JP2011034826A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】スパークプラグ１は、中心電極５及び貴金属チップ３１を有する。中心電極５及び貴金属チップ３１は溶融部３５を介して接合される。貴金属チップ３１及び中心電極５の境界面の面積は、貴金属チップ３１の外表面のうち溶融部３５に最も近い部位における貴金属チップ３１の軸線ＣＬ１に直交する断面積に対して５％以下とされる。軸線ＣＬ１を含む断面において、溶融部３５のうち外表面に露出する部位の軸線ＣＬ１に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、貴金属チップ３１の幅をＢ（ｍｍ）としたとき、Ｂ／Ａ≦６を満たす。また、溶融部３５のうち軸線ＣＬ１に沿った長さがＡ／１．５となる部位が、貴金属チップ３１の外周面からＢ／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側に位置する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

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、当該中心電極の外周に設けられる絶縁体と、当該絶縁体の外側に組付けられる円筒状の主体金具と、基端部が前記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、その先端部が前記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。また近年では、中心電極や接地電極の先端部のうち、前記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。尚、貴金属チップを構成する貴金属合金は高価であり、製造コストの増大を抑制すべく、比較的薄い貴金属チップを用いることが考えられる。

ところで、貴金属チップ及び中心電極の接合に際しては、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、貴金属チップと中心電極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、貴金属チップと中心電極とが接合される。

特開２００３−１７２１４号公報

しかしながら、十分な接合強度を維持すべく、溶融部をより内側（軸線側）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、貴金属チップとして比較的薄いものを用いた場合には、溶融部の外周面側が接地電極との間で火花放電間隙を形成する面（放電面）にまで至ってしまい、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おそれがある。

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、溶融部の放電面へ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、貴金属チップ及び中心電極間の接合強度の低下を招いてしまい、ひいては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。

尚、これらの問題点は、中心電極の先端部に貴金属チップを接合する場合のみならず、接地電極の先端部に突部を設け、当該突部に貴金属チップを接合する場合であっても同様に生じ得る。

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を提供することにある。

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。

構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、
前記主体金具の先端部から延びる接地電極と、
前記中心電極の先端部に接合され、前記接地電極との間で間隙を形成する貴金属チップとを有し、
前記中心電極と前記貴金属チップとは、前記中心電極の成分と前記貴金属チップの成分とが溶融された溶融部を介して接合されてなるスパークプラグであって、
前記貴金属チップと前記中心電極との境界面の面積は、前記貴金属チップの外表面のうち前記溶融部に最も近い部位における前記貴金属チップの前記軸線に直交する断面積に対して５％以下とされ、
前記軸線を含む断面において、
前記溶融部のうち外表面に露出する部位の前記軸線に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、前記貴金属チップの幅をＢ（ｍｍ）としたとき、
Ａ≦０．６、及び、Ｂ／Ａ≦６を満たすとともに、
前記溶融部のうち前記軸線に沿った長さがＡ／１．５となる部位が、前記貴金属チップの外周面からＢ／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側に位置することを特徴とする。

上記構成１によれば、貴金属チップと中心電極との境界面の面積が、貴金属チップの軸線と直交する方向に沿った貴金属チップの断面積の５％以下とされる。すなわち、溶融部形成前における中心電極と貴金属チップとの接触領域のうち、９５％以上の領域に亘って溶融部が形成される。従って、中心電極に対して貴金属チップが強固に接合されることとなり、振動等に対する機械的強度の向上を図ることができる。

さらに、上述のように９５％以上の領域に亘って溶融部が形成されるとともに、溶融部のうち外表面に露出する部位の前記軸線に沿った長さをＡとし、貴金属チップの幅をＢとしたとき、Ｂ／Ａ≦６を満たすように溶融部が形成される。そのため、使用時において中心電極と貴金属チップとの熱膨張係数の差により生じる応力差を、比較的大きな領域に亘って、かつ、十分な厚さをもって形成された溶融部により吸収することができ、中心電極と貴金属チップとの間におけるクラック（割れ）の発生を防止することができる。その結果、機械的強度の向上が図られることと相俟って、中心電極と貴金属チップとの間の接合強度を十分に確保することができ、貴金属チップの脱落防止を図ることができる。

併せて、本構成１によれば、溶融部のうち軸線に沿った長さがＡ／１．５となる部位が、貴金属チップの外周面からＢ／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構成されている。すなわち、溶融部は、その外表面から内側（軸線側）に向かって、径方向外側の部分において比較的急激に軸線に沿った長さが減少する一方で、径方向内側に位置する部分では、軸線に沿った長さの減少量が比較的小さくなるように形成されている。従って、溶融部のうち径方向内側に位置する部位について、比較的薄い状態を維持したまま、溶融部を中心（軸線）側へと至らせることができる。そのため、上述のように比較的大きな領域に亘って溶融部を形成したとしても、溶融部のボリュームについては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、貴金属チップとして比較的薄いものを用いたとしても、接合後における貴金属チップが十分な厚さ（体積）を有するものとなる。その結果、製造コストの増大を抑制しつつ、耐消耗性の向上を図ることができる。

尚、溶融部のボリュームをより減少させ、耐消耗性等の更なる向上を図るという観点からは、溶融部のうち軸線に沿った長さがＡ／１．５となる部位が、貴金属チップの外周面からＢ／５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を構成することが好ましく、溶融部のうち軸線に沿った長さがＡ／１．５となる部位が、貴金属チップの外周面からＢ／６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を構成することがより一層好ましい。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記中心電極は、自身の内部に自身の外周部分よりも熱伝導性の高い材質からなる放熱促進部を有し、
前記放熱促進部から前記溶融部までの最短距離をＣ（ｍｍ）としたとき、
Ｃ≦２．０を満たすことを特徴とする。

上記構成２によれば、溶融部から放熱促進部までの最短距離Ｃが２．０ｍｍ以下とされる。そのため、溶融部の熱及び溶融部に隣接する貴金属チップの熱を熱伝導性に優れた放熱促進部へと効率的に伝達することができる。その結果、貴金属チップの過熱をより確実に防止することができ、耐消耗性のより一層の向上を図ることができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、
前記主体金具の先端部から延びる接地電極と、
前記接地電極の先端部に設けられた突部に接合され、前記中心電極との間で間隙を形成する貴金属チップとを有し、
前記突部と前記貴金属チップとは、前記突部の成分と前記貴金属チップの成分とが溶融された溶融部を介して接合されてなるスパークプラグであって、
前記貴金属チップと前記突部との境界面の面積は、前記貴金属チップの外表面のうち前記溶融部に最も近い部位における前記貴金属チップの軸方向に直交する方向に沿った前記貴金属チップの断面積に対して５％以下とされ、
前記軸線を含む断面において、
前記溶融部のうち外表面に露出する部位の前記貴金属チップの軸方向に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、前記貴金属チップの幅をＢ（ｍｍ）としたとき、
Ａ≦０．６、及び、Ｂ／Ａ≦６を満たすとともに、
前記溶融部のうち前記貴金属チップの軸方向に沿った長さがＡ／１．５となる部位が、前記溶融部の外周面からＢ／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側に位置することを特徴とする。

上記構成３によれば、中心電極と貴金属チップとの関係において奏される上記構成１による作用効果が、接地電極の突部に貴金属チップを接合する場合における、突部と貴金属チップとの関係において奏されることとなる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、Ａ≦０．４を満たすことを特徴とする。

上記構成４によれば、溶融部の外表面の軸線に沿った長さが０．４ｍｍ以下と小さなものとされるため、溶融部のボリュームをより減少させることができる。従って、接合後における貴金属チップについてより一層の厚さを確保することができ、耐消耗性の更なる向上を図ることができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記貴金属チップの軸上における、前記貴金属チップの前記間隙を形成する面から前記境界面又は前記溶融部の中心までの長さをＤ（ｍｍ）としたとき、
０．１≦Ｄ−（Ａ／２）≦０．６を満たすことを特徴とする。

上記構成５によれば、Ｄ−（Ａ／２）を０．１ｍｍ以上とすることで、貴金属チップの厚さを十分に確保することができ、耐消耗性の一層の向上を図ることができる。

また、Ｄ−（Ａ／２）を０．６ｍｍ以下とすることで、貴金属チップが過度に厚くなってしまうことを防止できる。その結果、使用時における貴金属チップの過熱をより確実に防止することができ、一層優れた耐消耗性の実現を図ることができる。

構成６．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至５のいずれかにおいて、前記貴金属チップの軸上における、前記貴金属チップの前記間隙を形成する面から前記境界面又は前記溶融部の中心までの長さをＤ（ｍｍ）としたとき、
０．３≦Ｄ≦０．５を満たすことを特徴とする。

上記構成６によれば、０．３≦Ｄとされることで、耐消耗性に優れる貴金属チップが十分な厚さを有するものとなる。一方で、Ｄ≦０．５を満たすため、貴金属チップのボリュームが過大となってしまうことを抑制でき、ひいては貴金属チップの過熱をより確実に防止することができる。従って、これらの効果が相乗的に作用することにより、耐消耗性のより一層の向上を図ることができる。

構成７．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至６のいずれかにおいて、前記貴金属チップの軸上における前記溶融部の厚さをＥ（ｍｍ）としたとき、
Ｅ＞０．０を満たすことを特徴とする。

上記構成７によれば、貴金属チップの中心軸上における溶融部の厚さＥが０．０ｍｍよりも大きく、換言すれば、中心電極（又は突部）及び貴金属チップとの間の全域に亘って溶融部が形成されている。従って、中心電極に対して貴金属チップをより強固に接合することができるとともに、中心電極（突部）と貴金属チップとの間で生じる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る。その結果、中心電極（突部）と貴金属チップとの間の接合強度の更なる向上を図ることができ、貴金属チップの耐剥離性を一層向上させることができる。

構成８．本構成のスパークプラグは、上記構成６又は７のいずれかにおいて、前記軸線を含む断面において、
前記溶融部のうち、前記貴金属チップの中心軸に直交するとともに前記溶融部の前記貴金属チップの軸方向中央部分を通る直線よりも前記貴金属チップ側に位置する部位の断面積をＸ（ｍｍ²）とし、
前記貴金属チップの断面積をＹ（ｍｍ²）としたとき、
０．０２５≦Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）≦０．５０を満たすことを特徴とする。

上記構成８によれば、貴金属チップのボリュームと溶融部のボリュームとの関係において、０．０２５≦Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）を満たす（つまり、貴金属チップのボリュームに対して溶融部のボリュームを十分に大きなものとする）ことで、貴金属チップの接合強度をより一層向上させることができる。一方で、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）≦０．５０を満たす（つまり、溶融部のボリュームに対して貴金属チップのボリュームが過大となってしまうことを防止する）ことで、貴金属チップの過熱をより確実に抑制することができ、ひいては耐消耗性の更なる向上を図ることができる。

第１実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 第１実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。 第１実施形態における溶融部等の構成を示す部分拡大断面模式図である。 第１実施形態における溶融部及び貴金属チップの断面積等を示す部分拡大断面模式図である。 第２実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 第２実施形態におけるスパークプラグ先端部の構成を示す一部破断拡大正面図である。 第２実施形態における溶融部等の構成を示す部分拡大断面模式図である。 第２実施形態における溶融部及び貴金属チップの断面積等を示す部分拡大断面模式図である。 境界面割合を５％又は１０％としたサンプルについて、Ｂ／Ａと酸化スケール割合との関係を示すグラフである。 Ａ／１．５の形成位置と間隙増加量との関係を示すグラフである。 Ｄ−（Ａ／２）の値と間隙増加量との関係を示すグラフである。 距離Ｄと間隙増加量との関係を示すグラフである。 Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）の値と間隙増加量との関係を示すグラフである。 溶融部及び放熱促進部間の最短距離Ｃと間隙増加量との関係を示すグラフである。 別形状の溶融部を示す部分拡大断面図である。 別の実施形態における、中心電極先端部の構成等を示す部分拡大断面図である。 別の実施形態における、スパークプラグの構成を示す拡大正面図である。

〔第１実施形態〕
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。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。

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。

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、脚長部１３と中胴部１２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。

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、全体として棒状（円柱状）をなし、絶縁碍子２の先端から突出している。また、中心電極５は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂと、前記Ｎｉ合金よりも熱伝導性の高い銅、銅合金又は純Ｎｉからなる放熱促進部としての内層５Ａとを備えている。さらに、円柱状をなす前記中心電極５の先端部には、貴金属合金（例えば、イリジウム合金）により形成された円柱状の貴金属チップ３１が溶融部３５を介して接合されている（溶融部３５等については、後に詳述する）。尚、本実施形態において、貴金属チップ３１の中心軸と前記軸線ＣＬ１とが一致するように、中心電極５に対して貴金属チップ３１が接合されている。また、貴金属チップ３１の外径は、比較的小径（例えば、０．７ｍｍ）とされている。

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。

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。

加えて、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を内燃機関や燃料電池改質器等の燃焼装置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、スパークプラグ１を内燃機関等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。

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の内周面との間の空間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。

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。

また、主体金具３の先端部２６には、略中間部分が曲げ返されて、その先端側側面が中心電極５の先端部と対向する接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、外層２７Ａ及び内層２７Ｂからなる２層構造となっている。本実施形態において、前記外層２７ＡはＮｉ合金〔例えば、インコネル６００やインコネル６０１（いずれも登録商標）〕によって構成されている。一方、前記内層２７Ｂは、前記Ｎｉ合金よりも良熱導電性金属である銅合金等によって構成されている。

加えて、前記接地電極２７のうち前記貴金属チップ３１の先端面と対向する部位には、貴金属合金（例えば、Ｐｔ合金等）により形成された円柱状の貴金属チップ３２が接合されている。そして、前記貴金属チップ３１，３２間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成され、軸線ＣＬ１方向にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。

さらに、本実施形態において、前記溶融部３５は、ファイバーレーザー又は電子ビームを用いたレーザー溶接により中心電極５の金属成分と貴金属チップ３１の金属成分とを溶融させることで形成されている（溶融部３５の形成手法については後述する）。また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、中心電極５及び貴金属チップ３１は直接接触することなく（換言すれば、貴金属チップ３１と中心電極５との間に境界面が形成されることなく）、溶融部３５を介して両者は接合されている。尚、図１５に示すように、貴金属チップ３１と中心電極５との間に、両者が直接接触する境界面Ｂｏが形成されるように溶融部３５１を形成することとしてもよい。但し、この場合には、貴金属チップ３１と中心電極５との境界面Ｂｏの面積が、貴金属チップ３１の外表面のうち溶融部３５１に最も近い部位における、軸線ＣＬ１に直交する方向に沿った貴金属チップ３１の断面積に対して５％以下とされる。換言すれば、溶融部３５１形成前における中心電極５と貴金属チップ３１との接触領域のうち、９５％以上の領域に亘って溶融部３５１が形成される。

図３に戻り、軸線ＣＬ１を含む断面において、溶融部３５のうち外表面に露出する部位の軸線ＣＬ１に沿った長さをＡ１（ｍｍ）とし、貴金属チップ３１の幅（「軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った貴金属チップ３１の長さ」をいう）をＢ１（ｍｍ）としたとき、Ｂ１／Ａ１≦６となるように、溶融部３５及び貴金属チップ３１の大きさが設定されている。

また、前記長さＡ１については、Ａ１≦０．６を満たすように、つまり、溶融部３５が過度に大きくなりすぎないように溶融部３５のうち外表面に表れる部位の大きさ（いわゆるビード径に相当する）が比較的小さくされている。

加えて、軸線ＣＬ１を含む断面において、溶融部３５のうち軸線ＣＬ１に沿った長さがＡ１／１．５となる部位が、貴金属チップ３１の外周面からＢ１／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側に位置している。すなわち、溶融部３５は、その外表面から内側（軸線ＣＬ１側）に向かって、径方向外側（溶融部３５の外周面と貴金属チップ３１の外周面からＢ１／４だけ内側に入った位置との間）の部分では比較的急激に軸線ＣＬ１に沿った長さが減少する一方で、径方向内側に位置する部分では、軸線ＣＬ１に沿った長さの減少量が比較的小さくなるように形成されている。そのため、本実施形態においては、軸線ＣＬ１を含む断面において、溶融部３５における、貴金属チップ３１との境界面、及び、中心電極５との境界面が、それぞれ溶融部３５の外周側に向けて凹状をなす湾曲状とされている。

また、前記中心電極５の内部に設けられた内層５Ａと、溶融部３５までの最短距離をＣ１（ｍｍ）としたとき、０＜Ｃ１≦２．０を満たすように、すなわち、内層５Ａ及び溶融部３５間の距離が比較的小さくなるように中心電極５内における内層５Ａの形成位置が設定されている。

さらに、前記軸線ＣＬ１上（貴金属チップ３１の中心軸上）における、貴金属チップ３１のうち火花放電間隙３３を形成する面（先端面）から、溶融部３５の中心ＣＷ１までの長さをＤ１（ｍｍ）としたとき、０．１≦Ｄ１−（Ａ１／２）≦０．６、及び、０．３≦Ｄ１≦０．５を満たすように、貴金属チップ３１の軸線ＣＬ１方向に沿った長さ（厚さ）が設定されている。尚、貴金属チップ３１と中心電極５との間に境界面Ｂｏが形成される場合、前記長さＤ１は、軸線ＣＬ１上（貴金属チップ３１の中心軸上）における、貴金属チップ３１のうち火花放電間隙３３を形成する面（先端面）から、前記境界面Ｂｏまでの距離を意味する。

加えて、本実施形態では、上述の通り、中心電極５及び貴金属チップ３１が直接接触してはいないため、両者の間には境界面が形成されていない。そのため、軸線ＣＬ１（貴金属チップ３１の中心軸）における溶融部３５の厚さＥ１（ｍｍ）については、Ｅ１＞０．０を満たすものとされている。

併せて、図４に示すように、軸線ＣＬ１を含む断面において、前記溶融部３５のうち、軸線ＣＬ１に直交するとともに溶融部３５の軸線ＣＬ１方向中央部分（中心ＣＷ１）を通る直線Ｌ１よりも貴金属チップ３１側に位置する部位（図４中、斜線を付した部位）の断面積をＸ１（ｍｍ²）とし、貴金属チップ３１（図４中、散点模様を付した部位）の断面積をＹ１（ｍｍ²）としたとき、０．０２５≦Ｘ１／（Ｘ１＋Ｙ１）≦０．５０を満たすように、溶融部３５や貴金属チップ３１の形状等が設定されている。

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により貫通孔を形成し、概形を製造する。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。

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金等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、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

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、成型用素地造粒物を調製するとともに、当該成型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。

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チップ３１がレーザー溶接により設けられる。

より詳しくは、中心電極５（外層５Ｂ）の先端面上に円柱状の貴金属チップ３１の基端面を載置した状態で、所定の押さえピンにより貴金属チップ３１を支持しつつ、中心電極５等を軸線ＣＬ１を回転軸として回転させながら、中心電極５及び貴金属チップ３１の接触面の外周に対して間欠的に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、複数の溶融領域が周方向に連なってなる溶融部３５が形成され、中心電極５の先端部に貴金属チップ３１が接合される。ここで、本実施形態におけるレーザービームの照射条件について詳述すると、１つの溶融領域を形成するに当たり、所定のレーザー光源から３００Ｗで、約５ｍｓに亘ってレーザービームが照射されるようになっている。尚、貴金属チップ３１の外径や貴金属チップ３１等を構成する材料が異なる場合には、レーザービームの出力や照射時間、中心電極５等の回転速度、或いは、レーザービームの打ち方〔レーザーを連続波とするか、断続波（パルス）とするか等〕を適宜調整することにより、上述した構成の溶融部３５を形成することができる。

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。

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とが組付けられる。より詳しくは、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固定される。

次いで、メッキ除去を施した接地電極２７の先端部に貴金属チップ３２が抵抗溶接やレーザー溶接により接合される。そして最後に、接地電極２７の中間部分を中心電極５側に屈曲させるとともに、貴金属チップ３１，３２間の火花放電間隙３３の大きさを調整する加工が実施されることで、スパークプラグ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、貴金属チップ３１と中心電極５との境界面の面積が、貴金属チップ３１の軸線（軸線ＣＬ１）と直交する方向に沿った貴金属チップ３１の断面積の５％以下とされる。すなわち、溶融部３５形成前における中心電極５と貴金属チップ３１との接触領域のうち、９５％以上の領域に亘って溶融部３５が形成される。従って、中心電極５に対して貴金属チップ３１が強固に接合されることとなり、振動等に対する機械的強度の向上を図ることができる。

さらに、９５％以上の領域に亘って溶融部３５が形成されるとともに、溶融部３５のうち外表面に露出する部位の前記軸線ＣＬ１に沿った長さをＡ１とし、貴金属チップ３１の幅をＢ１としたとき、Ｂ１／Ａ１≦６を満たすように溶融部３５が形成される。そのため、使用時において中心電極５と貴金属チップ３１との熱膨張係数の差により生じる応力差を、比較的大きな領域に亘って十分な厚さをもって形成された溶融部３５により吸収することができ、中心電極５と貴金属チップ３１との間におけるクラック（割れ）の発生を防止することができる。その結果、機械的強度の向上が図られることと相俟って、中心電極５と貴金属チップ３１との間の接合強度を十分に確保することができ、貴金属チップ３１の耐剥離性を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、溶融部３５のうち軸線ＣＬ１に沿った長さがＡ１／１．５となる部位が、貴金属チップ３１の外周面からＢ１／４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構成されている。従って、溶融３５部のうち径方向内側に位置する部位について、比較的薄い状態を維持したまま、溶融部３５を中心（軸線）側へと至らせることができる。そのため、上述のように比較的大きな領域に亘って溶融部３５を形成したとしても、溶融部３５のボリュームについては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３１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、貴金属チップ３１として比較的薄いものを用いたとしても、接合後における貴金属チップ３１が十分な厚さ（体積）を有するものとなる。その結果、製造コストを抑制しつつ、優れた耐消耗性を実現することができる。

加えて、溶融部３５から内層５Ａまでの最短距離Ｃ１が２．０ｍｍ以下とされるため、溶融部３５の熱及び貴金属チップ３１の熱を熱伝導性に優れた内層５Ａへと効率的に伝達することができる。その結果、貴金属チップ３１の過熱をより確実に防止することができ、耐消耗性のより一層の向上を図ることができる。

併せて、溶融部３５の外表面の軸線ＣＬ１に沿った長さが０．４ｍｍ以下と小さなものとされるため、溶融部３５のボリュームをより減少させることができる。従って、接合後における貴金属チップ３１の厚さをより一層確保することができ、耐消耗性の更なる向上を図ることができる。

また、Ｄ１−（Ａ１／２）が０．１ｍｍ以上とされることで、貴金属チップ３１の厚さを十分に確保することができ、耐消耗性の一層の向上を図ることができる。一方で、Ｄ１−（Ａ１／２）を０．６ｍｍ以下とすることで、貴金属チップ３１が過度に厚くなってしまうことを防止でき、貴金属チップ３１が過熱されることに伴う耐消耗性の低下をより確実に防止することができる。

さらに、０．３≦Ｄ１≦０．５とされることで、貴金属チップ３１の過熱を防止しつつ、貴金属チップ３１が十分な厚さを有するものとなる。そのため、耐消耗性のより一層の向上を図ることができる。

加えて、本実施形態によれば、貴金属チップ３１の中心軸上における溶融部３５の厚さＥ１が０ｍｍよりも大きく、換言すれば、中心電極５及び貴金属チップ３１との間の全域に亘って溶融部３５が形成されている。これにより、中心電極５と貴金属チップ３１との間の接合強度の更なる向上を図ることができ、貴金属チップ３１の耐剥離性を一層向上させることができる。

併せて、貴金属チップ３１のボリュームと溶融部３５のボリュームとの関係において、０．０２５≦Ｘ１／（Ｘ１＋Ｙ１）≦０．５０を満たすように両者の大きさが設定されるため、貴金属チップ３１の過熱をより確実に抑制することができ、更なる耐消耗性の向上を図ることができる。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、特に上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。本第２実施形態において、スパークプラグ１Ａは、図５に示すように、上記第１実施形態と同様に、絶縁碍子２、主体金具３、中心電極５、接地電極３７等を備えているが、接地電極３７の先端部には、Ｎｉ合金からなり、中心電極５側へと突出する突部３８が接合されている。そして、当該突部３８の先端部に対して溶融部４６を介して貴金属チップ４２が接合されている。尚、接合にあたっては、貴金属チップ４２の中心軸と軸線ＣＬ１とが一致するように、突部３８に対して貴金属チップ４２が接合されている。また、貴金属チップ４２の外径は、比較的小径（例えば、０．７ｍｍ）とされている。

前記溶融部４６は、突部３８の金属成分（Ｎｉ合金）と貴金属チップ４２の金属成分（例えば、白金合金）とが溶融することで形成されている。また、図６及び図７に示すように、貴金属チップ４２と突部３８との境界面の面積は、貴金属チップ４２の外表面のうち溶融部４６に最も近い部位における貴金属チップ４２の軸方向に直交する貴金属チップ４２の断面積に対して５％以下とされている。尚、本第２実施形態では、貴金属チップ４２及び突部３８間の全域にわたって溶融部４６が形成されているため、貴金属チップ４２と突部３８との間に境界面が存在していない。すなわち、貴金属チップ４２の軸方向に直交する貴金属チップ４２の断面積に対する前記境界面の面積の割合は０％とされており、また、貴金属チップ４２の軸上における溶融部４６の厚さＥ２は０．０ｍｍより大きくされている。

また、軸線ＣＬ１を含む断面において、溶融部４６のうち外表面に露出する部位の貴金属チップ４２の軸方向に沿った長さをＡ２（ｍｍ）とし、前記貴金属チップ４２の幅（「貴金属チップ４２の中心軸と直交する方向に沿った貴金属チップ４２の長さ」をいう）をＢ２（ｍｍ）としたとき、Ｂ２／Ａ２≦６を満たすように構成されている。さらに、溶融部４６のうち貴金属チップ４２の軸方向に沿った長さがＡ２／１．５となる部位が、溶融部４６の外周面からＢ２／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側に位置している。加えて、前記長さＡ２は０．４ｍｍ以下とされている。

併せて、貴金属チップ４２の軸上における、貴金属チップ４２の火花放電間隙３３を形成する面から前記溶融部４６の中心ＣＷ２までの長さをＤ２（ｍｍ）としたとき、０．１≦Ｄ２−（Ａ２／２）≦０．６、及び、０．３≦Ｄ２≦０．５を満たすように長さＤ２が設定されている。

さらに、図８に示すように、軸線ＣＬ１を含む断面において、溶融部４６のうち、貴金属チップ４２の中心軸に直交するとともに溶融部４６の貴金属チップ４２の軸方向中央部分（中心ＣＷ２）を通る直線Ｌ２よりも貴金属チップ４２側に位置する部位（図８中、斜線を付した部位）の断面積をＸ２（ｍｍ²）とし、貴金属チップ４２（図８中、散点模様を付した部位）の断面積をＹ２（ｍｍ²）としたとき、０．０２５≦Ｘ２／（Ｘ２＋Ｙ２）≦０．５０を満たすように、溶融部４６や貴金属チップ４２の大きさ等が設定されている。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１Ａの製造方法について、特に接地電極３７への突部３８の接合方法、及び、突部３８への貴金属チップ４２の接合方法を説明する。

接地電極３７に突部３８を接合するにあたっては、まず、断面略台形状をなし、Ｎｉ合金からなる突部３８と貴金属チップ４２とをレーザー溶接する。すなわち、突部３８の一端面に貴金属チップ４２の端面を重ね合わせた状態で、両者を保持しつつ、突部３８の中心軸を回転軸として突部３８等を回転させながら、突部３８及び貴金属チップ４２の接触面の外周に対して間欠的に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。このとき、１つの溶融領域を形成するに当たり、所定のレーザー光源から３００Ｗで、約５ｍｓに亘ってレーザービームが照射される。これにより、複数の溶融領域が周方向に連なってなる溶融部４６が形成され、突部３８に貴金属チップ４２が接合される。尚、貴金属チップ４２の外径や貴金属チップ４２等を構成する材料が異なる場合には、レーザービームの出力や照射時間、突部３８等の回転速度、或いは、レーザービームの打ち方〔レーザーを連続波とするか、断続波（パルス）とするか等〕を変更することにより、上述した構成の溶融部４６を形成することができる。

次いで、貴金属チップ４２が接合された突部３８を接地電極３７に接合する。すなわち、直棒状の接地電極３７に対して、前記突部３８を載置する。そして、所定の抵抗溶接装置の溶接電極棒（ともに図示せず）を突部３８の側面部（テーパ部）に押し当てた上で、前記溶接電極棒から突部３８側へと電流を印加する。これにより、接地電極３７及び突部３８の接触部分が溶融し、接地電極３７に対して突部３８が抵抗溶接される。

尚、本実施形態では、突部３８として断面略台形状のものを示しているが、突部３８としては、例えば、略円柱状をなし、一端部が鍔状に膨出するものを用いることとしてもよい。この場合には、抵抗溶接をするにあたって、前記鍔状部分に対して溶接電極棒を押し当て通電することで、接地電極３７に突部３８を接合することができる。

以上、本第２実施形態によれば、中心電極５と貴金属チップ３１との関係において奏される上記第１実施形態による作用効果が、接地電極３７の突部３８に貴金属チップ４２を接合する場合における、突部３８と貴金属チップ４２との関係において奏されることとなる。
〔試験による確認〕
次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、中心電極に対する貴金属チップの溶接条件を変更することで、貴金属チップの外表面のうち溶融部に最も近い部位における貴金属チップの軸方向に直交する貴金属チップの断面積に対する、貴金属チップ及び中心電極の境界面の面積の割合（境界面割合）を５％又は１０％とした上で、溶融部のうち外表面に露出する部位の貴金属チップの軸方向に沿った長さＡ（ｍｍ）に対する貴金属チップの幅Ｂ（ｍｍ）の割合（Ｂ／Ａ）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バーナー試験を行った。

尚、机上バーナー試験の概要は、次の通りである。すなわち、サンプルに対して、貴金属チップの温度が９００℃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、１０００サイクル終了後にサンプル断面を観察することで、溶融部と中心電極及び貴金属チップ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。図９に、境界面割合を５％又は１０％としたサンプルについて、Ｂ／Ａ及び酸化スケール割合の関係を示す。尚、図９においては、境界面割合を５％としたサンプルの試験結果を黒丸（●）でプロットし、境界面割合を１０％としたサンプルの試験結果をバツ印（×）でプロットした。また、貴金属チップとしては、０．７ｍｍの外径を有するものを用いた。

図９に示すように、境界面割合を１０％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、中心電極に対する貴金属チップの接合強度が不十分となってしまうことが明らかとなった。これは、中心電極と貴金属チップとが直接接触する領域が比較的大きかった（換言すれば、溶融部のボリュームが比較的小さかった）ため、中心電極及び貴金属チップ間で生じる熱応力差を溶融部が十分に吸収できず、その結果、酸化スケールの発生を十分に防止できなかったためであると考えられる。

さらに、Ｂ／Ａが６を超えるサンプルについても、酸化スケール割合が５０％を超えてしまうことがわかった。これは、貴金属チップに対して溶融部が比較的薄いものとなってしまった結果、中心電極及び貴金属チップ間で生じる熱応力差を十分に吸収できなかったことに起因すると考えられる。

一方で、境界面割合を５％以下とし、かつ、Ｂ／Ａ≦６としたサンプルは、酸化スケール割合が５０％を下回り、貴金属チップが中心電極に対して強固に接合され、中心電極からの貴金属チップの剥離をより確実に防止できることがわかった。

次いで、長さＡを０．４ｍｍ又は０．６ｍｍとした上で、溶融部のうち軸線に沿った長さがＡ／１．５となる部位を、貴金属チップの外周面から内側に向けて、Ｂ／６、Ｂ／５、Ｂ／４、Ｂ／３、又は、Ｂ／２．５の位置にそれぞれ形成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。

尚、机上火花試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルへの印加電圧の周波数を６０Ｈｚとした上で（つまり、１分当たり３６００回の放電が行われるようにした上で）、各サンプルを１００時間に亘って放電させた。そして、１００時間経過後に、各サンプルの火花放電間隙の増加量（間隙増加量）を測定した。図１０に、Ａ／１．５となる部位の貴金属チップの外周面からの形成位置（Ａ／１．５の形成位置）、及び、間隙増加量の関係を示す。尚、図１０においては、Ａを０．６ｍｍとしたサンプルの試験結果を黒丸（●）でプロットし、Ａを０．４ｍｍとしたサンプルの試験結果を黒四角（■）でプロットした。また、貴金属チップとしては、外径０．７ｍｍ、高さ（厚さ）０．３ｍｍのものを用いた。

図１０に示すように、溶融部のうちＡ／１．５となる部位の形成位置を、貴金属チップの外周面からＢ／４よりも径方向外側にしたサンプル（つまり、Ａ／１．５の形成位置をＢ／６，Ｂ／５、又は、Ｂ／４としたサンプル）は、間隙増加量が０．１ｍｍ未満となり、優れた耐消耗性を有することがわかった。これは、Ａ／１．５の形成位置を貴金属チップの外周面からＢ／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側にしたことで、溶融部の形状を比較的薄くすることができ、ひいては貴金属チップの接合時に貴金属チップが過度に溶融されることなく、接合後における貴金属チップの肉厚を十分に確保できたためであると考えられる。

また、Ａを０．４ｍｍ以下としたサンプルは、Ａを０．６ｍｍとしたサンプルと比較して、より優れた耐消耗性を有することが確認された。これは、Ａを０．４ｍｍ以下としたことで、接合後における貴金属チップについてより一層の厚さを確保できたためであると考えられる。

以上、両試験の結果を総合的に勘案すると、耐消耗性及び接合強度の双方を向上させるためには、境界面割合を５％以下とするとともに、Ａ≦０．６、及び、Ｂ／Ａ≦６を満たし、さらに、溶融部のうちＡ／１．５となる部位の形成位置を貴金属チップの外周面からＢ／４よりも径方向外側とすることが好ましいといえる。

また、耐消耗性の更なる向上を図るという観点からは、Ａが０．４ｍｍ以下となるように溶融部を形成することが望ましいといえる。

次いで、溶融部の長さＡを０．４ｍｍとした上で、貴金属チップのうち火花放電間隙を形成する面から溶融部の中心までの長さＤを変更することにより、Ｄ−（Ａ／２）の値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耐久性評価試験を行った。

尚、耐久性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、排気量２０００ｃｃの４気筒エンジンに、作製したサンプルを組付けた上で、中心電極先端部の維持目標温度を８００℃として、全開状態（回転量＝５０００ｒｐｍ）で１００時間に亘ってエンジンを動作させた。そして、１００時間経過後、各サンプルの火花放電間隙の増加量（間隙増加量）を測定した。図１１に、Ｄ−（Ａ／２）の値と間隙増加量との関係を示す。尚、貴金属チップとしては、０．７ｍｍの外径を有するものを用いた。

図１１に示すように、Ｄ−（Ａ／２）を０．１ｍｍ未満としたサンプル、すなわち、溶融部から貴金属チップの先端面（放電面）までの距離を比較的小さくしたサンプルは、間隙増加量が０．１ｍｍを超えてしまい、耐消耗性にやや劣ることが明らかとなった。これは、貴金属チップのボリュームが減少してしまったため、溶融部が比較的早い段階で放電面に露出してしまったことによると考えられる。また、Ｄ−（Ａ／２）を０．６ｍｍよりも大きくしたサンプル、すなわち、溶融部から貴金属チップの先端面までの距離を比較的大きくしたサンプルについても、耐消耗性にやや劣ることがわかった。これは、貴金属チップのボリュームが大きくなりすぎたために、貴金属チップの熱が引かれにくくなってしまい、貴金属チップが過熱されてしまったことに起因すると考えられる。

一方で、０．１ｍｍ≦Ｄ−（Ａ／２）≦０．６ｍｍを満たすサンプルは、間隙増加量が０．１ｍｍ未満となり、極めて優れた耐消耗性を有することがわかった。また特に、０．２ｍｍ≦Ｄ−（Ａ／２）≦０．５ｍｍを満たすサンプルは、間隙増加量の一層の低減が図られ、より一層優れた耐消耗性を実現できることが明らかとなった。従って、耐消耗性の一層の向上を図るためには、０．１ｍｍ≦Ｄ−（Ａ／２）≦０．６ｍｍを満たすように溶融部等を形成することが好ましく、０．２ｍｍ≦Ｄ−（Ａ／２）≦０．５ｍｍを満たすように溶融部等を形成することがより一層好ましいといえる。

次に、高さ（厚さ）の異なる複数の貴金属チップを用いて、前記長さＤ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耐久性評価試験を行った。図１２に、長さＤと間隙増加量との関係を示す。尚、貴金属チップの外径はそれぞれ０．７ｍｍとし、また、溶融部の長さＡが０．４ｍｍとなるように貴金属チップの溶接を行った。

図１２に示すように、０．３ｍｍ≦Ｄ≦０．５ｍｍを満たすサンプルは、間隙増加量が０．０８ｍｍ程度に低減され、非常に優れた耐消耗性を実現できることが明らかとなった。従って、耐消耗性の一層の向上を図るという観点から、前記長さＤについて、０．３ｍｍ≦Ｄ≦０．５ｍｍを満たすように貴金属チップの厚さ等を設定することが好ましいといえる。

次いで、貴金属チップの溶接条件を種々変更することで、貴金属チップの軸上における溶融部の厚さＥを０ｍｍ、０．０５ｍｍ、又は、０．１０ｍｍとしたスパークプラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて上述の机上バーナー試験を行った。そして、形成された酸化スケールの長さを測定し、酸化スケール割合が３０％以下であった場合には、優れた接合強度を有するとして「◎」の評価を下し、酸化スケールが３０％より大きく５０％以下であった場合には、十分な接合強度を有するとして「○」の評価を下すこととした。表１に、溶融部厚さＥ、及び、評価を示す。尚、溶融部の厚さＥが０ｍｍのサンプルは、貴金属チップの軸上に溶融部が存在しなかったもの（但し、境界面割合は５％以下とされている）を意味する。また、貴金属チップとしては、外径を０．７ｍｍとしたものを用い、さらに、溶融部の長さＡが０．４ｍｍとなるように貴金属チップの溶接を行った。

表１に示すように、各サンプルともに優れた接合強度を有していたが、特に、溶融部厚さＥを０．０５ｍｍ又は０．１０ｍｍとした（つまり、貴金属チップの軸上に溶融部が存在していた）サンプルは、極めて優れた接合強度を有することが明らかとなった。従って、接合強度のより一層の向上を図るという観点から、貴金属チップの軸上に溶融部を存在させる（Ｅ＞０．０ｍｍとする）こと、換言すれば、貴金属チップと中心電極との間の全域に亘って溶融部を形成することが好ましいといえる。

次に、溶融部の長さＡが０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍとなるように溶接条件を変更することで、軸線を含む断面における、溶融部のうち貴金属チップの中心軸（軸線）に直交するとともに溶融部の軸線方向中央部分を通る直線よりも貴金属チップ側に位置する部位の断面積Ｘ（ｍｍ²）と、貴金属チップの断面積Ｙ（ｍｍ²）と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、及び、机上バーナー試験を行った。尚、机上バーナー試験においては、上述の評価方法と同様に、酸化スケール割合が３０％以下であった場合には「◎」の評価を下し、酸化スケールが３０％より大きく５０％以下であった場合には「○」の評価を下すこととした。図１３に、机上火花試験における、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）の値と間隙増加量との関係を示し、表２に、机上バーナー試験における、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）の値と評価とを示す。尚、貴金属チップとしては、０．７ｍｍの外径を有するものを用いた。

図１３に示すように、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）≦０．５０としたサンプルは、耐消耗性に優れることが確認された。これは、貴金属チップが十分に大きなボリュームを有し、放電時に消耗可能な貴金属チップの体積が増大したためであると考えられる。さらに、０．０２５≦Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）としたサンプルは、中心電極及び貴金属チップ間の接合強度が極めて優れることがわかった。これは、溶融部が十分なボリュームを有することとなったため、貴金属チップと中心電極との間の熱応力の差をより確実に吸収できたことに起因すると考えられる。

従って、耐消耗性及び接合強度の双方をより一層向上させるためには、０．０２５≦Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）≦０．５０を満たすように貴金属チップや溶融部の形状、及び、溶接条件を設定することが望ましいといえる。

次に、中心電極の内部に設けられた内層（放熱促進部）から溶融部までの最短距離Ｃ（ｍｍ）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耐久性評価試験を行った。図１４に、最短距離Ｃと、間隙増加量との関係を示す。尚、前記内層は、Ｎｉ合金からなる中心電極の外層よりも熱伝導性に優れる金属（例えば、銅や銅合金等）により形成した。また、貴金属チップとしては、外径が０．７ｍｍ、溶接前の高さが０．２５ｍｍのものを用いた。さらに、溶融部の長さＡが０．４ｍｍとなるように中心電極と貴金属チップとを接合した。

図１４に示すように、最短距離Ｃを２．０ｍｍよりも大きくしたサンプルは、間隙増加量が急激に増大してしまうことがわかった。これは、熱引きに優れる内層と溶融部及び貴金属チップとの距離が比較的大きくなってしまったため、溶融部及び貴金属チップの熱が引かれにくくなり、ひいては貴金属チップが過熱されてしまったことに起因すると考えられる。

これに対して、最短距離Ｃを２．０ｍｍ以下としたサンプルは、間隙増加量が０．１ｍｍ未満となり、極めて優れた耐消耗性を実現できることが明らかとなった。これは、溶融部及び貴金属チップの熱が効率よく内層へと伝達されることとなり、その結果、貴金属チップの過熱がより確実に防止されたためであると考えられる。

従って、耐消耗性の更なる向上を図るべく、中心電極の内部に熱伝導性に優れる部位（放熱促進部）を設けるとともに、当該放熱促進部と溶融部との最短距離Ｃを２．０ｍｍ以下とすることがより好ましいといえる。

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。

（ａ）上記実施形態では、中心電極５の先端部が円柱状をなしているが、中心電極５の形状はこれに限定されるものではない。従って、図１６に示すように、中心電極５１の先端部が軸線ＣＬ１方向先端側へと先細るテーパ状に形成されていてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、火花放電間隙３３において軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるタイプのスパークプラグ１，１Ａが記載されているが、本発明の技術思想を適用可能なスパークプラグのタイプはこれに限定されるものではない。従って、図１７に示すように、軸線ＣＬ１にほぼ直交する方向に沿って火花放電が行われるタイプのスパークプラグ１Ｂにおいて、接地電極４７の先端部に設けられた突部４８に溶融部５６を介して貴金属チップ５２を接合するにあたり、本発明の技術思想を適用することとしてもよい。また、軸線ＣＬ１に対して斜め方向に火花放電が行われるタイプのスパークプラグにおいて、本発明の技術思想を適用することとしてもよい。

（ｃ）上記第２実施形態では、接地電極３７の先端部に別体の突部３８が設けられているが、接地電極を成形加工すること等により接地電極及び突部を一体的に設けることとしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、溶融部３５における、貴金属チップ３１との境界面、及び、中心電極５との境界面が、それぞれ溶融部３５の外周側に向けて凹状をなす湾曲状とされているが、溶融部３５の断面形状はこれに限定されるものではない。

（ｅ）上記実施形態では、軸線ＣＬ１と貴金属チップ３１，４２の中心軸とが一致するように構成されているが、軸線ＣＬ１に対して貴金属チップ３１，４２の中心軸をずらした状態で中心電極５や突部３８に対して貴金属チップ３１，４２を接合することとしてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に、接地電極２７等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）。

（ｇ）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２３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。

１，１Ａ，１Ｂ…スパークプラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
５…中心電極
５Ａ…内層（放熱促進部）
２７，３７，４７…接地電極
３１，４２，５２…貴金属チップ
３３…火花放電間隙（間隙）
３５，４６，５６…溶融部
３８，４８…突部
Ｂｏ…境界面
ＣＬ１…軸線
ＣＷ１，ＣＷ２…（溶融部の）中心

Claims (8)

1. 軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
   前記中心電極の外周に設けられた絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、
   前記主体金具の先端部から延びる接地電極と、
   前記中心電極の先端部に接合され、前記接地電極との間で間隙を形成する貴金属チップとを有し、
   前記中心電極と前記貴金属チップとは、前記中心電極の成分と前記貴金属チップの成分とが溶融された溶融部を介して接合されてなるスパークプラグであって、
   前記貴金属チップと前記中心電極との境界面の面積は、前記貴金属チップの外表面のうち前記溶融部に最も近い部位における前記貴金属チップの前記軸線に直交する断面積に対して５％以下とされ、
   前記軸線を含む断面において、
   前記溶融部のうち外表面に露出する部位の前記軸線に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、前記貴金属チップの幅をＢ（ｍｍ）としたとき、
   Ａ≦０．６、及び、Ｂ／Ａ≦６を満たすとともに、
   前記溶融部のうち前記軸線に沿った長さがＡ／１．５となる部位が、前記貴金属チップの外周面からＢ／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側に位置することを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記中心電極は、自身の内部に自身の外周部分よりも熱伝導性の高い材質からなる放熱促進部を有し、
   前記放熱促進部から前記溶融部までの最短距離をＣ（ｍｍ）としたとき、
   Ｃ≦２．０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。
3. 軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
   前記中心電極の外周に設けられた絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、
   前記主体金具の先端部から延びる接地電極と、
   前記接地電極の先端部に設けられた突部に接合され、前記中心電極との間で間隙を形成する貴金属チップとを有し、
   前記突部と前記貴金属チップとは、前記突部の成分と前記貴金属チップの成分とが溶融された溶融部を介して接合されてなるスパークプラグであって、
   前記貴金属チップと前記突部との境界面の面積は、前記貴金属チップの外表面のうち前記溶融部に最も近い部位における前記貴金属チップの軸方向に直交する方向に沿った前記貴金属チップの断面積に対して５％以下とされ、
   前記軸線を含む断面において、
   前記溶融部のうち外表面に露出する部位の前記貴金属チップの軸方向に沿った長さをＡ（ｍｍ）とし、前記貴金属チップの幅をＢ（ｍｍ）としたとき、
   Ａ≦０．６、及び、Ｂ／Ａ≦６を満たすとともに、
   前記溶融部のうち前記貴金属チップの軸方向に沿った長さがＡ／１．５となる部位が、前記溶融部の外周面からＢ／４だけ内側に入った位置よりも径方向外側に位置することを特徴とするスパークプラグ。
4. Ａ≦０．４を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記貴金属チップの軸上における、前記貴金属チップの前記間隙を形成する面から前記境界面又は前記溶融部の中心までの長さをＤ（ｍｍ）としたとき、
   ０．１≦Ｄ−（Ａ／２）≦０．６を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
6. 前記貴金属チップの軸上における、前記貴金属チップの前記間隙を形成する面から前記境界面又は前記溶融部の中心までの長さをＤ（ｍｍ）としたとき、
   ０．３≦Ｄ≦０．５を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
7. 前記貴金属チップの軸上における前記溶融部の厚さをＥ（ｍｍ）としたとき、
   Ｅ＞０．０を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
8. 前記軸線を含む断面において、
   前記溶融部のうち、前記貴金属チップの中心軸に直交するとともに前記溶融部の前記貴金属チップの軸方向中央部分を通る直線よりも前記貴金属チップ側に位置する部位の断面積をＸ（ｍｍ²）とし、
   前記貴金属チップの断面積をＹ（ｍｍ²）としたとき、
   ０．０２５≦Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）≦０．５０を満たすことを特徴とする請求項６又は７のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

Images