JP5147783B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

この発明は、スパークプラグに関し、さらに詳しくは、例えば内燃機関用のスパークプラグに関する。

自動車エンジンなどの内燃機関に使用されるスパークプラグは、一般に、中心電極と、中心電極を保持する絶縁体と、絶縁体を保持する主体金具と、一端が主体金具に接合され他端が中心電極の端部と火花放電間隙を有して対向するように設置された接地電極とを備える。主体金具の外周にはエンジンなどに取り付けるための取付け用ネジ部が設けられている。

接地電極は、通常、接地電極の先端面と主体金具の開口部先端面とを合わせて、溶接により接合される。しかし、接地電極と主体金具とを溶接する際に、主体金具の内側に溶接だれが生じることがあった。そのため、正常な状態では接地電極の端部と中心電極の端部との間に形成される火花放電間隙において火花放電が行われるところを、中心電極と溶接だれが生じた部分との間において横飛火が生じてしまうことがあった。

さらに、スパークプラグの小径化が要求される場合には、スパークプラグが小型化するほど、溶接だれの影響が無視できない程大きくなってしまう。

特許文献１の段落番号０００７には、「・・・接地電極の熱をエンジンヘッドに逃がし、スパークプラグの長寿命化を実現したスパークプラグの製造方法を提供するものである。」と記載されており、このような課題を解決するために、特許文献１の請求項１には、「・・・前記主体金具の前記接地電極の一端側が接合される部位を切削する切削工程と、
その切削した部位に前記接地電極の一端側を接合する接合工程と、
前記接合工程の後に、前記主体金具及び前記接地電極の一端側に前記取付ねじ部を転造するねじ転造工程と、を含んでなり、
前記接合工程は、接合時に接合治具が前記主体金具へ印加する応力を支える支持部材を前記主体金具の径方向内部に挿入した後に接合する工程であることを特徴とするスパークプラグの製造方法。」が記載されている。

特許文献１においては、接地電極の一部分が主体金具と共に取付ねじ部を構成することにより、接地電極が受熱した熱が主体金具を介することなく、エンジンヘッドへ効率的に逃すことができるので、接地電極の耐久性を向上させることができるとしている。また、接地電極を切削した部位に接合する際に、主体金具の径方向内部に支持部材を挿入した後に接合するので、主体金具が変形してしまうことを抑制することができ、その結果溶接性が良好で、横飛火の発生を低減したスパークプラグを提供できるとしている。

特開２００５−３４６９２８号公報

この発明の課題は、スパークプラグにおける接地電極と主体金具との溶接部と中心電極との間で横飛火が生じるのを防止し、しかも主体金具と接地電極との接合性が良好なスパークプラグを提供することにある。

前記課題を解決するための手段として、
（１） 軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体を保持し、その外周の一部にネジ部を有する筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部外周面に取り付けられ、前記中心電極の先端部との間に放電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において、
前記ネジ部の外径が１２ｍｍ以下であり、
前記主体金具におけるネジ部が設けられていない先端部外周面に設けられた溝と、前記溝に嵌め込まれ、一体に溶接された接地電極とを備えることを特徴とするスパークプラグを挙げることができ、
前記（１）の好ましい態様としては、
（２）前記主体金具の先端部における前記軸線方向に直交する断面において、前記主体金具の内周面と前記絶縁体の外周面との距離が１．９ｍｍ以下の領域が少なくとも存在することを特徴とする（１）に記載のスパークプラグ、
（３）ネジ部の終端から溝までの距離をａ、前記主体金具の先端部のうち前記溝が設けられた部分における前記主体金具の径方向の厚みをｂ、前記主体金具の先端部の径方向における前記接地電極の厚みをｃ、前記ネジ部の谷の部分における前記主体金具の径方向厚みをｄとしたとき、ａ≧０．３ｍｍかつｂ≧０．２ｍｍかつｃ＋ｂ≦ｄであることを特徴とする（１）又は（２）に記載のスパークプラグ、
（４）前記軸線方向の前記溝の長さをｅ、前記主体金具の先端部における前記主体金具の中心軸から前記主体金具の外周面までの距離と前記中心軸から前記溝までの距離との差をｆとしたとき、ｅ≧０．６ｍｍかつｆ≧１．２ｍｍであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載のスパークプラグ、
（５）前記溝と前記溝に線接触して嵌め込まれた前記接地電極とが、抵抗溶接により一体に形成されて成ることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載のスパークプラグ、
（６）前記主体金具の先端部における前記軸線方向に直交する断面において、前記溝は前記主体金具の外周に向かって広がり、かつ前記接地電極と接する２つの側辺を有し、前記２つの側辺と、前記溝の開口部における２つの開口端を通る直線との２つのなす角のうち少なくとも一方の角度θが、６５°≦θ≦８０°であることを特徴とする（５）に記載のスパークプラグ、
を挙げることができる。

本発明に係るスパークプラグは、ネジ部の外径が１２ｍｍ以下であっても、主体金具におけるネジ部が設けられていない先端部外周面に設けられた溝と、前記溝に嵌め込まれ、一体に溶接された接地電極とを備えているので、接地電極と主体金具との溶接部と中心電極との間において横飛火が生じるのを防止することができる。同時に主体金具と接地電極との接合性が良好なスパークプラグを提供することができる。

特に、前記主体金具の先端部における軸線方向に直交する断面において、前記主体金具の内周面と前記絶縁体の外周面との距離が１．９ｍｍ以下の領域が少なくとも存在する場合であっても、本発明に係るスパークプラグによれば、接地電極と主体金具との溶接部と中心電極との間で横飛火が生じるのを防止し、しかも主体金具と接地電極との接合性が良好なスパークプラグを提供することができる。

また、ネジ部の終端から溝までの距離をａ、前記主体金具の先端部のうち前記溝が設けられた部分における前記主体金具の径方向の厚みをｂ、前記主体金具の先端部の径方向における前記接地電極の厚みをｃ、前記ネジ部の谷の部分における前記主体金具の径方向厚みをｄとしたとき、ａ≧０．３ｍｍかつｂ≧０．２ｍｍかつｃ＋ｂ≦ｄであると、より一層接地電極と主体金具との接合性が良好なスパークプラグを提供することができる。特に、接地電極を主体金具に溶接した後に、ネジ山を転造する際に、接地電極と主体金具との溶接部にクラックが生じたり、主体金具が変形したりするのを防止することができ、さらに、スパークプラグの使用時に高温下に曝されても、接地電極が主体金具から剥離するのを防止することができる。

前記軸線方向の前記溝の長さをｅ、前記主体金具の先端部における前記主体金具の中心軸から前記主体金具の外周面までの距離と前記中心軸から前記溝までの距離との差をｆとしたとき、ｅ≧０．６ｍｍかつｆ≧１．２ｍｍであると、より一層接地電極と主体金具との接合性が良好なスパークプラグを提供することができる。特に、接地電極に機械的負荷がかかったり、スパークプラグの使用時に高温下に曝されたりしても、接地電極が主体金具から剥離するのを防止することができる。

前記溝と前記溝に線接触するように嵌め込まれた前記接地電極が、抵抗溶接により一体に形成されて成る場合、特に、前記主体金具の先端部における前記軸線方向に直交する断面において、前記溝は前記主体金具の外周に向かって広がり、かつ前記接地電極と接する２つの側辺を有し、前記２つの側辺と、前記溝の開口部における２つの開口端を通る直線との２つのなす角のうち少なくとも一方の角度θが、６５°≦θ≦８０°である場合には、溝と接地電極とが線接触した部分で高いジュール熱を得ることができる。その結果、より一層主体金具と接地電極との接合性が良好なスパークプラグを提供することができる。

図１は、本発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの一部断面全体説明図である。 図２は、主体金具の溝に接地電極が溶接された状態のスパークプラグの一例を示す要部断面説明図である。 図３は、主体金具に形成された溝の一例を示す簡略化した説明図である。 図４（ａ）〜（ｈ）は、主体金具の先端部における軸線方向に直交する断面における溝の断面形状及び接地電極の断面形状の例を示す説明図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、主体金具の溝に嵌め込まれた接地電極の一例を示すスパークプラグの要部断面説明図である。

本発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１に示す。図１は、本実施形態のスパークプラグの一部断面全体説明図である。図１では、紙面内下方をスパークプラグの先端方向、紙面内上方を後端方向として説明する。また、以下の各実施形態を示す各図面において、同一の部分については同一の符号を付している。このスパークプラグ１は、図１に示すように、軸線Ｘ方向に貫通する軸孔を有する絶縁体３と、前記軸孔の先端側に設けられた中心電極２と、前記絶縁体３を保持し、その外周の一部にネジ部５を有する筒状の主体金具４と、一方が前記主体金具４の先端部外周面２３に取り付けられ、他方と前記中心電極２の先端部とが火花放電ギャップＧを介して対向するように配置された接地電極６とを備えている。

主体金具４は、円筒形状を有しており、絶縁体３を内装することにより絶縁体３を保持するように形成されている。スパークプラグ１の先端方向における主体金具４の外周面にはネジ部５が形成されており、このネジ部５を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられる。なお、以下において主体金具４の先端部２１という場合には、スパークプラグ１の先端方向で開口している主体金具４の端面のことを指す。
主体金具４は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。

絶縁体３は、主体金具４の内周部に滑石（タルク）やパッキン等を介して保持されており、軸線Ｘ方向に沿って中心電極２を保持する軸孔を有する。絶縁体３の先端は、主体金具４の先端面から突出した状態で主体金具４に固着されている。
絶縁体３は、絶縁性及び耐熱性が高い材料で形成されていれば良く、そのような材料として例えば、アルミナを主体とするセラミック焼結体が挙げられる。

中心電極２は、外材７と、外材７の内部の軸心部に同心的に埋め込まれるように形成されて成る内材８とにより形成されている。中心電極２は、円柱体であり、先端が絶縁体３の先端面から突出した状態で絶縁体３の軸孔に固定されており、主体金具４に対して絶縁保持されている。外材７の先端面には、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｉｒ、Ｉｒ合金等により形成される円柱状の貴金属チップ９が溶融固着されていても良い。

外材７は、例えば、Ｎｉ合金などの耐熱性及び耐腐食性に優れた金属材料により形成されて成る。内材８は、例えば、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）などの熱伝導性に優れた金属材料により形成されて成る。

接地電極６は、耐腐食性の高い金属により形成されるのが好ましく、例えば、インコネル６００及び６０１等のＮｉ合金を挙げることができる。この接地電極６は、柱状であり、その一端が主体金具４に形成されている溝１１に接合され、途中で略Ｌ字に屈曲された外形を呈する。接地電極６の自由端と中心電極２の先端部とは軸線Ｘ方向に対向し、中心電極２と接地電極６の対抗面の間隙が火花放電ギャップＧを形成している。接地電極６における中心電極２に対向する面に、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｉｒ、Ｉｒ合金等により形成される円柱状貴金属チップ１０が溶融固着されていても良い。なお、中心電極２及び接地電極６の各端面に貴金属チップ９，１０が設けられている場合には、火花放電ギャップＧは、中心電極２における貴金属チップ９の先端面と接地電極６における貴金属チップ１０の先端面との間の間隙である。

図２は、主体金具の溝に接地電極が溶接された状態のスパークプラグの一例を示す要部断面説明図である。図２では、紙面内上方をスパークプラグ１の先端方向、紙面内下方を後端方向として説明する。このスパークプラグ１は、主体金具４におけるネジ部５が形成されていない先端部外周面２３に設けられた溝１１と、この溝１１に嵌め込まれ、一体に溶接された接地電極６とを備えている。このような構成を有することにより、ネジ部５の外径が１２ｍｍ以下、すなわちJIS B 8031:2005に規定されている取付ネジの呼びがＭ１２以下であっても、接地電極６と主体金具４との溶接部１２と中心電極２との間において横飛火が生じるのを防止し、しかも主体金具４と接地電極６との接合性が良好なスパークプラグを提供することができる。特に、前記主体金具４の先端部２１における軸線Ｘ方向に直交する断面において、前記主体金具４の内周面と前記絶縁体３の外周面との距離ｔが１．９ｍｍ以下の領域が存在する場合には、スパークプラグが前記構成を有することが、好ましい。

なお、溶接部１２は、接地電極６と主体金具４とを溶接する際に、接地電極６と主体金具４とを溶融し、両者を溶融固着することにより形成される。したがって、溶接部１２は、溶接の仕方により形成される場所が異なる。溶接部１２は、接地電極６と主体金具４とが接触する部分の全面に形成されても良いし、接地電極６と主体金具４とが接触する部分のうちの一部に形成されても良い。この溶接部１２と中心電極２との間で横飛火が問題になるのは、主体金具４の先端部２１に形成される溶接部１２及び主体金具４の先端部２１からはみ出すように形成される溶接部１２である。

この実施形態において、軸線Ｘ方向に直交する断面における溝１１の断面形状及び大きさは、軸線Ｘ方向のいずれの位置においても同一となっている。ネジ部５の終端２２から溝１１までの距離をａ、前記主体金具の先端部２１のうち溝１１が設けられた部分における主体金具４の径方向の厚みをｂ、前記主体金具の先端部２１の径方向における接地電極６の厚みをｃ、前記ネジ部５の谷の部分における主体金具４の径方向厚みをｄとしたとき、ａ≧０．３ｍｍかつｂ≧０．２ｍｍかつｃ＋ｂ≦ｄであるのが好ましく、ａ≧０．５ｍｍかつｂ≧０．５ｍｍかつｃ＋ｂ≦ｄであるのが特に好ましい。前記範囲内の位置に設けられた溝１１に接地電極６が嵌め込まれると、より一層接地電極６を主体金具４に強固に接合することができる。特に、接地電極６と主体金具４とを接合した後に、ネジ部５の転造を行ったとしても、接地電極６と主体金具４との溶接部１２にクラックが生じたり、主体金具４が変形したりするのを防止することができ、さらに、スパークプラグの使用時に高温下に曝されたとしても、接地電極６が主体金具４から剥離するのを防止することができる。

なお、ａの値は、軸線Ｘ方向における、主体金具４の先端部２１とネジ部５の終端２２との間の長さＬより大きくなることはない。また、ｂの値は、主体金具４の先端部２１における径方向の厚みＭより大きくなることはない。

また、ネジ部５の終端とは、主体金具４の先端部２１に最も近接したネジ部５におけるネジ溝である。

前述したように、主体金具４におけるネジ部５が設けられていない先端部外周面２３に設けられた溝１１に、接地電極６を嵌め込んで、一体に溶接することにより、本発明の効果を奏することができる。さらに、ａ≧０．３ｍｍ、特にａ≧０．５ｍｍであると、接地電極６と主体金具４とを接合した後に、ネジ部５の転造を行った時に、接地電極６と主体金具４との溶接部１２に、転造により生じる応力がかかるのを減じることができるので、この溶接部１２にクラックが生じるのを防ぐことができる。

さらに、ｂ≧０．３ｍｍ、特にｂ≧０．５ｍｍであると、接地電極６を主体金具４に抵抗溶接により接合する場合に、主体金具４が変形するのをより一層防止することができる。抵抗溶接する場合には、溝１１に接地電極６を嵌め込み、圧力をかけながら電流を流すことにより溶接する。このときにかけられる圧力で主体金具４が変形すると、主体金具４と中心電極２との距離が小さくなってしまう。そうすると、この部分で横飛火が生じる可能性が高くなると考えられる。すなわち、正常な状態では接地電極６の端部と中心電極２の端部との間に形成される火花放電ギャップＧにおいて火花放電が行われるところ、正常な火花放電が行なわれ難くなってしまう。したがって、主体金具４の変形を防止することができれば、主体金具４と中心電極２との間で横飛火が生じるのを防止することができるので好ましい。

図３は、主体金具に形成された溝の一例を示すスパークプラグの要部拡大斜視図である。図３では、紙面内上方をスパークプラグ１の先端方向、紙面内下方を後端方向として説明する。溝１１は、主体金具４におけるネジ部５が設けられていない先端部外周面２３に設けられている。図３では、溝１１は、主体金具４の先端部２１から主体金具４の軸線Ｘ方向に延在している。この溝１１に接地電極を嵌めこみ、接地電極と主体金具とを溶接により一体に形成すると、主体金具の内周に溶接ダレが発生しないため、接地電極の主体金具への溶接部と中心電極との間において横飛火が生じるのを防止し、しかも主体金具と接地電極との接合性が良好なスパークプラグを提供することができる。

軸線Ｘ方向の溝１１の長さをｅ、主体金具４の先端部２１における前記主体金具４の中心軸（軸線Ｘ）から前記主体金具４の外周面までの距離Ｒと前記中心軸から前記溝１１までの距離ｒとの差をｆとしたとき、ｅ≧０．６かつｆ≧１．２であるのが好ましく、ｅ≧１．０かつｆ≧１．２であるのが特に好ましい。溝１１の寸法が前記範囲内にあると、より一層接地電極６を主体金具４に強固に接合することができる。特に接地電極６に機械的負荷がかかったり、スパークプラグ１の使用時に、高温下に曝されたりしても、接地電極６が主体金具４から剥離するのを防止することができる。

なお、ｅの最大値は、軸線Ｘ方向における、主体金具４の先端部２１とネジ部５の終端２２との間の長さＬにより決定される。すなわち、ネジ部５に溝１１が設けられることはない。また、ｆの最大値は、主体金具４の先端部２１における半径方向の厚みＭにより決定される。すなわち、軸線Ｘの半径方向における溝１１の深さが主体金具４の半径方向の厚みＭよりも大きくなることはない。

主体金具４の先端部外周面２３における溝１１の端部ｇ１，ｇ２間の距離をｇとすると、距離ｇは、溝１１に接地電極６を嵌め込み、一体に溶接したとき、所望の強度で主体金具４と接地電極６とが接合される限り任意の寸法をとることができ、溝１１に溶接される接地電極６の大きさ及び形状などにより適宜選択される。

図４は、主体金具の先端部における軸線Ｘ方向に直交する断面における、溝の断面形状及び接地電極の断面形状の例を示す説明図である。ここでは、溝１１及び接地電極６の断面形状が、軸線Ｘ方向における任意の断面において同一である場合について説明する。

溝１１は、主体金具４の先端部外周面２３が円形であるのに対し、この先端部外周面２３を形成する円よりも中心軸側に凹んでいる凹部を形成している部分である。溝１１の形状は、この凹部に接地電極６を嵌め込み、一体に溶接した時、所望の強度で主体金具４と接地電極６とが接合される限り適宜の形状をとることができる。図４に示されるように、主体金具４の先端部外周面２３における溝１１の端部ｇ１，ｇ２を結んだ線分と主体金具４に形成されている溝１１の内周面とにより囲まれる部分を、溝１１の断面形状とすると、溝１１の断面形状としては、例えば、方形、台形、三角形等の多角形、半円形等の形状をとることができる。また、図４（ｇ）のように、主体金具４の先端部外周面２３を切り落とすことにより得られる形状、すなわちｇ１とｇ２とを結ぶ線分と溝１１の内周面とが一致して直線となるような形状をとることもできる。

接地電極６の、軸線Ｘ方向に直交する断面における断面形状としては、主体金具４との接合性が良好であり、スパークプラグとしての性能が維持される限り適宜の形状をとることができる。例えば、方形、台形、三角形等の多角形、半円形、円形等の形状をとることができる。

溝１１の形状と接地電極６の形状とは、これらの形状から適宜選択して組合せて使用することができる。図４（ａ）〜（ｈ）は、溝１１の形状と接地電極６の形状とを適宜選択して組合せた場合の一例を示している。

図４（ａ）における溝１１ａの断面形状は、端部ｇ１，ｇ２を結んだ線分を長辺とする長方形である。この長方形の溝１１ａに、この溝１１ａよりも僅かに小さい長方形の断面を有する接地電極６ａが嵌め込まれている。

図４（ｂ）における溝１１ｂの断面形状は、正方形である。この溝１１ｂに円形の断面を有する接地電極６が嵌め込まれ、この正方形の３辺に、円形の接地電極６が接している。

図４（ｃ）における溝１１ｃの断面形状は、主体金具４の外周に向かって広がる２つの側辺ｎ１，ｎ２を有する台形である。この溝１１ｃに長方形の断面を有する接地電極６ｃが嵌め込まれている。この台形の溝１１ｃの２つの側辺ｎ１，ｎ２に、長方形の接地電極６ｃの２つの角が接し、台形の溝１１ｃの上底と長方形の接地電極６ｃの長辺とが平行になるように、接地電極６ｃが溝１１ｃに嵌め込まれている。

図４（ｄ）における溝１１ｄの断面形状は、図４（ｃ）と同様の台形である。この溝１１ｄに半円形の断面を有する接地電極６ｄが嵌め込まれている。この台形の溝１１ｄの２つの側辺ｎ１，ｎ２に、半円形の接地電極６ｄの２つの角が接し、台形の溝１１ｄの上底と半円形の接地電極６ｄの直線部分とが平行になるように、接地電極６ｄが溝に嵌め込まれている。

図４（ｅ）における溝１１ｅの断面形状は、主体金具４ｅの外周上に中心を有する半円形である。この溝１１ｅに長方形の断面を有する接地電極６ｅが嵌め込まれ、この半円形の溝１１ｅの内周面に、長方形の接地電極６ｅの２つの角が接している。

図４（ｆ）における溝１１ｆの断面形状は、図４（ｅ）と同様の半円形である。この溝１１ｆに六角形の断面を有する接地電極６ｆが嵌め込まれ、この半円形の溝１１ｆの内周面に、六角形の接地電極６ｆの４つの角が接している。

図４（ｇ）における溝１１ｇの断面形状は、ｇ１とｇ２とを結ぶ線分が溝１１ｇの内周面に一致することにより、直線となっている。この溝１１ｇに長方形の断面を有する接地電極６ｇが取り付けられ、この直線状の溝１１ｇに、長方形の接地電極６ｇの長辺が接触している。

図４（ｈ）における溝１１ｈの断面形状は、ｇ１とｇ２とを結ぶ線分を下底とする台形である。この台形の溝１１ｈに、この溝１１ｈよりも僅かに小さい台形の断面を有する接地電極６ｈが嵌め込まれている。

溝１１の断面形状と接地電極６の断面形状との組合せは、実施態様に応じて適宜選択すれば良い。ただし、抵抗溶接により接地電極６と主体金具４とを溶接する場合には、これらの中でも、溝１１の内周面と接地電極６とが線接触又は点接触する形状の組合せを選択するのが好ましい。抵抗溶接する場合には、溝１１に接地電極６を嵌め込み、圧力をかけながら電流を流すことにより溶接する。その際、溝１１の内周面と接地電極６とが線接触、特に点接触していると、この接触部分において抵抗値が大きくなるので、ジュール熱が大きくなる。そうすると、接地電極６と主体金具４とが接触している部分において十分に溶融されるので、溶接性が良好になる。溶接性については、折り曲げ試験により評価することができる。溝１１の内周面と接地電極６とが線接触又は点接触する場合は、溝１１と接地電極６とのいずれか一方又は両方における少なくとも一部に凹凸があるか、又は一方と他方とが嵌合するような形状ではないために、溝１１の内周面と接地電極６の面とが全体に亘って接触していない状態である。

図４に示した本発明に係るスパークプラグの実施形態においては、溝１１及び接地電極６の断面形状が、軸線Ｘ方向における任意の断面において同一である場合であるので、軸線Ｘ方向における断面において主体金具４と接地電極６とが少なくとも１箇所において点接触している、図４（ｂ）〜（ｆ）の例は、この接している点において、軸線Ｘ方向に溝１１の内周面と接地電極６とが線接触している。溝１１と接地電極６とが線接触している態様として、図５に別の例を示す。図５（ａ）に示した本発明に係るスパークプラグの他の実施形態においては、軸線Ｘ方向に沿って凹凸を有する接地電極６ｉが、軸線Ｘ方向に沿って凹凸のない平らな溝１１に嵌め込まれているので、接地電極６ｉの軸線Ｘ方向に直交する方向において、主体金具４の内周面と接地電極６ｉとが複数箇所において線接触をしている。また、図５（ｂ）に示した本発明に係るスパークプラグの他の実施形態においては、軸線Ｘ方向に沿って凹凸のない平らな接地電極６が、軸線Ｘ方向に沿って凹凸を有する溝１１ｊに嵌め込まれているので、図５（ａ）に示されたスパークプラグと同様に複数箇所において線接触をしている。

図４（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、溝１１ｃ，１１ｄと、この溝１１ｃ，１１ｄに軸線Ｘ方向に沿って線接触するように嵌め込まれた接地電極６ｃ，６ｄとが、抵抗溶接により一体に形成される場合には、特に、軸線Ｘ方向に直交する断面において、この溝１１ｃ，１１ｄは、主体金具４ｃ，４ｄの外周に向かって広がりかつ前記接地電極６ｃ，６ｄと接する２つの側辺ｎ１，ｎ２を有し、これらの側辺ｎ１，ｎ２と溝１１ｃ，１１ｄの開口部における２つの開口端ｇ１、ｇ２を通る直線との２つのなす角θ１，θ２のうち少なくとも一方の角度θが、６５°≦θ≦８０°であるのが好ましい。角度θが前記範囲内にあると、溝１１ｃ，１１ｄと接地電極６ｃ，６ｄとが線接触した部分で高いジュール熱を得ることができる。その結果、より一層主体金具４ｃ，４ｄと接地電極６ｃ，６ｄとの接合性が良好なスパークプラグを提供することができる。

なお、角度θ１と角度θ２とは、異なっていても良いが、前記範囲内の角度で同一の角度を有するのが好ましい。また、接地電極６ｃ，６ｄの断面形状は、適宜の形状を選択することができるが、台形の側辺ｎ１，ｎ２と接する角が略直角であるのが好ましく、方形、その他の多角形、半円形等を挙げることができる。図４（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、軸線Ｘに直交する断面において、接地電極６ｃ，６ｄは、溝１１ｃ，１１ｄの内周面に複数箇所で点接触するように配置されるのが好ましい。

なお、接地電極の主体金具への溶接方法としては、接地電極と主体金具とが確実に溶融固着される限り、適宜の溶接手法を選択することができ、例えば、抵抗溶接及びレーザ溶接などを挙げることができる。

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。上述した実施形態のスパークプラグ１は、基本的には周知の製造方法を用いて製造することができる。本発明においては、接地電極の主体金具への接合方法のみを従来の方法と異なる方法としている。

まず、主体金具製造工程として、低炭素鋼などにより形成される略筒状体の主体金具を加工して、所望の形状を有する主体金具を製造する。

次いで、切削工程として、この主体金具の先端部外周面に、例えば、図３に示すような角柱状の溝を切削により形成する。溝の形成方法としては、この他にも、冷間鍛造で形成することができる。このとき、溝の形状は、上述したように、接地電極の形状との関係などを考慮して、適宜の形状とすることができる。

主体金具製造工程及び切削工程と並行して、接地電極製造工程として、インコネル６００及び６０１などにより形成される棒状体を加工して、所望の形状を有する接地電極を製造する。

次いで、溶接工程として、切削工程で主体金具に形成した溝に接地電極を嵌め込み、抵抗溶接及びレーザ溶接などの適宜の方法により、主体金具と接地電極とを溶接する。

次いで、転造工程として、接地電極を溶接した主体金具の外周面にネジ部を転造する。なお、ネジ部は、主体金具の外周面であって、接地電極が溶接されていない部分に転造することが重要である。

この後、絶縁体と一体化した中心電極を主体金具に組み付け、接地電極に曲げ加工を行うことにより、火花放電ギャップＧを形成する。

なお、接地電極の曲げ加工は、接地電極製造工程で行っても良い。このようにして、スパークプラグ１を製造することができる。

なお、上述した本発明に係るスパークプラグの実施形態において、本発明の範囲内で種々の変更を加えることができる。例えば、溝は、接地電極を嵌め込み、一体に溶接したとき、スパークプラグとしての性能が維持される限り、適宜の形状をとることができ、軸線方向に直交する任意の断面における溝の断面形状及び面積は、同一であっても異なっていても良い。例えば、主体金具の先端部２１に向かって溝の断面積が大きくなっても良いし、図５（ｂ）に示すように溝の内周面に凹凸を有する形状でも良い。

本発明に係るスパークプラグは、自動車用エンジンの点火栓として使用されるものであり、エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に挿入されて固定されて使用される。

＜試験体の作製＞
以下のようにして、試験体１〜１５を作製した。
まず、炭素鋼の棒材に冷間加工を行って、主体金具を形成した（主体金具製造工程）。
次いで、主体金具の先端部外周面に軸線に平行な溝を切削によって形成した。形成された溝は、すべて軸線方向に直交するいずれの断面においても同一形状であり、その形状は方形であった。表１及び２に示すように、溝の位置及び寸法を変化させて、複数の主体金具を作製した（切削工程）。
次いで、この溝に接地電極を嵌め込み、抵抗溶接により主体金具と接地電極とを溶接した（溶接工程）。この接地電極は、ニッケル合金により構成され、接地電極の長手方向に直交する断面形状が短辺１．１ｍｍ、長辺２．２ｍｍの角柱体である。図４（ａ）に示されるように、接地電極の長辺が主体金具の半径方向に直交するようにして接地電極を溝に接合させた。
次いで、主体金具の外周面であって、接地電極が溶接されていない部分にネジ部を転造した（転造工程）。
次いで、絶縁体と一体化した中心電極を主体金具に組み付け、接地電極に曲げ加工を行うことにより、火花放電ギャップＧを形成して、試験体１〜１５を作製した。

主体金具に形成される溝の形状が異なる以外は試験体１〜１５と同様にして、試験体２１〜２９を作製した。形成された溝は、すべて軸線方向に直交するいずれの断面においても同一形状である。この溝の断面形状は、図４（ｃ）に示されるように、主体金具の外周に向かって広がる略台形であり、この台形の下底ｇ１，ｇ２と両側辺ｎ１，ｎ２とのなす角θ１，θ２を４５°〜８５°まで５°間隔で変化させた形状を有する溝を主体金具に形成した（切削工程）。なお、接地電極の形状は、試験体１〜１５と同様の角柱体である。接地電極の２つの角が溝の台形の側辺ｎ１，ｎ２に接し、かつ台形の溝の上底と接地電極の一辺とが平行になるように、接地電極を溝に嵌め込んだ。このとき、接地電極と主体金具の溝とが、軸線方向に線接触している。

なお、試験体１〜１５、２１〜２９のいずれもネジ部の呼びはＭ１２である。また、試験体１〜１５、２１〜２９のいずれも主体金具の内周面と絶縁体の外周面との距離を数箇所測定したところ、これらの平均値は、１．４７ｍｍであった。また、ネジ部の谷の部分における主体金具の径方向の厚みｄは、１．８ｍｍであった。

試験体１〜１５に、絶縁体及び中心電極を取り付けて、スパークプラグの試験体Ｓ１〜Ｓ１５を作製した。このとき、接地電極を屈曲させて、接地電極の端部と中心電極の端部とにより形成される火花放電ギャップが１．１ｍｍとなるようにした。また、主体金具の先端部における軸線方向に直交する断面における、絶縁体の外周面と主体金具の内周面との距離の最小値は、１．４４ｍｍであった。

＜評価方法＞
前述のように作製した試験体を使用して以下の試験を行い、主体金具と接地電極との接合性及び横飛火の発生の有無を評価した。各評価は、１０個の試験体を試験した結果の平均値により行った。
（溶接部のクラック発生）
試験体１〜７について、主体金具と接地電極との溶接部を拡大鏡により観察し、クラックの発生状態を確認し、下記の基準にしたがって評価した。試験結果を表１に示す。
◎：クラックなし
○：１mm以下であり性能上問題が無いレベル
△：１mm以上であり性能上問題が有るレベル

（主体金具の変形）
試験体１〜７について、主体金具ネジ部の転造前後における主体金具先端部外径の寸法を測定することにより、主体金具の変形を評価した。試験体１〜７について、それぞれ１０個づつ測定し、主体金具ネジ部の転造前後の測定値の差の平均値について、下記の基準に従って評価した。試験結果を表１に示す。
◎：差が０．０５mm以内
○：差が０．１mm以内
△：差が０．１mm以上

（折り曲げ試験）
試験体８〜１５について折り曲げ試験を行い、接地電極の破断強度を評価した。まず接地電極を、治具で挟み込み、この治具を主体金具先端面まで突き当てながら接地電極を９０°折り曲げ、その後元に戻す。この作業を繰り返し、接地電極が破断する回数を調べた。９０°折り曲げたところで０．５回、元に戻したところで１．０回というようにカウントし、下記の基準に従って評価した。試験結果を表２に示す。
◎：３．５回以上
○：３回以上
△：２．５回以上

（加熱試験後の剥離性）
試験体１〜１５について加熱試験を行い、その後接地電極の主体金具からの剥離性を評価した。まず、接地電極と主体金具とを接合した部分を、ガスバーナーで加熱して２分間１０００℃に保持した後、１分間徐冷するという操作を１０００回繰り返すことにより加熱試験を行った。次いで、加熱試験後の試験体１〜１５について、主体金具から接地電極の剥離の程度を拡大鏡により観察し、下記の基準に従って評価した。試験結果を表１及び２に示す。
◎：酸化スケール０％
○：酸化スケール５０％以下
△：酸化スケール５０％以上

（溶接性）
試験体２１〜２９について、主体金具への接地電極の溶接性を評価した。まず接地電極を、治具で挟み込み、この治具を主体金具先端面まで突き当てながら接地電極を９０°折り曲げ、その後元に戻す。この作業を繰り返し、接地電極の溶接部にクラックが入る回数を調べた。９０°折り曲げたところで０．５回、元に戻したところで１．０回というようにカウントし、下記の基準に従って評価した。試験結果を表３に示す。
◎： ２．０回以上
○： １．５回以上
△： １．０回以上

（横飛火試験）
スパークプラグの試験体Ｓ１〜Ｓ１５を、火花放電試験機（２５℃、０．８ＭＰａ）に設置して、ＪＩＳ Ｂ ８０３１に準拠して放電させた。スパークプラグの試験体Ｓ１〜Ｓ１５は、いずれも横飛火が発生しなかった。表１及び２には、この試験結果を◎で示した。

なお、表１及び２において、ａ、ｂ、ｅ、及びｆは、図２及び３に示した部分の寸法であり、ａは、ネジ部の終端から溝までの距離、ｂは、主体金具の先端部のうち溝が設けられた部分における主体金具の径方向の厚み、ｅは、軸線方向の溝の長さ、ｆは、主体金具の先端部における主体金具の中心軸から外周面までの距離と前記中心軸から溝までの距離との差を示している。なお、厚みｂは、軸線方向におけるいずれの部分においても一定であった。また、溝は軸線に平行になるように形成されていた。

試験体１〜１５において、表１及び２に示すように溝の位置及び大きさを変化させたところ、いずれも主体金具と接地電極との接合性評価の結果及び横飛火試験の結果は良好であった。

試験体２１〜２９において、角度θ（θ１＝θ２）を４５°〜８５°まで変化させたところ、いずれも溶接性が良好であった。

１ スパークプラグ
２ 中心電極
３ 絶縁体
４ 主体金具
５ ネジ部
６ 接地電極
７ 外材
８ 内材
９、１０ 貴金属チップ
１１ 溝
１２ 溶接部
２１ 先端部
２２ 終端
２３ 先端部外周面

Claims (6)

1. 軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
   前記絶縁体を保持し、その外周の一部にネジ部を有する筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部外周面に取り付けられ、前記中心電極の先端部との間に放電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において、
   前記ネジ部の外径が１２ｍｍ以下であり、
   前記主体金具におけるネジ部が設けられていない先端部外周面に設けられた溝と、前記溝に嵌め込まれ、一体に溶接された接地電極とを備えることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記主体金具の先端部における前記軸線方向に直交する断面において、前記主体金具の内周面と前記絶縁体の外周面との距離が１．９ｍｍ以下の領域が少なくとも存在す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. ネジ部の終端から溝までの距離をａ、前記主体金具の先端部のうち前記溝が設けられた部分における前記主体金具の径方向の厚みをｂ、前記主体金具の先端部の径方向における前記接地電極の厚みをｃ、前記ネジ部の谷の部分における前記主体金具の径方向厚みをｄとしたとき、ａ≧０．３ｍｍかつｂ≧０．２ｍｍかつｃ＋ｂ≦ｄであることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
4. 前記軸線方向の前記溝の長さをｅ、前記主体金具の先端部における前記主体金具の中心軸から前記主体金具の外周面までの距離と前記中心軸から前記溝までの距離との差をｆとしたとき、ｅ≧０．６ｍｍかつｆ≧１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
5. 前記溝と前記溝に線接触して嵌め込まれた前記接地電極とが、抵抗溶接により一体に形成されて成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
6. 前記主体金具の先端部における前記軸線方向に直交する断面において、前記溝は前記主体金具の外周に向かって広がり、かつ前記接地電極と接する２つの側辺を有し、前記２つの側辺と、前記溝の開口部における２つの開口端を通る直線との２つのなす角のうち少なくとも一方の角度θが、６５°≦θ≦８０°であることを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。

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