JPWO2010038611A1 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Abstract

接地電極に貴金属チップを設けることなく構成したスパークプラグにおいて、着火性の向上を図りつつ、長寿命化を実現し、さらには、接地電極の十分な強度を確保可能なスパークプラグを提供する。スパークプラグ１は、中心電極５と、絶縁碍子２と、主体金具３と、接地電極２７とを備え、中心電極５及び接地電極２７間に形成された火花放電間隙３３で、軸線ＣＬ１方向にほぼ沿って火花放電が行われる。接地電極は、中心電極５の先端面５Ｆの外径よりも幅が狭く、略一定の幅の幅狭部４２と、幅狭部４２よりも幅の広い幅広部４１とを有する。軸線ＣＬ１方向の先端側から見たとき、幅狭部４２の基端部は、中心電極５の先端面５Ｆよりも接地電極２７の根元側に位置し、幅狭部４２の基端部は、火花放電間隙３３の中心よりも軸線ＣＬ１方向の先端側に位置する。

Description

本発明は、内燃機関に使用するスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグは、例えば軸線方向に延びる中心電極と、その外側に設けられた絶縁体と、当該絶縁体の外側に設けられた円筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端部に接合された接地電極とを備える。また、接地電極は、その先端部が前記中心電極の先端部と対向するように曲げ返して配置され、これにより中心電極の先端部及び接地電極の先端部の間に火花放電間隙が形成される。また、前記接地電極のうち前記火花放電間隙を形成する部位に、ボリュームの比較的小さな貴金属チップを設けることで、火炎核の熱が接地電極から引かれてしまうこと（消炎作用）を抑制し、着火性の向上を図る技術が知られている。

ところで、近年、資源不足による貴金属チップの材料価格の高騰等に伴い、接地電極に貴金属チップを設けることなく、スパークプラグを構成する要請が高まっている。そこで、接地電極に貴金属チップを設けなくとも、着火性を十分に向上させるという観点から、接地電極のうち中心電極に対向する部位を中心電極側へと突出する断面台形状に形成するとともに、接地電極先端部の両側面を、接地電極の先端側に向けて先細るテーパ状とする手法が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。当該技術によれば、消炎作用を抑制することができるため、着火性の向上を期待できる。

ところが、上記技術を用いた場合には、接地電極の先端部分を除いた部分についてはテーパ状に形成されていない、すなわち、接地電極のうち屈曲部分や根元側の部分については比較的幅の広い状態となっている。そのため、ほぼ同一の幅を有するようにして形成された接地電極の場合と同様に、接地電極の屈曲部分と中心電極との間において不正常な火花放電が発生しやすく、着火性の向上効果が十分に発揮されないおそれがある。

そこで、接地電極の先端部を中心電極の先端面側へと倒し、接地電極の先端の角部を中心電極の先端面に対向させることで、接地電極の先端角部と中心電極との間での火花放電（正常位置での火花放電）を生じやすくさせ、これにより、着火性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献２等参照）。

しかしながら、当該技術を用いた場合には、着火性の向上を図ることができるものの、接地電極の先端角部や、中心電極のうち前記接地電極の先端角部と対向する部位において局所的な消耗が進んでしまいやすい。そのため、火花放電間隙の急速な拡大を招いてしまい、比較的早い段階で正常な火花放電が行えなくなってしまうおそれがある。

これに対して、接地電極のうち、少なくとも中心電極側の反対側の面を湾曲面状に形成することで、火花放電間隙へと混合気を流入しやすくし、寿命の低減を招くことなく、着火性の向上を図る技術が提案されている（例えば、特許文献３等参照）。

特許第３４６１６３７号公報 特開２００４−８７４６４号公報 特開２００７−２５０３４４号公報

ところが、火花放電間隙へと混合気を流入しやすくするためには、接地電極をある程度幅狭に形成する（例えば、小径化する）必要がある。そのため、接地電極の強度が低下してしまい、特に内燃機関の動作に伴う振動等による応力が集中しやすい接地電極の屈曲部分においては、その折損等の不具合が懸念される。

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、接地電極に貴金属チップを設けることなく構成したスパークプラグにおいて、着火性の向上を図りつつ、長寿命化を実現し、さらには、接地電極の十分な強度を確保することができる内燃機関用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．本構成の内燃機関用スパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、前記中心電極を前記軸孔に備えた筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に備えられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部から延び、先端が前記中心電極に向けて曲げられて配置された接地電極とを備え、
前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間に形成された間隙において、前記軸線方向にほぼ沿って火花放電が行われる内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極の先端部には、前記中心電極の先端面の外径よりも幅が狭く、かつ、略一定の幅を有する幅狭部が形成されるとともに、前記接地電極のうち、その基端部から前記幅狭部までの間の部位は、前記幅狭部よりも幅の広い幅広部とされており、
前記軸線方向の先端側から見たとき、前記幅狭部の基端は、前記中心電極の先端面よりも前記接地電極の根元側にあり、かつ、
前記幅狭部の基端は、前記間隙の中心よりも前記軸線方向の先端側にあることを特徴とする。

上記構成１によれば、接地電極の先端部（中心電極の先端面と対向する部分）は基端部側と比較して幅の狭い幅狭部とされている。このため、火花放電により生じた火炎核の熱が接地電極によって引かれてしまうこと、及び、火炎核の成長（伝播）が接地電極によって阻害されてしまうことを抑制することができる。これにより、火炎伝播性の向上を図ることができ、優れた着火性を実現することができる。

さらに、接地電極の幅方向中心部分と中心電極との間にて火花放電した場合には、火炎核が接地電極に覆われるような位置で生じてしまうため、火炎核の広がりが接地電極によって阻害されてしまいやすいが、本構成１によれば、幅狭部の幅が、中心電極の先端面の外径よりも小さくなるように設定されている。そのため、エッジ部分については、電界強度が比較的高く、火花放電が生じやすいことから、中心電極の先端エッジ部と、幅狭部のうち中心電極側に形成されたエッジ部分（側方エッジ部）との間で、すなわち、接地電極に覆われてない位置において火花放電が発生しやすくなる。そのため、接地電極の先端部が幅狭に形成されていることと相俟って、接地電極による火炎核の成長の阻害を効果的に抑制することができ、着火性の一層の向上を図ることができる。

加えて、幅狭部の幅を中心電極の先端面の外径よりも大きく設定した場合には、中心電極の先端エッジ部の各部位によって、幅狭部の側方エッジ部との間の距離が比較的大きく相違してしまい、ひいては先端エッジ部のうち、前記側方エッジ部との間の距離が比較的小さい部位において火花放電が集中して発生してしまうおそれがある。この点、本構成１によれば、幅狭部の幅が中心電極の先端面の外径よりも小さくされているため、中心電極の先端エッジ部の各部位について、幅狭部の側方エッジ部との間の距離に大きな差が生じてしまうことを防止することができる。その結果、中心電極の各部分をほぼ均等に消耗させることができ、長寿命化を図ることができる。

併せて、幅狭部は、その基端が前記間隙の中心よりも軸線方向の先端側に位置するように形成されている。換言すれば、接地電極のうち、少なくとも前記間隙の中心よりも軸線方向後端側の部位は幅広部とされている。そのため、接地電極の屈曲部分が比較的幅広に形成されることとなり、接地電極の強度を十分確保することができる。

尚、特開２００１−３０７８５８号公報の図５Ａに示すように、接地電極の先端部に略一定の幅を有する幅狭部を設ける技術が提案されている。ところが、当該技術においては、幅狭部の幅が中心電極の先端面の外径よりも大きなものとされているため、接地電極により火炎核の成長が阻害されてしまいやすい。この点、本構成１によれば、上述の通り、幅狭部の幅は中心電極の先端面の外径よりも小さくされているため、火炎核の成長阻害を効果的に抑制することができる。そのため、本件発明によれば、上記従来技術と比較して、着火性の著しい向上を図ることができる。

構成２．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１において、前記幅狭部のうち、前記中心電極と対向する対向面、及び、当該対向面と隣合う側面の間に形成された側方エッジ部と、
前記中心電極の先端面、及び、前記中心電極の外周面の間に形成された先端エッジ部のうち、前記軸線方向の先端側から見て前記側方エッジ部の間の部位である内側エッジ部と、
の間の前記幅狭部の中心軸と直交する方向に沿った最大距離をＦとし、
前記軸線方向に沿った前記間隙の大きさをＧとしたとき、
Ｆ≦１．２５Ｇ
を満たすことを特徴とする。

上記構成２によれば、幅狭部の側方エッジ部と中心電極の内側エッジ部との距離が比較的小さくなるように、すなわち、幅狭部の幅が十分に小さなものとなるように構成されている。これにより、接地電極による火炎核の成長阻害等をより確実に防止することができ、着火性のより一層の向上を図ることができる。

また、中心電極の内側エッジ部と幅狭部の側方エッジ部との間の距離が比較的大きい場合には、中心電極の内側エッジ部と幅狭部との間で距離が比較的小さい部分、すなわち、幅狭部のうち中心電極の先端面と対向する対向面の中心部分（接地電極の先端面側から見た場合において、前記対向面の中心に位置する部位）、或いは、その近傍において火花放電が発生しやすくなってしまう。そのため、接地電極によって火炎核の成長が妨げられやすくなってしまい、着火性の向上が十分に図れないおそれがある。この点、本構成２によれば、中心電極の内側エッジ部と幅狭部の側方エッジ部との間において積極的な火花放電がなされることとなり、上述の作用効果と併せて、着火性の更なる向上を図ることができる。

構成３．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１又は２において、前記幅狭部のうち、前記中心電極と対向する対向面、及び、当該対向面と隣合う側面の間に形成された側方エッジ部と、
前記中心電極の先端面、及び、前記中心電極の外周面の間に形成された先端エッジ部のうち、前記軸線方向の先端側から見て前記側方エッジ部の間の部位である内側エッジ部と、
の間の前記幅狭部の中心軸と直交する方向に沿った最大距離をＦとし、
前記側方エッジ部と、
前記中心電極の先端エッジ部のうち、前記内側エッジ部以外の部位である外側エッジ部との間の、前記幅狭部の中心軸と直交する方向に沿った最大距離をＨとしたとき、
０ｍｍ≦Ｆ−Ｈ≦０．３ｍｍ
を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、０ｍｍ≦Ｆ−Ｈとされているため、接地電極の先端面側から見て中心電極の先端面の中心と、外側エッジ部のうち、前記中心から最も離間する部位との中央部分よりも外周側の部位に対して幅狭部の側方エッジ部が対向している。つまり、幅狭部は十分に大きさの幅を持つように構成されている。これにより、幅狭部について十分な強度を確保することができるとともに、中心電極の内側エッジ部と幅狭部の側方エッジ部との距離が小さくなりすぎてしまうことを防止できる。一方で、Ｆ−Ｈ≦０．３ｍｍとされることで、中心電極の外側エッジ部と幅狭部の側方エッジ部との距離が小さくなりすぎてしまうことを防止できる。すなわち、０ｍｍ≦Ｆ−Ｈ≦０．３ｍｍとすることで、幅狭部の強度を確保しつつ、中心電極の先端エッジ部の各部位について、幅狭部の側方エッジ部との間の距離に大きな差が生じてしまうことを一層確実に防止することができ、中心電極のより均等な消耗を図ることができる。その結果、耐久性の一層の向上、ひいては更なる長寿命化を図ることができる
構成４．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記中心電極の先端面のうちの前記接地電極の根元に最も近接する部位と、前記幅狭部の基端との間の、前記幅狭部の中心軸に沿った距離をＤとしたとき、
Ｄ≧０．３ｍｍ
を満たすことを特徴とする。

上記構成４によれば、前記幅狭部の中心軸に沿った、幅狭部の基端から中心電極の先端面までの最短距離Ｄが０．３ｍｍ以上とされている。すなわち、火炎核の成長を阻害し得る幅広部が、火炎核の発生予定位置からより離間した位置に配置されることとなる。これにより、火炎核の成長が阻害されてしまうことをより確実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。

尚、Ｄの上限については、幅狭部の基端が、火花放電間隙の中心よりも軸線方向の先端側に位置することを満たすようにして設定されることとなる。

構成５．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記中心電極の先端面のうちの前記接地電極の根元から最も離間する部位と、前記幅狭部の先端までの間の、前記幅狭部の中心軸に沿った距離Ｅについて、
前記中心電極の先端面のうちの前記接地電極の根元から最も離間する部位を基準とし、前記軸線方向の先端側から見て、前記接地電極の根元側に接近する方向を−方向、前記接地電極の根元側から離間する方向を＋方向としたとき、
−０．４ｍｍ≦Ｅ≦＋０．５ｍｍ
を満たすことを特徴とする。

上記構成５によれば、軸線方向の先端側から見たときに、前記幅狭部の先端が、中心電極の先端面のうち接地電極の根元から最も離間する部位より突き出すように構成された場合であっても、その突き出し量の幅狭部の中心軸に沿った大きさは、０．５ｍｍ以下とされている。従って、接地電極による火炎核の広がりの阻害をより確実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。一方で、軸線方向の先端側から見たときに、前記幅狭部の先端が、中心電極の先端面のうち接地電極の根元から最も離間する部位より引っ込むように構成された場合であっても、その引っ込み量の幅狭部の中心軸に沿った大きさは、０．４ｍｍ以下とされている。そのため、接地電極（幅狭部）の先端部と、中心電極の先端面のうち接地電極の根元から最も離間する部位との間における火花放電を生じやすくすることができ、ひいては中心電極をより一層均等に消耗させることができる。すなわち、−０．４ｍｍ≦Ｅ≦＋０．５ｍｍとすることで、着火性及び耐久性の更なる向上を図ることができる。

本実施形態のスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 （ａ）は、スパークプラグ先端部の構成を示す一部破断正面図であり、（ｂ）は、中心電極及び幅狭部の位置関係を説明するための部分拡大正面図である。 （ａ）は、スパークプラグの先端部の構成を示す拡大側面図であり、（ｂ）は、中心電極及び幅狭部の位置関係を説明するための部分拡大側面図である。 （ａ）は、スパークプラグの先端部の構成を示す拡大平面図であり、（ｂ）は、中心電極及び幅狭部の位置関係を説明するための部分拡大平面図である。 内側エッジ部距離を間隙距離で除算した値の異なる複数のサンプルについての、着火性評価試験の結果を示すグラフである。 電極消耗量の測定位置を説明するための平面模式図である。 内側エッジ部距離から外側エッジ部距離を減算した値の異なる複数のサンプルについての、耐久性評価試験における各測定対象位置の電極消耗量を示すグラフである。 基端距離の異なる各サンプルについての、着火性評価試験の結果を示すグラフである。 先端距離の異なる各サンプルについての、着火性評価試験の結果を示すグラフである。 先端距離の異なる各サンプルについての、耐久性評価試験における最遠エッジ部の電極消耗量を示すグラフである。 （ａ），（ｂ）は、別の実施形態における中心電極の構成を示す部分拡大平面図である。 （ａ），（ｂ）は、別の実施形態における中心電極の構成を示す部分拡大平面図である。 別の実施形態における接地電極の構成を示す部分拡大側面図である。 （ａ），（ｂ）は、別の実施形態における接地電極の断面形状を示すための部分拡大側面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、内燃機関用スパークプラグ（以下、「スパークプラグ」と称す）１を示す一部破断正面図である。尚、図１等では、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細径に形成された脚長部１３とを備えている。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、脚長部１３と中胴部１２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、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面５Ｆが平坦状に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとを備えている。尚、本実施形態では、中心電極５の先端面の外径が１．３ｍｍ以上とされている。

また、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、その外周面にはスパークプラグ１を内燃機関のエンジンヘッド（図示せず）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の後端側の外周面には座部１６が形成され、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を前記エンジンヘッド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が設けられるとともに、その後端側において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

また、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固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部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空気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間にはタルク（滑石）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及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部２６の先端面に対して、Ｎｉ合金等で構成された接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、外層２７Ａ及び内層２７Ｂからなる２層構造となっている。より詳しくは、前記外層２７ＡはＮｉ合金〔例えば、インコネル６００やインコネル６０１（いずれも登録商標）〕によって構成されている。一方、前記内層２７Ｂは、前記Ｎｉ合金よりも良熱導電性金属である銅合金又は純銅によって構成されている。また、当該接地電極２７は、先端側が曲げ返されることで、その先端部の中心電極５側の面が中心電極５の先端面５Ｆと対向するように構成されている。これにより、中心電極５の先端面５Ｆ及び接地電極２７の中心電極５側の面の間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成され、前記軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われることとなる。

さらに、本実施形態では、図２（ａ）、図３（ａ）、及び、図４（ａ）に示すように、接地電極２７は、中心電極５の先端面５Ｆの外径よりも幅の広い幅広部４１と、前記中心電極５の先端面５Ｆの外径よりも幅の狭い幅狭部４２とを備えている。前記幅広部４１は、前記主体金具３の先端部から延び、前記中心電極５の上方の手前まで延出している。また、前記幅狭部４２は、前記幅広部４１の先端から延び、前記中心電極５の先端面５Ｆの少なくとも中央部分を覆うようにして形成されている。さらに、幅狭部４２の基端４２Ｂは、前記火花放電間隙３３の中心Ｐよりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置している。

また、本実施形態においては、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、前記幅狭部４２のうち、前記中心電極５の先端面５Ｆと対向する対向面４２Ｃ及び当該対向面４２Ｃに隣合う幅狭部４２の両側面の間に形成された側方エッジ部４２Ｅと、中心電極５の先端面５Ｆ及び中心電極５の外周面の間に形成された環状の先端エッジ部５Ｅのうち、軸線ＣＬ１方向の先端側から見て前記側方エッジ部４２Ｅに挟まれる部位である内側エッジ部５１Ｅとの間の、前記幅狭部４２の中心軸ＣＬ２と直交する方向に沿った最大距離（「内側エッジ部距離」と称す）をＦとし、前記軸線ＣＬ１方向に沿った火花放電間隙３３の大きさ（「間隙距離」と称す）をＧとしたとき、Ｆ≦１．２５Ｇを満たすように、幅狭部４２の幅等が設定されている。

さらに、前記側方エッジ部４２Ｅと、前記中心電極５の先端エッジ部５Ｅのうち、前記内側エッジ部５１Ｅ以外の部位である外側エッジ部５２Ｅとの間の、前記幅狭部４２の中心軸ＣＬ２と直交する方向に沿った最大距離（「外側エッジ部距離」と称す）をＨとしたとき、内側エッジ部距離から外側エッジ部距離を減算した値（Ｆ−Ｈ）が０ｍｍ以上０．３ｍｍ以下となるように設定されている。

加えて、図２（ｂ）、及び、図４（ｂ）に示すように、幅狭部４２の中心軸ＣＬ２に沿った、前記幅狭部４２の基端４２Ｂと、前記中心電極５の先端面５Ｆのうち接地電極２７の根元（接合部分）に最も近接する部位（最近エッジ部）ＮＥとの間の距離をＤとしたとき、Ｄ≧０．３ｍｍとされている。

併せて、軸線ＣＬ１方向の先端側から見た際において、前記幅狭部４２の先端４２Ｆは、中心電極５の先端面５Ｆのうち接地電極２７の根元（接合部分）から最も離間する部位（最遠エッジ部）ＦＥよりも接地電極２７の根元から離間する側へと突き出すように構成されている。但し、その突き出し量は比較的小さな値とされており、本実施形態においては、当該突き出し量の幅狭部４２の中心軸ＣＬ２に沿った大きさ（「先端距離」と称す）をＥとしたとき、Ｅ≦０．５ｍｍとされている。

尚、本実施形態においては、軸線ＣＬ１方向の先端側から見たとき、幅狭部４２の先端４２Ｆが、前記最遠エッジ部ＦＥよりも接地電極２７から離間する方向へと突き出すように構成されているが、軸線ＣＬ１方向の先端側から見たとき、幅狭部４２の先端４２Ｆが前記最遠エッジ部ＦＥよりも接地電極２７側へと引っ込んだ位置に配置されるように構成することとしてもよい。但し、この場合において、その引っ込み量については、前記中心軸ＣＬ２に沿った大きさが０．４ｍｍ以下となるように設定することが好ましい。従って、前記先端距離Ｅについては、前記最遠エッジ部ＦＥを基準点とした上で、軸線ＣＬ１方向の先端側から見て、接地電極２７の根元側から離間する方向を＋方向、接地電極２７の根元側へと接近する方向を−方向としたとき、−０．４ｍｍ≦Ｅ≦＋０．５ｍｍを満たすように設定される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、接地電極２７の先端部のうち中心電極５の先端面５Ｆと対向する部分は、その基端部（幅広部４１）と比較して幅の狭い幅狭部４２とされている。そのため、火花放電により生じた火炎核の熱が接地電極２７によって引かれてしまうこと、及び、火炎核の成長（伝播）が接地電極によって阻害されてしまうことを抑制することができる。これにより、火炎伝播性の向上を図ることができ、優れた着火性を実現することができる。

さらに、幅狭部４２の幅が、中心電極５の先端面５Ｆの外径よりも小さくなるように設定されている。そのため、火花放電が、中心電極５の先端エッジ部５Ｅと、幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅとの間で、すなわち、接地電極２７に覆われてない位置において発生しやすくなる。そのため、接地電極２７の先端部が幅狭に形成されていることと相俟って、接地電極２７による火炎核の成長の阻害を効果的に抑制することができ、着火性の一層の向上を図ることができる。

加えて、幅狭部４２の幅が中心電極５の先端面５Ｆの外径よりも小さくされているため、中心電極５の先端エッジ部５Ｅの各部位について、幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅとの間の距離に大きな差が生じてしまうことを防止することができる。その結果、中心電極５の各部分をほぼ均等に消耗させることができ、長寿命化を図ることができる。

併せて、幅狭部４２は、その基端４２Ｂが前記火花放電間隙３３の中心Ｐよりも軸線ＣＬ１方向の先端側に位置するように形成されている。換言すれば、接地電極２７のうち、少なくとも前記火花放電間隙３３の中心Ｐよりも軸線ＣＬ１方向後端側の部位は幅広部４１とされている。そのため、接地電極２７の屈曲部分が比較的幅広に形成されることとなり、接地電極２７の強度を十分確保することができる。

また、Ｆ≦１．２５Ｇと設定され、幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅと中心電極５の内側エッジ部５１Ｅとの距離が比較的小さくなるように、すなわち、幅狭部４２の幅が十分に小さなものとなるように構成されている。これにより、接地電極２７による火炎核の成長阻害等をより確実に防止することができ、着火性のより一層の向上を図ることができる。さらに、幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅと中心電極５の内側エッジ部５１Ｅとの距離を比較的小さくすることで、中心電極５の内側エッジ部５１Ｅと幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅとの間において積極的な火花放電がなされることとなり、着火性の更なる向上を図ることができる。

一方で、０ｍｍ≦Ｆ−Ｈとされているため、接地電極２７の先端面側から見て中心電極５の先端面５Ｆの中心と、外側エッジ部５２Ｅのうち、前記中心から最も離間する部位との中央部分よりも外周側の部位に対して幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅが対向しており、幅狭部４２は十分に大きさの幅を持つように構成されている。これにより、幅狭部４２について十分な強度を確保することができるとともに、中心電極５の内側エッジ部５１Ｅと幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅとの距離が小さくなりすぎてしまうことを防止できる。一方で、Ｆ−Ｈ≦０．３ｍｍとされることで、中心電極５の外側エッジ部５２Ｅと幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅとの距離が小さくなりすぎてしまうことを防止できる。すなわち、０ｍｍ≦Ｆ−Ｈ≦０．３ｍｍとすることで、幅狭部４２の強度を確保しつつ、中心電極５の先端エッジ部５Ｅの各部位について、幅狭部４２の側方エッジ部４２Ｅとの間の距離に大きな差が生じてしまうことを一層確実に防止することができ、中心電極５のより均等な消耗を図ることができる。その結果、耐久性の一層の向上、ひいては更なる長寿命化を図ることができる
加えて、本実施形態においては、前記幅狭部４２の中心軸ＣＬ２に沿った、幅狭部４２の基端４２Ｂから中心電極５の先端面５Ｆまでの最短距離Ｄが０．３ｍｍ以上とされている。すなわち、火炎核の成長を阻害し得る幅広部４１が、火炎核の発生予定位置から比較的離間した位置に配置されることとなる。これにより、火炎核の成長が阻害されてしまうことをより一層確実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。

併せて、軸線ＣＬ１方向の先端側から見たときに、前記幅狭部４２の先端４２Ｆが、中心電極５の最遠エッジ部ＦＥよりも突き出すように構成されている。そのため、幅狭部４２の先端部と、中心電極５の先端面５Ｆのうち接地電極２７の根元から離間する部位との間における火花放電を生じやすくすることができ、ひいては中心電極５をより一層均等に消耗させることができる。一方で、前記突き出し量の幅狭部４２の中心軸ＣＬ２に沿った大きさは０．５ｍｍ以下とされている。従って、接地電極２７による火炎核の広がりの阻害をより確実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。

加えて、中心電極５の外径が１．３ｍｍ以上と十分に大きくされている。そのため、０ｍｍ≦Ｆ−Ｈ≦０．３ｍｍとされることにより、中心電極５がより均等に消耗されることと相俟って、耐久性の更なる向上を図ることができる。

次に、本実施形態における作用効果を確認すべく、着火性評価試験を行った。着火性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、中心電極の外径や内側エッジ部距離等を種々変更した複数のスパークプラグのサンプルを作製し、当該サンプルを４気筒、１．５Ｌのエンジンに装着した上で、エンジン回転数を８００ｒｐｍ、吸引負圧を−５４０ｍｍＨｇ、吸引混合気の空燃比を１４．５とした条件にて運転させ、点火進角量を徐々に進めて、平均燃焼圧の変動率が２０％に達したときの点火角度（変動率２０％到達角度）を求めた。図５に、中心電極の外径の異なるサンプルごとに、内側エッジ部距離を間隙距離で除算した値（Ｆ／Ｇ）と、変動率２０％到達角度との関係を表すグラフを示す。尚、図５においては、中心電極の外径を１．３ｍｍとしたサンプルの変動率２０％到達角度を黒菱形でプロットし、中心電極の外径を１．７ｍｍとしたサンプルの変動率２０％到達角度を黒三角でプロットし、中心電極の外径を２．１ｍｍとしたサンプルの変動率２０％到達角度を黒丸でプロットした。また、各サンプルともに、基端距離、及び、先端距離を０．３ｍｍとした。

図５に示すように、各サンプルは中心電極の外径の種々異なるものであったが、内側エッジ部距離を間隙距離で除算した値（Ｆ／Ｇ）が１．２５以下とされた（すなわち、Ｆ≦１．２５Ｇとされた）サンプルについては、着火性が飛躍的に向上することが明らかとなった。これは、内側エッジ部距離を間隙距離で除算した値が１．２５以下とされたことで、幅狭部の幅が十分に小さなものとなり、接地電極による火炎核の成長阻害が効果的に抑制されたことによると考えられる。

次いで、内側エッジ部距離や外側エッジ部距離を変更することで、内側エッジ部距離から外側エッジ部距離を減算した値（Ｆ−Ｈ）を種々変更した複数の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、耐久性評価試験を行った。耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、放電間隔６０Ｈｚ（１秒間に６０回の割合）で、１００時間に亘って各サンプルを火花放電させた。そして放電終了後、所定の測定対象位置における電極消耗量を測定した。尚、「所定の測定対象位置」とあるのは、図６に示すように、中心電極の先端エッジ部のうち接地電極の根元に最も近接する部位を０°（３６０°）とした上で、中心電極の先端面の中心を回転中心として４５°ずつ回転させた先端エッジ部の各位置（同図において、黒丸を付した部位）をいう。また、電極消耗量は、試験前のサンプルの中心電極の先端面に対する、試験後のサンプルの中心電極の先端面の軸線方向に沿った消耗量を測定することにより求めた。図７に、各サンプルについての各測定対象位置における電極消耗量を表すグラフを示す。また、表１に、各測定対象位置における電極消耗量のうち、その最大値からその最小値を減算した値（消耗差）を各サンプルごとに示す。尚、図７においては、「Ｆ−Ｈ」を−０．１ｍｍとしたサンプルの電極消耗量を白抜き正方形で示し、「Ｆ−Ｈ」を０ｍｍとしたサンプルの電極消耗量を黒菱形で示し、「Ｆ−Ｈ」を０．１ｍｍとしたサンプルの電極消耗量を黒三角で示し、「Ｆ−Ｈ」を０．２ｍｍとしたサンプルの電極消耗量を黒丸で示し、「Ｆ−Ｈ」を０．３ｍｍとしたサンプルの電極消耗量を黒正方形で示し、「Ｆ−Ｈ」を０．４ｍｍとしたサンプルの電極消耗量を白抜き三角で示した。

図７、及び、表１に示すように、「Ｆ−Ｈ」を０ｍｍ以上０．３ｍｍ以下に設定したサンプルについては、消耗差が０．１ｍｍ以下となり、先端エッジ部の各部位において電極消耗量のばらつきが非常に小さい、すなわち偏消耗を効果的に抑制できることがわかった。これは、中心電極の先端エッジ部の各部位と、幅狭部の側方エッジ部との間の距離のばらつきが比較的小さくされたことで、先端エッジ部の各部位においてほぼ均等な回数の火花放電が発生したことに起因すると考えられる。

次に、基端距離を種々変更したスパークプラグのサンプルについて、上述の着火性評価試験を行った。尚、当該試験における各サンプルについては、中心電極の外径を１．７ｍｍ、内側エッジ部距離を間隙距離で除算した値（Ｆ／Ｇ）を１．１、先端距離を０．３ｍｍとした。図８に、基端距離と、変動率２０％到達角度との関係を表すグラフを示す。

図８に示すように、基端距離が０ｍｍ以上とされたサンプル、すなわち、軸線方向の先端側から見たとき、幅狭部の基端が、中心電極の先端面よりも接地電極の根元側に位置するように設定されたサンプルについては、変動率２０％到達角度が５０°ＢＴＤＣを超え、優れた着火性を実現できることが明らかとなった。これは、接地電極のうち、少なくとも中心電極と対向する部位が幅狭に形成されたことで、火花放電により生じた火炎核の熱が接地電極によって引かれてしまうこと、及び、火炎核の成長（伝播）が接地電極によって阻害されてしまうことが効果的に抑制されたことによると考えられる。

また、基端距離を０．３ｍｍ以上としたサンプルについては、着火性のより一層の向上が認められた。これは、火炎核の成長を阻害し得る接地電極の幅広部が、正常放電時における火花放電の発生予定位置からより離間した位置に配置されることとなったため、火炎核がより成長しやすくなったことに起因すると考えられる。尚、上述の試験結果より、着火性の向上を図るためには、基端距離を０．３ｍｍ以上とすることが好ましいといえるが、接地電極の屈曲部分の強度を十分に確保するという観点から、幅狭部の基端部が火花放電間隙の中心よりも軸線方向の先端側に位置するように構成することが必要である。従って、基端距離については、この条件を満たすような範囲内において設定することが必要であるといえる。

次いで、接地電極の長さを種々変更することで、先端距離（軸線方向の先端側から見たときの、最遠エッジ部から幅狭部の先端までの幅狭部の中心軸に沿った距離であって、接地電極の基端部から離間する方向を＋方向、接地電極の基端部に接近する方向を−方向として表したもの）を種々変更した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、上述の着火性評価試験、及び、耐久性評価試験を行った。図９に、先端距離と変動率２０％到達角度との関係を表すグラフを示し、図１０に、先端距離と最遠エッジ部における電極消耗量との関係を表すグラフを示す。尚、各サンプルともに、中心電極の外径を１．７ｍｍ、内側エッジ部距離から外側エッジ部距離を減算した値（Ｆ−Ｈ）を０ｍｍ、後端距離を０．３ｍｍとなるように構成した。

図９に示すように、先端距離を＋０．５ｍｍ以下としたサンプルについては、優れた着火性を実現できることが明らかとなった。これは、接地電極の突き出し量を比較的小さくしたことで、接地電極による火炎核の広がりの阻害がより確実に抑制されたことによると考えられる。一方で、図１０に示すように、先端距離を−０．４ｍｍ以上としたサンプルについては、最遠エッジ部の電極消耗量が比較的多くなり、最遠エッジ部が消耗されずに偏消耗が発生してしまうといった事態を防止できることがわかった。これは、最遠エッジ部の近傍に幅狭部の先端部が位置することとなったため、幅狭部の先端部と中心電極の最遠エッジ部との間における火花放電が生じやすくなったことに起因すると考えられる。

以上、各評価試験の結果を総合的に判断すると、着火性の向上を図るという観点から、内側エッジ部距離を間隙距離で除算した値が１．２５以下、すなわち、Ｅ≦１．２５Ｇとすることや、基端距離Ｄを０ｍｍ以上（より好ましくは、０．３ｍｍ以上）とすること、或いは、先端距離Ｅを＋０．５ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。また、長寿命化を図るという観点から、内側エッジ部距離から外側エッジ部距離を減算した値（Ｆ−Ｈ）を０ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることや、先端距離Ｅを−０．４ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

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の先端面５Ｆは平坦状に形成されており、中心電極５の最近エッジ部ＮＥや最遠エッジ部ＦＥと接地電極２７との間で火花放電が生じ得る構成とされているが、前記最近エッジ部ＮＥや最遠エッジ部ＦＥとの間で生じた火炎は、その伝播が接地電極２７によって若干阻害されやすい。そのため、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、中心電極５の先端面５Ｆのうち最近エッジ部ＮＥや最遠エッジ部ＦＥに対応する部位に切り欠き部５３，５４を設けたり、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、最近エッジ部ＮＥ及び最遠エッジ部ＦＥに対応する部位を通る溝部５５，５６を設けたりすることによって、接地電極２７によって火炎の伝播が阻害されやすい部位における火花放電の発生を抑制することとしてもよい。この場合には、火炎伝播性のより一層の向上を図ることができる。尚、前記切り欠き５３，５４や溝部５５，５６と、中心電極５の先端面５Ｆとの間に形成される角部について面取り加工を施したり、または当該角部を湾曲形状に加工したりすることとしてもよい。この場合には、前記角部と接地電極２７との間における火花放電の発生を抑制することができ、火炎伝播性の更なる向上を図ることができる。

（ｂ）上記実施形態では、幅狭部４２のうち、中心電極５の先端面５Ｆと対向する対向面４２Ｃは平坦状に形成されているが、図１３に示すように、当該対向面４２Ｃに対して幅狭部４２の中心軸ＣＬ２に沿って延びる溝部６１を設けることとしてもよい。この場合には、中心電極５と幅狭部４２の中央部分との間、すなわち接地電極２７によって火炎の伝播が若干阻害されてしまいやすい部位における火花放電の発生を抑制することができ、着火性の一層の向上を図ることができる。尚、前記幅狭部４２の対向面４２Ｃと前記溝部６１との間に形成された角部については、上記（ａ）と同様に、面取り加工を施したり、湾曲面状に加工したりすることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、接地電極２７として、断面矩形状をなすものが例示されているが、図１４（ａ）に示すように、接地電極５７を、中心電極５の先端面５Ｆと対向する対向面５７Ｃに隣合う側面が外側へと膨出するように湾曲面状に形成された、断面半円形状をなすように構成することとしてもよい。また、同図（ｂ）に示すように、接地電極６７を、中心電極５の先端面５Ｆと対向する対向面６７Ｃの少なくとも背面を外側へと膨出する湾曲面状に形成することとしてもよい。この場合には、接地電極５７，６７の背面側から混合気が供給されたときであっても、火花放電間隙３３に対して混合気を流入させやすくすることができ、着火性のより一層の向上を図ることができる。

（ｄ）上記実施形態では、中心電極５の先端面５Ｆと接地電極２７（幅狭部４２）との間に火花放電間隙３３が形成されているが、中心電極５の先端にＰｔ合金やＩｒ合金等からなる貴金属チップを設け、当該貴金属チップと接地電極２７（幅狭部４２）との間に火花放電間隙３３を形成することとしてもよい。この場合には、耐久性の一層の向上を図ることができる。

（ｅ）上記実施形態において、接地電極２７は、外層２７Ａ及び内層２７Ｂよりなる二層構造とされているが、接地電極２７の構成はこれに限定されるものではない。従って、接地電極２７については、例えば、前記内層２７Ｂを省略して構成することとしてもよいし、３層構造或いは４層以上の多層構造をなすこととしてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６の先端面に、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）。また、主体金具３の先端部２６の側面に接地電極２７を接合することとしてもよい。

（ｇ）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（内燃機関用スパークプラグ）
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
５Ｅ…先端エッジ部
５Ｆ…（中心電極の）先端面
２７…接地電極
３３…火花放電間隙（間隙）
４１…幅広部
４２…幅狭部
４２Ｂ…幅狭部の基端
４２Ｃ…対向面
４２Ｅ…側面エッジ部
５１Ｅ…内側エッジ部
５２Ｅ…外側エッジ部
５７…接地電極
５７Ｃ…対向面
６７…接地電極
６７Ｃ…対向面
ＣＬ１…軸線
ＣＬ２…幅狭部の中心軸
ＦＥ…最遠エッジ部
ＮＥ…最近エッジ部

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
   前記軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、前記中心電極を前記軸孔に備えた筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に備えられた筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部から延び、先端が前記中心電極に向けて曲げられて配置された接地電極とを備え、
   前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間に形成された間隙において、前記軸線方向にほぼ沿って火花放電が行われる内燃機関用スパークプラグであって、
   前記接地電極の先端部には、前記中心電極の先端面の外径よりも幅が狭く、かつ、略一定の幅を有する幅狭部が形成されるとともに、前記接地電極のうち、その基端部から前記幅狭部までの間の部位は、前記幅狭部よりも幅の広い幅広部とされており、
   前記軸線方向の先端側から見たとき、前記幅狭部の基端は、前記中心電極の先端面よりも前記接地電極の根元側にあり、かつ、
   前記幅狭部の基端は、前記間隙の中心よりも前記軸線方向の先端側にあることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 前記幅狭部のうち、前記中心電極と対向する対向面、及び、当該対向面と隣合う側面の間に形成された側方エッジ部と、
   前記中心電極の先端面、及び、前記中心電極の外周面の間に形成された先端エッジ部のうち、前記軸線方向の先端側から見て前記側方エッジ部の間の部位である内側エッジ部と、
   の間の前記幅狭部の中心軸と直交する方向に沿った最大距離をＦとし、
   前記軸線方向に沿った前記間隙の大きさをＧとしたとき、
   Ｆ≦１．２５Ｇ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。
3. 前記幅狭部のうち、前記中心電極と対向する対向面、及び、当該対向面と隣合う側面の間に形成された側方エッジ部と、
   前記中心電極の先端面、及び、前記中心電極の外周面の間に形成された先端エッジ部のうち、前記軸線方向の先端側から見て前記側方エッジ部の間の部位である内側エッジ部と、
   の間の前記幅狭部の中心軸と直交する方向に沿った最大距離をＦとし、
   前記側方エッジ部と、
   前記中心電極の先端エッジ部のうち、前記内側エッジ部以外の部位である外側エッジ部との間の、前記幅狭部の中心軸と直交する方向に沿った最大距離をＨとしたとき、
   ０ｍｍ≦Ｆ−Ｈ≦０．３ｍｍ
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用スパークプラグ。
4. 前記中心電極の先端面のうちの前記接地電極の根元に最も近接する部位と、前記幅狭部の基端との間の、前記幅狭部の中心軸に沿った距離をＤとしたとき、
   Ｄ≧０．３ｍｍ
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
5. 前記中心電極の先端面のうちの前記接地電極の根元から最も離間する部位と、前記幅狭部の先端までの間の、前記幅狭部の中心軸に沿った距離Ｅについて、
   前記中心電極の先端面のうちの前記接地電極の根元から最も離間する部位を基準とし、前記軸線方向の先端側から見て、前記接地電極の根元側に接近する方向を−方向、前記接地電極の根元側から離間する方向を＋方向としたとき、
   −０．４ｍｍ≦Ｅ≦＋０．５ｍｍ
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。

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