(57)【要約】【課題】接地電極に突設される発火部を構成する放電部と台座部との接合部位に形成される、溶融部の構造上の形態を規定することで、クラックや剥離等の発生を抑制できるスパークプラグを提供する。【解決手段】発火部８０の中心軸Ｐを含む断面の輪郭線において、溶融部８３の露出面８８は、放電部８１の側面８２および台座部８４の側面８５と接続されている。また、溶融部８３と台座部８４の境界の位置Ｘ１と、溶融部８３と放電部８１の境界の位置Ｘ２とを通る仮想線Ｑが、中心軸Ｐとの交点Ｃにてなす角の外角θは、１３５°≦θ≦１７５°を満たす。さらに、放電部８１の外径Ｓに対する溶融部８３の形成深さＴの割合Ｔ／Ｓが、Ｔ／Ｓ≧０．５を満たす。【選択図】図３
2010177052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、
軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部に前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
当該絶縁碍子を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、
一端部が前記主体金具に接合され、他端部における自身の一側面が前記中心電極の先端部に向き合うように屈曲された接地電極と、
当該接地電極の前記他端部における前記一側面上で、前記中心電極の前記先端部と対向する位置に設けられ、前記一側面から前記中心電極へ向けて突出する発火部と
を備えたスパークプラグにおいて、
前記発火部は、
前記一側面から前記中心電極に向けて突出する台座部と、
前記台座部の突出先端にレーザ溶接によって接合され、自身と前記中心電極の前記先端部との間で火花放電間隙を形成する放電部と、
前記台座部と前記放電部との間に介在し、前記レーザ溶接によって両者の構成材料が互いに溶け合って形成された溶融部と
を有してなるものであり、
前記発火部が前記接地電極の前記一側面から突出する方向に沿う前記発火部の中心軸を含む、前記発火部の任意の断面をみたときに、前記溶融部は、前記発火部の側面から前記中心軸へ向かう形態で形成されており、
前記発火部の前記任意の断面の輪郭線形状をみたときに、前記溶融部は、前記台座部の側面および前記放電部の側面と接続された形状をなしており、
さらに、前記発火部の前記任意の断面において、前記側面のうち一方の側面における、前記台座部と前記溶融部との境界の位置をＸ１、前記放電部と前記溶融部との境界の位置をＸ２としつつ、前記任意の断面のうち前記境界の位置Ｘ１とＸ２との直線距離が最大となる第１断面をみたときに、
前記中心軸と直交する径方向における前記放電部の外径Ｓと、前記放電部と前記溶融部との境界の位置Ｘ２を基準に前記溶融部が前記径方向内向きに延びる長さＴとがＴ／Ｓ≧０．５を満たすとともに、
前記境界の位置Ｘ１およびＸ２を通る仮想線と、前記中心軸とがなす角の外角θが、１３５°≦θ≦１７５°を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記発火部の前記任意の断面であって前記中心軸を中心とし異なる周方向位置にて観察される複数の断面のうち、全周の半数以上の断面が、前記外径Ｓと前記長さＴとがＴ／Ｓ≧０．５を満たすとともに、前記外角θが１３５°≦θ≦１７５°を満たす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】
前記発火部の前記放電部を構成する材料の線膨張係数と、前記台座部を構成する材料の線膨張係数との差が８．１×１０−６［１／Ｋ］以下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】
前記台座部の側面と、前記台座部が設けられる前記接地電極の前記一側面とは、前記発火部の前記中心軸を含む断面の形状が内側に凹んだ曲線形状をなす第１連結部によって連結されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記台座部は、前記接地電極の前記一側面側において、自身の外径が拡径されてなる鍔部を有し、
前記台座部の前記鍔部において前記突出先端側を向く面と、前記鍔部よりも前記突出先端における前記台座部の側面とは、前記発火部の前記中心軸を含む断面の形状が内側に凹んだ曲線形状をなす第２連結部によって連結されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記発火部の前記放電部は、Ｐｔ、Ｉｒ、ＲｈまたはＲｕのうちのいずれかの単一の貴金属からなること、もしくはそれら貴金属のうち少なくともいずれか１つ以上の貴金属を含有する貴金属合金からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接地電極に、中心電極との間で火花放電間隙を形成する針状の発火部が設けられたスパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関から排出される排気ガスによる環境汚染への対策の強化が求められており、排気ガスの清浄化には着火性の向上が寄与することから、接地電極の内面に耐火花消耗性の高い貴金属を用いて形成した電極チップ（放電部）を中心電極へ向けて突き出すように設けたものがある。この構成のスパークプラグでは、従来のものと比べ接地電極を火花放電間隙から遠ざけることができるため、火花放電間隙で形成される火炎核が、その成長過程の初期の段階において接地電極に接触しにくい。このため、火炎核が接地電極と接触して熱を奪われることによりその成長が阻害される、いわゆる消炎作用が低減されるので、スパークプラグの着火性を向上することができる。
【０００３】
このような形態のスパークプラグでは、電極チップに大きな熱負荷がかかるため、放電部と接地電極との接合部位においてクラックや剥離等が生ずる虞がある。そこで、放電部（発火部）と接地電極との接合において、両者間に、両者の中間の線膨張係数を有する中間部材として台座部（突起部）を介在させたものがある。この台座部により、放電部、台座部および接地電極のそれぞれの接合部位において生じ得る熱応力を緩和することで、クラックや剥離等の発生を低減することができる（例えば特許文献１参照。）。また、特許文献１では、電極チップと中間部材との接合を、接合時に過大な圧接力が作用する抵抗溶接では行わず、熱の集中が容易で溶け深さを大きくできると共に、接合後に内部応力が残留しにくいレーザ溶接により行っている。そして、このレーザ溶接によって、電極チップと中間部材との間には、それぞれの構成材料（成分）が混合した溶融部が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０４２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、放電部や台座部は、エンジンの燃焼に伴う熱負荷を受けると膨張し、それぞれにおいて変形を生ずるが、両者間に形成された溶融部の形成位置や大きさ、形状など、構造上の形態によっては、溶融部が放電部や台座部の変形を抑制する構造となってしまう場合があった。特に、溶融部が、放電部の側面と台座部の突出先端側の面とを連結するように形成されていると、放電部が接地電極から突出する突出方向と直交する径方向において、内向きに、溶融部が放電部を支える形態となる。このことは溶融部と台座部との間の界面においても同様であり、溶融部が、放電部や台座部の熱膨張に伴う径方向（特に外向き）への伸張を抑制し、それぞれの界面において内部応力が高まると、クラックや剥離等を生ずる虞があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、接地電極に突設される発火部を構成する放電部と台座部との接合部位に形成される、溶融部の構造上の形態を規定することで、クラックや剥離等の発生を抑制できる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】
【０００７】
本発明に係るスパークプラグは、中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部に前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、一端部が前記主体金具に接合され、他端部における自身の一側面が前記中心電極の先端部に向き合うように屈曲された接地電極と、当該接地電極の前記他端部における前記一側面上で、前記中心電極の前記先端部と対向する位置に設けられ、前記一側面から前記中心電極へ向けて突出する発火部とを備えたスパークプラグにおいて、前記発火部が、以下の特徴を有するものである。まず、前記発火部は、前記一側面から前記中心電極に向けて突出する台座部と、前記台座部の突出先端にレーザ溶接によって接合され、自身と前記中心電極の前記先端部との間で火花放電間隙を形成する放電部と、前記台座部と前記放電部との間に介在し、前記レーザ溶接によって両者の構成材料が互いに溶け合って形成された溶融部とを有してなる。そして、前記発火部が前記接地電極の前記一側面から突出する方向に沿う前記発火部の中心軸を含む、前記発火部の任意の断面をみたときに、前記溶融部は、前記発火部の側面から前記中心軸へ向かう形態で形成されており、前記発火部の前記任意の断面の輪郭線形状をみたときに、前記溶融部は、前記台座部の側面および前記放電部の側面と接続された形状をなしている。さらに、前記発火部の前記任意の断面において、前記側面のうち一方の側面における、前記台座部と前記溶融部との境界の位置をＸ１、前記放電部と前記溶融部との境界の位置をＸ２としつつ、前記任意の断面のうち前記境界の位置Ｘ１とＸ２との直線距離が最大となる第１断面をみたときに、前記中心軸と直交する径方向における前記放電部の外径Ｓと、前記放電部と前記溶融部との境界の位置Ｘ２を基準に前記溶融部が前記径方向内向きに延びる長さＴとがＴ／Ｓ≧０．５を満たすとともに、前記境界の位置Ｘ１およびＸ２を通る仮想線と、前記中心軸とがなす角の外角θが、１３５°≦θ≦１７５°を満たす。
【０００８】
本発明に係るスパークプラグにおいて、溶融部は、発火部の周方向全周にわたって形成されている。つまり、発火部の径方向において、放電部や台座部と溶融部とが層状の配置となる部位では、放電部や台座部は、溶融部によって径方向内向きに保持される形態をなす。したがって、放電部や台座部は、受熱により径方向に伸張（変形）した際に、発火部の周方向に連続して環状をなす溶融部を径方向外向きに押し広げることによる抗力を受け、伸張が抑制される。ここで、発火部の断面の輪郭線形状をみたとき、溶融部は、台座部の側面および放電部の側面と接続された形状をなす。このため、溶融部が、放電部の側面と、発火部の径方向に沿って広がる平面（例えば接地電極の一側面や、台座部の先端面）とを接続する場合に比べ、放電部の径方向外向きの伸張に対する溶融部による抑制を、小さくすることができる。
【０００９】
また、本発明に係るスパークプラグによれば、発火部の第１断面において、位置Ｘ１と位置Ｘ２とを通る仮想線と、発火部の中心軸とがなす角の外角θが、１３５°≦θ≦１７５°を満たすことを規定している。外角θが１８０°未満の場合、溶融部のなすテーパ形状は、位置Ｘ２から位置Ｘ１へ向けて広がる形態となり、位置Ｘ２においては、溶融部が放電部を径方向内向きに押さえる形態となる。外角θが小さくなり、そのテーパの広がり具合が大きくなるほど、溶融部自身が、径方向外向きへの押圧力に対し、耐えやすい構造となる。このため、放電部が受熱し熱膨張による変形が生じた際に、放電部の径方向外向きへの変形が溶融部によって抑制されやすくなり、具体的に、外角θが１３５°より小さくなると、放電部と溶融部との界面において内部応力が高まり、クラックや剥離等を生ずる虞がある。一方、放電部よりも線膨張係数の大きな台座部は、熱膨張による変形が生じた場合に、放電部よりも大きな変形を生ずるため、台座部は、放電部よりも、自身の変形に対する溶融部からの抑制を受けやすい。外角θが１８０°未満で、溶融部のなすテーパ形状が、位置Ｘ２から位置Ｘ１へ向けて広がる形態であっても、台座部は、溶融部による自身の変形に対する抑制の影響を受けやすい。具体的に、外角θが１７５°より大きくなると、台座部と溶融部との界面において内部応力が高まり、クラックや剥離等を生ずる虞がある。
【００１０】
ところで、中心電極の先端部と対向する位置に発火部を配置したが、本発明でいう対向とは、厳密に、先端部と発火部との向かい合う面同志が平行に配置された状態をいうものではなく、また、中心電極と発火部とを厳密に軸合わせした構成を意味するものでもない。すなわち、本発明のスパークプラグに所定の電力を供給したときに中心電極の先端部と発火部との間で火花放電間隙が形成されれば足りる。
【００１１】
さらに、本発明に係るスパークプラグによれば、発火部の任意の断面において、放電部の外径Ｓに対する溶融部の形成深さの割合（溶融部形成割合）をＴ／Ｓとして求めたとき、Ｔ／Ｓ≧０．５を満たすことを規定している。放電部と台座部との間の線膨張係数を有する溶融部を両者間に介在させることは、両者の間において生ずる熱応力を緩和する上で好ましい。溶融部が内向きに延びる長さ（形成深さ）Ｔは、大きいほど、放電部と台座部との間において溶融部の介在する大きさが大きくなるので、両者間に生ずる熱応力が緩和されやすくなる。具体的に、Ｔ／Ｓが０．５以上となるように溶融部を形成すれば、クラックや剥離等の発生を効果的に抑制することができる。
【００１２】
また、本発明に係るスパークプラグにおいて、前記発火部の前記任意の断面であって前記中心軸を中心とし異なる周方向位置にて観察される複数の断面のうち、全周の半数以上の断面が、前記外径Ｓと前記長さＴとがＴ／Ｓ≧０．５を満たすとともに、前記外角θが１３５°≦θ≦１７５°を満たすとよい。上記した、１３５°≦θ≦１７５°およびＴ／Ｓ≧０．５の規定は、第１断面だけでなく、発火部の任意の断面であって中心軸を中心とし異なる周方向位置にて観察される複数の断面のうち、全周の半数以上の断面において満たされることが好ましい。溶融部を形成する際に、発火部の周囲に、例えばスポット溶接を断続的に行った場合、形成される溶融部は、発火部の全周にわたって一様な形状とはなりにくく、レーザ光照射の間隔が大きいほど、溶融部の形状や大きさが断面によって大きく異なる。こうした場合、発火部の任意の断面で、中心軸を中心とし異なる周方向位置にて観察される複数の断面のうち、上記規定の満たされない断面が増えることになる。発火部の上記任意の断面のうち、少なくとも全周の半数以上の断面において上記規定が満たされれば、放電部、台座部および溶融部のそれぞれの界面において部分的に内部応力が高まるところがあっても、その内部応力を分散させやすくなり、クラックや剥離等の発生を効果的に抑制することができる。
【００１３】
また、本発明に係るスパークプラグにおいて、前記発火部の前記放電部を構成する材料の線膨張係数と、前記台座部を構成する材料の線膨張係数との差が８．１×１０−６［１／Ｋ］以下であるとよい。このようにすれば、受熱時に放電部と台座部とが径方向へ伸張（変形）した際に、それぞれと溶融部との界面に生ずる内部応力の差を制限し、内部応力の偏りを抑制することができるので、クラックや剥離等の発生をより効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係るスパークプラグにおいて、前記台座部の側面と、前記台座部が設けられる前記接地電極の前記一側面とは、前記発火部の前記中心軸を含む断面の形状が内側に凹んだ曲線形状をなす第１連結部によって連結されていてもよい。さらに、前記台座部は、前記接地電極の前記一側面側において、自身の外径が拡径されてなる鍔部を有してもよい。この場合、前記台座部の前記鍔部において前記突出先端側を向く面と、前記鍔部よりも前記突出先端における前記台座部の側面とは、前記発火部の前記中心軸を含む断面の形状が内側に凹んだ曲線形状をなす第２連結部によって連結されていてもよい。発火部は接地電極の一側面から突出する形態に設けられるため、その根元部分に第１連結部を設けて肉厚を増せば、例えばエンジンの駆動に伴う振動等を受けた場合でも十分に、その振動による負荷に耐え得る構造を得ることができる。さらに、台座部に鍔部を設けた場合、接地電極の一側面に対し、台座部の接合安定性を高めることができる。そして、その鍔部と、台座部の本体の側面との間に第２連結部を設けて肉厚を増せば、上記同様、発火部が、自身の根元部分にかかる振動等の負荷に十分に耐え得る構造を得ることができ、望ましい。
【００１５】
なお、本発明に係るスパークプラグにおいて、前記発火部の前記放電部は、Ｐｔ、Ｉｒ、ＲｈまたはＲｕのうちのいずれかの単一の貴金属を用いて形成してもよいし、もしくはそれら貴金属のうち少なくともいずれか１つ以上の貴金属を含有する貴金属合金を用いて形成してもよい。中心電極との間で火花放電間隙を形成する放電部を、貴金属または貴金属合金を用いて形成することは、耐酸化性、耐火花消耗性を得る上で望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】スパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】火花放電間隙ＧＡＰ付近を拡大した部分断面図である。
【図３】発火部８０の第１断面を見た図である。
【図４】変形例としての発火部１８０を示す図である。
【図５】変形例としての発火部２８０を示す図である。
【図６】酸化スケールを求める方法を説明するための例として示す発火部３８０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照し、一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。図２は、火花放電間隙ＧＡＰ付近を拡大した部分断面図である。なお、図１，図２において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。
【００１８】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、自身の軸孔１２内の先端側に中心電極２０を保持し、後端側に端子金具４０を保持した絶縁碍子１０を、その径方向周囲を主体金具５０で取り囲んで保持した構造を有する。また、主体金具５０には接地電極３０が接合されており、その他端部（先端部３１）側が中心電極２０の先端部２２と向き合うように屈曲されている。
【００１９】
まず、このスパークプラグ１００の絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、更にその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径されており、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けられた際には、その燃焼室内に曝される。また、脚長部１３と先端側胴部１７との間は段部１５として段状に形成されている。
【００２０】
次に、中心電極２０について説明する。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉを主成分とする合金から形成された母材２４の内部に、その母材２４よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金からなる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。中心電極２０は絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側に保持されており、その先端部２２が、絶縁碍子１０の先端よりも、先端側に突出されている。中心電極２０の先端部２２は、先端側に向かって径小となるように形成されており、その先端部２２の先端面には、耐火花消耗性を向上するため貴金属からなる電極チップ９０が接合されている。
【００２１】
中心電極２０は、絶縁碍子１０の軸孔１２内を後端側に向けて延びており、軸線Ｏ方向に沿って延設される導電性のシール体４およびセラミック抵抗３を経由して、後方（図１における上方）の端子金具４０と電気的に接続されている。そして端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。
【００２２】
次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド（図示外）にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして、自身の内部に絶縁碍子１０を保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、エンジンヘッドの取付孔（図示外）に螺合するねじ山が形成された取付部５２とを備えている。
【００２３】
また、主体金具５０の工具係合部５１と取付部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。そして、シール部５４と取付部５２との間のねじ首の部分には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けた際に、シール部５４の座面と取付孔の開口周縁との間で押し潰されて変形し、両者間を封止することで、取付孔を介したエンジン内の気密漏れを防止するものである。
【００２４】
次に、主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられ、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が介在されており、更に両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周で取付部５２の位置に形成された段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体となる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の軸線Ｏ方向の圧縮長を長くして主体金具５０内の気密性を高めている。
【００２５】
次に、接地電極３０について説明する。接地電極３０は、断面矩形の棒状の電極であり、一端部（基端部３２）が主体金具５０の先端面５７に接合され、軸線Ｏ方向に沿って延びつつ、他端部（先端部３１）において、自身の一側面（内面３３）が中心電極２０の先端部２２と向き合うように、屈曲されている。接地電極３０は、中心電極２０と同様に、インコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉを主成分とする合金からなる。
【００２６】
この接地電極３０の先端部３１には、内面３３から中心電極２０の先端部２２へ向けて突出する発火部８０が設けられている。発火部８０は、中心電極２０の先端部２２（より詳細には先端部２２に接合された電極チップ９０）と対向する位置に設けられており、両者間で火花放電間隙ＧＡＰが形成されている。なお、発火部８０と中心電極２０の先端部２２との対向関係は、両者間で火花放電間隙ＧＡＰが形成されれば足り、必ずしも発火部８０と電極チップ９０の互いの対向面（向き合う面）同士が厳密な対応関係になくともよい。よって、スパークプラグ１００の軸線Ｏと、発火部８０の中心軸Ｐ（図２参照）とが厳密に一致していなくともよい。ここで、発火部８０の中心軸Ｐとは、発火部８０の突出方向（すなわち接地電極３０の内面３３から中心電極２０へ向けて発火部８０が突出する方向）と直交する自身の断面の中央を通り、その突出方向と平行な直線あるいはその近似直線をいう。
【００２７】
図２に示すように、発火部８０は、接地電極３０の内面３３に形成された台座部８４と、その台座部８４に接合された放電部８１とからなる。台座部８４は、接地電極３０の内面３３で、中心電極２０の先端部２２と向き合う位置において、内面３３の一部を先端部２２へ向けて突出させて、柱状に形成したものである。台座部８４の側面８５と、内面３３との合わせ部位には、断面の形状が内側に凹んだ連結部８９が設けられ、この連結部８９を介し、側面８５と内面３３とが連結されている。
【００２８】
放電部８１もまた柱状をなし、台座部８４の突出先端８６に配置された状態でレーザ溶接されることにより、台座部８４と一体に接合されている。放電部８１は、Ｐｔ合金を用いて形成したものであり、耐酸化性および耐火花消耗性に優れる。なお、放電部８１の材料としては、Ｐｔ合金だけでなく、Ｐｔ、Ｉｒ、ＲｈまたはＲｕのうちのいずれかの単一の貴金属を用いてもよいし、もしくはそれら貴金属のうちの少なくともいずれか１つ以上の貴金属を含有する貴金属合金を用いてもよい。そして、放電部８１と台座部８４の合わせ部位には、両者の構成材料（成分）が互いに溶け合って混合された溶融部８３が形成されている。
【００２９】
このように構成された本実施の形態のスパークプラグ１００では、上記のように、発火部８０を構成する放電部８１と台座部８４との接合がレーザ溶接によってなされている。具体的には、以下のように、発火部８０が形成される。接地電極３０に対し、例えばプレス加工や切削加工等を施すことにより、内面３３から突出する台座部８４を形成する。また、貴金属または貴金属合金を用いて柱状の放電部８１を形成し、台座部８４の突出先端８６上に軸方向を揃えて重ねる。台座部８４の外径は、放電部８１の外径よりも若干大きく形成されており、溶接前の状態では、台座部８４上に放電部８１を配置したとき、台座部８４の突出先端８６の一部（縁部分）が放電部８１よりも外方へ突出する形態となる。この状態で、放電部８１と台座部８４との合わせ面を狙うように、放電部８１の側面８２および台座部８４の側面８５（すなわち形成後の発火部８０の側面８７）から中心軸Ｐに向けてレーザ光を照射する。これにより、放電部８１と台座部８４との間に、両者の構成材料が互いに溶け合い混合された溶融部８３が形成される。このとき、放電部８１から突出した突出先端８６の縁部分は溶融され、放電部８１の側面８２と台座部８４の側面８５とが、溶融部８３の露出面８８によって接続されることになる。レーザ溶接は、発火部８０の周りを中心軸Ｐの周方向に一周して行い、放電部８１と台座部８４との間を溶融部８３で接続する。このときのレーザ光の照射は連続的に行っても断続的に行ってもよいが、断続的に行う場合には、発火部８０の外周側から見たときの放電部８１と台座部８４との合わせ面の位置が溶融部８３となるように、レーザ光の照射位置を隣同士重ねることが望ましい。
【００３０】
こうして形成される溶融部８３について、本実施の形態では、発火部８０の中心軸Ｐを含む任意の断面でみたときの形態について、以下のように規定している。まず、溶融部８３は、放電部８１と台座部８４との間において、発火部８０の両側の側面８７それぞれから中心軸Ｐへ向かう形態に形成されている。さらに、その断面において発火部８０の輪郭線形状（つまり発火部８０の露出面８８の断面形状）をみたとき、溶融部８３は、放電部８１の側面８２および台座部８４の側面８５と接続された形態をなす。したがって溶融部８３の露出面８８は、接地電極３０の内面３３とは接続していない。
【００３１】
また、発火部８０の上記任意の断面の輪郭線形状において、発火部８０の一方の側面側で、台座部８４と溶融部８３との境界の位置（断面上における側面８５と露出面８８との境界の位置）をＸ１とする。同様に、放電部８１と溶融部８３との境界の位置（断面上における側面８２と露出面８８との境界の位置）をＸ２とする。次に、位置Ｘ１と位置Ｘ２とを直線で結び、上記任意の断面として想定される複数の断面のうち、位置Ｘ１と位置Ｘ２との直線距離が最大となる断面を選び、発火部８０の第１断面とする。この第１断面を図３に示す。そして、第１断面において、位置Ｘ１と位置Ｘ２とを通る仮想線Ｑを想定し、仮想線Ｑが発火部８０の中心軸Ｐと交差する点Ｃにて、仮想線Ｑと中心軸Ｐとがなす角の外角θを求める。このとき、本実施の形態では、１３５°≦θ≦１７５°を満たすことを規定している。
【００３２】
Ｐｔ合金からなる放電部８１は、Ｎｉ合金からなる接地電極３０ならびに台座部８４よりも、線膨張係数が小さく、両者の構成材料を混合した溶融部８３は、線膨張係数が、両者の間の値をとる。エンジン駆動によって発火部８０が受熱した場合、溶融部８３も含め、放電部８１や台座部８４が熱による変形を生じ、伸張することになる。中心軸Ｐ方向については、放電部８１、溶融部８３および台座部８４が層状の配置となっており、また、放電部８１が火花放電間隙ＧＡＰに面していているため、中心軸Ｐ方向へ放電部８１、溶融部８３および台座部８４が伸張（変形）しても、その伸張に対する抑制は受けにくい。一方、溶融部８３が、発火部８０の側面８７を一周しつつ径方向内向きに形成されていることにより、中心軸Ｐの径方向において、放電部８１や台座部８４と溶融部８３とが層状の配置となる部位では、放電部８１や台座部８４は、溶融部８３によって径方向内向きに保持される形態をなす。このため、放電部８１や台座部８４が径方向に伸張（変形）した場合、その伸張は、溶融部８３によって抑制を受ける。
【００３３】
溶融部８３の露出面８８の断面形状について、位置Ｘ１と位置Ｘ２とを結ぶ方向（仮想線Ｑの延びる方向）に着目すると、位置Ｘ２においては、上記の外角θが小さくなるほど、その方向のうち径方向内向きの成分が大きくなる。溶融部８３がテーパ状をなせば、溶融部８３は、台座部８４よりも小径の放電部８１を径方向内向きに押さえる形態となる。そして、そのテーパの広がり具合が大きくなるほど、溶融部８３自身は、径方向外向きへの押圧力に対し、耐えやすい構造となる。このため、放電部８１が受熱し熱膨張による変形が生じた際に、放電部８１の径方向外向きへの変形は、上記のように、溶融部８３によって抑制されやすくなる。このため、放電部８１と溶融部８３との界面では内部応力が高まり、後述する実施例１によれば、外角θが１３５°より小さくなると、クラックや剥離等を生ずる虞がある。
【００３４】
一方、台座部８４は、放電部８１よりも線膨張係数が大きく、熱膨張による変形が生じた場合、台座部８４は、放電部８１よりも大きな変形を生ずる。溶融部８３の露出面８８の断面形状について、位置Ｘ１と位置Ｘ２とを結ぶ方向（仮想線Ｑの延びる方向）に着目すると、位置Ｘ１においては、上記の外角θが大きくなるほど、その方向のうち径方向外向きの成分が小さくなる。つまり、位置Ｘ１において、台座部８４は、外角θが大きくなるほど、自身の変形に対する溶融部８３からの抑制を受けやすくなる。台座部８４は、放電部８１よりも熱膨張による変形が大きいため、外角θが１８０°未満であっても、溶融部８３による自身の変形に対する抑制の影響を受けやすい。このため、後述する実施例１によれば、外角θが１７５°より大きくなると、台座部８４と溶融部８３との界面において内部応力が高まり、クラックや剥離等を生ずる虞がある。
【００３５】
次に、発火部８０の上記任意の断面（便宜上、図３の第１断面を用いて説明する。）において、発火部８０の中心軸Ｐに対する径方向における放電部８１の外径をＳとする。また、位置Ｘ２（断面上における放電部８１の側面８２と溶融部８３の露出面８８との境界の位置）を基準とし、溶融部８３が径方向内向きに延びる長さ（形成深さ）をＴとする。なお、溶融部８３は、上記のように、発火部８０の側面８７から中心軸Ｐへ向けて形成されており、その形成深さが中心軸Ｐに達していなければ、図３に示すように、発火部８０の断面において、中心軸Ｐよりも左側と右側とに二分される。したがって、発火部８０の断面において溶融部８３が径方向内向きに延びる長さＴを、中心軸Ｐよりも左側で径方向内向きに延びる長さＴ１と、中心軸Ｐよりも右側で径方向内向きに延びる長さＴ２との合計の長さとして定義する。そして、放電部８１の外径Ｓに対する溶融部８３の形成深さの割合（溶融部形成割合）をＴ／Ｓとして求めたとき、本実施の形態では、Ｔ／Ｓ≧０．５を満たすことを規定している。
【００３６】
放電部８１と台座部８４との間の線膨張係数を有する溶融部８３を、両者間に介在させることは、両者の間において生ずる熱応力の緩和の面で好適である。発火部８０の径方向において溶融部８３が位置Ｘ２から内向きに延びる長さＴは、大きいほど、放電部８１と台座部８４との間において溶融部８３の介在する大きさが大きくなるので、両者間に生ずる熱応力が緩和されやすくなり、クラックや剥離等の発生を効果的に抑制することができる。後述する実施例２によれば、Ｔ／Ｓが小さくなるほど、発火部８０の断面上において、放電部８１、台座部８４および溶融部８３のそれぞれの界面に生じたクラックの大きさの割合（酸化スケール）が大きくなる傾向がみられた。そしてＴ／Ｓが０．５以上となるように溶融部８３を形成すれば、酸化スケールを５０％未満に抑えることができることがわかった。
【００３７】
また、上記の規定、すなわち１３５°≦θ≦１７５°およびＴ／Ｓ≧０．５は、第１断面だけでなく、発火部８０の任意の断面であって中心軸Ｐを中心とし異なる周方向位置にて観察される複数の断面のうち、全周の半数以上の断面において満たされることが好ましい。溶融部８３を形成する際に、発火部８０の周囲に、例えばスポット溶接を断続的に行った場合、形成される溶融部８３は、発火部８０の全周にわたって一様な形状とはなりにくく、レーザ光照射の間隔が大きいほど、溶融部８３の形状や大きさが断面によって大きく異なる。こうした場合、発火部８０の任意の断面であって中心軸Ｐを中心とし異なる周方向位置にて観察される複数の断面のうち、上記規定の満たされない断面が増えることになる。発火部の上記任意の断面のうち、少なくとも全周の半数以上の断面において上記規定が満たされれば、放電部８１、台座部８４および溶融部８３のそれぞれの界面において部分的に内部応力が高まるところがあっても、その内部応力を分散させやすくなり、クラックや剥離等の発生の抑制に効果を奏する。
【００３８】
なお、後述する実施例１の結果によると、放電部８１を構成する材料の線膨張係数と、台座部８４を構成する材料の線膨張係数との差が、８．１×１０−６［１／Ｋ］以下となるように、それぞれの構成材料の選定を行うとよい。このようにすれば、受熱時に放電部８１と台座部８４とが径方向へ伸張（変形）した際に、それぞれと溶融部８３との界面に生ずる内部応力の差を制限し、内部応力の偏りを抑制できるので、クラックや剥離等の発生をより効果的に抑制することができる。
【００３９】
さらに本実施の形態では、上記したように、台座部８４の側面８５と、接地電極３０の内面３３との間を連結部８９によって連結している。発火部８０は接地電極３０の内面３３から突出する形態に設けられるため、例えばエンジンの駆動に伴う振動等を受けた場合、その振動による負荷が、発火部８０の根元部分にかかりやすい。ここで、放電部８１の側面８２と接地電極３０の内面３３とを接続する形態で溶融部８３を形成すれば、発火部８０の根元部分の肉厚が増し、溶融部８３が発火部８０を支える形態となるため、発火部８０は、根元部分にかかる負荷に対し十分に耐え得る構造を得られる。しかし、本実施の形態では、溶融部８３と放電部８１および台座部８４との界面にかかる内部応力の影響を低減するため、溶融部８３の露出面８８が、放電部８１の側面８２および台座部８４の側面８５と接続される形態としている。こうしたことから、発火部８０が、自身の根元部分にかかる負荷に耐え得る構造を得るには、上記のように、台座部８４の側面８５と、接地電極３０の内面３３との間に連結部８９を有するとよい。
【００４０】
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、放電部８１と台座部８４との接合をレーザ溶接により行ったが、電子ビーム溶接を施してもよい。また、レーザ溶接は、厳密に、放電部８１と台座部８４との合わせ面を狙って中心軸Ｐと直交する方向からレーザ光を照射することにより行うものに限らない。例えば、中心軸Ｐに対し斜め方向から放電部８１と台座部８４との合わせ面を狙ってレーザ光を照射して、溶融部８３を形成してもよい。
【００４１】
また、図４に示す、発火部１８０のように、放電部８１と台座部８４との間に形成する溶融部１８３の形成深さが中心軸Ｐに達し、発火部１８０の断面において中心軸Ｐよりも一方側の部分と他方側の部分とが連続する形態の溶融部１８３を形成してもよい。
【００４２】
また、図５に示す、発火部２８０のように、台座部２８４と接地電極２３０とを別体に形成し、台座部２８４と接地電極２３０とを、例えば抵抗溶接により接合し、台座部２８４と放電部２８１とを、本実施の形態と同様、レーザ溶接により溶融部２８３を形成して接合してもよい。そして、放電部２８１と台座部２８４との接合において、上記した各規定が満たされるとよい。また、台座部２８４については、接地電極２３０側の端部に、自身の外径を拡径した鍔部２７４を有してもよい。この鍔部２７４を接地電極２３０の内面２３３に接合することで、接合面積を広く確保でき、より安定した接合性が得られる。また、この鍔部２７４の側面２７５と接地電極２３０の内面２３３との間に、上記同様の連結部２８９を設ければ、発火部２８０が、自身の根元部分にかかる負荷（振動等）に耐え得る構造を得ることができる。さらに、鍔部２７４の先端面２７６（発火部の突出先端側を向く面）と、台座部２８４の側面２８５との間にも、両者を連結し断面の形状が内側に凹んだ連結部２７９を設ければ、発火部２８０が、台座部２８４と鍔部２７４との境目付近にかかる負荷に耐え得る構造を得られ、望ましい。
【実施例１】
【００４３】
このように、スパークプラグ１００の接地電極３０に設けた発火部８０に形成される溶融部８３の形態に規定を設けたことによる効果を確認するため評価試験を行った。まず、溶融部８３の露出面８８の傾き加減（外角θによる。）と耐剥離性との関係、および、発火部８０を構成する放電部８１の形成材料と台座部８４の形成材料の線膨張係数の差と耐剥離性との関係について、評価を行った。この評価試験では、１０００℃における線膨張係数が、８．３，９．７，１０．４，１３．４（×１０−６）［１／Ｋ］の４種類の貴金属合金からなる材料を用意し、それぞれの材料から外径Ｓを０．７ｍｍにした放電部を作製した。また、１０００℃における線膨張係数が１７．８×１０−６［１／Ｋ］のＮｉ合金を用いて接地電極を作製し、その内面に対しプレス加工を施して台座部を形成した。そして台座部上に放電部を配置し、両者の側面から合わせ面に向けてレーザ光を照射して、一周にわたるレーザ溶接を行って両者を接合して、内面に発火部が形成された接地電極の評価材（サンプル）を作製した。なお、台座部と放電部との間に形成した溶融部が、その形成深さ（径方向内向きに延びる長さＴ）が、Ｓ／Ｔ＝１を満たしつつ（つまり、発火部の断面において中心軸Ｐよりも一方側の溶融部と他方側の溶融部とが連続する形態となるようにしつつ）、外角θが適宜異なるように、レーザ光の照射位置や照射角度、出力、照射時間などを調整した。そして作製された各サンプルそれぞれについて、位置Ｘ１と位置Ｘ２との間の直線距離が最大となる部分を特定し、仮想線Ｑと中心軸Ｐとがなす角の外角θを測定した。
【００４４】
次に、各サンプルそれぞれに対し、机上で加熱冷却試験を行った。各サンプルを発火部ごとバーナーで到達温度が１１００℃となるように２分間加熱したあと大気温雰囲気で１分間冷却（徐冷）し、これを１サイクルとして１０００サイクル行った。その後、各サンプルの発火部を、中心軸Ｐを通る断面で切断し、拡大鏡を用いて溶融部の観察を行った。そして溶融部において、クラックや剥離等の生じた部分を観察し、発生箇所を、放電部と溶融部との境界付近、台座部と溶融部との境界付近に分類し、それぞれ、径方向における長さを測定した。
【００４５】
ここで、図６に示す、サンプルの発火部３８０を例に説明すると、発火部３８０の中心軸Ｐを含む断面において、中心軸Ｐを境に径方向の一方側（図６では左側）で、放電部３８１と溶融部３８３との境界の位置（側面３８２と露出面３８８との境界の位置）Ｘ２を基準に、溶融部３８３が径方向内向きに延びる長さをＴ１、他方側（図６では右側）においてはＴ２とする。また、中心軸Ｐを境に径方向の一方側で、放電部３８１と溶融部３８３との境界側に生じたクラックや剥離が径方向に延びる長さをＡ１とし、他方側においてはＡ２とする。そして、放電部３８１と溶融部３８３との境界側において生じたクラックや剥離の長さの割合（酸化スケール）を、以下の式により求める。
｛（Ａ１＋Ａ２）／（Ｔ１＋Ｔ２）｝×１００［％］・・・（１）
【００４６】
次に、上記同様、中心軸Ｐを境に径方向の一方側で、台座部３８４と溶融部３８３との境界の位置（側面３８５と露出面３８８との境界の位置）Ｘ１を基準に、溶融部３８３が径方向内向きに延びる長さをＵ１、他方側においてはＵ２とする。また、中心軸Ｐを境に径方向の一方側で、台座部３８４と溶融部３８３との境界側に生じたクラックや剥離が径方向に延びる長さをＢ１とし、他方側においてはＢ２とする。そして、台座部３８４と溶融部３８３との境界側において生じた酸化スケールを、以下の式により求める。
｛（Ｂ１＋Ｂ２）／（Ｕ１＋Ｕ２）｝×１００［％］・・・（２）
【００４７】
（１）の式により得られた放電部３８１と溶融部３８３との境界側に生じたクラックや剥離の長さの割合と、（２）の式により得られた台座部３８４と溶融部３８３との境界側に生じたクラックや剥離の長さの割合とを比較する。そして２種類のクラックや剥離の長さの割合のうち、大きい方を、その発火部における酸化スケールとして採用する。
【００４８】
発火部の酸化スケールが２５％未満の場合、クラックや剥離が発生しても問題ないとして「◎」と評価し、２５％以上５０％未満の場合は、影響が少ないとして「○」と評価した。しかし、酸化スケールが５０％以上であった場合、放電部が脱落する虞があるとして「×」と評価した。この評価試験の結果を、仮想線Ｑと中心軸Ｐとがなす角の外角θの大きさ、および、放電部の形成材料と台座部の形成材料との線膨張係数差により分類し、表１に示した。
【００４９】
【表１】
2010177052.tif 000003
【００５０】
表１に示すように、仮想線Ｑと中心軸Ｐとがなす角の外角θの大きさが１３５°未満のサンプルは、いずれも、発火部の酸化スケールが５０％以上となった。また、外角θの大きさが１７５°を越えるサンプルについても、そのほとんどのサンプルが、発火部の酸化スケールは５０％以上となり、耐剥離性の面において望ましくないことがわかった。一方、外角θが１３５°以上１７５°以下のサンプルについては、いずれも、発火部の酸化スケールが５０％未満となり、耐剥離性において良好な結果を得られることが確認できた。また、外角θが１３５°以上１７５°以下のサンプルの中でも、放電部の形成材料と台座部の形成材料の線膨張係数の差が８．１×１０−６［１／Ｋ］以下のサンプルは、発火部の酸化スケールが２５％未満に留まった。したがって、放電部の形成材料と台座部の形成材料の線膨張係数の差を８．１×１０−６［１／Ｋ］とすれば、耐剥離性においてさらに良好な結果を得られることが確認できた。
【実施例２】
【００５１】
次に、溶融部８３が径方向内向きに延びる長さ（形成深さ）と耐剥離性との関係について評価を行った。この評価試験では、１０００℃における線膨張係数が１０．４×１０−６［１／Ｋ］のＰｔ合金からなる材料を用い、外径Ｓを０．７ｍｍおよび１．２ｍｍにした２種類の放電部を作製した。また、１０００℃における線膨張係数が１７．８×１０−６［１／Ｋ］のＮｉ合金を用いて接地電極を作製し、その内面に対しプレス加工を施して台座部を形成した。この台座部上に放電部を配置し、両者の側面から合わせ面に向けてレーザ光を照射し、一周にわたるレーザ溶接を行って両者を接合して、内面に発火部が形成された接地電極の評価材（サンプル）を作製した。このとき、レーザ光の出力（強度）を適宜異ならせ、形成される溶融部の形成深さが適宜異なるようにした。そして、実施例１と同様に、仮想線Ｑと中心軸Ｐとがなす角の外角θの大きさを測定し、１３５°≦θ≦１７５°を満たすサンプルを、評価対象として抽出した。
【００５２】
次に、抽出した各サンプルそれぞれに対し、実施例１と同様の加熱冷却試験を行った。その後、各サンプルの発火部を、中心軸Ｐを通る断面で切断し、拡大鏡を用いて溶融部の観察を行い、溶融部の形成深さ（径方向内向きに延びる長さＴ）の測定を行い、溶融部形成割合Ｔ／Ｓを求めた。さらに、各サンプルの溶融部において、クラックや剥離等の生じた部分を観察し、発生箇所を、放電部と溶融部との境界付近、台座部と溶融部との境界付近に分類し、それぞれ、径方向における長さを測定した。そして上記した（１）および（２）の式を用いて発火部に生じたクラックや剥離の長さの割合（酸化スケール）を求め、実施例１と同様の評価を行った。この評価試験の結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】
2010177052.tif 000004
【００５４】
表２に示すように、溶融部形成割合Ｔ／Ｓが０．７０以上のサンプル３，４，７，８では酸化スケールが２５％未満となり、耐剥離性において良好な結果を得られることが確認できた。また、サンプル２，６のように、溶融部形成割合Ｔ／Ｓが０．５０以上であれば酸化スケールを５０％未満に抑えることができることがわかった。しかし、サンプル１，５のように、溶融部形成割合Ｔ／Ｓが０．５０未満であると、発火部の酸化スケールが５０％以上となり、耐剥離性の面において望ましくないことがわかった。
【符号の説明】
【００５５】
１０    絶縁碍子
１２    軸孔
２０    中心電極
３０    接地電極
３１    先端部
３３    内面
５０    主体金具
８０，１８０，２８０  発火部
８１    放電部
８２    側面
８３    溶融部
８４    台座部
８５，２８５  側面
８６    突出先端
８７    側面
８９，２８９  連結部
１００    スパークプラグ
２７４    鍔部
２７６    先端面
２７９    連結部
【図１】
2010177052.tif 000005
【図２】
2010177052.tif 000006
【図３】
2010177052.tif 000007
【図４】
2010177052.tif 000008
【図５】
2010177052.tif 000009
【図６】
2010177052.tif 000010