スパークプラグ
【課題】火花放電部位において貴金属チップ部材を用いるスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材の剥離を抑制することを目的とする。
【解決手段】スパークプラグは、スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、端部が中心電極の端部と対向して中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、を備える。中心電極と接地電極のうち少なくとも一方の端部は、溶接面を有する貴金属チップ部材と、一方の面が前記貴金属チップ部材の溶接面と抵抗溶接され、他方の面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、を備える。貴金属チップ部材における溶接面に垂直な方向の厚さをＴａとし、中間部材における一方の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、Ｔｂ＞Ｔａを満たす。
【解決手段】スパークプラグは、スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、端部が中心電極の端部と対向して中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、を備える。中心電極と接地電極のうち少なくとも一方の端部は、溶接面を有する貴金属チップ部材と、一方の面が前記貴金属チップ部材の溶接面と抵抗溶接され、他方の面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、を備える。貴金属チップ部材における溶接面に垂直な方向の厚さをＴａとし、中間部材における一方の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、Ｔｂ＞Ｔａを満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、中心電極や接地電極における火花放電部位に貴金属チップ部材を接合したスパークプラグが知られている。このようなスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材と電極母材との間に、貴金属チップ部材の線膨張係数と電極母材の線膨張係数との中間の値の線膨張係数を有する中間部材を配置する技術が知られている。（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このような構成を採用することにより、貴金属チップ部材の電極母材からの剥離を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２６２３７４号公報
【特許文献２】特開昭５９−９４３９１号公報
【特許文献３】特開平６−６０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、さらに、貴金属チップ部材の剥離を抑制することが求められている。例えば、上記の従来の構成では、貴金属チップ部材が中間部材から剥離するおそれがあった。
本発明は、火花放電部位において貴金属チップ部材を用いるスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材の剥離を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
【０００７】
［適用例１］ スパークプラグであって、
前記スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備え、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と抵抗溶接され、前記第１の面と反対側の第２の面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、
を備え、
前記貴金属チップ部材の端面に垂直な方向の厚さをＴａとし、
前記中間部材における前記第１の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、抵抗溶接された中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と中間部材との剥離を抑制することができる。
【０００８】
［適用例２］適用例１に記載のスパークプラグにおいて、
前記中間部材のヤング率は、前記貴金属チップ部材のヤング率および前記電極母材のヤング率より小さい、スパークプラグ。
こうすれば、中間部材のヤング率が貴金属チップ部材のヤング率および電極母材のヤング率より小さいので、中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材と貴金属チップ部材と剥離、および、中間部材と電極母材との剥離を抑制することができる。
【０００９】
［適用例３］適用例１または適用例２のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材の線膨張係数は、前記貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、前記電極母材の線膨張係数より小さい、スパークプラグ。
こうすれば、中間部材の線膨張係数は、貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、電極母材の線膨張係数より小さいので、中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材と貴金属チップ部材と剥離、および、中間部材と電極母材との剥離を抑制することができる。
【００１０】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、
i）パラジウム（Ｐｄ）
ii）金（Ａｕ）
iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）
のうちのいずれかを主成分とする材料で形成されている、スパークプラグ。
こうすれば、上記ヤング率の条件と、線膨張係数の条件を満たす中間部材を形成することができる。
【００１１】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
こうすれば、縦放電型のスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材の剥離を抑制することができる。
【００１２】
［適用例６］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と、前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向と垂直な方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
こうすれば、横放電型のスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材の剥離を抑制することができる。
【００１３】
［適用例７］適用例１ないし適用例６記載のいずれかにのスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄａの円である円筒形状を有し、
前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円である円筒形状を有し、
Ｄｂ＞Ｄａ
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、貴金属チップ部材は、中間部材より小さく、円筒形上の底面全体で中間部材と抵抗溶接されるので、貴金属チップ部材の中間部材からの剥離を抑制することができる。
【００１４】
［適用例８］スパークプラグであって、
前記スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備え、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と抵抗溶接され、前記第１の面と反対側の第２の面面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、
を備え、
前記中間部材における前記第１の面の面積をＳｂとし、
前記中間部材における前記第１の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、
２５πＴｂ2＞Ｓｂ（πは円周率）
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、円筒形状の中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と円筒形状の中間部材との剥離を抑制することができる。
【００１５】
［適用例９］前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円形である円筒形状を有し、
１０Ｔｂ＞Ｄｂ
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、円筒形状の中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と円筒形状の中間部材との剥離を抑制することができる。
【００１６】
［適用例１０］適用例８または適用例９に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材の端面に垂直な方向の厚さをＴａとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、抵抗溶接された中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力をより抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と中間部材との剥離をより抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】第１実施例におけるスパークプラグ１００の中心電極２０の先端付近の拡大図である。
【図３】接地電極３０の先端部３１を軸線方向ＯＤに見た図である。
【図４】中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０との間（抵抗溶接部）に発生する応力を示すグラフである。
【図５】第２実施例におけるスパークプラグ１００Ａの中心電極２０の先端付近の拡大図である。
【図６】第３実施例におけるスパークプラグ１００Ｂの中心電極２０Ｂの先端付近の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
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は本発明の一実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線方向ＯＤを図面における上下方向とし、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。
【００１９】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、絶縁体としての絶縁碍子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内に軸線方向ＯＤ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。
【００２０】
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、軸中心に軸線方向ＯＤへ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線方向ＯＤ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。
【００２１】
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を、その外径Ｍ（呼び径）が標準的な外径であるＭ１４、或いは、Ｍ１０〜Ｍ１８とした。
【００２２】
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。
【００２３】
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撓み変形するように構成されており、タルク９の軸線方向ＯＤ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が設けられている。
【００２４】
図２は、第１実施例におけるスパークプラグ１００の中心電極２０の先端付近の拡大図である。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００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。
【００２５】
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９０とを備え、この電極チップ９０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よりも突出されている。電極チップ９０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９０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）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、１種類あるいは２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）などが多用される。
【００２６】
溶融部２３は、電極母材台座２２への電極チップ９０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９０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９０を配置した状態で、電極母材台座２２と電極チップ９０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９０の貴金属）が溶融して混ざり合うため、電極チップ９０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９０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。
【００２７】
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。
【００２８】
接地電極３０の電極母材は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、ニッケル合金が用いられる。本実施例では、インコネル（商標名）６００（ＩＮＣ６００）と呼ばれるニッケル合金が用いられている。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いる。接地電極３０の基端部（一端部）３２は、主体金具５０の先端面５７に溶接にて接合されている。接地電極３０の先端部（他端部）３１の一側面は、中心電極２０の電極チップ９０と、軸線Ｏ上で軸線方向ＯＤに対向するように屈曲されている。そして、この接地電極３０の先端部３１の一側面と電極チップ９０の先端面との間には火花ギャップが形成される。この火花ギャップは、例えば、０．２〜０．６ｍｍ程度である。
【００２９】
接地電極３０の先端部３１において、電極チップ９０と対向する側面には、２層部材３００が電極母材に抵抗溶接されている。２層部材３００は、貴金属チップ部材３１０と、中間部材３２０とを有している。貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０とは、電極チップ９０と対向する方向（第１実施例では、軸線方向ＯＤ）に積層されている。貴金属チップ部材３１０の下側の面と中間部材３２０の上側の面との間は、抵抗溶接されている。中間部材３２０の下側の面は、接地電極３０の電極母材と抵抗溶接されている。貴金属チップ部材３１０には、例えば、Ｐｔ（白金）または、Ｐｔを主成分とする合金が用いられる。本実施例では、Ｐｔ−２０Ｉｒ合金（２０質量％のイリジウムを含有した白金合金）が用いられている。中間部材３２０には、Ｐｄ（パラジウム）またはＰｄを主成分とする合金、Ａｕ（金）またはＡｕを主成分とする合金、ＡｕＰｄ合金、Ｐｔ合金が用いられる。本実施例では、Ｐｄや、Ｐｔ−２０Ｎｉ（２０質量％のニッケルを含有した白金合金）が用いられている。中間部材３２０は、中間部材３２０の下側が接地電極３０の電極母材に埋設されているのは、２層部材３００を電極母材に抵抗溶接する際に、中間部材３２０より融点の低い電極母材が溶けるため、中間部材３２０の下側部分が電極部材の内部に沈みこむためである。中間部材３２０の積層方向（第１実施例では、軸線方向ＯＤ）の厚さＴｂは、貴金属チップ部材３１０の積層方向の厚さＴａより大きい（Ｔｂ＞Ｔａ）。
【００３０】
図３は、接地電極３０の先端部３１を、軸線方向ＯＤに見た図である。貴金属チップ部材３１０は、厚さ方向に垂直な方向の断面が直径Ｄａの円形である。中間部材３２０は、厚さ方向に垂直な方向の断面が直径Ｄｂの円形である。すなわち、貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０は、円筒形状を有している。中間部材３２０の直径Ｄｂは、貴金属チップ部材３１０の直径Ｄａより大きく、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０の厚さ方向に垂直な方向の断面は、同心円である。したがって、中間部材３２０の外縁部は、厚さ方向から見て、貴金属チップ部材３１０の外縁より外側にはみ出している。
【００３１】
ここで本実施例では、中間部材３２０の直径Ｄｂと、中間部材３２０の厚さＴｂとは、１０Ｔｂ＞Ｄｂを満たす。なお、この式を、中間部材３２０の上側の面の面積Ｓｂは、Ｓｂ＝π（Ｄｂ／２）2であるので、１０Ｔｂ＞Ｄｂの式を、Ｓｂを用いて表すと、２５πｔｂ2＞Ｓｂとなる。
【００３２】
以下に、接地電極３０の電極母材の材料（ＩＮＣ６００）と、貴金属チップ部材３１０の材料（Ｐｔ−２０Ｉｒ）と、中間部材３２０の材料（ＰｄまたはＰｔ−２０Ｎｉ）の特性を示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１から解るように、中間部材３２０のヤング率は、貴金属チップ部材３１０のヤング率および接地電極３０の電極母材のヤング率より小さい。そして、中間部材３２０の線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０の線膨張係数より大きく、接地電極３０の電極母材の線膨張係数より小さい。
【００３５】
以上説明した本実施例によれば、中間部材３２０の積層方向の厚さＴｂは、貴金属チップ部材３１０の積層方向の厚さＴａより大きい（Ｔｂ＞Ｔａ）ので、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離が抑制される。
【００３６】
図４は、中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０との間（抵抗溶接部）に発生する応力を示すグラフである。このグラフは、シミュレーションによって計算された値である。このシミュレーションでは、中間部材３２０の直径Ｄａを２．９ｍｍ、貴金属チップ部材３１０の直径Ｄｂを３．０ｍｍ、貴金属チップ部材３１０の厚さＴａを０．３ｍｍと設定している。そして、貴金属チップ部材３１０の材料特性はＰｔ−２０Ｉｒ、接地電極３０の電極母材の材料特性はＩＮＣ６００の特性値をそれぞれ用いている。また、このシミュレーションでは、中間部材３２０の材料としては、Ｐｄ（丸印）とＰｔ−２０Ｎｉ（四角印）の２種類について計算し、中間部材３２０の厚さＴｂとしては、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで計算した。このグラフの縦軸は、貴金属チップ部材と中間部材の間に発生する応力について、Ｔｂが０．２ｍｍのときの応力を１としたときの比を表す。
【００３７】
図４に示すシミュレーション結果から解るように、Ｔｂ＞Ｔａが満たされる領域では、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との間に発生する応力が、Ｔｂ≦Ｔａが満たされる領域より、顕著に抑制される。その結果、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離を抑制することができる。
【００３８】
また、本実施例では、中間部材３２０の積層方向の厚さＴｂと、中間部材３２０の上側の面の直径Ｄｂとの間は、１０Ｔｂ＞Ｄｂの関係式を満たすので、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離が抑制される。
【００３９】
図４に示すシミュレーション結果から解るように、１０Ｔｂ＞Ｄｂが満たされる領域では、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との間に発生する応力が、１０Ｔｂ≦Ｄｂが満たされる領域より、顕著に抑制される。その結果、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離を抑制することができる。
【００４０】
中間部材３２０は、貴金属チップ部材３１０および接地電極３０の電極母材よりヤング率が低い、すなわち、弾性変形しやすい材料である。このような中間部材３２０が貴金属チップ部材３１０と接地電極３０の電極母材との間にクッションとして介在することによって、貴金属チップ部材３１０と接地電極３０の抵抗溶接面に発生する応力を緩和することができる。このような応力緩和能力が十分に発揮されるためには、中間部材３２０はある程度の厚さＴｂが必要になると考えられる。そして、この応力緩和能力が十分に発揮されるために厚さＴｂが満たすべき条件が、１０Ｔｂ＞Ｄｂや、Ｔｂ＞Ｔａであると考えられる。
【００４１】
また、本実施例では、中間部材３２０の線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０の線膨張係数より大きく、接地電極３０の電極母材の線膨張係数より小さいので、温度変化により中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０と剥離、および、中間部材３２０と接地電極３０の電極母材との剥離をより抑制することができる。
【００４２】
Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例におけるスパークプラグ１００Ａの中心電極２０の先端付近の拡大図である。第２実施例におけるスパークプラグ１００Ａが、第１実施例におけるスパークプラグ１００と異なる点は、接地電極３０Ａの構成である。第２実施例の接地電極３０Ａの先端部３１Ａは、第１実施例と異なり、電極チップ９０の側面と対向するように形成されている。すなわち、先端部３１の端面は、電極チップ９０の側面と、軸線方向ＯＤと垂直な方向に対向する。そして、先端部３１の端面には、電極チップ９０との対向方向に２層部材３００Ａが抵抗溶接されている。２層部材３００Ａを構成する貴金属チップ部材３１０Ａおよび中間部材３２０Ａの構成は、積層方向が軸線方向ＯＤと垂直な方向であることを除いて、第１実施例と同じである。このように、本発明は、第１実施例のような軸線方向ＯＤに火花ギャップが設けられた縦放電タイプのスパークプラグだけでなく、第２実施例のような軸線方向ＯＤに垂直な方向に火花ギャップが設けられた横放電タイプのスパークプラグにも適用可能である。第２実施例においても、第１実施例と同様の作用・効果が得られる。
【００４３】
Ｃ．第３実施例：
図６は、第３実施例におけるスパークプラグ１００Ｂの中心電極２０Ｂの先端付近の拡大図である。第３実施例におけるスパークプラグ１００Ｂが、第１実施例におけるスパークプラグ１００と異なる点は、接地電極３０Ｂの構成と、中心電極２０Ｂの先端付近の構成である。第３実施例の接地電極３０Ｂの先端部３１Ｂは、第１実施例と異なり、２層部材３００が配置されていない。一方、第３実施例の中心電極２０Ｂの電極母材２１Ｂの先端部分には、第１実施例の溶融部２３および電極チップ９０に代えて、２層部材３００Ｂが形成されている。２層部材３００Ｂを構成する貴金属チップ部材３１０Ｂおよび中間部材３２０Ｂの構成は、電極母材２１Ｂが上側にあることに対応して、中間部材３２０Ｂが上側に貴金属チップ部材３１０Ｂが下側にあることを除いて、第１実施例と同じである。このように、本発明は、第１実施例および第２実施例の２層部材３００、３００Ａのように接地電極に適用されるだけでなく、第３実施例の２層部材３００Ｂのように中心電極にも適用可能である。中心電極に適用した場合においても、接地電極に適用した場合と同様の作用・効果が得られる。
【００４４】
Ｄ．変形例：
・第１変形例：
上記実施例では、２層部材３００、３００Ａ、３００Ｂは、接地電極か中心電極のいずれか一方に配置されているが、両方に配置しても良い。
【００４５】
・第２変形例：
上記実施例では、２層部材３００、３００Ａ、３００Ｂを構成する貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、および、中間部材３２０、３２０Ｂ、３２０Ａは、積層方向から見た形状が円形であるが、これに限られない。例えば、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、および、中間部材３２０、３２０Ｂ、３２０Ａは、四角形、六角形などの多角形であってもよいし、楕円形であっても良い。また、中間部材と貴金属チップ部材の形状が異なっていても良い。いずれの形状であっても、全周に亘って、中間部材の外縁部は、貴金属チップ部材の外縁より外側にあることが好ましい。また、中間部材の厚さＴｂと中間部材の積層方向の上面の面積Ｓｂは、２５πＴｂ2＞Ｓｂ（πは円周率）の関係式を満たしていることが好ましい。
【００４６】
・第３変形例：
上記実施例では、１０Ｔｂ＞Ｄｂの関係式と、Ｔｂ＞Ｔａの関係式の両方を満たしているが、いずれか一方を満たしているだけでも良い。
【００４７】
・第４変形例：
上記実施例のように、中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂのヤング率は、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂのヤング率および電極母材２１、２１Ｂのヤング率より小さいことが好ましく、中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂの線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂの線膨張係数より大きく、電極母材２１、２１Ｂの線膨張係数より小さいことが好ましい。貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂが白金または白金を主成分とした合金であり、電極母材がニッケル合金である一般的な構成である場合、このような条件を満たす中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂの材料としては、i）パラジウム（Ｐｄ）、ii）金（Ａｕ）、iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）のうちのいずれかを主成分とする材料がある。
【００４８】
・第５変形例：
上記実施例では、横放電型と縦放電型を例として説明したが、接地電極の先端部と、中心電極２０の先端部との位置関係は、スパークプラグの用途や、必要とされる性能等に応じて適宜設定することが可能である。また、１つの中心電極に対して複数の接地電極が設けられても良い。
【００４９】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
６…リング部材
８…板パッキン
９…タルク
１０…絶縁碍子
１１…先端部
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…鍔部
２０、２０Ｂ…中心電極
２１、２１Ｂ…電極母材
２２…電極母材台座
２３…溶融部
２５…芯材
３０、３０Ａ、３０Ｂ…接地電極
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５３…加締部
５４…シール部
５５…座面
５６…段部
５７…先端面
５８…座屈部
５９…ネジ首
９０…電極チップ
１００、１００Ａ、１００Ｂ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
２０５…開口周縁部
３００、３００Ａ、３００Ｂ…２層部材
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ…貴金属チップ部材
３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ…中間部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、中心電極や接地電極における火花放電部位に貴金属チップ部材を接合したスパークプラグが知られている。このようなスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材と電極母材との間に、貴金属チップ部材の線膨張係数と電極母材の線膨張係数との中間の値の線膨張係数を有する中間部材を配置する技術が知られている。（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このような構成を採用することにより、貴金属チップ部材の電極母材からの剥離を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２６２３７４号公報
【特許文献２】特開昭５９−９４３９１号公報
【特許文献３】特開平６−６０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、さらに、貴金属チップ部材の剥離を抑制することが求められている。例えば、上記の従来の構成では、貴金属チップ部材が中間部材から剥離するおそれがあった。
本発明は、火花放電部位において貴金属チップ部材を用いるスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材の剥離を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
【０００７】
［適用例１］ スパークプラグであって、
前記スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備え、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と抵抗溶接され、前記第１の面と反対側の第２の面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、
を備え、
前記貴金属チップ部材の端面に垂直な方向の厚さをＴａとし、
前記中間部材における前記第１の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、抵抗溶接された中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と中間部材との剥離を抑制することができる。
【０００８】
［適用例２］適用例１に記載のスパークプラグにおいて、
前記中間部材のヤング率は、前記貴金属チップ部材のヤング率および前記電極母材のヤング率より小さい、スパークプラグ。
こうすれば、中間部材のヤング率が貴金属チップ部材のヤング率および電極母材のヤング率より小さいので、中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材と貴金属チップ部材と剥離、および、中間部材と電極母材との剥離を抑制することができる。
【０００９】
［適用例３］適用例１または適用例２のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材の線膨張係数は、前記貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、前記電極母材の線膨張係数より小さい、スパークプラグ。
こうすれば、中間部材の線膨張係数は、貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、電極母材の線膨張係数より小さいので、中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材と貴金属チップ部材と剥離、および、中間部材と電極母材との剥離を抑制することができる。
【００１０】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、
i）パラジウム（Ｐｄ）
ii）金（Ａｕ）
iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）
のうちのいずれかを主成分とする材料で形成されている、スパークプラグ。
こうすれば、上記ヤング率の条件と、線膨張係数の条件を満たす中間部材を形成することができる。
【００１１】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
こうすれば、縦放電型のスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材の剥離を抑制することができる。
【００１２】
［適用例６］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と、前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向と垂直な方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
こうすれば、横放電型のスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材の剥離を抑制することができる。
【００１３】
［適用例７］適用例１ないし適用例６記載のいずれかにのスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄａの円である円筒形状を有し、
前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円である円筒形状を有し、
Ｄｂ＞Ｄａ
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、貴金属チップ部材は、中間部材より小さく、円筒形上の底面全体で中間部材と抵抗溶接されるので、貴金属チップ部材の中間部材からの剥離を抑制することができる。
【００１４】
［適用例８］スパークプラグであって、
前記スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備え、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と抵抗溶接され、前記第１の面と反対側の第２の面面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、
を備え、
前記中間部材における前記第１の面の面積をＳｂとし、
前記中間部材における前記第１の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、
２５πＴｂ2＞Ｓｂ（πは円周率）
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、円筒形状の中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と円筒形状の中間部材との剥離を抑制することができる。
【００１５】
［適用例９］前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円形である円筒形状を有し、
１０Ｔｂ＞Ｄｂ
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、円筒形状の中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と円筒形状の中間部材との剥離を抑制することができる。
【００１６】
［適用例１０］適用例８または適用例９に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材の端面に垂直な方向の厚さをＴａとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグ。
こうすれば、抵抗溶接された中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力をより抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と中間部材との剥離をより抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】第１実施例におけるスパークプラグ１００の中心電極２０の先端付近の拡大図である。
【図３】接地電極３０の先端部３１を軸線方向ＯＤに見た図である。
【図４】中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０との間（抵抗溶接部）に発生する応力を示すグラフである。
【図５】第２実施例におけるスパークプラグ１００Ａの中心電極２０の先端付近の拡大図である。
【図６】第３実施例におけるスパークプラグ１００Ｂの中心電極２０Ｂの先端付近の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
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は本発明の一実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線方向ＯＤを図面における上下方向とし、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。
【００１９】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、絶縁体としての絶縁碍子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内に軸線方向ＯＤ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。
【００２０】
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、軸中心に軸線方向ＯＤへ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線方向ＯＤ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。
【００２１】
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を、その外径Ｍ（呼び径）が標準的な外径であるＭ１４、或いは、Ｍ１０〜Ｍ１８とした。
【００２２】
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。
【００２３】
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撓み変形するように構成されており、タルク９の軸線方向ＯＤ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が設けられている。
【００２４】
図２は、第１実施例におけるスパークプラグ１００の中心電極２０の先端付近の拡大図である。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００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。
【００２５】
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９０とを備え、この電極チップ９０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よりも突出されている。電極チップ９０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９０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）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、１種類あるいは２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）などが多用される。
【００２６】
溶融部２３は、電極母材台座２２への電極チップ９０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９０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９０を配置した状態で、電極母材台座２２と電極チップ９０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９０の貴金属）が溶融して混ざり合うため、電極チップ９０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９０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。
【００２７】
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。
【００２８】
接地電極３０の電極母材は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、ニッケル合金が用いられる。本実施例では、インコネル（商標名）６００（ＩＮＣ６００）と呼ばれるニッケル合金が用いられている。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いる。接地電極３０の基端部（一端部）３２は、主体金具５０の先端面５７に溶接にて接合されている。接地電極３０の先端部（他端部）３１の一側面は、中心電極２０の電極チップ９０と、軸線Ｏ上で軸線方向ＯＤに対向するように屈曲されている。そして、この接地電極３０の先端部３１の一側面と電極チップ９０の先端面との間には火花ギャップが形成される。この火花ギャップは、例えば、０．２〜０．６ｍｍ程度である。
【００２９】
接地電極３０の先端部３１において、電極チップ９０と対向する側面には、２層部材３００が電極母材に抵抗溶接されている。２層部材３００は、貴金属チップ部材３１０と、中間部材３２０とを有している。貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０とは、電極チップ９０と対向する方向（第１実施例では、軸線方向ＯＤ）に積層されている。貴金属チップ部材３１０の下側の面と中間部材３２０の上側の面との間は、抵抗溶接されている。中間部材３２０の下側の面は、接地電極３０の電極母材と抵抗溶接されている。貴金属チップ部材３１０には、例えば、Ｐｔ（白金）または、Ｐｔを主成分とする合金が用いられる。本実施例では、Ｐｔ−２０Ｉｒ合金（２０質量％のイリジウムを含有した白金合金）が用いられている。中間部材３２０には、Ｐｄ（パラジウム）またはＰｄを主成分とする合金、Ａｕ（金）またはＡｕを主成分とする合金、ＡｕＰｄ合金、Ｐｔ合金が用いられる。本実施例では、Ｐｄや、Ｐｔ−２０Ｎｉ（２０質量％のニッケルを含有した白金合金）が用いられている。中間部材３２０は、中間部材３２０の下側が接地電極３０の電極母材に埋設されているのは、２層部材３００を電極母材に抵抗溶接する際に、中間部材３２０より融点の低い電極母材が溶けるため、中間部材３２０の下側部分が電極部材の内部に沈みこむためである。中間部材３２０の積層方向（第１実施例では、軸線方向ＯＤ）の厚さＴｂは、貴金属チップ部材３１０の積層方向の厚さＴａより大きい（Ｔｂ＞Ｔａ）。
【００３０】
図３は、接地電極３０の先端部３１を、軸線方向ＯＤに見た図である。貴金属チップ部材３１０は、厚さ方向に垂直な方向の断面が直径Ｄａの円形である。中間部材３２０は、厚さ方向に垂直な方向の断面が直径Ｄｂの円形である。すなわち、貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０は、円筒形状を有している。中間部材３２０の直径Ｄｂは、貴金属チップ部材３１０の直径Ｄａより大きく、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０の厚さ方向に垂直な方向の断面は、同心円である。したがって、中間部材３２０の外縁部は、厚さ方向から見て、貴金属チップ部材３１０の外縁より外側にはみ出している。
【００３１】
ここで本実施例では、中間部材３２０の直径Ｄｂと、中間部材３２０の厚さＴｂとは、１０Ｔｂ＞Ｄｂを満たす。なお、この式を、中間部材３２０の上側の面の面積Ｓｂは、Ｓｂ＝π（Ｄｂ／２）2であるので、１０Ｔｂ＞Ｄｂの式を、Ｓｂを用いて表すと、２５πｔｂ2＞Ｓｂとなる。
【００３２】
以下に、接地電極３０の電極母材の材料（ＩＮＣ６００）と、貴金属チップ部材３１０の材料（Ｐｔ−２０Ｉｒ）と、中間部材３２０の材料（ＰｄまたはＰｔ−２０Ｎｉ）の特性を示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１から解るように、中間部材３２０のヤング率は、貴金属チップ部材３１０のヤング率および接地電極３０の電極母材のヤング率より小さい。そして、中間部材３２０の線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０の線膨張係数より大きく、接地電極３０の電極母材の線膨張係数より小さい。
【００３５】
以上説明した本実施例によれば、中間部材３２０の積層方向の厚さＴｂは、貴金属チップ部材３１０の積層方向の厚さＴａより大きい（Ｔｂ＞Ｔａ）ので、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離が抑制される。
【００３６】
図４は、中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０との間（抵抗溶接部）に発生する応力を示すグラフである。このグラフは、シミュレーションによって計算された値である。このシミュレーションでは、中間部材３２０の直径Ｄａを２．９ｍｍ、貴金属チップ部材３１０の直径Ｄｂを３．０ｍｍ、貴金属チップ部材３１０の厚さＴａを０．３ｍｍと設定している。そして、貴金属チップ部材３１０の材料特性はＰｔ−２０Ｉｒ、接地電極３０の電極母材の材料特性はＩＮＣ６００の特性値をそれぞれ用いている。また、このシミュレーションでは、中間部材３２０の材料としては、Ｐｄ（丸印）とＰｔ−２０Ｎｉ（四角印）の２種類について計算し、中間部材３２０の厚さＴｂとしては、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで計算した。このグラフの縦軸は、貴金属チップ部材と中間部材の間に発生する応力について、Ｔｂが０．２ｍｍのときの応力を１としたときの比を表す。
【００３７】
図４に示すシミュレーション結果から解るように、Ｔｂ＞Ｔａが満たされる領域では、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との間に発生する応力が、Ｔｂ≦Ｔａが満たされる領域より、顕著に抑制される。その結果、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離を抑制することができる。
【００３８】
また、本実施例では、中間部材３２０の積層方向の厚さＴｂと、中間部材３２０の上側の面の直径Ｄｂとの間は、１０Ｔｂ＞Ｄｂの関係式を満たすので、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離が抑制される。
【００３９】
図４に示すシミュレーション結果から解るように、１０Ｔｂ＞Ｄｂが満たされる領域では、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との間に発生する応力が、１０Ｔｂ≦Ｄｂが満たされる領域より、顕著に抑制される。その結果、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離を抑制することができる。
【００４０】
中間部材３２０は、貴金属チップ部材３１０および接地電極３０の電極母材よりヤング率が低い、すなわち、弾性変形しやすい材料である。このような中間部材３２０が貴金属チップ部材３１０と接地電極３０の電極母材との間にクッションとして介在することによって、貴金属チップ部材３１０と接地電極３０の抵抗溶接面に発生する応力を緩和することができる。このような応力緩和能力が十分に発揮されるためには、中間部材３２０はある程度の厚さＴｂが必要になると考えられる。そして、この応力緩和能力が十分に発揮されるために厚さＴｂが満たすべき条件が、１０Ｔｂ＞Ｄｂや、Ｔｂ＞Ｔａであると考えられる。
【００４１】
また、本実施例では、中間部材３２０の線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０の線膨張係数より大きく、接地電極３０の電極母材の線膨張係数より小さいので、温度変化により中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０と剥離、および、中間部材３２０と接地電極３０の電極母材との剥離をより抑制することができる。
【００４２】
Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例におけるスパークプラグ１００Ａの中心電極２０の先端付近の拡大図である。第２実施例におけるスパークプラグ１００Ａが、第１実施例におけるスパークプラグ１００と異なる点は、接地電極３０Ａの構成である。第２実施例の接地電極３０Ａの先端部３１Ａは、第１実施例と異なり、電極チップ９０の側面と対向するように形成されている。すなわち、先端部３１の端面は、電極チップ９０の側面と、軸線方向ＯＤと垂直な方向に対向する。そして、先端部３１の端面には、電極チップ９０との対向方向に２層部材３００Ａが抵抗溶接されている。２層部材３００Ａを構成する貴金属チップ部材３１０Ａおよび中間部材３２０Ａの構成は、積層方向が軸線方向ＯＤと垂直な方向であることを除いて、第１実施例と同じである。このように、本発明は、第１実施例のような軸線方向ＯＤに火花ギャップが設けられた縦放電タイプのスパークプラグだけでなく、第２実施例のような軸線方向ＯＤに垂直な方向に火花ギャップが設けられた横放電タイプのスパークプラグにも適用可能である。第２実施例においても、第１実施例と同様の作用・効果が得られる。
【００４３】
Ｃ．第３実施例：
図６は、第３実施例におけるスパークプラグ１００Ｂの中心電極２０Ｂの先端付近の拡大図である。第３実施例におけるスパークプラグ１００Ｂが、第１実施例におけるスパークプラグ１００と異なる点は、接地電極３０Ｂの構成と、中心電極２０Ｂの先端付近の構成である。第３実施例の接地電極３０Ｂの先端部３１Ｂは、第１実施例と異なり、２層部材３００が配置されていない。一方、第３実施例の中心電極２０Ｂの電極母材２１Ｂの先端部分には、第１実施例の溶融部２３および電極チップ９０に代えて、２層部材３００Ｂが形成されている。２層部材３００Ｂを構成する貴金属チップ部材３１０Ｂおよび中間部材３２０Ｂの構成は、電極母材２１Ｂが上側にあることに対応して、中間部材３２０Ｂが上側に貴金属チップ部材３１０Ｂが下側にあることを除いて、第１実施例と同じである。このように、本発明は、第１実施例および第２実施例の２層部材３００、３００Ａのように接地電極に適用されるだけでなく、第３実施例の２層部材３００Ｂのように中心電極にも適用可能である。中心電極に適用した場合においても、接地電極に適用した場合と同様の作用・効果が得られる。
【００４４】
Ｄ．変形例：
・第１変形例：
上記実施例では、２層部材３００、３００Ａ、３００Ｂは、接地電極か中心電極のいずれか一方に配置されているが、両方に配置しても良い。
【００４５】
・第２変形例：
上記実施例では、２層部材３００、３００Ａ、３００Ｂを構成する貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、および、中間部材３２０、３２０Ｂ、３２０Ａは、積層方向から見た形状が円形であるが、これに限られない。例えば、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、および、中間部材３２０、３２０Ｂ、３２０Ａは、四角形、六角形などの多角形であってもよいし、楕円形であっても良い。また、中間部材と貴金属チップ部材の形状が異なっていても良い。いずれの形状であっても、全周に亘って、中間部材の外縁部は、貴金属チップ部材の外縁より外側にあることが好ましい。また、中間部材の厚さＴｂと中間部材の積層方向の上面の面積Ｓｂは、２５πＴｂ2＞Ｓｂ（πは円周率）の関係式を満たしていることが好ましい。
【００４６】
・第３変形例：
上記実施例では、１０Ｔｂ＞Ｄｂの関係式と、Ｔｂ＞Ｔａの関係式の両方を満たしているが、いずれか一方を満たしているだけでも良い。
【００４７】
・第４変形例：
上記実施例のように、中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂのヤング率は、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂのヤング率および電極母材２１、２１Ｂのヤング率より小さいことが好ましく、中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂの線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂの線膨張係数より大きく、電極母材２１、２１Ｂの線膨張係数より小さいことが好ましい。貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂが白金または白金を主成分とした合金であり、電極母材がニッケル合金である一般的な構成である場合、このような条件を満たす中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂの材料としては、i）パラジウム（Ｐｄ）、ii）金（Ａｕ）、iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）のうちのいずれかを主成分とする材料がある。
【００４８】
・第５変形例：
上記実施例では、横放電型と縦放電型を例として説明したが、接地電極の先端部と、中心電極２０の先端部との位置関係は、スパークプラグの用途や、必要とされる性能等に応じて適宜設定することが可能である。また、１つの中心電極に対して複数の接地電極が設けられても良い。
【００４９】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
６…リング部材
８…板パッキン
９…タルク
１０…絶縁碍子
１１…先端部
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…鍔部
２０、２０Ｂ…中心電極
２１、２１Ｂ…電極母材
２２…電極母材台座
２３…溶融部
２５…芯材
３０、３０Ａ、３０Ｂ…接地電極
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５３…加締部
５４…シール部
５５…座面
５６…段部
５７…先端面
５８…座屈部
５９…ネジ首
９０…電極チップ
１００、１００Ａ、１００Ｂ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
２０５…開口周縁部
３００、３００Ａ、３００Ｂ…２層部材
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ…貴金属チップ部材
３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ…中間部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパークプラグであって、
前記スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備え、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と抵抗溶接され、前記第１の面と反対側の第２の面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、
を備え、
前記貴金属チップ部材の端面に垂直な方向の厚さをＴａとし、
前記中間部材における前記第１の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
前記中間部材のヤング率は、前記貴金属チップ部材のヤング率および前記電極母材のヤング率より小さい、スパークプラグ。
【請求項３】
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、
前記中間部材の線膨張係数は、前記貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、前記電極母材の線膨張係数より小さい、スパークプラグ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、
i）パラジウム（Ｐｄ）
ii）金（Ａｕ）
iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）
のうちのいずれかを主成分とする材料で形成されている、スパークプラグ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と、前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向と垂直な方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄａの円である円筒形状を有し、
前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円である円筒形状を有し、
Ｄｂ＞Ｄａ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項８】
スパークプラグであって、
前記スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備え、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と抵抗溶接され、前記第１の面と反対側の第２の面面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、
を備え、
前記中間部材における前記第１の面の面積をＳｂとし、
前記中間部材における前記第１の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、
２５πＴｂ2＞Ｓｂ（πは円周率）
を満たす、スパークプラグ。
【請求項９】
請求項８に記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円形である円筒形状を有し、
１０Ｔｂ＞Ｄｂ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材の端面に垂直な方向の厚さをＴａとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
前記中間部材のヤング率は、前記貴金属チップ部材のヤング率および前記電極母材のヤング率より小さい、スパークプラグ。
【請求項１２】
請求項８または請求項１１のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材の線膨張係数は、前記貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、前記電極母材の線膨張係数より小さい、スパークプラグ。
【請求項１３】
請求項８ないし請求項１２のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、
i）パラジウム（Ｐｄ）
ii）金（Ａｕ）
iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）
のうちのいずれかを主成分とする材料で形成されている、スパークプラグ。
【請求項１４】
請求項８ないし請求項１３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
【請求項１５】
請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と、前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向と垂直な方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
【請求項１６】
請求項８ないし請求項１５のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄａの円である円筒形状を有し、
前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円である円筒形状を有し、
Ｄｂ＞Ｄａ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項１】
スパークプラグであって、
前記スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備え、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と抵抗溶接され、前記第１の面と反対側の第２の面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、
を備え、
前記貴金属チップ部材の端面に垂直な方向の厚さをＴａとし、
前記中間部材における前記第１の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
前記中間部材のヤング率は、前記貴金属チップ部材のヤング率および前記電極母材のヤング率より小さい、スパークプラグ。
【請求項３】
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、
前記中間部材の線膨張係数は、前記貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、前記電極母材の線膨張係数より小さい、スパークプラグ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、
i）パラジウム（Ｐｄ）
ii）金（Ａｕ）
iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）
のうちのいずれかを主成分とする材料で形成されている、スパークプラグ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と、前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向と垂直な方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄａの円である円筒形状を有し、
前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円である円筒形状を有し、
Ｄｂ＞Ｄａ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項８】
スパークプラグであって、
前記スパークプラグの軸線方向に延在する中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備え、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と抵抗溶接され、前記第１の面と反対側の第２の面面が電極母材と抵抗溶接された中間部材と、
を備え、
前記中間部材における前記第１の面の面積をＳｂとし、
前記中間部材における前記第１の面に垂直な方向の厚さをＴｂとした場合において、
２５πＴｂ2＞Ｓｂ（πは円周率）
を満たす、スパークプラグ。
【請求項９】
請求項８に記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円形である円筒形状を有し、
１０Ｔｂ＞Ｄｂ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材の端面に垂直な方向の厚さをＴａとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグ。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
前記中間部材のヤング率は、前記貴金属チップ部材のヤング率および前記電極母材のヤング率より小さい、スパークプラグ。
【請求項１２】
請求項８または請求項１１のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材の線膨張係数は、前記貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、前記電極母材の線膨張係数より小さい、スパークプラグ。
【請求項１３】
請求項８ないし請求項１２のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中間部材は、
i）パラジウム（Ｐｄ）
ii）金（Ａｕ）
iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）
のうちのいずれかを主成分とする材料で形成されている、スパークプラグ。
【請求項１４】
請求項８ないし請求項１３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
【請求項１５】
請求項８ないし請求項１４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記中心電極と、前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向と垂直な方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグ。
【請求項１６】
請求項８ないし請求項１５のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップ部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄａの円である円筒形状を有し、
前記中間部材は、厚さ方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円である円筒形状を有し、
Ｄｂ＞Ｄａ
を満たす、スパークプラグ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５３８２６（Ｐ２０１１−２５３８２６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４４４２（Ｐ２０１１−１７４４４２）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【分割の表示】特願２００８−１５１５５３（Ｐ２００８−１５１５５３）の分割
【原出願日】平成２０年６月１０日（２００８．６．１０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【出願人】（０００１９８７０９）石福金属興業株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【分割の表示】特願２００８−１５１５５３（Ｐ２００８−１５１５５３）の分割
【原出願日】平成２０年６月１０日（２００８．６．１０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【出願人】（０００１９８７０９）石福金属興業株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
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