(57)【要約】【課題】  安価で、且つ中心電極本体部に対し貴金属チップを強固に結合させると共に、貴金属チップの高温酸化消耗を抑制できる内燃機関用スパークプラグを提供する。【解決手段】  本発明の内燃機関用スパークプラグ１００は、結合部１２３が環状であり、貴金属チップ１２１が、常温下において中心電極本体部１２２と直接当接状態にある当接面１２１ｂ、あるいは、貴金属チップ１２１が高温状態となるまでに中心電極本体部１２２と直接当接状態となる当接面１２１ｂを有している。さらに、貴金属チップ１２１の断面積Ｓｂと結合部１２３の断面積Ｓｃとが、１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２の関係を満たし、当接面１２３と軸線Ｃとの交点Ｐ１を通過し軸線Ｃに直交する第１仮想線Ｋ１上において、結合部１２３について、貴金属チップ１２１の外側面１２１ｄから軸線Ｃ側に向かって測定した深さＴを０．０５（ｍｍ）以上としている。【選択図】  図２
2005150011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
上記軸孔に挿設され、上記絶縁体の先端から突出する中心電極本体部、
この中心電極本体部よりも先端側に位置する貴金属チップ、及び
上記中心電極本体部と上記貴金属チップとの境界部分に位置し、上記中心電極本体部をなす金属と上記貴金属チップをなす金属とが、全周に亘って溶融された後に凝固して、両者を結合する結合部、
を含む中心電極と、
上記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
上記主体金具に固設され、上記中心電極との間で火花放電を生じさせる接地電極と、
を備える内燃機関用スパークプラグであって、
上記結合部は環状であり、
上記貴金属チップは、常温下において上記中心電極本体部と直接当接状態にある当接面、あるいは、当該貴金属チップが高温状態となるまでに上記中心電極本体部と直接当接状態となる当接面を有し、
上記軸線を含み、この軸線に沿って上記中心電極を切断する仮想切断平面を想定したとき、
この仮想切断平面に現れる上記貴金属チップの断面の断面積Ｓｂと上記結合部の断面の断面積Ｓｃとが、１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２の関係を満たし、
上記仮想切断平面に現れる上記当接面と上記軸線との交点を通過し且つ上記軸線に直交する第１仮想線上において、上記結合部について、上記貴金属チップの外側面から上記軸線側に向かって測定した深さＴを０．０５（ｍｍ）以上としてなる
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であって、
前記仮想切断平面に現れる前記貴金属チップの前記当接面について、前記第１仮想線に沿う方向の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、当該貴金属チップの外径Ｄ（ｍｍ）に対し、Ｌ≧Ｄ／５の関係を満たしてなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記第１仮想線が、前記絶縁体の先端よりも上記軸線方向先端側に位置し、
上記絶縁体の先端との間の上記軸線方向距離Ｈ（ｍｍ）が、０．３≦Ｈ≦２．５の関係を満たしてなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記中心電極本体部は、
良熱伝導性金属からなる軸芯部材と、
耐熱性金属からなり、前記軸線方向に貫通する軸孔を有し、この軸孔内に上記軸芯部材を挿入させる形態で上記軸芯部材の少なくとも一部を被覆し、その先端で前記結合部を介して前記貴金属チップと結合する被覆部材と、を含み、
上記軸芯部材は、
上記貴金属チップが低温状態にあるときに、上記貴金属チップの前記当接面から離間した状態にあり、
上記貴金属チップが前記高温状態となるまでに、上記貴金属チップの上記当接面と当接した状態になる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
常温下において、前記貴金属チップの前記当接面と前記軸芯部材の先端との間の前記軸線方向の距離Ｍ（ｍｍ）が、０．０５≦Ｍ≦０．２の関係を満たしてなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記貴金属チップと前記被覆部材とは、互いに当接することなく、その間には全面に亘り前記結合部が介在してなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項７】
軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
上記軸孔に挿設され、上記絶縁体の先端から突出する中心電極本体部、
この中心電極本体部よりも先端側に位置する貴金属チップ、及び
上記中心電極本体部と上記貴金属チップとの境界部分に位置し、上記中心電極本体部をなす金属と上記貴金属チップをなす金属とが、全周に亘って溶融された後に凝固して、両者を結合する結合部、
を含む中心電極と、
上記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、
上記主体金具に固設され、上記中心電極との間で火花放電を生じさせる接地電極と、
を備える内燃機関用スパークプラグであって、
上記結合部は、上記中心電極本体部と上記貴金属チップとの間の全面に亘って介在してなり、
上記軸線を含み、この軸線に沿って上記中心電極を切断する仮想切断平面を想定したとき、
この仮想切断平面に現れる上記貴金属チップの断面の断面積Ｓｂと上記結合部の断面の断面積Ｓｃとが、１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２の関係を満たしてなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記仮想切断平面に現れる前記結合部の断面のうち前記軸線上における軸線方向中央位置を通過し上記軸線に直交する第２仮想線が、前記絶縁体の先端よりも上記軸線方向先端側に位置し、
上記絶縁体の先端との間の上記軸線方向距離Ｈ（ｍｍ）が、０．３≦Ｈ≦２．５の関係を満たしてなる
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、内燃機関用スパークプラグ、特に、貴金属チップを有する中心電極を備えた内燃機関用スパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、着火性と耐久性を向上するため、例えば、Ｎｉ合金からなる中心電極本体部の先端側に貴金属チップを設けた内燃機関用スパークプラグが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。このうち、特許文献１及び特許文献２のスパークプラグは、中心電極本体部（耐熱Ｎｉ合金製母材）の先端側に貴金属チップを挿入可能な孔を設け、この孔に貴金属チップを挿入した状態で中心電極本体部と貴金属チップとをレーザ溶接等によって結合している。ところが、このようなスパークプラグは、貴金属チップを挿入する孔を穿孔する工程を別途設け、さらに、高価な貴金属チップを中心電極本体部の孔に挿入するために体積の大きな貴金属チップを必要とするので、高価なものとなっていた。
【０００３】
これに対し、特許文献３のスパークプラグは、貴金属チップを挿入する孔を設けることなく、中心電極本体部の先端面上に貴金属チップを配置した状態で両者をレーザ溶接によって結合している。このようにすることで、特許文献１及び特許文献２のスパークプラグに比して安価なものとしている。
【０００４】
ところで、特許文献１のスパークプラグでは、貴金属チップの直径をＡ、中心電極本体部をなす金属と貴金属チップをなす金属とが溶融した後凝固した溶融凝固合金部（結合部）の溶け込み深さをＧとしたとき、Ａ／５≦Ｇ≦Ａ／２の関係を満たすようにしている。また、特許文献３のスパークプラグでは、貴金属チップの半径をＲ、中心電極本体部をなす金属と貴金属チップをなす金属とが溶融した後凝固した溶融凝固合金部（結合部）の溶け込み深さをＡとしたとき、Ｒ／３≦Ａ≦Ｒの関係を満たすようにしている。このような関係を満たすことで、特許文献１及び特許文献３のスパークプラグでは、貴金属チップと中心電極本体部とを強固に結合し、貴金属チップの脱落を抑制している。
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−１５９８５８号公報
【特許文献２】特開平０５−１３１４５号公報
【特許文献３】特開平０６−３６８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、中心電極本体部をなす金属と貴金属チップをなす金属とが溶融した後凝固してなる結合部の熱伝導率は、中心電極本体部を構成するＮｉ合金の熱伝導率よりも低くなる場合がある。この場合には、結合部が熱溜まりとなり結合部自身の温度が高くなるほか、貴金属チップの熱引きが悪化して貴金属チップの温度も高くなってしまう虞がある。従って、貴金属チップの脱落を防止すべく、中心電極本体部に対する貴金属チップの溶接を強化して結合部を大きくした場合には、高温となった貴金属チップの熱引きを十分に行うことができず、貴金属チップの高温酸化消耗が促進されてしまい、貴金属チップが早期に消耗してしまう虞があった。
【０００７】
特に、特許文献３のように、中心電極本体部の先端面上に貴金属チップを配置した状態で両者を溶接する形態のスパークプラグでは、貴金属チップと中心電極本体部とを強固に結合すべく、結合部の体積（軸線を含み、この軸線に沿って中心電極を切断する仮想切断平面に現れる結合部の断面の断面積）を大きくすると、貴金属チップの熱引きの悪化が顕著となることが判ってきた。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、安価で、且つ中心電極本体部に対し貴金属チップを強固に結合させると共に、貴金属チップの高温酸化消耗を抑制できる内燃機関用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】
【０００８】
その解決手段は、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、上記軸孔に挿設され、上記絶縁体の先端から突出する中心電極本体部、この中心電極本体部よりも先端側に位置する貴金属チップ、及び上記中心電極本体部と上記貴金属チップとの境界部分に位置し、上記中心電極本体部をなす金属と上記貴金属チップをなす金属とが、全周に亘って溶融された後に凝固して、両者を結合する結合部、を含む中心電極と、上記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、上記主体金具に固設され、上記中心電極との間で火花放電を生じさせる接地電極と、を備える内燃機関用スパークプラグであって、上記結合部は環状であり、上記貴金属チップは、常温下において上記中心電極本体部と直接当接状態にある当接面、あるいは、当該貴金属チップが高温状態となるまでに上記中心電極本体部と直接当接状態となる当接面を有し、上記軸線を含み、この軸線に沿って上記中心電極を切断する仮想切断平面を想定したとき、この仮想切断平面に現れる上記貴金属チップの断面の断面積Ｓｂと上記結合部の断面の断面積Ｓｃとが、１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２の関係を満たし、上記仮想切断平面に現れる上記当接面と上記軸線との交点を通過し且つ上記軸線に直交する第１仮想線上において、上記結合部について、上記貴金属チップの外側面から上記軸線側に向かって測定した深さＴを０．０５（ｍｍ）以上としてなる内燃機関用スパークプラグである。
【０００９】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、貴金属チップを中心電極本体部よりも先端側に配置している。すなわち、中心電極本体部に貴金属チップを挿入する孔を設けることなく、中心電極本体部の先端面上に貴金属チップを配置した状態で両者を溶接している。このため、中心電極本体部に貴金属チップを挿入する孔を設け、この孔に貴金属チップを挿入する形態で溶接するスパークプラグに比して安価となる。
【００１０】
さらに、本発明の内燃機関用スパークプラグは、中心電極本体部と貴金属チップとの境界部分に位置し、中心電極本体部をなす金属と貴金属チップをなす金属とが、全周に亘って溶融された後に凝固して、両者を結合する結合部を有している。すなわち、貴金属チップが、中心電極本体部に対し、全周溶接されている。
さらに、軸線を含み、この軸線に沿って中心電極を切断する仮想切断平面を想定したとき、この仮想切断平面に現れる貴金属チップの断面の断面積Ｓｂと結合部の断面の断面積Ｓｃとが、１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂの関係を満たしている。このように、結合部の断面積Ｓｃを貴金属チップの断面積Ｓｂの１／１０以上とすることで、中心電極本体部と貴金属チップとの間において、適切な溶接強度を確保することができる。
【００１１】
さらに、結合部は、環状であって、仮想切断平面に現れる当接面と軸線との交点を通過し且つ軸線に直交する第１仮想線上において、結合部について、貴金属チップの外側面から軸線側に向かって測定した深さＴ（以下、溶け込み深さＴとも言う）を０．０５（ｍｍ）以上としている。このようにすることで、中心電極本体部と貴金属チップとの間の溶接強度が強固となる。
【００１２】
以上のように、貴金属チップを中心電極本体部に対し全周溶接し、且つ結合部の断面積Ｓｃを貴金属チップの断面積Ｓｂの１／１０以上（１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂ）とし、さらに、環状とした結合部の溶け込み深さＴを０．０５ｍｍ以上とすることで、貴金属チップが中心電極本体部に強固に結合し、貴金属チップの脱落を抑制することができる。
【００１３】
ところで、中心電極本体部をなす金属と貴金属チップをなす金属とが溶融した後凝固した結合部は、熱伝導率が低くなり熱溜まりとなる上、貴金属チップの熱引きを妨げる傾向にある。これに対し、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、結合部の断面積Ｓｃを貴金属チップの断面積Ｓｂの１／２以下（Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２）とし、結合部の体積（断面積）制限している。これにより、高温となった貴金属チップの熱引きを十分に行うことができ、ひいては貴金属チップの高温酸化消耗を抑制することができる。
なお、貴金属チップが高温状態となるとは、貴金属チップの温度が上昇し、貴金属チップが酸化消耗し易くなる温度状態となることをいい、貴金属チップをなす金属によって異なるが、貴金属チップが８００℃程度以上の温度状態となることをいう。
【００１４】
さらに、貴金属チップが、常温下において中心電極本体部と直接当接状態にある当接面、あるいは、当該貴金属チップが高温状態となるまでに中心電極本体部と直接当接状態となる当接面を有している。このように、熱伝導率が低くなる傾向にある結合部を介することなく、貴金属チップと中心電極本体部とを直接当接させることで、高温となった貴金属チップの熱引きが良好となる。さらに、貴金属チップが高温状態となるまでに、貴金属チップと中心電極本体部とを直接当接させているので、貴金属チップが高温状態となってしまうのを抑制でき、貴金属チップの高温酸化消耗をより一層抑制することができる。
【００１５】
ここで、貴金属チップが常温下において当接面を有する場合としては、例えば、結合部の溶け込み深さを抑制し、貴金属チップについて、中心電極本体部と当接する当接面が残存する場合が挙げられる。なお、中心電極本体部には、耐熱性金属（例えば、Ｎｉ合金等）のみならず、この耐熱性金属に被覆される形態で良熱伝導性金属（例えば、Ｃｕ等）が含まれていても良い。また、貴金属チップが高温状態となるまでに中心電極本体部と直接当接状態となる当接面を有する場合としては、例えば、中心電極本体部が、良熱伝導性金属（例えば、Ｃｕ等）からなる軸芯部材と、耐熱性金属（例えば、Ｎｉ合金等）からなり軸芯部材を被覆する被覆部材とを有し、常温下では貴金属チップと中心電極本体部とが離間しているが、温度上昇と共に軸芯部材が相対的に先端側に延び、貴金属チップが高温状態に達するまでに、軸芯部材が貴金属チップの当接面に当接する場合が挙げられる。
【００１６】
さらに、上記の内燃機関用スパークプラグであって、前記仮想切断平面に現れる前記貴金属チップの前記当接面について、前記第１仮想線に沿う方向の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、当該貴金属チップの外径Ｄ（ｍｍ）に対し、Ｌ≧Ｄ／５の関係を満たしてなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００１７】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、仮想切断平面に現れる貴金属チップの当接面について、第１仮想線に沿う方向（軸線に直交する方向）の長さをＬ（ｍｍ）とすると、その貴金属チップの外径Ｄ（ｍｍ）に対し、Ｌ≧Ｄ／５の関係を満たす。このように、貴金属チップについて、当接面の第１仮想線に沿う方向の長さＬ（ｍｍ）を外径Ｄ（ｍｍ）の１／５以上とすることで、高温となった貴金属チップの熱引きがさらに良好となり、貴金属チップの高温酸化消耗をより一層抑制することができる。
【００１８】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記第１仮想線が、前記絶縁体の先端よりも上記軸線方向先端側に位置し、上記絶縁体の先端との間の上記軸線方向距離Ｈ（ｍｍ）が、０．３≦Ｈ≦２．５の関係を満たしてなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００１９】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、第１仮想線が、絶縁体の先端よりも軸線方向先端側に位置し、さらに、絶縁体の先端との間の軸線方向距離Ｈ（ｍｍ）を、０．３≦Ｈ≦２．５としている。
【００２０】
このように、第１仮想線と絶縁体の先端との間の軸線方向距離を０．３ｍｍ以上（０．３≦Ｈ）とすることで、エンジン駆動中に極めて高温となる絶縁体からの熱放射の影響で結合部が高温となり、ひいては貴金属チップが高温となってしまうのを抑制することができる。さらに、第１仮想線と絶縁体の先端との間の軸線方向距離を２．５ｍｍ以下（Ｈ≦２．５）とすることで、燃焼室に対する貴金属チップの突き出し量を抑制し、燃焼室内の熱の影響で貴金属チップが高温となるのを抑制することができる。
従って、０．３≦Ｈ≦２．５の関係を満たすことで、貴金属チップが高温となるのを抑制することができ、ひいては貴金属チップの高温酸化消耗をより一層抑制することができる。
【００２１】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記中心電極本体部は、良熱伝導性金属からなる軸芯部材と、耐熱性金属からなり、前記軸線方向に貫通する軸孔を有し、この軸孔内に上記軸芯部材を挿入させる形態で上記軸芯部材の少なくとも一部を被覆し、その先端で前記結合部を介して前記貴金属チップと結合する被覆部材と、を含み、上記軸芯部材は、上記貴金属チップが低温状態にあるときに、上記貴金属チップの前記当接面から離間した状態にあり、上記貴金属チップが前記高温状態となるまでに、上記貴金属チップの上記当接面と当接した状態になる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００２２】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、貴金属チップが低温状態にあるときに、軸芯部材が、貴金属チップの当接面から離間した状態にある。このため、貴金属チップが低温状態にある場合には、軸芯部材と貴金属チップとの間には空隙が介在することになるので、貴金属チップの熱が逃げにくくなる。ここで、貴金属チップが低温状態にあるとは、貴金属チップの酸化消耗が危惧されない温度状態にあることをいい、貴金属チップをなす金属によって異なるが、貴金属チップが３００℃程度以下の温度状態にあることをいう。貴金属チップが低温状態にある場合としては、例えば、アイドル運転時などのエンジン低負荷時が挙げられる。
従って、本発明の内燃機関用スパークプラグは、アイドル運転時などのエンジン低負荷時において、貴金属チップの温度を比較的高くさせることができ、良好な火花放電、ひいては良好な着火性を得ることができる。
【００２３】
さらに、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、良熱伝導性金属からなる軸芯部材が、貴金属チップが高温状態となるまでに、貴金属チップの当接面と当接状態になる。このため、高温となった貴金属チップの熱が、速やかに良熱伝導性金属からなる軸芯部材に伝わるので、貴金属チップの熱引きが良好となる。従って、貴金属チップが高温状態となってしまうのを抑制でき、貴金属チップの高温酸化消耗を抑制することができる。
【００２４】
このような内燃機関用スパークプラグとしては、例えば、軸芯部材（例えば、Ｃｕ等）の熱膨張率が被覆部材（例えば、Ｎｉ合金等）の熱膨張率よりも高く、常温下では、軸芯部材と貴金属チップとは離間状態にあり、中心電極（貴金属チップ）の温度が上昇するにしたがって、軸芯部材と被覆部材との軸線方向の熱膨張差により、軸芯部材が、被覆部材に対し相対的に軸線方向先端側に延び、貴金属チップが高温状態となるまでに、軸芯部材が貴金属チップに当接するように構成されたスパークプラグが挙げられる。
【００２５】
ところで、中心電極本体部を、熱膨張率の異なる軸芯部材（例えば、Ｃｕ等）と被覆部材（例えば、Ｎｉ合金等）とによって構成するスパークプラグでは、中心電極が高温となった場合、特に、軸線方向に熱膨張差が生じることとなる。このため、常温下でも、軸芯部材と貴金属チップとが互いに当接しているスパークプラグでは、その使用時には軸芯部材が被覆部材に対し相対的に軸線方向先端側に延びることにより、貴金属チップが、軸芯部材によって強く軸線方向先端側に押圧された状態となるので、中心電極本体部から脱落してしまう危険性がある。
【００２６】
これに対し、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、軸芯部材は、貴金属チップが低温状態にあるときは貴金属チップと離間している一方、貴金属チップが高温状態となるまでに貴金属チップと当接している。このため、軸芯部材と被覆部材との熱膨張差をある程度吸収することができ、貴金属チップに対する軸芯部材の押圧力を緩和することができる。従って、軸芯部材と被覆部材との熱膨張差により、貴金属チップが、軸芯部材によって軸線方向先端側に強く押圧され、中心電極本体部から脱落してしまう危険性を低減することができる。
【００２７】
さらに、上記の内燃機関用スパークプラグであって、常温下において、前記貴金属チップの前記当接面と前記軸芯部材の先端との間の前記軸線方向の距離Ｍ（ｍｍ）が、０．０５≦Ｍ≦０．２の関係を満たしてなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００２８】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、常温下において、貴金属チップの当接面と軸芯部材の先端との間の軸線方向距離Ｍ（ｍｍ）が、０．０５≦Ｍ≦０．２の関係を満たすようにしている。軸線方向距離Ｍを０．０５ｍｍ以上とすることで、アイドル運転時などのエンジン低負荷時（貴金属チップが低温状態にある場合）において、軸芯部材と被覆部材との軸線方向の熱膨張差により軸芯部材が被覆部材に対し相対的に軸線方向先端側に僅かに延びたとしても、軸芯部材が貴金属チップに接触することがないので、貴金属チップの熱が逃げにくくなる。従って、アイドル運転時などのエンジン低負荷時では、貴金属チップの温度を比較的高くさせることができ、良好な火花放電、ひいては良好な着火性を得ることができる。
【００２９】
また、軸線方向距離Ｍを０．０５ｍｍ以上確保しているため、少なくとも軸芯部材と被覆部材との軸線方向の熱膨張差が０．０５ｍｍとなるまでは、貴金属チップが軸芯部材によって押圧されることはない。このように、少なくとも軸芯部材と被覆部材との軸線方向の熱膨張差が０．０５ｍｍとなるまでの間、貴金属チップに押圧力が働かないようにすれば、中心電極（貴金属チップ）の温度が上昇し、その後、さらに軸芯部材が延びて貴金属チップを押圧したとしても、貴金属チップが脱落してしまう危険性は極めて小さくなる。従って、本発明の内燃機関用スパークプラグは、軸芯部材と被覆部材との熱膨張差の影響により、貴金属チップが脱落する危険性を極めて小さくできる。
【００３０】
一方、軸線方向距離Ｍを０．２ｍｍ以下とすることで、貴金属チップが高温状態となるまでに、軸芯部材と貴金属チップとを、確実に当接させることができる。このため、高温となった貴金属チップの熱が、速やかに良熱伝導性金属からなる軸芯部材に伝わるので、貴金属チップの熱引きが良好となる。従って、貴金属チップの高温酸化消耗を抑制することができる。
【００３１】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記貴金属チップと前記被覆部材とは、互いに当接することなく、その間には全面に亘り前記結合部が介在してなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００３２】
前述のように、本発明の内燃機関用スパークプラグは、貴金属チップが低温状態にある場合に、軸芯部材が貴金属チップの当接面から離間した状態にすることで、アイドル運転時などのエンジン低負荷時でも、貴金属チップの温度を比較的高くさせ、着火性の向上を図っている。これに加えて、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、貴金属チップと被覆部材とは、互いに当接することなく、その間には全面に亘り結合部が介在している。この結合部は、被覆部材よりも熱伝導率が低くなる傾向にあるため、貴金属チップが被覆部材と当接する（当接面を有する）スパークプラグに比して、貴金属チップの熱が逃げにくくなる。従って、アイドル運転時などのエンジン低負荷時において、貴金属チップの温度をさらに高くさせることができ、良好な火花放電、ひいては良好な着火性を得ることができる。
なお、前述のように、貴金属チップが高温状態となるまでには、軸芯部材が貴金属チップに当接するので、貴金属チップの熱が速やかに良熱伝導性金属からなる軸芯部材に伝わり、高温となった貴金属チップの熱引きが良好となる。
【００３３】
他の解決手段は、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、上記軸孔に挿設され、上記絶縁体の先端から突出する中心電極本体部、この中心電極本体部よりも先端側に位置する貴金属チップ、及び上記中心電極本体部と上記貴金属チップとの境界部分に位置し、上記中心電極本体部をなす金属と上記貴金属チップをなす金属とが、全周に亘って溶融された後に凝固して、両者を結合する結合部、を含む中心電極と、上記絶縁体の周囲を取り囲む主体金具と、上記主体金具に固設され、上記中心電極との間で火花放電を生じさせる接地電極と、を備える内燃機関用スパークプラグであって、上記結合部は、上記中心電極本体部と上記貴金属チップとの間の全面に亘って介在してなり、上記軸線を含み、この軸線に沿って上記中心電極を切断する仮想切断平面を想定したとき、この仮想切断平面に現れる上記貴金属チップの断面の断面積Ｓｂと上記結合部の断面の断面積Ｓｃとが、１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２の関係を満たしてなる内燃機関用スパークプラグである。
【００３４】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、貴金属チップを中心電極本体部よりも先端側に配置している。すなわち、中心電極本体部に貴金属チップを挿入する孔を設けることなく、中心電極本体部の先端面上に貴金属チップを配置した状態で両者を溶接している。このため、中心電極本体部に貴金属チップを挿入する孔を設け、この孔に貴金属チップを挿入する形態で溶接するスパークプラグに比して安価となる。
【００３５】
さらに、本発明の内燃機関用スパークプラグは、中心電極本体部と貴金属チップとの境界部分に位置し、中心電極本体部をなす金属と貴金属チップをなす金属とが、全周に亘って溶融された後に凝固して、両者を結合する結合部を有している。すなわち、貴金属チップが、中心電極本体部に対し、全周溶接されている。さらに、この結合部は、中心電極本体部と貴金属チップとの間の全面に亘って介在している。このため、中心電極本体部と貴金属チップとの間の溶接強度が強固となる。
【００３６】
さらに、軸線を含み、この軸線に沿って中心電極を切断する仮想切断平面を想定したとき、この仮想切断平面に現れる貴金属チップの断面の断面積Ｓｂと結合部の断面の断面積Ｓｃとが、１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂの関係を満たしている。このように、結合部の断面積Ｓｃを貴金属チップの断面積Ｓｂの１／１０以上とすることで、中心電極本体部と貴金属チップとの間において、適切な溶接強度を確保することができる。
【００３７】
以上のように、貴金属チップを中心電極本体部に対し全周溶接し、且つ結合部を中心電極本体部と貴金属チップとの間の全面に亘って介在させ、さらに、結合部の断面積Ｓｃを貴金属チップの断面積Ｓｂの１／１０以上（１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂ）とすることで、貴金属チップが中心電極本体部に強固に結合し、貴金属チップの脱落を抑制することができる。
【００３８】
ところで、中心電極本体部をなす金属と貴金属チップをなす金属とが溶融した後凝固した結合部は、熱伝導率が低くなり熱溜まりとなる上、貴金属チップの熱引きを妨げる傾向にある。これに対し、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、結合部の断面積Ｓｃを貴金属チップの断面積Ｓｂの１／２以下（Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２）とし、結合部の体積（断面積）制限している。これにより、高温となった貴金属チップの熱引きを十分に行うことができ、ひいては貴金属チップの高温酸化消耗を抑制することができる。
【００３９】
さらに、上記の内燃機関用スパークプラグであって、前記仮想切断平面に現れる前記結合部の断面のうち前記軸線上における軸線方向中央位置を通過し上記軸線に直交する第２仮想線が、前記絶縁体の先端よりも上記軸線方向先端側に位置し、上記絶縁体の先端との間の上記軸線方向距離Ｈ（ｍｍ）が、０．３≦Ｈ≦２．５の関係を満たしてなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００４０】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、第２仮想線が、絶縁体の先端よりも軸線方向先端側に位置し、さらに、絶縁体の先端との間の軸線方向距離Ｈ（ｍｍ）を、０．３≦Ｈ≦２．５としている。
【００４１】
このように、第２仮想線と絶縁体の先端との間の軸線方向距離を０．３ｍｍ以上（０．３≦Ｈ）とすることで、エンジン駆動中に極めて高温となる絶縁体からの熱放射の影響で結合部が高温となり、ひいては貴金属チップが高温となってしまうのを抑制することができる。さらに、第２仮想線と絶縁体の先端との間の軸線方向距離を２．５ｍｍ以下（Ｈ≦２．５）とすることで、燃焼室に対する貴金属チップの突き出し量を抑制し、燃焼室内の熱の影響で貴金属チップが高温となるのを抑制することができる。
従って、０．３≦Ｈ≦２．５の関係を満たすことで、貴金属チップが高温となるのを抑制することができ、ひいては貴金属チップの高温酸化消耗をより一層抑制することができる。
【００４２】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記中心電極本体部は、良熱伝導性金属からなる軸芯部材と、耐熱性金属からなり、前記軸線方向に貫通する軸孔を有し、この軸孔内に上記軸芯部材を挿入させる形態で上記軸芯部材の少なくとも一部を被覆し、その先端で前記結合部を介して前記貴金属チップと結合する被覆部材と、を含む内燃機関用スパークプラグであると好ましい。
【００４３】
このように、良熱伝導性金属からなる軸芯部材と耐熱性金属からなる被覆部材とによって中心電極本体部を形成することで、中心電極本体部の耐熱性を確保しつつ、貴金属チップの熱引きを良好にすることができる。なお、軸芯部材をなす良熱性金属としては、例えば、Ｃｕ等が挙げられ、被覆部材をなす耐熱性金属としては、例えば、Ｎｉ合金等が挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
次に、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００４５】
実施例１の内燃機関用スパークプラグ１００は、図１に示すように、接地電極１１０、中心電極１２０、主体金具１３０、及び絶縁体１４０を備えている。
このうち、絶縁体１４０はアルミナからなり、軸線Ｃ方向に貫通する軸孔１４０ｂを有する筒状体である（図２，図３参照）。主体金具１３０は、外側面にネジ部１３０ｂが形成された筒状の金属体であり、絶縁体１４０の周囲を間隙を設けて取り囲んでいる。なお、本実施例１では、ネジ部１３０ｂの呼び径をＭ１０としている。
【００４６】
中心電極１２０は、Ｎｉ合金からなる中心電極本体部１２２とその先端に溶接された貴金属チップ１２１とを有する軸状金属体である（図２，図３参照）。この中心電極１２０は、絶縁体１４０の軸孔１４０ｂに挿設され、その先端部１２０ｂが絶縁体１４０の先端１４１ｂより先端側に突出するように固設されている。なお、本実施例１では、貴金属チップ１２１は、Ｉｒ合金（Ｉｒ−５ｗｔ％Ｐｔ）によって形成されている。また、中心電極本体部１２２は、Ｎｉ合金（Ｉｎｃｎｅｌ ６００（商標名））によって形成されている。
【００４７】
接地電極１１０は、金属体であり、主体金具１３０の先端面１３２に固着され、屈曲され、内側面１１４が貴金属チップ１２１の先端１２１ｃと対向している。なお、本実施例１では、内側面１１４のうち中心電極１２０の先端１２０ｂと対向する部分には貴金属チップ１１３が溶接されており、貴金属チップ１１３の先端１１３ｂと貴金属チップ１２１の先端１２１ｃとの間に火花放電ギャップＧを形成している。
このような内燃機関用スパークプラグ１００は、主体金具１３０の外側面に形成されているネジ部１３０ｂを利用して図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けられ、使用に供される。
【００４８】
ここで、図１のＢ部に相当する部分を、軸線Ｃを含み軸線Ｃに沿って切断した断面図を図２，図３に示し、詳細に説明する。なお、図２は、結合部１２３が環状である場合の断面図であり、図３は、結合部１２３が、中心電極本体部１２２と貴金属チップ１２１との間に全面に亘って介在している場合の断面図である。図２，図３に示すように、内燃機関用スパークプラグ１００では、貴金属チップ１２１を中心電極本体部１２２よりも先端側（図中上方）に配置している。すなわち、中心電極本体部１２２に貴金属チップ１２１を挿入する孔を設けることなく、中心電極本体部１２２の先端面１２２ｂ上に貴金属チップ１２１を配置して両者を溶接している（図２参照）。
【００４９】
さらに、中心電極本体部１２２と貴金属チップ１２１との境界部分に位置し、中心電極本体部１２２をなす金属（本実施例１では、Ｎｉ合金）と貴金属チップ１２１をなす金属（本実施例１では、Ｉｒ合金）とが全周に亘って溶融された後に凝固し、両者を結合する結合部１２３を有している（図２，図３参照）。すなわち、貴金属チップ１２１が、中心電極本体部１２２に対し、全周溶接されている。
なお、図２に示すように、結合部１２３が環状である場合は、貴金属チップ１２１のうち、中心電極本体部１２２と当接する面を当接面１２１ｂとする。
【００５０】
ここで、図２，図３（軸線Ｃを含み、軸線Ｃに沿って切断した断面図）において、貴金属チップ１２１の断面積をＳｂ（図２では、Ｓｂ＝Ｓｂ１＋Ｓｂ２）、結合部１２３の断面積をＳｃとする。
さらに、結合部１２３が環状である場合は、図２に示すように、当接面１２１ｂと軸線Ｃとの交点Ｐ１を通過し軸線Ｃに直交する直線を想定し、これを第１仮想線Ｋ１とする。なお、本実施例１では、当接面１２１ｂが軸線Ｃと直交しているため、第１仮想線Ｋ１は、図２の断面図に現れる当接面１２１ｂを延長した線と一致する。さらに、（第１仮想線Ｋ１上において、結合部１２３について、貴金属チップ１２１の外側面１２１ｄから軸線Ｃ側に向かって測定した深さ（以下、結合部１２３の溶け込み深さとも言う）をＴ（ｍｍ）とする。
【００５１】
一方、結合部１２３が、中心電極本体部１２２と貴金属チップ１２１との間に全面に亘って介在している場合は、図３の断面図に現れる結合部１２３の断面のうち軸線Ｃ上における軸線Ｃ方向中央位置Ｐ２を通過し、軸線Ｃに直交する直線を想定し、これを第２仮想線Ｋ２する。
なお、本実施例１では、第１仮想線Ｋ１及び第２仮想線Ｋ２は、いずれも絶縁体１４０の先端１４１よりも軸線Ｃ方向先端側に位置している。
【００５２】
さらに、結合部１２３が環状である場合は、図２の断面図に現れる当接面１２１ｂの第１仮想線Ｋ１に沿う方向の長さをＬ（ｍｍ）とする。なお、本実施例１では、当接面１２１ｂが軸線Ｃと直交しているため、Ｌ（ｍｍ）は、図２の断面図に現れる当接面１２１ｂの長さと一致する。ここで、貴金属チップ１２１の外径をＤ（ｍｍ）とすると、Ｄ＝Ｌ＋２Ｔとなる。なお、貴金属チップ１２１では、Ｄ＝０．４（ｍｍ）、軸線Ｃ方向の高さが０．６（ｍｍ）となっている。
【００５３】
さらに、図２，図３に示すように、第１仮想線Ｋ１あるいは第２仮想線Ｋ２と絶縁体１４０の先端１４１との間の軸線Ｃ方向の距離をＨ（ｍｍ）とする。なお、本実施例１では、結合部１２３が環状である場合において、図２の断面図に現れる当接面１２１ｂが第１仮想線Ｋ１に含まれるため、Ｈ（ｍｍ）は、当接面１２１ｂと絶縁体１４０の先端１４１との軸線Ｃ方向距離に一致する。
【００５４】
このような内燃機関用スパークプラグ１００に関し、まず、結合部１２３を環状としたものについて、前述した寸法値Ｔ（ｍｍ），Ｌ（ｍｍ），Ｈ（ｍｍ），Ｓｃ／Ｓｂの適切な範囲を調査すべく、サンプルを用意して冷熱耐久試験を行った。具体的には、各サンプルをそれぞれ、排気量２５０ｃｃの４サイクルエンジンに取付け、１分間のスロットル全開運転（エンジン回転数９５００ｒｐｍ）と、３０秒間のアイドリング運転（エンジン回転数７５０ｒｐｍ）とを１サイクルとし、計１００時間の連続運転を行った。その後、貴金属チップ１２１の脱落・折損及び高温酸化消耗について調査を行った。
【００５５】
まず、Ｓｃ／Ｓｂの適切な範囲を調査すべく、Ｔ（ｍｍ），Ｌ（ｍｍ），Ｈ（ｍｍ）の値が同一で、Ｓｃ／Ｓｂの値のみが異なる６種類のサンプル（サンプル１〜６）を用意した。具体的には、Ｔ＝０．１（ｍｍ），Ｌ＝０．２（ｍｍ），Ｈ＝０．７５（ｍｍ）とし、Ｓｃ／ＳｂのみをＳｃ／Ｓｂ＝２／３，１／２，１／５，１／８，１／１０，１／１５の６種類とした。
【００５６】
このような６種類のサンプル（サンプル１〜６）について、上記冷熱耐久試験を行った。これらの試験結果を図４に示す。なお、図４では、貴金属チップ１２１の脱落・折損が生じなかったものを○、脱落・折損が発生したものを×で表している。また、高温酸化消耗の評価をギャップＧの増加量によって評価しており、ギャップＧの増加量が０．０５ｍｍ未満のものを◎◎、０．０５ｍｍ以上０．０８ｍｍ未満のものを◎、０．０８ｍｍ以上０．１ｍｍ未満のものを○、０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ未満のものを△、０．１５ｍｍ以上のものを×で表している。
【００５７】
Ｓｃ／Ｓｂ＝１／１５のサンプル６では、脱落・折損が発生してしまった。これに対し、Ｓｃ／Ｓｂ≧１／１０の関係を満たすサンプル１〜５では、貴金属チップ１２１の脱落・折損は生じなかった。これは、結合部１２３の体積（断面積Ｓｂ）を、Ｓｃ／Ｓｂ≧１／１０の関係を満たす体積（断面積Ｓｂ）とすることによって、十分な溶接強度を得ることができたためと考えられる。以上より、Ｓｃ／Ｓｂ≧１／１０の関係を満たすことで、貴金属チップ１２１と中心電極本体部１２２とを強固に結合できるといえる。
【００５８】
さらに、貴金属チップ１２１の脱落・折損は生じなかったサンプル１〜５を比較する。Ｓｃ／Ｓｂ＝２／３のサンプル１では、ギャップＧの増加量が０．１５ｍｍ以上となり、高温酸化消耗が著しく発生してしまった。これに対し、Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２の関係を満たすサンプル２〜５では、ギャップＧの増加量が０．０５ｍｍ未満となり、高温酸化消耗を抑制することができた。これは、熱伝導率が低下して熱溜まりとなる結合部１２３の体積（断面積Ｓｂ）を、Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２の関係を満たす体積（断面積Ｓｂ）に制限することによって、高温となった貴金属チップ１２１の熱引きを十分に行うことができたためと考えられる。
以上より、Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２の関係を満たすことで、貴金属チップ１２１の高温酸化消耗を抑制することができるといえる。
【００５９】
次に、Ｔ（ｍｍ）及びＬ（ｍｍ）の適切な範囲を調査すべく、サンプル１〜６のうち試験結果が極めて良好であったサンプル２〜４について、Ｔ＝０．０３（ｍｍ）に変更（これにしたがって、Ｌ＝０．３４ｍｍに変更）した３種類のサンプル（サンプル７〜９）を用意し、上記冷熱耐久試験を行った。これらの試験結果を図４に示す。図４に示すように、サンプル７〜９では、いずれも貴金属チップ１２１の脱落・折損が発生してしまった。これは、Ｔ＝０．０３（ｍｍ）では結合部１２３の溶け込み深さが小さすぎ、溶接強度が不十分であったためと考えられる。
【００６０】
さらに、サンプル８について、Ｔの値を０．０５（ｍｍ）以上に変更（これにしたがって、Ｌの値も変更）した３種類のサンプル（サンプル１０〜１２）を用意した。具体的には、サンプル１０は、Ｔ＝０．１８（ｍｍ），Ｌ＝０．０４（ｍｍ）、サンプル１１は、Ｔ＝０．１６（ｍｍ），Ｌ＝０．０８（ｍｍ）、サンプル１２は、Ｔ＝０．０５（ｍｍ），Ｌ＝０．３（ｍｍ）としている。このような３種類のサンプル（サンプル１０〜１２）について、上記冷熱耐久試験を行った。これらの試験結果を図４に示す。
【００６１】
図４に示すように、Ｔを０．０５（ｍｍ）以上としたサンプル１０〜１２では、貴金属チップ１２１の脱落・折損は生じなかった。従って、サンプル７〜１２の結果より、結合部１２３の溶け込み深さＴを０．０５（ｍｍ）以上とすることで、貴金属チップ１２１と中心電極本体部１２２とを強固に結合できるといえる。
【００６２】
一方、サンプル１０〜１２の高温酸化消耗の結果について見ると、Ｔの値が小さくなるにしたがって、換言すれば、Ｌの値が大きくなるにしたがって、高温酸化消耗が抑制されることがわかる。具体的には、Ｌ＝０．０４（ｍｍ）のサンプル１０では、ギャップＧの増加量が０．０８ｍｍ以上０．１ｍｍ未満と、良好な結果となった。さらに、サンプル１０よりもＬの値を大きくした、具体的には、Ｌ＝０．０８，０．３（ｍｍ）のサンプル１１，１２では、ギャップＧの増加量が０．０５ｍｍ未満となり、高温酸化消耗をより一層抑制することができた。１１１３，これは、熱伝導率が低くなる傾向にある結合部１２３を介することなく貴金属チップ１２１と中心電極本体部１２２とが直接当接する部分を大きくするほど、貴金属チップ１２１の熱引きが良好になるためと考えられる。
【００６３】
従って、これらの結果より、貴金属チップ１２１の外径Ｄを０．４ｍｍとしたスパークプラグについて、Ｌを０．０８ｍｍ以上とすることで、高温酸化消耗をより一層抑制することができたといえる。すなわち、貴金属チップ１２１について、当接面１２１ｂの第１仮想線Ｋ１に沿う方向の長さＬ（ｍｍ）を外径Ｄ（ｍｍ）の１／５以上とすることで、貴金属チップ１２１の熱引きがさらに良好となり、貴金属チップ１２１の高温酸化消耗をより一層抑制することができるといえる。
【００６４】
次に、Ｈ（ｍｍ）の適切な範囲を調査すべく、試験結果が極めて良好であったサンプル３についてＨ（ｍｍ）の値を変更した４種類のサンプル（サンプル１３〜１６）を用意した。具体的には、サンプル１３ではＨ＝０．１（ｍｍ）、サンプル１４ではＨ＝０．３（ｍｍ）、サンプル１５ではＨ＝２．５（ｍｍ）、サンプル１６ではＨ＝３．０（ｍｍ）としている。このような４種類のサンプル（サンプル１３〜１６）について、上記冷熱耐久試験を行った。これらの試験結果を図４に示す。
【００６５】
図４に示すように、サンプル１３〜１６では、いずれも貴金属チップ１２１の脱落・折損は生じなかった。
一方、高温酸化消耗の結果について見ると、Ｈ＝０．３（ｍｍ）としたサンプル１４及びＨ＝２．５（ｍｍ）としたサンプル１５では、ギャップＧの増加量が０．０５ｍｍ未満となり、高温酸化消耗を極めて良好に抑制することができた。これに対し、サンプル１４，１５よりもＨの値が小さいサンプル１３、具体的にはＨ＝０．１（ｍｍ）としたサンプル１３では、ギャップＧの増加量が０．０５ｍｍ以上０．０８ｍｍ未満となり、高温酸化消耗を抑制することができたが、サンプル１４，１５に比して大きくなった。さらに、サンプル１４，１５よりもＨの値が大きいサンプル１６、具体的にはＨ＝３．０（ｍｍ）としたサンプル１６でも、ギャップＧの増加量が０．０５ｍｍ以上０．０８ｍｍ未満となり、高温酸化消耗を抑制することができたが、サンプル１４，１５に比して大きくなった。
【００６６】
以上の結果より、第１仮想線Ｋ１と絶縁体１４０の先端１４１との間の軸線方向距離Ｈを０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下（０．３≦Ｈ≦２．５）とすることで、貴金属チップ１２１の高温酸化消耗を好適に抑制できるといえる。これは、次のような理由によるものと考えられる。
すなわち、Ｈの値を０．３ｍｍ以上とすることで、中心電極１２０に比して極めて高温となる絶縁体１４０からの熱放射の影響で結合部１２３が高温となり、ひいては貴金属チップ１２１が高温となってしまうのを抑制できたからと考えられる。一方、Ｈの値を２．５ｍｍ以下とすることで、燃焼室に対する貴金属チップ１２１の突き出し量を抑制し、燃焼室内の熱の影響で貴金属チップ１２１が高温となるのを抑制することができたからと考えられる。
【００６７】
次に、図３に示すような、Ｔ＝０．２（ｍｍ），Ｌ＝０．０（ｍｍ）としたスパークプラグ、すなわち、結合部１２３が中心電極本体部１２２と貴金属チップ１２１との間に全面に亘って介在しているスパークプラグについて、Ｈ（ｍｍ），Ｓｃ／Ｓｂの適切な範囲を調査すべく、サンプルを用意して、前述した結合部１２３が環状のスパークプラグと同様な試験を行った。具体的には、まず、前述したサンプル１〜６と同様に、Ｓｃ／ＳｂのみをＳｃ／Ｓｂ＝２／３，１／２，１／５，１／８，１／１０，１／１５の６種類とした６種類のサンプルについて、同様の冷熱耐久試験を行い、Ｓｃ／Ｓｂの適切な範囲を調査した。その結果、サンプル１〜６と同様に、Ｓｃ／Ｓｂ≧１／１０としたサンプルでは、貴金属チップ１２１の脱落・折損が生じなかった。さらに、Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２としたサンプルでは、貴金属チップ１２１の高温酸化消耗を抑制することができた。但し、結合部１２３を環状としたサンプル１〜６に比して、ギャップＧの増加量は全体的に大きくなった。
【００６８】
次いで、前述したサンプル１３〜１６と同様に、Ｈの値のみをＨ＝０．１，０．３，２．５，３．０（ｍｍ）と異なる値に設定した４種類のサンプルについて、同様の冷熱耐久試験を行い、Ｈ（ｍｍ）の適切な範囲を調査した。その結果、第２仮想線Ｋ２と絶縁体１４０の先端１４１との間の軸線方向距離Ｈを０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下（０．３≦Ｈ≦２．５）とすることで（図３参照）、貴金属チップ１２１の高温酸化消耗を好適に抑制できた。但し、結合部１２３を環状としたサンプル１３〜１６に比して、ギャップＧの増加量は全体的に大きくなった。これは、熱伝導率が低くなる傾向にある結合部１２３が中心電極本体部１２２と貴金属チップ１２１との間に全面に亘って介在しているため、当接面１２１ｂを有するスパークプラグほど、貴金属チップ１２１の熱引きを良好にできなかったからと考えられる。
【実施例２】
【００６９】
実施例２の内燃機関用スパークプラグ２００は、実施例１の内燃機関用スパークプラグ１００と比較すると、中心電極本体部の構成のみが異なり、その他の部分については同様である（図１参照）。
【００７０】
ここで、内燃機関用スパークプラグ２００の先端側部分の断面図を図５に示し、詳細に説明する。なお、図５は、図１のＢ部に相当する部分を、軸線Ｃを含み軸線Ｃに沿って切断した断面図である。
図５に示すように、内燃機関用スパークプラグ２００では、中心電極本体部２２２が、良熱伝導性金属からなる軸芯部材２２５と耐熱性金属からなる被覆部材２２６とを有している。具体的には、被覆部材２２６の軸線Ｃ方向に貫通する軸孔２２６ｂ内に、軸芯部材２２５を挿入させる形態で、被覆部材２２６が軸芯部材２２５を被覆している。なお、本実施例２では、軸芯部材２２５をなす良熱伝導性金属としてＣｕ合金を用い、被覆部材２２６をなす耐熱性金属としてＮｉ合金（Ｉｎｃｎｅｌ ６００（商標名））を用いている。
【００７１】
さらに、内燃機関用スパークプラグ２００では、図５に示すように、常温下において、貴金属チップ１２１の当接面１２１ｂと軸芯部材２２５の先端２２５ｂとは、離間している。ここで、貴金属チップ１２１の当接面１２１ｂと軸芯部材２２５の先端２２５ｂとの間の軸線Ｃ方向の距離をＭ（ｍｍ）とする。
さらに、内燃機関用スパークプラグ２００では、貴金属チップ１２１と被覆部材２２６とは、互いに当接することなく、両者の間には全面に亘り結合部２２３が介在している。
【００７２】
このような内燃機関用スパークプラグ２００に関し、寸法値Ｍ（ｍｍ）の適切な範囲を調査すべく、Ｓｃ／Ｓｂ，Ｔ（ｍｍ），Ｌ（ｍｍ），Ｈ（ｍｍ）の値については同一で、Ｍ（ｍｍ）の値のみ異なる５種類のサンプル（サンプル１７〜２１）を用意した。なお、サンプル１７〜２１では、Ｓｃ／Ｓｂ，Ｔ（ｍｍ），Ｌ（ｍｍ），Ｈ（ｍｍ）の値を、試験結果が極めて良好であったサンプル３と同一の値に設定している。具体的には、Ｓｃ／Ｓｂ＝１／５，Ｔ＝０．１（ｍｍ），Ｌ＝０．２（ｍｍ），Ｈ＝０．７５（ｍｍ）としている。一方、Ｍ（ｍｍ）の値は、サンプル１８から順に、０．０３（ｍｍ），０．０５（ｍｍ），０．１（ｍｍ），０．２（ｍｍ），０．３（ｍｍ）としている。
【００７３】
このような５種類のサンプル（サンプル１７〜２１）について、内燃機関用スパークプラグ１００と同様の冷熱耐久試験を行い、貴金属チップ１２１の脱落・折損及び高温酸化消耗について調査を行った。これらの試験結果を図６に示す。なお、貴金属チップ１２１の脱落・折損及び高温酸化消耗の評価については、内燃機関用スパークプラグ１００と同様な基準で行い、図６において、図４と同様な記号を用いて結果を表示している。
【００７４】
図６に示すように、軸線方向距離Ｍが０．０５ｍｍ以上のサンプル１８〜２１では、貴金属チップ１２１の脱落・折損は生じなかった。これに対し、軸線方向距離Ｍが０．０５ｍｍ未満、具体的には、Ｍ＝０．０３（ｍｍ）のサンプル１７では、脱落・折損が発生してしまった。これは、次のような理由によるものと考えられる。
内燃機関用スパークプラグ２００では、温度上昇に伴い、軸芯部材２２５が被覆部材２２６に対し相対的に軸線Ｃ方向先端側に延び、やがて、軸芯部材２２５が貴金属チップ１２１の当接面１２１ｂに当接する。このため、軸線方向距離Ｍを０．０５ｍｍ未満としたサンプル１７では、比較的低い温度のうちに、軸芯部材２２５が貴金属チップ１２１の当接面１２１ｂに当接してしまう。すると、その後も、温度上昇に伴って、軸芯部材２２５が、被覆部材２２６に対し相対的に軸線Ｃ方向先端側に大きく延びるため、軸芯部材２２５からの押圧力に耐えきれず、貴金属チップ１２１が中心電極本体部２２２から脱落してしまったと考えられる。
以上より、軸線方向距離Ｍを０．０５ｍｍ以上とすることで、軸芯部材２２５と被覆部材２２６との熱膨張差により、貴金属チップ１２１が脱落する危険性を極めて小さくできるといえる。
【００７５】
さらに、貴金属チップ１２１の脱落・折損は生じなかったサンプル１８〜２１について、高温酸化消耗の結果について見ると、Ｍ＝０．３（ｍｍ）としたサンプル２１では、ギャップＧの増加量が０．１５ｍｍ以上となり、高温酸化消耗が著しく発生してしまった。これに対し、Ｍ＝０．２（ｍｍ）としたサンプル２０では、ギャップＧの増加量が０．０５ｍｍ以上０．０８ｍｍ未満と小さくなり、高温酸化消耗を抑制することができた。さらに、Ｍ＝０．０５（ｍｍ）としたサンプル１８及びＭ＝０．１（ｍｍ）としたサンプル１９では、ギャップＧの増加量が０．０５ｍｍ未満となり、高温酸化消耗を極めて良好に抑制することができた。
【００７６】
これは、温度上昇と共に、被覆部材２２６に対し相対的に軸線Ｃ方向先端側に延びる軸芯部材２２５が、Ｍの値が小さくなるにしたがって、貴金属チップ１２１に当接し易くなり、貴金属チップ１２１の熱引きが良好となるためと考えられる。具体的には、上記試験結果より、軸線方向距離Ｍを０．２ｍｍ以下とすることで、貴金属チップ１２１が高温状態となるまでには、軸芯部材２２５を貴金属チップ１２１に対し確実に当接させることができ、高温となった貴金属チップ１２１の熱を、速やかに軸芯部材２２５に伝えることができたためと考えられる。
以上より、軸線方向距離Ｍを０．２ｍｍ以下とすることで、貴金属チップ１２１の高温酸化消耗を抑制できるといえる。
【００７７】
次いで、別途、上記サンプル１７〜２１を用意し、これらについて、低負荷時（貴金属チップ１２１が低温状態にある場合）の着火性試験を行った。具体的には、各サンプルをそれぞれ、排気量２５０ｃｃの４サイクルエンジンに取付け、Ａ／Ｆ＝１３．０の条件でアイドリングを行い、低負荷時の着火性を調査した。なお、本試験では、各サンプルを上記条件で５００回スパークさせた間のエンジン回転数の変動率によって、低負荷時の着火性を評価している。すなわち、エンジン回転数の変動率の小さいものほど、低負荷時の着火性が良好なスパークプラグとしている。これらの試験結果を図６に示す。なお、エンジン回転数の変動率が２．５％未満のものを◎、２．５％以上３．０％未満のものを○、３．０％以上のものを×としている。
【００７８】
図６に示すように、Ｍ＝０．０３（ｍｍ）としたサンプル１７は、エンジン回転数の変動率が３．０％以上となり、低負荷時の着火性が好ましくなかった。これに対し、Ｍ＝０．０５（ｍｍ）としたサンプル１８は、エンジン回転数の変動率が２．５％以上３．０％未満となり、低負荷時の着火性が良好であった。さらに、Ｍを０．１（ｍｍ）以上としたサンプル１９〜２１は、エンジン回転数の変動率が２．５％未満となり、低負荷時の着火性が極めて良好であった。
【００７９】
これは、Ｍの値を大きくするほど、被覆部材２２６に対し相対的に軸線Ｃ方向先端側に延びる軸芯部材２２５が、貴金属チップ１２１に当接し難くなり、貴金属チップ１２１の熱が逃げにくくなるためと考えられる。具体的には、上記試験結果より、軸線方向距離Ｍの値を０．０５（ｍｍ）以上とすることで、低負荷時（貴金属チップ１２１が低温状態にある場合）において、軸芯部材２２５が被覆部材２２６に対し相対的に軸線Ｃ方向先端側に延びたとしても、軸芯部材２２５が貴金属チップ１２１に接触することがないので、貴金属チップ１２１の熱が逃げにくくなるためと考えられる。
以上より、軸線方向距離Ｍの値を０．０５（ｍｍ）以上とすることで、アイドル運転時などのエンジン低負荷時では、貴金属チップ１２１の温度を比較的高くさせることができ、良好な火花放電、ひいては良好な着火性を得ることができるといえる。
【００８０】
以上において、本発明を実施例１，２に即して説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例１，２の内燃機関用スパークプラグ１００，２００では、主体金具１３０のネジ部１３０ｂの呼び径がＭ１０のスパークプラグを用いた。しかし、本発明はＭ１０のスパークプラグに限定されるものではない。また、本発明は、主体金具の外側面に取付ネジ部が形成さていない、いわゆるネジなしプラグについても適用することができる。
【００８１】
また、実施例１，２の内燃機関用スパークプラグ１００，２００では、接地電極１１１０に貴金属チップ１１３を設けたが、貴金属チップを設けないようにしても良い。
また、実施例２の内燃機関用スパークプラグ２００では、貴金属チップ１２１と被覆部材２２６とは、互いに当接することなく、両者の間には結合部２２３が介在していたが、環状の結合部２２３の内側で貴金属チップ１２１と被覆部材２２６とを当接させるようにしても良い。但し、貴金属チップ１２１の脱落・折損の防止し、且つ高温酸化消耗を抑制するために、１／１０≦Ｓｃ／Ｓｂ≦１／２、溶け込み深さＴを０．０５（ｍｍ）以上とする必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施例１，２にかかる内燃機関用スパークプラグ１００，２００の正面図である。
【図２】実施例１にかかる内燃機関用スパークプラグ１００について、図１のＢ部に相当する部分を、軸線Ｃを含み軸線Ｃに沿って切断した断面図であり、結合部１２３が環状である場合の断面図である。
【図３】実施例１にかかる内燃機関用スパークプラグ１００について、図１のＢ部に相当する部分を、軸線Ｃを含み軸線Ｃに沿って切断した断面図であり、結合部１２３が、中心電極本体部１２２と貴金属チップ１２１との間に全面に亘って介在している場合の断面図である。
【図４】実施例１にかかる内燃機関用スパークプラグ１００の冷熱耐久試験の結果を示す表である。
【図５】実施例２にかかる内燃機関用スパークプラグ２００について、図１のＢ部に相当する部分を、軸線Ｃを含み軸線Ｃに沿って切断した断面図である。
【図６】実施例２にかかる内燃機関用スパークプラグ２００の冷熱耐久試験の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００８３】
１００，２００  内燃機関用スパークプラグ
１２０，２２０  中心電極
１２１  貴金属チップ
１２１ｂ  貴金属チップの当接面
１２２，２２２  中心電極本体部
１２３，２２３  結合部
１４０  絶縁体
２２５  軸芯部材
２２６  被覆部材
Ｃ  軸線
Ｄ  貴金属チップの外径
Ｈ  第１仮想線（第２仮想線）と絶縁体の先端との間の軸線方向距離
Ｋ１  第１仮想線
Ｋ２  第２仮想線
Ｌ  当接面の第１仮想線に沿う方向の長さ
Ｍ  常温下における当接面と軸芯部材の先端との間の軸線方向距離
Ｓｂ  結合部の断面積
Ｓｃ  貴金属チップの断面積
Ｔ  結合部について、第１仮想線上において、貴金属チップの外側面から軸線側に向かって測定した深さ（結合部の溶け込み深さ）
【図１】
2005150011.tif 000003
【図２】
2005150011.tif 000004
【図３】
2005150011.tif 000005
【図４】
2005150011.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005150011.tif 000008