(57)【要約】【課題】着火性を向上させると共に放電電圧の上昇を抑制し、且つ中心電極の消耗を低減化することができるスパークプラグを提供する。【解決手段】中心電極１３の先端部１３ａには、中心電極１３の前記中心軸Ｏに対し垂直に交差する仮想面Ｐに対して傾斜する傾斜面２１が中心電極１３の先端部１３ａの全体にわたって設けられ、且つこの傾斜面２１の、中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向で最も外方に位置する頂点２２が、中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視で、接地電極１４側を向いており、そして中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視で、中心電極１３の先端部１３ａの位置と接地電極１４の他端部１４ｂの位置とがずれるように中心電極１３と接地電極１４とが設けられている。【選択図】図２
2009272044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の主体金具と、
当該主体金具に保持され、当該主体金具の先端部から先端部が露出された絶縁体と、
当該絶縁体の前記先端部から先端部が露出されるように当該絶縁体内に配置された柱状の中心電極と、
前記主体金具に一端側が電気的に接続され、且つ他端部が当該一端側から前記中心電極の中心軸に向かうように延出形成された柱状の接地電極と、
を備えて、所定の火花放電ギャップが前記中心電極の前記先端部と前記接地電極の前記他端部との間に形成されたスパークプラグであって、
前記中心電極の前記先端部には、前記中心電極の前記中心軸に対し垂直に交差する仮想面に対して傾斜する傾斜面が当該中心電極の当該先端部の全体にわたって設けられ、且つ当該傾斜面の、前記中心電極の前記中心軸の軸方向で最も先端側に位置する頂部が、前記中心電極の前記中心軸の軸方向平面視で、前記接地電極側を向いており、
前記中心電極の前記中心軸の軸方向平面視で、前記中心電極の前記頂部の位置と前記接地電極の前記他端部の位置とがずれるように、前記中心電極と前記接地電極とが設けられていること
を特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記中心電極の前記中心軸の軸方向平面視における、前記中心電極の前記先端部と前記接地電極の他端部との間の隙間寸法が、０．０ｍｍから０．１ｍｍまでの範囲に設定されていること
を特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記傾斜面と前記仮想面とのなす角度が、１０°以上且つ２５°以下の範囲に設定されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記中心電極は、円柱状に形成されており、そして
前記中心電極の前記中心軸の軸方向平面視における、前記中心電極の前記中心軸と前記頂部とを結ぶ仮想線と、前記中心電極の前記中心軸と前記接地電極の、前記中心電極に対する径方向中心位置とを結ぶ仮想線と、のなす角度が、３０°以下の範囲に設定されていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパークプラグに関し、より詳細には、中心電極の先端部の形状、及びこの中心電極と接地電極との、この中心電極の中心軸の軸方向平面視における配置関係を工夫することにより着火性が改善された、内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスパークプラグは、筒状の主体金具と、この主体金具に嵌め込まれた筒状の絶縁体と、この絶縁体内に配置された円柱状の中心電極と、がそれぞれ軸で略同心円状となるように配置されている。また、柱状の接地電極が、その中間部で曲げられて略Ｌ字形状に形成され、且つ主体金具の先端部にその一端部が結合されると共にその他端部が中心電極の先端部に対向配置されている構造を有している。そして、このとき、所定の火花放電ギャップが中心電極の先端部と接地電極の他端部との間に形成されている。
【０００３】
このような構造のスパークプラグは、例えばエンジン等の内燃機関のシリンダヘッド等に取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源として使用される。このとき、スパークプラグにより混合気を効率よく燃焼させるためには、火花放電により混合気に確実に着火させると共に、着火した火炎核から混合気に火炎を速やかに伝播させることが重要となる。しかしながら、従来のスパークプラグは、中心電極の上方及び側方のごく近傍に接地電極が存在するため、接地電極が混合気の流れや火炎伝播に対する妨げとなりやすく、また接地電極により熱が奪われて、着火性を低下させてしまう嫌いがあった。
【０００４】
そこで、このような問題に対処するため、中心電極と接地電極の火花放電部に貴金属耐消耗部を固着すると共に、中心電極の先端部に対する接地電極の他端部の位置を、中心電極の中心軸に対し斜め方向になるように離間配置して、着火性の改善と、電極の消耗を抑制するようにしたスパークプラグが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、この特許文献１のスパークプラグは、中心電極に固着される貴金属耐消耗部の大きさを、その半径と長さとの相対関係が規定された円柱状部材とすることにより、温度上昇を軽減して貴金属耐消耗部の消耗を効果的に抑制したとされている。さらに、中心電極と接地電極の貴金属部材が、中心電極の中心軸の軸方向平面視で重ならないように配置して、接地電極の耐熱性・強度の向上と、着火性の向上との両立を図ったスパークプラグも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５５１４２号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、環境汚染に対する関心の高まりから燃費向上に対する強い要求があり、Ａ／Ｆ（Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ：空燃比）が高い混合気に確実に着火することができる、着火性の優れたスパークプラグが要望されている。着火性向上の観点からは、接地電極と中心電極との隙間寸法（中心電極の中心軸の軸方向平面視で、接地電極の先端部と中心電極の他端部との隙間寸法）が大きくなるように設定した方が、着火した火炎の伝播の障害が少なくなるので好ましいことが分かっている。その一方、隙間寸法をより大きくなるように設定してしまうと、火花放電ギャップが実質的に大きくなってしまって、放電電圧が上昇してしまう嫌いがある。
【０００７】
特許文献１に記載のスパークプラグは、中心電極に固着された貴金属耐消耗部が円柱状に形成されているので、火花放電によって生じた火炎核が、接地電極から離間する方向に伝播する際、この貴金属耐消耗部の上平面が火炎核の伝播を阻害してしまう可能性がある。加えて、火花放電ギャップが大きくなることによる放電電圧上昇の問題に関しては考慮されておらず、着火性向上の観点からの更なる改善の余地があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載のスパークプラグは、接地電極と貴金属部材との溶融部が放電により消耗し、貴金属部材が接地電極から脱落することを防止するようにしたものであり、本発明の技術的思想とは異にするものであり、特許文献１に記載のスパークプラグと同様に、着火性向上の観点からの更なる改善の余地があった。
【０００９】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、中心電極の先端部の形状、及びこの中心電極と接地電極との、この中心電極の中心軸の軸方向平面視における配置関係を工夫することにより、着火性を向上させると共に放電電圧の上昇を抑制し、且つ中心電極の消耗を低減化することができるスパークプラグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の前述した目的は、下記の構成により達成される。
（１）  筒状の主体金具と、
当該主体金具に保持され、当該主体金具の先端部から先端部が露出された絶縁体と、
当該絶縁体の前記先端部から先端部が露出されるように当該絶縁体内に配置された柱状の中心電極と、
前記主体金具に一端側が電気的に接続され、且つ他端部が当該一端側から前記中心電極の中心軸に向かうように延出形成された柱状の接地電極と、
を備えて、所定の火花放電ギャップが前記中心電極の前記先端部と前記接地電極の前記他端部との間に形成されたスパークプラグであって、
前記中心電極の前記先端部には、前記中心電極の前記中心軸に対し垂直に交差する仮想面に対して傾斜する傾斜面が当該中心電極の当該先端部の全体にわたって設けられ、且つ当該傾斜面の、前記中心電極の前記中心軸の軸方向で最も先端側に位置する頂部が、前記中心電極の前記中心軸の軸方向平面視で、前記接地電極側を向いており、
前記中心電極の前記中心軸の軸方向平面視で、前記中心電極の前記頂部の位置と前記接地電極の前記他端部の位置とがずれるように、前記中心電極と前記接地電極とが設けられていること
を特徴とするスパークプラグ。
（２）  前記中心電極の前記中心軸の軸方向平面視における、前記中心電極の前記先端部と前記接地電極の他端部との間の隙間寸法が、０．０ｍｍから０．１ｍｍまでの範囲に設定されていること
を特徴とする上記（１）のスパークプラグ。
（３）  前記傾斜面と前記仮想面とのなす角度が、１０°以上且つ２５°以下の範囲に設定されていること
を特徴とする上記（１）又は（２）のスパークプラグ。
（４）  前記中心電極は、円柱状に形成されており、そして
前記中心電極の前記中心軸の軸方向平面視における、前記中心電極の前記中心軸と前記頂部とを結ぶ仮想線と、前記中心電極の前記中心軸と前記接地電極の、前記中心電極に対する径方向中心位置とを結ぶ仮想線と、のなす角度が、３０°以下の範囲に設定されていること
を特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１つのスパークプラグ。
【００１１】
上記（１）の構成によれば、中心電極の先端部に傾斜面が設けられ、この傾斜面の頂部が接地電極側を向いており、且つ中心電極の頂部の位置と接地電極の他端部の位置とがずれている（重ならない）ので、その傾斜面が向く側には、大きな開放空間が形成されることになる。これにより、火花放電ギャップでの火花放電により生じた火炎核が接地電極から離間する方向に伝播する際、中心電極及び接地電極による火炎核の伝播の阻害を抑制することができる。したがって、空燃費の高い混合気でも確実に燃焼させることができ、スパークプラグの着火性を高めることができる。なお、中心電極が円柱状とされる場合、その直径が太いと、中心電極自身が火炎核拡大の障害となり易いので、中心電極の直径が、１．５ｍｍ以上の比較的太い径の場合、前述の効果は顕著化することがわかっている。さらに、接地電極の長さを短くすることができ、エンジン等の内燃機関の振動に起因した、接地電極、特に主体金具に固着される接地電極の基端部（一端部）にかかる応力を小さくして、接地電極の破損を防ぐことができる。加えて、この接地電極の短長化に伴う接地電極の受熱面積の減少化や熱伝導距離の短縮化により、接地電極の温度上昇が抑制され、これによりスパークプラグの耐久性を高めることができる。
上記（２）の構成によれば、中心電極の先端部と接地電極の他端部との間の隙間寸法が、０．０ｍｍから０．１ｍｍまでの範囲に設定されているので、良好な着火性を維持しながら、放電電圧の上昇を抑制して電極の消耗を低減し、スパークプラグの耐久性を高めることができる。
上記（３）のによれば、中心電極の先端部の傾斜面と、中心電極の中心軸に対し垂直に交差する仮想面と、のなす角度が、１０°以上且つ２５°以下の範囲に設定されているので、中心電極の消耗を抑制して、スパークプラグの長寿命化、且つ着火性の向上を図ることができる。
上記（４）の構成のスパークプラグによれば、中心電極が円柱状に形成され、中心電極の中心軸の軸方向平面視における、中心電極の中心軸と頂部とを結ぶ仮想線と、中心電極の中心軸と接地電極の、中心電極に対する径方向中心位置とを結ぶ仮想線と、のなす角度が、３０°以下の範囲に設定されているので、火花放電ギャップを短くすることができて、低い放電電圧で火花放電させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中心電極の先端部の形状、及びこの中心電極と接地電極との、この中心電極の中心軸の軸方向平面視における配置関係を工夫することにより、着火性を向上させると共に放電電圧の上昇を抑制し、且つ中心電極の消耗を低減化することができるスパークプラグを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るスパークプラグの好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明のスパークプラグの断面図である。図２は図１におけるスパークプラグの要部拡大図である。図３は図２におけるIII矢視側面図である。なお、図４は本発明の頂部位置角度（後述）を説明するための中心軸の軸方向平面視の平面図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明に係るスパークプラグ１００は、筒状に形成された主体金具１１と、軸方向に形成された貫通孔１６が内部に形成されていると共に，この主体金具１１に嵌め込まれて保持され、主体金具１１の先端部１１ａから先端部１２ａが露出された絶縁体１２と、この絶縁体１２の先端部１２ａから先端部１３ａが露出されるように絶縁体１２の貫通孔１６の一端部に挿入・配置された中心電極１３と、主体金具１１の先端部１１ａに一端側（基端部）１４ａが溶接により結合されて電気的に接続され、且つ中間部１４ｃが曲げられて他端部１３ｂが基端部１４ａから中心電極１３の中心軸Ｏに向かうように延出形成された接地電極１４と、を主に備えて構成されている。
なお、以下の説明において、中心電極１３の中心軸Ｏの軸線方向において中心電極１３が配置される側を前方側、これと反対側（端子金具が配置される側）を後方側として説明する。
【００１５】
主体金具１１は炭素鋼等で形成されており、主体金具１１の外周面には、例えばエンジン等の内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられるための取付け用の雄ねじ１５が周方向にわたって形成されている。そして、絶縁体１２はアルミナ等のセラミックス焼成体から形成されており、この絶縁体１２の貫通孔１６の後方側（図中上方）の端部に端子金具１７が、その先端部１７ａが露出された状態で挿入・固定されており、前方側（図中下方）の端部に中心電極１３がその先端部１３ａが露出された状態で挿入・固定されている。
【００１６】
また、貫通孔１６内において端子金具１７と中心電極１３との中間部には、抵抗体１８が配置されており、そしてこの抵抗体１８の軸方向両端部には、導電性ガラスシール層１９，２０が配置されている。即ち、この抵抗体１８及び導電性ガラスシール層１９，２０を介して中心電極１３と端子金具１７とは電気的に接続されていることになる。これら導電性ガラスシール層１９，２０及び抵抗体１８は、導電性結合層を形成するものである。
なお、抵抗体１８を省略して、端子金具１７と中心電極１３とを単一の導電性ガラスシール層で接合するようにしてもよい。また、抵抗体１８を設ける場合には、中心電極１３との間の導電性ガラスシール層１９を省略することもできる。
【００１７】
中心電極１３は、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ：商標名）等の耐熱性及び耐食性に優れたＮｉ合金により円柱状に構成されており、また、この中心電極１３の先端部１３ａには、イリジウムを主成分として５質量％の白金を含有する合金（Ｉｒ−５Ｐｔ）からなる円柱状の貴金属チップ１３´がレーザ溶接などにより固着され、配設されている。
なお、本実施形態においては、貴金属チップ１３´を含めて中心電極１３と呼称するものとする。また、本実施形態においては、貴金属チップ１３´を設けた構成として説明するが、特に設けなくてもよく、また、その設け方も絶縁体１２の内部で溶接部分が位置するように設けてもよく、本発明の範囲を逸脱しない限り種々の態様を含めることができる。
【００１８】
接地電極１４は、耐熱性及び耐食性に優れたＮｉ合金により角柱状に形成されており、その他端部１４ｂに、例えば、白金を主成分として２０質量％のロジウムを含有する合金（Ｐｔ−２０Ｒｈ）からなる貴金属チップをレーザ溶接又は抵抗溶接などにより固着してもよい。
【００１９】
このような中心電極１３と接地電極１４との配置関係により、中心電極１３の先端部１３ａと接地電極１４の他端部１４ｂとの間には、火花放電ギャップｇが形成されることになる。この火花放電ギャップｇの距離Ｄ（中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向距離）は、例えば略０．９ｍｍ程度として設定されるとよい。そして、この状態で接地電極１４と中心電極１３との間に高電圧が印加されることにより、火花放電ギャップｇに火花放電させて、本発明に係るスパークプラグ１００がエンジン等の内燃機関の着火源として機能することになる。
【００２０】
さらに、中心電極１３の先端部１３ａには、図２及び図３に示すように、中心電極１３の中心軸Ｏに対し垂直に交差する仮想面Ｐに対して傾斜する傾斜面２１が、この中心電極１３の先端部１３ａの全体にわたって設けられている。そして、この傾斜面２１の、中心電極１３の、中心軸Ｏの軸方向で最も外方（即ち、中心電極１３の最も先端側）に位置することになる頂点（頂部）２２が、中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視で、接地電極１４側を向くように設定されている。
なお、このとき、この傾斜面２２と仮想面Ｐとのなす角度θ１（以下、傾斜面角度θ１とも言う。）が、１０°以上且つ２５°以下の範囲に設定されている。
そして、本発明では、中心電極１３の頂部２２の位置と接地電極１４の他端部１４ｂの位置とが中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視で、ずれている、即ち重ならないように、中心電極１３と接地電極１４とが設けられている。なお、本実施形態では、請求項でいう「頂部」が頂点２２として点となっているが、これに限らずある一定の範囲を占める部分である場合にも同様に、接地電極１４の他端部１４ｂのある一定の範囲を占める部分に対して、ずれている、即ち中心軸Ｏの軸方向平面視で、重なる部分がないように設ければよい。
【００２１】
また、中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視で、中心電極１３の先端部１３ａ（即ち、頂部２２）と接地電極１４の他端部１４ｂとが、ずれるように、中心電極１３と接地電極１４とがそれぞれ配設されている。このとき、中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視における、中心電極１３の先端部１３ａと接地電極１４の他端部１４ｂとの間の隙間寸法（以下、径方向電極隙間とも言う。）Ｃは、０．０ｍｍから０．１ｍｍまでの範囲に設定されている。
【００２２】
さらに、本発明によれば、図４の例に示すように、中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視における、中心電極１３の中心軸Ｏと頂点２２とを結ぶ仮想線３１と、中心電極１３の中心軸Ｏと接地電極１４の径方向（中心電極１３の径方向）中心位置とを結ぶ仮想線３０と、のなす角度θ２（以下、頂点位置角度θ２とも言う。）が、３０°以下の範囲に設定されている。換言すれば、中心電極１３の中心軸Ｏを中心とした左回りを正（プラス）とすると、中心電極１３の頂点２２は、仮想線３０から±３０°の範囲内にあり、接地電極１４に近接した位置に配置され、接地電極１４側を向くことになる。
なお、本実施形態では、図３から明らかにように、この頂点位置角度θ２が０°とされている。
【００２３】
以上説明したように、本発明のスパークプラグ１００によれば、中心電極１３の先端部１３ａに傾斜面２１が設けられ、この傾斜面２１の頂部２２が接地電極１４側を向いており、且つ中心電極１３の先端部１３ａと接地電極１４の他端部１４ｂとが、ずれている、即ち重なっていないので、その傾斜面２１が向く側には、大きな開放空間が形成されることになる。これにより、火花放電ギャップｇでの火花放電により生じた火炎核が、接地電極１４から離間する方向に伝播する際、中心電極１３及び接地電極１４による火炎核の伝播の阻害を抑制することができる。したがって、空燃費の高い混合気でも確実に燃焼させることができ、スパークプラグ１００の着火性を高めることができる。さらに、接地電極１４の長さを短くすることができ、エンジン等の内燃機関の振動に起因した、接地電極１４、特に主体金具に固着される接地電極１４の基端部１４ａにかかる応力を小さくして、接地電極１４の破損を防ぐことができる。加えて、この接地電極１４の短長化に伴う接地電極１４の受熱面積の減少化や熱伝導距離の短縮化により、接地電極１４の温度上昇が抑制され、これによりスパークプラグ１００の耐久性を高めることができる。
【００２４】
（実施例）
次に、前述したスパークプラグ１００の傾斜面角度θ１、頂点位置角度θ２、径方向電極隙間Ｃそれぞれの数値範囲について、評価試験結果を示す図面を参照しながら、さらに詳細に説明する。
【００２５】
＜径方向電極隙間Ｃについて＞
まず、径方向電極Ｃの数値範囲について評価試験を行った。この評価試験の結果を図５、図６、及び図７に示す。
なお、この評価試験用スパークプラグとして、中心電極１３の直径Ｄ＝２．７ｍｍ、傾斜面角度θ１＝１５°、火花放電ギャップｇ＝０．９ｍｍ、頂点位置角度θ２＝０°として一定にし、このとき径方向電極隙間Ｃ（かぶり量ａ）を−０．６ｍｍから０．６ｍｍまで変化させたスパークプラグを複数製作した。
図５は、この評価試験用スパークプラグを排気量２０００ｃｃ、直列４気筒、ＤＯＨＣのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数２０００ｒｐｍにおいてＡ／Ｆ（Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ：空燃比）を徐々に増やしながら運転して、失火となったときの限界Ａ／Ｆとかぶり量ａとの関係を示すグラフである。
図６はこのときの放電電圧とかぶり量ａとの関係を示すグラフである。
図７はかぶり量が１ｍｍ（径方向電極隙間Ｃ＝−１ｍｍ）及び−１ｍｍ（径方向電極隙間Ｃ＝１ｍｍ）の接地電極に作用する応力を比較するグラフである。
【００２６】
ここで、図５及び図６では、中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視において、中心電極１３と接地電極１４が重なっている状態から隙間がある状態までを表記するため、横軸にかぶり量ａをとって示した。つまり、かぶり量ａがマイナスの領域は径方向電極隙間Ｃがある状態であり、かぶり量ａがプラスの領域は中心電極１３と接地電極１４とが重なっている状態を示している（即ち、径方向電極隙間Ｃ＝−かぶり量ａの関係である。）。
【００２７】
図５に示すように、かぶり量ａが０より小さいと（マイナス側）、高いＡ／Ｆでも着火するものの（着火性良好）、かぶり量ａが０より大きくなると（プラス側）、着火性が悪くなる傾向にある。これは、かぶり量ａがマイナス、即ち、径方向電極隙間Ｃを設けることにより、火花放電で生じた火炎核の拡大が接地電極１４により阻害され難くなることによる。また、このとき、中心電極１３には傾斜面２１が設けられており且つこの傾斜面２１の頂点２２が接地電極１４側を向いているので、火炎核の広がりが中心電極１３により妨げられることがなく、これによっても着火性が高まっている。
【００２８】
一方、図６に示すように、かぶり量ａが−０．１ｍｍより小さくなると（即ち径方向電極隙間Ｃが０．１ｍｍ以上）、中心電極１３と接地電極１４の放電点の離間距離が大きくなって、放電電圧が急激に上昇する現象が見られる。この放電電圧の上昇は、電極の消耗の要因ともなるため好ましくない。
【００２９】
したがって、図５及び図６の評価試験結果から、かぶり量ａを−０．１ｍｍから０．０ｍｍまでの範囲、即ち、径方向電極隙間Ｃを０．０ｍｍから０．１ｍｍまでの範囲に設定するとよいことがわかり、この場合には、良好な着火性を維持しながら、放電電圧の上昇を抑制して電極の消耗を低減し、スパークプラグの耐久性を高めることができる。
【００３０】
加えて、径方向電極隙間Ｃを０．０ｍｍから０．１ｍｍまでの範囲に設定することより、接地電極１４の長さを短くすることができ、接地電極１４の先端質量を低減化できると共に接地電極１４の基端部１４ａにかかる負担を低減化することができる。例えば、図７に示すように、接地電極１４に作用する負荷応力が、かぶり量ａが１ｍｍである場合と比較して、かぶり量ａが−１ｍｍの場合には略９０％に低減しており、これにより接地電極１４の短長化によってその負荷応力が低減する傾向にあることがわかる。したがって、径方向電極隙間Ｃを０．０ｍｍから０．１ｍｍまでの範囲に設定することより、エンジン等の内燃機関の振動に起因した、接地電極１４の振動を抑制することができ、接地電極１４の折損に対して有利になることがわかる。
【００３１】
また、接地電極１４は、エンジンの燃焼室内に突出して配置されるので高温になり易く、接地電極１４の過熱は電極の消耗につながるので好ましくない。混合気の燃焼により接地電極１４に受け渡された熱は、接地電極１４、主体金具１１、エンジンブロックへと伝達されて接地電極１４が冷却される。そこで、接地電極１４の長さを短くすると、接地電極１４の総表面積が少なくなるので受熱熱量が低減すると共に、熱伝達経路が短くなるので接地電極１４の熱引きがよくなり、これにより接地電極１４の過熱が防止されて耐久性を高めることもできる。
【００３２】
＜傾斜面角度θ１について＞
次に、傾斜角度θ１の数値範囲について評価試験を行った。この評価試験の結果を図８、及び図９に示す。
なお、この評価試験用スパークプラグとして、中心電極１３の直径Ｄ＝２．７ｍｍ、火花放電ギャップｇ＝０．９ｍｍ、頂点位置角度θ２＝０°、かぶり量ａ＝−０．１ｍｍ（径方向電極隙間Ｃ＝０．１ｍｍ）として一定にし、このとき傾斜面角度θ１を０°〜３５°まで５°単位で変化させたスパークプラグを複数製作した。
また、図８は、この評価試験用スパークプラグを排気量２０００ｃｃ、直列４気筒、ＤＯＨＣのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数２０００ｒｐｍで運転したときの傾斜面角度θ１と限界Ａ／Ｆの関係を示すグラフである。
図９はエンジン回転数５０００ｒｐｍで２００時間運転後における、θ２＝９０°の消耗量を基準とした中心電極１３の消耗率と傾斜面角度θ１との関係を示すグラフである。なお、ここで言う消耗率は、中心電極１３の高さＨを測定して評価した。
また、傾斜面角度θ１の測定については、中心電極１３の中心軸Ｏと頂点２２を含む断面でこの頂点２２における頂点角度（内角）をθ３としたとき、θ１＋θ３＝９０°の関係式が成り立つので、この頂点角度θ３を計測し、この計測値に基づきθ１＝９０°−θ３として傾斜面角度θ１を求めた。なお、θ１の測定方法は、これに限られることなく、いかなる方法を用いてもよい。
【００３３】
図８に示すように、傾斜面角度θ１が、１０°を境にしてＡ／Ｆが急激に改善されていることがわかる。これは、中心電極１３が火炎核拡大の障害になり難くなって、着火性が向上することによる。また、図９に示すように、傾斜面角度θ１が小さくなるにしたがって中心電極１３の先端部１３ａが先細りになるので、中心電極１３の消耗率が大きくなり、特にθ１が２５°以下で消耗率が急速に増大することがわかる。
【００３４】
したがって、図８及び図９の評価試験結果から、傾斜面角度θ１が、１０°以上且つ２５°以下（１０°≦θ１≦２５°）に設定するとよいことがわかり、この場合には、中心電極の消耗を抑制して、スパークプラグの長寿命化、且つ着火性の向上を図ることができる。
【００３５】
＜頂点位置角度θ２について＞
さらに、頂点位置角度θ２の数値範囲について評価試験を行った。この評価試験を図１０に示す。
なお、この評価試験用スパークプラグとして、中心電極１３の直径Ｄ＝２．７ｍｍ，傾斜面角度θ１＝１５°、火花放電ギャップｇ＝０．９ｍｍ，半径方向電極隙間Ｃ＝０．１ｍｍとして一定にし、頂点位置角度θ２を０°〜６０°まで１０°単位で変化させたスパークプラグを複数製作した。
図１０は、スパークプラグを排気量２０００ｃｃ、直列４気筒、ＤＯＨＣのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数７５０ｒｐｍで運転したときの放電電圧と頂点位置角度θ２との関係を示すグラフである。
【００３６】
図１０に示すように、頂点位置角度θ２が４０°以上になると、放電電圧の急激な上昇が見られる。これは、頂点位置角度θ２が大きくなると、頂点２２が接地電極１４から離れ、実質的な火花放電ギャップが大きくなることによるものと考えられる。したがって、図１０の試験結果から、頂点位置角度θ２を３０°以下の範囲内に設定するとよいことがわかり、この場合には、火花放電ギャップｇを短くすることができて、低い放電電圧で火花放電させることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態のスパークプラグ１００によれば、傾斜面角度θ１、頂点位置角度θ２、径方向電極隙間Ｃそれぞれの数値範囲を最適化することにより、着火性を向上させると共に、放電電圧の上昇を抑制して中心電極１３の消耗を低減させ、スパークプラグ１００の耐久性を高めることができる。
【００３８】
（変形例）
次に、前述した実施形態のスパークプラグに係る複数の変形例について、図１１から図１３を参照しながら説明する。図１１から図１３は、それぞれ第１変形例、第２変形例、第３変形例のスパークプラグの要部側面図である。
なお、各変形例のスパークプラグは、接地電極又は中心電極の一部の形態が異なるだけであるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
（第１変形例）
図１１に示す第１の変形例のスパークプラグ１０１は、接地電極１４の幅Ｗが、中心電極１３の直径と比較して狭く形成されている。これにより、火花放電ギャップｇで発生した火炎核の上方への伝播が、接地電極１４により阻害されるおそれを低減化し、着火性の向上を図ることができる。その他の作用及び効果は、前述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４０】
（第２変形例）
図１２に示す第２の変形例のスパークプラグ１０２は、接地電極１４が円柱状に形成されている。これにより、接地電極１４回りの流れが改善されるので、火花放電ギャップｇで発生した火炎核が、円柱状の接地電極１４の側面に沿って容易に上方へ伝播する。このように、火炎核の拡大が接地電極１４によって阻害されることがないので着火性の向上を図ることができる。その他の作用及び効果は、前述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４１】
（第３変形例）
図１３に示す第３の変形例のスパークプラグ１０３においては、中心電極１３の傾斜面２１の頂点２２を含む部分（本変形例では傾斜面２１のうち上半面部を含む部分）を、貴金属チップ４０として固着形成している。この貴金属チップ４０に使用される貴金属としては、イリジウム（Ｉｒ）を主成分として、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ａｌ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ，Ｙ２Ｏ３などの添加物を少なくとも１種含有した合金や、白金（Ｐｔ）を主成分として、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｅなどの添加物を少なくとも１種含有した合金など、耐酸化性が高く、且つ耐火花消耗性の優れた材料が例示される。
【００４２】
ところで、通常、スパークプラグは、中心電極１３に負の高電圧を印加して火花放電させて使用されるので、中心電極１３は火花消耗が大きい。このため、中心電極１３側の貴金属チップ４０としては、耐火花消耗性の高いイリジウム系の合金からなる貴金属チップとするのが好ましい。その他の作用及び効果は、前述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
これにより、放電による中心電極１３（貴金属チップ４０）の消耗が大幅に抑制されて、長期間に亘って安定した放電を行うことができ、長寿命のスパークプラグとすることができる。
【００４４】
（第４実施例）
図１４に示す第４の変形のスパークプラグの中心電極１３の先端部１３ａにおいて、中心電極１３の中心軸Ｏに対し垂直となる端面５１を一部分に有するように、傾斜面５１が部分的に設けられている。このときには、この端面５１とこの傾斜面５１との間に形成される辺の中点が頂部（不図示）とされ、この頂部が、中心電極１３の中心軸Ｏの軸方向平面視で、接地電極１４側を向くように設定されている。その他の作用及び効果は、前述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４５】
なお、本発明は、前述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、前述した実施形態及び変形例では、中心電極が円柱状に形成されるとして説明したが、これに限らず、角状、断面楕円の柱状等、本発明の目的を達成できれば、種々の形状を採用することができる。また、前述した実施形態及び各変形例は、斜面及び端面を平坦面状の面として説明したが、これに限らず、本発明の効果を妨げない程度に例えば曲面状の面とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のスパークプラグの断面図である。
【図２】図１におけるスパークプラグの要部拡大図である。
【図３】図２におけるIII矢視側面図である。
【図４】本発明の頂部位置角度を説明するための中心軸の軸方向平面視の平面図である。
【図５】評価試験用スパークプラグを排気量２０００ｃｃ、直列４気筒、ＤＯＨＣのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数２０００ｒｐｍにおいてＡ／Ｆ（空燃比）を徐々に増やしながら運転し、失火となったときの限界Ａ／Ｆとかぶり量との関係を示すグラフである。
【図６】評価試験用スパークプラグを排気量２０００ｃｃ、直列４気筒、ＤＯＨＣのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数７５０ｒｐｍで運転したときの放電電圧とかぶり量との関係を示すグラフである。
【図７】かぶり量が１ｍｍ及び−１ｍｍ（径方向電極隙間Ｃ＝１ｍｍ）の接地電極に作用する応力を比較するグラフである。
【図８】評価試験用スパークプラグを排気量２０００ｃｃ、直列４気筒、ＤＯＨＣのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数２０００ｒｐｍにおいてＡ／Ｆ（空燃比）を徐々に増やしながら運転し、失火となったときの限界Ａ／Ｆと傾斜面角度θ１との関係を示すグラフである。
【図９】評価試験用スパークプラグを排気量２０００ｃｃ、直列４気筒、ＤＯＨＣのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数５０００ｒｐｍで２００時間運転後における中心電極の消耗率（θ２＝９０°基準）と傾斜面角度θ１との関係を示すグラフである。
【図１０】評価試験用スパークプラグを排気量２０００ｃｃ、直列４気筒、ＤＯＨＣのガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数７５０ｒｐｍで運転したときの放電電圧と頂点位置角度θ２との関係を示すグラフである。
【図１１】第１変形例に係るスパークプラグの要部側面図である。
【図１２】第２変形例に係るスパークプラグの要部側面図である。
【図１３】第３変形例に係るスパークプラグの要部側面図である。
【図１４】第４変形例に係るスパークプラグの要部正面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１      主体金具
１１ａ    主体金具の先端部
１２      絶縁体
１２ａ    絶縁体の先端部
１３      中心電極
１３ａ    中心電極の先端部
１４      接地電極
１４ａ    接地電極の一端側（基端部）
１４ｂ    接地電極の他端部
１６      貫通孔
２１      傾斜面
２２      頂点
２３      接地電極側の側面
２４      接地電極と反対側の側面
２５      接地電極先端
３０      中心電極の中心軸と接地電極の径方向中心位置とを結ぶ仮想線
３１      中心電極の中心軸と頂部とを結ぶ仮想線
１００    スパークプラグ
１０１    スパークプラグ
１０２    スパークプラグ
１０３    スパークプラグ
Ｃ        径方向電極隙間
ｇ        火花放電ギャップ
Ｏ        中心電極の中心軸
θ１      傾斜面角度
θ２      頂点位置角度
【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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