(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、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セミ沿面接地電極を備え、
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、
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、前記絶縁碍子の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であり、
また、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ことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記段差Ｅの値が０．５ｍｍ以下である請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
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３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
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４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項６】
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、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セミ沿面接地電極を備え、
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ことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項７】
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６のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項８】
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、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セミ沿面接地電極を備え、
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ことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項９】
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請求項１ないし８のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
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、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セミ沿面接地電極を備え、
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スパークプラグ。
【請求項１１】
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、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１０いずれか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】
この発明は、内燃機関用のスパークプラグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐汚損性を改善した内燃機関用のスパークプラグとして沿面放電型スパークプラグと呼ばれるものが知られている。これは、火花放電ギャップにて発生する火花が、常時あるいは条件により、絶縁碍子表面を経由した沿面放電形態にて伝播するように構成したものである。例えばセミ沿面放電型スパークプラグと称されるものは、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、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セミ沿面接地電極を備える。そして、沿面放電時には、セミ沿面接地電極の発火面と絶縁碍子表面との間が気中放電となる以外は、絶縁碍子先端面の表面に沿う形態にて飛火する形となる。スパークプラグは、例えばプレデリバリ時のように電極温度が４５０℃以下の低温環境で長時間使用されると、いわゆる「燻り」や「かぶり」の状態となり、絶縁碍子表面がカーボンなどの導電性汚損物質で覆われて作動不良が生じやすくなる。しかしながら、上記沿面放電型のスパークプラグによれば、絶縁碍子表面を這う形で火花放電が生ずるため、汚損物質が絶えず焼き切られる形となり、気中放電型のスパークプラグと比べて耐汚損性が向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、沿面放電型のスパークプラグでは、絶縁碍子の表面を這う火花が頻繁に発生するため、絶縁碍子の表面が溝状に削られる、いわゆるチャンネリングが生じやすくなることが知られている。チャンネリングが進行すると、スパークプラグの耐熱性が損なわれたり、あるいは信頼性が低下するなどの不具合が生じたりしやすくなる。このようなチャンネリングは、高速あるいは高負荷運転時に特に生じやすい。近年はエンジンの高出力化に伴い、さらに耐久性に優れたスパークプラグが求められており、チャンネリングの防止ないし抑制に対する要求も厳しくなってきている。
【０００４】
また、別の問題としては、絶縁碍子を這う形で発生する火花が、常に混合気への着火に有利な位置にて発生するとは限らず、セミ沿面接地電極と絶縁体との形状や配置関係によっては、必ずしも最良の着火性が得られない場合がある。
【０００５】
本発明の課題は、耐汚損性に優れてしかもチャンネリングが生じにくく、良好な耐久性を有するとともに、着火性にも優れたスパークプラグを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するため、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、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セミ沿面接地電極を備え、
絶縁碍子の先端部に長さ１．５ｍｍ以下の直管状部を有し、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、直管状部の後端位置に対し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、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、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（１−丸付き数字１）であることを前提とする。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。
【０００７】
該本発明のスパークプラグの前提構成によると、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。
【０００８】
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（１−▲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る。
【０００９】
また、本構成では絶縁碍子に長さ１．５ｍｍ以下の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。
【００１０】
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。そこで、本構成では、直管状部の長さを１．５ｍｍ以下に限定している。他方、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。
【００１１】
本発明のスパークプラグにおいては、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（Ｓ１−▲１▼）であることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によると、絶縁碍子の突出量Ｆを（Ｓ１−▲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（Ｓ１−▲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。
【００１３】
また、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ものとすることもできる。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。
【００１４】
そして、上記前提構成に加えて、本発明のスパークプラグの第一の構成においては、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形成されるセミ沿面碍子ギャップ（γ）が形成され、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。
【００１５】
また、本発明のスパークプラグの第二の構成は、
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、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セミ沿面接地電極を備え、
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、セミ沿面接地電極は、前記他端の端面の、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（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、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。
【００１６】
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、第一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。
【００１７】
そこで、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。
【００１８】
本発明のスパークプラグにおいては、絶縁碍子の中心貫通孔を該絶縁碍子の先端部側にて縮径した構造とすることができる。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。
【００１９】
次に、本発明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ものとして構成することができる。
【００２０】
また、本発明のスパークプラグの第三の構成は、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、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セミ沿面接地電極を備え、
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前記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。
【００２１】
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。
【００２２】
本発明のスパークプラグはまた、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ものとして構成できる。
【００２３】
また、本発明のスパークプラグの第四の構成は、
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、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セミ沿面接地電極を備え、
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。
【００２４】
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。
【００２５】
また、すでに説明した組合せに限らず、本発明のスパークプラグの第一〜第四の構成は、任意の２ないしそれ以上のものを互いに組み合わせて実施することが可能である。
【００２６】
以下、以上説明した本発明のスパークプラグに、さら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、直管状部の長さはここでも最大で１．５ｍｍまでとすることが望ましい。直管状部を設けることの作用・効果はすでに説明したものと同様である。
【００２７】
（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。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。
【００２８】
（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。
【００２９】
(付加要件４）
また、本発明のスパークプラグは、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、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（Ｓ２−▲３▼）ものとして構成することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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（Ｓ２−▲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（Ｓ２−▲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。
【００３２】
【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は本発明の一実施形態をなすスパークプラグ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の先端部に保持されており、具体的には先端面から突出するように配置されている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
次に、スパークプラグ１００においては、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６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６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。
【００３６】
なお、図６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７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。
【００３７】
なお、セミ沿面接地電極１２も平行接地電極１１と同様に、図２に示すように、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。
【００３８】
図２（ａ）は、スパークプラグ１００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）部に臨む側周面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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、絶縁碍子１の先端部には、直管状部１０２Ｂ（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）が形成されている。直管状部１０２Ｂの軸線３０の向きにおける長さは、０．５〜１．５ｍｍである。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。
【００４１】
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。
【００４２】
ここで、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の一方は、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。
【００４３】
そして、図２のスパークプラグ１００においては、絶縁碍子１の先端面の高さ位置とセミ沿面接地電極１２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としている。以下、その効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
（実験１）
図２のスパークプラグ１００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１に示す。
【００４４】
【表１】
0004431271.tif 000002
【００４５】
この結果から、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、平行接地電極１１を備えたスパークプラグ１００は、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、平行接地電極１１を取り除いた状態での評価を行なった。また、この評価結果は当然、平行接地電極１１を有さないセミ沿面放電型スパークプラグのチャンネリング試験結果を反映したものであるともいえる。
【００４６】
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２に示す。
【００４７】
【表２】
0004431271.tif 000003
【００４８】
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。
【００４９】
また、図２のスパークプラグ１００においては、絶縁碍子１の先端部における中心貫通孔の最小径（Ｄ３）を、Ｄ３≦２．１ｍｍとしている。その効果を確認するために行なった実験結果について、以下に説明する。
（実験２）
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、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４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。
【００５０】
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３に示す。
【００５１】
【表３】
0004431271.tif 000004
【００５２】
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。
【００５３】
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(図１）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。
【００５４】
次に、図２のスパークプラグ１００においては、直管状部１０２Ｂの後方に、図８（ａ）に示すような階段状の膨らみ部１０２Ａが隣接形成されている。膨らみ部は、図８（ｃ）に示すようなテーパ状の膨らみ部１０５であってもよい。
【００５５】
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９（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。
【００５６】
そこで、図８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９（ａ）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８（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８（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。
【００５７】
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３）
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の形態が、図８（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を有さず、また、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４に示す０．９〜１．８ｍｍの種々の値とした。なお、表４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４に示す。
【００５８】
【表４】
0004431271.tif 000005
【００５９】
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。
【００６０】
また、以下は、付加要件４の効果を確認するために行なった実験の詳細である。
（実験４）
図２において、絶縁碍子１の内部における中心電極２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、１００ｋｍ／ｈの定地走行条件（高速運転を想定）にてにて運転を行った。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）２５゜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。結果を図１４に示す。
【００６１】
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。
【００６２】
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。まず、本発明は、図１及び図２のように平行接地電極１１を備えたものに限らず、図３に示すように、平行接地電極１１を省略した通常のセミ沿面放電型スパークプラグ２００に適用することが可能である。
【００６３】
図５に示すスパークプラグ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。
【００６４】
以上説明したスパークプラグ１００、２００及び２２０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。
【００６５】
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６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７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。
【００６６】
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９（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。
【００６７】
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９（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。
【００６８】
そこで、図１０においては、端面正射影１２ＮＰ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１０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１１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。
【００６９】
次に、セミ沿面接地電極１２が、図９（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９（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。
【００７０】
そこで、図１２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。
【００７１】
図１２（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１２（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。
【００７２】
なお、図１２（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よりもある程度大きくなり、Ｓ１＞Ｓ２とする効果も多少は生ずることとなる。ただし、図１２（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１０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１１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。
【００７３】
図１３（ａ）は、図１０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７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。
【００７４】
なお、図１０〜図１３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】本発明のスパークプラグの第一実施例を示す部分断面図。
【図２】図１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及びセミ沿面接地電極の投影面への投影を説明する図。
【図３】本発明のスパークプラグの第四実施例の電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図４】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５】本発明のスパークプラグの第五実施例の電極近傍を拡大して示す部分断面図。
【図６】図２のスパークプラグの底面図。
【図７】図６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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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。
【図１４】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。
【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’  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
１０２Ｂ  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
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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