(57)【要約】【課題】中心電極および接地電極の対向部にＩｒ合金チップを接合してなるスパークプラグにおいて、Ｉｒ合金チップにおける加工性の簡素化とレーザ溶接における接合性の確保の両立を図る。【解決手段】ハウジング１０内に絶縁碍子２０が保持され、この絶縁碍子２０内に保持された中心電極３０と接地電極４０の端部とが放電ギャップ７０を隔てて対向しており、中心電極３０と接地電極４０の放電ギャップ７０に面する部位に棒状のＩｒ合金からなるＩｒ合金チップ５０、６０が接合されてなる。Ｉｒ合金チップの軸と直交する断面の形状が非真円であり、この断面おいて、当該断面の外形線の少なくとも３箇所と接する仮想円のうち最も大きな直径Ａを有する外接円を想定し、この外接円と同一の中心を有し且つ最も大きな直径Ｂを有する内接円を想定したとき、二つの直径Ａ、Ｂの比Ｂ／Ａが０．８以上１．０未満である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極（３０）と、
前記中心電極を保持する絶縁碍子（２０）と、
前記絶縁碍子を保持固定するハウジング（１０）と、
一端部が前記ハウジングに接合され、他端部が前記中心電極と放電ギャップ（７０）を隔てて対向する接地電極（４０）とを備え、
前記中心電極と前記接地電極の少なくとも一方における前記放電ギャップに面する部位に、棒状のＩｒ合金からなるＩｒ合金チップ（５０、６０）が接合されてなるスパークプラグにおいて、
前記Ｉｒ合金チップの軸と直交する断面（５５）の形状が非真円であり、
前記断面おいて、前記断面の外形線の少なくとも３箇所と接する仮想円のうち最も大きな直径Ａを有する外接円（Ｃ１）を想定し、前記外接円と同一の中心を有し且つ最も大きな直径Ｂを有する内接円（Ｃ２）を想定したとき、
前記二つの直径Ａ、Ｂの比Ｂ／Ａが０．８以上１．０未満であり、
前記断面（５５）の外形線は、直線またはＲ部の７つ以上の要素を連結したものとして構成され、前記各要素において隣接する要素となす角度が１２５°以上２３５°以下であることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記比Ｂ／Ａは０．９６以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記外接円（Ｃ１）の直径Ａは０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記Ｉｒ合金チップ（５０、６０）は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物が含有されてなり、かつ融点が２０００℃以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記Ｉｒ合金チップ（５０、６０）の添加物は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｌ、Ｙ、Ｙ２Ｏ３から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項４に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
中心電極（３０）と、
前記中心電極を保持する絶縁碍子（２０）と、
前記絶縁碍子を保持固定するハウジング（１０）と、
一端部が前記ハウジングに接合され、他端部が前記中心電極と放電ギャップ（７０）を隔てて対向する接地電極（４０）とを備え、
前記中心電極と前記接地電極の少なくとも一方における前記放電ギャップに面する部位に、棒状のＩｒ合金からなるＩｒ合金チップ（５０、６０）を接合してなるスパークプラグの製造方法において、
前記Ｉｒ合金チップとして、その軸と直交する断面（５５）の形状が非真円であり、前記断面おいて、前記断面の外形線の少なくとも３箇所と接する仮想円のうち最も大きな直径Ａを有する外接円（Ｃ１）を想定し、前記外接円と同一の中心を有し且つ最も大きな直径Ｂを有する内接円（Ｃ２）を想定したとき、前記二つの直径Ａ、Ｂの比Ｂ／Ａが０．８以上１．０未満であって、
さらに、断面（５５）の外形線は、直線またはＲ部の７つ以上の要素を連結したものとして構成され、前記各要素において隣接する要素となす角度が１２５°以上２３５°以下であるものを用い、
前記Ｉｒ合金チップを、前記中心電極と前記接地電極の少なくとも一方における前記放電ギャップに面する部位にレーザ溶接にて全周溶接することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ギャップを隔てて対向する中心電極および接地電極の少なくとも一方の対向部に、Ｉｒ合金チップを接合してなる内燃機関用のスパークプラグおよびその製造方法に関し、例えば自動車、コージェネレーション、ガス圧送ポンプ等に使用されるスパークプラグに適用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スパークプラグは、中心電極と、中心電極を保持する絶縁碍子と、絶縁碍子を保持固定するハウジングと、一端部がハウジングに接合され他端部が中心電極と放電ギャップを隔てて対向する接地電極とを備える。
【０００３】
このようなスパークプラグにおいては、エンジンの高性能化・メンテナンスフリーなどにより長寿命化が要求され、中心電極や接地電極における対向部すなわち放電ギャップに面する部位である火花放電部に、Ｉｒ合金チップを配設している。
【０００４】
ここにおいて、Ｉｒ合金は電極母材（Ｎｉ合金等）に対して熱膨張係数の差が大きい。そのため、熱応力発生によるチップの脱落を防止するため、レーザ溶接により、Ｉｒ合金と電極母材の略中間の熱膨張係数を有する溶融層を形成させ、熱応力を低減させることで、接合性を確保している。
【０００５】
このレーザ溶接方法においては、予めＩｒ合金チップと電極母材とを抵抗溶接等により一体化させておき、これをチップの軸回りに回転させながらチップの全周にレーザを照射する。
【０００６】
ここで、レーザ溶接性は、照射位置におけるチップと電極母材の形状に大きく影響される。各照射位置に対して当該形状が均一でなければ、溶け込み方にばらつきが生じ、接合性を確保できない。そのため、従来では、Ｉｒ合金チップとしては、溶接時の回転に対して常に一定の形状となるように円柱状に加工されたものが用いられる。
【０００７】
しかしながら、Ｉｒ合金チップを円柱状に加工するためには、圧延加工や線引き加工等の多くの工程が必要となる（例えば、特許文献１参照）。また、従来では、加工コストを下げるため、軸と直交する断面形状が四角形や六角形のＩｒ合金チップとしたものをレーザ溶接することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特許第３０００９５５公報（第４−５頁、第３図、第５図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、このような断面四角形または六角形のチップでは、その頂角が小さいために、エッジ効果によって接合部への応力集中が引き起こされ、円柱状チップのようには、接合性が十分確保されないことがわかった。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、Ｉｒ合金チップにおける加工性の簡素化とレーザ溶接における接合性の確保の両立を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、Ｉｒ合金チップを円柱状にまで加工すればレーザ溶接における接合性を確保できるものの、その加工に多くの工程を要することから、チップを円柱状にしなくても、円柱状のチップと同程度の接合性を有することはできないか検討した。
【００１２】
つまり、棒状のＩｒ合金チップにおいて、その軸と直交する断面の形状を真円から外れたものすれば、チップの加工における工程を簡素化できるけれども、一方で、当該断面を非真円とした場合、接合性についてどこまで許容できるかについて検討した。
【００１３】
そこで、上記軸直交断面の外形線の少なくとも３箇所と接する仮想円のうち最も大きな直径Ａを有する外接円を想定し、この外接円と同一の中心を有し且つ最も大きな直径Ｂを有する内接円を想定した（図３参照）。
【００１４】
そして、Ｉｒ合金チップにおける非真円の度合を示すパラメータとして、上記の外接円の直径Ａと内接円の直径Ｂの比Ｂ／Ａを用いて、レーザ溶接における接合性を調べた。この比Ｂ／Ａが１に近いほど真円に近い断面形状であり、０に近いほど真円から外れた形状である。
【００１５】
その結果、この比Ｂ／Ａが真円に近い所定の範囲にあれば、上記チップの断面が真円であるものすなわち円柱状のＩｒ合金チップと同程度の接合性を確保できることを見出した（図８、図９参照）。本発明は、このような検討結果に基づいて実験的に見出されたものである。
【００１６】
すなわち請求項１に記載の発明では、中心電極（３０）と、中心電極を保持する絶縁碍子（２０）と、絶縁碍子を保持固定するハウジング（１０）と、一端部がハウジングに接合され他端部が中心電極と放電ギャップ（７０）を隔てて対向する接地電極（４０）とを備え、中心電極と接地電極の少なくとも一方における放電ギャップに面する部位に、棒状のＩｒ合金からなるＩｒ合金チップ（５０、６０）が接合されてなるスパークプラグにおいて、Ｉｒ合金チップの軸と直交する断面（５５）の形状が非真円であり、この断面おいて、当該断面の外形線の少なくとも３箇所と接する仮想円のうち最も大きな直径Ａを有する外接円（Ｃ１）を想定し、この外接円と同一の中心を有し且つ最も大きな直径Ｂを有する内接円（Ｃ２）を想定したとき、二つの直径Ａ、Ｂの比Ｂ／Ａが０．８以上１．０未満であり、断面（５５）の外形線は、直線またはＲ部の７つ以上の要素を連結したものとして構成され、前記各要素において隣接する要素となす角度が１２５°以上２３５°以下であることを特徴とする。
【００１７】
それによれば、Ｉｒ合金チップの軸と直交する断面の形状を非真円としており、角柱等の非円柱形状のＩｒ合金チップとすることができるため、チップを円柱状にまで加工する場合に比べて加工コストを下げることができ、加工性の簡素化が図れる。
【００１８】
また、このようなチップ断面形状を非真円のものとしても、上記比Ｂ／Ａを０．８以上１．０未満とすれば、円柱状のＩｒ合金チップと同程度の接合性を確保できることを実験的に確認することができた。
【００１９】
また、上記比Ｂ／Ａの範囲を実現するチップ断面としては、断面（５５）の外形線が、直線またはＲ部の７つ以上の要素を連結したものとして構成され、各要素において隣接する要素となす角度が１２５°以上２３５°以下であるような構成を採用できる。
【００２０】
よって、本発明によれば、Ｉｒ合金チップにおける加工性の簡素化とレーザ溶接における接合性の確保の両立を図ることのできるスパークプラグを提供することができる。
【００２１】
ここで、上記比Ｂ／Ａの上限としては、請求項２に記載の発明のように、０．９６以下にすることができる。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明のように、外接円（Ｃ１）の直径Ａは０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。これは次の理由による。
【００２３】
外接円の直径Ａが０．３ｍｍよりも小さいと、耐消耗性に優れるＩｒ合金チップであっても、チップの熱容量が小さすぎてチップ温度上昇による消耗の促進により寿命を確保できにくくなる。一方、外接円の直径Ａが１．５ｍｍよりも大きくなると、レーザ溶接で緩和層としての溶融層を形成させても、チップサイズが大きすぎて、接合性を確保できるだけの熱応力の緩和ができにくくなる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明では、Ｉｒ合金チップ（５０、６０）は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物が含有されてなり、かつ融点が２０００℃以上であることを特徴とする。
【００２５】
これは、Ｉｒ合金として耐消耗性を確保するには、融点が２０００℃以上であれば高融点であるＩｒの特長を活かし、火花消耗に十分耐えることができるためである。また、添加物を加えない純Ｉｒをチップに用いた場合、Ｉｒの酸化揮発という問題がある。
【００２６】
この酸化揮発を抑制する有効な添加物としては、請求項５に記載の発明のように、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｌ、Ｙ、Ｙ２Ｏ３から選択される少なくとも１種を採用することができる。これら添加物が、エンジン使用中にチップ表面で被膜を形成することによりＩｒの酸化揮発を抑制する。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明では、中心電極（３０）と、中心電極を保持する絶縁碍子（２０）と、絶縁碍子を保持固定するハウジング（１０）と、一端部がハウジングに接合され他端部が中心電極と放電ギャップ（７０）を隔てて対向する接地電極（４０）とを備え、中心電極と接地電極の少なくとも一方における放電ギャップに面する部位に、棒状のＩｒ合金からなるＩｒ合金チップ（５０、６０）を接合してなるスパークプラグの製造方法において、上記請求項１に記載のＩｒ合金チップを用いたものである。
【００２８】
すなわち、Ｉｒ合金チップとして、その軸と直交する断面（５５）の形状が非真円であり、この断面おいて当該断面の外形線の少なくとも３箇所と接する仮想円のうち最も大きな直径Ａを有する外接円（Ｃ１）を想定し、この外接円と同一の中心を有し且つ最も大きな直径Ｂを有する内接円（Ｃ２）を想定したとき、二つの直径Ａ、Ｂの比Ｂ／Ａが０．８以上１．０未満であって、さらに、断面（５５）の外形線が、直線またはＲ部の７つ以上の要素を連結したものとして構成され、且つ前記各要素において隣接する要素となす角度が１２５°以上２３５°以下であるものを用い、このＩｒ合金チップを、中心電極と接地電極の少なくとも一方における放電ギャップに面する部位にレーザ溶接にて全周溶接することを特徴とする。
【００２９】
それによれば、請求項１に記載のスパークプラグを適切に製造しうるスパークプラグの製造方法を提供することができる。なお、本製造方法において用いられるＩｒ合金チップとしては、上記請求項２〜請求項５に記載のものとしても良い。
【００３０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係るスパークプラグＳ１の全体構成を示す半断面図である。また、図２は、図１のスパークプラグＳ１における火花放電部近傍の拡大断面図である。
【００３２】
このスパークプラグＳ１は、自動車用エンジンの点火栓等に適用されるものであり、該エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に挿入されて固定されるようになっている。
【００３３】
スパークプラグＳ１は、導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼等）等よりなる筒形状の取付金具（ハウジング）１０を有しており、この取付金具１０は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部１０ａを備えている。取付金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ２Ｏ３）等からなる絶縁碍子２０が固定されており、この絶縁碍子２０の一端部２１は、取付金具１０の一端部１１から露出するように設けられている。
【００３４】
絶縁碍子２０の軸孔２２には中心電極３０が固定されており、この中心電極３０は取付金具１０に対して絶縁保持されている。中心電極３０は、例えば、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金といった耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、図２に示すように、その一端部３１が、絶縁碍子２０の一端部２１から露出して延びるように設けられている。
【００３５】
一方、接地電極４０はＮｉ基合金等よりなり、その一端部４１にて取付金具１０の一端部１１に溶接により固定され、途中で曲げられて、その他端部４２側が中心電極３０の一端部３１と対向するように中心電極３０側へ延びる柱状（例えば角柱）をなす。
【００３６】
また、中心電極３０の一端部３１には、棒状のＩｒ合金よりなるＩｒ合金チップ（中心電極側チップ）５０が接合され、さらに、接地電極４０の他端部４２には、棒状のＩｒ合金よりなるＩｒ合金チップ（接地電極側チップ）６０が接合されている。そして、これら両チップ５０、６０の間に放電ギャップ７０が形成されている。
【００３７】
ここで、図２に示す様に、電極母材である中心電極３０および接地電極４０とチップ５０、６０とは、レーザ溶接を用いた全周溶接により接合されている。それにより、電極母材３０、４０と棒状チップ５０、６０の一端側とは、レーザ溶接により形成された溶融層３５、４５を介して接合されている。
【００３８】
なお、本例では、放電ギャップ７０を隔てて対向する中心電極３０と接地電極４０の両方における放電ギャップ７０に面する部位に、Ｉｒ合金チップ５０、６０が接合されているが、それ以外に、中心電極３０側のみあるいは接地電極４０側のみにＩｒ合金チップが設けられたものでも良い。
【００３９】
また、各Ｉｒ合金チップ５０、６０は、５０重量％以上のＩｒに少なくとも１種の添加物が含有されてなり、かつ融点が２０００℃以上であることが好ましい。そして、この添加物としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｌ、Ｙ、Ｙ２Ｏ３から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００４０】
これは、Ｉｒ合金として耐消耗性を確保するには、融点が２０００℃以上であれば高融点であるＩｒの特長を活かし、火花消耗に十分耐えることができるためである。
【００４１】
また、添加物を加えない純Ｉｒをチップに用いた場合、Ｉｒの酸化揮発という問題があるが、この酸化揮発を抑制する有効な添加物として上記した物質を採用することにより、これら添加物が、エンジン使用中にチップ表面で被膜を形成してＩｒの酸化揮発を抑制する。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、棒状のＩｒ合金チップ５０、６０における軸と直交する断面（以下、チップ断面という）の形状を非真円とした独自の構成を採用している。図３（ａ）、（ｂ）は、Ｉｒ合金チップ５０、６０におけるチップ断面５５を示す図であり、（ａ）は正八角形、（ｂ）は非対称な八角形である。
【００４３】
そして、図３に示すように、チップ断面５５おいて、チップ断面５５の外形線の少なくとも３箇所と接する仮想円のうち最も大きな直径Ａを有する外接円Ｃ１を想定し、外接円Ｃ１と同一の中心を有し且つ最も大きな直径Ｂを有する内接円Ｃ２を想定した。
【００４４】
図３（ａ）では、外接円Ｃ１は正八角形の八つすべての頂角と接し、内接円Ｃ２は八つすべての辺と接している。また、図３（ｂ）では外接円Ｃ１は上半分の四つの頂角と接し、内接円Ｃ２は上下二つの辺と接している。そして、本実施形態では、二つの直径Ａ、Ｂの比Ｂ／Ａを０．８以上１．０未満とした構成を採用している。
【００４５】
このスパークプラグＳ１は、基本的には周知の製造方法を用いて製造することができるが、電極母材３０、４０へのＩｒ合金チップ５０、６０の接合方法について、図４を参照して述べておく。なお、図４は中心電極３０へチップ５０を接合する場合について示すものであるが、接地電極４０側も同様に行うことができる。
【００４６】
まず、Ｉｒ合金チップ５０、６０については、上述した特許文献１に記載されている方法に基づいて、Ｉｒ合金のインゴットから圧延加工や線引き加工、切断等を行うことにより作製することができる。
【００４７】
図４（ａ）に示すように、予めＩｒ合金チップ５０と電極母材である中心電極３０の一端部３１とを抵抗溶接等により一体化させておき、これをチップ５０の軸回りに回転させながらチップ５０の全周にレーザＲを照射する。図示例では、中心電極３０の一端部３１に盛り上がった径小部を設け、レーザＲを横方向から照射して径小部を溶かし込むようにしている。
【００４８】
こうして、図４（ｂ）に示すように、電極母材とＩｒ合金とが溶け合わさってなる溶融層３５を介して、中心電極３０と棒状チップ５０の一端側とが接合される。なお、この溶融層３５は、上述したように、Ｉｒ合金と電極母材の略中間の熱膨張係数を有するもので、熱応力を低減させるものである。
【００４９】
次に、本実施形態において、比Ｂ／Ａを０．８以上１．０未満とした構成を採用した根拠について述べる。この構成を採用した根拠は、以下に述べるような、チップ断面形状と接合性との関係について検討した結果に基づくものである。
【００５０】
図５に示すように、棒状のＩｒ合金チップとしてチップ断面５５の断面形状が正多角形であるものを作製した。具体的には、図５に示すように、（ａ）正四角形（正方形）、（ｂ）正六角形、（ｃ）正七角形、（ｄ）正八角形、（ｅ）正十二角形とし、比較のために（ｆ）真円のものも作製した。これら図５に示すＩｒ合金チップを「サンプル１」とする。
【００５１】
ここで、図５に示す各々の正多角形のものについては、各頂角の点を結ぶ外接円Ｃ１の直径Ａがφ０．７ｍｍのものとした。また、真円のものについてはその直径がφ０．７ｍｍのものとした。
【００５２】
また、Ｉｒ合金チップにおけるチップ断面５５を形成する多角形の対称度の限界を把握するために、チップ断面５５が八角形のものについて、上記比Ｂ／Ａを０．７〜０．９２（０．９２は正八角形）と変えたものを作製した。このような種々の比Ｂ／Ａを有する断面八角形のＩｒ合金チップを「サンプル２」とする。
【００５３】
この検討に用いたサンプル１および２のＩｒ合金チップの組成はＩｒ−１０重量％Ｒｈ（９０重量％のＩｒと１０重量％のＲｈの合金）であり、このＩｒ合金チップを溶接する電極母材は耐熱Ｎｉ合金とした。そして、サンプル１、２のチップと電極母材との接合は、上記図４に示した方法に準じ、接合界面全周にわたりレーザ溶接を８点照射することにより行った。
【００５４】
接合性の評価は、次のように行った。２０００ｃｃのエンジンにおいてスロットル全開（６０００ｒｐｍ）を１分間とアイドルを１分間という条件の冷熱試験を３０００サイクル実施した。これは市場で１０万ｋｍ走行に相当するものである。そして、このような冷熱試験において接合性は、図６に示すような剥離率にて評価した。
【００５５】
図６に示す様に、電極母材３０とＩｒ合金チップ５０との初期の接合界面の長さ（接合部長さ）Ｘに対する、上記冷熱試験後に剥離した部分の長さ（剥離長さ）Ｙ１、Ｙ２の割合、すなわち（Ｙ１＋Ｙ２／Ｘ）×１００（％）を剥離率とした。そして、この剥離率が２５％以下ならば、接合性が確保されたと判断することができる。
【００５６】
このような冷熱試験および剥離率の評価を、サンプル１、サンプル２のＩｒ合金チップを電極母材に接合したものについて行った。その結果を図７〜図９に示す。
【００５７】
図７はサンプル１の結果、つまり、チップ断面５５を種々の多角形に変えていったときの剥離率の変化を示す図である。また、図８は同じくサンプル１の結果であるが、こちらは、チップ断面５５を種々の多角形に変えていったときの比Ｂ／Ａと剥離率との関係を示す図である。また、図９はサンプル２の結果であり、八角形のチップ断面において形状の対称性を変えていったときの比Ｂ／Ａと剥離率との関係を示す図である。
【００５８】
図７、図８から、チップ断面形状が六角形でも剥離率の目標は確保しているが、真円よりは劣っており、チップ断面形状が七角形以上の多角形であれば真円と同程度の接合信頼性を確保できるといえる。
【００５９】
六角形以下の多角形では、顕微鏡観察等によって溶け込み方のばらつきが大きいことが確認されており、頂角部付近を照射した部位での溶け込み深さが浅いことやエッジ効果による応力集中が発生すること等によって、接合性が低下したと考えられる。
【００６０】
また、図９から、比Ｂ／Ａが０．８以上であれば、真円と同程度の接合性を確保できている。これは、比Ｂ／Ａが０．８以上であれば。レーザ溶接による溶け込みがばらついても、そのばらつきが小さくなるためである。
【００６１】
また、チップ断面を構成する多角形の頂角が小さいほど応力が集中し、接合性へ悪影響が発生するが、以上の結果を考慮すると、頂角は１２５°以上であればよい。これは、図７、図８に示したように、真円と同程度の接合性を確保可能な七角形以上の多角形であるチップ断面を適切に実現するための頂角の大きさである。
【００６２】
また、チップ断面を構成する多角形の一部あるいは全部の辺が直線ではなく、Ｒ形状の線であるＲ部であっても、隣り合う辺同士がなす角度が上記角度の関係を満足していれば、接合性の確保は可能であるといえる。
【００６３】
さらに、そのような多角形の角部が凸状でなく凹状であってもよい。凹状の角部の場合も、エッジ効果による応力集中が凸状の角部（頂角）の場合と同程度に低減可能なものとするため、角部が凹状の場合は、その角度を２３５°以下とすれば良い。
【００６４】
このような検討結果に基づいて、本実施形態では、チップ断面（軸直交断面）５５の形状が非真円であるＩｒ合金チップ５０、６０において、チップ断面５５における上記外接円Ｃ１の直径Ａと上記内接円Ｃ２の直径Ｂとの比Ｂ／Ａが０．８以上１．０未満である構成を採用している。
【００６５】
それによれば、Ｉｒ合金チップ５０、６０のチップ断面５５の形状を非真円としており、角柱等の非円柱形状のＩｒ合金チップとすることができるため、チップを円柱状にまで加工する場合に比べて加工コストを下げることができ、加工性の簡素化が図れる。
【００６６】
そして、このようなチップ断面形状を非真円のものとしても、上記比Ｂ／Ａを０．８以上１．０未満とすることで、円柱状のＩｒ合金チップと同程度の接合性を確保できることを実験的に確認することができた。
【００６７】
よって、本実施形態によれば、Ｉｒ合金チップにおける加工性の簡素化とレーザ溶接における接合性の確保の両立を図ることのできるスパークプラグを提供することができる。
【００６８】
ここで、上記比Ｂ／Ａの上限としては０．９６以下にすることができる。この比Ｂ／Ａ＝０．９６は、上記図８に示す実験結果において、チップ断面が正十二角形の場合における比Ｂ／Ａの値であり、本検討例において接合性の確保が確認されている値の上限である。
【００６９】
また、上記比Ｂ／Ａの範囲を実現するチップ断面５５としては、チップ断面５５の外形線が、直線またはＲ部の７つ以上の要素（辺）を連結したものとして構成され、各要素において隣接する要素となす角度が１２５°以上２３５°以下であるような構成を採用できる。この理由は上述の通りである。
【００７０】
ここで、チップ断面５５の外形線がＲ部を構成要素として有する例を図１０に示す。この図１０（ａ）〜（ｅ）に示すようなＩｒ合金チップ５０、６０でも良い。なお、図１０中、（ｃ）、（ｄ）は隣り合う要素同士のなす角部が凹状の場合を示している。また、（ｅ）は楕円であるが、この場合は短半径／長半径が０．８以上１．０未満であればよい。
【００７１】
さらに、本実施形態においては、上記外接円Ｃ１の直径Ａは０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。これは次の理由による。
【００７２】
外接円Ｃ１の直径Ａが０．３ｍｍよりも小さいと、耐消耗性に優れるＩｒ合金チップであっても、チップの熱容量が小さすぎてチップ温度上昇による消耗の促進により寿命を確保できにくくなる。一方、外接円Ｃ１の直径Ａが１．５ｍｍよりも大きくなると、レーザ溶接で緩和層としての溶融層を形成させても、チップサイズが大きすぎて、接合性を確保できるだけの熱応力の緩和ができにくくなる。
【００７３】
また、本実施形態では、Ｉｒ合金チップ５０、６０を、電極母材である中心電極と接地電極における放電ギャップ７０に面する部位にレーザ溶接にて全周溶接することで、チップの接合を行う。
【００７４】
ここで、同一条件にてレーザ溶接を行えば、接合界面における任意の場所へ照射をしても接合信頼性を確保できる。例えば、図１１は、チップ断面形状が正八角形であるＩｒ合金チップ３０と電極母材３０とを一体化した状態でレーザ溶接する場合において同じ溶接条件で８点照射するときに、（ａ）辺部のみに照射する例、（ｂ）頂角のみに照射する例を示す図である。
【００７５】
この図１１において、正八角形の頂角のみに照射しても、辺部のみに照射しても、さらには、一部頂角で一部辺部というように照射しても、接合信頼性を確保できることを確認している。つまり、本実施形態によれば、チップの形状に応じた溶接条件の変更や、照射位置を特定するといった制約が省けるという利点がある。
【００７６】
また、上記図４では、中心電極３０の一端部３１に盛り上がった径小部を設け、レーザＲを横方向から照射して径小部を溶かし込むようにしているが、このような径小部を設けなくても良い。
【００７７】
例えば、図１２（ａ）に示すように、径小部を設けない電極母材３０の端面にＩｒ合金チップ５０を一体化したり、図１２（ｂ）に示すように、チップ５０を一部埋設した状態で、斜め方向からレーザＲを照射しても良い。つまり、レーザ溶接されるチップと電極母材との関係や照射角度についての制約も少ないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの全体構成を示す半断面図である。
【図２】図１のスパークプラグにおける火花放電部近傍の拡大断面図である。
【図３】図１のスパークプラグにおけるＩｒ合金チップの軸と直交する断面（チップ断面）を示す図である。
【図４】電極母材へのＩｒ合金チップの接合方法を示す図である。
【図５】本発明者らが検討に用いたＩｒ合金チップにおける各種のチップ断面形状を示す図である。
【図６】接合性の評価パラメータとしての剥離率を示す図である。
【図７】チップ断面を種々の多角形に変えていったときの剥離率の変化を示す図である。
【図８】チップ断面を種々の多角形に変えていったときの比Ｂ／Ａと剥離率との関係を示す図である。
【図９】八角形のチップ断面において形状の対称性を変えていったときの比Ｂ／Ａと剥離率との関係を示す図である。
【図１０】チップ断面形状の種々の他の例を示す図である。
【図１１】チップ断面形状が正八角形であるＩｒ合金チップと電極母材とを一体化した状態でレーザ溶接する場合において（ａ）辺部のみに照射する例、（ｂ）頂角のみに照射する例を示す図である。
【図１２】レーザ溶接方法の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…ハウジングとしての取付金具、２０…絶縁碍子、３０…中心電極、
４０…接地電極、５０、６０…Ｉｒ合金チップ、
５５…Ｉｒ合金チップのチップ断面、Ｃ１…外接円、Ｃ２…内接円。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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