以下、本発明を具体化したスパークプラ� ��の一実施形態について、図面を参照して説� ��する。まず、図1,図2を参照して、一例とし� ��のスパークプラグ100の構造について説明す� ��。図1は、スパークプラグ100の部分断面図で あり、図2は、スパークプラグ100の中心電極20 の先端部22付近の部分拡大図である。なお、� ��1において、スパークプラグ100の軸線O方向� �図面における上下方向とし、下側をスパー� �プラグ100の先端側、上側を後端側として説� �する。

 図1に示すように、スパークプラグ100は、 絶縁碍子10と、この絶縁碍子10を保持する主� �金具50と、絶縁碍子10内に軸線O方向に保持さ れた中心電極20と、主体金具50の先端面57に基 部32を溶接され、先端部31の一側面が中心電� �20の先端部22に対向する接地電極30と、絶縁� �子10の後端部に設けられた端子金具40とを備� ��ている。

 まず、絶縁碍子10について説明する。絶� �碍子10は周知のようにアルミナ等を焼成して 形成され、軸中心に軸線O方向へ延びる軸孔12 が形成された筒形状を有する。軸線O方向の� �中央には外径が最も大きな鍔部19が形成され ており、それより後端側(図1における上側)に は後端側胴部18が形成されている。鍔部19よ� �先端側(図1における下側)には、後端側胴部18 よりも外径の小さな先端側胴部17が形成され� ��さらにその先端側胴部17よりも先端側に、� �端側胴部17よりも外径の小さな脚長部13が形� ��されている。脚長部13は先端側ほど縮径さ� �、スパークプラグ100が内燃機関のエンジン� �ッド200に取り付けられた際には、その燃焼� �に曝される。そして、脚長部13と先端側胴部 17との間は段部15として形成されている。

 次に、中心電極20について説明する。図2� ��示すように、中心電極20は、インコネル(商� ��名)600または601等のニッケルまたはニッケル を主成分とする合金から形成された電極母材 21の内部に、電極母材21よりも熱伝導性に優� �る銅または銅を主成分とする合金からなる� �材25を埋設した構造を有する棒状の電極であ る。通常、中心電極20は、有底筒状に形成さ� ��た電極母材21の内部に芯材25を詰め、底側か ら押出成形を行って引き延ばすことで作製さ れるものである。芯材25は、胴部分において� ��略一定の外径をなすものの、先端側におい� ��は先細り形状に形成される。

 また、中心電極20の先端部22は絶縁碍子10� ��先端部11よりも突出されており、先端側に� �かって径小となるように形成されている。� �して、先端部22の先端面には、耐火花消耗性 を向上するため、貴金属からなる電極チップ 90が接合されている。両者の接合は、電極チ� ��プ90と中心電極20の先端部22との合わせ面を� ��って外周を一周するレーザ溶接によって行� ��れている。そして、レーザの照射により両� ��料が溶けて混ざり合うことによって、電極� ��ップ90と中心電極20とが強固に接合されてい る。

 また、中心電極20は軸孔12内を後端側に向 けて延設され、シール体4およびセラミック� �抗3(図1参照)を経由して、後方(図1における� �方)の端子金具40に電気的に接続されている� �そして、端子金具40には高圧ケーブル(図示� �)がプラグキャップ(図示外)を介して接続さ� �、高電圧が印加されるようになっている。� �こで、中心電極20を絶縁碍子10の軸孔12内に� �持してなるものを組立体60(図2,図3参照)とす� ��。

 次に、接地電極30について説明する。接� �電極30は耐腐食性の高い金属から構成され、 一例として、インコネル(商標名)600または601� ��のニッケル合金が用いられる。この接地電� ��30は、自身の長手方向の横断面が略長方形� �有しており、基部32が主体金具50の先端面57� �溶接により接合されている。また、接地電� �30の先端部31は、一側面側が中心電極20の先� �部22に対向するように屈曲されている。

 次に、主体金具50について説明する。図1� ��示す主体金具50は、内燃機関のエンジンヘ� �ド200にスパークプラグ100を固定するための� �筒状の金具である。そして、絶縁碍子10を、 その後端側胴部18の一部から脚長部13にかけ� �の部位を取り囲むようにして内部に保持し� �いる。主体金具50は低炭素鋼材より形成され 、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する 工具係合部51と、内燃機関の上部に設けられ� ��エンジンヘッド200の取付ねじ孔201に螺合す� ��ねじ山が形成された取付ねじ部52とを備え� �いる。

 また、主体金具50の工具係合部51と取付ね じ部52との間には、鍔状のシール部54が形成� �れている。そして、取付ねじ部52とシール部 54との間のねじ首59には、板体を折り曲げて� �成した環状のガスケット5が嵌挿されている� ��ガスケット5は、スパークプラグ100をエンジ ンヘッド200に取り付けた際に、シール部54の� ��面55と取付ねじ孔201の開口周縁部205との間� �押し潰されて変形し、両者間を封止するこ� �で、取付ねじ孔201を介したエンジン内の気� �漏れを防止するためのものである。

 そして、主体金具50の工具係合部51より後 端側には薄肉の加締部53が設けられ、シール� ��54と工具係合部51との間には、加締部53と同� ��に薄肉の座屈部58が設けられている。そし� �、工具係合部51から加締部53にかけての主体� ��具50の内周面と絶縁碍子10の後端側胴部18の� ��周面との間には、円環状のリング部材6,7が� ��在されており、さらに両リング部材6,7間に� ��ルク(滑石)9の粉末が充填されている。加締� ��53を内側に折り曲げるようにして加締める� �とにより、リング部材6,7およびタルク9を介� ��、絶縁碍子10が主体金具50内で先端側に向け 押圧される。

 これにより、主体金具50の内周で取付ね� �部52の位置に形成された段部56に、環状の板� ��ッキン8を介し、絶縁碍子10の段部15が支持� �れて、主体金具50と絶縁碍子10とが一体にさ� ��る。このとき、主体金具50と絶縁碍子10との 間の気密性は、板パッキン8によって保持さ� �、燃焼ガスの流出が防止される。また、座� �部58は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い 外向きに撓み変形するように構成されており 、タルク9の軸線O方向への圧縮長を長くして� ��体金具50内の気密性を高めている。

 上記構造からなるスパークプラグ100では� ��絶縁碍子10の先端側の表面にカーボンが付� �して燻った状態になると、絶縁抵抗値が低� �し、さらにイグニッションコイルの発生電� �が低下する。そしてその発生電圧がスパー� �プラグの要求電圧(火花ギャップ間で火花放� ��する電圧)より低くなると火花放電できなく なるため、失火を起こす原因となる。このよ うな失火を防止するためには、絶縁碍子10の� ��端温度を約450℃まで上昇させる。これによ� ��、絶縁碍子10に付着したカーボンを焼き切� �ことができるので、失火を防止することが� �きる。このような現象を「自己清浄」と呼� �。

 このような自己清浄を速やかに行うこと� ��よって、燻った状態から正常な着火性能が� ��られる状態にまで速やかに回復させること� ��できる。そして、自己清浄を速やかに行う� ��めには、絶縁碍子10の先端温度を速やかに� �昇させることが必要である。そこで、本実� �形態では、絶縁碍子10の先端側の昇温性能を 向上させるために、絶縁碍子10の先端側の突� ��量(後述するH)、絶縁碍子10の先端側の体積(� ��述するVi)、中心電極の先端側の体積(後述す るVc)についてそれぞれ規定した。

 次に、スパークプラグ100で規定されるパラ� ��ータについて、図2,図3を参照して説明する� ��図3は、絶縁碍子10の先端側体積Viの位置と� �中心電極20の先端側体積Vcの位置とを示す図� ��ある。図2,図3に示すように、まず、主体金� ��50の先端面57から軸線O方向先端側に向かっ� �突き出た絶縁碍子10の突出量(長さ)をH(mm)と� �る。次いで、絶縁碍子10の先端から軸線O方� �後端側へ1.5mm離れた位置を通り、軸線Oと直� �する平面P(2点鎖線P-Pでその断面を示す。)を� ��定する。この平面Pで組立体60を切断する。� ��の時の平面Pで切断した絶縁碍子10の先端側� ��体積をVi(mm ³ )とする。さらにその平面Pで切断した中心電� ��20の先端側の体積をVc(mm ³ )とする。

 そして、これらパラメータについては、以� ��の数値範囲で規定される。なお、以下に規� ��する数値範囲は、後述する各種試験の結果� ��ら導き出されたものである。
 ・H≧1.8mm
 ・4.02mm ³ <Vi≦12.51mm ³
 ・2.10mm ³ ≦Vc≦6.42mm ³
 ・Vc/Vi≦1.03
さらに好ましくは、以下の数値範囲で規定さ れる。
 ・H≧1.8mm
 ・4.22mm ³ ≦Vi≦8.77mm ³
 ・2.10mm ³ ≦Vc≦5.36mm ³
 ・Vc/Vi≦0.84

 このような数値範囲で各パラメータを規� ��することで、絶縁碍子10の先端側の昇温性� �を向上させることができる。例えば、絶縁� �子の突出量Hは、小さければ小さいほど燃焼� ��に曝される部分が少なくなるため、絶縁碍� ��10の先端温度は十分に上昇しない。この場� �、絶縁碍子10に付着したカーボンを速やかに 焼き切ることができない。よって、正規放電 しないことに起因する異常燃焼の発生率が高 くなる。そこで、本実施形態では、Hを1.8mm以 上と規定した。これにより、絶縁碍子10の先� ��側が燃焼室に十分に曝されるので、絶縁碍� ��10の先端温度が上昇し易くなる。従って、� �縁碍子10の昇温性能を向上できる。

 また、絶縁碍子10の先端側体積Viは、小さけ れば小さいほど先端温度は上昇し易くなり、 絶縁碍子10に付着したカーボンを速やかに焼� ��切ることができる。ところが、Viを小さく� �過ぎると、発火部周りで絶縁碍子の温度が� �昇することから、絶縁碍子が貫通破壊する� �がある。その反対に、先端側体積Viを大きく すれば、先端温度は上昇し難くなる。そこで 、本実施形態では、4.02mm ³ <Vi≦12.51mm ³ (好ましくは、8.77mm ³ )と規定した。これにより、絶縁碍子10の昇温 性能を維持できると共に、絶縁碍子10が貫通� ��壊する不具合を防止できる。

 また、中心電極20の先端側体積Vcを小さくし 過ぎると、中心電極20の先端部22に溶接され� �電極チップ90の耐久性が急激に低下する。そ こで、本実施形態では、2.10mm ³ ≦Vc≦6.42mm ³ (好ましくは5.36mm ³ )と規定した。これにより、絶縁碍子10の昇温 性能を維持できると共に、電極チップ90の耐� ��性を保持できる。即ち、電極チップ90の消� �を防止できる。

 上記のような昇温性能を高めた絶縁碍子� ��び中心電極を、取付ねじ部のねじ山の外径� ��呼び径でM10以下の細径のスパークプラグに� ��いれば、主体金具50の内周と絶縁碍子10の外 周との間のクリアランスが狭くても、絶縁碍 子10に付着したカーボンを速やかに焼き切る� ��とができる。よって、中心電極20から絶縁� �子10を介して主体金具50へ飛火する横飛火の� ��生を防止できるので、混合気への正常な着� ��を安定して確保できる。

 次に、本発明で規定した各パラメータの� ��値範囲を実証するための3つの評価試験につ いて説明する。実施例1では、カーボン汚損� �回復性試験について説明する。実施例2では� ��絶縁碍子の耐電圧試験について説明する。� ��施例3では、中心電極の電極チップの耐久性 試験について説明する。なお、以下の説明で は、絶縁碍子の突出量を「H」とし、絶縁碍� �の先端側体積を「Vi」とし、中心電極の先端 側体積を「Vc」と略して説明する。

 [実施例1]
 実施例1では、H、Vi、Vcがカーボン汚損の回� ��性に与える影響について調べた。まず、本� ��験では、絶縁碍子のHが異なる4つの試験区� �設けた。試験区1をH=0.8mm、試験区2をH=1.8mm、� ��験区3をH=2.8mm、試験区4をH=3.8mmに設定した。 そして、各試験区で設定されたHを満たすと� �に、Vi及びVcをそれぞれ適宜変更させた複数� ��のスパークプラグを各試験区毎に用意した� ��

 次に、試験条件について説明する。まず� ��JIS D1606の燻り汚損試験に基づき、スパーク プラグを燻らせ、絶縁抵抗値が100ωのスパー� ��プラグを用意した。そして、絶縁抵抗値が� ��整されたスパークプラグをベンチ上のエン� ��ンに取り付け、回転数=3000rpm、吸入圧力=-30M Paの条件下で2分間保持した。その後、エンジ ンをアイドリング状態にし、横飛火の発生率 を30秒間測定した。なお、本試験に使用した� ��ンジンは2L、4気筒エンジンである。このよ� ��な試験条件の下で、各試験区毎に上述した� ��パークプラグの各サンプルについて評価を� ��った。なお、評価は横飛火の発生率に基づ� ��て3段階で行い、発生無しを「○」、5%未満� ��「△」、5%以上を「×」と判定した。

 試験区1の結果について、図4を参照して説� �する。図4は、実施例1の試験区1の結果を示� �表である。試験区1では、H=0.8mmで、Viを3.91~13 .63(mm ³ )の範囲内、Vcを2.10~6.98(mm ³ )の範囲内で適宜変更させた19本のサンプル(� �ンプルNo.1-1~1-19)の評価を行った。表に示す� �うに、19本のサンプルの評価は全て「×」で� ��った。

 試験区2の結果について、図5を参照して説� �する。図5は、実施例1の試験区2の結果を示� �表である。試験区2では、H=1.8mmで、Viを1.74~16 .51(mm ³ )の範囲内、Vcを2.10~8.17(mm ³ )の範囲内で適宜変更させた22本のサンプルの 評価(サンプルNo.2-1~2-22)を行った。なお、試� �区2の結果を示す表では、評価が異なるサン� ��ル同士を比較検討し易くするために、上か� ��順に、評価が「×」であったサンプル、評� �が「△」であったサンプル、評価が「○」� �あったサンプルの順に並べている。

 表に示すように、22本のサンプルの内、評� �が「△」であったサンプルは8本、評価が「� ��」であったサンプルは6本であった。「○」 又は「△」に相当するサンプルの各パラメー タの範囲は、Viが4.02~12.51(mm ³ )の範囲内、Vcが2.10~6.42(mm ³ )の範囲内、Vc/Viが0.28~1.03(mm ³ )の範囲内であった。「○」のみに相当する� �ンプルの各パラメータの範囲は、Viが4.02~8.77 (mm ³ )の範囲内、Vcが2.10~5.36(mm ³ )の範囲内、Vc/Viが0.40~0.84(mm ³ )の範囲内であった。

 試験区3の結果について、図6を参照して説� �する。図6は、実施例1の試験区3の結果を示� �表である。試験区3では、H=2.8mmで、Viを4.02~13 .63(mm ³ )の範囲内、Vcを2.10~.6.98(mm ³ )の範囲内で適宜変更させた13本のサンプル(� �ンプルNo.3-1~3-13)の評価を行った。なお、試� �区3の結果を示す表についても、評価が異な� ��サンプル同士を比較検討し易くするために� ��上から順に、評価が「×」であったサンプ� �、評価が「△」であったサンプル、評価が� �○」であったサンプルの順に並べている。

 表に示すように、13本のサンプルの内、評� �が「△」であったサンプルは6本、評価が「� ��」であったサンプルは4本であった。「○」 又は「△」に相当するサンプルの各パラメー タの範囲は、Viが4.02~12.51(mm ³ )の範囲内、Vcが2.10~6.42(mm ³ )の範囲内、Vc/Viが0.28~1.03(mm ³ )の範囲内であった。「○」のみに相当する� �ンプルの各パラメータの範囲は、Viが4.02~8.77 (mm ³ )の範囲内、Vcが2.10~5.36(mm ³ )の範囲内、Vc/Viが0.40~0.84(mm ³ )の範囲内であった。

 試験区4の結果について、図7を参照して説� �する。図7は、実施例1の試験区4の結果を示� �表である。試験区4では、H=3.8mmで、Viを4.02~13 .63(mm ³ )の範囲内、Vcを2.10~.6.98(mm ³ )の範囲内で適宜変更させた13本のサンプル(� �ンプルNo.4-1~4-13)の評価を行った。なお、試� �区4の結果を示す表についても、評価が異な� ��サンプル同士を比較検討し易くするために� ��上から順に、評価が「×」であったサンプ� �、評価が「△」であったサンプル、評価が� �○」であったサンプルの順に並べている。

 表に示すように、13本のサンプルの内、評� �が「△」であったサンプルは6本、評価が「� ��」であったサンプルは4本であった。「○」 又は「△」に相当するサンプルの各パラメー タの範囲は、Viが4.02~12.51(mm ³ )の範囲内、Vcが2.10~6.42(mm ³ )の範囲内、Vc/Viが0.28~1.03(mm ³ )の範囲内であった。「○」のみに相当する� �ンプルの各パラメータの範囲は、Viが4.02~8.77 (mm ³ )の範囲内、Vcが2.10~5.36(mm ³ )の範囲内、Vc/Viが0.40~0.84(mm ³ )の範囲内であった。

 次に、実施例1の結果についてまとめる。実 施例1の試験区1~4の各結果において、「○」� �△」の範囲を考慮すると、H、Vi、Vc、Vc/Viに� ��いては、以下の数値範囲で規定される。
 ・H≧1.8mm
 ・4.02mm ³ ≦Vi≦12.51mm ³
 ・2.10≦Vc≦6.42mm ³
 ・Vc/Vi≦1.03
なお、「○」の範囲のみを考慮した場合は、 以下の数値範囲で規定される。
 ・H≧1.8mm
 ・4.02mm ³ ≦Vi≦8.77mm ³
 ・2.10≦Vc≦5.36mm ³
 ・Vc/Vi≦0.84

 [実施例2]
 実施例2では、実施例1で規定された数値範� �において、絶縁碍子の耐電圧試験を行った� �まず、実施例1で汚損時の回復性が良好であ� ��たH及びViの各範囲を満たすスパークプラグ� ��サンプルとして作製した。具体的には、Hに ついて1.8,2.8,3.8の3種類を設定し、さらにViを2 .47~12.51(mm ³ )の範囲内で適宜変更させることで、23本のサ ンプルを作製した。なお、火花放電間隙は、 電極消耗を考慮して1.3mmに調整した。

 次に、試験条件について説明する。エン� ��ンは660cc、3気筒、ターボチャージャーエン� ��ンを使用した。試験パターンは、アイドリ� ��グ(800rpm)1分、全開3分からなるパターンであ って、10時間それを繰り返した。そして、そ� ��10時間後の各サンプルについて、汚損の回� �性を評価すると共に、絶縁碍子の耐電圧性� �評価した。なお、汚損の回復性については� �○」「△」「×」で評価した。絶縁碍子の耐 電圧性については、絶縁碍子に貫通破壊が発 生した場合を「×」、貫通が発生しなかった� ��合を「○」と評価した。

 次に、耐電圧試験の結果について、図8を参 照して説明する。図8は、実施例2の結果を示� ��表である。汚損回復性については、Hに関わ らず、Viが12.51(mm ³ )である3本のサンプル(サンプルNo21,22,23)につ� ��ては何れも「△」であったが、それ以外は� ��て「○」であり、「×」は無かった。一方� �絶縁碍子の貫通破壊の有無については、Hに� ��わらず、Viが2.47~4.02(mm ³ )の範囲内にあるサンプルは全て「×」であっ たが、Viが4.22~12.51(mm ³ )の範囲内にあるサンプルは全て「○」であ� �た。

 次に、実施例2の結果についてまとめる。実 施例2の結果を、実施例1で規定された数値範� ��に反映させた場合、Vi=4.02(mm ³ )のサンプルで絶縁碍子に貫通破壊が発生し� �ため、Viは少なくとも4.02を超えていなけれ� �ならない。従って、実施例1で規定されたVi� �数値範囲は、以下のようにさらに規定され� �。
 ・4.02mm ³ <Vi≦12.51(好ましくは8.77)mm ³

 [実施例3]
 実施例3では、Vcが中心電極の先端部に溶接� ��れた電極チップの耐久性に与える影響につ� ��て調べた。電極チップの耐久試験では、ス� ��ークプラグをエンジンに取り付けた状態で� ��100時間の耐久試験後の電極チップの残存率� ��算出した。ここで、「残存率」とは、電極� ��ップの溶融部を含まない部分の残存率をい� ��、以下の式で算出した。
 ・残存率=耐久試験後の電極チップの体積/� �久試験前の電極チップの体積
なお、「電極チップの体積」とは、電極チッ プの溶融部を含まない部分の体積をいう。

 次に、試験条件について説明する。エン� ��ンは2L、4気筒のエンジンを使用した。そし� ��、WOT(5000rpm)で100時間連続で耐久試験を行い� ��耐久試験後の電極チップの残存率を算出し� ��。電極チップは、イリジウム(Ir)合金製と、 プラチナ(Pt)合金製との2種類について検討し� ��。そして、これらの電極チップが溶接され� ��中心電極のVcを0.64~8.17の範囲内で適宜変更� �せ、イリジウム合金製の電極チップを供え� �スパークプラグ12本と、プラチナ合金製の電 極チップを供えたスパークプラグ12本とをサ� ��プルとして用意した。

 次に、耐久試験の結果について、図9,図10を 参照して説明する。図9は、実施例3の結果を� ��す表であり、図10は、実施例3の結果を示す� ��ラフである。まず、イリジウム合金製の電� ��チップから検討する。Vcが0.64mm ³ ~1.52mm ³ にかけて、残存率は22%から49%まで緩やかに上 昇した。そして、Vcが1.52mm ³ を超えると急激に上昇し、Vcが1.79mm ³ で残存率は90%にまで一気に上昇した。その後 、残存率は98%に推移した。一方、プラチナ合 金製の電極チップについても同様の結果が得 られた。即ち、Vcが0.64mm ³ ~1.52mm ³ にかけては、残存率は56%から70%まで緩やかに 上昇した。そして、Vcが1.52mm ³ を超えると急激に上昇し、Vcが1.79mm ³ で残存率は85%にまで一気に上昇した。その後 、残存率は93%に推移した。

 次に、実施例3の結果についてまとめる。イ リジウム合金製及びプラチナ合金製の何れの 電極チップを用いた場合でも、Vcが1.79mm ³ 以上で電極チップの残存率が急激に高くなっ た。従って、Vcが1.79mm ³ 以上であれば、電極チップの耐久性が保持さ れるので、実施例1で規定されたVcの数値範囲 の下限値(Vc=2.10mm ³ )は、この条件を満たしていることが実証さ� �た。

 以上の実施例1~3の結果を踏まえると、H、Vi� ��Vc、Vc/Viは、以下の数値範囲で規定されるこ とが実証された。
 ・H≧1.8mm
 ・4.02mm ³ <Vi≦12.51(好ましくは8.77)mm ³
 ・2.10mm ³ ≦Vc≦6.42(好ましくは5.36)mm ³
 ・Vc/Vi≦1.03(好ましくは0.84)
 なお、Vc/Viの下限値は、Vcの下限値及びViの� ��限値で自動的に決まる値である。 

 以上説明したように、本実施形態のスパー� ��プラグ100では、絶縁碍子10の先端側の昇温� �能を向上するために、絶縁碍子10の突出量H(m m)、絶縁碍子10の先端側体積Vi(mm ³ )、中心電極20の先端側体積Vc(mm ³ )を各々規定した。これにより、絶縁碍子10の 耐電圧性および中心電極20の耐久性を保持し� ��つ、カーボン汚損の回復性を向上できる。� ��して、カーボン汚損の回復性が向上するこ� ��から、中心電極20から絶縁碍子10を介して主 体金具50へ飛火する横飛火の発生を抑制でき� ��ので、混合気への正常な着火を安定して確� ��できる。

 なお、本発明は各種の変形が可能なこと� ��いうまでもない。例えば、中心電極20を構� �する電極母材21や芯材25の材質は、それぞれ� ��ニッケルまたはニッケルを主成分とする合� ��、および銅または銅を主成分とする合金か� ��なるとしたが、それぞれ、耐火花消耗性に� ��れた金属(Fe合金など)、および電極母材21よ� ��も熱伝導性に優れた金属(Ag合金など)の組み 合わせとなれば、その他の金属を用いてもよ い。

 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参� ��して説明したが、本発明の精神と範囲を逸� ��することなく様々な変更や修正を加えるこ� ��ができることは当業者にとって明らかであ� ��。

 本出願は、2008年3月21日出願の日本特許出 願(特願2008-72731)、に基づくものであり、その 内容はここに参照として取り込まれる。