JPWO2013011723A1 - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

スパークプラグ（１）は、中心電極（５）と、接地電極（２７）と、中心電極（５）に接合され、接地電極（２７）との間で火花放電間隙（３３）を形成するチップ（３１）とを備える。チップ（３１）は、溶融部（３５）を介して中心電極（５）に接合され、溶融部（３５）は、外気に露出する露出面（３５Ｅ）を備える。軸線（ＣＬ１）を含み露出面（３５Ｅ）の中心（ＣＰ）を通る断面において、チップ（３１）の側面における、チップ（３１）の先端と溶融部（３５）との間の距離をＣ（ｍｍ）とし、チップ（３１）の側面よりも軸線（ＣＬ１）側に位置し溶融部（３５）のうちチップ（３１）の先端面（３１Ｆ）に最も接近する部位と、チップ（３１）の先端面（３１Ｆ）との間の距離をＢ（ｍｍ）としたとき、Ｃ−Ｂ≧０．０２を満たす。これにより、火花放電間隙（３３）側への溶融部（３５）の表出を長期間抑制することができ、耐久性を向上させることができる。

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

内燃機関等に使用されるスパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる中心電極と、中心電極の外周に設けられる絶縁体と、絶縁体の外周に組付けられる円筒状の主体金具と、基端部が主体金具の先端部に接合される接地電極とを備える。接地電極は、その先端部が前記中心電極の先端部と対向するように、自身の略中間部分が曲げ返して配置され、これにより中心電極の先端部と接地電極の先端部との間に火花放電間隙が形成される。

また近年では、中心電極の先端部にイリジウムや白金等からなる比較的小径のチップを接合することで、着火性の向上を図りつつ、火花放電に伴う火花放電間隙の増大抑制（耐消耗性の向上）を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。当該技術においては、中心電極の先端面上にチップを配置した上で、中心電極とチップとの接触面外縁にレーザービームを照射し、中心電極及びチップが溶け合ってなる溶融部を形成することにより中心電極に対してチップが接合される。また、レーザービームはチップの先端面とほぼ平行な方向に沿って照射され、溶融部の形成に伴い、チップのうち側面側に位置する部位の肉厚が、中心側に位置する部位の肉厚よりも小さくされる。

特開２００３−６８４２１号公報

ところで、チップの先端面と側面との間に位置するエッジ部は、電界強度が比較的高いため、エッジ部及びその近傍を基点として火花放電が生じやすく、また、エッジ部及びその近傍はより高温となりやすい。そのため、火花放電等によりチップが消耗する際には、エッジ部及びその近傍が消耗しやすく、エッジ部及びその近傍がある程度消耗してチップの先端面が丸みを帯びた形状となると、それ以降においてチップはほぼ均一に消耗していく。すなわち、図１６に示すように、チップ８１のうち、中心側に位置する部位よりも側面側に位置する部位がより消耗していくこととなる。

従って、上記特許文献１に記載の技術では、図１７に示すように、チップ８１の消耗に伴い、溶融部８５のうち外周側に位置する部位が、比較的早期に火花放電間隙８３側に表出してしまうおそれがある。ここで、溶融部はチップと比べて耐久性に劣るため、溶融部が火花放電間隙側に表出してしまうと、火花放電間隙の大きさが急速に拡大してしまう。その結果、放電電圧の急激な増大を招いてしまう（すなわち、耐久性が不十分となってしまう）おそれがある。また、溶融部の消耗が進んでしまうと、チップの接合強度が低下し、チップが剥離してしまうおそれがある。

尚、チップの肉厚（高さ）を大きくすることで、火花放電間隙側に対する溶融部の表出を抑制することが考えられるが、この場合には、材料コストの増大を招いてしまうおそれがある。

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、材料コストの増大を招くことなく、火花放電間隙側への溶融部の表出を長期間に亘って抑制することができ、ひいては耐久性の飛躍的な向上を図ることができるスパークプラグ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、軸線方向に延びる中心電極と、
前記中心電極が挿通される軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部に配置された接地電極と、
自身の基端部が前記中心電極の先端部に接合され、自身の先端部が前記接地電極の先端部との間で間隙を形成するチップとを備えるスパークプラグであって、
前記チップは、前記中心電極の側面側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶融部を介して前記中心電極に接合されており、
前記溶融部は、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、外気に露出する露出面を備え、
前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記チップの側面における、前記チップの先端と前記溶融部との間の前記軸線に沿った距離をＣ（ｍｍ）とし、
前記チップの側面よりも前記軸線側に位置し前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位と、前記チップの先端面との間の前記軸線に沿った距離をＢ（ｍｍ）としたとき、
Ｃ−Ｂ≧０．０２
を満たすことを特徴とする。

尚、レーザービーム等を間欠的に照射した場合、溶融部は、外表面において円形状の外周線（輪郭）を有する。この場合、「露出面の中心」とあるのは、前記外周線の中心をいう。但し、溶融部が外表面において重なり合うことで溶融部の外周線が明確にならない場合がある。この場合、「露出面の中心」とは、溶融部の外周線のうち比較的明確なものを通るように描かれた仮想円の中心をいう。

また、レーザービーム等を中心電極に対して相対移動させながら連続的に照射した場合、溶融部は、外表面において中心電極の周方向に沿って延びる外周線（輪郭）を有する。この場合、「露出面の中心」とあるのは、前記外周線のうち中心電極側に位置する線とチップ側に位置する線との中央に位置する仮想線上の点のうち、前記中心電極側の線と前記チップ側の線との間の間隔が最大となる箇所に位置する点をいう。

上記構成１によれば、Ｃ−Ｂ≧０．０２ｍｍとされ、チップのうち側面側に位置する部位の肉厚が、チップのうち中心（軸線）側に位置する部位の肉厚よりも十分に大きなものとされている。従って、チップのうち消耗が進みやすい部位の肉厚が大きく確保されることとなり、チップ自体の肉厚（高さ）を増大させることなく、間隙側への溶融部の表出を長期間に亘って抑制することができる。すなわち、上記構成１によれば、材料コストの増大を招くことなく、耐久性の飛躍的な向上を図ることができ、ひいては一層の長寿命化を図ることができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位、及び、前記チップの側面における前記溶融部の前記軸線方向先端の部位を結んだ直線と、前記チップの先端面の外形線とのなす角のうち鋭角の角度をａ（°）としたとき、
３０≧ａ
を満たすことを特徴とする。

尚、「前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位」は、当然ながら前記チップの先端面に露出しないように構成される。

上記構成２によれば、３０°≧ａを満たすことで、溶融部のうち内側に位置する部位がチップ側に向けて過度に入り込まないように構成されている。従って、溶融部のチップ側に位置する面が消耗時におけるチップ先端面の形状にほぼ沿った形状となり、その結果、チップがほとんどない状態となって初めて溶融部が間隙側に表れるようになる（すなわち、チップが極めて有効的に用いられることとなる）。これにより、溶融部の間隙側への表出をより一層長期間に亘って防止することができ、耐久性の更なる向上を図ることができる。

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、前記中心電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備え、
前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記チップと前記内層との間の最短距離、及び、前記溶融部と前記内層との間の最短距離のうち短い方の距離をＤ（ｍｍ）としたとき、
Ｄ≦２．０
を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、チップの熱を熱伝導性に優れる内層に対して効率的に伝導することができ、チップの過熱を抑制することができる。その結果、チップの耐消耗性や耐酸化性を向上させることができ、耐久性をより一層高めることができる。

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、前記中心電極の側面にのみ、前記露出面が形成されることを特徴とする。

上記構成４によれば、中心電極の側面にのみ、溶融部の露出面が形成されるように（換言すれば、チップの側面に溶融部の露出面が形成されないように）構成されている。従って、特に消耗しやすいチップの側面側部位の肉厚を最大限確保することができ、チップの耐消耗性を一層向上させることができる。また、チップの側面に露出面が形成されないことで、外観品質の向上を図ることができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記チップは、イリジウム、白金、タングステン、パラジウム、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されていることを特徴とする。

上記構成５によれば、チップの耐消耗性や耐酸化性をより向上させることができ、耐久性のより一層の向上を図ることができる。

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。 溶融部等の構成を示す部分拡大正面図である。 溶融部等の構成を示す拡大断面図である。 角度ａを説明するための溶融部等の拡大断面図である。 距離Ｄを説明するための溶融部等の拡大断面図である。 Ｃ−Ｂを変更したサンプルにおける耐消耗性評価試験の試験結果を示すグラフである。 角度ａを変更したサンプルにおける耐消耗性評価試験の試験結果を示すグラフである。 距離Ｄを変更したサンプルにおける机上バーナー試験の試験結果を示すグラフである。 別の実施形態における溶融部の構成を示す部分拡大正面図である。 別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。 別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。 従来技術における溶融部等の構成を示す拡大断面図である。 従来技術において、チップの消耗が進んだ段階での溶融部等の構成を示す拡大断面図である。

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に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には軸線ＣＬ１方向に延びる棒状（円柱状）の中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる銅や銅合金、純ニッケル（Ｎｉ）からなる内層５Ａ、及び、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂにより構成されている。さらに、中心電極５は、その先端面が絶縁碍子２の先端から突出している。

加えて、中心電極５の先端部には、円柱状のチップ３１の基端部が接合されている。本実施形態において、チップ３１は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により形成されている。尚、本実施形態において、チップ３１の高さ〔軸線ＣＬ１方向に沿ったチップ３１の先端面から中心電極５（チップ３１が中心電極５に接触していない場合には、後述する溶融部３５）までの最大距離〕が、所定範囲内（例えば、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下）とされている。チップ３１の高さが所定範囲内とされることで、優れた耐消耗性等を実現しつつ、材料コストの増大抑制が図られるようになっている。

また、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を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔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を前記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主体金具３に固定されている。尚、絶縁碍子２の段部１４及び主体金具３の段部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、図２に示すように、主体金具３の先端部２６には、棒状の接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、自身の略中間部分にて曲げ返されており、自身の先端部にＩｒ、Ｐｔ、Ｗ、Ｐｄ、又は、これらの少なくとも一種を主成分とする合金からなる突出部２７Ｐを備えている。そして、チップ３１の先端部と接地電極２７の先端部（突出部２７Ｐ）との間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されており、当該火花放電間隙３３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、本実施形態において、チップ３１は、自身と中心電極５とが溶け合ってなる溶融部３５を介して中心電極５に接合されている。溶融部３５は、中心電極５の側面（外周面）側からレーザービーム又は電子ビーム（本実施形態では、ファイバーレーザー等の高エネルギーレーザービーム）が周方向に沿って間欠的に照射されることで形成されている。そのため、溶融部３５は、図３に示すように、周方向に沿って連なるようにして複数設けられている。そして、各溶融部３５は、レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、外気に露出する露出面３５Ｅを備えている。尚、本実施形態において、露出面３５Ｅは、中心電極５の側面及びチップ３１の側面に跨って形成されている。また、溶融部３５は、チップ３１の先端面３１Ｆと平行な方向から軸線ＣＬ１方向後端側に傾けた方向でレーザービーム等を照射することにより形成されている。

加えて、図４に示すように、軸線ＣＬ１を含むとともに、露出面３５Ｅの中心ＣＰを通る断面（溶融部３５のうち内側に最も入り込んだ部位が現れると考えられる断面）において、チップ３１の側面における、チップ３１の先端と溶融部３５との間の軸線ＣＬ１に沿った距離をＣ（ｍｍ）とし、チップ３１の側面よりも軸線ＣＬ１側に位置し、溶融部３５のうちチップ３１の先端面３１Ｆに最も接近する部位３５Ｘと、チップ３１の先端面３１Ｆとの間の軸線ＣＬ１に沿った距離をＢ（ｍｍ）としたとき、Ｃ−Ｂ≧０．０２を満たすように構成されている。すなわち、チップ３１のうち側面側に位置する部位の軸線ＣＬ１に沿った厚さが、チップ３１のうち中心側に位置する部位の軸線ＣＬ１に沿った厚さよりも十分に大きくなるように構成されている。

尚、「露出面３５Ｅの中心ＣＰ」とあるのは、図３に示すように、露出面３５Ｅの外周線の中心をいう。但し、露出面３５Ｅが重なり合うことで前記外周線が明確にならない場合、「露出面３５Ｅの中心ＣＰ」は、前記外周線のうち比較的明確なものを通るように描かれた仮想円の中心をいう。

さらに、図５に示すように、軸線ＣＬ１を含むとともに、露出面３５Ｅの中心ＣＰを通る断面において、溶融部３５のうちチップ３１の先端面３１Ｆに最も接近する部位３５Ｘ、及び、チップ３１の側面における溶融部３５の軸線ＣＬ１方向先端の部位３５Ｙを結んだ直線ＴＬと、チップ３１の先端面の外形線（図５では、これに平行な直線ＰＬ）とのなす角のうち鋭角の角度をａ（°）としたとき、３０≧ａを満たすように構成されている。すなわち、溶融部３５のうち中心側に位置する部位が、チップ３１の先端面３１Ｆに向けて過度に入り込まないように構成されており、チップ３１のうち中心側に位置する部位の厚さが十分に確保されるようになっている。

加えて、本実施形態では、図６に示すように、前記断面において、チップ３１と中心電極５の内層５Ａとの間の最短距離Ｅ、及び、溶融部３５と内層５Ａとの間の最短距離Ｆのうち短い方の距離をＤ（ｍｍ）としたとき（本実施形態では、最短距離Ｆが距離Ｄとされている）、Ｄ≦２．０を満たすように構成されている。

尚、本実施形態では、露出面３５Ｅの中心ＣＰを通り、軸線ＣＬ１を含むそれぞれの断面において、上述した各式（Ｃ−Ｂ≧０．０２、３０≧ａ、及び、Ｄ≦２．０）を満たすように構成されている。しかしながら、全ての溶融部３５（露出面３５Ｅ）において、上述の各式を満たす必要はなく、上述の各式は、複数の露出面３５Ｅの中心ＣＰのうち、少なくとも１つの中心ＣＰを通り、軸線ＣＬ１を含む断面において満たされていればよい（但し、複数の露出面３５Ｅにおいて、上述の各式を満たすことがより好ましい）。尚、上述した各式の全てを満たす必要はなく、少なくともＣ−Ｂ≧０．０２を満たしていればよい。

以上詳述したように、本実施形態によれば、前記距離Ｂ及び距離Ｃが、Ｃ−Ｂ≧０．０２ｍｍを満たすように構成されており、チップ３１のうち側面側に位置する部位の肉厚が、チップ３１のうち中心（軸線ＣＬ１）側に位置する部位の肉厚よりも十分に大きなものとされている。従って、チップ３１のうち消耗が進みやすい部位の肉厚が大きく確保されることとなり、チップ３１自体の肉厚（高さ）を増大させることなく、火花放電間隙３３側への溶融部３５の表出を長期間に亘って抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、材料コストの増大を招くことなく、耐久性の飛躍的な向上を図ることができ、ひいては一層の長寿命化を図ることができる。

さらに、３０°≧ａを満たすように構成されており、溶融部３５のうち内側に位置する部位がチップ３１側に向けて過度に入り込まないように構成されている。従って、溶融部３５のうちチップ３１側に位置する面が消耗時におけるチップ３１先端面の形状にほぼ沿った形状となり、その結果、チップ３１がほとんどない状態となって初めて溶融部３５が火花放電間隙３３側に表れるようになる（すなわち、チップ３１が極めて有効的に用いられることとなる）。これにより、溶融部３５の火花放電間隙３３側への表出をより一層長期間に亘って防止することができ、耐久性の更なる向上を図ることができる。

また、Ｄ≦２．０を満たすことで、チップ３１の熱を熱伝導性に優れる内層５Ａに対して効率的に伝導することができる。従って、チップ３１の過熱を抑制することができ、耐久性をより一層高めることができる。

加えて、本実施形態では、チップ３１が、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｗ、Ｐｄ、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されている。そのため、チップ３１の耐消耗性や耐酸化性をより向上させることができ、耐久性のより一層の向上を図ることができる。

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、前記距離Ｂを０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、又は、０．３ｍｍとした上で（尚、距離Ｂを０．１ｍｍとした際には、高さ０．２ｍｍのチップを用い、距離Ｂを０．２ｍｍとした際には、高さ０．３ｍｍのチップを用い、距離Ｂを０．３ｍｍとした際には、高さ０．４ｍｍのチップを用いた）、ファイバーレーザーの照射角度を調節することにより前記距離Ｃを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて耐消耗性評価試験を行った。耐消耗性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を空気で０．４ＭＰａに設定した。次いで、出力エネルギー６０ｍＪ、出力周波数６０Ｈｚの点火コイルを用いて、距離Ｂを０．１ｍｍとしたサンプルは７５時間に亘って放電させ、距離Ｂを０．２ｍｍとしたサンプルは１５０時間に亘って放電させ、距離Ｂを０．３ｍｍとしたサンプルは２００時間に亘って放電させた〔尚、放電時間を変更したのは、距離Ｂ（チップ高さ）の相違に伴い、チップの先端面から溶融部までの距離（チップの厚さ）が異なる点を考慮したためである〕。放電後、各サンプルにおける火花放電間隙の大きさ（間隙のうち最も広い部分の大きさ）を計測し、試験前におけるサンプルの火花放電間隙の大きさに対する増加量（間隙増加量）を算出した。図７に、Ｃ−Ｂの値と間隙増加量との関係を表すグラフを示す。尚、図７においては、距離Ｂを０．１ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、距離Ｂを０．２ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角印で示し、距離Ｂを０．３ｍｍとしたサンプルの試験結果を四角印で示す。また、距離Ｂが大きいほど間隙増加量が大きいのは、上述の通り、距離Ｂの相違に伴い放電時間が異なることによる。

加えて、各サンプルともに、チップをＩｒ合金による形成するとともに、その外径を０．８ｍｍとした。また、接地電極には突出部を設け、当該突出部をＰｔ合金により形成するとともに、その外径を０．７ｍｍ、その高さを０．８ｍｍとした。さらに、試験前における火花放電間隙の大きさを各サンプルともに０．８ｍｍとした。

図７に示すように、Ｃ−Ｂを０．０２ｍｍ未満としたサンプルは、間隙増加量が比較的大きく、耐久性に劣ることが明らかとなった。これは、チップのうち側面側の部位において特に消耗が進みやすいところ、Ｃ−Ｂを０．０２ｍｍ未満としたことで、溶融部のうちチップの側面側に位置する部位が火花放電間隙側に比較的早い段階で表れてしまったためであると考えられる。

これに対して、Ｃ−Ｂを０．０２ｍｍ以上としたサンプルは、間隙増加量が低減し、優れた耐久性を有することが明らかとなった。これは、特に消耗しやすい、チップの側面側部位においてその肉厚が十分に確保され、溶融部が火花放電間隙側に表れにくくなったためであると考えられる。

上記試験の結果より、耐久性の向上を図るべく、Ｃ−Ｂ≧０．０２ｍｍを満たすように構成することが好ましいといえる。

次に、Ｃ−Ｂを０．２ｍｍとした上で、ファイバーレーザーの照射角度を変更することにより、前記角度ａを３５°、３０°、又は、２５°としたスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて放電時間を２００時間として上述の耐消耗性評価試験を行った。図８に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、チップをＩｒ合金により形成するとともに、その外径を０．８ｍｍ、その高さを０．５ｍｍとした。また、接地電極の突出部をＰｔ合金により形成するとともに、その外径を０．７ｍｍ、その高さを０．８ｍｍとした。また、試験前における火花放電間隙の大きさを各サンプルともに０．８ｍｍとした。

図８に示すように、角度ａを３０°以下としたサンプルは、非常に優れた耐久性を有することが分かった。これは、角度ａを３０°以下としたことで、溶融部のうちチップ側に位置する面が消耗時におけるチップ先端面の形状にほぼ沿った形状となり、その結果、チップが有効的に用いられ（すなわち、チップがほとんどない状態となって初めて溶融部が火花放電間隙側に表れるようになり）、火花放電間隙側への溶融部の表出が一層長期間に亘って防止されたためであると考えられる。

上記試験の結果より、耐久性の更なる向上を図るべく、３０°≧ａを満たすように構成することが好ましいといえる。

次いで、チップと内層との間の最短距離Ｅを１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、又は、２．５ｍｍとした上で、溶融部と内層との間の最短距離Ｆを変更することで、前記距離Ｄ（最短距離Ｅ、及び、最短距離Ｆのうち短い方の距離）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて机上バーナー試験を行った。机上バーナー試験の概要は次の通りである。すなわち、最短距離Ｅ及び最短距離Ｆを２．０ｍｍとしたときにチップの温度が約９００℃となる条件で、バーナーによりサンプルの先端部を加熱し、加熱時におけるチップの温度を測定した。尚、チップ温度が低いほど、チップの耐酸化性や耐消耗性を向上させることができ、チップの耐久性の面で好ましいといえる。表１及び図９に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、チップをＩｒ合金により形成するとともに、その外径を０．８ｍｍとし、その高さを０．５ｍｍとした。

表１及び図９に示すように、距離Ｄを２．０ｍｍ以下とすることで、加熱時におけるチップ温度が大幅に低下し、チップの過熱を効果的に抑制できることが明らかとなった。

上記試験の結果より、耐久性をより一層向上させるという観点から、Ｄ≦２．０ｍｍを満たすように構成することが好ましいといえる。

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、溶融部３５はレーザービーム等を間欠的に照射することで形成されているが、レーザービーム等を中心電極５に対して相対移動させながら連続的に照射することで溶融部を形成してもよい。この場合、図１０に示すように、溶融部３６は、外表面において中心電極５の周方向に沿って延びる露出面３６Ｅを有することとなる。このとき、「露出面３６Ｅの中心」とあるのは、露出面３６Ｅの外周線のうち中心電極５側に位置する線Ｌ１とチップ３１側に位置する線Ｌ２との中央に位置する仮想線ＶＬ上の点のうち、前記中心電極５側の線Ｌ１と前記チップ３１側の線Ｌ２との間の軸線ＣＬ１に沿った間隔が最大となる箇所に位置する点をいう。この点を通るとともに、軸線ＣＬ１を含む断面において、溶融部３６のうち内側に最も入り込んだ部位が現れると考えられるためである。

（ｂ）上記実施形態において、露出面３５Ｅは、中心電極５の側面及びチップ３１の側面に跨って形成されているが、例えば、レーザービーム等の照射位置を軸線ＣＬ１方向後端側に変更することで、図１１に示すように、露出面３７Ｅが中心電極５の側面にのみ形成されるように溶融部３７の形成位置を調節してもよい。すなわち、チップ３１のうち側面側の部位が溶融しないように構成してもよい。この場合には、特に消耗しやすいチップ３１の側面側部位の肉厚を最大限確保することができ、耐消耗性をより一層向上させることができる。また、チップ３１の側面に露出面が形成されないため、外観品質を向上させることができる。

（ｃ）上記実施形態における溶融部３５の内側への入り込み量は例示であって、少なくとも溶融部３５は、中心電極５に対してチップ３１を接合可能な程度の入り込み量を備えていればよい。従って、例えば、図１２に示すように、溶融部３８の内側への入り込み量を比較的小さくすることとしてもよい。また、図１３に示すように、溶融部３９が軸線ＣＬ１を超えて内側に入り込んでいてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、前記断面において、溶融部３５の外形線がチップ３１側及び中心電極５側において直線状をなし、軸線ＣＬ１側において鋭角状に形成されているが、溶融部３５の断面形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図１４及び図１５に示すように、溶融部４１，４２の外形線がチップ３１側及び中心電極５側に膨出する湾曲状をなすように構成してもよい。尚、このような溶融部４１，４２は、中心電極５にチップ３１を接合する際に、ＹＡＧレーザーを用いることで形成することができる。また、このような場合においても、角度ａは、図１４に示すように、溶融部４１のうちチップ３１の先端面３１Ｆに最も接近する部位４１Ｘ、及び、チップ３１の側面における溶融部４１の軸線ＣＬ１方向先端の部位４１Ｙを結んだ直線ＴＬ２と、チップ３１の先端面３１Ｆの外形線（図１４では、これに平行な直線ＰＬ）とのなす角のうち鋭角の角度となる。

（ｅ）上記実施形態では、チップ３１の先端部と突出部２７Ｐとの間に火花放電間隙３３が形成されているが、接地電極２７に突出部２７Ｐを設けることなく、チップ３１の先端部と接地電極２７のチップ３１側の面との間に火花放電間隙３３を形成してもよい。

（ｆ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６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）。

（ｇ）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
４…軸孔
５…中心電極
５Ａ…内層
５Ｂ…外層
２７…接地電極
３１…チップ
３１Ｆ…（チップの）先端面
３３…火花放電間隙（間隙）
３５…溶融部
３５Ｅ…露出面
ＣＬ１…軸線
ＣＰ…（露出面の）中心
ＴＬ…直線

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる中心電極と、
   前記中心電極が挿通される軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部に配置された接地電極と、
   自身の基端部が前記中心電極の先端部に接合され、自身の先端部が前記接地電極の先端部との間で間隙を形成するチップとを備えるスパークプラグであって、
   前記チップは、前記中心電極の側面側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶融部を介して前記中心電極に接合されており、
   前記溶融部は、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、外気に露出する露出面を備え、
   前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
   前記チップの側面における、前記チップの先端と前記溶融部との間の前記軸線に沿った距離をＣ（ｍｍ）とし、
   前記チップの側面よりも前記軸線側に位置し前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位と、前記チップの先端面との間の前記軸線に沿った距離をＢ（ｍｍ）としたとき、
   Ｃ−Ｂ≧０．０２
   を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
   前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位、及び、前記チップの側面における前記溶融部の前記軸線方向先端の部位を結んだ直線と、前記チップの先端面の外形線とのなす角のうち鋭角の角度をａ（°）としたとき、
   ３０≧ａ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記中心電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備え、
   前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
   前記チップと前記内層との間の最短距離、及び、前記溶融部と前記内層との間の最短距離のうち短い方の距離をＤ（ｍｍ）としたとき、
   Ｄ≦２．０
   を満たす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. 前記中心電極の側面にのみ、前記露出面が形成され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. 前記チップは、イリジウム、白金、タングステン、パラジウム、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

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