JP7347332B2 - 内燃機関用のスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。

内燃機関用のスパークプラグは、一般に、筒状の絶縁碍子の内側に、中心電極が保持されている。中心電極の先端部は、絶縁碍子の先端側から内燃機関の燃焼室に突出し、接地電極と対向している。中心電極の基端部は、絶縁碍子の内周面に形成された段部に係止される係止部と、係止部よりも基端側に形成された電極頭部とを有する。絶縁碍子の内側において、中心電極の基端側には、導電性ガラスからなるシール材及び抵抗体が収容されており、中心電極は、これら導電性シール材及び抵抗体を介して、外部からの給電部となるステムに電気的に接続されている。

ここで、スパークプラグには、繰り返しの火花放電に対する電極の耐久性が要求される。これに対し、特許文献１には、中心電極の電極頭部を短化して、絶縁碍子の内側に保持される中心電極と、金属製のハウジングとの間の静電容量を低減する技術が開示されている。中心電極の基端部は、段部に接触するツバ部と、ツバ部の基端側に突出する頭部からなり、頭部は、導電部と絶縁部とが凹凸嵌合して構成されている。このとき、ツバ部に続く導電部が短化することにより、静電容量が低減し、容量放電による電極チップの消耗を抑制することが可能になる。

特許第０６０８７９９０号公報

特許文献１の技術では、導電部の短化により導電性シール材のシール高さが低くなることを抑制するために、導電部に接合された絶縁部を、導電性シール材よりも基端側へ突出して、抵抗体に埋設している。このように構成すると、絶縁部と抵抗体との固着によって耐衝撃性の低下が抑制可能となる一方で、導電部の基端面が絶縁部に接しているために、導電部と抵抗体とをつなぐ導電経路が大きく制限されてしまう。

そのために、制限された導電経路の電気的負荷が高くなり、例えば、導電性シール材や抵抗体が損傷してしまうと、中心電極と接地電極のギャップ間に火花放電を形成できなくなるおそれがあった。また、例えば、スパークプラグに伝わる振動によって、中心電極に、回転方向の外力が作用したときに、導電性シール材又は抵抗体との固着性が低下するおそれがあった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、中心電極の電極頭部を短化した構成においても、電極頭部と抵抗体との間の導電経路を確保しながら、耐衝撃性の低下を抑制することができる内燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
筒状のハウジング（３）の内側に保持される筒状の絶縁碍子（２）と、
上記絶縁碍子の内側に保持されると共に、上記絶縁碍子の先端側から突出する先端部（４１ａ）が、接地電極（５）と対向する中心電極（４）と、
上記絶縁碍子の内側において、上記中心電極の基端側に充填される導電性シール材（６）及び上記導電性シール材を介して上記中心電極と電気的に接続される抵抗体（１１）と、を有する内燃機関用のスパークプラグ（１）であって、
上記中心電極は、軸状の基部（４１）の基端側に設けられ、上記絶縁碍子の内周面に形成された段部（２１）に基端側から係止される係止部（４２）と、上記係止部よりも基端側において上記基部よりも大径の柱状に形成され、外周側面（４４）に縦溝（７）を有する電極頭部（４３）とを有し、
上記縦溝は、上記外周側面の複数箇所においてプラグ軸方向（Ｘ）に形成され、上記電極頭部の基端側表面（４５）に開口すると共に、プラグ径方向（Ｙ）における最大深さ位置（Ｐ）が、上記係止部と上記段部との当接面における内側係止端位置（Ｐ１）よりも外側にある、内燃機関用のスパークプラグにある。

上記内燃機関用のスパークプラグにおいて、絶縁碍子の内側に保持される中心電極は、電極頭部の外周の複数箇所に、基端側表面からプラグ軸方向に延びる縦溝を有するので、絶縁碍子の内側に充填される導電性シール材との接触面積が増大する。縦溝に充填される導電性シール材は、電極頭部の外周側及び基端側に充填される導電性シール材と一体化されるので、導電性シール材を介して、電極頭部が絶縁碍子の内側に良好に固着される。また、縦溝に充填される導電性シール材によって、回転方向の固着強度が向上する。縦溝は、最大深さとなる位置が、係止部の内側係止端位置よりも外側にあるので、縦溝の形成位置における係止部と段部とのシール性を確保することができる。したがって、導電性及びシール性を維持しつつ、耐衝撃性を向上可能であるので、電極頭部の軸方向長を短くして、静電容量を低減し、電極耐久性を高めることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、中心電極の電極頭部を短化した構成においても、電極頭部と抵抗体との間の導電経路を確保しながら、耐衝撃性の低下を抑制することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる内燃機関用のスパークプラグを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、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ものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、内燃機関用のスパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た電極頭部の平面図、電極頭部付近の中心電極の側面図及びその要部拡大図。 実施形態１における、内燃機関用のスパークプラグのプラグ軸方向における全体断面図。 実施形態１における、スパークプラグの絶縁碍子の内側に保持される中心電極の状態を示すプラグ径方向及びプラグ軸方向の断面図。 従来構成のスパークプラグにおける、絶縁碍子の内側に保持される中心電極の状態を示すプラグ軸方向の断面図。 実施形態２における、スパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た平面図、及び、電極頭部付近の側面図。 実施形態３における、スパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た平面図、電極頭部付近の断面図及び側面図。 実施形態３における、中心電極のカシメ組付け方法を説明する工程図。 実施形態３の変形例における、スパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た平面図、電極頭部付近の断面図及び側面図。 実施形態３の変形例における、中心電極のカシメ組付け方法を説明する工程図。 実施形態４における、スパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た平面図、電極頭部付近の断面図及び側面図。 実施形態４における、中心電極のカシメ組付け方法を説明する工程図。 実施形態５における、スパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た平面図、及び、電極頭部付近の側面図。 実施形態５の変形例における、スパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た平面図、及び、電極頭部付近の側面図。 実施形態５の変形例における、スパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た平面図、及び、電極頭部付近の側面図。 実施形態５の変形例における、スパークプラグの主要部である中心電極を基端側から見た平面図、及び、電極頭部付近の側面図。

（実施形態１）
内燃機関用のスパークプラグに係る実施形態について、図１～図３を参照して説明する。本形態のスパークプラグ１は、図１、図２に示すごとく、絶縁碍子２と、ハウジング３と、中心電極４と、接地電極５と、導電性シール材６と、抵抗体１１とを有する。
なお、本明細書において、スパークプラグ１の延出方向をプラグ軸方向Ｘとし、プラグ軸方向Ｘと直交する方向をプラグ径方向Ｙとする。また、プラグ軸方向Ｘにおいて、内燃機関の燃焼室に挿入される側を先端側とし、その反対側を基端側と称する。

筒状の絶縁碍子２は、筒状のハウジング３の内側に保持されており、中心電極４は、絶縁碍子２の内側に保持されている。中心電極４は、軸状の基部４１の先端部４１ａが、絶縁碍子２の先端側に突出して、接地電極５と対向している。絶縁碍子２の内側において、導電性シール材６は、中心電極４の基端側に充填されており、抵抗体１１は、導電性シール材６を介して中心電極４と電気的に接続される。

中心電極４は、係止部４２と、電極頭部４３とを有する。係止部４２は、基部４１の基端側に設けられ、絶縁碍子２の内周面に形成された段部２１に基端側から係止される。電極頭部４３は、係止部４２よりも基端側において、基部４１よりも大径の柱状に形成されており、外周側面４４に縦溝７を有する。

縦溝７は、外周側面４４の複数箇所においてプラグ軸方向Ｘに形成され、電極頭部４３の基端側表面４５に開口する。また、縦溝７は、プラグ径方向Ｙにおける最大深さ位置Ｐが、係止部４２と段部２１との当接面における内側係止端位置Ｐ１よりも外側となるように形成される。

絶縁碍子２の段部２１は、基部４１の外側に隙間を有して内周角部２１ａが位置し、この内周角部２１ａから基端側へテーパ面状に拡がる形状を有する。内側係止端位置Ｐ１は、基端側へテーパ面状に拡がる形状の係止部４２と、段部２１とが当接する最も内側の位置である。

縦溝７の最大深さ位置Ｐとは、プラグ径方向Ｙにおいて、縦溝７を形成する凹陥部が最も深くなり、プラグ軸Ａに最も近くなる位置である。好適には、最大深さ位置Ｐは、係止部４２と段部２１との当接面における外側係止端位置Ｐ２よりも内側にある。外側係止端位置Ｐ２は、係止部４２と、段部２１とが当接する最も外側の位置である。

好適には、中心電極４は、電極頭部４３が、導電性シール材６に埋設されている。電極頭部４３は、その外周側及び基端側に充填される導電性シール材６を介して抵抗体１１と電気的に接続される。具体的には、導電性シール材６は、電極頭部４３の外周側面４４及び基端側表面４５に密接すると共に、縦溝７内に充填されている。

このような構成により、電極頭部４３の軸方向長を短くしつつ、その固着性を高めて、耐衝撃性を向上させることができ、係止部４２におけるシール性や外部への導電経路を確保して、信頼性の高いスパークプラグ１とすることができる。

以下、内燃機関のスパークプラグ１の構成について、詳述する。
本形態において、内燃機関は、例えば、自動車用エンジンである。図２に示すように、スパークプラグ１は、図示しないエンジン燃焼室に取り付けられるハウジング３を有し、ハウジング３の内側に、絶縁碍子２を介して中心電極４を同軸的に保持している。中心電極４は、プラグ軸方向Ｘに延びる略円柱軸状に形成され、ハウジング３及び絶縁碍子２は、プラグ軸方向Ｘに貫通する筒穴を有する略円筒状に形成される。

中心電極４は、略一定径の基部４１に連続する小径の先端部４１ａを有し、先端部４１ａは、絶縁碍子２の筒穴の先端側から突出して、ハウジング３の先端側に取り付けられる接地電極５との間に、火花放電ギャップＧを形成している。ここで、プラグ軸方向Ｘは、スパークプラグ１の軸方向であると共に、中心電極４の軸方向と一致している。同様に、プラグ軸Ａは中心電極４の中心軸と一致する。

絶縁碍子２の内側において、中心電極４の基端側には、導電性ガラスからなる導電性シール材６を介して、導電性セラミックスからなる抵抗体１１が充填されている。抵抗体１１の基端側には、導電性ガラスからなる導電性シール材６０を介して、略円柱軸状のステム１２が配置されている。ステム１２の大径の基端部は、絶縁碍子２の基端側に突出して、外部の電源に接続される給電端子となる。中心電極４は、導電性シール材６、抵抗体１１及び導電性シール材６０を介して、ステム１２に電気的に接続されている。

図３に示すように、中心電極４には、基部４１の基端側に、係止部４２と電極頭部４３とが、この順に一体的に設けられる。係止部４２は、基端側へ向けて拡径するテーパ面状であり、絶縁碍子２の内側に形成されるテーパ面状の段部２１に、基端側から当接することにより係止される。電極頭部４３は、係止部４２よりも基端側に位置して、基部４１よりも大径の略円柱形状に形成されており、全体が導電性シール材６に埋設されている。

図１の上図及び中図に示すように、中心電極４は、基部４１から電極頭部４３へ至る全体が、電極芯材４Ａと、その外周表面を所定厚さで被覆する被覆材４Ｂとの二層構造となっている。電極芯材４Ａは、導電性の良好な金属材料（例えば、Ｃｕ等）からなり、被覆材４Ｂは、耐熱性の良好な金属材料（例えば、Ｎｉ基合金等）からなる。電極頭部４３の基端側表面４５は、本実施形態では、凹凸のない平坦面となっており、電極芯材４Ａと被覆材４Ｂの端面が露出している。

電極頭部４３には、外周側面４４の周方向の４箇所に、略同一形状の縦溝７が等間隔で形成されている。４箇所の縦溝７は、それぞれプラグ軸方向Ｘに形成され、プラグ軸Ａと平行な所定幅の溝であり、一端側が、電極頭部４３の基端側表面４５に開口すると共に、他端側が、係止部４２となるテーパ面に開口している。プラグ径方向Ｙにおいて、縦溝７は、外周側面４４からプラグ軸Ａへ向けて略半円弧状に凹陥する形状を有する。

これにより、電極頭部４３は、プラグ軸Ａを中心とする回転対称形状（すなわち、４回対称形状）となっている。電極頭部４３の外周輪郭は、プラグ軸Ａを中心とする仮想円Ｃの一部である、外向き円弧状の外周側面４４の輪郭と、内向き円弧状の縦溝７の輪郭とが交互に現れる凹凸円弧状となる。ここで、内向き円弧状とは、プラグ軸Ａへ向かう側が凸となる円弧であり、外向き円弧状とは、プラグ軸Ａから離れる側へ凸となる円弧を示す。本実施形態においては、電極頭部４３の外周輪郭を形成する被覆材４Ｂと、その内側に位置する電極芯材４Ａの両方が、凹凸円弧状の輪郭を有する。

プラグ径方向Ｙにおいて、縦溝７の溝幅Ｗは、外周側面４４に開口する縦溝７の最大幅であり、好適には、基部４１の幅Ｗ１（すなわち、直径）よりも小さいことが望ましい。ここでは、例えば、基部４１の幅Ｗ１の１／２程度ないしそれ以下に設定される。縦溝７の形成部位における、電極頭部４３の幅は仮想円Ｃの直径よりも小さくなっており、電極頭部４３の最小幅Ｗ２は、基部４１の幅Ｗ１よりも大きい。縦溝７の溝幅Ｗに対応する仮想円Ｃの輪郭長Ａ１は、２つの縦溝７の間の外周側面４４の輪郭長Ａ２よりも小さいことが望ましい。

このように、縦溝７が形成された電極頭部４３の外形が、仮想円Ｃから大きく外れない範囲で、縦溝７の溝幅Ｗや溝深さを、適宜設定するとよい。このとき、縦溝７が深いほど、最小幅Ｗ２は小さくなり、仮想円Ｃの輪郭から離れる。また、溝幅Ｗが広いほど、輪郭長Ａ１が大きく、輪郭長Ａ２が小さくなり、仮想円Ｃの輪郭から離れる。

図３において、絶縁碍子２の内周面には、基端側の大径部と先端側の小径部との接続部に、基端側へ向けて拡径するテーパ面状の段部２１が形成されており、同様のテーパ面を有する中心電極４の係止部４２が密接している。係止部４２の最外周縁部は、その基端側の電極頭部４３に接続しており、電極頭部４３の外周側及び基端側に充填される導電性シール材６によって、絶縁碍子２の大径部と小径部との間が封止されている。このとき、中心電極４の基部４１と絶縁碍子２の小径部との隙間は、図示しないエンジン燃焼室に開口しているため、導電性シール材６によるシール性を確保することが重要となる。

図１の下図に示すように、中心電極４の係止部４２は、内周縁部４２ａが、内向きに凸となるＲ形状を有して、その先端側の基部４１に接続している。係止部４２の外周縁部は、外向きに凸となるＲ形状を有している。内周縁部４２ａの外周側には、段部２１の内周角部２１ａが位置しており、内周角部２１ａは、内周縁部４２ａに対応するＲ形状を有している。これにより、係止部４２は、内周縁部４２ａから外側の外周縁部へ至る円環状のテーパ面を、実質的な当接面として、段部２１のテーパ面上に係止される。この当接面の最も内側の位置が、内側係止端位置Ｐ１となり、最も外側の位置が、外側係止端位置Ｐ２となる。当接面の有効長Ｌ０は、見かけの斜面長Ｌ１から内周縁部４２ａ及び外周縁部に相当する部分を除いた長さであり、内側係止端位置Ｐ１と外側係止端位置Ｐ２との間の斜面長である。

このとき、縦溝７の形成位置におけるシール性を確保するために、縦溝７は、最大深さとなる最大深さ位置Ｐが、内側係止端位置Ｐ１よりも外側となるように形成される。最大深さ位置Ｐと内側係止端位置Ｐ１との間の距離が大きいほど、縦溝７の形成位置におけるシール長Ｌが長くなる。したがって、組付け時に、加熱により軟化した導電性シール材６が、絶縁碍子２の小径部と基部４１との隙間へ漏れ出るのを抑制することができ、シール性が良好となる。好適には、シール長Ｌが、当接面の有効長Ｌ０に対して、１／４倍～３／４倍（例えば、１／２倍）程度の長さとなるように、適宜設定される。

図１の中図において、電極頭部４３は、軸方向長（すなわち、高さＨ）が径方向長よりも短い扁平形状である。プラグ軸方向Ｘにおいて、電極頭部４３の高さＨは、最短の径方向長（すなわち、プラグ径方向Ｙにおける最小幅Ｗ２）よりも短く、例えば、基部４１の幅Ｗ１と同等程度となっている。係止部４２の高さＨ１は、電極頭部４３の高さＨよりも低くなっている。電極頭部４３の高さＨ、係止部４２の高さＨ１及びテーパ角度は、所望の固着性、シール性が確保できる範囲で、適宜設定することができる。

電極頭部４３に形成される縦溝７の数や大きさは、必ずしも限定されるものではないが、外周側面４４の周方向の２箇所以上、好適には３箇所以上に、プラグ軸Ａを中心とする回転対称形状に均等配置されることが望ましい。これにより、電極頭部４３の周囲に導電性シール材６が均等に充填されて、中心電極４の中心軸のずれを抑制しプラグ軸Ａと同軸に位置させやすくなる。

図３において、絶縁碍子２の内側には、電極頭部４３の外周側及び基端側に、導電性シール材６が充填される。導電性シール材６は、例えば、銅等の導体を含有するガラスからなる。スパークプラグ１を組み立てる際には、絶縁碍子２の内側に、まず中心電極４を基端側から挿入し、中心電極４の係止部４２を、絶縁碍子２の段部２１に係止する。次いで、導電性シール材６となる粉末材料を充填して、中心電極４の電極頭部４３を覆うように配置し、その基端側に、抵抗体１１となる粉末材料を充填する。抵抗体１１の基端側には、導電性シール材６０となる粉末材料及びステム１２が、順に配置される（例えば、図２参照）。

そして、ステム１２が配置された絶縁碍子２を高温に加熱して、充填された粉末材料のガラス層を軟化させ流動性を付与した状態で、絶縁碍子２に対してステム１２を先端側に押圧し、軟化した材料を圧縮しながら組付けを行う。その後、冷却することで、各粉末材料が導電性シール材６、６０及び抵抗体１１となって、絶縁碍子２の内側において固定される。この過程で、電極頭部４３の周囲に充填された導電性シール材６は、外周側面４４と絶縁碍子２の内周面との間、縦溝７の内部に入り込み、基端側からの押圧力により、電極頭部４３及び絶縁碍子２の表面に密着する。このとき、縦溝７は、電極頭部４３の基端側表面４５及び外周側面４４の両方に開口するので、縦溝７の内部に充填される導電性シール材６は、電極頭部４３の外周側及び基端側に充填される導電性シール材６と一体化する。

これにより、電極頭部４３は、その周囲に充填される導電性シール材６に埋設された状態で、絶縁碍子２の内側に固着される。電極頭部４３は、外周に略円弧状の複数の縦溝７を有することにより、導電性シール材６との接合面積が増加して固着性が高まると共に、外周側の導電性シール材６と凹凸嵌合する形状となって、回転方向の固着力が向上する。すなわち、エンジン燃焼室内の燃焼ガス圧や熱、振動等の衝撃力によって、中心電極４に加わる回転方向の力を、電極頭部４３の縦溝７に充填される導電性シール材６が受けて、電極頭部４３の緩み等を抑止し、固着力を保持する。

参考形態として示すように、図４に示す従来構造では、例えば、中心電極１００の電極頭部１０を、大径部１０Ａとその基端側の小径部１０Ｂとの２段構造としている。その場合には、導電性シール材６との接合面積を増加させることはできるものの、回転方向の衝撃力を緩和する構造となっていない。そのため、電極頭部１０に接する導電性シール材６の剥離や破損等により空間が形成されて、導電性シール材６との電気的接続が不良になるおそれがある。また、電極頭部１０の軸方向長が長くなることで、ハウジング３との間の静電容量が増加し、絶縁碍子２に電荷が蓄積しやすくなるために、点火時に容量放電による電流が重畳されて、電極消耗の要因となりやすい。

本形態の構成によれば、電極頭部４３の高さＨを、従来よりも低くした形状においても、強固な固着性を有し、シール性及び導電性を確保することができる。また、絶縁碍子２に保持される電極頭部４３とハウジング３との間の静電容量が低減し、電極消耗が抑制されて、スパークプラグ１の長寿命化が可能になる。あるいは、点火時の放電エネルギを高めることが可能になり、エンジン制御条件範囲が広がることにより、エミッションの改善又は燃費の向上等に寄与できる。

（実施形態２）
本実施形態は、図５に示すごとく、中心電極４の電極頭部４３の形状を、実施形態１と異ならせた形態である。スパークプラグ１の基本構成は、実施形態１と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本実施形態においても、中心電極４の電極頭部４３には、外周側面４４の周方向の４箇所に、プラグ軸方向Ｘに延びる縦溝７が形成されている。さらに、電極頭部４３の基端側表面４５には、４箇所の縦溝７に連通するように、プラグ径方向Ｙに延びる＋溝（すなわち、プラス溝）形状の凹溝７１が形成されている。凹溝７１は、基端側表面４５の中心部から、基端側表面４５に開口する４箇所の縦溝７に向けて４方向へ延びる溝であり、プラグ軸Ａを中心とする回転対称形状（すなわち、４回対称形状）となっている。

凹溝７１は、基端側表面４５から先端側へ略Ｕ字状に凹陥する溝であり、基端側表面４５における溝幅Ｗ３は、略半円弧状の縦溝７の溝幅Ｗよりも狭くなっている。このように、電極頭部４３に、縦溝７に連続する凹溝７１が形成されることにより、電極頭部４３と導電性シール材６との接合面積が向上する。また、凹溝７１が縦溝７と一体的に形成されることにより、組付け時には、電極頭部４３の基端側表面４５に供給される導電性シール材６が、凹溝７１を介して縦溝７に流入する。これにより、軟化した導電性シール材６が、絶縁碍子２の内側の空間に行き渡ると共に、内部の残留空気が追い出されて、縦溝７内に十分な量の導電性シール材６を確実に導入することができる。そして、凹溝７１と縦溝７に充填される導電性シール材６が一体化されて、固着性を向上させる。

これにより、電極頭部４３が、その周囲に充填される導電性シール材６を介して、絶縁碍子２の内側に、より強固に固着される。また、電極頭部４３の外周側に配置される縦溝７に加えて、基端側に配置される凹溝７１が、プラグ軸Ａを中心とする回転対称形状を有するので、回転方向の力に対して、電極頭部４３と導電性シール材６との間の固着強度が向上し、導電性シール材６の剥離や破損等を抑制する効果が高まる。したがって、静電容量の低減による電極消耗の抑制と、耐衝撃性の向上とを高度に両立させて、信頼性の高いスパークプラグ１とすることができる。

なお、凹溝７１の配置や形状は、特に限定されるものではなく、縦溝７の配置や形状に応じて、適宜変更することができる。例えば、縦溝７が周方向の６箇所に形成される場合には、縦溝７は、４方向に延びる＋溝形状に代えて、６方向に延びる放射状の溝とすることができる。

（実施形態３）
本実施形態は、図６～図９に示すごとく、中心電極４の構造を実施形態１と異ならせた形態であり、電極頭部４３及び係止部４２を、基部４１とは別体として構成し、組付けにより一体化している。縦溝７の配置及び形状は、実施形態１と同様とすることができる。スパークプラグ１の基本構成は、実施形態１と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。

図６、図８に示すように、本実施形態では、中心電極４を、一定径の基部４１と、基部４１の一端側に嵌着される大径部４０とで構成する。基部４１は、所定径の電極芯材４Ａの外周を、所定厚さの被覆材４Ｂにて被覆した二層構造となっており、電極頭部４３及び係止部４２となる大径部４０は、電極芯材４Ａのみにて構成され、被覆材４Ｂで被覆されない構成となっている。電極芯材４Ａは、Ｃｕ等の良導電性材料からなり、被覆材４Ｂは、Ｎｉ基合金等の耐熱性材料からなる。

大径部４０は、例えば、プラグ軸方向Ｘの貫通穴を有して、基部４１が電極頭部４３の基端側表面４５に露出する筒状体とすることができる（図６参照）。あるいは、係止部４２側に嵌着穴を有する柱状体として、基部４１が電極頭部４３の基端側表面４５に露出しない構成としてもよい（図８参照）。いずれの場合も、図７、図９に示すように、カシメ組付けによって、大径部４０の外周側面４４に凹部７を形成すると共に、基部４１に組付けることができる。

このとき、エンジン燃焼室からの燃焼ガスに晒される基部４１に対して、大径部４０は、燃焼ガスに晒されない位置にあるので、表面を耐熱性の被覆材４Ｂにて被覆する必要がない。一方、被覆材４ＢとなるＮｉ基合金等が高硬度であるのに対して、電極芯材４ＡとなるＣｕ等はより硬度が低く、加工性が高い。したがって、大径部４０を、電極芯材４Ａにて構成することにより、カシメ組付けを容易に行うことができる。その際、大径部４０の内側に、高硬度の被覆材４Ｂで被覆された基部４１が配置されるので、電極頭部４３としての強度を維持して熱間圧縮加圧に耐えることができる。したがって、大径部４０の過度な変形を抑制することができ、電極頭部４３及び係止部４２におけるシール性、固着性の低下を抑制できる。

具体的には、図７（ａ）に示すように、まず、図６の大径部４０となる筒状体を、電極芯材４Ａを用いて、予め成形すると共に、電極芯材４Ａと被覆材４Ｂからなる二層構造の基部４１を、予め成形する。その後、大径部４０の貫通穴に、基部４１の一端側を圧入して、一体化する。その際には、例えば、圧入工程における縮径分を見込んで、大径部４０の貫通穴に圧入される基部４１の一端側を、他の部分よりもやや大径に成形しておくことが望ましい。

図７（ｂ）に示すように、大径部４０と基部４１とを一体化した後、大径部４０の外周周囲に、複数のカシメ型Ｄを配置して、カシメ加工を行う。カシメ型Ｄの型面は、例えば、実施形態１の縦溝７の形状に対応させた、内向き半円弧状の輪郭を有する柱状に形成されており、縦溝７の形成位置に対応する４箇所に配置される。このとき、４箇所のカシメ型Ｄは、それぞれの型面が大径部４０を取り囲むように位置し、図示しない駆動部によって、プラグ軸Ａに近づく方向に駆動されて、対向する大径部４０の表面に押圧される。

これにより、図７（ｃ）に示すように、大径部４０の外周側面４４の４箇所に、プラグ軸方向Ｘに延びる縦溝７が形成される。同時に、大径部４０の貫通穴の内側に基部４１の外表面が密着して固定され、大径部４０の筒状の基端側表面と、その内側に露出する基部４１の基端側表面とが、電極頭部４３の基端側表面４５を形成する。このように、中心電極４の基部４１と大径部４０とを、別体に構成することにより、基部４１が被覆材４Ｂで被覆された耐熱構造を維持したまま、大径部４０をより加工性の高い電極芯材４Ａで形成してカシメ加工を行い、容易に組付けを行うことができる。

図９に示すように、図８の大径部４０となる柱状体を用いた場合においても、同様の工程でカシメ組付けされる。具体的には、図９（ａ）に示すように、係止部４２側に嵌着穴を有する大径部４０と、二層構造の基部４１とを、同様の材料を用いて予め成形する。次いで、大径部４０の嵌着穴に基部４１を嵌着し、例えば、抵抗溶接により一体化した後、図９（ｂ）に示すように、大径部４０の外周周囲に、複数のカシメ型Ｄを配置して、同様のカシメ加工を行う。

これにより、図９（ｃ）に示すように、大径部４０の外周側面４４の４箇所に、プラグ軸方向Ｘに延びる縦溝７が形成される。この場合には、大径部４０の基端側表面が、電極頭部４３の基端側表面４５を形成し、基部４１の基端側表面は露出しない。このようにしても、中心電極４の基部４１と大径部４０とを別体で構成し、カシメ組付けにより、縦溝７を有する電極頭部４３を、比較的容易に形成することができる。

本実施形態では、電極頭部４３となる大径部４０の外周側面４４に、縦溝７が形成される構成としたが、実施形態２に示したように、さらに、基端側表面４５に凹溝７１を有する構成としてもよい。その場合には、凹溝７１に対応する形状としたカシメ型を、大径部４０の基端側に配置して、同様にカシメ加工することにより、縦溝７と凹溝７１とを同時に形成することができる。

（実施形態４）
本実施形態は、図１０～図１１に示すごとく、中心電極４において、大径部４０の外周側面４４に形成される縦溝７の形状を、実施形態１～３と異ならせた形態である。電極頭部４３及び係止部４２を、基部４１とは別体とし、組付けにより一体化した構成は、実施形態３と同様としている。スパークプラグ１の基本構成は、実施形態１と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。

図１０に示すように、本実施形態の中心電極４は、一定径の基部４１の一端側に、筒状体からなる大径部４０を嵌着した構成であり、電極頭部４３となる大径部４０の外周側面４４には、電極頭部４３の基端側表面４５に開口するように、縦溝７が形成されている。縦溝７は、外周側面４４の４箇所において、プラグ軸方向Ｘに形成されており、その先端側の端部は、係止部４２との接続部の近傍位置まで延びている。その場合には、例えば、先端側の端部において、縦溝７の溝幅Ｗが先端側ほど狭くなり、溝深さが先端側ほど浅くなる、半球面状に形成することができる。

このように、縦溝７が係止部４２に開口しない形状とすることもでき、軸方向長を極力長くすることにより、導電性シール材６の充填量を確保することができる。その際、縦溝７の断面積が先端側へ向けて小さくなるので、導電性シール材６の充填時の圧縮が良好になされる。また、縦溝７が係止部４２に開口しないので、係止部４２の内側の基部４１との隙間へ導電性シール材６が漏れ出すことを抑制する効果が高くなり、係止部４２によるシール面積がより大きくなるので、シール性が向上する。縦溝７の軸方向長（すなわち、基端側表面４５から縦溝７の先端側の端部までの最大長）は、電極頭部４３の高さＨに対して、例えば、１／２倍以上、好適には、３／４倍程度ないしそれ以上長さとすることができる。

図１１に示すように、このような縦溝７も、同様のカシメ組付け工程によって形成することができる。その場合には、図１１（ａ）において、貫通穴を有する筒状体からなる大径部４０と、二層構造の基部４１とを、予め成形して、圧入により一体化した後、図１１（ｂ）において、カシメ型Ｄの形状を、縦溝７の形状に対応するように変更して、カシメ加工する。カシメ型Ｄは、大径部４０に対向する表面形状が、内向き円弧状に形成されると共に、先端側の端部において、半球面状となるように形成される。

これにより、図１１（ｃ）に示すように、大径部４０の外周側面４４の４箇所に、プラグ軸方向Ｘに延び、係止部４２の近傍に至る縦溝７が形成される。ここでは、大径部４０を、貫通穴を有する筒状体としたが（例えば、図６参照）、嵌着穴を有する柱状体（例えば、図８参照）として構成とすることも、もちろんできる。

（実施形態５）
本実施形態は、図１２～図１５に示すごとく、中心電極４において、大径部４０の外周側面４４に形成される縦溝７の形状や配置を、実施形態１～４と異ならせた形態である。ここでは、電極頭部４３及び係止部４２を、実施形態１、２と同様に、基部４１と一体に設けた構成を例示しているが、実施形態３のように、基部４１と別体に設けることもできる。スパークプラグ１の基本構成は、実施形態１と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。

図１２に示す例では、縦溝７の形状を、外周側面４４から内向きに、Ｖ字状に凹陥する形状としている。縦溝７は、プラグ軸方向Ｘにおいて、外周側面４４の４箇所に形成され、電極頭部４３の基端側表面４５に開口すると共に、先端側の係止部４２に開口している。このように縦溝７の形状を変更してもよく、縦溝７の溝幅Ｗや深さ等を適宜設定することで、所望の効果が得られる。

図１３に示す例では、縦溝７の配置を、外周側面４４の４箇所に形成する代わりに、プラグ軸Ａを挟んで対向する２箇所に形成している。縦溝７の形状は、内向き半円弧状としている。このように、少なくとも外周側面４４の２箇所ないしそれ以上に、縦溝７が均等に配置されている構成であればよく、縦溝７の溝幅Ｗや深さ等を適宜設定することで、所望の効果が得られる。

図１４に示す例では、縦溝７の配置を、外周側面４４の８箇所としている。その場合には、実施形態１と同様の内向き半円弧状の４箇所の縦溝７に加えて、２つの内向き半円弧状の縦溝７の間に、外周側面４４から内向きに、略Ｕ字状に凹陥する４箇所の縦溝７ａを形状している。内向きＵ字状の縦溝７ａは、例えば、内向き半円弧状の縦溝７に対して、より狭い溝幅で、より深い溝深さで形成されている。その場合も、縦溝７ａは、プラグ径方向Ｙにおける最大深さ位置Ｐが、係止部４２と段部２１との当接面における内側係止端位置Ｐ１よりも外側となるように（例えば、図１参照）、形成されることが望ましい。

このように縦溝７ａの溝幅を狭くすると、縦溝７の形成箇所をより多くしても、電極頭部４３の外形を大きく変化させることがなく、また、溝深さを深くすることで、導電性シール材６の充填量を増加させて、回転方向の力に対する固着強度を向上させることができる。なお、８箇所の縦溝７の全てを、同じ形状、例えば、内向き半円弧状又は縦溝７ａのような内向きＵ字状とすることもできる。

図１５に示す例では、縦溝７の形状を、外周側面４４から内向きに、所定深さの略矩形溝状に凹陥する形状としている。縦溝７は、プラグ軸方向Ｘにおいて、外周側面４４の４箇所に形成され、例えば、溝深さよりも溝幅Ｗが大きくなる幅広の開口部を有する形状としている。溝幅Ｗは、適宜設定することができるが、好適には、実施形態１と同様に（例えば、図１参照）、隣り合う２つの縦溝７の間における外周側面４４の輪郭長Ａ２に対して、縦溝７の溝幅Ｗに対応する仮想円Ｃの輪郭長Ａ１が、同等以下の大きさとなるようにするのがよい。

このように、縦溝７の形状は、複数の角部を有する形状でもよく、任意に選択することができる。このとき、例えば、溝幅Ｗを比較的広くし、溝深さを比較的浅くすることにより、矩形の角部にも十分な量の導電性シール材６を確実に充填することができ、同様の効果が得られる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態２に示した凹溝７１は、実施形態１に示した縦溝７との組み合わせとしたが、実施形態３以降に示した形状や配置の縦溝７との組み合わせとしてもよい。また、上記実施形態においては、縦溝７をプラグ軸Ａと平行に配置したが、プラグ軸方向Ｘに沿うように形成されていればよく、例えば、縦溝７の長手方向がプラグ軸Ａに対して多少傾斜していてもよい。

上記実施形態においては、縦溝７の溝幅Ｗを、略一定としたが、プラグ軸方向Ｘにおいて、溝幅Ｗが徐々に変化する形状としてもよい。その場合には、溝幅Ｗが先端側へ向けて狭くなるように形成すると、縦溝７に充填される導電性シール材６に圧縮方向の力が作用し、固着性を向上可能となるので好ましい。また、縦溝７の形状は、上記実施形態にて例示した形状に限らず、円又は楕円の一部をなす円弧状、Ｖ字又はＵ字状、矩形等の角部を有する形状やそれらに類似する形等、任意の形状及びそれらを組み合わせた形状とすることができる。

１ スパークプラグ
２ 絶縁碍子
２１ 段部
３ ハウジング
４ 中心電極
４２ 基部
４２ 係止部
４３ 電極頭部
４４ 外周側面
４５ 基端側表面

Claims (7)

1. 筒状のハウジング（３）の内側に保持される筒状の絶縁碍子（２）と、
   上記絶縁碍子の内側に保持されると共に、上記絶縁碍子の先端側から突出する先端部（４１ａ）が、接地電極（５）と対向する中心電極（４）と、
   上記絶縁碍子の内側において、上記中心電極の基端側に充填される導電性シール材（６）及び上記導電性シール材を介して上記中心電極と電気的に接続される抵抗体（１１）と、を有する内燃機関用のスパークプラグ（１）であって、
   上記中心電極は、軸状の基部（４１）の基端側に設けられ、上記絶縁碍子の内周面に形成された段部（２１）に基端側から係止される係止部（４２）と、上記係止部よりも基端側において上記基部よりも大径の柱状に形成され、外周側面（４４）に縦溝（７）を有する電極頭部（４３）とを有し、
   上記縦溝は、上記外周側面の複数箇所においてプラグ軸方向（Ｘ）に形成され、上記電極頭部の基端側表面（４５）に開口すると共に、プラグ径方向（Ｙ）における最大深さ位置（Ｐ）が、上記係止部と上記段部との当接面における内側係止端位置（Ｐ１）よりも外側にある、内燃機関用のスパークプラグ。
2. 上記段部は、上記基部の外側に隙間を有して位置する内周角部（２１ａ）から基端側へテーパ面状に拡がる形状を有し、
   上記内側係止端位置は、基端側へテーパ面状に拡がる形状の上記係止部と、上記段部とが当接する最も内側の位置である、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
3. 上記最大深さ位置は、上記縦溝を形成する凹陥部が最も深くなる位置であり、
   上記縦溝は、上記最大深さ位置（Ｐ）が、上記係止部と上記段部との当接面における外側係止端位置（Ｐ２）よりも内側にある、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
4. 上記電極頭部は、上記導電性シール材に埋設されており、上記電極頭部の外周側及び基端側に充填される上記導電性シール材を介して、上記抵抗体と電気的に接続される、請求項１～３のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
5. 上記電極頭部は、上記基端側表面に、上記縦溝に連通する凹溝（７１）を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
6. 上記中心電極は、上記基部と上記係止部と上記電極頭部とが一体に設けられると共に、電極芯材（４Ａ）の外周表面を耐熱性の被覆材（４Ｂ）にて被覆した二層構造を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
7. 上記中心電極は、上記基部が、電極芯材（４Ａ）の外周表面を耐熱性の被覆材（４Ｂ）にて被覆した二層構造を有し、上記基部の基端側に、上記係止部及び上記電極頭部を含む大径部（４０）を嵌着して構成される、請求項１～５のいずれか１項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。

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