(57)【要約】【課題】  着火性を向上させたスパークプラグにおいて、電極消耗が抑制され長寿命となるスパークプラグや、スパークプラグユニットとを提供することにある。【解決手段】  絶縁体２と、絶縁体２の先端側に配設された電極本体３ａと、その先端に溶接された第1貴金属チップ３１とからなる中心電極３と、絶縁体２の周囲を取り囲む主体金具１と、一端が主体金具１に接合され、他端部に、第1貴金属チップ３１と対向するように結合された第２貴金属チップ４１を有する接地電極４と、絶縁体２の後端側に配設された端子金具５と、絶縁体２の軸孔６内における中心電極３と端子金具５との間に配置された抵抗体８と、を備えるスパークプラグ１００において、第１貴金属チップ３１及び第２貴金属チップ４１の直径が１．２ｍｍ以下であり、且つ、抵抗体８を介した端子金具５と中心電極３との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上に確保されている。【選択図】  図１
2005123040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に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た電極本体と、該電極本体の先端に溶接された第1貴金属チップとからなる中心電極と、
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接合され、他端部に、前記第1貴金属チップと対向するように結合された第２貴金属チップを有する接地電極と、
前記絶縁体の軸孔の後端側に配設された端子金具と、
前記絶縁体の軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、を備え、
前記第1貴金属チップと前記第２貴金属チップとの間に火花放電ギャップを形成するスパークプラグにおいて、
前記第１貴金属チップ及び前記第２貴金属チップの直径が１．２ｍｍ以下であり、且つ、前記抵抗体を介した前記端子金具と前記中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上に確保されている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、
前記抵抗体を介した前記端子金具と前記中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上１００ｋΩ以下確保されていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスパークプラグにおいて、
前記第1貴金属チップの前記火花放電ギャップを形成する放電面の周縁から、前記中心電極と前記第1貴金属チップとを溶接する溶接部の対応する端縁までの最短距離H１及び前記第２金属チップの前記火花放電ギャップを形成する放電面の周縁から、前記接地電極の前記中心電極側内周面との最短距離H２の少なくとも一方が０．４ｍｍ以上であることを特徴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、
前記火花放電ギャップの間隔ｇが０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項５】
軸線方向に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た電極本体と、該電極本体の先端に溶接された第1貴金属チップとからなる中心電極と、
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接合され、他端部に、前記第1貴金属チップと対向するように結合された第２貴金属チップを有する接地電極と、前記絶縁体の軸孔の後端側に配設された端子金具と、前記絶縁体の軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、を備え、前記第1貴金属チップと前記第２貴金属チップとの間に火花放電ギャップを形成するスパークプラグと、該スパークプラグに取り付けられるケーシングと、該ケーシングの内側に収容されるとともに前記スパークプラグの前記端子金具に接続され、該スパークプラグに対して放電用の高電圧を印加する点火コイルとを有するコイルユニットと、を備えるスパークプラグユニットにおいて、
前記第１貴金属チップ及び前記第２貴金属チップの直径が１．２ｍｍ以下であり、且つ、前記点火コイルと前記中心電極との間に、両者の間の電気抵抗値を５０ｋΩ以上に確保するための抵抗部が設けられたことを特徴とするスパークプラグユニット。
【請求項６】
請求項５に記載のスパークプラグユニットにおいて、
前記抵抗部により、前記点火コイルと前記中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上１００ｋΩ以下に確保されている請求項５記載の内燃機関用点火システム。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のスパークプラグユニットにおいて、
前記第1貴金属チップの前記火花放電ギャップを形成する放電面の周縁から、前記中心電極と前記第1貴金属チップとを溶接する溶接部の対応する端縁までの最短距離H１及び前記第２金属チップの前記火花放電ギャップを形成する放電面の周縁から、前記接地電極の前記中心電極側内周面との最短距離H２の少なくとも一方が０．４ｍｍ以上であることを特徴とするスパークプラグユニット。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載のスパークプラグユニットにおいて、
前記火花放電ギャップの間隔ｇが０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関用のスパークプラグと、スパークプラグユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関の着火に使用されるスパークプラグは、着火性向上のためにスパークプラグの火花放電ギャップに対応する放電部を燃焼室内部に突き出させるタイプが多く使用されるようになってきている。一方、内燃機関は、高出力化や燃費向上の目的で、燃焼室内の温度が高くなる傾向にあり、このような状況下で、上記のようなスパークプラグを使用すると、スパークプラグの放電部がかなりの高温にさらされるため、放電部の火花消耗が進み易くなる。そこで、火花放電ギャップに対応する放電部の耐火花消耗性向上のために、中心電極や接地電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを溶接したタイプのものが多数提案されている。
【０００３】
また、最近では、更なる着火性向上のために、スパークプラグの貴金属チップの径を細くするタイプも多数提案されている。これは、火花放電ギャップ間にできた火炎核が成長しようとする際、貴金属チップに接触して、成長が妨げられる（以後、消炎作用ともいう）ことがある。そこで、貴金属チップの径を細くして、火炎核が貴金属チップに接触することを抑制し、スパークプラグの着火性を向上させている。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００１−３４５１６２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のようなスパークプラグを用いて火花放電を行うと、貴金属チップが偏消耗することがあった。これは、発明者の鋭意検討の結果、スパークプラグの火花放電の形態によるものだと考えることができる。即ち、スパークプラグの火花放電の形態には、大きく分けてグロー放電とアーク放電との２種類がある。グロー放電は、例えば電源インピーダンスが比較的大きい時に発生する放電形態であり、放電電流がそれほど大きくないので、貴金属チップの昇温・消耗は比較的進みにくい。他方、アーク放電は電源インピーダンスが小さいときに発生することが多く、大電流が流れて貴金属チップの昇温ひいては消耗が進みやすい。従って、貴金属チップの消耗抑制という観点においては、グロー放電が主体となる環境が望ましいと言える。
【０００５】
一方、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼室内は、混合気体中の燃料を均一に拡散させるための一定の流れを有する混合気流（以下、スワール流とも言う）が生じている。そして、このスワール流は、スパークプラグの放電ギャップ間にも流れ込む。これにより、火花放電がスワール流によって吹き流され、火花放電が起こる位置が移動する。具体的には、接地電極と中心電極との放電ギャップにおいて、スワール流の上流から下流にむかって放電ギャップと垂直方向に移動する。そして、最終的には、中心電極と接地電極の放電ギャップにおいて、スワール流の最下流部まで移動した火花放電が、さらに吹き流されることで、引きちぎられてしまう。すると、この引きちぎられた火花放電は、再度結合するために、ブレークダウンを起こす。そして、火花放電は、再びスワール流により引きちぎられ、その後、結合のためにブレークダウンを起こす。火花放電は、この繰り返しを行い、最終的には、火花放電に必要なエネルギーがなくなり、スワール流に引きちぎられた後、火花放電が発生しなくなる。
【０００６】
上記条件の放電電流波形を図５に示す。通常のスパークプラグの火花放電は、グロー放電（図５のＡの部分）を主体としたものになっている。ところが、上記のようにスワール流によって、火花放電が引きちぎられ、再度結合（ブレークダウン）する際の火花放電は、アーク放電（図５のＢの部分）となる。そして、アーク放電を繰り返し、火花放電に必要なエネルギ−がなくなった時に、火花放電が発生しなくなる（図５のＣの部分）。
【０００７】
つまり、上記のことから思慮すると、スワール流の最下流側での火花放電がアーク放電となり、貴金属チップの消耗が激しくなることで、貴金属チップに偏消耗が起こると考えられる。特に、細径化された貴金属チップにて火花放電を行うと、スワール流の上流から下流にむかって放電ギャップと垂直方向に移動する距離が短くなることより、引きちぎれる火花放電が従来よりも増加し、アーク放電が起こりやすくなり、貴金属チップの偏消耗が起こりやすくなると考えられる。
【０００８】
本発明は、かかる現状を鑑みてなされたものであって、中心電極や接地電極に最径化された貴金属チップを設け、着火性を向上させたスパークプラグにおいてもアーク放電が発生しにくく、ひいては電極消耗が抑制され長寿命となるスパークプラグや、スパークプラグユニットとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のスパークプラグは、軸線方向に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た電極本体と、該電極本体の先端に溶接された第1貴金属チップとからなる中心電極と、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接合され、他端部に、前記第1貴金属チップと対向するように結合された第２貴金属チップを有する接地電極と、前記絶縁体の軸孔の後端側に配設された端子金具と、前記絶縁体の軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、を備え、前記第1貴金属チップと前記第２貴金属チップとの間に火花放電ギャップを形成するスパークプラグにおいて、前記第１貴金属チップ及び前記第２貴金属チップの直径が１．２ｍｍ以下であり、且つ、前記抵抗体を介した前記端子金具と前記中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上に確保されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のスパークプラグは、中心電極の先端に溶接された第１貴金属チップ及び第1貴金属チップと対向するよう接地電極の他端部に結合された第２貴金属チップを備えている。このため、着火性向上のために火花放電ギャップに対応する放電部を燃焼室内部に突き出したスパークプラグにおいても、耐火花消耗性向上する。そして、第１貴金属チップ及び第２貴金属チップの直径が１．２ｍｍ以下である。このため、放電ギャップにて形成された火炎核が広がる際に、火炎核の成長を妨げることを抑制し、着火性を向上させている。なお、第１貴金属チップの直径が０．３ｍｍ以上、第２貴金属チップの直径が０．５ｍｍ以上でないと、貴金属チップが消耗し、耐久性が低下する。
【００１１】
ところが、上記のように中心電極と接地電極との貴金属チップに細径化された貴金属チップを設けたスパークプラグを用いて火花放電を行うと、貴金属チップが偏消耗する虞があった。これに対し、本発明のように、抵抗体を介した端子金具と中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上に確保することで、貴金属チップにアーク放電が起こる回数を減少させることができ、貴金属チップの偏消耗が抑制できる。具体的には、火花放電に必要なエネルギーを抵抗体を介した端子金具と中心電極との間にて消費することで、引きちぎられた火花放電が、再度結合するために、ブレークダウンを起こす際の回数を減少させ、アーク放電の回数を減少させることができる。これにより、貴金属チップの偏消耗を抑制することができる。なお、抵抗体を介した端子金具と中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ未満であると、上記効果を得ることができない。
【００１２】
なお、抵抗体を介した端子金具と中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上に確保するためには、例えば、スパークプラグに組み込まれた電波ノイズ低減用の抵抗体を５０ｋΩ以上にすることで可能となる。
【００１３】
さらに、本発明のスパークプラグは、端子金具と中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上１００ｋΩ以下確保されていると良い。これにより、スパークプラグの着火性は確保しつつ、貴金属チップの偏消耗も抑制することができる。端子金具と中心電極との間の電気抵抗値が１００ｋΩを越えると、着火に対して必要な点火エネルギーが供給されず、スパークプラグの着火性が低下する。
【００１４】
さらに、本発明のスパークプラグは、第1貴金属チップの火花放電ギャップを形成する放電面の周縁から、中心電極と第1貴金属チップとを溶接する溶接部の対応する端縁までの最短距離H１及び第２金属チップの火花放電ギャップを形成する放電面の周縁から、接地電極の中心電極側内周面との最短距離H２の少なくとも一方が０．４ｍｍ以上であることがよい。このように、最短距離Ｈ１、Ｈ２の少なくとも一方が、０．４ｍｍ以上であると、放電ギャップにて形成された火炎核が広がる際に、接地電極本体及び中心電極本体が邪魔をすることが少なくなり、さらに有効に着火性が向上する。なお、最短距離Ｈ１、Ｈ２の両方が０．４ｍｍ未満であると、上記効果を得ることができない。また、最短距離Ｈ１及びＨ２の少なくとも一方が１．５ｍｍを越えると、チップの伝熱距離が長くなり、チップの耐久性が低下する。
【００１５】
そして、最短距離Ｈ１、Ｈ２の少なくとも一方が、０．４ｍｍ以上であると、中心電極本体および接地電極本体の間隔が大きくなり、スパークプラグの放電ギャップ間にも流れ込むスワール流が増加する。これにより、引きちぎれる火花放電が従来よりも増加し、アーク放電が起こりやすくなり、貴金属チップの偏消耗が起こりやすくなると考えられる。これに対し、本発明のように、抵抗体を介した端子金具と中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上に確保することで、最短距離Ｈ１、Ｈ２が大きいスパークプラグにおいても有効に貴金属チップの偏消耗が抑制できる。
【００１６】
さらに、本発明のスパークプラグは、火花放電ギャップの間隔ｇが０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることがよい。スパークプラグは一般に、絶縁体の外側が主体金具により覆われているが、燻りや燃料のカブリ等により絶縁体表面が汚損されると、金具内面と絶縁体外面との間で火花が飛んで、ギャップでの正常な放電が阻害される不具合が生ずる場合がある。この場合、火花放電ギャップの間隔をなるべく小さくすることが、汚損発生時に正常なギャップ放電を確保する上で有効である。この場合、スパークプラグの耐汚損性を確保するために、その火花放電ギャップの大きさを１．５ｍｍ以下とするのがよい。また、ギャップ短絡を防止する観点から、火花放電ギャップの大きさは０．４ｍｍ以上に設定するのがよい。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明のスパークプラグユニットは、軸線方向に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た電極本体と、該電極本体の先端に溶接された第1貴金属チップとからなる中心電極と、
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接合され、他端部に、前記第1貴金属チップと対向するように結合された第２貴金属チップを有する接地電極と、前記絶縁体の軸孔の後端側に配設された端子金具と、前記絶縁体の軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、を備え、前記第1貴金属チップと前記第２貴金属チップとの間に火花放電ギャップを形成するスパークプラグと、該スパークプラグに取り付けられるケーシングと、該ケーシングの内側に収容されるとともに前記スパークプラグの前記端子金具に接続され、該スパークプラグに対して放電用の高電圧を印加する点火コイルとを有するコイルユニットと、を備えるスパークプラグユニットにおいて、
前記第１貴金属チップ及び前記第２貴金属チップの直径が１．２ｍｍ以下であり、且つ、前記点火コイルと前記中心電極との間に、両者の間の電気抵抗値を５０ｋΩ以上に確保するための抵抗部が設けられたことを特徴とする。
【００１８】
本発明のスパークプラグユニットは、中心電極の先端に溶接された第１貴金属チップ及び第1貴金属チップと対向するよう接地電極の他端部に溶接された第２貴金属チップを備えている。このため、着火性向上のために火花放電ギャップに対応する放電部を燃焼室内部に突き出したスパークプラグにおいても、耐火花消耗性向上する。そして、第１貴金属チップ及び第２貴金属チップの直径が１．２ｍｍ以下である。このため、放電ギャップにて形成された火炎核が広がる際に、火炎核の成長を妨げることを抑制し、着火性を向上させている。
【００１９】
ところが、上記のように中心電極と接地電極との貴金属チップに細径化された貴金属チップを設けたスパークプラグを用いたスパークプラグユニットにて火花放電を行うと、スパークプラグの貴金属チップが偏消耗する虞があった。これに対し、本発明のように、点火コイルと中心電極との間に、両者の間の電気抵抗値を５０ｋΩ以上に確保するための抵抗部が設けられることで、アーク放電が起こる回数を減少させることができ、貴金属チップの偏消耗を抑制することができる。具体的には、火花放電に必要なエネルギーを抵抗部にて消費することで、引きちぎられた火花放電が、再度結合するために、ブレークダウンを起こす際の回数を減少させ、アーク放電の回数を減少させることができる。これにより、貴金属チップの偏消耗を抑制することができる。なお、抵抗部の電気抵抗値が５０ｋΩ未満であると、上記効果を得ることができない。
【００２０】
点火コイルと中心電極との間で５０ｋΩ以上の電気抵抗値を確保するためには、
コイルユニット側に設けた抵抗器等の抵抗部により、上記範囲の電気抵抗値が確保されるようにしてもよい。
【００２１】
さらに、本発明のスパークプラグユニットは、点火コイルと中心電極との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上１００ｋΩ以下確保されていると良い。これにより、スパークプラグの着火性は確保しつつ、貴金属チップの偏消耗も抑制することができる。点火コイルと中心電極との間の電気抵抗値が１００ｋΩを越えると、着火に対して必要な点火エネルギーが供給されず、スパークプラグの着火性が低下する。
【００２２】
さらに、本発明のスパークプラグユニットは、第1貴金属チップの火花放電ギャップを形成する放電面の周縁から、中心電極と第1貴金属チップとを溶接する溶接部の対応する端縁までの最短距離H１及び第２金属チップの前記火花放電ギャップを形成する放電面の周縁から、接地電極の中心電極側内周面との最短距離H２の少なくとも一方が０．４ｍｍ以上であることがよい。このように、最短距離Ｈ１、Ｈ２の少なくとも一方が、０．４ｍｍ以上であると、放電ギャップにて形成された火炎核が広がる際に、接地電極本体及び中心電極本体が邪魔をすることが少なくなり、さらに有効に着火性が向上する。なお、最短距離Ｈ１、Ｈ２の両方が０．４ｍｍ未満であると、上記効果を得ることができない。また、最短距離Ｈ１及びＨ２の少なくとも一方が１．５ｍｍを越えると、チップの伝熱距離が長くなり、チップの耐久性が低下する。
【００２３】
そして、最短距離Ｈ１、Ｈ２の少なくとも一方が、０．４ｍｍ以上であると、中心電極本体および接地電極本体の間隔が大きくなり、スパークプラグの放電ギャップ間にも流れ込むスワール流が増加する。これにより、引きちぎれる火花放電が従来よりも増加し、アーク放電が起こりやすくなり、貴金属チップの偏消耗が起こりやすくなると考えられる。これに対し、本発明のように、点火コイルと中心電極との間に、両者の間の電気抵抗値を５０ｋΩ以上に確保するための抵抗部が設けられることで、最短距離Ｈ１、Ｈ２が大きいスパークプラグにおいても有効に貴金属チップの偏消耗が抑制できる。
【００２４】
さらに、本発明のスパークプラグユニットは、前記火花放電ギャップの間隔ｇが０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることがよい。スパークプラグは一般に、絶縁体の外側が主体金具により覆われているが、燻りや燃料のカブリ等により絶縁体表面が汚損されると、金具内面と絶縁体外面との間で火花が飛んで、ギャップでの正常な放電が阻害される不具合が生ずる場合がある。この場合、火花放電ギャップの間隔をなるべく小さくすることが、汚損発生時に正常なギャップ放電を確保する上で有効である。この場合、スパークプラグの耐汚損性を確保するために、その火花放電ギャップの大きさを１．５ｍｍ以下とするのがよい。また、ギャップ短絡を防止する観点から、火花放電ギャップの大きさは０．４ｍｍ以上に設定するのがよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。まず、図１に示す実施形態１のスパークプラグ１００は、主体金具１、絶縁体２、中心電極３接地電極等を備えている。
【００２６】
主体金具１は、低炭素鋼等で形成されており、先端部の外側面に形成されているねじ部７を利用して図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けられ、使用に供される。
絶縁体２は、先端側が主体金具１に周囲を隙間を形成して取り囲まれており、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、軸線方向に貫通する軸孔６を有する筒状体である。
【００２７】
中心電極３は絶縁体２の軸孔６の先端側に挿入され、その先端部が絶縁体２の先端から突出するように固設された軸状金属体である。また、中心電極３は、図２に示すように、中心電極本体３ａと、中心電極本体３ａの縮径された先端部に溶接部Ｗ１により固設された第１貴金属チップ３１により構成されている。なお、中心電極本体３ａは、例えば、インコネル６００（ＩＮＣＯ社の商標）等のＮｉ耐熱合金やＦｅ耐熱合金等からできている。一方、第１貴金属チップ３１は、ＰｔやＩｒの単体やそれらを主体とする合金からなる円板状金属体である。具体的には、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔである。
【００２８】
接地電極４は、一端部４２が主体金具１の先端に溶接によって固設され、他端部４３は中心電極３の先端面（本発明のスパークプラグでは、第１貴金属チップ３１の先端面３１ａ）と火花放電ギャップｇを隔てて配置された金属体である。また、接地電極４は、図２に示すように、接地電極本体４ａと、接地電極本体４ａに溶接部Ｗ２により固設され、第１貴金属チップ３１と火花放電ギャップを隔てる第２貴金属チップにより構成されている。なお、接地電極本体４ａも中心電極本体３ａと同じく、例えば、インコネル６００（ＩＮＣＯ社の商標）等のＮｉ耐熱合金やＦｅ耐熱合金等からできている。一方、第２貴金属チップ３１は、ＰｔやＩｒの単体やそれらを主体とする合金からなる円板状金属体である。具体的には、Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｉｒである。
【００２９】
また、絶縁体の軸孔６の後端側には、後端部が絶縁体２の後端から突出するように固設された端子金具５が挿入されている。この端子金具５は、図示しない電源とプラグコード等を介して電気的に接続される。そして、端子金具５は、低炭素鋼からなる。さらに、軸孔６において端子金具５と中心電極３との間には、抵抗体８が配置されている。この抵抗体８は、ガラス粉末、セラミック粉末、金属粉末（Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉの１種又は２種以上を主体とするもの）、非金属導電物質粉末（例えば無定形カーボン（カーボンブラック）ないしグラファイト）及び有機バインダ等を所定量配合し、ホットプレス等の公知の手法により焼結して製造されるものである。
【００３０】
また、軸孔６において、抵抗体８と中心電極３との間、または、抵抗体８と端子金具５の間には、それぞれ導電性ガラスシール層９，１７が形成されている。この導電性ガラスシール層９、１７は、Ｃｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以上を主体とする金属粉末を混合したガラスにより構成されている。なお、該導電性ガラスシール層９，１７には、必要に応じてＴｉＯ２等の半導体性の無機化合物粉末を適量配合することができる。そして、導電性ガラスシール層９、抵抗体８、導電性ガラスシール層１０により、中心電極３と端子金具５は電気的に接合されている。
【００３１】
さらに、実施形態１のスパークプラグ１００は、第１貴金属チップ３１の直径Ａを０．６ｍｍ、第２貴金属チップ４１の直径Ｂを０．８ｍｍとなっている。従って、実施形態１では、第１貴金属チップ３１の直径Ａ及び第２貴金属チップ４１の直径Ｂを１．２ｍｍ以下としている。このため、実施形態１のスパークプラグ１００では、火花放電ギャップｇにて形成された火炎核が広がる際に、火炎核の成長を妨げることを抑制し、スパークプラグ１００の着火性を向上させている。
【００３２】
ところが、第１貴金属チップ３１の直径Ａ及び第２貴金属チップ４１の直径Ｂを１．２ｍｍ以下とすると、火花放電を行うことで、第１貴金属チップ３１と第２貴金属チップ４１が偏消耗する虞があった。これに対し、本実施形態のスパークプラグ１００は、抵抗体８の電気抵抗値が７０ｋΩとなっている。つまり、本実施形態のスパークプラグ１００は、抵抗体８を介した端子金具５と中心電極３との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上に確保している。このため、第１貴金属チップ３１及び第２貴金属チップ４１にアーク放電が起こる回数を減少させることができ、第１貴金属チップ及び第２貴金属チップ４１の偏消耗が抑制できる。
【００３３】
さらに、実施形態１のスパークプラグ１００は、第１貴金属チップ３１の放電面３１ａの周縁から、中心電極３と第２貴金属チップ４１との溶接部Ｗ１の対応する端縁までの最短距離H１が０．５ｍｍ、貴金属チップ３２の放電面３２ａの周縁から、接地電極４の中心電極３側内周面との最短距離H２が０．８ｍｍとなっている。従って、実施形態１では、第１貴金属チップ３１の放電面３１ａの周縁から、中心電極３と第２貴金属チップ４１との溶接部Ｗ１の対応する端縁までの最短距離H１及び貴金属チップ３２の放電面３２ａの周縁から、接地電極４の中心電極３側内周面との最短距離H２の少なくともいずれか一方を０．４ｍｍ以上としている。このため、放電ギャップにて形成された火炎核が広がる際に、接地電極本体４ａ及び中心電極本体３ａが邪魔をすることが少なくなり、さらに有効に着火性が向上する。
【００３４】
さらに、実施形態１のスパークプラグ１００は、放電ギャップｇが１．０ｍｍとなっている。従って、実施形態１では、火花放電ギャップの間隔ｇが０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下としている。このため、汚損発生時に正常な放電ギャップｇを確保する上で有効である。
【００３５】
このような実施形態１のスパークプラグ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。
【００３６】
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。次いで、Ｎｉ耐熱合金からなる棒状の中心電極３、接地電極４を作成する。そして、接地電極４を主体金具３の先端面に電気抵抗溶接する。その後、主体金具１の先端部の外周面にねじ部７を形成する。一方、中心電極３の先端を縮径し、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。この時、溶接部Ｗ１が形成される。
【００３７】
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９、抵抗体８、導電性シール層１０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５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５等が固設された絶縁体２と、接地電極４が固設された主体金具１を組み付けた後、接地電極４の先端部に第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。この時、溶接部Ｗ２が形成される。そして、接地電極４の第２貴金属チップが４１の先端面４１ａが中心電極３の第１貴金属チップ３１の先端面３１ａが対向するように、接地電極４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。
【００３８】
次に、本発明の実施形態２を、図３を用いて説明する説明する。図３は、スパークプラグ２００を用いたスパークプラグユニット１５０を示すものである。なお、スパークプラグ２００は、上記説明のスパークプラグ１００において、軸孔６内において端子金具５の先端側と中心電極３の後端側との間にある抵抗体２０が異なるのものであり、その部分を主に説明する。
【００３９】
実施形態２のスパークユニット１５０に用いられるスパークプラグ２００は、軸孔６において端子金具５と中心電極３との間に導電性ガラスシール層２０が形成されている。この導電体ガラスシール層２０は、Ｃｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以上を主体とする金属粉末を混合したガラスにより構成されている。なお、該導電性ガラスシール層２０には、必要に応じてＴｉＯ２等の半導体性の無機化合物粉末を適量配合することができる。そして、導電性ガラスシール層２０により、中心電極３と端子金具５は電気的に接合されている。
【００４０】
さらに、実施形態２のスパークプラグ２００は、第１貴金属チップ３１の直径Ａを０．６ｍｍ、第２貴金属チップ４１の直径Ｂを０．８ｍｍとなっている。従って、実施形態２では、第１貴金属チップ３１の直径Ａ及び第２貴金属チップ４１の直径Ｂを１．２ｍｍ以下としている。このため、実施形態２のスパークプラグ２００では、火花放電ギャップｇにて形成された火炎核が広がる際に、火炎核の成長を妨げることを抑制し、スパークプラグ２００の着火性を向上させている。
【００４１】
さらに、実施形態２のスパークプラグ２００は、第１貴金属チップ３１の放電面３１ａの周縁から、中心電極３と第２貴金属チップ４１との溶接部Ｗ１の対応する端縁までの最短距離H１が０．５ｍｍ、貴金属チップ３２の放電面３２ａの周縁から、接地電極４の中心電極３側内周面との最短距離H２が０．８ｍｍとなっている。従って、実施形態２では、第１貴金属チップ３１の放電面３１ａの周縁から、中心電極３と第２貴金属チップ４１との溶接部Ｗ１の対応する端縁までの最短距離H１及び貴金属チップ３２の放電面３２ａの周縁から、接地電極４の中心電極３側内周面との最短距離H２の少なくともいずれか一方を０．４ｍｍ以上としている。このため、放電ギャップにて形成された火炎核が広がる際に、接地電極本体４ａ及び中心電極本体３ａが邪魔をすることが少なくなり、さらに有効に着火性が向上する。
【００４２】
さらに、実施形態２のスパークプラグ２００は、放電ギャップｇが１．０ｍｍとなっている。従って、実施形態２では、火花放電ギャップの間隔ｇが０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下としている。このため、汚損発生時に正常な放電ギャップｇを確保する上で有効である。
【００４３】
次に、実施形態２のスパークプラグユニット１５０は、図３に示すように、ディストリビュータを用いた方式である。このスパークプラグユニット１５０では、点火コイル２５１の一次コイル２５２の一端が、点火スイッチ２５７を介して電源（バッテリ）２５６に接続し、一次コイル２５２の他端が、イグナイタ２５４に接続する。また、点火コイル２５１の二次コイル２５３の一端がイグナイタ２５４に接続し、他端がディストリビュータ２５０に接続する。ディストリビュータ２５０はハイテンションケーブル２５８を介して、各スパークプラグ２００に接続している。また、ハイテンションケーブル２５８には、抵抗部２５９を有している。一方イグナイタ２５４は、制御ユニット（例えば、ＥＣＵ）２５５と接続している。
【００４４】
実施形態２のスパークユニット１５０に用いられるスパークプラグ２００は、第１貴金属チップ３１の直径Ａ及び第２貴金属チップ４１の直径Ｂを１．２ｍｍ以下としているので、火花放電を行うことで、第１貴金属チップ３１と第２貴金属チップ４１が偏消耗する虞があった。これに対し、実施形態２のスパークプラグユニット１５０は、抵抗部２５９の組成及び寸法は、点火コイル２５１とスパークプラグ２００の中心電極３との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上１００ｋΩ以下の範囲となるように調整される。つまり、実施形態２のスパークプラグユニット１５０は、点火コイル２５１と中心電極３との間に、両者の間の電気抵抗値を５０ｋΩ以上に確保するための抵抗部２５９が設けられている。このため、スパークユニット１５０に用いられるスパークプラグ２００の第１貴金属チップ３１及び第２貴金属チップ４１にアーク放電が起こる回数を減少させることができ、第１貴金属チップ及び第２貴金属チップ４１の偏消耗が抑制できる。
【００４５】
次にスパークプラグへの通電方法について説明する。まず、点火スイッチ２５７を導通させ、電源から一次コイル２５２に通電を開始する。その後、所定の着火タイミングで、制御ユニット２５５からイグナイタ２５４に遮断指令信号を発すると、イグナイタ２５４は一次コイル２５２への通電を遮断する。これにより、二次コイル２５３には、高圧の誘導電流が発生し、これがディストリビュータ２５０を介して、ハイテンションコード２５８（及び抵抗部２５９）を通って、各スパークプラグ２００に分配される。
【実施例１】
【００４６】
以下、上記スパークプラグ１００ないしスパークプラグユニット１５０の効果を確認するために、以下の実験を行った。まず、実施形態１のスパークプラグ１００を各種作成するために、抵抗体８をガラス粉末、セラミック粉末、金属粉末、非金属導電物質粉末及び有機バインダ等を所定量配合し、ホットプレス等の公知の手法により焼結した。そして、抵抗体の長さを其々異ならせて、中心電極３と端子金具５との間の電気抵抗値Ｒk１が、表１の各種となるように調整した。
【００４７】
次に、第１貴金属チップ３１及び第２貴金属チップ４１は、次のようにして形成した。まず、第１貴金属チップは、所定量のＩｒ及びＰｔを配合・溶解することにより、Ｐｔを５重量％含有し残部Ｉｒとなる合金を作製し、これを直径０．６ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円板状のチップにそれぞれ加工した。そして、このチップを中心電極本体３ａに最小距離Ｈ１が０．５ｍｍとなるように接合した。
また、第２貴金属チップは、所定量のＩｒ及びＰｔを配合・溶解することにより、Ｐｔを５重量％含有し残部Ｉｒとなる合金を作製し、これを直径０．６ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの円板状のチップにそれぞれ加工した。そして、このチップを接地電極本体４ａに最小距離Ｈ２が０．８ｍｍとなるように接合した。
そして、上記の製造方法により、スパークプラグ１００を作成する。なお、スパークプラグ１００の火花放電ギャップは、１．０ｍｍとする。
【００４８】
そして、図３に示すスパークプラグユニット１５０において、抵抗部２５９を取り除いたスパークプラグユニットに、上記スパークプラグ１００を用い、中心電極側が負となる極性にて二次電流ピーク値７０ｍＡ、放電エネルギー６５ｍＪの条件にて点火放電させた。
【００４９】
一方、実施形態２のスパークプラグユニット１５０については、まずスパークプラグ２００を作成するために、導電性ガラスシール層２０をＣｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以上を主体とする金属粉末を混合したガラスにより作成した。なお、該導電性ガラスシール層２０には、必要に応じてＴｉＯ２等の半導体性の無機化合物粉末を適量配合することができる。そして、スパークプラグ２００の中心電極３と端子金具５との間の電気抵抗値Ｒkを０ｋΩとなるように調整している。
【００５０】
次に、第１貴金属チップ３１及び第２貴金属チップ４１は、次のようにして形成した。まず、第１貴金属チップは、所定量のＩｒ及びＰｔを配合・溶解することにより、Ｐｔを５重量％含有し残部Ｉｒとなる合金を作製し、これを直径０．６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円板状のチップにそれぞれ加工した。そして、このチップを中心電極本体３ａに最小距離Ｈ１が０．５ｍｍとなるように接合した。
また、第２貴金属チップは、所定量のＩｒ及びＰｔを配合・溶解することにより、Ｉｒを２０重量％含有し残部Ｐｔとなる合金を作製し、これを直径０．８ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの円板状のチップにそれぞれ加工した。そして、このチップを接地電極本体４ａに最小距離Ｈ２が０．８ｍｍとなるように接合した。
そして、上記の製造方法により、スパークプラグ１００を作成する。なお、スパークプラグ１００の火花放電ギャップは、１．０ｍｍとする。
【００５１】
そして、図３に示すスパークプラグユニット１５０において、上記スパークプラグ２００を用い、中心電極側が負となる極性にて二次電流ピーク値７０ｍＡ、放電エネルギー６５ｍＪの条件にて点火放電させた。なお、抵抗部２５９の組成及び寸法は、点火コイル２５１とスパークプラグ２００の中心電極３との間の電気抵抗値Ｒｋ２が表１の各種となるように調整される。
【００５２】
そして、上記の各種スパークプラグを、６気筒ガソリンエンジン（排気量２０００ｃｃ）に取り付け、スロットル全開状態、エンジン回転数５０００ｒｐｍにて１００時間まで連続運転し、運転終了後の第１貴金属チップ及び第２貴金属チップの偏消耗度Ｓを測定した。なお、貴金属チップの偏消耗度Ｓとは、図６に示すように、第１貴金属チップ及び第２貴金属チップの直径を通る半断面において、使用前の仮想半断面に対し、通常消耗部Ｓ１、偏消耗部Ｓ２を測定し、偏消耗度Ｓ＝偏消耗部Ｓ２／通常消耗度Ｓ１と規定したものである。偏消耗度Ｓが２を越えるものを×（不合格）とし、偏消耗度Ｓが２以下を○(合格)とする。結果を表１に示す。
【００５３】
また、着火性についても調査した。上記スパークプラグを、６気筒ガソリンエンジン（排気量２０００ｃｃ）に取り付け、中負荷（５ｋｇ・ｍ）で火花を１０００発飛ばしたときの、失火した回数を測定した。１０００発中１０発（１％）以上失火したものを×（不合格）とし、１０００発中９発以下を○（合格）とした。これについても結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
2005123040.tif 000003
【００５５】
これによると、実施形態１のスパークプラグ１００において、中心電極３と端子金具５との間の電気抵抗値Ｒｋ１が５０ｋΩ未満の場合、偏消耗度が５０％以上となっている。一方、中心電極３と端子金具５との間の電気抵抗値Ｒｋ１が１００ｋΩを越えると、着火性が低下している。また、実施形態２のスパークプラグユニット１５０においても、点火コイル２５１とスパークプラグ２００の中心電極３との間の電気抵抗値Ｒｋ２が５０ｋΩ未満の場合、偏消耗度が５０％以上となっている。一方、点火コイル２５１とスパークプラグ２００の中心電極３との間の電気抵抗値Ｒｋ２が１００ｋΩを越えると、着火性が低下している。
【実施例２】
【００５６】
次に、スパークプラグ１００またはスパークプラグ２００の形状と、着火性及び消耗性についての関係を調査した。具体的には、表２のようにスパークプラグ１００の形状を作成し、上記着火性の試験及び消耗性の試験を行った。
【００５７】
なお、着火性の条件は実施例１と同様に行う。また、消耗性の試験は、排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数５６００ｒｐｍでスロットル全開状態にて３００時間連続運転で行い、運転終了後のギャップ増加量を測定した。結果を表２に示す。なお、ギャップ増加量が０．３未満のものを○（合格）とし、０．３以上のものを×（不合格）とした。
【００５８】
【表２】
2005123040.tif 000004
【００５９】
これによると、試料９、１０は着火性、消耗性が互いに○となっている。一方試料１（中心電極径Ａが１．６ｍｍのもの）、３（接地電極径Ｂが１．６ｍｍのもの）、５（Ｈ１が０．１ｍｍのもの）、７（Ｈ２が０．３ｍｍのもの）は、着火性が×となっている。また、試料２（中心電極径Ａが０．２ｍｍのもの），４（接地電極径Ｂが０．３ｍｍのもの），６（Ｈ１が２．０ｍｍのもの），８（Ｈ２が２．０ｍｍのもの）は、消耗性が×となっている。
【００６０】
以上において、本発明を実施形態１、実施形態２に即して説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態２のスパークプラグユニット１５０は、ディストリビュータ２５０を用いた方式を使用しているが、これに限定されるものでなく、図４に示すＤＬＩ方式（フルトランジスタ型コイルオン方式）のスパークユニット２５０でも良い。
【００６１】
この図４に示すスパークプラグユニット２５０を説明する。このスパークプラグユニット２５０では、ディストリビュータを使用せず、各スパークプラグ２００に対し個別の点火コイル５１により直接的に電圧印加するように構成されている。各点火コイル５１においては、点火スイッチ１５７を介してバッテリー１５６から受電する一次コイル５２がイグナイタ１５４に接続されている。他方二次コイル５３は、それぞれスパークプラグ２００に接続される。この場合、イグナイタ１５４は、個々の点火コイル５１に対応したトランジスタ等の無接点スイッチ部を有し、それら無接点スイッチ部は制御ユニット１５５の対応する出力ポートから個別に遮断指令信号を受けて、所定のタイミングで遮断駆動されるようになっている。なお、各点火コイル５１とスパークプラグ２００との間には、イグナイタ１５４内の無接点スイッチ部を遮断状態から導通状態に復帰させる際に、スパークプラグ２００に再通電することを阻止するためのダイオード５１ａが設けられている。そして、ダイオード５１ａとスパークプラグ２００との間に、点火コイル５１とスパークプラグ２００の中心電極３との間の電気抵抗値が５０ｋΩ以上１００ｋΩ以下の範囲となるように調整される抵抗部５９を備えている。
【００６２】
また、実施形態２のスパークプラグユニット１５０には、スパークプラグ２００が用いられていたが、これに限定されるものでなく、実施形態１のスパークプラグ１００を用いても良い。
【００６３】
また、実施形態１のスパークプラグ１００及び実施形態２のスパークプラグユニット１５０に用いられるスパークプラグ２００は、中心電極本体３ａ、接地電極本体４ａのみであったが、これに限定されるものでなく、中心電極本体３ａや接地電極本体４ａに芯材を内装しても良い。この場合、中心電極本体３ａや接地電極本体４ａのどちらか一方、または、中心電極本体３ａ及び接地電極本体４ａの両方に芯材を設けることができる。また、芯材の材質としては、ＣｕやＦｅの単体、またはその合金から形成できる。
【００６４】
また、実施形態１のスパークプラグ１００及び実施形態２のスパークプラグユニット１５０に用いられるスパークプラグ２００は、接地電極４の第２貴金属チップ４１の先端面と中心電極３の貴金属チップ３１先端面とが略平行に対向するように接地電極４を設けたが、これに限定されるものではなく、接地電極が主体金具からスパークプラグの軸線方向と平行に伸長され、絶縁体の近傍にてスパークプラグの軸線方向に対して、スラント角をもって、中心電極側に屈曲していても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態１のスパークプラグ１００を示す縦部分断面図。
【図２】スパークプラグ１００の火花放電ギャップ付近を拡大して示す断面図。
【図３】本発明の実施形態２のスパークプラグユニット１５０を示す回路図。
【図４】本発明の別実施形態のスパークプラグユニット２５０を示す回路図。
【図５】本発明のスパークプラグ１００、２００の誘導放電波形を示すグラフ。
【図６】本発明の偏消耗度を規定するための説明図。
【符号の説明】
【００６６】
１  主体金具
２  絶縁体
３  中心電極
４  接地電極
５  端子金具
６  貫通孔
８  抵抗体
３１  第１貴金属チップ
４１  第２貴金属チップ
１５０、２５０  スパークプラグユニット
１００、２００  スパークプラグ
ｇ  火花放電ギャップ
【図６】
2005123040.tif 000005
【図１】
2005123040.tif 000006
【図２】
2005123040.tif 000007
【図３】
2005123040.tif 000008
【図４】
2005123040.tif 000009
【図５】
2005123040.tif 000010