(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
該絶縁体の軸孔の先端側に配設される中心電極と、
前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
一端が該主体金具に結合された第１接地電極本体と、該第１接地電極本体の他端部の中心電極側内周面に接合し、前記中心電極の先端面と放電ギャップを隔てて対向する貴金属チップとを有する第１接地電極と、
一端が該主体金具に結合し、他端面が少なくとも前記絶縁体の側周面に対向するように配設され、前記中心電極の側周面と自身の他端面との間に沿面ギャップを形成する第２接地電極と、
を備え、
前記貴金属チップの前記中心電極の先端面と対向する対向面の面積をＳ（単位はｍｍ２）、前記貴金属チップの対向面と前記第１接地電極本体の中心電極側内周面との軸線方向の距離をｔ（単位はｍｍ）、前記気中ギャップの距離をＭ（単位はｍｍ）、前記中心電極の側周面と前記第２接地電極の他端面との径方向の最短距離をＦ（単位はｍｍ）、前記第２接地電極の前記他端面と前記絶縁体の前記側周面との径方向の最短距離をＡ（単位はｍｍ）、前記絶縁体の先端面と前記気中ギャップの中間点との軸線方向の最短距離Ｈ（単位はｍｍ）、前記絶縁体の先端面と前記第２接地電極の他端面の前記先端側縁との軸線方向の最短距離Ｌ（単位はｍｍ）とが、前記第２接地電極の他端面の先端側縁が前記絶縁体の先端面より突出した場合を＋としたとき、放電電圧のばらつきを抑制するために、
０．１２≦Ｓ≦１．１５
０．３≦ｔ≦１．５
Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）≦１．８Ｍ
−０．３≦Ｌ／Ｈ
を満たすように各部の寸法を決めたことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
M≦Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）
Ｌ／Ｈ≦０．７
であることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスパークプラグにおいて、
前記貴金属チップは、Ｉｒ及びＰｔのいずれか一方を主成分とするスパークプラグ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、
Ｍ＞０．６ｍｍであることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、第２接地電極は複数設けられていることを特徴とするスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグは、中心電極の先端だけでなく、接地電極の先端にも柱状の貴金属チップを有するタイプのものが多数提案されている。これは、気中ギャップを形成する中心電極及び接地電極が火花放電により消耗し、耐久性が低下する。そこで、接地電極の気中ギャップの位置に貴金属チップを形成することで、耐久性を維持している。
【０００３】
さらに最近では、エンジンの更なる高性能化の要求が高まりつつあり、スパークプラグにおいても、更なる着火性の向上が求められている。この着火性の向上のために、柱状の貴金属チップを細くすることが有効である。これは、気中ギャップにできた火炎核が、スワール等により成長しようとする。その際に、貴金属チップが成長した火炎核と接触し、成長を妨げる（以後、消炎作用とも言う）。このとき、貴金属チップが太いと火炎核が貴金属チップに接触しやすく、消炎作用の影響を受けやすい。そこで、貴金属チップを細くして火炎核の貴金属チップへの接触による消炎作用の影響を抑制し、火炎核の成長を促進させた構造が多く採用されている。
【０００４】
また、上記貴金属チップの中心電極と対向する対向面と接地電極（具体的には接地電極本体）の中心電極側内周面との軸線方向の距離（以後、突き出し量ともいう）を大きくすることも有効である。これは、火炎核の成長する過程において、この突き出し量が少ないと、この火炎核が接地電極本体に早期に接触しやすくなり、消炎作用が起こりやすくなる。よって、突き出し量が大きくなるようにすることで、火炎核の成長を促進させた構造が多く採用されている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００１−３４５１６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、発明者等により検討した結果、特許文献１のようなスパークプラグでは、放電電圧にばらつきが生じることが分かった。この放電電圧にばらつきが生じると、放電電圧が高くなった時に、気中ギャップで火炎核が形成されにくくなり、着火性が低下し、失火するなどの虞があった。また、絶縁体の表面にカーボン等が付着し、いわゆる「くすぶり」の状態となった場合、放電電圧が高くなった時には、火花放電が中心電極と接地電極との間で飛火せず、絶縁体表面を沿って主体金具と飛火する虞があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、接地電極に形成された貴金属チップを細くし、且つ、突き出し量を大きくすることで着火性を向上させたスパークプラグにおいて、放電電圧のばらつきを抑制し、着火性を維持することができるスパークプラグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明者等の鋭意検討の結果、本発明のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、該絶縁体の軸孔の先端側に配設される中心電極と、前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、  一端が該主体金具に結合された第１接地電極本体と、該第１接地電極本体の他端部の中心電極側内周面に接合し、前記中心電極の先端面と放電ギャップを隔てて対向する貴金属チップとを有する第１接地電極と、一端が該主体金具に結合し、他端面が少なくとも前記絶縁体の側周面に対向するように配設され、前記中心電極の側周面と自身の他端面との間に沿面ギャップを形成する第２接地電極と、を備え、
前記貴金属チップの前記中心電極の先端面と対向する対向面の面積をＳ（単位はｍｍ２）、前記貴金属チップの対向面と前記第１接地電極本体の中心電極側内周面との軸線方向の距離をｔ（単位はｍｍ）、前記気中ギャップの距離をＭ（単位はｍｍ）、前記中心電極の側周面と前記第２接地電極の他端面との径方向の最短距離をＦ（単位はｍｍ）、前記第２接地電極の前記他端面と前記絶縁体の前記側周面との径方向の最短距離をＡ（単位はｍｍ）、前記絶縁体の先端面と前記気中ギャップの中間点との軸線方向の最短距離Ｈ（単位はｍｍ）、前記絶縁体の先端面と前記第２接地電極の他端面の前記先端側縁との軸線方向の最短距離Ｌ（単位はｍｍ）とが、前記第２接地電極の他端面の先端側縁が前記絶縁体の先端面より突出した場合を＋としたとき、放電電圧のばらつきを抑制するために、
０．１２≦Ｓ≦１．１５
０．３≦ｔ≦１．５
Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）≦１．８Ｍ
−０．３≦Ｌ／Ｈ
を満たすように各部の寸法を決めたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のスパークプラグによれば、柱状に形成された貴金属チップの対向面の面積Ｓを、０．１２ｍｍ２以上１．１５ｍｍ２以下としている。このように、貴金属チップが細くなることで気中ギャップにできた火炎核が、スワール等により成長する際に、火炎核の貴金属チップへの接触による消炎作用の影響を抑制でき、火炎核の成長を促進させることができる。つまり、着火性が向上する。なお、貴金属チップの対向面の面積が０．１２ｍｍ２未満であると、貴金属チップ自身が細くなりすぎて、スパークプラグの耐久性が低下する。一方、貴金属チップの対向面の面積が１．１５ｍｍ２を越えると、貴金属チップが太くなりすぎて、上記着火性を向上させる効果を得られにくい。なお、貴金属チップは柱状であれば良く、円柱や三角柱や四角柱等の多角柱で良い。
【０００９】
また、本発明のスパークプラグによれば、貴金属チップの対向面と第１接地電極本体の中心電極側内周面との軸線方向の距離をｔ（単位はｍｍ）を、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下としている。このように、貴金属チップの突き出し量が大きくなることで、中心電極と第１接地電極とにより形成される気中ギャップにできた火炎核が、スワール等により成長する際に、早期に第１接地電極本体に接触する可能性が低くなり、上記の貴金属チップの対向面の面積と相俟って、着火性が向上する。なお、貴金属チップの対向面と第１接地電極本体の中心電極側内周面との軸線方向の距離ｔが０．３ｍｍ未満となると、上記のように、火炎核が早期に第１接地電極本体に接触することを有効に抑制する効果が得られにくい。一方、貴金属チップの対向面と第１接地電極本体の中心電極側内周面との軸線方向の距離ｔが１．５ｍｍを越えると、貴金属チップの熱容量が大きくなり、貴金属チップ自身の耐久性が低下することがある。なお、本発明における「中心電極側内周面」とは、第１接地電極本体における中心電極と対向する側の面のことである。
【００１０】
ところで、上記のように貴金属チップを細くし、且つ、貴金属チップの突き出し量を大きくしたスパークプラグでは、放電電圧のばらつきが大きくなり、着火性を維持することができない虞があった。そこで、本発明のスパークプラグは、一端が該主体金具に結合され、他端面が中心電極の側周面及び／又は絶縁体の側周面に対向するように配設され、中心電極の側周面と第２接地電極の他端面との間に沿面ギャップを形成する第２接地電極とを備える。このように第２接地電極を備えることで、気中ギャップ付近の電界強度を集中させることができ、放電電圧のばらつきが抑制できる。その上、気中ギャップ付近の電界強度が集中することで、放電電圧が低減され、失火が起こりにくくなる。
【００１１】
なお、本発明のスパークプラグは、気中ギャップの距離をＭ（単位はｍｍ）、中心電極の側周面と第２接地電極の他端面との径方向の最短距離をＦ(単位はｍｍ)、第２接地電極の他端面と絶縁体の側周面との径方向の最短距離をＡ（単位はｍｍ）絶縁体の先端面と気中ギャップの中間点との軸線方向の最短距離Ｈ（単位はｍｍ）、絶縁体の先端面と第２接地電極の他端面の先端側縁との軸線方向の最短距離Ｌ（単位はｍｍ）とが、第２接地電極の他端面の先端側縁が絶縁体の先端面より突出した場合を＋としたときに、Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）≦１．８Ｍ、−０．３≦Ｌ／Ｈとなっている。Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）が１．８Ｍを越えると、気中ギャップ付近の電界強度を集中させることができにくくなり、放電電圧のばらつきを抑制する効果を得られない。また、Ｌ／Ｈが、−０．３未満であっても、気中ギャップ付近の電界強度を集中させることができなくなり、放電電圧のばらつきを抑制することができない。なお、本発明における「第２接地電極の他端面の先端側縁」とは、第２接地電極の他端面の中で、中心電極から軸線方向に最も離れた周縁のことである。
【００１２】
さらに、Ａは０．２ｍｍ以上であることが好ましい。Ａが０．２ｍｍ未満となると、絶縁体と第２接地電極との距離が狭くなり、絶縁体と第２接地電極との間でブリッジが生じることがある。
【００１３】
さらに、本発明のスパークプラグは、M≦Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）、Ｌ／Ｈ≦０．７であることが好ましい。Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）がＭ未満となると、第２接地電極の他端面と中心電極の側周面との間の沿面ギャップにて火花放電が起こりやすくなり、気中ギャップでの火花放電が起こりにくくなり、着火性が低下することがある。一方、Ｌ／Ｈが、０．７より大きくなると、気中ギャップ付近に第２接地電極が近づきすぎて、第２接地電極による消炎作用が起こりやすくなる虞がある。つまり、火炎核の成長する過程において、この火炎核が第２接地電極本体に早期に接触しやすくなり、着火性の低下することがある。
【００１４】
また、本発明のスパークプラグは、貴金属チップが、Ｉｒ及びＰｔのいずれか一方を主成分とすることが好ましい。これにより、貴金属チップの耐久性が向上する。さらに、貴金属チップは、主成分がＩｒの場合には、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも１つが含有された合金であることが好ましい。また、貴金属チップは、主成分がＰｔの場合には、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも１つが含有された合金であることが好ましい。なお、本発明において「主成分」とは、含有する成分が最も多い成分のことである。
【００１５】
さらに、本発明のスパークプラグは、Ｍ＞０．６ｍｍであることが好ましい。このような、気中ギャップの距離Ｍが０．６ｍｍより大きいスパークプラグでは、貴金属チップを細くし、突き出し量を大きくした場合、放電電圧のばらつきが大きくなる傾向がある。そこで、気中ギャップの距離Ｍが０．６ｍｍより大きく設定されるスパークプラグでは、本発明を適用することにより、有効に放電電圧のばらつきを抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明のスパークプラグは、第２接地電極が複数設けられていることが好ましい。このように、第２接地電極を複数設けることで、更に気中ギャップ付近の電界強度を集中させることができ、放電電圧のばらつきが抑制できる。一方、第２接地電極は多くとも３つ以下が好ましい。４つ以上となると、気中ギャップ付近に配置される第２接地電極が多くなり、第２接地電極による消炎作用が起こりやすくなり、着火性の低下することがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のいくつかの実施の形態を図面を用いて説明する。図１及び図２に示す本発明の実施形態１の抵抗体入りスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部が突出するようにその主体金具１に嵌め込まれた絶縁体２、先端側に接合された第１貴金属チップ３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、第１貴金属チップ３１（中心電極３）の先端面と対向するように配置された第１接地電極４、中心電極３及び絶縁体２と対向するように配置された２つの第２接地電極５等を備えている。第２接地電極５はそれぞれ第１接地電極４から９０°ずれた位置に配設され、第２接地電極５同士は、１８０°ずれた位置に配設される。第１接地電極４は、その他端部が第１貴金属チップ３１の先端面とほぼ平行に対向するように曲げられており、第１貴金属チップ３１と対向する位置に第２貴金属チップ４１が形成されている。そして、これら第１貴金属チップ３１と第２貴金属チップ４１との間が気中ギャップｇ１となっている。また、第２接地電極５は、その他端面が中心電極の側周面との間で沿面ギャップｇ２を形成している。この沿面ギャップにおいて、火花放電は、絶縁体表面を這う沿面放電と、気中を飛ぶ気中放電が起こる。
【００１８】
主体金具１は炭素鋼等で形成され、図１に示すように、その外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取付けるためのねじ部１２が形成されている。また、絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有している。貫通孔６の一方の端部側に端子金具１３が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内において端子金具１３と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部には、導電性ガラスシール層１６、１７を有し、導電性ガラスシール層１６、１７を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。
【００１９】
中心電極３は、電極母材３ａが表面に形成され、内部に金属芯３ｂが挿入されている。そして、中心電極３の電極母材３ａは、INCONEL６００（INCO社の登録商標）等のＮｉ合金である。一方、金属芯３ｂは、Ｃｕ、Ａｇ等を主成分とする合金からなる。この金属芯３ｂは、電極母材３ａよりも熱伝導率が高い。そして、中心電極３の電極母材３ａは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構成され、ここに円板状の貴金属チップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部を形成してこれを固着することにより第１貴金属チップ３１が形成される。上記第１貴金属チップ３１は、Ｐｔ、Ｉｒを主成分とする金属にて構成される。具体的には、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｉｒ、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｒｈ等のＰｔ合金や、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ−１ｗｔ％Ｒｈ−１ｗｔ％Ｎｉ、Ｉｒ−１０ｗｔ％Ｒｈ−５ｗｔ％Ｎｉ等のＩｒ合金が挙げられる。
【００２０】
第１接地電極４は、第１接地電極本体４ａと第２貴金属チップ４１から構成されている。そのうち第１接地電極本体４ａは、一端４２が、主体金具１の先端面に対して溶接等により固着・一体化されている。一方、第１接地電極本体４ａの他端部４３には、第２貴金属チップ４１が備えられている。この第２貴金属チップ４１は、円柱状の貴金属チップを第１接地電極本体４ａの所定位置に設け、レーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により固着することにより第２貴金属チップ４１が形成される。上記第２貴金属チップ４１は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＷを主成分とする金属にて構成される。具体的には、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｎｉ、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｒｈ、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｒｈ−５ｗｔ％Ｎｉ等のＰｔ合金や、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ、Ｉｒ−１１ｗｔ％Ｒｕ−８ｗｔ％Ｒｈ−１ｗｔ％Ｎｉ等のＩｒ合金が挙げられる。そして、第２貴金属チップ４１の対向面４１ａは、中心電極先端面（具体的には第１貴金属チップ３１の先端面３１ａ）に対向している。さらに、第１接地電極本体４ａは、INCONEL６００等のＮｉ合金で形成されている。なお、本実施形態において、中心電極３の第１貴金属チップ３１の先端面３１ａと平衡接地電極４の第２貴金属チップ４１の対向面４１ａとの間の放電ギャップｇ１の距離Ｍは、１．１ｍｍとなっている。
【００２１】
そして、本実施形態において第２貴金属チップ４１の中心電極３の貴金属チップ３１との対向面４１ａの直径Ｂがφ０．７ｍｍ（面積Ｓは０．３８ｍｍ２）、第１接地電極本体４ａからの突き出し量ｔが０．８ｍｍとなっている。このように、第２貴金属チップ４１の対向面の面積Ｓが０．１２ｍｍ２以上１．１５ｍｍ２以下となっているので、火炎核の貴金属チップへの接触による消炎作用の影響を抑制でき、火炎核の成長を促進させることができ、着火性が向上する。また、第２貴金属チップ４１の第１接地電極本体４ａからの突き出し量ｔが０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下となっているので、早期に第１接地電極本体に接触する可能性が低くなり、火炎核の成長を促進することで、着火性が向上する。
【００２２】
第２接地電極５は、一端５２が、主体金具１の先端面に対して溶接等により固着・一体化されている。一方、第２接地電極５の他端部５３は、中心電極側周面及び絶縁体２の側周面に対向している。第２接地電極５は、Ｎｉが９０ｗｔ％以上含有されたＮｉ合金で形成されている。
【００２３】
そして、本実施形態において中心電極３の側周面と第２接地電極５の他端面５３との径方向の最短距離Ｆが１．６ｍｍ、第２接地電極５の他端面５３と絶縁体２の側周面との径方向の最短距離Ａが０．６ｍｍとなっている。つまり、Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）＝１．３となっており、１．１８Ｍとなっている。このように、Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）≦１．８Ｍとなることで、気中ギャップｇ１付近の電界強度を集中させることができ、放電電圧のばらつきが抑制できる。よって、着火性を維持することができる。
【００２４】
さらに、本実施形態の絶縁体２の先端面２ａと気中ギャップｇ１の中間点Ｐとの軸線方向の距離Ｈが２．０５ｍｍ、絶縁体２の先端面２ａと第２接地電極５の他端面５３の先端側縁５３ａとの軸線方向の距離Ｌが１ｍｍとなっている。このように、Ｌ／Ｈが−０．３以上となることでも効果的に放電電圧のばらつきを抑制することができる。なお、前記絶縁体の先端面より突出した場合を＋として−の値となる場合は、図４のように絶縁体２の先端面２ａよりも第２接地電極５の他端面５３の先端側縁５３ａが引っ込んだ形状となる。
【００２５】
このようなスパークプラグ１００は、次のようにして製造する。但し、スパークプラグ１００の要部の製造方法を中心に説明し、公知部分については、説明を省略または簡略化する。
【００２６】
まず、主原料にアルミナを使用し、高温の所定の形状に焼成することによって絶縁体２を形成する。また、鋼材を使用し、所定の形状に塑性加工することによって、主体金具１を形成する。この際、主体金具１の先端部の外周面にねじ部１２を形成している。次いで、Ｎｉ耐熱合金からなる棒状の中心電極３、第１接地電極本体４ａ、第２接地電極５を作成する。なお、中心電極３の形成時には、金属芯３ｂを挿入して形成している。そして、第１接地電極本体４ａ及び第２接地電極５を主体金具１の先端面に電気抵抗溶接する。その後、第２接地電極５を公知の手法により軸線方向に曲げる。一方、中心電極３は、先端部を縮径し、その先端面に第１貴金属チップ３１を電気抵抗溶接、レーザ溶接等により固設する。
【００２７】
そして、絶縁体２の軸孔６に中心電極３を先端側が絶縁体２から突出するように挿入し、次いで、後端側に導電性シール層１６、抵抗体１５、導電性シール層１７を順に挿入し、さらに、絶縁体２の後端側に、絶縁体２の後端から端子金具５の後端側が突出するように端子金具８を挿入して、公知の手法を使って、固設する。そして、中心電極３、端子金具８等が固設された絶縁体２を、第１接地電極本体４ａ、第２接地電極５が固設された主体金具１に第２接地電極５との第２放電ギャップｇ２をあわせながら公知の手法により、組み付ける。そして、第１接地電極本体４ａの他端部に第２貴金属チップ４１を電気抵抗溶接、レーザ溶接等により固設する。そして、第１接地電極４の第２貴金属チップが４１の対向面４１ａが中心電極３の第１貴金属チップ３１の先端面３１ａと第１放電ギャップｇ１を介して対向するように、第１接地電極４（第１接地電極本体４ａ）を曲げ、図１に示すような、内燃機関用スパークプラグ１００が完成する。
【実施例１】
【００２８】
本発明の効果を確認するために、以下の各種実験を行った。
まず、接地電極に接合される貴金属チップを細くし、且つ、突き出し量を大きくすることで着火性を向上させたスパークプラグにおける放電電圧のばらつきについて測定した。まず、実施例のスパークプラグは、絶縁体２の材質として焼結アルミナセラミックを、中心電極３の電極本体３ａの材質としてINCONEL６００、芯材３ｂとして銅芯、第１接地電極本体４ａの材質としてINCONEL６００、第２接地電極５の材質として耐熱Ｎｉ合金（９０ｗｔ％Ｎｉ合金）、第１貴金属チップ３１の材質としてＩｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ、第２貴金属チップ４１の材質としてＰｔ−２０ｗｔ％Ｎｉを、それぞれ選定した。なお、第１貴金属チップ３１の直径をφ０．６の円柱状で、第２貴金属チップ４１の突き出し量ｔを０．８ｍｍ、直径をφ０．７ｍｍの円柱状とした。さらに、第１接地電極本体４ａの幅を２．５ｍｍ、高さ１．４ｍｍとしている。一方、比較例のスパークプラグは、第２貴金属チップ４１の突き出し量ｔが０．１ｍｍとし、その他の材質、及び、寸法は実施例と同様のものとした。
【００２９】
そして、Ｍを０．４、０．６、０．８、１．０、１．２（それぞれ単位はｍｍ）としたときの実施例及び比較例のスパークプラグにおいて、電圧ばらつきの比較を行った。結果を表１に示す。なお、評価試験として、実施例及び比較例のスパークプラグをそれぞれ１個用意し、机上火花試験を行った。具体的には、０．６ＭＰａの雰囲気中で、スパークプラグに火花放電を５００回起こした。そして、５００回の放電電圧の標準偏差をそれぞれ測定し、同じギャップでの実施例のスパークプラグにおける放電電圧の標準偏差と比較例のスパークプラグにおける放電電圧の標準偏差との比較を行った。
【００３０】
【表１】
0004840839.tif 000002
【００３１】
表１によると、Ｍが０．６ｍｍ以下の場合、比較例と実施例との放電電圧の標準偏差の差は殆ど無かったが、Ｍが０．６ｍｍを超えると、本実施例が比較例に比べて、放電電圧の標準偏差が大きくなった。つまり、接地電極に接合される貴金属チップを細くし、且つ、突き出し量を大きくすることで着火性を向上させたスパークプラグは、Ｍが０．６ｍｍを超えると放電電圧にばらつきが生じやすくなることがわかる。
【実施例２】
【００３２】
次に、図１から図３に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。実施例１と同様に絶縁体２の材質として焼結アルミナセラミックを、中心電極３の電極本体３ａの材質としてINCONEL６００、芯材３ｂとして銅芯、第１接地電極本体４ａの材質としてINCONEL６００、第２接地電極５の材質として耐熱Ｎｉ合金（９０ｗｔ％Ｎｉ合金）、第１貴金属チップ３１の材質として、Ｉｒ−２０ｗｔ％Ｒｈ、第２貴金属チップ４１の材質としてＰｔ−２０ｗｔ％Ｎｉを、それぞれ選定した。なお、第１貴金属チップ３１の直径をφ０．６の円柱状で、第２貴金属チップ４１の突き出し量ｔを０．８ｍｍ、直径をφ０．７ｍｍの円柱状とした。さらに、第１接地電極本体４ａの幅を２．５ｍｍ、高さ１．４ｍｍとし、また、第２接地電極５の幅２．２ｍｍ、高さ１．２ｍｍとした。一方比較例として、上記第２接地電極５を備えないスパークプラグを用意した。なお、比較例のスパークプラグのその他の材質、及び、寸法は試験品と同様である。
【００３３】
そして、図２、図３におけるＦを１．５ｍｍ、Ａを０．５ｍｍとしたときのＭと電界強度の関係について、Ｍを０．４、０．６、０．８、０．９、１．１、１．３、１．５、１．７、１．９（それぞれ単位はｍｍ）としたときの電界強度をＦＥＭ解析（有限要素解析）によって算出した。その結果を表２に示す。
また、図２、図３におけるＦを１．８ｍｍ、Ａを０．８ｍｍとしたときのＭと電界強度の関係について、Ｍを０．４、０．６、０．８、０．９、１．１、１．３、１．５、１．７、１．９（それぞれ単位はｍｍ）としたときの電界強度をＦＥＭ解析（有限要素解析）によって算出した。その結果を表３に示す。
さらに、図２、図３におけるＦを２．１ｍｍ、Ａを１．１ｍｍとしたときのＭと電界強度の関係について、Ｍを０．４、０．６、０．８、０．９、１．１、１．３、１．５、１．７、１．９（それぞれ単位はｍｍ）としたときの電界強度をＦＥＭ解析（有限要素解析）によって算出した。その結果を表４に示す。
【００３４】
【表２】
0004840839.tif 000003
【００３５】
【表３】
0004840839.tif 000004
【００３６】
【表４】
0004840839.tif 000005
【００３７】
表２によると、Ｍが０．６ｍｍ以下の場合、比較例と本実施例との電界強度の差は無かったが、０．８ｍｍ以上では、本実施例が比較例に比べて電界強度が高くなった。つまり、第２接地電極によって、電界強度が上昇したことがわかる。次に、表３によると、Ｍが０．８ｍｍ以下の場合、比較例と本実施例との電界強度の差は無かったが、０．９ｍｍ以上では、本実施例が比較例に比べて電界強度が高くなった。つまり、第２接地電極によって、電界強度が上昇したことが分かる。そして、表４によると、Ｍが０．９ｍｍ以下の場合、比較例と本実施例との電界強度の差は無かったが、１．１ｍｍを越えると、本実施例が比較例に比べて電界強度が高くなった。つまり第２接地電極によって、電界強度が上昇したことが分かる。以上より、Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）≦１．８Ｍとなることで、電界強度が上昇し、放電電圧が低下することが分かる。
【実施例３】
【００３８】
次に、本発明のスパークプラグ１００の放電ギャップｇ１の距離Ｍ、中心電極３の側周面と第２接地電極５の他端面５３との径方向の最短距離Ｆ、第２接地電極５の他端面５３と絶縁体２の側周面との径方向の最短距離Ａを固定して、絶縁体２の先端面２ａと気中ギャップｇ１の中間点Ｐとの軸線方向の距離Ｈと、絶縁体２の先端面２ａと第２接地電極５の他端面５３の先端側縁５３ａとの軸線方向の距離Ｌとの電界強度の関係を確認した。まず実施例１と同様のスパークプラグを作製した。なお、放電ギャップｇ１の距離Ｍを、１．１ｍｍ、中心電極３の側周面と第２接地電極５の他端面５３との径方向の最短距離Ｆを、１．８ｍｍ、第２接地電極５の他端面５３と絶縁体２の側周面との径方向の最短距離Ａを０．８ｍｍに固定した。
【００３９】
このスパークプラグ１００を、実施例２と同様に、ＦＥＭ解析（有限要素解析）によって電界強度を算出した。その結果を表５に示す。
【００４０】
【表５】
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【００４１】
表５によると、Ｌ／Ｈが−１では、３１、Ｌ／Ｈが−０．８では、３１、Ｌ／Ｈが−０．６では、３０．８、Ｌ／Ｈが−０．４では、３１、Ｌ／Ｈが−０．３では、３２、Ｌ／Ｈが−０．２では、３４、Ｌ／Ｈが０では、３７、Ｌ／Ｈが０．２では、３７、Ｌ／Ｈが０．４では、３７、Ｌ／Ｈが０．６では、３７、Ｌ／Ｈが０．７では、３７．５、Ｌ／Ｈが０．８では、３７．２となっている。このように、Ｌ／Ｈが−０．３未満では、電界強度が３２以下となっているが、Ｌ／Ｈが−０．３以上となると、電界強度が３２を越える。これにより、Ｌ／Ｈが−０．３以上とすることで、電界強度が向上する。
【実施例４】
【００４２】
次に実施例２のスパークプラグをそれぞれ１００個用意し、机上火花放電試験を行った。大気を０．６ＭＰａで加圧して、スパークプラグに火花放電を起こしたとき、第２接地電極で火花放電した回数を示した。結果を表６、表７、表８に示す。
【００４３】
【表６】
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【００４４】
【表７】
0004840839.tif 000008
【００４５】
【表８】
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【００４６】
表６によると、Ｍが１．１ｍｍ以下の場合、第２接地電極での飛火発生数は０回であったが、Ｍが１．３ｍｍで３回、Ｍが１．５ｍｍで８回、Ｍが１．７ｍｍで２０回、Ｍが１．９ｍｍで３０回と増加する。次に、表７によると、Ｍが１．５ｍｍ以下の場合、第２接地電極での飛火発生数は０回であったが、Ｍが１．７ｍｍで４回、Ｍが１．９ｍｍで１５回と増加する。そして、表８によると、Ｍが１．７ｍｍ以下の場合、第２接地電極での飛火発生数は０回であったが、Ｍが１．９ｍｍで１５回と増加する。以上のことより、Ｍ≦Ａ＋０．７（Ｆ−Ａ）とすることで、第２接地電極の他端面と中心電極の側周面との間の沿面ギャップにて火花放電が起こりにくくなることが分かる。
【実施例５】
【００４７】
次に、実施例３と同様のスパークプラグを用いて、絶縁体２の先端面２ａと気中ギャップｇ１の中間点Ｐとの軸線方向の距離Ｈと、絶縁体２の先端面２ａと第２接地電極５の他端面５３の先端側縁５３ａとの軸線方向の距離Ｌとの着火性の関係を確認した。
【００４８】
実施例３と同様に作製したスパークプラグを、排気量２０００ｃｃ、４気筒のエンジンに取り付け、Ａ／Ｆ（空燃比）をリーン側から推移させ、アイドリング（エンジン回転数７００ｒｐｍ）の条件で着火性の試験を行った。本試験では、上記エンジン条件で、ＨＣスパイクが３分あたり１０回発生したときのＡ／Ｆの値を着火限界と判断し、この時のＡ／Ｆの値とＬ／Ｈとの関係を調査した。結果を表９に示す。
【００４９】
【表９】
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【００５０】
表９によると、Ｌ／Ｈが−１では、１７．６５、Ｌ／Ｈが−０．８では、１７．７、Ｌ／Ｈが−０．６では、１７．６５、Ｌ／Ｈが−０．４では、１７．７、Ｌ／Ｈが−０．２では、１７．７、Ｌ／Ｈが０では、１７．７、Ｌ／Ｈが０．２では、１７．６５、Ｌ／Ｈが０．４では、１７．６２、Ｌ／Ｈが０．６では、１７．５５、Ｌ／Ｈが０．７では、１７．５、Ｌ／Ｈが０．８では、１７．１、Ｌ／Ｈが１では、１７．０６となっている。このように、Ｌ／Ｈが０．７以下では、１７．５以上と着火限界が高い値となっているが、Ｌ／Ｈが０．７を越えると、１７．５未満となる。これより、Ｌ／Ｈを０．７以下とすることで、着火性が維持できる。
【００５１】
なお、本発明においては、上述した具体的な実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。例えば、本発明のスパークプラグ１００は、中心電極３のみに金属芯３ｂを挿入したが、これに限らず、第１接地電極本体４ａ、第２接地電極５のいずれかに金属芯が挿入されていてもよい。そして、この場合の金属芯の材質は、Ｃｕ、Ａｇ等の単体または合金から形成されている
【００５２】
また、本発明のスパークプラグ１００は、第２接地電極５が２つであったが、これに限られず、１つであっても良い。但し、複数設けることで、有効に電界強度を集中することができる。よって、３つ以上の複数であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のスパークプラグ１００を示す正面部分断面図。
【図２】図１の要部を示す正面部分断面図。
【図３】図１の要部を示す側面図。
【図４】実施形態１のスパークプラグ１００の別実施例を示す正面部分断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１  主体金具
２  絶縁体
３  中心電極
４  第１接地電極
５  第２接地電極
６  貫通孔
３１  第1貴金属チップ
４１  第２貴金属チップ
１００  スパークプラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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