(57)【要約】【課題】  スパークプラグの電極チップの耐剥離性と耐消耗性の両立を図る。【解決手段】  スパークプラグは、溶融部から見て電極チップ側の方向を第１方向とし、溶融部から見て電極本体側の方向を第２方向としたとき、溶融部は、電極チップの軸線の位置において、電極チップの第２方向側の面と接触する。溶融部のうち、電極チップの側面に露出する部位の最も第２方向側に位置する点を点Ａと軸線を含む断面において、軸線と、溶融部と電極チップの境界線と、の交点を点Ｘとし、溶融部と電極本体との境界線上の最も第２方向側に位置する点を点Ｂとし、軸線と、溶融部と電極本体との境界線と、の交点を点Ｙとしたとき、線分ＡＸと、点Ｘを通り軸線と直交する直線とがなす角度θ１は、０＜θ１≦１０（単位は、度）を満たし、線分ＢＹと、点Ｙを通り電極チップの軸線と直交する直線とがなす角度θ２は、０＜θ２≦５（単位は、度）を満たす。【選択図】  図３
2015088364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の中心電極と、
前記中心電極が挿設される貫通孔を有する絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方の電極は、
前記火花ギャップを形成する柱状の電極チップと、
前記電極チップが端部にレーザ溶接された電極本体と、
前記レーザ溶接によって前記電極本体と前記電極チップとの間に形成され、前記電極本体の成分と前記電極チップの成分とが溶融した溶融部と、を備え、
前記電極チップの軸線に沿った２つの方向のうち、前記溶融部から見て前記電極チップ側の方向を第１方向とし、前記溶融部から見て前記電極本体側の方向を第２方向としたとき、
前記溶融部は、前記電極チップの軸線の位置において、前記電極チップの前記第２方向側の面と接触し、
前記溶融部のうち、前記電極チップの側面に露出する部位の最も前記第２方向側に位置する点を点Ａとし、
前記点Ａと前記電極チップの軸線を含む断面において、
前記電極チップの軸線と、前記溶融部と前記電極チップとの境界線と、の交点を点Ｘとし、
前記溶融部と前記電極本体との境界線上における最も前記第２方向側に位置する点を点Ｂとし、
前記電極チップの軸線と、前記溶融部と前記電極本体との境界線と、の交点を点Ｙとしたとき、
前記点Ａは、前記点Ｘより前記第１方向側に位置し、
前記点Ａと前記点Ｘを結ぶ線分ＡＸと、前記点Ｘを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ１は、０＜θ１≦１０（単位は、度）を満たし、
前記点Ｂは、前記点Ｙより前記第２方向側に位置し、
前記点Ｂと前記点Ｙを結ぶ線分ＢＹと、前記点Ｙを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ２は、０＜θ２≦５（単位は、度）を満たす、スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記溶融部と前記電極チップとの境界線は、前記電極チップの軸線と直交する直交方向との間の鋭角が±２度未満である第１の直交部を含み、
前記溶融部と前記電極本体との境界線は、前記直交方向との間の鋭角が±２度未満である第２の直交部を含み、
前記溶融部のうち、前記点Ａが接する前記電極チップの側面とは反対側の側面と接する部位の最も前記第２方向側に位置する点を点Ａ'とし、
前記溶融部のうち、前記点Ｂが位置する外表面とは反対側の外表面に露出する部位の最も前記第２方向側に位置する点を点Ｂ'としたとき、
前記点Ａと前記点Ａ'との間の前記直交方向の長さに対する、前記第１の直交部の前記直交方向の長さの割合は、７０パーセント以上であり、
前記点Ｂと前記点Ｂ'との間の前記直交方向の長さに対する、前記第２の直交部の前記直交方向の長さの割合は、７０パーセント以上である、スパークプラグ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Ａと前記点Ｂとの間の前記第１方向の長さをＥとしたとき、
Ｅ≦０．４ｍｍ（ミリメートル）を満たす、スパークプラグ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Ｘと前記点Ｙとの間の前記第１方向の長さをＦとしたとき、
Ｆ≧０．１５ｍｍ（ミリメートル）を満たす、スパークプラグ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記溶融部における前記電極チップの成分の含有率が、４０重量パーセント以上、かつ、８０重量パーセント以下である、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、電極のギャップ形成部に電極チップを備えるスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
電極（中心電極または接地電極）の火花ギャップを形成する部位に、例えば、耐消耗性に優れた貴金属で形成された電極チップが配置されたスパークプラグが知られている。電極チップの軸線方向の一方の面（火花ギャップを形成する面と反対側の面）は、例えば、電極の母材に、レーザ溶接を用いて接合される。レーザ溶接時に、電極チップと電極の母材との間には、電極チップと電極の母材とが溶融されて溶融部が形成される。
【０００３】
ここで、溶融部の軸線方向と垂直な方向の深さが不十分であると、電極チップが剥離しやすくなる可能性、すなわち、耐剥離性が低下する可能性がある。また、溶融部の軸線方向の幅が大きい部分があると、その部分において、相対的に接合後の電極チップの軸線方向の幅が小さくなるので、耐消耗性が低下する可能性がある。このような特性から、溶融部の形状や軸線方向の幅を適正化することによって、耐剥離性と耐消耗性の両立を図ることが望まれている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されたスパークプラグでは、電極チップと電極との境界面の面積は、電極チップの外表面のうち溶融部に最も近い部位における電極チップの軸線に直交する断面積に対して５％以下とされている。そして、溶融部のうち外表面に露出する部位の軸線に沿った長さをＰ（ｍｍ）とし、電極チップの径をＱ（ｍｍ）としたとき、Ｐ≦０．６、及び、Ｑ／Ｐ≦６を満たすとともに、溶融部のうち軸線に沿った長さがＰ／１．５となる部位が、電極チップの外周面からＱ／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側に位置するように、溶融部が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３４８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記事情を鑑み、スパークプラグの電極チップの耐剥離性と耐消耗性の両立を図ることができる新たな技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
棒状の中心電極と、
前記中心電極が挿設される貫通孔を有する絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方の電極は、
前記火花ギャップを形成する柱状の電極チップと、
前記電極チップが端部にレーザ溶接された電極本体と、
前記レーザ溶接によって前記電極本体と前記電極チップとの間に形成され、前記電極本体の成分と前記電極チップの成分とが溶融した溶融部と、を備え、
前記電極チップの軸線に沿った２つの方向のうち、前記溶融部から見て前記電極チップ側の方向を第１方向とし、前記溶融部から見て前記電極本体側の方向を第２方向としたとき、
前記溶融部は、前記電極チップの軸線の位置において、前記電極チップの前記第２方向側の面と接触し、
前記溶融部のうち、前記電極チップの側面に露出する部位の最も前記第２方向側に位置する点を点Ａとし、
前記点Ａと前記電極チップの軸線を含む断面において、
前記電極チップの軸線と、前記溶融部と前記電極チップとの境界線と、の交点を点Ｘとし、
前記溶融部と前記電極本体との境界線上における最も前記第２方向側に位置する点を点Ｂとし、
前記電極チップの軸線と、前記溶融部と前記電極本体との境界線と、の交点を点Ｙとしたとき、
前記点Ａは、前記点Ｘより前記第１方向側に位置し、
前記点Ａと前記点Ｘを結ぶ線分ＡＸと、前記点Ｘを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ１は、０＜θ１≦１０（単位は、度）を満たし、
前記点Ｂは、前記点Ｙより前記第２方向側に位置し、
前記点Ｂと前記点Ｙを結ぶ線分ＢＹと、前記点Ｙを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ２は、０＜θ２≦５（単位は、度）を満たす、スパークプラグ。
【０００９】
上記構成によれば、溶融部は、電極チップの軸線の位置において、電極チップと接触している。すなわち、溶融部形成前（レーザ溶接を行う前）における電極本体と、電極チップとの接触領域のうち、比較的広い範囲に亘って、溶融部が形成されている。この結果、溶接強度が向上し、金属チップの剥離の抑制、すなわち、耐剥離性の向上を実現できる。
【００１０】
さらに、溶融部のうち、電極チップの側面に露出する部位の最も第２方向側に位置する点を点Ａとし、点Ａと電極チップの軸線を含む断面（以下、単にチップ断面とも呼ぶ）において、電極チップの軸線と、溶融部と電極チップとの境界線と、の交点を点Ｘとしたとき、点Ａは、点Ｘより第１方向側に位置し、点Ａと点Ｘを結ぶ線分ＡＸと、点Ｘを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ１は、０＜θ１≦１０（単位は、度）を満たす。この結果、溶融部は、電極チップの側面近傍、すなわち、溶融部の外表面近傍において、溶融部が電極チップ側に過度に拡がって形成されない。従って、電極チップの軸線方向の長さ（厚さとも呼ぶ）が、電極チップの側面近傍において、過度に小さくなることを抑制できる。この結果、電極チップの厚さを確保して、電極の耐消耗性を向上することができる。
【００１１】
ここで、溶融部の厚さが不均一で溶融部が過度に薄い部分があると、その部分において、使用時に電極本体と電極チップとの熱膨張係数の差により生じる応力を十分に緩和できず、電極チップの剥離が生じやすくなる可能性がある。上記構成によれば、さらに、チップ断面において、溶融部のうち、溶融部と電極本体との境界線上の最も第２方向側に位置する点を点Ｂとし、電極チップの軸線と、溶融部と電極本体との境界線と、の交点を点Ｙとしたとき、点Ｂは、点Ｙより第２方向側に位置し、点Ｂと点Ｙを結ぶ線分ＢＹと、点Ｙを通り記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ２は、０＜θ２≦５（単位は、度）を満たす。この結果、溶融部は、外表面近傍において、溶融部が電極本体側に過度に拡がって形成されない。したがって、溶融部の厚さの均一性を向上することができる。この結果、使用時に生じる応力を効果的に緩和して、耐剥離性をさらに向上することができる。
【００１２】
このように、上記構成のスパークプラグは、電極チップの耐消耗性と耐剥離性の両立を実現することができる。
【００１３】
［適用例２］
適用例１に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記溶融部と前記電極チップとの境界線は、前記電極チップの軸線と直交する直交方向との間の鋭角が±２度未満である第１の直交部を含み、
前記溶融部と前記電極本体との境界線は、前記直交方向との間の鋭角が±２度未満である第２の直交部を含み、
前記溶融部のうち、前記点Ａが接する前記電極チップの側面とは反対側の側面と接する部位の最も前記第２方向側に位置する点を点Ａ'とし、
前記溶融部のうち、前記点Ｂが位置する外表面とは反対側の外表面に露出する部位の最も前記第２方向側に位置する点を点Ｂ'としたとき、
前記点Ａと前記点Ａ'との間の前記直交方向の長さに対する、前記第１の直交部の前記直交方向の長さの割合は、７０パーセント以上であり、
前記点Ｂと前記点Ｂ'との間の前記直交方向の長さに対する、前記第２の直交部の前記直交方向の長さの割合は、７０パーセント以上である、スパークプラグ。
【００１４】
溶融部において、電極チップの成分と電極本体の成分との含有率にばらつきがあると、溶融部において、熱膨張係数が電極チップに比較的近い部位と、熱膨張係数が電極本体に比較的近い部位と、が生じ、使用時に生じる応力を十分に緩和できない可能性がある。上記構成によれば、溶融部と電極チップとの境界線における第１の直交部と、溶融部と電極本体との境界線における第２の直交部とを、比較的広い範囲に亘って設けることで、溶融部における各成分の含有率の均一性を向上することができる。この結果、使用時に生じる応力をさらに効果的に緩和して、耐剥離性をさらに向上することができる。
【００１５】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Ａと前記点Ｂとの間の前記第１方向の長さをＥとしたとき、
Ｅ≦０．４ｍｍ（ミリメートル）を満たす、スパークプラグ。
【００１６】
上記構成によれば、電極チップの側面の近傍において、電極チップの厚さが過度に薄くなることを抑制できる。この結果、電極の耐消耗性をさらに向上することができる。
【００１７】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Ｘと前記点Ｙとの間の前記第１方向の長さをＦとしたとき、
Ｆ≧０．１５ｍｍ（ミリメートル）を満たす、スパークプラグ。
【００１８】
上記構成によれば、溶融部の厚さを電極チップの軸線と交わる部位においても十分に確保することができる。この結果、使用時に生じる応力をさらに効果的に緩和して、耐剥離性をさらに向上することができる。
【００１９】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記溶融部における前記電極チップの成分の含有率が、４０重量パーセント以上、かつ、８０重量パーセント以下である、スパークプラグ。
【００２０】
上記構成によれば、溶融部における電極チップの成分の含有率を適正化することによって、溶融部の熱膨張率を適正化することができる。この結果、使用時に生じる応力をより効果的に緩和して、耐剥離性をより向上することができる。
【００２１】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグや、そのスパークプラグを搭載する内燃機関、等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態のスパークプラグ１００の断面図である。
【図２】中心電極２０の先端部分の拡大斜視図である。
【図３】点Ａ１と電極チップ２９の軸線ＣＯとを含む断面ＣＳ１を示す図である。
【図４】台座部２７と電極チップ２９との溶接方法について説明する図である。
【図５】酸化スケールの発生割合ＳＡの測定方法を示す説明図である。
【図６】第３評価試験の評価結果を示すグラフである。
【図７】第４評価試験の評価結果を示すグラフである。
【図８】第５評価試験の評価結果を示すグラフである。
【図９】第２実施形態のスパークプラグの接地電極３０Ｂの先端部分の拡大斜視図である。
【図１０】点Ａ１２と電極チップ３９の軸線ＣＯとを含む断面ＣＳ２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．スパークプラグの構成：
以下、本発明の実施の態様を実施形態に基づいて説明する。図１は本実施形態のスパークプラグ１００の断面図である。図１の一点破線は、スパークプラグ１００の軸線ＣＯ（軸線ＣＯとも呼ぶ）を示している。軸線ＣＯと平行な方向（図１の上下方向）を軸線方向とも呼ぶ。軸線ＣＯを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、軸線ＣＯを中心とする円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図１における下方向を先端方向ＦＤと呼び、上方向を後端方向ＢＤとも呼ぶ。図１における下側をスパークプラグ１００の先端側と呼び、図１における上側をスパークプラグ１００の後端側と呼ぶ。スパークプラグ１００は、絶縁体としての絶縁碍子１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、を備える。
【００２４】
絶縁碍子１０はアルミナ等を焼成して形成されている。絶縁碍子１０は、軸線方向に沿って延び、絶縁碍子１０を貫通する貫通孔１２（軸孔）を有する略円筒形状の部材である。絶縁碍子１０は、鍔部１９と、後端側胴部１８と、先端側胴部１７と、段部１５と、脚長部１３とを備えている。後端側胴部１８は、鍔部１９より後端側に位置し、鍔部１９の外径より小さな外径を有している。先端側胴部１７は、鍔部１９より先端側に位置し、後端側胴部１８の外径より小さな外径を有している。脚長部１３は、先端側胴部１７より先端側に位置し、先端側胴部１７の外径よりも小さな外径を有している。脚長部１３は先端側ほど縮径され、スパークプラグ１００が内燃機関（図示せず）に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。段部１５は、脚長部１３と先端側胴部１７との間に形成されている。
【００２５】
主体金具５０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼材）で形成され、内燃機関のエンジンヘッド（図示省略）にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、軸線ＣＯに沿って貫通する挿入孔５９が形成されている。主体金具５０は、絶縁碍子１０の外周に配置される。すなわち、主体金具５０の挿入孔５９内に、絶縁碍子１０が挿入・保持されている。絶縁碍子１０の先端は、主体金具５０の先端から露出し、絶縁碍子１０の後端は、主体金具５０の後端から露出している。
【００２６】
主体金具５０は、スパークプラグレンチが係合する六角柱形状の工具係合部５１と、内燃機関に取り付けるための取付ネジ部５２と、工具係合部５１と取付ネジ部５２との間に形成された鍔状のシール部５４と、を備えている。ここで、取付ネジ部５２の呼び径は、例えば、Ｍ８（８ｍｍ（ミリメートル））、Ｍ１０、Ｍ１２、Ｍ１４、Ｍ１８のいずれかとされている。
【００２７】
主体金具５０の取付ネジ部５２とシール部５４との間には、金属板を折り曲げて形成された環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００が内燃機関に取り付けられた際に、スパークプラグ１００と内燃機関（エンジンヘッド）との隙間を封止する。
【００２８】
主体金具５０は、さらに、工具係合部５１の後端側に設けられた薄肉の加締部５３と、シール部５４と工具係合部５１との間に設けられた薄肉の圧縮変形部５８と、を備えている。主体金具５０における工具係合部５１から加締部５３に至る部位の内周面と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間に形成される環状の領域には、環状のリング部材６，７が配置されている。当該領域における２つのリング部材６，７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁碍子１０の外周面に固定されている。主体金具５０の圧縮変形部５８は、製造時において、絶縁碍子１０の外周面に固定された加締部５３が先端側に押圧されることにより、圧縮変形部５８は圧縮変形する。圧縮変形部５８の圧縮変形によって、リング部材６、７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。環状の板パッキン８を介して、主体金具５０の内周で取付ネジ部５２の位置に形成された段部５６（金具側段部）によって、絶縁碍子１０の段部１５（絶縁碍子側段部）が押圧される。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具５０と絶縁碍子１０との隙間から外部に漏れることが、板パッキン８によって防止される。
【００２９】
中心電極２０は、軸線ＣＯに沿って延びる棒状の部材であり、絶縁碍子１０の貫通孔１２に挿設されている。中心電極２０は、電極本体２１と、電極本体２１の内部に埋設された芯材２２と、電極チップ２９と、を含む構造を有する。電極本体２１は、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金（インコネル６００（アルファベットのINCONELは登録商標）等）で形成されている。芯材２２は、電極本体２１を形成する合金よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金で形成されている。中心電極２０の先端は、絶縁碍子１０の先端から先端方向ＦＤに露出している。
【００３０】
また、中心電極２０は、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部２４（電極鍔部、フランジ部とも呼ぶ。）、鍔部２４よりも後端側の部分である頭部２３（電極頭部）と、鍔部２４よりも先端側の部分である脚部２５（電極脚部）と、を備えている。鍔部２４は、絶縁碍子１０の段部１６に支持されている。中心電極２０の脚部２５の先端部分には、電極チップ２９が、例えば、レーザ溶接によって接合されている。この中心電極２０の脚部２５の先端部分の構成については、図２、図３を参照して後述する。
【００３１】
接地電極３０は、主体金具５０の先端に接合されている。接地電極３０の電極本体は耐腐食性の高い金属、例えば、インコネル６００などのニッケル合金で形成されている。この接地電極３０の母材基端部３２は、主体金具５０の先端面に溶接にて接合されている。この結果、接地電極３０は、主体金具５０と電気的に導通している。接地電極３０の母材先端部３１は、屈曲されており、母材先端部３１の一側面は、中心電極２０の電極チップ２９と、軸線ＣＯ上で軸線方向に対向している。母材先端部３１の当該一側面には、中心電極２０の電極チップ２９と対抗する位置に電極チップ３３が溶接されている。電極チップ３３は、例えば、Ｐｔ（白金）または、Ｐｔを主成分とする合金、具体的には、Ｐｔ−２０Ｉｒ合金（２０質量％のイリジウムを含有した白金合金）など用いられる。中心電極２０の電極チップ２９と、接地電極３０の電極チップ３３の間には火花ギャップが形成される。
【００３２】
端子金具４０は、軸線ＣＯに沿って延びる棒状の部材である。端子金具４０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼）で形成され、その表面は、防食のための金属層（例えば、Ｎｉ層）がめっきなどによって形成されている。端子金具４０は、軸線方向の所定位置に形成された鍔部４２（端子顎部）と、鍔部４２より後端側に位置するキャップ装着部４１と、鍔部４２より先端側の脚部４３（端子脚部）と、を備えている。端子金具４０の後端を含むキャップ装着部４１は、絶縁碍子１０の後端側に露出している。端子金具４０の先端を含む脚部４３は、絶縁碍子１０の貫通孔１２に挿入（圧入）されている。キャップ装着部４１には、高圧ケーブル（図示外）が接続されたプラグキャップが装着され、火花を発生するための高電圧が印加される。
【００３３】
絶縁碍子１０の貫通孔１２内において、端子金具４０の先端と中心電極２０の後端との間の領域には、火花発生時の電波ノイズを低減するための抵抗体７０が配置されている。抵抗体は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。貫通孔１２内における、抵抗体７０と中心電極２０との隙間は、導電性シール６０によって埋められ、抵抗体７０と端子金具４０との隙間は、ガラスと金属との導電性シール８０によって埋められている。
【００３４】
Ａ−２．  中心電極の先端部分の構成：
図２は、中心電極２０の先端部分の拡大斜視図である。図２においては、図１とは反対に、図の上方が先端方向ＦＤであり、図の下方が後端方向ＢＤである。後述する図３、図４についても同様である。
【００３５】
中心電極２０の脚部２５（電極本体２１）の先端部分には、後端側から先端方向ＦＤに向かって外径が小さくなる縮径部２６と、縮径部２６の先端側に位置する円柱状の台座部２７と、が形成されている。台座部２７の先端側には、円柱状の電極チップ２９がレーザ溶接によって接合されている。電極チップ２９の材料には、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分とする合金が用いられ、具体的には、Ｉｒ−５Ｐｔ合金（５質量％の白金を含有したイリジウム合金）などが用いられる。レーザ溶接によって、電極チップ２９と台座部２７との間には、台座部２７の成分と電極チップ２９の成分とが溶融した溶融部２８が形成されている。なお、本実施形態では、スパークプラグ１００の軸線ＣＯと、電極チップ２９の軸線と、は一致している。したがって、軸線ＣＯは、電極チップ２９の軸線ＣＯとも言うことができる。なお、電極チップ２９の直径は、これに限られるものではないが、例えば、０．３ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以上２．６ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００３６】
台座部２７の径は、電極チップ２９の径より大きい。このため、溶融部２８の外周面（外表面とも呼ぶ）は、後端側から先端方向ＦＤに向かって縮径した円錐台形状を有している。そして、溶融部２８の外周面は、その先端側に、ハッチングで示すように電極チップ２９の外周面（側面とも呼ぶ）２９Ｃ上に露出している露出部位２８Ｃを含んでいる。この露出部位２８Ｃは、電極チップ２９の外周面２９Ｃの後端より先端方向ＦＤ側に位置する、いわゆる溶接だれ（だれのぼり）を含んでいる。電極チップ３９の外周面を周方向に一周見た場合に、露出部位２８Ｃのうち、最も後端方向ＢＤ側に位置する点をＡ１とする（図２）。この点Ａ１は、溶融部２８の外周面のうち、溶接だれが発生している部位を除いて、最も先端方向ＦＤ側の部位とも言うことができる。また、この点Ａ１は、電極チップ２９の外周面２９Ｃ上に位置する、溶融部２８の外周面の先端を示す線ＯＬ１上の点のうち、最も後端方向ＢＤに位置する点とも言うことができる。
【００３７】
図３は、点Ａ１と、電極チップ２９の軸線ＣＯと、を含む断面ＣＳ１を示す図である。断面ＣＳ１は、電極チップ２９の先端面（ギャップ形成面）２９Ａの中心点ＯＣ１を通る。図３から解るように、本実施形態では、電極チップ２９の後端面が全体に亘って溶融部２８と接触している。換言すれば、レーザ溶接によって十分に深い溶融部２８が形成されているので、電極チップ２９と台座部２７とが直接接触している部位はない。図３の断面ＣＳ１において、電極チップ２９の軸線ＣＯと、電極チップ２９と溶融部２８との境界線ＢＬ１と、の交点を、点Ｘ１とする。点Ｘ１は、軸線ＣＯと、電極チップ２９の後端面と、の交点とも言うことができる。
【００３８】
図３の断面ＣＳ１において、溶融部２８と台座部２７（電極本体２１）との境界線ＢＪ１のうち最も後端方向ＢＤ側に位置する点をＢ１とする。なお、台座部２７の径は、電極チップ２９の径より大きいので、台座部２７の外周面上に溶接だれは発生しない。そして、図３の断面ＣＳ１において、電極チップ２９の軸線ＣＯと、溶融部２８と台座部２７との境界線ＢＪ１と、の交点を、点Ｙ１とする。点Ｙ１は、軸線ＣＯと、台座部２７の先端面と、の交点とも言うことができる。
【００３９】
レーザ溶接を外周面側から行うために、点Ａ１は、点Ｘ１より先端方向ＦＤ側に位置している。また、点Ｂ１は、点Ｙ１より後端方向ＢＤ側に位置している。すなわち、溶融部２８において、外周面の軸線方向の長さ（単に厚さとも呼ぶ）Ｅ１は、軸線ＣＯ上における厚さＦ１より長い。
【００４０】
ここで、点Ａ１と点Ｘ１を結ぶ線分ＡＸ１と、点Ｘ１を通り電極チップ２９の軸線ＣＯと直交する直線ＨＬ１とがなす鋭角の角度を、θ１１（単位は、度）とする。θ１１が大きいほど、溶融部２８の外周面は、電極チップ２９側に拡がっている。また、点Ｂ１と点Ｙ１を結ぶ線分ＢＹ１と、点Ｙ１を通り電極チップ２９の軸線ＣＯと直交する直線ＨＪ１とがなす鋭角の角度を、θ１２（単位は、度）とする。θ１２が大きいほど、溶融部２８の外周面が台座部２７側に拡がっている。上述したように、点Ａ１は、点Ｘ１より先端方向ＦＤ側に位置しているので、θ１１が０度になることはない（０＜θ１１）。同様に、点Ｂ１は、点Ｙ１より後端方向ＢＤ側に位置しているので、θ１２が０度になることはない（０＜θ１２）。
【００４１】
図３の断面ＣＳ１において、溶融部２８と電極チップ２９との境界線ＢＬ１は、電極チップ２９と直交する直交方向との間の鋭角、すなわち、直線ＨＬ１との間の鋭角が±２度未満である直交部ＰＬ１を含んでいる。図３における点Ｃ１から点Ｃ１'までの部位が、境界線ＢＬ１の直交部ＰＬ１である。
【００４２】
また、溶融部２８と台座部２７（電極本体２１）との境界線ＢＪ１は、電極チップ２９と直交する直交方向との間の鋭角、すなわち、直線ＨＪ１との間の鋭角が±２度未満である直交部ＰＪ１を含んでいる。図３における点Ｄ１から点Ｄ１'までの部位が、境界線ＢＪ１の直交部ＰＪ１である。
【００４３】
境界線ＢＬ１の直交部ＰＬ１を第１の直交部ＰＬ１とも呼び、境界線ＢＪ１の直交部ＰＪ１を第２の直交部ＰＪ１とも呼ぶ。図３の断面における第１の直交部ＰＬ１の長さ（点Ｃ１から点Ｃ１'までの長さ）をＬ１とする。また、図３の断面における第２の直交部ＰＪ１の長さ（点Ｄ１から点Ｄ１'までの長さ）をＪ１とする。
【００４４】
さらに、図３の断面ＣＳ１において、点Ａ１が接する側の電極チップ２９の外周面（図３の左側の側面）とは反対側の外周面（図３の右側の側面）と接する溶融部２８の部位のうち、最も後端方向ＢＤ側に位置する点を点Ａ１'とする。図３の例では、反対側の外周面には溶接だれ２８Ｃ（側面への露出部位２８Ｃ）が発生しているので、点Ａ１'は、溶接だれ２８Ｃの後端の位置となっている。点Ａ１と点Ａ１'との間の、軸線ＣＯと直交する方向の長さをＭ１とする。長さＭ１は、電極チップ２９の径とほぼ等しい。点Ａ１と点Ａ１'との間の長さＭ１に対する第１の直交部ＰＬ１の長さＬ１の比率（Ｌ１／Ｍ１）を第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）とも呼ぶ。
【００４５】
また、溶融部２８のうち、点Ｂ１が位置する外周面とは反対側の外周面に露出する部位の最も後端方向ＢＤ側に位置する点を点Ｂ１'とする。そして、点Ｂ１と点Ｂ１'との間の、軸線ＣＯと直交する方向の長さをＫ１とする。長さＫ１は、台座部２７の先端の径とほぼ等しい。点Ｂ１と点Ｂ１'との間の長さＫ１に対する第２の直交部ＰＪ１の長さＪ１の比率（Ｊ１／Ｋ１）を第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）とも呼ぶ。
【００４６】
なお、溶融部２８の軸線ＣＯ上における厚さＦ１は、点Ｘ１と点Ｙ１との間の軸線方向の長さと、言うことができる。また、溶融部２８の外周面における厚さＥ１は、点Ａ１と点Ｂ１との間の軸線方向の長さと、言うことができる。
【００４７】
Ａ−２．  台座部２７（電極本体２１）と、電極チップ２９との溶接方法：
図４は、台座部２７と電極チップ２９との溶接方法について説明する図である。本実施形態では、ＹＡＧレーザより、細く、かつ、深い溶融部を形成可能であるファイバーレーザを用いて、台座部２７と電極チップ２９とを溶接している。
【００４８】
図４には、溶接前の電極チップ２９０を、溶接前の台座部２７０に対して固定されて様子を示している。所定の治具（図示省略）を用いて、台座部２７０の軸線と電極チップ２９０の軸線と、が一致するように、固定される。溶接前の電極チップ２９の軸方向の長さ（厚さ）Ｈ１'は、これに限られるものではないが、例えば、０．２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上２．２ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００４９】
この状態で、電極チップ２９０と、台座部２７０と、の接触面の照射位置ＬＰに対して、ファイバーレーザ照射装置３００からレーザＬＺが照射される。レーザＬＺは、軸線ＣＯと垂直な方向に沿って照射される。図４の例では、照射位置ＬＰは、電極チップ２９０の後端面２９０Ｂと、台座部２７０の先端面２７０Ｕと、の接触面上に位置している。そして、ファイバーレーザ照射装置３００に対して、電極チップ２９０と台座部２７０（ワークとも呼ぶ）とが軸線ＣＯを中心に、相対的に回転されることによって、電極チップ２９０と、台座部２７０と、の接触面の外縁に対して、全周に亘って、レーザＬＺが照射される。なお、本実施形態では、間欠的にレーザＬＺを照射するのではなく、連続的にレーザＬＺが照射される。この結果、図３に示す溶融部２８が電極チップ２９と台座部２７との間に形成される。
【００５０】
ここで、また、溶融部２８の軸線ＣＯ上の厚さＦ１を大きくすることができる。レーザＬＺの照射位置ＬＰを先端側（電極チップ２９側）にずらすほど、溶融部２８における電極チップ２９の成分の含有率を増加させ、台座部２７の成分の含有率を低減させることができる。また、溶融部２８の軸線ＣＯ上の厚さＦ１を小さくすることができる。
【００５１】
レーザＬＺの照射条件を変更することによって、様々な形状の溶融部２８を形成することができる。例えば、ファイバーレーザ照射装置３００に対するワークの回転速度が、早いほど溶融部２８の軸線ＣＯ上の厚さＦ１を小さくすることができる。レーザＬＺのエネルギーが、大きいほど溶融部２８の軸線ＣＯ上の厚さＦ１を大きくすることができる。また、レーザＬＺの集光位置ＧＰを、図４の照射位置ＬＰから径方向外側に遠ざけるほど、溶融部２８の軸線ＣＯ上の厚さＦ１を大きくすることができる。
【００５２】
また、ワークの回転速度を速く、かつ、レーザＬＺのエネルギーを強くすることによって、溶融部２８の軸線ＣＯ上の厚さＦ１に対して、溶融部２８の外周面の厚さＥ１が大きくなることを抑制できる。溶融部２８の軸線ＣＯ上の厚さＦ１に対して、溶融部２８の外周面の厚さＥ１が大きくなることを抑制することによって、上述した角度θ１１、θ１２が大きくなることを抑制することができる。また、例えば、レーザＬＺの集光位置ＧＰをワークに近づけることによって、第１の直交部ＰＬ１や第２の直交部ＰＪ１の長さを長くすることができ、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）や、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）を高くすることができる。なお、ワークの回転速度を速くすることが、溶融部２８の外周面の厚さＥ１の抑制、および、角度θ１１、θ１２の抑制に、最も効果的である。また、照射位置ＬＰを電極本体２１（台座部２７）側にずらすほど、θ１２に対してθ１１が大きくなり、照射位置ＬＰを電極チップ２９側にずらすほど、θ１２に対してθ１１が小さくなる。
【００５３】
上記構成のスパークプラグ１００では、溶融部２８は、電極チップ２９の軸線ＣＯの位置において、電極チップ２９と接触している（図３の点Ｘ１）。すなわち、溶融部形成前（レーザ溶接を行う前）における台座部２７（電極本体２１）と、電極チップ２９との接触領域とのうち、比較的広い範囲に亘って、溶融部２８が形成されている。この結果、溶接強度が向上し、電極チップ２９の剥離の抑制、すなわち、耐剥離性の向上を実現できる。
【００５４】
なお、図３から解るように、電極チップ２９の軸線ＣＯに沿った２つの方向のうち、溶融部２８から見て電極チップ２９側の方向は、第１実施形態では、先端方向ＦＤである。また、溶融部２８から見て台座部２７（電極本体２１）側の方向は、第１実施形態では、後端方向ＢＤである。したがって、第１実施形態の中心電極２０では、先端方向ＦＤが、特許請求の範囲における第１方向に対応し、後端方向ＢＤが、特許請求の範囲における第２方向に対応する。
【００５５】
Ａ−４：第１評価試験：
第１実施形態におけるスパークプラグ１００の溶融部２８の形状が互いに異なる１５種類のサンプル１−１〜１−１５を作成して評価を行った（表１）。各サンプルは、上述したレーザ溶接のレーザの照射条件を変更することによって、上述したθ１１と、θ１２との角度を互いに異ならせている。なお、各サンプルの電極チップ２９の材料には、上述したＩｒ−５Ｐｔ合金（５質量％の白金を含有したイリジウム合金）が用いられ、電極本体２１（台座部２７）の材料には、上述したインコネル６００が用いられた。
【００５６】
各サンプルに共通のスパークプラグ１００に共通な寸法は、以下のとおりである。
電極チップ２９の直径：０．６ｍｍ
電極チップ２９の溶接前の厚さＨ１'：０．５ｍｍ
台座部２７の溶接前の先端の直径：０．９ｍｍ
【００５７】
【表１】
2015088364.tif 000003
【００５８】
表１には、各サンプルの上述したθ１１と、θ１２との角度が示されている。表１に示すように、各サンプルでは、θ１１は、６度、８度、１０度、１２度、１４度のいずれかとされている。各サンプルでは、θ１２は、３度、５度、７度のいずれかとされている。
【００５９】
各サンプルについて、耐消耗性の評価試験としての火花試験と、耐剥離性の評価試験としての冷熱試験とを行った。火花試験では、各サンプルに対し、０．４ＭＰａに加圧した窒素が充填されたチャンバー内で、１秒間に１００回の火花放電を発生させる火花試験を２５０時間行った。放電時には、所定の電源装置（例えば、フルトランジスタ点火装置）が用いられた。
【００６０】
そして、火花試験後に、各サンプルの電極チップ２９の外形を投影機を用いて拡大投影して、電極チップ２９の軸線方向の消耗量（元のサイズからの減少した長さ）の最大値を測定した。通常は、電極チップ２９の外周面近傍の部分の消耗量が最大となる。そして、消耗量が０．２５ｍｍを超えるサンプルの評価結果を「×」とし、消耗量が０．２５ｍｍ以下であるサンプルの評価結果を「○」とした。消耗量が小さいほど耐消耗性が良好であることを意味している。
【００６１】
冷熱試験では、スパークプラグ１００の各サンプルの先端部近傍（火花ギャップの近傍）の加熱と冷却とのサイクルを１０００回繰り返した。具体的には、１回のサイクルは、各サンプルの先端部近傍を、バーナーで２分間に亘って加熱し、続けて、１分間に亘って空気中で冷却する、というものである。２分間の加熱によって、主体金具５０の先端部の温度が所定の目標温度に到達するように、バーナーの強度を調節した。第１評価試験では、目標温度は、摂氏９００度である。
【００６２】
そして冷熱試験後に、各サンプルの中心電極２０を電極チップ２９の軸線ＣＯを含む断面で切断して、酸化スケールの発生割合ＳＡ（単位は％）を測定した。以下では、酸化スケールの発生割合ＳＡの測定方法について説明する。
【００６３】
図５は、酸化スケールの発生割合ＳＡの測定方法を示す説明図である。この図５は、図３に示した断面と同じ断面である。図５の断面では、太い実線で示す酸化スケールＯＳ１〜ＯＳ３が発生しているものとして説明する。酸化スケールＯＳ１は、電極チップ２９の後端面と、溶融部２８の先端面と、の境界線ＢＬ１上に発生している。酸化スケールＯＳ２、ＯＳ３は、溶融部２８の後端面と、台座部２７の先端面との境界線ＢＬ２上に発生している。酸化スケールの発生割合ＳＡが小さいほど、耐剥離性が良いことを意味している。
【００６４】
図５の断面における電極チップ２９の軸線方向と垂直な方向の長さをＬＧとする。酸化スケール発生割合ＳＡは、図５に示す軸線方向と垂直な長さＬＧの範囲のうち、境界線ＢＬ１、ＢＬ２のいずれかに酸化スケールが発生している範囲の長さの割合である。図５には、酸化スケールが発生している長さＬＮａの範囲と、長さＬＮｂの範囲と、が図示されている。この場合には、酸化スケールの発生割合ＳＡは、ＳＡ＝｛（ＬＮａ＋ＬＮｂ）／ＬＧ｝×１００、の式によって算出することができる。
【００６５】
そして、酸化スケールの発生割合ＳＡが、５０％を超えるサンプルの評価結果を「×」とし、酸化スケールの発生割合ＳＡが、５０％以下であるサンプルの評価結果を「○」とした。
【００６６】
θ１１が１０度を超えているサンプル１−１〜１−６では、火花試験の評価結果がいずれも「×」であり、θ１１が１０度以下であるサンプル１−７〜１−１５では、火花試験の評価結果がいずれも「○」であった。この理由は、以下のように推定される。すなわち、θ１１が、十分に小さいことは、溶融部２８は、電極チップ２９の外周面近傍、すなわち、溶融部の外周面近傍において、溶融部２８が電極チップ２９側に過度に拡がっていないことを意味する。この場合には、電極チップ２９の外周面近傍における厚さＨ１（図３）が、過度に小さくなることを抑制できると考えられる。電極チップ２９の外周面近傍における厚さＨ１（図３）が、過度に小さくなると、電極チップ２９の外周面近傍で、電極チップ２９が消耗して溶融部２８が先端側に露出して、耐消耗性が低下する。溶融部２８は、電極チップ２９と比較して、大幅に耐消耗性が劣るからである。したがって、θ１１が１０度以下である場合には、電極チップ２９の外周面近傍における厚さＨ１を確保して、耐消耗性を向上することができる。
【００６７】
また、θ１２が５度を超えているサンプル１−１、１−４、１−７、１−１０、１−１３では、冷熱試験の評価結果がいずれも「×」であり、θ１２が５度以下であるサンプル１−２、１−３、１−５，１−６、１−８、１−９、１−１１、１−１２、１−１４、１−１５では、冷熱試験の評価結果がいずれも「○」であった。この理由は、以下のように推定される。溶融部２８の厚さが不均一である場合、例えば、溶融部２８が過度に薄い部分が生じ得る。ある場合に、その部分において、電極本体２１（台座部２７）と電極チップ２９との熱膨張率の差により生じる応力を十分に緩和できず、電極チップ２９の剥離が生じやすくなる。θ１２が、十分に小さいことは、溶融部２８は、電極チップ２９の外周面近傍、すなわち、溶融部の外周面近傍において、溶融部２８が電極本体２１（台座部２７）側に過度に拡がっていないことを意味する。したがって、溶融部２８の厚さの均一性が向上すると考えられる。したがって、θ１２が５度以下である場合には、溶融部２８の厚さの均一性が向上させて、電極本体２１と電極チップ２９との間の応力を効果的に緩和して、耐剥離性をより向上することができる。
【００６８】
さらに、第１評価試験の追加試験として、θ１１が１０度であり、θ１２が５度である４種類のサンプル１−１６〜１−１９を用意して、火花試験と冷熱試験とを行った。表２に示すように、この４種類のサンプル１−１６〜１−１９では、図３を参照して説明した第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）と、第２の直行比率（Ｊ１／Ｋ１）と、がそれぞれ異なっている。例えば、４種類のサンプル１−１６〜１−１９は、それぞれ、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）が２７％、５９％、６５％、８１％であり、第２の直行比率（Ｊ１／Ｋ１）が４１％、６４％、７３％、８７％である。
【００６９】
【表２】
2015088364.tif 000004
【００７０】
このように、表２に示すように、この４種類のサンプル１−１６〜１−１９では、火花試験の評価結果と、冷熱試験の評価結果と、がいずれも「○」であった。この試験結果から、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）と、第２の直行比率（Ｊ１／Ｋ１）と、の値に拘わらずに、θ１１が１０度以下であり、θ１２が５度以下であれば、耐消耗性と耐剥離性とを両立できることが解った。
【００７１】
以上の第１評価試験の結果から、耐消耗性と耐剥離性とを両立する観点から、θ１１が１０度以下であり、かつ、θ１２が５度以下であることが好ましいことが解った。上述したように、０＜θ１１、０＜θ１２であるので、換言すれば、角度θ１１、θ１２は、０＜θ１１≦１０（単位は、度）、かつ、０＜θ１２≦５（単位は、度）を満たすことが好ましい。こうすれば、電極チップ２９の耐消耗性と耐剥離性とを両立することができる。また、電極チップ２９の耐消耗性が向上できることで、電極チップ２９の耐消耗性を確保するために、電極チップ２９の軸方向の長さを長くする必要がない。この結果、電極チップ２９の軸方向の長さを低減して、貴金属などの材料の使用量を低減することができる。
【００７２】
Ａ−５：第２評価試験：
次に、第１評価試験で明らかにされたθ１１とθ１２の好ましい範囲を満たす４９個のサンプル２−１〜２−４９を準備して、第１評価試験より厳しい条件で、冷熱試験を実行した。具体的には、第２評価試験の冷熱試験では、上述した目標温度が、摂氏９５０度に設定されている。なお、冷熱試験の他の条件、および、各サンプルに共通な他の寸法は、第１評価試験と同じである。
【００７３】
【表３】
2015088364.tif 000005
【００７４】
表３に示すように、本評価試験では、０＜θ１１≦１０（単位は、度）、かつ、０＜θ１２≦５（単位は、度）を満たしつつ、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）と、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）を、それぞれ、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％の７段階に変更することによって、４９種類（７×７種類）のサンプルを作成した。表３には、４９種類のサンプルの評価結果として、酸化スケールの発生割合ＳＡ（単位は％）が記載されている。
【００７５】
第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）と、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）と、の少なくとも一方が７０％未満である第１のサンプル群（太線の枠外）では、酸化スケールの発生割合ＳＡは、いずれも５０％以上であった。第１のサンプル群は、具体的には、サンプル２−１〜２〜２４、２−２９〜２−３１、２−３６〜２−３８、２−４３〜２−４５である。
【００７６】
第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）が、７０％以上であり、かつ、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）が、７０％以上である第２のサンプル群（太線の枠内）では、酸化スケールの発生割合ＳＡは、いずれも５０％未満であった。すなわち、第２のサンプル群では、第１のサンプル群と比較して、耐剥離性が良好であった。第２のサンプル群は、具体的には、サンプル２−２５〜２〜２８、２−３２〜２−３５、２−３９〜２−４２、２−４６〜２−４９である。
【００７７】
さらに、詳細には、第２のサンプル群の中でも、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）が大きいほど、酸化スケールの発生割合ＳＡが小さく、耐剥離性が良好であった。同様に、第２のサンプル群の中でも、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）が大きいほど、酸化スケールの発生割合ＳＡが小さく、耐剥離性が良好であった。具体的には、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）や、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）は、７０％より８０％がより好ましく、８０％より９０％がより好ましく、９５％以上が最も好ましい。
【００７８】
この理由は、以下のように推定される。第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）が、７０％以上であり、かつ、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）が、７０％以上である場合には、第１の直交部ＰＬ１と、第２の直交部ＰＪ１とが、比較的広い範囲に亘って設けることができる。この結果、電極チップ２９の成分と電極本体２１（台座部２７）の成分とのうち、一方の成分が溶融部２８に多く取り込まれることを抑制できる。したがって、溶融部２８における各成分の含有率の均一性を向上することができる。ここで、溶融部２８において、電極チップ２９の成分と電極本体２１の成分との含有率にばらつきがあると、溶融部２８において、熱膨張率が電極チップ２９に比較的近い部位と、熱膨張率が電極本体２１に比較的近い部位と、が生じ、スパークプラグ１００の使用時に生じる応力を十分に緩和できない可能性がある。以上の説明から解るように、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）が、７０％以上であり、かつ、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）が、７０％以上とすることで、スパークプラグ１００使用時に生じる応力をさらに効果的に緩和して、耐剥離性をさらに向上することができる。
【００７９】
以上の第２評価試験の結果から、耐剥離性を向上する観点から、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）が、７０％以上であり、かつ、第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）が、７０％以上であることが、より好ましいことが解った。こうすれば、電極チップ２９の耐剥離性をさらに向上することができる。
【００８０】
Ａ−６.第３評価試験：
次に、第２評価試験で明らかにされた好ましい範囲を満たす６種類のサンプルを準備して、第１評価試験より厳しい条件で、火花試験を実行した。具体的には、第３評価試験の火花試験では、０．８ＭＰａに加圧した窒素が充填されたチャンバ−内で、１秒間に１００回の火花放電を発生させる火花試験を２００時間行った。そして、２５時間ごとに、サンプルを取り出し、電極チップ２９の消耗量を測定した。複数個のサンプルでは、θ１１が１０度、θ１２が５度に固定され、かつ、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）と第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）とは、それぞれ７０％に固定された。なお、各サンプルに共通な他の寸法は、第１評価試験と同じである。
【００８１】
図６は、第３評価試験の評価結果を示すグラフである。図６に示すように、本評価試験では、電極チップ２９の外周面の軸線方向の長さＥ１（点Ａ１から点Ｂ１までの軸線方向の長さＥ１（図３））を、０．３ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５５ｍｍの６段階に変更した６種類のサンプル３−１〜３−６が準備された。
【００８２】
図６のグラフでは、各サンプルについて、２５〜２００時間経過後のサンプルの消耗量が２５時間ごとにプロットされている。
【００８３】
図６に示すように、２００時間経過の時点で、長さＥ１が０．４ｍｍ以下であるサンプル３−１〜３―３は、消耗量が０．２５ｍｍ未満に抑制された。これに対して、長さＥ１が０．４ｍｍを超えるサンプル３−４〜３−６では、消耗量が０.２５ｍｍを大きく越え、０．３ｍｍ以上に達した。すなわち、長さＥ１が０．４ｍｍ以下であるサンプル３−１〜３―３は、長さＥ１が０．４ｍｍ以下であるサンプル３−４〜３−６と比較して、耐消耗性が良好であった。
【００８４】
耐消耗性が良好であったサンプル３―１〜３−３を比較すると、長さＥ１が０．３５ｍｍであるサンプル３−２と、長さＥ１が０．３ｍｍであるサンプル３−１は、消耗量の差がなく、同程度の耐消耗性を示した。これらのサンプル３−１、３−２と比較すると、長さＥ１が０．４ｍｍであるサンプル３−３は、消耗量が若干大きく、耐消耗性が若干劣った。
【００８５】
この理由は、以下のように推定される。長さＥ１が過度に大きくなると、電極チップ２９が外周面近傍における電極チップ２９の厚さＨ１が短くなる可能性がある。このように、電極チップ２９の厚さが過度に薄い部分が生じると、中心電極２０の耐消耗性が低下する。ことを抑制できる。長さＥ１が０.４ｍｍ以下であると（Ｅ≦０．４ｍｍ）、電極チップ２９の外周面近傍の厚さが過度に薄くなることを抑制できる。この結果、中心電極２０の耐消耗性をさらに向上することができる。
【００８６】
以上の第３評価試験の結果から、溶融部２８の点Ａ１から点Ｂ１までの軸線方向の長さＥ１は、０．４ｍｍ以下であることがより好ましいことが解った。こうすれば、電極チップ２９の耐消耗性をより向上することができる。
【００８７】
Ａ−７.第４評価試験：
次に、第２評価試験で明らかにされた好ましい範囲を満たす複数個のサンプルを準備して、第２評価試験より厳しい条件で、冷熱試験を実行した。具体的には、第４評価試験の冷熱試験では、上述した目標温度が、摂氏１０００度に設定されている。なお、冷熱試験の他の条件は、第２評価試験と同じである。また、各サンプルに共通な寸法は、第１評価試験にて説明したとおりである。また、複数個のサンプルでは、θ１１が１０度、θ１２が５度に固定され、かつ、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）と第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）とは、それぞれ７０％に固定された。
【００８８】
図７は、第４評価試験の評価結果を示すグラフである。図７に示すように、本評価試験では、上述した点Ｘ１から点Ｙ１までの軸線方向の長さＦ１（図３）を、０.０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．３５ｍｍの７段階に変更した７種類のサンプル４−１〜４−７が準備された。
【００８９】
図７には、各サンプルの酸化スケールの発生割合ＳＡがプロットされている。
【００９０】
図７に示すように、長さＦ１が０．１５ｍｍ未満であるサンプル４−１、４―２は、酸化スケールの発生割合ＳＡが、５０％を大きく越えて、８０％に達した。これに対して、長さＦ１が０．１５ｍｍ以上であるサンプル４−３〜４−７では、酸化スケールの発生割合ＳＡが５０％を大きく下回り、３０％以下になった。すなわち、長さＦ１が０．１５ｍｍ以上であるサンプル４−３〜４−７は、長さＦ１が０．１５ｍｍ未満であるサンプル４−１、４−２と比較して、耐剥離性が良好であった。
【００９１】
耐剥離性が良好であったサンプル４−３〜４−７を比較すると、長さＦ１が大きいほど、酸化スケールの発生割合ＳＡが小さくなり、耐剥離性が良好であった。すなわち、長さＦ１は、０．１５ｍｍより０.２ｍｍが好ましく、０．２ｍｍより０.２５ｍｍが好ましく、０．２５ｍｍより０.３ｍｍが好ましく、０．３５ｍｍ以上が最も好ましい。
【００９２】
この理由は、以下のように推定される。溶融部２８の厚さを電極チップ２９の軸線ＣＯと交わる部位においても十分に確保することができれば、スパークプラグ１００の使用時に生じる応力をさらに効果的に緩和して、耐剥離性をさらに向上することができる。したがって、長さＦ１が０．１５ｍｍ以上である場合には、中心電極２０の耐剥離性をさらに向上することができる。
【００９３】
以上の第４評価試験の結果から、点Ｘ１から点Ｙ１までの軸線方向の長さＦ１、すなわち、溶融部２８の軸線ＣＯと交わる部位の軸線方向の長さＦ１は、０．１５ｍｍ以上であることがより好ましいことが解った。こうすれば、電極チップ２９の耐剥離性をより向上することができる。
【００９４】
Ａ−８.第５評価試験：
次に、第４評価試験で明らかにされた好ましい範囲を満たす７種類のサンプルを準備して、第４評価試験より厳しい条件で、冷熱試験を実行した。具体的には、第５評価試験の冷熱試験では、上述した目標温度が、摂氏１０２０度に設定されている。なお、冷熱試験の他の条件は、第４評価試験と同じである。また、７種類のサンプルでは、θ１１が１０度、θ１２が５度に固定され、かつ、第１の直交比率（Ｌ１／Ｍ１）と第２の直交比率（Ｊ１／Ｋ１）とは、それぞれ７０％に固定された。また、溶融部２８の軸線ＣＯ上の長さＦ１が、０．３ｍｍに固定された。
【００９５】
図８は、第５評価試験の評価結果を示すグラフである。図８に示すように、溶融部２８における電極チップ２９の成分（イリジウム合金）の含有率が、３０重量％から９０重量％まで、１０％刻みで変更された７種類のサンプル５−１〜３−７が準備された。なお、レーザＬＺの照射位置を、図４の照射位置ＬＰより後端側（台座部２７側）にずらすことで、溶融部２８における電極チップ２９の成分の含有率を減少させている。レーザＬＺの照射位置を、図４の照射位置ＬＰより先端側（電極チップ２９側）にずらすことで、溶融部２８における電極チップ２９の成分の含有率を増加させている。
【００９６】
図８に示すように、電極チップ２９の成分の含有率が３０重量％であるサンプル５−１と、電極チップ２９の成分の含有率が９０重量％であるサンプル５−７では、酸化スケールの発生割合ＳＡが、５０％を大きく越えて、６０％以上に達した。これに対して、電極チップ２９の成分の含有率が４０重量％以上８０重量％以下であるサンプル５−２〜５−６では、酸化スケールの発生割合が、５０％を大きく下回った。すなわち、電極チップ２９の成分の含有率が４０重量％以上８０重量％以下であるサンプル５−２〜５−６は、電極チップ２９の成分の含有率が３０重量％、９０重量％であるサンプル５−１、５−７と比較して、耐剥離性が良好であった。
【００９７】
耐剥離性が良好であったサンプル５―２〜５−６を比較すると、電極チップ２９の成分の含有率が６０重量％であるサンプル５−４が、最も酸化スケールの発生割合ＳＡが小さかった。そして、電極チップ２９の成分の含有率が６０重量％以上の範囲では、当該含有率が大きいほど、酸化スケールの発生割合ＳＡが大きくなった。また、電極チップ２９の成分の含有率が６０重量％以下の範囲では、当該含有率が小さいほど、酸化スケールの発生割合ＳＡが大きくなった。したがって、耐剥離性の観点からは、電極チップ２９の成分の含有率は、４０重量％より５０重量％が好ましく、５０重量％より６０重量％が好ましい。また、電極チップ２９の成分の含有率は、８０重量％より７０重量％が好ましく、７０重量％より６０重量％が好ましい。
【００９８】
この理由は、以下のように推定される。溶融部２８における電極チップ２９の成分の含有率が過度に大きいと、溶融部２８の熱膨張率が電極チップ２９の熱膨張率に近づきすぎる。また、溶融部２８における電極チップ２９の成分の含有率が過度に小さいと、溶融部２８の熱膨張率が電極本体２１の熱膨張率に近づきすぎる。いずれの場合であっても、電極チップ２９と電極本体２１との熱膨張率の差によって生じる応力を適切に緩和できない可能性がある。電極チップ２９の成分の含有率が４０重量％以上８０重量％以下である場合には、溶融部２８における電極チップ２９の成分の含有率を適正化することによって、溶融部２８の熱膨張率を適正化することができる。この結果、スパークプラグ１００の使用時に生じる応力をより効果的に緩和して、耐剥離性をより向上することができる。
【００９９】
以上の第５評価試験の結果から、溶融部２８における電極チップ２９の成分の含有率は、４０重量％以上８０重量％以下であることがより好ましいことが解った。こうすれば、電極チップ２９の耐剥離性をより向上することができる。
【０１００】
Ｂ.第２実施形態：
図９は、第２実施形態のスパークプラグの接地電極３０Ｂの先端部分の拡大斜視図である。図９においては、図１と同様に、そして、図２、図３と反対に、図の下方が先端方向ＦＤであり、図の上方が後端方向ＢＤである。第２実施形態のスパークプラグの全体構成は、図１の第１実施形態のスパークプラグ１００の全体構成と、同一である。
【０１０１】
接地電極３０Ｂの母材基端部（図示省略）は、図１に示す母材基端部３２と同様に主体金具５０の先端に接合されている。接地電極３０Ｂの母材先端部３１の後端側の面には、柱状の台座部３７が形成されている。台座部３７の後端側には、柱状の電極チップ３９がレーザ溶接によって接合されている。このために、柱状の電極チップ３９と台座部３７との間には、第１実施形態のスパークプラグ１００の中心電極２０（図３）と同様に、台座部３７の成分と電極チップ３９の成分とが溶融した溶融部３８が形成されている。なお、第２実施形態では、スパークプラグ１００の軸線ＣＯと、電極チップ３９の軸線とは、一致している。したがって、軸線ＣＯは、電極チップ３９の軸線ＣＯとも言うことができる。
【０１０２】
台座部３７の径は、電極チップ３９の径より大きい。このため、溶融部３８の外周面は、先端側から後端方向ＢＤに向かって縮径した円錐台形状を有している。そして、溶融部３８の外周面は、ハッチングで示すように、その後端側に、電極チップ３９の外周面２９Ｃ上に露出している露出部位３８Ｃを含んでいる（図９）。この露出部位３８Ｃは、電極チップ３９の外周面３９Ｃの先端より後端方向ＢＤに位置する、いわゆる溶接だれを含んでいる。電極チップ３９の外周面を周方向に一周見た場合に、露出部位３８Ｃのうち、最も先端方向ＦＤ側に位置する点をＡ２とする。換言すれば、この点Ａ２は、溶融部２８の外周面のうち、溶接だれが発生している部位を除いて、最も後端方向ＢＤ側の部位とも言うことができる。また、この点Ａ２は、電極チップ３９の外周面３９Ｃ上に位置する、溶融部３８の外周面の後端を示す線ＯＬ２上の点のうち、最も先端方向ＦＤに位置する点とも言うことができる。
【０１０３】
図１０は、点Ａ２と、電極チップ３９の軸線ＣＯと、を含む断面ＣＳ２を示す図である。断面ＣＳ２は、電極チップ３９の後端面（ギャップ形成面）３９Ａの中心点ＯＣ２を通る。図１０から解るように、本実施形態では、電極チップ３９の先端面が全体に亘って溶融部３８と接触している。図１０の断面ＣＳ２において、電極チップ３９の軸線ＣＯと、電極チップ３９と溶融部３８との境界線ＢＬ２と、の交点を、点Ｘ２とする。図１０の断面ＣＳ２において、溶融部３８と台座部３７（電極本体）との境界線ＢＪ２のうち最も先端方向ＦＤに位置する点をＢ２とする。そして、図３の断面ＣＳ２において、電極チップ３９の軸線ＣＯと、溶融部３８と、台座部３７と、の境界線ＢＪ２と、の交点を、点Ｙ２とする。
【０１０４】
レーザ溶接を外周面側から行うために、点Ａ２は、点Ｘ２より後端方向ＢＤ側に位置している。また、点Ｂ２は、点Ｙ２より先端方向ＦＤ側に位置している。溶融部３８の外周面における厚さＥ２は、軸線ＣＯ上における厚さＦ２より長い。
【０１０５】
ここで、点Ａ２と点Ｘ２を結ぶ線分ＡＸ２と、点Ｘ２を通り電極チップ３９の軸線ＣＯと直交する直線ＨＬ２とがなす鋭角の角度を、θ２１（単位は、度）とする。また、点Ｂ２と点Ｙ２を結ぶ線分ＢＹ２と、点Ｙ２を通り電極チップ３９の軸線ＣＯと直交する直線ＨＪ２とがなす鋭角の角度を、θ２２（単位は、度）とする。
【０１０６】
図１０の断面ＣＳ２において、溶融部３８と電極チップ３９との境界線ＢＬ２は、電極チップ３９と直交する直交方向との間の鋭角、すなわち、直線ＨＬ２との間の鋭角が±２度未満である直交部ＰＬ２を含んでいる。図１０における点Ｃ２から点Ｃ２'までの部位が、境界線ＢＬ２の直交部ＰＬ２である。
【０１０７】
また、溶融部３８と台座部３７（電極本体）との境界線ＢＪ２は、電極チップ３９と直交する直交方向との間の鋭角、すなわち、直線ＨＪ２との間の鋭角が±２度未満である直交部ＰＪ２を含んでいる。図１０における点Ｄ２から点Ｄ２'までの部位が、境界線ＢＪ２の直交部ＰＪ２である。
【０１０８】
図１０の断面ＣＳ２における直交部ＰＬ２の長さをＬ２とし、直交部ＰＪ２の長さをＪ２とする。図１０の断面ＣＳ２において、点Ａ２が接する側の電極チップ３９の外周面（図１０の左側の側面）とは反対側の外周面（図１０の右側の側面）と、溶融部２８と、が接する部位のうち、最も先端方向ＦＤ側に位置する点を点Ａ２'とする。点Ａ２と点Ａ２'との間の、軸線ＣＯと直交する方向の長さをＭ２とする。
【０１０９】
また、溶融部３８のうち、点Ｂ２が位置する外周面とは反対側の外周面に露出する部位の最も先端方向ＦＤ側に位置する点を点Ｂ２'とし、点Ｂ２と点Ｂ２'との間の、軸線ＣＯと直交する方向の長さをＫ２とする。
【０１１０】
なお、溶融部３８の軸線ＣＯ上における厚さＦ２は、点Ｘ２と点Ｙ２との間の軸線方向の長さと、言うことができる。また、溶融部３８の外周面における厚さＥ３は、点Ａ２と点Ｂ２との間の軸線方向の長さと、言うことができる。
【０１１１】
以上説明した第２実施形態のスパークプラグの接地電極３０Ｂにおいて、溶融部３８は、第１実施形態の中心電極２０と同様に、図４を参照して説明したファイバーレーザを用いた溶接方法によって形成されている。
【０１１２】
第２実施形態のスパークプラグでは、溶融部３８は、電極チップ３９の軸線ＣＯの位置において、電極チップ３９と接触している（図１０の点Ｘ２）。すなわち、溶融部形成前（レーザ溶接を行う前）における台座部３７（電極本体）と、電極チップ３９との接触領域とのうち、比較的広い範囲に亘って、溶融部３８が形成されている。この結果、溶接強度が向上し、電極チップ３９の剥離の抑制、すなわち、耐剥離性の向上を実現できる。
【０１１３】
また、第２実施形態のスパークプラグの接地電極３０Ｂにおける耐剥離性や耐消耗性の特性は、第１実施形態のスパークプラグ１００の中心電極２０における耐剥離性や耐消耗性の特性と同様に考えることができる。したがって、第１実施形態のスパークプラグ１００の中心電極２０のについて行われた上述した第１評価試験〜第５評価試験の結果に基づいて、第２実施形態のスパークプラグの接地電極３０Ｂは、第１実施形態のスパークプラグ１００の中心電極２０と同様に、以下のような関係を満たすことが好ましい。
【０１１４】
具体的には、角度θ２１、θ２２は、０度＜θ２１≦１０度、かつ、０度＜θ２２≦５度を満たすことが好ましい。こうすれば、電極チップ３９の耐消耗性と耐剥離性とを両立することができる。
【０１１５】
さらには、長さＭ２に対する直交部ＰＬ２の長さＬ２の比率（Ｌ２／Ｍ１）が、７０％以上であり、かつ、長さＫ２に対する直交部ＰＪ２の長さＪ２の比率（Ｊ２／Ｋ２）が、７０％以上であることが、より好ましい。こうすれば、電極チップ３９の耐剥離性をさらに向上することができる。
【０１１６】
さらには、溶融部３８の点Ａ２から点Ｂ２までの軸線方向の長さＥ２は、０．４ｍｍ以下であることがより好ましい（Ｅ２≦０．４ｍｍ）。こうすれば、電極チップ３９の耐消耗性をより向上することができる。
【０１１７】
さらに、点Ｘ２から点Ｙ２までの軸線方向の長さＦ２、すなわち、溶融部３８の軸線ＣＯと交わる部位の軸線方向の長さＦ２は、０．１５ｍｍ以上であることがより好ましい（Ｆ２≧０．１５ｍｍ）。こうすれば、電極チップ３９の耐剥離性をより向上することができる。
【０１１８】
また、溶融部３８における電極チップ３９の成分の含有率は、４０重量％以上８０重量％以下であることがより好ましい。こうすれば、電極チップ３９の耐剥離性をより向上することができる。
【０１１９】
なお、図１０から解るように、電極チップ３９の軸線ＣＯに沿った２つの方向のうち、溶融部３８から見て電極チップ３９側の方向は、第２実施形態では、後端方向ＢＤである。また、溶融部３８から見て台座部３７（電極本体）側の方向は、第２実施形態では、先端方向ＦＤである。したがって、第２実施形態の接地電極３０Ｂでは、先端方向ＦＤが、特許請求の範囲における第２方向に対応し、後端方向ＢＤが、特許請求の範囲における第１方向に対応する。
【０１２０】
Ｃ．変形例：
（１）上記第１実施形態および第２実施形態では、図１に示すように、スパークプラグ１００の軸線ＣＯと、電極チップ２９や接地電極３０の軸線とが、同一であるタイプのスパークプラグを例に挙げた。これに代えて、スパークプラグ１００の軸線ＣＯと、電極チップ２９や接地電極３０の軸線と、が交差するタイプ、例えば、直交するタイプのスパークプラグを採用しても良い。
【０１２１】
（２）上記第１実施形態では、ファイバーレーザが連続的に照射されることによって、２９の後端面の全体に接触する溶融部２８が形成されている。これに代えて、例えば、ファイバーレーザが間欠的に照射されることによって、溶融部２８が形成されてもよい。この場合であっても、電極チップ２９の軸線ＣＯ上において、電極チップ２９と溶融部２８とが接触する（図３の点Ｘ１）ように、十分な深さでレーザ溶接が行われることが好ましい。
【０１２２】
（３）なお、スパークプラグは、上記第１実施形態として説明した構成の中心電極２０（図３）と、上記第２実施形態として説明した構成の接地電極３０Ｂ（図１０）と、の両方を備えても良い。また、スパークプラグは、上記第１実施形態として説明した構成の中心電極２０（図３）と、公知の構成の接地電極と、を備えても良い。また、スパークプラグは、上記第２実施形態として説明した構成の接地電極３０Ｂ（図１０）と、公知の構成の中心電極と、を備えても良い。
【０１２３】
以上、本発明の実施形態および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態
および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種
々の態様での実施が可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
５...ガスケット、６...リング部材、８...板パッキン、９...タルク、１０...絶縁碍子、１３...脚長部、１５...段部、１６...段部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...鍔部、２０...中心電極、２１...電極本体、２２...芯材、２３...頭部、２４...鍔部、２５...脚部、２６...縮径部、２７...台座部、２８...溶融部、２９...電極チップ、３０...接地電極、３０Ｂ...接地電極、３０Ｂ...中心電極、３７...台座部、３８...溶融部、３９...電極チップ、４０...端子金具、４１...キャップ装着部、４２...鍔部、４３...脚部、５０...主体金具、５１...工具係合部、５２...取付ネジ部、５３...加締部、５４...シール部、５６...段部、５８...圧縮変形部、５９...挿入孔、６０...導電性シール、７０...抵抗体、８０...導電性シール、１００...スパークプラグ、３００...ファイバーレーザ照射装置
【図１】
2015088364.tif 000006
【図２】
2015088364.tif 000007
【図３】
2015088364.tif 000008
【図４】
2015088364.tif 000009
【図５】
2015088364.tif 000010
【図６】
2015088364.tif 000011
【図７】
2015088364.tif 000012
【図８】
2015088364.tif 000013
【図９】
2015088364.tif 000014
【図１０】
2015088364.tif 000015