JP2014035852A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性の向上を図りつつ、中心電極に対するチップの接合強度を格段に高める。
【解決手段】スパークプラグ１は、中心電極５に接合されるチップ３１を備え、中心電極５の線膨張率は、チップ３１の線膨張率よりも大きくされる。チップ３１は、自身の最大幅が１．２ｍｍ以上とされ、接地電極２７との間で火花放電間隙２８を形成する間隙形成部３１Ｘと、中心電極５に接合される被接合部３１Ｙとを具備する。被接合部３１Ｙは、溶融部３３の外表面の先端から軸線ＣＬ１方向先端側に０．１ｍｍの位置Ａにおいて、軸線ＣＬ１を含む断面における自身の幅が、前記断面における間隙形成部３１Ｘの幅よりも小さくされる。前記断面の前記位置Ａにおける被接合部３１Ｙの幅をＤｔｗ（ｍｍ）とし、前記断面における溶融部３３の外表面の先端の部位の幅をＤｗ（ｍｍ）としたとき、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たす。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

スパークプラグは、内燃機関（エンジン）等に取付けられ、燃焼室内の混合気等への着火のために用いられる。一般にスパークプラグは、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、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端部に固定される接地電極とを備える。そして、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間に形成された間隙に高電圧が印加され、火花放電が生じることで、混合気等への着火がなされるようになっている。

ところで、火花放電等に伴う中心電極の消耗により、前記間隙の大きさが増大すると、火花放電を発生させるために必要な電圧（放電電圧）も増大する。そして、放電電圧が過度に大きくなってしまうと、火花放電を発生させることができなくなってしまう（いわゆる失火を招いてしまう）。

そこで、耐久性（耐消耗性）の向上を図るべく、中心電極の先端部に、イリジウムや白金等の耐消耗性に優れる金属からなる、外径の比較的大きなチップを接合する手法が考えられる。また、このようなチップに併せて、中心電極の先端部の外径を比較的大きなものとし、チップの外径と同一とすることが考えられる。しかしながら、中心電極をニッケル合金等により形成し、チップをイリジウム合金等により形成した場合など、中心電極の線膨張率がチップの線膨張率よりも大きい場合には、中心電極の先端部の外径を大きくしてしまうと、内燃機関の駆動時等の高温下において、中心電極及びチップの接合部分に加わる熱応力が非常に大きなものとなってしまう。その結果、接合部分にクラックが生じやすくなってしまい、中心電極からチップが脱落してしまうおそれがある。

これに対して、中心電極の先端部の外径をチップの外径よりも小さくする手法が考えられる（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００２−８３６６２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においても、比較的大径のチップの影響により、チップ及び中心電極間における熱膨張差が大きくなり、結局のところ、両者の接合部分に大きな熱応力が加わってしまう。その結果、接合部分にクラックが発生しやすくなってしまい、チップの脱落が生じ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、チップのうち接地電極との間で間隙を形成する部位を比較的幅広（大径）とすることで、耐久性の向上を図りつつ、中心電極に対するチップの接合強度を格段に高めることができるスパーク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．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿通された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部に配置された接地電極と、
自身の基端部が前記中心電極の先端部に接合され、自身の先端部が前記接地電極の先端部との間で間隙を形成する金属製のチップとを備え、
前記チップは、自身と前記中心電極とが溶け合ってなり、自身の基端外周部と前記中心電極の先端外周部との間の全周に亘って形成された溶融部により前記中心電極に接合されたスパークプラグであって、
前記中心電極の線膨張率は、前記チップの線膨張率よりも大きくされ、
前記チップは、
前記軸線を含む断面における自身の最大幅が１．２ｍｍ以上とされるとともに、前記接地電極との間で前記間隙を形成する間隙形成部と、
前記間隙形成部よりも前記溶融部側に位置するとともに、前記溶融部に隣接し前記中心電極に接合される被接合部とを具備し、
前記被接合部は、
前記溶融部の外表面の先端から前記軸線方向先端側に０．１ｍｍの位置Ａにおいて、前記軸線を含む断面における自身の幅が、前記断面における前記間隙形成部の幅よりも小さくされるとともに、
前記断面の前記位置Ａにおける自身の幅をＤｔｗ（ｍｍ）とし、前記断面における前記溶融部の外表面の先端の部位の幅をＤｗ（ｍｍ）としたとき、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たすことを特徴とする。

上記構成１によれば、チップは、軸線を含む断面における最大幅が１．２ｍｍ以上とされた間隙形成部を備えており、当該間隙形成部と接地電極との間に間隙が形成されている。従って、失火に至るまでのチップの消耗体積を十分に大きなものとすることができ、耐久性の向上を図ることができる。

一方で、上記構成１のように、チップ（間隙形成部）の幅を大きくし、かつ、中心電極の線膨張率をチップの線膨張率よりも大きくした場合には、チップ及び中心電極の接合部分におけるクラックの発生、ひいてはチップの脱落が懸念される。

この点、上記構成１によれば、チップは、間隙形成部と中心電極（溶融部）との間に、溶融部の外表面の先端から先端側に０．１ｍｍの位置Ａにおいて、自身の幅が間隙形成部の幅よりも小さく、かつ、位置Ａにおける自身の幅をＤｔｗ（ｍｍ）とし、溶融部の外表面の先端の幅（中心電極の先端部の幅に相当する）をＤｗ（ｍｍ）としたとき、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たす被接合部を備えている。すなわち、チップのうち溶融部の先端から当該先端よりも先端側に０．１ｍｍまでの間に位置する部位、つまり、中心電極への接合部及びその近傍であり、熱膨張することにより中心電極との間で熱膨張差を生じさせる部位が、間隙形成部よりも幅狭で、かつ、中心電極の先端部の幅と同程度以下の幅を有するものとされている。従って、チップ（被接合部）及び中心電極間の熱膨張差を十分に小さくすることができ、チップ及び中心電極の接合部分に加わる熱応力を効果的に低減させることができる。その結果、中心電極に対するチップの接合強度を格段に高めることができ、チップの脱落をより確実に防止することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、Ｄｔｗ≦Ｄｗを満たすことを特徴とする。

上記構成２によれば、Ｄｔｗ≦Ｄｗを満たすように構成されているため、チップ（被接合部）及び中心電極間の熱膨張差を一層小さくすることができる。従って、チップ及び中心電極の接合部分に加わる熱応力をより低減させることができ、接合強度の更なる向上を図ることができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記チップ及び前記中心電極のうちの一方に設けられた突部が、前記チップ及び前記中心電極のうちの他方に設けられた凹部に嵌合された状態で、前記中心電極に前記チップが接合されることを特徴とする。

上記構成３によれば、チップ及び中心電極のうちの一方に設けられた突部が、チップ及び中心電極のうちの他方に設けられた凹部に嵌合された状態で、中心電極にチップが接合される。従って、接合時において、中心電極に対してチップが径方向に沿って移動してしまうことを防止でき、中心電極の中心軸とチップの中心軸との間にズレが生じてしまうことをより確実に防止できる。そのため、形成された溶融部は、その全周において、中心電極とチップとが十分に溶け込んだものとなり、溶融部の一部において、中心電極の溶け込み量とチップの溶け込み量とのバランスが崩れてしまうことをより確実に防止できる。その結果、接合強度をより一層向上させることができ、チップの脱落をより一層確実に防止することができる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成３において、前記凹部は、前記チップに設けられており、
前記断面における前記凹部の最大幅が、前記幅Ｄｔｗの１／３以下であることを特徴とする。

上記構成４によれば、凹部の最大幅が、幅Ｄｔｗの１／３以下とされている。従って、チップのうち凹部の外周側に位置する部位の肉厚を十分に確保することができ、凹部を設けることに伴うチップの強度低下を効果的に抑制することができる。その結果、チップに振動等が加えられた際に、チップに破断が生じてしまうことをより確実に防止でき、ひいてはチップの脱落を一層確実に防止することができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成３又は４において、前記凹部は、前記チップに設けられており、
前記凹部の底面は、前記被接合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端よりも後端側に位置することを特徴とする。

上記構成５によれば、凹部の底面は、被接合部のうち軸線を含む断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端よりも後端側に位置するように構成されている。すなわち、被接合部のうち比較的幅狭とされた部位（強度が低くなりやすい部位）の軸線方向全域に亘って凹部が形成されることなく、前記比較的幅狭とされた部位の軸線方向に沿った一部のみに凹部が形成されている。従って、被接合部のうち比較的幅狭とされた部位の強度低下を効果的に抑制することができ、チップに振動等が加えられた際に、チップに破断が生じてしまうことを一層確実に防止できる。その結果、チップの脱落を極めて効果的に防止することができる。

構成６．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記チップは、イリジウム（Ｉｒ）又はこれを主成分とする金属から形成されることを特徴とする。

上記構成６によれば、チップは、Ｉｒ又はこれを主成分とする金属から形成されている。従って、比較的幅広の間隙形成部を設けることと相俟って、極めて優れた耐久性を実現することができる。

一方で、Ｉｒ又はこれを主成分とする金属は比較的脆く、チップをＩｒ又はこれを主成分とする金属により形成した場合には、チップ及び中心電極の接合部分に熱応力が加わった際に、チップに割れが生じてしまいやすい。しかしながら、上記構成１を採用することで、熱応力を効果的に低減することができるため、上記構成６のように、チップをＩｒ等から形成した場合であっても、チップの割れをより確実に防止することができる。換言すれば、上記構成１等は、チップがＩｒ又はこれを主成分とする金属により形成され、熱応力によるチップの割れが特に懸念される場合において、非常に有効である。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 接地電極の構成を示す底面図である。 中心電極及びチップの構成を示す部分拡大断面図である。 チップの別例を示す部分拡大断面図である。 チップの別例を示す部分拡大断面図である。 中心電極及びチップの別例を示す部分拡大断面図である。 電圧印加部の概略構成等を示す概略図である。 サンプル１の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプル２の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプル３の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプル４の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプル１１の構成を示す部分拡大断面図である。 サンプル１２の構成を示す部分拡大断面図である。 別の実施形態における、中心電極及びチップの構成を示す部分拡大断面図である。 別の実施形態における接地電極の構成を示す一部破断拡大正面図である。 別の実施形態における接地電極の構成を示す底面図である。

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は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１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、筒状をなす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。そして、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に沿って延びる軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属により形成されており、全体として棒状（円柱状）をなしている。また、中心電極５は、その先端部分が絶縁碍子２の先端から突出している。さらに、中心電極５の先端部には、所定の金属〔本実施形態では、イリジウム（Ｉｒ）又はＩｒを主成分とする金属〕からなるチップ３１の基端部が接合されている。尚、本実施形態では、中心電極５を構成する金属の線膨張率が、チップ３１を構成する金属の線膨張率よりも大きなものとされている。

加えて、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

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の後端側には座部１６が外周側に向けて突出形成されており、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、主体金具３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と、径方向内側に向けて屈曲する加締め部２０とが設けられている。

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に対してそ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主体金具３に固定されている。尚、段部１４，２１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間には滑石（タルク）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及び滑石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、所定の金属（例えば、Ｎｉを主成分とする金属等）により形成され、図２に示すように、チップ３１の外周に配置される部位が軸線ＣＬ１を中心とする環状をなす接地電極２７が配置されている。接地電極２７は、その先端面（前記環状部位の内周面全域）がチップ３１の後述する間隙形成部３１Ｘの外周面と対向している。そして、間隙形成部３１Ｘの外周面と接地電極２７の先端面との間には、間隙としての火花放電間隙２８が形成されており、当該火花放電間隙２８において、軸線ＣＬ１と直交する方向にほぼ沿って火花放電が行われるようになっている。

次いで、本発明の特徴部分である中心電極５及びこれに接合されるチップ３１の構成について説明する。

図３に示すように、チップ３１は、自身と中心電極５とが溶け合ってなる環状の溶融部３３により中心電極５に接合されている。溶融部３３は、中心電極５の先端面上にチップ３１を配置した上で、中心電極５及びチップ３１の接触部の外周全域に対してレーザービームや電子ビームを照射することにより形成されている。そのため、本実施形態における溶融部３３は、チップ３１の基端外周部と中心電極５の先端外周部との間の全周に亘って形成されている。さらに、本実施形態において、チップ３１は、自身の中心軸が中心電極５の中心軸と同軸上に配置されている。尚、「チップ３１の中心軸が中心電極５の中心軸と同軸上に配置される」とあるのは、両中心軸が厳密に一致する場合のみならず、両中心軸の間に若干の軸ずれがある場合も含む。

また、本実施形態において、チップ３１は、間隙形成部３１Ｘを備えている。間隙形成部３１Ｘは、チップ３１の最先端部に位置するとともに、円柱状をなしている。また、間隙形成部３１Ｘは、自身の外径が中心電極５の先端部の外径よりも大きなものとされており、その外径（軸線ＣＬ１を含む断面におけるその幅）は１．２ｍｍ以上とされている。これにより、火花放電に伴い失火に至るまでのチップ３１の消耗体積を十分に増大させることができ、良好な耐久性を確保できるようになっている。特に本実施形態では、間隙形成部３１Ｘの外周面全域と接地電極２７の先端面との間に環状の火花放電間隙２８が形成されているため、間隙形成部３１Ｘの外周面全域において火花放電を生じさせることができ、チップ３１をより有効的に利用することができる。その結果、失火に至るまでのチップ３１の消耗体積を飛躍的に増大させることができ、優れた耐久性を実現することができる。

上述のように、チップ３１に比較的大径の間隙形成部３１Ｘを設けることで、消耗体積の増大を図ることができるものの、チップ３１のうち比較的大径の部分（間隙形成部３１Ｘに相当する部分）を中心電極５に直接接合した場合には、内燃機関等の動作時において、中心電極５及びチップ３１間の熱膨張差が非常に大きなものとなってしまう。その結果、中心電極５及びチップ３１の接合部分にクラックが発生してしまい、中心電極５からチップ３１が脱落してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、チップ３１に、溶融部３３の外表面の先端から軸線ＣＬ１方向先端側に０．１ｍｍの位置Ａにおいて、軸線ＣＬ１を含む断面における自身の幅（軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った長さ）が、前記断面における間隙形成部３１Ｘの幅よりも小さくされた（本実施形態では、自身の外径が間隙形成部３１Ｘの外径よりも小さくされた）被接合部３１Ｙが設けられており、当該被接合部３１Ｙは、溶融部３３に隣接し中心電極５に接合されている。また、軸線ＣＬ１を含む断面において、前記位置Ａにおける被接合部３１Ｙの幅をＤｔｗ（ｍｍ）とし、前記断面における溶融部３３の外表面の先端の部位の幅をＤｗ（ｍｍ）としたとき、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たすように（より好ましくは、Ｄｔｗ≦Ｄｗを満たすように）構成されている。すなわち、被接合部３１Ｙのうち中心電極５に接合される部位の近傍における幅Ｄｔｗが、幅Ｄｗ（中心電極５のうち被接合部３１Ｙが接合される部位の幅に相当する）の１．１倍以下（より好ましくは、１．０倍以下）とされている。これにより、中心電極５及びチップ３１間の熱膨張差を低減することができ、クラックの発生抑制が図られるようになっている。特に本実施形態では、溶融部３３の外表面の先端から少なくとも当該先端よりも軸線ＣＬ１方向先端側に０．１ｍｍまでの間において、前記断面における被接合部３１Ｙの幅Ｄｔｗは、溶融部３３の外表面の先端の部位の幅Ｄｗの１．１倍以下とされている。その結果、上述した熱膨張差の低減効果がより確実に発揮させるようになっている。尚、本実施形態において、幅Ｄｗは所定値（例えば、１．０ｍｍ）以下とされている。

また、本実施形態において、被接合部３１Ｙの基端部は、軸線ＣＬ１方向に沿って一定の外径を有する円柱状をなしているが、被接合部３１Ｙの形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図４に示すように、被接合部３１Ｙの基端部を、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて徐々に縮径する形状としてもよい。また、例えば、図５に示すように、被接合部３１Ｙの基端部を、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて徐々に拡径する形状としてもよい。但し、この場合であっても、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たすものとされる。

加えて、本実施形態では、軸線ＣＬ１を含む断面において、軸線ＣＬ１を挟んで一方側に位置する溶融部３３の外表面の先端と、軸線ＣＬ１を挟んで他方側に位置する溶融部３３の外表面の先端とが軸線ＣＬ１方向に沿った同一の位置に設けられているが、一方側に位置する溶融部３３の外表面の先端と、他方側に位置する溶融部３３の外表面の先端とが軸線ＣＬ１方向にずれていてもよい。この場合に、「溶融部３３の外表面の先端の部位の幅Ｄｗ」とあるのは、軸線ＣＬ１を含む断面において、軸線ＣＬ１を挟んで一方側、及び、他方側の双方に溶融部３３が位置する範囲の先端における溶融部３３の外表面の幅をいう。

図３に戻り、本実施形態では、中心電極５の先端面の中心に、軸線ＣＬ１に沿って一定の外径を有する円柱状の突部５Ｐが設けられており、チップ３１（被接合部３１Ｙ）の基端面（中心電極５側に位置する面）の中心に、軸線ＣＬ１方向に沿って一定の内径を有する窪み状の凹部３１Ｈが設けられている。そして、突部５Ｐが凹部３１Ｈに嵌合された状態で、中心電極５にチップ３１が接合されている。

また、軸線ＣＬ１を含む断面において、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った凹部３１Ｈの最大幅が、前記幅Ｄｔｗの１／３以下とされている。すなわち、被接合部３１Ｙのうち凹部３１Ｈの外周側に位置する部位の肉厚が十分に大きなものとなるように構成されている。

加えて、凹部３１Ｈの底面３１Ｂは、被接合部３１Ｙのうち、軸線ＣＬ１を含む断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端３１Ｅよりも後端側に位置するように構成されている。

尚、必ずしも突部５Ｐや凹部３１Ｈを設ける必要はなく、図６に示すように、突部や凹部を設けなくてもよい。

さらに、本実施形態では、図７に示すように、点火コイル９２や電源９３、イグナイタ９４を有する電圧印加部９１により、火花放電を発生させる際には、端子電極６ひいては中心電極５に対して正極性の高電圧が印加される（換言すれば、接地電極２７が負極性とされる）。火花放電時には、正極性側が負極性側よりも消耗しにくいため、上述の構成とすることで、火花放電間隙２８を形成する接地電極２７の先端面、及び、間隙形成部３１Ｘの外周面のうち、より面積が小さい間隙形成部３１Ｘの外周面の消耗を抑制することができる。その結果、火花放電間隙２８の大きさが急激に増大してしまうことをより確実に防止でき、一層良好な耐久性を実現することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、チップ３１は、軸線ＣＬ１を含む断面における最大幅が１．２ｍｍ以上とされた間隙形成部３１Ｘを備えており、当該間隙形成部３１Ｘと接地電極２７との間に火花放電間隙２８が形成されている。従って、失火に至るまでのチップ３１の消耗体積を十分に大きなものとすることができ、耐久性の向上を図ることができる。

また、本実施形態において、チップ３１は、前記位置Ａにおいて自身の幅が間隙形成部３１Ｘの幅よりも小さく、かつ、位置Ａにおける自身の幅をＤｔｗ（ｍｍ）とし、溶融部３３の外表面の先端の幅（中心電極５の先端部の幅に相当する）をＤｗ（ｍｍ）としたとき、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たす被接合部３１Ｙを備えている。すなわち、チップ３１のうち溶融部３３の先端から当該先端よりも先端側に０．１ｍｍまでの間に位置する部位、つまり、中心電極５への接合部及びその近傍であり、熱膨張することにより中心電極５との間で熱膨張差を生じさせる部位が、間隙形成部３１Ｘよりも幅狭で、かつ、中心電極５の先端部の幅と同程度以下の幅を有するものとされている。従って、チップ３１（被接合部３１Ｙ）及び中心電極５間の熱膨張差を十分に小さくすることができ、チップ３１及び中心電極５の接合部分に加わる熱応力を効果的に低減させることができる。その結果、中心電極５に対するチップ３１の接合強度を格段に高めることができ、チップ３１の脱落をより確実に防止することができる。

さらに、中心電極５に設けられた突部５Ｐが、チップ３１に設けられた凹部３１Ｈに嵌合された状態で、中心電極５にチップ３１が接合されるように構成されている。従って、接合時において、中心電極５の中心軸とチップ３１の中心軸との間にズレが生じてしまうことをより確実に防止できる。そのため、形成された溶融部３３は、その全周において、中心電極５とチップ３１とが十分に溶け込んだものとなり、溶融部３３の一部において、中心電極５の溶け込み量とチップ３１の溶け込み量とのバランスが崩れてしまうことをより確実に防止できる。その結果、接合強度をより一層向上させることができ、チップ３１の脱落をより一層確実に防止することができる。

加えて、軸線ＣＬ１を含む断面における凹部３１Ｈの最大幅が、幅Ｄｔｗの１／３以下とされている。従って、チップ３１のうち凹部３１Ｈの外周側に位置する部位の肉厚を十分に確保することができ、凹部３１Ｈを設けることに伴うチップ３１の強度低下を効果的に抑制することができる。その結果、チップ３１に振動等が加えられた際に、チップ３１に破断が生じてしまうことをより確実に防止でき、ひいてはチップ３１の脱落を一層確実に防止することができる。

併せて、凹部３１Ｈの底面３１Ｂは、被接合部３１Ｙのうち軸線ＣＬ１を含む断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端３１Ｅよりも後端側に位置するように構成されている。従って、被接合部３１Ｙのうち比較的幅狭とされた部位の強度低下を効果的に抑制することができ、チップ３１に振動等が加えられた際に、チップ３１に破断が生じてしまうことを一層確実に防止できる。その結果、チップ３１の脱落を極めて効果的に防止することができる
次いで、上記実施形態により奏される作用効果を確認すべく、比較例に相当するスパークプラグのサンプル１〜３、及び、実施例に相当するスパークプラグのサンプル４，５を作製し、各サンプルについて机上冷熱試験を行った。机上冷熱試験の概要は、次の通りである。すなわち、サンプルに対して、所定のバーナーにより、大気雰囲気下にてチップの温度を９００℃とした後、チップの温度を２００℃とすることを所定回数繰り返し行った。その後、チップと中心電極との接合部分にクラックが発生しているか否かを確認した。また、サンプル５については、チップの温度を９００℃から１０００℃に変更した（すなわち、より厳しい条件とした）机上冷熱試験を合わせて行い、クラックの有無を確認した。表１に、当該試験の試験結果を示す。

尚、サンプル１（比較例）は、図８に示すように、チップに被接合部を設けることなく、チップのうち間隙形成部に相当する比較的大径の部位を、当該部位と同一の外径を有する中心電極に接合したものであり、軸線を含む断面において、チップの幅を３．０ｍｍとし、幅Ｄｔｗを３．０ｍｍとし、幅Ｄｗを３．０ｍｍとした。

また、サンプル２（比較例）は、図９に示すように、チップに被接合部を設けることなく、チップのうち間隙形成部に相当する比較的大径の部位を、当該部位よりも小径の中心電極に接合したものであり、軸線を含む断面において、チップの幅を３．０ｍｍとし、幅Ｄｔｗを３．０ｍｍとし、幅Ｄｗを２．５ｍｍとした。

加えて、サンプル３（比較例）は、図１０に示すように、チップに間隙形成部及び被接合部を設け、被接合部を中心電極に接合した一方で、Ｄｔｗ／Ｄｔ＝１．２を満たすものとした。

サンプル４（実施例）は、図１１に示すように、チップに間隙形成部及び被接合部を設け、被接合部を中心電極に接合するとともに、Ｄｔｗ／Ｄｔ＝１．１を満たすものとした。

また、サンプル５（実施例）は、図６に示すように、チップに間隙形成部及び被接合部を設け、被接合部を中心電極に接合するとともに、Ｄｔｗ＝Ｄｔを満たすものとした。尚、軸線を含む断面において、間隙形成部の幅を３．０ｍｍとし、幅Ｄｔｗを２．０ｍｍとし、幅Ｄｔを２．０ｍｍとした。

表１に示すように、被接合部を設けることなく、比較的大径の間隙形成部を中心電極に接合したサンプル（サンプル１，２）や、Ｄｔｗ／Ｄｔ＞１．１としたサンプル（サンプル３）は、チップ及び中心電極の接合部分に、クラックが生じてしまい、接合強度に劣ることが分かった。これは、チップ及び中心電極間の熱膨張差が大きくなってしまい、接合部分に大きな負荷が加わったためであると考えられる。

これに対して、被接合部を中心電極に接合し、かつ、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たすサンプル（サンプル４，５）は、接合部分にクラックが発生することなく、優れた接合強度を有することが明らかとなった。これは、被接合部のうち中心電極に接合される部位及びその近傍（すなわち、熱膨張することで、中心電極との間で熱膨張差を生じさせる部位）の熱膨張量を十分に小さくすることができ、チップ及び中心電極間の熱膨張差を効果的に小さくできたことによると考えられる。

また特に、Ｄｔｗ＝Ｄｗとしたサンプル（サンプル５）は、試験時におけるチップの温度を１０００℃とし、非常に厳しい条件とした場合においても、クラックが発生することなく、接合強度に極めて優れることが確認された。

上記試験の結果より、耐久性の向上を図るべく、チップの最大外径（最大幅）を比較的大きなものとした場合において、中心電極に対するチップの接合強度を良好なものとするためには、チップのうち比較的小径（比較的幅狭）の被接合部を中心電極に接合するとともに、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たすように構成することが好ましいといえる。

また、接合強度の更なる向上を図るべく、Ｄｔｗ＝Ｄｗを満たすように構成することがより好ましいといえる。

次に、中心電極の先端面、及び、被接合部の基端面（中心電極への被接合面）を平坦状とし、中心電極の中心軸とチップの中心軸とを合わせた状態で、中心電極の先端面上に被接合部の基端面を載置し、次いで、レーザー溶接によりチップ及び中心電極を接合したスパークプラグのサンプル（突部なし）と、中心電極の先端面に突部を設けるとともに、被接合部の基端面に凹部を設け、凹部に突部を嵌合し、中心電極の中心軸とチップの中心軸とを合わせた状態で、レーザー溶接によりチップ及び中心電極を接合したスパークプラグのサンプル（突部あり）とをそれぞれ１００個ずつ作製した。そして、接合後に、各サンプルにおいて、軸線と直交する方向に沿った中心電極の中心軸に対するチップの中心軸の軸ずれ量を計測した。次いで、０．０２ｍｍごとに軸ずれ量の範囲を区分し、突部なしのサンプルと突部ありのサンプルとのそれぞれについて、各範囲に該当するサンプルの本数をそれぞれ求めた。表２に、当該試験の結果を示す。

表２に示すように、突部を凹部に嵌合した上で、チップ及び中心電極を接合したサンプル（突部あり）は、軸ずれ量を著しく小さくすることができ、中心電極とチップとを精度よく軸合わせできることが分かった。これは、溶接時において、中心電極に対するチップの径方向に沿った移動が抑制されたためであると考えられる。尚、チップに突部を設け、中心電極に凹部を設けた場合においても、同様の結果が得られた。

上記試験の結果より、中心電極及びチップの軸合わせ精度を高めるという観点から、チップ及び中心電極のうちの一方に設けられた突部を、チップ及び中心電極のうちの他方に設けられた凹部に嵌合した状態で、中心電極にチップを接合することが好ましいといえる。尚、中心電極及びチップを精度よく軸合わせすることで、接合時に、周方向全域において、中心電極及びチップを十分に溶け込ませることができ、接合強度の更なる向上を図ることができる。

次いで、凹部（突部）の幅や軸線に沿った凹部（突部）の長さを種々変更したスパークプラグのサンプル１１〜１３を作製し、各サンプルについて、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定される耐衝撃性試験（サンプルに対して、毎分４００回の割合で１０分間衝撃を与える試験）を行った。そして、試験後に、チップに破断が生じているか否かを確認した。表３に、当該試験の結果を示す。

尚、サンプル１１は、図１２に示すように、チップに凹部を設けるとともに、中心電極に突部を設け、軸線を含む断面における凹部の最大幅を幅Ｄｔｗの１／２とした。また、サンプル１２は、図１３に示すように、チップに凹部を設けるとともに、中心電極に突部を設け、凹部の底面を、被接合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端よりも先端側に設けた。加えて、サンプル１３は、図３に示すように、チップに凹部を設けるとともに、中心電極に突部を設け、軸線を含む断面における凹部の最大幅を幅Ｄｗの１／３とし、かつ、凹部の底面を、被接合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端よりも後端側に設けた。

尚、各サンプルともに、チップの外表面形状（例えば、間隙形成部の幅等）は同一とした。

表３に示すように、軸線を含む断面における凹部の最大幅を幅Ｄｔｗの１／３超としたサンプル（サンプル１１）は、チップの破断が生じてしまい、振動等が加わった際に、チップの脱落が生じやすいことが分かった。これは、径方向に沿った被接合部の肉厚が小さくなり、チップの強度が低下したことに起因すると考えられる。

また、凹部の底面を、被接合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端よりも先端側に設けたサンプル（サンプル１２）においても、チップに破断が生じてしまうことが確認された。これは、被係合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以下となる部位（強度が不十分となりやすい部位）の全域において凹部が形成されたことで、前記部位の強度が低下したためであると考えらえる。

これに対して、軸線を含む断面における凹部の最大幅を幅Ｄｔｗの１／３以上とし、かつ、凹部の底面を、被接合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端よりも後端側に設けたサンプル（サンプル１３）は、チップに破断が生じることなく、優れた耐衝撃性を有することが明らかとなった。これは、被接合部のうち凹部の外周側に位置する部位の肉厚が十分に確保されたこと、及び、被係合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以下となる部位の一部のみに凹部が形成され、前記部位の強度低下が十分に抑制されたことによると考えらえる。

上記試験の結果より、耐衝撃性の向上を図り、振動等によるチップの脱落をより確実に防止すべく、軸線を含む断面における凹部の最大幅を幅Ｄｔｗの１／３以上としたり、凹部の底面を、被接合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端よりも後端側に設けたり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）上記実施形態において、中心電極５は、単一の金属により形成されているが、中心電極５を、熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金、純Ｎｉ等）からなる内層と、Ｎｉを主成分とする金属からなる外層とを備えた多層構造としてもよい。この場合、中心電極５の線膨張率とあるのは、中心電極５のうちチップ３１が接合される部位の線膨張率をいう。

（ｂ）上記実施形態では、中心電極５に設けられた突部５Ｐが、チップ３１に設けられた凹部３１Ｈに嵌合される構成とされているが、図１４に示すように、チップ３１に設けられた突部３１Ｐを、中心電極５に設けられた凹部５Ｈに嵌合する構成としてもよい。

（ｃ）上記実施形態において、接地電極２７は、チップ３１の外周に配置される部位が環状とされているが、接地電極２７の形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図１５に示すように、接地電極３７の形状を、中心部分にて屈曲する棒状とし、接地電極３７の先端部側面とチップ３１（間隙形成部３１Ｘ）の先端面との間に、火花放電間隙３８を形成してもよい。また、図１６に示すように、周方向に沿って等間隔に複数の接地電極４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄを設けることとしてもよい。

（ｄ）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）。

（ｅ）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、工具係合部１９を、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等としてもよい。

（ｆ）上記実施形態において、チップ３１は円柱状とされているが、チップ３１の形状はこれに限定されるものではない。従って、チップを多角柱状（例えば、四角柱状）としてもよい。

１…スパークプラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
５Ｐ…突部
２７…接地電極
２８…火花放電間隙（間隙）
３１…チップ
３１Ｂ…（凹部の）底面
３１Ｈ…凹部
３１Ｘ…間隙形成部
３１Ｙ…被接合部
３３…溶融部
ＣＬ１…軸線

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に挿通された中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部に配置された接地電極と、
   自身の基端部が前記中心電極の先端部に接合され、自身の先端部が前記接地電極の先端部との間で間隙を形成する金属製のチップとを備え、
   前記チップは、自身と前記中心電極とが溶け合ってなり、自身の基端外周部と前記中心電極の先端外周部との間の全周に亘って形成された溶融部により前記中心電極に接合されたスパークプラグであって、
   前記中心電極の線膨張率は、前記チップの線膨張率よりも大きくされ、
   前記チップは、
   前記軸線を含む断面における自身の最大幅が１．２ｍｍ以上とされるとともに、前記接地電極との間で前記間隙を形成する間隙形成部と、
   前記間隙形成部よりも前記溶融部側に位置するとともに、前記溶融部に隣接し前記中心電極に接合される被接合部とを具備し、
   前記被接合部は、
   前記溶融部の外表面の先端から前記軸線方向先端側に０．１ｍｍの位置Ａにおいて、前記軸線を含む断面における自身の幅が、前記断面における前記間隙形成部の幅よりも小さくされるとともに、
   前記断面の前記位置Ａにおける自身の幅をＤｔｗ（ｍｍ）とし、前記断面における前記溶融部の外表面の先端の部位の幅をＤｗ（ｍｍ）としたとき、Ｄｔｗ／Ｄｗ≦１．１を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. Ｄｔｗ≦Ｄｗを満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記チップ及び前記中心電極のうちの一方に設けられた突部が、前記チップ及び前記中心電極のうちの他方に設けられた凹部に嵌合された状態で、前記中心電極に前記チップが接合されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記凹部は、前記チップに設けられており、
   前記断面における前記凹部の最大幅が、前記幅Ｄｔｗの１／３以下で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. 前記凹部は、前記チップに設けられており、
   前記凹部の底面は、前記被接合部のうち前記断面における幅が１．１Ｄｗ以上となる部位の後端よりも後端側に位置することを特徴とする請求項３又は４に記載のスパークプラグ。
6. 前記チップは、イリジウム又はこれを主成分とする金属から形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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