JP2015076355A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】貴金属チップの接合強度を高めつつ、貴金属チップの脱落を抑制する。
【解決手段】貴金属チップ７０と母材３２とを有する電極３０であって、母材から貴金属チップにわたって溶融領域６０が形成されている電極を備えるスパークプラグにおいて、貴金属チップの直径は２ｍｍ以上であり、貴金属チップの中心軸ＣＬ１に直交し、溶融領域のうち中心軸ＣＬ１に最も近い点を通る断面において、溶融領域は、貴金属チップの外形線の同心円であって貴金属チップの直径の９０％の長さの直径を有する同心円Ａの円周よりも中心側の領域に形成された複数の中心側溶融部を備え、同心円Ａ上に位置する溶融領域における同心円Ａ上の長さの合計が、同心円Ａの円周の長さの３０％以上であり、貴金属チップの外形線の直径と同じ直径を有する同心円Ｂ上に位置する溶融領域における同心円Ｂ上の長さの合計が、同心円Ｂの円周の長さの３０％以上である。
【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。

スパークプラグとして、中心電極や接地電極（以下、まとめて単に「電極」とも呼ぶ）に、耐火花消耗性や耐酸化性に優れた貴金属（例えば白金やイリジウム、ルテニウム、ロジウム）あるいは貴金属を主成分とする合金により形成された電極チップ（以下、「貴金属チップ」と呼ぶ）が接合されたスパークプラグが知られている（例えば、特許文献１参照）。一般に、貴金属チップは、レーザ溶接によって母材（電極、あるいは電極に接合するための中間部材）に接合される。具体的には、貴金属チップの外周に沿ってレーザを照射することにより、貴金属チップが母材に接合される。

特許第４７０５１２９号公報 特開２００２−９３５４７号公報 特開２００５−１８３１６７号公報 特開２００７−８７９６９号公報 特開２００５−５０７３２号公報

貴金属チップとして、特に、直径が２ｍｍ以上であるような比較的大型のチップを用いる場合には、貴金属チップの外周全体に沿って連続的にレーザを照射するのではなく、貴金属チップの外周に沿った複数箇所に対してレーザ照射が行なわれる場合がある。このような場合に、貴金属チップの接合強度を向上させる方法として、１箇所当たりのレーザ照射出力を増大させる方法、あるいは、レーザ照射を行なう箇所の数を増加させる方法が考えられる。これらの方法を採用することにより、レーザ照射によって形成される貴金属チップと母材とが溶け合った溶融領域を拡大することが可能になる。

しかしながら、上記のようにレーザ照射により加えるエネルギ量を増加させて溶融領域を拡大し、貴金属チップの接合強度を高めようとしても、スパークプラグの使用に伴って電極が冷熱サイクルに晒された際の貴金属チップの耐久性を十分に確保することが困難となる場合があった。例えば、レーザ照射により加えるエネルギ量を増加させると、一般に溶融領域における貴金属の含有量が増加するが、溶融領域における貴金属の含有量が増加した結果、溶融領域と母材との間で線膨張係数差が大きくなり、電極が冷熱サイクルに晒されたときに貴金属チップが母材から脱落し易くなる。

また、母材として中間部材を用いる場合には、レーザ照射により加えるエネルギ量を増加させることによりレーザ照射時の母材温度が上昇し、母材が変形し易くなる。このように変形した母材に溶接された貴金属チップを電極に接合すると、母材と電極との間に隙間が生じることにより、貴金属チップから電極への熱伝導効率が低下する。貴金属チップから電極への熱伝導効率が低下すると、スパークプラグで火花が形成された際に貴金属チップおよび母材が過熱状態となり、貴金属チップが脱落し易くなる。そのため、貴金属チップの接合強度を高めつつ、冷熱サイクルに晒される電極における貴金属チップの脱落を抑制することが望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、貴金属を含有する断面円形の貴金属チップと、該貴金属チップの外周を囲むように配置された母材と、を有する電極であって、前記貴金属チップが前記母材に溶接されており、前記母材から前記貴金属チップにわたって、前記母材と前記貴金属チップとが溶け合った溶融領域が形成されている電極を備えるスパークプラグが提供される。このスパークプラグでは、前記貴金属チップの直径は２ｍｍ以上であり、前記貴金属チップの中心軸ＣＬ１に直交し、前記溶融領域のうち前記中心軸ＣＬ１に最も近い点を通る断面において、前記溶融領域は、前記貴金属チップの外形線の同心円であって、前記貴金属チップの直径の９０％の長さの直径を有する同心円Ａの円周よりも、前記貴金属チップの中心側の領域に形成された複数の中心側溶融部を備え、前記同心円Ａ上に位置する前記溶融領域における前記同心円Ａ上の長さの合計が、前記同心円Ａの円周の長さの３０％以上であり、前記貴金属チップの前記外形線の直径と同じ直径を有する同心円Ｂ上に位置する前記溶融領域における前記同心円Ｂ上の長さの合計が、前記同心円Ｂの円周の長さの３０％以上であることを特徴とする。

この形態のスパークプラグによれば、直径が２ｍｍ以上という比較的大きな直径の貴金属チップを用いて、複数の中心側溶融部を備える形状の溶融領域を形成することによって貴金属チップと母材とを溶接する場合であっても、貴金属チップ内に形成される溶融領域の体積を確保して、貴金属チップと母材との間の接合強度を高めることができる。また、貴金属チップが母材からの脱落することを抑制することができる。

（２）上記形態のスパークプラグは、前記溶融領域において、前記断面における前記同心円Ｂの円周と重なる部分における前記貴金属チップを構成する金属の含有割合が、１０質量％以下であることとしてもよい。

この形態のスパークプラグによれば、溶融領域と貴金属チップとの間で線膨張係数差がより大きくなり、溶融領域と母材との間で線膨張係数差がより小さくなる。そのため、スパークプラグが冷熱サイクルに晒されてクラックが生じるときには、貴金属チップの内部に形成される貴金属チップと溶融領域との境界部において、他の場所よりもクラックが生じ易くなり、貴金属チップの脱落を抑制することができる。

（３）上記形態のスパークプラグにおいて、前記溶融領域は、前記中心側溶融部のいずれかを含み互いに離間する複数の独立溶融部を備え、前記断面において、各々の前記独立溶融部の中心軸ＣＬ２が、該中心軸ＣＬ２に平行で前記貴金属チップの中心軸ＣＬ１を通る直線から離間していることとしてもよい。

この形態のスパークプラグによれば、個々の独立溶融部において、同心円Ａ上の長さや同心円Ｂ上の長さがより長くなるため、形成すべき独立溶融部の数を削減することができる。そのため、溶融領域を形成する際に貴金属チップや母材の全体に加えられるエネルギ量（熱量）を抑制し、溶融領域の形成に伴う母材の変形を抑制して、電極の耐久性を高めることができる。

（４）上記形態のスパークプラグにおいて、各々の前記独立溶融部における前記中心軸ＣＬ２は、該各々の中心軸ＣＬ２に平行で前記貴金属チップの中心軸ＣＬ１を通る各々の直線に対して、いずれも同じ側に離間していることとしてもよい。
この形態のスパークプラグによれば、電極全体で、各々の独立溶融部における同心円Ｂ上の長さの合計や、同心円Ａ上の長さの合計を確保することがより容易になる。また、溶融領域を形成するための動作を簡素化し、加工性を向上させることができる。

（５）上記形態のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、イリジウムまたはイリジウム合金により形成されることとしてもよい。
この形態のスパークプラグによれば、貴金属チップと、溶融領域および母材との間の線膨張係数の差が大きくなるため、貴金属チップと母材との間の接合強度を高めて電極の耐久性を高める効果を特に顕著に得ることができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、スパークプラグの製造方法などの形態で実現することが可能である。

スパークプラグの部分断面図である。 接地電極の先端部の構成を示す断面図である。 貴金属チップを基部に取り付ける工程を示す説明図である。 接地電極の先端部の様子を表わす平面図である。 チップ接合体におけるＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。 接地電極における特徴を説明するための説明図である。 接地電極における特徴を説明するための説明図である。 貴金属チップと第１の溶融領域との境界である境界部Ｅを示す説明図である。 貴金属チップと保持部材との間の接合強度を調べた結果を示す説明図である。 貴金属チップと保持部材との間の接合強度を調べた結果を示す説明図である。 第１の溶融領域の形状を示す説明図である。 貴金属チップと保持部材との間の接合強度を調べた結果を示す説明図である。 チップ接合体の様子を模式的に表わす断面図である。 ＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。 ＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。 ＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。 ＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。 ＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。 チップ中心軸ＣＬ１を含む断面の様子を表わす断面図である。 中心電極の先端部の様子を表わす断面図である。 チップ中心軸ＣＬ１を含む断面の様子を表わす断面図である。

Ａ．第１の実施形態：
Ａ−１．スパークプラグの構成：
図１は、本発明の実施形態としてのスパークプラグの製造方法により製造されるスパークプラグ１００の部分断面図である。スパークプラグ１００は、図１に示すように、軸線Ａｘに沿って伸長する細長形状を有している。図１において、一点破線で示す軸線Ａｘの右側は、外観正面図を示し、軸線Ａｘの左側は、スパークプラグ１００の中心軸を通る断面でスパークプラグ１００を切断した断面図を示している。以下の説明では、軸線Ａｘに平行な方向において、図１の下方側を先端側と呼び、図１の上方側を後端側と呼ぶ。

スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０とを備える。絶縁碍子１０の一端から突出する棒状の中心電極２０は、絶縁碍子１０の内部を通じて、絶縁碍子１０の他端に設けられた端子金具４０に電気的に接続されている。中心電極２０の外周は、絶縁碍子１０によって保持され、絶縁碍子１０の外周は、端子金具４０から離れた位置で主体金具５０によって保持されている。

主体金具５０に電気的に接続された接地電極３０は、火花を発生させる隙間である火花ギャップを中心電極２０の先端との間に形成する。スパークプラグ１００は、内燃機関のエンジンヘッド２００に設けられた取付ネジ孔２０１に主体金具５０を介して取り付けられる。端子金具４０に２万〜３万ボルトの高電圧が印加されると、中心電極２０と接地電極３０との間に形成された火花ギャップに火花が発生する。

絶縁碍子１０は、アルミナを始めとするセラミックス材料を焼成して形成された絶縁体である。絶縁碍子１０は、中心電極２０および端子金具４０を収容する軸孔１２が中心に形成された筒状の部材である。絶縁碍子１０の軸方向中央には外径を大きくした中央胴部１９が形成されている。中央胴部１９よりも端子金具４０側には、端子金具４０と主体金具５０との間を絶縁する後端側胴部１８が形成されている。中央胴部１９よりも中心電極２０側には、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成され、先端側胴部１７の更に先には、先端側胴部１７よりも小さい外径であって先端側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部１３が形成されている。

主体金具５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３に亘る部位を包囲して保持する円筒状の金具である。本実施形態では、主体金具５０は、低炭素鋼により形成され、全体にニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理が施されている。主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２と、ガスケット受け部５４とを備える。

主体金具５０の工具係合部５１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付ける工具（図示せず）が嵌合する。主体金具５０の取付ネジ部５２は、エンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合するネジ山を有する。主体金具５０のガスケット受け部５４は、取付ネジ部５２の後端側において、取付ネジ部５２よりも径方向の外周側に張り出して、鍔状に形成されている。

また、主体金具５０には、ガスケット受け部５４の先端側端部に接するように、中実の略円環状部材であるガスケット５が嵌挿される。このガスケット５によって、スパークプラグ１００のガスケット受け部５４とエンジンヘッド２００との間のシール性が確保される。ガスケット５の詳しい構造及びその製造方法については、後に説明する。なお、主体金具５０の先端面５７は、中央部に開口を有する円形状に形成されており、その中央部では、絶縁碍子１０の脚長部１３から中心電極２０が突出する。

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、ガスケット受け部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の圧縮変形部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０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が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。

スパークプラグ１００の製造時には、加締部５３を内側に折り曲げるようにして先端側に押圧することにより圧縮変形部５８を圧縮変形させる加締加工を行なう。加締加工を行なうことで、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。この押圧により、タルク９が軸線Ａｘ方向に圧縮されて主体金具５０内の気密性が高められる。

また、主体金具５０の内周においては、取付ネジ部５２の位置に形成された金具内段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の脚長部１３の基端に位置する碍子段部１５が押圧されている。この板パッキン８は、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性を保持する部材であり、燃焼ガスの流出が防止される。

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、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる芯材２５を埋設した棒状の部材である。本実施形態では、電極母材２１は、ニッケルを主成分とするニッケル合金から成り、芯材２５は、銅または銅を主成分とする合金から成る。中心電極２０は、電極母材２１の先端が絶縁碍子１０の軸孔１２から突出した状態で絶縁碍子１０の軸孔１２に挿入され、セラミック抵抗３およびシール体４を介して端子金具４０に電気的に接続されている。

接地電極３０は、棒状の部材であり、その基端は、主体金具５０の先端面５７に溶接されている。接地電極３０の先端側は、軸線Ａｘと交差する方向に屈曲されており、接地電極３０の先端部が、中心電極２０の先端面と軸線Ａｘ上で対向している。接地電極３０の先端部における中心電極２０と対抗する位置には、耐火花消耗性や耐酸化消耗性を向上させるために、貴金属チップ７０が配置されている。

Ａ−２．接地電極の詳細構成：
図２は、接地電極３０の先端部の構成を示す断面図である。図２に示すように、接地電極３０は、基部３２と、貴金属チップ７０と、保持部材７６とを備えている。

基部３２は、棒状の部材であって、例えばニッケルやニッケル合金のような耐腐食性の高い金属によって形成されている。基部３２の先端部であって、中心電極２０と対向する位置（図２に示す火花ギャップＳＧを形成する位置）には、凹部３５が形成されており（図２参照）、凹部３５内で、基部３２に対して貴金属チップ７０および保持部材７６が接合されている。凹部３５は、断面が円形であって、平坦面である底面３６を有している。

貴金属チップ７０は、略円柱形状であり、耐火花消耗性や耐酸化性に優れた貴金属で形成されている。本実施形態では、貴金属として、イリジウムまたはイリジウムを主成分とするイリジウム合金を用いている。本実施形態では、貴金属チップ７０として、直径が２ｍｍ以上のチップを用いている。貴金属チップ７０の直径の上限は、例えば、１０ｍｍとすることができる。なお、本実施形態では、貴金属チップ７０の中心軸（以下、「チップ中心軸ＣＬ１」と呼ぶ）は、スパークプラグ１００の軸線Ａｘと略一致しているが、一致しない形状とすることも可能である。

保持部材７６は、貴金属チップ７０を接地電極３０に接合するための中間部材である。保持部材７６は、略円筒形状に形成されており、その中空部分に貴金属チップ７０が挿入されている。保持部材７６は、例えば、ニッケルまたはニッケルを主成分とするニッケル合金により形成することができる。なお、本実施形態の保持部材７６は、本願の特許請求の範囲における「母材」に相当する。

なお、本実施形態では、保持部材７６の中空部分の内径と貴金属チップ７０の直径との差Δｄ１は、０．０１ミリメートル以上、０．１ミリメートル以下とすることが好ましい。Δｄ１が０．１ミリメートルより大きいと、貴金属チップ７０の外周面と保持部材７６の内周面との隙間が過大となり、貴金属チップ７０と保持部材７６との接合強度の低下や、貴金属チップ７０から基部３２側への熱伝導効率の低下が生じ得る。一方、Δｄ１が０．０１ミリメートルより小さいと、貴金属チップ７０を保持部材７６の中空部分に挿入する際に保持部材７６の内壁が削られてバリが発生して、貴金属チップ７０と保持部材７６との位置関係にずれが生じ、貴金属チップ７０と保持部材７６との接合強度の低下が生じ得る。

図２に示すように、本実施形態では、保持部材７６の厚さ（チップ中心軸ＣＬ１方向の長さ）Ｔ１は、貴金属チップ７０の厚さＴ０より小さい。また、貴金属チップ７０および保持部材７６はいずれも、基部３２の凹部３５内において、凹部３５の底面３６に接するように配置されている。また、凹部３５の深さは、保持部材７６の厚さＴ１と略同一である。そのため、貴金属チップ７０の一部（中心電極２０に対向する側の部分）は、保持部材７６および基部３２の表面から突出している。なお、凹部３５の内径と保持部材７６の直径との差Δｄ２は、既述したΔｄ１と同様に、０．０１ミリメートル以上、０．１ミリメートル以下とすることが好ましい。

図３は、貴金属チップ７０を基部３２に取り付ける工程を示す説明図である。図３（Ａ）では、貴金属チップ７０と保持部材７６とを接合する様子を、レーザ照射の方向（矢印α）と共に示している。以下の説明では、一体接合された貴金属チップ７０および保持部材７６を、「チップ接合体３１」と呼ぶ。図３（Ａ）では、さらに、チップ接合体３１を基部３２の凹部３５内に嵌め込む様子を、白抜き矢印によって示している。図３（Ｂ）では、チップ接合体３１と基部３２とを接合する様子を、レーザ照射の方向（矢印β）と共に示している。

このように、本実施形態では、貴金属チップ７０がレーザ溶接により保持部材７６に接合されて、チップ接合体３１が形成される。そして、チップ接合体３１が基部３２に接合されることによって、貴金属チップ７０が間接的に（保持部材７６を介して）基部３２に接合される。

図３（Ａ）に示すように、本実施形態では、貴金属チップ７０と保持部材７６とは、貴金属チップ７０が保持部材７６の中空部分に挿入された状態で、チップ中心軸ＣＬ１に向かって外周側からチップ中心軸ＣＬ１に垂直な方向にレーザ照射するレーザ溶接によって、互いに接合されている。より具体的には、保持部材７６の外周に沿った複数の位置で行われるレーザ溶接により形成されて、保持部材７６の外周面から貴金属チップ７０内部まで達する複数の溶融領域６０（以後、「第１の溶融領域６０」と呼ぶ）により、貴金属チップ７０と保持部材７６とが一体となっている。第１の溶融領域６０が、本願の特許請求の範囲における「溶融領域」に相当する。

図３（Ｂ）に示すように、本実施形態では、チップ接合体３１は、凹部３５内に挿入されて、抵抗溶接によって凹部３５の底面３６に接合される。さらに、チップ接合体３１と基部３２とは、保持部材７６の外周と凹部３５の内周との境界付近において、中心電極２０に対向する面に向かってチップ中心軸ＣＬ１に平行にレーザ照射することによって、レーザ溶接されている。より具体的には、レーザ溶接により形成される複数の溶融領域６５（以後、「第２の溶融領域６５」とも呼ぶ）により、チップ接合体３１が接地電極３０に接合される。

図４は、接地電極３０の先端部であって、中心電極２０と対向する側の面の様子を表わす平面図である。図４では、図２に示す断面の位置を、２−２断面として示している。図４では、接地電極の３０表面に表われない第１の溶融領域６０の位置を、破線で示している。図４に示すように、本実施形態では、１６個の第１の溶融領域６０が設けられており、各々の第１の溶融領域６０は、ほぼ等間隔に形成されている。

また、本実施形態では、１６個の第２の溶融領域６５が設けられている。図４に示すように、各々の第２の溶融領域６５は、第１の溶融領域６０に干渉しないような位置に、略均等に（チップ中心軸ＣＬ１を中心として２２．５°ずつずれた位置に）配置されている。なお、図２では、断面における第１の溶融領域６０と第２の溶融領域６５との位置関係等を示すために、２−２断面には表れない第１の溶融領域６０や第２の溶融領域６５を破線で示している。

図２に示すように、第１の溶融領域６０は、保持部材７６の外周面から貴金属チップ７０内部に延びるように形成されている。図２では、第１の溶融領域６０において、チップ中心軸ＣＬ１に最も近い点を、点ＴＰとして示している。

図５は、チップ接合体３１の断面であって、チップ中心軸ＣＬ１に直交し、点ＴＰを通る断面の様子を表わす断面図である。以下の説明では、チップ中心軸ＣＬ１に直交して点ＴＰを通る断面を、「ＴＰ含有断面」とも呼ぶ。図５では、第２の溶融領域６５の記載は省略している。また、図２では、図５に示すＴＰ含有断面の位置を、５−５断面として示している。

既述したように、本実施形態では、各々の第１の溶融領域６０は、レーザ照射により形成されると共に、略均等に（チップ中心軸ＣＬ１を中心として一定角度θずつずれた位置に）配置されている。このような第１の溶融領域６０を形成するには、例えば、貴金属チップ７０と保持部材７６との接合の際に、貴金属チップ７０および保持部材７６をチップ中心軸ＣＬ１を中心に回転させて、所定の角度だけ回転させるごとにレーザ照射を行なえばよい。このとき、レーザ照射高さ（貴金属チップ７０の底面からレーザ照射軸までの、チップ中心軸ＣＬ１方向に沿った距離）は、各々の第１の溶融領域６０において同じとすればよい。

図５では、ＴＰ含有断面上の各々の第１の溶融領域６０におけるレーザの照射軸に一致する直線を、各々の第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２として示している。図５に示すように、隣り合う第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２間の角度は、本実施形態ではθ＝２２．５°で均一であるが、不均一とすることも可能である。ただし、チップ接合体３１全体を通じて均一とする方が、接合強度がチップ接合体３１全体で均一となるため望ましい。

既述したように、チップ中心軸ＣＬ１に向かって保持部材７６の外周側からチップ中心軸ＣＬ１に垂直な方向にレーザ照射することにより第１の溶融領域６０を形成する場合には、レーザ照射軸上に点ＴＰが形成される。なお、図２では、貴金属チップ７０の外周と点ＴＰとの距離を、溶け込み深さｋとして示している。本実施形態では、各々の第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射のエネルギは略均一であって、各々の第１の溶融領域６０における溶け込み深さｋは、均一となっている。

図６および図７は、本実施形態の接地電極３０における特徴を説明するための説明図である。図６および図７は、図５と同様に、チップ接合体３１におけるＴＰ含有断面の様子を表わしている。図６および図７では、さらに、貴金属チップ７０の外形線（貴金属チップ７０の溶接前の仮想的な外周）の同心円であって、貴金属チップ７０の直径の９０％の長さの直径を有する同心円を同心円Ａとして示している。また、図６および図７では、貴金属チップ７０の外形線と同じ直径を有する同心円（すなわち、貴金属チップ７０の溶接前の仮想的な外周）を、同心円Ｂとして示している。

本実施形態では、各々の第１の溶融領域６０は、上記同心円Ａを超えてチップ中心軸ＣＬ１方向に伸長して形成されている。図７では、各々の第１の溶融領域６０の一部分であって、同心円Ａよりもチップ中心軸ＣＬ１側に形成された部分を、中心側溶融部６２としてハッチを付して示している。

なお、スパークプラグにおいてＴＰ含有断面の様子を観察するには、チップ接合体３１を、中心電極２０に対向する面側からチップ中心軸ＣＬ１に沿って、チップ中心軸ＣＬ１に垂直な面が常に露出されるように少しずつ削って、同心円Ｂと第１の溶融領域６０の最も深い部分との距離を測定し、最も深い部分の深さが最も深くなるまでこの動作を繰り返せばよい。チップ接合体を少しずつ削るときには、例えば、５μｍの厚さずつ削れば良い。

第１の溶融領域６０が露出する貴金属チップ７０の断面において、同心円Ｂと第１の溶融領域６０の最も深い部分との距離を測定するには、上記断面を撮像して、第１の溶融領域６０について画像処理により細線化を行ない、最小二乗法等により直線に近似して、第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２を導出すればよい。このようにして求めた中心軸ＣＬ２上の距離を測定することにより、同心円Ｂと第１の溶融領域６０の最も深い部分との距離を求めることができる。

図６では、各々の第１の溶融領域６０において、上記同心円Ａ上に位置する部分（同心円Ａの円周のうちで各々の第１の溶融領域６０を通過する部分）を、「第１溶融外周部分Ｃ」として太線で示している。本実施形態では、各々の第１の溶融領域６０における第１溶融外周部分Ｃの長さの合計が、同心円Ａの円周の長さの３０％以上となっている。各々の第１の溶融領域６０における第１溶融外周部分Ｃの長さの合計の、同心円Ａの円周の長さに対する割合（以後、「同心円Ａ上部割合」とも呼ぶ）を３０％以上とすることで、第１の溶融領域６０が貴金属チップ７０内に伸長して形成される程度を十分に確保して、貴金属チップ７０と保持部材７６との接合強度を高めることができる。

ただし、同心円Ａ上部割合が大きくなるほど、レーザ照射して第１の溶融領域６０を形成する際にチップ接合体３１に加えられるエネルギ量が多くなり、チップ接合体３１が過熱状態となる傾向にある。そのため、チップ接合体３１が過熱状態となり変形する不都合を抑制するためには、同心円Ａ上部割合は９０％以下であることが望ましく、８５％以下であることがさらに望ましい。

図７では、各々の第１の溶融領域６０において、上記同心円Ｂ上に位置する部分（同心円Ｂの円周のうちで各々の第１の溶融領域６０を通過する部分）を、「第２溶融外周部分Ｄ」として太線で示している。本実施形態では、各々の第１の溶融領域６０における第２溶融外周部分Ｄの長さの合計が、同心円Ｂの円周の長さの３０％以上となっている。各々の第１の溶融領域６０における第２溶融外周部分Ｄの長さの合計の、同心円Ｂの円周の長さに対する割合（以後、「同心円Ｂ上部割合」とも呼ぶ）を３０％以上とすることで、第１の溶融領域６０が貴金属チップ７０内に伸長して形成される程度を十分に確保して、貴金属チップ７０と保持部材７６との接合強度を高めることができる。

ただし、同心円Ｂ上部割合が大きくなるほど、レーザ照射して第１の溶融領域６０を形成する際にチップ接合体３１に加えられるエネルギ量が多くなり、チップ接合体３１がよる高温となる傾向にある。そのため、チップ接合体３１が過熱状態となり変形する不都合を抑制するためには、同心円Ｂ上部割合は９０％以下であることが望ましく、８５％以下であることがさらに望ましい。

また、本実施形態では、第１の溶融領域６０において、ＴＰ含有断面の第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属チップ７０を構成する金属の含有割合が、１０質量％以下となっている。この含有割合は、貴金属チップ７０を構成する金属が合金である場合には、当該合金の個々の成分元素の質量％の合計を指す。上記した「ＴＰ含有断面の第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属チップ７０を構成する金属の含有割合」を、以下では、単に「第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合」とも呼ぶ。

第１の溶融領域６０において、上記第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合を求めるには、まず、既述したようにチップ接合体３１を表面から削る動作と、同心円Ｂと第１の溶融領域６０の最も深い部分との距離を測定する動作とを繰り返し、ＴＰ含有断面を露出させる。そして、加速した電子線を、ＴＰ含有断面における第１の溶融領域６０の第２溶融外周部分Ｄの部分に照射し、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）／ＷＤＳ（波長分散型Ｘ線分光器）を用いて第１の溶融領域６０の組成を測定すればよい。本実施形態では、チップ接合体３１に形成された各々の第１の溶融領域６０において、第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合が１０質量％以下となっている。

なお、第１の溶融領域６０における組成は、通常は第１の溶融領域６０全体で、ほぼ一定である。例えば、第１の溶融領域６０において、チップ中心軸ＣＬ１に最も近い(最も深い）部位と、上記最も深い部位から最も離間した保持部材７６の外周近傍との間で、貴金属チップ７０を構成する金属の含有割合を比較しても、通常は、バラツキは２質量％未満となる。本実施形態では、第１の溶融領域６０における貴金属チップ７０を構成する金属の含有割合を測定するための基準の位置として、ＴＰ含有断面の第２溶融外周部分Ｄを規定している。

上記のようなチップ接合体３１において、第１の溶融領域６０における溶け込み深さｋ（貴金属チップ７０の外周と点ＴＰとの距離）が大きいほど、第１の溶融領域６０を形成することによる接合強度は強まる。そのため、第１の溶融領域６０における溶け込み深さｋの大きさは、同心円Ｂ（貴金属チップ７０の断面における溶融前の仮想的な外周）の直径の５％を超えることが望ましい。

ただし、溶接時のレーザ照射のエネルギを抑える観点から、溶け込み深さｋの大きさは、同心円Ｂの直径の５０％未満であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。一般に、直径が２〜１０ｍｍ程度の貴金属チップ７０を用いる場合には、第１の溶融領域６０における第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合を１０質量％以下に抑えると、溶け込み深さｋの大きさは、同心円Ｂの直径の３０％以下になる。

以上のように構成された本実施形態のスパークプラグによれば、(i)各々の第１の溶融領域６０における第２溶融外周部分Ｄの長さの合計の、同心円Ｂの円周の長さに対する割合（同心円Ｂ上部割合）が、３０％以上となっており、(ii)各々の第１の溶融領域６０における第１溶融外周部分Ｃの長さの合計の、同心円Ａの円周の長さに対する割合（同心円Ａ上部割合）が、３０％以上となっている。そのため、直径が２ｍｍ以上という比較的大きな直径の貴金属チップ７０を用いる際に、互いに離間した第１の溶融領域６０を複数設ける場合であっても、貴金属チップ７０内に形成される第１の溶融領域６０の体積を確保して、貴金属チップ７０と保持部材７６との間の接合強度を高めることができる。

チップ接合体３１においては、溶接のためのレーザ照射の発数をより増加させて、例えば、第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射の位置を互いに近づけることによって隣り合う第１の溶融領域６０同士が重なるように形成し、第１の溶融領域６０を、同心円Ａの全周にわたって同心円Ａの円周よりもチップ中心軸ＣＬ１側にまで広がる形状とすることも可能である。しかしながら、このようにレーザ照射の発数を増加させると、照射によってチップ接合体３１に加えられるエネルギが過剰となってチップ接合体３１が過熱されることに起因する不都合が生じ得る。

本実施形態では、上記(i)および(ii)の構成を採用することにより、直径が２ｍｍ以上という比較的大きな直径の貴金属チップ７０を用いる場合であっても、レーザ照射の発数を抑制しつつ、貴金属チップ７０内に形成される第１の溶融領域６０の体積を確保して、貴金属チップ７０と保持部材７６との間の接合強度を高めることができる。

また、本実施形態によれば、チップ接合体３１において、互いに離間する複数の中心側溶融部６２が形成されると共に、上記(i)および(ii)の構成を備えるという構成要件を満たすため、貴金属チップ７０の保持部材７６からの脱落を抑える効果を高めることができる。

すなわち、貴金属チップ７０の構成材料と第１の溶融領域６０の構成材料とは、線膨張係数が異なっているため、スパークプラグ１００の使用に伴って冷熱サイクルに晒されると、貴金属チップ７０と第１の溶融領域６０との境界部分にクラックが生じ得る。本実施形態では、上記構成要件を満たすことにより、貴金属チップ７０内に複数の第１の溶融領域６０が潜り込んで形成されると共に、溶融していない貴金属チップ７０の部分と第１の溶融領域６０との境界の面積をより広く確保して、貴金属チップ７０の脱落を抑制することができる。

図８は、貴金属チップ７０と第１の溶融領域６０との境界である境界部Ｅを示す説明図である。図８（Ａ）は、ＴＰ含有断面の様子を表わし、図８（Ｂ）は、第１の溶融領域６０およびチップ中心軸ＣＬ１を含む断面の様子を表わす。境界部Ｅが貴金属チップ７０内で図８に示す形状（貴金属チップ７０内に嵌まり込む形状）で形成されることにより、スパークプラグ１００が冷熱サイクルに晒されて境界部Ｅにクラックが生じたとしても、第１の溶融領域６０が楔のように貴金属チップ７０に係合することができる、そのため、貴金属チップ７０の脱落を抑制することができる。

特に、本実施形態では、(iii)第１の溶融領域６０において、ＴＰ含有断面の第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属チップ７０を構成する金属の含有割合（第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合）が、１０質量％以下となっている。その結果、第１の溶融領域６０の構成材料と貴金属チップ７０の構成材料との間で線膨張係数差がより大きくなっており、第１の溶融領域６０の構成材料と保持部材７６の構成材料の間で線膨張係数差がより小さくなっている。

そのため、スパークプラグ１００が冷熱サイクルに晒されたときには、図７に示す第２溶融外周部分Ｄに対応する位置（貴金属チップ７０の溶接前の仮想的な外周）よりも、図８に示す境界部Ｅにおいてクラックがより生じやすくなる。図７に示す第２溶融外周部分Ｄにおいてクラックが生じると、貴金属チップ７０が保持部材７６から脱落し易くなるが、境界部Ｅでクラックが生じ易くなることにより、既述したように第１の溶融領域６０が貴金属チップ７０に係合して、貴金属チップ７０の脱落が抑制される。

また、本実施形態では、上記(iii)の構成要件を満たすことにより、貴金属チップ７０と保持部材７６とを溶接するためのレーザの照射エネルギが抑えられている。そのため、溶接の工程でチップ接合体３１が過熱になることが抑えられ、過熱に起因する保持部材７６の変形などの不都合を抑制することができる。

図９は、同心円Ｂ上部割合と、同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋの割合とを、種々異ならせた複数の接地電極３０を作製し、貴金属チップ７０と保持部材７６との間の接合強度を調べた結果を示す説明図である。図９に示すように、チップ接合体３１として、同心円Ｂ上部割合が、２０％、３０％、および５０％の３種類を用意した。また、チップ接合体３１として、同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋの割合が、２％、５％、および１０％のものを用意した。

一つのチップ接合体３１に形成される第１の溶融領域６０の数は、１６で統一した。上記接合強度を調べるためには、貴金属チップ７０として、イリジウム製の貴金属チップを用い、保持部材７６としてニッケル製の保持部材を用いた。

同心円Ｂ上部割合、および同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋの割合は、第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射時の出力、およびレーザ照射時間を調節することにより制御することができる。レーザ照射の出力および照射時間を種々変更して異なるサンプルを作製し、各サンプルについて、ＴＰ含有断面における同心円Ｂ上部割合および同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋを調べた。そして、図９に示す同心円Ｂ上部割合、および同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋとなる照射条件を決定し、決定した条件で新たに作製したサンプルを用いて、接合強度を調べた。

接合強度は、図９に示した複数種類の接地電極３０の各々を備えるスパークプラグを作製し、これらのスパークプラグについて振動試験を行なうことにより評価した。すなわち、作製した各スパークプラグを、エンジンヘッドと同様のアルミ材を用いて作製したアルミブッシュに締付トルク２０Ｎ・ｍで取り付け、ＩＳＯ１１５６５の３．４．４項に示される振動試験を実施した。具体的には、加速度３０Ｇ±２Ｇ、周波数５０〜５００Ｈｚ、スイープ率１オクターブ／分の振動を、スパークプラグの軸線Ａｘ方向に与えた。その際、バーナを用いてスパークプラグを加熱する動作と、加熱を停止してスパークプラグを冷却する動作とを１サイクルとして、これらの動作を繰り返した。

１サイクル当たりの上記加熱の動作は、８００℃にて２分間であり、１サイクル当たりの上記冷却の動作は、１分間とした。そして、貴金属チップ７０が脱落するまでのサイクル数を測定した。図９では、貴金属チップ７０の脱落までのサイクル数が５００未満の場合を「×」としており、脱落までのサイクル数が５００以上１０００未満の場合を「○」としており、脱落までのサイクル数が１０００以上の場合を「◎」としている。

図９に示すように、同心円Ｂ上部割合を３０％以上とすることで、接合強度を顕著に向上させることができることが確認された。ただし、同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋの割合が２％のときには、同心円Ｂ上部割合を５０％以上にしても、接合強度は不十分であった。そして、同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋの割合を５％以上にすることで、より十分な接合強度を実現することができた。

図１０は、同心円Ｂ上部割合を３０％で一定にすると共に、同心円Ａ上部割合を種々異ならせた複数の接地電極３０を作製し、貴金属チップ７０と保持部材７６との間の接合強度を調べた結果を示す説明図である。図１０に示すように、チップ接合体３１として、同心円Ａ上部割合が、２０％、３０％、および５０％の３種類を用意した。用いた貴金属チップ７０および保持部材７６の条件は、図９に結果を示したサンプルと同様であり、一つのチップ接合体３１に形成される第１の溶融領域６０の数は、１６で統一した。また、接合強度は、図９に結果を示した接合強度の評価方法と同じ方法により調べており、接合強度の評価結果の記載方法も、図９と同様である。

図１１は、図１０に結果を示したサンプル（同心円Ａ上部割合が２０％および３０％のサンプル）における第１の溶融領域６０の形状を示す説明図である。同心円Ａ上部割合が５０％のサンプルは、第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射を一定の出力で行なったため、第１の溶融領域６０は、図５に模式的に示したように、先端部（チップ中心軸ＣＬ１に近接する部分）以外は幅が略一定となる形状を有している。これに対して、同心円Ａ上部割合が２０％および３０％のサンプルは、図１１に示すように、先端部（同心円Ｂよりもチップ中心軸ＣＬ１に近い側の部分）の幅がより細い形状となっている。

このような形状の第１の溶融領域６０を形成するには、最初に、より大きな出力である第１の出力でレーザ照射して、貴金属チップ７０のより深い位置にまで溶融領域を形成して、上記した幅がより細い先端部を含む部分を形成した。その後、レーザ照射の出力を、より低い第２の出力に低下させて、貴金属チップ７０の溶融を抑制しつつ、貴金属チップ７０よりも融点が低い保持部材７６の溶融を促進し、第１の溶融領域６０のうちの保持部材７６に形成される部分の幅を広くした。

上記第１の出力と第２の出力、および、各々の出力でレーザ照射する時間を調節することにより、同心円Ｂ上部割合および同心円Ａ上部割合を制御することができる。上記第１の出力と第２の出力、および、各々の出力でレーザ照射する時間を種々変更して異なるサンプルを作製し、各サンプルについて、ＴＰ含有断面における同心円Ｂ上部割合および同心円Ａ上部割合を調べた。そして、同心円Ｂ上部割合が３０％であって、同心円Ａ上部割合が図１１に示す各値となる照射条件を決定し、決定した条件で新たに作製したサンプルを用いて、接合強度を調べた。

図１０に示すように、同心円Ａ上部割合を３０％以上とすることにより、接合強度を顕著に高めることができることが確認された。

図１２は、同心円Ｂ上部割合が３０％、且つ、同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋの割合が５％であって、第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合を異ならせた複数の接地電極３０を作製し、貴金属チップ７０と保持部材７６との間の接合強度を調べた結果を示す説明図である。図１２に示すように、チップ接合体３１として、第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合が、５質量％、１０質量％、および１１質量％の３種類を用意した。

用いた貴金属チップ７０の条件、および保持部材７６の構成材料は、図９に結果を示したサンプルと同様であり、一つのチップ接合体３１に形成される第１の溶融領域６０の数は、１６で統一した。また、接合強度は、図９に結果を示した接合強度の評価方法と同じ方法により調べており、接合強度の評価結果の記載方法も、図１０と同様である。

同心円Ｂ上部割合、同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋ、および第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合は、第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射時の出力、レーザ照射時間、および保持部材７６の厚みを調節することにより制御することができる。

レーザの出力、照射時間、および保持部材７６の厚みを種々変更した異なるサンプルを作製し、各サンプルについて、ＴＰ含有断面における同心円Ｂ上部割合、同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋ、および第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合を調べた。そして、同心円Ｂ上部割合および同心円Ｂの直径に対する溶け込み深さｋが既述した値となり、第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合が図１２に示す値となる条件を決定し、決定した条件で新たに作製したサンプルを用いて、接合強度を調べた。図１２における加熱温度は、図９に結果を示した接合強度の評価方法と同様の評価方法における加熱の動作時の加熱温度を示す。

図１２に示すように、第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合を１０質量％以下とすることで、加熱温度が１０００℃という極めて厳しい冷熱サイクルに晒しても、接合強度を顕著に高めることができることが確認された。

Ｂ．第２の実施形態：
図１３は、第２の実施形態のスパークプラグが備えるチップ接合体３１の、ＴＰ含有断面の様子を模式的に表わす断面図である。第２の実施形態を含む以後の実施形態の説明では、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、互いに離間する複数の第１の溶融領域６０が形成されているが、各々の第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２は、第１の実施形態とは異なりチップ中心軸ＣＬ１と交わらない。すなわち、第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２と、この中心軸ＣＬ２に平行であってチップ中心軸ＣＬ１を通過する直線ＣＬ３とが離間している。

第２の実施形態では、上記中心軸ＣＬ２と上記直線ＣＬ３との距離Ｄ１（以下、オフセット量Ｄ１とも呼ぶ）は、各々の第１の溶融領域６０において一定の値となっている。具体的には、図１３では、オフセット量Ｄ１は、貴金属チップ７０の半径Ｒ（同心円Ｂの半径Ｒ）の４分の３となっている。

また、第２の実施形態では、各々の第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２は、対応する直線ＣＬ３に対して、同じ側に配置している（オフセットの向きが同じである）。すなわち、ＴＰ含有断面において、チップ中心軸ＣＬ１を中心とする一定の回転方向ですべての直線ＣＬ３を順次辿ると、各々の直線ＣＬ３に対応する中心軸ＣＬ２は、常に、上記回転方向に対して同じ側に配置されている。

このような第２の実施形態では、レーザ照射の出力、レーザ照射の時間、および保持部材７６の厚みを調節することにより、第１の実施形態と同様に、既述した(i)〜(iii)の構成要件が満たされている。すなわち、(i)第１の溶融領域６０の同心円Ｂ上部割合が、３０％以上となっており、(ii)第１の溶融領域６０の同心円Ａ上部割合が、３０％以上となっており、(iii)第１の溶融領域６０の第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属割合が、１０質量％以下となっている。

なお、第２の実施形態のように、各々の第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２がチップ中心軸ＣＬ１と交わらない場合には、通常は、第１の溶融領域６０においてチップ中心軸ＣＬ１に最も近い点である点ＴＰは、第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２上に無い（図１３参照）。ただし、一定の出力でのレーザ照射により第１の溶融領域６０を形成する場合には、通常は、チップ中心軸ＣＬ１に直交する断面のうち、点ＴＰを通る断面と、第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２を通る断面とは一致する。

以上のように構成された第２の実施形態のスパークプラグによれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第２の実施形態では、第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２と、中心軸ＣＬ２に平行であってチップ中心軸ＣＬ１を通過する直線ＣＬ３とが離間しているため、第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射によってチップ接合体３１全体に加えられるエネルギ量（熱量）を抑制することができる。

これは、中心軸ＣＬ２とチップ中心軸ＣＬ１とが交わる場合（図５に示す第１の実施形態）に比べて、上記(i)および(ii)の構成要件を満たすために必要な第１の溶融領域６０の数が少なくなり、第１の溶融領域６０を形成するために要するレーザ照射の発数がより少なくて済むためである。すなわち、中心軸ＣＬ２がチップ中心軸ＣＬ１と交わらない角度で形成されることにより、同じ幅の第１の溶融領域６０を形成する場合であっても、各々の第１の溶融領域６０における第２溶融外周部分Ｄの長さ（図７参照）および第１溶融外周部分Ｃの長さ（図６参照）が、中心軸ＣＬ２とチップ中心軸ＣＬ１とが交わる場合（図５に示す第１の実施形態）に比べて、より長くなるためである。

上記のように第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射時にチップ接合体３１に加えられるエネルギ量が削減されると、保持部材７６の過熱による変形を抑えて、接地電極３０の耐久性を高めることができる。

すなわち、保持部材７６が変形すると、チップ接合体３１を基部３２に溶接して接地電極３０を作製する際に、チップ接合体３１と基部３２（凹部３５の内壁面）との間に隙間が生じ得る。チップ接合体３１と基部３２との間に隙間が生じると、チップ接合体３１と基部３２との間の伝熱効率が低下するため、スパークプラグの使用に伴って接地電極３０が冷熱サイクルに晒されたときに、貴金属チップ７０あるいはチップ接合体３１が過熱状態になり得る。

上記過熱状態が引き起こされると、構成材料が異なる（線膨張係数が異なる）部位間にクラックが生じたり、構成材料の酸化が進行することにより、貴金属チップ７０やチップ接合体３１が脱落し易くなる。あるいは、保持部材７６が変形すると、貴金属チップ７０を接合した保持部材７６を基部３２の凹部３５に取り付ける際の精度が低下して、チップ接合体３１の接合強度（耐久性）が低下し得る。第２の実施形態では、レーザ照射時にチップ接合体３１に加えられるエネルギ量を削減することにより、上記不都合を抑えることができる。

なお、中心軸ＣＬ２と直線ＣＬ３との距離Ｄ１（オフセット量Ｄ１）が大きいほど、個々の第１の溶融領域６０における第２溶融外周部分Ｄおよび第１溶融外周部分Ｃの長さが長くなるため、既述した(i)および(ii)の構成要件を満たすために必要なレーザ照射の発数を減らすことができる。レーザ照射の発数を抑えて保持部材７６の変形を抑える観点からは、オフセット量Ｄ１は、貴金属チップ７０の半径Ｒ（同心円Ｂの半径Ｒ）の２分の１以上とすることが好ましい。オフセット量Ｄ１は、貴金属チップ７０の半径Ｒよりも小さい値であって、既述した(i)および(ii)の構成要件を満たすならば、大きい方が望ましい。

図１４は、オフセット量Ｄ１が貴金属チップ７０の半径Ｒの２分の１であるサンプルにおけるＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。また、図１５は、オフセット量Ｄ１が貴金属チップ７０の半径Ｒの３分の１であるサンプルにおけるＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。

図１３、図１４、および図１５に示すサンプルでは、オフセット量Ｄ１が各々の値を満たしつつ、いずれのサンプルにおいても既述した(i)および(ii)の構成要件を満たすように、１つの第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射の条件として共通する条件を設定した。また、いずれのサンプルにおいても、オフセット量Ｄ１が上記した値を満たしつつ、隣り合う第１の溶融領域６０間の距離が均等となるように、第１の溶融領域６０を形成した。

Ｃ．第３の実施形態：
図１６は、第３の実施形態のチップ接合体３１におけるＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に、構成要件(i)〜(iii)を満たすと共に、各々の第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２と、この中心軸ＣＬ２に平行であってチップ中心軸ＣＬ１を通過する直線ＣＬ３とが離間している。ただし、第３の実施形態では、各々の第１の溶融領域６０におけるオフセット量Ｄ１が、チップ接合体３１全体として不均一となっている。

このような構成としても、第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、チップ接合体３１全体で、貴金属チップ７０と保持部材７６との間の接合強度を均等に確保する観点からは、第２の実施形態のように、オフセット量Ｄ１はチップ接合体３１全体で均一であることが望ましい。

Ｄ．第４の実施形態：
図１７は、第４の実施形態のチップ接合体３１におけるＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。第４の実施形態では、第２および第３の実施形態と同様に、構成要件(i)〜(iii)を満たすと共に、各々の第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２と、この中心軸ＣＬ２に平行であってチップ中心軸ＣＬ１を通過する直線ＣＬ３とが離間している。

ただし、第４の実施形態では、第２および第３の実施形態のように、各々の第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２が対応する直線ＣＬ３に対して同じ側に配置しているのではなく、対応する直線ＣＬ３に対して異なる側に中心軸ＣＬ２が配置されている第１の溶融領域６０を備えている。すなわち、オフセットの向きが異なる第１の溶融領域６０を備えている。

このような構成としても、第２および第３の実施形態と同様の効果を奏することができる。ただし、オフセットの向きが異なる第１の溶融領域６０を設けると、特に保持部材７６と貴金属チップ７０との境界の近傍において、第１の溶融領域６０同士が重なる部分が生じ得る。このような部分では、貴金属比率が大きく変更されて線膨張係数差がより大きくなることに起因して、クラックが生じ易くなる。

これを避けるために、第１の溶融領域６０同士が重ならないように、オフセットの向きが異なる第１の溶融領域６０を設けようとすると、チップ接合体３１全体で、第１の溶融領域６０の密度や接合強度が不均一になる。また、既述した(i)および(ii)の構成要件を満たすことも困難となる。また、オフセットの向きが同じであれば、複数の第１の溶融領域６０を形成するためのレーザ照射の際に、例えば、貴金属チップ７０を嵌め込んだ保持部材７６を一定の方向に回転させながらレーザ照射すればよいため加工性が高まるが、オフセットの向きを異ならせる場合には、レーザ照射の動作がより複雑化する。

従って、オフセットの向きは、第１〜第３の実施形態のように、同じ向きであることが望ましい。

Ｅ．第５の実施形態：
図１８は、第５の実施形態のチップ接合体３１におけるＴＰ含有断面の様子を表わす断面図である。第５の実施形態では、第２および第３の実施形態と同様に、構成要件(i)〜(iii)を満たすと共に、各々の第１の溶融領域６０の中心軸ＣＬ２と、この中心軸ＣＬ２に平行であってチップ中心軸ＣＬ１を通過する直線ＣＬ３とが離間している。ただし、第５の実施形態では、貴金属チップ７０は、円柱状ではなく、円環状に形成されている。このような構成としても、第２および第３の実施形態と同様の効果を奏することができる。

Ｆ．第６の実施形態：
図１９は、第６の実施形態の接地電極１３０の先端部における、チップ中心軸ＣＬ１を含む断面の様子を表わす断面図である。第６の実施形態の接地電極１３０では、第１〜第５の実施形態とは異なり、貴金属チップ７０は保持部材を間に介することなく基部３２に直接溶接されている。すなわち、第６の実施形態では、貴金属チップ７０を溶接する母材が、保持部材７６ではなく基部３２となっている。

具体的には、貴金属チップ７０は、基部３２の凹部３５内に挿入された状態で、チップ中心軸ＣＬ１に向かって外周側から照射されるレーザによって基部３２に溶接され、これによって第１の溶融領域１６０が形成される。このような構成としても、既述した構成要件(i)および(ii)、さらに(iii)を満たすことにより、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

Ｇ．第７の実施形態：
図２０は、第７の実施形態の中心電極２２０の先端部の様子を表わす断面図である。図２０に示すように、電極チップの溶接に係る構成は、接地電極３０に代えてあるいは接地電極３０に加えて、中心電極側に適用しても良い。図２０に示す中心電極２２０では、貴金属チップ２７０は、電極母材２１（図１参照）の先端部に設けられた凹部２３５内に配置され、チップ中心軸ＣＬ１に向かって外周側から照射されるレーザによって電極母材２１に溶接されている。そして、レーザ溶接によって、貴金属チップ２７０と電極母材２１との間には第１の溶融領域２６０が形成されている。

このような構成としても、既述した構成要件(i)および(ii)、さらに(iii)を満たすことにより、既述した実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、図２０では、貴金属チップ２７０と電極母材２１とを直接接触させて溶接しているが、第１〜第５の実施形態と同様に、貴金属チップ２７０と電極母材２１との間に保持部材７６を配置して、貴金属チップを溶接する母材として保持部材７６を用いてもよい。

Ｈ．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。

・変形例１（貴金属チップの構成金属の変形）：
上記各実施形態では、貴金属チップは、イリジウムまたはイリジウム合金により形成したが、異なる貴金属あるいは貴金属合金を用いて貴金属チップを形成しても良い。例えば、白金、ルテニウム、およびロジウムから選択される貴金属、あるいはこのような貴金属を主成分とする合金により形成してもよい。

ただし、これら貴金属の中ではイリジウムが最も線膨張係数が小さいため、イリジウムあるいはイリジウム合金を用いる場合には、貴金属チップと、貴金属チップを溶接する母材や第１の溶融領域との間で線膨張係数の差が特に大きくなり、貴金属チップの外周近傍でクラックが生じやすくなる。そのため、イリジウムまたはイリジウム合金により貴金属チップを構成する場合には、既述した構成要件(i)および(ii)、あるいはさらに(iii)を備えることにより、貴金属チップの脱落を抑制する効果を、特に顕著に得ることができる。

・変形例２（溶接方法の変形）：
貴金属チップと母材との間の溶接は、既述した各実施形態で示したレーザ溶接の他、例えば、アーク溶接、あるいは電子ビーム溶接により行なってもよい。母材の外周から貴金属チップ側に向かってエネルギを照射することにより溶接し、照射軸に沿った第１の溶融領域を形成することができるならば、各実施形態と同様に本願発明を適用できる。

・変形例３（第１の溶融領域の組成の変形）：
上記各実施形態では、第１の溶融領域において、ＴＰ含有断面の第２溶融外周部分Ｄにおける貴金属チップ７０を構成する金属の含有割合を１０質量％以下としたが（構成要件(iii)）異なる構成としてもよい。構成要件(iii)を満たさなくても、少なくとも構成要件(i)および(ii)を満たすことにより、直径が２ｍｍ以上という比較的大きな直径の貴金属チップを用いる場合であっても、貴金属チップの接合強度を高めて耐久性を向上させる既述した効果が得られる。

・変形例４（第１の溶融領域の形状の変形）：
上記各実施形態では、第１の溶融領域は、互いに離間する複数の独立溶融部によって構成されることとしたが、第１の溶融領域同士が完全に離間するのではなく、第１の溶融領域同士が重なる領域があってもよい。具体的には、例えば、保持部材７６などの母材において、隣り合う第１の溶融領域同士が重なって形成されていてもよく、チップ接合体３１全体で第１の溶融領域が連続して設けられていてもよい。また、貴金属チップ全体で、各々の第１の溶融領域における溶け込み深さｋ（図２参照）を不均一とすることも可能である。

いずれの場合であっても、第１の溶融領域が、同心円Ａよりもチップ中心軸ＣＬ１側の領域に形成された複数の中心側溶融部を備え、既述した構成要件(i)および(ii)、あるいはさらに(iii)を満たすことにより、実施形態と同様の効果を得ることができる。

・変形例５（第１の溶融領域の配置の変形）：
図２１は、他の変形例としての中心電極３２０におけるチップ中心軸ＣＬ１を含む断面の様子を表わす断面図である。既述した各実施形態では、第１の溶融領域として、レーザ照射高さ（貴金属チップの底面からレーザ照射軸までの、チップ中心軸ＣＬ１方向に沿った距離）が同じである複数の第１の溶融領域が設けられている。これに対して図２１に示す変形例では、レーザ照射高さが同じである複数の第１の溶融領域のグループを、チップ中心軸ＣＬ１に沿って複数段備えている。

このような場合であっても、レーザ照射高さが共通する各々のグループにおいて、既述した構成要件(i)および(ii)、あるいはさらに(iii)を備えることにより、実施形態と同様の効果を得ることができる。このような構成は、接地電極に適用しても良く、また、溶接のための母材として保持部材を用いてもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

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
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…碍子段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…中央胴部
２０，２２０，３２０…中心電極
２１…電極母材
２５…芯材
３０，１３０…接地電極
３１…チップ接合体
３２…基部
３３…穴
３５，２３５…凹部
３６…底面
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…ガスケット受け部
５６…金具内段部
５７…先端面
５８…圧縮変形部
６０，１６０，２６０…第１の溶融領域
６２…中心側溶融部
６５…第２の溶融領域
７０，２７０…貴金属チップ
７６…保持部材
８０…ピン
８２…バーナ
１００…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔

Claims (5)

1. 貴金属を含有する断面円形の貴金属チップと、該貴金属チップの外周を囲むように配置された母材と、を有する電極であって、前記貴金属チップが前記母材に溶接されており、前記母材から前記貴金属チップにわたって、前記母材と前記貴金属チップとが溶け合った溶融領域が形成されている電極を備えるスパークプラグにおいて、
   前記貴金属チップの直径は２ｍｍ以上であり、
   前記貴金属チップの中心軸ＣＬ１に直交し、前記溶融領域のうち前記中心軸ＣＬ１に最も近い点を通る断面において、
   前記溶融領域は、前記貴金属チップの外形線の同心円であって、前記貴金属チップの直径の９０％の長さの直径を有する同心円Ａの円周よりも、前記貴金属チップの中心側の領域に形成された複数の中心側溶融部を備え、
   前記同心円Ａ上に位置する前記溶融領域における前記同心円Ａ上の長さの合計が、前記同心円Ａの円周の長さの３０％以上であり、
   前記貴金属チップの前記外形線の直径と同じ直径を有する同心円Ｂ上に位置する前記溶融領域における前記同心円Ｂ上の長さの合計が、前記同心円Ｂの円周の長さの３０％以上であることを特徴とする
   スパークプラグ。
2. 請求項１記載のスパークプラグであって、
   前記溶融領域において、前記断面における前記同心円Ｂの円周と重なる部分における前記貴金属チップを構成する金属の含有割合が、１０質量％以下である
   スパークプラグ。
3. 請求項１または２に記載のスパークプラグであって、
   前記溶融領域は、前記中心側溶融部のいずれかを含み互いに離間する複数の独立溶融部を備え、
   前記断面において、各々の前記独立溶融部の中心軸ＣＬ２が、該中心軸ＣＬ２に平行で前記貴金属チップの中心軸ＣＬ１を通る直線から離間している
   スパークプラグ。
4. 請求項３記載のスパークプラグであって、
   各々の前記独立溶融部における前記中心軸ＣＬ２は、該各々の中心軸ＣＬ２に平行で前記貴金属チップの中心軸ＣＬ１を通る各々の直線に対して、いずれも同じ側に離間している
   スパークプラグ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
   前記貴金属チップは、イリジウムまたはイリジウム合金により形成される
   スパークプラグ。

Images