（一端部）において、貫通孔１２ａ（中空部）には、中心電極１３が挿入されて保持されている。

中心電極１３は、耐熱性等に優れているＮｉ合金を母材として、円柱状に形成されている。具体的には、中心電極１３の内材（中心材）が銅で形成され、外材（外皮材）がＮｉ（ニッケル）基合金で形成されている。中心電極１３の先端部１３ａは、絶縁碍子１２の下端（一端）から露出している。

中心電極１３の先端部１３ａに対向する位置には、ハウジング１１の下端面（一端面）から一体的に湾曲して延びる接地電極１４が配置されている。すなわち、接地電極１４は、ハウジング１１に接続されて、中心電極１３の先端面１５ａ（図２参照）に先端部１４ａが対向するように湾曲している。接地電極１４もＮｉ基合金によって形成されている。接地電極１４は、本体１４ｍと貴金属チップ１６とを備えている。接地電極１４において貴金属チップ１６を除く部分が接地電極１４の本体１４ｍに相当する。

図２に示すように、中心電極１３及び接地電極１４は、それぞれ貴金属チップ１５，１６を備えている。貴金属チップ１５，１６は、共に円柱状に形成されている。貴金属チップ１５，１６は、高融点で耐消耗性に優れたＩｒ（イリジウム）をベースに、Ｉｒの高温揮発性を抑制するために、Ｒｈ（ロジウム）を含むＩｒＲｈ合金により形成されている。貴金属チップ１５，１６は、レーザー溶接、または抵抗溶接等の接合加工により、それぞれ先端部１３ａ，１４ａに接合されている。貴金属チップ１５（第２貴金属チップ）の先端面１５ａと貴金属チップ１６（第１貴金属チップ）の先端面１６ａとの間に、火花ギャップ１７が形成されている。すなわち、貴金属チップ１５と貴金属チップ１６との間で放電が行われ、放電火花が形成される。

図１に戻り、中心電極１３の上部には、周知のように中心軸１８、端子部１９が電気的に接続されている。端子部１９には、火花発生用の高電圧を印加する外部回路が接続される。また、ハウジング１１のねじ部１１ａの上端部には、内燃機関への取り付けに用いられるガスケット２０が設けられている。スパークプラグ１０が内燃機関の燃焼室に対して取り付けられた状態では、スパークプラグ１０の中心電極１３及び接地電極１４が燃焼室に露出している。そして、中心電極１３から接地電極１４への方向が、燃焼室の中央方向となる。

図３は、中心電極１３の先端部及び接地電極１４の斜視図である。図４は、中心電極１３の先端部及び接地電極１４の正面図である。接地電極１４の本体１４ｍの断面形状は、八角形状である。

スパークプラグ１０が内燃機関の燃焼室に対して取り付けられた状態では、湾曲した接地電極１４に沿った所定平面Ｐ（図４参照）が気流の流れ方向を向いている。詳しくは、所定平面Ｐは、スパークプラグ１０へ向かう主な気流の流れ方向に垂直になっている。

接地電極１４の本体１４ｍにおいて、中心電極１３の先端面１５ａに対向する位置に、先端面１５ａとの距離が最も短い面である対向面２５（チップ取付面）が形成されているすなわち、対向面２５において、中心電極１３の先端面１５ａと接地電極１４の本体１４ｍとの距離が最も短くなっている。対向面２５は、中心電極１３に対向する位置付近で平面になっている。対向面２５から、接地電極１４とハウジング１１との接続部の方向へ延びた面は曲面になった後に平面になっている。対向面２５に、貴金属チップ１６が溶接されている。接地電極１４は、貴金属チップ１６の先端面１６ａにおいて、中心電極１３の先端面１５ａとの距離が最も短くなっている。

接地電極１４の本体１４ｍにおいて、中心電極１３の先端面１５ａに面した側（上側）、且つ気流の流れに対して中心電極１３よりも下流側において、対向面２５に接続され、気流の上流側から下流側にかけて先端面１５ａから離れる第１傾斜面２３が形成されている。第１傾斜面２３は、中心電極１３に対向する位置付近で平面になっている。第１傾斜面２３から、接地電極１４とハウジング１１との接続部の方向へ延びた面は曲面になった後に平面になっている。

接地電極１４は、所定平面Ｐに関して対称に形成されている。このため、接地電極１４の本体１４ｍにおいて、中心電極１３の先端面１５ａに面した側（上側）、且つ気流の流れに対して中心電極１３よりも上流側の部分に、気流の上流側から下流側にかけて先端面１５ａに近付き、対向面２５に接続された第３傾斜面２１が形成されている。第３傾斜面２１は、第３傾斜面２１に当たる気流を、中心電極１３側へ偏向させるように形成されている。

接地電極１４の本体１４ｍにおいて、第１傾斜面２３に接続され、所定平面Ｐに平行で気流の最も下流側の平面である下流端面２９が形成されている。下流端面２９は、本体１４ｍの側面を形成する平面である。下流端面２９は、本体１４ｍの湾曲に応じた形状を有している。

接地電極１４は、所定平面Ｐに関して対称に形成されている。このため、接地電極１４の本体１４ｍにおいて、第３傾斜面２１に接続され、所定平面Ｐに平行で気流の最も上流側の平面である上流端面２８が形成されている。上流端面２８は、本体１４ｍの湾曲に応じた形状を有している。

接地電極１４の本体１４ｍにおいて、先端面１５ａに面した側と反対側において、気流の上流側から下流側にかけて先端面１５ａに近付き、下流端面２９に接続された第２傾斜面２４が形成されている。第２傾斜面２４は、中心電極１３に対向する位置付近で平面になっている。第２傾斜面２４から、接地電極１４とハウジング１１との接続部の方向へ延びた面は曲面になった後に平面になっている。

接地電極１４は、所定平面Ｐに関して対称に形成されている。このため、接地電極１４の本体１４ｍにおいて、上流端面２８に接続され、中心電極１３の先端面１５ａに面した側と反対側（下側）において、気流の上流側から下流側にかけて先端面１５ａから離れる第４傾斜面２２が形成されている。第４傾斜面２２は、第４傾斜面２２に当たる気流を、中心電極１３から離れる側へ偏向させるように形成されている。

接地電極１４の本体１４ｍにおいて、第２傾斜面２４及び第４傾斜面２２に接続され、先端面１５ａに面した側と反対側において、先端面１５ａとの距離が最も長い面である反対面３０が形成されている。

接地電極１４において貴金属チップ１６以外の部分（接地電極１４の本体１４ｍ）は、長さ方向の形状が均一の部材を曲げることで形成されている。このため、接地電極１４の製造性を高めることができる。さらに、接地電極１４の本体１４ｍの形状を、所定平面Ｐに関して（中心電極１３に対して）上流側と下流側とで対称にしている。したがって、スパークプラグ１０の製造性をさらに向上させることができる。

図５は、接地電極１４の各寸法を示す模式図である。同図では、中心電極１３の中心軸線を通り且つ気流の流れ方向に平行な面による断面を示している。

中心電極１３の中心軸線方向（ハウジング１１及び絶縁碍子１２への挿入方向）に関して、接地電極１４の本体１４ｍの厚みを厚みＴとし、下流端面２９の対向面２５と反対側の端Ｅ１から対向面２５までの距離をＬ１とし、上流端面２８の対向面２５と反対側の端Ｅ２から対向面２５までの距離をＬ２とする。このとき、１．１［ｍｍ］≦Ｔ≦１．５［ｍｍ］を満たすように、厚みＴが設定されている。望ましくは、１．２［ｍｍ］≦Ｔ≦１．４［ｍｍ］を満たすように、厚みＴが設定されている。０．３［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．９［ｍｍ］、０．３［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．９［ｍｍ］を満たすように、距離Ｌ１、Ｌ２が設定されている。望ましくは、０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．７［ｍｍ］、０．５［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．７［ｍｍ］を満たすように、距離Ｌ１、Ｌ２が設定されている。本実施形態では、Ｌ１＝Ｌ２である。

接地電極１４の本体１４ｍにおいて、所定平面Ｐに垂直な方向（気流の流れ方向）に関して、接地電極１４の本体１４ｍの幅を幅Ｗとし、対向面２５の幅を幅Ａ１とし、反対面３０の幅をＡ２とする。このとき、２．３［ｍｍ］≦Ｗ≦２．９［ｍｍ］を満たすように、幅Ｗが設定されている。望ましくは、２．５［ｍｍ］≦Ｗ≦２．７［ｍｍ］を満たすように、幅Ｗが設定されている。１．２［ｍｍ］≦Ａ１≦１．８［ｍｍ］を満たすように、幅Ａ１が設定されている。望ましくは、１．４［ｍｍ］≦Ａ１≦１．６［ｍｍ］を満たすように、幅Ａ１が設定されている。０．３［ｍｍ］≦Ａ２≦０．７［ｍｍ］を満たすように、幅Ａ２が設定されている。望ましくは、０．４［ｍｍ］≦Ａ２≦０．６［ｍｍ］を満たすように、幅Ａ２が設定されている。すなわち、接地電極１４の本体１４ｍにおいて、所定平面Ｐに垂直な方向に関して、対向面２５の幅Ａ１が反対面３０の幅Ａ２よりも広く設定されている。

接地電極１４の本体１４ｍにおいて、対向面２５と第１傾斜面２３とがなす角度をθ１とし、対向面２５と第３傾斜面２１とがなす角度をθ２とする。このとき、１０°≦θ１≦４０°、１０°≦θ２≦４０°を満たすように、角度θ１，θ２が設定されている。望ましくは、１５°≦θ１≦２５°、１５°≦θ２≦２５°を満たすように、角度θ１，θ２が設定されている。本実施形態では、θ１＝θ２である。

図６は、比較例の接地電極１４Ｒの各寸法を示す模式図である。同図では、中心電極１３の中心軸線を通り且つ気流の流れ方向に平行な面による断面を示している。

中心電極１３の中心軸線方向（ハウジング１１及び絶縁碍子１２への挿入方向）に関して、接地電極１４Ｒの本体１４ｍの厚みを厚みＴとしている。また、接地電極１４Ｒの本体１４ｍにおいて、所定平面Ｐに垂直な方向（気流の流れ方向）に関して、接地電極１４Ｒの本体１４ｍの幅を幅Ｗとしている。厚みＴ＝１．３［ｍｍ］、幅Ｗ＝２．６［ｍｍ］に設定されている。比較例の接地電極１４Ｒには、第１傾斜面２３、第２傾斜面２４、第３傾斜面２１、及び第４傾斜面２２がいずれも形成されていない。すなわち、接地電極１４Ｒの本体１４ｍの断面形状は矩形状になっている。

図７は、接地電極１４に対する気流の流れ方向を示す模式図である。

接地電極１４に向かって流れる気流のうち、第３傾斜面２１に当たった気流は、第３傾斜面２１に沿って貴金属チップ１５（中心電極１３）と貴金属チップ１６（接地電極１４）との間に導かれる。このため、貴金属チップ１５と貴金属チップ１６との間に流れる気流が整流される。

第４傾斜面２２に当たった気流は、第４傾斜面２２に沿って接地電極１４から離れる方向へ導かれる。そして、気流が接地電極１４から剥離して、第２傾斜面２４及び下流端面２９（接地電極１４）の下流側に負圧が形成される。さらに、接地電極１４の本体１４ｍには第２傾斜面２４が形成されているため、気流は接地電極１４から剥離し易くなり、第２傾斜面２４の下流側に形成される負圧が強化される。

貴金属チップ１５と貴金属チップ１６との間を通過した気流は、第２傾斜面２４及び下流端面２９の下流側に形成された負圧により、中心電極１３から離れる方向へ導かれる。接地電極１４の本体１４ｍには第１傾斜面２３が形成されているため、気流は第１傾斜面２３に沿って中心電極１３から離れる方向へ導かれる。

図８は、放電火花の伸長態様を示す模式図である。

放電火花は当初、中心電極１３の先端面１５ａと接地電極１４における貴金属チップ１６の先端面１６ａの起点Ｓ１との間に生じる。そして、放電火花は、貴金属チップ１５と貴金属チップ１６との間の整流された気流により、安定して伸長させられる。

このとき、接地電極１４における放電火花の起点は、起点Ｓ１から第１傾斜面２３における起点Ｓ２へと移動する。このため、接地電極１４における放電火花の起点と貴金属チップ１５（中心電極１３）との距離を延ばすことができ、伸長した放電火花の途中部分が互いに短絡することを抑制することができる。

図７で説明したように、貴金属チップ１５と貴金属チップ１６との間を通過した気流は、第２傾斜面２４及び下流端面２９の下流側に形成された負圧により、中心電極１３から離れる方向へ導かれる。この気流により、放電火花は中心電極１３から離れる方向へ導かれつつ伸長させられる。このとき、接地電極１４における放電火花の起点は、起点Ｓ２から下流端面２９における起点Ｓ３へと移動する。さらに、接地電極１４における放電火花の起点は、起点Ｓ３から下流端面２９に沿って、より中心電極１３から離れた位置まで移動する。

したがって、放電火花が中心電極１３から離れる方向へ安定して伸長され、混合気への着火性を向上させることができる。ここで、放電火花が長いほど放電火花の表面積が大きくなり、混合気及び空気の混合気と放電火花との接触面積が大きくなるため、混合気への着火性が向上する。さらに、放電火花が、中心電極１３から離れる方向、すなわち燃焼室の中央方向へ伸長するほど、混合気の燃焼性が向上する。

図９は、上記距離Ｌ１と上記角度θ１とＡ／Ｆ向上代との関係を示すグラフである。Ａ／Ｆ向上代は、比較例の接地電極１４Ｒにおける混合気の燃焼のリーン限界Ａ／Ｆを基準（０）として、接地電極１４のリーン限界Ａ／Ｆがどれだけ向上したかを表している。幅Ｗ＝２．６［ｍｍ］、厚みＴ＝１．３［ｍｍ］、幅Ａ１＝１．５［ｍｍ］、幅Ａ２＝０．５［ｍｍ］、貴金属チップ１６のチップ径φ＝０．７［ｍｍ］、貴金属チップ１６のチップ高さ＝０．１５［ｍｍ］で固定して試験を実施した。ただし、チップ径・高さは、気流の流れに対する影響がみられなかったことが、本願発明者により確認されている。なお、接地電極１４の貴金属チップ１６の体積が接地電極１４の本体１４ｍに比べて小さいために、上記影響がなかったものと思われる。

同図に示すように、いずれのサンプルのＡ／Ｆ向上代も０．２以上になっている。特に、０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．８［ｍｍ］且つ２５°≦θ１≦４０°の範囲において、いずれのサンプルのＡ／Ｆ向上代も０．４以上になっている。したがって、０．３［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．９［ｍｍ］且つ１０°≦θ１≦４０°を満たすように、特に０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．８［ｍｍ］且つ２５°≦θ１≦４０°を満たすように、距離Ｌ１及び角度θ１を設定することにより、混合気への着火性を向上させることができる。また、いずれの角度θ１においても、０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．７［ｍｍ］を満たすように、距離Ｌ１を設定することにより、混合気への着火性を向上させることができる。

なお、０．３［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．９［ｍｍ］、且つ１０°≦θ２≦４０°の範囲であれば、いずれのサンプルのＡ／Ｆ向上代も０以上になることが、本願発明者により確認されている。また、１．１［ｍｍ］≦Ｔ≦１．５［ｍｍ］、２．３［ｍｍ］≦Ｗ≦２．９［ｍｍ］、１．２［ｍｍ］≦Ａ１≦１．８［ｍｍ］、０．３［ｍｍ］≦Ａ２≦０．７［ｍｍ］の範囲であれば、いずれのサンプルのＡ／Ｆ向上代も０以上になることが、本願発明者により確認されている。

また、接地電極１４の本体１４ｍの製造性を向上させる上では、１５°≦θ１≦２５°且つ０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．７［ｍｍ］を満たすように、距離Ｌ１及び角度θ１を設定することが望ましい。こうした構成によれば、本体１４ｍに鋭角部分が形成されることを抑制することができ、スパークプラグ１０の製造性を向上させることができる。なお、２５°≦θ１≦４０°である場合は、２５°≦θ２≦４０°とするとよい。また、０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．８［ｍｍ］である場合は、０．５［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．８［ｍｍ］とするとよい。

図１０は、気流の逆流態様を示す模式図である。燃焼室に対してスパークプラグ１０が取り付けられる。燃焼室内の混合気の燃焼過程において、スパークプラグ１０に対する気流の流れ方向が、実線の矢印で示す方向から破線の矢印で示す方向へ一時的に逆になることがある。

この点、接地電極１４は、所定平面Ｐに関して対称に形成されており、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが等しく、角度θ１と角度θ２とが等しくなっている。このため、燃焼過程においてスパークプラグ１０に対する気流の流れ方向が一時的に逆になったとしても、第１傾斜面２３が第３傾斜面２１の機能を実現し、第２傾斜面２４が第４傾斜面２２の機能を実現する。また、第３傾斜面２１が第１傾斜面２３の機能を実現し、第４傾斜面２２が第２傾斜面２４の機能を実現する。したがって、燃焼過程においてスパークプラグ１０に対する気流の流れ方向が一時的に逆になったとしても、混合気への着火性を向上させることができる。

図１１は、スパークプラグ１０の逆向きの取り付け状態を示す模式図である。図１１では、図１０のスパークプラグ１０の接地電極１４の向きに対して、接地電極１４の向きが逆になっている。すなわち、図１０と図１１とでは、スパークプラグ１０の取付角度が１８０°ずれている。図１１のスパークプラグ１０の取り付け状態であっても、気流の流れ方向が逆になった場合と同様に、混合気への着火性を向上させることができる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・接地電極１４の本体１４ｍにおいて、中心電極１３の先端面１５ａに対向する位置に、先端面１５ａとの距離が最も短い面である対向面２５が形成されている。このため、中心電極１３と接地電極１４との間を通過した気流が乱れることを抑制することができ、放電火花が不安定になることを抑制することができる。そして、先端面１５ａに面した側、且つ気流の流れに対して中心電極１３よりも下流側において、対向面２５に接続され、気流の上流側から下流側にかけて先端面１５ａから離れる第１傾斜面２３が形成されている。このため、中心電極１３と接地電極１４との間を通過した気流を、第１傾斜面２３により中心電極１３から離れる方向、すなわち燃焼室の中央方向へ導くことができる。その結果、放電火花の冷却損失を低減することができ、混合気への着火性を向上させることができる。

・第１傾斜面２３に接続され、所定平面Ｐに平行で気流の最も下流側の平面である下流端面２９が形成されている。先端面１５ａに面した側と反対側において、気流の上流側から下流側にかけて先端面１５ａに近付き、下流端面２９に接続された第２傾斜面２４が形成されている。第２傾斜面２４に接続され、先端面１５ａに面した側と反対側において、先端面１５ａとの距離が最も長い面である反対面３０が形成されている。このため、上記第１傾斜面２３及び反対面３０により、気流が下流端面２９及び第２傾斜面２４から剥離するように流れ、下流端面２９及び第２傾斜面２４の下流側に負圧が形成される。この負圧により、中心電極１３と接地電極１４との間を通過した気流ひいては放電火花を、中心電極１３から離れる方向へ導くことができる。したがって、中心電極１３から離れる方向へ放電火花を伸長させることができ、混合気への着火性を向上させることができる。さらに、接地電極１４における放電火花の起点が、第１傾斜面２３に沿って気流の上流側から下流側へ移動することにより、接地電極１４における放電火花の起点と中心電極１３との距離を延ばすことができる。したがって、放電火花の途中部分が互いに短絡することを抑制することができる。

・接地電極１４の本体１４ｍにおいて、所定平面Ｐに垂直な方向に関して、対向面２５の幅Ａ１が反対面３０の幅Ａ２よりも広く、対向面２５と第１傾斜面２３とがなす角度をθ１として、１０°≦θ１≦４０°であり、中心電極１３の挿入方向（軸方向）に関して、下流端面２９の対向面２５と反対側の端Ｅ１から対向面２５までの距離をＬ１として、０．３［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．９［ｍｍ］である場合に、混合気への着火性が向上することが本願発明者により確認されている。したがって、上記スパークプラグ１０によれば、混合気への着火性をさらに向上させることができる。

・第１傾斜面２３と第２傾斜面２４とが、所定平面Ｐに平行で気流の最も下流側の平面である下流端面２９を介して接続されている。このため、第１傾斜面２３と第２傾斜面２４とが直接接続されている場合に第１傾斜面２３と第２傾斜面２４とがなす角度よりも、第１傾斜面２３と下流端面２９とがなす角度、及び下流端面２９と第２傾斜面２４とがなす角度を大きくすることができる。したがって、接地電極１４に鋭角部分が形成されることを抑制することができ、スパークプラグ１０の製造性を向上させることができる。

・１５°≦θ１≦２５°であるため、第１傾斜面２３と下流端面２９とがなす角度を適度に大きくすることができ、スパークプラグ１０の製造性をさらに向上させることができる。０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．７［ｍｍ］である場合は、混合気への着火性をさらに向上させることができる。

・接地電極１４の本体１４ｍにおいて、２５°≦θ１≦４０°であり、０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．８［ｍｍ］である場合は、混合気への着火性を特に向上させることができる。

・接地電極１４の本体１４ｍにおいて、先端面１５ａに面した側、且つ気流の流れに対して中心電極１３よりも上流側において、気流の上流側から下流側にかけて先端面１５ａに近付き、対向面２５に接続された第３傾斜面２１が形成されている。そして、接地電極１４の本体１４ｍは、中心電極１３の先端面１５ａに対向する位置に、先端面１５ａとの距離が最も短い面である対向面２５を備えている。このため、第３傾斜面２１により、中心電極１３と接地電極１４との間へ流れる気流が整流され、放電火花を安定して伸長させることができる。

・接地電極１４の本体１４ｍにおいて、第３傾斜面２１に接続され、所定平面Ｐに平行で気流の最も上流側の平面である上流端面２８が形成されている。上流端面２８及び上記反対面３０に接続され、先端面１５ａに面した側と反対側において、気流の上流側から下流側にかけて先端面１５ａから離れる第４傾斜面２２が形成されている。このため、第４傾斜面２２により、接地電極１４から離れる方向へ気流が導かれ、接地電極１４の下流側に負圧が形成される。この負圧により、中心電極１３と接地電極１４との間を通過した気流ひいては放電火花を、中心電極１３から離れる方向へ導くことができる。したがって、中心電極１３から離れる方向へ放電火花を伸長させることができ、混合気への着火性を向上させることができる。

・接地電極１４の本体１４ｍにおいて、対向面２５と第３傾斜面２１とがなす角度をθ２として、１０°≦θ２≦４０°であり、中心電極１３の挿入方向（軸方向）に関して、上流端面２８の対向面２５と反対側の端Ｅ２から対向面２５までの距離をＬ２として、０．３［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．９［ｍｍ］である場合に、混合気への着火性が向上することが本願発明者により確認されている。したがって、上記スパークプラグ１０によれば、混合気への着火性を向上させることができる。

・第３傾斜面２１と第４傾斜面２２とが、所定平面Ｐに平行で気流の最も上流側の平面である上流端面２８を介して接続されている。このため、第３傾斜面２１と第４傾斜面２２とが直接接続されている場合に第３傾斜面２１と第４傾斜面２２とがなす角度よりも、第３傾斜面２１と上流端面２８とがなす角度、及び上流端面２８と第４傾斜面２２とがなす角度を大きくすることができる。したがって、接地電極１４に鋭角部分が形成されることを抑制することができ、スパークプラグ１０の製造性を向上させることができる。

・１５°≦θ２≦２５°であるため、第３傾斜面２１と上流端面２８とがなす角度を適度に大きくすることができ、スパークプラグ１０の製造性をさらに向上させることができる。

・角度θ１＝角度θ２であり、距離Ｌ１＝距離Ｌ２である。このため、燃焼過程においてスパークプラグ１０に対する気流の流れ方向が一時的に逆になったとしても、第３傾斜面２１と第１傾斜面２３とが互いの機能を入れ替えて実現し、第４傾斜面２２と第２傾斜面２４とが互いの機能を入れ替えて実現することができる。したがって、燃焼過程においてスパークプラグ１０に対する気流の流れ方向が一時的に逆になったとしても、混合気への着火性を向上させることができる。また、燃焼室に対して、接地電極１４の上流側と下流側とが逆向きに取り付けられたとしても、正しい向きに取り付けられた場合と同様に混合気への着火性を向上させることができる。しかも、接地電極１４の本体１４ｍの形状を、中心電極１３に対して上流側と下流側とで対称にすることができる。したがって、スパークプラグ１０の製造性をさらに向上させることができる。

・所定平面Ｐに垂直な方向に関して、接地電極１４の本体１４ｍの幅をＷとして、２．３［ｍｍ］≦Ｗ≦２．９［ｍｍ］である場合は、混合気への着火性が向上することが本願発明者により確認されている。したがって、上記スパークプラグ１０によれば、混合気への着火性をさらに向上させることができる。

・対向面２５において中心電極１３の先端面１５ａに対向する部分には、貴金属チップ１６が設けられている。このため、貴金属チップ１６で電界集中が起きることにより中心電極１３との間で放電が行われ易くなるとともに、放電による接地電極１４の消耗を抑制することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・図１２は、接地電極１４の変更例を示す模式図である。この接地電極１４は、所定平面Ｐに関して対称に形成されておらず、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが異なっており、角度θ１と角度θ２とが異なっている。こうした構成であっても、第１傾斜面２３、下流端面２９、第２傾斜面２４、反対面３０、第３傾斜面２１、上流端面２８、及び第４傾斜面２２により、上記実施形態に準じた作用効果を奏することができる。

・図１３は、接地電極１４の他の変更例を示す模式図である。この接地電極１４の本体１４ｍでは、上流端面２８が形成されていない。こうした構成であっても、第１傾斜面２３、下流端面２９、第２傾斜面２４、反対面３０、第３傾斜面２１、及び第４傾斜面２２による作用効果を奏することができる。

・図１４は、接地電極１４の他の変更例を示す模式図である。この接地電極１４の本体１４ｍでは、第３傾斜面２１及び第４傾斜面２２が形成されていない。こうした構成であっても、第１傾斜面２３、下流端面２９、第２傾斜面２４、反対面３０、及び上流端面２８による作用効果を奏することができる。

・図１５は接地電極１４の他の変更例を示す模式図であり、この接地電極１４は、貴金属チップ１６を備えていない。この場合も、上記実施形態に準じた作用効果を奏することができる。

１０…スパークプラグ、１３…中心電極、１４…接地電極、１４ｍ…本体、１５ａ…先端面、１６…貴金属チップ、２１…第３傾斜面、２２…第４傾斜面、２３…第１傾斜面、２４…第２傾斜面、２５…対向面、２８…上流端面、２９…下流端面、３０…反対面、Ｐ…所定平面。

Claims (10)

1. 筒状の主体金具（１１）と、前記主体金具の内部に挿入された中心電極（１３）と、前記主体金具に接続されて前記中心電極の先端面（１５ａ）に対向するように湾曲した接地電極（１４）と、を備え、前記湾曲した接地電極に沿った所定平面（Ｐ）が気流の流れ方向を向くスパークプラグ（１０）であって、
   前記接地電極の本体（１４ｍ）において、
   前記中心電極の先端面に対向する位置に、前記先端面との距離が最も短い面である対向面（２５）が形成され、
   前記先端面に面した側、且つ前記気流の流れに対して前記中心電極よりも下流側において、前記対向面に接続され、前記気流の上流側から下流側にかけて前記先端面から離れる第１傾斜面（２３）が形成され、
   前記第１傾斜面に接続され、前記所定平面に平行で前記気流の最も下流側の平面である下流端面（２９）が形成され、
   前記先端面に面した側と反対側において、前記気流の上流側から下流側にかけて前記先端面に近付き、下流端面に接続された第２傾斜面（２４）が形成され、
   前記第２傾斜面に接続され、前記先端面に面した側と反対側において、前記先端面との距離が最も長い面である反対面（３０）が形成され、
   前記所定平面に垂直な方向に関して、前記対向面の幅（Ａ１）が前記反対面の幅（Ａ２）よりも広く、
   前記対向面と前記第１傾斜面とがなす角度をθ１として、１０°≦θ１≦４０°であり、
   前記中心電極の挿入方向に関して、前記下流端面の前記対向面と反対側の端（Ｅ１）から前記対向面までの距離をＬ１として、０．３［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．９［ｍｍ］であり、
   前記接地電極の本体は、前記先端面に対向するように湾曲してから、さらに前記先端面に対向する位置を越えた位置まで延びている、スパークプラグ。
2. 前記接地電極の本体において、
   １５°≦θ１≦２５°であり、
   ０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．７［ｍｍ］である、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記接地電極の本体において、
   ２５°≦θ１≦４０°であり、
   ０．５［ｍｍ］≦Ｌ１≦０．８［ｍｍ］である、請求項１に記載のスパークプラグ。
4. 前記接地電極の本体において、
   前記中心電極の前記先端面に面した側、且つ前記気流の流れに対して前記中心電極よりも上流側において、前記気流の上流側から下流側にかけて前記先端面に近付き、前記対向面に接続された第３傾斜面（２１）が形成され、
   前記第３傾斜面に接続され、前記所定平面に平行で前記気流の最も上流側の平面である上流端面（２８）が形成され、
   前記上流端面及び前記反対面に接続され、前記先端面に面した側と反対側において、前記気流の上流側から下流側にかけて前記先端面から離れる第４傾斜面（２２）が形成され、
   前記対向面と前記第３傾斜面とがなす角度をθ２として、１０°≦θ２≦４０°であり、
   前記中心電極の挿入方向に関して、前記上流端面の前記対向面と反対側の端（Ｅ２）から前記対向面までの距離をＬ２として、０．３［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．９［ｍｍ］である、請求項１～３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記接地電極の本体において、
   １５°≦θ２≦２５°であり、
   ０．５［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．７［ｍｍ］である、請求項４に記載のスパークプラグ。
6. 前記接地電極の本体において、
   ２５°≦θ２≦４０°であり、
   ０．５［ｍｍ］≦Ｌ２≦０．８［ｍｍ］である、請求項４に記載のスパークプラグ。
7. θ１＝θ２であり、
   Ｌ１＝Ｌ２である、請求項４～６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
8. 前記所定平面に垂直な方向に関して、前記接地電極の本体の幅をＷとして、
   ２．３［ｍｍ］≦Ｗ≦２．９［ｍｍ］である、請求項１～７のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
9. ２．５［ｍｍ］≦Ｗ≦２．７［ｍｍ］である、請求項８に記載のスパークプラグ。
10. 前記対向面において前記中心電極の前記先端面に対向する部分には、第１貴金属チップ（１６）が設けられている、請求項１～９のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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