JP5118695B2 - 内燃機関用スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグ、及び、スパークプラグの製造方法に関する。

自動車エンジン等の内燃機関用のスパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる中心電極と、その外側に設けられた絶縁体と、当該絶縁体の外側に設けられた筒状の主体金具と、基端部が前記主体金具の先端部から延びる接地電極とを備える。接地電極は、断面矩形状をなし、その先端部内側面が前記中心電極の先端部と対向するように配置され、これにより、中心電極の先端部及び接地電極の先端部間に火花放電間隙が形成される。また、中心電極や接地電極の先端部に、貴金属合金よりなるチップ（貴金属チップ）を接合することで、耐火花消耗性の向上を図ることが考えられている。

近年、出力や燃費の向上、及び、メンテナンスフリーを実現すべく、着火性及び耐久性の両面において優れた性能を有するものが要求されている。そこで、着火性の向上を図るべく、中心電極に比較的小径の貴金属チップを接合するとともに、接地電極先端部の体積を比較的減少させつつ、当該接地電極先端部に貴金属チップを接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
特許第３９８０２７９号公報

ところが、このような形態の電極間における火花放電について鑑みると、両電極に設けられた貴金属チップ間だけでなく、中心電極側の貴金属チップと、接地電極（母材）との間で火花放電が生じてしまうおそれがある。ここで、一般的に接地電極は、貴金属チップと比較して耐火花消耗性の面で劣るため、接地電極の偏消耗、ひいては接地電極用貴金属チップの脱落という事態を招いてしまうおそれがあり、十分な耐久性を実現できないことが懸念される。

また、燃料噴射装置と火花放電間隙との間に接地電極が存在するような位置関係で、スパークプラグが取付けられてしまうと、噴射された燃料が接地電極の背面に当たってしまうおそれがある。つまり、接地電極の存在によって混合気の供給が阻害されてしまい、着火性が低下してしまうおそれがある。そのため、上記技術を用いたことによる着火性の向上効果が十分に奏されないおそれがある。

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、十分な耐久性を具備するとともに、取付状態に関わらず優れた着火性を有する内燃機関用スパークプラグ及び当該内燃機関用スパークプラグの製造方法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．本構成の内燃機関用スパークプラグは、
軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた略円筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部から延び、先端が前記中心電極に向けて曲げられて配置された接地電極と、
前記中心電極の先端に接合される中心電極用貴金属チップと、
前記接地電極の側面部のうち、前記中心電極側に位置する中心電極側側面部の先端側に接合され、かつ、自身の先端部が前記接地電極の先端部から前記軸線に向けて突出するとともに、自身の前記中心電極側の側面部が前記接地電極の前記中心電極側側面部から突出する接地電極用貴金属チップとを備え、
前記中心電極用貴金属チップ及び前記接地電極用貴金属チップ間に間隙を有するとともに、前記軸線方向に沿って前記中心電極用貴金属チップの外周面を延ばしてなる仮想外周面内に、前記接地電極用貴金属チップが存在してなる内燃機関用スパークプラグであって、
前記接地電極の先端部から前記接地電極用貴金属チップの先端部までの最短距離であるチップ先端突出長を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とするとともに、
前記接地電極の前記中心電極側側面部から前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部までの最短距離であるチップ側面突出長を０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とし、さらに、
前記接地電極は、
前記中心電極側側面部の背面に位置する背面側側面部と、
前記中心電極側側面部及び前記背面側側面部間に位置する側面部とを有するとともに、
前記各側面部のうち、それぞれ隣合う前記側面部間に、面取り部及び湾曲面部のいずれか一方が形成されてなり、
前記面取り部については、前記接地電極の中心軸と直交する断面における、前記接地電極の厚さ方向に沿った厚さ方向長さを０．２ｍｍ以上とするとともに、前記接地電極の幅方向に沿った幅方向長さを０．２ｍｍ以上とし、
前記湾曲面部については、前記接地電極の中心軸と直交する断面における曲率半径を０．２ｍｍ以上とし、
前記接地電極用貴金属チップと前記接地電極の中心電極側側面部との境界部分のうち、少なくとも前記接地電極の中心軸方向に沿った部分を覆うようにして、前記接地電極と同一の金属素材を含む膨出部を形成するとともに、
前記接地電極の中心電極側側面部に対する前記膨出部の高さを０．１ｍｍ以上としたことを特徴とする。

上記構成１によれば、中心電極及び接地電極には、貴金属合金よりなる中心電極用貴金属チップ及び接地電極用貴金属チップが設けられているため、耐火花消耗性の向上を図ることができる。

さらに、本構成１によれば、接地電極の各側面部の間には、面取り部又は湾曲面部が設けられている。ここでまず、中心電極側側面部に隣接する面取り部（間隙側面取り部）や湾曲面部（間隙側湾曲面部）の作用効果について説明すると、当該間隙側面取り部、又は、間隙側湾曲面部が設けられることで、前記中心電極側側面部と、当該中心電極側側面部の隣に位置する両側面部との間において電界が集中しやすいいわゆる角部（エッジ部分）が形成されない。このため、中心電極用貴金属チップと接地電極（母材）との間における火花放電の発生を抑制することができ、比較的耐久性に優れた両貴金属チップ間での火花放電を生じやすくすることができる。これにより、接地電極の偏消耗を抑制することができ、耐久性の向上を図ることができる。

また、このように両貴金属チップ間で火花放電を生じやすくすることにより、火炎核の発生場所を接地電極から比較的離間した位置とすることができる。これにより、火炎核の成長に十分なスペースを確保することができるとともに、接地電極によって火炎核の熱が引かれてしまうことを抑制することができる。その結果、火炎核の成長促進を図ることができ、着火性の向上を図ることができる。

次に、前記背面側側面部に隣接する面取り部（背面側面取り部）や湾曲面部（背面側湾曲面部）の作用効果について説明すると、燃料噴射装置と火花放電間隙との間に接地電極が位置するよう、スパークプラグが取付けられた場合であっても、背面側面取り部又は背面側湾曲面部が設けられていることから、噴射された燃料を含む混合気は、接地電極を回り込んで両貴金属チップ間の間隙（火花放電間隙）へ比較的スムーズに流入する。これにより、混合気が十分に供給されないことに起因する着火性の低下をより確実に防止することができる。

さらに、本構成１によれば、チップ先端突出長が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とされている。すなわち、接地電極用貴金属チップの先端部は、接地電極の先端部から軸線方向に向けて突出するように設けられている。従って、接地電極を火花放電間隙から比較的離間させることができるため、火炎核の成長に与するスペースをより確保することができるとともに、接地電極によって火炎核の熱が引かれてしまうことを一層抑制することができる。その結果、着火性のより一層の向上を図ることができる。

また、このように接地電極用貴金属チップが接地電極の先端部から突出するように構成されていることで、中心電極用貴金属チップ及び接地電極間の距離を比較的増大させることができ、ひいては両者の間における火花放電の発生をより確実に抑制することができる。そのため、接地電極の偏消耗を一層抑制することができ、耐久性のより一層の向上を図ることができる。

併せて、本構成１によれば、チップ側面突出長が０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とされている。すなわち、接地電極の中心電極側側面部から、接地電極用貴金属チップの中心電極側の側面部が突出するように構成されている。これにより、火花放電を両貴金属チップ間においてより確実に発生させることができるとともに、接地電極によって火炎核の熱が引かれてしまうことをより一層確実に抑制することができる。その結果、着火性及び耐久性の更なる向上を図ることができる。

以上より、本構成１を採用することで、各部位によって発揮される効果が複合的に作用し、これらの相互作用により、着火性及び耐久性の飛躍的な向上を図ることができる。

尚、チップ先端突出長が０．５ｍｍ未満である場合には、上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方で、チップ先端突出長が１．５ｍｍを越える場合には、接地電極用貴金属チップの熱引き性能が低下してしまい、耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。

また、チップ側面突出長が０．１５ｍｍ未満である場合には、上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方で、チップ側面突出長が０．６ｍｍを越える場合には、接地電極が燃焼室の中心側に近づきすぎて、接地電極が高温となってしまうため、接地電極用貴金属チップの熱引き性能が低下し、ひいては耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。

加えて、接地電極の中心軸に直交する断面における、面取り部の接地電極の厚さ方向に沿った厚さ方向長さが０．２ｍｍ未満である場合、又は、接地電極の幅方向に沿った幅方向長さが０．２ｍｍ未満である場合には、上述した面取り部を設けることによる作用効果が十分に奏されないおそれがある。また、接地電極の中心軸に直交する断面における、湾曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ未満である場合には、上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。

尚、接地電極用貴金属チップを接地電極の先端部から突出させるに際して、本構成１のように軸線方向に向けて突出させる場合と、軸線方向に沿って中心電極側へと突出させる場合（例えば、特許第３７０２８３８号公報等）とが考えられる。しかしながら、後者の場合であって、火炎核の成長を促進すべく、十分に大きな火花放電間隙を設けようとすると、接地電極は燃焼室の中心部分側へと比較的大きく突き出すこととなってしまう。そのため、接地電極に熱溶損等の不具合が生じやすくなってしまう。この点、本構成１を採用することで、接地電極の燃焼室中心部分側への突き出し量を比較的小さくすることができる。このため、接地電極の熱溶損等の不具合を抑制することができ、この点においても、耐久性の向上に寄与し得るといえる。
また、構成１によれば、膨出部が、０．１ｍｍ以上の高さをもって形成されている。このため、接地電極用貴金属チップと接地電極との境界部分（接合部分）における酸化スケールの進展を一層抑制することができ、ひいては接地電極からの接地電極用貴金属チップの剥離をより一層確実に防止することができる。

構成２．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１において、前記チップ側面突出長を０．３ｍｍ以上としたことを特徴とする。

上記構成２によれば、チップ側面突出長が０．３ｍｍ以上となるように構成されている。これにより、火花放電を両貴金属チップ間においてより一層確実に発生させることができる。また、接地電極によって火炎核の熱が引かれてしまうことをより確実に防止することができる。すなわち、本構成２を採用することで、着火性及び耐久性のより一層の向上を図ることができる。

構成３．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１又は２において、前記チップ先端突出長を１ｍｍ以上としたことを特徴とする。

上記構成３によれば、接地電極の先端部から接地電極用貴金属チップの先端部までのチップ先端突出長が１ｍｍ以上とされている。このため、接地電極を火花放電間隙から一層離間させることができる。従って、火炎核の成長に与するスペースをより一層確保することができるとともに、接地電極によって火炎核の熱が引かれてしまうことを一層抑制することができる。その結果、着火性の一層の向上を図ることができる。

併せて、本構成３を採用することで、中心電極用貴金属チップ及び接地電極間の距離を一層増大させることができ、ひいては両者間における火花放電の発生をより確実に抑制することができる。これにより、接地電極の偏消耗をより一層抑制することができ、耐久性の一層の向上を図ることができる。

構成４．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記接地電極用貴金属チップと前記接地電極の中心電極側側面部との境界部分のうち、少なくとも前記接地電極の中心軸方向に沿った部分を覆うようにして、前記接地電極と同一の金属素材を含む膨出部を形成し、
前記接地電極の先端部を基準とし、前記軸線方向の先端側から見て、前記接地電極の根元側に接近する方向を−方向、前記接地電極の根元側から離間する方向を＋方向としたときの、前記接地電極の先端部及び前記仮想外周面の間の最短距離である電極間距離を−０．１ｍｍ以上とするとともに、
前記接地電極の中心電極側側面部に対する前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部の突出方向に沿った、前記膨出部と前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部との間の最短距離をＦとし、前記間隙の最短距離をＧとしたとき、
Ｆ≧０．１Ｇ
を満たすように構成したことを特徴とする。

上記構成４によれば、接地電極用貴金属チップと接地電極の中心電極側側面部との境界部分のうち、少なくとも接地電極の中心軸方向に沿った部分を覆うようにして、膨出部が形成されている。従って、接地電極用貴金属チップと接地電極との境界部分に対する酸素の侵入を防止することができ、前記境界部分における酸化スケールの進展をより確実に抑制することができる。その結果、接地電極からの接地電極用貴金属チップの剥離を効果的に防止することができる。

一方、前記膨出部を形成することで、前記中心電極用貴金属チップと前記膨出部との間における火花放電の発生が懸念される。この点、本構成４によれば、前記電極間距離が−０．１ｍｍ以上とされており、さらに、膨出部と接地電極用貴金属チップの中心電極側の側面部との間の最短距離Ｆが、前記間隙（火花放電間隙）の最短距離Ｇの０．１倍以上と比較的大きなものとされている。これにより、中心電極用貴金属チップと膨出部との間の間隙が十分な大きさをもって形成されることとなり、両者の間における火花放電の発生を効果的に抑制することができる。その結果、着火性及び耐久性の更なる向上を図ることができる。

尚、前記電極間距離が−０．１ｍｍ未満である場合には、膨出部と中心電極用貴金属チップとの間の距離を十分に大きなものとすることができず、上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。

構成５．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記接地電極の先端部を基準とし、前記軸線方向の先端側から見て、前記接地電極の根元側に接近する方向を−方向、前記接地電極の根元側から離間する方向を＋方向としたときの、前記接地電極の先端部及び前記仮想外周面の間の最短距離である電極間距離を＋０．１ｍｍ以上＋０．８ｍｍ以下としたことを特徴とする。

上記構成５によれば、中心電極用貴金属チップ及び接地電極間の距離を比較的大きなものとすることができる。これにより、火炎核の広がるスペースをより一層大きく確保することができ、着火性の一層の向上を図ることができる。

尚、電極間距離が＋０．８ｍｍを越える場合には、接地電極のボリュームの減少を余儀なくされ、ひいては接地電極用貴金属チップの熱引き性能が低下してしまうおそれがある。

構成６．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成５において、前記接地電極用貴金属チップと前記接地電極の中心電極側側面部との境界部分のうち、少なくとも前記接地電極の中心軸方向に沿った部分を覆うようにして、前記接地電極と同一の金属素材を含む膨出部を形成するとともに、
前記接地電極の中心電極側側面部に対する前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部の突出方向に沿った、前記膨出部と前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部との間の最短距離をＦとし、前記間隙（火花放電間隙）の最短距離をＧとしたとき、
Ｆ≧０．０５Ｇ
を満たすように構成したことを特徴とする。

上記構成６によれば、Ｆ≧０．０５Ｇとされており、上記構成４と比較して、接地電極用貴金属チップの中心電極側の側面部と膨出部との間の最短距離を比較的小さくすることができる。すなわち、膨出部の高さをより大きくして形成することができ、接地電極用貴金属チップと接地電極との境界部分における酸化スケールの進展をより一層確実に防止することができる。一方で、膨出部を大きくすることで、膨出部が接地電極用貴金属チップの中心電極側の側面部に接近し、ひいては膨出部と中心電極用貴金属チップとの間における火花放電の発生が懸念されるが、本構成６によれば、電極間距離が＋０．１ｍｍ以上と十分に大きく確保されている。そのため、膨出部と中心電極用貴金属チップとの間の距離を十分に確保することができ、上述の懸念を払拭することができる。

構成７．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成５又は６において、前記中心電極側側面部と、当該中心電極側側面部に隣り合う前記側面部との間に形成された、前記面取り部である間隙側面取り部、又は、前記湾曲面部である間隙側湾曲面部の幅を、
前記背面側側面部と、当該背面側側面部に隣り合う前記側面部との間に形成された前記面取り部である背面側面取り部、又は、前記湾曲面部である背面側湾曲面部の幅よりも小さくしたことを特徴とする。

上記構成７によれば、間隙側面取り部（間隙側湾曲面部）の幅が、背面側面取り部（背面側湾曲面部）の幅よりも小さくされている。従って、例えば、間隙側面取り部（間隙側湾曲面部）の幅と背面側面取り部（背面側湾曲面部）の幅とをほぼ同じ大きさに設定した場合と比較して、接地電極をより太くすることができ、接地電極の機械的強度（耐久性）の向上を図ることができる。尚、間隙側面取り部（間隙側湾曲面部）の幅が大きいほど、接地電極と中心電極用貴金属チップとの間における火花放電の抑制効果がより優れたものとなるが、電極間距離が＋０．１ｍｍ以上と十分に大きく確保されているため、間隙側面取り部（間隙側湾曲面部）の幅を比較的小さくしたとしても、接地電極と中心電極用貴金属チップとの間における火花放電の抑制効果が十分に奏される。

構成８．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至７のいずれかにおいて、前記接地電極用貴金属チップは、角柱状をなすことを特徴とする。

上記構成８のように、接地電極用貴金属チップが角柱状をなすように構成することで、当該接地電極用貴金属チップは電界強度が比較的大きな角部を具備することとなる。そのため、中心電極用貴金属チップ及び接地電極用貴金属チップ間における火花放電を一層生じやすくすることができる。換言すれば、中心電極用貴金属チップ及び接地電極間における火花放電を一層生じにくくすることができるため、接地電極の偏消耗を一層確実に防止でき、耐久性の更なる向上を図ることができる。

構成９．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至８のいずれかにおいて、前記接地電極用貴金属チップは、白金（Ｐｔ）を主成分とするとともに、２質量％以上３０質量％以下のニッケル（Ｎｉ）、３質量％以上４０質量％以下のイリジウム（Ｉｒ）、及び、３質量％以上４５質量％以下のロジウム（Ｒｈ）のいずれかを含有してなることを特徴とする。

上記構成９によれば、接地電極用貴金属チップは、Ｐｔを主成分とするとともに、２質量％以上３０質量％以下のＮｉ、３質量％以上４０質量％以下のＩｒ、及び、３質量％以上４５質量％以下のＲｈのいずれかを含有して構成されている。これにより、接地電極用貴金属チップの強度向上を図ることができ、ひいては耐久性の一層の向上を図ることができる。

構成１０．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至９のいずれかにおいて、前記接地電極用貴金属チップと前記接地電極の中心電極側側面部との前記接地電極の中心軸方向に沿った境界部分を覆うようにして、前記接地電極と同一の金属素材を含む膨出部を形成するとともに、
前記中心電極側側面部の幅方向に沿った、前記中心電極側側面部と当該中心電極側側面部に隣り合う前記側面部との間に形成された前記面取り部又は前記湾曲面部、及び、前記膨出部の間の最短距離を０．２ｍｍ以上としたことを特徴とする。

上述したように、接地電極用貴金属チップと接地電極との境界部分の酸化を防止するためには膨出部を設けることが有意であるが、膨出部が面取り部や湾曲面部にまで至ってしまうと、面取り部等を設けたことによる上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。

この点、上記構成１０によれば、間隙側面取り部又は間隙側湾曲面部と、膨出部との間の接地電極の中心電極側側面部の幅方向に沿った最短距離が０．２ｍｍ以上とされており、間隙側面取り部等（間隙側湾曲面部）と膨出部との間に十分な距離が形成されている。すなわち、膨出部が間隙側面取り部（間隙側湾曲面部）に至ってしまうことをより確実に防止することができ、間隙側面取り部（間隙側湾曲面部）を設けたことによる上述の作用効果がより確実に奏されることとなる。

構成１１．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至１０のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグを製造するためのスパークプラグの製造方法であって、
前記接地電極及び前記接地電極用貴金属チップを、抵抗溶接によって接合する接合工程を備え、
前記接合工程に際しては、前記接地電極に対する前記接地電極用貴金属チップの前記接地電極の先端側への相対移動を規制する相対移動規制手段を用いることを特徴とする。

抵抗溶接によって、接地電極に接地電極用貴金属チップを接合する場合には、一般的に、次のようにして両者が接合される。すなわち、図１８に示すように、接地電極２７及び接地電極用貴金属チップ３２を抵抗溶接用の一対の電極Ｄ１，Ｄ２によって挟み込みつつ、両電極Ｄ１，Ｄ２間を通電することによって、接地電極２７に対して接地電極用貴金属チップ３２が接合される。ここで、上記構成１等のように、接地電極２７の先端部２７ｔから接地電極用貴金属チップ３２の先端部３２ｔが突出するようにして両者が接合される場合には、接合時に、接地電極用貴金属チップ３２が接地電極２７の先端側（図の白抜き矢印方向）へと移動してしまうおそれがある。

この点、本構成１１によれば、相対移動規制手段を用いることによって、接合工程における、接地電極用貴金属チップの接地電極の先端側へと相対移動を防止することができる。これにより、接地電極用貴金属チップを、接地電極の適切な位置により確実に接合することができる。結果として、上記構成１等の作用効果を奏するスパークプラグをさほどの困難を伴うことなく製造することができる。

尚、抵抗溶接時において、接地電極用貴金属チップが相対移動規制手段を押圧することとなり、ひいては接地電極用貴金属チップが潰れてしまうことが懸念されるが、上記構成９を採用することで、当該懸念を払拭することができる。すなわち、本構成１１の製造方法を採用するにあたっては、接地電極用貴金属チップを上記構成９の材料組成により形成することがより好ましいといえる。

以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、内燃機関用スパークプラグ（以下、「スパークプラグ」と称す）１を示す一部破断正面図である。なお、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細径に形成された脚長部１３とを備えている。絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、脚長部１３の大部分は、主体金具３の内部に収容されている。そして、脚長部１３と中胴部１２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に沿って軸孔４が貫通形成されている。そして、当該軸孔４の先端部側には中心電極５が挿入、固定されている。中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端部が絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。

また、軸孔４の後端部側には、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。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が配設されており、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をエンジンヘッド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の後端側の外周面には座部１６が形成され、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をエンジンヘッド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が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０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固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部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空気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間にはタルク（滑石）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及びタルク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（先端面）２６には、Ｎｉ合金等で構成された接地電極２７が接合されている。より詳しくは、接地電極２７は、前記主体金具３の先端部２６に対しその後端部が溶接されるとともに、その先端側が曲げ返されて構成されている。加えて、接地電極２７は、外層２７Ａ及び内層２７Ｂからなる２層構造となっている。本実施形態において、前記外層２７ＡはＮｉ合金〔例えば、インコネル６００やインコネル６０１（いずれも登録商標）〕によって構成されている。一方、前記内層２７Ｂは、前記Ｎｉ合金よりも良熱導電性金属である銅合金又は純銅によって構成されている。

加えて、本実施形態において、中止電極５の先端面には、貴金属合金〔例えば、白金（Ｐｔ）合金やイリジウム（Ｉｒ）合金等〕からなる円柱状の中心電極用貴金属チップ３１が接合されている。より詳しくは、中心電極５を構成する金属成分、及び、中心電極用貴金属チップ３１を構成する金属成分が溶融され、混じり合うことによって形成された溶融部３５によって、中心電極５に対して中心電極用貴金属チップ３１が接合されている。

また、接地電極２７には、角柱状（本実施形態では、直方体状）の接地電極用貴金属チップ３２が接合されている。より詳しくは、図２及び図３に示すように、接地電極用貴金属チップ３２は、接地電極２７の中心電極５側に位置する中心電極側側面部２７ｓ１に対し、自身の一端部の一部が埋め込まれるようにして抵抗溶接により接合されているとともに、接地電極の２７の軸線ＣＬ１側の先端部２７ｔから軸線ＣＬ１側（図の左側）に向けて突出している。さらに、中心電極用貴金属チップ３１の外周面３１ｇから軸線ＣＬ１に沿って延びる仮想外周面ＶＧの内部に前記接地電極用貴金属チップ３２が位置する一方で、仮想外周面ＶＧの外部に前記接地電極２７が位置するように構成されている。そして、中心電極用貴金属チップ３１の先端部及び接地電極用貴金属チップ３２の先端部間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されている。

尚、本実施形態において、前記接地電極用貴金属チップ３２は、Ｐｔを主成分とするとともに、２質量％以上３０質量％以下のＮｉ、３質量％以上４０質量％以下のＩｒ、及び、３質量％以上４５質量％以下のロジウム（Ｒｈ）のいずれかを含有してなる貴金属合金（例えば、Ｐｔ−１０Ｉｒ合金等）によって構成されている。

ここで、本実施形態における接地電極２７と接地電極用貴金属チップ３２との位置関係等について説明する。本実施形態において、接地電極２７の先端部２７ｔから接地電極用貴金属チップ３２の先端部３２ｔまでの最短距離であるチップ先端突出長Ａが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下（例えば、１ｍｍ）とされている。

また、接地電極２７の中心電極側側面部２７ｓ１から接地電極用貴金属チップ３２の中心電極側の側面部までの最短距離であるチップ側面突出長Ｂが０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下（例えば、０．３ｍｍ）とされている。

さらに、接地電極２７の先端部２７ｔを基準とし、前記軸線ＣＬ１方向の先端側から見て、接地電極２７の根元側に接近する方向を−方向、接地電極２７の根元側から離間する方向を＋方向としたときの、２７接地電極の先端部及び前記仮想外周面ＶＧの間の最短距離である電極間距離Ｃが−０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下（例えば、＋０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下）とされている。

次いで、本実施形態における接地電極２７の側面部の形状について詳述する。図４に示すように、接地電極２７の中心電極側側面部２７ｓ１と、当該中心電極側側面部２７ｓ１の背面に位置する背面側側面部２７ｓ２との間には、側面部２７ｓ３と、側面部２７ｓ４とが形成されている。本実施形態において、中心電極側側面部２７ｓ１の表面及び背面側側面部２７ｓ２の表面の間の距離（すなわち、接地電極２７の厚さ）は、例えば１．３ｍｍとされており、側面部２７ｓ３及び側面部２７ｓ４の間の距離（すなわち、接地電極２７の幅）は、例えば２．７ｍｍとされている（これらの数値はあくまでも例示である）。

加えて、側面部２７ｓ１，２７ｓ２，２７ｓ３，２７ｓ４のうち、それぞれ隣合う側面部の間には、第１の面取り部２７ｍ１、第２の面取り部２７ｍ２、第３の面取り部２７ｍ３、及び、第４の面取り部２７ｍ４が形成されている（尚、第１の面取り部２７ｍ１及び第２の面取り部２７ｍ２を「間隙側面取り部」と称し、第３の面取り部２７ｍ３及び第４の面取り部２７ｍ４を「背面側面取り部」と称す）。

さらに、接地電極２７の中心線（中心軸）ＣＬ２と直交する断面において、第１の面取り部２７ｍ１は、接地電極２７の厚さ方向に沿った厚さ方向長さａ１が０．２ｍｍ以上（例えば、０．４ｍｍ）とされており、接地電極２７の幅方向に沿った幅方向長さｂ１が０．２ｍｍ以上（例えば、０．４ｍｍ）とされている。同様に、第２の面取り部２７ｍ２についても，接地電極２７の厚さ方向に沿った厚さ方向長さａ２が０．２ｍｍ以上（例えば、０．４ｍｍ）とされるとともに、接地電極２７の幅方向に沿った幅方向長さｂ２が０．２ｍｍ以上（例えば、０．４ｍｍ）とされている。

また、第３の面取り部２７ｍ３、及び、第４の面取り部２７ｍ４についても、接地電極２７の厚さ方向に沿った厚さ方向長さｃ１，ｃ２がそれぞれ０．２ｍｍ以上（例えば、０．４ｍｍ）とされており、接地電極２７の幅方向に沿った幅方向長さｄ１，ｄ２がそれぞれ０．２ｍｍ以上（例えば、０．４ｍｍ）とされている。尚、本実施形態においては、厚さ方向長さａ１，ａ２が同一長とされており、幅方向長さｂ１，ｂ２が同一長とされている。さらに、厚さ方向長さｃ１，ｃ２が同一長とされており、幅方向長さｄ１，ｄ２が同一長とされている。

尚、図５に示すように、各面取り部２７ｍ１，２７ｍ２，２７ｍ３，２７ｍ４のうち少なくとも１つ（図では、第２の面取り部２７ｍ２及び第３の面取り部２７ｍ３にあたる部位）を、湾曲面状をなす湾曲面部２７ｒ１，２７ｒ２としてもよい。ここで、中心電極側側面部２７ｓ１に隣接する湾曲面部（間隙側湾曲面部）２７ｒ１は、前記中心線ＣＬ２と直交する断面において、その曲率半径ＲＳが０．２ｍｍ以上（例えば、０．４ｍｍ）となるように設定されている。また、背面側側面部２７ｓ２に隣接する湾曲面部（背面側湾曲面部）２７ｒ２は、中心軸ＣＬ２と直交する断面において、その曲率半径ＲＢが０．２ｍｍ以上（例えば、０．４ｍｍ）とされている。尚、間隙側湾曲面部２７ｒ１の曲率半径ＲＳと、背面側湾曲面部２７ｒ２の曲率半径ＲＢとを等しいものとする必要はなく、例えば、同図に示すように、間隙側湾曲面部２７ｒ１の曲率半径ＲＳを背面側湾曲面部２７ｒ２の曲率半径ＲＢよりも小さく設定することとしてもよい。

加えて、上述したように、接地電極用貴金属チップ３２は、抵抗溶接により接地電極２７に対して埋め込まれるようにして接合されている。そのため、図６等に示すように、接地電極用貴金属チップ３２の側面部と接地電極２７の中心電極側側面部２７ｓ１との境界部分のうち、少なくとも接地電極２７の中心軸ＣＬ２方向に沿った部分を覆うようにして膨出部４１が形成されている。当該膨出部４１は、接地電極２７の前記外層２７を形成するＮｉ合金と同一の金属素材を含んでなる。

さらに、本実施形態において、接地電極２７の中心電極側側面部２７ｓ１に対する前記膨出部４１の高さＨは、０．１ｍｍ以上されている。また、接地電極２７の中心電極側側面部２７ｓ１に対する接地電極用貴金属チップ３２の中心電極５側の側面部の突出方向に沿った、膨出部４１と接地電極用貴金属チップ３２の中心電極５側の側面部との間の最短距離をＦとし、前記火花放電間隙３３の最短距離をＧとしたとき、Ｆ≧０．０５Ｇを満たすように形成されている。

併せて、前記第１の面取り部２７ｍ１と前記膨出部４１との間の中心電極側側面部２７ｓ１の幅方向に沿った最短距離Ｗ１が、０．２ｍｍ以上とされており、さらに、前記第２の面取り部２７ｍ２と膨出部４１との間の中心電極側側面部２７ｓ１の幅方向に沿った最短距離Ｗ２が０．２ｍｍ以上とされている。すなわち、膨出部４１は、第１の面取り部２７ｍ１及び第２の面取り部２７ｍ２に至らないようにして形成されている。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

次いで、接地電極２７を予め加工しておく。すなわち、断面八角形状のダイス孔を有するダイスを用いて、Ｎｉ合金及び銅合金からなる２層構造の線材を線引き加工する。そして、線引き加工された線材を所定の長さに切断することで、各面取り部２７ｍ１〜４等を備える接地電極２７を得る。尚、線引き加工に代えて、切削加工を行うことにより、面取り部２７ｍ１〜４を形成することとしてもよい。

続いて、主体金具中間体の先端面に、前記接地電極２７が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成型用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。得られた成形体に対し、研削加工が施され整形される。そして、整形されたものが焼成炉へ投入され焼成され、絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、Ｎｉ合金が鍛造加工され、その中央部に放熱性向上を図るべく銅合金からなる内層５Ａが設けられる。次に、中心電極５の先端部に対して中心電極用貴金属チップ３１がレーザー溶接される。より詳しくは、中止電極５の先端面と中心電極用貴金属チップ３１の端面とを重ね合わせた上で、両者の当接部位に対してレーザービームが照射されることで、溶融部３５が形成され、中心電極５と中心電極用貴金属チップ３１とが接合される。

そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、焼成炉内にて加熱しつつ、後方から前記端子電極６で押圧することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作成された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具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固定される。

次いで、接地電極２７の先端部に、接地電極用貴金属チップ３２を抵抗溶接する。より詳しくは、図７に示すように、接地電極２７の中心電極側側面部２７ｓ１の先端部に対して接地電極用貴金属チップ３２の一端部を重ね合わせた上で、接地電極２７及び接地電極用貴金属チップ３２を一対の電極Ｄ１，Ｄ２によって挟み込む。そして、両電極Ｄ１，Ｄ２間を通電することによって、接地電極２７に対して接地電極用貴金属チップ３２の一部が埋入した形で両者が接合される。このとき、一対の電極Ｄ１，Ｄ２のうち、接地電極用貴金属チップ３２を支持する電極Ｄ２には、相対移動規制手段としての受け部ＲＰが設けられている。これにより、接地電極用貴金属チップ３２の接地電極２７の先端側への相対移動を防止することができ、接地電極用貴金属チップ３２を接地電極２７の適切な位置により確実に接合することができるようになっている。尚、接地電極用貴金属チップ３２の抵抗溶接に伴って前記膨出部４１が形成される。

そして、最後に、接地電極２７を屈曲させることで、中心電極５に設けられた中心電極用貴金属チップ３１及び接地電極２７に設けられた接地電極用貴金属チップ３２間の前記火花放電間隙３３を調整する加工が実施される。

このように一連の工程を経ることで、上述した構成を有するスパークプラグ１が製造される。

次に、本実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、着火性評価試験、耐久性評価試験、及び、接地電極飛火数測定試験を行った。着火性評価試験、耐久性評価試験、及び、接地電極飛火数測定試験の概要は次の通りである。すなわち、着火性評価試験においては、チップ先端突出長「Ａ」、チップ側面突出長「Ｂ」、電極間距離「Ｃ」、間隙側面取り部及び背面側面取り部の有無、及び、接地電極の中心軸に直交する断面における背面側面取り部の厚さ方向長さ「ｃ」及び幅方向長さ「ｄ」（湾曲面部を設けた場合には、湾曲面部の曲率半径「ｒｂ」）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製した。そして、各サンプルに対して点火装置を組み付けるとともに、各サンプルを試験用チャンバ内に配設した。加えて、燃料噴射方向を接地電極の側方側〔「Ｘ方向」；（図３の白抜き矢印方向）〕、或いは、接地電極の背面側〔「Ｙ方向」；（図２の白抜き矢印方向）〕とした上で、点火後３ｍｓ経過した時点における火炎核の面積を計測した。ここで、測定された火炎核の面積が７０ｍｍ²以上である場合には、優れた着火性を有するものとして「○」の評価を下すこととし、一方、火炎核の面積が７０ｍｍ²未満である場合には、着火性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。

また、耐久性評価試験は次のように行った。すなわち、直列３気筒、排気量６６０ｃｃであり、上死点前５°に設定された試験用エンジンに対して上記各サンプルを組み付け、空燃比１０．７の状態で、３００時間に亘って４０００ｒｐｍで運転させた後における、火花放電間隙の拡大量（間隙拡大量）を測定した。ここで、間隙拡大量が０．２ｍｍ未満である場合には、優れた耐久性を有するものとして「○」の評価を下すこととした。一方で、間隙拡大量が０．２ｍｍ以上である場合には、耐久性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。

さらに、接地電極飛火数測定試験は次のように行った。すなわち、間隙側面取り部の厚さ方向長さ「ａ」及び幅方向長さ「ｂ」や間隙側湾曲面部の曲率半径「ｒｓ」を種々変更したサンプルに点火装置を組み付けるとともに、石英ガラスによって形成され、内部を視認可能なチャンバ内に各サンプルを配設し、チャンバ内圧力を０．４Ｍｐａとして放電を行った。このとき、放電の様子を撮影し、撮影された画像に基づいて、放電１００回当たりに発生した中心電極用貴金属チップ及び接地電極間の放電の回数（接地電極飛火数）を測定した。ここで、通常、間隙の最も小さい中心電極用貴金属チップと接地電極用貴金属チップとの間で放電するものであるが、接地電極に電界強度が高くなるエッジ部分等が存在していると、多少間隙の大きい中心電極用貴金属チップと接地電極との間でも放電が生じてしまい、着火性の低下や接地電極の偏消耗を招いてしまうおそれがある。そこで、接地電極飛火数が０である場合には、優れた着火性を有するとともに、接地電極の偏消耗のおそれが極めて少ないとして「○」の評価を下すこととした。一方で、接地電極飛火数が１以上である場合には、着火性が不十分となる、又は、接地電極が偏消耗してしまうおそれがあるとして「×」の評価を下すこととした。

着火性評価試験及び耐久性評価試験の結果を表１及び図８〜図１５に示す。

尚、表１に示す試験において、間隙側面取り部が「有り」の場合には、間隙側面取り部の厚さ方向長さ「ａ」及び幅方向長さ「ｂ」をともに０．４ｍｍとした。また、背面側面取り部が「有り」の場合には、厚さ方向長さ「ｃ」及び幅方向長さ「ｄ」をともに０．４ｍｍとした。

また、図８のグラフは、着火性評価試験において、面取り部の有無のみが相違するサンプルに着目した際の結果を示すものであり、図９のグラフは、背面側面取り部の有無のみが相違するサンプルについて、燃料噴射方向の相違に伴う着火性の変化に着目して得られた結果を示すものである。加えて、図１０及び図１１のグラフは、「Ａ」の値のみが相違するサンプルに着目した際の、着火性評価試験及び耐久性評価試験の結果を示すものであり、図１２及び図１３のグラフは、「Ｂ」の値のみが相違するサンプルに着目した際の、両評価試験の試験結果を示すものである。さらに、図１４及び図１５は、「Ｃ」の値のみが相違するサンプルに着目した際の両評価試験の試験結果を示すものである。

表１及び図８のグラフに示すように、面取り部の有無のみが相違するサンプル（サンプル１〜６）について鑑みると、面取り部が設けられなかったサンプル（サンプル１〜３）は、着火性が不十分である一方で、面取り部が設けられたサンプル（サンプル４〜６）は、優れた着火性を有することが明らかとなった。これは、面取り部が設けられたことで、中心電極用貴金属チップと接地電極との間における火花放電を比較的減少させることができ、ひいては、火炎核の発生場所を接地電極から比較的離間した位置とすることができたことに起因すると考えられる。

また、表１及び図９のグラフに示すように、間隙側面取り部及び背面側面取り部の双方を備えたサンプル（サンプル５，７）は、間隙側面取り部のみが設けられたサンプル（サンプル８，９）よりも、燃料噴射方向が「Ｙ方向」とされ、着火性が低下してしまいやすい環境下においても、優れた着火性を実現できることがわかった。すなわち、間隙側面取り部及び背面側面取り部の双方を備えることが着火性の向上を図る上で必要であるといえる。

さらに、表１及び図１０のグラフに示すように、「Ａ」の値のみが相違する（尚、「Ｃ」の値の変化は「Ａ」の値が変化したことによる）サンプル（４，１０〜１８）について鑑みると、「Ａ」が０．５ｍｍ以上であるサンプル（４，１２〜１８）は、優れた着火性を有することが認められた。これは、接地電極を火花放電間隙から比較的離間させることができるため、火炎核の成長に与するスペースをより確保することができるとともに、接地電極によって火炎核の熱が引かれてしまうことを一層抑制することができたことによると考えられる。

一方で、これらのサンプルについて耐久性の面から評価してみると、表１及び図１１のグラフに示すように、「Ａ」の値が１．５ｍｍを越えるサンプル（サンプル１８）については、耐久性が不十分であることがわかった。これは、接地電極用貴金属チップの熱引き性能が低下してしまったことに起因すると考えられる。

以上の結果から、着火性及び耐久性の両面において優れた機能を発揮するためには、「Ａ」の値を、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好適であるといえる。尚、図１０に示すように、「Ａ」の値が０．６ｍｍ以上のサンプル（サンプル４，１１〜１７）は、より優れた着火性を有しており、さらに、「Ａ」の値が１．０ｍｍ以上のサンプル（サンプル４，１６〜１７）については、特に優れた着火性を有していることがわかった。従って、着火性の向上を図るという観点からは、「Ａ」の値を０．６ｍｍ以上とすることがより好ましく、「Ａ」の値を１．０ｍｍ以上とすることがより一層好ましいといえる。

また、表１及び図１２のグラフに示すように、「Ｂ」の値のみが相違するサンプル（サンプル５，１９〜２２）について鑑みると、「Ｂ」の値が０．１５ｍｍ以上のサンプル（サンプル５，１９，２１，２２）は優れた着火性を有することがわかった。これは、火花放電を両貴金属チップ間においてより確実に発生させることができるとともに、接地電極によって火炎核の熱が引かれてしまうことをより一層確実に抑制することができたことによると考えられる。

尚、図１２のグラフに示すように、「Ｂ」の値が増加するほど着火性の向上を図ることができるといえる。従って、着火性の向上を図る観点からは、「Ｂ」の値を０．３ｍｍ以上とすることがより好ましいといえる。但し、図１３のグラフに示すように、「Ｂ」の値の増大に伴い、耐久性の低下が懸念されるところである。従って、耐久性の低下を抑制するためには、「Ｂ」の値を０．８ｍｍ以下とすることが望ましく、耐久性の低下をより確実に抑制するためには、「Ｂ」の値を０．６ｍｍ以下とすることがより望ましいといえる。

さらに、表１及び図１４のグラフに示すように、「Ｃ」の値のみが相違するサンプル（サンプル５，６，１２）について鑑みると、各サンプルともに優れた着火性を有しており、特に「Ｃ」の値が０．１ｍｍ以上であるサンプル（サンプル５，６）については極めて優れた着火性を有することが明らかとなった。従って、着火性のより一層の向上を図るためには、「Ｃ」の値を０．１ｍｍ以上とすることが好ましく、また、図１４のグラフに示すように、「Ｃ」の値の増加に伴い着火性の向上が図られる点を鑑みて、「Ｃ」の値を０．２ｍｍ以上とすることがより一層好ましいといえる。但し、図１５のグラフに示すように、「Ｃ」の値が増大するに伴い、耐久性が低下してしまうおそれがある。そのため、「Ｃ」の値を、０．８ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

次に、着火性評価試験において、特に背面側面取り部の厚さ方向長さ「ｃ」及び幅方向長さ「ｄ」、或いは、湾曲面部の曲率半径「ｒｂ」を種々変更したサンプルについて、燃料噴射方向を「Ｙ方向」として行った試験の試験結果を表２に示す。尚、当該試験においては、上記「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「ａ」、及び、「ｂ」の数値について、サンプル５と同様の数値とした（すなわち、「Ａ」＝０．５ｍｍ、「Ｂ」＝０．３ｍｍ、「Ｃ」＝０．１ｍｍ、「ａ」＝０．４ｍｍ、「ｂ」＝０．４ｍｍ）。また、湾曲面部を設けた場合には、第３の面取り部及び第４の面取り部に相当する位置にそれぞれ湾曲面部を設けることとした。

表２に示すように、「ｃ」及び「ｄ」、或いは、「ｒｂ」の値が０．２ｍｍ以上のサンプル（サンプル７，２３〜２６，２９，３０）は、燃料噴射方向が「Ｙ方向」であっても、優れた着火性を実現できることが明らかとなった。これは、背面側面取り部が設けられたことで、接地電極を回り込んでの混合気の火花放電間隙への流入がより容易なものとなったことに起因すると考えられる。また特に、「ｃ」及び「ｄ」、或いは、「ｒｂ」の値が０．３ｍｍ以上のサンプル（サンプル７，２５，２６，２９，３０）については、「ｃ」及び「ｄ」、或いは、「ｒｂ」の値を０．２ｍｍとしたサンプル（サンプル２３，２４）と比較して、着火性の更なる向上が図られることが明らかとなった。従って、着火性のより一層の向上を図るという観点からは、「ｃ」及び「ｄ」、或いは、「ｒｂ」の値を０．３ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

次いで、接地電極飛火数測定試験の結果を表３に示す。尚、表３に示す試験においては、上記「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「ｃ」、及び、「ｄ」の数値について、サンプル５と同様の数値とした。また、湾曲面部を設けた場合には、第１の面取り部及び第２の面取り部に相当する位置にそれぞれ湾曲面部を設けることとした。

表３に示すように、間隙側面取り部や湾曲面部のサイズを種々変更したサンプル（サンプル２，５，３１〜３７）について鑑みると、「ａ」及び「ｂ」、或いは、「ｒｓ」の値が０．２ｍｍ以上のサンプル（サンプル５，３１，３２，３４，３７）は、接地電極との間における火花放電が生じず、非常に優れた耐久性及び着火性を実現できることが認められた。これは、中心電極側側面部と、当該中心電極側側面部の隣に位置する両側面部との間において電界が集中しやすい角部（エッジ部分）の形成を防止することができ、ひいては中心電極用貴金属チップと接地電極との間における火花放電の発生を抑制することができたことによると考えられる。尚、両側面部の間における角部（エッジ部分の）形成をより確実に防止するという観点からは、「ａ」及び「ｂ」、或いは、「ｒｓ」の値をより大きなものとすることが好ましい。従って、着火性の更なる向上を図るべく、「ａ」及び「ｂ」、或いは、「ｒｓ」の値を０．３ｍｍ以上とすることがより好ましいといえる。

次いで、電極間距離を−０．１ｍｍ又は０．１ｍｍとした上で、火花放電間隙の最短距離「Ｇ」に対する、接地電極の中心電極側側面部に対する接地電極用貴金属チップの中心電極側の側面部の突出方向に沿った、膨出部と接地電極用貴金属チップの中心電極側の側面部との間の最短距離「Ｆ」の比（Ｆ／Ｇ）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製した。そして、各サンプルについて、石英ガラスによって形成され、内部を視認可能なチャンバ内に各サンプルを配設した上で、チャンバ内圧力を０．４Ｍｐａとして放電を行い、このときの放電の様子を撮影し、撮影された画像に基づいて、放電１００回中における中心電極用貴金属チップ及び膨出部間の火花放電の割合（膨出部飛火率）を測定した。図１６に、「Ｆ／Ｇ」と、膨出部飛火率との関係を表すグラフを示す。尚、同図においては、電極間距離を−０．１ｍｍとしたサンプルの試験結果を黒丸でプロットし、電極間距離を０．１ｍｍとしたサンプルの試験結果を黒三角でプロットした。

図１６に示すように、電極間距離を−０．１ｍｍとしたサンプルについては、「Ｆ／Ｇ」を０．１以上としたときに、電極間距離を０．１ｍｍとしたサンプルは、「Ｆ／Ｇ」を０．０５以上としたときに、それぞれ膨出部飛火率が０％となり、膨出部への火花放電が防止されることが明らかとなった。これは、中心電極用貴金属チップと膨出部との間の間隙が十分な大きさをもって形成されたことに起因すると考えられる。

次に、接地電極の中心電極側側面部に対する前記膨出部の高さ「Ｈ」を種々変更した直棒状の接地電極のサンプルを作製し、机上バーナー評価試験［サンプルを、接地電極用貴金属のチップ温度が１０５０℃となるようバーナーで２分間加熱後、１分間徐冷することを１サイクルとして、これを１０００サイクル繰り返す試験］を実施した。そして、その後のサンプル断面を観察し、接地電極と接地電極用貴金属チップとの境界面領域の長さに対する、当該境界面領域において酸化スケールが進展していない部位（接合部）の長さの割合（接合部割合）を計測した。表４に、膨出部の高さと接合部割合との関係を示す。

表４に示すように、膨出部を形成した各サンプルは、接合部割合がそれぞれ３０％を超え、優れた酸化スケールの進展抑制効果を有することがわかった。これは、膨出部が形成されたことで、接地電極と接地電極用貴金属チップとの境界部分への酸素の侵入が効果的に抑制されたことに起因すると考えられる。また特に、膨出部の高さ「Ｈ」を０．１ｍｍ以上としたサンプルは、接合部割合が５０％を超え、さらに、膨出部の高さ「Ｈ」を０．２ｍｍ以上としたサンプルは、接合部割合が６０％を超えることが明らかとなった。従って、酸化スケールの進展抑制について、より優れた効果を実現するという観点からは、膨出部の高さ「Ｈ」を０．１ｍｍ以上とすることがより好ましく、膨出部の高さ「Ｈ」を０．２ｍｍ以上とすることがより一層好ましいといえる。

以上の試験結果より、チップ先端突出長を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とするとともに、チップ側面突出長を０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とし、かつ、間隙側及び背面側の双方に面取り部（湾曲面部）を設けるとともに、各面取り部の厚さ方向長さ及び幅方向長さや湾曲面部の曲率半径を０．２ｍｍ以上とすることが、十分な耐久性を具備するとともに、取付状態に関わらず優れた着火性を実現するために必要であるといえる。

加えて、チップ先端突出長を０．６ｍｍ以上としたり、各面取り部の厚さ方向長さ及び幅方向長さを０．３ｍｍ以上としたりすることで、一層優れた着火性を実現することができるといえる。

さらに、接地電極と接地電極用貴金属チップとの接合部分における酸化スケールの進展を抑制するという観点からは、膨出部を設けることが有意であり、特に膨出部の高さを０．１ｍｍ以上とすることが非常に有意であるといえる。

一方で、膨出部と中心電極用貴金属チップとの間の火花放電の発生を抑制し、着火性及び耐久性の更なる向上を図るという観点からは、電極間距離を−０．１ｍｍ以上とし、かつ、「Ｆ／Ｇ」を０．１以上とする（電極間距離を０．１ｍｍ以上とした場合には、「Ｆ／Ｇ」を０．０５以上とする）ことが好ましいといえる。

また、本実施形態におけるスパークプラグの製造方法について言及すると、受け部ＲＰが設けられることで接地電極用貴金属チップ３２の相対移動を規制できる一方で、接地電極用貴金属チップ３２の潰れ等の不具合が懸念されるところである。これに対して、本実施形態の接地電極用貴金属チップ３２は、Ｐｔを主成分とするとともに、２質量％以上３０質量％以下のニッケル、３質量％以上４０質量％以下のＩｒ、及び、３質量％以上４５質量％以下のＲｈのいずれかを含有してなる貴金属合金（例えば、Ｐｔ−１０Ｉｒ合金等）によって構成されている。そのため、接地電極用貴金属チップ３２は十分な強度を有することとなり、抵抗溶接時における接地電極用貴金属チップ３２の潰れ等の懸念を払拭することができる。すなわち、本実施形態におけるスパークプラグの製造方法を採用するに際しては、接地電極用貴金属チップ３２を上述した組成よりなる貴金属合金によって形成することが好適である。

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）上記実施形態では、接地電極２７の先端面２７ｔ及び前記仮想外周面ＶＧ間の電極間距離Ｃが、−０．１ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とされているが、電極間距離Ｃは当該範囲内の数値に限定されるものではない。従って、例えば、電極間距離Ｃを０．１ｍｍ以上としてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、面取り部２７ｍ１，２７ｍ２の厚さ方向長さａ１，ａ２が同一長とされ、幅方向長さｂ１，ｂ２が同一長とされているが、厚さ方向長さａ１，ａ２を異なる長さとしてもよいし、幅方向長さｂ１，ｂ２を異なる長さとしてもよい。また、面取り部２７ｍ３，２７ｍ４の厚さ方向長さｃ１，ｃ２が同一長とされ、幅方向長さｄ１，ｄ２が同一長とされているが、厚さ方向長さｃ１，ｃ２を異なる長さとしてもよいし、幅方向長さｄ１，ｄ２を異なる長さとしてもよい。従って、例えば、図１７に示すように、中心電極５側の面取り部２７ｍ１，２７ｍ２の幅ＭＷ１，ＭＷ２を、背面側の面取り部２７ｍ３，２７ｍ４の幅ＭＷ３，ＭＷ４よりも大きくなるように設定することとしてもよい。この場合には、面取り部２７ｍ１，２７ｍ２の幅と面取り部２７ｍ３，２７ｍ４の幅とをほぼ同じ大きさに設定した場合と比較して、接地電極２７をより太くすることができ、接地電極２７の機械的強度（耐久性）の向上を図ることができる。尚、同図の構成を採用するにあたっては、面取り部２７ｍ１，２７ｍ２を設けたことによる接地電極２７と中心電極用貴金属チップ３１との間における火花放電の抑制という作用効果が十分に奏されるべく、電極間距離Ｃを比較的大きく（例えば、＋０．１ｍｍ以上）確保することが望ましい。

（ｃ）接地電極用貴金属チップ３２の組成は上記実施形態において記載した組成に限定されるものではない。従って、例えば、接地電極用貴金属チップ３２を、Ｉｒを主成分とする貴金属合金等で形成することとしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、接地電極用貴金属チップ３２の形状は直方体状とされているが、例えば断面６角形状等の角柱状に形成することとしてもよい。また、接地電極用貴金属チップ３２の形状は角柱状に限定されるものではなく、例えば、円柱状等に形成することとしてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、主体金具３の先端面に、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）。また、主体金具３の先端部２６の側面に接地電極２７を接合することとしてもよい。

（ｆ）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。

本実施形態の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部分拡大正面図である。 スパークプラグの先端部の構成を示す部分拡大側面図である。 図２のＪ−Ｊ線断面図である。 他の実施形態における接地電極の断面形状等を示す部分拡大断面図である。 接地電極用貴金属チップ、中心電極用貴金属チップ、膨出部、及び、面取り部等の位置関係を示すための部分拡大側面図である。 本実施形態における、接地電極及び接地電極用貴金属チップの接合について説明するための部分拡大模式図である。 面取り部の有無が相違するサンプルについての着火性評価試験の結果を示すグラフである。 背面側面取り部の有無が相違するサンプルについての着火性評価試験の結果を示すグラフである。 チップ先端突出長が相違するサンプルについての着火性評価試験の結果を示すグラフである。 チップ先端突出長が相違するサンプルについての耐久性評価試験の結果を示すグラフである。 チップ側面突出長が相違するサンプルについての着火性評価試験の結果を示すグラフである。 チップ側面突出長が相違するサンプルについての耐久性評価試験の結果を示すグラフである。 電極間距離が相違するサンプルについての着火性評価試験の結果を示すグラフである。 電極間距離が相違するサンプルについての耐久性評価試験の結果を示すグラフである。 Ｆ／Ｇと、膨出部飛火率との関係を表すグラフである。 別の実施形態における面取り部の幅を説明するための接地電極先端部の部分拡大側面図である。 従来技術における、接地電極及び接地電極用貴金属チップの接合について説明するための部分拡大模式図である。

符号の説明

１…内燃機関用スパークプラグ
２…絶縁体としての絶縁碍子
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
２６…主体金具の先端部
２７…接地電極
２７ｍ１…第１の面取り部
２７ｍ２…第２の面取り部
２７ｍ３…第３の面取り部
２７ｍ４…第４の面取り部
２７ｒ１，２７ｒ２…湾曲面部
２７ｓ１…中心電極側側面部
２７ｓ２…背面側側面部
２７ｓ３，２７ｓ４…側面部
２７ｔ…接地電極の先端部
３１…中心電極用貴金属チップ
３１ｇ…中心電極用貴金属チップの外周面
３２…接地電極用貴金属チップ
３２ｔ…接地電極用貴金属チップの先端部
３３…間隙としての火花放電間隙
４１…膨出部
ａ１，ａ２，ｃ１，ｃ２…面取り部の厚さ方向長さ
ｂ１，ｂ２，ｄ１，ｄ２…面取り部の幅方向長さ
Ａ…チップ先端突出長
Ｂ…チップ側面突出長
Ｃ…電極間距離
ＣＬ１…軸線
ＣＬ２…接地電極の中心線
ＲＰ…相対移動規制手段としての受け部
ＶＧ…仮想外周線

Claims (11)

1. 軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
   前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられた略円筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部から延び、先端が前記中心電極に向けて曲げられて配置された接地電極と、
   前記中心電極の先端に接合される中心電極用貴金属チップと、
   前記接地電極の側面部のうち、前記中心電極側に位置する中心電極側側面部の先端側に接合され、かつ、自身の先端部が前記接地電極の先端部から前記軸線に向けて突出するとともに、自身の前記中心電極側の側面部が前記接地電極の前記中心電極側側面部から突出する接地電極用貴金属チップとを備え、
   前記中心電極用貴金属チップ及び前記接地電極用貴金属チップ間に間隙を有するとともに、前記軸線方向に沿って前記中心電極用貴金属チップの外周面を延ばしてなる仮想外周面内に、前記接地電極用貴金属チップが存在してなる内燃機関用スパークプラグであって、
   前記接地電極の先端部から前記接地電極用貴金属チップの先端部までの最短距離であるチップ先端突出長を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とするとともに、
   前記接地電極の前記中心電極側側面部から前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部までの最短距離であるチップ側面突出長を０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とし、さらに、
   前記接地電極は、
   前記中心電極側側面部の背面に位置する背面側側面部と、
   前記中心電極側側面部及び前記背面側側面部間に位置する側面部とを有するとともに、
   前記各側面部のうち、それぞれ隣合う前記側面部間に、面取り部及び湾曲面部のいずれか一方が形成されてなり、
   前記面取り部については、前記接地電極の中心軸と直交する断面における、前記接地電極の厚さ方向に沿った厚さ方向長さを０．２ｍｍ以上とするとともに、前記接地電極の幅方向に沿った幅方向長さを０．２ｍｍ以上とし、
   前記湾曲面部については、前記接地電極の中心軸と直交する断面における曲率半径を０．２ｍｍ以上とし、
   前記接地電極用貴金属チップと前記接地電極の中心電極側側面部との境界部分のうち、少なくとも前記接地電極の中心軸方向に沿った部分を覆うようにして、前記接地電極と同一の金属素材を含む膨出部を形成するとともに、
   前記接地電極の中心電極側側面部に対する前記膨出部の高さを０．１ｍｍ以上としたことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 前記チップ側面突出長を０．３ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。
3. 前記チップ先端突出長を１ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用スパークプラグ。
4. 前記接地電極用貴金属チップと前記接地電極の中心電極側側面部との境界部分のうち、少なくとも前記接地電極の中心軸方向に沿った部分を覆うようにして、前記接地電極と同一の金属素材を含む膨出部を形成し、
   前記接地電極の先端部を基準とし、前記軸線方向の先端側から見て、前記接地電極の根元側に接近する方向を−方向、前記接地電極の根元側から離間する方向を＋方向としたときの、前記接地電極の先端部及び前記仮想外周面の間の最短距離である電極間距離を−０．１ｍｍ以上とするとともに、
   前記接地電極の中心電極側側面部に対する前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部の突出方向に沿った、前記膨出部と前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部との間の最短距離をＦとし、前記間隙の最短距離をＧとしたとき、
   Ｆ≧０．１Ｇ
   を満たすように構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
5. 前記接地電極の先端部を基準とし、前記軸線方向の先端側から見て、前記接地電極の根元側に接近する方向を−方向、前記接地電極の根元側から離間する方向を＋方向としたときの、前記接地電極の先端部及び前記仮想外周面の間の最短距離である電極間距離を＋０．１ｍｍ以上＋０．８ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
6. 前記接地電極用貴金属チップと前記接地電極の中心電極側側面部との境界部分のうち、少なくとも前記接地電極の中心軸方向に沿った部分を覆うようにして、前記接地電極と同一の金属素材を含む膨出部を形成するとともに、
   前記接地電極の中心電極側側面部に対する前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部の突出方向に沿った、前記膨出部と前記接地電極用貴金属チップの前記中心電極側の側面部との間の最短距離をＦとし、前記間隙の最短距離をＧとしたとき、
   Ｆ≧０．０５Ｇ
   を満たすように構成したことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用スパークプラグ。
7. 前記中心電極側側面部と、当該中心電極側側面部に隣り合う前記側面部との間に形成された、前記面取り部である間隙側面取り部、又は、前記湾曲面部である間隙側湾曲面部の幅を、
   前記背面側側面部と、当該背面側側面部に隣り合う前記側面部との間に形成された前記面取り部である背面側面取り部、又は、前記湾曲面部である背面側湾曲面部の幅よりも小さくしたことを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関用スパークプラグ。
8. 前記接地電極用貴金属チップは、角柱状をなすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
9. 前記接地電極用貴金属チップは、白金を主成分とするとともに、２質量％以上３０質量％以下のニッケル、３質量％以上４０質量％以下のイリジウム、及び、３質量％以上４５質量％以下のロジウムのいずれかを含有してなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
10. 前記接地電極用貴金属チップと前記接地電極の中心電極側側面部との前記接地電極の中心軸方向に沿った境界部分を覆うようにして、前記接地電極と同一の金属素材を含む膨出部を形成するとともに、
    前記中心電極側側面部の幅方向に沿った、前記中心電極側側面部と当該中心電極側側面部に隣り合う前記側面部との間に形成された前記面取り部又は前記湾曲面部、及び、前記膨出部の間の最短距離を０．２ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグを製造するためのスパークプラグの製造方法であって、
    前記接地電極及び前記接地電極用貴金属チップを、抵抗溶接によって接合する接合工程を備え、
    前記接合工程に際しては、前記接地電極に対する前記接地電極用貴金属チップの前記接地電極の先端側への相対移動を規制する相対移動規制手段を用い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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