JP2002093547A

JP2002093547A - スパークプラグ

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Publication number: JP2002093547A
Application number: JP2001163155A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Ishiguro; 博也石黒
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-03-29
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: US20020003389A1; US6642638B2; JP4092889B2; DE10133229B4; DE10133229A1

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｉｒ合金よりなるＩｒ合金チップを火花放電
部電極材として接地電極に設けてなるスパークプラグに
おいて、Ｉｒ合金チップの放熱性を向上させる。【解決手段】主体金具１０の内部に絶縁保持された中
心電極３０と、主体金具１０の端部１２に設けられた接
地電極４０とを備え、接地電極４０の端部４１において
中心電極３０の先端部３１と火花放電ギャップ５０を介
して対向する放電面４２には、Ｉｒ合金チップ４３が設
けられている。ここで、Ｉｒ合金チップ４３は、放電面
４２に一部露出した状態で接地電極４０の端部４１に埋
設され、Ｉｒ合金チップ４３の端部は、放電面４２を正
対してみたとき放電面４２の外周端部からはみ出さない
ように位置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コージェネレーシ
ョン、ガス圧送用ポンプ、自動車等に適用され、Ｉｒを
主成分とするＩｒ合金を火花放電部電極材として接地電
極に設けてなるスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のスパークプラグとしては、特開
平８−２９８１７８号公報に記載のものが提案されてい
る。このものは、主体金具内に絶縁体を介して絶縁保持
され、先端部が主体金具の端部から露出する中心電極
と、主体金具の端部に設けられた接地電極とを備え、接
地電極の端部に、中心電極の先端部と火花放電ギャップ
を介して対向する面としての放電面を設け、この放電面
に、中心電極の先端部との間で火花放電を行う火花放電
部電極材としてのＩｒ合金チップを設けたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スパークプ
ラグの使用時においては、Ｉｒ合金チップは高温にさら
されるが、その放熱経路は、Ｉｒ合金チップから接地電
極を通って外部若しくは主体金具へ放熱する経路が一般
的である。しかしながら、上記従来のスパークプラグで
は、Ｉｒ合金チップが接地電極の表面に耐蝕性非貴金属
製部材を介して接合されているため、Ｉｒ合金チップ全
体が接地電極から突き出した形となっている。

【０００４】このようにＩｒ合金チップが接地電極から
突き出した構成では、Ｉｒ合金チップの熱が十分に接地
電極へ伝わらないため、Ｉｒ合金チップの放熱性（熱引
き性）が不十分である。そのため、異常高温によりＩｒ
合金チップの酸化摩耗が促進され、せっかく高融点のＩ
ｒ合金を用いても、チップの火花消耗性が不十分なもの
となってしまう。

【０００５】本発明は上記問題に鑑み、Ｉｒ合金チップ
を火花放電部電極材として接地電極に設けてなるスパー
クプラグにおいて、Ｉｒ合金チップの放熱性を向上させ
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、主体金具（１０）と、
この主体金具の内部に絶縁保持された中心電極（３０）
と、主体金具の端部に設けられた接地電極（４０）とを
備え、接地電極の端部（４１）に、中心電極の先端部と
火花放電ギャップ（５０）を介して対向する面としての
放電面（４２）が設けられており、この放電面に、中心
電極の先端部との間で火花放電を行うためのＩｒ合金よ
りなるＩｒ合金チップ（４３）が設けられているスパー
クプラグにおいて、Ｉｒ合金チップは、放電面に一部を
露出させた状態で接地電極の端部に埋設されており、放
電面を正対してみたとき、Ｉｒ合金チップの側面端部
（４７）は、放電面の外周端部と一致しているかもしく
は放電面の外周端部よりも内側に位置していることを特
徴とする。

【０００７】本発明のスパークプラグによれば、接地電
極の端部にて、Ｉｒ合金チップを、その一部が放電面に
露出した状態で埋設することにより、この露出したＩｒ
合金チップと中心電極の先端部との間で火花放電が行わ
れる。

【０００８】そして、接地電極に埋設されたＩｒ合金チ
ップは、放電面を正対してみたとき放電面の外周端部か
らはみ出していないため、Ｉｒ合金チップの殆どの部分
が接地電極に取り囲まれた構成とすることができる。よ
って、本発明によれば、Ｉｒ合金チップの放熱性を向上
させることができる。

【０００９】ここで、請求項２の発明のように、Ｉｒ合
金チップ（４３）のうち放電面（４２）に露出する部位
を、放電面から中心電極（３０）側へ突出させた構成を
採用することにより、Ｉｒ合金チップの火花消耗分を予
め見込んだ形で火花放電ギャップを形成することがで
き、スパークプラグの長寿命化のためには好ましい。

【００１０】また、放電面より突出するＩｒ合金チップ
と中心電極との間で主として火花放電が起こり、放電面
即ち接地電極では火花放電が殆ど起こらないため、接地
電極の消耗を抑制することができる。このことからも、
スパークプラグの長寿命化が図れる。

【００１１】また、Ｉｒ合金おいては、Ｎｉ合金やＦｅ
合金等からなる接地電極に接合するには、請求項３の発
明のように、接地電極（４０）とＩｒ合金チップ（４
３）とを、溶融部（４５）が形成されることによって接
合されたものとすることが好ましい。それによって、接
地電極とＩｒ合金チップとの接合強度を高レベルに確保
することができる。

【００１２】また、請求項４の発明のように、溶融部
（４５）をレーザ溶接により形成することにより、接地
電極とＩｒ合金チップとの接合強度をさらに高めること
ができる。

【００１３】また、請求項５の発明では、溶融部（４
５）と中心電極（３０）の先端部（３１）との最短距離
Ｌ２を、火花放電ギャップ（５０）の間隔Ｇに０．３ｍ
ｍ加えた値以上の大きさとしたことを特徴としている。
この最短距離Ｌ２と火花放電ギャップの間隔Ｇとの関係
は、本発明者の実験検討により見出したものである。

【００１４】最短距離Ｌ２を火花放電ギャップの間隔Ｇ
に０．３ｍｍ加えた値以上の大きさとすることによっ
て、上記溶融部と中心電極の先端部との間に火花放電が
発生する確率を実質的に０とすることができ、溶融部の
火花消耗を抑制することができるため、Ｉｒ合金チップ
と接地電極との接合性を好適に確保することができる。

【００１５】ここで、接地電極にＩｒ合金チップを埋設
することにより、放電面（４２）には、Ｉｒ合金チップ
（４３）の大きさに対応しＩｒ合金チップが埋め込まれ
た凹部（４４）が形成されるが、上記溶融部（４５）
を、接地電極（４０）の外周側面（４６）からＩｒ合金
チップの側面端部（４７）を通りＩｒ合金チップの内部
まで連続して形成されたものとすること（請求項６の発
明）が好ましい。

【００１６】該溶融部は、Ｉｒ合金チップよりもＩｒの
量が少なく火花消耗性が悪いため、火花放電部に存在す
ると放電によって消耗してしまい、Ｉｒ合金チップが接
地電極から脱落してしまうという恐れがある。その点、
溶融部を、接地電極の外周側面からＩｒ合金チップの内
部に向かって形成することにより、放電面に溶融部が現
れない構成とすることができる。そのため、溶融部の火
花消耗を抑制することができ、Ｉｒ合金チップと接地電
極との接合性を好適に確保することができる。

【００１７】さらに、エンジン燃焼熱による熱応力から
Ｉｒ合金チップと溶融部との間に亀裂が生じた場合、Ｉ
ｒ合金チップが接地電極から脱落（剥離）してしまうと
いう恐れがある。しかし、溶融部を、接地電極の外周側
面からＩｒ合金チップの側面端部を通りＩｒ合金チップ
の内部まで連続して形成することにより、Ｉｒ合金チッ
プの底面と溶融部との間に肉部が存在する構成とするこ
とができる。そのため、Ｉｒ合金チップと溶融部との間
に亀裂が生じた場合でも、肉部が溶融部に係合すること
によりＩｒ合金チップの脱落が防止される。

【００１８】請求項７に記載の発明では、溶融部（４
５）におけるＩｒ合金チップ（４３）側の先端部は、Ｉ
ｒ合金チップにおける反放電面（４２）側の底面（４
８）よりも、放電面（４２）側に位置し、かつ、Ｉｒ合
金チップの底面から溶融部の先端部までの長さをＬ３と
したとき、Ｌ３≧０．１ｍｍであることを特徴とする。

【００１９】この長さＬ３の数値は本発明者の実験検討
により導き出されたもので、Ｌ３≧０．１ｍｍとするこ
とにより、Ｉｒ合金チップの底面と溶融部との間の肉部
の厚みを確保することができ、従ってこの肉部によりＩ
ｒ合金チップの脱落をより確実に防止することができ
る。

【００２０】請求項８に記載の発明では、溶融部（４
５）におけるＩｒ合金チップ（４３）への溶け込み深さ
をＬ４としたとき、Ｌ４≧０．２ｍｍであることを特徴
とする。

【００２１】この長さＬ４の数値は本発明者の実験検討
により導き出されたもので、Ｌ４≧０．２ｍｍとするこ
とにより、Ｉｒ合金チップの底面と溶融部との間の肉部
の長さを確保することができ、従ってこの肉部によりＩ
ｒ合金チップの脱落をより一層確実に防止することがで
きる。

【００２２】請求項１０に記載の発明では、接地電極
（４０）の外周側面（４６）からＩｒ合金チップ（４
３）の側面端部（４７）までの距離をＬ６としたとき、
Ｌ６≧０．２５ｍｍであることを特徴とする。

【００２３】この長さＬ６の数値は本発明者の実験検討
により導き出されたもので、Ｌ６≧０．２５ｍｍとする
ことにより、接地電極のうち溶融部が形成される部位に
亀裂が発生することを確実に防止することができる。

【００２４】請求項１１に記載の発明では、放電面（４
２）を正対してみたときのＩｒ合金チップ（４３）の中
心（ｂ）よりも、主体金具（１０）と接地電極（４０）
との接合部側に、溶融部（４５）が少なくとも１箇所形
成されていることを特徴とする。

【００２５】これによると、主体金具に近い側に形成さ
れた溶融部を介して、Ｉｒ合金チップの熱が主体金具側
に良好に伝達されて、Ｉｒ合金チップの熱引きをよくす
ることができる。

【００２６】請求項１２に記載の発明では、Ｉｒ合金チ
ップ（４３）における中心電極（３０）側への突出長さ
をＬ７としたとき、０．１ｍｍ≦Ｌ７≦１．０ｍｍであ
ることを特徴とする。

【００２７】この長さＬ７の数値は本発明者の実験検討
により導き出されたもので、０．１ｍｍ≦Ｌ７とするこ
とにより、中心電極とＩｒ合金チップとの間で放電させ
ることができるとともに、接地電極への放電を防止して
接地電極の火花消耗を抑制できる。一方、Ｌ７＞１．０
ｍｍとすると、Ｉｒ合金チップがエンジン燃焼熱を受け
て高温となるためにＩｒ合金チップの火花消耗が著しく
なるが、Ｌ７≦１．０ｍｍとすることにより、Ｉｒ合金
チップが高温になってＩｒ合金チップが火花消耗するの
を抑制できる。

【００２８】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。

【００３０】（第１実施形態）本実施形態は、例えばコ
ージェネレーションにおける発電機のガスエンジン用の
スパークプラグとして用いられる。図１は、本実施形態
に係るスパークプラグ１００の全体構成を示す半断面図
である。また、図２（ａ）は図１に示すスパークプラグ
１００の火花放電部の詳細を示す拡大断面図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、図２
（ｃ）は接地電極４０の放電面４２を正対して視た図で
ある。

【００３１】スパークプラグ１００は、円筒形状の主体
金具（取付金具）１０を有しており、この主体金具１０
は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付
ネジ部１１を備えている。主体金具１０の内部には、ア
ルミナセラミック（Ａｌ２Ｏ３）等からなる絶縁体２０
が固定されており、この絶縁体２０の先端部２１は、主
体金具１０の一側の端部１２から露出するように設けら
れている。

【００３２】中心電極３０は絶縁体２０の軸孔２２に固
定され、絶縁体２０を介して主体金具１０に絶縁保持さ
れている。そして、中心電極３０の先端部３１は、絶縁
体２０の先端部２１及び主体金具１０の上記端部１２か
ら露出している。

【００３３】この中心電極３０は、内材がＣｕ等の熱伝
導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性お
よび耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体を
なす本体３２と、この本体３２に溶接固定された上記先
端部３１としての第１のＩｒ合金チップ３１ａから構成
される。

【００３４】また、主体金具１０の上記端部１２には、
棒状の接地電極４０がブロック状の中間部材４０ａを介
して溶接等により接合され固定されている。これら接地
電極４０及び中間部材４０ａは、Ｎｉ合金やＦｅ合金材
料等から構成されたものである。

【００３５】本例では、接地電極４０において、中間部
材４０ａと固定された端部とは反対側の端部４１の側面
が、火花放電ギャップ５０を介して中心電極３０の先端
部３１の端面に対向しており、当該側面が放電面４２と
して構成されている。この放電面４２には、中心電極３
０の先端部３１（第１のＩｒ合金チップ３１ａ）との間
で火花放電を行うためのＩｒ合金よりなる第２のＩｒ合
金チップ（本発明でいうＩｒ合金チップ）４３が設けら
れている。

【００３６】ここで、本実施形態では、第２のＩｒ合金
チップ４３を、放電面４２に一部露出した状態で接地電
極４０の端部４１に埋設し、且つ、第２のＩｒ合金チッ
プ４３の端部を、放電面４２を正対してみたとき放電面
４２の外周端部と一致しているかもしくは放電面４２の
外周端部よりも内側に位置させたことを特徴としてい
る。本例では、図２（ｃ）に示す様に、第２のＩｒ合金
チップ４３の端部は、放電面４２の外周端部よりも内側
に位置している。

【００３７】この第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極
４０との接合は、次のようにして行われる。まず、第２
のＩｒ合金チップ４３を放電面４２へ押し付け、加圧す
ることによって埋め込む。すると、放電面４２には、第
２のＩｒ合金チップ４３の大きさに対応し第２のＩｒ合
金チップ４３が埋め込まれた凹部４４が形成される。

【００３８】この後、凹部４４の外側から凹部４４の内
部に向かってレーザ溶接を行うことにより、接地電極４
０と第２のＩｒ合金チップ４３とが溶け込んだ溶融部４
５を形成する。こうして、第２のＩｒ合金チップ４３と
接地電極４０とが接合される。なお、冷間鍛造や切削等
により接地電極４０に対して放電面４２側から凹んだ凹
部４４を形成し、この凹部４４に第２のＩｒ合金チップ
４３を埋め込んだ後、上記同様にレーザ溶接するように
しても良い。

【００３９】また、本例では、第２のＩｒ合金チップ４
３のうち放電面４２に露出する部位を、放電面４２から
中心電極３０側へ突出させた構成としている。それによ
って、接地電極４０側の第２のＩｒ合金チップ４３と中
心電極３０の先端部３１としての第１のＩｒ合金チップ
３１ａとの間隔が、上記火花放電ギャップ５０として形
成されている。

【００４０】なお、第１及び第２のＩｒ合金チップ３１
ａ、４３は、Ｉｒ（イリジウム）を主成分とし、Ｒｈ
（ロジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐ
ｄ（パラジウム）及びＷ（タングステン）のうち少なく
とも１種が添加されたものよりなり、本例では、Ｉｒが
９０重量％、Ｒｈが１０重量％のＩｒ合金（以下、Ｉｒ
−１０Ｒｈと表記する）よりなるものを採用している。

【００４１】ところで、本実施形態によれば、接地電極
４０の端部４１に埋設された第２のＩｒ合金チップ４３
は、放電面４２を正対してみたとき放電面４２の外周端
部からはみ出していないため、第２のＩｒ合金チップ４
３の殆どの部分が接地電極４０に取り囲まれた構成とす
ることができる。

【００４２】そして、第２のＩｒ合金チップ４３と第１
のＩｒ合金チップ３１ａとの間で火花放電が行われる
が、このとき、第２のＩｒ合金チップ４３の殆どの部分
が接地電極４０に取り囲まれているため、第２のＩｒ合
金チップ４３からの熱は、接地電極４０を通って外部若
しくは主体金具１０へ効率よく放熱する。このように、
本実施形態によれば、従来に比べて、第２のＩｒ合金チ
ップ４３の放熱性を大幅に向上させることができる。

【００４３】この本実施形態における第２のＩｒ合金チ
ップ４３の放熱性向上の効果について、限定するもので
はないが、一例を挙げて具体的に説明する。図３に示す
様に、放電面４２における接地電極４０の端部４１側の
外周端部から第２のＩｒ合金チップ４３の端部が突き出
す長さ（突き出し量）Ｌ１をパラメータとし、この突き
出し量Ｌ１と第２のＩｒ合金チップ４３の放熱性及び火
花消耗性との関係を調べた。

【００４４】スパークプラグ１００において、突き出し
量Ｌ１を４ｍｍ〜−２ｍｍの範囲で変えたものを用意
し、耐久試験を行った。この耐久試験は、スパークプラ
グ１００を６気筒ガスコージェネレーションエンジンに
取付け、定格出力にて５００時間行った。この耐久試験
において、第２のＩｒ合金チップ４３の温度を熱電対を
用いて測定し、また、耐久試験後の第２のＩｒ合金チッ
プ４３の消耗体積を測定した。

【００４５】図４に、突き出し量Ｌ１（ｍｍ）と第２の
Ｉｒ合金チップ４３の温度（Ｉｒ合金温度、℃）との関
係を示し、図５に、突き出し量Ｌ１（ｍｍ）と第２のＩ
ｒ合金チップ４３の消耗体積（Ｉｒ合金消耗体積、ｍｍ
³）との関係を示す。図４から、Ｉｒ合金温度は、突き
出し量Ｌ１が０ｍｍ以下の場合に、ほぼ最も低い温度と
なることがわかる。また、図５から、Ｉｒ合金消耗体積
も、突き出し量Ｌ１が０ｍｍ以下の場合に、ほぼ最小と
なることがわかる。

【００４６】これは、突き出し量Ｌ１が０ｍｍ以下とな
れば、安定して十分な放熱性が確保されるため、Ｉｒ合
金の酸化摩耗が抑制され、第２のＩｒ合金チップ４３の
火花消耗性が十分なものとなるためである。なお、Ｌ１
＝０ｍｍは、第２のＩｒ合金チップ４３の端部が、放電
面４２を正対してみたとき放電面４２の外周端部と一致
している場合である。

【００４７】このように、第２のＩｒ合金チップ４３を
接地電極４０に大部分埋設し、且つ、放電面４２を正対
してみたとき放電面の４２外周端部からはみ出させない
構成とすることにより、第２のＩｒ合金チップ４３の放
熱性を大幅に向上させることができる。

【００４８】また、本実施形態によれば、第２のＩｒ合
金チップ４３のうち放電面４２に露出する部位を、放電
面４２から中心電極３０側へ突出させた構成を採用する
ことにより、第２のＩｒ合金チップ４３の火花消耗分を
予め見込んだ形で火花放電ギャップ５０を形成すること
ができ、スパークプラグ１００の長寿命化のためには好
ましい。

【００４９】また、放電面４２より突出する第２のＩｒ
合金チップ４３と中心電極３０の先端部３１の端面との
間で主として火花放電が起こり、放電面４２では火花放
電が殆ど起こらないため、接地電極４０の消耗を抑制す
ることができる。このことからも、スパークプラグ１０
０の長寿命化が図れる。

【００５０】また、本実施形態では、接地電極４０と第
２のＩｒ合金チップ４３とを、レーザ溶接により溶融部
４５を形成することによって接合されたものとしてい
る。この場合、上記図２（ａ）に示す様に、この溶融部
４５と中心電極３０の先端部３１（第１のＩｒ合金チッ
プ３１ａ）との最短距離をＬ２としたとき、この最短距
離Ｌ２を火花放電ギャップ５０の間隔Ｇに０．３ｍｍ加
えた値以上の大きさとすることが好ましい。

【００５１】これは、上記最短距離Ｌ２と溶融部４５へ
の飛び火の状態について行った検討の結果、溶融部４５
へ飛び火しにくい範囲として本発明者が実験的に見出し
た関係である。限定するものではないが、この検討の一
例について述べる。

【００５２】第２のＩｒ合金チップ４３にＩｒ−１０Ｒ
ｈを採用したスパークプラグ１００において、火花放電
ギャップ５０の間隔Ｇが０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲
にて、上記最短距離Ｌ２を変えたものを用いた。このス
パークプラグ１００をチャンバに取付け、ゲージ圧０．
６ＭＰａに加圧し、火花放電させ、放電状態を観察する
ことにより、溶融部４５への飛び火頻度を求めた。

【００５３】図６は、最短距離Ｌ２（寸法Ｌ２、ｍｍ）
と溶融部４５への飛び火頻度（溶融部飛火頻度、％）と
の関係を示す図である。図６から、間隔Ｇ＝０．３ｍｍ
（黒丸マーク）のとき最短距離Ｌ２が０．５ｍｍ以上で
あれば、全て火花放電ギャップ５０で飛火する。また、
間隔Ｇ＝０．５ｍｍ（黒三角マーク）のとき最短距離Ｌ
２が０．８ｍｍ以上、間隔Ｇ＝０．８ｍｍ（黒四角マー
ク）のとき最短距離Ｌ２が１．１ｍｍ以上であれば、全
て火花放電ギャップ５０で飛火し、溶融部４５へ飛火す
ることはない。

【００５４】従って、Ｌ２≧Ｇ＋０．３（ｍｍ）であれ
ば、溶融部４５と中心電極３０の先端部３１との間に火
花放電が発生する確率を実質的に０とすることができ、
溶融部４５の火花消耗を抑制することができる。

【００５５】また、本実施形態によれば、溶融部４５
を、凹部４４の外側から凹部４４の内部に向かってレー
ザ溶接を行うことにより形成されたものとしている。そ
れによって、Ｉｒ合金チップよりもＩｒの量が少なく火
花消耗性が悪い溶融部４５を、火花放電部に存在させな
いようにすることができるため、溶融部４５の火花消耗
を抑制することができる。

【００５６】このように、本実施形態によれば、最短距
離Ｌ２を火花放電ギャップ５０の間隔Ｇとの関係の最適
化、及び、溶融部４５を火花放電部に存在させないこと
により、第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０との
接合性を好適に確保することができ、第２のＩｒ合金チ
ップ４３の接地電極４０からの脱落を防止することがで
きる。

【００５７】なお、上記実施形態では、第２のＩｒ合金
チップ４３は、図２（ｃ）に示したように、火花放電ギ
ャップ５０に面する面が矩形であったが、第２のＩｒ合
金チップ４３の形状は限定されるものではない。例え
ば、図７（ａ）は第２のＩｒ合金チップ４３の火花放電
ギャップ５０に面する面を、円形とした場合、即ち円板
チップを用いた変形例を示す図である。なお、図７中、
（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面を示す図である。

【００５８】また、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電
極４０への埋設形態は、図８に示す様なものであっても
良い。図８において（ａ）は主体金具１０を透してみた
火花放電部の側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図であ
る。

【００５９】図８に示す変形例では、接地電極４０の端
部４１に、厚み方向（火花放電方向）に貫通する貫通穴
を切削や鍛造等にて形成し、この貫通穴に第２のＩｒ合
金チップ４３を埋め込み、レーザ溶接を行って接合して
いる。なお、この場合、溶融部は、図８（ｂ）における
紙面垂直方向から、接地電極４０と第２のＩｒ合金チッ
プ４３との境界にレーザを打つことで形成しても良い。
また、図８に示す様に、接地電極４０は、中間部材を介
さずとも直接主体金具１０に固定してもよい。

【００６０】（第２実施形態）ところで、エンジン燃焼
熱による熱応力から、第２のＩｒ合金チップ４３と溶融
部４５との間に亀裂が生じることがあり、この亀裂が生
じた場合、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０か
ら脱落（剥離）することがある。特にガスコージェネレ
ーションエンジンのように、高負荷にて連続運転が行わ
れるエンジンでは、スパークプラグの電極部温度が常に
高温になるため、上記した亀裂が生じやすい。

【００６１】本実施形態は、溶融部４５を形成する際の
各種条件の最適化により、第２のＩｒ合金チップ４３の
接地電極４０からの脱落をより確実に防止可能にしたも
のである。図９（ａ）、（ｂ）は本実施形態に係るスパ
ークプラグを示すもので、図９（ａ）は第２のＩｒ合金
チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電極
３０側から見たときの断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）
のＤ−Ｄ断面図である。なお、第１実施形態と同一若し
くは均等部分には同一の符号を付している。

【００６２】図９（ａ）、（ｂ）において、円板状の第
２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０の凹部４４に埋
設された後、レーザ溶接により第２のＩｒ合金チップ４
３と接地電極４０とが接合されている。このレーザ溶接
により形成された５箇所の溶融部４５は、接地電極４０
の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端
部（外周側面）４７を通り第２のＩｒ合金チップ４３の
内部まで連続して形成されている。なお、第２のＩｒ合
金チップ４３のうち放電面４２に露出する部位が中心電
極３０と対向しており、また、接地電極４０は紙面右側
端部にて主体金具１０と接合されている。

【００６３】以下、溶融部４５を形成する際の各種条件
の検討結果について説明する。

【００６４】まず、溶融部４５における第２のＩｒ合金
チップ４３側の先端部は、第２のＩｒ合金チップ４３に
おける反放電面４２側に位置する底面４８よりも、放電
面４２側に位置している。そして、第２のＩｒ合金チッ
プ４３の底面４８から溶融部４５の先端部までの長さＬ
３をパラメータとして耐久性評価を行った。ここで、Ｌ
３＝０、Ｌ３＝０．１ｍｍ、Ｌ３＝０．２ｍｍ、とした
スパークプラグをそれぞれ４個用意した。また、溶融部
４５における第２のＩｒ合金チップ４３への溶け込み深
さＬ４は、いずれも０．５ｍｍとした。

【００６５】そして、評価用のスパークプラグを、大気
中において１０００℃の環境に６分間放置させた後２５
℃の環境に６分間放置させるといった、冷熱サイクル試
験を繰り返し行った。

【００６６】その結果、Ｌ３＝０とした４個のプラグ
は、いずれも１００サイクル未満で第２のＩｒ合金チッ
プ４３が脱落（剥離）した。一方、Ｌ３＝０．１ｍｍと
した４個のプラグ、およびＬ３＝０．２ｍｍとした４個
のプラグでは、８００サイクル行っても第２のＩｒ合金
チップ４３の脱落はなかった。従って、Ｌ３≧０．１ｍ
ｍとすることにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接地
電極４０からの脱落を確実に防止することができる。

【００６７】ここで、第２のＩｒ合金チップ４３の脱落
方向（図９（ｂ）において、紙面上下方向）に対して直
交する方向に溶融部４５が延びていることと、Ｌ３≧
０．１ｍｍとしたこととが相俟って、第２のＩｒ合金チ
ップ４３の底面４８と溶融部４５との間に、係合肉部ａ
（図９（ｂ）参照）が存在する。そのため、第２のＩｒ
合金チップ４３と溶融部４５との間に亀裂が生じた場合
でも、係合肉部ａが溶融部４５に係合することにより、
第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落が
防止される。

【００６８】次に、Ｌ４＝０．２ｍｍ、Ｌ４＝０．５ｍ
ｍ、Ｌ４＝０．８ｍｍ、としたスパークプラグをそれぞ
れ４個用意し（ただし、長さＬ３はいずれも０．２ｍｍ
とした）、同様の冷熱サイクル試験を行ったところ、全
てのプラグについて、８００サイクル行っても第２のＩ
ｒ合金チップ４３の脱落はなかった。従って、Ｌ３≧
０．１ｍｍとし、かつ、Ｌ４≧０．２ｍｍとすることに
より、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの
脱落をより確実に防止することができる。

【００６９】次に、溶融部４５を形成する際に必要な、
溶融部４５の先端部から放電面４２までの長さＬ５につ
いて検討した。その結果、溶融部４５を形成するには、
長さＬ５は０．２ｍｍ以上必要であることが判明した。

【００７０】また、上記の冷熱サイクル試験の実施によ
り次のことが判明した。すなわち、接地電極４０のうち
溶融部４５が形成される部位において、接地電極４０の
外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部
４７までの距離Ｌ６が０．２５ｍｍ未満の場合、第２の
Ｉｒ合金チップ４３の脱落が発生する以前に、接地電極
４０に亀裂が発生することが判明した。従って、Ｌ６≧
０．２５ｍｍとするのが望ましい。

【００７１】次に、第２のＩｒ合金チップ４３における
中心電極３０側への突出長さＬ７について検討した。そ
の結果、Ｌ７≧０．１ｍｍとすることにより、中心電極
３０と第２のＩｒ合金チップ４３との間で放電させるこ
とができるとともに、接地電極４０への放電を防止して
接地電極４０の火花消耗を抑制できることが確認され
た。一方、Ｌ７＞１．０ｍｍとすると、第２のＩｒ合金
チップ４３がエンジン燃焼熱を受けて高温となるため
に、第２のＩｒ合金チップ４３の火花消耗が著しくなる
ことが確認された。従って、０．１ｍｍ≦Ｌ７≦１．０
ｍｍとするのが望ましい。

【００７２】なお、本実施形態では、第２のＩｒ合金チ
ップ４３の熱引きをよくするために、放電面４２を正対
してみたときの第２のＩｒ合金チップ４３の中心ｂより
も、主体金具１０と接地電極４０との接合部側（紙面右
側）に、溶融部４５を少なくとも１箇所（本例では２箇
所）形成している。

【００７３】また、本実施形態では、接地電極４０の外
周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部４
７までの距離Ｌ６（すなわち、接地電極４０の肉厚）
は、全て同一にするのが望ましい。このように、溶融部
４５が形成される部位の接地電極４０の肉厚を同一にす
ることにより、全ての溶融部４５の溶接条件を同じにで
きるため、作業性の向上、および、工数低減を図ること
ができる。

【００７４】（第３実施形態）図１０は第３実施形態に
係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合
金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電
極３０側から見たときの図である。本実施形態は、接地
電極４０の形状が第２実施形態と異なっており、具体的
には、接地電極４０の端部４１の外周側面４６の角部２
箇所が斜めに切り落とされ、その斜めの面に溶融部４５
が形成されている。

【００７５】そして、本実施形態においても、溶融部４
５が形成される部位の接地電極４０の肉厚（すなわち、
距離Ｌ６）を同一にすることにより、全ての溶融部４５
の溶接条件を同じにして、作業性の向上、および工数低
減を図るようにしている。

【００７６】（第４実施形態）図１１は第４実施形態に
係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合
金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電
極３０側から見たときの図である。本実施形態は、接地
電極４０の形状が第２実施形態と異なっており、具体的
には、接地電極４０の端部４１の外周側面４６が斜めに
切り落とされ、その斜めの面に溶融部４５が形成されて
いる。

【００７７】そして、本実施形態においても、溶融部４
５が形成される部位の接地電極４０の肉厚（すなわち、
距離Ｌ６）を同一にすることにより、全ての溶融部４５
の溶接条件を同じにして、作業性の向上、および工数低
減を図るようにしている。

【００７８】（第５実施形態）図１２は第５実施形態に
係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合
金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電
極３０側から見たときの図である。本実施形態は、接地
電極４０の形状が第２実施形態と異なっており、具体的
には、接地電極４０の端部４１の外周側面４６が半円状
に形成され、その半円状の面に溶融部４５が形成されて
いる。

【００７９】そして、本実施形態においても、溶融部４
５が形成される部位の接地電極４０の肉厚（すなわち、
距離Ｌ６）を同一にすることにより、全ての溶融部４５
の溶接条件を同じにして、作業性の向上、および工数低
減を図るようにしている。

【００８０】（第６実施形態）図１３は第６実施形態に
係るスパークプラグの要部を示すもので、図１３（ａ）
は第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設され
た部位を中心電極３０側から見たときの図、図１３
（ｂ）は図１３（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。本実施形
態は、第２実施形態のスパークプラグに対し、接地電極
４０において反放電面４２側に位置する底面４９側にも
溶融部４５が追加形成されている。その溶融部４５は、
接地電極４０の底面４９から第２のＩｒ合金チップ４３
の底面４８を通り第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで
連続して形成されている。

【００８１】（第７実施形態）図１４は第７実施形態に
係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合
金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側面か
ら見たときの断面図である。そして、本実施形態では、
接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ
４３の側面端部（外周側面）４７を通り第２のＩｒ合金
チップ４３の内部まで連続して形成された溶融部４５
と、接地電極４０の底面４９から第２のＩｒ合金チップ
４３の底面４８を通り第２のＩｒ合金チップ４３の内部
まで連続して形成された溶融部４５とにより、第２のＩ
ｒ合金チップ４３と接地電極４０とが接合されている。

【００８２】このように、接地電極４０の外周側面４６
から第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで延びる溶融部
４５が少なくとも１つ形成されていれば、その溶融部４
５と第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８との間に存在
する係合肉部ａにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接
地電極４０からの脱落が防止される。

【００８３】（第８実施形態）図１５は第８実施形態に
係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合
金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側面か
ら見たときの断面図である。そして、本実施形態では、
接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ
４３の側面端部（外周側面）４７を通り第２のＩｒ合金
チップ４３の内部まで連続して形成された溶融部４５
と、接地電極４０の放電面４２側から第２のＩｒ合金チ
ップ４３の側面端部４７に沿って接地電極４０の底面４
９側に向かって形成された溶融部４５とにより、第２の
Ｉｒ合金チップ４３と接地電極４０とが接合されてい
る。

【００８４】このように、接地電極４０の外周側面４６
から第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで延びる溶融部
４５が少なくとも１つ形成されていれば、その溶融部４
５と第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８との間に存在
する係合肉部ａにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接
地電極４０からの脱落が防止される。

【００８５】（第９実施形態）図１６は第９実施形態に
係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合
金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側面か
ら見たときの断面図である。本実施形態の溶融部４５
は、接地電極４０の放電面４２側から接地電極４０の底
面４９側に向かって、かつ、第２のＩｒ合金チップ４３
の側面端部４７側から第２のＩｒ合金チップ４３の中心
ｂ側に向かって、斜め方向に形成されている。そして、
本例のように溶融部４５を斜め方向に形成した場合で
も、その溶融部４５と第２のＩｒ合金チップ４３の底面
４８との間に存在する係合肉部ａにより、第２のＩｒ合
金チップ４３の接地電極４０からの脱落が防止される。

【００８６】（第１０実施形態）図１７は第１０実施形
態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩ
ｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側
面から見たときの断面図である。本実施形態の第２のＩ
ｒ合金チップ４３は段付円柱状になっており、小径円柱
部が接地電極４０の凹部４４に埋設され、大径円柱部が
接地電極４０の放電面４２上に配置される。これによれ
ば、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チ
ップ４３の小径円柱部の側面端部４７までの距離Ｌ６を
確保しつつ、第２のＩｒ合金チップ４３において火花放
電を行う部位の面積を大きくすることができる。

【００８７】（第１１実施形態）図１８は第１１実施形
態に係るスパークプラグの要部を示すもので、図１８
（ａ）は第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋
設された部位を中心電極３０側から見たときの断面図、
図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＦ−Ｆ断面図、図１８
（ｃ）は図１８（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。そして、
本実施形態のように角柱状の第２のＩｒ合金チップ４３
を用いることができる。

【００８８】（第１２実施形態）図１９は第１２実施形
態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩ
ｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側
面から見たときの断面図である。本実施形態では、接地
電極４０の凹部４４を、接地電極４０の放電面４２から
接地電極４０の底面４９まで貫通する貫通穴とし、これ
により、凹部４４の加工を容易にしている。

【００８９】（他の実施形態）なお、上記各実施形態に
おいて、第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０との
接合は、レーザ溶接以外にも、抵抗溶接やプラズマ溶接
等で行っても良い。また、本発明は、中心電極の先端部
の側面と接地電極の端部との間で火花放電を行う側方電
極型スパークプラグにも適用することができる。この場
合も、接地電極の端部の放電面に、上記各実施形態と同
様に、Ｉｒ合金チップを設ければよい。

【００９０】また、上記各実施形態の第１及び第２のＩ
ｒ合金チップ３１ａ、４３は、Ｉｒが９０重量％のＩｒ
合金を例示したが、Ｉｒが７０〜９９重量％のＩｒ合金
よりなるものを採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るスパークプラグの
全体構成を示す半断面図である。

【図２】（ａ）は図１に示すスパークプラグの火花放電
部の詳細を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）中の
Ａ−Ａ断面図であり、（ｃ）は接地電極の放電面を正対
して視た図である。

【図３】第２のＩｒ合金チップの突き出し量Ｌ１を示す
説明図である。

【図４】突き出し量Ｌ１とＩｒ合金温度との関係を示す
図である。

【図５】突き出し量Ｌ１とＩｒ合金消耗体積との関係を
示す図である。

【図６】最短距離Ｌ２（寸法Ｌ２）と溶融部飛火頻度と
の関係を示す図である。

【図７】第２のＩｒ合金チップとして円板チップを用い
た変形例を示す図である。

【図８】第２のＩｒ合金チップの接地電極への埋設形態
の変形例を示す図である。

【図９】（ａ）は第２実施形態に係るスパークプラグに
おける第２のＩｒ合金チップの埋設部位の断面図、
（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【図１０】第３実施形態に係るスパークプラグの要部を
示す図である。

【図１１】第４実施形態に係るスパークプラグの要部を
示す図である。

【図１２】第５実施形態に係るスパークプラグの要部を
示す図である。

【図１３】（ａ）は第６実施形態に係るスパークプラグ
における第２のＩｒ合金チップの埋設部位の図、（ｂ）
は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。

【図１４】第７実施形態に係るスパークプラグの要部を
示す断面図である。

【図１５】第８実施形態に係るスパークプラグの要部を
示す断面図である。

【図１６】第９実施形態に係るスパークプラグの要部を
示す断面図である。

【図１７】第１０実施形態に係るスパークプラグの要部
を示す断面図である。

【図１８】（ａ）は第１１実施形態に係るスパークプラ
グにおける第２のＩｒ合金チップの埋設部位の断面図、
（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図、（ｃ）は（ａ）のＨ−
Ｈ断面図である。

【図１９】第１２実施形態に係るスパークプラグの要部
を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…主体金具、１２…主体金具の端部、３０…中心電
極、３１…中心電極の先端部、４０…接地電極、４１…
接地電極の端部、４２…放電面、４３…第２のＩｒ合金
部材、４４…凹部、４５…溶融部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主体金具（１０）と、この主体金具の内部に絶縁保持された中心電極（３０）
と、前記主体金具の端部に設けられた接地電極（４０）とを
備え、前記接地電極の端部（４１）に、前記中心電極の先端部
と火花放電ギャップ（５０）を介して対向する面として
の放電面（４２）が設けられており、この放電面に、前記中心電極の先端部との間で火花放電
を行うためのＩｒ合金よりなるＩｒ合金チップ（４３）
が設けられているスパークプラグにおいて、前記Ｉｒ合金チップは、前記放電面に一部を露出させた
状態で前記接地電極の端部に埋設されており、前記放電面を正対してみたとき、前記Ｉｒ合金チップの
側面端部（４７）は、前記放電面の外周端部と一致して
いるかもしくは前記放電面の外周端部よりも内側に位置
していることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】前記Ｉｒ合金チップ（４３）のうち前記
放電面（４２）に露出する部位は、前記放電面から前記
中心電極（３０）側へ突出していることを特徴とする請
求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】前記接地電極（４０）と前記Ｉｒ合金チ
ップ（４３）とは、溶融部（４５）が形成されることに
よって接合されていることを特徴とする請求項１または
２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】前記溶融部（４５）はレーザ溶接により
形成されたものであることを特徴とする請求項３記載の
スパークプラグ。
【請求項５】前記溶融部（４５）と前記中心電極（３
０）の先端部（３１）との最短距離Ｌ２は、前記火花放
電ギャップ（５０）の間隔Ｇに０．３ｍｍ加えた値以上
の大きさとなっていることを特徴とする請求項３または
４に記載のスパークプラグ。
【請求項６】前記放電面（４２）には、前記Ｉｒ合金
チップ（４３）の大きさに対応し前記Ｉｒ合金チップが
埋め込まれた凹部（４４）が形成されており、前記溶融部（４５）は、前記接地電極（４０）の外周側
面（４６）から前記Ｉｒ合金チップの側面端部（４７）
を通り前記Ｉｒ合金チップの内部まで連続して形成され
ていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１
つに記載のスパークプラグ。
【請求項７】前記溶融部（４５）における前記Ｉｒ合
金チップ（４３）側の先端部は、前記Ｉｒ合金チップに
おける反放電面（４２）側の底面（４８）よりも、前記
放電面（４２）側に位置し、かつ、前記Ｉｒ合金チップの底面から前記溶融部の先端
部までの長さをＬ３としたとき、Ｌ３≧０．１ｍｍであ
ることを特徴とする請求項６に記載のスパークプラグ。
【請求項８】前記溶融部（４５）における前記Ｉｒ合
金チップ（４３）への溶け込み深さをＬ４としたとき、
Ｌ４≧０．２ｍｍであることを特徴とする請求項６また
は７に記載のスパークプラグ。
【請求項９】前記溶融部（４５）の先端部から前記放
電面（４２）までの長さをＬ５としたとき、Ｌ５≧０．
２ｍｍであることを特徴とする請求項７または８に記載
のスパークプラグ。
【請求項１０】前記接地電極（４０）の外周側面（４
６）から前記Ｉｒ合金チップ（４３）の側面端部（４
７）までの距離をＬ６としたとき、Ｌ６≧０．２５ｍｍ
であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１
つに記載のスパークプラグ。
【請求項１１】前記放電面（４２）を正対してみたと
きの前記Ｉｒ合金チップ（４３）の中心（ｂ）よりも、
前記主体金具（１０）と前記接地電極（４０）との接合
部側に、前記溶融部（４５）が少なくとも１箇所形成さ
れていることを特徴とする請求項３ないし１０のいずれ
か１つに記載のスパークプラグ。
【請求項１２】前記Ｉｒ合金チップ（４３）における
前記中心電極（３０）側への突出長さをＬ７としたと
き、０．１ｍｍ≦Ｌ７≦１．０ｍｍであることを特徴と
する請求項２に記載のスパークプラグ。
【請求項１３】前記Ｉｒ合金チップ（４３）の材質
は、Ｉｒを主成分とし、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ及びＷ
のうち少なくとも１種が添加されたものであることを特
徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のス
パークプラグ。
【請求項１４】前記Ｉｒ合金チップ（４３）は、前記
Ｉｒが７０〜９９重量％のＩｒ合金よりなることを特徴
とする請求項１３に記載のスパークプラグ。