(57)【要約】【課題】電極の消耗が進んだ場合の放電電圧の上昇を抑制することにより、内燃機関用スパークプラグのさらなる長寿命化を図る。【解決手段】中心電極の貴金属チップ３１を、板状部３１ａと係合部３１ｂとで構成する。このとき、係合部３１ｂは、板状部３１ａの周縁部から軸方向へ延設され、内部に円錐台形状のスペースを有している。一方、電極母材３２の先端には、前記係合部３１ｂにて形成されるスペースとほぼ同形状の被係合部３２ａが一体形成されている。そして、係合部３１ｂの内側面と被係合部３２ａの外側面とが当接するようにして、貴金属チップ３１を、電極母材３２の基端側の溶融部３３で、電極母材３２に対して溶接固定する。【選択図】      図３
2011091064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、当該中心電極との間に火花放電間隙を有する接地電極とを備えた内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記中心電極及び前記接地電極のうち少なくとも一方の電極は、
柱状の電極母材と、当該電極母材の先端に固定される貴金属チップとから構成され、
前記貴金属チップが固定された状態における前記電極母材と前記貴金属チップとの対向面には、前記中心電極と前記接地電極との対向方向に対して傾斜する傾斜対向面が含まれており、
電極の消耗が進むにつれて、前記貴金属チップの前記傾斜対向面に出現するエッジの長さが長くなるよう構成されていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記傾斜対向面は、前記中心電極と前記接地電極との対向方向に対して縮径する円錐台形状となっており、少なくともそのエッジ部分の一部が前記電極母材に被覆されていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記貴金属チップは、前記電極母材の基端側の溶融部にて溶接固定されていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記一方の電極と前記他方の電極との間に（前記中心電極と前記接地電極との間に）所定電圧が印加されたときに、前記貴金属チップ及び前記電極母材のうち少なくとも一方が前記他方の電極との間に火花放電経路を形成する一方、前記溶融部と前記他方の電極との間に火花放電経路を形成しないことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記貴金属チップは、前記電極母材が当初放電面に露出しないように当該電極母材の先端を覆う板状部を有していること特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記対向方向に対して直交する幅方向に沿った断面における前記貴金属チップの断面積が、少なくとも電極の消耗予定範囲において、当初放電面から遠ざかるほど大きくなっていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記火花放電間隙は、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心電極及び接地電極のうち少なくとも一方に貴金属が溶接されてなる内燃機関用スパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関用スパークプラグでは、火花の発生毎に、電極（中心電極及び接地電極）の溶融、飛散、蒸着等が繰り返されながら、電極の消耗が進行していく。これにより、中心電極と接地電極とで形成される火花放電間隙は徐々に広くなり、電極間の火花放電に必要な放電電圧（要求電圧）も徐々に高くなっていく。そして、放電電圧が機関の供給可能電圧を上回ると、電極間の火花放電を発生させることができなくなる。したがって、内燃機関用スパークプラグの長寿命化は、上記火花放電間隙の成長率を低下させることなどにより、放電電圧の経時的な上昇を抑制することで達成できる。
【０００３】
従来のスパークプラグには、火花放電間隙の成長率を低下させるために、電極の放電面に貴金属チップを溶接したものがある。また、中心電極の径を大きくする等、電極のサイズを大きくしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特に、コージェネレーション用のガスエンジン等は、運転負荷が常に高く、また、長時間に亘って運転される。そのため、このようなエンジンにおいては、スパークプラグは厳しい環境下で使用されることになり、その火花放電間隙の成長率が、例えばガソリン自動車用のエンジンに用いられるスパークプラグと比べて高い傾向がある。したがって、上述したように電極のサイズを大きくすることによって、火花放電間隙の成長率を低下させることが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８３６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電極のサイズを大きくすることで放電面の面積が大きくなると、火花放電間隙の成長率は低下させられるものの、放電電圧が放電面の面積に影響を受けることから、電極の消耗が進んで火花放電間隙がある程度の距離になると、放電電圧の急激な上昇を招くことになってしまう。結果として、電極のサイズを単に大きくすることだけでは、さらなる長寿命化の要請にこたえられないおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、電極の消耗が進んだ場合の放電電圧の上昇を抑制することにより、内燃機関用スパークプラグのさらなる長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果等を付記する。
【０００９】
構成１．本構成の内燃機関用スパークプラグは、中心電極と、当該中心電極との間に火花放電間隙を有する接地電極とを備えた内燃機関用スパークプラグにおいて、前記中心電極及び前記接地電極のうち少なくとも一方の電極は、柱状の電極母材と、当該電極母材の先端に固定される貴金属チップとから構成され、前記貴金属チップが固定された状態における前記電極母材と前記貴金属チップとの対向面には、前記中心電極と前記接地電極との対向方向に対して傾斜する傾斜対向面が含まれており、電極の消耗により、前記貴金属チップの前記傾斜対向面に出現するエッジの長さが長くなるよう構成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成１では、中心電極及び接地電極のうち少なくとも一方が、貴金属チップと、電極母材とから構成されてなる。ここで特に、貴金属チップが固定された状態における電極母材と貴金属チップとの対向面には、中心電極と接地電極との対向方向に対して傾斜する傾斜対向面が含まれている。そして、電極の消耗に伴い、貴金属チップの傾斜対向面に出現するエッジの長さが長くなるようになっている。
【００１１】
電極母材は通常ニッケル（Ｎｉ）合金等から構成されており、貴金属に比較すると火花消耗の進行が早い。このため継続使用するにつれて電極の消耗が進み、電極母材と貴金属チップとの間に消耗度合いに較差が生じるようになる。上記構成１によれば、消耗度合いに較差が生じた結果、貴金属チップの傾斜対向面うち、他方の電極に近い側の端面が火花放電間隙を望むように出現する。この部分がエッジである。このエッジの部分では電界傾度が急峻なものとなるため火花放電に要する放電電圧（要求電圧）が低い（いわゆるエッジ効果である。）。本来、電極の消耗によって火花放電間隙が拡大し、要求電圧が上昇してしまう問題が生じるのに対し、本発明では、電極の消耗に伴い出現するエッジによって要求電圧の上昇を相殺することができ、要求電圧の上昇を抑制することができる。これに加え、電極の消耗が進むにつれて出現するエッジの総距離は長くなり、すなわちエッジ効果を得られる部位を増やすことができる。したがって、電極の消耗が進み火花放電間隙が大きくなると、エッジ効果が高くなり、放電電圧（要求電圧）の上昇を抑制することができると共に、選択的に火花放電を生じるエッジ部分が増えるため、内燃機関用スパークプラグのさらなる長寿命化を図ることができる。
【００１２】
構成２．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１において、前記傾斜対向面は、前記中心電極と前記接地電極との対向方向に対して縮径する円錐台形状となっており、少なくともその傾斜対向面の一部が前記電極母材に被覆されていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成２においても、上記構成１と同様、電極母材と貴金属チップとの対向面に、傾斜対向面が含まれている。ここで特に、傾斜対向面は、使用以前には少なくともその一部は電極母材に被覆され、すなわち電極母材によって火花放電間隙に露出しておらず、そして、電極の消耗に伴い、貴金属チップの傾斜対向面に出現するエッジの長さが長くなるようになっている。
【００１４】
上記構成２によれば、貴金属チップの少なくとも一部を被覆するように電極母材が位置するため、使用初期は電極母材において主に、火花放電が行われる。その後、継続使用により電極の消耗が進み、電極母材と貴金属チップとの間に消耗度合いに較差が生じた結果、電界傾度が急峻となるエッジが出現する。これにより、上記構成１と同様、電極の消耗に伴い出現するエッジによって要求電圧の上昇を相殺することができ、要求電圧の上昇を抑制することができる。これに加え、電極の消耗が進むにつれて出現するエッジの総距離は長くなり、すなわちエッジ効果を得られる部位を増やすことができる。したがって、電極の消耗が進み火花放電間隙が大きくなると、エッジ効果が高くなり、放電電圧（要求電圧）の上昇を抑制することができると共に、選択的に火花放電を生じるエッジ部分が増えるため、内燃機関用スパークプラグのさらなる長寿命化を図ることができる。
【００１５】
構成３．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１又は２において、前記貴金属チップは、前記電極母材の基端側の溶融部にて溶接固定されていることを特徴とする。
【００１６】
上記構成のスパークプラグはいかなる製造方法によって作製してもよいが、本構成３のように、貴金属チップが電極母材の基端側の溶融部で溶接固定されているものとしてもよい。電極母材の基端側の溶融部で溶接固定すれば、火花放電間隙に露出する傾斜対向面については非接合状態とすることができる。このようにすれば、傾斜対向面の溶融によるエッジ効果の低下を招くおそれがなく、期待したエッジ効果をより確実に得ることができるのである。
【００１７】
構成４．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成３において、前記一方の電極と前記他方の電極との間に（前記中心電極と前記接地電極との間に）所定電圧が印加されたときに、前記貴金属チップ及び前記電極母材のうち少なくとも一方が前記他方の電極との間に火花放電経路を形成する一方、前記溶融部と前記他方の電極との間に火花放電経路を形成しないことを特徴とする。
【００１８】
溶融部は、貴金属と電極母材を構成する卑金属（例えばニッケル（Ｎｉ））合金とが溶融してなるため、貴金属よりもこの溶融部を介した火花放電が生じやすい。そして、溶融部において火花放電が頻発すると、溶融部の消耗を招き、場合によっては、貴金属チップの脱落を招くおそれがある。この点、上記構成４によれば、電極の溶融部は火花放電の基点とならないようにしているため、溶融部を介した火花放電を確実に抑制することができる。なお、この効果を得るための具体例として、例えば対向方向（プラグの長手方向）における溶融部と自身の当初放電面との距離を０．５ｍｍとすることが考えられる。
【００１９】
構成５．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記貴金属チップは、前記電極母材が当初放電面に露出しないように当該電極母材の先端を覆う板状部を有していること特徴とする。
【００２０】
上記構成５によれば、貴金属チップが電極母材の先端を覆う板状部を有しており、電極母材が当初放電面に露出しないようになっている。したがって、当初、貴金属チップのうち電極母材の先端を覆う板状部が放電面となり、この間、火花放電間隙の成長率が抑えられる。結果として、内燃機関用スパークプラグのさらなる長寿命化を実現できると共に、電極の消耗度合いによって要求電圧の変化を抑制することができる。
【００２１】
構成６．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記対向方向に対して直交する幅方向に沿った断面における前記貴金属チップの断面積が、少なくとも電極の消耗予定範囲において、当初放電面から遠ざかるほど大きくなっていることを特徴とする。
【００２２】
上記構成６によれば、貴金属チップの断面積が少なくとも電極の消耗予定範囲において当初放電面から遠ざかるほど大きくなっているため、電極の消耗が進むほど、火花放電間隙の成長率が抑えられる。結果として、内燃機関用スパークプラグのさらなる長寿命化を図ることができる。
【００２３】
構成７．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記火花放電間隙は、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする。
【００２４】
上記構成７では、火花放電間隙が０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲で設定されている。このようなスパークプラグは、絶縁破壊強度が高いガスエンジンなどに使用され、電極の消耗が著しいため、上記各構成による効果が際立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】スパークプラグの構成を示す説明図である。
【図２】中心電極及び接地電極の配置関係を示す部分拡大図である。
【図３】（ａ）は中心電極の先端部分の縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線平断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線平断面図である。
【図４】貴金属チップを電極母材から離脱させた態様を示す説明図である。
【図５】中心電極が火花放電によって消耗した態様を模式的に示す説明図である。
【図６】第２実施形態における中心電極の構成を示す断面図であり、（ａ）は中心電極の先端部分の縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線平断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線平断面図である。
【図７】貴金属チップを電極母材から離脱させた態様を示す説明図である。
【図８】第２実施形態における中心電極が火花放電によって消耗した態様を模式的に示す説明図である。
【図９】別実施形態の貴金属チップの形状を示す説明図である。
【図１０】別実施形態の貴金属チップの形状を示す説明図である。
【図１１】別実施形態における中心電極及び接地電極の配置関係を示す部分拡大図である。
【図１２】別実施形態の接地電極の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１は、例えばコージェネレーションシステムなどのガスエンジンに使用される「内燃機関用スパークプラグ」としてのスパークプラグ１００の構成を示す説明図である。
【００２８】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、主体金具１と、絶縁体２と、中心電極３と、接地電極４とを備えている。また、特に符号を付さないが絶縁体２の後端側（図１の上側）には、抵抗体やガラスシール体を介して中心電極３に電気的に接続された接続端子等を備えている。主体金具１は筒状をなしており、その内側に絶縁体２が滑石（タルク）やパッキン等を介して保持されている。絶縁体２の先端部２１は主体金具１から突出している。また、中心電極３は、その先端を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられている。さらに、接地電極４は、前記主体金具１に対しその基端部が主体金具１の先端面に溶接されるとともに、先端側が曲げ返されて、その一側面が中心電極３の先端面と対向するように配置されている。これにより、中心電極３と接地電極４との間に、火花放電間隙ｇが形成されている。
【００２９】
前記絶縁体２は、例えばアルミナからなるセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を保持するための孔部６が形成されている。また、主体金具１は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外周面には、図示しないエンジンのシリンダヘッドにプラグ１００を取り付けるためのねじ部７が形成されている。
【００３０】
図２に示すように、中心電極３及び接地電極４はそれぞれ、電極母材３２，４２と、その先端部に溶接固定された貴金属チップ３１，４１とを備えている。電極母材３２，４２は、Ｎｉ合金等で構成されている。また、貴金属チップ３１，４１は、例えばイリジウム（Ｉｒ）を主成分とする合金等により構成されている。そして、この貴金属チップ３１，４１の対向面が火花の放電面となり、貴金属チップ３１，４１同士の間隙が、上記火花放電間隙ｇを形成している。
【００３１】
次に、中心電極３の構成について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は中心電極３の先端部の縦断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線平断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線平断面図である。また、図４は、貴金属チップ３１を電極母材３２から離脱させた態様を示す説明図である。
【００３２】
中心電極３の貴金属チップ３１は、外観が円錐台形状となっており、図３（ａ）に示すように、板状部３１ａと、係合部３１ｂとを有している。板状部３１ａは、電極母材３２の先端を覆うように平板状をなしている。係合部３１ｂは、板状部３１ａの周縁部から軸方向へ延設されている。この係合部３１ｂは、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、電極母材３２の基端側へいくほど径方向（同図の左右方向、「幅方向」）に広くなっており、図４に示すように、内側に円錐台形状のスペースＳ１を形成している。
【００３３】
中心電極３の電極母材３２の貴金属チップ３１に近い部分では、その先端を除いて円柱状となっており、電極母材３２の先端には、被係合部３２ａが一体形成されている。この被係合部３２ａは、上記係合部３１ｂにて形成されるスペースＳ１とほぼ同形状の円錐台形状をなしている（図４等参照）。
【００３４】
そして、係合部３１ｂの内側面と被係合部３２ａの外側面とが当接するようにして、貴金属チップ３１が電極母材３２に取り付けられる。ここで、係合部３１ｂの内側面及び被係合部３２ａの外側面が、軸方向（同図の上下方向、「対向方向」）に対して傾斜する傾斜対向面Ｔ１，Ｔ２となっている。貴金属チップ３１は、その係合部３１ｂの先端外縁部に（電極母材３２の基端側に）レーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により、溶融部３３が形成されることで、電極母材３２に対して溶接固定されている（図３（ａ）参照）。
【００３５】
このように溶融部３３によって貴金属チップ３１が固定されており、上記傾斜対向面Ｔ１，Ｔ２は、非接合状態となっている。また、溶融部３３は、中心電極３の放電面として火花放電経路の基点とならないように、板状部３１ａの先端面（当初放電面）から一定距離ｄ１（本実施形態では、０．５ｍｍ）だけ離間させられている（図３（ａ）参照）。
【００３６】
次に、上記のように構成されてなる中心電極３による作用について説明する。図５は、中心電極３が火花放電によって消耗した態様を模式的に示す説明図である。
【００３７】
図５（ａ）及び（ｂ）に二点鎖線で示すように、中心電極３及び接地電極４の貴金属チップ３１，４１同士は、当初、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下（本実施形態では０．２ｍｍ）の火花放電間隙ｇを形成するように配置される。このときは、貴金属チップ３１の板状部３１ａの先端面が主として放電面となる。
【００３８】
その後、図５（ａ）に示すように、貴金属チップ３１の板状部３１ａが消耗すると、係合部３１ｂが放電間隙に出現するのであるが、Ｎｉ合金からなる電極母材３２の消耗速度が貴金属チップ３１の消耗速度よりも大きいため、電極母材３２から係合部３１ｂが突出した状態となる。このとき、貴金属チップ３１の係合部３１ｂと電極母材３２の被係合部３２ａとの傾斜対向面Ｔ１，Ｔ２が非接合状態となっているため、突出した係合部３１ｂの傾斜対向面Ｔ１の最上部に、エッジＥが現れる。このエッジＥは、図３（ｂ）から分かるように、平面視略円形状となっている。さらに、図５（ｂ）に示すように、中心電極３の消耗が進むと、貴金属チップ３１の傾斜対向面Ｔ１に形成されるエッジＥは、図３（ｃ）から分かるように、図５（ａ）に比べて、周長の長いものとなる。また、電極の消耗が進むにつれて、貴金属チップ３１の径方向に沿った断面の断面積も大きくなっていく（図３（ｂ）及び図３（ｃ）参照）。
【００３９】
以上詳述したように、本実施形態によれば、当初、貴金属チップ３１の板状部３１ａが放電面となり、火花放電間隙ｇの成長率が抑えられる。そして、中心電極３の消耗が進むと貴金属チップ３１の係合部３１ｂの傾斜対向面Ｔ１にエッジＥが出現し、このエッジＥの部分では電界傾度が急峻なものとなる（いわゆるエッジ効果である）。これにより、火花放電間隙の成長による放電電圧（要求電圧）の上昇を相殺して抑制することができる。そして、中心電極３の消耗が進むにつれて、出現するエッジＥは、その周長が長くなっていく。すなわち、エッジ効果を得られる部位を増やすことができる。したがって、中心電極３の消耗が進み火花放電間隙が大きくなると、エッジ効果が徐々に高くなり、放電電圧（要求電圧）の急激な上昇を抑制することができる。さらに、貴金属チップ３１径方向に沿った断面の断面積が中心電極３の消耗予定範囲において当初放電面から遠ざかるほど大きくなっているため（図３（ｂ）及び図３（ｃ）参照）、中心電極３の消耗が進んだ段階で、火花放電間隙の成長率が抑えられる。結果として、内燃機関用スパークプラグのさらなる長寿命化を図ることができる。
【００４０】
ところで、溶融部３３は、Ｎｉ合金と貴金属とが溶融してなるため、この溶融部３３，を介した火花放電が生じやすい。そして、溶融部３３を介した火花放電が生じると、溶融部３３の消耗を招き、場合によっては、貴金属チップ３１の脱落を招くおそれがある。この点、本実施形態によれば、貴金属チップ３１は、その係合部３１ｂの先端（電極母材の基端側）の溶融部３３で溶接固定されている。すなわち、中心電極３の溶融部３３が火花放電の放電面として火花放電経路の基点とならないよう当該中心電極３の放電面から一定距離ｄ１だけ離間させて形成されている。したがって、溶融部３３を介した火花放電を確実に抑制することができる。その結果、溶融部３３の消耗を招きにくく、中心電極３が消耗したとしても、貴金属チップ３１の脱落を招くようなことがない。
【００４１】
また、本実施形態のスパークプラグ１００は、例えばコージェネレーションシステムなどのガスエンジンに使用されるものである。このようなガスエンジンにおいては、常時運転等によりエンジン負荷の大きな状態が継続する。そのため、電極の消耗が著しく電極サイズが大きくされる傾向にある。したがって、上記構成による効果が際立つ。
［第２実施形態］
本第２実施形態では、上記第１実施形態とは相違する中心電極５０を有している。そこで、以下では主として、中心電極５０の構成について説明する。図６（ａ）は、本実施形態における中心電極５０の先端部の縦断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線平断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線平断面図である。また、本実施形態においても中心電極５０が貴金属チップ５１及び電極母材５２を有しているが、図７は、貴金属チップ５１を電極母材５２から離脱させた態様を示す説明図である。
【００４２】
本実施形態においても、図６（ａ）に示すように、中心電極５０は、貴金属チップ５１と電極母材５２とを備えている。中心電極５０の貴金属チップ５１は、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、円錐台形状をなしており、電極母材５２の基端側へいくほど、径方向（同図の左右方向、「幅方向」）に沿った断面の断面積が大きくなっている。
【００４３】
中心電極５０の電極母材５２において貴金属チップ５１に近い部分は、円柱形状となっている。電極母材５２の先端には、係合部５２ａが設けられており、図７に示すように、この係合部５２ａにより、貴金属チップ５１とほぼ同形状、すなわち円錐台形状のスペースＳ２が形成されている。
【００４４】
そして、貴金属チップ５１が電極母材５２の係合部５２ａに収容された状態で、貴金属チップ５１の外側面と電極母材５２の係合部５２ａの内側面とが当接するようにして、貴金属チップ５１が電極母材５２に取り付けられる。ここで、貴金属チップ５１の内側面及び電極母材５２の係合部５２ａの外側面が、軸方向（同図の上下方向、「対向方向」）に対して傾斜する傾斜対向面Ｔ３，Ｔ４となっている。貴金属チップ５１の取り付けは、例えば、最初に電極母材５２の先端を径方向に拡開させておき、次に、貴金属チップ５１を電極母材５２の係合部５２ａに収容し、続けて、ダイス引きなどによって電極母材５２の先端を径方向に縮小することで実現される。もちろん、上記実施形態と同様、貴金属チップ５１の最下部の先端外縁部にレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶融部５３を形成することで、電極母材５２に対して溶接固定してもよい（図６（ａ）の二点鎖線）。
【００４５】
このように本実施形態では貴金属チップ５１が電極母材５２の先端に嵌め込まれて固定されているため、貴金属チップ５１及び電極母材５２の傾斜対向面Ｔ３，Ｔ４は、非接合状態となっている。
【００４６】
次に、上記のように構成されてなる中心電極５０による作用について説明する。図８は、中心電極５０が火花放電によって消耗した態様を模式的に示す説明図である。
【００４７】
図８（ａ）及び（ｂ）に二点鎖線で示すように、中心電極５０及び接地電極４の貴金属チップ５１，４１同士は、当初、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下（本実施形態では０．２ｍｍ）の火花放電間隙ｇを形成するように配置される。このときは、貴金属チップ５１の先端面が主として放電面となる。
【００４８】
その後、図８（ａ）に示すように、中心電極５０が消耗すると、Ｎｉ合金からなる電極母材５２の消耗速度が貴金属チップ５１の消耗速度よりも大きいため、電極母材５２から貴金属チップ５１が突出した状態となる。このとき、貴金属チップ５１と電極母材５２との傾斜対向面Ｔ３，Ｔ４が非接合状態となっているため、突出した貴金属チップ５１の傾斜対向面Ｔ３の最上部に、エッジＥが現れる。このエッジＥは、図６（ｂ）から分かるように、平面視略円形状となっている。さらに、図８（ｂ）に示すように、中心電極３の消耗が進むと、貴金属チップ５１の傾斜対向面Ｔ３に形成されるエッジＥは、図６（ｃ）から分かるように、上記エッジＥよりも周長の長いものとなる。また、中心電極５０の消耗が進むにつれて、貴金属チップ５１の径方向に沿った断面の断面積も大きくなっていく（図６（ｂ）及び図６（ｃ）参照）。
【００４９】
以上詳述したように、本実施形態によれば、中心電極５０の消耗が進むと貴金属チップ５１の傾斜対向面Ｔ３にエッジＥが出現し、いわゆるエッジ効果によって放電電圧（要求電圧）の上昇を抑制することができる。そして、中心電極５０の消耗が進むにつれて、出現するエッジＥは、その周長が長くなっていく。したがって、中心電極５０の消耗が進み火花放電間隙が大きくなると、エッジ効果が徐々に高くなり、放電電圧（要求電圧）の急激な上昇を抑制することができる。さらに、貴金属チップ５１の径方向に沿った断面の断面積が中心電極５０の消耗予定範囲において当初放電面から遠ざかるほど大きくなっているため、中心電極５０の消耗が進んだ段階で、火花放電間隙の成長率が抑えられる。結果として、内燃機関用スパークプラグのさらなる長寿命化を図ることができる。
【００５０】
また、例えばコージェネレーションシステムなどのガスエンジンにおいては、常時運転等によりエンジン負荷の大きな状態が継続する。そのため、電極の消耗が著しく電極サイズが大きくされる傾向にある。したがって、上記構成による効果が際立つ。
【００５１】
なお、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００５２】
（ａ）上記第１実施形態では、貴金属チップ３１が電極母材３２の先端面を覆う板状部３１ａを備えるものであった。これに対して、図９（ａ）に示すように、電極母材７１が先端面に露出するような、板状部の省略された貴金属チップ６１を採用してもよい。
【００５３】
また、上記第１実施形態では、貴金属チップ３１の外観が円錐台形状であったが、図９（ｂ）に示すように、外観は円柱形状であって内部に円錐台形状のスペースを有する貴金属チップ６２を採用してもよい。
【００５４】
（ｂ）上記第２実施形態では、中心電極５０において、貴金属チップ５１の形状が円錐台形状であった（図６（ａ）乃至（ｃ）参照）。しかし、貴金属チップの形状は、これに限定されるものではない。
【００５５】
例えば、図１０（ａ）に示すように円柱状の電極母材７３に対し平断面が四角形状となる、四角推台形状の貴金属チップ６３を採用してもよい。また、図１０（ｂ）に示すように電極母材７４に対し平断面が三角形状となる、三角推台形状の貴金属チップ６４を採用してもよい。同様に、図１０（ｃ）に示すように電極母材７５に対し平断面が五角形状となるような貴金属チップ６５を採用してもよいし、図１０（ｄ）に示すように電極母材７６に対し平断面が星形状となるような貴金属チップ６６を採用してもよい。特に星形状を採用する場合、電極消耗時に出現するエッジの長さ（周長）が長くなるという点で有利である。
【００５６】
なお、図１０（ａ）〜（ｄ）において、貴金属チップ６３〜６６と電極母材７３〜７６との関係を逆転させた構成としてもよい。すなわち、符号６３〜６６に対応する部分を電極母材（係合部）とし、符号７３〜７６に対応する部分を貴金属チップとしてもよい。
【００５７】
（ｃ）上記実施形態では、接地電極４は、その先端側が曲げ返されて、その一側面が中心電極３，５０の先端部と対向するように配置されていた。これに対し、図１１に示すように、接地電極９が中心電極８の側方に配置されるスパークプラグ１０１においては、次のような接地電極を採用してもよい。
【００５８】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、スパークプラグ１０１の構成を示す図であって、軸方向先端から見た状態を示す説明図である。図１２（ａ）及び（ｂ）に示す各接地電極９は、電極母材９２，９４の先端に貴金属チップ９１，９３が溶接固定されたものである。図１２（ａ）に示す貴金属チップ９１は、中心電極８に対応するように放電面が曲面とされた板状部９１ａ及び、板状部９１の幅方向両端部から延設された２つの係合部９１ｂを有してなる。そして、この係合部９１ｂの内側面が軸方向に対して傾斜する傾斜対向面Ｔ５となっている。また、図１２（ｂ）に示す貴金属チップ９３は、上記貴金属チップ９１の板状部９１ａが省略されており、係合部９３ｂのみを備えてなる。この場合も、係合部９３ｂの内側面が対向方向に対して傾斜する傾斜対向面Ｔ６となっている。
【００５９】
（ｄ）また、図９に示すスパークプラグ１０１は一つの接地電極９を具備しているものであるが、同図における上下左右方向等、任意の方向から複数の接地電極を対向させるようにしてもよい。
【００６０】
（ｅ）上記実施形態では、傾斜対向面Ｔ１〜Ｔ６においては貴金属チップ３１，５１，９１，９３と電極母材３２，５２，９２，９４とが当接しているが、非接合状態であれば所定のエッジ効果が得られるため、傾斜対向面Ｔ１〜Ｔ６に隙間を有する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…主体金具、２…絶縁体、３，８，５０…中心電極、４，９…接地電極、３１，４１，５１，６１〜６６，９１，９３…貴金属チップ、３１ａ，９１ａ…板状部、３１ｂ，５２ａ，９１ｂ，９３ｂ…係合部、３２，４２，５２，７１〜７６，９２，９４…電極母材、３２ａ…被係合部、３３…溶融部，１００，１０１…スパークプラグ、Ｓ１，Ｓ２…スペース、Ｔ１〜Ｔ６…傾斜対向面、Ｅ…エッジ、ｇ…火花放電間隙。
【図１】
2011091064.tif 000003
【図２】
2011091064.tif 000004
【図３】
2011091064.tif 000005
【図４】
2011091064.tif 000006
【図５】
2011091064.tif 000007
【図６】
2011091064.tif 000008
【図７】
2011091064.tif 000009
【図８】
2011091064.tif 000010
【図９】
2011091064.tif 000011
【図１０】
2011091064.tif 000012
【図１１】
2011091064.tif 000013
【図１２】
2011091064.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月24日(2011.2.24)
【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、当該中心電極との間に火花放電間隙を有する接地電極とを備えた内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記中心電極及び前記接地電極のうち少なくとも一方の電極は、
柱状の電極母材と、当該電極母材の先端に固定される貴金属チップとから構成され、
前記貴金属チップが固定された状態における前記電極母材と前記貴金属チップとの対向面には、前記中心電極と前記接地電極との対向方向に対して傾斜する傾斜対向面が含まれており、
電極の消耗が進むにつれて、前記貴金属チップの前記傾斜対向面に出現するエッジの長さが長くなるよう構成されており、
前記傾斜対向面は、非接合状態となっていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記傾斜対向面は、前記中心電極と前記接地電極との対向方向に対して縮径する円錐台形状となっており、少なくともそのエッジ部分の一部が前記電極母材に被覆されていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記貴金属チップは、前記電極母材の基端側の溶融部にて溶接固定されていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記一方の電極と前記他方の電極との間に所定電圧が印加されたときに、前記貴金属チップ及び前記電極母材のうち少なくとも一方が前記他方の電極との間に火花放電経路を形成する一方、前記溶融部と前記他方の電極との間に火花放電経路を形成しないことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項５】
請求項１、３又は４に記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記貴金属チップは、前記電極母材が当初放電面に露出しないように当該電極母材の先端を覆う板状部を有していること特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記対向方向に対して直交する幅方向に沿った断面における前記貴金属チップの断面積が、少なくとも電極の消耗予定範囲において、当初放電面から遠ざかるほど大きくなっていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記火花放電間隙は、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
構成１．本構成の内燃機関用スパークプラグは、中心電極と、当該中心電極との間に火花放電間隙を有する接地電極とを備えた内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記中心電極及び前記接地電極のうち少なくとも一方の電極は、
柱状の電極母材と、当該電極母材の先端に固定される貴金属チップとから構成され、
前記貴金属チップが固定された状態における前記電極母材と前記貴金属チップとの対向面には、前記中心電極と前記接地電極との対向方向に対して傾斜する傾斜対向面が含まれており、
電極の消耗が進むにつれて、前記貴金属チップの前記傾斜対向面に出現するエッジの長さが長くなるよう構成されており、
前記傾斜対向面は、非接合状態となっていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
構成３．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１において、前記貴金属チップは、前記電極母材の基端側の溶融部にて溶接固定されていることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
上記構成１のスパークプラグはいかなる製造方法によって作製してもよいが、本構成３のように、貴金属チップが電極母材の基端側の溶融部で溶接固定されているものとしてもよい。電極母材の基端側の溶融部で溶接固定すれば、火花放電間隙に露出する傾斜対向面については非接合状態とすることができる。このようにすれば、傾斜対向面の溶融によるエッジ効果の低下を招くおそれがなく、期待したエッジ効果をより確実に得ることができるのである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
構成５．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１、３又は４において、前記貴金属チップは、前記電極母材が当初放電面に露出しないように当該電極母材の先端を覆う板状部を有していること特徴とする。