JP5576753B2 - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグの製造方法に関するものである。

従来、スパークプラグの接地電極に貴金属チップを接合する方法としては、例えば、以下の特許文献に開示されたものが知られている。

特許文献１に開示された方法では、貴金属チップを全て溶融させて、接地電極に接合させている。しかし、この方法では、接地電極と貴金属チップとの溶接強度を上げることはできるが、貴金属チップの放電面にも接地電極母材の溶融成分が含まれてしまうため、火花耐久性能が低下してしまうといった問題があった。

また、特許文献２に開示された方法では、貴金属チップの外周部を溶融させて、接地電極に接合させている。しかし、この方法では、接地電極と貴金属チップの中心部との溶接強度が弱く、また貴金属チップや溶融部にクラックが発生し、やがては貴金属チップの剥離に繋がるおそれがあるといった問題があった。

また、接地電極に貴金属チップを接合する方法としては、抵抗溶接を用いた方法も知られている。しかし、この方法では、接地電極と貴金属チップの境界面における溶融部の層が薄いため、また、近年のエンジンの高出力化に伴ってスパークプラグの使用環境もより高温で厳しい環境となるため、溶接強度が確保できず、やがては貴金属チップの剥離に繋がるおそれがあるといった問題があった。

特表２００４−５１７４５９号公報 米国特許出願公開第２００７／０１０３０４６号明細書

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、接地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]
軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、
一端部が前記主体金具の先端部に取り付けられ、他端部が前記中心電極の先端部と対向する接地電極と、
前記接地電極の他端部に設けられ、前記中心電極との間で間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、
を備えるスパークプラグの製造方法であって、
前記接地電極と前記貴金属チップとの境界に対して前記接地電極の側面から高エネルギービームを照射することによって溶融部を形成する溶融部形成工程を備え、
前記溶融部形成工程では、
前記溶融部を前記放電面に垂直な方向に投影した場合に、前記接地電極と前記貴金属チップとが重なり合っている部分の面積のうちの７０％以上の面積が、前記投影された溶融部と重なり合うように、
かつ、
前記放電面に垂直な方向から見た場合における前記溶融部の形状が、前記接地電極の幅方向に平行であって前記貴金属チップの重心を通過する基準線に対して、略対称となるように、前記溶融部を形成する、スパークプラグの製造方法。
適用例１のスパークプラグの製造方法によれば、接地電極と貴金属チップとの境界に占める溶融部の面積が大きくなるため、接地電極と貴金属チップとの溶接強度を向上させたスパークプラグを製造することができる。さらに、溶融部の形状が基準線に対して略対称となるため、基準線を中心とした左右の熱応力の差をほぼゼロにすることができる。したがって、熱応力差による溶接強度の低下を抑制することができる。

[適用例２]
適用例１に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記溶融部形成工程は、
前記高エネルギービームを前記境界に対して相対的に往復移動させながら照射し、前記境界の一部に対しては前記高エネルギービームを二度以上照射することによって、前記溶融部の形状を前記基準線に対して略対称とする工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
適用例２のスパークプラグの製造方法によれば、貴金属チップの基準線に対して略対称な形状を有する溶融部を形成することができる。

[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の製造方法であって、
前記溶融部形成工程は、
前記高エネルギービームを前記境界に対して相対的に移動させながら照射し、前記高エネルギービームの出力を前記相対移動に伴って変化させることによって、前記溶融部の形状を前記基準線に対して略対称とする工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
適用例３のスパークプラグの製造方法によれば、貴金属チップの基準線に対して略対称な形状を有する溶融部を形成することができる。

[適用例４]
適用例３に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記溶融部形成工程は、
前記高エネルギービームの出力を前記相対移動の開始後は一定とし、その後次第に前記高エネルギービームの出力を小さくすることによって、前記溶融部の形状を前記基準線に対して略対称とする工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
適用例５のスパークプラグの製造方法によれば、貴金属チップの基準線に対して略対称な形状を有する溶融部を形成することができる。

［適用例５］
適用例３に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記溶融部形成工程は、
前記高エネルギービームの出力を前記基準線の手前までは大きくしていき、その後、前記高エネルギービームの出力を徐々に小さくすることによって、前記溶融部の形状を前記基準線に対して略対称とする工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
適用例５のスパークプラグの製造方法によれば、貴金属チップの基準線に対して略対称な形状を有する溶融部を形成することができる。

[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記溶融部形成工程において、
前記高エネルギービームは、前記境界に対して照射される前から放出されていることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
適用例６のスパークプラグの製造方法によれば、出力が安定した状態の高エネルギービームを境界に対して照射することができるので、溶融部の形状を形成する際の精度を向上させることができる。

[適用例７]
適用例１ないし適用例６のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記溶融部形成工程は、
前記接地電極と前記貴金属チップとの境界面に対して平行な方向から前記高エネルギービームを照射する工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
適用例７のスパークプラグの製造方法によれば、接地電極と貴金属チップの境界を奥深くまで溶融させることができるので、適切な形状の溶融部を形成することができる。

[適用例８]
適用例１ないし適用例６のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記溶融部形成工程は、
前記接地電極と前記貴金属チップとの境界面に対して斜めの方向から前記高エネルギービームを照射する工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
適用例８のスパークプラグの製造方法によれば、接地電極と貴金属チップの境界を奥深くまで適切に溶融させることができるので、適切な形状の溶融部を形成することができる。

[適用例９]
適用例１ないし適用例８のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記高エネルギービームは、ファイバーレーザまたは電子ビームであることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
適用例９のスパークプラグの製造方法によれば、接地電極と貴金属チップの境界を奥深くまで適切に溶融させることができるので、接地電極と貴金属チップを強固に接合することができる。

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や製造装置、製造システム、これらの製造方法又は製造装置によって製造されたスパークプラグ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の部分断面図である。 スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。 第１実施形態におけるスパークプラグ１００の先端付近を拡大して示す説明図である。 溶融部９８の形成過程の一例を示す説明図である。 溶融部９８の形成過程の他の一例を示す説明図と、溶融部９８の形成過程における高エネルギービームの出力の変化の一例を示す説明図である。 冷熱試験に用いたサンプル１及びサンプル２のスパークプラグの先端付近を示す図と、冷熱試験の結果を示す表である。 冷熱試験の結果を示す図である。 その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｂの先端付近を拡大して示す説明図である。 スパークプラグ１００ｂにおける溶融部９８ｂの形成過程の一例を示す説明図である。 その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｃの先端付近を拡大して示す説明図である。 その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｄの先端付近を拡大して示す説明図である。 その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｅの先端付近を拡大して示す説明図である。 その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｆの先端付近を拡大して示す説明図である。 その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｇの先端付近を拡大して示す説明図である。 溶融部が基準線ＢＬに対して略対称か否かについての判定基準を示す説明図である。

次に、本発明の一態様であるスパークプラグの実施の形態を、以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態：
Ｂ．溶融部の形状に関する実験例：
Ｃ．溶融部重なり率に関する実験例：
Ｄ．その他の実施形態：
Ｅ．溶融部が基準線に対して略対称か否かについての判定基準：

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の部分断面図である。なお、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１００の先端側、上側を後端側として説明する。

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を保持している。端子金具４０は、絶縁碍子１０の後端部に設けられている。なお、中心電極２０と接地電極３０の構成については、図２において詳述する。

絶縁碍子１０は、アルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線方向ＯＤへ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線方向ＯＤの略中央には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（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）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、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、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は先端側ほど縮径され、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、その燃焼室に曝される。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。

主体金具５０は、低炭素鋼材より形成された円筒状の金具であり、スパークプラグ１００を内燃機関のエンジンヘッド２００に固定する。そして、主体金具５０は、絶縁碍子１０を内部に保持しており、絶縁碍子１０は、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を主体金具５０によって取り囲まれている。

また、主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ねじ部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の取付ねじ部５２は、ねじ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の取付ねじ孔２０１に螺合する。

主体金具５０の工具係合部５１と取付ねじ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首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、シール部５４の座面５５と取付ねじ孔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、取付ねじ孔２０１を介したエンジン内の気密漏れが防止される。

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、シール部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が介在されている。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。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めると、絶縁碍子１０は、リング部材６，７およびタルク９を介して主体金具５０内の先端側に向け押圧される。これにより、絶縁碍子１０の段部１５は、主体金具５０の内周に形成された段部５６に支持され、主体金具５０と絶縁碍子１０とは、一体となる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、絶縁碍子１０の段部１５と主体金具５０の段部５６との間に介在された環状の板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。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の圧縮ストロークを稼いで主体金具５０内の気密性を高めている。なお、主体金具５０の段部５６よりも先端側と絶縁碍子１０との間には、所定寸法のクリアランスＣＬＲが設けられている。

図２は、スパークプラグ１００の中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。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（商標名）６００または６０１等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成分とする合金から形成されている。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。芯材２５は、胴部分においては略一定の外径をなすものの、先端側においては縮径部が形成される。また、中心電極２０は、軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４およびセラミック抵抗３（図１）を経由して、端子金具４０（図１）に電気的に接続されている。端子金具４０には、高圧ケーブル（図示せず）がプラグキャップ（図示せず）を介して接続され、高電圧が印加される。

中心電極２０の先端部２２は、絶縁碍子１０の先端部１１よりも突出している。中心電極２０の先端部２２の先端には、中心電極チップ９０が接合されている。中心電極チップ９０は、軸線方向ＯＤに伸びた略円柱形状を有しており、耐火花消耗性を向上するため、高融点の貴金属によって形成されている。中心電極チップ９０は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒ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る。

接地電極３０は、耐腐食性の高い金属から形成され、例えば、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金から形成されている。この接地電極３０の基部３２は、溶接によって、主体金具５０の先端部５７に接合されている。また、接地電極３０は屈曲しており、接地電極３０の先端部３３は、中心電極チップ９０の先端面９２と対向している。

さらに、接地電極３０の先端部３３には、溶融部９８を介して接地電極チップ９５が接合されている。接地電極チップ９５の放電面９６は、中心電極チップ９０の先端面９２と対向しており、接地電極チップ９５の放電面９６と、中心電極チップ９０の先端面９２との間には、ギャップＧが形成されている。なお、接地電極チップ９５は、中心電極チップ９０と同様の材料で形成することができる。

図３（Ａ）は、接地電極３０の先端部３３を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。図３（Ｂ）に示すように、接地電極３０の先端部３３には、接地電極チップ９５の底面と同じ形状の溝部３４が形成されており、接地電極チップ９５は、溝部３４に埋設されている。接地電極チップ９５と接地電極３０との間の少なくとも一部には、溶融部９８が形成されている。溶融部９８は、接地電極チップ９５の一部と接地電極３０の一部とが溶け合って形成されており、接地電極チップ９５と接地電極３０の成分の両方が含まれる。すなわち、溶融部９８は、接地電極３０と接地電極チップ９５との中間的な組成を有している。なお、接地電極チップ９５と接地電極３０との間には破線が描かれているが、実際には、溶融部９８が形成されている部分においては接地電極チップ９５と接地電極３０とが一体となって溶融しており、破線は消滅している。以下で示す図面においても同様である。

溶融部９８は、接地電極３０と接地電極チップ９５との境界（すなわち、接地電極チップ９５の底面）に対して接地電極３０の側面方向ＬＤから高エネルギービームを照射することによって形成することができる。本実施形態では、溶融部９８を形成するための高エネルギービームとして、ファイバーレーザを用いている。ただし、ファイバーレーザの代わりに、電子ビームを用いることとしてもよい。ファイバーレーザや電子ビームを用いると、接地電極３０と接地電極チップ９５の境界を奥深くまで溶融させることができるため、接地電極３０と接地電極チップ９５とを強固に接合させることができる。なお、溶融部９８は、接地電極３０と接地電極チップ９５との境界面に対して平行な方向又は斜めの方向から高エネルギービームを照射することによって形成することができる。

ここで、図３（Ａ）に示すように、接地電極３０と接地電極チップ９５とが重なり合っている部分（クロスハッチングが施された領域Ｘ）の面積をＳとする。そして、溶融部９８を接地電極チップ９５の放電面９６に垂直な方向（すなわち軸線方向ＯＤ）に投影した場合に、面積Ｓのうちの７０％以上が、投影された溶融部９８と重なり合っていることが好ましい。このようにすれば、溶融部９８近傍における酸化スケールの発生を抑制することができる。この根拠については、後述する。また、接地電極と貴金属チップとの境界に占める溶融部の面積が大きくなるため、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度を向上させることができる。

なお、この図３（Ａ）においては、面積Ｓのうちの９０％が、溶融部９８と重なり合っている。また、以下では、面積Ｓにおける溶融部９８と重なり合っている部分の割合を、「溶融部重なり率ＬＲ（％）」とも呼ぶ。

さらに、図３（Ａ）に示すように、接地電極３０の幅方向ＷＤに平行であって接地電極チップ９５の重心を通過する線を、基準線ＢＬとする。この場合において、接地電極チップ９５の放電面９６に垂直な方向（軸線方向ＯＤ）から見た場合における溶融部９８の形状は、基準線ＢＬに対して、略対称であることが好ましい。このようにすれば、接地電極３０及び接地電極チップ９５に発生する熱応力の分布を、基準線ＢＬに対して対称とすることができ、基準線ＢＬを中心とした左右の熱応力の差をほぼゼロにすることができる。したがって、左右の熱応力の差による溶接強度の低下を抑制することができる。

図４は、溶融部９８の形成過程の一例を示す説明図である。図３（Ａ）で示した略対称形状の溶融部９８を形成するには、まず、高エネルギービームを接地電極３０と接地電極チップ９５との境界に対して相対的に移動させながら照射する（図４（Ａ））。そうすると、図４（Ａ）に示すように、溶融部９８のうち、最初に高エネルギービームが照射された部分Ｆは、溶融深さが足りず、溶融部９８は、図３（Ａ）に示すような略対称な形状とはならない。この理由は、溶融部９８のうち最初に高エネルギービームが照射された部分は、高エネルギービームによってまだ十分に加熱されておらず、十分な溶融深さが得られるほど温度が高くなっていないためであると考えられる。そこで、図４（Ｂ）に示すように、溶融部９８のうちの溶融深さが足りない部分に対しては、高エネルギービームを往復移動させ、高エネルギービームを２度照射させる。こうすれば、溶融部９８のうちの溶融深さが足りなかった部分の溶融深さが補われ、溶融部９８の形状を略対称形状とすることができる。なお、高エネルギービームを２度照射しても溶融部９８が略対称な形状とならない場合には、３度以上高エネルギービームを照射することとしてもよい。また、図４（Ａ）では、高エネルギービームを移動させているが、接地電極３０と接地電極チップ９５の境界を、高エネルギービームに対して移動させることとしてもよい。以下に示す図５（Ａ）においても同様である。

なお、高エネルギービームは、接地電極３０と接地電極チップ９５との境界に対して照射される前から放出されていることとしてもよい。こうすれば、高エネルギービームの出力が安定した状態となってから、溶融部の形成を開始することができるため、溶融部の形状を形成する際の精度を向上させることができる。

図５（Ａ）は、溶融部９８の形成過程の他の一例を示す説明図である。図５（Ｂ）は、溶融部９８の形成過程における高エネルギービームの出力の変化の一例を示す説明図である。前述したように、溶融部９８のうち、高エネルギービームが最初に照射される部分は、まだ十分に加熱されていないため、溶融深さが足りないことがある。したがって、溶融部９８を基準線ＢＬに対して略対称な形状とするためには、高エネルギービームの出力を相対移動に伴って変化させる。具体的には、例えば図５（Ｂ）に示すように、照射開始後は高エネルギービームを出力大の一定値として、被照射部分を十分に加熱し、その後徐々に高エネルギービームの出力を小さくすればよい。高エネルギービームの出力を徐々に小さくしても溶融部９８を基準線ＢＬに対して略対称な形状とすることができる理由は、高エネルギービームによって与えられた熱は、溶融部９８を徐々に伝導し、まだ高エネルギービームが照射されていない部分の温度も高くなるためである。したがって、高エネルギービームの出力を相対移動に伴って変化させれば、溶融部９８を基準線ＢＬに対して略対称な形状とすることができる。なお、溶融部９８を基準線ＢＬに対して略対称な形状とするための高エネルギービームの出力波形としては、図５（Ｂ）に示した出力波形に限られず、接地電極３０及び接地電極チップ９５の材質や形状に応じて、高エネルギービームの出力を調整することが好ましい。

このように、本実施形態によるスパークプラグの製造方法によれば、基準線ＢＬを中心とした左右の熱応力の差を低減することができるとともに、溶融部近傍における酸化スケールの発生を抑制することができるので、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度を向上させることができる。また、接地電極チップ９５の放電面９６には溶融部が形成されないため、接地電極チップ９５の耐久性も向上させることができる。

Ｂ．溶融部の形状に関する実験例：
溶融部の形状と、酸化スケール割合との関係を調べるために、３種類の冷熱試験１，２，３を行なった。ここで、酸化スケール割合とは、溶融部９８の断面形状（図３（Ｂ））における輪郭線の長さに対する酸化スケールの長さの割合である。

図６（Ａ）は、冷熱試験に用いたサンプル１のスパークプラグの先端付近を示す図である。図６（Ｂ）は、冷熱試験に用いたサンプル２のスパークプラグの先端付近を示す図である。サンプル１のスパークプラグでは、溶融部９８ｘが基準線ＢＬに対して非対称な形状となっている。一方、サンプル２のスパークプラグでは、図３に示した第１実施形態と同様に、溶融部９８が基準線ＢＬに対して略対称な形状となっている。

冷熱試験１では、まず接地電極３０をバーナーで２分間熱し、接地電極３０の温度を１０００℃まで上昇させた。その後バーナーを切り、接地電極３０を１分間徐冷し、再び接地電極３０をバーナーで２分間熱して接地電極３０の温度を１０００℃まで上昇させた。このサイクルを１０００回繰り返し、溶融部付近に発生した酸化スケールの長さを断面から計測した。そして、計測された酸化スケールの長さから、酸化スケール割合を求めた。冷熱試験２の試験条件は、接地電極３０の温度を１１００℃まで上昇させる点以外は、冷熱試験１と同じである。同様に、冷熱試験３の試験条件は、接地電極３０の温度を１２００℃まで上昇させる点以外は、冷熱試験１と同じである。

図６（Ｃ）は、冷熱試験の結果を示す表である。この図６（Ｃ）では、酸化スケール割合が３０％未満の場合を○と評価し、３０％以上５０％未満の場合を△と評価し、５０％以上の場合を×と評価した。図６（Ｃ）によれば、溶融部９８ｘが基準線ＢＬに対して非対称な形状である場合（サンプル１）には、冷熱試験１における評価は○となったが、冷熱試験２では評価は△となり、冷熱試験３では評価は×となった。この理由について説明する。溶融部９８ｘの形状が基準線ＢＬに対して非対称であるため、溶融部９８ｘ付近に発生する熱応力の分布は、基準線ＢＬに対して非対称となる。その結果、基準線ＢＬを挟んだ左右の熱応力の差が大きくなり、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度が低下し、溶融部９８ｘ付近において酸化スケールが発生しやすくなっていると考えられる。

一方、溶融部９８が基準線ＢＬに対して略対称な形状である場合（サンプル２）には、冷熱試験１ないし３のいずれにおいても評価は○となった。この理由について説明する。溶融部９８の形状は基準線ＢＬに対して略対称であるため、溶融部９８付近に発生する熱応力の分布は、基準線ＢＬに対して略対称となる。その結果、基準線ＢＬを挟んだ左右の熱応力の差は、ほぼゼロとなるため、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度を十分に確保することができる。このため、溶融部９８付近において酸化スケールが発生しにくくなっていると考えられる。したがって、溶融部の形状は、基準線ＢＬに対して略対称となっていることが好ましいことが理解できる。

Ｃ．溶融部重なり率に関する実験例：
上述した溶融部重なり率ＬＲと、酸化スケール割合との関係を調べるために、溶融部重なり率の異なる複数のサンプルを用いて、上述した冷熱試験２を行なった。

図７は、冷熱試験の結果を示す図である。この図７によれば、溶融部重なり率ＬＲが大きくなるほど、酸化スケール割合が小さくなることが理解できる。そして、溶融部重なり率ＬＲが７０％以上の場合には、酸化スケール割合が５０％未満となることが理解できる。この理由は、溶融部重なり率ＬＲが大きいほど、酸化スケールの発生基点となる箇所が少なくなり、溶融部９８付近に酸化スケールが発生しにくくなるためであると考えられる。この結果、溶融部重なり率ＬＲが大きいほど、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度が向上することになる。したがって、溶融部重なり率ＬＲは、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがさらに好ましく、１００％であることが最も好ましい。

Ｄ．その他の実施形態：
図８は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｂの先端付近を拡大して示す説明図である。図８（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、溶融部９８ｂの一部が接地電極チップ９５の外周に沿った円弧状となっており、溶融部重なり率ＬＲが１００％となっている点であり、その他の構成は第１実施形態と同じである。

図９は、図８に示したスパークプラグ１００ｂにおける溶融部９８ｂの形成過程の一例を示す説明図である。図１０（Ｂ）は、溶融部９８ｂの形成過程における高エネルギービームの出力の変化の一例を示す説明図である。溶融部９８ｂの形状を、基準線ＢＬに対して略対称であり、かつ、接地電極チップ９５の外周の円弧に沿った形状とするためには、高エネルギービームの出力を相対移動に伴って変化させることが好ましい。具体的には、例えば図９（Ａ）の矢印、及び、図９（Ｂ）に示すように、高エネルギービームの出力を基準線ＢＬの手前までは大きくしていき、その後、徐々に小さくすればよい。すなわち、高エネルギービームの出力を相対移動に伴って上げていき、基準線ＢＬの手前でピーク値とし、その後、立ち上がり時よりも緩やかに出力を下げていけばよい。高エネルギービームの出力を基準線ＢＬの手前でピーク値としても、溶融部９８ｃを基準線ＢＬに対して略対称な形状とすることができる理由は、高エネルギービームによって与えられた熱は、溶融部９８ｂを徐々に伝導し、まだ高エネルギービームが照射されていない部分の温度も高くなるためである。したがって、高エネルギービームの出力を、図９（Ｂ）に示すような波形で、相対移動に伴って変化させれば、溶融部９８ｂを基準線ＢＬに対して略対称な形状であり、かつ、接地電極チップ９５の円弧に沿った形状とすることができる。

このようにして溶融部９８ｂを形成しても、第１実施形態と同様に、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度を向上させることができる。

図１０は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｃの先端付近を拡大して示す説明図である。図１０（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、接地電極３０の先端部３３に溝部が形成されておらず、接地電極チップ９５が接地電極３０の平坦な部分に配置されている点であり、その他の構成は第１実施形態と同じである。

このように、接地電極３０の先端部３３における溝部が省略されていても、第１実施形態と同様に、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度を向上させることができる。

図１１は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｄの先端付近を拡大して示す説明図である。図１１（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに沿った方向から見た図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、接地電極チップ９５が接地電極３０の先端面３１により接近した位置に配置されており、溶融部９８ｄが接地電極３０の先端面３１の近傍まで形成されている点であり、その他の構成は第１実施形態と同じである。

このように、溶融部９８ｄが接地電極３０の先端面３１の近傍まで形成されていても、第１実施形態と同様に、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度を向上させることができる。

図１２は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｅの先端付近を拡大して示す説明図である。図１２（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに垂直な方向から見た図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、接地電極チップ９５ｅの形状が略四角柱状となっている点であり、その他の構成は第１実施形態と同じである。

このように、接地電極チップを任意の形状としても、第１実施形態と同様に、接地電極３０と接地電極チップ９５ｅとの溶接強度を向上させることができる。

図１３は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｆの先端付近を拡大して示す説明図である。図１３（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに垂直な方向から見た図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、溶融部が２箇所に形成されている点であり、その他の構成は第１実施形態と同じである。本実施形態における２つの溶融部９８ｆａ,９８ｆｂは、それぞれ、接地電極３０の側面方向ＬＤ１,ＬＤ２から高エネルギービームが照射されることによって形成されている。

このように、接地電極３０の両側の側面から高エネルギービームを照射することによって溶融部を形成しても、第１実施形態と同様に、接地電極３０と接地電極チップ９５との溶接強度を向上させることができる。

図１４は、その他の実施形態におけるスパークプラグ１００ｇの先端付近を拡大して示す説明図である。図１４（Ａ）は、接地電極３０を、軸線方向ＯＤに垂直な方向から見た図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。本実施形態が、第１実施形態（図３）と異なる点は、接地電極チップ９５ｇが接地電極３０の先端面３１に接合されている点と、接地電極チップ９５ｇの放電面９６ｇが中心電極チップ９０の側面９１と対向している点である。すなわち、このスパークプラグ１００ｇは、いわゆる横放電型のスパークプラグである。

本実施形態では、接地電極チップ９５ｇと接地電極３０との境界に対して接地電極３０の側面方向ＬＤ３から高エネルギービームを照射することによって、溶融部９８ｇを形成している。溶融部９８ｇは、接地電極３０の幅方向ＷＤに平行であって、接地電極チップ９５ｇの重心を通過する基準線ＢＬに対して、略対称な形状となっている。また、溶融部重なり率ＬＲは、７０％以上となっている。

このように、横放電型のスパークプラグとしても、第１実施形態と同様に、接地電極３０と接地電極チップ９５ｇとの溶接強度を向上させることができる。

Ｅ．溶融部が基準線に対して略対称か否かについての判定基準：
図１５は、溶融部が基準線ＢＬに対して略対称か否かについての判定基準を示す説明図である。この図１５は、軸線方向ＯＤに垂直な平面で溶融部を切断した状態を示している。本明細書では、溶融部が基準線ＢＬに対して略対称か否かについては、溶融部の切断面における外縁を示す外縁線に着目して判定する。

具体的には、図１５（Ａ）において、溶融部９８ｘの外縁線のうち、基準線ＢＬよりも左側にある外縁線を外縁線ＭＬ１とし、基準線ＢＬよりも右側にある外縁線を外縁線ＭＬ２とする。外縁線ＭＬ１よりも許容幅ＳＬだけ外側を沿った線を外側線ＡＬ１とし、外縁線ＭＬ１よりも許容幅ＳＬだけ内側を沿った線を内側線ＢＬ１とする。そして、外側線ＡＬ１を基準線ＢＬの右側に対称に投影した線を外側線ＡＬ２とし、内側線ＢＬ１を基準線ＢＬの右側に対称に投影した線を内側線ＢＬ２とする。なお、この図１５に示した例では、許容幅ＳＬを０．２ｍｍとした。

このとき、溶融部９８ｘの外縁線ＭＬ２の一部でも、外側線ＡＬ２及び内側線ＢＬ２とで囲まれた領域からはみ出している場合には、溶融部９８は基準線ＢＬに対して略対称ではないと判定する。一方、溶融部９８ｘの外縁線ＭＬ２の全てが、外側線ＡＬ２及び内側線ＢＬ２とで囲まれた領域に含まれている場合には、溶融部９８ｘは基準線ＢＬに対して略対称であると判定する。

以上の判定基準を用いると、図１５（Ａ）に例示された溶融部９８ｘの外縁線ＭＬ２は、内側線ＢＬ２よりも内側を通る部分があるため、溶融部９８ｘは基準線ＢＬに対して略対称ではないと判定する。一方、図１５（Ｂ）に例示された溶融部９８の外縁線ＭＬ２は、外側線ＡＬ２及び内側線ＢＬ２とで囲まれた領域に全て含まれているため、溶融部９８は基準線ＢＬに対して略対称であると判定する。

なお、図１５に示した例では、許容幅ＳＬを０．２ｍｍとして溶融部が基準線ＢＬに対して略対称か否かを判定したが、許容幅ＳＬの長さは、電極チップの大きさや形状に応じて適宜設定することができる。例えば、許容幅ＳＬの長さを、電極チップの直径または長辺の２０％の長さに設定してもよい。

また、図１５に示した例では、基準線ＢＬの左側の外縁線ＭＬ１を、基準線ＢＬの右側に対称に投影していたが、この代わりに、基準線ＢＬの右側の外縁線ＭＬ２を、基準線ＢＬの左側に対称に投影して、溶融部が基準線ＢＬに対して略対称か否かを判定してもよい。また、投影の対象となる線は、溶融部の理想的な形状に基づいて定めるものとしてもよい。理想的な形状は、溶融部が十分に高温となって溶融した場合に得られる形状であり、図１５（Ａ）に示した例では、基準線ＢＬより左側の外縁線ＭＬ１の方が、右側の外縁線ＭＬ２よりもこの条件に合致している。投影の対象となる線は、もとよりシミュレーション等により理想的に求めてもよい。

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…先端部
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
２２…先端部
２５…芯材
３０…接地電極
３１…先端面
３２…基部
３３…先端部
３４…溝部
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ねじ部
５３…加締部
５４…シール部
５５…座面
５６…段部
５７…先端部
５８…座屈部
５９…ねじ首
９０…中心電極チップ
９１…側面
９２…先端面
９５…接地電極チップ
９５ｅ…接地電極チップ
９５ｇ…接地電極チップ
９６…放電面
９６ｅ…放電面
９６ｆ…放電面
９６ｇ…放電面
９８…溶融部
９８ｂ…溶融部
９８ｃ…溶融部
９８ｄ…溶融部
９８ｆ１…溶融部
９８ｆ２…溶融部
９８ｇ…溶融部
１００…スパークプラグ
１００ｂ…スパークプラグ
１００ｃ…スパークプラグ
１００ｄ…スパークプラグ
１００ｅ…スパークプラグ
１００ｆ…スパークプラグ
１００ｇ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…孔
２０５…開口周縁部

Claims (10)

1. 軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
   前記絶縁体を保持する略筒状の主体金具と、
   一端部が前記主体金具の先端部に取り付けられ、他端部が前記中心電極の先端部と対向する接地電極であって、前記他端部には溝部が形成された接地電極と、
   前記接地電極の他端部に設けられ、前記中心電極との間で間隙を形成する放電面を有する貴金属チップと、
   を備えるスパークプラグの製造方法であって、
   前記接地電極と前記貴金属チップとの境界に対して前記接地電極の側面から高エネルギービームを照射することによって溶融部を形成する溶融部形成工程を備え、
   前記溶融部形成工程では、
   前記溶融部を前記放電面に垂直な方向に投影した場合に、前記接地電極と前記貴金属チップとが重なり合っている部分の面積のうちの７０％以上の面積が、前記投影された溶融部と重なり合うように、
   かつ、
   前記放電面に垂直な方向から見た場合における前記溶融部の形状が、前記接地電極の幅方向に平行であって前記貴金属チップの重心を通過する基準線に対して略対称となるように、前記溶融部を形成し、
   前記溶融部形成工程は、
   前記貴金属チップの一部を前記溝部に埋設した状態で、前記高エネルギービームを照射する工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
2. 請求項１に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記溶融部形成工程は、
   前記高エネルギービームを前記境界に対して相対的に往復移動させながら照射し、前記境界の一部に対しては前記高エネルギービームを二度以上照射することによって、前記溶融部の形状を前記基準線に対して略対称とする工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記溶融部形成工程は、
   前記高エネルギービームを前記境界に対して相対的に移動させながら照射し、前記高エネルギービームの出力を前記相対移動に伴って変化させることによって、前記溶融部の形状を前記基準線に対して略対称とする工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
4. 請求項３に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記溶融部形成工程は、
   前記高エネルギービームの出力を前記相対移動の開始後は一定とし、その後次第に前記高エネルギービームの出力を小さくすることによって、前記溶融部の形状を前記基準線に対して略対称とする工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
5. 請求項３に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記溶融部形成工程は、
   前記高エネルギービームの出力を前記基準線の手前までは大きくしていき、その後、前記高エネルギービームの出力を徐々に小さくすることによって、前記溶融部の形状を前記基準線に対して略対称とする工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記溶融部形成工程において、
   前記高エネルギービームは、前記境界に対して照射される前から放出されていることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記溶融部形成工程は、
   前記接地電極と前記貴金属チップとの境界面に対して平行な方向から前記高エネルギービームを照射する工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記溶融部形成工程は、
   前記接地電極と前記貴金属チップとの境界面に対して斜めの方向から前記高エネルギービームを照射する工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記高エネルギービームは、ファイバーレーザまたは電子ビームであることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
10. 請求項９に記載のスパークプラグの製造方法であって、
    前記高エネルギービームは、ファイバーレーザであることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。

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