(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に取り付け可能な取り付け金具（１０）と、
この取り付け金具内に絶縁保持され、一端部（３１）が円柱状をなすとともに当該一端部が前記取り付け金具の一端部（１１）から露出して延びる中心電極（３０）と、
一端側が前記取付金具の一端側に接合され、他端側の一面（４３）が前記中心電極の一端側に対向するように延びる接地電極（４０）と、を有する点火プラグと、
前記点火プラグと電気的に接続され、前記点火プラグに点火エネルギーＥ（ｍＪ）を投入する点火電源とを備え、
前記接地電極における前記中心電極に対向する一面には、前記中心電極の一端部に対向するように前記中心電極へ延びる円柱状の突出部（４１）が形成されており、
前記突出部の径ΦＤ（ｍｍ）が０．４ｍｍ以上、２．３ｍｍ以下であり、
前記突出部の長さｈ（ｍｍ）が、前記点火プラグに投入される前記点火エネルギーＥ（ｍＪ）との間に、
０．３（ｍｍ）≦ｈ≦０．０１６Ｅ２−０．５６Ｅ＋５．２（ｍｍ）
（８．５（ｍＪ）≦Ｅ≦１７（ｍＪ））
の関係があり、さらに、
前記中心電極の前記一端部の径Ｄ１、前記接地電極の前記突出部径Ｄ２が共に、Φ２．３ｍｍ以下である点火装置において、
Ｄ１、Ｄ２と前記点火エネルギーＥを前記点火プラグの放電時間で除した物理量である点火エネルギー密度Ｑ（Ｗ）との間に、
３Ｄ２２＋０．２Ｄ２＋１６（Ｗ）≦Ｑ＜０．６８Ｄ１２＋０．４Ｄ１＋３２．８（Ｗ）
の関係があることを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記中心電極の前記一端部および前記接地電極の前記突出部がともに断面積４．２ｍｍ２以下で、前記点火プラグに投入される前記点火エネルギーの点火エネルギー密度が３２Ｗ未満であることを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記中心電極の前記一端部の径Ｄ１、前記接地電極の前記突出部の径Ｄ２が共に、Φ２．３ｍｍ以下であり、前記点火エネルギＥ（ｍＪ）との間に
１．５Ｄ２２＋０．１Ｄ２＋８（ｍＪ）≦Ｅ＜０．３４Ｄ１２＋０．２Ｄ１＋１６．４（ｍＪ）の関係があることを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項４】
前記中心電極の前記一端部の径Ｄ１、前記接地電極の前記突出部の径Ｄ２が共に、Φ２．３ｍｍ以下であり、前記一端部と前記突出部との間に形成される放電ギャップを０．７ｍｍ以下にしたことを特徴とする請求項２に記載の点火装置。
【請求項５】
前記取付金具（１１）の外周面には、前記内燃機関とネジ結合するためのネジ部（１２）が形成されており、このネジ部のネジ径をＭ１２以下であることを特徴とする請求項３に記載の点火装置。
【請求項６】
接地電極の前記突出長さ（Ｌ）が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の点火装置。
【請求項７】
前記突出長さが０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項８】
前記中心電極（３０）の一端部（３１）および前記接地電極（４０）の突出部（４１）はともに断面積が１ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の点火装置。
【請求項９】
請求項４または５に記載の点火プラグ（Ｓ１）と、前記中心電極と前記接地電極との間に電圧を印加するための点火コイルを有する点火電源（６０）とを備え、前記点火コイルの直径がφ２２ｍｍ以下であることを特徴とする点火装置。
【請求項１０】
前記中心電極および前記接地電極の間に電圧を印加するための点火電源（６０）を備え、
前記点火電源によって、放電時に前記中心電極に正の電荷が印加されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記中心電極（３０）の一端部（３１）および前記接地電極（４０）の前記突出部（４１）は、ともに断面積が１ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項９から１０のいずれか１つに記載の点火装置。
【請求項１２】
前記接地電極における前記突出部はＰｔを主成分元素としＩｒ，Ｎｉ、Ｒｈ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｏｓの少なくとも１つが添加された合金であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の点火装置。
【請求項１３】
前記接地電極における前記突出部はＰｔを主成分元素としＩｒが０以上５０ｗｔ％以下，Ｎｉが０以上４０ｗｔ％以下、Ｒｈが０以上５０ｗｔ％以下，Ｗが０以上３０ｗｔ％以下，Ｐｄが０以上４０ｗｔ％以下，Ｒｕが０以上３０ｗｔ％以下，Ｏｓが０以上２０ｗｔ％以下の少なくとも１つが添加されされた合金であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の点火装置。
【請求項１４】
前記接地電極における前記突出部はＩｒを主成分元素としＲｈ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｏｓの少なくとも１つが添加された合金であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の点火装置。
【請求項１５】
前記接地電極における前記突出部はＩｒを主成分元素としＲｈが０以上５０ｗｔ％以下，Ｐｔが０以上５０ｗｔ％以下，Ｎｉが０以上４０ｗｔ％以下、Ｗが０以上３０ｗｔ％以下，Ｐｄが０以上４０ｗｔ％以下，Ｒｕが０以上３０ｗｔ％以下，Ｏｓが０以上２０ｗｔ％以下の少なくとも１つが添加された合金であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に用いられる点火プラグおよび点火プラグを用いた点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な点火プラグを図１１に示す。この点火プラグは、内燃機関に取付可能な取付金具１０と、取付金具１０内に絶縁碍子２０を介して絶縁保持され、円柱状をなす一端部３１が取付金具１０の一端部１１から露出して延びる中心電極３０と、一端側が取付金具１０の一端部１１に接合され、他端側の一面４３が中心電極３０の一端部３１に対向するように延びる角柱状の接地電極４０とを備える。
【０００３】
このような点火プラグでは、点火装置における点火電源の点火コイルに発生する高電圧を、中心電極３０の一端部３１と接地電極４０の一面４３との間（放電ギャップ）に印加し、両電極間にて点火（火花放電）を行うことにより混合気を着火させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような点火プラグにおいて点火エネルギーとして必要な投入量は、混合気を着火させるのに必要な燃焼エネルギーと、点火プラグの電極で冷却される冷却エネルギーとの和であることが知られている。
【０００５】
ここにおいて、点火エネルギーにおける燃焼エネルギーと冷却エネルギーとの割合は不明ではあるが、点火プラグにおいて中心電極及び接地電極の両電極を小型化すれば、電極の熱引き性の向上等により冷却エネルギーが低くなり、結果的に、点火エネルギーの必要量を低減し、点火装置において省電力化を図ることができる。
【０００６】
しかしながら、電極の体格と点火エネルギーの必要量との関係については、従来より解明されておらず、電極の小型化に伴う点火エネルギーの設計をどのように行えば良いかについては不明であった。
【０００７】
また、点火プラグの着火性を向上するために図１１で示される一般的な点火プラグとは別に特開昭５２−３６２２３７号公報に記載される高圧電極、接地電極をともに細電極とし、それらをともにそれぞれの支持部材から突出させたものが知られている。しかしながらこのような両突出電極を有する点火プラグを実際に製造して磨耗試験に供すると、これらの電極は予想以上に磨耗することが発明者らの実験により判明した。特開昭５２−３６２２３７号公報にはこのような点火プラグについて磨耗を低減できるようにするにはどうすればいいかについては何ら記載がない。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、点火エネルギーを低くするように点火プラグの電極形状を適切に規定することで、点火装置の省電力化を図ることを目的とする。さらに本発明は両突出電極を有する点火プラグにおいて、着火性を確保しつつ、磨耗を低減できる点火プラグを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等の検討によれば、現状の点火プラグにおいては、最大で１７ｍＪのエネルギー投入が必要であることがわかった。そこで、この値を指標とし、冷却エネルギーを低減すべく、中心電極およびこの中心電極に対向する接地電極の部位を細径化していき、そのときの点火エネルギーの必要量を調べた。請求項１以下の発明は、そのような検討結果に基づいてなされたものである。
【００３７】
すなわち、請求項１に記載の発明では、内燃機関に取り付け可能な取り付け金具（１０）と、この取り付け金具内に絶縁保持され、一端部（３１）が円柱状をなすとともに当該一端部が前記取り付け金具の一端部（１１）から露出して延びる中心電極（３０）と、一端側が前記取付金具の一端側に接合され、他端側の一面（４３）が前記中心電極の一端側に対向するように延びる接地電極（４０）と、を有し、点火エネルギーＥ（ｍＪ）を印加され前記中心電極、接地電極間を着火に導く点火プラグと、点火プラグと電気的に接続され、点火プラグに点火エネルギーＥ（ｍＪ）を投入する点火電源とを備え、前記接地電極における前記中心電極に対向する一面には、前記中心電極の一端部に対向するように前記中心電極へ延びる円柱状の突出部（４１）が形成されており、前記突出部の径ΦＤ（ｍｍ）が０．４ｍｍ以上、２．３ｍｍ以下であり、前記突出部の長さｈ（ｍｍ）が、前記点火プラグに投入される前記点火エネルギーＥ（ｍＪ）との間に、
０．３（ｍｍ）≦ｈ≦０．０１６Ｅ２−０．５６Ｅ＋５．２（ｍｍ）
（８．５（ｍＪ）≦Ｅ≦１７（ｍＪ））
の関係があり、さらに、前記中心電極の前記一端部の径Ｄ１、前記接地電極の前記突出部径Ｄ２が共に、Φ２．３ｍｍ以下である点火装置において、Ｄ１、Ｄ２と点火エネルギーＥを点火プラグの放電時間で除した物理量である点火エネルギー密度Ｑ（Ｗ）との間に、
３Ｄ２２＋０．２Ｄ２＋１６（Ｗ）≦Ｑ＜０．６８Ｄ１２＋０．４Ｄ１＋３２．８（Ｗ）
の関係があることを特徴としている。
上述した、請求項１に記載の発明によれば、接地電極径ΦＤが０．４ｍｍ以上２．３ｍｍ以下であり、接地電極突出し長さｈ（ｍｍ）が、点火プラグに投入される点火エネルギーＥ（ｍＪ）との間に下記式の関係がある。
【００３８】
０．３（ｍｍ）≦ｈ≦０．０１６Ｅ2−０．５６Ｅ＋５．２（ｍｍ）
（８．５（ｍＪ）≦Ｅ≦１７（ｍＪ））
８．５（ｍＪ）≦Ｅのため着火性が確保でき、またＥ≦１７（ｍＪ）のため、従来の一般的な点火プラグ以下の点火エネルギーとすることができて点火エネルギーを節約することができる。
【００３９】
さらに、０．３（ｍｍ）≦ｈのため、火炎核の成長が電極の基部で阻害されることなく、着火性が確保でき、しかも、ｈ≦０．０１６Ｅ2−０．５６Ｅ＋５．２（ｍｍ）という接地電極突出し長さにしているので接地電極の先端が適度に冷却され消耗を低減することができる。したがって着火性を確保しつつ、従来にない低い点火エネルギーにできるとともに、そのような点火エネルギーが接地電極の冷却性を阻害せず、磨耗を低減できる点火プラグを得ることができる。
さらに、中心電極の突出部径Ｄ１、接地電極の突出部径Ｄ２が共に、Φ２．３ｍｍ以下であり、点火エネルギ密度Ｑ（Ｗ）との間に以下式の関係がある。
３Ｄ２2＋０．２Ｄ２＋１６（Ｗ）≦Ｑ＜０．６８Ｄ１2＋０．４Ｄ１＋３２．８（Ｗ）
よって、両突出電極を有する点火プラグとして着火性を確保しつつ、従来にない省電力ができる。
【００４０】
請求項２に記載の発明によれば、中心電極の一端部および接地電極の突出部がともに断面積４．２ｍｍ2以下で、点火プラグに投入される点火エネルギーの点火エネルギー密度が３２Ｗ未満である。よって省電力化を図ることができる。
【００４１】
請求項３に記載の発明によれば、中心電極の突出部径Ｄ１、接地電極の突出部径Ｄ２が共に、Φ２．３ｍｍ以下であり、点火エネルギＥ（ｍＪ）との間に以下式の関係がある。
【００４２】
１．５Ｄ２2＋０．１Ｄ２＋８（ｍＪ）≦Ｅ＜０．３４Ｄ１2＋０．２Ｄ１＋１６．４（ｍＪ）
よって、両突出電極を有する点火プラグとして着火性を確保しつつ、従来にない省電力ができる。
【００４５】
請求項４に記載の発明によれば、放電ギャップを０．７ｍｍと狭くしても安定した着火性を確保でき、要求電圧を低減した点火プラグを提供することができる。
【００４６】
また、放電ギャップを狭くすることにより要求電圧が低減するため、点火プラグの耐電圧を下げることができ、点火プラグの小型化が可能になる。
【００４７】
請求項５に記載の発明によれば、ネジ部のネジ径をＭ１２以下にまで小型化しても、点火プラグの耐電圧を十分に確保することができる。
【００４８】
請求項６に記載の発明によれば、接地電極の突出部の突出長さを１．５ｍｍ以下にすることにより熱引き性の悪化を抑制でき突出部の耐熱性を確保できて磨耗性を向上できる。
【００４９】
請求項７に記載の発明によれば、接地電極の突出部の突出長さを０．８ｍｍ以下にすることにより熱引き性の悪化をより好ましい程度に抑制できより磨耗性を向上できる。
【００５０】
請求項８に記載の発明のように、中心電極の一端部および接地電極の突出部をともに断面積１ｍｍ2以下としてさらなる細径化を図れば、必要な点火エネルギーを従来の点火プラグよりも大幅に小さくすることができ、好ましい。
【００５１】
請求項９に記載の発明によると、中心電極と接地電極との間に電圧を印加するための点火コイルを有する点火電源とを備え点火コイルの直径がΦ２２ｍｍ以下であるので、点火コイルへの要求電圧を低減でき、小径の点火コイルであっても内部の耐電圧を小さくして容易に製造することができる。
【００５２】
請求項１０に記載の発明によると、直流放電で中心電極に正電圧が印加されたり、交流放電させる点火プラグにおいても、直流放電で中心電極に負電圧が印加される放電と同じ要求電圧で放電でき、消耗を抑制することができる。
【００５３】
請求項１１に記載の発明のように、中心電極の一端部および接地電極の突出部をともに断面積１ｍｍ2以下としてさらなる細径化を図れば、必要な点火エネルギーを従来の点火プラグよりも大幅に小さくすることができ、好ましい。
【００５４】
請求項１２に記載の発明のように、接地電極における突出部はＰｔを主成分元素としＩｒ，Ｎｉ、Ｒｈ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｏｓの少なくとも１つが添加された合金であると磨耗が低減するので望ましい。
【００５５】
請求項１３に記載の発明のように、接地電極における突出部はＰｔを主成分元素としＩｒが０以上５０ｗｔ％以下，Ｎｉが０以上４０ｗｔ％以下、Ｒｈが０以上５０ｗｔ％以下，Ｗが０以上３０ｗｔ％以下，Ｐｄが０以上４０ｗｔ％以下，Ｒｕが０以上３０ｗｔ％以下，Ｏｓが０以上２０ｗｔ％以下の少なくとも１つが添加されると磨耗が低減するので望ましい。
【００５６】
請求項１４に記載の発明のように、接地電極における突出部はＩｒを主成分元素としＲｈ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｏｓの少なくとも１つが添加された合金であると磨耗が低減するので望ましい。
【００５７】
請求項１５に記載の発明のように、接地電極における突出部はＩｒを主成分元素としＲｈが０以上５０ｗｔ％以下，Ｐｔが０以上５０ｗｔ％以下，Ｎｉが０以上４０ｗｔ％以下、Ｗが０以上３０ｗｔ％以下，Ｐｄが０以上４０ｗｔ％以下，Ｒｕが０以上３０ｗｔ％以下，Ｏｓが０以上２０ｗｔ％以下の少なくとも１つが添加されると磨耗が低減するので望ましい。
【００５８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る点火プラグＳ１の要部構成を示す図である。図１において、１０は内燃機関としての自動車エンジン（図示せず）に取付可能な取付金具であり、本例では、炭素鋼を用いて冷間鍛造や切削加工等を行うことにより筒状に形成されている。
【００６０】
図１には、取付金具１０の一端部側が示されており、取付金具１０の外周面には、上記エンジンに形成された取付穴にネジ結合するための取付ネジ部１２が形成されている。この取付ネジ部１２のネジ径は、Ｍ１２以下とすることができる。
【００６１】
取付金具１０の内部には、アルミナ等の電気絶縁材料よりなるよりなる絶縁体（絶縁碍子）２０を介して中心電極３０が収納されており、この中心電極３０は、取付金具１０に対して電気的に絶縁されて保持されている。本例では、中心電極３０はプラグの軸方向（取付金具１０の軸方向）に延びる棒状をなし、その一端部３１は取付金具１０の一端部１１から突出し露出している。
【００６２】
中心電極３０の一端部３１は、ニッケル合金等よりなる基部３２に溶接固定された白金合金やイリジウム合金よりなるチップより構成されている。本例では、基部３２は、中心電極３０の一端部３１に向かってテーパ状に細くなっており、中心電極３０の一端部３１は、基部３２からプラグの軸方向に延びる円柱状をなしている。
【００６３】
また、取付金具１０の一端部１１には、接地電極４０が固定されている。接地電極４０は、一端側が取付金具１０の一端部１１に接合され他端側の一面４３が中心電極３０の一端部３１に対向するように延びる基部４２と、基部４２における中心電極３０に対向する一面４３から中心電極３０の一端部３１に対向するように中心電極３１側へ延びる円柱状の突出部４１とより構成されている。
【００６４】
本例では、接地電極４０の基部４２は角柱状をなし、一端部から途中部までが中心電極３０の軸方向（プラグの軸方向）に延びるとともに他端部が中心電極３０の一端部３１に覆いかぶさるように途中部から折れ曲がっている。また、中心電極３０の一端部３１と接地電極４０の突出部４１とは、同軸上にある。
【００６５】
また、本実施形態では、接地電極４０において、基部４２はニッケル合金等よりなり、突出部４１は、基部４２に溶接固定された白金合金やイリジウム合金からなるチップより構成されている。そして、共に円柱状をなす中心電極３０の一端部３１の先端面と接地電極４０の突出部４１の先端面との対向間隔が放電ギャップ５０として形成されている。
【００６６】
また、本実施形態における点火装置を図２に示す。この点火装置は、上記点火プラグＳ１と、点火プラグＳ１における中心電極３０と接地電極４０との間に電圧を印加するための点火電源６０とを備える。点火電源６０は、高電圧を発生するためのスティックタイプの点火コイル（図示せず）を有するものであり、本例では、中心電極３０側に負（−）の電圧を印加するようになっている。
【００６７】
ここで、本実施形態においては、各部の寸法において、以下に述べるような特徴を持たせている。即ち、中心電極３０の一端部３１の直径Ｄ１および接地電極４０の突出部４１の直径Ｄ２は、ともに２．３ｍｍ以下（好ましくは１．１ｍｍ以下）であり、放電ギャップ５０は、好ましくは０．７ｍｍ以下としており、接地電極４０の突出部４１の突出長さＬは、０．３ｍｍ以上としている。また、上記点火コイルの直径は、φ２２ｍｍ以下としている。
【００６８】
これら規定された寸法の根拠は、本発明者等の実験検討結果に基づくものである。次に、その根拠について、限定するものではないが、その検討結果の一例を図３〜図８に示しながら述べる。まず、図３は、電極径と必要な投入される点火エネルギー（必要投入エネルギー）との関係を調べた結果を示す図である。
【００６９】
図３において、比較例は上記図１１に示す従来の一般的な点火プラグ（接地電極４０の放電部の幅１．６ｍｍ、厚さ２．８ｍｍ）であり、実施形態（図１のもの）は中心電極３０の一端部３１と接地電極４０の突出部４１（突出長さＬは０．５ｍｍ）とで直径を等しくしたもの（Ｄ１＝Ｄ２）であり、比較例、実施形態共に、中心電極３０の一端部３１の直径Ｄ１を変えたサンプルを作製した。
【００７０】
そして、各サンプルについてエンジンに取り付け、点火時のエンジンの圧力：０．５ＭＰａ、Ａ／Ｆ（空気と燃料との混合比）：２２、投入する空気の酸素濃度：１８％、点火時の混合気の流速：５ｍ／ｓ、という実用上最も必要投入エネルギーが多くなる運転条件にて、上記必要投入エネルギー及び必要な投入される点火エネルギー密度を求めた。
【００７１】
必要な投入される点火エネルギー密度（必要投入エネルギー密度）は、点火プラグで放電している電流と電圧との積で求められ、必要投入エネルギーは、必要投入エネルギー密度と上記運転条件にて必要な放電時間０．５ｍｓとの積として求められる。
【００７２】
図３には、横軸に中心電極３０の一端部３１の直径Ｄ１（中心電極径、単位：ｍｍ）、左側の縦軸に必要投入エネルギー（単位：ｍＪ）、右側の縦軸に必要投入エネルギー密度（単位：Ｗ）を示している。
【００７３】
従来を示す比較例（黒三角プロット）の点火プラグでは、中心電極３０の一端部３１の直径Ｄ１を可能な限り細くしても、必要投入エネルギーとしては最大で１７ｍＪ、必要投入エネルギー密度としては最大で３２Ｗ、必要であることがわかる。
【００７４】
それに対して、本実施形態（黒丸プロット）では、中心電極３０の一端部３１及び接地電極４０の突出部４１を、ともに直径２．３ｍｍ以下とすれば、電極の冷却エネルギーを低減できるため、必要投入エネルギーは最大でも１７ｍＪ未満にすることができ、必要投入エネルギー密度は最大でも３２Ｗ未満にできることがわかる。
【００７５】
比較例の曲線は比較例の中心電極突出部径Ｄ１に対して
必要投入エネルギーＥ１がＥ１＝０．３４Ｄ１2＋０．２Ｄ１＋１６．４（ｍＪ）であり、
必要投入エネルギー密度Ｑ１では  Ｑ１＝０．６８Ｄ１2＋０．４Ｄ１＋３２．８（Ｗ）である。
【００７６】
また、実施形態の曲線は中心電極突出部径＝接地電極突出部＝Ｄ２に対して
必要投入エネルギーＥ２がＥ２＝１．５Ｄ２2＋０．１Ｄ２＋８（ｍＪ）であり、
投入エネルギー密度Ｑ２は  Ｑ２＝３Ｄ２2＋０．２Ｄ２＋１６（Ｗ）である。
【００７７】
請求項２５、２６は中心電極突出部径（＝接地電極突出部径）に対する必要投入エネルギーをこれらの曲線の間の範囲に設定することを特許請求の範囲としたものである。比較例の投入すべき点火エネルギーより小さい点火エネルギーで着火性が満足できる点火プラグを得ることができる。
【００７８】
よって、本実施形態によれば、点火プラグＳ１の両電極３０、４０の放電部３１、４１の直径Ｄ１、Ｄ２を共に２．３ｍｍ以下に規定することにより、点火エネルギー（点火エネルギー密度）を、従来の点火プラグに必要な１７ｍＪ（３２Ｗ）よりも低くすることができ、点火装置の省電力化を図ることができる。
【００７９】
なお、図３からわかるように、上記直径Ｄ１、Ｄ２を共に１．１ｍｍ以下に規定し、更なる細径化を図れば、必要な点火エネルギー（点火エネルギー密度）を、従来の点火プラグよりも大幅に小さくすることができる。
【００８０】
次に、図４は、放電ギャップ（プラグギャップ）と着火性との関係について検討した結果を示す図である。このとき、着火性の指標としてはリーン限界を用いた。リーン限界とは、失火せずに燃焼が成立するような燃焼変動率ＰｍｉＣＯＶ（平均有効圧の分散／平均値）を満足するための最も燃料が薄いＡ／Ｆのことである。着火性の悪化は、このリーン限界の低下につながる。
【００８１】
図４において、比較例は上記図１１に示す従来の一般的な点火プラグ（接地電極４０の放電部の幅１．６ｍｍ、厚さ２．８ｍｍ）であり、中心電極３０の一端部３１の直径Ｄ１を、０．４ｍｍ、１．１ｍｍ、２．５ｍｍと変えたものについて、それぞれ、放電ギャップを変えたサンプルを作製した。また、実施形態（図１のもの）は、中心電極３０の一端部３１及び接地電極４０の突出部４１（突出長さＬは０．５ｍｍ）の各直径Ｄ１、Ｄ２を共に０．４ｍｍとしたものについて、放電ギャップを変えたサンプルを作製した。
【００８２】
そして、各サンプルについて、４気筒、１８００ｃｃのエンジンに取り付け、燃焼条件（着火条件）の厳しいアイドリング状態（８００ｒｐｍ、水温５０℃）のエンジン条件にて、燃焼変動率ＰｍｉＣＯＶが１５％を満足するようなリーン限界を求めた。
【００８３】
図４には、横軸に放電ギャップ（プラグギャップ、単位：ｍｍ）、縦軸にリーン限界（Ａ／Ｆ）を示している。従来を示す比較例（黒丸プロット）の点火プラグでは、中心電極３０の一端部３１の直径Ｄ１を細くしていっても、１．１ｍｍ以下では、着火性向上の効果は、放電ギャップ０．８ｍｍ以上で差がない。
【００８４】
また、従来のものでは、中心電極３０の一端部３１の細径化の程度に関わらず、放電ギャップを０．８ｍｍよりも小さくしていくと、着火性が低下する。これは、接地電極４０の消炎作用（火炎核成長の阻害作用）の影響が大きいためである。
【００８５】
それに対して、本実施形態（黒三角プロット）では、放電ギャップが０．６ｍｍ以上にて、従来よりも大幅に着火性を向上させることができている。また、必要投入エネルギーも、従来の（４０Ｗ×０．４ｍｓ）から（２０Ｗ×０．４ｍｓ）と小さくなっている。
【００８６】
これは、中心電極３０の一端部３１及び接地電極４０の突出部４１を、ともに細径化することにより、従来よりも、電極の冷却エネルギーを大幅に低減できると共に、接地電極側の消炎作用が大幅に低減され燃焼期間が短縮されたためである。
【００８７】
なお、図４に示す例は、中心電極３０の一端部３１及び接地電極４０の突出部４１の各直径Ｄ１、Ｄ２を共に０．４ｍｍとした例であるが、各直径Ｄ１、Ｄ２が２．３ｍｍ以下の範囲であれば、多少のばらつきはあるものの、図４と同様の傾向を得ることができる。
【００８８】
また、図４に示す結果と合わせて、通常の放電ギャップの製造上の公差（ギャップ幅で０．１ｍｍ程度）を考慮すると、本実施形態においては、放電ギャップを０．７ｍｍ以下（好ましくは０．６ｍｍ以上）と狭くしても、安定した着火性を確保でき、要求電圧を低減した点火プラグを実現することができる。
【００８９】
また、放電ギャップを０．７ｍｍ以下と狭くすることにより、要求電圧が低減するため、点火プラグの耐電圧を下げることができ、点火プラグの小型化が可能となる。そのため、外周面にエンジンとネジ結合するためのネジ部１２が形成されている取付金具１０においては、ネジ部１２のネジ径の小型化が可能となる。
【００９０】
ここで、図５に、本発明者等の検討による放電ギャップ（プラグギャップ）（ｍｍ）と要求電圧（ｋＶ）との関係を示す。図６に、本発明者等の検討によるネジ部１２のネジ径と点火プラグの耐電圧（ｋＶ）との関係を示す。
【００９１】
従来の一般的な点火プラグにおいては、要求電圧（耐電圧）は３２ｋＶ程度であり、上記ネジ径はＭ１４であったが、本実施形態では、放電ギャップ５０の狭小化（０．７ｍｍ）により、要求電圧は２６ｋＶ程度まで低減できるため、ネジ部１２のネジ径をＭ１２以下にまで小型化しても、点火プラグの耐電圧を十分に確保することができる。
【００９２】
また、放電ギャップ５０を０．７ｍｍ以下まで狭くすることで、要求電圧即ちコイル発生電圧を低減できるため、点火装置の点火電源５０における点火コイルの直径を小型化することができる。図７に、本発明者等の検討による点火コイル直径（ｍｍ）とコイル発生電圧（ｋＶ）との関係を示す。これから、点火コイルの直径をφ２２ｍｍ以下（好ましくはφ２０以上）まで小型化することができる。
【００９３】
次に、図８は、本実施形態の点火プラグＳ１について、接地電極４０の突出部４１の突出部長さ（接地電極突出部長さ）Ｌと必要投入エネルギーとの関係を調べた結果を示す図である。図８において、中心電極３０の一端部３１と接地電極４０の突出部４１の各直径Ｄ１、Ｄ２を共に０．４ｍｍとし、放電ギャップ５０を０．６ｍｍ、１．１ｍｍと変えたものについて、接地電極突出部長さＬを変えたサンプルを作製した。
【００９４】
そして、各サンプルについてエンジンに取り付け、点火時のエンジンの圧力：０．５ＭＰａ、Ａ／Ｆ：２２、投入する空気の酸素濃度：１８％、点火時の混合気の流速：１ｍ／ｓ、という運転条件にて、上記の必要投入エネルギーを求めた。
【００９５】
図８には、横軸に接地電極突出部長さＬ（単位：ｍｍ）、縦軸に必要投入エネルギー（単位：ｍＪ）を示している。なお、接地電極突出部長さＬが０のものは、従来の点火プラグに相当するものである。これから、放電ギャップ５０の大きさに関係なく、接地電極突出長さＬが０．３ｍｍ以上であれば、従来に比べて、投入される点火エネルギーを大幅に低減できることがわかる。
【００９６】
これは、火炎核の成長が阻害されないように、火炎核から接地電極４０の基部４２を遠ざけることができるためである。そして、接地電極突出部長さＬを０．３ｍｍ以上とすることにより、冷却エネルギーを低減でき、上述した電極放電部細径化による点火エネルギー低減効果を安定して実現できるとともに、着火性を向上させることができる。
【００９７】
なお、接地電極突出部長さＬが長すぎると、接地電極４０の突出部４１の熱引き性が悪化し、当該突出部４１の耐熱性を確保することが難しくなる可能性がある。そこで、当該突出部４１の耐熱性を確保するためには、接地電極突出長さＬを１．５ｍｍ以下に抑えることが好ましい。ここでこのような両電極が突出部を備える点火プラグの磨耗性について発明者が行った検討結果を図１２および図１３に示す。
【００９８】
図１２は横軸に接地電極の突出部長さ、縦軸に消耗比をとりその関係を表したグラフである。
【００９９】
ここで消耗比とは従来の図１１に示す一般の中心電極のみ突出部を有する点火プラグの消耗量に比較し、本実施形態の点火プラグの消耗量を表した数値である。具体的には従来点火プラグ、本実施形態の点火プラグともに、突出部の径は０．４ｍｍのものを使用した。
【０１００】
また、従来点火プラグの中心電極突出部ならびに本実施形態の点火プラグの中心電極突出部、接地電極突出部はすべて同じ材質（イリジウムに１０％ロジウム添加）のものを使用して比較した。また、消耗量はギャップ長さを測定して算出している。
【０１０１】
試験は２０００ｃｃエンジンでスロットル全開のエンジン回転数５６００ｒｐｍ（一定）を２００時間運転し、この試験での消耗量を本実施形態の点火プラグならびに従来点火プラグでそれぞれ測定した。消耗比は本実施形態の点火プラグの消耗量を、従来点火プラグの消耗量で割って算出したものであり、小さいほど本実施形態の消耗が少なくすなわち寿命が向上することを表している。
【０１０２】
この図において黒三角印を結んだ実線は、４０Ｗの点火エネルギー密度を０．４ｍｓ印加し続けた際の消耗比を、黒丸を結んだ実線は２０Ｗの点火エネルギー密度を０．４ｍｓ印加し続けた際の消耗比をそれぞれ表している。黒丸を結んだ実線は突出部の長さの増加に対し、消耗比は比較的なだらかに増加するのに対して、黒三角印を結んだ実線では突出部の長さが０．５ｍｍをこえたあたりから消耗比が急激に増加している。突出部長さが長いほど冷却されにくいため、与えた点火エネルギーにより突出部先端が高温になり消耗が大きくなる。与える点火エネルギーが小さい黒丸を結んだ実線では、消耗比のカーブは比較的なだらかであるが、与える点火エネルギーが大きい黒三角印を結んだ実線では、突出部長さが長くなるにつれて、熱引き性の悪化が大きくなり、より突出部先端が高温になり消耗が飛躍的に大きくなってしまう。黒丸を結んだ実線より，２０Ｗの点火エネルギー密度を０．４ｍｓ印加する程度であれば、突出部長さを１．６ｍｍ以下であれば従来と同等の消耗比を確保できることがわかる。
【０１０３】
この図１２では、従来と同等の消耗比（消耗比１）とするために各突出部長さに対する点火エネルギーは２０Ｗの点火エネルギー密度を０．４ｍｓ印加し続けた場合と４０Ｗの点火エネルギー密度を０．４ｍｓ印加し続けた場合との間のどこかで得られることがわかる。
【０１０４】
図１３では点火エネルギーを横軸に、突出部長さを縦軸にし、消耗比が１である点火エネルギー、突出部長さの座標を結んだいわば等消耗比線を表したものである。
【０１０５】
この等消耗比線はｈ＝０．０１６Ｅ2−０．５６Ｅ＋５．２で表される。本発明の請求項２３における特許請求の範囲はこの曲線とｈ＝０．３（ｍｍ）で表される横軸に平行な直線とＥ＝８．５（ｍＪ）で表される縦軸に平行な直線とで切り取られる領域である。
【０１０６】
この図では消耗比１の等消耗比線が１本しか示されていないが、この図の右上ほど消耗比が大きくなり、左下の原点に近づくほど消耗比は小さくなる。すなわち、突出部長さが同じであれば、点火エネルギーが小さいほど消耗比は小さくなり、また、点火エネルギーが同じであれば、突出部長さが小さいほど消耗比は小さくなる。
【０１０７】
突出部長さについては、０．３ｍｍ以下であると前述のごとく火炎核が接地電極の基部で阻害されて着火性が悪くなり、また、１．５ｍｍ以上とすると熱引き性が悪化することにより、消耗が大きくなる。また、それを補おうとして点火エネルギーを小さくしようとすると点火エネルギーが小さすぎて着火性が悪くなる。
【０１０８】
点火エネルギーについては、８．５ｍＪ以下であると、着火性が悪くなり、１７ｍＪ以上であると、点火エネルギーが大きくなってしまう。
【０１０９】
以上が、本実施形態における特徴的な寸法規定の根拠、および、この寸法規定による作用効果である。
【０１１０】
また、本実施形態では、上記した様な種々の効果を有する点火プラグＳ１と、この点火プラグＳ１における両電極３０、４０の間に電圧を印加するための点火電源６０とを備える点火装置が提供されるが、この点火装置においても、上記した様な種々の効果が発揮され、省電力化が図られた点火装置を実現することができる。
【０１１１】
ところで、上記図２に示す点火装置においては、点火プラグＳ１における中心電極３０の一端部３１と接地電極４０の突出部４１とを、共に直径２．３ｍｍ以下の細径化した円柱形状とし、且つ白金合金またはイリジウム合金等の貴金属よりなるものとしている。そして、中心電極３０側が−となるように、電圧を印加する。
【０１１２】
ここにおいて、本実施形態では、点火電源６０によって、中心電極３０側が＋となるように、電圧を印加してもよい。この場合、交流電圧を印加する場合も勿論含まれる。そして、この場合、接地電極４０の突出部４１は白金（Ｐｔ）合金またはイリジウム（Ｉｒ）合金より構成することが好ましい。
【０１１３】
中心電極３０側が＋となるように電圧を印加すると、放電時には、中心電極３０の一端部３１には電子が、接地電極４０の突出部４１には正イオンが衝突する。ここで、正イオンは電子に比べ質量が高いため、正イオンが衝突する接地電極４０の突出部４１の方が中心電極３０の一端部３１よりも消耗しやすくなる。しかし、接地電極４０の突出部４１を、耐熱、耐磨耗性に優れたＰｔ合金またはＩｒ合金より構成すれば、消耗を抑えることができる。
【０１１４】
（他の実施形態）
なお、図９（ａ）に示す様に、中心電極３０の一端部３１と接地電極４０の突出部４１とが交差する位置関係でもよい。また、図９（ｂ）に示す様に、中心電極３０の一端部３１の側面に、接地電極４０の突出部４１の先端面が対向していても良い。
【０１１５】
また、消耗性は多少低下する可能性があるが、中心電極３０の一端部３１、接地電極４０の突出部４１は、それぞれ、上記した貴金属以外にも、各々の基部３２、４２と同一の材料（Ｎｉ合金等）よりなるものでも良い。この場合、上記一端部３１および突出部４１の形成は、基部の一部の切削加工や、細径部の溶接等にて実現可能である。
【０１１６】
また、上記実施形態において、中心電極３０の一端部３１及び接地電極４０の突出部４１は、ともに円柱状でなくとも、どちらか一方または両方が角柱、段付柱状等、任意の柱状でも良い。各種柱形状の例を、図１０に示す。
【０１１７】
図１０において、（ａ）は角柱形状、（ｂ）は段付柱状、（ｃ）は軸と直交する方向の断面積がテーパ状に変化する柱形状、（ｄ）は中空柱状、（ｅ）は（ｄ）の軸と直交する方向の断面を示す図、（ｆ）は側面に溝が付いた溝付き柱状、（ｇ）は（ｆ）の軸と直交する方向の断面を示す図である。
【０１１８】
これら図１０に示す各種の柱形状において、軸に直交する方向の全ての断面の面積が４．２ｍｍ2以下である。つまり、軸に直角方向のどの断面を見ても、断面の面積が４．２ｍｍ2以下となっているものである。なお、このことは、図１０（ｅ）、（ｇ）においては、それぞれ、中空部、溝部を除いた部分の断面積が４．２ｍｍ2以下となっていることである。
【０１１９】
それにより、円柱状のものにおいて直径２．３ｍｍ以下に細径化した場合と同様の効果を得ることができる。また、上記断面積を１ｍｍ2以下とすることで、円柱状のものにおいて直径が１．１ｍｍ以下である場合と同様の効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る点火プラグの要部構成図である。
【図２】図１に示す点火プラグを用いた点火装置を模式的に示す図である。
【図３】電極径と必要投入エネルギーとの関係を示す図である。
【図４】プラグギャップとリーン限界との関係を示す図である。
【図５】プラグギャップと要求電圧との関係を示す図である。
【図６】取付金具のネジ部のネジ径と点火プラグの耐電圧との関係を示す図である。
【図７】点火コイル直径とコイル発生電圧との関係を示す図である。
【図８】接地電極突出長さと必要投入エネルギーとの関係を示す図である。
【図９】中心電極と接地電極との対向部の配置関係における変形例を示す図である。
【図１０】中心電極の一端部および接地電極の突出部の各種柱形状を示す図である。
【図１１】従来の一般的な点火プラグの要部構成図である。
【図１２】接地電極の突出部長さと消耗比との関係を表したグラフである。
【図１３】点火エネルギーを横軸に、突出部長さを縦軸にし、消耗比が１である点火エネルギー、突出部長さの座標を結んだ等消耗比線を表したグラフである。
【符号の説明】
１０…取付金具、
１１…取付金具の一端部、
１２…取付ネジ部、
３０…中心電極、
３１…中心電極の一端部、
４０…接地電極、
４１…接地電極の突出部、
４３…接地電極における中心電極に対向する一面、
５０…放電ギャップ（プラグギャップ）、
６０…点火電源、
Ｌ…接地電極における突出部の突出長さ。
【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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