(57)【要約】【課題】熱応力による変形や電極チップの破損を抑制できるスパークプラグを提供すること。【解決手段】貴金属を主体とするチップ本体と、チップ本体の側面を取り囲む中間部材とを備える電極チップが接地電極に設けられる。チップ本体の側面を取り囲む中間部材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる。チップ本体と中間部材とに跨る溶融部は、貴金属成分を３０〜７０質量％含む第１溶融部と、Ｎｉ成分を８０質量％以上含む第２溶融部と、を含んで構成される。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、全体が、チップ本体の軸に対して９０°以下の所定角度を有する第１領域内に存在する。【選択図】図２
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【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中心電極と対向する位置に形成される凹部に少なくとも一部が嵌め込まれた状態で、前記電極母材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を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溶融部を形成してなるスパークプラグであって、
前記中間部材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなり、
前記溶融部は、貴金属成分を３０〜７０質量％含む第１溶融部と、Ｎｉ成分を８０質量％以上含む第２溶融部と、を含んで構成され、
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、全体が、前記チップ本体の前記軸を通る２つの直線のなす角が９０°以下の所定角度を有する第１領域内に存在することを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記第１領域は、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記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記第１領域は、前記所定角度が２０°以上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２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、前記仮想平面よりも前記第２端部側に存在することを特徴とする請求項２記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記チップ本体の前記軸に垂直な断面において、前記第２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つの接線を、前記チップ本体の前記軸を挟んで前記第１溶融部とは反対側に延長して形成される第２領域内に存在することを特徴とする請求項１から４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の側面を取り囲む中間部材とチップ本体とが溶融部によって接合される電極チップを、接地電極の電極母材に形成された凹部に嵌め込んだ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、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が溶融部によって強固に接合されると、チップ本体と電極母材との熱膨脹差に起因する熱応力によって、電極母材が変形したりチップ本体が破断したりする可能性がある。また、熱応力によって溶融部とチップ本体との界面や溶融部にクラックが発生し、そのクラックが過度に進行すると、チップ本体が中間部材から脱落する可能性がある。
【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、熱応力による変形や電極チップの破損を抑制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および発明の効果】
【０００６】
この目的を達成するために請求項１記載のスパークプラグによれば、軸線に沿って延びる中心電極が、軸線に沿って形成された絶縁体の軸孔に配置される。絶縁体の外周に配置される主体金具に接地電極が接合される。接地電極の電極母材は、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。接地電極の電極チップは、電極母材の中心電極と対向する位置に形成される凹部に少なくとも一部が嵌め込まれた状態で、電極母材に接合される。電極チップは、貴金属を主体とするチップ本体と、チップ本体の側面を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溶融部が形成される。
【０００７】
中間部材はＮｉを主体とする合金またはＮｉからなり、溶融部は、貴金属成分を３０〜７０質量％含む第１溶融部と、Ｎｉ成分を８０質量％以上含む第２溶融部と、を含んで構成される。これにより、スパークプラグの使用環境における第２溶融部の線膨張係数を中間部材の線膨張係数に近づけられる一方で、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。その結果、第１溶融部は中間部材とチップ本体との間で熱応力を緩和する。
【０００８】
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、全体が、チップ本体の軸を通る２つの直線のなす角が９０°以下の所定角度を有する第１領域内に存在する。第１溶融部の体積が制約されるので、熱応力によって第１溶融部に作用する力を抑制できる。その結果、スパークプラグの使用環境において第１溶融部の破断を抑制できるので、第１溶融部は中間部材とチップ本体とを接合する。また、第１溶融部による中間部材とチップ本体との接合強度が過大にならないようにできるので、電極母材が変形したりチップ本体が破断したりすることを抑制できる。
【０００９】
一方、第２溶融部はチップ本体との熱膨脹差が大きいので、第１溶融部やチップ本体が破断する前に、第２溶融部とチップ本体との界面にクラックを生じ易くできる。第２溶融部とチップ本体との界面にクラックが発生すると、溶融部の熱応力は解放される。その結果、第１溶融部やチップ本体の破断や電極母材の変形を抑制できる。よって、熱応力による電極母材の変形や電極チップの破損を抑制できる効果がある。
【００１０】
請求項２記載のスパークプラグによれば、第１領域は、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。その結果、第２溶融部とチップ本体との界面が破断しても、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の効果に加え、損失や特性劣化を生じ難くできる効果がある。
【００１１】
請求項３記載のスパークプラグによれば、第１領域は所定角度が２０°以上なので、第１溶融部の断面積を確保できる。その結果、請求項１又は２の効果に加え、第１溶融部の強度を確保できる効果がある。
【００１２】
請求項４記載のスパークプラグによれば、第２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、仮想平面よりも第２端部側に存在する。その結果、請求項２の効果に加え、第２溶融部と第１端部側に存在する第１溶融部とにより、チップ本体を中間部材にバランス良く保持できる効果がある。
【００１３】
請求項５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２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つの接線を、チップ本体の軸を挟んで第１溶融部とは反対側に延長して形成される第２領域内に存在する。その結果、請求項１から４のいずれかの効果に加え、第２溶融部と第１領域に存在する第１溶融部とにより、チップ本体を中間部材にバランス良く保持できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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接地電極の断面図である。
【図７】第４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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、主体金具１１、接地電極１２、絶縁体１７及び中心電極１９を備えている。
【００１６】
主体金具１１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。接地電極１２は、第１端部１４が主体金具１１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１３と、電極母材１３の第２端部１５に接合される電極チップ１６（図２、図３参照）とを備えている。電極母材１３は、第１端部１４に対して第２端部１５側が中心電極１９へ向けて屈曲する棒状の部材である。
【００１７】
絶縁体１７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１７は、軸線Ｏに沿って軸孔１８が貫通し、外周に主体金具１１が固定される。中心電極１９は、軸孔１８に挿入されて軸線Ｏに沿って絶縁体１７に保持される棒状の電極である。中心電極１９は、火花ギャップを介して接地電極１２と対向する。端子金具２０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１７内に配置される。
【００１８】
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１９を絶縁体１７の軸孔１８に挿入する。中心電極１９は先端が軸孔１８から外部に露出するように配置される。軸孔１８に端子金具２０を挿入し、端子金具２０と中心電極１９との導通を確保した後、予め電極母材１３が接合された主体金具１１を絶縁体１７の外周に組み付ける。電極母材１３に電極チップ１６を接合した後、電極チップ１６が中心電極１９と軸線Ｏ方向に対向するように電極母材１３を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。
【００１９】
図２を参照して、電極チップ１６が接合された電極母材１３について説明する。図２は接地電極１２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１３の第２端部１５が図示されており、電極母材１３の第１端部１４側は図示が省略されている。
【００２０】
電極母材１３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１９（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１６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１６は、火花ギャップを介して中心電極１９と対向する。
【００２１】
電極チップ１６は、チップ本体２３と、チップ本体２３の側面２５を取り囲む中間部材２６とを備えている。チップ本体２３は、溶融部（第１溶融部２７及び第２溶融部２８）によって中間部材２６に接合されており、中間部材２６は、溶融部２９によって電極母材１３に接合されている。溶融部２９は、中間部材２６の外周の全周に亘って設けられる。本実施の形態では、溶融部２９は、パルス発振レーザのビームが走査されることにより連続的に形成されている。
【００２２】
チップ本体２３は、電極母材１３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２３は平面視が円形の板材である。また、チップ本体２３は、自身の中心を通る軸２４が、中心電極１９（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２６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２６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。
【００２３】
図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における接地電極１２の断面図である。図３に示すように、電極母材１３は、第１端部１４（図１参照）側から第２端部１５へと延びる軸２２を有している。電極母材１３の軸２２は軸線Ｏと直交する。凹部２１は、電極母材１３に形成された有底の窪みである。電極チップ１６は、チップ本体２３が電極母材１３からわずかに突出した状態で凹部２１に収容される。
【００２４】
中間部材２６とチップ本体２３とに跨る第１溶融部２７及び第２溶融部２８は、形状が、中間部材２６からチップ本体２３の軸２４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。軸２４と直交する方向（図３左右方向）において、第１溶融部２７は、長さが、第２溶融部２８の長さよりも長く設定されている。溶融部２９は、チップ本体２３の軸２４に沿って延びる部位であり、中間部材２６と電極母材１３とに跨る円柱状に形成されている。
【００２５】
第１溶融部２７及び第２溶融部２８は、中間部材２６の内側にチップ本体２３を挿入した状態で、中間部材２６の側面（外周）から軸２４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２７及び第２溶融部２８により、チップ本体２３と中間部材２６とが接合された電極チップ１６が作られる。第１溶融部２７及び第２溶融部２８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。
【００２６】
溶融部２９は、電極母材１３の凹部２１に電極チップ１６を嵌め込んだ状態で、中間部材２６と電極母材１３との境界に向けて軸２４と平行にレーザビームを照射して、中間部材２６の外周の全周に亘って形成される。溶融部２９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１６と電極母材１３（凹部２１）とを抵抗溶接しても良い。溶融部２９は、中間部材２６の外周部分、第１溶融部２７及び第２溶融部２８の外周部分、凹部２１（電極母材１３）の内周部分が溶融してなるので、中間部材２６、チップ本体２３及び電極母材１３の成分が混合されている。
【００２７】
レーザビームによって溶かされた中間部材２６及び電極母材１３の成分は、第１溶融部２７及び第２溶融部２８の外周部分に略均等に溶け込むので、第１溶融部２７及び第２溶融部２８の成分は、溶融した中間部材２６の体積とチップ本体２３の体積との比率に依存する。第１溶融部２７は、径方向の長さが、第２溶融部２８の径方向の長さよりも長いので、第１溶融部２７は、第２溶融部２８に比べて、溶融したチップ本体２３の体積の比率が高い。よって、第１溶融部２７は、チップ本体２３に由来する成分が第２溶融部２８に比べて多く含まれ、第２溶融部２８は、中間部材２６に由来する成分が第１溶融部２７に比べて多く含まれる。
【００２８】
電極母材１３及び中間部材２６は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなり、チップ本体２３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２３の線膨張係数は、電極母材１３及び中間部材２６の線膨張係数より小さい。第１溶融部２７は貴金属成分を３０〜７０質量％含有し、第２溶融部２８はＮｉ成分を８０質量％以上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２７の線膨張係数を、中間部材２６の線膨張係数とチップ本体２３の線膨張係数との間にできる。よって、中間部材２６とチップ本体２３との間で第１溶融部２７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２７は両者を接続する。
【００２９】
第１溶融部２７や第２溶融部２８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２７や第２溶融部２８の分析位置は、第１溶融部２７や第２溶融部２８の略中央である。第１溶融部２７や第２溶融部２８のうちチップ本体２３の軸２４に近い部分や溶融部２９との境界付近など、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。
【００３０】
図４は図３のＩＶ−ＩＶ線における接地電極１２の断面図であり、チップ本体２３の軸２４に垂直な断面が図示されている。第１溶融部２７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連続する１つの溶融部である。第１溶融部２７は、中間部材２６に形成される部分３１と、チップ本体２３に形成される部分３２とからなる。部分３１と部分３２との境界は、第１溶融部２７が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と中間部材２６との境界（チップ本体２３の側面２５）である。第１溶融部２７のうちチップ本体２３に形成される部分３２は、全体が、第１領域３５内に存在する。第１領域３５は、チップ本体２３の軸２４を通る２本の直線のなす角θが９０°以下の所定角度に設定される領域である。
【００３１】
第１溶融部２７を包含する第１領域３５は、なす角θが９０°以下の所定角度に設定されるので、第１溶融部２７の体積を制約する。第１溶融部２７が中間部材２６とチップ本体２３とを接続する領域が制約され、中間部材２６とチップ本体２３との熱膨脹差に起因して第１溶融部２７に作用する力を抑制できるので、第１溶融部２７の破断を抑制できる。また、第１溶融部２７による中間部材２６とチップ本体２３との接合強度が過大になることを抑制できるので、電極母材１３が変形したりチップ本体２３が破断したりすることを抑制できる。
【００３２】
なお、熱応力によって電極母材１３が変形しないようにできるので、電極チップ１６と凹部２１とに隙間が生じないようにでき、また、中心電極１９（図１参照）とチップ本体２３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。
【００３３】
第１領域３５は、なす角θが２０°以上に設定される。その場合に、チップ本体２３に形成される部分３２は、第１領域３５に含まれる領域であってなす角θが２０°に設定される領域の外にも一部が存在すると好ましい。チップ本体２３を保持するだけの第１溶融部２７の体積を確保するためである。その結果、中間部材２６とチップ本体２３との熱膨脹差に起因して第１溶融部２７に作用する力に抗して、第１溶融部２７は中間部材２６にチップ本体２３を保持できる。
【００３４】
第２溶融部２８は、パルス発振レーザのビームの５回の照射位置を周方向にずらして形成された、互いに独立した５つの溶融部である。第２溶融部２８は、中間部材２６に形成される部分３３と、チップ本体２３に形成される部分３４とからなる。部分３３と部分３４との境界は、第２溶融部２８が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と中間部材２６との境界（チップ本体２３の側面２５）である。第２溶融部２８のうちチップ本体２３に形成される部分３４は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、第１領域３５の外に存在する。
【００３５】
第２溶融部２８はＮｉ成分を８０質量％以上含有するので、第２溶融部２８の線膨張係数を中間部材２６や電極母材１３の線膨張係数に近づけることができる。また、第２溶融部２８はチップ本体２３との熱膨脹差が、第１溶融部２７とチップ本体２３との熱膨脹差に比べて大きいので、第１溶融部２７やチップ本体２３が破断する前に、第２溶融部２８とチップ本体２３との界面にはクラックが生じ易い。
【００３６】
第２溶融部２８とチップ本体２３との界面にクラックが発生すると、第１溶融部２７や第２溶融部２８の熱応力は解放されるので、第１溶融部２７やチップ本体２３が破断しないようにできる。また、全ての第２溶融部２８の代わりに貴金属成分を３０〜７０質量％含有する溶融部を設ける場合に比べて、第２溶融部２８によって、チップ本体２３との接合強度を小さくできる。その結果、熱応力の解放がされるので、電極母材１３が変形したりチップ本体２３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１３が変形しないようにできるので、電極チップ１６と凹部２１とに隙間が生じないようにでき、また、中心電極１９（図１参照）とチップ本体２３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。
【００３７】
なお、界面にクラックが発生した第２溶融部２８は形状が楔状でありチップ本体２３の側面２５に食い込んでいるので（図３参照）、第２溶融部２８はチップ本体２３を係止する。よって、第２溶融部２８とチップ本体２３との界面にクラックが生じても、振動や衝撃等によってチップ本体２３が中間部材２６から外れたり中間部材２６に対して傾いたりしないようにできる。
【００３８】
第１領域３５は、電極母材１３の軸２２とチップ本体２３の軸２４とを含む平面に垂直な、軸２４を含む仮想平面３９（図４紙面に垂直な平面）よりも電極母材１３の第１端部１４（図１参照）側（図４左側）に存在する。その第１領域３５に第１溶融部２７が存在する。第１溶融部２７は、第２溶融部２８とチップ本体２３との界面にクラックが生じた場合も、破断することなく中間部材２６とチップ本体２３とを接続するので、第１溶融部２７によって電極母材１３からチップ本体２３までの導電経路を確保できる。
【００３９】
その結果、仮想平面３９よりも第２端部１５（図１参照）側（図４右側）に第１領域３５が存在する場合に比べて、電極母材１３からチップ本体２３までの第１溶融部２７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２３と中心電極１９（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。
【００４０】
第１溶融部２７は、第１領域３５が仮想平面３９よりも第１端部１４（図１参照）側に存在する場合に、チップ本体２３の軸２４方向視において、電極母材１３の軸２２と重なる位置に形成されている。これにより、第１溶融部２７が軸２２と重ならない場合に比べて、電極母材１３からチップ本体２３までの第１溶融部２７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。
【００４１】
本実施の形態では、第２溶融部２８のうちチップ本体２３に形成される部分３４は、少なくとも一部が、仮想平面３９よりも第２端部１５（図１参照）側（図４右側）に存在する。第２溶融部２８とチップ本体２３との界面にクラックが発生した場合には、第２溶融部２８は、チップ本体２３に食い込んでチップ本体２３を物理的に係止する。一方、第１溶融部２７はチップ本体２３及び中間部材２６を接合する。仮想平面３９を挟んで両側に第２溶融部２８の少なくとも一部と第１溶融部２７とが存在するので、チップ本体２３を中間部材２６にバランス良く保持できる。
【００４２】
第２溶融部２８のうちチップ本体２３に形成される部分３４は、少なくとも一部が、第１溶融部２７のうちチップ本体２３に形成される部分３２に接しチップ本体２３の軸２４を通る２つの接線３６，３７を、チップ本体２３の軸２４を挟んで第１溶融部２７とは反対側に延長して形成される第２領域３８内に存在する。軸２４を挟んで第１溶融部２７の反対側の第２領域３８に部分３４の少なくとも一部が存在するので、第２溶融部２８とチップ本体２３との界面にクラックが発生しても、チップ本体２３を中間部材２６にバランス良く保持できる。
【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、第１溶融部２７が、２回のレーザビームの照射によって形成された連続する溶融部であり、第２溶融部２８が、５回のレーザビームの照射によって形成された、互いに独立した５つの溶融部であ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及び第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２３の軸２４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照射位置を周方向にわずかにずらした３回の照射によって形成された連続する１つの溶融部である。第１溶融部４１は、中間部材２６に形成される部分４２と、チップ本体２３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２３と中間部材２６との境界（側面２５）である。第１溶融部４１は貴金属成分を３０〜７０質量％含有し、第１溶融部４１のうちチップ本体２３に形成される部分４３は、全体が、第１領域３５内に存在する。
【００４５】
第２溶融部４４は、パルス発振レーザのビームの４回の照射位置を周方向にずらして形成された、互いに独立した４つの溶融部である。第２溶融部４４は、中間部材２６に形成される部分４５と、チップ本体２３に形成される部分４６とからなる。部分４５と部分４６との境界は、第２溶融部４４が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と中間部材２６との境界（側面２５）である。第２溶融部４４はＮｉ成分を８０質量％以上含有する。
【００４６】
第２溶融部４４のうちチップ本体２３に形成される部分４６は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、仮想平面３９よりも第２端部１５（図１参照）側に存在する。また、部分４６は、少なくとも一部が、第１溶融部４１の部分４３に接し軸２４を通る２つの接線４７，４８を、軸２４を挟んで第１溶融部４１とは反対側に延長して形成される第２領域４９内に存在する。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。
【００４７】
次に図６を参照して第３実施の形態について説明する。第２実施の形態では、パルス発振レーザのビームを４回照射して互いに独立した４つの溶融部である第２溶融部４４を作る場合について説明した。第３実施の形態では、連続発振レーザのビームを照射して第２溶融部５４を形成する場合について説明する。なお、第１実施の形態および第２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。図６は第３実施の形態におけるスパークプラグ５０の接地電極の断面図であり、チップ本体２３の軸２４に垂直な断面が図示されている。
【００４８】
第２溶融部５４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。第２溶融部５４は、中間部材２６に形成される部分５５と、チップ本体２３に形成される部分５６とからなる。部分５５と部分５６との境界は、第２溶融部５４が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と中間部材２６との境界（側面２５）である。第２溶融部５４はＮｉ成分を８０質量％以上含有する。
【００４９】
第２溶融部５４のうちチップ本体２３に形成される部分５６は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、仮想平面３９よりも第２端部１５（図１参照）側に存在する。また、部分５６は、少なくとも一部が、第２領域４９内に存在する。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。
【００５０】
次に図７を参照して第４実施の形態について説明する。第１実施の形態から第３実施の形態では、第１溶融部２７，４１が、レーザビームの複数回の照射によって形成された連続する１つの溶融部である場合について説明した。第４実施の形態では、レーザビームの複数回の照射によって互いに独立した第１溶融部６１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。
【００５１】
図７は第４実施の形態におけるスパークプラグ６０の接地電極の断面図であり、チップ本体２３の軸２４に垂直な断面が図示されている。第１溶融部６１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ずらして形成された互いに独立する２つの溶融部である。第１溶融部６１は、中間部材２６に形成される部分６２と、チップ本体２３に形成される部分６３とからなる。部分６２と部分６３との境界は、第１溶融部６１が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と中間部材２６との境界（側面２５）である。第１溶融部６１は貴金属成分を３０〜７０質量％含有し、第１溶融部６１のうちチップ本体２３に形成される部分６３は、全体が、第１領域３５内に存在する。
【００５２】
第２溶融部６４は、パルス発振レーザのビームの３回の照射位置を周方向にずらして形成された、互いに独立した３つの溶融部である。第２溶融部６４は、中間部材２６に形成される部分６５と、チップ本体２３に形成される部分６６とからなる。部分６５と部分６６との境界は、第２溶融部６４が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と中間部材２６との境界（側面２５）である。第２溶融部６４はＮｉ成分を８０質量％以上含有する。
【００５３】
第２溶融部６４のうちチップ本体２３に形成される部分６６は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、仮想平面３９よりも第２端部１５（図１参照）側に存在する。また、部分６６は、少なくとも一部が、第１溶融部６１の部分６３に接し軸２４を通る２つの接線６７，６８を、軸２４を挟んで第１溶融部６１とは反対側に延長して形成される第２領域６９内に存在する。この第４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】
【００５４】
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。
【００５５】
（実施例１）
中間部材はニッケル合金（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。チップ本体を嵌め込んだ中間部材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（１つの溶融部）及び第２溶融部（５つの溶融部）が形成された種々の電極チップを得た。第１溶融部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、照射数２発であり、第２溶融部を形成したレーザビーム（代表例）はエネルギー５００Ｗ、照射速度８Ｈｚ、照射数５発であった。
【００５６】
チップ本体の軸に垂直な電極チップの断面をＸ線透視装置によって観察し、第１溶融部が形成された第１領域の角度θを求めた。この実施例では、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つの接線のなす角を、第１領域の角度θとした。また、ＥＤＸにより、第１溶融部の貴金属成分の割合（質量％）及び第２溶融部のＮｉ成分の割合（質量％）を測定し、第１溶融部が表１に示す角度θ（代表値）及び貴金属成分の割合（代表値）である電極チップを抽出した。全ての電極チップは、第２溶融部のＮｉ成分の割合が８０質量％以上であった。
【００５７】
【表１】
2018045892.tif 000003
第１端部と第２端部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））製の電極母材を準備し、第２端部に内径３．３ｍｍ、深さ０．８５ｍｍの凹部を形成した。凹部に電極チップを嵌め込んだ後、中間部材と電極母材との境界にレーザビームを照射して中間部材と電極母材とを溶接し、種々のサンプルを得た。なお、電極チップは、第１溶融部が形成された部分を、電極母材の第１端部側に向けて凹部に嵌め込んだ。
【００５８】
全てのサンプルについて、第１端部を保持した電極母材の第２端部の温度が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に加える冷熱試験を行った。
【００５９】
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て、第１溶融部（チップ本体との界面を含む）に存在する周方向のクラックの長さを測定した。第１溶融部に存在するクラックの全長（総和）が、第１溶融部の周方向の長さ（溶接前のチップ本体と中間部材との境界の長さ）の１／３以上あれば「破断した（×）」と評価し、１／３未満であれば「破断しなかった（○）」と評価した。結果は表１に記した。
【００６０】
表１に示すように、貴金属成分を３０〜７０質量％含み、角度θが２０〜９０°の第１溶融部は破断しなかった。この結果から、貴金属成分を３０〜７０質量％含み、角度θが２０〜９０°の第１溶融部は、チップ本体を中間部材に保持できることが確認された。従って、第１溶融部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。
【００６１】
なお、貴金属成分を２５質量％含有する第１溶融部は、主にチップ本体との界面が破断した。第１溶融部の線膨張係数が、チップ本体の線膨張係数よりも中間部材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溶融部は、主に中間部材に近い部分が破断した。第１溶融部の線膨張係数が、中間部材の線膨張係数よりもチップ本体の線膨張係数に近づくからであると推察される。角度θが１００°以上の第１溶融部は、第１溶融部の内部が破断した。第１溶融部の体積が増加し、中間部材とチップ本体との線膨張差に起因する力が大きくなったからであると推察される。
【００６２】
（実施例２）
角度θが７０°であり貴金属成分を６５質量％含む第１溶融部を全ての電極チップに形成した以外は、実施例１と同様にして、第２溶融部のＮｉ成分の割合が異なる実施例２のサンプルを得た。第２溶融部のＮｉ成分の割合はＥＤＸにより測定し、第２溶融部が表２に示すＮｉ成分の割合（代表値）である電極チップを抽出した。
【００６３】
【表２】
2018045892.tif 000004
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て、第２溶融部（チップ本体との界面を含む）のどこが破断したかを調べた。第２溶融部の内部で破断したものは「×」、第２溶融部とチップ本体との界面が破断したものは「○」と評価した。結果は表２に記した。
【００６４】
表２に示すように、Ｎｉ成分を８０質量％以上含む第２溶融部は、第２溶融部とチップ本体との界面で破断した。第２溶融部は界面で破断することより熱応力を解放する。第２溶融部はチップ本体の側面に食い込んでいるので、界面が破断した後は、第２溶融部はチップ本体を係止する。なお、第２溶融部は、Ｎｉ成分の割合が小さくなるにつれて、線膨張係数が、中間部材の線膨張係数から離れるので、内部で破断するものと推察される。
【００６５】
実施例１及び実施例２によれば、第２溶融部が熱応力を解放するので、電極母材の変形やチップ本体の破断、クラックの進行を抑制することができ、チップ本体を中間部材に安定して保持できることが明らかである。
【００６６】
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２７，４１，６１や第２溶融部２８，４４，５４，６４の形状や数などは一例であり、適宜設定できる。
【００６７】
上記各実施の形態では、チップ本体２３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。
【００６８】
上記各実施の形態では、チップ本体２３が円柱状なので、チップ本体２３の側面２５を取り囲む中間部材２６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。
【００６９】
上記各実施の形態では、中間部材２６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２６はチップ本体２３の側面２５を取り囲むことができれば良いので、チップ本体２３の底を覆う底部が設けられた有底の中間部材２６を採用することは当然可能である。
【００７０】
上記各実施の形態では、電極母材１３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。
【００７１】
上記各実施の形態では、中間部材２６の外周の全周に亘って溶融部２９が設けられ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。第１溶融部２７，４１，６１や第２溶融部２８，４４，５４，６４と溶融部２９とが混ざり合わないように、第１溶融部２７，４１，６１や第２溶融部２８，４４，５４，６４に対して溶融部２９が独立するスポット溶接にすることは当然可能である。
【００７２】
この場合には、電極チップ１６は凹部２１に嵌め込まれているので、中間部材２６の側面に露出する第１溶融部２７，４１，６１及び第２溶融部２８，４４，５４，６４を凹部２１に収容できる。その結果、第１溶融部２７及び第２溶融部２８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２７，４１，６１及び第２溶融部２８，４４，５４，６４が外気に直接曝されないようにできるので、第１溶融部２７，４１，６１及び第２溶融部２８，４４，５４，６４の酸化腐食を抑制できる。
【００７３】
上記各実施の形態では、電極チップ１６を電極母材１３に接合する溶融部２９をパルス発振レーザによるシーム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く、他の手段によって電極チップ１６を電極母材１３に接合することは当然可能である。他の手段としては、例えば連続発振レーザによるシーム溶接、アーク溶接、抵抗溶接等が挙げられる。
【００７４】
上記各実施の形態では、主体金具１１に第１端部１４が接合された電極母材１３の第２端部１５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１３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１１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１１に接合して、電極母材の第２端部を中心電極１９と対向させる。
【００７５】
上記各実施の形態では、中心電極１９の軸線Ｏとチップ本体２３の軸２４とを一致させ、電極チップ１６が中心電極１９と軸線Ｏ方向に対向するように電極母材１３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１６と中心電極１９との位置関係は適宜設定できる。電極チップ１６と中心電極１９との他の位置関係としては、例えば、中心電極１９の軸線Ｏとチップ本体２３の軸２４とが交差するように電極母材１３を配置すること、中心電極１９の側面と電極チップ１６が対向するように電極母材１３を配置すること、電極母材１３の軸２２と軸線Ｏとが斜めに交わるように電極母材１３を配置すること等が挙げられる。
【００７６】
上記第３実施の形態では、連続発振レーザのビームを中間部材２６の周方向に走査して第２溶融部５４を形成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、パルス発振レーザのビームを中間部材２６の周方向に走査して、連続する第２溶融部５４を形成することは当然可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１０，４０，５０，６０  スパークプラグ
１１  主体金具
１２  接地電極
１３  電極母材
１４  第１端部
１５  第２端部
１６  電極チップ
１７  絶縁体
１８  軸孔
１９  中心電極
２１  凹部
２２  軸
２３  チップ本体
２４  軸
２５  側面
２６  中間部材
２７，４１，６１  第１溶融部（溶融部の一部）
２８，４４，５４，６４  第２溶融部（溶融部の一部）
３５  第１領域
３６，３７，４７，４８，６７，６８  接線
３８，４９，６９  第２領域
３９  仮想平面
Ｏ    軸線
【図１】
2018045892.tif 000005
【図２】
2018045892.tif 000006
【図３】
2018045892.tif 000007
【図４】
2018045892.tif 000008
【図５】
2018045892.tif 000009
【図６】
2018045892.tif 000010
【図７】
2018045892.tif 000011