(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前記絶縁碍子の先端部に配設された中心電極と、前記絶縁碍子の先端部を自身の先端面から突出するように保持する主体金具と、その主体金具の前記先端面に一端が接合され他端が前記中心電極の先端面に対向するように配設された平行接地電極とを備え、前記平行接地電極と前記中心電極の先端面とにより主気中ギャップ（α）が形成されているとともに、前記主体金具に一端が接合され他端が前記中心電極の側周面若しくは前記絶縁碍子の側周面に対向するように配設された複数のセミ沿面接地電極を備え、前記セミ沿面接地電極の他端の端面と、この端面と対向する前記中心電極の側周面との間にセミ沿面ギャップ（β）が形成されており、かつ、前記セミ沿面接地電極の端面と、この端面と対向する前記絶縁碍子の側周面との間にセミ沿面碍子ギャップ（γ）が形成されており、前記主気中ギャップ（α）の距離α（単位：ｍｍ）と前記セミ沿面ギャップ（β）の距離β（単位：ｍｍ）とが、α＜βの関係を満足し、かつ、該主気中ギャップ（α）の距離αと前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離γ（単位：ｍｍ）とが、α＞γの関係を満足し、
前記主気中ギャップ（α）は、０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、該主気中ギャップ（α）と前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍであり、
前記中心電極は先端部が縮径されているとともに、前記絶縁碍子の軸線方向前方側から平面視した場合の前記中心電極の中心点の位置における前記平行接地電極の幅Ｗは、２．２ｍｍ以下であって、かつ、前記中心電極の先端面における外径の２倍以上であることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記主気中ギャップ（α）がα≦０．９ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、前記主体金具の前記先端面の位置における前記絶縁碍子と前記主体金具との径差δ（単位：ｍｍ）が、δ≧２．８ｍｍである請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記主気中ギャップ（α）がα≦１．１ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、かつ、前記セミ沿面接地電極の配設個数が３個以上である請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記絶縁碍子の先端部に直管状部を有し、前記絶縁碍子の軸線方向において前記先端部の位置する側を前方側としたときに、前記直管状部の後端位置に対し前記セミ沿面接地電極の前記端面の後端側縁が一致しているか又は前方側にあり、前記先端面の高さ位置と前記セミ沿面接地電極の前記端面の後端側縁の高さ位置との前記軸線方向における段差Ｅ（単位：ｍｍ）と、前記絶縁碍子の前記先端面から側周面に至る曲面の曲率半径Ｒ（単位：ｍｍ）との差が、Ｒ−Ｅ≦０．１ｍｍである請求項１ないし３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記段差Ｅの値が０．５ｍｍ以下である請求項４に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記スパークプラグが適用されるスパークプラグのＪＩＳ規格（ＪＩＳ：Ｂ８０３１）若しくは当該ＪＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ規格の中で定められたＡ寸法よりも先端側に突出する前記絶縁碍子の突出量Ｆ（単位：ｍｍ）が、３．０ｍｍ≦Ｆ≦５．０ｍｍである請求項１ないし５のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記平行接地電極は、表層部を形成する母材と、内層部を形成するとともに前記母材よりも熱伝導性の良好な材料からなる良熱伝導材とを有する請求項６に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記主気中ギャップ（α）が、α≦１．１ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、前記絶縁碍子の軸線に平行な仮想平面に対し、該絶縁碍子を正射影にて表したとき、先端面を示す線を外方へ延長した第１の延長線と、前記絶縁碍子の前記セミ沿面ギャップ（β）部に臨む前記軸線を挟んだ両側の側周面を示す２本の線を前記先端面の方向へ延長した２本の第２の延長線との交点間の距離（以下、単に「絶縁碍子先端径」φＤ（単位：ｍｍ）という）と前記セミ沿面接地電極の幅との差ψ（単位:ｍｍ）が、ψ≦１．８ｍｍである請求項１ないし７のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記第１の延長線と前記絶縁碍子の前記セミ沿面ギャップ（β）部に臨む側周面を示す線を前記先端面の方向へ延長した第２の延長線との交点から、前記第１の延長線と前記中心貫通孔の延長線との交点までの最短距離（以下、単に「絶縁碍子先端肉厚」ρ（単位：ｍｍ）という。）が、ρ≦０．９ｍｍである請求項８に記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
前記中心電極が前記絶縁碍子の先端面から突出する量Ｈ（単位：ｍｍ）がＨ≦１．２５ｍｍである請求項１ないし９のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１１】
前記中心電極が前記絶縁碍子の先端面から突出する量ＨがＨ≦０．５ｍｍである請求項１０に記載のスパークプラグ。
【請求項１２】
前記主気中ギャップ（α）、前記セミ沿面ギャップ（β）及び前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、α≦０．４×（β−γ）＋γの関係を満足する請求項１ないし１１のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１３】
前記絶縁碍子の先端部を軸線方向前方側から平面視したときに、前記セミ沿面接地電極は少なくとも前記他端の端面において、前記絶縁碍子の前記中心貫通孔の先端開口径よりも大きな幅を有する請求項１ないし１２のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１４】
前記絶縁碍子の前記中心貫通孔が該絶縁碍子の先端部側にて縮径されている請求項１ないし１３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１５】
前記絶縁碍子には縮径された先端部をなす直管状部が形成され、また、該直管状部の軸線方向後方側に隣接して該直管状部よりも径大の膨らみ部が形成され、
前記直管状部の長さが１．５ｍｍ以下であり、
また、前記セミ沿面接地電極は、前記他端の端面の、前記絶縁碍子の軸線方向における後方側縁の中点と、該絶縁碍子の軸線とを含む仮想的な平面上において、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離をγ（単位：ｍｍ）として、前記後方側縁の中点を中心とする（γ＋０．１）ｍｍの円を描いたときに、前記膨らみ部の全体が該円の外側に位置する請求項１ないし１４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１６】
前記絶縁碍子の軸線方向において前記先端部の位置する側を前方側とし、さらに、前記セミ沿面接地電極の、前記他端の端面の後方側縁の中点と前記軸線とを含む仮想的な平面に対し、前記軸線を含んで該平面と直交する平面を投影面として定め、該投影面への正射影にて表したときに、前記他端の端面は、前記投影面上にて前記軸線と後方側縁との交点をＸとし、同じく前方側縁との交点をＹとして、線分ＸＹの中点を通って前記軸線と直交する基準線よりも前方側に位置する領域の面積Ｓ１が、後方側に位置する領域の面積Ｓ２よりも大きくなる形状を有してなる請求項１ないし１５のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１７】
前記絶縁碍子の軸線方向において前記先端部の位置する側を前方側とし、さらに、前記セミ沿面接地電極の、前記他端の端面の後方側縁の中点と前記軸線とを含む仮想的な平面に対し、前記軸線を含んで該平面と直交する平面を投影面として定め、該投影面への正射影にて表したときに、前記他端の端面の外周縁には、前記投影面上にて前記軸線と後方側縁との交点をＸとし、同じく前方側縁との交点をＹとして、線分ＸＹの中点を通って前記軸線と直交する基準線よりも後方側に位置する領域において少なくとも、角部が先端曲率半径又は面取り幅が０．２ｍｍ以上となっているか又は角部を形成する２辺部が９０度より大きい角度を有することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１８】
前記絶縁碍子の先端部に直管状部を有し、該直管状部は前記主体金具の先端面より後端側にまで延設されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１９】
前記中心電極は、母材の先端部に融点１６００℃以上の貴金属又は貴金属合金で形成された貴金属チップが接合されることによって構成されているとともに、該接合部が前記絶縁碍子の前記中心貫通孔内で接合されている請求項１ないし１８のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項２０】
前記絶縁碍子が前記主体金具と係止されて保持される保持部よりも先端側における前記中心貫通孔の最小径Ｄ３（単位：ｍｍ）が、Ｄ３≦２．１ｍｍである請求項１ないし１９のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項２１】
前記貴金属チップは、前記接合部側の外径が先端側の外径よりも大に構成されている請求項２０に記載のスパークプラグ。
【請求項２２】
前記貴金属チップ外径と前記絶縁碍子の中心貫通孔内径との径差の最小値が０．２ｍｍ以下である請求項２０又は２１に記載のスパークプラグ。
【請求項２３】
前記平行接地電極は、表層部を形成する母材と、内層部を形成するとともに前記母材よりも熱伝導性の良好な材料からなる良熱伝導材が配置されている請求項１ないし２２のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項２４】
前記セミ沿面接地電極は、前記他端の端面部に貴金属チップが溶接されず、かつ該端面部の全体がニッケルを主成分とする第二のニッケル系母材金属からなる一方、前記平行接地電極の少なくとも表層部がニッケルを主成分とする第一のニッケル系母材金属にて構成されるとともに、前記中心電極との対向面に貴金属チップが溶接されてなり、さらに、前記第二のニッケル系母材金属のニッケル含有率が、前記第一のニッケル系母材金属のニッケル含有率よりも高くされた請求項１ないし２３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項２５】
前記第二のニッケル系母材金属のニッケル含有率が８５質量％以上である請求項２４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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスパークプラグは、絶縁碍子の先端面から下方に突出するようにされた中心電極と、この中心電極に対向して配設され一端が主体金具に接合された平行接地電極とを備え、中心電極と平行接地電極との間の気中ギャップに火花放電させて燃料混合ガスに着火するものが一般的である。
【０００３】
また、気中ギャップでの着火性を向上させるため、特開平５−３２６１０７号公報及び特開平７−１３０４５４号公報には、中心電極の端面に対向する平行接地電極の他に、中心電極の側周面に対向した補助接地電極を設けたものが提案されている。これらの補助接地電極は補助接地電極と中心電極との間のギャップに飛火させることが目的ではなく、補助接地電極の存在により平行接地電極と中心電極の間の電界分布を改善し、より低い放電電圧で平行接地電極と中心電極の間のギャップに飛火させ着火性を向上させようとするものである。このため、これらのスパークプラグは構造的に見て、補助接地電極の端面の端縁が必ずしも絶縁碍子の先端面の近傍に位置するものではなかった。
【０００４】
さらに、特開平９−１９９２６０号公報には、中心電極の端面に対向する平行接地電極の他に、絶縁碍子の先端面の近傍に補助接地電極を設けたものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平５−３２６１０７号公報及び特開平７−１３０４５４号公報に記載の従来のスパークプラグはいずれも、いわゆる「くすぶり」に弱いという問題点があった。内燃機関が所定温度において所定回転数以上で回っている定常運転時は、スパークプラグの絶縁碍子の下方部分である脚長部は適度に温度が上昇し、燃焼室内部に位置する絶縁碍子の先端面近傍の表面温度は５００゜Ｃ程度に上昇する。この程度に温度が上昇すると、絶縁碍子の表面に付着したカーボンは焼き浄められるため、絶縁碍子の表面は清浄に保たれる。このため「くすぶり」は生じない。しかしながら、内燃機関の温度が極端に低く、回転数も低い低負荷の場合は、絶縁碍子の表面の温度が上がらず絶縁碍子の表面に燃焼によるカーボンが付着蓄積して、いわゆる「くすぶり」の状態になる。これがさらに進むと、中心電極と接地電極との絶縁が低下して火花放電が不能になり、エンジンストールにいたる。
【０００６】
また、上記特開平９−１９９２６０号公報記載の従来のスパークプラグは、平行接地電極若しくは補助接地電極から中心電極までの距離（主気中ギャップ若しくはセミ沿面ギャップ）、及び補助接地電極の端面から絶縁碍子の側周面までの距離（セミ沿面碍子ギャップ）の関係は明らかにされていない。
【０００７】
さらに、特開昭５９−７１２７９号公報には絶縁碍子の側周面に対向して接地電極を配設したセミ沿面プラグが開示されている。このプラグでは、火花が絶縁碍子の表面に沿って走るため絶縁碍子の表面に付着したカーボンは焼き切られ、「くすぶり」の問題はあまり生じない。しかし、火花が絶えず絶縁碍子の表面に沿って走るため絶縁碍子表面が火花による損傷を受ける、いわゆる「チャンネリング」の問題が生じる。このため、スパークプラグの寿命が短いという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、「くすぶり」に強く、かつ、着火性にも優れたスパークプラグを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記の目的を達成するため、本発明のスパークプラグは以下の基本構造を有する。すなわち、本発明のスパークプラグは、中心貫通孔を有する絶縁碍子と、中心貫通孔に保持され絶縁碍子の先端部に配設された中心電極と、絶縁碍子の先端部を自身の先端面から突出するように保持する主体金具と、その主体金具の先端面に一端が接合され他端が中心電極の先端面に対向するように配設された平行接地電極とを備え、平行接地電極と中心電極の先端面とにより主気中ギャップ（α）が形成されている。また、主体金具に一端が接合され他端が中心電極の側周面若しくは絶縁碍子の側周面に対向するように配設された複数のセミ沿面接地電極を備え、セミ沿面接地電極の他端の端面と、この端面と対向する中心電極の側周面との間にセミ沿面ギャップ（β）が形成されている。そして、セミ沿面接地電極の端面と、この端面と対向する絶縁碍子の側周面との間にセミ沿面碍子ギャップ（γ）が形成されており、主気中ギャップ（α）の距離αとセミ沿面ギャップ（β）の距離βとが、α＜βの関係を満足する。また、主気中ギャップ（α）の距離αとセミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離γとが、α＞γの関係を満足する。
【００１０】
このように形成すると、セミ沿面ギャップ（β）の距離βより主気中ギャップ（α）の距離αの方が小さい（α＜β）から、「くすぶり」の状態ではない正常時には、平行接地電極との間の主気中ギャップ（α）で火花放電が生じる。一方、主気中ギャップ（α）の距離αよりセミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離γは小さい（γ＜α）。従って、絶縁碍子の先端面が燃焼により生じたカーボンにより汚損された「くすぶり」の状態になると、セミ沿面接地電極の端縁と中心電極の側周面の間に、絶縁碍子の先端面の沿面を経由して火花放電が生じる（以下、セミ沿面放電と称する）。セミ沿面放電の火花はセミ沿面碍子ギャップ（γ）を飛んだ後、絶縁碍子の表面に沿って走る（電圧極性が反転している場合はこの逆）。何回かセミ沿面放電を繰り返すと絶縁碍子の先端面に堆積したカーボンが焼き切られて絶縁碍子の表面は清浄な状態に戻り、再び絶縁碍子表面の絶縁が回復して「くすぶり」が解消され、火花放電はセミ沿面ギャップ（β）から主気中ギャップ（α）に戻る。なお、本明細書においてセミ沿面ギャップ（β）の距離βとは、絶縁碍子の先端面の位置における中心電極の側周面とセミ沿面接地電極とのスパークプラグの軸線に対して垂直方向の最小距離を言う。また、セミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離γとは、絶縁碍子とセミ沿面接地電極との最短距離を言う。
【００１１】
上記基本構造を有したスパークプラグでは、殆どの時間において平行接地電極との間の主気中ギャップ（α）で火花放電が生じ、絶縁碍子の表面がカーボンにより汚損された「くすぶり」の状態の時にのみセミ沿面接地電極との間のセミ沿面ギャップ（β）でセミ沿面放電が生じて燃焼室の混合ガスに着火する。殆どの時間を主気中ギャップ（α）での火花放電で混合ガスに着火するから着火性に優れる。また、セミ沿面放電は絶縁碍子の表面に堆積したカーボンを焼き切る自己清浄作用を備えるから、このスパークプラグは「くすぶり」に極めて強い。さらに、セミ沿面放電が生じる頻度は低くその放電時間がごく短時間で終了するから火花による「チャンネリング」の作用は弱くなり、チャンネリングは殆ど発生しない。このため、このスパークプラグの寿命は十分に長い。
【００１２】
なお、図２３に示すように、セミ沿面接地電極（1２，1２）を２本有する場合における本発明のスパークプラグ（１００）を直噴式内燃機関（１５０）に取り付ける際には、インテークバルブ（２０１）とエキゾーストバルブ（２０３）の中間方向にセミ沿面接地電極（１２，１２）を位置させると良い。
【００１３】
図２３に示す例では、シリンダヘッド（Ｓ）に取り付けられたスパークプラグ（１００）の中心軸線（Ｏ）を含む仮想的な基準面（ＳＰ）と、同じく中心軸線（Ｏ）を含んで基準面（ＳＰ）と直交する仮想的な補助基準面（ＣＳＰ）を考えたとき、基準面（ＳＰ）に関して片側にインテークバルブ（２０１，２０１）が、反対側にエキゾーストバルブ（２０３，２０３）が、それぞれ基準面（ＳＰ）からの距離が略等しくなる位置関係にて配置されている。なお、インテークバルブ（２０１，２０１）とエキゾーストバルブ（２０３，２０３）とは、それぞれ補助基準面（ＣＳＰ）の両側に各１の都合２つずつが配置されている。そして、セミ沿面接地電極（１２）は、主体金具（５）への取付基端位置が補助基準面（ＣＳＰ）よりも基準面（ＳＰ）に近くなるように、ここでは略基準面（ＳＰ）上に位置するように配置されている。また、平行接地電極（１１）は、主体金具（５）への取付基端位置が基準面（ＳＰ）よりも補助基準面（ＣＳＰ）に近くなるように、ここでは略補助基準面（ＣＳＰ）上に位置するように配置されている。
【００１４】
上記のようなスパークプラグ（１００）の取付方向は、一般的な平行接地電極のみを持つスパークプラグの取付方向とは異なる。すなわち、内燃機関（１５０）の燃焼室（ＣＲ）内部における吸気の流れ方向はインテークバルブ（２０１）からエキゾーストバルブ（２０３）に向かう方向に流れるのであるが、本発明者らが検討したところによると、キャビティがピストン（Ｐ）の中央部を含むインテークバルブ側に偏芯して存在することによる縦方向の流れ（タンブル）と、ピストン（Ｐ）が上昇することによって燃焼室（ＣＲ）壁面周囲からキャビティ方向に生じる横方向の流れ（スキッシュ）とを考慮する必要のある直噴式内燃機関に適用される本発明のスパークプラグ（１００）では、セミ沿面接地電極（１２）の着火性を確保できる方向に向けることが重要であることがわかった。そこで、上記のような位置関係にてスパークプラグ（１００）を取り付ければ、燃焼室壁面に近い位置に存在するためにスキッシュの影響を受けやすいセミ沿面接地電極（１２）による火花は吸気の流れに対して垂直に近くなる方向に飛火する形となる。
【００１５】
特に、平行接地電極（１１）に対して両側９０゜の位置に２個のセミ沿面接地電極（１２，１２）を持つタイプのスパークプラグ（１００）では、平行接地電極（１１）の主体金具（５）への溶接部をインテークバルブ（２０１）側に向けることが特に効果的である。即ち、平行接地電極（１１）が主体金具（５）に溶接されていない方向をエキゾーストバルブ（２０３）の方向に向けると良い。平行接地電極（１１）による火花は、タンブルとスキッシュとの両方の影響を受けるため、スパークプラグの斜め先端側から吸気の流れを受けることになる。この吸気の流れは、相当に大きな流れであるため、逆方向に向けられた場合には、火花の発生中に火花が平行接地電極（１１）の存在しない位置にまで流されて途切れ易くなる。このように位置させることによって、たとえ火花が流されても平行接地電極（１１）が存在するために途中で途切れ難くなり着火性の低下が起こりにくくなる。
【００１６】
なお、インテークバルブ（２０１，２０１）及びエキゾーストバルブ（２０３，２０３）を各２個有するタイプの内燃機関（即ち、４バルブ内燃機関）では、互いに向かい合うインテークバルブ（２０１，２０１）とエキゾーストバルブ（２０３，２０３）の対で上記の考えを当てはめれば良い。つまり、次のように考えれば良い。一般に４バルブ内燃機関では、内燃機関の前方向から見ると三角屋根状をしたペントルーフタイプのシリンダヘッド（Ｓ）の片側（すなわち、基準面（ＳＰ）に関していずれか一方の側）にインテークバルブ２個（２０１，２０１）が、他方の側にエキゾーストバルブ２個（２０３，２０３）が配置されている。また、補助基準面（ＣＳＰ）に関して同じ側にあるインテークバルブ（２０１）及びエキゾーストバルブ（２０３）同士は、基準面（ＳＰ）を挟んで互いに向かい合う形となる。そして、中心軸線（Ｏ）に関して、これら互いに向かい合うインテークバルブ及びエキゾーストバルブの対（２０１，２０３）の中間の角度位置に各セミ沿面接地電極（１２，１２）が位置するように、スパークプラグ（１００）を取り付ければよいのである。
【００１７】
次に、上記のような基本構造をもつスパークプラグについて本発明者らが検討したところによると、火花の発生位置は電極間距離の単純な大小関係で一義的に決定されるものではなく、条件によっては距離が大きい場所でも火花を生じる場合があることがわかった（以下、本明細書では、これを「反転飛火現象」と称する）。こうした反転飛火現象が起こると、「くすぶり」が生じた場合、本来期待されるべきセミ沿面碍子ギャップ（γ）での飛火ではなく、主体金具の先端面と絶縁碍子との間で火花を生じてしまう不具合（以下、本明細書において、これを「金具/碍子飛火」と称する）などを生ずる。本発明に係るスパークプラグのいくつかの構成は、反転飛火現象に基づく金具/碍子飛火等の不具合の具体的な解決手段を与えるものである。
【００１８】
例えば金具/碍子飛火を防止できることは、特に層状燃焼方式の直噴式内燃機関において効果が非常に大きい。即ち、直噴式内燃機関では主体金具の先端面と絶縁碍子との間で火花を生じることによって、着火性が低下しやすい。これは、火花の発生する位置が大きく影響しているものと考えられる。つまり、層状燃焼方式の内燃機関では、燃焼室内の濃混合気の層が非常に狭い範囲にあり、その範囲を外れると混合気は非常に薄くなる。そして、該濃混合気層に対して確実に火花を飛ばせるか否かが、混合気への正常な着火の成否の鍵を握ることになる。すなわち、濃混合気層がスパークプラグの正規の火花放電ギャップである中心電極と接地電極との間に到達した際に、該位置で確実に火花を生じることができれば、この火花によって混合気に着火することができる。
【００１９】
しかし、既に説明した通り、濃混合気層は非常に狭い範囲でしか形成されないので、正規の火花放電ギャップで火花が生じず、例えば金具/碍子飛火のように、正規の火花放電ギャップ以外の位置（すなわち、燃焼室の壁面近傍）で火花が生じてしまうと、この位置での混合気は非常に薄いため、火花が生じているにもかかわらず混合気に着火しないという現象、即ち、失火が起こってしまうのである。このような燃焼室の壁面近傍のような位置で火花が生じてしまうと、その燃焼サイクルでは失火となるため、内燃機関の出力が低下するとともに、未燃焼の混合気が排気管から排出されるためエミッション規制を満足できなくなるおそれがある。さらに、未燃焼のガスは排気管から排出されきらずに燃焼室の壁面に付着し、同時にスパークプラグにも付着することになるため、絶縁碍子が燃料で濡れた状態になって次サイクルでの火花発生をさらに生じ難くする。
【００２０】
従って、反転飛火現象ひいては金具/碍子飛火を防止して、主気中ギャップ（α）若しくはセミ沿面ギャップ（β）で確実に火花を発生させることができれば、「くすぶり」を生じた場合においてもセミ沿面接地電極で火花を生じることにより「くすぶり」を焼き切ることができるようになる。また、直噴式内燃機関であってもセミ沿面接地電極で火花を生じるのであれば濃混合気内であることから着火性の低下を抑制することができる。しかしながら、前述の特開平９−１９９２６０号公報を始めとする従来技術においては、こうした観点からのスパークプラグの改良に関する具体的な提案は何らなされていなかった。
【００２１】
以上を前提として、以下、本発明のスパークプラグのさらに詳細な各構成について説明する。
まず、前記した基本構成に加え、
主気中ギャップ（α）がα≦１．１ｍｍであり（１−▲１▼）；
セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり（１−▲２▼）；
主体金具の先端面の位置における絶縁碍子と主体金具との径差δがδ≧３．６ｍｍ（１−▲３▼）；
であることを前提条件とする。
【００２２】
本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、前記基本構造を有するスパークプラグにおいて、主気中ギャップ（α）、セミ沿面碍子ギャップ（γ）及び絶縁碍子と主体金具との径差（δ）が上記（１−▲１▼）〜（１−▲３▼）の関係を満たすことで、例えば「くすぶり」が生じた場合であっても前記した反転飛火現象ひいては金具/碍子飛火が効果的に抑制され、セミ沿面碍子ギャップ（γ）での火花を確実に生じえることを初めて実験的に実証し、上記前提条件に至ったものである。
【００２３】
主気中ギャップ（α）の大きさは、要求される着火性のレベルや混合気の空燃比などに応じて、設計上種々の値に設定されうる。また、セミ沿面碍子ギャップ（γ）もα＞γの関係を充足する必要があるので、主気中ギャップ（α）の大きさに応じて適宜の範囲に設定される。そして、上記第一の構成のスパークプラグにおいては、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とを（１−▲１▼）及び（１−▲２▼）の範囲内に設定されることを前提とする。そして、この前提のもとにおいて、主体金具先端面の位置における絶縁碍子と主体金具との径差δを（１−▲３▼）の範囲のものとすることが上記の要旨である。すなわち、径差（δ）をこのように設定することで、「くすぶり」を生じた場合においても、セミ沿面接地電極で火花を生じれば絶縁碍子への汚損付着物を焼き切ることができる。また、直噴式内燃機関であってもセミ沿面接地電極で火花を生じるのであれば、濃混合気内であることから着火性の低下を抑制することができる。なお、主気中ギャップ（α）の距離αは、無制限に小さくすることはできず、着火性確保及び汚損時など導電性の異物が付着したときの短絡防止等を考慮して、例えば０．６ｍｍ以上は確保することが有効である（これは、本発明の他の構成に係るスパークプラグにおいても同様である）。また、径差（δ）についても、無制限に大きくすることはできず、主体金具・中心電極の強度確保及び絶縁碍子の耐電圧性確保等を考慮して、例えば５．４ｍｍ以下にする有効であり、望ましくは、５．０ｍｍ以下にすると良い（これは、本発明の他の構成に係るスパークプラグにおいても同様である）。
【００２４】
第一の構成に係るスパークプラグは、前記した基本構成、前提条件に加え、
主気中ギャップ（α）は０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり（２−▲１▼）、
セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり（２−▲２▼）、
主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍ（２−▲３▼）、
であることを特徴とする。
【００２５】
該構成のスパークプラグにおいては、火花を発生電圧の低減を目的として、主気中ギャップ（α）が幾分狭い（２−▲１▼）のような範囲に設定され、セミ沿面碍子ギャップ（γ）は（２−▲２▼）の範囲（前記した前提条件と同様）に設定する。このとき、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）との関係（α−γ）を上記（２−▲３▼）の範囲に設定することによって、反転飛火現象ひいては金具/碍子飛火を効果的に抑制できるようになる。また、新たな効果としては、特に直噴式内燃機関においては、失火が発生しない噴射終了時期の領域を広くすることができる。
【００２６】
一般に内燃機関では、主気中ギャップ（α）が広くなるほど着火性が向上する。しかし、主気中ギャップ（α）が広くなると放電電圧が上昇することになる。直噴式内燃機関では、非常に「くすぶり」が生じ易いため、通常の運転時でも「くすぶり」が発生する。このような「くすぶり」が発生した状態では、放電電圧が高いことは失火を生じる可能性がより高くなる。つまり、直噴式内燃機関では、クランク角におけるスパークプラグに火花を発生させる点火時期、及び燃料噴射の終了時期のそれぞれについて、失火を生じることのない範囲が広いほど着火性が良いとされている。
【００２７】
直噴式内燃機関では、噴射直後の濃混合気領域が燃焼室内を徐々に移動しながら拡散していくため、燃料噴射の終了時期が早いほど、スパークプラグで火花を発生させる時において濃混合気領域が拡散して薄くなる傾向にある。従って、薄い混合気領域で着火することが必要になるが、混合気が薄いために同じギャップ間隙であっても放電電圧が上昇する。一方、上述したようにスパークプラグは通常「くすぶり」の状態にあるため、混合気が薄いことによる放電電圧の上昇とも相俟って、主体金具と絶縁碍子との間で火花、すなわち金具/碍子飛火が発生しやすくなり、この結果失火を生じやすくなる。また、逆に燃料噴射の終了時期が遅いほど濃混合気中で火花を発生させることになる。この状態では安定して燃焼を生じるのであるが、混合気が濃いために、たとえ安定して燃焼していても、より「くすぶり」を生じ易くなる。この結果、主体金具と絶縁碍子との間で火花を発生してしまい、失火を生じる可能性がある。
【００２８】
すなわち、本発明者が検討したところによると、一般的な内燃機関では、主気中ギャップ（α）が広いほど着火性が良くなるのであるが、直噴式内燃機関では、ギャップが広いために放電電圧が上昇し、却って着火性が低下するという現象が生じることがわかった。この発明では、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）を（２−▲１▼）に示す適度な範囲に設定するとともに、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）との関係を（２−▲２▼）に示す範囲に適切に設定することで、主体金具の先端面と絶縁碍子との間で火花が発生することを抑制し、安定燃焼領域を広くすることができるのである。
【００２９】
なお、安定燃焼領域を広くすることが望ましいのは以下の理由による。即ち、直噴式内燃機関では、点火時期と燃料噴射時期とを運転条件に対して一定になるように制御するのであるが、スロットル開度の急激な変化等を行なうと、制御とスパークプラグ回りの雰囲気変化とが整合しない場合が生じる。このような状態では、燃料噴射時期にずれが生じたり、点火時期にずれが生じたり等の過渡的な現象等によりスパークプラグ回りの混合気が薄くなったり、濃くなったりすることがある。燃料の噴射時期と点火時期とが離れる傾向になると、混合気が薄い状態になるため、放電電圧が上昇する。また、噴射時期と点火時期とが近づく傾向になると、更に濃い混合気中で火花が発生することになるためくすぶりがより進むことになる。このため、特性的に安定燃焼領域が広いスパークプラグを用いることによって、このような過渡的な現象に対しても失火を生じることなく良好な燃焼を確保できる。
【００３０】
なお、中心電極の先端部が縮径されているとともに、絶縁碍子の先端部を軸線方向前方側から平面視した場合の中心電極の中心点の位置における平行接地電極の幅は、２．２ｍｍ以下であって、かつ、中心電極の先端面における外径の２倍以上にすることが望ましい。このような寸法関係に設定することで、放電電圧を低減させることができるとともに、着火性を確保しつつ燃料が中心電極と接地電極との間で保持されてしまう、いわゆるブリッジを生じにくくすることができる。
【００３１】
第二の構成は、前記した基本構成に加え、
主気中ギャップ（α）がα≦０．９ｍｍであり（３−▲１▼）、
セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり（３−▲２▼）、
主体金具の先端面の位置における絶縁碍子と主体金具との径差δが、２．８ｍｍ以上（３−▲３▼）、
であることを特徴とする。該第二の構成は、第一の構成と組み合わせることができる。
【００３２】
上記第二の構成のスパークプラグにおいては、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とを（３−▲１▼）及び（３−▲２▼）の範囲内に設定されることを前提とする。主気中ギャップ（α）は、第一の構成と同様の理由により、第一の構成における（１−▲１▼）よりも狭い範囲を選択している。そして、この前提のもとにおいて、主体金具先端面の位置における絶縁碍子と主体金具との径差（δ）を（３−▲３▼）の範囲に設定することで、「くすぶり」を生じた場合においても、セミ沿面接地電極で火花を生じれば絶縁碍子への汚損付着物を焼き切ることができる。また、直噴式内燃機関であってもセミ沿面接地電極で火花を生じるのであれば濃混合気内であることから着火性の低下を抑制することができる。
【００３３】
第三の構成は、前記した基本構成に加え、
該主気中ギャップ（α）がα≦１．１ｍｍであり（４−▲１▼）、
該セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり（４−▲２▼）、
かつ、前記セミ沿面接地電極の配設個数が３個以上であること（４−▲３▼）、
を特徴とする。該第三の構成は、前記第一又は第二の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００３４】
上記第三の構成のスパークプラグにおいては、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）との設定範囲（４−▲１▼）及び（４−▲２▼）は、前記した第一の構成における（１−▲１▼）及び（１−▲２▼）と同じである。そして、第一の構成と異なる点は、前記径差（δ）とは別の手段、具体的には、セミ沿面接地電極の配設個数が３個以上となすことにより、前記した反転飛火現象ひいては金具／碍子飛火の発生頻度の減少を図る点にある。
【００３５】
すなわち、セミ沿面接地電極の配設個数が増えるということは、セミ沿面接地電極で火花が発生する確率が高められることを意味する。従って、セミ沿面接地電極が少なければ金具/碍子飛火が生じてしまうようなスパークプラグ回りの雰囲気条件になったとしても、主体金具の先端面に近い位置に有るセミ沿面接地電極をより多くすることによって、「くすぶり」を生じた場合においてもセミ沿面接地電極で火花を確実に生じさせることができ、「くすぶり」による汚損付着物を焼き切ることができる。また、直噴式内燃機関であってもセミ沿面接地電極で火花を生じるのであれば濃混合気内であることから着火性の低下を抑制することができる。
【００３６】
なお、スパークプラグを内燃機関に装着した場合に、吸気バルブから燃焼室内に吸入されてくる比較的低温度の吸入空気によって、絶縁碍子の先端部は冷却されるのであるが、セミ沿面接地電極の数が増加するに従って、絶縁碍子の先端部がセミ沿面接地電極の陰に隠れてしまい冷却され難くなることがある。これは、プレイグニッションを誘起する原因ともなるので、これを考慮してセミ沿面接地電極の配設個数は４個以下にすることが望ましい。なお、該第三の構成においても、前記第一の構成における前記径差δの数値範囲（１−▲３▼）を満足するように構成することが可能である。
【００３７】
第五の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、
絶縁碍子の先端部に直管状部を有し、絶縁碍子の軸線方向において先端部の位置する側を前方側としたときに、直管状部の後端位置に対しセミ沿面接地電極の端面の後端側縁が一致しているか又は前方側にあり、先端面の高さ位置とセミ沿面接地電極の端面の後端側縁の高さ位置との軸線方向における段差Ｅ（単位：ｍｍ）と、絶縁碍子の先端面から側周面に至る曲面の曲率半径Ｒ（単位：ｍｍ）との差が、Ｒ−Ｅ≦０．１ｍｍである（５−▲１▼）であることを特徴とする。該第五の構成は、前記第一乃至第三の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。ここで、段差Ｅは、絶縁碍子の中心軸線方向において、先端側に向かう方向を正方向として定義する。従って、絶縁碍子の先端面の高さ位置がセミ沿面接地電極端面の後端側縁の高さ位置よりも先端側（前方側）にあるとき、段差Ｅは正の数となり、逆の場合は負の数となる。
【００３８】
該第五の構成によると、セミ沿面接地電極の後端側縁から中心電極に向かう火花が、絶縁碍子の先端部に遮られることによってセミ沿面接地電極の火花発生位置から中心電極に向けて直線上に火花が発生せず、絶縁碍子の周方向に曲げられる。この結果、火花の発生毎に火花の放電経路が替わるため、絶縁碍子の先端面を這っていく火花の範囲が広がり、チャンネリングを低減することができるとともに、広い範囲で「くすぶり」を火花清浄できる。
【００３９】
また、絶縁碍子の周方向に曲げられる飛火は放電経路が長くなって火花発生電圧が高くなるので、そのような飛火を回避しようとして、セミ沿面接地電極の後端側縁よりも、絶縁碍子へのアタックが柔らかい前端縁側での飛火が増える傾向となる。このため、これもチャンネリング抑制に寄与する形となる。また、前端縁側での飛火は着火性の向上にも有効であり、失火等の不具合を効果的に抑制することができる。特に、前記した段差Ｅ、つまり、中心軸線方向におけるセミ沿面接地電極端面と絶縁碍子側周面とのラップ長さが小さい場合には、セミ沿面接地電極の後端側縁側での火花が、飛火距離が比較的小さくなるためどうしても起こりやすくなる。しかしながら、絶縁碍子の先端面から側周面に至る曲面の曲率半径Ｒとの間に、前記した（５−▲１▼）の関係が成立するように調整することで、前端縁側での飛火頻度を増やすことができ、チャンネリング抑制あるいは着火性の向上に寄与する。具体的には、段差Ｅの長さが０．５ｍｍ以下の、ラップ長さの小さいスパークプラグにおいて本構成は特に波及効果が大きい。Ｅの値の下限値は、セミ沿面放電が不能とならない範囲で適宜定められ、例えば図４のように負の数となる場合、その絶対値が主気中ギャップαよりも小さくなるように設定される。
【００４０】
また、本構成では絶縁碍子に直管状部を形成する。絶縁碍子の先端部を直管状にすることで、内燃機関内での燃焼サイクルの際に先端部に受けた熱が絶縁碍子の主体金具との保持部に向かうことを抑制する作用があるため、絶縁碍子の先端温度を上昇しやすくすることができる。従って、通常の運転時に温度の上がり難い直噴式内燃機関であっても、絶縁碍子の先端部温度を上昇しやすくすることができ、「くすぶり」によって堆積したカーボン等の汚損付着物を焼き切ることが容易になる。また、このような構成であれば、絶縁碍子の先端部の熱ボリュームが小さいことから、吸気管から吸入されてきた比較的低温度のガスによって絶縁碍子の冷却が行われやすい。このため、内燃機関内での燃焼サイクルの際に、プレイグニッションが発生するほどの温度上昇は生じにくくなる。
【００４１】
なお、直管状部の後端位置よりもセミ沿面接地電極の端面の後端側縁が後方側にあると、ギャップの寸法設定が困難になるので、直管状部の後端位置に対しセミ沿面接地電極の端面の後端側縁はこれと一致しているか又は前方側となるよう位置関係を設定する。他方、直管状部の長さが必要以上に長くなりすぎると、セミ沿面接地電極にて発生する火花が直管状部に沿って大きく後方側に垂れ下がりやすくなり、着火性が損なわれてしまう不具合につながる場合がある。また、直管状部の長さは最低０．５ｍｍ以上確保されていないと、ギャップの寸法設定が困難になるとともに、上記の効果が十分に得られなくなる場合がある。直管状部の長さは、望ましくは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲で設定することが望ましい。
【００４２】
第六の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、
このスパークプラグが適用されるスパークプラグのＪＩＳ規格（ＪＩＳ：Ｂ８０３１）若しくは当該ＪＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ規格（ＩＳＯ１９１０、ＩＳＯ２７０４、ＩＳＯ２３４６、ＩＳＯ／ＤＩＳ８４７９、ＩＳＯ２７０５、ＩＳＯ２３４４、ＩＳＯ２３４５、ＩＳＯ２３４７、ＩＳＯ３４１２）の中で定められたＡ寸法よりも先端側に突出する絶縁碍子の突出量Ｆが、３．０ｍｍ≦Ｆ≦５．０ｍｍ（６−▲１▼）であることを特徴とする。該第六の構成は、前記第一乃至第五の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００４３】
上記第六の構成によると、絶縁碍子の突出量Ｆを（６−▲１▼）の範囲とすることで、混合気への着火性が向上するとともに、絶縁碍子の先端温度を上昇させることができる。また火花発生位置と比較して、主体金具の先端面と絶縁碍子との間の位置では、混合気の濃度が非常に薄くなるが、絶縁碍子の突出量Ｆを（６−▲１▼）の範囲とすることで、このように混合気が薄くなる主体金具の先端面と絶縁碍子との間において、火花が発生するのに必要な電圧が上昇し、この位置での火花発生を更に抑えることができる。この結果、失火を生じない燃料噴射終了時期の範囲を広くすることができる。
【００４４】
第七の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、
主気中ギャップ（α）が、α≦１．１ｍｍであり（７−▲１▼）、
セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり（７−▲２▼）、
絶縁碍子の軸線に平行な仮想平面に対し、該絶縁碍子を正射影にて表したとき、先端面を示す線を外方へ延長した第１の延長線と、絶縁碍子のセミ沿面ギャップ（β）部に臨む軸線を挟んだ両側の側周面を示す２本の線を先端面の方向へ延長した２本の第２の延長線との交点間の距離（以下、単に「絶縁碍子先端径」φＤ（単位：ｍｍ）という）とセミ沿面接地電極の幅との差ψ（単位:ｍｍ）が、ψ≦１．８ｍｍである（７−▲３▼）、
ことを特徴とする。該第七の構成は、前記第一乃至第六の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００４５】
絶縁碍子先端径φＤとセミ沿面接地電極の幅との差ψを小さくすることによって、セミ沿面接地電極で発生する火花が絶縁碍子の後方側に大きく垂れ下がりやすくなることを防止することができる。この結果、失火を生じない燃料噴射終了時期の範囲を広くすることができ、燃料リーン状態での着火性を向上させることができる。この差が大きくなると、セミ沿面接地電極と中心電極との間で火花が発生する際に、絶縁碍子の先端部外周を大きく回り込むことになる。これは、以下の理由によると考えられる。即ち、セミ沿面接地電極端面の後方角部から斜め後方に向けて火花が発生した場合に、その火花が絶縁碍子の先端部にぶつかった後に中心電極に達する。絶縁碍子の先端部にぶつかった際には、火花は斜め後方に向けて外周面に沿って這うことになり、その後、向きを変えて中心電極先端側周面方向に這うことになる。従って、絶縁碍子先端径とセミ沿面接地電極の幅との差が大きいと、絶縁碍子外周面に沿って斜め後方に火花が這う量が大きくなるため、火花が大きく垂れ下がるものと考えられる。
【００４６】
第１の延長線及び２本の第２の延長線の交点間の距離と前記セミ沿面接地電極の幅との差ψが（７−▲３▼）の関係を満足するためには、第１の延長線と絶縁碍子のセミ沿面ギャップ（β）部に臨む側周面を示す線を先端面の方向へ延長した第２の延長線との交点から、第１の延長線と中心貫通孔の延長線との交点までの最短距離として定義された絶縁碍子先端肉厚ρが、
ρ≦０．９ｍｍ（７−▲４▼）となっていることが望ましい。
この関係を満足すると絶縁碍子先端肉厚を薄くすることができるため、電界強度が集中することによる放電電圧の低減が可能となるとともに、セミ沿面ギャップ（β）における放電電圧を抑えてチャンネリングの低減が可能となる。さらに、絶縁碍子先端の温度が上昇しやすくなるため、くすぶりの生じやすい直噴式内燃機関における自己清浄性を向上させる効果が大きい。また、絶縁碍子を全体に薄くすることができるため、特に径の小さいスパークプラグでは、主体金具と絶縁碍子との間隔を広く保つことができる。なお、絶縁碍子の肉厚が薄くなりすぎると、絶縁碍子の貫通を生じる恐れが大きくなってくるため、絶縁碍子先端肉厚ρをρ≧０．６ｍｍとすることが望ましく、さらに望ましくはρ≧０．７とすると良い。
【００４７】
第八の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、
中心電極が絶縁碍子の先端面から突出する量ＨをＨ≦１．２５ｍｍ（８−▲１▼）となしたことを特徴とする。該第八の構成は、前記第一乃至第七の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００４８】
特に直噴式内燃機関では、高速運転時にセミ沿面ギャップ（β）で火花が発生すると、失火を生じない燃料噴射終了時期の範囲が狭くなってくる。しかし、上記第八の構成によれば、中心電極が絶縁碍子の先端面から突出する量Ｈを（８−▲１▼）のように選択することによって、正規火花放電ギャップである主気中ギャップ（α）の位置とセミ沿面接地電極による火花発生位置との差を更に小さくすることができる。従って、火花発生位置によって着火性の差が出やすい直噴式内燃機関であっても、「くすぶり」が生じた場合に発生するセミ沿面接地電極での火花位置で、十分な着火性を有する。なお、中心電極が絶縁碍子の先端面から突出する量Ｈは、Ｈ≦０．５ｍｍとすることが、中心電極の周囲に形成される火花の伝播経路が分散しやすくなり、耐チャンネリング性と「くすぶり」に対する清浄性とを高めることができる。Ｈは負の数、すなわち中心電極が絶縁碍子の先端面から引っ込んでいてもよいが、この場合、Ｈ≧−０．３ｍｍとなっていること（引っ込み深さが０．３ｍｍ以内であること）が、耐チャンネリング性及び「くすぶり」清浄性効果をさらに向上させる上で望ましい。
【００４９】
第九の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、主気中ギャップ（α）、セミ沿面ギャップ（β）及びセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、α≦０．４×（β−γ）＋γの関係（９−▲１▼）を満足することを特徴とする。該第九の構成は、前記第一乃至第八の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００５０】
このように主気中ギャップ（α）、セミ沿面ギャップ（β）及びセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが上記（９−▲１▼）の関係を満足することによって、前記反転飛火ひいては金具/碍子飛火の問題を効果的に抑制することができる。また、（９−▲１▼）の関係を満足するようにすることにより、実際の内燃機関に装着した場合のように、スパークプラグのギャップ周りの雰囲気ガスが流れを持っているような場合には、主体金具の先端面と絶縁碍子との間で火花がより発生しやすくなる、という点でも好都合であるといえる。
【００５１】
上記第九の構成においては、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とは、（α−γ）≦０．４ｍｍを満足することが望ましい。このような関係を満足することによって、チャンネリングに対して特に厳しい過給を行なう内燃機関や高圧縮比の内燃機関でのチャンネリングを低減することができる。ただし、α−γが０．２ｍｍより小さくなると、セミ沿面接地電極側の放電頻度が下がり、「くすぶり」に対する清浄効果が損なわれる場合があるので、α−γは０．２ｍｍ以上であることが望ましい。
【００５２】
一般に「くすぶり」を生じていない場合であっても、火花は主気中ギャップ（α）でのみ発生することはなく、セミ沿面碍子ギャップ（γ）でも発生することがある。そして、同一の条件で内燃機関を運転させていたとしても、スパークプラグのギャップ間における環境雰囲気にばらつきがあることから、ギャップ間で火花が発生するために必要な電圧にもばらつきが生じえる。従って、火花発生の必要電圧が、主気中ギャップ（α）においてセミ沿面碍子ギャップ（γ）よりも低い場合には、主気中ギャップ（α）で火花が発生する。
【００５３】
一方、各ギャップで火花が発生するために必要な電圧にはばらつきがあるため、その電圧の最小値と最大値とを測定すると、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）との各々の電圧幅が一部オーバーラップすることがある。このオーバーラップする幅は各ギャップの間隙の大きさによってほぼ一義的に決定できる。そして、スパークプラグのギャップ間の環境雰囲気に応じて火花発生のための必要な放電電圧が上昇すると、オーバーラップする部分にまで電圧が上昇することになる。この場合、主気中ギャップ（α）で火花が発生するのか、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花が発生するのかが確定しなくなる。従って、このように電圧が上昇したときにセミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花が発生すると、その高い放電電圧のためにチャンネリングが生じやすくなる。
【００５４】
そこで、主気中ギャップ（α）を狭くすることによってセミ沿面碍子ギャップ（γ）との差を小さくすると、主気中ギャップ（α）で火花が発生するに必要な電圧の最大値が低下するため、オーバーラップする部分が狭くなる。この結果、セミ沿面碍子ギャップ（γ）での不要な火花発生を抑えることができるとともに、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花が発生するときの放電電圧も低くなることからチャンネリングも低減できる。また、主気中ギャップ（α）をα≦０．９ｍｍに設定すると、火花発生のために必要な電圧を低く抑えることができることから、「くすぶり」が生じた場合に中心電極と主体金具間の絶縁抵抗値が低下しやすい、高熱価型プラグ（絶縁碍子の主体金具との保持部から絶縁碍子先端までの距離が短いプラグ）に対し特に有効な手法となる。
【００５５】
第十の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、絶縁碍子の先端部を軸線方向前方側から平面視したときに、セミ沿面接地電極は少なくとも他端の端面において、絶縁碍子の中心貫通孔の先端開口径よりも大きな幅を有することを特徴とする。該第十の構成は、前記第一乃至第九の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００５６】
上記の構成によると、セミ沿面接地電極は少なくとも先端面において、絶縁碍子の中心貫通孔の先端開口径（ひいては中心電極先端面ないし後述する貴金属チップの先端面の外径）よりも大きな幅を有するものとして構成されているので、絶縁碍子の先端面を這っていく火花の範囲がより広くなり、チャンネリングを低減することができるとともに、広い範囲で「くすぶり」を火花清浄できる。
【００５７】
第十一の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、絶縁碍子には縮径された先端部をなす直管状部が形成され、また、該直管状部の軸線方向後方側に隣接して該直管状部よりも径大の膨らみ部が形成され、
直管状部の長さが１．５ｍｍ以下であり、
また、セミ沿面接地電極は、他端の端面の、絶縁碍子の軸線方向における後方側縁の中点と、該絶縁碍子の軸線とを含む仮想的な平面上において、セミ沿面碍子ギャップの大きさをγ（単位：ｍｍ）として、後方側縁の中点を中心とする（γ＋０．１）ｍｍの円を描いたときに、膨らみ部の全体が該円の外側に位置することを特徴とする。該第十一の構成は、前記第一乃至第十の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００５８】
本構成でも長さを１．５ｍｍ以下（望ましくは０．５ｍｍ以上）の直管状部を設けている。その効果は、第五の構成で説明した通りである。そして、上記直管状部には、構造上、これよりも径大の膨らみ部が軸線方向後方側に隣接して形成される形となる。この膨らみ部の位置がセミ沿面接地電極の後方側縁に近くなりすぎると、該後方縁側からの火花が、膨らみ部における電界集中部（特にアール等が付与された段差縁部など）に向けて後方側に垂れ下がりやすくなり、ひいては着火性が損なわれやすくなる。
【００５９】
そこで、上記第十一の構成では、セミ沿面接地電極の他端の端面（セミ沿面ギャップに対する放電面となる）の、絶縁碍子の軸線方向における後方側縁の中点と、該絶縁碍子の軸線とを含む仮想的な平面上において、セミ沿面碍子ギャップの大きさをγ（単位：ｍｍ）として、後方側縁の中点を中心とする（γ＋０．１）ｍｍの円を描いたときに、膨らみ部の全体が該円の外側に位置するようにした。このように、膨らみ部の位置を、セミ沿面接地電極の他端の端面の後方側縁よりも遠ざけることで、セミ沿面接地電極からの火花の垂れ下がりを効果的に抑制でき、着火性を良好に保つことができる。
【００６０】
第十二の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、絶縁碍子の中心貫通孔が該絶縁碍子の先端部側にて縮径されていることを特徴とする。該第十二の構成は、前記第一乃至第十一の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。本発明のスパークプラグはセミ沿面接地電極を備えているために、このようにすれば、内燃機関内での燃焼サイクルの際に先端部に受けた熱が中心電極側に逃げる傾向が適度に抑制され、絶縁碍子の先端温度を上昇しやすくすることができる。従って、通常の運転時に温度の上がり難い直噴式内燃機関であっても、絶縁碍子の先端部温度を上昇しやすくすることができ、「くすぶり」によって堆積したカーボンを焼き切ることが容易になる。また、これに伴って主体金具の先端面と絶縁碍子との間で火花が発生したり、更に保持部近傍で火花が発生したりすることを防止することができるため、直噴式内燃機関においても安定して燃焼する領域を広くとることができる。なお、この構成においては、後記する付加要件３を満たしているとなお望ましい。
【００６１】
第十三の構成のスパークプラグにおいては、前記した基本構成に加え、絶縁碍子の軸線方向において先端部の位置する側を前方側とし、さらに、セミ沿面接地電極の、他端の端面の後方側縁の中点と軸線とを含む仮想的な平面に対し、軸線を含んで該平面と直交する平面を投影面として定め、該投影面への正射影にて表したときに、他端の端面は、投影面上にて軸線と後方側縁との交点をＸとし、同じく前方側縁との交点をＹとして、線分ＸＹの中点を通って軸線と直交する基準線よりも前方側に位置する領域の面積Ｓ１が、後方側に位置する領域の面積Ｓ２よりも大きくなる形状を有してなることを特徴とする。該第十三の構成は、前記第一乃至第十二の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００６２】
セミ沿面接地電極における飛火は、放電面となる他端の端面において、後端側よりも、絶縁碍子へのアタックが柔らかい前端側での飛火が増えたほうが、チャンネリング抑制及び着火性向上の観点において望ましい。そこで、上記のように、他端の端面の形状を、前端縁と後端縁との中間に位置する基準線を境界として、それよりも前方側に位置する領域の面積Ｓ１が、後方側に位置する領域の面積Ｓ２よりも大きくなるように設定することで、該他端の端面の先端側における飛火頻度を増やすことができ、チャンネリング抑制あるいは着火性の向上に寄与する。
【００６３】
第十四の構成のスパークプラグにおいては、絶縁碍子の軸線方向において先端部の位置する側を前方側とし、さらに、セミ沿面接地電極の、他端の端面の後方側縁の中点と軸線とを含む仮想的な平面に対し、軸線を含んで該平面と直交する平面を投影面として定め、該投影面への正射影にて表したときに、他端の端面の外周縁には、投影面上にて軸線と後方側縁との交点をＸとし、同じく前方側縁との交点をＹとして、線分ＸＹの中点を通って軸線と直交する基準線よりも後方側に位置する領域において少なくとも、角部が先端曲率半径又は面取り幅を０．２ｍｍ以上又はこの角部を形成する２辺部が９０度より大きい角度を有することを特徴とする。該第十四の構成は、前記第一乃至第十三の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。
【００６４】
上記構成の主旨は、セミ沿面接地電極の放電面となる他端の端面において、後端側の飛火を抑制することにある。すなわち、先鋭な角部が存在すると火花発生の起点となりやすいが、これを前記した基準線よりも後方側に位置する領域から排除することで、他端の端面における後端側の飛火が抑制される。その結果、先端側における飛火頻度を増やすことができ、チャンネリング抑制あるいは着火性の向上に寄与する。また、後端縁の両端に上記のような先鋭な角部が形成されていると、ここを起点として火花が斜め外方下向きに大きく垂れ下がる形で飛ぶことがあり、着火性が著しく損なわれてしまう場合があるが、上記構成によればこうした位置からも先鋭な角部は当然排除されるから、該不具合も合わせて防止ないし抑制することができる。なお、本構成は、前記した第十三の構成と組み合わせると、チャンネリング抑制あるいは着火性の向上において一層効果的である。
【００６５】
以下、以上説明した第一〜第十四の構成のスパークプラグ（組合せを含む）に、共通に付加可能な要件について説明する。
（付加要件１）
まず、絶縁碍子には、その先端部に直管状部を設けることができ、この直管状部が主体金具の先端面より後端側にまで延設されている構成とすることができる。このようにすれば、主体金具の先端面と絶縁碍子との径差を更に大きく保ちやすく、この位置での火花の発生を抑制しやすい。なお、ここでも、直管状部の長さは最大で１．５ｍｍまでとすることが望ましい。この場合における、直管状部を設けることの作用・効果は第十一の構成にて説明したものと同様である。
【００６６】
（付加要件２）
また、中心電極の母材の先端部に融点１６００℃以上の貴金属又は貴金属合金で形成された貴金属チップを接合することができる。この場合、この接合部が絶縁碍子の中心貫通孔内で接合されている構造とすることができる。このように接合部を絶縁碍子の中心貫通孔内で接合することによって、主気中ギャップ（α）で火花が発生するときのみならず、セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生する場合においてもセミ沿面接地電極と貴金属チップとの間で火花が発生する。従って、いずれのギャップで火花が発生したとしても耐久性が向上する。貴金属合金としては、Ｐｔ、Ｉｒの他に、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｐｔ、Ｉｒ−Ｙ２Ｏ３等のＰｔ合金やＩｒ合金等の１６００℃以上の融点を持つものが好ましい。
【００６７】
（付加要件３）
また、絶縁碍子が主体金具と係止されて保持される保持部よりも先端側における、中心貫通孔の最小径（Ｄ３）は、Ｄ３≦２．１ｍｍとすることが望ましい。このように絶縁碍子の内径を狭くすることによって、中心電極外径も小さくなる。このため、内燃機関内での燃焼サイクルの際に先端部に受けた熱を中心電極側に若干逃げ難くするため、絶縁碍子の先端温度を上昇しやすくすることができる。従って、通常の運転時に温度の上がり難い直噴式内燃機関であっても、絶縁碍子の先端部温度を上昇しやすくすることができ、「くすぶり」によって堆積したカーボンを焼き切ることが容易になる。また、これに伴って主体金具の先端面と絶縁碍子との間で火花が発生したり、更に保持部近傍で火花が発生したりすることを防止することができるため、直噴式内燃機関においても安定して燃焼する領域を広くとることができる。ただし、チャンネリング防止の観点から、Ｄ３≧０．８ｍｍとすることが望ましい。
【００６８】
（付加要件４）
また、前述の貴金属チップを使用する場合は、この貴金属チップと中心電極母材との接合部側の外径が主気中ギャップ（α）を形成する先端側の外径よりも大に構成することができる。このように構成することにより、セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生した場合であっても、貴金属チップが中心電極母材から脱落することを防止することができる。すなわち、セミ沿面ギャップ（β）で火花発生した場合には、貴金属チップの側面とセミ沿面接地電極との間で火花が発生することになる。この位置で頻繁に火花が発生することになると、絶縁碍子の先端面近傍での貴金属チップが消耗し、貴金属チップ先端部よりも細くなってしまう。このようにセミ沿面ギャップ（β）での火花発生が繰り返されると、ついには貴金属チップの先端部が脱落してしまうことがある。しかし、上記のように接合部側を径大にすることによって、このような現象を抑えることができる。
【００６９】
更に、貴金属チップの先端部は接合部側と比べて径が小さいため、主気中ギャップ（α）で火花が発生する際の放電電圧を低減させることができ、ひいては着火性を向上させることができる。また、特に直噴式内燃機関では安定燃焼領域を広くすることができる。なお、貴金属チップの径大にした部分は、絶縁碍子の先端面よりも内部にあってもよい。この場合には、セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生した場合に絶縁碍子の先端面を這う火花は、更に絶縁碍子の中心貫通孔の内壁を這って貴金属チップの径大にした部分に至る。従って、径大部が絶縁碍子の中心貫通孔内部にあったとしても、火花は径大部とセミ沿面接地電極との間で発生するため上述したような効果を生じることになる。
【００７０】
（付加要件５）
また、貴金属チップ外径と絶縁碍子の中心貫通孔内径との径差の最小値は、０．２ｍｍ以下とすることができる。これにより、中心電極母材の火花放電による消耗を抑えることがより容易になる。上述したように、セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生した場合には、絶縁碍子の中心貫通孔内壁を火花が這うことになる。この時、貴金属チップ外径と絶縁碍子の中心貫通孔内径との径差が大きくなると、火花が貴金属チップに飛ばずに更に奥深く入り込んで中心電極母材にまで至る場合がある。中心電極母材は貴金属チップと比較して耐火花消耗性は低いため、急速に消耗しやすく、チップの脱落に至る場合がある。従って、この径差を小さくすることによって、中心電極母材に火花が至る現象を抑えることができ、耐久性が向上する。なお、ここでいう「径差の最小値」とは、次のような径差の代表値としての意義を持つものである。すなわち、貴金属チップ外径と中心貫通孔内径とが軸線方向に一様な場合には、上記径差も軸線方向において略一様となる。しかしながら、貴金属チップ外径と中心貫通孔内径とのいずれかが軸線方向において一様でない場合（例えば中心貫通孔に僅かなテーパが形成されている場合）は、該軸線方向における最小値を径差の代表値として採用する。
【００７１】
【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て説明する。
図１は第１の実施の形態に係るスパークプラグ１００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、その後端部に沿面距離を稼ぐためのコルゲーション１Ａを、先端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には、貴金属チップを有する場合にはインコネル（商標名）、貴金属チップを持たない場合には、耐火花消耗性の確保のため、９５質量％ニッケル（残部例えばクロム、マンガン、シリコン、アルミ、鉄）、ニッケル含有率が８５質量％以上のニッケル系金属等からなる中心電極２が保持され、中心電極２は絶縁碍子１の先端面から突出するようにされている。
【００７２】
中心電極２は中心貫通孔１Ｃの内部に設けられたセラミック抵抗３を経由して上方の端子金具４に電気的に接続されている。端子金具４には図示しない高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に囲まれ保持部５１及びかしめ部５Ｃによって支持されている。主体金具５は低炭素鋼材で形成され、スパークプラグレンチと嵌合する６角形部５Ａと、ねじの呼びが例えばＭ１４Ｓのねじ部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と絶縁碍子１との間に板状のパッキング部材６とワイヤ状のシール部材７，８が介在され、シール部材７，８の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。また、ねじ部５Ｂの後端、即ち、主体金具５の座面５２にはガスケット１０が嵌挿されている。
【００７３】
主体金具５の先端面５Ｄには、少なくとも表層部をなす母材がニッケル合金からなる平行接地電極１１が溶接により接合されている。平行接地電極１１は中心電極２の先端面と軸方向に対向し、中心電極２と平行接地電極１１とで主気中ギャップ（α）を形成している。また、６角径部５Ａの対辺寸法は１６ｍｍであり、主体金具５の座面５２から先端面５Ｄまでの長さは例えば１９ｍｍに設定されている。この寸法設定は、ＪＩＳ：Ｂ  ８０３１に規定されている１４ｍｍ小形六角形の、Ａ寸法が１９ｍｍのスパークプラグの基準寸法である。なお、図２４に示すように、平行接地電極１１は、その先端部の温度を低減させ、火花消耗を抑えるために、内部に母材１１ｂよりも熱伝導性の良好な材料（例えばＣｕや純Ｎｉ又はその複合材料等）からなる良熱伝導材１１ａを有していても良い。ここまでは従来のスパークプラグと同じである。
【００７４】
この実施の形態に係るスパークプラグ１００では、平行接地電極１１とは別に、複数のセミ沿面接地電極１２を備えている。セミ沿面接地電極１２は少なくとも表層部をなす母材１２ｂ（図２（ａ）参照）がニッケル合金からなり、その一端が主体金具５の先端面５Ｄに溶接により接合され、他端の端面１２Ｃが中心電極２の側周面２Ａ若しくは脚長部１Ｂの側周面１Ｅに対向するように配設されている。図２６に示すように、２個のセミ沿面接地電極１２はそれぞれ平行接地電極１１から９０゜ずれた位置に配設され、セミ沿面接地電極１２同士は略１８０゜ずれた位置に配設されている。また、図２６は、絶縁碍子１の先端部を軸線３０の方向前方側から平面視した状態を表しているが、セミ沿面接地電極１２は他端の端面１２Ｃにおいて、絶縁碍子１の中心貫通孔１Ｃの先端開口径よりも大きな幅を有するものとなっている。図２に示すように、各セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃと中心電極２の側周面２Ａとの間にはセミ沿面ギャップ（β）がそれぞれ形成され、各セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃと脚長部１Ｂの側周面１Ｅとの間でセミ沿面碍子ギャップ（γ）がそれぞれ形成されている。
【００７５】
なお、図２６においては、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃは平面状に形成されているが、絶縁碍子２の側周面に沿って略一様な間隔のセミ沿面ギャップが形成されるよう、図２７に示すように、端面１２Ｃを、例えば打抜加工等により絶縁碍子２の軸線（３０：図２）を中心とする円筒面状に形成することもできる。
【００７６】
なお、セミ沿面接地電極１２も平行接地電極１１と同様に、内部にＣｕや純Ｎｉ又はその複合材料等からなる良熱伝導材１２ａを有していても良い。この場合、セミ沿面接地電極１２は、表層部を形成する母材１２ｂと、内層部を形成するとともに母材１２ｂよりも熱伝導性の良好な材料からなる良熱伝導材１２ａとを有するものとなる。
【００７７】
図２（ａ）は、第1の実施の形態のうち、第１態様のスパークプラグの中心電極２、平行接地電極１１、セミ沿面接地電極１２の近傍を拡大して示す部分断面図であり、図２（ｂ）はセミ沿面接地電極１２を拡大して示す説明図である。該図では、中心電極２の先端面と平行接地電極１１との間の主気中ギャップ（α）の距離をα、絶縁碍子１の先端面１Ｄの位置における中心電極２の側周面２Ａとセミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃとの間のセミ沿面ギャップ（β）の距離をβとする。また、セミ沿面接地電極１２と絶縁碍子１とを中心軸線３０に沿って切断した場合の、絶縁碍子１の先端面１Ｄを示す線を外方へ延長した第１の延長線３１と、絶縁碍子１のセミ沿面ギャップ（β）部近傍の側周面１Ｅを示す線を先端面１Ｄの方向へ延長した第２の延長線３２と、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃを示す線を先端側へ延長した第３の延長線３３とを描いている。そして、第１の延長線３１および第２の延長線３２の交点Ｐ１から、第１の延長線３１および第３の延長線３３の交点Ｐ２までの距離をセミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離γとすると、このγは、絶縁碍子１とセミ沿面接地電極１２との最短距離を表している。そして、これらα、β、γとの間にはα＜β及びγ＜αの関係がある。
【００７８】
このように設定することにより、絶縁碍子１の表面の絶縁が高い正常時には、平行接地電極１１との間の主気中ギャップ（α）で放電させることができ、絶縁碍子１の表面の絶縁が低下した「くすぶり」時には、セミ沿面接地電極１２との間のセミ沿面ギャップ（β）で放電させることができる。また、絶縁碍子１の先端面１Ｄとセミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後端側縁１２Ｂとの段差をＥ、絶縁碍子１の主体金具５の先端面５Ｄからの突き出し量をＦ、中心電極２の絶縁碍子１の先端面１Ｄからの突き出し量をＨとする。なお、本実施の形態における絶縁碍子１の主体金具５の先端面５Ｄからの突き出し量Ｆは、このスパークプラグが適用されるＪＩＳ規格（ＪＩＳ：Ｂ８０３１）若しくは当該ＪＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ規格の中で定められたＡ寸法よりも先端側に突出する絶縁碍子の突出量に相当する。
【００７９】
また、絶縁碍子１の先端部には、直管状部１０２（中心軸線３０を中心とする直円筒状の外周面を有する部分）が形成されており、主体金具５の先端面５Ｄよりも後端側にまで延設されている。このように構成することによって、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との径差を更に大きく保ちやすく、この位置での火花の発生を抑制しやすい。また、絶縁碍子１の先端部が直管状になっていることから、内燃機関内での燃焼サイクルの際に先端部に受けた熱を絶縁碍子１の主体金具５との保持部５１方向に若干逃げ難くする作用があるため、絶縁碍子１の先端温度を上昇しやすくすることができる。従って、通常の運転時に温度の上がり難い直噴式内燃機関であっても、絶縁碍子１の先端部温度を上昇しやすくすることができ、「くすぶり」によって堆積したカーボンを焼き切ることが容易になる。また、このような構成であれば、絶縁碍子１の先端部の熱ボリュームが小さいことから、吸気管から吸入されてきた比較的低温度のガスによって絶縁碍子の冷却が行われやすい。このため、内燃機関内での燃焼サイクルの際に、プレイグニッションが発生するほどの温度上昇は生じ難い。なお、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後方側縁は、直管状部１０２の後方側縁よりも前方側にある。
【００８０】
また、本実施形態では特に説明のない限り、絶縁碍子１の突き出し量Ｆは３．０ｍｍとし、中心電極２の元径Ｄ２を２．０ｍｍとした。なお、セミ沿面接地電極１２には、幅が２．２ｍｍで厚さが１．０ｍｍのものを用いており、平行接地電極１１には、幅が２．５ｍｍで厚さが１．４ｍｍのものを用いている。
【００８１】
絶縁碍子１の先端面１Ｄの高さ位置と、セミ沿面接地電極１２の、端面１２Ｃの後端側縁１２Ｂの高さ位置との段差Ｅには、セミ沿面接地電極１２の高さ位置により以下のような３種類がある。即ち、第１番目は、図２（ａ）に示すようにセミ沿面接地電極１２の後端側縁１２Ｂおよび先端側縁１２Ａ（図２（ｂ））が絶縁碍子１の先端面１Ｄよりも後端側にある場合である。第２番目は、図３に示すような、第１の実施形態のうち、第２態様のスパークプラグのセミ沿面接地電極１２の後端側縁１２Ｂのみが絶縁碍子１の先端面１Ｄよりも後端側にある場合、そして、第３番目は、図４に示すような、第１の実施の形態のうち、第３態様のスパークプラグのセミ沿面接地電極１２の後端側縁１２Ｂが絶縁碍子１の先端面１Ｄよりも先端側にある場合である。
【００８２】
いずれにしても、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後端側縁１２Ｂおよび先端側縁１２Ａの一方が、絶縁碍子１の先端面１Ｄ近傍の高さ位置にあることが好ましい。すなわち、段差Ｅは小さい方が好ましい。これは、セミ沿面放電は鋭角で電界の集中するセミ沿面接地電極１２の後端側縁１２Ｂおよび先端側縁１２Ａから火花が飛ぶと考えられるから、後端側縁１２Ｂおよび先端側縁１２Ａから飛ぶ火花を絶縁碍子１の先端面１Ｄに近づけ、絶縁碍子１の表面に堆積したカーボンを焼き切る自己清浄作用を強めるためである。
【００８３】
上記のスパークプラグ１００は、「課題を解決するための手段及び作用・効果」の欄にて説明した種々の構成のいずれとなすかに応じて、各部の寸法あるいは寸法関係が適宜に定められる。以下、その具体的な構成を、その作用・効果を裏付けるための実験結果とともに詳細に説明する。
【００８４】
（実験１：第一の構成；α≦１．１ｍｍ、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍ、δ≧３．６ｍｍとする根拠）
主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍとし、また、セミ沿面接地電極１２を図２６のように２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、主体金具５の保持部５１よりも先端側の部分の内径を種々変更したスパークプラグを用意した。表１は、これらスパークプラグを用いて、主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を種々に変化させたときの、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花放電する現象（金具/碍子飛火）の割合を調べた結果を示す。なお、実験は、１８００cc直列４気筒の直噴式内燃機関を用いた自動車を使用してシフトレバーをＤレンジに入れ、アイドリング６００ｒｐｍにて行った。また、スパークプラグの点火時期は上死点前（以下「ＢＴＤＣ」という）１５゜、燃料噴射終了時期はＢＴＤＣ３０゜に固定した。さらに結果は、金具/碍子飛火の発生が１分間あたり３回以上となったものを×、１回から２回となったものを△、金具/碍子飛火が全く起こらなかったものを○にて評価判定した。
【００８５】
【表１】
0004469489.tif 000002
【００８６】
主体金具５の先端面５Ｄの位置において、絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）が３．４ｍｍ以下の場合には、この位置で火花が少なくとも１回以上発生した。従って、径差を３．６ｍｍ以上にすることによって、「くすぶり」が生じた場合であっても主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花を生じることなく、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花を生じさせることができることがわかる。金具/碍子飛火を防止することによる効果、特に層状燃焼方式の直噴式内燃機関における効果は既に説明した通りである。
【００８７】
（実験２：第二の構成；α≦０．９ｍｍ、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍ、δ≧２．８ｍｍとする根拠）
主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍとし、また、セミ沿面接地電極を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、主気中ギャップ（α）を種々設定したスパークプラグを用意した。これらスパークプラグを用いた以外は、実験１と全く同じ条件にて試験を行ない、同様に評価判定した。表２にその結果を示す。
【００８８】
【表２】
0004469489.tif 000003
【００８９】
これによると、主気中ギャップ（α）が、α≧１．０ｍｍの場合には、主体金具５の先端面５Ｄの位置において金具/碍子飛火が少なくとも１回以上発生していることがわかる。従って、主気中ギャップ（α）をα≦０．９ｍｍにすることによって、「くすぶり」が生じた場合であっても金具/碍子飛火を生じることなく、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花を生じさせることができることがわかる。
【００９０】
（実験３：第三の構成；セミ沿面接地電極を３個以上とする根拠）
主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍ、主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍとし、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、該ギャップを有するセミ沿面接地電極１２の配設個数を種々変化させたスパークプラグを用意した。これらスパークプラグを用いた以外は、実験１と全く同じ条件にて試験を行ない、同様に評価判定した。表３にその結果を示す。
【００９１】
【表３】
0004469489.tif 000004
【００９２】
該結果によると、実験１では良好な結果が得られなかった、主気中ギャップ（α）がα＝１．１ｍｍであって径差δが２．８ｍｍの条件においても、セミ沿面接地電極１２の数を３個以上に増やすと、主体金具５の先端面５Ｄの位置における金具/碍子飛火が効果的に抑制されていることがわかる。従って、セミ沿面接地電極１２の数を３個以上にすることによって、「くすぶり」が生じた場合であっても金具/碍子飛火を生じることなく、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花を生じさせることができることがわかる。図２４には、図２のスパークプラグ１００に対し、第三のセミ沿面接地電極１２（一点鎖線にて表している）を追加した態様を示している。また、図２５は、その平面図であり、３つのセミ沿面接地電極１２と平行接地電極１１とが、絶縁碍子３０の中心軸線の周りに略９０゜の間隔にて配置されている。
【００９３】
（実験４：第五の構成；絶縁碍子の先端面の高さ位置とセミ沿面接地電極の端面後端側縁の高さ位置との段差Ｅと、絶縁碍子の先端面から側周面に至る曲面の曲率半径Ｒとの差をＲ−Ｅ≦０．１ｍｍとする根拠）
図２のスパークプラグにおいて、平行接地電極１１をなくし、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、絶縁碍子１の先端面１Ｄの高さ位置とセミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後端側縁１２Ｂの高さ位置との段差Ｅと、絶縁碍子１の先端面１Ｄから側周面１Ｅに至る曲面の曲率半径Ｒとを種々設定したものを用意した。これらスパークプラグの耐チャンネリング性を評価するために、以下の実験を行なった。すなわち、スパークプラグをチャンバに取り付け、チャンバ内を０．６ＭＰａに加圧するとともに、フルトランジスタ電源により１秒間に６０回の火花を発生させる動作を１００Ｈｒ継続した。そして、動作終了後のスパークプラグのチャンネリング深さを測定するとともに、チャンネリング溝深さが、０．２ｍｍ未満のものを軽度（○）、０．２〜０．４ｍｍのものを中度（△）、０．４ｍｍを超えるものを重度（×）として評価判定した。該結果を表４に示す。
【００９４】
【表４】
0004469489.tif 000005
【００９５】
この結果から、主気中ギャップ（α）とセミ沿面ギャップ（β）とが、α＜βであり、かつ、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、α＞γのとき、Ｒ−Ｅ≦０．１ｍｍに設定することで、チャンネリングを効果的に低減できることがわかる。これは、セミ沿面接地電極１２の後端側縁１２Ｂから中心電極２に向かう火花が、絶縁碍子１の先端部に遮られることによってセミ沿面接地電極１２の火花発生位置から中心電極２に向けて直線上に火花が発生せず、絶縁碍子１の周方向に曲げられるからであると考えられる。この結果、火花の発生毎に火花の放電経路が替わるため、絶縁碍子１の先端面１Ｄを這っていく火花の範囲が広がり、チャンネリングを低減することができるとともに、広い範囲で「くすぶり」を火花清浄できる。なお、本発明のスパークプラグは本来、平行接地電極１１を備えているものであるが、これをそのまま用いると、汚損が進行しない限りセミ沿面接地電極１２側での飛火が生じず、仮に発生しても汚損堆積物が焼き切られれば飛火が途切れてしまうので、チャンネリング評価には非常な長時間を有する。従って、セミ沿面接地電極１２側のチャンネリング挙動を加速して調べるために、敢えて平行接地電極１１を取り除いた状態での評価を行なった。
【００９６】
また、Ｅの値を０．１〜０．７ｍｍの範囲にて選択し、さらに各Ｅの値について、Ｒ−Ｅを０．２ｍｍにした場合のチャンネリング溝深さδ0（ｍｍ）と、Ｒ−Ｅを０ｍｍとした場合のチャンネリング溝深さδ1（ｍｍ）とを測定し、
λ＝δ0−δ1（ｍｍ）
にて表されるチャンネリング改善幅λを算出して、Ｒ−Ｅを０．２ｍｍから０ｍｍへと縮小することによりどの程度チャンネリングが改善されるかを見積もった。結果を表５に示す。
【００９７】
【表５】
0004469489.tif 000006
【００９８】
これを見てもわかるとおり、段差Ｅの長さが０．５ｍｍ以下のとき、特にチャンネリング効果が大きいことがわかる。
【００９９】
（実験５：第六の構成；絶縁碍子１の突出量（Ｆ）を、３．０ｍｍ≦Ｆ≦５．０ｍｍとする根拠）
主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍ、主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍとし、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、このスパークプラグが適用されるスパークプラグのＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｂ  ８０３１）若しくは当該ＪＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ規格の中で定められたＡ寸法よりも先端側に突出する絶縁碍子１の突出量（Ｆ）を種々設定したスパークプラグを用意した。そして、これらスパークプラグを実験１と同様に、１８００cc直列４気筒の直噴式内燃機関を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＤレンジに入れ、アイドリング６００ｒｐｍにて運転を行った。また、スパークプラグの点火時期はＢＴＤＣ１５゜に固定した。そして、各絶縁碍子１の突出量（Ｆ）の場合における、１分間あたりの失火発生頻度が略ゼロとなる噴射終了時期の幅（燃焼安定領域）を測定した。直噴式内燃機関ではこの幅が着火性の良否を定める尺度になる。
【０１００】
図５は、その結果を示すものであるが、絶縁碍子１の突出量（Ｆ）を、３．０ｍｍ≦Ｆ≦５．０ｍｍとすることによって、失火を生じない燃料噴射終了時期の範囲（すなわち、安定燃焼領域の幅）を広くすることができることがわかる。なお、図６に示すような、第１の実施の形態のうち、第４態様のスパークプラグの主体金具５のねじ部５Ｂより先端部分５Ｅを延長させたエクステンドシェルタイプのスパークプラグの場合においても、同様の結果を得ている。ただし、この場合においては、絶縁碍子１の突出量（Ｆ）は、主体金具５の先端面５Ｄからの寸法ではなく、先端部分５Ｅが延長された長さ、即ち、ＪＩＳ規格中に定められたＡ寸法より先端側の長さ、を更に加えた長さになる。
【０１０１】
（実験６：第八の構成；中心電極２の絶縁碍子１からの突出量（Ｈ）を、（Ｈ）≦１．２５ｍｍとする根拠）
主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍとし、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍに設定し、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定し、中心電極径をφ２．５ｍｍに設定するとともに、絶縁碍子１の先端面１Ｄから突出する中心電極２の突出量（Ｈ）を種々設定したスパークプラグを用意した。そして、これらスパークプラグを用いて実験５と同様の自動車を用い、安定燃焼領域を測定した結果を示す。ただし、走行条件はアイドリングではなく１００ｋｍ／ｈの定地走行条件（高速運転を想定）とした。また、スパークプラグの点火時期はＢＴＤＣ２５゜に固定した。他の条件は実験５と同様であり、各中心電極２の突出量（Ｈ）の場合において、１分間あたりの失火発生頻度が略ゼロとなる噴射終了時期の幅を測定した。結果を図７に示している。
【０１０２】
この結果から、主気中ギャップ（α）とセミ沿面ギャップ（β）とが、α＜βであり、かつ、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、α＞γであり、中心電極が絶縁碍子の先端面から突出する量（Ｈ）を、Ｈ≦１．２５ｍｍとすることによって、高速運転時にセミ沿面ギャップ（β）で火花が発生しても、失火を生じない燃料噴射終了時期の範囲を広くすることができる。従って、火花発生位置によって着火性の差が出やすい直噴式内燃機関であっても、「くすぶり」が生じた場合に発生するセミ沿面接地電極１２での火花位置で、十分な着火性を有する。なお、Ｈの値は、ここでは図２８（ａ）に示すように正の値の場合を示したが、同図（ｂ）に示すようにＨがほとんどゼロとなる（すなわち、中心電極２の先端面あるいは後述する貴金属チップの先端面が、絶縁碍子１の先端面と略面一となる）形であってもよいし、さらには（ｃ）に示すように、Ｈが負の数となる（つまり、先端面が絶縁碍子１の先端面よりも引っ込んでいる）形となっていてもよい。この場合、耐チャンネリング性及び「くすぶり」清浄性効果をさらに向上させる観点において、−０．３ｍｍ≦Ｈ≦０．５となっていればさらによい。
【０１０３】
（実験７：第九の構成；α≦０．４×（β−γ）＋γとする根拠）
セミ沿面ギャップ（β）を１．６ｍｍに設定し、種々の大きさの主気中ギャップ（α）を有する平行接地電極１１と、同一寸法の種々のセミ沿面碍子ギャップ（γ）を有する２つのセミ沿面接地電極１２，１２を設けた各種スパークプラグを作製した。そして、該スパークプラグをチャンバに取り付け、チャンバ内を１．０ＭＰａに加圧した状態で火花の発生する方向を観察する机上試験を行ない、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生するか否かを調べた。なお、火花はフルトランジスタ電源により１秒間に６０回の割合で発生させ、測定時間は１分間とした。
【０１０４】
以上の結果を図８に示す。図中で、直線１０１は、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生するか否かの境界を示す。この直線より上の領域ＡＡでは、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生し、下の領域ＢＢでは、発生しなかったことを示している。直線１０１は、次の式（１）で表され、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生するか否かを示す境界線となる。
α＝０．４×（β−γ）＋γ  ‥‥（１）
従って、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生しないためには、下記式（２）の条件が必要であることが分かる。
α≦０．４×（β−γ）＋γ  ‥‥（２）
【０１０５】
この結果から、主気中ギャップ（α）とセミ沿面ギャップ（β）とが、α＜βであり、かつ、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、α＞γであり、主気中ギャップ（α）、セミ沿面ギャップ（β）及びセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、α≦０．４×（β−γ）＋γとすることによって、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間での火花の発生を抑制することができる。また、実際の内燃機関に装着した場合のように、スパークプラグのギャップ周りの雰囲気ガスが流れを持っているような場合には、主体金具の先端面と絶縁碍子との間で火花がより発生しやすくなるため、α≦０．３×（β−γ）＋γであることがより好ましい。
【０１０６】
（実験８：（α−γ）≦０．４ｍｍに設定することの根拠）
種々の大きさの主気中ギャップ（α）を有する平行接地電極１１と、同一寸法の種々のセミ沿面碍子ギャップ（γ）を有する２つのセミ沿面接地電極１２，１２を設けた各種スパークプラグを作製した。これらスパークプラグの耐チャンネリング性を評価するために、以下の実験を行なった。すなわち、スパークプラグを、２５００ｃｃ直列６気筒ターボチャージャ式の内燃機関を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＤレンジに入れ、３５００ｒｐｍで、インテークマニホールド内における圧力が、＋７０ｋＰａの条件にて１００Ｈｒ運転継続した。そして、動作終了後のスパークプラグのチャンネリング深さを測定するとともに、チャンネリング溝深さが、０．２ｍｍ未満のものを軽度（○）、０．２〜０．４ｍｍのものを中度（△）、０．４ｍｍを超えるものを重度（×）として評価判定した。該結果を表６に示す。
【０１０７】
【表６】
0004469489.tif 000007
【０１０８】
この結果から、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とは、（α−γ）≦０．４ｍｍに設定することで、チャンネリングを低減することができることが分かる。このような関係を満足することによって、チャンネリングに対して特に厳しい、過給を行なう内燃機関や高圧縮比の内燃機関でのチャンネリングを低減することができることがわかる。
【０１０９】
（実験９：第一の構成；０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍとする根拠）
中心電極２の径をφ２．５ｍｍ、主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍとし、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定し、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）との関係を種々設定したスパークプラグを用意した。そして、これらスパークプラグを１８００cc直列４気筒の直噴式内燃機関を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＤレンジに入れ、アイドリング６００ｒｐｍにて運転を行った。また、スパークプラグの点火時期はＢＴＤＣ１５゜に固定した。そして、α−γの各値について、１分間あたりの失火発生頻度が略ゼロとなる噴射終了時期の幅（燃焼安定領域）を測定した。結果を図９に示す。
【０１１０】
この結果から、主気中ギャップ（α）が０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、（α−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍを満たす場合に、噴射終了時期の領域を広くできることがわかる。
【０１１１】
（実験１０；平行接地電極の幅を２．２ｍｍ以下、中心電極先端面における外径の２倍以上とする根拠）
絶縁碍子１の内部における中心電極２の太径部での径をφ２．２ｍｍ、主気中ギャップ（α）を形成する中心電極２の縮径部先端面における外径をφ０．６ｍｍ、主気中ギャップ（α）を１．１ｍｍ、主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍとし、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定した。そして、絶縁碍子１の軸線方向前方側から平面視した場合の中心電極の中心点の位置における平行接地電極の幅Ｗを種々設定したスパークプラグを用意した。なお、平行接地電極１１の先端部を、第１の実施の形態のうち、図１０に示す第５態様のスパークプラグ２０５の様にテーパ状にカットしてあり、中心点Ｏの位置における平行接地電極１１の幅Ｗは、そのテーパ状のカット１１ｋの挟み角θを一定にした状態で、平行接地電極全体１１の幅を変更することによって設定した。そして、これらスパークプラグを用いて以下の試験を行った。まず、２０００cc直列６気筒の内燃機関を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＮレンジに入れ、アイドリング６００ｒｐｍから急激にアクセルを踏み込んで３０００ｒｐｍ以上になるまでレーシングを行った。そして、Ｗと中心電極２の先端面における外径との比の各値について、放電電圧の最大値を測定した。結果を図１１に示す。
【０１１２】
この結果から、主気中ギャップ（α）が０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、（α−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍを満たすとともに、平行接地電極の幅を中心電極先端面における外径の２倍以上にすることによって、平行接地電極における放電電圧を十分に低減することができることがわかる。従って、必要以上にセミ沿面接地電極１２，１２で火花放電が発生することを抑制することができる。
【０１１３】
次に、下記に示す燃料ブリッジテストを行った。本実験においては、内燃機関に一般に用いられるガソリンの替わりに水を用いた。この理由は、燃料ブリッジは一般に非常に温度の低い状態、即ち、燃料の粘度が低下した状態での、火花放電ギャップで生じたブリッジの切れやすさが問題になるためである。水の常温における粘度がガソリンの約−４０℃における粘度とほぼ同等であることが分かっているため、本発明の主目的である燃料ブリッジの切れやすさを確認するためには、最も手近な代替材である。まず、図１２に示すような燃料ブリッジ試験機５００のアーム５０１に各試料ＳＰを装着し、火花放電ギャップ間にスポイトを用いて水を約０．０５ｍｌ付着させた。そして、アーム５０１を３０゜傾けた後に各５回自由落下させて、その間にブリッジが切れたか否かを落下させる毎に観察した。そして、各試験品を各３本行った。なお、１本の試験品は試験終了まで水の補充を行わなかった。
【０１１４】
試験結果を図１３に示す。○は、ブリッジが切れたことを示し、×は、ブリッジが切れなかったことを示す。この試験の結果、主気中ギャップ（α）が０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、（α−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍを満たすとともに、平行接地電極の幅を２．２ｍｍ以下にすることによって、ブリッジの発生を十分に低減することができることがわかる。
【０１１５】
次に、下記に示す着火性テストを行った。この試験は、２０００cc直列６気筒のエンジンを用いた自動車を使用してシフトレバーをＤレンジに入れ、７０ｋｍ／ｈの定地走行条件（均質リーンバーン燃焼状態を想定）で行った。このエンジン条件で、１％失火が発生したときのＡ／Ｆの値を着火限界と判断した。この試験の結果を、図１４に示す。この結果から、この試験の結果、主気中ギャップ（α）が０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、（α−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍを満たすとともに、平行接地電極の幅を２．２ｍｍ以下にすることによって、ブリッジの発生を十分に低減することができることがわかる。
【０１１６】
以上の試験結果から、主気中ギャップ（α）が０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、（α−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍを満たすとともに、平行接地電極の幅を２．２ｍｍ以下であって、かつ、中心電極先端面における外径の２倍以上にすることによって、燃料ブリッジを生ずることなく平行接地電極における放電電圧を十分に低減することができ、その結果、優れた着火性を有することがわかる。
【０１１７】
（実験１１：第七の構成；α≦１．１ｍｍ、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍ、ψ≦１．８ｍｍとする根拠）
絶縁碍子１の内部における中心電極２の太径部での径をφ２．２ｍｍ、主気中ギャップ（α）を形成する中心電極２の縮径部先端面における外径をφ０．６ｍｍ、主気中ギャップ（α）を１．１ｍｍ、主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍとし、幅２．２ｍｍのセミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定した。そして、絶縁碍子先端径φＤを変更することによってセミ沿面接地電極１２の幅との差ψを種々設定したスパークプラグを用意した。そして、これらスパークプラグを用いて実験６と同様の条件に設定した自動車を用い、安定燃焼領域を測定した結果を図１５に示す。
【０１１８】
この結果から、α≦１．１ｍｍであり、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、ψ≦１．８ｍｍとすることによって、失火を生じない燃料噴射終了時期の範囲（すなわち、安定燃焼領域の幅）を広くすることができ、燃料リーン状態での着火性を向上させることができることがわかる。このような現象は、以下の理由によるものと考えられる。即ち、絶縁碍子先端径とセミ沿面接地電極１２の幅との差が大きくなると、セミ沿面接地電極１２と中心電極２との間で火花が発生する際に、絶縁碍子１の先端部外周を大きく回り込むことになる。セミ沿面接地電極１２端面の後方角部から斜め後方に向けて火花が発生した場合に、その火花が絶縁碍子１の先端部にぶつかった後に中心電極２に達する。絶縁碍子１の先端部にぶつかった際には、火花は斜め後方に向けて外周面に沿って這うことになり、その後、向きを変えて中心電極１先端側周面方向に這うことになる。従って、絶縁碍子１先端径とセミ沿面接地電極１２の幅との差が大きいと、絶縁碍子１外周面に沿って斜め後方に火花が這う量が大きくなるため、火花が大きく垂れ下がるものと考えられる。
【０１１９】
（実験１２：付加要件３；絶縁碍子の先端部における中心貫通孔の最小径（Ｄ３）を、Ｄ３≦２．１ｍｍとする根拠）
主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）をδ＝２．８ｍｍ、主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍとし、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、絶縁碍子１が主体金具５の保持部５１よりも先端側における中心貫通孔の最小径（Ｄ３）を種々設定したスパークプラグを作製した。なお、中心電極２の外径は中心貫通孔の径に応じて種々変更する。これらスパークプラグを、実験１と同様に１８００cc直列４気筒の直噴式内燃機関を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＤレンジに入れ、アイドリング６００ｒｐｍにて運転を行った。また、スパークプラグの点火時期はＢＴＤＣ１５゜に固定した。そして、Ｄ３の各値について、１分間あたりの失火発生頻度が略ゼロとなる噴射終了時期の幅（燃焼安定領域）を測定した。結果を図１６に示す。この結果から、絶縁碍子１の中心貫通孔の最小径をφ２．１ｍｍ以下にすることによって、アイドリング運転時における安定燃焼領域を広くとることができることがわかる。
【０１２０】
また、上記スパークプラグについてはプレデリバリ汚損試験を行った。試験条件は以下の通りである。すなわち、排気量３０００ｃｃの６気筒直噴式内燃機関を用いた自動車にスパークプラグを取り付ける。そして、該自動車を−１０゜Ｃの低温試験室に置き、ＪＩＳＤ１６０６の低負荷適合性試験で規定されている運転パターンにより、低速で数回寸動させる所定の運転パターンを１サイクルとして１０ＭΩに到達するまでのサイクル数を測定した。以上の結果を表７に示す。
【０１２１】
【表７】
0004469489.tif 000008
【０１２２】
この結果によると、絶縁碍子１の中心貫通孔の最小径をφ２．１ｍｍ以下にすることによって、プレデリバリ汚損テストにおいても問題を生じることが非常に少なくなる、１０ＭΩに到達するサイクル数を１０サイクル以上にすることができることがわかる。
【０１２３】
以上２種類の評価結果から、絶縁碍子１が主体金具５と係止されて保持される保持部５１よりも先端側における中心貫通孔の最小径（Ｄ３）を、Ｄ３≦２．１ｍｍとすることによって、直噴式内燃機関であっても安定燃焼領域を広くとることができ、さらにプレデリバリ汚損試験においても問題を生じにくくなることが示された。絶縁碍子１の内径を狭くすることによって中心電極２の外径も小さくなり、燃焼サイクルの際に碍子先端部に受けた熱が中心電極２側に逃げることが適度に抑制されるため、絶縁碍子１の先端温度を上昇しやすくする。従って、通常の運転時に温度の上がり難い直噴式内燃機関であっても、絶縁碍子１の先端部温度を上昇しやすくすることができ、「くすぶり」によって堆積したカーボンを焼き切ることが容易になる。また、これに伴って主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生したり、更に保持部近傍で火花が発生したりすることを防止することができるため、直噴式内燃機関においても安定して燃焼する領域を広くとることができるようになる。なお、図１７に示すような、第２の実施の形態である、中心電極２の先端部のみを縮径したタイプのスパークプラグ２００の場合においても、同様の結果を得ている。
【０１２４】
次に、本発明における他の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では、上記の実施の形態に比して絶縁碍子１、主体金具５と中心電極２の形状以外は変更ないので説明を省略し、異なる部分のみ説明する。これらの説明は、図１８〜図２２に示す部分断面図により、中心電極２、平行接地電極１１、セミ沿面接地電極１２及び主体金具５'先端の近傍を拡大する形で行なう。
【０１２５】
まず、図１８に示す第３の実施の形態のスパークプラグ２１０では、主体金具５'の先端部を内径側に縮径することによって、先端面５Ｄ'の面積が広くなっている。主体金具５'の先端部をこの様な形状にすることによって燃料が主体金具５'の内部にまで入り込むことを抑制することができる。直噴式内燃機関では、燃料噴射ノズルがピストンの方向を向いているため、一度ピストンにぶつかって跳ね返ってきた燃料がタンブルとスキッシュによる吸気の流れの影響を受けながらスパークプラグの斜め先端側から近づいてくる。この角度で燃料がくると主体金具の内部に入り込みやすい。従って、本実施形態のように主体金具５'の先端部を内径側に縮径することで燃料が内部にまで入り込むことを抑制しやすくなる。また、先端面５Ｄ’の面積が広くなることから、本発明のように複数の接地電極を持つスパークプラグにとって溶接を容易にできるとともに、接地電極の厚みを厚くすることができる。更に、主体金具５'の保持部５１'より先端側を広くとることができるので、保持部５１'近傍で火花が発生することを抑制することができる。このように主体金具５'の先端部を縮径するときの縮径部の内径は、絶縁碍子１との径差δが、主気中ギャップ（α）に対して、δ≧２．６×αの関係を満足する程度にすると良い。
【０１２６】
図１９に示す第４の実施の形態のスパークプラグ２２０では、中心電極２'の電極母材先端が絶縁碍子１の先端面１Ｄよりも先端側で縮径されてその先端に貴金属チップ２１'が全周レーザ溶接により接合されている。なお、絶縁碍子１の先端面１Ｄを示す線を外方へ延長した第１の延長線３１がセミ沿面接地電極１２の先端面１２Ｃに位置するような位置関係にセミ沿面接地電極１２が設定されている。また、本実施形態では、例えば中心電極母材の径はφ１．８ｍｍであり、その先端にφ０．８ｍｍのＩｒ−５質量％Ｐｔチップが接合されている。更に、本実施例の場合のセミ沿面ギャップ（β）の距離βは、絶縁碍子１の先端面１Ｄの位置における中心電極２の外径、即ち、中心電極母材が縮径される前の基径とセミ沿面接地電極１２との本スパークプラグの軸線方向に対して垂直方向の距離となる。
【０１２７】
図２０に示す第５の実施の形態のスパークプラグ２３０では、中心電極２'の電極母材先端が縮径されて、その先端に貴金属チップ２１'が全周レーザ溶接により接合されている。
【０１２８】
他方、図２１に示す第６の実施の形態のスパークプラグ２４０では、中心電極２'の電極母材先端は縮径されておらず、先端に略凸状の形状をした貴金属チップ２１'が全周レーザ溶接により接合されている。また、レーザ溶接部２１２の先端が絶縁碍子１の先端面１Ｄとほぼ同一面に位置している。なお、本実施形態では、例えば中心電極母材の径はφ１．８ｍｍであり、その先端に先端側の径がφ０．６ｍｍ、径大部２１１'の径がφ１．８ｍｍのＩｒ−２０質量％Ｒhチップが接合されている。そして、絶縁碍子１の中心貫通孔内径がφ１．９ｍｍに設定されている。更に、本実施例の場合のセミ沿面ギャップ（β）の距離βは、絶縁碍子１の先端面１Ｄの位置における中心電極２の外径、即ち、貴金属チップ２１'の径大部２１１'とセミ沿面接地電極１２との本スパークプラグの軸線方向に対して垂直方向の距離になる。このように構成することにより、セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生した場合であっても、貴金属チップ２１'が中心電極母材から脱落することを防止することができる。セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生した場合には、貴金属チップ２１'の側面とセミ沿面接地電極１２との間で火花が発生することになる。この位置で頻繁に火花が発生することになると、絶縁碍子１の先端面１Ｄ近傍での貴金属チップ２１'が消耗したとしても、貴金属チップ２１'先端部よりも細くなってしまうことがなく、貴金属チップ２１'の先端部が脱落してしまうことを防止できる。更に、先端部は径が細いため、主気中ギャップ（α）で火花が発生する際の放電電圧を低減させることができる。このため、着火性が向上する。また、特に直噴式内燃機関では安定燃焼領域を広くすることができる。
【０１２９】
図２２に示す第７の実施の形態のスパークプラグも、同様に中心電極２'の電極母材先端は縮径されておらず、先端に略凸状の形状をした貴金属チップ２１'が全周レーザ溶接により接合されている。この実施形態では、貴金属チップ２１'の径大部２１１'が絶縁碍子１の先端面１Ｄよりも内部に位置している。なお、本実施形態では、例えば中心電極母材の径はφ１．８ｍｍであり、その先端に先端側の径がφ０．６ｍｍ、径大部２１１'の径がφ１．８ｍｍのＩｒ−２０質量％Ｒhチップが接合されている。そして、絶縁碍子１の中心貫通孔内径がφ１．９ｍｍに設定されているため、絶縁碍子１の中心貫通孔内径と貴金属チップ２１'外径との径差は、０．１ｍｍに設定されている。更に、本実施例の場合のセミ沿面ギャップ（β）の距離βは、絶縁碍子１の先端面１Ｄの位置における中心電極２の外径、即ち、貴金属チップ２１'の貴金属チップ２１'の細径部とセミ沿面接地電極１２との距離になる。
【０１３０】
セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生した場合に絶縁碍子１の先端面１Ｄを這う火花は、更に絶縁碍子１の中心貫通孔の内壁を這って貴金属チップ２１'の径大部２１１'に至る。従って、径大部２１１'が絶縁碍子１の中心貫通孔内部にあったとしても火花は径大部２１１'とセミ沿面接地電極１２との間で発生するため、貴金属チップ２１'の先端部が脱落してしまうことを防止できる。更に、先端部は径が細いため、主気中ギャップ（α）で火花が発生する際の放電電圧を低減させることができる。このため、着火性が向上する。また、特に直噴式内燃機関では安定燃焼領域を広くすることができる。そして、貴金属チップ２１'外径と絶縁碍子１の中心貫通孔内径との径差の最小値が０．１ｍｍであるため、中心電極２'母材の火花放電による消耗を抑えることがより容易になる。これは、以下の理由によるものであると考えられる。即ち、セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生した場合には、絶縁碍子１の中心貫通孔内壁を火花が這うことになる。この時、貴金属チップ２１'外径と絶縁碍子１の中心貫通孔内径との径差が大きくなると、火花が貴金属チップ２１'に飛ばずに更に奥深く入り込んで中心電極２'母材にまで至る場合がある。中心電極２'母材は貴金属チップ２１'と比較して耐火花消耗性は低いため、急速に消耗しやすく、チップの脱落に至る場合がある。従って、この径差を小さくすることによって、中心電極２'母材に火花が至る現象を抑えることができ、耐久性が向上するのである。
【０１３１】
なお、図３０に示すように、平行接地電極１１の主気中ギャップに面する位置にも、貴金属チップ５０を溶接接合することができる。該スパークプラグ２７０は、図９のスパークプラグ２２０において、平行接地電極１１にも貴金属チップ５０を設けた例を示している。貴金属チップ５０の材質は、平行接地電極１１側の貴金属チップ２１’と同様のものを使用できる。他方、中心電極２側が負となる電圧極性にてスパークプラグを使用する場合、平行接地電極１１側においては中心電極２側と比較して火花消耗が若干緩やかであるので、中心電極２側よりもやや融点の低い貴金属チップ５０を使用することも可能である（例えば、中心電極２側の貴金属チップ２１’がイリジウム合金である場合、平行接地電極１１側の貴金属チップ５０を白金あるいは白金合金にて構成できる）。
【０１３２】
平行接地電極１１とセミ沿面接地電極１２とは、表層部をなす母材をいずれもニッケル又はニッケル合金にて構成できる。この場合、両電極１１，１２において、使用する母材の材質を異ならせることも可能である。すなわち、平行接地電極１１の母材を、ニッケルを主成分とする第一のニッケル系母材金属にて構成し、セミ沿面接地電極１２の母材を、ニッケルを主成分とする第二のニッケル系母材金属にて構成できる。
【０１３３】
例えば、図３０（セミ沿面接地電極１２の形態は図２あるいは図１９と同じ；符号をこれらの図から援用する）では、セミ沿面接地電極１２の他端の端面部１２Ｃに貴金属チップが溶接されず、かつ該端面部の全体が第二のニッケル系母材金属からなる一方、平行接地電極１１の少なくとも表層部１１ｂが第一のニッケル系母材金属にて構成され、中心電極２との対向面に貴金属チップ５０が溶接されている。この場合、第二のニッケル系母材金属のニッケル含有率よりも低くすることができる。すなわち、平行接地電極１１側は貴金属チップ５０が溶接してあるので、母材の火花消耗はそれほど問題とならない。他方、セミ沿面接地電極１２側は、平行接地電極１１側と比較すれば飛火頻度は高くないので、貴金属チップを省略してコスト削減を図るとともに、この場合は母材表面そのものが放電面となることから、そのニッケル含有率の向上により火花消耗抑制を図ろうという思想である。この場合、第二のニッケル系母材金属のニッケル含有率は、８５質量％以上であることが望ましい。例えば、第一のニッケル系母材金属をインコネル６００（商標名）とし、第二のニッケル系母材金属を９５質量％ニッケル合金（残部クロム、マンガン、シリコン、アルミ、鉄等）にて構成することができる。
【０１３４】
（その他の実施の形態）
以上説明した各実施の形態ではセミ沿面接地電極１２を２極としたが、セミ沿面接地電極１２は単極であっても良いし３極以上の多極としても良い。しかしながら、単極では絶縁碍子１の端面の全周に渡って火花でカーボンを焼き切るのが難しく、火花清浄性が悪くなるので、セミ沿面接地電極１２は２極から４極が好ましいと考える。また、セミ沿面接地電極１２の位置は、多くの実施形態でセミ沿面接地電極１２の先端面１２Ｃの全面が絶縁碍子１の直管状部１０２に対向する例を説明したが、絶縁碍子１の先端面１Ｄを示す線を外方へ延長した第１の延長線３１がセミ沿面接地電極１２の先端面１２Ｃに位置するような位置関係に設定してもよい。さらに、絶縁碍子１の先端内部において中心電極の縮径（いわゆるサーモ）されていないスパークプラグについて説明したが、１段または２段以上に縮径されているスパークプラグであっても良い。
【０１３５】
また、図２９のスパークプラグ２６０は、階段状の縮径部を経て直管状部１０２Ｂを形成した例である。図２３あるいは図２９に示すスパークプラグ１００，２６０においては、いずれも絶縁碍子１の先端部に直管状部１０２あるいは１０２Ｂが形成されている。直管状部１０２あるいは１０２Ｂの軸線３０の向きにおける長さは、いずれも０．５〜１．５ｍｍである。これらの構成では、直管状部１０２あるいは１０２Ｂの後方に、図３１（ｃ）に示すようなテーパ状の膨らみ部１０５、あるいは図３１（ａ）に示すような階段状の膨らみ部１０２Ａが隣接形成される形となる。
【０１３６】
上記の膨らみ部がセミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後方側縁１２Ｂに近づきすぎると、ここからの火花が後方側に垂れ下がる形で発生しやすくなる。例えば、図３２（ａ）に示すように、階段状の膨らみ部１０２Ａのアール付与された移行部１０２Ｔには電界が集中しやすく、セミ沿面接地電極１２の後方側縁１２Ｂからの火花ＳＰ３はこの移行部１０２Ｔを目指して放出される結果、後方側に垂れ下がり、絶縁碍子１の側周面後方部を大きく回り込む形で飛火することになる。このような火花が着火性を悪化させることは明らかである。
【０１３７】
そこで、図３１に示すように、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの、絶縁碍子２の軸線３０の方向における後方側縁１２Ｂの中点と、該絶縁碍子２の軸線３０とを含む仮想的な平面上において、セミ沿面ギャップの大きさをγ（単位：ｍｍ）として、後方側縁１２Ａの中点を中心とする（γ＋０．１）ｍｍの円Ｃｋを描いたときに、膨らみ部１０２Ａの全体が該円Ｃｋの外側に位置するようにすれば、図３２のＳＰ３のような火花の垂れ下がりを効果的に防止することができる。なお、図３１（ｂ）に示すように、膨らみ部１０２Ａの移行部１０２Ｔを円Ｃｋに倣う傾斜面とすれば、図３１（ａ）のように移行部１０２Ｔが直管状部１０２Ｂの外周面から垂直に立ち上がる形態と比較して、直管状部１０２Ｂ自体の長さを短くすることができ、また、移行部１０２Ｔに電界集中しやすい小角度の縁部を生じにくくなるので、火花の垂れ下がり防止に一層効果的である。
【０１３８】
上記の効果を確認するために、以下の実験を行なった。
（実験１３）
図３のスパークプラグにおいて、絶縁碍子１の直管状部１０２の形態を、図３１（ｃ）に示すタイプのもの（タイプＡ）及び（ａ）に示すタイプのもの（タイプＢ）を種々用意した。これらスパークプラグは、いずれも平行接地電極１１をなくし、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、絶縁碍子１の先端面１Ｄの高さ位置とセミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後端側縁１２Ｂの高さ位置との段差Ｅは０．９ｍｍとした。そして、直管状部（１０２あるいは１０２Ｂ）の長さを、表８に示す０．９〜１．８ｍｍの種々の値とした。なお、表８には、前記した半径（γ＋０．１）ｍｍの円の範囲内に、膨らみ部１０５あるいは１０２Ａが存在しているものを「＊」、存在していないものを「◎」で表している。これらのスパークプラグを用いて、以下の実験を行なった。すなわち、スパークプラグをチャンバに取り付け、チャンバ内を０．６ＭＰａに加圧するとともに、フルトランジスタ電源により１秒間に１回の火花を発生させる動作を１分間継続した。そして、その間の火花発生状況をビデオ撮影し、その画像を解析することにより、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後方側縁１２Ｂから発生した火花の、該後方側縁１２Ｂから軸線３０の方向における最大垂れ下がり長さＬを求め、その長さが２．５ｍｍ以内に収まっているものを良好（○）、そうでないものを不良（×）として評価した。以上の結果を表８に示す。
【０１３９】
【表８】
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【０１４０】
すなわち、直管状部の長さが１．５ｍｍ以下であるか、あるいは前記した半径（γ＋０．１）ｍｍの円内に膨らみ部が存在していない場合に、火花の垂れ下がりが効果的に抑制されていることがわかる。
【０１４１】
次に、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃからの火花の発生形態は、該端面１２Ｃの形状を工夫することによっても改善することが可能である。まず、端面１２Ｃの形態を規定するに際しては、以下のような幾何学的な定義を行なう。すなわち、図２（ｂ）において、軸線３０の方向において絶縁碍子１の先端部の位置する側を前方側とし、これと反対側を後方側とする。さらに、セミ沿面接地電極１２の、端面１２Ｃの後方側縁１２Ｂの中点Ｍ１と軸線３０とを含む仮想的な平面ＶＰに対し、軸線３０を含んで該平面ＶＰと直交する平面を投影面ＰＰとして定める。そして、該投影面ＰＰへの端面１２Ｃの正射影を１２ＮＰ（以下、端面正射影１２ＮＰと記載する）とする。なお、図２６に示すように、端面１２Ｃが投影面ＰＰと平行な場合は、図２（ｂ）に示すように、正射影１２ＮＰは端面１２Ｃと幾何学的に合同となる。他方、図２１に示すように、端面１２Ｃを平面となす代わりに円弧状面となした場合には、端面１２Ｃの形状は曲面であるものの図２（ｃ）に示すように、その端面正射影１２ＮＰの形状は、図２（ｂ）に示す場合と基本的に相違しない。
【０１４２】
セミ沿面接地電極１２を、例えば長方形状の軸断面を有する線状部材を曲げ加工して作ったものである場合、図３２（ｂ）に示すように、その端面正射影１２ＮＰの形状も長方形状のものとなる。このとき、投影面ＰＰ上にて軸線３０と後方側縁１２Ｂとの交点をＸとし、同じく前方側縁１２Ａとの交点をＹとして、線分ＸＹの中点Ｑを通って軸線３０と直交する基準線ＲＬを引いたとき、該基準線ＲＬよりも前方側に位置する領域（以下、前方側領域ＦＡという）の面積Ｓ１は、同じく後方側に位置する領域（以下、後方側領域ＲＡという）の面積Ｓ２と略等しくなる。なお、投影面ＰＰ上での議論においては、「‥の正射影」とその都度称することは煩雑であるので、これを省略し、単に「後方側縁１２Ｂ」、「前方側縁１２Ａ」等と称する。
【０１４３】
端面正射影１２ＮＰがこのような形状となる端面１２Ｃの場合、前方側領域ＦＡと後方側領域ＲＡとでは、単位時間あたりの火花の発生頻度は略等しくなる。例えば、図３２（ｃ）に示すように、領域ＤＷにおいて何らかの理由により局所的に火花消耗が遅れた場合を想定すると、消耗から取り残された領域ＤＷのギャップ間隔は他の領域よりも小さくなるから、以降は領域ＤＷでの火花放電が逆に生じやすくなる。該事実から因果律的に考えれば、セミ沿面接地電極１２は、局所的なギャップ間隔異常がなるべく生じないように、放電面となる端面１２Ｃの全体にわたって一様に消耗すること、換言すれば単位面積/単位時間あたりの火花発生頻度が、端面１２Ｃの全面に渡って略均等でなければならない。従って、基準線ＲＬに関して二分される端面正射影１２ＮＰの２つの領域、すなわち前方側領域ＦＡと後方側領域ＲＡとの面積Ｓ１とＳ２とが等しいので、各領域ＦＡとＲＡとで発生する単位時間あたりの火花発生頻度も略等しくなるのである。その結果、前方側領域ＦＡも後方側領域ＲＡも略同じ頻度で火花が発生するのであるから、チャンネリング抑制や着火性改善の効果は期待できない。
【０１４４】
そこで、図３３においては、端面正射影ＮＰにおける前方側領域ＦＡの面積Ｓ１が後方側領域ＲＡの面積Ｓ２よりも大となるような、端面１２Ｃの形状が選択されている。このようなセミ沿面接地電極１２は、面積が増えた分だけ前方側領域ＦＡでの単位時間あたりの火花ＳＰの発生頻度が高くなり、絶縁碍子１へのアタックが柔らかい前方側領域ＦＡが増加するので、チャンネリング抑制及び着火性改善を効果的に図ることができるようになる。図３３では、平行対辺のうち短辺が後方側縁１２Ｂとなる台形状の形状が採用されている。また、火花ＳＰの発生頻度を矢印の長さにより模式的に表している。他方、図３４は、後方側縁１２Ｂが弧と一致する弓形ないし半月状の形状とした例であり、Ｓ１＞Ｓ２が成り立っていることは明らかである。
【０１４５】
次に、セミ沿面接地電極１２が、図３２（ｂ）に示すような長方形状の端面１２Ｃを有しているとき、その角部、特に後方側縁１２Ｂの両端の角部が図に示すようなピン角になっていると、ここを起点として火花ＳＰ３が斜め外方下向きに放出されやすくなる。このような火花ＳＰ３は、図３２（ａ）に示すように、絶縁碍子１の軸線方向に沿って大きく垂れ下がる形で飛ぶことがあり、着火性が著しく損なわれてしまう不具合につながる。特に、直管部１０２Ｂの基端部に、鋭い階段状の移行部１０２Ｔが形成されている場合は、火花ＳＰ３は電界集中しやすい稜線部を目指して大きく回りこむ形になるため、垂れ下がりは一層甚だしくなり、着火性が大きく損なわれてしまう不具合につながる。
【０１４６】
そこで、図３５に示すように、少なくとも後方側領域ＲＡにおいて、角部の先端曲率半径又は面取り幅が０．２ｍｍ以上若しくはこの角部を形成する２辺部が９０度を超える角度をなすように形成されており端面正射影１２ＮＰにおいて先鋭な角部が現われないような、端面１２Ｃの形状を選択することで、後方側領域ＲＡからの上記のような垂れ下がりを伴う火花の発生を効果的に抑制することができる。また、火花発生の起点となりやすい先鋭な角部を後方側領域ＲＡから排除することにより、該領域側での火花発生頻度自体も低減される。
【０１４７】
図３５（ａ）は、直線状の後方側縁１２Ｂの両端に生ずる角部（２辺部のなす角度は略９０℃）ＲＣ１，ＲＣ２を、先端曲率半径が０．２ｍｍ以上（例えば上限１．０ｍｍ程度まで）のアール状部とした例である。また、図３５（ｂ）は、角部ＲＣ１，ＲＣ２を幅０．２ｍｍ以上の面取り部となした例である。この場合、面取り部の両端に１ずつの角部が生じることになるが、これらの角部は、２辺部がいずれも鈍角となり、敏感な火花発生起点部とはなりにくいので、先端曲率半径は０．２ｍｍ未満となっていても差し支えない。
【０１４８】
なお、図３５（ａ）及び（ｂ）においては、後方側縁１２Ｂの両端に生ずる角部ＲＣ１，ＲＣ２にのみアール状部あるいは面取り部を形成している。その結果、前方側領域ＦＡの面積Ｓ１は後方側領域ＲＡの面積Ｓ２よりも多少は大きくなり、Ｓ１＞Ｓ２とする効果も多少は生ずることとなる。ただし、図３５（ｃ）に示すように、前方側縁１２Ａの両端に生ずる角部ＦＣ１，ＦＣ２も含めた４つの角部の全てにアール状部（面取り部でもよい）を形成し、Ｓ１とＳ２とを略等しくすることももちろん可能である。また、図３３の構成は、端面正射影１２ＮＰが略等脚台形状となっており、後方側縁１２Ｂの両端に生ずる角部ＲＣ１，ＲＣ２はいずれも鈍角であるから、先鋭な角部を排除する効果も生ずる。また、図３４の構成においても、後方側縁１２Ｂが、先鋭な角部が本質的に生じない円弧状に形成されているので、先鋭な角部は同様に排除されているといえる。
【０１４９】
図３６（ａ）は、図３３の台形状の端面１２Ｃにおいて、各角部をそれぞれアール状となした例であり、Ｓ１＞Ｓ２とする効果と先鋭な角部排除の効果が一層理想的に達成される形となる。この場合、（ｂ）に示すように、端面１２Ｃが図２７のような円筒面状とされる場合、端面１２Ｃを展開してみれば明らかなように、後方側縁１２Ｂの両端の角部ＲＣ１，ＲＣ２は二辺間角度がさらに大きくなり、火花発生抑制効果を一層顕著なものとすることができる。
【０１５０】
なお、図３３〜図３６に示す、いずれの形状のセミ沿面接地電極１２も、所望とする端面正射影形状と略同じ軸断面を有する線状部材の曲げ加工により形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るスパークプラグの部分断面図。
【図２】図２（ａ）は第１態様のスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図であり、図２（ｂ）、（ｃ）はセミ沿面接地電極１２の面ＰＰへの投影を説明する図。
【図３】第２態様のスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図４】第３態様のスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図５】このスパークプラグが適用されるスパークプラグのＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｂ  ８０３１）若しくは当該ＪＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ規格の中で定められたＡ寸法よりも先端側に突出する前記絶縁碍子の突出量（Ｆ）と安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラフ図。
【図６】第４態様のスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図７】中心電極２の絶縁碍子１の先端面１Ｄからの突出量と安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラフ図。
【図８】縦軸に主気中ギャップ（α）の距離α、横軸にセミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離γをとり、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生し始めた点をプロットしたグラフ図。
【図９】主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）との差（α−γ）と安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラフ図。
【図１０】第５態様のスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図１１】中心電極の中心点の位置における平行接地電極の幅Ｗと中心電極先端径との比に対する放電電圧の関係を示すグラフ図。
【図１２】燃料ブリッジ試験機の概要を示す図。
【図１３】燃料ブリッジ試験の結果を示す図。
【図１４】中心電極の中心点の位置における平行接地電極の幅Ｗと中心電極先端径との比に対する着火性の関係を示すグラフ図。
【図１５】絶縁碍子先端径とセミ沿面接地電極の幅との差ψと安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラフ図。
【図１６】絶縁碍子の、主体金具と係止されて保持される保持部よりも先端部における中心貫通孔の最小径（Ｄ３）と、安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラフ図。
【図１７】第２の実施の形態に係るスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図１８】第３の実施の形態に係るスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図１９】第４の実施の形態に係るスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図２０】第５の実施の形態に係るスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図２１】第６の実施の形態に係るスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図２２】第７の実施の形態に係るスパークプラグの電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図２３】直噴型エンジンへのスパークプラグの取付形態の一例を示す説明図。
【図２４】セミ沿面接地電極を３個設け、平行接地電極内に良熱伝導材を配置したスパークプラグの一例を示す要部側面図。
【図２５】セミ沿面接地電極を３個設けたスパークプラグの一例を示す底面図。
【図２６】図２のスパークプラグの底面図。
【図２７】図２６において、セミ沿面接地電極の端面を円筒面状とした例を示す底面図。
【図２８】中心電極先端面と絶縁碍子先端面との種々の関係を例示して示す模式図。
【図２９】絶縁碍子の直管状部を２段に形成したスパークプラグの一例を示す要部正面部分断面図。
【図３０】平行接地電極に貴金属チップを接合したスパークプラグの一例を示す要部側面図。
【図３１】絶縁碍子の直管状部とセミ沿面ギャップとの種々の位置関係を例示して示す模式図。
【図３２】セミ沿面接地電極におけける種々の火花発生形態と電極先端面形状との関係を示す説明図。
【図３３】セミ沿面接地電極の端面形状の第一の改善例を示す側面図及び正面図。
【図３４】セミ沿面接地電極の端面形状の第二の改善例を示す側面図及び正面図。
【図３５】セミ沿面接地電極の端面形状の第三、第四及び第五の改善例を示す側面図。
【図３６】セミ沿面接地電極の端面形状の第六及び第七の改善例を示す説明図。
【符号の説明】
１    絶縁碍子
１Ｄ  絶縁碍子の先端面
１Ｅ  絶縁碍子の側周面
２    中心電極
２′  中心電極
２Ａ  中心電極の側周面
５    主体金具
５Ｄ  主体金具の先端面
１１    平行接地電極
１２    セミ沿面接地電極
１２'  セミ沿面接地電極
１２Ａ  先端側縁
１２Ｂ  後端側縁
１２Ｃ  セミ沿面接地電極の端面
２１、２１’、５０  貴金属チップ
３０    中心軸
３１    第１の延長線
３２    第２の延長線
３３    第３の延長線
１０２  直管状部
（α）  主気中ギャップ
α    主気中ギャップの距離
（β）  セミ沿面ギャップ
β    セミ沿面ギャップの距離
（γ）  セミ沿面碍子ギャップ
γ    セミ沿面碍子ギャップの距離
φＤ  絶縁碍子先端径
Ｄ２  中心電極元径
Ｄ３  絶縁碍子の中心貫通孔の最小径
Ｅ    セミ沿面接地電極の後端側縁と、絶縁碍子の前端面との段差
Ｆ    絶縁碍子の突き出し量
Ｈ    中心電極の突き出し量
Ｐ１  第１および第２の延長線の交点
Ｐ２  第１および第３の延長線の交点
Ｗ    中心電極の中心点の位置における平行接地電極の幅
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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