(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主体金具（１０）と、
この主体金具の内部に絶縁保持された中心電極（３０）と、
前記主体金具の端部に設けられた接地電極（４０）とを備え、
前記接地電極の端部（４１）に、前記中心電極の先端部と火花放電ギャップ（５０）を介して対向する面としての放電面（４２）が設けられており、
この放電面に、前記中心電極の先端部との間で火花放電を行うためのＩｒ合金よりなるＩｒ合金チップ（４３）が設けられているスパークプラグにおいて、
前記Ｉｒ合金チップの側面端部（４７）は、前記放電面を正対してみたとき、前記放電面の外周端部よりも内側に位置しており、
前記放電面には、前記Ｉｒ合金チップの大きさに対応した凹部（４４）が形成されており、
前記Ｉｒ合金チップは、前記放電面に一部を露出させた状態で前記凹部に埋め込まれており、
前記Ｉｒ合金チップと前記接地電極は、溶融部（４５）が複数形成されることによって接合されており、
前記溶融部のそれぞれは、前記接地電極の外周側面（４６）から前記Ｉｒ合金チップの側面端部を通り前記Ｉｒ合金チップの内部まで連続して形成されており、
前記接地電極の端部の外周側面は、角部が斜めに切り落とされた形状もしくは半円状になって、前記溶融部が形成される部位の前記接地電極の肉厚を全て同一にするようになっていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記Ｉｒ合金チップ（４３）のうち前記放電面（４２）に露出する部位は、前記放電面から前記中心電極（３０）側へ突出してい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】
前記溶融部（４５）はレーザ溶接により形成されたもの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】
前記溶融部（４５）と前記中心電極（３０）の先端部（３１）との最短距離Ｌ２は、前記火花放電ギャップ（５０）の間隔Ｇに０．３ｍｍ加えた値以上の大きさとなっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記溶融部（４５）における前記Ｉｒ合金チップ（４３）側の先端部は、前記Ｉｒ合金チップにおける反放電面（４２）側の底面（４８）よりも、前記放電面（４２）側に位置し、
かつ、前記Ｉｒ合金チップの底面から前記溶融部の先端部までの長さをＬ３としたとき、Ｌ３≧０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記溶融部（４５）における前記Ｉｒ合金チップ（４３）への溶け込み深さをＬ４としたとき、Ｌ４≧０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記溶融部（４５）の先端部から前記放電面（４２）までの長さをＬ５としたとき、Ｌ５≧０．２ｍｍであることを特徴とする請求項５または６に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記接地電極（４０）の外周側面（４６）から前記Ｉｒ合金チップ（４３）の側面端部（４７）までの距離をＬ６としたとき、Ｌ６≧０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記放電面（４２）を正対してみたときの前記Ｉｒ合金チップ（４３）の中心（ｂ）よりも、前記主体金具（１０）と前記接地電極（４０）との接合部側に、前記溶融部（４５）が少なくとも１箇所形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
前記Ｉｒ合金チップ（４３）における前記中心電極（３０）側への突出長さをＬ７としたとき、０．１ｍｍ≦Ｌ７≦１．０ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。
【請求項１１】
前記Ｉｒ合金チップ（４３）の材質は、Ｉｒを主成分とし、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ及びＷのうち少なくとも１種が添加されたものであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項１２】
前記Ｉｒ合金チップ（４３）は、前記Ｉｒが７０〜９９重量％のＩｒ合金よりなることを特徴とする請求項１１に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ、自動車等に適用され、Ｉｒを主成分とするＩｒ合金を火花放電部電極材として接地電極に設けてなるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスパークプラグとしては、特開平８−２９８１７８号公報に記載のものが提案されている。このものは、主体金具内に絶縁体を介して絶縁保持され、先端部が主体金具の端部から露出する中心電極と、主体金具の端部に設けられた接地電極とを備え、接地電極の端部に、中心電極の先端部と火花放電ギャップを介して対向する面としての放電面を設け、この放電面に、中心電極の先端部との間で火花放電を行う火花放電部電極材としてのＩｒ合金チップを設けたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スパークプラグの使用時においては、Ｉｒ合金チップは高温にさらされるが、その放熱経路は、Ｉｒ合金チップから接地電極を通って外部若しくは主体金具へ放熱する経路が一般的である。しかしながら、上記従来のスパークプラグでは、Ｉｒ合金チップが接地電極の表面に耐蝕性非貴金属製部材を介して接合されているため、Ｉｒ合金チップ全体が接地電極から突き出した形となっている。
【０００４】
このようにＩｒ合金チップが接地電極から突き出した構成では、Ｉｒ合金チップの熱が十分に接地電極へ伝わらないため、Ｉｒ合金チップの放熱性（熱引き性）が不十分である。そのため、異常高温によりＩｒ合金チップの酸化摩耗が促進され、せっかく高融点のＩｒ合金を用いても、チップの火花消耗性が不十分なものとなってしまう。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑み、Ｉｒ合金チップを火花放電部電極材として接地電極に設けてなるスパークプラグにおいて、Ｉｒ合金チップの放熱性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、主体金具（１０）と、この主体金具の内部に絶縁保持された中心電極（３０）と、主体金具の端部に設けられた接地電極（４０）とを備え、接地電極の端部（４１）に、中心電極の先端部と火花放電ギャップ（５０）を介して対向する面としての放電面（４２）が設けられており、この放電面に、中心電極の先端部との間で火花放電を行うためのＩｒ合金よりなるＩｒ合金チップ（４３）が設けられているスパークプラグにおいて、Ｉｒ合金チップの側面端部（４７）は、放電面を正対してみたとき、放電面の外周端部よりも内側に位置しており、放電面には、Ｉｒ合金チップの大きさに対応した凹部（４４）が形成されており、Ｉｒ合金チップは、放電面に一部を露出させた状態で凹部に埋め込まれており、Ｉｒ合金チップと接地電極は、溶融部（４５）が複数形成されることによって接合されており、溶融部のそれぞれは、接地電極の外周側面（４６）からＩｒ合金チップの側面端部を通りＩｒ合金チップの内部まで連続して形成されており、接地電極の端部の外周側面は、角部が斜めに切り落とされた形状もしくは半円状になって、前記溶融部が形成される部位の前記接地電極の肉厚を全て同一にするようになっていることを特徴とする。
【０００７】
本発明のスパークプラグによれば、接地電極の端部にて、Ｉｒ合金チップを、その一部が放電面に露出した状態で埋設することにより、この露出したＩｒ合金チップと中心電極の先端部との間で火花放電が行われる。
【０００８】
そして、接地電極に埋設されたＩｒ合金チップは、放電面を正対してみたとき放電面の外周端部からはみ出していないため、Ｉｒ合金チップの殆どの部分が接地電極に取り囲まれた構成とすることができる。よって、本発明によれば、Ｉｒ合金チップの放熱性を向上させることができる。また、本発明では、接地電極とＩｒ合金チップとを、溶融部が形成されることによって接合されたものとしている。それによって、接地電極とＩｒ合金チップとの接合強度を高レベルに確保することができる。ここで、接地電極にＩｒ合金チップを埋設することにより、放電面には、Ｉｒ合金チップの大きさに対応しＩｒ合金チップが埋め込まれた凹部が形成されるが、上記溶融部を、接地電極の外周側面からＩｒ合金チップの側面端部を通りＩｒ合金チップの内部まで連続して形成されたものとしている。該溶融部は、Ｉｒ合金チップよりもＩｒの量が少なく火花消耗性が悪いため、火花放電部に存在すると放電によって消耗してしまい、Ｉｒ合金チップが接地電極から脱落してしまうという恐れがある。その点、溶融部を、接地電極の外周側面からＩｒ合金チップの内部に向かって形成することにより、放電面に溶融部が現れない構成とすることができる。そのため、溶融部の火花消耗を抑制することができ、Ｉｒ合金チップと接地電極との接合性を好適に確保することができる。さらに、エンジン燃焼熱による熱応力からＩｒ合金チップと溶融部との間に亀裂が生じた場合、Ｉｒ合金チップが接地電極から脱落（剥離）してしまうという恐れがある。しかし、溶融部を、接地電極の外周側面からＩｒ合金チップの側面端部を通りＩｒ合金チップの内部まで連続して形成することにより、Ｉｒ合金チップの底面と溶融部との間に肉部が存在する構成とすることができる。そのため、Ｉｒ合金チップと溶融部との間に亀裂が生じた場合でも、肉部が溶融部に係合することによりＩｒ合金チップの脱落が防止される。
【０００９】
ここで、請求項２の発明のように、Ｉｒ合金チップ（４３）のうち放電面（４２）に露出する部位を、放電面から中心電極（３０）側へ突出させた構成を採用することにより、Ｉｒ合金チップの火花消耗分を予め見込んだ形で火花放電ギャップを形成することができ、スパークプラグの長寿命化のためには好ましい。
【００１０】
また、放電面より突出するＩｒ合金チップと中心電極との間で主として火花放電が起こり、放電面即ち接地電極では火花放電が殆ど起こらないため、接地電極の消耗を抑制することができる。このことからも、スパークプラグの長寿命化が図れる。
【００１２】
また、請求項３の発明のように、溶融部（４５）をレーザ溶接により形成することにより、接地電極とＩｒ合金チップとの接合強度をさらに高めることができる。
【００１３】
また、請求項４の発明では、溶融部（４５）と中心電極（３０）の先端部（３１）との最短距離Ｌ２を、火花放電ギャップ（５０）の間隔Ｇに０．３ｍｍ加えた値以上の大きさとしたことを特徴としている。この最短距離Ｌ２と火花放電ギャップの間隔Ｇとの関係は、本発明者の実験検討により見出したものである。
【００１４】
最短距離Ｌ２を火花放電ギャップの間隔Ｇに０．３ｍｍ加えた値以上の大きさとすることによって、上記溶融部と中心電極の先端部との間に火花放電が発生する確率を実質的に０とすることができ、溶融部の火花消耗を抑制することができるため、Ｉｒ合金チップと接地電極との接合性を好適に確保することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、溶融部（４５）におけるＩｒ合金チップ（４３）側の先端部は、Ｉｒ合金チップにおける反放電面（４２）側の底面（４８）よりも、放電面（４２）側に位置し、かつ、Ｉｒ合金チップの底面から溶融部の先端部までの長さをＬ３としたとき、Ｌ３≧０．１ｍｍであることを特徴とする。
【００１９】
この長さＬ３の数値は本発明者の実験検討により導き出されたもので、Ｌ３≧０．１ｍｍとすることにより、Ｉｒ合金チップの底面と溶融部との間の肉部の厚みを確保することができ、従ってこの肉部によりＩｒ合金チップの脱落をより確実に防止することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、溶融部（４５）におけるＩｒ合金チップ（４３）への溶け込み深さをＬ４としたとき、Ｌ４≧０．２ｍｍであることを特徴とする。
【００２１】
この長さＬ４の数値は本発明者の実験検討により導き出されたもので、Ｌ４≧０．２ｍｍとすることにより、Ｉｒ合金チップの底面と溶融部との間の肉部の長さを確保することができ、従ってこの肉部によりＩｒ合金チップの脱落をより一層確実に防止することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、接地電極（４０）の外周側面（４６）からＩｒ合金チップ（４３）の側面端部（４７）までの距離をＬ６としたとき、Ｌ６≧０．２５ｍｍであることを特徴とする。
【００２３】
この長さＬ６の数値は本発明者の実験検討により導き出されたもので、Ｌ６≧０．２５ｍｍとすることにより、接地電極のうち溶融部が形成される部位に亀裂が発生することを確実に防止することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明では、放電面（４２）を正対してみたときのＩｒ合金チップ（４３）の中心（ｂ）よりも、主体金具（１０）と接地電極（４０）との接合部側に、溶融部（４５）が少なくとも１箇所形成されていることを特徴とする。
【００２５】
これによると、主体金具に近い側に形成された溶融部を介して、Ｉｒ合金チップの熱が主体金具側に良好に伝達されて、Ｉｒ合金チップの熱引きをよくすることができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、Ｉｒ合金チップ（４３）における中心電極（３０）側への突出長さをＬ７としたとき、０．１ｍｍ≦Ｌ７≦１．０ｍｍであることを特徴とする。
【００２７】
この長さＬ７の数値は本発明者の実験検討により導き出されたもので、０．１ｍｍ≦Ｌ７とすることにより、中心電極とＩｒ合金チップとの間で放電させることができるとともに、接地電極への放電を防止して接地電極の火花消耗を抑制できる。一方、Ｌ７＞１．０ｍｍとすると、Ｉｒ合金チップがエンジン燃焼熱を受けて高温となるためにＩｒ合金チップの火花消耗が著しくなるが、Ｌ７≦１．０ｍｍとすることにより、Ｉｒ合金チップが高温になってＩｒ合金チップが火花消耗するのを抑制できる。
【００２８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
本実施形態は、例えばコージェネレーションにおける発電機のガスエンジン用のスパークプラグとして用いられる。図１は、本実施形態に係るスパークプラグ１００の全体構成を示す半断面図である。また、図２（ａ）は図１に示すスパークプラグ１００の火花放電部の詳細を示す拡大断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｃ）は接地電極４０の放電面４２を正対して視た図である。
【００３１】
スパークプラグ１００は、円筒形状の主体金具（取付金具）１０を有しており、この主体金具１０は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部１１を備えている。主体金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ２Ｏ３）等からなる絶縁体２０が固定されており、この絶縁体２０の先端部２１は、主体金具１０の一側の端部１２から露出するように設けられている。
【００３２】
中心電極３０は絶縁体２０の軸孔２２に固定され、絶縁体２０を介して主体金具１０に絶縁保持されている。そして、中心電極３０の先端部３１は、絶縁体２０の先端部２１及び主体金具１０の上記端部１２から露出している。
【００３３】
この中心電極３０は、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体をなす本体３２と、この本体３２に溶接固定された上記先端部３１としての第１のＩｒ合金チップ３１ａから構成される。
【００３４】
また、主体金具１０の上記端部１２には、棒状の接地電極４０がブロック状の中間部材４０ａを介して溶接等により接合され固定されている。これら接地電極４０及び中間部材４０ａは、Ｎｉ合金やＦｅ合金材料等から構成されたものである。
【００３５】
本例では、接地電極４０において、中間部材４０ａと固定された端部とは反対側の端部４１の側面が、火花放電ギャップ５０を介して中心電極３０の先端部３１の端面に対向しており、当該側面が放電面４２として構成されている。この放電面４２には、中心電極３０の先端部３１（第１のＩｒ合金チップ３１ａ）との間で火花放電を行うためのＩｒ合金よりなる第２のＩｒ合金チップ（本発明でいうＩｒ合金チップ）４３が設けられている。
【００３６】
ここで、本実施形態では、第２のＩｒ合金チップ４３を、放電面４２に一部露出した状態で接地電極４０の端部４１に埋設し、且つ、第２のＩｒ合金チップ４３の端部を、放電面４２を正対してみたとき放電面４２の外周端部と一致しているかもしくは放電面４２の外周端部よりも内側に位置させたことを特徴としている。本例では、図２（ｃ）に示す様に、第２のＩｒ合金チップ４３の端部は、放電面４２の外周端部よりも内側に位置している。
【００３７】
この第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０との接合は、次のようにして行われる。まず、第２のＩｒ合金チップ４３を放電面４２へ押し付け、加圧することによって埋め込む。すると、放電面４２には、第２のＩｒ合金チップ４３の大きさに対応し第２のＩｒ合金チップ４３が埋め込まれた凹部４４が形成される。
【００３８】
この後、凹部４４の外側から凹部４４の内部に向かってレーザ溶接を行うことにより、接地電極４０と第２のＩｒ合金チップ４３とが溶け込んだ溶融部４５を形成する。こうして、第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０とが接合される。なお、冷間鍛造や切削等により接地電極４０に対して放電面４２側から凹んだ凹部４４を形成し、この凹部４４に第２のＩｒ合金チップ４３を埋め込んだ後、上記同様にレーザ溶接するようにしても良い。
【００３９】
また、本例では、第２のＩｒ合金チップ４３のうち放電面４２に露出する部位を、放電面４２から中心電極３０側へ突出させた構成としている。それによって、接地電極４０側の第２のＩｒ合金チップ４３と中心電極３０の先端部３１としての第１のＩｒ合金チップ３１ａとの間隔が、上記火花放電ギャップ５０として形成されている。
【００４０】
なお、第１及び第２のＩｒ合金チップ３１ａ、４３は、Ｉｒ（イリジウム）を主成分とし、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）及びＷ（タングステン）のうち少なくとも１種が添加されたものよりなり、本例では、Ｉｒが９０重量％、Ｒｈが１０重量％のＩｒ合金（以下、Ｉｒ−１０Ｒｈと表記する）よりなるものを採用している。
【００４１】
ところで、本実施形態によれば、接地電極４０の端部４１に埋設された第２のＩｒ合金チップ４３は、放電面４２を正対してみたとき放電面４２の外周端部からはみ出していないため、第２のＩｒ合金チップ４３の殆どの部分が接地電極４０に取り囲まれた構成とすることができる。
【００４２】
そして、第２のＩｒ合金チップ４３と第１のＩｒ合金チップ３１ａとの間で火花放電が行われるが、このとき、第２のＩｒ合金チップ４３の殆どの部分が接地電極４０に取り囲まれているため、第２のＩｒ合金チップ４３からの熱は、接地電極４０を通って外部若しくは主体金具１０へ効率よく放熱する。このように、本実施形態によれば、従来に比べて、第２のＩｒ合金チップ４３の放熱性を大幅に向上させることができる。
【００４３】
この本実施形態における第２のＩｒ合金チップ４３の放熱性向上の効果について、限定するものではないが、一例を挙げて具体的に説明する。図３に示す様に、放電面４２における接地電極４０の端部４１側の外周端部から第２のＩｒ合金チップ４３の端部が突き出す長さ（突き出し量）Ｌ１をパラメータとし、この突き出し量Ｌ１と第２のＩｒ合金チップ４３の放熱性及び火花消耗性との関係を調べた。
【００４４】
スパークプラグ１００において、突き出し量Ｌ１を４ｍｍ〜−２ｍｍの範囲で変えたものを用意し、耐久試験を行った。この耐久試験は、スパークプラグ１００を６気筒ガスコージェネレーションエンジンに取付け、定格出力にて５００時間行った。この耐久試験において、第２のＩｒ合金チップ４３の温度を熱電対を用いて測定し、また、耐久試験後の第２のＩｒ合金チップ４３の消耗体積を測定した。
【００４５】
図４に、突き出し量Ｌ１（ｍｍ）と第２のＩｒ合金チップ４３の温度（Ｉｒ合金温度、℃）との関係を示し、図５に、突き出し量Ｌ１（ｍｍ）と第２のＩｒ合金チップ４３の消耗体積（Ｉｒ合金消耗体積、ｍｍ3）との関係を示す。図４から、Ｉｒ合金温度は、突き出し量Ｌ１が０ｍｍ以下の場合に、ほぼ最も低い温度となることがわかる。また、図５から、Ｉｒ合金消耗体積も、突き出し量Ｌ１が０ｍｍ以下の場合に、ほぼ最小となることがわかる。
【００４６】
これは、突き出し量Ｌ１が０ｍｍ以下となれば、安定して十分な放熱性が確保されるため、Ｉｒ合金の酸化摩耗が抑制され、第２のＩｒ合金チップ４３の火花消耗性が十分なものとなるためである。なお、Ｌ１＝０ｍｍは、第２のＩｒ合金チップ４３の端部が、放電面４２を正対してみたとき放電面４２の外周端部と一致している場合である。
【００４７】
このように、第２のＩｒ合金チップ４３を接地電極４０に大部分埋設し、且つ、放電面４２を正対してみたとき放電面の４２外周端部からはみ出させない構成とすることにより、第２のＩｒ合金チップ４３の放熱性を大幅に向上させることができる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、第２のＩｒ合金チップ４３のうち放電面４２に露出する部位を、放電面４２から中心電極３０側へ突出させた構成を採用することにより、第２のＩｒ合金チップ４３の火花消耗分を予め見込んだ形で火花放電ギャップ５０を形成することができ、スパークプラグ１００の長寿命化のためには好ましい。
【００４９】
また、放電面４２より突出する第２のＩｒ合金チップ４３と中心電極３０の先端部３１の端面との間で主として火花放電が起こり、放電面４２では火花放電が殆ど起こらないため、接地電極４０の消耗を抑制することができる。このことからも、スパークプラグ１００の長寿命化が図れる。
【００５０】
また、本実施形態では、接地電極４０と第２のＩｒ合金チップ４３とを、レーザ溶接により溶融部４５を形成することによって接合されたものとしている。この場合、上記図２（ａ）に示す様に、この溶融部４５と中心電極３０の先端部３１（第１のＩｒ合金チップ３１ａ）との最短距離をＬ２としたとき、この最短距離Ｌ２を火花放電ギャップ５０の間隔Ｇに０．３ｍｍ加えた値以上の大きさとすることが好ましい。
【００５１】
これは、上記最短距離Ｌ２と溶融部４５への飛び火の状態について行った検討の結果、溶融部４５へ飛び火しにくい範囲として本発明者が実験的に見出した関係である。限定するものではないが、この検討の一例について述べる。
【００５２】
第２のＩｒ合金チップ４３にＩｒ−１０Ｒｈを採用したスパークプラグ１００において、火花放電ギャップ５０の間隔Ｇが０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲にて、上記最短距離Ｌ２を変えたものを用いた。このスパークプラグ１００をチャンバに取付け、ゲージ圧０．６ＭＰａに加圧し、火花放電させ、放電状態を観察することにより、溶融部４５への飛び火頻度を求めた。
【００５３】
図６は、最短距離Ｌ２（寸法Ｌ２、ｍｍ）と溶融部４５への飛び火頻度（溶融部飛火頻度、％）との関係を示す図である。図６から、間隔Ｇ＝０．３ｍｍ（黒丸マーク）のとき最短距離Ｌ２が０．５ｍｍ以上であれば、全て火花放電ギャップ５０で飛火する。また、間隔Ｇ＝０．５ｍｍ（黒三角マーク）のとき最短距離Ｌ２が０．８ｍｍ以上、間隔Ｇ＝０．８ｍｍ（黒四角マーク）のとき最短距離Ｌ２が１．１ｍｍ以上であれば、全て火花放電ギャップ５０で飛火し、溶融部４５へ飛火することはない。
【００５４】
従って、Ｌ２≧Ｇ＋０．３（ｍｍ）であれば、溶融部４５と中心電極３０の先端部３１との間に火花放電が発生する確率を実質的に０とすることができ、溶融部４５の火花消耗を抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、溶融部４５を、凹部４４の外側から凹部４４の内部に向かってレーザ溶接を行うことにより形成されたものとしている。それによって、Ｉｒ合金チップよりもＩｒの量が少なく火花消耗性が悪い溶融部４５を、火花放電部に存在させないようにすることができるため、溶融部４５の火花消耗を抑制することができる。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、最短距離Ｌ２を火花放電ギャップ５０の間隔Ｇとの関係の最適化、及び、溶融部４５を火花放電部に存在させないことにより、第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０との接合性を好適に確保することができ、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落を防止することができる。
【００５７】
なお、上記実施形態では、第２のＩｒ合金チップ４３は、図２（ｃ）に示したように、火花放電ギャップ５０に面する面が矩形であったが、第２のＩｒ合金チップ４３の形状は限定されるものではない。例えば、図７（ａ）は第２のＩｒ合金チップ４３の火花放電ギャップ５０に面する面を、円形とした場合、即ち円板チップを用いた変形例を示す図である。なお、図７中、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面を示す図である。
【００５８】
また、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０への埋設形態は、図８に示す様なものであっても良い。図８において（ａ）は主体金具１０を透してみた火花放電部の側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。
【００５９】
図８に示す変形例では、接地電極４０の端部４１に、厚み方向（火花放電方向）に貫通する貫通穴を切削や鍛造等にて形成し、この貫通穴に第２のＩｒ合金チップ４３を埋め込み、レーザ溶接を行って接合している。なお、この場合、溶融部は、図８（ｂ）における紙面垂直方向から、接地電極４０と第２のＩｒ合金チップ４３との境界にレーザを打つことで形成しても良い。また、図８に示す様に、接地電極４０は、中間部材を介さずとも直接主体金具１０に固定してもよい。
【００６０】
（第２実施形態）
ところで、エンジン燃焼熱による熱応力から、第２のＩｒ合金チップ４３と溶融部４５との間に亀裂が生じることがあり、この亀裂が生じた場合、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０から脱落（剥離）することがある。特にガスコージェネレーションエンジンのように、高負荷にて連続運転が行われるエンジンでは、スパークプラグの電極部温度が常に高温になるため、上記した亀裂が生じやすい。
【００６１】
本実施形態は、溶融部４５を形成する際の各種条件の最適化により、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落をより確実に防止可能にしたものである。図９（ａ）、（ｂ）は本実施形態に係るスパークプラグを示すもので、図９（ａ）は第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電極３０側から見たときの断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。なお、第１実施形態と同一若しくは均等部分には同一の符号を付している。
【００６２】
図９（ａ）、（ｂ）において、円板状の第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０の凹部４４に埋設された後、レーザ溶接により第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０とが接合されている。このレーザ溶接により形成された５箇所の溶融部４５は、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部（外周側面）４７を通り第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで連続して形成されている。なお、第２のＩｒ合金チップ４３のうち放電面４２に露出する部位が中心電極３０と対向しており、また、接地電極４０は紙面右側端部にて主体金具１０と接合されている。
【００６３】
以下、溶融部４５を形成する際の各種条件の検討結果について説明する。
【００６４】
まず、溶融部４５における第２のＩｒ合金チップ４３側の先端部は、第２のＩｒ合金チップ４３における反放電面４２側に位置する底面４８よりも、放電面４２側に位置している。そして、第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８から溶融部４５の先端部までの長さＬ３をパラメータとして耐久性評価を行った。ここで、Ｌ３＝０、Ｌ３＝０．１ｍｍ、Ｌ３＝０．２ｍｍ、としたスパークプラグをそれぞれ４個用意した。また、溶融部４５における第２のＩｒ合金チップ４３への溶け込み深さＬ４は、いずれも０．５ｍｍとした。
【００６５】
そして、評価用のスパークプラグを、大気中において１０００℃の環境に６分間放置させた後２５℃の環境に６分間放置させるといった、冷熱サイクル試験を繰り返し行った。
【００６６】
その結果、Ｌ３＝０とした４個のプラグは、いずれも１００サイクル未満で第２のＩｒ合金チップ４３が脱落（剥離）した。一方、Ｌ３＝０．１ｍｍとした４個のプラグ、およびＬ３＝０．２ｍｍとした４個のプラグでは、８００サイクル行っても第２のＩｒ合金チップ４３の脱落はなかった。従って、Ｌ３≧０．１ｍｍとすることにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落を確実に防止することができる。
【００６７】
ここで、第２のＩｒ合金チップ４３の脱落方向（図９（ｂ）において、紙面上下方向）に対して直交する方向に溶融部４５が延びていることと、Ｌ３≧０．１ｍｍとしたこととが相俟って、第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８と溶融部４５との間に、係合肉部ａ（図９（ｂ）参照）が存在する。そのため、第２のＩｒ合金チップ４３と溶融部４５との間に亀裂が生じた場合でも、係合肉部ａが溶融部４５に係合することにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落が防止される。
【００６８】
次に、Ｌ４＝０．２ｍｍ、Ｌ４＝０．５ｍｍ、Ｌ４＝０．８ｍｍ、としたスパークプラグをそれぞれ４個用意し（ただし、長さＬ３はいずれも０．２ｍｍとした）、同様の冷熱サイクル試験を行ったところ、全てのプラグについて、８００サイクル行っても第２のＩｒ合金チップ４３の脱落はなかった。従って、Ｌ３≧０．１ｍｍとし、かつ、Ｌ４≧０．２ｍｍとすることにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落をより確実に防止することができる。
【００６９】
次に、溶融部４５を形成する際に必要な、溶融部４５の先端部から放電面４２までの長さＬ５について検討した。その結果、溶融部４５を形成するには、長さＬ５は０．２ｍｍ以上必要であることが判明した。
【００７０】
また、上記の冷熱サイクル試験の実施により次のことが判明した。すなわち、接地電極４０のうち溶融部４５が形成される部位において、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部４７までの距離Ｌ６が０．２５ｍｍ未満の場合、第２のＩｒ合金チップ４３の脱落が発生する以前に、接地電極４０に亀裂が発生することが判明した。従って、Ｌ６≧０．２５ｍｍとするのが望ましい。
【００７１】
次に、第２のＩｒ合金チップ４３における中心電極３０側への突出長さＬ７について検討した。その結果、Ｌ７≧０．１ｍｍとすることにより、中心電極３０と第２のＩｒ合金チップ４３との間で放電させることができるとともに、接地電極４０への放電を防止して接地電極４０の火花消耗を抑制できることが確認された。一方、Ｌ７＞１．０ｍｍとすると、第２のＩｒ合金チップ４３がエンジン燃焼熱を受けて高温となるために、第２のＩｒ合金チップ４３の火花消耗が著しくなることが確認された。従って、０．１ｍｍ≦Ｌ７≦１．０ｍｍとするのが望ましい。
【００７２】
なお、本実施形態では、第２のＩｒ合金チップ４３の熱引きをよくするために、放電面４２を正対してみたときの第２のＩｒ合金チップ４３の中心ｂよりも、主体金具１０と接地電極４０との接合部側（紙面右側）に、溶融部４５を少なくとも１箇所（本例では２箇所）形成している。
【００７３】
また、本実施形態では、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部４７までの距離Ｌ６（すなわち、接地電極４０の肉厚）は、全て同一にするのが望ましい。このように、溶融部４５が形成される部位の接地電極４０の肉厚を同一にすることにより、全ての溶融部４５の溶接条件を同じにできるため、作業性の向上、および、工数低減を図ることができる。
【００７４】
（第３実施形態）
図１０は第３実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電極３０側から見たときの図である。本実施形態は、接地電極４０の形状が第２実施形態と異なっており、具体的には、接地電極４０の端部４１の外周側面４６の角部２箇所が斜めに切り落とされ、その斜めの面に溶融部４５が形成されている。
【００７５】
そして、本実施形態においても、溶融部４５が形成される部位の接地電極４０の肉厚（すなわち、距離Ｌ６）を同一にすることにより、全ての溶融部４５の溶接条件を同じにして、作業性の向上、および工数低減を図るようにしている。
【００７６】
（第４実施形態）
図１１は第４実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電極３０側から見たときの図である。本実施形態は、接地電極４０の形状が第２実施形態と異なっており、具体的には、接地電極４０の端部４１の外周側面４６が斜めに切り落とされ、その斜めの面に溶融部４５が形成されている。
【００７７】
そして、本実施形態においても、溶融部４５が形成される部位の接地電極４０の肉厚（すなわち、距離Ｌ６）を同一にすることにより、全ての溶融部４５の溶接条件を同じにして、作業性の向上、および工数低減を図るようにしている。
【００７８】
（第５実施形態）
図１２は第５実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電極３０側から見たときの図である。本実施形態は、接地電極４０の形状が第２実施形態と異なっており、具体的には、接地電極４０の端部４１の外周側面４６が半円状に形成され、その半円状の面に溶融部４５が形成されている。
【００７９】
そして、本実施形態においても、溶融部４５が形成される部位の接地電極４０の肉厚（すなわち、距離Ｌ６）を同一にすることにより、全ての溶融部４５の溶接条件を同じにして、作業性の向上、および工数低減を図るようにしている。
【００８０】
（第６実施形態）
図１３は第６実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、図１３（ａ）は第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電極３０側から見たときの図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。本実施形態は、第２実施形態のスパークプラグに対し、接地電極４０において反放電面４２側に位置する底面４９側にも溶融部４５が追加形成されている。その溶融部４５は、接地電極４０の底面４９から第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８を通り第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで連続して形成されている。
【００８１】
（第７実施形態）
図１４は第７実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側面から見たときの断面図である。そして、本実施形態では、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部（外周側面）４７を通り第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで連続して形成された溶融部４５と、接地電極４０の底面４９から第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８を通り第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで連続して形成された溶融部４５とにより、第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０とが接合されている。
【００８２】
このように、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで延びる溶融部４５が少なくとも１つ形成されていれば、その溶融部４５と第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８との間に存在する係合肉部ａにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落が防止される。
【００８３】
（第８実施形態）
図１５は第８実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側面から見たときの断面図である。そして、本実施形態では、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部（外周側面）４７を通り第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで連続して形成された溶融部４５と、接地電極４０の放電面４２側から第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部４７に沿って接地電極４０の底面４９側に向かって形成された溶融部４５とにより、第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０とが接合されている。
【００８４】
このように、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の内部まで延びる溶融部４５が少なくとも１つ形成されていれば、その溶融部４５と第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８との間に存在する係合肉部ａにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落が防止される。
【００８５】
（第９実施形態）
図１６は第９実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側面から見たときの断面図である。本実施形態の溶融部４５は、接地電極４０の放電面４２側から接地電極４０の底面４９側に向かって、かつ、第２のＩｒ合金チップ４３の側面端部４７側から第２のＩｒ合金チップ４３の中心ｂ側に向かって、斜め方向に形成されている。そして、本例のように溶融部４５を斜め方向に形成した場合でも、その溶融部４５と第２のＩｒ合金チップ４３の底面４８との間に存在する係合肉部ａにより、第２のＩｒ合金チップ４３の接地電極４０からの脱落が防止される。
【００８６】
（第１０実施形態）
図１７は第１０実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側面から見たときの断面図である。本実施形態の第２のＩｒ合金チップ４３は段付円柱状になっており、小径円柱部が接地電極４０の凹部４４に埋設され、大径円柱部が接地電極４０の放電面４２上に配置される。これによれば、接地電極４０の外周側面４６から第２のＩｒ合金チップ４３の小径円柱部の側面端部４７までの距離Ｌ６を確保しつつ、第２のＩｒ合金チップ４３において火花放電を行う部位の面積を大きくすることができる。
【００８７】
（第１１実施形態）
図１８は第１１実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、図１８（ａ）は第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を中心電極３０側から見たときの断面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＦ−Ｆ断面図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。そして、本実施形態のように角柱状の第２のＩｒ合金チップ４３を用いることができる。
【００８８】
（第１２実施形態）
図１９は第１２実施形態に係るスパークプラグの要部を示すもので、第２のＩｒ合金チップ４３が接地電極４０に埋設された部位を側面から見たときの断面図である。本実施形態では、接地電極４０の凹部４４を、接地電極４０の放電面４２から接地電極４０の底面４９まで貫通する貫通穴とし、これにより、凹部４４の加工を容易にしている。
【００８９】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態において、第２のＩｒ合金チップ４３と接地電極４０との接合は、レーザ溶接以外にも、抵抗溶接やプラズマ溶接等で行っても良い。また、本発明は、中心電極の先端部の側面と接地電極の端部との間で火花放電を行う側方電極型スパークプラグにも適用することができる。この場合も、接地電極の端部の放電面に、上記各実施形態と同様に、Ｉｒ合金チップを設ければよい。
【００９０】
また、上記各実施形態の第１及び第２のＩｒ合金チップ３１ａ、４３は、Ｉｒが９０重量％のＩｒ合金を例示したが、Ｉｒが７０〜９９重量％のＩｒ合金よりなるものを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパークプラグの全体構成を示す半断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示すスパークプラグの火花放電部の詳細を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は接地電極の放電面を正対して視た図である。
【図３】第２のＩｒ合金チップの突き出し量Ｌ１を示す説明図である。
【図４】突き出し量Ｌ１とＩｒ合金温度との関係を示す図である。
【図５】突き出し量Ｌ１とＩｒ合金消耗体積との関係を示す図である。
【図６】最短距離Ｌ２（寸法Ｌ２）と溶融部飛火頻度との関係を示す図である。
【図７】第２のＩｒ合金チップとして円板チップを用いた変形例を示す図である。
【図８】第２のＩｒ合金チップの接地電極への埋設形態の変形例を示す図である。
【図９】（ａ）は第２実施形態に係るスパークプラグにおける第２のＩｒ合金チップの埋設部位の断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】第３実施形態に係るスパークプラグの要部を示す図である。
【図１１】第４実施形態に係るスパークプラグの要部を示す図である。
【図１２】第５実施形態に係るスパークプラグの要部を示す図である。
【図１３】（ａ）は第６実施形態に係るスパークプラグにおける第２のＩｒ合金チップの埋設部位の図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】第７実施形態に係るスパークプラグの要部を示す断面図である。
【図１５】第８実施形態に係るスパークプラグの要部を示す断面図である。
【図１６】第９実施形態に係るスパークプラグの要部を示す断面図である。
【図１７】第１０実施形態に係るスパークプラグの要部を示す断面図である。
【図１８】（ａ）は第１１実施形態に係るスパークプラグにおける第２のＩｒ合金チップの埋設部位の断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図、（ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【図１９】第１２実施形態に係るスパークプラグの要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…主体金具、１２…主体金具の端部、３０…中心電極、３１…中心電極の先端部、４０…接地電極、４１…接地電極の端部、４２…放電面、４３…第２のＩｒ合金部材、４４…凹部、４５…溶融部。
【図１】
0004092889.tif 000002
【図２】
0004092889.tif 000003
【図３】
0004092889.tif 000004
【図４】
0004092889.tif 000005
【図５】
0004092889.tif 000006
【図６】
0004092889.tif 000007
【図７】
0004092889.tif 000008
【図８】
0004092889.tif 000009
【図９】
0004092889.tif 000010
【図１０】
0004092889.tif 000011
【図１１】
0004092889.tif 000012
【図１２】
0004092889.tif 000013
【図１３】
0004092889.tif 000014
【図１４】
0004092889.tif 000015
【図１５】
0004092889.tif 000016
【図１６】
0004092889.tif 000017
【図１７】
0004092889.tif 000018
【図１８】
0004092889.tif 000019
【図１９】
0004092889.tif 000020