JP5087135B2 - スパークプラグおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関において電気的に火花を発生させることによって燃料に着火させるスパークプラグ（点火プラグ）に関し、特に、スパークプラグの接地電極に関する。

従来、接地電極に貴金属チップを用いることなくスパークプラグの着火性を向上させるために、プレス加工によって接地電極に突起部を形成する技術が提案されている。特許文献１には、プレス加工の一つである「プレスによる鍛造成形」によって接地電極の突起部を形成する技術が開示されている。非特許文献１には、プレス加工の一つである「押出しプレス」によって接地電極に突起部を形成する技術が開示されている。具体的には、接地電極の上方から加工ピンでプレスし凹部を形成することで、プレス凹部背面に突起部を形成する技術が開示されている。

特開２００６−２８６４６９号公報 Ｓｈｉｎ Ｎｉｓｈｉｏｋａ他著、「Ｓｕｐｅｒ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｓｐａｒｋ Ｐｌｕｇ ｗｉｔｈ Ｗｅａｒ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ」、ＳＡＥ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥＲ ＳＥＲＩＥＳ ２００８−０１−００９２，２００８年４月発行

しかしながら、従来、プレス加工によって接地電極に突起部を形成することに関して十分な考慮がなされていなかった。例えば、押出しプレスでは接地電極を加工ピンでプレスし凹部を形成する際、加工ピンが接地電極に食いつき、加工ピンを引き抜く際に欠損等が発生し、加工ピン等の工具の寿命が短くなる場合があった。また、加工ピンによるプレスや引き抜きにより接地電極の塑性域を超える変形が生じ、接地電極に亀裂や欠損が生じ接地電極の耐久性が低下する場合があった。

本発明は、上記した課題を踏まえ、プレス加工によって接地電極に突起部を形成する際に、加工ピンの接地電極への食いつきを低減させることを第１の目的とする。また、接地電極の亀裂や欠損を防止することで接地電極の耐久性を向上させることを第２の目的とする。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することができる。

［適用例１］ 適用例１のスパークプラグは、軸状の中心電極と、前記中心電極の外周を保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の外周を保持する主体金具と、前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に火花ギャップを形成する接地電極であって、加工ピンを用いた押出しプレスによって形成され、前記中心電極に対向する突起部と、前記押出しプレスによる突起部の形成に伴って前記突起部の背面に形成されたプレス凹部と、を有する接地電極とを備えるスパークプラグであって、前記プレス凹部は、前記加工ピンが接触した第１の部位と前記加工ピンが接触しなかった第２の部位とからなり、前記第２の部位の深さをＢ１、前記プレス凹部の深さをＢ２とした場合に、Ｂ１／Ｂ２≧０．０５を満たすことを特徴とする。
適用例１のスパークプラグによれば、加工ピンが接触しなかった第２の部位の割合を一定以上とすることで、プレス凹部における加工ピンが接触する割合を小さくすることができる。その結果、加工ピンとプレス凹部との摩擦抵抗が小さくなるため加工ピンの接地電極への食いつきを低減させることができる。

［適用例２］ 適用例１のスパークプラグであって、前記プレス凹部の底面と平行な面であって、前記プレス凹部の側面により区画される面のうち前記第１の部位と前記第２の部位との境界を最も多く含む面を境界面とし、前記境界面の面積をＣ、前記プレス凹部の底面の面積をＤとした場合に、０．８３≦Ｃ／Ｄ≦１．６０を満たすとしても良い。
適用例２のスパークプラグによれば、加工ピンの接地電極への食いつきを低減させることに加え、突起部を目標とする望ましい形状にすることができる。

［適用例３］ 適用例１または適用例２のスパークプラグであって、前記接地電極は、一端に前記主体金具に接合される接合部と、他端に先端面を有する先端部と、を有し、前記先端面は前記中心電極の軸方向と略平行であり、前記中心電極の軸方向と平行であって前記突起部の重心を通る断面のうち、前記先端面と直交する前記接地電極の断面において、前記中心電極と対向する側の前記接地電極の先端部と、前記突起部の根元部のうち前記接地電極の先端側根元部とを通る直線をＥ１とし、前記先端側根元部と、前記突起部の根元部のうち前記接地電極の後端側根元部とを通る直線をＥ２とした場合に、前記Ｅ１と前記Ｅ２によって形成される角度Ｅが０°≦Ｅ≦５°を満たすとしても良い。
適用例３のスパークプラグによれば、突起部より先端側の接地電極の変形量を抑制することによって加工ピンの接地電極への食いつきを低減させることができる。

［適用例４］ 適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記突起部が立ち上がる根元部から前記接地電極の側端までの間に続く平坦な表面の距離Ｆ１と、前記根元部から前記接地電極の側端までの距離Ｆ２との比は０．４≦Ｆ１／Ｆ２≦１．０を満たすとしても良い。
適用例４のスパークプラグによれば、突起部の周囲における変形量を抑制することによって、特に突起部およびその周囲における亀裂（クラック）の発生を抑制することができる。その結果、接地電極の耐久性を向上させることができる。

［適用例５］ 適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記突起部の高さＡは０．４ｍｍ≦Ａ≦１．０ｍｍを満たすとしても良い。
適用例５のスパークプラグによれば、突起部の高さが０．４ｍｍ以上とすることで、内燃機関にスパークプラグを装着し着火する場合に安定した着火性能を達成することができる。また、突起部の高さを１．０ｍｍ以下とすることで接地電極の耐久性を向上させることができる。

本発明の形態は、スパークプラグおよびその製造方法の形態に限るものではなく、例えば、スパークプラグの接地電極およびその製造方法、スパークプラグを備える内燃機関などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

スパークプラグの部分断面を主に示す説明図である。 接地電極の詳細構造を主に示す説明図である。 図２におけるＸ−Ｘ断面で接地電極を切断した面を拡大して示す部分断面図である。 図３におけるＹ−Ｙ断面で接地電極を切断した面を拡大して示す部分断面図である。 接地電極の製造工程を示すフローチャートである。 接地電極を製造する様子を示す説明図である。 接地電極を製造する様子を示す説明図である。 比（Ｂ１／Ｂ２）が成形性に与える影響を調べた第１の評価実験の結果を示す説明図である。 比（Ｂ１／Ｂ２）が耐久性に与える影響を調べた第２の評価実験を示す説明図である。 差（φＣ−φＤ）及び比（Ｃ／Ｄ）が成形性に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。 角度Ｅが成形性に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。 比（Ｆ１／Ｆ２）が成形性に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。 突き出し量Ａが着火性能に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。 突き出し量Ａが耐久性能に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。 第１変形例ないし第３変形例の接地電極を示す説明図である。 第４変形例ないし第８変形例の接地電極を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態および実験結果を以下の順序で説明する。
Ａ．各種の実施形態
Ｂ．実験結果：
Ｃ．変形例：

Ａ．各種の実施形態：
図１は、スパークプラグ１００の部分断面を主に示す説明図である。スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０とを備える。絶縁碍子１０の一端から突出する棒状の中心電極２０は、絶縁碍子１０の内部を通じて、絶縁碍子１０の他端に設けられた端子金具４０に電気的に接続されている。中心電極２０の外周は、絶縁碍子１０によって保持され、絶縁碍子１０の外周は、端子金具４０から離れた位置で主体金具５０によって保持されている。主体金具５０に電気的に接続された接地電極３０は、主体金具５０から中心電極２０に向かって突出し、火花を発生させる隙間である火花ギャップを中心電極２０との間に形成する。スパークプラグ１００は、内燃機関（図示しない）のエンジンヘッド２００に設けられた取付ネジ孔２０１に主体金具５０を介して取り付けられ、２万〜３万ボルトの高電圧が端子金具４０に印加されると、中心電極２０と接地電極３０との間に火花が発生する。

スパークプラグ１００の絶縁碍子１０は、アルミナを始めとするセラミックス材料を焼成して形成された絶縁体である。絶縁碍子１０は、中心電極２０および端子金具４０を収容する軸孔１２が中心に形成された筒状体である。絶縁碍子１０の軸方向中央には外径を大きくした鍔部１９が形成されている。鍔部１９よりも端子金具４０側には、端子金具４０と主体金具５０との間を絶縁する後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９よりも中心電極２０側には、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成され、先端側胴部１７の更に先には、先端側胴部１７よりも小さい外径であって中心電極２０側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部１３が形成されている。

スパークプラグ１００の主体金具５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３に亘る部位を包囲して保持する円筒状の金具であり、本実施例では、低炭素鋼から成る。主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２と、シール部５４と、先端面５７とを備える。主体金具５０の工具係合部５１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付ける工具（図示しない）が嵌合する。主体金具５０の取付ネジ部５２は、エンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合するネジ山を有する。主体金具５０のシール部５４は、取付ネジ部５２の根元に鍔状に形成され、シール部５４とエンジンヘッド２００との間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿される。主体金具５０の先端面５７は、取付ネジ部５２の先端に形成された中空円状の面であり、先端面５７の中央には、脚長部１３に包まれた中心電極２０が突出する。

スパークプラグ１００の中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる芯材２５を埋設した棒状の電極である。本実施例では、電極母材２１は、インコネル（登録商標）を始めとするニッケルを主成分とするニッケル合金から成り、芯材２５は、銅または銅を主成分とする合金から成る。中心電極２０は、電極母材２１の先端が絶縁碍子１０の軸孔１２から突出した状態で絶縁碍子１０の軸孔１２に挿入され、セラミック抵抗３およびシール体４を介して端子金具４０に電気的に接続されている。

スパークプラグ１００の接地電極３０は、主体金具５０の先端面５７に接合され、中心電極２０の軸方向に交差する方向に屈曲して中心電極２０の先端に対向する電極である。本実施例では、接地電極３０は、インコネル（登録商標）を始めとするニッケルを主成分とするニッケル合金から成る。

図２は、接地電極３０の詳細構造を主に示す説明図である。接地電極３０は、主体金具５０に接合された接合部３８と、接地電極３０の先端部３９を構成する先端面３１と、接地電極３０の表面のうち中心電極２０に対向する対向面３２と、対向面３２とは反対側の面であり接地電極３０に背を向ける背面３３とを備える。接地電極３０の対向面３２には、中心電極２０の先端に対向して突出する突起部３６が、押出しプレスによって形成されている。突起部３６と中心電極２０との間には、火花ギャップＧが形成される。接地電極３０の背面３３には、押出しプレスによる突起部３６の形成に伴って突起部３６の背後にプレス凹部３７が形成されている。突起部３６およびプレス凹部３７の重心は、中心電極２０の中心軸の延長線上に略沿って並ぶ。本実施例では、突起部３６は、円形の断面を有する円柱状の突起であり、プレス凹部３７は、円形の断面を有する円柱状または略円柱状の窪みである。

図３は、図２におけるＸ−Ｘ断面で接地電極３０を切断した面を拡大して示す部分断面図である。図４は、図３におけるＹ−Ｙ断面で接地電極３０を切断した面を拡大して示す部分断面図である。ここで、Ｘ−Ｘ断面は、中心電極２０の中心軸を通る面であって、接地電極３０が主体金具５０から中心電極２０に突出する方向（図２の左右方向）に垂直な面であり、Ｙ−Ｙ断面は、中心電極２０の中心軸を通る面であって、接地電極３０が主体金具５０から中心電極２０に突出する方向に略平行な面である。

接地電極３０は、先端面３１，対向面３２，背面３３に加え、側端面３４，３５（図３）を更に備える。接地電極３０の側端面３４，３５は、図２に示した先端面３１，対向面３２，背面３３の各々に交差する面であり、接地電極３０の側端を構成する。本実施例では、対向面３２と背面３３との間の距離、すなわち、接地電極３０の厚みＴ（図３）は、１．５ｍｍであり、側端面３４と側端面３５との間の距離、すなわち、接地電極３０の電極幅Ｗは、２．８ｍｍである。

図３および図４に示すように、接地電極３０のプレス凹部３７は、加工ピン（後述）が接触したピン接触底面３７６と、側面３７２を備える。さらに、側面３７２は、加工ピンが接触したピン接触側面３７４と、加工ピンが接触しなかったピン非接触側面３７８を備える。すなわち、プレス凹部３７は、ピン接触側面３７４により囲まれた略円錐台の第１の空間部３７ａと、ピン非接触側面３７８により囲まれた略円錐台の第２の空間部３７ｂとを有する。また、プレス凹部３７内には、ピン接触側面３７４とピン非接触側面３７８との境界を含む境界面３７９が形成される。本実施例の境界面３７９は、ピン接触底面３７６と平行である。なお、ピン接触側面３７４とピン非接触側面３７８との境界が、ピン接触底面３７６と平行な一つの面上にない場合は、ピン接触底面３７６と平行な面のうち、境界を最も多く含む面を特定し、特定した面のうち側面３７２に区画される領域を境界面３７９とする。プレス凹部３７のピン接触底面３７６は、背面３３に略平行な面であって、プレス凹部３７の底を構成する面である。プレス凹部３７のピン接触側面３７４は、プレス凹部３７が背面３３から対向面３２に向かって窪む方向、すなわち中心電極２０に向かう方向に略沿った面である。ピン非接触側面３７８は背面３３とピン接触側面３７４の間に形成された湾曲した面である。ここで、ピン非接触側面３７８により形成される部位（すなわち、第２の部位３７ｂ）の深さをＢ１、プレス凹部３７の深さをＢ２とした場合に、Ｂ１/Ｂ２≧０．０５を満たすことが好ましい。深さＢ１と深さＢ２との比の根拠については後述する。

また、ピン接触側面３７４は加工ピンの形状やプレス条件により接地電極３０の背面３３およびプレス凹部３７のピン接触底面３７６に対して垂直となったり、ある程度傾斜した構成となる。本実施例では、プレス凹部３７の直径がピン接触底面３７６から背面３３に向かうにつれ大きくなるようにピン接触側面３７４が傾斜している。このようなプレス凹部３７の形状は、先端にいくにつれ直径が小さくなっている加工ピンにより接地電極３０をプレスすることによって形成される。ここで、ピン接触側面３７４とピン非接触側面３７８との境界地点でのプレス凹部３７の直径（すなわち、境界面３７９の直径）をφＣ、プレス凹部３７のピン接触底面３７６の直径をφＤとした場合に、−０．１ｍｍ≦φＣ−φＤ≦０．４ｍｍを満たすことが好ましい。直径φＣと直径φＤとの差の根拠については後述する。なお、差（φＣ−φＤ）がマイナスとなる形状は、突起部３６を形成し加工ピン６４０を接地電極３０から引き抜いた後に、プレス凹部３７の背面３３付近のピン接触側面３７４が変形する場合に生じる。

また、境界面３７９の面積をＣ、ピン接触底面３７６の面積をＤとした場合に、０．８３≦（Ｃ／Ｄ）≦１．６０を満たすことが好ましい。面積Ｃと面積Ｄとの比の根拠については後述する。

図４に示すように、中心電極２０と対向する側の前記接地電極３０の先端部３１２と、突起部３６の根元部のうち接地電極３０の先端側根元部３６６とを通る直線をＥ１とし、先端側根元部３６６と、突起部３６の根元部のうち接地電極の後端側根元部３６８とを通る直線をＥ２とした場合に、直線Ｅ１と直線Ｅ２は角度Ｅ（°）（ただしＥは９０°以下の範囲）を形成している。つまり、先端側対向面３２６（対向面３２のうち、突起部３６よりも先端側に位置する面）は先端側根元部３６６と後端側根元部３６８とを通る面から角度Ｅだけ背面３３側に傾斜している。この角度Ｅは加工ピン６４０により接地電極３０をプレスし凹部３７を形成する際に形成される。なお、先端側対向面３２６は傾斜せず先端側根元部３６６と後端側根元部３６８とを通る面と平行であっても良く、直線Ｅ１と直線Ｅ２により形成される角度Ｅは０°≦Ｅ≦５°を満たすことが好ましい。角度Ｅの根拠については後述する。

図３に示すように、接地電極３０の対向面３２は、平坦面３２２と、丸コーナー部３２４とを備える。対向面３２の平坦面３２２は、突起部３６の根元部３６４から接地電極３０の側端面３４，３５までの間に続く平坦な表面である。対向面３２の丸コーナー部３２４は、突起部３６が成形される前の接地電極３０の部材に元々あった丸いコーナー部が、突起部３６の成形に伴って変形して形成された湾曲した表面である。突起部３６の根元部３６４から対向面３２の丸コーナー部３２４までの間に続く平坦面３２２の距離Ｆ１と、突起部３６の根元部３６４から側端面３４，３５までの距離Ｆ２との比は、０．４≦（Ｆ１／Ｆ２）≦１．０を満たすことが好ましい。距離Ｆ１と距離Ｆ２との比の根拠については後述する。

図３および図４に示すように、接地電極３０の突起部３６は、側面３６２と、根元部３６４、３６６、３６８とを備える。突起部３６の側面３６２は、突起部３６が対向面３２から突出する方向、すなわち中心電極２０に向かう方向に略沿った面である。突起部３６の根元部３６４、３６６、３６８は、突起部３６が対向面３２から立ち上がり側面３６２へと繋がる部位である。本実施例では、突起部３６の側面３６２は、対向面３２に対して略垂直であり、突起部３６の根元部３６４は、略直角な角部として形成されている。突起部３６が対向面３２から突き出す突き出し量Ａは、０．４ｍｍ≦Ａ≦１．０ｍｍを満たすことが好ましい。突き出し量Ａの根拠については後述する。

次に、スパークプラグ１００を製造する製造工程の一部である接地電極３０の製造工程について説明する。図５は、接地電極３０の製造工程を示すフローチャートである。図６および図７は、接地電極３０を製造する様子を示す説明図である。接地電極３０を製造する際には、まず、接地電極３０の材料である電極部材３０１を用意する（ステップＳ１１０）。本実施例では、電極部材３０１は、略長方形の断面を有する棒状のニッケル合金である。

電極部材３０１を用意した後（ステップＳ１１０）、押さえ型６１０と受け型６２０との間に電極部材３０１を配置する（ステップＳ１２０）。押さえ型６１０および受け型６２０は、押出しプレスに用いられる金型である。図６に示すように、受け型６２０には、電極部材３０１と略同じ形状である成形溝部６２２が形成されており、電極部材３０１は、受け型６２０の成形溝部６２２に収容される。受け型６２０に形成された成形溝部６２２の位置に合わせて、押さえ型６１０には、接地電極３０のプレス凹部３７に対応する位置にピン孔部６１４が形成され、受け型６２０には、接地電極３０の突起部３６に対応する位置にピン孔部６２４が形成されている。

押さえ型６１０と受け型６２０との間に電極部材３０１を配置した後（ステップＳ１２０、図７（Ａ））、受け型６２０のピン孔部６２４に受けピン６３０を挿入する（ステップＳ１３０）。受けピン６３０は、受け型６２０のピン孔部６２４の径と略同じ大きさのピンであり、ピン孔部６２４に受けピン６３０を挿入する挿入量に応じて、突起部３６の突き出し量Ａを調整することが可能である。

ピン孔部６２４に受けピン６３０を挿入した後（ステップＳ１３０）、押さえ型６１０のピン孔部６１４に加工ピン６４０をプレス挿入することによって、押出しプレス加工が電極部材３０１に施される（ステップＳ１４０）。図７（Ｂ）に示すように、ピン孔部６１４に加工ピン６４０がプレス挿入されると、電極部材３０１において押さえ型６１０のピン孔部６１４に隣接する部位は、加工ピン６４０に押されて窪むことによってプレス凹部３７を形成し、電極部材３０１において受け型６２０のピン孔部６２４に隣接する部位は、加工ピン６４０によってピン孔部６２４に押し出されて突起部３６を形成する。

プレス凹部３７は加工ピン６４０に押されて窪む際に、加工ピン６４０の周囲近傍にある電極部材３０１の表面が加工ピン６４０のプレス方向（図７（Ｂ）においては下方向）に引き込まれる。これにより、プレス凹部３７の側面３７２には加工ピン６４０が接触したピン接触側面３７４と加工ピン６４０が接触しなかったピン非接触側面３７８が形成される（図７（Ｃ））。

電極部材３０１を押出しプレスで加工した後（ステップＳ１４０）、電極部材３０１に突起部３６およびプレス凹部３７を形成した電極部材３０１を、金型から取り出す（ステップＳ１５０）。その後、金型から取り出された電極部材３０１を折り曲げることによって（ステップＳ１６０）、接地電極３０が完成する。

本実施例では、主体金具５０に予め溶接した電極部材３０１に押出しプレスおよび折り曲げを施して接地電極３０を製造したが、他の実施形態において、主体金具５０に溶接する前に押出しプレスおよび折り曲げを施して接地電極３０を製造しても良いし、主体金具５０に溶接してから折り曲げを施しても良い。

Ｂ．実験結果：
図８は、比（Ｂ１／Ｂ２）が成形性に与える影響を調べた第１の評価実験の結果を示す説明図である。図８には、プレス凹部３７の深さＢ２に対する加工ピン６４０が接触しなかった第２の部位の深さＢ１の割合を示す比（Ｂ１／Ｂ２）と、その比（Ｂ１／Ｂ２）にて接地電極３０を加工ピン６４０によりプレスした場合に、加工ピン６４０が接地電極３０に食いつく割合を示す食いつき発生率とが示されている。図８の評価実験において、接地電極３０の厚みＴを１．５ｍｍ、接地電極３０の電極幅Ｗを２．８ｍｍ、突起部３６の突き出し量Ａを０．７ｍｍ、突起部３６の直径を１．５ｍｍ、プレス凹部３７の深さを０．７ｍｍ、プレス凹部３７のピン接触底面３７６の直径を１．７ｍｍ、直径φＣと直径φＤとの差（φＣ−φＤ）を０ｍｍとした。また、加工ピン６４０のプレス速度は比（Ｂ１／Ｂ２）が０．１のときに毎秒０．５ｍｍとし、プレス速度を変更することで比（Ｂ１／Ｂ２）を変更した。図８の評価実験では、比（Ｂ１／Ｂ２）が異なる複数の接地電極３０に対し加工ピン６４０を用いた押出しプレスを行い、加工ピン６４０が接地電極３０に食いつく割合を求めた。なお、食いつきの発生は押出しプレス後に加工ピン６４０が接地電極３０から手で容易に引き抜けるかどうかで判断し、容易に引き抜けない場合は食いつきが発生したと判定した。

図８の実験結果によれば、プレス凹部３７の深さＢ２に対する加工ピン６４０が接触しなかった第２の部位の深さＢ１の割合を示す比（Ｂ１／Ｂ２）が０．０５以上となると食いつき発生率が急激に減少することが分かった。したがって、比（Ｂ１／Ｂ２）は（Ｂ１／Ｂ２）≧０．０５を満たすことが好適である。

図９は、比（Ｂ１／Ｂ２）が接地電極の耐久性に与える影響を調べた第２の評価実験の結果を示す説明図である。図９には、比（Ｂ１／Ｂ２）と、その比（Ｂ１／Ｂ２）のプレス凹部３７を有するスパークプラグ１００を用いて加熱振動試験を行い、該試験を行った後の接地電極３０にクラックが発生したか否かが示されている。図９の評価実験では、比（Ｂ１／Ｂ２）が異なる接地電極３０を備えたスパークプラグ１００をそれぞれ用意した。ここで、Ｂ１／Ｂ２が０．０２の接地電極３０には、加工ピン６４０の食いつきが発生しなかったものを用いた。また、図９の評価実験に用いた接地電極３０のその他の寸法（厚みＴ、電極幅Ｗ等）は第１の評価実験と同一である。加熱振動試験は、用意したスパークプラグ１００を治具に取り付け、バーナで加熱することで接地電極３０の温度を１０００℃とし、この温度状態で加速度２８Ｇ（Ｇは重力加速度），振動幅５ｍｍ，周波数４０Ｈｚの条件下で接地電極を１０分間振動させることで行った。

図９の実験結果によれば、比（Ｂ１／Ｂ２）が０．０５以上の接地電極３０には、クラックが発生していなかった。一方、比（Ｂ１／Ｂ２）が０．０２の接地電極３０には、クラックが発生していた。したがって、比（Ｂ１／Ｂ２）≧０．０５を満たす接地電極３０は、クラックの発生を防止でき、この条件を満たす接地電極３０を備えたスパークプラグ１００は耐久性能を向上させることができる。

図１０は、差（φＣ−φＤ）及び比（Ｃ／Ｄ）が成形性に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図１０には、ピン接触側面３７４とピン非接触側面３７８との境界地点でのプレス凹部３７の直径φＣとピン接触底面３７６の直径φＤとの差（φＣ−φＤ）と、その差（φＣ−φＤ）にて接地電極３０を加工ピン６４０によりプレスした場合に、加工ピン６４０が接地電極３０に食いつく割合を示す食いつき発生率と、突起部３６が目標とする形状となっていない割合を示す不良品発生率とが示されている。また、図１０には、直径φＤと直径φＣを元に算出したピン接触底面３７６の面積Ｃと、境界面３７９の面積Ｄを併せて示している。図１０の評価実験において接地電極３０の厚みＴを１．５ｍｍ、接地電極３０の電極幅Ｗを２．８ｍｍ、目標とする突起部３６の突き出し量Ａを０．７ｍｍ、目標とする突起部３６の直径を１．５ｍｍ、プレス凹部３７の深さを０．７ｍｍ、プレス凹部３７のピン接触底面３７６の直径を１．７ｍｍ、比（Ｂ１／Ｂ２）を０．１とした。差（φＣ−φＤ）が０ｍｍ以下の場合は円柱形状の加工ピン６４０を用い、差（φＣ−φＤ）が０ｍｍより大きい場合は、先端にいくにつれ直径が小さくなっているテーパ形状の加工ピン６４０を用いた。図１０の評価実験では差（φＣ−φＤ）（言い換えれば比（Ｃ／Ｄ））が異なる複数の接地電極３０に対し加工ピン６４０を用いた押出しプレスを行い、加工ピン６４０が接地電極３０に食いつく割合を求めた。なお、食いつきの発生は図８の評価実験と同様の方法で判定した。また、押出しプレス後の突起部３６の形状が目標とする突起部３６の形状（突き出し量Ａ：０．７ｍｍ、直径：１．５ｍｍ）となっているかどうかを検査し、目標とする突起部３６の形状となっていない場合に不良品が発生したと判定した。

図１０の実験結果によれば、差（φＣ−φＤ）が−０．１ｍｍ以上では食いつきの発生率が急激に減少し、差（φＣ−φＤ）が０．４ｍｍ以下では不良品発生率が急激に減少することが分かった。したがって、差（φＣ−φＤ）は、−０．１ｍｍ≦（φＣ−φＤ）≦０．４ｍｍを満たすことが好適である。また、図１０の実験結果によれば、比（Ｃ／Ｄ）が０．８３より小さい（すなわち、面積Ｃが面積Ｄに比べより小さい）と、加工ピン６４０に対してプレス凹部３７が食いつく力（すなわち、プレス凹部３７が加工ピン６４０を保持しようとする力）が増大し、食いつき発生率が高くなると考えられる。一方、比（Ｃ／Ｄ）が１．６０より大きい（すなわち、面積Ｃが面積Ｄに比べより大きい）と、加工ピン６４０を一定の力でプレス挿入した場合に、加工ピン６４０によって電極部材３０１に加えられる力が幅方向（径方向）に分散するため目標とする突起部３６が形成されない割合（不良品発生率）が高くなると考えられる。よって、比（Ｃ／Ｄ）は、０．８３≦（Ｃ／Ｄ）≦１．６０を満たすことが好適である。

図１１は、角度Ｅが成形性に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図１１には、先端側根元部３６６と後端側根元部３６８を通る直線Ｅ１と、対向面３２のうち接地電極３０の先端に位置する先端部３１２と先端側根元部３６６を通る直線Ｅ２とによって形成される角度Ｅ（ただしＥは９０°以下の範囲）と、その角度Ｅにて接地電極３０を加工ピン６４０によりプレスした場合に加工ピン６４０が接地電極３０に食いつく割合を示す食いつき発生率とが示されている。図１１の評価実験において、接地電極３０の厚みＴを１．５ｍｍ、接地電極３０の電極幅Ｗを２．８ｍｍ、突起部３６の突き出し量Ａを０．７ｍｍ、突起部３６の直径を１．５ｍｍ、プレス凹部３７の深さを０．７ｍｍ、プレス凹部３７のピン接触底面３７６の直径を１．７ｍｍ、比（Ｂ１／Ｂ２）を０、差（φＣ−φＤ）を０ｍｍとした。なお、食いつきの発生は図８の評価実験と同様の方法で判定した。

図１１の実験結果によれば、角度Ｅが５°以下になると急激に食いつき発生率が減少することが分かった。したがって、角度Ｅは、０°≦Ｅ≦５°を満たすことが好適である。

図１２は、比（Ｆ１／Ｆ２）が成形性に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図１１には、接地電極３０の対向面３２における平坦面３２２の割合を示す比（Ｆ１／Ｆ２）と、その比（Ｆ１／Ｆ２）にて接地電極３０を加工ピン６４０による押出しプレスで加工した場合に、接地電極３０にクラックが発生する割合を示すクラック発生率とが示されている。図１２の評価実験において、接地電極３０の厚みＴを１．５ｍｍ、接地電極３０の電極幅Ｗを２．８ｍｍ、プレス凹部３７の深さを１．０ｍｍ、プレス凹部３７の直径を１．７ｍｍ、突起部３６の直径を１．５ｍｍ、比（Ｂ１／Ｂ２）は０．１、差（φＣ−φＤ）は０ｍｍとした。図１２の評価実験では、比（Ｆ１／Ｆ２）が異なる複数の接地電極３０に対し加工ピン６４０を用いた押出しプレスを行った後、成形後の接地電極３０に発生したクラックの有無を検査した。

図１２の実験結果によれば、比（Ｆ１／Ｆ２）が０．４よりも小さいとクラック発生率が急激に増加することが分かった。したがって、比（Ｆ１／Ｆ２）は、０．４≦（Ｆ１／Ｆ２）≦１．０を満たすことが好適である。

図１３は、突き出し量Ａが着火性能に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図１３では、横軸に突き出し量Ａをとり、縦軸に燃焼変動率２０％の点火時期をとって、実験値が示されている。ここで、燃焼変動率とは、燃焼圧力から図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ、Indicated Mean Effective Pressure）を求め、５００サンプルの平均値と標準偏差に基づいて、「（燃焼変動率）＝（標準偏差／平均値）×１００（％）」として求められた値である。図１３では、燃焼変動率２０％となる点火時期が、内燃機関のクランク角度を用いて示されている。図１３の評価実験では、突起部３６の直径を１．５ｍｍとし、突起部３６の突き出し量Ａが異なる複数のスパークプラグ１００を用意した。これらのスパークプラグ１００を、排気量２０００ｃｃ、ＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに装着した上で、吸気圧−５５０ｍｍＨｇ、エンジン回転数７５０ｒｐｍでアイドリング運転を行うことによって、図１３の実験結果を得た。図１３の実験結果によれば、突き出し量Ａが０．４ｍｍよりも小さくなると、着火性能が急激に低下することが分かった。

図１４は、突き出し量Ａが耐久性能に与える影響を調べた評価実験の結果を示す説明図である。図１４では、横軸に突き出し量Ａをとり、縦軸に火花ギャップＧの増加量をとって、実験値が示されている。図１４の評価実験では、突起部３６の直径を１．５ｍｍとし、突起部３６の突き出し量Ａが異なる複数のスパークプラグ１００を用意した。これらのスパークプラグ１００を、排気量２０００ｃｃ、ＤＯＨＣ型ガソリンエンジンに装着した上で、スロットル全開状態、エンジン回転数５０００ｒｐｍにて、４００時間運転した後、火花ギャップＧの増加量を測定することによって、図１４の実験結果を得た。図１４の実験結果によれば、突き出し量Ａが１．０ｍｍを超えると、火花ギャップＧの増加量が急激に増加し許容限界値である０．２ｍｍ以上になることが分かった。

突き出し量Ａは、図１３の結果による着火性能の面から、０．４ｍｍ以上を満たすことが好適であり、図１４の結果による耐久性能の面から、１．０ｍｍ以下を満たすことが好適である。すなわち、突き出し量Ａは、０．４ｍｍ≦Ａ≦１．０ｍｍを満たすことが好適である。

以上では、本願発明をその好ましい例示的な実施例を参照して詳細に説明した。しかし、本願発明は、以上で説明した実施例や構成に限定されるものではない。そして、本願発明は、様々な変形や均等な構成を含むものである。さらに、開示された発明の様々な要素は、様々な組み合わせおよび構成で開示されたが、それらは例示的な物であり、各要素はより多くてもよく、また少なくてもよい。そして、要素は一つであってもよい。それらの態様は本願発明の範囲に含まれるものである。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．第１変形例ないし第３変形例：
図１５は、第１変形例ないし第３変形例の接地電極３０を示す説明図である。図１５には、第１変形例ないし第３変形例における各々の接地電極３０について、図３で説明した断面に相当するＸ−Ｘ断面と、図４で説明した断面に相当するＹ−Ｙ断面とが示されている。

第１変形例の接地電極３０は、突起部３６より先端側に延びる部分を有さず、接地電極３０の先端部３９に突起部３６が形成されている点を除き、前述した実施例と同様である。

第２変形例の接地電極３０は、プレス凹部３７におけるピン接触側面３７４により形成される略円柱形状が、異なる２つの直径を有する略円柱形状により形成されている点を除き、前述した実施例と同様である。このような形状は、先端側の直径が小さい円柱とそれに続く後端側の直径が大きい円柱とを組み合わせた加工ピン６４０により接地電極３０をプレスすることで形成できる。

第３変形例の接地電極３０は、先端側対向面３２６が下方向に異なる２つの傾斜を有する面により構成されている点を除き前述した実施例と同様である。

Ｃ２．第４変形例ないし第８変形例：
図１６は、第４変形例ないし第８変形例の接地電極３０を示す説明図である。図１６では、接地電極３０を背面３３側から見た部分拡大図が示されている。

第４変形例の接地電極３０は、接地電極３０を背面３３側から見た場合、四角形のプレス凹部３７の内側に円形の突起部３６が位置する点を除き、前述した実施例と同様である。第５変形例の接地電極３０は、接地電極３０を背面３３側から見た場合、円形のプレス凹部３７の内側に四角形の突起部３６が位置する点を除き、前述した実施例と同様である。第６変形例の接地電極３０は、接地電極３０を背面３３側から見た場合、楕円形のプレス凹部３７の内側に楕円形の突起部３６が位置する点を除き、前述した実施例と同様である。第７変形例の接地電極３０は、接地電極３０を背面３３側から見た場合、四角形のプレス凹部３７の内側に三角形の突起部３６が位置する点を除き、前述した実施例と同様である。第６変形例の接地電極３０は、接地電極３０を背面３３側から見た場合、三角形のプレス凹部３７の内側に四角形の突起部３６が位置する点を除き、前述した実施例と同様である。実施例および第４変形例ないし第８変形例に示した形状の他、接地電極３０の突起部３６およびプレス凹部３７の形状は、実施の形態に応じて、他の多角形や複数の曲線で構成された形状であっても良い。これらの各種の形状は、ピン孔部６２４および受けピン６３０の断面形状を所望の突起部３６の形状に対応させ、ピン孔部６１４および加工ピン６４０の断面形状を所望のプレス凹部３７の形状に対応させることにより形成することができる。

Ｃ３．第９変形例：
プレス凹部３７における比（Ｂ１／Ｂ２）の変更は、加工ピン６４０のプレス速度を変更することで行ったが、加工ピン６４０のうち電極部材３０１をプレスする面の表面粗さを変更することや、押出しプレス時の電極部材３０１の温度などの他のプレス加工条件を変更することによっても可能である。

Ｃ４．第１０変形例：
また、適用例１のスパークプラグであって、前記プレス凹部は略円柱状の形状を有しており、前記プレス凹部における前記第１の部位と前記第２の部位の間の略円形状の境界の直径をφＣ、前記プレス凹部の底面の直径をφＤとした場合に、−０．１ｍｍ≦φＣ−φＤ≦０．４ｍｍを満たすとしても良い。
このようにしても、加工ピンの接地電極への食いつきを低減させることに加え、突起部を目標とする望ましい形状にすることができる。
また、特願２００８−２６７８８４の開示内容は、参考のために、この明細書に組み込まれる。

３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
１０…絶縁碍子
１２…軸孔
１３…脚長部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…鍔部
２０…中心電極
２１…電極母材
２５…芯材
３０…接地電極
３１…先端面
３２…対向面
３３…背面
３４…側端面
３５…側端面
３６…突起部
３７…プレス凹部
３７ａ…第１の空間部
３７ｂ…第２の空間部
３８…接合部
３９…先端部
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５４…シール部
５７…先端面
１００…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
３０１…電極部材
３１２…先端部
３２２…平坦面
３２４…丸コーナー部
３２６…先端側対向面
３６２…側面
３６４…根元部
３６６…先端側根元部
３６８…後端側根元部
３７２…側面
３７４…ピン接触側面
３７６…ピン接触底面
３７８…ピン非接触側面
３７９…境界面
６１０…押さえ型
６１４…ピン孔部
６２０…受け型
６２２…成形溝部
６２４…ピン孔部
６３０…受けピン
６４０…加工ピン

Claims (6)

1. 軸状の中心電極と、
   前記中心電極の外周を保持する絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子の外周を保持する主体金具と、
   前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に火花ギャップを形成する接地電極であって、
   加工ピンを用いた押出しプレスによって形成され、前記中心電極に対向する突起部と、
   前記押出しプレスによる突起部の形成に伴って前記突起部の背面に形成されたプレス凹部と、
   を有する接地電極と
   を備えるスパークプラグであって、
   前記プレス凹部は、前記加工ピンが接触した第１の部位と前記加工ピンが接触しなかった第２の部位とからなり、前記第２の部位の深さをＢ１、前記プレス凹部の深さをＢ２とした場合に、Ｂ１／Ｂ２≧０．０５を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、
   前記プレス凹部の底面と平行な面であって、前記プレス凹部の側面により区画される面のうち前記第１の部位と前記第２の部位との境界を最も多く含む面を境界面とし、
   前記境界面の面積をＣ、前記プレス凹部の底面の面積をＤとした場合に、０．８３≦Ｃ／Ｄ≦１．６０を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグであって、
   前記接地電極は、一端に前記主体金具に接合される接合部と、他端に先端面を有する先端部と、を有し、
   前記先端面は前記中心電極の軸方向と略平行であり、
   前記中心電極の軸方向と平行であって前記突起部の重心を通る断面のうち、前記先端面と直交する前記接地電極の断面において、
   前記中心電極と対向する側の前記接地電極の先端部と、前記突起部の根元部のうち前記接地電極の先端側根元部とを通る直線をＥ１とし、
   前記先端側根元部と、前記突起部の根元部のうち前記接地電極の後端側根元部とを通る直線をＥ２とした場合に、前記Ｅ１と前記Ｅ２によって形成される角度Ｅが０°≦Ｅ≦５°を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
   前記突起部が立ち上がる根元部から前記接地電極の側端までの間に続く平坦な表面の距離Ｆ１と、前記根元部から前記接地電極の側端までの距離Ｆ２との比は０．４≦Ｆ１／Ｆ２≦１．０を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
   前記突起部の高さＡは０．４ｍｍ≦Ａ≦１．０ｍｍを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
6. 軸状の中心電極と、
   前記中心電極の外周を保持する絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子の外周を保持する主体金具と、
   前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に火花ギャップを形成する接地電極と
   を備えるスパークプラグの製造方法であって、
   前記中心電極に対向する突起部を、加工ピンを用いた押出しプレスによって形成し、
   前記押出しプレスによる突起部の形成に伴って前記突起部の背面に形成されたプレス凹部は前記加工ピンが接触した第１の部位と前記加工ピンが接触しなかった第２の部位とからなり、前記第２の部位の深さをＢ１、前記プレス凹部の深さをＢ２とした場合に、
   前記プレス凹部をＢ１／Ｂ２≧０．０５を満たすように形成することを特徴とするスパークプラグの製造方法。

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