(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸線を自身の中心軸とする柱状の中心電極と、
前記第１軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔で保持する絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、
第２軸線を自身の中心軸とする円柱形状をなし、一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部が前記主体金具の内周側に向けて屈曲され、その他端部が、少なくとも前記中心電極の先端面よりも先端側に位置すると共に、前記中心電極の先端部との間で火花放電間隙を形成する接地電極と
を備え、
前記接地電極と共に曲折する前記第２軸線が、前記接地電極の前記他端部において、前記第１軸線とねじれの位置関係にある第１仮想線に沿う部位を有し、且つ、
前記第１仮想線と直交する第１仮想平面に、前記中心電極の前記先端部と、前記第１軸線と、前記接地電極の前記他端部とを投影してみたとき、その第１仮想平面上において、
前記第１仮想線の位置を通り、さらにその第１仮想線の位置に最も近接した前記中心電極の前記先端部の輪郭線上の点の位置を通る第２仮想線と、前記第１軸線の投影線とのなす角θが、
２５°≦θ≦６０°
の関係にあることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記第１軸線と直交する第２仮想平面に前記中心電極の前記先端部と前記接地電極の前記他端部とを投影してみたとき、その第２仮想平面上において、前記中心電極の前記先端部の輪郭線と前記接地電極の前記他端部の輪郭線とが互いに点接触もしくは離間していることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記第２仮想平面に、前記中心電極の前記先端部と、前記接地電極の前記他端部と、前記第１仮想線とを投影してみたとき、その第２仮想平面上において、
前記第１軸線の位置に最も近接した前記接地電極の他端側端面の輪郭線が、前記第１仮想線の投影線と直交する方向に平行で前記中心電極の前記先端部の輪郭線に外接する２つの第３仮想線の間に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花放電により点火を行う内燃機関用のスパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。このスパークプラグでは、一般的には、中心電極が挿設された絶縁碍子を保持する主体金具の燃焼室側の先端部に接地電極を溶接して、接地電極の他端部を中心電極の先端部の先端面と対向させて、主火花放電間隙を形成している。そして、中心電極と接地電極との間で火花放電が行われ、両電極間に曝された混合気に着火することにより、火炎核が形成される。
【０００３】
このようなスパークプラグの内燃機関への取り付けは主体金具の外周面に形成した雄ねじ部をエンジンヘッドの取付孔の雌ねじ部に螺合することによって行われる。その取り付け向きによっては、燃焼室内で火花放電間隙へと向かう混合気の流れの上流側に接地電極が配置される場合があり、混合気が火花放電間隙に到達し難くなるため着火性が低下する虞がある。そこで接地電極を円柱状に形成して混合気の流れに対する抵抗を減らせば、混合気が接地電極を回り込み易くなり、着火性の低下を抑制することができる（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに特許文献１では、接地電極を円柱状としたことで、火花放電間隙での着火によって形成された火炎核（火種）が成長する際に、接地電極と接触しても表面が曲面状であるためエネルギー損失が少なく、着火性が低下しにくいとしている。
【特許文献１】特開昭５２−４８７４２号公報
【特許文献２】特開平１１−１２１１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側に接地電極が配置されており、火炎核が成長して燃焼室の中央に向けて燃え広がるには接地電極を迂回する必要があるため、燃焼室全体に燃焼が広がるのに時間がかかるという問題があった。また、特許文献２では、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側には接地電極が配置されていないものの火花放電が中心電極の側方で行われるので、初期の火炎核の形成位置が燃焼室の中央から遠ざかり、火炎が広がって燃焼室の中央に達するまでに時間がかかるという問題があった。さらに、火花放電が絶縁碍子に近い位置で行われるため消炎作用を受け易くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、着火性を向上することができるスパークプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグは、第１軸線を自身の中心軸とする柱状の中心電極と、前記第１軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔で保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、第２軸線を自身の中心軸とする円柱形状をなし、一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部が前記主体金具の内周側に向けて屈曲され、その他端部が、少なくとも前記中心電極の先端面よりも先端側に位置すると共に、前記中心電極の先端部との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備え、前記接地電極と共に曲折する前記第２軸線が、前記接地電極の前記他端部において、前記第１軸線とねじれの位置関係にある第１仮想線に沿う部位を有し、且つ、前記第１仮想線と直交する第１仮想平面に、前記中心電極の前記先端部と、前記第１軸線と、前記接地電極の前記他端部とを投影してみたとき、その第１仮想平面上において、前記第１仮想線の位置を通り、さらにその第１仮想線の位置に最も近接した前記中心電極の前記先端部の輪郭線上の点の位置を通る第２仮想線と、前記第１軸線の投影線とのなす角θが、２５°≦θ≦６０°の関係にあることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記第１軸線と直交する第２仮想平面に前記中心電極の前記先端部と前記接地電極の前記他端部とを投影してみたとき、その第２仮想平面上において、前記中心電極の前記先端部の輪郭線と前記接地電極の前記他端部の輪郭線とが互いに点接触もしくは離間していることを特徴とする。
【０００９】
【００１０】
また、請求項３に係る発明のスパークプラグは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記第２仮想平面に、前記中心電極の前記先端部と、前記接地電極の前記他端部と、前記第１仮想線とを投影してみたとき、その第２仮想平面上において、前記第１軸線の位置に最も近接した前記接地電極の他端側端面の輪郭線が、前記第１仮想線の投影線と直交する方向に平行で前記中心電極の前記先端部の輪郭線に外接する２つの第３仮想線の間に位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
接地電極は、その他端部と中心電極の先端部との間で火花放電間隙を形成するために屈曲されるので、接地電極の中心軸である第２軸線も曲折されている。請求項１に係る発明のスパークプラグでは、この第２軸線が、接地電極の他端部において、中心電極の中心軸である第１軸線とねじれの位置関係にある第１仮想線に沿う部位を有している。中心電極の先端部と接地電極の他端部との位置関係をこのように構成すれば、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側よりもずれた位置に、接地電極の他端部を配置させることができる。このため、火花放電間隙にて形成される火炎核が成長する際に、燃焼室の中央側に向けた方向では接地電極の他端部が障害物とならず、燃焼室内全体に速やかに燃え広がることができ、スパークプラグの着火性を向上することができる。
【００１２】
また、接地電極の他端部は中心電極の先端面よりも先端側に位置しているので、火花放電間隙もまた中心電極の先端面より先端側に形成されることとなる。これにより、火花放電間隙で形成された火炎核は絶縁碍子等のスパークプラグの構成部材による消炎作用を受けにくく、スパークプラグの着火性を向上することができる。
また、第１仮想線と直交する第１仮想平面へ投影した中心電極の先端部の輪郭線上で、第１仮想線の位置に最も近接した点を通り、その第１仮想線の位置を通る第２仮想線と、第１軸線の投影線とがなす角θを２５°以上６０°以下とすれば、火花放電間隙における放電方向を、確実に、第１軸線と非平行な方向にすることができる。これにより、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側となる第１軸線方向の先端側には、確実に、接地電極の他端部が配置されない構成とすることができ、火花放電間隙で形成された火炎核は燃焼室内全体に速やかに燃え広がることができる。
θが２５°未満となると、火花放電間隙から見た接地電極の他端部の配置位置が燃焼室の中央側寄りとなるため、その方面に向けた火炎核の成長が妨げられる虞が生ずる。一方、θが６０°より大きくなると、火花放電間隙が、接地電極の一端部や中心電極の先端部、絶縁碍子などに近づくため、それらの部位、部材から消炎作用を受けやすくなり着火性を向上することが難しい。
【００１３】
そして上記のように接地電極の他端部が中心電極の先端面よりも先端側に位置し、さらに請求項２に係る発明のように、中心電極の第１軸線と直交する第２仮想平面へ投影した中心電極の先端部の輪郭線と接地電極の他端部の輪郭線とが互いに点接触もしくは離間していれば、確実に、火花放電間隙から見た燃焼室の中央側に接地電極の他端部が配置されない構成とすることができる。
【００１４】
なお、請求項２に係る発明において、「第２仮想平面上において、中心電極の先端部の輪郭線と接地電極の他端部の輪郭線とが互いに点接触もしくは離間」していると記載しているが、例えば、中心電極の先端部の外周を第１軸線方向に仮想的に延伸させた柱状の第１仮想延伸体と、接地電極の他端部で第２軸線が第１仮想線に沿う部位において、その部位における他端部の外周を第１仮想線方向に仮想的に延伸させた柱状の第２仮想延伸体とが、互いにねじれの位置関係にあり、両者の外周面同士が互いに点接触もしくは離間しているものを例示することができる。もちろん、これに限定するものではない。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
また、請求項３に係る発明のように、第２仮想平面に投影した接地電極の他端側端面の輪郭線を、第１仮想線と直交し中心電極の先端部の輪郭線に外接する２つの第３仮想線の間に位置させれば、接地電極の他端部による消炎作用を低減して着火性を向上すると共に、火花放電の発生位置を分散させて耐久性を向上することができる。
【００１８】
上記接地電極の他端側端面の輪郭線が２つの第３仮想線のうち接地電極の一端部に近い側の仮想線よりも外側にある場合、火花放電間隙における火花放電の発生位置が、火花放電間隙の大きさが最も小さくなる一点に集中しやすくなる。すると火花放電によってその位置が集中して消耗し、火花放電間隙の大きさが増加して、耐久性の低下を招く虞がある。一方、上記接地電極の他端側端面の輪郭線が２つの第３仮想線のうち接地電極の一端部に遠い側の仮想線よりも外側にある場合、その２直線間に接地電極の他端部が配置される構成となり、火花放電間隙に面する接地電極の体積が大きくなるため消炎作用を受けやすくなり、着火性が低下する虞がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態のスパークプラグの一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。なお、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説明する。
【００２０】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、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、先端部３１が中心電極２０の先端部２２に対向するように屈曲された軸線Ｐを有する円柱状の接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とから構成されている。
【００２１】
まず、このスパークプラグ１００の絶縁碍子１０について説明する。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、内部に保持する中心電極２０の軸線Ｏ方向に延びる軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。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、これより後端側には後端側胴部１８が形成されている。また、鍔部１９より先端側には後端側胴部１８より外径が小さな先端側胴部１７と、その先端側胴部１７よりも先端側で先端側胴部１７よりもさらに外径の小さな脚長部１３とが形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径されており、スパークプラグ１００が図示外の内燃機関に組み付けられた際には、その燃焼室に曝される。なお、軸線Ｏが、本発明における「第１軸線」に相当する。
【００２２】
次に、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉ系合金等で形成され、内部に熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯２３を有している。中心電極２０は自身の中心軸とする軸線Ｏに沿って延びる柱状をなし、この軸線Ｏ方向に軸孔１２の延長方向を沿わせた絶縁碍子１０に、その軸孔１２内の先端側にて保持されている。中心電極２０の先端側は絶縁碍子１０の先端面から突出され、その突出部分は先端側に向かって先細るように形成されている。この突出部分の先端には柱状の貴金属チップ２５が溶接され、中心電極２０本体と一体となって小径の先端部２２を構成している。なお、本実施の形態では、中心電極２０と一体になった貴金属チップ２５も含め「中心電極」と称する。
【００２３】
また、中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール体４およびセラミック抵抗３を経由して、後端側の端子金具４０に電気的に接続されている。その端子金具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ようになっている。
【００２４】
次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、図示外の内燃機関のエンジンヘッドにスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具であり、絶縁碍子１０を取り囲むようにして保持している。このとき、絶縁碍子１０の脚長部１３の先端部分は主体金具５０の先端面５７よりも前方側（図中下側）に突出されている。主体金具５０は鉄系の材料より形成され、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、図示外の内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部５２とを備えている。
【００２５】
また、主体金具５０の工具係合部５１より後端側には加締め部５３が設けられている。工具係合部５１から加締め部５３にかけての主体金具５０と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８との間には円環状のリング部材６，７は介在されており、さらに両リング部材６，７の間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。そして、加締め部５３を加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁碍子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、脚長部１３と先端側胴部１７との間の段状の部位が、主体金具５０のねじ部５２の内周面に形成された段状の部位に、パッキン８０を介して支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密はパッキン８０によって保持され、燃焼ガスの流出は防止される。また、工具係合部５１とねじ部５２との間には鍔部５４が形成されており、ねじ部５２の後端側近傍、すなわち鍔部５４の座面５５にはガスケット５が嵌挿されている。
【００２６】
次いで、接地電極３０について図２〜図４を参照して説明する。図２は、スパークプラグ１００の先端部分を拡大した正面図である。図３は、スパークプラグ１００の先端部分を拡大した右側面図である。図４は、スパークプラグ１００の先端部分を拡大した底面図である。なお、図４において、図中上側がスパークプラグ１００の正面側である。
【００２７】
図２〜図４に示すように、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Ｎｉ系合金が用いられる。この接地電極３０は自身の長手方向の横断面が略円形で軸線Ｐを中心軸とする円柱形状に形成されており、接地電極３０の一端部（基端部３２）は主体金具５０の先端面５７に溶接により接合されている。このとき、図２，図３に示すように、その基端部３２における軸線Ｐの方向が軸線Ｏ方向と平行となるように位置決めされている。一方、接地電極３０の他端部（先端部３１）は、中心電極２０の先端部２２に対向するように、主体金具５０の内周側に向けて略Ｌ字状に屈曲されている。この屈曲された接地電極３０にあわせて軸線Ｐも曲折している。このとき、図３，図４に示すように、軸線Ｐは、接地電極３０の先端部３１において、軸線Ｏとは交差せず互いにねじれの位置関係にある仮想線Ｃに沿う部位を有している。接地電極３０の先端部３１は、中心電極２０の先端部２２との間で上記位置関係を満たすように屈曲されている。特に本実施の形態のスパークプラグ１００では、接地電極３０の形態として、先端部３１全体において軸線Ｐが仮想線Ｃに沿うもの（接地電極３０の屈曲部分が、先端部３１にはかかっておらず、先端部３１が軸線Ｐに沿って真っ直ぐ延びる形態となったもの）を用いている。なお、軸線Ｐが、本発明における「第２軸線」に相当し、仮想線Ｃが、本発明における「第１仮想線」に相当する。
【００２８】
より具体的には図２に示すように、接地電極３０の先端部３１の位置が、軸線Ｏ方向において、中心電極２０の先端部２２の先端面２１（本実施の形態では貴金属チップ２５の先端面２１）よりも先端側（図中下側）となるように接地電極３０が屈曲されている。さらに図４に示すように、中心電極２０の先端部２２と接地電極３０の先端部３１とを軸線Ｏに直交する平面（本発明における「第２仮想平面」であり、一例としては、図４の紙面がその仮想平面に相当する。）に投影してみたとき、両者それぞれの輪郭線は、互いに点接触もしくは離間（本実施の形態では離間）されている。つまり、図３に示す、中心電極２０の先端部２２を延伸した仮想線Ｉと、図４に示す、接地電極３０の先端部３１を延伸した仮想線Ｊとが互いにねじれの位置関係となり、両者が点接触もしくは離間した状態となるように構成されている。
【００２９】
このように構成された本実施の形態のスパークプラグ１００では、接地電極３０の先端部３１と中心電極２０の先端部２２との間に形成される火花放電間隙Ｇにおいて生じた火炎核が成長し燃焼室内に燃え広がる過程において、その成長を妨げず着火性を向上できるように、後述する評価試験の結果に基づき、中心電極２０の先端部２２と接地電極３０の先端部３１との位置関係を規定している。
【００３０】
まず本実施の形態では、図３に示すスパークプラグ１００の右側面図、すなわち仮想線Ｃと直交する平面において、仮想線Ｃの位置を通り、さらにその平面に投影した中心電極２０の先端部２２の輪郭線上の点で、仮想線Ｃの位置に最も近接する点Ｅを通る仮想線Ｄと、軸線Ｏとのなす角θが、２５°以上６０°以下の関係となるように規定している。このように規定することにより、火花放電間隙Ｇの放電方向は、確実に、軸線Ｏ方向に対して斜め方向となる。つまり、火花放電間隙Ｇから見た接地電極３０の先端部３１の配置位置が、燃焼室の中央側（通常はスパークプラグ１００の軸線Ｏ方向先端側であり、図３においては下側）からずれた位置となっており、燃焼室中央側へ向けた火炎核の成長が妨げられにくい。なお、本実施の形態では仮想線Ｃの方向を、スパークプラグ１００を側面視する方向と一致させており、この場合、スパークプラグ１００の側面図を描いた図３の紙面が本発明における「第１仮想平面」に相当することとなる。しかし、この仮想線Ｃの方向は一例に過ぎず、必ずしもスパークプラグ１００を側面視する方向と仮想線Ｃの方向とが一致するわけではない。つまり、仮想線Ｃは、軸線Ｏとねじれの位置関係を満たせばよい。また、仮想線Ｄが、本発明における「第２仮想線」に相当する。
【００３１】
また本実施の形態では、図４に示すスパークプラグ１００の底面図、すなわち軸線Ｏと直交する平面（第２仮想平面の一例に相当）において、接地電極３０の先端側端面３５の輪郭線が、仮想線Ｃと直交し中心電極２０の先端部２２の輪郭線に外接する２本の仮想線（仮想線Ａ，Ｂ）の間に位置することと規定している。なお、接地電極３０の基端部３２に近い側を仮想線Ａとし、遠い側を仮想線Ｂとする。先端側端面３５の輪郭線が仮想線Ｂよりも外側にあると、仮想線Ａ，Ｂ間には先端部３１の一部が配置されることとなり、火花放電間隙Ｇに面する先端部３１の体積が大きくなるため、火花放電間隙Ｇで形成された火炎核が成長する際に先端部３１による消炎作用を受けて着火性が低下する虞がある。一方で、先端側端面３５の輪郭線が仮想線Ａよりも外側にあると、火花放電間隙Ｇにおける火花放電の発生位置は、火花放電間隙Ｇの大きさが最も小さくなる一点（例えば接地電極３０の先端側端面３５と外周面との縁部分）に集中しやすくなる。すると火花放電により接地電極のその位置が集中して消耗し、火花放電間隙Ｇの大きさ（ギャップ）が増加して放電電圧が上昇するといった耐久性の低下を招く虞がある。なお、仮想線Ａ，Ｂそれぞれが、本発明における２つの「第３仮想線」に相当する。
【００３２】
なお、本実施の形態のスパークプラグ１００では、接地電極３０の先端側端面３５を軸線Ｐと直交する平面で構成しており、この場合、図４の底面図において、先端側端面３５の位置を調整し仮想線Ａ，Ｂ間に配置させることで、接地電極３０の先端側端面３５の輪郭線を仮想線Ａ，Ｂ間に配置させることができる。
【００３３】
このように、中心電極２０の先端部２２と接地電極３０の先端部３１との位置関係を規定することによって得られる本発明の効果を確認するため、以下に示す各評価試験を行った。
【００３４】
［実施例１］
まず、中心電極２０の軸線Ｏとねじれの位置関係にある仮想線Ｃに接地電極３０の先端部３１における軸線Ｐを沿わせたことによる効果を確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、軸線Ｏと直交する平面に投影した仮想線Ｃの投影線が軸線Ｏの位置から１．３ｍｍずれるように仮想線Ｃを位置決めし、その仮想線Ｃに接地電極の先端部における軸線Ｐが沿うように、接地電極の先端部の位置決めを行ったスパークプラグのサンプル１（オフセットあり）と、軸線Ｏと接地電極の先端部における軸線Ｐとが交差するように接地電極の先端部の位置決めを行ったサンプル２（オフセットなし）とを作製し、それぞれについて着火限界空燃比を測定した。なお、各サンプルの中心電極には先端部の外径がΦ０．６のものを使用し、接地電極には先端部の外径がΦ１．７のものを用い、サンプル１，２共に火花放電間隙Ｇが１．１ｍｍとなるようにそれぞれの先端部の配置位置を調整した。また、接地電極の先端面の位置ずれを、軸線Ｏの位置より−０．３ｍｍ（後述するが、図４を参照して説明すると、接地電極３０の先端側端面３５の位置を軸線Ｏの位置より仮想線Ａ側に０．３ｍｍずらした位置であり、本実施例では中心電極がΦ０．６であるので仮想線Ａに一致する。）とした。そして各サンプルを実際に４気筒２０００ｃｃのエンジンに組み付け、このエンジンを２０００ｒｐｍで駆動させ、火花放電を１０００回行ったうち失火が１０回（１％）発生したときの燃料と空気の混合比を着火限界空燃比として確認した。この評価試験の結果を図５のグラフに示す。
【００３５】
図５に示すように、オフセットを行ったサンプル１では着火限界空燃比が２２．３となり、サンプル２では着火限界空燃比が２１．５となった。オフセットを行わなかったサンプル２では、火花放電間隙Ｇから見た接地電極の先端部が、オフセットを行ったサンプル１よりも燃焼室の中央側に配置される。このサンプル２の火花放電間隙Ｇで形成される火炎核は、成長する際に、サンプル１よりも接地電極による消炎作用を受けやすく、燃焼は、接地電極の先端部を避ける方向、すなわち、火花放電間隙Ｇから燃焼室中央側に対し直交する方向に広がることとなる。一方、オフセットを行ったサンプル１では、火花放電間隙Ｇから見た接地電極の先端部の配置位置が燃焼室の中央側からずれているため、先端部が障害物とならず、燃焼室中央側へ向けた火炎核の成長が妨げられ難い。この評価試験の結果から、中心電極の軸線Ｏと、接地電極の先端部における軸線Ｐを沿わせた仮想線Ｃとが互いにねじれの位置関係となるようにオフセットを行えば、着火性を向上できることがわかった。
【００３６】
［実施例２］
次に、接地電極３０の先端部３１のオフセットを行うにあたり、中心電極２０の先端部２２との位置関係が好適となるように、仮想線Ｃと直交する平面において、仮想線Ｃの位置を通り、さらにその平面に投影した中心電極２０の先端部２２の輪郭線上の点で、仮想線Ｃの位置に最も近接する点Ｅを通る仮想線Ｄと軸線Ｏとのなす角θの範囲について評価を行った。この評価試験では、中心電極の先端部の外径をΦ０．６、接地電極の先端部の外径をΦ１．７、火花放電間隙Ｇの大きさを１．１ｍｍとし、図３で説明した軸線Ｏと仮想線Ｄとのなす角θを１０°〜７５°の範囲で５°ずつずらして作製した１４種類のスパークプラグのサンプル群３と、同様に、接地電極の先端部の外径および火花放電間隙Ｇの大きさをそれぞれΦ１．１，０．８ｍｍに変更して作製した１４種類のサンプル群４とに対し、実施例１と同じ試験条件で、それぞれ着火限界空燃比を測定した。そして各サンプルについて、着火限界空燃比が２１．８以上であったものは着火性が良好であるとして「○」と評価し、２１．８未満であったものは、着火性が向上できないとして「×」と評価した。この評価試験の結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
0004699918.tif 000002
【００３８】
表１に示すように、サンプル群３，４共に、軸線Ｏと仮想線Ｄとのなす角θが２５°〜６０°の範囲において着火限界空燃比が２１．８以上となり、着火性は良好であった。そして、いずれのサンプル群も、軸線Ｏと仮想線Ｄとのなす角θが１０°〜２０°の範囲および６５°〜７５°の範囲では、着火限界空燃比が２１．８未満となり、中心電極の軸線Ｏと、接地電極の先端部における軸線Ｐを沿わせた仮想線Ｃとが互いにねじれの位置関係を満たしても、着火性を十分に向上させることができないことがわかった。
【００３９】
軸線Ｏと仮想線Ｄとのなす角θが２５°未満となると、火花放電間隙Ｇから見た接地電極の先端部の配置位置が燃焼室の中央側寄りとなるため、その方面に向けた火炎核の成長が妨げられる虞が生ずる。一方、軸線Ｏと仮想線Ｄとのなす角θが６０°より大きくなると、火花放電間隙Ｇが、接地電極の基端部や中心電極の先端部、絶縁碍子などに近づくため、それらの部位、部材から消炎作用を受けやすくなり着火性を向上することが難しくなることがわかった。
【００４０】
［実施例３］
次に、軸線Ｏと直交する平面において、接地電極３０の先端側端面３５の輪郭線の位置と、中心電極２０の先端部の輪郭線の位置との関係について、着火性の良否をもって評価を行った。この評価試験ではスパークプラグのサンプルとして、本実施の形態と同様に、接地電極の先端側端面が軸線Ｐと直交する平面から構成され、先端部全体が軸線Ｐに沿って真っ直ぐ延びる形態のもの（すなわち、先端部全体において軸線Ｐが仮想線Ｃに沿っている形態のもの）を用いた。そして、仮想線Ｃに沿って先端側端面の配置位置をずらしたサンプルを作製し、軸線Ｏと直交する平面に投影した先端側端面の輪郭線と中心電極２０の先端部の輪郭線との位置関係で分類を行った。図４を参照して説明すると、仮想線Ｃ上に軸線Ｏの位置からおろした垂線と、接地電極の先端側端面の輪郭線の位置とが一致する場合、先端側端面のずれが０ｍｍであるとし、先端側端面の位置が仮想線Ｃに沿って仮想線Ｂ側にある場合を正（＋）、仮想線Ａ側にある場合を負（−）と規定した。その上で、この評価試験では、接地電極の先端側端面の位置のずれが−０．６ｍｍ，−０．３ｍｍ，０ｍｍ，０．３ｍｍ，０．６ｍｍである５つのスパークプラグのサンプル５〜９を作製し、実施例１と同じ試験条件で各サンプルの着火限界空燃比を測定した。なお、いずれのサンプルも、中心電極の先端部の外径がΦ０．６、接地電極の先端部の外径がΦ１．７、火花放電間隙Ｇの大きさが１．１ｍｍとなるように構成した。この評価試験の結果を図６のグラフに示す。
【００４１】
図６に示すように、サンプル５，６では、着火限界空燃比が２２．３となった。また、サンプル７，８，９の着火限界空燃比は、それぞれ、２２．０，２１．９，２１．５となった。この評価試験の結果、接地電極の先端側端面の位置のずれが負側に大きくなるほど、火花放電間隙Ｇから見た接地電極の先端部の配置位置が燃焼室の中央側から大きくずれ、消炎作用がより低減されるため、着火性が向上することがわかった。
【００４２】
［実施例４］
さらに、実施例３と同じサンプル５〜９を用い、接地電極３０の先端側端面３５の輪郭線の位置と、中心電極２０の先端部の輪郭線の位置との関係について、耐久性の良否をもって評価を行った。この評価試験では各サンプルを実際に６気筒２０００ｃｃのエンジンに組み付け、このエンジンを、実走状態を模したパターンに従って７００時間運転した。そして１００時間が経過する毎に火花放電間隙Ｇの大きさを測定し、試験前の大きさである１．１ｍｍから間隙（ギャップ）の増加した量（長さ）を調べた。なお、本試験条件に従って６８０時間の模擬走行試験を行った場合のスパークプラグの状態は、実車において約１０万Ｋｍの走行を行った場合のスパークプラグの状態に相当するため、耐久性の有無を判定するにあたって、本実施例では６８０時間後のギャップの増加量を参考としている。この評価試験の結果を図７のグラフに示す。
【００４３】
図７に示すように、いずれのサンプルも時間の経過と共にギャップ増加量が増加し、接地電極先端側端面の位置が負側に大きなサンプルほどギャップ増加量が大きくなることがわかった。接地電極の先端側端面の位置が正側に大きくなるほど、接地電極の表面上で、中心電極との間の距離が最短距離に近似する位置が広範囲に広がるため、接地電極の表面上の火花放電の発生位置が分散されやすくなる。すると、火花放電による消耗が一点に集中し難くなるため、火花放電回数に対するギャップの増加量が少なくなり、耐久性が良好となる。一方、接地電極の先端側端面の位置が負側に大きくなれば、火花放電による消耗が、中心電極との間の距離が最短距離となる位置に集中しやすくなるため、ギャップが増加しやすくなり耐久性が低下する。
【００４４】
なお、サンプル５の場合、６００時間後，７００時間後のギャップ増加量はそれぞれ０．３３ｍｍ，０．３５ｍｍであり、６８０時間後のギャップ増加量は０．３ｍｍを超えることが予測される。また、サンプル６では、６００時間後，７００時間後のギャップ増加量がそれぞれ０．２７ｍｍ，０．２９ｍｍであり、サンプル７では、６００時間後，７００時間後のギャップ増加量がそれぞれ０．２３ｍｍ，０．２６ｍｍであった。これより、サンプル６，７共に、６８０時間後のギャップ増加量が０．２ｍｍを超え０．３ｍｍ以下となることが予測される。そして、サンプル８では、６００時間後，７００時間後のギャップ増加量がそれぞれ０．１８ｍｍ，０．２０ｍｍであり、サンプル９では、６００時間後，７００時間後のギャップ増加量がそれぞれ０．１７ｍｍ，０．１９ｍｍであった。これより、サンプル８，９のいずれも、６８０時間後のギャップ増加量が０．２ｍｍ以下となることが予測される。
【００４５】
そして、最適な接地電極の先端側端面の位置を求めるため、上記実施例３と実施例４との結果に基づく評価を行った。まず実施例３の結果より、着火限界空燃比が２２．１以上であったサンプルを、着火性に優れるとして「◎」と評価した。また、２１．８以上２２．１未満であったサンプルを、着火性が良好であるとして「○」と評価した。そして、２１．８未満であったサンプルを、着火性を向上させることが難しいとして「×」と評価した。
【００４６】
次に、実施例４の結果より、６８０時間の評価試験後のギャップの増加量が０．３ｍｍを超えるとみなせるサンプルを、耐久性に問題があるとして「×」と評価した。また、６８０時間の評価試験後のギャップの増加量が０．２ｍｍを超え０．３ｍｍ以下となるとみなせるサンプルを、耐久性が良好であるとして「○」と評価した。そして、６８０時間の評価試験後のギャップの増加量が０．２ｍｍ以下となるとみなせるサンプルを、耐久性に優れるとして「◎」と評価した。表２に上記評価を行った結果を示す。
【００４７】
【表２】
0004699918.tif 000003
【００４８】
表２から明らかなように、サンプル６〜８であれば着火性または耐久性のいずれにおいても「×」と評価されることはなかった。すなわち、接地電極の先端側端面の位置のずれが−０．３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であれば、火花放電間隙Ｇで形成された火炎核が燃焼室の中央側に向けて良好に燃え広がることができると共に、火花放電による電極の消耗を抑制することができることがわかった。前述したように、本実施の形態では接地電極３０の先端側端面３５をその軸線Ｐと直交する平面から構成している。従って、上記のように接地電極の先端側端面の位置のずれを−０．３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることが好ましと評価することは、軸線Ｏと直交する平面において、先端側端面の輪郭線が、仮想線Ｃと直交し中心電極に外接する２本の仮想線Ａ，Ｂの間に位置することが好ましいと評価することに相当する。
【００４９】
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施の形態では接地電極３０を１本設けたが、図８，図９に示すスパークプラグ２００のように接地電極２３０を２本設け、それぞれの先端部２３１と中心電極２０の先端部２２とが本実施の形態と同様の位置関係になるようにしてもよい。この場合、接地電極２３０の配置位置は、図９に示すように均等配置となることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は内燃機関用のスパークプラグに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】スパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】スパークプラグ１００の先端部分を拡大した正面図である。
【図３】スパークプラグ１００の先端部分を拡大した右側面図である。
【図４】スパークプラグ１００の先端部分を拡大した底面図である。
【図５】中心電極の軸線Ｏと接地電極の先端部における軸線Ｐを沿わせた仮想線Ｃとを互いにねじれの位置関係とした効果を確認するための評価試験の結果を示すグラフである。
【図６】接地電極の先端側端面の輪郭線の位置と中心電極の先端部の輪郭線の位置との関係について着火性の評価を行った結果を示すグラフである。
【図７】接地電極の先端側端面の輪郭線の位置と中心電極の先端部の輪郭線の位置との関係について耐久性の評価を行った結果を示すグラフである。
【図８】変形例としてのスパークプラグ２００の先端部分を拡大した右側面図である。
【図９】変形例としてのスパークプラグ２００の先端部分を拡大した底面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    絶縁碍子
１２    軸孔
２０    中心電極
２１    先端面
２２    先端部
３０    接地電極
３１    先端部
３２    基端部
３５    先端側端面
５０    主体金具
５７    先端面
１００    スパークプラグ
【図１】
0004699918.tif 000004
【図２】
0004699918.tif 000005
【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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