(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極（４）と、該中心電極（４）の外周側に配置された絶縁碍子（３）と、該絶縁碍子（３）の外周側に配置された取付金具（２）と、該取付金具（２）から延設され上記中心電極（４）との間に火花放電ギャップ（Ｇ）を設けるように配置された接地電極（５）とを有する内燃機関用のスパークプラグ（１）において、
上記中心電極（４）と上記接地電極（５）の少なくとも一方の母材電極（４）の先端には、外径Ｄ（ｍｍ）の円柱状の貴金属チップ（４０）が溶接部（４５）を介して接続されており、
上記貴金属チップ（４０）の軸方向の中心軸線Ｑを通る断面において、
上記中心軸線Ｑと、上記溶接部（４５）と上記貴金属チップ（４０）との境界線Ｓ１とが交差する交点をＰ０とし、
上記中心軸線Ｑから径方向にＤ／４（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ１と、上記境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ１とし、
上記中心軸線Ｑから径方向に３Ｄ／８（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ２と、上記境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ２とし、
上記中心軸線Ｑから径方向にＤ／２（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ３と、上記境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ３とし、
上記交点Ｐ０と上記交点Ｐ１とを結ぶ直線と、上記中心軸線Ｑとがなす角度をθ１（°）とし、
上記交点Ｐ１と上記交点Ｐ２とを結ぶ直線と、上記中心軸線Ｑとがなす角度をθ２（°）とし、
上記交点Ｐ２と上記交点Ｐ３とを結ぶ直線と、上記中心軸線Ｑとがなす角度をθ３（°）とした場合、
θ１、θ２及びθ３のすべてが７０°以上であり、
上記中心軸線Ｑ上の上記溶接部（４５）の軸方向厚みをＢ（ｍｍ）とし、
上記母材電極（４）の上記溶接部（４５）近傍における外形線の延長線と、上記溶接部（４５）と上記母材電極（４）との境界線Ｓ２とが交差する点を交点Ｘとし、
上記交点Ｐ３と上記交点Ｘとの間の上記軸線Ｑに沿った軸方向距離をＡ（ｍｍ）とした場合、
Ｂ≧０．７Ａ、かつ、０．３ｍｍ≦Ａ≦０．６ｍｍ
であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）において、上記溶接部（４５）における上記中心軸線Ｑ上の中点を通る直交断面により上記溶接部（４５）を区分した場合の上記貴金属チップ（４０）に近い領域を第１領域（Ｒ１）とすると共に上記母材電極（４）に近い領域を第２領域（Ｒ２）とし、上記第１領域（Ｒ１）の化学成分組成中に含有される上記貴金属チップ（４０）を構成する化学成分の含有割合をＣ1（質量％）とし、上記第２領域（Ｒ２）の化学成分組成中に含有される上記貴金属チップ（４０）を構成する化学成分の含有割合をＣ2（質量％）とした場合、
｜Ｃ1−Ｃ2｜≦２０質量％
の関係を満たすことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）を製造する方法であって、
上記母材電極（４）の先端に上記貴金属チップ（４０）を重ね合わせた状態で、上記母材電極（４）と上記貴金属チップ（４０）との境界部にパルス状レーザ光（８）を照射すると共に照射位置を周方向に相対移動させることにより上記溶接部（４５）を形成するに当たり、
上記パルス状レーザ光（８）の照射角度は、上記中心軸線Ｑに対して９０°±１０°の範囲内とし、
上記パルス状レーザ光（８）のエネルギーは、第１回目の照射パルスを最も高くし、その後、照射パルスの回数増加に伴って徐々に低下させることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）の製造方法において、上記パルス状レーザ光（８）の照射を行う際には、先のパルス状レーザ光（８）の照射により形成される上記溶接部（４５）として凝固する前の溶融部の温度が、上記貴金属チップ（４０）の融点以上の温度から上記母材電極（４）の融点以下の温度まで低下し、上記溶融部が凝固した後に、次のパルス状レーザ光（８）の照射を行うことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ（１）の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の内燃機関用のスパークプラグ（１）の製造方法において、上記パルス状レーザ光（８）としては、スポット径０．２ｍｍ以下のものを用いることを特徴とするスパークプラグ（１）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に使用する内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用のスパークプラグは、中心電極と、該中心電極の外周側に配置された絶縁碍子と、該絶縁碍子の外周側に配置された取付金具と、該取付金具から延設され上記中心電極との間に火花放電ギャップを設けるように配置された接地電極とを備えている。この構成において、中心電極と接地電極との間における火花放電ギャップを形成する部分に、耐久性の高い貴金属チップを配置することが行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３４８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、中心電極あるいは接地電極という母材電極と貴金属チップとの接合は、溶接により行われる。そのため、両者の間に溶融凝固した溶接部が形成される。この溶接部を介した貴金属チップと母材電極との接合信頼性が十分に確保されなければ、貴金属チップの特性を生かした耐久性向上効果を十分に得ることができない。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、貴金属チップと母材電極との接合信頼性の高い内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、中心電極と、該中心電極の外周側に配置された絶縁碍子と、該絶縁碍子の外周側に配置された取付金具と、該取付金具から延設され上記中心電極との間に火花放電ギャップを設けるように配置された接地電極とを有する内燃機関用のスパークプラグにおいて、
上記中心電極と上記接地電極の少なくとも一方の母材電極の先端には、外径Ｄ（ｍｍ）の円柱状の貴金属チップが溶接部を介して接続されており、
上記貴金属チップの軸方向の中心軸線Ｑを通る断面において、
上記中心軸線Ｑと、上記溶接部と上記貴金属チップとの境界線Ｓ１とが交差する交点をＰ０とし、
上記中心軸線Ｑから径方向にＤ／４（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ１と、上記境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ１とし、
上記中心軸線Ｑから径方向に３Ｄ／８（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ２と、上記境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ２とし、
上記中心軸線Ｑから径方向にＤ／２（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ３と、上記境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ３とし、
上記交点Ｐ０と上記交点Ｐ１とを結ぶ直線と、上記中心軸線Ｑとがなす角度をθ１（°）とし、
上記交点Ｐ１と上記交点Ｐ２とを結ぶ直線と、上記中心軸線Ｑとがなす角度をθ２（°）とし、
上記交点Ｐ２と上記交点Ｐ３とを結ぶ直線と、上記中心軸線Ｑとがなす角度をθ３（°）とした場合、
θ１、θ２及びθ３のすべてが７０°以上であり、
上記中心軸線Ｑ上の上記溶接部の軸方向厚みをＢ（ｍｍ）とし、
上記母材電極の上記溶接部近傍における外形線の延長線と、上記溶接部と上記母材電極との境界線Ｓ２とが交差する点を交点Ｘとし、
上記交点Ｐ３と上記交点Ｘとの間の上記軸線Ｑに沿った軸方向距離をＡ（ｍｍ）とした場合、
Ｂ≧０．７Ａ、かつ、０．３ｍｍ≦Ａ≦０．６ｍｍ
であることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項１）。
【０００７】
本発明の他の態様は、上記内燃機関用のスパークプラグを製造する方法であって、
上記母材電極の先端に上記貴金属チップを重ね合わせた状態で、上記母材電極と上記貴金属チップとの境界部にパルス状レーザ光を照射すると共に照射位置を周方向に相対移動させることにより上記溶接部を形成するに当たり、
上記パルス状レーザ光の照射角度は、上記中心軸線Ｑに対して９０°±１０°の範囲内とし、
上記パルス状レーザ光のエネルギーは、第１回目の照射パルスを最も高くし、その後、照射パルスの回数増加に伴って徐々に低下させることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグの製造方法にある（請求項２）。
【発明の効果】
【０００８】
上記スパークプラグは、上記のごとく定めたθ１、θ２及びθ３のすべてが７０°以上という要件（第１要件）を具備すると共に、溶接部における上記軸方向厚みＢと上記軸方向距離Ａとが、Ｂ≧０．７Ａの関係を満たすという要件（第２要件）を具備している。上記スパークプラグは、これら第１要件及び第２要件の両方を具備することによって、溶接部の軸方向厚みの径方向における変化を穏やかにすることができる。つまり、溶接部の軸方向厚みは、外周側から中心に近づくにつれて小さくなる傾向があるが、上記各要件（第１要件又は第２要件）を満たさない場合に比べて、その変化が急激になることを防止できる。これにより、溶接部と貴金属チップ及び母材電極との間に働く熱応力を緩和することができ、これらの間の接合信頼性を向上させることができる。
【０００９】
また、上記スパークプラグは、上記第１要件及び第２要件に加えて、溶接部における上記軸方向距離Ａが、０．３ｍｍ≦Ａ≦０．６ｍｍを満たす範囲に限定されている（第３要件）。これにより、上記溶接部の体積を適度な範囲に抑えることができ、溶接部に使用される貴金属チップの量を低減することが可能となる。そして、これにより、高価な貴金属チップの使用量を最初から低減することともでき、コストダウン効果を得ることもできる。
【００１０】
次に、上記スパークプラグの製造方法では、まず基本的な要件として、上記母材電極と上記貴金属チップとの境界部にパルス状レーザ光を照射する際のパルス状レーザ光の照射角度を、中心軸線Ｑに対してほぼ直角、具体的には、９０°±１０°の範囲内に設定する。これにより、レーザ光の照射角の影響により、上記溶接部の形状が悪化することを抑制することができる。
【００１１】
また、上記パルス状レーザ光のエネルギーは、第１回目の照射パルスを最も高くし、その後、照射パルスの回数増加に伴って徐々に低下させる。つまり、第１回目の照射パルスの後のすべてのパルスの照射エネルギーは、第１回目よりも低くし、かつ、第３回目以降のパルスの照射エネルギーは、その直前のパルスよりも低いか同じに設定する。これにより、先に行ったレーザ光の照射により投入された熱と、その後に行ったレーザ光の照射により投入された熱とが合わさって過剰に溶融部が形成されることを抑制することができる。それ故、上述した特定の範囲の寸法形状を有する溶接部の形成を比較的容易に行うことができる。
【００１２】
なお、上記スパークプラグを製造する方法としては、上記の照射パルスの照射エネルギーを低減する方法に限定されず、他の方法を採用しうることはいうまでもない。例えば、パルスの照射間のインターバル時間の増加や、外部冷却を付加し、前の照射での蓄熱の影響がないよう工夫した場合には、照射パルスの照射エネルギーを一定の出力とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、スパークプラグの一部切り欠き縦断面図。
【図２】実施例１における、中心電極（母材電極）と貴金属チップとの間の溶接部の縦断面形状における各点及び寸法関係を示す説明図。
【図３】実施例１における、中心電極（母材電極）と貴金属チップとの間の溶接部の縦断面形状における角度θ１等を示す説明図。
【図４】実施例１における、中心電極（母材電極）と貴金属チップとの溶接方法を示す説明図。
【図５】実施例１における、レーザ光照射装置の構成を示す説明図。
【図６】実施例１における、パルス状レーザ光のエネルギーの変遷を示す説明図。
【図７】実施例１における、パルス状レーザ光の照射と溶接部の温度との関係を示す説明図。
【図８】実施例１における、中心電極（母材電極）と貴金属チップとの間の溶接部の縦断面形状を示す図面代用写真。
【図９】比較例１における、レーザ光照射装置の構成を示す説明図。
【図１０】比較例１における、中心電極（母材電極）と貴金属チップとの間の溶接部の縦断面形状を示す図面代用写真。
【図１１】評価シミュレーション１における、第１のモデル形状を示す説明図。
【図１２】評価シミュレーション１における、第２のモデル形状を示す説明図。
【図１３】評価シミュレーション１の結果として各モデルの熱応力値を示す説明図。
【図１４】評価シミュレーション２における、角度θ１等と最大熱応力との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記スパークプラグにおいては、上記溶接部における上記中心軸線Ｑ上の中点を通る直交断面により上記溶接部を区分した場合の上記貴金属チップに近い領域を第１領域とすると共に上記母材電極に近い領域を第２領域とし、上記第１領域の化学成分組成中に含有される上記貴金属チップを構成する化学成分の含有割合をＣ1（質量％）とし、上記第２領域の化学成分組成中に含有される上記貴金属チップを構成する化学成分の含有割合をＣ2（質量％）とした場合、｜Ｃ1−Ｃ2｜≦２０質量％の関係を満たすことが好ましい（請求項２)。
【００１５】
上記溶接部は、上記貴金属チップと上記母材電極の両者が溶融して混ざり合った溶融部が凝固して形成される。しかしながら、溶接部内の化学成分組成に偏りがありすぎた場合には、溶接部内において生じる熱応力によって溶接部内でクラックが生じることがある。このような不具合は、上記のごとく定めたＣ1（質量％）とＣ2（質量％）との差が２０質量％以下である関係を満たすことによって、防止することができる。また、このような構成は、上記溶接部上述した特定の寸法形状にすることによって比較的容易に得ることができる。
【００１６】
なお、上記Ｃ1、Ｃ2の測定は、例えばＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）分析によって、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２における化学成分組成を測定することによって容易に得ることができる。この場合、各領域内において偏りがないように選んだ少なくとも３点以上の測定点において測定を行い、その平均値を用いて上記Ｃ1、Ｃ2を算出することが好ましい。
【００１７】
また、上記製造方法においては、上記パルス状レーザ光の照射を行う際には、先のパルス状レーザ光の照射により形成される上記溶接部として凝固する前の溶融部の温度が、上記貴金属チップの融点以上の温度から上記母材電極の融点以下の温度まで低下し、上記溶融部が凝固した後に、次のパルス状レーザ光の照射を行うようにすることができる（請求項４)。この場合には、各パルス状レーザ光照射の前に常に溶融部を凝固状態の溶接部にすることができる。これにより、溶接部を形成すべき部分の過剰溶融を抑制することができ、上述した所望の寸法形状の溶接部を得ることが容易となる。
【００１８】
また、上記製造方法においては、上記パルス状レーザ光としては、スポット径０．２ｍｍ以下のものを用いることができる（請求項５）。この場合には、レーザ光のスポット径が小さいことにより溶融部及びこれが凝固して形成される溶接部の寸法形状制御をより容易にすることができる。なお、レーザ光のスポット径を小さくする方法としては、集光する際の焦点距離を従来よりも長くする方法がある。焦点距離としては、比較的長くすることが好ましく、例えば、後述するように２００ｍｍに設定すれば、スポット径（集光径）を０．１５ｍｍにまで小さくすることが可能である。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法につき、図１〜図１０を用いて説明する。
本例のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、中心電極４と、中心電極４の外周側に配置された絶縁碍子３と、絶縁碍子３の外周側に配置された取付金具２と、取付金具２から延設され中心電極４との間に火花放電ギャップＧを設けるように配置された接地電極５とを有する。
【００２０】
同図に示すごとく、取付金具２は、その外周面に取付用ねじ部２０を有している。取付金具２の内方に収められた絶縁碍子３は、取付金具２よりも先端側に突出した状態で配置される碍子先端部３０を有している。絶縁碍子３の内側に保持された中心電極（母材電極）４の先端には、外径Ｄ（ｍｍ）の円柱状の貴金属チップ４０が接合され、上記碍子先端部３０から突出している。
【００２１】
接地電極５は、取付金具２から延設され、略Ｌ字状を呈するように屈曲し、その先端部分が中心電極４の貴金属チップ４０に対面するように構成されている。接地電極５における中心電極４の貴金属チップ４０に対面する位置には、突出部５０が配置されている。そして、貴金属チップ４０と突出部５０との間が火花放電ギャップＧとなっている。突出部５０は、接地電極５から延設させた同材質のものとすることができるが、これに代えて、貴金属チップを接合して接地電極５の突出部５０を構成することもできる。本例は、中心電極４のみに貴金属チップ４０を接合したタイプのスパークプラグの例である。
【００２２】
中心電極４及び接地電極５としては、比較的耐熱性に優れたＮｉ基合金により構成することができ、貴金属チップ４０としては、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ等を含む合金により構成することができる。
【００２３】
本例では、母材電極としての中心電極４の先端に溶接により貴金属チップ４０が接合されている。つまり、図２に示すごとく、中心電極４と貴金属チップ４０とは、溶接部４５を介して接合されている。この溶接部４５の断面形状は、次のようである。
【００２４】
図２に示すごとく、貴金属チップ４０の軸方向の中心軸線Ｑを通る断面において、中心軸線Ｑと、溶接部４５と貴金属チップ４０との境界線Ｓ１とが交差する交点をＰ０とする。また、中心軸線Ｑから径方向にＤ／４（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ１と、境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ１とする。また、中心軸線Ｑから径方向に３Ｄ／８（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ２と、境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ２とする。また、中心軸線Ｑから径方向にＤ／２（ｍｍ）離れた仮想軸線Ｑ３と、境界線Ｓ１とが交差する点を交点Ｐ３とする。
【００２５】
そして、図３に示すごとく、上記交点Ｐ０と交点Ｐ１とを結ぶ直線と、中心軸線Ｑとがなす角度をθ１（°）とする。また、上記交点Ｐ１と交点Ｐ２とを結ぶ直線と、中心軸線Ｑとがなす角度をθ２（°）とする。また、上記交点Ｐ２と交点Ｐ３とを結ぶ直線と、中心軸線Ｑとがなす角度をθ３（°）とする。この場合において、スパークプラグ１では、θ１、θ２及びθ３のすべてが７０°以上である（要件１）。
【００２６】
また、図２に示すごとく、中心軸線Ｑ上の上記溶接部の軸方向厚みをＢ（ｍｍ）とする。また、母材電極としての中心電極４との溶接部４５近傍における外形線の延長線と、溶接部４５と母材電極との境界線Ｓ２とが交差する点を交点Ｘとする。また、上記交点Ｐ３と交点Ｘとの間の軸線Ｑに沿った軸方向距離をＡ（ｍｍ）とする。この場合において、スパークプラグ１は、Ｂ≧０．７Ａ（要件２）、かつ、０．３ｍｍ≦Ａ≦０．６ｍｍ（要件３）の関係を満たしている。
【００２７】
さらに、図３に示すごとく、溶接部４５における中心軸線Ｑ上の中点Ｏを通る直交断面により溶接部４５を区分した場合の貴金属チップ４０に近い領域を第１領域Ｒ１とすると共に中心電極４（母材電極）に近い領域を第２領域Ｒ２とする。そして、第１領域Ｒ１の化学成分組成中に含有される貴金属チップ４５を構成する化学成分の含有割合をＣ1（質量％）とし、第２領域Ｒ２の化学成分組成中に含有される貴金属チップ４０を構成する化学成分の含有割合をＣ2（質量％）とする。この場合、｜Ｃ1−Ｃ2｜≦２０質量％の関係を満たしている。このＣ1、Ｃ2は、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）分析によって、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２においてそれぞれ偏りのないように３点以上の測定点で化学成分組成を測定し、その平均値を用いて算出することができる。
【００２８】
次に、本例のスパークプラグ１の製造方法につき、図４〜図７を用いて説明する。
本例では、母材電極である中心電極４の先端に貴金属チップ４０を接合するに当たり、次のような手順をとる。
【００２９】
まず、図４に示すごとく、母材電極である中心電極４の先端に貴金属チップ４０を重ね合わせて仮接合する。なお、本例では、中心電極４は、先端にテーパ面４０１とその小径端部から伸びる円柱状の台座部４０２とを有する形状を採用した。そして、台座部４０２の中央に貴金属チップ４０をあわせて仮接合する。仮接合は、抵抗溶接によって行う。
【００３０】
次に、同図に示すごとく、中心電極４と貴金属チップ４０との境界部にパルス状レーザ光８を照射すると共に照射位置を周方向に相対移動させる。この相対移動は、中心電極４をその中心軸を中心に回転させることによって行う。レーザ光の照射角度は、中心軸線Ｑに対して直角（９０°）を狙い角度として調整する。
【００３１】
図５に示すごとく、本例で用いるレーザ光照射装置７は、ＹＡＧレーザを発射するものであって、レーザ発射口７１を備えた発振機７０と、発射されたレーザ光８を平行光とするコリメートレンズ部７２（焦点距離Ｆ1＝２００ｍｍ）と、平行光となったレーザ光８を集光させる集光レンズ部７３（焦点距離Ｆ2＝２００ｍｍ）とを備えたものである。このレーザ光照射装置７は、集光性に優れ、スポット径（集光径）を０．１５ｍｍまで小さくすることが可能である。また、レーザ光照射装置７は、レーザ光の連続照射も可能ないわゆるＣＷレーザ発振装置であるが、本例では、制御によりパルス状照射を行う。
【００３２】
上記パルス状レーザ光のエネルギーは、第１回目の照射パルスを最も高くし、その後、照射パルスの回数増加に伴って徐々に低下させる。具体的には、図６に示すごとく、最初の照射パルスの出力は３４０Ｗとし、２回目以降は、２８０Ｗ、２６０Ｗ、２５０Ｗまで順次低下させ、その後は、２４０Ｗでの３回のパルス照射、２３０Ｗでの５回のパルス照射、２２０Ｗでの２回のパルス照射、合計１５回のパルス照射を実施する。
【００３３】
上記パルス状レーザ光の照射時間は６ｍｓとし、次のパルス照射までの時間であるクーリング時間を４４ｍｓとした。また、レーザ光と中心電極４及び貴金属チップ４０との相対回転数は８０ｒｐｍとし、相対回転１回転において、上記１５回のパルス照射が周方向に均等な位置に対応するようにした。
【００３４】
また、図７には、パルス状レーザ光の照射履歴に伴う溶接部４５の温度変化をシミュレーションした結果を示す。同図は、横軸に時間を、縦軸に溶接部４５の温度をとったものである。同図において、温度の幅がある部分では、最も高い温度が溶接部４５の温度である。また、同図には、中心電極（母材電極）４の融点Ｔ1（℃）と、貴金属チップ４０の融点Ｔ2（℃）を示してある。同図から知られるように、本例では、各パルス状レーザ光の照射によって溶接部４５が貴金属チップ４０の融点Ｔ2以上の温度まで上昇し、その後、次のパルス状レーザ光の照射までの間に、溶接部４５が中心電極（母材電極）４の融点Ｔ1以下の温度まで低下することがわかる。
【００３５】
以上のような手順によって得られた中心電極４の先端部分の断面写真の一例を図８に示す。同図において、上端の部分が貴金属チップ４０であり、その下層が溶接部４５であり、その下方のテーパ状の部分が母材電極としての中心電極４である。同図から知られるように、溶接部４５は、径方向における厚みの変化が少なく、上述した要件１〜３を満たしている。
【００３６】
また、図８に示す溶接部４５を上述した第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２に区分けし、その領域内の化学成分組成をそれぞれ３箇所ずつ測定し、平均値を求めた。その結果、第１領域Ｒ１では、貴金属チップ４５の組成であるＩｒが平均５５質量％含有されており、第２領域Ｒ２では、貴金属チップ４５の組成であるＩｒが平均３８質量％含有されていた。したがって、｜Ｃ1−Ｃ2｜＝１７質量％であり、２０質量％以下であることが確認できた。
【００３７】
以上のように、本例のスパークプラグ１は、上記のごとく定めたθ１、θ２及びθ３のすべてが７０°以上という要件（第１要件）を具備すると共に、溶接部４５における上記軸方向厚みＢと上記軸方向距離Ａとが、Ｂ≧０．７Ａの関係を満たすという要件（第２要件）を具備している。そのため、スパークプラグ１は、溶接部４５の軸方向厚みの径方向における変化を穏やかにすることができる。つまり、溶接部４５の軸方向厚みは、外周側から中心に近づくにつれて小さくなる傾向があるが、その変化が急激になることを防止できる。これにより、溶接部４５と貴金属チップ４０及び母材電極である中心電極４との間に働く熱応力を緩和することができ、これらの間の接合信頼性を向上させることができる。
【００３８】
さらに、溶接部４５は、上記のごとく定めたＣ1（質量％）とＣ2（質量％）との差が２０質量％以下である関係を満たしているので、溶接部４５内における化学成分組成の偏りによって生じる熱応力によるクラック発生を防止することができる。
【００３９】
また、スパークプラグ１は、上記第１要件及び第２要件に加えて、溶接部４５における軸方向距離Ａが、０．３ｍｍ≦Ａ≦０．６ｍｍを満たす範囲に限定されている（第３要件）。これにより、溶接部４５の体積を適度な範囲に抑えることができ、溶接部４５に使用される貴金属チップの量を低減することが可能となる。そして、これにより、高価な貴金属チップ４５の使用量を最初から低減することができ、コストダウン効果が得られる。
【００４０】
また、本例のスパークプラグ１の製造方法では、上述したごとく、母材電極である中心電極４と貴金属チップ４０との境界部にパルス状レーザ光８を照射する際のパルス状レーザ光の照射角度を、中心軸線Ｑに対してほぼ直角に設定する。これにより、レーザ光の照射角の影響により、溶接部４５の形状が悪化することを抑制することができる。
【００４１】
また、上記パルス状レーザ光８のエネルギーは、上述したごとく、第１回目の照射パルスを最も高くし、その後、照射パルスの回数増加に伴って徐々に低下させる。これにより、先に行ったレーザ光の照射により投入された熱と、その後に行ったレーザ光の照射により投入された熱とが合わさって過剰に溶融部が形成されることを抑制することができる。それ故、上述した形状を有する溶接部４５の形成を比較的容易に行うことができる。
【００４２】
また、特に、本例では、レーザ光照射装置７として、非常に集光性がよくスポット径の小さいものを採用したことにより、溶接部４５の形状制御を容易に行うことができた。
【００４３】
（比較例１）
上記実施例１の比較例として、中心電極４と貴金属チップ４０との間に上述した要件１〜３を具備していない溶接部を有する例を示す。
図９に示すごとく、本比較例において用いるレーザ光照射装置９７は、ＹＡＧレーザを発射するものであって、レーザ発射口９７１を備えた発振機９７０と、発射されたレーザ光８を平行光とするコリメートレンズ部９７２（焦点距離Ｆ1＝９０ｍｍ）と、平行光となったレーザ光８を集光させる集光レンズ部９７３（焦点距離Ｆ2＝９０ｍｍ）とを備えたものである。このレーザ光照射装置９７は、実施例１のレーザ光照射装置７よりも集光性に劣り、スポット径（集光径）はを０．４ｍｍ程度である。
【００４４】
また、本比較例では、パルス状レーザ光を、貴金属チップ４０と中心電極４との境界部の周囲に相対回転させながら照射するに当たり、中心軸線Ｑ（図４参照）に対して約９０°に設定して照射した。また、パルス状レーザ光のエネルギーは常に一定値とした。
【００４５】
本比較例において得られた中心電極４の先端部分の断面写真の一例を図１０に示す。同図において、上端の部分が貴金属チップ４０であり、その下層が溶接部４５であり、その下方のテーパ状の部分が母材電極としての中心電極４である。同図から知られるように、溶接部４５は、径方向における厚みの変化が実施例１に比べて非常に大きく、上述した要件１〜３を満たしていないことがわかる。
【００４６】
（評価シミュレーション１）
図１１は、比較例１に示した例をモデル化して、溶接部４５の中心部分の厚みがａであり、外周に行くほど厚みが厚くなるモデル形状Ｍ１を示すものである。図１２は、実施例１に示した例を極端にモデル化して溶接部４５の厚みを径方向において一定のｂとしたモデル形状Ｍ２を示すものである。本例では、厚みａ及びｂを０．２ｍｍから０．６ｍｍの範囲において変化させたモデルでの使用時に生じる熱応力を求めた。その結果を表１及び図１３に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１及び図１３より知られるごとく、図１２のタイプの形状は、図１１のタイプの形状の場合に比べて、熱応力が大幅に小さくなることがわかる。このことから、図１１のモデル形状Ｍ１よりも図１２のモデル形状Ｍ２に近づく構成を有するスパークプラグは、使用時の熱応力が小さくなり、優れた耐久性を発揮しうることが容易に推察される。
【００４９】
なお、上記実施例においては、中心電極４に貴金属チップ４０を接合した例について示したが、接地電極５に貴金属チップを接合する場合にも、上記と同様の形態をとることが有効である。
【００５０】
（評価シミュレーション２）
次に、図１４に示すごとく、実施例１における角度θ１、θ２及びθ３の値と、溶接部４５と貴金属チップ４０及び中心電極４との間に働く熱応力の最大値との関係を求めた。具体的なシミュレート条件としては、まず、図２に示した溶接部４５のＢの値を０．３ｍｍに固定して、境界線Ｓ１の曲率を全長一定と仮定し、かつ、境界線Ｓ１のＰ０における接線が中心軸線Ｑと直交すると仮定する。その上で、図３に示すθ１、θ２、θ３のいずれか１つを定める。これにより、境界線Ｓ１の曲率が定められる。なお、境界線Ｓ２については、溶接部４５における中心軸線Ｑ上の中点Ｏを通る直交線を基準にして、境界線Ｓ１と対照に描かれる同曲率の線と仮定する。この条件で求めた最大応力と、各θ１、θ２、θ３の角度との関係を図１４に示した。
【００５１】
同図から知られるように、少なくとも、すべての角度θ１、θ２及びθ３のうち一つでも７０°未満となった場合には、その角度が小さいほど熱応力の最大値が大きくなり、すべての角度を７０°以上とすることによって、安定的に熱応力の最大値を抑制できることがわかる。
【符号の説明】
【００５２】
１  スパークプラグ
２  取付金具
２０  取付け用ネジ部
３  絶縁碍子
３０  碍子先端部
４  中心電極
４０  貴金属チップ
４５  溶接部
５  接地電極
【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９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図８】
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【図１０】
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