WO2018070129A1 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

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WO2018070129A1
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noble metal
ground electrode
metal layer
convex portion
spark plug
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PCT/JP2017/031407
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健二 服部
龍一 大野
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株式会社デンソー
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    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • 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 a spark plug for an internal combustion engine used for an automobile engine and the like, and a method for manufacturing the same.
  • a configuration in which a convex portion is provided on a facing surface, which is a surface on the center electrode side of a ground electrode, by projecting a part of the base material of the ground electrode toward the center electrode. ing.
  • a precious metal tip is welded to a portion of the ground electrode base material where the discharge surface, which is the tip surface of the convex portion, to form a molten and solidified portion that is melted with the base material, and then extruded.
  • a noble metal layer can be provided on the discharge surface which is the tip surface of the convex portion.
  • a noble metal layer can be provided on the side surface of the convex portion and the corner portion between the tip surface and the side surface by the same processing method.
  • the noble metal tip portion that hits the corner or side of the convex portion is stretched along with the formation of the convex portion, so the thickness of the noble metal layer at the corner or side portion of the convex portion Becomes thinner than the tip. For this reason, in recent application environments of spark plugs, the wear life of the noble metal layer on the side surfaces and corners of the convex portion is shortened, and the base material of the ground electrode may be exposed immediately. As the base material is easily exposed, there is a concern that the base material may become worn out and the noble metal layer may fall off the base material.
  • An object of the present disclosure is to provide a spark plug that can suitably prevent the ground electrode base material from being exposed by suppressing wear of the noble metal layer in the ground electrode.
  • the present disclosure is a spark plug, a cylindrical mounting bracket that can be attached to an internal combustion engine, a central electrode that is insulated and held by the mounting bracket, and has one end portion exposed from one end portion of the mounting bracket, and one end A ground electrode that is bonded to one end of the mounting bracket and has one surface on the other end facing the one end of the center electrode; and on the one surface of the ground electrode toward the center electrode, the ground electrode A spark plug that protrudes from a base material, has a convex surface that protrudes outward, and is formed with a surface that does not have a corner, and a noble metal layer that is formed on the surface of the convex portion. It is.
  • the thickness of the noble metal layer can be made substantially uniform regardless of the position on the surface of the convex portion. For this reason, the flow rate of the air-fuel mixture flowing in the combustion chamber is high, such as a supercharged engine or a high EGR engine, the spark generated in the spark discharge gap of the spark plug is greatly extended, and the starting amount of the spark on the ground electrode side is large. Even in a recent spark plug application environment that tends to be present, local wear of the noble metal layer can be suitably avoided.
  • a spark plug capable of suppressing the wear of the noble metal layer on the ground electrode and suitably preventing the ground electrode base material from being exposed, and a method for manufacturing the same.
  • FIG. 1 is a half cross-sectional view of a spark plug according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of a spark discharge portion in the spark plug shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the shape in the vicinity of the convex portion of the ground electrode.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state before the extrusion of the convex portion of the ground electrode and the noble metal layer.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state after the extrusion of the convex portion of the ground electrode and the noble metal layer.
  • FIG. 7 is a diagram showing a ratio between the maximum thickness and the minimum thickness of the noble metal layer according to the extrusion shape (the ratio between the height and the radius) of the convex portion.
  • FIG. 8 is a diagram showing the wear life of the noble metal layer according to the extrusion shape (ratio of height to radius) of the protrusions.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a discharge phenomenon that occurs between the center electrode and the ground electrode.
  • FIG. 10 is a diagram showing discharge current values in capacity discharge and induction discharge, and generation timings of the respective discharges.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing another form of the convex portion of the ground electrode.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing another form of the convex portion of the ground electrode.
  • a spark plug 100 according to the present embodiment is applied to a spark plug of an automobile engine, and is inserted into a screw hole provided in an engine head (not shown) that defines a combustion chamber of the engine. To be fixed.
  • the spark plug 100 has a cylindrical mounting bracket 10 made of a conductive steel material (for example, low carbon steel), and the mounting bracket 10 is attached to an engine block (not shown).
  • An attachment screw portion 10a for fixing is provided.
  • An insulator 20 made of alumina ceramic (Al 2 O 3 ) or the like is fixed inside the mounting bracket 10, and one end 21 of the insulator 20 is exposed from one end 11 of the mounting bracket 10. Is provided.
  • a center electrode 30 is fixed to the shaft hole 22 of the insulator 20, and the center electrode 30 is insulated and held with respect to the mounting bracket 10.
  • the center electrode 30 is, for example, a cylindrical body made of a metal material having excellent heat conductivity such as Cu as an inner material and a metal material having excellent heat resistance and corrosion resistance such as a Ni-based alloy as shown in FIG. As described above, the one end portion 31 having a reduced diameter is provided so as to be exposed and extend from the one end portion 21 of the insulator 20.
  • the ground electrode 40 is fixed to the one end 11 of the mounting bracket 10 by welding at one end 41 thereof, bent in the middle, and the other end 42 side toward the one end 31 of the center electrode 30.
  • the shaft 33 forms a columnar shape (for example, a prism) that extends at an acute angle.
  • the angle ⁇ formed by the axis 44 toward the end face (hereinafter referred to as the other end face of the ground electrode) 43 of the ground electrode 40 and the axis 33 of the center electrode 30 is an acute angle.
  • the ground electrode 40 has a so-called slant shape in which the extending direction is inclined with respect to the center electrode 30.
  • the ground electrode 40 is made of, for example, a Ni-based alloy containing Ni as a main component.
  • the axis 44 toward the ground electrode other end surface 43 of the ground electrode 40 has a virtual plane that includes the center of gravity of the cross section of the joint (welded part) between the ground electrode 40 and the mounting bracket 10 and the axis 33 of the central electrode. This is an axis toward the ground electrode other end surface 43 of the substantial ground electrode 40 when projected onto this virtual plane.
  • the virtual surface is a surface parallel to the paper surface in FIG.
  • a center electrode side tip 50 made of a noble metal or the like extending in the same direction as the center electrode shaft 33 is joined to one end 31 of the center electrode 30 by laser welding, resistance welding or the like. That is, in the present embodiment, the center electrode axis 33 is also the axis 52 of the center electrode side chip 50. In this example, the axis 33 of the center electrode coincides with the axis 52 of the center electrode tip, but it may be in the same direction, that is, in a parallel relationship even if it does not coincide.
  • a surface 45 (hereinafter also referred to as “opposing surface 45”) facing the center electrode 30 on the other end 42 side of the ground electrode 40 protrudes from the base material of the ground electrode 40 toward the center electrode 30.
  • a portion 46 is formed.
  • the shape of the convex portion 46 is formed by a surface whose surface is convex outward and does not have a corner portion. In the present embodiment, the convex portion 46 has a hemispherical tip.
  • a precious metal layer 60 having a substantially uniform thickness is formed so as to cover the entire surface of the convex portion 46.
  • the noble metal layer 60 is also a melted and solidified portion formed by melting a noble metal tip and a part of the base material of the ground electrode 40. In the present embodiment, the thickness of the noble metal layer 60 is in the range of 0.1 to 0.2 mm.
  • the protrusions 46 and the noble metal layer 60 extend toward the tip surface 51 of the center electrode tip 50 so that the tip of the projection 46 and the tip surface 51 of the center electrode tip 50 face each other via a discharge gap. .
  • the axis of the protrusion 46 along the protruding direction of the protrusion 46 and the noble metal layer 60 is referred to as “axis 61 of the protrusion 46 of the ground electrode 40”.
  • a recess 47 is formed on the surface of the ground electrode 40 opposite to the facing surface 45 from the surface toward the facing surface 45 side.
  • the concave portion 47 is formed, for example, at a position where the shaft 61 of the convex portion 46 passes.
  • the concave portion 47 is formed so that the shape viewed from the direction of the shaft 61 is the same circular shape as the convex portion 46.
  • the concave portion 47 is disposed at a position where the axial center thereof coincides with the axis 61 of the convex portion 46.
  • the shaft 52 of the center electrode side tip and the shaft 61 of the convex portion 46 of the ground electrode 40 are in a crossing or twisting positional relationship. Specifically, the intersection angle ⁇ between the axis 52 of the center electrode side tip and the axis 61 of the convex portion 46 of the ground electrode 40 (in the case of twisting, ⁇ in FIG. It is preferable that the angle is from 70 ° to 70 °.
  • the center electrode side chip 50 can be formed in a columnar shape, a disk shape, or the like, but is preferably a columnar shape.
  • the noble metal layer 60 of the center electrode tip 50 and the ground electrode 40 is made of Pt (platinum) -Ir (iridium), Pt—Rh (rhodium), Pt—Ni (nickel), Ir—Rh, Ir— Any one of alloys such as Y (yttrium) can be employed.
  • the noble metal layer 60 of the center electrode side tip 50 and the ground electrode 40 is made of an alloy containing Pt as a main component and at least one of Ir, Ni, Rh, W, Pd, Ru, and Os. Can be. More specifically, Pt is the main component, 50 wt% or less of Ir, 40 wt% or less of Ni, 50 wt% or less of Rh, 30 wt% or less of W, 40 wt% or less of Pd, 30 wt% or less. An alloy to which at least one of the following Ru and 20% by weight or less of Os is added can be used.
  • the noble metal layer 60 of the center electrode side tip 50 and the ground electrode 40 is made of an alloy containing Ir as a main component and at least one of Rh, Pt, Ni, W, Pd, Ru, and Os added. Can be adopted. More specifically, Ir as a main component, 50 wt% or less Rh, 50 wt% or less Pt, 40 wt% or less Ni, 30 wt% or less W, 40 wt% or less Pd, 30 wt% An alloy to which at least one of the following Ru and 20% by weight or less of Os is added can be used.
  • spark plug 100 discharge occurs in a discharge gap formed between the tip surface 51 of the center electrode side tip 50 and the noble metal layer 60 of the ground electrode 40, and the mixture in the combustion chamber is ignited. After ignition, flame nuclei formed in the discharge gap grow and are combusted in the combustion chamber.
  • the height in the protruding direction of the convex portion 46 from the facing surface 45 of the ground electrode 40 is h, and from the center of gravity in the cross section on the opposing surface 45 of the convex portion 46.
  • the shape of the convex portion 46 preferably satisfies h / r ⁇ 1.3.
  • the shape of the convex portion 46 that satisfies this condition is, for example, a cylinder with a hemispherical tip.
  • the shape of the convex portion 46 satisfies h / r ⁇ 1.0.
  • the shape of the convex portion 46 satisfying this condition is, for example, a hemisphere.
  • the noble metal Layer 60 is preferably formed to satisfy t3 / t2 ⁇ 0.6. Furthermore, the noble metal layer 60 is preferably formed so as to satisfy t3 / t2 ⁇ 0.9.
  • a noble metal tip 60a serving as a raw material for the noble metal layer 60 is placed on a portion where the convex portion 46 is to be formed, and the noble metal tip 60a is formed by resistance welding or arc welding.
  • the entire noble metal and a part of the base material of the ground electrode 40 are melted to form a melt-solidified portion.
  • the metal ratio in the vicinity of the surface (discharge surface) in the melt-solidified portion is preferably 70% or more and the metal ratio in the vicinity of the base material is preferably 50% or less.
  • arc welding examples include various types such as plasma arc welding, covering arc welding, submerged arc welding, inert gas welding, mag welding (carbon dioxide gas arc welding), and self-shielding arc welding.
  • This melting process can also be expressed as a process (bonding step) for bonding the noble metal layer 60 to one surface (opposing surface 45) of the ground electrode 40.
  • the ground electrode 40 to which the noble metal tip 60 a is welded is placed on a mold 102 having a substantially hemispherical convex cavity 101 for forming the convex part 46, and the convex cavity 101 and It mounts in the state which made the opposing surface 45 oppose.
  • the depth and radius of the convex cavity 101, the protruding amount h and radius r of the convex part 46 after completion, and the maximum thickness t2 and the minimum thickness t3 of the noble metal layer 60 after forming are changed. be able to.
  • the noble metal tip 60a is a plate having a substantially circular shape because the convex portion 46 that covers the noble metal layer 60 after forming is hemispherical.
  • the diameter ⁇ 1 of the noble metal tip 60a is preferably larger than the diameter of the convex cavity 101 (that is, the maximum diameter of the convex portion 46 after molding), and the thickness t1 of the noble metal tip 60a is equal to the noble metal layer 60 after molding. Is preferably greater than or equal to the maximum thickness t2.
  • the pressing jig 103 has, for example, a substantially cylindrical shape.
  • the diameter ⁇ 2 is made smaller than the diameter ⁇ 1 of the noble metal tip 60a and the maximum diameter of the convex part 46 after molding so that the base material can easily protrude into the deepest part of the convex cavity 101. It is configured.
  • the flat ground electrode 5 is subjected to cold forging to form a convex portion 46 (convex portion forming step).
  • the pressing jig 103 presses a part of the back surface opposite to the facing surface 45 of the ground electrode 40 to form a recess 47, and the base material of the ground electrode 40
  • a convex portion 46 is formed by extruding a part toward the convex portion cavity 101. That is, a part of the facing surface 45 is pushed out, and the ground electrode 40 corresponding to the pushed-out portion protrudes into the convex cavity 101, and the convex portion 46 having the noble metal layer 60 provided on the entire surface as described above. Is formed (noble metal layer forming step).
  • the protrusion 46 has a protrusion amount h and a maximum radius r on the one surface 45 side, and its tip has a hemispherical shape. Is formed. Further, a recess 47 having a diameter ⁇ 2 and a depth H is formed on the surface opposite to the one surface 45 of the ground electrode 40. At this time, it is preferable to perform the extrusion so that the axis of the extrusion mold 102 and the axis 61 of the convex portion 46 to be formed coincide with each other. Thereby, the hemispherical shape of the convex part 46 can be made easily.
  • the noble metal tip 60a is grounded during the above extrusion molding. As the base material of the electrode 40 protrudes, the whole is stretched substantially uniformly. For this reason, the thickness of the noble metal layer 60 after forming becomes substantially uniform regardless of the position on the surface of the convex portion 46. That is, the difference between the maximum thickness t2 and the minimum thickness t3 of the noble metal layer 60 shown in FIGS. 3 and 4 can be reduced. Furthermore, by making the convex shape a hemispherical shape, the difference between the thicknesses t2 and t3 of the noble metal layer 60 can be further reduced.
  • the spark plug 100 of this embodiment includes a cylindrical mounting bracket 10 that can be attached to an internal combustion engine, and a central electrode that is insulated and held by the mounting bracket 10 and that has one end portion 31 exposed from one end portion 11 of the mounting bracket 10. 30, one end side is joined to one end portion 11 of the mounting bracket 10, and the other end side surface 45 extends so as to face the one end portion 31 of the center electrode 30. Projecting from the base material of the ground electrode 40 toward the surface 30, the surface is convex outward, and is formed on the surface of the convex portion 46 formed by a surface having no corners. A noble metal layer 60.
  • the convex portion 46 of the ground electrode 40 is formed by projecting a part of the base material of the ground electrode 40 by extrusion molding, and the noble metal layer 60 is extruded after being welded to the one surface 45 of the ground electrode 40. Is formed over the entire surface of the convex portion 46.
  • the noble metal layer 60 is formed on the surface of the convex portion 46 of the ground electrode 40 by extrusion molding, if the shape of the convex portion is a cylinder or a prism, it is positioned outside the corner portion of the tip surface of the convex portion during extrusion molding. Since the portion of the noble metal layer to be stretched is stronger than the portion on the tip surface, the thickness of the noble metal layer at the corners and side portions of the convex portion tends to be thinner than the tip surface.
  • the convex portion 46 that stretches the noble metal layer 60 has a planar shape that does not have a corner portion by the above-described configuration, and therefore the position on the surface of the convex portion 46 is the noble metal layer 60. Regardless, the thickness can be made substantially uniform. For this reason, the flow rate of the air-fuel mixture flowing in the combustion chamber, such as a supercharged engine or a high EGR engine, is high, sparks generated in the spark discharge gap of the spark plug 100 are greatly extended, and the amount of movement of the starting point of the spark on the ground electrode 40 side Even in a recent spark plug application environment in which the precious metal layer 60 tends to be large, local wear of the noble metal layer 60 can be preferably avoided.
  • the base material of the ground electrode 40 is not exposed, the consumption of the base material can be suppressed, and the deterioration of the wear life of the spark plug can be prevented, and there is no fear that the noble metal layer 60 falls off the base material of the ground electrode 40.
  • the height in the projecting direction of the convex portion 46 from the one surface 45 of the ground electrode 40 is h, and the maximum length from the center of gravity to the edge in the cross section on the one surface 45 of the convex portion 46 (this In the embodiment, when the radius of the cross-sectional circle is r, it is preferable that the shape of the convex portion 46 satisfies h / r ⁇ 1.3.
  • the lifetime of the ground electrode 40 of the spark plug 100 can be maintained in a good state, and deterioration of the wear life of the spark plug can be suitably prevented.
  • the wear of the noble metal layer 60 on the ground electrode 40 can be prevented. It is possible to suitably prevent the base material of the ground electrode 40 from being exposed. The reason why such an effect can be obtained by setting the above numerical range will be described later with reference to FIG.
  • the shape of the convex portion 46 satisfies h / r ⁇ 1.0.
  • the thickness uniformity of the noble metal layer 60 can be further improved and the noble metal layer 60 does not have an extremely thin portion, so that the exposure risk of the base material of the ground electrode 40 can be further reduced. Therefore, the wear of the noble metal layer 60 on the ground electrode 40 can be further suppressed, and the base material of the ground electrode 40 can be further prevented from being exposed. The reason why such an effect can be obtained by setting the above numerical range will be described later with reference to FIG.
  • the tip shape of the convex portion 46 of the ground electrode 40 is hemispherical.
  • the thickness of the noble metal layer 60 at the minimum gap portion between the convex portion 46 of the ground electrode 40 and the center electrode 30 is t2, and the minimum thickness of the noble metal layer 60 is t3.
  • the noble metal layer 60 is formed so as to satisfy t3 / t2 ⁇ 0.6. With this configuration, the minimum uniformity of the thickness of the noble metal layer 60 can be ensured, and deterioration of the wear life of the spark plug 100 can be suitably prevented.
  • the shape of the convex portion 46 of the ground electrode 40 is set in the range of h / r ⁇ 1.3, more preferably in the range of h / r ⁇ 1.0. State the rationale.
  • the projections of five types of diameters are formed so that the radius r of the convex part 46 is different.
  • FIG. 7 shows the characteristics of the film thickness ratio t3 / t2 corresponding to the shape (h / r) of the convex portion 46.
  • the horizontal axis in FIG. 7 represents h / r
  • the vertical axis in FIG. 7 represents t3 / t2.
  • the wear durability test first, in the setting for setting the pushing amount H of the pressing jig 103 so as to be the above-mentioned one kind of h, there are twelve kinds of diameters so that the radius r of the convex portion 46 is twelve different.
  • the lifetime is defined as the time required until the noble metal layer 60 on the surface of the protrusion 46 is worn and the base material of the ground electrode 40 is exposed.
  • FIG. 8 shows the results of the wear durability test.
  • FIG. 8 shows the characteristics of the life time according to the shape (h / r) of the convex portion.
  • the horizontal axis in FIG. 8 represents h / r, and the vertical axis in FIG. 8 represents the lifetime.
  • the lifetime measured under each of the above h / r conditions is plotted, and these plots are connected and illustrated.
  • the shape of the convex portion 46 of the ground electrode 40 is set in the range of h / r ⁇ 1.3 based on the result of the wear durability test shown in FIG. 8, the wear of the noble metal layer 60 on the ground electrode 40 is suppressed.
  • the base material of the ground electrode 40 can be suitably prevented from being exposed.
  • the film thickness ratio t3 / t2 begins to decrease in the range of 1.0 ⁇ h / r ⁇ 1.3, but the lifetime of the ground electrode 40 decreases. It becomes a state that does not. That is, in this range, although the thickness uniformity of the noble metal layer 60 is deteriorated, the desired effect of suppressing the wear of the noble metal layer 60 on the ground electrode 40 can be achieved. The reason why such a state occurs will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • Capacitance discharge contributes more to electrode consumption than induction discharge.
  • the capacitive discharge current flowing between the electrodes due to capacitive discharge is about 100 times larger than the induced discharge current flowing between the electrodes due to induced discharge, the electrode surface is worn by capacitive discharge. The progress tends to be much faster than that due to induction discharge.
  • the configuration in which the convex portion 46 of the ground electrode 40 has a hemispherical shape is illustrated, but the shape of the convex portion 46 is formed by a surface that is convex outward and does not have a corner portion. Any shape other than a hemisphere may be used.
  • the convex portion 46A of the ground electrode 40 may have a semi-elliptical sphere shape.
  • the convex portion 46B of the ground electrode 40 may have a polygonal pyramid shape such as a triangular pyramid or a quadrangular pyramid, and the apex and each side may be chamfered with a curved surface. .
  • the configuration in which the noble metal layer 60 is covered over the entire surface of the convex portion 46 of the ground electrode 40 has been exemplified.
  • the noble metal layer 60 covers at least a part including the tip portion of the convex portion 46. What is necessary is just to be made, and the structure which does not cover the whole convex part surface may be sufficient.
  • the noble metal tip 60a is ground electrode by methods other than welding. A technique of adhering to 40 can also be applied.
  • the configuration including the slant-shaped ground electrode 40 is exemplified.
  • the spark plug 100 of this embodiment covers the tip portion of the center electrode 30 at the tip portion side orthogonal to the axis 33 of the center electrode 30.
  • the present invention can also be applied to a configuration including a normal ground electrode having such a shape.
  • the flat portion is formed by further flattening the tip portion of the convex portion 46 and the noble metal layer 60. It may be formed (flat step). Even when the processing is performed in such a procedure, the thickness of the noble metal layer 60 is hardly affected, and thus the same effect as in the above embodiment can be obtained.
  • the convex portion 46 similarly to the polygonal pyramid-shaped convex portion 46B described above, the convex portion 46 has a flat portion similar to the flattening process at the tip of the hemispherical shape, and a boundary between the flat portion and the hemispherical surface. It is good also as a structure formed by extrusion molding as a shape where the line was chamfered with a curved surface.

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Abstract

スパークプラグ（１００）は、内燃機関に取り付け可能な筒状の取付金具（１０）と、　前記取付金具に絶縁保持され、一端部（３１）が前記取付金具の一端部（１１）から露出して延びる中心電極（３０）と、一端側が前記取付金具の一端部に接合され、他端側の一面（４５）が前記中心電極の一端部に対向するように延びる接地電極（４０）と、前記接地電極の前記一面において前記中心電極に向かって前記接地電極の母材から突出しており、その表面が外方に凸であり、かつ、角部を有しない面で形成される凸部（４６，４６Ａ，４６Ｂ）と、前記凸部の表面に形成される貴金属層（６０）と、を備える。

Description

スパーク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10月12日に出願された日本国特許出願2016-200845号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
　本開示は、自動車のエンジン等に用いる内燃機関用のスパークプラグ、及びその製造方法に関する。
　従来、スパークプラグにおいて、接地電極における中心電極側の面である対向面上に、中心電極に向かって接地電極の母材の一部を突出させる凸加工を施して凸部を設ける構成が知られている。この構成では、接地電極の母材のうち凸部の先端面である放電面を形成しようとする部分に貴金属チップを溶接して、母材と溶融させてなる溶融凝固部を形成した後に、押出成形により凸部を成形することにより、凸部の先端面である放電面に貴金属層を設けることができる。また、同様の加工手法で、先端面に加えて凸部の側面や、先端面と側面との間の角部にも貴金属層を設けることができる。このように凸部の大半を貴金属層で被覆することによって、放電により消耗しやすい角部の消耗を抑制でき、また、酸化や亀裂、溶融凝固部の乖離等の不具合を回避できる（例えば特許文献１参照）。
特開２０１０－１７０７０５号公報
　ところで、最近の過給エンジンや高ＥＧＲエンジンでは、燃焼室内を流れる混合気の流速が早くなり、この気流がスパークプラグの火花放電ギャップに適度に流れることにより、火花が伸ばされる傾向にある。このため、伸ばされた火花の接地側起点が凸部の側面まで移動する可能性が高くなっている。
　上記の凸部表面に貴金属層を設ける加工手法では、凸部の角部や側面に当たる貴金属チップの部分が凸部形成に伴い引き伸ばされるため、凸部の角部や側面の部分における貴金属層の厚さが先端面に比べて薄くなってしまう。このため、最近のスパークプラグの適用環境では、特に凸部側面や角部の貴金属層の消耗寿命が短くなって、すぐに接地電極の母材が露出する虞がある。母材が露出しやすくなることで、母材消耗が激しくなったり、貴金属層が母材から脱落することが懸念される。
　本開示は、接地電極における貴金属層の摩耗を抑制して接地電極の母材が露出することを好適に防止できるスパークプラグを提供することを目的とする。
　本開示は、スパークプラグであって、内燃機関に取り付け可能な筒状の取付金具と、前記取付金具に絶縁保持され、一端部が前記取付金具の一端部から露出して延びる中心電極と、一端側が前記取付金具の一端部に接合され、他端側の一面が前記中心電極の一端部に対向するように延びる接地電極と、前記接地電極の前記一面において前記中心電極に向かって前記接地電極の母材から突出しており、その表面が外方に凸であり、かつ、角部を有しない面で形成される凸部と、前記凸部の表面に形成される貴金属層と、を備えるスパークプラグである。
　この構成により、貴金属層が凸部の表面上のどの位置にあるかに係わらず、その厚さを略均一にすることができる。このため、過給エンジンや高ＥＧＲエンジンなど、燃焼室内を流れる混合気の流速が早く、スパークプラグの火花放電ギャップに発生する火花が大きく伸ばされ、火花の接地電極側の起点の移動量が大きい傾向にあるような、最近のスパークプラグの適用環境であっても、貴金属層が局所的に摩耗することを好適に回避できる。
　本開示によれば、接地電極における貴金属層の摩耗を抑制して接地電極の母材が露出することを好適に防止できるスパークプラグ、及びその製造方法を提供することができる。
図１は、実施形態に係るスパークプラグの半断面図である。 図２は、図１に示すスパークプラグにおける火花放電部近傍の拡大図である。 図３は、接地電極の凸部近傍の形状を模式的に示す図である。 図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ断面図である。 図５は、接地電極の凸部及び貴金属層の押出成形前の状態を示す図である。 図６は、接地電極の凸部及び貴金属層の押出成形後の状態を示す図である。 図７は、凸部の押出形状（高さと半径との比）に応じた貴金属層の最大厚みと最小厚みの比を示す図である。 図８は、凸部の押出形状（高さと半径との比）に応じた貴金属層の消耗寿命を示す図である。 図９は、中心電極と接地電極との間に発生する放電現象を説明するための模式図である。 図１０は、容量放電と誘導放電における放電電流値とそれぞれの放電の発生タイミングとを示す図である。 図１１は、接地電極の凸部の他の形態を示す断面図である。 図１２は、接地電極の凸部の他の形態を示す断面図である。
　以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
　図１～図４を参照して、本実施形態に係るスパークプラグ１００の構成について説明する。本実施形態に係るスパークプラグ１００は、自動車用エンジンの点火栓等に適用されるものであり、該エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に挿入されて固定されるようになっている。
　図１に示すように、スパークプラグ１００は、導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼等）等よりなる筒形状の取付金具１０を有しており、この取付金具１０は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部１０ａを備えている。取付金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）等からなる絶縁体２０が固定されており、この絶縁体２０の一端部２１は、取付金具１０の一端部１１から露出するように設けられている。
　絶縁体２０の軸孔２２には中心電極３０が固定されており、この中心電極３０は取付金具１０に対して絶縁保持されている。中心電極３０は、例えば、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、図２に示すように、その細径化された一端部３１が、絶縁体２０の一端部２１から露出して延びるように設けられている。
　一方、接地電極４０は、その一端部４１にて取付金具１０の一端部１１に溶接により固定され、途中で曲げられて、その他端部４２側が中心電極３０の一端部３１に向かって中心電極の軸３３とは鋭角をなすように延びる柱状（例えば角柱）をなす。
　つまり、図２に示すように、接地電極４０の他端部４２側の端面（以下、接地電極他端面という）４３に向かう軸４４と中心電極３０の軸３３とのなす角度αが鋭角となっている。すなわち、接地電極４０は、その延在方向が中心電極３０に対して傾斜する形状、所謂スラント形状となっている。この接地電極４０は、例えば、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金より構成されている。
　ここで、接地電極４０の接地電極他端面４３に向かう軸４４は、接地電極４０と取付金具１０との接合部（溶接部）断面の重心および中心電極の軸３３を含む面を仮想面とし、この仮想面に対して投影した時の実質的な接地電極４０の接地電極他端面４３に向かう軸である。当該仮想面は、図２における紙面に平行な面となる。
　また、中心電極３０の一端部３１には、中心電極の軸３３と同一方向に延びる貴金属等よりなる中心電極側チップ５０が、レーザ溶接や抵抗溶接等により接合されている。つまり、本実施形態では、中心電極の軸３３は中心電極側チップ５０の軸５２でもある。なお、本例では、中心電極の軸３３は中心電極側チップの軸５２と一致しているが、一致していなくても同一方向即ち平行関係にあれば良い。
　一方、接地電極４０の他端部４２側における中心電極３０に対向した面４５（以下「対向面４５」とも表記する）には、中心電極３０に向かって接地電極４０の母材から突出する凸部４６が形成されている。凸部４６の形状は、その表面が外方に凸であり、かつ、角部を有しない面で形成される。本実施形態では、凸部４６の形状はその先端部が半球状である。そして、この凸部４６の表面全体を被覆するように、略均等な厚さの貴金属層６０が形成されている。なお、貴金属層６０は、貴金属チップと接地電極４０の母材の一部とを溶融してなる溶融凝固部でもある。本実施形態では、貴金属層６０の厚さは０．１～０．２ｍｍの範囲内である。
　これらの凸部４６と貴金属層６０は、その先端と中心電極側チップ５０の先端面５１とが放電ギャップを介して対向するように、中心電極側チップ５０の先端面５１に向かって延びている。以下、図２に示すように、凸部４６と貴金属層６０の突出方向に沿った凸部４６の軸心を「接地電極４０の凸部４６の軸６１」と表記する。
　また、接地電極４０の対向面４５と反対側の面には、この面から対向面４５側に向かって凹部４７が形成されている。凹部４７は、例えば、凸部４６の軸６１が通過する位置に形成されている。凹部４７は、例えば、軸６１の方向から視た形状が、凸部４６と同様の円形状となるよう形成されている。図２の例では、凹部４７は、その軸心が凸部４６の軸６１と一致する位置に配置されている。
　中心電極側チップの軸５２と接地電極４０の凸部４６の軸６１とが交差またはねじれの位置関係にある。ここで、具体的には、中心電極側チップの軸５２と接地電極４０の凸部４６の軸６１との交差角度β（ねじれの場合も、図２中のβを交差角度とする）は５°以上７０°以下であることが好ましい。
　中心電極側チップ５０は、柱状、円板状等にすることができるが、柱状であることが好ましい。
　また、中心電極側チップ５０及び接地電極４０の貴金属層６０の材質としては、Ｐｔ（白金）－Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ－Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｔ－Ｎｉ（ニッケル）、Ｉｒ－Ｒｈ、Ｉｒ－Ｙ（イットリウム）等の合金のいずれか１種を採用することができる。
　更に言うならば、中心電極側チップ５０及び接地電極４０の貴金属層６０の材質としては、Ｐｔを主成分としＩｒ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加された合金よりなるものにできる。より具体的には、Ｐｔを主成分とし、５０重量％以下のＩｒ、４０重量％以下のＮｉ、５０重量％以下のＲｈ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金を採用することができる。
　また、中心電極側チップ５０及び接地電極４０の貴金属層６０の材質としては、Ｉｒを主成分としＲｈ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加された合金よりなるものを採用することができる。より具体的には、Ｉｒを主成分とし、５０重量％以下のＲｈ、５０重量％以下のＰｔ、４０重量％以下のＮｉ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金を採用することができる。
　かかるスパークプラグ１００においては、中心電極側チップ５０の先端面５１と、接地電極４０の貴金属層６０との間に形成された放電ギャップにおいて放電し、燃焼室内の混合気に着火させる。着火後、放電ギャップに形成された火炎核は、成長していき、燃焼室内にて燃焼が行われるようになっている。
　そして特に本実施形態では、図３及び図４に示すように、接地電極４０の対向面４５から凸部４６の突出方向の高さをｈ、凸部４６の対向面４５上の断面における重心から縁端までの最大長（本実施形態では断面円の半径）をｒとするとき、凸部４６の形状がｈ／ｒ≦１．３を満たすのが好ましい。この条件を満たす凸部４６の形状は、例えば、先端部が半球状の円柱である。
　さらに本実施形態では、凸部４６の形状がｈ／ｒ≦１．０を満たすのが好ましい。この条件を満たす凸部４６の形状は、例えば半球体である。
　また、接地電極４０の凸部４６と中心電極３０との間の最小ギャップ部における貴金属層６０の厚さ（最大厚さ）をｔ２、貴金属層６０の最小の厚さをｔ３とするとき、貴金属層６０はｔ３／ｔ２≧０．６を満たすよう形成されるのが好ましい。さらに言えば、貴金属層６０はｔ３／ｔ２≧０．９を満たすよう形成されるのが好ましい。
　次に、図５及び図６を参照して、接地電極４０の凸部４６及び貴金属層６０の製造方法について説明する。
　まず、接地電極４０の母材の対向面４５上において、凸部４６を形成しようとする部分に貴金属層６０の原料となる貴金属チップ６０ａを設置して、抵抗溶接またはアーク溶接によって貴金属チップ６０ａの貴金属全体と、接地電極４０の母材の一部とを溶融させて溶融凝固部を形成する。アーク溶接においては、この溶融凝固部における表面(放電面)近傍の金属比率は７０％以上、母材近傍の金属比率は５０％以下になることが好ましい。アーク溶接としては、プラズマアーク溶接、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、イナートガス溶接、マグ溶接（含炭酸ガスアーク溶接）、セルフシールドアーク溶接などの種々のものが挙げられる。なお、この溶融処理は、接地電極４０の一面（対向面４５）に貴金属層６０を接着する処理（接着ステップ）とも表現できる。
　次いで、図５に示すように、貴金属チップ６０ａを溶接した接地電極４０を、凸部４６を成形するための略半球形状の凸部用キャビティ１０１を有する金型１０２に、凸部用キャビティ１０１と対向面４５を対向させた状態で載置する。この凸部用キャビティ１０１の深さや半径を変更することで、完成後の凸部４６の突出量ｈや半径ｒや、成形後の貴金属層６０の最大厚さｔ２や最小厚さｔ３を変更することができる。
　なお、貴金属チップ６０ａは、本実施形態では、成形後に貴金属層６０として被覆する凸部４６が半球形状であるので、その形状が略円形の板材である。貴金属チップ６０ａの径φ１は、凸部用キャビティ１０１の径（すなわち成形後の凸部４６の最大径）より大きいのが好ましく、また、貴金属チップ６０ａの厚さｔ１は、成形後の貴金属層６０の最大厚さｔ２より大きいかまたは同等であるのが好ましい。
　また、押圧治具１０３は、例えば略円柱形状からなる。押圧治具１０３は、例えばその径φ２が貴金属チップ６０ａの径φ１や、成形後の凸部４６の最大径より小さくされ、これにより凸部用キャビティ１０１の最深部に母材が突出しやすくなるよう構成されている。
　そして、これらの金型１０２及び押圧治具１０３を用いて、平板状の接地電極５に冷鍛加工を施すことにより凸部４６を形成する（凸部形成ステップ）。具体的には、図６に示すように、押圧治具１０３によって接地電極４０の対向面４５と反対側の背面の一部を押圧して凹部４７を形成するとともに、接地電極４０の母材の一部を凸部用キャビティ１０１に向かって押し出すことにより凸部４６を形成する。すなわち、対向面４５の一部が押し出され、その押し出された分の接地電極４０が凸部用キャビティ１０１の内部に突出して、上記のとおりその表面全体に貴金属層６０が設けられた凸部４６が形成される（貴金属層形成ステップ）。
　この結果、図３及び図４に示すように、厚さＴの接地電極４０の母材において、その一面４５側に突出量ｈ、最大半径ｒであり、その先端が半球形状である凸部４６が形成される。また、接地電極４０の一面４５と反対側の面において、径φ２、深さＨの凹部４７が形成される。なお、このとき、押出成形の金型１０２の軸線と、形成される凸部４６の軸線６１とが一致するように押出成形を行うのが好ましい。これにより、凸部４６の半球形状を作りやすくできる。
　また、凸部４６の表面が外方に凸であり、かつ、角部を有しない面（本実施形態では半球形状）で形成されるので、上記の押出成形の際に、貴金属チップ６０ａは接地電極４０の母材の突出に伴いその全体が略均一に引き伸ばされる。このため、成形後の貴金属層６０の厚さは、凸部４６の表面上の位置によらず略均一となる。つまり、図３及び図４に示す、貴金属層６０の最大厚さｔ２と、最小厚さｔ３との差異を小さくできる。さらに、凸形状を半球形状とすることにより、貴金属層６０の厚さｔ２，ｔ３の差異を更に小さくできる。
　次に、本実施形態に係るスパークプラグ１００の効果について説明する。
　本実施形態のスパークプラグ１００は、内燃機関に取り付け可能な筒状の取付金具１０と、取付金具１０に絶縁保持され、その一端部３１が取付金具１０の一端部１１から露出して延びる中心電極３０と、一端側が取付金具１０の一端部１１に接合され、他端側の一面４５が中心電極３０の一端部３１に対向するように延びる接地電極４０と、接地電極４０の一面４５において中心電極３０に向かって接地電極４０の母材から突出しており、その表面が外方に凸であり、かつ、角部を有しない面で形成される凸部４６と、凸部４６の表面に形成される貴金属層６０と、を備える。より詳細には、接地電極４０の凸部４６は、接地電極４０の母材の一部を押出成形によって突出させてなり、貴金属層６０は、接地電極４０の一面４５に溶接された後に押出成形によって凸部４６の表面の全域に亘り形成される。
　従来、押出成形によって接地電極４０の凸部４６の表面に貴金属層６０を形成する場合、凸部の形状が円柱や角柱であると、押出成形時に凸部の先端面の角部より外側に位置する貴金属層の部分が、先端面上の部分と比較して強力に引き伸ばされるため、凸部の角部や側面の部分における貴金属層の厚さが先端面に比べて薄くなる傾向がある。これに対して本実施形態では、上記構成により、貴金属層６０を引き伸ばす凸部４６が角部を有しない面形状であるので、貴金属層６０が凸部４６の表面上のどの位置にあるかに係わらず、その厚さを略均一にすることができる。このため、過給エンジンや高ＥＧＲエンジンなど、燃焼室内を流れる混合気の流速が早く、スパークプラグ１００の火花放電ギャップに発生する火花が大きく伸ばされ、火花の接地電極４０側の起点の移動量が大きい傾向にあるような、最近のスパークプラグの適用環境であっても、貴金属層６０が局所的に摩耗することを好適に回避できる。この結果、接地電極４０における貴金属層６０の摩耗を抑制して接地電極４０の母材が露出することを好適に防止できる。接地電極４０の母材が露出しなくなることで、母材消耗を抑制できてスパークプラグの消耗寿命の悪化を防止でき、また、貴金属層６０が接地電極４０の母材から脱落する懸念も無くなる。
　また、本実施形態のスパークプラグ１００において、接地電極４０の一面４５から凸部４６の突出方向の高さをｈ、凸部４６の一面４５上の断面における重心から縁端までの最大長（本実施形態では断面円の半径）をｒとするとき、凸部４６の形状がｈ／ｒ≦１．３を満たすのが好ましい。
　この構成により、スパークプラグ１００の接地電極４０の寿命時間を良好な状態で維持することができ、スパークプラグの消耗寿命の悪化を好適に防止でき、この結果、接地電極４０における貴金属層６０の摩耗を抑制して接地電極４０の母材が露出することを好適に防止できる。なお、上記の数値範囲の設定によりこのような効果を奏することができる根拠については図７を参照して後述する。
　また、本実施形態のスパークプラグ１００において、凸部４６の形状がｈ／ｒ≦１．０を満たすのがさらに好ましい。
　この構成により、貴金属層６０の厚さの均一性をより一層向上でき、貴金属層６０に極端に薄い部位が存在しなくなるので、接地電極４０の母材の露出リスクをさらに低減できる。したがって、接地電極４０における貴金属層６０の摩耗をさらに抑制でき、接地電極４０の母材が露出することをより一層防止できる。なお、上記の数値範囲の設定によりこのような効果を奏することができる根拠については図７を参照して後述する。
　また、本実施形態のスパークプラグ１００において、接地電極４０の凸部４６の先端形状が半球状である。この構成により、スパークプラグ１００の火花放電ギャップに発生する火花の接地電極４０側の起点が、凸部４６の表面全体に亘って移動するので、貴金属層６０の放電による消耗をより均一化でき、スパークプラグ１００の消耗寿命を延ばすことができる。
　また、本実施形態のスパークプラグ１００において、接地電極４０の凸部４６と中心電極３０との間の最小ギャップ部における貴金属層６０の厚さをｔ２、貴金属層６０の最小の厚さをｔ３とするとき、貴金属層６０はｔ３／ｔ２≧０．６を満たすよう形成される。この構成により、貴金属層６０の厚さの最低限の均一性を確保でき、スパークプラグ１００の消耗寿命の悪化を好適に防止できる。
　次に、図７～図１０を参照して、接地電極４０の凸部４６の形状をｈ／ｒ≦１．３の範囲、より好ましくはｈ／ｒ≦１．０の範囲に設定することの根拠について述べる。
　まず図７を参照して、接地電極４０の凸部４６の形状をｈ／ｒ≦１．０の範囲に設定することの根拠について述べる。この条件は、下記の仕様のスパークプラグ１００の接地電極４０について貴金属層６０の均一性評価試験を行った結果、導出したものである。
・接地電極４０の母材の厚さＴ：１．３ｍｍ固定
・接地電極４０の母材の幅（図３の奥行き方向の寸法）：２．６ｍｍ固定
・押出成形前の貴金属チップ６０ａの厚さｔ１（図５参照）：０．１５ｍｍ固定
・押出成形前の貴金属チップ６０ａの径φ１（図５参照）：１．２ｍｍ固定
・凸部４６の高さｈ：０．３，０．５，０．７，１．０ｍｍ
・凸部４６の半径ｒ：各ｈごとにｈ／ｒが異なる５種類
・押圧治具１０３の押し込み深さ（凹部４７の深さＨ（図３参照））：凸部４６の高さｈに合わせて適宜変更
・押圧治具１０３の径φ２：凸部４６の半径ｒに合わせて適宜変更
　評価試験では、上記の４種類のｈとなるように押圧治具１０３の押し込み量Ｈを設定する各セッティングにおいて、凸部４６の半径ｒが異なる５種類となるように、５種類の径の凸部用キャビティ１０１を用いた。つまり、４種類のｈ×５種類のｒ＝合計２０種類のセッティングで凸部４６及び貴金属層６０を形成した。そして、各セッティングで作成された貴金属層６０の膜厚比ｔ３／ｔ２を計測し、評価特性値とした。
　評価試験の結果を図７に示す。図７には、凸部４６の形状（ｈ／ｒ）に応じた膜厚比ｔ３／ｔ２の特性が示されている。図７の横軸は、ｈ／ｒを表し、図７の縦軸はｔ３／ｔ２を示す。また、ｈ＝０．３ｍｍのときの結果を菱形のプロットで表し、ｈ＝０．５ｍｍのときの結果を四角形のプロットで表し、ｈ＝０．７ｍｍのときの結果を三角形のプロットで表し、ｈ＝１．０ｍｍのときの結果を記号Ｘのプロットで表す。そして、これらのプロットを線形近似した特性曲線を図示している。
　図７に示すように、特性曲線はｈ／ｒ＝１．０において変曲点を有する。つまり、ｈ／ｒが１．０より小さい領域では、膜厚比ｔ３／ｔ２は０．９近傍で安定しており、一方、ｈ／ｒが１．０より大きくなると、膜厚比ｔ３／ｔ２は、ｈ／ｒの増加に応じたほぼ一定割合で減少する。つまり、ｈ／ｒ≦１．０をみたすとき、貴金属層６０の肉厚の均一性が向上する。このように、図７に示す評価試験の結果により、接地電極４０の凸部４６の形状をｈ／ｒ≦１．０の範囲に設定すれば、貴金属層６０に極端に薄い部位が存在しなくなるので、接地電極４０の母材の露出リスクを低減できることが示された。
　次に図８を参照して、接地電極４０の凸部４６の形状をｈ／ｒ≦１．３の範囲に設定することの根拠について述べる。この条件は、下記の仕様のスパークプラグ１００について消耗耐久試験を行った結果、導出したものである。
・接地電極４０の母材の厚さＴ：１．３ｍｍ固定
・接地電極４０の母材の幅（図３の奥行き方向の寸法）：２．６ｍｍ固定
・押出成形前の貴金属チップ６０ａの厚さｔ１（図４参照）：０．１５ｍｍ固定
・押出成形前の貴金属チップ６０ａの径φ１（図４参照）：１．２ｍｍ固定
・凸部４６の高さｈ：０．５ｍｍ固定
・凸部４６の半径ｒ：ｈ／ｒが０．５～１．６の間で異なる１２種類
・押出成形後の貴金属層６０の最大厚さｔ２：０．１５ｍｍ固定
　消耗耐久試験では、まず、上記の１種類のｈとなるように押圧治具１０３の押し込み量Ｈを設定するセッティングにおいて、凸部４６の半径ｒが異なる１２種類となるように、１２種類の径の凸部用キャビティ１０１を用いた。つまり、１種類のｈ×１２種類のｒ＝合計１２種類のセッティングで凸部４６及び貴金属層６０を形成した。
　そして、このように形成した各セッティングの凸部４６及び貴金属層６０を用いて消耗耐久試験を行った。消耗耐久試験は、将来エンジン相当の流速３０ｍ／ｓ環境下で、雰囲気は０．９ＭＰａ，Ｎ2、点火周期は３０Ｈｚとしてスパークプラグ１００の発火を実施したときの接地電極４０の寿命時間［Ｈｒ］を計測し、評価特性値とした。ここで、寿命時間は、凸部４６の表面の貴金属層６０が摩耗し、接地電極４０の母材が露出するまでの所要時間とした。
　消耗耐久試験の結果を図８に示す。図８には、凸部の形状（ｈ／ｒ）に応じた寿命時間の特性が示されている。図８の横軸は、ｈ／ｒを表し、図８の縦軸は寿命時間を示す。図８には、上記のｈ／ｒの各条件で計測した寿命時間をプロットし、これらのプロットを結線して図示している。
　図８に示すように、特性直線は、ｈ／ｒ＝１．３において変曲点を有する。つまり、ｈ／ｒが１．３より小さい領域では、寿命時間は概ね３００時間近傍で安定しており、一方、ｈ／ｒが１．３より大きくなると、寿命時間は、ｈ／ｒの増加に応じたほぼ一定割合で減少する。つまり、ｈ／ｒ≦１．３をみたすとき、接地電極４０の寿命時間を好適に維持できる。このように、図８に示す消耗耐久試験の結果により、接地電極４０の凸部４６の形状をｈ／ｒ≦１．３の範囲に設定すれば、接地電極４０における貴金属層６０の摩耗を抑制して接地電極４０の母材が露出することを好適に防止できることが示された。
　なお、図７及び図８の結果を併せて考慮すると、１．０＜ｈ／ｒ≦１．３の範囲では、膜厚比ｔ３／ｔ２は低減しはじめるものの、接地電極４０の寿命時間は減少しない状態となる。つまり、この範囲では、貴金属層６０の肉厚の均一性が悪化しているにも関わらず、接地電極４０における貴金属層６０の摩耗を抑制するという所望の効果を奏することができている。図９及び図１０を参照して、このような状態が生じる理由について説明する。
　図９に示すように、スパークプラグにおいて中心電極３０と接地電極４０との間に発生する放電は、容量放電と、誘導放電の２種類ある。電極消耗量は、誘導放電よりも容量放電が大きく寄与する。言い換えると、図１０に示すように、容量放電により電極間に流れる容量放電電流は、誘導放電により電極間に流れる誘導放電電流と比較して１００倍程度大きいため、容量放電により電極表面を摩耗させる進度は、誘導放電によるものより格段に早くなる傾向がある。
　ここで、容量放電は、電極間の最小ギャップ部で発生する確率が高い。このため、接地電極４０の貴金属層６０では、まずはじめに先端部分（最大の厚さｔ２の部分）において容量放電が発生し、この先端部分から先に消耗する形態となる。そして、先端部分の摩耗が進むと、最小ギャップ部が他の部分へ移行して容量放電により消耗する部分も遷移していく。つまり、放電当初は、貴金属層６０の最大の厚さｔ２の部分が主に消耗され、最小厚さｔ３の部分はさほど消耗されない。このため、貴金属層６０の膜厚比ｔ３／ｔ２の均一性がある程度悪化しても、接地電極４０の消耗寿命が変わらない領域（１．０＜ｈ／ｒ≦１．３）があると考えられる。
　以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
　上記実施形態では、接地電極４０の凸部４６が半球形状である構成を例示したが、凸部４６の形状は、その表面が外方に凸であり、かつ、角部を有しない面で形成されていれば、半球以外の形状でもよい。例えば、図１１に示すように、接地電極４０の凸部４６Ａが、半楕円球形状である構成としてもよい。また、図１２に示すように、接地電極４０の凸部４６Ｂが、三角錐や四角錐などの多角錐の形状であって、頂点及び各辺が曲面で面取りされた形状である構成としてもよい。
　また、上記実施形態では、接地電極４０の凸部４６の表面全体に亘り貴金属層６０が被覆される構成を例示したが、貴金属層６０は、少なくとも凸部４６の先端部を含む一部に被覆されていればよく、凸部表面全体を覆わない構成でもよい。
　また、上記実施形態では、貴金属層６０を成形する際に、接地電極４０の母材に貴金属チップ６０ａを溶接した後に押出成形する手法を例示したが、貴金属チップ６０ａを溶接以外の手法によって接地電極４０に接着させる手法を適用することもできる。
　上記実施形態では、スラント形状の接地電極４０を備える構成を例示したが、本実施形態のスパークプラグ１００は、先端部側が中心電極３０の軸３３と直交して中心電極３０の先端部に覆いかぶさるような形状を有する通常の接地電極を備える構成にも適用することができる。
　なお、上記実施形態に示したように、押出成形によって接地電極４０の凸部４６及び貴金属層６０を成形した後に、さらに凸部４６及び貴金属層６０の先端部を平打ち加工して平坦部を形成してもよい（平打ちステップ）。このような手順で加工を施した場合でも、貴金属層６０の厚さにはほとんど影響がないので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、上述した多角錐形状の凸部４６Ｂと同様に、凸部４６の形状を、半球形状の先端に平打ち加工と同様の平坦部を有し、この平面部と半球面との間の境界線を曲面で面取りされた形状として、押出成形により形成する構成としてもよい。

Claims (10)

  1. 　スパークプラグ（１００）であって、
    　内燃機関に取り付け可能な筒状の取付金具（１０）と、
    　前記取付金具に絶縁保持され、一端部（３１）が前記取付金具の一端部（１１）から露出して延びる中心電極（３０）と、
    　一端側が前記取付金具の一端部に接合され、他端側の一面（４５）が前記中心電極の一端部に対向するように延びる接地電極（４０）と、
    　前記接地電極の前記一面において前記中心電極に向かって前記接地電極の母材から突出しており、その表面が外方に凸であり、かつ、角部を有しない面で形成される凸部（４６，４６Ａ，４６Ｂ）と、
    　前記凸部の表面に形成される貴金属層（６０）と、
    を備えるスパークプラグ。
  2. 　前記接地電極の前記一面から前記凸部の突出方向の高さをｈ、前記凸部の前記一面上の断面における重心から縁端までの最大長をｒとするとき、前記凸部の形状がｈ／ｒ≦１．３を満たす、
    請求項１に記載のスパークプラグ。
  3. 　前記凸部の形状がｈ／ｒ≦１．０を満たす、
    請求項２に記載のスパークプラグ。
  4. 　前記凸部（４６）の先端形状が半球状である、
    請求項３に記載のスパークプラグ。
  5. 　前記凸部（４６，４６Ａ，４６Ｂ）は、前記接地電極の母材の一部を押出成形によって突出させてなり、
    　前記貴金属層は、前記接地電極の前記一面に接着された後に前記押出成形によって前記凸部の表面の全域に亘り形成される、
    請求項１～４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
  6. 　前記接地電極の前記凸部と前記中心電極との間の最小ギャップ部における前記貴金属層の厚さをｔ２、前記貴金属層の最小の厚さをｔ３とするとき、前記貴金属層はｔ３／ｔ２≧０．６を満たすよう形成される、
    請求項１～５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
  7. 　スパークプラグ（１００）の製造方法であって、
    　前記スパークプラグは、
    　内燃機関に取り付け可能な筒状の取付金具（１０）と、
    　前記取付金具に絶縁保持され、一端部（３１）が前記取付金具の一端部（１１）から露出して延びる中心電極（３０）と、
    　一端側が前記取付金具の一端部に接合され、他端側の一面（４５）が前記中心電極の一端部に対向するように延びる接地電極（４０）と、
    を備え、
    　前記接地電極の前記一面において前記中心電極に向かって前記接地電極の母材から突出しており、その表面が外方に凸であり、かつ、角部を有しない面である凸部（４６，４６Ａ，４６Ｂ）を形成する凸部形成ステップと、
    　前記凸部の表面に貴金属層（６０）を形成する貴金属層形成ステップと、
    を含む、スパークプラグの製造方法。
  8. 　前記凸部形成ステップは、前記接地電極の母材の一部を押出成形によって突出させて前記凸部を形成し、
    　前記凸部形成ステップの前に、前記接地電極の前記一面に前記貴金属層を接着する接着ステップを含み、
    　前記貴金属層形成ステップは、前記接着ステップにて前記貴金属層が接着された状態で前記凸部形成ステップの前記押出成形を行うことによって、前記凸部の表面の全域に亘り前記貴金属層を形成する、
    請求項７に記載のスパークプラグの製造方法。
  9. 　前記凸部形成ステップは、前記押出成形の金型の軸線と、形成される前記凸部の軸線とが一致するように前記押出成形を行う、
    請求項８に記載のスパークプラグの製造方法。
  10. 　前記貴金属層形成ステップの後に、前記接地電極の前記一面に形成された前記凸部と、前記凸部の表面に形成された前記貴金属層の先端部を平打ち加工して平坦部を形成する平打ちステップを含む、
    請求項７～９のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
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