(57)【要約】【課題】貴金属チップの脱落防止を図るとともに、耐消耗性の向上を図る。【解決手段】スパークプラグ１は、絶縁碍子２と、中心電極５と、主体金具３と、接地電極２７と、両電極５，２７のうち少なくとも一方に接合された貴金属チップとを備える。貴金属チップは、自身の側面側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された溶融部を介して電極５，２７に接合されており、貴金属チップの中心軸を含む所定の断面において、貴金属チップは、その一端面の３／４以上が電極５，２７に接合されている。溶融部のうち最も厚い部分の厚さをＴＸ（ｍｍ）とし、前記レーザービーム等の照射方向における溶融部のうち最も長い部分の長さをＬＸ（ｍｍ）としたとき、１．５≦ＬＸ／ＴＸを満たし、所定の２直線のなす角度αＸ又は角度αＹについて、−１５≦αＸ（αＹ）≦２５を満たす。【選択図】      図３
2012014996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部に配置された接地電極と、
自身の一端面が前記接地電極の先端部に接合され、自身の他端面が前記中心電極の先端部との間に間隙を形成する柱体の貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、自身の側面側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された自身と前記接地電極とが溶け合ってなる溶融部を介して前記接地電極に接合されており、
前記溶融部は、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、前記接地電極の表面に露出する露出面を備え、
前記貴金属チップの中心軸を含むとともに、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の前記接地電極の側面と直交する断面において、
前記貴金属チップは、自身の一端面の３／４以上が前記接地電極に接合されるとともに、
前記貴金属チップの中心軸方向における前記溶融部の厚さのうち、最も厚い部分の厚さをＴＸ（ｍｍ）とし、前記レーザービーム又は電子ビームの照射方向における前記溶融部の長さのうち、最も長い部分の長さをＬＸ（ｍｍ）とした場合において、１．５≦ＬＸ／ＴＸを満たし、
前記溶融部と前記貴金属チップとの境界のうち、前記露出面側に位置する前記貴金属チップの一方の側面の外形線と前記貴金属チップの中心軸との中間に位置する部位ＡＸ、及び、前記貴金属チップの他方の側面の外形線と前記貴金属チップの中心軸との中間に位置する部位ＢＸを通る第１直線を引き、
前記部位ＢＸを通り、前記貴金属チップの他端面の外形線に沿って延びる第２直線を引き、
前記第１直線と前記第２直線とのなす角のうち鋭角の角度αＸ（°）について、前記第２直線を基準として、前記貴金属チップ側に前記角度αＸが形成されたときを＋側、前記接地電極側に前記角度αＸが形成されたときを−側としたとき、
−１５≦αＸ≦２５
を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記貴金属チップは、自身の一端面の全域が前記接地電極に接合されるとともに、
前記貴金属チップの中心軸を含むとともに、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の前記接地電極の側面と直交する断面において、
前記溶融部と前記貴金属チップとの境界のうち、前記貴金属チップの一方の側面の外形線と交差する部位ＣＸ、及び、前記貴金属チップの他方の側面の外形線と交差する部位ＤＸを通る第３直線を引き、
前記部位ＤＸを通り、前記貴金属チップの他端面の外形線に沿って延びる第４直線を引き、
前記第３直線と前記第４直線とのなす角のうち鋭角の角度βＸ（°）について、前記第４直線を基準として、前記貴金属チップ側に前記角度βＸが形成されたときを＋側、前記接地電極側に前記角度βＸが形成されたときを−側としたとき、
−１５≦βＸ≦２５
を満たす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】
前記第１直線と前記第３直線とのなす角のうち鋭角の角度γＸを１５°以下としたことを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
レーザービーム又は電子ビームを照射することで、前記溶融部を形成し、前記貴金属チップを前記接地電極に接合する接合工程と、
前記接合工程の後、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側における、前記溶融部及び前記接地電極を切断する切断工程とを含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【請求項５】
前記切断工程において、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側における、前記溶融部、前記接地電極、及び、前記貴金属チップを切断することを特徴とする請求項４に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項６】
軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
自身の一端面が前記中心電極の先端部に接合された柱体の貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、自身の側面側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶融部を介して前記中心電極に接合されており、
前記溶融部は、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、前記中心電極の表面に露出する露出面を備え、
前記貴金属チップの中心軸を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記貴金属チップは、自身の一端面の３／４以上が前記中心電極に接合されるとともに、
前記貴金属チップの中心軸方向における前記溶融部の厚さのうち、最も厚い部分の厚さをＴＹ（ｍｍ）とし、前記レーザービーム又は電子ビームの照射方向における前記溶融部の長さのうち、最も長い部分の長さをＬＹ（ｍｍ）とした場合において、１．５≦ＬＹ／ＴＹを満たし、
前記溶融部と前記貴金属チップとの境界のうち、前記露出面側に位置する前記貴金属チップの一方の側面の外形線と前記貴金属チップの中心軸との中間に位置する部位ＡＹ、及び、前記貴金属チップの他方の側面の外形線と前記貴金属チップの中心軸との中間に位置する部位ＢＹを通る第５直線を引き、
前記部位ＢＹを通り、前記貴金属チップの他端面の外形線に沿って延びる第６直線を引き、
前記第５直線と前記第６直線とのなす角のうち鋭角の角度αＹ（°）について、前記第６直線を基準として、前記貴金属チップ側に前記角度αＹが形成されたときを＋側、前記中心電極側に前記角度αＹが形成されたときを−側としたとき、
−１５≦αＹ≦２５
を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項７】
前記貴金属チップは、自身の一端面の全域が前記中心電極に接合されるとともに、
前記貴金属チップの中心軸を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記溶融部と前記貴金属チップとの境界のうち、前記貴金属チップの一方の側面の外形線と交差する部位ＣＹ、及び、前記貴金属チップの他方の側面の外形線と交差する部位ＤＹを通る第７直線を引き、
前記部位ＤＹを通り、前記貴金属チップの他端面に沿って延びる第８直線を引き、
前記第７直線と前記第８直線とのなす角のうち鋭角の角度βＹ（°）について、前記第８直線を基準として、前記貴金属チップ側に前記角度βＹが形成されたときを＋側、前記中心電極側に前記角度βＹが形成されたときを−側としたとき、
−１５≦βＹ≦２５
を満たすことを特徴とする請求項６に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記第５直線と前記第７直線とのなす角のうち鋭角の角度γＹを１５°以下としたことを特徴とする請求項７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、内燃機関等に使用されるスパークプラグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等の燃焼装置に使用されるスパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる中心電極と、中心電極の外周に設けられる絶縁体と、絶縁体の外側に組付けられる筒状の主体金具と、基端部が主体金具の先端部に接合される接地電極とを備える。接地電極は、その先端部が中心電極の先端部と対向するように、自身の略中間部分が曲げ返して配置され、これにより中心電極の先端部及び接地電極の先端部の間に火花放電間隙が形成される。
【０００３】
また近年では、中心電極や接地電極の先端部のうち、火花放電間隙を形成する部位に貴金属チップを設け、耐消耗性の向上を図る技術が知られている。貴金属チップと接地電極等の接合に際しては、一般的にＹＡＧレーザーによるレーザー溶接が用いられる（例えば、特許文献１等参照）。すなわち、貴金属チップと接地電極等との境界部分の外周にレーザービームを間欠的に照射し、それぞれの成分を溶融させてなる溶融部を形成することで、貴金属チップと接地電極等とが接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、十分な接合強度を維持すべく、溶融部をより接地電極等の内側に入り込ませるためには、照射エネルギーの増大が必要とされるが、ＹＡＧレーザーを用いた場合には、外周面（照射面）側において溶融部のボリュームが比較的大きなものとなってしまう。そのため、溶融部の外周面側が火花放電間隙側に露出してしまったり、外周面側において貴金属チップが極めて薄肉になってしまったりするおそれがある。その結果、貴金属チップを設けたことによる耐消耗性の向上という作用効果が十分に奏されないことが懸念される。
【０００６】
これに対して、レーザービームの照射エネルギーを減少させることで、溶融部のボリュームを小さくし、火花放電間隙側への溶融部の露出を防止することが考えられる。ところが、溶融部の減少は、貴金属チップと接地電極等との間の接合強度の低下を招いてしまう。そのため、貴金属チップと溶融部と境界部分における酸化スケールの進展を招いてしまい、結果として、貴金属チップの脱落という事態が生じてしまうおそれがある。
【０００７】
尚、貴金属チップを厚肉化することで、溶融部の火花放電間隙側への露出を防止することも考えられる。ところが、貴金属チップを構成する貴金属合金は高価であるため、貴金属チップを厚肉なものとすれば、製造コストが著しく増大してしまうおそれがある。むしろ、製造コストの抑制を図るべく、貴金属チップの薄肉化を図りたいのが実情である。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストの増大を抑制しつつ、貴金属チップの脱落防止を図るとともに、耐消耗性の向上を図ることができるスパークプラグ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【００１０】
構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部に配置された接地電極と、
自身の一端面が前記接地電極の先端部に接合され、自身の他端面が前記中心電極の先端部との間に間隙を形成する柱体の貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、自身の側面側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された自身と前記接地電極とが溶け合ってなる溶融部を介して前記接地電極に接合されており、
前記溶融部は、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、前記接地電極の表面に露出する露出面を備え、
前記貴金属チップの中心軸を含むとともに、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の前記接地電極の側面と直交する断面において、
前記貴金属チップは、自身の一端面の３／４以上が前記接地電極に接合されるとともに、
前記貴金属チップの中心軸方向における前記溶融部の厚さのうち、最も厚い部分の厚さをＴＸ（ｍｍ）とし、前記レーザービーム又は電子ビームの照射方向における前記溶融部の長さのうち、最も長い部分の長さをＬＸ（ｍｍ）とした場合において、１．５≦ＬＸ／ＴＸを満たし、
前記溶融部と前記貴金属チップとの境界のうち、前記露出面側に位置する前記貴金属チップの一方の側面の外形線と前記貴金属チップの中心軸との中間に位置する部位ＡＸ、及び、前記貴金属チップの他方の側面の外形線と前記貴金属チップの中心軸との中間に位置する部位ＢＸを通る第１直線を引き、
前記部位ＢＸを通り、前記貴金属チップの他端面の外形線に沿って延びる第２直線を引き、
前記第１直線と前記第２直線とのなす角のうち鋭角の角度αＸ（°）について、前記第２直線を基準として、前記貴金属チップ側に前記角度αＸが形成されたときを＋側、前記接地電極側に前記角度αＸが形成されたときを−側としたとき、
−１５≦αＸ≦２５
を満たすことを特徴とする。
【００１１】
尚、「前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の前記接地電極の側面と直交する断面」とあるのは、レーザービーム等の照射方向に沿った断面を意味する。
【００１２】
上記構成１によれば、貴金属チップの中心軸を含み、レーザービーム等の照射方向に沿った断面において、貴金属チップの一端面（底面）の３／４以上が接地電極に対して接合されている。すなわち、貴金属チップの一端面と接地電極との間に十分に広い溶融部が介在している。従って、熱膨張に伴い生じる、貴金属チップと接地電極との間における熱応力差を溶融部によってより確実に吸収することができ、貴金属チップ及び接地電極と溶融部との境界部分における酸化スケールの進展を抑制することができる。その結果、貴金属チップの脱落をより確実に防止することができる。
【００１３】
一方で、広い溶融部を形成することで、溶融部のうち特にレーザービーム等が照射された側の部位（露出面側の部位）においてボリュームが増大してしまうことが懸念されるが、上記構成１によれば、溶融部のうち最も厚い部分の厚さＴＸ（ｍｍ）と、前記溶融部のうち最も長い部分の長さＬＸ（ｍｍ）とについて、１．５≦ＬＸ／ＴＸを満たすように構成されている。従って、上述のような広い溶融部を形成しても、溶融部の厚さを十分に小さなものに抑えることができ、ひいては溶融部のボリュームを比較的小さなものとすることができる。これにより、貴金属チップのうち接合時に溶融してしまう部分を減少させることができ、製造コストの増大抑制を図るべく、貴金属チップとして比較的薄いものを用いたとしても、接合後において貴金属チップが十分な厚さを有するものとすることができる。
【００１４】
さらに、上記構成１によれば、第１直線と第２直線とのなす角のうち鋭角の角度αＸ（°）について、−１５≦αＸ≦２５を満たすように、すなわち、貴金属チップの他端面に対して、溶融部のうち貴金属チップの一端面の中央部分と接触する部位の傾きが比較的小さくなるように構成されている。このように構成することで、溶融部の先端部（レーザービーム等が照射された部位の反対側）や露出面側の部位が貴金属チップに対して過度に入り込んだ形状となってしまうこと、換言すれば、貴金属チップにおいて過度に薄肉な部分が形成されてしまうことをより確実に防止できる。その結果、貴金属チップの消耗の初期段階（耐久性に優れる貴金属チップが十分に存在している段階）において、貴金属チップに比べて耐消耗性に劣る溶融部が、前記間隙側に露出してしまうといった事態を効果的に抑制することができる。
【００１５】
以上のように、上記構成１によれば、１．５≦ＬＸ／ＴＸ、及び、−１５≦αＸ≦２５を満たすことで、比較的薄肉な貴金属チップを用いても、溶接後において貴金属チップの厚さを十分に維持することができるとともに、消耗初期における間隙側に対する溶融部の露出を効果的に抑制することができる。その結果、製造コストの抑制を図りつつ、耐消耗性を飛躍的に向上させることができる。
【００１６】
構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記貴金属チップは、自身の一端面の全域が前記接地電極に接合されるとともに、
前記貴金属チップの中心軸を含むとともに、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の前記接地電極の側面と直交する断面において、
前記溶融部と前記貴金属チップとの境界のうち、前記貴金属チップの一方の側面の外形線と交差する部位ＣＸ、及び、前記貴金属チップの他方の側面の外形線と交差する部位ＤＸを通る第３直線を引き、
前記部位ＤＸを通り、前記貴金属チップの他端面の外形線に沿って延びる第４直線を引き、
前記第３直線と前記第４直線とのなす角のうち鋭角の角度βＸ（°）について、前記第４直線を基準として、前記貴金属チップ側に前記角度βＸが形成されたときを＋側、前記接地電極側に前記角度βＸが形成されたときを−側としたとき、
−１５≦βＸ≦２５
を満たすことを特徴とする。
【００１７】
上記構成２によれば、貴金属チップの一端面の全域が接地電極に対して接合されているため、貴金属チップと接地電極との間における熱応力差を溶融部によってより一層確実に吸収することができる。その結果、貴金属チップ等と溶融部との境界部分における酸化スケールの進展をより効果的に抑制することができ、貴金属チップの脱落をより一層確実に防止することができる。
【００１８】
また、上記構成２によれば、第３直線と第４直線とのなす角のうち鋭角の角度βＸ（°）について、−１５≦βＸ≦２５を満たすように、すなわち、貴金属チップの他端面と、溶融部のうち貴金属チップと接触する部位とがほぼ平行となるように構成されている。従って、貴金属チップの一部に薄肉な部分が形成されてしまうことを防止でき、貴金属チップの消耗に伴う溶融部の間隙側への露出をより効果的に抑制することができる。その結果、耐消耗性の更なる向上を図ることができる。
【００１９】
構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成２において、前記第１直線と前記第３直線とのなす角のうち鋭角の角度γＸを１５°以下としたことを特徴とする。
【００２０】
上記構成３によれば、第１直線と第３直線とのなす角の角度γＸが１５°以下とされている。つまり、溶融部のうち貴金属チップと接触する部分が略平坦状となっており、貴金属チップに対する溶融部の入り込みが極力抑制されるように構成されている。従って、貴金属チップの消耗時における溶融部の間隙側への露出を一層抑制することができ、耐消耗性をさらに向上させることができる。
【００２１】
構成４．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
レーザービーム又は電子ビームを照射することで、前記溶融部を形成し、前記貴金属チップを前記接地電極に接合する接合工程と、
前記接合工程の後、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側における、前記溶融部及び前記接地電極を切断する切断工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
上記構成４によれば、切断工程により、レーザービーム等を接地電極の先端面側から照射した場合には、貴金属チップに対する接地電極先端部の突き出し量を減少させることができ、また、レーザービーム等を接地電極の先端面に隣接する側面側から照射した場合には、接地電極の幅を減少させることができる。従って、製造されたスパークプラグにおいて、接地電極による火炎核の成長阻害を極力抑制することができ、着火性を向上させることができる。
【００２３】
構成５．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成４において、前記切断工程において、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側における、前記溶融部、前記接地電極、及び、前記貴金属チップを切断することを特徴とする。
【００２４】
上記構成５によれば、切断工程において、溶融部及び接地電極に加えて、貴金属チップも切断されるため、貴金属チップの先端部に対する接地電極の突き出し量や接地電極の幅を一層減少させることができる。その結果、着火性の更なる向上を図ることができる。
【００２５】
また、レーザービーム等が照射された側は、溶融部が比較的厚くなり、貴金属チップが比較的薄くなるところ、上記構成５によれば、切断工程により、貴金属チップのうち比較的薄肉な部位を除去することができる。これにより、上記構成１の角度αＸや上記構成２の角度βＸをより０°に近づける（すなわち、溶融部のうち貴金属チップに接触している部位を貴金属チップの他端面に対してより平行に近づける）ことができる。従って、貴金属チップの厚さを全体的にほぼ均等なものとすることができ、前記間隙側に対する溶融部の露出を一層抑制することができる。その結果、製造されたスパークプラグにおいて、耐消耗性をより一層向上させることができる。
【００２６】
構成６．本構成のスパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
自身の一端面が前記中心電極の先端部に接合された柱体の貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、自身の側面側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された自身と前記中心電極とが溶け合ってなる溶融部を介して前記中心電極に接合されており、
前記溶融部は、前記レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位であり、前記中心電極の表面に露出する露出面を備え、
前記貴金属チップの中心軸を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記貴金属チップは、自身の一端面の３／４以上が前記中心電極に接合されるとともに、
前記貴金属チップの中心軸方向における前記溶融部の厚さのうち、最も厚い部分の厚さをＴＹ（ｍｍ）とし、前記レーザービーム又は電子ビームの照射方向における前記溶融部の長さのうち、最も長い部分の長さをＬＹ（ｍｍ）とした場合において、１．５≦ＬＹ／ＴＹを満たし、
前記溶融部と前記貴金属チップとの境界のうち、前記露出面側に位置する前記貴金属チップの一方の側面の外形線と前記貴金属チップの中心軸との中間に位置する部位ＡＹ、及び、前記貴金属チップの他方の側面の外形線と前記貴金属チップの中心軸との中間に位置する部位ＢＹを通る第５直線を引き、
前記部位ＢＹを通り、前記貴金属チップの他端面の外形線に沿って延びる第６直線を引き、
前記第５直線と前記第６直線とのなす角のうち鋭角の角度αＹ（°）について、前記第６直線を基準として、前記貴金属チップ側に前記角度αＹが形成されたときを＋側、前記中心電極側に前記角度αＹが形成されたときを−側としたとき、
−１５≦αＹ≦２５
を満たすことを特徴とする。
【００２７】
上記構成６によれば、上記構成１によって奏される作用効果と同様の作用効果が、中心電極とこれに接合された貴金属チップとの関係において奏されることとなる。すなわち、中心電極に接合された貴金属チップにおいて、その剥離をより確実に抑制しつつ、耐消耗性を飛躍的に向上させることができる。
【００２８】
尚、上記構成１及び構成６の双方を満たすようにスパークプラグを構成することとしてもよい。この場合には、火花放電に伴う前記間隙の増大をより一層抑制することができ、より長期間に亘っての火花放電が可能となる。
【００２９】
構成７．本構成のスパークプラグは、上記構成６において、前記貴金属チップは、自身の一端面の全域が前記中心電極に接合されるとともに、
前記貴金属チップの中心軸を含むとともに、前記露出面の中心を通る断面において、
前記溶融部と前記貴金属チップとの境界のうち、前記貴金属チップの一方の側面の外形線と交差する部位ＣＹ、及び、前記貴金属チップの他方の側面の外形線と交差する部位ＤＹを通る第７直線を引き、
前記部位ＤＹを通り、前記貴金属チップの他端面に沿って延びる第８直線を引き、
前記第７直線と前記第８直線とのなす角のうち鋭角の角度βＹ（°）について、前記第８直線を基準として、前記貴金属チップ側に前記角度βＹが形成されたときを＋側、前記中心電極側に前記角度βＹが形成されたときを−側としたとき、
−１５≦βＹ≦２５
を満たすことを特徴とする。
【００３０】
上記構成７によれば、上記構成２によって奏される作用効果と同様の作用効果が、中心電極とこれに接合された貴金属チップとの関係において奏される。
【００３１】
構成８．本構成のスパークプラグは、上記構成７において、前記第５直線と前記第７直線とのなす角のうち鋭角の角度γＹを１５°以下としたことを特徴とする。
【００３２】
上記構成８によれば、上記構成３によって奏される作用効果と同様の作用効果が、中心電極とこれに接合された貴金属チップとの関係において奏される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。
【図２】スパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。
【図３】溶融部の構成を示す拡大断面模式図である。
【図４】第２実施形態におけるスパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。
【図５】第２実施形態における溶融部の構成を示す拡大断面模式図である。
【図６】机上火花試験における、角度αＸと消耗体積との関係を示すグラフである。
【図７】机上火花試験における、角度βＸと消耗体積との関係を示すグラフである。
【図８】耐久性評価試験における、角度γＸと消耗体積との関係を示すグラフである。
【図９】別の実施形態におけるスパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。
【図１０】別の実施形態における溶融部の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１１】別の実施形態における貴金属チップ等の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１２】別の実施形態における貴金属チップ等の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１３】別の実施形態における接地電極等の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１４】別の実施形態における接地電極等の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１５】別の実施形態における貴金属チップ等の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１６】別の実施形態における溶融部の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１７】別の実施形態における貴金属チップの構成を示す部分拡大平面図である。
【図１８】別の実施形態における溶融部の構成を示す部分拡大平面図である。
【図１９】別の実施形態におけるスパークプラグの先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。
【００３５】
スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。
【００３６】
絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。
【００３７】
さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、熱伝導性に優れる銅又は銅合金からなる内層５Ａ、及び、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５の先端部には、所定の貴金属合金（例えば、白金合金やイリジウム合金）からなる円柱状の貴金属部３１が設けられている。
【００３８】
また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。
【００３９】
さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。
【００４０】
加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。
【００４１】
また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定されている。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。
【００４２】
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。
【００４３】
また、図２に示すように、主体金具３の先端部２６には、略中間部分に位置する屈曲部２７Ｂにて曲げ返されて、その先端部が中心電極５の先端部（貴金属部３１）と対向する棒状の接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、Ｎｉを主成分とするＮｉ合金（例えば、Ｎｉを主成分とし、ケイ素、アルミニウム、及び、希土類元素の少なくとも一種を含有する合金）によって構成されている。
【００４４】
また、接地電極２７のうち前記貴金属部３１と対向する部位には、円柱状の貴金属チップ３２の一端面が接合されている。当該貴金属チップ３２は、所定の貴金属合金（例えば、イリジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、及び、レニウムのうち少なくとも一種を含有する貴金属合金）によって構成されている。尚、本実施形態において、前記貴金属チップ３２は、製造コストの抑制を図るべく、比較的薄肉（例えば、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下）とされている一方で、耐消耗性の向上を図るべく、他端面（放電面）３２Ｆの面積が比較的大きく〔例えば、０．３５ｍｍ2以上と（つまり、貴金属チップ３２の外径が０．７ｍｍ以上と）〕されている。
【００４５】
加えて、貴金属チップ３２の他端面３２Ｆと前記貴金属部３１との間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されており、当該火花放電間隙３３において軸線ＣＬ１に沿った方向で火花放電が行われるようになっている。
【００４６】
さらに、本実施形態において、貴金属チップ３２は、接地電極２７に穴部を設け、当該穴部に設置した上で溶接されることにより、自身の一部が接地電極２７に埋まった状態で接合されている。ここで、貴金属チップ３２は、自身の側面及び接地電極２７の側面（貴金属チップ３２が接合される面に隣接する面をいう）側からレーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された自身と接地電極２７とが溶け合ってなる溶融部３５を介して接地電極２７に接合されている。尚、本実施形態では、接地電極２７の先端面２７Ｆ側からレーザービーム又は電子ビームが照射されている。そのため、溶融部３５は、レーザービーム又は電子ビームが照射された側の部位に、接地電極２７の先端面２７Ｆに露出する露出面３５Ｅを備えている。
【００４７】
さらに、本実施形態では、レーザービームや電子ビームの出力等を調節することで、図３（尚、図３では、説明の便宜上、ハッチングを省略している）に示すように、貴金属チップ３２の中心軸ＣＬ２を含むとともに、レーザービーム又は電子ビームが照射された側の接地電極２７の側面（本実施形態では、接地電極２７の先端面２７Ｆ）と直交する断面において、貴金属チップ３２の一端面（底面）の３／４以上（本実施形態では、一端面の全域）が接地電極２７に対して接合されている。
【００４８】
加えて、溶融部３５については、次の構成を満たすように形成されている。すなわち、前記断面において、貴金属チップ３２の中心軸ＣＬ２方向における溶融部３５の厚さのうち、最も厚い部分の厚さ（溶融部３５のうち、貴金属チップ３２に最も入り込んだ部位と、接地電極２７に最も入り込んだ部位との間の前記中心軸ＣＬ２に沿った距離）をＴＸ（ｍｍ）とし、レーザービーム又は電子ビームの照射方向における溶融部３５の長さのうち、最も長い部分の長さをＬＸ（ｍｍ）とした場合において、１．５≦ＬＸ／ＴＸを満たすように構成されている。
【００４９】
また、溶融部３５と貴金属チップ３２との境界のうち、前記露出面３５Ｅ側に位置する貴金属チップ３２の一方の側面ＳＸ１の外形線と貴金属チップ３２の中心軸ＣＬ２との中間（中央）に位置する部位ＡＸ、及び、貴金属チップ３２の他方の側面ＳＸ２の外形線と貴金属チップ３２の中心軸ＣＬ２との中間に位置する部位ＢＸを通る第１直線Ｌ１を引き、前記部位ＢＸを通り、貴金属チップ３２の他端面３２Ｆの外形線に沿って延びる第２直線Ｌ２を引く。このとき、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角のうち中心軸ＣＬ２側に形成された鋭角の角度αＸ（°）について、第２直線Ｌ２を基準として、貴金属チップ３２側に角度αＸが形成されたときを＋側、接地電極２７側に前記角度αＸが形成されたときを−側としたとき、−１５≦αＸ≦２５（本実施形態では、０≦αＸ≦２５）を満たすように構成されている。すなわち、貴金属チップ３２の他端面３２Ｆに対して、溶融部３５のうち貴金属チップ３２の一端面の中央部分に接触する部位の傾きが比較的小さくなるように構成されている。
【００５０】
さらに、前記断面において、溶融部３５と貴金属チップ３２との境界のうち、貴金属チップ３２の一方の側面ＳＸ１の外形線と交差する部位ＣＸ、及び、貴金属チップ３２の他方の側面ＳＸ２の外形線と交差する部位ＤＸを通る第３直線Ｌ３を引き、前記部位ＤＸを通り、貴金属チップ３２の他端面３２Ｆの外形線に沿って延びる第４直線Ｌ４を引く。このとき、第３直線Ｌ３と第４直線Ｌ４とのなす角のうち中心軸ＣＬ２側に形成された鋭角の角度βＸ（°）について、第４直線Ｌ４を基準として、貴金属チップ３２側に角度βＸが形成されたときを＋側、接地電極２７側に角度βＸが形成されたときを−側としたとき、−１５≦βＸ≦２５（本実施形態では、０≦βＸ≦２５）を満たすように構成されている。すなわち、貴金属チップ３２の他端面３２Ｆに対する、溶融部３５のうち貴金属チップ３２に接触している部位の一端から他端までの傾き（つまり、溶融部３５のうち貴金属チップ３２に接触している部位の平均的な傾き）が比較的小さくなるように構成されている。
【００５１】
また、第１直線Ｌ１と第３直線Ｌ３とのなす角のうち鋭角の角度をγＸ（°）としたとき、γＸ≦１５を満たすように構成されている。つまり、貴金属チップ３２の他端面３２Ｆに対する溶融部３５のうち貴金属チップ３２の一端面の中央に接触する部位の傾きと、前記他端面３２Ｆに対する溶融部３５のうち貴金属チップ３２に接触している部位の平均的な傾きとがほぼ等しいものとされている。従って、溶融部３５のうち貴金属チップ３２に接触している部位は略平坦状となっている。
【００５２】
さらに、溶融部３５が上述した形状とされることで、貴金属チップ３２が比較的薄肉であるにも関わらず、溶融部３５が貴金属チップ３２の他端面３２Ｆに露出しないものとなっている。
【００５３】
次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えば、鉄系素材やステンレス素材）に対して冷間鍛造加工等により概形を形成するとともに、貫通孔を形成する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。
【００５４】
続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金からなる直棒状の接地電極２７が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。また、接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性の向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理を施すこととしてもよい。
【００５５】
一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用いて、成形用素地造粒物を調製するとともに、当該成形用素地造粒物を用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され整形されるとともに、整形されたものが焼成炉で焼成されることにより、絶縁碍子２が得られる。
【００５６】
また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したＮｉ合金を鍛造加工して中心電極５を作製する。次いで、中心電極５の先端部に対して貴金属合金からなる貴金属部３１がレーザー溶接等により接合される。
【００５７】
次に、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
【００５８】
その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが固定される。より詳しくは、主体金具３に絶縁碍子２を挿通した上で、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって絶縁碍子２と主体金具３とが固定される。
【００５９】
次いで、接地電極２７の先端部に貴金属チップ３２を接合する。すなわち、接地電極２７の先端部に貴金属チップ３２の外径とほぼ等しい内径を有する穴部を形成した上で、当該穴部の底面上に貴金属チップ３２を載置する。そして、所定の押さえピンにより貴金属チップ３２を支持した上で、接地電極２７の幅方向に沿ってレーザーの照射位置を移動させながら、接地電極２７の先端面２７Ｆ側から接地電極２７及び貴金属チップ３２の接触面に対して、ファイバーレーザー又は電子ビーム等の高エネルギーレーザービームを照射する。これにより、溶融部３５が形成され、貴金属チップ３２が接地電極２７に接合される。尚、ファイバーレーザー等の照射方向は、貴金属チップ３２の他端面３２Ｆと平行な向きとなるように設定されている。
【００６０】
加えて、貴金属チップ３２の一端面の３／４以上が接地電極２７に対して接合されるとともに、溶融部３５が上述した形状となるようにレーザービーム等の照射条件が設定されている。具体的には、レーザービーム等の加工速度を遅く（照射時間を短く）することで、前記角度αＸや角度βＸを比較的大きくすることができ、加工速度を速くすることで、前記角度αＸや角度βＸを比較的小さくすることができる点を踏まえて、出力エネルギーを比較的大きくした上で、加工速度を比較的速くして、レーザービーム等の照射を行っている。尚、貴金属チップ３２の外径や貴金属チップ３２等を構成する材料が異なる場合には、レーザービーム等の出力や照射時間、レーザービーム等の打ち方〔レーザーを連続波とするか、断続波（パルス）とするか等〕等を適宜調整することにより、上述した構成を有する溶融部３５を形成することができる。
【００６１】
貴金属チップ３２の接合後、接地電極２７の略中間部分を中心電極５側に屈曲させ、接地電極２７に屈曲部２７Ｂを形成する。そして、貴金属部３１及び貴金属チップ３２間の火花放電間隙３３の大きさを調整することで、上述したスパークプラグ１が得られる。
【００６２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、貴金属チップ３２の中心軸ＣＬ２を含み、レーザービーム等の照射方向に沿った断面において、貴金属チップ３２の一端面（底面）の３／４以上が接地電極２７に対して接合されている。すなわち、貴金属チップ３２の一端面と接地電極２７との間に十分に広い溶融部３５が介在している。従って、熱膨張に伴い生じる、貴金属チップ３２と接地電極２７との間における熱応力差を溶融部３５によってより確実に吸収することができ、貴金属チップ３２及び接地電極２７と溶融部３５との境界部分における酸化スケールの進展を抑制することができる。その結果、貴金属チップ３２の脱落をより確実に防止することができる。
【００６３】
一方で、広い溶融部３５を形成することで、溶融部３５のうち特にレーザービーム等が照射された側の部位（露出面３５Ｅ側の部位）においてボリュームが増大してしまうことが懸念されるが、溶融部３５の厚さＴＸ（ｍｍ）及び長さＬＸ（ｍｍ）について、１．５≦ＬＸ／ＴＸを満たすように構成されている。従って、上述のような広い溶融部３５を形成しても、溶融部３５の厚さを十分に小さなものに抑えることができ、ひいては溶融部３５のボリュームを比較的小さなものとすることができる。これにより、貴金属チップ３２のうち接合時に溶融してしまう部分を減少させることができ、比較的薄い貴金属チップ３２を用いたとしても、接合後において貴金属チップ３２が十分な厚さを有するものとすることができる。
【００６４】
さらに、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角の角度αＸ（°）は、−１５≦αＸ≦２５を満たすように構成されている。従って、溶融部３５の先端部や露出面３５Ｅ側の部位が貴金属チップ３２に対して過度に入り込んだ形状となってしまうこと（換言すれば、貴金属チップ３２において過度に薄肉な部分が形成されてしまうこと）をより確実に防止できる。その結果、貴金属チップ３２の消耗の初期段階において、貴金属チップ３２に比べて耐消耗性に劣る溶融部３５が、火花放電間隙３３側に露出してしまうといった事態を効果的に抑制することができる。
【００６５】
以上のように、本実施形態によれば、１．５≦ＬＸ／ＴＸ、及び、−１５≦αＸ≦２５を満たすことで、比較的薄肉な貴金属チップ３２を用いても、溶接後において貴金属チップ３２の厚さを十分に維持することができるとともに、消耗初期における火花放電間隙３３側に対する溶融部３５の露出を効果的に抑制することができる。その結果、製造コストの抑制を図りつつ、耐消耗性を飛躍的に向上させることができる。
【００６６】
また、第３直線Ｌ３と第４直線Ｌ４とのなす角のうち角度βＸ（°）について、−１５≦βＸ≦２５を満たし、さらに、第１直線Ｌ３と第３直線Ｌ３とのなす角の角度γＸについて、γＸ≦１５を満たすように構成されている。これにより、貴金属チップ３２の消耗時における溶融部３５の火花放電間隙３３側への露出を一層抑制することができ、耐消耗性をより一層向上させることができる。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。図４に示すように、本第２実施形態におけるスパークプラグ４１は、中心電極５の先端部に、レーザービーム又は電子ビームが照射されることで形成された溶融部４５を介して貴金属チップ４２が接合されている。一方で、接地電極２７には、貴金属チップが設けられておらず、貴金属チップ４２と接地電極２７との間に間隙としての火花放電間隙４３が形成されている。
【００６７】
また、溶融部４５については、次の構成を満たすように形成されている。すなわち、図５（尚、図５では、説明の便宜上、ハッチングを省略している）に示すように、貴金属チップ４２の中心軸ＣＬ３を含むとともに、溶融部４５の露出面４５Ｅの中心を通る断面において、貴金属チップ４２の一端面の３／４以上（本実施形態では、一端面の全域）が中心電極５に対して接合されている。
【００６８】
加えて、前記断面において、貴金属チップ４２の中心軸ＣＬ３方向における溶融部４５の厚さのうち、最も厚い部分の厚さをＴＹ（ｍｍ）とし、レーザービーム又は電子ビームの照射方向における溶融部４５の長さのうち、最も長い部分の長さをＬＹ（ｍｍ）とした場合において、１．５≦ＬＹ／ＴＹを満たすように構成されている。
【００６９】
さらに、溶融部４５と貴金属チップ４２との境界のうち、前記露出面４５Ｅ側に位置する貴金属チップ４２の一方の側面ＳＹ１の外形線と貴金属チップ４２の中心軸ＣＬ３との中間（中央）に位置する部位ＡＹ、及び、貴金属チップ４２の他方の側面ＳＹ２の外形線と貴金属チップ４２の中心軸ＣＬ３との中間に位置する部位ＢＹを通る第５直線Ｌ５を引き、部位ＢＹを通り、貴金属チップ４２の他端面４２Ｆ（図４参照）の外形線に沿って延びる第６直線Ｌ６を引く。このとき、第５直線Ｌ５と第６直線Ｌ６とのなす角のうち中心軸ＣＬ３側に形成された鋭角の角度αＹ（°）について、第６直線Ｌ６を基準として、貴金属チップ４２側に角度αＹが形成されたときを＋側、中心電極５側に角度αＹが形成されたときを−側としたとき、−１５≦αＹ≦２５（本実施形態では、０≦αＹ≦２５）を満たすように構成されている。
【００７０】
また、前記断面において、溶融部４５と貴金属チップ４２との境界のうち、貴金属チップ４２の一方の側面ＳＹ１の外形線と交差する部位ＣＹ、及び、貴金属チップ４２の他方の側面ＳＹ２の外形線と交差する部位ＤＹを通る第７直線Ｌ７を引き、部位ＤＹを通り、貴金属チップ４２の他端面４２Ｆに沿って延びる第８直線Ｌ８を引く。このとき、第７直線Ｌ７と第８直線Ｌ８とのなす角のうち中心軸ＣＬ３側に形成された鋭角の角度βＹ（°）について、第８直線Ｌ８を基準として、貴金属チップ４２側に角度βＹが形成されたときを＋側、中心電極５側に角度βＹが形成されたときを−側としたとき、−１５≦βＹ≦２５（本実施形態では、０≦βＹ≦２５）を満たすように構成されている。
【００７１】
加えて、第５直線Ｌ５と第７直線Ｌ７とのなす角のうち鋭角の角度γＹ（°）について、γＹ≦１５を満たすように構成されている。
【００７２】
以上詳述したように、本第２実施形態によれば、上記第１実施形態によって奏される作用効果と同様の作用効果が、中心電極５とこれに接合された貴金属チップ４２との関係において奏されることとなる。すなわち、中心電極５に接合された貴金属チップ４２において、その剥離をより確実に抑制しつつ、耐消耗性を飛躍的に向上させることができる。
【００７３】
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、接地電極に対する貴金属チップの一端面の溶融割合を１／２、３／４、又は、１（一端面の全域が接地電極に接合されたことを示す）としたスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて机上冷熱試験を行った。机上冷熱試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルに対して、大気雰囲気下にて貴金属チップの温度が９５０℃となるようバーナーで２分間加熱後、１分間徐冷することを１サイクルとして１０００サイクル実施した。そして、１０００サイクル終了後にサンプル断面を観察することで、溶融部と貴金属チップ及び接地電極との境界面の長さに対する、当該境界面において形成された酸化スケールの長さの割合（酸化スケール割合）を計測した。ここで、酸化スケール割合が５０％以下となったサンプルは、貴金属チップの耐剥離性に優れるとして「○」の評価を下し、酸化スケール割合が５０％超となったサンプルは、耐剥離性に劣るとして「×」の評価を下すこととした。表１に、各サンプルについての机上冷熱試験の試験結果を示す。尚、以下の試験では、接地電極に貴金属チップを設けたサンプルに対して試験を行ったが、中心電極に貴金属チップを設けた場合においても、同様の傾向になると考えられる。また、各サンプルともに、溶接前において外径が０．９ｍｍ、厚さが０．４ｍｍの貴金属チップを用いることとした。
【００７４】
【表１】
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【００７５】
表１に示すように、溶融割合を１／２としたサンプルは、酸化スケール割合が５０％を超えてしまい、貴金属チップの耐剥離性に劣ることが明らかとなった。これは、溶融部が比較的狭かったため、貴金属チップと接地電極との間で生じる熱応力差を十分に吸収することができず、その結果、酸化スケールの進展を十分に防止できなかったためであると考えられる。
【００７６】
これに対して、溶融割合を３／４以上としたサンプルは、酸化スケール割合が３０％以下となり、優れた耐剥離性を実現できることが明らかとなった。これは、比較的広い溶融部によって、貴金属チップと接地電極との間の熱応力差を十分に吸収できたことによると考えられる。また特に、溶融割合を１としたサンプルは、酸化スケール割合が０％となり、耐剥離性に極めて優れることが確認された。
【００７７】
以上の試験結果より、貴金属チップの耐剥離性を向上させるべく、接地電極に対する貴金属チップの一端面の溶融割合を３／４以上とすることが好ましく、溶融割合を１とすることがより好ましいといえる。
【００７８】
次いで、レーザービームの出力を３００Ｗに固定した上で、加工速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ〜７０ｍｍ／ｓｅｃとしつつ、照射角度を変更することで、第１直線と第２直線とのなす角の角度αＸ（°）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて机上火花試験を行った。机上火花試験の概要は次の通りである。すなわち、中心電極を正極性とし、接地電極を負極性として火花放電が生じるように、各サンプルと電源装置とを接続した上で、サンプルに対する印加電圧の周波数を６０Ｈｚとして（つまり、１分当たり３６００回の放電が行われるようにして）、０．４ＭＰａの大気雰囲気下にて各サンプルを４００時間に亘って放電させた。そして、４００時間経過後に、火花放電に伴う貴金属チップや溶融部の消耗体積（試験前の貴金属チップ及び溶融部の体積から試験後の貴金属チップ及び溶融部の体積を減算したもの）を測定した。図６に、当該試験の試験結果を示す。尚、一般的には、貴金属チップの消耗を抑制すべく、中心電極を負極性とし、接地電極を正極性として火花放電が生じるように設定されるところ、本試験においては、上述の通り、中心電極を正極性とし、接地電極を負極性とすることで、貴金属チップ等がより消耗しやすい条件とした。
【００７９】
図６に示すように、αＸを−１５°未満としたり、αＸを２５°超としたサンプルは、消耗体積が１．５ｍｍ3を超えてしまい、耐消耗性に劣ることが明らかとなった。これは、溶融部が貴金属チップに対して過度に入り込んだ形状となってしまったため、貴金属チップの消耗の初期段階において、貴金属チップに比べて耐消耗性に劣る溶融部が、火花放電間隙側に露出してしまったためであると考えられる。
【００８０】
これに対して、−１５≦αＸ≦２５を満たすように構成したサンプルは、貴金属チップ等が消耗しやすい試験条件にも関わらず、消耗体積が０．１５ｍｍ3未満に抑制され、優れた耐消耗性を有することが分かった。
【００８１】
以上の試験結果より、耐消耗性の向上を図るべく、−１５≦αＸ≦２５を満たすように溶融部を構成することが好ましいといえる。
【００８２】
次に、−１５≦αＸ≦２５を満たしつつ、レーザービームの加工速度や照射角度を変更することで、第３直線と第４直線とのなす角の角度βＸを種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて上述の机上火花試験を行った。図７に、当該試験の試験結果を示す。
【００８３】
図７に示すように、各サンプルともに優れた耐消耗性を有していたが、特に−１５≦βＸ≦２５を満たすサンプルは、消耗体積が０．１０ｍｍ3未満となり、非状に優れた耐消耗性を有することが確認された。
【００８４】
以上の試験結果より、耐消耗性の更なる向上を図るべく、−１５≦βＸ≦２５を満たすように溶融部を構成することが好ましいといえる。
【００８５】
次いで、角度αＸを０°又は２５°とした上で、角度βＸを種々変更することにより、第１直線と第３直線とのなす角の角度γＸを変更したスパークプラグのサンプルと、角度βＸを０°又は２５°とした上で、角度αＸを変更することにより、角度γＸを変更したスパークプラグのサンプルとを作製し、各サンプルについて耐久性評価試験を行った。耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルを排気量２０００ｃｃの４気筒エンジンに組付けた上で、接地電極先端部の維持目標温度を７５０℃として、全開状態（回転量＝６０００ｒｐｍ）で４００時間に亘ってエンジンを動作させた。そして、４００時間経過後、各サンプルにおける貴金属チップや溶融部の消耗体積を測定した。図８に、当該試験の試験結果を示す。尚、耐久性評価試験は、高温下においてサンプルを放電させるため、上述の机上火花試験よりも貴金属チップ等に消耗が生じやすいものである。また、図８においては、αＸを２５°としたサンプルの試験結果を黒丸で示し、αＸを０°としたサンプルの試験結果を白丸で示す。さらに、βＸを２５°としたサンプルの試験結果を黒三角で示し、βＸを０°としたサンプルの試験結果を白三角で示す。
【００８６】
図８に示すように、γＸを１５°以下としたサンプルは、貴金属チップ等が非常に消耗しやすい試験条件にも関わらず、消耗体積が０．１５ｍｍ3以下となり、耐消耗性に極めて優れることが明らかとなった。これは、溶融部のうち貴金属チップと接触する部分が略平坦状とされ、貴金属チップに対する溶融部の入り込みが極力抑制されたことで、溶融部の火花放電間隙側への露出をより効果的に抑制できたためであると考えられる。
【００８７】
以上の試験結果より、耐消耗性のより一層の向上を図るべく、γＸ≦１５を満たすように溶融部を構成することが好ましいといえる。
【００８８】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００８９】
（ａ）上記実施形態では、接地電極２７及び中心電極５のいずれか一方に対して、貴金属チップ３２（４２）が溶融部３５（４５）を介して接合されているが、図９に示すように、接地電極２７及び中心電極５の双方に対して、上記実施形態と同様の構成を有する溶融部５５，６５を介して貴金属チップ５２，６２を接合することとしてもよい。この場合には、貴金属チップ５２，６２の双方において優れた耐剥離性を実現することができるとともに、耐消耗性をより一層向上させることができる。その結果、火花放電に伴う火花放電間隙５３の増大をより一層抑制することができ、より長期間に亘っての火花放電が可能となる。
【００９０】
（ｂ）上記実施形態では、レーザービーム等が貴金属チップ３２の他端面３２Ｆと平行な向きで照射されているが、レーザービーム等の照射方向はこれに限定されるものではない。従って、図１０に示すように、貴金属チップ７２の他端面７２Ｆに対して接地電極２７側に傾斜した方向で、レーザービーム等を照射することとしてもよい。この場合には、形成された溶融部７５のうち貴金属チップ７２に接触する部位が、貴金属チップ７２の他端面７２Ｆに対してより平行に近いものとなり、貴金属チップ７２のうち特にレーザービーム等が照射された側の部位がより厚く形成されることとなる。そのため、耐消耗性を一層向上させることができる。
【００９１】
（ｃ）上記第１実施形態における、接地電極２７と貴金属チップ３２との相対位置関係は一例であって、例えば、図１１に示すように、接地電極２７の先端面２７Ｆから貴金属チップ８２の一部が突き出すようにして貴金属チップ８２を設けることとしてもよい。この場合には、接地電極２７による火炎核の成長阻害を効果的に抑制することができ、着火性の向上を図ることができる。
【００９２】
（ｄ）上記実施形態では、接地電極２７に対して貴金属チップ３２の一部が埋まった状態とされているが、図１２に示すように、接地電極２７の側面上に貴金属チップ９２を載置した状態で溶融部９５を形成することにより、貴金属チップ９２を接地電極２７に埋めることなく、両者を接合することとしてもよい。
【００９３】
（ｅ）上記第１実施形態においては、接地電極２７に対する貴金属チップ３２の接合後、接地電極２７の屈曲加工を除き、接地電極２７や貴金属チップ３２に対して特段の加工は施されていないが、図１３に示すように、接地電極９７に対する貴金属チップ３２の接合工程の後に、レーザービーム又は電子ビームが照射された側における溶融部１０５及び接地電極９７を切断することとしてもよい。この場合には、貴金属チップ３２に対する接地電極９７先端部の突き出し量を減少させることができ、接地電極９７による火炎核の成長阻害を効果的に抑制することができる。その結果、着火性を一層向上させることができる。
【００９４】
また、図１４に示すように、溶融部１１５及び接地電極１０７を切断することで、溶融部１１５が、火花放電間隙３３側に露出しないように構成することとしてもよい。この場合には、中心電極５と溶融部１１５との間における火花放電の発生を抑制することができ、着火性や耐消耗性をより向上させることができる。
【００９５】
さらに、図１５に示すように、切断工程において、溶融部１２５及び接地電極１１７に加えて、貴金属チップ１２２を切断することで、貴金属チップ１２２の側面と接地電極１１７の先端面１１７Ｆとを面一に形成することとしてもよい。この場合には、接地電極１１７による火炎核の成長阻害をより効果的に抑制することができる。また、切断工程により、貴金属チップ１２２のうち比較的薄肉な部位を除去することができ、前記角度αＸや角度や角度βＸをより０°に近づけることができる。従って、貴金属チップ１２２において、全体的に均等な厚さを有するものとすることができ、火花放電間隙３３側に対する溶融部１２５の露出を一層抑制することができる。その結果、耐消耗性をより一層向上させることができる。
【００９６】
尚、作業性を考慮して、接地電極の屈曲加工前に、接地電極等の切断を行うことが好ましい。
【００９７】
（ｆ）上記第１実施形態では、貴金属チップ３２の一端面の全域が接地電極２７に接合されているが、貴金属チップ３２の一端面の全域を接地電極２７に対して接合する必要はなく、図１６に示すように、貴金属チップ１３２の一端面の３／４以上が接地電極２７に接合されるように溶融部１３５を形成すればよい。また、上記第２実施形態では、貴金属チップ４２の一端面の全域が中心電極５に接合されているが、貴金属チップ４２の一端面の３／４以上が中心電極５に接合されていればよい。
【００９８】
（ｇ）上記実施形態において、貴金属チップ３２（４２）は円柱状をなしているが、貴金属チップの形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、図１７に示すように、貴金属チップ１４２を四角柱状に形成することとしてもよい。
【００９９】
（ｈ）上記第１実施形態では、接地電極２７の先端面２７Ｆ側からレーザービーム等が照射されているが、図１８に示すように、接地電極２７の先端面２７Ｆに隣接する側面側からレーザービーム等を照射し、接地電極２７の幅方向に延びる溶融部１４５を形成することで、接地電極２７に貴金属チップ３２を接合することとしてもよい。また、貴金属チップ３２の接合後において、溶融部１４５や接地電極２７のうちレーザービーム等が照射された側を切断し、接地電極２７の幅を狭くすることとしてもよい。この場合には、上記（ｅ）と同様に、接地電極２７による火炎核の成長阻害が抑制され、着火性の向上を図ることができる。
【０１００】
（ｉ）上記第１実施形態では、接地電極２７の中心電極５側の側面に貴金属チップ３２が接合されているが、図１９に示すように、接地電極２７の先端面に貴金属チップ１５２を接合し、中心電極５（貴金属部３１）との間で、軸線ＣＬ１と直交する方向にほぼ沿って火花放電が行われるように構成することとしてもよい。
【０１０１】
（ｊ）上記実施形態において、接地電極２７は単一の合金により構成されているが、接地電極２７の内部に良熱伝導性に優れる銅や銅合金等からなる内層を設け、接地電極２７を外層及び内層からなる多層構造に構成することとしてもよい。
【０１０２】
（ｋ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。
【０１０３】
（ｌ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１，４１…スパークプラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
２７…接地電極
３２，４２…貴金属チップ
３２Ｆ，４２Ｆ…（貴金属チップの）他端面
３３，４３…火花放電間隙（間隙）
３５，４５…溶融部
３５Ｅ，４５Ｅ…露出面
ＣＬ１…軸線
ＣＬ２，ＣＬ３…（貴金属チップの）中心軸
Ｌ１…第１直線
Ｌ２…第２直線
Ｌ３…第３直線
Ｌ４…第４直線
Ｌ５…第５直線
Ｌ６…第６直線
Ｌ７…第７直線
Ｌ８…第８直線
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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