JP2001237045A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 「くすぶり」に強く、かつ、長寿命で着火性
に優れたスパークプラグを実現する。 【解決手段】 平行接地電極１１と中心電極２の先端面
との間に主気中ギャップ（α）が形成されており、セミ
沿面接地電極１２の端面１２Ｃと中心電極２の側周面２
Ａとの間にセミ沿面ギャップ（β）が形成されており、
端面１２Ｃと絶縁碍子１の側周面１Ｅとの間にセミ沿面
碍子ギャップ（γ）が形成されている。そして、主気中
ギャップ（α）とセミ沿面ギャップ（β）とが、α＜β
の関係を満足し、かつ、主気中ギャップ（α）とセミ沿
面碍子ギャップ（γ）とが、α＞γの関係を満足してい
るとともに、主気中ギャップ（α）がα＝１．１ｍｍ以
下であり、セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．５ｍｍ
≦γ≦０．７ｍｍであり、主体金具の先端面の位置にお
ける絶縁碍子と主体金具との径差（δ）が、３．６ｍｍ
以上となるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の着火装
置として用いられるスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスパークプラグは、絶縁碍子の先
端面から下方に突出するようにされた中心電極と、この
中心電極に対向して配設され一端が主体金具に接合され
た平行接地電極とを備え、中心電極と平行接地電極との
間の気中ギャップに火花放電させて燃料混合ガスに着火
するものが一般的である。

【０００３】また、気中ギャップでの着火性を向上させ
るため、特開平５−３２６１０７号公報及び特開平７−
１３０４５４号公報には、中心電極の端面に対向する平
行接地電極の他に、中心電極の側周面に対向した補助接
地電極を設けたものが提案されている。これらの補助接
地電極は補助接地電極と中心電極との間のギャップに飛
火させることが目的ではなく、補助接地電極の存在によ
り平行接地電極と中心電極の間の電界分布を改善し、よ
り低い放電電圧で平行接地電極と中心電極の間のギャッ
プに飛火させ着火性を向上させようとするものである。
このため、これらのスパークプラグは構造的に見て、補
助接地電極の端面の端縁が必ずしも絶縁碍子の先端面の
近傍に位置するものではなかった。

【０００４】さらに、特開平９−１９９２６０号公報に
は、中心電極の端面に対向する平行接地電極の他に、絶
縁碍子の先端面の近傍に補助接地電極を設けたものが提
案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−３２６１０７号公報及び特開平７−１３０４５
４号公報に記載の従来のスパークプラグはいずれも、い
わゆる「くすぶり」に弱いという問題点があった。内燃
機関が所定温度において所定回転数以上で回っている定
常運転時は、スパークプラグの絶縁碍子の下方部分であ
る脚長部は適度に温度が上昇し、燃焼室内部に位置する
絶縁碍子の先端面近傍の表面温度は５００゜Ｃ程度に上
昇する。この程度に温度が上昇すると、絶縁碍子の表面
に付着したカーボンは焼き浄められるため、絶縁碍子の
表面は清浄に保たれる。このため「くすぶり」は生じな
い。しかしながら、内燃機関の温度が極端に低く、回転
数も低い低負荷の場合は、絶縁碍子の表面の温度が上が
らず絶縁碍子の表面に燃焼によるカーボンが付着蓄積し
て、いわゆる「くすぶり」の状態になる。これがさらに
進むと、中心電極と接地電極との絶縁が低下して火花放
電が不能になり、エンジンストールにいたる。

【０００６】また、上記特開平９−１９９２６０号公報
記載の従来のスパークプラグは、平行接地電極若しくは
補助接地電極から中心電極までの距離（主気中ギャップ
若しくはセミ沿面ギャップ）、及び補助接地電極の端面
から絶縁碍子の側周面までの距離（セミ沿面碍子ギャッ
プ）の関係は明らかにされていない。

【０００７】さらに、特開昭５９−７１２７９号公報に
は絶縁碍子の側周面に対向して接地電極を配設したセミ
沿面プラグが開示されている。このプラグでは、火花が
絶縁碍子の表面に沿って走るため絶縁碍子の表面に付着
したカーボンは焼き切られ、「くすぶり」の問題はあま
り生じない。しかし、火花が絶えず絶縁碍子の表面に沿
って走るため絶縁碍子表面が火花による損傷を受ける、
いわゆる「チャンネリング」の問題が生じる。このた
め、スパークプラグの寿命が短いという問題点があっ
た。

【０００８】そこで、本発明は、「くすぶり」に強く、
かつ、着火性にも優れたスパークプラグを提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記の目的
を達成するため、本発明のスパークプラグは以下の基本
構造を有する。すなわち、本発明のスパークプラグは、
中心貫通孔を有する絶縁碍子と、中心貫通孔に保持され
絶縁碍子の先端部に配設された中心電極と、絶縁碍子の
先端部を自身の先端面から突出するように保持する主体
金具と、その主体金具の先端面に一端が接合され他端が
中心電極の先端面に対向するように配設された平行接地
電極とを備え、平行接地電極と中心電極の先端面とによ
り主気中ギャップ（α）が形成されている。また、主体
金具に一端が接合され他端が中心電極の側周面若しくは
絶縁碍子の側周面に対向するように配設された複数のセ
ミ沿面接地電極を備え、セミ沿面接地電極の他端の端面
と、この端面と対向する中心電極の側周面との間にセミ
沿面ギャップ（β）が形成されている。そして、セミ沿
面接地電極の端面と、この端面と対向する絶縁碍子の側
周面との間にセミ沿面碍子ギャップ（γ）が形成されて
おり、主気中ギャップ（α）の距離αとセミ沿面ギャッ
プ（β）の距離βとが、α＜βの関係を満足する。ま
た、主気中ギャップ（α）の距離αとセミ沿面碍子ギャ
ップ（γ）の距離γとが、α＞γの関係を満足する。

【００１０】このように形成すると、セミ沿面ギャップ
（β）の距離βより主気中ギャップ（α）の距離αの方
が小さい（α＜β）から、「くすぶり」の状態ではない
正常時には、平行接地電極との間の主気中ギャップ
（α）で火花放電が生じる。一方、主気中ギャップ
（α）の距離αよりセミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離
γは小さい（γ＜α）。従って、絶縁碍子の先端面が燃
焼により生じたカーボンにより汚損された「くすぶり」
の状態になると、セミ沿面接地電極の端縁と中心電極の
側周面の間に、絶縁碍子の先端面の沿面を経由して火花
放電が生じる（以下、セミ沿面放電と称する）。セミ沿
面放電の火花はセミ沿面碍子ギャップ（γ）を飛んだ
後、絶縁碍子の表面に沿って走る（電圧極性が反転して
いる場合はこの逆）。何回かセミ沿面放電を繰り返すと
絶縁碍子の先端面に堆積したカーボンが焼き切られて絶
縁碍子の表面は清浄な状態に戻り、再び絶縁碍子表面の
絶縁が回復して「くすぶり」が解消され、火花放電はセ
ミ沿面ギャップ（β）から主気中ギャップ（α）に戻
る。なお、本明細書においてセミ沿面ギャップ（β）の
距離βとは、絶縁碍子の先端面の位置における中心電極
の側周面とセミ沿面接地電極とのスパークプラグの軸線
に対して垂直方向の最小距離を言う。また、セミ沿面碍
子ギャップ（γ）の距離γとは、絶縁碍子とセミ沿面接
地電極との最短距離を言う。

【００１１】上記基本構造を有したスパークプラグで
は、殆どの時間において平行接地電極との間の主気中ギ
ャップ（α）で火花放電が生じ、絶縁碍子の表面がカー
ボンにより汚損された「くすぶり」の状態の時にのみセ
ミ沿面接地電極との間のセミ沿面ギャップ（β）でセミ
沿面放電が生じて燃焼室の混合ガスに着火する。殆どの
時間を主気中ギャップ（α）での火花放電で混合ガスに
着火するから着火性に優れる。また、セミ沿面放電は絶
縁碍子の表面に堆積したカーボンを焼き切る自己清浄作
用を備えるから、このスパークプラグは「くすぶり」に
極めて強い。さらに、セミ沿面放電が生じる頻度は低く
その放電時間がごく短時間で終了するから火花による
「チャンネリング」の作用は弱くなり、チャンネリング
は殆ど発生しない。このため、このスパークプラグの寿
命は十分に長い。

【００１２】なお、図２３に示すように、セミ沿面接地
電極（1２，1２）を２本有する場合における本発明のス
パークプラグ（１００）を直噴式内燃機関（１５０）に
取り付ける際には、インテークバルブ（２０１）とエキ
ゾーストバルブ（２０３）の中間方向にセミ沿面接地電
極（１２，１２）を位置させると良い。

【００１３】図２３に示す例では、シリンダヘッド
（Ｓ）に取り付けられたスパークプラグ（１００）の中
心軸線（Ｏ）を含む仮想的な基準面（ＳＰ）と、同じく
中心軸線（Ｏ）を含んで基準面（ＳＰ）と直交する仮想
的な補助基準面（ＣＳＰ）を考えたとき、基準面（Ｓ
Ｐ）に関して片側にインテークバルブ（２０１，２０
１）が、反対側にエキゾーストバルブ（２０３，２０
３）が、それぞれ基準面（ＳＰ）からの距離が略等しく
なる位置関係にて配置されている。なお、インテークバ
ルブ（２０１，２０１）とエキゾーストバルブ（２０
３，２０３）とは、それぞれ補助基準面（ＣＳＰ）の両
側に各１の都合２つずつが配置されている。そして、セ
ミ沿面接地電極（１２）は、主体金具（５）への取付基
端位置が補助基準面（ＣＳＰ）よりも基準面（ＳＰ）に
近くなるように、ここでは略基準面（ＳＰ）上に位置す
るように配置されている。また、平行接地電極（１１）
は、主体金具（５）への取付基端位置が基準面（ＳＰ）
よりも補助基準面（ＣＳＰ）に近くなるように、ここで
は略補助基準面（ＣＳＰ）上に位置するように配置され
ている。

【００１４】上記のようなスパークプラグ（１００）の
取付方向は、一般的な平行接地電極のみを持つスパーク
プラグの取付方向とは異なる。すなわち、内燃機関（１
５０）の燃焼室（ＣＲ）内部における吸気の流れ方向は
インテークバルブ（２０１）からエキゾーストバルブ
（２０３）に向かう方向に流れるのであるが、本発明者
らが検討したところによると、キャビティがピストン
（Ｐ）の中央部を含むインテークバルブ側に偏芯して存
在することによる縦方向の流れ（タンブル）と、ピスト
ン（Ｐ）が上昇することによって燃焼室（ＣＲ）壁面周
囲からキャビティ方向に生じる横方向の流れ（スキッシ
ュ）とを考慮する必要のある直噴式内燃機関に適用され
る本発明のスパークプラグ（１００）では、セミ沿面接
地電極（１２）の着火性を確保できる方向に向けること
が重要であることがわかった。そこで、上記のような位
置関係にてスパークプラグ（１００）を取り付ければ、
燃焼室壁面に近い位置に存在するためにスキッシュの影
響を受けやすいセミ沿面接地電極（１２）による火花は
吸気の流れに対して垂直に近くなる方向に飛火する形と
なる。

【００１５】特に、平行接地電極（１１）に対して両側
９０゜の位置に２個のセミ沿面接地電極（１２，１２）
を持つタイプのスパークプラグ（１００）では、平行接
地電極（１１）の主体金具（５）への溶接部をインテー
クバルブ（２０１）側に向けることが特に効果的であ
る。即ち、平行接地電極（１１）が主体金具（５）に溶
接されていない方向をエキゾーストバルブ（２０３）の
方向に向けると良い。平行接地電極（１１）による火花
は、タンブルとスキッシュとの両方の影響を受けるた
め、スパークプラグの斜め先端側から吸気の流れを受け
ることになる。この吸気の流れは、相当に大きな流れで
あるため、逆方向に向けられた場合には、火花の発生中
に火花が平行接地電極（１１）の存在しない位置にまで
流されて途切れ易くなる。このように位置させることに
よって、たとえ火花が流されても平行接地電極（１１）
が存在するために途中で途切れ難くなり着火性の低下が
起こりにくくなる。

【００１６】なお、インテークバルブ（２０１，２０
１）及びエキゾーストバルブ（２０３，２０３）を各２
個有するタイプの内燃機関（即ち、４バルブ内燃機関）
では、互いに向かい合うインテークバルブ（２０１，２
０１）とエキゾーストバルブ（２０３，２０３）の対で
上記の考えを当てはめれば良い。つまり、次のように考
えれば良い。一般に４バルブ内燃機関では、内燃機関の
前方向から見ると三角屋根状をしたペントルーフタイプ
のシリンダヘッド（Ｓ）の片側（すなわち、基準面（Ｓ
Ｐ）に関していずれか一方の側）にインテークバルブ２
個（２０１，２０１）が、他方の側にエキゾーストバル
ブ２個（２０３，２０３）が配置されている。また、補
助基準面（ＣＳＰ）に関して同じ側にあるインテークバ
ルブ（２０１）及びエキゾーストバルブ（２０３）同士
は、基準面（ＳＰ）を挟んで互いに向かい合う形とな
る。そして、中心軸線（Ｏ）に関して、これら互いに向
かい合うインテークバルブ及びエキゾーストバルブの対
（２０１，２０３）の中間の角度位置に各セミ沿面接地
電極（１２，１２）が位置するように、スパークプラグ
（１００）を取り付ければよいのである。

【００１７】次に、上記のような基本構造をもつスパー
クプラグについて本発明者らが検討したところによる
と、火花の発生位置は電極間距離の単純な大小関係で一
義的に決定されるものではなく、条件によっては距離が
大きい場所でも火花を生じる場合があることがわかった
（以下、本明細書では、これを「反転飛火現象」と称す
る）。こうした反転飛火現象が起こると、「くすぶり」
が生じた場合、本来期待されるべきセミ沿面碍子ギャッ
プ（γ）での飛火ではなく、主体金具の先端面と絶縁碍
子との間で火花を生じてしまう不具合（以下、本明細書
において、これを「金具/碍子飛火」と称する）などを
生ずる。本発明に係るスパークプラグのいくつかの構成
は、反転飛火現象に基づく金具/碍子飛火等の不具合の
具体的な解決手段を与えるものである。

【００１８】例えば金具/碍子飛火を防止できること
は、特に層状燃焼方式の直噴式内燃機関において効果が
非常に大きい。即ち、直噴式内燃機関では主体金具の先
端面と絶縁碍子との間で火花を生じることによって、着
火性が低下しやすい。これは、火花の発生する位置が大
きく影響しているものと考えられる。つまり、層状燃焼
方式の内燃機関では、燃焼室内の濃混合気の層が非常に
狭い範囲にあり、その範囲を外れると混合気は非常に薄
くなる。そして、該濃混合気層に対して確実に火花を飛
ばせるか否かが、混合気への正常な着火の成否の鍵を握
ることになる。すなわち、濃混合気層がスパークプラグ
の正規の火花放電ギャップである中心電極と接地電極と
の間に到達した際に、該位置で確実に火花を生じること
ができれば、この火花によって混合気に着火することが
できる。

【００１９】しかし、既に説明した通り、濃混合気層は
非常に狭い範囲でしか形成されないので、正規の火花放
電ギャップで火花が生じず、例えば金具/碍子飛火のよ
うに、正規の火花放電ギャップ以外の位置（すなわち、
燃焼室の壁面近傍）で火花が生じてしまうと、この位置
での混合気は非常に薄いため、火花が生じているにもか
かわらず混合気に着火しないという現象、即ち、失火が
起こってしまうのである。このような燃焼室の壁面近傍
のような位置で火花が生じてしまうと、その燃焼サイク
ルでは失火となるため、内燃機関の出力が低下するとと
もに、未燃焼の混合気が排気管から排出されるためエミ
ッション規制を満足できなくなるおそれがある。さら
に、未燃焼のガスは排気管から排出されきらずに燃焼室
の壁面に付着し、同時にスパークプラグにも付着するこ
とになるため、絶縁碍子が燃料で濡れた状態になって次
サイクルでの火花発生をさらに生じ難くする。

【００２０】従って、反転飛火現象ひいては金具/碍子
飛火を防止して、主気中ギャップ（α）若しくはセミ沿
面ギャップ（β）で確実に火花を発生させることができ
れば、「くすぶり」を生じた場合においてもセミ沿面接
地電極で火花を生じることにより「くすぶり」を焼き切
ることができるようになる。また、直噴式内燃機関であ
ってもセミ沿面接地電極で火花を生じるのであれば濃混
合気内であることから着火性の低下を抑制することがで
きる。しかしながら、前述の特開平９−１９９２６０号
公報を始めとする従来技術においては、こうした観点か
らのスパークプラグの改良に関する具体的な提案は何ら
なされていなかった。

【００２１】以上を前提として、以下、本発明のスパー
クプラグのさらに詳細な各構成について説明する。ま
ず、第一の構成は、前記した基本構成に加え、主気中ギ
ャップ（α）がα≦１．１ｍｍであり（１−）；セミ
沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍ
であり（１−）；主体金具の先端面の位置における絶
縁碍子と主体金具との径差δがδ≧３．６ｍｍ（１−
）；であることを特徴とする。

【００２２】本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、前記
基本構造を有するスパークプラグにおいて、主気中ギャ
ップ（α）、セミ沿面碍子ギャップ（γ）及び絶縁碍子
と主体金具との径差（δ）が上記（１−）〜（１−
）の関係を満たすことで、例えば「くすぶり」が生じ
た場合であっても前記した反転飛火現象ひいては金具/
碍子飛火が効果的に抑制され、セミ沿面碍子ギャップ
（γ）での火花を確実に生じえることを初めて実験的に
実証し、上記第一の構成の発明を完成するに至ったもの
である。

【００２３】主気中ギャップ（α）の大きさは、要求さ
れる着火性のレベルや混合気の空燃比などに応じて、設
計上種々の値に設定されうる。また、セミ沿面碍子ギャ
ップ（γ）もα＞γの関係を充足する必要があるので、
主気中ギャップ（α）の大きさに応じて適宜の範囲に設
定される。そして、上記第一の構成のスパークプラグに
おいては、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャッ
プ（γ）とを（１−）及び（１−）の範囲内に設定
されることを前提とする。そして、この前提のもとにお
いて、主体金具先端面の位置における絶縁碍子と主体金
具との径差δを（１−）の範囲のものとすることが上
記第一の構成の要旨である。すなわち、径差（δ）をこ
のように設定することで、「くすぶり」を生じた場合に
おいても、セミ沿面接地電極で火花を生じれば絶縁碍子
への汚損付着物を焼き切ることができる。また、直噴式
内燃機関であってもセミ沿面接地電極で火花を生じるの
であれば、濃混合気内であることから着火性の低下を抑
制することができる。なお、主気中ギャップ（α）の距
離αは、無制限に小さくすることはできず、着火性確保
及び汚損時など導電性の異物が付着したときの短絡防止
等を考慮して、例えば０．６ｍｍ以上は確保することが
有効である（これは、本発明の他の構成に係るスパーク
プラグにおいても同様である）。また、径差（δ）につ
いても、無制限に大きくすることはできず、主体金具・
中心電極の強度確保及び絶縁碍子の耐電圧性確保等を考
慮して、例えば５．４ｍｍ以下にする有効であり、望ま
しくは、５．０ｍｍ以下にすると良い（これは、本発明
の他の構成に係るスパークプラグにおいても同様であ
る）。

【００２４】第二の構成に係るスパークプラグは、前記
した基本構成に加え、主気中ギャップ（α）は０．８ｍ
ｍ≦α≦１．０ｍｍであり（２−）、セミ沿面碍子ギ
ャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり（２
−）、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ
（γ）とが０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍ（２−
）、であることを特徴とする。なお、該第二の構成の
発明は、第一の構成の発明と組み合わせることができ
る。

【００２５】該構成のスパークプラグにおいては、火花
を発生電圧の低減を目的として、主気中ギャップ（α）
が幾分狭い（２−）のような範囲に設定され、セミ沿
面碍子ギャップ（γ）は（２−）の範囲（前記した第
一の構成と同様）に設定する。このとき、主気中ギャッ
プ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）との関係（α−
γ）を上記（２−）の範囲に設定することによって、
反転飛火現象ひいては金具/碍子飛火を効果的に抑制で
きるようになる。また、新たな効果としては、特に直噴
式内燃機関においては、失火が発生しない噴射終了時期
の領域を広くすることができる。

【００２６】一般に内燃機関では、主気中ギャップ
（α）が広くなるほど着火性が向上する。しかし、主気
中ギャップ（α）が広くなると放電電圧が上昇すること
になる。直噴式内燃機関では、非常に「くすぶり」が生
じ易いため、通常の運転時でも「くすぶり」が発生す
る。このような「くすぶり」が発生した状態では、放電
電圧が高いことは失火を生じる可能性がより高くなる。
つまり、直噴式内燃機関では、クランク角におけるスパ
ークプラグに火花を発生させる点火時期、及び燃料噴射
の終了時期のそれぞれについて、失火を生じることのな
い範囲が広いほど着火性が良いとされている。

【００２７】直噴式内燃機関では、噴射直後の濃混合気
領域が燃焼室内を徐々に移動しながら拡散していくた
め、燃料噴射の終了時期が早いほど、スパークプラグで
火花を発生させる時において濃混合気領域が拡散して薄
くなる傾向にある。従って、薄い混合気領域で着火する
ことが必要になるが、混合気が薄いために同じギャップ
間隙であっても放電電圧が上昇する。一方、上述したよ
うにスパークプラグは通常「くすぶり」の状態にあるた
め、混合気が薄いことによる放電電圧の上昇とも相俟っ
て、主体金具と絶縁碍子との間で火花、すなわち金具/
碍子飛火が発生しやすくなり、この結果失火を生じやす
くなる。また、逆に燃料噴射の終了時期が遅いほど濃混
合気中で火花を発生させることになる。この状態では安
定して燃焼を生じるのであるが、混合気が濃いために、
たとえ安定して燃焼していても、より「くすぶり」を生
じ易くなる。この結果、主体金具と絶縁碍子との間で火
花を発生してしまい、失火を生じる可能性がある。

【００２８】すなわち、本発明者が検討したところによ
ると、一般的な内燃機関では、主気中ギャップ（α）が
広いほど着火性が良くなるのであるが、直噴式内燃機関
では、ギャップが広いために放電電圧が上昇し、却って
着火性が低下するという現象が生じることがわかった。
上記第二の構成の発明では、主気中ギャップ（α）とセ
ミ沿面碍子ギャップ（γ）を（２−）に示す適度な範
囲に設定するとともに、主気中ギャップ（α）とセミ沿
面碍子ギャップ（γ）との関係を（２−）に示す範囲
に適切に設定することで、主体金具の先端面と絶縁碍子
との間で火花が発生することを抑制し、安定燃焼領域を
広くすることができるのである。

【００２９】なお、安定燃焼領域を広くすることが望ま
しいのは以下の理由による。即ち、直噴式内燃機関で
は、点火時期と燃料噴射時期とを運転条件に対して一定
になるように制御するのであるが、スロットル開度の急
激な変化等を行なうと、制御とスパークプラグ回りの雰
囲気変化とが整合しない場合が生じる。このような状態
では、燃料噴射時期にずれが生じたり、点火時期にずれ
が生じたり等の過渡的な現象等によりスパークプラグ回
りの混合気が薄くなったり、濃くなったりすることがあ
る。燃料の噴射時期と点火時期とが離れる傾向になる
と、混合気が薄い状態になるため、放電電圧が上昇す
る。また、噴射時期と点火時期とが近づく傾向になる
と、更に濃い混合気中で火花が発生することになるため
くすぶりがより進むことになる。このため、特性的に安
定燃焼領域が広いスパークプラグを用いることによっ
て、このような過渡的な現象に対しても失火を生じるこ
となく良好な燃焼を確保できる。

【００３０】なお、中心電極の先端部が縮径されている
とともに、絶縁碍子の先端部を軸線方向前方側から平面
視した場合の中心電極の中心点の位置における平行接地
電極の幅は、２．２ｍｍ以下であって、かつ、中心電極
の先端面における外径の２倍以上にすることが望まし
い。このような寸法関係に設定することで、放電電圧を
低減させることができるとともに、着火性を確保しつつ
燃料が中心電極と接地電極との間で保持されてしまう、
いわゆるブリッジを生じにくくすることができる。

【００３１】第三の構成は、前記した基本構成に加え、
主気中ギャップ（α）がα≦０．９ｍｍであり（３−
）、セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦
０．７ｍｍであり（３−）、主体金具の先端面の位置
における絶縁碍子と主体金具との径差δが、２．８ｍｍ
以上（３−）、であることを特徴とする。該第三の構
成は、第一又は第二の構成の少なくともいずれかと組み
合わせることができる。

【００３２】上記第三の構成のスパークプラグにおいて
は、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ
（γ）とを（３−）及び（３−）の範囲内に設定さ
れることを前提とする。主気中ギャップ（α）は、第二
の構成と同様の理由により、第一の構成における（１−
）よりも狭い範囲を選択している。そして、この前提
のもとにおいて、主体金具先端面の位置における絶縁碍
子と主体金具との径差（δ）を（３−）の範囲に設定
することで、「くすぶり」を生じた場合においても、セ
ミ沿面接地電極で火花を生じれば絶縁碍子への汚損付着
物を焼き切ることができる。また、直噴式内燃機関であ
ってもセミ沿面接地電極で火花を生じるのであれば濃混
合気内であることから着火性の低下を抑制することがで
きる。

【００３３】第四の構成は、前記した基本構成に加え、
該主気中ギャップ（α）がα≦１．１ｍｍであり（４−
）、該セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．５ｍｍ≦
γ≦０．７ｍｍであり（４−）、かつ、前記セミ沿面
接地電極の配設個数が３個以上であること（４−）、
を特徴とする。該第四の構成は、前記第一乃至第三の構
成の少なくともいずれかと組み合わせることができる。

【００３４】上記第四の構成のスパークプラグにおいて
は、主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ
（γ）との設定範囲（４−）及び（４−）は、前記
した第一の構成における（１−）及び（１−）と同
じである。そして、第一の構成と異なる点は、前記径差
（δ）とは別の手段、具体的には、セミ沿面接地電極の
配設個数が３個以上となすことにより、前記した反転飛
火現象ひいては金具/碍子飛火の発生頻度の減少を図る
点にある。

【００３５】すなわち、セミ沿面接地電極の配設個数が
増えるということは、セミ沿面接地電極で火花が発生す
る確率が高められることを意味する。従って、セミ沿面
接地電極が少なければ金具/碍子飛火が生じてしまうよ
うなスパークプラグ回りの雰囲気条件になったとして
も、主体金具の先端面に近い位置に有るセミ沿面接地電
極をより多くすることによって、「くすぶり」を生じた
場合においてもセミ沿面接地電極で火花を確実に生じさ
せることができ、「くすぶり」による汚損付着物を焼き
切ることができる。また、直噴式内燃機関であってもセ
ミ沿面接地電極で火花を生じるのであれば濃混合気内で
あることから着火性の低下を抑制することができる。

【００３６】なお、スパークプラグを内燃機関に装着し
た場合に、吸気バルブから燃焼室内に吸入されてくる比
較的低温度の吸入空気によって、絶縁碍子の先端部は冷
却されるのであるが、セミ沿面接地電極の数が増加する
に従って、絶縁碍子の先端部がセミ沿面接地電極の陰に
隠れてしまい冷却され難くなることがある。これは、プ
レイグニッションを誘起する原因ともなるので、これを
考慮してセミ沿面接地電極の配設個数は４個以下にする
ことが望ましい。なお、該第四の構成においても、前記
第一の構成における前記径差δの数値範囲（１−）を
満足するように構成することが可能である。

【００３７】第五の構成のスパークプラグにおいては、
前記した基本構成に加え、絶縁碍子の先端部に直管状部
を有し、絶縁碍子の軸線方向において先端部の位置する
側を前方側としたときに、直管状部の後端位置に対しセ
ミ沿面接地電極の端面の後端側縁が一致しているか又は
前方側にあり、先端面の高さ位置とセミ沿面接地電極の
端面の後端側縁の高さ位置との軸線方向における段差Ｅ
（単位：ｍｍ）と、絶縁碍子の先端面から側周面に至る
曲面の曲率半径Ｒ（単位：ｍｍ）との差が、Ｒ−Ｅ≦
０．１ｍｍである（５−）であることを特徴とする。
該第五の構成は、前記第一乃至第四の構成の少なくとも
いずれかと組み合わせることができる。ここで、段差Ｅ
は、絶縁碍子の中心軸線方向において、先端側に向かう
方向を正方向として定義する。従って、絶縁碍子の先端
面の高さ位置がセミ沿面接地電極端面の後端側縁の高さ
位置よりも先端側（前方側）にあるとき、段差Ｅは正の
数となり、逆の場合は負の数となる。

【００３８】該第五の構成によると、セミ沿面接地電極
の後端側縁から中心電極に向かう火花が、絶縁碍子の先
端部に遮られることによってセミ沿面接地電極の火花発
生位置から中心電極に向けて直線上に火花が発生せず、
絶縁碍子の周方向に曲げられる。この結果、火花の発生
毎に火花の放電経路が替わるため、絶縁碍子の先端面を
這っていく火花の範囲が広がり、チャンネリングを低減
することができるとともに、広い範囲で「くすぶり」を
火花清浄できる。

【００３９】また、絶縁碍子の周方向に曲げられる飛火
は放電経路が長くなって火花発生電圧が高くなるので、
そのような飛火を回避しようとして、セミ沿面接地電極
の後端側縁よりも、絶縁碍子へのアタックが柔らかい前
端縁側での飛火が増える傾向となる。このため、これも
チャンネリング抑制に寄与する形となる。また、前端縁
側での飛火は着火性の向上にも有効であり、失火等の不
具合を効果的に抑制することができる。特に、前記した
段差Ｅ、つまり、中心軸線方向におけるセミ沿面接地電
極端面と絶縁碍子側周面とのラップ長さが小さい場合に
は、セミ沿面接地電極の後端側縁側での火花が、飛火距
離が比較的小さくなるためどうしても起こりやすくな
る。しかしながら、絶縁碍子の先端面から側周面に至る
曲面の曲率半径Ｒとの間に、前記した（５−）の関係
が成立するように調整することで、前端縁側での飛火頻
度を増やすことができ、チャンネリング抑制あるいは着
火性の向上に寄与する。具体的には、段差Ｅの長さが
０．５ｍｍ以下の、ラップ長さの小さいスパークプラグ
において本構成は特に波及効果が大きい。Ｅの値の下限
値は、セミ沿面放電が不能とならない範囲で適宜定めら
れ、例えば図４のように負の数となる場合、その絶対値
が主気中ギャップαよりも小さくなるように設定され
る。

【００４０】また、本構成では絶縁碍子に直管状部を形
成する。絶縁碍子の先端部を直管状にすることで、内燃
機関内での燃焼サイクルの際に先端部に受けた熱が絶縁
碍子の主体金具との保持部に向かうことを抑制する作用
があるため、絶縁碍子の先端温度を上昇しやすくするこ
とができる。従って、通常の運転時に温度の上がり難い
直噴式内燃機関であっても、絶縁碍子の先端部温度を上
昇しやすくすることができ、「くすぶり」によって堆積
したカーボン等の汚損付着物を焼き切ることが容易にな
る。また、このような構成であれば、絶縁碍子の先端部
の熱ボリュームが小さいことから、吸気管から吸入され
てきた比較的低温度のガスによって絶縁碍子の冷却が行
われやすい。このため、内燃機関内での燃焼サイクルの
際に、プレイグニッションが発生するほどの温度上昇は
生じにくくなる。

【００４１】なお、直管状部の後端位置よりもセミ沿面
接地電極の端面の後端側縁が後方側にあると、ギャップ
の寸法設定が困難になるので、直管状部の後端位置に対
しセミ沿面接地電極の端面の後端側縁はこれと一致して
いるか又は前方側となるよう位置関係を設定する。他
方、直管状部の長さが必要以上に長くなりすぎると、セ
ミ沿面接地電極にて発生する火花が直管状部に沿って大
きく後方側に垂れ下がりやすくなり、着火性が損なわれ
てしまう不具合につながる場合がある。また、直管状部
の長さは最低０．５ｍｍ以上確保されていないと、ギャ
ップの寸法設定が困難になるとともに、上記の効果が十
分に得られなくなる場合がある。直管状部の長さは、望
ましくは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲で設定す
ることが望ましい。

【００４２】第六の構成のスパークプラグにおいては、
前記した基本構成に加え、このスパークプラグが適用さ
れるスパークプラグのＪＩＳ規格（ＪＩＳ：Ｂ８０３
１）若しくは当該ＪＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ
規格（ＩＳＯ１９１０、ＩＳＯ２７０４、ＩＳＯ２３４
６、ＩＳＯ／ＤＩＳ８４７９、ＩＳＯ２７０５、ＩＳＯ
２３４４、ＩＳＯ２３４５、ＩＳＯ２３４７、ＩＳＯ３
４１２）の中で定められたＡ寸法よりも先端側に突出す
る絶縁碍子の突出量Ｆが、３．０ｍｍ≦Ｆ≦５．０ｍｍ
（６−）であることを特徴とする。該第六の構成は、
前記第一乃至第五の構成の少なくともいずれかと組み合
わせることができる。

【００４３】上記第六の構成によると、絶縁碍子の突出
量Ｆを（６−）の範囲とすることで、混合気への着火
性が向上するとともに、絶縁碍子の先端温度を上昇させ
ることができる。また火花発生位置と比較して、主体金
具の先端面と絶縁碍子との間の位置では、混合気の濃度
が非常に薄くなるが、絶縁碍子の突出量Ｆを（６−）
の範囲とすることで、このように混合気が薄くなる主体
金具の先端面と絶縁碍子との間において、火花が発生す
るのに必要な電圧が上昇し、この位置での火花発生を更
に抑えることができる。この結果、失火を生じない燃料
噴射終了時期の範囲を広くすることができる。

【００４４】第七の構成のスパークプラグにおいては、
前記した基本構成に加え、主気中ギャップ（α）が、α
≦１．１ｍｍであり（７−）、セミ沿面碍子ギャップ
（γ）が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり（７−
）、絶縁碍子の軸線に平行な仮想平面に対し、該絶縁
碍子を正射影にて表したとき、先端面を示す線を外方へ
延長した第１の延長線と、絶縁碍子のセミ沿面ギャップ
（β）部に臨む軸線を挟んだ両側の側周面を示す２本の
線を先端面の方向へ延長した２本の第２の延長線との交
点間の距離（以下、単に「絶縁碍子先端径」φＤ（単
位：ｍｍ）という）とセミ沿面接地電極の幅との差ψ
（単位:ｍｍ）が、ψ≦１．８ｍｍである（７−）、
ことを特徴とする。該第七の構成は、前記第一乃至第六
の構成の少なくともいずれかと組み合わせることができ
る。

【００４５】絶縁碍子先端径φＤとセミ沿面接地電極の
幅との差ψを小さくすることによって、セミ沿面接地電
極で発生する火花が絶縁碍子の後方側に大きく垂れ下が
りやすくなることを防止することができる。この結果、
失火を生じない燃料噴射終了時期の範囲を広くすること
ができ、燃料リーン状態での着火性を向上させることが
できる。この差が大きくなると、セミ沿面接地電極と中
心電極との間で火花が発生する際に、絶縁碍子の先端部
外周を大きく回り込むことになる。これは、以下の理由
によると考えられる。即ち、セミ沿面接地電極端面の後
方角部から斜め後方に向けて火花が発生した場合に、そ
の火花が絶縁碍子の先端部にぶつかった後に中心電極に
達する。絶縁碍子の先端部にぶつかった際には、火花は
斜め後方に向けて外周面に沿って這うことになり、その
後、向きを変えて中心電極先端側周面方向に這うことに
なる。従って、絶縁碍子先端径とセミ沿面接地電極の幅
との差が大きいと、絶縁碍子外周面に沿って斜め後方に
火花が這う量が大きくなるため、火花が大きく垂れ下が
るものと考えられる。

【００４６】第１の延長線及び２本の第２の延長線の交
点間の距離と前記セミ沿面接地電極の幅との差ψが（７
−）の関係を満足するためには、第１の延長線と絶縁
碍子のセミ沿面ギャップ（β）部に臨む側周面を示す線
を先端面の方向へ延長した第２の延長線との交点から、
第１の延長線と中心貫通孔の延長線との交点までの最短
距離として定義された絶縁碍子先端肉厚ρが、ρ≦０．
９ｍｍ（７−）となっていることが望ましい。この関
係を満足すると絶縁碍子先端肉厚を薄くすることができ
るため、電界強度が集中することによる放電電圧の低減
が可能となるとともに、セミ沿面ギャップ（β）におけ
る放電電圧を抑えてチャンネリングの低減が可能とな
る。さらに、絶縁碍子先端の温度が上昇しやすくなるた
め、くすぶりの生じやすい直噴式内燃機関における自己
清浄性を向上させる効果が大きい。また、絶縁碍子を全
体に薄くすることができるため、特に径の小さいスパー
クプラグでは、主体金具と絶縁碍子との間隔を広く保つ
ことができる。なお、絶縁碍子の肉厚が薄くなりすぎる
と、絶縁碍子の貫通を生じる恐れが大きくなってくるた
め、絶縁碍子先端肉厚ρをρ≧０．６ｍｍとすることが
望ましく、さらに望ましくはρ≧０．７とすると良い。

【００４７】第八の構成のスパークプラグにおいては、
前記した基本構成に加え、中心電極が絶縁碍子の先端面
から突出する量ＨをＨ≦１．２５ｍｍ（８−）となし
たことを特徴とする。該第八の構成は、前記第一乃至第
七の構成の少なくともいずれかと組み合わせることがで
きる。

【００４８】特に直噴式内燃機関では、高速運転時にセ
ミ沿面ギャップ（β）で火花が発生すると、失火を生じ
ない燃料噴射終了時期の範囲が狭くなってくる。しか
し、上記第八の構成によれば、中心電極が絶縁碍子の先
端面から突出する量Ｈを（８−）のように選択するこ
とによって、正規火花放電ギャップである主気中ギャッ
プ（α）の位置とセミ沿面接地電極による火花発生位置
との差を更に小さくすることができる。従って、火花発
生位置によって着火性の差が出やすい直噴式内燃機関で
あっても、「くすぶり」が生じた場合に発生するセミ沿
面接地電極での火花位置で、十分な着火性を有する。な
お、中心電極が絶縁碍子の先端面から突出する量Ｈは、
Ｈ≦０．５ｍｍとすることが、中心電極の周囲に形成さ
れる火花の伝播経路が分散しやすくなり、耐チャンネリ
ング性と「くすぶり」に対する清浄性とを高めることが
できる。Ｈは負の数、すなわち中心電極が絶縁碍子の先
端面から引っ込んでいてもよいが、この場合、Ｈ≧−
０．３ｍｍとなっていること（引っ込み深さが０．３ｍ
ｍ以内であること）が、耐チャンネリング性及び「くす
ぶり」清浄性効果をさらに向上させる上で望ましい。

【００４９】第九の構成のスパークプラグにおいては、
前記した基本構成に加え、主気中ギャップ（α）、セミ
沿面ギャップ（β）及びセミ沿面碍子ギャップ（γ）と
が、α≦０．４×（β−γ）＋γの関係（９−）を満
足することを特徴とする。該第九の構成は、前記第一乃
至第八の構成の少なくともいずれかと組み合わせること
ができる。

【００５０】このように主気中ギャップ（α）、セミ沿
面ギャップ（β）及びセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが
上記（９−）の関係を満足することによって、前記反
転飛火ひいては金具/碍子飛火の問題を効果的に抑制す
ることができる。また、（９−）の関係を満足するよ
うにすることにより、実際の内燃機関に装着した場合の
ように、スパークプラグのギャップ周りの雰囲気ガスが
流れを持っているような場合には、主体金具の先端面と
絶縁碍子との間で火花がより発生しやすくなる、という
点でも好都合であるといえる。

【００５１】上記第九の構成においては、主気中ギャッ
プ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とは、（α−
γ）≦０．４ｍｍを満足することが望ましい。このよう
な関係を満足することによって、チャンネリングに対し
て特に厳しい過給を行なう内燃機関や高圧縮比の内燃機
関でのチャンネリングを低減することができる。ただ
し、α−γが０．２ｍｍより小さくなると、セミ沿面接
地電極側の放電頻度が下がり、「くすぶり」に対する清
浄効果が損なわれる場合があるので、α−γは０．２ｍ
ｍ以上であることが望ましい。

【００５２】一般に「くすぶり」を生じていない場合で
あっても、火花は主気中ギャップ（α）でのみ発生する
ことはなく、セミ沿面碍子ギャップ（γ）でも発生する
ことがある。そして、同一の条件で内燃機関を運転させ
ていたとしても、スパークプラグのギャップ間における
環境雰囲気にばらつきがあることから、ギャップ間で火
花が発生するために必要な電圧にもばらつきが生じえ
る。従って、火花発生の必要電圧が、主気中ギャップ
（α）においてセミ沿面碍子ギャップ（γ）よりも低い
場合には、主気中ギャップ（α）で火花が発生する。

【００５３】一方、各ギャップで火花が発生するために
必要な電圧にはばらつきがあるため、その電圧の最小値
と最大値とを測定すると、主気中ギャップ（α）とセミ
沿面碍子ギャップ（γ）との各々の電圧幅が一部オーバ
ーラップすることがある。このオーバーラップする幅は
各ギャップの間隙の大きさによってほぼ一義的に決定で
きる。そして、スパークプラグのギャップ間の環境雰囲
気に応じて火花発生のための必要な放電電圧が上昇する
と、オーバーラップする部分にまで電圧が上昇すること
になる。この場合、主気中ギャップ（α）で火花が発生
するのか、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花が発生す
るのかが確定しなくなる。従って、このように電圧が上
昇したときにセミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花が発生
すると、その高い放電電圧のためにチャンネリングが生
じやすくなる。

【００５４】そこで、主気中ギャップ（α）を狭くする
ことによってセミ沿面碍子ギャップ（γ）との差を小さ
くすると、主気中ギャップ（α）で火花が発生するに必
要な電圧の最大値が低下するため、オーバーラップする
部分が狭くなる。この結果、セミ沿面碍子ギャップ
（γ）での不要な火花発生を抑えることができるととも
に、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花が発生するとき
の放電電圧も低くなることからチャンネリングも低減で
きる。また、主気中ギャップ（α）をα≦０．９ｍｍに
設定すると、火花発生のために必要な電圧を低く抑える
ことができることから、「くすぶり」が生じた場合に中
心電極と主体金具間の絶縁抵抗値が低下しやすい、高熱
価型プラグ（絶縁碍子の主体金具との保持部から絶縁碍
子先端までの距離が短いプラグ）に対し特に有効な手法
となる。

【００５５】第十の構成のスパークプラグにおいては、
前記した基本構成に加え、絶縁碍子の先端部を軸線方向
前方側から平面視したときに、セミ沿面接地電極は少な
くとも他端の端面において、絶縁碍子の中心貫通孔の先
端開口径よりも大きな幅を有することを特徴とする。該
第十の構成は、前記第一乃至第九の構成の少なくともい
ずれかと組み合わせることができる。

【００５６】上記の構成によると、セミ沿面接地電極は
少なくとも先端面において、絶縁碍子の中心貫通孔の先
端開口径（ひいては中心電極先端面ないし後述する貴金
属チップの先端面の外径）よりも大きな幅を有するもの
として構成されているので、絶縁碍子の先端面を這って
いく火花の範囲がより広くなり、チャンネリングを低減
することができるとともに、広い範囲で「くすぶり」を
火花清浄できる。

【００５７】第十一の構成のスパークプラグにおいて
は、前記した基本構成に加え、絶縁碍子には縮径された
先端部をなす直管状部が形成され、また、該直管状部の
軸線方向後方側に隣接して該直管状部よりも径大の膨ら
み部が形成され、直管状部の長さが１．５ｍｍ以下であ
り、また、セミ沿面接地電極は、他端の端面の、絶縁碍
子の軸線方向における後方側縁の中点と、該絶縁碍子の
軸線とを含む仮想的な平面上において、セミ沿面碍子ギ
ャップの大きさをγ（単位：ｍｍ）として、後方側縁の
中点を中心とする（γ＋０．１）ｍｍの円を描いたとき
に、膨らみ部の全体が該円の外側に位置することを特徴
とする。該第十一の構成は、前記第一乃至第十の構成の
少なくともいずれかと組み合わせることができる。

【００５８】本構成でも長さを１．５ｍｍ以下（望まし
くは０．５ｍｍ以上）の直管状部を設けている。その効
果は、第五の構成で説明した通りである。そして、上記
直管状部には、構造上、これよりも径大の膨らみ部が軸
線方向後方側に隣接して形成される形となる。この膨ら
み部の位置がセミ沿面接地電極の後方側縁に近くなりす
ぎると、該後方縁側からの火花が、膨らみ部における電
界集中部（特にアール等が付与された段差縁部など）に
向けて後方側に垂れ下がりやすくなり、ひいては着火性
が損なわれやすくなる。

【００５９】そこで、上記第十一の構成では、セミ沿面
接地電極の他端の端面（セミ沿面ギャップに対する放電
面となる）の、絶縁碍子の軸線方向における後方側縁の
中点と、該絶縁碍子の軸線とを含む仮想的な平面上にお
いて、セミ沿面碍子ギャップの大きさをγ（単位：ｍ
ｍ）として、後方側縁の中点を中心とする（γ＋０．
１）ｍｍの円を描いたときに、膨らみ部の全体が該円の
外側に位置するようにした。このように、膨らみ部の位
置を、セミ沿面接地電極の他端の端面の後方側縁よりも
遠ざけることで、セミ沿面接地電極からの火花の垂れ下
がりを効果的に抑制でき、着火性を良好に保つことがで
きる。

【００６０】第十二の構成のスパークプラグにおいて
は、前記した基本構成に加え、絶縁碍子の中心貫通孔が
該絶縁碍子の先端部側にて縮径されていることを特徴と
する。該第十二の構成は、前記第一乃至第十一の構成の
少なくともいずれかと組み合わせることができる。本発
明のスパークプラグはセミ沿面接地電極を備えているた
めに、このようにすれば、内燃機関内での燃焼サイクル
の際に先端部に受けた熱が中心電極側に逃げる傾向が適
度に抑制され、絶縁碍子の先端温度を上昇しやすくする
ことができる。従って、通常の運転時に温度の上がり難
い直噴式内燃機関であっても、絶縁碍子の先端部温度を
上昇しやすくすることができ、「くすぶり」によって堆
積したカーボンを焼き切ることが容易になる。また、こ
れに伴って主体金具の先端面と絶縁碍子との間で火花が
発生したり、更に保持部近傍で火花が発生したりするこ
とを防止することができるため、直噴式内燃機関におい
ても安定して燃焼する領域を広くとることができる。な
お、この構成においては、後記する付加要件３を満たし
ているとなお望ましい。

【００６１】第十三の構成のスパークプラグにおいて
は、前記した基本構成に加え、絶縁碍子の軸線方向にお
いて先端部の位置する側を前方側とし、さらに、セミ沿
面接地電極の、他端の端面の後方側縁の中点と軸線とを
含む仮想的な平面に対し、軸線を含んで該平面と直交す
る平面を投影面として定め、該投影面への正射影にて表
したときに、他端の端面は、投影面上にて軸線と後方側
縁との交点をＸとし、同じく前方側縁との交点をＹとし
て、線分ＸＹの中点を通って軸線と直交する基準線より
も前方側に位置する領域の面積Ｓ１が、後方側に位置す
る領域の面積Ｓ２よりも大きくなる形状を有してなるこ
とを特徴とする。該第十三の構成は、前記第一乃至第十
二の構成の少なくともいずれかと組み合わせることがで
きる。

【００６２】セミ沿面接地電極における飛火は、放電面
となる他端の端面において、後端側よりも、絶縁碍子へ
のアタックが柔らかい前端側での飛火が増えたほうが、
チャンネリング抑制及び着火性向上の観点において望ま
しい。そこで、上記のように、他端の端面の形状を、前
端縁と後端縁との中間に位置する基準線を境界として、
それよりも前方側に位置する領域の面積Ｓ１が、後方側
に位置する領域の面積Ｓ２よりも大きくなるように設定
することで、該他端の端面の先端側における飛火頻度を
増やすことができ、チャンネリング抑制あるいは着火性
の向上に寄与する。

【００６３】第十四の構成のスパークプラグにおいて
は、絶縁碍子の軸線方向において先端部の位置する側を
前方側とし、さらに、セミ沿面接地電極の、他端の端面
の後方側縁の中点と軸線とを含む仮想的な平面に対し、
軸線を含んで該平面と直交する平面を投影面として定
め、該投影面への正射影にて表したときに、他端の端面
の外周縁には、投影面上にて軸線と後方側縁との交点を
Ｘとし、同じく前方側縁との交点をＹとして、線分ＸＹ
の中点を通って軸線と直交する基準線よりも後方側に位
置する領域において少なくとも、角部が先端曲率半径又
は面取り幅を０．２ｍｍ以上又はこの角部を形成する２
辺部が９０度より大きい角度を有することを特徴とす
る。該第十四の構成は、前記第一乃至第十三の構成の少
なくともいずれかと組み合わせることができる。

【００６４】上記構成の主旨は、セミ沿面接地電極の放
電面となる他端の端面において、後端側の飛火を抑制す
ることにある。すなわち、先鋭な角部が存在すると火花
発生の起点となりやすいが、これを前記した基準線より
も後方側に位置する領域から排除することで、他端の端
面における後端側の飛火が抑制される。その結果、先端
側における飛火頻度を増やすことができ、チャンネリン
グ抑制あるいは着火性の向上に寄与する。また、後端縁
の両端に上記のような先鋭な角部が形成されていると、
ここを起点として火花が斜め外方下向きに大きく垂れ下
がる形で飛ぶことがあり、着火性が著しく損なわれてし
まう場合があるが、上記構成によればこうした位置から
も先鋭な角部は当然排除されるから、該不具合も合わせ
て防止ないし抑制することができる。なお、本構成は、
前記した第十三の構成と組み合わせると、チャンネリン
グ抑制あるいは着火性の向上において一層効果的であ
る。

【００６５】以下、以上説明した第一〜第十四の構成の
スパークプラグ（組合せを含む）に、共通に付加可能な
要件について説明する。 （付加要件１）まず、絶縁碍子には、その先端部に直管
状部を設けることができ、この直管状部が主体金具の先
端面より後端側にまで延設されている構成とすることが
できる。このようにすれば、主体金具の先端面と絶縁碍
子との径差を更に大きく保ちやすく、この位置での火花
の発生を抑制しやすい。なお、ここでも、直管状部の長
さは最大で１．５ｍｍまでとすることが望ましい。この
場合における、直管状部を設けることの作用・効果は第
十一の構成にて説明したものと同様である。

【００６６】（付加要件２）また、中心電極の母材の先
端部に融点１６００℃以上の貴金属又は貴金属合金で形
成された貴金属チップを接合することができる。この場
合、この接合部が絶縁碍子の中心貫通孔内で接合されて
いる構造とすることができる。このように接合部を絶縁
碍子の中心貫通孔内で接合することによって、主気中ギ
ャップ（α）で火花が発生するときのみならず、セミ沿
面ギャップ（β）で火花が発生する場合においてもセミ
沿面接地電極と貴金属チップとの間で火花が発生する。
従って、いずれのギャップで火花が発生したとしても耐
久性が向上する。貴金属合金としては、Ｐｔ、Ｉｒの他
に、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｐｔ、Ｉｒ−Ｙ_２
Ｏ_３等のＰｔ合金やＩｒ合金等の１６００℃以上の融点
を持つものが好ましい。

【００６７】（付加要件３）また、絶縁碍子が主体金具
と係止されて保持される保持部よりも先端側における、
中心貫通孔の最小径（Ｄ３）は、Ｄ３≦２．１ｍｍとす
ることが望ましい。このように絶縁碍子の内径を狭くす
ることによって、中心電極外径も小さくなる。このた
め、内燃機関内での燃焼サイクルの際に先端部に受けた
熱を中心電極側に若干逃げ難くするため、絶縁碍子の先
端温度を上昇しやすくすることができる。従って、通常
の運転時に温度の上がり難い直噴式内燃機関であって
も、絶縁碍子の先端部温度を上昇しやすくすることがで
き、「くすぶり」によって堆積したカーボンを焼き切る
ことが容易になる。また、これに伴って主体金具の先端
面と絶縁碍子との間で火花が発生したり、更に保持部近
傍で火花が発生したりすることを防止することができる
ため、直噴式内燃機関においても安定して燃焼する領域
を広くとることができる。ただし、チャンネリング防止
の観点から、Ｄ３≧０．８ｍｍとすることが望ましい。

【００６８】（付加要件４）また、前述の貴金属チップ
を使用する場合は、この貴金属チップと中心電極母材と
の接合部側の外径が主気中ギャップ（α）を形成する先
端側の外径よりも大に構成することができる。このよう
に構成することにより、セミ沿面ギャップ（β）で火花
が発生した場合であっても、貴金属チップが中心電極母
材から脱落することを防止することができる。すなわ
ち、セミ沿面ギャップ（β）で火花発生した場合には、
貴金属チップの側面とセミ沿面接地電極との間で火花が
発生することになる。この位置で頻繁に火花が発生する
ことになると、絶縁碍子の先端面近傍での貴金属チップ
が消耗し、貴金属チップ先端部よりも細くなってしま
う。このようにセミ沿面ギャップ（β）での火花発生が
繰り返されると、ついには貴金属チップの先端部が脱落
してしまうことがある。しかし、上記のように接合部側
を径大にすることによって、このような現象を抑えるこ
とができる。

【００６９】更に、貴金属チップの先端部は接合部側と
比べて径が小さいため、主気中ギャップ（α）で火花が
発生する際の放電電圧を低減させることができ、ひいて
は着火性を向上させることができる。また、特に直噴式
内燃機関では安定燃焼領域を広くすることができる。な
お、貴金属チップの径大にした部分は、絶縁碍子の先端
面よりも内部にあってもよい。この場合には、セミ沿面
ギャップ（β）で火花が発生した場合に絶縁碍子の先端
面を這う火花は、更に絶縁碍子の中心貫通孔の内壁を這
って貴金属チップの径大にした部分に至る。従って、径
大部が絶縁碍子の中心貫通孔内部にあったとしても、火
花は径大部とセミ沿面接地電極との間で発生するため上
述したような効果を生じることになる。

【００７０】（付加要件５）また、貴金属チップ外径と
絶縁碍子の中心貫通孔内径との径差の最小値は、０．２
ｍｍ以下とすることができる。これにより、中心電極母
材の火花放電による消耗を抑えることがより容易にな
る。上述したように、セミ沿面ギャップ（β）で火花が
発生した場合には、絶縁碍子の中心貫通孔内壁を火花が
這うことになる。この時、貴金属チップ外径と絶縁碍子
の中心貫通孔内径との径差が大きくなると、火花が貴金
属チップに飛ばずに更に奥深く入り込んで中心電極母材
にまで至る場合がある。中心電極母材は貴金属チップと
比較して耐火花消耗性は低いため、急速に消耗しやす
く、チップの脱落に至る場合がある。従って、この径差
を小さくすることによって、中心電極母材に火花が至る
現象を抑えることができ、耐久性が向上する。なお、こ
こでいう「径差の最小値」とは、次のような径差の代表
値としての意義を持つものである。すなわち、貴金属チ
ップ外径と中心貫通孔内径とが軸線方向に一様な場合に
は、上記径差も軸線方向において略一様となる。しかし
ながら、貴金属チップ外径と中心貫通孔内径とのいずれ
かが軸線方向において一様でない場合（例えば中心貫通
孔に僅かなテーパが形成されている場合）は、該軸線方
向における最小値を径差の代表値として採用する。

【００７１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１は第１の実施の形態に係るス
パークプラグ１００の部分断面図である。周知のよう
に、アルミナ等からなる絶縁碍子１は、その後端部に沿
面距離を稼ぐためのコルゲーション１Ａを、先端部に内
燃機関の燃焼室に曝される脚長部１Ｂを備え、その軸中
心には中心貫通孔１Ｃを備えている。中心貫通孔１Ｃに
は、貴金属チップを有する場合にはインコネル（商標
名）、貴金属チップを持たない場合には、耐火花消耗性
の確保のため、９５質量％ニッケル（残部例えばクロ
ム、マンガン、シリコン、アルミ、鉄）、ニッケル含有
率が８５質量％以上のニッケル系金属等からなる中心電
極２が保持され、中心電極２は絶縁碍子１の先端面から
突出するようにされている。

【００７２】中心電極２は中心貫通孔１Ｃの内部に設け
られたセラミック抵抗３を経由して上方の端子金具４に
電気的に接続されている。端子金具４には図示しない高
圧ケーブルが接続され高電圧が印加される。上記絶縁碍
子１は主体金具５に囲まれ保持部５１及びかしめ部５Ｃ
によって支持されている。主体金具５は低炭素鋼材で形
成され、スパークプラグレンチと嵌合する６角形部５Ａ
と、ねじの呼びが例えばＭ１４Ｓのねじ部５Ｂとを備え
ている。主体金具５はそのかしめ部５Ｃにより絶縁碍子
１にかしめられ、主体金具５と絶縁碍子１が一体にされ
る。かしめによる密閉を完全なものとするため、主体金
具５と絶縁碍子１との間に板状のパッキング部材６とワ
イヤ状のシール部材７，８が介在され、シール部材７，
８の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。
また、ねじ部５Ｂの後端、即ち、主体金具５の座面５２
にはガスケット１０が嵌挿されている。

【００７３】主体金具５の先端面５Ｄには、少なくとも
表層部をなす母材がニッケル合金からなる平行接地電極
１１が溶接により接合されている。平行接地電極１１は
中心電極２の先端面と軸方向に対向し、中心電極２と平
行接地電極１１とで主気中ギャップ（α）を形成してい
る。また、６角径部５Ａの対辺寸法は１６ｍｍであり、
主体金具５の座面５２から先端面５Ｄまでの長さは例え
ば１９ｍｍに設定されている。この寸法設定は、ＪＩ
Ｓ：Ｂ ８０３１に規定されている１４ｍｍ小形六角形
の、Ａ寸法が１９ｍｍのスパークプラグの基準寸法であ
る。なお、図２４に示すように、平行接地電極１１は、
その先端部の温度を低減させ、火花消耗を抑えるため
に、内部に母材１１ｂよりも熱伝導性の良好な材料（例
えばＣｕや純Ｎｉ又はその複合材料等）からなる良熱伝
導材１１ａを有していても良い。ここまでは従来のスパ
ークプラグと同じである。

【００７４】この実施の形態に係るスパークプラグ１０
０では、平行接地電極１１とは別に、複数のセミ沿面接
地電極１２を備えている。セミ沿面接地電極１２は少な
くとも表層部をなす母材１２ｂ（図２（ａ）参照）がニ
ッケル合金からなり、その一端が主体金具５の先端面５
Ｄに溶接により接合され、他端の端面１２Ｃが中心電極
２の側周面２Ａ若しくは脚長部１Ｂの側周面１Ｅに対向
するように配設されている。図２６に示すように、２個
のセミ沿面接地電極１２はそれぞれ平行接地電極１１か
ら９０゜ずれた位置に配設され、セミ沿面接地電極１２
同士は略１８０゜ずれた位置に配設されている。また、
図２６は、絶縁碍子１の先端部を軸線３０の方向前方側
から平面視した状態を表しているが、セミ沿面接地電極
１２は他端の端面１２Ｃにおいて、絶縁碍子１の中心貫
通孔１Ｃの先端開口径よりも大きな幅を有するものとな
っている。図２に示すように、各セミ沿面接地電極１２
の端面１２Ｃと中心電極２の側周面２Ａとの間にはセミ
沿面ギャップ（β）がそれぞれ形成され、各セミ沿面接
地電極１２の端面１２Ｃと脚長部１Ｂの側周面１Ｅとの
間でセミ沿面碍子ギャップ（γ）がそれぞれ形成されて
いる。

【００７５】なお、図２６においては、セミ沿面接地電
極１２の端面１２Ｃは平面状に形成されているが、絶縁
碍子２の側周面に沿って略一様な間隔のセミ沿面ギャッ
プが形成されるよう、図２７に示すように、端面１２Ｃ
を、例えば打抜加工等により絶縁碍子２の軸線（３０：
図２）を中心とする円筒面状に形成することもできる。

【００７６】なお、セミ沿面接地電極１２も平行接地電
極１１と同様に、内部にＣｕや純Ｎｉ又はその複合材料
等からなる良熱伝導材１２ａを有していても良い。この
場合、セミ沿面接地電極１２は、表層部を形成する母材
１２ｂと、内層部を形成するとともに母材１２ｂよりも
熱伝導性の良好な材料からなる良熱伝導材１２ａとを有
するものとなる。

【００７７】図２（ａ）は、第1の実施の形態のうち、
第１態様のスパークプラグの中心電極２、平行接地電極
１１、セミ沿面接地電極１２の近傍を拡大して示す部分
断面図であり、図２（ｂ）はセミ沿面接地電極１２を拡
大して示す説明図である。該図では、中心電極２の先端
面と平行接地電極１１との間の主気中ギャップ（α）の
距離をα、絶縁碍子１の先端面１Ｄの位置における中心
電極２の側周面２Ａとセミ沿面接地電極１２の端面１２
Ｃとの間のセミ沿面ギャップ（β）の距離をβとする。
また、セミ沿面接地電極１２と絶縁碍子１とを中心軸線
３０に沿って切断した場合の、絶縁碍子１の先端面１Ｄ
を示す線を外方へ延長した第１の延長線３１と、絶縁碍
子１のセミ沿面ギャップ（β）部近傍の側周面１Ｅを示
す線を先端面１Ｄの方向へ延長した第２の延長線３２
と、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃを示す線を先端
側へ延長した第３の延長線３３とを描いている。そし
て、第１の延長線３１および第２の延長線３２の交点Ｐ
１から、第１の延長線３１および第３の延長線３３の交
点Ｐ２までの距離をセミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離
γとすると、このγは、絶縁碍子１とセミ沿面接地電極
１２との最短距離を表している。そして、これらα、
β、γとの間にはα＜β及びγ＜αの関係がある。

【００７８】このように設定することにより、絶縁碍子
１の表面の絶縁が高い正常時には、平行接地電極１１と
の間の主気中ギャップ（α）で放電させることができ、
絶縁碍子１の表面の絶縁が低下した「くすぶり」時に
は、セミ沿面接地電極１２との間のセミ沿面ギャップ
（β）で放電させることができる。また、絶縁碍子１の
先端面１Ｄとセミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後端
側縁１２Ｂとの段差をＥ、絶縁碍子１の主体金具５の先
端面５Ｄからの突き出し量をＦ、中心電極２の絶縁碍子
１の先端面１Ｄからの突き出し量をＨとする。なお、本
実施の形態における絶縁碍子１の主体金具５の先端面５
Ｄからの突き出し量Ｆは、このスパークプラグが適用さ
れるＪＩＳ規格（ＪＩＳ：Ｂ８０３１）若しくは当該Ｊ
ＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ規格の中で定められ
たＡ寸法よりも先端側に突出する絶縁碍子の突出量に相
当する。

【００７９】また、絶縁碍子１の先端部には、直管状部
１０２（中心軸線３０を中心とする直円筒状の外周面を
有する部分）が形成されており、主体金具５の先端面５
Ｄよりも後端側にまで延設されている。このように構成
することによって、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子
１との径差を更に大きく保ちやすく、この位置での火花
の発生を抑制しやすい。また、絶縁碍子１の先端部が直
管状になっていることから、内燃機関内での燃焼サイク
ルの際に先端部に受けた熱を絶縁碍子１の主体金具５と
の保持部５１方向に若干逃げ難くする作用があるため、
絶縁碍子１の先端温度を上昇しやすくすることができ
る。従って、通常の運転時に温度の上がり難い直噴式内
燃機関であっても、絶縁碍子１の先端部温度を上昇しや
すくすることができ、「くすぶり」によって堆積したカ
ーボンを焼き切ることが容易になる。また、このような
構成であれば、絶縁碍子１の先端部の熱ボリュームが小
さいことから、吸気管から吸入されてきた比較的低温度
のガスによって絶縁碍子の冷却が行われやすい。このた
め、内燃機関内での燃焼サイクルの際に、プレイグニッ
ションが発生するほどの温度上昇は生じ難い。なお、セ
ミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃの後方側縁は、直管状
部１０２の後方側縁よりも前方側にある。

【００８０】また、本実施形態では特に説明のない限
り、絶縁碍子１の突き出し量Ｆは３．０ｍｍとし、中心
電極２の元径Ｄ２を２．０ｍｍとした。なお、セミ沿面
接地電極１２には、幅が２．２ｍｍで厚さが１．０ｍｍ
のものを用いており、平行接地電極１１には、幅が２．
５ｍｍで厚さが１．４ｍｍのものを用いている。

【００８１】絶縁碍子１の先端面１Ｄの高さ位置と、セ
ミ沿面接地電極１２の、端面１２Ｃの後端側縁１２Ｂの
高さ位置との段差Ｅには、セミ沿面接地電極１２の高さ
位置により以下のような３種類がある。即ち、第１番目
は、図２（ａ）に示すようにセミ沿面接地電極１２の後
端側縁１２Ｂおよび先端側縁１２Ａ（図２（ｂ））が絶
縁碍子１の先端面１Ｄよりも後端側にある場合である。
第２番目は、図３に示すような、第１の実施形態のう
ち、第２態様のスパークプラグのセミ沿面接地電極１２
の後端側縁１２Ｂのみが絶縁碍子１の先端面１Ｄよりも
後端側にある場合、そして、第３番目は、図４に示すよ
うな、第１の実施の形態のうち、第３態様のスパークプ
ラグのセミ沿面接地電極１２の後端側縁１２Ｂが絶縁碍
子１の先端面１Ｄよりも先端側にある場合である。

【００８２】いずれにしても、セミ沿面接地電極１２の
端面１２Ｃの後端側縁１２Ｂおよび先端側縁１２Ａの一
方が、絶縁碍子１の先端面１Ｄ近傍の高さ位置にあるこ
とが好ましい。すなわち、段差Ｅは小さい方が好まし
い。これは、セミ沿面放電は鋭角で電界の集中するセミ
沿面接地電極１２の後端側縁１２Ｂおよび先端側縁１２
Ａから火花が飛ぶと考えられるから、後端側縁１２Ｂお
よび先端側縁１２Ａから飛ぶ火花を絶縁碍子１の先端面
１Ｄに近づけ、絶縁碍子１の表面に堆積したカーボンを
焼き切る自己清浄作用を強めるためである。

【００８３】上記のスパークプラグ１００は、「課題を
解決するための手段及び作用・効果」の欄にて説明した
種々の構成のいずれとなすかに応じて、各部の寸法ある
いは寸法関係が適宜に定められる。以下、その具体的な
構成を、その作用・効果を裏付けるための実験結果とと
もに詳細に説明する。

【００８４】（実験１：第一の構成；α≦１．１ｍｍ、
０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍ、δ≧３．６ｍｍとする根
拠）主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍとし、ま
た、セミ沿面接地電極１２を図２６のように２個設け、
セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍ
ｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍ
に設定するとともに、主体金具５の保持部５１よりも先
端側の部分の内径を種々変更したスパークプラグを用意
した。表１は、これらスパークプラグを用いて、主体金
具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具
５との径差（δ）を種々に変化させたときの、主体金具
５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花放電する現象
（金具/碍子飛火）の割合を調べた結果を示す。なお、
実験は、１８００cc直列４気筒の直噴式内燃機関を用い
た自動車を使用してシフトレバーをＤレンジに入れ、ア
イドリング６００ｒｐｍにて行った。また、スパークプ
ラグの点火時期は上死点前（以下「ＢＴＤＣ」という）
１５゜、燃料噴射終了時期はＢＴＤＣ３０゜に固定し
た。さらに結果は、金具/碍子飛火の発生が１分間あた
り３回以上となったものを×、１回から２回となったも
のを△、金具/碍子飛火が全く起こらなかったものを○
にて評価判定した。

【００８５】

【表１】

【００８６】主体金具５の先端面５Ｄの位置において、
絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）が３．４ｍｍ以
下の場合には、この位置で火花が少なくとも１回以上発
生した。従って、径差を３．６ｍｍ以上にすることによ
って、「くすぶり」が生じた場合であっても主体金具５
の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花を生じることな
く、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花を生じさせるこ
とができることがわかる。金具/碍子飛火を防止するこ
とによる効果、特に層状燃焼方式の直噴式内燃機関にお
ける効果は既に説明した通りである。

【００８７】（実験２：第三の構成；α≦０．９ｍｍ、
０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍ、δ≧２．８ｍｍとする根
拠）主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１
と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍとし、また、
セミ沿面接地電極を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ
（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ
（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、
主気中ギャップ（α）を種々設定したスパークプラグを
用意した。これらスパークプラグを用いた以外は、実験
１と全く同じ条件にて試験を行ない、同様に評価判定し
た。表２にその結果を示す。

【００８８】

【表２】

【００８９】これによると、主気中ギャップ（α）が、
α≧１．０ｍｍの場合には、主体金具５の先端面５Ｄの
位置において金具/碍子飛火が少なくとも１回以上発生
していることがわかる。従って、主気中ギャップ（α）
をα≦０．９ｍｍにすることによって、「くすぶり」が
生じた場合であっても金具/碍子飛火を生じることな
く、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花を生じさせるこ
とができることがわかる。

【００９０】（実験３：第四の構成；セミ沿面接地電極
を３個以上とする根拠）主気中ギャップ（α）をα＝
１．１ｍｍ、主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶
縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍと
し、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をγ＝０．６ｍｍ、セ
ミ沿面ギャップ（β）をβ＝１．６ｍｍに設定するとと
もに、該ギャップを有するセミ沿面接地電極１２の配設
個数を種々変化させたスパークプラグを用意した。これ
らスパークプラグを用いた以外は、実験１と全く同じ条
件にて試験を行ない、同様に評価判定した。表３にその
結果を示す。

【００９１】

【表３】

【００９２】該結果によると、実験１では良好な結果が
得られなかった、主気中ギャップ（α）がα＝１．１ｍ
ｍであって径差δが２．８ｍｍの条件においても、セミ
沿面接地電極１２の数を３個以上に増やすと、主体金具
５の先端面５Ｄの位置における金具/碍子飛火が効果的
に抑制されていることがわかる。従って、セミ沿面接地
電極１２の数を３個以上にすることによって、「くすぶ
り」が生じた場合であっても金具/碍子飛火を生じるこ
となく、セミ沿面碍子ギャップ（γ）で火花を生じさせ
ることができることがわかる。図２４には、図２のスパ
ークプラグ１００に対し、第三のセミ沿面接地電極１２
（一点鎖線にて表している）を追加した態様を示してい
る。また、図２５は、その平面図であり、３つのセミ沿
面接地電極１２と平行接地電極１１とが、絶縁碍子３０
の中心軸線の周りに略９０゜の間隔にて配置されてい
る。

【００９３】（実験４：第五の構成；絶縁碍子の先端面
の高さ位置とセミ沿面接地電極の端面後端側縁の高さ位
置との段差Ｅと、絶縁碍子の先端面から側周面に至る曲
面の曲率半径Ｒとの差をＲ−Ｅ≦０．１ｍｍとする根
拠）図２のスパークプラグにおいて、平行接地電極１１
をなくし、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面
碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿
面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定する
とともに、絶縁碍子１の先端面１Ｄの高さ位置とセミ沿
面接地電極１２の端面１２Ｃの後端側縁１２Ｂの高さ位
置との段差Ｅと、絶縁碍子１の先端面１Ｄから側周面１
Ｅに至る曲面の曲率半径Ｒとを種々設定したものを用意
した。これらスパークプラグの耐チャンネリング性を評
価するために、以下の実験を行なった。すなわち、スパ
ークプラグをチャンバに取り付け、チャンバ内を０．６
ＭＰａに加圧するとともに、フルトランジスタ電源によ
り１秒間に６０回の火花を発生させる動作を１００Ｈｒ
継続した。そして、動作終了後のスパークプラグのチャ
ンネリング深さを測定するとともに、チャンネリング溝
深さが、０．２ｍｍ未満のものを軽度（○）、０．２〜
０．４ｍｍのものを中度（△）、０．４ｍｍを超えるも
のを重度（×）として評価判定した。該結果を表４に示
す。

【００９４】

【表４】

【００９５】この結果から、主気中ギャップ（α）とセ
ミ沿面ギャップ（β）とが、α＜βであり、かつ、主気
中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、
α＞γのとき、Ｒ−Ｅ≦０．１ｍｍに設定することで、
チャンネリングを効果的に低減できることがわかる。こ
れは、セミ沿面接地電極１２の後端側縁１２Ｂから中心
電極２に向かう火花が、絶縁碍子１の先端部に遮られる
ことによってセミ沿面接地電極１２の火花発生位置から
中心電極２に向けて直線上に火花が発生せず、絶縁碍子
１の周方向に曲げられるからであると考えられる。この
結果、火花の発生毎に火花の放電経路が替わるため、絶
縁碍子１の先端面１Ｄを這っていく火花の範囲が広が
り、チャンネリングを低減することができるとともに、
広い範囲で「くすぶり」を火花清浄できる。なお、本発
明のスパークプラグは本来、平行接地電極１１を備えて
いるものであるが、これをそのまま用いると、汚損が進
行しない限りセミ沿面接地電極１２側での飛火が生じ
ず、仮に発生しても汚損堆積物が焼き切られれば飛火が
途切れてしまうので、チャンネリング評価には非常な長
時間を有する。従って、セミ沿面接地電極１２側のチャ
ンネリング挙動を加速して調べるために、敢えて平行接
地電極１１を取り除いた状態での評価を行なった。

【００９６】また、Ｅの値を０．１〜０．７ｍｍの範囲
にて選択し、さらに各Ｅの値について、Ｒ−Ｅを０．２
ｍｍにした場合のチャンネリング溝深さδ0（ｍｍ）
と、Ｒ−Ｅを０ｍｍとした場合のチャンネリング溝深さ
δ1（ｍｍ）とを測定し、 λ＝δ0−δ1（ｍｍ） にて表されるチャンネリング改善幅λを算出して、Ｒ−
Ｅを０．２ｍｍから０ｍｍへと縮小することによりどの
程度チャンネリングが改善されるかを見積もった。結果
を表５に示す。

【００９７】

【表５】

【００９８】これを見てもわかるとおり、段差Ｅの長さ
が０．５ｍｍ以下のとき、特にチャンネリング効果が大
きいことがわかる。

【００９９】（実験５：第六の構成；絶縁碍子１の突出
量（Ｆ）を、３．０ｍｍ≦Ｆ≦５．０ｍｍとする根拠）
主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍ、主体金具５の
先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との
径差（δ）を２．８ｍｍとし、セミ沿面接地電極１２を
２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝
０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝
１．６ｍｍに設定するとともに、このスパークプラグが
適用されるスパークプラグのＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ
８０３１）若しくは当該ＪＩＳ規格中に対応表示される
ＩＳＯ規格の中で定められたＡ寸法よりも先端側に突出
する絶縁碍子１の突出量（Ｆ）を種々設定したスパーク
プラグを用意した。そして、これらスパークプラグを実
験１と同様に、１８００cc直列４気筒の直噴式内燃機関
を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＤレンジに
入れ、アイドリング６００ｒｐｍにて運転を行った。ま
た、スパークプラグの点火時期はＢＴＤＣ１５゜に固定
した。そして、各絶縁碍子１の突出量（Ｆ）の場合にお
ける、１分間あたりの失火発生頻度が略ゼロとなる噴射
終了時期の幅（燃焼安定領域）を測定した。直噴式内燃
機関ではこの幅が着火性の良否を定める尺度になる。

【０１００】図５は、その結果を示すものであるが、絶
縁碍子１の突出量（Ｆ）を、３．０ｍｍ≦Ｆ≦５．０ｍ
ｍとすることによって、失火を生じない燃料噴射終了時
期の範囲（すなわち、安定燃焼領域の幅）を広くするこ
とができることがわかる。なお、図６に示すような、第
１の実施の形態のうち、第４態様のスパークプラグの主
体金具５のねじ部５Ｂより先端部分５Ｅを延長させたエ
クステンドシェルタイプのスパークプラグの場合におい
ても、同様の結果を得ている。ただし、この場合におい
ては、絶縁碍子１の突出量（Ｆ）は、主体金具５の先端
面５Ｄからの寸法ではなく、先端部分５Ｅが延長された
長さ、即ち、ＪＩＳ規格中に定められたＡ寸法より先端
側の長さ、を更に加えた長さになる。

【０１０１】（実験６：第八の構成；中心電極２の絶縁
碍子１からの突出量（Ｈ）を、（Ｈ）≦１．２５ｍｍと
する根拠）主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍと
し、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギ
ャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍに設定し、セミ
沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定
し、中心電極径をφ２．５ｍｍに設定するとともに、絶
縁碍子１の先端面１Ｄから突出する中心電極２の突出量
（Ｈ）を種々設定したスパークプラグを用意した。そし
て、これらスパークプラグを用いて実験５と同様の自動
車を用い、安定燃焼領域を測定した結果を示す。ただ
し、走行条件はアイドリングではなく１００ｋｍ／ｈの
定地走行条件（高速運転を想定）とした。また、スパー
クプラグの点火時期はＢＴＤＣ２５゜に固定した。他の
条件は実験５と同様であり、各中心電極２の突出量
（Ｈ）の場合において、１分間あたりの失火発生頻度が
略ゼロとなる噴射終了時期の幅を測定した。結果を図７
に示している。

【０１０２】この結果から、主気中ギャップ（α）とセ
ミ沿面ギャップ（β）とが、α＜βであり、かつ、主気
中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、
α＞γであり、中心電極が絶縁碍子の先端面から突出す
る量（Ｈ）を、Ｈ≦１．２５ｍｍとすることによって、
高速運転時にセミ沿面ギャップ（β）で火花が発生して
も、失火を生じない燃料噴射終了時期の範囲を広くする
ことができる。従って、火花発生位置によって着火性の
差が出やすい直噴式内燃機関であっても、「くすぶり」
が生じた場合に発生するセミ沿面接地電極１２での火花
位置で、十分な着火性を有する。なお、Ｈの値は、ここ
では図２８（ａ）に示すように正の値の場合を示した
が、同図（ｂ）に示すようにＨがほとんどゼロとなる
（すなわち、中心電極２の先端面あるいは後述する貴金
属チップの先端面が、絶縁碍子１の先端面と略面一とな
る）形であってもよいし、さらには（ｃ）に示すよう
に、Ｈが負の数となる（つまり、先端面が絶縁碍子１の
先端面よりも引っ込んでいる）形となっていてもよい。
この場合、耐チャンネリング性及び「くすぶり」清浄性
効果をさらに向上させる観点において、−０．３ｍｍ≦
Ｈ≦０．５となっていればさらによい。

【０１０３】（実験７：第九の構成；α≦０．４×（β
−γ）＋γとする根拠）セミ沿面ギャップ（β）を１．
６ｍｍに設定し、種々の大きさの主気中ギャップ（α）
を有する平行接地電極１１と、同一寸法の種々のセミ沿
面碍子ギャップ（γ）を有する２つのセミ沿面接地電極
１２，１２を設けた各種スパークプラグを作製した。そ
して、該スパークプラグをチャンバに取り付け、チャン
バ内を１．０ＭＰａに加圧した状態で火花の発生する方
向を観察する机上試験を行ない、主体金具５の先端面５
Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生するか否かを調べ
た。なお、火花はフルトランジスタ電源により１秒間に
６０回の割合で発生させ、測定時間は１分間とした。

【０１０４】以上の結果を図８に示す。図中で、直線１
０１は、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で
火花が発生するか否かの境界を示す。この直線より上の
領域ＡＡでは、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１と
の間で火花が発生し、下の領域ＢＢでは、発生しなかっ
たことを示している。直線１０１は、次の式（１）で表
され、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火
花が発生するか否かを示す境界線となる。 α＝０．４×（β−γ）＋γ ‥‥（１） 従って、主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で
火花が発生しないためには、下記式（２）の条件が必要
であることが分かる。 α≦０．４×（β−γ）＋γ ‥‥（２）

【０１０５】この結果から、主気中ギャップ（α）とセ
ミ沿面ギャップ（β）とが、α＜βであり、かつ、主気
中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、
α＞γであり、主気中ギャップ（α）、セミ沿面ギャッ
プ（β）及びセミ沿面碍子ギャップ（γ）とが、α≦
０．４×（β−γ）＋γとすることによって、主体金具
５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間での火花の発生を抑
制することができる。また、実際の内燃機関に装着した
場合のように、スパークプラグのギャップ周りの雰囲気
ガスが流れを持っているような場合には、主体金具の先
端面と絶縁碍子との間で火花がより発生しやすくなるた
め、α≦０．３×（β−γ）＋γであることがより好ま
しい。

【０１０６】（実験８：（α−γ）≦０．４ｍｍに設定
することの根拠）種々の大きさの主気中ギャップ（α）
を有する平行接地電極１１と、同一寸法の種々のセミ沿
面碍子ギャップ（γ）を有する２つのセミ沿面接地電極
１２，１２を設けた各種スパークプラグを作製した。こ
れらスパークプラグの耐チャンネリング性を評価するた
めに、以下の実験を行なった。すなわち、スパークプラ
グを、２５００ｃｃ直列６気筒ターボチャージャ式の内
燃機関を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＤレ
ンジに入れ、３５００ｒｐｍで、インテークマニホール
ド内における圧力が、＋７０ｋＰａの条件にて１００Ｈ
ｒ運転継続した。そして、動作終了後のスパークプラグ
のチャンネリング深さを測定するとともに、チャンネリ
ング溝深さが、０．２ｍｍ未満のものを軽度（○）、
０．２〜０．４ｍｍのものを中度（△）、０．４ｍｍを
超えるものを重度（×）として評価判定した。該結果を
表６に示す。

【０１０７】

【表６】

【０１０８】この結果から、主気中ギャップ（α）とセ
ミ沿面碍子ギャップ（γ）とは、（α−γ）≦０．４ｍ
ｍに設定することで、チャンネリングを低減することが
できることが分かる。このような関係を満足することに
よって、チャンネリングに対して特に厳しい、過給を行
なう内燃機関や高圧縮比の内燃機関でのチャンネリング
を低減することができることがわかる。

【０１０９】（実験９：第二の構成；０．２ｍｍ≦（α
−γ）≦０．４ｍｍとする根拠）中心電極２の径をφ
２．５ｍｍ、主体金具５の先端面５Ｄの位置における絶
縁碍子１と主体金具５との径差（δ）を２．８ｍｍと
し、セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギ
ャップ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャ
ップ（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定し、主気中
ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ（γ）との関係
を種々設定したスパークプラグを用意した。そして、こ
れらスパークプラグを１８００cc直列４気筒の直噴式内
燃機関を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＤレ
ンジに入れ、アイドリング６００ｒｐｍにて運転を行っ
た。また、スパークプラグの点火時期はＢＴＤＣ１５゜
に固定した。そして、α−γの各値について、１分間あ
たりの失火発生頻度が略ゼロとなる噴射終了時期の幅
（燃焼安定領域）を測定した。結果を図９に示す。

【０１１０】この結果から、主気中ギャップ（α）が
０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面碍子ギャ
ップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、（α
−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍを満たす
場合に、噴射終了時期の領域を広くできることがわか
る。

【０１１１】（実験１０；平行接地電極の幅を２．２ｍ
ｍ以下、中心電極先端面における外径の２倍以上とする
根拠）絶縁碍子１の内部における中心電極２の太径部で
の径をφ２．２ｍｍ、主気中ギャップ（α）を形成する
中心電極２の縮径部先端面における外径をφ０．６ｍ
ｍ、主気中ギャップ（α）を１．１ｍｍ、主体金具５の
先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との
径差（δ）を２．８ｍｍとし、セミ沿面接地電極１２を
２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をいずれもγ＝
０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいずれもβ＝
１．６ｍｍに設定した。そして、絶縁碍子１の軸線方向
前方側から平面視した場合の中心電極の中心点の位置に
おける平行接地電極の幅Ｗを種々設定したスパークプラ
グを用意した。なお、平行接地電極１１の先端部を、第
１の実施の形態のうち、図１０に示す第５態様のスパー
クプラグ２０５の様にテーパ状にカットしてあり、中心
点Ｏの位置における平行接地電極１１の幅Ｗは、そのテ
ーパ状のカット１１ｋの挟み角θを一定にした状態で、
平行接地電極全体１１の幅を変更することによって設定
した。そして、これらスパークプラグを用いて以下の試
験を行った。まず、２０００cc直列６気筒の内燃機関を
用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＮレンジに入
れ、アイドリング６００ｒｐｍから急激にアクセルを踏
み込んで３０００ｒｐｍ以上になるまでレーシングを行
った。そして、Ｗと中心電極２の先端面における外径と
の比の各値について、放電電圧の最大値を測定した。結
果を図１１に示す。

【０１１２】この結果から、主気中ギャップ（α）が
０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面碍子ギャ
ップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、（α
−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍを満たす
とともに、平行接地電極の幅を中心電極先端面における
外径の２倍以上にすることによって、平行接地電極にお
ける放電電圧を十分に低減することができることがわか
る。従って、必要以上にセミ沿面接地電極１２，１２で
火花放電が発生することを抑制することができる。

【０１１３】次に、下記に示す燃料ブリッジテストを行
った。本実験においては、内燃機関に一般に用いられる
ガソリンの替わりに水を用いた。この理由は、燃料ブリ
ッジは一般に非常に温度の低い状態、即ち、燃料の粘度
が低下した状態での、火花放電ギャップで生じたブリッ
ジの切れやすさが問題になるためである。水の常温にお
ける粘度がガソリンの約−４０℃における粘度とほぼ同
等であることが分かっているため、本発明の主目的であ
る燃料ブリッジの切れやすさを確認するためには、最も
手近な代替材である。まず、図１２に示すような燃料ブ
リッジ試験機５００のアーム５０１に各試料ＳＰを装着
し、火花放電ギャップ間にスポイトを用いて水を約０．
０５ｍｌ付着させた。そして、アーム５０１を３０゜傾
けた後に各５回自由落下させて、その間にブリッジが切
れたか否かを落下させる毎に観察した。そして、各試験
品を各３本行った。なお、１本の試験品は試験終了まで
水の補充を行わなかった。

【０１１４】試験結果を図１３に示す。○は、ブリッジ
が切れたことを示し、×は、ブリッジが切れなかったこ
とを示す。この試験の結果、主気中ギャップ（α）が
０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面碍子ギャ
ップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、（α
−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍを満たす
とともに、平行接地電極の幅を２．２ｍｍ以下にするこ
とによって、ブリッジの発生を十分に低減することがで
きることがわかる。

【０１１５】次に、下記に示す着火性テストを行った。
この試験は、２０００cc直列６気筒のエンジンを用いた
自動車を使用してシフトレバーをＤレンジに入れ、７０
ｋｍ／ｈの定地走行条件（均質リーンバーン燃焼状態を
想定）で行った。このエンジン条件で、１％失火が発生
したときのＡ／Ｆの値を着火限界と判断した。この試験
の結果を、図１４に示す。この結果から、この試験の結
果、主気中ギャップ（α）が０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍ
ｍであり、セミ沿面碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦
γ≦０．７ｍｍであり、（α−γ）が０．２ｍｍ≦（α
−γ）≦０．４ｍｍを満たすとともに、平行接地電極の
幅を２．２ｍｍ以下にすることによって、ブリッジの発
生を十分に低減することができることがわかる。

【０１１６】以上の試験結果から、主気中ギャップ
（α）が０．８ｍｍ≦α≦１．０ｍｍであり、セミ沿面
碍子ギャップ（γ）が０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであ
り、（α−γ）が０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍ
を満たすとともに、平行接地電極の幅を２．２ｍｍ以下
であって、かつ、中心電極先端面における外径の２倍以
上にすることによって、燃料ブリッジを生ずることなく
平行接地電極における放電電圧を十分に低減することが
でき、その結果、優れた着火性を有することがわかる。

【０１１７】（実験１１：第七の構成；α≦１．１ｍ
ｍ、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍ、ψ≦１．８ｍｍとす
る根拠）絶縁碍子１の内部における中心電極２の太径部
での径をφ２．２ｍｍ、主気中ギャップ（α）を形成す
る中心電極２の縮径部先端面における外径をφ０．６ｍ
ｍ、主気中ギャップ（α）を１．１ｍｍ、主体金具５の
先端面５Ｄの位置における絶縁碍子１と主体金具５との
径差（δ）を２．８ｍｍとし、幅２．２ｍｍのセミ沿面
接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）
をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）を
いずれもβ＝１．６ｍｍに設定した。そして、絶縁碍子
先端径φＤを変更することによってセミ沿面接地電極１
２の幅との差ψを種々設定したスパークプラグを用意し
た。そして、これらスパークプラグを用いて実験６と同
様の条件に設定した自動車を用い、安定燃焼領域を測定
した結果を図１５に示す。

【０１１８】この結果から、α≦１．１ｍｍであり、
０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、ψ≦１．８ｍｍと
することによって、失火を生じない燃料噴射終了時期の
範囲（すなわち、安定燃焼領域の幅）を広くすることが
でき、燃料リーン状態での着火性を向上させることがで
きることがわかる。このような現象は、以下の理由によ
るものと考えられる。即ち、絶縁碍子先端径とセミ沿面
接地電極１２の幅との差が大きくなると、セミ沿面接地
電極１２と中心電極２との間で火花が発生する際に、絶
縁碍子１の先端部外周を大きく回り込むことになる。セ
ミ沿面接地電極１２端面の後方角部から斜め後方に向け
て火花が発生した場合に、その火花が絶縁碍子１の先端
部にぶつかった後に中心電極２に達する。絶縁碍子１の
先端部にぶつかった際には、火花は斜め後方に向けて外
周面に沿って這うことになり、その後、向きを変えて中
心電極１先端側周面方向に這うことになる。従って、絶
縁碍子１先端径とセミ沿面接地電極１２の幅との差が大
きいと、絶縁碍子１外周面に沿って斜め後方に火花が這
う量が大きくなるため、火花が大きく垂れ下がるものと
考えられる。

【０１１９】（実験１２：付加要件３；絶縁碍子の先端
部における中心貫通孔の最小径（Ｄ３）を、Ｄ３≦２．
１ｍｍとする根拠）主体金具５の先端面５Ｄの位置にお
ける絶縁碍子１と主体金具５との径差（δ）をδ＝２．
８ｍｍ、主気中ギャップ（α）をα＝１．１ｍｍとし、
セミ沿面接地電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャッ
プ（γ）をいずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ
（β）をいずれもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、
絶縁碍子１が主体金具５の保持部５１よりも先端側にお
ける中心貫通孔の最小径（Ｄ３）を種々設定したスパー
クプラグを作製した。なお、中心電極２の外径は中心貫
通孔の径に応じて種々変更する。これらスパークプラグ
を、実験１と同様に１８００cc直列４気筒の直噴式内燃
機関を用いた自動車に取り付けてシフトレバーをＤレン
ジに入れ、アイドリング６００ｒｐｍにて運転を行っ
た。また、スパークプラグの点火時期はＢＴＤＣ１５゜
に固定した。そして、Ｄ３の各値について、１分間あた
りの失火発生頻度が略ゼロとなる噴射終了時期の幅（燃
焼安定領域）を測定した。結果を図１６に示す。この結
果から、絶縁碍子１の中心貫通孔の最小径をφ２．１ｍ
ｍ以下にすることによって、アイドリング運転時におけ
る安定燃焼領域を広くとることができることがわかる。

【０１２０】また、上記スパークプラグについてはプレ
デリバリ汚損試験を行った。試験条件は以下の通りであ
る。すなわち、排気量３０００ｃｃの６気筒直噴式内燃
機関を用いた自動車にスパークプラグを取り付ける。そ
して、該自動車を−１０゜Ｃの低温試験室に置き、ＪＩ
ＳＤ１６０６の低負荷適合性試験で規定されている運転
パターンにより、低速で数回寸動させる所定の運転パタ
ーンを１サイクルとして１０ＭΩに到達するまでのサイ
クル数を測定した。以上の結果を表７に示す。

【０１２１】

【表７】

【０１２２】この結果によると、絶縁碍子１の中心貫通
孔の最小径をφ２．１ｍｍ以下にすることによって、プ
レデリバリ汚損テストにおいても問題を生じることが非
常に少なくなる、１０ＭΩに到達するサイクル数を１０
サイクル以上にすることができることがわかる。

【０１２３】以上２種類の評価結果から、絶縁碍子１が
主体金具５と係止されて保持される保持部５１よりも先
端側における中心貫通孔の最小径（Ｄ３）を、Ｄ３≦
２．１ｍｍとすることによって、直噴式内燃機関であっ
ても安定燃焼領域を広くとることができ、さらにプレデ
リバリ汚損試験においても問題を生じにくくなることが
示された。絶縁碍子１の内径を狭くすることによって中
心電極２の外径も小さくなり、燃焼サイクルの際に碍子
先端部に受けた熱が中心電極２側に逃げることが適度に
抑制されるため、絶縁碍子１の先端温度を上昇しやすく
する。従って、通常の運転時に温度の上がり難い直噴式
内燃機関であっても、絶縁碍子１の先端部温度を上昇し
やすくすることができ、「くすぶり」によって堆積した
カーボンを焼き切ることが容易になる。また、これに伴
って主体金具５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花
が発生したり、更に保持部近傍で火花が発生したりする
ことを防止することができるため、直噴式内燃機関にお
いても安定して燃焼する領域を広くとることができるよ
うになる。なお、図１７に示すような、第２の実施の形
態である、中心電極２の先端部のみを縮径したタイプの
スパークプラグ２００の場合においても、同様の結果を
得ている。

【０１２４】次に、本発明における他の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態
では、上記の実施の形態に比して絶縁碍子１、主体金具
５と中心電極２の形状以外は変更ないので説明を省略
し、異なる部分のみ説明する。これらの説明は、図１８
〜図２２に示す部分断面図により、中心電極２、平行接
地電極１１、セミ沿面接地電極１２及び主体金具５'先
端の近傍を拡大する形で行なう。

【０１２５】まず、図１８に示す第３の実施の形態のス
パークプラグ２１０では、主体金具５'の先端部を内径
側に縮径することによって、先端面５Ｄ'の面積が広く
なっている。主体金具５'の先端部をこの様な形状にす
ることによって燃料が主体金具５'の内部にまで入り込
むことを抑制することができる。直噴式内燃機関では、
燃料噴射ノズルがピストンの方向を向いているため、一
度ピストンにぶつかって跳ね返ってきた燃料がタンブル
とスキッシュによる吸気の流れの影響を受けながらスパ
ークプラグの斜め先端側から近づいてくる。この角度で
燃料がくると主体金具の内部に入り込みやすい。従っ
て、本実施形態のように主体金具５'の先端部を内径側
に縮径することで燃料が内部にまで入り込むことを抑制
しやすくなる。また、先端面５Ｄ’の面積が広くなるこ
とから、本発明のように複数の接地電極を持つスパーク
プラグにとって溶接を容易にできるとともに、接地電極
の厚みを厚くすることができる。更に、主体金具５'の
保持部５１'より先端側を広くとることができるので、
保持部５１'近傍で火花が発生することを抑制すること
ができる。このように主体金具５'の先端部を縮径する
ときの縮径部の内径は、絶縁碍子１との径差δが、主気
中ギャップ（α）に対して、δ≧２．６×αの関係を満
足する程度にすると良い。

【０１２６】図１９に示す第４の実施の形態のスパーク
プラグ２２０では、中心電極２'の電極母材先端が絶縁
碍子１の先端面１Ｄよりも先端側で縮径されてその先端
に貴金属チップ２１'が全周レーザ溶接により接合され
ている。なお、絶縁碍子１の先端面１Ｄを示す線を外方
へ延長した第１の延長線３１がセミ沿面接地電極１２の
先端面１２Ｃに位置するような位置関係にセミ沿面接地
電極１２が設定されている。また、本実施形態では、例
えば中心電極母材の径はφ１．８ｍｍであり、その先端
にφ０．８ｍｍのＩｒ−５質量％Ｐｔチップが接合され
ている。更に、本実施例の場合のセミ沿面ギャップ
（β）の距離βは、絶縁碍子１の先端面１Ｄの位置にお
ける中心電極２の外径、即ち、中心電極母材が縮径され
る前の基径とセミ沿面接地電極１２との本スパークプラ
グの軸線方向に対して垂直方向の距離となる。

【０１２７】図２０に示す第５の実施の形態のスパーク
プラグ２３０では、中心電極２'の電極母材先端が縮径
されて、その先端に貴金属チップ２１'が全周レーザ溶
接により接合されている。

【０１２８】他方、図２１に示す第６の実施の形態のス
パークプラグ２４０では、中心電極２'の電極母材先端
は縮径されておらず、先端に略凸状の形状をした貴金属
チップ２１'が全周レーザ溶接により接合されている。
また、レーザ溶接部２１２の先端が絶縁碍子１の先端面
１Ｄとほぼ同一面に位置している。なお、本実施形態で
は、例えば中心電極母材の径はφ１．８ｍｍであり、そ
の先端に先端側の径がφ０．６ｍｍ、径大部２１１'の
径がφ１．８ｍｍのＩｒ−２０質量％Ｒhチップが接合
されている。そして、絶縁碍子１の中心貫通孔内径がφ
１．９ｍｍに設定されている。更に、本実施例の場合の
セミ沿面ギャップ（β）の距離βは、絶縁碍子１の先端
面１Ｄの位置における中心電極２の外径、即ち、貴金属
チップ２１'の径大部２１１'とセミ沿面接地電極１２と
の本スパークプラグの軸線方向に対して垂直方向の距離
になる。このように構成することにより、セミ沿面ギャ
ップ（β）で火花が発生した場合であっても、貴金属チ
ップ２１'が中心電極母材から脱落することを防止する
ことができる。セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生し
た場合には、貴金属チップ２１'の側面とセミ沿面接地
電極１２との間で火花が発生することになる。この位置
で頻繁に火花が発生することになると、絶縁碍子１の先
端面１Ｄ近傍での貴金属チップ２１'が消耗したとして
も、貴金属チップ２１'先端部よりも細くなってしまう
ことがなく、貴金属チップ２１'の先端部が脱落してし
まうことを防止できる。更に、先端部は径が細いため、
主気中ギャップ（α）で火花が発生する際の放電電圧を
低減させることができる。このため、着火性が向上す
る。また、特に直噴式内燃機関では安定燃焼領域を広く
することができる。

【０１２９】図２２に示す第７の実施の形態のスパーク
プラグも、同様に中心電極２'の電極母材先端は縮径さ
れておらず、先端に略凸状の形状をした貴金属チップ２
１'が全周レーザ溶接により接合されている。この実施
形態では、貴金属チップ２１'の径大部２１１'が絶縁碍
子１の先端面１Ｄよりも内部に位置している。なお、本
実施形態では、例えば中心電極母材の径はφ１．８ｍｍ
であり、その先端に先端側の径がφ０．６ｍｍ、径大部
２１１'の径がφ１．８ｍｍのＩｒ−２０質量％Ｒhチッ
プが接合されている。そして、絶縁碍子１の中心貫通孔
内径がφ１．９ｍｍに設定されているため、絶縁碍子１
の中心貫通孔内径と貴金属チップ２１'外径との径差
は、０．１ｍｍに設定されている。更に、本実施例の場
合のセミ沿面ギャップ（β）の距離βは、絶縁碍子１の
先端面１Ｄの位置における中心電極２の外径、即ち、貴
金属チップ２１'の貴金属チップ２１'の細径部とセミ沿
面接地電極１２との距離になる。

【０１３０】セミ沿面ギャップ（β）で火花が発生した
場合に絶縁碍子１の先端面１Ｄを這う火花は、更に絶縁
碍子１の中心貫通孔の内壁を這って貴金属チップ２１'
の径大部２１１'に至る。従って、径大部２１１'が絶縁
碍子１の中心貫通孔内部にあったとしても火花は径大部
２１１'とセミ沿面接地電極１２との間で発生するた
め、貴金属チップ２１'の先端部が脱落してしまうこと
を防止できる。更に、先端部は径が細いため、主気中ギ
ャップ（α）で火花が発生する際の放電電圧を低減させ
ることができる。このため、着火性が向上する。また、
特に直噴式内燃機関では安定燃焼領域を広くすることが
できる。そして、貴金属チップ２１'外径と絶縁碍子１
の中心貫通孔内径との径差の最小値が０．１ｍｍである
ため、中心電極２'母材の火花放電による消耗を抑える
ことがより容易になる。これは、以下の理由によるもの
であると考えられる。即ち、セミ沿面ギャップ（β）で
火花が発生した場合には、絶縁碍子１の中心貫通孔内壁
を火花が這うことになる。この時、貴金属チップ２１'
外径と絶縁碍子１の中心貫通孔内径との径差が大きくな
ると、火花が貴金属チップ２１'に飛ばずに更に奥深く
入り込んで中心電極２'母材にまで至る場合がある。中
心電極２'母材は貴金属チップ２１'と比較して耐火花消
耗性は低いため、急速に消耗しやすく、チップの脱落に
至る場合がある。従って、この径差を小さくすることに
よって、中心電極２'母材に火花が至る現象を抑えるこ
とができ、耐久性が向上するのである。

【０１３１】なお、図３０に示すように、平行接地電極
１１の主気中ギャップに面する位置にも、貴金属チップ
５０を溶接接合することができる。該スパークプラグ２
７０は、図９のスパークプラグ２２０において、平行接
地電極１１にも貴金属チップ５０を設けた例を示してい
る。貴金属チップ５０の材質は、平行接地電極１１側の
貴金属チップ２１’と同様のものを使用できる。他方、
中心電極２側が負となる電圧極性にてスパークプラグを
使用する場合、平行接地電極１１側においては中心電極
２側と比較して火花消耗が若干緩やかであるので、中心
電極２側よりもやや融点の低い貴金属チップ５０を使用
することも可能である（例えば、中心電極２側の貴金属
チップ２１’がイリジウム合金である場合、平行接地電
極１１側の貴金属チップ５０を白金あるいは白金合金に
て構成できる）。

【０１３２】平行接地電極１１とセミ沿面接地電極１２
とは、表層部をなす母材をいずれもニッケル又はニッケ
ル合金にて構成できる。この場合、両電極１１，１２に
おいて、使用する母材の材質を異ならせることも可能で
ある。すなわち、平行接地電極１１の母材を、ニッケル
を主成分とする第一のニッケル系母材金属にて構成し、
セミ沿面接地電極１２の母材を、ニッケルを主成分とす
る第二のニッケル系母材金属にて構成できる。

【０１３３】例えば、図３０（セミ沿面接地電極１２の
形態は図２あるいは図１９と同じ；符号をこれらの図か
ら援用する）では、セミ沿面接地電極１２の他端の端面
部１２Ｃに貴金属チップが溶接されず、かつ該端面部の
全体が第二のニッケル系母材金属からなる一方、平行接
地電極１１の少なくとも表層部１１ｂが第一のニッケル
系母材金属にて構成され、中心電極２との対向面に貴金
属チップ５０が溶接されている。この場合、第二のニッ
ケル系母材金属のニッケル含有率よりも低くすることが
できる。すなわち、平行接地電極１１側は貴金属チップ
５０が溶接してあるので、母材の火花消耗はそれほど問
題とならない。他方、セミ沿面接地電極１２側は、平行
接地電極１１側と比較すれば飛火頻度は高くないので、
貴金属チップを省略してコスト削減を図るとともに、こ
の場合は母材表面そのものが放電面となることから、そ
のニッケル含有率の向上により火花消耗抑制を図ろうと
いう思想である。この場合、第二のニッケル系母材金属
のニッケル含有率は、８５質量％以上であることが望ま
しい。例えば、第一のニッケル系母材金属をインコネル
６００（商標名）とし、第二のニッケル系母材金属を９
５質量％ニッケル合金（残部クロム、マンガン、シリコ
ン、アルミ、鉄等）にて構成することができる。

【０１３４】（その他の実施の形態）以上説明した各実
施の形態ではセミ沿面接地電極１２を２極としたが、セ
ミ沿面接地電極１２は単極であっても良いし３極以上の
多極としても良い。しかしながら、単極では絶縁碍子１
の端面の全周に渡って火花でカーボンを焼き切るのが難
しく、火花清浄性が悪くなるので、セミ沿面接地電極１
２は２極から４極が好ましいと考える。また、セミ沿面
接地電極１２の位置は、多くの実施形態でセミ沿面接地
電極１２の先端面１２Ｃの全面が絶縁碍子１の直管状部
１０２に対向する例を説明したが、絶縁碍子１の先端面
１Ｄを示す線を外方へ延長した第１の延長線３１がセミ
沿面接地電極１２の先端面１２Ｃに位置するような位置
関係に設定してもよい。さらに、絶縁碍子１の先端内部
において中心電極の縮径（いわゆるサーモ）されていな
いスパークプラグについて説明したが、１段または２段
以上に縮径されているスパークプラグであっても良い。

【０１３５】また、図２９のスパークプラグ２６０は、
階段状の縮径部を経て直管状部１０２Ｂを形成した例で
ある。図２３あるいは図２９に示すスパークプラグ１０
０，２６０においては、いずれも絶縁碍子１の先端部に
直管状部１０２あるいは１０２Ｂが形成されている。直
管状部１０２あるいは１０２Ｂの軸線３０の向きにおけ
る長さは、いずれも０．５〜１．５ｍｍである。これら
の構成では、直管状部１０２あるいは１０２Ｂの後方
に、図３１（ｃ）に示すようなテーパ状の膨らみ部１０
５、あるいは図３１（ａ）に示すような階段状の膨らみ
部１０２Ａが隣接形成される形となる。

【０１３６】上記の膨らみ部がセミ沿面接地電極１２の
端面１２Ｃの後方側縁１２Ｂに近づきすぎると、ここか
らの火花が後方側に垂れ下がる形で発生しやすくなる。
例えば、図３２（ａ）に示すように、階段状の膨らみ部
１０２Ａのアール付与された移行部１０２Ｔには電界が
集中しやすく、セミ沿面接地電極１２の後方側縁１２Ｂ
からの火花ＳＰ３はこの移行部１０２Ｔを目指して放出
される結果、後方側に垂れ下がり、絶縁碍子１の側周面
後方部を大きく回り込む形で飛火することになる。この
ような火花が着火性を悪化させることは明らかである。

【０１３７】そこで、図３１に示すように、セミ沿面接
地電極１２の端面１２Ｃの、絶縁碍子２の軸線３０の方
向における後方側縁１２Ｂの中点と、該絶縁碍子２の軸
線３０とを含む仮想的な平面上において、セミ沿面ギャ
ップの大きさをγ（単位：ｍｍ）として、後方側縁１２
Ａの中点を中心とする（γ＋０．１）ｍｍの円Ｃｋを描
いたときに、膨らみ部１０２Ａの全体が該円Ｃｋの外側
に位置するようにすれば、図３２のＳＰ３のような火花
の垂れ下がりを効果的に防止することができる。なお、
図３１（ｂ）に示すように、膨らみ部１０２Ａの移行部
１０２Ｔを円Ｃｋに倣う傾斜面とすれば、図３１（ａ）
のように移行部１０２Ｔが直管状部１０２Ｂの外周面か
ら垂直に立ち上がる形態と比較して、直管状部１０２Ｂ
自体の長さを短くすることができ、また、移行部１０２
Ｔに電界集中しやすい小角度の縁部を生じにくくなるの
で、火花の垂れ下がり防止に一層効果的である。

【０１３８】上記の効果を確認するために、以下の実験
を行なった。 （実験１３）図３のスパークプラグにおいて、絶縁碍子
１の直管状部１０２の形態を、図３１（ｃ）に示すタイ
プのもの（タイプＡ）及び（ａ）に示すタイプのもの
（タイプＢ）を種々用意した。これらスパークプラグ
は、いずれも平行接地電極１１をなくし、セミ沿面接地
電極１２を２個設け、セミ沿面碍子ギャップ（γ）をい
ずれもγ＝０．６ｍｍ、セミ沿面ギャップ（β）をいず
れもβ＝１．６ｍｍに設定するとともに、絶縁碍子１の
先端面１Ｄの高さ位置とセミ沿面接地電極１２の端面１
２Ｃの後端側縁１２Ｂの高さ位置との段差Ｅは０．９ｍ
ｍとした。そして、直管状部（１０２あるいは１０２
Ｂ）の長さを、表８に示す０．９〜１．８ｍｍの種々の
値とした。なお、表８には、前記した半径（γ＋０．
１）ｍｍの円の範囲内に、膨らみ部１０５あるいは１０
２Ａが存在しているものを「＊」、存在していないもの
を「◎」で表している。これらのスパークプラグを用い
て、以下の実験を行なった。すなわち、スパークプラグ
をチャンバに取り付け、チャンバ内を０．６ＭＰａに加
圧するとともに、フルトランジスタ電源により１秒間に
１回の火花を発生させる動作を１分間継続した。そし
て、その間の火花発生状況をビデオ撮影し、その画像を
解析することにより、セミ沿面接地電極１２の端面１２
Ｃの後方側縁１２Ｂから発生した火花の、該後方側縁１
２Ｂから軸線３０の方向における最大垂れ下がり長さＬ
を求め、その長さが２．５ｍｍ以内に収まっているもの
を良好（○）、そうでないものを不良（×）として評価
した。以上の結果を表８に示す。

【０１３９】

【表８】

【０１４０】すなわち、直管状部の長さが１．５ｍｍ以
下であるか、あるいは前記した半径（γ＋０．１）ｍｍ
の円内に膨らみ部が存在していない場合に、火花の垂れ
下がりが効果的に抑制されていることがわかる。

【０１４１】次に、セミ沿面接地電極１２の端面１２Ｃ
からの火花の発生形態は、該端面１２Ｃの形状を工夫す
ることによっても改善することが可能である。まず、端
面１２Ｃの形態を規定するに際しては、以下のような幾
何学的な定義を行なう。すなわち、図２（ｂ）におい
て、軸線３０の方向において絶縁碍子１の先端部の位置
する側を前方側とし、これと反対側を後方側とする。さ
らに、セミ沿面接地電極１２の、端面１２Ｃの後方側縁
１２Ｂの中点Ｍ１と軸線３０とを含む仮想的な平面ＶＰ
に対し、軸線３０を含んで該平面ＶＰと直交する平面を
投影面ＰＰとして定める。そして、該投影面ＰＰへの端
面１２Ｃの正射影を１２ＮＰ（以下、端面正射影１２Ｎ
Ｐと記載する）とする。なお、図２６に示すように、端
面１２Ｃが投影面ＰＰと平行な場合は、図２（ｂ）に示
すように、正射影１２ＮＰは端面１２Ｃと幾何学的に合
同となる。他方、図２１に示すように、端面１２Ｃを平
面となす代わりに円弧状面となした場合には、端面１２
Ｃの形状は曲面であるものの図２（ｃ）に示すように、
その端面正射影１２ＮＰの形状は、図２（ｂ）に示す場
合と基本的に相違しない。

【０１４２】セミ沿面接地電極１２を、例えば長方形状
の軸断面を有する線状部材を曲げ加工して作ったもので
ある場合、図３２（ｂ）に示すように、その端面正射影
１２ＮＰの形状も長方形状のものとなる。このとき、投
影面ＰＰ上にて軸線３０と後方側縁１２Ｂとの交点をＸ
とし、同じく前方側縁１２Ａとの交点をＹとして、線分
ＸＹの中点Ｑを通って軸線３０と直交する基準線ＲＬを
引いたとき、該基準線ＲＬよりも前方側に位置する領域
（以下、前方側領域ＦＡという）の面積Ｓ１は、同じく
後方側に位置する領域（以下、後方側領域ＲＡという）
の面積Ｓ２と略等しくなる。なお、投影面ＰＰ上での議
論においては、「‥の正射影」とその都度称することは
煩雑であるので、これを省略し、単に「後方側縁１２
Ｂ」、「前方側縁１２Ａ」等と称する。

【０１４３】端面正射影１２ＮＰがこのような形状とな
る端面１２Ｃの場合、前方側領域ＦＡと後方側領域ＲＡ
とでは、単位時間あたりの火花の発生頻度は略等しくな
る。例えば、図３２（ｃ）に示すように、領域ＤＷにお
いて何らかの理由により局所的に火花消耗が遅れた場合
を想定すると、消耗から取り残された領域ＤＷのギャッ
プ間隔は他の領域よりも小さくなるから、以降は領域Ｄ
Ｗでの火花放電が逆に生じやすくなる。該事実から因果
律的に考えれば、セミ沿面接地電極１２は、局所的なギ
ャップ間隔異常がなるべく生じないように、放電面とな
る端面１２Ｃの全体にわたって一様に消耗すること、換
言すれば単位面積/単位時間あたりの火花発生頻度が、
端面１２Ｃの全面に渡って略均等でなければならない。
従って、基準線ＲＬに関して二分される端面正射影１２
ＮＰの２つの領域、すなわち前方側領域ＦＡと後方側領
域ＲＡとの面積Ｓ１とＳ２とが等しいので、各領域ＦＡ
とＲＡとで発生する単位時間あたりの火花発生頻度も略
等しくなるのである。その結果、前方側領域ＦＡも後方
側領域ＲＡも略同じ頻度で火花が発生するのであるか
ら、チャンネリング抑制や着火性改善の効果は期待でき
ない。

【０１４４】そこで、図３３においては、端面正射影Ｎ
Ｐにおける前方側領域ＦＡの面積Ｓ１が後方側領域ＲＡ
の面積Ｓ２よりも大となるような、端面１２Ｃの形状が
選択されている。このようなセミ沿面接地電極１２は、
面積が増えた分だけ前方側領域ＦＡでの単位時間あたり
の火花ＳＰの発生頻度が高くなり、絶縁碍子１へのアタ
ックが柔らかい前方側領域ＦＡが増加するので、チャン
ネリング抑制及び着火性改善を効果的に図ることができ
るようになる。図３３では、平行対辺のうち短辺が後方
側縁１２Ｂとなる台形状の形状が採用されている。ま
た、火花ＳＰの発生頻度を矢印の長さにより模式的に表
している。他方、図３４は、後方側縁１２Ｂが弧と一致
する弓形ないし半月状の形状とした例であり、Ｓ１＞Ｓ
２が成り立っていることは明らかである。

【０１４５】次に、セミ沿面接地電極１２が、図３２
（ｂ）に示すような長方形状の端面１２Ｃを有している
とき、その角部、特に後方側縁１２Ｂの両端の角部が図
に示すようなピン角になっていると、ここを起点として
火花ＳＰ３が斜め外方下向きに放出されやすくなる。こ
のような火花ＳＰ３は、図３２（ａ）に示すように、絶
縁碍子１の軸線方向に沿って大きく垂れ下がる形で飛ぶ
ことがあり、着火性が著しく損なわれてしまう不具合に
つながる。特に、直管部１０２Ｂの基端部に、鋭い階段
状の移行部１０２Ｔが形成されている場合は、火花ＳＰ
３は電界集中しやすい稜線部を目指して大きく回りこむ
形になるため、垂れ下がりは一層甚だしくなり、着火性
が大きく損なわれてしまう不具合につながる。

【０１４６】そこで、図３５に示すように、少なくとも
後方側領域ＲＡにおいて、角部の先端曲率半径又は面取
り幅が０．２ｍｍ以上若しくはこの角部を形成する２辺
部が９０度を超える角度をなすように形成されており端
面正射影１２ＮＰにおいて先鋭な角部が現われないよう
な、端面１２Ｃの形状を選択することで、後方側領域Ｒ
Ａからの上記のような垂れ下がりを伴う火花の発生を効
果的に抑制することができる。また、火花発生の起点と
なりやすい先鋭な角部を後方側領域ＲＡから排除するこ
とにより、該領域側での火花発生頻度自体も低減され
る。

【０１４７】図３５（ａ）は、直線状の後方側縁１２Ｂ
の両端に生ずる角部（２辺部のなす角度は略９０℃）Ｒ
Ｃ１，ＲＣ２を、先端曲率半径が０．２ｍｍ以上（例え
ば上限１．０ｍｍ程度まで）のアール状部とした例であ
る。また、図３５（ｂ）は、角部ＲＣ１，ＲＣ２を幅
０．２ｍｍ以上の面取り部となした例である。この場
合、面取り部の両端に１ずつの角部が生じることになる
が、これらの角部は、２辺部がいずれも鈍角となり、敏
感な火花発生起点部とはなりにくいので、先端曲率半径
は０．２ｍｍ未満となっていても差し支えない。

【０１４８】なお、図３５（ａ）及び（ｂ）において
は、後方側縁１２Ｂの両端に生ずる角部ＲＣ１，ＲＣ２
にのみアール状部あるいは面取り部を形成している。そ
の結果、前方側領域ＦＡの面積Ｓ１は後方側領域ＲＡの
面積Ｓ２よりも多少は大きくなり、Ｓ１＞Ｓ２とする効
果も多少は生ずることとなる。ただし、図３５（ｃ）に
示すように、前方側縁１２Ａの両端に生ずる角部ＦＣ
１，ＦＣ２も含めた４つの角部の全てにアール状部（面
取り部でもよい）を形成し、Ｓ１とＳ２とを略等しくす
ることももちろん可能である。また、図３３の構成は、
端面正射影１２ＮＰが略等脚台形状となっており、後方
側縁１２Ｂの両端に生ずる角部ＲＣ１，ＲＣ２はいずれ
も鈍角であるから、先鋭な角部を排除する効果も生ず
る。また、図３４の構成においても、後方側縁１２Ｂ
が、先鋭な角部が本質的に生じない円弧状に形成されて
いるので、先鋭な角部は同様に排除されているといえ
る。

【０１４９】図３６（ａ）は、図３３の台形状の端面１
２Ｃにおいて、各角部をそれぞれアール状となした例で
あり、Ｓ１＞Ｓ２とする効果と先鋭な角部排除の効果が
一層理想的に達成される形となる。この場合、（ｂ）に
示すように、端面１２Ｃが図２７のような円筒面状とさ
れる場合、端面１２Ｃを展開してみれば明らかなよう
に、後方側縁１２Ｂの両端の角部ＲＣ１，ＲＣ２は二辺
間角度がさらに大きくなり、火花発生抑制効果を一層顕
著なものとすることができる。

【０１５０】なお、図３３〜図３６に示す、いずれの形
状のセミ沿面接地電極１２も、所望とする端面正射影形
状と略同じ軸断面を有する線状部材の曲げ加工により形
成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るスパークプラグの部分
断面図。

【図２】図２（ａ）は第１態様のスパークプラグの電極
近傍を拡大して示す部分断面図であり、図２（ｂ）、
（ｃ）はセミ沿面接地電極１２の面ＰＰへの投影を説明
する図。

【図３】第２態様のスパークプラグの電極近傍を拡大し
て示す部分断面図。

【図４】第３態様のスパークプラグの電極近傍を拡大し
て示す部分断面図。

【図５】このスパークプラグが適用されるスパークプラ
グのＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ８０３１）若しくは当該Ｊ
ＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ規格の中で定められ
たＡ寸法よりも先端側に突出する前記絶縁碍子の突出量
（Ｆ）と安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラ
フ図。

【図６】第４態様のスパークプラグの電極近傍を拡大し
て示す部分断面図。

【図７】中心電極２の絶縁碍子１の先端面１Ｄからの突
出量と安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラフ
図。

【図８】縦軸に主気中ギャップ（α）の距離α、横軸に
セミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離γをとり、主体金具
５の先端面５Ｄと絶縁碍子１との間で火花が発生し始め
た点をプロットしたグラフ図。

【図９】主気中ギャップ（α）とセミ沿面碍子ギャップ
（γ）との差（α−γ）と安定燃焼する噴射終了時期と
の関係を示すグラフ図。

【図１０】第５態様のスパークプラグの電極近傍を拡大
して示す部分断面図。

【図１１】中心電極の中心点の位置における平行接地電
極の幅Ｗと中心電極先端径との比に対する放電電圧の関
係を示すグラフ図。

【図１２】燃料ブリッジ試験機の概要を示す図。

【図１３】燃料ブリッジ試験の結果を示す図。

【図１４】中心電極の中心点の位置における平行接地電
極の幅Ｗと中心電極先端径との比に対する着火性の関係
を示すグラフ図。

【図１５】絶縁碍子先端径とセミ沿面接地電極の幅との
差ψと安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラフ
図。

【図１６】絶縁碍子の、主体金具と係止されて保持され
る保持部よりも先端部における中心貫通孔の最小径（Ｄ
３）と、安定燃焼する噴射終了時期との関係を示すグラ
フ図。

【図１７】第２の実施の形態に係るスパークプラグの電
極近傍を拡大して示す部分断面図。

【図１８】第３の実施の形態に係るスパークプラグの電
極近傍を拡大して示す部分断面図。

【図１９】第４の実施の形態に係るスパークプラグの電
極近傍を拡大して示す部分断面図。

【図２０】第５の実施の形態に係るスパークプラグの電
極近傍を拡大して示す部分断面図。

【図２１】第６の実施の形態に係るスパークプラグの電
極近傍を拡大して示す部分断面図。

【図２２】第７の実施の形態に係るスパークプラグの電
極近傍を拡大して示す部分断面図。

【図２３】直噴型エンジンへのスパークプラグの取付形
態の一例を示す説明図。

【図２４】セミ沿面接地電極を３個設け、平行接地電極
内に良熱伝導材を配置したスパークプラグの一例を示す
要部側面図。

【図２５】セミ沿面接地電極を３個設けたスパークプラ
グの一例を示す底面図。

【図２６】図２のスパークプラグの底面図。

【図２７】図２６において、セミ沿面接地電極の端面を
円筒面状とした例を示す底面図。

【図２８】中心電極先端面と絶縁碍子先端面との種々の
関係を例示して示す模式図。

【図２９】絶縁碍子の直管状部を２段に形成したスパー
クプラグの一例を示す要部正面部分断面図。

【図３０】平行接地電極に貴金属チップを接合したスパ
ークプラグの一例を示す要部側面図。

【図３１】絶縁碍子の直管状部とセミ沿面ギャップとの
種々の位置関係を例示して示す模式図。

【図３２】セミ沿面接地電極におけける種々の火花発生
形態と電極先端面形状との関係を示す説明図。

【図３３】セミ沿面接地電極の端面形状の第一の改善例
を示す側面図及び正面図。

【図３４】セミ沿面接地電極の端面形状の第二の改善例
を示す側面図及び正面図。

【図３５】セミ沿面接地電極の端面形状の第三、第四及
び第五の改善例を示す側面図。

【図３６】セミ沿面接地電極の端面形状の第六及び第七
の改善例を示す説明図。

【符号の説明】

１ 絶縁碍子 １Ｄ 絶縁碍子の先端面 １Ｅ 絶縁碍子の側周面 ２ 中心電極 ２′ 中心電極 ２Ａ 中心電極の側周面 ５ 主体金具 ５Ｄ 主体金具の先端面 １１ 平行接地電極 １２ セミ沿面接地電極 １２' セミ沿面接地電極 １２Ａ 先端側縁 １２Ｂ 後端側縁 １２Ｃ セミ沿面接地電極の端面 ２１、２１’、５０ 貴金属チップ ３０ 中心軸 ３１ 第１の延長線 ３２ 第２の延長線 ３３ 第３の延長線 １０２ 直管状部 （α） 主気中ギャップ α 主気中ギャップの距離 （β） セミ沿面ギャップ β セミ沿面ギャップの距離 （γ） セミ沿面碍子ギャップ γ セミ沿面碍子ギャップの距離 φＤ 絶縁碍子先端径 Ｄ２ 中心電極元径 Ｄ３ 絶縁碍子の中心貫通孔の最小径 Ｅ セミ沿面接地電極の後端側縁と、絶縁碍子の前端
面との段差 Ｆ 絶縁碍子の突き出し量 Ｈ 中心電極の突き出し量 Ｐ１ 第１および第２の延長線の交点 Ｐ２ 第１および第３の延長線の交点 Ｗ 中心電極の中心点の位置における平行接地電極の
幅

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心貫通孔を有する絶縁碍子と、前記中
   心貫通孔に保持され前記絶縁碍子の先端部に配設された
   中心電極と、前記絶縁碍子の先端部を自身の先端面から
   突出するように保持する主体金具と、その主体金具の前
   記先端面に一端が接合され他端が前記中心電極の先端面
   に対向するように配設された平行接地電極とを備え、前
   記平行接地電極と前記中心電極の先端面とにより主気中
   ギャップ（α）が形成されているとともに、前記主体金
   具に一端が接合され他端が前記中心電極の側周面若しく
   は前記絶縁碍子の側周面に対向するように配設された複
   数のセミ沿面接地電極を備え、前記セミ沿面接地電極の
   他端の端面と、この端面と対向する前記中心電極の側周
   面との間にセミ沿面ギャップ（β）が形成されており、
   かつ、前記セミ沿面接地電極の端面と、この端面と対向
   する前記絶縁碍子の側周面との間にセミ沿面碍子ギャッ
   プ（γ）が形成されており、前記主気中ギャップ（α）
   の距離α（単位：ｍｍ）と前記セミ沿面ギャップ（β）
   の距離β（単位：ｍｍ）とが、α＜βの関係を満足し、
   かつ、該主気中ギャップ（α）の距離αと前記セミ沿面
   碍子ギャップ（γ）の距離γ（単位：ｍｍ）とが、α＞
   γの関係を満足していることを特徴とするスパークプラ
   グ。
2. 【請求項２】 前記主気中ギャップ（α）が、α≦１．
   １ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、
   ０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、前記主体金具の前
   記先端面の位置における前記絶縁碍子と前記主体金具と
   の径差δ（単位：ｍｍ）が、δ≧３．６ｍｍである請求
   項１記載のスパークプラグ。
3. 【請求項３】 前記主気中ギャップ（α）は、０．８ｍ
   ｍ≦α≦１．０ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ
   （γ）が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、該主気
   中ギャップ（α）と前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）と
   が、０．２ｍｍ≦（α−γ）≦０．４ｍｍである請求項
   １又は２に記載のスパークプラグ。
4. 【請求項４】 前記中心電極は先端部が縮径されている
   とともに、前記絶縁碍子の軸線方向前方側から平面視し
   た場合の前記中心電極の中心点の位置における前記平行
   接地電極の幅Ｗは、２．２ｍｍ以下であって、かつ、前
   記中心電極の先端面における外径の２倍以上である請求
   項３に記載のスパークプラグ。
5. 【請求項５】 前記主気中ギャップ（α）がα≦０．９
   ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．
   ５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、前記主体金具の前記先
   端面の位置における前記絶縁碍子と前記主体金具との径
   差δが、δ≧２．８ｍｍである請求項１ないし４のいず
   れかにスパークプラグ。
6. 【請求項６】 前記主気中ギャップ（α）がα≦１．１
   ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）が、０．
   ５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、かつ、前記セミ沿面接
   地電極の配設個数が３個以上である請求項１ないし５の
   いずれかに記載のスパークプラグ。
7. 【請求項７】 前記絶縁碍子の先端部に直管状部を有
   し、前記絶縁碍子の軸線方向において前記先端部の位置
   する側を前方側としたときに、前記直管状部の後端位置
   に対し前記セミ沿面接地電極の前記端面の後端側縁が一
   致しているか又は前方側にあり、前記先端面の高さ位置
   と前記セミ沿面接地電極の前記端面の後端側縁の高さ位
   置との前記軸線方向における段差Ｅ（単位：ｍｍ）と、
   前記絶縁碍子の前記先端面から側周面に至る曲面の曲率
   半径Ｒ（単位：ｍｍ）との差が、Ｒ−Ｅ≦０．１ｍｍで
   ある請求項１ないし６のいずれかに記載のスパークプラ
   グ。
8. 【請求項８】 前記段差Ｅの値が０．５ｍｍ以下である
   請求項７に記載のスパークプラグ。
9. 【請求項９】 前記スパークプラグが適用されるスパー
   クプラグのＪＩＳ規格（ＪＩＳ：Ｂ８０３１）若しくは
   当該ＪＩＳ規格中に対応表示されるＩＳＯ規格の中で定
   められたＡ寸法よりも先端側に突出する前記絶縁碍子の
   突出量Ｆ（単位：ｍｍ）が、３．０ｍｍ≦Ｆ≦５．０ｍ
   ｍである請求項１ないし８のいずれかに記載のスパーク
   プラグ。
10. 【請求項１０】 前記平行接地電極は、表層部を形成す
    る母材と、内層部を形成するとともに前記母材よりも熱
    伝導性の良好な材料からなる良熱伝導材とを有する請求
    項９に記載のスパークプラグ。
11. 【請求項１１】 前記主気中ギャップ（α）が、α≦
    １．１ｍｍであり、前記セミ沿面碍子ギャップ（γ）
    が、０．５ｍｍ≦γ≦０．７ｍｍであり、前記絶縁碍子
    の軸線に平行な仮想平面に対し、該絶縁碍子を正射影に
    て表したとき、先端面を示す線を外方へ延長した第１の
    延長線と、前記絶縁碍子の前記セミ沿面ギャップ（β）
    部に臨む前記軸線を挟んだ両側の側周面を示す２本の線
    を前記先端面の方向へ延長した２本の第２の延長線との
    交点間の距離（以下、単に「絶縁碍子先端径」φＤ（単
    位：ｍｍ）という）と前記セミ沿面接地電極の幅との差
    ψ（単位:ｍｍ）が、ψ≦１．８ｍｍである請求項１な
    いし１０いずれかに記載のスパークプラグ。
12. 【請求項１２】 前記第１の延長線と前記絶縁碍子の前
    記セミ沿面ギャップ（β）部に臨む側周面を示す線を前
    記先端面の方向へ延長した第２の延長線との交点から、
    前記第１の延長線と前記中心貫通孔の延長線との交点ま
    での最短距離（以下、単に「絶縁碍子先端肉厚」ρ（単
    位：ｍｍ）という。）が、ρ≦０．９ｍｍである請求項
    １１に記載のスパークプラグ。
13. 【請求項１３】 前記中心電極が前記絶縁碍子の先端面
    から突出する量Ｈ（単位：ｍｍ）がＨ≦１．２５ｍｍで
    ある請求項１ないし１２のいずれかに記載のスパークプ
    ラグ。
14. 【請求項１４】 前記中心電極が前記絶縁碍子の先端面
    から突出する量ＨがＨ≦０．５ｍｍである請求項１３記
    載のスパークプラグ。
15. 【請求項１５】 前記主気中ギャップ（α）、前記セミ
    沿面ギャップ（β）及び前記セミ沿面碍子ギャップ
    （γ）とが、α≦０．４×（β−γ）＋γの関係を満足
    する請求項１ないし１４のいずれかに記載のスパークプ
    ラグ。
16. 【請求項１６】 前記絶縁碍子の先端部を軸線方向前方
    側から平面視したときに、前記セミ沿面接地電極は少な
    くとも前記他端の端面において、前記絶縁碍子の前記中
    心貫通孔の先端開口径よりも大きな幅を有する請求項１
    ないし１５のいずれかに記載のスパークプラグ。
17. 【請求項１７】 前記絶縁碍子の前記中心貫通孔が該絶
    縁碍子の先端部側にて縮径されている請求項１ないし１
    ６のいずれかに記載のスパークプラグ。
18. 【請求項１８】 前記絶縁碍子には縮径された先端部を
    なす直管状部が形成され、また、該直管状部の軸線方向
    後方側に隣接して該直管状部よりも径大の膨らみ部が形
    成され、 前記直管状部の長さが１．５ｍｍ以下であり、 また、前記セミ沿面接地電極は、前記他端の端面の、前
    記絶縁碍子の軸線方向における後方側縁の中点と、該絶
    縁碍子の軸線とを含む仮想的な平面上において、前記セ
    ミ沿面碍子ギャップ（γ）の距離をγ（単位：ｍｍ）と
    して、前記後方側縁の中点を中心とする（γ＋０．１）
    ｍｍの円を描いたときに、前記膨らみ部の全体が該円の
    外側に位置する請求項１ないし１７のいずれかに記載の
    スパークプラグ。
19. 【請求項１９】 前記絶縁碍子の軸線方向において前記
    先端部の位置する側を前方側とし、さらに、前記セミ沿
    面接地電極の、前記他端の端面の後方側縁の中点と前記
    軸線とを含む仮想的な平面に対し、前記軸線を含んで該
    平面と直交する平面を投影面として定め、該投影面への
    正射影にて表したときに、前記他端の端面は、前記投影
    面上にて前記軸線と後方側縁との交点をＸとし、同じく
    前方側縁との交点をＹとして、線分ＸＹの中点を通って
    前記軸線と直交する基準線よりも前方側に位置する領域
    の面積Ｓ１が、後方側に位置する領域の面積Ｓ２よりも
    大きくなる形状を有してなる請求項１ないし１８のいず
    れかに記載のスパークプラグ。
20. 【請求項２０】 前記絶縁碍子の軸線方向において前記
    先端部の位置する側を前方側とし、さらに、前記セミ沿
    面接地電極の、前記他端の端面の後方側縁の中点と前記
    軸線とを含む仮想的な平面に対し、前記軸線を含んで該
    平面と直交する平面を投影面として定め、該投影面への
    正射影にて表したときに、前記他端の端面の外周縁に
    は、前記投影面上にて前記軸線と後方側縁との交点をＸ
    とし、同じく前方側縁との交点をＹとして、線分ＸＹの
    中点を通って前記軸線と直交する基準線よりも後方側に
    位置する領域において少なくとも、角部が先端曲率半径
    又は面取り幅が０．２ｍｍ以上となっているか又は角部
    を形成する２辺部が９０度より大きい角度を有すること
    を特徴とする請求項１ないし１９のいずれかに記載のス
    パークプラグ。
21. 【請求項２１】 前記絶縁碍子の先端部に直管状部を有
    し、該直管状部は前記主体金具の先端面より後端側にま
    で延設されていることを特徴とする請求項１ないし２０
    のいずれかに記載のスパークプラグ。
22. 【請求項２２】 前記中心電極は、母材の先端部に融点
    １６００℃以上の貴金属又は貴金属合金で形成された貴
    金属チップが接合されることによって構成されていると
    ともに、該接合部が前記絶縁碍子の前記中心貫通孔内で
    接合されている請求項１ないし２１のいずれかに記載の
    スパークプラグ。
23. 【請求項２３】 前記絶縁碍子が前記主体金具と係止さ
    れて保持される保持部よりも先端側における前記中心貫
    通孔の最小径Ｄ３（単位：ｍｍ）が、Ｄ３≦２．１ｍｍ
    である請求項１ないし２２のいずれかに記載のスパーク
    プラグ。
24. 【請求項２４】 前記貴金属チップは、前記接合部側の
    外径が先端側の外径よりも大に構成されている請求項２
    ３に記載のスパークプラグ。
25. 【請求項２５】 前記貴金属チップ外径と前記絶縁碍子
    の中心貫通孔内径との径差の最小値が０．２ｍｍ以下で
    ある請求項２３又は２４に記載のスパークプラグ。
26. 【請求項２６】 前記平行接地電極は、表層部を形成す
    る母材と、内層部を形成するとともに前記母材よりも熱
    伝導性の良好な材料からなる良熱伝導材が配置されてい
    る請求項１ないし２５のいずれかに記載のスパークプラ
    グ。
27. 【請求項２７】 前記セミ沿面接地電極は、前記他端の
    端面部に貴金属チップが溶接されず、かつ該端面部の全
    体がニッケルを主成分とする第二のニッケル系母材金属
    からなる一方、前記平行接地電極の少なくとも表層部が
    ニッケルを主成分とする第一のニッケル系母材金属にて
    構成されるとともに、前記中心電極との対向面に貴金属
    チップが溶接されてなり、さらに、前記第二のニッケル
    系母材金属のニッケル含有率が、前記第一のニッケル系
    母材金属のニッケル含有率よりも高くされた請求項１な
    いし２６のいずれかに記載のスパークプラグ。
28. 【請求項２８】 前記第二のニッケル系母材金属のニッ
    ケル含有率が８５質量％以上である請求項２７記載のス
    パークプラグ。