JP2008130463A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】接地電極の熱引きが良好なスパークプラグを提供する。
【解決手段】接地電極３０は内部に芯材３５を有し、先端部３１において中心電極に対向する側の内面３３上に投影した芯材３５の輪郭線の一部を構成する線分ＢＥは、略Ｍ字状となっている。このような輪郭線形状を有する芯材３５は、先端部３１においてより先端側で、より外周面に近い位置に延びるため、接地電極３０では、内燃機関の駆動に伴い燃焼室から受ける熱を、自身のより先端側で、より外周面に近い位置から芯材３５に逃がすことができ、より効果的な熱引きを行うことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱伝導性に優れた金属からなる芯材を有する接地電極を用いた内燃機関用のスパークプラグに関するものである。

従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。一般的なスパークプラグは、軸孔内に中心電極を保持した絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、この主体金具の先端に一端部が接合され、他端部が中心電極の先端に対向するように屈曲され、その中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とから構成されている。こうしたスパークプラグをエンジンヘッドに組み付けた場合、接地電極は燃焼室内に突き出される形態となるため、高温となり易い。このため接地電極にかかる熱負荷が高くなるので、接地電極の熱引き性能（熱伝導性）の向上に対する要求が高い。

そこで、耐食性、耐酸化性を有する電極母材（例えばＮｉ基合金等）の内部に熱伝導性に優れた芯材（例えばＣｕやＡｇ等）を封入し、エンジンの駆動に伴い受けた熱を速やかに主体金具側へ逃すことができるようにした接地電極が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、こうした接地電極は、通常、カップ状の電極母材の内部に芯材を収容した一体物を、押出成形することによって形成される。成形された接地電極は、押し出し方向の先端側を先端部、後端側を基端部として主体金具に基端部が接合されることとなるが、電極母材の内部において、芯材は、接地電極の先端側に向けて先細る形状となって配置される形態となる。
特開２００５−１３５７８３号公報

しかしながら、近年、内燃機関の高出力化が進み、燃焼室内における燃料の燃焼温度が上昇したことに伴い、接地電極にかかる熱負荷がさらに高まったが、芯材の形状が上記のように接地電極の先端側に向けて先細る形状である場合、接地電極の先端部では芯材が軸線付近に配置され外周面近くには配置されない形態となるため、接地電極が先端部において受けた熱を速やかに主体金具に逃がすことが難しく、十分な熱引きを行えなくなる虞があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、接地電極の熱引きが良好なスパークプラグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグは、中心電極と、当該中心電極の軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、一端部が前記主体金具に接合され、他端部の一側面が前記中心電極と対向するように屈曲されると共に、自身の内部に、前記一端部から前記他端部へ向かう第１方向に沿うように延びる芯材を有する接地電極とを備えたスパークプラグであって、前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に前記芯材の輪郭線の形状を投影したときに、前記芯材の輪郭線を構成し、前記第１方向に沿って延びる第１線分と第２線分とを前記他端部の縁端寄りの位置にて接続する第３線分上で、前記第１方向と直交する第２方向において中央に位置する第１部位よりも、その第２方向において前記第１線分寄りの部位に位置し、最も前記接地電極の前記他端部の縁端の位置に近い第２部位と、前記第２方向において前記第２線分寄りの部位に位置し、最も前記接地電極の前記他端部の縁端の位置に近い第３部位とのうちの少なくとも一方の部位が、前記接地電極の前記他端部の縁端寄りの位置にあることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記接地電極の前記他端部の前記一側面に電極チップを接合したことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグは、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記電極チップは、前記接地電極の前記一側面に抵抗溶接によって接合されると共に、前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に前記芯材の輪郭線の形状と前記電極チップの前記一側面への接合面の輪郭線の形状とを投影したときに、前記電極チップの前記接合面の輪郭線上で最も前記接地電極の前記他端部の縁端の位置から遠い第４部位は、前記第１方向において、前記一側面上に投影された前記芯材の輪郭線上の前記第１部位と、少なくとも前記第２部位および前記第３部位のうちの一方の部位との間にあることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグは、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に前記芯材の輪郭線の形状と前記電極チップの前記一側面への接合面の輪郭線の形状とを投影したときに、前記電極チップの前記接合面の輪郭線と前記芯材の輪郭線とが非接触の状態にあることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグは、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記電極チップは、外径が２ｍｍ以上の円柱形状をなし、前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に、前記芯材の輪郭線の形状と前記電極チップの前記一側面への接合面の輪郭線の形状とを投影したときに、前記電極チップの中心軸の位置をＣ、前記電極チップの半径をＲ、前記第２方向における前記第２部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＷ２、前記第２方向における前記第３部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＷ３とし、このとき、少なくともＷ２＞ＲおよびＷ３＞Ｒの一方が満たされることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のスパークプラグは、請求項２乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記電極チップは、外径が２ｍｍ以上の円柱形状をなし、前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に、前記芯材の輪郭線の形状と前記電極チップの前記一側面への接合面の輪郭線の形状とを投影したときに、前記電極チップの中心軸の位置をＣ、前記電極チップの半径をＲ、前記第１方向における前記第１部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＬ１、前記第１方向における前記第２部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＬ２、前記第１方向における前記第３部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＬ３とし、このとき、Ｒ＜Ｌ１が満たされると共に、少なくともＬ２＜Ｌ１およびＬ３＜Ｌ１の一方が満たされることを特徴とする。

請求項１に係る発明のスパークプラグでは、接地電極の一側面上に投影した芯材の輪郭線を構成する第３線分上で、少なくとも第２部位と第３部位とのうちの一方の部位が、第１部位よりも接地電極の他端部の縁端寄りの位置に配置されるように構成することで、芯材を、先端部のより先端側で、より外周面に近い位置に配置させることができる。この構成によって接地電極の先端部では、内燃機関の駆動に伴い燃焼室から受ける熱を、自身のより先端側で、より外周面に近い位置から芯材に逃がすことができ、接地電極の熱引きをより効果的に行うことができる。

このように、接地電極のより先端側でより外周面に近い位置に芯材を配置する構成とすることは、請求項２に係る発明のように、火花放電間隙における電極の耐消耗性を高めるための電極チップを接地電極の先端部に設けた場合にも有効である。上記のように、接地電極の先端部における熱引き性能の向上に加え、電極チップが受ける熱についてもスムーズに芯材に逃がすことができることとなるため、火花放電間隙付近における熱引き性能をより高めることができる。

ところで、このような電極チップを接地電極の先端部に抵抗溶接によって接合すると、接合時に溶接部位に生ずる熱が芯材を伝わって逃げてしまい、十分な接合強度を得られなくなる場合がある。こうした場合に、請求項３に係る発明のように、接地電極の一側面上に投影した電極チップの接合面の輪郭線上の第４部位を、第１方向において、芯材の輪郭線上の第１部位と、少なくとも第２部位および第３部位のうちの一方の部位との間に配置する。このようにすれば、接地電極の一側面上に投影した電極チップと芯材とが、投影上、確実に重ならない部位を設けることができ、抵抗溶接の際に生ずる熱が芯材を伝わって逃げることを抑制することで、より効果的に電極チップと接地電極との接合性を高めることができる。一方で、芯材の輪郭線上の少なくとも第２部位および第３部位が電極チップの輪郭線上の第４部位よりは接地電極の先端側に配置されることとなるため、上記芯材の輪郭線上の第１部位と電極チップの輪郭線上の第４部位との関係も含めて鑑みると、芯材と電極チップとが互いに近い位置に配置される構成となる。従って電極チップが受ける熱についてもスムーズに芯材に逃がすことができ、火花放電間隙付近における熱引き性能をより高めることができる。

さらに、請求項４に係る発明のように、接地電極の一側面上に投影した電極チップの接合面の輪郭線と芯材の輪郭線とが非接触の状態となれば、抵抗溶接の際に生ずる熱が芯材を伝わって逃げることをさらに効果的に抑制し、接合強度を高めることができる。また、電極チップの配置位置を回り込むようにして、先端部のより先端側まで芯材を延ばすことができ、電極チップが受ける熱を芯材に逃がしつつ、火花放電間隙付近における熱引き性能をより高めることができる。

そして請求項５または請求項６に係る発明のように、接地電極の一側面上に投影した電極チップの接合面の輪郭線と芯材の輪郭線との位置関係を、より具体的に規定すれば、電極チップからの熱引き性能も含めた上での接地電極の先端部における熱引き性能を向上させつつ、電極チップと接地電極との接合性を十分に確保することが可能となる。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態のスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。なお、軸線Ｏ方向において、絶縁碍子１０の軸孔１２内で中心電極２０が保持されている側をスパークプラグ１００の先端側とし、端子金具４０が保持されている側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、絶縁碍子１０と、絶縁碍子１０の長手方向略中央部に設けられ、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０の軸孔１２内に軸線方向に保持された中心電極２０と、主体金具５０の先端面５７に一端部（基端部３２）を溶接され、他端部（先端部３１）が中心電極２０の先端部２２に対向する接地電極３０と、中心電極２０の後端部に設けられた端子金具４０とから構成されている。

まず、このスパークプラグ１００の絶縁体を構成する絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸線Ｏ方向に軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、これより後端側には後端側胴部１８が形成されている。また、その後端側胴部１８よりさらに後端側に、沿面距離を稼ぐためのコルゲーション部１６が形成されている。鍔部１９より先端側には後端側胴部１８より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、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径されており、スパークプラグ１００が図示外の内燃機関に組み付けられた際には、その燃焼室に曝される。

次に、中心電極２０について説明する。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金等からなる電極母材２１の中心部に、放熱促進のためＣｕ，Ａｇ等の単体もしくはこれを主成分とする合金から構成された金属芯２３が埋設された棒状の電極である。中心電極２０の先端部２２はその一部が絶縁碍子１０の先端面から突出しており、先端側に向かって径小となるように形成されている。その先端部２２の先端面には、例えばＰｔ等の貴金属からなる柱状の電極チップ９０が、柱軸を中心電極２０の軸線にあわせるようにして抵抗溶接により溶接されている。また、中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール体１４およびセラミック抵抗３を経由して、上方の端子金具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（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は絶縁碍子１０を保持し、図示外の内燃機関にスパークプラグ１００を固定するためのものである。主体金具５０は、絶縁碍子１０の鍔部１９近傍の後端側胴部１８から、鍔部１９、先端側胴部１７、および脚長部１３を取り囲むようにして絶縁碍子１０を保持している。主体金具５０は低炭素鋼材で形成され、後端側に、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、先端側に、図示外の内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部５２とを備えている。

また、主体金具５０の工具係合部５１と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８との間には環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。工具係合部５１の後端側には加締め部５３が形成されており、この加締め部５３を加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁碍子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の内周に形成された段部５６に、絶縁碍子１０の先端側胴部１７と脚長部１３との間の段部１５がパッキン８を介して支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密はパッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、主体金具５０の中央部には鍔部５４が形成されており、ねじ部５２の後端部側（図１における上部）近傍、すなわち鍔部５４の座面５５にはガスケット５が嵌挿されている。

次に、図１〜図５を参照し、接地電極３０について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。図２は、接地電極３０付近を拡大した断面図である。図３は、図２の２点鎖線Ｓ−Ｓにおいて矢視方向から見た接地電極３０の断面図である。図４は、接地電極３０の内面３３上に、厚み方向に芯材３５の輪郭線を投影して電極チップ９１の配置位置との関係を示した図である。図５は、芯材３５と電極チップ９１との位置関係を示すため接地電極３０の先端部３１に内包される芯材３５の輪郭線を重ねて見た斜視図である。

図１に示す接地電極３０は、概略、主体金具５０の先端面５７に基端部３２が接合され、先端部３１が中心電極２０の先端部２２に対向するように折り曲げられた形態を有し、その中心電極２０側の一側面である内面３３にはＰｔ等の貴金属からなる電極チップ９１が接合されている。

図２に示すように、接地電極３０は、例えば、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金など耐腐食性の高い金属から形成された電極母材３４の内部に、放熱促進のため電極母材３４よりも熱伝導性に優れた芯材３５が内包された構造を有する。図３に示すように、接地電極３０は、自身の軸線Ｐと直交する断面が略長方形状をなし厚みのある板状に加工されたものであり、幅広な２つの側面の一方を内面３３として中心電極２０側に向けた状態で、図２に示すように、その基端部３２が主体金具５０の先端面５７に接合されている。そして、先端部３１側を内面３３側に折り曲げて、その内面３３に接合した電極チップ９１と中心電極２０の電極チップ９０との間で火花放電間隙を形成している。なお、接地電極３０の側面のうち、幅広な側面において軸線Ｐ方向と直交する方向を、便宜上、接地電極３０の幅Ｑ方向と呼び、幅狭な側面において軸線Ｐ方向と直交する方向を、接地電極３０の厚み方向と呼ぶこととする。

一方、図２，図３に示すように、電極母材３４の内部に内包された芯材３５はさらに２重構造をなし、例えばＣｕ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ等の単体もしくはこれを主成分とする合金からなる外芯３６と、例えばＮｉ，Ｆｅの単体もしくはこれを主成分とする合金からなり外芯３６の内部に配置した中芯３７とから構成されている。図２〜図５に示すように、芯材３５は、接地電極３０の軸線Ｐに沿うように電極母材３４内に配置されており、板状形状の接地電極３０にあわせ平たいプレート状に延ばされた形態となって、先端部３１の電極チップ９１が接合された部位付近まで延設されている。

そして図４に示すように、接地電極３０の厚み方向から芯材３５を見たときに、芯材３５は先端部３１において二股に分かれ、先端部３１の縁端３８に向けて延びている。この芯材３５を接地電極３０の先端部３１において内面３３上に投影した輪郭線は、概略、軸線Ｐ方向に沿って延びる２つの線分（第１線分および第２線分）と、先端部３１の縁端３８側で第１線分と第２線分とを接続する第３線分とから構成されている。第１線分および第２線分は、軸線Ｐ方向（本発明における「第１方向」に相当する。）に沿って略平行に延びているとみなせる２本の線分ＡＢおよび線分ＤＥであり、図４では図示しないが接地電極３０の基端部３２まで延びる芯材３５の側縁の輪郭線に相当する線分である。そして第３線分は、線分ＡＢと線分ＤＥとを接地電極３０の先端部３１の縁端３８側において、幅Ｑ方向（本発明における「第２方向」に相当する。）に接続する線分ＢＥである。なお、線分ＡＢ，線分ＤＥ，線分ＢＥが、それぞれ、本発明における「第１線分」，「第２線分」，「第３線分」に相当する。

この芯材３５の輪郭線を構成する線分ＢＥは、本実施の形態では略Ｍ字形状をなしている。具体的には、線分ＢＥ上の点Ｆ，Ｇ，Ｈが以下の条件を満たす。まず、線分ＢＥ上で、幅Ｑ方向において中央に位置する点をＧとする。そして点Ｇよりも線分ＡＢ側で最も先端部３１の縁端３８に近い点をＦとし、同様に、点Ｇよりも線分ＤＥ側で最も先端部３１の縁端３８に近い点をＨとする。このとき線分ＢＥは、軸線Ｐ方向において、点Ｆおよび点Ｈの位置が点Ｇよりも先端部３１の縁端３８に近い位置に配置される形状をなす。なお、点Ｇ，点Ｆ，点Ｈが、それぞれ、本発明における「第１部位」，「第２部位」，「第３部位」に相当する。

接地電極３０の先端部３１の内面３３に接合される電極チップ９１は、本実施の形態では円柱形状をなす。そして、電極チップ９１の軸線と直交する面の一方が接合面として接地電極３０の内面３３上に当接され、その状態で抵抗溶接により、先端部３１に接合される構成となっている。本実施の形態では、接地電極３０の内面３３上において、接合前の電極チップ９１の接合面の配置位置と、上記のように内面３３上に投影された芯材３５の輪郭線の位置との関係を、以下のように規定している。

まず、接地電極３０と電極チップ９１との接合前において、内面３３に当接された電極チップ９１の当接面（接合面）の輪郭線が、その内面３３上に投影された芯材３５の輪郭線と非接触の状態にあることと規定している。換言すれば、芯材３５と電極チップ９１とが接地電極３０の厚み方向において重なる位置に配置されていない。次に、内面３３上にて電極チップ９１の上記接合面の輪郭線上の点で、軸線Ｐ方向に最も縁端３８から遠い点をＩとする。このとき、軸線Ｐ方向において、点Ｉは、点Ｇと、点Ｆまたは点Ｈのうちの少なくとも一方の点との間の位置にあることと規定している。すなわち、線分ＢＥ上の点Ｆ，Ｇ，Ｈで構成される線分ＦＧＨによって形成されるＶ字型の谷間に、電極チップ９１の接合面の輪郭線の一部（点Ｉを含む部分）が収容された配置となる。なお、点Ｉが、本発明における「第４部位」に相当する。

本実施の形態の電極チップ９１は外径が２ｍｍ以上の円柱形状のものであり、このような電極チップ９１と芯材３５との位置関係をさらに具体的に規定すると、以下のようになる。まず、内面３３上にて、電極チップ９１の上記接合面において、自身の中心軸の位置をＣとし、その接合面の半径をＲとする。そして、軸線Ｐ方向において、点Ｇと位置Ｃとの間の距離をＬ１、点Ｆと位置Ｃとの間の距離をＬ２、点Ｈと位置Ｃとの間の距離をＬ３とする。また、幅Ｑ方向（図４における紙面上下方向）において、点Ｆと位置Ｃとの間の距離をＷ２、点Ｈと位置Ｃとの間の距離をＷ３とする。このとき、電極チップ９１と芯材３５との位置関係は、Ｒ＜Ｌ１が満たされると共に、少なくともＷ２＞ＲおよびＷ３＞Ｒの一方を満たし、さらに、少なくともＬ２＜Ｌ１およびＬ３＜Ｌ１の一方を満たすものとして規定している。

つまり、接地電極３０の内部において、芯材３５を先端部３１にて二股にし、電極チップ９１の配置位置と厚み方向に重なる部位を避けつつ縁端３８近くまで延ばすようにした構成である。これにより、接地電極３０の内部にて、先端部３１の縁端３８により近い位置、そして接地電極３０の外周面により近い位置にまで芯材３５が配置されることとなり、接地電極３０が燃焼室から受けた熱を速やかに芯材３５に伝導させ、芯材３５を介し、より効率よく主体金具５０へ逃すことができる。一方、芯材３５を先端部３１の縁端３８に近い位置まで延ばす上で、電極チップ９１の配置位置を回避するようにしたことで、先端部３１に電極チップ９１を抵抗溶接する際に、抵抗溶接に必要な熱が芯材３５を介して奪われてしまうことを抑制することができ、接地電極３０と電極チップ９１との接合性の低下を防止することができる。もっとも、電極チップ９１をレーザ溶接で接地電極３０に接合すれば、抵抗溶接を用いないため、上記のような接合性の低下を回避することが可能である。しかし、本実施の形態の電極チップ９１は外径が２ｍｍ以上の円柱形状であり、このような接合面の広い電極チップ９１を接地電極３０に接合するにあたってレーザ溶接を用いた場合、接合面の周縁部分を一周して接地電極３０に接合する形態となるため、接合面の中央部分に接地電極３０と接合されない部分が残る。エンジンの駆動に伴い熱負荷のかかる接地電極３０においては、長期間の使用によっては電極チップ９１が脱落する虞もあり、このような外径が２ｍｍ以上の円柱形状の電極チップ９１は、上記のように抵抗溶接を用い、接合面全体で接地電極３０に接合することが望ましい。

なお、上記のように電極チップ９１と芯材３５との配置関係を説明するにあたって、本発明における接合面とは、電極チップの抵抗溶接時に接地電極３０の内面３３に対して当接される当接面を指す。もっとも、抵抗溶接後にその当接面は、接地電極３０の電極母材３４と共に溶融し、輪郭線を識別し辛くなる。こうした場合に接合面を識別するには、例えば電極チップ９１が本実施の形態のように円柱状をなし、その軸線と直交する面を接合面とする形態のものであれば、外周面の延長させた仮想線が内面３３に交差する線内を接合面とみなせばよい。電極チップ９１が角柱状や円盤状をなす場合でも、同様に、当接面の輪郭線を形成し得る外周面を延長させた仮想線が内面３３に交差する線内を接合面とみなせばよい。

そして、このように接合面の輪郭線とみなす仮想線が、芯材３５の輪郭線と内面３３上で重ならなければよい。その際に、芯材３５の輪郭線を識別するには、例えば接地電極３０の内面３３のＸ線写真を撮影する方法や、接地電極３０の厚み方向の断面から芯材３５の輪郭線を識別する方法などが挙げられる。電極チップ９１を溶接することによって溶融した部分が、このように識別される芯材３５の輪郭線と重なる場合もあり得るが、上記のように電極チップ９１の接合面の輪郭線とみなした仮想線が芯材３５の輪郭線と重ならなければ（非接触であれば）、抵抗溶接による接合性の低下を防止する観点において、十分な効果を得ることができると言える。

次に、上記のように芯材３５が先端部３１において二股となった接地電極３０の製造方法について、図６〜図１１を参照して説明する。図６は、接地電極３０の元となる接地電極原材１３０の構成を示す部分断面図である。図７は、ダイス２００を用い接地電極原材１３０の押出成形を行う過程を示す部分断面図である。図８は、図７の１点鎖線Ｘ−Ｘにおいて矢視方向から見たダイス２００の断面図である。図９は、図７の１点鎖線Ｙ−Ｙにおいて矢視方向から見たダイス２００の断面図である。図１０は、図７の１点鎖線Ｚ−Ｚにおいて矢視方向から見たダイス２００の断面図である。図１１は、押出成形した接地電極原材１３０を切断し接地電極３０を得る様子を示す図である。

接地電極３０の製造過程では、図６に示すように、まず電極母材３４の元となる円柱状のＮｉ合金材を冷間鍛造により有底筒状に成形して電極原母材１３４を形成する。一方で、予め外芯３６の元となる筒状の外芯原材１３６内に中芯３７の元となる円柱状の中芯原材１３７を挿通した一体物を冷間鍛造もしくは切削加工により成形し、電極原母材１３４の凹部に嵌合する鍔付き柱状で芯材３５の元となる芯原材１３５を形成する。そして芯原材１３５を電極原母材１３４の凹部内に挿入して嵌合させ、一体となった接地電極原材１３０を形成する。

次に、ダイス２００に開口された２０５に接地電極原材１３０を、電極原母材１３４の筒底側から挿入し、パンチ２５０で押し出す押出成形を行う。このダイス２００は、図８に示すように、接地電極原材１３０の投入口側の内周面２０１が、電極原母材１３４の外周にあわせた円形の断面形状に形成されている。また、図１０に示すように、取出口側の内周面２０３が、接地電極３０の断面形状にあわせた略長方形状（図３参照）に形成されている。そして、図９に示すように、内周面２０１と内周面２０３と接続する内周面２０２が、テーパ状に形成されたものである。図７に示すように、このダイス２００に接地電極原材１３０を挿入してパンチ２５０で押出成形し、軸線Ｐ方向に伸長させることで、芯原材１３５と電極原母材１３４とが径方向にクラッドされた柱状体が形成される。

ここで、接地電極原材１３０は、上記のように軸線Ｐと直交する断面の形状が円形であり、これがダイス２００の内周面２０３の形状にあわせるようにその断面形状が扁平に押し潰されて加工される。このため、図３に示した接地電極３０の断面において、幅Ｑ方向の中央となる部分が最も厚み方向に圧縮される。すると、有底筒状の電極原母材１３４の底部を構成する材料が、成形後に接地電極３０の幅Ｑ方向の中央部分において占める割合が多くなり、幅Ｑ方向の両端部分と比べ、幅Ｑ方向中央部分における芯原材１３５の押し出しが抑制される。このため、接地電極原材１３０の先端部１３１において、芯原材１３５を厚み方向に内面３３上に投影して見たときに、芯原材１３５は押し出し方向前方に向けて二股に分かれた形状となる。

このように押出成形によって成形された接地電極原材１３０は、所望の長さに伸長されたら後端側が切除され、接地電極３０として完成する。そして別工程により作製された主体金具５０の先端面５７に押し出し方向後端側（切断される側）の基端部３２が接合される。このとき、接地電極３０は、厚み方向の一方の側面を内面３３とし、その内面３３を主体金具５０の中心軸側に向けて接合され、さらに先端部３１の内面３３に抵抗溶接により電極チップ９１が接合される。なお、上記のように芯材３５が二股に形成され、接地電極３０の厚み方向において芯材３５と電極チップ９１とが重ならないため、抵抗溶接の際に生ずる熱が、芯材３５を介して奪われ接合性が低下してしまうことが抑制される。さらに別工程により作製された、中心電極２０や端子金具４０を保持して一体となった絶縁碍子１０が主体金具５０内に挿通され、加締められて保持される。接地電極３０は、厚み方向の一方の面を内面３３として、その内面３３を内側にして折り曲げられ、先端部３１が中心電極２０の先端部２２と対向すると共に、接地電極３０の電極チップ９１と中心電極２０の電極チップ９０との間で火花放電間隙が形成され、スパークプラグ１００が完成する。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、電極チップ９１を円柱状のものとして説明したが、これに限らず角柱状や角錐状または円錐状であってもよく、あるいは円盤状や矩形の板状をなすものであってもよい。また、本実施の形態では中心電極２０に電極チップ９０を設け、接地電極３０に電極チップ９１を設けたが、いずれか一方に設ければよく、本実施の形態のように中心電極２０と接地電極３０の双方に電極チップ９０，９１を設けることを限定するものではない。

また、本実施の形態では、接地電極３０の先端部３１の内面３３上に厚み方向に投影した芯材３５の形状が縁端３８に向けて二股に分かれた形状である場合を例に説明したが、必ずしも二股でなくともよい。例えば図１２に示す接地電極３３０のように、内面３３３上に厚み方向（図１２の紙面表裏方向）に投影した芯材３３５の輪郭線を、本実施の形態と同様に、軸線Ｐ方向に沿って略平行に延びているとみなせる２つの線分ＡＢおよび線分ＤＥと、両線分を先端部３３１の縁端３３８側で接続する線分ＢＥとから構成したものとする。そして線分ＢＥ上で、軸線Ｐ方向と直交する幅Ｑ方向に中央の位置する点Ｇに対し、その点Ｇよりも線分ＡＢ側で最も先端部３３１の縁端３３８に近い点をＦとし、点Ｇよりも線分ＤＥ側で最も先端部３３１の縁端３３８に近い点をＧとする。このとき、線分ＢＥ上の点Ｆが、軸線Ｐ方向において点Ｇの位置よりも縁端３３８に近い位置に配置される一方で、点Ｈの位置が、点Ｇと同じもしくは点Ｇの位置よりも縁端３３８から遠い位置に配置される形態となってもよい。つまり、芯材３３５の輪郭線を構成する線分ＢＥが、幅Ｑ方向に中央の位置よりも線分ＡＢ側あるいは線分ＤＥ側にて縁端３３８に向けて突出した形状をなしていてもよい。

こうした場合、本実施の形態と同様に、内面３３３上にて電極チップ９１の上記接合面の輪郭線（あるいは接合面の輪郭線とみなされる仮想線）上の点で、軸線Ｐ方向に最も縁端３３８から遠い点Ｉが、軸線Ｐ方向において点Ｇと点Ｆとの間の位置にあり、且つ、電極チップ９１の接合面の輪郭線（あるいは接合面の輪郭線とみなされる仮想線）が、接地電極３０の厚み方向において芯材３３５の輪郭線と重ならない（非接触の）状態にあればよい。さらに具体的には、軸線Ｐ方向において、点Ｇと、電極チップ９１の中心軸の位置Ｃとの間の距離Ｌ１が電極チップ９１の接合面の半径Ｒより大きいこと、点Ｆと位置Ｃとの間の距離Ｌ２がＬ１より小さいこと、そして、幅Ｑ方向において、点Ｃと点Ｆとの間の距離Ｗ２が半径Ｒより大きいことが満たされるとよい。このようにすれば、接地電極３３０の先端部３３１の内面３３３上で、芯材３３５の輪郭線が、縁端３３８に向けて、電極チップ９１の接合面の輪郭線（あるいは接合面の輪郭線とみなされる仮想線）を避けつつ延びる形態となり、接地電極３３０の先端部３３１からの熱引きが良好となると共に、電極チップ９１の接合性が低下することを防止することができる。

また、内面３３上に投影した電極チップ９１の接合面の輪郭線（あるいは接合面の輪郭線とみなされる仮想線）と、芯材３５の輪郭線とが、非接触の状態にあることを限定するものではない。本実施の形態のように内面３３上に投影した芯材３５の輪郭線上の点Ｆおよび点Ｈの少なくとも一方が点Ｇよりも接地電極３０の先端側に延びている形状をなすことにより、例え電極チップ９１と芯材３５とが厚み方向に重なった状態にあっても、電極チップ９１の輪郭線内にて占める芯材３５の割合を少なくすることができる。つまりこうした構成であっても、抵抗溶接時に生ずる熱が芯材３５を介して奪われ接合性が低下してしまうことを抑制することが可能である。

スパークプラグ１００の部分断面図である。 接地電極３０付近を拡大した断面図である。 図２の２点鎖線Ｓ−Ｓにおいて矢視方向から見た接地電極３０の断面図である。 接地電極３０の内面３３上に、厚み方向に芯材３５の輪郭線を投影して電極チップ９１の配置位置との関係を示した図である。 芯材３５と電極チップ９１との位置関係を示すため接地電極３０の先端部３１に内包される芯材３５の輪郭線を重ねて見た斜視図である。 接地電極３０の元となる接地電極原材１３０の構成を示す部分断面図である。 ダイス２００を用い接地電極原材１３０の押出成形を行う過程を示す部分断面図である。 図７の１点鎖線Ｘ−Ｘにおいて矢視方向から見たダイス２００の断面図である。 図７の１点鎖線Ｙ−Ｙにおいて矢視方向から見たダイス２００の断面図である。 図７の１点鎖線Ｚ−Ｚにおいて矢視方向から見たダイス２００の断面図である。 押出成形した接地電極原材１３０を切断し接地電極３０を得る様子を示す図である。 変形例としての接地電極３３０の内面３３３上に、厚み方向に芯材３３５の輪郭線を投影して電極チップ９１の配置位置との関係を示した図である。

符号の説明

１０ 絶縁碍子
１２ 軸孔
２０ 中心電極
３０ 接地電極
３１ 先端部
３２ 基端部
３３ 内面
３５ 芯材
５０ 主体金具
９１ 電極チップ
１００ スパークプラグ

Claims (6)

1. 中心電極と、当該中心電極の軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、一端部が前記主体金具に接合され、他端部の一側面が前記中心電極と対向するように屈曲されると共に、自身の内部に、前記一端部から前記他端部へ向かう第１方向に沿うように延びる芯材を有する接地電極とを備えたスパークプラグであって、
   前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に前記芯材の輪郭線の形状を投影したときに、
   前記芯材の輪郭線を構成し、前記第１方向に沿って延びる第１線分と第２線分とを前記他端部の縁端寄りの位置にて接続する第３線分上で、前記第１方向と直交する第２方向において中央に位置する第１部位よりも、その第２方向において前記第１線分寄りの部位に位置し、最も前記接地電極の前記他端部の縁端の位置に近い第２部位と、前記第２方向において前記第２線分寄りの部位に位置し、最も前記接地電極の前記他端部の縁端の位置に近い第３部位とのうちの少なくとも一方の部位が、前記接地電極の前記他端部の縁端寄りの位置にあることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記接地電極の前記他端部の前記一側面に電極チップを接合したことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記電極チップは、前記接地電極の前記一側面に抵抗溶接によって接合されると共に、
   前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に前記芯材の輪郭線の形状と前記電極チップの前記一側面への接合面の輪郭線の形状とを投影したときに、
   前記電極チップの前記接合面の輪郭線上で最も前記接地電極の前記他端部の縁端の位置から遠い第４部位は、前記第１方向において、前記一側面上に投影された前記芯材の輪郭線上の前記第１部位と、少なくとも前記第２部位および前記第３部位のうちの一方の部位との間に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。
4. 前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に前記芯材の輪郭線の形状と前記電極チップの前記一側面への接合面の輪郭線の形状とを投影したときに、
   前記電極チップの前記接合面の輪郭線と前記芯材の輪郭線とが非接触の状態にあることを特徴とする請求項３に記載のスパークプラグ。
5. 前記電極チップは、外径が２ｍｍ以上の円柱形状をなし、
   前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に、前記芯材の輪郭線の形状と前記電極チップの前記一側面への接合面の輪郭線の形状とを投影したときに、
   前記電極チップの中心軸の位置をＣ、前記電極チップの半径をＲ、
   前記第２方向における前記第２部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＷ２、
   前記第２方向における前記第３部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＷ３とし、
   このとき、少なくともＷ２＞ＲおよびＷ３＞Ｒの一方が満たされることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
6. 前記電極チップは、外径が２ｍｍ以上の円柱形状をなし、
   前記接地電極の前記他端部において、前記一側面上に、前記芯材の輪郭線の形状と前記電極チップの前記一側面への接合面の輪郭線の形状とを投影したときに、
   前記電極チップの中心軸の位置をＣ、前記電極チップの半径をＲ、
   前記第１方向における前記第１部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＬ１、
   前記第１方向における前記第２部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＬ２、
   前記第１方向における前記第３部位の位置と前記位置Ｃとの距離をＬ３とし、
   このとき、Ｒ＜Ｌ１が満たされると共に、少なくともＬ２＜Ｌ１およびＬ３＜Ｌ１の一方が満たされることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のスパークプラグ。

Images