WO2015174008A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2015174008A1
WO2015174008A1 PCT/JP2015/001961 JP2015001961W WO2015174008A1 WO 2015174008 A1 WO2015174008 A1 WO 2015174008A1 JP 2015001961 W JP2015001961 W JP 2015001961W WO 2015174008 A1 WO2015174008 A1 WO 2015174008A1
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point
electrode
base material
tip
axis
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PCT/JP2015/001961
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English (en)
French (fr)
Inventor
孫樹 島立
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
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Publication date
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Priority to EP15793412.6A priority patent/EP3046193B1/en
Priority to KR1020167010650A priority patent/KR101855020B1/ko
Priority to CN201580002434.8A priority patent/CN105684245B/zh
Priority to US15/028,786 priority patent/US9887518B2/en
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    • 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
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • 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.
  • the spark plug realizes ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine by generating a spark discharge in the gap between the center electrode and the ground electrode.
  • a spark plug ground electrode a ground electrode is known in which an electrode tip is joined to an electrode base material in order to improve the wear resistance of the ground electrode against spark discharge and oxidation (see, for example, Patent Document 1). .
  • the electrode tip of such a ground electrode is made of a material that is more resistant to spark discharge and oxidation than the electrode base material.
  • the material of the electrode tip is a noble metal (for example, platinum, iridium, ruthenium, rhodium, etc.), nickel, or an alloy containing these metals as a main component.
  • a melting portion containing the component of the electrode base material and the component of the electrode tip is formed by welding when joining the electrode tip to the electrode base material.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following modes.
  • a rod-shaped center electrode an electrode tip that forms a gap between the center electrode; an electrode base material to which the electrode tip is joined; and a component of the electrode tip And a ground electrode having a melting portion containing a component of the electrode base material, and the electrode tip extends from the base end surface to the tip end portion of the electrode base material from the base material surface to the central electrode.
  • a spark plug is provided that protrudes toward. In this spark plug, the base material surface is exposed in a cross section of the ground electrode that is orthogonal to the longitudinal direction of the electrode base material from the base end portion toward the tip end portion and passes through the axis of the electrode tip.
  • the area J is the sum of 1.2E ⁇ F ⁇ 1.8E, 0.05mm ⁇ Da ⁇ 0.25mm, 0.05mm ⁇ Db ⁇ 0.25mm, and 0.20mm 2 ⁇ J. ⁇ 0.68 mm 2 may be satisfied.
  • the relationship between the area A of the front end surface of the center electrode and the area B of the front end surface of the electrode tip may satisfy 1.3A ⁇ B ⁇ 4.6A. . According to this embodiment, sufficient wear resistance of the ground electrode against spark discharge and oxidation can be ensured.
  • a height K of the electrode tip from the base material surface may satisfy 0.3 mm ⁇ K ⁇ 1.2 mm. According to this embodiment, it is possible to sufficiently ensure the wear resistance of the ground electrode while sufficiently ensuring the ignition performance of the spark plug.
  • the electrode tip may contain at least one of iridium (Ir), platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), and nickel (Ni). According to this embodiment, it is possible to realize an electrode chip that sufficiently satisfies wear resistance.
  • the present invention can be realized in various forms other than the spark plug.
  • it is realized in the form of a ground electrode of a spark plug, a spark plug manufacturing method, a spark plug manufacturing apparatus, a computer program for controlling the manufacturing apparatus, and a non-temporary recording medium on which the computer program is recorded. be able to.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a partial cross section of a spark plug 10.
  • FIG. 1 illustrates the external shape of the spark plug 10 on the left side of the drawing with respect to the axis CA, which is the axis of the spark plug 10, and the cross-sectional shape of the spark plug 10 on the right side of the drawing with respect to the axis CA. ing.
  • the lower side of the spark plug 10 in FIG. 1 is referred to as “front end side”
  • the upper side of FIG. 1 is referred to as “rear end side”.
  • the spark plug 10 includes a center electrode 100, an insulator 200, a metal shell 300, and a ground electrode 400.
  • the axis CA of the spark plug 10 is also the axis of each member of the center electrode 100, the insulator 200, and the metal shell 300.
  • the spark plug 10 has a gap SG formed between the center electrode 100 and the ground electrode 400 on the tip side.
  • the gap SG of the spark plug 10 is also called a spark gap.
  • the spark plug 10 is configured to be attachable to the internal combustion engine 90 in a state where the tip end side where the gap SG is formed protrudes from the inner wall 910 of the combustion chamber 920.
  • a high voltage for example, 10,000 to 30,000 volts
  • the spark discharge generated in the gap SG realizes ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber 920.
  • FIG. 1 shows XYZ axes orthogonal to each other.
  • the XYZ axes in FIG. 1 correspond to the XYZ axes in other figures described later.
  • the X axis is an axis orthogonal to the Y axis and the Z axis.
  • the + X-axis direction is a direction from the back of the sheet of FIG. 1 toward the front of the sheet
  • the ⁇ X-axis direction is a direction opposite to the + X-axis direction.
  • the Y axis is an axis orthogonal to the X axis and the Z axis.
  • the + Y-axis direction is a direction from the right to the left in FIG. 1
  • the ⁇ Y-axis direction is a direction opposite to the + Y-axis direction.
  • the Z axis is an axis along the axis CA.
  • the + Z-axis direction is a direction from the rear end side to the front-end side of the spark plug 10
  • the ⁇ Z-axis direction is a direction opposite to the + Z-axis direction.
  • the center electrode 100 of the spark plug 10 is a conductive electrode.
  • the center electrode 100 has a rod shape extending about the axis CA.
  • the outer surface of the center electrode 100 is electrically insulated from the outside by an insulator 200.
  • the distal end side of the center electrode 100 protrudes from the distal end side of the insulator 200.
  • the rear end side of the center electrode 100 is electrically connected to the rear end side of the insulator 200.
  • the rear end side of the center electrode 100 is electrically connected to the rear end side of the insulator 200 via the terminal fitting 190.
  • the insulator 200 of the spark plug 10 is an insulator having electrical insulation.
  • the insulator 200 has a cylindrical shape extending about the axis CA.
  • the insulator 200 is produced by firing an insulating ceramic material (for example, alumina).
  • the insulator 200 has a shaft hole 290 that is a through hole extending about the axis CA. In the shaft hole 290 of the insulator 200, the center electrode 100 is held on the axis CA in a state where the center electrode 100 protrudes from the distal end side of the insulator 200.
  • the metal shell 300 of the spark plug 10 is a metal body having conductivity.
  • the metal shell 300 has a cylindrical shape extending about the axis CA.
  • the metal shell 300 is a member obtained by applying nickel plating to a low carbon steel formed into a cylindrical shape.
  • the metallic shell 300 may be a member that has been galvanized or a member that has not been plated (no plating).
  • the metal shell 300 is fixed to the outer surface of the insulator 200 by caulking while being electrically insulated from the center electrode 100.
  • An end face 310 is formed on the front end side of the metal shell 300. From the center of the end surface 310, the insulator 200 together with the center electrode 100 protrudes in the + Z-axis direction.
  • a ground electrode 400 is joined to the end face 310.
  • the ground electrode 400 of the spark plug 10 is a conductive electrode.
  • the ground electrode 400 includes an electrode base material 410 and an electrode tip 450.
  • the electrode base material 410 has a shape bent from the end surface 310 of the metal shell 300 in the + Z-axis direction and then bent toward the axis CA.
  • the rear end side of the electrode base material 410 is joined to the metal shell 300.
  • An electrode tip 450 is joined to the tip side of the electrode base material 410.
  • the electrode tip 450 forms a gap SG between the electrode tip 450 and the center electrode 100.
  • the material of the electrode base material 410 is a nickel alloy containing nickel (Ni) as a main component.
  • the material of the electrode tip 450 is an alloy containing platinum (Pt) as a main component and 20% by mass of rhodium (Rh).
  • the electrode tip 450 may be made of a material having excellent wear resistance against spark discharge, and may be pure noble metals (for example, iridium (Ir), platinum (Pt), rhodium (Rh), and ruthenium. (Ru), etc.), nickel (Ni), or another alloy containing at least one of these metals.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing the tip side of the spark plug 10.
  • FIG. 2A in the upper stage in FIG. 2 is a partially enlarged view of the center electrode 100 and the ground electrode 400 as seen from the + X-axis direction.
  • FIG. 2B in the lower stage in FIG. 2 is a partially enlarged view of the tip side of the ground electrode 400 as viewed from the ⁇ Z-axis direction.
  • the center electrode 100 has a cylindrical shape.
  • the center electrode 100 has a tip surface 101 and a side surface 107.
  • the distal end surface 101 and the side surface 107 constitute an end portion on the distal end side of the center electrode 100.
  • the tip surface 101 of the center electrode 100 is a surface that is parallel to the X axis and the Y axis and faces the + Z axis direction.
  • the side surface 107 of the center electrode 100 is a surface parallel to the Z axis formed around the axis CA.
  • the front end surface 101 among the portions of the center electrode 100 forms a gap SG between the ground electrode 400 and the electrode tip 450.
  • the center electrode 100 is an electrode in which an electrode tip 150 mainly composed of a noble metal is joined to the electrode base material 110, and the electrode tip 150 constitutes the tip surface 101 and the side surface 107.
  • the electrode base material 110 is made of a nickel alloy (for example, Inconel 600 (“INCONEL” is a registered trademark)) whose main component is nickel (Ni), and the electrode tip 150 is made of iridium (Ir).
  • the center electrode 100 may be an electrode made of the same material as a whole including the tip surface 101 and the side surface 107.
  • the electrode base material 410 of the ground electrode 400 has base material surfaces 411, 412, 413, 414, 415, 416.
  • the base material surface 411 is a surface formed from the rear end side to the front end side of the electrode base material 410 and facing the ⁇ Z-axis direction on the front end side of the ground electrode 400.
  • the base material surface 412 is a surface formed from the rear end side to the front end side of the electrode base material 410 and facing the + Z-axis direction on the front end side of the ground electrode 400.
  • the base material surface 413 is a surface that constitutes the tip of the ground electrode 400 and faces the + Y-axis direction.
  • the base material surface 414 constitutes the base end portion of the ground electrode 400 and faces the ⁇ Z axis direction.
  • the base material surface 415 is a surface formed from the rear end side to the front end side of the electrode base material 410 and facing the ⁇ X axis direction.
  • the base material surface 416 is a surface that is formed from the rear end side to the front end side of the electrode base material 410 and faces the + X-axis direction.
  • An electrode tip 450 is provided on the distal end side of the base material surface 411 extending from the distal end portion (base material surface 413) to the base end portion (base material surface 414) of the electrode base material 410. It has been.
  • the electrode tip 450 of the ground electrode 400 is a cylindrical protrusion protruding from the base material surface 411 of the electrode base material 410 toward the ⁇ Z-axis direction.
  • the axis CAc of the electrode tip 450 is parallel to the Z axis.
  • the electrode tip 450 has tip surfaces 451 and 453.
  • the tip surface 451 is a tip surface that is parallel to the X axis and the Y axis and faces the ⁇ Z axis direction.
  • the tip surface 451 forms a gap SG between the tip surface 101 of the center electrode 100.
  • the chip surface 453 is a side surface that is formed around the axis CAc and is parallel to the Z axis.
  • the electrode tip 450 is joined to the electrode base material 410 around the + Z-axis direction side on the tip surface 453.
  • a fusion zone 430 is formed by laser welding for joining the electrode tip 450 to the electrode base material 410.
  • the melting part 430 is hatched.
  • the melting part 430 is a part (so-called weld bead) in which the metal derived from the electrode base material 410 and the electrode tip 450 once melted by laser welding is solidified.
  • the melting part 430 contains the component of the electrode base material 410 and the component of the electrode tip 450.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a cross section of the ground electrode 400.
  • the cross section of FIG. 3 is a cross section of the ground electrode 400 as viewed from the arrow F3-F3 in FIG.
  • the arrow F3-F3 is orthogonal to the longitudinal direction (Y-axis direction) of the electrode base material 410 from the base material surface 413 toward the base material surface 414 and passes through the axis CAc of the electrode tip 450.
  • the electrode base material 410 has a corner 419a and a corner 419b.
  • the corner portion 419a of the electrode base material 410 forms a convex arc surface on the outer side connecting the base material surface 411 and the base material surface 415.
  • the corner portion 419b of the electrode base material 410 forms a convex arc surface on the outer side connecting the base material surface 411 and the base material surface 416.
  • the melting part 430 includes a first part 430a and a second part 430b.
  • the first portion 430 a of the melting part 430 is a portion formed from the ⁇ X axis direction side (base material surface 415 side) of the axis line CAc of the electrode tip 450.
  • the second portion 430b of the melting part 430 is a portion formed from the + X axis direction side (base material surface 416 side) from the axis CAc of the electrode tip 450.
  • the first portion 430a is located on the ⁇ X axis direction side with respect to the axis line CAc
  • the second portion 430b is located on the + X axis direction side with respect to the axis line CAc.
  • such an aspect of the melting portion 430 is referred to as a pattern “A”
  • the ground electrode 400 that satisfies the pattern “A” is also referred to as a ground electrode 400A.
  • the melting part 430 has an exposed surface 431 and an interface 433.
  • the exposed surface 431 of the fusion part 430 is a surface that is formed at a site where a laser is incident during laser welding and is exposed from the electrode base material 410 and the electrode tip 450.
  • the interface 433 of the melting part 430 is a boundary between the electrode base material 410 and the electrode tip 450.
  • the length E is the length of the tip surface 451 of the electrode tip 450 in the cross section of the ground electrode 400 as seen from the arrow F3-F3.
  • Point Ca is a point at which the exposed surface 431 of the first portion 430 a contacts the base material surface 411.
  • the point Cb is a point where the exposed surface 431 of the second portion 430b is in contact with the base material surface 411.
  • the distance F is a distance between the point Ca and the point Cb.
  • the virtual line VL3 is a straight line passing through the point Ca and the point Cb.
  • the point Ga is a point where the exposed surface 431 of the first portion 430a is in contact with the chip surface 453 of the electrode chip 450.
  • the virtual line VL1 is a straight line that passes through the point Ga and is parallel to the axis CAc.
  • the point Ha is a point where the virtual line VL1 intersects the interface 433.
  • the depth Da is a distance from the virtual line VL3 to the point Ha.
  • the point Gb is a point where the exposed surface 431 of the second portion 430b contacts the chip surface 453 of the electrode chip 450.
  • the virtual line VL2 is a straight line that passes through the point Gb and is parallel to the axis CAc.
  • Point Hb is a point at which virtual line VL2 intersects interface 433.
  • the depth Db is a distance from the virtual line VL3 to the point Hb.
  • Point I is a part farthest from the virtual line VL3 among the parts closest to the axis CAc in the melting part 430.
  • the area J1 is an area of a triangle Ga-Ha-I having points Ga, Point Ha, and Point I as vertices.
  • the area J2 is an area of a triangle Ga-Ha-I having points Gb, Hb, and I as vertices.
  • the base material surface 411 is exposed in the cross section of the ground electrode 400 as viewed from the arrow F3-F3, 1.2E ⁇ F ⁇ 1.9E, 0.05 mm ⁇ Da ⁇ 0.30 mm, 0.05 mm ⁇ Db ⁇ 0.30 mm, and 0.20 mm 2 ⁇ J ⁇ 0.70 mm 2
  • 1.2E ⁇ F ⁇ 1.8E 0.05 mm ⁇ Da ⁇ 0.25 mm, 0.05 mm ⁇ Db ⁇ 0.25 mm, and 0.20 mm 2 ⁇ J ⁇ 0.68 mm 2
  • the area J is the total area of the area J1 and the area J2. The evaluation of each index related to the ground electrode 400 will be described later.
  • the relationship between the area A of the tip surface 101 of the center electrode 100 and the area B of the tip surface 351 of the electrode tip 450 is 1.3A. It is preferable that ⁇ B ⁇ 4.6A is satisfied. The evaluation of the areas A and B will be described later.
  • the height K of the electrode tip 450 from the base material surface 411 satisfies 0.3 mm ⁇ K ⁇ 1.2 mm. Is preferred. The evaluation of the height K will be described later.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a cross section of the ground electrode 400B according to another embodiment.
  • the ground electrode 400B is the same as the ground electrode 400A of FIG. 3 except that the aspect of the melting part 430 is different.
  • the cross section of FIG. 4 is a cross section of the ground electrode 400B viewed from a position corresponding to the arrow F3-F3 in FIG.
  • the first portion 430a is formed before the second portion 430b
  • the second portion 430b is formed so as to overlap the tip of the first portion 430a.
  • such an aspect of the melting part 430 is referred to as a pattern “B”.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a cross section of the ground electrode 400C in another embodiment.
  • the ground electrode 400 ⁇ / b> C is the same as the ground electrode 400 ⁇ / b> A of FIG. 3 except that the aspect of the melting part 430 is different.
  • the cross section of FIG. 5 is a cross section of the ground electrode 400C viewed from the position corresponding to the arrow F3-F3 in FIG.
  • the first portion 430a is formed before the second portion 430b, and the second portion 430b is formed so as to penetrate the first portion 430a.
  • such an aspect of the melting portion 430 is referred to as a pattern “C”.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing an example of a cross section of the ground electrode 400D in another embodiment.
  • the ground electrode 400D is the same as the ground electrode 400A of FIG. 3 except that the aspect of the melting part 430 is different.
  • the cross section of FIG. 6 is a cross section of the ground electrode 400D viewed from a position corresponding to the arrow F3-F3 in FIG.
  • the first portion 430a is located on the ⁇ X axis direction side from the axis CAc
  • the second portion 430b is located at a position away from the first portion 430a from the + X axis direction side of the axis CAc to the ⁇ X axis. It is formed in the direction side.
  • such an aspect of the fusion zone 430 is referred to as a pattern “D”.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a ground electrode 400E according to another embodiment.
  • the ground electrode 400E is the same as the ground electrode 400 of FIG. 2 except that the shape of the electrode base material is different.
  • the electrode base material 410E of the ground electrode 400E is the same as the electrode base material 410 of FIG. 2 except that it has a base material surface 417E and a base material surface 418E.
  • the base material surface 417E is a surface facing the ⁇ X axis direction and the + Y axis direction, and connects the base material surface 413 and the base material surface 415.
  • the base material surface 418E is a surface facing the + X axis direction and the + Y axis direction, and connects the base material surface 413 and the base material surface 416.
  • the aspect of the fusion zone 430 viewed from the arrow F3-F3 in FIG. 7 may be any of the patterns in FIGS. 3, 4, 5, and 6.
  • FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11 and FIG. 12 are tables showing the results of evaluating the peeling resistance of the ground electrode 400 against the peeling of the electrode tip 450.
  • FIG. In the peel resistance evaluation test the tester evaluated the plurality of spark plugs 10 having different indexes regarding the ground electrode 400 as samples A1 to A8, B1 to B12, C1 to C16, D1 to D16, and E1 to E16.
  • the specifications of the electrode base material 410 in the samples A1 to A8 are as follows. ⁇ Material: Inconel 601 ⁇ Width W along the X-axis direction: 1.4 mm (millimeters) -Each radius of corner 419a, 419b: 0.2mm
  • the specifications of the electrode base material 410 in the samples B1 to B12 are as follows. ⁇ Material: Inconel 601 ⁇ Width W along the X-axis direction: 1.9 mm -Each radius of corner 419a, 419b: 0.2mm
  • the specifications of the electrode base material 410 in the samples C1 to C16 are as follows. ⁇ Material: Inconel 601 ⁇ Width W along the X-axis direction: 2.5 mm -Each radius of corner 419a, 419b: 0.25mm
  • the specifications of the electrode base material 410 in the samples D1 to D16 are as follows. ⁇ Material: Inconel 601 -Width W along the X-axis direction: 3.1 mm -Each radius of corner 419a, 419b: 0.3mm
  • the specifications of the electrode base material 410 in the samples E1 to E16 are as follows. ⁇ Material: Inconel 601 ⁇ Width W along the X-axis direction: 3.6 mm -Each radius of corner 419a, 419b: 0.3mm
  • the specifications of the electrode tip 450 in each sample are as follows.
  • -Material Alloy mainly composed of platinum (Pt) and containing 20% by mass of rhodium (Rh)-Shape: Cylinder-Length E (chip diameter): 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 5mm
  • the diameter of the tip surface 101 is 0.7 mm.
  • the tip area ratio B / A between the area A and the area B is 1.31 to 4.59.
  • the tester cut the sample after the endurance test at a position corresponding to the arrow F3-F3 in FIG. 2, measured each index, and confirmed the progress of cracks in the melting part 430.
  • the tester In the measurement of the distance F indicating the outer diameter of the melted part 430, samples A3 to A8, B4, B7, B8, B11, B12, C11, C12, C15, C16, D15, where the melted part 430 reaches the corners 419a and 419b, the tester measured the outer diameter of the fusion zone 430 along the Y-axis direction as the distance F.
  • FIG. 13 is an explanatory view showing an example in which the ground electrode 400 where the cracks CKa and CKb are generated is cut.
  • the imaginary line VL4 is a straight line that passes through the portion of the electrode tip 450 that is located closest to the + Z-axis direction and is parallel to the X-axis.
  • Point P1 is a point where interface 433 of first portion 430a intersects virtual line VL4.
  • Point P2 is a point where interface 433 of second portion 430b intersects virtual line VL4.
  • a point P3 is a portion of the crack CKa generated in the first portion 430a that is located on the + X-axis direction side from the imaginary line VL1 and on the ⁇ Z-axis direction side from the imaginary line VL4 and closest to the axis CAc. It is.
  • a point P4 is a portion of the crack CKb portion generated in the second portion 430b and located on the ⁇ X axis direction side from the imaginary line VL2 and on the ⁇ Z axis direction side from the imaginary line VL4, and is closest to the axis CAc. It is a part.
  • the distance Sa is a distance from the virtual line VL1 to the point P1.
  • the distance Sb is a distance from the virtual line VL2 to the point P2.
  • the distance Ta is a distance from the virtual line VL1 to the point P3.
  • the distance Tb is a distance from the virtual line VL2 to the point P4.
  • the tester evaluated the peeling resistance of each sample according to the following evaluation criteria according to the progress of the crack.
  • X (Inferior): 90 (%) ⁇ (Ta + Tb) / (Sa + Sb) x 100
  • the base material surface 411 is exposed in the cross section of the ground electrode 400 as viewed from the arrow F3-F3 from the viewpoint of sufficiently ensuring the peel resistance.
  • 1.2E ⁇ F ⁇ 1.8E, 0.05 mm ⁇ Da ⁇ 0.25 mm, 0.05 mm ⁇ Db ⁇ 0.25 mm, and 0.20 mm 2 ⁇ J ⁇ 0.68 mm 2 It is more preferable to satisfy.
  • FIG. 14 is a table showing the results of evaluating the ignitability of the spark plug 10.
  • the tester evaluated a plurality of spark plugs 10 having different lengths E and heights K of the electrode tips 450 as samples.
  • Each sample is a sample satisfying the following relationship while the base material surface 411 is exposed in the cross section of the ground electrode 400 as viewed from the arrow F3-F3.
  • FIG. 15 is a table showing the results of evaluating the wear resistance of the electrode tip 450.
  • the tester evaluated a plurality of spark plugs 10 having different lengths E and heights K of the electrode tips 450 as samples.
  • Each sample is a sample satisfying the following relationship while the base material surface 411 is exposed in the cross section of the ground electrode 400 as viewed from the arrow F3-F3.
  • the height K of the electrode tip 450 is 0.3 mm ⁇ from the viewpoint of sufficiently ensuring the wear resistance of the ground electrode while ensuring sufficient ignitability. It is preferable to satisfy K ⁇ 1.2 mm.
  • the base material surface 411 is exposed in the cross section of the ground electrode 400 viewed from the arrow F3-F3, and 1.2E ⁇ F ⁇ 1.8E, 0.05 mm ⁇ Da ⁇ . 0.25mm, 0.05mm ⁇ Db ⁇ 0.25mm and by satisfying 0.20mm 2 ⁇ J ⁇ 0.68mm 2, can be secured sufficiently exfoliation resistance of the ground electrode 400 for separation of the electrode tip 450 .
  • the relationship between the area A of the center electrode 100 and the area B of the ground electrode 400 satisfies 1.3A ⁇ B ⁇ 4.6A, sufficient wear resistance of the ground electrode 400 against spark discharge and oxidation can be ensured. .
  • the electrode tip 450 when the height K of the electrode tip 450 satisfies 0.3 mm ⁇ K ⁇ 1.2 mm, it is possible to sufficiently ensure the wear resistance of the ground electrode 400 while sufficiently securing the ignitability of the spark plug 10. Moreover, since the electrode tip 450 contains platinum (Pt) and rhodium (Rh), the electrode tip 450 that sufficiently satisfies the wear resistance can be realized.

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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

スパークプラグ
　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、０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ２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、０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ２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、
　０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ２
　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、
　０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ２
　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、
　０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ２
　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、
　０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ２
　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、
　０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ２
　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、
　０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ２
　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、０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ２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

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、
    　０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．７０ｍｍ２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、
    　０．２０ｍｍ２≦Ｊ≦０．６８ｍｍ２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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