(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極とこれに対向する接地電極とにより火花ギャップを形成する内燃機関のスパークプラグであって，
中心電極と，中心電極の放電端部を先端部より露出させてこれを取り囲み保持する筒状の絶縁碍子と，上記中心電極の放電端部に対向する放電部を有する接地電極とを備えており，
上記接地電極の放電部と対向する絶縁碍子の先端面のみに，上記中心電極に近接または接触する，中心電極の放電端部表面の電位傾度を大きくするための，高耐熱導電材料をリング状に形成すると共に上記中心電極との距離を０．５ｍｍ以下とした導電面が形成されていることを特徴とする内燃機関のスパークプラグ。
【請求項２】
請求項１において，前記中心電極の放電端部または接地電極の放電部の少なくとも一方は，表面に貴金属層を形成してあることを特徴とする内燃機関のスパークプラグ。
【請求項３】
請求項２において，前記貴金属層は，白金，白金合金，イリジウム，またはイリジウム合金であることを特徴とする内燃機関のスパークプラグ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項において，前記導電面は，白金，ロジウム，銀，金，またはパラジウムのいずれか１種類を基材とする高耐熱導電ペーストを塗布したものであることを特徴とする内燃機関のスパークプラグ。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１項において，前記導電面は，ＲｕＯ２，ＡｇＰｄ，またはＡｇＰｔの１種類以上を基材とする高耐熱抵抗体ペーストを塗布したものであることを特徴とする内燃機関のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，内燃機関のスパークプラグに関するものであり，特に要求電圧を低くすることのできるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
内燃機関の性能を向上させるために，圧縮比の増大，リーンバーン化，噴霧燃料の微粒化などが促進され，それに伴ってスパークプラグの要求電圧が上昇してしまうという傾向にある。更に，着火性能の向上のためスパークギャップの拡大が図られており，これも要求電圧を上昇させる一因となっている。
【０００３】
そのため，スパークプラグの要求電圧を低減させる各種の改善方法が提案されている。例えば，特開昭６４−８６４７１号公報には，中心電極と接地電極の間に中間電極を設ける方法が提案されている。
また，特開平３−２２５７８３号公報では，中心電極の先端に凹部を形成する方法が提案されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，要求電圧を低減させる上記改善方法は，以下に述べるような問題点がある。
特開昭６４−８６４７１号公報に提案された方法は，中間電極を設ける構造が複雑であり，コストを大幅に上昇させるという問題がある。
【０００５】
また，特開平３−２２５７８３号公報に提案された方法は，凹部を設けた中心電極の耐消耗性を確保するために，電極に高価な貴金属を用いる必要があり，更にこの貴金属部に凹部を加工する必要があるから，同様にコストを大幅に上昇させるという問題がある。
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり，簡素な構造により要求電圧を低減することの出来る，安価な内燃機関のスパークプラグ提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は，中心電極とこれに対向する接地電極とにより火花ギャップを形成する内燃機関のスパークプラグであって，
中心電極と，中心電極の放電端部を先端部より露出させてこれを取り囲み保持する筒状の絶縁碍子と，上記中心電極の放電端部に対向する放電部を有する接地電極とを備えており，
上記接地電極の放電部と対向する絶縁碍子の先端面のみに，上記中心電極に近接または接触する，中心電極の放電端部表面の電位傾度を大きくするための，高耐熱導電材料をリング状に形成すると共に上記中心電極との距離を０．５ｍｍ以下とした導電面が形成されていることを特徴とする内燃機関のスパークプラグにある。
【０００７】
本発明において最も注目すべきことは，接地電極の放電部と対向する絶縁碍子の先端面に，中心電極に近接または接触する導電面を形成したことである。
中心電極に近接（又は接触，以下同じ）させて，絶縁碍子の先端面に導電面を設けることにより，中心電極の放電端部近傍の電位分布が変化する。そして，詳細を後述するように，上記部位に導電部を設けることにより，放電端部表面の電位傾度（電界強度）が大きくなり，ここから絶縁破壊を生起し，これを端緒にして放電を起こし易くなる（図４参照）。
また，本発明のスパークプラグは，絶縁碍子の先端面に導電面を付加するだけでよく，構造は簡素であり，コストの上昇は僅かである。
【０００８】
なお，中心電極に対する上記導電面の近接の程度は，少なくとも０．５ｍｍ以下とする。
導電面は，中心電極と接触させる方がより放電電圧を低減する効果が大きいが，中心電極と近接させた場合でも導電面は中心電極に印加された電圧により帯電し，距離が近い程中心電極の電位に近くなる。従って，導電面を中心電極に近接させた場合にも放電電圧を低減することが可能である。
しかしながら，導電面を中心電極から０．５ｍｍを超えて離隔すると，十分な放電電圧の低減効果が得にくくなる。
【０００９】
そして，上記導電面には，白金，ロジウム，銀，金，またはパラジウムのいずれか１種類を基材とする高耐熱導電ペーストを塗布したものがあり，また，ＲｕＯ2 ，ＡｇＰｄ，またはＡｇＰｔの１種類以上を基材とする高耐熱抵抗体ペーストを塗布したもの等がある。
【００１０】
また，上記中心電極の放電端部または接地電極の放電部の少なくとも一方には，表面に貴金属層を形成し，これによって放電部の耐久性，長寿命化を図ることが好ましい。
この貴金属層には，白金，白金合金，イリジウム，またはイリジウム合金等を用いたものがある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本例は，図１に示すように，中心電極１０とこれに対向する接地電極２０とにより火花ギャップを形成する内燃機関のスパークプラグ１である。
スパークプラグ１は，図２，図３に示すように，中心電極１０と，中心電極１０の放電端部１１を先端部より露出させてこれを取り囲み保持する絶縁碍子３０と，中心電極１０の放電端部１１に対向する放電部２１を有する接地電極２０とを備えている。
そして，接地電極２０の放電部２１と対向する絶縁碍子３０の先端面には，中心電極１０に接触する導電面３１が形成されている。
【００１２】
導電面３１は，白金，ロジウム，銀，金，またはパラジウムのいずれか１種類を基材とする高耐熱導電ペーストを塗布したもの，またはＲｕＯ2 ，ＡｇＰｄ，またはＡｇＰｔの１種類以上を基材とする高耐熱抵抗体ペーストを塗布したものである。
【００１３】
上記各部について，説明を補足する。
スパークプラグ１は，図１に示すように，金属材料によって造られた円環状のハウジング４１を備え，ハウジング４１の先端寄りの外周部には，内燃機関に装着するためのネジ溝４１１が形成されている。ハウジング４１の内部には，筒形の絶縁碍子３０の先端側がかしめ工程により同軸状に固定されている。
そして，絶縁碍子３０の中空部には，中心電極１０が挿入，固定されている。
【００１４】
中心電極１０は，中心となる内材が銅によって形成され，外側を覆う外材がＮｉ基の合金によって形成された円柱形状をなしており，先端部（放電端部１１）を絶縁碍子３０から露出させて装着されている。
接地電極２０は，ハウジング４１の先端部から一体的に延設されており，Ｎｉ基の合金によって形成され，先端を屈曲させて中心電極１０の放電端部１１に対向する放電部２１を備えている。
【００１５】
また，中心電極１０の先端部を露出させた絶縁碍子３０の先端面には，導電体をコーティングした導電面３１が形成されている。
上記導電面３１は，絶縁碍子３１の先端部に限定することが好ましい。導電面３１を基端側に延長することにより，後述する電極１０，２０間の放電電圧の低減効果を期待することができるが，ハウジング４１との間に火花放電部が移行したり，カーボンの汚損によりハウジング４１との間が電気的に導通するといった不具合が生ずる恐れがあるからである。
また，放電に伴う高温によって導電面３１の酸化や蒸発を抑制するために，導電面３１の表面にアルミナ，ＳｉＣ等の耐熱層を形成してもよい。但し，その耐熱層の厚さは，放電電圧低減効果を低下させないために，１００μｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
次に本例のスパークプラグ１の作用効果について述べる。
図４は，中心電極１０と接地電極２０との間に電圧を印加した場合における，電位分布をコンピュータによる有限要素法（ＦＥＭ）によって解析したものである（曲線は等電位線を示す）。また，図８は，導電面３１を設けない従来のスパークプラグにおける同じ条件での電位分布を示すものである。
両図から直ちに知られるように，図４に示す本例の中心電極１０の表面の電位傾度（電界強度）は，図８に示す従来のものよりも格段と大きくなる。それ故，本例のスパークプラグ１は，中心電極１０の表面から放電を起こしやすくなり，放電電圧を低減することが出来る。
【００１７】
図５は，放電電圧の特性変化に関する具体例を数値で示すものである。
即ち，導電面３１のコーティング材として白金ペーストを用い，ペーストの厚さを５〜１０μｍとし，中心電極１０と接触させて幅１．５ｍｍのリング状の導電面３１を形成する。その後，電気炉で１０００°Ｃで３０分間だけ加熱して導電面３１を形成する。
また，両電極１０，２０の放電ギャップは１．３ｍｍである。
そして，テストは，空気を満たした気密容器にテストピースを収容し，周波数３０Ｈｚの高電圧矩形波を電極１０，２０間に印加し，火花放電を発生させる。この気密容器内に加える加える圧力は，エンジンの動作環境を模擬して，約２ｋｇ／ｃｍ2 から６ｋｇ／ｃｍ2 まで変化させた。
【００１８】
同図において，符号８１は中心電極１０と導電面３１とを接触させた場合を示し，符号８２は中心電極１０と導電面３１との間に０．３ｍｍの間隙を設けた場合を示す。また，符号９１は，導電面３１を設けない従来品を示すものである。
そして，直線８１，８２，９１上の各点は，各テストピースにおいて１０００回放電させた場合の平均値を示すものである。
同図から分かるように，本例のスパークプラグ１（直線８１，８２）は，従来品（直線９１）よりも放電電圧を大幅に低減することができる。
また，本例のスパークプラグ１は，従来のスパークプラグの構造に導電面３１を付加するだけでよく，構造は簡素であり，コストの上昇は僅かである。
上記のように，本例によれば，簡素な構造により要求電圧を低減することの出来る，安価な内燃機関のスパークプラグ１を提供することが出来る。
【００１９】
実施形態例２
本例は，図６に示すように，実施形態例１において，中心電極１０の放電端部１２の表面に貴金属層１３を形成したもう一つの実施形態例である。
これによって，中心電極１０の放電部の耐久性，長寿命化を図ることが出来る。その他については，実施形態例１と同様である。
【００２０】
実施形態例３
本例は，図７に示すように，実施形態例２において，接地電極２０の放電部２１に貴金属層２２を設けたもう一つの実施形態例である。
これによって，接地電極２０の放電部２２の耐久性，長寿命化をも図ることが出来る。その他については，実施形態例２と同様である。
【００２１】
【発明の効果】
上記のように，本発明によれば，簡素な構造により要求電圧を低減することの出来る，安価な内燃機関のスパークプラグ提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１のスパークプラグの半断面図。
【図２】図１の先端要部の拡大斜視図。
【図３】図１の先端要部の拡大図。
【図４】実施形態例１のスパークプラグの接地電極と中心電極の間に電圧を印加した場合における中心電極近傍の電位分布図（コンピュータのＦＥＭ解析による）。
【図５】実施形態例１のスパークプラグにおける放電電圧の変化と従来のスパークプラグの放電電圧の変化とを大気圧力を変えて測定した特性図。
【図６】実施形態例２のスパークプラグの先端要部の拡大斜視図。
【図７】実施形態例３のスパークプラグの先端要部の拡大図。
【図８】従来のスパークプラグの接地電極と中心電極の間に電圧を印加した場合における中心電極近傍の電位分布図（コンピュータのＦＥＭ解析による）。
【符号の説明】
１．．．スパークプラグ，
１０．．．中心電極，
１１．．．放電端部，
２０．．．接地電極，
２１．．．放電部，
３０．．．絶縁碍子，
３１．．．導電面，
【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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