(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心貫通孔を有する絶縁碍子と、前記中心貫通孔に保持された中心電極と、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、その主体金具に電気的に導通している接地電極とを備えたスパークプラグにおいて、
前記接地電極は、複数個設けられ、接地電極と前記中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを形成すると共に、前記火花放電ギャップより接地電極の端面から絶縁碍子までの最短距離の方が短くなるように形成され、
前記中心電極は、耐火花消耗部材が配されたその先端が前記絶縁碍子の端面から突出し、前記絶縁碍子の端面と同一平面内すなわち絶縁碍子の端面近傍の中心電極の根本は中心電極母材が露出されていること、を特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記絶縁碍子の端面と前記耐火花消耗部材との離間距離は、少なくとも０．２ｍｍ以上あるようにしたことを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記中心電極の径が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記中心電極の先端が、前記接地電極の端面のスパークプラグ先端側の端縁と後退側の端縁との間に位置するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記接地電極と絶縁碍子との離間距離を０．３ｍｍ以上に設定していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記絶縁碍子の端面の形状が、中心電極に向かうに従ってえぐられた、すり鉢形状をしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記中心電極の径が、前記絶縁碍子端面における径よりも先端の径が大とされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記耐火花消耗部材が、中心電極の先端若しくは先端近傍に固着されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記絶縁碍子の端面の軸方向位置が、接地電極の端面のスパークプラグ先端側の端縁と後退側の端縁との間にあり、絶縁碍子の端面から接地電極の後退側の端縁までの軸方向距離が接地電極の端面の厚さ（端面の先端側の端縁から後退側の端縁までの距離）の４０％以上あることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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し、特にロータリーエンジン、高圧縮率のレシプロエンジン等の高出力、高性能の内燃機関に用いられるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高出力、高性能の内燃機関では標準型の平行電極のスパークプラグは、接地電極の耐熱性及び折損等の機械的強度の問題、それに低負荷時のカーボン汚損の問題から使用できず、中心電極の側周面に対向して複数の接地電極を配置したセミ沿面放電型あるいは間欠セミ沿面放電型のスパークプラグが採用されてきた。このようなセミ沿面型スパークプラグでは中心電極の耐火花消耗性が問題になる。このため、特開平６−１７６８４９号公報には、中心電極の絶縁碍子の端面近傍に白金合金等の耐火花消耗部材の被膜を巻き、その耐火花消耗部材の１／２程度を絶縁碍子の中に埋没させたものが提案されている。このようにすることにより、中心電極の火花消耗を防ぎ、絶縁碍子の表面がカーボンでくすぶった時は沿面放電を起こして火花清浄をし、十分な着火性とその当時としては十分な寿命を備えたものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスパークプラグは寿命が短いという問題点が表面化してきた。従来、高性能のスパークプラグはさほど高寿命を要求されず、５万Ｋｍ〜６万Ｋｍ走行の寿命で十分だとされてきた。しかし、近年、高性能のスパークプラグにも１０万Ｋｍ〜１２万Ｋｍ走行の寿命が求められるようになってきた。上記公報に記載のスパークプラグでは、絶縁碍子表面が火花放電によりえぐられるチャンネリングにより、かかる寿命を達成することができなかった。これは次のような理由によることが判明した。
【０００４】
上記公報に記載の、絶縁碍子の端面近傍の中心電極に白金合金等の耐火花消耗部材の被膜を巻き、その耐火花消耗部材の一部を絶縁碍子の中に埋没させたスパークプラグにおいて、新品のもので絶縁碍子がカーボンで汚損されていないものでは飛火のうち約７０％が中心電極の上部と側方接地電極との間で行われる。残り３０％は絶縁碍子の端面を這う沿面放電として飛火する。勿論、絶縁碍子の表面がカーボンで汚損されているときは１００％沿面放電として飛火し絶縁碍子を火花清浄する。
【０００５】
しかしながら、数万Ｋｍ走行の使用の後には、図３（Ｂ）に示すように、中心電極のうち耐火花消耗部材の巻かれていない先端部が火花放電により消耗する。このため中心電極の先端部と側方接地電極との間隙が大きくなり、放電距離が大きくなって飛火しずらくなる。先端部の火花消耗の結果、先端部近傍の電界が緩和するからだと考えても良い。この結果、耐火花消耗部材の巻かれている中心電極の根本部近傍と側方接地電極との間で飛火する沿面放電が主な放電となる。このようにして、数万Ｋｍ走行後には絶縁碍子の端面を這う沿面放電が主な放電となるため、チャンネリングが加速度的に進行する。チャンネリングが進行すると耐熱性等を損ねたりスパークプラグの信頼性の低下をもたらすため、スパークプラグの寿命になってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、高出力、高性能の内燃機関に使用されるスパークプラグであって、耐汚損性にも優れ、かつ、チャンネリングにも強く寿命の長いスパークプラグを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のうち請求項１記載の発明は、中心貫通孔を有する絶縁碍子と、前記中心貫通孔に保持された中心電極と、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、その主体金具に電気的に導通している接地電極とを備えたスパークプラグにおいて、前記接地電極は、複数個設けられ、接地電極と前記中心電極の先端部との間に火花放電ギャップを形成すると共に、前記火花放電ギャップより接地電極の端面から絶縁碍子までの最短距離の方が短くなるように形成され、前記中心電極は、耐火花消耗部材が配されたその先端が前記絶縁碍子の端面から突出し、前記絶縁碍子の端面と同一平面内すなわち絶縁碍子の端面近傍の中心電極の根本は中心電極母材が露出されていること、を特徴とすること、を特徴とする。
【０００８】
ここで、耐火花消耗部材とは、普通に電極材料として用いられる耐食性に優れたニッケル合金であるインコネルより融点の高い貴金属材料のすべてをいい、より具体的には、白金（Ｐｔ）、白金−イリジウム（Ｐｔ−Ｉｒ）、白金−ニッケル（Ｐｔ−Ｎｉ）、白金−イリジウム−ニッケル（Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ）、白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）、イリジウム−ロジウム（Ｉｒ−Ｒｈ）、イリジウム−イットリア（Ｉｒ−Ｙ２  Ｏ３  ）などの貴金属、貴金属合金、又は貴金属焼結体等の部材のすべてをいう。
【０００９】
このように形成すると、新品の状態では中心電極の先端部側周面と側方の接地電極の端面との間で約７０％飛火する。残りの約３０％は絶縁碍子の端面を這う沿面放電として中心電極の根本付近と側方接地電極の間で飛火する。絶縁碍子の端面がカーボンで汚損すると、接地電極の端面から中心電極の側周面までの最短距離より接地電極の端面から絶縁碍子までの最短距離の方が短くなるように形成されているから、１００％沿面放電し、カーボンで汚損された絶縁碍子の端面を火花清浄する。このため、耐汚損性に優れたスパークプラグとなる。
【００１０】
そして、数万Ｋｍ走行に相当する使用の後では、中心電極の根本（絶縁碍子の端面近傍）は、沿面放電の火花により消耗し、若干径が細くなる。絶縁碍子の端面と同一平面内を中心電極母材とされているため、絶縁碍子の端面とは少なくとも所定の離間距離を有して耐火花消耗部材が固着されている。従って、絶縁碍子の端面近傍には耐火花消耗部材が配設されていないからである。中心電極の内、耐火花消耗部材が固着された部分の消耗は比較的僅かである。このため、新品時に比べて絶縁碍子端面近傍の中心電極の側周面と側方の接地電極との距離が長くなり、放電距離が長くなる。一方、中心電極のうち耐火花消耗部材が固着された箇所と側方の接地電極との放電距離は余り変わらない。
【００１１】
この結果、数万Ｋｍ走行後は、中心電極の耐火花消耗部材が固着された部分と側方接地電極との火花放電が主な放電となり、中心電極の根本からの沿面放電の発生する頻度は極く低くなる。このため、チャンネリングの進行が抑制され、スパークプラグの寿命は長くなる。そして、絶縁碍子の端面がカーボンで汚損された時は、接地電極の端面から中心電極の側周面までの最短距離より接地電極の端面から絶縁碍子までの最短距離の方が短くなるように形成されているから、側方接地電極から絶縁碍子端面に飛火し沿面放電が起こって絶縁碍子を火花清浄し耐汚損性を維持する。
【００１２】
ここで、請求項２記載の発明のように、絶縁碍子の端面から耐火花消耗部材までの離間距離は、少なくとも０．２ｍｍ以上あるようにしたことを特徴とすることができる。
このように形成すると、中心電極の根本が火花によって消耗したとき又は耐火花消耗部材が酸化等によって表面が荒れた時に耐火花消耗部材から側方接地電極への飛火率が上昇したとしても、火花放電により絶縁碍子が傷つく可能性が小さくなり、チャンネリングが発生する可能性が小さくなる。
【００１３】
ここで、請求項３記載の発明のように、中心電極の径が２ｍｍ以下であることを特徴とすることができる。
このように形成すると、絶縁碍子の端面に沿って火花放電する沿面放電の際にカーボン汚損を清浄する火花清浄性が向上する。また、着火性が向上する利点もある。
【００１４】
ここで、請求項４記載の発明のように、中心電極の先端が、接地電極の端面のスパークプラグ先端側の端縁と後退側の端縁との間に位置するようにしたことを特徴とすることができる。
このように形成すると、中心電極の先端と側方の接地電極の端面との間の放電が主な放電となり、絶縁碍子の端面に沿う沿面放電は間欠的にしか起こらない。この現象は、接地電極の端面が絶縁碍子よりも先端側に位置する間欠セミ沿面放電型のスパークプラグの場合および、接地電極の端面と中心電極との間に絶縁碍子が位置するセミ沿面放電型のスパークプラグの場合の何れの場合にも当てはまる。このため、絶縁碍子の端面が火花で傷む頻度が低くなり、チャンネリングに強くなる。一方、絶縁碍子の表面がカーボンで汚損されると、接地電極の端面から中心電極の側周面までの最短距離より接地電極の端面から絶縁碍子までの最短距離の方が短くなるように形成されているから、確実にセミ沿面放電が発生し、絶縁碍子の表面が火花清浄される。
【００１５】
ここで、請求項５記載の発明のように、接地電極と絶縁碍子との離間距離を０．３ｍｍ以上に設定していることを特徴とすることができる。
このように形成すると、カーボン汚損時に、接地電極と絶縁碍子端面との間でカーボンブリッジが形成されにくくなり、それだけ低温始動時の汚損に強くなる。
【００１６】
ここで、請求項６記載の発明のように、絶縁碍子の端面の形状が、中心電極に向かうに従ってえぐられた、すり鉢形状をしていることを特徴とすることができる。
このように形成すると、絶縁碍子の端面の沿面距離が長くなり、それだけ汚損に強くなる。また、チャンネリングにも強くなる。ここで、端面の沿面距離を稼ぐだけなら、すり鉢形状でなくても逆の円錐形状でも良いように思われるが、円錐形状では側方接地電極からの火花放電に直角に近い角度で絶縁碍子の端面が曝され、かえってチャンネリングに弱くなるため好ましくない。
【００１７】
ここで。請求項７記載の発明のように、中心電極の径が、絶縁碍子端面における径よりも先端の径が大とされていることを特徴とすることができる。
このように形成すると、放電間隔が狭くなった中心電極の先端部で主なる火花放電が発生し、中心電極の根本近傍での火花放電の発生頻度がはるかに低減するから、チャンネリングに強くなる。また、燃焼室での着火性が向上するという利点もある。
【００１８】
ここで、請求項８記載の発明のように、耐火花消耗部材が、中心電極の先端若しくは先端近傍に固着されていることを特徴とすることができる。
このように形成すると、相当時間走行し中心電極の側周が火花消耗した後では、中心電極先端の耐火花消耗部材からの飛火が支配的になるので、チャンネリングに強くなる。また、燃焼室での着火性が向上する。
【００１９】
ここで、請求項９記載の発明のように、絶縁碍子の端面の軸方向位置が、接地電極の端面のスパークプラグ先端側の端縁と後退側の端縁との間にあり、絶縁碍子の端面から接地電極の後退側の端縁までの軸方向距離が接地電極の端面の厚さ（端面の先端側の端縁から後退側の端縁までの距離）の４０％以上あることを特徴とすることができる。
このように形成すると、接地電極の端面のスパークプラグ先端側の端縁に火花放電が飛びやすくなり、火花が絶縁碍子の表面に強く押しつけられる事が少なくなるので、チャンネリングに強くなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。
図１は本発明に係るスパークプラグ２０の部分断面図である。周知のように、アルミナ等からなる絶縁碍子１は、その上部に沿面距離を稼ぐためのコルゲーション部１Ａを、下部に内燃機関の燃焼室に曝される脚長部１Ｂを備え、その軸中心には中心貫通孔１Ｃを備えている。中心貫通孔１Ｃの下端（先端）には、インコネル等のニッケル合金からなる中心電極２が保持され、中心電極２は絶縁碍子１の下端面から下方に突出している。中心電極２は実際にはインコネル単体で構成されるものではなく、その中心に芯材として銅（Ｃｕ）が挿入され熱伝導度の改善を図っているが、図面が複雑になるので図示していない。中心電極２は中心貫通孔１Ｃの内部に設けられたガラス抵抗３を経由して上方の端子４に電気的に接続されている。端子４には図示しない高耐圧ケーブルが接続され高電圧が印加される。上記絶縁碍子１は主体金具５に囲まれ支持されている。
【００２１】
主体金具５は低炭素鋼材で構成され、スパークプラグレンチと嵌合する６角形部５Ａと、シリンダヘッドに螺合するねじ部５Ｂとを備えている。主体金具５はそのかしめ部５Ｃ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が一体にされる。かしめによる密閉を完全なものとするため、主体金具５の内周段部５Ｅと絶縁碍子１との間に板状のパッキン部材６を介在して燃焼室に曝される脚長部１Ｂと絶縁碍子１の上部とのシールを完全にしている。また、かしめ部５Ｃと絶縁碍子１との間にワイヤ状のシール部材７，８を介在し、シール部材７，８の間にタルク（滑石）９の粉末を充填して弾性的にシールをし主体金具５と絶縁碍子１との固定を完全にしている。勿論、タルク９の無い形式のスパークプラグでも良い。また、ねじ部５Ｂの上端にはガスケット１０が嵌挿されている。主体金具５の下端にニッケル合金からなる２つの接地電極１１，１１が溶接により接合されている。接地電極１１，１１はその端面が中心電極２の側周面に対向するように形成されている。
【００２２】
図２は第１の実施の形態に係るスパークプラグの先端部を拡大して示す断面図である。図１とは上下を逆にして先端を上にして描いている。中心電極２は、約１０万Ｋｍ程度走行し摩耗した状態を実線で示し、新品の状態を鎖線で描いている。摩耗した状態はやや誇張して描いている。中心電極２の側周面には耐火花消耗部材２１が、具体的には白金（Ｐｔ）がレーザ溶接により固着されている。耐火花消耗部材２１は絶縁碍子１の端面とは所定の離間距離Ｈを有して中心電極２に固着されている。２つの接地電極１１，１１は互いに１８０度の位置に配設され、その接地電極１１の端面１１Ａが中心電極２の側周面に対向するようにされている。そして、接地電極１１の端面１１Ａから中心電極２の側周面までの最短距離Ｇより接地電極１１の端面１１Ａから絶縁碍子１までの最短距離Ｆの方が短くなるように形成されている。
【００２３】
各部の寸法の詳細について説明する。中心電極２の直径Ａは、Ａ＝２．０（単位はｍｍ、以下同じ）、中心電極２の絶縁碍子１からの突き出し量Ｂは、Ｂ＝１．８、絶縁碍子１の端面の直径Ｃは、Ｃ＝４．６、である。絶縁碍子１の端面から接地電極１１の端面１１Ａのスパークプラグ先端側の端縁（図面上側の端縁）までの距離Ｄ（以下、接地電極の突き出し量Ｄという）は、Ｄ＝２．１、接地電極１１の厚さ（端面１１Ａの図面上側の端縁から下側の端縁までの距離）Ｅは、Ｅ＝１．６、接地電極１１の端面１１Ａの図面下側の端縁から絶縁碍子１の端面までの距離Ｆ（以下、セミ沿面気中ギャップＦという）は、Ｆ＝０．５、接地電極１１の端面１１Ａから中心電極２の側周面までの距離Ｇ（以下、側方電極気中ギャップという）は、Ｇ＝１．３，である。また、絶縁碍子１の端面から耐火花消耗部材２１までの所定の離間距離Ｈは、Ｈ＝０．５、とした。
【００２４】
従って、この実施の形態のスパークプラグは、セミ沿面気中ギャップＦ＜側方電極気中ギャップＧ、であるので請求項１の要件を満たす。耐火花消耗部材までの所定の離間距離Ｈ＝０．５＞０．２、であるので請求項２の要件を満たす。中心電極の径Ａ＝２．０≦２、であるので請求項３の要件を満たす。接地電極突き出し量Ｄ＞中心電極突き出し量Ｂであり、（Ｄ−Ｂ）＜接地電極の厚さＥ、であるので請求項４の要件を満たす。また、セミ沿面気中ギャップＦ＝０．５＞０．３、であるので請求項５の要件を満たす。このように、請求項１，２，３，４，５の要件を満たすスパークプラグの耐久性について従来のスパークプラグと対比して実験を行った。
【００２５】
図３は対比実験に使用された従来の２つのスパークプラグの先端部を示す断面図である。図３（Ｂ）のスパークプラグは中心電極２の側周面に耐火花消耗部材（白金）２１が固着され、その耐火花消耗部材２１の一部が絶縁碍子１の中に埋没するように形成されている。この従来のスパークプラグをプラグＢと称することとする。図３（Ｃ）のスパークプラグは中心電極２に耐火花消耗部材は付加されておらず、ニッケル合金である９５ｗｔ％ニッケルである。この従来のスパークプラグをプラグＣと称することとする。これに対し、図２に示す本発明に係るスパークプラグをプラグＡと称することとする。プラグＡ、Ｂ、Ｃは寸法的には全く同一に形成され、耐火花消耗部材の有無及びその固着位置が異なるのみである。また、図３では図２と同様に、中心電極２は数万Ｋｍ走行し摩耗した状態をやや誇張して実線で示し、新品の状態を鎖線で示している。
【００２６】
図４及び図５は実機耐久テスト結果を示すものである。運転条件としては、直列６気筒２リッターのエンジンを用い、５０００ｒｐｍでスロットル全開、ＷＯＴ（Ｗｉｄｅ  Ｏｐｅｎ  Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）、で運転した。この運転は約１７０Ｋｍ／Ｈｒでの走行に相当し、３００Ｈｒの耐久時間で５万Ｋｍの走行に、６００Ｈｒの耐久時間で１０万Ｋｍの走行に相当する。図中で、○はプラグＡ（本発明品）の、□はプラグＢ（従来品Ｐｔ有り）の、△はプラグＣ（従来品Ｐｔ無し）のデータをそれぞれ示している。
【００２７】
図４は運転時間と側方気中ギャップＧの増加量との関係を示すグラフ図である。耐久時間が２００Ｈｒを越すと各プラグのデータの乖離が始まり、４００Ｈｒでは各プラグのデータが大きく乖離している。そして、６００Ｈｒまでほぼ平行に推移する。いずれにしても本発明に係るプラグＡが最もギャップ増加量が少なく耐久性に優れている。プラグＢがこれに次ぎ、プラグＣは最も劣る。
【００２８】
図５は運転時間と放電電圧との関係を示すグラフ図である。放電電圧はアイドルレーシング（アイドル運転で空吹かしを行う）での瞬時の最大放電電圧で評価した。新品の状態では本発明に係るプラグＡは従来品であるプラグＢ、プラグＣよりかえって高い放電電圧を示す。しかし、運転の続行に従って各プラグの放電電圧は逆転し、耐久時間が１００Ｈｒを越すと放電電圧はプラグＡが最も低くなり、プラグＢ、プラグＣがこれに次ぐ。この傾向は耐久時間６００Ｈｒまで続く。そして、プラグＡの放電電圧は徐々に増加率が低下していく。これに対して、プラグＢ、プラグＣは耐久時間２００Ｈｒから３００ＨｒまではプラグＡと同じように増加するのに対し、３００Ｈｒから６００Ｈｒでは放電電圧の増加率が若干増大する傾向が見られる。このような傾向からも、本発明に係るプラグＡが、プラグＢ、プラグＣに比べて耐久性に優れていることがうかがわれる。
【００２９】
次に、上記の６００Ｈｒに及ぶ耐久テストの結果得られた、各プラグＡ、Ｂ、Ｃの耐チャンネリング特性等について述べる。得られた結果を下記の表１に示す。表１から明らかなように、絶縁碍子１がカーボンで汚損された「くすぶり」時のセミ沿面飛火率はいずれのプラグも１００％である。すなわち、どの耐久時間においても「くすぶり」の状態になると、側方の接地電極１１から絶縁碍子１の端面の縁に飛火し、火花は端面に沿って中心電極２に飛火する。従って、絶縁碍子表面のカーボンは火花により焼き清められ、「くすぶり」は確実に火花清浄される。
【００３０】
【表１】
0003574012.tif 000002
【００３１】
次に、５万Ｋｍ（３００Ｈｒ）走行後の中心電極２の上部での飛火率を見ると、プラグＡでは９０％、プラグＢでは３５％、プラグＣでは５５％が中心電極２の上部で飛火していた。残りの％は中心電極２の根本付近に飛火し、絶縁碍子１の端面に沿ったセミ沿面放電をしていることになる。プラグＡでは、図２に示すように、耐火花消耗部材（Ｐｔ）２１が絶縁碍子１の端面から所定の離間距離Ｈ＝０．５ｍｍだけ離れて中心電極２に固着しているから、最初の５万Ｋｍの走行で耐火花消耗部材２１の無い中心電極２の根本近傍が火花消耗してえぐられてしまう。このため、接地電極１１から中心電極２の根本近傍までの距離より接地電極１１から中心電極１１の耐火花消耗部材２１の部分までの距離が短くなってしまい、絶縁碍子１から離れた耐火花消耗部材２１への飛火が９０％と支配的になると考えられる。中心電極２の根本近傍がえぐられた結果、根本近傍の電界が緩和してしまうからだと考えても良い。
【００３２】
プラグＢでは、図３（Ｂ）に示すように、耐火花消耗部材（Ｐｔ）２１の一部を絶縁碍子１に埋没するようにして中心電極２に固着されているから、プラグＡとは逆に、最初の５万Ｋｍの走行で中心電極２の先端部が火花摩耗する。このため、接地電極１１から中心電極２の先端部までの距離が長くなり、あるいは、中心電極２の先端部の電界が緩和され、結果的に中心電極２の先端部への飛火が３５％と低減する。そして、耐火花消耗部材２１で覆われた中心電極２の根本近傍への飛火が支配的になる。
【００３３】
プラグＣでは、図３（Ｃ）に示すように、中心電極２に耐火花消耗部材が固着されていないから、最初の５万Ｋｍの走行で中心電極２の根本と先端部の双方が摩耗する。そして、中心電極２の先端部への飛火が５５％となり、先端部と根本部への飛火がほぼ半々になる。
【００３４】
次に、１０万Ｋｍ（６００Ｈｒ）走行後の絶縁碍子１の表面に生じたチャンネリング溝の深さを走査型電子顕微鏡の観察により測定した。判定条件は、後述する最適な離間距離を決定するためのテスト結果も含めて、溝深さが０．２ｍｍ未満を軽（◎）、０．２〜０．３ｍｍを小（○）、０．３〜０．４ｍｍを中（△）、０．４ｍｍを超えるものを重（×）とした。
【００３５】
本発明に係るプラグＡでは◎であり、ごく軽微なチャンネリングが散見されるに留まった。これに対して、従来のプラグＢ及びプラグＣでは△であり、浅いチャンネリングが見出された。これらの結果は、前述の５万Ｋｍ走行後の中心電極上部での飛火率から、おおよそ推察されるところである。
【００３６】
次に、最適な離間距離Ｈを決定するために、他の各部寸法をプラグＡと同一に設定し、絶縁碍子１の端面から耐火花消耗部材２１までの離間距離Ｈを、Ｈ＝０、Ｈ＝０．１、Ｈ＝０．２、Ｈ＝０．３、Ｈ＝０．４（ｍｍ）、にそれぞれ設定した各種のスパークプラグを用意した。これらのスパークプラグについて、上述の実機耐久テストを６００Ｈｒ行った後の絶縁碍子１の耐チャンネリング特性結果を下記の表２に示す。
【００３７】
【表２】
0003574012.tif 000003
【００３８】
このチャンネリング状況から、耐火花消耗部材（Ｐｔ）２１が絶縁碍子１の端面と同一平面上の中心電極２に固着されているＨ＝０ｍｍの場合は、チャンネリングの程度が大きい。そして、離間距離がＨ＝０．１ｍｍではチャンネリングの程度がやや軽くなり、Ｈ＝０．２ｍｍ以上離れるとチャンネリングは殆ど生じなくなる。
【００３９】
以上説明したように、前記の図２に示す本発明の実施の形態によれば、図４、図５のグラフ図及び表１から明らかなように、間欠セミ沿面放電型のスパークプラグでありながら、チャンネリングに強く、耐久性に優れ、かつ、低負荷時のカーボン汚損にも強いという利点がある。また、絶縁碍子１の端面と耐火花消耗部材２１との離間距離Ｈは、０．２ｍｍ以上あることが好ましい。
しかしながら、本発明の実施の形態は前記の図２に示すものに限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。以下、図面を参照し説明する。
【００４０】
図６（Ａ）は第２の実施の形態を示すスパークプラグ先端部の断面図である。このスパークプラグでは中心電極２の側周ではなく先端に円板状の耐火花消耗部材（白金Ｐｔ）２２が抵抗溶接により固着されている。その他は図２に示す第１の実施の形態と同じである。
このように形成すると、数万Ｋｍの走行後は中心電極２の側周部が火花消耗し、若干径が細くなる。先端の耐火花消耗部材２２の部分はその径がほぼ維持されるため飛火が先端部に集中し火花が絶縁碍子１から離れる。このため、耐チャンネリング性に優れたスパークプラグになる。絶縁碍子１が汚損されたときは接地電極１１から絶縁碍子１に飛火し、セミ沿面放電が生じて火花清浄する。この実施の形態は電界の集中しやすい中心電極先端部の形状が維持されるため、中心電極先端部での飛火率がより高くなり、それだけ耐チャンネリング性に優れ寿命が長くなるという利点がある。また、先端部で飛火するため着火性に優れるという利点がある。
この第２の実施の形態は請求項８に対応している。
【００４１】
図６（Ｂ）は第３の実施の形態を示すスパークプラグ先端部の断面図である。この実施の形態では中心電極の露出部の径が先端部を除き縮径されている。中心電極２′の縮径された部分の径Ｊは、Ｊ＝１．６（単位はｍｍ以下同じ）であり中心電極２′の本来の径Ａ＝２．０に比べて０．４ｍｍ縮径されている。中心電極２′の先端に径が２．０ｍｍの円板状の耐火花消耗部材（白金Ｐｔ）２３が抵抗溶接により固着されている。その他は図６（Ａ）に示す第２の実施の形態と同じである。
このように形成すると、走行の最初の段階から、放電間隔が狭く電界の集中する中心電極２′の先端部の耐火花消耗部材２３に飛火が集中し、中心電極２′の根本近傍での飛火頻度がはるかに低減する。従って、それだけより耐チャンネリング性に優れ寿命が長くなり、着火性に優れるという利点がある。
【００４２】
上記の第３の実施の形態は請求項７に記載の発明に対応している。本来の径Ａに対して縮径された部分の径Ｊの縮径の程度は、−０．２〜−１，０ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは、−０．３〜−０．６ｍｍの範囲が好ましい。また、縮径された部分の径Ｊは１．０ｍｍ以上であることが好ましい。中心電極２′の強度確保の要請からである。
【００４３】
図７は第４の実施の形態を示すスパークプラグ先端部の断面図である。このスパークプラグでは接地電極１１′の端面１１Ａ′が中心電極２の側周面に斜めに対向している。そして、接地電極１１′の端面１１Ａ′のうち図面下側の端縁１１Ｂから中心電極２の側周面までの最短距離Ｇ′より、接地電極１１′から絶縁碍子１までの最短距離Ｆ′の方が短くなるように形成されている。その他は図６（Ａ）に示す第２の実施の形態と同じである。
【００４４】
このように形成すると、走行の最初の段階から、放電間隔が狭く電界の集中する接地電極１１′の端面１１Ａ′のうち図面下側の端縁１１Ｂと中心電極２の側周面に飛火が集中し、中心電極２の根元近傍での飛火頻度がはるかに低減する。また、数万Ｋｍの走行後は中心電極２の側周部が火花消耗し、若干径が細くなる。先端の耐火花消耗部材２２の部分はその径がほぼ維持されるため、飛火が先端部にさらに集中する。このため、耐チャンネリング性に優れたスパークプラグになる。絶縁碍子１が汚損されたときは接地電極１１′から絶縁碍子１に飛火し、セミ沿面放電が生じて火花清浄する。
【００４５】
この実施の形態は電界の集中しやすい中心電極先端部の形状が維持されるため、中心電極先端部での飛火率がより高くなり、それだけ耐チャンネリング性に優れ寿命が長くなるという利点がある。また、先端部で飛火するため着火性に優れるという利点がある。従って、それだけより耐チャンネリング性に優れ寿命が長くなり、着火性に優れるという利点がある。この第４の実施の形態は請求項８に対応している。
【００４６】
図８は第５の実施の形態を示し、図８（Ａ）は先端部の断面図を、図８（Ｂ）は斜視図を示している。この実施の形態では、図２に示す第１の実施の形態のように中心電極２の側周の全周に渡って帯状に耐火花消耗部材２１を配設するのではなく、接地電極１１の端面１１Ａに対向する部分にのみ、白金（Ｐｔ）からなる二つの円形の耐火花消耗部材２４を配設しレーザ溶接により固着している。
この実施の形態は高価な耐火花消耗部材の使用量が少なくてすむという利点がある。
【００４７】
図９は第６の実施の形態を示し、図９（Ａ）は先端部の断面図を、図９（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ斜視図を示している。この実施の形態では、図６（Ａ）に示す第２の実施の形態のように中心電極２の先端面の全面に渡って円板状の耐火花消耗部材２２を配設するのではなく、中心電極２の先端面に棒状の耐火花消耗部材２５を置き、その両端部が接地電極１１の端面１１Ａに対向するように配設してレーザ溶接若しくは抵抗溶接で固着している。図９（Ｂ）では四角柱状の耐火花消耗部材２５が用いられ、その稜辺が中心電極２の先端面に接するように固着されている。図９（Ｃ）では同じく四角柱状の耐火花消耗部材２６が用いられ、その辺面が中心電極２の先端面に接するように固着されている。図９（Ｄ）では円柱状の耐火花消耗部材２７が用いられ、その周面が中心電極２の先端面に接するように固着されている。
【００４８】
図面では明示していないが、棒状の耐火花消耗部材２５，２６，２７の両端部を中心電極２の側周面より僅かに外方に突出させても良い。
この実施の形態は高価な耐火花消耗部材の使用量が少なくてすむという利点がある。また、電界が棒状の耐火花消耗部材２５，２６，２７の端部に集中しやすいので耐火花消耗部材の端部への飛火率が高くなるという利点がある。
この第６の実施の形態は請求項８の発明に対応する。
【００４９】
図１０（Ａ）は第７の実施の形態を示している。中心電極２の側周の接地電極１１の端面１１Ａに対向する位置に、腹巻き状に、白金（Ｐｔ）からなる耐火花消耗部材２８がレーザ溶接により固着されている。
【００５０】
図１０（Ｂ）は第８の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態は図９（Ａ）に示すスパークプラグの中心電極２の先端部を切断あるいは研削により削除した形状をしている。このため、腹巻き状の耐火花消耗部材２９の上端が中心電極２の先端に露出している。この実施の形態は中心電極２の先端に電界が集中しやすく、中心電極２の先端の耐火花消耗部材２９への飛火率が向上し、着火性が良くなると共にチャンネリングに強くなるという利点がある。
この第８の実施の形態は請求項８の発明に対応する。
【００５１】
図１１は第９の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態の中心電極２や耐火花消耗部材２８の形状は図１０（Ａ）に示す第７の実施の形態と同じである。ここでは、絶縁碍子１′の端面１Ｄの形状が異なる。絶縁碍子１′の端面１Ｄの形状は、平面ではなく、中心電極２に向かうに従ってえぐられた、すり鉢形状をしている。すり鉢形状の端面１Ｄとすることにより、絶縁碍子１′の端面１Ｄの沿面距離が長くなり、それだけ汚損に強くなり、また、チャンネリングにも強くなる。
この第９の実施の形態は請求項６の発明に対応している。
【００５２】
図１２（Ａ）は第１０の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態では中心電極４１は絶縁碍子１の端面から僅かしか突出しておらず、中心電極４１の先端面には円板状の耐火花消耗部材３０が抵抗溶接により固着されている。接地電極１１は、その端面１１Ａが中心電極４１の側周面に対向すると共に、接地電極１１の端面１１Ａのスパークプラグ先端側（図面上側）の端縁と後退側（図面下側）の端縁の間に、絶縁碍子１の端面が位置するように配置されている。いわゆるセミ沿面放電型のスパークプラグである。そして、絶縁碍子１の端面から接地電極１１の後退側の端縁までの軸方向距離Ｋが、接地電極１１の厚さ（端面１１Ａの先端側の端縁から後退側の端縁までの距離）Ｌの４０％以上となるように形成されている。
【００５３】
このようにすると、接地電極１１の端面１１Ａの図面上側の端縁から中心電極４１の耐火花消耗部材３０に飛火しやすくなり、火花が絶縁碍子１の表面にまとわりつくことが無くなるので、チャンネリングに強くなる。
この実施の形態は請求項８及び９の発明に対応している。
【００５４】
図１２（Ｂ）は第１１の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態では、中心電極４２の先端に、円板状の耐火花消耗部材ではなく、円環状の耐火花消耗部材３１がレーザ溶接又は抵抗溶接により固着されている。その他は図１２（Ａ）に示す第１０の実施の形態と同じであり、第１０の実施の形態と同じ作用効果を奏する。この実施の形態は高価な耐火花消耗部材の使用量が少なくて良いという利点を持つ。
この実施の形態は請求項８及び９の発明に対応している。
【００５５】
図１３は第１２の実施の形態を示す断面図である。この実施の形態では中心電極４３が絶縁碍子１の端面より若干突出し、中心電極４３の先端近傍の側周に帯状の耐火花消耗部材３２がレーザ溶接により固着されている。その他は第１０の実施の形態と同じである。
この実施の形態は請求項８及び９の発明に対応している。
【００５６】
以上述べた実施の形態では接地電極１１の数をいずれも２極として説明した。しかし、接地電極１１の極数は２極に限定されるものではなく、３極、４極といった多極のスパークプラグとしても実現できることは明らかである。耐汚損性の性能からは多極のものの方が優れているが製作コストを勘案して極数が決定される。
【００５７】
普通のスパークプラグは要求電圧が低いことから負極性で用いることが多い。しかし、本発明に係るスパークプラグは正極性で用いても要求電圧がさほど上昇しない。このため、このスパークプラグを両極性の電源で使用することができ、点火システムのコストを低減することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、接地電極の端面から中心電極の側周面までの最短距離より接地電極の端面から絶縁碍子までの最短距離の方が短くなるように形成し、中心電極の一部に絶縁碍子の端面とは少なくとも所定の離間距離を有して耐火花消耗部材を固着したものであるから、「くすぶり」等に対する耐汚損性に極めて優れ、かつ、絶縁碍子のチャンネリングも少なく、また、中心電極の火花消耗も少なく、スパークプラグの寿命が長いという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパークプラグの部分断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るスパークプラグの先端部を拡大して示す断面図である。
【図３】従来のスパークプラグの先端部を拡大して示す断面図である。
【図４】耐久運転時間と側方気中ギャップの増加量との関係を示すグラフ図である。
【図５】耐久運転時間と放電電圧との関係を示すグラフ図である。
【図６】（Ａ）は第２の実施の形態を示すスパークプラグ先端部の断面図、（Ｂ）は第３の実施の形態を示す断面図である。
【図７】第４の実施の形態を示すスパークプラグ先端部の断面図である。
【図８】第５の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。
【図９】第６の実施の形態を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は中心電極の先端付近を示す斜視図である。
【図１０】（Ａ）は第７の実施の形態を示す断面図、（Ｂ）は第８の実施の形態を示す断面図である。
【図１１】第９の実施の形態を示す断面図である。
【図１２】（Ａ）は第１０の実施の形態を示す断面図、（Ｂ）は第１１の実施の形態を示す断面図である。
【図１３】第１２の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  絶縁碍子
１Ｃ  中心貫通孔
１Ｄ  すり鉢状の端面
２  中心電極
５  主体金具
１１  接地電極
２１  耐火花消耗部材
【図１】
0003574012.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003574012.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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