特許 5723250 スパークプラグ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5723250

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月27日

(54)【発明の名称】スパークプラグ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/32 20060101AFI20150507BHJP

   H01T 13/20 20060101ALI20150507BHJP

【ＦＩ】

   H01T13/32

   H01T13/20 E

【請求項の数】4

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2011-201519(P2011-201519)

(22)【出願日】2011年9月15日

(65)【公開番号】特開2013-62211(P2013-62211A)

(43)【公開日】2013年4月4日

【審査請求日】2013年11月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111095

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 光男

(72)【発明者】

【氏名】柴田 健太郎

【審査官】 佐藤 吉信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０５９６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５０２７１５６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 国際公開第２００９／０６６７９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／０６６７１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０４４２３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｔ １３／００−１３／６０

Ｈ０１Ｔ ２１／０２

Ｈ０１Ｔ ２１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
前記主体金具の先端部に固定されるとともに、屈曲部にて前記中心電極側へと曲げられ、前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極とを備えたスパークプラグであって、
前記屈曲部のうち前記中心電極側に位置する内側面の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、Ｒ≦３．０を満たすとともに、
前記接地電極は、
前記主体金具に固定され、前記屈曲部の少なくとも一部を含む基部と、
前記基部の先端部の延出方向に沿って前記基部の先端から延び、前記基部よりも薄肉に形成された薄肉部とを有し、
前記軸線と直交する平面とのなす角のうち鋭角の角度が７５°とされ、前記内側面の曲率半径の中心を通る基準平面よりも前記接地電極の先端側に、前記薄肉部が位置し、
前記薄肉部のその中心軸方向に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、前記中心軸と直交する断面における前記薄肉部の平均断面積をｄＧＨ（ｍｍ²）としたとき、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３（ｍｍ^-1）を満たし、
前記薄肉部の先端面とこれに隣接する前記薄肉部の各側面との間、及び、隣接する前記各側面同士の間は、それぞれ外側に凸の湾曲面状とされることを特徴とするスパークプラグ。

【請求項2】

前記薄肉部は、前記接地電極のうち前記中心電極側に位置する面側に形成されており
前記薄肉部の側面のうち前記中心電極の反対側に位置する面と前記基部の先端面との連接部は、テーパ状、又は、曲率半径が０．５ｍｍ以上とされた凹状の湾曲面状とされる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】

１．０≦Ａ≦５．０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】

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の製造方法であって、
前記接地電極の先端部に、前記薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、
前記接地電極を前記中心電極側へと曲げ、前記屈曲部を形成する屈曲部形成工程とを含み、
前記薄肉部形成工程の後に、前記屈曲部形成工程が行われることを特徴とするスパークプラグの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【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及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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筒状の絶縁体と、絶縁体の外周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た接地電極とを備える。また、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され、中心電極の先端部及び接地電極の先端部の間には火花放電間隙が形成される。

【0003】

ところで近年では、燃焼装置の高効率化を図るべく、筒内直接噴射や高ＥＧＲ燃焼、希薄燃焼などを行うとともに、体積効率の向上やポンピングロスの低減を図るべく、大口径の吸排気弁や可変動弁機構を備えるエンジンが提案されている。しかしながら、大口径の吸排気弁や可変動弁機構を備えるエンジンは、動作時における振動が非常に大きい。そのため、接地電極のうち、振動に伴う応力が特に集中する屈曲部において折損が生じてしまうおそれがある。

【0004】

そこで、接地電極の折損を抑制すべく、屈曲部を設けることなく、接地電極を直棒（ストレート）状とする技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。また、接地電極の先端部を薄肉とすることで、振動時に屈曲部に加わる応力を低減し、接地電極の折損を抑制することが考えられる（例えば、特許文献２等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−５９６１８号公報

【特許文献2】特開２００９−２９５５６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、接地電極の先端部のみならず、接地電極の中間部分も中心電極に対して接近することとなってしまう。そのため、接地電極の存在により、火花放電間隙にて生成された火炎の成長が阻害されてしまい、着火性の低下を招いてしまうおそれがある。

【0007】

また、上記特許文献２に記載の技術のように、接地電極の先端部に薄肉部を設けた場合には、耐折損性の向上を期待できるものの、薄肉部の過熱を招いてしまうおそれがある。薄肉部が過熱されてしまうと、薄肉部が酸化しやすくなり、接地電極の耐久性が低下してしまうおそれがある。また、薄肉部を熱源としてプレイグニッションが発生してしまうことも懸念される。

【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、良好な着火性を実現しつつ、接地電極の折損を抑制することができ、さらには、優れた耐久性及び耐プレイグニッション性を得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。

【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の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、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔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、
前記主体金具の先端部に固定されるとともに、屈曲部にて前記中心電極側へと曲げられ、前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極とを備えたスパークプラグであって、
前記屈曲部のうち前記中心電極側に位置する内側面の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、Ｒ≦３．０を満たすとともに、
前記接地電極は、
前記主体金具に固定され、前記屈曲部の少なくとも一部を含む基部と、
前記基部の先端部の延出方向に沿って前記基部の先端から延び、前記基部よりも薄肉に形成された薄肉部とを有し、
前記軸線と直交する平面とのなす角のうち鋭角の角度が７５°とされるとともに、前記内側面の曲率半径の中心を通る基準平面よりも前記接地電極の先端側に、前記薄肉部が位置し、
前記薄肉部のその中心軸方向に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、前記中心軸と直交する断面における前記薄肉部の平均断面積をｄＧＨ（ｍｍ²）としたとき、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３（ｍｍ^-1）を満たし、
前記薄肉部の先端面とこれに隣接する前記薄肉部の各側面との間、及び、隣接する前記各側面同士の間は、それぞれ外側に凸の湾曲面状とされることを特徴とする。

【0011】

上記構成１によれば、接地電極に屈曲部が設けられるとともに、屈曲部の曲率半径Ｒが３．０ｍｍ以下とされている。従って、接地電極と中心電極との間に比較的大きな空間が形成されることとなり、接地電極による火炎の成長阻害をより確実に防止することができる。その結果、良好な着火性を実現することができる。

【0012】

一方で、屈曲部を設けた場合には、振動に伴い屈曲部に対して大きな応力が加わるおそれがあり、屈曲部における接地電極の折損が懸念される。特に上記構成１のように、屈曲部の曲率半径Ｒが３．０ｍｍ以下と非常に小さい場合には、屈曲部に加わる応力もより大きなものとなるため、接地電極の折損がより一層懸念される。

【0013】

この点、上記構成１によれば、接地電極の先端部に薄肉部が設けられているため、接地電極先端部の軽量化を図ることができ、振動に伴い屈曲部に加わる応力を効果的に低減させることができる。さらに、接地電極の折損が前記基準平面よりも接地電極の基端側の範囲にて生じやすいことを鑑みて、薄肉で強度にやや劣る薄肉部が前記範囲外に位置し、厚肉で強度に優れる基部が前記範囲内に位置するように構成されている。このように薄肉部等の形成位置が設定されることで、屈曲部の強度を十分に維持することができる。その結果、薄肉部を設けることによる応力低減の効果と相俟って、接地電極の折損を極めて効果的に抑制することができる。

【0014】

また、薄肉部を設けた場合には、薄肉部の過熱が懸念されるが、上記構成１によれば、薄肉部の長さをＡ（ｍｍ）とし、薄肉部の平均断面積をｄＧＨ（ｍｍ²）としたとき、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３（ｍｍ^-1）を満たすように構成されている。すなわち、薄肉部の受熱量に対応する長さＡに対して、薄肉部の熱伝導能力に対応する平均断面積ｄＧＨが十分に大きなものとされている。従って、薄肉部の単位長さ当たりの残留熱量（単位長さ当たりにおける、薄肉部の受熱量から薄肉部を通して基部へと伝導される熱量を除いたもの）を十分に小さくすることができ、薄肉部の過熱を抑制することができる。その結果、薄肉部の酸化をより確実に防止することができ、優れた耐久性を実現することができる。

【0015】

さらに、薄肉部の先端面及び各側面の間や、隣接する前記各側面同士の間が、角張った形状とされている場合には、内燃機関等の使用時において、前記角張った形状の部分が局所的に過熱されてしまい、プレイグニッションが生じてしまうおそれがある。この点を鑑みて、上記構成１によれば、薄肉部の先端面及び各側面の間、及び、隣接する前記各側面同士の間が、外側に凸の湾曲面状とされている。従って、接地電極における局所的な過熱を抑制することができ、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３とされることによる薄肉部の過熱抑制効果と相俟って、耐プレイグニッション性を飛躍的に高めることができる。

【0016】

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記薄肉部は、前記接地電極のうち前記中心電極側に位置する面側に形成されており
前記薄肉部の側面のうち前記中心電極の反対側に位置する面と前記基部の先端面との連接部は、テーパ状、又は、曲率半径が０．５ｍｍ以上とされた凹状の湾曲面状とされることを特徴とする。

【0017】

上記構成２によれば、薄肉部が、中心電極により接近するように構成されており、ひいては、薄肉部が、主体金具に対する接地電極の固定部分（接地電極の基端）に対してより接近するように構成されている。従って、振動に伴い前記接地電極の固定部分に加わる力（モーメント）をより低減させることができ、前記固定部分における接地電極の折損をより確実に防止することができる。

【0018】

さらに、薄肉部の側面のうち中心電極とは反対側の面と基部の先端面との連接部は、テーパ状、又は、曲率半径が０．５ｍｍ以上とされた凹状の湾曲面状とされている。従って、振動に伴う前記連接部に対する応力集中をより確実に防止することができ、前記連接部におけるクラックの発生を効果的に抑制することができる。その結果、接地電極の折損をより一層確実に防止することができる。

【0019】

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、１．０≦Ａ≦５．０を満たすことを特徴とする。

【0020】

上記構成３によれば、薄肉部の長さＡが１．０ｍｍ以上とされている。そのため、接地電極の耐折損性をより一層確実に向上させることができる。

【0021】

尚、薄肉部の長さＡを５．０ｍｍよりも大きくした場合には、長さＡの増加量に対する耐折損性の向上率がやや低下してしまう。また、長さＡが大きい場合には、薄肉部の過熱を抑制するために、薄肉部の平均断面積（ｄＧＨ）を大きくする必要があるが、平均断面積を大きくすると、接地電極の先端部を十分に軽量化することができないおそれがある。従って、これらの点を鑑みて、薄肉部の長さＡを５．０ｍｍ以下とすることが好ましい。

【0022】

構成４．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至３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、
前記接地電極の先端部に、前記薄肉部を形成する薄肉部形成工程と、
前記接地電極を前記中心電極側へと曲げ、前記屈曲部を形成する屈曲部形成工程とを含み、
前記薄肉部形成工程の後に、前記屈曲部形成工程が行われることを特徴とする。

【0023】

接地電極を屈曲後、切削加工等により薄肉部を形成した場合には、加工に伴い接地電極に変形が生じてしまい、中心電極及び接地電極間の間隙を適切な位置に、かつ、適切な大きさで形成することができないおそれがある。

【0024】

この点、上記構成４によれば、薄肉部を形成した後に、接地電極が屈曲されるように構成されている。従って、中心電極及び接地電極間の間隙をより適切な位置に、かつ、より適切な大きさで形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。

【図2】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。

【図3】接地電極の構成を示す部分拡大正面図である。

【図4】薄肉部等の構成を示す部分拡大底面図である。

【図5】薄肉部等の構成を示す部分拡大側面図である。

【図6】薄肉部等の構成を示す部分拡大正面図である。

【図7】屈曲部の曲率半径Ｒを種々変更したサンプルにおける、着火性評価試験の試験結果を示すグラフである。

【図8】屈曲部の曲率半径Ｒを種々変更したサンプルにおける、耐振動性向上率評価試験の試験結果を示すグラフである。

【図9】机上振動試験において、接地電極の折損位置を特定する際の手法を説明するための説明図である。

【図10】各角度における接地電極の折損数を示すグラフである。

【図11】湾曲面部の曲率半径Ｘを種々変更したサンプルにおける、耐熱性評価試験の試験結果を示すグラフである。

【図12】薄肉部の長さＡを種々変更したサンプルにおける、耐振動性向上率評価試験の試験結果を示すグラフである。

【図13】別の実施形態における接地電極の構成を示す部分拡大正面図である。

【図14】別の実施形態における接地電極の構成を示す部分拡大正面図である。

【図15】別の実施形態における接地電極の構成を示す部分拡大底面図である。

【図16】別の実施形態における接地電極の構成を示す部分拡大正面図である。

【図17】別の実施形態における接地電極の構成を示す部分拡大正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って延びる軸孔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、熱伝導性に優れる金属〔銅や銅合金、純ニッケル（Ｎｉ）〕からなる内層５Ａと、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとを備えている。また、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端部分が絶縁碍子２の先端から突出している。併せて、中心電極５の先端部には、耐消耗性に優れる金属（例えば、イリジウム合金や白金合金等）からなる円柱状のチップ３１が設けられている。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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を内燃機関や燃料電池改質器等の燃焼装置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の後端側には座部１６が外周側に向けて突出形成されており、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が設けられている。また、主体金具３の後端部には、径方向内側に向けて屈曲する加締め部２０が設けられている。

【0033】

加えて、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。

【0034】

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間には滑石（タルク）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及び滑石２５を介して絶縁碍子２を保持している。

【0035】

また、主体金具３の先端面２６には、Ｎｉを主成分とする金属からなる接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、図２に示すように、自身の略中間部分に形成された屈曲部２７Ｂにて曲げ返されて、その先端側側面が中心電極５の先端部（チップ３１）と対向している。そして、中心電極５の先端部（チップ３１）と接地電極２７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。

【0036】

さらに、本実施形態においては、図３に示すように、屈曲部２７Ｂのうち中心電極５側に位置する内側面の曲率半径をＲ（ｍｍ）としたとき、Ｒ≦３．０を満たすように構成されている。

【0037】

また、接地電極２７は、主体金具３の先端部２６に固定された基部２８と、当該基部２８の先端から延びる薄肉部２９とを備えている。

【0038】

基部２８は、屈曲部２７Ｂを含み、中心電極５側の面からその背面までの肉厚が比較的大きなもの（例えば、０．９ｍｍ以上）とされている。また、屈曲部２７Ｂの屈曲量が適切に調節されることで、基部２８の先端部は、軸線ＣＬ１と直交する方向にほぼ沿って延びるように構成されている。

【0039】

薄肉部２９は、基部２８の先端部の延出方向に沿って基部２８の先端から延び、基部２８よりも薄肉に形成されている。また、薄肉部２９は、接地電極２７のうち中心電極５側に位置する面側に形成されており、薄肉部２９の中心電極５側の面と基部２８の中心電極５側の面とは面一となっている。

【0040】

加えて、本実施形態において、薄肉部２９のうち少なくともその先端側の厚さＨは、接地電極２７の長手方向に沿って略一定となるように構成されており、前記厚さＨは所定範囲内（例えば、０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下）に設定されている。また、図４に示すように、薄肉部２９は、自身の幅が基部２８の幅よりも小さくされている。そして、薄肉部２９のうち少なくとも先端側は、接地電極２７の長手方向に沿って略一定の幅Ｇを有するように構成されており、前記幅Ｇは所定範囲内（例えば、０．６ｍｍ以上３．０ｍｍ以下）に設定されている。

【0041】

図３に戻り、薄肉部２９は、次述する基準平面ＢＳよりも接地電極２７の先端側に位置している。すなわち、接地電極２７の中心軸方向における屈曲部２７Ｂの中心位置から十分に離間した位置に薄肉部２９が設けられている。尚、基準平面ＢＳとあるのは、軸線ＣＬ１と直交する仮想平面ＶＳとのなす角のうち鋭角の角度θが７５°であり、かつ、前記曲率半径Ｒの中心ＣＰを通る平面である。

【0042】

さらに、本実施形態において、薄肉部２９は、自身の中心軸方向に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、前記中心軸と直交する断面における平均断面積をｄＧＨ（ｍｍ²）としたとき、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３（ｍｍ^-1）〔より好ましくは、Ａ／ｄＧＨ≦０．９８（ｍｍ^-1）〕を満たすように構成されている。尚、「平均断面積ｄＧＨ」とあるのは、薄肉部２９の延出方向に沿って等間隔に薄肉部２９の断面積を複数得るとともに、得られた複数の断面積の平均を算出することで求めることができる。

【0043】

加えて、前記長さＡは１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とされており、本実施形態では、薄肉部２９の幅や厚さよりも、前記長さＡが大きなものとなっている。

【0044】

併せて、図５に示すように、薄肉部２９の先端面２９Ｆとこれに隣接する薄肉部２９の側面２９Ｓ１，２９Ｓ２，２９Ｓ３，２９Ｓ４との間には、それぞれ外側に凸の湾曲面状をなす湾曲面部２９Ｗ１，２９Ｗ２，２９Ｗ３，２９Ｗ４が設けられている。さらに、隣接する前記各側面２９Ｓ１〜２９Ｓ４同士の間は、それぞれ外側に凸の湾曲面状をなす湾曲面部２９Ｗ５，２９Ｗ６，２９Ｗ７，２９Ｗ８が設けられている。

【0045】

また、図６に示すように、薄肉部２９の側面２９Ｓ１〜２９Ｓ４のうち、中心電極５の反対側に位置する面２９Ｓ２と、基部２８の先端面２８Ｆとの連接部には、凹状の湾曲形状をなす徐変部２７Ｗが形成されている。そして、薄肉部２９の中心軸を含む断面において、徐変部２７Ｗの曲率半径が０．５ｍｍ以上とされている。尚、本実施形態では、薄肉部２９Ｓ３，２９Ｓ４と基部２８の先端面２８Ｆとの連接部も、凹状の湾曲形状をなすように構成されている（図４及び図５参照）。

【0046】

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。

【0047】

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により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。

【0048】

続いて、主体金具中間体の先端面に、直棒状をなし、自身の長手方向に沿って略一定の幅及び厚さを有する（つまり、薄肉部２９が設けられていない）断面矩形状の接地電極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。

【0049】

次いで、接地電極２７の溶接された主体金具３に、バレルメッキ装置（図示せず）により亜鉛メッキ或いはＮｉ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が施されることとしてもよい。

【0050】

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、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され整形されるとともに、整形されたものが焼成炉で焼成されることにより、絶縁碍子２が得られる。

【0051】

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。また、レーザー溶接等により、中心電極５の先端部に所定の金属からなるチップ３１を接合しておく。

【0052】

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で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱されることで焼成される。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０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。

【0053】

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。

【0054】

次いで、薄肉部形成工程において、接地電極２７の先端部に前記薄肉部２９が形成される。具体的には、接地電極２７の先端部に、切削加工やプレス加工等を施すことで、接地電極２７の先端部を薄肉とする（このとき、徐変部２７Ｗが形成される）。また、切削加工やプレス加工等の後に、前記薄肉部位のエッジ部分に対して、切削加工やスウェージング加工、研磨加工を施す。これにより、湾曲面部２９Ｗ１〜２９Ｗ８を備えてなる薄肉部２９が形成される。尚、接地電極２７の先端部を薄肉とする際に、プレス加工を用いる場合には、プレス用の金型に湾曲面部２９Ｗ１〜２９Ｗ８に対応する面を設け、接地電極２７の薄肉化と湾曲面部２９Ｗ１〜２９Ｗ８の形成とが同時に行われるようにしてもよい。

【0055】

次に、屈曲部形成工程において、接地電極２７を中心電極５側に屈曲させることで屈曲部２７Ｂを形成する。そして、最後に、中心電極５（チップ３１）及び接地電極２７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により上述したスパークプラグ１が得られる。

【0056】

以上詳述したように、本実施形態によれば、接地電極２７に屈曲部２７Ｂが設けられるとともに、屈曲部２７Ｂの曲率半径Ｒが３．０ｍｍ以下とされている。従って、接地電極２７と中心電極５との間に比較的大きな空間が形成されることとなり、接地電極２７による火炎の成長阻害をより確実に防止することができる。その結果、良好な着火性を実現することができる。

【0057】

一方で、屈曲部２７Ｂの曲率半径Ｒが３．０ｍｍ以下と非常に小さい場合には、振動に伴い屈曲部に加わる応力もより大きなものとなるため、接地電極２７の折損がより一層懸念されが、本実施形態では、接地電極２７の先端部に薄肉部２９が設けられている。そのため、接地電極２７先端部の軽量化を図ることができ、屈曲部２７Ｂに加わる応力を効果的に低減させることができる。さらに、接地電極２７の折損が前記基準平面ＢＳよりも接地電極２７の基端側の範囲にて生じやすいことを鑑みて、薄肉で強度にやや劣る薄肉部２９が前記範囲外に位置し、厚肉で強度に優れる基部２８が前記範囲内に位置するように構成されている。このように薄肉部２９等の形成位置が設定されることで、屈曲部２７Ｂの強度を十分に維持することができる。その結果、薄肉部２９を設けることによる応力低減の効果と相俟って、接地電極２７の折損を極めて効果的に抑制することができる。

【0058】

また、本実施形態によれば、薄肉部２９の長さをＡ（ｍｍ）とし、薄肉部２９の平均断面積をｄＧＨ（ｍｍ²）としたとき、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３（ｍｍ^-1）を満たすように構成されている。すなわち、薄肉部２９の受熱量に対応する長さＡに対して、薄肉部２９の熱伝導能力に対応する平均断面積ｄＧＨが十分に大きなものとされている。従って、薄肉部２９の酸化をより確実に防止することができ、優れた耐久性を実現することができる。

【0059】

さらに、薄肉部２９の先端面２９Ｆ及び各側面２９Ｓ１〜２９Ｓ４の間、及び、隣接する前記各側面２９Ｓ１〜２９Ｓ４同士の間に、外側に凸の湾曲面部２９Ｗ１〜２９Ｗ８が設けられている。従って、接地電極２７における局所的な過熱を抑制することができ、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３とされることによる薄肉部２９の過熱抑制効果と相俟って、耐プレイグニッション性を飛躍的に高めることができる。

【0060】

また、薄肉部２９が、接地電極２７のうち中心電極５側の面側に形成されており、薄肉部２９が、主体金具３に対する接地電極２７の固定部分（接地電極の基端）に対してより接近するように構成されている。従って、振動に伴い接地電極２７の固定部分に加わる力（モーメント）をより低減させることができ、前記固定部分における接地電極２７の折損をより確実に防止することができる。

【0061】

さらに、薄肉部２９の側面２９Ｓ２と基部２８の先端面２８Ｆとの連接部には、曲率半径が０．５ｍｍ以上の徐変部２７Ｗが設けられている。従って、振動に伴う前記連接部に対する応力集中をより確実に防止することができ、前記連接部におけるクラックの発生を効果的に抑制することができる。その結果、接地電極２７の折損をより一層確実に防止することができる。

【0062】

加えて、薄肉部２９の長さＡが１．０ｍｍ以上とされているため、接地電極２７の耐折損性をより一層確実に向上させることができる。

【0063】

併せて、本実施形態では、薄肉部形成工程において薄肉部２９を形成した後に、屈曲部形成工程において接地電極２７が屈曲されるように構成されている。従って、火花放電間隙３３をより適切な位置に、より適切な大きさで形成することができる。

【0064】

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、接地電極の屈曲部における曲率半径Ｒ（ｍｍ）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着火性評価試験を行った。着火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、排気量２．０Ｌの直列４気筒ＤＯＨＣエンジンに取付けた上で、回転数１５００ｒｐｍ、吸引負圧−６０ｋＰａで、エンジンを動作させた。その上で、点火時期を徐々に進角させていき、平均有効圧の変動率が２０％に達したときの進角（限界進角）を求めた。図７に、当該試験の試験結果を示す。尚、限界進角が大きいほど、着火性に優れるといえる。また、各サンプルともに、ねじ部のねじ径をＭ１０とした。

【0065】

図７に示すように、曲率半径Ｒを３．０ｍｍ以下としたサンプルは、限界進角が４５°ＣＡを上回り、優れた着火性を有することが確認された。これは、曲率半径Ｒを小さくしたことで、中心電極及び絶縁碍子と接地電極との間に形成される空間が増大し、接地電極による火炎核の成長阻害がより生じにくくなったためであると考えられる。

【0066】

上記試験の試験結果より、着火性の向上を図るべく、接地電極を屈曲させるとともに、屈曲部における曲率半径Ｒを３．０ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

【0067】

次に、接地電極の先端部に薄肉部を設け、薄肉部の長さＡを１．０ｍｍ又は３．０ｍｍとするとともに、曲率半径Ｒ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振動性向上率評価試験を行った。耐振動性向上率評価試験の概要は次の通りである。すなわち、接地電極に薄肉部を設けることなく、その厚さを一定とし、曲率半径Ｒを種々変更したスパークプラグのサンプル（基準サンプル）を、排気量６００ｃｃの二輪車用ＤＯＨＣエンジンに取付けた上で、回転数１５０００ｒｐｍでエンジンを動作させることにより接地電極に激しい振動を加え、接地電極が折損するまでの時間を折損基準時間として計測した。次いで、前記薄肉部を設けたサンプルに対して、上記と同様の手法により振動を加えて、接地電極が折損するまでの時間（折損時間）を測定した。そして、曲率半径Ｒが同一の基準サンプルにおける折損基準時間に基づいて、各サンプルにおける折損時間の割合（耐振動性向上率）を、前記折損基準時間を１００として算出した。図８に、当該試験の試験結果を示す。尚、図８においては、長さＡを１．０ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、長さＡを３．０ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角印で示す。また、薄肉部を設けたサンプルにおいては、薄肉部を前記基準平面よりも接地電極の先端側に設けた。

【0068】

図８に示すように、薄肉部を設けることで耐折損性の向上を期待できるが、特に屈曲部の曲率半径Ｒを３．０ｍｍ以下とした場合に、耐折損性の向上効果が顕著に表れることが分かった。これは、曲率半径Ｒを小さくするほど、振動に伴う応力が屈曲部に対して集中的に加わり、接地電極が折損しやすくなるところ、接地電極に薄肉部を設けて、接地電極の先端部を軽量化したことで、屈曲部に加わる応力を低減させることができ、その結果、曲率半径Ｒが３．０ｍｍ以下とされ、屈曲部に応力が集中的に加わる場合であっても、屈曲部が応力に対して十分に抗することができたためであると考えられる。

【0069】

上記試験の結果より、屈曲部の曲率半径Ｒが３．０ｍｍ以下とされ、着火性の向上を図ることができる一方で、接地電極の折損が特に懸念されるスパークプラグにおいて、接地電極の先端部に薄肉部を設けることが、接地電極の折損防止という面において、特に有効であるといえる。

【0070】

次いで、接地電極に薄肉部を設けることなく、厚さを一定とした接地電極を有するスパークプラグのサンプルを２００本作製し、各サンプルについて机上振動試験を行った。机上振動試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを所定の振動試験機に取付けた上で、所定の条件にてサンプルに振動を加え、接地電極を折損させた。そして、図９に示すように、曲率半径Ｒの中心ＣＰから接地電極側に延び軸線と直交する仮想平面ＶＳと、前記曲率半径Ｒの中心から延び前記仮想平面ＶＳと直交する平面ＣＳとの間を、曲率半径Ｒの中心を中心として５°ずつの範囲に分割し、接地電極における折損位置がどの角度範囲で生じているかを確認した。ここで、ｎ°からｎ＋５°までの範囲で接地電極が折損していた場合には、ｎ＋５°にて接地電極が折損したものとし、各角度における接地電極の折損数を求めた。図１０に、当該試験の試験結果を示す。

【0071】

図１０に示すように、１０°から７５°の範囲で接地電極の折損が生じやすいことが分かった。

【0072】

上記試験の試験結果より、比較的薄肉であり、折損の生じやすい薄肉部は、接地電極の先端側のうち、前記範囲外に設けることが好ましいといえる。すなわち、接地電極における折損をより確実に防止するためには、軸線と直交する平面（仮想平面ＶＳ）とのなす角のうち鋭角の角度が７５°であり、前記曲率半径の中心を通る基準平面よりも接地電極の先端側に、薄肉部が位置していることが好ましいといえる。

【0073】

次に、薄肉部の長さＡ（ｍｍ）及び平均断面積ｄＧＨ（ｍｍ²）を種々異なる値に設定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熱引き性能評価試験を行った。熱引き性能評価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の４気筒ＤＯＨＣエンジンに取付け、エンジンを全開状態（回転数６０００ｒｐｍ）で動作させた際における薄肉部の先端部の温度を熱電対により測定した。ここで、薄肉部先端の温度が９００℃以下となったサンプルは、熱引きに極めて優れ、薄肉部の酸化やプレイグニッションの発生を効果的に抑制することができるとして「◎」の評価を下し、薄肉部先端の温度が９００℃超１０００℃以下となったサンプルは、熱引きに優れ、薄肉部の酸化等を十分に抑制することができるとして「○」の評価を下すこととした。一方で、薄肉部先端の温度が１０００℃超となったサンプルは、薄肉部の酸化等が懸念されるとして「×」の評価を下すこととした。表１に、当該試験の試験結果を示す。尚、表１の評価において「−」と示したサンプルは、薄肉部先端の温度が１０００℃超となることが推定されたため、上記試験を行わなかったことを示す。また、各サンプルともに、薄肉部は、その中心軸方向に沿った幅及び厚さが一定となるように構成した。さらに、表２には、参考として、表１に示す各平均断面積ｄＧＨとした際における薄肉部の幅及び厚さを示す。

【0074】

【表1】

【0075】

【表2】

【0076】

表１に示すように、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３（ｍｍ^-1）を満たすサンプルは、薄肉部の過熱を抑制することができ、熱引きに優れることが明らかとなった。これは、薄肉部の受熱量に対応する長さＡに対して、薄肉部の熱伝導能力に対応する平均断面積ｄＧＨが十分に大きかったため、薄肉部の単位長さ当たりの残留熱量（薄肉部の受熱量から、薄肉部を通して基部へと伝導される熱量を除いたもの）を十分に小さくできたことによると考えられる。

【0077】

また特に、Ａ／ｄＧＨ≦０．９８（ｍｍ^-1）とすることで、薄肉部の過熱を一層効果的に抑制できることが分かった。

【0078】

上記試験の試験結果より、薄肉部の過熱を抑制すべく、薄肉部のその中心軸方向に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、前記中心軸と直交する断面における薄肉部の平均断面積をｄＧＨ（ｍｍ²）としたとき、Ａ／ｄＧＨ≦３．０３（ｍｍ^-1）を満たすことが好ましく、Ａ／ｄＧＨ≦０．９８（ｍｍ^-1）を満たすことがより好ましいといえる。

【0079】

次いで、薄肉部の先端面及び各側面の間、並びに、隣接する各側面同士の間に、曲率半径Ｘ（ｍｍ）を種々変更した湾曲面部を設け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、耐熱性評価試験を行った。耐熱性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、薄肉部の先端面及び各側面の間、並びに、隣接する各側面同士の間を角張った形状にしたスパークプラグのサンプル（比較例に相当する）を、排気量１６００ｃｃの直列４気筒直噴ターボエンジンに取付けるとともに、回転数を２５００ｒｐｍ、点火時期を３０°ＣＡとして、エンジンを動作させた。その上で、過給圧を徐々に増大させることで、燃焼室内の温度ひいては接地電極の温度を上昇させて、プレイグニッションが生じた際の図示平均有効圧（基準ＩＭＥＰ）を計測した。次いで、湾曲面部を設けた上記サンプル（実施例に相当する）を、同様のエンジンに取付け、上記同様の動作条件でエンジンを動作させるとともに、過給圧を徐々に増大させ、プレイグニッションが発生した際の図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）を計測した。そして、前記基準ＩＭＥＰに対する各実施例に相当するサンプルのＩＭＥＰの割合（ＩＭＥＰ向上率）を、前記基準ＩＭＥＰを１００として算出した。尚、ＩＭＥＰは、プレイグニッションが生じた際の燃焼室内の温度に対応し、ＩＭＥＰ向上率が大きいほど、より高温域でプレイグニッションを生じさせることなく、エンジンを正常に動作可能であるといえる。図１１に、湾曲面部の曲率半径Ｘ（ｍｍ）とＩＭＥＰ向上率との関係を表すグラフを示す。

【0080】

図１１に示すように、湾曲面部を設けた各サンプルは、ＩＭＥＰ向上率が１００を上回り、より高温域でエンジンを正常に動作可能となることが分かった。これは、湾曲面部を設けたことで、薄肉部の先端面及び各側面の間、並びに、隣接する各側面同士の間が局所的に高温となってしまうという事態を防止できたことによると考えられる。

【0081】

上記試験の試験結果より、接地電極（薄肉部）を熱源とするプレイグニッションの発生を防止すべく、薄肉部の先端面と各側面との間、及び、隣接する各側面同士の間を、それぞれ外側に凸の湾曲面状とすることが好ましいといえる。

【0082】

次に、薄肉部の側面のうち中心電極の反対側に位置する面と基部の先端面との連接部に、曲率半径Ｙ（ｍｍ）を種々変更した湾曲面状の徐変部を設け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クラック評価試験を行った。クラック評価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６００ｃｃの直列４気筒ＤＯＨＣエンジンに取付けた上で、全開状態（回転数１４０００ｒｐｍ）でエンジンを１００時間動作させた。その後、前記連接部におけるクラックの有無を確認し、クラックが確認されたサンプルを「×」と評価し、クラックが確認されなかったサンプルを「○」と評価した。表３に、当該試験の試験結果を示す。尚、表３において、曲率半径Ｙが０．０ｍｍとあるのは、薄肉部の側面のうち中心電極の反対側に位置する面と基部の先端面とが直交するように構成したことを意味する。

【0083】

【表3】

【0084】

表３に示すように、前記連接部に曲率半径Ｙが０．５ｍｍ以上の徐変部を設けたサンプルは、クラックの発生を効果的に抑制できることが明らかとなった。これは、曲率半径が比較的大きな徐変部を設けたことで、連接部に対する応力の集中をより確実に防止することができたためであると考えられる。

【0085】

上記試験の試験結果より、接地電極の折損を一層確実に防止するためには、薄肉部の側面のうち中心電極の反対側に位置する面と基部の先端面との連接部を、曲率半径が０．５ｍｍ以上とされた凹状の湾曲面状とすることが好ましいといえる。

【0086】

尚、連接部に対する応力集中を防止し、接地電極の折損防止を図るという点では、前記連接部をテーパ状としても、連接部を湾曲面状とすることと同様の効果が奏されると考えられる。

【0087】

次いで、屈曲部の曲率半径Ｒを１．５ｍｍ又は３．０ｍｍとした上で、薄肉部の長さＡ（ｍｍ）を種々変更したスパークプラグのサンプルについて、上述の耐振動性向上率評価試験を行い、耐振動性向上率を算出した。図１２に、当該試験の試験結果を示す。尚、図１２においては、曲率半径Ｒを１．５ｍｍとしたサンプルの試験結果を丸印で示し、曲率半径Ｒを３．０ｍｍとしたサンプルの試験結果を三角印で示す。また、薄肉部を設けたサンプルにおいては、薄肉部を前記基準平面よりも接地電極の先端側に設けた。

【0088】

図１２に示すように、各サンプルともに耐折損性を向上できることが確認されたが、特に薄肉部の長さＡを１．０ｍｍ以上とした場合に、耐折損性の向上効果が顕著に発揮されることが分かった。これは、接地電極の先端部が十分に軽量化されたことによると考えられる。

【0089】

上記試験の試験結果より、接地電極の耐折損性をより一層向上させるべく、薄肉部の長さＡを１．０ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。

【0090】

尚、図１２に示すように、薄肉部の長さＡを５．５ｍｍとしたサンプルにおける耐折損性向上率は、薄肉部の長さＡを５．０ｍｍとしたサンプルと同程度であり、長さＡを５．０ｍｍ超の範囲内でより増大させても、耐折損性がさほど向上しないことが分かった。従って、この点等を考慮して、長さＡを５．０ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

【0091】

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。

【0092】

（ａ）上記実施形態において、薄肉部２９の側面２９Ｓ２と基部２８の先端面２８Ｆとの連接部には、徐変部２７Ｗが設けられているが、図１３に示すように、側面２９Ｓ２と先端面２８Ｆとの連接部に、前記側面２９Ｓ２に対して傾斜するテーパ部２７Ｔを設けることとしてもよい。また、図１４に示すように、先端面２８Ｆをテーパ状に形成することで、側面２９Ｓ２と先端面２８Ｆとの連接部をテーパ状に形成してもよい。これらの場合には、徐変部２７Ｗを設ける場合と同様に、接地電極２７の折損防止効果をより一層高めることができる。

【0093】

（ｂ）上記実施形態において、薄肉部２９のうち少なくとも先端側の幅は略一定とされているが、薄肉部２９の幅を接地電極２７の長手方向に沿って変化させることとしてもよい。従って、例えば、図１５に示すように、薄肉部４１の幅が、接地電極２７の先端に向けて徐々に小さくなるように構成してもよい。

【0094】

（ｃ）上記実施形態において、薄肉部２９のうち少なくとも先端側の厚さは略一定とされているが、薄肉部２９の厚さを接地電極２７の長手方向に沿って変化させることとしてもよい。従って、例えば、図１６及び図１７に示すように、薄肉部４２，４３の肉厚が、接地電極２７の先端に向けて徐々に小さくなるように構成してもよい。

【0095】

（ｄ）上記実施形態において、薄肉部２９は、接地電極２７のうち中心電極５側に位置する面側に形成されているが、薄肉部２９の形成位置はこれに限定されるものではない。従って、例えば、薄肉部を、接地電極２７のうち中心電極５とは反対側の面側に形成してもよい。

【0096】

（ｅ）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）。

【0097】

（ｆ）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。

【符号の説明】

【0098】

１…スパークプラグ
２…絶縁体（絶縁碍子）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
２７…接地電極
２７Ｂ…屈曲部
２７Ｗ…徐変部
２８…基部
２８Ｆ…（基部の）先端面
２９…薄肉部
２９Ｆ…（薄肉部の）先端面
２９Ｓ１〜２９Ｓ４…（薄肉部の）側面
２９Ｗ１〜２９Ｗ８…湾曲面部
ＢＳ…基準平面
ＣＬ１…軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】