(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極（３０）及び接地電極（４０）の少なくとも一方を母材とし、この母材の一面を接合面（３１、４３）として、この接合面に火花放電を行うための貴金属もしくはその合金よりなるチップ（５０）がレーザ溶接により形成された溶融部（６０）を介して固定されてなるスパークプラグにおいて、
前記溶融部は、前記母材に最も近い列を１列目として前記母材から離れる方向へ向かって、隣接する列の間で重なるように複数列形成されており、
前記接合面に沿った断面を見たとき、前記１列目の溶融部（６１）の断面積と各列の前記溶融部（６１〜６３）同士の重なり部の断面積との合計が、前記チップの断面積の１．４倍以上になっていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記接合面（３１、４３）に沿った断面を見たとき、２列目以降の前記溶融部のうち少なくとも１つの溶融部（６２、６３）において、当該溶融部の断面積が、当該溶融部と当該溶融部よりも前記母材寄りの溶融部（６１、６２）との重なり部の断面積よりも大きくなってい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】
中心電極（３０）及び接地電極（４０）の少なくとも一方を母材とし、この母材の一面を接合面（３１、４３）として、この接合面に火花放電を行うための貴金属もしくはその合金よりなるチップ（５０）がレーザ溶接により形成された溶融部（６０）を介して固定されてなるスパークプラグにおいて、
前記チップと前記接合面との間には、線膨張係数が前記チップと前記母材との間の範囲にある緩和層（８０）が介在されており、
前記チップと前記母材とが、レーザ溶接によって前記緩和層、前記チップ及び前記母材の間の各界面に形成された溶融部（９０）を介して固定されており、
前記緩和層（８０）の厚さｔが０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲にあり、
前記接合面（３１、４３）に沿った断面を見たとき、前記溶融部（９０）の断面積を前記チップ（５０）の断面積で割った比αが、（１．４−ｔ）／２以上の範囲にあることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項４】
前記チップ（５０）は、Ｉｒが５０重量％以上含有されているものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中心電極と接地電極の少なくとも一方に貴金属もしくはその合金よりなる火花放電用のチップをレーザ溶接により固定してなるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のスパークプラグとしては、特開平６−１８８０６２号公報や特開平１１−３７６５号公報に記載のものが提案されている。これらのものは、中心電極及び接地電極を備え、中心電極と接地電極の少なくとも一方を母材とし、この母材の一面を接合面として、この接合面に火花放電を行うための貴金属もしくはその合金よりなるチップがレーザ溶接により固定されてなる。
【０００３】
このようなレーザ溶接を用いたチップと母材との接合によれば、線膨張係数の差の大きいチップ（Ｉｒ合金やＰｔ合金等）と母材（Ｎｉ基合金等）との界面に溶融部が形成され、この溶融部を介して接合が行われるため、抵抗溶接に比べて接合信頼性の高い構成とすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記スパークプラグにおいては、抵抗溶接に比べて接合信頼性の高いレーザ溶接を採用してはいるものの、チップのサイズの増大化やエンジンの熱負荷が厳しくなるにつれて、チップと母材との接合部に加わる熱応力が大きくなり、最悪、チップが母材から脱落してしまう恐れがある。
【０００５】
このような問題に対して、上記特開平１１−３７６５号公報では、溶融部を、母材側から母材を離れる方向へ向かって複数列形成し、溶融部を厚肉化するとともにチップと母材との線膨張係数差を小さくすることにより、上記接合部に加わる熱応力を緩和させる方法が採られている。
【０００６】
しかし、本発明者の検討によれば、単純に溶融部を複数列形成しただけでは、場合によっては十分な接合信頼性が得られないことがわかった。ちなみに、上記公報では、複数列形成された溶融部の外観形状しか記載されておらず、断面形状等、溶融部の詳細構成については記載がない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、中心電極と接地電極の少なくとも一方を母材として、この母材に貴金属もしくはその合金よりなる火花放電用のチップをレーザ溶接により固定してなるスパークプラグにおいて、チップと母材との接合信頼性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、中心電極（３０）及び接地電極（４０）の少なくとも一方を母材とし、この母材の一面を接合面（３１、４３）として、この接合面に火花放電を行うための貴金属もしくはその合金よりなるチップ（５０）がレーザ溶接により形成された溶融部（６０）を介して固定されてなるスパークプラグにおいて、溶融部を、母材に最も近い列を１列目として母材から離れる方向へ向かって隣接する列の間で重なるように複数列形成し、接合面に沿った断面を見たとき、１列目の溶融部（６１）の断面積と各列の溶融部（６１〜６３）同士の重なり部の断面積との合計が、チップの断面積の１．４倍以上になるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
本発明は、溶融部の断面形状等について鋭意検討した結果、実験的に見出されたものであり、複数列形成された溶融部において、１列目の溶融部の断面積と各列の溶融部同士の重なり部の断面積との合計を、チップの断面積の１．４倍以上にすることにより、チップと母材との接合信頼性を向上させ実用レベルにて確保することができる。
【００１０】
ここで、請求項２の発明のように、接合面（３１、４３）に沿った断面を見たとき、２列目以降の溶融部のうち少なくとも１つの溶融部（６２、６３）において、当該溶融部の断面積が、当該溶融部と当該溶融部よりも母材寄りの溶融部（６０）との重なり部の断面積よりも大きくなっていることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、図２に示す様に、チップ（５０）の内部において、２列目以降の溶融部のうち少なくとも１つの溶融部（６２）と当該溶融部（６２）よりも母材（３０）寄りの溶融部（６１）との間に、チップ（５０）が入り込んだくさび形状となる。そして、チップ（５０）が母材（３０）から離れようとする力が加わっても、このくさび部分が引っ掛かるため、チップの脱落防止という点で好ましい構成とすることができる。
【００１２】
なお、詳しく言えば、「２列目以降の溶融部のうち少なくとも１つの溶融部の断面積が、当該溶融部と当該溶融部よりも母材寄りの溶融部との重なり部の断面積よりも大きくなっている」とは、当該少なくとも１つの溶融部が例えば２列目である場合、この２列目の溶融部の断面積が２列目と１列目の溶融部の重なり部の断面積よりも大きいこと、また例えば３列目である場合、この３列目の溶融部の断面積が３列目と２列目の溶融部の重なり部の断面積よりも大きいことを意味する。勿論、４列目以降の場合も同様であり、当該少なくとも１つの溶融部が２列目以降の全ての列の溶融部に相当するものであっても良い。
【００１３】
また、請求項３の発明では、中心電極（３０）及び接地電極（４０）の少なくとも一方を母材とし、この母材の一面を接合面（３１、４３）として、この接合面に火花放電を行うための貴金属もしくはその合金よりなるチップ（５０）がレーザ溶接により形成された溶融部（６０）を介して固定されてなるスパークプラグにおいて、チップと接合面との間に、線膨張係数がチップと母材との間の範囲にある緩和層（８０）を介在させ、チップと母材とを、レーザ溶接によって緩和層、チップ及び母材の間の各界面に形成された溶融部（９０）を介して固定し、緩和層（８０）の厚さｔを０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲にあるものとし、接合面（３１、４３）に沿った断面を見たとき、溶融部（９０）の断面積をチップ（５０）の断面積で割った比αが、（１．４−ｔ）／２以上の範囲にあるものとしたことを特徴としている。
【００１４】
本発明は、チップと母材との線膨張係数差を低減すべく鋭意検討した結果、実験的に見出されたものである。チップと母材との間に、線膨張係数がチップと母材との間の範囲にある緩和層を介在させることにより、チップと母材との線膨張係数差に起因する熱応力が緩和層によって緩和される。そのため、チップと母材との接合信頼性を向上させることができる。
【００１５】
ここで、緩和層について更に検討を進めた結果、本発明のように、緩和層（８０）の厚さｔが０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲にあり、母材の接合面（３１、４３）に沿った断面を見たとき、溶融部（９０）の断面積をチップ（５０）の断面積で割った比αが、（１．４−ｔ）／２以上の範囲にあることが好ましいことが実験的にわかった。それにより、チップと母材との接合信頼性を実用レベルにて確保することができる。
【００１６】
また、請求項１〜請求項３に記載の発明は、チップ（５０）を、Ｉｒが５０重量％以上含有されているようなチップ、即ち母材との線膨張係数差の大きいチップとした場合に特に有効である。
【００１８】
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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本第１実施形態は、例えばコージェネレーションにおける発電機のガスエンジン用のスパークプラグとして用いられる。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態に係るスパークプラグ１００の全体構成を示す半断面図である。本実施形態では、中心電極と接地電極のうち中心電極を母材とし中心電極側にチップをレーザ溶接した例を述べることとする。図２及び図３には、スパークプラグ１００の軸方向に沿った中心電極３０とチップ５０との接合部の断面形状を示す。
【００２１】
スパークプラグ１００は、円筒形状の取付金具（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１１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）等からなる絶縁体２０が固定されており、この絶縁体２０の一端部２１は、取付金具１０の一端面１２から露出するように設けられている。
【００２２】
中心電極３０は絶縁体２０の軸孔２２に固定され、絶縁体２０を介して取付金具１０に絶縁保持されている。この中心電極３０は、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の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をなし、その一端面３１は絶縁体２０の一端部２１から露出している。
【００２３】
接地電極４０は、一端４１側の側面が中心電極３０の一端面３１と対向して配置された角柱状のものであり、Ｎｉ基合金等からなる。そして、接地電極４０は、途中部に曲がり部を有し、他端４２は、取付金具１０の一端面１２に溶接等により固定され支持されている。
【００２４】
そして、本実施形態では、中心電極３０を母材として、中心電極３０の一端面（本発明でいう接合面）３１に貴金属もしくはその合金よりなるチップ５０がレーザ溶接により形成された溶融部６０を介して固定されている（図２及び図３参照）。
【００２５】
そして、チップ５０の先端面と接地電極４０の一端４１側の側面との間隔が放電ギャップ７０として形成されている。具体的に、チップ５０は、Ｉｒ（イリジウム）、Ｉｒ合金、Ｐｔ（白金）、Ｐｔ合金等よりなる円板状のものである。耐熱性等を考慮するとチップ５０は、Ｉｒが５０重量％以上含有されているものが好ましい。
【００２６】
図２及び図３を参照して、チップ５０と中心電極（母材）３０との接合部の構成を述べる。本実施形態では、溶融部６０は、中心電極３０に最も近い列を１列目として中心電極３０から離れる方向（本例では、中心電極の軸方向）へ向かって、隣接する列の間で重なるように複数列（２列以上）形成されている。なお、溶融部６０の形状は、切断面を金属顕微鏡等で観察することで知ることができる。
【００２７】
図２に示す例（２列構成）では、中心電極３０寄りから１列目の溶融部６１、２列目の溶融部６２の２列の溶融部が形成されており、１列目の溶融部６１と２列目の溶融部６２とが重なり合っている。
【００２８】
図３に示す例（３列構成）は、上記２列構成に更に３列目を追加したものであり、中心電極３０寄りから１列目の溶融部６１、２列目の溶融部６２、３列目の溶融部６３の３列の溶融部が形成されている。そして、１列目の溶融部６１と２列目の溶融部６２とが重なり合い、２列目の溶融部６２と３列目の溶融部６３とが重なり合っている。なお、これら図２及び図３に示す例以外にも、溶融部６０は４列以上であっても良い。
【００２９】
また、各列の溶融部６１、６２、６３は、中心電極３０の一端面３１（本例では、中心電極の径方向に相当）に沿ってみたとき、環状の形状となっている。ただし、この環状形状は、連続してつながったものでも、非連続でつながっていないものでも良い。この複数列の溶融部６０は次のようにして形成することができる。
【００３０】
チップ５０を中心電極３０の一端面３１に、抵抗溶接により仮止めしたり、治具を用いて仮止めする等により固定した状態で、チップ５０と中心電極３０との界面部に全周もしくは部分的にレーザを照射することにより、１列目の溶融部６１を形成し、次に、中心電極３０の軸方向へ照射ポイントをずらして同様にレーザを照射することにより、２列目の溶融部６２を形成する。図３に示す例では、次に、同様にして３列目の溶融部６３を形成する。
【００３１】
このようにしてチップ５０と中心電極３０とを溶け込み合わせることで形成された溶融部６０は、上記界面部の外表面から内部に向かって入り込んだ形となる。なお、図２に示す例は、１列目、２列目の順に形成されたものであり、図３に示す例は、１列目、２列目、３列目の順に形成されたものであるが、各列の形成順序は任意として良い。
【００３２】
そして、本実施形態では、中心電極（母材）３０の一端面（接合面）３１に沿った断面を見たとき、１列目の溶融部６１の断面積と各列の溶融部６１、６２、６３同士の重なり部の断面積との合計が、チップ５０の断面積の１．４倍以上になるようにしている。なお、以下、特に明示していない場合を含めて断面積とは、中心電極３０の一端面３１に沿った断面積をいう。
【００３３】
図２に示す２列構成では、１列目の溶融部６１の断面積（図中のＡ−Ａ断面における断面積）と、１列目と２列目の溶融部６１、６２同士の重なり部の断面積（図中のＢ−Ｂ断面における断面積）との合計が、チップ５０の断面積（チップの径方向の断面積）の１．４倍以上になっている。
【００３４】
図３に示す３列構成では、１列目の溶融部６１の断面積（図中のＡ−Ａ断面における断面積）と、１列目と２列目の溶融部６１、６２同士の重なり部の断面積（図中のＢ−Ｂ断面における断面積）と、２列目と３列目の溶融部６２、６３同士の重なり部の断面積（図中のＣ−Ｃ断面における断面積）との合計が、チップ５０の断面積（チップの径方向の断面積）の１．４倍以上になっている。
【００３５】
ここで、中心電極３０の一端面３１に沿った断面を見たときの１列目の溶融部６１の断面積とは、図２、図３に示す様に、溶融部６１の最大溶け込み深さｄ１の部分で見たときの断面積（最大断面積）である。
【００３６】
このような各部断面積の関係は、本発明者が行った実験検討の結果に基づくものである。限定するものではないが、この検討の一例を述べる。まず、上記２列構成について検討した場合を示す。なお、比較のために、溶融部を単列とした単列構成の場合、つまり、図２において溶融部が一列目の溶融部６１のみのものについても検討した。この単列構成を図４に示す。
【００３７】
本検討において、中心電極３０としてＮｉ基合金であるインコネル（登録商標）よりなり一端面３１の径Ｄ１がφ２．７ｍｍのものを使用し、チップ５０としてＩｒ−１０Ｒｈ（Ｉｒが９０重量％、Ｒｈが１０重量％の合金）よりなり、径Ｄ２がφ２．４ｍｍ、厚さが１．４ｍｍの円板チップを用いた。これら中心電極３０、チップ５０の仕様は、熱負荷の厳しいコージェネレーション用プラグとして一般的なものである。
【００３８】
２列構成（図２参照）については、レーザ溶接条件を変えることにより、１列目の溶融部６１の溶け込み深さｄ１、１列目と２列目の溶融部６１、６２同士の重なり部における重なり深さｄ２を種々変え、１列目の溶融部６１の断面積と１列目と２列目の溶融部６１、６２同士の重なり部の断面積との合計（以下、溶融部合計断面積という）を変えたサンプルを作製した。そして、種々の溶融部合計断面積について、上記チップ５０の断面積との断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）をとった。
【００３９】
図５は、２列構成において、上記各深さｄ１、ｄ２を種々変えたときの、上記断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）を示した図表である。図５において、仕様▲１▼は溶け込み深さｄ１を０．３ｍｍとして、重なり深さｄ２を０．１〜０．３ｍｍと変えた場合、仕様▲２▼は溶け込み深さｄ１を０．７ｍｍとして、重なり深さｄ２を０．１〜０．７ｍｍと変えた場合、仕様▲３▼は溶け込み深さｄ１を１．１ｍｍとして、重なり深さｄ２を０．１〜１．１ｍｍと変えた場合である。
【００４０】
また、比較例としての単列構成（図４参照）については、レーザ溶接条件を変えることにより、溶融部６１の溶け込み深さｄ１を種々変え、溶融部６１の断面積を変えたものを作製した。そして、種々の溶融部６１の断面積について、上記チップ５０の断面積との比（溶融部断面積／チップ断面積）をとった。
【００４１】
図６は、単列構成において、上記溶け込み深さｄ１を種々変えたときの、上記断面積比（溶融部断面積／チップ断面積）を示した図表である。図６において、仕様▲１▼〜▲７▼は、それぞれ溶け込み深さｄ１を０．１、０．３、０．５、０．７、０．９、１．１、１．３ｍｍと変えた場合である。なお、単列構成の仕様▲１▼〜▲６▼は図４（ａ）に示す様な部分溶融構成、仕様▲７▼は図４（ｂ）に示す様なチップ５０と中心電極３０との界面が全域で溶け合った全域溶融構成である。
【００４２】
そして、図５及び図６に示す各仕様について、耐久試験を行い、チップ５０と中心電極３０との接合信頼性の評価を行った。耐久試験は、６気筒２０００ｃｃエンジンにスパークプラグを取り付けて実施し、運転条件は、アイドル１分保持・スロットル全開（６０００ｒｐｍ）１分保持の繰り返しを１００時間行った。上記接合信頼性は引っ張り強度で評価し、上記耐久試験後の引っ張り強度が２００Ｎ以上であれば実用的な信頼接合性が確保されたものとした。
【００４３】
図７は、上記評価の結果得られた２列構成における断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）と引っ張り強度（単位：Ｎ）との関係を示す図である。図７中の各種プロットにおいて、黒丸プロットは仕様▲１▼の新品時、白丸プロットは仕様▲１▼の耐久試験後、黒三角プロットは仕様▲２▼の新品時、白三角プロットは仕様▲２▼の耐久試験後、黒四角プロットは仕様▲３▼の新品時、白四角プロットは仕様▲３▼の耐久試験後、をそれぞれ示す。
【００４４】
また、図８は、上記評価の結果得られた単列構成における断面積比（溶融部断面積／チップ断面積）と引っ張り強度（単位：Ｎ）との関係を示す図である。図８中の各種プロットにおいて、黒丸プロットは新品時、黒三角プロットは耐久試験後、をそれぞれ示す。
【００４５】
まず、図８からわかるように、単列構成では、溶融部断面積により新品時の引っ張り強度に差は認められるが、単列構成において最も接合信頼性に優れた全域溶融構成を採用した場合であっても、接合信頼性を実用レベルにて確保することは困難である。
【００４６】
一方、図７からわかるように、溶融部合計断面積及び溶融部６０の断面形状により新品時の引っ張り強度に差は認められるが、耐久試験後は溶融部の断面形状に関係なく断面積比が大きいほど（溶融部断面積が大きいほど）引っ張り強度が大きいといった関係が得られた。
【００４７】
これは、溶融部を複数列構成とすることで単列構成に比べて、溶融部６０を厚肉化するとともにチップ５０と中心電極（母材）３０との線膨張係数差を小さくすることができ、接合部に加わる熱応力を緩和することができるためである。そして、断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）が１．４以上であれば、引っ張り強度２００Ｎ以上が確保でき、接合信頼性を実用レベルにて確保することができる。
【００４８】
次に、上記３列構成（図３参照）についても同様に検討した。検討に用いたチップ５０、中心電極３０の仕様は２列構成の場合と同様である。３列構成について、レーザ溶接条件を変えることにより、図９に示す様に、１列目の溶融部６１の溶け込み深さｄ１、１列目と２列目の溶融部６１、６２同士の重なり部における重なり深さｄ２、２列目と３列目の溶融部６２、６３同士の重なり部における重なり深さｄ３を種々変えたサンプルを作製した。
【００４９】
そして、各サンプルについて、１列目の溶融部６１の断面積と、１列目と２列目の溶融部６１、６２同士の重なり部の断面積と、２列目と３列目の溶融部６２、６３同士の重なり部の断面積との合計を溶融部合計断面積とし、この溶融部合計断面積とチップ５０の断面積との断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）をとった。この断面積比も図９に示してある。
【００５０】
図９において、仕様▲１▼は溶け込み深さｄ１を０．３ｍｍとして、重なり深さｄ２を０．１〜０．３ｍｍ、重なり深さｄ３を０．１〜０．３ｍｍと変えた場合、仕様▲２▼は溶け込み深さｄ１を０．７ｍｍとして、重なり深さｄ２を０．１〜０．２ｍｍ、重なり深さｄ３を０．１〜０．２ｍｍと変えた場合、仕様▲３▼は溶け込み深さｄ１を１．１ｍｍとして、重なり深さｄ２を０．１ｍｍ、重なり深さｄ３を０．１ｍｍとした場合である。
【００５１】
そして、図９に示す各仕様について、上記と同様に耐久試験を行い、チップ５０と中心電極３０との接合信頼性の評価を行った。図１０は、評価の結果得られた３列構成における断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）と引っ張り強度（単位：Ｎ）との関係を示す図である。
【００５２】
図１０中の各種プロットにおいて、黒丸プロットは仕様▲１▼の新品時、白丸プロットは仕様▲１▼の耐久試験後、黒三角プロットは仕様▲２▼の新品時、白三角プロットは仕様▲２▼の耐久試験後、黒四角プロットは仕様▲３▼の新品時、白四角プロットは仕様▲３▼の耐久試験後、をそれぞれ示す。図１０からわかるように、３列構成においても上記２列構成と同様の効果が認められた。
【００５３】
以上のような実験検討に基づけば、複数列形成された溶融部６０において、１列目の溶融部６１の断面積と各列の溶融部６１〜６３同士の重なり部の断面積との合計を、チップ５０の断面積の１．４倍以上にすることにより、チップ５０と中心電極（母材）３０との接合信頼性を向上させ実用レベルにて確保することができるといえる。
【００５４】
また、本実施形態においては、中心電極（母材）３０の一端面（接合面）３１に沿った断面を見たとき、２列目以降の溶融部６２、６３のうち少なくとも１つの溶融部において、当該溶融部の断面積が、当該溶融部と当該溶融部よりも中心電極３０寄りの溶融部との重なり部の断面積よりも大きくなっていることが好ましい。
【００５５】
図２及び図３に示す例では、この好ましい形態が採用されている。即ち、図２に示す２列構成では、２列目の溶融部６２の断面積が、当該２列目の溶融部６２と１列目の溶融部６１との重なり部の断面積よりも大きくなっている。更に、図３に示す３列構成では、３列目の溶融部６３の断面積が、当該３列目の溶融部６３と２列目の溶融部６２との重なり部の断面積よりも大きくなっている。
【００５６】
各列の溶融部６１〜６３は、チップ５０の外表面から内部に向かって溶け込んでいる。上記好ましい形態によれば、例えば、図２に示す様に、溶融部の溶け込み方向において、２列目の溶融部６２の先端が、２列目の溶融部６２と１列目の溶融部６１との重なり部の端部よりも、チップ５０の内部に向かって突出している。
【００５７】
そのため、２列目の溶融部６２と１列目の溶融部６１との間に、チップ５０がが入り込んだくさび形状となる。そして、チップ５０が中心電極３０から離れようとする方向（図２中の上方）へ力が加わっても、このチップ５０のくさび部分が２列目の溶融部６２に引っ掛かるため、チップ５０を脱落しにくくすることができる（くさび効果）。
【００５８】
また、図３に示す３列構成では、２列目の溶融部６２と１列目の溶融部６１との間だけでなく、更に、３列目の溶融部６３と２列目の溶融部６２との間にも、チップ５０が入り込んだくさび形状が形成されている。そのため、２列構成の場合と同様の効果が得られる。
【００５９】
なお、溶融部６０が３列以上の場合、２列目以降の全ての列の溶融部において、上記好ましい形態となっていても良いが、それ以外にも、少なくとも１つの列の溶融部において、上記好ましい形態となっていれば、効果はある。
【００６０】
（第２実施形態）
本第２実施形態は、上記図１に示すスパークプラグ１００において、中心電極３０とチップ５０との接合部を上記第１実施形態とは異ならせたものであり、他の部分は同一である。従って、当該接合部の断面形状を図１１に示し、この図１１に基づいて主として第１実施形態との相違点について述べることとする。
【００６１】
本実施形態では、チップ５０と中心電極（母材）３０の一端面（接合面）３１との間に、線膨張係数がチップ５０と中心電極３０との間の範囲にある緩和層８０を介在させ、チップ５０と中心電極３０とを、レーザ溶接によって緩和層８０、チップ５０及び中心電極母材の間に形成された溶融部９０を介して固定したことを主たる特徴としている。なお、図１１中、（ａ）は部分溶融構成、（ｂ）は全域溶融構成である。
【００６２】
具体的には、中心電極３０としてＮｉ基合金を使用し、チップ５０としてＩｒもしくはＩｒ合金を用いた場合、緩和層８０としては、線膨張係数がＮｉ基合金とＩｒ合金の中間であるＰｔ合金等を使用することができる。このようなＰｔ合金としては例えば、Ｐｔ−２０Ｉｒ−２Ｎｉ（Ｐｔが７８重量％、Ｉｒが２０重量％、Ｎｉが２重量％の合金）を採用することができる。
【００６３】
図１１に示す接合部構成は、図１２に示す様な製造方法により、適切に製造することができる。図１２は、図１１の断面に対応した断面にて製造方法を示すものである。
【００６４】
まず、チップ５０と中心電極３０の一端面３１との間に、上記緩和層８０を介在させこれら３つの部材３０、５０、８０を仮固定する。この仮固定は、抵抗溶接により仮止めしたり、治具を用いて仮止めする等により行うことができる。しかる後、緩和層８０を中心にレーザを照射することによって緩和層８０とチップ５０の界面及び緩和層８０と中心電極３０の界面を無くすように、３部材３０、５０、８０が溶け合った溶融部９０を形成する。こうして、図１１に示す接合部構成となる。
【００６５】
ところで、本実施形態によれば、チップ５０と中心電極３０の一端面３１との間に、線膨張係数がチップ５０と中心電極３０との間の範囲にある緩和層８０を介在させることにより、チップ５０と中心電極３０との線膨張係数差に起因する熱応力が、緩和層８０によって緩和される。そのため、従来よりもチップ５０と中心電極３０との接合信頼性を向上させることができる。
【００６６】
ここで、緩和層８０の厚さｔが０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲にあり、中心電極３０の一端面（接合面）３１に沿った断面を見たとき、溶融部９０の最大溶け込み深さｄ４の部分（図１１中のＥ−Ｅ断面）における断面積をチップ５０の断面積（チップの径方向の断面積）で割った比αが、（１．４−ｔ）／２以上の範囲にあることが好ましい。それにより、チップと母材との接合信頼性を実用レベルにて確保することができる。
【００６７】
この断面積比αの関係は、本発明者が行った実験検討の結果に基づくものである。限定するものではないが、この検討の一例を述べる。中心電極３０として、インコネル（登録商標）よりなり一端面３１の径Ｄ１がφ２．７ｍｍのものを使用し、チップ５０としてＩｒ−１０Ｒｈよりなり、径Ｄ２がφ２．４ｍｍ、厚さが１．４ｍｍの円板チップを用い、緩和層８０としてＰｔ−２０Ｉｒ−２Ｎｉよりなる径Ｄ３（図１２参照）がφ２．４ｍｍの円板を用いた。
【００６８】
ここで、緩和層８０の厚さｔを０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲としたのは、０．２ｍｍより薄いと緩和層８０の強度不足により熱応力によって緩和層８０に割れが生じやすくなること、また、０．６ｍｍより厚くしても熱応力緩和効果は変わらないためである。
【００６９】
そして、レーザ溶接条件を変えることにより、図１３に示す様に、溶融部９０の溶け込み深さｄ４を種々変え、溶融部９０の溶け込み深さｄ４の部分における断面積（溶融部断面積）とチップ５０との断面積比α（溶融部断面積／チップ断面積）を種々変えたサンプルを作製した。
【００７０】
この図１３に示す各仕様▲１▼〜▲７▼について、上記第１実施形態と同様に耐久試験を行い、チップ５０と中心電極３０との接合信頼性の評価を行った。図１４は、評価の結果得られた本実施形態の接合部構成における断面積比α（溶融部断面積／チップ断面積）と引っ張り強度（単位：Ｎ）との関係を緩和層８０の厚さを変えて示す図である。
【００７１】
図１４中の各種プロットにおいて、黒四角プロットは緩和層８０の厚さｔが０．２ｍｍのときの新品時、白四角プロットは緩和層８０の厚さｔが０．２ｍｍのときの耐久試験後、黒三角プロットは緩和層８０の厚さｔが０．４ｍｍのときの新品時、白三角プロットは緩和層８０の厚さｔが０．４ｍｍのときの耐久試験後、黒丸プロットは緩和層８０の厚さｔが０．６ｍｍのときの新品時、白丸プロットは緩和層８０の厚さｔが０．６ｍｍのときの耐久試験後、をそれぞれ示す。
【００７２】
図１４からわかるように、断面積比αが大きいほど（溶融部断面積が大きいほど）耐久試験後の引っ張り強度が大きい。これは、レーザ溶接による線膨張係数差の縮小やエッジ部が無くなることによる熱応力低減効果のためである。また、緩和層８０が厚いほど、耐久試験後の引っ張り強度は向上し、接合信頼性が高くなっていることがわかる。これは、０．６ｍｍの厚さまでは緩和層８０が厚いほど熱応力低減効果が大きいためである。
【００７３】
そして、図１４から、耐久試験後において引っ張り強度２００Ｎに相当する様な上記断面積比αと緩和層８０の厚さｔとの関係が得られる。例えば、厚さｔが０．２ｍｍのとき断面積比αは０．６、厚さｔが０．４ｍｍのとき断面積比αは０．５、厚さｔが０．６ｍｍのとき断面積比αは０．４である。
【００７４】
この断面積比αと緩和層８０の厚さｔとの関係をグラフ化したものが図１５である。図１５から、耐久試験後において引っ張り強度２００Ｎ以上の実用レベルの接合信頼性を確保するためには、次の数式１に示す関係を満足することが必要であることがわかる。
【００７５】
【数１】
α≧（１．４−ｔ）／２
０．２≦ｔ≦０．６（ｔの単位：ｍｍ）
以上のような実験検討に基づけば、厚さｔが０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲にある緩和層８０を介してレーザ溶接されたチップ５０と中心電極３０において、上記断面積比αが（１．４−ｔ）／２以上であることが好ましく、それにより、チップ５０と中心電極３０との接合信頼性を実用レベルにて確保することができる。
【００７６】
（他の実施形態）
以下に、本発明の種々の変形例を示す。図１６（ａ）〜（ｆ）は第１の変形例であり、第１実施形態に示した複数列の溶融部６１〜６３のうち全ての列もしくは一部の列の溶融部を、チップ５０と中心電極３０との界面が全域で溶け合った全域溶融構成としたものである。この第１の変形例においても上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７７】
図１６において、（ａ）〜（ｃ）は２列構成のものであって、（ａ）は１列目の溶融部６１、（ｂ）は全ての列の溶融部６１、６２、（ｃ）は２列目の溶融部６２について、それぞれ全域溶融構成としたものである。また、（ｄ）〜（ｆ）は３列構成のものであって、（ｄ）は全ての列の溶融部６１〜６３、（ｅ）は１列目の溶融部６１、（ｆ）は１列目と２列目の溶融部６１、６２について、それぞれ全域溶融構成としたものである。
【００７８】
図１７（ａ）〜（ｃ）は第２の変形例であり、第２実施形態に示した接合部構成において、溶融部９０を複数列構成としたものである。この場合も、上記第２実施形態と同様に、緩和層８０による熱応力緩和効果を発揮することができる。また、複数列の溶融部９０の形状によっては、上記第１実施形態と同様の効果を得ることも可能である。
【００７９】
また、上記各実施形態は、中心電極３０側にチップ５０をレーザ溶接した例として述べたが、接地電極４０側にチップ５０をレーザ溶接する場合、または、中心電極３０と接地電極４０の両方にチップ５０をレーザ溶接する場合にも、上記各実施形態は適用可能であることは勿論である。図１８は、接地電極４０を母材としてチップ５０を設ける場合を示す第３の変形例である。
【００８０】
図１８（ａ）及び（ｂ）の場合は、上記第１実施形態を接地電極４０に適用したものである。なお、図１８中、（ｂ）は（ａ）のＦ矢視図であるが、（ｂ）中の溶融部６０に施してあるハッチングは識別のためのもので断面を示すものではない。
【００８１】
この場合、接地電極４０の一端４１側の端面（本発明でいう接合面）４３に角柱状のチップ５０がレーザ溶接により固定されている。ここで、図示しないが、この第３の変形例においては、チップ５０の側面５１が、中心電極３０もしくは中心電極３０に固定されたチップ５０に対向して放電ギャップ７０を形成する。
【００８２】
そして、溶融部６０は、接地電極（母材）４０に最も近い列を１列目として接地電極４０から離れる方向へ向かって、隣接する列の間で重なるように２列形成されている。更に、接地電極４０における上記端面（接合面）４３に沿った断面を見たとき、１列目の溶融部６１の断面積と１列目と２列目の溶融部６１、６２）同士の重なり部の断面積との合計が、チップ５０の断面積（図１８（ａ）におけるチップの長軸と直交する方向に沿った断面積）の１．４倍以上になっている。
【００８３】
図１８（ｃ）及び（ｄ）の場合は、上記第２実施形態を接地電極４０に適用したものである。（ｄ）は（ｃ）のＧ矢視図であるが、（ｄ）中の溶融部９０に施してあるハッチングは識別のためのもので断面を示すものではない
チップ５０と接地電極４０の上記端面（接合面）４３との間には、線膨張係数がチップ５０と接地電極４０との間の範囲にある緩和層８０が介在されている。そして、チップ５０と接地電極４０とは、レーザ溶接によって緩和層８０、チップ５０及び接地電極４０の間の各界面に形成された溶融部９０を介して固定されている。この場合、接地電極４０は中心電極３０同様にＮｉ基合金よりなるので、緩和層８０も上記第２実施形態と同様の材質を採用できる。
【００８４】
これら図１８に示す第３の変形例においても、上記第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られるとともに、各実施形態に述べた好ましい形態（くさび効果、断面積αの関係）を採用可能なことは勿論である。
【００８５】
また、本発明において、中心電極や接地電極、チップの形状は適宜設計変更可能である。要するに、本発明は、中心電極及び接地電極の少なくとも一方を母材とし、この母材の一面を接合面として、この接合面に火花放電を行うための貴金属もしくはその合金よりなるチップがレーザ溶接により形成された溶融部を介して固定されてなるスパークプラグにおいて、溶融部の構成を工夫したり、緩和層を介在させた点が、主たる特徴点であり、他の部分は適宜設計変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】上記第１実施形態において溶融部を２列構成とした場合を示す概略断面図である。
【図３】上記第１実施形態において溶融部を３列構成とした場合を示す概略断面図である。
【図４】比較例として溶融部を単列構成とした場合を示す概略断面図である。
【図５】上記２列構成において種々の断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）を示す図表である。
【図６】上記単列構成において種々の断面積比（溶融部断面積／チップ断面積）を示す図表である。
【図７】上記２列構成における断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）と引っ張り強度との関係を示す図である。
【図８】上記単列構成における断面積比（溶融部断面積／チップ断面積）と引っ張り強度との関係を示す図である。
【図９】上記３列構成において種々の断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）を示す図表である。
【図１０】上記３列構成における断面積比（溶融部合計断面積／チップ断面積）と引っ張り強度との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るスパークプラグにおけるチップと中心電極との接合部構成を示す概略断面図である。
【図１２】上記第２実施形態に係るスパークプラグの製造方法を示す説明図である。
【図１３】図１１に示す接合部構成において種々の断面積比α（溶融部断面積／チップ断面積）を示す図表である。
【図１４】図１１に示す接合部構成における断面積比α（溶融部断面積／チップ断面積）と引っ張り強度との関係を緩和層の厚さを変えて示す図である。
【図１５】引っ張り強度２００Ｎ以上を満足するための断面積比αと緩和層の厚さｔとの関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の第１の変形例を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の第２の変形例を示す概略断面図である。
【図１８】本発明の第３の変形例を示す図である。
【符号の説明】
３０…中心電極、３１…中心電極の一端面、４０…接地電極、
４３…接地電極の一端側の端面、５０…チップ、６０、９０…溶融部、
６１…１列目の溶融部、６２…２列目の溶融部、６３…３列目の溶融部、
８０…緩和層。
【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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