WO2017170273A1 - 内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法 - Google Patents

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WO2017170273A1
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electrode
base
internal combustion
combustion engine
covering portion
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PCT/JP2017/012156
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正行 田村
阿部　信男
柴田　正道
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株式会社デンソー
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
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    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

Definitions

  • the present disclosure relates to an ignition plug for an internal combustion engine and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a spark plug in which a needle tip is formed on a ground electrode to improve ignitability.
  • the tip base material is formed of an inexpensive metal, and the end face and part of the side face of the chip are covered with a noble metal, thereby suppressing the consumption of the needle tip due to spark discharge and reducing the cost.
  • the tip since the tip is needle-shaped, it is easily affected by temperature change in the cylinder, and the temperature change of the tip itself becomes significant. Since the chip is composed of a noble metal having a different linear expansion coefficient and an inexpensive base metal, a large thermal stress is generated in the chip due to a temperature change of the chip itself. The thermal stress is likely to concentrate at the corner between the end surface of the base metal and the side surface of the base metal at the joint between the noble metal and the base metal, causing a crack in the noble metal joined to the corner. There is a case to let you.
  • the cracked portion is oxidized at a high temperature by the high temperature corrosive atmosphere in the cylinder, and a part of the noble metal is peeled off or the noble metal is dropped, thereby shortening the life of the spark plug.
  • the present disclosure is intended to provide a spark plug for an internal combustion engine that can extend the life and improve the ignitability, and a method for manufacturing the same.
  • a spark plug for an internal combustion engine having an electrode protrusion protruding
  • the electrode protrusion has a base portion formed integrally with the electrode base material, and a covering portion that is joined to the base portion and faces the discharge gap,
  • the base has an end surface in the protruding direction and a side peripheral surface connected to the electrode base material from the outer edge of the end surface, and the outer edge of the end surface forms a curved surface
  • the covering portion is made of a noble metal or a noble metal alloy having a lower linear expansion coefficient than the forming material of the base, and covers at least a part of the side peripheral surface and the end surface
  • a protrusion is formed on the outer surface of the portion of the covering portion that covers the side peripheral surface of the base portion when the electrode protrusion portion is attached to the internal combustion engine and cooled after being heated in the
  • Another aspect of the present disclosure includes a center electrode and a ground electrode disposed to face the center electrode so as to form a discharge gap between the center electrode and the electrode base material of the ground electrode.
  • a method of manufacturing a spark plug for an internal combustion engine having an electrode protrusion protruding toward a discharge gap, A joining step of joining a covering portion rough material made of a noble metal or a noble metal alloy having a linear expansion coefficient lower than that of the electrode base material to the electrode base material by resistance welding;
  • the electrode protruding portion has a coating portion made of a noble metal or a noble metal alloy at the portion facing the discharge gap, the consumption due to spark discharge is small, and the life of the ignition plug is extended. Furthermore, since the base forming material in the electrode protruding portion can be made of a material that is less expensive than the covering portion, the manufacturing cost can be reduced compared to the case where the entire electrode protruding portion is made of the covering portion forming material. it can.
  • the noble metal or the noble metal alloy forming the covering portion has a lower linear expansion coefficient than that of the base forming material, a difference between the two linear expansion coefficients is generated.
  • the outer edge of the end surface in the protruding direction of the base portion is a curved surface, a corner portion is hardly formed at the joint portion with the covering portion covering the base portion. For this reason, excessive concentration of the thermal stress caused by the difference in the linear expansion coefficient is suppressed.
  • the life of the spark plug can be extended from this viewpoint.
  • the covering portion is formed with a protrusion at a portion covering the side peripheral surface of the base portion. . Therefore, in a lean combustion engine with a fast in-cylinder airflow, even if the spark discharge generated in the discharge gap tries to move to the base side of the chip by the high-speed airflow, the spark discharge is applied to the protruding portion of the portion covering the side peripheral surface of the base. It is easy to concentrate and the discharge path is prevented from becoming excessively long. Thereby, the blow-off of the spark discharge is suppressed. As a result, the ignitability is improved.
  • the protrusion is configured to be formed due to a difference in linear expansion coefficient of the forming material between the base and the covering.
  • the covering portion rough material is joined to the electrode base material by resistance welding. Therefore, unlike the laser welding, electron beam welding, or the like, an intermediate layer formed by melting and mixing both of the covering portion rough material and the electrode base material is not formed. An interface is formed. Therefore, when the spark plug for the internal combustion engine is attached to the internal combustion engine and heated in the cylinder and then cooled, the difference in the linear expansion coefficient exists between the two forming materials, so that the protrusion is formed. It is surely formed. Thereby, the ignition plug for the internal combustion engine can be easily manufactured.
  • an ignition plug for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, which can extend the life and improve the ignitability.
  • the side inserted into the combustion chamber is the front end side, and the opposite side is the base end side.
  • the plug axial direction means the axial direction of the spark plug
  • the plug radial direction means the radial direction of the spark plug
  • the plug circumferential direction means the circumferential direction of the spark plug.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional front view of a spark plug in Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a partially enlarged sectional view in the vicinity of the discharge gap in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the discharge gap after heating and cooling in Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the discharge gap for explaining the formation process of the protrusions in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the formation process of the protrusions in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a spark discharge occurrence state in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a spark discharge occurrence state in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of a spark plug in Embodiment 1.
  • FIG. 9 is a diagram showing the results of evaluation test 1
  • FIG. 10 is a diagram showing the results of evaluation test 2
  • FIG. 11 is a partially enlarged cross-sectional view in the vicinity of the discharge gap in the first modification.
  • An ignition plug 1 for an internal combustion engine according to the present embodiment (hereinafter also referred to as “ignition plug 1” in the present specification) includes a center electrode 2 and a ground electrode 3 as shown in FIG.
  • the ground electrode 3 is disposed to face the center electrode 2 so as to form a discharge gap G between the ground electrode 3 and the center electrode 2.
  • the ground electrode 3 has an electrode protrusion 30 that protrudes from the electrode base material 3 a toward the discharge gap G.
  • the electrode protrusion 30 has a base portion 31 and a covering portion 32.
  • the base 31 is formed integrally with the electrode base material 3a.
  • the covering portion 32 is bonded to the base portion 31 and faces the discharge gap G.
  • the base 31 has an end surface 33 in the protruding direction Y2 and a side peripheral surface 35 connected to the electrode base material 3a from the outer edge 34 of the end surface 33, and the outer edge 34 of the end surface 33 forms a curved surface.
  • the covering portion 32 is made of a noble metal or a noble metal alloy having a lower linear expansion coefficient than the forming material of the base portion 31 and covers at least a part of the side peripheral surface 35 and the end surface 33. As shown in FIG.
  • the spark plug 1 for an internal combustion engine is attached to an internal combustion engine (not shown) and the electrode protrusion 30 is heated in the cylinder and then cooled, the base 31 in the covering portion 32 is provided.
  • a protrusion 36 is formed on the outer surface 37 of the portion covering the side peripheral surface 35 of the first and second surfaces.
  • the spark plug 1 of the present embodiment has a cylindrical housing 4 extending in the plug axial direction Y.
  • a mounting screw portion 41 for screwing into an internal combustion engine (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the housing 4.
  • the spark plug 1 is attached to the internal combustion engine so that the discharge gap G is exposed to a combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine by screwing the attachment screw portion 41 into the internal combustion engine.
  • a cylindrical insulator 5 is provided inside the housing 4, and a rod-shaped center electrode 2 is provided inside the insulator 5.
  • a distal end portion 2 a that is an end portion on the distal end side Y 1 in the plug axial direction Y of the center electrode 2 protrudes from the insulator 5 to the distal end side Y 1 in the plug axial direction Y.
  • An electrode tip 20 is provided at the distal end portion 2a.
  • the electrode tip 20 has a needle shape protruding toward the tip end Y1 in the plug axial direction Y.
  • the ground electrode 3 extends from the distal end surface 42, which is the end portion of the distal end side Y ⁇ b> 1 in the plug axial direction Y of the housing 40, to the distal end side Y ⁇ b> 1. It is bent so as to form a discharge gap G at a predetermined interval in the axial direction Y. And the ground electrode 3 has the electrode protrusion part 30 which protrudes toward the discharge gap G from the electrode base material 3a on the plug center axis
  • the electrode protruding portion 30 has a base portion 31 and a covering portion 32.
  • the base 31 is formed integrally with the electrode base material 3 a of the ground electrode 3.
  • the base 31 is substantially cylindrical and protrudes toward the discharge gap G. That is, the base 31 protrudes toward the base end side Y2 in the plug axial direction Y.
  • the end surface 33 of the base portion 31 in the protruding direction Y2 has a flat shape except for the outer edge 34 thereof.
  • the base 31 is made of the same forming material as the electrode base material 3 a and forms a part of the electrode protrusion 30.
  • the outer edge 34 of the end surface 33 is a curved surface so as to be continuous with the side peripheral surface 35 substantially parallel to the protruding direction Y2.
  • the radius of curvature R of the outer edge 34 is preferably 0.1 mm ⁇ R, more preferably 0.1 mm ⁇ R ⁇ 0.45 mm.
  • the covering portion 32 covers the base portion 31.
  • the covering portion 32 covers the end surface 33, the outer edge 34, and the side peripheral surface 35.
  • the end surface 33, the outer edge 34, and the side peripheral surface 35 form an interface between the base portion 31 and the covering portion 32.
  • the thickness of the covering portion 32 that covers the side peripheral surface 35 is shown larger than the actual thickness.
  • the covering portion 32 that covers the side peripheral surface 35 is actually thin. In FIG. 2, for convenience of explanation, it is as described above. However, as shown in FIG. 2, the covering portion 32 that covers the side peripheral surface 35 may be formed thick.
  • the covering portion 32 is made of a noble metal or a noble metal alloy having a lower linear expansion coefficient than the material for forming the base portion 31.
  • the material for forming the base 31 is, for example, nickel (Ni) having a linear expansion coefficient (10 ⁇ 6 / K) of 13.3, or a linear expansion coefficient (10 ⁇ 6 / K) of 16.5.
  • Ni nickel
  • 10 ⁇ 6 / K linear expansion coefficient
  • Cu copper
  • the linear expansion coefficient (10 ⁇ 6 / K) is about 10 to 18
  • a nickel alloy, a copper alloy, an iron alloy, or the like can be used.
  • Inconel 600 (INCONEL" is a registered trademark) of Special Metallized Co., which is a nickel alloy having a linear expansion coefficient (10 -6 / K) of 12.8 is used. .
  • the forming material of the covering portion 32 is, for example, platinum (Pt) having a linear expansion coefficient (10 ⁇ 6 / K) of 8.9 or a linear expansion coefficient (10 ⁇ 6 / K) of 6.5.
  • Platinum or noble metal alloys such as iridium (Ir), platinum alloys having a linear expansion coefficient (10 ⁇ 6 / K) of less than 10, iridium alloys, and platinum iridium alloys can be used.
  • Pt is used as a material for forming the covering portion 32.
  • the difference ⁇ in the linear expansion coefficient between the forming material of the covering portion 32 and the forming material of the base portion 31 preferably satisfies 3.3 ⁇ 10 ⁇ 6 /K ⁇ 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K. In the embodiment, it is 3.9 ⁇ 10 ⁇ 6 / K.
  • the spark plug 1 of this embodiment when the spark plug 1 of this embodiment is attached to an internal combustion engine (not shown) and heated in the cylinder and then cooled, the portion of the covering portion 32 that covers the side peripheral surface 35 of the base portion 31 is covered.
  • a protrusion 36 is formed on the outer surface 37.
  • the projecting portion 36 is formed in the entire area in the plug circumferential direction of the outer surface 37 of the covering portion 32 and has an annular shape.
  • the formation process of the protrusion 36 is as follows. First, as shown in FIG. 4A, FIG. 5A, and FIG. 5B, no protrusions 36 are formed on the outer surface 37 of the covering portion 32 in the initial state.
  • the spark plug 1 is attached to an internal combustion engine (not shown), and the electrode protrusion 30 is heated by being exposed to a high temperature in the cylinder, whereby the base 31 and the covering portion 32 are expanded. For example, the expansion occurs when heated to about 800 ° C.
  • the covering portion 32 Since the covering portion 32 is made of a material having a lower linear expansion coefficient than the forming material of the base portion 31, the covering portion 32 has a smaller expansion amount when heated than the base portion 31. Therefore, as shown in FIG. 4 (b), on the outer surface 37 of the covering portion 32, the first outer surface 371 located on the distal end side Y1 in the plug axial direction Y with respect to the end surface 33 of the base portion 31 is an expanded base portion. 31 is pushed out of the plug radial direction X by the side peripheral surface 351 of the base 31, and is expanded in the plug radial direction X from the second outer surface 372 located on the base end side Y2 in the plug axial direction Y from the end surface 33 of the base 31. To do.
  • the covering portion 32 is plastically deformed, and a step portion 361 is formed between the first outer surface 371 and the second outer surface 372.
  • the broken line in FIG.4 (b) has shown the shape of the electrode protrusion 30 before the expansion
  • the base 31 and the covering portion 32 which have expanded are both contracted to return to the initial state.
  • the protrusion 36 is formed as shown in FIG.
  • a force toward the outer side of the plug radial direction X is generated at the outer edge 34 of the base 31 when the protrusion 36 is contracted, as shown in FIG.
  • the outer edge 341 slightly bulges outward in the plug radial direction.
  • the radius of curvature R of the outer edge 34 refers to that in the initial state shown in FIG.
  • the electrode protrusion 30 is substantially cylindrical, the height T0 is 0.8 mm, and the diameter D0 is 0.7 mm.
  • the height T1 of the base portion 31 is 0.5 mm, and substantially coincides with the height of the apex position of the protruding portion 36 in the protruding direction X.
  • the recessed part 38 is substantially cylindrical shape, and the diameter D1 of the opening part is 0.8 mm.
  • the height H (mm) of the protrusion 36 is expressed by the curvature radius of the outer edge 34 as R (mm). Then, it is preferable that H ⁇ ⁇ 0.067R + 0.227 is satisfied. In this embodiment, H is 0.2 mm.
  • a usage mode in the spark plug 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the spark plug 1 of this embodiment is attached to an internal combustion engine (not shown).
  • the internal combustion engine is a lean combustion engine. Then, when a high voltage is applied to the center electrode at a predetermined timing, the discharge gap G between the electrode protrusion 20 of the center electrode 2 and the electrode protrusion 30 of the ground electrode 3 is applied as shown in FIG. A spark discharge P is generated.
  • the spark discharge P is caused to flow in the traveling direction of the airflow S by the airflow S of the air-fuel mixture in the cylinder.
  • the spark discharge P is applied to the protrusion 36. You will concentrate. As a result, the spark discharge P is suppressed from flowing to the electrode base material 3 a side of the ground electrode 3.
  • the method for manufacturing the spark plug 1 includes a joining step S1, a preparation step S2, and an extrusion step S3.
  • joining process S1 as shown to Fig.8 (a), the coating
  • the covering portion rough material 32a is made of platinum, which is a noble metal having a lower linear expansion coefficient than Inconel 600 ("INCONEL" is a registered trademark) of Special Metallize Co., which is a material for forming the electrode base material 3a.
  • the covering portion rough member 32a joined to the electrode base material 3a is placed along the first jig 51 having the recess 50, thereby covering the covering portion rough portion.
  • a space 50 a is formed between the material 32 a and the recess 50.
  • FIG.8 (c), FIG.8 (d) it is opening of the recessed part 50 in the part 3c on the opposite side to the part 3b where the coating
  • tool 52 which has the convex part 53 larger than the part 50b is pressed toward the recessed part 50.
  • FIG. As a result, the rough material joining portion 3b is pushed out into the space 50a to form the convex base 31, and the covering portion rough material 32a has at least a part of the side peripheral surface 35 of the base 31 and the end surface 33 in the protruding direction.
  • the covering portion 32 is formed to form the electrode protruding portion 30.
  • a concave portion 38 is formed along the outer shape of the convex portion 53 of the second jig 52 at a portion of the ground electrode 3 opposite to the electrode protruding portion 30.
  • the convex portion 53 in the second jig 52 is larger than the opening 50 b of the concave portion 50 in the first jig 51.
  • the base material 3a is pushed into the recess 50 to form the base portion 31, the outer edge 34 of the end surface 33 of the base portion 31 is formed into a curved surface.
  • the recessed part 50 is cylindrical, and the convex part 53 is substantially cylindrical.
  • the diameter w ⁇ b> 2 of the convex portion 53 is larger than the opening diameter w ⁇ b> 1 of the opening portion 50 b of the concave portion 50.
  • the first jig 51 is configured such that the covering portion coarse material 32 a covers the opening 50 b of the recess 50 of the first jig 51 in the preparation step S ⁇ b> 2. Is along.
  • evaluation test The following evaluation test 1 and evaluation test 2 were performed on the spark plug 1 of the first embodiment. First, in the evaluation test 1, in the configuration of the spark plug 1 of the first embodiment, the presence or absence of cracks in the protrusion 36 when the radius of curvature R of the outer edge 34 and the height H of the protrusion 36 are changed is evaluated. did.
  • Test Examples 1 to 3 in Evaluation Test 1 are as follows. That is, in the configuration of the spark plug 1 of the first embodiment, the example in which the difference ⁇ of the linear expansion coefficient between the base portion 31 and the covering portion 32 is 3.3 ⁇ 10 ⁇ 6 / K is defined as Test Example 1, and ⁇ is A sample having 3.8 ⁇ 10 ⁇ 6 / K was designated as Test Example 2, and a sample having ⁇ of 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K was designated as Test Example 3.
  • the test condition is that the ignition plug in Test Examples 1 to 3 is set on a temperature-controllable cooling and heating bench, the temperature is raised from room temperature to 900 ° C., and then cooled to room temperature again as one cycle. This was performed 200 cycles. During the execution of 200 cycles, the case where no cracks occurred in the protrusions 36 was good (O), and the case where the protrusions 36 were cracked was bad (X). The results are shown in Table 1 below. The graph is shown in FIG.
  • the evaluation test 2 the relationship between the height of the protrusion 36 and the ignitability was evaluated.
  • the height H of the protrusion 36 after heating and cooling is set to 0.03 mm, 0.05 mm, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, and What prepared 0.5 mm was prepared.
  • a projection having a height H of 0 mm, that is, having no projection 36 was prepared.
  • the test condition is that the spark plugs of the test example and the comparative example are attached to a 1800 cc, 4-cylinder internal combustion engine, the engine speed is 2000 rpm, and the Pmi fluctuation rate is 3% or more under the condition of Pmi of 0.28 MPa.
  • the A / F at the time was determined as the lean limit A / F.
  • FIG. 10 shows a graph in which the height H of the protrusion 36 and the lean limit A / F in the evaluation test 2 are plotted.
  • the evaluation test 2 as shown in FIG. 10, when the height H of the protrusion 36 as the test example is 0.03 mm, compared with the case where the height H of the protrusion 36 as the comparative example is 0 mm.
  • the lean limit A / F was only slightly increased and the ignitability was not improved.
  • the height H of the protrusion 36 as the test example is 0.05 mm or more, the lean limit A / F is sufficiently increased as compared with the case where the height H of the protrusion 36 as the comparative example is 0 mm. It was confirmed that the ignitability was improved.
  • the difference ⁇ in the linear expansion coefficient between the forming material of the covering portion 32 and the forming material of the base portion 31 is 3.3 ⁇ 10 ⁇ 6 /K ⁇ 4.5 ⁇ 10. It was shown that by satisfying ⁇ 6 / K, the difference ⁇ of the linear expansion coefficient was secured, and the protrusion 36 was reliably formed by heating and cooling.
  • the protrusion 36 does not crack and is ignitable. Has been shown to improve.
  • the effect of the ignition plug 1 for the internal combustion engine of the present embodiment will be described in detail.
  • the electrode protrusion 30 has the covering portion 32 made of a noble metal or a noble metal alloy at the portion facing the discharge gap G, there is little consumption due to spark discharge, and the spark plug 1 has a long life. Is achieved.
  • the material for forming the base 31 in the electrode protrusion 30 can be a cheaper material than the cover 32, the manufacturing cost is lower than when the entire electrode protrusion 30 is made of the material for forming the cover 32. Can be reduced.
  • the noble metal or the noble metal alloy forming the covering portion 32 has a lower linear expansion coefficient than the material for forming the base portion 31, a difference ⁇ between the linear expansion coefficients of both occurs.
  • the outer edge 34 of the end surface 33 in the protruding direction of the base portion 31 is a curved surface, a corner portion is hardly formed at the joint portion with the covering portion 32 that covers the outer surface of the base portion 31. For this reason, excessive concentration of thermal stress caused by the difference ⁇ in the linear expansion coefficient is suppressed.
  • the life of the spark plug 1 can be extended from this viewpoint.
  • the covering portion 32 has a protrusion on the portion 37 that covers the side peripheral surface 35 of the base 31. 36 is formed. Therefore, in the lean combustion engine having a fast in-cylinder airflow, even if the spark discharge P generated in the discharge gap G tries to move to the base 31 side by the high-speed airflow, the spark discharge P covers the side peripheral surface 35 of the base 31. It is easy to concentrate on the protrusion 36 of 37, and the discharge path is prevented from becoming excessively long. Thereby, the blow-off of the spark discharge P is suppressed. As a result, the ignitability is improved.
  • the protrusion part 36 is comprised so that it may be formed in the base 31 and the coating
  • the forming material of the base portion 31 is a nickel alloy
  • the forming material of the covering portion 31 is platinum.
  • the difference ⁇ between the expansion coefficients of the two can satisfy the above-mentioned 3.3 ⁇ 10 ⁇ 6 /K ⁇ 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / K.
  • a difference ⁇ in the linear expansion coefficient is ensured, and the protrusion 36 is reliably formed by heating and cooling.
  • the covering portion rough material 32a is joined to the electrode base material 3a by resistance welding in the joining step S1. Therefore, an intermediate layer formed by melting and mixing the covering portion rough material 32a and the electrode base material 3a is not formed between the covering portion rough material 32a and the electrode base material 3a as in laser welding or electron beam welding. An interface with the material 3a is formed. Therefore, when the spark plug 1 is attached to the internal combustion engine and the electrode protrusion 30 is cooled after being heated in the cylinder, the difference 36 in the linear expansion coefficient exists between the two forming materials, and thus the protrusion 36. Will be formed reliably. Thereby, according to the said manufacturing method, the spark plug 1 of this embodiment can be manufactured easily.
  • the covering portion rough material 32 a is placed along the first jig 51 so as to cover the opening 50 b of the concave portion 50 of the first jig 51.
  • the covering portion 32 formed from the covering portion rough material 32 a covers the entire area of the end surface 33 and the side peripheral surface 35 of the base portion 31. Therefore, consumption of the electrode protrusion 30 due to spark discharge can be further suppressed.
  • the covering portion 32 is formed so as to cover the end surface 33 of the base portion 31 and the entire area of the side peripheral surface 35.
  • a modification 1 shown in FIG. 11 may be used as long as the effect of suppressing the consumption of the electrode protrusion 30 is obtained.
  • the protruding portion 36 is formed in the entire circumferential direction of the covering portion 32, but a part of the side peripheral surface 35 of the base portion 31 is not covered by the covering portion 32. It may be. Even in such a case, the same effects as those of the present embodiment can be obtained.
  • a spark plug 1 for an internal combustion engine and a method for manufacturing the same, which can extend the life and improve the ignitability.

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Abstract

内燃機関用の点火プラグ（１）は、接地電極（３）の電極母材（３ａ）から放電ギャップ（Ｇ）に向かって突出する電極突出部（３０）を有する。電極突出部（３０）は、電極母材（３ａ）と一体的に形成された基部（３１）と、基部（３１）に接合されて放電ギャップ（Ｇ）に面する被覆部（３２）とを有する。基部（３１）は突出方向の端面（３３）と側周面（３５）とを有し、端面（３３）の外縁（３４）は曲面である。被覆部（３２）は、基部（３１）の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなり、基部（３１）の側周面（３５）の少なくとも一部と端面（３３）とを被覆している。点火プラグ（１）は内燃機関に取り付けられて電極突出部（３０）が加熱後冷却されたときに、基部（３１）の側周面（３５）を被覆する部分（３７）に突起部（３６）が形成されるように構成されている。

Description

内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１６年３月２９日に出願された特許出願番号２０１６－６６２６９号に基づくものであって、その特許出願のすべての内容が、参照により本明細書に組み入れられる。
　本開示は、内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法に関する。
　従来、自動車のエンジン等の内燃機関には、火花放電を発生させて燃料ガスと空気の混合ガスに点火する点火プラグを有する点火装置が備えられている。近年、希薄燃焼により内燃機関の燃費を向上させることが行われており、希薄燃焼における着火性の向上が要求されている。例えば、特許文献１には、接地電極に針状のチップを形成して着火性向上を図った点火プラグが開示されている。この点火プラグでは、チップの母材を安価な金属で形成しつつ、チップの端面及び側面の一部を貴金属で被覆することにより、火花放電による針状チップの消耗抑制とコスト抑制を図っている。
特許第５５４５１６６号公報
　特許文献１に開示の構成では、上記チップは針状であるため、気筒内の温度変化の影響を受けやすく、チップ自体の温度変化が顕著となる。上記チップは、線膨張係数の異なる貴金属と安価な母材金属とからなるため、チップ自体の温度変化によってチップに大きな熱応力が発生する。そして、当該熱応力は、貴金属と母材金属との接合部において母材金属の端面と母材金属の側面との間の角部に集中しやすく、当該角部に接合する貴金属に亀裂を生じさせる場合がある。かかる亀裂が発生すると、気筒内の高温腐食雰囲気によって亀裂部分が高温酸化して貴金属の一部が剥離したり、貴金属が脱落したりして点火プラグの寿命が縮まる。
　また、希薄燃焼エンジンでは気筒内の気流が速いため、放電ギャップに発生させた火花放電が気流に流されやすい。そして、針状チップを有する上記構成では、高速の気流によって火花放電がチップの基部側へ移動して、放電経路が過度に長くなり、放電維持電圧が高くなる場合がある。かかる場合には、火花放電の吹き消えが発生し、着火性が悪化するという問題がある。
　本開示は、長寿命化及び着火性向上が図られる内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法を提供しようとするものである。
　本開示の一態様は、中心電極と、該中心電極との間に放電ギャップを形成するように上記中心電極に対向配置された接地電極と、該接地電極の電極母材から上記放電ギャップに向かって突出する電極突出部とを有する、内燃機関用の点火プラグであって、
　上記電極突出部は、上記電極母材と一体的に形成された基部と、該基部に接合されるとともに上記放電ギャップに面する被覆部とを有し、
　上記基部は、突出方向の端面と、該端面の外縁から上記電極母材に繋がる側周面とを有するとともに、上記端面の外縁は曲面を形成しており、
　上記被覆部は、上記基部の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなるとともに、上記側周面の少なくとも一部と上記端面とを被覆しており、
　内燃機関に取り付けられて上記電極突出部が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、上記被覆部における上記基部の側周面を被覆する部分の外表面に突起部が形成されるように構成されている、内燃機関用の点火プラグにある。
　本開示の他の態様は、中心電極と、該中心電極との間に放電ギャップを形成するように上記中心電極に対向配置された接地電極と、を備え、上記接地電極の電極母材から上記放電ギャップに向かって突出する電極突出部を有する、内燃機関用の点火プラグの製造方法であって、
　上記電極母材に、該電極母材の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなる被覆部粗材を抵抗溶接により接合する接合工程と、
　上記電極母材に接合された上記被覆部粗材に、凹部を有する第１治具を沿わせて、上記被覆部粗材と上記凹部との間に空間部を形成する準備工程と、
　上記電極母材における上記被覆部粗材が接合された粗材接合部と反対側の部分に、上記凹部の開口部よりも大きい凸部を有する第２治具を上記凹部に向けて押し付けることにより、上記粗材接合部を上記空間部に押し出して凸状の基部を形成するとともに、上記被覆部粗材が上記基部の側周面の少なくとも一部と突出方向の端面とを被覆する被覆部を形成して、上記電極突出部を形成する押出工程と、
を含む、内燃機関用の点火プラグの製造方法にある。
　上記内燃機関用の点火プラグにおいては、電極突出部は放電ギャップに面する部分に貴金属又は貴金属合金からなる被覆部を有するため、火花放電による消耗が少なく、当該点火プラグの長寿命化が図られる。さらに、電極突出部における基部の形成材料は、被覆部よりも安価な材料とすることができるため、電極突出部全体が被覆部の形成材料からなる場合に比べて、製造コストを低減することができる。
　また、上記被覆部を形成する貴金属又は貴金属合金は、基部の形成材料よりも低い線膨張係数を有するため、両者の線膨張係数の差が生じる。しかしながら、基部の突出方向の端面の外縁が曲面となっているため、基部を覆う被覆部との接合部に角部が形成されにくい。そのため、上記線膨張係数の差に起因して生じる熱応力が過度に集中することが抑制される。その結果、基部を被覆する被覆部との接合部に、熱応力による亀裂の発生が抑制されるため、この観点からも当該点火プラグの長寿命化が図られる。
　さらに、上記内燃機関用の点火プラグは、内燃機関に取り付けられて気筒内で加熱された後に冷却されたときに、上記被覆部には基部の側周面を覆う部分に突起部が形成される。そのため、筒内気流の速い希薄燃焼エンジンにおいて、放電ギャップに発生させた火花放電が、高速気流によってチップの基部側へ移動しようとしても、火花放電が基部の側周面を覆う部分の突起部に集中しやすく、放電経路が過度に長くなることが防止される。これにより、火花放電の吹き消えが抑制される。その結果、着火性の向上が図られる。当該突起部は、基部と被覆部とにおける形成材料の線膨張係数の差に起因して形成されるように構成されている。
　上記内燃機関用の点火プラグの製造方法によれば、接合工程において、抵抗溶接により被覆部粗材を電極母材に接合する。そのため、レーザー溶接や、電子ビーム溶接等のように、被覆部粗材と電極母材との間に両者が溶融混合してなる中間層が形成されないため、被覆部粗材と電極母材との界面が形成されている。そのため、上記内燃機関用の点火プラグは、内燃機関に取り付けられて気筒内で加熱された後に冷却されたときに、両者の形成材料に上記線膨張係数の差が存在することによって上記突起部が確実に形成されることとなる。これにより、上記内燃機関用の点火プラグを容易に製造することができる。
　以上のごとく、本開示によれば、長寿命化及び着火性向上が図られる内燃機関用の点火プラグ及びその製造方法を提供することができる。
　上記内燃機関用の点火プラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側、その反対側を基端側とする。また、本明細書において、プラグ軸方向とは、点火プラグの軸方向を意味し、プラグ径方向とは、点火プラグの径方向を意味し、プラグ周方向とは、点火プラグの周方向を意味する。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、実施形態１における、点火プラグの一部断面正面図であり、 図２は、実施形態１における、放電ギャップ付近の一部拡大断面図であり、 図３は、実施形態１における、加熱冷却後の放電ギャップ付近の一部拡大断面図であり、 図４は、実施形態１における、突起部の形成過程を説明する放電ギャップ付近の一部拡大断面図であり、 図５は、実施形態１における、突起部の形成過程を説明する図であり、 図６は、実施形態１における、火花放電の発生状態を示す模式図であり、 図７は、実施形態１における、火花放電の発生状態を示す模式図であり、 図８は、実施形態１における、点火プラグの製造工程を示す模式図であり、 図９は、評価試験１の結果を表す図であり、 図１０は、評価試験２の結果を表す図であり、 図１１は、変形形態１における、放電ギャップ付近の一部拡大断面図である。
（実施形態１）
　本開示の内燃機関用の点火プラグの実施形態について、図１～図７を用いて説明する。
　本実施形態の内燃機関用の点火プラグ１（以下、本明細書では「点火プラグ１」ともいう）は、図１に示すように、中心電極２及び接地電極３を備える。接地電極３は中心電極２との間に放電ギャップＧを形成するように、中心電極２に対向配置されている。接地電極３は電極母材３ａから放電ギャップＧに向かって突出する電極突出部３０を有する。
　図２に示すように、電極突出部３０は、基部３１と被覆部３２とを有する。基部３１は、電極母材３ａと一体的に形成されている。
　被覆部３２は、基部３１に接合されるとともに放電ギャップＧに面している。
　基部３１は、突出方向Ｙ２の端面３３と、端面３３の外縁３４から電極母材３ａに繋がる側周面３５とを有するとともに、端面３３の外縁３４は曲面を形成している。
　被覆部３２は、基部３１の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなるとともに、側周面３５の少なくとも一部と端面３３とを被覆している。
　そして、図３に示すように、内燃機関用の点火プラグ１は、図示しない内燃機関に取り付けられて電極突出部３０が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、被覆部３２における基部３１の側周面３５を被覆する部分の外表面３７に突起部３６が形成されるように構成されている。
　以下、本実施形態の点火プラグ１について、詳述する。
　図１に示すように、点火プラグ１は、プラグ軸方向Ｙに延びる筒状のハウジング４を有している。ハウジング４の外周面には内燃機関（図示せず）に螺合するための取付ネジ部４１が形成されている。点火プラグ１は、取付ネジ部４１を内燃機関に螺合させて、放電ギャップＧが内燃機関の燃焼室（図示せず）に露出するように、内燃機関に取り付けられる。
　ハウジング４の内側には、筒状の絶縁碍子５が備えられ、絶縁碍子５の内側には棒状の中心電極２が備えられている。中心電極２のプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１の端部である先端部２ａは、絶縁碍子５からプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に突出している。先端部２ａには、電極チップ２０が設けられている。本実施形態では、電極チップ２０は、プラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に突出する針状を成している。
　図１に示すように、接地電極３は、ハウジング４０におけるプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１の端部である先端面４２から先端側Ｙ１に延出されて、中心電極２の先端部２ａとプラグ軸方向Ｙにおいて所定間隔をあけて放電ギャップＧを形成するように屈曲されている。そして、接地電極３は、プラグ中心軸１ａ上に、電極母材３ａから放電ギャップＧに向っかて突出する電極突出部３０を有する。
　図２に示すように、電極突出部３０は、基部３１と被覆部３２とを有する。基部３１は、接地電極３の電極母材３ａと一体的に形成されている。基部３１は、略円柱状であって、放電ギャップＧに向けて突出している。すなわち、基部３１は、プラグ軸方向Ｙの基端側Ｙ２に向けて突出している。基部３１における、突出方向Ｙ２の端面３３はその外縁３４を除いて平面状となっている。なお、基部３１は電極母材３ａと同一の形成材料からなり、電極突出部３０の一部を形成するものである。
　図２に示すように、端面３３の外縁３４は、突出方向Ｙ２と略平行な側周面３５に連続するように、曲面となっている。プラグ中心軸１ａを含む断面において、外縁３４の曲率半径Ｒは、０．１ｍｍ≦Ｒであることが好ましく、より好ましくは０．１ｍｍ≦Ｒ≦０．４５ｍｍである。
　図２に示すように、被覆部３２は基部３１を覆っている。本実施形態では、被覆部３２は端面３３、外縁３４及び側周面３５を覆っている。これにより、端面３３、外縁３４及び側周面３５が、基部３１と被覆部３２との界面となっている。図２では、説明の都合上、側周面３５を覆う被覆部３２の厚さを実際よりも大きく示している。本実施形態では、実際には、図５（ｂ）に示すように、側周面３５を覆う被覆部３２は薄い状態となっている。なお、図２では説明の都合上、上述の通りとしたものではあるが、実際に図２に示すように、側周面３５を覆う被覆部３２を厚く形成してもよい。
　被覆部３２は、基部３１の形成材料よりも低い線膨張係数を有する貴金属又は貴金属合金からなる。本実施形態では、基部３１の形成材料は、例えば、線膨張係数（１０－６／Ｋ）が１３．３であるニッケル（Ｎｉ）や、線膨張係数（１０－６／Ｋ）が１６．５である銅（Ｃｕ）や、線膨張係数（１０－６／Ｋ）が１１．８である鉄（Ｆｅ）などの他に、線膨張係数（１０－６／Ｋ）が１０～１８程度であるニッケル合金、銅合金、鉄合金などを用いることができる。本実施形態では、基部３１の形成材料として、線膨張係数（１０－６／Ｋ）が１２．８のニッケル合金であるスペシャルメタライズ社のインコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標）を使用している。
　一方、被覆部３２の形成材料は、例えば、線膨張係数（１０－６／Ｋ）が８．９である白金（Ｐｔ）や、線膨張係数（１０－６／Ｋ）が６．５であるイリジウム（Ｉｒ）や、線膨張係数（１０－６／Ｋ）が１０未満の白金合金、イリジウム合金、白金イリジウム合金などの貴金属又は貴金属合金を用いることができる。本実施形態では、被覆部３２の形成材料として、Ｐｔを使用している。被覆部３２の形成材料と基部３１の形成材料との線膨張係数の差αは、３．３×１０－６／Ｋ≦α≦４．５×１０－６／Ｋを満たすことが好ましく、本実施形態では、３．９×１０－６／Ｋとなっている。
　そして、図３に示すように、本実施形態の点火プラグ１を、図示しない内燃機関に取り付けて気筒内で加熱した後に冷却すると、被覆部３２における基部３１の側周面３５を被覆する部分の外表面３７に突起部３６が形成される。本実施形態では突起部３６は被覆部３２の外表面３７のプラグ周方向全域に形成されて、環状を成している。
　突起部３６の形成過程は、以下の通りである。まず、図４（ａ）及び図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、初期状態では、被覆部３２の外表面３７には突起部３６は形成されていない。そして、当該点火プラグ１は、図示しない内燃機関に取り付けられ、電極突出部３０が気筒内において高温に曝されて加熱されることにより、基部３１及び被覆部３２はそれぞれ膨張する。例えば、８００℃程度に加熱されることにより、当該膨張が生じる。
　被覆部３２は、基部３１の形成材料よりも低い線膨張係数を有する材料からなるため、被覆部３２は、基部３１よりも加熱時の膨張量が少ない。そのため、図４（ｂ）に示すように、被覆部３２の外表面３７において、基部３１の端面３３よりもプラグ軸方向Ｙの先端側Ｙ１に位置する第１外表面３７１は、膨張状態の基部３１の側周面３５１によってプラグ径方向Ｘの外側に押し出されて、基部３１の端面３３よりもプラグ軸方向Ｙの基端側Ｙ２に位置する第２外表面３７２よりもプラグ径方向Ｘに拡大する。その結果、被覆部３２は塑性変形して、第１外表面３７１と第２外表面３７２との間に段差部３６１が形成されることとなる。なお、図４（ｂ）における破線は、加熱による膨張前の電極突出部３０の形状を示している。
　その後、気筒内の温度が低下することによって冷却されると、膨張していた基部３１及び被覆部３２はいずれも収縮して初期状態に戻ろうとする。しかし、被覆部３２においては、被覆部３２が塑性変形して段差部３６１が形成されているため、収縮しても初期状態に戻ることができずに、図４（ｃ）及び図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、突起部３６が形成される。また、上記線膨張係数の差により、基部３１における外縁３４には、収縮時において突起部３６の形成に伴ってプラグ径方向Ｘ外側に向かう力が発生するため、図４（ｃ）に示すように、外縁３４１はプラグ径方向外側に若干膨出している。なお、本明細書において、外縁３４の曲率半径Ｒは、図４（ａ）に示す初期状態におけるものをいう。
　図３に示すように、本実施形態では、電極突出部３０は略円柱状であって、高さＴ０は０．８ｍｍであり、径Ｄ０は０．７ｍｍとなっている。そして、基部３１の高さＴ１は０．５ｍｍであって、突起部３６の突出方向Ｘの頂点位置の高さと略一致している。また、凹部３８は略円筒状であって、開口部の径Ｄ１は、０．８ｍｍとなっている。
　図３に示すように、本実施形態では、突起部３６の高さＨ（ｍｍ）、すなわち、プラグ軸方向Ｙに直交する方向への突出量は、外縁３４の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、Ｈ≦－０．０６７Ｒ＋０．２２７を満たすことが好ましい。本実施形態では、Ｈは０．２ｍｍとなっている。
　本実施形態の点火プラグ１における使用態様について図６、図７を用いて説明する。
　本実施形態の点火プラグ１は、図示しない内燃機関に取り付けられる。当該内燃機関は希薄燃焼エンジンである。そして、所定のタイミングで中心電極に高電圧が印加されることにより、図６に示すように、中心電極２の電極突出部２０と接地電極３の電極突出部３０との間の放電ギャップＧに火花放電Ｐが発生する。
　気筒内の混合気の気流Ｓによって、図７に示すように、火花放電Ｐは気流Ｓの進行方向に流されるが、接地電極３の電極突出部３０においては、火花放電Ｐが突起部３６に集中することとなる。これにより、火花放電Ｐが接地電極３の電極母材３ａ側に流れることが抑制されている。
　次に、本実施形態の点火プラグ１の製造方法について、図８（ａ）～図８（ｄ）を用いて説明する。
　点火プラグ１の製造方法は、図８（ａ）～図８（ｄ）に示すように、接合工程Ｓ１、準備工程Ｓ２、押出工程Ｓ３を含む。
　接合工程Ｓ１では、図８（ａ）に示すように、接地電極３の電極母材３ａに、被覆部粗材３２ａを抵抗溶接により接合する。本実施形態では、被覆部粗材３２ａは、電極母材３ａの形成材料であるスペシャルメタライズ社のインコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標）よりも低い線膨張係数を有する貴金属である白金からなる。
　次に、準備工程Ｓ２では、図８（ｂ）に示すように、電極母材３ａに接合された被覆部粗材３２ａに、凹部５０を有する第１治具５１を沿わせて、被覆部粗材３２ａと凹部５０との間に空間部５０ａを形成する。
　そして、押出工程Ｓ３では、図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すように、接地電極３において被覆部粗材３２ａが接合された部分３ｂと反対側の部分３ｃに、凹部５０の開口部５０ｂよりも大きい凸部５３を有する第２治具５２を凹部５０に向けて押し付ける。これにより、粗材接合部３ｂを空間部５０ａに押し出して凸状の基部３１を形成するとともに、被覆部粗材３２ａが基部３１の側周面３５の少なくとも一部と突出方向の端面３３とを覆う被覆部３２を形成して、電極突出部３０を形成する。なお、接地電極３において電極突出部３０と反対側の部分には、第２治具５２の凸部５３の外形に沿った凹部３８が形成される。
　そして、図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すように、第２治具５２における凸部５３が第１治具５１における凹部５０の開口部５０ｂよりも大きいため、凸部５３によって電極母材３ａが凹部５０に押し込まれて基部３１が形成される際に、基部３１の端面３３の外縁３４が曲面に形成されるようになっている。本実施形態では、凹部５０は円柱状であって、凸部５３は略円柱状となっている。そして、図８（ｃ）に示すように、凸部５３の径ｗ２は凹部５０の開口部５０ｂの開口径ｗ１よりも大きくなっている。
　また、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、準備工程Ｓ２において、被覆部粗材３２ａが、第１治具５１の凹部５０の開口部５０ｂを覆うように第１治具５１を沿わせている。
　（評価試験）
　上記実施形態１の点火プラグ１について、以下の評価試験１及び評価試験２を行った。
　まず、評価試験１では、上記実施形態１の点火プラグ１の構成において、外縁３４の曲率半径Ｒ及び突起部３６の高さＨを変化させたときの、突起部３６における割れ発生の有無を評価した。
　評価試験１における試験例１～３の構成は以下の通りである。すなわち、上記実施形態１の点火プラグ１の構成において、基部３１と被覆部３２との線膨張係数の差αが３．３×１０－６／Ｋであるものを試験例１とし、同じくαが３．８×１０－６／Ｋであるものを試験例２、αが４．５×１０－６／Ｋであるものを試験例３とした。
　試験条件は、試験例１～３における点火プラグを、温度制御可能な冷熱ベンチにセットして、温度を室温から９００℃に昇温させた後、冷却して再び室温にすることを１サイクルとして、これを２００サイクル行った。２００サイクルの実施中に、突起部３６に割れが発生していないものを良好（○）、突起部３６に割れが発生していたものを不良（×）とし、結果を下記の表１に示し、グラフを図９に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記評価試験１では、試験例１～３のいずれにおいても、外縁３４の曲率半径Ｒが０．０５ｍｍの場合は、突起部３６に割れが生じており、不良（×）であった。一方、外縁３４の曲率半径Ｒが０．１ｍｍ～０．４５ｍｍの範囲内では、突起部３６に割れが生じておらず、良好（○）であった。
　図９において、膨張係数の差αが４．５×１０－６／Ｋである試験例３における近似直線ＬはＨ＝－０．０６７Ｒ＋０．２２７で示される。当該評価結果１によれば、０．１≦Ｒ、且つＨ≦－０．０６７Ｒ＋０．２２７である場合に突起部３６に割れが生じておらず、良好な点火プラグ１が得られることが確認できた。
　次に、評価試験２では、突起部３６の高さと着火性との関係を評価した。
　まず、試験例として、実施形態１の構成において、加熱冷却後の突起部３６の高さＨを、０．０３ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ及び０．５ｍｍとしたものを用意した。また、比較例として、突起部３６の高さＨが０ｍｍ、すなわち突起部３６を有さないものを用意した。
　試験条件は、試験例及び比較例の点火プラグを、排気量１８００ｃｃ、４気筒の内燃機関に取り付けて、エンジン回転数を２０００ｒｐｍとし、Ｐｍｉが０．２８ＭＰａの条件下でＰｍｉ変動率が３％以上となったときのＡ／Ｆをリーン限界Ａ／Ｆとした。図１０に、評価試験２における突起部３６の高さＨとリーン限界Ａ／Ｆとをプロットしたグラフを示した。
　評価試験２によれば、図１０に示すように、試験例である突起部３６の高さＨが０．０３ｍｍの場合は、比較例である突起部３６の高さＨが０ｍｍの場合に比べて、リーン限界Ａ／Ｆは若干の増加しか認められず、着火性は向上していなかった。一方、試験例である突起部３６の高さＨが０．０５ｍｍ以上の場合は、比較例である突起部３６の高さＨが０ｍｍの場合に比べて、リーン限界Ａ／Ｆの十分な増加が認められ、着火性が向上することが確認された。
　以上、評価試験１及び２によれば、被覆部３２の形成材料と基部３１の形成材料との線膨張係数の差αは、３．３×１０－６／Ｋ≦α≦４．５×１０－６／Ｋを満たすことにより、線膨張係数の差αが確保され、加熱冷却により突起部３６が確実に形成されることが示された。
　さらに、基部３１における端面３３の外縁３４の曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ≦Ｒを満たすことにより、着火性の向上が一層図られることが示された。さらに、外縁３４の曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ≦Ｒ≦０．４５ｍｍを満たすことにより、着火性が確実に向上することが示された。
　さらに、突起部３６の高さＨ及び端面３３の外縁３４の曲率半径Ｒは、０．０５ｍｍ≦Ｈ≦－０．０６７Ｒ＋０．２２７ｍｍを満たすことにより、突起部３６に割れが生じないとともに、着火性が向上することが示された。
　次に、本実施形態の内燃機関用の点火プラグ１における作用効果について、詳述する。
　本実施形態の点火プラグ１によれば、電極突出部３０は放電ギャップＧに面する部分に貴金属又は貴金属合金からなる被覆部３２を有するため、火花放電による消耗が少なく、点火プラグ１の長寿命化が図られる。さらに、電極突出部３０における基部３１の形成材料は、被覆部３２よりも安価な材料とすることができるため、電極突出部３０全体が被覆部３２の形成材料からなる場合に比べて、製造コストを低減することができる。
　また、被覆部３２を形成する貴金属又は貴金属合金は、基部３１の形成材料よりも低い線膨張係数を有するため、両者の線膨張係数の差αが生じる。しかしながら、基部３１の突出方向の端面３３の外縁３４が曲面となっているため、基部３１の外表面を覆う被覆部３２との接合部に角部が形成されにくい。そのため、線膨張係数の差αに起因して生じる熱応力が過度に集中することが抑制される。その結果、基部３１と被覆部３２との接合部に、熱応力による亀裂の発生が抑制されるため、この観点からも点火プラグ１の長寿命化が図られる。
　さらに、点火プラグ１は、内燃機関に取り付けられて電極突出部３０が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、被覆部３２には基部３１の側周面３５を覆う部分３７に突起部３６が形成される。そのため、筒内気流の速い希薄燃焼エンジンにおいて、放電ギャップＧに発生させた火花放電Ｐが、高速気流によって基部３１側へ移動しようとしても、火花放電Ｐが基部３１の側周面３５を覆う部分３７の突起部３６に集中しやすく、放電経路が過度に長くなることが防止される。これにより、火花放電Ｐの吹き消えが抑制される。その結果、着火性の向上が図られる。なお、突起部３６は、基部３１と被覆部３２とにおいて、両者の形成材料に線膨張係数の差αが存在することに起因して形成されるように構成されている。
　また、本実施形態の点火プラグ１では、基部３１の形成材料がニッケル合金であり、被覆部３１の形成材料が白金である。これにより、両者の膨張係数の差αが上述の３．３×１０－６／Ｋ≦α≦４．５×１０－６／Ｋを満たすことができる。その結果、線膨張係数の差αが確保され、加熱冷却により突起部３６が確実に形成されることとなる。
　次に、本実施態様における製造方法における作用効果について詳述する。
　また、本実施形態の内燃機関用の点火プラグ１の製造方法によれば、接合工程Ｓ１において、抵抗溶接により被覆部粗材３２ａを電極母材３ａに接合する。そのため、レーザー溶接や、電子ビーム溶接等のように、被覆部粗材３２ａと電極母材３ａとの間に両者が溶融混合してなる中間層が形成されないため、被覆部粗材３２ａと電極母材３ａとの界面が形成されている。そのため、点火プラグ１は、内燃機関に取り付けられて電極突出部３０が気筒内で加熱された後に冷却されたときに、両者の形成材料に線膨張係数の差αが存在することによって突起部３６が確実に形成されることとなる。これにより、当該製造方法によれば、本実施形態の点火プラグ１を容易に製造することができる。
　また、本実施形態では、準備工程Ｓ２において、被覆部粗材３２ａが、第１治具５１の凹部５０の開口部５０ｂを覆うように第１治具５１を沿わせる。これにより、被覆部粗材３２ａから形成される被覆部３２が、基部３１の端面３３と側周面３５の全域を覆うこととなる。そのため、火花放電による電極突出部３０の消耗を一層抑制することができる。
　なお、本実施形態では、図４（ａ）～図４（ｃ）に示すように、被覆部３２が、基部３１の端面３３と側周面３５の全域とを覆うように形成したが、これに替えて、電極突出部３０の消耗を抑制する効果が得られる範囲で、図１１に示す変形形態１のようにしてもよい。変形形態１では、図１１に示すように、突起部３６は被覆部３２の全周方向に形成されているが、基部３１の側周面３５の一部が被覆部３２により被覆されていない状態であってもよい。かかる場合でも本実施形態の場合と同等の作用効果を奏する。
　以上のごとく、本実施形態によれば、長寿命化及び着火性向上が図られる内燃機関用の点火プラグ１及びその製造方法を提供することができる。
　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形形態や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (8)

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

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111247706A (zh) * 2017-10-19 2020-06-05 株式会社电装 内燃机用的火花塞

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6634927B2 (ja) 2016-03-30 2020-01-22 株式会社デンソー スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法
JP6703558B2 (ja) * 2018-02-10 2020-06-03 日本特殊陶業株式会社 点火プラグ
DE102020111654A1 (de) 2020-04-29 2021-11-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine solche Zündkerze

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010053116A1 (ja) * 2008-11-06 2010-05-14 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ及びその製造方法
JP2010170705A (ja) * 2009-01-20 2010-08-05 Denso Corp 内燃機関用のスパークプラグ
JP5545166B2 (ja) * 2010-10-20 2014-07-09 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5545166B2 (ja) 1973-03-03 1980-11-17
JPS5545166A (en) 1978-09-25 1980-03-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Recording and reproducing method for optical information
JP4692588B2 (ja) 2007-07-31 2011-06-01 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法
JP4644291B2 (ja) * 2009-03-11 2011-03-02 日本特殊陶業株式会社 内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法
JP6270216B2 (ja) 2014-09-25 2018-01-31 Kddi株式会社 クラスタリング装置、方法及びプログラム
JP6634927B2 (ja) * 2016-03-30 2020-01-22 株式会社デンソー スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010053116A1 (ja) * 2008-11-06 2010-05-14 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ及びその製造方法
JP2010170705A (ja) * 2009-01-20 2010-08-05 Denso Corp 内燃機関用のスパークプラグ
JP5545166B2 (ja) * 2010-10-20 2014-07-09 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111247706A (zh) * 2017-10-19 2020-06-05 株式会社电装 内燃机用的火花塞
CN111247706B (zh) * 2017-10-19 2021-07-20 株式会社电装 内燃机用的火花塞

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