JP2005166291A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 スパークプラグにおいて、端子電極と絶縁碍子との寸法差を小さくして点火コイルのブーツ部の挿入性を向上させる。
【解決手段】 取付金具１０と、取付金具１０内に固定された絶縁碍子２０と、絶縁碍子２０の軸孔２１内に固定された中心電極３０と、中心電極３０の一端部３０ａとの間に火花放電ギャップ５０を介して対向する接地電極４０と、一端部８０ａが絶縁碍子２０の内部にて中心電極３０の他端部３０ｂと導通し他端部８０ｂが絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出した状態で絶縁碍子２０内に挿入され固定された端子電極８０とを備え、絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出する部位の直径Ｂｍｍと、端子電極８０のうち絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出する部位における最大径部の直径Ａｍｍとの絶対値の差が０．６ｍｍ以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関し、特に、絶縁碍子に挿入固定され点火コイルと接続される端子電極と、この絶縁碍子との寸法関係に関する。

一般に、スパークプラグは、外周に取付用ネジ部が設けられた取付金具と、一端部が取付金具の一端部から突出するとともに他端部が取付金具の他端部から突出した状態で取付金具内に固定された絶縁碍子と、一端部が絶縁碍子の一端部から突出した状態で絶縁碍子の軸孔内に固定された中心電極と、取付金具に固定されて中心電極の一端部との間に火花放電ギャップを介して対向する接地電極とを備える。

そして、絶縁碍子の軸孔内には、端子電極が挿入され固定されている。この端子電極は、一端部が絶縁碍子の内部にて中心電極の他端部と導通するとともに、他端部が絶縁碍子の他端部から突出した状態となっており、この端子電極の他端部には、点火コイルが接続されるようになっている。

このようなスパークプラグは、エンジンのプラグホール内に挿入され、火花放電部を燃焼室内に露出させた状態で、取付金具の取付用ネジ部を介して当該プラグホールにネジ結合される。

近年のエンジンは、コンパクト化を図り搭載性の向上を進めてきたことから、スパークプラグに接続し高電圧を印加する点火コイルは、プラグホールの中に完全に封入されるタイプが主流となってきている。

そこで、プラグホール内において、スパークプラグの端子電極および取付金具から露出した絶縁碍子（絶縁碍子頭部）に、点火コイルの接続部（いわゆるブーツ部）が挿入されることにより、点火コイルとスパークプラグとが結合状態となる。そして、点火コイルから端子電極を介して中心電極に高電圧が印加されるようになっている。

ここで、点火コイルのブーツ部のスパークプラグへの挿入性は、重要な要件であるが、スパークプラグはプラグホールの奥深くにネジ結合されて装着されており、このプラグホールの奥深くに位置するスパークプラグの端子電極側に対して、ブーツ部を挿入することになる。

しかしながら、プラグホールといった限られたスペースにおいて、点火コイルのブーツ部をスパークプラグに挿入させることに対し、しばしばスムーズにいかないという問題があった。

ここにおいて、スパークプラグの小型化に伴って絶縁碍子頭部径を細径化させたものが提案されており（たとえば、特許文献１参照）、このように絶縁碍子頭部径を細径化することは、ブーツ部の挿入性を高める方向にはあるものの、十分ではない。
実開平５−５５４８９号公報

点火コイルのブーツ部をスパークプラグに挿入するにあたっては、スパークプラグの端子電極と絶縁碍子頭部との寸法差が大きい場合、その段差部が抵抗となり挿入の妨げになっている。

単純には、ブーツ部の内径を大きくすることによってスパークプラグとブーツ部との隙間を大きくとれば、スムーズに挿入がなされるが、スパークプラグとブーツ部とは、密着性が重要であり、両者の密着性が不十分である場合には、火花が絶縁碍子頭部に発生してしまう。

具体的に、この火花の発生は、「フラッシュオーバー」といわれるものであり、取付金具から突出する絶縁碍子において、取付金具と絶縁碍子頭部との間でスパークプラグとブーツ部との隙間を介して火花放電が発生する現象である。

このような問題に対して、本発明者は、スパークプラグにおいて取付金具から突出する絶縁碍子の径とこの絶縁碍子から突出する端子電極の径との寸法差を小さくして、絶縁碍子と端子電極との間に形成される段差部を極力小さくすることで、点火コイルのブーツ部の挿入性を確保することとした。

また、このようにした場合、通常は端子電極よりも絶縁碍子頭部のほうが太く、端子電極は、国際的な規格であるＩＳＯ規格で定められているため、絶縁碍子頭部径を細径化することになる。

このように取付金具から突出する絶縁碍子部分を細径化することは、この細径化のゆえに、絶縁碍子の温度の上昇が懸念される。

そして、この絶縁碍子の温度上昇は、ブーツ部の劣化を促進させるばかりか、上記したフラッシュオーバーも誘発しやすくなる。つまり、絶縁碍子の温度が上がると、絶縁碍子の絶縁抵抗が下がるため、放電しやすくなる。

そこで、絶縁碍子を細径化した場合には、絶縁碍子の温度が上昇しにくいような対策を採ることも必要になってくる。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、スパークプラグにおいて、端子電極と絶縁碍子との段差部を小さくすべく端子電極と絶縁碍子との寸法差を小さくして、点火コイルのブーツ部の挿入性を向上させることにある。また、第２の目的は、上記第１の目的に加えて、絶縁碍子を細径化した場合であっても絶縁碍子の温度上昇を極力抑制できるようにすることにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外周に取付用ネジ部（１１）が設けられた取付金具（１０）と、一端部（２０ａ）が取付金具（１０）の一端部（１０ａ）から突出するとともに他端部（２０ｂ）が取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出した状態で取付金具（１０）内に固定された絶縁碍子（２０）と、一端部（３０ａ）が絶縁碍子（２０）の一端部（２０ａ）から突出した状態で絶縁碍子（２０）の軸孔（２１）内に固定された中心電極（３０）と、取付金具（１０）に固定されて中心電極（３０）の一端部（３０ａ）との間に火花放電ギャップ（５０）を介して対向する接地電極（４０）と、一端部（８０ａ）が絶縁碍子（２０）の内部にて中心電極（３０）の他端部（３０ｂ）と導通するとともに、他端部（８０ｂ）が絶縁碍子（２０）の他端部（２０ｂ）から突出した状態で絶縁碍子（２０）の軸孔（２１）内に挿入され固定された端子電極（８０）と、を備えたスパークプラグにおいて、次のような特徴点を有するものである。

すなわち、本発明では、端子電極（８０）のうち絶縁碍子（２０）の他端部（２０ｂ）から突出する部位における最大径部の直径をＡｍｍ、絶縁碍子（２０）のうち取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出する部位の直径をＢｍｍとしたとき、
｜Ｂ−Ａ｜≦０．６ｍｍであることを特徴としている。

本発明は、端子電極と絶縁碍子との寸法差を小さくして端子電極と絶縁碍子との段差部をどの程度まで小さくすれば、点火コイルのブーツ部の挿入性を良好に確保できるかという実験を行った結果、得られたものである。

すなわち、本発明のように、絶縁碍子（２０）のうち取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出する部位の直径Ｂと、端子電極（８０）のうち絶縁碍子（２０）の他端部（２０ｂ）から突出する部位における最大径部の直径Ａとの差の絶対値が０．６ｍｍ以下であれば、点火コイルのブーツ部（Ｋ４）の挿入性を良好に確保することができる（図３参照）。

したがって、本発明によれば、スパークプラグにおいて、端子電極（８０）と絶縁碍子（２０）との段差部を小さくすべく端子電極（８０）と絶縁碍子（２０）との寸法差を小さくして、点火コイルのブーツ部（Ｋ４）の挿入性を向上させることができる。

ここで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のスパークプラグにおいて、絶縁碍子（２０）のうち取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出する部位の直径Ｂは、端子電極（８０）のうち絶縁碍子（２０）の他端部（２０ｂ）から突出する部位における最大径部の直径Ａよりも大きいものであり、（Ｂ−Ａ）≦０．６ｍｍであることを特徴としている。

このように、点火コイルへの装着部分における絶縁碍子（２０）および端子電極（８０）において、絶縁碍子（２０）の方が端子電極（８０）よりも太い場合には、本発明のような関係を採用することになる。

さらに、望ましくは、請求項３に記載の発明のように、｜Ｂ−Ａ｜≦０．４ｍｍとすることで、さらに挿入性を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載のスパークプラグにおいて、端子電極（８０）のうち絶縁碍子（２０）内に挿入されている部位の径をＣとしたとき、この径Ｃは３．５ｍｍ以下であることを特徴としている。

本発明も、本発明者が行った実験検討の結果、得られたものであり、端子電極（８０）のうち絶縁碍子（２０）内に挿入されている部位の径Ｃを３．５ｍｍ以下とすれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、絶縁碍子（２０）を細径化した場合であっても、絶縁碍子（２０）の温度上昇を極力抑制することができる（図４参照）。

つまり、本発明によれば、上記した本発明の第２の目的を達成することができる。

さらに、絶縁碍子（２０）の温度上昇を抑制できるということは、点火コイルのブーツ部（Ｋ４）の熱的耐久性が向上することに加えて、フラッシュオーバーの抑制による放電による電気的劣化も防ぐことになる。

また、絶縁碍子（２０）を細径化することは絶縁碍子（２０）の強度低下も招くことになるが、絶縁碍子（２０）の温度上昇を抑制できるという効果により、当該絶縁碍子（２０）の熱による強度低下を防止することになる。

ここで、フラッシュオーバーの抑制によって、絶縁碍子（２０）の取付金具（１０）からの突出長さを短くしてプラグ軸方向の長さを小型化できるが、当該突出長さについて、どの程度まで短くしても、フラッシュオーバーの発生を確実に抑制できるかという観点から、実験検討を行った。請求項５に記載の発明は、この実験検討の結果、得られたものである。

すなわち、請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４に記載されているスパークプラグにおいて、絶縁碍子（２０）のうち取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出している部位の長さをＬとしたとき、この長さＬは１５ｍｍ以上であることを特徴としている。

本発明のように、絶縁碍子（２０）のうち取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出している部位の長さＬを１５ｍｍ以上とすれば、フラッシュオーバーの発生を確実に抑制することができ、好ましい。

さらに、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載のスパークプラグにおいて、前記長さＬは３０ｍｍ以下であることを特徴としている。

絶縁碍子（２０）のうち取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出している部位の長さＬが長い方が、フラッシュオーバーの防止には有利であるが、これを長くしすぎると、絶縁碍子（２０）の強度低下が懸念される。しかし、点火コイルのブーツ部（Ｋ４）の挿入性を良好に確保できる構成としているため、当該長さＬが３０ｍｍ以下であれば、実用上問題はない。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６に記載のスパークプラグにおいて、中心電極（３０）の一端部（３０ａ）には、火花放電部材としての貴金属チップ（３５）が設けられており、この中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）の断面積は０．０７ｍｍ²以上０．４０ｍｍ²以下であることを特徴としている。

このように、中心電極（３０）の火花放電部に細い貴金属チップ（３５）を設ければ、着火スペースを十分に確保することができ、着火性向上が図られ、放電電圧（要求電圧）の低減がなされ、好ましい。また、当該貴金属チップ（３５）が細すぎると、消耗しやすいので、ある程度の太さは必要である。

そのような観点から、本発明のように、中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）の断面積を規定することが好ましい。

ここにおいて、請求項８に記載の発明では、請求項７に記載のスパークプラグにおいて、中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が２０００℃以上のものからなることを特徴としている。

さらに、請求項９に記載の発明では、請求項８に記載のスパークプラグにおいて、中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）に含有される添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ、Ｙ₂Ｏ₃の中から選択される少なくとも１種からなるものであることを特徴としている。

中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）およびこの貴金属チップ（３５）に含有される添加物を、このようなものにすることにより、中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）の寿命を十分に確保することができる。

また、請求項１０に記載の発明では、請求項１〜請求項９に記載のスパークプラグにおいて、接地電極（４０）のうち中心電極（３０）の一端部（３０ａ）と対向する部位には、火花放電部材としての貴金属チップ（４５）が設けられており、この接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の断面積は０．１２ｍｍ²以上０．８０ｍｍ²以下であり、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の接地電極（４０）からの突出量は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、火花放電ギャップ（５０）の大きさが０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることを特徴としている。

本発明のように、火花放電ギャップ（５０）の大きさを０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下と狭くすることにより、放電電圧（要求電圧）の低減が図られることは経験的にわかっている。

このように火花放電ギャップ（５０）を狭くした場合、着火スペースの確保が困難となるが、本発明では、上述した中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）を設けた場合と同様の理由によって、接地電極（４０）の火花放電部にも細い貴金属チップ（４５）を設けることにより、着火性を確保しつつ、放電電圧の低減を図ることができる。

そして、この場合、接地電極（４０）の火花放電部における着火スペースの確保、および、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の消耗性の向上との両立を考慮すると、本発明のように、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の断面積や突出量をこのような構成とすることが好ましい。

ここにおいて、請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載のスパークプラグにおいて、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）は、５０重量％以上のＰｔに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が１５００℃以上のものからなることを特徴としている。

さらに、請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載のスパークプラグにおいて、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）に含有される添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなるものであることを特徴としている。

接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）およびこの貴金属チップ（４５）に含有される添加物を、このようなものにすることにより、接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の寿命を十分に確保することができる。

また、請求項１３に記載の発明では、請求項１〜請求項１２に記載のスパークプラグにおいて、端子電極（８０）の他端部（８０ｂ）には、点火コイルが接続されるようになっていることを特徴としている。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係るスパークプラグＳ１の全体構成を示す半断面図である。また、図２は、本スパークプラグＳ１における発火部近傍の拡大構成を示す半断面図である。

［スパークプラグの構成］
このスパークプラグＳ１は、自動車用エンジンの点火栓等に適用されるものであり、図１に示されるように、該エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッドＫ１に設けられたプラグホールＫ２に挿入されてネジ穴Ｋ３にてネジ結合されて固定されるようになっている。

スパークプラグＳ１は、導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼等）等よりなる円筒形状の取付金具１０を有しており、この取付金具１０の外周面には、上記プラグホールＫ２のネジ穴Ｋ３にネジ結合される取付用ネジ部１１が設けられている。この取付用ネジ部１１は、たとえばＪＩＳ（日本工業規格）でいうＭ１０以下のものである。

取付金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）等からなる円柱状の絶縁碍子２０が収納されて固定されている。この絶縁碍子２０の一端部２０ａは、取付金具１０の一端部１０ａから突出しており、絶縁碍子２０の他端部２０ｂは、取付金具１０の他端部１０ｂから突出した状態となっている。

絶縁体２０の軸孔２１には中心電極３０が固定されており、それによって、中心電極３０は取付金具１０に対して絶縁保持されている。

中心電極３０は、たとえば、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料により構成され、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体からなる。

そして、図１に示されるように、中心電極３０は、その一端部３０ａが絶縁碍子２０の一端部２０ａから突出するように設けられている。こうして、中心電極３０は、その一端部２０ａが取付金具１０の一端部１０ａから突出した状態で取付金具１０内に絶縁保持されている。

一方、接地電極４０は、たとえば、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金からなる柱形状をなすものである。本例では、接地電極４０は角柱形状をなしている。

具体的には、本例の接地電極４０は、一端側が取付金具１０の先端部１０ａに溶接等により固定されており、中間部が略Ｌ字に曲げられており、他端側の側面４１が中心電極３０の一端部３０ａと火花放電ギャップ５０を介して対向している。

また、本例では、中心電極３０の一端部３０ａには、レーザ溶接や抵抗溶接等によって火花放電部材としての貴金属チップ３５が接合されている。

また、接地電極４０のうち中心電極３０の一端部３０ａと対向する部位すなわち接地電極４０の側面４１には、火花放電部材としての貴金属チップ４５がレーザ溶接や抵抗溶接等により接合されている。

たとえば、これら両貴金属チップ３５、４５は円柱状であり、そして、火花放電ギャップ５０は、両貴金属チップ３５、４５の先端部間の空隙である。この火花放電ギャップ５０の大きさＧは、０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、中心電極３０の貴金属チップ３５の断面積すなわち当該貴金属チップ３５の軸直交断面積は、０．０７ｍｍ²以上０．４０ｍｍ²以下であることが好ましい。

また、この中心電極３０の貴金属チップ３５は、５０重量％以上のＩｒ（イリジウム）に少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が２０００℃以上のものからなることが好ましい。

そして、この中心電極３０の貴金属チップ３５に含有される添加物としては、Ｐｔ（白金、プラチナ）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ₂Ｏ₃（三酸化二アルミニウム、アルミナ）、Ｙ（イットリウム）、Ｙ₂Ｏ₃（三酸化二イットリウム、イットリア）の中から選択される少なくとも１種からなるものとすることが好ましい。

また、接地電極４０の貴金属チップ４５の断面積すなわち当該貴金属チップ４５の軸直交断面積は、０．１２ｍｍ²以上０．８０ｍｍ²以下であり、この接地電極４０の貴金属チップ４５の突出量は、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、この突出量は、接地電極４０の側面４１を起点とした貴金属チップ４５の先端面までの長さである。

また、この接地電極４０の貴金属チップ４５は、５０重量％以上のＰｔ（白金）に少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が１５００℃以上のものからなることが好ましい。

そして、この接地電極４０の貴金属チップ４５に含有される添加物としては、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなるものとすることが好ましい。

ここで、図１に示されるように、絶縁碍子２０は取付金具１０の内部に挿入されており、絶縁碍子２０と取付金具１０とは、取付金具１０の他端部１０ｂに形成されたかしめ部１２において、かしめ固定されている。

また、このかしめ部１２においては、取付金具１０と絶縁碍子２０との間にシール部材６０、６１が介在されており、それによって当該間がシールされている。ここでは、シール部材は、２つの金属リング６０と、これら金属リング６０の間に設けられたタルク６１とから構成されている。

また、図１に示されるように、絶縁碍子２０の軸孔２１内においては、中心電極３０の他端部３０ｂ側は、導電性ガラスシール材７０を介して抵抗体７５が電気的に接続されている。

さらに、図１に示されるように、この抵抗体７５よりも絶縁碍子２０の他端部２０ｂ側における軸孔２１内では、導電性ガラスシール材７０を介して抵抗体７５と円柱状の端子電極（ステム）８０の一端部８０ａとが電気的に接続されている。

そして、端子電極８０の他端部８０ｂは、絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出して露出している。この端子電極８０の他端部８０ｂには、図１中の破線に示されるように、点火コイルのブーツ部Ｋ４が装着されるようになっている。

このように、端子電極８０は、一端部８０ａが絶縁碍子２０の内部にて中心電極３０の他端部３０ａと導通するとともに、他端部８０ｂが絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出した状態で絶縁碍子２０の軸孔２１内に挿入され固定されている。

ここで、点火コイルのブーツ部Ｋ４は、耐熱性の樹脂等からなるものであり、図１に示されるように、端子電極８０の他端部８０ｂおよび絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出する部位が、ブーツ部Ｋ４に形成された穴に挿入されている。

通常、このブーツ部Ｋ４の先端部は、絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出する部位において長さ方向の中間部よりも取付金具１０側に位置するように、挿入される。たとえば、絶縁碍子２０における取付金具１０の他端部１０ｂから約３ｍｍのところあたりに、ブーツ部Ｋ４の先端部が位置する。

そして、図示しないが、ブーツ部Ｋ４内において端子電極８０の他端部８０ｂと点火コイルとは電気的に接続されている。

ここにおいて、本実施形態のスパークプラグＳ１では、これら端子電極８０および絶縁碍子２０について、次のような独自の寸法構成を採用している。

すなわち、図１に示されるように、端子電極８０のうち絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出する部位における最大径部の直径をＡｍｍ、絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出する部位の直径をＢｍｍとしたとき、｜Ｂ−Ａ｜≦０．６ｍｍ（好ましくは０．４ｍｍ）、という関係となっている。

本例では、絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出する部位全体の直径Ｂについて、実質的に、｜Ｂ−Ａ｜≦０．６ｍｍ（好ましくは０．４ｍｍ）、という関係となっている。

また、好ましい形態として、図１に示されるように、端子電極８０のうち絶縁碍子２０内に挿入されている部位の径（直径）をＣとしたとき、この径Ｃを３．５ｍｍ以下としている。本例では、実質的に、端子電極８０のうち絶縁碍子２０内に挿入されている部位全体の径（直径）Ｃを、３．５ｍｍ以下としている。

また、好ましい形態として、図１に示されるように、絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出している部位の長さをＬとしたとき、この長さＬを１５ｍｍ以上としている。そして、この絶縁碍子２０の突出長さＬについては、より好ましくは３０ｍｍ以下としている。

このようなスパークプラグＳ１は、プラグホールＫ２内に挿入されて、取付金具１０の取付用ネジ部１１とプラグホールＫ２のネジ穴Ｋ３とをネジ結合することにより、エンジンヘッドＫ１に固定される。

その後、点火コイルをプラグホールＫ２内に挿入して、ブーツ部Ｋ４の穴に、スパークプラグＳ１の端子電極８０の他端部８０ｂ側の部位および取付金具１０の他端部１０ｂから突出する絶縁碍子２０の他端部２０ｂ側の部位を挿入する。こうして、点火コイルとスパークプラグＳ４との電気的な接続がなされる。

そして、エンジンヘッドＫ１に接地された取付金具１０および接地電極４０をＧＮＤ側として、上記点火コイルから端子電極８０を介して中心電極３０に高電圧が印加されることにより、中心電極３０の貴金属チップ３５と接地電極４０の貴金属チップ４５との間にて火花放電が行われ、エンジンの燃焼が行われるようになっている。

［寸法関係設定の根拠等］
本実施形態において、｜Ｂ−Ａ｜≦０．６ｍｍ、という関係を採用したこと、上記径Ｃを３．５ｍｍ以下としたこと、上記長さＬを１５ｍｍ以上としたことの根拠について述べる。この寸法関係は、本発明者らが行った実験検討の結果を根拠とするものであり、限定するものではないが、次に、その検討結果の一例について述べる。

まず、端子電極８０と絶縁碍子２０との寸法差を小さくして端子電極８０と絶縁碍子２０との段差部をどの程度まで小さくすれば、点火コイルのブーツ部Ｋ４の挿入性を良好に確保できるかという実験を行った。

この挿入性に関して、絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出する部位の直径Ｂを振って、段差の寸法との関係を検討した。

本検討例では、端子電極８０のうち絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出する部位における最大径部の直径Ａをφ７．０ｍｍとしたのに対し、絶縁碍子の上記直径Ｂを１０．０ｍｍ、９．０ｍｍ、８．０ｍｍ、７．６ｍｍ、７．４ｍｍ、７．２ｍｍ、７．０ｍｍと変えた場合について検討した。

各寸法のスパークプラグについて３０本の挿入試験を実施し、点火コイルのブーツ部Ｋ４を挿入していくときに、引っかかりなどの不具合が生じた本数を求めた。図３に、その結果が示されている。

図３は、絶縁碍子２０の上記直径Ｂと上記したブーツ部Ｋ４の挿入時の不具合が発生した本数との関係を示す図である。図３に示されるように、絶縁碍子２０の上記直径Ｂがφ７．６ｍｍ以下で大幅に不具合本数が低減し、φ７．４ｍｍ以下の場合に、不具合が発生した本数が０となっている。

すなわち、点火コイルへの装着部分における絶縁碍子２０および端子電極８０において、絶縁碍子２０の方が端子電極８０よりも太い場合には、当該寸法差（Ｂ−Ａ）が０．６ｍｍ以下であれば、点火コイルのブーツ部Ｋ４の挿入性を良好に確保することができるといえる。望ましくは、寸法差（Ｂ−Ａ）が０．４ｍｍ以下であればよい。

また、端子電極８０のうち絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出する部位における最大径部の直径Ａよりも絶縁碍子２０の上記直径Ｂが小さい場合には、挿入性には問題ないものの、ブーツ部Ｋ４のスパークプラグＳ１からの離脱性を考えると、このＢ＜Ａの場合も考慮する必要があると考える。

そこで、このＢ＜Ａの場合も同程度の段差に抑えるべきと考え、この場合には、寸法差（Ａ−Ｂ）≦０．６ｍｍ（好ましくは０．４ｍｍ）、とする。

そして、このような検討結果から、本実施形態においては、｜Ｂ−Ａ｜≦０．６ｍｍ、という関係、すなわち、絶縁碍子２０の上記直径Ｂと、端子電極８０のうち絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出する部位における最大径部の直径Ａとの差の絶対値が０．６ｍｍ以下であるという関係を採用した。

ここで、ブーツ部Ｋ４がスパークプラグＳ１に対して挿入しやすい、あるいは、離脱しやすいということは、使用中に外れてしまうのではないかという点があるが、点火コイルはエンジンヘッドＫ１に対してネジなどで固定されるため、そのような心配はない。あくまでも取扱い上での作業性を考えたものである。

このように、本実施形態では、従来のスパークプラグに対して、絶縁碍子２０の頭部の細径化が図られているが、この絶縁碍子２０の細径化を行っているがゆえに、懸念点として、絶縁碍子２０の温度上昇によるブーツ部Ｋ４の熱劣化と絶縁碍子２０の強度低下による折損がある。

そこで、絶縁碍子２０の温度上昇を抑制するため、鋭意検討した結果、端子電極８０のうち絶縁碍子２０内に挿入されている部位の径Ｃを細径化することで効果があることがわかった。これは、端子電極８０のうち絶縁碍子２０内に挿入されている部位を細くすれば、燃焼室からの熱が端子電極８０側に伝わりにくくできると考えたことによる。

本検討例では、絶縁碍子２０の上記直径Ｂが７．４ｍｍのものについて、端子電極８０のうち絶縁碍子２０内に挿入されている部位の径Ｃを変えたものを用意して、エンジンで絶縁碍子２０の温度を測定した。

ここにおいて、端子電極８０の上記径Ｃを、４ｍｍ、３．７ｍｍ、３．４ｍｍ、３．１ｍｍ、２．８ｍｍと変えた。そして、各寸法のスパークプラグについて各々２本ずつ測定を行った。

絶縁碍子２０における温度を測定した部位は、取付金具１０のかしめ部１２先端面すなわち取付金具１０の他端部１０ｂから３ｍｍのところとした。そして、この部分に熱電対を設置して、温度測定を行った。ちなみに、上述したように、この部位はブーツ部Ｋ４の先端部に相当し、温度が最も高い所である。

エンジンは、２Ｌ（リットル）、６気筒、スロットル全開５０００ｒｐｍの条件とし、この条件にて使用した場合において、上記絶縁碍子２０の温度測定を行った。その結果が、図４に示される。

図４は、端子電極８０の上記径Ｃと絶縁碍子２０の温度（図４では、碍子頭部温度と図示）との関係を示す図である。

図４に示されるように、端子電極８０の上記径Ｃが小さいほど、絶縁碍子２０の温度が下がることがわかった。そして、図４から、端子電極８０の上記径Ｃが３．５ｍｍの付近を境として、それよりも小さい方において絶縁碍子２０の温度の大幅な低下が確認されている。

この図４に示されるような結果から、端子電極８０の上記径Ｃを３．５ｍｍ以下とすれば、絶縁碍子２０を細径化した場合であっても絶縁碍子２０の温度上昇を極力抑制することができるといえる。

なお、端子電極８０の上記径Ｃが細ければ温度的に有利であるが、端子電極８０の強度、また、中心電極３０の径を考慮すると、当該径Ｃは、２．０ｍｍ以上であることが好ましい。

さらに、本実施形態において、絶縁碍子２０の温度上昇を抑制できるということは、点火コイルのブーツ部Ｋ４の熱的耐久性が向上することに加えて、フラッシュオーバーの抑制による放電による電気的劣化も防ぐことになる。

また、絶縁碍子２０を細径化することは絶縁碍子２０の強度低下も招くことになるが、本実施形態における絶縁碍子２０の温度上昇を抑制できるという効果により、当該絶縁碍子２０の熱による強度低下を防止することになる。

ここで、フラッシュオーバーの抑制によって、絶縁碍子２０の取付金具１０からの突出長さＬを短くしてプラグ軸方向の長さを小型化できるが、当該突出長さＬについて、どの程度まで短くしても、フラッシュオーバーの発生を確実に抑制できるかという観点から、実験検討を行った。

そこで、絶縁碍子２０の取付金具１０からの突出長さＬ（図１参照）を変えて、フラッシュオーバーの発生の有無を検討した。

本検討例では、絶縁碍子２０の上記直径Ｂを７．４ｍｍ、端子電極８０の上記径Ｃを３．１ｍｍとしたスパークプラグに対して、絶縁碍子２０の突出長さＬを１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍとしたものを用意し、各寸法のものについて測定を行った。

エンジンは、２Ｌ、６気筒、アイドル１分、スロットル全開５０００ｒｐｍ１分の繰返しを５０時間実施することによって、冷熱差を持たせた運転条件とした。この条件は、ブーツ部Ｋ４の劣化を促進させ、さらに、スロットル全開時に移行する際、放電電圧（要求電圧）が上昇してフラッシュオーバーしやすい状態とした耐久条件である。

ここで、フラッシュオーバーの発生の有無については、図５に示されるように、フラッシュオーバーすると、絶縁碍子２０の表面に焦げた跡として放電跡Ｋ５が残ることから、この放電跡Ｋ５の有無により、当該測定において良否の判断を行った。その測定結果が、表１に示される。

この表１に示される結果から、絶縁碍子２０の突出長さＬを１５ｍｍ以上とすれば、フラッシュオーバーの発生を確実に抑制することができるといえる。

なお、絶縁碍子２０の突出長さＬが長い方が、フラッシュオーバーの防止には有利であるが、これを長くしすぎると、絶縁碍子２０の強度低下が懸念される。

しかし、本実施形態では、点火コイルのブーツ部Ｋ４の挿入性を良好に確保できる構成としており、それがゆえに挿入時における絶縁碍子２０への作用力も低減できるため、当該長さＬが３０ｍｍ以下であれば、実用上問題はない。

［特徴点等］
以上述べてきたように、本実施形態によれば、端子電極８０のうち絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出する部位における最大径部の直径をＡｍｍ、絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出する部位の直径をＢｍｍとしたとき、｜Ｂ−Ａ｜≦０．６ｍｍ（好ましくは、０．４ｍｍ）であることを特徴とするスパークプラグＳ１が提供される。

本実施形態のように、絶縁碍子２０の上記直径Ｂと、端子電極８０のうち絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出する部位における最大径部の直径Ａとの差の絶対値が０．６ｍｍ以下であれば、点火コイルのブーツ部Ｋ４の挿入性を良好に確保することができる（図３参照）。

したがって、本実施形態によれば、スパークプラグにおいて、端子電極８０と絶縁碍子２０との段差部を小さくすべく端子電極８０と絶縁碍子２０との寸法差を小さくして、点火コイルのブーツ部Ｋ４の挿入性を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、端子電極８０のうち絶縁碍子２０内に挿入されている部位の径をＣとしたとき、この径Ｃは３．５ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグＳ１が提供される。

上述したように、端子電極８０の上記径Ｃを３．５ｍｍ以下とすれば、上記した本実施形態の効果に加えて、絶縁碍子２０を細径化した場合であっても絶縁碍子２０の温度上昇を極力抑制することができる（図４参照）。

さらに、本実施形態によれば、絶縁碍子２０のうち取付金具１０の他端部１０ｂから突出している部位の長さをＬとしたとき、この長さＬは１５ｍｍ以上であることを特徴とするスパークプラグＳ１が提供される。

上述したように、絶縁碍子２０の上記突出長さＬを１５ｍｍ以上とすれば、フラッシュオーバーの発生を確実に抑制することができ、好ましい。さらに、この絶縁碍子２０の突出長さＬを３０ｍｍ以下とすれば、絶縁碍子２０の強度を実用上、確保することができ、好ましい。

また、本実施形態では、中心電極３０の一端部３０ａには、火花放電部材としての貴金属チップ３５が設けられており、この中心電極３０の貴金属チップ３５の断面積は０．０７ｍｍ²以上０．４０ｍｍ²以下であることが好ましいとしている。

このように、中心電極３０の火花放電部に細い貴金属チップ３５を設ければ、着火スペースを十分に確保することができ、着火性向上が図られ、放電電圧（要求電圧）の低減がなされ、好ましい。また、当該貴金属チップ３５が細すぎると、消耗しやすいので、ある程度の太さは必要である。

そのような観点から、本実施形態では、中心電極３０の貴金属チップ３５の断面積を、上述のように規定することが好ましい。

ここで、本実施形態では、中心電極３０の貴金属チップ３５は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が２０００℃以上のものからなることが好ましいとしている。

さらに、中心電極３０の貴金属チップ３５に含有される添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ、Ｙ₂Ｏ₃の中から選択される少なくとも１種からなるものが好ましいとしている。

中心電極３０の貴金属チップ３５およびこの貴金属チップ３５に含有される添加物を、このようなものにすることにより、中心電極３０の貴金属チップ３５の寿命を十分に確保できるためである。

また、本実施形態では、接地電極４０のうち中心電極３０の一端部３０ａと対向する部位には、火花放電部材としての貴金属チップ４５が設けられており、この接地電極４０の貴金属チップ４５の断面積は０．１２ｍｍ²以上０．８０ｍｍ²以下であり、接地電極４０の貴金属チップ４５の接地電極４０からの突出量は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、火花放電ギャップ５０の大きさが０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましいとしている。

このように、火花放電ギャップ５０の大きさを０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下と狭くすることにより、放電電圧（要求電圧）の低減が図られることは、一般的なスパークプラグにおいても経験的にわかっている。

そして、このように火花放電ギャップ５０を狭くした場合、着火スペースの確保が困難となるが、本実施形態では、上述した中心電極３０の貴金属チップ３５を設けた場合と同様の理由によって、接地電極４０の火花放電部にも細い貴金属チップ４５を設けることにより、着火性を確保しつつ、放電電圧の低減を図ることができる。

そして、この場合、接地電極４０の火花放電部における着火スペースの確保、および、接地電極４０の貴金属チップ４５の消耗性の向上との両立を考慮すると、本実施形態のように、接地電極４０の貴金属チップ４５の断面積や突出量をこのような構成とすることが好ましい。

ここで、本実施形態では、接地電極４０の貴金属チップ４５は、５０重量％以上のＰｔに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が１５００℃以上のものからなることが好ましいとしている。

さらに、接地電極４０の貴金属チップ４５に含有される添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなるものであることが好ましいとしている。

接地電極４０の貴金属チップ４５およびこの貴金属チップ４５に含有される添加物を、このようなものにすることにより、接地電極４０の貴金属チップ４５の寿命を十分に確保できるためである。

（他の実施形態）
また、火花放電ギャップ５０を介して対向する中心電極３０および接地電極４０の部位には、上述したような貴金属チップ３５、４５が設けられていなくてもよい。つまり、中心電極３０の一端部３０ａと接地電極４０の側面４１とがそれぞれ火花放電を部分として構成されていてもよい。

また、本発明は、スパークプラグにおいて、上述した寸法関係を設定したことを要部とするものであり、その他の細部については、適宜設計変更してよいことは、もちろんである。

本発明の実施形態に係るスパークプラグの全体構成を示す半断面図である。 図１に示されるスパークプラグにおける発火部近傍の拡大図である。 絶縁碍子の直径Ｂと点火コイルのブーツ部の挿入時において不具合が発生した本数との関係を示す図である。 端子電極の径Ｃと絶縁碍子の温度（碍子頭部温度）との関係を示す図である。 フラッシュオーバー発生時における絶縁碍子の表面に残る放電跡を示す図である。

符号の説明

１０…取付金具、１０ａ…取付金具の一端部、１０ｂ…取付金具の他端部、
１１…取付用ネジ部、２０…絶縁碍子、２０ａ…絶縁碍子の一端部、
２０ｂ…絶縁碍子の他端部、２１…絶縁碍子の軸孔、３０…中心電極、
３０ａ…中心電極の一端部、３０ｂ…中心電極の他端部、
３５…中心電極の貴金属チップ、４０…接地電極、４５…接地電極の貴金属チップ、
５０…火花放電ギャップ、８０…端子電極、８０ａ…端子電極の一端部、
８０ｂ…端子電極の他端部、
Ａ…端子電極のうち絶縁碍子の他端部から突出する部位における最大径部の直径、
Ｂ…絶縁碍子のうち取付金具の他端部から突出する部位の直径、
Ｃ…端子電極のうち絶縁碍子内に挿入されている部位の径、
Ｌ…絶縁碍子のうち取付金具の他端部から突出している部位の長さ。

Claims (13)

1. 外周に取付用ネジ部（１１）が設けられた取付金具（１０）と、
   一端部（２０ａ）が前記取付金具（１０）の一端部（１０ａ）から突出するとともに他端部（２０ｂ）が前記取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出した状態で前記取付金具（１０）内に固定された絶縁碍子（２０）と、
   一端部（３０ａ）が前記絶縁碍子（２０）の一端部（２０ａ）から突出した状態で前記絶縁碍子（２０）の軸孔（２１）内に固定された中心電極（３０）と、
   前記取付金具（１０）に固定されて前記中心電極（３０）の一端部（３０ａ）との間に火花放電ギャップ（５０）を介して対向する接地電極（４０）と、
   一端部（８０ａ）が前記絶縁碍子（２０）の内部にて前記中心電極（３０）の他端部（３０ｂ）と導通するとともに、他端部（８０ｂ）が前記絶縁碍子（２０）の他端部（２０ｂ）から突出した状態で前記絶縁碍子（２０）の軸孔（２１）内に挿入され固定された端子電極（８０）と、を備えたスパークプラグにおいて、
   前記端子電極（８０）のうち前記絶縁碍子（２０）の他端部（２０ｂ）から突出する部位における最大径部の直径をＡｍｍ、前記絶縁碍子（２０）のうち前記取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出する部位の直径をＢｍｍとしたとき、
   ｜Ｂ−Ａ｜≦０．６ｍｍであることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記絶縁碍子（２０）のうち前記取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出する部位の直径Ｂは、前記端子電極（８０）のうち前記絶縁碍子（２０）の他端部（２０ｂ）から突出する部位における最大径部の直径Ａよりも大きいものであり、
   （Ｂ−Ａ）≦０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. ｜Ｂ−Ａ｜≦０．４ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
4. 前記端子電極（８０）のうち前記絶縁碍子（２０）内に挿入されている部位の径をＣとしたとき、この径Ｃは３．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
5. 前記絶縁碍子（２０）のうち前記取付金具（１０）の他端部（１０ｂ）から突出している部位の長さをＬとしたとき、この長さＬは１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
6. 前記長さＬは３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 前記中心電極（３０）の一端部（３０ａ）には、火花放電部材としての貴金属チップ（３５）が設けられており、この中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）の断面積は０．０７ｍｍ²以上０．４０ｍｍ²以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
8. 前記中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が２０００℃以上のものからなることを特徴とする請求項７に記載のスパークプラグ。
9. 前記中心電極（３０）の貴金属チップ（３５）に含有される前記添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ、Ｙ₂Ｏ₃の中から選択される少なくとも１種からなるものであることを特徴とする請求項８に記載のスパークプラグ。
10. 前記接地電極（４０）のうち前記中心電極（３０）の一端部（３０ａ）と対向する部位には、火花放電部材としての貴金属チップ（４５）が設けられており、
    この接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の断面積は０．１２ｍｍ²以上０．８０ｍｍ²以下であり、
    前記接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）の前記接地電極（４０）からの突出量は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、
    前記火花放電ギャップ（５０）の大きさが０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
11. 前記接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）は、５０重量％以上のＰｔに少なくとも１種の添加物を含有したものであって融点が１５００℃以上のものからなることを特徴とする請求項１０に記載のスパークプラグ。
12. 前記接地電極（４０）の貴金属チップ（４５）に含有される前記添加物は、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｅの中から選択される少なくとも１種からなるものであることを特徴とする請求項１１に記載のスパークプラグ。
13. 前記端子電極（８０）の他端部（８０ｂ）には、点火コイルが接続されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のスパークプラグ。

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