JP5291659B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等に使用される点火プラグに関する。

内燃機関等の燃焼装置に使用される点火プラグは、例えば、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に挿通される中心電極と、軸孔の後端側に挿通される端子電極と、絶縁体の外側に組付けられる円筒状の主体金具と、主体金具の先端部に配設される接地電極とを備える。また、中心電極と接地電極と間には火花放電間隙が形成され、当該火花放電間隙にて火花放電を生じさせることで、混合気への着火が行われる。

ところで、絶縁体を挟んで対向する中心電極及び主体金具は、いわばコンデンサのように電荷を蓄えることが可能な構成となっている。そのため、火花放電のために印加される電圧により、中心電極及び主体金具間には電荷が充電されることとなってしまう。この電荷は、火花放電に際して両電極間に流れ込む（つまり、容量放電が生じる）こととなるが、容量放電により両電極間を流れる電流（容量放電電流）が大きいと、電極が急速に消耗してしまったり、大きなノイズが生じてしまったりする。そこで、電極の消耗やノイズの抑制を図るために、中心電極と端子電極との間に抵抗体を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。抵抗体を設けることで、中心電極及び主体金具間に蓄えられた電荷が、火花放電により両電極間に一気に流れ込んでしまうことを防止でき、容量放電電流の低減を図ることができる。

また近年では、燃焼装置の高出力化や低燃費化の要求に応えるべく、燃焼の広がりが速く、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対してもより確実に着火可能な点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが提案されている（例えば、特許文献２等参照）。プラズマジェット点火プラグは、一般に軸孔の先端側内周面と中心電極の先端面とで形成された円柱状の空間（キャビティ部）を有するものであり、プラズマジェット点火プラグにおいては、次のようにして混合気への着火が行われる。すなわち、中心電極と接地電極との間に電圧を印加して、両者の間で火花放電を生じさせて両者の間を絶縁破壊する。その上で、両者の間に電気エネルギーを供給することで放電状態を遷移させてプラズマを発生させる。このプラズマがキャビティ部から噴出することで、混合気への着火が行われる。

ところで、プラズマジェット点火プラグは、火花放電の後に電気エネルギーを供給するため、上述のように抵抗体を設けた場合には、当該抵抗体によって電気エネルギーの損失が生じてしまう。そのため、プラズマを発生させることができない等、所期の機能を発揮することができないおそれがある。

そこで、所期の機能を発揮させつつ、電極消耗やノイズの抑制を図るべく、中心電極と主体金具との間に、浮遊容量低減手段を設ける手法が提案されている（例えば、特許文献３等参照）。具体的には、浮遊容量低減手段として低誘電率層を設けることで、中心電極と主体金具との間を、いわば多重円筒状のコンデンサとして構成し、中心電極と主体金具との間に蓄えられる電荷の低減を図るものである。尚、低誘電率層としては、タルク等に空気を導入した比誘電率の比較的低い多孔体が提案されており、また、コンデンサとしての機能を発揮させるべく、低誘電率層は、絶縁性を有すること〔つまり極めて高い抵抗値（数百メガΩ）を有すること〕が要求されている。

特開２００９−２４５７１６号公報 特開２００６−２９４２５７号公報 特開２００９−２８３３８０号公報

しかしながら、上記特許文献３の手法を採用した場合、中心電極及び主体金具間に充電される電荷を比較的小さくできたとしても、両電極間に対して一気に電流が流れ込んでしまうことに変わりはない。そのため、容量放電電流は依然として大きく、電極消耗やノイの抑制効果に乏しい。

また、中心電極及び主体金具間に充電される電荷を調節するためには、低誘電率層の比誘電率を細かく調節することが必要となってしまう。そのため、生産性の低下を招いてしまうおそれがある。

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、容量放電電流を低減することで、電極消耗やノイズを効果的に抑制することができ、プラズマジェット点火プラグ等のように、中心電極と端子電極との間に抵抗体を設けることが難しいプラグに対しても適用可能な点火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．本構成の点火プラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記軸孔に挿通された棒状の電極と、
前記主体金具の先端部に配置され、前記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た点火プラグであって、
前記軸線に沿って、前記主体金具の先端から、前記主体金具の後端より後端側に５ｍｍまでの範囲の少なくとも一部において、
前記絶縁体の内周面と前記電極の外周面との間に筒状の抵抗体を設け、
前記主体金具の先端から前記主体金具の後端までの範囲内における前記抵抗体の前記軸線に沿った長さを、前記主体金具の前記軸線に沿った長さの３６％以上としたことを特徴とする。

上記構成１によれば、軸線に沿って、主体金具の先端から、主体金具の後端より後端側に５ｍｍまでの範囲、換言すれば、電極と主体金具との間において電荷が蓄えられ得る範囲の少なくとも一部において、絶縁体と電極との間に筒状の抵抗体が設けられている。従って、前記抵抗体によって、蓄えられた電荷が電極及び接地電極間に対して一気に流れ込んでしまうことをより確実に防止でき、ひいては容量放電電流を低減することができる。特に、上記構成１によれば、主体金具の先端から主体金具の後端までの範囲内における抵抗体の軸線に沿った長さが、主体金具の軸線に沿った長さの３６％以上と十分に大きなものとされている。そのため、容量放電電流を効果的に低減することができ、電極の消耗やノイズを極めて効果的に抑制することができる。

また、上記構成１によれば、上記特許文献３の技術を採用した場合に必要となる細かな調節作業は不要であり、一般的に用いられる抵抗体を電極の周囲に配置しさえすればよい。そのため、生産性の低下をより確実に防止することができる。

さらに、電極の周囲に抵抗体が配置されているため、中心電極及び接地電極間に電気エネルギーを投入した場合であっても、その電気エネルギーが抵抗体によって失われてしまうといった事態は生じない。従って、上述したプラズマジェット点火プラグや、高周波電流を投入してプラズマを発生させる高周波用点火プラグ、混合気の燃焼後に中心電極及び接地電極間に電圧を印加してイオン電流を発生させるとともに、そのイオン電流を検出して燃焼状態等を検知するイオン電流検知プラグ（例えば、特開２００３−２８６９３３号公報等）等、火花放電の後に電気エネルギーを投入する点火プラグにおいて、上記構成１は好適である。また、上記構成１の技術思想を、火花放電により混合気へと着火する一般的なスパークプラグに適用することも可能である。

構成２．本構成の点火プラグは、上記構成１において、前記軸孔の内径と前記主体金具の内径との径差が最小となる部分に、前記抵抗体を設けたことを特徴とする。

電極と主体金具との間隔が小さい部分ほど、より多くの電荷が充電されることとなる。この点を鑑みて、上記構成２によれば、軸孔の内径と主体金具との径差が最小となる部分、つまり、多くの電荷が充電される部分に対応して抵抗体が設けられている。従って、容量放電電流を一層低減させることができ、ひいては電極消耗やノイズをより効果的に抑制することができる。

構成３．本構成の点火プラグは、上記構成１又は２において、前記抵抗体の体積抵抗率を１０ミリΩｍ以上としたことを特徴とする。

上記構成３によれば、抵抗体の体積抵抗率が１０ミリΩｍ以上とされているため、容量放電電流をより確実に低減させることができる。その結果、電極消耗やノイズをより一層確実に抑制することができる。

構成４．本構成の点火プラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記抵抗体の体積抵抗率を１０キロΩｍ以下としたことを特徴とする。

抵抗体の体積抵抗率を増大させるほど、容量放電電流を低減させることができるが、容量放電は、電極消耗等の原因となる一方で、着火性の向上に寄与するという面を有する。従って、容量放電電流を過度に小さくしてしまうと、着火性の低下を招いてしまうおそれがある。

この点、上記構成４によれば、抵抗体の体積抵抗率が１０キロΩｍ以下とされている。そのため、容量放電電流が過度に小さくなってしまうことをより確実に防止でき、その結果、着火性の低下をより確実に防止することができる。

構成５．本構成の点火プラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記軸線と直交する方向に沿った前記抵抗体の厚さを０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下としたことを特徴とする。

上記構成５によれば、抵抗体の厚さが０．１ｍｍ以上とされているため、容量放電電流をより一層確実に低減させることができ、電極消耗やノイズの抑制効果をさらに向上させることができる。

一方で、抵抗体の厚さをより増大させるにあたっては、絶縁体の厚さをより小さくせざるを得ないが、絶縁体の厚さを過度に小さくしてしまうと、電極と主体金具との間に蓄えられる電荷が過度に増大してしまう。この点、上記構成５によれば、抵抗体の厚さが２．５ｍｍ以下とされているため、絶縁体の厚さを比較的小さくすることができ、電極と主体金具との間に充電される電荷をより確実に低減させることができる。その結果、電極消耗等を一層効果的に抑制することができる。

（ａ）は、スパークプラグの正面図であり、（ｂ）は、スパークプラグの断面図である。 スパークプラグの内部構成を示す部分拡大断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、サンプルの構成を示す断面図であり、（ｄ）は、サンプルＡ，Ｃの構成を示す断面図である。 抵抗体割合とギャップ増加量との関係を示すグラフである。 抵抗体の体積抵抗率を種々変更したサンプルにおける、机上火花試験の試験結果を示すグラフである。 抵抗体の厚さを種々変更したサンプルにおける、机上火花試験の試験結果を示すグラフである。 別の実施形態における点火プラグの構成を示す断面図である。 別の実施形態における点火プラグの構成を示す断面図である。 別の実施形態における点火プラグの構成を示す断面図である。

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（ａ）は、点火プラグとしてのスパークプラグ１の正面図であり、図１（ｂ）は、スパークプラグ１の断面図である。尚、図１（ａ），（ｂ）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、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。また、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に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４には電極８が挿入、固定されている。電極８は、端子電極６と、ガラスシール層７と、中心電極５とが直列的に接続されて構成されている。

端子電極６は、絶縁碍子２の後端から突出した状態で、軸孔４の後端側に挿通されており、低炭素鋼等の導電性金属により形成されている。

ガラスシール層７は、導電性を有し、端子電極６の先端部と中心電極５の後端部とを電気的に接続するとともに、端子電極６等を絶縁碍子２に対して固定している。

中心電極５は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金により形成されており、軸孔４の先端側に挿通される大径部５Ａと、当該大径部５Ａの後端側に形成され、径方向外側に膨出する鍔部５Ｂと、当該鍔部５Ｂから軸線ＣＬ１に沿って後端側に延び、大径部５Ａ及び鍔部５Ｂよりも小径の小径部５Ｃとを備えている。中心電極５のうち、大径部５Ａの先端部を除いた部位は、絶縁碍子２の内部に収容されている。さらに、前記鍔部５Ｂは、軸孔４の先端側に形成されたテーパ部４Ａに対して係止されている。

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を内燃機関や燃料電池改質器等の燃焼装置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の後端側の外周面には座部１６が形成され、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、スパークプラグ１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が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

また、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固定されている。尚、前記両段部１４，２１の間には、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間にはタルク（滑石）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及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部２６には、自身の略中間が曲げ返されて、その先端部側面が中心電極５の先端面と対向する接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、Ｎｉ合金により形成されており、その先端部と中心電極５の先端部との間には火花放電間隙３３が形成されている。当該火花放電間隙３３において、前記軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。尚、火花放電間隙３３の軸線ＣＬ１に沿った大きさＧＬは、着火性や耐久性を鑑みて、所定の大きさに設定されている。

加えて、本実施形態では、主体金具３の先端から、主体金具３の後端より後端側に５ｍｍまでの範囲の少なくとも一部において、中心電極５の鍔部５Ｂ及び小径部５Ｃの外周面と絶縁碍子２の内周面との間に、筒状の抵抗体９が設けられている。当該抵抗体９は、加熱されたガラス粉末やセラミックス粒子の間に、導電性材料（例えば、カーボンブラック）が存在するものであり、所定の抵抗値を有している。具体的には、抵抗体９の体積抵抗率は、１０ミリΩｍ以上１０キロΩｍ以下とされている。尚、抵抗体９の体積抵抗率は、次のように測定することができる。すなわち、抵抗体９を取り出した上で、断面積Ｓ（ｍｍ²）、長さＬ（ｍｍ）の直方体状に成形し、その両端部に電極を取り付ける。そして、前記直方体状の抵抗体の抵抗値Ｒ（Ω）を測定し、体積抵抗率＝（Ｒ×Ｓ／Ｌ）×１０^-3の式に、断面積Ｓ、長さＬ、及び、抵抗値Ｒを代入する。これにより、抵抗体９の体積抵抗率（Ωｍ）を測定することができる。尚、抵抗体９の体積抵抗率は、抵抗体９中に占めるガラス粉末等の割合を変更することで、調節することができる。

さらに、図２に示すように、抵抗体９は、軸孔４の内径と主体金具３の内径との径差が最小となる部分（本実施形態では、軸線ＣＬ１方向において、主体金具３の内周部分のうち軸線ＣＬ１方向後端側に向けて拡径する拡径部３Ａの先端と、軸孔４のテーパ部４Ａの後端との間の部分が相当する）に設けられている。

また、主体金具３の先端から主体金具３の後端までの範囲内における抵抗体９の軸線ＣＬ１に沿った長さＸＬが、主体金具３の軸線ＣＬ１に沿った長さＳＬの３６％以上（本実施形態では、９０％以上）とされている。加えて、抵抗体９の軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った厚さ（径方向に沿った厚さ）ＴＨは、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とされている。尚、抵抗体９の径方向に沿った厚さが軸線ＣＬ１方向に沿って異なる場合において、「抵抗体９の厚さＴＨ」とあるのは、軸線ＣＬ１に沿った抵抗体９の複数箇所（例えば、抵抗体９のうち、最も先端に位置する部分、最も後端に位置する部分、両部分の中間に位置する部分など）における厚さの平均値をいう。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。

まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）に対して冷間鍛造加工等を施すことにより、貫通孔を形成するとともに、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金からなる接地電極２７が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。次いで、接地電極２７の溶接された主体金具３に、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理を施すこととしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用いて、成形用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対して研削加工を施すことで整形し、整形したものを焼成炉へ投入して焼成する。これにより、絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５、端子電極６を製造しておく。すなわち、Ｎｉ合金に鍛造加工等を施すことで中心電極５を作製する。また、低炭素鋼等の合金に鍛造加工等を施すことで端子電極６を製造する。

さらに、抵抗体９を形成するための粉末状の抵抗体組成物を調製しておく。より詳しくは、まず、導電性材料としてのカーボンブラックと、セラミックス粒子と、所定のバインダとをそれぞれ配合し、水を媒体として混合する。そして、混合して得られたスラリーを乾燥させ、これにガラス粉末を混合攪拌することで、抵抗体組成物が得られる。

次に、前記絶縁碍子２内に抵抗体９を設けつつ、絶縁碍子２に中心電極５及び端子電極６を固定する。より詳しくは、軸孔４に中心電極５を挿通し、軸孔４のテーパ部４Ａに中心電極５の鍔部５Ｂを係止する。次いで、軸孔４内であって、中心電極５（鍔部５Ｂ及び小径部５Ｃ）の外周に、前記抵抗体組成物を充填するとともに、充填した抵抗体組成物を圧縮する。抵抗体組成物の圧縮は、筒状の治具（図示せず）を用いて行われる。

その後、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製された導電性ガラス粉末を軸孔４内に充填し、充填した導電性ガラス粉末を圧縮する。そして、端子電極６を軸孔４内へと中心電極５の反対側から押圧した状態で、焼成炉内においてガラス軟化点以上の所定温度（本実施形態では、８００℃〜１０００℃）で加熱する。

加熱により、抵抗体組成物が焼結して抵抗体９になるとともに、導電性ガラス粉末が焼結してガラスシール層７となり、絶縁碍子２に中心電極５及び端子電極６が固定される。尚、焼成炉内における加熱に際して、絶縁碍子２の後端側胴部１０の表面に釉薬層を同時に焼成することとしてもよいし、事前に釉薬層を形成することとしてもよい。

その後、抵抗体９等を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが固定される。より詳しくは、主体金具３に絶縁碍子２を挿入した上で、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締め、前記加締め部２０を形成することによって固定される。

そして最後に、接地電極２７を屈曲させるとともに、中心電極５及び接地電極２７間に形成された火花放電間隙３３の大きさが調整され、上述のスパークプラグ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、軸線ＣＬ１に沿って、主体金具３の先端から、主体金具３の後端より後端側に５ｍｍまでの範囲、換言すれば、電極８と主体金具３との間において電荷が蓄えられ得る範囲の少なくとも一部において、絶縁碍子２と電極８との間に筒状の抵抗体９が設けられている。従って、前記抵抗体９によって、蓄えられた電荷が電極８及び接地電極２７間に対して一気に流れ込んでしまうことをより確実に防止でき、ひいては容量放電電流を低減することができる。特に、本実施形態によれば、抵抗体９の軸線ＣＬ１に沿った長さＸＬが、主体金具３の軸線ＣＬ１に沿った長さＳＬの３６％以上と十分に大きなものとされている。そのため、容量放電電流を効果的に低減することができ、電極の消耗やノイズを極めて効果的に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、一般的に用いられる抵抗体を電極８の周囲に配置すればよいため、抵抗体９について細かな調節作業等は不要である。そのため、生産性の低下をより確実に防止することができる。

さらに、抵抗体９は、軸孔４の内径と主体金具３との径差が最小となる部分、つまり、より多くの電荷が充電される部分に対応して設けられている。従って、容量放電電流を一層低減させることができ、ひいては電極消耗やノイズをより効果的に抑制することができる。

加えて、抵抗体９の体積抵抗率が１０ミリΩｍ以上１０キロΩｍ以下とされているため、容量放電電流をより確実に低減させることができ、その一方で、着火性の低下をより確実に防止することができる。

また、抵抗体９の厚さＴＨが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とされているため、容量放電電流をより一層確実に低減させることができるとともに、電極８と主体金具３との間に充電される電荷をより確実に低減させることができる。その結果、電極消耗等を一層効果的に抑制することができる。

次いで、抵抗体の先端位置を主体金具の先端から後端側に４ｍｍの位置に固定した上で、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、抵抗体の長さＩＬを種々変更したスパークプラグのサンプル（サンプル１〜１１）と、図３（ｄ）に示すように、主体金具の先端から主体金具の後端より後端側に５ｍｍまでの範囲外において、絶縁碍子の内周面と電極の外周面との間に抵抗体を設けたスパークプラグのサンプル（サンプルＡ，Ｃ）と、抵抗体を設けなかったスパークプラグのサンプル（サンプルＢ，Ｄ）とを作製し、各サンプルについて机上火花試験を行った。机上火花試験の概要は次の通りである。すなわち、印加電圧の周波数を６０Ｈｚとした上で（つまり、１分当たり３６００回の放電が行われるようにした上で）、９０ｍＪのフルトラコイルを用いてサンプルに電圧を印加し、０．４ＭＰａの大気雰囲気下にて各サンプルを１００時間に亘って放電させた。そして、１００時間経過後に、火花放電間隙の大きさＧＬの増加量（ギャップ増加量）を測定した。尚、各サンプルともに、抵抗体の体積抵抗率を１Ωｍとし、試験開始前における火花放電間隙の大きさＧＬを１．０ｍｍとした。また、軸線ＣＬ１に沿った主体金具の長さＳＬを４２ｍｍ、又は、３４ｍｍとした。さらに、抵抗体の厚さＴＨを１．０ｍｍとした。

表１に、主体金具の長さＳＬを４２ｍｍとしたサンプルにおける、主体金具の長さＳＬに対する抵抗体の長さＩＬの割合（抵抗体割合）とギャップ増加量との関係を示す。また、表２に、主体金具の長さＳＬを３４ｍｍとしたサンプルにおける、抵抗体割合とギャップ増加量との関係を示す。さらに、図４に、長さＳＬを４２ｍｍとしたサンプル、及び、長さＳＬを３４ｍｍとしたサンプルにおける、抵抗体割合とギャップ増加量との関係を表すグラフを示す。尚、表１及び表２には、抵抗体の長さＩＬと、主体金具の後端を基準として、軸線ＣＬ１方向先端側を−方向、後端側を＋方向としたときの、抵抗体の後端の位置（抵抗体後端位置）を示す。

表１，２及び図４に示すように、サンプル１〜１１は、サンプルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと比較して、ギャップ増加量が低減し、電極の消耗が抑制されることが明らかとなった。これは、火花放電に伴って、電極と主体金具との間に蓄えられた電荷が放出され、中心電極及び接地電極間に容量放電電流が流れるところ、抵抗体を配置したことで容量放電電流を低減できたためであると考えられる。特に、抵抗体割合を３６％以上としたサンプル（サンプル２〜６，８〜１１）は、ギャップ増加量が０．１０ｍｍ以下に低減し、電極の消耗抑制効果に優れることが分かった。

また、サンプル４とサンプル５との比較、及び、サンプル９とサンプル１０との比較から、主体金具の後端よりも抵抗体を後端側に配置した場合であっても、電極の消耗抑制が図られることが分かった。これは、主体金具と電極との間において電界が軸線方向後端側へとはみ出して生じることから、主体金具の後端よりも後端側において電荷が蓄えられていたところ、主体金具の後端よりも後端側に配置された抵抗体によって、前記電荷の放出による容量放電電流が低減されたためであると考えられる。

一方で、サンプル５，６、及び、サンプル１０，１１に着目してみると、抵抗体後端位置を＋５ｍｍにしたサンプルと、抵抗体後端位置を＋５ｍｍよりも大きくしたサンプルとでは、電極の消耗抑制効果にほとんど差がないことが分かった。換言すれば、主体金具の先端から、主体金具の後端より後端側に５ｍｍまでの範囲内に抵抗体を設けることで、電極の消耗抑制を図ることができるといえる。

以上の試験結果より、電極の消耗を効果的に抑制するという観点から、主体金具の先端から、主体金具の後端より後端側に５ｍｍまでの範囲の少なくとも一部において抵抗体を設けるとともに、主体金具の先端から主体金具の後端までの範囲内における抵抗体の軸線に沿った長さを、主体金具の軸線に沿った長さの３６％以上とすることが好ましいといえる。

尚、容量放電電流を低減させることで、ノイズの発生を抑制することができる。従って、上述の構成を採用することで、電極の消耗抑制という作用効果に加えて、ノイズの抑制という作用効果も奏されるといえる。

次に、絶縁碍子の中胴部に対応する部位と主体金具との間（換言すれば、軸孔の内径と主体金具の内径との径差が最小となる部分）に抵抗体を設けたスパークプラグのサンプル（実施例サンプルＸ）と、絶縁碍子の大径部に相当する部位に抵抗体を設けたスパークプラグのサンプル（実施例サンプルＹ）とを作製し、各サンプルについて上述の机上火花試験を行った。表３に、当該試験の結果を示す。尚、各サンプルともに、主体金具の長さＳＬを４２ｍｍとし、抵抗体の長さＩＬを１５ｍｍとした。また、抵抗体の厚さＴＨを１．０ｍｍとした。さらに、抵抗体割合を３６％とし、抵抗体の体積抵抗率を１Ωｍとした。

表３に示すように、実施例サンプルＹと比較して、実施例サンプルＸは、電極の消耗抑制効果により優れることが明らかとなった。これは、軸孔の内径と主体金具の内径との径差が小さい部分ほど、蓄えられる電荷が大きくなるため、前記径差の小さい部分に対応して抵抗体を配置したことで、容量放電電流を効果的に低減できたためであると考えられる。

上記試験の結果より、電極消耗等をより効果的に抑制するという観点からは、軸孔の内径と主体金具の内径との径差が比較的小さな部分に抵抗体を設けることが好ましく、特に、軸孔の内径と主体金具の内径との径差が最小となる部分に抵抗体を設けることがより好ましいといえる。

次いで、抵抗体の体積抵抗率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上述の机上火花試験を行った。図５に、当該試験の結果を示す。

さらに、抵抗体の体積抵抗率を種々変更したスパークプラグのサンプルについて、着火性評価試験を行った。着火性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルを、排気量２０００ｃｃの４気筒ＤＯＨＣエンジンに取付けた上で、空燃比（Ａ／Ｆ）を１９として１０００回放電させた。そして、放電時の放電波形に基づいて、放電異常（失火）の発生回数を測定した。ここで、放電異常が発生しなかったサンプルは、着火性に優れるとして「○」の評価を下し、１０００回の火花放電中における放電異常の発生回数が１回以上１０回未満であったサンプルは、着火性にやや劣るとして「△」の評価を下すこととした。表４に、着火性評価試験の結果を示す。

尚、図５及び表４では、比較対象として、抵抗体を設けなかったスパークプラグのサンプルにおける机上火花試験の結果、及び、着火性評価試験の結果を併せて示す。また、各サンプルともに、主体金具の長さＳＬを４２ｍｍとし、抵抗体の長さＩＬを４０ｍｍとし、抵抗体割合を９５％とした。加えて、抵抗体の厚さＴＨを１．０ｍｍとした。

図５に示すように、抵抗体の体積抵抗率を１０ｍΩｍ以上としたサンプルは、ギャップ増加量が著しく低減し、非常に優れた電極の消耗抑制効果を有することが分かった。これは、抵抗体の体積抵抗率を十分に大きなものとしたことで、容量放電電流が非常に効果的に低減されたことによると考えられる。

一方で、表４に示すように、抵抗体の体積抵抗率を１００００（１０ｋ）Ωｍよりも大きくしたサンプルは、着火性にやや劣ることが確認された。これは、抵抗体の体積抵抗率を非常に大きなものとしたことで、容量放電電流が極端に低減されてしまい、その結果、着火に必要なエネルギーを得られない場合があったためであると考えられる。

上記両試験の結果を鑑みて、電極消耗等の抑制を図りつつ、着火性の低下を防止するために、抵抗体の体積抵抗率を１ｍΩｍ以上１０ｋΩｍ以下とすることが好ましいといえる。

次に、絶縁碍子の外形形状を一定とした上で、軸孔の内径を変更することにより、軸線と直交する方向に沿った抵抗体の厚さＴＨを種々変更したスパークプラグのサンプルを複数作製し、上述の机上火花試験を行った。図６に、当該試験の結果を示す。尚、各サンプルともに、中心電極の小径部の外径を１．０ｍｍとし、抵抗体の体積抵抗率を１ｋΩｍとした。

図６に示すように、抵抗体の厚さＴＨを０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下としたサンプルは、ギャップ増加量を効果的に低減できることが明らかとなった。これは、抵抗体の厚さＴＨを０．１ｍｍ以上としたことで、容量放電電流をより確実に低減できた一方で、抵抗体の厚さＴＨを２．５ｍｍ以下としたことで、電極と主体金具との間に蓄えられる電荷の過大を抑制できたためであると考えられる。

上記試験結果より、電極消耗等をより一層確実に抑制すべく、軸線と直交する方向に沿った抵抗体の厚さＴＨを０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下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）上記実施形態では、中心電極５の周囲に抵抗体９が配設されているが、図７に示すように、端子電極６５が軸線ＣＬ１方向先端側により延出する場合においては、端子電極６５の周囲に抵抗体９５を設けることとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、ガラスシール層７を介して中心電極５と端子電極６とが電気的に接続されているが、図８に示すように、中心電極５６の後端部を端子電極６６の先端部に圧入接合することで、両者を直接的に接続することとしてもよい。この場合には、中心電極５６の熱が端子電極６６へと直接的に伝導されるため、中心電極５６の熱引きを向上させることができ、中心電極５６の耐久性を向上させることができる。

尚、両者を接続する手法は、圧入接合に限定されるものではなく、例えば、ねじ止めや溶接により両者を接続することとしてもよい。ねじ止めや溶接により中心電極５６と端子電極６６とを接続することで、両者を安定した状態で電気的に接続することができる。

また、ガラスシール層７は、端子電極６を絶縁碍子２に固定する機能を有するため、ガラスシール層７を設けない場合には、端子電極６６を絶縁碍子２６に固定すべく、絶縁碍子２６の軸孔４６に雌ねじ部４Ｆを設けるとともに、端子電極６６に雄ねじ部６Ｍを設け、雌ねじ部４Ｆに雄ねじ部６Ｍを螺合することとしてもよい（例えば、特開昭５７−１０１３６５号等参照）。また、所定の耐熱性を有する接着剤により、端子電極６６を絶縁碍子２６に固定することとしてもよい。

さらに、図９に示すように、中心電極５７と端子電極６７との間に導電性金属からなる接続体７１を設け、接続体７１を介して両電極５７，６７間を電気的に接続することとしてもよい。尚、接続体７１を設ける場合において、電極８７は、端子電極６７、接続体７１、及び、中心電極５７により構成されることとなる。そこで、電極８７のうち接続体７１の周囲に抵抗体９７を設けることとしてもよい。また、接続体７１は、中心電極５７や端子電極６７に対して、圧入や溶接、ねじ止めにより固定することとしてもよい。

尚、接続体７１は、熱伝導性に優れる銅や銅合金により構成することが好ましい。接続体７１を銅や銅合金により形成することで、中心電極５７の熱引きを向上させることができ、中心電極５７の耐久性を一層向上させることができる。

（ｃ）上記実施形態では、点火プラグとして、火花放電により混合気へと着火するスパークプラグ１を示しているが、本発明の技術思想を適用可能な点火プラグはこれに限定されるものではない。従って、火花放電の直後に電気エネルギーを投入して、プラズマを発生させることで混合気へと着火するプラズマジェット点火プラグ、高周波電力を投入して、プラズマを発生させる高周波用点火プラグ、或いは、中心電極及び接地電極間においてイオン電流を発生させるとともに、そのイオン電流を検出して燃焼状態等を検知するイオン電流検知プラグ等に、本発明の技術思想を適用することとしてもよい。これらのプラグは、プラズマを発生させるため、又は、イオン電流を発生させるために、プラグに対して電気エネルギーが投入されるものである。そのため、従前のように、中心電極５と端子電極６との間を直列的に接続する抵抗体を設けた場合には、投入された電気エネルギーが抵抗体によって失われてしまい、所期の機能を発揮できないおそれがあるが、本発明によれば、電気エネルギーの損失を防止することができ、各プラグについて所期の機能を発揮させることができる。すなわち、プラズマジェット点火プラグ、高周波用プラグ、又は、イオン電流検知プラグに本発明の技術思想を適用することで、各プラグにおける所期の機能を発揮させつつ、電極消耗やノイズの抑制を図ることができる。

（ｄ）上記実施形態では、中心電極５及び接地電極２７の間に、火花放電間隙３３が形成されているが、中心電極５及び接地電極２７のいずれか一方に貴金属チップを設け、一方の電極側に設けられた貴金属チップと他方の電極との間に、火花放電間隙を形成することとしてもよい。また、中心電極５及び接地電極２７の双方に貴金属チップを設け、両貴金属チップの間に、火花放電間隙を形成することとしてもよい。

（ｅ）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）。

（ｆ）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（点火プラグ）
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
８…電極
９…抵抗体
２７…接地電極
３３…火花放電間隙（間隙）
ＣＬ１…軸線

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記軸孔に挿通された棒状の電極と、
   前記主体金具の先端部に配置され、前記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た点火プラグであって、
   前記軸線に沿って、前記主体金具の先端から、前記主体金具の後端より後端側に５ｍｍまでの範囲の少なくとも一部において、
   前記絶縁体の内周面と前記電極の外周面との間に筒状の抵抗体を設け、
   前記主体金具の先端から前記主体金具の後端までの範囲内における前記抵抗体の前記軸線に沿った長さを、前記主体金具の前記軸線に沿った長さの３６％以上としたことを特徴とする点火プラグ。
2. 前記軸孔の内径と前記主体金具の内径との径差が最小となる部分に、前記抵抗体を設けたことを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
3. 前記抵抗体の体積抵抗率を１０ミリΩｍ以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の点火プラグ。
4. 前記抵抗体の体積抵抗率を１０キロΩｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の点火プラグ。
5. 前記軸線と直交する方向に沿った前記抵抗体の厚さを０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火プラグ。

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