JP2001160475A - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常は気中放電を行い、且つ汚損時には沿面
放電により碍子先端部のカーボンを放電火花により消失
させることで汚損を回復する内燃機関用スパークプラグ
を提供する。 【解決手段】 上記課題を解決するために、中心電極４
の先端面とにより、第１放電ギャップＡを形成する第１
接地電極５と、中心電極４の側面とにより、第２放電ギ
ャップを形成する第２接地電極６及び７とからなり、第
１放電ギャップＡ，絶縁碍子３と第２接地電極６及び７
との最短距離Ｂ，取付金具２の端面から絶縁碍子３の端
面までの軸方向距離Ｃ，絶縁碍子３の端面から中心電極
４の端面までの軸方向距離Ｈ，前記絶縁碍子の端面と前
記第２設置電極の端面の前記取付金具側角部との絶縁碍
子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向距離を
Ｆとした時をそれぞれ所定の数値範囲に設定した内燃機
関用スパークプラグとする。このような構成により、上
記課題を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自己清浄作用を向
上させた内燃機関用スパークプラグに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、環境に対する関心が高まり、層状
燃焼を採用することにより低燃費の内燃機関が、より環
境によい内燃機関ということで注目されてきている。

【０００３】しかしながら、燃焼室内にて層状燃焼を生
じせしめる場合、過濃混合気がスパークプラグ近傍に集
まり、スパークプラグのカーボン汚損の発生が容易にな
される状態となってしまう。そして、このようなカーボ
ン汚損によれば、中心電極を保持する絶縁碍子の表面の
絶縁低下が生じ、しいては中心電極と接地電極との間の
正規の放電ギャップ間での火花放電ではなく、絶縁碍子
と取付金具との間での碍子表面よりハウジング奥部にお
ける火花放電が生じてしまうという問題が生じてしま
う。

【０００４】このような不具合を解消するために、従来
より、火花清浄スパークプラグとして、例えば、実公昭
５３−４１６２９号公報や特開昭４７−１９２３６号公
報が知られている。

【０００５】実公昭５３−４１６２９号公報では、接地
電極を複数設け、第１接地電極と中心電極とにより第１
放電ギャップを形成し、第１接地電極とは異なる第２接
地電極と中心電極により第２放電ギャップを形成してい
る。そして、この公報によれば、通常の火花放電は、第
１放電ギャップにて火花放電させるが、上述のような絶
縁碍子のカーボン汚損時には、第２放電ギャップにて火
花放電させることにより、絶縁碍子を汚損しているカー
ボンを消失させて、放電の奥飛びを抑制し、着火性の低
減を抑制している。

【０００６】さらに、特開昭４７−１９２３６号公報に
おいては、通常の放電ギャップである第１放電ギャップ
と絶縁碍子の汚損時に放電する第２放電ギャップとを有
し、中心電極の端面を絶縁碍子の端面と略同一高さとす
る点を特徴としている。

【０００７】このような構成を採用することにより、第
１放電ギャップにおける放電と第２放電ギャップにおけ
る火花放電とを略同一高さにて生じさせることができ、
どちらのギャップにおける火花放電においても着火性の
変化が少ないという効果を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実公昭
５３−４１６２９号公報では、第２放電ギャップは、取
付金具端部に設置され、第１放電ギャップとは離れてい
るため、第１放電ギャップと第２放電ギャップとに飛火
した場合では、着火性が大きく異なり、特に層状燃焼に
おいては、ドライビリティの不良が発生するという問題
が生じる。

【０００９】さらに飛火位置が絶縁碍子先端面より、絶
縁碍子の付根側に位置するため、チャネリングが発生し
易いという問題が生じる。

【００１０】また、特開昭４７−１９２３６号公報にお
いては、第１放電ギャップと第２放電ギャップとを同じ
高さである内燃機関用スパークプラグとしているので、
中心電極先端と碍子先端面は同じ高さにならざるえな
い。そのため、絶縁碍子先端部の消炎作用により、第１
放電ギャップにおける放電において、着火性が低減する
という問題が生じてしまう。

【００１１】本願発明は、上記問題点を鑑みたものであ
り、通常は気中放電を行い、しかも高い着火性を維持
し、且つ汚損時には、沿面放電により碍子先端部のカー
ボンを放電火花により消失させることで汚損を回復し、
対汚損寿命を大幅に向上した内燃機関用スパークプラグ
を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、本願発明におい
ては、以下のような構成を採用することにより、上記課
題を解決することができることを見出したものである。

【００１３】まず、請求項１の発明においては、中心電
極と、前記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持す
る絶縁碍子と、前記絶縁碍子を保持する取付金具と、一
端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記中
心電極の先端面とにより、第１放電ギャップを形成する
第１接地電極と、一端が前記取付金具に固定されるとと
もに、他端が前記中心電極の側面とにより、第２放電ギ
ャップを形成する第２接地電極とからなり、前記第２接
地電極の先端面が前記絶縁碍子の先端部外径よりも大き
い径の外側に位置しており、前記第１放電ギャップを
Ａ，前記絶縁碍子と前記第２接地電極との最短距離を
Ｂ，前記取付金具の端面から前記絶縁碍子の端面までの
軸方向距離をＣ，前記絶縁碍子の端面から前記中心電極
の端面までの軸方向距離をＨ，前記取付金具の端面から
前記第２接地電極の端面までの軸方向の最短距離をＬ１
とした場合、 ０．７ｍｍ≦Ａ≦１．３ｍｍ ０．３ｍｍ≦Ｂ≦Ａ−０．１ｍｍ １．０ｍｍ≦Ｃ≦４．０ｍｍ ０．５ｍｍ≦Ｈ≦３．０ｍｍ １．０ｍｍ≦Ｌ１≦Ｃ＋０．５ｍｍ である内燃機関用スパークプラグを提供するものであ
る。

【００１４】これら、数値範囲である内燃機関用スパー
クプラグを採用することにより、後述の如く、自己清浄
性が優れるだけでなく、着火性の優れた内燃機関用スパ
ークプラグを提供することができるものである。

【００１５】請求項２において、さらに、前記絶縁碍子
の端面と前記第２接地電極の端面の前記取付金具側角部
との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸
方向距離をＦとした時、 −１．０ｍｍ≦Ｆ≦＋０．５ｍｍ である内燃機関用スパークプラグを提供する。

【００１６】このような数値範囲である内燃機関用スパ
ークプラグを採用することによっても、後述の如く、自
己清浄性が優れるだけでなく、着火性の優れた内燃機関
用スパークプラグを提供することができるものである。

【００１７】次に、請求項３の発明においては、中心電
極と、前記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持す
る絶縁碍子と、前記絶縁碍子を保持する取付金具と、一
端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記中
心電極の先端面とにより、第１放電ギャップを形成する
第１接地電極と、一端が前記取付金具に固定されるとと
もに、他端が前記中心電極の側面とにより、第２放電ギ
ャップを形成する第２接地電極とからなり、前記第２接
地電極の先端面が前記絶縁碍子の先端部外径よりも大き
い径の外側に位置しており、前記第１放電ギャップを
Ａ，前記絶縁碍子と前記第２接地電極との最短距離を
Ｂ，前記取付金具の端面から前記絶縁碍子の端面までの
軸方向距離をＣ，前記絶縁碍子の端面から前記中心電極
の端面までの軸方向距離をＨ，前記絶縁碍子の端面と前
記第２接地電極の端面の前記取付金具側角部との絶縁碍
子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向距離を
Ｆとした時、 ０．７ｍｍ≦Ａ≦１．３ｍｍ ０．３ｍｍ≦Ｂ≦Ａ−０．１ｍｍ １．０ｍｍ≦Ｃ≦４．０ｍｍ ０．５ｍｍ≦Ｈ≦３．０ｍｍ −１．０ｍｍ≦Ｆ≦＋０．５ｍｍ であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。

【００１８】これら、数値範囲である内燃機関用スパー
クプラグを採用することにより、後述の如く、自己清浄
性が優れるだけでなく、着火性の優れた内燃機関用スパ
ークプラグを提供することができるものである。

【００１９】次に、請求項４の発明においては、前記中
心電極は、基部と該基部の径よりも小なる径小部よりな
るとともに、最も前記絶縁碍子の端面に近い絶縁碍子内
に存在する前記径小部の起点が前記絶縁碍子の端面より
も０．１ｍｍ〜０．８ｍｍだけ内側に有する内燃機関用
スパークプラグを提供するものである。

【００２０】このような構成を採用することにより、該
径小部を起点として始まる放電は、前記絶縁碍子端側面
に衝突し、絶縁碍子先端を取り巻くように進展、第２接
地電極に放電する。この時、放電はカーボンに衝突し、
その火花エネルギーによりその部位のカーボンは焼失、
ないしは飛散させることができ、碍子部に付着したカー
ボンを清浄させる作用をさらに容易になすことができる
という特有の作用効果を有するものである。

【００２１】請求項５の発明においては、前記絶縁碍子
の先端部における径方向厚さをＤとした時、 Ｂ＋Ｄ≧Ａ である内燃機関用スパークプラグを提供するものであ
る。

【００２２】このような位置関係とすることにより、通
常は気中放電を行い、しかも高い着火性を維持し、且つ
汚損時には、沿面放電により碍子先端部のカーボンを放
電火花により消失させるという、通常時とカーボン汚損
時の火花放電位置を適切に切り変えることができる。

【００２３】また、請求項６の発明においては、前記絶
縁碍子の先端近傍は、前記絶縁碍子の基部よりも径小で
あるとともに、略同一径を有する細径部を有し、該細径
部の起点から前記第２接地電極の端面までの最短軸方向
長さＥは、 Ｅ≧Ｂ＋０．１ｍｍ である内燃機関用スパークプラグを提供するものであ
る。

【００２４】即ち、第２放電ギャップの絶縁碍子と第２
接地電極との最短距離Ｂは、絶縁碍子の先端部と第２接
地電極との間にて形成されることが、第２放電ギャップ
による放電においても着火性を向上させることができ
る。しかしながら、従来の絶縁碍子の構成においては、
スパークプラグの絶縁碍子部が付け根に近づくにつれ太
くなるテーパー状になっている。そのため、第２放電ギ
ャップの絶縁碍子と第２接地電極との最短距離Ｂは、絶
縁碍子の付け根側と第２接地電極との間にて形成されて
しまう。

【００２５】そのため、請求項６の発明を採用すること
により、絶縁碍子と第２接地電極との最短距離位置を絶
縁碍子のより先端部側に確実に形成させ、第２放電ギャ
ップにおける火花放電をより絶縁碍子の先端側にて発生
させることができる。そのため、第２放電ギャップにお
ける放電においても着火性を向上させることができると
いう請求項５特有の作用・効果を有することができるも
のである。

【００２６】請求項７の発明においては、前記第１放電
ギャップを形成する前記第１接地電極及び前記中心電極
の少なくとも一方には、貴金属部材を有する内燃機関用
スパークプラグを提供するものである。

【００２７】前記貴金属部材は、ＰｔやＩｒの貴金属や
ＰｔやＩｒを主成分とする合金であることが好ましい。

【００２８】このように、中心電極又は接地電極の少な
くとも一方に、貴金属チップが設けられていると、電極
の耐消耗性を向上させることができ、長寿命の内燃機関
用スパークプラグを提供することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施態様
について説明する。

【００３０】本実施形態のスパークプラグを図１乃至図
３に示す。図１乃至図３に示すように、本実施態様のス
パークプラグ１は、円筒形状の取付金具２を有してお
り、この取付金具２は、図示しないエンジンブロックに
固定するための取付ねじ部２ａを備えている。取付金具
２の内部には、例えばアルミナセラミック（Ａｌ2 Ｏ
3）等からなる絶縁碍子３が固定されており、この絶縁
碍子３の軸孔３ａに中心電極４が固定されている。絶縁
碍子３の先端部３ｂは、取付金具２より露出するように
設けられているとともに、中心電極４は、絶縁碍子３の
先端部３ｂより露出するように設けられている。

【００３１】絶縁碍子３の先端部３ｂの先端には、基部
である先端部３ｂよりも径小であるとともに、略同一径
を有する細径部３ｃが設けられている（図２参照）。

【００３２】中心電極４は、内材がＣｕ（銅）等の熱伝
達性に優れた金属材料、外材がＮｉ（ニッケル）基合金
等の耐熱性及び耐食性に優れた金属材料により構成され
た円柱体で、図２に示すように、中心電極４の先端が絶
縁碍子３の細径部３ｃから露出するように設けられてい
る。また、中心電極４の基部４ａの先端には、基部４ａ
よりもさらに径小なる第１の径小部４ｂを有し、さらに
その先端には、第２の径小部を形成する貴金属部材１０
を有する。そして、第１の径小部４ｂの先端と貴金属部
材１０の境界点である起点Ｘは、絶縁碍子の細径部３ｃ
の端面よりも０．２ｍｍ内側に形成されている。

【００３３】図２及び図３に示すように、取付金具２の
一端には、第１接地電極５，第２接地電極６及び７がそ
れぞれ溶接により固定されている。特に、第２接地電極
６，７は、各々の先端面が絶縁碍子３の細径部３ｃにお
ける外径より大きい径であるとともに、細径部３ｃの径
より距離Ｂだけ大きい径に位置するように配置されてい
る。

【００３４】尚、これら第１接地電極５及び第２接地電
極６，７は、Ｎｉ基合金材料から構成されている。

【００３５】そして、中心電極４の先端面に設けられる
貴金属部材１０の先端面と第１放電ギャップＡが形成さ
れるように、第１接地電極５と貴金属部材１０が対向配
置されている。また、中心電極４の先端である貴金属部
材１０の側面と絶縁碍子３の細径部３ｃを介して第２放
電ギャップが形成されるように、第２接地電極６，７と
貴金属部材１０とが対向配置されている。

【００３６】尚、中心電極４の先端部４ｂに形成された
貴金属部材１０は、１０重量％のＲｈで残部Ｉｒよりな
るＩｒを主成分としたＩｒ合金材料よりなる。また、接
地電極５の放電ギャップＡには、１０重量％のＮｉで残
部ＰｔよりなるＰｔ合金材料貴金属チップ１１が抵抗溶
接によって溶接固定されている。

【００３７】ここで、本実施態様の内燃機関用スパーク
プラグ１においては、図２を参照するに、第１放電ギャ
ップＡを１．１ｍｍ，絶縁碍子３の細径部３ｃの先端面
と第２接地電極６又は７との最短距離Ｂを０．８ｍｍ，
取付金具２の端面から絶縁碍子３の細径部３ｃの端面ま
での軸方向距離Ｃを２．５ｍｍ，絶縁碍子の先端部にお
ける径方向厚さＤを１．０ｍｍ，絶縁碍子の細径部３ｃ
の起点から第２接地電位極の端面までの最短軸方向長さ
Ｅを１．０ｍｍ，絶縁碍子３の細径部３ｃの端面から中
心電極４に設けられている貴金属チップ１０の端面まで
の軸方向距離Ｈを１．５ｍｍ，取付金具２の端面から第
２接地電極６，７の端面までの軸方向の最短距離Ｌ１を
２．０ｍｍ及び絶縁碍子の端面より突出した場合を＋と
した時の絶縁碍子３の細径部３ｃの端面と第２接地電極
６，７の端面の取付金具側角部の位置Ｙとの軸方向距離
Ｆを−０．５ｍｍとした。

【００３８】このような形状の内燃機関用スパークプラ
グについて、着火性，自己清浄性等を考慮した結果、十
分満足した結果を得ることができた。

【００３９】尚、本実施例形態においては、中心電極４
の先端に、第１の径小部４ｂを形成し、この第１の径小
部４ｂのさらに先端に、第２の径小部であるＩｒ合金よ
りなる貴金属部材１０を設けた。そして、この中心電極
４において、第１の径小部４ｂと第２の径小部である貴
金属部材１０との境界部であり、第２の径小部の起点で
ある起点Ｘを絶縁碍子３の端面よりも０．２ｍｍ内側に
位置する。

【００４０】さらに、絶縁碍子３の先端には、絶縁碍子
３の基部よりも径小なる細径部３ｃを有する絶縁碍子３
を採用した。

【００４１】しかしながら、本実施形態においては、こ
のような形状に限定されるものではなく、例えば、図４
のような貴金属部材１０が設けられないスパークプラグ
においても同様の効果を得ることができる。また、絶縁
碍子３に細径部３ｃが設けられなくても本発明の形状と
することにより、本発明の作用・効果を得ることができ
る。

【００４２】尚、本発明の絶縁碍子の端面よりも０．１
ｍｍ以上内側の中心電極先端の径小部の起点とは、絶縁
碍子の端面に最も近い径小部の起点である。そのため、
貴金属部材を有する場合には、上記実施態様の如き、第
１の径小部４ｂと貴金属部材１０の境界部が本発明の径
小部の起点である。また、貴金属部材を有しない場合で
の起点部とは、図４に示す起点Ｘが本発明の起点とな
る。

【００４３】さらには、図５に示す如く、貴金属部材１
０を設けることなく、絶縁碍子３の先端に細径部３ｃを
設けた絶縁碍子３のみを採用しても、本発明の作用・効
果を得ることができる。

【００４４】さらにまた、図６に示す如く、貴金属部材
１０を設けるとともに、絶縁碍子３の先端に細径部３ｃ
を設けない内燃機関用スパークプラグとしても、やはり
本発明の作用・効果を得ることができる。

【００４５】さらには、本実施態様では、貴金属部材と
して、Ｒｈが１０重量％添加されたＩｒ合金を採用した
が、本発明は、これに限定されるものでなく、例えば純
ＩｒやＰｔ又はＰｔを主成分とした合金、さらには、他
の貴金属部材を採用しても同様の作用・効果を得ること
ができるものである。

【００４６】

【実施例】以下、本願発明の内燃機関用スパークプラグ
とするための数値範囲の根拠を詳細に説明する。

【００４７】（距離Ｂの選定）まずはじめに、我々発明
者らは、絶縁碍子３と第２接地電極６及び７との最短距
離Ｂの最適値を求めた。また、使用した内燃機関用スパ
ークプラグの形状は図２に示す内燃機関用スパークプラ
グにおいて、取付金具２の端面から絶縁碍子３の端面ま
での軸方向距離Ｃを２．０ｍｍ，絶縁碍子の先端部にお
ける径方向厚さＤを１．０ｍｍ，絶縁碍子３の端面から
中心電極４の先端端面までの軸方向距離をＨを１．５ｍ
ｍ，取付金具２の端面から第２接地電極６，７の端面ま
での軸方向の最短距離Ｌ１を１．５ｍｍ及び取付金具２
の端面から第２接地電極６、７の端面までの軸方向の最
長距離Ｌ２を３．０ｍｍと一定にした。この時に、第１
放電ギャップＡと絶縁碍子３と第２接地電極６，７との
最短距離Ｂを順次変化させて、各々の場合の強制汚損と
してアイドル３０分放置した後の着火状態を測定した。

【００４８】尚、表１において、×は始動後ラフアイド
ル、即ち回転変動が±３０ｒｐｍ生じた場合を示し、×
×は絶縁低下による失火エンストした状態を示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１より、０．３ｍｍ≦Ｂ≦Ａ−０．１ｍ
ｍの範囲内において、良好な着火状態を得ることができ
ることを見出した。

【００５１】これは、Ｂが０．３ｍｍより小の場合に
は、絶縁碍子表面の汚損時の火炎核が小さいため、絶縁
碍子３及び接地電極６，７により、火炎核の成長が阻害
される（消炎作用）ため、失火発生の原因となり、十分
な着火状態を安定的に得ることができない。また、Ｂが
Ａ−０．１ｍｍを越える場合には、碍子表面にカーボン
が付着した場合、第２放電ギャップＢでの放電が生じに
くく、碍子脚部付根まで漏電し、十分な着火状態を得る
ことが困難となってしまうからである。

【００５２】（距離Ｃ，Ｈの選定）取付金具２の端面か
ら絶縁碍子３の端面までの軸方向距離Ｃが１．０ｍｍよ
りも小さいと第２放電ギャップＢが十分に取付金具２よ
り突出することができなくなり、第２放電ギャップＢに
おける飛火時の着火性が悪化してしまう。

【００５３】この軸方向距離Ｃが４．０ｍｍより大き
い、すなわち第１放電ギャップＡの位置が必要以上に突
き出しすぎると接地電極５の耐熱性が悪化し、耐酸化消
耗性が大幅に劣化するという問題が生じる。

【００５４】さらに、絶縁碍子３の端面から中心電極４
の端面までの軸方向距離Ｈが０．５ｍｍよりも小さい
と、第１放電ギャップにおける火花放電時の着火性が悪
化してしまう。これは中心電極４の先端面と絶縁碍子３
の先端面が接近しすぎてしまい、第１放電ギャップにお
いて生じた火炎核の成長が絶縁碍子３表面による冷却作
用（消炎作用）により妨げられるようになるためであ
る。

【００５５】一方、軸方向距離Ｈが３．０ｍｍより突出
してしまうと、中心電極４が直接燃焼ガスに曝される部
分が多くなるため、中心電極４の大幅な熱価低下をもた
らしてしまうという問題が生じる。

【００５６】これらにより、 １．０ｍｍ≦Ｃ≦４．０ｍｍ ０．５ｍｍ≦Ｈ≦３．０ｍｍ の範囲内が良好な内燃機関用スパークプラグを提供する
ことを見出した。

【００５７】（距離Ｌ１の選定）次に我々は、第２接地
電極６及び７の位置を変化させることより、第２放電ギ
ャップにおける火花放電時の着火性に差があることを確
認した。

【００５８】ここで第２放電ギャップにおける火花放電
とは、中心電極４の貴金属部材１０及び基部４ｂと第２
接地電極６及び７の端面及び角部を含む放電である。

【００５９】ここで、第２接地電極６及び７の位置を、
取付金具２の端面から第２接地電極の端面までの軸方向
の最短距離のＬ１として規定し、この最短距離Ｌ１をそ
れぞれ変化させた場合の汚損時の内燃機関の回転変動発
生率を測定した。

【００６０】その結果を図７に示す。

【００６１】尚、この時の実験条件としては、図２に示
す内燃機関用スパークプラグにおいて、第１放電ギャッ
プＡを１．１ｍｍ，絶縁碍子３と第２接地電極６，７と
の最短距離Ｂを０．８ｍｍ，絶縁碍子の先端部における
径方向厚さＤを１．０ｍｍ，絶縁碍子３の端面から中心
電極４の先端端面までの軸方向距離をＨを１．５ｍｍ及
び取付金具２の端面から第２接地電極６、７の端面まで
の軸方向の最長距離Ｌ２をＬ１＋１．５ｍｍとした。さ
らに、取付金具２の端面から絶縁碍子３の端面までの軸
方向距離Ｃを１．５ｍｍ及び２．０ｍｍに変化させた。
そして、この時に、上記最短距離Ｌ１の値を順次変化さ
せて、各々の回転変動の発生率を測定した。

【００６２】尚、この発生率の測定方法としては、水冷
４サイクル１６００ｃｃの自動車エンジンを用いアイド
リング６５０ｒｐｍでのアイドル不安定率により評価し
た。

【００６３】ここで、アイドル不安定率というのは、３
分間０．２秒間隔で瞬時回転数を計測し次の式で求めた
（９００サンプル）。

【００６４】アイドル不安定率＝（瞬時回転数の標準偏
差／瞬時回転数の平均）×１００％ 即ち、前記のアイドル不安定率の大きい程、回転変動が
大きく着火性の劣ることを意味している。

【００６５】図７より、最短距離Ｌ１を適切な位置とす
れば着火性の良い、回転変動の少ない領域を提供するこ
とが可能であることが確認できた。

【００６６】即ち、最適Ｌ１は １．０ｍｍ≦Ｌ１≦Ｃ＋０．５ｍｍ の範囲内が良好な結果を得ることができた。

【００６７】この理由としては、以下のようであると判
断される。

【００６８】即ち、Ｌ１が１．０ｍｍよりも小の場合に
は、火花放電位置が、第１放電ギャップＡと離れてしま
い、実公昭５３−４１６２９号公報の如く、着火性が大
きく異なり、ドライバビリティの不良が発生する。ま
た、Ｌ１がＣ＋０．５ｍｍよりも大である場合には、Ｃ
部先端から火花が浮いてしまい碍子に付着したカーボン
の洗浄が困難となってしまうという問題が生じる。

【００６９】（距離Ｆの選定）次に我々は、上述のよう
に、第２接地電極６及び７の位置を変化させることよ
り、第２放電ギャップにおける放電時に生じる絶縁碍子
３端面での沿面放電の着火性に差があることを確認した
ので、絶縁碍子３の端面と第２接地電極６，７の端面の
取付金具側の位置Ｙとの絶縁碍子３の端面より突出した
場合を＋とした時の軸方向距離Ｆを変化させた場合の汚
損時の内燃機関の回転変動発生率を測定した。

【００７０】その結果を図８に示す。

【００７１】この時の実験条件としては、図２に示す内
燃機関用スパークプラグにおいて、第１放電ギャップＡ
を１．１ｍｍ，絶縁碍子３と第２接地電極６，７との最
短距離Ｂを０．８ｍｍ，取付金具２の端面から絶縁碍子
３の端面までの軸方向距離Ｃを３．０ｍｍ，絶縁碍子の
先端部における径方向厚さＤを１．０ｍｍ，絶縁碍子３
の端面から中心電極４の先端端面までの軸方向距離をＨ
を１．５ｍｍ及び取付金具２の端面から第２接地電極
６，７の端面までの軸方向の最長距離Ｌ２をＬ１＋１．
５ｍｍとした。この時に、上記距離Ｆの値を順次変化さ
せて、各々の回転変動の発生率を測定した。

【００７２】尚、この発生率の測定の方法としては、前
述の方法で求めた。

【００７３】図８より、距離Ｆを適切な位置とすれば着
火性の良い、回転変動の少ない領域を提供することが可
能であることが確認できた。

【００７４】即ち、最適な距離Ｆは −１．０ｍｍ≦Ｆ≦＋０．５ｍｍ の範囲内が良好な結果を得ることができた。

【００７５】これは詳細に述べれば、Ｆ＞＋０．５ｍｍ
以上の場合、実質的に第２放電ギャップＢが大きくなり
すぎることにより、第２接地電極６及び７等への確実な
火花放電が行われにくくなり、絶縁碍子３の付け根部奥
への火花放電が発生しやすくなり、燃焼室内における着
火性が低下する。

【００７６】さらに、−１．０ｍｍ＞Ｆの場合には、第
２放電ギャップＢにおける飛火位置が下方となりすぎる
ため、第１放電ギャップＡにおける火花放電との位置ず
れが大きくなることにより、着火性低下又は着火安定性
が劣ってしまうからである。

【００７７】以上のように、それぞれの数値範囲を上記
範囲に設定することより、本発明の作用・効果を満足す
ることが確認された。

【００７８】（中心電極の径小部の起点位置）次に、中
心電極４の径小部Ｘの起点がどれだけ、絶縁碍子３の端
面よりも内側にあればよいかを確認した。

【００７９】その結果、最も前記絶縁碍子の端面に近い
絶縁碍子内に存在する径小部の起点は、絶縁碍子３の端
面よりも０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ内側に有していること
が好ましいことを見いだした。

【００８０】即ち、絶縁碍子３の端面よりも０．１ｍｍ
以上内側にすることにより、径小部の起点Ｘとして始ま
る第２放電ギャップにおける放電は、絶縁碍子３の端側
面に衝突させることができ、絶縁碍子３の先端を取り巻
くように進展、第２接地電極に放電させることができ
る。そしてこの時、放電がカーボンに衝突し、かつこの
火花エネルギーにより、絶縁碍子３の先端面に付着した
カーボンは焼失、ないしは飛散させることができ、絶縁
碍子３の表面に付着したカーボンを清浄させる作用をさ
らに容易になすことができるのである。

【００８１】しかしながら、絶縁碍子３の端面よりも
０．８ｍｍよりも内側になると、第２放電ギャップ距離
が長くなってしまい、第２放電ギャップにおける放電自
体が生じにくくなってしまうという不具合を生じる。

【００８２】そのため、最も前記絶縁碍子の端面に近い
絶縁碍子内に存在する径小部の起点は、絶縁碍子３の端
面よりも０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ内側が好ましい。

【００８３】（第１放電ギャップと第２放電ギャップと
の関係）次に我々は、第１放電ギャップと第２放電ギャ
ップとの関係を確認した。

【００８４】その結果、第１放電ギャップＡは、第２放
電ギャップを構成する絶縁碍子と第２接地電極との最短
距離Ｂと絶縁碍子３の先端部における径方向厚さＤとを
合わせた距離との関係は、 Ｂ＋Ｄ≧Ａ であることが好ましいことを見いだした。

【００８５】このような位置関係とすることにより、通
常は第１放電ギャップにて、気中放電を行い、しかも高
い着火性を維持することができる。そして、汚損時に
は、第２放電ギャップにて、沿面放電により碍子先端部
のカーボンを放電火花により消失させるという、通常時
とカーボン汚損時の火花放電位置を適切に切り変えるこ
とができるのである。

【００８６】（長さＥの選定）また、我々は、絶縁碍子
３の先端近傍に形成した同一径を有する細径部の起点か
ら第２接地電極６，７の端面までの最短軸方向長さＥの
最適値を確認した。

【００８７】その結果、 Ｅ≧Ｂ＋０．１ｍｍ であることが好ましいことを見いだした。

【００８８】この理由を図９を用いて説明する。

【００８９】図９に示されるように、従来のような絶縁
碍子３が付け根に近づくにつれ太くなるテーパー状にな
っているスパークプラグの場合には、以下のような問題
が生ずる。

【００９０】即ち、第２放電ギャップを形成する絶縁碍
子３と第２接地電極６との最短距離Ｂは、絶縁碍子３の
放電位置αと第２接地電極との間にて形成される。そし
て、この時の絶縁碍子３の放電位置αが絶縁碍子３の付
け根側であるために、第２放電ギャップにおける火花放
電による、燃焼室内の着火を行うことは非常に困難であ
る。

【００９１】それに対して、Ｅ≧Ｂ＋０．１ｍｍという
関係を満足させることによって、図１０に示す如く、絶
縁碍子３の放電位置βを絶縁碍子３のより先端側に移す
ことができ、第２放電ギャップによる放電においても着
火性を向上させることができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わる内燃機関用スパーク
プラグの半断面図である。

【図２】本発明の実施形態に係わる内燃機関用スパーク
プラグの要部拡大図である。

【図３】本発明の実施形態に係わる内燃機関用スパーク
プラグの要部拡大図である。

【図４】本発明のその他の実施形態を示すスパークプラ
グの要部拡大図である。

【図５】本発明のその他の実施形態を示すスパークプラ
グの要部拡大図である。

【図６】本発明のその他の実施形態を示すスパークプラ
グの要部拡大図である。

【図７】最短距離Ｌ１と回転発生率との関係を示す関係
図である。

【図８】軸方向距離Ｆと回転発生率との関係を示す関係
図である。

【図９】本発明を説明する説明図である。

【図１０】本発明を説明する説明図である。

【符号の説明】

１・・・スパークプラグ、２・・・取付金具、３・・・
絶縁碍子４・・・中心電極、５・・・第１接地電極、
６，７・・・第２接地電極

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月８日（２０００．６．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項２】 前記絶縁碍子の先端部における径方向厚
さをＤとした時、 Ｂ＋Ｄ≧Ａ であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用スパ
ークプラグ。

【請求項３】 前記絶縁碍子の先端近傍は、前記絶縁碍
子の基部よりも径小であるとともに、略同一径を有する
細径部を有し、該細径部の起点から前記第２接地電極の
端面までの最短軸方向長さＥは、 Ｅ≧Ｂ＋０．１ｍｍ であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項
記載の内燃機関用スパークプラグ。

【請求項４】 前記第１放電ギャップを形成する前記第
１接地電極及び前記中心電極の少なくとも一方には、貴
金属部材を有することを特徴とする請求項１乃至３の少
なくとも１項記載の内燃機関用スパークプラグ。

【請求項５】 前記貴金属部材は、ＰｔやＩｒの貴金属
またはＰｔやＩｒを主成分とする合金であることを特徴
とする請求項４記載の内燃機関用スパークプラグ。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】まず、請求項１の発明においては、基部と
該基部の径よりも小なる径小部よりなる中心電極と、前
記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持する絶縁碍
子と、前記絶縁碍子を保持する取付金具と、一端が前記
取付金具に固定されるとともに、他端が前記中心電極の
先端面とにより、第１放電ギャップを形成する第１接地
電極と、一端が前記取付金具に固定されるとともに、他
端が前記中心電極の側面とにより、第２放電ギャップを
形成する第２接地電極とからなり、前記第２接地電極の
先端面が前記絶縁碍子の先端部外径よりも大きい径の外
側に位置しており、前記第１放電ギャップをＡ，前記絶
縁碍子と前記第２接地電極との最短距離をＢ，前記取付
金具の端面から前記絶縁碍子の端面までの軸方向距離を
Ｃ，前記絶縁碍子の端面から前記中心電極の端面までの
軸方向距離をＨ，前記取付金具の端面から前記第２接地
電極の端面までの軸方向の最短距離をＬ１、前記絶縁碍
子の端面と前記第２接地電極の端面の前記取付金具側角
部との絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の
軸方向距離をＦとした時、 ０．７ｍｍ≦Ａ≦１．３ｍｍ ０．３ｍｍ≦Ｂ≦Ａ−０．１ｍｍ １．０ｍｍ≦Ｃ≦４．０ｍｍ ０．５ｍｍ≦Ｈ≦３．０ｍｍ １．０ｍｍ≦Ｌ１≦Ｃ＋０．５ｍｍ−１．０ｍｍ≦Ｆ≦＋０．５ｍｍ であるとともに、最も前記絶縁碍子の端面に近い絶縁碍
子内に内在する前記中心電極の前記径小部の起点が前記
絶縁碍子の端面よりも０．１〜０．８ｍｍだけ内側に有
する内燃機関用スパークプラグを提供するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】これら、数値範囲である内燃機関用スパー
クプラグを採用することにより、後述の如く、自己清浄
性が優れるだけでなく、着火性の優れた内燃機関用スパ
ークプラグを提供することができるのである。さらに
は、最も前記絶縁碍子の端面に近い絶縁碍子内に内在す
る前記中心電極の前記径小部の起点が前記絶縁碍子の端
面よりも０．１〜０．８ｍｍだけ内側に有するようにし
た。このような構成を採用することにより、該径小部を
起点として始まる放電は、前記絶縁碍子端側面に衝突
し、絶縁碍子先端を取り巻くように進展、第２接地電極
に放電する。この時、放電はカーボンに衝突し、その火
花エネルギーによりその部位のカーボンは焼失、ないし
は飛散させることができ、碍子部に付着したカーボンを
清浄させることができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】削除

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】削除

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】削除

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】削除

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】削除

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】請求項２の発明においては、前記絶縁碍子
の先端部における径方向厚さをＤとした時、 Ｂ＋Ｄ≧Ａ である内燃機関用スパークプラグを提供するものであ
る。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】また、請求項３の発明においては、前記絶
縁碍子の先端近傍は、前記絶縁碍子の基部よりも径小で
あるとともに、略同一径を有する細径部を有し、該細径
部の起点から前記第２接地電極の端面までの最短軸方向
長さＥは、 Ｅ≧Ｂ＋０．１ｍｍ である内燃機関用スパークプラグを提供するものであ
る。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】そのため、請求項３の発明を採用すること
により、絶縁碍子と第２接地電極との最短距離位置を絶
縁碍子のより先端部側に確実に形成させ、第２放電ギャ
ップにおける火花放電をより絶縁碍子の先端側にて発生
させることができる。そのため第２放電ギャップにおけ
る放電においても着火性を向上させることができるとい
う請求項３特有の作用・効果を有することができるもの
である。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】請求項４の発明においては、前記第１放電
ギャップを形成する前記第１接地電極及び前記中心電極
の少なくとも一方には、貴金属部材を有する内燃機関用
スパークプラグを提供するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢頭 誠 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5G059 AA02 CC03 DD04 DD19 DD21 EE04 EE19 EE21 EE23

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心電極と、 前記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持する絶縁
   碍子と、 前記絶縁碍子を保持する取付金具と、 一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記
   中心電極の先端面とにより、第１放電ギャップを形成す
   る第１接地電極と、 一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記
   中心電極の側面とにより、第２放電ギャップを形成する
   第２接地電極とからなり、 前記第２接地電極の先端面が前記絶縁碍子の先端部外径
   よりも大きい径の外側に位置しており、前記第１放電ギ
   ャップをＡ，前記絶縁碍子と前記第２接地電極との最短
   距離をＢ，前記取付金具の端面から前記絶縁碍子の端面
   までの軸方向距離をＣ，前記絶縁碍子の端面から前記中
   心電極の端面までの軸方向距離をＨ，前記取付金具の端
   面から前記第２接地電極の端面までの軸方向の最短距離
   をＬ１とした場合、 ０．７ｍｍ≦Ａ≦１．３ｍｍ ０．３ｍｍ≦Ｂ≦Ａ−０．１ｍｍ １．０ｍｍ≦Ｃ≦４．０ｍｍ ０．５ｍｍ≦Ｈ≦３．０ｍｍ １．０ｍｍ≦Ｌ１≦Ｃ＋０．５ｍｍ であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 【請求項２】 前記絶縁碍子の端面と前記第２接地電極
   の端面の前記取付金具側角部との絶縁碍子の端面より突
   出した場合を＋とした時の軸方向距離をＦとした時、 −１．０ｍｍ≦Ｆ≦＋０．５ｍｍ であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用スパ
   ークプラグ。
3. 【請求項３】 中心電極と、 前記中心電極の周囲を覆い、該中心電極を保持する絶縁
   碍子と、 前記絶縁碍子を保持する取付金具と、 一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記
   中心電極の先端面とにより、第１放電ギャップを形成す
   る第１接地電極と、 一端が前記取付金具に固定されるとともに、他端が前記
   中心電極の側面とにより、第２放電ギャップを形成する
   第２接地電極とからなり、 前記第２接地電極の先端面が前記絶縁碍子の先端部外径
   よりも大きい径の外側に位置しており、前記第１放電ギ
   ャップをＡ，前記絶縁碍子と前記第２接地電極との最短
   距離をＢ，前記取付金具の端面から前記絶縁碍子の端面
   までの軸方向距離をＣ，前記絶縁碍子の端面から前記中
   心電極の端面までの軸方向距離をＨ，前記絶縁碍子の端
   面と前記第２接地電極の端面の前記取付金具側角部との
   絶縁碍子の端面より突出した場合を＋とした時の軸方向
   距離をＦとした時、 ０．７ｍｍ≦Ａ≦１．３ｍｍ ０．３ｍｍ≦Ｂ≦Ａ−０．１ｍｍ １．０ｍｍ≦Ｃ≦４．０ｍｍ ０．５ｍｍ≦Ｈ≦３．０ｍｍ −１．０ｍｍ≦Ｆ≦＋０．５ｍｍ であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
4. 【請求項４】 前記中心電極は、基部と該基部の径より
   も小なる径小部よりなるとともに、最も前記絶縁碍子の
   端面に近い絶縁碍子内に存在する前記径小部の起点が前
   記絶縁碍子の端面よりも０．１ｍｍ〜０．８ｍｍだけ内
   側に有することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１
   項記載の内燃機関用スパークプラグ。
5. 【請求項５】 前記絶縁碍子の先端部における径方向厚
   さをＤとした時、 Ｂ＋Ｄ≧Ａ であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項
   記載の内燃機関用スパークプラグ。
6. 【請求項６】 前記絶縁碍子の先端近傍は、前記絶縁碍
   子の基部よりも径小であるとともに、略同一径を有する
   細径部を有し、該細径部の起点から前記第２接地電極の
   端面までの最短軸方向長さＥは、 Ｅ≧Ｂ＋０．１ｍｍ であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項
   記載の内燃機関用スパークプラグ。
7. 【請求項７】 前記第１放電ギャップを形成する前記第
   １接地電極及び前記中心電極の少なくとも一方には、貴
   金属部材を有することを特徴とする請求項１乃至５の少
   なくとも６項記載の内燃機関用スパークプラグ。
8. 【請求項８】 前記貴金属部材は、ＰｔやＩｒの貴金属
   やＰｔやＩｒを主成分とする合金であることを特徴とす
   る請求項１乃至７の少なくとも１項記載の内燃機関用ス
   パークプラグ。