JP4435646B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグは、電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを溶接したタイプのものが多数提案されている。これは、スパークプラグの着火性向上のために、スパークプラグの発火部を燃焼室内部に突出させるようになっているため、発火部が高温に曝されるからである。

ところで最近は、エンジンヘッドの構造は複雑化する傾向にあり、スパークプラグが取付けられるバルブ周辺のスペースも減少している。そのため、スパークプラグの主体金具の取付ねじ部の外径を１２ｍｍ以下にした小型のスパークプラグの需要が増えてきている。このように、主体金具の内径が縮小すると、絶縁体から突出した中心電極側面と主体金具内面との距離が従来のスパークプラグよりもが小さくなり、中心電極と主体金具との間で飛火する、いわゆる横飛びが発生しやすくなる問題がある。このような横飛びが発生すると、火花放電ギャップで火花放電が発生せず、着火性に影響が出る。そこで、このような横飛びを防止するためにさまざまな提案がなされている。
特開２０００−２４３５３５

特許文献１のスパークプラグでは、高融点の貴金属チップで発火部を構成することで、中心電極の細径化による中心電極の熱引きが多少悪くなっても、発火部の消耗がそれほど進行しないことを見出した。そこで、中心電極を細径化することで中心電極側面と主体金具内面との距離を十分に確保し、横飛びの発生を低減していた。

しかしながら、最近の内燃機関では、更なる高出力化や燃費向上の目的で、燃焼室内が高温、高圧され、また希薄な燃料にて着火させる必要性が出てきた。ところが、この傾向に対して特許文献１のスパークプラグでは、横飛びを十分に解消することができない虞があった。

本発明の課題は、貴金属チップを発火部に使用した、取付ねじ部の外径が１２ｍｍ以下のスパークプラグにおいて、横飛び防止を図り、小型でしかも着火性の優れたスパークプラグを提供することにある。

本発明のスパークプラグは、軸線方向に軸孔を有する絶縁体と、
該絶縁体の軸孔の先端側に自身の先端を突出するように配設され、純Ｎｉまたは８５ｗｔ％以上のＮｉを含有するＮｉ合金からなる電極母材と、該電極母材の先端に固着された貴金属チップとからなる中心電極と、
前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
一端が該主体金具に接合され、他端部が前記貴金属チップと対向し、前記貴金属チップとの間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備え、
前記絶縁体の先端が前記主体金具の先端から突出するか、または前記主体金具の先端を含む仮想平面上に位置し、
前記主体金具の先端外径をＭ、前記主体金具の先端内径をＤ１、前記絶縁体の先端を含む仮想平面上における前記中心電極の外径をＤ２、前記主体金具の先端面を含む仮想平面上における前記絶縁体の外径をＤ３としたときに、
Ｍ≦１０．１ｍｍ
０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍ
Ｄ１／Ｄ２≧３．５
２．２２≦Ｄ１／Ｄ３＜３．３３
Ｄ３≧Ｄ２＋０．１ｍｍ
である。

主体金具の先端外径Ｍが１０．１ｍｍ以下（ねじ径Ｍ１２に相当する）のスパークプラグの場合、中心電極側面と主体金具内面との間の距離が、従来のスパークプラグ（先端外径Ｍが１０．１ｍｍよりも大きいスパークプラグ）よりも小さくなり、中心電極と主体金具との間で横飛びが発生する虞がある。そこで、本発明のスパークプラグのように、主体金具の先端面内径をＤ１、絶縁体の先端を含む仮想平面上における前記中心電極の外径をＤ２としたときに、Ｄ１／Ｄ２≧３．５となる構造とする。これにより、中心電極側面と、主体金具内面との間の距離が十分に確保でき、中心電極と主体金具の間で横飛びが発生するのを抑制することができる。なお、Ｄ１／Ｄ２＜３．５であると、中心電極側面と、主体金具側面との間の距離が十分に確保できず、中心電極と主体金具との間で横飛びが起こる虞がある。さらに、より好ましくは、Ｄ１／Ｄ２≧５．０とすることがよい。

なお、主体金具の先端外径Ｍとは、主体金具の先端角部に形成された面取り部を除いた先端の外径をいい、本発明は、主体金具の外側面に取付ネジ部が形成されていない、いわゆるネジ無しプラグについても適用できる。

ところで、主体金具の先端外径Ｍが１０．１ｍｍ以下のスパークプラグにおいて、Ｄ１／Ｄ２≧３．５となる構造をとるためには、絶縁体の先端を含む仮想平面上における中心電極の外径をＤ２としたときに、０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍとなることが望ましい。このようにＤ２を設定することで、主体金具の先端外径Ｍを１０．１ｍｍ以下にしながら、容易にＤ１／Ｄ２≧３．５をとることができるためからである。
また、本発明のスパークプラグは、絶縁体の先端が主体金具の先端から突出するか、または主体金具の先端を含む仮想平面上に位置し、主体金具の先端面を含む仮想平面上における絶縁体の外径をＤ３としたとき、２．２２≦Ｄ１／Ｄ３＜３．３３、Ｄ３≧Ｄ２＋０．１ｍｍとなることを特徴とする。Ｄ３＜Ｄ２＋０．１ｍｍになると、絶縁体の厚みが薄くなり、絶縁体の耐電圧が不十分となり、絶縁破壊等が生じやすくなる問題がある。

なお、特許文献１のスパークプラグでも本発明のように、貴金属チップで発火部を構成し、中心電極を細径化することで中心電極側面と主体金具内面との距離を十分に確保し、横飛びの発生を低減することができるように考えている。しかし、特許文献1のスパークプラグは、更なる高温、高圧によって、横飛びが起こりやすい状況となったときに、中心電極の細径化による中心電極の熱引きを考慮していないため、中心電極を単純に細径化することが困難となる。しかし、本発明のスパークプラグは、中心電極が、純Ｎｉまたは８５ｗｔ％以上のＮｉを含有するＮｉ合金からなる電極母材と、該電極母材の先端に固着された貴金属チップとからなる。このように、中心電極の先端に貴金属チップを構成し、更に電極母材として純Ｎｉまたは８５ｗｔ％以上のＮｉを含有するＮｉ合金を用いることで、中心電極の耐熱性が確保され、発火部の消耗が抑制される。よって、上記のように絶縁体の先端を含む仮想平面上における中心電極の外径Ｄ２を０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍとすることができ、さらには横飛びが抑制することができる。

なお、中心電極が、８５ｗｔ％未満のＮｉを含有するＮｉ合金からなる電極母材では、十分に中心電極の耐熱性が確保されず、発火部の消耗抑制の効果を得ることができない。

また、別の本発明のスパークプラグは、軸線方向に軸孔を有する絶縁体と、
該絶縁体の軸孔の先端側に自身の先端を突出するように配設され、電極母材と、該電極母材の先端に固着された貴金属チップとからなる中心電極と、
前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
一端が該主体金具に接合され、他端部が前記貴金属チップと対向し、前記貴金属チップとの間に火花放電ギャップ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、
前記電極母材は、内部に設けられる純金属の熱伝導率が９０Ｗ・ｍＫ以上となる金属を９０ｗｔ％以上含有した芯と、前記芯の周囲を取り囲み、絶縁体先端での膜厚が５μｍ以上となる熱伝導率が前記芯よりも小さい純ＮｉまたはＮｉ合金からなる外皮層とからなり、
前記絶縁体の先端が前記主体金具の先端から突出するか、または前記主体金具の先端を含む仮想平面上に位置し、
前記主体金具の先端外径をＭ、前記主体金具の先端内径をＤ１、前記絶縁体の先端を含む仮想平面上における前記中心電極の外径をＤ２、前記主体金具の先端面を含む仮想平面上における前記絶縁体の外径をＤ３としたときに、
Ｍ≦１０．１ｍｍ
０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍ
Ｄ１／Ｄ２≧３．５
２．２２≦Ｄ１／Ｄ３＜３．３３
Ｄ３≧Ｄ２＋０．１ｍｍ
である。

主体金具の先端外径Ｍが１０．１ｍｍ以下（ねじ径Ｍ１２に相当する）のスパークプラグの場合、中心電極側面と主体金具内面との間の距離が、従来のスパークプラグ（先端外径Ｍが１０．１ｍｍよりも大きいスパークプラグ）よりも小さくなり、中心電極と主体金具との間で横飛びが発生する虞がある。そこで、本発明のスパークプラグのように、主体金具の先端面内径をＤ１、絶縁体の先端を含む仮想平面上における前記中心電極の外径をＤ２としたときに、Ｄ１／Ｄ２≧３．５となる構造とする。これにより、中心電極側面と、主体金具内面との間の距離が十分に確保でき、中心電極と主体金具の間で横飛びが発生するのを抑制することができる。なお、Ｄ１／Ｄ２＜３．５であると、中心電極側面と、主体金具側面との間の距離が十分に確保できず、中心電極と主体金具との間で横飛びが起こる虞がある。さらに、より好ましくは、Ｄ１／Ｄ２≧５．０とすることがよい。

ところで、主体金具の先端外径Ｍが１０．１ｍｍ以下のスパークプラグにおいて、Ｄ１／Ｄ２≧３．５となる構造をとるためには、絶縁体の先端を含む仮想平面上における中心電極の外径をＤ２としたときに、０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍとなることが望ましい。このようにＤ２を設定することで、主体金具の先端外径Ｍを１０．１ｍｍ以下にしながら、容易にＤ１／Ｄ２≧３．５をとることができるためからである。
また、本発明のスパークプラグは、絶縁体の先端が主体金具の先端から突出するか、または主体金具の先端を含む仮想平面上に位置し、主体金具の先端面を含む仮想平面上における絶縁体の外径をＤ３としたとき、２．２２≦Ｄ１／Ｄ３＜３．３３、Ｄ３≧Ｄ２＋０．１ｍｍとなることを特徴とする。Ｄ３＜Ｄ２＋０．１ｍｍになると、絶縁体の厚みが薄くなり、絶縁体の耐電圧が不十分となり、絶縁破壊等が生じやすくなる問題がある。

なお、特許文献１のスパークプラグでも本発明のように、貴金属チップで発火部を構成し、中心電極を細径化することで中心電極側面と主体金具内面との距離を十分に確保し、横飛びの発生を低減することができるように考えている。しかし、特許文献1のスパークプラグは、更なる高温、高圧によって、横飛びが起こりやすい状況となったときに、中心電極の細径化による中心電極の熱引きを考慮していないため、中心電極を単純に細径化することが困難となる。しかし、本発明のスパークプラグは、中心電極が、内部に設けられる純金属の熱伝導率が９０Ｗ・ｍＫ以上となる金属を９０ｗｔ％以上含有した芯と、前記芯の周囲を取り囲み、絶縁体先端での膜厚が５μｍ以上となる熱伝導率が前記芯よりも小さい純ＮｉまたはＮｉ合金からなる外皮層とからなる電極母材と、該電極母材の先端に固着された貴金属チップとからなる。このように、中心電極の先端に貴金属チップを構成し、更に電極母材として前記電極母材は、内部に設けられる純金属の熱伝導率が９０Ｗ・ｍＫ以上となる金属を９０ｗｔ％以上含有した芯と、前記芯の周囲を取り囲み、絶縁体先端での膜厚が５μｍ以上となる熱伝導率が前記芯よりも小さい純ＮｉまたはＮｉ合金からなる外皮層とからなるものを用いることで、中心電極の耐熱性が確保され、発火部の消耗が抑制される。よって、上記のように絶縁体の先端を含む仮想平面上における中心電極の外径Ｄ２を０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍとすることができ、さらには横飛びが抑制することができる。なお、純金属の熱伝導率は、理科年表（２００２年度版）に記載されている。

また、絶縁体先端での外皮層の膜厚が５μｍ未満であると、外皮層が薄すぎて、熱膨張の大きい芯材が外皮材を破って露出してしまい、電極母材自身の耐消耗性が低下する。さらに、外皮層の膜厚は、８５ｗｔ％未満のＮｉ合金の場合、５〜５００μｍが良い。膜厚が５００μｍを越えると、耐熱性が確保できず、耐消耗性が低下する。

また、本発明のスパークプラグは、絶縁体の先端が主体金具の先端から後端側に位置し、絶縁体の先端の外径をＤ４としたとき、Ｄ１／Ｄ４＞１．８であることがよい。このように、Ｄ１／Ｄ４＞１．８とすることで、絶縁体外面と主体金具とで形成される隙間を大きくすることができ、中心電極と主体金具の間で横飛びが発生するのを更に抑制することができる。なお、Ｄ１／Ｄ４≦１．８になると、絶縁体外面と主体金具との間隙が小さすぎて、上記効果を十分に得ることができない。一方、Ｄ４≧Ｄ２＋０．１ｍｍとなることが良い。Ｄ４＜Ｄ２＋０．１ｍｍになると、絶縁体の厚みが薄くなり、絶縁体の耐電圧が不十分となり、絶縁破壊等が生じやすくなる問題がある。さらに、より好ましくは、Ｄ１／Ｄ４＞２．０とすることがよい。なお、絶縁体の先端の外径Ｄ４は、図３に示すように、絶縁体の先端側端面を含む仮想平面と絶縁体の側面を先端側に延長した仮想側面とが交わる仮想線の径とする。

また、本発明のスパークプラグは、貴金属チップが、Ｉｒ及びＰｔのいずれかを主成分に構成することができる。これらの金属元素は、中心電極の温度が上昇しやすい環境下においても、発火部の耐消耗性を良好なものとすることができる。

また、本発明のスパークプラグは、貴金属チップがＩｒを主成分として、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｗ及びＲｅの１種または２種以上を添加したＩｒ合金を主体に構成されているとよい。貴金属チップにＩｒを主体に構成する場合は、Ｉｒが高温域において酸化・揮発しやすい性質を有しているため、そのまま発火部に使用すると、火花消耗よりも酸化・揮発による消耗が問題となる欠点がある。そこで、貴金属チップを、Ｉｒを主成分として、Ｗ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ及びＲｅの１種または２種以上を添加したＩｒ合金を主体に構成することで、このようなＩｒの酸化揮発を効果的に抑制することができ、発火部の耐消耗性を良好なものとすることができる。

さらに、貴金属チップを、Ｉｒを主成分として、Ｒｈを添加したＩｒ合金を主体で構成する場合には、酸化・揮発による消耗、火花消耗を抑制することができるが、発火部の側面をえぐるような形態で、発火部に異常な消耗が発生する虞がある。そこで、上記Ｉｒを主成分としてＲｈを添加したＩｒ合金にさらに、Ｎｉを添加したＩｒ合金を主体に構成することで、酸化・揮発による消耗、火花消耗を抑制しつつ、さらに、異常消耗をも抑制することができる。

また、貴金属チップを上記のＩｒ合金をベースとして構成する場合に、Ｉｒの酸化揮発を防止する目的で、Ｙ、Ｚｒ及びＬａから選ばれる１種又は２種以上の元素の酸化物、炭化物、窒化物及びホウ化物の１種又は２種以上を配合することができる。例えば、Ｙ、Ｚｒ及びＬａから選ばれる１種又は２種以上の元素の酸化物（複合酸化物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有させることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発による消耗がさらに効果的に抑制される。上記酸化物の含有量が０．１重量％未満になると、当該酸化物添加によるＩｒの酸化・揮発防止効果が十分に得られなくなる。一方、酸化物の含有量が１５重量％を超えると、チップの耐熱衝撃性が低下し、例えばチップを電極に溶接等により固着する際に、ひびわれ等の不具合を生ずることがある。なお、上記酸化物としては、Ｙ２Ｏ３が好適に使用されるが、このほかにもＬａ２Ｏ３、ＺｒＯ２等を好ましく使用することができる。

また、本発明のスパークプラグは、主体金具の先端内面に、面取り部が設けられている。これにより、中心電極の外径と主体金具の先端面内径との距離が長くなり、横飛びを更に抑制することができる。

また、本発明のスパークプラグは、電極母材中の芯と貴金属チップとの軸方向に最短距離が、２ｍｍ以下となっている。これにより、貴金属チップの熱を中心電極の芯に有効に伝えることができ、貴金属チップの耐消耗性が向上する。

（実施形態１）
以下、本発明のいくつかの実施の形態を図面を用いて説明する。図１及び図２に示す本発明の一例たる抵抗体入りスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部が突出するようにその主体金具１に嵌め込まれた絶縁体２、発火部３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、発火部３１（中心電極３）の側面と対向するように配置された接地電極４等を備えている。接地電極４は、その先端面が発火部３１の側面とほぼ平行に対向するように曲げられており、発火部３１と対向する位置に発火部３２が形成されている。そして、これら発火部３１と発火部３２との間が火花ギャップｇとなっている。一方、接地電極４の後端部は、主体金具１に対して溶接等により固着・一体化されている。

主体金具１は炭素鋼等で形成され、図１に示すように、その外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取付けるためのねじ部１２が形成されている。このねじ部の先端外径Ｍは、例えば６．５（ねじ呼びでは、Ｍ８）〜１０．１（ねじ呼びではＭ１２）ｍｍである。さらに、主体金具には、内面から周方向に突出する突出部１ｃと、突出部１ｃと前記主体金具の内面とを結ぶ後端側段部１ｄを有している。この後端側段部１ｄと後述する絶縁体２の段部２ａとがパッキン６３を介して係合することで、絶縁体２を主体金具１に固着する。

中心電極３は、発火部３１と電極母材３ａとからなる。電極母材３ａは、純Ｎｉまたは８５ｗｔ％以上のＮｉを含有するＮｉ合金からなる。具体的には、９５ｗｔ％Ｎｉ合金である。一方、中心電極３の電極母材３ａは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構成され、ここに上記発火部３１を構成する円板状の貴金属チップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより発火部３１が形成される。また、発火部３２は、発火部３１に対応する位置において接地電極４に同様のチップを位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同様に溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより形成される。上記発火部３１及び発火部３２は、Ｐｔ、Ｉｒ及びＷを主成分とする金属にて構成される。具体的には、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｒｈ等のＰｔ合金や、Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ、Ｉｒ−２０Ｒｈ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｎｉ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｎｉ−Ｐｔ、Ｉｒ−Ｒｕ−Ｒｈ−Ｎｉ等のＩｒ合金が挙げられる。なお、発火部３２を省略する構成としてもよい。なお本明細書でいう「発火部」とは、接合されたチップのうち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例えば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金化した部分を除く残余の部分）を指すものとする。このように、中心電極の先端に貴金属チップを構成し、更に電極母材に純Ｎｉまたは８５ｗｔ％以上のＮｉを含有するＮｉ合金を用いることで、さらに中心電極の耐熱性が確保され、発火部の消耗が抑制される。よって、後述するように中心電極の外径を径小にすることができる。

そして、前記絶縁体の先端を含む仮想平面上における前記中心電極の外径をＤ２としたときに、０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍとされている。このようにＤ２を設定することで、後述するＤ１／Ｄ２≧３．５を容易にとることができるためからである。

絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有している。貫通孔６の一方の端部側に端子金具８が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内において端子金具８と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部は、導電性ガラスシール層１６、１７を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。

一方、主体金具１の先端面内径をＤ１、絶縁体２の先端を含む仮想平面上における中心電極３の外径をＤ２としたときに、Ｄ１／Ｄ２≧３．５としている。主体金具１の先端外径Ｍが１０．１ｍｍ以下のスパークプラグの場合、中心電極３側面と主体金具１内面との間の距離Ｍが、従来のスパークプラグ（先端外径Ｍが１０．１ｍｍよりも大きいスパークプラグ）よりも小さくなり、中心電極３と主体金具１との間で横飛びが発生する虞がある。そこで、本発明のスパークプラグ１００ように、主体金具１の先端面内径をＤ１、絶縁体２の先端を含む仮想平面上における中心電極３の外径をＤ２としたときに、Ｄ１／Ｄ２≧３．５となる構造とする。これにより、中心電極３側面と、主体金具１内面との間の距離が十分に確保でき、中心電極３と主体金具１の間で横飛びが発生するのを抑制することができる。

さらに、主体金具の先端面を含む仮想平面上における絶縁体の外径をＤ３としたとき、２．２２≦Ｄ１／Ｄ３＜３．３３である。

（参考形態１）
次に、本発明の参考形態１を図面とともに説明する。
図３に示すスパークプラグ２００は、上述したスパークプラグ１００の絶縁体２の先端が主体金具１の先端から突出した形態に替わり、絶縁体２の先端が主体金具１の先端より後端側に位置する形態である。なお、図３については、図２と同一部分は同一符号で示しており、上記位置関係以外については、実施形態１と同様の構成であり、絶縁体と主体金具との位置関係について主に説明する。

参考形態１のスパークプラグ２は、絶縁体２の先端が主体金具１の先端から後端側に位置しており、絶縁体２の先端の外径をＤ４としたとき、Ｄ１／Ｄ４＞１．８である。このように、Ｄ１／Ｄ４＞１．８とすることで、絶縁体外面と主体金具との間隙を大きくすることができ、中心電極と主体金具の間で横飛びが発生するのを更に抑制することができる。なお、主体金具の先端内径をＤ１、絶縁体の先端を含む仮想平面上における中心電極の外径をＤ２としたときに、０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍ、Ｄ１／Ｄ２≧３．５となっているのは、言うまでもない。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を図面とともに説明する。
図４に示すスパークプラグ３００は、上述したスパークプラグ１００の中心電極３が異なる形態である。なお、図４については、図２と同一部分は同一符号で示しており、上記位置関係以外については、実施形態１と同様の構成であり、絶縁体と主体金具との位置関係について主に説明する。

中心電極３３０は、発火部３１と外皮層３３０ａと芯３３０ｂからなる。外皮層３３０ａは、Ｎｉ合金からなり、具体的には、ＩＮＣＯＮＥＬ６００（ＩＮＣＯ社の商標）等のＮｉ合金である。そして、外皮層は絶縁体先端での膜厚が５μｍ以上となる。また、中心電極３の先端には、発火部３１を構成する円板状の貴金属チップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより発火部３１が形成される。なお、発火部３１を構成する貴金属チップは、前記に記載した材料からなる。

一方、芯３ｂは、純金属の熱伝導率が９０Ｗ・ｍＫ以上となる金属を９０ｗｔ％以上含有しており、具体的には、９８ｗｔ％Ｃｕ合金等や、純Ｎｉ等の芯からなる。このように、中心電極の先端に貴金属チップを構成し、更に電極母材として内部に設けられる純金属の熱伝導率が９０Ｗ・ｍＫ以上となる金属を９０ｗｔ％以上含有した芯と、前記芯の周囲を取り囲み、絶縁体先端での膜厚が５μｍ〜２５０μｍとなるＮｉ合金からなる外皮層とからなるものを用いることで、中心電極の耐熱性が確保され、発火部の消耗が抑制される。

なお、上記のような中心電極３３０は、従来のように、外皮層３３０ａをカップ状に形成しておき、その凹部に芯３３０ｂを挿入し、その後、押し出し成形等により、中心電極３３０を形成しても良いし、芯３３０ｂと外皮層３３０ａとのクラッド材を押し出し成形等により、中心電極３３０を形成しても良い。

（参考形態２）
次に、本発明の参考形態２を図面とともに説明する。
図５に示すスパークプラグ４００は、上述したスパークプラグ３００の絶縁体２の先端が主体金具１の先端から突出した形態に替わり、絶縁体２の先端が主体金具１の先端より後端側に位置する形態である。なお、図５については、図４と同一部分は同一符号で示しており、上記位置関係以外については、実施形態２と同様の構成であり、絶縁体と主体金具との位置関係について主に説明する。

参考形態２のスパークプラグ２は、絶縁体２の先端が主体金具１の先端から後端側に位置しており、絶縁体２の先端の外径をＤ４としたとき、Ｄ１／Ｄ４＞１．８である。このように、Ｄ１／Ｄ４＞１．８とすることで、絶縁体と主体金具との間隙を大きくすることができ、中心電極と主体金具の間で横飛びが発生するのを更に抑制することができる。なお、主体金具の先端内径をＤ１、絶縁体の先端を含む仮想平面上における中心電極の外径をＤ２としたときに、０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍ、Ｄ１／Ｄ２≧３．５となっているのは、言うまでもない。

なお、中心電極３、３３０は、基端側部分を先端側部分よりも大径に形成することができる。これにより、中心電極３の熱引きが向上し、発火部の耐消耗性を更に良好なものとすることができる。なお、図６において、中心電極３の基端側部分が先端側部分よりも大径となるように、電極外周面をテーパ面上に形成しているが、外周面に段部を形成することで、径の略一様な大径の基端部と小径の先端部とを形成するようにしてもよい。また、図６は中心電極３を使用しているが、中心電極３３０でも同様である。

また、図６において、主体金具の先端内面に、面取り部１１が設けられている。面取り部１１を設けることで、中心電極３の外径Ｄ２と主体金具１の先端面内径Ｄ１との距離が長くなり、横飛びを更に抑制することができる。

本発明の効果を確認するために、以下の各種実験を行った。
図２、図４に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。まず、絶縁体２の材質として焼結アルミナセラミックを、中心電極３の電極母材としてＮｉ８５ｗｔ％のＮｉ合金、Ｎｉ８５ｗｔ％のＮｉ合金又はＮｉ９５ｗｔ％のＮｉ合金、また中心電極３３０として、９８ｗｔ％Ｃｕ合金の芯と、９５ｗｔ％Ｎｉ合金の外皮層を、発火部３１，３２を形成するための貴金属チップの材質としてＩｒ−５ｗｔ％Ｐｔを、それぞれ選定した。なお、各貴金属チップの高さ、０．４ｍｍ、直径０．６ｍｍの円柱状とした。また、図２に示す各部の寸法をＭ：８．４５ｍｍ（ねじ呼びではＭ１０に相当する）、Ｄ１：６ｍｍ、Ｄ３：４．２ｍｍ、ｇ：０．９ｍｍに設定した。また、比較例として、中心電極の材質としてＩＮＣＯＮＥＬ６００を使用し、絶縁体の材質、貴金属チップの材質及び各部寸法を上記のようにしたスパークプラグも作製した。なお、外皮層の絶縁体先端での膜厚は３００μｍである。

そして、図２におけるＤ２の寸法を表１のように設定したスパークプラグを、排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数５６００ｒｐｍでスロットル全開状態にて５０時間連続運転で行い、運転終了後のギャップ増加量を測定した。結果も表１に示す。なお、ギャップ増加量が０．１ｍｍ未満のものを◎、ギャップ増加量が０．１以上０．３未満のものを○とし、◎、○のものを合格とし、０．３以上０．４未満のものを△とし、０．４以上のものを不合格とした。

表１によると、中心電極の径が１．５ｍｍのスパークプラグ（試料１、５、７）については、ギャップ増加量が０．３ｍｍ未満であった。それに対して、中心電極の径を細くする（中心電極の径１．０ｍｍ）と、ＩＮＣＯ６００で電極母材を形成する中心電極を用いたスパークプラグ（試料２）や、電極母材を８０ｗｔ％のＮｉ合金としたスパークプラグ（試料３）は、ギャップ増加量が０．５ｍｍ以上となったのに対して、電極母材を８５ｗｔ％のＮｉ合金としたスパークプラグ（試料４）や電極母材を９５ｗｔ％のＮｉ合金としたスパークプラグ（試料６）、さらには、内部に設けられる純金属の熱伝導率が９０Ｗ・ｍＫ以上となる金属（今回はＣｕ）を９０ｗｔ％以上含有した芯と、前記芯の周囲を取り囲み、絶縁体先端での膜厚が５μｍ以上となるＮｉ合金からなる外皮層とからなる電極母材を形成する中心電極を用いたのスパークプラグ（試料８）はギャップ増加量が０．３ｍｍ未満と、発火部の消耗が抑制される。つまり、中心電極を８５ｗｔ％以上のＮｉを含有するＮｉ合金からなる電極母材と、該電極母材の先端に固着された貴金属チップとからなるもの又は、内部に設けられる純金属の熱伝導率が９０Ｗ・ｍＫ以上となる金属を９０ｗｔ％以上含有した芯と、前記芯の周囲を取り囲み、絶縁体先端での膜厚が５μｍ以上となるＮｉ合金からなる外皮層とからなる電極母材と、該電極母材の先端に固着された貴金属チップとからなるものとすることで、中心電極の耐熱性が確保され、発火部の消耗が抑制される。

次に、図２及び図４に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。絶縁体２の材質として焼結アルミナセラミックを、中心電極３の電極母材として、Ｎｉ含有率９５ｗｔ％のＮｉ合金（試料９〜１２）または中心電極３３０として９８ｗｔ％Ｃｕからなるの芯と、ＩＮＣＯＮＥＬ６００からなるの外皮層を（試料１３〜１６）、発火部３１，３２を形成するための貴金属チップの材質としてＩｒ−５ｗｔ％Ｐｔを、それぞれ選定した。そして、図２に示す各部の寸法をＭ：８．４５ｍｍ、Ｄ３：４．２ｍｍ、ｇ：０．９ｍｍとし、Ｄ１、Ｄ２については、以下の表２のように設定した。

上記の各種試験品を、排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数７００ｒｐｍのアイドリング状態にて運転を行うとともに、接地電極４を除去した参照用プラグで横飛び波形を計測し、試験プラグでテストを行った時に、参照用プラグと同じ波形が出たら「横飛び」と判定し、１０００発計測した中で何回この波形が表れるかを調べることにより横飛び発生率を調べた。そして、横飛びの発生率が０以上１０％未満のものを○、１０％以上２５％未満ものを△、２５％以上のものを×とした。結果については、表２に示す。

試料９、１３のものは横飛びが２５％以上となっているのに対して、試料１０、１１、１２、１４、１５、１６は横飛びが２５％未満となっている。さらに、試料１１、１２、１５、１６は横飛びが１０％未満となっている。つまりＤ１／Ｄ２≧３．５とすることで、中心電極側面と、主体金具内面との間の距離が十分に確保でき、中心電極と主体金具の間で横飛びが発生するのを抑制することができる。そして、Ｄ１／Ｄ２≧５．０とすることで、さらに効果的に横飛びが生ずるのを抑制できる。

次に、図２及び図４に示す形状のスパークプラグの各種試験品を以下のように用意した。実施例２と同様の材質を用いた絶縁体及び中心電極を選定し、図２に示す各部の寸法をＭ：８．４５ｍｍ、Ｄ２：１．０ｍｍ、ｇ：０．９ｍｍとし、Ｄ１、Ｄ３については、以下の表３のように設定した。

そして、上記試験と同様に、排気量２０００ｃｃ、６気筒のＤＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、エンジン回転数７００ｒｐｍのアイドリング状態にて運転を行うとともに、接地電極４を除去した参照用プラグで横飛び波形を計測し、試験プラグでテストを行った時に、参照用プラグと同じ波形が出たら「横飛び」と判定し、１０００発計測した中で何回この波形が表れるかを調べることにより横飛び発生率を調べた。なお、中心電極３の電極母材として、Ｎｉ含有率９５ｗｔ％のＮｉ合金（試料１７〜２０）または中心電極３３０として９８ｗｔ％Ｃｕからなるの芯と、ＩＮＣＯＮＥＬ６００からなるの外皮層を（試料２１〜２４）使用している。そして、横飛びの発生率が０以上１０％未満のものを○、１０％以上２５％未満ものを△、２５％以上のものを×とした。結果については、表３に示す。

また、上記の各種試験品を、排気量２０００ｃｃ、４気筒のＤＯＨＣ型試験用ガソリンエンジンに取り付け、ＪＩＳ Ｄ １６０６（２００１年）の規定に基づいて、くすぶり汚損試験を行った。ＪＩＳ Ｄ １６０６に規定されている所定の運転パターンを１サイクルとし、それぞれのサンプルについて、絶縁抵抗が１０ＭΩに到達するまでのサイクル数を調査した。サイクル数が８サイクル以上のものを○、サイクル数が５サイクル〜７サイクルのものを△、５サイクル未満のものを×とした。結果を表３に示す。

試料１７、２１のものは横飛びが２５％以上となっているのに対して、試料１８、１９、２０、２２、２３、２４は横飛びが２５％未満となっている。さらに、試料１９、２０、２３、２４は横飛びが１０％未満となっている。

一方、試料１７、１８、１９、２１、２２、２３のものはサイクル数が５未満となっているのに対して、試料２０、２４はサイクル数が５以上となっている。つまり、D３≧D２＋０．１ｍｍとすることで、絶縁体の対汚損性が向上する。

なお、本発明においては、上述した具体的な実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。例えば、本発明のスパークプラグ１００において、中心電極３と溶接する溶接部Ｗは、図２のように接合面外周縁に設けたが、これに限られず、貴金属チップの径方向において連続して形成されてもよい。それにより、より強固に貴金属チップを中心電極３に溶接することができる。

また、本発明のスパークプラグ１００において、接地電極４を１つ設けていたが、これに限られず、複数であっても良い。それにより、スパークプラグの着火性が向上する。

また、本発明のスパークプラグ１００において、中心電極の絶縁体先端面からの突出部において、先端側に向かって径小となるテーパ面を有し、さらにその先端側が径小な形状となっているが、これに限らず、絶縁体先端面より後端側から先端側に向かって径小となるテーパ面を有しても良い。

本発明のスパークプラグの実施形態１を示す正面断面図。 図１の要部を示す正面断面図。 参考形態１の要部を示す正面断面図 実施形態２の要部を示す正面断面図 参考形態２の要部を示す正面断面図 基端部が先端部よりも太い中心電極を用いたスパークプラグの実施例を示す要部正面断面図。

符号の説明

１ 主体金具
２ 絶縁体
３ 中心電極
４ 接地電極
６ 貫通孔
３１ 発火部（貴金属チップ）
１００ スパークプラグ

Claims (7)

1. 軸線方向に軸孔を有する絶縁体と、
   該絶縁体の軸孔の先端側に自身の先端を突出するように配設され、純Ｎｉまたは８５ｗｔ％以上のＮｉを含有するＮｉ合金からなる電極母材と、該電極母材の先端に固着された貴金属チップとからなる中心電極と、
   前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
   一端が該主体金具に接合され、他端部が前記貴金属チップと対向し、前記貴金属チップとの間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備え、
   前記絶縁体の先端が前記主体金具の先端から突出するか、または前記主体金具の先端を含む仮想平面上に位置し、
   前記主体金具の先端外径をＭ、前記主体金具の先端内径をＤ１、前記絶縁体の先端を含む仮想平面上における前記中心電極の外径をＤ２、前記主体金具の先端面を含む仮想平面上における前記絶縁体の外径をＤ３としたときに、
   Ｍ≦１０．１ｍｍ
   ０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍ
   Ｄ１／Ｄ２≧３．５
   ２．２２≦Ｄ１／Ｄ３＜３．３３
   Ｄ３≧Ｄ２＋０．１ｍｍ
   であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 軸線方向に軸孔を有する絶縁体と、
   該絶縁体の軸孔の先端側に自身の先端を突出するように配設され、電極母材と、該電極母材の先端に固着された貴金属チップとからなる中心電極と、
   前記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
   一端が該主体金具に接合され、他端部が前記貴金属チップと対向し、前記貴金属チップとの間に火花放電ギャップ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、
   前記電極母材は、内部に設けられる純金属の熱伝導率が９０Ｗ・ｍＫ以上となる金属を９０ｗｔ％以上含有した芯と、前記芯の周囲を取り囲み、絶縁体先端での膜厚が５μｍ以上となる熱伝導率が前記芯よりも小さい純ＮｉまたはＮｉ合金からなる外皮層とからなり、
   前記絶縁体の先端が前記主体金具の先端から突出するか、または前記主体金具の先端を含む仮想平面上に位置し、
   前記主体金具の先端外径をＭ、前記主体金具の先端内径をＤ１、前記絶縁体の先端を含む仮想平面上における前記中心電極の外径をＤ２、前記主体金具の先端面を含む仮想平面上における前記絶縁体の外径をＤ３としたときに、
   Ｍ≦１０．１ｍｍ
   ０．５ｍｍ≦Ｄ２＜１．４ｍｍ
   Ｄ１／Ｄ２≧３．５
   ２．２２≦Ｄ１／Ｄ３＜３．３３
   Ｄ３≧Ｄ２＋０．１ｍｍ
   であることを特徴とするスパークプラグ。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載のスパークプラグにおいて、
   前記貴金属チップは、Ｉｒ及びＰｔのいずれかを主成分に構成されていることを特徴とするスパークプラグ。
4. 請求項３に記載のスパークプラグにおいて、
   前記貴金属チップはＩｒを主成分として、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｗ及びＲｅの１種または２種以上を添加したＩｒ合金を主体に構成されていることを特徴とするスパークプラグ。
5. 請求項４に記載のスパークプラグにおいて、
   前記貴金属チップには、前記Ｉｒ合金を主体として、Ｙ、Ｚｒ及びＬａから選ばれる１種又は２種以上の元素の酸化物、炭化物、窒化物及びホウ化物の１種又は２種以上を配合したものであることを特徴とする。
6. 請求項１乃至５に記載のスパークプラグにおいて、
   前記主体金具の先端側には面取り部が設けられていることを特徴とする。
7. 請求項２に記載のスパークプラグにおいて、
   前記電極母材中の芯と貴金属チップとの軸方向に最短距離は、２ｍｍ以下であるスパークプラグ。