(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びた棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の外周に設けられた主体金具と、
前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極であって、
前記主体金具から前記中心電極に向けて延び、前記中心電極側の端面である第１母材面および前記第１母材面に隣接する第２母材面を有する接地電極母材と、
前記第１母材面および前記第２母材面から突出する状態で抵抗溶接によって前記接地電極母材に埋設され、前記中心電極に対向する対向面を有する直方体状の貴金属チップとを含み、前記接地電極母材の中心軸に直交する断面の断面積Ｓは、１．８ｍｍ２≦Ｓ≦３．２ｍｍ２である、接地電極とを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップが前記第２母材面に対して前記抵抗溶接によって埋没する深さである埋没深さＡと、前記第２母材面に対して埋没する方向に沿った前記貴金属チップの厚さであるチップ厚Ｂとの関係は、０．４≦（Ａ／Ｂ）≦０．８を満たすとともに、前記第２母材面は、前記軸線方向に直交する平面であり、前記軸線方向に直交し前記第１母材面と平行な方向に沿った前記貴金属チップの幅であるチップ幅Ｅと、前記第１母材面と平行な方向に沿った前記第２母材面の幅である平面幅Ｆとの関係は、（Ｅ／Ｆ）≦０．５を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグであって、０．６≦（Ａ／Ｂ）≦０．８であることを特徴とするスパークプラグ。
【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、前記貴金属チップが前記第１母材面に対して前記抵抗溶接によって埋没する長さＣと、前記第１母材面に対して埋没する方向に沿った前記貴金属チップの長さであるチップ長Ｄとの関係は、０．６≦（Ｃ／Ｄ）＜１．０を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、前記対向面は、前記中心電極の端面または側面に対向することを特徴とするスパークプラグ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、前記第１母材面に対して埋没する方向に沿った前記貴金属チップの長さであるチップ長Ｄは、１．１ｍｍ≦Ｄ≦１．３ｍｍを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において電気的に火花を発生させることによって燃料に着火させるスパークプラグ（点火プラグ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スパークプラグにおける接地電極の耐久性能および着火性能の向上を図るために、接地電極母材の先端から突出する状態で貴金属チップを抵抗溶接によって埋設した接地電極を備えるスパークプラグが提案されていた（例えば、特許文献１を参照）。貴金属チップを接地電極母材に埋設した接地電極では、内燃機関で発生する熱によって、接地電極母材と貴金属チップとの接合部に酸化スケールが形成される場合があり、過度に酸化スケールが形成されると、貴金属チップが接地電極母材から剥離する要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２９９０８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、接地電極母材に埋没する貴金属チップの埋没量が酸化スケールの形成に与える影響について十分な検討がなされていなかった。【０００５】
本発明は、上記した課題を踏まえ、スパークプラグの耐久性能を向上させることができる技術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】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。本発明の一形態は、軸線方向に延びた棒状の中心電極と；前記中心電極の外周に設けられた絶縁碍子と；前記絶縁碍子の外周に設けられた主体金具と；前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極であって、前記主体金具から前記中心電極に向けて延び、前記中心電極側の端面である第１母材面および前記第１母材面に隣接する第２母材面を有する接地電極母材と、前記第１母材面および前記第２母材面から突出する状態で抵抗溶接によって前記接地電極母材に埋設され、前記中心電極に対向する対向面を有する直方体状の貴金属チップとを含み、前記接地電極母材の中心軸に直交する断面の断面積Ｓは、１．８ｍｍ２≦Ｓ≦３．２ｍｍ２である、接地電極とを備えるスパークプラグであって、前記貴金属チップが前記第２母材面に対して前記抵抗溶接によって埋没する深さである埋没深さＡと、前記第２母材面に対して埋没する方向に沿った前記貴金属チップの厚さであるチップ厚Ｂとの関係は、０．４≦（Ａ／Ｂ）≦０．８を満たすとともに、前記第２母材面は、前記軸線方向に直交する平面であり、前記軸線方向に直交し前記第１母材面と平行な方向に沿った前記貴金属チップの幅であるチップ幅Ｅと、前記第１母材面と平行な方向に沿った前記第２母材面の幅である平面幅Ｆとの関係は、（Ｅ／Ｆ）≦０．５を満たす。この形態によれば、貴金属チップを接地電極母材に埋設する際に接地電極母材におけるデンドライトの形成を抑制しつつ、接地電極母材と貴金属チップとの接合部における酸化スケールの形成を抑制することができる。その結果、スパークプラグの耐久性能を向上させることができる。
【０００７】
［適用例１］  適用例１のスパークプラグは、軸線方向に延びた棒状の中心電極と、前記中心電極の外周に設けられた絶縁碍子と、前記絶縁碍子の外周に設けられた主体金具と、前記主体金具に接合され、前記中心電極との間に間隙を形成する接地電極であって、前記主体金具から前記中心電極に向けて延び、前記中心電極側の端面である第１母材面および前記第１母材面に隣接する第２母材面を有する接地電極母材と、前記第１母材面および前記第２母材面から突出する状態で抵抗溶接によって前記接地電極母材に埋設され、前記中心電極に対向する対向面を有する直方体状の貴金属チップとを含む接地電極とを備えるスパークプラグであって、前記接地電極母材の中心軸に直交する断面の断面積Ｓは、１．８ｍｍ2≦Ｓ≦３．２ｍｍ2であり、前記第２母材面に対して埋没する前記貴金属チップの埋没深さＡと、前記第２母材面に対して埋没する方向に沿った前記貴金属チップの厚さであるチップ厚Ｂとの関係は、０．４≦（Ａ／Ｂ）≦０．８を満たすことを特徴とする。適用例１のスパークプラグによれば、貴金属チップを接地電極母材に埋設する際に接地電極母材におけるデンドライトの形成を抑制しつつ、接地電極母材と貴金属チップとの接合部における酸化スケールの形成を抑制することができる。その結果、スパークプラグの耐久性能を向上させることができる。【０００８】
［適用例２］  適用例１のスパークプラグにおいて、０．６≦（Ａ／Ｂ）≦０．８であると良い。適用例２のスパークプラグによれば、接地電極母材と貴金属チップとの接合部における酸化スケールの形成を一層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のスパークプラグにおいて、前記第１母材面に対して埋没する前記貴金属チップの長さＣと、前記第１母材面に対して埋没する方向に沿った前記貴金属チップの長さであるチップ長Ｄとの関係は、０．６≦（Ｃ／Ｄ）＜１．０を満たすと良い。適用例３のスパークプラグによれば、接地電極母材と貴金属チップとの接合強度を向上させることができる。【００１０】
［適用例４］  適用例１ないし適用例３のいずれかのスパークプラグにおいて、前記第２母材面は、前記軸線方向に直交する平面であり、前記軸線方向に直交し前記第１母材面と平行な方向に沿った前記貴金属チップの幅であるチップ幅Ｅと、前記第１母材面と平行な方向に沿った前記第２母材面の幅である平面幅Ｆとの関係は、（Ｅ／Ｆ）≦０．５を満たすと良い。適用例４のスパークプラグによれば、接地電極母材に貴金属チップを抵抗溶接する際に、接地電極母材の内部から外側に膨出する膨らみの発生を抑制することができる。その結果、膨らみに起因する接地電極母材の劣化を防止することができる。【００１１】
［適用例５］  適用例１ないし適用例４のいずれかのスパークプラグにおいて、前記対向面は、前記中心電極の端面または側面に対向すると良い。適用例５のスパークプラグによれば、中心電極の端面または側面と、接地電極の貴金属チップとの間に火花を発生させることができる。【００１２】
［適用例６］  適用例１ないし適用例５のいずれかのスパークプラグにおいて、前記第１母材面に対して埋没する方向に沿った前記貴金属チップの長さであるチップ長Ｄは、１．１ｍｍ≦Ｄ≦１．３ｍｍを満たすと良い。適用例６のスパークプラグによれば、着火性能を損なうことなく、スパークプラグの耐久性能を向上させることができる。【００１３】
本発明の形態は、スパークプラグの形態に限るものではなく、例えば、スパークプラグの接地電極、スパークプラグを備える内燃機関、スパークプラグの製造方法などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】スパークプラグを示す部分断面図である。
【図２】スパークプラグにおける中心電極および接地電極を拡大して示す説明図である。
【図３】接地電極の詳細構成を示す説明図である。
【図４】接地電極に形成される酸化スケール、デンドライトおよび膨らみを示す説明図である。
【図５】埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）と酸化スケールとの関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。
【図６】埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）と酸化スケール変化率との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。
【図７】長さＣのチップ長Ｄに対する比率（Ｃ／Ｄ）と接合強度との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。
【図８】チップ幅Ｅの平面幅Ｆに対する比率（Ｅ／Ｆ）と膨らみ発生率との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。
【図９】変形例における接地電極母材の断面形状を示す説明図である。
【図１０】変形例における接地電極を示す説明図である。
【図１１】接地電極の一例を示す説明図である。
【図１２】接地電極の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用したスパークプラグについて説明する。
【００１６】
Ａ．実施例：
Ａ−１．スパークプラグの構成：
図１は、スパークプラグ１００を示す部分断面図である。図１には、スパークプラグ１００の軸線である中心軸ＣＡ１を境界として、一方にスパークプラグ１００の外観形状を図示し、他方にスパークプラグ１００の断面形状を図示した。スパークプラグ１００は、中心電極１０と、絶縁碍子２０と、主体金具３０と、接地電極４０とを備える。本実施例では、スパークプラグ１００の中心軸ＣＡ１は、中心電極１０、絶縁碍子２０、主体金具３０の各部材の軸線でもある。
【００１７】
スパークプラグ１００において、中心軸ＣＡ１方向に延びた棒状の中心電極１０の外周は、絶縁碍子２０によって電気的に絶縁されている。中心電極１０の一端は、絶縁碍子２０の一端から突出し、中心電極１０の他端は、絶縁碍子２０の他端へと電気的に接続されている。絶縁碍子２０の外周には、中心電極１０から電気的に絶縁された状態で主体金具３０がカシメ固定されている。主体金具３０には接地電極４０が電気的に接続され、中心電極１０と接地電極４０との間には、火花を発生させる隙間である火花ギャップが形成される。スパークプラグ１００は、内燃機関（図示しない）のエンジンヘッド２００に形成された取付ネジ孔２１０に主体金具３０を螺合させた状態で取り付けられ、２万〜３万ボルトの高電圧が中心電極１０に印加されると、中心電極１０と接地電極４０との間に形成された火花ギャップに火花を発生させる。
【００１８】
スパークプラグ１００の中心電極１０は、有底筒状に成形された電極母材の内部に、電極母材よりも熱伝導性に優れる芯材を埋設した棒状の電極である。本実施例では、中心電極１０の電極母材は、インコネル（登録商標）を始めとするニッケルを主成分とするニッケル合金から成り、中心電極１０の芯材は、銅または銅を主成分とする合金から成る。本実施例では、中心電極１０の電極母材の先端には、イリジウムを主成分とする貴金属チップが溶接によって接合されている。本実施例では、中心電極１０は、電極母材の先端が絶縁碍子２０の一端から突出する状態で絶縁碍子２０に固定され、シール体１６、セラミック抵抗１７、シール体１８、端子金具１９を介して絶縁碍子２０の他端へと電気的に接続される。
【００１９】
スパークプラグ１００の絶縁碍子２０は、アルミナを始めとする絶縁性セラミックス材料を焼成して形成された部品である。絶縁碍子２０は、中心電極１０を収容する軸孔２８を有する筒状体であり、中心電極１０が突出する側から中心軸ＣＡ１に沿って順に、脚長部２２と、第１碍子胴部２４と、碍子鍔部２５と、第２碍子胴部２６とを備える。絶縁碍子２０の脚長部２２は、中心電極１０が突出する側に向けて外径が小さくなる筒状の部位である。絶縁碍子２０の第１碍子胴部２４は、脚長部２２よりも大きな外径を有する筒状の部位である。絶縁碍子２０の碍子鍔部２５は、第１碍子胴部２４よりも更に大きな外径を有する筒状の部位である。絶縁碍子２０の第２碍子胴部２６は、碍子鍔部２５よりも小さな外径を有する筒状の部位であり、主体金具３０と端子金具１９との間に十分な絶縁距離を確保する。
【００２０】
スパークプラグ１００の主体金具３０は、本実施例では、ニッケルメッキされた低炭素鋼製の部材であるが、他の実施形態において、亜鉛メッキされた低炭素鋼製の部材であっても良いし、無メッキのニッケル合金製の部材であっても良い。本実施例では、絶縁碍子２０に対する主体金具３０のカシメ固定は、冷間カシメであるが、他の実施形態において、熱間カシメであっても良い。主体金具３０は、中心電極１０が突出する側から中心軸ＣＡ１に沿って順に、端面３１と、取付ネジ部３２と、胴部３４と、溝部３５と、工具係合部３６と、カシメ部３８とを備える。
【００２１】
主体金具３０の端面３１は、取付ネジ部３２の先端に形成された中空円状の面であり、端面３１には、接地電極４０が接合され、端面３１の中央からは、絶縁碍子２０の脚長部２２に包まれた中心電極１０が突出する。主体金具３０の取付ネジ部３２は、エンジンヘッド２００の取付ネジ孔２１０に螺合するネジ山を外周に有する円筒状の部位である。主体金具３０の胴部３４は、溝部３５に隣接して設けられ、溝部３５よりも外周方向に張り出した鍔状部であり、エンジンヘッド２００に向けてガスケット５０を圧縮する。主体金具３０の溝部３５は、胴部３４と工具係合部３６との間に設けられ、主体金具３０を絶縁碍子２０にカシメ固定する際に外周方向に膨出した部位である。主体金具３０の工具係合部３６は、溝部３５に隣接して設けられ、溝部３５よりも外周方向に張り出した鍔状部であり、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けるための工具（図示しない）に係合する形状に成形されている。主体金具３０のカシメ部３８は、工具係合部３６に隣接して設けられ、主体金具３０を絶縁碍子２０にカシメ固定する際に、絶縁碍子２０の第２碍子胴部２６に密着するように塑性加工された部位である。主体金具３０のカシメ部３８と、絶縁碍子２０の碍子鍔部２５との間の領域には、粉末のタルク（滑石）を充填した充填部６３が形成され、充填部６３は、パッキン６２，６４で封止されている。
【００２２】
図２は、スパークプラグ１００における中心電極１０および接地電極４０を拡大して示す説明図である。スパークプラグ１００の接地電極４０は、溶接によって主体金具３０に接合され、中心電極１０との間に火花ギャップＧを形成する。本実施例では、棒状の中心電極１０の先端には、中心軸ＣＡ１に直交する端面１１と、中心軸ＣＡ１に沿った側面１２とが形成され、接地電極４０は、中心電極１０の側面１２との間に火花ギャップＧを形成する。
【００２３】
接地電極４０は、接地電極母材４１と、貴金属チップ４２とを備える。接地電極４０の接地電極母材４１は、主体金具３０から中心電極１０に向けて延びた電極であり、接地電極母材４１の中心軸ＣＡ２は、主体金具３０から中心軸ＣＡ１に沿った方向へ延びた後、中心電極１０に向けて中心軸ＣＡ１に交差する方向へ屈曲する。本実施例では、接地電極母材４１の外層は、インコネル（登録商標）を始めとするニッケルを主成分とするニッケル合金から成り、接地電極母材４１の内層は、外層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成る。接地電極４０の貴金属チップ４２は、貴金属を含有する材料で形成された直方体状の部材であり、中心電極１０の側面１２に向けて突出する状態で抵抗溶接によって接地電極母材４１に埋設されている。本実施例では、貴金属チップ４２は、白金を主成分とし２０質量％のロジウムを含有する貴金属合金から成る。
【００２４】
図３は、接地電極４０の詳細構成を示す説明図である。図３には、接地電極母材４１の屈曲形状を臨む方向から見た接地電極４０の側面図と、中心電極１０側から見た接地電極４０の正面図とを図示した。接地電極４０の接地電極母材４１は、第１母材面４１１と、第２母材面４１２と、第３母材面４１３と、第４母材面４１４と、第５母材面４１５とを備える。接地電極母材４１の第１母材面４１１は、中心電極１０側に位置する端面である。本実施例では、第１母材面４１１は、中心電極１０の中心軸ＣＡ１に沿った平面である。接地電極母材４１の第２母材面４１２は、第１母材面４１１に隣接する側面のうち、屈曲形状の内側に位置する側面の部位である。本実施例では、第２母材面４１２は、中心電極１０の中心軸ＣＡ１に直交する平面である。接地電極母材４１の第３母材面４１３は、第１母材面４１１に隣接する側面のうち、屈曲形状の外側に位置する側面の部位である。接地電極母材４１の第４母材面４１４および第５母材面４１５は、第１母材面４１１に隣接する側面のうち、第２母材面４１２と第３母材面４１３との間に拡がる側面である。本実施例では、中心軸ＣＡ２に直交する接地電極母材４１の断面形状は、略矩形状であり、その四つの辺のうち、第２母材面４１２および第３母材面４１３に対応する二つの対向辺が相互に平行すると共に、第４母材面４１４および第５母材面４１５に対応する二つの対向辺が外側に湾曲した形状である。
【００２５】
接地電極４０の貴金属チップ４２は、接地電極母材４１の第１母材面４１１および第２母材面４１２から突出する状態で抵抗溶接によって接地電極母材４１に埋設されている。貴金属チップ４２は、第１チップ面４２１と、第２チップ面４２２とを備える。貴金属チップ４２の第１チップ面４２１は、直方体状の貴金属チップ４２における六つの面のうち接地電極母材４１に埋没されていない二つの平面の一方である。本実施例では、第１チップ面４２１は、接地電極母材４１の第１母材面４１１に沿った平面、すなわち、中心電極１０の中心軸ＣＡ１に沿った平面である。本実施例では、第１チップ面４２１は、中心電極１０の側面１２に対向する対向面であり、第１チップ面４２１と中心電極１０の側面１２との間に火花ギャップＧが形成される。貴金属チップ４２の第２チップ面４２２は、直方体状の貴金属チップ４２における六つの面のうち接地電極母材４１に埋没されていない二つの平面の他方である。本実施例では、第２チップ面４２２は、接地電極母材４１の第２母材面４１２に沿った平面、すなわち、中心電極１０の中心軸ＣＡ１に直交する平面である。
【００２６】
図４は、接地電極４０に形成される酸化スケールＯＳ、デンドライトＤＤおよび膨らみＢＧを示す説明図である。図４には、接地電極４０の側面図および正面図に、酸化スケールＯＳ、デンドライトＤＤおよび膨らみＢＧを模式的に図示した。酸化スケールＯＳは、接地電極４０の過熱によって、接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合部に形成され、貴金属チップ４２が接地電極母材４１から剥離する要因となる。デンドライトＤＤは、接地電極母材４１に貴金属チップ４２を抵抗溶接する際の過大な電流によって、接地電極母材４１の内部に形成され、接地電極母材４１の強度を低下させる要因となる。膨らみＢＧは、接地電極母材４１に貴金属チップ４２を抵抗溶接する際に、接地電極母材４１の第４母材面４１４および第５母材面４１５の内部から外側に膨出した部位であり、腐食し易く接地電極母材４１を劣化させる要因となる。
【００２７】
図３の説明に戻り、デンドライトＤＤおよび酸化スケールＯＳの抑制を図る観点から、接地電極母材４１の中心軸ＣＡ２に直交する断面の断面積Ｓが「１．８ｍｍ2≦Ｓ≦３．２ｍｍ2」である場合、接地電極母材４１の第２母材面４１２に対して埋没する貴金属チップ４２の埋没深さＡと、この第２母材面４１２に対して埋没する方向に沿った貴金属チップ４２の厚さであるチップ厚Ｂとの関係は、「０．４≦（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たすことが好ましく、「０．６≦（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たすことが更に好ましく、「０．７≦（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たすことが一層好ましく、「（Ａ／Ｂ）＝０．８」を満たすことが最も好ましい。なお、接地電極母材４１の断面積Ｓは、第１母材面４１１から中心軸ＣＡ２に沿って２ｍｍの部位における断面積である。埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）に関する評価値については後述する。
【００２８】
接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合強度の向上を図る観点から、接地電極母材４１の第１母材面４１１に対して埋没する貴金属チップ４２の長さＣと、この第１母材面４１１に対して埋没する方向に沿った貴金属チップ４２の長さであるチップ長Ｄとの関係は、「０．６≦（Ｃ／Ｄ）＜１．０」を満たすことが好ましい。なお、着火性能の観点から、貴金属チップ４２のチップ長Ｄは、「１．１ｍｍ≦Ｄ≦１．３ｍｍ」を満たすことが好ましい。長さＣのチップ長Ｄに対する比率（Ｃ／Ｄ）に関する評価値については後述する。
【００２９】
接地電極母材４１の劣化防止を図る観点から、中心電極１０の中心軸ＣＡ１に直交し接地電極母材４１の第１母材面４１１と平行な方向に沿った貴金属チップ４２の幅であるチップ幅Ｅと、第１母材面４１１と平行な方向に沿った第２母材面４１２の幅である平面幅Ｆとの関係は、（Ｅ／Ｆ）≦０．５を満たすことが好ましい。チップ幅Ｅの平面幅Ｆに対する比率（Ｅ／Ｆ）に関する評価値については後述する。
【００３０】
Ａ−２．埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）に関する評価値：
図５は、埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）と酸化スケールとの関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図５の評価試験では、貴金属チップ４２が接地電極母材４１に埋没する埋没深さＡが異なる複数の試料を作成し、これらの試料を加熱した後、接地電極４０を切断して酸化スケールＯＳの形成を確認した。具体的には、常温および常湿の条件の下、バーナーを用いて試料を１０００℃で２分間加熱した後に常温で一分間冷却する工程を１０００サイクル実施した後、試料を切断し、接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合部における酸化スケールＯＳに変化した部位の割合である酸化スケール変化率を算出した。図５には、埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）を横軸に設定し、酸化スケール変化率を縦軸に設定することによって、比率（Ａ／Ｂ）と酸化スケール変化率との関係を図示した。
【００３１】
図５の評価試験に用いた試料のうち、グループ１の試料は、断面積Ｓが１．８ｍｍ2の接地電極母材４１に、チップ厚Ｂが０．４ｍｍの貴金属チップ４２を抵抗溶接した試料であり、グループ２の試料は、断面積Ｓが１．８ｍｍ2の接地電極母材４１に、チップ厚Ｂが０．７ｍｍの貴金属チップ４２を抵抗溶接した試料であり、グループ３の試料は、断面積Ｓが３．２ｍｍ2の接地電極母材４１に、チップ厚Ｂが０．４ｍｍの貴金属チップ４２を抵抗溶接した試料である。これらの抵抗溶接の条件は、交流電源、電流０．５ｋＡ（キロアンペア）、荷重５０Ｎ（ニュートン）である。図５の評価試験に用いた試料では、貴金属チップ４２のチップ長Ｄは１．２ｍｍ±０．１ｍｍであり、貴金属チップ４２のチップ幅Ｅは０．８ｍｍであり、貴金属チップ４２のチップ長Ｄ方向の突き出し量（Ｄ−Ｃ）は０．４ｍｍである。
【００３２】
図５の評価試験に用いた試料の作成に際し、「（Ａ／Ｂ）≦０．８」の条件では、接地電極母材４１にデンドライトＤＤの発生が確認されなかった。これに対して、「（Ａ／Ｂ）＝０．９」の条件では、４０％〜６０％の割合でデンドライトＤＤの発生が確認された。したがって、「（Ａ／Ｂ）≦０．８」の条件では、デンドライトＤＤの発生が抑制されることが分かった。図５の評価試験では、デンドライトＤＤの発生が確認されなかった「（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たす試料を用いた。
【００３３】
図５に示すように、グループ１〜３のいずれの試料についても、「（Ａ／Ｂ）≦０．３」の条件では、酸化スケール変化率が５０％以上となり、接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合強度が著しく低下すること分かった。これに対して、グループ１〜３のいずれの試料についても、「（Ａ／Ｂ）≧０．４」の条件では、酸化スケール変化率が５０％以下に抑制され、比率（Ａ／Ｂ）が大きくなるに連れて酸化スケール変化率が低下し、「（Ａ／Ｂ）＝０．８」では酸化スケール変化率が１０％以下に抑制されることが分かった。
【００３４】
図６は、埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）と酸化スケール変化率との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図６の評価試験は、図５の評価試験よりも高温に試料を加熱する点を除き、図５の評価試験と同様である。具体的には、図６の評価試験では、常温および常湿の条件の下、バーナーを用いて試料を１１００℃で２分間加熱した後に常温で一分間冷却する工程を試料に対して１０００サイクル実施した。図６には、埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）を横軸に設定し、酸化スケール変化率を縦軸に設定することによって、比率（Ａ／Ｂ）と酸化スケール変化率との関係を図示した。図６の評価試験に用いた試料は、図５の評価試験と同様である。
【００３５】
図６に示すように、グループ１〜３のいずれの試料についても、「（Ａ／Ｂ）≦０．５」の条件では、酸化スケール変化率が５０％以上となり、接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合強度が著しく低下すること分かった。これに対して、グループ１〜３のいずれの試料についても、「（Ａ／Ｂ）≧０．６」の条件では、酸化スケール変化率が３０％以下に抑制され、比率（Ａ／Ｂ）が大きくなるに連れて酸化スケール変化率が低下し、「（Ａ／Ｂ）＝０．７」では酸化スケール変化率が２０％以下に抑制され、「（Ａ／Ｂ）＝０．８」では酸化スケール変化率が１０％以下に抑制されることが分かった。
【００３６】
以上説明した図５および図６の評価試験の結果によれば、デンドライトＤＤおよび酸化スケールＯＳの抑制を図る観点から、接地電極母材４１の断面積Ｓが「１．８ｍｍ2≦Ｓ≦３．２ｍｍ2」である場合、「０．４≦（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たすことが好適であり、「０．６≦（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たすことが更に好適であり、「０．７≦（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たすことが一層好適であり、「（Ａ／Ｂ）＝０．８」を満たすことが最も好適である。
【００３７】
Ａ−３．長さＣのチップ長Ｄに対する比率（Ｃ／Ｄ）に関する評価値：
図７は、長さＣのチップ長Ｄに対する比率（Ｃ／Ｄ）と接合強度との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図７の評価試験では、貴金属チップ４２が接地電極母材４１に埋没する長さＣが異なる複数の試料を作成し、これらの試料における接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合強度を評価した。具体的には、常温および常湿の条件の下、試料を超音波ホーンで加振し、貴金属チップ４２が接地電極母材４１から剥離する時間である耐久時間を計測した。図７には、長さＣのチップ長Ｄに対する比率（Ｃ／Ｄ）を横軸に設定し、耐久時間を縦軸に設定することによって、比率（Ｃ／Ｄ）と耐久時間との関係を図示した。
【００３８】
図７の評価試験では、長さＣのチップ長Ｄに対する比率（Ｃ／Ｄ）が「０．３」、「０．４」、「０．５」、「０．６」、「０．８」の各値となる複数の試料を用いた。図７の評価試験に用いた試料のうち、グループ１の試料は、断面積Ｓが１．８ｍｍ2の接地電極母材４１に、チップ厚Ｂが０．４ｍｍの貴金属チップ４２を抵抗溶接した試料であり、グループ３の試料は、断面積Ｓが３．２ｍｍ2の接地電極母材４１に、チップ厚Ｂが０．４ｍｍの貴金属チップ４２を抵抗溶接した試料である。これらの抵抗溶接の条件は、交流電源、電流０．５ｋＡ、荷重５０Ｎである。図７の評価試験に用いた試料では、貴金属チップ４２のチップ長Ｄは１．２ｍｍ±０．１ｍｍであり、貴金属チップ４２のチップ幅Ｅは０．８ｍｍであり、埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）は０．５である。
【００３９】
図７に示すように、グループ１，３のいずれの試料についても、「（Ｃ／Ｄ）≦０．５」の条件では、比率（Ｃ／Ｄ）が大きくなるに連れて耐久時間が延びるものの、３０秒以下の耐久時間で貴金属チップ４２が接地電極母材４１から剥離した。これに対して、「（Ｃ／Ｄ）≧０．６」の条件では、１００秒経過しても貴金属チップ４２の剥離は確認されなかった。
【００４０】
以上説明した図７の評価試験の結果によれば、接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合強度の向上を図る観点から、「０．６≦（Ｃ／Ｄ）＜１．０」を満たすことが好適である。
【００４１】
Ａ−４．チップ幅Ｅの平面幅Ｆに対する比率（Ｅ／Ｆ）に関する評価値：
図８は、チップ幅Ｅの平面幅Ｆに対する比率（Ｅ／Ｆ）と膨らみ発生率との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図８の評価試験では、貴金属チップ４２のチップ幅Ｅが異なる複数の試料を作成し、接地電極母材４１の第４母材面４１４および第５母材面４１５に発生する膨らみＢＧの有無を目視で確認し、比率（Ｅ／Ｆ）の値ごとに、膨らみＢＧが発生する膨らみ発生率を算出した。図８には、チップ幅Ｅの平面幅Ｆに対する比率（Ｅ／Ｆ）を横軸に設定し、膨らみ発生率を縦軸に設定することによって、比率（Ｅ／Ｆ）と膨らみ発生率との関係を図示した。
【００４２】
図８の評価試験では、チップ幅Ｅの平面幅Ｆに対する比率（Ｅ／Ｆ）が「０．１」、「０．２」、「０．３」、「０．４」、「０．５」、「０．６」、「０．７」、「０．８」の各値となる複数の試料を作成した。図８の評価試験に用いた試料のうち、グループ１の試料は、断面積Ｓが１．８ｍｍ2の接地電極母材４１に、チップ厚Ｂが０．４ｍｍの貴金属チップ４２を抵抗溶接した試料であり、グループ３の試料は、断面積Ｓが３．２ｍｍ2の接地電極母材４１に、チップ厚Ｂが０．４ｍｍの貴金属チップ４２を抵抗溶接した試料である。これらの抵抗溶接の条件は、交流電源、電流０．５ｋＡ、荷重５０Ｎである。図８の評価試験に用いた試料では、貴金属チップ４２のチップ長Ｄは１．２ｍｍ±０．１ｍｍであり、埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）は０．５であり、貴金属チップ４２のチップ長Ｄ方向の突き出し量（Ｄ−Ｃ）は０．４ｍｍである。
【００４３】
図８に示すように、グループ１，３のいずれの試料についても、「（Ｅ／Ｆ）≦０．５」の条件では、接地電極母材４１に膨らみＢＧの発生が確認されなかった。これに対して、「（Ｅ／Ｆ）≧０．６」の条件では、接地電極母材４１に膨らみＢＧの発生が確認され、比率（Ｅ／Ｆ）が大きくなるに連れて膨らみ発生率が増加することが分かった。
【００４４】
以上説明した図８の評価試験の結果によれば、接地電極母材４１の劣化防止を図る観点から、「（Ｅ／Ｆ）≦０．５」を満たすことが好適である。
【００４５】
Ａ−５．効果：
以上説明したスパークプラグ１００によれば、接地電極母材４１の断面積Ｓが「１．８ｍｍ2≦Ｓ≦３．２ｍｍ2」である場合に、埋没深さＡのチップ厚Ｂに対する比率（Ａ／Ｂ）が「０．４≦（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たすことによって、貴金属チップ４２を接地電極母材４１に埋設する際に接地電極母材４１におけるデンドライトの形成を抑制しつつ、接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合部における酸化スケールＯＳの形成を抑制することができる。その結果、スパークプラグ１００の耐久性能を向上させることができる。
【００４６】
また、「０．６≦（Ａ／Ｂ）≦０．８」を満たすことによって、接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合部における酸化スケールＯＳの形成を一層抑制することができる。また、長さＣのチップ長Ｄに対する比率（Ｃ／Ｄ）が「０．６≦（Ｃ／Ｄ）＜１．０」を満たすことによって、接地電極母材４１と貴金属チップ４２との接合強度を向上させることができる。また、チップ幅Ｅの平面幅Ｆに対する比率（Ｅ／Ｆ）が「（Ｅ／Ｆ）≦０．５」を満たすことによって、接地電極母材４１に貴金属チップ４２を抵抗溶接する際に、接地電極母材４１の内部から外側に膨出する膨らみＢＧの発生を抑制することができる。その結果、膨らみＢＧに起因する接地電極母材４１の劣化を防止することができる。
【００４７】
Ｂ．変形例：
図９は、変形例における接地電極母材４１の断面形状を示す説明図である。図９には対比のため、前述した実施例の断面形状を上段に図示し、その下段に第１変形例、第２変形例および第３変形例の断面形状を順に図示した。接地電極母材４１の断面形状は、前述した実施例の形状に限るものではなく、図９に示す第１〜第３変形例の形状であっても良い。第１変形例の断面形状は、長方形の四隅を大きく面取りした略八角形である。第２変形例の断面形状は、第４母材面４１４および第５母材面４１５を半円状にした形状である。第３変形例の断面形状は、長方形の四隅を丸めた形状である。
【００４８】
図１０は、変形例における接地電極４０を示す説明図である。前述の実施例の接地電極４０では、貴金属チップ４２の第１チップ面４２１を、中心電極１０の側面１２に対向する対向面として構成したが、図１０に示すように、貴金属チップ４２の第２チップ面４２２を、中心電極１０の端面１１に対向する対向面として構成しても良い。図１０の変形例では、接地電極４０は、中心電極１０の端面１１との間に火花ギャップＧを形成する。
【００４９】
Ｃ．他の実施形態：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【００５０】
図１１および図１２は、接地電極４０の一例を示す説明図である。図１１および図１２の接地電極４０は、接地電極母材４１と貴金属チップ４２とを抵抗溶接する際に形成される溶融部４４および膨出部４６を備える。接地電極４０の膨出部４６は、接地電極母材４１と貴金属チップ４２とを抵抗溶接した際に接地電極母材４１における第１母材面４１１の一部が膨出することによって形成された部位であり、貴金属チップ４２の一部を覆う。上述の実施例で説明した貴金属チップ４２の埋没深さＡは、図１１および図１２に図示するように、接地電極母材４１の第１母材面４１１において貴金属チップ４２が第２母材面４１２に対して埋没する長さである。
【００５１】
接地電極４０の溶融部４４は、接地電極母材４１と貴金属チップ４２とを抵抗溶接した際の溶融金属が接地電極母材４１の第２母材面４１２から膨出することによって形成された部位であり、貴金属チップ４２の一部を覆う。図１１における貴金属チップ４２の第２チップ面４２２は、溶融部４４に覆われていないが、図１２における貴金属チップ４２の第２チップ面４２２の一部は、溶融部４４に覆われている。上述の実施例で説明した貴金属チップ４２の長さＣは、図１１および図１２に図示するように、接地電極母材４１の第１母材面４１１から貴金属チップ４２の埋没方向に存在する第２チップ面４２２の長さである。図１１に示すように、第２チップ面４２２が溶融部４４に覆われていない場合、貴金属チップ４２の長さＣは、接地電極母材４１の第１母材面４１１から第２チップ面４２２の端部までの長さである。図１２に示すように第２チップ面４２２の一部が溶融部４４に覆われている場合、貴金属チップ４２の長さＣは、接地電極母材４１の第１母材面４１１から第２チップ面４２２と溶融部４４との境界までの長さである。
【符号の説明】
【００５２】
１０…中心電極
１１…端面
１２…側面
１６…シール体
１７…セラミック抵抗
１８…シール体
１９…端子金具
２０…絶縁碍子
２２…脚長部
２４…第１碍子胴部
２５…碍子鍔部
２６…第２碍子胴部
２８…軸孔
３０…主体金具
３１…端面
３２…取付ネジ部
３４…胴部
３５…溝部
３６…工具係合部
３８…カシメ部
４０…接地電極
４１…接地電極母材
４２…貴金属チップ
４４…溶融部
４６…膨出部
５０…ガスケット
６２，６４…パッキン
６３…充填部
１００…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２１０…取付ネジ孔
４１１…第１母材面
４１２…第２母材面
４１３…第３母材面
４１４…第４母材面
４１５…第５母材面
４２１…第１チップ面
４２２…第２チップ面
Ｓ…断面積
Ａ…埋没深さ
Ｂ…チップ厚
Ｃ…長さ
Ｄ…チップ長
Ｅ…チップ幅
Ｆ…平面幅
Ｇ…火花ギャップ
ＣＡ１…中心軸
ＣＡ２…中心軸
ＤＤ…デンドライト
ＯＳ…酸化スケール
ＢＧ…膨らみ
【図１】
0005432266.tif 000002
【図２】
0005432266.tif 000003
【図３】
0005432266.tif 000004
【図４】
0005432266.tif 000005
【図５】
0005432266.tif 000006
【図６】
0005432266.tif 000007
【図７】
0005432266.tif 000008
【図８】
0005432266.tif 000009
【図９】
0005432266.tif 000010
【図１０】
0005432266.tif 000011
【図１１】
0005432266.tif 000012
【図１２】
0005432266.tif 000013