(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】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た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。電極母材はＮｉを主体とする合金またはＮｉからなる。中間部材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる第２部と、第２部の５００℃における線膨張係数とチップ本体の５００℃における線膨張係数との間の５００℃における線膨張係数をもつ第１部とを備えている。溶融部は、第１部およびチップ本体に跨って形成される第１溶融部と、第２部およびチップ本体に跨って形成される第２溶融部とを備えている。【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、
前記電極母材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなり、
前記中間部材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる第２部と、前記第２部の５００℃における線膨張係数と前記チップ本体の５００℃における線膨張係数との間の５００℃における線膨張係数をもつ第１部と、を備え、
前記溶融部は、前記第１部および前記チップ本体に跨って形成される第１溶融部と、前記第２部および前記チップ本体に跨って形成される第２溶融部と、を備えていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
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】
前記チップ本体の前記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、前記チップ本体の軸を通る２つの直線のなす角が２０°〜９０°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及び特許文献２）。特許文献１及び特許文献２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
【特許文献２】特開２０１４−２２２５１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た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】
電極母材はＮｉを主体とする合金またはＮｉからなる。中間部材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる第２部と、第２部の５００℃における線膨張係数とチップ本体の５００℃における線膨張係数との間の５００℃における線膨張係数をもつ第１部とを備えている。溶融部は、第１部およびチップ本体に跨って形成される第１溶融部と、第２部およびチップ本体に跨って形成される第２溶融部とを備えているので、５００℃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第２溶融部の線膨張係数との間にできる。
【０００８】
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、第１溶融部に比べて破断し易い第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は破断しないようにできる。なお、界面にクラックが発生した第２溶融部はチップ本体に食い込んでいるので、第２溶融部はチップ本体を係止する。よって、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。
【０００９】
請求項２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、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。
【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つの直線のなす角が２０°〜９０°の所定角度を有する第１領域内に存在する。その結果、第１溶融部の断面積を確保しつつ、第１溶融部の大きさを制限することで、熱応力によって第１溶融部に作用する力を制限できる。よって、請求項１又は２の効果に加え、熱応力によって第１溶融部が破断しないようにできる効果がある。
【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。
【００１２】
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】
【００１３】
【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。
【図８】第５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】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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（図１参照）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。
【００１９】
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。本実施の形態では、電極母材１３はＮＣＦ６００等のニッケル基合金によって形成されるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
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２９及び第２溶融部３０）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３１によって電極母材１３に接合されている。溶融部３１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３１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。
【００２１】
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。本実施の形態では、チップ本体２３はイリジウムを主体とする貴金属合金によって形成されるが、これに限定されるものではない。
【００２２】
中間部材２６は、材質の異なる第１部２７と第２部２８とを備える環状の部材である。第２部２８は、電極母材１３と同様にＮｉを主体とする合金またはＮｉからなる優弧状の部分である。本実施の形態では、第２部２８はインコネル（登録商標）６００等のニッケル基合金によって形成されるが、これに限定されるものではない。第２部２８の材質を電極母材１３の材質と同じにする必要はない。
【００２３】
第１部２７は、第２部２８の５００℃における線膨張係数とチップ本体２３の５００℃における線膨張係数との間の５００℃における線膨張係数をもつ材質からなる劣弧状の部分である。第１部２７を構成する材質は、例えばＰｄ，Ａｕ，Ａｕ−Ｐｄ合金，Ｐｔ，Ｐｔ−Ｎｉ合金，Ｆｅ，Ｆｅを主成分とするＳＵＳ４３０等のステンレス鋼、インコロイ（登録商標）等のＦｅ−Ｎｉ合金や、これらのいずれかを主成分とするものが挙げられる。
【００２４】
第１部２７及び第２部２８は、径方向の厚さが、略同一に設定されている。第２部２８は第１部２７に接合されていても良いし、第１部２７と分離されていても良い。また、第２部２８を構成する環状の材料の一部に、その材料の線膨張係数とは線膨張係数が異なる材料をクラッドのように張り合わせて第１部２７を形成することも可能である。本実施の形態では、第２部２８は第１部２７と分離されている。
【００２５】
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は、電極母材１３の第１端部１４（図１参照）側の図示が省略されている。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。
【００２６】
第１溶融部２９は中間部材２６の第１部２７とチップ本体２３とに跨る溶融部である。第２溶融部３０は中間部材２６の第２部２８とチップ本体２３とに跨る溶融部である。第１溶融部２９及び第２溶融部３０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。第１溶融部２９及び第２溶融部３０は、軸２４と直交する方向（図３左右方向）において、略同一の長さに設定されている。溶融部３１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。
【００２７】
第１溶融部２９及び第２溶融部３０は、チップ本体２３の側面２５を中間部材２６が取り囲んだ状態で、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２９は、第１部２７及びチップ本体２３の成分が混合された状態で溶融している。第２溶融部３０は、第２部２８及びチップ本体２３の成分が混合された状態で溶融している。
【００２８】
第１溶融部２９及び第２溶融部３０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２９及び第２溶融部３０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。
【００２９】
溶融部３１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の全周に亘って形成される。溶融部３１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３１は、中間部材２６、電極母材１３、第１溶融部２９及び第２溶融部３０の外周部分の成分が混合された状態で溶融している。
【００３０】
第１溶融部２９及び第２溶融部３０の成分は、溶融した第１部２７及び第２部２８の体積とチップ本体２３の体積との比率に依存する。第１部２７及び第２部２８は、径方向の厚さが、略同一に設定されており、第１溶融部２９及び第２溶融部３０は、軸２４と直交する方向（図３左右方向）において、略同一の長さに設定されている。
【００３１】
電極母材１３及び第２部２８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。５００℃における線膨張係数はチップ本体２３よりも電極母材１３及び第２部２８の方が大きいので、５００℃における線膨張係数は、チップ本体２３、第１部２７、第２部２８の順に大きい。電極母材１３の５００℃における線膨張係数と第２部２８の５００℃における線膨張係数とはほぼ等しい。
【００３２】
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２９は、パルス発振レーザのビームを第１部２７からチップ本体２３へ向けて照射して形成された溶融部である。第１溶融部２９は、中間部材２６の第１部２７に形成される部分３２と、チップ本体２３に形成される部分３３とからなる。部分３２と部分３３との境界は、第１溶融部２９が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と第１部２７との境界（チップ本体２３の側面２５）である。第１溶融部２９のうちチップ本体２３に形成される部分３３は、全体が、第１領域３６内に存在する。第１領域３６は、チップ本体２３の軸２４を通る２本の直線のなす角θが２０°以上９０°以下の所定角度に設定される領域である。
【００３３】
第２溶融部３０は、パルス発振レーザのビームの５つ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３０は、第２部２８に形成される部分３４と、チップ本体２３に形成される部分３５とからなる。部分３４と部分３５との境界は、第２溶融部３０が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と第２部２８との境界（チップ本体２３の側面２５）である。第２溶融部３０のうちチップ本体２３に形成される部分３５は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、第１領域３６の外に存在する。
【００３４】
第１溶融部２９及び第２溶融部３０は各々が略同一の大きさに形成されている。よって、第１溶融部２９及び第２溶融部３０は、溶融した第１部２７及び第２部２８の体積とチップ本体２３の体積との比率を略等しくできる。第１溶融部２９及び第２溶融部３０に溶融したチップ本体２３の比率は略等しいので、５００℃における第１溶融部２９の線膨張係数を、５００℃におけるチップ本体２３の線膨張係数と５００℃における第２溶融部３０の線膨張係数との間にできる。５００℃における第２部２８の線膨張係数と電極母材１３の線膨張係数とは略等しいので、電極母材１３とチップ本体２３との線膨脹差に起因する第１溶融部２９の熱応力を、第２溶融部３０の熱応力より小さくできる。
【００３５】
第１溶融部２９を包含する第１領域３６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２９の体積を制約する。その結果、電極母材１３とチップ本体２３との熱膨脹差に起因して第１溶融部２９に作用する力を抑制できるので、第１溶融部２９の破断を抑制できる。
【００３６】
また、第１領域３６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３３は、第１領域３６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２９の断面積を確保するためである。その結果、電極母材１３とチップ本体２３との熱膨脹差に起因して第１溶融部２９に作用する力に抗して、第１溶融部２９は第１部２７にチップ本体２３を保持できる。
【００３７】
第１溶融部２９及び第２溶融部３０は、チップ本体２３の側面２５の６か所に略等間隔に設けられている。また、第１溶融部２９及び５つの第２溶融部３０は略同一の大きさに形成されるので、レーザビームを同一の条件で略等間隔に照射して第１溶融部２９及び第２溶融部３０を形成できる。よって、レーザ溶接の条件の設定を容易にできる。第２溶融部３０は、電極母材１３とチップ本体２３との線膨脹差に起因する熱応力を、第１溶融部２９の熱応力より大きくできるので、第１溶融部２９やチップ本体２３が破断する前に、第２溶融部３０とチップ本体２３との界面にクラックを生じさせ易くできる。
【００３８】
第２溶融部３０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２９や第２溶融部３０の熱応力は解放されるので、第１溶融部２９やチップ本体２３が破断しないようにできる。また、第１溶融部２９及び第２溶融部３０の強固な接合によって電極母材１３が変形することも防止できる。なお、界面にクラックが発生した第２溶融部３０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３０はチップ本体２３を係止する。よって、第２溶融部３０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。
【００３９】
第２溶融部３０のうちチップ本体２３に形成される部分３５は、少なくとも一部が、第１領域３６の外に存在するので、第２溶融部３０とチップ本体２３との界面に発生したクラックが第１溶融部２９に伝搬しないようにできる。よって、電極チップ１６に生じるクラックの進行を抑制できると共に、熱応力によるチップ本体２３の破断を抑制できる。その結果、チップ本体２３が中間部材２６から外れて脱落したり中間部材２６に対して傾いたりすることを防止できる。また、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る。さらに、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。
【００４０】
第１領域３６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４０（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３６に第１溶融部２９が存在する。第１溶融部２９は、第２溶融部３０とチップ本体２３との界面にクラックが生じた場合も、破断することなく第１部２７とチップ本体２３とを接続するので、第１溶融部２９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。
【００４１】
その結果、仮想平面４０よりも第２端部１５（図１参照）側（図４右側）に第１領域３６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２９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。
【００４２】
第１溶融部２９は、第１領域３６が仮想平面４０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２９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２９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。
【００４３】
本実施の形態では、第２溶融部３０のうちチップ本体２３に形成される部分３５は、少なくとも一部が、仮想平面４０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３０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３０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２９はチップ本体２３及び中間部材２６（第１部２７）を接合する。仮想平面４０を挟んで両側に第２溶融部３０の少なくとも一部と第１溶融部２９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。
【００４４】
２つの接線３７，３８は、第１溶融部２９のうちチップ本体２３に形成される部分３３に接しチップ本体２３の軸２４を通る直線である。第２溶融部３０のうちチップ本体２３に形成される部分３５は、少なくとも一部が、２つの接線３７，３８をチップ本体２３の軸２４を挟んで第１溶融部２９とは反対側に延長して形成される第２領域３９内に存在する。軸２４を挟んで第１溶融部２９の反対側の第２領域３９に部分３５の少なくとも一部が存在するので、第２溶融部３０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。
【００４５】
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２９及び第２溶融部３０が、６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６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２９及び第２溶融部５１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。
【００４６】
図５は第２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。第２溶融部５１は、パルス発振レーザのビームの３つ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５１は、第２部２８に形成される部分５２と、チップ本体２３に形成される部分５３とからなる。部分５２と部分５３との境界は、第２溶融部５１が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と第２部２８との境界（側面２５）である。第２溶融部５１のうちチップ本体２３に形成される部分５３は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、第１領域３６の外に存在する。
【００４７】
第２溶融部５１のうちチップ本体２３に形成される部分５３は、少なくとも一部が、仮想平面４０よりも第２端部１５（図１参照）側に存在する。また、部分５３は、少なくとも一部が、第２領域３９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。
【００４８】
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１実施の形態および第２実施の形態では、パルス発振レーザのビームを第１部２７に１回照射して第１溶融部２９を形成する場合について説明した。第３実施の形態では、パルス発振レーザのビームを第１部２７に２回照射して第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。
【００４９】
図６は第３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を第１部２７に２回照射して互いに間隔をあけて形成された２つの溶融部である。第１溶融部６１は、第１部２７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と第１部２７との境界（側面２５）である。第１溶融部６１は、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３６内に存在する。
【００５０】
第２溶融部６４は、パルス発振レーザのビームの３つ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、第２部２８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と第２部２８との境界（側面２５）である。第２溶融部６４は、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、第１領域３６の外に存在する。
【００５１】
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４０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の外側の縁に接し軸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。
【００５２】
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、パルス発振レーザのビームを複数回照射して互いに独立した複数の溶融部である第２溶融部３０，５１，６４を作る場合について説明した。第４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７１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。図７は第４実施の形態におけるスパークプラグ７０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。
【００５３】
第２溶融部７１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７１は、第２部２８に形成される部分７２と、チップ本体２３に形成される部分７３とからなる。部分７２と部分７３との境界は、第２溶融部７１が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と第２部２８との境界（側面２５）である。第２溶融部７１は、第２溶融部７１のうちチップ本体２３に形成される部分７３は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、第１領域３６の外に存在する。
【００５４】
第２溶融部７１のうちチップ本体２３に形成される部分７３は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、仮想平面４０よりも第２端部１５（図１参照）側に存在する。また、部分７３は、少なくとも一部が、第２領域３９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。
【００５５】
次に図８を参照して第５実施の形態について説明する。第４実施の形態では、連続発振レーザのビームの照射により第２溶融部７１が形成される場合について説明した。第５実施の形態では、連続発振レーザ及びパルス発振レーザのビームをそれぞれ照射して第２溶融部８１，８４が形成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。図８は第５実施の形態におけるスパークプラグ８０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。
【００５６】
第２溶融部８１は、パルス発振レーザのビームを照射して形成される溶融部であり、軸２４を挟んで第１溶融部２９の反対側の位置に形成されている。第２溶融部８１は、第２部２８に形成される部分８２と、チップ本体２３に形成される部分８３とからなる。部分８２と部分８３との境界は、第２溶融部８１が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と第２部２８との境界（側面２５）である。
【００５７】
第２溶融部８４は、連続発振レーザのビームを照射して形成される２つの溶融部であり、軸２４を挟んで互いに対向する位置に形成されている。第２溶融部８４は、第２部２８に形成される部分８５と、チップ本体２３に形成される部分８６とからなる。部分８５と部分８６との境界は、第２溶融部８４が形成される前（溶融する前）のチップ本体２３と第２部２８との境界（側面２５）である。第２溶融部８１，８４のうちチップ本体２３に形成される部分８３，８６は、少なくとも一部（本実施の形態では全部）が、第１領域３６の外に存在する。
【００５８】
第２溶融部８１，８４のうちチップ本体２３に形成される部分８３，６６は、少なくとも一部（部分８３の全部および部分８６の一部）が、仮想平面４０よりも第２端部１５（図１参照）側に存在する。また、部分８３，８６は、少なくとも一部（部分８３）が、第２領域６９内に存在する。この第５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】
【００５９】
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。
【００６０】
（実施例１）
試験者は、寸法が内径２．５ｍｍ、外径３．３ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍのニッケル合金（インコネル６００）製の円環の一部を切断し、略円弧状の第２部を形成した。試験者は、切断した部分に第１部を補い、第１部および第２部からなる全体として円環状の中間部材を得た。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。
【００６１】
試験者は、表１に示すように、５００℃における線膨張係数αの異なる６種類の第１部を準備した。Ｎｏ１の第１部は組成がチップ本体と同じ８０Ｉｒ−１１Ｒｕ−８Ｒｈ−１Ｎｉ（数値は質量％）の貴金属合金製であり、Ｎｏ６の第１部は材質が第２部と同じニッケル合金（インコネル６００）製であった。Ｎｏ２〜５の第１部は、Ｎｏ１とＮｏ６との間の線膨張係数αをもつものであった。
【００６２】
【表１】
2018045894.tif 000003
試験者は、チップ本体の側面を第１部および第２部で取り囲んだ後、第１部および第２部にパルス発振レーザのビームを照射して、第２実施の形態で説明した第１溶融部および第２溶融部（合計４つの溶融部）が形成された種々の電極チップを得た。第１溶融部および第２溶融部を形成したレーザビーム（代表例）はエネルギー１５００Ｗ、照射速度６Ｈｚであった。
【００６３】
試験者は、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。試験者は第１領域の角度θが２０°，５０°，９０°及び１００°の種々の電極チップを得た。角度θが５０°，９０°及び１００°の第１溶融部は、レーザビームの照射位置を移動させることによって溶融部の角度θを大きくした。
【００６４】
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）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の複数個所にレーザビームを照射して中間部材と電極母材とをスポット溶接し、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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（チップ本体と第１部との界面を含む）に存在する周方向のクラックの長さを測定した。また、同時に、チップ本体に存在するクラックの有無、電極チップと凹部との隙間の有無も観察した。そして、チップ本体のクラックや電極チップと凹部との隙間が生じていれば、第１溶融部に存在する周方向のクラックの長さに関係なく、「不可（×）」と評価した。一方、チップ本体のクラックや電極チップと凹部との隙間が生じていないことを前提にして、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「可（△）」と評価し、１／３未満であれば「良好（○）」と評価した。結果は表１に記した。
【００６７】
表１に示すように、第１部がＮｏ２〜５であって第１領域の角度θが２０〜９０°の第１溶融部が形成されたサンプルの評価は良好であった。この結果から、第２部の５００℃における線膨張係数とチップ本体の５００℃における線膨張係数との間の５００℃における線膨張係数をもつ第１部に形成された第１溶融部は、チップ本体を第１部に保持できることが確認された。さらに、第１領域の角度θが２０°〜９０°であると、第１溶融部が破断しないことがわかった。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。
【００６８】
なお、材質がチップ本体の材質と同じＮｏ１の第１部をもつサンプルは、チップ本体にクラックが発生したり、電極母材が変形して電極チップと凹部とに隙間が生じたりした。第１溶融部の線膨張係数がチップ本体の線膨張係数に近づき、第１溶融部とチップ本体との接合が強固になるからであると推察される。また、材質が第２部の材質と同じＮｏ６の第１部をもつサンプルは、第１溶融部が破断し、また、チップ本体にクラックが発生した。第１溶融部の線膨張係数が電極母材の線膨張係数に近づいたからであると推察される。
【００６９】
第１部がＮｏ２〜５であって角度θが１００°の第１溶融部は、チップ本体にクラックが発生したり電極チップと凹部とに隙間が生じたりしなかったものの、第１溶融部の内部が大きく破断した。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。
【００７０】
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２９，６１や第２溶融部３０，５１，６４，７１，８１，８４の形状や数などは一例であり、適宜設定できる。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。この場合、底部は第２部２８と同じ材質で形成されるのが好ましい。底部の線膨張係数を電極母材１３の線膨張係数とほぼ等しくするためである。
【００７４】
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。
【００７５】
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３１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２９，６１や第２溶融部３０，５１，６４，７１，８１，８４と溶融部３１とが混ざり合わないように、第１溶融部２９，６１や第２溶融部３０，５１，６４，７１，８１，８４に対して溶融部３１が独立するスポット溶接にすることは当然可能である。
【００７６】
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２９，６１及び第２溶融部３０，５１，６４，７１，８１，８４を凹部２１に収容できる。その結果、第１溶融部２９，６１及び第２溶融部３０，５１，６４，７１，８１，８４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２９，６１及び第２溶融部３０，５１，６４，７１，８１，８４が外気に直接曝されないようにできるので、第１溶融部２９，６１及び第２溶融部３０，５１，６４，７１，８１，８４の酸化腐食を抑制できる。
【００７７】
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３１をパルス発振レーザによるシーム溶接によって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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
上記第４実施の形態および第５実施の形態では、連続発振レーザのビームを第２部２８の周方向に走査して第２溶融部７１，８４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第２部２８の周方向に走査して、連続する第２溶融部７１，８４を形成することは当然可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１０，５０，６０，７０，８０  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  第１部
２８  第２部
２９，６１  第１溶融部（溶融部の一部）
３０，５１，６４，７１，８１，８４  第２溶融部（溶融部の一部）
３６  第１領域
３７，３８，６７，６８  接線
３９，６９  第２領域
４０  仮想平面
Ｏ    軸線
【図１】
2018045894.tif 000004
【図２】
2018045894.tif 000005
【図３】
2018045894.tif 000006
【図４】
2018045894.tif 000007
【図５】
2018045894.tif 000008
【図６】
2018045894.tif 000009
【図７】
2018045894.tif 000010
【図８】
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