JP4721566B2

JP4721566B2 - スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法

Info

Publication number: JP4721566B2
Application number: JP2001199181A
Authority: JP
Inventors: 直道宮下; 佳弘松原; 宏昭九鬼
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003017215A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の接地電極が主体金具に接合されるいわゆる多極プラグが提供され、この多極プラグにおいては、例えば、接地電極の端面が中心電極の側周面、或いは絶縁体の側周面に対向する形態のものが用いられている。また、このようなスパークプラグにおいては、耐熱性、着火性、耐汚損製、及び耐チャンネリング性等が優れたものが望ましく、例えば、耐汚損性を改善したスパークプラグとして沿面放電型スパークプラグとも称されるものは、火花放電ギャップにて発生する火花が、常時あるいは条件により、絶縁体表面を経由した沿面放電形態にて伝播するように構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような沿面放電型のスパークプラグでは、絶縁体の表面を這う火花が頻繁に発生するため、絶縁体の表面が溝状に削られる、いわゆるチャンネリングが生じやすくなることが知られている。チャンネリングが進行すると、スパークプラグの耐熱性が損なわれたり、或いは信頼性が低下する等の不具合が生じたりしやすくなる。特に、中心電極の先端面が接地電極の前方側の縁より下方側の縁に近い位置関係である場合には、その下方側の縁において集中して飛火し易くなるため、絶縁体表面を這う度合が高くなり、チャンネリングが生じ易くなる可能性があった。
【０００４】
本発明の解決すべき課題は、耐熱性、着火性、及び耐久性に優れたスパークプラグを提供することにあり、特に沿面放電型スパークプラグにおいて耐チャンネリング性に優れた構成をなすスパークプラグを提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記のような課題を解決するために本発明は、
中心貫通孔を有する絶縁体と、中心貫通孔に保持され絶縁体の先端部に配設された中心電極と、絶縁体の先端部を自身の先端面から突出するように保持する主体金具と、主体金具に一端が接合され、他端側が中心電極の中心軸線に近づく向きに屈曲する形状をなすとともに先端面が中心電極の側周面及び絶縁体の側周面に対向するように配設された複数の接地電極を備え、
中心軸線の軸線方向と平行であり、かつ接地電極の先端面と中心電極との対向方向と平行な仮想平面に対して投影したときに、その正射影像での接地電極における先端縁から基端縁まで続く内側と外側の外面外形線のうち、外側外形線の外側主表面には、前記軸線方向における前記中心電極の先端側を前方側とした場合に、前記接地電極の先端部における軸線方向前方側に、除去加工又はプレス加工を施すことにより、前記正射影像において前記接地電極の先端部において前記中心軸線と直交する直線形状をなし、かつ互いに同一平面上に位置するように平面部が形成され、
さらに、正射影像における内側外形線と直交する方向を当該接地電極の厚さ方向とした場合に、当該接地電極の厚さは先端縁に近づくにつれて小さくなるように形成されることを特徴とするスパークプラグを提供する。
【０００６】
上記のごとく、先端縁に近づくにつれて厚さが小さくなる先端部が形成されるように接地電極の先端を尖鋭に形成すれば着火性を効果的に向上でき、さらに、接地電極の先端部近傍の体積が小さくなるため、先端部近傍の冷却促進効果が得られ、耐熱性に優れた構成となる。また、接地電極の先端面において、軸線方向前方側の縁より後方側の縁の方が中心電極先端面に近い場合には、後方側の縁における飛火の割合が高くなりチャンネリングが生じやすくなる可能性があったが、平面部を形成して中心電極先端面と前方側の縁の距離が近くなるようにすれば、前方側の縁への飛火の割合が増加することとなるため、絶縁体表面を這う飛火が抑えられてチャンネリングが効果的に抑制される。特に、中心電極の先端面と平面部の外面を同一平面上に形成するようにすると、中心電極先端面における外周縁と接地電極の前方側の縁がより一層近接することとなるため極めて効果的である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照しつつ説明する。
図１に示す本発明の一例たるスパークプラグ１は、いわゆるセミ沿面放電型スパークプラグとして構成され、筒状の主体金具５、先端部が突出するようにその主体金具５に嵌め込まれた絶縁体３、その絶縁体３の内側に設けられた中心電極２、及び主体金具５に基端側が結合され、絶縁体３の先端部を間に挟んで中心電極２の側面と先端側が対向するように配置された接地電極４等を備えている。絶縁体３は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、図２に示すように、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極２を嵌め込むための孔部（貫通孔）３ｄを有している。また、主体金具５は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ１のハウジングを構成するとともに、その外周面には、図１に示すように、スパークプラグ１を図示しないシリンダヘッドに取り付けるためのねじ部６が形成されている。なお、図２に示すように、接地電極４は中心電極２の両側に各１ずつの計２つ設けられており、それぞれ端面（発火面）４ａが、円柱状の中心電極２の先端部２ａの側周面２ｂ（発火面）とほぼ平行に対向するように湾曲させて形成される一方、他端側は主体金具５に対して溶接等により固着・一体化されている。
【０００８】
絶縁体３は先端部３ａが中心電極２の側周面２ｂと接地電極４の発火面４ａとの間に入り込む位置関係で配置されている。図２においては、中心電極２の軸線方向において該中心電極２の先端面２ｅ側を前方側、これと反対側を後方側として、絶縁体３の先端面３ｅは、接地電極４の先端面４ａの、後方側の縁４ｆよりも前方側に位置している。一方、中心電極２の先端面２ｅは、絶縁体３の先端面３ｅよりも所定高さだけ突出して配置されている。
【０００９】
図１に戻り、絶縁体３の孔部３ｄには、その一方の端部側に端子金具１３が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極２が挿入・固定されている。また、該貫通孔３ｄ内において端子金具１３と中心電極２との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部は、導電性ガラスシール層１６，１７を介して中心電極２と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。また、端子金具１３は低炭素鋼等で構成され、表面には防食のためのＮｉメッキ層（層厚：例えば５μｍ）が形成されている。抵抗体１５は、ガラス粉末、セラミック粉末、金属粉末（例えば、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉの１種又は２種以上を主体とするもの）、非金属導電物質粉末（例えば無定形カーボンないしグラファイト）及び有機バインダ等を所定量配合し、ホットプレス等の公知の手法により焼結して製造されるものである。
【００１０】
図２に示すように、中心電極２は、電極の表層部分を構成する電極母材２ｎ（この実施例では熱引き改善のために電極中心部に挿入されたＣｕあるいはＣｕ合金にて構成された芯材２ｍを除いた部分）が、Ｎｉを主成分としてＣｒを含有し、かつ熱伝導率が１７〜３０Ｗ／ｍ・Ｋである金属にて構成にて構成されている。なお、電極母材２ｎの熱伝導性能により十分な熱引きが図れる場合には、芯材２ｍを廃止し、中心電極２の全体を上記電極母材２ｎにより形成してもよい。電極母材２ｎの構成金属は、Ｎｉを例えば８０質量％以上含有し、Ｃｒを１．５〜９質量％（望ましくは２〜５質量％）含有するもの、あるいはＦｅを１〜５質量％含有し、ＦｅとＣｒとを合計で２〜９質量％含有するものを使用することができる。他方、接地電極４も中心電極２と同様の材質により構成することができるが、これに限られるものではなく、例えばＮｉを主成分とするものであれば上記の範囲外の組成を有するＮｉ基金属を使用することもできる。
【００１１】
以下、スパークプラグ１の作動について説明する。
スパークプラグ１はそのねじ部６（図１）においてガソリンエンジン等の内燃機関に取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源として使用される。該スパークプラグ１は、例えば、中心電極２側が負、接地電極４側が正となるように放電用高電圧を印加してもよいが、中心電極側を正極とすると中心電極側における耐消耗性向上が期待でき、中心電極を細軸とした場合においてより効果的となる。そして、図２において、接地電極４の発火面４ａと中心電極２の先端部２ａの側周面（発火面）２ｂとの間で放電により火花が発生し、混合気に着火を行う。ここで、絶縁体３の先端部３ａは発火面４ａと中心電極２の側周面２ｂとの間に入り込む形で配置されており、火花が絶縁体３の先端部表面に沿う経路で伝播するセミ沿面放電型スパークプラグとして機能する。図２に示すように、本実施例のスパークプラグ１では、中心電極２の先端部２ａが絶縁体３の先端面３ａから突出していることで、その側周面２ｂと接地電極４の発火面４ａとの間には第一ギャップｇ_１が、また、絶縁体３の外周面と発火面４ａとの間には第二ギャップｇ_２が形成されている。これにより、該スパークプラグ１は、汚損がそれほど進行しない場合には第一ギャップｇ_１で火花放電する頻度が高く、汚損が進行すると第二ギャップｇ_２で火花放電する頻度が高くなることで、絶縁体３の表面における汚損の進行を自動検出してこれを焼き切る汚損検出・浄化機能を備えていると見ることもできる。
【００１２】
また、複数（図２では２つ）の接地電極４が、中心電極２の側周面２ｂ及び絶縁体３の側周面３ｂに対向するように配設されている。その接地電極４の先端部４ｋにおける軸線方向前方側において、その接地電極４の先端面（発火面４ａ）に達する形で平面部１０４が形成されている。そして、先端縁における厚さは基端縁４ｍにおける厚さより薄くなるように形成されている。
【００１３】
図３には、中心電極２の中心軸線Ｏの方向、及び接地電極４の端面と中心電極２との対向方向の両方向に平行な仮想平面に対して投影したときの正射影像について示している。なお、接地電極４の先端面（発火面４ａ）と中心電極２の対向方向は以下のように規定する。即ち、図２（ａ）及び（ｂ）のように、中心電極２の中心軸線Ｏと直交する方向において、接地電極４の基端縁４ｍを通る仮想線ＰＶを設定した場合に、その仮想線ＰＶと平行な方向を対向方向とする。詳細に言えば、「基端縁を通る」とは、図２（ｂ）のように接地電極４の基端縁４ｍにおいて軸線Ｏと直交する断面をとった場合に（なお、図２（ｂ）では断面形状を破線１２１にて示している）、その断面図形の重心Ｇを通ることを意味する。
【００１４】
そして、図３に示す正射映像において、接地電極４における先端縁（発火面４ａの外縁）から基端縁４ｍまで続く内側と外側の外面外形線のうち、外側外形線１１０が接地電極４の先端部４ｋにおいて中心軸線Ｏと直交する直線形状をなすように、その先端部４ｋにおいて平面部１０４が形成されることとなる。一方、内側においては、内側外形線１１１が基端縁４ｍから先端縁に至るまで屈曲する曲線形状をなすように形成される。そして、その正射影像での内側外形線１１１における接線ＴＬと直交する方向を接地電極４の厚さ方向とした場合に、接地電極４の厚さＷ_ｎは先端縁に近づくにつれて小さくなるように形成される。
【００１５】
また、平面部１０４に続く基端部側においては外側外形線１１０が連続的に屈曲する曲線形状をなすように外側主表面４ｉが曲面となる曲面部１０５が形成されている。そして、それら曲面部１０５と平面部１０４の境界（即ち、移行点Ｐ_ｓ）において外側外形線１１０の形状が不連続となるように形成することができる。なお、ここでいう不連続とは、正射影像を二次元座標平面と考えた場合に境界において微分不可能（即ち、変化率が不連続）であることを意味している。
【００１６】
具体的には、接地電極４は細板状の電極部材が曲げ加工（後述）されて形成されており、接地電極４の外側における主表面（外側主表面４ｉ：図２）が基端部側において連続的に屈曲して曲面部が形成される。先端部側においては平面部１０４において外側主表面４ｉ（図２）が平面形状をなしている。そして、それら曲面部１０５と平面部１０４が、不連続となるように隣接している。
【００１７】
また、平面部１０４における外側主表面４ｉは軸線Ｏと直交する平面（略直交する平面としてもよい）となっており、さらに、両接地電極４，４における両平面部１０４，１０４の外側主表面４ｉは、互いに同一平面上に位置するようになっている。なお、図３においては、後述する除去加工によって除去される部分を除去部分Ｒ_ｅとして示しており、このような除去加工を用いることにより両平面部１０４，１０４の外面（即ち外側主表面４ｉ）が同一平面上に精度高く形成されることとなる。
【００１８】
さらに、接地電極４における内側の主表面（内側主表面４ｊ（図２））は、上記したようにその外面外形線１１１が基端縁から先端縁に至るまで連続的に屈曲するようになっており、具体的には、図３に示すように、その内側主表面４ｊ（図２）における内側外形線１１１が基端縁４ｍから先端縁（即ち発火面４ａの外縁）に至るまで、連続的な変化率となる曲線形状となっている。なお、連続的であれば、内側外形線１１１の一部において直線部が存在するようにしてもよい。
【００１９】
また、図３において各部の寸法関係を説明している。本実施例においては、基端縁４ｍの厚さをＷ_１とし、先端縁の厚さをＷ_２とした場合、Ｗ_２／Ｗ_１の値が０．３〜０．８の範囲に設定されるように平面部を形成する。なお、この値が０．８を越えると、耐熱性、着火性向上効果が低下し、逆に０．３未満であると、先端が尖鋭になりすぎて耐火花消耗性を損なう可能性がある。
【００２０】
また、中心電極先端面２ｅからの距離は、接地電極４における後方側の縁４ｆとの距離よりも、前方側の縁４ｅとの距離のほうが小さく設定されている。図３においては、先端面２ｅと平面部１０４における外側主表面４ｉが同一平面上に形成されており、前方側の縁４ｅがその同一平面上に位置するようになっている。
【００２１】
なお、スパークプラグの耐チャンネリング特性を高めるためには、絶縁体３に対する沿面放電火花のアタックが過剰とならない作動環境を形成すること、例えば１ケ所に火花が集中したりする傾向をなるべく抑制し、これを分散させることが有効である。その方式としては、接地電極４を複数設けることが有効であるが、例えば、３つの接地電極、又は４つの接地電極４を、それぞれ中心電極２の軸線周りにおいてほぼ等角度間隔で配置するようにしてもよい。特に、接地電極の数を３以上とすることで、耐チャンネリング性能の向上が顕著となる。なお、このような接地電極の本数設定については本実施例に示されるいずれの形態のスパークプラグにも適用できる。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態を、セミ沿面放電型スパークプラグを例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図４のスパークプラグ１では、絶縁体３の先端部が、中心電極２の先端部２ａの側周面２ｂと、接地電極４の先端面（発火面４ａ）との間（第一ギャップｇ_１）に入り込まない形となっている。なお、図４は図３と同様の仮想平面に投影した正射映像を示すものである。そして、中心電極２の先端部２ａの側周面２ｂと接地電極４の先端面４ａとの距離に対し、絶縁体３の先端面３ｅと、接地電極４の先端面４ａの、後方側の縁４ｆとの距離が小さく設定されている（第二ギャップｇ_２）。すなわち、中心電極２の先端部２ａが、絶縁体３から突出して配置されるとともに、その絶縁体３の外側を覆う形で筒状の主体金具５が設けられている。接地電極４は、基端側が主体金具５の端部に接合される一方、先端側は中心電極２側に曲げ返され、その先端面４ａが、突出する中心電極２の先端部２ａの側周面２ｂと対向するように配置されて第一ギャップｇ_１を形成する一方、接地電極４の先端部４ｋの内側面が、絶縁体３の先端面３ｅと対向して第一ギャップｇ_１よりも小さい第二ギャップｇ_２を形成している。これは、絶縁体３の汚損が進行した場合に限って第二ギャップｇ_２で火花放電するようにした、いわゆる間欠沿面放電型スパークプラグとよばれるタイプのものである。
【００２３】
また、以上の実施例のスパークプラグは、いずれも全ての接地電極の先端面が中心電極の側面に対向するタイプのものであったが、本発明は、複数ある接地電極の一部が、必ずしも中心電極の側面に先端面が対向していない態様も包含する。その一例を図５の断面図に示している。このスパークプラグ１では、図２のスパークプラグ１等と同様に、絶縁体３の外側を覆う形で筒状の主体金具５が設けられる。また、基端側が主体金具５の端部に接合される一方、先端側は中心電極２側に曲げ返される形態の接地電極４，１１４が複数設けられる。そして、それら接地電極の１つ、すなわち電極部材１１４は、側面が中心電極２の先端面２ｅと対向するように配置される一方、残余の接地電極４の少なくとも１つ（ここでは２つ）のものが、先端面（発火面４ａ）が中心電極２の側周面２ｂと対向するように配置される。なお、中心電極２の先端部には貴金属チップ１１５が溶接部１１６を介して接合されている。
【００２４】
上記の構成では、いわゆる平行対向型スパークプラグと同様の火花放電ギャップｇαが電極部材１１４の側面と中心電極２の先端面との間に形成され、多極スパークプラグと同様の火花放電ギャップｇβが、接地電極４の先端面と中心電極２の側面との間に形成される。ギャップｇαの大きさをギャップｇβよりも大きくおくと、通常はギャップｇαにて飛火しやすく、絶縁体３の先端面が汚損した場合にはギャップｇβで飛火しやすくなる。平行対向型スパークプラグに形態の近いギャップｇαは火花の集中度が高く（特に中心電極２側を負として電圧印加する場合）、着火性を高めることができる。なお、この実施例では、側面が中心電極２の先端面と対向するように配置される接地電極４は、その端面が絶縁体３の先端部を間に挟んで中心電極の側面と対向するように配置されている。すなわち、ギャップｇβでの飛火形態は、図２等のスパークプラグ１と同様のセミ沿面飛火形態となる。
【００２５】
上記実施例では、沿面放電型のスパークプラグについて説明したが、図６のような構成としてもよい。図６のスパークプラグは、接地電極４の先端面（発火面４ａ）が中心電極２の側周面２ｂに絶縁体３を介さずに直接対向する例を示している。なお、図６においては、図２の場合と同様に、中心電極２の先端面２ｅと平面部１０４における外側主表面４ｉが同一平面上に位置する例を示しているが、その中心電極２の側周面２ｂを軸線方向前方側に延長した仮想的な側周面（破線部にて示される側周面２００）に対向するようにしてもよく、先端面（発火面４ａ）の一部のみを側周面２ｂに対向させてもよい。
【００２６】
次に、本発明のスパークプラグの製造方法について説明する。
上記のような多極プラグの製造に際しては、図７（ａ）に示すように、接地電極となるべき線状（例えば角棒状）の電極部材４’を主体金具５に溶接等で取り付けた予備体Ｗ_Pを形成する接合工程を行い、次いで、打抜ダイＫの成型凹部１２０に押し付けて両電極部材４’（３以上であれば全ての電極部材）を同時に曲げ加工する曲げ工程を行う。この曲げ工程においては、接合工程により得られた接合体（予備体Ｗ_P）において、その接合された電極部材４’の先端面が主体金具１０５の中心軸線Ｏ_５に面する位置関係となるようにその電極部材４’に対し曲げ加工を施し、この曲げ加工された電極部材４’が接地電極４となる。その後、図７（ｃ）のごとく絶縁体３に装着した中心電極２を主体金具５内に挿入し、曲げ加工された接地電極４との間にギャップｇを形成する。なお、曲げ加工後において接地電極４の先端面において絶縁体３又は中心電極２に沿った円筒面を形成する場合には、中心電極等を組み付ける前に円柱状のパンチにより打抜き工程を行うこととなる。
【００２７】
次に先端部形成工程について説明する。
先端部形成工程においては、曲げ工程と同時に、又は該曲げ工程とは別工程として、その曲げ加工の対象となる電極部材（接地電極）の先端部を、先端面が基端側よりも薄くなるよう形成する。先端部形成工程としては、例えば図７又は図８のように、先端部４ｋの軸線方向前方側において、研削、研磨等の除去加工を施し、所定部分を除去して平面部を形成する平面部形成工程を行うことができる。このような除去加工を用いた平面部形成工程は、曲げ工程とは別工程として行うこととなるが、図７及び図８のように、曲げ工程後において行うようにしてもよく、予め曲げ工程前に行ってもよい。
【００２８】
図８（ａ）〜（ｃ）、及び図９（ａ）は、図２のようなセミ沿面放電型スパークプラグにおける平面部形成工程について示している。図７及び図８に示すような除去加工を用いた平面部形成工程は、曲げ加工後において、接地電極４の先端部４ｋの一部を除去して軸線方向前方側に平坦面が形成された平面部１０４を形成するようにできるが、接地電極４のみに除去加工を施すようにしてもよく、接地電極４及び中心電極２の双方に除去加工を施してもよい。
【００２９】
図８（ａ）は、曲げ工程後において接地電極４の先端部４ｋの一部が、組み付けられた中心電極２の先端面２ｅより軸線方向前方側に突出する場合について示している。この場合には、その中心電極２の先端面２ｅより前方側に突出する部分（即ち、接地電極４の先端部４ｋにおいて斜線部として示される除去部分Ｒ_ｅ）を除去加工により除去し、中心電極２の先端面２ｅと同一平面上に位置する平坦面１０９を設けた形にて平面部１０４を形成する。このように形成することにより図２のような最終製品が得られることとなるが、この最終製品において接地電極４の先端縁厚さＷ_２が例えば０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとなるように除去加工を施すようにする。なお、後述する他の先端部形成工程においても先端縁厚さＷ_２の範囲を上記範囲に設定することができる。
【００３０】
また、図８（ｂ）は、曲げ加工後において、接地電極４及び中心電極２の双方に除去加工を施す例について示している。図８（ｂ）は、曲げ加工後において、中心電極２の先端面が接地電極４の軸線方向前端より前方側に突出しており、これら双方の外面が同一平面上に位置するように双方に除去加工を施す。図８（ｂ）においては、接地電極４及び中心電極２の先端部において除去加工により除去される部分を斜線部（除去部分Ｒ_ｅ）として示しており、除去後に露出する面がそれぞれ中心電極２の先端面２ｅ、平面部１０４における外側主表面（平坦面１０９）となる。
【００３１】
また、図８（ｃ）のように、中心電極２の一部に耐火花消耗性部材１３０（例えば、Ｐｔ、Ｉｒ等の貴金属部材）が設けられている場合においても図８（ａ）及び（ｂ）と同様に除去加工を施すことができる。また、図９（ａ）のように中心電極の側周面に露出する形で周方向に耐火花消耗性部材１３０が設けられている場合、その耐火花消耗性部材１３０の前方側を除去する形にて除去加工を行うようにしてもよい。
【００３２】
また、図９（ｂ）及び（ｃ）は、図４のような間欠沿面放電型スパークプラグにおける平面部形成工程について示しており、図８及び図９（ａ）と同様の手法にて除去加工を施す例について示している。なお、図９（ｂ）は、図８（ｂ）と同様に接地電極４と中心電極２の両方に除去加工を施す例であり、図９（ｃ）は、図８（ｃ）と同様に、中心電極２の側周面において露出する耐火花消耗性部材１３０が設けられた例である。なお、図９（ｃ）の除去加工においては耐火花消耗性部材１３０を除去しないようにしているが、図９（ａ）と同様の手法を用いて耐火花消耗性部材１３０の一部を除去するようにしても良い。また、図９（ｂ）及び（ｃ）においては、接地電極４と中心電極２の両方に除去加工を施す例について示しているが、図８（ａ）及び（ｃ）のように、接地電極４の先端部４ｋが中心電極２の先端面２ｅより軸線方向前方側に突出するように組み付け、接地電極４のみに除去加工を施すようにしても勿論よい。
【００３３】
また、図１０及び図１１に示すように、先端部形成工程として、接地電極の先端部に対しプレス加工を施すプレス加工工程を行ってもよい。このプレス加工工程では、上述したような最終製品（図２参照）における接地電極４の厚さが、先端縁に近づくにつれて小さくなるように、所定形状に調整された金型Ｋ_２を用いてプレス加工を行う。金型Ｋ_２においては、電極部材が嵌まり合う溝２０１が形成されており図７と同様に、溝２０１に電極部材４’を押し付けて曲げ加工を行う。そして、この曲げ加工と同時に金型Ｋ_２の溝２０１の底面と押圧部材Ｐ_１の外面により電極部材４’を挟み込む形にて押圧することにより、電極部材４’の先端部が溝２０１に沿った形にて延ばされることとなる。そして、このようにプレス加工を施した後、図１１のように電極部材４’の先端部をパンチＰ_２により打抜き、得られる接地電極４を所望の長さ及び所望の先端面形状に形成する。さらに、図７（ｃ）と同様に中心電極２、絶縁体３等を主体金具５に組み付けることとなる。
【００３４】
本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
まず、接地電極の耐震性を確認するために耐震性確認テストを行った。
２ストローク、水冷式単気筒、２輪車用エンジンを用い、エンジン回転数９５００ｒｐｍにてスロットル全開状態２０秒、エンジン回転数３５００ｒｐｍパーシャル２０秒（３０km／ｈ相当）の条件を繰り返すサイクル運転を行い評価した。試験プラグは、図２及び図３に示す２極セミ沿面タイプ（接地電極寸法：電極厚さＬ_ｅ＝１．５ｍｍ、幅Ｌ_ｗ＝２．８ｍｍ）で、接地電極研削無し品（先端縁厚さＷ_２＝１．５ｍｍ、以下、「１．５ｍｍ品」と称す）、及び接地電極研削有り品を供試した。この試験プラグは、図３に示す寸法について、中心電極出寸法Ｌ_ｃ＝０．５ｍｍ、絶縁体先端面３ｅと接地電極後方側の縁４ｆとの軸線方向距離Ｌ_ｄ＝０．５ｍｍ、中心電極の径Ｌ_ｂ＝２．０ｍｍとそれぞれ調整した。なお、先端縁の厚さＷ_２に付いては，削りしろＬ_ａの値を調節して行った。その接地電極研削有り品については、接地電極先端部を０．３ｍｍ研削したプラグ（削りしろＬ_ａ＝０．３ｍｍ、先端縁厚さＷ_２＝１．２ｍｍ、以下「１．２ｍｍ品」と称す）、接地電極先端部を０．７ｍｍ研削したプラグ（削りしろＬ_ａ＝０．７ｍｍ、先端縁厚さＷ_２＝０．８ｍｍ、以下「０．８ｍｍ品」と称す）についてテストした。その耐震性確認テストの結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
耐震性判定条件は、接地電極が折損に至ったものを重度（×）、接地電極に亀裂が発生したものを中度（△）、接地電極に損傷の見られないものを軽度（○）とした。上記結果により、先端縁を薄くすることでの耐震性向上効果が確認され、特に０．８ｍｍ以下であれば損傷を伴わないものであることが判明した。
【００３７】
次に、接地電極の耐熱性を確認するために、耐熱性確認テストを行った。上記の試験プラグを用い、４気筒ガソリンエンジン（排気量１８００ｃｃ）、ＤＯＨＣ，シリンダー当り４バルブの４輪車用エンジンを用い、スロットル全開状態、エンジン回転数６５００ｒｐｍの条件で、接地電極の加熱酸化度合で評価した。その結果を表２に示す。なお、試験プラグは上記のものと同様の３種類を用いた。
【００３８】
【表２】

【００３９】
接地電極耐熱性判定については、加熱酸化度合の厳しいものを重度（×）、緩いものを軽度（○）とした。表２に示すように、先端縁を薄くすることにより加熱酸化を抑制できることが確認された。
【００４０】
次に、Ｌ型６気筒ガソリンエンジン（排気量２０００ｃｃ）を用い、１気筒のみを試験シリンダーとし、その試験シリンダーの燃料混合比をリーン側に推移させ、アイドリング条件で空燃比を可変し、失火判定をした。その結果を表３に示す。なお、試験プラグは上記と同様の３種類を用いた。そして、この結果によれば、先端縁を薄くするほどリーン限界空燃比が大きくなり、着火性を向上し得ることが確認された。
【００４１】
【表３】

【００４２】
次に、上記した試験プラグを用いて耐チャンネリングテストを行った。ピーク電圧約２０ｋＶの高電圧を、中心電極側を負とする極性で、６０ｋＨｚにて断続的に印加し、約５気圧の空気加圧雰囲気の中で５００時間印加し、絶縁体先端部表面に生じたチャンネリング溝深さを電子顕微鏡にて測定した。その結果を表４に示す。なお、試験プラグについては上記と同様の３種類を用いた。
【００４３】
【表４】

【００４４】
チャンネリングレベル判定条件は、チャンネリングによる掘れ溝の深さが０．２ｍｍ未満を軽度として○、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍのものを中度として△、０．４ｍｍを超えるものを重度として×をそれぞれ付してある。この結果により、接地電極の先端縁を薄くすることによってチャンネリングの抑制を効果的に行い得ることが確認された。
【００４５】
また、図４に示す間欠沿面放電型スパークプラグにおいても同様の試験を行った。試験プラグとしては、電極厚さＬ_ｅ＝１．６ｍｍ、中心電極出寸法Ｌ_ｃ＝１．７ｍｍ、中心電極の径Ｌ_ｂ＝２．５ｍｍとそれぞれ寸法調整した。また、第一ギャップｇ１を１．１ｍｍに、第二ギャップｇ２を０．４５ｍｍに設定した。なお、先端縁の厚さＷ_２に付いては，削りしろＬ_ａの値を変化させて調整した。そして、このような間欠沿面放電型スパークプラグにおいても上記セミ沿面放電型スパークプラグの場合と同様に、先端縁を薄肉化することで耐震性、耐熱性、着火性及び耐チャンネリング性を向上し得ることが確認された。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にもおよび、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すスパークプラグの全体図。
【図２】同じくその要部縦断面図と平面図。
【図３】図２の正射影像を示す図。
【図４】本発明を間欠沿面放電型スパークプラグに適用したその正射影像を示す図。
【図５】中心電極先端面に対向する接地電極と、同じく側面に対向する接地電極とを両方設けたスパークプラグの例を示す要部正面断面図。
【図６】中心電極側周面において、絶縁体を介さずに対向する接地電極を設けたスパークプラグの例を示す側面図。
【図７】曲げ工程について説明する説明図。
【図８】除去加工を用いた先端部形成工程の例をいくつか示す図。
【図９】図７とは別の例をいくつか示す図。
【図１０】曲げ工程及び先端部形成工程をプレス加工により同時に行う例について説明する説明図。
【図１１】図１０に続く図。
【符号の説明】
１スパークプラグ
２中心電極
２ｂ中心電極の側周面
３絶縁体
３ｂ絶縁体の側周面
４接地電極
４ａ発火面（接地電極の先端面）
４ｋ接地電極の先端部
４ｍ基端縁
５主体金具
１０４平面部
１１０外側外形線
１１１内側外形線
Ｏ中心軸線

Claims

中心貫通孔を有する絶縁体と、前記中心貫通孔に保持され前記絶縁体の先端部に配設された中心電極と、前記絶縁体の先端部を自身の先端面から突出するように保持する主体金具と、前記主体金具に一端が接合され、他端側が前記中心電極の中心軸線に近づく向きに屈曲する形状をなすとともに先端面が前記中心電極の側周面及び前記絶縁体の側周面に対向するように配設された複数の接地電極を備え、
前記中心軸線の軸線方向と平行であり、かつ前記接地電極の先端面と前記中心電極との対向方向と平行な仮想平面に対して投影したときに、その正射影像での前記接地電極における先端縁から基端縁まで続く内側と外側の外面外形線のうち、外側外形線の外側主表面には、前記軸線方向における前記中心電極の先端側を前方側とした場合に、前記接地電極の先端部における軸線方向前方側に、除去加工又はプレス加工を施すことにより、前記正射影像において前記接地電極の先端部において前記中心軸線と直交する直線形状をなし、かつ互いに同一平面上に位置するように平面部が形成され、
さらに、前記正射影像における前記内側外形線と直交する方向を当該接地電極の厚さ方向とした場合に、当該接地電極の厚さは前記先端縁が基端縁よりも小さくなるように形成されることを特徴とするスパークプラグ。
前記接地電極は、基端縁における厚さをＷ_１とし、前記先端縁における厚さをＷ_２とした場合に、Ｗ_２／Ｗ_１の値が０．３〜０．８の範囲となるように設定される請求項１に記載のスパークプラグ。
前記中心電極の先端面と前記平面部における外面が同一平面上に位置するように形成される請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
中心貫通孔を有する絶縁体と、前記中心貫通孔に保持され前記絶縁体の先端部に配設された自身の先端部に貴金属チップを有する中心電極と、前記絶縁体の先端部を自身の先端面から突出するように保持する主体金具と、
前記主体金具に一端が接合され、他端側が前記中心電極の中心軸線に近づく向きに屈曲する形状をなすとともに前記中心電極の側周面、又は前記絶縁体の側周面の少なくともいずれかに対向するように配設された複数の接地電極を備えるスパークプラグを製造する製造方法であって、
前記主体金具において、前記接地電極となるべき線状の電極部材を接合して前記主体金具と前記接地電極の接合体を構成する接合工程と、
該接合工程により得られた接合体において、その接合された接地電極の先端面が前記主体金具の中心軸線に面する位置関係となるように前記接地電極に対し曲げ加工を施す曲げ工程と、
該曲げ工程と同時に、又は該曲げ工程とは別工程として、前記接地電極の先端部を薄肉形状に形成する先端部形成工程を含み、
該先端部形成工程は、前記中心軸線の軸線方向と平行であり、かつ前記接地電極の先端面と前記中心電極との対向方向と平行な仮想平面に対して投影したときにその正射影像において、前記接地電極における先端縁から基端縁まで続く内側と外側の外面外形線のうち、内側外形線と直交する方向を前記接地電極の厚さ方向とした場合に、厚さが前記先端縁が基端縁よりも小さくなるように前記接地電極の先端部を形成するものであり、当該先端部形成工程は、前記軸線方向における前記中心電極の先端側を前方側とした場合に、前記接地電極の先端部における軸線方向前方側を部分的に除去する除去加工を施すことにより、前記正射影像における前記接地電極の前記外面外形線が前記中心軸線と直交する直線形状をなすように前記接地電極の先端部において平面部を形成する平面部形成工程を含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
前記曲げ加工の施された前記接地電極の先端面の少なくとも一部が中心電極の側周面に対向するように、前記主体金具に対して前記中心電極を組み付ける中心電極組付工程を含み、
前記平面部形成工程は、その中心電極組付工程により得られた接合体において、前記中心電極の先端面と前記平面部における外面が同一平面上に位置するように、前記接地電極及び前記中心電極のうちの少なくとも前記接地電極に対し前記除去加工を施す請求項４に記載のスパークプラグの製造方法。
前記先端部形成工程は、前記接地電極に対し、その接地電極先端部の厚さが前記先端縁が基端縁よりも小さくなるようにプレス加工を施すプレス加工工程を含む請求項４に記載のスパークプラグの製造方法。