JP6613992B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のエンジン等に用いる内燃機関用のスパークプラグに関する。

内燃機関用のスパークプラグは、一般に、筒状の絶縁碍子の内側に、中心電極が保持されている。すなわち、中心電極は、先端部が突出するように絶縁碍子の内側に保持されている。ここで、中心電極は、絶縁碍子の内周面に形成された段部に基端側から係止される係止部と、該係止部よりも基端側に形成された電極頭部とを有する。そして、絶縁碍子の内側において中心電極の基端側に、導電性ガラスが充填されている。また、絶縁碍子の内側には、導電性ガラスの基端側に、抵抗体及びステムが配されている。このようにして、中心電極は、導電性ガラス及び抵抗体を介して、ステムに電気的に接続されている。

ここで、導電性ガラスは、中心電極の電極頭部に固着している。そして、この電極頭部と導電性ガラスとの固着強度を高めるために、特許文献１においては、電極頭部の基端面に凹部を設けることが提案されている。

特開平８−３１５９５４号公報

しかしながら、近年、スパークプラグの小径化に伴い、中心電極の直径も小さいものが要望されている。そうすると、電極頭部と導電性ガラスとの間の接触面積が小さくなり、両者の固着強度を得ることが困難となりやすい。すなわち、上記特許文献１に記載の構成では、充分な固着強度を得ることが困難となる場合が考えられる。その結果、例えば、スパークプラグに伝わる振動によって、特に、中心電極に、中心軸を中心とする回転方向の外力が作用したときに、導電性ガラスとの間の剥離が問題となる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、中心電極と導電性ガラスとの固着強度を向上させることができる、内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。

本発明の参考態様は、筒状のハウジング（２）と、
該ハウジング（２）の内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
先端部（４１）が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極（４）と、
該中心電極との間に火花放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（５）と、
上記絶縁碍子の内側において上記中心電極の基端側に充填される導電性ガラス（６）と、を有し、
上記中心電極は、上記絶縁碍子の内周面に形成された段部（３１）に基端側から係止される係止部（４９）と、該係止部よりも基端側に形成された電極頭部（４２）とを有し、
該電極頭部の基端面（４３）には、部分的に凹部（４４）が形成されており、
プラグ軸方向から見た上記凹部の外周輪郭である凹部輪郭（４４０）は、上記電極頭部の上記基端面の外周輪郭である頭部輪郭（４２０）から離隔すると共に上記中心電極の中心軸（Ｂ）を囲む閉曲線を形成しており、
上記凹部輪郭は、上記頭部輪郭に向かって凸状となる外向部（４５）と、上記中心電極の中心軸に向かって凸状にせり出した内向部（４６）とを有し、
上記電極頭部の外周側面（４２１）は、上記基端面の外周輪郭よりも内側に位置する部分が存在しないように形成されており、
かつ、上記凹部輪郭と上記頭部輪郭と間の距離（ｄ１）は、０．１ｍｍ以上である、内燃機関用のスパークプラグ（１）にある。
本発明の一態様は、筒状のハウジング（２）と、
該ハウジング（２）の内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
先端部（４１）が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極（４）と、
該中心電極との間に火花放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（５）と、
上記絶縁碍子の内側において上記中心電極の基端側に充填される導電性ガラス（６）と、を有し、
上記中心電極は、上記絶縁碍子の内周面に形成された段部（３１）に基端側から係止される係止部（４９）と、該係止部よりも基端側に形成された電極頭部（４２）とを有し、
該電極頭部の基端面（４３）には、部分的に凹部（４４）が形成されており、
プラグ軸方向から見た上記凹部の外周輪郭である凹部輪郭（４４０）は、上記電極頭部の上記基端面の外周輪郭である頭部輪郭（４２０）から離隔すると共に上記中心電極の中心軸（Ｂ）を囲む閉曲線を形成しており、
上記凹部輪郭は、上記頭部輪郭に向かって凸状となる外向部（４５）と、上記中心電極の中心軸に向かって凸状にせり出した内向部（４６）とを有し、
上記凹部輪郭は、Ｎ個の上記外向部とＮ個の上記内向部とを周方向に交互に設けてなり、周方向に、第１の外向部から第Ｎの外向部までが順次並んでおり、第１の内向部から第Ｎの内向部までが順次並んでおり、第ｋの外向部と第ｋの内向部とが互いに隣り合っており、上記中心軸を中心とする第ｋの外向部の外接円（Ｃ１）の半径をＲｋとし、上記中心軸を中心とする第ｋの内向部の内接円（Ｃ２）の半径をｒｋとしたとき、下記の式（１）を満たす、内燃機関用のスパークプラグにある。
ただし、Ｎは２以上の自然数であり、ｋは１〜Ｎの自然数であり、Ａは、Ｎ＝２のときＡ＝１．０であり、Ｎ≧３のときＡ＝４．１である。

上記スパークプラグにおいては、中心電極の電極頭部の基端面に設けた凹部の形状を上記のような形状とすることで、中心電極と導電性ガラスとの固着強度を向上させることができる。
まず、凹部輪郭は、頭部輪郭から離隔すると共に中心電極の中心軸を囲む閉曲線を形成している。これにより、電極頭部自体の強度を確保することができる。その結果、スパークプラグの製造時等において、電極頭部が変形することを防ぎ、導電性ガラスとの固着強度を確保することができる。

そして、凹部輪郭は、頭部輪郭に向かって凸状となる外向部と、中心電極の中心軸に向かって凸状にせり出した内向部とを有する。このような形状とすることで、凹部に入り込んだ導電性ガラスと電極頭部との密着面積が向上するのみならず、中心軸周りの回転方向における導電性ガラスと中心電極との間の固着強度を向上させることができる。すなわち、凹部に入り込んだ導電性ガラスのうち、凹部輪郭の外向部の内側に相当する部分と、電極頭部における凹部輪郭の内向部の外側に相当する部分とが、回転方向に係合する形となる。それゆえ、中心軸周りの回転方向の力に対して、導電性ガラスと中心電極との間の固着強度を向上させることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、中心電極と導電性ガラスとの固着強度を向上させることができる、内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、内燃機関用のスパークプラグの中心軸を含む平面による断面図。 実施形態１における、電極頭部付近のスパークプラグの中心軸を含む平面による拡大断面図。 実施形態１における、電極頭部付近の中心電極の斜視図。 実施形態１における、基端側から見た電極頭部の平面図。 図４に、各種補助線を付加した、電極頭部の平面説明図。 実施形態２における、基端側から見た電極頭部の平面図。 実施形態３における、基端側から見た電極頭部の平面図。 実施形態４における、基端側から見た電極頭部の平面図。 実験例１における、パラメータＸ１と抵抗変化率との関係を表す線図。 実験例１における、パラメータＸ２と抵抗変化率との関係を表す線図。 実験例２における、距離ｄ１と応力比との関係を表す線図。 凹部輪郭を回転対称形状ではない形状とした、電極頭部の一例の平面図。 凹部輪郭を回転対称形状ではない形状とした、電極頭部の他の一例の平面図。 凹部輪郭を回転対称形状ではない形状とした、電極頭部のさらに他の一例の平面図。

（実施形態１）
内燃機関用のスパークプラグの実施形態につき、図１〜図５を参照して説明する。
スパークプラグ１は、図１に示すごとく、筒状のハウジング２と、筒状の絶縁碍子３と、中心電極４と、接地電極５と、導電性ガラス６と、を有する。
絶縁碍子３は、ハウジング２の内側に保持されている。中心電極４は、先端部４１が突出するように絶縁碍子３の内側に保持されている。接地電極５は、中心電極４との間に火花放電ギャップＧを形成している。導電性ガラス６は、絶縁碍子３の内側において中心電極４の基端側に充填されている。
なお、本明細書において、スパークプラグ１を燃焼室に挿入する側を先端側、その反対側を基端側という。

図１、図２、図３に示すごとく、中心電極４は、絶縁碍子３の内周面に形成された段部３１に基端側から係止される係止部４９を有する。また、中心電極４は、係止部４９よりも基端側に形成された電極頭部４２を有する。
電極頭部４２の基端面４３には、部分的に凹部４４が形成されている。

図４に示すごとく、プラグ軸方向から見た凹部４４の外周輪郭である凹部輪郭４４０は、電極頭部４２の基端面４３の外周輪郭である頭部輪郭４２０から離隔すると共に中心電極４の中心軸Ｂを囲む閉曲線を形成している。ここで、プラグ軸方向は、スパークプラグの軸方向であるが、中心電極４の軸方向と一致する。
さらに、凹部輪郭４４０は、外向部４５と内向部４６とを有する。外向部４５は、凹部輪郭４４０のうち、頭部輪郭４２０に向かって凸状となる部分である。内向部４６は、凹部輪郭４４０のうち、中心電極４の中心軸Ｂに向かって凸状にせり出した部分である。

本実施形態において、凹部輪郭４４０は外向部４５と内向部４６とをそれぞれ４個ずつ有する形状となっている。凹部輪郭４４０は、中心軸Ｂを中心とした略回転対称の形状となっている。具体的には、凹部輪郭４４０は、４回対称の回転対称形状となっている。

また、頭部輪郭４２０は中心軸Ｂを中心とする円形である。ここで、頭部輪郭４２０は、基端面４３の外周輪郭である。ただし、電極頭部４２の外周側面４２１と基端面４３との間の角部に、凹部４４の深さよりも小さい軸方向範囲において、テーパ面や曲面が形成されている場合は、そのテーパ面や曲面と、外周側面４２１との境界線が頭部輪郭４２０となる。

上述のように、凹部輪郭４４０は、頭部輪郭４２０から離隔している。すなわち、凹部輪郭４４０は、頭部輪郭４２０の内側に形成されていると共に、その全周にわたり、頭部輪郭４２０と重なることがない状態に形成されている。これにより、凹部４４の外周の全周にわたり、電極頭部４２の材料が存在する状態となっている。

そして、凹部輪郭４４０と頭部輪郭４２０との間の距離は、０．１ｍｍ以上である。すなわち、図５に示すごとく、凹部輪郭４４０のうち、最も頭部輪郭４２０との距離が短い部分において、その距離ｄ１が０．１ｍｍ以上となっている。つまり、凹部４４の外周の全周に、肉厚が０．１ｍｍ以上の金属材料が存在する状態となっている。具体的には、凹部輪郭４４０のうち、外向部４５の頂点部４５９と頭部輪郭４２０との距離ｄ１が０．１ｍｍ以上である。

外向部４５は、曲線状に形成されている。そして、外向部４５の曲線は、曲率半径０．１ｍｍ以上の曲線の組み合わせにより構成されている。すなわち、外向部４５の頂点部４５９も、曲線状となっており、その曲率半径は０．１ｍｍ以上となっている。
また、内向部４６も、曲線状に形成されている。外向部４５と内向部４６とは滑らかにつながっている。

内向部４６は、隣り合う一対の外向部４５の双方に接する直線Ｌ１よりも、中心軸Ｂ側にせり出している。また、本実施形態において、内向部４６は、隣り合う一対の外向部４５の頂点部４５９を繋ぐ直線Ｌ２よりも、中心軸Ｂ側にせり出している。

また、凹部４４は、図２に示すごとく、中心軸Ｂ付近が最も深くなるように形成されている。凹部４４の底部は、曲面状に形成されている。凹部４４の最大深さは、例えば０．５〜１．５ｍｍとすることができる。

図１〜図３に示すごとく、中心電極４は、略円柱形状を有すると共に、その先端部４１が小径となっている。先端部４１は、イリジウム合金等からなる貴金属チップによって構成することができる。また、中心電極４の基端部付近に、大径の係止部４９が形成されている。そして、本実施形態においては、係止部４９の基端側の部分全体が電極頭部４２となっている。電極頭部４２も略円柱形状となっている。

中心電極４は、銅等からなる芯材と、その先端側及び外周側を覆う被覆材とを有する。被覆材は、例えばニッケル基合金からなる。図示を省略するが、芯材は、基端面４３の一部に露出している。そして、この芯材の露出部に、凹部４４が形成されている。すなわち、本実施形態においては、基端面４３における被覆材の部分よりも内側に、凹部４４が形成されている。

図１に示すごとく、略円筒形状の絶縁碍子３の内側には、中心電極４の基端側に、導電性ガラス６が充填されている。また、絶縁碍子３の内側には、導電性ガラス６の基端側に、抵抗体１１及びステム１２が配されている。また、抵抗体１１とステム１２との間にも、導電性ガラス６０が配置されている。中心電極４は、導電性ガラス６、６０及び抵抗体１１を介して、ステム１２に電気的に接続されている。

導電性ガラス６は、中心電極４の電極頭部４２に固着している。すなわち、導電性ガラス６は、電極頭部４２の外周側面４２１、基端面４３、そして、凹部４４の内面に、密着している。導電性ガラス６は、例えば、銅等の導体を含有するガラスからなる。

そして、スパークプラグ１を組み立てる際、絶縁碍子３の内側に、まず中心電極４を挿入する。すなわち、絶縁碍子３の基端から、絶縁碍子３の内側に中心電極４を挿入する。そして、中心電極４の係止部４９を、絶縁碍子３の段部３１に係止する。これにより、中心電極４を絶縁碍子３の先端部の所定位置に配置する。

次いで、導電性ガラス６となる粉末材料を、絶縁碍子３の内側に充填し、中心電極４の基端側に配置する。さらに、抵抗体１１の粉末材料、導電性ガラス６０の粉末材料、及びステム１２を、順次、絶縁碍子３の内側に配置する。そして、絶縁碍子３に対してステム１２を先端側に押圧しながら、絶縁碍子３の内側に充填された粉末材料を加熱して、溶融させる。その後、冷却することで、各粉末材料が導電性ガラス６、６０及び抵抗体１１となって、絶縁碍子３の内側において固定される。そして、導電性ガラス６が、中心電極４の電極頭部４２に固着すると共に、抵抗体１１及び絶縁碍子３の内壁に固着する。また、抵抗体１１の基端側に配される導電性ガラス６０は、抵抗体１１、ステム１２及び絶縁碍子３の内壁に固着する。

上記のような製造過程において、導電性ガラス６は、中心電極４の電極頭部４２の外周側面４２１と絶縁碍子３の内壁との間に入り込むと共に、凹部４４にも入り込む。これにより、導電性ガラス６は、電極頭部４２の外周側面４２１、基端面４３と共に、凹部４４の内面からも、電極頭部４２を固定することとなる。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記スパークプラグ１においては、凹部輪郭４４０の形状を図４、図５に示すような形状とすることで、中心電極４と導電性ガラス６との固着強度を向上させることができる。

まず、凹部輪郭４４０は、頭部輪郭４２０から離隔すると共に中心軸Ｂを囲む閉曲線を形成している。これにより、電極頭部４２の強度を確保することができる。すなわち、凹部４４の外周の全周にわたって電極頭部４２の材料が存在することで、電極頭部４２の強度を効果的に確保することができる。その結果、スパークプラグ１の製造時等において、電極頭部４２が変形することを防ぎ、導電性ガラス６との固着強度を確保することができる。
また、凹部輪郭４４０と頭部輪郭４２０との間の距離ｄ１を、０．１ｍｍ以上とすることで、電極頭部４２の強度を高くすることができる。

そして、凹部輪郭４４０は、外向部４５と内向部４６とを有する。このような形状とすることで、凹部４４に入り込んだ導電性ガラス６との密着面積が向上するのみならず、中心軸Ｂ周りの回転方向における導電性ガラス６と中心電極４との間の固着強度を向上させることができる。すなわち、凹部４４に入り込んだ導電性ガラス６のうち、凹部輪郭４４０の外向部４５の内側に相当する部分と、電極頭部４２における内向部４６の外側に相当する部分とが、回転方向に係合する形となる。それゆえ、中心軸Ｂ周りの回転方向の力に対して、導電性ガラス６と中心電極４との間の固着強度を向上させることができる。特に、内向部４６の外側の部分であり、かつ、図５に示す直線Ｌ１よりも中心軸Ｂ側の部分が、上記回転方向の力を充分に受けることとなる。

また、外向部４５は、曲線状に形成されている。これにより、外向部４５の内側に配された導電性ガラス６の強度を確保しやすい。特に、外向部４５の曲線は、曲率半径０．１ｍｍ以上の曲線の組み合わせにより構成されている。これにより、外向部４５の内側の導電性ガラス６の強度を確保することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、中心電極と導電性ガラスとの固着強度を向上させることができる、内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、図６に示すごとく、凹部輪郭４４０の形状を実施形態１と異ならせた形態である。
図６に示す凹部輪郭４４０は、外向部４５及び内向部４６を、それぞれ３個ずつとしたものである。この凹部輪郭４４０は、３回対称の回転対称形状となっている。

その他の構成は、実施形態１と同様であり、同様の作用効果を奏する。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

（実施形態３）
本実施形態も、図７に示すごとく、凹部輪郭４４０の形状を実施形態１と異ならせた形態である。
図７に示す凹部輪郭４４０は、外向部４５及び内向部４６を、それぞれ６個ずつとしたものである。この凹部輪郭４４０は、６回対称の回転対称形状となっている。なお、この凹部輪郭４４０においては、外向部４５の頂点部４５９及び内向部４６の頂点部４６９が、曲線状となっていない。しかし、これらの頂点部４５９、４６９を曲線状としてもよい。
その他の構成は、実施形態１と同様であり、同様の作用効果を奏する。

（実施形態４）
本実施形態は、図８に示すごとく、凹部輪郭４４０における外向部４５及び内向部４６を、それぞれ２個ずつとしたものである。この凹部輪郭４４０は、２回対称の回転対称形状となっている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。また、本実施形態も、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実験例１）
本例においては、上述の実施形態１〜４に示したスパークプラグについて、電極頭部４２と導電性ガラス６との固着強度を評価した。
まず、実施形態１〜４に示す凹部輪郭４４０の各形状を基本としつつ、その寸法関係等を種々変更して、種々のスパークプラグの試料を作製した。すなわち、凹部輪郭４４０の基本形状としては、外向部４５と内向部４６とがそれぞれ２個のもの（図８参照）、３個のもの（図６参照）、４個のもの（図５参照）、６個のもの（図７参照）がある。そして、これらの形状を一般化して、外向部４５と内向部４６とがそれぞれＮ個である凹部輪郭として、以下のように定義する。

つまり、凹部輪郭４４０は、Ｎ個の外向部４５とＮ個の内向部４６とを周方向に交互に設けてなる。周方向に、第１の外向部４５から第Ｎの外向部４５までが順次並んでおり、第１の内向部４６から第Ｎの内向部４６までが順次並んでいる。第ｋの外向部４５と第ｋの内向部４６とが互いに隣り合っている。中心軸Ｂを中心とする第ｋの外向部４５の外接円Ｃ１の半径をＲｋとする。中心軸Ｂを中心とする第ｋの内向部４６の内接円Ｃ２の半径をｒｋとする。ただし、Ｎは２以上の自然数であり、ｋは１〜Ｎの自然数である。

なお、図５〜図８に、破線にて、外接円Ｃ１、内接円Ｃ２を描くと共に、半径Ｒｋ、ｒｋを記入した。図５〜図８に示す凹部輪郭４４０は、回転対称形状であるため、Ｒｋ、ｒｋは、ｋに関わらず一定である。それゆえ、外接円Ｃ１も内接円Ｃ２も、それぞれ一つに重なることとなる。しかし、実際の試料は、完全な回転対称形状ではないため、ｋによってＲｋ、ｒｋがそれぞれ少しずつ異なる。

上述の各基本形状において、Ｒｋ、ｒｋを種々変更した凹部輪郭４４０を有する試料を作製した。各試料について、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定された耐衝撃性試験を行った。評価に当たっては、耐衝撃性試験の前後の抵抗値変化率を調べた。抵抗変化率は、中心電極４とステム１２との間の抵抗値の変化率である。抵抗変化率が１０％以下であれば、電極頭部４２と導電性ガラス６との間の固着強度が充分であると評価できる。
測定の結果を分析したうえで、縦軸に抵抗値変化率、横軸にパラメータＸ１を、それぞれ取って、測定データをプロットしたのが、図９である。パラメータＸ１は、以下の式（３）にて表されるＸ１であり、後述の式（１）の左辺に相当するパラメータである。

図９において、Ｎが同じ試料のデータを各種曲線にて繋いだ。同図から分かるように、いずれの曲線についても、Ｘ１＝０に近付くと、抵抗変化率が大きくなる。これは、凹部輪郭４４０の起伏が緩やかすぎると、電極頭部４２と導電性ガラス６との固着強度が低下することを表している。

そして、Ｎ＝３、Ｎ＝４、Ｎ＝６のデータについては、いずれも、パラメータＸ１を４．１以上とすることで、抵抗値変化率が１０％以下となる。一方、Ｎ＝２のデータについては、パラメータＸ１を１．０以上とすることで、抵抗値変化率が１０％以下となる。これらの結果から、凹部輪郭４４０の起伏が緩やかすぎない度合として、パラメータＸ１を適切な指標とできると言える。

そして、凹部輪郭４４０の形状は、下記の式（１）の不等式を満たすような形状とすることが好ましいと言える。ただし、Ｎ＝２のときＡ＝１．０であり、Ｎ≧３のときＡ＝４．１である。

さらに、上記の耐衝撃性試験における抵抗変化率の結果を分析したうえで、縦軸に抵抗値変化率、横軸にパラメータＸ２を、それぞれ取って、測定データをプロットしたのが、図１０である。パラメータＸ２は、以下の式（４）にて表されるＸ２であり、後述の式（２）の左辺に相当するパラメータである。
Ｘ２＝（Ｒｊ−ｒｊ）／Ｒｊ ・・・式（４）

ここで、互いに隣り合う少なくとも一組の外向部４５と内向部４６とにおける、外向部４５の外接円Ｃ１の半径がＲｊ、内向部４６の内接円Ｃ２の半径がｒｊである。ただし、図１０のグラフにプロットしたデータは、Ｘ２が最も小さくなるような、隣り合う外向部４５と内向部４６との組み合わせを選んで、それらの半径をＲｊ、ｒｊとしたときのＸ２の値を、採用した。

図１０においても、Ｎが同じ試料のデータを各種曲線にて繋いだ。同図から分かるように、いずれの曲線についても、パラメータＸ２が大きくなりすぎると、抵抗変化率が大きくなる。これは、凹部輪郭４４０の起伏が全周にわたって激しくなりすぎると、凹部４４の内側に導電性ガラス６が充分に入り込みにくくなるためと考えられる。

そして、Ｎがいずれの値であっても、パラメータＸ２を０．８７以下とすることにより、抵抗値変化率を１０％以下に抑えることができる。この結果から、凹部輪郭４４０の起伏が激しすぎない度合として、パラメータＸ２を適切な指標とできると言える。

そして、凹部輪郭４４０として、互いに隣り合う少なくとも一組の外向部４５と内向部４６とは、下記の式（２）を満たすことが更に好ましいと言える。ただし、外向部４５の外接円Ｃ１の半径をＲｊ、内向部４６の内接円Ｃ２の半径をｒｊとする。
（Ｒｊ−ｒｊ）／Ｒｊ≦０．８７ ・・・式（２）

（実験例２）
本例においては、図１１に示すごとく、凹部輪郭４４０と頭部輪郭４２０との距離ｄ１と、電極頭部４２の強度との関係につき、調べた。
すなわち、実際にスパークプラグ１を製造する際に中心電極４の電極頭部４２にかかる加圧力を想定して、ＦＥＭ解析を行った。ここで、ＦＥＭは、Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄの略であり、有限要素法を意味する。試料としては、実施形態１に示した電極頭部４２における凹部輪郭４４０を基本形状としつつ、凹部輪郭４４０を少しずつ変えた複数の試料を用意した。各試料の凹部輪郭４４０は、距離ｄ１を互いに変更している。

各試料につき上記の前提にて、ＦＥＭ解析を行った。各試料につき、電極頭部４２のうち最も応力がかかる部分は、外向部４５の頂点部４５９と頭部輪郭４２０との間の部分であった。そして、この応力集中部分における応力を、材料強度との比にて表した値を、応力比として算出した。各試料の応力比を、図１１にプロットした。同図において、縦軸が応力比で、横軸が距離ｄ１である。なお、電極頭部４２の応力集中部分における材料は、Ｎｉ基合金である。

同図から分かるように、ｄ１≧０．１ｍｍとすることで、応力比を１．０以下とすることができる。すなわち、ｄ１≧０．１ｍｍとすることで、スパークプラグ１の製造時に電極頭部４２に作用する応力が、材料強度を超えないようにすることができる。つまり、ｄ１≧１．０ｍｍを確保することで、スパークプラグ１の製造時において、電極頭部４２が変形しないようにすることができる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、上記実施形態においては、凹部輪郭４４０を回転対称形状としたものを示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図１２、図１３、図１４にそれぞれ示すように、凹部輪郭４４０を、中心軸Ｂを中心とした回転対称ではない形状とすることもできる。これらの場合、半径Ｒｋ、ｒｋは、ｋによって大きく変わり得る。そして、外接円Ｃ１、内接円Ｃ２もそれぞれ複数存在することとなる。図１２には、これらの外接円Ｃ１を、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３として、内接円Ｃ２をＣ２１、Ｃ２２、Ｃ２３として、それぞれ破線にて示す。そして、これらの半径Ｒｋ、ｒｋを、それぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、ｒ１、ｒ２、ｒ３として示す。

１ スパークプラグ
２ ハウジング
３ 絶縁碍子
４ 中心電極
４２ 電極頭部
４２０ 頭部輪郭
４４ 凹部
４４０ 凹部輪郭
４５ 外向部
４６ 内向部

Claims (5)

1. 筒状のハウジング（２）と、
   該ハウジング（２）の内側に保持された筒状の絶縁碍子（３）と、
   先端部（４１）が突出するように上記絶縁碍子の内側に保持された中心電極（４）と、
   該中心電極との間に火花放電ギャップ（Ｇ）を形成する接地電極（５）と、
   上記絶縁碍子の内側において上記中心電極の基端側に充填される導電性ガラス（６）と、を有し、
   上記中心電極は、上記絶縁碍子の内周面に形成された段部（３１）に基端側から係止される係止部（４９）と、該係止部よりも基端側に形成された電極頭部（４２）とを有し、
   該電極頭部の基端面（４３）には、部分的に凹部（４４）が形成されており、
   プラグ軸方向から見た上記凹部の外周輪郭である凹部輪郭（４４０）は、上記電極頭部の上記基端面の外周輪郭である頭部輪郭（４２０）から離隔すると共に上記中心電極の中心軸（Ｂ）を囲む閉曲線を形成しており、
   上記凹部輪郭は、上記頭部輪郭に向かって凸状となる外向部（４５）と、上記中心電極の中心軸に向かって凸状にせり出した内向部（４６）とを有し、
   上記凹部輪郭は、Ｎ個の上記外向部とＮ個の上記内向部とを周方向に交互に設けてなり、周方向に、第１の外向部から第Ｎの外向部までが順次並んでおり、第１の内向部から第Ｎの内向部までが順次並んでおり、第ｋの外向部と第ｋの内向部とが互いに隣り合っており、上記中心軸を中心とする第ｋの外向部の外接円（Ｃ１）の半径をＲｋとし、上記中心軸を中心とする第ｋの内向部の内接円（Ｃ２）の半径をｒｋとしたとき、下記の式（１）を満たす、内燃機関用のスパークプラグ。
   ただし、Ｎは２以上の自然数であり、ｋは１〜Ｎの自然数であり、Ａは、Ｎ＝２のときＡ＝１．０であり、Ｎ≧３のときＡ＝４．１である。
   

   
2. 互いに隣り合う少なくとも一組の上記外向部と上記内向部とは、上記外向部の外接円の半径をＲｊ、上記内向部の内接円の半径をｒｊとしたとき、下記の式（２）をさらに満たす、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
   （Ｒｊ−ｒｊ）／Ｒｊ≦０．８７ ・・・式（２）
3. 上記凹部輪郭と上記頭部輪郭と間の距離（ｄ１）は、０．１ｍｍ以上である、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
4. 上記外向部は、曲線状に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
5. 上記外向部の曲線は、曲率半径０．１ｍｍ以上の曲線の組み合わせにより構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

Images