JPWO2015174008A1 - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

スパークプラグは、電極母材の長手方向に対して直交するとともに電極チップの軸線を通る接地電極の断面において、母材面が露出するとともに、１．２Ｅ≦Ｆ≦１．９Ｅ、０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．３０ｍｍ、０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．３０ｍｍ、かつ、０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ２を満たす。

Description

本発明は、スパークプラグに関する。

スパークプラグは、中心電極と接地電極との間の間隙に火花放電を発生させることによって、内燃機関の燃焼室内の混合気に対する着火を実現する。スパークプラグの接地電極としては、火花放電および酸化に対する接地電極の耐消耗性を向上させるために、電極母材に電極チップを接合した接地電極が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような接地電極の電極チップは、火花放電および酸化に対する耐消耗性が電極母材よりも優れた材質から成る。例えば、電極チップの材質は、貴金属（例えば、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムなど）、ニッケル、または、これらの金属を主成分とする合金などである。電極母材に電極チップを接合した接地電極には、電極母材に電極チップを接合する際の溶接によって、電極母材の成分と電極チップの成分とを含有する溶融部が形成されている。

特開２００６−１２８０７６号公報

近年、内燃機関の高圧縮化および高過給化に耐え得る耐久性を確保するために、接地電極の電極チップを大径化することが検討されている。しかしながら、特許文献１のスパークプラグでは、接地電極の電極チップを大径化した場合、大径化した電極チップとの関係で溶融部に発生する熱応力が大きくなるため、溶融部にクラック（ひび割れ）が発生しやすくなるという課題があった。溶融部にクラックが過度に進展した場合、電極チップが電極母材から剥離する虞がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、棒状の中心電極と；前記中心電極との間に間隙を形成する電極チップと、前記電極チップが接合された電極母材と、前記電極チップの成分と前記電極母材の成分とを含有する溶融部とを有する接地電極と；を備え、前記電極チップは、前記電極母材における基端部から先端部へと広がる母材面から前記中心電極に向けて突出した、スパークプラグが提供される。このスパークプラグでは、前記基端部から前記先端部に向かう前記電極母材の長手方向に対して直交するとともに前記電極チップの軸線を通る前記接地電極の断面において、前記母材面が露出するとともに、前記電極チップの先端面の長さＥと；前記軸線より一方の側で前記溶融部が前記母材面に接する点Ｃａと；前記一方の側とは異なる前記軸線より他方の側で前記溶融部が前記母材面に接する点Ｃｂと；前記点Ｃａと前記点Ｃｂとの間の距離Ｆと；前記一方の側で前記溶融部が前記電極チップの側面に接する点Ｇａと；前記点Ｇａを通るとともに前記軸線に平行な仮想線が、前記溶融部と前記電極母材との界面と交差する点Ｈａと；前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から前記点Ｈａまでの深さＤａと；前記他方の側で前記溶融部が前記電極チップの側面に接する点Ｇｂと；前記点Ｇｂを通るとともに前記軸線に平行な仮想線が、前記溶融部と前記電極母材との界面と交差する点Ｈｂと；前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から前記点Ｈｂまでの深さＤｂと；前記溶融部において前記軸線に対して最も近い部位のうち、前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から最も離れた部位である点Ｉと；前記点Ｇａと前記点Ｈａと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積と、前記点Ｇｂと前記点Ｈｂと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積とを合計した面積Ｊと；の関係は、１．２Ｅ≦Ｆ≦１．９Ｅ、０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．３０ｍｍ、０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．３０ｍｍ、かつ、０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ^２を満たす。この形態によれば、電極チップの剥離に対する接地電極の耐剥離性を十分に確保できる。
（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記点Ｇａと前記点Ｈａと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積と、前記点Ｇｂと前記点Ｈｂと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積とを合計した面積Ｊと、の関係は、１．２Ｅ≦Ｆ≦１．８Ｅ、０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．２５ｍｍ、０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．２５ｍｍ、かつ、０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ^２を満たしてもよい。この形態によれば、電極チップの剥離に対する接地電極の耐剥離性をさらに確保できる。

（３）上記形態のスパークプラグにおいて、前記中心電極の先端面の面積Ａと、前記電極チップの前記先端面の面積Ｂとの関係は、１．３Ａ≦Ｂ≦４．６Ａを満たしてもよい。この形態によれば、火花放電および酸化に対する接地電極の耐消耗性を十分に確保できる。

（４）上記形態のスパークプラグにおいて、前記母材面からの前記電極チップの高さＫは、０．３ｍｍ≦Ｋ≦１．２ｍｍを満たしてもよい。この形態によれば、スパークプラグの着火性を十分に確保しつつ、接地電極の耐消耗性を十分に確保できる。

（５）上記形態のスパークプラグにおいて、前記電極チップは、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくとも１つを含有してもよい。この形態によれば、耐消耗性を十分に満たす電極チップを実現できる。

本発明は、スパークプラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、スパークプラグの接地電極、スパークプラグの製造方法、スパークプラグの製造装置、その製造装置を制御するためのコンピュータプログラム、並びに、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体などの形態で実現することができる。

スパークプラグの部分断面を示す説明図である。 スパークプラグの先端側を示す説明図である。 接地電極を切断した断面の一例を示す説明図である。 他の実施形態における接地電極を切断した断面の一例を示す説明図である。 他の実施形態における接地電極を切断した断面の一例を示す説明図である。 他の実施形態における接地電極を切断した断面の一例を示す説明図である。 他の実施形態における接地電極を示す説明図である。 電極チップの剥離に対する接地電極の剥離耐性を評価した結果を示す表である。 電極チップの剥離に対する接地電極の剥離耐性を評価した結果を示す表である。 電極チップの剥離に対する接地電極の剥離耐性を評価した結果を示す表である。 電極チップの剥離に対する接地電極の剥離耐性を評価した結果を示す表である。 電極チップの剥離に対する接地電極の剥離耐性を評価した結果を示す表である。 クラックが発生した接地電極を切断した一例を示す説明図である。 スパークプラグの着火性を評価した結果を示す表である。 電極チップの耐消耗性を評価した結果を示す表である。

Ａ．第１実施形態
Ａ−１．スパークプラグの構成
図１は、スパークプラグ１０の部分断面を示す説明図である。図１には、スパークプラグ１０の軸心である軸線ＣＡを境界として、軸線ＣＡより紙面左側にスパークプラグ１０の外観形状が図示され、軸線ＣＡより紙面右側にスパークプラグ１０の断面形状が図示されている。本実施形態の説明では、スパークプラグ１０における図１の紙面下側を「先端側」といい、図１の紙面上側を「後端側」という。

スパークプラグ１０は、中心電極１００と、絶縁体２００と、主体金具３００と、接地電極４００とを備える。本実施形態では、スパークプラグ１０の軸線ＣＡは、中心電極１００、絶縁体２００および主体金具３００の各部材における軸心でもある。

スパークプラグ１０は、中心電極１００と接地電極４００との間に形成された間隙ＳＧを先端側に有する。スパークプラグ１０の間隙ＳＧは、火花ギャップとも呼ばれる。スパークプラグ１０は、間隙ＳＧが形成された先端側を燃焼室９２０の内壁９１０から突出させた状態で内燃機関９０に取り付け可能に構成されている。スパークプラグ１０を内燃機関９０に取り付けた状態で高電圧（例えば、１万〜３万ボルト）を中心電極１００に印加した場合、間隙ＳＧに火花放電が発生する。間隙ＳＧに発生した火花放電は、燃焼室９２０における混合気に対する着火を実現する。

図１には、相互に直交するＸＹＺ軸を図示した。図１のＸＹＺ軸は、後述する他の図におけるＸＹＺ軸に対応する。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｘ軸は、Ｙ軸およびＺ軸に直交する軸である。Ｘ軸に沿ったＸ軸方向のうち、＋Ｘ軸方向は、図１の紙面奥から紙面手前に向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、＋Ｘ軸方向の逆方向である。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する軸である。Ｙ軸に沿ったＹ軸方向のうち、＋Ｙ軸方向は、図１の紙面右から紙面左に向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、＋Ｙ軸方向の逆方向である。図１のＸＹＺ軸のうち、Ｚ軸は、軸線ＣＡに沿った軸である。Ｚ軸に沿ったＺ軸方向（軸線方向）のうち、＋Ｚ軸方向は、スパークプラグ１０の後端側から先端側に向かう方向であり、−Ｚ軸方向は、＋Ｚ軸方向の逆方向である。

スパークプラグ１０の中心電極１００は、導電性を有する電極である。中心電極１００は、軸線ＣＡを中心に延びた棒状を成す。中心電極１００の外側面は、絶縁体２００によって外部から電気的に絶縁されている。中心電極１００の先端側は、絶縁体２００の先端側から突出している。中心電極１００の後端側は、絶縁体２００の後端側へと電気的に接続されている。本実施形態では、中心電極１００の後端側は、端子金具１９０を介して絶縁体２００の後端側へと電気的に接続されている。

スパークプラグ１０の絶縁体２００は、電気絶縁性を有する碍子である。絶縁体２００は、軸線ＣＡを中心に延びた筒状を成す。本実施形態では、絶縁体２００は、絶縁性セラミックス材料（例えば、アルミナ）を焼成することによって作製される。絶縁体２００は、軸線ＣＡを中心に延びた貫通孔である軸孔２９０を有する。絶縁体２００の軸孔２９０には、中心電極１００を絶縁体２００の先端側から突出させた状態で、中心電極１００が軸線ＣＡ上に保持されている。

スパークプラグ１０の主体金具３００は、導電性を有する金属体である。主体金具３００は、軸線ＣＡを中心に延びた筒状を成す。本実施形態では、主体金具３００は、筒状に成形された低炭素鋼にニッケルめっきを施した部材である。他の実施形態では、主体金具３００は、亜鉛めっきを施した部材であっても良いし、めっきを施していない部材（無めっき）であっても良い。主体金具３００は、中心電極１００から電気的に絶縁された状態で絶縁体２００の外側面にカシメによって固定されている。主体金具３００の先端側には、端面３１０が形成されている。端面３１０の中央からは、中心電極１００と共に絶縁体２００が＋Ｚ軸方向に向けて突出している。端面３１０には、接地電極４００が接合されている。

スパークプラグ１０の接地電極４００は、導電性を有する電極である。接地電極４００は、電極母材４１０と、電極チップ４５０とを有する。電極母材４１０は、主体金具３００の端面３１０から＋Ｚ軸方向に延びた後に軸線ＣＡに向けて屈曲した形状を成す。電極母材４１０の後端側は、主体金具３００に接合されている。電極母材４１０の先端側には、電極チップ４５０が接合されている。電極チップ４５０は、中心電極１００との間に間隙ＳＧを形成する。

本実施形態では、電極母材４１０の材質は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル合金である。本実施形態では、電極チップ４５０の材質は、白金（Ｐｔ）を主成分とし２０質量％のロジウム（Ｒｈ）を含有する合金である。他の実施形態では、電極チップ４５０の材質は、火花放電に対する耐消耗性に優れた材質であればよく、純粋な貴金属（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）およびルテニウム（Ｒｕ）、など）であってもよいし、ニッケル（Ｎｉ）であってもよいし、これらの金属の少なくとも１つを含有する他の合金であってもよい。

Ａ−２．接地電極の詳細構成
図２は、スパークプラグ１０の先端側を示す説明図である。図２における上段の図２（Ａ）は、中心電極１００および接地電極４００を＋Ｘ軸方向から見た部分拡大図である。図２における下段の図２（Ｂ）は、接地電極４００の先端側を−Ｚ軸方向から見た部分拡大図である。

中心電極１００は、円柱状を成す。中心電極１００は、先端面１０１と側面１０７とを有する。先端面１０１および側面１０７は、中心電極１００の先端側の端部を構成する。中心電極１００の先端面１０１は、Ｘ軸およびＹ軸に平行であるとともに＋Ｚ軸方向を向く面である。中心電極１００の側面１０７は、軸線ＣＡの周囲に形成されたＺ軸に平行な面である。本実施形態では、中心電極１００の部位のうち先端面１０１が、接地電極４００の電極チップ４５０との間に間隙ＳＧを形成する。

本実施形態では、中心電極１００は、貴金属を主成分とする電極チップ１５０を電極母材１１０に接合した電極であり、電極チップ１５０は、先端面１０１および側面１０７を構成する。本実施形態では、電極母材１１０は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル合金（例えば、インコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標））から成り、電極チップ１５０は、イリジウム（Ｉｒ）から成る。他の実施形態では、中心電極１００は、先端面１０１および側面１０７を含めて全体的に同じ材質から成る電極であってもよい。

接地電極４００の電極母材４１０は、母材面４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６を有する。母材面４１１は、電極母材４１０の後端側から先端側にわたって形成され、接地電極４００の先端側において−Ｚ軸方向を向く面である。母材面４１２は、電極母材４１０の後端側から先端側にわたって形成され、接地電極４００の先端側において＋Ｚ軸方向を向く面である。母材面４１３は、接地電極４００の先端部を構成し、＋Ｙ軸方向を向く面である。母材面４１４は、接地電極４００の基端部を構成し、−Ｚ軸方向を向く面である。母材面４１５は、電極母材４１０の後端側から先端側にわたって形成され、−Ｘ軸方向を向く面である。母材面４１６は、電極母材４１０の後端側から先端側にわたって形成され、＋Ｘ軸方向を向く面である。電極母材４１０の部位のうち、電極母材４１０の先端部（母材面４１３）から基端部（母材面４１４）へと広がる母材面４１１の先端側には、電極チップ４５０が設けられている。

接地電極４００の電極チップ４５０は、電極母材４１０の母材面４１１から−Ｚ軸方向に向けて突出した円柱状の突出部である。本実施形態では、電極チップ４５０の軸線ＣＡｃは、Ｚ軸に平行である。電極チップ４５０は、チップ面４５１，４５３を有する。チップ面４５１は、Ｘ軸およびＹ軸に平行であるとともに−Ｚ軸方向を向く先端面である。チップ面４５１は、中心電極１００の先端面１０１との間に間隙ＳＧを形成する。チップ面４５３は、軸線ＣＡｃの周囲に形成されたＺ軸に平行な側面である。電極チップ４５０は、チップ面４５３における＋Ｚ軸方向側の周囲において電極母材４１０に接合されている。

電極母材４１０における電極チップ４５０の周囲には、電極母材４１０に電極チップ４５０を接合するレーザ溶接によって溶融部４３０が形成されている。図２には、溶融部４３０にハッチングが施されている。溶融部４３０は、レーザ溶接によって一旦溶融した電極母材４１０および電極チップ４５０に由来する金属が凝固した部位（いわゆる、溶接ビード）である。溶融部４３０は、電極母材４１０の成分と、電極チップ４５０の成分とを含有する。

図３は、接地電極４００を切断した断面の一例を示す説明図である。図３の断面は、図２（Ｂ）の矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の断面である。矢視Ｆ３−Ｆ３は、母材面４１３から母材面４１４に向かう電極母材４１０の長手方向（Ｙ軸方向）に対して直交するとともに電極チップ４５０の軸線ＣＡｃを通る。

電極母材４１０は、隅部４１９ａと隅部４１９ｂとを有する。電極母材４１０の隅部４１９ａは、母材面４１１と母材面４１５との間を繋ぐ外側に凸状の円弧面を形成する。電極母材４１０の隅部４１９ｂは、母材面４１１と母材面４１６との間を繋ぐ外側に凸状の円弧面を形成する。

矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の断面において、溶融部４３０は、第１部分４３０ａと、第２部分４３０ｂとを含む。溶融部４３０の第１部分４３０ａは、電極チップ４５０の軸線ＣＡｃより−Ｘ軸方向側（母材面４１５側）から形成された部分である。溶融部４３０の第２部分４３０ｂは、電極チップ４５０の軸線ＣＡｃより＋Ｘ軸方向側（母材面４１６側）から形成された部分である。

図３の例では、第１部分４３０ａは、軸線ＣＡｃより−Ｘ軸方向側に位置し、第２部分４３０ｂとは、軸線ＣＡｃより＋Ｘ軸方向側に位置する。本明細書の説明では、このような溶融部４３０の態様をパターン「Ａ」と呼び、パターン「Ａ」を満たす接地電極４００を接地電極４００Ａとも呼ぶ。

溶融部４３０は、露出面４３１と、界面４３３とを有する。溶融部４３０の露出面４３１は、レーザ溶接時にレーザが入射された部位に形成され、電極母材４１０および電極チップ４５０から露出した面である。溶融部４３０の界面４３３は、電極母材４１０および電極チップ４５０との境界である。

長さＥは、矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の断面における電極チップ４５０のチップ面４５１の長さである。点Ｃａは、第１部分４３０ａの露出面４３１が母材面４１１に接する点である。点Ｃｂは、第２部分４３０ｂの露出面４３１が母材面４１１に接する点である。距離Ｆは、点Ｃａと点Ｃｂとの間の距離である。仮想線ＶＬ３は、点Ｃａおよび点Ｃｂを通る直線である。

点Ｇａは、第１部分４３０ａの露出面４３１が電極チップ４５０のチップ面４５３に接する点である。仮想線ＶＬ１は、点Ｇａを通るとともに軸線ＣＡｃに平行な直線である。点Ｈａは、仮想線ＶＬ１が界面４３３と交差する点である。深さＤａは、仮想線ＶＬ３から点Ｈａまでの距離である。

点Ｇｂは、第２部分４３０ｂの露出面４３１が電極チップ４５０のチップ面４５３に接する点である。仮想線ＶＬ２は、点Ｇｂを通るとともに軸線ＣＡｃに平行な直線である。点Ｈｂは、仮想線ＶＬ２が界面４３３と交差する点である。深さＤｂは、仮想線ＶＬ３から点Ｈｂまでの距離である。

点Ｉは、溶融部４３０において軸線ＣＡｃに対して最も近い部位のうち、仮想線ＶＬ３から最も離れた部位である。面積Ｊ１は、点Ｇａと点Ｈａと点Ｉとを頂点とする三角形Ｇａ−Ｈａ−Ｉの面積である。面積Ｊ２は、点Ｇｂと点Ｈｂと点Ｉとを頂点とする三角形Ｇａ−Ｈａ−Ｉの面積である。

電極チップ４５０の剥離に対する接地電極４００の耐剥離性を十分に確保する観点から、矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の断面において、母材面４１１が露出するとともに、
１．２Ｅ≦Ｆ≦１．９Ｅ、
０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．３０ｍｍ、
０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．３０ｍｍ、かつ、
０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ^２
を満たすことが好ましく、
１．２Ｅ≦Ｆ≦１．８Ｅ、
０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．２５ｍｍ、
０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．２５ｍｍ、かつ、
０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ^２
を満たすことがいっそう好ましい。ここで、面積Ｊは、面積Ｊ１と面積Ｊ２とを合計した面積である。接地電極４００に関する各指標の評価ついては後述する。

火花放電および酸化に対する接地電極４００の耐消耗性を十分に確保する観点から、中心電極１００の先端面１０１の面積Ａと、電極チップ４５０の先端面３５１の面積Ｂとの関係は、１．３Ａ≦Ｂ≦４．６Ａを満たすことが好ましい。面積Ａ，Ｂの評価については後述する。

着火性を十分に確保しつつ、接地電極の耐消耗性を十分に確保する観点から、母材面４１１からの電極チップ４５０の高さＫは、０．３ｍｍ≦Ｋ≦１．２ｍｍを満たすことが好ましい。高さＫの評価については後述する。

図４は、他の実施形態における接地電極４００Ｂを切断した断面の一例を示す説明図である。接地電極４００Ｂは、溶融部４３０の態様が異なる点を除き、図３の接地電極４００Ａと同様である。図４の断面は、図２（Ｂ）の矢視Ｆ３−Ｆ３に相当する位置から見た接地電極４００Ｂの断面である。図４の例では、第１部分４３０ａは、第２部分４３０ｂより先に形成され、第２部分４３０ｂは、第１部分４３０ａの先端に重ねて形成されている。本明細書の説明では、このような溶融部４３０の態様をパターン「Ｂ」と呼ぶ。

図５は、他の実施形態における接地電極４００Ｃを切断した断面の一例を示す説明図である。接地電極４００Ｃは、溶融部４３０の態様が異なる点を除き、図３の接地電極４００Ａと同様である。図５の断面は、図２（Ｂ）の矢視Ｆ３−Ｆ３に相当する位置から見た接地電極４００Ｃの断面である。図５の例では、第１部分４３０ａは、第２部分４３０ｂより先に形成され、第２部分４３０ｂは、第１部分４３０ａを貫通して形成されている。本明細書の説明では、このような溶融部４３０の態様をパターン「Ｃ」と呼ぶ。

図６は、他の実施形態における接地電極４００Ｄを切断した断面の一例を示す説明図である。接地電極４００Ｄは、溶融部４３０の態様が異なる点を除き、図３の接地電極４００Ａと同様である。図６の断面は、図２（Ｂ）の矢視Ｆ３−Ｆ３に相当する位置から見た接地電極４００Ｄの断面である。図６の例では、第１部分４３０ａは、軸線ＣＡｃより−Ｘ軸方向側に位置し、第２部分４３０ｂは、第１部分４３０ａから離れた位置に軸線ＣＡｃの＋Ｘ軸方向側から−Ｘ軸方向側へと形成されている。本明細書の説明では、このような溶融部４３０の態様をパターン「Ｄ」と呼ぶ。

図７は、他の実施形態における接地電極４００Ｅを示す説明図である。接地電極４００Ｅは、電極母材の形状が異なる点を除き、図２の接地電極４００と同様である。接地電極４００Ｅの電極母材４１０Ｅは、母材面４１７Ｅと母材面４１８Ｅとを有する点を除き、図２の電極母材４１０と同様である。母材面４１７Ｅは、−Ｘ軸方向および＋Ｙ軸方向を向いた面であり、母材面４１３と母材面４１５との間を繋ぐ。母材面４１８Ｅは、＋Ｘ軸方向および＋Ｙ軸方向を向いた面であり、母材面４１３と母材面４１６との間を繋ぐ。図７の矢視Ｆ３−Ｆ３から見た溶融部４３０の態様は、図３、図４、図５および図６のいずれのパターンであってもよい。

Ａ−３．評価試験
図８、図９、図１０、図１１および図１２は、電極チップ４５０の剥離に対する接地電極４００の剥離耐性を評価した結果を示す表である。剥離耐性の評価試験では、試験者は、接地電極４００に関する各指標が異なる複数のスパークプラグ１０を、試料Ａ１〜Ａ８，Ｂ１〜Ｂ１２，Ｃ１〜Ｃ１６，Ｄ１〜Ｄ１６，Ｅ１〜Ｅ１６として評価した。

試料Ａ１〜Ａ８における電極母材４１０の仕様は、次の通りである。
・材質：インコネル６０１
・Ｘ軸方向に沿った幅Ｗ：１．４ｍｍ（ミリメートル）
・隅部４１９ａ，４１９ｂの各半径：０．２ｍｍ

試料Ｂ１〜Ｂ１２における電極母材４１０の仕様は、次の通りである。
・材質：インコネル６０１
・Ｘ軸方向に沿った幅Ｗ：１．９ｍｍ
・隅部４１９ａ，４１９ｂの各半径：０．２ｍｍ

試料Ｃ１〜Ｃ１６における電極母材４１０の仕様は、次の通りである。
・材質：インコネル６０１
・Ｘ軸方向に沿った幅Ｗ：２．５ｍｍ
・隅部４１９ａ，４１９ｂの各半径：０．２５ｍｍ

試料Ｄ１〜Ｄ１６における電極母材４１０の仕様は、次の通りである。
・材質：インコネル６０１
・Ｘ軸方向に沿った幅Ｗ：３．１ｍｍ
・隅部４１９ａ，４１９ｂの各半径：０．３ｍｍ

試料Ｅ１〜Ｅ１６における電極母材４１０の仕様は、次の通りである。
・材質：インコネル６０１
・Ｘ軸方向に沿った幅Ｗ：３．６ｍｍ
・隅部４１９ａ，４１９ｂの各半径：０．３ｍｍ

各試料における電極チップ４５０の仕様は、次の通りである。
・材質：白金（Ｐｔ）を主成分とし２０質量％のロジウム（Ｒｈ）を含有する合金
・形状：円柱
・長さＥ（チップ径）：０．８ｍｍ，１．０ｍｍ，１．２ｍｍ，１．５ｍｍ

各試料の中心電極１００において、先端面１０１の径は、０．７ｍｍである。各試料において、面積Ａと面積Ｂとの先端面積比Ｂ／Ａは、１．３１〜４．５９である。

試験者は、耐久試験として、各試料を内燃機関（排気量１．５リットル、４気筒）に取り付け、１００時間、次の運転状態１，２を繰り返した。
運転状態１：スロットル全開にして５０００ｒｐｍ（回転毎分）で内燃機関を１分間運転
運転状態２：内燃機関を１分間停止

試験者は、耐久試験を終えた試料を、図２の矢視Ｆ３−Ｆ３に相当する位置で切断した後、各指標を測定するとともに、溶融部４３０におけるクラックの進行状況を確認した。

溶融部４３０の外径を示す距離Ｆの測定では、溶融部４３０が隅部４１９ａ，４１９ｂに至る試料Ａ３〜Ａ８，Ｂ４，Ｂ７，Ｂ８，Ｂ１１，Ｂ１２，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１５，Ｃ１６，Ｄ１５，Ｄ１６について、試験者は、Ｙ軸方向に沿った溶融部４３０の外径を距離Ｆとして測定した。

図１３は、クラックＣＫａ，ＣＫｂが発生した接地電極４００を切断した一例を示す説明図である。仮想線ＶＬ４は、電極チップ４５０の部位のうち最も＋Ｚ軸方向側に位置する部位を通るとともにＸ軸に平行な直線である。点Ｐ１は、第１部分４３０ａの界面４３３が仮想線ＶＬ４に交差する点である。点Ｐ２は、第２部分４３０ｂの界面４３３が仮想線ＶＬ４に交差する点である。点Ｐ３は、第１部分４３０ａに発生したクラックＣＫａの部位のうち、仮想線ＶＬ１より＋Ｘ軸方向側かつ仮想線ＶＬ４より−Ｚ軸方向側に位置する部位であって、最も軸線ＣＡｃに近い部位である。点Ｐ４は、第２部分４３０ｂに発生したクラックＣＫｂの部位のうち、仮想線ＶＬ２より−Ｘ軸方向側かつ仮想線ＶＬ４より−Ｚ軸方向側に位置する部位であって、最も軸線ＣＡｃに近い部位である。

距離Ｓａは、仮想線ＶＬ１から点Ｐ１までの距離である。距離Ｓｂは、仮想線ＶＬ２から点Ｐ２までの距離である。距離Ｔａは、仮想線ＶＬ１から点Ｐ３までの距離である。距離Ｔｂは、仮想線ＶＬ２から点Ｐ４までの距離である。

試験者は、クラックの進行状況に応じて、各試料の剥離耐性を次の評価基準で評価した。
◎（優）：（Ｔａ＋Ｔｂ）／（Ｓａ＋Ｓｂ）×１００≦５０（％）
○（良）：５０（％）＜（Ｔａ＋Ｔｂ）／（Ｓａ＋Ｓｂ）×１００＜９０（％）
×（劣）：９０（％）≦（Ｔａ＋Ｔｂ）／（Ｓａ＋Ｓｂ）×１００

図８〜１２の結果によれば、耐剥離性を十分に確保する観点から、矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の断面において、母材面４１１が露出するとともに、
１．２Ｅ≦Ｆ≦１．９Ｅ、
０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．３０ｍｍ、
０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．３０ｍｍ、かつ、
０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ^２
を満たすことが好ましく、
１．２Ｅ≦Ｆ≦１．８Ｅ、
０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．２５ｍｍ、
０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．２５ｍｍ、かつ、
０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ^２
を満たすことがいっそう好ましい。

図１４は、スパークプラグ１０の着火性を評価した結果を示す表である。着火性の評価試験では、試験者は、電極チップ４５０の長さＥおよび高さＫが異なる複数のスパークプラグ１０を試料として評価した。各試料は、矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の断面において、母材面４１１が露出するとともに、次の関係を満たす試料である。
１．２Ｅ≦Ｆ≦１．８Ｅ、
０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．２５ｍｍ、
０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．２５ｍｍ、かつ、
０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ^２

試験者は、各試料を内燃機関（排気量１．５リットル、４気筒）に取り付け、各試料によるリーン限界を確認し、高さＫが０．８ｍｍである試料（Ｋ＝０．８ｍｍ）の着火性と比較して、次の評価基準で評価した。
○（良）：試料（Ｋ＝０．８ｍｍ）より着火性の低下が２％未満
×（劣）：試料（Ｋ＝０．８ｍｍ）より着火性の低下が２％以上

図１５は、電極チップ４５０の耐消耗性を評価した結果を示す表である。耐消耗性の評価試験では、試験者は、電極チップ４５０の長さＥおよび高さＫが異なる複数のスパークプラグ１０を試料として評価した。各試料は、矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の断面において、母材面４１１が露出するとともに、次の関係を満たす試料である。
１．２Ｅ≦Ｆ≦１．８Ｅ、
０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．２５ｍｍ、
０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．２５ｍｍ、かつ、
０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ^２

試験者は、各試料を内燃機関（排気量１．５リットル、４気筒）に取り付け、スロットル全開にして５０００ｒｐｍで内燃機関を運転した。その後、試験者は、各試料における電極チップ４５０の消耗量を確認し、高さＫが０．８ｍｍである試料（Ｋ＝０．８ｍｍ）における電極チップ４５０の消耗量と比較して、次の評価基準で評価した。
◎（優）：試料（Ｋ＝０．８ｍｍ）より電極チップ４５０の消耗量が少ない
○（良）：試料（Ｋ＝０．８ｍｍ）より電極チップ４５０の消耗量の増加が５％未満
×（劣）：試料（Ｋ＝０．８ｍｍ）より電極チップ４５０の消耗量の増加が５％以上

図１４および図１５の評価試験の結果によれば、着火性を十分に確保しつつ、接地電極の耐消耗性を十分に確保する観点から、電極チップ４５０の高さＫは、０．３ｍｍ≦Ｋ≦１．２ｍｍを満たすことが好ましい。

Ａ−４．効果
以上説明した実施形態によれば、矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の断面において、母材面４１１が露出するとともに、１．２Ｅ≦Ｆ≦１．８Ｅ、０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．２５ｍｍ、０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．２５ｍｍ、かつ、０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ^２を満たすことによって、電極チップ４５０の剥離に対する接地電極４００の耐剥離性を十分に確保できる。また、中心電極１００の面積Ａと接地電極４００の面積Ｂとの関係が１．３Ａ≦Ｂ≦４．６Ａを満たすことによって、火花放電および酸化に対する接地電極４００の耐消耗性を十分に確保できる。

また、電極チップ４５０の高さＫが０．３ｍｍ≦Ｋ≦１．２ｍｍを満たすことによって、スパークプラグ１０の着火性を十分に確保しつつ、接地電極４００の耐消耗性を十分に確保できる。また、電極チップ４５０は、白金（Ｐｔ）およびロジウム（Ｒｈ）を含有するため、耐消耗性を十分に満たす電極チップ４５０を実現できる。

Ｂ．他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…スパークプラグ
９０…内燃機関
１００…中心電極
１０１…先端面
１０７…側面
１１０…電極母材
１５０…電極チップ
１９０…端子金具
２００…絶縁体
２９０…軸孔
３００…主体金具
３１０…端面
３５１…先端面
４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ…接地電極
４１０，４１０Ｅ…電極母材
４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６，４１７Ｅ，４１８Ｅ…母材面
４１９ａ，４１９ｂ…隅部
４３０…溶融部
４３０ａ…第１部分
４３０ｂ…第２部分
４３１…露出面
４３３…界面
４５０…電極チップ
４５１…チップ面
４５３…チップ面
９１０…内壁
９２０…燃焼室

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、
棒状の中心電極と、
前記中心電極との間に間隙を形成する電極チップと、前記電極チップが接合された電極母材と、前記電極チップの成分と前記電極母材の成分とを含有する溶融部とを有する接地電極と、を備え、
前記電極チップは、前記電極母材における基端部から先端部へと広がる母材面から前記中心電極に向けて突出した、スパークプラグであって、
前記基端部から前記先端部に向かう前記電極母材の長手方向に対して直交するとともに前記電極チップの軸線を通る前記接地電極の断面において、
前記母材面が露出するとともに、
前記電極チップの先端面の長さＥと、
前記軸線より一方の側で前記溶融部が前記母材面に接する点Ｃａと、
前記一方の側とは異なる前記軸線より他方の側で前記溶融部が前記母材面に接する点Ｃｂと、
前記点Ｃａと前記点Ｃｂとの間の距離Ｆと、
前記一方の側で前記溶融部が前記電極チップの側面に接する点Ｇａと、
前記点Ｇａを通るとともに前記軸線に平行な仮想線が、前記溶融部と前記電極母材との界面と交差する点Ｈａと、
前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から前記点Ｈａまでの深さＤａと、
前記他方の側で前記溶融部が前記電極チップの側面に接する点Ｇｂと、
前記点Ｇｂを通るとともに前記軸線に平行な仮想線が、前記溶融部と前記電極母材との界面と交差する点Ｈｂと、
前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から前記点Ｈｂまでの深さＤｂと、
前記溶融部において前記軸線に対して最も近い部位のうち、前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から最も離れた部位である点Ｉと、
前記点Ｇａと前記点Ｈａと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積と、前記点Ｇｂと前記点Ｈｂと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積とを合計した面積Ｊと、の関係は、
１．２Ｅ≦Ｆ≦１．８Ｅ、
０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．２５ｍｍ、
０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．２５ｍｍ、かつ、
０．２０ｍｍ ^２ ≦Ｊ≦０．６８ｍｍ ^２ を満たすことを特徴とする。また、本発明は、以下の形態としても実現できる。

Claims (5)

1. 棒状の中心電極と、
   前記中心電極との間に間隙を形成する電極チップと、前記電極チップが接合された電極母材と、前記電極チップの成分と前記電極母材の成分とを含有する溶融部とを有する接地電極と、を備え、
   前記電極チップは、前記電極母材における基端部から先端部へと広がる母材面から前記中心電極に向けて突出した、スパークプラグであって、
   前記基端部から前記先端部に向かう前記電極母材の長手方向に対して直交するとともに前記電極チップの軸線を通る前記接地電極の断面において、
   前記母材面が露出するとともに、
   前記電極チップの先端面の長さＥと、
   前記軸線より一方の側で前記溶融部が前記母材面に接する点Ｃａと、
   前記一方の側とは異なる前記軸線より他方の側で前記溶融部が前記母材面に接する点Ｃｂと、
   前記点Ｃａと前記点Ｃｂとの間の距離Ｆと、
   前記一方の側で前記溶融部が前記電極チップの側面に接する点Ｇａと、
   前記点Ｇａを通るとともに前記軸線に平行な仮想線が、前記溶融部と前記電極母材との界面と交差する点Ｈａと、
   前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から前記点Ｈａまでの深さＤａと、
   前記他方の側で前記溶融部が前記電極チップの側面に接する点Ｇｂと、
   前記点Ｇｂを通るとともに前記軸線に平行な仮想線が、前記溶融部と前記電極母材との界面と交差する点Ｈｂと、
   前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から前記点Ｈｂまでの深さＤｂと、
   前記溶融部において前記軸線に対して最も近い部位のうち、前記点Ｃａおよび前記点Ｃｂを通る仮想線から最も離れた部位である点Ｉと、
   前記点Ｇａと前記点Ｈａと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積と、前記点Ｇｂと前記点Ｈｂと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積とを合計した面積Ｊと、の関係は、
   １．２Ｅ≦Ｆ≦１．９Ｅ、
   ０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．３０ｍｍ、
   ０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．３０ｍｍ、かつ、
   ０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ^２を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、
   前記点Ｇａと前記点Ｈａと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積と、前記点Ｇｂと前記点Ｈｂと前記点Ｉとを頂点とする三角形の面積とを合計した面積Ｊと、の関係は、
   １．２Ｅ≦Ｆ≦１．８Ｅ、
   ０．０５ｍｍ≦Ｄａ≦０．２５ｍｍ、
   ０．０５ｍｍ≦Ｄｂ≦０．２５ｍｍ、かつ、
   ０．２０ｍｍ^２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ^２を満たす、スパークプラグ。
3. 前記中心電極の先端面の面積Ａと、前記電極チップの前記先端面の面積Ｂとの関係は、１．３Ａ≦Ｂ≦４．６Ａを満たす、請求項１または請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 前記母材面からの前記電極チップの高さＫは、０．３ｍｍ≦Ｋ≦１．２ｍｍを満たす、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のスパークプラグ。
5. 前記電極チップは、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくとも１つを含有する、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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