(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極（３）と、
前記中心電極（３）を絶縁保持する取付金具（１）と、
前記取付金具（１）に固定され、前記中心電極（３）に放電ギャップ（６）を隔てて対向する対向面（４ｂ）を有する接地電極（４）とを備え、
前記接地電極（４）に貴金属製のチップ（５２）が接合されているスパークプラグにおいて、
前記チップ（５２）は前記接地電極（４）の前記対向面（４ｂ）に配置されており、
前記接地電極（４）における前記対向面（４ｂ）とは反対側の反対面（４ｃ）から前記チップ（５２）に向かって、前記接地電極（４）と前記チップ（５２）の互いの構成材料が溶融した材料よりなる溶融部（６０）が形成されていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記溶融部（６０）は、その厚みが前記接地電極（４）の前記反対面（４ｃ）側で厚く、前記対向面（４ｂ）に向かって薄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】
前記接地電極（４）はＮｉ基合金より構成され、前記チップ（５２）はＩｒを主成分とする合金より構成され、
前記溶融部（６０）はＮｉとＩｒとの合金を主成分とする材料より構成されてい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】
中心電極（３）と接地電極（４）とを放電ギャップ（６）を介して対向させ、前記接地電極（４）の前記中心電極（３）と対向する対向面（４ｂ）に貴金属製のチップ（５２）を溶接してなるスパークプラグの製造方法であって、
前記チップ（５２）を前記対向面（４ｂ）に配置し、
前記接地電極（４）における前記対向面（４ｂ）とは反対側の反対面（４ｃ）から前記接地電極（４）を介してレーザ溶接することにより、前記接地電極（４）と前記チップ（５２）とを溶融させることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【請求項５】
前記チップ（５２）を前記対向面（４ｂ）に配置した後、抵抗溶接により前記対向面（４ｂ）に前記チップ（５２）を仮固定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】
前記チップ（５２）を前記対向面（４ｂ）に押しつけるように加圧しつつ前記抵抗溶接を行い、前記チップ（５２）の一部を前記接地電極（４）に埋没させることにより前記仮固定を行なうことを特徴とする請求項５に記載の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、内燃機関の燃焼室等に設置されるスパークプラグおよびその製造方法に関し、特に、接地電極への貴金属チップの接合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スパークプラグは、取付金具内に絶縁体を介して絶縁保持された中心電極と、取付金具に接合された接地電極とを備える。そして、中心電極の絶縁体から露出した部分と接地電極とを対向させ、この対向部（火花放電部）に、火花放電が行われる放電ギャップを形成する。さらに、プラグの長寿命、高性能化のために、放電ギャップにおいて中心電極及び接地電極の少なくとも一方の対向面に、火花放電部電極材としての貴金属チップを溶接する。
【０００３】
そのようなものとして、従来より米国特許第４，７７１，２１０号明細書に記載のような貴金属を配した接地電極が提案されている。これは、接地電極において放電ギャップ側の対向面からこれと反対側の面に連通する穴を設け、この連通穴に棒状の貴金属チップを貫通させ、かしめ固定、あるいはレーザ溶接、アルゴン溶接を行なうことにより、接地電極に貴金属チップを配するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、上記従来技術においては、穴の連通加工は高い精度が要求されるため、生産性が良くない。また、チップにおいて放電ギャップに位置する必要部分の他に、連通穴に貫通させる分の貴金属が必要となるため、全体として貴金属の使用量が多くなり、コストが高くなるという問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は上記点に鑑みて、接地電極に貴金属チップを設けたスパークプラグにおいて、生産性に優れ、かつ、貴金属の使用量を最小限に抑えた安価なプラグを提供すること、及びそのようなプラグを製造する製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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記載の発明においては、接地電極（４）に接合される貴金属製のチップ（５２）が、接地電極（４）の中心電極（３）と対向する対向面（４ｂ）に配置され、接地電極（４）における対向面（４ｂ）とは反対側の反対面（４ｃ）からチップ（５２）に向かって、接地電極（４）とチップ（５２）の互いの構成材料が溶融した材料よりなる溶融部（６０）が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、チップ（５２）は接地電極（４）の対向面（４ｂ）に配置され、上記溶融部（６０）により接地電極（４）に接合されているから、従来のような上記連通穴及び該連通穴に配置する分のチップの貴金属が不要とできる。よって、生産性に優れ、かつ、貴金属の使用量を最小限に抑えた安価なプラグを提供することができる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明のように、溶融部（６０）は、その厚みが接地電極（４）の反対面（４ｃ）側で厚く、対向面（４ｂ）に向かって薄くなっているものにできる。
また、請求項３記載の発明のように、接地電極（４）はＮｉ基合金より構成され、チップ（５２）はＩｒを主成分とする合金より構成され、溶融部（６０）はＮｉとＩｒとの合金を主成分とする材料よりなるものにできる。
【０００９】
また、請求項４ないし請求項６記載の発明は製造方法に関するものである。
請求項４記載の発明においては、チップ（５２）を接地電極（４）の中心電極（３）と対向する対向面（４ｂ）に配置し、接地電極（４）における対向面（４ｂ）とは反対側の反対面（４ｃ）から接地電極（４）を介してレーザ溶接することにより、接地電極（４）とチップ（５２）とを溶融させることを特徴としている。
【００１０】
それによって、従来のように連通穴を開けることなく、接地電極（４）における対向面（４ｂ）の反対面（４ｃ）からチップ（５２）に向かって、接地電極（４）とチップ（５２）の互いの構成材料が溶融した材料よりなる溶融部（６０）を形成できる。よって、請求項１記載のプラグと同様の作用効果を奏するプラグを提供できるとともに、そのようなプラグを製造する製造方法を提供できる。
【００１１】
また、請求項５記載の発明においては、チップ（５２）を接地電極（４）の対向面（４ｂ）に配置した後、抵抗溶接により対向面（４ｂ）にチップ（５２）を仮固定することを特徴としている。それにより、レーザ溶接の際にチップ（５２）が対向面（４ｂ）に仮固定されているから、両者を固定する別体の治具等が不要となり、レーザ溶接の作業性を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、チップ（５２）を対向面（４ｂ）に押しつけるように加圧しつつ抵抗溶接を行い、チップ（５２）の一部を接地電極（４）に埋没させることにより仮固定を行なうことを特徴とするもので、請求項５記載の仮固定の具体的手段を提供することができる。
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１３】
【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。本実施形態のスパークプラグは、例えばエンジンの燃焼室内に一部が露出するようにエンジンブロックに取り付けられるものに適用される。図１は、本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。
【００１４】
スパークプラグ１００は、円筒形状の取付金具１を有しており、この取付金具１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１ａを備えている。取付金具１の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 ）等からなる絶縁体２が固定されており、この絶縁体２の先端部２ａは、取付金具１から露出するように設けられている。
【００１５】
絶縁体２の軸孔２ｂには中心電極３が固定されており、この中心電極３は取付金具１に対して絶縁保持されている。中心電極３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で、図１に示すように、その先端部３ａが絶縁体２の先端部２ａから露出するように設けられている。
【００１６】
一方、接地電極４は、一端側の固定部４ａにて取付金具１の一端に溶接により固定され、途中で略Ｌ字に曲げられて、固定部４ａとは反対端部の対向面４ｂにおいて中心電極３の先端部３ａと放電ギャップ６を隔てて対向している。ここで、図２は（ａ）は接地電極４の対向面４ｂ近傍の拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）のＹ矢視図である。
【００１７】
接地電極４は、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金（例えばインコネル（登録商標））より構成され、全長が例えば約１０ｍｍの断面偏平（図２中、例えば幅Ｗが約２．６ｍｍ、厚さＨが約１．４ｍｍ）の角柱が、略Ｌ字に曲げられた形状を成す。そして、中心電極３の先端部３ａには、貴金属チップ５１がレーザ溶接により固定されている。このチップ５１は円盤状であり、中心電極３の先端部３ａの円柱端面に接合されている。
【００１８】
一方、接地電極４の対向面４ｂには、略円柱状をなす貴金属チップ５２がレーザ溶接により固定配置されている。これら両チップ５１、５２は、Ｉｒを主成分とするＩｒ合金（例えばＩｒが９０重量％、Ｒｈが１０重量％のＩｒ−１０Ｒｈ合金）からなる。ここで、上記の放電ギャップ６は両チップ５１、５２の隙間であり、例えば約１ｍｍである。
【００１９】
ここで、本発明の要部である接地電極４側のチップ５２について、図２及び図３を参照して更に詳細に述べる。図３は図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。チップ５２の形状は特に限定しないが、本例では、例えば直径Ｄが約０．７ｍｍ、長さＬが約０．６ｍｍである円盤に近い円柱体であり、円柱長手方向において、チップ５２の一部が対向面４ｂに埋没した形となっている。このチップ５２の埋没深さＭ１は、例えば約０．５ｍｍである。
【００２０】
そして、チップ５２と接地電極４とが溶融したＮｉとＩｒとの合金を主成分とする合金からなる溶融部６０が、接地電極４の内部にて、対向面４ｂの反対面４ｃからチップ５２の一部に入り込んで形成されている。図３に示す様に、溶融部６０は略半楕円状であり、その厚み（半楕円の短径方向の長さ）が反対面４ｃ側で厚く、対向面４ｂに向かって薄くなっている。
【００２１】
ここで、図３に示す溶融部６０の各部寸法の一例を示しておく。接地電極４の厚さＨ方向に沿った溶融部６０の長さＫ１は、約１．１ｍｍであり、溶融部６０においてチップ５２の一部に入り込んだ入り込み長さＭ２は、約０．２ｍｍである。また、接地電極４の反対面４ｃに平行方向である溶融部６０の厚さＫ２は、約１．０ｍｍである。
【００２２】
かかる構成を有するスパークプラグ１００の製造方法のうち、接地電極４とチップ５２との接合方法について述べる。なお、同製造方法のうち他の部分の製造工程については、周知であるため説明を省略する。通常は、取付金具１に接地電極４を固定した状態でチップ５２をレーザ溶接するが、接地電極４単独の状態で行ってもよい。
【００２３】
まず、チップ５２を接地電極４の対向面４ｂに配置し、レーザ溶接を行う前に、チップ５２を仮固定する。仮固定は、チップ５２を対向面４ｂに押しつけるように、治具等を用いて加圧しつつ抵抗溶接を行い、チップ５２の一部を接地電極４に埋没させることにより行なう。ここで、抵抗溶接の条件は、例えば荷重３０ｋｇｆ、電流８５０Ａ（アンペア）とできる。
【００２４】
このとき、例えばＩｒ合金からなるチップ５２の融点は約２５００℃、Ｎｉ基合金からなる接地電極４の融点は約１５００℃〜１６００℃であり、母材となる接地電極４の方が抵抗溶接時に軟らかくなって凹み、チップ５２の一部が対向面４ｂに埋没する。なお、チップ５２の位置合わせのために、予め接地電極４の対向面４ｂに窪み等の加工をしてチップ５２の設置を容易としてもよい。
【００２５】
続いて、図３に示す白抜き矢印Ｒ方向から、レーザ溶接を行う。ここで、レーザ溶接条件は、例えばエネルギーが６０Ｊ（パルス幅が２０ｍｓｅｃ、充電電圧が４２０Ｖ）、デフォーカスが＋２ｍｍ（つまりレーザの焦点がチップ５２の照射面よりも２ｍｍ奥にある）、レーザのビーム径がφ０．４ｍｍとした。例えばこのような条件にて連続照射（例えば３発）することにより、上記溶融部６０が形成され、接地電極４とチップ５２との接合が行われる。
【００２６】
ところで、本実施形態によれば、チップ５２は接地電極４の対向面４ｂに配置され、溶融部６０により接地電極４に接合されているから、従来のような上記連通穴及び該連通穴に配置する分のチップの貴金属が不要とできる。よって、生産性に優れ、かつ、貴金属の使用量を最小限に抑えた安価なプラグを提供することができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、接地電極４の放電面である対向面４ｂの反対側の反対面４ｃから溶接しているため、放電面側に耐消耗性の悪い溶融部が存在せず、長寿命、高性能な接地電極構成が実現できる。
また、本実施形態ではレーザを反対面４ｃから照射しているから、レーザのエネルギー分布により、溶融部６０は、その厚みが接地電極４の反対面４ｃ側で厚く、対向面４ｂに向かって薄くなっているものにできる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、チップ５２を接地電極４対向面４ｂに配置し、接地電極４の反対面４ｃから接地電極４を介してレーザ溶接することにより、接地電極４とチップ５２とを溶融させ、両者を接合するから、従来のように連通穴を開けることなく、生産性に優れ、かつ、貴金属の使用量を最小限に抑えた安価なプラグ製造方法を提供できる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、レーザ溶接の前に、抵抗溶接によりチップ５２の一部を接地電極４に埋没させつつ、チップ５２と接地電極４との界面を溶接することにより、対向面４ｂにチップ５２を仮固定するようにしているから、レーザ溶接の際に両者を固定する別体の治具等が不要となり、レーザ溶接の作業性を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、チップ５２と接地電極４とは、レーザ溶接によって両者の構成材料が十分に溶融した溶融部６０により接合されているから、接合部において熱応力を緩和し、高信頼性を有するスパークプラグを提供することができる。
また、それによって、プラグ交換時間の大幅拡大が図れ、長寿命のスパークプラグを実現でき、さらには、熱負荷の厳しい環境で使用されるスパークプラグを提供できる。
【００３１】
（他の実施形態）
なお、チップ５２は、上記円柱状に限定されるものではなく、図４（ａ）ないし（ｈ）に示すような形状であってもよい。ここで、図４において、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）は、各々、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）のＡ−Ａ断面図である。また、これら断面図において、溶融部６０と重なる部分のチップ５２の形状も、便宜上示してある。
【００３２】
即ち、チップ５２は、円柱状であって円柱の対向面４ｂの埋没側端面から突出する脚部５２ａを有するもの（図４（ａ））、円柱状であって円柱の円周面を対向面４ｂに埋没させたもの（図４（ｂ））、三角柱（図４（ｃ））または四角柱（図４（ｄ））であってその側面に沿った角柱稜線を対向面４ｂと略平行に配置するものであってもよい。
【００３３】
また、チップ５２の材質はＩｒ−Ｒｈ合金に限定されるものではなく、その他、例えば、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｐｔ合金等でもよい。また、接地電極の材質もＮｉを主成分とするＮｉ基合金に限定されず、耐熱性に優れたものであればよい。
また、チップ５２と接地電極４との接合方法は、レーザ溶接に限定されず、可能であるならば、他の溶接方法（抵抗溶接、アーク溶接等）、あるいは反対面４ｃから溶融部６０を形成できるような熱等のエネルギーを付与する方法を用いてもよい。
【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】（ａ）は図１における接地電極の対向面近傍の拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）のＹ矢視図である。
【図３】図２（ｂ）のａ−ａ断面図である。
【図４】本発明の貴金属チップの他の形状を示す図である。
【符号の説明】
１…取付金具、３…中心電極、４…接地電極、４ｂ…接地電極の対向面、
４ｃ…接地電極の反対面、６…放電ギャップ、５２…チップ、６０…溶融部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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