JP2005063705A

JP2005063705A - スパークプラグ

Info

Publication number: JP2005063705A
Application number: JP2003208047A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hiramatsu; 伸一平松; Masahiro Ishikawa; 雅啓石川; Yoshihiro Matsubara; 佳弘松原
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】接地電極の腐食、消耗及び起き上がりを防止し、スパークプラグの長寿命化を実現する。
【解決手段】内部に熱伝導性に優れた金属芯材１１Ｄを備えた接地電極１１は、その長手方向に直交する断面が略長方形に形成され、側面視略「逆への字」形状に形成され、その一端部１１Ａを主体金具５のねじ部５Ｂの先端部５Ｄに２つ以上の溶接方法を組み合わせた溶接方法で溶接されている。この接地電極１１は、他端部１１Ｂの内面１１Ｅを中心電極２の先端面２Ｂと平行に所定間隙を開けて折り曲げられている。この折り曲げ角は、接地電極１１の中心電極２側の内周面の曲率の最大部分での接線１１Ｆと、中心電極２の先端面２Ｂの平面２Ｂを水平に延設した仮想平面２Ｃとの交差角の内、小さい角θ１が０〜４５度に成っている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関し、詳細には、接地電極が表面金属層よりも熱伝導性に優れた金属芯材を備えたスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられているが、内燃機関の高出力化、高効率化、長時間の連続運転等により、スパークプラグの接地電極に対する熱負荷が増大し、接地電極が消耗し易くなってきている。この問題を解決するために、接地電極の温度低減を目的として、内部に当該接地電極の表面金属層よりも熱伝導性に優れた金属を埋設した複合接地電極を備えたスパークプラグが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載のスパークプラグでは、角棒状に形成された接地電極の芯材としてＮｉを主成分とした合金を用い、当該芯材をＣｕで被覆し、その外側の表面金属層をＮｉを主成分とした合金で被覆した３層構造としている。そして、この接地電極は、略Ｌ字型に折り曲げられて、その先端部が中心電極と対向するように形成されている。このスパークプラグでは、接地電極の内部にＣｕで被覆した接地電極を設けているので接地電極の温度が低減し耐消耗性に優れるという面で非常に効果がある。また、芯材をＮｉを主成分とした合金とすることで折り曲げられた接地電極が、熱負荷により中心電極から離間する方向に移動する現象（以下「起き上がり」という。）が発生するのを抑制し、火花放電間隙が広がってしまうのを抑制した。火花放電間隙が広がってしまうと、火花放電が起きなくなり、失火の原因となる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３３３７６９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に記載のスパークプラグでは、接地電極の表面金属層をＮｉを主成分とした合金で被覆しているので、高負荷で長時間運転される内燃機関（ガスエンジン等）に当該スパークプラグが使用されると、熱負荷により電極が消耗して耐久性能が十分でない虞があった。また、接地電極を略Ｌ字状に折り曲げているので、高負荷で長時間運転される内燃機関に当該スパークプラグが使用されると、抑制されていた起き上がりが発生して中心電極と接地電極との間の火花放電間隙が広がってしまう虞があった。
【０００５】
そこで、特開平５−７４５４９号公報のように筒状の主体金具の先端部に一端部が接合され他端部が中心電極に対向するように当該主体金具の先端部から斜めに延設された接地電極を備えたスパークプラグも提案されている。このスパークプラグでは、接地電極の折損防止のために、芯材にＮｉ、Ｎｉ合金、Ｃｕ、又はＣｕ合金が用いられ、その芯材を覆う表面金属層に貴金属であるＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ又はこれらの合金が用いられている。このスパークプラグは、接地電極の耐熱性及び耐消耗性に優れている。また、接地電極が主体金具から斜めに延設されているので起き上がりが発生せず、火花放電間隙が広がってしまうのを抑制できる。
【０００６】
しかしながら、このスパークプラグでは、接地電極が主体金具の先端部から中心電極の先端部に向けて斜めに延設されているので、接地電極と対向する側の中心電極の先端部の角と接地電極との間で火花放電が行われ、当該中心電極の先端部の角が偏消耗してしまうという問題点があった。
【０００７】
また、接地電極の消耗の抑制、長寿命化を目的として接地電極のすべてを貴金属を主成分とした合金から構成することもできるが、この場合には熱負荷の非常に厳しいエンジン条件下で長時間使用されると、接地電極の加熱により接地電極に異常な腐食が生じるという問題点があった。特に、火花放電間隙が狭い構造のスパークプラグの場合には、この腐食によって接地電極と中心電極との間にブリッジが生じるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、接地電極の耐熱性を向上させて接地電極の腐食、消耗を防止しつつ起き上がりや中心電極の先端部の偏消耗も抑制でき、スパークプラグの長寿命化を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために請求項１に記載の発明のスパークプラグは、軸線方向に貫通した貫通孔に中心電極が挿設された絶縁碍子と、当該絶縁碍子を保持する主体金具と、当該主体金具の先端部に一端部が接合され他端部が前記中心電極に対向する接地電極とを備え、前記接地電極の他端部の内面と前記中心電極の先端部との間に火花放電間隙を形成したスパークプラグであって、前記接地電極の表面を覆う貴金属又はその合金からなる表面金属層と、前記接地電極の内部に設けられ前記表面金属層より熱伝導性に優れた金属芯材と、前記中心電極の前記先端部に、当該中心電極の軸線方向と直交する方向に形成された平面からなる火花放電面とを備え、当該火花放電面と前記内面とは平行に形成され、前記接地電極の前記中心電極側の内周面の曲率の最大部分での接線と、前記内面を水平に延設した仮想平面との交差角の内、小さい角が０〜４５度であることを特徴とする。
【００１０】
この構成の発明では、接地電極の表面を貴金属又はその合金からなる表面金属層で覆っているので接地電極の耐消耗性を高めることができる。また、接地電極の内部に表面金属層より熱伝導性に優れた金属芯材を埋設しているので、接地電極から主体金具への放熱が促進され、接地電極の加熱を防止でき、耐消耗性に効果がある。また、接地電極の腐食を防止することもできる。さらに、中心電極の軸線方向と直交する方向に形成された平面からなる火花放電面と接地電極の他端部の内面とは平行に形成され、接地電極の中心電極側の内周面の曲率の最大部分での接線と、前記内面を水平に延設した仮想平面との交差角の内、小さい角が０〜４５度であるので、接地電極の折り曲げ角度が従来よりも大きくなく、熱負荷の大きいエンジン条件下で長時間使用されても、接地電極の起き上がりが生じない。また、火花放電面と接地電極の内面とは平行になっているので、火花放電により、中心電極の先端部角が偏消耗することがない。従って、接地電極の耐熱性を向上し、接地電極の腐食、消耗を防止しつつ起き上がりや中心電極の先端部の偏消耗も抑制でき、スパークプラグの長寿命化を図ることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記貴金属は、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｅの少なくとも一つであることを特徴とする。
【００１２】
この構成の発明では、請求項１に記載の発明の作用・効果に加えて、接地電極の表面をＰｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｅ又はその合金からなる表面金属層で覆っているので、接地電極の消耗を防止できる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明のスパークプラグは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、前記金属芯材は、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ又はその合金の少なくとも一つから構成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成の発明では、請求項１又は２に記載の発明の作用・効果に加えて、接地電極の金属芯材は、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ又はその合金の少なくとも一つから構成されているので、接地電極から主体金具への放熱が促進され、接地電極の加熱を防止でき、耐消耗性に効果がある。又、接地電極の腐食も防止できる。なお、金属芯材は、表面金属層よりも熱伝導率の優れたものを使用する。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明のスパークプラグは、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記接地電極は、前記金属芯材内に設けられ前記金属芯材と異なる金属からなる内部金属材を有し、前記金属芯材は前記内部金属材及び前記表面金属層よりも熱伝導性に優れることを特徴とする。
【００１６】
この構成の発明では、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の作用・効果に加えて、接地電極の金属芯材の中に、当該金属芯材と異なる金属からなる内部金属材を有し、金属芯材は内部金属材及び表面金属層よりも熱伝導性に優れた金属を用いているので、金属芯材が表面金属層よりも熱伝導性に優れる金属のみから構成されたものに比べて、金属芯材の中に、熱膨張率が当該金属芯材よりも表面金属層を構成する金属に近いもの又は表面金属層を構成する金属と同じものが設けられているので、金属芯材と表面金属層の熱膨張率の違いによる接地電極の起き上がりを効果的に防止できる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明のスパークプラグは、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記主体金具への前記接地電極の接合面に前記金属芯材が存在しないことを特徴とする。
【００１８】
この構成の発明では、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の作用・効果に加えて、主体金具への接地電極の接合面に金属芯材が存在しないので、接地電極を主体金具へ溶接するときに接合面での溶接温度の低下を招くことなく、接地電極の主体金具への接合強度を高めることができる。また、接地電極の主体金具への接合強度が高いので、製造工程で接地電極を屈曲させたときに、接地電極と主体金具との接合箇所に亀裂による隙間が生じることを防止できる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明のスパークプラグは、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記接合面と、前記金属芯材を前記接合面に延設した仮想平面に投影した正射影像とは重ならないことを特徴とする。
【００２０】
この構成の発明では、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の作用・効果に加えて、接合面と、金属芯材を接合面に延設した仮想平面に投影した正射影像とは重ならない、即ち、接地電極と主体金具の接合面近傍に金属芯材が無いので、接地電極と主体金具との溶接時に接合面の溶接温度が低下することなく、接合面の強度の低下を防止できる。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明のスパークプラグは、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記金属芯材を前記火花放電面を水平に延設した仮想平面に投影した正射影像が前記火花放電面に少なくとも一部重なっていることを特徴とする。
【００２２】
この構成の発明では、請求項１乃至６の何れかに記載の発明の作用・効果に加えて、金属芯材を火花放電面を水平に延設した仮想平面に投影した正射影像が火花放電面に少なくとも一部重なっている、即ち、熱伝導性に優れた金属芯材を接地電極の火花放電部まで封入しているので、接地電極の先端部の温度低減を図ることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明のスパークプラグは、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記接地電極と前記主体金具とは、抵抗溶接、レーザー溶接、アーク溶接のうち少なくとも２つ以上の溶接方法により接合されていることを特徴とする。
【００２４】
この構成の発明では、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の作用・効果に加えて、接地電極と記主体金具とは、抵抗溶接、レーザー溶接、アーク溶接のうち少なくとも２つ以上の溶接方法により接合されているので、接合強度が低い貴金属を使用した場合でも、接地電極と記主体金具との接合強度を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の形態の内燃機関用のスパークプラグ１００について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態のスパークプラグ１００の部分断面図である。図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、絶縁体を構成する絶縁碍子１と、絶縁碍子１の長手方向略中央部に設けられ当該絶縁碍子１を保持する主体金具５と、絶縁碍子１内に軸線方向に保持された中心電極２と、主体金具５の先端部５Ｄに一端部を溶接され、他端部を中心電極２の先端面２Ｂに対向する接地電極１１と、中心電極２の上端部に設けられた端子金具４とから構成されている。
【００２６】
次に、このスパークプラグ１００の絶縁体を構成する絶縁碍子１について説明する。絶縁碍子１は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その後端部（図１に於ける上部）には、沿面距離を稼ぐためのコルゲーション１Ａが形成されている。また、絶縁碍子１の先端部（図１に於ける下部）には、内燃機関の燃焼室に曝される脚長部１Ｂが設けられている。さらに、絶縁碍子１の軸中心には中心貫通孔１Ｃが形成され、この中心貫通孔１Ｃには、インコネル（商標名）６００又は６０１等のニッケル系合金等からなる電極母材２Ａを少なくとも表層部に有する中心電極２が保持されている。この中心電極２の先端面２Ｂは、絶縁碍子１の先端面から突出しており、この先端面２Ｂは、中心電極２の軸線方向と直交する平面に形成されている。また、中心電極２は中心貫通孔１Ｃの内部に設けられたシール体１２、セラミック抵抗３を経由して上方の端子金具４に電気的に接続され、端子金具４には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され高電圧が印加されるようになっている。
【００２７】
次に、主体金具５について説明する。図１に示すように、主体金具５は、絶縁碍子１を保持し、図示外の内燃機関にスパークプラグ１００を固定するためのものである。絶縁碍子１は主体金具５に囲まれて支持されている。主体金具５は低炭素鋼材で形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部である六角部５Ａと、図示外の内燃機関の気筒の上部に螺合するねじ部５Ｂとを備えている。このねじ部５Ｂの規格の一例としては、Ｍ１４等が用いられる。主体金具５は、かしめ部５Ｃをかしめることにより、段部５３に絶縁硝子１が板パッキン８を介して支持されて主体金具５と絶縁碍子１とが一体にされる。かしめによる密閉を完全なものとするため、主体金具５と絶縁碍子１との間に環状のリング部材６，７が介在され、リング部材６，７の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。また、主体金具５の中央部には、鍔部５１が形成され、ねじ部５Ｂの後端（図１に於ける上部）、即ち、鍔部５１の座面５２にはガスケット１０が嵌挿されている。尚、六角部５Ａの対辺寸法は、一例として１６ｍｍであり、主体金具５の座面５２から先端部５Ｄまでの長さは、一例として１９ｍｍである。
【００２８】
また、ねじ部５Ｂの先端部５Ｄには、自身の長手方向と直交する横断面が略長方形であり、屈曲された角棒状の外形を呈する接地電極１１が溶接により接合されている。尚、接地電極１１の構造の詳細は後述する。この接地電極１１は中心電極２の先端面２Ｂと軸方向に対向し、中心電極２と接地電極１１との対向面の隙間が火花放電間隙を形成している。
【００２９】
次に、図２乃至図４を参照して、接地電極１１の構造を説明する。図２は、第１の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の近傍の部分断面図であり、図３は、第２の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の部分断面図であり、図４は、第１の実施の形態の接地電極１１の斜視図である。図２及び図４に示すように、接地電極１１は、その長手方向に直交する側面が略長方形に形成され、側面視略「逆への字」形状に折り曲げられて形成されている。また、この接地電極１１は、その一端部１１Ａをねじ部５Ｂの先端部５Ｄに溶接されている。この溶接には、抵抗溶接、レーザー溶接、アーク溶接のうち少なくとも２つ以上の溶接方法を組み合わせた溶接が行われる。例えば、抵抗溶接を行った後に、レーザー溶接の一例であるヤグレーザーによる溶接を行う。また、抵抗溶接を行った後に、アーク溶接を行っても良い。さらに、レーザー溶接を行った後にアーク溶接を行っても良い。また、抵抗溶接を行った後に、レーザー溶接の一例であるヤグレーザーによる溶接を行い、さらに、アーク溶接を行っても良い。
【００３０】
上記の方法で溶接された接地電極１１は、図２に示すように、他端部１１Ｂの内面１１Ｅを中心電極２の先端面２Ｂと平行に所定間隙を開けて折り曲げられている。この折り曲げ角は、接地電極１１の中心電極２側の内周面の曲率の最大部分での接線１１Ｆと、中心電極２の先端面２Ｂの平面を水平に延設した仮想平面２Ｃとの交差角の内、小さい角θ１が０〜４５度に成るようにしている。尚、小さい角θ１が０度となる場合は、図３に示す第２の実施の形態のように、真っ直ぐな角棒状の接地電極１１の一端部１１Ａが主体金具５のねじ部５Ｂの先端部５Ｄから凸設されている電極保持部５Ｇのスパークプラグ１００の長手方向の端面（図３に於ける下面）に溶接され、当該接地電極１１がスパークプラグ１００の長手方向と直交する方向に延設されている場合である。即ち、中心電極２の先端面２Ｂと接地電極１１全体とが平行になっている。尚、この小さい角θ１を０〜４５度に形成している理由については後述する。
【００３１】
次に、接地電極１１の構造の詳細について説明する。図２に示すように、接地電極１１の外周部は、貴金属又はその合金からなる表面金属層１１Ｃから構成されている。この表面金属層１１Ｃを構成する金属の一例としては、本実施の形態では、耐消耗性に優れたＰｔ−Ｉｒ合金を用いている。また、この表面金属層１１Ｃとしては、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｅ等の貴金属の少なくとも一つ又は、これらの合金の少なくとも一つを用いても良い。表面金属層１１Ｃにこれらの貴金属及びその合金を用いるのは、耐消耗性を高めるためである。
【００３２】
また、接地電極１１の内部には、その長手方向に沿って、接地電極１１の熱を主体金具５に放熱するための金属芯材１１Ｄが埋設され、この金属芯材１１Ｄは、接地電極１１と主体金具５のねじ部５Ｂの先端部５Ｄとの接合面５Ｅには露出しないように接地電極１１の内部に埋設されている。即ち、当該接合面５Ｅには、金属芯材１１Ｄが存在しないようになっている。また、接合面５Ｅと、金属芯材１１Ｄを接合面５Ｅに延設した仮想平面５Ｆに投影した正射影像とは重ならないようになっている。即ち、図２において、金属芯材１１Ｄが、接合面５Ｅの垂直方向の仮想領域に存在しないようになっている。さらに、金属芯材１１Ｄを中心電極２の先端面２Ｂを水平に延設した仮想平面２Ｃに投影した正射影像が中心電極２の先端面２Ｂに少なくとも一部重なっており、好ましくは、全部重なっている。
【００３３】
次に、金属芯材１１Ｄの材質について説明する。金属芯材１１Ｄの材質は、表面金属層１１Ｃよりも熱伝導性に優れるものが使用されている。具体的には、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ又はその合金の少なくとも一つの内、表面金属層１１Ｃに用いられるの金属よりも熱伝導性に優れるものを選択して用いる。以下、表面金属層１１Ｃに用いられる貴金属のＰｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｅと、金属芯材１１Ｄに用いられるＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇの熱伝導率について表１を参照して説明する。
【００３４】
【表１】

表１に示すように、Ｐｔの熱伝導率は、７１．４（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｉｒの熱伝導率は、１４６（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｒｈの熱伝導率は、１５０（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｗの熱伝導率は、１７８（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｒｕの熱伝導率は、１１７（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｒｅの熱伝導率は、４７．９（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｃｕの熱伝導率は、３９８（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｎｉの熱伝導率は、９０．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ｆｅの熱伝導率は、８０．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ａｕの熱伝導率は、３１５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、Ａｇの熱伝導率は、４２７（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
【００３５】
例えば、表面金属層１１ＣにＰｔ合金を使用した場合には、Ｐｔより熱伝導率の高い（熱伝導性に優れる）Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｆｅを金属芯材１１Ｄとして使用する。又、表面金属層にＩｒ合金を使用した場合には、Ｉｒよりも熱伝導率の高いＣｕ，Ａｕ，Ａｇを金属芯材として使用する。このＣｕ製の金属芯材１１Ｄにより、接地電極１１の熱を主体金具５に伝導する所謂「熱引き」が向上し、接地電極１１の加熱が防止できる。又、接地電極の異常な腐食を抑制することもできる。
【００３６】
［実施例１］次に、図２、図４及び図５を参照して、接地電極１１の中心電極２側の内周面の曲率の最大部分での接線１１Ｆと、中心電極２の先端面２Ｂの平面２Ｂを水平に延設した仮想平面２Ｃとの交差角の内、小さい角θ１が０〜４５度に成るようにしている理由について説明する。図５は、実施例１の接地電極１１の余角θ１の角度と起き上がり量を示すグラフである。
【００３７】
発明者は、接地電極１１の折曲角度である余角θ１をどの範囲に定めたら接地電極１１を高温に晒した場合にも接地電極１１の起き上がり量が少なくなるかを調べる試験を行った。この試験では、実施例１として、図２に示す第１の実施の形態及び図３に示す第２の実施の形態の構成を有するスパークプラグ１００の接地電極１１を、図４に示すように、幅２．２ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、長さ９ｍｍとして、金属芯材１１ＤをＣｕとし、表面金属層１１ＣをＰｔ−Ｉｒ合金から構成した。この構成の接地電極１１の余角θ１を０度、１５度、３０度、４５度、６０度と変化させて、起き上がり量を各角度で各々２回測定する試験を行った。
余角θ１が０度の場合は第２の実施の形態の構成を有するスパークプラグ１００を用い、他は、第１の実施の形態の構成を有するスパークプラグ１００を用いた。試験の条件は、実施例１のプラグを２．０Ｌの６気筒エンジンに装着して、５０００ｒｐｍの全開（スロットル１００％）を１分とアイドリング１分とを交互に繰り返し、合計で１００時間エンジンを運転した。このときに接地電極１１の外側の温度は９５０℃であった。そして、試験前の接地電極１１の先端部の位置に対して、試験後の接地電極１１の先端部の位置を比較し、接地電極１１の他端部１１Ｂが中心電極２の先端面２Ｂから離間する方向へ移動する量である「起き上がり量」を測定した。
【００３８】
尚、図５に示すグラフでは、余角θ１の各角度での起き上がり量の測定値の平均によりグラフを描いた。図５に示すように、接地電極１１の余角θ１が０度の場合には、起き上がり量の平均が、０ｍｍであり、接地電極１１の余角θ１が１５度の場合には、起き上がり量の平均が、０．００５ｍｍであり、接地電極１１の余角θ１が３０度の場合には、起き上がり量の平均が、０．０１０ｍｍであり、接地電極１１の余角θ１が４５度の場合には、起き上がり量の平均が、０．０１５ｍｍであり、接地電極１１の余角θ１が６０度の場合には、起き上がり量の平均が、０．０９ｍｍである。この結果から、接地電極１１の余角θ１が０〜４５度の場合には、接地電極１１の起き上がり量は、０．０１５ｍｍ以下で問題とならないが、接地電極１１の余角θ１が６０度の場合には、接地電極１１の起き上がり量が、０．０９ｍｍにもなり、火花放電間隙が広がってしまい、火花放電が弱くなったり、火花放電が起きなくなったりして、失火の原因となる。従って、上記の試験の結果により、接地電極１１の余角θ１は、０〜４５度の範囲が良いことが判明した。
【００３９】
次に、図６を参照して、上記の実施例１のスパークプラグ１００を用いて、行った耐久試験の結果を説明する。図６は、実施例１のスパークプラグ１００、比較例１のスパークプラグ（図示外）及び比較例２のスパークプラグ（図示外）を用いて行った耐久試験の結果を示すグラフである。比較例１のスパークプラグは、Ｎｉ合金の接地電極の先端部に貴金属チップを溶接したものであり、他の構造は実施例１のスパークプラグ１００と同様である。また、比較例２のスパークプラグは、接地電極全てを貴金属とし、他の構造は実施例１のスパークプラグ１００と同様である。実施例１のスパークプラグ１００、比較例１のスパークプラグ及び比較例２のスパークプラグを発電機用２４Ｌの６気筒エンジンに装着して耐久試験を行った。
【００４０】
図６に示すように、耐久試験の結果、比較例１のスパークプラグは約２５０時間で接地電極の貴金属チップが剥離した。また、比較例２のスパークプラグは、約３００時間で接地電極が腐食した。これに対して、実施例１のスパークプラグ１００では、１０００時間でも接地電極に問題が生じなかった。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態のスパークプラグ１００では、接地電極１１の表面金属層１１Ｃを貴金属又は貴金属の合金とし、接地電極１１の内部に表面金属層１１Ｃよりも熱伝導性の高い金属芯材１１Ｄを埋設しているので、接地電極１１から主体金具５への放熱性を高めて、接地電極１１が加熱により腐食するのを防止できる。また、接地電極１１の中心電極２側の内周面の曲率の最大部分での接線１１Ｆと、中心電極２の先端面２Ｂの平面を水平に延設した仮想平面２Ｃとの交差角の内、小さい角θ１を０〜４５度としているので、熱膨張率の異なる複数の金属から構成された接地電極１１が高温に長時間晒された場合に接地電極１１が中心電極２の先端面２Ｂから離間する方向へ移動する起き上がりが生じにくくなる。
【００４２】
尚、本発明は、上記の第１の実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。以下、図７及び図８を参照して、第３及び第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１について説明する。図７は、第３の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の部分断面図であり、図８は、第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の部分断面図である。尚、第３及び第４の実施の形態のスパークプラグ１００の主要構造は、第１の実施の形態のスパークプラグ１００と同じであり、異なる点は、接地電極１１の構造と接地電極１１と主体金具５の先端部５Ｄとの取付け構造である。従って、以下の第１の実施の形態のスパークプラグ１００と同じ点の説明は省略し、異なる点を説明する。
【００４３】
まず、図７を参照して、第３の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の構造を説明する。図７に示すように、第３の実施の形態の接地電極１１は、真っ直ぐな角棒状に形成され、その一端部１１Ａを主体金具５の先端部５Ｄからスパークプラグ１００の軸線方向と平行に凸設された電極保持部５Ｇの中心電極２側の側面に溶接されている。従って、接地電極１１は、主体金具５の先端部５Ｄから凸設された電極保持部５Ｇの中心電極２に対向する側面からスパークプラグ１００の長手方向と直交する方向に延設され、接地電極１１の他端部１１Ｂの内面１１Ｅが中心電極２の先端面２Ｂと所定の間隙を開けて対向する状態となっている。
【００４４】
この接地電極１１の表面も、第１の実施の形態と同様に、貴金属又はその合金からなる表面金属層１１Ｃから構成され、この接地電極１１の内部には、表面金属層１１Ｃよりも熱伝導性に優れる金属又はその合金から成る金属芯材１１Ｄが埋設されている。そして、金属芯材１１Ｄは、接地電極１１と主体金具５のねじ部５Ｂの先端部５Ｄとの接合面５Ｅには露出してない、即ち、当該接合面５Ｅには、金属芯材１１Ｄが存在しないようになっている。また、この第３の実施の形態では、接地電極１１の余角θ１は、０度となっている。
【００４５】
次に、図８を参照して、第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の構造を説明する。図８に示すように、第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の外観形状は、第１の実施の形態の接地電極１１と同様であり、主体金具５の先端部５Ｄへの取り付け構造も同様である。第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１が第１の実施の形態と異なるのは、接地電極１１の内部の構造である。具体的には、第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１は、内部から内部金属層１１Ｇ、金属芯材１１Ｄ、表面金属層１１Ｃの三層構造となっている。まず、接地電極１１の外周部は、第１の実施の形態と同様に、貴金属又はその合金からなる表面金属層１１Ｃから構成されている。この表面金属層１１Ｃを構成する金属の一例としては、Ｐｔ−Ｉｒ合金を用いる。また、この表面金属層１１Ｃとしては、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｅ等の貴金属の少なくとも一つ又は、これらの合金の少なくとも一つを用いても良い。
【００４６】
次に、この第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の金属芯材１１Ｄについて説明する。接地電極１１の内部には、第１の実施の形態の接地電極１１と同様に、金属芯材１１Ｄが接地電極１１の長手方向に沿って埋設されている。この金属芯材１１Ｄも第１の実施の形態と同様に、接地電極１１と主体金具５のねじ部５Ｂの先端部５Ｄとの接合面５Ｅには露出してない、即ち、当該接合面５Ｅには、金属芯材１１Ｄが存在しないようになっている。また、接合面５Ｅと、金属芯材１１Ｄを接合面５Ｅに延設した仮想平面５Ｆに投影した正射影像とは重ならないようになっている。即ち、図８において、金属芯材１１Ｄが、接合面５Ｅの垂直方向の仮想領域に存在しないようになっている。さらに、金属芯材１１Ｄを中心電極２の先端面２Ｂを水平に延設した仮想平面２Ｃに投影した正射影像が中心電極２の先端面２Ｂに少なくとも一部重なり、好ましくは、全部重なっている。
【００４７】
第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の金属芯材１１Ｄの材質は、第１の実施の形態と同様に、表面金属層１１Ｃよりも熱伝導性に優れるものを使用する。具体的には、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ又はその合金の少なくとも一つの内、用いられる表面金属層１１Ｃの金属よりも熱伝導性に優れるものを選択して用いる。
【００４８】
次に、内部金属層１１Ｇについて説明する。この内部金属層１１Ｇは、図８に示すように、金属芯材１１Ｄの内部に設けられ、この内部金属層１１Ｇは、金属芯材１１Ｄとは異なる金属から構成されている。そして、金属芯材１１Ｄの方が、内部金属層１１Ｇよりも熱伝導性に優れている。内部金属層１１Ｇに用いる金属の一例としては、貴金属のＰｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｅ又はこれらの合金を用いることができる。
【００４９】
この第４の実施の形態のように、接地電極１１を、内部から内部金属層、金属芯材、表面金属層の三層構造とし、前記金属芯材は内部金属層及び表面金属層よりも熱伝導性に優れる金属を用いることにより、接地電極１１から主体金具５への放熱効果を高める共に、熱伝導性の高い（良い）金属芯材と熱伝導性の低い（悪い）表面金属層との組み合わせによる熱膨張率の違いによる接地電極１１の起き上がりを、金属芯材よりも熱伝導性の低い、即ち、熱膨張率が表面金属層と同じ又は近い内部金属層により食い止めることができる。
【００５０】
次に、金属芯材１１Ｄの長さを短くした場合の例を図９及び図１０を参照して説明する。図９は、第５の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の部分断面図であり、図１０は、第６の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の部分断面図である。尚、第５の実施の形態のスパークプラグ１００の主要構造は、第１の実施の形態とスパークプラグ１００と同じであり、異なる点は、接地電極１１の金属芯材１１Ｄの長さである。また、第６の実施の形態のスパークプラグ１００の主要構造は、第２の実施の形態とスパークプラグ１００と同じであり、異なる点は、接地電極１１の金属芯材１１Ｄの長さである。従って、以下の異なる点を説明する。
【００５１】
図９及び図１０に示すように、第５及び第６の実施の形態の接地電極１１の金属芯材１１Ｄは、必ずしも接地電極１１の他端部１１Ｂ側の内部まで延設されている必要はなく、金属芯材１１Ｄを中心電極２の先端面２Ｂを水平に延設した仮想平面２Ｃに投影した正射影像が中心電極２の先端面２Ｂに少なくとも一部重なっている状態で有ればよい。この構成の接地電極１１でも熱を主体金具５に逃がして、接地電極１１の加熱を防止できる。又、接地電極１１の接合面５Ｅと、金属芯材１１Ｄを接合面５Ｅに延設した仮想平面５Ｆに投影した正射影像とが必ずしも重ならなければならない必要はなく図９、図１０のように一部が重なっているものでも良い。このようなものであっても接地電極の熱を主体金具に逃がして、接地電極１１の加熱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態のスパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の近傍の部分断面図である。
【図３】図３は、第２の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の近傍の部分断面図である。
【図４】図４は、実施例１の接地電極１１の斜視図である。
【図５】図５は、実施例１の接地電極１１の余角θ１の角度と起き上がり量を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例１のスパークプラグ１００、比較例１及び比較例２を用いて行った耐久試験の結果を示すグラフである。
【図７】図７は、第３の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の近傍の部分断面図である。
【図８】図８は、第４の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の近傍の部分断面図である。
【図９】図９は、第５の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の近傍の部分断面図である。
【図１０】図１０は、第６の実施の形態のスパークプラグ１００の接地電極１１の近傍の部分断面図である。
【符号の説明】
１絶縁碍子
２中心電極
２Ｂ先端面
４端子金具
５主体金具
５Ａ六角部
５Ｂねじ部
５Ｄ先端部
５Ｅ接合面
５Ｇ電極保持部
１１接地電極
１１Ａ一端部
１１Ｂ他端部
１１Ｃ表面金属層（第３層）
１１Ｄ金属芯材（第２層）
１１Ｅ内面
１１Ｇ内部金属層（第１層）
１００スパークプラグ

Claims

軸線方向に貫通した貫通孔に中心電極が挿設された絶縁碍子と、当該絶縁碍子を保持する主体金具と、当該主体金具の先端部に一端部が接合され他端部が前記中心電極に対向する接地電極とを備え、前記接地電極の他端部の内面と前記中心電極の先端部との間に火花放電間隙を形成したスパークプラグであって、
前記接地電極の表面を覆う貴金属又はその合金からなる表面金属層と、
前記接地電極の内部に設けられ前記表面金属層より熱伝導性に優れた金属芯材と、
前記中心電極の前記先端部に、当該中心電極の軸線方向と直交する方向に形成された平面からなる火花放電面とを備え、
当該火花放電面と前記内面とは平行に形成され、
前記接地電極の前記中心電極側の内周面の曲率の最大部分での接線と、前記内面を水平に延設した仮想平面との交差角の内、小さい角が０〜４５度であることを特徴とするスパークプラグ。
前記貴金属は、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｅの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
前記金属芯材は、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｕ，Ａｇ又はその合金の少なくとも一つから構成されてている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。
前記接地電極は、前記金属芯材内に設けられ前記金属芯材と異なる金属からなる内部金属材を有し、
前記金属芯材は前記内部金属材及び前記表面金属層よりも熱伝導性に優れることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のスパークプラグ。
前記主体金具への前記接地電極の接合面に前記金属芯材が存在しないことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のスパークプラグ。
前記接合面と、前記金属芯材を前記接合面に延設した仮想平面に投影した正射影像とは重ならないことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のスパークプラグ。
前記金属芯材を前記火花放電面を水平に延設した仮想平面に投影した正射影像が前記火花放電面に少なくとも一部重なっていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のスパークプラグ。
前記接地電極と前記主体金具とは、抵抗溶接、レーザー溶接、アーク溶接のうち少なくとも２つ以上の溶接方法により接合されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のスパークプラグ。