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技術 スパークプラグ

出願人 日本特殊陶業株式会社
発明者 鬘谷浩平中山勝稔
出願日 2012年4月10日 (8年11ヶ月経過) 出願番号 2012-538108
公開日 2015年2月23日 (6年1ヶ月経過) 公開番号 WO2013-011723
状態 特許登録済
技術分野 スパークプラグ
主要キーワード 先端金具 チップ先端面 増大抑制 断面六角形状 軸線方向先端 外周線 純ニッケル 削り出す
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年2月23日)のものです。
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図面 (18)

課題・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、中心電極(5)に接合され、接地電極(27)との間で火花放電間隙(33)を形成するチップ(31)とを備える。チップ(31)は、溶融部(35)を介して中心電極(5)に接合され、溶融部(35)は、外気露出する露出面(35E)を備える。軸線(CL1)を含み露出面(35E)の中心(CP)を通る断面において、チップ(31)の側面における、チップ(31)の先端と溶融部(35)との間の距離をC(mm)とし、チップ(31)の側面よりも軸線(CL1)側に位置し溶融部(35)のうちチップ(31)の先端面(31F)に最も接近する部位と、チップ(31)の先端面(31F)との間の距離をB(mm)としたとき、C−B≧0.02を満たす。これにより、火花放電間隙(33)側への溶融部(35)の表出を長期間抑制することができ、耐久性を向上させることができる。

概要

背景

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、絶縁体の外周に組付けられる円筒状の主体金具と、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、その先端部が前記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と接地電極の先端部との間に火花放電間隙が形成される。

また近年では、中心電極の先端部にイリジウム白金等からなる比較的小径チップを接合することで、着火性の向上を図りつつ、火花放電に伴う火花放電間隙の増大抑制耐消耗性の向上)を図る技術が提案されている(例えば、特許文献1等参照)。当該技術においては、中心電極の先端面上にチップを配置した上で、中心電極とチップとの接触面外縁にレーザービーム照射し、中心電極及びチップが溶け合ってなる溶融部を形成することにより中心電極に対してチップが接合される。また、レーザービームはチップの先端面とほぼ平行な方向に沿って照射され、溶融部の形成に伴い、チップのうち側面側に位置する部位の肉厚が、中心側に位置する部位の肉厚よりも小さくされる。

概要

スパークプラグ(1)は、中心電極(5)と、接地電極(27)と、中心電極(5)に接合され、接地電極(27)との間で火花放電間隙(33)を形成するチップ(31)とを備える。チップ(31)は、溶融部(35)を介して中心電極(5)に接合され、溶融部(35)は、外気露出する露出面(35E)を備える。軸線(CL1)を含み露出面(35E)の中心(CP)を通る断面において、チップ(31)の側面における、チップ(31)の先端と溶融部(35)との間の距離をC(mm)とし、チップ(31)の側面よりも軸線(CL1)側に位置し溶融部(35)のうちチップ(31)の先端面(31F)に最も接近する部位と、チップ(31)の先端面(31F)との間の距離をB(mm)としたとき、C−B≧0.02を満たす。これにより、火花放電間隙(33)側への溶融部(35)の表出を長期間抑制することができ、耐久性を向上させることができる。

目的

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、材料コストの増大を招くことなく、火花放電間隙側への溶融部の表出を長期間に亘って抑制することができ、ひいては耐久性の飛躍的な向上を図ることができるスパークプラグを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

軸線方向に延びる中心電極と、前記中心電極が挿通される軸孔を有する筒状の絶縁体と、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配置された接地電極と、自身の基端部が前記中心電極の先端部に接合され、自身の先端部が前記接地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、前記中心電極の側面側からレーザービーム又は電子ビーム照射されることで形成された自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶融部を介して前記中心電極に接合されており、前記溶融部は、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、外気露出する露出面を備え、前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、前記チップの側面における、前記チップの先端と前記溶融部との間の前記軸線に沿った距離をC(mm)とし、前記チップの側面よりも前記軸線側に位置し前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位と、前記チップの先端面との間の前記軸線に沿った距離をB(mm)としたとき、C−B≧0.02を満たすことを特徴とするスパークプラグ。

請求項2

前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位、及び、前記チップの側面における前記溶融部の前記軸線方向先端の部位を結んだ直線と、前記チップの先端面の外形線とのなす角のうち鋭角の角度をa(°)としたとき、30≧a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。

請求項3

前記中心電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備え、前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、前記チップと前記内層との間の最短距離、及び、前記溶融部と前記内層との間の最短距離のうち短い方の距離をD(mm)としたとき、D≦2.0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。

請求項4

前記中心電極の側面にのみ、前記露出面が形成される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。

請求項5

前記チップは、イリジウム白金タングステンパラジウム、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されている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。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

背景技術

0002

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、絶縁体の外周に組付けられる円筒状の主体金具と、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、その先端部が前記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と接地電極の先端部との間に火花放電間隙が形成される。

0003

また近年では、中心電極の先端部にイリジウム白金等からなる比較的小径チップを接合することで、着火性の向上を図りつつ、火花放電に伴う火花放電間隙の増大抑制耐消耗性の向上)を図る技術が提案されている(例えば、特許文献1等参照)。当該技術においては、中心電極の先端面上にチップを配置した上で、中心電極とチップとの接触面外縁にレーザービーム照射し、中心電極及びチップが溶け合ってなる溶融部を形成することにより中心電極に対してチップが接合される。また、レーザービームはチップの先端面とほぼ平行な方向に沿って照射され、溶融部の形成に伴い、チップのうち側面側に位置する部位の肉厚が、中心側に位置する部位の肉厚よりも小さくされる。

先行技術

0004

特開2003−68421号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、チップの先端面と側面との間に位置するエッジ部は、電界強度が比較的高いため、エッジ部及びその近傍を基点として火花放電が生じやすく、また、エッジ部及びその近傍はより高温となりやすい。そのため、火花放電等によりチップが消耗する際には、エッジ部及びその近傍が消耗しやすく、エッジ部及びその近傍がある程度消耗してチップの先端面が丸みを帯びた形状となると、それ以降においてチップはほぼ均一に消耗していく。すなわち、図16に示すように、チップ81のうち、中心側に位置する部位よりも側面側に位置する部位がより消耗していくこととなる。

0006

従って、上記特許文献1に記載の技術では、図17に示すように、チップ81の消耗に伴い、溶融部85のうち外周側に位置する部位が、比較的早期に火花放電間隙83側に表出してしまうおそれがある。ここで、溶融部はチップと比べて耐久性に劣るため、溶融部が火花放電間隙側に表出してしまうと、火花放電間隙の大きさが急速に拡大してしまう。その結果、放電電圧の急激な増大を招いてしまう(すなわち、耐久性が不十分となってしまう)おそれがある。また、溶融部の消耗が進んでしまうと、チップの接合強度が低下し、チップが剥離してしまうおそれがある。

0007

尚、チップの肉厚(高さ)を大きくすることで、火花放電間隙側に対する溶融部の表出を抑制することが考えられるが、この場合には、材料コストの増大を招いてしまうおそれがある。

0008

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、材料コストの増大を招くことなく、火花放電間隙側への溶融部の表出を長期間に亘って抑制することができ、ひいては耐久性の飛躍的な向上を図ることができるスパークプラグを提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

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作用効果を付記する。

0010

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、
前記中心電極が挿通される軸孔を有する筒状の絶縁体と、
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配置された接地電極と、
自身の基端部が前記中心電極の先端部に接合され、自身の先端部が前記接地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、前記中心電極の側面側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶融部を介して前記中心電極に接合されており、
前記溶融部は、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、外気露出する露出面を備え、
前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記チップの側面における、前記チップの先端と前記溶融部との間の前記軸線に沿った距離をC(mm)とし、
前記チップの側面よりも前記軸線側に位置し前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位と、前記チップの先端面との間の前記軸線に沿った距離をB(mm)としたとき、
C−B≧0.02
を満たすことを特徴とする。

0011

尚、レーザービーム等を間欠的に照射した場合、溶融部は、外表面において円形状の外周線輪郭)を有する。この場合、「露出面の中心」とあるのは、前記外周線の中心をいう。但し、溶融部が外表面において重なり合うことで溶融部の外周線が明確にならない場合がある。この場合、「露出面の中心」とは、溶融部の外周線のうち比較的明確なものを通るように描かれた仮想円の中心をいう。

0012

また、レーザービーム等を中心電極に対して相対移動させながら連続的に照射した場合、溶融部は、外表面において中心電極の周方向に沿って延びる外周線(輪郭)を有する。この場合、「露出面の中心」とあるのは、前記外周線のうち中心電極側に位置する線とチップ側に位置する線との中央に位置する仮想線上の点のうち、前記中心電極側の線と前記チップ側の線との間の間隔が最大となる箇所に位置する点をいう。

0013

上記構成1によれば、C−B≧0.02mmとされ、チップのうち側面側に位置する部位の肉厚が、チップのうち中心(軸線)側に位置する部位の肉厚よりも十分に大きなものとされている。従って、チップのうち消耗が進みやすい部位の肉厚が大きく確保されることとなり、チップ自体の肉厚(高さ)を増大させることなく、間隙側への溶融部の表出を長期間に亘って抑制することができる。すなわち、上記構成1によれば、材料コストの増大を招くことなく、耐久性の飛躍的な向上を図ることができ、ひいては一層の長寿命化を図ることができる。

0014

構成2.本構成のスパークプラグは、上記構成1において、前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位、及び、前記チップの側面における前記溶融部の前記軸線方向先端の部位を結んだ直線と、前記チップの先端面の外形線とのなす角のうち鋭角の角度をa(°)としたとき、
30≧a
を満たすことを特徴とする。

0015

尚、「前記溶融部のうち前記チップの先端面に最も接近する部位」は、当然ながら前記チップの先端面に露出しないように構成される。

0016

上記構成2によれば、30°≧aを満たすことで、溶融部のうち内側に位置する部位がチップ側に向けて過度入り込まないように構成されている。従って、溶融部のチップ側に位置する面が消耗時におけるチップ先端面の形状にほぼ沿った形状となり、その結果、チップがほとんどない状態となって初めて溶融部が間隙側に表れるようになる(すなわち、チップが極めて有効的に用いられることとなる)。これにより、溶融部の間隙側への表出をより一層長期間に亘って防止することができ、耐久性の更なる向上を図ることができる。

0017

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、前記中心電極は、外層と、当該外層の内部に設けられ、当該外層よりも熱伝導性が高い金属からなる内層とを備え、
前記軸線を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記チップと前記内層との間の最短距離、及び、前記溶融部と前記内層との間の最短距離のうち短い方の距離をD(mm)としたとき、
D≦2.0
を満たすことを特徴とする。

0018

上記構成3によれば、チップの熱を熱伝導性に優れる内層に対して効率的に伝導することができ、チップの過熱を抑制することができる。その結果、チップの耐消耗性や耐酸化性を向上させることができ、耐久性をより一層高めることができる。

0019

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、前記中心電極の側面にのみ、前記露出面が形成されることを特徴とする。

0020

上記構成4によれば、中心電極の側面にのみ、溶融部の露出面が形成されるように(換言すれば、チップの側面に溶融部の露出面が形成されないように)構成されている。従って、特に消耗しやすいチップの側面側部位の肉厚を最大限確保することができ、チップの耐消耗性を一層向上させることができる。また、チップの側面に露出面が形成されないことで、外観品質の向上を図ることができる。

0021

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、前記チップは、イリジウム、白金、タングステンパラジウム、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されていることを特徴とする。

0022

上記構成5によれば、チップの耐消耗性や耐酸化性をより向上させることができ、耐久性のより一層の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0023

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。
溶融部等の構成を示す部分拡大正面図である。
溶融部等の構成を示す拡大断面図である。
角度aを説明するための溶融部等の拡大断面図である。
距離Dを説明するための溶融部等の拡大断面図である。
C−Bを変更したサンプルにおける耐消耗性評価試験試験結果を示すグラフである。
角度aを変更したサンプルにおける耐消耗性評価試験の試験結果を示すグラフである。
距離Dを変更したサンプルにおけるバーナー試験の試験結果を示すグラフである。
別の実施形態における溶融部の構成を示す部分拡大正面図である。
別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。
別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。
別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。
別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。
別の実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面図である。
従来技術における溶融部等の構成を示す拡大断面図である。
従来技術において、チップの消耗が進んだ段階での溶融部等の構成を示す拡大断面図である。

実施例

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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の先端側には軸線CL1方向に延びる棒状(円柱状)の中心電極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や銅合金純ニッケル(Ni)からなる内層5A、及び、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、その先端面が絶縁碍子2の先端から突出している。

0028

加えて、中心電極5の先端部には、円柱状のチップ31の基端部が接合されている。本実施形態において、チップ31は、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により形成されている。尚、本実施形態において、チップ31の高さ〔軸線CL1方向に沿ったチップ31の先端面から中心電極5(チップ31が中心電極5に接触していない場合には、後述する溶融部35)までの最大距離〕が、所定範囲内(例えば、0.3mm以上3.0mm以下)とされている。チップ31の高さが所定範囲内とされることで、優れた耐消耗性等を実現しつつ、材料コストの増大抑制が図られるようになっている。

0029

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。

0030

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。

0031

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係合させるための断面六角形状工具係合部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。

0032

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の段部14及び主体金具3の段部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。

0033

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。

0034

また、図2に示すように、主体金具3の先端部26には、棒状の接地電極27が接合されている。接地電極27は、自身の略中間部分にて曲げ返されており、自身の先端部にIr、Pt、W、Pd、又は、これらの少なくとも一種を主成分とする合金からなる突出部27Pを備えている。そして、チップ31の先端部と接地電極27の先端部(突出部27P)との間には、間隙としての火花放電間隙33が形成されており、当該火花放電間隙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。

0035

さらに、本実施形態において、チップ31は、自身と中心電極5とが溶け合ってなる溶融部35を介して中心電極5に接合されている。溶融部35は、中心電極5の側面(外周面)側からレーザービーム又は電子ビーム(本実施形態では、ファイバーレーザー等の高エネルギーレーザービーム)が周方向に沿って間欠的に照射されることで形成されている。そのため、溶融部35は、図3に示すように、周方向に沿って連なるようにして複数設けられている。そして、各溶融部35は、レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、外気に露出する露出面35Eを備えている。尚、本実施形態において、露出面35Eは、中心電極5の側面及びチップ31の側面に跨って形成されている。また、溶融部35は、チップ31の先端面31Fと平行な方向から軸線CL1方向後端側に傾けた方向でレーザービーム等を照射することにより形成されている。

0036

加えて、図4に示すように、軸線CL1を含むとともに、露出面35Eの中心CPを通る断面(溶融部35のうち内側に最も入り込んだ部位が現れると考えられる断面)において、チップ31の側面における、チップ31の先端と溶融部35との間の軸線CL1に沿った距離をC(mm)とし、チップ31の側面よりも軸線CL1側に位置し、溶融部35のうちチップ31の先端面31Fに最も接近する部位35Xと、チップ31の先端面31Fとの間の軸線CL1に沿った距離をB(mm)としたとき、C−B≧0.02を満たすように構成されている。すなわち、チップ31のうち側面側に位置する部位の軸線CL1に沿った厚さが、チップ31のうち中心側に位置する部位の軸線CL1に沿った厚さよりも十分に大きくなるように構成されている。

0037

尚、「露出面35Eの中心CP」とあるのは、図3に示すように、露出面35Eの外周線の中心をいう。但し、露出面35Eが重なり合うことで前記外周線が明確にならない場合、「露出面35Eの中心CP」は、前記外周線のうち比較的明確なものを通るように描かれた仮想円の中心をいう。

0038

さらに、図5に示すように、軸線CL1を含むとともに、露出面35Eの中心CPを通る断面において、溶融部35のうちチップ31の先端面31Fに最も接近する部位35X、及び、チップ31の側面における溶融部35の軸線CL1方向先端の部位35Yを結んだ直線TLと、チップ31の先端面の外形線(図5では、これに平行な直線PL)とのなす角のうち鋭角の角度をa(°)としたとき、30≧aを満たすように構成されている。すなわち、溶融部35のうち中心側に位置する部位が、チップ31の先端面31Fに向けて過度に入り込まないように構成されており、チップ31のうち中心側に位置する部位の厚さが十分に確保されるようになっている。

0039

加えて、本実施形態では、図6に示すように、前記断面において、チップ31と中心電極5の内層5Aとの間の最短距離E、及び、溶融部35と内層5Aとの間の最短距離Fのうち短い方の距離をD(mm)としたとき(本実施形態では、最短距離Fが距離Dとされている)、D≦2.0を満たすように構成されている。

0040

尚、本実施形態では、露出面35Eの中心CPを通り、軸線CL1を含むそれぞれの断面において、上述した各式(C−B≧0.02、30≧a、及び、D≦2.0)を満たすように構成されている。しかしながら、全ての溶融部35(露出面35E)において、上述の各式を満たす必要はなく、上述の各式は、複数の露出面35Eの中心CPのうち、少なくとも1つの中心CPを通り、軸線CL1を含む断面において満たされていればよい(但し、複数の露出面35Eにおいて、上述の各式を満たすことがより好ましい)。尚、上述した各式の全てを満たす必要はなく、少なくともC−B≧0.02を満たしていればよい。

0041

以上詳述したように、本実施形態によれば、前記距離B及び距離Cが、C−B≧0.02mmを満たすように構成されており、チップ31のうち側面側に位置する部位の肉厚が、チップ31のうち中心(軸線CL1)側に位置する部位の肉厚よりも十分に大きなものとされている。従って、チップ31のうち消耗が進みやすい部位の肉厚が大きく確保されることとなり、チップ31自体の肉厚(高さ)を増大させることなく、火花放電間隙33側への溶融部35の表出を長期間に亘って抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、材料コストの増大を招くことなく、耐久性の飛躍的な向上を図ることができ、ひいては一層の長寿命化を図ることができる。

0042

さらに、30°≧aを満たすように構成されており、溶融部35のうち内側に位置する部位がチップ31側に向けて過度に入り込まないように構成されている。従って、溶融部35のうちチップ31側に位置する面が消耗時におけるチップ31先端面の形状にほぼ沿った形状となり、その結果、チップ31がほとんどない状態となって初めて溶融部35が火花放電間隙33側に表れるようになる(すなわち、チップ31が極めて有効的に用いられることとなる)。これにより、溶融部35の火花放電間隙33側への表出をより一層長期間に亘って防止することができ、耐久性の更なる向上を図ることができる。

0043

また、D≦2.0を満たすことで、チップ31の熱を熱伝導性に優れる内層5Aに対して効率的に伝導することができる。従って、チップ31の過熱を抑制することができ、耐久性をより一層高めることができる。

0044

加えて、本実施形態では、チップ31が、Ir、Pt、W、Pd、又は、これらの金属のうち少なくとも一種を主成分とする合金により構成されている。そのため、チップ31の耐消耗性や耐酸化性をより向上させることができ、耐久性のより一層の向上を図ることができる。

0045

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、前記距離Bを0.1mm、0.2mm、又は、0.3mmとした上で(尚、距離Bを0.1mmとした際には、高さ0.2mmのチップを用い、距離Bを0.2mmとした際には、高さ0.3mmのチップを用い、距離Bを0.3mmとした際には、高さ0.4mmのチップを用いた)、ファイバーレーザーの照射角度を調節することにより前記距離C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耐消耗性評価試験を行った。耐消耗性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定のチャンバーに取付けた上で、チャンバー内の圧力を空気で0.4MPaに設定した。次いで、出力エネルギー60mJ、出力周波数60Hzの点火コイルを用いて、距離Bを0.1mmとしたサンプルは75時間に亘って放電させ、距離Bを0.2mmとしたサンプルは150時間に亘って放電させ、距離Bを0.3mmとしたサンプルは200時間に亘って放電させた〔尚、放電時間を変更したのは、距離B(チップ高さ)の相違に伴い、チップの先端面から溶融部までの距離(チップの厚さ)が異なる点を考慮したためである〕。放電後、各サンプルにおける火花放電間隙の大きさ(間隙のうち最も広い部分の大きさ)を計測し、試験前におけるサンプルの火花放電間隙の大きさに対する増加量(間隙増加量)を算出した。図7に、C−Bの値と間隙増加量との関係を表すグラフを示す。尚、図7においては、距離Bを0.1mmとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、距離Bを0.2mmとしたサンプルの試験結果を三角印で示し、距離Bを0.3mmとしたサンプルの試験結果を四角印で示す。また、距離Bが大きいほど間隙増加量が大きいのは、上述の通り、距離Bの相違に伴い放電時間が異なることによる。

0046

加えて、各サンプルともに、チップをIr合金による形成するとともに、その外径を0.8mmとした。また、接地電極には突出部を設け、当該突出部をPt合金により形成するとともに、その外径を0.7mm、その高さを0.8mmとした。さらに、試験前における火花放電間隙の大きさを各サンプルともに0.8mmとした。

0047

図7に示すように、C−Bを0.02mm未満としたサンプルは、間隙増加量が比較的大きく、耐久性に劣ることが明らかとなった。これは、チップのうち側面側の部位において特に消耗が進みやすいところ、C−Bを0.02mm未満としたことで、溶融部のうちチップの側面側に位置する部位が火花放電間隙側に比較的早い段階で表れてしまったためであると考えられる。

0048

これに対して、C−Bを0.02mm以上としたサンプルは、間隙増加量が低減し、優れた耐久性を有することが明らかとなった。これは、特に消耗しやすい、チップの側面側部位においてその肉厚が十分に確保され、溶融部が火花放電間隙側に表れにくくなったためであると考えられる。

0049

上記試験の結果より、耐久性の向上を図るべく、C−B≧0.02mmを満たすように構成することが好ましいといえる。

0050

次に、C−Bを0.2mmとした上で、ファイバーレーザーの照射角度を変更することにより、前記角度aを35°、30°、又は、25°と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放電時間を200時間として上述の耐消耗性評価試験を行った。図8に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、チップをIr合金により形成するとともに、その外径を0.8mm、その高さを0.5mmとした。また、接地電極の突出部をPt合金により形成するとともに、その外径を0.7mm、その高さを0.8mmとした。また、試験前における火花放電間隙の大きさを各サンプルともに0.8mmとした。

0051

図8に示すように、角度aを30°以下としたサンプルは、非常に優れた耐久性を有することが分かった。これは、角度aを30°以下としたことで、溶融部のうちチップ側に位置する面が消耗時におけるチップ先端面の形状にほぼ沿った形状となり、その結果、チップが有効的に用いられ(すなわち、チップがほとんどない状態となって初めて溶融部が火花放電間隙側に表れるようになり)、火花放電間隙側への溶融部の表出が一層長期間に亘って防止されたためであると考えられる。

0052

上記試験の結果より、耐久性の更なる向上を図るべく、30°≧aを満たすように構成することが好ましいといえる。

0053

次いで、チップと内層との間の最短距離Eを1.5mm、2.0mm、又は、2.5mmとした上で、溶融部と内層との間の最短距離Fを変更することで、前記距離D(最短距離E、及び、最短距離Fのうち短い方の距離)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。机上バーナー試験の概要は次の通りである。すなわち、最短距離E及び最短距離Fを2.0mmとしたときにチップの温度が約900℃となる条件で、バーナーによりサンプルの先端部を加熱し、加熱時におけるチップの温度を測定した。尚、チップ温度が低いほど、チップの耐酸化性や耐消耗性を向上させることができ、チップの耐久性の面で好ましいといえる。表1及び図9に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、チップをIr合金により形成するとともに、その外径を0.8mmとし、その高さを0.5mmとした。

0054

0055

表1及び図9に示すように、距離Dを2.0mm以下とすることで、加熱時におけるチップ温度が大幅に低下し、チップの過熱を効果的に抑制できることが明らかとなった。

0056

上記試験の結果より、耐久性をより一層向上させるという観点から、D≦2.0mmを満たすように構成することが好ましいといえる。

0057

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。

0058

(a)上記実施形態において、溶融部35はレーザービーム等を間欠的に照射することで形成されているが、レーザービーム等を中心電極5に対して相対移動させながら連続的に照射することで溶融部を形成してもよい。この場合、図10に示すように、溶融部36は、外表面において中心電極5の周方向に沿って延びる露出面36Eを有することとなる。このとき、「露出面36Eの中心」とあるのは、露出面36Eの外周線のうち中心電極5側に位置する線L1とチップ31側に位置する線L2との中央に位置する仮想線VL上の点のうち、前記中心電極5側の線L1と前記チップ31側の線L2との間の軸線CL1に沿った間隔が最大となる箇所に位置する点をいう。この点を通るとともに、軸線CL1を含む断面において、溶融部36のうち内側に最も入り込んだ部位が現れると考えられるためである。

0059

(b)上記実施形態において、露出面35Eは、中心電極5の側面及びチップ31の側面に跨って形成されているが、例えば、レーザービーム等の照射位置を軸線CL1方向後端側に変更することで、図11に示すように、露出面37Eが中心電極5の側面にのみ形成されるように溶融部37の形成位置を調節してもよい。すなわち、チップ31のうち側面側の部位が溶融しないように構成してもよい。この場合には、特に消耗しやすいチップ31の側面側部位の肉厚を最大限確保することができ、耐消耗性をより一層向上させることができる。また、チップ31の側面に露出面が形成されないため、外観品質を向上させることができる。

0060

(c)上記実施形態における溶融部35の内側への入り込み量は例示であって、少なくとも溶融部35は、中心電極5に対してチップ31を接合可能な程度の入り込み量を備えていればよい。従って、例えば、図12に示すように、溶融部38の内側への入り込み量を比較的小さくすることとしてもよい。また、図13に示すように、溶融部39が軸線CL1を超えて内側に入り込んでいてもよい。

0061

(d)上記実施形態では、前記断面において、溶融部35の外形線がチップ31側及び中心電極5側において直線状をなし、軸線CL1側において鋭角状に形成されているが、溶融部35の断面形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図14及び図15に示すように、溶融部41,42の外形線がチップ31側及び中心電極5側に膨出する湾曲状をなすように構成してもよい。尚、このような溶融部41,42は、中心電極5にチップ31を接合する際に、YAGレーザーを用いることで形成することができる。また、このような場合においても、角度aは、図14に示すように、溶融部41のうちチップ31の先端面31Fに最も接近する部位41X、及び、チップ31の側面における溶融部41の軸線CL1方向先端の部位41Yを結んだ直線TL2と、チップ31の先端面31Fの外形線(図14では、これに平行な直線PL)とのなす角のうち鋭角の角度となる。

0062

(e)上記実施形態では、チップ31の先端部と突出部27Pとの間に火花放電間隙33が形成されているが、接地電極27に突出部27Pを設けることなく、チップ31の先端部と接地電極27のチップ31側の面との間に火花放電間隙33を形成してもよい。

0063

(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)。

0064

(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。

0065

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
5A…内層
5B…外層
27…接地電極
31…チップ
31F…(チップの)先端面
33…火花放電間隙(間隙)
35…溶融部
35E…露出面
CL1…軸線
CP…(露出面の)中心
TL…直線

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