JP2009054579A - 内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性及び耐熱性に優れた内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】取付金具２と、絶縁碍子３と、中心電極４と、接地電極５とを備えた内燃機関用のスパークプラグ１。接地電極５は、取付金具２に固定されるとともに、接地電極５における中心電極４側の面である対向面５１において中心電極４に向かって接地電極５の一部を突出させてなる凸部５１０と、接地電極５における対向面５１と反対側の面である接地電極背面５２から対向面５１に向かって形成された凹部５２０とを有する。凸部５１０は、軸芯の延長線が凹部５２０が形成されている領域を通過するよう配置されている。凹部５２０の開口部の面積をＳ１、スパークプラグ１の軸方向に直交する凸部５１０の断面の平均断面積をｓとしたとき、Ｓ１≧ｓの関係が成り立つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に使用する内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法に関する。

従来より、図２５に示すごとく、例えば自動車等の内燃機関の燃焼室に導入される混合気の着火手段として用いられる内燃機関用のスパークプラグ９がある（例えば、特許文献１参照）。
該スパークプラグ９は、中心電極９４と接地電極９５とを有する。
該接地電極９５は、取付金具９２に固定されるとともに、接地電極９５における中心電極９４側の面である対向面に取り付けられ中心電極９４に対向して配置された突出部９５１とを有する。

ところが、上記スパークプラグ９においては、以下のような問題がある。すなわち、上記スパークプラグ９においては、別部材を接地電極９５に取り付けることにより突出部９５１を形成するため、スパークプラグ９の製造工程における工数が多くなってしまう。
その結果、スパークプラグ９の生産性を向上させることが困難となるおそれがある。
また、突出部９５１を、例えば貴金属などによって形成する場合には、材料コストが高くなってしまうおそれがある。

これに対して、平板状の接地電極９５に、図２６に示すごとく、例えば折り曲げ加工等を施して凸曲面状の突出部９５１を一体的に成形してなるスパークプラグ９０がある（例えば、特許文献２参照）。そして、かかるスパークプラグ９０においては、突出部９５１の突出量を確保するために凹部９５２の深さを大きくする必要がある。
ところが、凹部９５２の深さを大きくすると、その分接地電極９５の熱引きのための経路が長くなってしまうおそれがある。その結果、接地電極９５の熱引きを充分に行うことができず、耐熱性に優れたスパークプラグ９０を得ることが困難となるおそれがある。

特開２００３−３１７８９６号公報 特開昭５２−３６２３８号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、生産性及び耐熱性に優れた内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。

第一の発明は、外周に取付け用ネジ部を設けた取付金具と、碍子先端部が突出するように上記取付金具に保持される絶縁碍子と、電極先端部が上記碍子先端部から突出するように上記絶縁碍子に保持される中心電極と、該中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
上記接地電極は、上記取付金具に固定されるとともに、上記接地電極における上記中心電極側の面である対向面において上記中心電極に向かって上記接地電極の一部を突出させてなる凸部と、上記接地電極における上記対向面と反対側の面である接地電極背面から上記対向面に向かって形成された凹部とを有し、
上記凸部は、軸芯の延長線が上記凹部が形成されている領域を通過するよう配置されており、
該凹部の開口部の面積をＳ１、上記スパークプラグの軸方向に直交する上記凸部の断面の平均断面積をｓとしたとき、Ｓ１≧ｓの関係が成り立つことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記接地電極は、該接地電極における上記中心電極側の面である対向面において上記中心電極に向かって上記接地電極の一部を突出させてなる凸部を有する。すなわち、本発明において、凸部は、接地電極において一体的に成形されたものである。それゆえ、前述したように凸部を接地電極において一体的に成形することで凸部を別部材で形成しない場合には、スパークプラグの製造工程における工数を低減することができる。その結果、スパークプラグの生産性を向上させることができる。
また、上記のごとく、凸部は接地電極において一体的に成形することで、例えば貴金属からなる別部材によって凸部を形成しない場合には、材料コストを低減することができ、低コストのスパークプラグを得ることができる。

また、本発明のスパークプラグにおいては、上記凹部の開口部の面積をＳ１、上記スパークプラグの軸方向に直交する上記凸部の断面の平均断面積をｓとしたとき、Ｓ１≧ｓの関係が成り立つ。ここで、上記凸部は、例えば、接地電極背面の一部を押し出して凹部を形成することにより対向面に接地電極の一部を突出させて成形することができるが、Ｓ１≧ｓの関係があるため、凹部の深さが小さくても、凸部を充分に突出させることができる。それゆえ、凹部付近における接地電極の厚みを充分に確保することができるため、接地電極の熱引きのための経路をも充分に確保することができる。その結果、耐熱性に優れたスパークプラグを得ることができる。

また、このように接地電極は耐熱性に優れるため、高温環境下において凸部に向かって火花放電しても、凸部の酸化揮発や溶融を防いで、凸部が消耗してしまうことを防ぐことができる。その結果、耐火花消耗性に優れたスパークプラグを得ることができる。
また、上記のごとく、凹部付近における接地電極の厚みを充分に確保することができるため、接地電極の強度を確保してせん断亀裂を防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、生産性及び耐熱性に優れた内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

第二の発明は、上記凸部を成形するための凸部用キャビティを有する金型に、上記凸部用キャビティと上記対向面とを対向させた状態で略平板状の上記接地電極を載置した後、上記凹部を形成するための押圧冶具によって、上記接地電極背面の一部を押圧して上記凹部を形成するとともに上記接地電極の一部を上記凸部用キャビティに押し出すことにより上記凸部を形成することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法にある（請求項８）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記凹部を形成するための押圧冶具によって、上記接地電極背面の一部を押圧して上記凹部を形成するとともに上記接地電極の一部を上記凸部用キャビティに押し出すことにより上記凸部を形成する。すなわち、本発明によれば、凸部を、接地電極において一体的に成形することができるため、スパークプラグの製造工程における工数を低減することができる。その結果、生産性に優れた内燃機関用のスパークプラグの製造方法を提供することができる。
また、例えば貴金属からなる別部材によって凸部を形成する必要がないため、材料コストを低減することができる。

また、上記のごとく上記接地電極背面の一部を押圧して凹部を形成するとともに接地電極の一部を凸部用キャビティに押し出すことにより凸部を形成する。すなわち、上記方法によれば、凹部の体積と凸部の体積とを略同等とすることができる。それゆえ、Ｓ１≧ｓの関係が成り立つように凸部を成形したとき、凹部の深さが小さくても凸部を充分に突出させることができる。したがって、上記方法により第一の発明に係るスパークプラグ、すなわち、耐熱性に優れたスパークプラグを容易に得ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、生産性及び耐熱性に優れた内燃機関用のスパークプラグの製造方法を提供することができる。

第一発明、及び第二の発明において、上記内燃機関用のスパークプラグは、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における内燃機関の着火手段として用いることができる。
また、第一の発明及び第二の発明のスパークプラグにおいて、内燃機関の燃焼室内に挿入される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
なお、凸部の平均断面積ｓは、凸部の体積を凸部の突出量で除した値である。

また、上記スパークプラグにおいては、上記スパークプラグの軸方向に直交する上記凹部の断面の平均断面積をＳ２としたとき、Ｓ２≧ｓが成り立つことが好ましい（請求項２）。
この場合には、凹部の深さが小さくても、凸部を充分に突出させることができる。それゆえ、生産性及び耐熱性に優れたスパークプラグを得ることができる。
なお、凹部の平均断面積Ｓ２は、凹部の体積を凹部の深さで除した値である。

また、上記スパークプラグにおいては、上記接地電極の厚みをＴ、上記スパークプラグの軸方向における上記凹部の深さＨとは、Ｈ≦（３／４）Ｔの関係が成り立つことが好ましい（請求項３）。
この場合には、凹部付近における接地電極の厚みを充分に確保することができる。その結果、耐熱性に一層優れたスパークプラグを得ることができる。

また、上記凸部と上記凹部とは、略円柱形状であって、上記凸部の直径をｄ、上記凹部の直径をＤとしたとき、Ｄ≧ｄの関係が成り立つことが好ましい（請求項４）。
この場合にも、生産性及び耐熱性に優れたスパークプラグを得ることができる。

また、上記スパークプラグにおいては、該スパークプラグの軸方向における上記凸部の突出量をｈ、上記スパークプラグの軸方向における上記凹部の深さをＨとしたとき、Ｈ≦２ｈの関係が成り立つことが好ましい（請求項５）。
この場合には、凸部を充分に突出させるとともに、凹部付近における接地電極の厚みを充分に確保することができる。その結果、着火性及び耐熱性に充分に優れたスパークプラグを得ることができる。
また、Ｈ≦ｈであることがより好ましい。

また、上記凸部は、上記中心電極に対向する頂面において上記接地電極背面側に窪んだ溝部を有することが好ましい（請求項６）。
この場合には、凸部の頂面における角部の全長を長くすることができる。これにより、強電界部を複数形成することができ、要求電圧を低減することができる。その結果、スパークプラグの着火性を向上させることができる。

また、上記凸部には、上記中心電極と対向する頂面にＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗのいずれか一種類を主成分とする貴金属からなるチップが溶接されていてもよい（請求項７）
この場合には、着火性に優れる低コストのスパークプラグを得ることができる。すなわち、上記のように、凸部の頂面にさらに貴金属のチップを取り付ける場合には、対向面からの突出量を同じとする場合であっても、単に対向面にチップを取り付ける場合よりも、接地電極に凸部が形成されている分だけ使用する貴金属の量を少なくすることができる。このため、スパークプラグの材料コストを低減することができる。また、凸部の頂面よりもさらに電極先端部に近づく方向にチップを取り付けるため、単に凸部を設けただけの場合よりも要求電圧を低減することができ、スパークプラグの着火性を向上させることができる。

また、第二の発明において、上記接地電極は、幅方向の両側面を上記金型に設けた側方当接面に当接させた状態で上記押圧冶具によって押圧されることが好ましい（請求項９）。
この場合には、押圧冶具によって接地電極の一部を押圧する際に、接地電極が幅方向へ広がるように変形することを防ぎ、凸部を確実に突出させることができる。

また、上記接地電極は、先端部分を上記金型に設けた先端当接面に当接させた状態で上記押圧冶具によって押圧されることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、押圧冶具によって接地電極の一部を押圧する際に、接地電極の先端方向へ広がるように変形することを防ぎ、凸部を確実に突出させることができる。

また、上記金型には、上記凸部用キャビティに対して摺動可能な可動型が挿入配置されており、該可動型は、上記接地電極に対向する型面を平面状に形成してなり、上記接地電極の一部を上記凸部用キャビティに押し出して上記凸部を成形する際に上記可動型の型面によって上記凸部の頂面を成形することが好ましい（請求項１１）。

この場合には、平板状の型面により凸部の頂面を平面状に成形することができ、これにより、凸部の頂面と側面との間に角部を形成しやすくなる。
ここで、スパークプラグが内燃機関に取り付けられて使用される場合、初期状態においては、火花は電極先端部から上記角部へ向かって放電する。そして、かかる火花放電によって、凸部は上記角部から次第に消耗していき、上記角部がなくなった後に凸部全体の消耗が進行し、火花放電ギャップが拡大する。すなわち、上記方法により製造されたスパークプラグにおいては、まず上記角部から凸部を消耗させることができる。したがって、凸部が上記角部を有している分、凸部の寿命、すなわち、スパークプラグの寿命を長くすることができる。

また、可動型の位置調整を行うことにより、凸部の突出量を容易に調整することができる。
さらに、可動型が凸部用キャビティに対して摺動可能であるため、凸部を成形した後、接地電極を金型より容易に離型することができる。

また、上記凸部を形成するに当たっては、上記押圧冶具によって上記接地電極背面の一部を二回以上押圧してもよい（請求項１２）。
この場合には、凸部の頂面において角部を確実に形成することができる。すなわち、仮に押圧冶具による一回の押圧によっては頂面に充分に角部を形成することができなくても、二回以上押圧することで頂面に確実に角部を形成することができる。これにより、要求電圧を低減することができ、着火性に優れるスパークプラグを得ることができる。

また、上記金型は、上記凸部における上記中心電極に対向する頂面において上記接地電極背面側に窪んだ溝部を形成するための溝形成部を備えた可動型を有することが好ましい（請求項１３）。
この場合には、請求項６と同様、強電界部を複数形成して要求電圧を低減することができ、スパークプラグの着火性を向上させることができる。

また、上記凸部を形成した後、該凸部における上記中心電極に対向する頂面にＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗのいずれか一種類を主成分とする貴金属からなるチップを溶接することもできる（請求項１４）。
この場合には、請求項７と同様、スパークプラグの材料コストを低減することができるとともに、スパークプラグの着火性を向上させることができる。

（実施例１）
本発明の実施例に係る内燃機関用のスパークプラグにつき、図１〜図７を用いて説明する。
本例のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、外周に取付け用ネジ部２０を設けた取付金具２と、碍子先端部３０が突出するように取付金具２に保持される絶縁碍子３と、電極先端部４０が碍子先端部３０から突出するように絶縁碍子３に保持される中心電極４と、該中心電極４との間に火花放電ギャップＧを形成する接地電極５とを備える。

接地電極５は、図１〜図３に示すごとく、取付金具２に固定されるとともに、接地電極５における中心電極４側の面である対向面５１において中心電極４に向かって接地電極５の一部を突出させてなる凸部５１０と、接地母材５０における対向面５１と反対側の面である接地電極背面５２から対向面５１に向かって形成された凹部５２０とを有する。
そして、凸部５１０は、軸芯の延長線が凹部５２０が形成されている領域を通過するよう配置されている。

また、本例のスパークプラグ１においては、凹部５２０の開口部５２３の面積をＳ１、スパークプラグ１の軸方向に直交する凸部５１０の断面の平均断面積をｓとしたとき、Ｓ１≧ｓの関係が成り立つ。なお、凸部５１０の平均断面積ｓは、凸部５１０の体積ｖを突出量ｈで除した値ｖ／ｈである。
また、本例においては、凸部５１０及び凹部５２０はともに略円柱形状である。したがって、例えば、図３に示すように、凸部５１０の直径をｄ、凹部５２０の直径をＤとすると、本例のスパークプラグ１においては、Ｄ≧ｄの関係が成り立っている。

上記スパークプラグ１は、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における内燃機関の着火手段として用いることができる。
スパークプラグ１は、上述のごとく、外周に取付け用ネジ部２０を有する取付金具２を有する。そして、取付け用ネジ部２０において、内燃機関の燃焼室（図示略）の壁部に螺合される。また、取付金具２の先端面に、接地電極５の一端が接合されており、接地電極５の他端に形成される凸部５１０が、中心電極４の電極先端部４０と対向する位置に配されるよう、接地電極５は屈曲成形されている。
本例の中心電極４の電極先端部４０は、例えば、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ等を含む貴金属のチップからなるものとすることができる。
また、接地電極５は、例えば、Ｎｉを主成分としてＴｉを含有するＮｉ基合金からなるものとすることができる。

また、本例のスパークプラグ１においては、例えば、凸部５１０の直径ｄを１．５ｍｍ、凹部５２０の直径Ｄを１．７ｍｍ、接地電極５の幅Ｗを２．８ｍｍとすることができる。すなわち、本例のスパークプラグ１においては、上述のごとく、Ｄ≧ｄの関係のほか、Ｗ＞Ｄの関係が成り立っている。

また、接地電極５の厚みＴは、例えば１．６ｍｍとすることができる。すなわち、本例のスパークプラグ１においては、Ｈ≦（３／４）Ｔの関係が成り立っている。
凸部５１０は、頂面５１１が平坦面として形成されるとともに、頂面５１１と側面５１２との間に角部５１３を有している。

なお、図７に示すように、凸部５１０の付根部５１４を曲面によって形成することができ、また、凹部５２０の底面角部５２４を曲面によって形成することもできる。この場合には、凸部５１０の付根部５１４における曲率半径及び凹部５２０の底面角部５２４の曲率半径をそれぞれ０．１ｍｍ以上とすることにより、加工後に付根部５１４及び底面角部５２４における応力集中を抑制することができる。これにより、エンジン運転時の冷熱環境においても接地電極５における亀裂を抑制することができる。

なお、本例のスパークプラグ１の軸方向における凸部５１０の突出量ｈは０．７ｍｍ、スパークプラグ１の軸方向における凹部５２０の深さＨは１．１ｍｍである。このように、本例のスパークプラグ１においてはＨ＞ｈであり、凹部５２０の体積は凸部５１０の体積よりも大きいが、これは、凸部５１０を成形する際に、接地電極５の一部がどうしても凸部５１０以外の部分に拡がってしまうためである。したがって、例えば、接地電極５の軸方向に直交する断面を限りなく矩形形状とする等、凸部５１０以外の部分への拡がりを抑制することが好ましい。

なお、突出量ｈは、前述した値に限られず、例えば０．３ｍｍ≦ｈ≦１．１ｍｍとすることができる。
ｈ≧０．３ｍｍである場合には、スパークプラグの着火性を向上させることができる。すなわち、接地電極５の対向面５１を、放電火花により混合気に着火した初期火炎から０．３ｍｍ以上離すことにより、初期火炎が燃え広がりやすくすることができ、スパークプラグの着火性を向上させることができる。
また、ｈ≦１．１ｍｍである場合には、凸部５１０の先端部の温度上昇を抑制し、エンジン運転中におけるプレイグニッションを抑制することができる。

次に、前述した各寸法の計測方法の一例を示す。
すなわち、例えば図３に示すように接地電極５の加工部分を切断した断面において各部の寸法を計測する。かかる計測においては、例えば投影機を用いて１０倍等の倍率で投影して計測してもよく、拡大写真を用いて計測してもよい。

具体的には、凸部５１０の直径ｄは、上記断面における凸部５１０の幅方向の長さを計測する。また、凹部５２０の直径Ｄは、上記断面における凹部５２０の幅方向の長さを計測する。
また、凸部５１０の突出量ｈは、上記断面において、接地電極５の対向面５１から凸部５１０の頂面５１１までの長さを計測する。また、凹部５２０の深さＨは、同様に接地電極５の接地電極背面５２から凹部５２０の底面部５２１までの距離を計測する。

次に、本例のスパークプラグ１の製造方法につき、図４〜図６を用いて説明する。
まず、図６（ａ）に示すごとく、略平板状の接地電極５を固定した取付け金具２の内側に中心電極４等を挿通する。
次に、図４（ａ）に示すごとく、上記接地電極５を、凸部５１０を成形するための略円柱形状の凸部用キャビティ６１を有する金型６に、凸部用キャビティ６１と対向面５１とを対向させた状態で載置する。また、このとき、接地電極５は、図４、図５に示すごとく、幅方向の両側面５３及び先端部分５４を金型６に設けた側方当接面６３及び先端当接面６４に当接させた状態で金型６に載置される。

また、金型６には、凸部用キャビティ６１に対して摺動可能な可動型６１０が挿入配置されている。該可動型６１０は、接地電極５に対向する型面６１１を平面状に形成してなる。なお、凸部用キャビティ６１内における可動型６１０の位置を調整することによって凸部５１０の突出量ｈを変更することができる。

また、押圧冶具７は、凸部用キャビティ６１と同様、略円柱形状からなるとともに、スパークプラグ１においてＳ１≧ｓの関係が成り立つように、押圧冶具７の可動方向に直交する断面の断面積が凸部用キャビティ６１の断面積よりも大きくなるよう構成されている。

そして、上記金型６及び上記押圧冶具７を用いて、平板状の接地電極５に冷鍛加工を施すことにより凸部５１０を成形する。具体的には、図４（ｂ）、図５に示すごとく、押圧冶具７によって接地電極背面５２の一部を押圧して凹部５２０を形成するとともに接地電極５の一部を凸部用キャビティ６１に押し出すことにより凸部５１０を成形する。すなわち、対向面５１の一部が押し出され、その押し出された分の接地電極５が凸部用キャビティ６１の内部に突出して凸部５１０が成形される。

また、押圧冶具７によって接地電極背面５２の一部を押し出すに当たっては、図４（ｂ）、図５に示すごとく、接地電極５は、上記側方当接面６３及び上記先端当接面６４に当接したままの状態で押圧冶具７によって押圧される。したがって、対向面５１の一部を押し出した分、凸部５１０を充分に突出させることができる。ただし、上述したごとく、押圧冶具７によって押し出された凹部５２０の体積分のすべてが凸部５１０とはならない場合があるため、接地電極５の軸方向に直交する断面を限りなく矩形形状とするとともに接地電極５を側方当接面６３及び先端当接面６４に充分に当接させることが好ましい。すなわち、上記方法によれば、凹部５２０の体積と凸部５１０の体積とを略同等に近付けることができ、Ｈ≧ｈの関係が成り立つスパークプラグを構成することができる。
また、凸部５１０の頂面５１１は、接地電極５の一部が可動型６１０の型面６１１に当接することによって成形される。

次いで、可動型６１０を接地電極５の方へ押し出して凸部用キャビティ６１から凸部５１０を引き出すことにより、加工を施した接地電極５を金型６から離型する。
次いで、図６（ｃ）に示すごとく、電極先端部４０と凸部５１０とが対向するように接地電極５を屈曲成形する。これにより、電極先端部４０と凸部５１０との間に火花放電ギャップＧが形成される。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
接地電極５は、接地電極５における中心電極４側の面である対向面５１において中心電極４に向かって接地電極５の一部を突出させてなる凸部５１０を有する。すなわち、本例において、凸部５１０は、接地電極５において一体的に成形されたものである。それゆえ、別部材により形成した凸部を接地電極５に取り付ける工程を設ける必要がないため、スパークプラグ１の製造工程における工数を低減することができる。
また、上記のごとく、凸部５１０は接地電極５において一体的に成形されたものであるため、例えば貴金属からなる別部材によって凸部５１０を形成する必要がない。したがって、材料コストを低減することができ、低コストのスパークプラグ１を得ることができる。
その結果、スパークプラグ１の生産性を向上させることができる。

また、本例のスパークプラグ１においては、凹部５２０の開口部５２３の面積をＳ１、凸部５１０の断面の平均断面積をｓとしたとき、Ｓ１≧ｓの関係が成り立つ。ここで、凸部５１０は、接地電極背面５２の一部を押し出して凹部５２０を形成することにより対向面５１に接地電極５の一部を突出させて成形することができるが、Ｓ１≧ｓの関係があるため、凹部５２０の深さＨが小さくても、凸部５１０を充分に突出させることができる。それゆえ、凹部５２０付近における接地電極５の厚みを充分に確保することができるため、接地電極５の熱引きのための経路をも充分に確保することができる。その結果、耐熱性に優れたスパークプラグ１を得ることができる。

また、このように接地電極５は耐熱性に優れるため、高温環境下において凸部５１０に火花放電されても、凸部５１０の酸化揮発や溶融を防いで、凸部５１０が消耗してしまうことを防ぐことができる。その結果、耐火花消耗性に優れたスパークプラグ１を得ることができる。
また、上記のごとく、凹部５２０付近における接地電極５の厚みを充分に確保することができるため、接地電極５の強度を確保してせん断亀裂を防ぐことができる。

また、スパークプラグ１においては、Ｈ≦（３／４）Ｔの関係が成り立つ。これにより、接地電極５における凹部５２０の深さＨから対向面５１までの厚みを充分に確保することができる。そのため、耐熱性に一層優れたスパークプラグ１を得ることができる。

また、凸部５１０と凹部５２０とは、略円柱形状であって、Ｄ≧ｄの関係が成り立つため、生産性及び耐熱性により一層優れたスパークプラグ１を得ることができる。
また、接地電極５は、幅方向の両側面５３及び先端部分５４を金型６に設けた側方当接面６３及び先端当接面６４に当接させた状態で押圧冶具７によって押圧される。これにより、押圧冶具７によって接地電極５を押圧する際に、接地電極５が幅方向及び先端方向へ広がるように変形することを防ぎ、凸部５１０を確実に突出させることができる。

また、金型６には、凸部用キャビティ６１に対して摺動可能な可動型６１０が挿入配置されており、該可動型６１０は、接地電極５に対向する型面６１１を平面状に形成してなり、接地電極５の一部を凸部用キャビティ６１に押し出して凸部５１０を成形する際に可動型６１０の型面６１１によって凸部５１０の頂面５１１を成形する。これにより、平板状の型面６１１により凸部５１０の頂面５１１を平面状に形成することができ、凸部５１０の頂面５１１と側面５１２との間に角部５１３を形成しやすくなる。

ここで、スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられて使用される場合、初期状態においては、火花は電極先端部４０から角部５１３へ向かって放電する。そして、火花放電によって、凸部５１０は角部５１３から次第に消耗していき、角部５１３がなくなった後に凸部５１０全体の消耗が進行し、火花放電ギャップＧが拡大する。すなわち、上記方法により製造されたスパークプラグ１においては、まず角部５１３から凸部５１０を消耗させることができる。したがって、凸部５１０が角部５１３を有している分、凸部５１０の寿命、すなわち、スパークプラグ１の寿命を長くすることができる。

また、可動型６１０の位置調整を行うことにより、凸部５１０の突出量ｈを容易に調整することができる。
さらに、可動型６１０が凸部用キャビティ６１に対して摺動可能であるため、凸部５１０を成形した後、接地電極５を金型６より容易に離型することができる。

以上のごとく、本例によれば、生産性及び耐熱性に優れた内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図８に示すごとく、凸部５１０と凹部５２０とが、略四角柱形状である接地電極５の例である。すなわち、本例の接地電極５は、略四角柱形状の凸部用キャビティ６１を有する金型６と略四角柱形状の押圧冶具７とを用いて作製したものである。

本例のスパークプラグ１においては、スパークプラグ１の軸方向に直交する凸部５１０の断面における断面積をａ、スパークプラグ１の軸方向に直交する凹部５２０の断面における断面積をＡとしたとき、Ａ≧ａの関係が成り立っている。ここで、凸部５１０及び凹部５２０は、スパークプラグ１の軸方向から見たときの形状がともに正方形状である。すなわち、凸部５１０の一辺の長さｘと、凹部５２０の一辺の長さｗとは、ｗ＞ｘの関係を有する。
また、凹部５２０の一辺の長さｗと接地電極５の幅Ｗとは、Ｗ＞ｗの関係を有する。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図９に示すごとく、接地電極５の軸方向に平行に切断したときの断面が略長方形状である凸部５１０と、接地電極５の軸方向に平行に切断したときの断面が略台形状である凹部５２０とを有する接地電極５の例である。
すなわち、凹部５２０において、接地電極５の軸方向に平行に切断したときの断面に表れる凹部５２０の側面５２２の二本の輪郭線は、接地電極背面５２から対向面５１側へ向かうにつれて凹部５２０の平均断面積Ｓ２が小さくなるようテーパ状となっている。そして、本例の接地電極５をスパークプラグ１の軸方向に見たとき、凹部５２０の底部５２１の面積は凹部５２０の開口部５２３の面積よりも小さい。

本例においては、図９に示すごとく、凹部５２０の開口部５２３の面積Ｓ１は、凸部５１０の面積ｓよりも大きい。また、凹部５２０の平均断面積Ｓ２についても、凸部５１０の面積ｓより大きい。
ここで、凹部５２０の平均断面積Ｓ２は、凹部５２０の体積Ｖを凹部５２０の深さＨで除した値Ｖ／Ｈである。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１０に示すごとく、接地電極５の軸方向に平行に切断したときの断面が、ともに略台形状である凸部５１０及び凹部５２０を有する接地電極５の例である。
本例においては、凹部５２０の開口部５２３の面積Ｓ１は、凸部５１０の平均断面積ｓよりも大きい。また、凹部５２０の平均断面積Ｓ２についても、凸部５１０の平均断面積ｓより大きい。

ここで凸部５１０の平均断面積ｓは、凸部５１０の体積ｖを突出量ｈで除した値ｖ／ｈである。また、凹部５２０の平均断面積Ｓ２は、凹部５２０の体積Ｖを凹部５２０の深さＨで除した値Ｖ／Ｈである。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図１１に示すごとく、接地母材５０の軸方向に平行に切断したときの断面が略長方形状である凸部５１０と、接地母材５０の軸方向に平行に切断したときの断面において表れる曲線が半楕円弧形状である凹部５２０とを有する接地電極５の例である。
本例においては、凹部５２０の開口部５２３の面積Ｓ１は、凸部５１０の面積ｓよりも大きい。また、凹部５２０の平均断面積Ｓ２についても、凸部５１０の面積ｓより大きい。

ここで、凹部５２０の平均断面積Ｓ２は、凹部５２０の開口部５２３から底部５２１までの間における、軸方向に直交する方向の断面における凹部５２０の断面積の平均値である。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例６）
本例は、図１２〜図１４に示すごとく、凸部５１０と凹部５２０とが、種々の形状を有する接地電極５の例である。
図１２に示す接地電極５は、ともに六角柱形状である凸部５１０及び凹部５２０を有する。
また、図１３に示す接地電極５は、ともに楕円柱形状である凸部５１０及び凹部５２０を有する。
また、図１４に示す接地電極５は、実施例２における略四角柱形状の凸部５１０と凹部５２０とを、ともにスパークプラグ１の軸方向を中心として略４５°回転させてなるものである。

このように、凸部５１０及び凹部５２０の形状は種々あるが、これらの場合にも、凸部５１０及び凹部５２０の形状以外については、実施例１と同様の構成を有する。そして、これらの場合にも実施例１と同様の作用効果を有する。
また、本発明のスパークプラグ１は、上述した態様に限定されるものではない。

（実施例７）
本例は、図１５、図１６に示すように、押圧冶具７によって接地電極背面５２の一部を押圧して凸部５１０を形成する押圧工程の変形例である。
すなわち、図１５は、上記押圧工程を２回行っている状態を示している。そして、同図（ａ）に示すように、一回目の押圧工程においては、凹部５２０の開口部５２３の径と同一の径を有する押圧冶具７ａを用いて凸部５１０を形成している。
次いで、同図（ｂ）に示すように、二回目の押圧工程において、凸部５１０の径よりも小さい径を有する押圧冶具７ｂを用いて凸部５１０をさらに突出させる。
本例の場合には、凸部５１０に確実に角部５１３を形成することができる。

また、図１６は、互いに径の異なる押圧部７１、７２を有する押圧冶具７ｃによって押圧工程を行っている状態を示している。具体的には、同図に示すように、押圧冶具７ｃは、押圧方向の先端側に配設され凸部５１０の径よりも小さい径を有する押圧部７１と、さらにその後端部から押圧方向と反対方向に延設され凹部５２０の開口部５２３の径よりも小さい径を有する押圧部７２とを有する。
この場合にも、上記図１５に示した場合と同様、凸部５１０に確実に角部５１３を形成することができる。
その他は、実施例１と同様である。

（実施例８）
本例は、図１７に示すように、接地電極５を２つ有する多極型のスパークプラグ１の例である。
すなわち、本例のスパークプラグ１は、凸部５１０を有する接地電極５を２つ備えている。具体的には、２つの接地電極５は、それぞれの凸部５１０の頂面５１１が中心電極４を挟んで互いに対向するように取付金具２に取り付けられている。
また、それぞれの凸部５１０は、中心電極４の先端部に向かって突出している。
本例の場合には、着火性に優れたスパークプラグ１を得ることができる。
その他は、実施例１と同様である。

（実施例９）
本例は、図１８に示すように、中心電極４の先端部に取り付けられた電極先端部４０のみが、絶縁碍子３の碍子先端部３０よりもスパークプラグ１の軸方向の先端側に位置するよう構成されたスパークプラグ１の例である。
本例の場合には、優れた耐くすぶり性を確保しつつ要求電圧を低減することができるスパークプラグを得ることができる。
その他は、実施例１と同様である。

（実施例１０）
本例は、図１９、図２０に示すように、凸部５１０の頂面５１１にさらに貴金属からなるチップ５１４を溶接した接地電極５を有するスパークプラグ１の例である。
チップ５１４としては、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗのいずれか一種類を主成分とした貴金属を用いることができる。
また、チップ５１４は、図１９（ａ）に示すような円柱形状のもの、図１９（ｂ）に示すような直方体形状のもの、図１９（ｃ）に示すような円環形状のものを、凸部５１０の突出量ｈに応じて種々高さを変更して形成することができる。

本例のスパークプラグ１の作製手順について、図２０とともに説明する。
すなわち、同図（ａ）に示すように、上記実施例１と同様、押圧冶具７によって接地電極５の一部を押圧することにより凸部５１０を形成する。
次いで、同図（ｂ）に示すように、凸部５１０の先端部に、チップ５１４を例えば抵抗溶接により溶接する。なお、チップ５１４が長い場合などにおいては、溶接の信頼性を高めるため、抵抗溶接とレーザー溶接とを併用することもできる。

次いで、図２０（ｃ）に示すように、貴金属からなるチップ５１４及び凸部５１０が中心電極４の電極先端部４０と面するよう接地電極５を屈曲させる。
以上の手順により、本例のスパークプラグ１を作製することができる。

本例のように、凸部５１０の頂面５１１にさらに貴金属からなるチップ５１４を取り付ける場合には、対向面５１からの突出量ｈを同じとする場合であっても、単に対向面５１にチップ５１４を取り付ける場合よりも接地電極５に凸部５１０が形成されている分だけ使用する貴金属の量を少なくすることができる。このため、スパークプラグ１の材料コストを低減することができる。また、凸部５１０の頂面５１１よりもさらに電極先端部４０に近づく方向にチップ５１４を取り付けるため、単に凸部５１０を設けただけの場合よりも要求電圧を低減することができ、スパークプラグ１の着火性を向上させることができる。
その他は、実施例１と同様である。

（実施例１１）
本例は、図２１に示すように、頂面５１１に種々の形状の溝部５１５が形成されている接地電極５の例である。
凸部５１０の頂面５１１には、例えば図２１（ａ）に示すように３つの円柱形状の溝部５１５、図２１（ｂ）に示すように３つの直線状の溝部５１５を頂面５１１の中心で結合してなるもの、図２１（ｃ）に示すように２本の直線状の溝部５１５を並列してなるものなど種々の形状の溝部５１５を形成することができる。

また、凸部５１０の頂面５１１には、図２１（ｄ）に示すように、複数の直線状の溝部５１５を並列してなるもの、図２１（ｅ）に示すように、格子状のもの、図２１（ｆ）に示すように、２本の直線状の溝部５１５を頂面５１１の中心で交差させたものなど種々の形状の溝部５１５を形成することができる。
そして、それぞれの溝部５１５は、凸部５１０の頂面５１１において接地電極背面５２側に窪むように形成されている。

また、例えば、図２１（ａ）に示すような円柱形状の溝部５１５を形成するに当たっては、図２２に示すような溝部５１５の形状と逆パターンの円柱形状の溝形成部６１５を備えた型面６１１を有する可動型６１０を用いることができる。
その他は、実施例１と同様である。

（実施例１２）
本例は、図２３に示すように、凹部５２０の開口部５２３の面積Ｓ１と凸部５１０の断面の平均断面積ｓとの関係を示すＳ１／ｓと、凸部５１０の突出量ｈとの関係を調べた例である。
具体的には、凹部５２０の深さＨを１．２ｍｍ、凹部５２０の直径Ｄを１．８ｍｍ、接地電極５の厚みＴを１．６ｍｍ、接地電極５の幅Ｗを２．８ｍｍで固定するとともに、凸部５１０の直径ｄを変更することによりＳ１／ｓの値が種々異なる接地電極５を作製した（符号については図３参照）。
そして、それぞれの場合における凸部５１０の突出量ｈを測定した。

測定結果を図２３に示す。
同図からわかるように、Ｓ１／ｓ≧１である場合には、凸部５１０の突出量ｈは０．７ｍｍを超え、凸部５１０を充分に突出させることができる。
一方、Ｓ１／ｓ＜１である場合には、凸部５１０の突出量ｈは０．７ｍｍ未満であり、凸部５１０を充分に突出させることが困難であることがわかる。特にＳ１／ｓ＜０．８の場合には、Ｈ＞２ｈとなるため、熱引の経路が充分に確保されているとは言い難い。

以上より、凸部５１０を充分に突出させるという観点から、Ｓ１／ｓ≧１であることが重要であることがわかる。
なお、本例においては、凸部５１０が円柱形状となる接地電極５にて実験を行ったが、凸部５１０の側面５１２や凹部５２０の側面５２２がテーパ状になっている場合であっても同様の結果が得られる。

（実施例１３）
本例は、図２４に示すように、凹部５２０の深さＨと接地電極５の厚みＴとの関係を示すＨ／Ｔと、接地電極５の温度との関係を調べた例である。
具体的には、凹部５２０の直径Ｄを２．０ｍｍ、凸部５１０の直径ｄを１．５ｍｍ、接地電極５の幅Ｗを２．８ｍｍ、接地電極５の厚みＴを１．６ｍｍで固定するとともに、凹部５２０の深さＨを種々変更することによりＨ／Ｔの値が種々異なる接地電極５を作製した（符号については図３参照）。

評価方法は以下のようにして行った。
すなわち、まず、凸部５１０及び凹部５２０を設けなかった場合の接地電極（以下、比較試料という。）、及び各接地電極５が７３０℃となるように加熱した。
次いで、比較試料、及び各接地電極５における、凹部５２０よりも先端部分５４に近い部分の温度を測定した。
次いで、比較試料の温度に対する、各接地電極５の増加温度を算出した。
なお、本例では、比較試料に対する増加温度の基準は１００℃とした。これは、１００℃以上の温度上昇が生じた場合、耐熱性が低下して接地電極５の寿命低下が顕著となるおそれがあることに基づく。

評価結果を図２４に示す。
同図からわかるように、Ｈ／Ｔ≦０．７５である場合には、比較試料に対する増加温度を１００℃以下と、充分に小さくすることができる。
一方、Ｈ／Ｔ＞０．７５である場合には、比較試料に対する増加温度が１００℃を超え、さらに温度増加率が急激に増大することがわかる。

以上より、接地電極５の熱引きの観点から、Ｈ／Ｔ≦０．７５であることが重要であることがわかる。
なお、本例においては、凸部５１０が円柱形状となる接地電極５にて実験を行ったが、凸部５１０の側面５１２や凹部５２０の側面５２２がテーパ状になっている場合であっても同様の結果が得られる。

実施例１における、スパークプラグの縦断面図。 実施例１における、スパークプラグの先端部の斜視図。 実施例１における、（ａ）接地電極の先端部分の断面図、（ｂ）接地電極の先端部分の上面図。 実施例１における、（ａ）凸部及び凹部を成形する前の状態を示す説明図、（ｂ）凸部及び凹部を成形した後の状態を示す説明図。 実施例１における、凸部及び凹部を成形した後の状態を示す説明図。 実施例１における、（ａ）凸部及び凹部を成形する前の状態を示すスパークプラグの先端部の説明図、（ｂ）凸部及び凹部を成形した後の状態を示すスパークプラグの先端部の説明図、（ｃ）火花放電ギャップを形成した状態を示すスパークプラグの先端部の説明図。 実施例１における、凸部の付根部及び凹部の底面部に曲面を有する接地電極の先端部分の断面図。 実施例２における、（ａ）接地電極の先端部分の断面図、（ｂ）接地電極の先端部分の上面図。 実施例３における、接地電極の断面図。 実施例４における、接地電極の断面図。 実施例５における、接地電極の断面図。 実施例６における、接地電極の上面図。 実施例６における、接地電極の上面図。 実施例６における、接地電極の上面図。 実施例７における、（ａ）凹部の開口部と同一の径を有する押圧冶具にて接地電極背面の一部を押圧している状態を示す説明図、（ｂ）凸部の径よりも小さい径を有する押圧冶具にて接地電極背面の一部を押圧している状態を示す説明図。 実施例７における、別形態の押圧冶具を示す説明図。 実施例８における、多極型のスパークプラグの先端部分の説明図。 実施例９における、別形態のスパークプラグの先端部分の断面図。 実施例１０における、凸部の頂面に取り付ける（ａ）円柱形状のチップの斜視図、（ｂ）四角柱形状のチップの斜視図、（ｃ）円環形状のチップの斜視図。 実施例１０における、（ａ）凸部を形成した状態を示す説明図、（ｂ）凸部の頂面にチップを溶接している状態を示す説明図、（ｃ）接地電極を屈曲させた状態を示す説明図。 実施例１１における、（ａ）凸部の頂面に形成された溝部の上面図、（ｂ）凸部の頂面に形成された別形態の溝部の上面図、（ｃ）凸部の頂面に形成された別形態の溝部の上面図、（ｄ）凸部の頂面に形成された別形態の溝部の上面図、（ｅ）凸部の頂面に形成された別形態の溝部の上面図、（ｆ）凸部の頂面に形成された別形態の溝部の上面図。 実施例１１における、溝部を形成するための溝形成部を有する可動型の斜視図。 実施例１２における、凹部５２０の開口部５２３の面積Ｓ１と凸部５１０の断面の平均断面積ｓとの関係であるＳ１／ｓと、凸部５１０の突出量ｈとの関係を示すプロット図。 実施例１３における、凹部５２０の深さＨと接地電極５の厚みＴとの関係であるＨ／Ｔと、接地電極５の温度との関係を示すプロット図。 従来例における、スパークプラグの断面図。 従来例における、スパークプラグの先端部の断面図。

符号の説明

１ スパークプラグ
２ 取付金具
２０ 取付け用ネジ部
３ 絶縁碍子
３０ 碍子先端部
４ 中心電極
４０ 電極先端部
５ 接地電極
５１ 対向面
５１０ 凸部
５２ 接地電極背面
５２０ 凹部

Claims (14)

1. 外周に取付け用ネジ部を設けた取付金具と、碍子先端部が突出するように上記取付金具に保持される絶縁碍子と、電極先端部が上記碍子先端部から突出するように上記絶縁碍子に保持される中心電極と、該中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えた内燃機関用のスパークプラグであって、
   上記接地電極は、上記取付金具に固定されるとともに、上記接地電極における上記中心電極側の面である対向面において上記中心電極に向かって上記接地電極の一部を突出させてなる凸部と、上記接地電極における上記対向面と反対側の面である接地電極背面から上記対向面に向かって形成された凹部とを有し、
   上記凸部は、軸芯の延長線が上記凹部が形成されている領域を通過するよう配置されており、
   上記凹部の開口部の面積をＳ１、上記スパークプラグの軸方向に直交する上記凸部の断面の平均断面積をｓとしたとき、Ｓ１≧ｓの関係が成り立つことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
2. 請求項１において、上記スパークプラグの軸方向に直交する上記凹部の断面の平均断面積をＳ２としたとき、Ｓ２≧ｓが成り立つことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
3. 請求項１又は２において、上記接地電極の厚みをＴ、上記スパークプラグの軸方向における上記凹部の深さをＨとしたとき、Ｈ≦（３／４）Ｔの関係が成り立つことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記凸部と上記凹部とは、略円柱形状であって、上記凸部の直径をｄ、上記凹部の直径をＤとしたとき、Ｄ≧ｄの関係が成り立つことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記スパークプラグの軸方向における上記凸部の突出量をｈ、上記スパークプラグの軸方向における上記凹部の深さをＨとしたとき、Ｈ≦２ｈの関係が成り立つことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記凸部は、上記中心電極に対向する頂面において上記接地電極背面側に窪んだ溝部を有することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記凸部には、上記中心電極に対向する頂面にＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗのいずれか一種類を主成分とする貴金属からなるチップが溶接されていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
8. 請求項１〜７に記載の内燃機関用のスパークプラグを製造する方法であって、上記凸部を成形するための凸部用キャビティを有する金型に、上記凸部用キャビティと上記対向面とを対向させた状態で略平板状の上記接地電極を載置した後、上記凹部を形成するための押圧冶具によって、上記接地電極背面の一部を押圧して上記凹部を形成するとともに上記接地電極の一部を上記凸部用キャビティに押し出すことにより上記凸部を形成することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。
9. 請求項８において、上記接地電極は、幅方向の両側面を上記金型に設けた側方当接面に当接させた状態で上記押圧冶具によって押圧されることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。
10. 請求項８又は９において、上記接地電極は、先端部分を上記金型に設けた先端当接面に当接させた状態で上記押圧冶具によって押圧されることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。
11. 請求項８〜１０のいずれか一項において、上記金型には、上記凸部用キャビティに対して摺動可能な可動型が挿入配置されており、該可動型は、上記接地電極に対向する型面を平面状に形成してなり、上記接地電極の一部を上記凸部用キャビティに押し出して上記凸部を成形する際に上記可動型の型面によって上記凸部の頂面を成形することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。
12. 請求項８〜１１のいずれか一項において、上記凸部を形成するに当たっては、上記押圧冶具によって上記接地電極背面の一部を二回以上押圧することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。
13. 請求項８〜１２のいずれか一項において、上記金型は、上記凸部における上記中心電極に対向する頂面において上記接地電極背面側に窪んだ溝部を形成するための溝形成部を備えた可動型を有することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。
14. 請求項８〜１３のいずれか一項において、上記凸部を形成した後、該凸部における上記中心電極に対向する頂面にＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｗのいずれか一種類を主成分とする貴金属からなるチップを溶接することを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法。

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