JP2013254670A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】放電電圧を極めて効果的に低減させ、貫通放電や中心電極等の急速消耗をより確実に防止する。
【解決手段】スパークプラグ１は、軸線ＣＬ１方向に貫通する軸孔４を有する絶縁碍子２と、軸孔４の先端側に挿設され、自身の先端部が絶縁碍子２の先端よりも先端側に位置する中心電極５と、絶縁碍子２の外周に設けられた主体金具３と、主体金具３の先端部に配置され、自身の先端部が中心電極５の先端部との間で火花放電間隙２８を形成する接地電極２７とを備える。火花放電間隙２８には、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部とに接触する一方で、絶縁碍子２から離間して設けられ、少なくとも外表面が絶縁性材料及び半導体材料の少なくとも一方により形成されたブリッジ部材３１が設けられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

スパークプラグは、内燃機関（エンジン）等に取付けられ、燃焼室内の混合気等への着火のために用いられる。一般的にスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に挿通される中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端部に固定される接地電極とを備えている。また、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間には火花放電間隙が形成されており、火花放電間隙に高電圧を印加し、火花放電を生じさせることで混合気等への着火がなされるようになっている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００７−２４２５８８号公報

ところで近年では、燃費の向上や環境規制への対応等を図るために、高過給・高圧縮化等を図ったエンジンが提案されている。このようなエンジンにおいては、その動作時に、燃焼室内の圧力が比較的大きなものとなるため、火花放電を発生させるために必要な電圧（放電電圧）も大きなものとなる。放電電圧が大きなものとなると、主体金具及び中心電極との間において絶縁体を貫通した火花放電（貫通放電）が生じ、正常な火花放電に支障が生じてしまったり（失火を招いてしまったり）、火花放電に伴い中心電極や接地電極の消耗が急速に進んでしまったりするおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、放電電圧を極めて効果的に低減させることができ、貫通放電や中心電極等の急速消耗をより確実に防止することができるスパークプラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設され、自身の先端部が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置する中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部に配置され、自身の先端部が前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する接地電極とを備えるスパークプラグであって、
前記間隙には、前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部とに接触する一方で、前記絶縁体から離間して設けられ、少なくとも外表面が絶縁性材料及び半導体材料の少なくとも一方により形成されたブリッジ部材が設けられることを特徴とする。

上記構成１によれば、中心電極及び接地電極間に形成された間隙に、両電極の先端部に接触する一方で、絶縁体から離間し、少なくとも外表面が絶縁性材料等により形成されたブリッジ部材が設けられている。従って、前記間隙にて火花放電を生じさせる際には、両電極間において、ブリッジ部材の外表面を這うようにして火花放電を生じさせることができ、両電極間において気中にて火花放電を生じさせる場合と比較して、放電電圧を著しく低減させることができる。その結果、貫通放電や中心電極等の急速消耗をより確実に防止することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記ブリッジ部材の外表面に沿った前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間の最短距離Ａが、０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記構成２によれば、前記最短距離Ａが２．５ｍｍ以下とされている。従って、絶縁体の表面を這った中心電極と主体金具との間における火花放電（いわゆる奥飛火）をより確実に防止することができ、良好な着火性を確保することができる。

また、上記構成２によれば、前記最短距離Ａが０．３ｍｍ以上とされているため、中心電極及び接地電極を跨るようにしてデポジットや発汗粒等の導電性物質が中心電極等に付着してしまうことを抑制でき、両電極間の短絡をより確実に防止することができる。従って、ブリッジ部材の外表面を這った火花放電をより安定的に発生させることができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記ブリッジ部材の外表面に沿った前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間の最短距離をＡ（ｍｍ）とし、前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間の最短距離をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ−Ｂ≦１を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、中心電極及び接地電極間において、気中での火花放電をより確実に抑制することができ、ブリッジ部材の外表面を這った火花放電をより確実に発生させることができる。その結果、放電電圧を一層効果的に低減させることができる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記中心電極のうち前記間隙に臨む面の面積が、０．２３ｍｍ²以上であることを特徴とする。

上記構成４によれば、中心電極のうち間隙に臨む部位の面積を十分に確保することができる。従って、火花放電に伴い間隙が急激に拡大してしまうといった事態をより確実に防止することができ、低い放電電圧を長期間に亘って維持することができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記ブリッジ部材の少なくとも外表面は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、及び、炭化珪素（ＳｉＣ）のうちの少なくとも一種を含む材料から構成されることを特徴とする。

上記構成５によれば、ブリッジ部材の少なくとも外表面はＡｌ₂Ｏ₃等から構成されている。従って、ブリッジ部材において十分な耐熱性を確保することができる。

構成６．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記主体金具は、自身の外周面にねじ部を備え、
前記ねじ部のねじ径がＭ１２以下であることを特徴とする。

上記構成６のように、主体金具におけるねじ部のねじ径がＭ１２以下とされる場合、主体金具の内周に配置される絶縁体は、比較的小径で、かつ、薄肉とされる。このような絶縁体においては、貫通放電の発生が特に懸念されるが、上記構成１等を採用することで、貫通放電の発生をより確実に防止することができる。換言すれば、上記構成１等は、ねじ部のねじ径がＭ１２以下とされ、絶縁体が薄肉とされるスパークプラグにおいて、特に有意である。

構成７．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記中心電極の先端部及び前記接地電極の先端部には、それぞれ凹部又は孔部が形成されており、
前記ブリッジ部材の両端部は、前記凹部又は前記孔部に嵌め込まれていることを特徴とする。

上記構成７によれば、内燃機関等の動作に伴う振動などにより、間隙からブリッジ部材が脱落してしまうといった事態をより確実に防止することができ、上記構成１等による作用効果を長期間に亘って発揮させることができる。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 スパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。 間隙等の構成を示す部分拡大断面図である。 図３のＪ−Ｊ線断面図である。 火花放電間隙の大きさＧを３．０ｍｍ〜２．０ｍｍとしたサンプルにおいて、ブリッジ部材の有無と放電電圧との関係を示すグラフである。 火花放電間隙の大きさＧを１．５ｍｍ〜０．５ｍｍとしたサンプルにおいて、ブリッジ部材の有無と放電電圧との関係を示すグラフである。 別の実施形態における、スパークプラグ先端部を示す部分拡大正面図である。 別の実施形態における、スパークプラグ先端部を示す部分拡大正面図である。 別の実施形態における、スパークプラグ先端部を示す部分拡大正面図である。 別の実施形態における、スパークプラグ先端部を示す部分拡大正面図である。 別の実施形態における、接地電極の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における、間隙等の構成を示す部分拡大断面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成され、軸線ＣＬ１に沿った長さがＬとされた脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って延びる軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる金属〔例えば、銅や銅合金、純ニッケル（Ｎｉ）等〕からなる内層５Ａと、Ｎｉを主成分とする合金からなる外層５Ｂとを備えている。また、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端部が絶縁碍子２の先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置している。

加えて、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側には座部１６が外周側に向けて突出形成されており、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられている。また、主体金具３の後端部には、径方向内側に向けて屈曲する加締め部２０が設けられている。尚、本実施形態においては、スパークプラグ１の小型化を図るべく、主体金具３が小径化されており、ねじ部１５のねじ径がＭ１２以下とされている。

加えて、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３に対してその後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって主体金具３に固定されている。尚、段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間には滑石（タルク）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及び滑石２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、図２に示すように、主体金具３の先端部２６には、自身のほぼ中間部分にて曲げ返されて、その先端部側面が中心電極５の先端部と対向する棒状の接地電極２７が接合されている。加えて、中心電極５の先端面５Ｆと接地電極２７の先端部側面との間には、間隙としての火花放電間隙２８が形成されている。

さらに、本実施形態において、火花放電間隙２８には、絶縁碍子２から離間する一方で、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部とに接触するブリッジ部材３１が設けられている。ブリッジ部材３１は、その一端部が、中心電極５の先端面５Ｆに設けられた凹部５Ｃに嵌め込まれるとともに、その他端部が、接地電極２７の先端部に設けられた孔部２７Ｃに嵌め込まれた状態で、中心電極５及び接地電極２７に接合されている。本実施形態において、ブリッジ部材３１は、接地電極２７の孔部２７Ｃを通して、その一端部が中心電極５の凹部５Ｃに嵌め込まれることで、火花放電間隙２８に設けられている。尚、ブリッジ部材３１は、レーザー溶接や所定の耐熱性に優れる接着剤を用いることで、中心電極５や接地電極２７に接合することができる。

また、ブリッジ部材３１は、少なくとも外表面（本実施形態では、ブリッジ部材３１の全体）が絶縁性材料及び半導体材料のうちの少なくとも一方により形成されている。本実施形態では、ブリッジ部材３１を構成する材料として、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、及び、炭化珪素（ＳｉＣ）のうち少なくとも一種を含む材料が用いられている。

加えて、図３に示すように、ブリッジ部材３１の外表面に沿った中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間の最短距離をＡ（ｍｍ）としたとき、０．３≦Ａ≦２．５を満たすように構成されている。さらに、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間の最短距離をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ−Ｂ≦１を満たすように構成されている。尚、最短距離Ｂは、気中経路を含む、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間の最短距離であり、火花放電間隙２８の大きさＧということができる。また、本実施形態では、前記最短距離Ａと前記最短距離Ｂ（大きさＧ）とが同一とされている。

さらに、図４（図４は、図３のＪ−Ｊ線断面図である）に示すように、中心電極５のうち火花放電間隙２８に臨む面（中心電極５の先端面５Ｆであり、図４中において散点模様を付した面）の面積Ｓ１が、０．２３ｍｍ²以上とされている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、火花放電間隙２８に、中心電極５の先端部及び接地電極２７の先端部に接触し、少なくとも外表面が絶縁性材料等により形成されたブリッジ部材３１が設けられている。従って、火花放電間隙２８にて火花放電を生じさせる際には、両電極５，２７間において、ブリッジ部材３１の外表面を這うようにして火花放電を生じさせることができ、両電極５，２７間において気中にて火花放電を生じさせる場合と比較して、放電電圧を著しく低減させることができる。その結果、貫通放電や中心電極５等の急速消耗をより確実に防止することができる。

加えて、最短距離Ａが２．５ｍｍ以下とされているため、絶縁碍子２の表面を這った中心電極５と主体金具３との間における火花放電（いわゆる奥飛火）をより確実に防止することができ、良好な着火性を確保することができる。

また、最短距離Ａが０．３ｍｍ以上とされているため、中心電極５及び接地電極２７を跨るようにしてデポジットや発汗粒等の導電性物質が中心電極５等に付着してしまうことを抑制でき、両電極５，２７間の短絡をより確実に防止することができる。従って、ブリッジ部材３１の外表面を這った火花放電をより安定的に発生させることができる。

さらに、本実施形態では、前記最短距離Ａ及び最短距離Ｂが、Ａ−Ｂ≦１を満たすように構成されている。従って、両電極５，２７間において、気中での火花放電をより確実に抑制することができ、ブリッジ部材３１の外表面を這った火花放電をより確実に発生させることができる。その結果、放電電圧を一層効果的に低減させることができる。

併せて、中心電極５のうち火花放電間隙２８に臨む面（先端面５Ｆ）の面積が、０．２３ｍｍ²以上とされているため、中心電極５のうち火花放電間隙２８に臨む部位の面積を十分に確保することができる。従って、火花放電に伴い火花放電間隙２８が急激に拡大してしまうといった事態をより確実に防止することができ、低い放電電圧を長期間に亘って維持することができる。

また、ブリッジ部材３１の少なくとも外表面（本実施形態では、ブリッジ部材３１の全体）が、Ａｌ₂Ｏ₃等から形成されている。従って、ブリッジ部材３１において十分な耐熱性を確保することができる。

加えて、ブリッジ部材３１は、その一端部が、中心電極５の凹部５Ｃに嵌め込まれるとともに、その他端部が、接地電極２７の孔部２７Ｃに嵌め込まれている。従って、振動等により、火花放電間隙２８からブリッジ部材３１が脱落してしまうといった事態をより確実に防止することができ、放電電圧の低減等の作用効果を長期間に亘って発揮させることができる。

また、本実施形態のように、ねじ部１５のねじ径がＭ１２以下とされ、絶縁碍子２の薄肉であるときには、貫通放電の発生が特に懸念される。しかしながら、上述の構成により、放電電圧の低減を図ることができるため、本実施形態のように、絶縁碍子２が薄肉であっても、貫通放電の発生をより確実に防止することができる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、火花放電間隙の大きさＧ（ｍｍ；最短距離Ｂに相当する）を種々変更するとともに、火花放電間隙に中心電極及び接地電極に接触するブリッジ部材を設けたスパークプラグのサンプル（実施例に相当する）と、火花放電間隙の大きさＧを種々変更するとともに、火花放電間隙にブリッジ部材を設けず、火花放電間隙において気中にて放電が生じるように構成したスパークプラグのサンプル（比較例に相当する）とを作製し、各サンプルについて、放電電圧測定試験を行った。

放電電圧測定試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けるとともに、チャンバー内の圧力を０．５ＭＰａから２．０ＭＰａまでの範囲内で変更した上で、火花放電間隙において火花放電が生じる際に必要な電圧の平均値（放電電圧）を測定した。図５に、火花放電間隙の大きさＧを３．０ｍｍ、２．５ｍｍ、又は、２．０ｍｍとしたサンプルの試験結果を示し、図６に、火花放電間隙の大きさＧを１．５ｍｍ、１．０ｍｍ、又は、０．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を示す。尚、図５においては、火花放電間隙の大きさＧを３．０ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、火花放電間隙の大きさＧを２．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角印で示し、火花放電間隙の大きさＧを２．０ｍｍとしたサンプルの試験結果を四角印で示す。また、図６においては、火花放電間隙の大きさＧを１．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、火花放電間隙の大きさＧを１．０ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角印で示し、火花放電間隙の大きさＧを０．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を四角印で示す。さらに、図５及び図６においては、ブリッジ部材を設けたサンプルの試験結果について前記各印を白抜きで示し、ブリッジ部材を設けなかったサンプルの試験結果について前記各印を黒塗りで示す。

尚、一般に、火花放電間隙の大きさＧが大きかったり、チャンバー内の圧力が高かったり、中心電極の先端部の外径が大きかったりするほど、放電電圧は増大する。本試験では、各サンプルともに、中心電極の先端部の外径を２．５ｍｍとし、放電電圧が比較的大きくなるようにすることで、ブリッジ部材の有無による放電電圧の変化がより明確に表れるようにした。また、各サンプルともに、軸線に沿った脚長部の長さＬを１４ｍｍとした。加えて、ブリッジ部材の少なくとも外表面は、Ａｌ₂Ｏ₃により形成した。

図５及び図６に示すように、ブリッジ部材を設けたサンプルは、火花放電間隙を同一とした比較例に相当するサンプルと比較して、放電電圧が著しく小さくなることが確認された。これは、火花放電が、ブリッジ部材の外表面を這うようにして生じたことによると考えられる。

尚、ブリッジ部材の少なくとも外表面を、ＳｉＣ等の半導体材料により形成した場合であっても、ブリッジ部材により両電極間が短絡しない限り、同様の結果が得られると考えられる。

上記試験の結果より、放電電圧を効果的に低減するという観点から、火花放電間隙に、中心電極の先端部と接地電極の先端部とに接触し、少なくとも外表面が絶縁性材料及び半導体材料のうちの少なくとも一方により形成されたブリッジ部材を設けることが好ましいといえる。

次いで、ブリッジ部材を設けるとともに、前記最短距離Ａ（ｍｍ）を種々変更したスパークプラグのサンプルと、ブリッジ部材を設けることなく、火花放電間隙の大きさＧ（ｍｍ）を種々変更したスパークプラグのサンプルとを作製し、各サンプルについて、奥飛火発生率測定試験を行った。奥飛火発生率測定試験は、ＪＩＳ Ｂ８０６１の火花性試験に基づくものであり、その概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けるとともに、チャンバー内の圧力を２．０ＭＰａとした上で（つまり、放電電圧が比較的大きなものとなる条件で）、火花放電間隙に電圧を印加することにより火花放電を１００回生じさせた。そして、絶縁碍子の脚長部後端側まで火花が這って絶縁碍子と主体金具との間において火花放電（いわゆる奥飛火）が生じた回数を計測するとともに、１００回中における奥飛火の発生割合（奥飛火発生率）を測定した。

ここで、奥飛火発生率が２％以下となったサンプルは、奥飛火の抑制効果に極めて優れるとして「◎」の評価を下し、奥飛火発生率が２％超１０％未満となったサンプルは、奥飛火の抑制効果に優れるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、奥飛火発生率が１０％以上となったサンプルは、奥飛火が比較的発生しやすいとして「×」の評価を下すこととした。表１に、ブリッジ部材を設けたサンプルの試験結果を示し、表２に、ブリッジ部材を設けなかったサンプルの試験結果を示す。尚、各サンプルともに、中心電極の先端面と接地電極の先端部側面とが平行となるように構成し、最短距離Ａ及び火花放電間隙の大きさＧが等しくなるように構成した。

表１及び表２に示すように、最短距離Ａ（火花放電間隙の大きさＧ）を１．５ｍｍ超とし、奥飛火の発生が懸念される場合であっても、ブリッジ部材を設けたサンプルは、最短距離Ａを２．５ｍｍまで拡大しても、奥飛火が極めて発生しにくいことが分かった。これは、ブリッジ部材を設けたことで、放電電圧が十分に小さなものとなり、絶縁碍子の表面を這った異常な火花放電が生じにくくなったためであると考えられる。尚、軸線に沿った脚長部の長さを種々変更した場合であっても、上記同様の結果が得られた。

上記試験の結果より、奥飛火の発生をより確実に抑制し、良好な着火性を確保するために、最短距離Ａを２．５ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

尚、最短距離Ａを０．３ｍｍ未満とした場合には、中心電極及び接地電極を跨るようにしてデポジットや発汗粒（発汗粒は、一般に径が０．３ｍｍ程度となる）が中心電極等に付着しやすくなってしまい、両電極間で短絡が生じてしまう（失火を招いてしまう）おそれがある。従って、失火をより確実に防止すべく、最短距離Ａを０．３ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

次いで、ブリッジ部材を設けるとともに、中心電極の先端部と接地電極の先端部との間の最短距離Ｂ（ｍｍ；最短距離Ｂは火花放電間隙の大きさＧと等しい）を０．５ｍｍ又は１．０ｍｍとした上で、中心電極の先端面に傾斜を設けること等により、ブリッジ部材の外表面に沿った中心電極の先端部と接地電極の先端部との間の最短距離Ａ（ｍｍ）を変更することにより、Ａ−Ｂを種々変更したスパークプラグのサンプルＸを作製し、各サンプルＸについて、放電電圧低減効果確認試験を行った。

放電電圧低減効果確認試験の概要は次の通りである。すなわち、ブリッジ部材を設けることなく、火花放電間隙の大きさＧ（最短距離Ｂ）を０．５ｍｍ又は１．０ｍｍとしたスパークプラグのサンプルＹを作製し、サンプルＹについて、圧力を１．５ＭＰａとして、上述の放電電圧測定試験を行い、サンプルＹの放電電圧（基準放電電圧）を測定した。次いで、上述のＡ−Ｂを変更したサンプルＸについて、圧力を１．５ＭＰａとして、上述の放電電圧測定試験を行い、各サンプルＸの放電電圧を測定した。そして、最短距離Ｂを０．５ｍｍとしたサンプルＸにおいては、最短距離Ｂを０．５ｍｍとしたサンプルＹの基準放電電圧に対する、測定された放電電圧の低減割合を算出し、最短距離Ｂを１．０ｍｍとしたサンプルＸにおいては、最短距離Ｂを１．０ｍｍとしたサンプルＹの基準放電電圧に対する、測定された放電電圧の低減割合を算出した。

ここで、放電電圧の低減割合が１０％以上となったサンプルは、放電電圧の低減効果に極めて優れるとして「◎」の評価を下し、放電電圧の低減割合が５％以上１０％未満となったサンプルは、放電電圧の低減効果に優れるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、放電電圧の低減割合が５％未満となったサンプルは、放電電圧の低減効果にやや劣るとして「△」の評価を下すこととした。表３に、当該試験の試験結果を示す。

表３に示すように、Ａ−Ｂ≦１を満たすサンプルは、放電電圧の低減割合が１０％以上となり、放電電圧を極めて効果的に低減できることが分かった。これは、Ａ−Ｂ≦１としたことで、中心電極及び接地電極間において、放電電圧が高くなる気中での火花放電がより確実に抑制され、放電電圧が低くなるブリッジ部材の外表面を這った火花放電が一層発生しやすくなったためであると考えられる。

上記試験の結果より、ブリッジ部材を設けることによる放電電圧の低減効果をより効果的に発揮させるべく、Ａ−Ｂ≦１を満たすように構成することが好ましいといえる。

次に、中心電極のうち火花放電間隙に臨む面の面積Ｓ１（ｍｍ²）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて机上火花耐久試験を行った。机上火花耐久試験の概要は次の通りである。

すなわち、所定のチャンバーにサンプルを取付けた上で、チャンバー内を窒素雰囲気にするとともに、チャンバー内の圧力を１．０ＭＰａに設定した。その上で、印加電圧の周波数を１００Ｈｚとして（すなわち、毎分６０００回の割合で）サンプルに対して電圧を印加し、火花放電を５０時間に亘って生じさせた。そして、５０時間経過後に、火花放電間隙の大きさを計測し、試験前の火花放電間隙の大きさに対する増加量（ギャップ増加量）を測定した。ここで、ギャップ増加量が０．１ｍｍ以下となったサンプルは、耐久性（耐消耗性）に優れるとして「◎」の評価を下し、ギャップ増加量が０．１ｍｍ超０．２ｍｍ未満となったサンプルは、良好な耐久性を有するとして「○」の評価を下すこととした。一方で、ギャップ増加量が０．２ｍｍ以上となったサンプルは、耐久性にやや劣るとして「△」の評価を下すこととした。表４に、当該試験の試験結果を示す。

尚、面積Ｓ１は、中心電極の先端面の外径やブリッジ部材の断面積を調節することで変更した。

表４に示すように、面積Ｓ１を０．２３ｍｍ２以上としたサンプルは、優れた耐久性を有することが分かった。尚、軸線に沿った脚長部の長さを種々変更した場合であっても、上記同様の結果が得られた。

上記試験の結果より、耐久性の向上を図るべく、中心電極のうち火花放電間隙に臨む面の面積を０．２３ｍｍ²以上とすることが好ましいといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）図７に示すように、中心電極５の先端部に、耐消耗性に優れる所定の金属〔例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は、これらの少なくとも一種を主成分とする合金など〕からなるチップ３５を設け、当該チップ３５の先端面と接地電極２７の先端側部面との間に火花放電間隙３６を形成することとしてもよい。この場合には、耐久性（耐消耗性）の更なる向上を図ることができる。

また、図８に示すように、接地電極２７のうち中心電極５（チップ３５）の先端面と対向する部位に、耐消耗性に優れる所定の金属（例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｐｄ、又は、これらの少なくとも一種を主成分とする合金など）からなるチップ３７を設け、当該チップ３７と中心電極５（チップ３１）との間に、火花放電間隙３８を形成することとしてもよい。この場合には、耐久性（耐消耗性）のより一層の向上を図ることができる。

尚、接地電極２７にチップを設けるにあたっては、図９に示すように、接地電極２７の先端面２７Ｆから突出する位置にチップ３９を設け、当該チップ３９の側面と中心電極５（チップ３５）の先端面との間に火花放電間隙４０を形成することとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、中心電極５（チップ３５）の先端面と接地電極２７との間に火花放電間隙２８が形成されているが、図１０に示すように、中心電極５（チップ３５）の側面と接地電極２７（チップ３９）との間に、火花放電間隙４１を形成し、当該火花放電間隙４１に、中心電極５（チップ３５）及び接地電極２７（チップ３９）に接触するブリッジ部材４２を設けることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態において、ブリッジ部材３１は、接地電極２７の孔部２７Ｃに嵌め込まれているが、図１１に示すように、ブリッジ部材３１を、接地電極２７に設けられた凹部２７Ｄに嵌め込むこととしてもよい。また、中心電極５及び接地電極２７のうちの一方に凹部や孔部を設け、ブリッジ部材３１の一端部を前記凹部や孔部に嵌め込む一方で、ブリッジ部材３１の他端部を中心電極５や接地電極２７の表面に接触させることとしてもよい。また、凹部や孔部を設けることなく、ブリッジ部材３１が中心電極５や接地電極２７の表面に接触するように構成してもよい。

（ｄ）上記実施形態では、最短距離Ａと最短距離Ｂ（大きさＧ）とが同一とされているが、図１２に示すように、例えば、中心電極５の先端面５Ｆを傾斜させることにより、最短距離Ａが最短距離Ｂよりも大きくなるように構成してもよい。このように構成した場合であっても、Ａ−Ｂ≦１を満たすことで、中心電極５及び接地電極２７間における気中放電をより確実に抑制することができ、ブリッジ部材３１の外表面を這った火花放電をより確実に発生させることができる。その結果、放電電圧を効果的に低減させることができる。

（ｅ）上記実施形態では、ねじ部１５のねじ径がＭ１２以下とされているが、ねじ部１５のねじ径はこれに限定されるものではない。

（ｆ）スパークプラグ１を適用可能な燃焼装置は特に限定されるものではないが、スパークプラグ１は、高過給エンジンや高圧縮エンジン等、燃焼室内の圧力が比較的大きくなり、放電電圧が大きなものとなりやすい燃焼装置に対して特に好適に用いられる。

（ｇ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｈ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１…スパークプラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
５Ｃ…凹部
１５…ねじ部
２７…接地電極
２７Ｃ…孔部
２８…火花放電間隙（間隙）
３１…ブリッジ部材
ＣＬ１…軸線

Claims (7)

1. 軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に挿設され、自身の先端部が前記絶縁体の先端よりも前記軸線方向先端側に位置する中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部に配置され、自身の先端部が前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する接地電極とを備えるスパークプラグであって、
   前記間隙には、前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部とに接触する一方で、前記絶縁体から離間して設けられ、少なくとも外表面が絶縁性材料及び半導体材料の少なくとも一方により形成されたブリッジ部材が設けられることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記ブリッジ部材の外表面に沿った前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間の最短距離Ａが、０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下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. 前記ブリッジ部材の外表面に沿った前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間の最短距離をＡ（ｍｍ）とし、前記中心電極の先端部と前記接地電極の先端部との間の最短距離をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ−Ｂ≦１を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記中心電極のうち前記間隙に臨む面の面積が、０．２３ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記ブリッジ部材の少なくとも外表面は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化珪素、及び、炭化珪素のうちの少なくとも一種を含む材料から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
6. 前記主体金具は、自身の外周面にねじ部を備え、
   前記ねじ部のねじ径がＭ１２以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
7. 前記中心電極の先端部及び前記接地電極の先端部には、それぞれ凹部又は孔部が形成されており、
   前記ブリッジ部材の両端部は、前記凹部又は前記孔部に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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