JP5715652B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグ及びその製造方法に関する。

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接合される接地電極とを備えている。接地電極は、自身の先端部が中心電極の先端部と対向するように曲げ返されており、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間には火花放電間隙が形成される。そして、火花放電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。

また、一般に接地電極は、抵抗溶接により主体金具の先端面に接合される。より詳しくは、接地電極の後端面を主体金具の先端面に押し当てた状態で、両者の接触面に通電することにより、接地電極は主体金具に接合される（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１１−２２８２５０号公報

ところで、主体金具の先端面や接地電極の後端面の状態によっては、主体金具に対して接地電極を接合する際に、接地電極が狙いの接合位置から主体金具の径方向に沿ってずれ動いてしまうことがある。このような接地電極のずれ動きが生じてしまうと、接地電極の先端部と中心電極の先端部との対向面積が狙いの面積に対して増減してしまい、着火性及び耐久性のうちの一方が不十分となってしまうおそれがある。具体的には、対向面積が狙いの面積よりも増加してしまうと、消耗体積の増大により耐久性は向上するものの、電極により火炎核の成長が阻害されやすくなるため、着火性が低下してしまう。一方、対向面積が狙いの面積よりも減少してしまうと、火炎核が成長しやすくなり、着火性は向上するものの、消耗体積が減少し、耐久性が低下してしまう。

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、抵抗溶接により主体金具に対して接地電極を接合する際に、接地電極のずれ動きを効果的に抑制することができ、ひいては着火性や耐久性にバラツキが生じてしまうことをより確実に防止できるスパークプラグ及びそ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．本構成のスパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
抵抗溶接により自身の後端部が前記主体金具の先端面に接合され、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する棒状の接地電極とを備えるスパークプラグであって、
前記主体金具の先端面には、自身の幅が前記接地電極の後端部の厚さよりも大きい溝部が設けられ、
前記溝部の少なくとも一部は、自身を通るとともに前記軸線を含む断面において、前記主体金具の外周面と前記主体金具の内周面との間に配置され、
前記溝部のうち前記主体金具の外周面と前記主体金具の内周面との間に配置される部位内に前記接地電極の後端面が配置された状態で、前記主体金具の先端面に前記接地電極が接合され、
前記軸線を含む断面における前記溝部は、前記接地電極の後端部の厚さよりも大きい幅と、前記接地電極の後端部の厚さよりも小さい幅とを有していることを特徴とする。

上記構成１によれば、溝部のうち主体金具の外周面と主体金具の内周面との間に配置される部位内に接地電極の後端面が配置された状態で、主体金具に対して接地電極が接合されるように構成されている。すなわち、主体金具の外周側部分と主体金具の内周側部分との間に接地電極の後端面を配置した状態で、接地電極が接合されるように構成されている。従って、抵抗溶接時において、主体金具の外周側部分及び主体金具の内周側部分により、主体金具の径方向に沿った接地電極の移動を規制することができ、接地電極のずれ動きを効果的に抑制することができる。その結果、中心電極及び接地電極の対向面積をより確実に狙いの面積とすることができ、着火性や耐久性にバラツキが生じてしまうことをより確実に防止できる。
また、上記構成１によれば、溝部の幅が軸線方向後端側に向けて徐々に減少するように構成すること等により、溝部は、接地電極の後端部の厚さよりも大きい幅と、接地電極の後端部の厚さよりも小さい幅とを有している。従って、抵抗溶接時において、接地電極を主体金具の先端面（溝部を形成する面）に押し当てた際に、主体金具の先端面から接地電極に対して接地電極を挟み込む方向の力が加わることとなる。その結果、接地電極のずれ動きをより一層効果的に抑制することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記溝部の前記主体金具の周方向に沿った長さが、前記接地電極の後端部の幅よりも大きいことを特徴とする。

上記構成２によれば、抵抗溶接時において、接地電極の後端面の全域を溝部内に配置することができる。従って、抵抗溶接時における接地電極のずれ動きを一層効果的に抑制することができる。

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、前記溝部は、前記主体金具の周方向全域に亘って設けられることを特徴とする。

尚、溝部を主体金具の周方向全域に亘って設けた場合、「前記溝部の前記主体金具の周方向に沿った長さ」とあるのは、主体金具の径方向に沿った溝部の中心を通り、主体金具の周方向に沿って延びる線の長さをいう。

主体金具の先端面の一部のみに溝部が形成されている場合には、主体金具に対する接地電極の接合位置が溝部の形成位置に限定されてしまう。

この点、上記構成３によれば、主体金具の周方向全域に亘って溝部が設けられている。従って、主体金具に対する接地電極の接合位置を自由に選択することができる。

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、前記溝部の前記軸線に沿った深さが０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。

上記構成４によれば、主体金具の外周側部分及び主体金具の内周側部分により、接地電極の移動をより確実に規制することができ、接地電極のずれ動きを一層効果的に抑制することができる。その結果、中心電極及び接地電極の対向面積を一層確実に狙いの面積とすることができ、着火性や耐久性にバラツキが生じてしまうことをより一層確実に防止できる。

構成５．本構成のスパークプラグの製造方法は、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
自身の後端部が前記主体金具の先端面に接合され、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する棒状の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、
前記主体金具の先端面に、自身の幅が前記接地電極の後端部の厚さよりも大きい溝部を設ける溝部形成工程と、
抵抗溶接により、前記主体金具の先端面に前記接地電極を接合する接合工程とを含み、
前記溝部形成工程において、前記溝部の少なくとも一部は、自身を通るとともに前記軸線を含む断面において、前記主体金具の外周面と前記主体金具の内周面との間に配置されるように形成され、
前記接合工程において、前記溝部のうち前記主体金具の外周面と前記主体金具の内周面との間に配置される部位内に前記接地電極の後端面が配置された状態で、前記主体金具の先端面に前記接地電極が接合され、
前記軸線を含む断面における前記溝部は、前記接地電極の後端部の厚さよりも大きい幅と、前記接地電極の後端部の厚さよりも小さい幅とを有していることを特徴とする。

上記構成５によれば、上記構成１と同様の作用効果が奏されることとなる。

構成６．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成５において、前記溝部の前記主体金具の周方向に沿った長さが、前記接地電極の後端部の幅よりも大きいことを特徴とする。

上記構成６によれば、上記構成２と同様の作用効果が奏されることとなる。

構成７．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成５又は６において、前記溝部は、前記主体金具の周方向全域に亘って設けられることを特徴とする。

上記構成７によれば、上記構成３と同様の作用効果が奏されることとなる。

構成８．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成５乃至７のいずれかにおいて、前記溝部の前記軸線に沿った深さが０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。

上記構成８によれば、上記構成４と同様の作用効果が奏されることとなる。

構成９．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成５乃至８のいずれかにおいて、前記接合工程後において、
前記接地電極の切断による前記接地電極の長さの調整を行わないことを特徴とする。

中心電極と接地電極との対向面積を狙いの面積とするために、接地電極を切断し、接地電極の長さを調整することが考えられる。しかしながら、この場合には、接地電極を切断するための工程を別途設ける必要が生じてしまい、生産性の低下を招いてしまうおそれがある。

この点、上記構成５等によれば、中心電極と接地電極との対向面積をより確実に狙い面積とすることができる。そのため、上記構成９のように、接地電極の切断による接地電極の長さ調整を不要とすることができ、生産性の向上を図ることができる。

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一部破断拡大正面図である。 主体金具の先端面等の構成を示す底面図である。 溝部形成面等の構成を示す拡大端面図である。 溝部形成面の別例を示す拡大端面図である。 主体金具に対する接地電極の溶接態様を示す拡大断面図である。 ねじ径をＭ１０としたサンプル１において、各溶接位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１４としたサンプル１において、各溶接位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１０としたサンプル２において、各溶接位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１４としたサンプル２において、各溶接位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１０としたサンプル３において、各溶接位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１４としたサンプル３において、各溶接位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１０としたサンプル４において、各接地電極配置位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１４としたサンプル４において、各接地電極配置位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１０としたサンプル５において、各接地電極配置位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１４としたサンプル５において、各接地電極配置位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１０としたサンプル６において、各接地電極配置位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１４としたサンプル６において、各接地電極配置位置におけるサンプルの数を示すグラフである。 ねじ径をＭ１０としたサンプル４〜６における、安定着火限界時期の最大値及び最小値を示すグラフである。 ねじ径をＭ１４としたサンプル４〜６における、安定着火限界時期の最大値及び最小値を示すグラフである。 別の実施形態における溝部の構成を示す底面図である。 別の実施形態における溝部の構成を示す底面図である。 別の実施形態における溝部形成面の構成を示す拡大端面図である。 別の実施形態における溝部形成面の構成を示す拡大端面図である。 別の実施形態における溝部形成面の構成を示す拡大端面図である。

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が挿設されている。中心電極５は、熱伝導性に優れる金属〔例えば、銅や銅合金、純ニッケル（Ｎｉ）等〕からなる内層５Ａと、Ｎｉを主成分とする合金からなる外層５Ｂとを備えている。また、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、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の後端側には座部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が設けられている。また、主体金具３の後端部には、径方向内側に向けて屈曲する加締め部２０が設けられている。

さらに、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の先端面２６には、Ｎｉを主成分とする合金からなる棒状の接地電極２７が設けられている。接地電極２７は、自身の後端部が主体金具３の先端面２６に溶接されるとともに、自身の中間部分が曲げ返されて、自身の先端側側面が中心電極５の先端部と対向している。また、中心電極５の先端部と接地電極２７の先端部との間には、間隙としての火花放電間隙２８が形成されている。そして、当該火花放電間隙２８に電圧が印加されることで、火花放電間隙２８において軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。

さらに、主体金具３の先端面２６には、自身の幅（最大幅）ＤＷが接地電極２７の後端部の厚さＧＴよりも大きな溝部３１が形成されている。溝部３１は、図３に示すように、主体金具３の周方向全域に亘って延びる環状をなし、溝部３１の主体金具３の周方向に沿った長さＤＬは、接地電極２７の後端部の幅ＧＷよりも大きなものとされている。尚、溝部３１を主体金具３の周方向全域に亘って設けられる場合において、「溝部３１の長さＤＬ」とあるのは、主体金具３の径方向に沿った溝部３１の中心を通り、主体金具３の周方向に沿って延びる環状の線ＬＩの長さをいう。

さらに、図４に示すように、溝部３１は、少なくとも接地電極２７の後端部が配置される部位において（本実施形態では、周方向全域において）、軸線ＣＬ１に沿った深さ（最大深さ）ＤＤが０．１ｍｍ以上とされている。

加えて、主体金具３の先端面２６のうち溝部３１を形成する溝部形成面２６Ａは、径方向内側に向けて軸線ＣＬ１方向先端側に傾斜する内周側傾斜面２６Ｂと、径方向外側に向けて軸線ＣＬ１方向先端側に傾斜する外周側傾斜面２６Ｃとを備えている。内周側傾斜面２６Ｂ及び外周側傾斜面２６Ｃは、隣接するとともに、先端面２６の最外周と先端面２６の最内周との軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った中心を通り軸線ＣＬ１に平行な仮想面ＶＬを挟んで対称となるように形成されている。すなわち、溝部形成面２６Ａは、軸線ＣＬ１を含む断面において、Ｖ字状をなすように構成されている。

尚、内周側傾斜面２６Ｂや外周側傾斜面２６Ｃは平坦状でなくてもよく、例えば、図５に示すように、内周側傾斜面３６Ｂや外周側傾斜面３６Ｃが湾曲面状をなすように溝部形成面３６Ａを構成してもよい。すなわち、軸線ＣＬ１を含む断面において、溝部形成面３６ＡがＵ字状をなしていてもよい。

加えて、図４に示すように、溝部３１の少なくとも一部（本実施形態では、溝部３１の全域）は、自身を通るとともに軸線ＣＬ１を含む断面において、主体金具３の外周面３Ａと主体金具３の内周面３Ｂとの間に配置されている。すなわち、溝部３１の少なくとも一部は、自身を通るとともに軸線ＣＬ１を含む断面において、主体金具３の外周側部分と主体金具３の内周側部分とで挟まれた状態となっている。

また、上述の通り、溝部形成面２６Ａが内周側傾斜面２６Ｂ及び外周側傾斜面２６Ｃを有することから、軸線ＣＬ１を含む断面における溝部３１は、接地電極２７の後端部の厚さＧＴよりも大きい幅と、前記厚さＧＴよりも小さい幅とを有している。

加えて、本実施形態では、主体金具３に対して接地電極２７を接合するにあたって、溝部３１のうち主体金具３の外周面３Ａと主体金具３の内周面３Ｂとの間に配置される部位内に接地電極２７の後端面が配置された状態で、抵抗溶接により主体金具３の先端面２６に接地電極２７が接合されるように構成されている。

尚、本実施形態では、主体金具３の先端面２６のうち接地電極２７が接合された部位に溝部３１が存在しているが、溶接条件によっては、接地電極２７の接合時に主体金具３の先端面２６が平坦状となり、主体金具３のうち接地電極２７の接合部位において溝部３１を確認できないことがある。しかしながら、少なくとも主体金具３に対して接地電極２７を接合する際に、先端面２６のうち接地電極２７の接合予定部位に溝部３１が形成されていればよい。

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、鉄系素材やステンレス素材）に対して冷間鍛造加工等を施すことにより概形を形成するとともに、貫通孔を形成する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具３を得る。

次いで、溝部形成工程において、塑性加工や切削加工を行うことで、主体金具３の先端面２６に前記溝部３１を形成する。このとき、溝部３１の少なくとも一部（本実施形態では、溝部３１の全域）は、自身を通るとともに軸線ＣＬ１を含む断面において、主体金具３の外周面と主体金具３の外周面との間に配置されるように構成される。また、溝部３１は、主体金具３の周方向全域に亘って形成される。加えて、溝部３１は、少なくとも後述する接合工程において接地電極２７が配置される部位（本実施形態では、周方向全域）における深さＤＤが０．１ｍｍ以上とされる。尚、本実施形態において、深さＤＤは、０．５ｍｍ以下とされる。

さらに、主体金具３とは別にＮｉ合金からなる直棒状（針状）の接地電極２７を製造しておく。

次いで、製造された接地電極２７を主体金具３の先端面２６に抵抗溶接する。より詳しくは、図６に示すように、所定の治具ＪＧ１，ＪＧ２により接地電極２７の外周を挟み込み、保持した上で、接地電極２７の後端面２７Ｅを溝部３１のうち主体金具３の外周面３Ａと主体金具３の内周面３Ｂとの間に配置される部位内に配置する。その上で、接地電極２７に対して主体金具３側へと荷重を加えることにより、接地電極２７の後端面２７Ｅを主体金具３の先端面２６に押圧しつつ、接地電極２７及び主体金具３の接触部分に電流を流す。これにより、接地電極２７が主体金具３の先端面２６に溶接される。尚、接地電極２７に対して主体金具３側へと荷重を加える際に、接地電極２７の後端面２７Ｅのうち主体金具３の外周側に位置する部位は、前記外周側傾斜面２６Ｂに接触し、また、接地電極２７の後端面２７Ｅのうち主体金具３の内周側に位置する部位は、前記内周側傾斜面２６Ｃに接触するように構成されている。

次に、接合工程において生じた、いわゆる「ダレ」を除去した上で、転造によって主体金具３の所定部位にねじ部１５を形成する。尚、ねじ部１５の形成後、耐食性の向上を図るべく、接地電極２７の溶接された主体金具３の表面に、亜鉛メッキやＮｉメッキを設けることとしてもよい。また、耐食性の更なる向上を図るべく、亜鉛メッキやＮｉメッキの表面に、さらにクロメート処理を施すこととしてもよい。

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て、成形用素地造粒物を調製するとともに、当該成形用素地造粒物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。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され整形されるとともに、整形されたものが焼成炉で焼成されることにより、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、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したＮｉ合金に鍛造加工を施すことで中心電極５を作製する。

次に、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、後方から前記端子電極６で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱されることで焼成される。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製された中心電極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とが固定される。より詳しくは、主体金具３に絶縁碍子２を挿通した上で、比較的薄肉に形成された主体金具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絶縁碍子２と主体金具３とが固定される。

そして最後に、接地電極２７の中間部分を中心電極５側に屈曲させるとともに、中心電極５及び接地電極２７間の火花放電間隙２８の大きさを調整することにより上述したスパークプラグ１が得られる。

尚、上述の通り、本実施形態では、接合工程後において、接地電極２７を切断することによる接地電極２７の長さの調整は行われないようになっている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、抵抗溶接時において、溝部３１のうち主体金具３の外周面３Ａと主体金具３の内周面３Ｂとの間に配置される部位内に接地電極２７の後端面２７Ｅが配置された状態で、主体金具３に対して接地電極２７が接合されるように構成されている。従って、抵抗溶接時において、主体金具３の外周側部分及び主体金具３の内周側部分により、主体金具３の径方向に沿った接地電極２７の移動を規制することができ、接地電極２７のずれ動きを効果的に抑制することができる。その結果、中心電極５及び接地電極２７の対向面積をより確実に狙いの面積とすることができ、着火性や耐久性にバラツキが生じてしまうことをより確実に防止できる。

さらに、溝部３１の主体金具３の周方向に沿った長さＤＬが、接地電極２７の後端部の幅ＧＷよりも大きなものとされている。従って、抵抗溶接時において、接地電極２７の後端面２７Ｅの全域を溝部３１内に配置することができ、接地電極２７のずれ動きを一層効果的に抑制することができる。

加えて、本実施形態では、主体金具３の周方向全域に亘って溝部３１が設けられているため、主体金具３に対する接地電極２７の接合位置を自由に選択することができる。

また、溝部３１の深さＤＤが０．１ｍｍ以上とされているため、抵抗溶接時において、主体金具３の外周側部分及び主体金具３の内周側部分により、接地電極２７の移動をより確実に規制することができる。その結果、中心電極５及び接地電極２７の対向面積を一層確実に狙いの面積とすることができ、着火性や耐久性にバラツキが生じてしまうことをより一層確実に防止できる。

さらに、溝部形成面２６Ａは、外周側傾斜面２６Ｂと内周側傾斜面２６Ｃとを有しており、溝部３１は、接地電極２７の後端部の厚さＧＴよりも大きい幅と、前記厚さＧＴよりも小さい幅とを有している。従って、抵抗溶接時において、接地電極２７を主体金具３の先端面２７（溝部形成面２６Ａ）に押し当てた際に、主体金具３の先端面２６から接地電極２７に対して接地電極２７を挟み込む方向の力が加わることとなる。その結果、接地電極２７のずれ動きをより一層効果的に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、中心電極５と接地電極２７との対向面積をより確実に狙い面積とすることができるため、接地電極２７の切断による接地電極２７の長さ調整が不要となる。従って、生産性の向上を図ることができる。

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、ねじ部のねじ径をＭ１０又はＭ１４とした上で、溝部の有無、及び、溝部の深さＤＤを種々異なるものとした主体金具に対して、抵抗溶接により接地電極を接合してなる組立体のサンプル１〜３をそれぞれ３０本ずつ作製し、各サンプルについて、接地電極の溶接部分の中心から軸線までの軸線と直交する方向に沿った距離（溶接位置）を測定した。そして、溶接位置を３．６０ｍｍ又は５．１０ｍｍを中心とした０．０２ｍｍ間隔で区分し、各区分におけるサンプルの数を求めた（例えば、３．５８ｍｍ〜３．６０ｍｍの区分におけるサンプルの数は、溶接位置が３．５８ｍｍ以上３．６０ｍｍ未満となったサンプルの数を示す）。

尚、サンプル１は、先端面を平坦状とした（つまり、溝部を形成しなかった）主体金具に対して、抵抗溶接により接地電極を接合してなる組立体のサンプルであり、比較例に相当する。また、サンプル２は、主体金具の先端面に深さＤＤが０．０５ｍｍの溝部を設けるとともに、溝部に接地電極の後端面を配置した状態で、抵抗溶接により接地電極を接合したサンプルであり、実施例に相当する。加えて、サンプル３は、主体金具の先端面に深さＤＤが０．１ｍｍの溝部を設けるとともに、溝部に接地電極の後端面を配置した状態で、抵抗溶接により接地電極を接合したサンプルであり、実施例に相当する。

図７に、ねじ部のねじ径をＭ１０としたサンプル１における試験結果を示し、図８に、ねじ径をＭ１４としたサンプル１における試験結果を示す。また、図９に、ねじ径をＭ１０としたサンプル２における試験結果を示し、図１０に、ねじ径をＭ１４としたサンプル２の試験結果を示す。さらに、図１１に、ねじ径をＭ１０としたサンプル３の試験結果を示し、図１２に、ねじ径をＭ１４としたサンプル３の試験結果を示す。また、図７〜図１２には、溶接位置の標準偏差を合わせて示す。

尚、溝部を設けたサンプルは、半数において内周側傾斜面及び外周側傾斜面を平坦状とし（すなわち、溝部形成面をＶ字状とし）、半数において内周側傾斜面及び外周側傾斜面を湾曲面状とした（すなわち、溝部形成面をＵ字状とした）。また、ねじ部のねじ径をＭ１０としたサンプルにおいては、接地電極の後端部の厚さＧＴを１．１ｍｍとし、接地電極の後端部の幅ＧＷを１．８ｍｍとした。さらに、ねじ部のねじ径をＭ１４としたサンプルにおいては、接地電極の後端部の厚さＧＴを１．５ｍｍとし、接地電極の後端部の幅ＧＷを２．８ｍｍとした（尚、接地電極のサイズは、以下の試験においても同様とした）。

図７〜図１２に示すように、溝部を設けたサンプル２，３は、標準偏差が小さくなり、抵抗溶接時における接地電極のずれ動きが生じにくいことが明らかとなった。これは、接地電極が主体金具の外周側部分及び主体金具の内周側部分により挟まれた状態となり、接地電極の径方向に沿った移動が規制されたためであると考えられる。

また特に、溝部の深さＤＤを０．１ｍｍとしたサンプル３は、標準偏差が著しく小さなものとなり、抵抗溶接時における接地電極のずれ動きを極めて効果的に抑制できることが分かった。これは、溝部の深さＤＤを十分に大きくしたことで、接地電極の移動規制効果がさらに高まったためであると考えられる。

次に、ねじ部のねじ径をＭ１０又はＭ１４とした上で、抵抗溶接により主体金具に対して接地電極を接合するとともに、接地電極を屈曲させたスパークプラグのサンプル４〜６をそれぞれ３０本ずつ作製し、各サンプルについて、中心電極の先端面のうち接地電極の後端部から最も離間する部位から接地電極の先端面までの軸線と直交する方向に沿った距離（接地電極配置位置）を測定した。そして、接地電極配置位置を０．３０ｍｍを中心とした０．０２ｍｍ間隔で区分し、各区分におけるサンプルの数を求めた（例えば、０．２８ｍｍ〜０．３０ｍｍの区分におけるサンプルの数は、接地電極配置位置が０．２８ｍｍ以上０．３０ｍｍ未満となったサンプルの数を示す）。

尚、サンプル４は、先端面を平坦状とした（つまり、溝部を形成しなかった）主体金具に対して、抵抗溶接により接地電極を接合してなるスパークプラグのサンプルであり、比較例に相当する。また、サンプル５は、主体金具の先端面に深さＤＤが０．０５ｍｍの溝部を設けるとともに、溝部に接地電極の後端面を配置した状態で、抵抗溶接により接地電極を接合したサンプルであり、実施例に相当する。加えて、サンプル６は、主体金具の先端面に深さＤＤが０．１ｍｍの溝部を設けるとともに、溝部に接地電極の後端面を配置した状態で、抵抗溶接により接地電極を接合したサンプルであり、実施例に相当する。

図１３に、ねじ部のねじ径をＭ１０としたサンプル４における試験結果を示し、図１４に、ねじ径をＭ１４としたサンプル４における試験結果を示す。また、図１５に、ねじ径をＭ１０としたサンプル５における試験結果を示し、図１６に、ねじ径をＭ１４としたサンプル５の試験結果を示す。さらに、図１７に、ねじ径をＭ１０としたサンプル６の試験結果を示し、図１８に、ねじ径をＭ１４としたサンプル６の試験結果を示す。また、図１３〜図１８には、接地電極配置位置の標準偏差を合わせて示す。

尚、各サンプルともに、接地電極にずれ動きが生じなかった場合において、接地電極配置位置が０．３０ｍｍとなる条件で接地電極を屈曲させた。

図１３〜図１８に示すように、溝部を設けたサンプル５，６は、中心電極の先端面に対する接地電極の先端面の配置位置にバラツキが生じにくく、中心電極と接地電極との対向面積をより確実に一定の面積にできることが分かった。

また特に、深さＤＤを０．１ｍｍ以上とした溝部を設けたサンプル６は、接地電極の先端面を一層精度よく狙いの位置に配置でき、中心電極と接地電極との対向面積をより一層確実に一定の面積にできることが確認された。

次いで、上記サンプル４〜６のうち、接地電極配置位置が最大の２本と、接地電極配置位置が最小の２本とを選択し、選択したサンプルに対して着火安定性評価試験を行った。

着火安定性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、ねじ部のねじ径をＭ１０としたサンプルは、排気量１２５ｃｃの二輪車用単気筒エンジンに取付けた上で、空燃比（Ａ／Ｆ）を１．４５として、エンジンを１７００ｒｐｍにて動作させつつ、点火時期を正規の点火時期から徐々に進角させていき、着火性能が不安定となる（エンジンを２００サイクル動作させた際に、燃焼圧の波形の変動割合が１０％超となる）点火時期（安定着火限界時期）を測定した。また、ねじ部のねじ部をＭ１４としたサンプルは、排気量１．５Ｌの四輪車用４気筒エンジンに取付けた上で、空燃比（Ａ／Ｆ）を１．４５として、エンジンを８００ｒｐｍで動作させた際における、上述の安定着火限界時期を測定した。

図１９に、ねじ部のねじ径をＭ１０としたサンプル４〜６における、安定着火限界時期の最大値及び最小値を表すグラフを示し、図２０に、ねじ部のねじ径をＭ１４としたサンプル４〜６における、安定着火限界時期の最大値及び最小値を表すグラフを示す。尚、図１９及び図２０には、安定着火限界時期の最大値及び最小値の差を合わせて示す。安定着火限界時期の最大値と最小値との差が小さいほど、着火性が安定しているといえる。

図１９及び図２０に示すように、主体金具に溝部を設けたサンプル５，６は、安定着火限界時期の最大値と最小値との差が小さくなり、着火性が安定していることが分かった。また特に、溝部の深さＤＤを０．１ｍｍ以上としたサンプル６は、安定着火限界時期の最大値と最小値との差が顕著に小さくなり、着火性がより一層安定することが確認された。

上記試験の結果より、抵抗溶接時における接地電極のずれ動きを抑制し、着火性や耐久性のバラツキをより確実に防止するという観点から、主体金具の先端面に溝部を設け、溝部のうち主体金具の外周面と主体金具の内周面との間に配置される部位内に接地電極の後端面が配置された状態で、主体金具に接地電極を接合すること好ましいといえる。

また、抵抗溶接時における接地電極のずれ動きを一層効果的に抑制するという観点から、溝部の軸線に沿った深さを０．１ｍｍ以上とすることがより好ましいといえる。

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、溝部３１の深さＤＤは０．１ｍｍ以上とされていが、溝部３１の深さＤＤを０．１ｍｍ未満としてもよい。

（ｂ）上記実施形態において、溝部３１は、主体金具３の周方向全域に亘って設けられているが、図２１に示すように、主体金具３の先端面２６の一部のみに（接地電極２７の接合予定部位のみに）、主体金具３の周方向に沿って延びる湾曲状の溝部３７を設けてもよい。

（ｃ）上記実施形態において、溝部３１は、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときにおいて、主体金具３の周方向に沿って延びる環状をなしているが、図２２に示すように、軸線ＣＬ１方向先端側から見たときにおいて、溝部３８が主体金具３の径方向と直交する方向に延びるストレート状をなしていてもよい。尚、この場合には、溝部３８の少なくとも一部（本例では、溝部３８のうちその延出方向に沿った中心側に位置する部位）は、自身を通るとともに軸線ＣＬ１を含む断面において、主体金具３の外周面３Ａと主体金具３の内周面３Ｂとの間に配置されることとなる。また、主体金具３に接地電極２７を接合する際には、溝部３８のうち、主体金具３の外周面３Ａと主体金具３の内周面３Ｂとの間に配置される部位内に接地電極２７の後端面２７Ｅが配置された状態で、主体金具３に対して接地電極２７が接合される。

（ｄ）上記実施形態における溝部形成面の形状は例示であって、溝部形成面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２３に示すように、溝部形成面４１Ａが、外周側傾斜面４１Ｂ及び内周側傾斜面４１Ｃと、両傾斜面４１Ｂ，４１Ｃを連接する平坦状の連接面４１Ｄとを有するように構成してもよい。また、溝部形成面が前記仮想面ＶＬを挟んだ対称形状となっている必要はなく、例えば、図２４に示すように、溝部形成面４２Ａが仮想面ＶＬを挟んで非対称の形状であってもよい。

さらに、溝部形成面は、必ずしも外周側傾斜面及び内周側傾斜面を備える必要はなく、例えば、図２５に示すように、溝部形成面４３Ａのうち最外周側の面４３Ｂと最内周側の面４３Ｃとが軸線ＣＬ１方向に延びる形状であってもよい（但し、参考例）。

（ｅ）上記実施形態において、接地電極２７は単一の金属により構成されているが、接地電極２７の内部に良熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層を設け、接地電極２７を外層及び内層からなる多層構造としてもよい。

（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。

１…スパークプラグ、２…絶縁碍子（絶縁体）、３…主体金具、３Ａ…（主体金具の）外周面、３Ｂ…（主体金具の）内周面、４…軸孔、５…中心電極、２６…（主体金具の）先端面、２７…接地電極、２７Ｅ…（接地電極の）後端面、２８…火花放電間隙（間隙）、３１…溝部、ＣＬ１…軸線。

Claims (9)

1. 軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   抵抗溶接により自身の後端部が前記主体金具の先端面に接合され、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する棒状の接地電極とを備えるスパークプラグであって、
   前記主体金具の先端面には、自身の幅が前記接地電極の後端部の厚さよりも大きい溝部が設けられ、
   前記溝部の少なくとも一部は、自身を通るとともに前記軸線を含む断面において、前記主体金具の外周面と前記主体金具の内周面との間に配置され、
   前記溝部のうち前記主体金具の外周面と前記主体金具の内周面との間に配置される部位内に前記接地電極の後端面が配置された状態で、前記主体金具の先端面に前記接地電極が接合され、
   前記軸線を含む断面における前記溝部は、前記接地電極の後端部の厚さよりも大きい幅と、前記接地電極の後端部の厚さよりも小さい幅とを有していることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記溝部の前記主体金具の周方向に沿った長さが、前記接地電極の後端部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記溝部は、前記主体金具の周方向全域に亘って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. 前記溝部の前記軸線に沿った深さが０．１ｍｍ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. 軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   自身の後端部が前記主体金具の先端面に接合され、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する棒状の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、
   前記主体金具の先端面に、自身の幅が前記接地電極の後端部の厚さよりも大きい溝部を設ける溝部形成工程と、
   抵抗溶接により、前記主体金具の先端面に前記接地電極を接合する接合工程とを含み、
   前記溝部形成工程において、前記溝部の少なくとも一部は、自身を通るとともに前記軸線を含む断面において、前記主体金具の外周面と前記主体金具の内周面との間に配置されるように形成され、
   前記接合工程において、前記溝部のうち前記主体金具の外周面と前記主体金具の内周面との間に配置される部位内に前記接地電極の後端面が配置された状態で、前記主体金具の先端面に前記接地電極が接合され、
   前記軸線を含む断面における前記溝部は、前記接地電極の後端部の厚さよりも大きい幅と、前記接地電極の後端部の厚さよりも小さい幅とを有していることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
6. 前記溝部の前記主体金具の周方向に沿った長さが、前記接地電極の後端部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグの製造方法。
7. 前記溝部は、前記主体金具の周方向全域に亘って設けられることを特徴とする請求項５又は６に記載のスパークプラグの製造方法。
8. 前記溝部の前記軸線に沿った深さが０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
9. 前記接合工程後において、
   前記接地電極の切断による前記接地電極の長さの調整を行わないことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。

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