JP2015022791A - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接地電極に対してチップの少なくとも一部が埋没したスパークプラグにおいて、接地電極からのチップの脱落をより確実に防止する。【解決手段】スパークプラグ１は、中心電極５と、接地電極２７と、自身の厚さ方向に沿った少なくとも一部が埋没した状態で接地電極２７に接合された接地電極側チップ３２とを備える。接地電極側チップ３２は、自身の一端部３２Ｅと接地電極２７との間に設けられた溶融部３５により接地電極２７に接合されている。接地電極２７の中心軸ＣＬ２を含み接地電極側チップ３２の厚さ方向と平行な断面において、接地電極２７の内周側面２７Ｓから溶融部３５と接地電極２７との境界ＢＤまでの前記厚さ方向に沿った最大距離をＥ（ｍｍ）とし、内周側面２７Ｓに対する接地電極側チップ３２の前記厚さ方向に沿った最大埋没量をＦ（ｍｍ）としたとき、Ｅ／Ｆ≧１．１を満たす。【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグ及びその製造方法に関する。

内燃機関等に使用されるスパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に挿設された中心電極と、絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、主体金具の先端部に固定された棒状の接地電極とを備えている。また、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間には間隙が形成され、当該間隙に電圧を印加することで、火花放電を生じさせるようになっている。

また、火花放電に対する耐消耗性の向上を図るべく、接地電極のうち中心電極の先端部と対向する面に、貴金属合金などの耐久性に優れる金属からなるチップを接合し、当該チップと中心電極の先端部との間に前記間隙を形成する技術が知られている。さらに、接合強度の向上を図るべく、接地電極に対して、チップの少なくとも一部をその厚さ方向に沿って埋没させることがある（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１２−９４４９２号公報

ところが、接地電極に対してチップを埋没させた場合には、接合強度の向上は図られるものの、チップの厚さ方向において、接地電極とチップとの間で生じる熱膨張差（熱応力）がより大きなものとなってしまう。そのため、チップと接地電極との間に酸化スケールが形成されやすくなり、接地電極からチップが脱落（剥離）してしまうおそれがある。

また近年では、燃費性能の向上等を図るために、内燃機関等の高圧縮化が進んでおり、このような内燃機関等においては、チップが極めて高温となりやすい。そのため、前記熱応力がより増大してしまいやすく、チップの脱落がより一層懸念される。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、接地電極に対してチップの少なくとも一部が埋没したスパークプラグにおいて、接地電極からのチップの脱落をより確実に防止することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
自身の基端部が前記主体金具の先端部に固定された棒状の接地電極と、
前記接地電極のうち前記中心電極側に位置する内周側面に対して、自身の厚さ方向に沿った少なくとも一部が埋没した状態で接合され、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成するチップとを備えるスパークプラグであって、
前記チップは、自身のうち前記接地電極の基端部側に位置する一端部と前記接地電極との間に設けられ、自身と前記接地電極とが溶け合った溶融部により前記接地電極に接合されており、
前記接地電極の中心軸を含み前記チップの厚さ方向と平行な断面において、前記内周側面から前記溶融部と前記接地電極との境界までの前記厚さ方向に沿った最大距離をＥ（ｍｍ）とし、前記内周側面に対する前記チップの前記厚さ方向に沿った最大埋没量をＦ（ｍｍ）としたとき、Ｅ／Ｆ≧１．１を満たすことを特徴とする。

チップの最大埋没量Ｆが大きいほど、チップの厚さ方向において、チップ及び接地電極間で生じる熱膨張差（熱応力）が大きく、溶融部の深さＥが大きいほど、溶融部による前記熱膨張差（熱応力）の吸収効果が高い。この点、上記構成１によれば、Ｅ／Ｆ≧１．１を満たすように構成されているため、溶融部により、チップ及び接地電極間で生じた熱膨張差（熱応力）を十分に吸収することができる。従って、チップ及び接地電極間における酸化スケールの形成を効果的に抑制することができ、接地電極からのチップの脱落をより確実に防止することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、Ｅ／Ｆ≧１．５を満たすことを特徴とする。

上記構成２によれば、溶融部により、熱膨張差（熱応力）をより吸収することができ、酸化スケールの形成を一層効果的に抑制することができる。その結果、チップの脱落を一層確実に防止することができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記間隙は、前記チップのうち前記接地電極の先端部側に位置する他端面に隣接し前記中心電極側に位置する第１側面と、前記中心電極の先端部との間に形成され、
前記チップの他端面は、前記接地電極の先端面と前記中心軸に沿った同一位置に配置され、又は、前記接地電極の先端面よりも突出しており、
前記溶融部は、前記チップにおける前記中心軸に沿った方向の中点よりも前記一端部側にのみ形成され、
前記断面において、前記チップのうち前記第１側面の背後に位置する第２側面と前記溶融部との境界部分から、前記チップの一端部までの前記中心軸に沿った距離の最大値をＡ（ｍｍ）とし、前記接地電極の先端面から前記チップの一端部までの前記中心軸に沿った距離の最大値をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．６を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、チップの他端面（接地電極の先端側に位置する面）は、接地電極の先端面と同一位置に配置される、又は、接地電極の先端面よりも突出するように構成されている。従って、火炎核の成長が接地電極によって阻害されてしまうことを効果的に抑制でき、着火性の向上を図ることができる。

また、上記構成３によれば、溶融部がチップの中点よりも一端部側（接地電極の基端部側）にのみ形成されるとともに、Ａ／Ｂ≦０．６を満たすように構成されている。すなわち、接地電極の中心軸方向における溶融部の形成範囲が過度に大きなものとならず、チップの他端側部分の比較的広範囲が、接地電極との間に溶融部が介在しない状態（例えば、チップが接地電極に対して非溶接となっている状態や、チップが接地電極に対して固相接合されている状態であり、接地電極に対するチップの接合強度が比較的小さくなる状態をいう）で設けられるように構成されている。これにより、内燃機関等の動作時において、チップの第２側面と接地電極との間で生じる熱膨張差（熱応力）をある程度大きくすることができ、チップを中心電極の先端部に接近するようにして変形させる（反りかえさせる）ことができる。従って、火花放電等に伴い中心電極やチップが消耗する一方で、チップが中心電極に接近することとなり、中心電極等の消耗に伴う間隙の拡大を効果的に抑制することができる。その結果、火花放電に必要な電圧（放電電圧）の増大を抑えることができ、着火性や耐久性の向上を図ることができる。

尚、上記構成３のように、チップの他端面が、接地電極の先端面と同一位置に配置される、又は、接地電極の先端面よりも突出する場合には、チップがより高温となりやすい。そのため、チップの脱落がより懸念されるが、上記構成１等を採用することで、このような懸念を払拭することができる。換言すれば、上記構成１等は、チップの他端面が、接地電極の先端面と同一位置に配置される、又は、接地電極の先端面よりも突出するように構成されたスパークプラグにおいて、特に有効である。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成３において、前記チップの最大厚さをＣ（ｍｍ）としたとき、Ｃ／（Ｂ−Ａ）≦０．９５を満たすことを特徴とする。

Ｂ−Ａが大きいほど、チップの変形量（中心電極の先端部側への接近量）が大きくなり、一方で、チップの最大厚さＣが大きいほど、チップの変形量は小さくなる。この点を鑑みて、上記構成４によれば、Ｃ／（Ｂ−Ａ）≦０．９５を満たすように構成されており、内燃機関等を動作させた際に、チップの変形量が、消耗による間隙の拡大量（チップが変形しない場合の拡大量である）とほぼ同等となるように調節されている。従って、中心電極やチップの消耗分に合わせて、チップを中心電極に接近させることができ、間隙の大きさを長期間に亘ってほぼ一定に保つことができる。その結果、良好な着火性及び耐久性を長期間に亘って維持することができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記チップの最大厚さをＣ（ｍｍ）とし、前記内周側面に対する前記チップの前記厚さ方向に沿った突出量をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｄ／Ｃ≦０．７を満たすことを特徴とする。

上記構成５によれば、Ｄ／Ｃ≦０．７を満たすように構成されており、接地電極に対するチップの埋没量が十分に大きなものとされている。従って、接地電極に対するチップの接合強度を格段に向上させることができ、耐剥離性の更なる向上を図ることができる。また、チップの熱が接地電極へと伝導されやすくなるため、チップの消耗を効果的に抑制することができ、耐久性の一層の向上を図ることができる。

構成６．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至５のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記接地電極に前記チップの一端部を点接触、又は、線接触させた状態で、前記チップに通電することにより、前記接地電極に前記チップを接合する工程を含むことを特徴とする。

尚、「点接触」とあるのは、接地電極及びチップが厳密に点接触している場合（つまり、接地電極及びチップの接触面積がほぼ０である場合）だけでなく、接地電極及びチップの接触面積が多少存在している場合も含む。また、「線接触」とあるのは、接地電極及びチップが厳密に線接触している場合（つまり、接地電極及びチップの接触面積がほぼ０である場合）だけでなく、接地電極及びチップの接触面積が多少存在している場合も含む。

上記構成５によれば、通電時に、チップの一端部と接地電極との接触部分を集中的に発熱させることができる。従って、チップの一端部と接地電極との間に溶融部をより確実に形成することができ、上記構成１等のスパークプラグを容易に得ることができる。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 スパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。 溶融部の構成等を示す拡大断面図である。 （ａ）は、接地電極に対する接地電極側チップの接合工程を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、接地電極側チップが接合された接地電極を示す拡大断面図である。 Ｃ／（Ｂ−Ａ）と間隙拡大量との関係を示すグラフである。 Ｄ／Ｃと酸化スケール割合との関係を示すグラフである。 Ｄ／Ｃとチップ消耗量との関係を示すグラフである。 接地電極に対する接地電極側チップの接合工程の別例を示す拡大断面図である。 接地電極に対する接地電極側チップの接合工程の別例を示す拡大断面図である。 接地電極に対する接地電極側チップの接合工程の別例を示す拡大断面図である。 接地電極に対する接地電極側チップの接合工程の別例を示す拡大断面図である。 別の実施形態における、接地電極に対する接地電極側チップの接合位置を示す拡大断面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿設されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金等）からなる内層５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とする合金からなる外層５Ｂを備えている。さらに、中心電極５の先端部には、耐消耗性に優れる金属（例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、及び、Ｒｅ等のうち１種類以上を含有する金属など）からなる円柱状の中心電極側チップ３１が設けられている。また、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、絶縁碍子２の先端から突出している。

加えて、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５よりも後端側の外周面には径方向外側に突出する座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３に対してその後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって主体金具３に固定されている。尚、段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、図２に示すように、主体金具３の先端部２６には、棒状をなす接地電極２７の基端部２７Ｋが固定されている。接地電極２７は、断面矩形状をなすとともに、自身の略中間部分にて曲げ返されている。また、接地電極２７は、Ｎｉ合金〔例えば、インコネル６００やインコネル６０１（いずれも登録商標）〕によって形成された外層２７Ａと、当該外層２７Ａの内部に設けられ、外層２７Ａよりも熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金等）によって形成された内層２７Ｂとを備えている。尚、接地電極２７に内層２７Ｂを設けることなく、単一の金属（例えば、Ｎｉ合金）により接地電極２７を構成してもよい。

加えて、接地電極２７の先端部には、抵抗溶接により、耐消耗性に優れる金属（例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、及び、Ｒｅ等のうち１種類以上を含有する金属など）からなる直方体状の接地電極側チップ３２（本発明の「チップ」に相当する）が接合されている。本実施形態において、接地電極側チップ３２は、接地電極２７の幅方向に沿った中央部分に接合されている。また、接地電極側チップ３２は、自身の一部が接地電極２７のうち中心電極５側に位置する内周側面２７Ｓ及び接地電極２７の先端面２７Ｆから突出するとともに、自身の厚さ方向に沿った少なくとも一部が接地電極２７に埋没した状態で、接地電極２７に接合されている。

さらに、本実施形態において、接地電極側チップ３２は、図３に示すように、自身と接地電極２７とが溶け合った溶融部３５により接地電極２７に接合されている。溶融部３５は、接地電極側チップ３２のうち接地電極２７の基端部２７Ｋ側に位置する一端部３２Ｅと接地電極２７との間に設けられている。特に本実施形態において、溶融部３５は、接地電極側チップ３２における接地電極２７の中心軸ＣＬ２に沿った方向の中点ＣＰよりも前記一端部３２Ｅ側にのみ形成されている。

加えて、図２及び図３に示すように、接地電極側チップ３２のうち接地電極２７の先端部側に位置する他端面３２Ｆに隣接し中心電極５（中心電極側チップ３１）側に位置する第１側面３２Ｓ１と、中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端部との間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されている。そして、当該火花放電間隙３３に電圧が印加されることで、火花放電間隙３３において軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。

また、本実施形態では、接地電極２７の中心軸ＣＬ２を含み接地電極側チップ３２の厚さ方向に平行な断面において、前記内周側面２７Ｓから溶融部３５と接地電極２７との境界ＢＤまでの前記厚さ方向に沿った最大距離をＥ（ｍｍ）とし、前記内周側面２７Ｓに対する接地電極側チップ３２のその厚さ方向に沿った最大埋没量をＦ（ｍｍ）としたとき、Ｅ／Ｆ≧１．１（より好ましくは、Ｅ／Ｆ≧１．５）を満たすように構成されている。

尚、抵抗溶接によって接地電極側チップ３２を接合する場合においては、Ｅ／Ｆ≦２．５を満たすように構成し、溶融部３５が過度に大きくならないようにすることが好ましい。溶融部３５を過度に大きくするためには、接地電極２７及び接地電極側チップ３２に過大な電流を流す必要が生じ、過大な電流を流してしまうと、接地電極２７を構成する母材中にデンドライトと称される融解凝固物が形成され、その存在によって耐酸化性の低下等が生じてしまうおそれがあるためである。

さらに、前記断面において、接地電極側チップ３２のうち第１側面３２Ｓ１の背後に位置する第２側面３２Ｓ２と溶融部３５と接地電極２７との境界部分ＢＰから、接地電極側チップ３２の一端部３２Ｅまでの前記中心軸ＣＬ２に沿った距離の最大値をＡ（ｍｍ）とし、接地電極２７の先端面２７Ｆから接地電極側チップ３２の一端部３２Ｅまでの前記中心軸ＣＬ２に沿った距離の最大値をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．６を満たすように構成されている。すなわち、中心軸ＣＬ２方向における溶融部３５の形成範囲が過度に大きなものとならず、接地電極側チップ３２の他端側部分が、比較的広範囲に亘って接地電極２７に対して非溶接の状態とされている。尚、良好な接合強度を確保するという点から、Ａ／Ｂを所定値（例えば、０．１５）以上とすることが好ましい。

加えて、Ａ／Ｂ≦０．６を満たすことで、接地電極側チップ３２は、内燃機関等の動作（冷熱サイクル）に伴い接地電極２７及び接地電極側チップ３２間で生じる熱応力により、その他端側部分が中心電極５の先端部に接近するようにして変形する（反りかえる）。ここで、Ｂ−Ａが大きいほど、接地電極側チップ３２の変形量（中心電極５の先端部側への接近量）が大きくなり、一方で、接地電極側チップ３２の最大厚さが大きいほど、接地電極側チップ３２の変形量は小さくなる。この点を鑑みて、本実施形態では、接地電極側チップ３２の最大厚さをＣ（ｍｍ）としたとき、Ｃ／（Ｂ−Ａ）≦０．９５を満たすように構成されており、内燃機関等を動作させた際に、接地電極側チップ３２の変形量（中心電極５の先端部側への接近量）が、火花放電間隙３３の拡大量（接地電極側チップ３２が変形しない場合の拡大量である）とほぼ同等となるように調節されている。

併せて、前記内周側面２７Ｓに対する接地電極側チップ３２のその厚さ方向に沿った突出量をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｄ／Ｃ≦０．７を満たすように構成されている。すなわち、接地電極側チップ３２は、その厚さ方向における３０％以上が接地電極２７に埋没するように構成されている。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。

まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えば、鉄系素材やステンレス素材）に対して冷間鍛造加工等を施すことで概形を形成するとともに、貫通孔を形成する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

また、主体金具中間体とは別に、Ｎｉ合金等からなる直棒状の接地電極２７を製造しておく。尚、製造された接地電極２７は、内周側面２７Ｓの先端部に、先端面２７Ｆに向けて前記中心軸ＣＬ２側に傾斜する傾斜面２７Ｎを備えている（図４参照）。

続いて、主体金具中間体の先端面に接地電極２７を抵抗溶接する。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。また、接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性の向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理を施すこととしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。すなわち、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用いて、成形用素地造粒物を調製するとともに、当該成形用素地造粒物を用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体を得る。そして、研削加工が施すことで、得られた成形体を整形するとともに、整形されたものを焼成炉で焼成することにより、絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したＮｉ合金に鍛造加工を施すことで、中心電極５を作製する。さらに、中心電極５の先端部に対して中心電極側チップ３１をレーザー溶接等により接合する。

次に、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から端子電極６で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０表面に釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが固定される。より詳しくは、主体金具３に絶縁碍子２を挿通した上で、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって絶縁碍子２と主体金具３とが固定される。

次に、接地電極２７の先端部に接地電極側チップ３２を接合する。具体的には、まず接地電極２７の先端部における亜鉛メッキ等を除去した上で、図４に示すように、接地電極２７の内周側面２７Ｓ（傾斜面２７Ｎ以外の面）と、接地電極側チップ３２のうち接地電極２７に接合される面（第２側面３２Ｓ２）とを平行とした状態で、接地電極２７の内周側面２７Ｓに対して接地電極側チップ３２を接触させる。このとき、接地電極２７は傾斜面２７Ｎを有しているため、接地電極側チップ３２の一端部３２Ｅが接地電極２７に対して点接触、又は、線接触（本実施形態では、線接触）することとなる。次いで、所定の溶接電極棒ＷＲにより接地電極２７側に向けて接地電極側チップ３２を所定圧力で押圧しつつ、溶接電極棒ＷＲから接地電極側チップ３２へと所定の電流値で通電する。これにより、点接触、又は、線接触状態にある接地電極側チップ３２の一端部３２Ｅと接地電極２７との接触部分が特に高温となり、図４（ｂ）に示すように、接地電極側チップ３２の一端部３２Ｅと接地電極２７との間に、接地電極２７と接地電極側チップ３２とが溶け合ってなる溶融部３５が形成される。また、押圧に伴い、接地電極側チップ３２は、その厚さ方向に沿った一部が接地電極２７に埋没した状態とされる。尚、接地電極側チップ３２を押圧する際の荷重や通電電流を調節することで、溶融部３５のサイズを調節することができ、ひいては最大距離Ｅや最大埋没量Ｆ、前記距離の最大値Ａ，Ｂなどを変更することができる。

接地電極側チップ３２の接合後、接地電極２７を中心電極５側に屈曲させるとともに、中心電極５（中心電極側チップ３１）及び接地電極側チップ３２間に形成された火花放電間隙３３の大きさを調整することで、上述したスパークプラグ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、Ｅ／Ｆ≧１．１を満たすように構成されているため、溶融部３５により、接地電極側チップ３２及び接地電極２７間で生じた熱膨張差（熱応力）を十分に吸収することができる。従って、接地電極側チップ３２及び接地電極２７間における酸化スケールの形成を効果的に抑制することができ、接地電極２７からの接地電極側チップ３２の脱落をより確実に防止することができる。

また、Ｅ／Ｆ≧１．５を満たす場合には、熱膨張差（熱応力）をより吸収することができるため、接地電極側チップ３２の脱落を一層確実に防止することができる。

加えて、接地電極側チップ３２は、その他端面３２Ｆが、接地電極２７の先端面２７Ｆと同一位置に配置される、又は、先端面２７Ｆよりも突出するように構成されている。従って、火炎核の成長が接地電極２７によって阻害されてしまうことを効果的に抑制でき、着火性の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、溶融部３５が接地電極側チップ３２の中点ＣＰよりも一端部側（接地電極２７の基端部２７Ｋ側）にのみ形成されるとともに、Ａ／Ｂ≦０．６を満たすように構成されている。従って、内燃機関等の動作時において、接地電極側チップ３２の第２側面３２Ｓ２と接地電極２７との間で生じる熱膨張差（熱応力）をある程度大きくすることができ、接地電極側チップ３２を中心電極５（中心電極側チップ３１）の先端部に接近するようにして変形させる（反りかえさせる）ことができる。そのため、火花放電等に伴い中心電極５や接地電極側チップ３２が消耗する一方で、接地電極側チップ３２が中心電極５に接近することとなり、中心電極５等の消耗に伴う火花放電間隙３３の拡大を効果的に抑制することができる。その結果、火花放電に必要な電圧（放電電圧）の増大を抑えることができ、着火性や耐久性の向上を図ることができる。

さらに、Ｃ／（Ｂ−Ａ）≦０．９５を満たすように構成されているため、中心電極５や接地電極側チップ３２の消耗分に合わせて、接地電極側チップ３２を中心電極５に接近させることができる。その結果、火花放電間隙３３の大きさを長期間に亘ってほぼ一定に保つことができ、良好な着火性及び耐久性を長期間に亘って維持できる。

加えて、本実施形態では、Ｄ／Ｃ≦０．７を満たすように構成されている。そのため、接地電極２７に対する接地電極側チップ３２の接合強度を格段に向上させることができ、耐剥離性の更なる向上を図ることができる。また、接地電極側チップ３２の熱が接地電極２７へと伝導されやすくなるため、接地電極側チップ３２の消耗を効果的に抑制することができ、耐久性の一層の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、接地電極２７に接地電極側チップ３２の一端部３２Ｅを点接触、又は、線接触させた状態で、接地電極側チップ３２に通電することにより、接地電極２７に接地電極側チップ３２が接合される。従って、通電時に、接地電極側チップ３２の一端部３２Ｅと接地電極２７との接触部分を集中的に発熱させることができる。その結果、接地電極側チップ３２の一端部３２Ｅと接地電極２７との間に溶融部３５をより確実に形成することができ、上述した構成のスパークプラグ１を容易に得ることができる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、前記最大距離Ｅ（ｍｍ）及び前記最大埋没量Ｆ（ｍｍ）を調節することで、Ｅ／Ｆを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、第１実機冷熱試験を行った。第１実機冷熱試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを排気量２．０Ｌ、６気筒、ＳＯＨＣエンジンに取付けた上で、サンプルの先端部が６００℃又は９５０℃となる条件でエンジンを１分間動作させた後、サンプルの先端部を１．５分間５０℃とすることを５００時間繰り返し行った。そして、５００時間経過後に、接地電極から接地電極側チップが脱落しているか否かを確認した。

尚、接地電極側チップの脱落は、サンプルの先端部が６００℃となる条件よりもサンプルの先端部が９５０℃となる条件においてより生じやすい。そのため、サンプルの先端部が６００℃となる条件において、接地電極側チップの脱落が生じなかったサンプルは、良好な耐剥離性を有するということができ、サンプルの先端部が９５０℃となる条件において、接地電極側チップの脱落が生じなかったサンプルは、非常に良好な耐剥離性を有するということができる。

表１に、第１実機冷熱試験の結果を示す。尚、表１では、接地電極側チップの脱落が生じていなかったことを「○」で示し、接地電極側チップの脱落が生じていたことを「×」で示す。

表１に示すように、Ｅ／Ｆ≧１．１を満たすサンプルは、先端部が６００℃となる条件において、接地電極側チップの脱落が生じず、良好な耐剥離性を有することが分かった。これは、Ｅ／Ｆ≧１．１としたことで、溶融部によって、接地電極側チップ及び接地電極間で生じた熱応力が十分に吸収されたことによると考えられる。

また特に、Ｅ／Ｆ≧１．５を満たすサンプルは、先端部が９５０℃となる条件においても接地電極側チップの脱落が生じず、非常に良好な耐剥離性を有することが確認された。

上記試験の結果より、接地電極からの接地電極側チップの脱落をより確実に防止すべく、Ｅ／Ｆ≧１．１を満たすことが好ましいといえる。

また、接地電極側チップの脱落防止効果を一層向上させるという観点から、Ｅ／Ｆ≧１．５を満たすことがより好ましいといえる。

次に、Ａ／Ｂを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、第２実機冷熱試験を行った。第２実機冷熱試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを排気量２．０Ｌ、６気筒、ＳＯＨＣエンジンに取付けた上で、エンジンを全開状態（５０００ｒｐｍ）で１分間動作させた後、エンジンを１．５分間アイドリング状態とすることを３００時間繰り返し行った。そして、３００時間経過後に、接地電極側チップが中心電極の先端部に接近するようにして変形しているか否かを確認した。尚、接地電極側チップが中心電極の先端部に接近するようにして変形したサンプルは、火花放電等に伴う火花放電間隙の拡大を効果的に抑制することができ、着火性や耐久性に優れるということができる。

表２に、第２実機冷熱試験の結果を示す。尚、表２では、接地電極側チップに変形が生じたことを「○」で示し、接地電極側チップに変形が生じなかったことを「×」で示す。

表２に示すように、Ａ／Ｂ≦０．６を満たすサンプルは、接地電極側チップが中心電極の先端部に接近するようにして変形し、火花放電間隙の拡大を抑制できることが明らかとなった。これは、接地電極側チップの第２側面と接地電極との間で生じる熱応力がある程度大きなものとなり、熱応力による接地電極側チップの変形がより確実に生じることとなったためであると考えられる。

上記試験の結果より、火花放電間隙の拡大抑制を図り、着火性や耐久性の向上を図るという観点から、Ａ／Ｂ≦０．６を満たすことが好ましいといえる。

次いで、Ｃ／（Ｂ−Ａ）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、第１耐久試験を行うとともに、当該試験後に第２耐久試験を行い、サンプルの耐久性を確認した。

第１耐久試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを排気量２．０Ｌ、４気筒ＤＯＨＣターボエンジンに取付けた上で、アイドリング状態（７８０ｒｐｍ）で５分間、５５００ｒｐｍで３０分間、３０００ｒｐｍで２５分間エンジンを動作させることをこの順序で３００時間繰り返し行った。

また、第２耐久試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを排気量２．０Ｌ、６気筒、ＳＯＨＣエンジンに取付けた上で、エンジンを全開状態（５０００ｒｐｍ）で１分間動作させた後、エンジンを１．５分間アイドリング状態とすることを３００時間繰り返し行った。

両耐久試験後、火花放電間隙の拡大量（間隙拡大量）を測定し、サンプルの耐久性を評価した。図５に、Ｃ／（Ｂ−Ａ）と間隙拡大量との関係を表すグラフを示す。

図５に示すように、Ｃ／（Ｂ−Ａ）≦０．９５を満たすサンプルは、火花放電間隙の拡大量（ｍｍ）が０．２ｍｍ以下となり、火花放電間隙の拡大を極めて効果的に抑制できることが分かった。これは、Ｃ／（Ｂ−Ａ）≦０．９５としたことで、接地電極側チップの変形量（中心電極の先端部側への接近量）が、消耗による火花放電間隙の拡大量（接地電極側チップが変形しない場合の拡大量）とほぼ同等となり、火花放電間隙が拡大量とほぼ等しい分だけ接地電極側チップが中心電極に接近したためであると考えられる。

上記の結果より、火花放電間隙の拡大をより確実に抑制し、良好な着火性や耐久性を長期間に亘って維持するという観点から、Ｃ／（Ｂ−Ａ）≦０．９５を満たすことが好ましいといえる。

次に、Ｄ／Ｃを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製するとともに、各サンプルについて上述の第１耐久試験を行い、試験後における接地電極側チップの消耗量（ｍｍ²）を測定した。また、Ｄ／Ｃを種々変更したサンプルについて机上冷熱試験を行った。尚、机上冷熱試験の概要は次の通りである。すなわち、大気雰囲気下にて接地電極の温度が１０５０℃となるように所定のバーナーで２分間加熱した後、１分間徐冷することを１サイクルとして１０００サイクル実施した。そして、１０００サイクル終了後に、接地電極側チップと接地電極及び溶融部との境界部分を観察し、当該境界部分において形成された酸化スケールの長さを計測するとともに、前記境界部分の長さに対する酸化スケールの長さの割合（酸化スケール割合）を算出した。

図６に、机上冷熱試験の結果を示し、図７に、第１耐久試験の結果を示す。

図６及び図７に示すように、Ｄ／Ｃ≦０．７を満たすサンプルは、酸化スケール割合が著しく小さくなるとともに、接地電極側チップの消耗量も非常に少なくなることが分かった。これは、Ｄ／Ｃ≦０．７とし、接地電極に対する接地電極側チップの埋没量を十分に大きくしたことで、接地電極に対する接地電極側チップの接合強度が格段に向上し、また、接地電極側チップの熱が接地電極へと伝導されやすくなったためであると考えられる。

上記両試験の結果より、接合強度及び耐久性の双方を向上させるべく、Ｄ／Ｃ≦０．７を満たすことが好ましいといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、接地電極側チップ３２を接合する際に、接地電極２７と接地電極側チップ３２とを点接触、又は、線接触させるべく、接地電極２７に傾斜面２７Ｎが設けられているが、接地電極２７と接地電極側チップ３２とを点接触、又は、線接触させるための手法はこれに限定されるものではない。

従って、例えば、図８に示すように、接地電極２７の内周側面２７Ｓ先端に窪み状の凹部２７Ｄを設けることで、接地電極２７と接地電極側チップ３２とを点接触、又は、線接触させることとしてもよい。

また、例えば、図９に示すように、内周側面２７Ｓに突部２７Ｐを設け、突部２７Ｐと接地電極側チップ３２とを接触させることで、接地電極２７と接地電極側チップ３２とを点接触、又は、線接触させてもよい。

さらに、例えば、図１０に示すように、接地電極側チップ３２の第２側面３２Ｓ２に突部３２Ｐを設け、接地電極２７と突部３２Ｐとを接触させることで、接地電極２７と接地電極側チップ３２とを点接触、又は、線接触させてもよい。

また、例えば、図１１に示すように、第２側面３２Ｓ２に対して内周側面２７Ｓを傾斜させることで、接地電極２７と接地電極側チップ３２とを点接触、又は、線接触させてもよい。

（ｂ）上記実施形態において、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆは、接地電極２７の先端面２７Ｆから突出するように構成されているが、図１２に示すように、接地電極側チップ３２の他端面３２Ｆが、接地電極２７の先端面２７Ｆと前記中心軸ＣＬ２に沿った同一位置に配置されるように構成してもよい。

（ｃ）上記実施形態では、抵抗溶接により、接地電極側チップ３２が接地電極２７に接合されているが、レーザー溶接により、接地電極側チップ３２を接地電極２７に接合してもよい。

（ｄ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｅ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１…スパークプラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
２７…接地電極
２７Ｆ…（接地電極の）先端面
２７Ｋ…（接地電極の）基端部
２７Ｓ…（接地電極の）内周側面
３２…接地電極側チップ（チップ）
３２Ｅ…（接地電極側チップの）一端部
３２Ｆ…（接地電極側チップの）他端面
３２Ｓ１…（接地電極側チップの）第１側面
３２Ｓ２…（接地電極側チップの）第２側面
３３…火花放電間隙（間隙）
３５…溶融部
ＣＬ１…軸線
ＣＬ２…（接地電極の）中心軸

Claims (6)

1. 軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   自身の基端部が前記主体金具の先端部に固定された棒状の接地電極と、
   前記接地電極のうち前記中心電極側に位置する内周側面に対して、自身の厚さ方向に沿った少なくとも一部が埋没した状態で接合され、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成するチップとを備えるスパークプラグであって、
   前記チップは、自身のうち前記接地電極の基端部側に位置する一端部と前記接地電極との間に設けられ、自身と前記接地電極とが溶け合った溶融部により前記接地電極に接合されており、
   前記接地電極の中心軸を含み前記チップの厚さ方向と平行な断面において、前記内周側面から前記溶融部と前記接地電極との境界までの前記厚さ方向に沿った最大距離をＥ（ｍｍ）とし、前記内周側面に対する前記チップの前記厚さ方向に沿った最大埋没量をＦ（ｍｍ）としたとき、Ｅ／Ｆ≧１．１を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. Ｅ／Ｆ≧１．５を満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記間隙は、前記チップのうち前記接地電極の先端部側に位置する他端面に隣接し前記中心電極側に位置する第１側面と、前記中心電極の先端部との間に形成され、
   前記チップの他端面は、前記接地電極の先端面と前記中心軸に沿った同一位置に配置され、又は、前記接地電極の先端面よりも突出しており、
   前記溶融部は、前記チップにおける前記中心軸に沿った方向の中点よりも前記一端部側にのみ形成され、
   前記断面において、前記チップのうち前記第１側面の背後に位置する第２側面と前記溶融部との境界部分から、前記チップの一端部までの前記中心軸に沿った距離の最大値をＡ（ｍｍ）とし、前記接地電極の先端面から前記チップの一端部までの前記中心軸に沿った距離の最大値をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ／Ｂ≦０．６を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記チップの最大厚さをＣ（ｍｍ）としたとき、Ｃ／（Ｂ−Ａ）≦０．９５を満たすことを特徴とする請求項３に記載のスパークプラグ。
5. 前記チップの最大厚さをＣ（ｍｍ）とし、前記内周側面に対する前記チップの前記厚さ方向に沿った突出量をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｄ／Ｃ≦０．７を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記接地電極に前記チップの一端部を点接触、又は、線接触させた状態で、前記チップに通電することにより、前記接地電極に前記チップを接合する工程を含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。

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