WO2012114661A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2012114661A1
WO2012114661A1 PCT/JP2012/000703 JP2012000703W WO2012114661A1 WO 2012114661 A1 WO2012114661 A1 WO 2012114661A1 JP 2012000703 W JP2012000703 W JP 2012000703W WO 2012114661 A1 WO2012114661 A1 WO 2012114661A1
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WO
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spark plug
electrode
ground electrode
center electrode
tip
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/000703
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English (en)
French (fr)
Inventor
謙治 伴
鈴木　彰
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
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Publication date
Application filed by 日本特殊陶業株式会社 filed Critical 日本特殊陶業株式会社
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Priority to CN201280010382.5A priority patent/CN103392277B/zh
Priority to JP2012524975A priority patent/JP5337307B2/ja
Priority to EP12749169.4A priority patent/EP2680378B1/en
Priority to US14/001,197 priority patent/US8912714B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug.
  • Patent Document 1 a technique in which the cross-sectional shape of the tip of the ground electrode is trapezoidal.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and aims to improve the ignitability of a spark plug used in a high pressure environment.
  • the present invention can be realized as the following aspects or application examples.
  • the spark plug wherein a width in a direction perpendicular to the axial direction of the center electrode decreases as it goes from the maximum width portion to each of an inner surface and an outer surface of the ground electrode.
  • the length of the ground electrode is shortened, the high temperature at the tip of the ground electrode can be suppressed even under a high pressure environment, and the flow of the air-fuel mixture can be rectified.
  • the ignitability of the electrode can be improved.
  • the spark plug has the maximum width portion only at a position 25% to 75% on the outer surface side from the center position of the end surface in the direction from the inner surface to the outer surface of the ground electrode.
  • the maximum width portion of the end face is formed only at a position on the outer face side of 25% to 75% from the center position of the end face. Therefore, the flow of the air-fuel mixture is rectified to ignite the ground electrode. Can be further improved.
  • the end surface includes a first end side and a second end side extending linearly along a direction perpendicular to the axial direction of the center electrode on the outer peripheral portion;
  • the first end side is formed as an intersection line between the end surface and the outer side surface, and the second end side is formed as an intersection line between the end surface and the inner side surface,
  • the spark plug has a length A1 of the first end side that is longer than a length A2 of the second end side and shorter than a width of the maximum width portion.
  • the end surface has a length A1 of the end side on the outer surface side that is longer than the length A2 of the end surface on the inner surface side and shorter than the width of the maximum width portion.
  • the end face is a spark plug in which an outer peripheral portion between the first end side and the second end side has a curved shape.
  • the spark plug has a width of 1.5 mm or more and 2.2 mm or less.
  • the ignitability of the ground electrode can be improved by setting the width of the maximum width portion to 1.5 mm to 2.2 mm.
  • the ground electrode is a spark plug attached such that a noble metal tip protrudes from the end face.
  • the rectified mixed gas can be guided to the ignition point along the noble metal tip, the ignitability of the ground electrode can be improved.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a spark plug 100 according to a first embodiment.
  • 2 is an enlarged view of the vicinity of a tip 22 of a center electrode 20 of a spark plug 100.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of a tip 22 of a center electrode 20 of a spark plug 100.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a shape of an end face 33 of the ground electrode 30.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of a distal end portion 22 of a center electrode 20 of a spark plug in Modification 1.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity of a distal end portion 22 of a center electrode 20 of a spark plug in Modification 2.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity of a front end portion 22 of a center electrode 20 of a spark plug in Modification 3.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity of a front end portion 22 of a center electrode 20 of a spark plug in Modification 4.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity of a front end portion 22 of a center electrode 20 of a spark plug in Modification 5.
  • 14 is an enlarged view of the vicinity of a front end portion 22 of a center electrode 20 of a spark plug in Modification 6.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity of a front end portion 22 of a center electrode 20 of a spark plug in Modification 3.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a spark plug 100 according to the first embodiment.
  • the axis O direction of the spark plug 100 is the vertical direction in the drawing, the lower side is the front end side of the spark plug 100, and the upper side is the rear end side.
  • the spark plug 100 includes an insulator 10 as an insulator, a metal shell 50 that holds the insulator 10, a center electrode 20 that is held in the insulator 10 in the direction of the axis O, and a distal end surface 57 of the metal shell 50.
  • a ground electrode 30 which is welded to the distal end portion 22 side of the center electrode 20 from the proximal end portion 32 to the distal end portion 31, and a terminal fitting 40 provided at the rear end portion of the insulator 10. It has.
  • the insulator 10 is formed by firing alumina or the like, and has a cylindrical shape in which an axial hole 12 extending in the direction of the axis O is formed at the axial center.
  • a flange portion 19 having the largest outer diameter is formed substantially at the center in the direction of the axis O, and a rear end body portion 18 is formed on the rear end side (upper side in FIG. 1).
  • a front end side body portion 17 having a smaller outer diameter than the rear end side body portion 18 is formed on the front end side from the flange portion 19 (lower side in FIG. 1), and further, on the front end side from the front end side body portion 17,
  • a leg length portion 13 having an outer diameter smaller than that of the distal end side body portion 17 is formed.
  • the long leg portion 13 is reduced in diameter toward the tip side, and is exposed to the combustion chamber when the spark plug 100 is attached to the engine head 200 of the internal combustion engine.
  • a step portion 15 is formed between the long leg portion 13 and the front end side body portion 17.
  • the center electrode 20 is made of copper or copper having better thermal conductivity than the electrode base material 21 inside the electrode base material 21 formed of nickel or an alloy containing nickel as a main component, such as Inconel (trade name) 600 or 601.
  • This is a rod-like electrode having a structure in which a core material 25 made of an alloy containing as a main component is embedded.
  • the center electrode 20 is produced by filling a core material 25 inside an electrode base material 21 formed in a bottomed cylindrical shape, and performing extrusion molding from the bottom side and stretching it.
  • the core member 25 has a substantially constant outer diameter at the body portion, but is formed in a tapered shape at the distal end side.
  • the front end portion 22 of the center electrode 20 protrudes from the front end portion of the insulator 10 and is formed so as to be smaller in diameter toward the front end side.
  • a substantially cylindrical center electrode tip 70 made of a noble metal having a high melting point is joined to the tip surface of the tip portion 22 of the center electrode 20 in order to improve the spark wear resistance.
  • the center electrode tip 70 may be, for example, iridium (Ir) or one of the main components of platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), palladium (Pd), and rhenium (Re). It can be formed of an Ir alloy to which two or more kinds are added.
  • the joining of the center electrode 20 and the center electrode tip 70 is performed by laser welding that goes around the outer periphery aiming at the mating surface between the center electrode tip 70 and the tip 22 of the center electrode 20.
  • laser welding since both materials are melted and mixed by laser irradiation, the center electrode tip 70 and the center electrode 20 are firmly joined.
  • the center electrode 20 extends in the shaft hole 12 toward the rear end side, and is electrically connected to the terminal fitting 40 on the rear side (upper side in FIG. 1) via the seal body 4 and the ceramic resistor 3 (see FIG. 1). It is connected to the.
  • a high voltage cable (not shown) is connected to the terminal fitting 40 via a plug cap (not shown), and a high voltage is applied.
  • the main metal fitting 50 is a cylindrical metal fitting for fixing the spark plug 100 to the engine head 200 of the internal combustion engine.
  • the metal shell 50 holds the insulator 10 inside so as to surround a portion from a part of the rear end side body part 18 to the leg long part 13.
  • the metal shell 50 is made of a low carbon steel material, and a thread engaging with a tool engaging portion 51 into which a spark plug wrench (not shown) is fitted and a mounting screw hole 201 of the engine head 200 provided at the upper part of the internal combustion engine. And a mounting screw portion 52 formed with the.
  • a bowl-shaped seal portion 54 is formed between the tool engaging portion 51 and the mounting screw portion 52 of the metal shell 50.
  • An annular gasket 5 formed by bending a plate is fitted into a screw neck 59 between the attachment screw portion 52 and the seal portion 54.
  • the gasket 5 is crushed and deformed between the seat surface 55 of the seal portion 54 and the opening peripheral edge portion 205 of the attachment screw hole 201. Due to the deformation of the gasket 5, the gap between the spark plug 100 and the engine head 200 is sealed, and airtight leakage in the engine through the mounting screw hole 201 is prevented.
  • the ground electrode 30 is made of a metal having high corrosion resistance.
  • a nickel alloy such as Inconel (trade name) 600 or 601 is used.
  • the spark plug 100 is characterized by the shape of the ground electrode 30. The shape of the ground electrode 30 will be described in detail later with reference to FIGS.
  • a thin caulking portion 53 is provided on the rear end side from the tool engaging portion 51 of the metal shell 50. Further, a thin buckled portion 58 is provided between the seal portion 54 and the tool engaging portion 51, similarly to the caulking portion 53. Between the inner peripheral surface of the metal shell 50 from the tool engagement portion 51 to the crimping portion 53 and the outer peripheral surface of the rear end side body portion 18 of the insulator 10, annular ring members 6 and 7 are interposed. Further, talc (talc) 9 powder is filled between the ring members 6 and 7. By crimping the crimping portion 53 so as to be bent inward, the insulator 10 is pressed toward the front end side in the metal shell 50 via the ring members 6, 7 and the talc 9.
  • the step portion 15 of the insulator 10 is supported on the step portion 56 formed at the position of the mounting screw portion 52 on the inner periphery of the metal shell 50 via the annular plate packing 8, so that it is insulated from the metal shell 50.
  • the insulator 10 is integrated.
  • the buckling portion 58 is configured to bend outwardly and deform as the compression force is applied during caulking, and increases the airtightness in the metal shell 50 by earning a compression stroke of the talc 9. .
  • a clearance C having a predetermined dimension is provided between the metal shell 50 and the insulator 10 on the tip side of the step portion 56.
  • FIG. 2A shows the tip 22 of the center electrode 20 so that the tip of the spark plug 100 is on the upper side.
  • FIG. 2B shows a state in which the tip 22 of the center electrode 20 is viewed from the direction of the axis O of the spark plug 100.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the tip 22 of the center electrode 20 of the spark plug 100 as viewed from the right direction OR of FIG.
  • the ground electrode 30 has a substantially rectangular cross section in the longitudinal direction thereof, and has an end face 33 having the same shape as the cross section at the tip 31.
  • the end face 33 may have a shape different from the longitudinal cross section of the ground electrode 30.
  • the ground electrode 30 is curved toward the distal end portion 22 side of the center electrode 20 so that the normal X direction of the end face 33 is orthogonal to the axis O direction.
  • the ground electrode 30 includes an inner surface 34 on the inner side surface of the curve and an outer surface 35 on the outer side surface.
  • the end surface 33 of the ground electrode 30 has its normal X direction formed at the center point 32 g of the base end portion 32 of the ground electrode 30 and the distal end portion 22 of the center electrode 20. It is formed so as to be parallel to the connecting line Y direction (left and right direction in FIG. 2B) connecting the center point 70g of the center electrode chip 70. Further, when viewed from the direction of the axis O (FIG. 2B), the end face 33 is between the base end portion 32 of the ground electrode 30 and the center electrode tip 70 formed at the tip end portion 22 of the center electrode 20. Alternatively, it is formed so as to be located on the center electrode chip 70.
  • Position Pf Position of the end face 33 of the ground electrode 30
  • Position Peb Position of the end eb on the center electrode 20 side of the base end portion 32 of the ground electrode 30
  • Position Pci Position of the center electrode tip 70
  • the position of the end point ci closest to the ground electrode 30 (4) the position Pco: the position of the end point co farthest from the ground electrode 30 in the center electrode chip 70
  • the position Pf of the end face 33 of the ground electrode 30 is It is formed so as to be between the position Peb of the ground electrode 30 and the position Pci of the center electrode tip 70.
  • the ground electrode 30 may be formed between the position Pci and the position Pco of the center electrode tip 70.
  • the conventional ground electrode has a front end portion that exceeds the position Pco of the center electrode tip 70 in the connecting line Y direction so that the inner surface of the ground electrode faces the front end portion 22 of the center electrode 20 in the axis O direction. Was formed.
  • the position Pf of the end face 33 of the ground electrode 30 is set as described above, the length of the ground electrode 30 from the base end portion 32 to the tip end portion 31 of the ground electrode 30 of this embodiment is shortened. be able to. Therefore, even when the spark plug 100 is used in a high pressure environment such as a high compression, high supercharged engine, etc., the high temperature of the tip 31 of the ground electrode 30 can be suppressed.
  • the end surface 33 of the ground electrode 30 is formed on the outer peripheral portion 33 oc as an intersection line between the upper end side ESu formed as an intersection line with the outer surface 35 and the inner surface 34.
  • a lower end side ESb is formed on the outer peripheral portion 33 oc as an intersection line between the upper end side ESu formed as an intersection line with the outer surface 35 and the inner surface 34.
  • the upper side edge ESu and the lower side edge ESb each extend in a direction orthogonal to the axis O direction. Detailed shapes of the upper side edge ESu and the lower side edge ESb will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the shape of the end face 33 of the ground electrode 30.
  • FIG. 4 shows a state in which the end face 33 of the ground electrode 30 is viewed from the normal X direction.
  • the direction in which the upper side edge ESu and the lower side edge ESb extend is referred to as the width direction OW (the left-right direction in FIG. 4) of the end surface 33.
  • a direction orthogonal to the upper side edge ESu and the lower side edge ESb is referred to as a height direction OH of the end surface 33 (vertical direction in FIG. 4).
  • the normal X direction, the width direction OW, and the height direction OH of the end face 33 are orthogonal to each other.
  • the width of the end face 33 in the width direction OW is referred to as a width L.
  • a distance from the center line Z of the end face 33 in the height direction OH is referred to as a distance D.
  • the center line Z is a straight line passing through the center point 33g of the end face 33 and parallel to the width direction OW.
  • the center point 33g is a point located in the middle of the end face 33 in the width direction OW and the height direction OH.
  • the end surface 33 has a curved shape so that the width L of the end surface 33 is widened at the outer peripheral portion 33 oc between the upper end side ESu and the lower end side ESb.
  • the end surface 33 has a shape symmetrical with respect to a straight line PO passing through the center point 33g of the end surface 33 and parallel to the height direction OH.
  • a portion having the maximum width L is referred to as a maximum width portion PX.
  • the end face 33 is positioned 12% to 88%, more preferably 25% to 75% on the upper edge ESu side from the center line Z in the direction from the lower edge ESb side to the upper edge ESu side.
  • the maximum width portion PX is formed only in Further, the end face 33 has a shape in which the width L decreases from the maximum width portion PX toward the lower end side ESb side and the upper end side ESu side.
  • the width of the maximum width portion PX is the width Lmax
  • the length A1 of the upper side edge ESu is the lower side edge. It is longer than the length A2 of ESb and shorter than the width Lmax of the maximum width portion PX (A2 ⁇ A1 ⁇ Lmax).
  • the width Lmax of the maximum width portion PX is configured to be 1.65 mm or more and 2.2 mm or less (1.65 mm ⁇ Lmax ⁇ 2.2 mm).
  • FIG. 5 is an explanatory view illustrating the results of an ignitability evaluation test regarding the position of the maximum width portion PX.
  • 18 types of spark plugs having different cross-sectional shapes of the ground electrode 30 were mounted on a 1600 cc, 4-cylinder, DOHC gasoline engine, and evaluation was performed by the lean limit method.
  • the length A1 of the upper side edge ESu and the length A2 of the lower side edge ESb are the following four types.
  • D1 ⁇ 0.6 mm, ⁇ 0.3 mm, ⁇ 0.2 mm, 0.1 mm, 0.3 mm, and 0.7 mm.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the results of an ignitability evaluation test regarding the width Lmax of the maximum width portion PX.
  • 12 kinds of spark plugs having different widths Lmax of the maximum width portion PX were mounted on a 1600 cc, 4-cylinder, DOHC type gasoline engine and evaluated by the lean limit method.
  • the length A1 of the upper side edge ESu and the lower side edge ESb.
  • the distance D1 from the center line Z in the height direction OH of the maximum width portion PX are the following two types.
  • the ignition limit A / F of the first group is higher than the ignition limit A / F of the second group. From this, it can be seen that when the width Lmax of the maximum width portion PX is in the range of 1.5 mm to 2.2 mm, the ignition limit A / F is significantly improved as compared to the rectangular spark plug. It can also be seen that when the width Lmax of the maximum width portion PX is in the range of 1.8 mm to 2.2 mm, the ignition limit A / F is significantly improved as compared with the quadrangular spark plug.
  • the flow of the air-fuel mixture in particular, the flow of the air-fuel mixture flowing in the direction from the proximal end portion 32 of the ground electrode 30 toward the distal end portion 22 of the center electrode 20 (from left to right in FIG. 2). Since rectification can be performed, the ignitability of the ground electrode can be improved.
  • the spark plug of the present embodiment since the length of the ground electrode 30 is shortened, the high temperature of the tip 31 of the ground electrode 30 can be suppressed even under a high pressure environment.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the tip 22 of the center electrode 20 of the spark plug 100a according to the second embodiment.
  • FIG. 7A corresponds to FIG. 2A of the first embodiment.
  • FIG. 7B corresponds to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that an outer electrode tip 80 is attached to the tip 31 of the ground electrode 30.
  • the outer electrode chip 80 has a columnar outer shape having a substantially rectangular cross section. A part of the outer electrode tip 80 is embedded in the distal end portion 31 of the ground electrode 30 by resistance welding. As a result, the outer electrode tip 80 has a normal line direction from the end face 33 of the ground electrode 30 in the normal X direction (FIG. a) Projects in the right direction). In addition, the outer electrode tip 80 has the side surface 85 facing the front end 22 side (the lower side in FIG. 7A) of the center electrode 20, and the front end 22 of the center electrode 20 from the inner side 34 of the ground electrode 30. Protrudes to the side.
  • the outer electrode tip 80 is made of a noble metal having a high melting point, like the center electrode tip 70.
  • FIG. 8 is an explanatory view illustrating the results of an ignitability evaluation test relating to the mounting position of the outer electrode tip 80.
  • the length A1 and the length A2 of the lower side edge ESb are the following two types.
  • the configurations of the five samples # 1 to # 5 included in the first group and the five samples # 6 to # 10 included in the second group are as follows.
  • Sample # 1 Sample # 6: Spark plug not provided with the outer electrode tip 80
  • Sample # 2 Sample # 7: The outer electrode tip 80 is embedded in the tip 31 of the ground electrode 30, Spark plug that does not protrude in the normal X direction nor in the distal end portion 22 side of the center electrode 20
  • Sample # 3 Sample # 8: The outer electrode tip 80 protrudes only toward the distal end portion 22 side of the central electrode 20, and Spark plugs that do not protrude in the direction of the line X
  • Sample # 4 Sample # 9: Spark plugs in which the outer electrode tip 80 protrudes only in the normal X direction and does not protrude toward the tip portion 22 side of the center electrode 20 5) Sample # 5, Sample # 10: Spark plug in which the outer electrode tip 80 protrudes in the normal X direction and also on the tip 22 side of the center electrode 20
  • the diameter ⁇ of the center electrode tip 70 of Samples # 1 to # 10 is 0.55 mm.
  • the outer electrode tips 80 of samples # 2 to 5 and 7 to 10 have a square cross section with a side of 0.7 mm.
  • the side surface 85 of the outer electrode tip 80 of the samples # 3, 5, 8, and 10 protrudes 0.3 mm from the inner side surface 34 of the ground electrode 30 toward the distal end portion 22 side of the center electrode 20.
  • End face 83 of outer electrode tip 80 of samples # 4, 5, 9, 10 protrudes from end face 33 of ground electrode 30 in the normal X direction by 0.65 mm.
  • the outer electrode tip 80 protrudes from the end surface 33 of the ground electrode 30 in the normal X direction with respect to the spark plug 100, and the center electrode 20 extends from the inner side surface 34 of the ground electrode 30. It has been found that the ignitability of the ground electrode is particularly improved when mounted so as to protrude toward the tip portion 22 side.
  • the reason why the ignitability of the ground electrode is further improved when the outer electrode tip 80 is attached to the spark plug 100 so as to protrude from the ground electrode 30 is that the air-fuel mixture rectified by the shape of the end face 33 of the ground electrode 30 is It is presumed that this is because it is guided to the ignition point along the outer electrode tip 80. Further, when comparing the results of the evaluation tests of the first group and the second group, the spark plug 100 (FIG. 2) described in the first example has the outer electrode tip 80 connected to the ground electrode 30 rather than the rectangular spark plug. It was found that there was a large improvement in the ignitability of the ground electrode when mounted so as to protrude from the surface.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of the tip 22 of the center electrode 20 of the spark plug 100b according to the third embodiment.
  • FIG. 9A corresponds to FIG. 2A of the first embodiment.
  • FIG. 9B corresponds to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the ground electrode 30 is different and that the outer electrode tip 80 is attached to the tip 31 of the ground electrode 30 as in the second embodiment. is there.
  • the shape of the outer electrode tip 80 and the mounting position on the ground electrode 30 are the same as those in the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the ground electrode 30b of the third embodiment is similar to the ground electrode 30 of the first embodiment in that the normal X direction of the end face 33 is perpendicular to the axis O direction (vertical direction in FIG. 9). Curved toward the tip 22 side.
  • the ground electrode 30b is formed in the axis O direction such that the position of the tip 31 of the ground electrode 30 is closer to the tip surface 57 of the metal shell 50 than the ground electrode 30 of the first embodiment.
  • the ground electrode 30b is arranged such that the position Hou of the side surface 85 of the outer electrode tip 80 is closer to the front end surface 57 of the metal shell 50 than the position Hce of the end surface 70f of the center electrode tip 70 in the axis O direction. Is formed.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity of the tip 22 of the center electrode 20 of the spark plug according to the first modification.
  • FIG. 11 is an enlarged view of the vicinity of the tip 22 of the center electrode 20 of the spark plug according to the second modification. 10 and 11 respectively correspond to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the end surface 33 of the ground electrode 30 has an outer peripheral portion 33 oc between the upper end side ESu and the lower end side ESb so that the width L of the end surface 33 is widened.
  • the outer peripheral portion 33 oc between the upper side edge ESu and the lower side edge ESb does not necessarily have to be formed only by a curved line.
  • the end surface 33c of the ground electrode 30c is formed between the outer peripheral portion 33oc between the maximum width portion PX and the upper end side ESu, or between the maximum width portion PX and the lower end side ESb.
  • the outer peripheral portion 33 oc may be formed in a straight line. Even in the configuration of the spark plug 100c, since the flow of the air-fuel mixture can be rectified, the ignitability of the ground electrode can be improved.
  • the end surface 33d of the ground electrode 30d may have a polygonal shape in which a plurality of corners Ap are formed on the outer peripheral portion 33oc. Even with the configuration of the spark plug 100d, the flow of the air-fuel mixture can be rectified, so that the ignitability of the ground electrode can be improved.
  • FIG. 12 is an enlarged view of the vicinity of the tip 22 of the center electrode 20 of the spark plug according to the third modification.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of the tip 22 of the center electrode 20 of the spark plug according to the fourth modification. 12 and 13 respectively correspond to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the end surface 33 of the ground electrode 30 is formed as a line of intersection between the upper side edge ESu formed as a line of intersection with the outer side surface 35 and the inner side surface 34.
  • the ground electrode 30 is not necessarily provided with the inner side surface 34 and the outer side surface 35, and the end surface 33 of the ground electrode 30 is not necessarily provided with the upper end edge ESb.
  • the side ESu and the lower end side ESb may not be provided.
  • the end surface 33e of the ground electrode 30e may be provided with the inner corner portion Aeb without the lower end side ESbe. Even in the configuration of the spark plug 100e, the flow of the air-fuel mixture can be rectified, so that the ignitability of the ground electrode can be improved.
  • the end surface 33f of the ground electrode 30f may be provided with the inner corner portion Aeb and the outer corner portion Aeu without the lower end side ESbe and the upper end side ESu. . Even in the configuration of the spark plug 100f, the flow of the air-fuel mixture can be rectified, so that the ignitability of the ground electrode can be improved.
  • FIG. 14 is an enlarged view of the vicinity of the distal end portion 22 of the center electrode 20 of the spark plug in the fifth modification.
  • FIG. 14 corresponds to FIG. 2A of the first embodiment.
  • the ground electrode 30 has been described on the assumption that the normal line X direction of the end face 33 is orthogonal to the axis O direction. As shown, the normal line X direction of the end face 33 does not necessarily have to be orthogonal to the axis O direction. Even in the configuration of the spark plug 100g, if the end face 33 of the ground electrode 30g has a shape as shown in FIG. 4, the flow of the air-fuel mixture can be rectified. Can be improved.
  • FIG. 15 is an enlarged view of the vicinity of the distal end portion 22 of the center electrode 20 of the spark plug according to the sixth modification.
  • FIGS. 15A and 15B correspond to FIGS. 2A and 2B of the first embodiment.
  • the center electrode 20 of the spark plug 100 is configured to include the center electrode tip 70 at the distal end portion 22, and the end point ci and the end point co shown in FIG.
  • the tip 22 itself formed by the electrode base material 21 without the center electrode tip 70 at the tip 22 of the center electrode 20 as in the spark plug 100h shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b).
  • the position of the end surface 33 of the ground electrode 30h may be set with a part of the end point ci and the end point co as a part.
  • Modification 7 The first to third embodiments and the first to sixth modifications described above may be realized by arbitrarily combining each of them.
  • the spark plug 100 b (FIG. 9) according to the third embodiment can be realized even if the outer electrode tip 80 is not provided at the distal end portion 31 of the ground electrode 30.
  • the normal X direction of the end surface 33 of the ground electrode 30 is not orthogonal to the axis O direction, unlike the spark plug 100g (FIG. 14) of the fifth modification. It can also be realized as a configuration.

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Abstract

　軸方向に延びる中心電極と、中心電極の外周に設けられる筒状の絶縁体と、絶縁体の外周に設けられる筒状の主体金具と、一端が主体金具に接合され、一端から他端にかけて湾曲した接地電極とを有し、中心電極の軸方向から見たときに、他端の端面が一端と中心電極との間、または、中心電極上に位置するスパークプラグは、端面は、接地電極の内側面から外側面に向かう方向において、端面の中心位置から１２％～８８％外側面側の位置にのみ中心電極の軸方向と直交する方向の幅が最大となる最大幅部を有し、最大幅部から接地電極の内側面および外側面のそれぞれに向かうほど、中心電極の軸方向と直交する方向の幅が減少する。

Description

スパークプラグ
　本発明は、スパークプラグに関する。
　近年、環境面の観点から、高圧縮、高過給エンジンの開発が盛んであり、高圧力環境下において安定した着火性を有するスパークプラグが望まれている。また、着火性の向上を図るために、接地電極の先端部の断面形状を台形状にする技術が知られている（特許文献１）。
特開平９－１２９３５６号公報 特開２００７－２４２５８８号公報
　しかし、従来技術では、スパークプラグが高圧力環境下において使用された場合に、接地電極の先端部が高温化する問題が生じるなど、高圧力環境下で使用されるスパークプラグの着火性の向上を図る技術については、なお改善の余地があった。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高圧力環境下で使用されるスパークプラグの着火性の向上を図ることを目的とする。
　上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
　［適用例１］
　軸方向に延びる中心電極と、
　前記中心電極の外周に設けられる筒状の絶縁体と、
　前記絶縁体の外周に設けられる筒状の主体金具と、
　一端が前記主体金具に接合され、前記一端から他端にかけて湾曲した接地電極とを有し、
　前記中心電極の軸方向から見たときに、前記他端の端面が前記一端と前記中心電極との間、または、前記中心電極上に位置するスパークプラグであって、
　前記端面は、
　前記接地電極の内側面から外側面に向かう方向において、前記端面の中心位置から１２％～８８％外側面側の位置にのみ前記中心電極の軸方向と直交する方向の幅が最大となる最大幅部を有し、
　前記最大幅部から前記接地電極の内側面および外側面のそれぞれに向かうほど、前記中心電極の軸方向と直交する方向の幅が減少する、スパークプラグ。
　この構成によれば、接地電極の長さが短くなるため、高圧力環境下においても、接地電極の先端部の高温化を抑制でき、また、混合気の流れを整流させることができるため、接地電極の着火性の向上を図ることができる。
［適用例２］
　適用例１に記載のスパークプラグにおいて、
　前記端面は、前記接地電極の内側面から外側面に向かう方向において、前記端面の中心位置から２５％～７５％外側面側の位置にのみ前記最大幅部を有する、スパークプラグ。
　この構成によれば、端面の最大幅部が、端面の中心位置から２５％～７５％外側面側の位置にのみ形成されているため、混合気の流れを整流させて、接地電極の着火性をより向上させることができる。
［適用例３］
　適用例１または適用例２に記載のスパークプラグにおいて、
　前記端面は、外周部に前記中心電極の軸方向と直交する方向に沿って直線状に延びる第１の端辺と第２の端辺とを備え、
　前記第１の端辺は、前記端面と前記外側面との交線として形成され、前記第２の端辺は、前記端面と前記内側面との交線として形成され、
　前記第１の端辺の長さＡ１は、前記第２の端辺の長さＡ２よりも長く、前記最大幅部の幅よりも短い、スパークプラグ。
　この構成によれば、端面は、外側面側の端辺の長さＡ１が、内側面側の端辺の長さＡ２よりも長く、最大幅部の幅よりも短いため、混合気の流れを整流させて、接地電極の着火性を向上させることができる。
［適用例４］
　適用例３に記載のスパークプラグにおいて、
　前記端面は、前記第１の端辺と前記第２の端辺との間の外周部が湾曲形状を有している、スパークプラグ。
　この構成によれば、端面の外周部において、第１の端辺と第２の端辺とを互いに繋ぐ部分が湾曲形状をしているため、混合気の流れを整流させて、接地電極の着火性を向上させることができる。
［適用例５］
　適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
　前記最大幅部の幅は、１．５ｍｍ以上であり２．２ｍｍ以下である、スパークプラグ。
　この構成によれば、最大幅部の幅を１．５ｍｍ～２．２ｍｍとすることにより、接地電極の着火性を向上させることができる。
［適用例６］
　適用例１ないし適用例５のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
　前記接地電極は、貴金属チップが前記端面から突出するように取り付けられている、スパークプラグ。
　この構成によれば、整流された混合気体を、貴金属チップに沿うように着火点へ誘導することができるため、接地電極の着火性を向上させることができる。
第１実施例に係るスパークプラグ１００の部分断面図である。 スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 接地電極３０の端面３３の形状を説明するための説明図である。 最大幅部ＰＸの位置に関する着火性評価試験の結果を例示した説明図である。 最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘに関する着火性評価試験の結果を例示した説明図である。 第２実施例に係るスパークプラグ１００ａの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 外側電極チップ８０の取り付け位置に関する着火性評価試験の結果を例示した説明図である。 第３実施例に係るスパークプラグ１００ｂの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 変形例１におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 変形例２におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 変形例３におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 変形例４におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 変形例５におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 変形例６におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。
　Ａ．第１実施例：
　図１は、第１実施例に係るスパークプラグ１００の部分断面図である。図１において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ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１００の先端側、上側を後端側として示している。
　スパークプラグ１００は、絶縁体としての絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０内に軸線Ｏ方向に保持された中心電極２０と、主体金具５０の先端面５７に基端部３２を溶接され、基端部３２から先端部３１にかけて、中心電極２０の先端部２２側に湾曲した接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とを備えている。
　絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径され、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には段部１５が形成されている。
　中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成された電極母材２１の内部に、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金からなる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製される。芯材２５は、胴部分においては略一定の外径をなすものの、先端側においては先細り形状に形成される。
　中心電極２０の先端部２２は絶縁碍子１０の先端部よりも突出されており、先端側に向かって径小となるように形成されている。中心電極２０の先端部２２の先端面には、耐火花消耗性を向上するため、高融点の貴金属からなる略円筒形状の中心電極チップ７０が接合されている。中心電極チップ７０は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、１種類あるいは２種類以上を添加したＩｒ合金によって形成することができる。
　中心電極２０と中心電極チップ７０の接合は、中心電極チップ７０と中心電極２０の先端部２２との合わせ面を狙って外周を一周するレーザ溶接によって行われている。レーザ溶接では、レーザの照射により両材料が溶けて混ざり合うため、中心電極チップ７０と中心電極２０とは強固に接合される。中心電極２０は軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４およびセラミック抵抗３（図１参照）を経由して、後方（図１における上方）の端子金具４０に電気的に接続されている。端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加される。
　主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド２００にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、絶縁碍子１０を、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして内部に保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ねじ孔２０１に螺合するねじ山が形成された取付ねじ部５２とを備えている。
　主体金具５０の工具係合部５１と取付ねじ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付ねじ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形により、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００間が封止され、取付ねじ孔２０１を介したエンジン内の気密漏れが防止される。
　接地電極３０は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金が用いられる。スパークプラグ１００は、接地電極３０の形状に特徴がある。接地電極３０の形状について図２～図４を用いて後に詳述する。
　主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられている。また、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周で取付ねじ部５２の位置に形成された段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の圧縮ストロークを稼いで主体金具５０内の気密性を高めている。なお、段部５６よりも先端側における主体金具５０と絶縁碍子１０との間には、所定寸法のクリアランスＣが設けられている。
　図２、図３は、スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図２（ａ）は、中心電極２０の先端部２２をスパークプラグ１００の先端側が上側となるように示している。図２（ｂ）は、中心電極２０の先端部２２をスパークプラグ１００の軸線Ｏ方向から見た状態を示している。図３は、図２（ａ）の右方向ＯＲから見たスパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。
　図２、図３に示すように、接地電極３０は、自身の長手方向の横断面が略矩形形状を有しており、先端部３１にその横断面と同じ形状の端面３３を備えている。端面３３は、接地電極３０の長手方向の横断面と異なる形状としてもよい。図２（ａ）に示すように、接地電極３０は、この端面３３の法線Ｘ方向が軸線Ｏ方向と直交するように、中心電極２０の先端部２２側に湾曲している。また、接地電極３０は、この湾曲の内側となる側面に内側面３４を備え、外側となる側面に外側面３５を備えている。
　図２（ｂ）に示すように、接地電極３０の端面３３は、その法線Ｘ方向が、接地電極３０の基端部３２の中心点３２ｇと、中心電極２０の先端部２２に形成された中心電極チップ７０の中心点７０ｇとを繋ぐ接続線Ｙ方向（図２（ｂ）左右方向）と平行になるように形成されている。また、軸線Ｏ方向から見たときに（図２（ｂ））、端面３３は、接地電極３０の基端部３２と中心電極２０の先端部２２に形成された中心電極チップ７０との間、または、中心電極チップ７０上に位置するように形成されている。
　端面３３の接続線Ｙ方向における位置をより具体的に説明する。図２（ａ）（ｂ）には、接続線Ｙ方向における以下の位置が示されている。
（１）位置Ｐｆ：接地電極３０の端面３３の位置
（２）位置Ｐｅｂ：接地電極３０の基端部３２の中心電極２０側の端辺ｅｂの位置
（３）位置Ｐｃｉ：中心電極チップ７０のうち、接地電極３０に最も近い端点ｃｉの位置
（４）位置Ｐｃｏ：中心電極チップ７０のうち、接地電極３０に最も遠い端点ｃｏの位置
　このとき、接地電極３０は、端面３３の位置Ｐｆが、接地電極３０の位置Ｐｅｂと、中心電極チップ７０の位置Ｐｃｉとの間となるように形成されている。また、接地電極３０は、中心電極チップ７０の位置Ｐｃｉと位置Ｐｃｏとの間となるように形成されていてもよい。
　従来の接地電極は、その内側面が中心電極２０の先端部２２と軸線Ｏ方向に対向するように、接続線Ｙ方向において、その先端部の位置が中心電極チップ７０の位置Ｐｃｏを超えるように形成されていた。しかし、本実施例の接地電極３０は、接地電極３０の端面３３の位置Ｐｆが上述したように設定されているため、接地電極３０の基端部３２から先端部３１までの長さを短くすることができる。よって、スパークプラグ１００が高圧縮、高過給エンジンなどの高圧力環境下で使用された場合であっても、接地電極３０の先端部３１の高温化を抑制することができる。
　また、接地電極３０の端面３３は、図３に示すように、外周部３３ｏｃに、外側面３５との交線として形成される上側端辺ＥＳｕと、内側面３４との交線として形成される下側端辺ＥＳｂとを備えている。上側端辺ＥＳｕおよび下側端辺ＥＳｂは、それぞれ、軸線Ｏ方向と直交する方向に延在している。上側端辺ＥＳｕと下側端辺ＥＳｂの詳細な形状については図４を用いて後述する。
　図４は、接地電極３０の端面３３の形状を説明するための説明図である。図４は、接地電極３０の端面３３をその法線Ｘ方向から見た状態を示している。ここでは、上側端辺ＥＳｕおよび下側端辺ＥＳｂの延在する方向を端面３３の幅方向ＯＷ（図４左右方向）と呼ぶ。また、上側端辺ＥＳｕおよび下側端辺ＥＳｂと直交する方向を端面３３の高さ方向ＯＨ（図４上下方向）と呼ぶ。端面３３の法線Ｘ方向と幅方向ＯＷと高さ方向ＯＨは、互いに直交する。以後、幅方向ＯＷにおける端面３３の幅を幅Ｌと呼ぶ。また、高さ方向ＯＨにおける端面３３の中心線Ｚからの距離を距離Ｄと呼ぶ。ここで、中心線Ｚとは、端面３３の中心点３３ｇを通り、幅方向ＯＷと平行な直線をいう。中心点３３ｇは、幅方向ＯＷおよび高さ方向ＯＨにおいて端面３３の中間に位置する点である。
　端面３３は、上側端辺ＥＳｕと下側端辺ＥＳｂとの間の外周部３３ｏｃにおいて、端面３３の幅Ｌが広がるように湾曲した形状を有している。また、端面３３は、端面３３の中心点３３ｇを通り、高さ方向ＯＨと平行な直線ＰＯに対して線対称の形状を有している。端面３３において、その幅Ｌが最大となる部分を最大幅部ＰＸと呼ぶ。この最大幅部ＰＸは、高さ方向ＯＨにおける中心線Ｚからの距離Ｄ１が、中心線Ｚから上側端辺ＥＳｕまでの距離Ｄ２の１２％～８８％（Ｄ１／Ｄ２＝０．１２～０．８８）、より好ましくは、２５％～７５％（Ｄ１／Ｄ２＝０．２５～０．７５）となる位置に形成されている。言い換えれば、端面３３は、下側端辺ＥＳｂ側から上側端辺ＥＳｕ側に向かう方向において、中心線Ｚから１２％～８８％、より好ましくは、２５％～７５％上側端辺ＥＳｕ側の位置にのみ最大幅部ＰＸが形成されている。また、端面３３は、最大幅部ＰＸから下側端辺ＥＳｂ側および上側端辺ＥＳｕ側のそれぞれの方向に向かうほど幅Ｌが減少する形状を備えている。
　また、上側端辺ＥＳｕの長さをＡ１、下側端辺ＥＳｂの長さをＡ２とし、最大幅部ＰＸの幅を幅Ｌｍａｘとすると、上側端辺ＥＳｕの長さＡ１は、下側端辺ＥＳｂの長さＡ２より長く、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘより短い（Ａ２＜Ａ１＜Ｌｍａｘ）。また、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘは、１．６５ｍｍ以上、２．２ｍｍ以下となるように構成されている（１．６５ｍｍ＜Ｌｍａｘ＜２．２ｍｍ）。
　図５は、最大幅部ＰＸの位置に関する着火性評価試験の結果を例示した説明図である。この着火性評価試験では、接地電極３０の断面形状の異なる１８通りのスパークプラグを排気量１６００ｃｃ、４気筒、ＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに装着してリーンリミット法による評価をおこなった。使用したスパークプラグは、すべて、接地電極３０の端面３３の高さ方向ＯＨの長さが１．６ｍｍ（Ｄ２＝０．８ｍｍ）であり、幅方向ＯＷの幅Ｌが２．０ｍｍ（Ｌｍａｘ＝２．０ｍｍ）である。一方、上側端辺ＥＳｕの長さＡ１と下側端辺ＥＳｂの長さＡ２は以下の４通りである。
　（１）第１グループ：Ａ１＝２．０ｍｍ、Ａ２＝２．０ｍｍ（角形形状）
　（２）第２グループ：Ａ１＝１．３ｍｍ、Ａ２＝１．３ｍｍ
　（３）第３グループ：Ａ１＝１．６５ｍｍ、Ａ２＝１．３ｍｍ
　（４）第４グループ：Ａ１＝１．３ｍｍ、Ａ２＝１．６５ｍｍ
　第３グループと第４グループでは、最大幅部ＰＸの高さ方向ＯＨにおける中心線Ｚからの距離Ｄ１を、Ｄ１＝０ｍｍ、０．２ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍの４通りとした。第２グループでは、この４つに加えて、Ｄ１＝－０．６ｍｍ、－０．３ｍｍ、－０．２ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．７ｍｍを含む１０通りとした。
　この評価試験の結果より、第２グループにおいて、Ｄ１がマイナス（Ｄ１＝－０．６ｍｍ、－０．３ｍｍ、－０．２ｍｍ、＜０）のときよりも、Ｄ１がプラス（Ｄ１＝０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、＞０）のときの方が、着火限界Ａ／Ｆが高いことがわかった。すなわち、最大幅部ＰＸが中心線Ｚと下側端辺ＥＳｂとの間にあるときよりも、中心線Ｚと上側端辺ＥＳｕとの間にあるときの方が、着火限界Ａ／Ｆが高いことがわかった。これは、最大幅部ＰＸを中心線Ｚと上側端辺ＥＳｕとの間に形成することによって、着火点への混合気の流れを整流することができるためであると推定される。
　また、第２～４グループのいずれの場合においても、Ｄ１が０．１ｍｍから０．７ｍｍのとき、すなわち、Ｄ１がＤ２の１２％～８８％（Ｄ１／Ｄ２＝０．１２～０．８８）のときに着火限界Ａ／Ｆがさらに向上することがわかった。また、Ｄ１が０．２ｍｍから０．６ｍｍのとき、すなわち、Ｄ１がＤ２の２５％～７５％（Ｄ１／Ｄ２＝０．２５～０．７５）のときに着火限界Ａ／Ｆが特に向上することがわかった。
　一方、第１グループと、第２～４グループとを比較すると、Ａ１およびＡ２を、Ｌｍａｘより小さくすると着火限界Ａ／Ｆが向上することがわかった。また、第２～４グループをそれぞれ比較すると、Ａ１をＡ２より大きくすると着火限界Ａ／Ｆがさらに向上することがわかった。よって、Ａ１をＡ２より大きくし、Ｌｍａｘより小さくすることが最も望ましいことがわかった。
　図６は、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘに関する着火性評価試験の結果を例示した説明図である。この着火性評価試験では、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘの異なる１２通りのスパークプラグを排気量１６００ｃｃ、４気筒、ＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに装着してリーンリミット法による評価をおこなった。使用したスパークプラグは、すべて、接地電極３０の端面３３の高さ方向ＯＨの長さが１．６ｍｍ（Ｄ２＝０．８ｍｍ）であり、上側端辺ＥＳｕの長さＡ１、下側端辺ＥＳｂの長さＡ２、および、最大幅部ＰＸの高さ方向ＯＨにおける中心線Ｚからの距離Ｄ１が以下の２通りである。
　（１）第１グループ：Ａ１＝１．６５ｍｍ、Ａ２＝１．３ｍｍ、Ｄ１＝０．２ｍｍ
　（２）第２グループ：Ａ１＝Ａ２＝Ｌｍａｘ、Ｄ１＝０～０．８ｍｍ（四角形状）
　各グループにおいて、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘは、１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、１．８ｍｍ、２．０ｍｍ、２．２ｍｍ、２．４ｍｍの６通りとした。
　この評価試験の結果より、第１グループと第２グループの両方のグループにおいて、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘが２．２ｍｍより大きくなると着火限界Ａ／Ｆが大きく低下することがわかる。一方、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘが１．５ｍｍ～２．２ｍｍのときには、幅Ｌｍａｘが２．２ｍｍより大きい場合に比べて着火限界Ａ／Ｆが高いことがわかる。これは、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘ、すなわち、接地電極３０の幅が太くなることで着火点へ混合気が上手く整流できないためであると推定される。また、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘが１．５ｍｍ～２．２ｍｍのときには、第１グループの着火限界Ａ／Ｆが第２グループの着火限界Ａ／Ｆより高いことがわかる。このことから、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘを１．５ｍｍ～２．２ｍｍの範囲としたときには、四角形状のスパークプラグよりも着火限界Ａ／Ｆが顕著に向上することがわかる。また、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘを１．８ｍｍ～２．２ｍｍの範囲としたときは、特に顕著に、四角形状のスパークプラグよりも着火限界Ａ／Ｆが向上することがわかる。
　以上説明したスパークプラグによれば、混合気の流れ、特に、接地電極３０の基端部３２から中心電極２０の先端部２２へ向かう方向（図２の左から右）に流れる混合気の流れを整流させることができるので、接地電極の着火性の向上を図ることができる。また、本実施例のスパークプラグによれば、接地電極３０の長さが短くなるため、高圧力環境下においても、接地電極３０の先端部３１の高温化を抑制することができる。
　Ｂ．第２実施例：
　図７は、第２実施例に係るスパークプラグ１００ａの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図７（ａ）は、第１実施例の図２（ａ）と対応している。図７（ｂ）は、第１実施例の図３と対応している。第２実施例が第１実施例と異なる点は、接地電極３０の先端部３１に外側電極チップ８０が取り付けられている点である。
　外側電極チップ８０は、略矩形の断面を有する柱状の外形を備えている。この外側電極チップ８０は、抵抗溶接によって一部が接地電極３０の先端部３１に埋設されている。これにより、外側電極チップ８０は、その端面８３の法線方向が、接地電極３０の端面３３の法線Ｘ方向と平行な状態で、接地電極３０の端面３３から法線Ｘ方向（図７（ａ）右方向）に突出している。また、外側電極チップ８０は、その側面８５が中心電極２０の先端部２２側（図７（ａ）下側）を向いた状態で、接地電極３０の内側面３４から中心電極２０の先端部２２側に突出している。外側電極チップ８０は、中心電極チップ７０と同様に高融点の貴金属からなる。接地電極３０の先端部３１に外側電極チップ８０を取り付けることによって、耐火花消耗性をさらに向上させることができる。
　図８は、外側電極チップ８０の取り付け位置に関する着火性評価試験の結果を例示した説明図である。この着火性評価試験では、外側電極チップ８０の取り付け位置の異なる８通りのスパークプラグと、外側電極チップ８０を備えない２通りのスパークプラグを、それぞれ排気量１６００ｃｃ、４気筒、ＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに装着してリーンリミット法による評価をおこなった。用意したスパークプラグは、すべて、接地電極３０の端面３３の高さ方向ＯＨの長さが１．６ｍｍ（Ｄ２＝０．８ｍｍ）、最大幅部ＰＸの幅Ｌｍａｘが２ｍｍであり、上側端辺ＥＳｕの長さＡ１、および、下側端辺ＥＳｂの長さＡ２が以下の２通りである。
　（１）第１グループ：Ａ１＝１．６５ｍｍ、Ａ２＝１．３ｍｍ
　（２）第２グループ：Ａ１＝Ａ２＝Ｌｍａｘ（四角形状）
　第１グループに含まれる５通りのサンプル♯１～♯５と、第２グループに含まれる５通りのサンプル♯６～♯１０の構成は以下の通りである。
　（１）サンプル♯１、サンプル♯６：外側電極チップ８０を備えていないスパークプラグ
　（２）サンプル♯２、サンプル♯７：外側電極チップ８０が接地電極３０の先端部３１に埋め込まれていて、法線Ｘ方向にも中心電極２０の先端部２２側にも突出してないスパークプラグ
　（３）サンプル♯３、サンプル♯８：外側電極チップ８０が中心電極２０の先端部２２側にのみ突出し、法線Ｘ方向には突出していないスパークプラグ
　（４）サンプル♯４、サンプル♯９：外側電極チップ８０が法線Ｘ方向にのみ突出し、中心電極２０の先端部２２側には突出していないスパークプラグ
　（５）サンプル♯５、サンプル♯１０：外側電極チップ８０が法線Ｘ方向にも中心電極２０の先端部２２側にも突出しているスパークプラグ
　サンプル♯１～１０の中心電極チップ７０の直径φは、０．５５ｍｍである。また、サンプル♯２～５、７～１０の外側電極チップ８０は、一辺が０．７ｍｍの角形断面を有している。また、サンプル♯３、５、８、１０の外側電極チップ８０の側面８５は、接地電極３０の内側面３４から中心電極２０の先端部２２側へ０．３ｍｍ突出している。サンプル♯４、５、９、１０の外側電極チップ８０の端面８３は、接地電極３０の端面３３から法線Ｘ方向へ０．６５ｍｍ突出している。
　第１グループの評価試験の結果より、第１実施例で説明したスパークプラグ１００（図２）に対して、外側電極チップ８０を接地電極３０から突出するように取り付けると、接地電極の着火性がさらに向上することがわかった。例えば、スパークプラグ１００に対して、サンプル♯４、♯５のように、外側電極チップ８０を接地電極３０の端面３３から法線Ｘ方向に突出させるように取り付けた場合や、サンプル♯３、♯５のように、外側電極チップ８０を接地電極３０の内側面３４から中心電極２０の先端部２２側に突出させるように取り付けた場合に、接地電極の着火性がさらに向上することがわかった。また、スパークプラグ１００に対して、サンプル♯５のように、外側電極チップ８０を接地電極３０の端面３３から法線Ｘ方向に突出させ、かつ、接地電極３０の内側面３４から中心電極２０の先端部２２側に突出させて取り付けると、接地電極の着火性が特に向上することがわかった。
　スパークプラグ１００に対して、外側電極チップ８０を接地電極３０から突出するように取り付けると接地電極の着火性がさらに向上する理由としては、接地電極３０の端面３３の形状によって整流された混合気が外側電極チップ８０を沿うようにして着火点に誘導されるためであると推定される。
　また、第１グループと第２グループの評価試験の結果を比較すると、第１実施例で説明したスパークプラグ１００（図２）は、四角形状のスパークプラグよりも、外側電極チップ８０を接地電極３０から突出するように取り付けたときの接地電極の着火性の向上幅が大きいことがわかった。
　Ｃ．第３実施例：
　図９は、第３実施例に係るスパークプラグ１００ｂの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図９（ａ）は、第１実施例の図２（ａ）と対応している。図９（ｂ）は、第１実施例の図３と対応している。第３実施例が第１実施例と異なる点は、接地電極３０の形状が異なる点と、第２実施例と同様に接地電極３０の先端部３１に外側電極チップ８０が取り付けられている点である。外側電極チップ８０の形状および接地電極３０における取り付け位置については、第２実施例と同様のため説明を省略する。
　第３実施例の接地電極３０ｂは、第１実施例の接地電極３０と同様に、端面３３の法線Ｘ方向が軸線Ｏ方向（図９の上下方向）と直交するように、中心電極２０の先端部２２側に湾曲している。一方、接地電極３０ｂは、軸線Ｏ方向において、接地電極３０の先端部３１の位置が第１実施例の接地電極３０よりも、主体金具５０の先端面５７に近くなる位置に形成されている。具体的には、接地電極３０ｂは、軸線Ｏ方向において、外側電極チップ８０の側面８５の位置Ｈｏｕが中心電極チップ７０の端面７０ｆの位置Ｈｃｅよりも主体金具５０の先端面５７に近くなるように形成されている。
　この、スパークプラグ１００ｂは、外側電極チップ８０の端面８３が中心電極チップ７０の側面と対向するため、軸線Ｏ方向と略直交する方向（図９の左右方向）に火花ギャップが形成されて横放電をおこなう。なお、接地電極３０ｂの端面３３の形状は、第１実施例の接地電極３０の端面３３の形状（図４）と同様のため説明を省略する。この第３実施例のスパークプラグ１００ｂの構成であっても、ガソリンエンジンに使用されたときに、混合気の流れ、特に、接地電極３０の基端部３２から中心電極２０の先端部２２へ向かう方向（図９（ａ）の左から右）に流れる混合気の流れを整流させることができるので、接地電極の着火性を向上させることができる。
　Ｄ．変形例： 
　なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
　Ｄ－１．変形例１、２：
　図１０は、変形例１におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図１１は、変形例２におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図１０、図１１は、それぞれ第１実施例の図３と対応している。第１～３実施例では、図４に示すように、接地電極３０の端面３３は、上側端辺ＥＳｕと下側端辺ＥＳｂとの間の外周部３３ｏｃにおいて、端面３３の幅Ｌが広がるように湾曲した形状を有しているものとして説明したが、上側端辺ＥＳｕと下側端辺ＥＳｂとの間の外周部３３ｏｃは、必ずしも曲線のみによって構成されていなくてもよい。例えば、図１０に示すスパークプラグ１００ｃように、接地電極３０ｃの端面３３ｃは、最大幅部ＰＸと上側端辺ＥＳｕとの間の外周部３３ｏｃや、最大幅部ＰＸと下側端辺ＥＳｂとの間の外周部３３ｏｃが直線状に形成されていてもよい。このスパークプラグ１００ｃの構成であっても、混合気の流れを整流させることができるので、接地電極の着火性を向上させることができる。
　また、図１１に示すスパークプラグ１００ｄように、接地電極３０ｄの端面３３ｄは、外周部３３ｏｃに複数の角部Ａｐが形成された多角形形状であってもよい。このスパークプラグ１００ｄの構成であっても、混合気の流れを整流させることができるので、接地電極の着火性を向上させることができる。
Ｄ－２．変形例３、４：
　図１２は、変形例３におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図１３は、変形例４におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図１２、図１３は、それぞれ第１実施例の図３と対応している。第１～３実施例では、図３に示すように、接地電極３０の端面３３は、外側面３５との交線として形成される上側端辺ＥＳｕと、内側面３４との交線として形成される下側端辺ＥＳｂとを備えているものとして説明したが、接地電極３０は、必ずしも内側面３４や外側面３５を備えていなくてもよく、また、接地電極３０の端面３３は、上側端辺ＥＳｕや下側端辺ＥＳｂを備えていなくてもよい。例えば、図１２に示すスパークプラグ１００ｅように、接地電極３０ｅの端面３３ｅは、下側端辺ＥＳｂｅを備えずに内側角部Ａｅｂが形成されていてもよい。こスパークプラグ１００ｅの構成であっても、混合気の流れを整流させることができるので、接地電極の着火性を向上させることができる。
　また、図１３に示すスパークプラグ１００ｆように、接地電極３０ｆの端面３３ｆは、下側端辺ＥＳｂｅと上側端辺ＥＳｕを備えずに内側角部Ａｅｂと外側角部Ａｅｕが形成されていてもよい。このスパークプラグ１００ｆの構成であっても、混合気の流れを整流させることができるので、接地電極の着火性を向上させることができる。
Ｄ－３．変形例５：
　図１４は、変形例５におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図１４は、第１実施例の図２（ａ）と対応している。第１～３実施例では、図２（ａ）に示すように、接地電極３０は、端面３３の法線Ｘ方向が軸線Ｏ方向と直交するものとして説明したが、接地電極３０は、図１４に示すように、必ずしも端面３３の法線Ｘ方向が軸線Ｏ方向と直交していなくてもよい。このスパークプラグ１００ｇの構成であっても、接地電極３０ｇの端面３３が、図４に示すような形状を備えていれば、混合気の流れを整流させることができるので、接地電極の着火性を向上させることができる。
Ｄ－４．変形例６：
　図１５は、変形例６におけるスパークプラグの中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。図１５（ａ）（ｂ）は、第１実施例の図２（ａ）（ｂ）と対応している。第１～３実施例では、スパークプラグ１００の中心電極２０は、先端部２２に中心電極チップ７０を備える構成とし、図２（ｂ）に示した端点ｃｉと端点ｃｏは、中心電極チップ７０の一部分として説明したが、図１５（ａ）（ｂ）に示すスパークプラグ１００ｈように、中心電極２０の先端部２２に中心電極チップ７０を備えず、電極母材２１により形成された先端部２２自体の一部分を端点ｃｉと端点ｃｏとして接地電極３０ｈの端面３３の位置を設定してもよい。
Ｄ－５．変形例７：
　上述した第１～第３実施例、および、変形例１～６は、それぞれを任意に組み合わせて実現してもよい。例えば、第３実施例のスパークプラグ１００ｂ（図９）は、接地電極３０の先端部３１に外側電極チップ８０を備えていない構成であっても実現することができる。また、変形例３のスパークプラグ１００ｅ（図１２）は、変形例５のスパークプラグ１００ｇ（図１４）のように、接地電極３０の端面３３の法線Ｘ方向が軸線Ｏ方向と直交していない構成としても実現することができる。
　　３…セラミック抵抗
　　４…シール体
　　５…ガスケット
　　６…リング部材
　　８…板パッキン
　　９…タルク
　　１０…絶縁碍子
　　１２…軸孔
　　１３…脚長部
　　１５…段部
　　１７…先端側胴部
　　１８…後端側胴部
　　１９…鍔部
　　２０…中心電極
　　２１…電極母材
　　２５…芯材
　　３０…接地電極
　　３１…先端部
　　３２…基端部
　　３３…端面
　　３４…内側面
　　３５…外側面
　　４０…端子金具
　　５０…主体金具
　　５１…工具係合部
　　５２…取付ねじ部
　　５３…加締部
　　５４…シール部
　　５５…座面
　　５６…段部
　　５７…先端面
　　５８…座屈部
　　５９…ねじ首
　　７０…中心電極チップ
　　８０…外側電極チップ
　　１００…スパークプラグ
　　２００…エンジンヘッド
　　２０１…取付ねじ孔
　　２０５…開口周縁部

Claims (6)

  1. 　軸方向に延びる中心電極と、
    　前記中心電極の外周に設けられる筒状の絶縁体と、
    　前記絶縁体の外周に設けられる筒状の主体金具と、
    　一端が前記主体金具に接合され、前記一端から他端にかけて湾曲した接地電極とを有し、
    　前記中心電極の軸方向から見たときに、前記他端の端面が前記一端と前記中心電極との間、または、前記中心電極上に位置するスパークプラグであって、
    　前記端面は、
    　前記接地電極の内側面から外側面に向かう方向において、前記端面の中心位置から１２％～８８％外側面側の位置にのみ前記中心電極の軸方向と直交する方向の幅が最大となる最大幅部を有し、
    　前記最大幅部から前記接地電極の内側面および外側面のそれぞれに向かうほど、前記中心電極の軸方向と直交する方向の幅が減少する、スパークプラグ。
  2. 　請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
    　前記端面は、前記接地電極の内側面から外側面に向かう方向において、前記端面の中心位置から２５％～７５％外側面側の位置にのみ前記最大幅部を有する、スパークプラグ。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のスパークプラグにおいて、
    　前記端面は、外周部に前記中心電極の軸方向と直交する方向に沿って直線状に延びる第１の端辺と第２の端辺とを備え、
    　前記第１の端辺は、前記端面と前記外側面との交線として形成され、前記第２の端辺は、前記端面と前記内側面との交線として形成され、
    　前記第１の端辺の長さＡ１は、前記第２の端辺の長さＡ２よりも長く、前記最大幅部の幅よりも短い、スパークプラグ。
  4. 　請求項３に記載のスパークプラグにおいて、
    　前記端面は、前記第１の端辺と前記第２の端辺との間の外周部が湾曲形状を有している、スパークプラグ。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
    　前記最大幅部の幅は、１．５ｍｍ以上であり２．２ｍｍ以下である、スパークプラグ。
  6. 　請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
    　前記接地電極は、貴金属チップが前記端面から突出するように取り付けられている、スパークプラグ。
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