(57)【要約】【課題】接地電極の熱引きをより確実に行って金属の疲労強度の低下を抑制し、応力の集中しやすい屈曲部における折れの発生を防止して、接地電極の耐折損性を高めることができるスパークプラグを提供する。【解決手段】呼び径がＭ１２以下の小径のスパークプラグ１００の接地電極３０に針状の電極チップ９５を設け、さらに火花放電間隙Ｇの大きさを確保するため、主体金具５０の先端面５７からの突出長さＬを４．５ｍｍ以上とし、屈曲部３４における曲率半径Ｒを２．３ｍｍ以下とする。（１）の式により求められる接地電極３０の合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となるように接地電極３０を構成する材料（第１部材３５、第２部材３６、第３部材３７）を選択すれば、熱引き性能を向上させ、疲労強度の低下を抑制することができる。2010080059.tif 000010【選択図】図２
2010080059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、
軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
当該絶縁碍子の径方向における周囲を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、
一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部が前記中心電極の先端部へ向かうように、前記一端部と前記他端部との間に自身を屈曲させた屈曲部を有する接地電極と、
当該接地電極の前記他端部において前記中心電極の前記先端部と対向する位置に接合され、前記他端部からの突出長さが０．５ｍｍ以上の大きさを有し、断面積が０．２０〜１．１３ｍｍ２の電極チップと
を備え、
前記接地電極は、前記一端部側から前記他端部側へ向かって延びる第１部材の外面上に、少なくとも１つ以上の第ｉ部材（ただし、ｉ＝２，３，４，５である。）をそれぞれ層状に被覆したものであり、前記屈曲部において前記中心電極側を向く一側面の最小の曲率半径が２．３ｍｍ以下であると共に、前記他端部の部位のうち、前記主体金具の前記先端面から前記軸線方向に最も突出した部位が、前記先端面から突出する長さが４．５ｍｍ以上であり、
且つ、前記主体金具に形成される取付ねじの呼び径がＭ１２以下であるスパークプラグにおいて、
（１）の式によって表される前記接地電極の２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とするスパークプラグ。
【数１】
2010080059.tif 000008
（ただし、ｎは、前記接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【請求項２】
（２）の式によって表される前記接地電極の２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きいことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【数２】
2010080059.tif 000009
（ただし、ｎは、前記接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【請求項３】
前記接地電極の前記屈曲部における前記一側面の最小の曲率半径が、１．０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記接地電極の全体の体積に対し、前記接地電極を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の良熱伝導部材により構成される層の体積の占める割合が、１２．５％以上５７．５％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記接地電極の前記一端部から前記他端部へ向かう方向に直交する断面の面積が、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記接地電極は、該接地電極を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率の最も大きな層が、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の部材により構成される層によって被覆されてなり、
前記接地電極の前記一端部から前記他端部へ向かう方向に直交する断面の中央を通る第１中央線に沿って、前記接地電極自身の延びる長さをＡとし、
前記第１中央線を含む平面に、前記電極チップの前記他端部からの突出方向に直交する断面の中央を通る第２中央線を投影したときに、前記第１中央線に沿って、前記第１中央線と前記第２中央線との交点から前記一端部の端までの長さをＢとし、
前記２０℃における熱伝導率の最も大きな層が、前記一端部の端から前記他端部へ向けて前記第１中央線に沿って延びる長さをＣとしたときに、
５．５ｍｍ≦Ｃ＜Ｂ≦Ａ≦１１．５ｍｍを満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に少なくとも１層以上の熱伝導性の高い部材を有する接地電極に針状の電極チップが接合されたスパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中心電極と対向する接地電極の他端部の内面（一側面）に針状の電極チップを接合し、その電極チップと中心電極との間で火花放電間隙を形成したスパークプラグが知られている。この構成のスパークプラグでは、従来のものと比べ、接地電極を火花放電間隙から遠ざけることができるため、火花放電間隙で形成される火炎核を成長過程の初期の段階で接地電極に接触させ難くできる。このため、接地電極による消炎作用が低減され、スパークプラグの着火性は向上する。このようなスパークプラグでは、電極チップが受熱して高温化すると耐火花消耗性が低下するため、電極チップから速やかに熱引きを行えるように、接地電極の内部に熱伝導性の高い芯材を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記のような接地電極に針状の電極チップが接合されたスパークプラグにおいては、電極チップの長さ分だけ、従来よりも接地電極を長めに形成する必要がある。また、近年、エンジンの小型化、高性能化に伴いスパークプラグの小型化、小径化が求められているが、スパークプラグの小径化に伴い、径方向において接地電極と火花放電間隙との距離は、従来よりも小さくなっている。このため、火花放電間隙にて形成される火炎核の成長を妨げないようにするためには、火花放電間隙の位置において、接地電極と火花放電間隙との径方向の距離を確保する必要がある。つまり、接地電極によって火炎核の成長が妨げられるのを防止しつつ接地電極の他端部を中心電極と対向させるには、接地電極において軸線方向に延びる部位を確保し、できるだけ先端側で接地電極を屈曲させるように、屈曲部における曲がりの度合いを大きくする（接地電極内面の曲率半径を小さくする）必要がある。
【特許文献１】特開平２００５−１３５７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、接地電極では、屈曲部における内面の最小の曲率半径を小さくすれば、屈曲部において内部応力が高まりやすい。また、接地電極を長めに形成したことで接地電極自身の重さが増え、さらに他端部に設けた電極チップの重みも加わることで、エンジンの駆動に伴う振動によって屈曲部にかかる応力は、比較的大きなものとなる。一方、接地電極が長くなり接地電極自身の熱引きの経路（他端部側から一端部側へ向かい主体金具へ逃げる熱の伝導経路）が長くなったことから、接地電極の熱引き性能が低下している。このため、熱負荷により金属の疲労強度が低下した状態では、特に屈曲部において、高まった内部応力が疲労限界を超え、折れを生じてしまう虞があり、接地電極の耐折損性の低下を招く虞があった。
【０００５】
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、接地電極の熱引きをより確実に行って金属の疲労強度の低下を抑制し、応力の集中しやすい屈曲部における折れの発生を防止して、接地電極の耐折損性を高めることができるスパークプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るスパークプラグは、中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の径方向における周囲を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部が前記中心電極の先端部へ向かうように、前記一端部と前記他端部との間に自身を屈曲させた屈曲部を有する接地電極と、当該接地電極の前記他端部において前記中心電極の前記先端部と対向する位置に接合され、前記他端部からの突出長さが０．５ｍｍ以上の大きさを有し、断面積が０．２０〜１．１３ｍｍ２の電極チップとを備え、前記接地電極は、前記一端部側から前記他端部側へ向かって延びる第１部材の外面上に、少なくとも１つ以上の第ｉ部材（ただし、ｉ＝２，３，４，５である。）をそれぞれ層状に被覆したものであり、前記屈曲部において前記中心電極側を向く一側面の最小の曲率半径が２．３ｍｍ以下であると共に、前記他端部の部位のうち、前記主体金具の前記先端面から前記軸線方向に最も突出した部位が、前記先端面から突出する長さが４．５ｍｍ以上であり、且つ、前記主体金具に形成される取付ねじの呼び径がＭ１２以下であるスパークプラグにおいて、（１）の式によって表される前記接地電極の２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする。
【数１】
2010080059.tif 000003
（ただし、ｎは、前記接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【０００７】
本発明によれば、（１）の式により求められる接地電極の２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となるように接地電極を構成する材料を選択することで、接地電極の熱引き性能を高めることができる。この接地電極は、屈曲部における最小の曲率半径が２．３ｍｍ以下と従来よりも小さいため、その屈曲部において内部応力が高まっている。また、この接地電極の他端部に、断面積が０．２０〜１．１３ｍｍ２で突出長さが０．５ｍｍ以上の、いわゆる針状の電極チップを設けたことにより、他端部における重みが増している。このため、接地電極が内燃機関の駆動に伴う振動負荷を受けた場合に、特に屈曲部において内部応力が高まりやすい。さらに接地電極は、主体金具の先端面からの突出長さが長く、内燃機関の駆動に伴う振動負荷を受けた場合に、屈曲部には自重による負荷もかかるため、内部応力がさらに高まりやすい。このように接地電極は、特に屈曲部において内部応力が高まりやすいが、上記のように熱引き性能を向上することによって、接地電極自身の受ける熱負荷を小さくできれば、金属の疲労強度を確保して、屈曲部における内部応力が疲労限界を超えにくくなるようにすることができる。本発明ではこのようにして、接地電極の耐折損性を高めることができる。
【０００８】
もっとも、熱伝導率の高い材料は一般に引張強度が低いため、上記のように接地電極の熱引き性能を高める上で、熱伝導率の高い材料と引張強度の高い材料とを用いた複層構造とすれば、接地電極の剛性を高めることができる。そこで、本発明においては、（２）の式によって表される前記接地電極の２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きくなるようにしてもよい。
【数２】
2010080059.tif 000004
（ただし、ｎは、前記接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【０００９】
このように、接地電極を構成する材料を選択する上で、（２）の式により求められる接地電極の２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きくなるようにすれば、接地電極の耐折損性を低下させることなく十分に、接地電極の熱引き性能を高めることができる。
【００１０】
なお、前記接地電極の前記屈曲部における前記一側面の最小の曲率半径は、１．０ｍｍ以上としてもよい。屈曲部の曲率半径が１．０ｍｍ未満になると、屈曲部における内部応力がさらに高まるため、上記のように、熱負荷を低減して金属の疲労強度を確保しても、耐折損性を向上する上で十分な効果が得られにくくなる。
【００１１】
また、本発明においては、前記接地電極の全体の体積に対し、前記接地電極を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の良熱伝導部材により構成される層の体積の占める割合を、１２．５％以上５７．５％以下としてもよい。上記割合が１２．５％未満の場合、接地電極の合成熱伝導率が下がり、熱引き性能が低下して屈曲部にかかる熱負荷を軽減しにくくなるため、耐折損性の確保が難しい。一方、上記割合が５７．５％より大きくなると、接地電極の合成引張強度が下がり、屈曲部において、内部応力に対する耐力を十分に得られにくくなるため、耐折損性の確保が難しい。したがって、接地電極の耐折損性を確保する上で、上記割合を１２．５〜５７．５％とすることが望ましい。
【００１２】
また、本発明において、前記接地電極の前記一端部から前記他端部へ向かう方向に直交する断面の面積を、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下とすることができる。接地電極は、上記のように、第１部材の外面上に、少なくとも１つ以上の第ｉ部材をそれぞれ層状に被覆した構造であるため、断面の面積が１．５ｍｍ２未満となるように製造すると、接地電極自体が細くなり、各層の厚みが薄くなるため、引張強度の高い部材を用いて作製したとしても、耐折損性を確保することが難しくなる。一方で、断面の面積を５．０ｍｍ２より大きくなるように製造すると、接地電極自体が太くなり、屈曲部の形成工程において接地電極を屈曲させにくくなるため、生産性を確保することが難しい。したがって、接地電極の断面の面積を、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下とすれば、接地電極の耐折損性を確保しつつ生産効率を高めることができ、好ましい。
【００１３】
また、本発明において、前記接地電極は、該接地電極を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率の最も大きな層が、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の部材により構成される層によって被覆されてなり、前記接地電極の前記一端部から前記他端部へ向かう方向に直交する断面の中央を通る第１中央線に沿って、前記接地電極自身の延びる長さをＡとし、前記第１中央線を含む平面に、前記電極チップの前記他端部からの突出方向に直交する断面の中央を通る第２中央線を投影したときに、前記第１中央線に沿って、前記第１中央線と前記第２中央線との交点から前記一端部の端までの長さをＢとし、前記２０℃における熱伝導率の最も大きな層が、前記一端部の端から前記他端部へ向けて前記第１中央線に沿って延びる長さをＣとしたときに、５．５ｍｍ≦Ｃ＜Ｂ≦Ａ≦１１．５ｍｍを満たしてもよい。
【００１４】
Ｃ＜Ｂが満たされない場合には、他端部における電極チップの接合位置の直下に、芯材（つまりは２０℃における熱伝導率の最も大きな層）が配置されることとなる。すると、スパークプラグの製造過程において、接地電極と電極チップとの接合の際に、接合部位に加える熱が熱引きされやすくなるため、接合部位における溶融部の形成が阻害され、電極チップの接合性が低下する虞がある。また、接地電極全体の長さが長くなってＡが１１．５ｍｍより長くなれば、あわせて他端部の大きさも大きくなるため、屈曲部にかかる他端部の重さの影響も大きくなる。そのため、屈曲部における内部応力が高まり、接地電極の耐折損性の確保が難しい。一方、接地電極全体の長さが短くなってＡが５．５ｍｍより短くなれば、他端部の大きさは小さくなり、屈曲部にかかる他端部の重さの影響も小さくなるため屈曲部における内部応力が低減される。これにより接地電極の耐折損性は確保できるものの、上記のように本発明を適用して熱負荷を低減し、金属の疲労強度を確保することで接地電極の耐折損性を向上するという効果を得にくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。図２は、スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近を拡大してみた断面図である。なお、図１，図２において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ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１００の先端側、上側を後端側として説明する。
【００１６】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、自身の軸孔１２内の先端側に中心電極２０を保持し、後端側に端子金具４０を保持した絶縁碍子１０を、その絶縁碍子１０の径方向周囲を主体金具５０で取り囲んで保持した構造を有する。また、主体金具５０の先端面５７には接地電極３０が接合されており、その他端部（先端部３１）側が中心電極２０と対向するように屈曲されている。
【００１７】
まず、このスパークプラグ１００の絶縁体を構成する絶縁碍子１０について説明する。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、更にその先端側胴部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ており、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けられた際には、その燃焼室内に曝される。また、脚長部１３と先端側胴部１７との間は段部１５として形成されている。
【００１８】
次に、中心電極２０について説明する。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母材の内部に、その母材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。中心電極２０は絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側に保持されており、その先端部２２が、絶縁碍子１０の先端よりも先端側に突出されている。中心電極２０の先端部２２は先端側に向かって径小となるように形成されており、その先端部２２の先端面には、耐火花消耗性を向上するため貴金属からなる電極チップ９０が接合されている。
【００１９】
また、絶縁碍子１０の先端付近の軸孔１２の内周面と、その内周面に対向する中心電極２０の外周面との間には若干の間隙が設けられており（図２参照）、燻り時にこの間隙にてコロナ放電を発生させ、絶縁碍子１０の先端付近に付着したカーボンを焼き切り、絶縁抵抗を回復させるようになっている。この中心電極２０は軸孔１２内を後端側に向けて延びており、シール体４およびセラミック抵抗３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。そして端子金具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ようになっている。
【００２０】
次に、主体金具５０について説明する。図１に示す、主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド（図示外）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り、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、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、エンジンヘッドの取付孔（図示外）に螺合するねじ山が形成された取付ねじ部５２とを備えている。
【００２１】
また、主体金具５０の工具係合部５１と取付ねじ部５２との間には鍔状のシール部５４が形成されている。そして、取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首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をエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付孔の開口周縁との間で押し潰されて変形し、両者間を封止することで、取付孔を介したエンジン内の気密漏れを防止するものである。
【００２２】
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、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。そして、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、更に両リング部材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の内周で取付ねじ部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とが一体となる。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。また、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。
【００２３】
次に、接地電極３０について説明する。図２に示す接地電極３０は、断面矩形の棒状に形成した電極の一端部（基端部３２）を主体金具５０の先端面５７に接合し、軸線Ｏ方向に沿って延ばしつつ、自身の一側面（内面３３）が他端部（先端部３１）において中心電極２０の先端部２２と向き合うように、屈曲部３４にて折り曲げたものである。本実施の形態の接地電極３０は、第１部材３５の外面上に第２部材３６を被覆し、さらにその外面上を第３部材３７で被覆した構造をなす。第１部材３５、第２部材３６および第３部材３７は、接地電極３０の基端部３２から先端部３１側へ向けて延び、そのうち第１部材３５および第２部材３６は先端部３１内に末端が配置され、外部へは露出していない。つまり接地電極３０は、少なくとも屈曲部３４において、自身を構成する３部材による３層構造（第１部材３５の外周を第２部材３６および第３部材３７で２重に被覆した構造）をなしている。
【００２４】
第１部材３５は、Ｎｉ，Ｆｅ等の単体もしくはこれを主成分とする合金からなり、接地電極３０の耐折損強度を確保すると共に、接地電極３０の主体金具５０への接合強度を確保する役割を果たす。第２部材３６は、Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ等の単体もしくはこれを主成分とする熱伝導性の高い合金から形成され、接地電極３０自身や、先端部３１に接合される電極チップ９５が受熱した熱を主体金具５０側へ逃がす役割を果たす。第３部材３７は、インコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉ系合金からなり、耐腐食性や剛性が高く、燃焼室内で繰り返される混合気の燃焼に晒される接地電極３０の酸化を抑制すると共に、燃焼圧に耐え折損を防止する。
【００２５】
この接地電極３０の先端部３１には、中心電極２０の先端部２２に接合された電極チップ９０と対向して火花放電間隙Ｇを形成する電極チップ９５が、内面３３から針状に突出するように接合されている。電極チップ９５は、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ等、耐火花消耗性の高い貴金属から形成されたものであり、断面積（電極チップ９５の突出方向と直交する断面の断面積）Ｓが０．２０〜１．１３ｍｍ２で突出長さ（電極チップ９５が内面３３から火花放電間隙Ｇへ向け突出する長さ）Ｈが０．５ｍｍ以上の柱状をなす。中心電極２０および接地電極３０から電極チップ９０，９５をそれぞれ突出させたことで、両電極間の火花放電が積極的に火花放電間隙Ｇで行われ、また、形成された火炎核がその成長過程の初期の段階で接地電極３０に接触して熱を奪われることが抑制されている。
【００２６】
このような構造を有する本実施の形態のスパークプラグ１００は、主体金具５０の取付ねじ部５２に形成されたねじ山の呼び径がＭ１２以下である小径のスパークプラグとして作製されるものである。こうしたスパークプラグ１００では径方向における中心電極２０と接地電極３０との距離がより小さくなっているため、接地電極３０の軸線Ｏ方向に沿って延びる部位を確保してできるだけ先端側で屈曲させるように、屈曲部３４における曲がりの度合いを大きくした構成としている。具体的には、接地電極３０の屈曲部３４における内面３３の最小の曲率半径をＲ（図中２点鎖線で示す。）としたとき、その曲率半径Ｒが２．３ｍｍ以下となるように、屈曲部３４の曲がり具合を規定している。換言すると、軸線Ｏと接地電極３０の長手方向と直交する断面の中央とを含む平面で切断した接地電極３０の断面をみたときに、屈曲部３４における内面３３の屈曲の度合いが最も大きい部位、つまり、曲率半径が最も小さい部位におけるその曲率半径（最小の曲率半径）をＲとしている。なお、以下では、接地電極の屈曲部における内面の最小の曲率半径について、便宜上、単に「曲率半径」と言うものとする。
【００２７】
このようなスパークプラグ１００を本発明の適用対象とするのは、後述する実施例１の結果に基づく。曲率半径Ｒが２．３ｍｍより大きい場合、接地電極３０の屈曲部３４において生ずる内部応力がもともと小さく、接地電極３０の寿命（高負荷を与えた場合に折損が生ずるまでのサイクル数）に対し、これが大幅に低下するほどの影響を与えない。すなわち、屈曲部３４における内部応力の増加が寿命に影響を与え得る曲率半径Ｒが２．３ｍｍ以下の接地電極３０に対し、本発明を適用して熱引き性能を改善すれば、接地電極３０の寿命を大幅に延ばす効果が得られるのである。なお、屈曲部３４における曲率半径Ｒは、１．０ｍｍ以上とするとよい。曲率半径Ｒが１．０ｍｍ未満である場合、屈曲部３４の曲がり具合が大きく、内部応力が高まるため、上記のように本発明を適用して熱引き性能を改善しても、接地電極３０の耐折損性を向上して寿命を延ばす効果を得にくいからである。
【００２８】
なお、本実施の形態では、針状をなす電極チップ９５が接合されたことで、エンジンの駆動に伴う振動負荷が接地電極３０に加えられたとき、電極チップ９５の重みにより屈曲部３４に負荷がかかりやすい。例えば、電極チップ９５が平板状をなし、針状と比べその重みが小さかった場合、振動負荷による屈曲部３４への影響は少ない。後述する実施例１ではこの点も考慮し、屈曲部３４における曲率半径Ｒの大きさを規定するにあたって、針状の電極チップ９５が接合された接地電極３０においても熱引き性能を向上させることで寿命を延ばす効果が得られることを確認している。
【００２９】
具体的に、後述する実施例２の結果に基づくと、複数の部材から層構造をなす接地電極３０を作製したときに、以下の（３）の式で表される２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下となれば、各部材の配分比率にかかわらず接地電極３０はその寿命を延ばす効果を得ることができる。
【００３０】
第１部材３５、第２部材３６、第３部材３７の２０℃における熱伝導率をそれぞれｘ１，ｘ２，ｘ３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とし、第１部材３５、第２部材３６、第３部材３７の体積をそれぞれｖ１，ｖ２，ｖ３（ｍｍ３）とする。このとき、接地電極３０の２０℃における合成熱伝導率Ｘを（３）の式で表す。
Ｘ＝［｛ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｘ１］＋［｛ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｘ２］＋［｛ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｘ３］  ・・・  （３）
【００３１】
接地電極３０を構成する各部材の体積は、例えば接地電極３０をその長さ方向において等間隔で（例えば１ｍｍごとに）Ｘ線等による断面解析を行い、各断面において各部材が占める面積をそれぞれ求め、その積分値を求めればよい。なお、本実施の形態では、接地電極３０を第１部材３５、第２部材３６および第３部材３７からなる３層構造としているが、本発明は層数が２層から５層のものに対しても好適に適用できるものであり、一般式として、これを以下の（１）の式で表すことができる。
【数３】
2010080059.tif 000005
（ただし、ｎは接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【００３２】
後述する実施例２に基づくと、接地電極３０の２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であれば、接地電極３０自身や電極チップ９５の受熱した熱を十分に主体金具５０側へ逃がすことができるので、熱による金属の疲労強度の低下を抑制することができる。このため接地電極３０は、特に内部応力が増加しやすい屈曲部３４においても折損に対する耐性が向上し、エンジンの駆動に伴う冷熱サイクルが繰り返されても十分にその寿命を延ばす効果を得ることができる。
【００３３】
ところで、中心電極２０の先端部２２に設けた電極チップ９０と、接地電極３０の先端部３１に設けた電極チップ９５との間の火花放電間隙Ｇの大きさを十分に確保するためには、接地電極３０を主体金具５０の先端面５７から軸線Ｏ方向に、より突出させる必要がある。接地電極３０の主体金具５０の先端面５７からの軸線Ｏ方向への突出長さをＬとすると、Ｌが大きくなるほど接地電極３０の全長（先端部３１から基端部３２までの長さ）が延びることとなり、つまり熱引きの経路が長くなるので熱による金属の疲労強度の低下を招く虞がある。また、自重も増加することから、エンジンの駆動に伴う振動負荷が接地電極３０に加わった場合、特に屈曲部３４における内部応力の増加を招きやすい。こうした場合でも、接地電極３０の合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であれば、熱による金属の疲労強度の低下を抑制することができ、エンジンの駆動に伴う冷熱サイクルが繰り返されても十分にその寿命を延ばす効果を得ることができる。この延命効果は、後述する実施例３によると、Ｌが４．５ｍｍ未満であり自身の全長が短い接地電極３０では、もともと熱引きの経路が短いことから寿命に対し影響が生じにくいので、本発明をＬが４．５ｍｍ以上の接地電極３０に対し適用することが好ましい。
【００３４】
また、熱伝導率の高い部材は、一般に、引張強度が低いことが知られている。接地電極３０の熱引き性能を高める代わりに引張強度の低い部材を用い、接地電極３０としての機械的な剛性が低下すれば接地電極３０そのものの耐折損性の低下を招くため、本実施の形態では、接地電極３０の合成引張強度Ｙについて規定している。具体的に、後述する実施例４の結果に基づくと、複数の部材から層構造をなす接地電極３０を作製したときに、以下の（４）の式で表される２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きくなれば、各部材の配分比率にかかわらず接地電極３０はその寿命を延ばす効果を得ることができた。つまり、接地電極３０の２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２以下であると、接地電極３０自身が高い剛性を得られず、合成熱伝導率Ｘの向上に見合うだけの寿命の延命効果が得られない。
【００３５】
第１部材３５、第２部材３６、第３部材３７の２０℃における引張強度をそれぞれｙ１，ｙ２，ｙ３（ｋｇｆ／ｍｍ２）とする。このとき、接地電極３０の２０℃における合成引張強度Ｙを（４）の式で表す。
Ｙ＝［｛ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｙ１］＋［｛ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｙ２］＋［｛ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｙ３］  ・・・  （４）
【００３６】
なお、上記同様にこれを層数が２層から５層のものに対し適用すれば、一般式として、これを以下の（２）の式で表すことができる。
【数４】
2010080059.tif 000006
（ただし、ｎは接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【００３７】
また、本実施の形態では、接地電極３０を構成する各層のうち、熱伝導率が良好である、いわゆる良熱伝導部材により構成される層が、接地電極３０の全体の体積に対して占める割合を、１２．５％以上５７．５％以下に規定している。ここで、良熱伝導部材とは、具体的に、２０℃における熱伝導率が、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料を指す。上記（１）の式によれば、熱伝導率の高い（良好な）部材により構成される層が、その体積において、接地電極３０全体の体積に対して占める割合が低くなるほど、接地電極３０の合成熱伝導率Ｘが低下することがわかる。後述する実施例５に基づくと、接地電極３０全体の体積に対する良熱伝導部材により構成される層の体積の割合が１２．５％未満になると、熱引き性能が低下して屈曲部３４にかかる熱負荷を軽減しにくくなるため、耐折損性の確保が難しい。一方、上記（２）の式によれば、引張強度の低い部材、つまり、良熱伝導部材により構成される層が、その体積において、接地電極３０全体の体積に対して占める割合が高くなるほど、接地電極３０の合成引張強度Ｙが低下することがわかる。後述する実施例５に基づくと、接地電極３０全体の体積に対する良熱伝導部材により構成される層の体積の割合が５７．５％より大きくなると、屈曲部３４において、内部応力に対する耐力を十分に得られにくくなるため、耐折損性の確保が難しい。したがって、接地電極３０の耐折損性を確保する上で、上記割合を１２．５〜５７．５％とすることが望ましい。
【００３８】
次に、接地電極３０の基端部３２から先端部３１へ向かう方向に直交する断面の中央を通る中央線Ｐを、図２に示す。この中央線Ｐに直交する接地電極３０の断面において、その断面の面積を、本実施の形態では、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下に規定している。接地電極３０は、上記のように、複数の部材による層構造を有すが、このような構造をなす接地電極３０を作製するには、例えば接地電極を構成する各層の基となる部材をカップ状に成形し、順に重ねて被せるように組み合わせたうえで、押出成形を行う。このため、接地電極３０の中央線Ｐに直交する断面の面積が１．５ｍｍ２未満となるように製造すると、接地電極３０が細くなり、各層の厚みも薄くなるため、引張強度の高い部材を用いて作製したとしても、接地電極３０の耐折損性を確保することが難しくなる。一方で、接地電極３０の中央線Ｐに直交する断面の面積が５．０ｍｍ２より大きくなるように製造すると、接地電極３０が太くなり、屈曲部３４の形成工程において接地電極３０全体を屈曲させにくくなるため、生産性の確保が難しい。したがって、接地電極３０の中央線Ｐに直交する断面の面積を、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下とすれば、接地電極の耐折損性を確保しつつ生産効率を高めることができ、好ましい。
【００３９】
さらに、本実施の形態では、接地電極３０の長さや、接地電極３０を構成する複数の層のうち２０℃における熱伝導率の最も大きな層の長さ、電極チップ９５の接合位置についても規定している。図２に示すように、接地電極３０の基端部３２から先端部３１へ向かう方向に直交する断面の中央を通る、上記中央線Ｐに沿って、接地電極３０自身の延びる長さをＡとする。次に、電極チップ９５が接地電極３０の先端部３１から火花放電間隙Ｇへ向けて突出する方向に直交する電極チップ９５の断面の中央を通る中央線をＱとする。接地電極３０を、中央線Ｐを含む平面（断面）でみたときに、その断面に投影した電極チップ９５の中央線Ｑと、中央線Ｐとの交点の位置から、基端部３２の端の位置まで、中央線Ｐに沿った長さをＢとする。さらに、接地電極３０を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率の最も大きな層（本実施の形態では第２部材３６）が、基端部３２の端から中央線Ｐに沿って延びる長さをＣとする。このとき、Ａ，Ｂ，Ｃの関係が、５．５ｍｍ≦Ｃ＜Ｂ≦Ａ≦１１．５ｍｍを満たす。
【００４０】
まず、Ｂ、Ｃについて、接地電極３０が、Ｃ＜Ｂを満たさない構成である場合、電極チップ９５を内面３３に接合した接合位置の直下（その接合位置を中央線Ｑに沿って投影した範囲内）に、少なくとも、接地電極３０を構成する複数の層のうちの２０℃における熱伝導率の最も大きな層が配置されることとなる。すると、スパークプラグ１００の製造過程において、接地電極３０と電極チップ９５とを接合する際に、溶接のため接合部位に加える熱が、熱引きされやすくなってしまう。接合の際に十分な熱が得られなくなると、接地電極３０と電極チップ９５との溶融部の形成が阻害され、電極チップ９５の接合が不十分となる虞がある。
【００４１】
次に、Ａについて、接地電極３０全体の長さが長くなって、Ａが１１．５ｍｍより長くなれば、あわせて先端部３１の大きさも大きくなる。すると、エンジンの駆動に伴う振動負荷が接地電極３０に加わった場合、特に屈曲部３４における内部応力の増加を招きやすく、接地電極３０の耐折損性の確保が難しい。一方、接地電極３０全体の長さが短くなって、Ａが５．５ｍｍより短くなれば、先端部３１の大きさは小さくなり、屈曲部３４にかかる先端部３１の重さの影響も小さくなる。屈曲部３４における内部応力が低減されるため接地電極３０の耐折損性を確保できるが、このことは、本発明を適用せずとも達成できるものであるので、Ａが５．５ｍｍより短い接地電極は、本発明の適用対象とはしない。
【００４２】
このように、スパークプラグ１００の接地電極３０を作製するにあたって、上記各規定を満たすことで接地電極３０の寿命を延ばす効果が得られることを確認するため、以下に説明する各評価試験を行った。
【００４３】
［実施例１］
まず、接地電極３０の屈曲部３４における曲げの度合いと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなし、（３）の式に従って求めた合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の接地電極と、４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の接地電極とをそれぞれ複数用意した。さらに、断面積Ｓが０．３８ｍｍ３（φ０．７ｍｍ）で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップと、断面積Ｓが０．３８ｍｍ３で突出長さＨが０．２ｍｍの平板状の電極チップとをそれぞれ複数個用意し、上記各合成熱伝導率Ｘを有する２種類の接地電極と互いに組み合わせた電極チップ付き接地電極を作製した。そして各接地電極を用いたスパークプラグのサンプルを組み立て、火花放電間隙Ｇを形成する際に、接地電極の内面の曲率半径Ｒを０．５〜３．０（ｍｍ）の範囲で変化させて屈曲部の曲げを行った。
【００４４】
このように作製されたスパークプラグのサンプルを４５０ｃｃ単気筒のテストエンジンに組み付けて駆動し、無負荷レーシングパターンによる熱負荷および振動負荷を与える評価試験を行った。無負荷レーシングパターンとは、アイドリング状態からスロットルを一気に全開状態（８０００ｒｐｍ）とし、再びアイドリング状態に戻すテストパターンである。この無負荷レーシングパターンによる試験は、接地電極に加わる振動負荷が非常に大きく、接地電極の耐折損性を評価するのに適している。この１回の駆動パターンを１サイクルとし、各テストサンプルについて、接地電極に折損が生ずるまでにかかったサイクル数（接地電極の寿命）を調べた。この試験の結果をグラフ化したものを図３に示す。
【００４５】
図３に示すように、平板状の電極チップが接合され、合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である接地電極を用いたサンプルでは、屈曲部における曲率半径Ｒが１．０ｍｍのときには約９００００サイクルの接地電極の寿命が得られ、１．５ｍｍ以上では約１０００００サイクルの寿命が得られた（折れ線グラフ１１５）。この接地電極の合成熱伝導率Ｘを１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした場合、屈曲部における曲率半径Ｒが１．５ｍｍより大きい場合ではＸが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものと略同等の寿命が得られたが、１．５ｍｍ以下では寿命が低下した（折れ線グラフ１１６）。一方、針状の電極チップが接合され、合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である接地電極を用いたサンプルでは、接地電極の寿命は、上記平板状の電極チップを接合したサンプルと略同等となった（折れ線グラフ１１１）。しかし、この接地電極の合成熱伝導率Ｘを１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした場合、屈曲部における曲率半径Ｒが２．３ｍｍより大きい場合にはＸが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものと略同等の寿命が得られたものの２．３ｍｍ以下では寿命が低下した（折れ線グラフ１１２）。なお、いずれのサンプルも、屈曲部における曲率半径Ｒが０．５ｍｍでは、寿命がさらに大きく低下し、Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の平板状電極チップ以外は寿命が約６００００サイクルを下回り、その平板状電極チップでも、約８００００サイクルの寿命しか得られなかった。
【００４６】
接地電極の合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）で熱引きが良好である場合、平板状の電極チップが接合された接地電極（折れ線グラフ１１５）と、針状の電極チップが接合され重みが増した接地電極（折れ線グラフ１１１）とは、その寿命にほとんど差が見られなかった。ところが接地電極の合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低い場合、平板状の電極チップが接合された接地電極（折れ線グラフ１１６）と比べ、針状の電極チップが接合され重みが増した接地電極（折れ線グラフ１１２）では寿命の低下の度合いが大きかった。また、折れ線グラフ１１５と折れ線グラフ１１６との比較によれば、平板状の電極チップが接合された接地電極では、屈曲部における曲率半径Ｒが１．５ｍｍより大きければ、合成熱伝導率Ｘが低下して熱引きが良好でない場合でも、接地電極の寿命低下への影響はほとんどない。同様に、折れ線グラフ１１１と折れ線グラフ１１２との比較によれば、針状の電極チップが接合された接地電極においても、屈曲部における曲率半径Ｒが２．３ｍｍより大きければ、合成熱伝導率Ｘが低下しても接地電極の寿命低下への影響はほとんどない。そして、屈曲部における曲率半径Ｒが小さくなるほど、屈曲部での内部応力の高まりが大きくなるため、熱負荷による金属の疲労強度が低下すると折損等を生じやすくなり、接地電極としての寿命が低下する。従って、接地電極の合成熱伝導率Ｘを高め熱引き性能を向上させることで得られる接地電極の寿命を延ばす効果は、重みによる負荷が平板状のものよりも大きな針状の電極チップが接合された接地電極で、屈曲部における曲率半径Ｒが２．３ｍｍ以下であるものにおいて、より大きく得られることがわかった。
【００４７】
なお、屈曲部における曲率半径Ｒが１．０ｍｍ未満となると、接地電極の合成熱伝導率Ｘが良好な４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものであっても、寿命は、約９００００サイクルを下回ってしまった。このことは、曲げの増大に伴い屈曲部において内部応力が高まることに起因する寿命の低下が、接地電極の合成熱伝導率Ｘを高め熱引き性能を向上させることによって得られる延命効果よりも、大きく影響してしまうことによる。
【００４８】
［実施例２］
次に、接地電極３０の合成熱伝導率Ｘと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなす接地電極を作製する上で、（３）の式に従って求められる合成熱伝導率Ｘを１５〜１１０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の範囲で変化させ、その際に合成熱伝導率Ｘが同一のものごとに３本ずつ用意した。各接地電極には、断面積Ｓが０．３８ｍｍ３で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップをそれぞれ接合し、火花放電間隙Ｇを形成するときに同一の合成熱伝導率Ｘのものごとに、内面の曲率半径Ｒが１．０，１．５，２．０（ｍｍ）の３種類のものが形成されるように屈曲部を形成して、スパークプラグのサンプルを完成させた。
【００４９】
そして各サンプルに対し、実施例１と同様の無負荷レーシングパターンによる熱負荷および振動負荷を与える評価試験を行い、各テストサンプルについて接地電極に折損が生ずるまでにかかったサイクル数（接地電極の寿命）を調べた。さらに、合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の接地電極を用いたサンプルを基準サンプルとしてそのサイクル数を０とし、基準サンプルのサイクル数に対し各サンプルのサイクル数の増加分を求め、曲率半径Ｒが異なる系列ごとにまとめた。この試験の結果をグラフ化したものを図４に示す。
【００５０】
図４に示すように、屈曲部の曲率半径Ｒがいずれの系列の接地電極（折れ線グラフ１２１，１２２，１２３）においても、接地電極の合成熱伝導率Ｘを大きくし熱引き性能を高めるにつれて、接地電極の寿命を延ばす効果を得られることがわかる。さらに、屈曲部の曲率半径Ｒが小さいものほど、接地電極の寿命を延ばす効果が顕著となることが確認できる。このことは、実施例１より折れ線グラフ１１１と折れ線グラフ１１２（図３参照）との比較結果からも言え、屈曲部の曲率半径Ｒが小さいものほど接地電極の寿命低下の度合いが大きく、つまり、本発明を適用することによる耐折損性向上の効果が高い。
【００５１】
また、屈曲部の曲率半径Ｒが１．０ｍｍのもの（折れ線グラフ１２１）や１．５ｍｍのもの（折れ線グラフ１２２）に着目すると、合成熱伝導率Ｘが大きくなるに従って接地電極の寿命を延ばす効果が高まるが、その効果は３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）において飛躍的に高まるのがわかる。従って、接地電極の合成熱伝導率Ｘは３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることが、接地電極の耐折損性の向上を図る上で望ましい。なお、屈曲部の曲率半径Ｒがいずれの系列の接地電極においても、合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となると、接地電極の寿命を延ばす効果は飽和状態となる。
【００５２】
［実施例３］
次に、主体金具５０の先端面５７からの接地電極３０の突出長さＬと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなす接地電極を作製する上で、（３）の式に従って求められる合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものと４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものとを用意した。そして屈曲部における曲率半径Ｒを１．５ｍｍとして折り曲げたときの突出長さＬ（図２参照）を４．０〜１０．０（ｍｍ）の範囲で変化させるため、各突出長さＬに相応させた全長を有するように接地電極を切断した。各接地電極には断面積Ｓが０．３８ｍｍ３で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップをそれぞれ接合し、屈曲部を曲率半径Ｒ１．５ｍｍで折り曲げ、上記のように突出長さＬを４．０〜１０．０（ｍｍ）の範囲で変化させた複数のスパークプラグのサンプルを作製した。なお、各サンプルの火花放電間隙Ｇの大きさはいずれの場合も一定とし、接地電極の突出長さＬにあわせた火花放電間隙Ｇの位置の調整は、主体金具の先端面からの中心電極や絶縁碍子の突出長さを調整することにより行った。
【００５３】
そして各サンプルに対し、実施例１と同様の無負荷レーシングパターンによる熱負荷および振動負荷を与える評価試験を行い、各テストサンプルについて接地電極に折損が生ずるまでにかかったサイクル数（接地電極の寿命）を調べた。この試験の結果をグラフ化したものを図５に示す。
【００５４】
図５に示すように、接地電極の合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の場合、突出長さＬが９．５ｍｍを超えると急激に接地電極の寿命が短くなるが、９．５ｍｍ以下の場合はほぼ横ばい状態であり、大幅な寿命の低下は見られない（折れ線グラフ１３１）。合成熱伝導率Ｘが高ければ、熱引き経路が長くなっても十分に熱引きを行うことができ、金属の疲労強度の低下を抑制して耐折損性を高めることができる。一方、接地電極の合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の場合、突出長さＬが４．５ｍｍとなると接地電極の寿命が約２００００サイクル低下し、さらに６．０ｍｍを超えると寿命が大幅に低下する傾向が見られた（折れ線グラフ１３２）。つまり、接地電極の突出長さＬが９．５ｍｍ以下である場合、合成熱伝導率Ｘを高め、熱引き性能を向上させることで、接地電極の寿命を延ばす効果が得られることが確認できる。そしてこの効果は接地電極の突出長さＬが４．５ｍｍ以上の場合に得られ、特に６．５ｍｍ以上であれば顕著な効果を得られることがわかった。
【００５５】
［実施例４］
次に、接地電極３０の合成引張強度Ｙと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなし、（３）の式に従って求めた合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）となるように調整しつつ、（４）の式に従って求めた合成引張強度Ｙを５３〜６１（ｋｇｆ／ｍｍ２）の範囲で変化させた接地電極を複数用意した。より具体的には、第１部材、第２部材、第３部材として、それぞれの引張強度が４０，３８，７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）であるものを用い、体積比を調整することで、上記した狙いの合成熱伝導率Ｘおよび合成引張強度Ｙを得た。そして各接地電極には断面積Ｓが０．３８ｍｍ３（φ０．７ｍｍ）で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップを接合し、これらの接地電極を用いたスパークプラグのサンプルを組み立てた。このとき、接地電極の内面の曲率半径Ｒが１．５ｍｍとなるように屈曲部の曲げを行った。
【００５６】
そして各サンプルに対し、実施例１と同様の無負荷レーシングパターンによる熱負荷および振動負荷を与える評価試験を行い、各テストサンプルについて接地電極に折損が生ずるまでにかかったサイクル数（接地電極の寿命）を調べた。さらに、合成引張強度Ｙが５３ｋｇｆ／ｍｍ２の接地電極を用いたサンプルを基準サンプルとしてそのサイクル数を０とし、基準サンプルのサイクル数に対し各サンプルのサイクル数の増加分を求めた。この試験の結果をグラフ化したものを図６に示す。
【００５７】
図６の折れ線グラフ１４１に示すように、接地電極の合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２以下である場合、合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり熱引き性能が高い状態であっても、接地電極の寿命を延ばす効果が得られなかった。つまり、接地電極自身の剛性が十分でないと言える。そして接地電極の合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きくなれば接地電極の寿命を延ばす効果が高まり、５９ｋｇｆ／ｍｍ２以上となると、接地電極の寿命を延ばす効果が飽和状態となることが確認できた。
【００５８】
［実施例５］
次に、接地電極全体の体積に対する良熱伝導部材の体積の割合が、合成熱伝導率Ｘや合成引張強度Ｙに与える影響について確認するため、シミュレーションによる評価を行った。この評価では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなし、それぞれの体積、ｖ１、ｖ２、ｖ３（ｍｍ３）を適宜異ならせた組み合わせを設定し、接地電極全体の体積Ｖ（ｍｍ３）としては３５．１ｍｍ３となるように調整した、１７種類の接地電極のサンプルを想定した。なお、第１部材には、２０℃における熱伝導率ｘ１が９０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）で２０℃における引張強度ｙ１が４０．１ｋｇｆ／ｍｍ２の材料を用い、第２部材には、２０℃における熱伝導率ｘ２が３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）で２０℃における引張強度ｙ２が３８ｋｇｆ／ｍｍ２の材料を用いた。また、第３部材には、２０℃における熱伝導率ｘ３が１１．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）で２０℃における引張強度ｙ３が７８．７ｋｇｆ／ｍｍ２の材料を用いた。そして、第１〜第３部材のうち、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の第１部材および第２部材を良熱伝導率部材と認定し、接地電極全体の体積Ｖに対する良熱伝導部材の体積（ｖ１＋ｖ２）の割合を、各サンプルについて求めたところ、各サンプルの体積割合（ｖ１＋ｖ２）／Ｖは、５．４〜６４．４％の範囲で適宜異なった。そこで、これら１７種類のサンプルに対し、サンプル番号１〜１７を付した（一部を除き体積割合の小さかった順にならう。）。さらに、各サンプルについて（３）および（４）の式を適用し、合成熱伝導率Ｘおよび合成引張強度Ｙを算出した。この評価の結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
2010080059.tif 000007
【００６０】
表１に示すように、接地電極全体の体積Ｖに対する良熱伝導部材の体積（ｖ１＋ｖ２）の割合が小さくなるにしたがって、合成熱伝導率Ｘも小さくなった。具体的に、体積割合が１２．５％未満のサンプル１〜４は、合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満となった。一方、合成引張強度Ｙについては、接地電極全体の体積Ｖに対する良熱伝導部材の体積（ｖ１＋ｖ２）の割合が小さくなるにしたがって、大きくなった。具体的に、体積割合が５７．５％より大きなサンプル１６，１７は、合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２以下となった。このシミュレーションの結果によれば、合成熱伝導率Ｘで３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を確保するには、体積割合として１２．５％以上を得る必要があることがわかった。また、５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きな合成引張強度Ｙを確保するには、体積割合を、５７．５％以下に抑える必要があることがわかった。
【００６１】
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。本実施の形態では、接地電極３０を第１部材３５、第２部材３６および第３部材３７からなる３層構造としたが、第１部材３５および第２部材３６からなる２層構造としてもよいし、あるいは第４部材を加えた４層構造、さらには第５部材を加えた５層構造としてもよい。そしていずれの場合でも、（１）の式によって求められる合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となり、（２）の式によって求められる合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２よりも大きくなるように、各部材の配分を設定すればよい。
【００６２】
また、接地電極３０の先端部３１に接合する電極チップ９５には、複数の金属材料を接合して形成したものを用いてもよい。例えば、貴金属からなる貴金属部材と、貴金属合金（望ましくは、貴金属と、接地電極の最も外側の層（本実施の形態では第３部材３７）を構成する材料との合金）からなる中間部材とを２段に重ねて接合した電極チップを作製し、接地電極３０の内面３３に接合してもよい。この場合、火花放電間隙Ｇ側に耐火花消耗性の高い貴金属部材を配置し、接地電極３０側に中間部材を配置するとよい。このような電極チップを用いれば、貴金属部材が受熱した熱を、中間部材を介して速やかに接地電極３０側へ逃がすことができ、蓄熱しにくい。また、貴金属部材と接地電極との熱膨張率の差を中間部材で緩和できるので、各接合面における内部応力が低減され、接地電極と電極チップとの接合強度を高めることができ、電極チップの脱落を防止できる。このことは、熱引き性能を高めたことに起因して電極チップとの接合性が低下する虞のある本実施の形態の接地電極３０に対し、有効である。そして、本実施の形態の接地電極３０であれば、このような電極チップを内面３３に接合して用いても、十分に、電極チップの重みに耐えることができ、また、電極チップからの熱引きを確実に行うことができ、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】スパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近を拡大してみた断面図である。
【図３】接地電極の屈曲部における曲げの度合い（曲率半径Ｒ）と接地電極の寿命（折損が生じたサイクル数）との関係を示すグラフである。
【図４】接地電極の合成熱伝導率Ｘと接地電極の寿命（折損が生じたサイクル数）との関係を示すグラフである。
【図５】主体金具の先端面からの接地電極の突出長さＬと接地電極の寿命（折損が生じたサイクル数）との関係を示すグラフである。
【図６】接地電極の合成引張強度Ｙと接地電極の寿命（折損が生じたサイクル数）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１０    絶縁碍子
１２    軸孔
２０    中心電極
２２    先端部
３０    接地電極
３１    先端部
３２    基端部
３３    内面
３４    屈曲部
３５    第１部材
３６    第２部材
３７    第３部材
５０    主体金具
９５    電極チップ
１００    スパークプラグ
【図１】
2010080059.tif 000011
【図２】
2010080059.tif 000012
【図３】
2010080059.tif 000013
【図４】
2010080059.tif 000014
【図５】
2010080059.tif 000015
【図６】
2010080059.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月10日(2008.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
［実施例１］
まず、接地電極３０の屈曲部３４における曲げの度合いと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなし、（３）の式に従って求めた合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の接地電極と、４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の接地電極とをそれぞれ複数用意した。さらに、断面積Ｓが０．３８ｍｍ２（φ０．７ｍｍ）で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップと、断面積Ｓが０．３８ｍｍ２で突出長さＨが０．２ｍｍの平板状の電極チップとをそれぞれ複数個用意し、上記各合成熱伝導率Ｘを有する２種類の接地電極と互いに組み合わせた電極チップ付き接地電極を作製した。そして各接地電極を用いたスパークプラグのサンプルを組み立て、火花放電間隙Ｇを形成する際に、接地電極の内面の曲率半径Ｒを０．５〜３．０（ｍｍ）の範囲で変化させて屈曲部の曲げを行った。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
［実施例２］
次に、接地電極３０の合成熱伝導率Ｘと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなす接地電極を作製する上で、（３）の式に従って求められる合成熱伝導率Ｘを１５〜１１０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の範囲で変化させ、その際に合成熱伝導率Ｘが同一のものごとに３本ずつ用意した。各接地電極には、断面積Ｓが０．３８ｍｍ２で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップをそれぞれ接合し、火花放電間隙Ｇを形成するときに同一の合成熱伝導率Ｘのものごとに、内面の曲率半径Ｒが１．０，１．５，２．０（ｍｍ）の３種類のものが形成されるように屈曲部を形成して、スパークプラグのサンプルを完成させた。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
［実施例３］
次に、主体金具５０の先端面５７からの接地電極３０の突出長さＬと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなす接地電極を作製する上で、（３）の式に従って求められる合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものと４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものとを用意した。そして屈曲部における曲率半径Ｒを１．５ｍｍとして折り曲げたときの突出長さＬ（図２参照）を４．０〜１０．０（ｍｍ）の範囲で変化させるため、各突出長さＬに相応させた全長を有するように接地電極を切断した。各接地電極には断面積Ｓが０．３８ｍｍ２で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップをそれぞれ接合し、屈曲部を曲率半径Ｒ１．５ｍｍで折り曲げ、上記のように突出長さＬを４．０〜１０．０（ｍｍ）の範囲で変化させた複数のスパークプラグのサンプルを作製した。なお、各サンプルの火花放電間隙Ｇの大きさはいずれの場合も一定とし、接地電極の突出長さＬにあわせた火花放電間隙Ｇの位置の調整は、主体金具の先端面からの中心電極や絶縁碍子の突出長さを調整することにより行った。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
［実施例４］
次に、接地電極３０の合成引張強度Ｙと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなし、（３）の式に従って求めた合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）となるように調整しつつ、（４）の式に従って求めた合成引張強度Ｙを５３〜６１（ｋｇｆ／ｍｍ２）の範囲で変化させた接地電極を複数用意した。より具体的には、第１部材、第２部材、第３部材として、それぞれの引張強度が４０，３８，７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）であるものを用い、体積比を調整することで、上記した狙いの合成熱伝導率Ｘおよび合成引張強度Ｙを得た。そして各接地電極には断面積Ｓが０．３８ｍｍ２（φ０．７ｍｍ）で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップを接合し、これらの接地電極を用いたスパークプラグのサンプルを組み立てた。このとき、接地電極の内面の曲率半径Ｒが１．５ｍｍとなるように屈曲部の曲げを行った。
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月3日(2009.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、
軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
当該絶縁碍子の径方向における周囲を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、
一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部が前記中心電極の先端部へ向かうように、前記一端部と前記他端部との間に自身を屈曲させた屈曲部を有する接地電極と、
当該接地電極の前記他端部において前記中心電極の前記先端部と対向する位置に接合され、前記他端部からの突出長さが０．５ｍｍ以上の大きさを有し、断面積が０．２０〜１．１３ｍｍ２の電極チップと
を備え、
前記接地電極は、前記一端部側から前記他端部側へ向かって延びる第１部材の外面上に、少なくとも１つ以上の第ｉ部材（ただし、ｉ＝２，３，４，５である。）をそれぞれ層状に被覆したものであり、前記屈曲部において前記中心電極側を向く一側面の最小の曲率半径が２．３ｍｍ以下であると共に、前記他端部の部位のうち、前記主体金具の前記先端面から前記軸線方向に最も突出した部位が、前記先端面から突出する長さが４．５ｍｍ以上であり、
且つ、前記主体金具に形成される取付ねじの呼び径がＭ１２以下であるスパークプラグにおいて、
（１）の式によって表される前記接地電極の２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるとともに、
（２）の式によって表される前記接地電極の２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きいこと
を特徴とするスパークプラグ。
【数１】
2010080059.tif 000017
【数２】
2010080059.tif 000018
（ただし、ｎは、前記接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【請求項２】
前記接地電極の前記屈曲部における前記一側面の最小の曲率半径が、１．０ｍｍ以上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。
【請求項３】
前記接地電極の全体の体積に対し、前記接地電極を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の良熱伝導部材により構成される層の体積の占める割合が、１２．５％以上５７．５％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記接地電極の前記一端部から前記他端部へ向かう方向に直交する断面の面積が、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記接地電極は、該接地電極を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率の最も大きな層が、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の部材により構成される層によって被覆されてなり、
前記接地電極の前記一端部から前記他端部へ向かう方向に直交する断面の中央を通る第１中央線に沿って、前記接地電極自身の延びる長さをＡとし、
前記第１中央線を含む平面に、前記電極チップの前記他端部からの突出方向に直交する断面の中央を通る第２中央線を投影したときに、前記第１中央線に沿って、前記第１中央線と前記第２中央線との交点から前記一端部の端までの長さをＢとし、
前記２０℃における熱伝導率の最も大きな層が、前記一端部の端から前記他端部へ向けて前記第１中央線に沿って延びる長さをＣとしたときに、
５．５ｍｍ≦Ｃ＜Ｂ≦Ａ≦１１．５ｍｍを満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に少なくとも１層以上の熱伝導性の高い部材を有する接地電極に針状の電極チップが接合されたスパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中心電極と対向する接地電極の他端部の内面（一側面）に針状の電極チップを接合し、その電極チップと中心電極との間で火花放電間隙を形成したスパークプラグが知られている。この構成のスパークプラグでは、従来のものと比べ、接地電極を火花放電間隙から遠ざけることができるため、火花放電間隙で形成される火炎核を成長過程の初期の段階で接地電極に接触させ難くできる。このため、接地電極による消炎作用が低減され、スパークプラグの着火性は向上する。このようなスパークプラグでは、電極チップが受熱して高温化すると耐火花消耗性が低下するため、電極チップから速やかに熱引きを行えるように、接地電極の内部に熱伝導性の高い芯材を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記のような接地電極に針状の電極チップが接合されたスパークプラグにおいては、電極チップの長さ分だけ、従来よりも接地電極を長めに形成する必要がある。また、近年、エンジンの小型化、高性能化に伴いスパークプラグの小型化、小径化が求められているが、スパークプラグの小径化に伴い、径方向において接地電極と火花放電間隙との距離は、従来よりも小さくなっている。このため、火花放電間隙にて形成される火炎核の成長を妨げないようにするためには、火花放電間隙の位置において、接地電極と火花放電間隙との径方向の距離を確保する必要がある。つまり、接地電極によって火炎核の成長が妨げられるのを防止しつつ接地電極の他端部を中心電極と対向させるには、接地電極において軸線方向に延びる部位を確保し、できるだけ先端側で接地電極を屈曲させるように、屈曲部における曲がりの度合いを大きくする（接地電極内面の曲率半径を小さくする）必要がある。
【特許文献１】特開平２００５−１３５７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、接地電極では、屈曲部における内面の最小の曲率半径を小さくすれば、屈曲部において内部応力が高まりやすい。また、接地電極を長めに形成したことで接地電極自身の重さが増え、さらに他端部に設けた電極チップの重みも加わることで、エンジンの駆動に伴う振動によって屈曲部にかかる応力は、比較的大きなものとなる。一方、接地電極が長くなり接地電極自身の熱引きの経路（他端部側から一端部側へ向かい主体金具へ逃げる熱の伝導経路）が長くなったことから、接地電極の熱引き性能が低下している。このため、熱負荷により金属の疲労強度が低下した状態では、特に屈曲部において、高まった内部応力が疲労限界を超え、折れを生じてしまう虞があり、接地電極の耐折損性の低下を招く虞があった。
【０００５】
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、接地電極の熱引きをより確実に行って金属の疲労強度の低下を抑制し、応力の集中しやすい屈曲部における折れの発生を防止して、接地電極の耐折損性を高めることができるスパークプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るスパークプラグは、中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の径方向における周囲を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部が前記中心電極の先端部へ向かうように、前記一端部と前記他端部との間に自身を屈曲させた屈曲部を有する接地電極と、当該接地電極の前記他端部において前記中心電極の前記先端部と対向する位置に接合され、前記他端部からの突出長さが０．５ｍｍ以上の大きさを有し、断面積が０．２０〜１．１３ｍｍ２の電極チップとを備え、前記接地電極は、前記一端部側から前記他端部側へ向かって延びる第１部材の外面上に、少なくとも１つ以上の第ｉ部材（ただし、ｉ＝２，３，４，５である。）をそれぞれ層状に被覆したものであり、前記屈曲部において前記中心電極側を向く一側面の最小の曲率半径が２．３ｍｍ以下であると共に、前記他端部の部位のうち、前記主体金具の前記先端面から前記軸線方向に最も突出した部位が、前記先端面から突出する長さが４．５ｍｍ以上であり、且つ、前記主体金具に形成される取付ねじの呼び径がＭ１２以下であるスパークプラグにおいて、（１）の式によって表される前記接地電極の２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるとともに、（２）の式によって表される前記接地電極の２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きいことを特徴とする。
【数１】
2010080059.tif 000019
【数２】
2010080059.tif 000020
（ただし、ｎは、前記接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【０００７】
本発明によれば、（１）の式により求められる接地電極の２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となるように接地電極を構成する材料を選択することで、接地電極の熱引き性能を高めることができる。この接地電極は、屈曲部における最小の曲率半径が２．３ｍｍ以下と従来よりも小さいため、その屈曲部において内部応力が高まっている。また、この接地電極の他端部に、断面積が０．２０〜１．１３ｍｍ２で突出長さが０．５ｍｍ以上の、いわゆる針状の電極チップを設けたことにより、他端部における重みが増している。このため、接地電極が内燃機関の駆動に伴う振動負荷を受けた場合に、特に屈曲部において内部応力が高まりやすい。さらに接地電極は、主体金具の先端面からの突出長さが長く、内燃機関の駆動に伴う振動負荷を受けた場合に、屈曲部には自重による負荷もかかるため、内部応力がさらに高まりやすい。このように接地電極は、特に屈曲部において内部応力が高まりやすいが、上記のように熱引き性能を向上することによって、接地電極自身の受ける熱負荷を小さくできれば、金属の疲労強度を確保して、屈曲部における内部応力が疲労限界を超えにくくなるようにすることができる。本発明ではこのようにして、接地電極の耐折損性を高めることができる。
【０００８】
【０００９】
このように、接地電極を構成する材料を選択する上で、（２）の式により求められる接地電極の２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きくなるようにすれば、接地電極の耐折損性を低下させることなく十分に、接地電極の熱引き性能を高めることができる。
【００１０】
なお、前記接地電極の前記屈曲部における前記一側面の最小の曲率半径は、１．０ｍｍ以上としてもよい。屈曲部の曲率半径が１．０ｍｍ未満になると、屈曲部における内部応力がさらに高まるため、上記のように、熱負荷を低減して金属の疲労強度を確保しても、耐折損性を向上する上で十分な効果が得られにくくなる。
【００１１】
また、本発明においては、前記接地電極の全体の体積に対し、前記接地電極を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の良熱伝導部材により構成される層の体積の占める割合を、１２．５％以上５７．５％以下としてもよい。上記割合が１２．５％未満の場合、接地電極の合成熱伝導率が下がり、熱引き性能が低下して屈曲部にかかる熱負荷を軽減しにくくなるため、耐折損性の確保が難しい。一方、上記割合が５７．５％より大きくなると、接地電極の合成引張強度が下がり、屈曲部において、内部応力に対する耐力を十分に得られにくくなるため、耐折損性の確保が難しい。したがって、接地電極の耐折損性を確保する上で、上記割合を１２．５〜５７．５％とすることが望ましい。
【００１２】
また、本発明において、前記接地電極の前記一端部から前記他端部へ向かう方向に直交する断面の面積を、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下とすることができる。接地電極は、上記のように、第１部材の外面上に、少なくとも１つ以上の第ｉ部材をそれぞれ層状に被覆した構造であるため、断面の面積が１．５ｍｍ２未満となるように製造すると、接地電極自体が細くなり、各層の厚みが薄くなるため、引張強度の高い部材を用いて作製したとしても、耐折損性を確保することが難しくなる。一方で、断面の面積を５．０ｍｍ２より大きくなるように製造すると、接地電極自体が太くなり、屈曲部の形成工程において接地電極を屈曲させにくくなるため、生産性を確保することが難しい。したがって、接地電極の断面の面積を、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下とすれば、接地電極の耐折損性を確保しつつ生産効率を高めることができ、好ましい。
【００１３】
また、本発明において、前記接地電極は、該接地電極を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率の最も大きな層が、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の部材により構成される層によって被覆されてなり、前記接地電極の前記一端部から前記他端部へ向かう方向に直交する断面の中央を通る第１中央線に沿って、前記接地電極自身の延びる長さをＡとし、前記第１中央線を含む平面に、前記電極チップの前記他端部からの突出方向に直交する断面の中央を通る第２中央線を投影したときに、前記第１中央線に沿って、前記第１中央線と前記第２中央線との交点から前記一端部の端までの長さをＢとし、前記２０℃における熱伝導率の最も大きな層が、前記一端部の端から前記他端部へ向けて前記第１中央線に沿って延びる長さをＣとしたときに、５．５ｍｍ≦Ｃ＜Ｂ≦Ａ≦１１．５ｍｍを満たしてもよい。
【００１４】
Ｃ＜Ｂが満たされない場合には、他端部における電極チップの接合位置の直下に、芯材（つまりは２０℃における熱伝導率の最も大きな層）が配置されることとなる。すると、スパークプラグの製造過程において、接地電極と電極チップとの接合の際に、接合部位に加える熱が熱引きされやすくなるため、接合部位における溶融部の形成が阻害され、電極チップの接合性が低下する虞がある。また、接地電極全体の長さが長くなってＡが１１．５ｍｍより長くなれば、あわせて他端部の大きさも大きくなるため、屈曲部にかかる他端部の重さの影響も大きくなる。そのため、屈曲部における内部応力が高まり、接地電極の耐折損性の確保が難しい。一方、接地電極全体の長さが短くなってＡが５．５ｍｍより短くなれば、他端部の大きさは小さくなり、屈曲部にかかる他端部の重さの影響も小さくなるため屈曲部における内部応力が低減される。これにより接地電極の耐折損性は確保できるものの、上記のように本発明を適用して熱負荷を低減し、金属の疲労強度を確保することで接地電極の耐折損性を向上するという効果を得にくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。図２は、スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近を拡大してみた断面図である。なお、図１，図２において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ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１００の先端側、上側を後端側として説明する。
【００１６】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、自身の軸孔１２内の先端側に中心電極２０を保持し、後端側に端子金具４０を保持した絶縁碍子１０を、その絶縁碍子１０の径方向周囲を主体金具５０で取り囲んで保持した構造を有する。また、主体金具５０の先端面５７には接地電極３０が接合されており、その他端部（先端部３１）側が中心電極２０と対向するように屈曲されている。
【００１７】
まず、このスパークプラグ１００の絶縁体を構成する絶縁碍子１０について説明する。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、更にその先端側胴部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ており、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けられた際には、その燃焼室内に曝される。また、脚長部１３と先端側胴部１７との間は段部１５として形成されている。
【００１８】
次に、中心電極２０について説明する。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母材の内部に、その母材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。中心電極２０は絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側に保持されており、その先端部２２が、絶縁碍子１０の先端よりも先端側に突出されている。中心電極２０の先端部２２は先端側に向かって径小となるように形成されており、その先端部２２の先端面には、耐火花消耗性を向上するため貴金属からなる電極チップ９０が接合されている。
【００１９】
また、絶縁碍子１０の先端付近の軸孔１２の内周面と、その内周面に対向する中心電極２０の外周面との間には若干の間隙が設けられており（図２参照）、燻り時にこの間隙にてコロナ放電を発生させ、絶縁碍子１０の先端付近に付着したカーボンを焼き切り、絶縁抵抗を回復させるようになっている。この中心電極２０は軸孔１２内を後端側に向けて延びており、シール体４およびセラミック抵抗３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。そして端子金具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ようになっている。
【００２０】
次に、主体金具５０について説明する。図１に示す、主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド（図示外）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り、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、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、エンジンヘッドの取付孔（図示外）に螺合するねじ山が形成された取付ねじ部５２とを備えている。
【００２１】
また、主体金具５０の工具係合部５１と取付ねじ部５２との間には鍔状のシール部５４が形成されている。そして、取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首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をエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付孔の開口周縁との間で押し潰されて変形し、両者間を封止することで、取付孔を介したエンジン内の気密漏れを防止するものである。
【００２２】
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、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。そして、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、更に両リング部材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の内周で取付ねじ部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とが一体となる。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。また、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。
【００２３】
次に、接地電極３０について説明する。図２に示す接地電極３０は、断面矩形の棒状に形成した電極の一端部（基端部３２）を主体金具５０の先端面５７に接合し、軸線Ｏ方向に沿って延ばしつつ、自身の一側面（内面３３）が他端部（先端部３１）において中心電極２０の先端部２２と向き合うように、屈曲部３４にて折り曲げたものである。本実施の形態の接地電極３０は、第１部材３５の外面上に第２部材３６を被覆し、さらにその外面上を第３部材３７で被覆した構造をなす。第１部材３５、第２部材３６および第３部材３７は、接地電極３０の基端部３２から先端部３１側へ向けて延び、そのうち第１部材３５および第２部材３６は先端部３１内に末端が配置され、外部へは露出していない。つまり接地電極３０は、少なくとも屈曲部３４において、自身を構成する３部材による３層構造（第１部材３５の外周を第２部材３６および第３部材３７で２重に被覆した構造）をなしている。
【００２４】
第１部材３５は、Ｎｉ，Ｆｅ等の単体もしくはこれを主成分とする合金からなり、接地電極３０の耐折損強度を確保すると共に、接地電極３０の主体金具５０への接合強度を確保する役割を果たす。第２部材３６は、Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ等の単体もしくはこれを主成分とする熱伝導性の高い合金から形成され、接地電極３０自身や、先端部３１に接合される電極チップ９５が受熱した熱を主体金具５０側へ逃がす役割を果たす。第３部材３７は、インコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉ系合金からなり、耐腐食性や剛性が高く、燃焼室内で繰り返される混合気の燃焼に晒される接地電極３０の酸化を抑制すると共に、燃焼圧に耐え折損を防止する。
【００２５】
この接地電極３０の先端部３１には、中心電極２０の先端部２２に接合された電極チップ９０と対向して火花放電間隙Ｇを形成する電極チップ９５が、内面３３から針状に突出するように接合されている。電極チップ９５は、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ等、耐火花消耗性の高い貴金属から形成されたものであり、断面積（電極チップ９５の突出方向と直交する断面の断面積）Ｓが０．２０〜１．１３ｍｍ２で突出長さ（電極チップ９５が内面３３から火花放電間隙Ｇへ向け突出する長さ）Ｈが０．５ｍｍ以上の柱状をなす。中心電極２０および接地電極３０から電極チップ９０，９５をそれぞれ突出させたことで、両電極間の火花放電が積極的に火花放電間隙Ｇで行われ、また、形成された火炎核がその成長過程の初期の段階で接地電極３０に接触して熱を奪われることが抑制されている。
【００２６】
このような構造を有する本実施の形態のスパークプラグ１００は、主体金具５０の取付ねじ部５２に形成されたねじ山の呼び径がＭ１２以下である小径のスパークプラグとして作製されるものである。こうしたスパークプラグ１００では径方向における中心電極２０と接地電極３０との距離がより小さくなっているため、接地電極３０の軸線Ｏ方向に沿って延びる部位を確保してできるだけ先端側で屈曲させるように、屈曲部３４における曲がりの度合いを大きくした構成としている。具体的には、接地電極３０の屈曲部３４における内面３３の最小の曲率半径をＲ（図中２点鎖線で示す。）としたとき、その曲率半径Ｒが２．３ｍｍ以下となるように、屈曲部３４の曲がり具合を規定している。換言すると、軸線Ｏと接地電極３０の長手方向と直交する断面の中央とを含む平面で切断した接地電極３０の断面をみたときに、屈曲部３４における内面３３の屈曲の度合いが最も大きい部位、つまり、曲率半径が最も小さい部位におけるその曲率半径（最小の曲率半径）をＲとしている。なお、以下では、接地電極の屈曲部における内面の最小の曲率半径について、便宜上、単に「曲率半径」と言うものとする。
【００２７】
このようなスパークプラグ１００を本発明の適用対象とするのは、後述する実施例１の結果に基づく。曲率半径Ｒが２．３ｍｍより大きい場合、接地電極３０の屈曲部３４において生ずる内部応力がもともと小さく、接地電極３０の寿命（高負荷を与えた場合に折損が生ずるまでのサイクル数）に対し、これが大幅に低下するほどの影響を与えない。すなわち、屈曲部３４における内部応力の増加が寿命に影響を与え得る曲率半径Ｒが２．３ｍｍ以下の接地電極３０に対し、本発明を適用して熱引き性能を改善すれば、接地電極３０の寿命を大幅に延ばす効果が得られるのである。なお、屈曲部３４における曲率半径Ｒは、１．０ｍｍ以上とするとよい。曲率半径Ｒが１．０ｍｍ未満である場合、屈曲部３４の曲がり具合が大きく、内部応力が高まるため、上記のように本発明を適用して熱引き性能を改善しても、接地電極３０の耐折損性を向上して寿命を延ばす効果を得にくいからである。
【００２８】
なお、本実施の形態では、針状をなす電極チップ９５が接合されたことで、エンジンの駆動に伴う振動負荷が接地電極３０に加えられたとき、電極チップ９５の重みにより屈曲部３４に負荷がかかりやすい。例えば、電極チップ９５が平板状をなし、針状と比べその重みが小さかった場合、振動負荷による屈曲部３４への影響は少ない。後述する実施例１ではこの点も考慮し、屈曲部３４における曲率半径Ｒの大きさを規定するにあたって、針状の電極チップ９５が接合された接地電極３０においても熱引き性能を向上させることで寿命を延ばす効果が得られることを確認している。
【００２９】
具体的に、後述する実施例２の結果に基づくと、複数の部材から層構造をなす接地電極３０を作製したときに、以下の（３）の式で表される２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下となれば、各部材の配分比率にかかわらず接地電極３０はその寿命を延ばす効果を得ることができる。
【００３０】
第１部材３５、第２部材３６、第３部材３７の２０℃における熱伝導率をそれぞれｘ１，ｘ２，ｘ３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とし、第１部材３５、第２部材３６、第３部材３７の体積をそれぞれｖ１，ｖ２，ｖ３（ｍｍ３）とする。このとき、接地電極３０の２０℃における合成熱伝導率Ｘを（３）の式で表す。
Ｘ＝［｛ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｘ１］＋［｛ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｘ２］＋［｛ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｘ３］  ・・・  （３）
【００３１】
接地電極３０を構成する各部材の体積は、例えば接地電極３０をその長さ方向において等間隔で（例えば１ｍｍごとに）Ｘ線等による断面解析を行い、各断面において各部材が占める面積をそれぞれ求め、その積分値を求めればよい。なお、本実施の形態では、接地電極３０を第１部材３５、第２部材３６および第３部材３７からなる３層構造としているが、本発明は層数が２層から５層のものに対しても好適に適用できるものであり、一般式として、これを以下の（１）の式で表すことができる。
【数３】
2010080059.tif 000021
（ただし、ｎは接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【００３２】
後述する実施例２に基づくと、接地電極３０の２０℃における合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であれば、接地電極３０自身や電極チップ９５の受熱した熱を十分に主体金具５０側へ逃がすことができるので、熱による金属の疲労強度の低下を抑制することができる。このため接地電極３０は、特に内部応力が増加しやすい屈曲部３４においても折損に対する耐性が向上し、エンジンの駆動に伴う冷熱サイクルが繰り返されても十分にその寿命を延ばす効果を得ることができる。
【００３３】
ところで、中心電極２０の先端部２２に設けた電極チップ９０と、接地電極３０の先端部３１に設けた電極チップ９５との間の火花放電間隙Ｇの大きさを十分に確保するためには、接地電極３０を主体金具５０の先端面５７から軸線Ｏ方向に、より突出させる必要がある。接地電極３０の主体金具５０の先端面５７からの軸線Ｏ方向への突出長さをＬとすると、Ｌが大きくなるほど接地電極３０の全長（先端部３１から基端部３２までの長さ）が延びることとなり、つまり熱引きの経路が長くなるので熱による金属の疲労強度の低下を招く虞がある。また、自重も増加することから、エンジンの駆動に伴う振動負荷が接地電極３０に加わった場合、特に屈曲部３４における内部応力の増加を招きやすい。こうした場合でも、接地電極３０の合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であれば、熱による金属の疲労強度の低下を抑制することができ、エンジンの駆動に伴う冷熱サイクルが繰り返されても十分にその寿命を延ばす効果を得ることができる。この延命効果は、後述する実施例３によると、Ｌが４．５ｍｍ未満であり自身の全長が短い接地電極３０では、もともと熱引きの経路が短いことから寿命に対し影響が生じにくいので、本発明をＬが４．５ｍｍ以上の接地電極３０に対し適用することが好ましい。
【００３４】
また、熱伝導率の高い部材は、一般に、引張強度が低いことが知られている。接地電極３０の熱引き性能を高める代わりに引張強度の低い部材を用い、接地電極３０としての機械的な剛性が低下すれば接地電極３０そのものの耐折損性の低下を招くため、本実施の形態では、接地電極３０の合成引張強度Ｙについて規定している。具体的に、後述する実施例４の結果に基づくと、複数の部材から層構造をなす接地電極３０を作製したときに、以下の（４）の式で表される２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きくなれば、各部材の配分比率にかかわらず接地電極３０はその寿命を延ばす効果を得ることができた。つまり、接地電極３０の２０℃における合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２以下であると、接地電極３０自身が高い剛性を得られず、合成熱伝導率Ｘの向上に見合うだけの寿命の延命効果が得られない。
【００３５】
第１部材３５、第２部材３６、第３部材３７の２０℃における引張強度をそれぞれｙ１，ｙ２，ｙ３（ｋｇｆ／ｍｍ２）とする。このとき、接地電極３０の２０℃における合成引張強度Ｙを（４）の式で表す。
Ｙ＝［｛ｖ１／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｙ１］＋［｛ｖ２／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｙ２］＋［｛ｖ３／（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）｝×ｙ３］  ・・・  （４）
【００３６】
なお、上記同様にこれを層数が２層から５層のものに対し適用すれば、一般式として、これを以下の（２）の式で表すことができる。
【数４】
2010080059.tif 000022
（ただし、ｎは接地電極を構成する部材の最大数を示し、２以上５以下の整数である。）
【００３７】
また、本実施の形態では、接地電極３０を構成する各層のうち、熱伝導率が良好である、いわゆる良熱伝導部材により構成される層が、接地電極３０の全体の体積に対して占める割合を、１２．５％以上５７．５％以下に規定している。ここで、良熱伝導部材とは、具体的に、２０℃における熱伝導率が、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料を指す。上記（１）の式によれば、熱伝導率の高い（良好な）部材により構成される層が、その体積において、接地電極３０全体の体積に対して占める割合が低くなるほど、接地電極３０の合成熱伝導率Ｘが低下することがわかる。後述する実施例５に基づくと、接地電極３０全体の体積に対する良熱伝導部材により構成される層の体積の割合が１２．５％未満になると、熱引き性能が低下して屈曲部３４にかかる熱負荷を軽減しにくくなるため、耐折損性の確保が難しい。一方、上記（２）の式によれば、引張強度の低い部材、つまり、良熱伝導部材により構成される層が、その体積において、接地電極３０全体の体積に対して占める割合が高くなるほど、接地電極３０の合成引張強度Ｙが低下することがわかる。後述する実施例５に基づくと、接地電極３０全体の体積に対する良熱伝導部材により構成される層の体積の割合が５７．５％より大きくなると、屈曲部３４において、内部応力に対する耐力を十分に得られにくくなるため、耐折損性の確保が難しい。したがって、接地電極３０の耐折損性を確保する上で、上記割合を１２．５〜５７．５％とすることが望ましい。
【００３８】
次に、接地電極３０の基端部３２から先端部３１へ向かう方向に直交する断面の中央を通る中央線Ｐを、図２に示す。この中央線Ｐに直交する接地電極３０の断面において、その断面の面積を、本実施の形態では、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下に規定している。接地電極３０は、上記のように、複数の部材による層構造を有すが、このような構造をなす接地電極３０を作製するには、例えば接地電極を構成する各層の基となる部材をカップ状に成形し、順に重ねて被せるように組み合わせたうえで、押出成形を行う。このため、接地電極３０の中央線Ｐに直交する断面の面積が１．５ｍｍ２未満となるように製造すると、接地電極３０が細くなり、各層の厚みも薄くなるため、引張強度の高い部材を用いて作製したとしても、接地電極３０の耐折損性を確保することが難しくなる。一方で、接地電極３０の中央線Ｐに直交する断面の面積が５．０ｍｍ２より大きくなるように製造すると、接地電極３０が太くなり、屈曲部３４の形成工程において接地電極３０全体を屈曲させにくくなるため、生産性の確保が難しい。したがって、接地電極３０の中央線Ｐに直交する断面の面積を、１．５ｍｍ２以上５．０ｍｍ２以下とすれば、接地電極の耐折損性を確保しつつ生産効率を高めることができ、好ましい。
【００３９】
さらに、本実施の形態では、接地電極３０の長さや、接地電極３０を構成する複数の層のうち２０℃における熱伝導率の最も大きな層の長さ、電極チップ９５の接合位置についても規定している。図２に示すように、接地電極３０の基端部３２から先端部３１へ向かう方向に直交する断面の中央を通る、上記中央線Ｐに沿って、接地電極３０自身の延びる長さをＡとする。次に、電極チップ９５が接地電極３０の先端部３１から火花放電間隙Ｇへ向けて突出する方向に直交する電極チップ９５の断面の中央を通る中央線をＱとする。接地電極３０を、中央線Ｐを含む平面（断面）でみたときに、その断面に投影した電極チップ９５の中央線Ｑと、中央線Ｐとの交点の位置から、基端部３２の端の位置まで、中央線Ｐに沿った長さをＢとする。さらに、接地電極３０を構成する複数の層のうち、２０℃における熱伝導率の最も大きな層（本実施の形態では第２部材３６）が、基端部３２の端から中央線Ｐに沿って延びる長さをＣとする。このとき、Ａ，Ｂ，Ｃの関係が、５．５ｍｍ≦Ｃ＜Ｂ≦Ａ≦１１．５ｍｍを満たす。
【００４０】
まず、Ｂ、Ｃについて、接地電極３０が、Ｃ＜Ｂを満たさない構成である場合、電極チップ９５を内面３３に接合した接合位置の直下（その接合位置を中央線Ｑに沿って投影した範囲内）に、少なくとも、接地電極３０を構成する複数の層のうちの２０℃における熱伝導率の最も大きな層が配置されることとなる。すると、スパークプラグ１００の製造過程において、接地電極３０と電極チップ９５とを接合する際に、溶接のため接合部位に加える熱が、熱引きされやすくなってしまう。接合の際に十分な熱が得られなくなると、接地電極３０と電極チップ９５との溶融部の形成が阻害され、電極チップ９５の接合が不十分となる虞がある。
【００４１】
次に、Ａについて、接地電極３０全体の長さが長くなって、Ａが１１．５ｍｍより長くなれば、あわせて先端部３１の大きさも大きくなる。すると、エンジンの駆動に伴う振動負荷が接地電極３０に加わった場合、特に屈曲部３４における内部応力の増加を招きやすく、接地電極３０の耐折損性の確保が難しい。一方、接地電極３０全体の長さが短くなって、Ａが５．５ｍｍより短くなれば、先端部３１の大きさは小さくなり、屈曲部３４にかかる先端部３１の重さの影響も小さくなる。屈曲部３４における内部応力が低減されるため接地電極３０の耐折損性を確保できるが、このことは、本発明を適用せずとも達成できるものであるので、Ａが５．５ｍｍより短い接地電極は、本発明の適用対象とはしない。
【００４２】
このように、スパークプラグ１００の接地電極３０を作製するにあたって、上記各規定を満たすことで接地電極３０の寿命を延ばす効果が得られることを確認するため、以下に説明する各評価試験を行った。
【００４３】
［実施例１］
まず、接地電極３０の屈曲部３４における曲げの度合いと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなし、（３）の式に従って求めた合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の接地電極と、４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の接地電極とをそれぞれ複数用意した。さらに、断面積Ｓが０．３８ｍｍ３（φ０．７ｍｍ）で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップと、断面積Ｓが０．３８ｍｍ３で突出長さＨが０．２ｍｍの平板状の電極チップとをそれぞれ複数個用意し、上記各合成熱伝導率Ｘを有する２種類の接地電極と互いに組み合わせた電極チップ付き接地電極を作製した。そして各接地電極を用いたスパークプラグのサンプルを組み立て、火花放電間隙Ｇを形成する際に、接地電極の内面の曲率半径Ｒを０．５〜３．０（ｍｍ）の範囲で変化させて屈曲部の曲げを行った。
【００４４】
このように作製されたスパークプラグのサンプルを４５０ｃｃ単気筒のテストエンジンに組み付けて駆動し、無負荷レーシングパターンによる熱負荷および振動負荷を与える評価試験を行った。無負荷レーシングパターンとは、アイドリング状態からスロットルを一気に全開状態（８０００ｒｐｍ）とし、再びアイドリング状態に戻すテストパターンである。この無負荷レーシングパターンによる試験は、接地電極に加わる振動負荷が非常に大きく、接地電極の耐折損性を評価するのに適している。この１回の駆動パターンを１サイクルとし、各テストサンプルについて、接地電極に折損が生ずるまでにかかったサイクル数（接地電極の寿命）を調べた。この試験の結果をグラフ化したものを図３に示す。
【００４５】
図３に示すように、平板状の電極チップが接合され、合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である接地電極を用いたサンプルでは、屈曲部における曲率半径Ｒが１．０ｍｍのときには約９００００サイクルの接地電極の寿命が得られ、１．５ｍｍ以上では約１０００００サイクルの寿命が得られた（折れ線グラフ１１５）。この接地電極の合成熱伝導率Ｘを１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした場合、屈曲部における曲率半径Ｒが１．５ｍｍより大きい場合ではＸが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものと略同等の寿命が得られたが、１．５ｍｍ以下では寿命が低下した（折れ線グラフ１１６）。一方、針状の電極チップが接合され、合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である接地電極を用いたサンプルでは、接地電極の寿命は、上記平板状の電極チップを接合したサンプルと略同等となった（折れ線グラフ１１１）。しかし、この接地電極の合成熱伝導率Ｘを１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした場合、屈曲部における曲率半径Ｒが２．３ｍｍより大きい場合にはＸが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものと略同等の寿命が得られたものの２．３ｍｍ以下では寿命が低下した（折れ線グラフ１１２）。なお、いずれのサンプルも、屈曲部における曲率半径Ｒが０．５ｍｍでは、寿命がさらに大きく低下し、Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の平板状電極チップ以外は寿命が約６００００サイクルを下回り、その平板状電極チップでも、約８００００サイクルの寿命しか得られなかった。
【００４６】
接地電極の合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）で熱引きが良好である場合、平板状の電極チップが接合された接地電極（折れ線グラフ１１５）と、針状の電極チップが接合され重みが増した接地電極（折れ線グラフ１１１）とは、その寿命にほとんど差が見られなかった。ところが接地電極の合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低い場合、平板状の電極チップが接合された接地電極（折れ線グラフ１１６）と比べ、針状の電極チップが接合され重みが増した接地電極（折れ線グラフ１１２）では寿命の低下の度合いが大きかった。また、折れ線グラフ１１５と折れ線グラフ１１６との比較によれば、平板状の電極チップが接合された接地電極では、屈曲部における曲率半径Ｒが１．５ｍｍより大きければ、合成熱伝導率Ｘが低下して熱引きが良好でない場合でも、接地電極の寿命低下への影響はほとんどない。同様に、折れ線グラフ１１１と折れ線グラフ１１２との比較によれば、針状の電極チップが接合された接地電極においても、屈曲部における曲率半径Ｒが２．３ｍｍより大きければ、合成熱伝導率Ｘが低下しても接地電極の寿命低下への影響はほとんどない。そして、屈曲部における曲率半径Ｒが小さくなるほど、屈曲部での内部応力の高まりが大きくなるため、熱負荷による金属の疲労強度が低下すると折損等を生じやすくなり、接地電極としての寿命が低下する。従って、接地電極の合成熱伝導率Ｘを高め熱引き性能を向上させることで得られる接地電極の寿命を延ばす効果は、重みによる負荷が平板状のものよりも大きな針状の電極チップが接合された接地電極で、屈曲部における曲率半径Ｒが２．３ｍｍ以下であるものにおいて、より大きく得られることがわかった。
【００４７】
なお、屈曲部における曲率半径Ｒが１．０ｍｍ未満となると、接地電極の合成熱伝導率Ｘが良好な４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものであっても、寿命は、約９００００サイクルを下回ってしまった。このことは、曲げの増大に伴い屈曲部において内部応力が高まることに起因する寿命の低下が、接地電極の合成熱伝導率Ｘを高め熱引き性能を向上させることによって得られる延命効果よりも、大きく影響してしまうことによる。
【００４８】
［実施例２］
次に、接地電極３０の合成熱伝導率Ｘと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなす接地電極を作製する上で、（３）の式に従って求められる合成熱伝導率Ｘを１５〜１１０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の範囲で変化させ、その際に合成熱伝導率Ｘが同一のものごとに３本ずつ用意した。各接地電極には、断面積Ｓが０．３８ｍｍ３で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップをそれぞれ接合し、火花放電間隙Ｇを形成するときに同一の合成熱伝導率Ｘのものごとに、内面の曲率半径Ｒが１．０，１．５，２．０（ｍｍ）の３種類のものが形成されるように屈曲部を形成して、スパークプラグのサンプルを完成させた。
【００４９】
そして各サンプルに対し、実施例１と同様の無負荷レーシングパターンによる熱負荷および振動負荷を与える評価試験を行い、各テストサンプルについて接地電極に折損が生ずるまでにかかったサイクル数（接地電極の寿命）を調べた。さらに、合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の接地電極を用いたサンプルを基準サンプルとしてそのサイクル数を０とし、基準サンプルのサイクル数に対し各サンプルのサイクル数の増加分を求め、曲率半径Ｒが異なる系列ごとにまとめた。この試験の結果をグラフ化したものを図４に示す。
【００５０】
図４に示すように、屈曲部の曲率半径Ｒがいずれの系列の接地電極（折れ線グラフ１２１，１２２，１２３）においても、接地電極の合成熱伝導率Ｘを大きくし熱引き性能を高めるにつれて、接地電極の寿命を延ばす効果を得られることがわかる。さらに、屈曲部の曲率半径Ｒが小さいものほど、接地電極の寿命を延ばす効果が顕著となることが確認できる。このことは、実施例１より折れ線グラフ１１１と折れ線グラフ１１２（図３参照）との比較結果からも言え、屈曲部の曲率半径Ｒが小さいものほど接地電極の寿命低下の度合いが大きく、つまり、本発明を適用することによる耐折損性向上の効果が高い。
【００５１】
また、屈曲部の曲率半径Ｒが１．０ｍｍのもの（折れ線グラフ１２１）や１．５ｍｍのもの（折れ線グラフ１２２）に着目すると、合成熱伝導率Ｘが大きくなるに従って接地電極の寿命を延ばす効果が高まるが、その効果は３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）において飛躍的に高まるのがわかる。従って、接地電極の合成熱伝導率Ｘは３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることが、接地電極の耐折損性の向上を図る上で望ましい。なお、屈曲部の曲率半径Ｒがいずれの系列の接地電極においても、合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となると、接地電極の寿命を延ばす効果は飽和状態となる。
【００５２】
［実施例３］
次に、主体金具５０の先端面５７からの接地電極３０の突出長さＬと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなす接地電極を作製する上で、（３）の式に従って求められる合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものと４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものとを用意した。そして屈曲部における曲率半径Ｒを１．５ｍｍとして折り曲げたときの突出長さＬ（図２参照）を４．０〜１０．０（ｍｍ）の範囲で変化させるため、各突出長さＬに相応させた全長を有するように接地電極を切断した。各接地電極には断面積Ｓが０．３８ｍｍ３で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップをそれぞれ接合し、屈曲部を曲率半径Ｒ１．５ｍｍで折り曲げ、上記のように突出長さＬを４．０〜１０．０（ｍｍ）の範囲で変化させた複数のスパークプラグのサンプルを作製した。なお、各サンプルの火花放電間隙Ｇの大きさはいずれの場合も一定とし、接地電極の突出長さＬにあわせた火花放電間隙Ｇの位置の調整は、主体金具の先端面からの中心電極や絶縁碍子の突出長さを調整することにより行った。
【００５３】
そして各サンプルに対し、実施例１と同様の無負荷レーシングパターンによる熱負荷および振動負荷を与える評価試験を行い、各テストサンプルについて接地電極に折損が生ずるまでにかかったサイクル数（接地電極の寿命）を調べた。この試験の結果をグラフ化したものを図５に示す。
【００５４】
図５に示すように、接地電極の合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の場合、突出長さＬが９．５ｍｍを超えると急激に接地電極の寿命が短くなるが、９．５ｍｍ以下の場合はほぼ横ばい状態であり、大幅な寿命の低下は見られない（折れ線グラフ１３１）。合成熱伝導率Ｘが高ければ、熱引き経路が長くなっても十分に熱引きを行うことができ、金属の疲労強度の低下を抑制して耐折損性を高めることができる。一方、接地電極の合成熱伝導率Ｘが１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の場合、突出長さＬが４．５ｍｍとなると接地電極の寿命が約２００００サイクル低下し、さらに６．０ｍｍを超えると寿命が大幅に低下する傾向が見られた（折れ線グラフ１３２）。つまり、接地電極の突出長さＬが９．５ｍｍ以下である場合、合成熱伝導率Ｘを高め、熱引き性能を向上させることで、接地電極の寿命を延ばす効果が得られることが確認できる。そしてこの効果は接地電極の突出長さＬが４．５ｍｍ以上の場合に得られ、特に６．５ｍｍ以上であれば顕著な効果を得られることがわかった。
【００５５】
［実施例４］
次に、接地電極３０の合成引張強度Ｙと接地電極３０の寿命との関係について確認するため、評価試験を行った。この評価試験では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなし、（３）の式に従って求めた合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）となるように調整しつつ、（４）の式に従って求めた合成引張強度Ｙを５３〜６１（ｋｇｆ／ｍｍ２）の範囲で変化させた接地電極を複数用意した。より具体的には、第１部材、第２部材、第３部材として、それぞれの引張強度が４０，３８，７０（ｋｇｆ／ｍｍ２）であるものを用い、体積比を調整することで、上記した狙いの合成熱伝導率Ｘおよび合成引張強度Ｙを得た。そして各接地電極には断面積Ｓが０．３８ｍｍ３（φ０．７ｍｍ）で突出長さＨが０．８ｍｍの針状の電極チップを接合し、これらの接地電極を用いたスパークプラグのサンプルを組み立てた。このとき、接地電極の内面の曲率半径Ｒが１．５ｍｍとなるように屈曲部の曲げを行った。
【００５６】
そして各サンプルに対し、実施例１と同様の無負荷レーシングパターンによる熱負荷および振動負荷を与える評価試験を行い、各テストサンプルについて接地電極に折損が生ずるまでにかかったサイクル数（接地電極の寿命）を調べた。さらに、合成引張強度Ｙが５３ｋｇｆ／ｍｍ２の接地電極を用いたサンプルを基準サンプルとしてそのサイクル数を０とし、基準サンプルのサイクル数に対し各サンプルのサイクル数の増加分を求めた。この試験の結果をグラフ化したものを図６に示す。
【００５７】
図６の折れ線グラフ１４１に示すように、接地電極の合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２以下である場合、合成熱伝導率Ｘが４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり熱引き性能が高い状態であっても、接地電極の寿命を延ばす効果が得られなかった。つまり、接地電極自身の剛性が十分でないと言える。そして接地電極の合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きくなれば接地電極の寿命を延ばす効果が高まり、５９ｋｇｆ／ｍｍ２以上となると、接地電極の寿命を延ばす効果が飽和状態となることが確認できた。
【００５８】
［実施例５］
次に、接地電極全体の体積に対する良熱伝導部材の体積の割合が、合成熱伝導率Ｘや合成引張強度Ｙに与える影響について確認するため、シミュレーションによる評価を行った。この評価では、実施例１と同様に第１部材、第２部材、第３部材からなる３層構造をなし、それぞれの体積、ｖ１、ｖ２、ｖ３（ｍｍ３）を適宜異ならせた組み合わせを設定し、接地電極全体の体積Ｖ（ｍｍ３）としては３５．１ｍｍ３となるように調整した、１７種類の接地電極のサンプルを想定した。なお、第１部材には、２０℃における熱伝導率ｘ１が９０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）で２０℃における引張強度ｙ１が４０．１ｋｇｆ／ｍｍ２の材料を用い、第２部材には、２０℃における熱伝導率ｘ２が３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）で２０℃における引張強度ｙ２が３８ｋｇｆ／ｍｍ２の材料を用いた。また、第３部材には、２０℃における熱伝導率ｘ３が１１．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）で２０℃における引張強度ｙ３が７８．７ｋｇｆ／ｍｍ２の材料を用いた。そして、第１〜第３部材のうち、２０℃における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の第１部材および第２部材を良熱伝導率部材と認定し、接地電極全体の体積Ｖに対する良熱伝導部材の体積（ｖ１＋ｖ２）の割合を、各サンプルについて求めたところ、各サンプルの体積割合（ｖ１＋ｖ２）／Ｖは、５．４〜６４．４％の範囲で適宜異なった。そこで、これら１７種類のサンプルに対し、サンプル番号１〜１７を付した（一部を除き体積割合の小さかった順にならう。）。さらに、各サンプルについて（３）および（４）の式を適用し、合成熱伝導率Ｘおよび合成引張強度Ｙを算出した。この評価の結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
2010080059.tif 000023
【００６０】
表１に示すように、接地電極全体の体積Ｖに対する良熱伝導部材の体積（ｖ１＋ｖ２）の割合が小さくなるにしたがって、合成熱伝導率Ｘも小さくなった。具体的に、体積割合が１２．５％未満のサンプル１〜４は、合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満となった。一方、合成引張強度Ｙについては、接地電極全体の体積Ｖに対する良熱伝導部材の体積（ｖ１＋ｖ２）の割合が小さくなるにしたがって、大きくなった。具体的に、体積割合が５７．５％より大きなサンプル１６，１７は、合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２以下となった。このシミュレーションの結果によれば、合成熱伝導率Ｘで３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を確保するには、体積割合として１２．５％以上を得る必要があることがわかった。また、５５ｋｇｆ／ｍｍ２より大きな合成引張強度Ｙを確保するには、体積割合を、５７．５％以下に抑える必要があることがわかった。
【００６１】
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。本実施の形態では、接地電極３０を第１部材３５、第２部材３６および第３部材３７からなる３層構造としたが、第１部材３５および第２部材３６からなる２層構造としてもよいし、あるいは第４部材を加えた４層構造、さらには第５部材を加えた５層構造としてもよい。そしていずれの場合でも、（１）の式によって求められる合成熱伝導率Ｘが３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となり、（２）の式によって求められる合成引張強度Ｙが５５ｋｇｆ／ｍｍ２よりも大きくなるように、各部材の配分を設定すればよい。
【００６２】
また、接地電極３０の先端部３１に接合する電極チップ９５には、複数の金属材料を接合して形成したものを用いてもよい。例えば、貴金属からなる貴金属部材と、貴金属合金（望ましくは、貴金属と、接地電極の最も外側の層（本実施の形態では第３部材３７）を構成する材料との合金）からなる中間部材とを２段に重ねて接合した電極チップを作製し、接地電極３０の内面３３に接合してもよい。この場合、火花放電間隙Ｇ側に耐火花消耗性の高い貴金属部材を配置し、接地電極３０側に中間部材を配置するとよい。このような電極チップを用いれば、貴金属部材が受熱した熱を、中間部材を介して速やかに接地電極３０側へ逃がすことができ、蓄熱しにくい。また、貴金属部材と接地電極との熱膨張率の差を中間部材で緩和できるので、各接合面における内部応力が低減され、接地電極と電極チップとの接合強度を高めることができ、電極チップの脱落を防止できる。このことは、熱引き性能を高めたことに起因して電極チップとの接合性が低下する虞のある本実施の形態の接地電極３０に対し、有効である。そして、本実施の形態の接地電極３０であれば、このような電極チップを内面３３に接合して用いても、十分に、電極チップの重みに耐えることができ、また、電極チップからの熱引きを確実に行うことができ、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】スパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近を拡大してみた断面図である。
【図３】接地電極の屈曲部における曲げの度合い（曲率半径Ｒ）と接地電極の寿命（折損が生じたサイクル数）との関係を示すグラフである。
【図４】接地電極の合成熱伝導率Ｘと接地電極の寿命（折損が生じたサイクル数）との関係を示すグラフである。
【図５】主体金具の先端面からの接地電極の突出長さＬと接地電極の寿命（折損が生じたサイクル数）との関係を示すグラフである。
【図６】接地電極の合成引張強度Ｙと接地電極の寿命（折損が生じたサイクル数）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１０    絶縁碍子
１２    軸孔
２０    中心電極
２２    先端部
３０    接地電極
３１    先端部
３２    基端部
３３    内面
３４    屈曲部
３５    第１部材
３６    第２部材
３７    第３部材
５０    主体金具
９５    電極チップ
１００    スパークプラグ