JP4482187B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関用スパークプラグとして、たとえば、図８に示すものが知られている。
図８は、従来の内燃機関用スパークプラグを部分的な断面図を含んで示す部分断面図である。
なお、以下の説明では、図８における図面下方を先端側とし、図面上方を後端側として説明する。
【０００３】
最初に、内燃機関用スパークプラグの主要構成を図８を参照して説明する。
内燃機関用スパークプラグ１０には、アルミナなどから形成された絶縁碍子２０が備えられている。絶縁碍子２０は、後端側に形成されたコルゲーション部２２と、先端側に形成された碍子脚長部２４とを有しており、絶縁碍子２０の内部には、中心軸１８に沿って軸孔２６が貫通形成されている。軸孔２６の内部の後端側には、端子１３が収容されており、その端子１３の後端は、コルゲーション部２２の後端から突出している。軸孔２６の内部の先端側には、ガラス抵抗１１を介して中心電極１２が収容されている。中心電極１２は、ニッケルを主体とする合金によって棒状に形成されており、中心電極１２の先端は、碍子脚長部２４の先端から突出している。
【０００４】
碍子脚長部２４を含む絶縁碍子２０の先端部は、筒状に形成された主体金具３０の内部に収容されており、主体金具３０の先端部の外周面には、エンジンヘッドに形成された雌ねじ部にねじ込むための雄ねじ部３１が形成されている。主体金具３０の先端の端面３７には、略Ｌ字形の接地電極１６が溶接により固定されており、接地電極１６の先端と中心電極１２の先端面とが対向することにより火花放電ギャップ１７が形成されている。雄ねじ部３１の後端側の外周面には、座部３５が形成されており、雄ねじ部３１後端のねじ首３６には、リング状のガスケット４０が嵌め込まれている。主体金具３０の後端側には、外周面が六角ナットの外周面形状に形成された六角部３３が形成されている。六角部３３は、雄ねじ部３１をエンジンヘッドの雌ねじ部にねじ込む際にプラグレンチなどの工具をあてがう部分である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、エンジンの高性能化が進むにつれ、内燃機関用スパークプラグにはより一層高い耐久性が要求されるようになってきた。そのような状況下で、接地電極の耐久性が一つの重要な課題となっている。接地電極に要求される耐久性の問題は２つ存在し、その１つは、火花放電により電極が消耗することに対する耐火花消耗性の問題である。もう１つは、強度の問題である。つまり、接地電極にエンジンの振動が伝達することにより、主体金具との溶接部分にクラックが入り、そのクラックが進行すると、接地電極が折損する可能性があるという問題である。
【０００６】
ここで、接地電極の構造について図９および図１０を参照して説明する。
図９（Ａ）は、図８に示した従来の内燃機関用スパークプラグの火花放電ギャップ近傍を示す説明図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）を図面下方向から見た説明図であり、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）を図面右方向から見た説明図である。図１０（Ａ）は、図９（Ｂ）における接地電極１６の溶接部１６ｃを示す説明図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す溶接部１６ｃを幅方向および厚さ方向に拡大した場合を示す説明図であり、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）に示す主体金具の内周面３７ｂの径を縮小した場合を示す説明図である。
【０００７】
図１０（Ａ）に示すように、接地電極１６の溶接部１６ｃは、主体金具３０の端面３７上に形成されており、一般に、最大幅Ｌ１および最大厚さｔ１の四辺形を呈している。図９（Ｂ）に示すように、主体金具３０の雄ねじ部３１の呼び径をＭ、端面３７の外径をＡ、内径をＢとすると、雄ねじ部３１の呼び径Ｍが１２．００ｍｍの内燃機関用スパークプラグでは、たとえば、端面３７の外径Ａ＝１０．１０ｍｍであり、内径Ｂ＝７．２０ｍｍの場合、接地電極１６の溶接部１６ｃは、たとえば、最大厚さｔ１＝１．３０ｍｍであり、最大幅Ｌ１＝２．７０ｍｍの寸法関係をとることができる。なお、図９（Ｂ）に示すように、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面との間には、クリアランス２４ａが形成されている。
ここで、接地電極１６の耐火花消耗性を高めるための１つの手法として、接地電極１６の最大幅Ｌ１を広げて、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇの面積を大きくすることが考えられる。また、接地電極１６の強度を高めるための１つの手法として、最大厚さｔ１を厚くして接地電極１６の剛性を高めることが考えられる。
【０００８】
しかし、接地電極１６の最大幅Ｌ１を広げ、最大厚さｔ１を厚くすると、図１０（Ｂ）に示すように、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇを含む側面（以下、放電面ともいう）１６ａが内周面３７ｂからはみ出し、放電面１６ａと反対側に位置する側面（以下、反放電面ともいう）１６ｂの両端角部１６ｅが、端面３７の外周面３７ａからはみ出してしまう。これらのはみ出しをなくすためには、主体金具３０の肉厚を厚くして端面３７の面積を大きくする必要がある。ここで、端面３７の外径Ａを拡大し、または、内径Ｂを縮小すれば、端面３７の肉厚を厚くすることができる。しかし、外径Ａの拡大は、主体金具３０の雄ねじ部３１の呼び径Ｍ（図９（Ｂ））の拡大につながり、シリンダヘッドに対してスパークプラグの取付けができなくなるため、外径Ａを拡大することはできない。
【０００９】
内径Ｂを図１０（Ｃ）に示すように３７ｂで示す位置から３７ｃで示す位置まで縮小すると、内周面３７ｂと碍子脚長部２４との間のクリアランス２４ａ（図９（Ｂ））の縮小につながり、それにより碍子脚長部２４表面へのカーボンの付着などに起因して横飛火が発生し易くなるので、着火性能が低下するという問題が発生してしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、主体金具の端面の内外径を変更することなく、接地電極の耐火花消耗性及び強度を高めることができる内燃機関用スパークプラグを実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、開口した端面を有しており、内燃機関側の雌ねじ部にねじ込むための雄ねじ部が外周面に形成された筒状の主体金具と、この主体金具の内側に収容された軸孔を有する絶縁碍子と、この絶縁碍子の軸孔に挿入されており、その先端を前記絶縁碍子から前記主体金具の端面側に露出させた中心電極と、一端が前記主体金具の端面に結合されており、他端側が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とからなる内燃機関用スパークプラグであって、前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、これと反対側に位置する前記中心電極の先端面と対向する面を含む側面よりも幅が縮小する形状を有しており、かつ、前記雄ねじ部の呼び径をＭ、ねじピッチをＰとし、前記主体金具の端面の外形をＡ、内径をＢとし、前記接地電極の放電面の幅をＬ、最大厚さをｔとしたときに、（Ｍ−１．７Ｐ）≦Ａ＜（Ｍ−１．５Ｐ）、（Ａ−Ｂ）／３＜ｔ≦（Ａ−Ｂ）／２、２〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ｝2 〕1/2 ＜Ｌ＜３〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ｝2 〕1/2 の関係を満たすという技術的手段を用いる。
【００１２】
従来の接地電極は、図１０に示したように、放電面１６ａおよび反放電面１６ｂが対称であり、それらの面と連結する両側面１６ｄも対称となった四辺形である。ここで、接地電極の最大幅Ｌ１を広げ、最大厚さｔ１を厚くするために接地電極１６を幅方向、厚さ方向にそれぞれ拡大すると、図１０（Ｂ）に示したように溶接部１６ｃの両角部１６ｅが主体金具の端面３７から外方へはみ出るという問題が発生する。
つまり、従来の接地電極は、形状的に最大幅Ｌ１を広げるとともに、最大厚さｔ１を厚くすることができない。
【００１３】
そこで、請求項１に記載の発明では、主体金具の端面に結合されている接地電極の軸直交断面を、主体金具の端面の外周に面する側において、これと反対側に位置する中心電極の先端面と対向する面を含む側面よりも幅が縮小する形状とする技術的手段を用いる。ここで、主体金具の端面の外周に面する側とは、たとえば、後述する発明の実施の形態において図１に示すように、主体金具３７の外周面３７ａと向かい合う角部Ｒ１〜Ｒ４の範囲にて形成される面側のことをいい、中心電極の先端面と対向する面を含む側面とは、たとえば、後述する発明の実施の形態において図１に示すように、角部Ｒ５〜Ｒ６の範囲にて形成される側面であって、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇを含む側面のことをいう。
このような形状的な工夫により、接地電極の最大厚さｔ４を従来の最大厚さｔ１よりも厚くすることができる。このとき、最大厚さｔ４を厚くし過ぎると接地電極が主体金具の端面から外方へはみ出るという問題があり、ある程度厚くしないと強度が得られないおそれがある。また、接地電極の最大幅は、ある程度広くしないと耐火花消耗性を得られないおそれがあるが、逆にあまり広くし過ぎると消炎作用が大きくなり、失火のおそれがある。
【００１４】
そこで、請求項１に記載の発明では、上述した接地電極の形状についての技術的手段に加えて、接地電極の最大幅Ｌおよび最大厚さｔを前記計算式の範囲内とする技術的手段を用いる。これにより、溶接部１６ｃが主体金具の端面３７から外方へはみ出ないように、最大厚さｔ１を厚くし、かつ、最大幅Ｌ１を広くすることができる。
たとえば、後述する発明の実施の形態において図１に示すように、雄ねじ部３１の呼び径Ｍが１２ｍｍのものを例に挙げると、溶接部１５の最大厚さｔ４は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ厚い１．４０ｍｍとなり、最大幅Ｌ６は従来の最大幅Ｌ１（＝２．７０ｍｍ）よりも０．２０ｍｍ広い２．９０ｍｍとなる。このとき、角部Ｒ１〜Ｒ６は端面３７から外方へはみ出ない。
【００１５】
つまり、請求項１に記載の発明によれば、接地電極の最大幅Ｌを従来よりも広くすることができるため、従来よりも火花放電による電極の消耗を減少させることができる。
しかも、主体金具の端面の内径を小さくする必要がないため、主体金具の内周面および碍子脚長部の外周面間のクリアランスが狭くなることにより、横飛火が発生し易くなるという問題を生ずることがない。
また、最大厚さｔを従来よりも厚くすることができるため、従来よりも接地電極の強度を高めることができる。
さらに、接地電極を幅方向および厚さ方向にそれぞれ拡大することにより、接地電極の体積を増大させることができるため、接地電極の熱が主体金具へ伝導し易くなる。つまり、接地電極の熱引き効率を高めることができるため、熱による酸化が減少するので、酸化による接地電極の耐久性の低下を抑制ないし防止することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、外方を向いた角部を少なくとも１個以上有しているという技術的手段を用いる。
つまり、上記角部を１個以上有することにより、接地電極の最大厚さを厚くすることができるため、接地電極の強度を高めることができる。
【００１７】
さらに、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、外方に膨らんだ曲面を有しているという技術的手段を用いる。
つまり、放電面と反対側の面を外方に膨らんだ曲面に形成することにより、接地電極の最大厚さを厚くすることができるため、接地電極の強度を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関用スパークプラグの実施形態について図を参照して説明する。
なお、以下に述べる内燃機関用スパークプラグは、接地電極の形状および体積、接地電極の溶接部の形状を除いて図８に示した内燃機関用スパークプラグ１０と同じ構造であるため、同じ構造の部分については同じ符号を用いるものとする。また、雄ねじ部３１の呼び径Ｍが１２ｍｍのものを例に挙げて説明する。
【００１９】
図１は、本発明第１実施形態の説明図であり、図１（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状（軸直交断面形状）を示す説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す溶接部の形状（軸直交断面形状）を拡大して示す説明図である。
溶接部１５は、角部Ｒ１〜Ｒ６の６つの角部を有する多角形に形成されている。主体金具３０の端面３７の外周に面する側にあたる角部Ｒ１〜Ｒ４の範囲に形成される側面（反放電面）１５ｂは、外方へ膨らんだ形状を呈しており、角部Ｒ１ないしＲ４が端面３７の外周面３７ａに接している。そして、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇを含む側面（放電面）１５ａは、角部Ｒ５〜Ｒ６の範囲に形成されており、反放電面１５ｂ側にあっては、この放電面１５ａよりも幅が縮小する形状を有している。溶接部１５の側面１５ｄの厚さ、つまり最小厚さｔ３は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ薄い１．２０ｍｍであり、最大厚さｔ４は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ厚い１．４０ｍｍである。
最大幅Ｌ６は２．９０ｍｍであり、従来からの四辺形における最大幅Ｌ１（＝２．７０ｍｍ）よりも０．２０ｍｍ広い。また、反放電面１５ｂのストレート長Ｌ５は１．４０ｍｍである。これにより、角部Ｒ１〜Ｒ６が端面３７からはみ出ず、接地電極１６の最大幅Ｌ６を従来よりも広くし、最大厚さｔ４を従来よりも厚くすることができる。
【００２０】
このように、本第１実施形態の内燃機関用スパークプラグは、接地電極１６が上述した形状及び所定の寸法を満たすことにより、接地電極１６の溶接部１５が主体金具３０の端面３７からはみ出すことなく、接地電極１６の最大幅を大きくすることができる。
したがって、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇの幅も従来より大きくなり、火花放電による電極の消耗を減少させることができるため、接地電極１６の耐火花消耗性を高めることができる。
しかも、主体金具３０の内径Ｂを小さくして端面３７の面積を広げる必要がないため、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面とのクリアランス２４ａ（図９（Ｂ））が小さくなることに起因する横飛火も発生しない。
また、接地電極１６の最大厚さｔ４を従来より厚くすることができるため、接地電極１６の強度を高めることができる。
さらに、接地電極１６を幅方向および厚さ方向にそれぞれ拡大することにより、接地電極１６の体積を増大させることができる。これにより、接地電極１６の熱が主体金具３０へ伝導し易くなる。つまり、接地電極１６の熱引き効率を高めることができるため、熱による酸化が減少するので、酸化による接地電極１６の耐久性の低下を抑制ないし防止することができる。
【００２１】
次に、本発明者が行った実験の内容について図２ないし図４を参照して説明する。
［実験１］
最初に、耐久試験について、その結果を示す図２を参照して説明する。
本耐久試験は、図１０（Ａ）に示した従来品と図１に示した本発明品とを用いて行った。なお、両者共に主体金具３０の呼び径Ｍが１２ｍｍのものを用い、接地電極１６以外は同じ構造である。
本耐久試験は、排気量１，６００ｃｃのエンジンに内燃機関用スパークプラグを取付け、３分間のアイドリング→３０ｐｓ（馬力）の出力で４，４００ｒｐｍの運転を１０分間→７０ｐｓの出力で６，４００ｒｐｍの運転を１５分間→５分間のアイドリング→１９ｐｓの出力で３，８００ｒｐｍの運転を１２分間→５０ｐｓの出力で５，６００ｒｐｍの運転を１５分間の計６０分間を１サイクルとし、合計３００サイクル行い、火花放電ギャップ１７（図８）の距離を測定した。
なお、馬力は走行中の馬力に換算した値である。
【００２２】
その結果、図２に示すように、実験終了後における従来品の火花放電ギャップ１７の距離は、約１．０５ｍｍであるのに対して、本発明品の火花放電ギャップ１７の距離は、約０．９５ｍｍであり、本発明品の火花放電ギャップは、従来品のそれよりも０．１ｍｍ短い。
つまり、本実験により、本発明品の接地電極は、火花放電による電極の消耗が従来品よりも少なく、耐火花消耗性が高いことを実証できた。
【００２３】
［実験２］
ところで、接地電極１６は、図８に示したように略Ｌ型に撓んでいるため、エンジンの振動により、接地電極１６の基部１６ｆ（図８）を基点にして振動する。この振動により、接地電極１６の基部１６ｆには、引張り応力と圧縮応力とが交互に加わる。特に、それらの応力は、接地電極１６の基部１６ｆの内側に大きく加わる。そして、そのような応力が加わり続くと、接地電極１６の基部１６ｆにクラックが発生する場合があり、そのクラックが進展すると、接地電極１６が基部１６ｆから折れる可能性がある。
【００２４】
そこで、本発明者は、図１０（Ａ）に示す従来品および図１に示す本発明品のそれぞれの接地電極の固有振動数を測定した。その測定結果を図３に示す。なお、両者共に主体金具３０の呼び径Ｍが１２ｍｍのものを用い、接地電極１６以外は同じ構造である。
図３に示すように、従来品の接地電極１６の固有振動数は、１４．０ＫＨｚであり、本発明品の固有振動数は、１４．４ＫＨｚであり、本発明品の接地電極の固有振動数は、従来品の接地電極の固有振動数よりも０．４ＫＨｚ高かった。
つまり、本発明品の接地電極の方が、従来品の接地電極よりも剛性が高く、振れ幅が小さいため、基部にクラックが発生し難いので耐久性が高いことを実証できた。
【００２５】
［実験３］
次に、本発明者は、横飛火の発生について実験を行った。
本実験は、図１０（Ａ）に示した従来品、図１０（Ｃ）に示した未対策品および図１に示した本発明品を用いて行った。
本実験結果を図４に示す。図４に示すように、従来品において横飛火の発生したときの印加電圧を基準とした場合、未対策品では、従来品と比較して−１．３ｋＶで横飛火が発生したが、本発明品は、従来品と同じ印加電圧にて横飛火が発生した。
つまり、本発明品は、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面との間のクリアランス２４ａを変更する必要がないため、横飛火の発生する印加電圧が従来よりも低下することがないことを実証できた。
【００２６】
次に、本発明第２実施形態の内燃機関用スパークプラグについて図５を参照して説明する。
図５は、第２実施形態の説明図であり、図５（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状（軸直交断面形状）を示す説明図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す溶接部の形状（軸直交断面形状）を拡大して示す説明図である。
溶接部１４は、放電面１４ａの両端に第１の角部Ｒ５，Ｒ６を有し、反放電面１４ｂの両端に第２の角部Ｒ７，Ｒ８を有する四辺形に形成されている。また、第２の角部Ｒ７およびＲ８は、第１の角部Ｒ５およびＲ６の半径よりも大きい半径に形成されている。これにより、第２の角部Ｒ７，Ｒ８が端面３７から外方へはみ出ないで形態で、最大幅Ｌ４を広げられるようになっている。
接地電極の最大幅Ｌ４は３．１０ｍｍであり、従来の最大幅Ｌ１（＝２．７０ｍｍ）よりも０．４０ｍｍ広い。また、反放電面１４ｂのストレート長Ｌ３は２．３０ｍｍである。また、溶接部１４の最大厚さｔ１は、図１０（Ａ）に示した従来の溶接部１６ｃの厚さと同じ１．３０ｍｍである。
【００２７】
このように、本第２実施形態の内燃機関用スパークプラグは、反放電面１４ｂの第２の角部Ｒ７，Ｒ８の径が放電面１４ａの第１の角部Ｒ５，Ｒ６の径よりも大きいため、接地電極１６の溶接部１４が主体金具３０の端面３７から外方へはみ出ない形態で最大幅Ｌ４を従来よりも広くすることができる。
したがって、火花放電による電極の消耗を減少させることができるので、接地電極の耐火花消耗性を高めることができる。
しかも、主体金具３０の内径Ｂを小さくして端面３７の面積を広げる必要がないため、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面とのクリアランス２４ａが小さくなることに起因する横飛火も発生しない。
また、接地電極を幅方向に拡大することにより、接地電極の体積を増大させることができる。これにより、接地電極の熱が主体金具へ伝導し易くなる。つまり、接地電極の熱引き効率を高めることができるため、熱による酸化が減少するので、酸化による接地電極の耐久性の低下を抑制ないし防止することができる。
【００２８】
次に、本発明第３実施形態の内燃機関用スパークプラグについて図７を参照して説明する。
図７は、第３実施形態の説明図であり、図７（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状を示す説明図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す溶接部を拡大して示す説明図である。
溶接部１９は、放電面１９ａの両端に角部Ｒ５，Ｒ６を、反放電面１９ｂの両端に角部Ｒ９，Ｒ１１をそれぞれ有しており、角部Ｒ９，Ｒ１１間に円弧Ｒ１０を有する形状である。つまり、反放電面１９ｂが外方へ膨らみ、端面３７の外周面３７ａに接する曲面になっている。また、溶接部１９の側面１９ｄの厚さ、つまり最小厚さｔ３は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ薄い１．２０ｍｍであり、最大厚さｔ４は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ厚い１．４０ｍｍである。
これにより、角部Ｒ９，Ｒ１１が端面３７から外方へはみ出ず、接地電極の最大幅Ｌ１を従来よりも広くし、最大厚さｔ４を従来よりも厚くすることができる。接地電極の最大幅Ｌ６は２．９０ｍｍであり、従来の最大幅Ｌ１（＝２．７０ｍｍ）よりも０．２０ｍｍ広い。
【００２９】
このように、本第３実施形態の内燃機関用スパークプラグは、接地電極１６が上述した形状及び所定の寸法を満たすことにより、接地電極１６の溶接部１９が主体金具３０の端面３７から外方へはみ出すことなく、接地電極１６の最大幅を大きくすることができる。
したがって、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇの幅も従来より大きくなり、火花放電による電極の消耗を減少させることができるため、接地電極の耐火花消耗性を高めることができる。
しかも、主体金具３０の内径Ｂを小さくして端面３７の面積を広げる必要がないため、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面とのクリアランス２４ａが小さくなることに起因する横飛火も発生しない。
また、接地電極１６の最大厚さｔ４を従来より厚くすることができるため、接地電極の強度を高めることができる。
さらに、接地電極を幅方向および厚さ方向にそれぞれ拡大することにより、接地電極の体積を増大させることができる。これにより、接地電極の熱が主体金具へ伝導し易くなる。つまり、接地電極の熱引き効率を高めることができるため、熱による酸化が減少するので、酸化による接地電極１６の耐久性の低下を抑制ないし防止することができる。
【００３０】
ここで、本第２実施形態の内燃機関用スパークプラグを例にとって、接地電極１６の最大厚さｔ１および最大幅Ｌ４の関係式を図６を参照して求める。
図６（Ａ）は、溶接部１４の位置を示す説明図であり、図６（Ｂ）は、最大厚さｔ１および最大幅Ｌ４の関係式を求めるための説明図である。なお、主体金具の雄ねじ部の呼び径をＭ、ねじピッチをＰとする。
図６（Ｂ）より、次の（１）式を導出できる。
【００３１】
（Ｌ４／２）2 ＋｛ｔ１＋（Ｂ／２）｝2 ＝（Ａ／２）2 ・・・（１）
【００３２】
したがって、（１）式より、次の（２）式のように最大幅Ｌ４が求まる。
【００３３】
Ｌ４＝２〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ１｝2 〕1/2 ・・・（２）
【００３４】
また、本発明者の計算によれば、次の（３）式を満足するように接地電極の最大厚さｔ１を設定し、（４）式を満足するように接地電極の最大幅Ｌ４を設定し、（５）式を満足するように外径Ａを設定すれば、溶接部１４が端面３７からはみ出ない形態で接地電極１６の幅および厚さの増大を行うことができることが分かった。
【００３５】
（Ａ−Ｂ）／３＜ｔ１≦（Ａ−Ｂ）／２ ・・・（３）
【００３６】
２〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ１｝2 〕1/2 ＜Ｌ４＜３〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ１｝2 〕1/2 ・・・（４）
【００３７】
（Ｍ−１．７Ｐ）≦Ａ＜（Ｍ−１．５Ｐ） ・・・（５）
【００３８】
なお、雄ねじ部の呼び径Ｍが８．００ｍｍのタイプでは、たとえば外径Ａは６．５０ｍｍ、内径Ｂは４．６０ｍｍ、ねじピッチＰは１．００ｍｍであり、呼び径Ｍが１０．００ｍｍのタイプでは、たとえば外径Ａは８．４５ｍｍ、内径Ｂが６．００ｍｍ、ねじピッチＰは１．００ｍｍである。また、呼び径Ｍが１２．００ｍｍのタイプでは、たとえば外径Ａは１０．１０ｍｍ、内径Ｂは７．２０ｍｍ、ねじピッチＰは１．２５ｍｍであり、呼び径Ｍが１４．００ｍｍのタイプでは、たとえば外径Ａは１２．１０ｍｍ、内径Ｂが８．４０ｍｍ、ねじピッチＰは１．２５ｍｍである。
【００３９】
ところで、上記各実施形態では、本発明の内燃機関用スパークプラグとして図８に示した従来の内燃機関用スパークプラグと同じ基本構造を有するものを代表に説明したが、他の構造の内燃機関用スパークプラグにも本発明を適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明第１実施形態の説明図であり、図１（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状（軸直交断面形状）を示す説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す溶接部の形状（軸直交断面形状）を拡大して示す説明図である。
【図２】実験１の耐久試験の結果を示すグラフである。
【図３】実験２の固有振動数測定の結果を示すグラフである。
【図４】実験３の横飛火発生試験の結果を示す図表である。
【図５】図５は、第２実施形態の説明図であり、図５（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状を示す説明図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す溶接部を拡大して示す説明図である。
【図６】図６（Ａ）は、溶接部の位置を示す説明図であり、図６（Ｂ）は、厚さｔ１および幅Ｌ４の関係式を求めるための説明図である。
【図７】図７は、第２実施形態の説明図であり、図７（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状を示す説明図であり、図７（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す溶接部を拡大して示す説明図である。
【図８】従来の内燃機関用スパークプラグを部分的な断面図を含んで示す部分断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、図８に示した従来の内燃機関用スパークプラグの火花放電側を示す説明図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）を図面下方向から見た説明図であり、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）を図面右方向から見た説明図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、図９（Ｂ）における接地電極１６の溶接部１６ｃを示す説明図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す溶接部１６ｃを幅方向および厚さ方向に拡大した場合を示す説明図であり、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）に示す主体金具の内周面３７ｂを縮小した場合を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関用スパークプラグ
１２ 中心電極
１６ 接地電極
１６ａ 放電面
１６ｂ 反放電面
１６ｃ 溶接部
１７ 火花放電ギャップ
２４ 碍子脚長部
３０ 主体金具
３１ 雄ねじ部
３７ 端面
Ａ 主体金具の端面の外径
Ｂ 主体金具の端面の内径
Ｍ 主体金具の雄ねじ部の呼び径
Ｌ 接地電極の幅
ｔ 接地電極の厚さ
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関用スパークプラグとして、たとえば、図８に示すものが知られている。
図８は、従来の内燃機関用スパークプラグを部分的な断面図を含んで示す部分断面図である。
なお、以下の説明では、図８における図面下方を先端側とし、図面上方を後端側として説明する。
【０００３】
最初に、内燃機関用スパークプラグの主要構成を図８を参照して説明する。
内燃機関用スパークプラグ１０には、アルミナなどから形成された絶縁碍子２０が備えられている。絶縁碍子２０は、後端側に形成されたコルゲーション部２２と、先端側に形成された碍子脚長部２４とを有しており、絶縁碍子２０の内部には、中心軸１８に沿って軸孔２６が貫通形成されている。軸孔２６の内部の後端側には、端子１３が収容されており、その端子１３の後端は、コルゲーション部２２の後端から突出している。軸孔２６の内部の先端側には、ガラス抵抗１１を介して中心電極１２が収容されている。中心電極１２は、ニッケルを主体とする合金によって棒状に形成されており、中心電極１２の先端は、碍子脚長部２４の先端から突出している。
【０００４】
碍子脚長部２４を含む絶縁碍子２０の先端部は、筒状に形成された主体金具３０の内部に収容されており、主体金具３０の先端部の外周面には、エンジンヘッドに形成された雌ねじ部にねじ込むための雄ねじ部３１が形成されている。主体金具３０の先端の端面３７には、略Ｌ字形の接地電極１６が溶接により固定されており、接地電極１６の先端と中心電極１２の先端面とが対向することにより火花放電ギャップ１７が形成されている。雄ねじ部３１の後端側の外周面には、座部３５が形成されており、雄ねじ部３１後端のねじ首３６には、リング状のガスケット４０が嵌め込まれている。主体金具３０の後端側には、外周面が六角ナットの外周面形状に形成された六角部３３が形成されている。六角部３３は、雄ねじ部３１をエンジンヘッドの雌ねじ部にねじ込む際にプラグレンチなどの工具をあてがう部分である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、エンジンの高性能化が進むにつれ、内燃機関用スパークプラグにはより一層高い耐久性が要求されるようになってきた。そのような状況下で、接地電極の耐久性が一つの重要な課題となっている。接地電極に要求される耐久性の問題は２つ存在し、その１つは、火花放電により電極が消耗することに対する耐火花消耗性の問題である。もう１つは、強度の問題である。つまり、接地電極にエンジンの振動が伝達することにより、主体金具との溶接部分にクラックが入り、そのクラックが進行すると、接地電極が折損する可能性があるという問題である。
【０００６】
ここで、接地電極の構造について図９および図１０を参照して説明する。
図９（Ａ）は、図８に示した従来の内燃機関用スパークプラグの火花放電ギャップ近傍を示す説明図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）を図面下方向から見た説明図であり、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）を図面右方向から見た説明図である。図１０（Ａ）は、図９（Ｂ）における接地電極１６の溶接部１６ｃを示す説明図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す溶接部１６ｃを幅方向および厚さ方向に拡大した場合を示す説明図であり、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）に示す主体金具の内周面３７ｂの径を縮小した場合を示す説明図である。
【０００７】
図１０（Ａ）に示すように、接地電極１６の溶接部１６ｃは、主体金具３０の端面３７上に形成されており、一般に、最大幅Ｌ１および最大厚さｔ１の四辺形を呈している。図９（Ｂ）に示すように、主体金具３０の雄ねじ部３１の呼び径をＭ、端面３７の外径をＡ、内径をＢとすると、雄ねじ部３１の呼び径Ｍが１２．００ｍｍの内燃機関用スパークプラグでは、たとえば、端面３７の外径Ａ＝１０．１０ｍｍであり、内径Ｂ＝７．２０ｍｍの場合、接地電極１６の溶接部１６ｃは、たとえば、最大厚さｔ１＝１．３０ｍｍであり、最大幅Ｌ１＝２．７０ｍｍの寸法関係をとることができる。なお、図９（Ｂ）に示すように、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面との間には、クリアランス２４ａが形成されている。
ここで、接地電極１６の耐火花消耗性を高めるための１つの手法として、接地電極１６の最大幅Ｌ１を広げて、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇの面積を大きくすることが考えられる。また、接地電極１６の強度を高めるための１つの手法として、最大厚さｔ１を厚くして接地電極１６の剛性を高めることが考えられる。
【０００８】
しかし、接地電極１６の最大幅Ｌ１を広げ、最大厚さｔ１を厚くすると、図１０（Ｂ）に示すように、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇを含む側面（以下、放電面ともいう）１６ａが内周面３７ｂからはみ出し、放電面１６ａと反対側に位置する側面（以下、反放電面ともいう）１６ｂの両端角部１６ｅが、端面３７の外周面３７ａからはみ出してしまう。これらのはみ出しをなくすためには、主体金具３０の肉厚を厚くして端面３７の面積を大きくする必要がある。ここで、端面３７の外径Ａを拡大し、または、内径Ｂを縮小すれば、端面３７の肉厚を厚くすることができる。しかし、外径Ａの拡大は、主体金具３０の雄ねじ部３１の呼び径Ｍ（図９（Ｂ））の拡大につながり、シリンダヘッドに対してスパークプラグの取付けができなくなるため、外径Ａを拡大することはできない。
【０００９】
内径Ｂを図１０（Ｃ）に示すように３７ｂで示す位置から３７ｃで示す位置まで縮小すると、内周面３７ｂと碍子脚長部２４との間のクリアランス２４ａ（図９（Ｂ））の縮小につながり、それにより碍子脚長部２４表面へのカーボンの付着などに起因して横飛火が発生し易くなるので、着火性能が低下するという問題が発生してしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、主体金具の端面の内外径を変更することなく、接地電極の耐火花消耗性及び強度を高めることができる内燃機関用スパークプラグを実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、開口した端面を有しており、内燃機関側の雌ねじ部にねじ込むための雄ねじ部が外周面に形成された筒状の主体金具と、この主体金具の内側に収容された軸孔を有する絶縁碍子と、この絶縁碍子の軸孔に挿入されており、その先端を前記絶縁碍子から前記主体金具の端面側に露出させた中心電極と、一端が前記主体金具の端面に結合されており、他端側が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とからなる内燃機関用スパークプラグであって、前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、これと反対側に位置する前記中心電極の先端面と対向する面を含む側面よりも幅が縮小する形状を有しており、かつ、前記雄ねじ部の呼び径をＭ、ねじピッチをＰとし、前記主体金具の端面の外形をＡ、内径をＢとし、前記接地電極の放電面の幅をＬ、最大厚さをｔとしたときに、（Ｍ−１．７Ｐ）≦Ａ＜（Ｍ−１．５Ｐ）、（Ａ−Ｂ）／３＜ｔ≦（Ａ−Ｂ）／２、２〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ｝2 〕1/2 ＜Ｌ＜３〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ｝2 〕1/2 の関係を満たすという技術的手段を用いる。
【００１２】
従来の接地電極は、図１０に示したように、放電面１６ａおよび反放電面１６ｂが対称であり、それらの面と連結する両側面１６ｄも対称となった四辺形である。ここで、接地電極の最大幅Ｌ１を広げ、最大厚さｔ１を厚くするために接地電極１６を幅方向、厚さ方向にそれぞれ拡大すると、図１０（Ｂ）に示したように溶接部１６ｃの両角部１６ｅが主体金具の端面３７から外方へはみ出るという問題が発生する。
つまり、従来の接地電極は、形状的に最大幅Ｌ１を広げるとともに、最大厚さｔ１を厚くすることができない。
【００１３】
そこで、請求項１に記載の発明では、主体金具の端面に結合されている接地電極の軸直交断面を、主体金具の端面の外周に面する側において、これと反対側に位置する中心電極の先端面と対向する面を含む側面よりも幅が縮小する形状とする技術的手段を用いる。ここで、主体金具の端面の外周に面する側とは、たとえば、後述する発明の実施の形態において図１に示すように、主体金具３７の外周面３７ａと向かい合う角部Ｒ１〜Ｒ４の範囲にて形成される面側のことをいい、中心電極の先端面と対向する面を含む側面とは、たとえば、後述する発明の実施の形態において図１に示すように、角部Ｒ５〜Ｒ６の範囲にて形成される側面であって、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇを含む側面のことをいう。
このような形状的な工夫により、接地電極の最大厚さｔ４を従来の最大厚さｔ１よりも厚くすることができる。このとき、最大厚さｔ４を厚くし過ぎると接地電極が主体金具の端面から外方へはみ出るという問題があり、ある程度厚くしないと強度が得られないおそれがある。また、接地電極の最大幅は、ある程度広くしないと耐火花消耗性を得られないおそれがあるが、逆にあまり広くし過ぎると消炎作用が大きくなり、失火のおそれがある。
【００１４】
そこで、請求項１に記載の発明では、上述した接地電極の形状についての技術的手段に加えて、接地電極の最大幅Ｌおよび最大厚さｔを前記計算式の範囲内とする技術的手段を用いる。これにより、溶接部１６ｃが主体金具の端面３７から外方へはみ出ないように、最大厚さｔ１を厚くし、かつ、最大幅Ｌ１を広くすることができる。
たとえば、後述する発明の実施の形態において図１に示すように、雄ねじ部３１の呼び径Ｍが１２ｍｍのものを例に挙げると、溶接部１５の最大厚さｔ４は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ厚い１．４０ｍｍとなり、最大幅Ｌ６は従来の最大幅Ｌ１（＝２．７０ｍｍ）よりも０．２０ｍｍ広い２．９０ｍｍとなる。このとき、角部Ｒ１〜Ｒ６は端面３７から外方へはみ出ない。
【００１５】
つまり、請求項１に記載の発明によれば、接地電極の最大幅Ｌを従来よりも広くすることができるため、従来よりも火花放電による電極の消耗を減少させることができる。
しかも、主体金具の端面の内径を小さくする必要がないため、主体金具の内周面および碍子脚長部の外周面間のクリアランスが狭くなることにより、横飛火が発生し易くなるという問題を生ずることがない。
また、最大厚さｔを従来よりも厚くすることができるため、従来よりも接地電極の強度を高めることができる。
さらに、接地電極を幅方向および厚さ方向にそれぞれ拡大することにより、接地電極の体積を増大させることができるため、接地電極の熱が主体金具へ伝導し易くなる。つまり、接地電極の熱引き効率を高めることができるため、熱による酸化が減少するので、酸化による接地電極の耐久性の低下を抑制ないし防止することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、外方を向いた角部を少なくとも１個以上有しているという技術的手段を用いる。
つまり、上記角部を１個以上有することにより、接地電極の最大厚さを厚くすることができるため、接地電極の強度を高めることができる。
【００１７】
さらに、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、外方に膨らんだ曲面を有しているという技術的手段を用いる。
つまり、放電面と反対側の面を外方に膨らんだ曲面に形成することにより、接地電極の最大厚さを厚くすることができるため、接地電極の強度を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関用スパークプラグの実施形態について図を参照して説明する。
なお、以下に述べる内燃機関用スパークプラグは、接地電極の形状および体積、接地電極の溶接部の形状を除いて図８に示した内燃機関用スパークプラグ１０と同じ構造であるため、同じ構造の部分については同じ符号を用いるものとする。また、雄ねじ部３１の呼び径Ｍが１２ｍｍのものを例に挙げて説明する。
【００１９】
図１は、本発明第１実施形態の説明図であり、図１（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状（軸直交断面形状）を示す説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す溶接部の形状（軸直交断面形状）を拡大して示す説明図である。
溶接部１５は、角部Ｒ１〜Ｒ６の６つの角部を有する多角形に形成されている。主体金具３０の端面３７の外周に面する側にあたる角部Ｒ１〜Ｒ４の範囲に形成される側面（反放電面）１５ｂは、外方へ膨らんだ形状を呈しており、角部Ｒ１ないしＲ４が端面３７の外周面３７ａに接している。そして、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇを含む側面（放電面）１５ａは、角部Ｒ５〜Ｒ６の範囲に形成されており、反放電面１５ｂ側にあっては、この放電面１５ａよりも幅が縮小する形状を有している。溶接部１５の側面１５ｄの厚さ、つまり最小厚さｔ３は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ薄い１．２０ｍｍであり、最大厚さｔ４は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ厚い１．４０ｍｍである。
最大幅Ｌ６は２．９０ｍｍであり、従来からの四辺形における最大幅Ｌ１（＝２．７０ｍｍ）よりも０．２０ｍｍ広い。また、反放電面１５ｂのストレート長Ｌ５は１．４０ｍｍである。これにより、角部Ｒ１〜Ｒ６が端面３７からはみ出ず、接地電極１６の最大幅Ｌ６を従来よりも広くし、最大厚さｔ４を従来よりも厚くすることができる。
【００２０】
このように、本第１実施形態の内燃機関用スパークプラグは、接地電極１６が上述した形状及び所定の寸法を満たすことにより、接地電極１６の溶接部１５が主体金具３０の端面３７からはみ出すことなく、接地電極１６の最大幅を大きくすることができる。
したがって、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇの幅も従来より大きくなり、火花放電による電極の消耗を減少させることができるため、接地電極１６の耐火花消耗性を高めることができる。
しかも、主体金具３０の内径Ｂを小さくして端面３７の面積を広げる必要がないため、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面とのクリアランス２４ａ（図９（Ｂ））が小さくなることに起因する横飛火も発生しない。
また、接地電極１６の最大厚さｔ４を従来より厚くすることができるため、接地電極１６の強度を高めることができる。
さらに、接地電極１６を幅方向および厚さ方向にそれぞれ拡大することにより、接地電極１６の体積を増大させることができる。これにより、接地電極１６の熱が主体金具３０へ伝導し易くなる。つまり、接地電極１６の熱引き効率を高めることができるため、熱による酸化が減少するので、酸化による接地電極１６の耐久性の低下を抑制ないし防止することができる。
【００２１】
次に、本発明者が行った実験の内容について図２ないし図４を参照して説明する。
［実験１］
最初に、耐久試験について、その結果を示す図２を参照して説明する。
本耐久試験は、図１０（Ａ）に示した従来品と図１に示した本発明品とを用いて行った。なお、両者共に主体金具３０の呼び径Ｍが１２ｍｍのものを用い、接地電極１６以外は同じ構造である。
本耐久試験は、排気量１，６００ｃｃのエンジンに内燃機関用スパークプラグを取付け、３分間のアイドリング→３０ｐｓ（馬力）の出力で４，４００ｒｐｍの運転を１０分間→７０ｐｓの出力で６，４００ｒｐｍの運転を１５分間→５分間のアイドリング→１９ｐｓの出力で３，８００ｒｐｍの運転を１２分間→５０ｐｓの出力で５，６００ｒｐｍの運転を１５分間の計６０分間を１サイクルとし、合計３００サイクル行い、火花放電ギャップ１７（図８）の距離を測定した。
なお、馬力は走行中の馬力に換算した値である。
【００２２】
その結果、図２に示すように、実験終了後における従来品の火花放電ギャップ１７の距離は、約１．０５ｍｍであるのに対して、本発明品の火花放電ギャップ１７の距離は、約０．９５ｍｍであり、本発明品の火花放電ギャップは、従来品のそれよりも０．１ｍｍ短い。
つまり、本実験により、本発明品の接地電極は、火花放電による電極の消耗が従来品よりも少なく、耐火花消耗性が高いことを実証できた。
【００２３】
［実験２］
ところで、接地電極１６は、図８に示したように略Ｌ型に撓んでいるため、エンジンの振動により、接地電極１６の基部１６ｆ（図８）を基点にして振動する。この振動により、接地電極１６の基部１６ｆには、引張り応力と圧縮応力とが交互に加わる。特に、それらの応力は、接地電極１６の基部１６ｆの内側に大きく加わる。そして、そのような応力が加わり続くと、接地電極１６の基部１６ｆにクラックが発生する場合があり、そのクラックが進展すると、接地電極１６が基部１６ｆから折れる可能性がある。
【００２４】
そこで、本発明者は、図１０（Ａ）に示す従来品および図１に示す本発明品のそれぞれの接地電極の固有振動数を測定した。その測定結果を図３に示す。なお、両者共に主体金具３０の呼び径Ｍが１２ｍｍのものを用い、接地電極１６以外は同じ構造である。
図３に示すように、従来品の接地電極１６の固有振動数は、１４．０ＫＨｚであり、本発明品の固有振動数は、１４．４ＫＨｚであり、本発明品の接地電極の固有振動数は、従来品の接地電極の固有振動数よりも０．４ＫＨｚ高かった。
つまり、本発明品の接地電極の方が、従来品の接地電極よりも剛性が高く、振れ幅が小さいため、基部にクラックが発生し難いので耐久性が高いことを実証できた。
【００２５】
［実験３］
次に、本発明者は、横飛火の発生について実験を行った。
本実験は、図１０（Ａ）に示した従来品、図１０（Ｃ）に示した未対策品および図１に示した本発明品を用いて行った。
本実験結果を図４に示す。図４に示すように、従来品において横飛火の発生したときの印加電圧を基準とした場合、未対策品では、従来品と比較して−１．３ｋＶで横飛火が発生したが、本発明品は、従来品と同じ印加電圧にて横飛火が発生した。
つまり、本発明品は、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面との間のクリアランス２４ａを変更する必要がないため、横飛火の発生する印加電圧が従来よりも低下することがないことを実証できた。
【００２６】
次に、本発明第２実施形態の内燃機関用スパークプラグについて図５を参照して説明する。
図５は、第２実施形態の説明図であり、図５（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状（軸直交断面形状）を示す説明図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す溶接部の形状（軸直交断面形状）を拡大して示す説明図である。
溶接部１４は、放電面１４ａの両端に第１の角部Ｒ５，Ｒ６を有し、反放電面１４ｂの両端に第２の角部Ｒ７，Ｒ８を有する四辺形に形成されている。また、第２の角部Ｒ７およびＲ８は、第１の角部Ｒ５およびＲ６の半径よりも大きい半径に形成されている。これにより、第２の角部Ｒ７，Ｒ８が端面３７から外方へはみ出ないで形態で、最大幅Ｌ４を広げられるようになっている。
接地電極の最大幅Ｌ４は３．１０ｍｍであり、従来の最大幅Ｌ１（＝２．７０ｍｍ）よりも０．４０ｍｍ広い。また、反放電面１４ｂのストレート長Ｌ３は２．３０ｍｍである。また、溶接部１４の最大厚さｔ１は、図１０（Ａ）に示した従来の溶接部１６ｃの厚さと同じ１．３０ｍｍである。
【００２７】
このように、本第２実施形態の内燃機関用スパークプラグは、反放電面１４ｂの第２の角部Ｒ７，Ｒ８の径が放電面１４ａの第１の角部Ｒ５，Ｒ６の径よりも大きいため、接地電極１６の溶接部１４が主体金具３０の端面３７から外方へはみ出ない形態で最大幅Ｌ４を従来よりも広くすることができる。
したがって、火花放電による電極の消耗を減少させることができるので、接地電極の耐火花消耗性を高めることができる。
しかも、主体金具３０の内径Ｂを小さくして端面３７の面積を広げる必要がないため、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面とのクリアランス２４ａが小さくなることに起因する横飛火も発生しない。
また、接地電極を幅方向に拡大することにより、接地電極の体積を増大させることができる。これにより、接地電極の熱が主体金具へ伝導し易くなる。つまり、接地電極の熱引き効率を高めることができるため、熱による酸化が減少するので、酸化による接地電極の耐久性の低下を抑制ないし防止することができる。
【００２８】
次に、本発明第３実施形態の内燃機関用スパークプラグについて図７を参照して説明する。
図７は、第３実施形態の説明図であり、図７（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状を示す説明図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す溶接部を拡大して示す説明図である。
溶接部１９は、放電面１９ａの両端に角部Ｒ５，Ｒ６を、反放電面１９ｂの両端に角部Ｒ９，Ｒ１１をそれぞれ有しており、角部Ｒ９，Ｒ１１間に円弧Ｒ１０を有する形状である。つまり、反放電面１９ｂが外方へ膨らみ、端面３７の外周面３７ａに接する曲面になっている。また、溶接部１９の側面１９ｄの厚さ、つまり最小厚さｔ３は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ薄い１．２０ｍｍであり、最大厚さｔ４は、従来の最大厚さｔ１（＝１．３０ｍｍ）より０．１０ｍｍ厚い１．４０ｍｍである。
これにより、角部Ｒ９，Ｒ１１が端面３７から外方へはみ出ず、接地電極の最大幅Ｌ１を従来よりも広くし、最大厚さｔ４を従来よりも厚くすることができる。接地電極の最大幅Ｌ６は２．９０ｍｍであり、従来の最大幅Ｌ１（＝２．７０ｍｍ）よりも０．２０ｍｍ広い。
【００２９】
このように、本第３実施形態の内燃機関用スパークプラグは、接地電極１６が上述した形状及び所定の寸法を満たすことにより、接地電極１６の溶接部１９が主体金具３０の端面３７から外方へはみ出すことなく、接地電極１６の最大幅を大きくすることができる。
したがって、中心電極１２の先端面と対向する面１６ｇの幅も従来より大きくなり、火花放電による電極の消耗を減少させることができるため、接地電極の耐火花消耗性を高めることができる。
しかも、主体金具３０の内径Ｂを小さくして端面３７の面積を広げる必要がないため、主体金具３０の内周面３７ｂと碍子脚長部２４の外周面とのクリアランス２４ａが小さくなることに起因する横飛火も発生しない。
また、接地電極１６の最大厚さｔ４を従来より厚くすることができるため、接地電極の強度を高めることができる。
さらに、接地電極を幅方向および厚さ方向にそれぞれ拡大することにより、接地電極の体積を増大させることができる。これにより、接地電極の熱が主体金具へ伝導し易くなる。つまり、接地電極の熱引き効率を高めることができるため、熱による酸化が減少するので、酸化による接地電極１６の耐久性の低下を抑制ないし防止することができる。
【００３０】
ここで、本第２実施形態の内燃機関用スパークプラグを例にとって、接地電極１６の最大厚さｔ１および最大幅Ｌ４の関係式を図６を参照して求める。
図６（Ａ）は、溶接部１４の位置を示す説明図であり、図６（Ｂ）は、最大厚さｔ１および最大幅Ｌ４の関係式を求めるための説明図である。なお、主体金具の雄ねじ部の呼び径をＭ、ねじピッチをＰとする。
図６（Ｂ）より、次の（１）式を導出できる。
【００３１】
（Ｌ４／２）2 ＋｛ｔ１＋（Ｂ／２）｝2 ＝（Ａ／２）2 ・・・（１）
【００３２】
したがって、（１）式より、次の（２）式のように最大幅Ｌ４が求まる。
【００３３】
Ｌ４＝２〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ１｝2 〕1/2 ・・・（２）
【００３４】
また、本発明者の計算によれば、次の（３）式を満足するように接地電極の最大厚さｔ１を設定し、（４）式を満足するように接地電極の最大幅Ｌ４を設定し、（５）式を満足するように外径Ａを設定すれば、溶接部１４が端面３７からはみ出ない形態で接地電極１６の幅および厚さの増大を行うことができることが分かった。
【００３５】
（Ａ−Ｂ）／３＜ｔ１≦（Ａ−Ｂ）／２ ・・・（３）
【００３６】
２〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ１｝2 〕1/2 ＜Ｌ４＜３〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ１｝2 〕1/2 ・・・（４）
【００３７】
（Ｍ−１．７Ｐ）≦Ａ＜（Ｍ−１．５Ｐ） ・・・（５）
【００３８】
なお、雄ねじ部の呼び径Ｍが８．００ｍｍのタイプでは、たとえば外径Ａは６．５０ｍｍ、内径Ｂは４．６０ｍｍ、ねじピッチＰは１．００ｍｍであり、呼び径Ｍが１０．００ｍｍのタイプでは、たとえば外径Ａは８．４５ｍｍ、内径Ｂが６．００ｍｍ、ねじピッチＰは１．００ｍｍである。また、呼び径Ｍが１２．００ｍｍのタイプでは、たとえば外径Ａは１０．１０ｍｍ、内径Ｂは７．２０ｍｍ、ねじピッチＰは１．２５ｍｍであり、呼び径Ｍが１４．００ｍｍのタイプでは、たとえば外径Ａは１２．１０ｍｍ、内径Ｂが８．４０ｍｍ、ねじピッチＰは１．２５ｍｍである。
【００３９】
ところで、上記各実施形態では、本発明の内燃機関用スパークプラグとして図８に示した従来の内燃機関用スパークプラグと同じ基本構造を有するものを代表に説明したが、他の構造の内燃機関用スパークプラグにも本発明を適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明第１実施形態の説明図であり、図１（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状（軸直交断面形状）を示す説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す溶接部の形状（軸直交断面形状）を拡大して示す説明図である。
【図２】実験１の耐久試験の結果を示すグラフである。
【図３】実験２の固有振動数測定の結果を示すグラフである。
【図４】実験３の横飛火発生試験の結果を示す図表である。
【図５】図５は、第２実施形態の説明図であり、図５（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状を示す説明図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す溶接部を拡大して示す説明図である。
【図６】図６（Ａ）は、溶接部の位置を示す説明図であり、図６（Ｂ）は、厚さｔ１および幅Ｌ４の関係式を求めるための説明図である。
【図７】図７は、第２実施形態の説明図であり、図７（Ａ）は、主体金具３０の端面３７上に形成された溶接部の形状を示す説明図であり、図７（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す溶接部を拡大して示す説明図である。
【図８】従来の内燃機関用スパークプラグを部分的な断面図を含んで示す部分断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、図８に示した従来の内燃機関用スパークプラグの火花放電側を示す説明図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）を図面下方向から見た説明図であり、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）を図面右方向から見た説明図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、図９（Ｂ）における接地電極１６の溶接部１６ｃを示す説明図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す溶接部１６ｃを幅方向および厚さ方向に拡大した場合を示す説明図であり、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）に示す主体金具の内周面３７ｂを縮小した場合を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関用スパークプラグ
１２ 中心電極
１６ 接地電極
１６ａ 放電面
１６ｂ 反放電面
１６ｃ 溶接部
１７ 火花放電ギャップ
２４ 碍子脚長部
３０ 主体金具
３１ 雄ねじ部
３７ 端面
Ａ 主体金具の端面の外径
Ｂ 主体金具の端面の内径
Ｍ 主体金具の雄ねじ部の呼び径
Ｌ 接地電極の幅
ｔ 接地電極の厚さ
Claims (3)
- 開口した端面を有しており、内燃機関側の雌ねじ部にねじ込むための雄ねじ部が外周面に形成された筒状の主体金具と、この主体金具の内側に収容された軸孔を有する絶縁碍子と、この絶縁碍子の軸孔に挿入されており、その先端を前記絶縁碍子から前記主体金具の端面側に露出させた中心電極と、一端が前記主体金具の端面に結合されており、他端側が前記中心電極の先端面と対向するように配置された接地電極とからなる内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、これと反対側に位置する前記中心電極の先端面と対向する面を含む側面よりも幅が縮小する形状を有しており、かつ、
前記雄ねじ部の呼び径をＭ、ねじピッチをＰとし、前記主体金具の端面の外形をＡ、内径をＢとし、前記接地電極の放電面の幅をＬ、最大厚さをｔとしたときに、
（Ｍ−１．７Ｐ）≦Ａ＜（Ｍ−１．５Ｐ）、（Ａ−Ｂ）／３＜ｔ≦（Ａ−Ｂ）／２、２〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ｝2 〕1/2 ＜Ｌ＜３〔（Ａ／２）2 −｛（Ｂ／２）＋ｔ｝2 〕1/2 の関係を満たすことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。 - 前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、外方を向いた角部を少なくとも１個以上有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。
- 前記接地電極の軸直交断面は、前記主体金具の端面の外周に面する側において、外方に膨らんだ曲面を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用スパークプラグ。
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