(57)【要約】【課題】溶融部を破断し難くできるスパークプラグを提供すること。【解決手段】接地電極は、第１端部が主体金具に接合され第２端部が中心電極と対向する電極母材と、電極母材の第２端部に接合されてなる電極チップとを備えている。電極チップは、貴金属を主体とするチップ本体と、チップ本体の側面の少なくとも一部を全周に亘って取り囲む中間部材とを備え、中間部材とチップ本体とに跨る第１溶融部と、中間部材と電極母材とに跨る第２溶融部とを形成してなる。チップ本体の軸に垂直な断面において、第１溶融部のうちチップ本体に形成される部分は、チップ本体の軸を通る２つの第１直線のなす角が４５°以上の所定角度を有する第１領域内に存在し、第２溶融部は、第１領域以外の第２領域内にのみ存在する。【選択図】図４
2018106807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に沿って延びる中心電極と、
前記軸線に沿って形成された軸孔に前記中心電極が配置される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具に接合される接地電極と、を備え、
前記接地電極は、第１端部が前記主体金具に接合され第２端部が前記中心電極と対向する電極母材と、前記電極母材の前記第２端部に接合されてなる電極チップと、を備え、
前記電極チップは、貴金属を主体とするチップ本体と、前記チップ本体の側面の少なくとも一部を全周に亘って取り囲む中間部材と、を備え、
前記中間部材と前記チップ本体とに跨る第１溶融部と、前記中間部材と前記電極母材とに跨る第２溶融部と、を形成してなるスパークプラグであって、
前記チップ本体の軸に垂直な断面において、
前記第１溶融部のうち前記チップ本体に形成される部分は、前記チップ本体の前記軸を通る２つの第１直線のなす角が４５°以上の所定角度を有する第１領域内に存在し、前記第２溶融部は、前記第１領域以外の第２領域内にのみ存在することを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記電極母材および前記中間部材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなり、
前記第１溶融部は、貴金属成分を３０〜７０質量％含むことを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記チップ本体の前記軸に垂直な断面において、
前記２つの第１直線は、隣り合う２つの前記第２溶融部に接しており、
前記第１溶融部のうち前記チップ本体に形成される部分に接し前記チップ本体の前記軸を通る２つの第２直線のなす角の、前記２つの第１直線のなす角に対する割合は７０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記第１溶融部のうち前記チップ本体に形成される部分は、少なくとも一部が、前記第１端部から前記第２端部へと延びる前記電極母材の軸と前記チップ本体の前記軸とを含む平面に垂直な仮想平面であって前記チップ本体の前記軸を含む仮想平面よりも前記第１端部側に存在することを特徴とする請求項１から３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】
本発明はスパークプラグに関し、特に貴金属を含む電極チップを接地電極に設けたスパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
貴金属を主体とするチップ本体を全周に亘って中間部材で取り囲み、チップ本体と中間部材とを第１の溶融部で接合して電極チップを作り、電極チップを接地電極の電極母材に接合したスパークプラグが知られている（特許文献１）。特許文献１に開示される技術では、第１の溶融部と溶け合わない第２の溶融部によって、電極チップの中間部材が電極母材に接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８３２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来の技術では、チップ本体と中間部材との熱膨脹差に起因する熱応力によって、溶融部が破断する可能性がある。
【０００５】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、溶融部を破断し難くできるスパークプラグを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、軸線に沿って延びる中心電極と、軸線に沿って形成された軸孔に中心電極が配置される絶縁体と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、主体金具に接合される接地電極とを備えている。接地電極は、第１端部が主体金具に接合され第２端部が中心電極と対向する電極母材と、電極母材の第２端部に接合されてなる電極チップとを備えている。電極チップは、貴金属を主体とするチップ本体と、チップ本体の側面の少なくとも一部を全周に亘って取り囲む中間部材とを備え、中間部材とチップ本体とに跨る第１溶融部と、中間部材と電極母材とに跨る第２溶融部とを形成してなる。
【０００７】
チップ本体の軸に垂直な断面において、第１溶融部のうちチップ本体に形成される部分は、チップ本体の軸を通る２つの第１直線のなす角が４５°以上の所定角度を有する第１領域内に存在し、第２溶融部は、第１領域以外の第２領域内にのみ存在する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のスパークプラグによれば、チップ本体の軸に垂直な断面において、中間部材とチップ本体とに跨る第１溶融部のうちチップ本体に形成される部分は、チップ本体の軸を通る２つの第１直線のなす角が４５°以上の所定角度を有する第１領域内に存在する。一方、中間部材と電極母材とに跨る第２溶融部は、第１領域以外の第２領域内にのみ存在する。その結果、中間部材のうち第１領域内に存在する部分の周方向の長さを確保できる。中間部材の弾性変形により、チップ本体と中間部材との熱膨脹差に起因する熱応力を緩和できるので、第１溶融部を破断し難くできる効果がある。
【０００９】
請求項２記載のスパークプラグによれば、電極母材および中間部材はＮｉを主体とする合金またはＮｉからなるので、電極母材および中間部材に跨る第２溶融部の熱応力を緩和できる。第１溶融部は貴金属成分を３０〜７０質量％含むので、スパークプラグの使用環境における第１溶融部の線膨張係数を、チップ本体の線膨張係数と中間部材の線膨張係数との間にできる。中間部材とチップ本体との間で第１溶融部が熱応力を緩和するので、第１溶融部を破断し難くできる。よって、請求項１の効果に加え、第１溶融部をより破断し難くできる効果がある。
【００１０】
請求項３記載のスパークプラグによれば、チップ本体の軸に垂直な断面において、第１直線は隣り合う２つの第２溶融部に接する。第１溶融部のうちチップ本体に形成される部分に接しチップ本体の軸を通る２つの第２直線のなす角は、２つの第１直線のなす角に対して７０％以下である。従って、中間部材のうち第１領域内に存在する部分に対する第１溶融部の割合が過大にならないようにできる。中間部材の弾性変形により、チップ本体と中間部材との熱膨脹差に起因する熱応力をより緩和し易くできるので、請求項１又は２の効果に加え、第１溶融部をより破断し難くできる効果がある。
【００１１】
請求項４記載のスパークプラグによれば、第１溶融部のうちチップ本体に形成される部分は、少なくとも一部が、第１端部から第２端部へと延びる電極母材の軸とチップ本体の軸とを含む平面に垂直な仮想平面であってチップ本体の軸を含む仮想平面よりも第１端部側に存在する。第１端部側に存在する第１溶融部によって、主体金具からチップ本体までの導電経路を確保できる。第１溶融部が第２端部側に存在する場合に比べて、主体金具からチップ本体までの第１溶融部を経由する導電経路を短くできるので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、放電時の損失や特性劣化を生じ難くできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。
【図２】接地電極の平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における接地電極の断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線における接地電極の断面図である。
【図５】第２実施の形態におけるスパークプラグの接地電極の断面図である。
【図６】第３実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。
【図７】図６の矢印ＶＩＩ方向から見たスパークプラグの底面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における接地電極の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグ１０について、軸線Ｏを境に外形図（紙面左側）及び軸線Ｏを含む面で切断した全断面図（紙面右側）を示した片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。図１に示すようにスパークプラグ１０は、絶縁体１１、中心電極１３、主体金具１５及び接地電極１６を備えている。
【００１４】
絶縁体１１は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体１１は、軸線Ｏに沿って軸孔１２が貫通する。中心電極１３は、軸孔１２に挿入されて軸線Ｏに沿って絶縁体１１に保持される棒状の電極である。端子金具１４は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、先端側が絶縁体１１内に配置される。
【００１５】
主体金具１５は、内燃機関のねじ穴（図示せず）に固定される略円筒状の部材である。主体金具１５は絶縁体１１の外周に固定されている。接地電極１６は、第１端部１８が主体金具１５の先端に接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の電極母材１７と、電極母材１７の第２端部１９に接合される電極チップ２０（図２、図３参照）とを備えている。電極母材１７は、第１端部１８に対して第２端部１９側が中心電極１３へ向けて屈曲する棒状の部材である。接地電極１６の電極チップ２０は、火花ギャップを介して中心電極１３と対向する。
【００１６】
スパークプラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、中心電極１３を絶縁体１１の軸孔１２に挿入する。中心電極１３は先端が軸孔１２から外部に露出するように配置される。軸孔１２に端子金具１４を挿入し、端子金具１４と中心電極１３との導通を確保した後、予め電極母材１７が接合された主体金具１５を絶縁体１１の外周に組み付ける。電極母材１７に電極チップ２０を接合した後、電極チップ２０が中心電極１３と軸線Ｏ方向に対向するように電極母材１７を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。
【００１７】
図２を参照して、電極チップ２０が接合された電極母材１７について説明する。図２は接地電極１６の平面図（スパークプラグ１０の軸線Ｏ方向の後端側から見た図）である。図２では、電極母材１７の第２端部１９（図１参照）が図示されており、電極母材１７の第１端部１８側は図示が省略されている。
【００１８】
接地電極１６は、電極母材１７と電極チップ２０とを備えている。電極母材１７は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる部材であり、中心電極１３（図１参照）の先端と対向する位置に凹部２１が形成されている。凹部２１は、電極チップ２０の少なくとも一部が嵌め込まれる部位である。凹部２１に嵌め込まれた電極チップ２０は、火花ギャップを介して中心電極１３と対向する。
【００１９】
電極チップ２０は、チップ本体２２と、チップ本体２２の側面２４の少なくとも一部を全周に亘って取り囲む中間部材２５とを備えている。チップ本体２２は、第１溶融部２６によって中間部材２５に接合されており、中間部材２５は、第２溶融部２７によって電極母材１７に接合されている。第１溶融部２６及び第２溶融部２７は、どちらも電極チップ２０の周方向に断続的に設けられている。本実施の形態では、第１溶融部２６及び第２溶融部２７は、パルス発振レーザのビームによるスポットを重ねて所定の長さに形成されている。
【００２０】
チップ本体２２は、電極母材１７よりも耐火花消耗性の高い白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属または貴金属を主成分とする合金によって形成される部材である。本実施の形態では、チップ本体２２は平面視が円形の板材である。また、チップ本体２２は、自身の中心を通る軸２３が、中心電極１３（図１参照）の軸線Ｏと一致するように配置されている。中間部材２５は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる部材である。本実施の形態では、中間部材２５は、軸方向の厚さ及び径方向の幅が、周方向に亘って同一の環状の部材である。
【００２１】
図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における接地電極１６の断面図である。図３に示すように、電極母材１７は、第１端部１８（図１参照）側から第２端部１９へと延びる軸２８を有している。電極母材１７の軸２８は軸線Ｏ（図１参照）と直交する。凹部２１は、電極母材１７に形成された有底の窪みである。電極チップ２０は、チップ本体２２が電極母材１７からわずかに突出した状態で凹部２１に収容される。
【００２２】
中間部材２５とチップ本体２２とに跨る第１溶融部２６は、形状が、中間部材２５からチップ本体２２の軸２３へ向かうにつれて断面積が次第に小さくなる楔状（円錐状）に形成されている。第２溶融部２７は、チップ本体２２の軸２３に沿って延びる部位であり、中間部材２５と電極母材１７とに跨る円柱状に形成されている。本実施の形態では、第１溶融部２６及び第２溶融部２７は、それぞれ３か所に形成されている。
【００２３】
第１溶融部２６は、中間部材２５の内側にチップ本体２２を挿入した状態で、中間部材２５の側面（外周）から軸２３と直交する方向へレーザビームを照射して形成される。第１溶融部２６により、チップ本体２２と中間部材２５とが接合された電極チップ２０が作られる。第１溶融部２６は、中間部材２５及びチップ本体２２が溶融してなるので、中間部材２５及びチップ本体２２の成分が混合されている。第１溶融部２６の成分は、溶融した中間部材２５の体積とチップ本体２２の体積との比率に依存する。
【００２４】
第２溶融部２７は、電極母材１７の凹部２１に電極チップ２０を嵌め込んだ状態で、中間部材２５と電極母材１７との境界に向けて軸２３と平行にレーザビームを照射して、中間部材２５の外周に形成される。第２溶融部２７を形成するためのレーザビームを照射する前に、電極チップ２０と電極母材１７（凹部２１）とを抵抗溶接しても良い。第１溶融部２６及び第２溶融部２７を形成するレーザとしては、例えばＹＡＧレーザ、ディスクレーザ、ファイバーレーザ等の固体レーザを用いることができる。
【００２５】
第２溶融部２７は、第１溶融部２６と溶け合わないように、第１溶融部２６と分離した位置に設けられている。第２溶融部２７は、中間部材２５の外周部分と凹部２１（電極母材１７）の内周部分とが溶融してなるので、中間部材２５及び電極母材１７の成分が混合されている。第２溶融部２７の成分は、溶融した中間部材２５の体積と電極母材１７の体積との比率に依存する。
【００２６】
電極チップ２０は凹部２１に嵌め込まれているので、中間部材２５の側面に露出する第１溶融部２６を凹部２１に収容できる。その結果、第１溶融部２６が外気に直接曝されないようにできる。貴金属を含む合金は、その成分中に含まれる貴金属の割合が多くなると酸化腐食を生じ易くなることが知られている。しかし、第１溶融部２６が外気に直接曝されないようにできるので、第１溶融部２６の酸化腐食を抑制できる。
【００２７】
電極母材１７及び中間部材２５は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなり、チップ本体２２は貴金属を主体とする合金または貴金属からなる。そのため、スパークプラグ１０の使用環境におけるチップ本体２２の線膨張係数は、電極母材１７及び中間部材２５の線膨張係数より小さい。第１溶融部２６は貴金属成分を３０〜７０質量％含有するように設定される。従って、上記の使用環境における第１溶融部２６の線膨張係数を、中間部材２５の線膨張係数とチップ本体２２の線膨張係数との間にできる。よって、中間部材２５とチップ本体２２との間で第１溶融部２６が熱応力を緩和するので、スパークプラグ１０の使用環境において第１溶融部２６を破断し難くすることができる。
【００２８】
第１溶融部２６の元素分析は、例えばＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）やＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）等によって行うことができる。ＥＤＸやＥＰＭＡ等による第１溶融部２６の分析位置は、第１溶融部２６の略中央である。第１溶融部２６のうちチップ本体２２の軸２３に近い部分など、元素の濃度分布が不均一な位置で分析が行われるのを防ぐためである。
【００２９】
図４は図３のＩＶ−ＩＶ線における接地電極１６の断面図であり、チップ本体２２の軸２３に垂直な断面が図示されている。本実施の形態では、第１溶融部２６は、パルス発振レーザのビームの２回の照射位置を周方向にわずかにずらして形成された溶融部である。第１溶融部２６は、電極チップ２０の３か所に周方向に間隔をあけて形成されている。第１溶融部２６は、チップ本体２２に形成される部分３０と、中間部材２５に形成される部分３１とからなる。部分３０と部分３１との境界は、第１溶融部２６が形成される前（溶融する前）のチップ本体２２と中間部材２５との境界（チップ本体２２の側面２４）である。
【００３０】
第１溶融部２６のうちチップ本体２２に形成される部分３０は、チップ本体２２の軸２３を通る２つの第１直線３２のなす角θ１が４５°以上の所定角度を有する第１領域３３内に存在する。一方、第２溶融部２７は、第１領域３３以外の第２領域３４のみに存在する。本実施の形態では、第１直線３２は、隣り合う第２溶融部２７に接しチップ本体２２の軸２３を通る直線である。
【００３１】
第１領域３３を区画する２つの第１直線３２のなす角θ１が４５°以上の所定角度を有するので、第１領域３３に存在する中間部材２５の長さを確保できる。第１領域３３における第２溶融部２７間の中間部材２５が弾性変形して、チップ本体２２と中間部材２５との熱膨脹差に起因して第１溶融部２６に生じる応力を緩和するので、第１溶融部２６の破断を抑制できる。
【００３２】
本実施の形態では、チップ本体２２に複数（３つ）の第１溶融部２６が形成され、中間部材２５のうち第１溶融部２６の間に複数（３つ）の第２溶融部２７が形成されている。第１領域３３及び第２領域３４は、複数の第１溶融部２６の各々について第１溶融部２６毎に領域が設定される。全ての第１領域３３が上記のθ１≧４５°の関係を満足し、各々設定された第２領域３４のみに全ての第２溶融部２７が存在するので、全ての第１溶融部２６の破断を抑制できる。
【００３３】
本実施の形態では、チップ本体２２は３つの第１溶融部２６によって中間部材２５に接合されるので、任意の第１溶融部２６は、他の２つの第１溶融部２６とチップ本体２２との熱膨脹差に起因する熱応力の影響を受け、第１溶融部２６が１つ又は２つの場合に比べて、第１溶融部２６に作用する力が大きくなる。このような場合に、中間部材２５の弾性変形を利用して力を緩和し、第１溶融部２６の破断を抑制できるので、特に有効である。
【００３４】
第１溶融部２６のうちチップ本体２２に形成される部分３０は、その部分３０に接しチップ本体２２の軸２３を通る２つの第２直線３５の間に存在する。第１直線３２のなす角θ１に対する第２直線３５のなす角θ２は９５％以下、好ましくは７０％以下に設定されている。
【００３５】
ここで、第１溶融部２６の体積が大きくなるにつれて、中間部材２５とチップ本体２２との熱膨脹差に起因して第１溶融部２６に作用する力が大きくなる。しかし、θ２／θ１≦９５％とすることにより、中間部材２５の弾性変形により、チップ本体２２、中間部材２５及び電極母材１７の熱膨脹差に起因する熱応力をより緩和し易くできる。その結果、第１溶融部２６及び第２溶融部２７をより破断し難くできる。特にθ２／θ１≦７０％とすれば、第１溶融部２６及び第２溶融部２７をさらに破断し難くできる。
【００３６】
２つの第２直線３５のなす角θ２は、２０°以上に設定される。チップ本体２２を保持するだけの第１溶融部２６の体積を確保するためである。その結果、中間部材２５とチップ本体２２との熱膨脹差に起因して第１溶融部２６に作用する力に抗して、第１溶融部２６は中間部材２５にチップ本体２２を保持できる。
【００３７】
なお、電極母材１７及び中間部材２５はＮｉを主体とする合金またはＮｉからなり、第２溶融部２７はＮｉを主体とする合金またはＮｉが溶融してなるので、第２溶融部２７の線膨張係数を電極母材１７や中間部材２５の線膨張係数に近づけることができる。第２溶融部２７に生じる熱応力を小さくできるので、第２溶融部２７の破断を抑制できる。
【００３８】
仮に、第１溶融部２６とチップ本体２２との界面にクラックが発生すると、第１溶融部２６や第２溶融部２７の熱応力は解放される。その結果、電極母材１７が変形したりチップ本体２２が破断したりすることを抑制できる。熱応力によって電極母材１７が変形しないようにできるので、電極チップ２０と凹部２１とに隙間が生じないようにでき、また、中心電極１３（図１参照）とチップ本体２２との火花ギャップが狭くなったり広くなったりしないようにできる。
【００３９】
第１溶融部２６のうちチップ本体２２に形成される部分３０は、少なくとも一部が、電極母材１７の軸２８とチップ本体２２の軸２３とを含む平面に垂直な、軸２３を含む仮想平面２９（図４紙面に垂直な平面）よりも電極母材１７の第１端部１８（図１参照）側（図４左側）に存在する。第１溶融部２６は中間部材２５とチップ本体２２とを接続するので、第１溶融部２６によって電極母材１７からチップ本体２２までの導電経路を確保できる。
【００４０】
その結果、仮想平面３９よりも第２端部１９（図１参照）側（図４右側）にのみ第１溶融部２６が存在する場合に比べて、電極母材１７からチップ本体２２までの第１溶融部２６を経由する導電経路を短くできる。放電電流が流れる導電経路の距離を短くできるので、損失や特性劣化を生じ難くできる。よって、チップ本体２２と中心電極１３（図１参照）との間に火花放電が生じ難くなることを抑制できる。
【００４１】
第１溶融部２６は、第１溶融部２６の部分３０が仮想平面２９よりも第１端部１８（図１参照）側に存在する場合に、チップ本体２２の軸２３方向視において、電極母材１７の軸２８と重なる位置に形成されている。これにより、第１溶融部２６が軸２８と重ならない場合に比べて、電極母材１７からチップ本体２２までの第１溶融部２６を経由する導電経路を短くできる。導電経路の距離をさらに短くできるので、損失や特性劣化をより生じ難くできる。
【００４２】
本実施の形態では、第１溶融部２６の一部が、仮想平面２９よりも第２端部１９（図１参照）側（図４右側）に存在する。仮想平面２９を挟んで両側に第１溶融部２６が存在するので、仮に第１溶融部２６とチップ本体２２との界面にクラックが生じた場合も、チップ本体２２に食い込む第１溶融部２６によって、チップ本体２２を中間部材２５に保持できる。
【００４３】
次に図５を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、パルス発振レーザの２回のビームの照射によって第１溶融部２６が形成され、パルス発振レーザの複数回のビームの照射によって第２溶融部２７が形成される場合について説明した。第２実施の形態では、レーザビームの照射回数を第１実施の形態と異ならせて第１溶融部４１を形成し、連続発振レーザのビームを照射して第２溶融部４４を形成する場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
【００４４】
図５は第２実施の形態におけるスパークプラグ４０の接地電極の断面図であり、チップ本体２２の軸２３に垂直な断面が図示されている。第１溶融部４１は、パルス発振レーザのビームの各々１回の照射によって形成された溶融部である。本実施の形態では、第１溶融部４１は、チップ本体２２の軸２３を挟んで２か所に形成されている。第１溶融部４１は、チップ本体２２に形成される部分４２と、中間部材２５に形成される部分４３とからなる。部分４２と部分４３との境界は、第１溶融部４１が形成される前（溶融する前）のチップ本体２２と中間部材２５との境界（側面２４）である。第１溶融部４１は貴金属成分を３０〜７０質量％含有する。
【００４５】
第２溶融部４４は、連続発振レーザのビームを周方向に走査して形成された一連の溶融部である。本実施の形態では、第２溶融部４４は、チップ本体２２の軸２３を挟んで２か所に形成されている。
【００４６】
第１溶融部４１のうちチップ本体２２に形成される部分４２は、チップ本体２２の軸２３を通る２つの第１直線４５のなす角θ１が４５°以上の所定角度を有する第１領域４６内に存在する。一方、第２溶融部４４は、第１領域４６以外の第２領域４７のみに存在する。本実施の形態では、第１直線４５は、隣り合う第２溶融部４４に接しチップ本体２２の軸２３を通る直線である。
【００４７】
第１溶融部４１のうちチップ本体２２に形成される部分４２は、その部分４２に接しチップ本体２２の軸２３を通る２つの第２直線４８の間に存在する。第１直線４５のなす角θ１に対する第２直線４８のなす角θ２は９５％以下、好ましくは７０％以下に設定されている。
【００４８】
第１溶融部４１のうちチップ本体２２に形成される部分４２は、少なくとも一部が、仮想平面２９（図５紙面に垂直な平面）よりも電極母材１７の第１端部１８（図１参照）側（図５左側）に存在する。この第２実施の形態によれば、第１実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
【００４９】
次に図６から図８を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施の形態および第２実施の形態では、接地電極１６の１本の電極母材１７に電極チップ２０が接合される場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、接地電極５５に２本の電極母材５６が配置されたスパークプラグ５０において、電極母材５６の第２端部５８に電極チップ６０が接合される場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
【００５０】
図６は第３実施の形態におけるスパークプラグ５０の片側断面図であり、図７は図６の矢印ＶＩＩ方向から見たスパークプラグ５０の底面図であり、図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における接地電極５５の断面図である。なお、図６では主体金具１５の後端側の図示が省略されている。
【００５１】
図６に示すようにスパークプラグ５０の中心電極５１は、軸孔１２に挿入されて軸線Ｏに沿って絶縁体１１に保持される棒状の本体部５２と、本体部５２の先端に接合されるチップ５３とを備えている。チップ５３は、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属または貴金属を主成分とする合金によって形成される柱状の部材である。チップ５３は、溶接部５４によって本体部５２の先端に接合されている。
【００５２】
接地電極５５は、主体金具１５の先端の軸線Ｏに対して点対称となる位置に２本が配置されている。接地電極５５は、第１端部５７が主体金具１５の先端に接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の電極母材５６と、電極母材５６の第２端部５８に接合される電極チップ６０とを備えている。電極母材１７は、第１端部１８に対して第２端部１９側が中心電極５１へ向けて屈曲する棒状の部材である。
【００５３】
電極チップ６０は、チップ本体６１と、チップ本体６１の側面６３を全周に亘って取り囲む中間部材６４とを備えている。チップ本体６１は、電極母材５６よりも耐火花消耗性の高い白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属または貴金属を主成分とする合金によって形成される部材である。本実施の形態では、チップ本体６１は円環状の板材である。
【００５４】
中間部材６４は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる円環状の部材である。中間部材６４は、径方向の内側へ向けて鍔状に張り出し中心に穴が開いた底部６５が、軸線Ｏ方向の先端に設けられている。チップ本体６１は、中間部材６４に挿入された状態で、底部６５に支持される。
【００５５】
チップ本体６１は、第１溶融部６６によって中間部材６４に接合されており、中間部材６４は、第２溶融部６７によって電極母材５６に接合されている。第２溶融部６７は、軸線Ｏに沿って延びる部位であり、中間部材６４と電極母材５６とに跨る円柱状に形成されている。本実施の形態では、第１溶融部６６及び第２溶融部６７は、パルス発振レーザのビームの照射により形成されている。
【００５６】
チップ本体６１は、自身の中心を通る軸６２（図８参照）が、中心電極５１（図６参照）の軸線Ｏと一致するように配置されている。中心電極５１のチップ５３は、チップ本体６１の中央を貫通する。チップ本体６１は、中心電極５１のチップ５３の側面と火花ギャップを介して対向する。
【００５７】
図７に示すように電極母材５６は、第１端部５７（図６参照）側から第２端部５８へと延びる軸６８を有している。電極母材５６の軸６８は軸線Ｏ（図６参照）と直交する。中間部材６４とチップ本体６１とに跨る第１溶融部６６は、形状が、中間部材６４から軸線Ｏへ向かうにつれて断面積が次第に小さくなる楔状（円錐状）に形成されている。本実施の形態では、第１溶融部６６は電極チップ６０の周方向に間隔をあけて１０か所に形成されており、第２溶融部６７は２つの電極母材５６と接する２か所に形成されている。
【００５８】
図８に示すように第１溶融部６６は、チップ本体６１に形成される部分７０と、中間部材６４に形成される部分７１とからなる。部分７０と部分７１との境界は、第１溶融部６６が形成される前（溶融する前）のチップ本体６１と中間部材６４との境界（側面６３）である。第１溶融部６６は貴金属成分を３０〜７０質量％含有する。
【００５９】
第１溶融部６６のうちチップ本体６１に形成される部分７０は、チップ本体６１の軸６２（軸線Ｏと重なる）を通る２つの第１直線７２のなす角θ１が４５°以上の所定角度を有する第１領域７３内に存在する。一方、第２溶融部６７は、第１領域７３以外の第２領域７４のみに存在する。本実施の形態では、第１直線７２は、隣り合う第２溶融部６７に接しチップ本体６１の軸６２を通る直線である。
【００６０】
第１溶融部６６のうちチップ本体６１に形成される部分７０は、その部分７０に接しチップ本体６１の軸６２を通る２つの第２直線７５の間に存在する。第１直線７２のなす角θ１に対する第２直線７５のなす角θ２は９５％以下、好ましくは７０％以下に設定されている。
【００６１】
第１溶融部６６のうちチップ本体６１に形成される部分７０は、少なくとも一部が、電極母材５６の軸６８とチップ本体６１の軸６２とを含む平面に垂直な、軸６２を含む仮想平面６９（図８紙面に垂直な平面）よりも電極母材５６の第１端部５７（図６参照）側（図８左右外側）に存在する。この第３実施の形態によれば、第１実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
【実施例】
【００６２】
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００６３】
（実施例１）
中間部材２５はニッケル合金（インコネル６００（登録商標））製であり、寸法が内径２．５ｍｍ、外径３．３ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍの円環状であった。チップ本体２２は組成が８０Ｉｒ−１１Ｒｕ−８Ｒｈ−１Ｎｉ（数値は質量％）の貴金属合金製であり、寸法が外径２．５ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板状であった。チップ本体２２を嵌め込んだ中間部材２５の外周の複数個所にパルス発振レーザのビームを照射して、第１実施の形態で説明した第１溶融部２６（３つの溶融部）が形成された種々の電極チップ２０を得た。第１溶融部２６を形成したレーザビーム（代表例）はエネルギー１２００Ｗ、照射速度２４Ｈｚであった。
【００６４】
ＥＤＸにより、第１溶融部２６の貴金属成分の割合（質量％）を測定した。第１溶融部２６の貴金属成分の割合が２５質量％から７５質量％になるように第１溶融部２６の溶融量を調整した。
【００６５】
次に、第１端部１８と第２端部１９とを有する断面矩形の棒状のニッケル合金（インコネル６００（登録商標））製の電極母材１７を準備し、第２端部１９に内径３．３ｍｍ、深さ０．８５ｍｍの凹部２１を形成した。第１溶融部２６が形成された部分を、電極母材１７の第１端部１８側に向けて電極チップ２０を凹部２１に嵌め込んだ後、中間部材２５と電極母材１７との境界にレーザビームを照射して形成された第２溶融部２７により、中間部材２５と電極母材１７とを溶接し、種々のサンプルを得た。
【００６６】
チップ本体２２の軸２３に垂直な電極チップ２０の断面をＸ線透視装置によって観察し、第１溶融部２６が形成された第１領域３３の角度θを求めた。この実施例では、第２溶融部２７に接しチップ本体２２の軸２３を通る２つの第１直線３２のなす角θ１を、第１領域３３の角度θとした。
【００６７】
同様にＸ線透視装置によって、第１溶融部２６のうちチップ本体２２に形成される部分３０に接しチップ本体２２の軸２３を通る２つの第２直線３５のなす角θ２を求めた。第２溶融部２７は、第１直線３２のなす角θ１に対する第２直線３５のなす角θ２の割合（θ２／θ１）が７０％となるようにした。この中から、第１領域３３の角度θ（第１直線３２のなす角θ１）が３５°から８０°の表１に示すサンプルを抽出した。
【００６８】
全てのサンプルについて、第１端部１８を保持した電極母材１７の第２端部１９の温度が９５０℃になるように２分間バーナで加熱した後、１分間かけて放冷することを１サイクルとして、１０００サイクルを電極母材１７に加える冷熱試験を行った。
【００６９】
冷熱試験後、チップ本体２２の軸２３に垂直な電極チップ２０の断面を金属顕微鏡で観察して、第１溶融部２６に存在するクラックの長さを測定した。第１溶融部２６に存在するクラックの起点は、第１溶融部２６の周方向の端と、チップ本体２２と中間部材２５との境界（チップ本体２２の側面２４）と、が交わる位置にあった。
【００７０】
１つの第１溶融部２６の周方向の端から端までクラックが繋がっているサンプルを「破断した（×）」と評価した。第１溶融部２６の周方向の端から端までクラックが繋がっておらず、第１溶融部２６とチップ本体２２との境界または第１溶融部２６と中間部材２５との境界にクラックが進展したサンプルは「破断しなかった（△）」と評価した。クラックが第１溶融部２６に存在していても、第１溶融部２６の周方向の端から端までクラックが繋がっておらず、第１溶融部２６内でクラックが進展したサンプルは「好ましい（○）」と評価した。結果は表１に記した。
【００７１】
【表１】
2018106807.tif 000003
表１に示すように、第１領域３３の角度θが４５°以上の第１溶融部２６は破断しなかった。第１領域３３の角度θが４５°以上に設定されると、第２溶融部２７間の中間部材２５の周方向の長さを確保できるので、中間部材２５の弾性変形により、チップ本体２２と中間部材２５との熱膨脹差により第１溶融部２６に生じる応力を緩和できるものと推察される。第１領域３３の角度θが大きくなるにつれて、中間部材２５の弾性変形量は大きくなるので、中間部材２５による熱応力の緩和効果は増大する。第１溶融部２６によってチップ本体２２が中間部材２５に固定されるので、第１溶融部２６によって放電電流の導電経路を確保できることも明らかであった。
【００７２】
また、第１領域３３の角度θが４５°以上のサンプルのうち、貴金属成分を３０〜７０質量％含む第１溶融部２６では、クラックが第１溶融部２６内で進展した。第１溶融部２６が貴金属成分を３０〜７０質量％含む組成であると、チップ本体２２と中間部材２５との熱膨脹差により第１溶融部２６に生じる応力を、破断が生じない程度に緩和できるものと推察される。
【００７３】
なお、貴金属成分を２５質量％含有する第１溶融部２６は、主にチップ本体２２と第１溶融部２６との界面が破断した。第１溶融部２６の線膨張係数が、チップ本体２２の線膨張係数よりも中間部材２５の線膨張係数に近づくからであると推察される。また、貴金属成分を７５質量％含有する第１溶融部２６は、主に中間部材２５に近い部分が破断した。第１溶融部２６の線膨張係数が、中間部材２５の線膨張係数よりもチップ本体２２の線膨張係数に近づくからであると推察される。
【００７４】
このように線膨張係数の異なる部位の境界にクラックが進展する場合、クラックの進展速度が、第１溶融部２６内をクラックが進展する速度よりも大きいことが懸念される。よって、線膨張係数の異なる部位の境界にクラックを進展させ難くするため、第１溶融部２６が貴金属成分を３０〜７０質量％含む組成であることがより好ましい。
【００７５】
（実施例２）
第１領域３３の角度θ（第１直線３２のなす角θ１）を６０°に固定して、第１溶融部２６のうちチップ本体２２に形成される部分３０に接しチップ本体２２の軸２３を通る２つの第２直線３５のなす角θ２の、第１直線３２のなす角θ１に対する割合を異ならせた以外は、実施例１と同様にして、実施例２におけるサンプルを得た。なお、第１溶融部２６の貴金属成分の割合（質量％）は５０質量％に固定した。
【００７６】
全てのサンプルについて実施例１と同じ冷熱試験を行った。冷熱試験後、チップ本体の軸に垂直な電極チップの断面を金属顕微鏡で観察した。実施例１と同様の評価基準を用いて評価したが、その評価において「好ましい（○）」と評価したサンプルのうち、第１溶融部２６にクラックが存在しなかったサンプルは「優れている（◎）」と評価した。結果は表２に記した。
【００７７】
【表２】
2018106807.tif 000004
表２に示すように、θ２／θ１が７０％以下の第１溶融部２６は、第１溶融部２６にクラックが存在しなかった。中間部材２５の弾性変形によって、第１溶融部２６に生じる熱応力を緩和できたと推察される。
【００７８】
実施例１及び実施例２によれば、中間部材２５が熱応力を緩和するので、第１溶融部２６の破断を抑制することができ、チップ本体２２を中間部材２５に安定して保持できることが明らかである。
【００７９】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、第１溶融部２６，４１，６１や第２溶融部２７，４４，６７の形状や数、第１溶融部２６，４１，６１や第２溶融部２７，４４，６７の大きさや長さ等は一例であり、適宜設定できる。
【００８０】
上記第１実施の形態では、チップ本体２２の形状が円板状（円柱状）の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の形状を採用することは当然可能である。他のチップ本体の形状としては、例えば円錐台状、楕円柱状、三角柱や四角柱等の多角柱等が挙げられる。
【００８１】
第１及び第２実施の形態ではチップ本体２２が円柱状であり、上記第３実施の形態ではチップ本体６１が円環状なので、チップ本体２２，６１の側面２４，６３を取り囲む中間部材２５，６４が円環状の場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、当然のことながら、チップ本体の形状に応じて、円筒状、角環状、角筒状など種々の形状を採用できる。
【００８２】
上記第１実施の形態では、中間部材２５が無底の円環状の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。中間部材２５はチップ本体２２の側面２４を取り囲むことができれば良いので、チップ本体２２の底を覆う底部が設けられた有底の中間部材２５を採用することは当然可能である。
【００８３】
上記各実施の形態では、電極母材１７，５６の断面が矩形状の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の断面形状の電極母材を採用することは当然可能である。電極母材の他の断面形状としては、例えば円形状、楕円形状、三角形状や五角形状等の多角形状等が挙げられる。
【００８４】
上記各実施の形態では、パルス発振レーザのスポットを重ねたり連続発振レーザを用いたりして、中間部材２５，６４の外周に第２溶融部２７，４４，６７をある程度の長さに形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。パルス発振レーザを用いた１ないし複数か所のスポット溶接により第２溶融部２７，４４，６７を形成することは当然可能である。
【００８５】
上記各実施の形態では、電極チップ２０を電極母材１７，５６に接合する第２溶融部２７，４４，６７をレーザ溶接で形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他の手段によって電極チップ２０を電極母材１７，５６に接合することは当然可能である。他の手段としては、例えばアーク溶接、抵抗溶接等が挙げられる。
【００８６】
上記各実施の形態では、主体金具１５に第１端部１８，５７が接合された電極母材１７，５６の第２端部１９，５８側が屈曲する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。屈曲した電極母材１７，５６を用いる代わりに、直線状の電極母材を用いることは当然可能である。この場合には、主体金具１５の先端側を軸線Ｏ方向に延ばし、直線状の電極母材の第１端部を主体金具１５に接合して、電極母材の第２端部を中心電極１３，５１と対向させる。
【００８７】
上記第１及び第２実施の形態では、中心電極１３の軸線Ｏとチップ本体２２の軸２３とを一致させ、電極チップ２０が中心電極１３と軸線Ｏ方向に対向するように電極母材１７を配置する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、電極チップ２０と中心電極１３との位置関係は適宜設定できる。電極チップ２０と中心電極１３との他の位置関係としては、例えば、中心電極１３の軸線Ｏとチップ本体２２の軸２３とが交差するように電極母材１７を配置すること、中心電極１３の側面と電極チップ２０が対向するように電極母材１７を配置すること、電極母材１７の軸２８と軸線Ｏとが斜めに交わるように電極母材１７を配置すること等が挙げられる。
【００８８】
上記第３実施の形態では、接地電極５５の電極母材５６が主体金具１５に２本接合された場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。電極母材５６の数を３本以上の複数本とすることは当然可能である。この場合も電極母材５６の第２端部５８が、第２溶融部６７によって中間部材６４の外周に接合される。
【符号の説明】
【００８９】
１０，４０，５０  スパークプラグ
１１        絶縁体
１２        軸孔
１３，５１  中心電極
１５，      主体金具
１６，５５  接地電極
１７，５６  電極母材
１８，５７  第１端部
１９，５８  第２端部
２０，６０  電極チップ
２２，６１  チップ本体
２３，６２  軸
２５，６４  中間部材
２６，４１，６６  第１溶融部
２７，４４，６７  第２溶融部
２８，６８  軸
２９，６９  仮想平面
３０，４２，７０  部分
３２，４５，７２  第１直線
３３，４６，７３  第１領域
３４，４７，７４  第２領域
３５，４８，７５  第２直線
Ｏ          軸線
θ１，θ２  なす角
【図１】
2018106807.tif 000005
【図２】
2018106807.tif 000006
【図３】
2018106807.tif 000007
【図４】
2018106807.tif 000008
【図５】
2018106807.tif 000009
【図６】
2018106807.tif 000010
【図７】
2018106807.tif 000011
【図８】
2018106807.tif 000012