WO2009130909A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2009130909A1
WO2009130909A1 PCT/JP2009/001867 JP2009001867W WO2009130909A1 WO 2009130909 A1 WO2009130909 A1 WO 2009130909A1 JP 2009001867 W JP2009001867 W JP 2009001867W WO 2009130909 A1 WO2009130909 A1 WO 2009130909A1
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WO
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tip
spark plug
electrode
noble metal
intermediate member
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/001867
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
布目健二
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本特殊陶業株式会社 filed Critical 日本特殊陶業株式会社
Priority to EP09734460.0A priority Critical patent/EP2270937B1/en
Priority to JP2009540532A priority patent/JP5185949B2/ja
Priority to CN200980114425.2A priority patent/CN102017340B/zh
Priority to US12/989,586 priority patent/US8129891B2/en
Publication of WO2009130909A1 publication Critical patent/WO2009130909A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug that forms a spark gap between a tip portion of a center electrode and a noble metal tip disposed on a ground electrode.
  • Spark plugs are required not only to have a long service life to achieve maintenance-free, but also to improve ignitability and combustion efficiency by miniaturizing the electrodes.
  • platinum is added to the spark discharge part of the center electrode. Spark plugs joined with precious metal chips such as iridium are widely used.
  • the noble metal tip it has been proposed to arrange the noble metal tip not only on the center electrode but also on the ground electrode (outer electrode) (see, for example, JP-A-2004-134209).
  • the noble metal tip when the noble metal tip is fixed to the ground electrode, the noble metal tip is fixed to a member (intermediate member) different from the ground electrode by laser welding, and then the noble metal tip is fixed.
  • the intermediate member to which is bonded is joined to the ground electrode by resistance welding.
  • the present invention is based on the viewpoint of focusing on the mechanical characteristics of the intermediate member and the ground electrode, which has not been attempted in the past, and the center of the noble metal tip disposed on the ground electrode after the bending process of the ground electrode.
  • the spark plug according to one aspect of the present invention is configured as follows. That is, a center electrode, an axial hole extending along the axial direction, an insulator that holds the center electrode in the axial hole, a metal shell that surrounds and holds the insulator in the circumferential direction, and a base end
  • a ground electrode having a middle portion between the base end portion and the front end portion bent so that a portion is joined to the metal shell and a front end portion faces the front end portion of the center electrode
  • the noble metal tip is joined to the top surface of an intermediate member separate from the ground electrode and integrated with the intermediate member, and the bottom surface of the intermediate member is joined to the ground electrode.
  • the tip is Are arranged with respect to the electrodes, the average hardness of the intermediate member is summarized in that higher than the average hard
  • the average hardness of the intermediate member is higher than the average hardness of the portion excluding the intermediate portion of the ground electrode.
  • the spark plug described above can be configured as follows. For example, if the average hardness of the ground electrode is less than 180 Hv in terms of Vickers hardness, the bending process of the ground electrode can be performed without any particular trouble, and further correction of the misalignment between the center axis of the noble metal tip and the center axis of the center electrode can be further performed. Can be done appropriately. If the average hardness of the intermediate member is set to 180 Vv or more in terms of Vickers hardness, it is possible to more appropriately correct the misalignment between the center axis of the noble metal tip and the center axis of the center electrode.
  • the intermediate member has a large-diameter portion formed on the ground electrode side and a small-diameter portion formed on the noble metal tip side, and at least of the large-diameter portion and the small-diameter portion.
  • the small diameter portion may be constituted by a fibrous metal structure along a direction substantially parallel to the central axis of the noble metal tip.
  • the intermediate member is configured such that at least half of the intermediate member on the noble metal tip side has a fibrous metal structure along a direction substantially parallel to the central axis of the noble metal tip. May be. Even with such a configuration, it is possible to increase the resistance to the force applied to the intermediate member when correcting the misalignment of the noble metal tip. Therefore, the axial deviation of the noble metal tip can be corrected more appropriately.
  • a melted portion in which the intermediate member and the noble metal tip are melted may be formed between the intermediate member and the noble metal tip.
  • the distance from the surface of the ground electrode to which the intermediate member is joined to the end portion on the noble metal tip side on the surface of the molten portion may be 0.3 mm or more.
  • the distance from the tip surface of the noble metal tip to the end portion on the noble metal tip side on the surface of the melted portion may be 0.1 mm or more. With such a configuration, it is possible to suppress consumption of the tip of the noble metal tip.
  • the average hardness of the melted portion may be 180 Hv or more in terms of Vickers hardness.
  • the intermediate member and the ground electrode may be formed of an alloy material having the same composition ratio. In this way, it is possible to increase the bonding strength between the intermediate member and the ground electrode.
  • the noble metal tip is mainly composed of platinum (Pt), iridium (Ir), rhodium (Rh), nickel (Ni), tungsten (W), palladium (Pd), ruthenium (Ru). , And may contain at least one kind of rhenium (Re) metal.
  • Pt platinum
  • Ir iridium
  • Rhodium Rh
  • Ni nickel
  • tungsten W
  • Pd palladium
  • Ru ruthenium
  • Re rhenium
  • a center electrode-side noble metal tip may be bonded to the tip of the center electrode, and the center electrode-side noble metal tip may face the noble metal tip. In this way, since the spark gap is formed between the noble metal tips arranged to face each other, the ignitability and durability are improved.
  • the noble metal tip on the center electrode side is mainly composed of iridium (Ir), platinum (Pt), rhodium (Rh), nickel (Ni), tungsten (W), palladium (Pd), ruthenium. (Ru), rhenium (Re), aluminum (Al), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), yttrium (Y), and yttrium oxide (Y 2 O 3 ). Also good. If such a center electrode side noble metal tip is employed, the consumption of the center electrode side noble metal tip itself can be suppressed due to its compositional properties.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of the tip of a center electrode 20 in the spark plug 100.
  • FIG. It is process drawing which shows a plug manufacture procedure. It is explanatory drawing which shows typically the mode of the operation
  • count of outer side bending which is an evaluation item in FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of a tip portion 31 of a ground electrode 30.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a spark plug 100 as an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of the tip of a center electrode 20 in the spark plug 100.
  • the axis O direction of the spark plug 100 shown in FIG. 1 is the vertical direction
  • the lower side is the front end side of the spark plug 100
  • the upper side is the rear end side.
  • the spark plug 100 includes an insulator 10 as an insulator, a metal shell 50 that holds the insulator 10, a center electrode 20 that is held in the insulator 10 in the direction of the axis O, and a ground.
  • the electrode 30 and the terminal metal fitting 40 provided in the rear-end part of the insulator 10 are provided.
  • the insulator 10 is formed by firing alumina or the like, and has a cylindrical shape in which an axial hole 12 extending in the direction of the axis O is formed at the axial center.
  • a flange portion 19 having the largest outer diameter is formed substantially at the center in the direction of the axis O, and a rear end body portion 18 is formed on the rear end side (upper side in FIG. 1).
  • a front end side body portion 17 having a smaller outer diameter than the rear end side body portion 18 is formed on the front end side from the flange portion 19 (lower side in FIG. 1), and further, on the front end side from the front end side body portion 17,
  • a leg length portion 13 having an outer diameter smaller than that of the distal end side body portion 17 is formed.
  • the long leg portion 13 is reduced in diameter toward the tip side, and is exposed to the combustion chamber when the spark plug 100 is attached to the engine head 200 of the internal combustion engine.
  • a step portion 15 is formed between the long leg portion 13 and the front end side body portion 17.
  • the center electrode 20 is heated more than the electrode base material 21 inside the electrode base material 21 formed of nickel or an alloy containing nickel as a main component, such as Inconel (trade name) 600 or 601.
  • This is a rod-shaped electrode having a structure in which a core material 25 made of copper having excellent conductivity or an alloy containing copper as a main component is embedded.
  • the center electrode 20 is produced by filling a core material 25 inside an electrode base material 21 formed in a bottomed cylindrical shape, and performing extrusion molding from the bottom side and stretching it.
  • the core member 25 has a substantially constant outer diameter at the body portion, but is formed in a tapered shape at the distal end side.
  • the center electrode 20, specifically, the electrode base material 21, includes a tapered electrode base material base 22, a melting portion 23, and an electrode tip 70, which have a small diameter toward the tip, and includes the electrode tip 70.
  • the electrode tip 70 is formed with a high melting point noble metal as a main component in order to improve spark wear resistance.
  • this electrode chip 70 for example, iridium (Ir), Ir as a main component, platinum (Pt), rhodium (Rh), Ni (nickel), tungsten (W), palladium (Pd), ruthenium (Ru) , Rhenium (Re), aluminum (Al), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), yttrium (Y), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and an Ir alloy to which at least one kind is added.
  • -5Pt alloy iridium alloy containing 5% by mass of platinum
  • Ir-11Ru-8Rh-1Ni alloy iridium alloy containing 11% by mass of ruthenium, 8% by mass of rhodium and 1% by mass of nickel
  • the shortest distance (tip length) in the axial direction from the boundary between the electrode tip 70 and the melting portion 23 to the tip of the electrode tip 70 is set to 0.5 to 1.2 mm.
  • the melting part 23 is formed through welding of the electrode tip 70 to the electrode base pedestal 22, for example, laser welding that irradiates a laser and melts the electrode base pedestal 22 and the electrode tip 70 by the heat. That is, in a state where the electrode tip 70 is disposed on the tip surface of the electrode base material pedestal 22, while irradiating a laser aiming at the boundary surface between the electrode base material base 22 and the electrode tip 70, the irradiated portion is arranged around the entire boundary surface. Make one round. In this laser welding, since both materials (the constituent material of the electrode base material base 22 and the noble metal of the electrode tip 70) are melted and mixed by laser irradiation, the electrode tip 70 and the electrode base material base 22 are firmly joined. At the same time, the melting portion 23 that connects the electrode base material base 22 and the electrode tip 70 is formed. The melting portion 23 is formed as an alloy of both materials by melting the both materials.
  • the center electrode 20 extends in the shaft hole 12 toward the rear end side, and is electrically connected to the terminal fitting 40 on the rear side (upper side in FIG. 1) via the seal body 4 and the ceramic resistor 3 (see FIG. 1). Connected.
  • a high voltage cable (not shown) is connected to the terminal fitting 40 via a plug cap (not shown), and a high voltage is applied.
  • the ground electrode 30 is made of a metal having high corrosion resistance. As an example, a nickel alloy such as Inconel (trade name) 600 or 601 is used.
  • the ground electrode 30 has a substantially rectangular cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the ground electrode 30.
  • the ground electrode 30 is joined to the distal end surface 57 of the metal shell 50 by welding at the base end portion 32, and the distal end portion 31.
  • the intermediate portion 33 between the distal end portion 31 and the proximal end portion 32 is bent so that one side surface thereof faces the electrode tip 70 of the center electrode 20 on the axis O.
  • An electrode tip 80 is disposed at the tip 31 of the ground electrode 30 at a position facing the electrode tip 70 joined to the center electrode 20.
  • the electrode tip 80 is a noble metal tip formed with a noble metal as a main component in the same manner as the electrode tip 70 on the center electrode 20 side.
  • platinum (Pt) is the main component and iridium (Ir), rhodium ( Rt), nickel (Ni), tungsten (W), palladium (Pd), ruthenium (Ru), rhenium (Re), and a Pt-20Rh alloy (20% by mass).
  • a platinum alloy containing rhodium) and a Pt-20Ir-5Rh alloy (a platinum alloy containing 20% by mass of iridium and 5% by mass of rhodium) are frequently used.
  • the electrode tip 80 is previously joined to the top surface of the intermediate member 81 separate from the ground electrode 30 by laser welding or the like. That is, the electrode tip 80 and the intermediate member 81 are integrated with each other through the melting portion 82 generated by welding.
  • the intermediate member 81 is formed of the same Inconel 600 or Inconel 601 nickel alloy as the ground electrode 30.
  • the intermediate member 81 has a columnar shape, and the ground electrode 30 side is formed with a large diameter, and the electrode chip 80 side is formed with a small diameter via a stepped portion.
  • the thick diameter portion of the intermediate member 81 is referred to as a lower end flange portion 83, and the thin diameter portion is referred to as a small diameter portion 84.
  • the intermediate member 81 for example, a rod-shaped metal material having a thickness corresponding to the lower end flange portion 83 is prepared, and the thin-diameter portion 84 is formed by subjecting this metal material to header processing which is one of plastic processing. It can be manufactured by forming. It is also possible to prepare a rod-like metal material thicker than the lower end flange portion 83 and form both the lower end flange portion 83 and the small diameter portion 84 by header processing.
  • the electrode tip 80 is disposed on the ground electrode 30 (specifically, the tip 31).
  • the bottom surface of the lower end flange portion 83 of the intermediate member 81 to which the electrode tip 80 is bonded is the one side of the tip 31 of the ground electrode 30. This is performed by pressing against the chip mounting surface 31S and joining the lower end flange portion 83 to the distal end portion 31 of the ground electrode 30 by resistance welding or the like.
  • the ground electrode 30 is bent at the intermediate portion 33 so that the tip surface of the electrode tip 80 faces the tip surface and the end surface of the electrode tip 70 in the center electrode 20. As a result, a spark gap GA is formed between the electrode tip 70 and the electrode tip 80.
  • the spark gap GA is set to 0.3 to 1.5 mm, and as described later, the deviation of the axis O ′ of the electrode chip 80 from the axis O of the electrode chip 70, that is, The parallelism between the distal end surface of the electrode tip 70 and the distal end surface of the electrode tip 80, or the distal end surface of the electrode tip 80 and the tip mounting surface 31S to which the intermediate member 81 in the distal end portion 31 of the ground electrode 30 is joined.
  • the deviation in parallelism is set to be less than 4 °.
  • the tip length from the side surface of the tip 31 of the ground electrode 30 of the electrode tip 80 that forms the spark gap GA as described above is set to 0.5 to 1.2 mm, which is the same as that of the electrode tip 70.
  • the main metal fitting 50 is a cylindrical metal fitting for fixing the spark plug 100 to the engine head 200 of the internal combustion engine.
  • the metal shell 50 holds the insulator 10 inside so as to surround a portion from a part of the rear end side body part 18 to the leg long part 13.
  • the metal shell 50 is formed of a low carbon steel material, and has a thread engaging with a tool engaging portion 51 into which a spark plug wrench (not shown) is fitted and a mounting screw hole 201 of the engine head 200 provided at the upper part of the internal combustion engine. And a formed mounting screw portion 52.
  • the outer diameter M (nominal diameter) of the mounting screw 52 is M10 to M12.
  • a bowl-shaped seal portion 54 is formed between the tool engaging portion 51 and the mounting screw portion 52 of the metal shell 50.
  • An annular gasket 5 formed by bending a plate is fitted into a screw neck 59 between the mounting screw portion 52 and the seal portion 54.
  • the gasket 5 is crushed and deformed between the seat surface 55 of the seal portion 54 and the opening peripheral edge portion 205 of the attachment screw hole 201. Due to the deformation of the gasket 5, the gap between the spark plug 100 and the engine head 200 is sealed, and airtight leakage in the engine through the mounting screw hole 201 is prevented.
  • a thin caulking portion 53 is provided on the rear end side from the tool engaging portion 51 of the metal shell 50. Further, a thin buckled portion 58 is provided between the seal portion 54 and the tool engaging portion 51, similarly to the caulking portion 53. Between the inner peripheral surface of the metal shell 50 from the tool engagement portion 51 to the crimping portion 53 and the outer peripheral surface of the rear end side body portion 18 of the insulator 10, annular ring members 6 and 7 are interposed. Further, talc (talc) 9 powder is filled between the ring members 6 and 7. By crimping the crimping portion 53 so as to be bent inward, the insulator 10 is pressed toward the front end side in the metal shell 50 via the ring members 6, 7 and the talc 9.
  • the step portion 15 of the insulator 10 is supported by the step portion 56 formed at the position of the mounting screw portion 52 on the inner periphery of the metal shell 50 via the annular plate packing 8 so as to be insulated from the metal shell 50.
  • the insulator 10 is integrated.
  • the buckling portion 58 is configured to buckle and deform outwardly when a compression force is applied during caulking, and the compression length in the direction of the axis O of the talc 9 is increased so that the inside of the metal shell 50 is increased. Increases airtightness.
  • a clearance C having a predetermined dimension is provided between the metal shell 50 and the insulator 10 on the tip side of the step portion 56.
  • FIG. 3 is a process diagram showing the plug manufacturing procedure
  • FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the state of work in this manufacturing process
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the state after adjusting the chip axis deviation in the manufacturing process.
  • the center electrode 20, the insulator 10, and the metal shell 50 are prepared (step S100).
  • the electrode tip 70 is already joined to the electrode base material base 22 with the melting portion 23 interposed in the center electrode 20.
  • the proximal end portion 32 of the ground electrode 30 is fixed to the distal end surface of the metal shell 50 by welding.
  • the insulator 10 is assembled so as to cover the outer periphery of the center electrode 20 while exposing the tip of the center electrode 20 (specifically, the electrode tip 70, the melting part 23, and the electrode base plate 22) (step S110).
  • the metal shell 50 is assembled on the outer periphery of the insulator 10 so that the tip of the insulator 10 protrudes from the tip surface of the metal shell 50 by, for example, about 2 mm or more (step S120).
  • the electrode tip 80 integrated with the intermediate member 81 via 82 is fixed to the ground electrode 30 by joining the lower end flange portion 83 of the intermediate member 81 to the tip mounting surface 31S of the ground electrode 30 (step S130).
  • the ground electrode 30 is bent toward the center electrode 20 (step S140).
  • a bender for causing an intermediate portion 33 having a predetermined radius of curvature to be formed at the bent portion of the ground electrode 30.
  • the jig JB is pressed and bent so that the tip 31 of the ground electrode 30 faces the electrode tip 70.
  • the ground electrode 30 is bent with a predetermined radius of curvature so that the electrode tip 70 and the electrode tip 80 are substantially opposed to each other.
  • interval of the electrode tip 70 and the electrode tip 80, ie, the spark gap GA is formed with the above-mentioned predetermined dimension.
  • the axis deviation of the electrode tip 80 is adjusted (step S150).
  • the intermediate member 81 is gripped by the lower end flange portion 83 side with the tip gripping jig JG, and the tip surface of the electrode tip 80 and the electrode
  • the deviation in parallelism with the tip surface of the tip 70 or the deviation in parallelism between the tip surface of the electrode tip 80 and the tip mounting surface 31S of the electrode tip 80 at the tip 31 of the ground electrode 30 is less than 4 °.
  • the axis deviation of the electrode tip 80 is adjusted by the tip gripping jig JG.
  • the crossing angle ⁇ of the axis O ′ of the electrode tip 80 with respect to the axis O of the electrode tip 70 becomes less than 4 °, and the tip surface of the electrode tip 80 and the tip of the electrode tip 70 The plane faces the plane almost in parallel within this angular range.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing the relationship between the average hardness and the evaluation result while changing the material of the intermediate member 81 and the ground electrode 30, and
  • FIG. 7 is an explanatory view showing the calculation of the number of times of outer bending, which is the evaluation item in FIG. 6. It is.
  • both the intermediate member 81 and the ground electrode 30 are formed of Inconel 600 represented by the material A in the figure, and the average hardness of the ground electrode 30 is 161 Hv in terms of Vickers hardness.
  • the average hardness of the intermediate member 81 excluding the portion 82 and the lower end flange portion 83) is 164Hv.
  • melting part 82 is 210Hv.
  • this average hardness is performed in accordance with Japanese Industrial Standard (JIS Z 2224 / test force 4.903N), and the average hardness of the ground electrode 30 is, for example, the joining portion of the intermediate member 81 shown in FIG.
  • the average hardness of the ground electrode 30 may be a portion excluding the bent intermediate portion 33, or may be a portion near the base end portion 32 of the ground electrode 30.
  • the average hardness of the intermediate member 81 is an average value of measured hardness at three points on the surface of the intermediate member 81 and the lower end flange portion 83 on the side of the lower end flange portion 83 from the melt portion 82, that is, the range excluding the melt portion 82. In this case, the average hardness of the intermediate member 81 may be an average value of the measured hardness at 10 points.
  • a plurality of spark plugs manufactured under the same conditions may be used to average the measured hardness at 10 points. In that case, an average value obtained by a plurality of spark plugs is also used for the bending test.
  • the spark plug 1 of FIG. 7 has a base end portion 32 mainly formed by seven bendings when a bending test in which the ground electrode 30 is repeatedly bent outward at the base end portion 32 away from the center electrode 20 is performed.
  • the measurement result of the intersecting angle ⁇ (see FIG. 5) of the axis O ′ of the electrode tip 80 with respect to the axis O of the electrode tip 70 after breaking from the metal fitting 50 and adjusting the axis deviation in step S150 of FIG. 3 is 5 °. It is shown that.
  • the ground electrode 30 is broken from the base end portion 32 when the ground electrode 30 shown in FIG. It was judged as bad (NG).
  • the crossing angle ⁇ of the axis is 4 ° or more, it was judged as defective (NG) for the following reason.
  • the tip surface of the electrode tip 80 is inclined with respect to the tip surface of the electrode tip 70 on the center electrode 20 side as the crossing angle ⁇ is larger.
  • the discharge at the spark gap GA is concentrated on the portion of the tip surface of the tilted electrode tip 80 that is closest to the electrode tip 70 on the center electrode 20 side. Therefore, the portion of the tip surface of the electrode tip 80 that is closest to the electrode tip 70 on the center electrode 20 side is likely to be consumed.
  • the spark gap GA becomes larger as the tip end surface is consumed, so there is a concern that the stability of discharge, and hence the ignitability, may decrease. For this reason, the crossing angle ⁇ of the axis of 4 ° or more is regarded as defective (NG).
  • No. shown in FIG. Of Nos. 1 to 16 No. (No.) is a non-defective product (OK) in both the above-mentioned outer bending times and crossing angle ⁇ evaluation items.
  • No. 2 to 3, 5, 8, 10 and 13 to 15 spark plugs 100.
  • Nos. 2 to 3 and 5 are formed such that both the intermediate member 81 and the ground electrode 30 are made of the material A (Inconel 600).
  • Nos. 8, 10 and 13 are formed such that both the intermediate member 81 and the ground electrode 30 are made of the material B (Inconel 601). 14 to 15, the intermediate member 81 is formed from the material A (Inconel 600), and the ground electrode 30 is formed from the material B (Inconel 601).
  • the average hardness of the intermediate member 81 was higher than the average hardness of the ground electrode 30 in the measurement area HR around the joint portion shown in FIG. Moreover, it was confirmed that the average hardness of the ground electrode 30 was less than 180 Hv in terms of Vickers hardness, and the average hardness of the intermediate member 81 was 180 Hv or more, preferably 200 Hv or more in terms of Vickers hardness. Further, the average hardness of the melted portion 82 was 180 Hv or more, and it was confirmed that the average hardness was approximately 200 to 300 Hv.
  • the material of these members is made of the material A (Inconel 600) or the material B (Inconel 601).
  • the joining conditions of the intermediate member 81 and the conditions for welding the ground electrode 30 to the metal shell 50 at the base end portion 32 are averaged. If the relationship between the hardness and the average hardness of the intermediate member 81 is defined so as to satisfy the above relationship, the evaluation items (the number of outer bendings and the crossing angle ⁇ ) are satisfied. Therefore, if the joining of the intermediate member 81 and the welding of the ground electrode 30 are performed under the above defined conditions, the ground electrode 30 can be prevented from being damaged, and the adjustment of the axial deviation of the electrode tip 80 can be simplified. preferable.
  • the following can also be performed.
  • the joining of the intermediate member 81 and the welding of the ground electrode 30 cause a decrease in hardness due to annealing. Therefore, in anticipation of this hardness reduction, when the intermediate member 81 and the ground electrode 30 are formed from either the material A (Inconel 600) or the material B (Inconel 601), the hardness is increased in advance. It is also effective.
  • the average hardness of the ground electrode 30 is 180 Hv or more, the ground electrode 30 is too hard, and thus a large force is required when the ground electrode 30 is bent. Therefore, the stress applied to the welded portion of the base end portion 32 is also increased, and the stress exceeding the welding strength is applied. That is, it has been confirmed that the average hardness of the ground electrode 30 needs to be less than 180 Hv in order to satisfy the number of times of outer bending for evaluating avoidance of welding fracture of the ground electrode 30.
  • the average hardness of the ground electrode 30 is less than 180 Hv, but the average hardness of the intermediate member 81 is less than 180 Hv. This is expected to cause an axial deviation of the electrode tip 80 when adjusting the axial deviation because the average hardness of the intermediate member 81 is low. That is, it has been confirmed that the average hardness of the intermediate member 81 needs to be 180 Hv or more in order to suppress the axial deviation of the electrode tip 80 and satisfy the predetermined crossing angle ⁇ .
  • the distance L1 from the chip mounting surface 31S of the ground electrode 30 to the upper end of the surface of the melting part 82 may be 0.3 mm or more.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view around the tip 31 of the ground electrode 30.
  • the electrode tip 80 is formed of a noble metal such as platinum, the electrode tip 80 has a high hardness (approximately 300 Hv), but has a property of being easily chipped from the grain boundary in terms of crystal structure.
  • the melted portion 82 in which the nickel alloy and the noble metal are mixed has a relatively high hardness of 180 Hv or more (see FIG. 6), but has a property of being easily chipped from the grain boundary as compared with the noble metal.
  • the tip gripping jig JG is moved to the intermediate member 81 and the melting portion. Since a sufficient contact portion for making contact with 82 can be ensured, it is possible to easily adjust the misalignment without touching the electrode chip 80 that is easily chipped.
  • the upper limit of the distance L1 can be set to about 0.5 mm in consideration of the chip length defined as 0.5 to 1.2 mm in the above embodiment.
  • the distance L2 from the tip surface of the electrode tip 80 to the upper end of the surface of the melted part 82 may be 0.1 mm or more.
  • the melting part 82 has the property of being inferior in oxidation resistance and spark consumption resistance to the electrode tip 80. Therefore, when the electrode tip 80 and the intermediate member 81 are joined, if the melting portion 82 is included in the tip surface of the electrode tip 80, the portion may be selectively consumed. is there.
  • the distance L2 from the tip surface of the electrode tip 80 to the upper end of the surface of the melted portion 82 is set to 0.1 mm or more, such consumption of the tip portion of the electrode tip 80 can be suppressed. It becomes possible.
  • the upper limit of the distance L2 can be set to about 0.4 mm in consideration of the chip length defined as 0.5 to 1.2 mm in the above embodiment.
  • the small diameter portion 84 is configured by a fibrous metal structure along a direction parallel to the axis O ′ of the electrode tip 80. It may be.
  • the intermediate member 81 having such a fibrous structure can be generated by performing a wire drawing process on the metal material that is the base of the intermediate member 81. As described above, if the intermediate member 81 is formed of a fibrous metal structure along a direction parallel to the axis O ′ of the electrode tip 80, the stress applied to the intermediate member 81 when the axial deviation of the electrode tip 80 is corrected. The resistance to the can be increased. Therefore, the axial deviation of the electrode tip 80 can be corrected more appropriately.
  • the intermediate member 81 is formed so as to have such a fibrous metal structure, when the spark plug 100 receives engine vibration, the intermediate member 81 can be prevented from being deformed by the vibration. It becomes possible. Such an effect becomes particularly prominent when the spark plug 100 is attached to a high-power or high-speed engine.
  • the thin diameter portion 84 is formed by header processing, the portion near the lower end flange portion 83 in the small diameter portion 84 is not parallel to the axis O ′ of the electrode tip 80.
  • the small diameter portion 84 is substantially constituted by a fibrous metal structure along a direction parallel to the axis O ′ of the electrode tip 80.
  • the intermediate member 81 is composed of the narrow diameter portion 84 and the lower end flange portion 83.
  • the formation of the lower end flange portion 83 may be omitted. That is, the intermediate member 81 may be formed in a full cylinder shape as a whole. In this case, it is preferable that the above-described fibrous metal structure is formed in at least a half portion of the intermediate member 81 on the melting portion 82 side.
  • the entire intermediate member 81 may be constituted by a fibrous metal structure along a direction parallel to the axis O ′ of the electrode tip 80.

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Abstract

　スパークプラグ１００は、中心電極２０と、絶縁体１０と、主体金具５０と、接地電極３０とを備えている。接地電極３０の先端部３１の、中心電極２０の先端部と対向する位置には貴金属チップ８０が配置されている。貴金属チップ８０は、接地電極３０とは別体の中間部材８１の頂上面に接合されて中間部材８１と一体とされると共に、中間部材８１の底面が接地電極３０に接合されることにより、接地電極３０に固着されている。中間部材８１は、その平均硬度が、接地電極３０の屈曲部分である中間部３３を除いた部分の接地電極３０の平均硬度よりも高く形成されている。

Description

スパークプラグ
　本発明は、中心電極の先端部と接地電極に配置された貴金属チップとの間に火花ギャップを形成するスパークプラグに関する。
　スパークプラグには、メンテナンスフリー達成のための長寿命化のみならず、電極の小型化による着火性の向上や燃焼効率の向上が求められ、こうした要求に応えるため、中心電極における火花放電部位に白金、イリジウムなどの貴金属チップを接合したスパークプラグが多用されている。また、より一層の着火性の向上を図るため、貴金属チップを中心電極のみならず、接地電極（外側電極）に配置することが提案されている（例えば、特開２００４－１３４２０９号公報参照）。
　上記の特許文献で提案されているように、接地電極への貴金属チップの固着に際しては、貴金属チップを接地電極とは別の部材（中間部材）にレーザ溶接によって固定し、その後に、この貴金属チップが接合された中間部材を接地電極に抵抗溶接にて接合することが行われている。
　近年では、エンジン自体の高性能化、出力向上等が図られていることから、接地電極に貴金属チップを配置したスパークプラグのさらなる改良が求められている。より具体的には、着火性向上及び耐久性向上の観点から、接地電極側の貴金属チップの中心軸と中心電極側の貴金属チップの中心軸との軸ずれを抑制することが求められている。このため、例えば、接地電極側貴金属チップが中間部材を介して固着された接地電極を、接地電極側貴金属チップと中心電極側貴金属チップとが対向するように屈曲加工を行った後に、中間部材を把持した状態で中間部材を介して接地電極を動かすことにより、接地電極側貴金属チップと中心電極側貴金属チップとの軸ずれを矯正することが考えられている。
　ところが、中間部材及び接地電極の機械的特性を考慮せずに上記のような中間部材を把持して軸ずれの矯正を行うと、中間部材が変形してしまい、軸ずれが大きくなってしまうという問題が生ずることが懸念される。
　本発明は、上記した問題を踏まえ、従来試みられなかった中間部材及び接地電極の機械的特性に着目するという観点に立脚して、接地電極の屈曲加工後に接地電極に配置された貴金属チップの中心軸と中心電極の中心軸との軸ずれの矯正を行ったとしても、軸ずれの矯正を適切に行うことのでき、着火性及び耐久性の向上を図ることが可能なスパークプラグを得ることをその目的とする。
　上記した目的を達成するために、本発明の一態様であるスパークプラグを次のように構成した。すなわち、中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔内で前記中心電極を保持する絶縁体と、当該絶縁体を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、基端部が前記主体金具に接合され、先端部が前記中心電極の先端部に対向するように前記基端部と前記先端部との間の中間部が屈曲された接地電極とを備え、該接地電極の前記先端部のうち前記中心電極の前記先端部と対向する位置に貴金属チップが配置され、前記中心電極の前記先端部及び前記貴金属チップとの間に火花ギャップを形成するスパークプラグであって、前記貴金属チップは、前記接地電極とは別体の中間部材の頂上面に接合されて前記中間部材と一体とされると共に、前記中間部材の底面が前記接地電極に接合されることにより、前記貴金属チップは前記接地電極に対して配置されており、前記中間部材の平均硬度は、前記接地電極における前記中間部を除く部位の平均硬度より高いことを要旨とする。
　上記構成のスパークプラグでは、中間部材の平均硬度が接地電極における中間部を除く部位の平均硬度より高くなっている。これにより、接地電極の屈曲加工後に接地電極に配置された貴金属チップの中心軸と中心電極の中心軸との軸ずれの矯正を行ったとしても、軸ずれの矯正を適切に行うことができる。このため、軸ずれに起因して貴金属チップの一部分のみが消耗してしまうことを抑制することができ、着火性及び耐久性の向上を図ることができる。
　上記したスパークプラグは、次のような態様とすることができる。例えば、接地電極の平均硬度をビッカース硬度で１８０Ｈｖ未満とすれば、接地電極の屈曲加工を特段の支障なく実行できると共に、貴金属チップの中心軸と中心電極の中心軸との軸ずれの矯正を更に適切に行うことができる。また、中間部材の平均硬度をビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上とすれば、貴金属チップの中心軸と中心電極の中心軸との軸ずれの矯正を更に適切に行うことができる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記中間部材は、前記接地電極側に太径部が形成され、前記貴金属チップ側に細径部が形成されており、前記太径部および前記細径部のうち少なくとも前記細径部は、前記貴金属チップの中心軸に略平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されていてもよい。このような構成であれば、貴金属チップの軸ずれの矯正時において、中間部材に掛かる応力に対する抵抗力を増すことができる。そのため、貴金属チップの軸ずれを、より適切に矯正することができる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記中間部材は、該中間部材のうちの前記貴金属チップ側の少なくとも半分の部分が、前記貴金属チップの中心軸に略平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されていてもよい。このような構成によっても、貴金属チップの軸ずれの矯正時において、中間部材に掛かる力に対する抵抗力を増すことができる。そのため、貴金属チップの軸ずれを、より適切に矯正することができる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記中間部材と前記貴金属チップとの間には、該中間部材及び該貴金属チップが溶け合った溶融部が形成されていてもよい。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記接地電極の前記中間部材が接合される面から、前記溶融部の表面における前記貴金属チップ側の端部までの距離が、０．３ｍｍ以上であることとしてもよい。このような構成であれば、中間部材の把持が容易となるため、貴金属チップの軸ずれを適切に矯正することができる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップの先端面から前記溶融部の表面における前記貴金属チップ側の端部までの距離が、０．１ｍｍ以上であることとしてもよい。このような構成であれば、貴金属チップの先端部の消耗を抑制することが可能となる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記溶融部の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上であることとしてもよい。このような構成であれば、溶融部を把持した場合でも、貴金属チップの軸ずれを適切に矯正することができる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、中間部材と接地電極とは、同じ組成比の合金材料から形成されていてもよい。このようにすれば、中間部材と接地電極との接合強度を高めることが可能となる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、白金（Ｐｔ）を主成分として、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）の少なくとも１種類の金属を含有して形成されていてもよい。このような貴金属チップを採用すれば、その組成上の性質から、貴金属チップ自体の消耗を抑制できる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記中心電極の先端部には中心電極側貴金属チップが接合されており、該中心電極側貴金属チップは前記貴金属チップと対向していてもよい。こうすれば、火花ギャップが対向配置された貴金属チップ間に形成されることから、着火性及び耐久性が高まる。
　上記構成のスパークプラグにおいて、前記中心電極側貴金属チップは、イリジウム（Ｉｒ）を主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、イットリウム（Ｙ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の少なくとも１種類の金属を含有して形成されていてもよい。このような中心電極側貴金属チップを採用すれば、その組成上の性質から、中心電極側貴金属チップ自体の消耗を抑制できる。
本発明の実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。 スパークプラグ１００における中心電極２０の先端付近を拡大して示す拡大図である。 プラグ製造手順を示す工程図である。 図３の製造過程での作業の様子を模式的に示す説明図である。 図３の製造工程におけるチップ軸ずれ調整後の様子を示す説明図である。 電極チップ８０を接地電極３０に装着するための中間部材８１と電極チップ８０の材料を変えつつそれぞれの平均硬度の関係と評価結果を示す説明図である。 図６における評価項目である外側曲げ回数の算出の様子を示す説明図である。 接地電極３０の先端部３１の周辺の拡大断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図、図２はスパークプラグ１００における中心電極２０の先端付近を拡大して示す拡大図である。なお、以下の説明において上下方向についての説明に際しては、図１に示すスパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。
　図１に示すように、スパークプラグ１００は、絶縁体として絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０内に軸線Ｏ方向に保持された中心電極２０と、接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とを備える。
　絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径され、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には段部１５が形成されている。
　図２に示すように、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成された電極母材２１の内部に、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金からなる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製される。芯材２５は、胴部分においては略一定の外径をなすものの、先端側においては先細り形状に形成される。
　中心電極２０、詳しくは電極母材２１は、その先端部分に、先端に向かって小径となるテーパ状の電極母材台座２２と溶融部２３と電極チップ７０とを備え、この電極チップ７０を含む電極母材台座２２よりも先端側の部分は絶縁碍子１０の先端部１１から突出している。電極チップ７０は、耐火花消耗性を向上するために、高融点の貴金属を主成分として形成されている。この電極チップ７０としては、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、Ｎｉ（ニッケル）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、イットリウム（Ｙ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）のうち、少なくとも１種類以上を添加したＩｒ合金によって形成され、Ｉｒ－５Ｐｔ合金（５質量％の白金を含有したイリジウム合金）や、Ｉｒ－１１Ｒｕ－８Ｒｈ－１Ｎｉ合金（１１質量％のルテニウムと８質量％のロジウムと１質量％のニッケルを含有したイリジウム合金）などが多用される。本実施例では、電極チップ７０と溶融部２３との境界からの電極チップ７０の先端までの軸線方向の最短距離（チップ長）を０．５～１．２ｍｍとした。
　溶融部２３は、電極母材台座２２への電極チップ７０の溶接、例えばレーザを照射してその熱により電極母材台座２２と電極チップ７０とを溶融させるレーザ溶接を経て形成される。つまり、電極母材台座２２の先端面に電極チップ７０を配置した状態で、電極母材台座２２と電極チップ７０との境界面を狙ってレーザを照射しつつ、その照射箇所を境界面全周に亘って一周させる。このレーザ溶接では、レーザの照射により両材料（電極母材台座２２の構成材と電極チップ７０の貴金属）が溶融して混ざり合うため、電極チップ７０と電極母材台座２２とが強固に接合されると共に、電極母材台座２２と電極チップ７０とを繋ぐ溶融部２３が形成される。この溶融部２３は、上記両材料の溶融により両材料の合金として形成される。
　中心電極２０は軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４およびセラミック抵抗体３（図１参照）を経由して、後方（図１における上方）の端子金具４０に電気的に接続されている。端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加される。
　接地電極３０は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金が用いられる。この接地電極３０は、自身の長手方向と直交する方向における横断面が略長方形を有しており、その基端部３２において主体金具５０の先端面５７に溶接にて接合され、その先端部３１の一側面が中心電極２０の電極チップ７０と軸線Ｏ上で対向するように、先端部３１と基端部３２との間の中間部３３が屈曲されている。接地電極３０の先端部３１には、中心電極２０に接合された電極チップ７０と対向する位置に、電極チップ８０が配置されている。
　電極チップ８０は、中心電極２０側の電極チップ７０と同様に貴金属を主成分として形成された貴金属チップであり、本実施例では、白金（Ｐｔ）を主成分として、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）の少なくとも１種類以上を添加したＰｔ合金によって形成され、Ｐｔ－２０Ｒｈ合金（２０質量％のロジウムを含有した白金合金）や、Ｐｔ－２０Ｉｒ－５Ｒｈ合金（２０質量％のイリジウムと５質量％のロジウムを含有した白金合金）などが多用される。
　電極チップ８０は、接地電極３０とは別体の中間部材８１の頂上面に予めレーザ溶接等にて接合されている。即ち、電極チップ８０と中間部材８１とは溶接によって生じた溶融部８２を介して一体となっている。中間部材８１は、接地電極３０と同じインコネル６００或いはインコネル６０１のニッケル合金によって形成されている。中間部材８１は、柱状の形状を有しており、接地電極３０側が太い径に形成され、段部を介して、電極チップ８０側が細い径に形成されている。以下では、中間部材８１の太い径の部分を、下端フランジ部８３といい、細い径の部分を細径部８４という。中間部材８１は、例えば、下端フランジ部８３に相当する太さの棒状の金属材料を用意し、この金属材料に対して、塑性加工の一つであるヘッダ加工を施すことによって細径部８４を形成することで作製することができる。また、下端フランジ部８３よりも太い棒状の金属材料を用意し、下端フランジ部８３と細径部８４との両者をヘッダ加工によって形成することでも作製することが可能である。
　接地電極３０（詳しくは先端部３１）への電極チップ８０の配置は、電極チップ８０が接合された中間部材８１における下端フランジ部８３の底面を、接地電極３０の先端部３１の一側面であるチップ装着面３１Ｓに押し当て、下端フランジ部８３を抵抗溶接等にて接地電極３０の先端部３１に接合することで行われる。
　上述したように、接地電極３０は、その中間部３３において、電極チップ８０の先端面が中心電極２０における電極チップ７０の先端面と端面同士で対向するよう折り曲げられる。これにより、電極チップ７０と電極チップ８０との間に、火花ギャップＧＡが形成される。本実施例のスパークプラグ１００では、この火花ギャップＧＡを０．３～１．５ｍｍとした上で、後述するように、電極チップ７０の軸線Ｏに対する電極チップ８０の軸線Ｏ'のずれ、即ち、電極チップ７０の先端面と電極チップ８０の先端面との平行度のずれ、或いは、電極チップ８０の先端面と接地電極３０の先端部３１における中間部材８１が接合されるチップ装着面３１Ｓとの平行度のずれが、４゜未満となるようにされている。本実施例では、上記のように火花ギャップＧＡを形成する電極チップ８０の接地電極３０の先端部３１の側面からチップ長を、電極チップ７０と同様の０．５～１．２ｍｍとした。
　主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド２００にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、絶縁碍子１０を、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして内部に保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、図示しないスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合するネジ山が形成された取付ネジ部５２とを備えている。本実施例では、この取付ネジ部５２の外径Ｍ（呼び径）をＭ１０～Ｍ１２とした。
　主体金具５０の工具係合部５１と取付ネジ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。取付ネジ部５２とシール部５４との間のネジ首５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付ネジ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形により、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００間が封止され、取付ネジ孔２０１を介したエンジン内の気密漏れが防止される。
　主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられている。また、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周で取付ネジ部５２の位置に形成された段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに座屈変形するように構成されており、タルク９の軸線Ｏ方向の圧縮長を長くして主体金具５０内の気密性を高めている。なお、段部５６よりも先端側における主体金具５０と絶縁碍子１０との間には、所定寸法のクリアランスＣが設けられている。
　次に、上記したスパークプラグ１００の製造工程について説明する。図３はプラグ製造手順を示す工程図、図４はこの製造過程での作業の様子を模式的に示す説明図、図５は製造工程におけるチップ軸ずれ調整後の様子を示す説明図である。図３に示すように、まず、中心電極２０と、絶縁碍子１０と、主体金具５０とを用意する（ステップＳ１００）。この際、中心電極２０には、溶融部２３を介在させて電極チップ７０が電極母材台座２２に接合済みとされている。また、主体金具５０の先端面には、接地電極３０の基端部３２が溶接にて固定されている。次いで、中心電極２０の先端部（詳しくは、電極チップ７０、溶融部２３及び電極母材台座２２）を露出させつつ中心電極２０の外周を覆うように絶縁碍子１０を組み付ける（ステップＳ１１０）。その後、絶縁碍子１０の外周に、絶縁碍子１０の先端部が主体金具５０の先端面から、例えば２ｍｍ程度以上突出するように、主体金具５０を組み付け（ステップＳ１２０）、別途用意済みの、溶融部８２を介して中間部材８１と一体となった電極チップ８０を、中間部材８１の下端フランジ部８３を接地電極３０のチップ装着面３１Ｓに接合することによって、接地電極３０に固着し（ステップＳ１３０）、接地電極３０を中心電極２０の側に屈曲加工する（ステップＳ１４０）。
　この接地電極３０の屈曲加工の際には、図４（Ａ）に示すように、接地電極３０の屈曲箇所に、所定の曲率半径を有した中間部３３が形成されるようにするためのベンダージグＪＢを押し当て、接地電極３０の先端部３１が電極チップ７０に向かい合うよう折り曲げる。この屈曲加工により、接地電極３０は、図４（Ｂ）に示すように、電極チップ７０と電極チップ８０とがほぼ対向するよう所定の曲率半径を有して折り曲がる。これにより、電極チップ７０と電極チップ８０との対向間隔、即ち火花ギャップＧＡが上記した所定寸法で形成される。
　本実施例では、上記した接地電極３０の屈曲加工による火花ギャップＧＡの形成に続き、電極チップ８０の軸ずれ調整を行う（ステップＳ１５０）。この軸ずれ調整において、本実施例では、図４（Ｃ）に示すように、チップ把持ジグＪＧにて中間部材８１をその下端フランジ部８３の側で把持し、電極チップ８０の先端面と電極チップ７０の先端面との平行度のずれ、或いは、電極チップ８０の先端面と接地電極３０の先端部３１における電極チップ８０のチップ装着面３１Ｓとの平行度のずれが４゜未満となるように、チップ把持ジグＪＧにて電極チップ８０の軸ずれを調整する。この軸ずれ調整後では、図５に示すように、電極チップ７０の軸線Ｏに対する電極チップ８０の軸線Ｏ'の交差角度θが４゜未満となり、電極チップ８０の先端面と電極チップ７０の先端面とはこの角度範囲内でほぼ平行に対向することになる。
　次に、本実施例のスパークプラグ１００における評価試験について説明する。図６は中間部材８１と接地電極３０の材料を変えつつそれぞれの平均硬度の関係と評価結果を示す説明図、図７は図６における評価項目である外側曲げ回数の算出の様子を示す説明図である。
　図６における例えばサンプルＮｏ．１のスパークプラグは、中間部材８１と接地電極３０の両者を、図中に材料Ａで表記したインコネル６００で形成され、接地電極３０の平均硬度がビッカース硬度で１６１Ｈｖ、中間部材８１（詳しくは溶融部８２を除く中間部材８１と下端フランジ部８３）の平均硬度が１６４Ｈｖである。また、溶融部８２の平均硬度は、２１０Ｈｖである。本実施例では、この平均硬度は、日本工業規格（ＪＩＳ　Ｚ　２２２４／試験力４．９０３Ｎ）に準拠して行い、接地電極３０の平均硬度は、例えば、図５に示す中間部材８１の接合部位周辺の測定エリアＨＲに含まれる１０ポイントでの測定硬度の平均値である。尚、接地電極３０の平均硬度は、屈曲されている中間部３３の除く部位であればよく、接地電極３０の基端部３２寄りの部位でも良い。中間部材８１の平均硬度は、溶融部８２を除く範囲、即ち溶融部８２より下端フランジ部８３の側の中間部材８１と下端フランジ部８３の表面の３ポイントでの測定硬度の平均値である。この場合、中間部材８１の平均硬度を、１０ポイントでの測定硬度の平均値としても良い。尚、硬度を測定するための面積が十分取れない場合は、同じ条件で製造された複数のスパークプラグを用いて、１０ポイントでの測定硬度の平均としても良い。その場合は、折り曲げ試験も複数のスパークプラグで行った平均値を用いる。
　また、このサンプルＮｏ．１のスパークプラグは、図７に示すように、接地電極３０を中心電極２０から離れるよう基端部３２において外側に繰り返し折り曲げる折り曲げ試験を行った場合、７回の折り曲げで基端部３２が主体金具５０から破断し、また、図３のステップＳ１５０の軸ずれ調整後の電極チップ７０の軸線Ｏに対する電極チップ８０の軸線Ｏ'の交差角度θ（図５参照）の測定結果が５゜であることを示している。
　本実施例では、この外側折り曲げ回数が３回以下であると、図４に示した接地電極３０を正規の製造手順にて折り曲げた際に、接地電極３０がその基端部３２から破断することがあり得るとして、不良（ＮＧ）とした。
　軸線の交差角度θについては、４゜以上であると、次の理由から不良（ＮＧ）とした。この交差角度θが大きいほど、中心電極２０側の電極チップ７０の先端面に対して電極チップ８０の先端面は傾くことになる。このように電極チップ８０の先端面が傾いていると、火花ギャップＧＡでの放電は、傾いた電極チップ８０の先端面のうち中心電極２０側の電極チップ７０に最も近い部位に集中して起きるので、この電極チップ８０の先端面のうち中心電極２０側の電極チップ７０に最も近い部位が消耗しやすい。そして、上記したチップ先端面の傾きが大きいほど、火花ギャップＧＡはチップ先端面の消耗に伴って大きく広がるので、放電の安定性、延いては着火性の低下が危惧される。このため、４゜以上の軸線の交差角度θを不良（ＮＧ）とした。
　図６に示したＮｏ．１～１６のうち、上記の外側曲げ回数と交差角度θの両評価項目で良品（ＯＫ）となるのは、Ｎｏ．２～３、５、８、１０および１３～１５のスパークプラグ１００であり、これらプラグでは、Ｎｏ．２～３および５が中間部材８１と接地電極３０の両者が材料Ａ（インコネル６００）から形成され、Ｎｏ．８、１０および１３が中間部材８１と接地電極３０の両者が材料Ｂ（インコネル６０１）から形成され、Ｎｏ．１４～１５が中間部材８１は材料Ａ（インコネル６００）から形成され接地電極３０は材料Ｂ（インコネル６０１）から形成されている。そして、これらサンプルＮｏ．のスパークプラグ１００では、中間部材８１の平均硬度が接地電極３０での図５に示すその接合部位周辺の測定エリアＨＲにおける接地電極３０の平均硬度より高いことが確認できた。しかも、接地電極３０の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ未満であると共に、中間部材８１の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上、好ましくは２００Ｈｖ以上であることも確認できた。また、溶融部８２の平均硬度は、１８０Ｈｖ以上であり、概ね２００～３００Ｈｖの平均硬度であることが確認できた。
　つまり、スパークプラグ１００を製造する場合、中間部材８１を介して電極チップ８０が接合された接地電極３０を用意するに際して、これら両部材の材料を材料Ａ（インコネル６００）或いは材料Ｂ（インコネル６０１）のいずれかから形成した上で、中間部材８１の接合条件および接地電極３０をその基端部３２で主体金具５０に溶接する条件等を、スパークプラグ１００の完成後の状態において接地電極３０の平均硬度と中間部材８１の平均硬度との関係が上記の関係となるように規定すれば、上記の評価項目（外側曲げ回数と交差角度θ）を満たすことになる。よって、上記の規定した条件にて中間部材８１の接合および接地電極３０の溶接を行えば、接地電極３０の破損回避が可能で、しかも、電極チップ８０の軸ずれ調整の簡略化が可能となり、好ましい。
　また、上記したように接合条件等を規定するほか、次のようにすることもできる。通常、中間部材８１の接合や接地電極３０の溶接は、焼き鈍しによる硬度の低下を来す。よって、この硬度低下を見越して、中間部材８１や接地電極３０を材料Ａ（インコネル６００）或いは材料Ｂ（インコネル６０１）のいずれかから形成する場合に、焼き入れを行って硬度を予め高めておくことも有効である。
　そして、上記したＮｏ２～３、５、８、１０および１３～１５のサンプルＮｏ．のスパークプラグ１００では、中心電極２０側の電極チップ７０とこれに対向する接地電極３０側の電極チップ８０とが、小さな交差角度θ（４゜未満）でしかずれていないことから、チップ消耗に伴う火花ギャップＧＡの増大を抑制できる。よって、電極チップ８０の消耗に起因すると考えられる着火不良や耐久性の低下を抑制して、着火性の向上と耐久性の向上を図ることができる。しかも、接地電極３０の主体金具５０に対する溶接強度を確保することができる。
　上記したＮｏ．１～１６のスパークプラグ１００のうち、外側曲げ回数の評価項目で不良（ＮＧ）とされたサンプルＮｏ．４、９、１２および１６では、接地電極３０の平均硬度が１８０Ｈｖ以上であるので、接地電極３０が硬すぎることから、接地電極３０の折り曲げに際して大きな力が必要となる。よって、基端部３２の溶接箇所に掛かる応力も大きくなって、溶接強度を超える応力が掛かることから外側曲げ回数は小さくなる。つまり、接地電極３０の溶接破断回避を評価するための外側曲げ回数を満たす上では、接地電極３０の平均硬度を１８０Ｈｖ未満とすることが必要であると確認できた。
　その一方、外側曲げ回数の評価項目を満たしたものの、交差角度θの評価項目で不良（ＮＧ）とされたサンプルＮｏ．１、６～７および１１では、接地電極３０の平均硬度は１８０Ｈｖ未満であるが、中間部材８１の平均硬度が１８０Ｈｖを下回る。これは、中間部材８１の平均硬度が低いために、軸ずれ調整の際、電極チップ８０の軸ずれをもたらすと予想される。つまり、こうした電極チップ８０の軸ずれを抑制して所定の交差角度θを満たすようにする上では、中間部材８１の平均硬度を１８０Ｈｖ以上とすることが必要であると確認できた。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。
　例えば、図８に示すように、接地電極３０のチップ装着面３１Ｓから、溶融部８２の表面における上端までの距離Ｌ１を、０．３ｍｍ以上としてもよい。図８は、接地電極３０の先端部３１の周辺の拡大断面図である。上述したように、電極チップ８０は、白金等の貴金属によって形成されているため、硬度は高いものの（概ね３００Ｈｖ）、結晶構造的に粒界から欠けやすいという性質がある。これに対して、ニッケル合金と貴金属が混ざり合った溶融部８２は、１８０Ｈｖ以上という比較的高い硬度を有しているが（図６参照）、貴金属に比べて、粒界から欠けやすいという性質が緩和されている。そこで、上記のように、接地電極３０のチップ装着面３１Ｓから、溶融部８２の表面における上端までの距離Ｌ１を、０．３ｍｍ以上とすれば、チップ把持ジグＪＧを、中間部材８１および溶融部８２に接触させるための接触部位を十分に確保することができるので、欠けやすい電極チップ８０に触れることなく、容易に軸ずれの調整を行うことが可能になる。なお、この距離Ｌ１は、上記実施例において、０．５～１．２ｍｍと規定したチップ長を考慮し、その上限を０．５ｍｍ程度とすることができる。
　また、電極チップ８０の先端面から溶融部８２の表面における上端までの距離Ｌ２を０．１ｍｍ以上としてもよい。溶融部８２は、電極チップ８０よりも耐酸化性や耐火花消耗性に劣るという性質がある。そのため、電極チップ８０と中間部材８１とを接合する際に、仮に、溶融部８２が、電極チップ８０の先端面に含まれてしまうと、その部分が、選択的に消耗してしまう可能性がある。しかし、上記のように、電極チップ８０の先端面から溶融部８２の表面における上端までの距離Ｌ２を０．１ｍｍ以上とすれば、このような電極チップ８０の先端部の消耗を抑制することが可能となる。なお、この距離Ｌ２は、上記実施例において、０．５～１．２ｍｍと規定したチップ長を考慮し、その上限を０．４ｍｍ程度とすることができる。
　また、細径部８４と下端フランジ部８３とを含む中間部材８１のうち、少なくとも、細径部８４が、電極チップ８０の軸線Ｏ'に平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されていてもよい。このような繊維状の組織を有する中間部材８１は、中間部材８１の元となる金属材料に対して、伸線加工を施すことで生成することができる。このように、中間部材８１を、電極チップ８０の軸線Ｏ'に平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成すれば、電極チップ８０の軸ずれの矯正時において、中間部材８１に掛かる応力に対する抵抗力を増すことができる。そのため、電極チップ８０の軸ずれを、より適切に矯正することができる。また、このような繊維状の金属組織を有するように中間部材８１を形成すれば、スパークプラグ１００がエンジンの振動を受けた際に、その振動によって中間部材８１が変形することを抑制することも可能になる。このような効果は、高出力あるいは高回転のエンジンにスパークプラグ１００が取り付けられた際に特に顕著となる。なお、上記実施例では、細径部８４をヘッダ加工によって形成することとしたため、細径部８４のうち、下端フランジ部８３に近い部分には、電極チップ８０の軸線Ｏ'とは平行にならない金属組織も存在する可能性がある。しかし、この場合においても、細径部８４は、実質的に、電極チップ８０の軸線Ｏ'に平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されているということができる。
　上記実施例では、中間部材８１は、細径部８４と下端フランジ部８３とによって構成されている。しかし、下端フランジ部８３の形成は省略することとしてもよい。すなわち、中間部材８１は、全体が寸胴状に形成されていてもよい。この場合、上述した繊維状の金属組織は、中間部材８１の溶融部８２側の少なくとも半分の部分に形成されていれば好適である。もちろん、下端フランジ部８３の有無に拘わらず、中間部材８１の全体が、電極チップ８０の軸線Ｏ'に平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されていてもよい。

Claims (13)

  1. 　中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔内で前記中心電極を保持する絶縁体と、当該絶縁体を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、基端部が前記主体金具に接合され、先端部が前記中心電極の先端部に対向するように前記基端部と前記先端部との間の中間部が屈曲された接地電極とを備え、該接地電極の前記先端部のうち前記中心電極の前記先端部と対向する位置に貴金属チップが配置され、前記中心電極の前記先端部と前記貴金属チップとの間に火花ギャップを形成するスパークプラグであって、
    　前記貴金属チップは、前記接地電極とは別体の中間部材の頂上面に接合されて前記中間部材と一体とされると共に、前記中間部材の底面が前記接地電極に接合されることにより、前記貴金属チップは前記接地電極に固着されており、
    　前記中間部材の平均硬度は、前記接地電極における前記中間部を除く部位の平均硬度より高い
    　スパークプラグ。
  2. 　前記接地電極の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ未満である請求項１に記載のスパークプラグ。
  3. 　前記中間部材の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上である請求項１または請求項２に記載のスパークプラグ。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
    　前記中間部材は、前記接地電極側に太径部が形成され、前記貴金属チップ側に細径部が形成されており、前記太径部および前記細径部のうち少なくとも前記細径部は、前記貴金属チップの中心軸に略平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されている、スパークプラグ。
  5. 　請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
    　前記中間部材は、該中間部材のうちの前記貴金属チップ側の少なくとも半分の部分が、前記貴金属チップの中心軸に略平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されている、スパークプラグ。
  6. 　請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
    　前記中間部材と前記貴金属チップとの間に、該中間部材及び該貴金属チップが溶け合った溶融部が形成されている、スパークプラグ。
  7. 　請求項６に記載のスパークプラグであって、
    　前記接地電極の前記中間部材が接合される面から、前記溶融部の表面における前記貴金属チップ側の端部までの距離が、０．３ｍｍ以上である、スパークプラグ。
  8. 　請求項６または請求項７に記載のスパークプラグであって、
    　前記貴金属チップの先端面から前記溶融部の表面における前記貴金属チップ側の端部までの距離が、０．１ｍｍ以上である、スパークプラグ。
  9. 　請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
    　前記溶融部の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上である、スパークプラグ。
  10. 　前記中間部材と前記接地電極とは、同じ組成比の合金材料から形成されている請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
  11. 　前記貴金属チップは、白金（Ｐｔ）を主成分として、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）の少なくとも１種類の金属を含有して形成されている請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
  12. 　請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
    　前記中心電極の前記先端部には中心電極側貴金属チップが接合されており、該中心電極側貴金属チップは前記貴金属チップと対向している、スパークプラグ。
  13. 　前記中心電極側貴金属チップは、イリジウム（Ｉｒ）を主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、イットリウム（Ｙ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の少なくとも１種類の金属を含有して形成されている請求項１２に記載のスパークプラグ。
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