JP6645314B2 - 内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法に関する。

従来、自動車のエンジン等の内燃機関には、火花放電を発生させて燃料ガスと空気の混合ガスに点火する点火プラグを有する点火装置が備えられている。近年、希薄燃焼により内燃機関の燃費を向上させることが行われており、希薄燃焼における着火性の向上が要求されている。例えば、特許文献１には、接地電極に針状のチップを形成して着火性向上を図った点火プラグが開示されている。この点火プラグでは、チップの母材を安価な金属で形成しつつ、チップの端面及び側面の一部を貴金属で被覆することにより、火花放電による針状チップの消耗抑制とコスト抑制を図っている。

特許第５５４５１６６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、上記チップは針状であるため、気筒内の温度変化の影響を受けやすく、チップ自体の温度変化が顕著となる。上記チップは、線膨張係数の異なる貴金属と安価な母材金属とからなるため、チップ自体の温度変化によってチップに大きな熱応力が発生する。そして、当該熱応力は、貴金属と母材金属との接合部において母材金属の端面と母材金属の側面との間の角部に集中しやすく、当該角部に接合する貴金属に亀裂を生じさせる場合がある。かかる亀裂が発生すると、気筒内の高温腐食雰囲気によって亀裂部分が高温酸化して貴金属の一部が剥離したり、貴金属が脱落したりして点火プラグの寿命が縮まる。

また、希薄燃焼エンジンでは気筒内の気流が速いため、放電ギャップに発生させた火花放電が気流に流されやすい。そして、針状チップを有する上記構成では、高速の気流によって火花放電がチップの基部側へ移動して、放電経路が過度に長くなり、放電維持電圧が高くなる場合がある。かかる場合には、火花放電の吹き消えが発生し、着火性が悪化するという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、長寿命化及び着火性向上が図られる内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、中心電極（２）と、該中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成するように上記中心電極に対向配置された接地電極（３）と、を備え、上記接地電極の電極母材（３ａ）から上記放電ギャップに向かって突出する電極突出部（３０）を有する、内燃機関用の点火プラグ（１）であって、
上記電極突出部は、上記電極母材と一体的に形成された基部（３１）と、該基部に接合されるともに上記放電ギャップに面する被覆部（３２）とを有し、
上記基部は、突出方向の端面（３３）と、該端面の外縁（３４）から上記電極母材に繋がる側周面（３５）とを有するとともに、上記端面の外縁は曲面を形成しており、
上記被覆部は、上記基部の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなるとともに、上記側周面の少なくとも一部と上記端面とを被覆しており、
内燃機関に取り付けられて上記電極突出部が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、上記被覆部における上記基部の側周面を被覆する部分の外表面（３７）に突起部（３６）が形成されるように構成されている、内燃機関用の点火プラグにある。

本発明の他の態様は、上記内燃機関用の点火プラグ（１）の製造方法であって、
上記電極母材に、該電極母材の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなる被覆部粗材（３２ａ）を抵抗溶接により接合する接合工程（Ｓ１）と、
上記電極母材に接合された上記被覆部粗材に、凹部（５０）を有する第１治具（５１）を沿わせて、上記被覆部粗材と上記凹部との間に空間部（５０ａ）を形成する準備工程（Ｓ２）と、
上記電極母材における上記被覆部粗材が接合された粗材接合部（３ｂ）と反対側の部分（３ｃ）に、上記凹部の開口部（５０ｂ）よりも大きい凸部（５３）を有する第２治具（５２）を上記凹部に向けて押し付けることにより、上記粗材接合部を上記空間部に押し出して凸状の基部（３１）を形成するとともに、上記被覆部粗材が上記基部の側周面（３５）の少なくとも一部と突出方向の端面（３３）とを被覆する被覆部（３２）を形成して、上記電極突出部を形成する押出工程（Ｓ３）と、
を含む、内燃機関用の点火プラグの製造方法にある。

上記内燃機関用の点火プラグにおいては、電極突出部は放電ギャップに面する部分に貴金属又は貴金属合金からなる被覆部を有するため、火花放電による消耗が少なく、当該点火プラグの長寿命化が図られる。さらに、電極突出部における基部の形成材料は、被覆部よりも安価な材料とすることができるため、電極突出部全体が被覆部の形成材料からなる場合に比べて、製造コストを低減することができる。

また、上記被覆部を形成する貴金属又は貴金属合金は、基部の形成材料よりも低い線膨張係数を有するため、両者の線膨張係数の差が生じる。しかしながら、基部の突出方向の端面の外縁が曲面となっているため、基部を覆う被覆部との接合部に角部が形成されにくい。そのため、上記線膨張係数の差に起因して生じる熱応力が過度に集中することが抑制される。その結果、基部を被覆する被覆部との接合部に、熱応力による亀裂の発生が抑制されるため、この観点からも当該点火プラグの長寿命化が図られる。

さらに、上記内燃機関用の点火プラグは、内燃機関に取り付けられて気筒内で加熱された後に冷却されたときに、上記被覆部には基部の側周面を覆う部分に突起部が形成される。そのため、筒内気流の速い希薄燃焼エンジンにおいて、放電ギャップに発生させた火花放電が、高速気流によってチップの基部側へ移動してしようとしても、火花放電が基部の側周面を覆う部分の突起部に集中しやすく、放電経路が過度に長くなることが防止される。これにより、火花放電の吹き消えが抑制される。その結果、着火性の向上が図られる。当該突起部は、基部と被覆部とにおける形成材料の線膨張係数の差に起因して形成されるように構成されている。

上記内燃機関用の点火プラグの製造方法によれば、接合工程において、抵抗溶接により被覆部粗材を電極母材に接合する。そのため、レーザー溶接や、電子ビーム溶接等のように、被覆部粗材と電極母材との間に両者が溶融混合してなる中間層が形成されないため、被覆部粗材と電極母材との界面が形成されている。そのため、上記内燃機関用の点火プラグは、内燃機関に取り付けられて気筒内で加熱された後に冷却されたときに、両者の形成材料に上記線膨張係数の差が存在することによって上記突起部が確実に形成されることとなる。これにより、上記内燃機関用の点火プラグを容易に製造することができる。

以上のごとく、本発明によれば、長寿命化及び着火性向上が図られる内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法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。

上記内燃機関用の点火プラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側、その反対側を基端側とする。また、本明細書において、プラグ軸方向とは、点火プラグの軸方向を意味し、プラグ径方向とは、点火プラグの径方向を意味し、プラグ周方向とは、点火プラグの周方向を意味する。

実施形態１における、点火プラグの一部断面正面図。 実施形態１における、放電ギャップ付近の一部拡大断面図。 実施形態１における、加熱冷却後の放電ギャップ付近の一部拡大断面図。 実施形態１における、突起部の形成過程を説明する放電ギャップ付近の一部拡大断面図。 実施形態１における、突起部の形成過程を説明する図 実施形態１における、火花放電の発生状態を示す模式図。 実施形態１における、火花放電の発生状態を示す模式図。 実施形態１における、点火プラグの製造工程を示す模式図。 評価試験１の結果を表す図。 評価試験２の結果を表す図。 変形例１における、放電ギャップ付近の一部拡大断面図。

（実施形態１）
本発明の内燃機関用の点火プラグの実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
本実施形態の内燃機関用の点火プラグ１（以下、本明細書では「点火プラグ１」ともいう）は、図１に示すように、中心電極２及び接地電極３を備える。接地電極３は中心電極２との間に放電ギャップＧを形成するように、中心電極２に対向配置されている。接地電極３は電極母材３ａから放電ギャップＧに向かって突出する電極突出部３０を有する。

図２に示すように、電極突出部３０は、基部３１と被覆部３２とを有する。基部３１は、電極母材３ａと一体的に形成されている。
被覆部３２は、基部３１に接合されるともに放電ギャップＧに面している。
基部３１は、突出方向Ｙ２の端面３３と、端面３３の外縁３４から電極母材３ａに繋がる側周面３５とを有するとともに、端面３３の外縁３４は曲面を形成している。
被覆部３２は、基部３１の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなるとともに、側周面３５の少なくとも一部と端面３３とを被覆している。
そして、図３に示すように、内燃機関用の点火プラグ１は、図示しない内燃機関に取り付けられて電極突出部３０が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、被覆部３２における基部３１の側周面３５を被覆する部分の外表面３７に突起部３６が形成されるように構成されている。

以下、本実施形態の点火プラグ１について、詳述する。
図１に示すように、点火プラグ１は、プラグ軸方向Ｙに延びる筒状のハウジング４を有している。ハウジング４の外周面には内燃機関（図示せず）に螺合するための取付ネジ部４１が形成されている。点火プラグ１は、取付ネジ部４１を内燃機関に螺合させて、放電ギャップＧが内燃機関の燃焼室（図示せず）に露出するように、内燃機関に取り付けられる。

ハウジング４の内側には、筒状の絶縁碍子５が備えられ、絶縁碍子５の内側には棒状の中心電極２が備えられている。中心電極２のプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１の端部である先端部２ａは、絶縁碍子５からプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に突出している。先端部２ａには、電極チップ２０が設けられている。本実施形態では、電極チップ２０は、プラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に突出する針状を成している。

図１に示すように、接地電極３は、ハウジング４０におけるプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１の端部である先端面４２から先端側Ｙ１に延出されて、中心電極２の先端部２ａとプラグ軸方向において所定間隔をあけて放電ギャップＧを形成するように屈曲されている。そして、接地電極３は、プラグ中心軸１ａ上に、電極母材３ａから放電ギャップＧに向っかて突出する電極突出部３０を有する。

図２に示すように、電極突出部３０は、基部３１と被覆部３２とを有する。基部３１は、接地電極３の電極母材３ａと一体的に形成されている。基部３１は、略円柱状であって、放電ギャップＧに向けて突出している。すなわち、基部３１は、プラグ軸方向Ｙの基端側Ｙ２に向けて突出している。基部３１における、突出方向Ｙ２の端面３３はその外縁３４を除いて平面状となっている。なお、基部３１は電極母材３ａと同一の形成材料からなり、電極突出部３０の一部を形成するものである。

図２に示すように、端面３３の外縁３４は、突出方向Ｙ２と略平行な側周面３５に連続するように、曲面となっている。プラグ中心軸１ａを含む断面において、外縁３４の曲率半径Ｒは、０．１ｍｍ≦Ｒであることが好ましく、より好ましくは０．１ｍｍ≦Ｒ≦０．４５ｍｍである。

図２に示すように、被覆部３２は基部３１を覆っている。本実施形態では、被覆部３２は端面３３、外縁３４及び側周面３５を覆っている。これにより、端面３３、外縁３４及び側周面３５が、基部３１と被覆部３２との界面となっている。図２では、説明の都合上、側周面３５を覆う被覆部３２の厚さを実際よりも大きく示している。本実施形態では、実際には、図５（ｂ）に示すように、側周面３５を覆う被覆部３２は薄い状態となっている。なお、図２では説明の都合上、上述の通りとしたものではあるが、実際に図２に示すように、側周面３５を覆う被覆部３２を厚く形成してもよい。

被覆部３２は、基部３１の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなる。本実施形態では、基部３１の形成材料は、例えば、線膨張係数（１０^−６／Ｋ）が１３．３であるニッケル（Ｎｉ）や、線膨張係数（１０^−６／Ｋ）が１６．５である銅（Ｃｕ）や、線膨張係数（１０^−６／Ｋ）が１１．８である鉄（Ｆｅ）などの他に、線膨張係数（１０^−６／Ｋ）が１０〜１８程度であるニッケル合金、銅合金、鉄合金などを用いることができる。本実施形態では、基部３１の形成材料として、線膨張係数（１０^−６／Ｋ）が１２．８のニッケル合金であるスペシャルメタライズ社のインコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標）を使用している。

一方、被覆部３２の形成材料は、例えば、線膨張係数（１０^−６／Ｋ）が８．９である白金（Ｐｔ）や、線膨張係数（１０^−６／Ｋ）が６．５であるイリジウム（Ｉｒ）や、線膨張係数（１０^−６／Ｋ）が１０未満の白金合金、イリジウム合金、白金イリジウム合金などの貴金属又は貴金属合金を用いることができる。本実施形態では、被覆部３２の形成材料として、Ｐｔを使用している。被覆部３２の形成材料と基部３１の形成材料との線膨張係数の差αは、３．３×１０^−６／Ｋ≦α≦４．５×１０^−６／Ｋを満たすことが好ましく、本実施形態では、３．９×１０^−６／Ｋとなっている。

そして、図３に示すように、本実施形態の点火プラグ１を、図示しない内燃機関に取り付けて気筒内で加熱した後に冷却すると、被覆部３２における基部３１の側周面３５を被覆する部分の外表面３７に突起部３６が形成される。本実施形態では突起部３６は被覆部３２の外表面３７のプラグ周方向全域に形成されて、環状を成している。

突起部３６の形成過程は、以下の通りである。まず、図４（ａ）及び図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、初期状態では、被覆部３２の外表面３７には突起部３６は形成されていない。そして、当該点火プラグ１は、図示しない内燃機関に取り付けられ、電極突出部３０が気筒内において高温に曝されて加熱されることにより、基部３１及び被覆部３２はそれぞれ膨張する。例えば、８００℃程度に加熱されることにより、当該膨張が生じる。

被覆部３２は、基部３１の形成材料よりも低い線膨張係数を有する材料からなるため、被覆部３２は、基部３１よりも加熱時の膨張量が少ない。そのため、図４（ｂ）に示すように、被覆部３２の外表面３７において、基部３１の端面３３よりもプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に位置する第１外表面３７１は、膨張状態の基部３１の側周面３５１によってプラグ径方向Ｘの外側に押し出されて、基部３１の端面３３よりもプラグ軸方向Ｙの基端側Ｙ２に位置する第２外表面３７２よりもプラグ径方向Ｘに拡大する。その結果、被覆部３２は塑性変形して、第１外表面３７１と第２外表面３７２との間に段差部３６１が形成されることとなる。なお、図４（ｂ）における破線は、加熱による膨張前の電極突出部３０の形状を示している。

その後、気筒内の温度が低下することによって冷却されると、膨張していた基部３１及び被覆部３２はいずれも収縮して初期状態に戻ろうとする。しかし、被覆部３２においては、被覆部３２が塑性変形して段差部３６１が形成されているため、収縮しても初期状態に戻ることができずに、図４（ｃ）及び図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、突起部３６が形成される。また、上記線膨張係数の差により、基部３１における外縁３４には、収縮時において突起部３６の形成に伴ってプラグ径方向Ｘ外側に向かう力が発生するため、図４（ｃ）に示すように、外縁３４１はプラグ径方向外側に若干膨出している。なお、本明細書において、外縁３４の曲率半径Ｒは、図４（ａ）に示す初期状態におけるものをいう。

図３に示すように、本実施形態では、電極突出部３０は略円柱状であって、高さＴ０は０．８ｍｍであり、径Ｄ０は０．７ｍｍとなっている。そして、基部３１の高さＴ１は０．５ｍｍであって、突起部３６の突出方向Ｘの頂点位置の高さと略一致している。また、凹部３８は略円筒状であって、開口部の径Ｄ１は、０．８ｍｍとなっている。

図３に示すように、本実施形態では、突起部３６の高さＨ（ｍｍ）、すなわち、プラグ軸方向Ｙに直交する方向への突出量は、外縁３４の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、Ｈ≦−０．０６７Ｒ＋０．２２７を満たすことが好ましい。本実施形態では、Ｈは０．２ｍｍとなっている。

本実施形態の点火プラグ１における使用態様について図６、図７を用いて説明する。
本実施形態の点火プラグ１は、図示しない内燃機関に取り付けられる。当該内燃機関は希薄燃焼エンジンである。そして、所定のタイミングで中心電極に高電圧が印加されることにより、図６に示すように、中心電極２の電極突出部２０と接地電極３の電極突出部３０との間の放電ギャップＧに火花放電Ｐが発生する。

気筒内の混合気の気流Ｓによって、図７に示すように、火花放電Ｐは気流Ｓの進行方向に流されるが、接地電極３の電極突出部３０においては、火花放電Ｐが突起部３６に集中することとなる。これにより、火花放電Ｐが接地電極３の電極母材３ａ側に流れることが抑制されている。

次に、本実施形態の点火プラグ１の製造方法について、図８（ａ）〜図８（ｄ）を用いて説明する。
点火プラグ１の製造方法は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すように、接合工程Ｓ１、準備工程Ｓ２、押出工程Ｓ３を含む。
接合工程Ｓ１では、図８（ａ）に示すように、接地電極３の電極母材３ａに、被覆部粗材３２ａを抵抗溶接により接合する。本実施形態では、被覆部粗材３２ａは、電極母材３ａの形成材料であるスペシャルメタライズ社のインコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標）よりも低い線膨張係数を有する貴金属である白金からなる。

次に、準備工程Ｓ２では、図８（ｂ）に示すように、電極母材３ａに接合された被覆部粗材３２ａに、凹部５０を有する第１治具５１を沿わせて、被覆部粗材３２ａと凹部５０との間に空間部５０ａを形成する。

そして、押出工程Ｓ３では、図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すように、接地電極３において被覆部粗材３２ａが接合された部分３ｂと反対側の部分３ｃに、凹部５０の開口部５０ｂよりも大きい凸部５３を有する第２治具５２を凹部５０に向けて押し付ける。これにより、粗材接合部３ｂを空間部５０ａに押し出して凸状の基部３１を形成するとともに、被覆部粗材３２ａが基部３１の側周面３５の少なくとも一部と突出方向の端面３３とを覆う被覆部３２を形成して、電極突出部３０を形成する。なお、接地電極３において電極突出部３０と反対側の部分には、第２治具５２の凸部５３の外形に沿った凹部３８が形成される。

そして、図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すように、第２治具５２における凸部５３が第１治具５１における凹部５０の開口部５０ｂよりも大きいため、凸部５３によって電極母材３ａが凹部５０に押し込まれて基部３１が形成される際に、基部３１の端面３３の外縁３４が曲面に形成されるようになっている。本実施形態では、凹部５０は円柱状であって、凸部５３は略円柱状となっている。そして、図８（ｃ）に示すように、凸部５３の径ｗ２は凹部５０の開口部５０ｂの開口径ｗ１よりも大きくなっている。

また、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、準備工程Ｓ２において、被覆部粗材３２ａが、第１治具５１の凹部５０の開口部５０ｂを覆うように第１治具５１を沿わせている。

（評価試験）
上記実施形態１の点火プラグ１について、以下の評価試験１及び評価試験２を行った。
まず、評価試験１では、上記実施形態１の点火プラグ１の構成において、外縁３４の曲率半径Ｒ及び突起部３６の高さＨを変化させたときの、突起部３６における割れ発生の有無を評価した。

評価試験１における試験例１〜３の構成は以下の通りである。すなわち、上記実施形態１の点火プラグ１の構成において、基部３１と被覆部３２との線膨張係数の差αが３．３×１０^−６／Ｋであるものを試験例１とし、同じくαが３．８×１０^−６／Ｋであるものを試験例２、αが４．５×１０^−６／Ｋであるものを試験例３とした。

試験条件は、試験例１〜３における点火プラグを、温度制御可能な冷熱ベンチにセットして、温度を室温から９００℃に昇温させた後、冷却して再び室温にすることを１サイクルとして、これを２００サイクル行った。２００サイクルの実施中に、突起部３６に割れが発生していないものを良好（○）、突起部３６に割れが発生していたものを不良（×）とし、結果を下記の表１に示し、グラフを図９に示した。

上記評価試験１では、試験例１〜３のいずれにおいても、外縁３４の曲率半径Ｒが０．０５ｍｍの場合は、突起部３６に割れが生じており、不良（×）であった。一方、外縁３４の曲率半径Ｒが０．１ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲内では、突起部３６に割れが生じておらず、良好（○）であった。

図９において、膨張係数の差αが４．５×１０^−６／Ｋである試験例３における近似直線ＬはＨ＝−０．０６７Ｒ＋０．２２７で示される。当該評価結果１によれば、０．１≦Ｒ、且つＨ≦−０．０６７Ｒ＋０．２２７である場合に突起部３６に割れが生じておらず、良好な点火プラグ１が得られることが確認できた。

次に、評価試験２では、突起部３６の高さと着火性との関係を評価した。
まず、試験例として、実施形態１の構成において、加熱冷却後の突起部３６の高さＨを、０．０３ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ及び０．５ｍｍとしたものを用意した。また、比較例として、突起部３６の高さＨが０ｍｍ、すなわち突起部３６を有さないものを用意した。

試験条件は、試験例及び比較例の点火プラグを、排気量１８００ｃｃ、４気筒の内燃機関に取り付けて、エンジン回転数を２０００ｒｐｍとし、Ｐｍｉが０．２８ＭＰａの条件下でＰｍｉ変動率が３％以上となったときのＡ／Ｆをリーン限界Ａ／Ｆとした。図１０に、評価試験２における突起部３６の高さＨとリーン限界Ａ／Ｆとをプロットしたグラフを示した。

評価試験２によれば、図１０に示すように、試験例である突起部３６の高さＨが０．０３ｍｍの場合は、比較例である突起部３６の高さＨが０ｍｍの場合に比べて、リーン限界Ａ／Ｆは若干の増加しか認められず、着火性は向上していなかった。一方、試験例である突起部３６の高さＨが０．０５ｍｍ以上の場合は、比較例である突起部３６の高さＨが０ｍｍの場合に比べて、リーン限界Ａ／Ｆの十分な増加が認められ、着火性が向上することが確認された。

以上、評価試験１及び２によれば、被覆部３２の形成材料と基部３１の形成材料との線膨張係数の差αは、３．３×１０^−６／Ｋ≦α≦４．５×１０^−６／Ｋを満たすことにより、線膨張係数の差αが確保され、加熱冷却により突起部３６が確実に形成されることが示された。

さらに、基部３１における端面３３の外縁３４の曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ≦Ｒを満たすことにより、着火性の向上が一層図られることが示された。さらに、外縁３４の曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ≦Ｒ≦０．４５ｍｍを満たすことにより、着火性が確実に向上することが示された。

さらに、突起部３６の高さＨ及び端面３３の外縁３４の曲率半径Ｒは、０．０５ｍｍ≦Ｈ≦−０．０６７Ｒ＋０．２２７ｍｍを満たすことにより、突起部３６に割れが生じないとともに、着火性が向上することが示された。

次に、本実施形態の内燃機関用の点火プラグ１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の点火プラグ１によれば、電極突出部３０は放電ギャップＧに面する部分に貴金属又は貴金属合金からなる被覆部３２を有するため、火花放電による消耗が少なく、点火プラグ１の長寿命化が図られる。さらに、電極突出部３０における基部３１の形成材料は、被覆部３２よりも安価な材料とすることができるため、電極突出部３０全体が被覆部３２の形成材料からなる場合に比べて、製造コストを低減することができる。

また、被覆部３２を形成する貴金属又は貴金属合金は、基部３１の形成材料よりも低い線膨張係数を有するため、両者の線膨張係数の差αが生じる。しかしながら、基部３１の突出方向の端面３３の外縁３４が曲面となっているため、基部３１の外表面を覆う被覆部３２との接合部に角部が形成されにくい。そのため、線膨張係数の差αに起因して生じる熱応力が過度に集中することが抑制される。その結果、基部３１と被覆部３２との接合部に、熱応力による亀裂の発生が抑制されるため、この観点からも点火プラグ１の長寿命化が図られる。

さらに、点火プラグ１は、内燃機関に取り付けられて電極突出部３０が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、被覆部３２には基部３１の側周面３５を覆う部分３７に突起部３６が形成される。そのため、筒内気流の速い希薄燃焼エンジンにおいて、放電ギャップＧに発生させた火花放電Ｐが、高速気流によって基部３１側へ移動してしようとしても、火花放電Ｐが基部３１の側周面３５を覆う部分３７の突起部３６に集中しやすく、放電経路が過度に長くなることが防止される。これにより、火花放電Ｐの吹き消えが抑制される。その結果、着火性の向上が図られる。なお、突起部３６は、基部３１と被覆部３２とにおいて、両者の形成材料に線膨張係数の差αが存在することに起因して形成されるように構成されている。

また、本実施形態の点火プラグ１では、基部３１の形成材料がニッケル合金であり、被覆部３１の形成材料が白金である。これにより、両者の膨張係数の差αが上述の３．３×１０^−６／Ｋ≦α≦４．５×１０^−６／Ｋを満たすことができる。その結果、線膨張係数の差αが確保され、加熱冷却により突起部３６が確実に形成されることとなる。

次に、本実施態様における製造方法における作用効果について詳述する。
また、本実施形態の内燃機関用の点火プラグ１の製造方法によれば、接合工程Ｓ１において、抵抗溶接により被覆部粗材３２ａを電極母材３ａに接合する。そのため、レーザー溶接や、電子ビーム溶接等のように、被覆部粗材３２ａと電極母材３ａとの間に両者が溶融混合してなる中間層が形成されないため、被覆部粗材３２ａと電極母材３ａとの界面が形成されている。そのため、点火プラグ１は、内燃機関に取り付けられて電極突出部３０が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、両者の形成材料に線膨張係数の差αが存在することによって突起部３６が確実に形成されることとなる。これにより、当該製造方法によれば、本実施形態の点火プラグ１を容易に製造することができる。

また、本実施形態では、準備工程Ｓ２において、被覆部粗材３２ａが、第１治具５１の凹部５０の開口部５０ｂを覆うように第１治具５１を沿わせる。これにより、被覆部粗材３２ａから形成される被覆部３２が、基部３１の端面３３と側周面３５の全域を覆うこととなる。そのため、火花放電による電極突出部３０の消耗を一層抑制することができる。

なお、本実施形態では、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、被覆部３２が、基部３１の端面３３と側周面３５の全域とを覆うように形成したが、これに替えて、電極突出部３０の消耗を抑制する効果が得られる範囲で、図１１に示す変形例１のようにしてもよい。変形例１では、図１１に示すように、突起部３６は被覆部３２の全周方向に形成されているが、基部３１の側周面３５の一部が被覆部３２により被覆されていない状態であってもよい。かかる場合でも本実施形態１の場合と同等の作用効果を奏する。

以上のごとく、本実施形態によれば、長寿命化及び着火性向上が図られる内燃機関用の点火プラグ１及びその製造方法を提供することができる。

本発明は上記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。

１ 内燃機関用の点火プラグ
２ 中心電極
３ 接地電極
３０ 電極突出部
３１ 基部
３２ 被覆部
３３ 端面
３４ 外縁
３５ 側周面
３６ 突起部
Ｇ ギャップ

Claims (8)

1. 中心電極（２）と、該中心電極との間に放電ギャップ（Ｇ）を形成するように上記中心電極に対向配置された接地電極（３）と、を備え、上記接地電極の電極母材（３ａ）から上記放電ギャップに向かって突出する電極突出部（３０）を有する、内燃機関用の点火プラグ（１）であって、
   上記電極突出部は、上記電極母材と一体的に形成された基部（３１）と、該基部に接合されるとともに上記放電ギャップに面する被覆部（３２）とを有し、
   上記基部は、突出方向の端面（３３）と、該端面の外縁（３４）から上記電極母材に繋がる側周面（３５）とを有するとともに、上記端面の外縁は曲面を形成しており、
   上記被覆部は、上記基部の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなるとともに、上記側周面の少なくとも一部と上記端面とを被覆しており、
   内燃機関に取り付けられて上記電極突出部が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、上記被覆部における上記基部の側周面を被覆する部分の外表面（３７）に突起部（３６）が形成されるように構成されている、内燃機関用の点火プラグ。
2. 上記被覆部の形成材料と上記基部の形成材料とにおける線膨張係数の差をαとしたとき、３．３×１０^−６／Ｋ≦α≦４．５×１０^−６／Ｋを満たす、請求項１に記載の内燃機関用の点火プラグ。
3. 上記端面の外縁の曲率半径をＲとしたとき、０．１ｍｍ≦Ｒを満たす、請求項１又は２に記載の内燃機関用の点火プラグ。
4. 上記端面の外縁の曲率半径をＲとしたとき、０．１ｍｍ≦Ｒ≦０．４５ｍｍを満たす、請求項１又は２に記載の内燃機関用の点火プラグ。
5. 上記突起部の高さをＨとし、上記端面の外縁の曲率半径をＲとしたとき、０．０５ｍｍ≦Ｈ≦−０．０６７Ｒ＋０．２２７ｍｍを満たす、請求項１〜４のいずれ一項に記載の内燃機関用の点火プラグ。
6. 上記基部の形成材料がニッケル又はニッケル合金であり、上記被覆部の形成材料が白金、白金合金、イリジウム、イリジウム合金又は白金イリジウム合金である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火プラグ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火プラグ（１）の製造方法であって、
   上記電極母材に、該電極母材の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなる被覆部粗材（３２ａ）を抵抗溶接により接合する接合工程（Ｓ１）と、
   上記電極母材に接合された上記被覆部粗材に、凹部（５０）を有する第１治具（５１）を沿わせて、上記被覆部粗材と上記凹部との間に空間部（５０ａ）を形成する準備工程（Ｓ２）と、
   上記電極母材における上記被覆部粗材が接合された粗材接合部（３ｂ）と反対側の部分（３ｃ）に、上記凹部の開口部（５０ｂ）よりも大きい凸部（５３）を有する第２治具（５２）を上記凹部に向けて押し付けることにより、上記粗材接合部を上記空間部に押し出して凸状の基部（３１）を形成するとともに、上記被覆部粗材が上記基部の側周面（３５）の少なくとも一部と突出方向の端面（３３）とを被覆する被覆部（３２）を形成して、上記電極突出部を形成する押出工程（Ｓ３）と、
   を含む、内燃機関用の点火プラグの製造方法。
8. 上記準備工程において、上記被覆部粗材が、上記開口部を覆うように上記第１治具を沿わせる、請求項７に記載の内燃機関用の点火プラグの製造方法。