(57)【要約】      （修正有）【課題】対向する電極先端アセンブリの間に形成するスパークギャップのサイズは、電極本体を湾曲させる必要なく、組立中に調整できるスパークギャップを提供する。【解決手段】スパークプラグ１０は、電極本体２０，３０の軸方向向き自由端表面２４,３２に位置する電極先端アセンブリ３６を含む。電極先端アセンブリは、電極先端本体および発火先端を含み、電極本体の縦軸２２，３４に概ね垂直な縦軸４２を有する。電極先端本体はＮｉ合金片であってもよく、電極本体に取付けられ、発火先端は、スパークギャップＧに対向するスパーキング表面４４を有するＩｒ合金片であってもよい。電極本体は、電極先端アセンブリを取付けるための位置付けを助けるのに有用な軸方向向き自由端表面に形成される溝５０を含んでもよい。【選択図】図２
2016122663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向ボアを有する金属シェル（１６）と、
軸方向ボアを有し、かつ、前記金属シェルの前記軸方向ボア内に少なくとも一部配置される絶縁体（１４）と、
前記絶縁体の前記軸方向ボア内に少なくとも一部配置され、かつ、縦軸（２２）および軸方向向き自由端表面（２４）を有する中心電極本体（２０）を備える中心電極（１２）と、
前記金属シェルに取付けられ、かつ、縦軸（３４）および軸方向向き自由端表面（３２）を有する接地電極本体（３０）を備える接地電極（１８）と、
電極先端アセンブリ（３６）とを備え、前記電極先端アセンブリ（３６）は、前記中心電極本体または前記接地電極本体の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）に取付けられ、かつ、前記電極先端アセンブリ（３６）が取付けられるそれぞれの前記電極本体の前記縦軸（２２，３４）に概ね垂直な縦軸（４２）を有し、前記電極先端アセンブリは、それぞれの前記電極本体に取付けられる電極先端本体（３８）と、前記電極先端本体に取付けられ、スパークギャップ（Ｇ)に対向する貴金属発火先端（４０）とを備える、スパー
クプラグ（１０）。
【請求項２】
前記電極先端本体（３８）は、Ｎｉ合金材料から構築され、前記貴金属発火先端（４０）は、Ｉｒ合金材料から構築される、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記スパークプラグはさらに、
第２の電極先端アセンブリ（３６）を備え、前記第２の電極先端アセンブリ（３６）は、前記中心電極本体（２０）または前記接地電極本体（３０）のうちの他の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）に取付けられ、かつ、前記第２の電極先端アセンブリ（３６）が取付けられるそれぞれの前記電極本体の前記縦軸（２２，３４）に概ね垂直な縦軸（４２）を有し、前記第２の電極先端アセンブリは、それぞれの前記電極本体（２０，３０）に取付けられる第２の電極先端本体（３８）と、前記第２の電極先端本体に取付けられ、前記スパークギャップ（Ｇ)に対向する第２の貴金属発火先端（４０）とを備える、請
求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記電極先端アセンブリ（３６）は前記接地電極本体（３０）に取付けられており、前記スパークプラグはさらに、
前記金属シェル（１６）に取付けられ、かつ、縦軸および軸方向向き自由端表面を有する第２の接地電極本体（３０′）を備える第２の接地電極（１８′）と、
第２の電極先端アセンブリ（３６′）とを備え、前記第２の電極先端アセンブリ（３６′）は、前記第２の接地電極本体の前記軸方向向き自由端表面に取付けられ、かつ、前記第２の接地電極本体の前記縦軸に概ね垂直な縦軸を有し、前記第２の電極先端アセンブリは、前記第２の電極本体に取付けられる第２の電極先端本体と、前記第２の電極先端本体に取付けられ、第２のスパークギャップ（Ｇ)に対向する第２の貴金属発火先端とを備え
る、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記スパークプラグはさらに、
第３の電極先端アセンブリ（３６″）を備え、前記第３の電極先端アセンブリ（３６″）は、前記中心電極本体（２０）の前記軸方向向き自由端表面（２４）に取付けられ、かつ、前記中心電極本体の前記縦軸（２２）に概ね垂直な縦軸を有し、前記第３の電極先端アセンブリは、前記中心電極本体に取付けられた第３の電極先端本体（３８′）および前記第３の電極先端本体の両端に取付けられた別々の貴金属発火先端（４０′）を備え、３つの前記電極先端アセンブリ（３６，３６′，３６″）の前記縦軸は、前記第３の電極先端アセンブリの各貴金属先端が前記スパークギャップ（Ｇ)の一つに対向するように、概
ね互いに合わせて並べられる、請求項４に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記電極先端アセンブリ（３６）は、それぞれの前記電極本体（２０，３０）の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）に形成された溝（５０）に沿って位置しており、前記溝は、前記電極先端アセンブリの前記縦軸（４２）と概ね平行な縦軸を有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記溝（５０）は、長方形、Ｖ型、Ｕ型、または半円形の断面を有する、請求項６に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記電極本体（２０，３０）の１つまたは両方は、前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）を一部画定する表面（６２）を有するテーパ状部分（６０）を含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記接地電極（１８）は、回転位置付け特徴に対応する場所における前記金属シェル（１６）に取付けられる、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
（ａ）  Ｎｉ合金片（３８）、Ｉｒ合金片（４０）、および、縦軸（２２，３４）を有する電極本体（２０，３０）を設けるステップと、
（ｂ）  前記Ｎｉ合金片および前記Ｉｒ合金片をともに溶接して、縦軸（４２）を有する電極先端アセンブリ（３６）を形成するステップと、
（ｃ）  前記電極先端アセンブリの前記縦軸が、前記電極本体の前記縦軸に概ね垂直となるように、前記Ｎｉ合金片を前記電極本体の軸方向向き自由端表面（２４，３２）に溶接するステップとを含む、スパークプラグ（１０）を製造する方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｃ）中に、前記電極先端アセンブリ（３６）を支持するための前記電極本体（２０，３０）の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）に溝（５０）を形成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電極本体（２０，３０）にテーパ状部分（６０）を形成するステップをさらに含み、前記テーパ状部分（６０）は、前記電極本体の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）を一部画定する前記溝（５０）のいずれかの側の表面（６２）を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｃ）の前に、前記電極先端アセンブリ（３６）の場所を前記電極先端アセンブリの前記縦軸（４２）に沿った方向に調整して、前記Ｉｒ合金片（４０）と前記スパークプラグの別の電極との間に所望のサイズのスパークギャップ（Ｇ）を形成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
各々が自由端（２５，３１）を有する中心電極本体（２０）および接地電極本体（３０）を設けるステップと、
前記電極本体が同じ面内に軸方向向き自由端表面（２４，３２）を有するように、前記電極本体自由端の１または両方から材料を除去するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
（ａ）  第１および第２のＮｉ合金片（１３８，１３８′）をＩｒ合金片（１４０）の両端に溶接し、縦軸を有する電極先端アセンブリプレフォーム（１３６′）を形成するステップと、
（ｂ）  前記プレフォームの前記縦軸が前記中心電極本体の縦軸に概ね垂直となるように、前記第１のＮｉ合金片を中心電極本体（２０）の軸方向向き自由端表面に溶接するス
テップと、
（ｃ）  前記第２のＮｉ合金片を接地電極本体（３０）の軸方向向き自由端表面に溶接するステップと、
（ｄ）  Ｉｒ合金片を貫通するように切削し、スパークギャップにより離された対向するスパーキング表面を有する別々の電極先端アセンブリ（１３６）を形成するステップとを含む、スパークプラグ（１０）を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
この発明は、一般的に、スパークプラグおよび内燃機関用の他の点火装置に関し、特に、スパークプラグ用電極構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
スパークプラグは、内燃機関において燃焼を開始するために用いられ得る。スパークプラグは、典型的には、２つ以上の電極間に画定されるスパークギャップ間にスパークを発生させることによって、エンジンシリンダまたは燃焼チャンバ内で、混合気などのガスを点火させる。スパークによるガスの点火は、エンジンの動力行程の役割を担うエンジンシリンダにおける燃焼反応を引起す。高温、高電圧、燃焼反応の急速な反復、および燃焼ガス内の腐食性材料の存在は、スパークプラグが機能しなければならない過酷な環境を生み出し得る。このような過酷な環境は、電極の侵食および腐食に起因し得るが、これは次第にスパークプラグの性能に悪影響を及ぼし、失火または何らかの他の望ましくない状況を引起すおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スパークプラグ電極の侵食および腐食を軽減するために、白金およびイリジウムからなるものなど、さまざまな種類の貴金属およびそれらの合金が用いられている。しかし、これらの材料は高価となり得る。そのため、スパークプラグ製造業者は、このような材料を、スパークギャップ間にスパークが飛ぶ電極の発火先端またはスパーク部分のみに用いることによって、電極に用いられる貴金属の量を最小限に抑える試みをすることもある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
一実施形態に従うと、軸方向ボアを有する金属シェルと、軸方向ボアを有し、かつ、金属シェルの軸方向ボア内に少なくとも一部配置される絶縁体と、絶縁体の軸方向ボア内に少なくとも一部配置される中心電極とを含む、スパークプラグが提供される。中心電極は、縦軸および軸方向向き自由端表面を有する中心電極本体を含む。スパークプラグは、金属シェルに取付けられた接地電極も含む。接地電極は、縦軸および軸方向向き自由端表面を有する接地電極本体を含む。電極先端アセンブリは、中心電極本体または接地電極本体の軸方向向き自由端表面に取付けられる。電極先端アセンブリは、それが取付けられるそれぞれの電極本体の縦軸に概ね垂直な縦軸を有する。電極先端アセンブリは、それぞれの電極本体に取付けられる電極先端本体と、電極先端本体に取付けられ、スパークギャップに対向する貴金属発火先端とを含む。
【０００５】
一実施形態に従うと、（ａ）Ｎｉ合金片、Ｉｒ合金片、および、縦軸を有する電極本体を設けるステップと、（ｂ）Ｎｉ合金片およびＩｒ合金片をともに溶接して、縦軸を有する電極先端アセンブリを形成するステップと、（ｃ）電極先端アセンブリの縦軸が、電極本体の縦軸に概ね垂直となるように、Ｎｉ合金片を電極本体の軸方向向き自由端表面に溶接するステップとを含む、スパークプラグを製造する方法が提供される。
【０００６】
別の実施形態に従うと、（ａ）第１および第２のＮｉ合金片をＩｒ合金片の両端に溶接し、縦軸を有する電極先端アセンブリプレフォームを形成するステップと、（ｂ）プレフォームの縦軸が中心電極本体の縦軸に概ね垂直となるように、第１のＮｉ合金片を中心電
極本体の軸方向向き自由端表面に溶接するステップと、（ｃ）第２のＮｉ合金片を接地電極本体の軸方向向き自由端表面に溶接するステップと、（ｄ）Ｉｒ合金片を貫通するように切削し、スパークギャップにより離された対向するスパーキング表面を有する別々の電極先端アセンブリを形成するステップとを含む、スパークプラグを製造する方法が提供される。
【０００７】
以下、発明の好ましい例示的な実施形態を付随の図面とともに説明する。図中、同一の符号は同一の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に従う電極構成を有するスパークプラグの断面図である。
【図２】図１の例示的なスパークプラグの発火端の拡大図である。
【図３】図２の例示的なスパークプラグの発火端の横断面図である。
【図４】別の電極構成を有する別の例示的なスパークプラグの発火端の拡大図である。
【図５】さらに別の電極構成を有する別の例示的なスパークプラグの発火端の拡大図である。
【図６】ミリング操作中の例示的なスパークプラグサブアセンブリの発火端の正面図である。
【図７】溝が電極自由端に形成された後を示す、図６のスパークプラグサブアセンブリの側面図である。
【図８】スパークギャップを所定の大きさに作るためにギャップツールが用いられている状態を示す、図６および図７のスパークプラグサブアセンブリの正面図である。
【図９】仮付け溶接された電極先端アセンブリを示す、図８のスパークプラグサブアセンブリの正面図である。
【図１０】図６〜図９のサブアセンブリから得られた完成後のスパークプラグの発火端の正面図である。
【図１１】別の例示的なスパークプラグサブアセンブリの発火端の正面図である。
【図１２】Ｖ型溝およびテーパ状部分を示す、例示的なスパークプラグサブアセンブリの側面図である。
【図１３】長方形の溝を示す、別の例示的なスパークプラグサブアセンブリの側面図である。
【図１４】Ｕ型溝を示す、別の例示的なスパークプラグサブアセンブリの側面図である。
【図１５】半円形の溝を示す、別の例示的なスパークプラグサブアセンブリの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
好ましい実施形態の詳細な説明
ここに記載する電極構成は、産業用プラグ、航空機用イグナイタ、またはエンジン内で混合気を点火するのに用いられる任意の他の装置を含む、スパークプラグおよび他の点火装置に用いられ得る。これは、図面に示され、以下に記載する例示的なスパークプラグを含むが、当然ながらこれらに限定されない。
【００１０】
図１を参照して、中心電極１２、絶縁体１４、金属シェル１６、および接地電極１８を含む例示的なスパークプラグ１０が示される。中心電極１２は、絶縁体１４の軸方向ボア内に少なくとも一部配置されており、かつ、縦軸２２と、絶縁体１４の自由端２６を越えて軸方向に位置する、自由端２５における軸方向向き自由端表面２４とを有する中心電極本体２０を含む。絶縁体１４は、金属シェル１６の軸方向ボア内に配置され、セラミック材料など、中心電極１２を金属シェル１６から電気的に絶縁するのに十分な材料から構築
される。絶縁体１４の自由端２６は、図示するように、金属シェル１６の自由端２８を越えて突き出すか、または、金属シェル１６内に引込まれてもよい。接地電極１８は、金属シェル１６の自由端２８に取付けられ、かつ、自由端表面３２を有する自由端３１まで延びる接地電極本体３０を含む。接地電極本体３０は、中心電極本体２０の縦軸２２と概ね平行な縦軸３４を有する。図示する実施形態では、接地電極本体が通過する縦軸３４は、自由端表面３２に概ね垂直である。この場合、自由端表面３２は軸方向向き自由端表面である。すなわち、表面３２は、概ね縦軸３４と同じ方向を向いていることを意味する。別の実施形態では、接地電極本体３０は、スパークプラグの縦軸または中心電極本体２０の縦軸２２と概ね平行な自由端表面を有してもよい。自由端表面３２は、縦軸３４に対して垂直方向から４５°ほど傾いており、軸方向向き自由端表面と考えられてもよい。
【００１１】
図示する実施形態における中心電極１２および接地電極１８の各々は、電極先端アセンブリ３６も含む。図２を参照して、図中、中心電極先端アセンブリ３６およびその部品のみが簡略化のために番号を付される。各電極先端アセンブリ３６は、ともに取付けられた２つの片３８および４０を含む。片３８は電極先端本体であり、片４０は発火先端である。一実施形態では、電極先端本体３８はニッケル合金（Ｎｉ合金）片３８であり、発火先端４０はイリジウム合金（Ｉｒ合金）片４０である。電極先端本体３８および発火先端４０は、レーザ溶接などの溶接、または任意の他の好適な手段によりともに取付けられる。電極先端本体３８は、Ｎｉ２０Ｃｒまたは任意の他の好適な合金から構築されてもよい。発火先端４０は、貴金属またはスパーキング表面材料としての使用に好適な任意の他の材料から構築されてもよい。ここで用いられる貴金属は、任意の純貴金属（たとえば、イリジウム、白金、ルテニウム、ロジウムまたはパラジウム）、または、主要な構成要素として貴金属を有する任意の金属合金を含む。各電極先端アセンブリ３６は、中心電極本体の縦軸２２および接地電極本体の縦軸３４に概ね垂直な縦軸４２を有する。各電極先端アセンブリ３６は、それぞれの電極本体の軸方向向き自由端表面に位置する。図示する実施形態では、一方の先端アセンブリ３６は中心電極本体２０の軸方向向き自由端表面２４に位置し、他方の先端アセンブリは接地電極本体３０の軸方向向き自由端表面３２に位置する。各電極先端アセンブリ３６は、抵抗溶接および／またはレーザ溶接などの１以上の溶接部、または、他の好適な手段により、それぞれの電極本体２０または３０に取付けられる。より特定的には、各電極先端本体３８の少なくとも一部は、図示するように、そのそれぞれの電極本体に溶接されてもよい。電極本体２０，３０および取付けられた電極先端アセンブリ３６から形成される、得られた電極１２，１８は、電極材料に湾曲部を一切含まず、非湾曲電極または湾曲のない電極と呼ぶ場合もある。非湾曲電極は、直線から約１０°より大きい湾曲部など、製造プロセス中に形成される湾曲部の不在により特徴づけられてもよい。以下にさらに述べるように、これらのタイプの電極は、スパークプラグ組立中でのより正確なスパークプラブギャップ寸法の形成に有用であることができ、さらに、製造プロセス中に湾曲される電極よりも減少された量の残留応力も有し得る。
【００１２】
図２に示すように、２つの電極先端アセンブリ３６はスパークギャップＧ間で互いに対向してもよい。より特定的には、電極先端アセンブリ３６の両方の発火先端４０は、スパークギャップＧ間で互いに対向するスパーキング表面４４を含む。スパーキング表面４４の各々は、スパークギャップＧがオフセットスパークギャップとなるように、それぞれの電極本体の縦軸と概ね平行であり、かつ、そこから半径方向に離間されてもよい。オフセットスパークギャップは、中心電極本体２０の縦軸２２から半径方向に離間されたスパークギャップである。すなわち、縦軸２２は、オフセットスパークギャップまたはスパーキング表面４４を通過しない。スパーキング表面４４の各々は、それぞれの電極本体の縦軸から、中心電極本体２０の側面４６および接地電極本体３０の側面４８などの電極本体側面を越えた場所に、半径方向に離間されてもよい。１対の電極先端アセンブリの縦軸２２および３４は、図示するように、概ね平行であり、共通の軸であってもよい。取付け中に電極先端アセンブリの位置付けおよびアライメントを助けるために、図示する実施形態の
軸方向向き自由端表面２４および３２の各々は、その中に形成された溝５０を含んでもよい。溝５０は、図２中の影線として示され、かつ、図２の断面図を横断する断面図で図３中に図示される。各溝５０は、それが支持する電極先端アセンブリの縦軸と概ね同じ方向に形成され、かつ、該縦軸と平行な縦軸を有してもよい。溝５０は、円形の断面を有する電極先端アセンブリを支持するＶ型断面を有してもよく、または、溝５０は、長方形、半円形またはＵ型断面などの別の断面を有してもよく、これらのいくつかの例は以下に記載される。同様に、電極先端アセンブリ３６は、非円形断面を有してもよい。
【００１３】
図１〜図３の実施形態は、電極本体２０および３０の両方に取付けられる電極先端アセンブリ３６を含むが、他の実施形態は、複数片電極先端アセンブリを含まない中心電極または接地電極を有してもよい。たとえば、中心電極１２は、図示するように、電極先端アセンブリ３６を含んでもよく、複数片先端アセンブリは、接地電極３８から省略されてもよい。このような実施形態では、スパークギャップは、中心電極先端アセンブリのスパーキング表面４４と、接地電極本体の側面４８、または、半径方向向き接地電極自由端表面もしくは接地電極本体３０に取付けられた異なるタイプの電極先端の表面などの何らかの他の表面との間に形成されてもよい。同様に、電極先端アセンブリ３６は、スパークギャップが先端アセンブリ３６と中心電極の何らかの他の表面との間に形成されるように、接地電極１８のみを有して含まれてもよい。
【００１４】
図４は、中心電極１２の接地電極１８とは反対側に、追加の接地電極１８′を含むスパークプラグの一実施形態を示す。この実施形態では、追加の接地電極１８′は、電極本体３０および先端アセンブリ３６と概ね同じように構成された、接地電極本体３０′および電極先端アセンブリ３６′を含み、図示するような第２のスパークギャップＧ′を形成する。この場合、中心電極先端アセンブリ３６″は、より長い電極先端本体３８′を含み、かつ、発火先端４０が取付けられた端と反対側の電極先端本体３８′の端に取付けられた追加の発火先端４０′をさらに含む。代替的には、電極先端アセンブリ３６″は、２つの別々の片であってよく、各片は、電極先端本体および発火先端を含み、発火先端は、接地電極先端アセンブリスパーキング表面とともにスパークギャップを形成するスパーキング表面を有する。
【００１５】
図５は、図４と同様に、２つの接地電極１８および１８′を含み、各接地電極は、それぞれの複数片電極先端アセンブリ３６および３６′を含む、別の実施形態を示す。この実施形態では、中心電極１２は、中心電極本体２０に溶接された電極先端材料の単一の片のみを含む電極本体２０の軸方向向き自由端表面に位置する電極先端５２を含む。一実施形態では、電極先端５２はＮｉ合金材料からなる。他の実施形態では、電極先端５２は、Ｉｒ合金など、１以上の貴金属（precious or noble metal）を含む、または含まない材料
である、他の材料からなってもよい。電極先端５２は、図示するように、その両側の自由端にスパーキング表面４４および４４′を含む。当然ながら、上記の例は例示的であり、非限定的である。スパークプラグは、中心電極の周りに配列された任意の数の接地電極を含んでもよく、各電極は、それぞれの電極本体の軸方向向き自由端表面に位置する複数片電極先端アセンブリまたは単一片電極先端を含んでも含まなくてもよく、各電極は、追加もしくは代替的なスパーキング表面を形成するために、または他の理由により追加の部品を含んでもよい。
【００１６】
スパークプラグを形成する例示的な方法は、Ｎｉ合金片およびＩｒ合金片をともに溶接して電極先端アセンブリを形成するステップと、先端アセンブリの縦軸が電極本体の縦軸に概ね垂直となるように、Ｎｉ合金片を電極本体の軸方向向き自由端表面に溶接するステップとを含む。電極本体は、中心電極本体および／または１以上の接地電極本体を含んでもよい。方法は、Ｎｉ合金片を電極本体に溶接する前に、中心電極本体の軸方向向き自由端表面または電極先端アセンブリを支持するための接地電極本体に溝を形成するステップ
も含んでもよい。
【００１７】
Ｎｉ合金片およびＩｒ合金片は、所望の材料からこれらの片を所定の長さに切ることにより得られてもよい。所望の材料は、ワイヤの形態、すなわち、円形、正方形、長方形、または他の断面など、概ね一定かつ連続的な断面をその長さに沿って有する材料の形態で設けられてもよい。当然ながら、前もって形成された片を与え得る粉末冶金または他の技術など、個々の電極先端アセンブリ片を形成するために他の技術を用いてもよい。これらの片は、レーザ溶接もしくは抵抗溶接などの溶接により、または、他の既知の金属接合技術により、ともに取付けられてもよい。Ｎｉ合金材料およびＩｒ合金材料の各々は、好ましくは、同じ全体的な断面を有するが、異なる断面形状またはサイズを有する片から電極先端アセンブリを形成することが可能である。Ｎｉ合金片を電極本体に溶接するステップは、同様の溶接または金属接合プロセスにより達成されてもよい。例示的な溶接部５４は、Ｎｉ合金片３８が中心電極本体２０の自由端表面に接する図５に示される。この場合の溶接部５４は溝５０に沿って示されるが、少なくとも一部が溝５０の外側に位置してもよい。一実施形態では、溝５０を形成するステップは省略され、Ｎｉ合金片は平坦な自由端表面に取付けられる。
【００１８】
図６〜図１０は、スパークプラグサブアセンブリからスパークプラグを形成するためのステップの例を示す。図６は、中心電極本体２０、絶縁体１４、金属シェル１６、および接地電極本体３０を含む例示的なスパークプラグサブアセンブリ１０′の発火端の正面図である。組立てられたとき、中心電極本体および接地電極本体は、異なる平行面における自由端を有してもよい。すなわち、たとえば、絶縁体１４を越える異なる距離に延びてもよい。図６中では、中心電極本体および接地電極本体を所望の長さに形成することを含むステップが示される。この実施形態では、接地電極本体３０は、その軸方向向き自由端表面が、中心電極本体２０の軸方向向き自由端表面と同じ面内となるように切削される。このステップは、ミリング、切削、研削、または他の金属形成もしくは除去技術により達成されてもよい。図６は、切削ツール５５により行なわれる例示的なエンドミル操作を示す。中心電極本体２０が、接地電極本体３０に代えて、または、それに加えて切削されてもよい。図７は、各電極本体の自由端表面に溝５０を形成するステップの後の図６のサブアセンブリの右側側面図である。このステップは、ミリング、切削、研削、または他の金属形成もしくは除去技術により行なわれ形成されてもよい。さらに、図７中に、以下にさらに詳しく述べる回転位置付け特徴６５が示される。
【００１９】
図８は、中心電極本体２０の軸方向向き自由端表面に沿って配置され、この場合、溝５０に沿って配置される、電極先端アセンブリ３６を示すサブアセンブリ１０′の正面図である。より特定的には、Ｎｉ合金片３８は、中心電極本体２０の自由端表面により支持され、クランピング力Ｆがブレードクランプまたは他の好適なクランピング装置を用いて加えられる。接地電極先端アセンブリは、定位置に配置されて組立てられようとしている接地電極本体の上方に示される。この実施形態では、ギャップツール５６が、スパークギャップのサイズを設定するために、それぞれの電極先端アセンブリのスパーキング表面が対向して配置されるための所望のギャップ位置に配置される。ギャップツールは、電極先端アセンブリのいずれかの配置前、または先端アセンブリの一方が定位置にクランプされた後に定位置に置かれてもよく、いずれの先端アセンブリが先に配置されてもよい。他の実施形態では、ギャップツールは用いられず、スパークギャップは、電極先端アセンブリの予めプログラミングされた場所への自動化された配置、光フィードバックを含む方法などのような他の好適な技術により設定される。
【００２０】
図９は、Ｉｒ合金片４０がギャップツール５６を介して適切かつ正確に離間された状態で、両方の電極先端アセンブリ３６が所望の場所となった後のサブアセンブリ１０′を示す。クランピング力Ｆは、電極アセンブリの両方に加えられてそれらを定位置に保持する
。図示するクランピングステップでは、クランピング力を加えるためにブレードクランプ５８が用いられるが、他のタイプのクランプおよび／またはクランプ形状を用いてもよい。クランピング力は、先端アセンブリが電極本体に取付けられる間に、電極先端アセンブリをそれぞれの電極本体に対して保持する。取付けは、電極先端アセンブリおよび電極本体が出合うところに形成される界面に沿った１以上の場所において抵抗溶接および／またはレーザ溶接を含んでもよい。図示した実施形態では、取付けは、図９および図１０に示すような２つのステップを含む。
【００２１】
図９に図示するように、仮付け溶接５４′は、電極先端アセンブリを少なくとも一時的に電極本体に取付けるために形成される。図示するような薄い側面を有するブレードクランプ５８または他のクランプを使用すると、レーザ仮付け溶接機器などの溶接機器を収容するのを助けることができる。なぜなら、それらは電極先端アセンブリを囲む領域の小部分のみを利用するため、残りの囲んでいる領域を取付け機器にアクセス可能にするためである。この場合、レーザ仮付け溶接５４′は、ブレードクランプ場所の各々の両側に形成される。他のタイプの溶接を用いても、他のタイプの接合技術を用いてもよく、次の先端アセンブリ取付けステップにおいて電極先端アセンブリを定位置に保持するのに好適な、一時的な接合技術を用いてもよい。いくつかの実施形態では、仮付け溶接ステップは、先端アセンブリの電極本体への永続的な取付けに十分であってもよい。
【００２２】
図１０は、溶接部５４が形成された後のスパークプラグ１０を示す。この実施形態での溶接部５４は、レーザ溶接または任意の他の好適なタイプの溶接もしくは金属接合技術により形成されてもよい各電極先端アセンブリと、それぞれの電極本体との間の界面に位置する細長い溶接部である。この溶接ステップは、クランピング力が電極先端アセンブリから除去される前もしくは後、または、ギャップツールが使用される場合、ギャップツールが先端アセンブリ間の場所から除去される前もしくは後に行なわれてもよい。一実施形態では、仮付け溶接ステップは省略され、電極先端アセンブリは、クランプ負荷が加えられた後、および、クランプ負荷が除去される前に、電極本体に抵抗溶接および／またはレーザ溶接される。
【００２３】
図１１は、電極本体の軸方向向き自由端表面に位置する電極先端アセンブリを含む、スパークプラグ１０を製造する方法の別の実施形態を図示する。この実施形態では、方法は、第１および第２のＮｉ合金片１３８，１３８′をＩｒ合金片１４０の両端に溶接し、縦軸を有する電極先端アセンブリプレフォーム１３６′を形成するステップを含む。方法はさらに、プレフォームの縦軸が中心電極本体の縦軸に概ね垂直となるように、第１のＮｉ合金片１３８を中心電極本体の軸方向向き自由端表面に溶接するステップと、溶接部１５４により示されるように、第２のＮｉ合金片１３８′を接地電極本体の軸方向向き自由端表面に溶接するステップとを含む。Ｉｒ合金片１４０を貫通して切削することを含むステップを次に行ない、スパークギャップ間に対向するスパーキング表面を有する分けられた電極先端アセンブリ１３６を形成してもよい。切削ステップは、任意の好適な切削技術により行なえばよく、この実施形態では、Ｉｒ合金セグメント１４０′を除去し、その端部は図中に破線として示される。同様の方法を用いて二重接地電極実施形態を形成してもよく、ここでは、電極先端プレフォームは、たとえば、３つのＮｉ合金片と交互となる位置に２つのＩｒ合金片を含み、２つのＩｒ合金片は、中心電極の両側に二重スパークギャップを形成するように切削される。
【００２４】
スパークギャップＧがオフセットギャップまたは中心電極本体の縦軸に沿って位置していないギャップである、図１〜図５に示されるもののような実施形態では、スパークギャップがエンジンまたは他の用途における使用のために設置されるとき、繰り返し可能に配置および／または方向付けされることができるようにスパークプラグを構築することが有用であり得る。たとえば、直噴ガソリン（ＧＤＩ）エンジンとともに用いられるとき、燃
料噴射機に相対的なスパークギャップＧの位置および／またはアライメントは、いくつかの場合では、適切な燃料点火にとって重要となり得る。オフセットスパークギャップを使用のために設置するときに所望の位置および／または向きに配置するために、接地電極は、設置されるときに、スパークプラグの回転位置または回転向きを制御するために用いられるスパークプラグアセンブリの回転位置付け特徴に対応する場所で金属シェルに取付けられてもよい。回転位置付け特徴６５は図７に概略的に示され、その例では、接地電極本体３０に合わせて並べられている。回転位置付け特徴６５は、一旦スパークギャップが所望の位置となると、設置中にスパークプラグのさらなる回転を防止するように構築され、配置されたリブ、肩部、凹部、または何らかの他のタイプの機械的留め具であり得る。位置付け特徴６５は、接地電極本体に合わせて並べられなくてもよい。たとえば、位置付け特徴６５は、設置されるとき、スパークギャップを効果的に配置する接地電極の適切な場所から角度をなしてオフセットされ得る、金属シェルに形成された雄ねじの開始点または終了点であってもよい。別の例では、接地電極は、スパークプラグを設置する人がエンジン上の別の視覚的特徴に合わせて並べることができるか、または、製造設備における視覚システムが所望に応じて方向付けまたは並べることのできる線またはマークまたは何らかの他の視覚的特徴の形態の回転位置付け特徴に相対的な所定の場所で、金属シェルに取付けられてもよい。これらは、方向付けされた接地電極位置付けの例に過ぎず、他の方法を使用してもよい。
【００２５】
図１２〜図１４は、その中に形成されるさまざまなタイプの溝５０を含む、電極本体自由端表面についてのさまざまな構成を図示する。これらの図は、電極先端アセンブリが取付けられる前のサブアセンブリ１０′の側面図としてすべて示される（図７と同様）。図１２に示すように、１以上の接地電極本体または中心電極本体は、それぞれの電極本体の中心軸に垂直な部分を有しない自由端表面を含んでもよい。たとえば、１以上の電極本体は、電極本体自由端での溝５０のいずれかの側に表面６２を含むテーパ状部分６０を含んでもよい。この構成は、燃料点火をさらに向上し得る。表面６２は、それらが形成される電極本体の縦軸に対して角度をなしている。図１２の例に示されるテーパ状部分６０の各表面６２は、第１の端６４で溝５０であり、かつ、第２の端６６に向けて溝５０の深さと約同等の軸方向の距離延びる。図１２に図示される自由端表面は、それぞれの電極本体の縦軸に垂直な部分を有さないが、それでも軸方向向き自由端表面と考えられる。表面６２の第１の端６４は、溝５０と一致しなくてもよい。なぜなら、自由端表面は、テーパ表面６２の第１の端と溝５０との間の平坦な部分を含んでもよいためである。さらに、表面６２の第２の端６６は、それぞれの電極本体の長さに沿った任意の場所に存在することができ、表面６２は側面が曲線からなってもよい。テーパ状部分６０は、電極本体がサブアセンブリ１０′に組立てられた後に任意の好適な金属切削技術または金属形成技術により形成されてもよく、または、予め形成されてもよい。一実施形態では、テーパ状部分６０は、図６に図示する切削操作と同じ操作で形成される。テーパ状部分６０は、この実施形態ではＶ型溝５０を有して示されるが、図１３〜図１５に示すもののような、任意の溝構成を有して含まれてもよく、または、溝５０が省略される場合に含まれてもよい。
【００２６】
図１３は、長方形断面を有するか、または、スロットの形態での溝５０を示す。一実施形態では、スロット５０の深さは、それが支持する電極先端アセンブリの直径または断面幅の約３分の２であるが、スロットの深さは、特定の用途に依存して、それより大きくてもそれ未満であってもよい。図１４は、円筒状の電極先端アセンブリの縦軸が、組立てられたとき、それぞれの自由端表面の少なくとも一部の軸方向に内側に存在するように構成された、Ｕ型断面を有する溝５０を示す。図１５は、先端アセンブリの縦軸が、組立てられたとき、自由端表面の最も遠い外側の部分に沿って軸方向に位置付けられるように構成された半円形断面を有する溝５０を示す。他の溝断面が可能であり、同様に、他の非円筒状先端アセンブリも可能である。
【００２７】
上に開示された１以上の構成および／または方法に従って構築されたスパークプラグは、Ｉｒ合金などの高価な貴金属（precious or noble metals）の使用を、このような金属を必要な場合にのみ、すなわち、プラグスパーキング表面でのみ用いることにより最小化することが可能であり得る。スパークギャップ精度は、接地電極を湾曲させることなく、製造中にギャップを確実に設定することによっても向上され得るが、これは、スパークギャップを設定するためのより従来の技術であり得る。たとえば、スパークギャップを設定するための湾曲プロセスを含むことは、電極材料の跳ね返りによる過剰な湾曲が必要となる可能性があり、より高いプロセスばらつきにつながり得る。さらに、このような湾曲は、スパークプラグの高温動作中に少なくとも一部緩和され得る電極材料における応力を発生させることにより、スパークギャップのサイズを使用中に増大または減少させる可能性がある。上に記載したような電極の使用は、特に、接地電極が何らかの他のタイプの接地電極よりもより短い材料の片から作られることを可能にすることもでき、それにより、接地電極が全体的により低い温度で動作できるようにし、電極内での、銅コアなどのより高い熱伝導コアに対する必要性を減少または回避することができ得る。より低い動作温度は、電極酸化を低下させるのも助け得る。
【００２８】
取付けのために電極先端アセンブリを位置付けるための電極本体の自由端表面における溝の使用により、特に、中心電極本体および接地電極本体が既に絶縁体および金属シェルと組立てられた後に、溝が同じ製造セットアップでこれらの電極本体中に形成される場合、スパークギャップ間でのスパーキング表面のより精密なアライメントが得られ得る。実際、すべての他のスパークプラグ部品が既に組立てられた後に電極先端アセンブリを位置付けることによってスパークギャップを設定すると、他のタイプの設計およびプロセスを有するスパークギャップの精度に典型的に影響を及ぼす複数のばらつきの元が回避され得る。
【００２９】
上記は、発明の１つ以上の好ましい例示的な実施形態の説明であることが理解されるべきである。発明は、ここに開示する特定の実施形態に限定されず、むしろ、以下の請求項によってのみ定義される。さらに、上記の記載に含まれる文言は、特定の実施形態に関するものであり、用語もしくは表現が明確に上に定義された場合を除いて、発明の範囲または請求項で用いられる用語の定義の限定として解釈されるべきではない。さまざまな他の実施形態、ならびに、開示された実施形態へのさまざまな変更および修正が、当業者には明らかとなるであろう。このような他の実施形態、変更、および修正のすべては、付随の請求の範囲内であることが意図される。
【００３０】
この明細書および請求項で用いられる、「たとえば（"for example," "e.g.," "for instance,"）」「など（"such as,"）」および「ような（"like,"）」という用語、ならび
に、「備える（"comprising,"）」「有する（"having,"）」「含む（"including,"）」という動詞およびこれらの他の動詞の形態は、１つ以上の部品または他の項目の列挙とともに用いられる場合、オープンエンドとしてそれぞれ解釈されるべきであり、すなわち、その列挙は他の追加的な部品または項目を除外すると見なされるべきではないことを意味する。他の用語は、それらが異なる解釈を要する文脈で用いられない限り、その最も広く妥当な意味により解釈されるべきである。
【図１】
2016122663.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年3月28日(2016.3.28)
【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】
スパークプラグであって、
軸方向ボアを有する金属シェル（１６）と、
軸方向ボアを有し、かつ、前記金属シェルの前記軸方向ボア内に少なくとも一部配置される絶縁体（１４）と、
前記絶縁体の前記軸方向ボア内に少なくとも一部配置され、かつ、縦軸（２２）および軸方向向き自由端表面（２４）を有する中心電極本体（２０）を備える非湾曲中心電極（１２）と、
前記金属シェルに取付けられ、かつ、縦軸（３４）および軸方向向き自由端表面（３２）を有する接地電極本体（３０）を備える非湾曲接地電極（１８）とを備え、前記中心電極本体の軸方向向き自由端表面は前記接地電極本体の軸方向向き自由端表面と同じ面内にあり、前記スパークプラグはさらに、
第１の電極先端アセンブリ（３６）を備え、前記第１の電極先端アセンブリ（３６）は、前記中心電極本体または前記接地電極本体の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）に取付けられ、かつ、前記電極先端アセンブリ（３６）が取付けられるそれぞれの前記電極本体の前記縦軸（２２，３４）に概ね垂直な縦軸（４２）を有し、前記電極先端アセンブリは、それぞれの前記電極本体に取付けられる第１の電極先端本体（３８）と、前記電極先端本体に取付けられ、スパークギャップ（Ｇ)に対向する第１の貴金属発火先端（４０）とを備え、前記スパークプラグはさらに、
第２の電極先端アセンブリ（３６）を備え、前記第２の電極先端アセンブリ（３６）は、前記中心電極本体（２０）または前記接地電極本体（３０）のうちの他の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）に取付けられ、かつ、前記第２の電極先端アセンブリ（３６）が取付けられるそれぞれの前記電極本体の前記縦軸（２２，３４）に概ね垂直な縦軸（４２）を有し、前記第２の電極先端アセンブリは、それぞれの前記電極本体（２０，３０）に取付けられる第２の電極先端本体（３８）と、前記第２の電極先端本体に取付けられ、前記スパークギャップ（Ｇ)に対向する第２の貴金属発火先端（４０）とを備える、スパークプラグ（１０）。
【請求項２】
前記第１の電極先端本体（３８）は、Ｎｉ合金材料から構築され、前記第１の貴金属発火先端（４０）は、Ｉｒ合金材料から構築される、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記第２の電極先端アセンブリ（３６）は前記接地電極本体（３０）に取付けられており、前記スパークプラグはさらに、
前記金属シェル（１６）に取付けられ、かつ、縦軸および軸方向向き自由端表面を有する追加の接地電極本体（３０′）を備える追加の接地電極（１８′）と、
第３の電極先端アセンブリ（３６′）とを備え、前記第３の電極先端アセンブリ（３６′）は、前記追加の接地電極本体の前記軸方向向き自由端表面に取付けられ、かつ、前記追加の接地電極本体の前記縦軸に概ね垂直な縦軸を有し、前記第３の電極先端アセンブリは、前記追加の接地電極本体に取付けられる第３の電極先端本体と、前記第３の電極先端本体に取付けられ、追加のスパークギャップ（Ｇ)に対向する第３の貴金属発火先端とを備える、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記第１の電極先端アセンブリ（３６″）は、前記中心電極本体（２０）の前記軸方向向き自由端表面（２４）に取付けられ、かつ、前記中心電極本体の前記縦軸（２２）に概ね垂直な縦軸を有し、前記第１の電極先端アセンブリは、前記中心電極本体に取付けられた第１の電極先端本体（３８′）および前記第１の電極先端本体の両端に取付けられた別々の貴金属発火先端（４０′）を備え、３つの前記電極先端アセンブリ（３６，３６′，３６″）の前記縦軸は、前記第１の電極先端アセンブリの各貴金属先端が前記スパークギャップ（Ｇ，Ｇ′)の一つに対向するように、概ね互いに合わせて並べられる、請求項３に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記第１の電極先端アセンブリ（３６）は、それぞれの前記電極本体（２０，３０）の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）に形成された溝（５０）に沿って位置しており、前記溝は、前記第１の電極先端アセンブリの前記縦軸（４２）と概ね平行な縦軸を有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記溝（５０）は、長方形、Ｖ型、Ｕ型、または半円形の断面を有する、請求項５に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記電極本体（２０，３０）の１つまたは両方は、前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）を一部画定する表面（６２）を有するテーパ状部分（６０）を含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記接地電極（１８）は、回転位置付け特徴に対応する場所における前記金属シェル（１６）に取付けられる、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記第２の電極先端アセンブリ（３６）は、回転位置づけ特徴（６５）に対応する場所で前記接地電極本体（３０）に取付けられ、ニッケル合金材料から構築された前記第２の電極先端本体（３８）と白金合金材料から構築された前記第２の貴金属発火先端（４０）とを備え、
前記第１の電極先端アセンブリ（３６）は前記中心電極本体（２０）に取付けられ、前記第１の電極先端本体（３８）はニッケル合金材料から構築され、前記第２の貴金属発火先端（４０）はイリジウム合金材料から構築された、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
（ａ）  第１の電極先端本体（３８）、第１の貴金属発火先端（４０）、および、縦軸（２２，３４）を有する中心電極本体（２０）を設けるステップと、
（ｂ）  前記第１の電極先端本体および前記第１の貴金属発火先端をそれらの概ね一定かつ連続的な断面に沿ってともにレーザ溶接して、縦軸（４２）を有する第１の電極先端アセンブリ（３６）を形成するステップと、
（ｃ）  前記第１の電極先端アセンブリの前記縦軸が、前記中心電極本体の前記縦軸に概ね垂直となるように、前記電極先端本体を前記中心電極本体の軸方向向き自由端表面（２４）に溶接するステップと、
（ｄ）  第２の電極先端アセンブリ（３８）、第２の貴金属発火先端（４０）、および、縦軸（３４）を有する接地電極本体（３０）を設けるステップと、
（ｅ）  前記第２の電極先端本体と前記第２の貴金属発火先端とをそれらの概ね一定かつ連続的な断面に沿ってレーザ溶接して縦軸（４２）を有する第２の電極先端アセンブリ（３６）を設けるステップと、
（ｆ）  前記第２の電極先端アセンブリの縦軸が、前記接地電極本体の前記縦軸に概ね垂直となるように、前記第２の電極先端本体を前記接地電極本体の軸方向向き自由端表面（３２）に溶接するステップとを含む、スパークプラグ（１０）を製造する方法。
【請求項１１】
前記電極先端アセンブリ（３６）を支持するための前記電極本体（２０，３０）の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）に溝（５０）を形成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電極本体（２０，３０）にテーパ状部分（６０）を形成するステップをさらに含み、前記テーパ状部分（６０）は、前記電極本体の前記軸方向向き自由端表面（２４，３２）を一部画定する前記溝（５０）のいずれかの側の表面（６２）を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１または第２の電極先端アセンブリ（３６）の場所を前記電極先端アセンブリの前記縦軸（４２）に沿った方向に調整して、前記第１および第２の貴金属発火先端（４０）の間に所望のサイズのスパークギャップ（Ｇ）を形成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
各々が自由端（２５，３１）を有する前記中心電極本体（２０）および前記接地電極本体（３０）を設けるステップと、
前記電極本体が同じ面内に軸方向向き自由端表面（２４，３２）を有するように、前記電極本体自由端の１または両方から材料を除去するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
スパークプラグを製造する方法であって、
（ａ）  第１および第２のＮｉ合金片（１３８，１３８′）をＩｒ合金片（１４０）の両端にレーザ溶接し、縦軸を有する電極先端アセンブリプレフォーム（１３６′）を形成するステップを備え、前記第１のＮｉ合金片およびＩｒ合金片は、それらの概ね一定かつ連続的な断面に沿ってレーザ溶接され、前記第２のＮｉ合金片およびＩｒ合金片は、それらの概ね一定かつ連続的な断面に沿ってレーザ溶接され、前記方法はさらに、
（ｂ）  前記プレフォームの前記縦軸が前記中心電極本体の縦軸に概ね垂直となるように、前記第１のＮｉ合金片を中心電極本体（２０）の軸方向向き自由端表面に溶接するステップと、
（ｃ）  前記第２のＮｉ合金片を接地電極本体（３０）の軸方向向き自由端表面に溶接するステップと、
（ｄ）  Ｉｒ合金片を貫通するように切削し、スパークギャップにより離された対向するスパーキング表面を有する別々の電極先端アセンブリ（１３６）を形成するステップとを含む、スパークプラグ（１０）を製造する方法。