(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を有する筒状の主体金具と、
前記主体金具の径方向内側に挿通される筒状の絶縁体であって、前記主体金具の金具先端面から軸線方向先端側に突出する絶縁体突出部を有する絶縁体と、
前記絶縁体の径方向内側に挿通される中心電極であって、前記絶縁体の絶縁体先端面から軸線方向先端側に突出する中心電極突出部を有し、この中心電極突出部のうちの先端部分である中心電極先端部が軸線方向に延びる円柱状をなす中心電極と、
外側電極基材の基材先端部に、これよりも細い柱状の外側電極チップを溶接してなる外側電極であって、前記外側電極チップのチップ先端面が、前記中心電極先端部の外周面と火花放電ギャップを隔てて離間してなる一又は複数の外側電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記絶縁体の前記絶縁体突出部は、前記主体金具の前記金具先端面から１．０ｍｍ以上軸線方向先端側に突出してなり、
前記中心電極の前記中心電極突出部は、前記主体金具の前記金具先端面から３．５ｍｍ以上軸線方向先端側に突出してなり、
前記外側電極チップの前記チップ先端面から、前記中心電極先端部の外周面までの最短距離で両者間を結ぶ任意の線分を線分Ａとし、この線分Ａの中央をなす点を点Ａ１とし、この点Ａ１が集まってできる線分を線分Ｂとし、この線分Ｂの中央をなす点を点Ｂ１とし、
前記スパークプラグを、前記軸線に直交すると共に前記外側電極チップの中心軸に直交する方向に見て、前記点Ｂ１を中心として、軸線方向先端側に向けて開き、一方の半径が前記中心電極先端部に接すると共に、他方の半径が前記外側電極に接し、自身の内部に前記中心電極先端部も前記外側電極も含まない第１扇形を描いたときの中心角を角θ１（度）とし、
前記スパークプラグを、軸線方向の先端側から基端側に向かって見て、前記点Ｂ１を中心として、一方の半径が前記中心電極先端部に接すると共に、他方の半径が前記外側電極に接し、自身の内部に前記中心電極先端部も前記外側電極も含まない２つの第２扇形を描いたときの各々の中心角の平均値を角θ２（度）としたとき、
（θ１＋θ２）／２≧７５を満たしてなる
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であって、
（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、
−４０≦（θ２−θ１）≦２０、を満たしてなる
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であって、
前記線分Ａの長さを長さＡＤ（ｍｍ）とし、
前記中心電極先端部及び前記外側電極のうち、前記点Ｂ１を中心とし、ＡＤ／２＋０．１（ｍｍ）を半径とする仮想球体内に含まれる部分の合計体積を体積Ｖ（ｍｍ3 ）としたとき、
Ｖ≧０．０２０を満たしてなる
スパークプラグ。
【請求項４】
請求項３に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極先端部及び前記外側電極の表面のうち、前記仮想球体内に含まれる部分がなす表面の合計表面積を面積Ｓ（ｍｍ2 ）としたとき、
Ｓ≦ＡＤ／２＋０．１５を満たしてなる
スパークプラグ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記外側電極基材の基材先端面から前記チップ先端面までの、前記外側電極チップのチップ長さを長さＣ（ｍｍ）としたとき、
０．３≦Ｃ≦１．６を満たしてなる
スパークプラグ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極は、基材である中心電極基材に、これより細径の円柱状の中心電極チップを溶接してなり、この中心電極チップにより前記中心電極先端部を形成してなる
スパークプラグ。
【請求項７】
請求項６に記載のスパークプラグであって、
前記外側電極チップ及び前記中心電極チップを、それぞれＰｔを７０重量％以上含むＰｔ合金により形成してなる
スパークプラグ。
【請求項８】
請求項６に記載のスパークプラグであって、
前記外側電極チップ及び前記中心電極チップを、それぞれＲｈを添加したＩｒ合金により形成してなる
スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状の主体金具と、これに挿通される筒状の絶縁体と、更にこれに挿通される中心電極と、外側電極基材に外側電極チップを溶接してなる外側電極とを備える内燃機関用のスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、着火性及び耐久性を両立して向上させるために、外側電極基材に円柱状の外側電極チップを溶接して外側電極を形成したスパークプラグが知られている。しかし、このような形態の外側電極では、外側電極チップを溶接しているために、外側電極の全長が長くなりがちで、使用時の熱負荷が大きくなると共に、振動に対する折損強度も低下する。このため、特許文献１に開示されたスパークプラグのように、外側電極に銅芯を封入したり、特許文献２に開示されたスパークプラグのように、主体金具の先端部分を先端側に長く延ばした形態としたり、外側電極の断面積を増やすことで、外側電極の熱引きと強度を向上させることが考えられている。
【０００３】
【特許文献１】特許第１９１８１５６号公報
【特許文献２】特開昭６０−２３５３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の内燃機関は、低燃費、低エミッションのために、高着火性能が求められると共に高出力の両立を目指しており、高圧縮比の内燃機関等が開発され、スパークプラグが受ける熱量は更に増加する傾向にある。また、スパークプラグに対する小径化の要求により、外側電極の大きさも縮小する必要があるから、益々、外側電極の耐熱性及び耐折損性が厳しくなる傾向になる。この問題を解決するためには、外側電極の長さを短くすることが最も効果的である。しかし、外側電極を短くできる従来の多極電極型のスパークプラグやセミ沿面型のスパークプラグは、外側電極が長くなる平行電極型のスパークプラグに比して、着火性が劣ることが判っている。
【０００５】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、外側電極の耐熱性及び耐折損性を確保しつつ、着火性を向上させ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】
【０００６】
その解決手段は、軸線を有する筒状の主体金具と、前記主体金具の径方向内側に挿通される筒状の絶縁体であって、前記主体金具の金具先端面から軸線方向先端側に突出する絶縁体突出部を有する絶縁体と、前記絶縁体の径方向内側に挿通される中心電極であって、前記絶縁体の絶縁体先端面から軸線方向先端側に突出する中心電極突出部を有し、この中心電極突出部のうちの先端部分である中心電極先端部が軸線方向に延びる円柱状をなす中心電極と、外側電極基材の基材先端部に、これよりも細い柱状の外側電極チップを溶接してなる外側電極であって、前記外側電極チップのチップ先端面が、前記中心電極先端部の外周面と火花放電ギャップを隔てて離間してなる一又は複数の外側電極と、を備えるスパークプラグであって、前記絶縁体の前記絶縁体突出部は、前記主体金具の前記金具先端面から１．０ｍｍ以上軸線方向先端側に突出してなり、前記中心電極の前記中心電極突出部は、前記主体金具の前記金具先端面から３．５ｍｍ以上軸線方向先端側に突出してなり、前記外側電極チップの前記チップ先端面から、前記中心電極先端部の外周面までの最短距離で両者間を結ぶ任意の線分を線分Ａとし、この線分Ａの中央をなす点を点Ａ１とし、この点Ａ１が集まってできる線分を線分Ｂとし、この線分Ｂの中央をなす点を点Ｂ１とし、前記スパークプラグを、前記軸線に直交すると共に前記外側電極チップの中心軸に直交する方向に見て、前記点Ｂ１を中心として、軸線方向先端側に向けて開き、一方の半径が前記中心電極先端部に接すると共に、他方の半径が前記外側電極に接し、自身の内部に前記中心電極先端部も前記外側電極も含まない第１扇形を描いたときの中心角を角θ１（度）とし、前記スパークプラグを、軸線方向の先端側から基端側に向かって見て、前記点Ｂ１を中心として、一方の半径が前記中心電極先端部に接すると共に、他方の半径が前記外側電極に接し、自身の内部に前記中心電極先端部も前記外側電極も含まない２つの第２扇形を描いたときの各々の中心角の平均値を角θ２（度）としたとき、（θ１＋θ２）／２≧７５を満たしてなるスパークプラグである。
【０００７】
本発明のスパークプラグでは、外側電極を、その外側電極チップのチップ先端面が中心電極先端部の外周面と火花放電ギャップを隔てて離間してなる形態とし、火花放電経路を一般的な軸線方向から径方向としている。即ち、横放電型のスパークプラグとしている。このようにすることで、外側電極の長さを軸線方向及び径方向のいずれも短くできるので、外側電極の温度を低減できると共に、耐折損強度を向上させることできる。従って、外側電極の耐熱性及び耐折損性を向上させることができる。
【０００８】
また、外側電極基材にこれよりも細い外側電極チップを溶接して外側電極を構成しているため、横放電型のスパークプラグでありながら、火炎核への消炎作用を低減できると共に、火炎核の成長を阻害し難くなるので、着火性を向上させることができる。外側電極の先端部分が細い外側電極チップであることにより、火炎核よりも温度の低い外側電極（外側電極チップ）が、火炎核が拡がる際の障害物になり難くなるためと考えられる。
【０００９】
更に、本発明のスパークプラグでは、絶縁体の絶縁体突出部を、主体金具の金具先端面から１．０ｍｍ以上軸線方向先端側に突出させている。このため、耐プレイグニッション性能を向上させることができる。絶縁体の突出長さを大きくすると、新気による冷却効果が増して、耐プレイグニッション性能が向上するものと考えられる。
また、本発明のスパークプラグでは、中心電極の中心電極突出部を、主体金具の金具先端面から３．５ｍｍ以上軸線方向先端側に突出させている。このため、燃焼変動率を小さくすることができ、着火性を向上させることができる。なお、燃焼変動率とは、燃焼圧力より求めたＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）の変動率であり、（燃焼変動率）＝（標準偏差／平均値）×１００（％）により求めることができる。
【００１０】
また、本発明のスパークプラグでは、前述の角θ１（度）及び角θ２（度）について、（θ１＋θ２）／２≧７５を満たす形態としている。これにより、各電極の火炎核に対する消炎作用を更に低減できると共に、火炎核の成長を更に阻害し難くなるので、着火性をより一層向上させることができる。（θ１＋θ２）／２を大きくすることにより、火炎核よりも温度の低い中心電極先端部及び外側電極が、火炎核が拡がる際の障害物になり難くなるためと考えられる。
【００１１】
なお、「中心電極」は、上記の要件を満たすものであればよく、一体的に形成したものでもよいし、例えば、基材である中心電極基材に円柱状の中心電極チップを溶接したものでもよい。
また、「外側電極」は、上記のように、外側電極基材の基材先端部に、これよりも細い柱状の外側電極チップを溶接したものである。このような形態としては、例えば、接地電極基材の基材先端部のうち、その先端面をなす基材先端面の所定位置に、柱状の外側電極チップが中心電極に向かって突出する形態で接合された接地電極が挙げられる。また、例えば、接地電極基材の基材先端部のうち、その周囲を構成する側面の所定位置に、柱状の外側電極チップが基材先端面を超えて突出する形態で接合された接地電極が挙げられる。
また、「外側電極」の「外側電極チップ」は、柱状であればよく、例えば、円柱状、四角柱などの角柱状、楕円柱状などの形態が挙げられる。
【００１２】
「第１扇形」は、一方の半径が中心電極先端部に接すると共に、他方の半径が外側電極に接するものである。従って、上記他方の半径については、外側電極のうちの外側電極基材に接する場合もあれば、外側電極チップに接する場合もある。
また、「第２扇形」は、２つの第２扇形とも、一方の半径が中心電極先端部に接すると共に、他方の半径が外側電極に接するものである。従って、２つの第２扇形のそれぞれについて、上記他方の半径が、外側電極のうちの外側電極基材に接する場合もあれば、外側電極チップに接する場合もある。
【００１３】
更に、上記のスパークプラグであって、（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、−４０≦（θ２−θ１）≦２０、を満たしてなるスパークプラグとすると良い。
【００１４】
本発明のスパークプラグでは、前述の角θ１（度）及び角θ２（度）について、更に、（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、−４０≦（θ２−θ１）≦２０、を満たす形態としている。このような形態とすることで、使用に伴って生じる火花放電ギャップの増加量を効果的に抑制できるので、スパークプラグの耐久性を向上させることができる。角θ１及び角θ２を上記範囲とすることで、外側電極チップをある程度太く短くできる傾向にあるので、外側電極チップの熱引きが良好になり、外側電極チップの消耗量が抑制されるためと考えられる。
【００１５】
更に、上記のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記線分Ａの長さを長さＡＤ（ｍｍ）とし、前記中心電極先端部及び前記外側電極のうち、前記点Ｂ１を中心とし、ＡＤ／２＋０．１（ｍｍ）を半径とする仮想球体内に含まれる部分の合計体積を体積Ｖ（ｍｍ3 ）としたとき、Ｖ≧０．０２０を満たしてなるスパークプラグとするとよい。
【００１６】
本発明のスパークプラグでは、上述の体積Ｖ（ｍｍ3 ）について、Ｖ≧０．０２０を満たす形態としている。このような形態とすることで、使用に伴って生じる放電電圧の上昇を効果的に抑制できるので、スパークプラグの耐久性を更に向上させることができる。体積Ｖを大きくすることにより、火花放電ギャップが初期の火花放電ギャップの０．２ｍｍ増しになるまでに消費される中心電極先端部及び外側電極の体積が大きくなるので、火花放電ギャップの増加が抑制されるためと考えられる。
【００１７】
更に、上記のスパークプラグであって、前記中心電極先端部及び前記外側電極の表面のうち、前記仮想球体内に含まれる部分の表面の合計表面積を面積Ｓ（ｍｍ2 ）としたとき、Ｓ≦ＡＤ／２＋０．１５を満たしてなるスパークプラグとするとよい。
【００１８】
本発明のスパークプラグでは、上述の面積Ｓ（ｍｍ2 ）について、Ｓ≦ＡＤ／２＋０．１５を満たす形態としている。このような形態とすることで、更に着火性を向上させることができる。面積Ｓを小さくすることにより、火炎核が接触する中心電極先端部及び外側電極の面積が小さくなるので、火炎核の成長が抑制され難くなるためと考えられる。
【００１９】
更に、上記のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記外側電極基材の基材先端面から前記チップ先端面までの、前記外側電極チップのチップ長さを長さＣ（ｍｍ）としたとき、０．３≦Ｃ≦１．６を満たしてなるスパークプラグとすると良い。
【００２０】
本発明のスパークプラグでは、外側電極チップのチップ長さＣ（ｍｍ）が、０．３≦Ｃ≦１．６を満たしている。Ｃ≧０．３とすることで、着火性を向上させることができる。このようにチップ長さＣを長くすることにより、火炎核よりも温度の低い外側電極が、火炎核が拡がる際の障害物になり難くなるためと考えられる。
一方、Ｃ≦１．６とすることで、使用に伴って生じる火花放電ギャップの増加量を効果的に抑制でき、耐久性を向上させることができる。このようにチップ長さＣを短くすることにより、外側電極（外側電極チップ）における熱引きが良好となり、外側電極チップの消耗量が抑制されるためと考えられる。
従って、０．３≦Ｃ≦１．６とすることで、着火性及び耐久性を両立して向上させることができる。
【００２１】
更に、上記のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記中心電極は、基材である中心電極基材に、これより細径の円柱状の中心電極チップを溶接してなり、この中心電極チップにより前記中心電極先端部を形成してなるスパークプラグとすると良い。
【００２２】
本発明のスパークプラグでは、中心電極が中心電極基材にこれより細径の中心電極チップを溶接してなり、この中心電極チップにより中心電極先端部を形成しているので、着火性を更に向上させることができる。中心電極の先端部分が細い中心電極チップであることにより、火炎核よりも温度の低い中心電極（中心電極チップ）が、火炎核が拡がる際の障害物になり難くなるためと考えられる。
【００２３】
更に、上記のスパークプラグであって、前記外側電極チップ及び前記中心電極チップを、それぞれＰｔを７０重量％以上含むＰｔ合金により形成してなるスパークプラグとすると良い。
【００２４】
本発明のスパークプラグでは、外側電極チップ及び中心電極チップを、それぞれＰｔを７０重量％以上含むＰｔ合金により形成している。このため、使用に伴って生じるチップの消耗を抑制できるので、耐久性を更に向上させることができる。
【００２５】
更に、前記のスパークプラグであって、前記外側電極チップ及び前記中心電極チップを、それぞれＲｈを添加したＩｒ合金により形成してなるスパークプラグとすると良い。
【００２６】
本発明のスパークプラグでは、外側電極チップ及び中心電極チップを、それぞれＲｈを添加したＩｒ合金により形成している。このため、使用に伴って生じるチップの消耗を抑制できるので、耐久性を更に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係るスパークプラグ１００を示す。また、図２に、スパークプラグ１００のうち、中心電極１３０及び接地電極（外側電極）１４０付近を側方から見た図を示し、また、図３に、中心電極１３０及び接地電極１４０等を軸線ＡＸ方向先端側（以下、単に先端側とも言う。）から基端側に見た図を示す。また、図４に、接地電極１４０を径方向内側から径方向外側に見た図を示す。このスパークプラグ１００は、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられて使用に供される内燃機関用のスパークプラグである。
【００２８】
スパークプラグ１００は、図１に示すように、筒状の主体金具１１０と、筒状の絶縁体１２０と、中心電極１３０と、接地電極１４０とを備える。
このうち主体金具１１０は、低炭素鋼からなり、軸線ＡＸ方向に延びる筒状をなす。この主体金具１１０は、径大なフランジ部１１０ｆと、これより軸線ＡＸ方向基端側（以下、単に基端側とも言う。図１中、上方。）に位置し、スパークプラグ１００をシリンダーヘッドに取り付ける際に工具を係合させる横断面六角形状の工具係合部１１０ｈと、更にその基端側に位置し、絶縁体１２０を主体金具１１０に加締め固定するための加締部１１０ｊとを有する。また、フランジ部１１０ｆの先端側（図１中、下方）には、フランジ部１１０ｆより細径で、外周にスパークプラグ１００をシリンダーヘッドにネジ止めするための取付ねじ部１１０ｇが形成された金具先端部１１０ｓを有する。
【００２９】
絶縁体１２０は、アルミナ系セラミックからなり、軸線ＡＸ方向に延びる筒状をなす。この絶縁体１２０は、主体金具１１０の径方向内側に挿通され、先端側に位置する絶縁体突出部１２０ｓが、主体金具１１０の金具先端面１１０ｓｃから先端側に突出すると共に、基端側に位置する絶縁体基端部１２０ｋが、主体金具１１０の加締部１１０ｊから基端側に突出した状態で、主体金具１１０に保持されている。先端側に位置する絶縁体突出部１２０ｓの主体金具１１０の金具先端面１１０ｓｃからの突出長さＺ（図２参照）は、１．０ｍｍ以上である。なお、この突出長さＺの具体的な数値については後述する。
また、この絶縁体１２０の先端側の径方向内側には、中心電極１３０が挿通されている。また、この絶縁体１２０の基端側の径方向内側には、高電圧を中心電極１３０に導くための端子金具１５０が挿入されている。
【００３０】
中心電極１３０は、絶縁体１２０の径方向内側に挿通され、先端側に位置する中心電極突出部１３０ｓが絶縁体１２０の絶縁体先端面１２０ｓｃから先端側に突出した状態で、絶縁体１２０に保持されている。中心電極突出部１３０ｓの主体金具１１０の金具先端面１１０ｓｃからの突出長さＴ（図２参照）は、３．５ｍｍ以上である。この突出長さＴの具体的な数値については後述する。
この中心電極１３０は、図２及び図３に示すように、基材である棒状の中心電極基材１３１の先端に、これよりも細径で円柱状をなす中心電極チップ１３３を同軸に溶接したものであり、中心電極基材１３１が基端側（図２、下方）に位置し、中心電極チップ１３３が先端側（図２、上方）に位置している。
【００３１】
このうち中心電極基材１３１は、基端側に位置し径大な円柱状をなす第１円柱部１３１ｐと、この先端側に位置し先端側ほど径小な円錐台状をなす円錐台部１３１ｑとを有する。この中心電極基材１３１は、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金からなる。
【００３２】
一方、中心電極チップ１３３は、中心電極基材１３１から先端側（図２、上方）に向かって突出し、中心電極１３０の先端部分をなす円柱状の中心電極先端部１３０ｓｓを形成している。この中心電極チップ１３３は、Ｐｔを７０重量％以上含むＰｔ合金からなる。なお、この中心電極チップ１３３の具体的な材質については後述する。また、中心電極チップ１３３は、Ｒｈを添加したＩｒ合金により形成してもよい。
この中心電極チップ１３３と中心電極基材１３１とは、レーザ溶接されているので、中心電極チップ１３３と中心電極基材１３１の間には、中心電極チップ１３３と中心電極基材１３１とが互いに溶融混合して固化した円錐台状の溶接部１３５が形成されている。
【００３３】
接地電極１４０は、図２〜図４に示すように、四角柱を屈曲させた基材である接地電極基材（外側電極基材）１４１に、これよりも細径で円柱状をなす接地電極チップ（外側電極チップ）１４３を溶接したものである。
このうち接地電極基材１４１は、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金からなる。この接地電極基材１４１は、その基材基端部１４１ｋが主体金具１１０の金具先端面１１０ｓｃに接合されており、基材先端部１４１ｓが径方向内側に向けて屈曲され、その基材先端面１４１ｓｃが径方向内側を向いている。
【００３４】
接地電極チップ１４３は、中心軸ＢＸを有する円柱状をなし、接地電極基材１４１の基材先端面１４１ｓｃの中央にレーザ溶接で接合され、径方向内側に向かって突出している。そして、接地電極チップ１４３のチップ先端面１４３ｓｃが、中心電極先端部１３０ｓｓの外周面１３０ｓｓｎと火花放電を生じさせる火花放電ギャップＧを隔てて離間している。基材先端面１４１ｓｃからチップ先端面１４３ｓｃまでの接地電極チップ１４３のチップ長さを長さＣ（ｍｍ）とすると、０．３≦Ｃ≦１．６を満たしている。なお、長さＣの具体的な数値は後述する。また、この接地電極チップ１４３は、Ｐｔを７０重量％以上含むＰｔ合金からなる。なお、この接地電極チップ１４３の具体的な材質については後述する。また、接地電極チップ１４３は、Ｒｈを添加したＩｒ合金により形成してもよい。
【００３５】
ここで、このスパークプラグ１００において、図５に示すように、接地電極チップ１４３のチップ先端面１４３ｓｃから、中心電極先端部１３０ｓｓの外周面１３０ｓｓｎまでの最短距離ＡＤ（図８参照）でチップ先端面１４３ｓｃと外周面１３０ｓｓｎとの間を結ぶ任意の線分を線分Ａ（図中には、線分Ａのうち、最も先端に位置する線分Ａと最も基端に位置する線分Ａの２本を図示している。）とする。そして、各々の線分Ａの中央をなす点を点Ａ１とする。更に、各点Ａ１が集まってできる線分を線分Ｂとし、この線分Ｂの中央をなす点を点Ｂ１とする。
【００３６】
次に、図６に示すように、スパークプラグ１００を、軸線ＡＸに直交すると共に接地電極チップ１４３の中心軸ＢＸに直交する側方方向から見る。そして、前述の点Ｂ１を中心として、先端側（図６中、上方）に向けて、一方の半径ｒ１が中心電極先端部１３３ｓｓに接すると共に、他方の半径ｒ２が接地電極１４０（本例では接地電極１４０のうちの接地電極チップ１４３）に接する第１扇形ＬＴ１を描く。なお、この第１扇形ＬＴ１の内部には、中心電極先端部１３０ｓｓも接地電極１４０も含めない。この第１扇形ＬＴ１の中心角を角θ１（度）とする。
【００３７】
また、図７に示すように、スパークプラグ１００を、軸線ＡＸ方向の先端側から基端側に向けて見る。そして、前述の点Ｂ１を中心として、一方の半径ｒ３が中心電極先端部１３０ｓｓに接すると共に、他方の半径ｒ４が接地電極１４０（図７においては接地電極１４０のうちの接地電極基材１４１）に接する第２扇形ＬＴ２を描く。同様に、前述の点Ｂ１を中心として、一方の半径ｒ６が中心電極先端部１３０ｓｓに接すると共に、他方の半径ｒ７が接地電極１４０（図７においては接地電極１４０のうちの接地電極基材１４１）に接する第２扇形ＬＴ３も描く。なお、これらの第２扇形ＬＴ２，ＬＴ３の内部には、中心電極先端部１３０ｓｓも接地電極１４０も含めない。一方の第２扇形ＬＴ２の中心角を角θ２１（度）、他方の第２扇形ＬＴ３の中心角を角θ２２（度）とし、これらの平均値をθ２（度）とする。本実施形態では、２つの第２扇形ＬＴ２，ＬＴ３が対称的に描かれ、角θ２１と角θ２２が同じ大きさであるため、θ２１＝θ２２＝θ２である。
【００３８】
このような角θ１及び角θ２に対して、本実施形態のスパークプラグ１００は、７５度≦（θ１＋θ２）／２≦１３５度を満たし、更に、−４０度≦（θ２−θ１）≦２０度も満たしている。なお、角θ１及び角θ２の具体的な数値は後述する。
【００３９】
また、図８に示すように、前述の線分Ａの長さ（本実施形態では火花放電ギャップＧの長さにも相当する。）を長さＡＤ（ｍｍ）とし、前述の点Ｂ１を中心とし、半径ｒ５をｒ５＝ＡＤ／２＋０．１（ｍｍ）とする仮想球体Ｍを考える。そして、中心電極先端部１３０ｓｓのうち、この仮想球体Ｍ内に含まれる部分１３０ｓｓｖの体積を体積Ｖ１（ｍｍ3 ）とし、接地電極１３０のうち、この仮想球体Ｍ内に含まれる部分１４３ｖの体積を体積Ｖ２（ｍｍ3 ）とする。また、これらの合計体積ＶをＶ＝Ｖ１＋Ｖ２（ｍｍ3 ）とする。
この体積Ｖに対して、本実施形態のスパークプラグ１００は、Ｖ≧０．０２０（ｍｍ3 ）の関係を満たしている。なお、体積Ｖの具体的な数値は後述する。
【００４０】
また、中心電極先端部１３３ｓｓの表面のうち、この仮想球体Ｍ内に含まれる部分１３３ｓｓｖの表面１３３ｓｓｖｎの面積を面積Ｓ１（ｍｍ2 ）とし、接地電極１３０の表面のうち、この仮想球体Ｍ内に含まれる部分１４３ｖの表面１４３ｖｎの面積を面積Ｓ２（ｍｍ2 ）とする。また、これらの合計表面積ＳをＳ＝Ｓ１＋Ｓ２（ｍｍ2 ）とする。
この面積Ｓに対して、本実施形態のスパークプラグ１００は、Ｓ≦ＡＤ／２＋０．１５（ｍｍ2 ）の関係を満たしている。なお、面積Ｓの具体的な数値は後述する。
【００４１】
以上で説明したように、このスパークプラグ１００では、接地電極１４０を、接地電極チップ１４３のチップ先端面１４３ｓｃが、径方向内側を向いて、中心電極先端部１３０ｓｓの外周面１３０ｓｓｎと火花放電ギャップＧを隔てて離間してなる形態とし、火花放電経路を径方向に形成した横放電型のスパークプラグとしている。このようにすることで、接地電極１４０の長さを軸線ＡＸ方向及び径方向のいずれも短くできるので、接地電極１４０の使用時の温度を低減できると共に、耐折損強度を向上させることできる。従って、接地電極１４０の耐熱性及び耐折損性を向上させることができる。
【００４２】
また、接地電極基材１４１にこれよりも細径の接地電極チップ１４３を溶接して接地電極１４０を構成しているため、横放電型のスパークプラグでありながら、火炎核への消炎作用を低減できると共に、火炎核の成長を阻害し難くなるので、着火性を向上させることができる。接地電極１４０の先端部分が細径の接地電極チップ１４３であることにより、火炎核よりも温度の低い接地電極１４０（接地電極チップ１４３）が、火炎核が拡がる際の障害物になり難くなるためと考えられる。
【００４３】
更に、本実施形態のスパークプラグ１００では、絶縁体１２０の絶縁体突出部１２０ｓの突出長さＺを、１．０ｍｍ以上としている。このため、耐プレイグニッション性能を向上させることができる。絶縁体１２０の突出長さＺを大きくすると、新気による冷却効果が増して、耐プレイグニッション性能が向上するものと考えられる。
また、本実施形態のスパークプラグ１００では、中心電極１３０の中心電極突出部１３０ｓの突出長さＴを、３．５ｍｍ以上としている。このため、燃焼変動率（燃焼圧力より求めたＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）の変動率）を小さくすることができ、着火性を向上させることができる。
【００４４】
更に、本実施形態のスパークプラグ１００では、前述の角θ１（度）及び角θ２（度）について、（θ１＋θ２）／２≧７５を満たす形態としている。これにより、接地電極１４０及び中心電極１３０の火炎核に対する消炎作用を更に低減できると共に、火炎核の成長を更に阻害し難くなるので、着火性をより一層向上させることができる。（θ１＋θ２）／２の値を大きくすることにより、火炎核よりも温度の低い接地電極１４０及び中心電極先端部１３３ｓｓが、火炎核が拡がる際の障害物になり難くなるためと考えられる。
【００４５】
また、このスパークプラグ１００では、更に、角θ１（度）及び角θ２（度）について、（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、−４０≦（θ２−θ１）≦２０、を満たす形態としている。これにより、使用に伴って生じる火花放電ギャップＧの長さＡＤの増加量ΔＡＤを効果的に抑制できるので、スパークプラグ１００の耐久性を更に向上させることができる。角θ１及び角θ２をこのような範囲とすることで、接地電極チップ１４３をある程度太く短くできるので、接地電極チップ１４３の熱引きが良好になり、接地電極チップ１４３の消耗量が抑制されるためと考えられる。
【００４６】
また、このスパークプラグ１００では、前述の体積Ｖ（ｍｍ3 ）について、Ｖ≧０．０２０を満たす形態としている。これにより、使用に伴って生じる放電電圧の上昇を効果的に抑制できるので、スパークプラグ１００の耐久性を更に向上させることができる。体積Ｖを大きくすることにより、火花放電ギャップＧ（長さＡＤ）が初期の火花放電ギャップＧの０．２ｍｍ増し（ΔＡＤ＝０．２）になるまでに消費される中心電極先端部１３３ｓｓ及び接地電極１４０の体積が大きくなるので、火花放電ギャップＧの長さＡＤの増加量ΔＡＤが抑制されるためと考えられる。
【００４７】
また、このスパークプラグ１００では、前述の面積Ｓ（ｍｍ2 ）について、Ｓ≦ＡＤ／２＋０．１５を満たす形態としている。これにより、着火性を更に向上させることができる。面積Ｓを小さくすることにより、火炎核が接触する中心電極先端部１３３ｓｓ及び接地電極１４０の面積が小さくなるので、火炎核の成長が抑制され難くなるためと考えられる。
【００４８】
また、このスパークプラグ１００では、接地電極チップ１４３のチップ長さＣ（ｍｍ）が、０．３≦Ｃ≦１．６を満たしている。Ｃ≧０．３とすることで、着火性を向上させることができる。このようにチップ長さＣを長くすることにより、火炎核よりも温度の低い接地電極１４０が、火炎核が拡がる際の障害物になり難くなるためと考えられる。
一方、Ｃ≦１．６とすることで、使用に伴って生じる火花放電ギャップＧの増加量を効果的に抑制でき、耐久性を向上させることができる。このようにチップ長さＣを短くすることにより、接地電極１４０（接地電極チップ１４３）における熱引きが良好となり、接地電極チップ１４３の消耗量が抑制されるためと考えられる。
従って、０．３≦Ｃ≦１．６とすることで、着火性及び耐久性を両立して向上させることができる。
【００４９】
また、このスパークプラグ１００では、中心電極１３０が中心電極基材１３１に中心電極チップ１３３を溶接してなり、この中心電極チップ１３３により中心電極先端部１３０ｓｓを形成しているので、着火性を更に向上させることができる。中心電極１３０の先端部分が細い中心電極チップ１３３であることにより、火炎核よりも温度の低い中心電極１３０（中心電極チップ１３３）が、火炎核が拡がる際の障害物になり難くなるためと考えられる。
【００５０】
また、このスパークプラグ１００では、中心電極チップ１３３及び接地電極チップ１４３を、それぞれＰｔを７０重量％以上含むＰｔ合金により形成している。このため、使用に伴って生じる各チップの消耗を抑制できるので、耐久性を更に向上させることができる。なお、中心電極チップ１３３及び接地電極チップ１４３を、それぞれＲｈを添加したＩｒ合金により形成しても、使用に伴って生じるチップの消耗を抑制できるので、耐久性を更に向上させることができる。
【００５１】
なお、このスパークプラグ１００は、次の方法により製造できる。即ち、中心電極基材１３１に中心電極チップ１３３をレーザ溶接して中心電極１３０を形成する。そして、この中心電極１３０を別途用意した絶縁体１２０に組み付けると共に、端子金具１５０等も絶縁体１２０に組み付け、ガラスシールを行う。
次に、主体金具１１０を用意し、主体金具１１０に棒状の接地電極基材１４１（接地電極チップ１４３が接合されておらず、屈曲加工もされていない状態の接地電極基材１４１）を接合する。その後、この接地電極基材１４１を接合した主体金具１１０に、中心電極１３０等を組み付けた絶縁体１２０を組み付け、加締め等を行う。
次に、主体金具１１０に接合された接地電極基材１４１に、接地電極チップ１４３をレーザ溶接して接地電極１４０を形成する。その後は、接地電極１４０を径方向内側に曲げて所定形状とし、中心電極１３０との間に火花放電ギャップＧを形成すれば、スパークプラグ１００が完成する。
【００５２】
次いで、本実施形態のスパークプラグ１００の効果を検証するために行った様々な試験の結果について説明する。
（試験１）
この試験１では、本発明を適用した実施例のスパークプラグ１００と、従来技術に係る比較例のスパークプラグのそれぞれについて、使用時の接地電極１４０の先端温度と、接地電極１４０の折損強度を調べて比較した。
【００５３】
本発明を適用した実施例として、角θ１＝１０４度、角θ２＝１０６度、長さＡＤ＝０．９ｍｍ、体積Ｖ＝０．０２７ｍｍ3 、面積Ｓ＝０．５３２ｍｍ2 、長さＣ＝０．９ｍｍとしたスパークプラグ１００を用意した。
また、従来技術に係る比較例として、接地電極の接地電極チップのチップ先端面が、基端側を向いて、中心電極先端部の先端面と火花放電ギャップを隔てて離間した形態のスパークプラグを用意した。このスパークプラグは、火花放電経路を軸線方向に形成した一般的な縦放電型（平行電極型）のスパークプラグである。
【００５４】
そして、これら実施例のスパークプラグ１００と比較例のスパークプラグについて、使用時の接地電極の先端温度を調べた。また、接地電極の折損強度安全率比も調べた。
接地電極の先端温度は、接地電極基材の基材先端面から１ｍｍ離れた位置に熱電対を貼り付けて測定した。なお、熱電対は、接地電極基材の内部に埋め込んでもよい。
【００５５】
また、折損強度安全率比は、次のように求めた。即ち、スパークプラグの各部の材料物性値から、中心電極チップの先端が８００℃となるように雰囲気温度条件を設定し、各部の温度をＦＥＭ解析により算出した。また、接地電極の共振周波数を求め、１Ｇの加速度の振動を与えたときのＲ部（屈曲された部分）の最大応力σ１と、上記のＦＥＭ解析より求めた温度により、材料強度σ２を算出した。そして、（安全率）＝σ２／σ１として、各スパークプラグの安全率を求め、更に、比較例のスパークプラグを基準（＝１）として、実施例のスパークプラグ１００の安全率比を求めた。これらの結果を図９のグラフに示す。
【００５６】
この結果、接地電極の先端温度は、比較例のスパークプラグでは１０９８℃であったのに対し、実施例のスパークプラグ１００では７６３℃まで大幅に減少していた。一方、折損強度安全率比は、比較例に対して、３５．３倍に大幅に増加した。このことから、本発明を適用することにより、接地電極１４０の温度を大幅に低減できると共に、耐折損強度を大幅に向上させることできるので、接地電極１４０の耐熱性及び耐折損性が向上することが判る。
【００５７】
（試験２）
この試験２では、前述の角θ１と角θ２を様々な大きさに変更したスパークプラグを多数用意した。そして、各々のスパークプラグについて、その着火性と耐久性を評価した。これらの結果を図１０のグラフに示す。このグラフにおいて黒丸は、着火性及び耐久性が十分に高かったものである。一方、黒三角は、着火性が劣るものである。また、黒菱形は、耐久性が劣るものである。なお、着火性評価の詳細については、試験３及び試験５にて後述する。また、耐久性評価の詳細については、試験４にて後述する。
【００５８】
この結果、（θ１＋θ２）／２≧７５とすれば、着火性を十分に高いものにできることが判る。また、（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、−４０度≦（θ２−θ１）≦２０度、とすれば、耐久性を十分に高いものにできることが判る。従って、スパークプラグを、７５≦（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、−４０度≦（θ２−θ１）≦２０度、を満たす形態とすることで、着火性と耐久性を両立して向上させることができる。
【００５９】
（試験３）
この試験３では、中心電極先端部１３０ｓｓの突出長さＴを、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ及び４．０ｍｍとしたスパークプラグをそれぞれ用意した。そして、各スパークプラグについて、シュリーレン評価による火炎核面積と、実機における燃焼変動率との関係を調べ、着火性を評価した。その結果を図１１のグラフに示す。
【００６０】
なお、シュリーレン評価による火炎核面積は、次のように求めた。即ち、加圧チャンバーにスパークプラグを取り付け、チャンバ内にガスと空気の混合気を充填して着火を行う。試験条件は、Ａ／Ｆ＝１８、燃料をＣ3Ｈ8、初期加圧を０．０５ＭＰａとした。そして、着火３ｍｓ後の火炎核面積をシュリーレン法により求めた。
【００６１】
また、実機における着火性評価は、次のように行った。即ち、評価用エンジンとして６気筒の２リットルエンジンを用意した。試験条件は、回転数７５０ｒｐｍ、ブースト圧５５０ｍｍＨｇ、Ａ／Ｆ＝１４．５とした。燃焼圧力よりＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）を求め、５００サンプルの平均値と標準偏差より、下記式で燃焼変動率を算出した。そして、燃焼変動率２０％を燃焼限界と評価した。
燃焼変動率＝（標準偏差／平均値）×１００（％）
【００６２】
この結果によると、中心電極先端部１３０ｓｓの突出長さＴが２．０ｍｍ及び２．５ｍｍのスパークプラグでは、シュリーレン評価による火炎核面積が大きい場合でも、燃焼変動率が燃焼限界である２０％を大きく超えており、２０％を下回ることがなかった。
一方、中心電極先端部１３０ｓｓの突出長さＴが３．０ｍｍのスパークプラグでは、シュリーレン評価による火炎核面積が大きくなると、具体的には、火炎核面積が約９０ｍｍ2 を超えると、燃焼変動率が燃焼限界である２０％以下に収まった。
【００６３】
他方、中心電極先端部１３０ｓｓの突出長さＴが３．５ｍｍ及び４．０ｍｍのスパークプラグでは、シュリーレン評価による火炎核面積が大きい場合、具体的には、火炎核面積が約７０ｍｍ2 を超えると、燃焼変動率が燃焼限界である２０％以下に収まった。
このことから、中心電極先端部１３０ｓｓの突出長さＴを３．５ｍｍ以上とした場合に、特に燃焼変動率が小さくなり、着火性が良好になることが判る。従って、本発明では、中心電極先端部１３０ｓｓの突出長さＴを、３．５ｍｍ以上としている。
【００６４】
（試験４）
この試験４では、前述の角θ１及び角θ２を変更した多数のスパークプラグを用意した。そして、各スパークプラグについて、使用に伴って生じる火花放電ギャップＧの長さＡＤの増加量ΔＡＤを調べ、耐久性を評価した。その結果を図１２のグラフに示す。
【００６５】
耐久性の評価は、次のように行った。即ち、加圧チャンバーにスパークプラグを取り付け、試験条件は、圧力０．４ＭＰａ、繰り返し周波数１００Ｈｚ、大気雰囲気下、耐久試験時間２５０時間とした。そして、試験終了後に火花放電ギャップＧの増加量を測定した。なお、増加量０．２ｍｍを耐久性限界とした。
【００６６】
この結果によると、（θ１＋θ２）／２＝１４０度を満たすスパークプラグでは、この範囲で角θ１及び角θ２を変更して（θ２−θ１）の値を変えても、火花放電ギャップＧの増加量がいずれも耐久性限界である０．２ｍｍを大きく超えていた。
これに対し、（θ１＋θ２）／２が８０度、１００度、１１５度及び１３５度を満たすスパークプラグでは、角θ１及び角θ２を変更して、（θ２−θ１）の値を−４０度以上２０度以下とすれば、火花放電ギャップＧの増加量が耐久性限界である０．２ｍｍ以内に収まった。
このことから、（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、−４０≦（θ２−θ１）≦２０とすることにより、スパークプラグの耐久性が十分に向上することが判る。
【００６７】
（試験５）
この試験５では、前述の角θ１及び角θ２を変更した多数のスパークプラグを用意した。そして、各スパークプラグについて、シュリーレン評価による火炎核面積を調べた。火炎核面積７０ｍｍ2 を着火性限界として評価した。その結果を図１３のグラフに示す。なお、シュリーレン法による火炎核面積の算出は、上記試験３で述べた通りである。
【００６８】
この結果、（θ１＋θ２）／２と火炎核面積との間に、非常に高い相関（ｙ＝０．８９ｘ＋６．８５、相関係数０．９９２）が認められた。そして、（θ１＋θ２）／２が少なくとも７５度以上の場合には、火炎核面積が着火性限界である７０ｍｍ2 を超えることが判る。このことから、（θ１＋θ２）／２≧７５とすることにより、スパークプラグの着火性が十分に向上することが判る。
【００６９】
更に、前述の試験４より、耐久性は、（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、−４０≦（θ２−θ１）≦２０の範囲で十分に向上することから、７５≦（θ１＋θ２）／２≦１３５、かつ、−４０≦（θ２−θ１）≦２０を満たす範囲で、着火性と耐久性が両立して向上すると言える。
【００７０】
（試験６）
この試験６では、中心電極チップ１３３及び接地電極チップ１４３のうち、前述の仮想球体Ｍに含まれる部分１３０ｓｓｖ，１４３ｖの合計体積Ｖを変更したスパークプラグを用意した。具体的には、火花放電ギャップＧの長さＡＤを０．７ｍｍに固定すると共に、上記体積Ｖを０．０１０ｍｍ3 、０．０１５ｍｍ3 、０．０２０ｍｍ3 、０．０３０ｍｍ3 、０．０４０ｍｍ3 にそれぞれ変更した５種類のスパークプラグを用意した。そして、各スパークプラグについて、放電電圧の増加を調べ、耐久性を評価した。その結果を図１４のグラフに示す。
【００７１】
放電電圧の増加試験は、次のように行った。即ち、圧力チャンバにスパークプラグを取り付け、試験条件は、圧力０．４ＭＰａ、繰り返し周波数１００Ｈｚ、大気雰囲気下とし、放電電圧測定サンプル数５００発の平均値（Ａｖｅ．）に標準偏差（σ）の３倍を加えた値を放電電圧とした。
【００７２】
この結果によると、体積Ｖ＝０．０１０ｍｍ3 のスパークプラグでは、試験開始後、放電電圧が試験初期の放電電圧（本例では７．５ｋＶ）の２０ｋＶ増し（本例では２７．５ｋＶ）になるまでの時間が極めて短いことが判る。また、体積Ｖ＝０．０１５ｍｍ3 のスパークプラグでも、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増し（２７．５ｋＶ）になるまでの時間が短いことが判る。
一方、体積Ｖ＝０．０２０ｍｍ3 、体積Ｖ＝０．０３０ｍｍ3 、及び、体積Ｖ＝０．０４０ｍｍ3 のスパークプラグでは、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増し（２７．５ｋＶ）になるまでの時間が長く、体積Ｖ＝０．０１５ｍｍ3 の場合の２．５倍以上である。このことから、体積Ｖ＝０．０２０ｍｍ3 以上とすることにより、耐久性が特に向上することが判る。
【００７３】
（試験７）
この試験７では、上記試験６と同様な評価試験を、火花放電ギャップＧの長さＡＤを０．９ｍｍに固定して行った。その結果を図１５のグラフに示す。
この結果によると、体積Ｖ＝０．０１０ｍｍ3 のスパークプラグでは、試験開始後、放電電圧が試験初期の放電電圧（本例では１０ｋＶ）の２０ｋＶ増し（本例では３０ｋＶ）になるまでの時間が極めて短いことが判る。また、体積Ｖ＝０．０１５ｍｍ3 のスパークプラグでも、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増し（３０ｋＶ）になるまでの時間が短いことが判る。
一方、体積Ｖ＝０．０２０ｍｍ3 、体積Ｖ＝０．０３０ｍｍ3 、及び、体積Ｖ＝０．０４０ｍｍ3 のスパークプラグでは、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増し（３０ｋＶ）になるまでの時間が長く、体積Ｖ＝０．０１５ｍｍ3 の場合の２．５倍以上である。このことから、体積Ｖ＝０．０２０ｍｍ3 以上とすることにより、耐久性が特に向上することが判る。
【００７４】
（試験８）
この試験８では、上記試験結果６，７と同様な評価試験を、火花放電ギャップＧの長さＡＤを１．１ｍｍに固定して行った。その結果を図１６のグラフに示す。
この結果によると、体積Ｖ＝０．０１０ｍｍ3 のスパークプラグでは、試験開始後、放電電圧が試験初期の放電電圧（本例では１５ｋＶ）の２０ｋＶ増し（本例では３５ｋＶ）になるまでの時間が極めて短いことが判る。また、体積Ｖ＝０．０１５ｍｍ3 のスパークプラグでも、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増し（３５ｋＶ）になるまでの時間が短いことが判る。
一方、体積Ｖ＝０．０２０ｍｍ3 、体積Ｖ＝０．０３０ｍｍ3 、及び、体積Ｖ＝０．０４０ｍｍ3 のスパークプラグでは、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増し（３５ｋＶ）になるまでの時間が長く、体積Ｖ＝０．０１５ｍｍ3 の場合の２．５倍以上である。このことから、体積Ｖ＝０．０２０ｍｍ3 以上とすることにより、耐久性が特に向上することが判る。
【００７５】
次に、上記試験６〜８で得られた結果に基づいて、中心電極先端部１３０ｓｓ（中心電極チップ１３３）及び接地電極１４０（接地電極チップ１４３）のうち、前述の仮想球体Ｍに含まれる部分１３０ｓｓｖ，１４３ｖの合計体積Ｖと、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増しになるまでの時間との関係をまとめた。その結果を図１７のグラフに示す。
【００７６】
この結果を見ても、体積Ｖ＝０．０１０ｍｍ3 のスパークプラグでは、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増しになるまでの時間が極めて短いことが判る。また、体積Ｖ＝０．０１５ｍｍ3 のスパークプラグでも、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増しになるまでの時間が短いことが判る。
一方、体積Ｖ＝０．０２０ｍｍ3 、体積Ｖ＝０．０３０ｍｍ3 、及び、体積Ｖ＝０．０４０ｍｍ3 のスパークプラグでは、放電電圧が初期放電電圧の２０ｋＶ増しになるまでの時間が大幅に大きくなることが判る。従って、体積Ｖ＝０．０２０ｍｍ3 以上とすることにより、耐久性が特に向上すると言える。
【００７７】
（試験９）
この試験９では、中心電極先端部１３０ｓｓ（中心電極チップ１３３）及び接地電極１４０（接地電極チップ１４３）の表面のうち、前述の仮想球体Ｍに含まれる部分１３０ｓｓｖ，１４３ｖの表面１３０ｓｓｖｎ，１４３ｖｎの合計面積Ｓを変更したスパークプラグを用意した。具体的には、火花放電ギャップＧの長さＡＤを、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍ、１．１ｍｍに変更すると共に、上記面積Ｓを様々に変更した多数のスパークプラグを用意した。そして、各スパークプラグについて、燃焼変動率を調べ、着火性を評価した。この着火性評価は、前述の試験３で説明した通りであり、燃焼変動率２０％を燃焼限界として評価した。その結果を図１８のグラフに示す。
【００７８】
この結果によると、火花放電ギャップＧの長さＡＤがいずれの場合においても、面積Ｓが増加すると、燃焼変動率が増加し、いずれは燃焼限界である２０％を超えることが判る。また、火花放電ギャップＧの長さＡＤが小さい方が、燃焼限界に達する面積Ｓも小さいことが判る。
【００７９】
更に、上記試験９で得られた結果に基づいて、各々の火花放電ギャップＧの長さＡＤにおいて、ちょうど燃焼限界（燃焼変動率２０％）となる合計面積Ｓ（図１８においてそれぞれ矢印で示す面積）を調べた。その結果を図１９のグラフに示す。
【００８０】
この結果、火花放電ギャップＧの長さＡＤと、燃焼限界となる合計面積Ｓとは、傾きが正の一次関数の関係にあることが判る。具体的には、燃焼限界における両者の関係を、Ｓ＝ＡＤ／２＋０．１５の式で表すことができる。このことから、スパークプラグを、Ｓ≦ＡＤ／２＋０．１５を満たす形態とすることにより、着火性が十分に向上すると言える。
【００８１】
（試験１０）
この試験１０では、接地電極チップ１４３のチップ長さＣを様々に変更したスパークプラグを用意した。具体的には、チップ長さＣを、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ及び２．０ｍｍとしたスパークプラグを用意した。なお、いずれのスパークプラグも、（θ１＋θ２）／２＝７５（度）とした。
【００８２】
そして、各スパークプラグについて、空燃比（Ａ／Ｆ）と失火率との関係を調べた。具体的には、評価用エンジン（６気筒２リットル）にスパークプラグを装着し、回転数２０００ｒｐｍ、ブースト圧３５０ｍｍＨｇとした。測定した燃焼圧力よりＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）を求め、１０００サンプル分の燃焼圧力の平均値に対し、その５０％以下の値となったものを失火として、失火率を求めた。なお、安定燃焼限界を失火率１％として評価した。その結果を図２０のグラフに示す。
【００８３】
この結果によると、チップ長さＣが０．２ｍｍのスパークプラグでは、Ａ／Ｆ＝約１９．５で既に安定燃焼限界である失火率１％に達し、Ａ／Ｆの値がそれ以上の値では安定燃焼限界（失火率１％）を大幅に超えていた。
これに対し、チップ長が０．３ｍｍ〜２．０ｍｍのスパークプラグでは、少なくともＡ／Ｆ＝２０においても、失火率が安定燃焼限界（失火率１％）よりも低かった。
【００８４】
チップ長さＣが０．２ｍｍのスパークプラグでは、Ａ／Ｆ＝１９．５よりもリッチな空燃比にしなければ安定した燃焼が実現できない。これに対し、チップ長さＣが０．３ｍｍ〜２．０ｍｍのスパークプラグでは、Ａ／Ｆ＝２０のリーンな空燃比でも安定した燃焼が実現できる。従って、安定した希薄燃焼を行い得るためには、接地電極チップ１４３のチップ長さＣを０．３ｍｍ以上とするのが好ましいことが判る。
【００８５】
（試験１１）
この試験１１では、上記試験１０と同様に、接地電極チップ１４３のチップ長さＣを様々に変更したスパークプラグを用意した。具体的には、チップ長さＣを、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ及び２．０ｍｍとしたスパークプラグを用意した。なお、いずれのスパークプラグも、（θ１＋θ２）／２＝７５（度）とした。
【００８６】
そして、各スパークプラグについて、使用に伴う火花放電ギャップＧの長さＡＤの増加量ΔＡＤを調べ、耐久性を評価した。火花放電ギャップＧの増加量ΔＡＤを調べるために、評価用エンジン（６気筒２リットル）にスパークプラグを装着し、回転数５０００ｒｐｍ、ＷＯＴ（全開）で１００時間とした。なお、火花放電ギャップＧの増加量ΔＡＤの限界（消耗限界）を０．２ｍｍとして評価した。その結果を図２１のグラフに示す。
【００８７】
この結果によると、チップ長さＣが２．０ｍｍのスパークプラグでは、火花放電ギャップＧの増加量ΔＡＤが、消耗限界（０．２ｍｍ）を大幅に超えていた。これに対し、チップ長さＣが０．２ｍｍ〜１．６ｍｍのスパークプラグでは、火花放電ギャップＧの増加量ΔＡＤが、消耗限界（０．２ｍｍ）内に収まっていた。このことから、耐久性を向上させるためには、接地電極チップ１４３のチップ長さＣを１．６ｍｍ以下とするとのが好ましいことが判る。チップ長さＣが長くなるにつれ、接地電極チップ１４３における熱引きが十分に行われなくなるために、消耗量が著しく増加するものと考えられる。
また、前述の試験１０より、安定した希薄燃焼を行い得るためには、接地電極チップ１４３のチップ長さＣを０．３ｍｍ以上とするのが好ましいことから、チップ長さＣは、０．３ｍｍ≦Ｃ≦１．６ｍｍとするのが好ましいことになる。
【００８８】
更に、上記試験１０，１１で得られた結果に基づいて、接地電極チップ１４３のチップ長さＣと着火性及び耐久性との関係について整理した。具体的には、チップ長さＣとＡ／Ｆ及び火花放電ギャップＧの増加量との関係について整理し、着火性と耐久性を評価した。Ａ／Ｆ＝２０を安定燃焼限界として評価した。また、火花放電ギャップＧの増加量ΔＡＤ＝０．２ｍｍを消耗限界として評価した。その結果を図２２のグラフに示す。
【００８９】
この結果を見ても、接地電極チップ１４３のチップ長さＣを０．３ｍｍ以上とすることにより、着火性が向上し、安定した希薄燃焼が可能となることが判る。また、チップ長さＣを１．６ｍｍ以下とすることにより、接地電極チップ１４３の消耗量が少なくなり、耐久性が向上することが判る。従って、上述したように、接地電極チップ１４３のチップ長さＣは、０．３≦Ｃ≦１．６とするのが好ましいことになる。
【００９０】
（試験１２）
この試験１２では、絶縁体１２０の金具先端面１１０ｓｃからの突出長さＺを様々に変更したスパークプラグを用意した。具体的には、絶縁体１２０の突出長さＺを、−１．０ｍｍ、０ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍとしたスパークプラグを用意した。そして、各スパークプラグについて、耐プレイグニッション試験を行った。具体的には、評価用エンジン（４気筒１．６リットル）にスパークプラグを装着し、回転数５５００ｒｐｍ、ＷＯＴ（全開）とした。そして、点火時期を進めていき、各点火時期で２分間保持したときに、プレイグニッションが４回以上発生した点火時期（進角）を求めた。その結果を図２３のグラフに示す。
【００９１】
この結果によると、絶縁体１２０の突出長さＺを１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍとしたスパークプラグでは、点火時期が３０°ＣＡ以上となり、耐プレイグニッション性が良好であった。また、突出長さＺと点火時期とは、正の傾きを持つ一次関数の関係となることが判る。
一方、絶縁体１２０の突出量が−１．０ｍｍ、０ｍｍのスパークプラグでは、上述の一次関数の関係から予想される点火時期（図中に破線で示す。）よりも、点火時期（進角）が小さくなり、耐プレイグニッション性能が低下していることが判る。
【００９２】
絶縁体１２０の突出長さＺを大きくすると、新気による冷却効果が増加して、耐プレイグニッション性能が向上する。一方、絶縁体１２０の突出長さＺが小さくなると、特に突出していない場合（突出長さＺが−１．０ｍｍ、０ｍｍ）には、新気による冷却効果が薄れて、耐プレイグニッション性が低下するものと考えられる。このことから、本発明では、絶縁体１２０の突出長さＺを、１．０ｍｍ以上としている。
【００９３】
（試験１３）
この試験１３では、中心電極チップ１３３及び接地電極チップ１４３の材質を様々に変更したスパークプラグを用意した。具体的には、サンプル１のスパークプラグでは、中心電極チップ１３３及び接地電極チップ１４３の材質を、Ｐｔ−５Ｉｒ−５Ｒｈとした。また、サンプル２のスパークプラグでは、これらの材質をＰｔ−１０Ｉｒ−５Ｒｈとした。また、サンプル３のスパークプラグでは、これらの材質をＰｔ−１３Ｒｈとした。また、サンプル４のスパークプラグでは、これらの材質をＰｔ−５Ｒｈとした。また、サンプル５のスパークプラグでは、これらの材質をＰｔ−２０Ｉｒとした。また、サンプル６のスパークプラグでは、これらの材質をＰｔ−３０Ｉｒとした。また、サンプル７のスパークプラグでは、これらの材質をＰｔ−４０Ｉｒとした。また、サンプル８のスパークプラグでは、これらの材質をＰｔ−２０Ｒｈとした。また、サンプル９のスパークプラグでは、これらの材質をＩｒ−５Ｐｔ−１Ｒｈとした。また、サンプル１０のスパークプラグでは、これらの材質をＩｒ−１０Ｒｈ−１０Ｒｕとした。また、サンプル１１のスパークプラグでは、これらの材質をＩｒ−１１Ｒｈ−１０Ｒｕとした。また、サンプル１２のスパークプラグでは、これらの材質をＩｒ−５Ｐｔとした。
【００９４】
そして、各スパークプラグについて、所定試験後のチップ残存率を求め、耐久性を評価した。具体的には、試験装置として恒温槽を用いた。また、試験条件は、９５０℃、２０時間、大気雰囲気下とした。その結果を図２４のグラフに示す。なお、評価基準を残存率９０％として評価した。
【００９５】
この結果によると、Ｐｔ−４０Ｉｒとしたサンプル７のスパークプラグでは、酸化揮発が多く、残存率が著しく低下していた。これに対し、Ｐｔを７０重量％以上としたサンプル１〜６，８のスパークプラグでは、残存率が９０％を超えていた。このことから、中心電極チップ１３３及び接地電極チップ１４３をＰｔ合金とする場合には、Ｐｔを７０重量％以上含有させることにより、耐久性が向上することが判る。
【００９６】
また、Ｉｒ−５Ｐｔとしたサンプル１５のスパークプラグでは、酸化揮発が多く、残存率が著しく低下していた。これに対し、ＩｒにＲｈを添加したサンプル９〜１１のスパークプラグでは、残存率が９０％を超えていた。このことから、中心電極チップ１３３及び接地電極チップ１４３をＩｒ合金とする場合には、Ｒｈを添加することにより、耐久性が向上することが判る。
【００９７】
（変形形態１〜３）
次いで、上記実施形態の変形形態１〜３について説明する。なお、上記実施形態と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。この変形形態１〜３では、接地電極基材２４１，３４１，４４１の形態が、上記実施形態の接地電極基材１４１と異なる。それ以外は上記実施形態と同様である。
図２５に、変形形態１のスパークプラグ２００の接地電極２４０を径方向内側から径方向外側に見た図を示す。また、図２６に、変形形態２のスパークプラグ３００の接地電極３４０を径方向内側から径方向外側に見た図を示す。また、図２７に、変形形態３のスパークプラグ４００の接地電極４４０を径方向内側から径方向外側に見た図を示す。
【００９８】
変形形態１のスパークプラグ２００は、図２５に示すように、接地電極２４０の接地電極基材２４１の基材先端面２４１ｓｃの形状が円形状であり、この基材先端面２４１ｓｃに接地電極チップ２４３が溶接されている。
また、変形形態２のスパークプラグ３００は、図２６に示すように、接地電極３４０の接地電極基材３４１の基材先端面３４１ｓｃの形状が概略半円形状であり、この基材先端面３４１ｓｃに接地電極チップ３４３が溶接されている。
また、変形形態３のスパークプラグ４００では、図２７に示すように、接地電極４４０の接地電極基材４４１の基材先端面４４１ｓｃの形状が、矩形の各角部をＲ形状とした形状である。そして、この基材先端面４４１ｓｃに接地電極チップ４４３が溶接されている。
【００９９】
このような形状の接地電極基材２４１，３４１，４４１を有するスパークプラグ２００，３００，４００においても、上記実施形態のスパークプラグ１００と同様に、接地電極２４０，３４０，４４０の耐熱性及び耐折損性を確保しつつ、着火性を向上させることができる。また、その他、上記実施形態と同様な部分は、上記実施形態と同様な作用・効果を奏する。
【０１００】
（変形形態４）
次いで、上記実施形態の別の変形形態４について説明する。なお、上記実施形態及び変形形態１〜３と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。この変形形態４では、接地電極５４０における接地電極チップ５４３と接地電極基材５４１との接合形態が、上記実施形態及び変形形態１〜３の接地電極１４０，２４０，３４０，４４０と異なる。それ以外は基本的に上記実施形態等と同様である。図２８に、本変形形態４に係るスパークプラグ５００のうち、中心電極１３０及び接地電極５４０付近の側面図を示す。
【０１０１】
本変形形態４に係るスパークプラグ５００の接地電極５４０は、四角柱を屈曲させた基材である接地電極基材５４１と、この接地電極基材５４１の幅よりも幅の狭い角柱状をなす接地電極チップ５４３とからなる。
このうち接地電極基材５４１は、その基材基端部５４１ｋが主体金具１１０の金具先端面１１０ｓｃに接合されており、基材先端部５４１ｓが径方向内側に向けて屈曲され、その基材先端面５４１ｓｃが径方向内側を向いている。
【０１０２】
接地電極チップ５４３は、接地電極基材５４１の基材先端部５４１ｓの周囲を構成する４つの側面（基材先端面５４１ｓｃに繋がる４つの側面）のうち、基端側（図２８中、下方）に位置する基端側側面５４１ｓｄに、抵抗溶接で接合されている。この接地電極チップ５４３は、接地電極基材５４１の基材先端面５４１ｓｃを超えて径方向内側に向かって突出している。そして、接地電極チップ５４３のチップ先端面５４３ｓｃが、中心電極先端部１３０ｓｓの外周面１３０ｓｓｎと火花放電を生じさせる火花放電ギャップＧを隔てて離間している。
【０１０３】
このような形態の接地電極５４０を有するスパークプラグ５００においても、上記実施形態及び変形形態１〜３のスパークプラグ１００，２００，３００，４００と同様に、接地電極５４０の耐熱性及び耐折損性を確保しつつ、着火性を向上させることができる。また、その他、上記実施形態等と同様な部分は、上記実施形態等と同様な作用・効果を奏する。
【０１０４】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態１〜４に即して説明したが、本発明は上述の実施形態等に限定されるものではなく、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いうまでもない。
例えば、上記実施形態等では、スパークプラグ１００等に接地電極１４０等を１つ設けたものを例示したが、接地電極１４０等を複数設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】実施形態に係るスパークプラグの側面図である。
【図２】実施形態に係るスパークプラグのうち、中心電極及び接地電極付近の側面図である。
【図３】実施形態に係るスパークプラグのうち、中心電極及び接地電極等を先端側から見た平面図である。
【図４】実施形態に係るスパークプラグのうちの接地電極を径方向内側から径方向外側に見た説明図である。
【図５】実施形態に係るスパークプラグのうち、中心電極及び接地電極を側方から見た図であり、線分Ａ、点Ａ１、線分Ｂ及び点Ｂ１を説明するための説明図である。
【図６】実施形態に係るスパークプラグのうち、中心電極及び接地電極を側方から見た図であり、中心角θ１を有する第１扇形を説明するための説明図である。
【図７】実施形態に係るスパークプラグのうち、中心電極及び接地電極等を先端側から見た図であり、中心角θ２１，θ２２を有する２つの第２扇形を説明するための説明図である。
【図８】実施形態に係るスパークプラグのうち、中心電極及び接地電極を側方から見た図であり、仮想球体Ｍを説明するための説明図である。
【図９】実施例及び比較例のスパークプラグについて、接地電極の先端温度と折損強度安全率比を示したグラフである。
【図１０】角θ１及び角θ２が異なるスパークプラグについて、着火性及び耐久性を示したグラフである。
【図１１】中心電極先端部の突出長さが異なるスパークプラグについて、火炎核面積と燃焼変動率との関係を示したグラフである。
【図１２】角θ１及び角θ２が異なるスパークプラグについて、火花放電ギャップの増加量を示したグラフである。
【図１３】角θ１及び角θ２が異なるスパークプラグについて、火炎核面積を示したグラフである。
【図１４】火花放電ギャップが０．７ｍｍで、体積Ｖが異なるスパークプラグについて、試験時間と放電電圧との関係を示したグラフである。
【図１５】火花放電ギャップが０．９ｍｍで、体積Ｖが異なるスパークプラグについて、試験時間と放電電圧との関係を示したグラフである。
【図１６】火花放電ギャップが１．１ｍｍで、体積Ｖが異なるスパークプラグについて、試験時間と放電電圧との関係を示したグラフである。
【図１７】火花放電ギャップと体積Ｖが異なるスパークプラグについて、所定放電電圧までの到達時間を示したグラフである。
【図１８】火花放電ギャップと面積Ｓが異なるスパークプラグについて、燃焼変動率を示したグラフである。
【図１９】燃焼限界ラインおける火花放電ギャップと面積Ｓとの関係を示したグラフである。
【図２０】接地電極チップのチップ長さが異なるスパークプラグについて、Ａ／Ｆと失火率との関係を示したグラフである。
【図２１】接地電極チップのチップ長さと火花放電ギャップの増加量との関係を示したグラフである。
【図２２】接地電極チップのチップ長さとＡ／Ｆ及び火花放電ギャップの増加量との関係を示したグラフである。
【図２３】絶縁体の突出長さと耐プレイグニッションの点火時期との関係を示したグラフである。
【図２４】中心電極チップ及び接地電極チップの材質が異なるスパークプラグについて、チップの試験後残存率を示したグラフである。
【図２５】変形形態１に係るスパークプラグのうちの接地電極を径方向内側から径方向外側に見た説明図である。
【図２６】変形形態２に係るスパークプラグのうちの接地電極を径方向内側から径方向外側に見た説明図である。
【図２７】変形形態３に係るスパークプラグのうちの接地電極を径方向内側から径方向外側に見た説明図である。
【図２８】変形形態４に係るスパークプラグのうち、中心電極及び接地電極付近の側面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１００，２００，３００，４００，５００  スパークプラグ
１１０  主体金具
１１０ｓｃ  金具先端面
１２０  絶縁体
１２０ｓ  絶縁体突出部
１２０ｓｃ  絶縁体先端面
１３０  中心電極
１３０ｓ  中心電極突出部
１３０ｓｓ  中心電極先端部
１３０ｓｓｎ  外周面
１３１  中心電極基材
１３３  中心電極チップ
１３５  溶接部
１４０，２４０，３４０，４４０，５４０  接地電極（外側電極）
１４１，２４１，３４１，４４１，５４１  接地電極基材（外側電極基材）
１４１ｓ，５４１ｓ  基材先端部
１４１ｓｃ，２４１ｓｃ，３４１ｓｃ，４４１ｓｃ，５４１ｓｃ  基材先端面
１４３，２４３，３４３，４４３，５４３  接地電極チップ（外側電極チップ）
１４３ｓｃ，５４３ｓｃ  チップ先端面
１５０  端子金具
ＡＸ  軸線
ＢＸ  中心軸
Ｇ  火花放電ギャップ
Ａ，Ｂ  線分
Ａ１，Ｂ１  点
ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６，ｒ７  半径
θ１，θ２，θ２１，θ２２  角
ＬＴ１  第１扇形
ＬＴ２，ＬＴ３  第２扇形
ＡＤ  長さ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ  体積
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ  面積
Ｃ  長さ
【図１】
0004414457.tif 000002
【図２】
0004414457.tif 000003
【図３】
0004414457.tif 000004
【図４】
0004414457.tif 000005
【図５】
0004414457.tif 000006
【図６】
0004414457.tif 000007
【図７】
0004414457.tif 000008
【図８】
0004414457.tif 000009
【図９】
0004414457.tif 000010
【図１０】
0004414457.tif 000011
【図１１】
0004414457.tif 000012
【図１２】
0004414457.tif 000013
【図１３】
0004414457.tif 000014
【図１４】
0004414457.tif 000015
【図１５】
0004414457.tif 000016
【図１６】
0004414457.tif 000017
【図１７】
0004414457.tif 000018
【図１８】
0004414457.tif 000019
【図１９】
0004414457.tif 000020
【図２０】
0004414457.tif 000021
【図２１】
0004414457.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
0004414457.tif 000025
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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