(57)【要約】【課題】接地電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることのできる技術を提供する。【解決手段】スパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に設けられた中心電極と、絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、一端が主体金具の先端部に取り付けられ、他端が中心電極の先端部と対向する接地電極と、接地電極の中心電極の先端部と対向する面に設けられ、中心電極との間で火花放電間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、を備える。貴金属チップを放電面に垂直な方向から見た場合において、貴金属チップの外周には、接地電極と貴金属チップとが溶け合って形成された溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されている。溶融部のうち接地電極の他端側に形成されている部分が接地電極の中心電極の先端面と対向する面の他端側縁と接している。【選択図】図３
2010238499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、
一端が前記主体金具の先端部に取り付けられ、他端が前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面に設けられ、前記中心電極との間で火花放電間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、
を備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップを前記放電面に垂直な方向から見た場合において、
前記貴金属チップの外周には、前記接地電極と前記貴金属チップとが溶け合って形成された溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されており、
前記溶融部のうち前記接地電極の他端側に形成されている部分が前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面の他端側縁と接していることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項２】
軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、
一端が前記主体金具の先端部に取り付けられ、他端が前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面に設けられ、前記中心電極との間で火花放電間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、
を備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップを前記放電面に垂直な方向から見た場合において、
前記貴金属チップの一部は、前記接地電極の他端から突出しており、
前記貴金属チップの外周のうち、前記接地電極の他端から突出している部分を除く外周部分には、前記接地電極と前記貴金属チップとが溶け合って形成された溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項３】
軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、
一端が前記主体金具の先端部に取り付けられ、他端が前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面に設けられ、前記中心電極との間で火花放電間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、
を備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップを前記放電面に垂直な方向から見た場合において、
前記貴金属チップは、前記貴金属チップの外周部分の一部と前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面の他端側縁とが一致するように配置されており、
前記貴金属チップの外周のうち、前記接地電極の他端側を除く外周部分には、前記接地電極と前記貴金属チップとが溶け合って形成された溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップを前記放電面に垂直な方向から見た場合において、
前記貴金属チップの外周に形成されている前記溶融部の幅は、前記接地電極の他端に近づくにしたがって次第に厚くなっていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項５】
請求項４に記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向における前記溶融部の深さは、前記接地電極の他端に近づくにしたがって次第に深くなっていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記溶融部は、前記接地電極と前記貴金属チップとの境界に高エネルギービームが連続的に照射されることによって形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項７】
請求項６に記載のスパークプラグであって、
前記高エネルギービームは、ファイバーレーザまたは電子ビームであることを特徴とする、スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スパークプラグの接地電極に貴金属チップを接合する方法としては、例えば、以下の特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に開示された方法では、貴金属チップの外周部に対してレーザーを断続的に照射することによって略円形の溶接ビードを複数形成し、その略円形の溶接ビードを重なり合わせることによって溶融部を形成する。しかしこの方法では、溶接ビードの重なり部分から酸化スケールが進展し、接地電極と貴金属チップとの溶接強度が低下するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１０３０４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、接地電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることのできる技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
【０００７】
[適用例１]
軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、
一端が前記主体金具の先端部に取り付けられ、他端が前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面に設けられ、前記中心電極との間で火花放電間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、
を備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップを前記放電面に垂直な方向から見た場合において、
前記貴金属チップの外周には、前記接地電極と前記貴金属チップとが溶け合って形成された溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されており、
前記溶融部のうち前記接地電極の他端側に形成されている部分が前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面の他端側縁と接していることを特徴とする、スパークプラグ。
適用例１のスパークプラグでは、相互の境界を持たず連続的に形成された溶融部によって接地電極と貴金属チップとが溶接されているため、溶融部付近における酸化スケールの発生を抑制し、接地電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。また、溶融部のうち接地電極の他端側に形成されている部分が接地電極の中心電極の先端面と対向する面の他端側縁と接するように、貴金属チップが配置されているため、接地電極に起因する消炎作用を抑制することができ、スパークプラグの着火性能を向上させることができる。
【０００８】
[適用例２]
軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、
一端が前記主体金具の先端部に取り付けられ、他端が前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面に設けられ、前記中心電極との間で火花放電間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、
を備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップを前記放電面に垂直な方向から見た場合において、
前記貴金属チップの一部は、前記接地電極の他端から突出しており、
前記貴金属チップの外周のうち、前記接地電極の他端から突出している部分を除く外周部分には、前記接地電極と前記貴金属チップとが溶け合って形成された溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
適用例２のスパークプラグでは、相互の境界を持たず連続的に形成された溶融部によって接地電極と貴金属チップとが溶接されているため、溶融部付近における酸化スケールの発生を抑制し、接地電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。また、貴金属チップの一部が接地電極の他端から突出しているため、接地電極に起因する消炎作用を抑制することができ、スパークプラグの着火性能を向上させることができる。
【０００９】
[適用例３]
軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、
一端が前記主体金具の先端部に取り付けられ、他端が前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面に設けられ、前記中心電極との間で火花放電間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、
を備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップを前記放電面に垂直な方向から見た場合において、
前記貴金属チップは、前記貴金属チップの外周部分の一部と前記接地電極の前記中心電極の先端部と対向する面の他端側縁とが一致するように配置されており、
前記貴金属チップの外周のうち、前記接地電極の他端側を除く外周部分には、前記接地電極と前記貴金属チップとが溶け合って形成された溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
適用例３のスパークプラグでは、相互の境界を持たず連続的に形成された溶融部によって接地電極と貴金属チップとが溶接されているため、溶融部付近における酸化スケールの発生を抑制し、接地電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。また、貴金属チップが、貴金属チップの外周部分の一部と接地電極の中心電極の先端面と対向する面の他端側縁とが一致するように配置されているため、接地電極に起因する消炎作用を抑制することができ、スパークプラグの着火性能を向上させることができる。さらに、貴金属チップの外周のうち、接地電極の他端側には溶融部が形成されていないので、耐火花消耗性の低下を抑制することができる。
【００１０】
[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記貴金属チップを前記放電面に垂直な方向から見た場合において、
前記貴金属チップの外周に形成されている前記溶融部の幅は、前記接地電極の他端に近づくにしたがって次第に厚くなっていることを特徴とする、スパークプラグ。
適用例４のスパークプラグによれば、接地電極及び貴金属チップに発生する熱応力を溶融部によって適切に緩和することができるため、酸化スケールの発生を抑制し、接地電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。
【００１１】
[適用例５]
適用例４に記載のスパークプラグであって、
前記軸線方向における前記溶融部の深さは、前記接地電極の他端に近づくにしたがって次第に深くなっていることを特徴とする、スパークプラグ。
適用例５のスパークプラグによれば、接地電極及び貴金属チップに発生する熱応力を溶融部によって適切に緩和することができるため、酸化スケールの発生を抑制し、接地電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。
【００１２】
[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記溶融部は、前記接地電極と前記貴金属チップとの境界に高エネルギービームが連続的に照射されることによって形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
適用例６のスパークプラグでは、溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されるため、溶融部付近の酸化スケールの発生を抑制することができる。
【００１３】
[適用例７]
適用例６に記載のスパークプラグであって、
前記高エネルギービームは、ファイバーレーザまたは電子ビームであることを特徴とする、スパークプラグ。
適用例７のスパークプラグによっても、溶融部が相互の境界を持たず連続的に形成されるため、溶融部付近の酸化スケールの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。
【図３】第１実施形態としてのスパークプラグ１００の先端付近を拡大して示す説明図である。
【図４】第２実施形態としてのスパークプラグ１００ｂの先端付近を拡大して示す説明図である。
【図５】第３実施形態としてのスパークプラグ１００ｃの先端付近を拡大して示す説明図である。
【図６】第４実施形態としてのスパークプラグ１００ｄの先端付近を拡大して示す説明図である。
【図７】第５実施形態としてのスパークプラグ１００ｅの先端付近を拡大して示す説明図である。
【図８】第６実施形態としてのスパークプラグ１００ｆの先端付近を拡大して示す説明図である。
【図９】冷熱試験の結果を示す表である。
【図１０】着火性試験に用いたサンプルのスパークプラグを示す図と、着火性試験の結果を示す図である。
【図１１】その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｇの先端付近を拡大して示す説明図である。
【図１２】その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｈの先端付近を拡大して示す説明図である。
【図１３】その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｉの先端の断面を拡大して示す説明図である。
【図１４】その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｊの先端の断面を拡大して示す説明図である。
【００１５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、スパークプラグの製造方法および製造装置、製造システム等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の一態様であるスパークプラグの実施の形態を、以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態：
Ｂ．第２実施形態：
Ｃ．第３実施形態：
Ｄ．第４実施形態：
Ｅ．第５実施形態：
Ｆ．第６実施形態：
Ｇ．酸化スケールの発生に関する実験例：
Ｈ．着火性に関する実験例：
Ｉ．その他の実施形態：
【００１７】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線方向ＯＤ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】
スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、主体金具５０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０とを備えている。中心電極２０は、絶縁碍子１０内に軸線方向ＯＤに延びた状態で保持されている。絶縁碍子１０は、絶縁体として機能しており、主体金具５０は、この絶縁碍子１０を保持している。端子金具４０は、絶縁碍子１０の後端部に設けられている。なお、中心電極２０と接地電極３０の構成については、図２において詳述する。
【００１９】
絶縁碍子１０は、アルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線方向ＯＤへ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線方向ＯＤ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、さらにその先端側胴部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、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には段部１５が形成されている。
【００２０】
主体金具５０は、低炭素鋼材より形成された円筒状の金具であり、スパークプラグ１００を内燃機関のエンジンヘッド２００に固定する。そして、主体金具５０は、絶縁碍子１０を内部に保持しており、絶縁碍子１０は、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を主体金具５０によって取り囲まれている。
【００２１】
また、主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ねじ部５２とを備えている。工具係合部５１は、スパークプラグレンチ（図示せず）が嵌合する部位である。主体金具５０の取付ねじ部５２は、ねじ山が形成された部位であり、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ねじ孔２０１に螺合する。
【００２２】
主体金具５０の工具係合部５１と取付ねじ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首５９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２００に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付ねじ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形により、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００間が封止され、取付ねじ孔２０１を介したエンジン内の気密漏れが防止される。
【００２３】
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が設けられている。また、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。主体金具５０の工具係合部５１から加締部５３にかけての内周面と、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が介在されている。さらに両リング部材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と、絶縁碍子１０は、リング部材６，７およびタルク９を介して主体金具５０内の先端側に向け押圧される。これにより、絶縁碍子１０の段部１５は、主体金具５０の内周に形成された段部５６に支持され、主体金具５０と絶縁碍子１０とは、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、絶縁碍子１０の段部１５と主体金具５０の段部５６との間に介在された環状の板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。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の圧縮ストロークを稼いで主体金具５０内の気密性を高めている。なお、主体金具５０の段部５６よりも先端側と絶縁碍子１０との間には、所定寸法のクリアランスＣＬが設けられている。
【００２４】
図２は、スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。中心電極２０は、電極母材２１の内部に芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。電極母材２１は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成されている。芯材２５は、電極母材２１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形成されている。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製される。芯材２５は、胴部分においては略一定の外径をなすものの、先端側においては縮径部が形成される。また、中心電極２０は、軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４およびセラミック抵抗３（図１）を経由して、端子金具４０（図１）に電気的に接続されている。端子金具４０には、高圧ケーブル（図示せず）がプラグキャップ（図示せず）を介して接続され、高電圧が印加される。
【００２５】
中心電極２０の先端部２２は、絶縁碍子１０の先端部１１よりも突出している。中心電極２０の先端部２２の先端には、中心電極チップ９０が接合されている。中心電極チップ９０は、軸線方向ＯＤに伸びた略円柱形状を有しており、耐火花消耗性を向上するため、高融点の貴金属によって形成されている。中心電極チップ９０は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、１種類あるいは２種類以上を添加したＩｒ合金によって形成される。
【００２６】
接地電極３０は、耐腐食性の高い金属から形成され、例えば、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金から形成されている。この接地電極３０の基部３２は、溶接によって、主体金具５０の先端部５７に接合されている。また、接地電極３０は屈曲しており、接地電極３０の先端３３は、中心電極チップ９０と対向している。
【００２７】
さらに、接地電極３０の先端３３には、接地電極チップ９５が接合されている。そして、接地電極チップ９５と接地電極３０との間の少なくとも一部には、溶融部９８が形成されている。溶融部９８については後述する。接地電極チップ９５の放電面９６は、中心電極チップ９０の先端面９２と対向しており、接地電極チップ９５の放電面９６と、中心電極チップ９０の先端面９２との間には、ギャップＧが形成されている。なお、接地電極チップ９５は、中心電極チップ９０と同様の材料で形成することができる。なお、「接地電極３０の先端３３」は、本発明における「接地電極の他端」に相当する。
【００２８】
図３（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。図３（Ｂ）に示すように、接地電極チップ９５は、接地電極３０に形成された溝部分に埋設されており、接地電極チップ９５と接地電極３０との間の少なくとも一部には、溶融部９８が形成されている。溶融部９８は、接地電極チップ９５と接地電極３０とが溶け合って形成されており、接地電極チップ９５と接地電極３０の成分の両方が含まれる。したがって、溶融部９８は、接地電極３０と接地電極チップ９５との中間的な組成を有している。なお、接地電極チップ９５と接地電極３０との間には破線が描かれているが、実際には、溶融部９８が形成されている部分においては接地電極チップ９５と接地電極３０とが一体となって溶融しているため、破線は消滅している。以下に示す図面においても同様である。
【００２９】
溶融部９８は、接地電極３０と接地電極チップ９５との境界に対して平行な方向ＬＤから高エネルギービームを連続的に照射することによって形成することができる。溶融部９８を形成するための高エネルギービームとしては、例えば、ファイバーレーザや電子ビームを用いることが好ましい。ファイバーレーザや電子ビームを用いると、接地電極３０と接地電極チップ９５の境界を奥深くまで溶融させることができるため、接地電極３０と接地電極チップ９５とを強固に接合させることができる。
【００３０】
ここで、図３（Ａ）に示すように、接地電極チップ９５の外周には、相互の境界を持たない連続的な溶融部９８が形成されていることが好ましい。ここで、相互の境界を持たない連続的な溶融部とは、溶接ビードの重なり合わせによる凹凸がなく、滑らかな表面を有する溶融部を意味する。このような表面を有する溶融部９８は、接地電極３０と接地電極チップ９５との境界に、連続発振（ＣＷ）のファイバーレーザ又は電子ビームを、放電面９６に垂直な方向ＬＤ（図３（Ｂ））から照射することによって形成することができる。このような溶融部９８を形成すれば、溶接ビードの重なり合わせによる凹凸部分がないため、凹凸部分から酸化スケールが発生するのを抑制することができ、接地電極チップ９５が接地電極３０から剥離するのを抑制することができる。
【００３１】
そして、図３（Ａ）に示すように、溶融部９８のうち接地電極３０の先端３３側に形成されている部分が、接地電極３０の中心電極２０の先端部２２と対向する面の先端３３側の縁３４と接していることが好ましい。すなわち、溶融部９８のうち接地電極３０の先端３３側に形成されている部分が接地電極３０の先端３３の縁３４に接するように、接地電極チップ９５が配置されていることが好ましい。この理由について説明する。接地電極３０には火炎核のエネルギーを奪う消炎作用がある。したがって、接地電極３０による消炎作用を小さくし、スパークプラグの着火性能を向上させるためには、火炎核の発生箇所近傍における接地電極３０の体積や表面積を小さくすることが好ましい。
【００３２】
そこで、接地電極チップ９５を接地電極３０の先端３３寄りに配置することによって、溶融部９８よりも先端３３側（図３（Ａ）における右方向）には接地電極３０が存在しない構成とする。このようにすれば、火炎核の発生箇所近傍における接地電極３０の体積や表面積を小さくすることができるので、スパークプラグの着火性能を向上させることができる。
【００３３】
なお、図３（Ｂ）に示すように、接地電極チップ９５の放電面９６に平行な方向における溶融部９８の厚さＡｘは、接地電極チップ９５の放電面９６に近づくにしたがって次第に厚くなっていることが好ましい。この理由について説明する。接地電極３０及び接地電極チップ９５の温度は、スパークプラグ１００の使用状態において、接地電極チップ９５の放電面９６に近いほど高くなる。このため、接地電極３０及び接地電極チップ９５に発生する熱応力は、放電面９６に近い部位ほど大きくなる。ここで、溶融部９８は、接地電極３０と接地電極チップ９５との中間的な熱膨張率を有しているため、接地電極３０及び接地電極チップ９５に発生する熱応力を緩和することができる。
【００３４】
したがって、溶融部９８の厚さＡｘを、接地電極チップ９５の放電面９６に近づくにしたがって次第に厚くすれば、接地電極３０及び接地電極チップ９５に発生する熱応力を適切に緩和することができるため、酸化スケールの発生を抑制し、接地電極チップ９５が接地電極３０から剥離してしまうことを抑制することが可能となる。
【００３５】
Ｂ．第２実施形態： 
図４は、第２実施形態としてのスパークプラグ１００ｂの先端付近を拡大して示す説明図である。図４（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、接地電極チップ９５を放電面９６に垂直な方向（軸線方向ＯＤ）から見た場合において、溶融部９８ｂの幅Ｂｘが、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって次第に厚くなっている点と、溶融部９８ｂの深さＣｘが、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって次第に深くなっている点である。その他の構成は、第１実施形態と同一である。
【００３６】
接地電極３０及び接地電極チップ９５の温度は、スパークプラグ１００の使用状態において、接地電極チップ９５の先端３３に近いほど高くなる。したがって、溶融部９８ｂの幅Ｂｘを、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって次第に厚くすれば、接地電極３０及び接地電極チップ９５に発生する熱応力を適切に緩和することができるため、酸化スケールの発生を抑制し、接地電極チップ９５が接地電極３０から剥離してしまうことを抑制することが可能となる。
【００３７】
同様に、溶融部９８ｂの深さＣｘを、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって次第に深くなるようにすれば、接地電極チップ９５と接地電極３０との境界近傍における溶融部９８ｂの体積が、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって大きくなる。したがって、接地電極３０及び接地電極チップ９５に発生する熱応力を適切に緩和することができ、酸化スケールの発生を抑制し、接地電極チップ９５が接地電極３０から剥離してしまうことを抑制することが可能となる。
【００３８】
なお、この第２実施形態における溶融部９８ｂは、接地電極３０の先端３３に近づくほど高エネルギービームの出力を大きくしたり、あるいは高エネルギービームの照射時間を長くすることによって形成することができる。
【００３９】
Ｃ．第３実施形態： 
図５は、第３実施形態としてのスパークプラグ１００ｃの先端付近を拡大して示す説明図である。図５（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。この第３実施形態における接地電極チップ９５ｃは、略直方体形状となっている。また、接地電極チップ９５ｃの一部は、接地電極３０の先端３３から突出しているため、接地電極３０に起因する消炎作用を抑制することができ、スパークプラグの着火性能を向上させることができる。
【００４０】
また、この第３実施形態では、接地電極チップ９５ｃの外周のうち、接地電極３０の先端３３から突出している部分を除く外周部分に、接地電極３０と接地電極チップ９５ｃとが溶け合って形成された溶融部９８ｃが相互の境界を持たず連続的に形成されている。したがって、溶接ビードの重なり合わせによる凹凸部分がないため、凹凸部分から酸化スケールが発生するのを抑制することができ、接地電極チップ９５ｃが接地電極３０から剥離するのを抑制することができる。また、接地電極チップ９５ｃの突出している部分の外周には溶融部９８ｃが形成されていない。したがって、接地電極チップ９５ｃの放電面９６ｃ付近における溶融部９８ｃの表面積が小さくなっており、耐火花消耗性の低下を抑制することができる。
【００４１】
Ｄ．第４実施形態：
図６は、第４実施形態としてのスパークプラグ１００ｄの先端付近を拡大して示す説明図である。図６（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第３実施形態（図５）と異なる点は、接地電極チップ９５ｄを放電面９６ｄに垂直な方向（軸線方向ＯＤ）から見た場合において、溶融部９８ｄの幅Ｂｘが、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって次第に厚くなっている点と、溶融部９８ｄの深さＣｘが、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって次第に深くなっている点である。その他の構成は、第３実施形態と同一である。また溶融部９８ｄをこのような形状とする理由は、上述した第２実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００４２】
Ｅ．第５実施形態：
図７は、第５実施形態としてのスパークプラグ１００ｅの先端付近を拡大して示す説明図である。図７（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。この第５実施形態におけるスパークプラグ１００ｅでは、接地電極チップ９５ｅを放電面９６ｅに垂直な方向（軸線方向ＯＤ）から見た場合において、接地電極チップ９５ｅが、接地電極チップ９５ｅの外周部分の一部と接地電極３０の中心電極２０の先端部２２と対向する面の先端３３側の縁３４とが一致するように配置されている。すなわち、接地電極チップ９５ｅは、接地電極３０の先端寄りに配置されており、接地電極チップ９５ｅよりも先端側（図７（Ａ）における右方向）には接地電極３０が存在しない構成となっている。このようにすれば、第１実施形態と同様に、火炎核の発生箇所近傍における接地電極３０の体積や表面積を小さくすることができるので、スパークプラグの着火性能を向上させることができる。
【００４３】
また、この第５実施形態では、接地電極チップ９５ｅの外周のうち、接地電極３０の先端側を除く外周部分に、接地電極３０と接地電極チップ９５ｅとが溶け合って形成された溶融部９８ｅが相互の境界を持たず連続的に形成されている。すなわち、溶融部９８ｅは、接地電極チップ９５ｅの外周のうち、接地電極３０の先端側には形成されていない。したがって、接地電極チップ９５ｅの放電面９６ｅ付近における溶融部９８ｅの表面積が小さくなっており、耐火花消耗性の低下を抑制することができる。
【００４４】
Ｆ．第６実施形態：
図８は、第６実施形態としてのスパークプラグ１００ｆの先端付近を拡大して示す説明図である。図８（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第５実施形態（図７）と異なる点は、接地電極チップ９５ｆを放電面９６ｆに垂直な方向（軸線方向ＯＤ）から見た場合において、溶融部９８ｆの幅Ｂｘが、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって次第に厚くなっている点と、溶融部９８ｆの深さＣｘが、接地電極３０の先端３３に近づくにしたがって次第に深くなっている点である。その他の構成は、第５実施形態と同一である。また溶融部９８ｆをこのような形状とする理由は、上述した第２実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００４５】
Ｇ．酸化スケールの発生に関する実験例：
パルス発振（ＰＷ）のＹＡＧレーザによって溶融部を形成した場合（図示せず）における酸化スケールの発生割合と、連続発振（ＣＷ）のファイバーレーザによって溶融部を形成した場合（例えば、図３の第１実施形態）における酸化スケールの発生割合とを比較するために、３種類の冷熱試験１，２，３を行なった。ここで、酸化スケール発生割合とは、溶融部９８の断面形状（図３（Ｂ））における輪郭線の長さに対する酸化スケールの長さの割合である。
【００４６】
パルス発振（ＰＷ）のＹＡＧレーザによって溶融部を形成すると、溶融部の表面には略円形状の凹凸が複数形成される。一方、連続発振（ＣＷ）のファイバーレーザによって溶融部を形成すると、溶融部の表面は連続的で段差のないなめらかな状態となる。以下で説明する冷熱試験を行なうことによって、この溶融部の表面の状態と、冷熱試験後の酸化スケールの発生割合との関係を調べた。
【００４７】
冷熱試験１では、まず接地電極３０をバーナーで熱し、接地電極３０の温度を１０００℃まで上昇させた。その後バーナーを切り、接地電極３０を１分間徐冷し、再び接地電極３０をバーナーで熱して接地電極３０の温度を１０００℃まで上昇させた。このサイクルを１０００回繰り返し、溶融部付近に発生した酸化スケールの長さを半断面から計測した。そして、計測された酸化スケールの長さから、酸化スケール発生割合を求めた。冷熱試験２の試験条件は、接地電極３０の温度を１１００℃まで上昇させる点以外は、冷熱試験１と同じである。同様に、冷熱試験３の試験条件は、接地電極３０の温度を１２００℃まで上昇させる点以外は、冷熱試験１と同じである。
【００４８】
図９は、冷熱試験の結果を示す表である。この図９では、酸化スケール発生割合が３０％未満の場合を○と評価し、３０％以上５０％未満の場合を△と評価し、５０％以上の場合を×と評価した。図９によれば、パルス発振（ＰＷ）のＹＡＧレーザによって溶融部を形成した場合には、冷熱試験１における評価は○となったが、冷熱試験２では評価は△となり、冷熱試験３では評価は×となった。この理由は、パルス発振（ＰＷ）のＹＡＧレーザによって溶融部を形成した場合には、略円形状の凹凸部分から酸化スケールが発生しやすくなっているためであると考えられる。なお、パルス発振（ＰＷ）のファイバーレーザによって溶融部を形成した場合も、パルス発振（ＰＷ）のＹＡＧレーザによって溶融部を形成した場合とほぼ同じ結果であった。
【００４９】
一方、連続発振（ＣＷ）のファイバーレーザによって溶融部を形成した場合には、冷熱試験１ないし３のいずれにおいても評価は○となった。この理由は、連続発振（ＣＷ）のファイバーレーザによって溶融部を形成した場合には、溶融部の表面は、略円形状の凹凸部分が存在せず、相互の境界を持たない、連続的で段差のない状態となっているため、酸化スケールが発生しにくくなっているためであると考えられる。したがって、連続発振（ＣＷ）のファイバーレーザによって溶融部を形成することが好ましいことが理解できる。なお、連続発振（ＣＷ）の電子ビームを用いることによっても、連続発振（ＣＷ）のファイバーレーザを用いた場合と同様に、相互の境界を持たない、連続的で段差のないなめらかな表面を有する溶融部を形成することができる。
【００５０】
Ｈ．着火性に関する実験例：
接地電極３０における接地電極チップ９５の位置と、スパークプラグの着火性との関係を調べるために、接地電極３０と接地電極チップ９５との位置関係の異なるサンプルを用いて着火性試験を行なった。
【００５１】
図１０（Ａ）は、着火性試験に用いたサンプル１のスパークプラグを示す図である。図１０（Ｂ）は、着火性試験に用いたサンプル２のスパークプラグを示す図である。サンプル１のスパークプラグでは、第１実施形態のスパークプラグ１００と同様に、接地電極チップ９５が、接地電極３０の先端寄りに配置されている。一方、サンプル２のスパークプラグでは、接地電極チップ９５が、接地電極３０の先端３３から離れた内側に配置されている。
【００５２】
着火性試験では、４気筒、１．５リットルのエンジンにスパークプラグを装着し、エンジン回転数を８００ｒｐｍ、吸引負圧を−５４０ｍｍＨｇ、吸引混合気の空燃費を１４．５とした条件でエンジンを運転させた。そして、点火進角量を徐々に増やし、平均燃焼圧の変動率が２０％に達したときを失火発生限界とみなし、そのときの点火進角量（以下では、限界進角量ともいう。）を求めた。この着火性試験では、限界進角量が多いほど、スパークプラグの着火性がよいと判定することができる。この理由は、着火性のよいスパークプラグほど、進角量を多くしても平均燃焼圧の変動率が大きくならないからである。
【００５３】
図１０（Ｃ）は、着火性試験の結果を示す図である。この図１０（Ｃ）によれば、サンプル１のスパークプラグの限界進角量の方が、サンプル２のスパークプラグの限界進角量よりも多くなったことが理解できる。すなわち、サンプル１のスパークプラグの方が、サンプル２のスパークプラグよりも着火性能が高いことが理解できる。この理由は、サンプル１のスパークプラグの方が、サンプル２のスパークプラグに比べて、接地電極３０による消炎作用が小さいためであると考えられる。したがって、上記各実施形態のように、接地電極チップ９５が、接地電極３０の先端寄りに配置されていることが好ましいことが理解できる。
【００５４】
Ｉ．その他の実施形態：
図１１は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｇの先端付近を拡大して示す説明図である。図１１（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、接地電極チップ９５ｇの形状が略直方体となっている点であり、その他の構成は第１実施形態と同じである。このように、接地電極チップは、任意の形状とすることができる。
【００５５】
図１２は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｈの先端付近を拡大して示す説明図である。図１２（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第３実施形態（図５）と異なる点は、接地電極チップ９５ｈの形状が略円柱状となっている点であり、その他の構成は第３実施形態と同じである。このように、接地電極チップは、任意の形状とすることができる。
【００５６】
図１３は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｉの先端の断面を拡大して示す説明図である。この図１３は、上記各実施形態におけるＢ−Ｂ断面に相当する。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、軸線方向ＯＤに対して垂直な方向ＬＤ２からも高エネルギービームを照射して、溶融部９９ｉを形成している点である。その他の構成は第１実施形態と同じである。このように、接地電極チップ９５と接地電極３０との境界のうち、軸線方向ＯＤに垂直な方向の部分にも溶融部９９ｉを形成すれば、接地電極チップ９５と接地電極３０との接合強度をさらに高めることができる。
【００５７】
図１４は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｊの先端の断面を拡大して示す説明図である。この図１４は、上記各実施形態におけるＢ−Ｂ断面に相当する。本実施形態が、第５実施形態（図７）と異なる点は、軸線方向ＯＤに対して垂直な方向ＬＤ２からも高エネルギービームを照射して、溶融部９９ｊを形成している点である。その他の構成は第１実施形態と同じである。このように、接地電極チップ９５と接地電極３０との境界のうち、軸線方向ＯＤに垂直な方向の部分にも溶融部９９ｊを形成すれば、接地電極チップ９５と接地電極３０との接合強度をさらに高めることができる。
【符号の説明】
【００５８】
３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
６…リング部材
８…板パッキン
９…タルク
１０…絶縁碍子
１１…先端部
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…鍔部
２０…中心電極
２１…電極母材
２２…先端部
２５…芯材
３０…接地電極
３２…基部
３３…先端
３４…縁
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ねじ部
５３…加締部
５４…シール部
５５…座面
５６…段部
５７…先端部
５８…座屈部
５９…ねじ首
９０…中心電極チップ
９１…中間部材
９２…先端面
９５…接地電極チップ
９５ｃ…接地電極チップ
９５ｄ…接地電極チップ
９５ｅ…接地電極チップ
９５ｆ…接地電極チップ
９５ｇ…接地電極チップ
９５ｈ…接地電極チップ
９５ｊ…接地電極チップ
９６…放電面
９６ｃ…放電面
９６ｄ…放電面
９６ｅ…放電面
９６ｆ…放電面
９６ｇ…放電面
９６ｈ…放電面
９６ｊ…放電面
９８…溶融部
９８ｂ…溶融部
９８ｃ…溶融部
９８ｄ…溶融部
９８ｅ…溶融部
９８ｆ…溶融部
９８ｇ…溶融部
９８ｈ…溶融部
９８ｊ…溶融部
９９ｉ…溶融部
９９ｊ…溶融部
１００…スパークプラグ
１００ｂ…スパークプラグ
１００ｃ…スパークプラグ
１００ｄ…スパークプラグ
１００ｅ…スパークプラグ
１００ｆ…スパークプラグ
１００ｇ…スパークプラグ
１００ｈ…スパークプラグ
１００ｉ…スパークプラグ
１００ｊ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…孔
２０５…開口周縁部
【図１】
2010238499.tif 000003
【図２】
2010238499.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010238499.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010238499.tif 000009
【図８】
2010238499.tif 000010
【図９】
2010238499.tif 000011
【図１０】
2010238499.tif 000012
【図１１】
2010238499.tif 000013
【図１２】
2010238499.tif 000014
【図１３】
2010238499.tif 000015
【図１４】
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