JP2005228562A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｍ１８以上のネジ部を有する取付金具に対する接地電極の溶接強度を確保する。
【解決手段】 取付金具１０は外周にＭ１８以上の取付用ネジ部１１が設けられ、その一端が開口した環状構造になっている。そして、この取付金具１０の一端面１２の内径と外径との差の１／２をＢ、一端面１２から取付ネジ部１１方向に０．５ｍｍ移動した取付金具１０の内径と外径との差の１／２をＣ、取付金具１０の内径と取付ネジ部１１の外径との差の１／２をＤとしたときに、取付金具１０が０．７≦Ｂ／Ｃ≦１．０を満たし、かつ、０．２０＜Ｂ／Ｄ＜０．６５の関係を満たすことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガスエンジン等に用いられ、取付金具に形成された取付用ネジ部の径がＭ１８以上であるスパークプラグにおいて、特に、取付金具に対する接地電極の溶接強度に関する。

一般に、スパークプラグは、中心電極と、絶縁体と、取付金具と、取付用ネジ部と、接地電極とを備えて構成されている。具体的には、中心電極の外周には絶縁体が設けられており、この絶縁体の外周には取付金具が設けられている。そして、この取付金具の外周にはエンジン等に取り付けるための取付用ネジ部が設けられている。また、接地電極の一端が、この取付金具に結合され、接地電極の他端側が放電ギャップを隔てて中心電極と対向するように配置されている。

このようなスパークプラグは、自動車のエンジンやガスエンジン等における点火栓として適用され、取付金具の取付ネジサイズによりＪＩＳ（日本工業規格）で規定されている。その一種類の呼び名としてＭ１４、Ｍ１８などと呼ばれる。

また、スパークプラグでは、一般に使用時に接地電極が常に高温な状態とならないように、接地電極内部に熱伝導率の高い金属、例えばＣｕ（銅）を封入させて、Ｃｕを介して接地電極の熱を取付金具に逃がすものが一部使用されている。一方、耐熱性能を向上させるために、Ａｌ（アルミニウム）を含有した接地電極等が実用化されている。

接地電極内部に熱伝導率の高い金属が封入された接地電極やＡｌ入り接地電極の一端が取付金具に押さえつけられた状態で接地電極が溶接される。具体的には、接地電極と取付金具との間に大電流を流すことで互いを溶接する抵抗溶接の方法により、接地電極が取付金具の一端に溶接される。

近年開発されているコージェネレーション等のガスエンジン用のスパークプラグがある。このガスエンジン用では、高圧縮で高出力を特徴として、さらに高効率を目指した開発がされている。スパークプラグも高強度を確保するために、取付ネジ部のネジ径が、ガソリンエンジン用で用いられるＭ１４のものよりも大きいＭ１８以上のものが用いられている。ガソリンエンジンでは、常用域使用の温度は一般的に接地電極温度が８００℃以下であるのに対し、コージェネレーション等のガスエンジンでは、常用域使用の温度は一般的に接地電極温度が約８５０℃〜９５０℃の高温になる。

そのため、ガスエンジン用においても、内部にＣｕ等の熱伝導率の良い金属を封入した接地電極をＭ１８以上の取付ネジ部を有する取付金具に取り付け、接地電極の熱を取付金具に逃がすことが求められている。また、耐熱酸化性を向上させるためにＡｌを含有した接地電極などが求められている。

しかしながら、Ｍ１８以上のようにネジ径が大きい場合、取付金具に抵抗溶接で接地電極を溶接すると、接地電極の溶接強度が低くなることが本発明者らによって明らかになった。このことについて、図８を参照して説明する。

図８は、Ｍ１４とＭ１８の各取付金具１０に接地電極４０を抵抗溶接で溶接する様子を示す図であり、（ａ）はＭ１４の取付ネジ部１１が設けられた取付金具１０に接地電極４０を取り付ける様子、（ｂ）はＭ１８の取付ネジ部１１が設けられた取付金具１０に接地電極を取り付ける様子を示す。

図８（ａ）に示されるように、Ｍ１４の取付ネジ部１１が設けられた取付金具１０に接地電極４０を取り付ける場合、接地電極４０の厚さｔが取付金具１０の一端面１２の厚さとがほぼ同じになっている。したがって、抵抗溶接がなされる際に、大電流による熱が接地電極の端面と取付金具の一端面とに十分与えられて、接地電極４０の端面と取付金具１０の一端面１２とが溶融され、接地電極４０が取付金具１０に溶接される。

ところが、図８（ｂ）に示されるように、Ｍ１８の取付ネジ部１１が設けられた取付金具１０に接地電極４０を取り付ける場合、取付金具１０の一端面１２の厚さが接地電極４０の厚さｔよりも大きくなっている。このため、抵抗溶接が行われる際に、大電流によって発生した熱が、取付金具１０の接地電極４０が接していない部分に逃げてしまい、取付金具１０が十分に溶融されない状態となる。

この結果、接地電極４０が取付金具１０に確実に溶接されず、取付金具１０に対する接地電極４０の溶接強度の不足が生じる。このような状態であると、取付金具１０から接地電極４０が脱落する可能性がある。

このような現象は、接地電極内部に熱伝導率の高い金属を封入した接地電極およびＡｌを含有する接地電極に対して検討され、どちらの接地電極であっても上記のような溶接強度の低下が起こることが発明者らにより明らかとなった。

なお、例えばＡｒ（アルゴン）等の不活性ガス雰囲気中で抵抗溶接することで溶接強度を確保する方法が考えられているが、不活性ガス雰囲気中で抵抗溶接を行わなければならず、そのための装置等も必要になる。

本発明は、上記点に鑑み、Ｍ１８以上の取付金具の一端面に接地電極を抵抗溶接で取り付けてなるスパークプラグにおいて、取付金具に対する接地電極の溶接強度を確保することを目的とする。

本発明者らは、取付金具に関する寸法、または、接地電極の取付角度を規定すれば、取付金具に対する接地電極の溶接強度を確保できると考えた。そして、本発明は、本発明者らが鋭意検討した結果に基づいており、実験的に見出されたものである。

したがって、請求項１に記載の発明では、柱状の中心電極（３０）と、この中心電極の外周に設けられた絶縁体（２０）と、この絶縁体の外周に設けられ、開口した一端面（１２）を有する管状構造になっていて、外周にＭ１８以上の取付用ネジ部（１１）が設けられた取付金具（１０）と、この取付金具に一端（４１）が結合され、他端側が放電ギャップ（５０）を隔てて中心電極と対向するように配置された接地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、一端面における取付金具の内径と外径との差の１／２をＢ、一端面から取付ネジ部の方向に０．５ｍｍ移動した取付金具の内径と外径との差の１／２をＣとし、一端面における取付金具の内径と取付ネジ部の外径との差の１／２をＤとしたとき、取付金具は０．７≦Ｂ／Ｃ≦１．０、かつ、０．２０＜Ｂ／Ｄ＜０．６５の関係を満たすことを特徴としている。

このように、取付金具の一端面の寸法を上記の範囲とすることで、取付金具の一端面における取付金具の内径と外径との差の１／２であるＢを小さくすることができる。これは、取付金具の一端面の幅が狭くなることを意味する。したがって、抵抗溶接の際に取付金具の一端面に与えられた熱が、取付金具の外縁部に逃げにくくなるので、取付金具の一端面を十分に溶融させることができる。したがって、接地電極を確実に溶接することができ、接地電極の溶接強度を確保することができる。

また、請求項２に記載の発明では、柱状の中心電極（３０）と、この中心電極の外周に設けられた絶縁体（２０）と、この絶縁体の外周に設けられ、開口した一端面（１２）を有する管状構造になっていて、外周にＭ１８以上の取付用ネジ部（１１）が設けられた取付金具（１０）と、この取付金具に一端（４１）が結合され、他端側が放電ギャップ（５０）を隔てて中心電極と対向するように配置された接地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、一端面の内径と外径との差の１／２をＢ、一端面から取付ネジ部の方向に０．５ｍｍ移動した取付金具の内径と外径との差の１／２をＣとしたとき、取付金具は０．７≦Ｂ／Ｃ≦１．０の関係を満たし、接地電極の中心軸が一端面と交わる点（Ｇ）と中心電極の中心軸（Ｐ）とを結ぶ直線と、一端面と一端とが接したときにできる交線とが交わる２つの点の間隔をＳ、接地電極の幅をＬ、接地電極の厚さをｔとし、接地電極の中心軸が一端面と交わる点（Ｇ）と中心電極の中心軸（Ｐ）とを結ぶ直線と、一端面と一端とが接したときにできる交線のうち長辺に平行な直線とのなす角度をθとしたとき、取付金具および接地電極は、ｔ≦Ｌであり、６０°≦θ≦９０°、かつ、１．０＜Ｂ／Ｓ≦１．６の関係を満たすことを特徴としている。

このように、取付金具の一端面に接地電極を取り付ける際の取付角度の範囲を定めることができる。このような取付角度の範囲とすることで、抵抗溶接の熱が逃げる取付金具の部分を小さくすることができる。よって、本発明によれば、上記条件を満たす接地電極の取付角度の範囲内で取付角度を変化させても、接地電極の溶接強度を確保することができる。

請求項３に記載の発明では、接地電極は、その母体を含む複数の金属で構成され、接地電極の母体となる金属内部に熱伝導率が異なる金属が挿入された状態で取付金具に結合されていることを特徴としている。

接地電極を、このような構成とすることで、接地電極の熱を取付金具に逃がすようにすることができる。また、請求項１または請求項２を満たす取付金具に接地電極を接合することで、接地電極の溶接強度を確保することができる。

請求項４に記載の発明では、接地電極を構成する複数の金属のうち、接地電極の母体となる金属の固有抵抗が、母体を含む複数の金属の中でもっとも大きいことを特徴としている。

このように、接地電極の母体を固有抵抗が大きく熱の伝わりにくい材質で構成することで、抵抗溶接の際に、接地電極内部に封入された金属が溶けて母体から出てしまわないようにすることができる。また、接地電極を構成する金属の中で、母体の固有抵抗をもっとも大きいものとすることで、抵抗溶接の熱に耐えうる接地電極とすることができる。

そのような母体として、例えば請求項５に記載の発明のように、接地電極の母体がＮｉ基合金よりなるものを採用することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、接地電極の母体となる金属内部に、Ｃｕを挿入することも可能である。

請求項７に記載の発明では、接地電極は、Ａｌを１ｗｔ％以上含有するＮｉ基合金で構成されていることを特徴としている。

接地電極をこのような構成としても、請求項１または請求項２を満たす取付金具に接地電極を接合することで、接地電極の溶接強度を確保することができる。また、接地電極にＡｌが含まれると、接地電極の表面に酸化被膜が形成されるので、接地電極の耐熱酸化性を向上させることができる。

請求項８に記載の発明では、差Ｂと差ＣとがＢ／Ｃ＝１の関係を満たしており、取付金具の一端面の外縁部が段差形状になっていることを特徴としている。このような段差形状とすることで、抵抗溶接の熱が逃げないようにすることができ、接地電極を確実に取付金具に溶接することができる。

また、請求項９に記載の発明では、差Ｂと差Ｃとが０．７≦Ｂ／Ｃ＜１．０の関係を満たしており、取付金具の一端面の外縁部がテーパー形状になっていることを特徴としている。このようなテーパー形状であっても、抵抗溶接の熱が逃げないようにすることができ、接地電極を強固に取付金具に溶接することができる。

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ものである。

（第１実施形態）
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態は、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に用いられる。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り、図２は図１中の丸で囲んだＡ部分の詳細説明図である。

スパークプラグ１００は、円管状構造の取付金具（ハウジング）１０を有しており、この取付金具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。取付金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）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、取付金具１０の一端面１２から露出するように設けられている。

絶縁体２０の内孔２２には、柱状の中心電極３０がその先端部３１を絶縁体２０の先端部２１から露出させるように固定されており、この中心電極３０は絶縁体２０を介して取付金具１０に絶縁保持されている。

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もので、上記先端部３１には、貴金属チップ３２（以下、中心電極側チップ３２という）が溶接等により取り付けられ、この中心電極側チップ３２は中心電極３０の一部を構成している。

本実施形態では、中心電極側チップ３２は、円板状のＩｒ合金からなるＩｒ合金チップであり、中心電極３０における電極母材である先端部３１に対してレーザ溶接によって接合されている。

取付金具１０の一端面１２には、Ｎｉ基合金で構成され、耐熱性に優れたインコネル（登録商標）を母体とした柱状の接地電極４０が抵抗溶接により結合され固定されている。詳しくは、接地電極４０は、接地電極４０の母体となる柱状のインコネルの内部にインコネルよりも熱伝導率が高いＣｕが封入され、さらにＣｕの内部にはＮｉが封入された多層構造になっている。

また、本実施形態では、接地電極４０の長手方向に垂直な断面をとったときに、各断面の重心を結んだ線を接地電極４０の中心軸としている。本実施形態では、柱状の接地電極４０を採用している。したがって、接地電極４０の断面は長方形になり、その長方形の重心が接地電極４０の中心軸が通る点となる。

この接地電極４０は、取付金具１０の一端面１２に固定された一端４１から途中で略Ｌ字に曲げられて他端４２側の部位にて中心電極３０の先端部３１と火花放電ギャップ５０を介して対向して配置されている。

また、接地電極４０は、所定の取付角度で取付金具１０の一端面１２に溶接される。取付角度とは、後述する図５に示されるように、接地電極４０の中心軸が取付金具１０の一端面１２と交わる点Ｇと中心電極３０の中心軸Ｐとを結ぶ直線と、取付金具１０の一端面１２と接地電極４０の一端４１とが接したときにできる交線のうち長辺に平行な直線とのなす角度θをいう。この接地電極４０の取付角度θについては、後で説明する。

次に、取付金具１０および接地電極４０の詳細について説明する。

図２（ａ）は、図１中のＡ部分の拡大断面図である。この図に示されるように、取付金具１０には、一点鎖線で示されるスパークプラグ１００の中心軸に対して同軸的に空洞部が形成されている。そして、取付金具１０の内壁の半径は、取付金具１０の一端面１２近傍においてＲとされている。

図２（ａ）に示されるように、取付金具１０の一端面１２の内径と外径との差の１／２、つまり一端面１２の内側の半径と外側の半径との差をＢとしている。以下、このＢを取付金具１０の一端面１２の厚さＢと記す。本実施形態では、厚さＢは、２．０〜２．２ｍｍとされている。また、一端面１２から取付ネジ部１１方向に０．５ｍｍ移動した取付金具１０の内径と外径との差の１／２、つまり取付金具１０の内側の半径と外側の半径との差 をＣとしている。以下、このＣを取付金具１０の厚さＣと記す。本実施形態では、厚さＣは、２．０〜２．２ｍｍとされている。

これらの比Ｂ／Ｃは、取付金具１０の先端部分の形状を示す値となる。したがって、このＢ／Ｃの値が小さいほど、取付金具１０の一端面１２の外縁部は傾斜形状（テーパー形状）となる。一方、Ｂ／Ｃの値が１に近いほど、取付金具１０の一端面１２の外縁部の傾斜が鋭くなり、取付金具１０の先端部分は段差形状に近くなる。

また、Ｂ／Ｃ≒１の場合は、取付金具１０の一端面１２の厚さＢと、取付金具１０の厚さＣとがほぼ等しいことを意味する。したがって、Ｂ／Ｃ≒１の場合、取付金具１０の一端面１２の外縁部は段差形状となる。

そして、このＢ／Ｃの値は、０．７≦Ｂ／Ｃ≦１．０であることが好ましく、本実施形態ではＢ／Ｃはほぼ１である。つまり、取付金具１０の一端面１２の外縁部は段差形状になっている。

また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の破線部分で接地電極４０を切断し、接地電極４０の他端４２側から中心電極側チップ３２（図示せず）方向を見た図である。この図に示されるように、接地電極４０の断面の長辺を接地電極４０の幅Ｌとしている。そして、接地電極４０の断面の短辺、すなわち接地電極４０の厚みによって形成される辺を接地電極４０の厚さｔとしている。

図２（ｂ）に示されるように、取付金具１０の一端面１２の内径と取付ネジ部１１の外径との差をＤとしている。以下、このＤを取付金具１０の厚さＤと記す。本実施形態では、取付金具１０の厚さＤは４．４〜４．５ｍｍとされている。

なお、ネジ径をＭとすると、取付金具１０の中心軸から取付ネジ部１１の外径までの長さはＭ／２であるので、上記取付金具１０の厚さＤをＤ＝（Ｍ／２）―Ｒと定義することができる。

また、上記取付金具１０の厚さＤの寸法により、取付金具１０の一端面１２の厚さＢと取付金具１０の厚さＤとの比であるＢ／Ｄは、０．４４≦Ｂ／Ｄ≦０．５０となる。

このＢ／Ｄの値が大きいほど取付金具１０の一端面１２の厚さＢが大きくなって、接地電極４０を設置するスペースが広くなり、抵抗溶接の際に熱が接地電極４０の接していない部分に逃げやすくなる。

一方、Ｂ／Ｄの値が小さいほど取付金具１０の一端面１２の厚さＢが小さくなり、接地電極４０を設置するスペースが狭くなり、取付金具１０の一端面１２に接地電極４０を取り付けることが困難になる。したがって、本実施形態では、取付金具１０の一端面１２の厚さＢと取付金具１０の厚さＤとの比Ｂ／Ｄは、０．２０＜Ｂ／Ｄ＜０．６５とされている。

ここで、上記のように、取付金具１０の各寸法設定を行った理由について述べる。

本発明者らは、取付金具１０の寸法を変えて、抵抗溶接による溶接強度実験を行った。具体的には、接地電極４０を抵抗溶接で取付金具１０の一端面１２に取り付けた後、接地電極４０と取付金具１０とをそれぞれ保持部材で保持して、保持部材でそれぞれを逆方向に引っ張る。そして、接地電極４０が取付金具１０から剥がされるかまたは接地電極４０が切断されたときの引っ張り強度を求めた。

図３は、図２に示される取付金具１０の寸法に対する接地電極４０の溶接強度の比較のために、図２に示される取付金具１０の寸法以外の寸法で接地電極４０を取付金具１０に取り付けたときの取付金具１０の各所の寸法を示した図である。

この図に示されるように、取付金具１０の一端面１２の外縁部分に加工がなされずに接地電極４０が取り付けられた場合であり、Ｂ／Ｃ≒１の場合である。取付金具１０の一端面１２の厚さＢおよび取付金具１０の厚さＣは３．１〜３．４ｍｍ、取付金具１０の厚さＤは４．４〜４．５ｍｍとされている。したがって、これらの値から、０．６８≦Ｂ／Ｄ≦０．７８となる。

また、本実施形態では、取付金具１０の一端面１２に溶接接合する接地電極４０の幅Ｌおよび厚みｔがそれぞれ４．１ｍｍおよび１．６ｍｍ、２．６ｍｍおよび１．３ｍｍである２つの接地電極４０を用いた。これらの接地電極４０の厚みｔは、図２および図３に示される取付金具１０の一端面１２の各厚さＢよりも小さくなるように設定されている。

上記図２および図３のように、３つの取付金具１０の各寸法を設定して接地電極４０の溶接強度を調べた結果を図４に示す。図４は、Ｂ／Ｄと引っ張り強度（単位：ｋＮ）との関係を示したグラフである。グラフ中の各点は、接地電極４０が取付金具１０から剥がされる（溶接面剥がれで溶接不足）かまたは接地電極４０が切断されたとき（母材切れで良好）の引っ張り強度を示している。

図４中の点△および点×は、接地電極４０が溶接面から剥がれてしまい、接地電極４０の溶接強度が低いことを示している。また、図４中の点●および点○は、接地電極４０が切断され、接地電極４０の溶接強度が高いことを示している。

図３に示されるように、取付金具１０の一端面１２の厚さＢが大きい場合、接地電極４０は溶接面から剥がれてしまい、溶接強度が低いことがわかる。これは、取付金具１０の一端面１２の厚さＢが大きいために、抵抗溶接がなされる際に取付金具１０に与えられる熱が、接地電極４０が接していない部分に逃げてしまい、取付金具１０が十分に溶融されずに接地電極４０が溶接されたためである。

なお、取付金具１０の一端面１２の厚さＢを、接地電極４０の厚さｔよりも小さくして上記実験を行ったところ、接地電極４０が溶接面から剥がれてしまい、上記と同様に、溶接強度が低い結果となった。

このように、取付金具１０の一端面１２の厚さＢが接地電極４０の厚さｔに比べて大きい、または、小さい場合では、接地電極４０の溶接強度が低くなることがわかる。

一方、図２に示されるように取付金具１０の寸法が設定される場合、すなわち、Ｂ／Ｄの値が、０．２０＜Ｂ／Ｄ＜０．６５の範囲では、点●および点○のみが存在する。したがって、接地電極４０が溶接面から剥がれてしまうことはなく、接地電極４０の溶接強度が高いことがわかる。

これは、接地電極４０の厚さｔと、取付金具１０の一端面１２の厚さＢとがほぼ同じになっているからである。すなわち、抵抗溶接の際に、取付金具１０の接地電極４０が接していない部分に抵抗溶接による熱が逃げてしまわないため、取付金具１０の一端面１２と接地電極４０の一端４１とが十分に溶融されて接地電極４０が取付金具１０の一端面１２に溶接されるのである。

このように、取付金具１０の一端面１２の厚さＢと、取付金具１０の厚さＣとを０．７≦Ｂ／Ｃ≦１．０とし、さらに、取付金具１０の一端面１２の厚さＢと取付金具１０の厚さＤとの比Ｂ／Ｄを０．２０＜Ｂ／Ｄ＜０．６５の範囲とすることで、取付金具１０に対する接地電極４０の溶接強度を確保することができる。

したがって、上記条件を満たす取付金具１０に接地電極４０を溶接するようにすれば、確実に接地電極４０を取付金具１０に溶接することができ、その溶接強度も確保することができる。

次に、本実施形態のスパークプラグ１００における接地電極４０の取付金具１０への接合形態について説明する。本実施形態では、溶接強度を確保すべく、接地電極４０の幅Ｌが接地電極４０の厚さｔ以上の場合（ｔ≦Ｌ）において、さらに、接地電極４０の取付金具１０への接合形態が所定の関係を満たすようにしている。この関係について、図５および図６を用いて説明する。

図５は、図２の破線部分で接地電極４０を切断したときに中心電極側チップ３２方向を見た図に対応する。図５（ａ）は取付金具１０の中心軸Ｐと接地電極４０の断面の重心Ｇとを結ぶ直線と接地電極４０の断面の長辺に平行な直線とが垂直に交わる状態を示した図である。また、図５（ｂ）は接地電極４０をθだけ回転させた図である。

接地電極４０の中心軸が取付金具１０の一端面１２と交わる点Ｇと中心電極３０の中心軸Ｐとを結ぶ直線と、取付金具１０の一端面１２と接地電極４０の一端４１とが接したときにできる交線とが交わる２つの点の間隔をＳとする。

このように間隔Ｓを定義すると、図５（ａ）に示される状態では、間隔Ｓは接地電極４０の厚さｔに一致する。また、図５（ｂ）に示される状態では、間隔Ｓは接地電極４０の厚さｔよりも大きくなる。

まず、取付角度θについて検討してみたところ、例えば接地電極４０の取付角度θを３０°として取付金具１０に取り付けることは、接地電極４０の他端４２が中心電極側チップ３２から離されてしまうため非現実的である。したがって、接地電極４０側から中心電極側チップ３２側を見たときに、中心電極側チップ３２から接地電極４０の他端４２が外れてしまわないように、取付角度θを６０°以上とするのが好ましい。

また、接地電極４０の他端４２が中心電極側チップ３２の真上に位置する状態が好ましく、このような状態を実現できるように取付角度θは９０°とするのが好ましい。

したがって、本実施形態では、接地電極４０の幅Ｌが接地電極４０の厚さｔ以上の場合（ｔ≦Ｌ）において、取付角度θの範囲を６０°≦θ≦９０°としている。

さらに、本発明者らは、取付角度θの範囲を６０°≦θ≦９０°とした場合に、より接合強度を確保できるように、接地電極４０における各寸法と接合強度との関係について、実験を行うことにより求めた。図６は、その結果を示したものである。

この実験では、取付金具１０の一端面１２の厚さＢと間隔Ｓとの比Ｂ／Ｓと接合強度を示す引っ張り強度との関係について求めた。具体的には、取付金具１０の寸法を変えて抵抗溶接による溶接強度実験を行った場合と同様に、接地電極４０の取付角度θを６０°≦θ≦９０°の範囲として、Ｂ／Ｓを変化させて接地電極４０の溶接強度実験を上記と同様の方法により行った。また、本実験では、接地電極４０の幅Ｌおよび厚さｔのサイズは、上記した２種類のものを用いた。

なお、図６中の各点は、接地電極４０が取付金具１０から剥がされる（溶接面剥がれで溶接不足）かまたは接地電極４０が切断されたとき（母材切れで良好）の引っ張り強度を示している。また、図中に示される各記号は、上記の実験における各記号と同じ意味を持つ。

図６に示されるように、Ｂ／Ｓの値が１よりも小さく、Ｂ／Ｓの値が１．６よりも大きい場合には、取付金具１０の溶接面から接地電極４０が剥がれてしまい、溶接強度が低いことがわかる。

一方、Ｂ／Ｓの値が上記した１．０＜Ｂ／Ｓ≦１．６の範囲には、点●および点○のみが存在する。したがって、接地電極４０が溶接面から剥がれてしまうことはなく、接地電極４０が切断されてしまうほどであるから、接地電極４０の溶接強度が高いことがわかる。

このような実験結果に基づき、本実施形態では、取付金具１０の一端面１２の厚さＢと間隔Ｓとの比Ｂ／Ｓが１より大きく、かつ、１．６以下となるように接地電極４０における取付金具１０の一端面１２の厚さＢと間隔Ｓを設定している。

なお、上述したように取付角度θの範囲を６０°≦θ≦９０°とした場合、取付角度θの変化に応じて間隔Ｓが変化する。このとき、間隔Ｓの方が厚さＢより大きく、すなわちＢ／Ｓの値が１よりも小さくなると、接地電極４０の一端４１の一部が取付金具１０の一端面１２からはみ出してしまう。このような場合、接地電極４０の一端４１が取付金具１０の一端面１２内に収まらなくなってしまい、上述したように引っ張り強度が弱くなる原因になっていると考えられる。したがって、本実施形態では、Ｂ／Ｓの値を１．０よりも大きい値とするのが好ましいと言える。

このように、接地電極４０の取付角度θを６０°≦θ≦９０°の範囲内で接地電極４０の取付角度θを変えた場合、Ｂ／Ｓの値の範囲が１．０＜Ｂ／Ｓ≦１．６とすれば、より接地電極４０は高い溶接強度をもって取付金具１０に溶接されることになる。

したがって、上記条件の下で、取付角度θを変化させて抵抗溶接によって取付金具１０に取り付ける際の溶接強度を落とさずに、接地電極４０を取付金具１０の一端面１２に溶接することができる。

また、本実施形態では、接地電極４０の内部に、複数の熱伝導率の高い金属を封入している。これにより、接地電極４０の熱が、接地電極４０内部の金属を介して取付金具１０に伝わるので、接地電極４０が常に高温状態になることを回避することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、取付金具１０の一端面１２の外縁部が、図７に示されるように、テーパー形状になっていることが、第１実施形態と異なる。

図７は取付金具１０の一端面１２の外縁部をテーパー加工した場合であり、Ｂ／Ｃ≒０．７の場合である。また、Ｂ／Ｄは、図２と同様に０．２０＜Ｂ／Ｄ＜０．６５とされている。

このような構成において、上記第１実施形態と同様に、接地電極４０を取付金具１０の一端面１２に溶接したときの溶接強度を調べた。その結果、図４に示される実験結果と同様の結果が得られた（図示しない）。

したがって、Ｂ／Ｃ≒０．７、すなわち取付金具１０の一端面１２の外縁部をテーパー形状とした場合であっても、第１実施形態と同様に、取付金具１０に対する接地電極４０の溶接強度を確保することができる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、接地電極４０の他端４２において、中心電極３０の先端部３１に設けられた中心電極側チップ３２と対向する部位には、何も設置されていないが、この部位に貴金属チップ（以下、接地電極側チップという）を溶接等により取り付けるようにしても良い。接地電極側チップが接地電極４０に取り付けられると、接地電極４０の一部として構成されることとなる。

上記した接地電極側チップは、例えば、円板状のＰｔと他の元素との合金からなるＰｔ合金チップであり、接地電極４０における電極母材である他端４２に対して抵抗溶接によって接合される。

また、第１実施形態で用いられたインコネルを母体とする接地電極４０は、インコネルの内部にＣｕやＮｉ等の金属を封入してなるものであったが、インコネルの内部に封入する金属は、上記したＣｕやＮｉに限るものではない。さらに、接地電極４０を構成する母体としてインコネルに限らず、他の金属を用いるようにしても良い。

第１実施形態における接地電極４０は、母体となる柱状のインコネルの内部にインコネルよりも熱伝導率が高いＣｕが封入され、さらにＣｕの内部にはＮｉが封入された多層構造になっているが、接地電極４０の構成はこれに限るものではない。すなわち、接地電極４０として、Ａｌを含有させたＮｉ基合金で接地電極４０を構成することも可能である。

このようにＡｌを含有させると、接地電極４０の金属表面に強固な酸化被膜が形成されるため、接地電極４０の耐熱性を向上させることができる。このような場合のＡｌの含有量は、例えば１ｗｔ％以上とされる。Ｎｉ基合金に１ｗｔ％のＡｌを含有させて、第１および第２実施形態と同様の溶接強度実験を行ったところ、接地電極４０の溶接強度を確保することができた。また、Ｎｉ基合金に対するＡｌの含有量を２ｗｔ％、３ｗｔ％と増加させた場合でも、接地電極４０の溶接強度を確保することができた。

第１および第２実施形態では、接地電極４０を柱状としているが、例えば接地電極４０の一端４１や他端４２に切り欠きがなされる場合や、接地電極４０の側面部に切り欠きがなされる場合等がある。このような場合であっても、接地電極４０の中心軸は第１および第２実施形態と同様に定義することができる。

本発明の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１中のＡ部分の詳細説明図であり、（ａ）はＡ部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）の破線部分で接地電極を切断したときに中心電極側チップ方向をみた図である。 取付金具の一端面の外縁部に加工を施さない状態を示した図である。 Ｂ／Ｄと引っ張り強度との関係を示した図である。 接地電極の取付角度を変化させる様子を示した図であり、（ａ）は取付角度を変化させない状態、（ｂ）は接地電極を取付角度θだけ回転させた様子を示した図である。 Ｂ／Ｓと引っ張り強度との関係を示した図である。 取付金具の先端部分をテーパー形状に加工した状態を示した図である。 取付金具に接地電極を抵抗溶接する様子を示した図であり、（ａ）はＭ１４の取付ネジ部を有する取付金具、（ｂ）はＭ１８以上の取付ネジ部を有する取付金具にそれぞれ接地電極を取り付ける様子を示した図である。

符号の説明

１０…取付金具、２０…絶縁体、３０…中心電極、４０…接地電極。

Claims (9)

1. 柱状の中心電極（３０）と、
   この中心電極の外周に設けられた絶縁体（２０）と、
   この絶縁体の外周に設けられ、開口した一端面（１２）を有する管状構造になっていて、外周にＭ１８以上の取付用ネジ部（１１）が設けられた取付金具（１０）と、
   この取付金具に一端（４１）が結合され、他端側が放電ギャップ（５０）を隔てて前記中心電極と対向するように配置された接地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、
   前記一端面における前記取付金具の内径と外径との差の１／２をＢ、前記一端面から前記取付ネジ部の方向に０．５ｍｍ移動した前記取付金具の内径と外径との差の１／２をＣとし、前記一端面における前記取付金具の内径と前記取付ネジ部の外径との差の１／２をＤとしたとき、
   前記取付金具は０．７≦Ｂ／Ｃ≦１．０、かつ、０．２０＜Ｂ／Ｄ＜０．６５の関係を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. 柱状の中心電極（３０）と、
   この中心電極の外周に設けられた絶縁体（２０）と、
   この絶縁体の外周に設けられ、開口した一端面（１２）を有する管状構造になっていて、外周にＭ１８以上の取付用ネジ部（１１）が設けられた取付金具（１０）と、
   この取付金具に一端（４１）が結合され、他端側が放電ギャップ（５０）を隔てて前記中心電極と対向するように配置された接地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、
   前記一端面の内径と外径との差の１／２をＢ、前記一端面から前記取付ネジ部の方向に０．５ｍｍ移動した前記取付金具の内径と外径との差の１／２をＣとしたとき、前記取付金具は０．７≦Ｂ／Ｃ≦１．０の関係を満たし、
   前記接地電極の中心軸が前記一端面と交わる点（Ｇ）と前記中心電極の中心軸（Ｐ）とを結ぶ直線と、前記一端面と前記一端とが接したときにできる交線とが交わる２つの点の間隔をＳ、前記接地電極の幅をＬ、前記接地電極の厚さをｔとし、
   前記接地電極の中心軸が前記一端面と交わる点（Ｇ）と前記中心電極の中心軸（Ｐ）とを結ぶ直線と、前記一端面と前記一端とが接したときにできる交線のうち長辺に平行な直線とのなす角度をθとしたとき、
   前記取付金具および前記接地電極は、ｔ≦Ｌであり、６０°≦θ≦９０°、かつ、１．０＜Ｂ／Ｓ≦１．６の関係を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
3. 前記接地電極は、その母体を含む複数の金属で構成され、前記接地電極の母体となる金属内部に熱伝導率が異なる金属が挿入された状態で前記取付金具に結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。
4. 前記接地電極を構成する複数の金属のうち、前記接地電極の母体となる金属の固有抵抗が、前記母体を含む複数の金属の中でもっとも大きいことを特徴とする請求項３に記載のスパークプラグ。
5. 前記接地電極の母体は、Ｎｉ基合金で構成され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。
6. 前記接地電極の母体となる金属内部には、Ｃｕが挿入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。
7. 前記接地電極は、Ａｌを１ｗｔ％以上含有するＮｉ基合金で構成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。
8. 前記差Ｂと前記差ＣとがＢ／Ｃ＝１の関係を満たしており、前記取付金具の一端面の外縁部が段差形状になっていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
9. 前記差Ｂと前記差Ｃとが０．７≦Ｂ／Ｃ＜１．０の関係を満たしており、前記取付金具の一端面の外縁部がテーパー形状になっていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のスパークプラグ。

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