(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ギャップ（５０）を介して対向配置された中心電極（３０）および接地電極（４０）と、
前記接地電極における前記放電ギャップに面する部位（４３）にレーザ溶接された貴金属チップ（４５）とを備えるスパークプラグにおいて、
前記貴金属チップは、その一端側が前記接地電極にレーザ溶接され、他端側の先端面の断面積が０．１２ｍｍ2以上１．１５ｍｍ2以下であって前記接地電極からの突出長さ（Ｌ）が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、
前記接地電極と前記貴金属チップとが溶け込み合った溶融部（４７）において、前記貴金属チップの側面（４５ａ）と前記接地電極における前記貴金属チップの接合面（４３）とを結ぶ外面（４７ａ）が、凹んだ曲面形状であり、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の曲率半径（Ｒ）を有していることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記曲率半径（Ｒ）は、前記貴金属チップ（４５）の前記接地電極（４０）と接している断面の最大幅をＤとすると、Ｄ／４以上３Ｄ／４以下である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】
前記貴金属チップ（４５）は、Ｉｒを主成分としＲｈ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加された合金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】
前記貴金属チップ（４５）は、Ｉｒを主成分とし、５０重量％以下のＲｈ、５０重量％以下のＰｔ、４０重量％以下のＮｉ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金であることを特徴とする請求項３に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記貴金属チップ（４５）は、Ｐｔを主成分としＩｒ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加された合金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６】
前記貴金属チップ（５０、６０）は、Ｐｔを主成分とし、５０重量％以下のＩｒ、４０重量％以下のＮｉ、５０重量％以下のＲｈ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金であることを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記溶融部（４７）における前記貴金属チップ（４５）の成分は、３５重量％以上８０重量％以下であることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一つに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中心電極および接地電極を放電ギャップを介して対向配置するとともに、接地電極における放電ギャップに面する部位に貴金属チップをレーザ溶接してなるスパークプラグおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスパークプラグは、内燃機関の点火栓として用いられるが、排気浄化や希薄燃焼の観点より、放電ギャップに面する電極面にＰｔ（白金）合金やＩｒ（イリジウム）合金等の耐消耗性に優れた貴金属よりなる貴金属チップを設け、それによって、着火性や耐久性の向上を図っている。
【０００３】
ここで、電極母材と貴金属チップとの接合性向上の策として、従来より、特開平１１−２３３２３３号公報や特開平９−１０６８８０号公報に記載されているようなレーザ溶接を用いた手法が提案されている。
【０００４】
前者公報は、電極母材の先端部を細径化し、この細径化された部分に貴金属チップをレーザ溶接するものであり、後者公報は、電極母材に貴金属チップを埋め込んでチップ周囲に電極母材の盛り上がった部分を形成し、この盛り上がり部とチップとをレーザ溶接するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、上記従来公報に記載の手法を用いた場合、中心電極と貴金属チップとの接合においては、実用レベルの接合性を確保できるが、接地電極と貴金属チップとの接合においては、接合部から剥離が生じ、最悪チップが脱落してしまうことがわかった。
【０００６】
これは、スパークプラグの内燃機関への取付形態において、接地電極が中心電極に比べて燃焼室内に突出しているためであり、それによって、接地電極の方が中心電極よりも電極温度が高くなり、貴金属チップと電極母材との間すなわち溶融部にて発生する熱応力が大きくなるためである。
【０００７】
そのため、貴金属チップを接地電極にレーザ溶接するにあたって、上記した従来手法以上に接合性を良好なものとする必要がある。ただし、貴金属チップと接地電極との接合性を向上させるにあたっては、当該接合性のみでなく着火性も考慮して検討していくことが必要である。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、接地電極に貴金属チップをレーザ溶接して成るスパークプラグにおいて、着火性を適切に確保しつつ、接地電極と貴金属チップとの接合性を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の着火性の確保及び接合性の向上化について、鋭意検討を行った。まず、着火性については、貴金属チップは、その径が細いほど、また、接地電極からの突出長さが長いほど、放電ギャップにて発生する火炎核の成長を阻害しにくいことに着目し、火炎核の成長を阻害せずに良好な着火性を確保可能な貴金属チップの径および接地電極からの突出長さについて実験検討を行った。
【００１０】
また、接地電極と貴金属チップとの接合性については、上記従来手法による貴金属チップのレーザ溶接構造を中心電極に適用した場合に、中心電極とチップとの溶融部に発生する熱応力（中心電極側熱応力）を基準として考えた。これは、上述したように、従来手法により発生する中心電極側熱応力のレベルであれば、実用レベルの電極母材とチップとの接合性を確保できるためである。
【００１１】
そして、接地電極とチップとのレーザ溶接構造における溶融部の熱応力（接地電極側熱応力）が、上記中心電極側熱応力を超えないような接地電極とチップとのレーザ溶接構造を実現すれば、上記目的を達成することができると考えた。
【００１２】
ここで、上記従来公報のスパークプラグにおいては、溶融部におけるチップの軸方向に沿った断面をみたとき、貴金属チップの側面と電極母材における貴金属チップの接合面とを結ぶ溶融部の外面が直線状となっている（図３参照）。このような溶融部形状に対して、溶融部を更に細いものとすれば、溶融部に発生する熱応力を小さくし、接地電極と貴金属チップとの接合性を向上させることができるのではないかと考えた。
【００１３】
本発明は、上記したような着火性の確保及び接合性の向上化に関する検討に基づいてなされたものである。
【００１４】
すなわち、請求項１に記載の発明においては、貴金属チップ（４５）を、その一端側が接地電極（４０）にレーザ溶接され、他端側の先端面の断面積が０．１２ｍｍ2以上１．１５ｍｍ2以下であって接地電極からの突出長さ（Ｌ）が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とし、接地電極と貴金属チップとが溶け込み合った溶融部（４７）において、貴金属チップの側面（４５ａ）と接地電極における貴金属チップの接合面（４３）とを結ぶ外面（４７ａ）が、凹んだ曲面形状であり、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の曲率半径（Ｒ）を有していることを特徴としている。
【００１５】
上記した着火性と貴金属チップの径および接地電極からの突出長さとの関係に関する実験検討の結果、レーザ溶接された他端側の先端面の断面積が１．１５ｍｍ2以下であって接地電極からの突出長さ（Ｌ）が０．３ｍｍ以上の貴金属チップであれば、火炎核の成長を阻害せずに良好な着火性を確保できることが実験的に確認できた。
【００１６】
一方、貴金属チップにおいて、上記断面積が０．１２ｍｍ2より細いと火花が集中して消耗性が悪化し、接地電極からの突出長さが１．５ｍｍよりも長いとチップ先端の温度が大きく上昇し溶融しやすくなってしまう。このことから、貴金属チップを、本発明のような断面積および接地電極からの突出長さを有するものとすれば、着火性を適切に確保することができる。
【００１７】
また、溶融部に発生する熱応力を小さくするために溶融部形状を検討した結果、貴金属チップ（４５）の側面（４５ａ）と接地電極（４０）における貴金属チップの接合面（４３）とを結ぶ溶融部（４７）の外面（４７ａ）が、曲率半径（Ｒ）を有して凹んだ曲面形状となるようにすれば、溶融部において接合に要する容積を確保しつつ、溶融部をできるだけ細いものにできると考えた。
【００１８】
そして、実際に、上記形状をなす溶融部について解析したところ、当該溶融部に発生する熱応力は、従来手法により発生する中心電極側熱応力以下に抑制できることが確認できた。
【００１９】
従って、以上のような検討結果に基づいてなされた本発明によれば、着火性を適切に確保しつつ、接地電極と貴金属チップとの接合性を向上させたスパークプラグを提供することができる。
【００２０】
さらに、請求項１に記載の溶融部（４７）における曲率半径（Ｒ）について、従来手法により発生する中心電極側熱応力を基準にして解析したところ、当該曲率半径が０．１ｍｍより小であるか、１．０ｍｍより大であると、溶融部に加わる熱応力が、上記中心電極側熱応力のレベルを超えやすくなってしまうことがわかった（図８（ａ）参照）。
【００２１】
このことから、請求項１に記載の発明では、曲率半径（Ｒ）は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴としている。この場合、実際に貴金属チップ（４５）を接地電極（４０）にレーザ溶接し、曲率半径（Ｒ）を小さくしようとすると、溶融部（４７）の溶け込み深さ（ｄ）が十分でなくなる（図８（ｂ）参照）。
【００２２】
そこで、実験および解析を行った結果、請求項２に記載の発明のように、曲率半径（Ｒ）を、貴金属チップ（４５）の接地電極（４０）と接している断面の最大幅をＤとして、Ｄ／４以上３Ｄ／４以下の範囲とすることが、上記請求項１の発明の効果を発揮しつつ貴金属チップの接合性を確保するためには好ましい。
【００２３】
また、請求項３〜請求項６の発明は、上記請求項１または請求項２に記載の貴金属チップの具体的構成を提供するものである。請求項３に記載の発明では、Ｉｒを主成分としＲｈ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加された合金であることを特徴とする。
【００２４】
より具体的には、請求項４に記載の発明のように、貴金属チップ（４５）は、Ｉｒを主成分とし、５０重量％以下のＲｈ、５０重量％以下のＰｔ、４０重量％以下のＮｉ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金であるものにすることができる。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明のように、貴金属チップ（４５）は、貴金属チップ（４５）は、Ｐｔを主成分としＩｒ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加された合金であるものであっても良い。
【００２６】
より具体的には、請求項６に記載の発明のように、貴金属チップ（４５）は、Ｐｔを主成分とし、５０重量％以下のＩｒ、４０重量％以下のＮｉ、５０重量％以下のＲｈ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金であるものにすることができる。
【００２７】
上記した貴金属チップを採用することで、耐消耗性に優れた高融点組成を有する貴金属チップを実現することができ、将来の熱負荷の厳しいエンジンでも、十分に寿命を確保できる。そして、上記請求項１および請求項２の発明は、このような貴金属チップを採用した場合にも、適切に効果を発揮する。
【００２８】
貴金属チップとして、このようなＩｒ合金チップやＰｔ合金チップを用いた場合、溶融部における貴金属チップの成分について解析した。その結果、請求項７に記載の発明のように、溶融部（４７）における貴金属チップ（４５）の成分が、３５重量％以上８０重量％以下であれば、溶融部に加わる熱応力を、基準となる上記中心電極側熱応力を越えないレベルに抑制できることがわかった。
【００２９】
ここで言う溶融部における貴金属チップの成分比の定義は、以下のようである。溶融部内の任意の箇所において、５０μｍ四方の領域を１０箇所について成分分析を行い、その平均値とする。レーザ溶接では、実際は均一な成分比とはならず、多少ばらつきを持っているが、１０箇所の平均値をとる方法によれば、全体を均一な組成とみなして良いことを、エンジン評価やベンチ評価で確認済みである。
【００３２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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一例である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係るスパークプラグＳ１の全体構成を示す半断面図である。このスパークプラグＳ１は、自動車用エンジンの点火栓等に適用されるものであり、該エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に挿入されて固定されるようになっている。
【００３４】
スパークプラグＳ１は、導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼等）等よりなる円筒形状の取付金具１０を有しており、この取付金具１０は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部１１を備えている。取付金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ2Ｏ3）等からなる絶縁体２０が固定されており、この絶縁体２０の先端部２１は、取付金具１０の一端から露出するように設けられている。
【００３５】
絶縁体２０の軸孔２２には中心電極３０が固定されており、この中心電極３０は取付金具１０に対して絶縁保持されている。中心電極３０は、例えば、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、図１に示すように、その先端面３１が絶縁体２０の先端部２１から露出するように設けられている。
【００３６】
一方、接地電極４０は、例えば、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金からなる角柱より構成されており、根元端部４２にて取付金具１０の一端に溶接により固定され、途中で略Ｌ字に曲げられて、先端部４１の側面（以下、先端部側面という）４３において中心電極３０の先端面３１と放電ギャップ５０を介して対向している。
【００３７】
ここで、図２に、スパークプラグＳ１における放電ギャップ５０近傍の拡大構成を示す。上記のように放電ギャップ５０を介して中心電極３０の先端面３１と接地電極４０の先端部側面４３とが対向して配置されており、これら中心及び接地電極３０、４０における放電ギャップ５０に面する部位３１、４３には、貴金属チップ３５、４５がレーザ溶接により接合されている。
【００３８】
すなわち、中心電極３０の先端面３１には、貴金属チップ（以下、中心電極側チップという）３５が、また、接地電極４０の先端部側面４３には、貴金属チップ（以下、接地電極側チップという）４５が、それぞれ溶接されている。これら両チップは円柱状であり、その一端面側が各電極３０、４０にレーザ溶接されている。そして、放電ギャップ５０は、両チップ３５、４５の先端部間の空隙であり、例えば０．７ｍｍ程度である。
【００３９】
これら両チップ３５、４５は、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｉｒ、Ｉｒ合金等の貴金属よりなるものを採用することができる。例えば、Ｉｒを主成分としＲｈ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加されたＩｒ合金チップや、Ｐｔを主成分としＩｒ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓの少なくとも一つが添加されたＰｔ合金チップとすることができる。
【００４０】
より具体的に、上記Ｉｒ合金チップとしては、Ｉｒを主成分とし、５０重量％以下のＲｈ、５０重量％以下のＰｔ、４０重量％以下のＮｉ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金であるものにすることができる。
【００４１】
また、上記Ｐｔ合金チップとしては、Ｐｔを主成分とし、５０重量％以下のＩｒ、４０重量％以下のＮｉ、５０重量％以下のＲｈ、３０重量％以下のＷ、４０重量％以下のＰｄ、３０重量％以下のＲｕ、２０重量％以下のＯｓの少なくとも一つが添加された合金であるものにすることができる。
【００４２】
本例では、両チップ３５、４５として、Ｉｒを主成分としてＲｈ、Ｐｔ、Ｒｕ、ＰｄおよびＷのうちすくなくとも１種が添加された耐消耗性に優れた高融点のＩｒ合金チップを採用している。
【００４３】
また、これら両チップ３５、４５のうち中心電極側チップ３５と中心電極３０との溶接構造は、上記した従来公報に記載の手法により形成されたものを採用することができる。その断面構成を図３に概略的に示す。
【００４４】
図３に示す様に、溶融部３７におけるチップ３５の軸方向に沿った断面をみたとき、チップ３５の側面３５ａと中心電極３０の先端面（電極母材における貴金属チップの接合面）３１とを結ぶ溶融部３７の外面３７ａが直線状となっている。
【００４５】
一方、接地電極側チップ４５と接地電極４０との溶接構造において、本実施形態では、次のような独自の構成を有している。図４は、接地電極４０側の溶接構造の概略断面構成を示す図である。
【００４６】
一端側が接地電極４０の先端部側面４３にレーザ溶接された接地電極側チップ４５は、他端側の先端面の断面積が０．１２ｍｍ2以上１．１５ｍｍ2以下であって且つ接地電極４０の先端部側面４３からの突出長さＬが０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。本例では、上記断面積範囲に対応して、直径Ｄが０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の円柱形状をなしている。
【００４７】
そして、接地電極４０とチップ４５とが溶け込み合った溶融部（溶融固着層）４７において、チップ４５の側面４５ａと接地電極４０の先端部側面（接地電極におけるチップの接合面）４３とを結ぶ外面４７ａが、曲率半径Ｒを有して凹んだ曲面形状となっている。
【００４８】
このような曲率半径Ｒを有する接地電極４０側の溶融部４７形状は、次のようにして形成することができる。図５は、接地電極側チップ４５と接地電極４０との溶接方法を概略断面にて示す説明図である。まず、接地電極側チップ４５の一端面４５ｂを、接地電極４０に埋没させることなく接地電極４０の先端部側面（接地電極の表面）４３に接触させる（図５（ａ）〜（ｃ））。
【００４９】
続いて、当該先端部側面４３から外方へ延びるチップ４５の側面４５ａと当該先端部側面４３とがなす角部４９に対して、これらチップ４５の側面４５ａ及び当該先端部側面４３とは斜めの方向（図中の白矢印方向）から、レーザ照射を行い、チップ４５と接地電極４０とを溶融させ、溶融部４７を形成する（図５（ｄ）、（ｅ））。
【００５０】
こうして、図４に示す溶融部４７を介した接地電極側チップ４５と接地電極４０との溶接構造が適切に形成される。なお、例えば、この後、取付金具１０に対して接地電極４０を溶接固定し、絶縁体２０にて被覆された中心電極３０を取付金具１０内に設置し、接地電極４０を変形させる等により放電ギャップ５０を形成することにより、図１に示すスパークプラグＳ１が製造される。
【００５１】
次に、上記接地電極側チップ４５におけるレーザ溶接された他端側の先端面の断面積が、０．１２ｍｍ2以上１．１５ｍｍ2以下であって且つ上記突出長さＬが０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とした根拠について述べる。
【００５２】
貴金属チップは、その径が細いほど、また、接地電極からの突出長さが長いほど、放電ギャップにて発生する火炎核の成長を阻害しにくいと考えられる。そのため、火炎核の成長を阻害せずに良好な着火性を確保可能な貴金属チップの直径および接地電極からの突出長さについて、次のような判定試験を行った。
【００５３】
上記Ｄ、Ｌを種々変えたスパークプラグＳ１をエンジンに取り付け、判定方法は、アイドリング状態にある空燃比にて、空燃比を大きくしていき、２分間に点火ミスが２回以上発生する空燃比を限界値（着火限界空燃比）とした。評価エンジンは４気筒１．６リットル、エンジン回転数６５０ｒｐｍで実施した。
【００５４】
なお、限定するものではないが、この判定試験における中心電極側チップ３５としては、例えば、直径Ｄ’が０．４ｍｍ、中心電極３０の先端面３１からの突出長さＬ’が０．６ｍｍである円柱体（図３参照）を用い、放電ギャップ５０は０．７ｍｍとした。
【００５５】
この試験結果を図６に示す。着火限界空燃比は大きい方がそれだけ希薄燃焼可能であり、着火性が良くなることを意味する。図６からわかるように、接地電極側チップ４５の直径Ｄが細くなるほど着火性は向上しているが、直径Ｄが１．３ｍｍに太くなると大幅に着火性が低下している。
【００５６】
また、接地電極側チップ４５の突出長さＬが大きいほど着火性は向上しているが、その向上の度合は０．３ｍｍ以上で略飽和している。従って、図６から、良好な着火性を確保可能な接地電極側チップ４５としては、直径Ｄが１．２ｍｍ以下（上記断面積が１．１５ｍｍ2以下に相当）であって接地電極からの突出長さＬが０．３ｍｍ以上であることが必要なことがわかる。
【００５７】
また、耐熱性・耐消耗性に優れた貴金属よりなる接地電極側チップ４５といえども、上記直径Ｄが０．４ｍｍ（上記断面積が０．１２ｍｍ2に相当）より細いと火花が集中して消耗性が悪化する。また、接地電極４０からの突出長さＬが１．５ｍｍよりも長いと、チップ４５の先端の温度が大きく上昇しチップ４５が溶融しやすくなってしまう。
【００５８】
これらのことから、本実施形態では、接地電極側チップ４５を、レーザ溶接された他端側の先端面の断面積が０．１２ｍｍ2以上１．１５ｍｍ2以下（本例では直径Ｄが０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下）であって且つ上記突出長さＬが０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるものとしている。それによって、適切に着火性を確保することができる。
【００５９】
次に、接地電極４０とチップ４５とが溶け込み合った溶融部４７において、チップ４５の側面４５ａと接地電極４０の先端部側面４３とを結ぶ外面４７ａを、曲率半径Ｒを有して凹んだ曲面形状とした根拠について述べる。
【００６０】
上記従来公報に記載の手法により、接地電極側チップと接地電極とをレーザ溶接した場合、その溶接構造は上記図３に示した中心電極３０の場合と同様の構造となる。
【００６１】
つまり、図７に示す様に、接地電極４０においても、チップ４５の側面４５ａと接地電極４０の先端部側面４３とを結ぶ溶融部４７の外面４７ａが直線状となる。この場合、中心電極３０よりも使用時の温度が高くなる接地電極４０においては、接地電極４０とチップ４５との接合性は実用レベルを満足せず、使用時において接合部から剥離が生じ、最悪チップ４５が脱落してしまう可能性が大きい。
【００６２】
このような溶融部形状に対して、接地電極４０側の溶融部４７の形状を、上述した曲率半径Ｒを有して凹んだ曲面形状をなすものとすれば、当該溶融部４７において接合に要する容積を確保しつつ、当該溶融部４７をできるだけ細いものにできる。
【００６３】
また、図７に示す様な従来形状では、チップ４５と溶融部４７との界面および溶融部４７と接地電極４０の先端部側面４３との界面で、屈曲点が存在し、その箇所で強い熱応力が発生する。それに対して、図４に示す様に、溶融部４７の外面４７ａを、上記曲面形状とすることにより、チップ４７から溶融部４７、接地電極４０に渡る面が、なめらかな曲線で構成されるため、そのような応力集中が回避されると考えられる。
【００６４】
従って、本実施形態によれば、当該溶融部４７に発生する熱応力を小さくし、接地電極４０とチップ４５との接合性を向上させることができると言える。
【００６５】
ここで、接地電極４０側の溶融部４７に発生する熱応力を、どの程度まで小さくするかという基準としては、例えば、上記従来手法によるレーザ溶接構造を中心電極に適用した構造にて発生する熱応力、すなわち、本実施形態のスパークプラグＳ１における中心電極３０側の溶融部３７に発生する熱応力（中心電極側熱応力）を採用することができる。
【００６６】
これは、本スパークプラグＳ１においては、中心電極３０側では、電極とチップとの接合性を実用レベルにて確保できているためである。そして、接地電極４０側の溶融部４７において、曲率半径Ｒを変えていったときの当該溶融部４７に発生する熱応力（接地電極側熱応力）について、上記中心電極側熱応力を基準としてＦＥＭ（有限要素法）解析を行った。
【００６７】
この溶融部の熱応力解析の結果を図８（ａ）に示す。ここで、中心電極側及び接地電極側の熱応力を求める場合、チップの直径Ｄ、Ｄ’を１．２ｍｍ、突出長さＬ、Ｌ’を１．０ｍｍとし、溶融部３７、４７のチップ成分は３５重量％とした。これは、接合性の点から最も厳しい仕様である。また、熱応力の発生部位としては、溶融部３７、４７における電極３０、４０寄りの部位とした。
【００６８】
図８（ａ）では、曲率半径Ｒを変えていったときの接地電極側熱応力が、中心電極側熱応力レベルを１と規格化した値である応力レベル比として示されている。また、図８（ａ）中の「従来形状」は、上記図７に示す形状であり、中心電極３０側の溶融部３５と同一の溶融部形状であるにもかかわらず、発生する熱応力が大きい。これは、使用時において、接地電極４０の温度（例えば９００℃）が、中心電極３０の温度（例えば８００℃）よりも高いためである。
【００６９】
そして、図８（ａ）において、応力レベル比が１以下となるような曲率半径Ｒであれば、接地電極４０と接地電極側チップ４５との接合性は、従来の溶融部形状に比して向上しており、実用レベルを確保できるといえる。つまり、接地電極４０側の溶融部４７における曲率半径Ｒは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。
【００７０】
なお、図８（ａ）によれば、当該曲率半径Ｒが０．１ｍｍより小であるか、１．０ｍｍより大であると、接地電極側熱応力が、中心電極側熱応力のレベルを超えている。これは、曲率半径Ｒが０．１ｍｍより小であると溶融部形状が急峻となり熱応力が集中しやすく、また、曲率半径Ｒが１．０ｍｍより大であると曲率半径Ｒが大きすぎて従来の溶融部形状との相違が小さくなり、曲率半径Ｒを付けたことのメリットが無くなるためと考えられる。
【００７１】
以上のことから、本実施形態では、接地電極４０側において、接地電極側チップ４５の側面４５ａと接地電極４０の先端部側面４３とを結ぶ溶融部４７の外面４７ａを、曲率半径Ｒを有して凹んだ曲面形状としている。そして、曲率半径Ｒは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。
【００７２】
さらに、図８（ｂ）は、接地電極側チップ４５の接地電極４０と接している断面を示す図であるが、実際に、接地電極側チップ４５を接地電極４０にレーザ溶接する場合、曲率半径Ｒを小さくしようとすると、溶融部４７の溶け込み深さｄが十分でなくなる。
【００７３】
接地電極側チップ４５と接地電極４０との接合性を確保するという点から、溶融部の溶け込み深さｄは、Ｄ／４以上必要であることが実験的に確認されている。ここで、Ｄは、図８（ｂ）に示すように、接地電極側チップ４５の接地電極４０と接している断面の最大幅であるが、本例では、円柱状である接地電極側チップ４５の直径に相当する。
【００７４】
しかし、溶け込み深さｄを大きくしようとすると、溶接エネルギーが大きくなるため、図８（ｂ）に示すナゲット幅Ｗが大きくなる。すると、曲率半径Ｒも大きくなってしまい、曲率半径Ｒを付けたことのメリットが小さくなる。一方、曲率半径Ｒを小さくしようとすると、ナゲット幅Ｗも小さくなり、上記溶け込み深さｄも小さくなってしまい、接合性確保が困難になる。
【００７５】
そこで、最低限必要な溶け込み深さｄの値、すなわちｄ＝Ｄ／４となるときの曲率半径Ｒが、接合性を確保するための下限値となる。本例の接地電極側チップ４５のＤは０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であるが、この範囲のＤについてｄ＝Ｄ／４となるときの曲率半径Ｒを実験的に求めると、Ｒ＝Ｄ／４（Ｄ×１／４）となる。
【００７６】
また、ＦＥＭ解析の結果から、曲率半径Ｒを付けたことのメリットを発揮するためには、上記Ｄは３Ｄ／４（Ｄ×３／４）以下であることが好ましい。よって、上記曲率半径Ｒによる効果を発揮しつつ貴金属チップの接合性を確保するためには、接地電極側チップ４５の接地電極４０と接している断面の最大幅をＤとして、Ｄ／４以上３Ｄ／４以下の範囲とすることが好ましい。
【００７７】
また、本実施形態においては、接地電極側チップ４５として、上記したＰｔ、Ｐｔ合金、Ｉｒ、Ｉｒ合金等のチップを採用しているが、この場合、溶融部４７におけるチップ４５の成分が、３５重量％以上８０重量％以下であることが好ましい。
【００７８】
このことは、次に述べる検討結果を根拠とするものである。溶融部４７は、接地電極側チップ４５と接地電極（Ｎｉ基合金）４０とが溶け込みあったものであるが故、その溶融組成によっても、接合性が変わってくる。そこで、溶融部４７における接地電極側チップ４５の成分と熱応力との関係についてＦＥＭ解析を実施した。
【００７９】
この解析結果の一例を図９に示す。図９は、接地電極側チップ４５として上記Ｉｒ合金チップを採用した例であり、溶融部４７中のＩｒ合金成分比（重量％）と、上記応力レベル比（中心電極側熱応力を１としたときの接地電極側熱応力の値）との関係を示している。また、接地電極側熱応力は、上記図４中の溶融部４７におけるａ点（チップと溶融部との界面部）、ｂ点（溶融部と接地電極との界面部）を求め、図９中、ａ点を黒丸プロット、ｂ点を白丸プロットとして示してある。
【００８０】
ここで、図９においても、中心電極側熱応力を基準としているが、この場合、両チップ３５、４５の直径Ｄ、Ｄ’及び、突出長さＬ、Ｌ’は同一寸法とした。また、中心電極３０側の溶融部３７のチップ成分は、中心電極３０側において実用レベルの接合性を満足する下限値（本例では３５重量％）とした。また、両チップ３５、４５の材質は、限定するものではないが、本例ではＩｒが９０重量％、Ｒｈ１０重量％のものとした。
【００８１】
図９から、ａ点（チップと溶融部との界面部）側の熱応力を、基準となる中心電極側熱応力以下とするためには、３５重量％以上が好ましく、また、ｂ点（溶融部と接地電極との界面部）側の熱応力を、基準となる中心電極側熱応力以下とするためには、８０重量％以下が好ましいことがわかる。
【００８２】
なお、接地電極側チップ４５は、接地電極４０よりも放電ギャップ５０側へ突き出ており、接地電極（電極母材）４０よりも温度が高くなるため、チップ４５と溶融部４７との界面の方が、溶融部４７と接地電極４０との界面よりも、発生する熱応力が大きくなる。そのため、溶融部４７のチップ成分比を調整するにあたっては、チップ４５寄りの部位を中心に調整することが好ましいと考えられる。
【００８３】
以上述べてきたように、本実施形態によれば、上記のように、接地電極側チップ４５における寸法Ｄ、Ｌおよび溶融部４７の形状が規定されたレーザ溶接構造を採用することにより、着火性を適切に確保しつつ、接地電極と貴金属チップとの接合性を向上させたスパークプラグを提供することができる。
【００８４】
また、本実施形態によれば、上記図５に示した製造方法によって、本実施形態のレーザ溶接構造を適切に製造することができる。また、本製造方法によれば、上記従来公報に記載されているような、電極母材を加工して細径部を形成したり、電極母材に貴金属チップを埋め込んだりするといった手間がかからないので、簡便な製造方法とすることができる。
【００８５】
（他の実施形態）
なお、本発明は、図１０に示すような、中心電極３０と火花ギャップすなわち放電ギャップ５０を形成する主接地電極４０に加え、絶縁体２０の先端部２１に対向している副接地電極４０ａを有するスパークプラグに対しても適用することができる。ここで、図１０において、（ａ）は主接地電極４０の側面方向から火花放電部を見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。
【００８６】
図１０に示すスパークプラグにおいて、主接地電極４０およびこれにレーザ溶接された貴金属チップ４５に対して、上記実施形態と同様の構成を採用すれば、着火性を適切に確保しつつ、接地電極と貴金属チップとの接合性を向上させるとともに、耐カーボン汚損性も確保したスパークプラグを提供することができる。
【００８７】
また、上記実施形態における接地電極４０の母材として、インコネル６００（登録商標）などのＮｉ基合金にＡｌを１．５重量％以上添加したものを用いると、高着火性を有し、かつ耐熱耐酸化性に優れたスパークプラグを提供することができる。
【００８８】
また、耐熱耐酸化性を向上させるためには、図１１（ａ）に示すように、内部に良熱伝導材としてのＣｕ材４０ｂを有し、このＣｕ材４０ｂをＮｉ基合金からなる被覆材４０ｃにて被覆してなる接地電極４０としても良い。さらには、図１１（ｂ）に示すように、良熱伝導材を、Ｎｉ材４０ｄを芯材としてＣｕ材４０ｂにて被覆した２層構造とし、これを被覆材４０ｃにて被覆してなる接地電極４０としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの全体構成を示す半断面図である。
【図２】図１に示すスパークプラグにおける放電ギャップ近傍の拡大構成図である。
【図３】図１に示すスパークプラグにおける中心電極側のチップ溶接構造を示す概略断面図である。
【図４】図１に示すスパークプラグにおける接地電極側のチップ溶接構造を示す概略断面図である。
【図５】接地電極側チップと接地電極との溶接方法を示す説明図である。
【図６】接地電極側チップの形状と着火性との関係についての解析結果を示す図である。
【図７】接地電極側のチップ溶接構造における従来形状を示す概略断面図である。
【図８】（ａ）は、曲率半径Ｒを変えていったときの溶融部に発生する熱応力について
の解析結果を示す図であり、（ｂ）は、溶融部の溶け込み深さｄとナゲット幅Ｗ
を表すために、貴金属チップの接地電極と接している断面を示す図である。
【図９】溶融部におけるＩｒ合金チップの成分と熱応力との関係についての解析結果を
示す図である。
【図１０】主接地電極と副接地電極とを備えた本発明の他の実施形態としてのスパークプ
ラグの要部を示す図である。
【図１１】複数の層構造からなる接地電極を備えた本発明の他の実施形態としてのスパー
クプラグの要部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
３０…中心電極、４０…接地電極、４３…接地電極の先端部側面、
４５…接地電極側チップ、４５ａ…接地電極側チップの側面、
４５ｂ…接地電極側チップの一端面、４７…接地電極側の溶融部、
４７ａ…接地電極側チップの側面と接地電極の先端部側面とを結ぶ溶融部の外面、５０…放電ギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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