(57)【要約】【課題】電極チップが、接地電極や中心電極から剥離してしまうことを抑制する。【解決手段】スパークプラグ１００は、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、溶融池２３と電極チップ７０とのスパークプラグ１００の表面上での境界点ＰＡを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する電極チップ７０の硬度をＡ１［Ｈｖ］、半径０．２ｍｍの範囲内に存在する電極チップ７０の硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、  ０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９  の条件を満たす。【選択図】図３
2010272212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地電極の先端部に略柱状の電極チップが溶接され、該溶接によって、前記接地電極と前記電極チップとの境界部に溶融池が形成されたスパークプラグであって、
前記電極チップの中心軸を通る断面において、前記溶融池と前記電極チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記電極チップの硬度をＡ１［Ｈｖ］、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記電極チップの硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、前記溶融池と前記接地電極との前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記接地電極の硬度［Ｈｖ］をＢ１、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記接地電極の硬度［Ｈｖ］をＢ２としたときに、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極の先端部の一部に、凸状の台座部が形成されており、
前記電極チップは、前記台座部に載置され、前記台座部と前記電極チップとの境界部が溶接されることにより前記台座部に接合されているスパークプラグ。
【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、
前記接地電極の線膨張係数が、前記電極チップの線膨張係数よりも大きいスパークプラグ。
【請求項５】
底面に鍔部を有する凸状の中間チップの上面に略柱状の電極チップが溶接され、該溶接によって前記中間チップと前記電極チップとの境界部に溶融池が形成された複合チップが、前記鍔部を介して接地電極の先端部に接合されたスパークプラグであって、
前記電極チップの中心軸を通る断面において、前記溶融池と前記電極チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記電極チップの硬度をＡ１［Ｈｖ］、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記電極チップの硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項６】
請求項５に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、前記溶融池と前記中間チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記接地電極の硬度［Ｈｖ］をＢ１、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記中間チップの硬度［Ｈｖ］をＢ２としたときに、
０．５≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のスパークプラグであって、
前記中間チップの線膨張係数が、前記電極チップの線膨張係数よりも大きいスパークプラグ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記電極チップの中心軸を通り、前記溶融池の前記中心軸に沿った幅が最大となる断面において、前記スパークプラグの表面上における前記溶融池の上端および下端を結ぶ線分の垂直二等分線と、前記中心軸とのなす角θが、
６０°≦θ≦１５０°
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項９】
中心電極の先端部に略柱状の電極チップが溶接され、該溶接によって、前記中心電極と前記電極チップとの境界部に溶融池が形成されたスパークプラグであって、
前記電極チップの中心軸を通る断面において、前記溶融池と前記電極チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記電極チップの硬度をＡ１［Ｈｖ］、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記電極チップの硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項１０】
請求項９に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、前記溶融池と前記中心電極との前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記中心電極の硬度［Ｈｖ］をＢ１、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記中心電極の硬度［Ｈｖ］をＢ２としたときに、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載のスパークプラグであって、
前記中心電極の線膨張係数が、前記電極チップの線膨張係数よりも大きいスパークプラグ。
【請求項１２】
底面に鍔部を有する凸状の中間チップの上面に略柱状の電極チップが溶接され、該溶接によって前記中間チップと前記電極チップとの境界部に溶融池が形成された複合チップが、前記鍔部を介して中心電極の先端部に接合されたスパークプラグであって、
前記電極チップの中心軸を通る断面において、前記溶融池と前記電極チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記電極チップの硬度をＡ１［Ｈｖ］、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記電極チップの硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、前記溶融池と前記中間チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記中心電極の硬度［Ｈｖ］をＢ１、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記中間チップの硬度［Ｈｖ］をＢ２としたときに、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載のスパークプラグであって、
前記中間チップの線膨張係数が、前記電極チップの線膨張係数よりも大きいスパークプラグ。
【請求項１５】
請求項９ないし請求項１４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記電極チップの中心軸を通り、前記溶融池の前記中心軸に沿った幅が最大となる断面において、前記スパークプラグの表面上における前記溶融池の上端および下端を結ぶ線分の垂直二等分線と、前記中心軸とのなす角θが、
３０°≦θ≦９０°
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記電極チップの前記中心軸と直交する方向の幅Ｄが、
０．４≦Ｄ≦１．２
の条件を満たすスパークプラグ。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記電極チップは、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムのうち少なくともいずれか１つを含有する部材であるスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極チップ付きのスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スパークプラグの電極部分の耐消耗性を向上させるため、白金やイリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属あるいはこれらの合金からなる電極チップが、接地電極の先端部や中心電極の先端部に設けられている（特許文献１参照）。このような電極チップは、通常、レーザ溶接によって中心電極や接地電極に接合されている。
【０００３】
一般的に、中心電極や接地電極と、電極チップとは、異なる種類の金属により形成されているため、それぞれ熱膨張率が異なる。そのため、これらの溶接状態によっては、冷熱繰り返しを行う熱負荷試験時や内燃機関の運転時等に、電極チップが中心電極や接地電極から剥離してしまうおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、電極チップが接地電極や中心電極から剥離してしまうことを抑制することにある。
【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なされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］接地電極の先端部に略柱状の電極チップが溶接され、該溶接によって、前記接地電極と前記電極チップとの境界部に溶融池が形成されたスパークプラグであって、前記電極チップの中心軸を通る断面において、前記溶融池と前記電極チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記電極チップの硬度をＡ１［Ｈｖ］、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記電極チップの硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすスパークプラグ。
【０００８】
このような態様のスパークプラグであれば、接地電極に電極チップが直接接合されている構造において、溶融池と電極チップとの境界付近において溶接による熱の影響を受けた部分の電極チップの硬度Ａ２と、溶接の影響を受けていない部分の電極チップの硬度Ａ１とを好ましい関係とすることができる。そのため、接地電極に溶接された電極チップが、熱応力に起因して、溶融池との境界部分から剥離してしまうことを抑制することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載のスパークプラグであって、前記断面において、前記溶融池と前記接地電極との前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記接地電極の硬度［Ｈｖ］をＢ１、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記接地電極の硬度［Ｈｖ］をＢ２としたときに、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
の条件を満たすスパークプラグ。
【００１０】
このような態様のスパークプラグであれば、接地電極に電極チップが直接接合されている構造において、溶融池と接地電極との境界付近において溶接による熱の影響を受けた部分の接地電極の硬度Ｂ２と、溶接の影響を受けていない部分の接地電極の硬度Ｂ１とを好ましい関係とすることができる。そのため、熱応力に起因して、電極チップが溶融池ごと接地電極から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００１１】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載のスパークプラグであって、前記接地電極の先端部の一部に、凸状の台座部が形成されており、前記電極チップは、前記台座部に載置され、前記台座部と前記電極チップとの境界部が溶接されることにより前記台座部に接合されているスパークプラグ。
【００１２】
このような態様のスパークプラグであれば、接地電極の先端部の一部に形成された凸状の台座部に電極チップが接合されている構造において、電極チップが台座部から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００１３】
［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、前記接地電極の線膨張係数が、前記電極チップの線膨張係数よりも大きいスパークプラグ。このように、接地電極の線膨張係数が電極チップの線膨張係数よりも大きい場合であっても、上述した硬度の条件を満たすことにより、熱応力に起因する電極チップの剥離を抑制することができる。
【００１４】
［適用例５］底面に鍔部を有する凸状の中間チップの上面に略柱状の電極チップが溶接され、該溶接によって前記中間チップと前記電極チップとの境界部に溶融池が形成された複合チップが、前記鍔部を介して接地電極の先端部に接合されたスパークプラグであって、
前記電極チップの中心軸を通る断面において、前記溶融池と前記電極チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記電極チップの硬度をＡ１［Ｈｖ］、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記電極チップの硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすスパークプラグ。
【００１５】
このような態様のスパークプラグであれば、中間チップを介して電極チップが接地電極に接合されている構造において、溶融池と電極チップとの境界付近において溶接による熱の影響を受けた部分の電極チップの硬度Ａ２と、溶接の影響を受けていない部分の電極チップの硬度Ａ１とを好ましい関係とすることができる。そのため、中間チップに接合された電極チップが、熱応力に起因して、溶融池との境界部分から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００１６】
［適用例６］適用例５に記載のスパークプラグであって、前記断面において、前記溶融池と前記中間チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記接地電極の硬度［Ｈｖ］をＢ１、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記中間チップの硬度［Ｈｖ］をＢ２としたときに、
０．５≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
の条件を満たすスパークプラグ。
【００１７】
このような態様のスパークプラグであれば、中間チップを介して電極チップが接地電極に接合されている構造において、溶融池と中間チップとの境界付近において溶接による熱の影響を受けた部分の中間チップの硬度Ｂ２と、溶接の影響を受けていない部分の接地電極の硬度Ｂ１とを好ましい関係とすることができる。そのため、熱応力に起因して、電極チップが溶融池ごと中間チップから剥離してしまうことを抑制することができる。
【００１８】
［適用例７］適用例５または適用例６に記載のスパークプラグであって、前記中間チップの線膨張係数が、前記電極チップの線膨張係数よりも大きいスパークプラグ。このように、中間チップの線膨張係数が電極チップの線膨張係数よりも大きい場合であっても、上述した硬度の条件を満たすことにより、熱応力に起因する電極チップの剥離を抑制することができる。
【００１９】
［適用例８］適用例１ないし適用例７のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記電極チップの中心軸を通り、前記溶融池の前記中心軸に沿った幅が最大となる断面において、前記スパークプラグの表面上における前記溶融池の上端および下端を結ぶ線分の垂直二等分線と、前記中心軸とのなす角θが、
６０°≦θ≦１５０°
の条件を満たすスパークプラグ。
【００２０】
このような態様のスパークプラグであれば、電極チップを接地電極の先端部に溶接する溶接の角度を好ましい角度に規制することができるので、熱変形によって応力が増加してしまうことを抑制することができる。よって、電極チップの剥離をより効果的に抑制することが可能になる。
【００２１】
［適用例９］中心電極の先端部に略柱状の電極チップが溶接され、該溶接によって、前記中心電極と前記電極チップとの境界部に溶融池が形成されたスパークプラグであって、前記電極チップの中心軸を通る断面において、前記溶融池と前記電極チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記電極チップの硬度をＡ１［Ｈｖ］、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記電極チップの硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすスパークプラグ。
【００２２】
このような態様のスパークプラグであれば、電極チップが中心電極に直接接合される構造において、溶融池と電極チップとの境界付近において溶接による熱の影響を受けた部分の電極チップの硬度Ａ２と、溶接の影響を受けていない部分の電極チップの硬度Ａ１とを好ましい関係とすることができる。そのため、中心電極の先端部に溶接された電極チップが、熱応力に起因して、溶融池との境界部分から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００２３】
［適用例１０］適用例９に記載のスパークプラグであって、前記断面において、前記溶融池と前記中心電極との前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記中心電極の硬度［Ｈｖ］をＢ１、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記中心電極の硬度［Ｈｖ］をＢ２としたときに、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３
の条件を満たすスパークプラグ。
【００２４】
このような態様のスパークプラグであれば、電極チップが中心電極に直接接合される構造において、溶融池と中心電極との境界付近において溶接による熱の影響を受けた部分の中心電極の硬度Ｂ２と、溶接の影響を受けていない部分の中心電極の硬度Ｂ１とを好ましい関係とすることができる。そのため、熱応力に起因して、電極チップが溶融池ごと中心電極から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００２５】
［適用例１１］適用例９または適用例１０に記載のスパークプラグであって、前記中心電極の線膨張係数が、前記電極チップの線膨張係数よりも大きいスパークプラグ。このように、中心電極の線膨張係数が電極チップの線膨張係数よりも大きい場合であっても、上述した硬度の条件を満たすことにより、熱応力に起因する電極チップの剥離を抑制することができる。
【００２６】
［適用例１２］底面に鍔部を有する凸状の中間チップの上面に略柱状の電極チップが溶接され、該溶接によって前記中間チップと前記電極チップとの境界部に溶融池が形成された複合チップが、前記鍔部を介して中心電極の先端部に接合されたスパークプラグであって、前記電極チップの中心軸を通る断面において、前記溶融池と前記電極チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記電極チップの硬度をＡ１［Ｈｖ］、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記電極チップの硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすスパークプラグ。
【００２７】
このような態様のスパークプラグであれば、中間チップを介して電極チップが中心電極に接合される構造において、溶融池と電極チップとの境界付近において溶接による熱の影響を受けた部分の電極チップの硬度Ａ２と、溶接の影響を受けていない部分の電極チップの硬度Ａ１とを好ましい関係とすることができる。そのため、中間チップを介して中心電極の先端部に溶接された電極チップが、熱応力に起因して、溶融池との境界部分から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００２８】
［適用例１３］適用例１２に記載のスパークプラグであって、前記断面において、前記溶融池と前記中間チップとの前記スパークプラグの表面上での境界点を中心として、半径０．２ｍｍの範囲外に存在する前記中心電極の硬度［Ｈｖ］をＢ１、前記半径０．２ｍｍの範囲内に存在する前記中間チップの硬度［Ｈｖ］をＢ２としたときに、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３
の条件を満たすスパークプラグ。
【００２９】
このような態様のスパークプラグであれば、中間チップを介して電極チップが中心電極に接合される構造において、溶融池と中間チップとの境界付近において溶接による熱の影響を受けた部分の中間チップの硬度Ｂ２と、溶接の影響を受けていない部分の中心電極の硬度Ｂ１とを好ましい関係とすることができる。そのため、熱応力に起因して、電極チップが溶融池ごと中間チップから剥離してしまうことを抑制することができる。
【００３０】
［適用例１４］適用例１２または適用例１３に記載のスパークプラグであって、前記中間チップの線膨張係数が、前記電極チップの線膨張係数よりも大きいスパークプラグ。このように、中間チップの線膨張係数が電極チップの線膨張係数よりも大きい場合であっても、上述した硬度の条件を満たすことにより、熱応力に起因する電極チップの剥離を抑制することができる。
【００３１】
［適用例１５］適用例９ないし適用例１４のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記電極チップの中心軸を通り、前記溶融池の前記中心軸に沿った幅が最大となる断面において、前記スパークプラグの表面上における前記溶融池の上端および下端を結ぶ線分の垂直二等分線と、前記中心軸とのなす角θが、
３０°≦θ≦９０°
の条件を満たすスパークプラグ。
【００３２】
このような態様のスパークプラグであれば、電極チップを中心電極の先端部に溶接する溶接の角度を好ましい角度に規制することができるので、熱変形によって応力が増加してしまうことを抑制することができる。よって、電極チップの剥離をより効果的に抑制することが可能になる。
【００３３】
［適用例１６］適用例１ないし適用例１５のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記電極チップの前記中心軸と直交する方向の幅Ｄが、
０．４≦Ｄ≦１．２
の条件を満たすスパークプラグ。
【００３４】
このような態様のスパークプラグであれば、レーザ溶接を行うために必要な電極チップの幅を確保できるとともに、上述した種々の硬度条件および角度条件による剥離抑制効果を良好に得ることが可能になる。
【００３５】
［適用例１７］適用例１ないし適用例１６のいずれかに記載のスパークプラグであって、前記電極チップは、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムのうち少なくともいずれか１つを含有する部材であるスパークプラグ。このようなスパークプラグであれば、接地電極あるいは中心電極の耐消耗性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】第１実施例の接地電極３０の先端部付近を拡大した図である。
【図３】第１実施例における接地電極３０先端部の断面図である。
【図４】第２実施例の接地電極３０の先端部を拡大して示す図である。
【図５】第２実施例における接地電極３０先端部の断面図である。
【図６】第３実施例の接地電極３０の先端部を拡大して示す図である。
【図７】第３実施例の接地電極３０先端部の断面図である。
【図８】第４実施例の中心電極２０の先端部を拡大して示す図である。
【図９】第４実施例の中心電極２０先端部の断面図である。
【図１０】第５実施例の中心電極２０の先端部を拡大して示す図である。
【図１１】第５実施例の中心電極２０先端部の断面図である。
【図１２】電極チップ７０の断面において境界点ＰＡからの仮想円を示す図である。
【図１３】各仮想円における硬度の測定結果を示す説明図である。
【図１４】各仮想円における硬度比をプロットしたグラフである。
【図１５】第１〜３実施例における剥離判定結果を示す説明図である。
【図１６】第４，５実施例における剥離判定結果を示す説明図である。
【図１７】剥離判定の判断基準となる剥離率の概念を示す図である。
【図１８】溶接角度が９０°以上となる接地電極３０の断面図である。
【図１９】第２実施例について溶接角度θを種々変化させた場合の剥離評価結果を示す説明図である。
【図２０】第４実施例について溶接角度θを種々変化させた場合の剥離評価結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態をいくつかの実施例に基づき図面を参照しつつ次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例（電極チップ付き接地電極タイプ１）：
Ｂ．第２実施例（電極チップ付き接地電極タイプ２）：
Ｃ．第３実施例（電極チップ付き接地電極タイプ３）：
Ｄ．第４実施例（電極チップ付き中心電極タイプ１）：
Ｅ．第５実施例（電極チップ付き中心電極タイプ２）：
Ｆ．各種評価試験：
Ｇ．まとめ：
【００３８】
Ａ．第１実施例（電極チップ付き接地電極タイプ１）：
図１は、本発明の第１実施例としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０とを備える。絶縁碍子１０の一端から突出する棒状の中心電極２０は、絶縁碍子１０の内部を通じて、絶縁碍子１０の他端に設けられた端子金具４０に電気的に接続されている。中心電極２０の外周は、絶縁碍子１０によって保持され、絶縁碍子１０の外周は、端子金具４０から離れた位置で主体金具５０によって保持されている。主体金具５０に電気的に接続された接地電極３０は、火花を発生させる隙間である火花ギャップを中心電極２０の先端との間に形成する。スパークプラグ１００は、内燃機関のエンジンヘッド２００に設けられた取付ネジ孔２０１に主体金具５０を介して取り付けられる。端子金具４０に２万〜３万ボルトの高電圧が印加されると、中心電極２０と接地電極３０との間に形成された火花ギャップに火花が発生する。
【００３９】
絶縁碍子１０は、アルミナを始めとするセラミックス材料を焼成して形成された絶縁体である。絶縁碍子１０は、中心電極２０および端子金具４０を収容する軸孔１２が中心に形成された筒状の部材である。絶縁碍子１０の軸方向中央には外径を大きくした中央胴部１９が形成されている。中央胴部１９よりも端子金具４０側には、端子金具４０と主体金具５０との間を絶縁する後端側胴部１８が形成されている。中央胴部１９よりも中心電極２０側には、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成され、先端側胴部１７の更に先には、先端側胴部１７よりも小さい外径であって中心電極２０側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部１３が形成されている。
【００４０】
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に亘る部位を包囲して保持する円筒状の金具であり、本実施例では、低炭素鋼から成る。主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２と、シール部５４とを備える。主体金具５０の工具係合部５１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付ける工具（図示しない）が嵌合する。主体金具５０の取付ネジ部５２は、エンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合するネジ山を有する。主体金具５０のシール部５４は、取付ネジ部５２の根元に鍔状に形成され、シール部５４とエンジンヘッド２００との間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿される。主体金具５０の先端面５７は、中空の円状であり、その中央には、絶縁碍子１０の脚長部１３から中心電極２０が突出する。
【００４１】
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、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる芯材２５を埋設した棒状の部材である。本実施例では、電極母材２１は、ニッケルを主成分とするニッケル合金から成り、芯材２５は、銅または銅を主成分とする合金から成る。中心電極２０は、電極母材２１の先端が絶縁碍子１０の軸孔１２から突出した状態で絶縁碍子１０の軸孔１２に挿入され、セラミック抵抗３およびシール体４を介して端子金具４０に電気的に接続されている。
【００４２】
接地電極３０は、主体金具５０の先端面５７に接合され、中心電極２０の軸Ｏ方向に交差する方向に屈曲されており、その先端部の内面が、中心電極２０の先端に対向している。本実施例では、接地電極３０は、ニッケルを主成分とするインコネルなどのニッケル合金から成る。
【００４３】
図２は、接地電極３０の先端部を拡大して示す図である。この図２に示すように、接地電極３０の先端部には、中心電極２０と対向する位置に、円柱状の電極チップ７０がレーザ溶接により接合されている。図２では、軸線Ｏの左側にレーザ溶接前の外観を示しており、右側に、レーザ溶接後の断面を示している。電極チップ７０は、接地電極３０の耐火花消耗性を向上するために設けられた部材であり、高融点の貴金属を主成分として形成されている。この電極チップ７０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）あるいはこれらの合金によって形成され、本実施例ではＰｔ−Ｉｒ系合金によって形成されている。
【００４４】
図２に示すように、接地電極３０と電極チップ７０とは、接地電極３０と電極チップ７０との境界に向けて、斜め方向からレーザを全周に亘って照射することでレーザ溶接される。このようにレーザ溶接されると、接地電極３０と電極チップ７０との境界部が溶融し、溶融池２３が形成される。接地電極３０と電極チップ７０とは、異なる線膨張係数を有しており、接地電極３０の線膨張係数の方が、電極チップ７０の線膨張係数よりも大きい。具体的には、本実施例の接地電極３０は、インコネル（商標）６０１によって形成されており、その線膨張係数は１７．８であった。また、電極チップ７０はＰｔ−Ｉｒ系の合金によって形成されており、その線膨張係数は１０．０であった。なお、本実施例および以下の実施例における線膨張係数の値は、１０００℃における値であり、その単位は、［×１０-6］であるものとする。
【００４５】
図３は、接地電極３０先端部の、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面を示す図である。図中、チップ幅Ｄと示した寸法は、中心軸Ｏと直行する方向の電極チップ７０の寸法であり、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることができる。本実施例では、チップ幅Ｄが０．６ｍｍの電極チップ７０を採用した。
【００４６】
第１実施例のスパークプラグ１００は、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、プラグ表面上での溶融池２３と電極チップ７０との境界点ＰＡを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外における電極チップ７０の硬度をＡ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における電極チップ７０の硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
の条件を満たすように形成されている。この条件のことを、以下では、「チップ側硬度条件」という。第１実施例の接地電極３０の構造では、チップ側硬度条件を上記のような範囲とすることにより、電極チップ７０が溶融池２３から剥離することを抑制することができる。なお、硬度［Ｈｖ］は、ビッカース硬度であり、日本工業規格（ＪＩＳ）の「Ｚ  ２２４４」に規定された硬度測定方法によって、試験力を１．９６１Ｎ、保持時間を１５秒とした際に得られる値である。
【００４７】
また、第１実施例のスパークプラグ１００は、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、プラグ表面上での溶融池２３と接地電極３０との境界点ＰＢを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外における接地電極３０の硬度をＢ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における接地電極の硬度をＢ２［Ｈｖ］としたときに、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
の条件を満たすように形成されている。この条件を、以下では、「接地電極側硬度条件」という。第１実施例の接地電極３０の構造では、接地電極側硬度条件を上記のような範囲とすることにより、電極チップ７０が溶融池２３ごと接地電極３０から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００４８】
更に、第１実施例では、電極チップ７０の中心軸Ｏを通り、溶融池２３の上下幅が最大となる断面において、境界点ＰＡと境界点ＰＢとを結ぶ線分の垂直二等分線と、中心軸Ｏとのなす角θ（以下、「溶接角度θ」という）が、
６０°≦θ≦１５０°
の条件を満たすように、電極チップ７０と接地電極３０とがレーザ溶接されている。この条件のことを、以下では、「溶接角度条件」という。第１実施例の接地電極３０の構造では、溶接角度条件を上記のような範囲とすることにより、電極チップ７０と接地電極３０とが剥離してしまうことを、より効果的に抑制することができる。
【００４９】
上述した第１実施例におけるチップ側硬度条件、接地電極側硬度条件、溶接角度条件のそれぞれの範囲は、後述する種々の評価試験の結果に基づいて決定されている。評価試験の内容については後で詳しく説明する。
【００５０】
Ｂ．第２実施例（電極チップ付き接地電極タイプ２）：
図４は、第２実施例のスパークプラグ１００ｂの接地電極３０の先端部を拡大して示す図である。図４に示すように、第２実施例では、中心電極２０に対向する接地電極３０の先端部の一部に凸状の台座部３１が形成されており、この台座部３１の上に電極チップ７０がレーザ溶接されている。台座部３１は、例えば、接地電極３０の母材に対してプレス成形や切削加工を施すことにより形成することができる。第２実施例においても、接地電極３０の線膨張係数の方が、電極チップ７０の線膨張係数よりも大きい。具体的には、接地電極３０は、インコネル６０１によって形成されており、その線膨張係数は１７．８であった。また、電極チップ７０はＰｔ−Ｎｉ系の合金によって形成されており、その線膨張係数は１３．４であった。
【００５１】
図５は、接地電極３０先端部の、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面を示す図である。本実施例においても、チップ幅Ｄは、第１実施例と同様に、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることができる。本実施例では、チップ幅Ｄが０．６ｍｍの電極チップ７０を採用した。
【００５２】
第２実施例のスパークプラグ１００ｂは、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、プラグ表面上での溶融池２３と電極チップ７０との境界点ＰＡを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外における電極チップ７０の硬度をＡ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における電極チップ７０の硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、チップ側硬度条件が、第１実施例と同様に、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
となるように形成されている。第２実施例の接地電極３０の構造では、チップ側硬度条件をこのような範囲とすることにより、電極チップ７０が溶融池２３から剥離することを抑制することができる。
【００５３】
また、第２実施例のスパークプラグ１００ｂは、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、プラグ表面上での溶融池２３と接地電極３０との境界点ＰＢを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外における接地電極３０の硬度をＢ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における接地電極の硬度をＢ２［Ｈｖ］としたときに、接地電極側硬度条件が、第１実施例と同様に、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
となるように形成されている。第２実施例の接地電極３０の構造では、接地電極側硬度条件を、上記のような範囲とすることにより、電極チップ７０が溶融池２３ごと接地電極３０の台座部３１から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００５４】
更に、第２実施例では、溶接角度条件が、第１実施例と同様に、
６０°≦θ≦１５０°
となるように、電極チップ７０と接地電極３０の台座部３１とがレーザ溶接されている。第２実施例の接地電極３０の構造では、溶接角度条件を、上記のような範囲とすることにより、電極チップ７０と接地電極３０の台座部３１とが剥離してしまうことを、より効果的に抑制することができる。
【００５５】
上述した第２実施例におけるチップ側硬度条件、接地電極側硬度条件、溶接角度条件のそれぞれの範囲は、後述する種々の評価試験の結果に基づいて決定されている。評価試験の内容については後で詳しく説明する。
【００５６】
Ｃ．第３実施例（電極チップ付き接地電極タイプ３）：
図６は、第３実施例のスパークプラグ１００ｃの接地電極３０の先端部を拡大して示す図である。図６に示すように、第３実施例では、底面に鍔部３２を有する凸状の中間チップ３３の上面に電極チップ７０がレーザ溶接されることにより複合チップ３４が形成され、この複合チップ３４が、底面の鍔部３２を介して接地電極３０の先端部に抵抗溶接されている。中間チップ３３は、例えば、接地電極３０と同一の材料により形成することができる。中間チップ３３の線膨張係数は、電極チップ７０の線膨張係数よりも大きい。具体的には、中間チップ３３は、インコネル６０１によって形成されており、その線膨張係数は１７．８であった。また、電極チップ７０はＰｔ−Ｎｉ系の合金によって形成されており、その線膨張係数は１５．０であった。
【００５７】
図７は、接地電極３０先端部の、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面を示す図である。本実施例においても、チップ幅Ｄは、第１実施例等と同様に、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることができる。本実施例では、チップ幅Ｄが０．６ｍｍの電極チップ７０を採用した。
【００５８】
第３実施例のスパークプラグ１００ｃは、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、プラグ表面上での溶融池２３と電極チップ７０との境界点ＰＡを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外における電極チップ７０の硬度をＡ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における電極チップ７０の硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、チップ側硬度条件が、第１実施例や第２実施例と同様に、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
となるように形成されている。第３実施例の接地電極３０の構造では、チップ側硬度条件をこのような範囲とすることにより、電極チップ７０が溶融池２３から剥離することを抑制することができる。
【００５９】
また、第３実施例のスパークプラグ１００ｃは、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、プラグ表面上での溶融池２３と中間チップ３３との境界点ＰＢを中心とし、半径０．２ｍｍの範囲外における接地電極３０の硬度をＢ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における中間チップ３３の硬度をＢ２［Ｈｖ］としたときに、接地電極側硬度条件が、
０．５≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
となるように形成されている。第３実施例の接地電極３０の構造では、接地電極側硬度条件を上記のような範囲とすることにより、電極チップ７０が溶融池２３ごと中間チップ３３から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００６０】
更に、第３実施例では、溶接角度条件が、第１実施例や第２実施例と同様に、
６０°≦θ≦１５０°
となるように、電極チップ７０と中間チップ３３とがレーザ溶接されている。第３実施例の接地電極３０の構造では、溶接角度条件を、上記のような範囲とすることにより、電極チップ７０と中間チップ３３とが剥離してしまうことを、より効果的に抑制することができる。
【００６１】
上述した第３実施例におけるチップ側硬度条件、接地電極側硬度条件、溶接角度条件のそれぞれの範囲は、後述する種々の評価試験の結果に基づいて決定されている。評価試験の内容については後で詳しく説明する。
【００６２】
Ｄ．第４実施例（電極チップ付き中心電極タイプ１）：
図８は、第４実施例のスパークプラグ１００ｄの中心電極２０の先端部を拡大して示す図である。図８には、中心電極２０の先端部を、図１に示したスパークプラグ１００を１８０°回転させた状態で示している。図示するように、第４実施例では、接地電極３０ではなく、中心電極２０の先端面の中心に円柱状の電極チップ７１が接合されている。中心電極２０と電極チップ７０とは、中心電極２０と電極チップ７１との境界に向けて、レーザを全周に亘って照射することでレーザ溶接されている。中心電極２０の線膨張係数は、電極チップ７１の線膨張係数よりも大きい。具体的には、中心電極２０は、インコネル６００によって形成されており、その線膨張係数は１６．４であった。電極チップ７１はＩｒ−Ｐｔ系の合金によって形成されており、その線膨張係数は８．９であった。
【００６３】
図９は、中心電極２０先端部の、電極チップ７１の中心軸Ｏを通る断面を示す図である。図中、チップ幅Ｄと示した寸法は、中心軸Ｏと直交する方向の電極チップ７１の寸法であり、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることができる。本実施例では、チップ幅Ｄが０．６ｍｍの電極チップ７１を採用した。
【００６４】
第４実施例のスパークプラグ１００ｄは、電極チップ７１の中心軸Ｏを通る断面におおいて、プラグ表面上での溶融池２４と電極チップ７１との境界点ＰＡを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外における電極チップ７１の硬度をＡ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における電極チップ７１の硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、チップ側硬度条件が、上述した種々の実施例と同様に、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
となるように形成されている。第４実施例の中心電極２０の構造では、チップ側硬度条件をこのような範囲とすることにより、電極チップ７１が溶融池２４から剥離することを抑制することができる。
【００６５】
また、第４実施例のスパークプラグ１００ｄは、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、プラグ表面上での溶融池２４と中心電極２０との境界点ＰＢを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外における中心電極２０の硬度をＢ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における中心電極２０の硬度をＢ２［Ｈｖ］としたときに、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３
の条件を満たすように形成されている。この条件を以下では、「中心電極側硬度条件」という。第４実施例の中心電極２０の構造では、中心電極側硬度条件を、上記のような範囲とすることにより、電極チップ７１が溶融池２３ごと中心電極２０から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００６６】
更に、第４実施例では、電極チップ７１の中心軸Ｏを通り、溶融池２３の上下幅が最大となる断面において、境界点ＰＡと境界点ＰＢとを結ぶ線分の垂直二等分線と、中心軸Ｏとのなす角θ（溶接角度θ）が、
３０°≦θ≦９０°
の溶接角度条件を満たすように、電極チップ７１と中心電極２０とがレーザ溶接されている。第４実施例の中心電極２０の構造では、溶接角度条件を上記のような範囲とすることにより、電極チップ７１と中心電極２０とが剥離してしまうことを、より効果的に抑制することができる。
【００６７】
上述した第４実施例におけるチップ側硬度条件、接地電極側硬度条件、溶接角度条件のそれぞれの範囲は、後述する種々の評価試験の結果に基づいて決定されている。評価試験の内容については後で詳しく説明する。
【００６８】
Ｅ．第５実施例（電極チップ付き中心電極タイプ２）：
図１０は、第５実施例のスパークプラグ１００ｅの中心電極２０の先端部を拡大して示す図である。図１０に示すように、第５実施例のスパークプラグ１００ｅの中心電極２０の先端面には、中間チップ３３と電極チップ７１とからなる複合チップ３４が抵抗接合されている。複合チップ３４の構造は、第３実施例と同じである。中間チップ３３の線膨張係数は、電極チップ７１の線膨張係数よりも大きい。具体的には、中間チップ３３は、中心電極２０と同じ材料であるインコネル６００によって形成されており、その線膨張係数は１６．４であった。また、電極チップ７１はＩｒ−Ｐｔ系の合金によって形成されており、その線膨張係数は８．９であった。
【００６９】
図１１は、中心電極２０先端部の、電極チップ７１の中心軸Ｏを通る断面を示す図である。本実施例においても、チップ幅Dは、第４実施例と同様に、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすることができる。本実施例では、チップ幅Ｄが０．６ｍｍの電極チップ７１を採用した。
【００７０】
第５実施例のスパークプラグ１００ｅは、電極チップ７１の中心軸Ｏを通る断面におけるプラグ表面上での溶融池２４と電極チップ７１との境界点ＰＡを中心として、半径０．２ｍｍの範囲外における電極チップ７１の硬度をＡ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における電極チップ７１の硬度をＡ２［Ｈｖ］としたときに、チップ側硬度条件が、上述した種々の実施例と同様に、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
となるように形成されている。第５実施例の中心電極２０の構造では、チップ側硬度条件をこのような範囲とすることにより、電極チップ７１が溶融池２４から剥離することを抑制することができる。
【００７１】
また、第５実施例のスパークプラグ１００ｅは、電極チップ７１の中心軸Ｏを通る断面において、プラグ表面上での溶融池２４と中間チップ３３との境界点ＰＢを中心とし、半径０．２ｍｍの範囲外における中心電極２０の硬度をＢ１［Ｈｖ］、この半径０．２ｍｍの範囲内における中間チップ３３の硬度をＢ２［Ｈｖ］としたときに、中心電極側硬度条件が、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３
となるように形成されている。第５実施例の接地電極３０の構造では、中心電極側硬度条件を、上記のような範囲とすることにより、電極チップ７０が溶融池２３ごと中間チップ３３から剥離してしまうことを抑制することができる。
【００７２】
更に、第５実施例のスパークプラグ１００ｅは、溶接角度条件が、第４実施例と同様に、
３０°≦θ≦９０°
となるように、電極チップ７１と中間チップ３３とがレーザ溶接されている。第５実施例の中心電極２０の構造では、溶接角度条件を、上記のような範囲とすることにより、電極チップ７１と中間チップ３３とが剥離してしまうことを、より効果的に抑制することができる。
【００７３】
Ｆ．各種評価試験：
Ｆ−１．境界点から０．２ｍｍの範囲に着目した根拠： 
以下、上述した各実施例におけるチップ側硬度条件、接地電極側硬度条件、中心電極側硬度条件、溶接角度条件の範囲の根拠を評価試験の結果に基づき説明する。まず、チップ側硬度条件と接地電極側硬度条件と中心電極側硬度条件とにおいて、溶融池の上端および下端に位置する境界点ＰＡおよび境界点ＰＢから、半径０．２ｍｍの内外における各材料の硬度に着目した根拠を説明する。
【００７４】
図１２には、電極チップ７０の中心軸Ｏを通る断面において、境界点ＰＡから、半径を０．１ｍｍずつ変化させた仮想円を示している。ここで、まず、溶融池２３と電極チップ７０との間の境界線と、電極チップ７０の側面とがなす角を２等分する直線上での電極チップ７０の硬度の分布を各仮想円内の中間地点である測定ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄについて調べた。なお、電極チップ７０のサンプルとしては、Ｐｔ合金からなる電極チップ７０を用いた。図中、「Ｅ」と示した測定ポイントは、電極チップ７０の中心軸Ｏ上に位置するポイントであり、溶融池から十分離れた位置に存在するポイントである。このポイントＥで測定する硬度が、電極チップ７０そのものの硬度を示す。
【００７５】
図１３は、各仮想円における硬度の測定結果を示す説明図である。この図１３には、各測定ポイントにおける硬度に加え、チップそのものの硬度と各測定ポイントにおける硬度との比（以下、「硬度比」という）を示している。また、図１４は、各仮想円における硬度比をプロットしたグラフである。これらの図に示すように、境界点ＰＡからの距離が離れるに従い、電極チップ７０内の硬度および硬度比は徐々に高くなっていく。そして、ポイントＣ、すなわち、半径０．２ｍｍを超えると、急激に硬度および硬度比が高くなり、硬度比が「１」に収束する。つまり、レーザ溶接の熱の影響によるチップ硬度の変化は、溶融池の端点から０．２ｍｍ内で概ね収まり、０．２ｍｍを超えると、レーザ溶接の熱による影響をほとんど受けないことがわかった。そのため、以下に説明する各種実験では、レーザ溶接の熱の影響を受けた部分（境界点から０．２ｍｍの範囲内）と、受けていない部分（境界点から０．２ｍｍの範囲外）の硬度の違い（硬度比）が、電極チップ７０の剥離性に与える影響を調べることで、各硬度条件の最適な範囲を決定した。
【００７６】
Ｆ−２．各硬度条件の範囲の根拠： 
次に、上述した各硬度条件の範囲の根拠を示す。まず、上述した各実施例の態様をとるスパークプラグのサンプルを各実施例についてそれぞれ６〜７個用意し、それらについて、溶融池の端点から半径０．２ｍｍ内外における各部材の硬度を測定した。図１５および図１６にこの測定結果を示す。硬度の測定ポイントＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、第１実施例については図３に、第２実施例については図５に、第３実施例については図７に、第４実施例については図８に、第５実施例については図１０に示している。
【００７７】
図１５および図１６には、各測定ポイントにおける硬度の測定結果と併せて、境界点ＰＡについての硬度比（Ａ２／Ａ１）と、境界点ＰＢについての硬度比（Ｂ１／Ｂ２）を示し、さらに、剥離が生じたか否かを示す剥離判定結果を「○」あるいは「×」で示した。「○」が剥離が生じていないと判断した結果を示し、「×」が剥離が生じたと判断した結果を示す。
【００７８】
剥離が生じたか否かは、次のような手法によって判断した。まず、各サンプルについて、バーナーにより電極チップ付近を２分間、１０００℃に加熱し、その後、大気に晒して１分間、熱を冷ます。この一連のサイクルを１０００回行った後、各サンプルについて、中心軸Ｏを通る断面を出す。図１７には、こうして得られた電極チップの断面を示すとともに、剥離判定の判断基準となる剥離率の概念を示した。
【００７９】
続いて、電極チップの断面において、電極チップの両側面から、溶融池と電極チップの境界線に沿って生じているクラックの水平方向の幅Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ測定する。そして、このクラックの幅の合計値が、溶融池の水平方向の幅Ｓ１，Ｓ２の合計値に占める割合を求める。こうして求めた割合のことを、以下、「剥離率」という。剥離率が５０％以上であれば、剥離が生じていると判断し、剥離率が５０％未満であれば、剥離が生じていないと判断した。５０％を判断基準としたのは、剥離率が５０％未満であれば、実用上、電極チップが接地電極３０や中心電極２０から脱落してしまうことがないからである。
【００８０】
図１５に示した第１実施例のサンプルについてみると、剥離評価結果が「○」となるサンプルの、境界点ＰＡについての硬度比Ａ１／Ａ２と、境界点ＰＢについての硬度比Ｂ２／Ｂ１の範囲は、それぞれ、
０．８０≦Ａ１／Ａ２≦１．９０
０．７０≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５０
となった。
【００８１】
また、第２実施例のサンプルについてみると、剥離評価結果が「○」となるサンプルの、硬度比Ａ１／Ａ２および硬度比Ｂ２／Ｂ１の範囲は、それぞれ、
０．７８≦Ａ１／Ａ２≦１．９２
０．６２≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５１
となった。
【００８２】
また、第３実施例のサンプルについてみると、剥離評価結果が「○」となるサンプルの、硬度比Ａ１／Ａ２および硬度比Ｂ２／Ｂ１の範囲は、それぞれ、
０．８２≦Ａ１／Ａ２≦１．９１
０．５０≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５０
となった。
【００８３】
以上の評価結果から、第１実施例および第２実施例については、チップ側硬度条件の硬度比Ａ１／Ａ２の範囲を、上述のように、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
と決定し、
接地電極側硬度条件の硬度比Ｂ２／Ｂ１の範囲を、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
と決定した。
【００８４】
また、第３実施例については、チップ側硬度条件の硬度比Ａ１／Ａ２の範囲を、第１実施例および第２実施例と同様に、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
と決定し、
接地電極側硬度条件の硬度比Ｂ２／Ｂ１の範囲を、
０．５≦Ｂ２／Ｂ１≦２．５
と決定した。
【００８５】
続いて、図１６に示した第４実施例のサンプルについてみると、剥離評価結果が「○」となるサンプルの、硬度比Ａ１／Ａ２および硬度比Ｂ２／Ｂ１の範囲は、それぞれ、
０．８０≦Ａ１／Ａ２≦１．９０
０．７０≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３２
となった。
【００８６】
また、第５実施例のサンプルについてみると、剥離評価結果が「○」となるサンプルの、硬度比Ａ１／Ａ２および硬度比Ｂ２／Ｂ１の範囲は、それぞれ、
０．８０≦Ａ１／Ａ２≦１．９１
０．７０≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３３
となった。
【００８７】
以上の評価結果から、第４実施例および第５実施例については、チップ側硬度条件の硬度比Ａ１／Ａ２の範囲を、
０．８≦Ａ１／Ａ２≦１．９
と決定し、
中心電極側硬度条件の硬度比Ｂ２／Ｂ１の範囲を、
０．７≦Ｂ２／Ｂ１≦２．３
と決定した。
【００８８】
一般に、電極チップと母材（接地電極、中間チップあるいは中心電極）とをレーザ溶接すると、電極チップと溶融地との境界付近に、溶接後に残留応力が発生する。そのため、高温化における電極チップの剥離を防止するという観点からは、電極チップそのものの硬度Ａ２よりも電極チップと溶融地との境界付近の硬度Ａ１を高くしておくことが望ましいと考えられる。しかし、あまりに硬度Ａ１が高い場合には、溶接直後に、溶融部の境界にクラックが生じてしまう。このような観点に基づき、上述した評価試験では、硬度比Ａ１／Ａ２の上限として、１．９という値が得られた。しかし、上述した評価試験では、硬度比Ａ１／Ａ２の下限が、０．８という値が得られたため、硬度Ａ２の方が硬度Ａ１よりも高い場合においても、実用上、電極チップの脱落を抑制することが可能であることが判明した。
【００８９】
また、溶融池と母材との関係で見れば、溶融池と母材との境界付近の硬度Ｂ２が低い方が、高温化において圧縮応力の効果が得られることになり、母材からの溶融池の剥離が生じにくくなると考えられる。このような観点に基づき、上述した評価試験では、硬度比Ｂ２／Ｂ１の下限として、０．７あるいは０．５という値が得られた。一方、溶融池と母材との境界付近の硬度Ｂ２が過度に高くなると、溶接直後に、溶融部の境界にクラックが生じてしまう。上述した評価試験によれば、硬度比Ｂ２／Ｂ１の上限が、２．５あるいは２．３であれば、実用上、大きなクラックが生じず、電極チップの脱落が抑制可能であることが判明した。
【００９０】
Ｆ−３．溶接角度θの範囲の根拠： 
最後に、溶接角度θの範囲の根拠を示す。まず、溶接角度θを４３°から１６３°まで変化させた第２実施例の形態を有するスパークプラグのサンプルを７つ用意し、これらについて、剥離率に基づく剥離評価試験を行った。この試験では、チップ幅Ｄが０．８ｍｍの電極チップ７０を用いつつ、接地電極３０上に形成する台座部３１の径を種々変更することで、溶接角度θを調節した。なお、図５には、溶接角度θが９０°未満の場合の接地電極３０の断面を示しているが、溶接角度が９０°以上になると、図１８に示すように、台座部３１の幅が、チップ幅Ｄよりも狭くなる。
【００９１】
図１９は、第２実施例について溶接角度θを種々変化させた場合の剥離評価結果を示す説明図である。この図には、溶接角度θとともに、測定ポイントＢ１，Ｂ２における硬度と、硬度比Ｂ２／Ｂ１と、剥離評価結果を示している。この図に示すように、剥離評価結果として「○」と判定されたのは、溶接角度θが６０°から１５０°までのサンプルであった。そのため、接地電極上に電極チップ７０を有する第１〜３実施例における溶接角度条件を、上述のように、
６０°≦θ≦１５０°
と決定した。なお、本実験では、溶接角度の調整が容易であることから、第２実施例の形態を有するサンプルに基づいて評価を行ったが、この評価は、第１実施例と第３実施例の形態についても適用可能である。
【００９２】
続いて、溶接角度θを２８°から１２７°まで変化させた第４実施例の形態を有するスパークプラグのサンプルを７つ用意し、これらについて、剥離率に基づく剥離評価試験を行った。この試験では、チップ幅Ｄが０．６ｍｍの電極チップ７１を用いつつ、中心電極２０の先端部の径を種々変更することで、溶接角度θを調節した。
【００９３】
図２０は、第４実施例について溶接角度θを種々変化させた場合の剥離評価結果を示す説明図である。この図に示すように、剥離評価結果として「○」と判定されたのは、溶接角度θが３０°から９０°までのサンプルであった。そのため、中心電極上に電極チップ７１を有する第４，５実施例における溶接角度条件を、上述のように、
３０°≦θ≦９０°
と決定した。なお、本実験では、溶接角度の調整が容易であることから、第４実施例の形態を有するサンプルに基づき評価を行ったが、この評価は、第５実施例の形態についても適用可能である。
【００９４】
Ｇ．まとめ：
以上で説明した各実施例のスパークプラグによれば、異なる線膨張係数を有する電極チップと母材（接地電極、中間チップあるいは中心電極）とをレーザ溶接しても、溶融池付近の硬度と母材の硬度とを良好な関係とすることができる。そのため、内燃機関の運転時等に各部材の熱応力によって、母材から電極チップが剥離あるいは脱落してしまうことを抑制することができる。この結果、スパークプラグの耐消耗性を向上させることができ、更に、ギャップ拡大による失火の発生を抑制することが可能になる。また、上述した各実施例では、溶融池付近の硬度だけではなく、溶接角度θをも規定することで、熱変形によって応力が増加してしまうことを抑制することができる。よって、電極チップの剥離や脱落をより効果的に抑制することが可能になる。
【００９５】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、電極チップは、中心電極２０と接地電極３０とのいずれか一方に接合されているものとしてもよいし、中心電極２０と接地電極３０の両方に接合されているものとしてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
１０…絶縁碍子
１２…軸孔
１３…脚長部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０…中心電極
２１…電極母材
２２…電極母材台座
２３，２４…溶融池
２５…芯材
３０…接地電極
３１…台座部
３２…鍔部
３３…中間チップ
３４…複合チップ
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５４…シール部
７０，７１…電極チップ
１００，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
【図１】
2010272212.tif 000003
【図２】
2010272212.tif 000004
【図３】
2010272212.tif 000005
【図４】
2010272212.tif 000006
【図５】
2010272212.tif 000007
【図６】
2010272212.tif 000008
【図７】
2010272212.tif 000009
【図８】
2010272212.tif 000010
【図９】
2010272212.tif 000011
【図１０】
2010272212.tif 000012
【図１１】
2010272212.tif 000013
【図１２】
2010272212.tif 000014
【図１３】
2010272212.tif 000015
【図１４】
2010272212.tif 000016
【図１５】
2010272212.tif 000017
【図１６】
2010272212.tif 000018
【図１７】
2010272212.tif 000019
【図１８】
2010272212.tif 000020
【図１９】
2010272212.tif 000021
【図２０】
2010272212.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月29日(2010.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
請求項３ないし請求項７のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記電極チップの中心軸を通り、前記溶融池の前記中心軸に沿った幅が最大となる断面において、前記スパークプラグの表面上における前記溶融池の上端および下端を結ぶ線分の垂直二等分線と、前記中心軸とのなす角θが、
６０°≦θ≦１５０°
の条件を満たすスパークプラグ。