JP2014220135A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】高温下において中心電極からチップに加わる応力を低減させ、チップの割れをより確実に防止する。【解決手段】スパークプラグ１は、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔４を有する絶縁碍子２と、軸孔４の先端側に設けられた中心電極５と、絶縁碍子２の外周に設けられた主体金具３と、主体金具３の先端部に配置された接地電極２７と、中心電極５の先端部の外周に配設されるとともに、接地電極２７との間で火花放電間隙２８を形成する環状のチップ３１とを備える。中心電極５の先端部の外周とチップ３１の内周との間に設けられる中心電極５とチップ３１とが溶け合った溶融部３７を介して、中心電極５とチップ３１とが接合される。中心電極５のうち、軸線ＣＬ１方向に沿ったチップ３１が配設された範囲内の少なくとも一部に、空間３５が設けられる。【選択図】 図２

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、中心電極の先端部外周に、イリジウム等の耐消耗性に優れる金属からなる環状のチップを接合する手法が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開平８−１７１９７６号公報

しかしながら、上記手法では、高温下において中心電極が外周側に大きく熱膨張してしまい、中心電極からチップに対して大きな応力が加わってしまうおそれがある。そのため、冷熱サイクルの繰り返しに伴い、チップに割れ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、高温下において中心電極からチップに加わる応力を低減させ、チップの割れをより確実に防止す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自身の先端が突出した状態で設けられた中心電極と、
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、
前記中心電極の先端部の外周に配設されるとともに、前記接地電極との間で間隙を形成する環状のチップとを備えるスパークプラグであって、
前記中心電極の先端部の外周と前記チップの内周との間に設けられる前記中心電極と前記チップとが溶け合った溶融部を介して、前記中心電極と前記チップとが接合されており、
前記中心電極のうち、前記軸線方向に沿った前記チップが配設された範囲内の少なくとも一部に、空間が設けられることを特徴とする。

尚、「前記中心電極のうち、前記軸線方向に沿った前記チップが配設された範囲内の少なくとも一部」とあるのは、中心電極のうち、熱膨張した際にチップの内周面に応力を加える部位の少なくとも一部ということができる。また、「中心電極のうち、熱膨張した際にチップの内周面に応力を加える部位」とは、中心電極のうち、外周面がチップの内周面に接触する部位や、外周面とチップの内周面との間に後述する溶融部等が介在するものの、外周面とチップの内周面の間に隙間が形成されていない部位をいう。

上記構成１によれば、中心電極のうち、チップが配設された範囲内の少なくとも一部には、空間が設けられている。従って、高温下において、中心電極を空間側へと熱膨張させることができ、中心電極の外周側（チップ側）への熱膨張を抑制することができる。その結果、中心電極からチップに加わる応力を低減させることができ、チップの割れ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、前記溶融部は、前記チップの周方向に沿って前記チップの内周の４０％以上の範囲に亘って形成されることを特徴とする。

上記構成２によれば、中心電極に対するチップの接合強度を十分に高めることができる。その結果、中心電極からチップが脱落してしまうといった事態をより確実に防止することができ、チップを設けることによる耐消耗性の向上効果を長期間に亘って維持することができる。

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、前記空間は、前記中心電極の外周よりも内周側にのみ設けられることを特徴とする。

上記構成３によれば、空間が中心電極の外周に露出しないように構成されている。そのため、中心電極に対するチップの接合面積をより大きく確保することができ、中心電極に対するチップの接合強度を一層向上させることができる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記中心電極の先端部は一定の外径を有し、
前記軸線方向に沿った前記中心電極に対する前記チップの配設された範囲の２０％以上において、前記軸線と直交し前記空間を通る断面における、前記中心電極及び前記空間の合計断面積に対する前記空間の断面積が１．４％以上であることを特徴とする。

上記構成４によれば、軸線と直交し空間を通る断面において、中心電極及び空間の合計断面積に対する空間の断面積が１．４％以上とされている。つまり、空間の断面積が、中心電極の断面積に対して十分に大きなものとなるように構成されている。従って、中心電極が空間側へと熱膨張した際に、中心電極によって空間が埋まってしまうような事態をより確実に防止することができる。その結果、中心電極の外周側への熱膨張を一層抑制することができる。

また、上記構成４によれば、軸線方向に沿った中心電極に対するチップの配設された範囲の２０％以上に亘って、前記断面積の関係が満たされるように構成されている。従って、軸線方向に沿った広範囲に亘って、中心電極の外周側への熱膨張を一層抑制することができる。その結果、中心電極からチップに加わる応力を著しく低減させることができ、チップの割れ防止効果を顕著に高めることができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記中心電極の先端部は一定の外径を有し、
前記チップのうち前記中心電極に配設された部位の先端から前記部位の後端までの前記軸線に沿った範囲において、前記中心電極の体積は、前記先端を通り前記軸線に直交する平面と、前記後端を通り前記軸線に直交する平面と、前記中心電極の外周面とにより形成される空間の体積の５０％以上であることを特徴とする。

上記構成５によれば、前記２つの平面と中心電極の外周面とにより形成される空間（チップの内側に形成される空間）に位置する中心電極の体積が、前記空間の体積の５０％以上とされている。従って、中心電極を介してチップの熱を絶縁体側へと効率よく伝導させることができる。これにより、チップの過熱を抑制することができ、過熱に伴うチップの急激な消耗をより確実に防止することができる。その結果、チップを設けることによる耐消耗性の向上効果を一層長期間に亘って維持することができる。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 スパークプラグの先端部の構成を示す拡大断面図である。 スパークプラグの先端部の構成を示す拡大底面図である。 溶融部の形成範囲等を示す部分拡大底面図である。 軸線と直交する断面における、中心電極等の部分拡大断面図である。 軸線を含む断面における、中心電極等の部分拡大断面図である。 空間の別例を示す拡大断面図である。 別の実施形態における空間を示す部分拡大底面図である。 別の実施形態における空間を示す部分拡大底面図である。 別の実施形態における空間を示す部分拡大底面図である。 別の実施形態における空間を示す部分拡大底面図である。 別の実施形態における空間を示す部分拡大底面図である。 別の実施形態における空間を示す部分拡大底面図である。 別の実施形態における空間を示す部分拡大底面図である。 別の実施形態における接地電極を示す拡大底面図である。 別の実施形態における接地電極を示す拡大底面図である。 別の実施形態における中心電極及びチップの位置関係を示す拡大断面図である。 別の実施形態における中心電極及びチップの位置関係を示す拡大断面図である。

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。

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よりも後端側には座部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、図２に示すように、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）により形成された接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、中心電極５を挟むようにして一対設けられており、自身の中間部分において、中心電極５側に向けて屈曲されている。そして、接地電極２７の先端面は、中心電極５の先端部外周面と対向している。

さらに、中心電極５の先端部のうち、接地電極２７の先端面と対向する部位の外周には、所定の金属〔例えば、イリジウム（Ｉｒ）やＩｒを主成分とする金属等〕により形成された環状のチップ３１が配設されている。本実施形態において、チップ３１は、その先端面が中心電極５の先端面と面一となるように構成されている。また、チップ３１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が形成されている。そして、火花放電間隙２８に対して電圧を印加することで、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。

加えて、中心電極５のうち、軸線ＣＬ１方向に沿ったチップ３１が配設された範囲ＲＡ内の少なくとも一部（本実施形態では、範囲ＲＡの全域）に、軸線ＣＬ１と直交する断面において円形状をなす空間３５が設けられている。すなわち、範囲ＲＡ内に位置する中心電極５は、外周側に熱膨張した際にチップ３１に対して応力を加える部位であり、当該部位の少なくとも一部に（本実施形態では、当該部位の全域に亘って）空間３５が形成されている。

加えて、図３に示すように、空間３５は、中心電極５の先端面に形成された凹部により構成されており、中心電極５の外周よりも内周側にのみ設けられている。すなわち、空間３５は、中心電極５の外周に露出しないように構成されている。

さらに、図４に示すように、中心電極５の先端部の外周とチップ３１の内周との間には、中心電極５とチップ３１とが溶け合った溶融部３７が設けられている。そして、中心電極５とチップ３１とは、溶融部３７を介して接合されている（つまり、チップ３１は、溶融部３７により、中心電極５の外周に接合されている）。さらに、溶融部３７は、チップ３１の周方向に沿ってチップ３１の内周の４０％以上の範囲に亘って形成されている。尚、中心電極５のうちチップ３１が外周に配設される部位であって、溶融部３７よりも軸線ＣＬ１方向後端側に位置する部位は、一定の外径とされている（図２参照）。

また、図５に示すように、前記範囲ＲＡの２０％以上において、軸線ＣＬ１と直交し空間３５を通る断面における、中心電極５及び空間３５の合計断面積（図５中、散点模様を付した部位）に対する空間３５の断面積が１．４％以上とされている。尚、合計断面積とあるのは、中心電極５のうち前記一定の外径を有する部位の断面積と当該部位に設けられた空間３５の断面積との和をいう。

加えて、図６に示すように、チップ３１のうち中心電極５に配設された部位の先端３１Ａから前記部位の後端３１Ｂまでの軸線ＣＬ１に沿った範囲ＲＢ（つまり、チップ３１のうち、高温下において中心電極５から応力が加えられ得る部位の先端から後端までの範囲、範囲ＲＡと同一である）において、中心電極の体積５は、前記先端３１Ａを通り軸線ＣＬ１に直交する平面ＶＳ１と、前記後端３１Ｂを通り軸線ＣＬ１に直交する平面ＶＳ２と、中心電極５の外周面ＶＳ３（中心電極５のうち、溶融部３７が外周に設けられている部位における外周面とは、中心電極５のうち前記一定の外径を有する部位を軸線ＣＬ１に沿って延長した面をいう）とにより形成される空間（図６中、散点模様を付した部位）の体積の５０％以上とされている。つまり、空間３５の体積が過度に大きなものとされることなく、中心電極５のうちチップ３１の内側に位置する部位の体積が十分に確保されるように構成されている。

尚、本実施形態において、空間３５は、前記範囲ＲＡの全域に亘って設けられているが、図７に示すように、空間４１を、前記範囲ＲＡの一部のみに設けてもよい。この場合には、前記平面ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３により形成された空間の体積に対して、当該空間内に位置する中心電極５の体積をより大きく確保することができる。そのため、中心電極５を介してチップ３１の熱を絶縁碍子２側へと効率よく伝導させることができ、チップ３１の耐消耗性を一層高めることができる。

尚、チップ３１の割れ抑制効果を十分に発揮させるという観点では、空間が、前記先端３１Ａから範囲ＲＡの長さの２０％だけ後端側の位置、又は、当該位置よりも後端側に至るように構成することが好ましく、軸線ＣＬ１方向に沿った範囲ＲＡの中心、又は、当該中心よりも後端側に至るように構成することがより好ましく、前記先端３１Ａから範囲ＲＡの長さの７０％だけ後端側の位置、又は、当該位置よりも後端側に至るように構成することがより一層好ましい。

以上詳述したように、本実施形態によれば、中心電極５のうち、チップ３１が配設された範囲ＲＡ内の少なくとも一部には、空間３５が設けられている。従って、高温下において、中心電極５を空間３５側へと熱膨張させることができ、中心電極５の外周側（チップ３１側）への熱膨張を抑制することができる。その結果、中心電極５からチップ３１に加わる応力を低減させることができ、チップ３１の割れをより確実に防止することができる。

特に本実施形態では、前記範囲ＲＡの全域に亘って空間３５が設けられているため、チップ３１の割れを非常に効果的に抑制することができる。

また、中心電極５及び空間３５の合計断面積に対する空間３５の断面積が１．４％以上とされており、空間３５の断面積が、中心電極５の断面積に対して十分に大きなものとなるように構成されている。従って、中心電極５が空間３５側へと熱膨張した際に、中心電極５によって空間３５が埋まってしまうような事態をより確実に防止することができる。その結果、中心電極５の外周側への熱膨張を一層抑制することができる。

また、本実施形態では、範囲ＲＡの２０％以上に亘って、前記断面積の関係が満たされるように構成されている。従って、軸線ＣＬ１方向に沿った広範囲に亘って、中心電極５の外周側への熱膨張を一層抑制することができる。その結果、中心電極５からチップ３１に加わる応力を著しく低減させることができ、チップ３１の割れ防止効果を顕著に高めることができる。

さらに、溶融部３７は、チップ３１の周方向に沿ってチップ３１の内周の４０％以上の範囲に亘って形成されている。従って、中心電極５に対するチップ３１の接合強度を十分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。その結果、チップ３１を設けることによる耐消耗性の向上効果を長期間に亘って維持することができる。

加えて、空間３５が中心電極５の外周に露出しないように構成されているため、中心電極５に対するチップ３１の接合面積をより大きく確保することができる。これにより、中心電極５に対するチップ３１の接合強度を一層向上させることができる。

また、前記平面ＶＳ１，ＶＳ２と中心電極５の外周面ＶＳ３とにより形成される空間（チップ３１の内側に形成される空間）に位置する中心電極５の体積が、前記空間の体積の５０％以上とされている。従って、中心電極５を介してチップ３１の熱を絶縁碍子２側へと効率よく伝導させることができる。これにより、チップ３１の過熱を抑制することができ、過熱に伴うチップ３１の急激な消耗をより確実に防止することができる。その結果、チップ３１を設けることによる耐消耗性の向上効果を一層長期間に亘って維持することができる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、中心電極のうち、外周にチップが配設された範囲内に空間を設けたスパークプラグのサンプル（実施例サンプル）と、中心電極の先端部に空間を設けることなく、中心電極の先端部を中実状としたスパークプラグのサンプル（比較例サンプル）とを１０本ずつ作製し、両サンプルについて、耐久性評価試験を行った。

耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、中心電極の先端面の温度が４００℃となるように２分間加熱した後、常温にて１分間放置することを１サイクルとして、計５サイクル行った。その後、チップを観察し、チップにおいて割れが発生しているか否かを確認した。表１に、チップに割れが生じた本数（割れ発生本数）を示す。

尚、各サンプルともに、中心電極の先端面とチップの先端面とが面一となるように構成した。また、中心電極の先端面の外径を３ｍｍとし、軸線方向に沿ったチップの厚さを１ｍｍとした。加えて、実施例サンプルにおいて、空間は、軸線方向に沿って一定の内径を有するものとし、その内径を１ｍｍとし、その深さを０．５ｍｍとした。さらに、チップは、Ｉｒ合金により構成し、その線膨張係数を７．８×１０^-6（／℃）とした（チップの組成や線膨張係数は、以下のサンプルにおいても同様とした）。

表１に示すように、中心電極に空間を設けた実施例サンプルは、チップの割れを効果的に抑制できることが明らかとなった。これは、中心電極が空間側へと熱膨張したため、外周側（つまり、チップ側）に向けた中心電極の熱膨張量が小さくなり、中心電極からチップに加わる応力が小さくなったためであると考えられる。

上記試験の結果より、中心電極の先端部外周に環状のチップが配設されたスパークプラグにおいて、中心電極の熱膨張に伴うチップの割れを抑制するという観点から、中心電極のうち軸線方向に沿ったチップが配設された範囲内の少なくとも一部に、空間を設けることが好ましいといえる。

次に、空間の内径を変更することにより、軸線と直交し空間を通る断面における、中心電極及び空間の合計断面積に対する空間の断面積の割合（面積割合）を種々変更したスパークプラグのサンプルを５本ずつ作製し、各サンプルについて、加熱温度を４００℃から６００℃に変更して（チップの割れがより生じやすい厳しい条件として）上述の耐久性評価試験を行った。

表２に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、空間は、軸線方向に沿って一定の内径を有するものとし、その深さを１ｍｍとした。加えて、中心電極の先端面の外径を３ｍｍとし、軸線方向に沿ったチップの厚さを１ｍｍとした。つまり、本試験では、軸線方向に沿った中心電極に対するチップの配設範囲の全域に亘って空間を設けた。

表２に示すように、面積割合を１．４％以上としたサンプルは、チップの割れがより生じやすい厳しい条件にも関わらず、チップの割れを十分に抑制できることが分かった。これは、中心電極が空間側に向けてより熱膨張しやすくなり、ひいては中心電極からチップに加わる応力がより低減したためであると考えられる。

次いで、中心電極及び空間の合計断面積に対する空間の断面積の割合（面積割合）を１．４％とした上で、軸線に沿った中心電極へのチップの配設範囲に対する、軸線に沿った空間の形成範囲の割合（長さ割合）を１０％、２０％、３０％、または、４０％としたスパークプラグのサンプルを５本ずつ作製し、各サンプルについて、加熱温度を４００℃から６００℃に変更して上述の耐久性評価試験を行った。

表３に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、空間は、軸線方向に沿って一定の内径を有するものとした。また、中心電極の先端面の外径を３ｍｍとし、軸線方向に沿ったチップの厚さを１ｍｍとした。

表３に示すように、長さ割合を２０％以上としたサンプルは、チップの割れをより確実に抑制できることが確認された。これは、中心電極のうちチップが外周に配設された部位が、軸線に沿った広範囲に亘って空間側へと熱膨張したため、中心電極からチップに加わる応力が一層低減したことによると考えられる。

上記試験の結果より、チップの割れ抑制効果をより高めるべく、軸線方向に沿った中心電極に対するチップの配設された範囲の２０％以上において、軸線と直交し空間を通る断面における、中心電極及び空間の合計断面積に対する空間の断面積を１．４％以上とすることがより好ましいといえる。

次に、空間の内径を変更することにより、チップのうち中心電極に配設された部位の先端から前記部位の後端までの軸線に沿った範囲において、チップの内側の空間（前記面ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３により形成される空間）に占める中心電極の体積の割合（体積割合）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、耐消耗性評価試験を行った。耐消耗性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を１ＭＰａに設定し、印加電圧の周波数を１２０Ｈｚとして（すなわち、毎分７２００回の割合で）サンプルへと電圧を印加した。そして、１００時間経過後に、軸線と直交する方向に沿ったチップの消耗量を測定した。

表４に、当該試験の結果を示す。尚、各サンプルともに、中心電極に設けた空間は、軸線方向に沿って一定の内径を有するものとし、その深さを１ｍｍとした。また、中心電極の先端面の外径を３ｍｍとし、軸線方向に沿ったチップの厚さを１ｍｍとした。

表４に示すように、体積割合を５０％以上としたサンプルは、チップの消耗を極めて効果的に抑制できることが明らかとなった。これは、チップの熱が中心電極を介して絶縁碍子側へと効率よく伝導され、チップの過熱が抑制されたためであると考えられる。

上記試験の結果より、チップの耐消耗性を向上させるべく、チップのうち中心電極に配設された部位の先端から前記部位の後端までの軸線に沿った範囲において、中心電極の体積を、前記先端を通り軸線に直交する平面と、前記後端を通り軸線に直交する平面と、中心電極の外周面とにより形成される空間の体積の５０％以上とすることが好ましいといえる。

次いで、チップの内周に対する、チップの周方向に沿った溶融部の形成割合を２０％、４０％、６０％、または、８０％としたスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、溶接強度確認試験を行った。溶接強度確認試験の概要は次の通りである。すなわち、チップに対して軸線に沿った荷重を加えるとともに、印加荷重を徐々に増大させた。そして、１ｋＮの荷重を加えた際に、中心電極及びチップ間で破断が生じなかった場合には、中心電極に対するチップの接合強度が良好であるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、１ｋＮ未満の荷重を加えた際に、中心電極及びチップ間で破断が生じた場合には、接合強度にやや劣るとして「△」の評価を下すこととした。表５に、当該試験の結果を示す。

表５に示すように、溶融部の形成割合を４０％以上としたサンプルは、破断が生じることなく、接合強度が良好であることが分かった。

上記試験の結果より、中心電極に対するチップの接合強度を良好なものとすべく、チップの周方向に沿ったチップの内周の４０％以上の範囲に亘って溶融部を形成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、空間３５は断面円形状をなしているが、空間の形状は、これに限定されるものではない。従って、例えば、図８及び図９に示すように、空間４２，４３が、軸線ＣＬ１と交差する方向に延びる溝状をなしていてもよい。

（ｂ）上記実施形態において、空間３５は、中心電極５の外周よりも内周側のみに設けられ、中心電極５の外周に露出しないように構成されているが、例えば、図１０及び図１１に示すように、空間４４，４５が、中心電極５の外周に露出するように構成してもよい。

（ｃ）上記実施形態において、空間３５は１つ設けられているが、例えば、図１２、図１３及び図１４に示すように、空間４６，４７，４８を複数設けてもよい。

（ｄ）上記実施形態において、接地電極２７は、中心電極５を挟んで一対設けられているが、接地電極の構成はこれに限定されるものではない。従って、例えば、接地電極を１本のみ設けることしてもよい。また、例えば、図１５に示すように、周方向に沿って間欠的（等間隔）に３つ以上の接地電極５１を設けることとしてもよい。さらに、図１６に示すように、接地電極５２の先端部に、軸線ＣＬ１を中心とする環状をなす環状部５２Ａを設け、チップ３１の外周面と環状部５２Ａの内周面との間に、環状の火花放電間隙５５を形成してもよい。この場合には、チップ３１をより有効的に利用することができ、耐消耗性を一層向上させることができる。

（ｅ）上記実施形態では、チップ３１の先端面が中心電極５の先端面と面一となるように構成されているが、軸線ＣＬ１方向に沿った両者の位置関係は特に限定されるものではない。従って、図１７に示すように、チップ３１の先端面が中心電極５の先端面よりも軸線ＣＬ１方向後端側に位置するように構成してもよいし、図１８に示すように、チップ３１の先端面が中心電極５の先端面よりも軸線ＣＬ１方向先端側に位置するように構成してもよい。

（ｅ）上記実施形態では、チップ３１の構成材料としてＩｒやＩｒ合金を挙げているが、チップ３１の構成材料はこれらに限定されるものではない。従って、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は、これらの少なくとも一種を主成分とする合金などによってチップを構成してもよい。

（ｆ）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）。

（ｇ）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、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

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
２７…接地電極
２８…火花放電間隙（間隙）
３１…チップ
３５…空間
３７…溶融部
ＣＬ１…軸線

Claims (5)

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自身の先端が突出した状態で設けられた中心電極と、
   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、
   前記中心電極の先端部の外周に配設されるとともに、前記接地電極との間で間隙を形成する環状のチップとを備えるスパークプラグであって、
   前記中心電極の先端部の外周と前記チップの内周との間に設けられる前記中心電極と前記チップとが溶け合った溶融部を介して、前記中心電極と前記チップとが接合されており、
   前記中心電極のうち、前記軸線方向に沿った前記チップが配設された範囲内の少なくとも一部に、空間が設けられることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記溶融部は、前記チップの周方向に沿って前記チップの内周の４０％以上の範囲に亘って形成されることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記空間は、前記中心電極の外周よりも内周側にのみ設けら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. 前記中心電極の先端部は一定の外径を有し、
   前記軸線方向に沿った前記中心電極に対する前記チップの配設された範囲の２０％以上において、前記軸線と直交し前記空間を通る断面における、前記中心電極及び前記空間の合計断面積に対する前記空間の断面積が１．４％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記中心電極の先端部は一定の外径を有し、
   前記チップのうち前記中心電極に配設された部位の先端から前記部位の後端までの前記軸線に沿った範囲において、前記中心電極の体積は、前記先端を通り前記軸線に直交する平面と、前記後端を通り前記軸線に直交する平面と、前記中心電極の外周面とにより形成される空間の体積の５０％以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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