JPH097734A - 側方電極型スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐折損性に優れ、且つ製造が容易な側方電極
型スパークプラグ１の提供。 【構成】 側方電極型スパークプラグ１は、外側電極５
の端部が、中心電極４の側面に対向して火花放電ギャッ
プＧを形成するもので、中心電極４はニッケル合金性で
丸棒状の電極母材４ａと、その先端にレーザ溶接によっ
て接合された丸棒状の貴金属棒４ｂとからなり、外側電
極５の端部は貴金属棒４ｂの側面との間で火花放電ギャ
ップＧを形成する。外側電極５は中心電極４の側面に対
向するため、長さが短く、熱引きに優れ過熱が防がれ、
且つ折損が防止できる。また、電極母材４ａを太くする
ことでレーザ溶接時に電極母材４ａが溶けて破損する不
具合を防ぐことができる。さらに、中心電極４の火花放
電部が丸棒状の貴金属棒４ｂであるため、組付時に中心
電極４と外側電極５との回転方向の位置決めが不要で、
製造が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中心電極の側面と外側
電極の端部との間で火花放電を行なう側方電極型スパー
クプラグに関し、特に中心電極の火花放電部に貴金属を
用いた技術にかかる。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術として、特開平５−１
８２７４１号公報、特開平６−６８９５５号公報、特開
平６−３１０２５６号公報に開示された技術が知られて
いる。特開平５−１８２７４１号公報に開示された技術
は、平行電極型スパークプラグ（中心電極の端面と、略
Ｌ字型に曲折された外側電極の側面との間で火花放電を
行なうスパークプラグ）の中心電極に貴金属を用いる技
術で、平行電極型スパークプラグの中心電極（電極母
材）の端部に貴金属棒を埋め込み接合する技術である。

【０００３】特開平６−６８９５５号公報に開示された
技術は、側方電極型スパークプラグの中心電極に貴金属
を用いる技術で、側方電極型スパークプラグの中心電極
（電極母材）の周囲に貴金属輪を配置し、レーザ溶接に
よって貴金属を中心電極に溶かし込み、中心電極の火花
放電部に貴金属合金部を形成する技術である。

【０００４】特開平６−３１０２５６号公報に開示され
た技術も、側方電極型スパークプラグの中心電極に貴金
属を用いる技術で、側方電極型スパークプラグの中心電
極（電極母材）の側面に、偏平な貴金属チップを接合す
る技術である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平５−１８
２７４１号公報に開示された技術は、平行電極型スパー
クプラグであるため、外側電極が長い。外側電極が長い
と、外側電極の熱が素早く主体金具に伝わり難いため、
過熱し易い。また、外側電極の曲折部より先端側が長い
ため、繰り返し燃焼時の衝撃を受けると折れやすい不具
合があった。

【０００６】また、上述の特開平６−６８９５５号公報
に開示された技術は、火花放電部の電極母材に貴金属を
溶かし込む技術であったため、電極母材の径が細いと
（例えば直径１．５ｍｍ以下）、電極母材自体がレーザ
溶接時の熱で溶けてしまい、火花放電部の径が細い中心
電極は製造が困難となる問題点があった。

【０００７】さらに、上述の特開平６−３１０２５６号
公報に開示された技術は、偏平な貴金属チップを、外側
電極の端部が対向する位置に接合する技術であるため、
スパークプラグの組付時に、中心電極の貴金属チップ
と、外側電極の端部とを対向させるための位置合わせが
必要となり、生産性が悪い問題点があった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、耐折損性に優れるとともに、製造
が容易な側方電極型スパークプラグの提供にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の側方電極型スパ
ークプラグは、次の技術的手段を採用した。 〔請求項１の手段〕側方電極型スパークプラグは、筒状
の主体金具と、この主体金具内に固定された筒状の絶縁
体と、この絶縁体内に固定された中心電極と、前記主体
金具の端部に設けられ、前記中心電極の側面に端部が向
けられた外側電極とを備え、前記中心電極の側面と前記
外側電極の端部との間に火花放電ギャップが形成され
る。そして、前記中心電極は、前記絶縁体内に固定され
たニッケル合金製で棒状の電極母材と、この電極母材の
端部にレーザ溶接によって接合され、前記外側電極の端
部との間に前記火花放電ギャップが形成される貴金属製
で棒状の貴金属棒とを備えることを特徴とする。

【００１０】〔請求項２の手段〕請求項１の側方電極型
スパークプラグにおいて、前記貴金属棒は、断面円形の
棒状を呈し、外径寸法が０．５〜１．５ｍｍの範囲内に
設けられたことを特徴とする。

【００１１】〔請求項３の手段〕請求項１または請求項
２の側方電極型スパークプラグにおいて、前記外側電極
と前記レーザ溶接による接合部との最短長Ａは、前記火
花放電ギャップＧに、限界ギャップ増加量である０．３
ｍｍを加えた長さよりも長いことを特徴とする。

【００１２】〔請求項４の手段〕請求項１または請求項
２の側方電極型スパークプラグにおいて、前記レーザ溶
接による接合部は、前記絶縁体内に埋設され、前記貴金
属の一部が前記絶縁体の先端から突出することを特徴と
する。

【００１３】

【発明の作用および効果】請求項１の側方電極型スパー
クプラグは、外側電極の端部が中心電極の側面に対向す
る構造であるため、外側電極の長さが短い。このため、
外側電極の熱が素早く主体金具に伝わり、外側電極の過
熱が防がれる。また、外側電極の曲折部より先端側の長
さが短いため、慣性質量が大きいことによる外側電極の
曲折部における折損を防ぐことができる。

【００１４】また、火花放電部における中心電極の径は
貴金属棒の径であって、電極母材の径は火花放電部の径
より大きくすることができる。このため、火花放電部に
おける中心電極の径が細い場合であっても、電極母材の
径を大きくすることによって、電極母材に貴金属棒を接
合する際、電極母材がレーザ溶接によって溶損する不具
合を防ぐことができ、製造性に優れる。

【００１５】さらに、電極母材の端部に貴金属棒を接合
し、その貴金属棒の側面が外側電極の端部と対向する構
造であるため、貴金属棒と外側電極との回転方向におけ
る位置合わせが不要となる。つまり、スパークプラグの
組付時に、中心電極と、外側電極の端部との回転方向の
位置合わせが不要となり、組付けが容易となり生産性に
優れる。

【００１６】なお、請求項２で貴金属棒の外径寸法を
０．５〜１．５ｍｍの範囲内に設ける理由は、外径寸法
が０．５ｍｍより細いと、貴金属棒の熱が素早く電極母
材に伝わり難く、貴金属棒が過熱して火花消耗が増大す
る。また、耐久寿命に達する前に貴金属棒が貴金属棒が
消耗し尽くしてしまうためである。一方、外径寸法が
１．５ｍｍより太いと、燃料リーン域（空気過剰域）に
おける着火性が悪いためである。

【００１７】また、請求項３で外側電極とレーザ溶接に
よる接合部との最短長Ａを、火花放電ギャップＧに、限
界ギャップ増加量である０．３ｍｍを加えた長さよりも
長く設けた理由は、貴金属棒が消耗する際、その消耗長
が０．３ｍｍ以上消耗するまで、接合部で火花放電が発
生するのを防ぐためである。

【００１８】さらに、請求項４でレーザ溶接による電極
母材と貴金属棒との接合部を絶縁体内に埋設し、貴金属
の一部を絶縁体の先端から突出させることにより、貴金
属棒が消耗した場合であっても、外側電極と電極母材と
の間で火花放電が発生するのを防ぎ、外側電極と貴金属
棒との間で火花放電を確実に発生させることができる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の側方電極型スパークプラグ
を、図面を用いて説明する。 〔第１実施例の構成〕図１ないし図４は本発明の側方電
極型スパークプラグの第１実施例を説明する図面で、図
１は側方電極型スパークプラグの先端を示す側面図であ
る。

【００２０】側方電極型スパークプラグ１は、ガソリン
エンジン等の内燃機関に締結される略筒状の主体金具
２、この主体金具２の内部に固定された略筒状の絶縁体
３、この絶縁体３の内部に固定された略棒状の中心電極
４、および主体金具２の端部に接合されて中心電極４の
側面に端部が向けられた２つの外側電極５等から構成さ
れる。

【００２１】主体金具２は、図示しない内燃機関に締結
されることでエンジンにアース接地されるもので、その
周囲には内燃機関にネジ込まれるネジ部２ａ、および主
体金具２を締結するための工具が嵌め合わされるボルト
部（図示しない）が形成されている。絶縁体３は、アル
ミナなどのセラミック製の絶縁物で、主体金具２の内部
において中心電極４を絶縁保持する。

【００２２】中心電極４は、絶縁体３の燃焼室側に配置
される棒状のもので、点火装置と接続される端子電極
（図示しない）、およびノイズの発生を低減する抵抗体
（図示しない）を介して点火装置と接続され、点火装置
の発生した高電圧の印加を受ける。

【００２３】この中心電極４は、耐熱性および耐腐食性
に優れたニッケル合金製で棒状の電極母材４ａと、この
電極母材４ａの端面にレーザ溶接によって接合された棒
状の貴金属棒４ｂとからなる。

【００２４】電極母材４ａは、貴金属棒４ｂと接合され
る径が、貴金属棒４ｂの径（後述する）より大径に設け
られている。なお、電極母材４ａは、その軸心部に熱伝
導性に優れた銅や銀などの良熱伝導金属芯（図示しな
い）が埋め込まれている。

【００２５】貴金属棒４ｂは、プラチナを主体とする断
面が円形で棒状の例えばＰｔ−２０Ｉｒ（２０ｗｔ％）
合金で、端部が電極母材４ａの端面の中心部分に貴金属
棒４ｂの端面を当接し、その接合部分にレーザビームを
照射することで電極母材４ａに接合されている。貴金属
棒４ｂの径は、貴金属棒４ｂの耐久性と、理論空燃比以
下のリーン域（空気過剰域）における着火性の確保のた
めに、外径寸法が０．５〜１．５ｍｍの範囲内に設けら
れている。

【００２６】また、貴金属棒４ｂの長さ（軸方向寸法）
は、外側電極５と、レーザ溶接による接合部４ｃとの最
短長Ａを、火花放電ギャップＧに、限界ギャップ増加量
である０．３ｍｍを加えた長さよりも長く設けるため
に、２ｍｍよりも長く設けられている。なお、Ａ＞Ｇ＋
０．３ｍｍとした理由は、側方電極型スパークプラグ１
の長期の使用により貴金属棒４ｂが消耗した際、その消
耗長が０．３ｍｍ以上消耗するまで、接合部４ｃで火花
放電が発生するのを防ぐためである。

【００２７】２つの外側電極５は、それぞれ略Ｌ字形に
曲折された断面略矩形の貴金属棒４ｂで、それぞれの一
端が溶接技術によって主体金具２の端部に接合され、そ
れぞれの他端が貴金属棒４ｂの側面に対向配置されて、
貴金属棒４ｂの側面と２つの外側電極５の他端との間に
所定の火花放電ギャップＧを形成する。

【００２８】〔実験データ〕 （耐久性テストによる比較）本実施例の側方電極型スパ
ークプラグ１（実施例品）と、貴金属棒４ｂを用いない
中心電極４（ニッケル合金製）と２つの外側電極５との
間で火花放電を行なう側方電極型スパークプラグα（第
１比較品）とを用いて耐久テストを行なった。その走行
距離と火花放電ギャップの増加量との関係を図２のグラ
フに示す。なお、実施例品の側方電極型スパークプラグ
１の測定結果を実線Ａ1 に示し、第１比較品の側方電極
型スパークプラグαの測定結果を実線Ｂ1 に示す。この
実験結果で明らかなように、外側電極５と貴金属棒４ｂ
との間で火花放電を行なう実施例品の側方電極型スパー
クプラグ１は、第１比較品の側方電極型スパークプラグ
αに比較して、長期の使用に際しても火花放電ギャップ
の増加が抑えられる。

【００２９】（外側電極５の折損性テストによる比較）
実施例品の側方電極型スパークプラグ１と、第１比較品
の側方電極型スパークプラグαと、平行電極型スパーク
プラグβ（第２比較品、中心電極４の端面と略Ｌ字型に
曲折された外側電極５の側面との間で火花放電を行なう
スパークプラグ）とを用いて、外側電極５の折損テスト
を行なった。これらスパークプラグ１、α、βは、主体
金具先端面から火花放電部までの長さはいずれも等しい
ものである。そして、折損が発生するまでの時間を測定
した結果を図３のグラフに示す。なお、実施例品の側方
電極型スパークプラグ１の測定結果をグラフＡ2 に示
し、第１比較品の側方電極型スパークプラグαの測定結
果をグラフＢ2 に示し、第２比較品の平行電極型スパー
クプラグβの測定結果をグラフＣ2 に示す。

【００３０】側方電極型スパークプラグ１、αは、外側
電極５の端部が中心電極４の側面に対向する構造である
ため、外側電極５の長さが短い。このため、外側電極５
が受ける応力も少なくなり、また、外側電極５の熱が素
早く主体金具２に伝わり、外側電極５の過熱を防ぐこと
ができるため材料強度の低下を軽減できる。従って、第
２比較品の平行電極型スパークプラグβに比較して、外
側電極５の折損を長期に亘って防ぐことができる。

【００３１】（着火性テストによる比較）貴金属棒４ｂ
の直径寸法と、着火する空燃比とを変化させ、着火可能
な空燃比を測定し、その測定結果を図４のグラフに示
す。この実験結果で明らかなように、貴金属棒４ｂの直
径寸法が１．５ｍｍよりも大きいと、燃料リーン域にお
ける着火性が悪く、貴金属棒４ｂの直径寸法が２．０ｍ
ｍ以下に小さくすることで、燃料リーン域での着火性に
優れる。なお、貴金属棒４ｂの直径寸法を０．５ｍｍよ
り小さくすると、貴金属棒４ｂの熱が素早く電極母材４
ａに伝わり難く、貴金属棒４ｂが過熱して火花消耗が増
大し、耐久寿命前に貴金属棒が消耗し尽くしてしまう。

【００３２】〔実施例の効果〕本実施例の側方電極型ス
パークプラグ１は、外側電極５の端部が中心電極４の側
面に対向する構造であるため、外側電極５の長さが短
く、外側電極５の熱が素早く主体金具２に伝わり、外側
電極５の過熱が防がれ、外側電極５の折損を防ぐことが
できる。

【００３３】火花放電部の径は貴金属棒４ｂの径で、電
極母材４ａの径は火花放電を行なう貴金属棒４ｂの径よ
り大きいため、電極母材４ａに貴金属棒４ｂを接合する
際、電極母材４ａがレーザ溶接によって折損する不具合
がなく、製造性に優れる。

【００３４】電極母材４ａの端部に断面円形の貴金属棒
４ｂを接合し、その貴金属棒４ｂの側面が外側電極５の
端部と対向する構造であるため、貴金属棒４ｂと外側電
極５との回転方向における位置合わせが不要となる。こ
のため、スパークプラグ１の組付時に、中心電極４と、
外側電極５の端部との回転方向の位置合わせが不要とな
り、組付けが容易となり生産性に優れる。

【００３５】貴金属棒４ｂの外径寸法を０．５〜１．５
ｍｍの範囲内に設けることによって、燃料リーン域の着
火性が優れるとともに、貴金属棒４ｂの耐久性にも優れ
る。外側電極５とレーザ溶接による接合部４ｃとの最短
長Ａを、火花放電ギャップＧに、限界ギャップ増加量で
ある０．３ｍｍを加えた長さよりも長く設けることによ
って（Ａ＞Ｇ＋０．３ｍｍ）、長期に亘って火花放電を
外側電極５と貴金属棒４ｂとの間で発生させることがで
き、結果的に長期に亘って火花放電ギャップの急激な増
加を防ぐことができる。

【００３６】〔第２実施例〕図５は第２実施例を示す側
方電極型スパークプラグ１の先端を示す断面図である。
上記の第１実施例では、電極母材４ａと貴金属棒４ｂと
の接合部４ｃを絶縁体３の外部に露出させた例を示した
が、本実施例は電極母材４ａと貴金属棒４ｂとの接合部
４ｃを絶縁体３の内部に埋設させ、貴金属棒４ｂの一部
を絶縁体３の先端から突出させたものである。このよう
に、接合部４ｃを絶縁体３の内部に埋設させることによ
り、貴金属棒４ｂが消耗していっても、長期に亘って確
実に火花放電を外側電極５と貴金属棒４ｂとの間で発生
させることができる。

【００３７】〔変形例〕上記の実施例では、外側電極５
を２つ設けた側方電極型スパークプラグ１を例に示した
が、外側電極５が１つ、あるいは３つ以上の側方電極型
スパークプラグに本発明を適用しても良い。貴金属棒４
ｂの外径寸法を０．５〜１．５ｍｍの範囲内に設けた例
を示したが、使用される内燃機関に応じて、貴金属棒４
ｂの外径寸法を０．５〜１．５ｍｍの範囲外に設けても
良い。

【００３８】また、貴金属棒４ｂの長さ（軸方向寸法）
を２ｍｍよりも長く設けることにより、外側電極５とレ
ーザ溶接による接合部４ｃとの最短長Ａを、火花放電ギ
ャップＧに、限界ギャップ増加量である０．３ｍｍを加
えた長さよりも長く設けた例を示したが、外側電極５の
端部の大きさや、使用される内燃機関に応じて、貴金属
棒４ｂの長さを２ｍｍ以下に設けても良い。さらに、貴
金属棒４ｂの材料としては、上記の実施例で示した材料
の他に、Ｐｔ−Ｉｎ−Ｎｉ合金、Ｐｔ−Ｎｉ合金、Ｉｒ
−Ｙ2 Ｏ3 合金など、他の貴金属材料を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】側方電極型スパークプラグの先端の側面図であ
る（第１実施例）。

【図２】耐久性テストの結果を示すグラフである。

【図３】折損性テストの結果を示すグラフである。

【図４】着火性テストの結果を示すグラフである。

【図５】側方電極型スパークプラグの先端の断面図であ
る（第２実施例）。

【符号の説明】

１ 側方電極型スパークプラグ ２ 主体金具 ３ 絶縁体 ４ 中心電極 ４ａ 電極母材 ４ｂ 貴金属棒 ４ｃ 接合部 ５ 外側電極 Ｇ 火花放電ギャップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状の主体金具と、この主体金具内に固定
   された筒状の絶縁体と、この絶縁体内に固定された中心
   電極と、前記主体金具の端部に設けられ、前記中心電極
   の側面に端部が向けられた外側電極とを備え、前記中心
   電極の側面と前記外側電極の端部との間に火花放電ギャ
   ップが形成される側方電極型スパークプラグにおいて、 前記中心電極は、 前記絶縁体内に固定されたニッケル合金製で棒状の電極
   母材と、 この電極母材の端部にレーザ溶接によって接合され、前
   記外側電極の端部との間に前記火花放電ギャップが形成
   される貴金属製で棒状の貴金属棒とを備えることを特徴
   とする側方電極型スパークプラグ。
2. 【請求項２】請求項１の側方電極型スパークプラグにお
   いて、 前記貴金属棒は、断面円形の棒状を呈し、外径寸法が
   ０．５〜１．５ｍｍの範囲内に設けられたことを特徴と
   する側方電極型スパークプラグ。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２の側方電極型スパ
   ークプラグにおいて、 前記外側電極と前記レーザ溶接による接合部との最短長
   Ａは、前記火花放電ギャップＧに、限界ギャップ増加量
   である０．３ｍｍを加えた長さよりも長いことを特徴と
   する側方電極型スパークプラグ。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２の側方電極型スパ
   ークプラグにおいて、 前記レーザ溶接による接合部は、前記絶縁体内に埋設さ
   れ、前記貴金属の一部が前記絶縁体の先端から突出する
   ことを特徴とする側方電極型スパークプラグ。