JP2013037807A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることのできる技術を提供する。
【解決手段】スパークプラグは、電極母材と、当電極母材の内部に設けられ、銅を主体とする内層とを有する中心電極と、中心電極の先端に設けられた貴金属チップと、貴金属チップと電極母材と内層とにわたって形成された溶融部とを備える。溶融部は、内層に接しており、貴金属チップの成分と、電極母材の成分と、内層を形成する銅成分とを含む。中心電極の中心軸に平行な断面であって、かつ、中心軸及び溶融部を通る断面において、溶融部の輪郭線と内層の外周線との接点を点Ｐ１とし、点Ｐ１を通り、中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、直線Ｌ１と溶融部の貴金属チップ側における輪郭線との交点を点Ｐ２とし、点Ｐ１と点Ｐ２の中点を点Ｐ３とした場合に、溶融部の点Ｐ３における銅成分の含有量は、５０重量％以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は、スパークプラグに関するものである。

従来、中心電極の先端に貴金属チップを備えるスパークプラグに関する技術としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この技術では、中心電極の先端に貴金属チップを嵌め込むための凹部を設ける。そして、当該凹部に貴金属チップを嵌め込み、貴金属チップが中心電極の内層と接する状態にして、貴金属チップの周囲を溶接している。

しかし、この技術では、スパークプラグの稼動時の熱により、銅を主体とする内層が膨張して貴金属チップが押し上げられ、中心電極と貴金属チップとの溶接強度が低下してしまうといった可能性があった。

特開平５−１５９８６０号公報 特開平５−０１３１４５号公報

本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることのできる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

[適用例１]
電極母材と、当該電極母材の内部に設けられ、銅を主体とする内層とを有する中心電極と、
前記中心電極の先端に設けられた貴金属チップと、
を備えたスパークプラグであって、
前記貴金属チップと、前記電極母材と、前記内層とにわたって形成された溶融部を備え、
前記溶融部は、前記内層に接しており、前記貴金属チップの成分と、前記電極母材の成分と、前記内層を形成する銅成分とを含み、
前記中心電極の中心軸に平行な断面であって、かつ、前記中心軸及び前記溶融部を通る断面において、
前記溶融部の輪郭線と前記内層の外周線との接点を点Ｐ１とし、
前記点Ｐ１を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、
前記直線Ｌ１と前記溶融部の前記貴金属チップ側における輪郭線との交点を点Ｐ２とし、
前記点Ｐ１と前記点Ｐ２の中点を点Ｐ３とした場合に、
前記溶融部の前記点Ｐ３における銅成分の含有量は、５０重量％以下であることを特徴とするスパークプラグ。
本適用例の構成では、溶融部が、貴金属チップと、電極母材と、内層とにわたって形成されているので、内層の膨張によって生じる応力を、溶融部によって緩和することができる。したがって、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。一方、溶融部に含まれる貴金属チップや電極母材の成分の含有量が少なくなると、すなわち、溶融部に含まれる銅成分の含有量が多くなると、溶融部の境界近傍において酸化スケールが発生しやすくなる。本適用例では、溶融部の点Ｐ３における銅成分の含有量が５０重量％以下であるため、酸化スケールの発生を抑制することができ、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。

[適用例２]
適用例１に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Ｐ１から前記点Ｐ２までの長さをａとした場合に、
ａ≧０．１ｍｍ
の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
溶融部は、貴金属チップと、電極母材と、内層とにわたって形成されているため、内層の膨張を吸収する緩和層として機能する。長さａは、溶融部のうち、内層と貴金属チップとの間における最も厚い部分の長さである。この長さａが長いほど、溶融部は、内層の膨張を適切に吸収することができる。本適用例では、長さａが０．１ｍｍ以上であるため、内層の膨張を適切に吸収することができる。この結果、酸化スケールの発生を抑制することができ、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。

[適用例３]
適用例１または適用例２に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記溶融部が、前記中心軸を挟んで対向して形成されている第２の溶融部と繋がっていない場合には、
前記溶融部の輪郭線のうち、前記貴金属チップの側面の輪郭線と前記溶融部の輪郭線との接点から、前記溶融部の輪郭線が前記内層に接する点までの長さをｃとし、
前記溶融部が、前記中心軸を挟んで対向して形成されている第２の溶融部と繋がっている場合には、
前記溶融部の輪郭線のうち、前記貴金属チップの側面の輪郭線と前記溶融部の輪郭線との接点から、前記溶融部の輪郭線と前記中心軸との交点までの長さをｃとした場合に、
ｃ≧０．２ｍｍ
の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
長さｃが長いほど、内層の膨張を吸収することが可能な範囲が大きくなる。本適用例では、長さｃが０．２ｍｍ以上なので、酸化スケールの発生を効果的に抑制することができ、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。

[適用例４]
適用例１から適用例３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Ｐ１から前記点Ｐ２までの長さをａとし、
前記溶融部が、前記中心軸を挟んで対向して形成されている第２の溶融部と繋がっていない場合には、
前記点Ｐ２を通り、前記中心軸に垂直な直線を直線Ｌ２とし、
前記溶融部の先端を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ３とし、
前記直線Ｌ２と前記直線Ｌ３との交点を点Ｐ４とし、
前記点Ｐ２から前記点Ｐ４までの長さをｂとし、
前記溶融部が、前記中心軸を挟んで対向して形成されている第２の溶融部と繋がっている場合には、
前記直線Ｌ２と前記中心軸との交点を点Ｐ５とし、
前記点Ｐ２から前記点Ｐ５までの長さをｂとした場合に、
ｂ／ａ≧１．５
の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
ｂ／ａの値が大きいほど、すなわち、長さａに対する長さｂが大きいほど、溶融部に生じる応力を適切に緩和することができるので、貴金属チップが中心電極から折損（剥離）しにくくなる。本適用例では、ｂ／ａを１．５以上としているため、貴金属チップの折損強度を向上させることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、スパークプラグの製造方法および製造装置等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００を示す部分断面図である。 中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 第２実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 酸化スケール発生割合の算出方法を示す説明図である。 溶融部９２の点Ｐ３における銅成分の含有量と酸化スケール発生割合との関係をグラフ形式で示す説明図である。 溶融幅ａと酸化スケール発生割合との関係をグラフ形式で示す説明図である。 境界長さｃと酸化スケール発生割合との関係をグラフ形式で示す説明図である。 溶融部比率ｂ／ａと折損強度との関係を示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態：
Ｂ．第２実施形態：
Ｃ．実験例：
Ｃ１．溶融部９２の点Ｐ３における銅成分の含有量と酸化スケール発生割合に関する実験例：
Ｃ２．溶融幅ａと酸化スケール発生割合に関する実験例：
Ｃ３．境界長さｃと酸化スケール発生割合に関する実験例：
Ｃ４．溶融部比率ｂ／ａと折損強度に関する実験例：
Ｄ．他の実施形態：
Ｅ．変形例：

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００を示す部分断面図である。以下では、図１においてスパークプラグ１００の軸線方向ＯＤを図面における上下方向とし、下側をスパークプラグの先端側、上側を後端側として説明する。なお、図１では、軸線Ｏの右側にスパークプラグ１００の外観を示し、軸線Ｏの左側にスパークプラグ１００を軸線Ｏ（以下では、中心軸Ｏともいう。）を通る面で切断した断面を示している。

スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、主体金具５０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０とを備えている。中心電極２０は、絶縁碍子１０に設けられた軸孔１２内に、軸線方向ＯＤに延びた状態で保持されている。絶縁碍子１０は、絶縁体として機能しており、主体金具５０は、この絶縁碍子１０を取り囲んだ状態で内挿している。端子金具４０は、電力の供給を受けるための端子であり、絶縁碍子１０の後端部に設けられている。

絶縁碍子１０は、アルミナ等を焼成することにより形成された絶縁体である。絶縁碍子１０は、軸線方向ＯＤへ延びる軸孔１２が中心軸に沿って形成された筒状の絶縁体である。絶縁碍子１０には、軸線方向ＯＤの略中央に外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側には後端側胴部１８が形成されている。後端側胴部１８には、表面長さを長くして絶縁性を高めるための襞部１１が形成されている。鍔部１９より先端側には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成されている。先端側胴部１７よりもさらに先端側には、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は、先端側ほど外径が小さくなっている。この脚長部１３は、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、内燃機関の燃焼室内に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には段部１５が形成されている。

中心電極２０は、絶縁碍子１０の先端側から後端側に向かって中心軸Ｏに沿って延びており、絶縁碍子１０の先端側において露出している。中心電極２０は、電極母材２１の内部に芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。電極母材２１は、インコネル６００またはインコネル６０１等（「インコネル」は商標名）のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成されている。芯材２５は、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主体とする合金から形成されている。本明細書では、「銅を主体とする合金」とは、銅を９５％以上含むものをいう。また、以下では、この芯材２５を「内層２５」ともいう。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製される。軸孔１２内において、中心電極２０は、シール体４およびセラミック抵抗３を介して、絶縁碍子１０の後端側に設けられた端子金具４０に電気的に接続されている。

主体金具５０は、低炭素鋼材より形成された筒状の金具であり、絶縁碍子１０を内部に保持している。絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位は、主体金具５０によって取り囲まれている。

主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２とを備えている。工具係合部５１は、スパークプラグレンチ（図示せず）が嵌合する部位である。主体金具５０の取付ネジ部５２は、ネジ山が形成された部位であり、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合する。このように、主体金具５０の取付ネジ部５２をエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合させて締め付けることより、スパークプラグ１００は、内燃機関のエンジンヘッド２００に固定される。

主体金具５０の工具係合部５１と取付ネジ部５２との間には、径方向外側に膨出するフランジ状の鍔部５４が形成されている。取付ネジ部５２と鍔部５４との間のネジ首５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、鍔部５４の座面５５と取付ネジ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形により、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００間が封止され、取付ネジ孔２０１を介した燃焼ガスの漏出が抑制される。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、薄肉の加締部５３が設けられている。また、鍔部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に、薄肉の座屈部５８が設けられている。主体金具５０の工具係合部５１から加締部５３にかけての内周面と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が挿入されている。さらに両リング部材６，７間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、主体金具５０と絶縁碍子１０とが固定される。主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、主体金具５０の内周面に形成された段部５６と、絶縁碍子１０の段部１５との間に介在する環状の板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの漏出が防止される。座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の圧縮長さを確保して主体金具５０内の気密性を高めている。

主体金具５０の先端部には、主体金具５０の先端部から中心軸Ｏに向かって屈曲した接地電極３０が接合されている。接地電極３０は、インコネル６００等（「インコネル」は商標名）の耐腐食性が高いニッケル合金で形成することが可能である。この接地電極３０と主体金具５０との接合は、溶接により行うことができる。接地電極３０の先端部３３は、中心電極２０と対向している。

スパークプラグ１００の端子金具４０には、図示しない高圧ケーブルがプラグキャップ（図示しない）を介して接続されている。そして、この端子金具４０とエンジンヘッド２００との間に高電圧を印加することにより、接地電極３０と中心電極２０との間に火花放電が生じる。

なお、中心電極２０と接地電極３０とのそれぞれには、高融点の貴金属を主成分として形成された円柱状の電極チップ９０，９５が取り付けられている。具体的には、中心電極２０の先端側の面には、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、イリジウムを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、１種類あるいは２種類以上を添加したＩｒ合金によって形成された電極チップ９０が取り付けられる。また、接地電極３０の先端部３３の中心電極２０と対向する面には、白金または白金を主成分とした電極チップ９５が取り付けられる。なお、以下では電極チップを貴金属チップともいう。

図２は、中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。この図２は、軸線方向ＯＤが紙面の上向きとなるように描かれている。また、この図２に示された断面は、中心電極の中心軸Ｏに平行な断面であって、かつ、中心軸Ｏ及び溶融部９２を通る断面である。

本実施形態では、貴金属チップ９０と、電極母材と、内層とにわたって溶融部９２が形成されている。溶融部９２は、内層２５に接しており、貴金属チップ９０の成分と、電極母材２１の成分と、内層２５を形成する銅成分とを含んでいる。銅成分が含まれると熱伝導率が大きくなるので、溶融部９２の熱伝導率を大きくすることができ、熱引き性能を向上させることができる。また、溶融部９２の熱引き性能の向上に伴い、貴金属チップ９０の熱引き性能も向上させることができる。さらに、溶融部９２が、貴金属チップ９０と、電極母材２１と、内層２５とにわたって形成されているので、内層２５の膨張によって生じる応力を、溶融部９２によって緩和することができる。したがって、中心電極２０と貴金属チップ９０との溶接強度を向上させることができる。

溶融部９２は、貴金属チップ９０と中心電極２０との境界の側面から、ファイバーレーザー又は電子ビームを照射することによって形成することができる。特に、ファイバーレーザーや電子ビームは、単位面積当たりのエネルギー強度が大きいため、融点の高い内層２５も溶融させることができる。本実施形態では、溶融部９２は、貴金属チップ９０の側面の全周を取り囲むように形成されている。

また、本実施形態では、中心軸Ｏを挟んで溶融部９２に対向した位置に、第２の溶融部９３が形成されている。上述したように、溶融部９２は、貴金属チップ９０の側面の全周を取り囲むように形成されているため、溶融部９２と第２の溶融部９３とは貴金属チップ９０の側面の周囲を取り囲んで繋がっており、一体となっている。

ここで、図２に示した断面において、溶融部９２の輪郭線と内層２５の外周線との接点を点Ｐ１とする。点Ｐ１を通り、中心軸Ｏに平行な直線を直線Ｌ１とする。直線Ｌ１と溶融部９２の貴金属チップ９０側における輪郭線との交点を点Ｐ２とする。点Ｐ１と点Ｐ２の中点を点Ｐ３とする。本実施形態では、この点Ｐ３における銅成分の含有量は、５０重量％以下である。このようにすれば、酸化スケールの発生を抑制することができ、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。この理由について以下説明する。

溶融部９２に含まれる貴金属チップ９０や電極母材２１の成分の含有量が少なくなると、すなわち、溶融部９２に含まれる銅成分の含有量が多くなると、溶融部９２の境界近傍において酸化スケールが発生しやすくなる。本実施形態では、溶融部９２の代表点としての点Ｐ３における銅成分の含有量が５０重量％以下であるため、酸化スケールの発生を抑制することができる。

このような溶融部９２は、内層２５における銅成分の含有量を調整したり、ファイバーレーザー又は電子ビームの出力や照射時間、照射方向を調整することにより実現することができる。また、銅成分の含有量を上記の数値範囲とした根拠については後述する。

また、図２に示した断面において、点Ｐ１から点Ｐ２までの長さをａとする。この場合において、本実施形態のスパークプラグ１００は、以下の関係式（１）を満たしている。
ａ≧０．１ｍｍ …（１）
このようにすれば、酸化スケールの発生を抑制することができ、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。この理由について以下説明する。

上述したように、溶融部９２は、内層２５の膨張を吸収する緩和層として機能する。長さａは、溶融部９２のうち、内層２５と貴金属チップ９０との間における最も厚い部分の長さである。この長さａが長いほど、溶融部９２は、内層２５の膨張を適切に吸収することができる。本実施形態では、長さａが０．１ｍｍ以上であるため、内層の膨張を適切に吸収することができる。この結果、酸化スケールの発生を抑制することができる。なお、長さａを上記の数値範囲とした根拠については後述する。また、長さａを、以下では「溶融幅ａ」とも呼ぶ。

さらに、図２に示した断面において、溶融部９２の輪郭線のうち、貴金属チップ９０の側面の輪郭線と溶融部９２の輪郭線との接点から、溶融部９２の輪郭線が内層２５に接する点までの長さをｃとする。この場合において、本実施形態のスパークプラグ１００は、以下の関係式（２）を満たしている。
ｃ≧０．２ｍｍ …（２）
このようにすれば、内層２５の膨張を吸収することが可能な範囲が大きくなるので、酸化スケールの発生を効果的に抑制することができ、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。なお、長さｃを上記の数値範囲とした根拠については後述する。また、長さｃを、以下では「境界長さｃ」とも呼ぶ。

さらに、図２に示した断面において、点Ｐ２を通り、中心軸Ｏに垂直な直線を直線Ｌ２とする。溶融部９２の先端を通り、中心軸Ｏに平行な直線を直線Ｌ３とする。直線Ｌ２と直線Ｌ３との交点を点Ｐ４とする。点Ｐ２から点Ｐ４までの長さをｂとする。この場合において、本実施形態のスパークプラグ１００は、以下の関係式（３）を満たしている。
ｂ／ａ≧１．５ …（３）
このようにすれば、貴金属チップの折損強度を向上させることができる。この理由について以下説明する。

ｂ／ａの値が大きいほど、すなわち、長さａに対する長さｂが大きいほど、溶融部９２に生じる応力を適切に緩和することができるので、貴金属チップ９０が中心電極２０から折損（剥離）しにくくなる。本実施形態では、ｂ／ａを１．５以上としているため、貴金属チップ９０の折損強度を向上させることができる。なお、ｂ／ａを上記の数値範囲とした根拠については後述する。また、ｂを、以下では「溶融深さｂ」とも呼び、ｂ／ａを、以下では「溶融部比率ｂ／ａ」とも呼ぶ。

また、本実施形態では、貴金属チップ９０は、内層２５に接している。したがって、貴金属チップ９０の熱が内層２５に直接伝わるため、貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。

Ｂ．第２実施形態：
図３は、第２実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。図２に示した第１実施形態との違いは、溶融部９２ｂが第２の溶融部９３ｂと繋がっている点であり、他の構成は第１実施形態と同じである。この第２実施形態では、溶融部９２ｂが第２の溶融部９３ｂと繋がっている場合における「境界長さｃ」及び「溶融深さｂ」の定義について説明する。

この第２実施形態では、溶融部９２ｂの輪郭線のうち、貴金属チップ９０の側面の輪郭線と溶融部９２ｂの輪郭線との接点から、溶融部９２ｂの輪郭線と中心軸Ｏとの交点までの長さを「境界長さｃ」と定義する。また、直線Ｌ２と中心軸Ｏとの交点を点Ｐ５とし、点Ｐ２から点Ｐ５までの長さを「溶融深さｂ」と定義する。この第２実施形態では、このように定義した「境界長さｃ」及び「溶融深さｂ」が、上記関係式（２）及び（３）を満たすことが好ましい。

このように、溶融部９２ｂが第２の溶融部９３ｂと繋がっているスパークプラグにおいても、上記第１実施形態が満たす条件のうちのいずれか１つ以上を満たせば、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

Ｃ．実験例：
Ｃ１．溶融部９２の点Ｐ３における銅成分の含有量と酸化スケール発生割合に関する実験例：
本実験例では、溶融部９２の点Ｐ３における銅成分の含有量と酸化スケール発生割合との関係を調べるため、点Ｐ３における銅成分の含有量の異なる複数のサンプルを用意し、各サンプルに対してバーナー冷熱試験を行なった。バーナー冷熱試験では、各サンプルの貴金属チップ９０をバーナーで２分間加熱して９００℃とし、その後１分間冷却をするというサイクルを１００回繰り返した。そして、バーナー冷熱試験後に各サンプルにおける酸化スケール発生割合を測定した。以下では、酸化スケール発生割合の算出方法について説明する。

図４は、酸化スケール発生割合の算出方法を示す説明図である。この図４は、図２及び図３に示した断面と同じ断面である。この図４では、溶融部９２、９３の輪郭線のうち、太い実線で示された箇所に酸化スケールが発生しているものとして説明する。本実験例では、以下の式（４）を用いて酸化スケール発生割合を算出する。

ここで、Ｅ１は、貴金属チップ９０の側面から溶融部９２の先端までの長さであり、Ｅ２は、貴金属チップ９０の側面から第２の溶融部９３の先端までの長さである。ｅ１は、溶融部９２に発生した酸化スケールの長さである。ただし、図４に示すように、溶融部９２に２本の酸化スケールが発生した場合には、長い方の酸化スケールの長さをｅ１とする。このとき、貴金属チップ９０から離れた側に発生した酸化スケールの長さを測定する場合には、貴金属チップ９０の側面を延長した線よりも外側に発生した部分（図４の破線Ｊ１で囲まれた部分）の長さは含めない。同様に、ｅ２は、第２の溶融部９３に発生した酸化スケールの長さである。ただし、図４に示すように、貴金属チップ９０から離れた側に酸化スケールが発生した場合には、貴金属チップ９０の側面を延長した線よりも外側に発生した部分（図４の破線Ｊ２で囲まれた部分）の長さは含めない。

なお、第２実施形態のように、溶融部９２の先端と第２の溶融部９３の先端とが繋がっている場合には、上記式（４）の分母として、中心電極２０の直径Ｄを用いる。また、以下で説明する他の実験例においても、上記式（４）を用いて酸化スケール発生割合を算出する。

なお、各実験例に用いられるサンプルの寸法は、以下のとおりである。
中心電極２０の直径Ｄ＝１．７ｍｍ
内層２５の直径ｄ＝１．１ｍｍ
また、本実験例のサンプルにおける溶融幅ａは０．２ｍｍであり、溶融深さｂは０．３ｍｍである。

図５は、溶融部９２の点Ｐ３における銅成分の含有量と酸化スケール発生割合との関係をグラフ形式で示す説明図である。この図５によれば、溶融部９２の点Ｐ３における銅成分の含有量が少ないほど、酸化スケールの発生割合が小さいことが理解できる。具体的には、溶融部９２の点Ｐ３における銅成分の含有量が５０重量％では、酸化スケール発生割合が１０％程度となり、４０重量％では、酸化スケール発生割合が１％程度となり、３０重量％では、酸化スケールがほとんど発生しないことが理解できる。

したがって、溶融部９２の点Ｐ３における銅成分の含有量は、５０重量％以下であることが好ましく、４０重量％以下であることがさらに好ましく、３０重量％以下であることが特に好ましい。なお、銅成分の含有量は、ファイバーレーザー又は電子ビームの出力と照射位置を変えることによって調整することができる。

Ｃ２．溶融幅ａと酸化スケール発生割合に関する実験例：
本実験例では、溶融幅ａと酸化スケールの発生割合との関係を調べるため、溶融幅ａの異なる複数のサンプルを用意し、各サンプルに対してバーナー冷熱試験を行なった。そして、バーナー冷熱試験後に各サンプルにおける酸化スケール発生割合を測定した。なお、本実験例のサンプルにおける溶融深さｂは０．３ｍｍであり、点Ｐ３における銅成分の含有量は２０重量％である。

図６は、溶融幅ａと酸化スケール発生割合との関係をグラフ形式で示す説明図である。この図６によれば、溶融幅ａが大きくなるほど、酸化スケール発生割合が小さくなることが理解できる。具体的には、溶融幅ａが０．１ｍｍでは、酸化スケール発生割合が１０％未満となり、０．２ｍｍでは、酸化スケールがほとんど発生しないことが理解できる。したがって、溶融幅ａは、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがさらに好ましい。なお、溶融幅ａは、ファイバーレーザー又は電子ビームの出力と焦点を変えることによって調整することができる。

Ｃ３．境界長さｃと酸化スケール発生割合に関する実験例：
本実験例では、境界長さｃと酸化スケールの発生割合との関係を調べるため、境界長さｃの異なる複数のサンプルを用意し、各サンプルに対してバーナー冷熱試験を行なった。そして、バーナー冷熱試験後に各サンプルにおける酸化スケール発生割合を測定した。なお、本実験例のサンプルの点Ｐ３における銅成分の含有量は２０重量％である。また、各サンプルにおける境界長さｃの測定は、断面を拡大して撮影し、溶融部９２の輪郭線に沿った長さを計測することにより行なった。

図７は、境界長さｃと酸化スケール発生割合との関係をグラフ形式で示す説明図である。この図７によれば、境界長さｃが長いほど、酸化スケール発生割合が小さいことが理解できる。具体的には、境界長さｃが０．２ｍｍでは、酸化スケール発生割合が１０％未満となり、０．４ｍｍでは、酸化スケールがほとんど発生しないことが理解できる。したがって、境界長さｃは、０．２ｍｍ以上であることが好ましく、０．４ｍｍ以上であることが特に好ましい。なお、境界長さｃは、ファイバーレーザー又は電子ビームの出力と焦点を変えることによって調整することができる。

Ｃ４．溶融部比率ｂ／ａと折損強度に関する実験例：
本実験例では、溶融部比率ｂ／ａと貴金属チップ９０の折損強度との関係を調べるため、溶融部比率ｂ／ａの異なる複数のサンプルを用意し、各サンプルに対して荷重試験を行なった。荷重試験では、貴金属チップ９０の側面のうち、先端面から０．１ｍｍの位置に荷重を与えた。そして、貴金属チップ９０が中心電極２０から折損（剥離）したときの荷重を折損強度［Ｎ］として測定した。なお、本実験例では、溶融幅ａが０．１ｍｍのサンプルと、０．２ｍｍのサンプルに対して荷重試験を行なった。また、本実験例のサンプルの点Ｐ３における銅成分の含有量は２０重量％である。

図８は、溶融部比率ｂ／ａと折損強度との関係を示す説明図である。この図８によれば、溶融部比率ｂ／ａが大きいほど、折損強度が大きいことが理解できる。具体的には、溶融幅ａに関わらず、溶融部比率ｂ／ａが１．５では、折損強度が１００Ｎより大きく、２．０では、折損強度が１１０Ｎより大きくなることが理解できる。したがって、溶融部比率ｂ／ａは、溶融幅ａに関わらず、１．５以上であることが好ましく、２．０以上であることがさらに好ましい。なお、溶融部比率ｂ／ａは、ファイバーレーザー又は電子ビームの出力と焦点を変えることによって調整することができる。

Ｄ．他の実施形態：
図９ないし図１３は、他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。図９に示した実施形態では、溶融部９２ｃ、９３ｃが、中心電極２０と貴金属チップ９０との境界面から貴金属チップ９０側に移動した位置に形成されている。このような実施形態であっても、上記第１及び第２実施形態が満たす各種条件の１つ以上を満たすことができる。

図１０に示した実施形態では、溶融部９２ｄ、９３ｄが、中心電極２０と貴金属チップ９０との境界面から貴金属チップ９０とは反対側に移動した位置に形成されている。このような実施形態であっても、上記第１及び第２実施形態が満たす各種条件の１つ以上を満たすことができる。

図１１に示した実施形態では、溶融部９２ｅ、９３ｅが、中心電極２０と貴金属チップ９０との境界面に対して斜め下方に延びた状態（すなわち、スパークプラグの後端側に延びた状態）で形成されている。このような実施形態であっても、上記第１及び第２実施形態が満たす各種条件の１つ以上を満たすことができる。

図１２に示した実施形態では、溶融部９２ｆ、９３ｆが、中心電極２０と貴金属チップ９０との境界面に対して斜め上方に延びた状態（すなわち、スパークプラグの先端側に延びた状態）で形成されている。このような実施形態であっても、上記第１及び第２実施形態が満たす各種条件の１つ以上を満たすことができる。

図１３に示した実施形態では、内層２５ｇの先端が細くなっている。このような実施形態であっても、上記第１及び第２実施形態が満たす各種条件の１つ以上を満たすことができる。

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｅ１．変形例１：
上記実施形態では、中心軸Ｏの左側を溶融部９２として説明し、中心軸Ｏの右側を第２の溶融部９３として説明したが、これらは反対であってもよい。

Ｅ２．変形例２：
上記実施形態では、溶融部９２は、貴金属チップ９０の側面の全周に形成されていたが、貴金属チップ９０の側面の一部に溶融部９２が形成されていることとしてもよい。この場合であっても、中心電極の中心軸Ｏに平行な断面であって、かつ、中心軸Ｏ及び溶融部９２を通る断面において、上述した実施形態の構成の一部を備えていれば、中心電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させることができる。

Ｅ３．変形例３：
上記実施形態におけるスパークプラグの放電方向は、軸線方向ＯＤに一致しているが、本発明は、放電方向が軸線方向ＯＤに垂直な方向である、いわゆる横放電型のスパークプラグに対しても、適用することができる。

Ｅ４．変形例４：
上記実施形態におけるスパークプラグには、電極チップ（貴金属チップ）９０，９５が設けられているが、接地電極３０の先端に設けられた電極チップ（貴金属チップ）９５は省略することとしてもよい。

Ｅ５．変形例５：
上記実験例では、中心電極２０の直径Ｄが１．７ｍｍ、内層２５の直径ｄが１．１ｍｍのサンプルを用いて本発明の効果を説明したが、中心電極２０や内層２５の直径が他の大きさのスパークプラグに対しても、本発明を適用することが可能である。例えば、以下の寸法のスパークプラグに対しても、本発明を適用することができる。
・中心電極２０の直径Ｄ＝１．９ｍｍ、内層２５の直径ｄ＝１．４ｍｍのスパークプラグ。
・中心電極２０の直径Ｄ＝２．１ｍｍ、内層２５の直径ｄ＝１．４ｍｍのスパークプラグ。
・中心電極２０の直径Ｄ＝２．３ｍｍ、内層２５の直径ｄ＝１．６ｍｍのスパークプラグ。
・中心電極２０の直径Ｄ＝２．６ｍｍ、内層２５の直径ｄ＝１．８ｍｍのスパークプラグ。

３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
６…リング部材
８…板パッキン
９…タルク
１０…絶縁碍子
１１…襞部
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…鍔部
２０…中心電極
２１…電極母材
２５、２５ｇ…芯材（内層）
３０…接地電極
３３…先端部
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５３…加締部
５４…鍔部
５５…座面
５６…段部
５８…座屈部
５９…ネジ首
９０、９５…電極チップ（貴金属チップ）
９２、９２ｂ〜９２ｆ…溶融部
９３、９３ｂ〜９３ｆ…第２の溶融部
１００…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
２０５…開口周縁部

Claims (4)

1. 電極母材と、当該電極母材の内部に設けられ、銅を主体とする内層とを有する中心電極と、
   前記中心電極の先端に設けられた貴金属チップと、
   を備えたスパークプラグであって、
   前記貴金属チップと、前記電極母材と、前記内層とにわたって形成された溶融部を備え、
   前記溶融部は、前記内層に接しており、前記貴金属チップの成分と、前記電極母材の成分と、前記内層を形成する銅成分とを含み、
   前記中心電極の中心軸に平行な断面であって、かつ、前記中心軸及び前記溶融部を通る断面において、
   前記溶融部の輪郭線と前記内層の外周線との接点を点Ｐ１とし、
   前記点Ｐ１を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、
   前記直線Ｌ１と前記溶融部の前記貴金属チップ側における輪郭線との交点を点Ｐ２とし、
   前記点Ｐ１と前記点Ｐ２の中点を点Ｐ３とした場合に、
   前記溶融部の前記点Ｐ３における銅成分の含有量は、５０重量％以下であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、
   前記断面において、
   前記点Ｐ１から前記点Ｐ２までの長さをａとした場合に、
   ａ≧０．１ｍｍ
   の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグであって、
   前記断面において、
   前記溶融部が、前記中心軸を挟んで対向して形成されている第２の溶融部と繋がっていない場合には、
   前記溶融部の輪郭線のうち、前記貴金属チップの側面の輪郭線と前記溶融部の輪郭線との接点から、前記溶融部の輪郭線が前記内層に接する点までの長さをｃとし、
   前記溶融部が、前記中心軸を挟んで対向して形成されている第２の溶融部と繋がっている場合には、
   前記溶融部の輪郭線のうち、前記貴金属チップの側面の輪郭線と前記溶融部の輪郭線との接点から、前記溶融部の輪郭線と前記中心軸との交点までの長さをｃとした場合に、
   ｃ≧０．２ｍｍ
   の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
   前記断面において、
   前記点Ｐ１から前記点Ｐ２までの長さをａとし、
   前記溶融部が、前記中心軸を挟んで対向して形成されている第２の溶融部と繋がっていない場合には、
   前記点Ｐ２を通り、前記中心軸に垂直な直線を直線Ｌ２とし、
   前記溶融部の先端を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ３とし、
   前記直線Ｌ２と前記直線Ｌ３との交点を点Ｐ４とし、
   前記点Ｐ２から前記点Ｐ４までの長さをｂとし、
   前記溶融部が、前記中心軸を挟んで対向して形成されている第２の溶融部と繋がっている場合には、
   前記直線Ｌ２と前記中心軸との交点を点Ｐ５とし、
   前記点Ｐ２から前記点Ｐ５までの長さをｂとした場合に、
   ｂ／ａ≧１．５
   の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。

Images