JP5449114B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

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。

内燃機関等の燃焼装置に使用されるスパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる中心電極と、中心電極の外周に設けられる絶縁体と、絶縁体の外側に設けられる筒状の主体金具と、基端部が主体金具の先端部に接合される接地電極とを備える。接地電極は、その先端部が中心電極の先端部と対向するように、自身の略中間部分が曲げ返して配置され、これにより中心電極の先端部及び接地電極の先端部の間に間隙が形成される。

また、接地電極の先端部のうち、前記間隙を形成する部位に貴金属チップを設け、耐消耗性や着火性の向上を図る技術が知られている。一般に貴金属チップは、例えば、抵抗溶接等により接地電極に対して自身の端面が接合されることで設けられる（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００６−２６９４３６号公報

ところで、接地電極は燃焼室の中心側へと突き出して配置されるため、高温となりやすく、接地電極に接合される貴金属チップは一層高温となりやすい。そのため、接地電極と貴金属チップとの接合境界において酸化スケールが急速に進展してしまい、接地電極と貴金属チップとの間で生じる熱応力差が前記接合境界に加わることで、接地電極から貴金属チップが剥離（脱落）してしまうおそれがある。特に、近年の高出力、高圧縮エンジンにおいては、燃焼室内がより一層高温となるため、酸化スケールがより急速に進展してしまいやすく、また、接地電極と貴金属チップとの間で生じる熱応力差がより大きくなる。そのため、貴金属チップの剥離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、接合境界における酸化スケールの進展を効果的に抑制し、貴金属チップの耐剥離性を向上させることが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、軸線方向に延びる中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
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の面に接合され、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する貴金属チップとを備え、
前記接地電極の長手方向先端面と前記貴金属チップの側面とが略同一平面上に設けられたスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、前記接地電極のうち前記中心電極側の面に配置され、前記中心電極との間で前記間隙を形成する本体部と、
前記本体部と一体的に形成されるとともに、前記本体部から前記接地電極の背面側に向けて延び、前記接地電極の先端面における前記接地電極と前記貴金属チップとの接合境界の少なくとも一部を覆う被覆部とを備え、
前記接地電極の先端面における、前記接合境界の長さをＤ（ｍｍ）とし、前記接合境界のうち前記被覆部で覆われた部位の長さをＣ（ｍｍ）としたとき、Ｃ／Ｄ≧０．５を満たし、
前記接合境界から前記接地電極の背面側に向けた前記被覆部の長さの最小値ＬＡ_Minが０．０５ｍｍ以上とされることを特徴とする。

尚、「略同一平面上」とあるのは、接地電極の先端面と貴金属チップの側面とが厳密に同一平面上に配置される場合だけでなく、接地電極の長手方向に沿って、接地電極の先端面と貴金属チップの側面との間に若干（例えば、０．３ｍｍ未満）のずれがある場合も含むという趣旨である。また、「接地電極の背面」とあるのは、接地電極のうち中心電極側に位置する面の裏にある面をいう。さらに、レーザー溶接等により接地電極と貴金属チップとの間に溶融部が形成されている場合において、「接地電極と貴金属チップとの接合境界」とあるのは、溶融部と接地電極との間の境界のうち接地電極の背面側に位置する境界をいう。

上記構成１によれば、接地電極の先端面において、接地電極と貴金属チップ（本体部）との接合境界の少なくとも一部を覆う被覆部が設けられており、当該被覆部については、Ｃ／Ｄ≧０．５を満たすとともに、その長さの最小値ＬＡ_Minが０．０５ｍｍ以上とされている。すなわち、接地電極の先端面において接合境界の半分以上が被覆部で覆われるとともに、被覆部のうち接地電極の背面側に位置する端縁と接地電極の先端面との間の部位（つまり、接合境界に対する酸素の侵入口となる部位）から、接合境界までの距離が０．０５ｍｍ以上と十分に大きく確保されている。従って、接合境界に対する酸素の侵入を効果的に抑制することができ、ひいては接合境界における酸化スケールの進展をより確実に防止することができる。その結果、貴金属チップの耐剥離性を向上させることができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記本体部から前記接地電極の背面側に向けた前記被覆部の長さの最大値をＬＢ_Max（ｍｍ）とし、前記間隙の長さをＧ（ｍｍ）とし、前記被覆部及び前記本体部の連結部から前記貴金属チップのうち前記間隙を形成する面までの前記本体部の厚さをＥ（ｍｍ）としたとき、
ＬＢ_Max＜Ｇ＋Ｅ
を満たすことを特徴とする。

尚、連結部とあるのは、本体部と被覆部との境界部分を意味する。

上記構成２によれば、仮に被覆部が接地電極から剥がれ、連結部を基点として間隙側に倒れたとしても、被覆部が中心電極に接触しないように構成されている。すなわち、上記構成２によれば、被覆部が剥離した場合であっても、その剥離した被覆部によって、中心電極及び接地電極が電気的に接続されてしまう（いわゆるブリッジが生じてしまう）といった事態が生じないようにすることができる。

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、Ｃ／Ｄ≧０．８を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、接地電極の先端面において接合境界の８０％以上が被覆部で覆われているため、接合境界に対する酸素の侵入をより一層抑制することができる。その結果、耐剥離性の更なる向上を図ることができる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、Ｃ／Ｄ＝１．０を満たすことを特徴とする。

上記構成４によれば、接地電極の先端面において接合境界の全域が被覆部で覆われている。従って、接合境界に対する酸素の侵入を極めて効果的に抑制することができ、耐剥離性を飛躍的に向上させることができる。

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、前記被覆部の最大の厚さをＴ（ｍｍ）としたとき、０＜Ｔ≦０．１５を満たすことを特徴とする。

上記構成５によれば、被覆部の最大の厚さＴが０．１５ｍｍと非常に小さくされているため、被覆部の剥離をより確実に防止することができる。その結果、上記各構成により奏される耐剥離性の向上効果を長期間に亘って維持することができる。

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、
前記接地電極と同一の材料により形成された棒状部材の一端側の側面に前記貴金属チップと同一材料により形成されたチップ部材を接合する接合工程と、
前記接合工程の後、所定の切断刃により前記棒状部材の一端部及び前記チップ部材を切断し、前記本体部及び前記被覆部を備えた前記貴金属チップ、並びに、前記接地電極を得る切断工程とを含み、
前記切断工程においては、前記切断刃により、前記棒状部材のうち前記チップ部材の接合された面側から当該面の背面側に向かって、前記棒状部材及び前記チップ部材が切断されることを特徴とする。

上記構成６によれば、切断刃によって、棒状部材のうちチップ部材の接合された面側から当該面の背面側に向かって棒状部材及びチップ部材が切断される。従って、切断刃の動きに引きずられる形でチップ部材の一部が、切断後における棒状部材の一端面（つまり、接地電極の先端面）に沿うようにして延びることとなり、その結果、接地電極と貴金属チップとの接合境界を覆う被覆部を形成することができる。すなわち、チップ部材等を切断するという比較的簡易な工程を経ることだけで、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。

構成７．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成６において、前記切断工程において、前記棒状部材は、自身の一端部が所定の台座の一端面から突出した状態で、前記台座上に載置されており、
前記棒状部材の長手方向に沿った前記切断刃と前記台座の一端面との間の距離を１．５ｍｍ以下とした状態で、前記切断刃により、前記棒状部材及び前記チップ部材が切断されることを特徴とする。

被覆部における前記長さＣ（ｍｍ）や最小値ＬＡ_Min等のサイズは、棒状部材が載置される台座と切断刃との間のクリアランスを調節することで、変更することができる。しかしながら、台座と切断刃との間のクリアランスを広げすぎると、棒状部材が撓んでしまい、切断時において切断刃に加わる負荷が増大してしまう。その結果、切断刃に損傷が生じてしまい、生産性の低下を招いてしまうおそれがある。

この点、上記構成７によれば、チップ部材等の切断時において、切断刃と台座の一端面との間の距離（クリアランス）が１．５ｍｍ以下とされているため、切断刃に加わる負荷を十分に小さくすることができる。その結果、切断刃の損傷をより確実に防止することができ、生産性の向上を図ることができる。

尚、被覆部の厚さは、クリアランスを増大させることで大きくなり、クリアランスを減少させることで小さくなる。従って、被覆部の厚さが小さくなるように設定することは、クリアランスの減少につながり、ひいては切断刃の損傷防止に寄与することとなる。すなわち、上記構成５のように、被覆部の最大の厚さＴが０．１５ｍｍ以下となるように設定することは、被覆部の剥離抑制という面だけでなく、製造時における切断刃の損傷防止という面でも効果的である。

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。 （ａ）は、貴金属チップ等の構成を示す部分拡大断面図であり、（ｂ）は、貴金属チップ等の構成を示す部分拡大側面図である。 被覆部が剥離した場合を模式的に示す拡大断面模式図である。 抵抗溶接により棒状部材にチップ部材を接合する過程を示す模式図である。 接合工程後における、棒状部材及びチップ部材を示す模式図である。 切断工程における、切断刃及び台座の相対位置関係等を示す模式図である。 切断工程を経て得られた接地電極及び貴金属チップを示す模式図である。 机上バーナー試験における、接合境界の長さや酸化スケールの長さの測定位置を説明するための断面模式図である。 Ｃ／Ｄを０．３又は０．５としたサンプルであって、長さＬＡ_Minを種々変更したものの机上バーナー試験の結果を示すグラフである。 Ｃ／Ｄ及び長さＬＡ_Minを種々変更したサンプルにおける、加熱温度を１０００℃とした机上バーナー試験の結果を示すグラフである。 ＬＡ_Minを０．０５ｍｍ又は０．６ｍｍとした上で、Ｃ／Ｄを種々変更したサンプルにおける、加熱温度を１０００℃とした机上バーナー試験の結果を示すグラフである。 別の実施形態における、接地電極に対する貴金属チップの接合態様を示す部分拡大断面図である。 別の実施形態における接地電極の構成を示す部分拡大平面図である。 （ａ），（ｂ）は、別の実施形態における被覆部の構成を示す部分拡大側面図である。

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が挿入、固定されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる銅又は銅合金からなる内層５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５の先端部には、所定の貴金属合金（例えば、白金合金やイリジウム合金）からなる貴金属部３１が設けられている。

また、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の後端側の外周面には座部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、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部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、略中間部分にて曲げ返されて、その先端側側面２７Ｓが中心電極５の先端部（貴金属部３１）と対向する接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、Ｎｉを主成分とする合金によって構成されており、自身の長手方向に沿って略同一の太さを有するように構成されている。さらに、接地電極２７の先端側側面２７Ｓのうち貴金属部３１と対向する面には、抵抗溶接により、貴金属合金（例えば、Ｐｔ−１０Ｎｉ、Ｐｔ−２０Ｎｉ等の白金合金など）からなる貴金属チップ３２が接合されている。そして、貴金属部３１と貴金属チップ３２との間には、間隙３３が形成されており、当該間隙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。

加えて、本実施形態においては、図３（ａ），（ｂ）に示すように、接地電極２７の長手方向に沿ったその先端面２７Ｆと、貴金属チップ３２の側面のうち接地電極２７の先端側に位置する側面３２Ｓとが略同一平面上に設けられている。

さらに、貴金属チップ３２は、本体部３２Ａと、被覆部３２Ｂとを備えている。

本体部３２Ａは、直方体状をなしており、接地電極２７の先端側側面２７Ｓに対して自身の一端部が埋入した状態で接合されている。また、本体部３２Ａの他端面は、平坦状をなしており、当該他端面と中心電極５（貴金属部３１）との間に前記間隙３３が形成されている。

被覆部３２Ｂは、本体部３２Ａと一体的に形成されるとともに、本体部３２Ａの一端部から接地電極２７の背面２７Ｂ（先端側側面２７Ｓの裏側の面）側に向けて延びる薄板状をなしている。そして、接地電極２７の先端面２７Ｆにおいて、接地電極２７と貴金属チップ３２（本体部３２Ａ）との接合境界ＢＯの少なくとも一部は、前記被覆部３２Ｂで覆われている。

さらに、本実施形態では、接地電極２７の先端面２７Ｆにおける、接合境界ＢＯの長さをＤ（ｍｍ）とし、接合境界ＢＯのうち被覆部３２Ｂで覆われた部位の長さをＣ（ｍｍ）としたとき、Ｃ／Ｄ≧０．５（より好ましくは、Ｃ／Ｄ≧０．８、より一層好ましくは、Ｃ／Ｄ＝１．０）を満たすように構成されている。すなわち、接地電極２７の先端面２７Ｆにおいて、接合境界ＢＯの広範囲が被覆部３２Ｂで覆われるように構成されている。

また、接合境界ＢＯから接地電極２７の背面２７Ｂ側に向けた被覆部３２Ｂの長さの最小値ＬＡ_Minが０．０５ｍｍ以上とされている。すなわち、被覆部３２Ｂの前記背面２７Ｂ側の端縁と接地電極２７の先端面２７Ｆとの間（酸素の侵入口となる箇所）から、接合境界ＢＯまでの距離が十分に大きく確保されている。

さらに、接地電極２７の長手方向に沿った被覆部３２Ｂの最大の厚さをＴ（ｍｍ）としたとき、０＜Ｔ≦０．１５を満たすように構成されている。

加えて、本体部３２Ａから接地電極２７の背面２７Ｂ側に向けた被覆部３２Ｂの長さの最大値をＬＢ_Max（ｍｍ）とし、間隙３３の長さをＧ（ｍｍ）とし（図２参照）、本体部３２Ａ及び被覆部３２Ｂの連結部３２Ｘから貴金属チップ３２のうち間隙３３を形成する面までの貴金属チップ３２の中心軸ＣＬ２に沿った本体部３２Ａの厚さをＥ（ｍｍ）としたとき、ＬＢ_Max＜Ｇ＋Ｅを満たすように構成されている。すなわち、図４に示すように、仮に被覆部３２Ｂが接地電極２７の先端面２７Ｆから剥がれ、連結部３２Ｘを基点として間隙３３側に倒れたとしても、被覆部３２Ｂの端部が中心電極５（貴金属部３１）に接触しない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Ｓ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）に冷間鍛造加工等を施すことにより貫通孔を形成するとともに、概形を製造する。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。

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金からなる直棒状の棒状部材（接地電極２７となる）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。尚、この時点における前記棒状部材の長さは、接地電極２７の長さよりも若干長めとされている。

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。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成形用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工を施し外形を整形した上で、焼成加工を施す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合金を鍛造加工することで、中心電極５を作製する。次いで、中心電極５の先端部に対して貴金属合金からなる貴金属部３１がレーザー溶接等により接合される。

そして、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、後方から前記端子電極６が押圧された状態で、焼成炉内にて焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０の表面には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を挿入した上で、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。

次いで、接合工程において、棒状部材の先端側に所定の貴金属合金からなる直方体状のチップ部材（貴金属チップ３２となる）を接合する。すなわち、図５に示すように、棒状部材ＳＣのうち、接地電極２７の先端側側面２７Ｓに相当する面の一端側にチップ部材ＣＣを載置した上で、所定の溶接電極棒ＷＳをチップ部材ＣＣに接触させる。その上で、溶接電極棒ＷＳを棒状部材ＳＣ側へと移動させ、溶接電極棒ＷＳによりチップ部材ＣＣを所定圧力で押圧しつつ、溶接電極棒ＷＳからチップ部材ＣＣ側へと所定の電流値で通電する。これにより、図６に示すように、チップ部材ＣＣは、その一部が棒状部材ＳＣに埋没した状態で棒状部材ＳＣに対して接合される。

次に、切断工程において、図７に示すように、所定の硬鋼からなる切断刃ＣＢを用いて、棒状部材ＳＣの一端部及びチップ部材ＣＣの一部を切断する。切断工程について詳述すると、まず、棒状部材ＳＣを、所定の金属材料により形成された台座ＰＥ上に載置する。このとき、棒状部材ＳＣの一端部は、前記台座ＰＥの一端面から突出した状態とされ、棒状部材ＳＣの長手方向に沿った切断刃ＣＢと台座ＰＥの一端面との間の距離Ｌが１．５ｍｍ以下とされる。棒状部材ＳＣ等を所定位置に配置した後、棒状部材ＳＣの長手方向と直交する方向に沿って、棒状部材ＳＣのうちチップ部材ＣＣの接合された面側から当該面の背面側に向かって切断刃ＣＢを移動させ、棒状部材ＳＣの一端部及びチップ部材ＣＣの一部を切断する。これにより、切断刃ＣＢの側面に引きずられる形で、チップ部材ＣＣの一部が棒状部材ＣＣの切断面（つまり、接地電極２７の先端面２７Ｆ）に沿って延び、その結果、図８に示すように、本体部３２Ａと、接合境界ＢＯを覆う被覆部３２Ｂとを備えた貴金属チップ３２が形成される。尚、被覆部３２Ｂのうち接合境界ＢＯを覆う部位の長さＣや、被覆部３２Ａの長さ（前記最小値ＬＡ_Minや最大値ＬＢ_Max）、被覆部３２Ｂの最大の厚さＴ（ｍｍ）は、切断刃ＣＢと台座ＰＥとの間の前記距離Ｌを調節することで、変更することができる。

切断工程の後、接地電極２７を中心電極５側に屈曲させるとともに、貴金属部３１及び貴金属チップ３２間の火花放電間隙３３の大きさが調整されることで、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、接地電極２７の先端面２７Ｆにおいて、接合境界ＢＯの半分以上が被覆部３２Ｂで覆われるとともに、被覆部３２Ｂのうち接地電極２７の背面２７Ｂ側に位置する端縁と接地電極２７の先端面２７Ｆとの間の部位（接合境界ＢＯに対する酸素の侵入口となる部位）から、接合境界ＢＯまでの距離が０．０５ｍｍ以上と十分に大きく確保されている。従って、接合境界ＢＯに対する酸素の侵入を効果的に抑制することができ、ひいては接合境界ＢＯにおける酸化スケールの進展をより確実に防止することができる。その結果、貴金属チップ３２の耐剥離性を向上させることができる。

さらに、被覆部３２Ｂの最大の厚さＴが０．１５ｍｍと非常に小さくされているため、被覆部３２Ｂの剥離をより確実に防止することができる。その結果、耐剥離性の向上効果を長期間に亘って維持することができる。

また、ＬＢ_Max＜Ｇ＋Ｅを満たすように構成されているため、万が一被覆部３２Ｂが剥離した場合であっても、その剥離した被覆部３２Ｂによって、中心電極５（貴金属部３１）及び接地電極２７が電気的に接続されてしまうといった事態が生じないようになっている。

加えて、本実施形態においては、上述の構成を有する貴金属チップ３２を得るにあたって、チップ部材ＣＣ等を切断するという比較的簡易な手法が用いられる。従って、上述の貴金属チップ３２ひいてはスパークプラグ１を容易に製造することができる。

また、チップ部材ＣＣを切断するにあたっては、切断刃ＣＢと台座ＰＥとの間の距離Ｌが１．５ｍｍ以下とされているため、切断時に切断刃ＣＢに加わる負荷を十分に小さくすることができる。その結果、切断刃ＣＢの損傷をより確実に防止することができ、生産性の向上を図ることができる。

次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、接地電極の先端面における、接合境界の長さＤ（ｍｍ）に対する、接合境界のうち被覆部で覆われた部位の長さＣ（ｍｍ）の割合（Ｃ／Ｄ）を０．３、又は、０．５とした上で、被覆部の長さの最小値ＬＡ_Min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机上バーナー試験を行った。尚、机上バーナー試験の概要は、次の通りである。すなわち、サンプルに対して、貴金属チップの温度が９００℃となるようバーナーで２分間加熱後、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サイクル終了後において、図９に示すように、接地電極の中心軸を含む断面にてサンプルを観察し、貴金属チップと接地電極との接合境界ＢＯの長さＸに対する、当該接合境界ＢＯに形成された酸化スケールＯＳ（図９中、太線で示す部位）の長さＹの割合（Ｙ／Ｘ；以下、「酸化スケール割合」と称す）を計測した。図１０に、当該試験の試験結果を示す。尚、図１０においては、Ｃ／Ｄを０．３としたサンプルの試験結果を丸印で示し、Ｃ／Ｄを０．５としたサンプルの試験結果を四角で示す。また、各サンプルともに、貴金属チップを白金合金により形成し、被覆部の最大の厚さＴを０．１ｍｍとした。加えて、最小値ＬＡ_Minは、被覆部に切削加工を施すことにより変更した。

図１０に示すように、Ｃ／Ｄを０．３としたり、長さＬＡ_Minを０．０５ｍｍ未満としたりしたサンプルは、酸化スケール割合が比較的大きくなってしまい、貴金属チップの耐剥離性に劣ることが明らかとなった。これは、接地電極の先端面において、接合境界の大部分が外部に露出してしまったり、被覆部のうち接地電極の背面側に位置する端縁と接地電極の先端面との間の部位（酸素の侵入口となる部位）が接合境界に対して接近してしまったりして、接合境界へと酸素が侵入しやすくなってしまったためであると考えられる。

これに対して、Ｃ／Ｄを０．５としつつ（つまり、接地電極の先端面において接合境界の半分を被覆部で覆いつつ）、長さＬＡ_Minを０．０５ｍｍ以上と十分に大きくしたサンプルは、酸化スケールがほとんど形成されず、優れた耐剥離性を有することが分かった。

次いで、Ｃ／Ｄを０．５、０．８、又は、１．０とした上で、長さＬＡ_Minを種々変更したスパークプラグについて、貴金属チップの加熱温度を１０００℃として（つまり、接合境界に対して酸素が極めて侵入しやすい条件として）、上述の机上バーナー試験を行った。図１１に、当該試験の試験結果を示す。尚、図１１においては、Ｃ／Ｄを０．５としたサンプルの試験結果を丸印で示し、Ｃ／Ｄを０．８としたサンプルの試験結果を三角で示し、Ｃ／Ｄを１．０としたサンプルの試験結果を四角で示す。

また、長さＬＡ_Minを０．０５ｍｍ、又は、０．６ｍｍとした上で、長さＤ（ｍｍ）を一定としつつ、長さＣ（ｍｍ）を変更することによりＣ／Ｄ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、貴金属チップの加熱温度を１０００℃とした上述の机上バーナー試験を行った。図１２に、当該試験の試験結果を示す。尚、図１２においては、ＬＡ_Minを０．０５ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、ＬＡ_Minを０．６ｍｍとしたサンプルの試験結果を四角で示す。また、両試験においては、上記試験と同様に、各サンプルともに、貴金属チップを白金合金により形成し、厚さＴを０．１ｍｍとした。

図１１及び図１２に示すように、ＬＡ_Minを０．０５ｍｍ以上としつつ、Ｃ／Ｄを０．８以上としたサンプルは、接合境界に対して酸素が極めて侵入しやすい条件にも関わらず、酸化スケール割合が２０％以下となり、非常に優れた耐剥離性を実現できることが明らかとなった。また特に、ＬＡ_Minを０．０５ｍｍ以上としつつ、Ｃ／Ｄを１．０としたサンプルは、酸化スケール割合が１０％以下となり、耐剥離性を飛躍的に向上できることが確認された。

以上の試験結果より、貴金属チップの耐剥離性を向上させるべく、接地電極の先端面において接地電極と貴金属チップとの接合境界の少なくとも一部を覆う被覆部を設けるとともに、接合境界の長さＤ（ｍｍ）、及び、接合境界のうち被覆部で覆われた部位の長さＣ（ｍｍ）について、Ｃ／Ｄ≧０．５を満たし、かつ、接合境界から接地電極の背面側に向けた被覆部の長さの最小値ＬＡ_Minを０．０５ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

また、耐剥離性の更なる向上を図るという観点から、Ｃ／Ｄ≧０．８を満たすように構成することがより好ましく、Ｃ／Ｄ＝１．０を満たすように構成することがより一層好ましいといえる。

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、抵抗溶接により接地電極２７に対して貴金属チップ３２が接合されているが、例えば、貴金属チップ３２をイリジウム合金などにより形成し、抵抗溶接による貴金属チップ３２の接合がやや難しい場合には、レーザー溶接や電子ビーム溶接により、接地電極に対して貴金属チップを接合することとしてもよい。尚、この場合には、図１３に示すように、レーザービーム等の照射により、接地電極３７を構成する金属と貴金属チップ４２を構成する金属とが溶け合ってなる溶融部４５が形成される。そして、「接地電極と貴金属チップとの接合境界」とは、接地電極３７と溶融部４５との間の接合境界ＢＯ２を意味することとなる〔つまり、「接合境界」は、接地電極のうち貴金属チップが直接又は溶融部等により間接的に接合されている部位（貴金属チップを接地電極に強固に接合するにあたって特に重要となる部位）と、貴金属チップ又は溶融部との間の境界を指す〕。

（ｂ）上記実施形態において、接地電極２７は、自身の長手方向に沿って略同一の太さを有するように構成されているが、図１４に示すように、接地電極４７の先端部の両側面をテーパ状とすること等によって、接地電極４７の先端部を先細り形状としてもよい。この場合には、接地電極４７による火炎核の成長阻害が抑制され、着火性の向上を図ることができる。一方で、接地電極４７の断面積が減少し、貴金属チップ５２がより高温となりやすくなるため、酸化スケールの急速な進展や、接地電極４７と貴金属チップ５２との間における熱応力差の増大を招いてしまい、十分な耐剥離性の確保が難しくなってしまうおそれがあるが、本発明を採用することで、十分な耐剥離性を維持することができる。つまり、本発明によれば、接地電極４７の先端部を先細り形状とすることによるデメリット（耐剥離性の低下）を効果的に解消しつつ、先細り形状とすることによるメリット（着火性の向上）を十分に発揮させることができる。

（ｃ）接地電極２７の先端側から見たときにおける被覆部の形状は特に限定されるものではなく、例えば、図１５（ａ）に示すように、接地電極２７の先端側から見たとき、被覆部６２Ｂが矩形状をなすように構成することとしてもよい。また、図１５（ｂ）に示すように、被覆部７２Ｂのうち接地電極２７の幅方向端部側に位置する部位において、前記長さの最小値ＬＡ_Minが０．０５ｍｍ未満となるように構成することとしてもよい。すなわち、接地電極２７の先端面２７Ｆにおいて、接合境界ＢＯの半分以上に亘って、前記長さの最小値ＬＡ_Minが０．０５ｍｍ以上とされた被覆部７２Ｂが形成されていればよい（従って、例えば、接地電極の先端面において、接合境界の全域が被覆部で覆われる一方で、被覆部の一部において前記長さの最小値ＬＡ_Minが０．０５ｍｍ未満となっていてもよい）。

（ｄ）上記実施形態では、中心電極５が貴金属部３１を備えているが、貴金属部３１を設けなくてもよい。

（ｅ）上記実施形態においては、接地電極２７を、単一のＮｉ合金により構成されているが、熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金、純Ｎｉ）により形成された内層と当該内層を覆う外層とからなる多層構造としてもよい。

（ｆ）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）。

（ｇ）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
５…中心電極
２７…接地電極
２７Ｂ…（接地電極の）背面
２７Ｆ…（接地電極の）先端面
３２…貴金属チップ
３２Ａ…本体部
３２Ｂ…被覆部
３２Ｓ…（貴金属チップの）側面
３２Ｘ…連接部
３３…間隙
ＢＯ…接合境界
ＣＬ１…軸線

Claims (7)

1. 軸線方向に延びる中心電極と、
   前記中心電極の外周に設けられた筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   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の面に接合され、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する貴金属チップとを備え、
   前記接地電極の長手方向先端面と前記貴金属チップの側面とが略同一平面上に設けられたスパークプラグであって、
   前記貴金属チップは、前記接地電極のうち前記中心電極側の面に配置され、前記中心電極との間で前記間隙を形成する本体部と、
   前記本体部と一体的に形成されるとともに、前記本体部から前記接地電極の背面側に向けて延び、前記接地電極の先端面における前記接地電極と前記貴金属チップとの接合境界の少なくとも一部を覆う被覆部とを備え、
   前記接地電極の先端面における、前記接合境界の長さをＤ（ｍｍ）とし、前記接合境界のうち前記被覆部で覆われた部位の長さをＣ（ｍｍ）としたとき、Ｃ／Ｄ≧０．５を満たし、
   前記接合境界から前記接地電極の背面側に向けた前記被覆部の長さの最小値ＬＡ_Minが０．０５ｍｍ以上とされることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記本体部から前記接地電極の背面側に向けた前記被覆部の長さの最大値をＬＢ_Max（ｍｍ）とし、前記間隙の長さをＧ（ｍｍ）とし、前記被覆部及び前記本体部の連結部から前記貴金属チップのうち前記間隙を形成する面までの前記本体部の厚さをＥ（ｍｍ）としたとき、
   ＬＢ_Max＜Ｇ＋Ｅ
   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. Ｃ／Ｄ≧０．８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. Ｃ／Ｄ＝１．０を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記被覆部の最大の厚さをＴ（ｍｍ）としたとき、０＜Ｔ≦０．１５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、
   前記接地電極と同一の材料により形成された棒状部材の一端側の側面に前記貴金属チップと同一材料により形成されたチップ部材を接合する接合工程と、
   前記接合工程の後、所定の切断刃により前記棒状部材の一端部及び前記チップ部材を切断し、前記本体部及び前記被覆部を備えた前記貴金属チップ、並びに、前記接地電極を得る切断工程とを含み、
   前記切断工程においては、前記切断刃により、前記棒状部材のうち前記チップ部材の接合された面側から当該面の背面側に向かって、前記棒状部材及び前記チップ部材が切断されることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
7. 前記切断工程において、前記棒状部材は、自身の一端部が所定の台座の一端面から突出した状態で、前記台座上に載置されており、
   前記棒状部材の長手方向に沿った前記切断刃と前記台座の一端面との間の距離を１．５ｍｍ以下とした状態で、前記切断刃により、前記棒状部材及び前記チップ部材が切断されることを特徴とする請求項６に記載のスパークプラグの製造方法。

Images