(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジングの先端面に設けられた湾曲する接地電極と、前記ハウジングに保持される絶縁碍子と、該絶縁碍子に保持された中心電極と、前記接地電極の先端面が前記中心電極側面に対向して形成されるスパークギャップと、から構成されるスパークプラグにおいて、
前記接地電極の先端に対向した、前記中心電極の前記絶縁碍子より突出した側面のみに貴金属もしくは貴金属合金から成る側面電極が備えられ、
前記側面電極の前記中心電極先端面側の端部が、前記中心電極先端面から前記中心電極軸方向に沿って、０．２ｍｍ以上離れた位置範囲に設けられたことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記側面電極の前記絶縁碍子側の端部が、前記接地電極の絶縁碍子側面端部から、前記中心電極軸方向に沿って前記絶縁碍子側へ１ｍｍ以内の位置範囲に設けられ、しかも前記側面電極が具備される前記中心電極の径が１．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スパープラグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関に於いては、近年の地球問題及び地球資源の観点から更に一層の省エネルギーが取りざたされている。それ故に燃費の低減は、グローバルな課題として取りあげられている。そして、エンジンでの具体策として高圧縮化，希薄混合気によるリーバーン化等が検討されてきいてる。ところが、スパークギャップで放電するために必要な放電電圧は、従来以上に上昇することが明らかとなってきている。この放電電圧上昇に伴い、スパークプラグの電極は一層消耗し、スパークギャップは増大する。それより、放電電圧はますます高い値となり、点火システムの絶縁破壊に至るまでの余裕度が縮小する。そして、前記スパークギャップ以外の箇所で放電が発生するようなことが見受けられるようになってきている。そこで、電極消耗が著しく少ない白金などの貴金属や貴金属合金を電極材料として採用したスパークプラグの需要が一段と高まってきている。
【０００３】
このような需要に対して、例えば特開昭４９−４１７３４号公報及び特公昭６２−３１７９７号公報などの技術が開示されている。即ち、特開昭４９−４１７３４号公報は、例えば、ニッケル合金から成る芯材と白金合金から成る外皮を備えた円筒状のクラッド材を中心電極先端に設け、前記クラッド材に接地電極端面を対向させたスパークプラグである。又、特公昭６２−３１７９７号公報は、例えば白金，イリジウムなどの貴金属からなる環状物を、中心電極先端部に設けられた凸部に嵌合して設け、前記環状物に接地電極端面を対向させたスパークプラグである。
【０００４】
しかしながら、前述の如き貴金属或いは貴金属合金からなる環状電極を付設したものでも、電極の消耗が激しいものがあり、又、剥離脱落する耐久性の乏しいものも見受けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き問題を鑑み、長時間の使用に際しても消耗量が少なく、スパークギャップが拡大することなく、又、剥離脱落することない耐久性の一層高いスパークプラグを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのために第１の発明として、ハウジングと、該ハウジングの先端面に設けられた湾曲する接地電極と、前記ハウジングに保持される絶縁碍子と、該絶縁碍子に保持された中心電極と、前記接地電極の先端面が前記中心電極側面に対向して形成されるスパークギャップとから構成されるスパークプラグに於いて、前記接地電極先端に対向した、前記中心電極の前記絶縁体より突出した側面のみに貴金属もしくは貴金属合金から成る側面電極が備えられ、前記側面電極の前記中心電極先端面側の端部が、前記中心電極先端面から前記中心電極軸方向に沿って、０．２ｍｍ以上離れた位置範囲に設けられたスパークプラグを提供する。
【０００７】
又、第２の発明は、第１の発明において、さらに、前記側面電極の前記絶縁碍子側の端部が、前記接地電極の絶縁碍子側面端部から、前記中心電極軸方向に沿って前記絶縁碍子側へ１ｍｍ以内の位置範囲に設けられ、しかも前記側面電極が具備される前記中心電極の径が１．４ｍｍ以上であるスパークプラグを提供するものである。
【０００９】
【作用】
第１の発明により、貴金属若しくは貴金属合金から成る側面電極の前記中心電極先端面側の端部が、前記中心電極の先端面から、０．２ｍｍ以上離れた位置範囲内に設けられたことから、側面電極と中心電極の界面の酸化が著しく抑制できる。
【００１０】
第２の発明により、貴金属若しくは貴金属合金から成る側面電極の前記絶縁碍子側の端部が、前記接地電極の絶縁碍子側面端部から、前記中心電極軸に沿って前記絶縁碍子側１ｍｍ以内の位置範囲内に、設けられたことから、消耗量が少なく、しかも前記側面電極が具備される前記中心電極の径が１．４ｍｍ以上としたことから折損することがない。
【００１１】
【発明の効果】
それ故、第１の発明により、界面の酸化が抑制できることから側面電極は酸化脱落することなく耐久性の高いスパークプラグを提供できる。
【００１２】
更に第２の発明により、長時間の使用に際しても消耗量が少ないため火花ギャップはそれほど拡大せず、耐久性の高い、そして、界面の酸化が抑制できることから側面電極は、酸化脱落することなく耐久性の高いものとなる。それ故、寿命の割にコストの非常に安いスパークプラグを提供できる。
【００１３】
【実施例】
（第１実施例）
本発明を図１及び図２に示した実施例にて説明する。
図１は、本発明の実施例であるスパークプラグ１を記した概略図である。
又、図２は、図１の要部を記した拡大図である。図１に於いて、前記スパークプラグ１は、絶縁碍子６の図示してない貫通孔の先端部に外径２．５ｍｍのインコネル製の中心電極４を保持し、又、前記貫通孔の後端にステム８を保持し、更に前記中心電極４と前記ステム８に挾持された導電性ガラスシール９と抵抗体１０が内封、保持された前記絶縁碍子６と、該碍子６に保持される前記中心電極４の先端部側面４ｂに対向て４本の幅２．６ｍｍ厚さ１．４ｍｍの接地電極３を配してなるハウジング２から構成されている。
【００１４】
又、前記ハウジング２のネジ部２ｂの先端に結合される前記接地電極３の湾曲する先端部３ａに対向する位置である、前記中心電極４の先端部側面４ｂに円筒環状の側面電極５が埋設して接合されている該電極５は、公知の貴金属、又は貴金属合金Ｐｔ，Ｐｔ−Ｉｒ，Ｐｔ−Ｗ，Ｐｔ−Ｐｈ，Ｐｔ−ｄ，Ｐｔ−Ｎｉ，Ａｕ−Ｐｄであって、又高さ１．５ｍｍ，外径１．４ｍｍ，内径０．８ｍｍの大きさを有する。次に、前記側面電極５と前記接地電極３の湾曲する先端部３ａに位置関係について説明する。前記先端部３ａの前記絶縁碍子側先端部３ｂに対向する前記中心電極４の先端部側面４ｂの位置から絶縁碍子先端部に向かって、前記中心電極４に沿って１ｍｍ以内に、前記先端部３ａが備えられている。
【００１５】
ここで、側面電極を上述の如く配置する理由について説明する。上述の如き実施例に対して前記側面電極５を備えていない類似物を作製し、タクシーなどの実機で調査を実施し、中心電極の消耗レベルを研究した結果、前記消耗形態は、図３（ア）に示したようなものとなる。この消耗は接地電極と対向する中心電極側面の広範囲に及んでおり、特に中心電極の先端部分が激しく消耗している。
【００１６】
図４は走行距離に対する中心電極の断面寸法の変化を示し、前記中心電極先端断面の寸法をＡ，前記接地電極の絶縁碍子側と対向する前記中心電極部の断面寸法をＢ，または前記接地電極の前記絶縁碍子側から前記中心電極側面への消耗影響寸法をＣとしてある。走行距離が増加するとともにＡ，Ｂ，Ｃ寸法とも消耗が進行することが分かる。一般に長寿命と呼ばれる使用距離は１０万ｋｍであるが、図４からＡ寸法で１／３，Ｂ寸法で１／２程度に細径化しまうと推察され，Ｃ寸法も１ｍｍ範囲が影響をうけている。以上が、側面電極位置を限定する理由である。図３（イ）に本発明品の消耗状態を記す。消耗はほとんどなく極めて良好である。上述の特徴を持つ形状において、単に円環状貴金属巾縮小した仕様では貴金属近傍の母材部分の消耗は進行し、その近傍に消耗差より凹部が生ずることとなる。
【００１７】
他方、使用に伴う形状変化に加え、中心電極は燃焼から受ける熱により、その硬度は徐々に低下し強度も低下する。形状変化並びに強度低下の両面より、凹部強度の大幅な劣化が懸念される。貴金属材を配置して長寿命を図るスパークプラグであるが、円環状貴金属近傍の凹部は長時間に渡って進行し、高温・高振動の使用環境に晒された場合、折損に至る可能性がある。折損は、近年高回転化が進み，高回転減でのバルブ振動，カム振動や燃焼変動等により燃焼室に突出している発火部分に応力が加わり発生頻度が増加傾向にある。
【００１８】
このように、更なる貴金属使用量軽減のため、中心電極細径化をも折り込んだ仕様ではより一層折損の可能性が増すために前述の使用量軽減策の採用が困難となる。
図５は前記中心電極４の径寸法に対する耐折損性を本発明品にて評価した結果である。評価は４ｃｙ１，１６００ｃｃのガソリンエンジンに於いてＷＯＴ＊８０００ｒｐｍ＊１０Ｈの条件で行い、前記接地電極３の前記絶縁碍子側端面３ｂと対向する前記中心電極側面４ｂから前記絶縁碍子方向に巾１ｍｍの凹部を形成し、その凹部径を水準とした。凹部巾１ｍｍは、図４の調査結果の消耗範囲考慮した。また、前記中心電極４は長期間使用時の硬度低下を折り込み、予め熱処理にてＨｖ１３０前後とし、また前記接地電極３は、前記の如く４極数にて実施した。また、前記絶縁碍子６の前記ハウジング２の端面からの突出長（前記ハウジング端面２ａから前記絶縁碍子端面６ａでの寸法）２ｍｍ、火花位置５ｍｍと７ｍｍ（前記ハウジング端面２ａから前記中心電極端面４ａまでの寸法）にて実施した。
【００１９】
その結果、凹部寸法径１．４ｍｍ以上にて前記中心電極４の変形・折損が回避される。
（第２実施例）
前記中心電極４は、一般的にＮｉ基耐熱合金であり、また前記側面電極５は貴金属ないし貴金属合金であるために両者間に熱膨張差がある。
【００２０】
一方、エンジン運転中においては、その負荷に応じて、前記中心電極４の温度は上昇・下降する。この中心電極温度変化は混合気および燃焼ガスからの熱伝達によるものであるので、燃焼室中に最も突出し、かつ面積の広い中心電極先端面４ａの温度変化が最も激しい。
従って、放電チップが前記中心電極先端面４ａに近すぎると、前記側面電極５の接合面５ｃは、前記中心電極先端面４ａの温度変化の影響を受け、温度の変化が大きくなる。それ故に、前述した熱膨張差と大きな温度変化のために、前記接合面５ｃには大きな熱応力が発生し、前記接合面５ｃに酸化亀裂が発生する。この酸化亀裂は図６に示すように、前記中心電極先端側の前記接合面５ｃに著しく発生する。この酸化亀裂により、前記側面電極５は、剥離脱落することがある。そこで、前記側面電極５の前記中心電極先端面４ａ側端部５ｂと前記中心電極先端面４ａとの距離をｌとして、ｌ＝０．１，０．２及び０．４ｍｍの前述のスパークプラグ１を、火花位置Ｌ＝３，４ｍｍの２種類基準してエンジン評価を行なった。評価エンジンは、水冷４サイクル６気筒２０００ｃｃを使用し、評価条件は、全負荷６０００ｒｐｍを１分、アイドリングを１分を１サイクルとして１００Ｈの運転とした。
【００２１】
評価試験の結果を図７に示す。横軸はｌ寸法をとり、縦軸の接合面酸化率は、図に示す酸化亀裂の長さをＤ，Ｅとし、全接合面長さをＦとした時、
【００２２】
【数１】
（Ｄ＋Ｅ）／Ｆ×１００
として示した。
尚、図７にはＬ＝４ｍｍ，Ｌ＝３ｍｍの場合を示してある。
まず、Ｌ＝４ｍｍの場合、ｌが０．２ｍｍより小さくなって、０．１ｍｍとなると、酸化亀裂長さが著しく伸長する。０．２ｍｍ以上では低い値に抑制される。つまり、０．２ｍｍ以上では先端面からの熱影響は非常に少なくなると考えられる。
【００２３】
次にＬ＝３ｍｍの場合では、前述のＬ＝４ｍｍの場合と同様にｌが０．２ｍｍ以上で、酸化亀裂長さは低い値にとどまる。ただし、その値はＬ＝４ｍｍの場合に較べ、小さい。これはＬが短くなることにより、混合気および燃焼ガスからの熱伝達量が減少することと、中心電極後方への熱伝導が改善されることにより、放電チップの接合面の温度が低くなり、熱応力レベルが軽減されることによると考える。しかし、ｌが０．２ｍｍより短くなると、Ｌ＝４ｍｍでもＬ＝３ｍｍでも酸化亀裂長さはほぼ同じく、非常に長い。これは、ｌが短すぎると、先端面の熱影響が非常に優位になるためである。
【００２４】
以上の結果により、ｌ≧０．２ｍｍの範囲であれば、前記中心電極先端面４ａの熱影響を軽減でき、接合に関して、良好な信頼性を得ることができる。
（第３実施例）
第３の発明として第１，２の発明を兼ね備えた側面電極５を有したスパークプラグを作製した。又、側面電極５を設けた中心電極部分の径は最低１．４ｍｍとした。
【００２５】
前記側面電極５を貴金属、又は貴金属合金として、前記側面電極５の前記絶縁碍子側の端部５ａを、前記接地電極３の下側面端部３ｂに対向する前記中心電極４の側面から前記絶縁碍子６側へ１ｍｍ以上離れた位置範囲内に設けられた。しかも、前記側面電極５の前記中心電極の先端面４ａ側の端部５ｂが、前記中心電極先端面４ａから、前記中心電極４の軸方向に沿って０．２ｍｍ以上離れた位置範囲に設けられた。それ故、側面電極は剥離、脱落することなく耐久性が高くしかも消耗量が非常に小さく、前記スパークギャップ７が拡大し難いものとなる。又、前記側面電極５を配する前記中心電極４の径が１．４ｍｍ以上であることから、耐折損性に優れたものとなる。そして、前記側面電極５は、従来に比し小さなものであることから、寿命の割にコストの安いスパークプラグとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明品の構成を説明する半断面図である。
【図２】（ア）は、本発明品を下から見た図である。
（イ）は、本発明品の要部の側面図である。
【図３】（ア）は、従来品の代表的な消耗形態を記した図である。
（イ）は、本発明品の代表的な消耗形態を記した図である。
【図４】（ａ）は従来品の走行距離に対する消耗レベルを表した図である。
（ｂ）は（ａ）におけるテストピースを示す図である。
【図５】中心電極径に対するエンジン試験での変形・折損発生頻度を表した図である。
【図６】側面電極と中心電極接合面の酸化形態を表した断面図である。
【図７】接合面の酸化率を表したグラフである。
【符号の説明】
１  スパークプラグ
２  ハウジング
２ａ  ハウジング先端面
３  接地電極
３ａ  接地電極先端面
３ｂ  接地電極下側面端部
４  中心電極
４ａ  中心電極先端面
５  側面電極
５ａ  側面電極の絶縁碍子側端部
５ｂ  側面電極の中心電極先端側端部
５ｃ  接合面
６  絶縁碍子
７  スパークギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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