WO2009125724A1 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Abstract

　着火性に優れるとともに、十分な耐汚損性を有する内燃機関用スパークプラグを提供する。スパークプラグ１は、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔４を有する絶縁碍子２と、絶縁碍子２の外周に設けられる主体金具３と、軸孔４に挿設される中心電極５と、主体金具３の先端部２６に設けられる接地電極２７とを備える。中心電極５及び接地電極２７間に火花放電間隙３３が形成される。軸線ＣＬ１方向に沿って中心電極５の先端外周面５Ｇを延ばしてなる仮想外周面ＫＧの外側であり、かつ、中心電極５の先端面を含む仮想面ＫＳより軸線ＣＬ１方向先端側に接地電極２７の先端部が存在する。中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間の第１最短距離をａ、絶縁碍子２の先端部と接地電極の先端部との間の第２最短距離をｂとしたとき、１．１≦ｂ／ａ≦１．６の式を満たす。

Description

内燃機関用スパークプラグ

　本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。

　内燃機関用スパークプラグは、内燃機関（エンジン）に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられるものである。一般的にスパークプラグは、軸孔を有する絶縁体と、当該軸孔の先端側に挿通される中心電極と、軸孔の後端側に挿通される端子電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端部に設けられ、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。

　ところで、内燃機関の動作に伴い、絶縁体表面に導電性のカーボンが付着してしまうことが起こり得る。ここで、特にカーボンが中心電極周囲の絶縁体先端面を覆うように付着してしまうと、中心電極に印加された電流が絶縁体先端面のカーボンを伝わって主体金具へとリークしてしまい、正常な火花放電が行えなくなってしまう（失火してしまう）おそれがある。そこで、中心電極の側面部に対して、接地電極の先端部を対向させるように配置することで、両電極間で絶縁体先端面を伝わっての火花放電を発生させる技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。当該技術によれば、火花放電に伴い絶縁体先端面に付着したカーボンを焼き切ることができ、優れた耐汚損性を実現することができる。

　ところが、近年、燃費向上やエミッションの低減を図るべく、着火性の向上が求められている。ここで、上記技術を採用した場合には、燃焼室の中心から比較的離間した位置において火花放電が発生することとなるため、着火性が不十分なものとなってしまうおそれがある。

　そこで、着火性を向上させるという観点から、中心電極の先端部に対して、接地電極の側面部を対向させるように配置するとともに、中心電極や接地電極の対向面に比較的小径の貴金属チップを設ける技術が提案されている（例えば、特許文献２等参照）。当該技術によれば、火花放電の発生位置を燃焼室の中心側とすることができるとともに、火花（火炎核）の熱が中心電極や接地電極から引かれてしまうことを防止することができる。

　ところが、昨今、環境規制の観点から、省エネルギーや未燃ガス等の排出抑制を図るべく、直噴エンジンが用いられるが、このような直噴エンジンは、火花放電間隙、或いは、火花放電間隙の近傍に燃料を噴射するため、絶縁体先端部にカーボンが付着してしまいやすい。ここで、上記技術を採用した場合には、着火性の向上を図ることができるものの、絶縁体先端面に付着したカーボンを焼き切ることはほとんどできない。そのため、耐汚損性が不十分なものとなり、失火に至ってしまうおそれがある。

　これに対して、接地電極の先端エッジ部分を中心電極の先端エッジ部分に対向させるように配置することで、火花放電の発生位置を燃焼室の中心側として着火性を向上させるとともに、汚損時において絶縁体表面に付着したカーボンの焼き切りを期待できる技術が提案されている（例えば、特許文献３等参照）。

特開平１０－５０４５５号公報 特開２００５－１０８７９５号公報 特開２００４－５５１４２号公報

　しかしながら、各種スパークプラグにおいては、中心電極先端部に対する絶縁体先端部の配設位置が種々異なる（例えば、中心電極先端部の外径と絶縁体先端部の内径が等しくなったり、異なったりして、中心電極の先端部に対して絶縁体の先端部が近接した状態にあったり、離間した状態にあったりする）。すなわち、中心電極及び接地電極の位置関係を規定した上記特許文献３に記載の技術は、耐汚損性の向上について十分に検討されたものではなく、当該技術では、各種スパークプラグにおいて耐汚損性の向上を図ることができないおそれがある。また、当該技術によれば、絶縁体が汚損されていないにも関わらず、絶縁体と接地電極との間において火花放電が生じてしまい、着火性の向上という効果が十分に発揮されないおそれがある。

　本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、中心電極に対する絶縁体の配設位置に関わらず、着火性に優れるとともに、十分な耐汚損性を有す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、前記中心電極が前記軸孔に設けられた略円筒状の絶縁体と、
　前記絶縁体の外周に設けられた略円筒状の主体金具と、
　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、
　前記中心電極及び前記接地電極間に間隙を有す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が、前記軸線方向に沿って前記中心電極の先端外周面を延ばしてなる仮想外周面の外側であり、かつ、前記中心電極の先端面を含む仮想面より軸線方向先端側に存在するとともに、
　前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間の第１最短距離をａ、前記絶縁体の先端部と前記接地電極の先端部との間の第２最短距離をｂとしたとき、次の式を満たすことを特徴とする。

　１．１≦ｂ／ａ≦１．６
　尚、中心電極や接地電極に貴金属合金よりなる貴金属チップ等の貴金属部を設けることとしてもよい。この場合、貴金属部は、中心電極や接地電極の一部を構成する。

　上記構成１によれば、接地電極の先端部は、軸線方向に沿って中心電極先端部の外周面を延ばしてなる仮想外周面の外側であって、かつ、前記中心電極の先端面を含む仮想面よりも軸線方向先端側に位置している。これにより、中心電極の先端面よりも燃焼室の中心側において火花放電を発生させることができ、着火性の向上を図ることができる。

　また、本構成１によれば、中心電極の先端部と接地電極の先端部との間の最短距離である第１最短距離をａとし、絶縁体の先端部と接地電極の先端部との間の最短距離である第２最短距離をｂとしたとき、１．１≦ｂ／ａ≦１．６の式を満たすように構成されている。すなわち、第２最短距離が、第１最短距離の１．１倍以上１．６倍以下となるように構成されている。

　ここで、第２最短距離が、第１最短距離の１．１倍以上となるように設定されていることから、絶縁体先端面がカーボンによって汚損されていないとき（通常時）には、比較的距離の短い中心電極と接地電極との間において、絶縁体を伝うことなく、火花放電が起こりやすい。すなわち、通常時においては、上述のように燃焼室の中心側において着火性に優れた火花放電を実現することができる。

　一方で、第２最短距離が、第１最短距離の１．６倍以下となるように設定されていることから、絶縁体先端面がカーボンによって汚損されているとき（汚損時）には、絶縁体を伝わって火花放電が起こり得る。これにより、絶縁体に付着したカーボンを焼き切ることができ、耐汚損性の向上を図ることができる。

　すなわち、本構成１によれば、第１最短距離ａ及び第２最短距離ｂについて、１．１≦ｂ／ａ≦１．６の式を満たすように構成することで、通常時には、両電極間で、絶縁体を伝うことなく火花放電を発生させることができ、汚損時には、両電極間で、絶縁体を伝わった火花放電を発生させることができる。これにより、優れた着火性と、耐汚損性の向上とを一挙に実現することができる。

　尚、１．１＞ｂ／ａである場合、すなわち、第２最短距離が、第１最短距離の１．１倍未満である場合には、通常時において絶縁体を伝わっての火花放電が発生しやすくなってしまい、着火性の低下を招いてしまうおそれがある。一方で、ｂ／ａ＞１．６である場合、すなわち、第２最短距離が、第１最短距離の１．６倍を超える場合には、汚損時における、絶縁体を伝わっての火花放電が発生しづらくなってしまい、耐汚損性が低下してしまうおそれがある。

　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、１．５≦ｂ／ａ≦１．６を満たすことを特徴とする。

　上記構成２によれば、優れた耐汚損性を維持しつつ、より一層優れた着火性を実現することができる。

　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、前記軸線と直交する仮想投影面に、前記軸孔の先端開口部と前記接地電極の先端部のうち前記中心電極の先端部に最も近接する角部とを投影し、前記仮想投影面に投影された前記角部である、
　投影角部の一端に位置する第１の端縁部から、前記仮想投影面に投影された前記軸孔の前記先端開口部である投影軸孔に第１の接線を引いたときの接点を第１の接点とし、
　前記投影角部の他端に位置する第２の端縁部から、前記投影軸孔に第２の接線を引いたときの接点を第２の接点としたとき、
　前記投影軸孔の前記接地電極側の外周に沿った、前記第１の接点と前記第２の接点との長さＬが、前記投影軸孔の外周長さの４０％以上とされていることを特徴とする。

　尚、第１の端縁部及び第２の端縁部から、投影軸孔に対して接線を引いたとき、それぞれ２本ずつの接線を引くことができるが、本構成２における、「第１の接線」及び「第２の接線」とは、投影角部と投影軸孔との間において、相互に交差しない２本の接線を意味する（以下、同様）。

　上記構成３によれば、前記投影軸孔の外周長さに対する、投影軸孔の接地電極側の外周に沿った第１の接点と第２の接点との間の長さＬの割合（「電極対向割合」という）が４０％以上とされている。すなわち、中心電極周囲に位置する絶縁体のうち、４０％以上の部分について、当該部分を伝わっての火花放電が発生可能となっている。これにより、汚損時において、カーボンを焼き切ることが可能な範囲を比較的広くすることができ、耐汚損性の一層の向上を図ることができる。

　尚、接地電極を複数設けた場合には、各接地電極について、投影軸孔の接地電極側の外周に沿った両接点間の長さを求めたときに、両接点間の長さの総和が投影軸孔の外周長さの４０％以上となっていればよい。但し、１の接地電極についての両接点間の長さを形成する部位に対して、他の接地電極についての両接点間の長さを形成する部位が重複している場合には、他の接地電極についての両接点間の長さを形成する部位のうち、前記１の接地電極についての両接点間の長さを形成する部位と重複する部位は除外した上で、各接地電極についての両接点間の長さが求められる。従って、両接点間の長さの総和の上限値は投影軸孔の外周長さと等しく、また、電極対向割合の上限は１００％となる。

　構成４．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成３において、前記投影軸孔の前記接地電極側の外周に沿った、前記第１の接点と前記第２の接点との長さＬが、前記投影軸孔の外周長さの５０％以上とされていることを特徴とする。

　上記構成４によれば、カーボンを焼き切ることが可能な範囲をより広くすることができ、耐汚損性のより一層の向上を図ることができる。

　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、前記軸孔の先端部に、前記軸線方向先端側に向けて先細部を有することを特徴とする。

　上記構成５によれば、軸孔の先端部には、軸線方向先端側に向けて先細り形状をなす先細部が設けられているため、絶縁体のうち、中心電極の周囲に位置する環状部分の領域（面積）を比較的小さなものとすることができる。これにより、当該環状部分の表面に付着したカーボンを比較的少ない火花放電回数で効率よく焼き切ることができ、耐汚損性の更なる向上を図ることができる。

　尚、本構成５を採用することで、中心電極の先端部についても比較的小径化されることとなるが、中心電極の略全域を小径化すると、中心電極の熱引き性能が低下してしまうおそれがある。従って、中心電極の熱引き性能を十分に確保するという観点からは、軸孔の先端部の形状に合わせて、中心電極の先端部のみを小径化することが好ましい。

　構成６．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記軸孔の先端開口部に面取り部を設けたことを特徴とする。

　絶縁体表面を伝わって火花放電が発生する場合には、絶縁体表面が溝状に削れてしまうチャンネリングという現象が起こってしまうことが懸念されるが、上記構成６によれば、軸孔の先端開口部に面取り部が設けられており、絶縁体表面を流れる電流の経路を分散させることができる。これにより、チャンネリングの発生をより一層確実に防止することができるとともに、火花放電に伴う中心電極の偏消耗を抑制することができる。その結果、耐久性のより一層の向上を図ることができる。

　構成７．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記接地電極が複数設けられていることを特徴とする。

　上記構成７によれば、絶縁体表面に付着したカーボンの焼き切り可能範囲をより一層広くすることができる。これにより、耐汚損性の更なる向上を図ることができる。

　構成８．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至７のいずれかにおいて、前記中心電極は、自身の先端部に貴金属部を備えることを特徴とする。

　尚、「貴金属部」とは、貴金属単体、或いは、貴金属を含む合金より構成されるものである。貴金属としては、例えば、白金やイリジウム等を挙げることができる（以下、同様）。

　上記構成８によれば、中心電極は、自身の先端部に貴金属合金よりなる貴金属部を備えている。これにより、耐火花消耗性の向上を図ることができ、耐久性の更なる向上を図ることができる。

　構成９．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至８のいずれかにおいて、前記接地電極は、前記中心電極の先端エッジ部分と対向する部位に貴金属部を備えることを特徴とする。

　上記構成９によれば、接地電極は、中心電極の先端エッジ部分（角部）と対向する部分に貴金属合金よりなる貴金属部を備えているため、耐火花消耗性の一層の向上を図ることができる。その結果、耐久性の一層の向上を図ることができる。

　構成１０．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至９のいずれかにおいて、前記中心電極は、前記軸孔の先端開口部と対向する部位の少なくとも一部に貴金属部を備えることを特徴とする。

　上記構成１０によれば、中心電極は、軸孔の先端開口部と対向する部位の少なくとも一部に貴金属部を備えている。これにより、両電極間でカーボンを伝わっての火花放電が発生する際における、中心電極側面の消耗を抑制することができ、耐久性の一層の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。 スパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大図である。 仮想投影面に投影された軸孔及び接地電極等を示す模式図である。 第１の接線及び第２の接線を説明するための模式図である。 着火性評価試験の結果を示すグラフである。 （ａ）は、別の実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）のα領域における軸孔等の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大図である。 別の実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大図である。 別の実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大図である。 別の実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大図である。 別の実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大図である。 別の実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大図である。 別の実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大図である。

　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。なお、図１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、脚長部１３の大部分は、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、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とにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦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、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をエンジンヘッド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、後端部において絶縁碍子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には、Ｎｉ系合金で構成された接地電極２７が接合されている。ここで、接地電極２７は、前記主体金具３の先端部２６の先端面に対しその後端部が溶接されるとともに、先端側が曲げ返されて、その側面が中心電極５の先端エッジ部分と対向する接地電極本体部２８と、当該接地電極本体部２８の先端部に接合された貴金属合金（例えば、白金合金やイリジウム合金等）からなる貴金属部３１とによって構成されている。

　加えて、前記貴金属部３１は、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った幅が、前記中心電極５の外径よりも幅広に形成されている。加えて、貴金属部３１は、自身の一端部の一部が接地電極本体部２８の中心電極５側の側面に対して埋め込まれるとともに、自身の他端部が接地電極本体部２８の先端面から突出するように構成されている。また、接地電極２７（貴金属部３１）の先端部及び中心電極５の先端部間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されている。

　さらに、本実施形態においては、図２に示すように、軸線ＣＬ１方向に沿って中心電極５の先端外周面５Ｇを延ばしてなる仮想外周面ＫＧの外側であり、かつ、中心電極５の先端面を含む仮想面ＫＳより軸線ＣＬ１方向先端側に接地電極２７の先端部が存在するように構成されている。

　加えて、中心電極５の先端部と接地電極２７（貴金属部３１）の先端部との間の最短距離である第１最短距離をａ（ｍｍ）とし、絶縁碍子２の先端部と接地電極２７の先端部との間の最短距離である第２最短距離をｂ（ｍｍ）としたとき、１．１≦ｂ／ａ≦１．６となるように構成されている〔すなわち、第２最短距離が、第１最短距離の１．１倍以上１．６倍以下（例えば、１．３倍）となるように構成されている〕。尚、本実施形態においては、貴金属部３１の角部３５と中心電極５の先端部との間で第１最短距離が形成され、貴金属部３１の角部３５と絶縁碍子２の先端部との間で第２最短距離が形成されている。つまり、第１最短距離、及び、第２最短距離の接地電極２７側の基点となる部位が同一となるように設定されている。

　また、本実施形態における中心電極５や接地電極２７等は、次のような位置関係とされている。すなわち、図３に示すように、接地電極２７の先端部のうち、中心電極５の先端部に最も近接する角部３５と、前記軸孔４の先端開口部とを軸線ＣＬ１と直交する仮想投影面ＫＴに投影する。そして、前記仮想投影面ＫＴに投影された角部３５である投影角部ＴＣの一端に位置する第１の端縁部ＥＧ１から、仮想投影面ＫＴに投影された前記軸孔４の先端開口部である投影軸孔ＢＰ（図中、太線で表示した部位）に第１の接線ＳＬ１を引き、かつ、前記投影角部ＴＣの他端に位置する第２の端縁部ＥＧ２から、前記投影軸孔ＢＰに第２の接線ＳＬ２を引く。このとき、投影軸孔ＢＰと第１の接線ＳＬ１との接点である第１の接点ＳＰ１、及び、投影軸孔ＢＰと第２の接線ＳＬ２との接点である第２の接点ＳＰ２の間の投影軸孔ＢＰの接地電極２７側の外周に沿った長さＬの、投影軸孔ＢＰの外周長さに対する割合（「電極対向割合」という）が４０％以上（例えば、５０％）とされている。

　尚、図４に示すように、第１の端縁部ＥＧ１から、投影軸孔ＢＰに対して接線を引いたとき、２本の接線ｓａ１，ｓｂ１を引くことができ、第２の端縁部ＥＧ２から、投影軸孔ＢＰに対して接線を引いたとき、２本の接線ｓａ２，ｓｂ２を引くことができるが、本実施形態における、「第１の接線ＳＬ１」及び「第２の接線ＳＬ２」とは、投影角部ＴＣと投影軸孔ＢＰとの間において、相互に交差しない２本の接線ｓａ１，ｓｂ２を意味する。

　次に、本実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、第１最短距離に対する第２最短距離の比（ｂ／ａ）を１．０から１．８の間で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耐汚損性評価試験及び着火性評価試験を行った。まず、耐汚損性評価試験について説明すると、当該試験は、ＪＩＳ規格Ｄ１６０６で規定されている「くすぶり汚損試験」であり、詳細については、次の通りである。すなわち、低温試験室内（－１０℃）のシャシダイナモメータ上に排気量１６００ｃｃの４気筒エンジンを有する試験用自動車を置き、当該試験用自動車のエンジンに各スパークプラグのサンプルを各気筒に対応して４本組み付ける。そして、空吹かしを３回行った後、３速３５ｋｍ／ｈで４０秒間走行し、９０秒間のアイドリングを挟んで、再度３速３５ｋｍ／ｈで４０秒間走行する。その後、エンジンを一度停止・冷却させる。次いで、空吹かしを３回行った後、１速１５ｋｍ／ｈで２０秒間走行することを、３０秒間のエンジン停止を挟みつつ、合計３度行い、その後エンジンを停止させる。この一連のテストパターンを１サイクルとして、１０サイクル繰り返し試験を行った。そして、１０サイクルの終了時に、所定のスパークプラグのサンプルに関し、主体金具と端子電極との間の絶縁抵抗値を測定した。ここで、測定した絶縁抵抗値が１０ＭΩ以上であった場合には、耐汚損性に優れるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、測定した絶縁抵抗値が、１０ＭΩ未満であった場合には、耐汚損性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。

　次に、着火性評価試験においては、各サンプルを、排気量２０００ｃｃの６気筒ＤＯＨＣエンジンに組み付け、２０００ｒｐｍ、吸引負圧－３５０ｍｍＨｇでエンジンを回転させ、空燃比（Ａ／Ｆ）を徐々に上昇させていき、１％失火したときの空燃比をリーン限界空燃比として測定した。ここで、リーン限界空燃比が２２．０以上である場合には、着火性に優れるとして「○」の評価を下すこととし、リーン限界空燃比が２３．５以上である場合には、着火性に非常に優れるとして「◎」の評価を下すこととした。一方、リーン限界空燃比が２２．０未満である場合には、着火性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。耐汚損性評価試験、及び、着火性評価試験の結果を表１に示す。また、特に、着火性評価試験の結果を図５のグラフに示す。尚、各サンプルについて、中心電極先端部の絶縁碍子からの突出長を１．５ｍｍとするとともに、中心電極の先端部の外径を２．０ｍｍとした。

　表１に示すように、ｂ／ａの値が１．６を超えるサンプルは（サンプル８，９）は、絶縁抵抗値が１０ＭΩ未満となり、耐汚損性が不十分であることがわかった。これは、絶縁碍子の先端部と接地電極の先端部との距離が大きくなりすぎたため、両電極間で絶縁碍子を伝わっての火花放電が発生しづらくなってしまったことによると考えられる。

　これに対して、ｂ／ａの値が１．０以上１．６以下であるサンプル（サンプル１，２，３，４，５，６，７）は、絶縁抵抗値が１０ＭΩ以上であり、優れた耐汚損性を有することが明らかとなった。これは、絶縁碍子の先端面がカーボンによって汚損された際、両電極間において絶縁碍子を伝わっての火花放電が発生しやすくなり、カーボンを焼き切ることができたことによると考えられる。

　加えて、表１及び図５に示すように、ｂ／ａの値が１．１未満であったサンプル（サンプル１）は、着火性が不十分であることがわかった。これは、絶縁体先端面がカーボンで汚損されていないとき（通常時）であっても、両電極間において絶縁碍子を伝わっての火花放電が発生しやすくなったことに起因すると考えられる。

　これに対して、ｂ／ａの値が１．１以上１．８以下であるサンプル（サンプル２～９）は、優れた着火性を有することが明らかとなった。これは、通常時においては、絶縁碍子を伝うことなく、両電極間で火花放電が発生しやすいことによると考えられる。また特に、ｂ／ａの値を１．５以上としたサンプル（サンプル６～９）は、極めて優れた着火性を有することがわかった。

　以上、両評価試験の結果を総合的に勘案して、優れた耐汚損性、及び、優れた着火性の双方を一挙に実現するためには、ｂ／ａの値を１．１以上１．６以下とすることが好ましいといえる。また、優れた耐汚損性を維持しつつ、着火性の更なる向上を図るという観点からは、ｂ／ａの値を１．５以上１．６以下とすることが望ましいといえる。

　次いで、接地電極や中心電極の形状、接地電極の電極数を変更することで、前記投影軸孔の外周長さに対する、第１の接点、及び、第２の接点間の投影軸孔の接地電極側の外周に沿った長さの割合（電極対向割合）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耐汚損性評価試験を行った。ここで、１０サイクル終了時における絶縁抵抗値が１０ＭΩ以上であった場合には、耐汚損性に優れるとして「○」の評価を下すこととし、１１～１５サイクル終了時における絶縁抵抗値が１０ＭΩ以上であった場合には、耐汚損性に非常に優れるとして「◎」の評価を下すこととした。さらに、１６サイクル終了時における絶縁抵抗値が１０ＭΩ以上であった場合には、耐汚損性に極めて優れるとして「☆」の評価を下すこととした。尚、各サンプルともに、ｂ／ａの値を１．１以上１．６以下とした。また、サンプル１０～１４については、接地電極の電極数を１とし、サンプル１５については、接地電極の電極数を２とした。当該評価試験の結果を表２に示す。

　表２に示すように、各サンプル（サンプル１０～１５）ともに優れた耐汚損性を有することが明らかとなった。特に、電極対向割合が４０％以上のサンプル（サンプル１２～１５）については、１０サイクルを超えた後においても、絶縁抵抗値が１０ＭΩ以上となり、非常に優れた耐汚損性を有することが認められた。これは、中心電極と接地電極との間における、火花放電可能な領域が比較的大きくされたことに伴い、カーボンを焼き切り可能範囲が比較的広くなったことによると考えられる。また、電極対向割合が５０％以上のサンプル（サンプル１３～１５）については、１６サイクル以上に亘って、１０ＭΩ以上の絶縁抵抗値が保たれ、極めて優れた耐汚損性を有することがわかった。従って、耐汚損性の更なる向上を図るという観点からは、電極対向割合を４０％以上とすることが好ましく、電極対向割合を５０％以上とすることがより好ましいといえる。

　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は、軸孔４の先端部は略一定の内径を有するように形成されており、中心電極５の先端部についても略一定の外径を有するように形成されている。これに対して、図６（ａ），（ｂ）〔尚、同図（ｂ）は、同図（ａ）のα領域を示した拡大断面図である〕に示すように、軸孔４の先端部に軸線ＣＬ１方向先端側に向けて先細る先細部ＳＢを形成するとともに、当該軸孔４の形状に合わせて、中心電極５を軸線ＣＬ１方向先端側に向けて先細るテーパ状に形成することとしてもよい。この場合には、絶縁碍子２のうち、中心電極５の周囲に位置する環状部分の領域（面積）を比較的小さなものとすることができる。これにより、当該環状部分の表面に付着したカーボンを比較的少ない火花放電回数で効率よく焼き切ることができ、耐汚損性の更なる向上を図ることができる。

　また、上記実施形態では、軸孔４の先端開口部は断面略直角となるように形成されているが、軸孔４の先端開口部に面取り部ＭＢを設けることとしてもよい。この場合には、チャンネリングの発生をより確実に抑制することができ、ひいては耐久性の向上を図ることができる。尚、同図において、面取り部ＭＢは湾曲面状に形成されているが、テーパ状等に形成することとしてもよい。

　（ｂ）上記実施形態において、接地電極本体部２８はＮｉ合金によって形成された一層構造をなしているが、図７に示すように、例えば、接地電極本体部２８を外層２８Ａ及び内層２８Ｂからなる２層構造に構成することとしてもよい。ここで、接地電極本体部２８の耐久性及び熱引き性能の両面において良好な性能を実現するという観点から、前記外層２８Ａを形成する材料として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）〕を採用し、また、前記内層２８Ｂを形成する材料として、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を採用することが望ましい。

　（ｃ）上記実施形態では、接地電極本体部２８の先端部が、軸線ＣＬ１と直交する方向（図の左側）に延びるようにして形成されているが、接地電極本体部２８の形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図８に示すように、接地電極本体部２８の先端部を、図の斜め上方へと延びるようにして形成することとしてもよい。このように形成することは、例えば、主体金具３が比較的小径化（例えば、主体金具３のねじ部１５がＭ１０以下と）されたことにより、主体金具３と接地電極２７との接合部が比較的小さくなり、火花放電間隙３３調整時の接地電極２７の屈曲加工が比較的困難である場合に特に有意である。

　また、上記実施形態では、接地電極２７は、接地電極本体部２８と、当該接地電極本体部２８に設けられた貴金属部３１とで構成されているが、同図に示すように、貴金属部３１を設けることなく、接地電極本体部２８単体によって接地電極２７を構成することとしてもよい。この場合において、接地電極２７の角部３５とは、接地電極本体部２８先端部の絶縁碍子２側に位置する角部３５ａを意味することとなる。

　（ｄ）上記実施形態では、接地電極２７は１つのみ設けられているが、図９に示すように、複数の接地電極２７ａ，２７ｂを設けることとしてもよい。この場合には、カーボンの焼き切り可能範囲を一層広げることができるため、耐汚損性の更なる向上を図ることができる。

　（ｅ）上記実施形態において、貴金属部３１は、接地電極本体部２８に対して、一端部が接地電極本体部２８の先端面から突出し、他端部の一部が接地電極本体部２８に埋め込まれるようにして設けられているが、接地電極本体部２８に対する貴金属部３１の配設状態は、これに限定されるものではない。従って、例えば、図１０，１１に示すように、貴金属部３１の先端部が、接地電極本体部２８の側面部から突出するようにして設けることとしてもよい。このとき、図１０に示すように、接地電極本体部２８の側面部に自身の一端部全域が埋め込まれることとしてもよいし、図１１に示すように、接地電極本体部２８の側面部に自身の一端部の一部のみが埋め込まれることとしてもよい。貴金属部３１が接地電極本体部２８から突出するように設けられることで、接地電極本体部２８によって火花（火炎核）の熱が引かれてしまうこと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。

　（ｆ）上記実施形態では特に記載していないが、図１２に示すように、中心電極５の先端部を軸線ＣＬ１方向に向けて先細る形状としてもよい。この場合には、中心電極５によって火炎の熱が引かれてしまうことを抑制することができるため、着火性の更なる向上を図ることができる。また、同図に示すように、中心電極５が自身の先端部に貴金属合金よりなる円柱状の貴金属部３２を備えることとしてもよい。貴金属部３２を備えることで、耐火花消耗性の向上を図ることができる。

　（ｇ）上記実施形態では特に記載していないが、図１３に示すように、中心電極５が、軸孔４の先端開口部と対向する部位に貴金属合金よりなる貴金属部３４を備えることとしてもよい。この場合には、絶縁碍子２を伝わっての火花放電に際して、中心電極５側面の消耗を抑制することができ、耐久性の一層の向上を図ることができる。尚、貴金属部３４を、軸孔４の先端開口部と対向する部位の全域に設けることなく、一部（例えば、接地電極２７側に位置する部位）にのみ設けることとしもよい。

　（ｈ）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（接地電極本体部２８）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。

　（ｉ）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…内燃機関用スパークプラグ
　　２…絶縁体としての絶縁碍子
　　３…主体金具
　　４…軸孔
　　５…中心電極
　　５Ｇ…中心電極の先端外周面
　　２７，２７ａ，２７ｂ…接地電極
　　３１，３２，３４…貴金属部
　　３３…間隙としての火花放電間隙
　　３５，３５ａ…角部
　　ＢＰ…投影軸孔
　　ＣＬ１…軸線
　　ＥＧ１…第１の端縁部
　　ＥＧ２…第２の端縁部
　　ＫＧ…仮想外周面
　　ＫＳ…仮想面
　　ＫＴ…仮想投影面
　　ＭＢ…面取り部
　　ＳＢ…先細部
　　ＳＬ１…第１の接線
　　ＳＬ２…第２の接線
　　ＳＰ１…第１の接点
　　ＳＰ２…第２の接点
　　ＴＣ…投影角

Claims (10)

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、前記中心電極が前記軸孔に設けられた略円筒状の絶縁体と、
   　前記絶縁体の外周に設けられた略円筒状の主体金具と、
   　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、
   　前記中心電極及び前記接地電極間に間隙を有す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が、前記軸線方向に沿って前記中心電極の先端外周面を延ばしてなる仮想外周面の外側であり、かつ、前記中心電極の先端面を含む仮想面より軸線方向先端側に存在するとともに、
   　前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間の第１最短距離をａ、前記絶縁体の先端部と前記接地電極の先端部との間の第２最短距離をｂとしたとき、次の式を満たすことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
   　１．１≦ｂ／ａ≦１．６
2. 　１．５≦ｂ／ａ≦１．６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. 　前記軸線と直交する仮想投影面に、前記軸孔の先端開口部と前記接地電極の先端部のうち前記中心電極の先端部に最も近接する角部とを投影し、前記仮想投影面に投影された前記角部である、
   　投影角部の一端に位置する第１の端縁部から、前記仮想投影面に投影された前記軸孔の前記先端開口部である投影軸孔に第１の接線を引いたときの接点を第１の接点とし、
   　前記投影角部の他端に位置する第２の端縁部から、前記投影軸孔に第２の接線を引いたときの接点を第２の接点としたとき、
   　前記投影軸孔の前記接地電極側の外周に沿った、前記第１の接点と前記第２の接点との長さＬが、前記投影軸孔の外周長さの４０％以上とされている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. 　前記投影軸孔の前記接地電極側の外周に沿った、前記第１の接点と前記第２の接点との長さＬが、前記投影軸孔の外周長さの５０％以上とされていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用スパークプラグ。
5. 　前記軸孔の先端部に、前記軸線方向先端側に向けて先細部を有する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。
6. 　前記軸孔の先端開口部に面取り部を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
7. 　前記接地電極が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
8. 　前記中心電極は、自身の先端部に貴金属部を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
9. 　前記接地電極は、前記中心電極の先端エッジ部分と対向する部位に貴金属部を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
10. 　前記中心電極は、前記軸孔の先端開口部と対向する部位の少なくとも一部に貴金属部を備えることを特徴とする請求項１乃至９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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