JP5185949B2

JP5185949B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP5185949B2
Application number: JP2009540532A
Authority: JP
Inventors: 健二布目
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: KR101215668B1; US8129891B2; EP2270937B1; WO2009130909A1; CN102017340B; EP2270937A1; US20110043093A1; EP2270937A4; JPWO2009130909A1; CN102017340A; KR20100135302A

Description

本発明は、中心電極の先端部と接地電極に配置された貴金属チップとの間に火花ギャップを形成するスパークプラグに関する。

スパークプラグには、メンテナンスフリー達成のための長寿命化のみならず、電極の小型化による着火性の向上や燃焼効率の向上が求められ、こうした要求に応えるため、中心電極における火花放電部位に白金、イリジウムなどの貴金属チップを接合したスパークプラグが多用されている。また、より一層の着火性の向上を図るため、貴金属チップを中心電極のみならず、接地電極（外側電極）に配置することが提案されている（例えば、特開２００４−１３４２０９号公報参照）。

上記の特許文献で提案されているように、接地電極への貴金属チップの固着に際しては、貴金属チップを接地電極とは別の部材（中間部材）にレーザ溶接によって固定し、その後に、この貴金属チップが接合された中間部材を接地電極に抵抗溶接にて接合することが行われている。

近年では、エンジン自体の高性能化、出力向上等が図られていることから、接地電極に貴金属チップを配置したスパークプラグのさらなる改良が求められている。より具体的には、着火性向上及び耐久性向上の観点から、接地電極側の貴金属チップの中心軸と中心電極側の貴金属チップの中心軸との軸ずれを抑制することが求められている。このため、例えば、接地電極側貴金属チップが中間部材を介して固着された接地電極を、接地電極側貴金属チップと中心電極側貴金属チップとが対向するように屈曲加工を行った後に、中間部材を把持した状態で中間部材を介して接地電極を動かすことにより、接地電極側貴金属チップと中心電極側貴金属チップとの軸ずれを矯正することが考えられている。

ところが、中間部材及び接地電極の機械的特性を考慮せずに上記のような中間部材を把持して軸ずれの矯正を行うと、中間部材が変形してしまい、軸ずれが大きくなってしまうという問題が生ずることが懸念される。

本発明は、上記した問題を踏まえ、従来試みられなかった中間部材及び接地電極の機械的特性に着目するという観点に立脚して、接地電極の屈曲加工後に接地電極に配置された貴金属チップの中心軸と中心電極の中心軸との軸ずれの矯正を行ったとしても、軸ずれの矯正を適切に行うことのでき、着火性及び耐久性の向上を図ることが可能なスパークプラグを得ることをその目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の一態様であるスパークプラグを次のように構成した。すなわち、中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔内で前記中心電極を保持する絶縁体と、当該絶縁体を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、基端部が前記主体金具に接合され、先端部が前記中心電極の先端部に対向するように前記基端部と前記先端部との間の中間部が屈曲された接地電極とを備え、該接地電極の前記先端部のうち前記中心電極の前記先端部と対向する位置に貴金属チップが配置され、前記中心電極の前記先端部及び前記貴金属チップとの間に火花ギャップを形成するスパークプラグであって、前記貴金属チップは、前記接地電極とは別体の中間部材の頂上面に接合されて前記中間部材と一体とされると共に、前記中間部材の底面が前記接地電極に接合されることにより、前記貴金属チップは前記接地電極に固着されており、前記中間部材は、前記接地電極から露出した部分を有し、前記中間部材の平均硬度は、前記接地電極における前記中間部を除く部位の平均硬度より高く、前記接地電極の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ未満であり、前記中間部材の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上であることを要旨とする。

上記構成のスパークプラグでは、中間部材の平均硬度が接地電極における中間部を除く部位の平均硬度より高くなっている。これにより、接地電極の屈曲加工後に接地電極に配置された貴金属チップの中心軸と中心電極の中心軸との軸ずれの矯正を行ったとしても、軸ずれの矯正を適切に行うことができる。このため、軸ずれに起因して貴金属チップの一部分のみが消耗してしまうことを抑制することができ、着火性及び耐久性の向上を図ることができる。

上記したスパークプラグは、次のような態様とすることができる。例えば、接地電極の平均硬度をビッカース硬度で１８０Ｈｖ未満とすれば、接地電極の屈曲加工を特段の支障なく実行できると共に、貴金属チップの中心軸と中心電極の中心軸との軸ずれの矯正を更に適切に行うことができる。また、中間部材の平均硬度をビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上とすれば、貴金属チップの中心軸と中心電極の中心軸との軸ずれの矯正を更に適切に行うことができる。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記中間部材は、前記接地電極側に太径部が形成され、前記貴金属チップ側に細径部が形成されており、前記太径部および前記細径部のうち少なくとも前記細径部は、前記貴金属チップの中心軸に略平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されていてもよい。このような構成であれば、貴金属チップの軸ずれの矯正時において、中間部材に掛かる応力に対する抵抗力を増すことができる。そのため、貴金属チップの軸ずれを、より適切に矯正することができる。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記中間部材は、該中間部材のうちの前記貴金属チップ側の少なくとも半分の部分が、前記貴金属チップの中心軸に略平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されていてもよい。このような構成によっても、貴金属チップの軸ずれの矯正時において、中間部材に掛かる力に対する抵抗力を増すことができる。そのため、貴金属チップの軸ずれを、より適切に矯正することができる。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記中間部材と前記貴金属チップとの間には、該中間部材及び該貴金属チップが溶け合った溶融部が形成されていてもよい。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記接地電極の前記中間部材が接合される面から、前記溶融部の表面における前記貴金属チップ側の端部までの距離が、０．３ｍｍ以上であることとしてもよい。このような構成であれば、中間部材の把持が容易となるため、貴金属チップの軸ずれを適切に矯正することができる。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップの先端面から前記溶融部の表面における前記貴金属チップ側の端部までの距離が、０．１ｍｍ以上であることとしてもよい。このような構成であれば、貴金属チップの先端部の消耗を抑制することが可能となる。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記溶融部の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上であることとしてもよい。このような構成であれば、溶融部を把持した場合でも、貴金属チップの軸ずれを適切に矯正することができる。

上記構成のスパークプラグにおいて、中間部材と接地電極とは、同じ組成比の合金材料から形成されていてもよい。このようにすれば、中間部材と接地電極との接合強度を高めることが可能となる。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、白金（Ｐｔ）を主成分として、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）の少なくとも１種類の金属を含有して形成されていてもよい。このような貴金属チップを採用すれば、その組成上の性質から、貴金属チップ自体の消耗を抑制できる。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記中心電極の先端部には中心電極側貴金属チップが接合されており、該中心電極側貴金属チップは前記貴金属チップと対向していてもよい。こうすれば、火花ギャップが対向配置された貴金属チップ間に形成されることから、着火性及び耐久性が高まる。

上記構成のスパークプラグにおいて、前記中心電極側貴金属チップは、イリジウム（Ｉｒ）を主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、イットリウム（Ｙ）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）の少なくとも１種類の金属を含有して形成されていてもよい。このような中心電極側貴金属チップを採用すれば、その組成上の性質から、中心電極側貴金属チップ自体の消耗を抑制できる。

本発明の実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。スパークプラグ１００における中心電極２０の先端付近を拡大して示す拡大図である。プラグ製造手順を示す工程図である。図３の製造過程での作業の様子を模式的に示す説明図である。図３の製造工程におけるチップ軸ずれ調整後の様子を示す説明図である。電極チップ８０を接地電極３０に装着するための中間部材８１と電極チップ８０の材料を変えつつそれぞれの平均硬度の関係と評価結果を示す説明図である。図６における評価項目である外側曲げ回数の算出の様子を示す説明図である。接地電極３０の先端部３１の周辺の拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図、図２はスパークプラグ１００における中心電極２０の先端付近を拡大して示す拡大図である。なお、以下の説明において上下方向についての説明に際しては、図１に示すスパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、絶縁体として絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０内に軸線Ｏ方向に保持された中心電極２０と、接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とを備える。

絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径され、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には段部１５が形成されている。

図２に示すように、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成された電極母材２１の内部に、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金からなる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製される。芯材２５は、胴部分においては略一定の外径をなすものの、先端側においては先細り形状に形成される。

中心電極２０、詳しくは電極母材２１は、その先端部分に、先端に向かって小径となるテーパ状の電極母材台座２２と溶融部２３と電極チップ７０とを備え、この電極チップ７０を含む電極母材台座２２よりも先端側の部分は絶縁碍子１０の先端部１１から突出している。電極チップ７０は、耐火花消耗性を向上するために、高融点の貴金属を主成分として形成されている。この電極チップ７０としては、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、Ｎｉ（ニッケル）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、イットリウム（Ｙ）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）のうち、少なくとも１種類以上を添加したＩｒ合金によって形成され、Ｉｒ−５Ｐｔ合金（５質量％の白金を含有したイリジウム合金）や、Ｉｒ−１１Ｒｕ−８Ｒｈ−１Ｎｉ合金（１１質量％のルテニウムと８質量％のロジウムと１質量％のニッケルを含有したイリジウム合金）などが多用される。本実施例では、電極チップ７０と溶融部２３との境界からの電極チップ７０の先端までの軸線方向の最短距離（チップ長）を０．５〜１．２ｍｍとした。

溶融部２３は、電極母材台座２２への電極チップ７０の溶接、例えばレーザを照射してその熱により電極母材台座２２と電極チップ７０とを溶融させるレーザ溶接を経て形成される。つまり、電極母材台座２２の先端面に電極チップ７０を配置した状態で、電極母材台座２２と電極チップ７０との境界面を狙ってレーザを照射しつつ、その照射箇所を境界面全周に亘って一周させる。このレーザ溶接では、レーザの照射により両材料（電極母材台座２２の構成材と電極チップ７０の貴金属）が溶融して混ざり合うため、電極チップ７０と電極母材台座２２とが強固に接合されると共に、電極母材台座２２と電極チップ７０とを繋ぐ溶融部２３が形成される。この溶融部２３は、上記両材料の溶融により両材料の合金として形成される。

中心電極２０は軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４およびセラミック抵抗体３（図１参照）を経由して、後方（図１における上方）の端子金具４０に電気的に接続されている。端子金具４０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。

接地電極３０は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金が用いられる。この接地電極３０は、自身の長手方向と直交する方向における横断面が略長方形を有しており、その基端部３２において主体金具５０の先端面５７に溶接にて接合され、その先端部３１の一側面が中心電極２０の電極チップ７０と軸線Ｏ上で対向するように、先端部３１と基端部３２との間の中間部３３が屈曲されている。接地電極３０の先端部３１には、中心電極２０に接合された電極チップ７０と対向する位置に、電極チップ８０が配置されている。

電極チップ８０は、中心電極２０側の電極チップ７０と同様に貴金属を主成分として形成された貴金属チップであり、本実施例では、白金（Ｐｔ）を主成分として、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）の少なくとも１種類以上を添加したＰｔ合金によって形成され、Ｐｔ−２０Ｒｈ合金（２０質量％のロジウムを含有した白金合金）や、Ｐｔ−２０Ｉｒ−５Ｒｈ合金（２０質量％のイリジウムと５質量％のロジウムを含有した白金合金）などが多用される。

電極チップ８０は、接地電極３０とは別体の中間部材８１の頂上面に予めレーザ溶接等にて接合されている。即ち、電極チップ８０と中間部材８１とは溶接によって生じた溶融部８２を介して一体となっている。中間部材８１は、接地電極３０と同じインコネル６００或いはインコネル６０１のニッケル合金によって形成されている。中間部材８１は、柱状の形状を有しており、接地電極３０側が太い径に形成され、段部を介して、電極チップ８０側が細い径に形成されている。以下では、中間部材８１の太い径の部分を、下端フランジ部８３といい、細い径の部分を細径部８４という。中間部材８１は、例えば、下端フランジ部８３に相当する太さの棒状の金属材料を用意し、この金属材料に対して、塑性加工の一つであるヘッダ加工を施すことによって細径部８４を形成することで作製することができる。また、下端フランジ部８３よりも太い棒状の金属材料を用意し、下端フランジ部８３と細径部８４との両者をヘッダ加工によって形成することでも作製することが可能である。

接地電極３０（詳しくは先端部３１）への電極チップ８０の配置は、電極チップ８０が接合された中間部材８１における下端フランジ部８３の底面を、接地電極３０の先端部３１の一側面であるチップ装着面３１Ｓに押し当て、下端フランジ部８３を抵抗溶接等にて接地電極３０の先端部３１に接合することで行われる。

上述したように、接地電極３０は、その中間部３３において、電極チップ８０の先端面が中心電極２０における電極チップ７０の先端面と端面同士で対向するよう折り曲げられる。これにより、電極チップ７０と電極チップ８０との間に、火花ギャップＧＡが形成される。本実施例のスパークプラグ１００では、この火花ギャップＧＡを０．３〜１．５ｍｍとした上で、後述するように、電極チップ７０の軸線Ｏに対する電極チップ８０の軸線Ｏ'のずれ、即ち、電極チップ７０の先端面と電極チップ８０の先端面との平行度のずれ、或いは、電極チップ８０の先端面と接地電極３０の先端部３１における中間部材８１が接合されるチップ装着面３１Ｓとの平行度のずれが、４゜未満となるようにされている。本実施例では、上記のように火花ギャップＧＡを形成する電極チップ８０の接地電極３０の先端部３１の側面からチップ長を、電極チップ７０と同様の０．５〜１．２ｍｍとした。

主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド２００にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、絶縁碍子１０を、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして内部に保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、図示しないスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合するネジ山が形成された取付ネジ部５２とを備えている。本実施例では、この取付ネジ部５２の外径Ｍ（呼び径）をＭ１０〜Ｍ１２とした。

主体金具５０の工具係合部５１と取付ネジ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。取付ネジ部５２とシール部５４との間のネジ首５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付ネジ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形により、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００間が封止され、取付ネジ孔２０１を介したエンジン内の気密漏れが防止される。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられている。また、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周で取付ネジ部５２の位置に形成された段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに座屈変形するように構成されており、タルク９の軸線Ｏ方向の圧縮長を長くして主体金具５０内の気密性を高めている。なお、段部５６よりも先端側における主体金具５０と絶縁碍子１０との間には、所定寸法のクリアランスＣが設けられている。

次に、上記したスパークプラグ１００の製造工程について説明する。図３はプラグ製造手順を示す工程図、図４はこの製造過程での作業の様子を模式的に示す説明図、図５は製造工程におけるチップ軸ずれ調整後の様子を示す説明図である。図３に示すように、まず、中心電極２０と、絶縁碍子１０と、主体金具５０とを用意する（ステップＳ１００）。この際、中心電極２０には、溶融部２３を介在させて電極チップ７０が電極母材台座２２に接合済みとされている。また、主体金具５０の先端面には、接地電極３０の基端部３２が溶接にて固定されている。次いで、中心電極２０の先端部（詳しくは、電極チップ７０、溶融部２３及び電極母材台座２２）を露出させつつ中心電極２０の外周を覆うように絶縁碍子１０を組み付ける（ステップＳ１１０）。その後、絶縁碍子１０の外周に、絶縁碍子１０の先端部が主体金具５０の先端面から、例えば２ｍｍ程度以上突出するように、主体金具５０を組み付け（ステップＳ１２０）、別途用意済みの、溶融部８２を介して中間部材８１と一体となった電極チップ８０を、中間部材８１の下端フランジ部８３を接地電極３０のチップ装着面３１Ｓに接合することによって、接地電極３０に固着し（ステップＳ１３０）、接地電極３０を中心電極２０の側に屈曲加工する（ステップＳ１４０）。

この接地電極３０の屈曲加工の際には、図４（Ａ）に示すように、接地電極３０の屈曲箇所に、所定の曲率半径を有した中間部３３が形成されるようにするためのベンダージグＪＢを押し当て、接地電極３０の先端部３１が電極チップ７０に向かい合うよう折り曲げる。この屈曲加工により、接地電極３０は、図４（Ｂ）に示すように、電極チップ７０と電極チップ８０とがほぼ対向するよう所定の曲率半径を有して折り曲がる。これにより、電極チップ７０と電極チップ８０との対向間隔、即ち火花ギャップＧＡが上記した所定寸法で形成される。

本実施例では、上記した接地電極３０の屈曲加工による火花ギャップＧＡの形成に続き、電極チップ８０の軸ずれ調整を行う（ステップＳ１５０）。この軸ずれ調整において、本実施例では、図４（Ｃ）に示すように、チップ把持ジグＪＧにて中間部材８１をその下端フランジ部８３の側で把持し、電極チップ８０の先端面と電極チップ７０の先端面との平行度のずれ、或いは、電極チップ８０の先端面と接地電極３０の先端部３１における電極チップ８０のチップ装着面３１Ｓとの平行度のずれが４゜未満となるように、チップ把持ジグＪＧにて電極チップ８０の軸ずれを調整する。この軸ずれ調整後では、図５に示すように、電極チップ７０の軸線Ｏに対する電極チップ８０の軸線Ｏ'の交差角度θが４゜未満となり、電極チップ８０の先端面と電極チップ７０の先端面とはこの角度範囲内でほぼ平行に対向することになる。

次に、本実施例のスパークプラグ１００における評価試験について説明する。図６は中間部材８１と接地電極３０の材料を変えつつそれぞれの平均硬度の関係と評価結果を示す説明図、図７は図６における評価項目である外側曲げ回数の算出の様子を示す説明図である。

図６における例えばサンプルＮｏ．１のスパークプラグは、中間部材８１と接地電極３０の両者を、図中に材料Ａで表記したインコネル６００で形成され、接地電極３０の平均硬度がビッカース硬度で１６１Ｈｖ、中間部材８１（詳しくは溶融部８２を除く中間部材８１と下端フランジ部８３）の平均硬度が１６４Ｈｖである。また、溶融部８２の平均硬度は、２１０Ｈｖである。本実施例では、この平均硬度は、日本工業規格（ＪＩＳＺ２２２４／試験力４．９０３Ｎ）に準拠して行い、接地電極３０の平均硬度は、例えば、図５に示す中間部材８１の接合部位周辺の測定エリアＨＲに含まれる１０ポイントでの測定硬度の平均値である。尚、接地電極３０の平均硬度は、屈曲されている中間部３３の除く部位であればよく、接地電極３０の基端部３２寄りの部位でも良い。中間部材８１の平均硬度は、溶融部８２を除く範囲、即ち溶融部８２より下端フランジ部８３の側の中間部材８１と下端フランジ部８３の表面の３ポイントでの測定硬度の平均値である。この場合、中間部材８１の平均硬度を、１０ポイントでの測定硬度の平均値としても良い。尚、硬度を測定するための面積が十分取れない場合は、同じ条件で製造された複数のスパークプラグを用いて、１０ポイントでの測定硬度の平均としても良い。その場合は、折り曲げ試験も複数のスパークプラグで行った平均値を用いる。

また、このサンプルＮｏ．１のスパークプラグは、図７に示すように、接地電極３０を中心電極２０から離れるよう基端部３２において外側に繰り返し折り曲げる折り曲げ試験を行った場合、７回の折り曲げで基端部３２が主体金具５０から破断し、また、図３のステップＳ１５０の軸ずれ調整後の電極チップ７０の軸線Ｏに対する電極チップ８０の軸線Ｏ'の交差角度θ（図５参照）の測定結果が５゜であることを示している。

本実施例では、この外側折り曲げ回数が３回以下であると、図４に示した接地電極３０を正規の製造手順にて折り曲げた際に、接地電極３０がその基端部３２から破断することがあり得るとして、不良（ＮＧ）とした。

軸線の交差角度θについては、４゜以上であると、次の理由から不良（ＮＧ）とした。この交差角度θが大きいほど、中心電極２０側の電極チップ７０の先端面に対して電極チップ８０の先端面は傾くことになる。このように電極チップ８０の先端面が傾いていると、火花ギャップＧＡでの放電は、傾いた電極チップ８０の先端面のうち中心電極２０側の電極チップ７０に最も近い部位に集中して起きるので、この電極チップ８０の先端面のうち中心電極２０側の電極チップ７０に最も近い部位が消耗しやすい。そして、上記したチップ先端面の傾きが大きいほど、火花ギャップＧＡはチップ先端面の消耗に伴って大きく広がるので、放電の安定性、延いては着火性の低下が危惧される。このため、４゜以上の軸線の交差角度θを不良（ＮＧ）とした。

図６に示したＮｏ．１〜１６のうち、上記の外側曲げ回数と交差角度θの両評価項目で良品（ＯＫ）となるのは、Ｎｏ．２〜３、５、８、１０および１３〜１５のスパークプラグ１００であり、これらプラグでは、Ｎｏ．２〜３および５が中間部材８１と接地電極３０の両者が材料Ａ（インコネル６００）から形成され、Ｎｏ．８、１０および１３が中間部材８１と接地電極３０の両者が材料Ｂ（インコネル６０１）から形成され、Ｎｏ．１４〜１５が中間部材８１は材料Ａ（インコネル６００）から形成され接地電極３０は材料Ｂ（インコネル６０１）から形成されている。そして、これらサンプルＮｏ．のスパークプラグ１００では、中間部材８１の平均硬度が接地電極３０での図５に示すその接合部位周辺の測定エリアＨＲにおける接地電極３０の平均硬度より高いことが確認できた。しかも、接地電極３０の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ未満であると共に、中間部材８１の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上、好ましくは２００Ｈｖ以上であることも確認できた。また、溶融部８２の平均硬度は、１８０Ｈｖ以上であり、概ね２００〜３００Ｈｖの平均硬度であることが確認できた。

つまり、スパークプラグ１００を製造する場合、中間部材８１を介して電極チップ８０が接合された接地電極３０を用意するに際して、これら両部材の材料を材料Ａ（インコネル６００）或いは材料Ｂ（インコネル６０１）のいずれかから形成した上で、中間部材８１の接合条件および接地電極３０をその基端部３２で主体金具５０に溶接する条件等を、スパークプラグ１００の完成後の状態において接地電極３０の平均硬度と中間部材８１の平均硬度との関係が上記の関係となるように規定すれば、上記の評価項目（外側曲げ回数と交差角度θ）を満たすことになる。よって、上記の規定した条件にて中間部材８１の接合および接地電極３０の溶接を行えば、接地電極３０の破損回避が可能で、しかも、電極チップ８０の軸ずれ調整の簡略化が可能となり、好ましい。

また、上記したように接合条件等を規定するほか、次のようにすることもできる。通常、中間部材８１の接合や接地電極３０の溶接は、焼き鈍しによる硬度の低下を来す。よって、この硬度低下を見越して、中間部材８１や接地電極３０を材料Ａ（インコネル６００）或いは材料Ｂ（インコネル６０１）のいずれかから形成する場合に、焼き入れを行って硬度を予め高めておくことも有効である。

そして、上記したＮｏ２〜３、５、８、１０および１３〜１５のサンプルＮｏ．のスパークプラグ１００では、中心電極２０側の電極チップ７０とこれに対向する接地電極３０側の電極チップ８０とが、小さな交差角度θ（４゜未満）でしかずれていないことから、チップ消耗に伴う火花ギャップＧＡの増大を抑制できる。よって、電極チップ８０の消耗に起因すると考えられる着火不良や耐久性の低下を抑制して、着火性の向上と耐久性の向上を図ることができる。しかも、接地電極３０の主体金具５０に対する溶接強度を確保することができる。

上記したＮｏ．１〜１６のスパークプラグ１００のうち、外側曲げ回数の評価項目で不良（ＮＧ）とされたサンプルＮｏ．４、９、１２および１６では、接地電極３０の平均硬度が１８０Ｈｖ以上であるので、接地電極３０が硬すぎることから、接地電極３０の折り曲げに際して大きな力が必要となる。よって、基端部３２の溶接箇所に掛かる応力も大きくなって、溶接強度を超える応力が掛かることから外側曲げ回数は小さくなる。つまり、接地電極３０の溶接破断回避を評価するための外側曲げ回数を満たす上では、接地電極３０の平均硬度を１８０Ｈｖ未満とすることが必要であると確認できた。

その一方、外側曲げ回数の評価項目を満たしたものの、交差角度θの評価項目で不良（ＮＧ）とされたサンプルＮｏ．１、６〜７および１１では、接地電極３０の平均硬度は１８０Ｈｖ未満であるが、中間部材８１の平均硬度が１８０Ｈｖを下回る。これは、中間部材８１の平均硬度が低いために、軸ずれ調整の際、電極チップ８０の軸ずれをもたらすと予想される。つまり、こうした電極チップ８０の軸ずれを抑制して所定の交差角度θを満たすようにする上では、中間部材８１の平均硬度を１８０Ｈｖ以上とすることが必要であると確認できた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。

例えば、図８に示すように、接地電極３０のチップ装着面３１Ｓから、溶融部８２の表面における上端までの距離Ｌ１を、０．３ｍｍ以上としてもよい。図８は、接地電極３０の先端部３１の周辺の拡大断面図である。上述したように、電極チップ８０は、白金等の貴金属によって形成されているため、硬度は高いものの（概ね３００Ｈｖ）、結晶構造的に粒界から欠けやすいという性質がある。これに対して、ニッケル合金と貴金属が混ざり合った溶融部８２は、１８０Ｈｖ以上という比較的高い硬度を有しているが（図６参照）、貴金属に比べて、粒界から欠けやすいという性質が緩和されている。そこで、上記のように、接地電極３０のチップ装着面３１Ｓから、溶融部８２の表面における上端までの距離Ｌ１を、０．３ｍｍ以上とすれば、チップ把持ジグＪＧを、中間部材８１および溶融部８２に接触させるための接触部位を十分に確保することができるので、欠けやすい電極チップ８０に触れることなく、容易に軸ずれの調整を行うことが可能になる。なお、この距離Ｌ１は、上記実施例において、０．５〜１．２ｍｍと規定したチップ長を考慮し、その上限を０．５ｍｍ程度とすることができる。

また、電極チップ８０の先端面から溶融部８２の表面における上端までの距離Ｌ２を０．１ｍｍ以上としてもよい。溶融部８２は、電極チップ８０よりも耐酸化性や耐火花消耗性に劣るという性質がある。そのため、電極チップ８０と中間部材８１とを接合する際に、仮に、溶融部８２が、電極チップ８０の先端面に含まれてしまうと、その部分が、選択的に消耗してしまう可能性がある。しかし、上記のように、電極チップ８０の先端面から溶融部８２の表面における上端までの距離Ｌ２を０．１ｍｍ以上とすれば、このような電極チップ８０の先端部の消耗を抑制することが可能となる。なお、この距離Ｌ２は、上記実施例において、０．５〜１．２ｍｍと規定したチップ長を考慮し、その上限を０．４ｍｍ程度とすることができる。

また、細径部８４と下端フランジ部８３とを含む中間部材８１のうち、少なくとも、細径部８４が、電極チップ８０の軸線Ｏ'に平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されていてもよい。このような繊維状の組織を有する中間部材８１は、中間部材８１の元となる金属材料に対して、伸線加工を施すことで生成することができる。このように、中間部材８１を、電極チップ８０の軸線Ｏ'に平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成すれば、電極チップ８０の軸ずれの矯正時において、中間部材８１に掛かる応力に対する抵抗力を増すことができる。そのため、電極チップ８０の軸ずれを、より適切に矯正することができる。また、このような繊維状の金属組織を有するように中間部材８１を形成すれば、スパークプラグ１００がエンジンの振動を受けた際に、その振動によって中間部材８１が変形することを抑制することも可能になる。このような効果は、高出力あるいは高回転のエンジンにスパークプラグ１００が取り付けられた際に特に顕著となる。なお、上記実施例では、細径部８４をヘッダ加工によって形成することとしたため、細径部８４のうち、下端フランジ部８３に近い部分には、電極チップ８０の軸線Ｏ'とは平行にならない金属組織も存在する可能性がある。しかし、この場合においても、細径部８４は、実質的に、電極チップ８０の軸線Ｏ'に平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されているということができる。

上記実施例では、中間部材８１は、細径部８４と下端フランジ部８３とによって構成されている。しかし、下端フランジ部８３の形成は省略することとしてもよい。すなわち、中間部材８１は、全体が寸胴状に形成されていてもよい。この場合、上述した繊維状の金属組織は、中間部材８１の溶融部８２側の少なくとも半分の部分に形成されていれば好適である。もちろん、下端フランジ部８３の有無に拘わらず、中間部材８１の全体が、電極チップ８０の軸線Ｏ'に平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されていてもよい。

Claims

中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔内で前記中心電極を保持する絶縁体と、当該絶縁体を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、基端部が前記主体金具に接合され、先端部が前記中心電極の先端部に対向するように前記基端部と前記先端部との間の中間部が屈曲された接地電極とを備え、該接地電極の前記先端部のうち前記中心電極の前記先端部と対向する位置に貴金属チップが配置され、前記中心電極の前記先端部と前記貴金属チップとの間に火花ギャップを形成するスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、前記接地電極とは別体の中間部材の頂上面に接合されて前記中間部材と一体とされると共に、前記中間部材の底面が前記接地電極に接合されることにより、前記貴金属チップは前記接地電極に固着されており、
前記中間部材は、前記接地電極から露出した部分を有し、
前記中間部材の平均硬度は、前記接地電極における前記中間部を除く部位の平均硬度より高く、
前記接地電極の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ未満であり、
前記中間部材の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上である
スパークプラグ。
請求項１に記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、前記接地電極側に太径部が形成され、前記貴金属チップ側に細径部が形成されており、前記太径部および前記細径部のうち少なくとも前記細径部は、前記貴金属チップの中心軸に略平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されている、スパークプラグ。
請求項１または請求項２に記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、該中間部材のうちの前記貴金属チップ側の少なくとも半分の部分が、前記貴金属チップの中心軸に略平行な方向に沿った繊維状の金属組織によって構成されている、スパークプラグ。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記中間部材と前記貴金属チップとの間に、該中間部材及び該貴金属チップが溶け合った溶融部が形成されている、スパークプラグ。
請求項４に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極の前記中間部材が接合される面から、前記溶融部の表面における前記貴金属チップ側の端部までの距離が、０．３ｍｍ以上である、スパークプラグ。
請求項４または請求項５に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップの先端面から前記溶融部の表面における前記貴金属チップ側の端部までの距離が、０．１ｍｍ以上である、スパークプラグ。
請求項４から請求項６までのいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記溶融部の平均硬度は、ビッカース硬度で１８０Ｈｖ以上である、スパークプラグ。
前記中間部材と前記接地電極とは、同じ組成比の合金材料から形成されている請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のスパークプラグ。
前記貴金属チップは、白金（Ｐｔ）を主成分として、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）の少なくとも１種類の金属を含有して形成されている請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のスパークプラグ。
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極の前記先端部には中心電極側貴金属チップが接合されており、該中心電極側貴金属チップは前記貴金属チップと対向している、スパークプラグ。
前記中心電極側貴金属チップは、イリジウム（Ｉｒ）を主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、イットリウム（Ｙ）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）の少なくとも１種類の金属を含有して形成されている請求項１０に記載のスパークプラグ。