WO2001061807A1

WO2001061807A1 - Bougie d'allumage

Info

Publication number: WO2001061807A1
Application number: PCT/JP2001/001084
Authority: WO
Inventors: Hideki Teramura; Mamoru Musasa; Junichi Kagawa
Original assignee: Ngk Spark Plug Co., Ltd.
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2001-08-23
Also published as: US6707237B2; EP1276189A4; DE60135979D1; AU2001232306A1; EP1276189B1; EP1276189A1; US20030071552A1

Description

明細書

スパークプラグ技術分野

本発明は、内燃機関の着火装置として用いられるスパークプラグに関する。より詳しくは、火花放電ギャップ間に燃料ブリッジが生じた場合であっても、その燃料プリッジが切れやすいことにより、着火性の低下を抑制することができるスパークプラグに関する。背景技術

従来のスパークプラグは、絶縁碍子の先端面から下方に突出するようにされた中心電極と、一端が主体金具に接合された接地電極を備え、この中心電極の先端面と接地電極との間に火花放電ギヤップを形成させ、この火花放電ギヤップに電気火花を発生させることで燃料混合ガスに着火するものが一般的である。このスパークプラグの低温での始動性を向上させるために、内燃機関では燃焼室内に吸入される混合気の濃度を高くしている。

しかしながら、さらに低温での始動性を向上させるために、より高濃度の混合気を燃焼室内に吸入すると、ピストンに液体状の燃料が溜まることになる。この燃料が、始動時のピストンの往復運動に伴って、スパークプラグ表面や火花放電ギヤップに燃料が付着し、その際、火花放電ギャップに燃料のブリッジが生じることが問題となっている。即ち、火花放電ギャップにこのような燃料ブリッジが生じると、燃料が導電性を有することから、たとえ火花放電ギャップに高電圧を印加したとしても電圧がリークしてしまい、火花放電ギャップに電気火花を生じなくなってしまう。このため燃焼室内に吸入された混合気に着火せず、始動性が却って悪化してしまうことになる。そこで、本発明は、上述しような過濃混合気による火花放電ギャップにおける燃料ブリッジを発生し難いスパークプラグを提供することを目的とする。発明の開示

本発明は、中心貫通孔（1D) を有する絶縁碍子（1) と、中心貫通孔（1D) に保持されており、かつ軸線（O) 方向に延びる中心電極（2) と、絶縁碍子（1) の外側に設けられた内燃機関取付用のネジ（5B) を有する主体金具（5) と、その主体金具（5)に一端が接合部（55) によって接合され、他端側が中心電極（2) の先端面（22 B) と対向するように配置されるとともに、火花放電ギャップ（g) を形成する放電面（1 1 1A) を有する接地電極（1 1) とを備えるスパークブラグに関するものであり、上記の目的を達成するため、

中心電極（2) の火花放電ギャップ（g) を形成する先端は、直径 1. Omm 以下であって、長さ 0. 2 mm以上の直棒状部（22A) を有する貴金属（22) であり、

中心電極（2) の先端面（22 B) 又はその延長をなす平面（P 1) と直棒状部 (22 A) の側面（22 S) 又はその延長をなす円柱面（C 1) とによって形成される交線を第一交線（PKL) とし、

放電面（1 1 1A) 又はその延長をなす平面（P 2) と接地電極（1 1) の先端面（1 12 B) 又はその延長をなす平面との交線を第二交線（SKL) とし、さらに、内燃機関取付用のネジ（5 B) を基準としたスパークプラグの仮想中心軸線（〇）と平行な基準線（SL) を、該仮想中心軸線（0) に関して、接地電極 (1 1) の接合部（55) と反対側から火花放電ギャップ（g) を経て接合部（5 5) に向けて移動させたとき、該基準線（S L) が第一交線（PKL) と最初に交わる交点（PP) を通って仮想中心軸線（O) と平行な仮想線を第一仮想線（PV L) とし、同じく該基準線（SL) が第一交線（PKL) と最後に交わる交点（SP) を通つて仮想中心軸線（O) と平行な仮想線を第二仮想線（SVL) として、

第一仮想線（PVL) と第二交線（SKL) との間の距離として定義されるかぶり寸法（K) 力

- d≤K≤ 0. 5 '…①

(単位 mm :但し、 dは中心電極（2) の先端面（22 B) の直径である；また、 Kの符号は、第二交線（SKL) が第一仮想線（PVL) よりも接合部（55) に近い側に位置する場合を一、同じく遠い側に位置する場合を+とする）を満足するように設定される一方、

第二仮想線（SVL) と第一仮想線（PVL) との間に挟まれた区間（WDS) における放電面の幅（w) 力かぶり寸法（K) を用いて、

w<2. 1 -K (単位： mm) ····②

の関係を満足することを特徴とする。

なお、特許請求の範囲及び本欄（「課題を解決するための手段及び作用 ·効果」）において、各要件に付与した符号は、添付の図面（図 1、図 2及び図 12) の対応部分に付された符号を援用して用いたものであるが、あくまで発明の理解を容易にするために付与したものであり、本発明における各構成要件の概念を何ら限定するものではない。

このように形成すると、火花放電ギヤップに付着することによって一旦ブリッジを起こした燃料の、接地電極及び中心電極への接触面積を減少させることによって、燃料ブリッジを切れやすくすることができる。つまり、始動時には、スター夕モー夕によってクランキングを行うことになるが、この際に、燃焼室内に混合気が吸入される。この混合気が過濃であると、始動時のピストンの動きに伴って、火花放電ギヤップに燃料ブリッジが一旦生じてしまうのであるが、本発明のようなスパークプラグであれば、さらにクランキングを続けたときの振動によって燃料ブリッジが切れやすいのである。

スパークプラグは一般に火花放電ギャップ側を下にして内燃機関に装着される。火花放電ギャップに燃料プリッジが生じた時には、この燃料の液滴を中心電極と液滴との間に生じる付着力によって吊り下げるような形状で保持される。このスパークプラグは、中心電極の先端を直径 1 . 0 mm以下にしてあるから、燃料の液滴を保持する面積を小さくすることになるため、一旦燃料ブリッジが生じたとしても、このブリッジが切れやすい。また、この中心電極の先端には 0 . 2 mm以上の直棒状部が形成されており、さらにその後方側は中心電極の径大部につながつている。過濃混合気によつて一旦生じた燃料ブリッジは中心電極の側面にまで広がっているため、直棒状部を長くすることによって、径大部につながる部分にまで燃料が広がつてしまうことを抑制できる。従って、液滴を保持する面積を更に小さくすることができるため、中心電極と液滴との間に生じる保持力を小さくすることになる。この結果、燃料ブリッジを切れやすくすることができる。さらに、この中心電極の先端を貴金属にすることによって、火花放電による消耗を抑制することができることから、長く使用していても消耗による変形を抑えることができ、ひいては燃料プリッジの切れやすさを長期にわたつて保持することができる。なお、貴金属としては、 P t 、 I rの他に、 P t— I r、 I r— R h、 I r— P t 、 I r— Y ₂〇₃等の P t 合金や I r合金等の 1 6 0 0 °C以上の融点を持つものが好ましい。

かぶり寸法 Kは、投影機を使うことによって測定することができる（例えば、図 2 Bのように、接地電極（1 1 ) の接合部（5 5 ) 側から火花放電ギャップ（g ) を見込む方向と中心軸線 Oとの双方に平行な投影面への投影を使用する）。また、放電面の外周縁にはアールや面取りが付いている場合が有る。この様な場合には、放電面を延長した延長平面と放電面形成部位（接地電極母材又は貴金属突出部）の側面の延長平面との交線が放電面の幅を考えるときの境界線になる。一方、前記第一交線の部分には、貴金属を切断した際のバリが出ている場合がある。このようなときには、このバリの部分を切り取って第一交線を考えるものとする。また、平角線を長手方向に所定間隔にて切断して接地電極を形成する場合は、その切断面が接地電極の先端面を形成することから、この先端面には該切断に伴う段差が生じている場合がある。このようなときには、放電面に近い側の先端面を基準に第二交線を考えるものとする。

一方、本発明のスパークプラグにおいては、第一仮想線（P V L ) と第二交線（S K L ) との間の距離として定義されるかぶり寸法（K) 、前記①式、すなわち、 - d≤K≤0 . 5を満たすものとされている。該かぶり寸法 Kは、接地電極の先端面と、接地電極との接合部から最も離れた位置において、中心電極の先端面外縁に対し軸線方向に引いた仮想線（第一仮想線（P V L ) との距離に相当するものである。また、第二仮想線（S V L ) と第一仮想線（P V L ) との間に挟まれた区間（W D S ) における放電面の幅 wは、前記②式、すなわち w< 2 . 1— Kを満たすものとされている。

かぶり寸法 Kを一 d未満にした場合には、中心電極の先端部側面と接地電極の先端面とが対向する形態となる。このため、燃料の液滴を吊り下げる面積を小さくするためには、中心電極の先端部を形成する直棒状部の長さを必要以上に長くする必要が生じたり、直棒状部に続く径大部を細くする必要が生じる。この結果、直棒状部の熱引きが悪化する傾向となり、火花放電による消耗が大きくなりやすい。また、接地電極の先端面の面積はそれほど大きくないため、火花放電による消耗が進みやすく、消耗が大きくなりやすくなる。しかしながら、本発明においては、かぶり寸法 Kを一 d以上としてあるため、中心電極の先端面と接地電極の放電面とが対向する形態にすることができる。このため燃料プリッジは中心電極の先端面と接地電極の放電面で形成される火花放電ギャップに生じさせることができるので、上記のような不具合を生じない。この場合、中心電極の先端面近傍と接地電極の放電面とを燃料プリッジが切れやすい形状にしておけばよい。他方、かぶり寸法 Kを 0 . 5 mm以下とし、さらに接地電極の放電面のうち、前記第一仮想線 P V Lと第二仮想線 S V Lとに挟まれた区間の先端面を軸線方向に延長した範囲における幅 w (以下、単に放電面幅 wともいう）を、 2 . 1— Kmm以下に制限していることから、燃料プリッジが生じた際における燃料の液滴を保持する接地電極側の面積を小さくすることができる。接地電極は燃料の液滴を下から支える形状になるため、支える面積を小さくすることによって燃料の液滴を保持できる量を少なくすることができる。この結果、燃料ブリッジが生じたとしても、振動が繰り返されることで切れやすくすることができるのである。なお、接地電極の幅 wが同じであっても、かぶり寸法 Kが大きければ、燃料液滴の保持能力が増す。従つて①式は、かぶり寸法 Kが大きいほど、燃料ブリッジ発生を抑制するための放電面幅 wの値の上限値を、小さくしなければならないことを意味する。これは、逆にいえば、かぶり寸法 Kが小さければ、放電面幅 wを多少大きくしても燃料ブリッジが発生しにくいことも意味する。

また、かぶり寸法 Kを上記のような寸法設定にすることによって、着火性を向上させることもできる。即ち、着火性に大きく影響する要因として、電極による消炎作用が挙げられる。火花放電ギャップで発生した電気火花によって混合気が一旦着火したとしても、着火した混合気の近傍に存在する電極によって熱を奪われてしまうため、混合気が失火してしまうことになる。本発明の様にかぶり寸法を小さくすることによって、このような消炎作用を生ずる電極が着火した混合気の近傍に存在しない様にすることができることから、着火性が向上し、ひいては低温始動性が更に向上する。なお、後述のように、接地電極の突出部を、角形状の小部材の接合により形成すると、このかぶり寸法 Kを小さくし易いので、より有利である。

このような消炎作用を低減できることの他に、以下のように火炎の拡散を妨げないということも考えられる。上述のように一端着火した混合気は、燃焼室内を拡散していく。これによつて燃焼室内の混合気すべてが燃焼して、より効率よく大きな出力を取り出せるのである。しかし、かぶり寸法 Kが大きいと、火花放電ギャップで着火した混合気が燃焼室内に拡散していこうとする初期に接地電極が衝立のように拡散を遮ることになるのである。他方、かぶり寸法 Kが 0. 5mmを超えると、接地電極の過熱により電極消耗を早める不具合が生ずる場合がある。

なお、上記放電面幅 wを必要以上に小さくしすぎると、放電面に対する過度の電圧集中により電極消耗が進行しやすくなり、電極寿命を十分に確保できなくなる場合があるので、例えば 0. 5 mm以上に確保することが望ましい。また、放電面幅 wは、より望ましくは、 0. 5≤w<l. 7 -K (単位： mm) を満足するように設定するのがよい。

次に、接地電極（1 1) の中心電極（2) の先端面（22 B) と対向する位置に、放電面をなす接地電極母材の表面（1 1 1A) から中心電極（2) 側に突出する角形状の突出部（1 12) を形成することができる。接地電極母材の表面（1 1 1 A) に、このような突出部を設けることによって、燃料の液滴が保持されやすい部分を、該突出部付近に抑えることができる。このため、接地電極側で保持される燃料の液滴の量をより少なくでき、ひいては燃料ブリッジをさらに生じにくくすることができる。なお、突出部（1 12) は、放電面をなす接地電極母材の表面（1 1 1 A) から 0. 5 mm以上突出していることが、上記の効果をより顕著なものとする上で望ましい。

また、突出部（1 1 2) の先端面（1 12A) の面積は、中心電極（2) の先端面（22 B) の面積よりも大きくすることが望ましい。燃料ブリッジが切断されるには、燃料液滴に作用する重力が、これをブリッジ形成状態に維持しょうとする付着力（例えば、上記各先端面と液滴の間の界面張力）に打ち勝って作用する必要がある。突出部の先端面の面積が中心電極の先端面の面積よりも小さいと、燃料プリッジが生じたとき、中心電極と液滴との間に生じる付着力が、該液滴に作用する重力よりも大きくなつて、燃料ブリッジが切れにくくなる可能性がある。しかしながら、突出部の先端面の面積を、中心電極の先端面の面積よりも大きくすると、そのような不具合を防止できる。

突出部（1 1 2 ) は、例えば貴金属部材によって形成することができる。接地電極側は、通常中心電極側と比較して高電位であるため、電気火花発生時には軽い電子が引き寄せられることになる。このため、接地電極側の消耗は比較的少ないが、燃焼室内の中央側に位置しているため中心電極と比べると温度が上昇しやすく、内燃機関の種類によっては消耗が進みやすい場合がある。そこで、接地電極の放電面を形成する突出部を、消耗の進行しにくい貴金属部材により構成すれば、消耗による突出部の変形を抑えることができ、ひいては燃料プリッジの切れやすさを長期にわたって保持することができる。なお、貴金属部材としては、中心電極と同様に P t 、 I rの他に、 P t— I r、 I r— R h、 I r— P t 、 I r _ Y ₂〇₃等の P t合金や I r合金等の 1 6 0 0 °C以上の融点を持つものが好ましい。

また、本発明のスパークプラグにおいては、絶縁碍子（1 ) を係止部（1 5 ) によって主体金具（5 ) に係止し、中心電極（2 ) を、絶縁碍子（1 ) の先端面から突出させることができる。この場合、係止部（1 5 ) よりも先端側において中心電極（2 ) の外周面と絶縁碍子の内周面との間に、先端側ほど径差が拡大する、径差拡大部が形成されるように構成することができる。

このように構成することによって、中心電極と絶縁碍子の先端部との間に広い径差を作ることができる。前述したように、液体状の燃料がピストンの動きに伴って、ピストンに溜まった液状の燃料が巻き上げられてスパークプラグにかけられることになる。つまり図 2 Bに示すスパークプラグの発火部に、図面の下側から燃料がかけられることになる。大量の燃料がかけられると絶縁碍子の先端部と接地電極の間に形成された空間全体に燃料が付着する。更にクランキングを継続すると、その時の振動で付着した燃料が絶縁碍子の先端部の外側から落ちていくことになる。中心電極と絶縁碍子の先端部との間に広い径差が作られていると、この径差部分に溜まつた燃料の重量が大きいことから、クランキングによる振動で落下しやすくなる。この結果、絶縁碍子の先端に付着した燃料がクランキングの初期で落下しやすくなるため、燃料プリッジの切れを促進することになる。

径差拡大部（G) は、例えば、軸線方向において、径差が連続的に拡大するように形成してもよいし、 2段階以上に段階的に拡大する形で形成してもいずれでもよレ^ また、段階的に拡大させる場合においても、途中の一部区間では径差が連続的に拡大するようにしてもよい。また、径差を形成する方法としては、中心電極先端部を先端側に向けて縮径させる方法、中心電極が挿通される絶縁碍子の中心貫通孔を先端側に向けて拡径する方法、及び両者の組合せのいずれを採用してもよい。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施形態に係るスパークプラグの部分断面図。

図 2 Aは、図 1のスパークプラグの平面図。

図 2 Bは、図 1のスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。

図 3 Aは、第 2実施形態に係るスパークブラグの平面図。

図 3 Bは、図 3 Aのスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。図 3 Cは、図 3 Aのスパークプラグの接地電極の断面を示す図。

図 4 Aは、第 3実施形態に係るスパークブラグの平面図。

図 4 Bは、図 4 Aのスパークブラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。図 5 Aは、第 5実施形態に係るスパークブラグの平面図。

図 5 Bは、図 5 Aのスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。図 6 Aは、比較例である従来のスパークプラグの平面図。

図 6 Bは、図 6 Aのスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。図 7は、ブリッジテスト装置の全体図を示す図。

図 8は、ブリッジテスト結果を示すグラフ図。図 9は、着火性テスト結果を示すグラフ図。

図 1 0は、低温試験性テスト結果を示すグラフ図。

図 1 1は、かぶり寸法及び放電面幅と、ブリッジ発生難易との関係をさらに詳細に調査した実験結果を示す図。

図 1 2 Aは、図 2 Bの要部をさらに拡大して示す図。

図 1 2 Bは、図 1 2 Aの中心電極の先端部の変形態様を示す模式図。発明の実施するための最良の形態

本発明の第 1の実施形態について図面を参照し説明する。

図 1は本発明の第 1の実施形態に係るスパークプラグの部分断面図であり、図 2 A及び図 2 Bはこのスパークプラグの要部拡大図である。図 1に示す第 1の実施の形態に係るスパークプラグは、周知のように、アルミナ等からなる絶縁碍子 1は、その後端部に沿面距離を稼ぐためのコルゲ一シヨン 1 Aを、先端部に内燃機関の燃焼室に曝される脚長部 1 Bを備え、絶縁碍子係止部 1 5が主体金具 5の内径側に膨出した係止部 5 1に当接され、かしめ部 5 Cによって支持されている。その軸中心には、後述する絶縁碍子係止部 1 5よりも先端側に略同一径の先端側中心貫通孔 1 Cが形成され、後端側にはそれよりもやや太い怪の後端側中心貫通孔 1 Dが形成されている。また、先端側中心貫通孔 1 Cと後端側中心貫通孔 1 Dとの段差部には、中心電極 2の鍔部 2 1が係止されて、中心電極 2は絶縁碍子 1の先端面 1 Eから突出するようにされている。そして、中心電極 2は、図 2 Bに示すように母材部分 2 mの先端部が複数段階（ここでは 2段）に段階縮径されて縮径部とされ、さらにその縮径部の先端には貴金属チップ 2 2がレーザ溶接による溶融部 2 3を介して接合されている。貴金属チップ 2 2は、直径 0 . 7 mm、長さ 0 . 8 mmのものを母材部分 2 mの縮径部の先端に載置され、レーザ溶接によって直棒状部 2 2 A (軸線方向長さ L :例えば約 0 . 3 mm) を残す形で接合されている。従って、この貴金属チップ 2 2の接地電極 1 1と対向する面、つまり中心電極 2の先端面 2 2 Bの面積は、約 0 . 3 8 mm ²である。中心電極 2は中心貫通孔 1 Cの内部に設けられたセラミック抵抗 3を経由して上方の端子ナツト 4に電気的に接続されている。端子ナット 4には図示しない高圧ケーブルが接続され高電圧が印加される。貴金属チップ 2 2の材質としては、 P t 、 I rの他に、 P t— I r、 I r 一 R h、 I r— P t；、 I r — Y ₂〇₃等の P t合金や I r合金等の 1 6 0 0 °C以上の融点を持つものが好ましいが、本実施形態では I r一 5 w t % P tを使用している。

主体金具 5は低炭素鋼材で形成され、スパークプラグレンチと嵌合する六角形部 5 Aと、ネジの呼びが例えば M 1 4 Sのネジ部 5 Bとを備えている。主体金具 5はそのかしめ部 5 Cにより絶縁碍子 1にかしめられ、主体金具 5と絶縁碍子 1がー体にされる。かしめによる密閉を完全なものとするため、主体金具 5と絶縁碍子 1との間に板状のパッキング部材 6とワイヤ状のシール部材 7、 8が介在され、シール部材 7、 8の間にはタルク（滑石） 9の粉末が充填されている。また、ネジ部 5 B の後端、即ち、主体金具 5の座面 5 2にはガスケット 1 0が嵌挿されている。図 2 Bに示すように、主体金具 5の先端面 5 Dにニッケル合金からなる接地電極 1 1が溶接により接合されている。接地電極 1 1は中心電極 2に形成された貴金属チップ 2 2の先端面 2 2 Bと軸〇方向に対向し、中心電極 2と接地電極 1 1とで火花放電ギヤップ gを形成している。

また、六角形部 5 Aの対辺寸法は 1 6 mmであり、主体金具 5の座面 5 2から先端面 5 Dまでの長さは 1 9 mmに設定されている。なお、接地電極 1 1は、その先端部の温度を低減させ、火花消耗を抑えるために内部に C uや純 N i又はその複合材料等からなる良熱伝導材を有していても良い。

また、接地電極 1 1は、中心電極 2の先端面 2 2 Bと対向している部分に突出部 1 1 2が形成されている。この突出部 1 1 2は、 N i合金（例えばインコネル 6 0 0 ) からなる接地電極母材 1 1 1の先端部において、放電面をなす表面（中心電極 2と対向する側面） 1 1 1 Aから中心電極 2側へ突出する形態で設けられている。本実施形態では、幅 0. 7mm、深さ 0. 45mm、長さ 1. 25mmの溝を接地電極母材 1 1 1に形成し、該溝に、一辺 0. 7mm、長さ 1. 5 mmの直方体形状をした貴金属チップ 1 12を嵌め込み、抵抗溶接にて接地電極 1 1に固定することにより突出部 1 12 Aを形成している。この結果、突出部 1 12は、接地電極母材 1 1 1の先端面 1 1 1 Bから長さ方向に約 0. 25mm、同じく中心電極 2と対向する表面 1 1 1 Aから高さ（深さ）方向に約 0. 2mm、それぞれ突出する形となつている。従って、この突出部 1 12の中心電極 2と対向する面 1 12 Aの面積は、 1. 05 mm²である。これは、中心電極 2の先端面 22 Aの前記した面積（約 0. 38 mm²) よりも大きい。

次に、図 12 Aに示すように、中心電極 2の先端面 22 B又はその延長をなす平面 P 1 (図 12 B ：先端面 22 Bの外周縁にアールあるいはテーパが形成される場合等）と直棒状部 22 Aの側面 22 S又はその延長をなす円柱面 C 1 (図 12 B ：同上）とによって形成される交線を第一交線 PKLとし、放電面 1 1 1 A又はその延長をなす平面 P 2と貴金属チップ 1 12の先端面 1 12 B又はその延長をなす平面との交線を第二交線 SKLとする。また、内燃機関取付用のネジ 5 Bを基準としたスパークプラグの仮想中心軸線 Oと平行な基準線 S Lを、該仮想中心軸線〇に関して、接地電極 1 1の接合部 55と反対側から火花放電ギャップ gを経て接合部 5 5に向けて移動させたとき、該基準線 S Lが第一交線 P K Lと最初に交わる交点 P Pを通って仮想中心軸線 Oと平行な仮想線を第一仮想線 PVLとし、同じく該基準線 S Lが第一交線 PKLと最後に交わる交点 S Pを通って仮想中心軸線〇と平行な仮想線を第二仮想線 SVLとする。そして、第一仮想線 PVLと第二交線 SKLとの間の距離として定義されるかぶり寸法 Kが、一 d≤K≤0. 5 (単位 mm : dは中心電極 2の先端面 22 Bの直径）を満足する。また、第二仮想線 SVLと第一仮想線 PVLとの間に挟まれた区間 WD Sにおける放電面の幅 wが、かぶり寸法 Kを用いて、 w<2. 1— K (単位： mm) の関係を満足する。

本実施形態では、 K=0. 25mmに合せてある。つまり、接地電極母材 1 1 1 の先端面 1 1 1 Bが上述した第一仮想線 PVLと重なるように設定してある。また、図 2 Aに示すように、接地電極母材 1 1 1の先端部を、幅方向両側に形成されたテ —パ面 1 1 1 T， 1 1 1 Tにより、先端に向かうほど狭幅となるように形成してある。テーパ角度 ;3は約 30° であり、先端面 1 1 1 Bは幅約 1. 4 mmである。また、区間 WD Sにおける放電面 1 1 1 Aの幅 wは、 1. 40mm〜： L. 78mmの範囲になっている。なお、放電面 1 1 1 Aには、接地電極母材 1 1 1の側面 1 1 1 Bとの境界にアールが付いている場合が有る。この場合には、放電面 1 1 1Aを延長した延長平面と側面 1 1 1 Bの延長平面との交線が放電面 1 1 1 Aの幅を考えるときの境界線になる。例えば図 3 Cに示すような断面形状を持つ接地電極 1 1の場合には、放電面 1 1 1 Aとテ一パ状の側面 1 1 1 Bとの境界線 1 1 1 Cが図の左右に存在する。従って、この 2本の境界線 1 1 1 C、 1 1 1 C間の距離を放電面 1 1 1 Aの幅として測定する。

図 2に戻り、接地電極 1 1の表面から、絶縁碍子 1の表面までの最短距離 Dは、 1. 5 mm以上となっていることが望ましい。該最短距離 Dが 1. 5 mm以上確保されていることで、接地電極 1 1と絶縁碍子 1との間の液切れが良好となり、該位置に燃料ブリッジを生じにくくなる。なお、内燃機関への取り付けを考慮すれば、通常使用される寸法のスパークプラグにおいて、上記最短距離 Dとして 4. 5 mm を超える値を採用することは現実的でないので、該 Dは 4. 5 mm以下に設定することが望ましい。また、以下に説明する他の実施形態も含め、特に断りのない限り、絶縁碍子 1の主体金具 5からの突き出し量 Fは 2. 5mmとし、接地電極母材 1 1 1には、幅が 2. 5mmで厚さが 1. 4mmのものを用いている。

(実施例）

次に本発明の効果を示すための実験例について説明する。図 8に示す試料 No. ①〜④は本発明の各実施形品であり、 No. ⑤は本発明品との効果の差を確認するための比較品である。各実施形態に係る試料は第 1実施形態との相違点のみを説明する。第 1実施形態に係る試料 No. ①は、前述した図 2 A及び図 2 Bに要部拡大図として示す。図 2 Bは、この試料 No.①の発火部のみを横から見た図を示し、図 2 Aは、図 2 Bの下側から見た図を示す。第 2実施形態に係る試料 No. ②を図 3A、図 3 B及び図 3 Cに要部拡大図として示す。図 3Bは、この試料 No. ②の発火部のみを横から見た図を示し、図 3 Aは、図 3 Bの下側から見た図を示す。また、図 3 Cは接地電極 1 1をその先端面 1 1 A側から見た図を示す。試料 No. ② は、接地電極母材 1 1 1の断面を台形状に形成し、中心電極 2と対向する放電面 1 1 1 Aが細くなるようにしてある。台形部のテーパ角度 τは、放電面 1 1 1Aに対して 45° であり、前述した第一仮想線 PVLと、第一仮想線 SVLとの間の範囲における放電面 1 1 1八の幅は約1. 8 mmである。なお、前述のように放電面 1 1 1 Aの幅は、接地電極母材 1 1 1のテーパ面を接地電極の側面 1 1 1 Bと考えて、第 1実施形態の測定方法と同様の方法で測定した。

また、第 3実施形態に係る試料 No. ③を図 4 A及び図 4 Bに要部拡大図として示す。図 4 Bは、この試料 No.③の発火部のみを横から見た図を示し、図 4 Aは、図 4 Bの下側から見た図を示す。試料 No. ③は、中心電極 2側の貴金属チップ 2 2を、直径 0. 4 mmに形成してある点のみが第 2実施形態に係る試料 No. ②と異なるのみで、他は、試料 No. ①と同一である。また、前述した区間 WDSにおける放電面 1 1 1 Aの幅は、 1. 40mm〜； L. 6 1 mmの範囲になっている。なお、放電面 1 1 1Aの幅は、第 1実施形態の測定方法と同様の方法で測定した。また、第 4実施形態に係る試料 No. ④を図 5 A及び図 5 Bに要部拡大図として示す。図 5 Bは、この試料 N o.④の発火部のみを横から見た図を示し、図 5 Aは、図 5 Bの下側から見た図を示す。試料 No. ④は、接地電極母材 1 1 1の先端約 2 mmの範囲を、切欠部 1 1 1 R, 1 1 1 Rにより、全体に幅約 1. 5mmのほぼ同一幅になるように細く形成してある。つまり、前述した区間 WDSにおける放電面 1 1 1Aの幅は、 1. 5 mmになっている。なお、放電面 1 1 1 Aの幅は、第 1実施形態の測定方法と同様の方法で測定した。

次に、比較例である試料 No. ⑤を図 6 A及び図 6 Bに要部拡大図として示す。図 6 Bは、この試料 No. ⑤の発火部のみを横から見た図を示し、図 6 Aは、図 6 Bの下側から見た図を示す。試料 No. ⑤は、接地電極母材 1 1 1に円板状の貴金属チップ 1 12'を抵抗溶接によって接合してある。また、この貴金属チップ 1 12 'を中心電極 2側の貴金属チップ 22と対向させつつ、接地電極母材 1 1 1 'との接合性を確保するためかぶり寸法を、 K=0. 6 mmに設定してある。さらに、前述の区間 WDSにおける放電面 1 1 1 Aの幅 wは、接地電極の幅に相当するため 2. 5mmである。なお、放電面 1 1 1Aの幅は、第 1実施形態の測定方法と同様の方法で測定した。

これらの試料を評価するために、下記に示す燃料ブリッジテストを行った。本実験においては、内燃機関に一般に用いられるガソリンの替わりに水を用いた。この理由は、燃料ブリッジは一般に非常に温度の低い状態、即ち、燃料の粘度が低下した状態での、火花放電ギャップで生じたプリッジの切れやすさが問題になるためである。水の常温における粘度がガソリンの約一 40°Cにおける粘度とほぼ同等であることが分かつているため、本発明の主目的である燃料プリッジの切れやすさを確認するためには、最も手近な代替材である。まず、図 7に示すような燃料ブリッジ試験機のアームに各試料を装着し、火花放電ギャップ間にスポィトを用いて水を約 0. 05m l付着させた。そして、アームを傾けた後に受支点部に向けて自由落下させて、ブリッジが切れたか否かを落下させる毎に観察した。アームは図に示す寸法を有する矩形断面の焼入鋼からなる梁状部材であり、衝撃を受ける受け支点部は、一辺 20mmの矩形断面の軟鋼からなる角柱状のものである。また、アームの旋回支点 SVから受け支点部との当接位置（受け支点部先端面の幾何学的重心とする）までの距離は 100mmである。試験は、試料①〜⑤の試験品につき各 10本行つた。なお、各試験品は試験終了まで水の補充を行わなかった。

試験結果を図 8に示す。アームを傾ける角度は 5° から 5° づっ増加させ、各角度で最大 5回行った。秦は、ブリッジが切れた角度とその角度での何回目の試験で切れたかを示す。また、 Xは、ブリッジが切れなかったことを示す。例えば、試料 No. ①では、 10° の角度の 1回目で 1本、 10° の 3回目で 1本ブリッジが切れ、 20° の 1回目 · 2回目で各 1本、 20° の 5回目で 2本、 25° の 1回目 ' 2回目 · 3回目で各 1本、 30° の 1回目で 1本切れたことが分かる。比較例である試料⑤は、 45° の 1回目及び 2回目で各 1本ブリツジが切れたが、残り 8本は 50° まで増加させて 5回繰り返してもブリッジが切れなかったことを示す。この試験の結果、試料③が最もプリッジが切れやすいことがわかる。

次に、同じ形状の試料 No. ①〜⑤を用いて、着火性テストを行った。これは、燃焼室内での燃料への着火のしゃすさを評価する指標となる。この試験は、排気量 2リットル、直列 6気筒の内燃機関の内、 1気筒を用いて、燃料混合比をリーン側に推移させ、アイドリング 700 r pmの条件で行った。このエンジン条件で、 H Cスパイクが 3分あたり 10回発生したときの AZFの値を着火限界と判断した。この試験の結果を、図 9に示す。この結果から、中心電極 2側の貴金属チップ 22 の径が最も小さい Ψ0. 4mmの試料 No. ③が着火性が良好であることが分かる。さらに、同じ形状の試料 No. ①〜⑤を用いて、低温始動性テストを行った。この試験は、排気量 2リットル、直列 6気筒の内燃機関を用いて、一 30^DCの耐寒試験室における初爆と完爆の発生時間を比較したものである。ここで、初爆とは、クランキングを始めてからどれかの気筒において、着火による最初の圧力上昇が始まるまでの時間をいい、完爆とは、クランキングを始めてから内燃機関がクランキングを行わなくとも回転が持続可能となるまでの時間をいう。この試験の結果を、図 10に示す。この結果から、試料 No.②〜④はほぼ同等であるが、特に試料 No. ③が最も始動性が良いことが分かる。また、図 8のブリッジテスト結果と、この試験結果とを比較すると、燃料ブリッジ試験結果の良いものほど 3 0 °Cという極低温での始動性が良好であって、両者には非常に強い相関関係があることが分かる。また、図 1 1は、区間 WD Sにおける放電面幅 wとかぶり寸法 Kとを、種々の値に設定したスパークプラグを用いて、同様の燃料プリッジテストを行なった結果である。各スパークプラグとも試験数は 5本ずつであり、ブリッジが切れた角度の平均値が 2 0 ° 以内のものを優（◎)、 2 0 ° を超え 3 0 ° 以下のもを良（〇）、 3 0 ° を超えるものを不可（X ) として評価している。これによると、 wく 2 . 1 - K (単位： mm) の関係を満足する場合に、ブリッジ発生抑制に関して良好な結果が得られ、 w< l . 7— Kを満足する場合にはさらに好ましい結果が得られていることがわかる。

(その他の実施の形態）

以上説明した本発明は、上述の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で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。各実施の形態では、接地電極 1 1に形成された突出部 1 1 2が接地電極母材 1 1 1の表面から 0 . 2 mm突出する場合について説明したが、突出量が 0 . 5 mm以上の場合には、さらに本発明の効果が達成されやすいことが確認されている。さらに、絶縁碍子の先端内部において中心電極の縮径（いわゆるサーモ）が 2段に縮径されているスパ —クプラグについて説明したが、サーモなしまたは、 1段に縮径されているスパークプラグであっても良い。

Claims

請求の範囲

1. 中心貫通孔（1D) を有する絶縁碍子（1) と、前記中心貫通孔（1 D) に保持されており、かつ軸線（0) 方向に延びる中心電極（2) と、前記絶縁碍子（1) の外側に設けられた内燃機関取付用のネジ（5 B) を有する主体金具（5) と、その主体金具（5) に一端が接合部（55) によって接合され、他端側が前記中心電極（2) の先端面（22B) と対向するように配置されるとともに、火花放電ギヤップ（g) を形成する放電面（1 1 1A) を有する接地電極（1 1) とを備えるスパークプラグであって、

前記中心電極（2) の前記火花放電ギャップ（g) を形成する先端は、直径 1. Omm以下であって、長さ 0. 2mm以上の直棒状部（22 A) を有する貴金属（2 2) であり、

前記中心電極（2) の先端面（22B) 又はその延長をなす平面（P 1) と前記直棒状部（22A) の側面（22 S) 又はその延長をなす円柱面（C 1) とによつて形成される交線を第一交線（PKL) とし、

前記放電面（1 1 1A) 又はその延長をなす平面（P 2) と前記接地電極（1 1) の先端面（ 1 12 B)又はその延長をなす平面との交線を第二交線（SKL) とし、さらに、前記内燃機関取付用のネジ（5B) を基準としたスパークプラグの仮想中心軸線（O) と平行な基準線（SL) を、該仮想中心軸線（O) に関して、前記接地電極（1 1) の前記接合部（55) と反対側から前記火花放電ギャップ（g) を経て前記接合部（55) に向けて移動させたとき、該基準線（SL) が前記第一交線（PKL) と最初に交わる交点（PP) を通って前記仮想中心軸線（〇）と平行な仮想線を第一仮想線（PVL) とし、

同じく該基準線（SL) が前記第一交線（PKL) と最後に交わる交点（S P) を通って前記仮想中心軸線（〇）と平行な仮想線を第二仮想線（SVL) として、前記第一仮想線（PVL) と前記第二交線（SKL) との間の距離として定義されるかぶり寸法（K) が、 — d≤K≤0. 5 (単位 mm :但し、 dは前記中心電極 (2) の先端面（22 B) の直径である；また、 Kの符号は、前記第二交線（SK

L) が前記第一仮想線（PVL) よりも前記接合部（55) に近い側に位置する場合を—、同じく遠い側に位置する場合を +とする）を満足するように設定される一方、

前記第二仮想線（SVL) と前記第一仮想線（PVL) との間に挟まれた区間（W DS) における前記放電面の幅（w) 力前記かぶり寸法（K) を用いて、 w< 2. 1 -K (単位： mm) の関係を満足することを特徴とするスパークプラグ。

2. 前記第二仮想線（SVL) と前記第一仮想線（PVL) との間に挟まれた区間 (WDS) における前記放電面の幅（w) 力前記かぶり寸法（K) を用いて、 w

<1. 7— K (単位： mm) の関係を満足する請求の範囲第 1項記載のスパークプラグ。

3. 前記接地電極（1 1) の前記放電面（1 1 1A) には、前記中心電極（2) の先端面（22 B) と対向する位置に、前記放電面をなす接地電極母材の表面（1 1

1 A) から前記中心電極（2) 側に突出する角形状の突出部（1 1 2) が形成されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載のスパークブラグ。

4. 前記突出部（1 12) の先端面（1 12A) の面積は、前記中心電極（2) の先端面（22 B) の面積よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第 3項記載のスパークプラグ。

5. 前記突出部（1 12) は、前記接地電極母材の表面（1 1 1 A) から 0. 5m m以上突出していることを特徴とする請求の範囲第 3項又は第 4項に記載のスパー

6. 前記突出部（1 12) は、貴金属部材によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第 2項ないし第 5項のいずれか 1項に記載のスパークブラグ。

7. 前記絶縁碍子（1) は係止部（1 5) によって前記主体金具（5) に係止され、前記中心電極（2) は前記絶縁碍子（1) の先端面（1 E)から突出するとともに、前記係止部（15) よりも先端側において前記中心電極（2) の外周面と前記絶縁碍子（1) の内周面との間には、先端側ほど径差が拡大する、怪差拡大部（G) が形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 6項のいずれか 1項に記載のスパークプラグ。

補正書の請求の範囲

[2001年 6月 22日（22. 06. 01 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 7は取り下げられた；出願当初の請求の範囲 1は補正された。（3頁） ]

1. (補正後）中心貫通孔（1 D) を有する絶縁碍子（1) と、前記中心貫通孔（1 D) に保持されており、かつ軸線（O) 方向に延びる中心電極（2) と、前記絶縁碍子（ 1 )の外側に設けられた内燃機関取付用のネジ（ 5 B)を有する主体金具（ 5 ) と、その主体金具（5) に一端が接合部（55) によって接合され、他端側が前記中心電極（2) の先端面（22 B) と対向するように配置されるとともに、火花放電ギャップ（g) を形成する放電面（ 1 1 1 A) を有する接地電極（1 1) とを備えるスパークプラグであって、

前記絶縁碍子（1) は係止部（1 5) によって前記主体金具（5) に係止され、前記中心電極（2) は前記絶縁碍子（ 1 ) の先端面（ 1 E) から突出するとともに、前記係止部（1 5) よりも先端側において前記中心電極（2) の外周面と前記絶縁碍子（1) の内周面との間には、先端側ほど怪差が拡大する、径差拡大部（G) が形成されてなり、さらに、

前記中心電極（2) の前記火花放電ギヤッフ (g) を形成する先端は、直径 1. Omm以下であって、長さ 0. 2 mm以上の直棒状部（22 Λ) を有する貴金属（2 2) であり、

前記中心電極（2) の先端面（22 B) 又はその延長をなす平面（P 1 ) と前記直棒状部（22A) の側面（22 S) 又はその延長をなす円柱面（C 1) とによつて形成される交線を第一交線（PKL) とし、

前記放電面（1 1 1 A) 又はその延長をなす平面（P 2) と前記接地電極（1 1) の先端面（1 1 2B)又はその延長をなす平面との交線を第二交線（SKL) とし、さらに、前記内燃機関取付用のネジ（5 B) を基準としたスパークプラグの仮想中心軸線（O) と平行な基準線（S L) を、該仮想中心軸線（O) に関して、前記

補正された/ Π¾¾ (条約第 19条) 接地電極（1 1) の前記接合部（55) と反対側から前記火花放電ギャップ（g) を経て前記接合部（55) に向けて移動させたとき、該基準線（S L) が前記第一交線（PKL) と最初に交わる交点（PP) を通って前記仮想中心軸線（O) と平行な仮想線を第一仮想線（PVL) とし、

同じく該基準線（S L) が前記第一交線（PKL) と最後に交わる交点（S P) を通って前記仮想中心軸線（O) と平行な仮想線を第二仮想線（SVL) として、前記第一仮想線（PVL) と前記第二交線（SKL) との間の距離として定義されるかぶり寸法（K) 力 S、一 d≤K≤0. 5 (単位 mm：但し、 dは前記中心電極 (2) の先端面（22 B) の直径である；また、 Kの符号は、前記第二交線（SK L) が前記第一仮想線（PVL) よりも前記接合部（55) に近い側に位置する場合を一、同じく遠い側に位置する場合を +とする）を満足するように設定される一方、

前記第二仮想線（SVL) と前記第一仮想線（PVL) との間に挟まれた区間（W DS) における前記放電面の幅（w) 、前記かぶり寸法（K) を用いて、 wく 2. 1一 K (単位： mm) の関係を満足することを特徴とするスパークプラグ。

2. 前記第二仮想線（SVL) と前記第一仮想線（PVL) との間に挟まれた区間 (WD S) における前記放電面の幅（w) 、前記かぶり寸法（K) を用いて、 w < 1 - 7 -K (単位： mm) の関係を満足する請求の範囲第 1項記載のスパークプラグ。

3. 前記接地電極（1 1) の前記放電面（1 1 1 A) には、前記中心電極（2) の先端面（22 B) と対向する位置に、前記放電面をなす接地電極母材の表面（1 1 1 A) から前記中心電極（2) 側に突出する角形状の突出部（1 1 2) が形成されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載のスパークブラグ。 4. 前記突出部（1 1 2) の先端面（1 1 2A) の面積は、前記中心電極（2) の先端面（22 B) の面積よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第 3項記載のス

捕正された用紙（条約第 19条）パ¹ ~；

5. 前記突出部（1 1 2) は、前記接地電極母材の表面（1 1 1A) から 0. 5m m以上突出していることを特徴とする請求の範囲第 3項又は第 4項に記載のスパー 6. 前記突出部（1 1 2) は、貴金属部材によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第 2項ないし第 5項のいずれか 1項に記載のスパークブラグ。

7. (削除）

捕正された用紙（条約第 19条）