JP5981975B2

JP5981975B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP5981975B2
Application number: JP2014213799A
Authority: JP
Inventors: 大伸水谷; 馨 ▲高▼橋
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: CN104682202B; CN104682202A; US20150145403A1; EP2876750A2; JP2015128054A; EP2876750B1; US9236716B2; EP2876750A3

Description

本発明は、スパークプラグに関する。

スパークプラグは、中心電極と、接地電極と、を備える。中心電極は絶縁体に保持されており、接地電極はその絶縁体を収容する主体金具に固定されている。中心電極と接地電極の間には、火花放電を発生させるための間隙である火花ギャップが形成されている。スパークプラグは、火花ギャップにおいて火花放電を発生させることによって内燃機関の燃焼室内に供給されたガスを点火する。

スパークプラグとしては、プラズマジェット点火プラグが知られている（例えば、下記特許文献１等）。プラズマジェット点火プラグでは、接地電極が主体金具の内周面に接合されて主体金具と一体化されており、中心電極と接地電極との間の火花ギャップが絶縁体に包囲されてキャビティとも呼ばれる容積の小さい放電空間が形成されている。

特開２００９−２２４３４５号公報米国特許第６０６４１４４号公報

プラズマジェット点火プラグでは、上述したように、接地電極は主体金具の内壁面に接合されている。プラズマジェット点火プラグでは、主体金具に対する接地電極の接合性は高いレベルで確保されていることが望ましい。

上記の特許文献１の技術は、絶縁碍子の先端部が接地電極に強く押し当てられることによって、絶縁碍子が破損してしまうことを抑制することを課題としており、主体金具に対する接地電極の接合性を確保することについては特段の考慮はなされていない。特許文献１のようなプラズマジェット点火プラグに限らず、例えば上記特許文献２のような主体金具の内壁面に接地電極が溶接されるタイプのスパークプラグにおいても、主体金具に対する接地電極の接合性を向上させることについて依然として改良の余地があった。

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。本発明の第１の形態は、軸状の中心電極と、前記中心電極の少なくとも後端側の部位を内部に収容する筒状の絶縁体と、前記中心電極の先端部との間に間隙を有しつつ配置される接地電極と、前記絶縁体が収容される貫通孔を有する筒状の主体金具と、を備え、前記主体金具の前記貫通孔の内壁面に前記接地電極が固定されているスパークプラグであって、前記接地電極は、前記接地電極と前記主体金具とが互いに溶融し合った溶融部を介して前記主体金具に固定され、前記溶融部において最も後端側の部位である前記溶融部の底部と、前記貫通孔の中心軸と、を含む断面において、前記溶融部は、前記溶融部の底部と、前記接地電極の先端側の面によって前記断面に形成された前記接地電極の外形を表す外形線を仮想的に延長した直線に相当する仮想直線と、の間の前記貫通孔の中心軸方向における距離である溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの５％以上であり、かつ、前記中心軸方向における前記溶融部の先端側および後端側にある前記主体金具の内壁面の端点同士を結ぶ仮想直線より前記主体金具の外周側に位置する金具側部位の面積が、前記溶融部全体の面積の１０％以上である、スパークプラグとして提供される。

［１］本発明の一形態によれば、スパークプラグが提供される。このスパークプラグは、軸状の中心電極と；前記中心電極の少なくとも後端側の部位を内部に収容する筒状の絶縁体と；前記中心電極の先端部との間に間隙を有しつつ配置される接地電極と；前記絶縁体が収容される貫通孔を有する筒状の主体金具と；を備え、前記主体金具の前記貫通孔の内壁面に前記設置電極が固定されて良い。前記接地電極は、前記接地電極と前記主体金具とが互いに溶融し合った溶融部を介して前記主体金具に固定されて良い。前記溶融部において最も後端側の部位である前記溶融部の底部と、前記貫通孔の中心軸と、を含む断面において、前記溶融部は、前記溶融部の底部と、前記接地電極の先端側の面の外形線を含む仮想直線と、の間の前記貫通孔の中心軸方向における距離である溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの５％以上であり、かつ、前記中心軸方向における前記溶融部の先端側および後端側にある前記主体金具の内壁面の端点同士を結ぶ仮想直線より前記主体金具の外周側に位置する金具側部位の面積が、前記溶融部全体の面積の１０％以上であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、接地電極と主体金具との間の接合性が確保される。

［２］上記形態のスパークプラグの前記溶融部は、前記断面において、前記溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの１５％以上であり、かつ、前記金具側部位の面積が前記溶融部全体の面積の２０％以上であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、接地電極と主体金具との間の接合性がより高いレベルで確保される。

［３］上記形態のスパークプラグの前記溶融部は、前記断面において、前記溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの２５％以上であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、接地電極と主体金具との間の接合性がより高いレベルで確保される。

［４］上記形態のスパークプラグにおいて、前記溶融部は、前記断面において、前記溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの４０％以上であって良い。この形態のスパークプラグによれば、接地電極と主体金具との間の接合性がより高いレベルで確保される。

［５］上記形態のスパークプラグの前記溶融部は、前記断面において、前記金具側部位の面積が前記溶融部全体の面積の２６％以上であっても良い。この形態のスパークプラグによれば、接地電極と主体金具との間の接合性がより高いレベルで確保される。

［６］上記形態のスパークプラグにおいて、前記接地電極は、前記主体金具の前記貫通孔内における前記内壁面の内周全体にわたって接触する外周端部を有し、前記溶融部は、前記外周端部の外周側全体に形成されて良い。この形態のスパークプラグであれば、主体金具の内周全体に接触する外周端部を有する接地電極の主体金具に対する接合性が高められる。

［７］上記形態のスパークプラグにおいて、前記接地電極は、外周側に位置し、前記貫通孔の内壁面と面する円弧状の外側円弧部と；前記中心電極の先端部の外周を囲む内側環部と；前記外側円弧部と前記内側円弧部との間に架設され、前記外側円弧部と前記内側環部とを連結する連結部と；を有し；前記溶融部は、少なくとも、前記外側環部のうち前記連結部が連結されている部位と前記主体金具の壁部との間に形成されていても良い。この形態のスパークプラグによれば、連結部によって連結されている外側円弧部と内側環部とを有する接地電極の主体金具に対する接合性が確保される。

［８］上記形態のスパークプラグにおいて、前記連結部は、前記内側環部から前記外側円弧部に向かって放射状に延びる複数の柱状連結部を含み；前記溶融部は、少なくとも、前記複数の柱状連結部のそれぞれに対応して形成されていても良い。この形態のスパークプラグによれば、外側円弧部と内側環部とを有する接地電極の主体金具に対する接合性がより高いレベルで確保される。

本発明は、スパークプラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、スパークプラグの製造方法や製造装置、接地電極と主体金具との接合方法や接合装置、それらの方法や装置を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

プラズマジェット点火プラグの構成を示す概略図。接地電極の主体金具に対する取り付け状態と取り付け方法とを説明するための概略図。主体金具に対する接地電極のレーザー溶接の工程を説明するための模式図。溶融部を形成するときの溶接位置を説明するための模式図。溶融部を規定するための所定の切断面を示す概略図。上記所定の切断面における溶融部の断面構成を説明するための概略断面図。接地電極と主体金具との溶接強度の検証実験の結果を示す説明図。溶接強度の試験結果の散布図を示す説明図。第２実施形態としてのスパークプラグが有する接地電極の構成を示す概略図。接地電極の外周全体にわたって溶融部が形成されていない構成における接地電極と主体金具との溶接強度の検証実験の結果を示す説明図である。

A．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としてのプラズマジェット点火プラグ１００（以下、単に「点火プラグ１００」とも呼ぶ。）の構成を示す概略図である。図１では、点火プラグ１００の中心軸ＣＸを一点鎖線で図示してある。本明細書では、中心軸ＣＸに平行な方向を「中心軸方向」とも呼ぶ。図１では、便宜上、点火プラグ１００の中心軸ＣＸより紙面左側は概略断面図によって図示され、中心軸ＣＸより紙面右側は概略外観図によって図示されている。

点火プラグ１００は、希薄混合ガスを燃料ガスとして用いる内燃機関の燃焼室に取り付けられ、燃料ガスの点火に用いられる。点火プラグ１００は、先端側（紙面下側）が燃焼室内に配置され、後端側（紙面上側）が燃焼室の外部に配置される。点火プラグ１００は、燃焼室内に配置される先端側においてプラズマを発生させて噴射することによって、着火限界空燃比が高い燃料ガスに対する高い着火性を確保することができる。

点火プラグ１００は、中心電極１０と、接地電極２０と、絶縁体３０と、端子電極４０と、主体金具５０と、を備える。中心電極１０は、軸状の電極部材によって構成され、内部に熱伝導性に優れる銅などの金属によって構成されている金属芯１３を有している。中心電極１０は、貴金属やタングステンなどを主成分とする合金によって構成されている円盤状の電極チップ１５を先端に有している。電極チップ１５は、溶接によって中心電極１０と一体化されている。電極チップ１５は省略されても良い。中心電極１０は、中心軸ＣＸ上において絶縁体３０の軸孔３１内に保持されている。中心電極１０は、絶縁体３０の軸孔３１の後端側に保持されている端子電極４０を介して外部電源に電気的に接続される。

接地電極２０は、中央に貫通孔２１を有する略円盤状の電極部材である。接地電極２０の貫通孔２１には、略円筒状の貴金属チップ２６が取り付けられて一体化されている。貴金属チップ２６は省略されても良い。接地電極２０は、その外周端面が主体金具５０の内壁面に接触した状態で、主体金具５０に接合されて一体化されている。本実施形態の点火プラグ１００では、レーザー溶接によって、接地電極２０の主体金具５０に対する接合強度（溶接強度）が確保されている。接地電極２０の主体金具５０に対する取り付け状態の詳細や取り付け方法については後述する。

絶縁体３０は、その中心を貫通する軸孔３１を有する軸状部材であり、例えば、アルミナや、窒化アルミニウム等のセラミック焼結体によって構成される。絶縁体３０は、先端側に延びている先端側部位３３と、先端側部位３３の後端に位置する鍔部３６と、鍔部３６から後端側に延びている後端側部位３７と、を有している。先端側部位３３の中心軸方向における中央部近傍には先端側に向いた円環状の面である段差面３５が形成されており、先端側部位３３の直径は、段差面３５を境にして先端側の方が後端側よりも小さくなっている。鍔部３６は、段差面３５の後段側において、直径が他の部位より局所的に大きくなり、絶縁体３０の径方向（中心軸ＣＸに垂直な方向）に突出している円環状の部位である。絶縁体３０は、その中心軸が点火プラグ１００の中心軸ＣＸと一致し、かつ、少なくとも先端側部位３３が主体金具５０の筒孔５１内に収容され、後端側部位３７が主体金具５０の後端側開口部から延出するように主体金具５０に保持されている。

絶縁体３０の先端側部位３３の軸孔３１内には、上述したように、中心電極１０が保持されている。絶縁体３０の先端部には軸孔３１の開口径が縮径している縮径開口部３２が形成されている。中心電極１０の先端にある電極チップ１５の先端面の周縁部は、縮径開口部３２の後端側の段差面に当接して係止されている。点火プラグ１００では、縮径開口部３２の内部空間３２ｓにおいてプラズマが形成される（詳細は後述）。以下では、内部空間３２ｓを「キャビティ３２ｓ」とも呼ぶ。絶縁体３０の後端側部位３７の軸孔３１内には軸状の電極部材である端子電極４０が保持されている。絶縁体３０の軸孔３１内の中心電極１０と端子電極４０との間には、抵抗体４５が配置されている。抵抗体４５の先端側と後端側にはそれぞれ、第１と第２のガラスシール材４６，４７が配置されている。中心電極１０と端子電極４０とは第１と第２のガラスシール材４６，４７に挟まれている抵抗体４５を介して互いに電気的に接続されている。これによって、点火プラグ１００では、火花放電発生時における電波雑音の発生が抑制されている。なお、抵抗体４５は省略されても良い。

主体金具５０は、中心に筒孔５１を有する略円筒状の部材であり、点火プラグ１００のハウジングを構成する。主体金具５０は、例えば、炭素鋼等の金属によって構成される。主体金具５０の中心軸は点火プラグ１００の中心軸ＣＸと一致する。主体金具５０は、内燃機関の取付孔（図示は省略）内に配置される金具先端側部位５０ａと、取付孔の外に配置される金具後端側部位５０ｂと、を有する。

金具先端側部位５０ａにおける筒孔５１の先端側開口端部５５には、上述したように、接地電極２０が取り付けられている。また、金具先端側部位５０ａの筒孔５１内には、絶縁体３０の先端側部位３３に保持されている中心電極１０が収容されている。金具先端側部位５０ａの外周面には、内燃機関の取付孔の内周面に設けられたネジ溝に螺合し、点火プラグ１００を内燃機関の燃焼室に固定するためのネジ溝が切られたねじ部５２ｓが形成されている。

金具後端側部位５０ｂは、後端側の開口端部に絶縁体３０を固定するための加締部５４を有している。加締部５４は、絶縁体３０の鍔部３６が筒孔５１内に収容され、絶縁体３０の段差面３５が筒孔５１内の突起部５３に係合された状態において、金具後端側部位５０ｂの後端側の開口部端部を内側に加締めることにより形成される。なお、加締部５４の内壁面と絶縁体３０の鍔部３６の後端側の面との間には、滑石粉末が充填されたタルク層７０と、リング状の線パッキン７１，７２とが配置されている。これによって、主体金具５０と絶縁体３０との間の気密性が確保される。

金具後端側部位５０ｂは、さらに、後端側から順に、工具係合部５６と、薄肉部５７と、フランジ部５８と、を有している。工具係合部５６は、径方向に突出する多角形断面を有する部位であり、加締部５４に隣り合う位置に形成されている。工具係合部５６は、点火プラグ１００の内燃機関への取付の際にスパナなどの工具が係合される。薄肉部５７は、工具係合部５６とフランジ部５８との間の部位である。薄肉部５７は、主体金具５０の中で最も肉厚が薄い部位であり、加締部５４が形成される際に主体金具５０に付与される外力によって外側にわずかに湾曲される。

フランジ部５８は、主体金具５０の径方向（中心軸ＣＸに垂直な方向）に突出している円環状の部位であり、金具後端側部位５０ｂの先端側の端部に形成されている。フランジ部５８は、点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられるときには燃焼室の外側に配置される。フランジ部５８の先端側の面には、リング状のガスケット７３が配置されている。ガスケット７３は、点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられるときにフランジ部５８によって押しつぶされ、燃焼室と主体金具５０との間をシールする。

図２は、接地電極２０の主体金具５０に対する取り付け状態と、取り付け方法と、を説明するための概略図である。図２の紙面上段には、中心軸方向に見たときの接地電極２０の正面側が図示されている。本明細書において、接地電極２０における「正面」とは、点火プラグ１００に取り付けられたときの先端側を向く面であり、「背面」とは後端側を向く面である。図２の紙面下段には、接地電極２０が主体金具５０に接合された後の点火プラグ１００の概略断面構成が図示されている。図２の紙面下段では、点火プラグ１００は、図１とは反対の向き、すなわち、紙面上側を先端側とし、紙面下側を後端側とする向きによって図示されている。図２では、紙面上段の接地電極２０と、紙面下段の接地電極２０とが互いに対応するように図示されている。

接地電極２０は、上述したように、中央に貫通孔２１を有する略円盤状の形状を有している。接地電極２０は、その外周端面２２が主体金具５０の先端側開口端部５５の内壁面５５ｓと接触する状態で取り付けられている。接地電極２０の背面側における外周縁部は、主体金具５０の筒孔５１内において先端側に向いている段差面５２ｄと対向している。また、接地電極２０の背面側における貫通孔２１周りの内周縁部は、絶縁体３０の縮径開口部３２周りの先端面３４と対向している。貴金属チップ２６は、接地電極２０の貫通孔２１の内周壁面と係合するように取り付けられている。絶縁体３０の先端に形成されているキャビティ３２ｓは、貴金属チップ２６の筒孔２６ｃに連通しており、筒孔２６ｃを介して外部に連通している。つまり、キャビティ３２ｓは、接地電極２０の貫通孔２１を介して外部に連通していると解釈できる。

キャビティ３２ｓは、中心電極１０の先端部の電極チップ１５と、接地電極２０の貫通孔２１内の貴金属チップ２６と、の間に配置されている。点火プラグ１００では、キャビティ３２ｓ内において、中心電極１０と接地電極２０との間の火花放電の経路が形成される。つまり、点火プラグ１００の火花ギャップは、絶縁体３０によって包囲されている。点火プラグ１００では、端子電極４０（図１）を介して中心電極１０に高電圧が印加されたときに、中心電極１０と接地電極２０との間において火花放電が発生し、この火花放電によってキャビティ３２ｓ内にプラズマが形成される。当該プラズマがキャビティ３２ｓから接地電極２０の貫通孔２１（より具体的には、貴金属チップ２６の筒孔２６ｃ）を介して先端側に噴射されることによって、燃焼室内の燃料ガスが点火される。

接地電極２０は、以下のように主体金具５０の金具先端側部位５０ａにおける筒孔５１内に取り付けられて一体化される。接地電極２０の直径は、主体金具５０の先端側開口端部５５の開口径とほぼ同じである。接地電極２０は、まず、その外周端面２２と、主体金具５０の先端側開口端部５５における内壁面５５ｓとが面接触して、その中心軸が中心軸ＣＸと一致するように主体金具５０の筒孔５１内に嵌め込まれる。

上述したように、金具先端側部位５０ａの筒孔５１内には、先端側に向いた円環状の段差面５２ｄが形成されている。接地電極２０の外周端部は筒孔５１の段差面５２ｄに係止されるように配置される。

接地電極２０は、金具先端側部位５０ａの段差面５２ｄ上に載置された後、レーザー溶接によって金具先端側部位５０ａの筒壁部５２に対して接合される。このレーザー溶接によって、接地電極２０の外周端部と、金具先端側部位５０ａの先端側開口端部５５における筒壁部５２と、の間には、接地電極２０の構成材料と主体金具５０の構成材料とが互いに溶融し合った溶融部５が形成される。

図３は、主体金具５０に対する接地電極２０のレーザー溶接の工程を説明するための模式図である。図３には、接地電極２０が先端側開口端部５５内に嵌め込まれた状態における図２のＡ−Ａ切断の位置における主体金具５０の概略断面が図示されている。図３には、レーザー溶接工程におけるレーザー射出部２００の移動軌跡が模式的に図示されている。接地電極２０に対するレーザー溶接の工程では、レーザー溶接機のレーザー射出部２００から、接地電極２０の外周全体にわたって、所定の間隔で、複数回（例えば、８０〜１２０回程度）、レーザーが射出される。これによって、複数の溶融部５が、接地電極２０の外周全体にわたって、隣り合うもの同士が端部において互いに重なり合って連結された状態で形成される。

図４は、溶融部５を形成するときの溶接位置を説明するための模式図である。図４には、レーザー溶接される前の接地電極２０と主体金具５０の先端側開口端部５５との境界の概略断面が図示されている。図４には、それぞれ異なる位置においてレーザーを射出しているときの複数のレーザー射出部２００が図示されている。溶融部５を形成するときには、レーザー射出部２００は、接地電極２０または主体金具５０の径方向（紙面水平方向）に対して予め設定された所定の角度θを保ちつつ、溶融部５を形成する位置に向かってレーザーを射出する。

接地電極２０または主体金具５０の径方向における溶融部５の形成位置は、当該径方向におけるレーザー射出部２００の位置によって調整される。本明細書では、溶融部５を形成するときの当該径方向におけるレーザー射出部２００の位置を「溶接位置」と呼ぶ。溶接位置は、接地電極２０の外周端面２２と主体金具５０の内壁面５５ｓとの境界位置にレーザーを射出するときのレーザー射出部２００の位置を原点として、当該原点に対するレーザー射出部２００の移動距離によって表される。なお、溶接位置は、レーザー射出部２００が先端側開口端部５５の筒壁部５２に近づく方向（外周側に向かう方向）がプラス方向であり、筒壁部５２から離れる方向（内周側に向かう方向）がマイナス方向であるものとする。

点火プラグ１００では、接地電極２０は燃焼室内において高い燃焼圧に直接的に曝されるため、接地電極２０と主体金具５０とは、より高い溶接強度で接合されていることが望ましい。本発明の発明者は、溶融部５が以下に説明する所定の切断面ＭＳにおいて所定の溶融深さと所定の面積とを有するように形成されていることによって、接地電極２０と主体金具５０との間の高い溶接強度が確保されることを見出した。

図５は、溶融部５を規定するための所定の切断面ＭＳを示す概略図である。図５には、接地電極２０が接合された後の主体金具５０の図３と同様な切断位置における概略断面の一部が図示されている。図５では、接地電極２０の外周全体にわたって形成されている複数の溶融部５のうち、任意の１つの溶融部５のみが図示されている。

切断面ＭＳ（二点鎖線で図示）は、溶融部５の溶融最深点ＤＰと、主体金具５０の中心軸（中心軸ＣＸ）とで規定される面である。「溶融部５の溶融最深点ＤＰ」とは、溶融部５において最も後端側に位置する部位である。すなわち、溶融部５において中心軸方向への溶け込みの深さが最大となる底部であり、溶融部５が形成されている接地電極２０の先端側の面によって規定される仮想平面から中心軸方向における距離が最も大きくなる部位である。

図６は、上記の所定の切断面ＭＳにおける溶融部５の断面構成を説明するための概略断面図である。本明細書では、接地電極２０の中心軸方向の厚みＴに対する切断面ＭＳにおける溶融部５の溶融深さＭＤの百分率割合を「溶融深さ割合ＭＤＤ」と呼ぶ（下記の式（１））。ここで、「溶融部５の溶融深さＭＤ」とは、溶融最深点ＤＰと、溶融部５が形成されている接地電極２０の先端側の面によって規定される仮想直線ＶＬ（一点鎖線で図示）と、の間の最大距離である。
ＭＤＤ＝（ＭＤ／Ｔ）×１００ … （１）

また、本明細書では、切断面ＭＳにおける溶融部５の主体金具５０側の面積Ｓｍが、所定の切断面ＭＳにおける溶融部５全体の面積Ｓに対して占める百分率割合を「溶融面積割合ＭＳＤ」と呼ぶ（下記の式（２））。「切断面ＭＳにおける溶融部５の主体金具５０側の面積Ｓｍ」とは、切断面ＭＳにおいて、溶融部５の先端側と後端側にある主体金具５０の内壁面５５ｓの端点ＥＰａ，ＥＰｂ同士を結ぶ仮想境界直線ＢＬ（二点鎖線で図示）より主体金具５０の外周側（筒壁部５２側）に含まれる溶融部５の面積である。
ＭＳＤ＝（Ｓｍ／Ｓ）×１００ … （２）

溶融部５の溶融深さ割合ＭＤＤは、溶融部５を形成する際のレーザー出力によって調整することができる。また、溶融面積割合ＭＳＤは、溶融面積割合ＭＳＤは、溶融部５を形成する際のレーザー出力と溶接位置とによって調整することができる。

本実施形態の点火プラグ１００では、各溶融部５は、切断面ＭＳにおいて、溶融深さ割合ＭＤＤが５％以上、かつ、溶融面積割合ＭＳＤが１０％以上を有するように形成されている（下記の不等式（３））。
ＭＤＤ≧５％かつＭＳＤ≧１０％ … （３）
これによって、接地電極２０と主体金具５０との間の高い溶接強度が確保されている。

ここで、各溶融部５は、所定の切断面ＭＳにおける溶融深さ割合ＭＤＤが１５％以上であり、かつ、溶融面積割合ＭＳＤが２０％以上であることがより好ましい（下記の不等式（３ａ））。
ＭＤＤ≧１５％かつＭＳＤ≧２０％ … （３ａ）
あるいは、各溶融部５は、所定の切断面ＭＳにおける溶融深さ割合ＭＤＤが２０％以上、または、溶融面積割合ＭＳＤが２０％以上であることが好ましい（下記の不等式（３ｂ））。
ＭＤＤ≧２０％またはＭＳＤ≧２０％ … （３ｂ）
なお、各溶融部５の所定の切断面ＭＳにおける溶融面積割合ＭＳＤは、９０％以下であれば良く（ＭＳＤ≦９０％）、８０％以下であることが好ましい（ＭＳＤ≦８０％）。所定の切断面ＭＳにおける溶融面積割合ＭＳＤは、６０％以下であることがより望ましい（ＭＳＤ≦６０％）。

本実施形態の点火プラグ１００においては、接地電極２０の外周に形成されている全ての溶融部５の切断面ＭＳにおいて上記の不等式（３）の関係が満たされていなくても良い。本実施形態の点火プラグ１００では、接地電極２０の外周に形成されている実質的にほとんどの溶融部５の切断面ＭＳにおいて上記の不等式（３）の関係が満たされていれば良い。具体的には、本実施形態では、全ての溶融部５のうち９割を越える数の溶融部５の切断面ＭＳにおいて上記の不等式（３）の関係が満たされていれば良い。

図７は、接地電極２０と主体金具５０との溶接強度の検証実験の結果を示す説明図である。この検証実験では、本実施形態の点火プラグ１００に用いられる接地電極２０がレーザー溶接された主体金具５０の試験体（サンプルＳ０１〜Ｓ１６）に対して溶接強度の試験が行われた。各サンプルＳ０１〜Ｓ１６では、各溶融部５が図７の表に示されている溶接位置とレーザー出力とで形成された。なお、いずれのサンプルＳ０１〜Ｓ１６においても、接地電極２０の外周全体にわたって溶融部５を形成するためにレーザーの射出を１００回行った。

各サンプルＳ０１〜Ｓ１６の溶融面積割合ＭＳＤおよび溶融深さＭＤ、溶融深さ割合ＭＤＤは溶接強度の試験の後に任意の溶融部５を所定の切断面ＭＳに相当する断面を削りだして測定した。各サンプルＳ０１〜Ｓ１６の溶接強度の試験は、圧縮試験機（負荷容量：５０ｋＮ）を用いて、クロスヘッド速度５ｍｍ／ｍｉｎで接地電極２０に中心軸方向の荷重を付与することによって行われた。なお、図７の表に示されている溶接強度の測定結果は、各サンプルＳ０１〜Ｓ１６ごとに３回ずつ行った測定結果の平均値である。

図８は、各サンプルＳ０１〜Ｓ１６の溶接強度の試験結果の散布図を示す説明図である。図８には、各サンプルＳ０１〜Ｓ１６の溶接強度の測定結果の散布図を、縦軸を溶融深さ割合ＭＤＤとし、横軸を溶融面積割合ＭＳＤとして図示してある。溶融深さ割合ＭＤＤが５％以上かつ溶融面積割合ＭＳＤが１０％以上のサンプルＳ０１〜Ｓ０８，Ｓ１０，Ｓ１２〜Ｓ１６では、溶接強度が２９００Ｎより大きくなった。溶融深さ割合ＭＤＤが１５％以上かつ溶融面積割合ＭＳＤが２０％以上であるサンプルＳ０１〜Ｓ０８，Ｓ１２〜Ｓ１６では、溶接強度が３５００Ｎより大きくなった。

溶融深さ割合ＭＤＤが２０％以上、または、溶融面積割合ＭＳＤが２０％以上であるサンプルＳ０２〜Ｓ０７，Ｓ１２〜Ｓ１６においても、３９００Ｎ以上の溶接強度が確保された。溶融面積割合ＭＳＤが２６％以上のサンプルＳ０３〜Ｓ０５，Ｓ０８，Ｓ１２〜Ｓ１６では、３７００Ｎ以上の溶接強度が確保された。溶融深さ割合ＭＤＤが２５％以上のサンプルＳ０２〜Ｓ０７，Ｓ１２〜Ｓ１６では、３９００Ｎ以上の溶接強度が確保された。溶融面積割合ＭＳＤが２６％以上のサンプルＳ０３〜Ｓ０５，Ｓ０７，Ｓ０８，Ｓ１３〜Ｓ１６では、３７００Ｎ以上の溶接強度が確保された。溶融深さ割合ＭＤＤが２５％以上、かつ、溶融面積割合ＭＳＤが２６％以上のサンプルＳ０３〜Ｓ０５，Ｓ０７，Ｓ１３〜Ｓ１６では、３９００Ｎ以上の溶接強度が確保された。溶融深さ割合ＭＤＤが２５％以上かつ溶融面積割合ＭＳＤが３０％以上であるサンプルＳ０４，Ｓ０５，Ｓ０７，Ｓ１４〜Ｓ１６では、溶接強度は４０００Ｎ以上が確保された。溶融深さ割合ＭＤＤが４０％以上のサンプルＳ１２〜Ｓ１６では、４５００Ｎ以上の溶接強度が確保された。溶融深さ割合ＭＤＤが４０％以上、かつ、溶融面積割合ＭＳＤが２６％以上のサンプルＳ１３〜Ｓ１６では、４６００Ｎ以上の溶接強度が確保された。

以上のように、本実施形態の点火プラグ１００によれば、接地電極２０の外周全体にわたって形成された各溶融部５の所定の切断面ＭＳにおける溶融深さ割合ＭＤＤや溶融面積割合ＭＳＤが適切に規定されている。従って、接地電極２０と主体金具５０との間の溶接強度が確保されている。

B．第２実施形態：
上記の第１実施形態では、略円盤形状の接地電極２０の外周全体にわたって溶融部５が形成されている構成を説明している。これに対して、以下では、略円盤形状ではない接地電極２０Ａに溶融部５が形成されている構成を本発明の第２実施形態として説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と共通する要素には同じ符号を用いる。

図９は、本発明の第２実施形態としてのスパークプラグ１００Ａが有する接地電極２０Ａを示す概略図である。図９には、接地電極２０Ａが接合された後の主体金具５０の図２のＡ−Ａ切断に相当する位置における概略断面が図示されている。図９には、中心電極１０の配置位置が破線で図示されている。また、図９には、各柱状連結部８２の中心軸ＣＹが一点鎖線で図示されている。

第２実施形態のスパークプラグ１００Ａは、中心電極１０と接地電極２０Ａとの間の火花ギャップに発生する火花放電によって燃料ガスを点火可能である。第２実施形態のスパークプラグ１００Ａは、中心電極１０の先端部位が絶縁体３０の先端部から延出している点と、接地電極２０Ａの構成が異なっている点以外は、第１実施形態の点火プラグ１００の構成と同様である。第２実施形態の接地電極２０Ａは、その中心軸がスパークプラグの中心軸ＣＸと一致するように、主体金具５０の先端側の端部に取り付けられて主体金具５０と一体化される。以下では、スパークプラグの中心軸ＣＸを接地電極２０Ａの中心軸として説明する。

接地電極２０Ａは、中央環状部８０と、３本の柱状連結部８２と、３つの円弧状連結部８３と、を備えている。中央環状部８０は中央に貫通孔８１を有する略円環状の部位であり、接地電極２０の中心に位置している。中央環状部８０は内側環部に相当する。第２実施形態のスパークプラグでは、中心電極１０の先端が、接地電極２０Ａの中央環状部８０における貫通孔８１内の中心に配置され、貫通孔８１内に火花ギャップが形成される。各柱状連結部８２は、中央環状部８０の外周端部を起点として放射状に延びるとともに、中心軸方向に対して傾斜角を有して先端側に延びている。柱状連結部８２は、中心軸方向に見たときに、それぞれの中心軸ＣＹの間の角度がほぼ等しくなるように、中央環状部８０を中心としてほぼ等間隔に配列されている。各柱状連結部８２の中心軸ＣＸ側とは反対側の端部には円弧状連結部８３が設けられている。各柱状連結部８２は、円弧状連結部８３の中央部位に連結されている。各円弧状連結部８３は、中心軸ＣＸの円周状において略円弧状に湾曲して延びている。円弧状連結部８３は、外側円弧部に相当する。

接地電極２０Ａは、各円弧状連結部８３の外周円弧面８３ｓが主体金具５０の先端側開口端部５５における内壁面５５ｓに面接触するように主体金具５０の筒孔５１内に配置された後、レーザー溶接によって主体金具５０の先端側開口端部５５における筒壁部５２に接合される。このレーザー溶接によって、各円弧状連結部８３と主体金具５０との境界位置に複数の溶融部５が形成される。複数の溶融部５は、第１実施形態で説明したのと同様に、隣り合うもの同士が端部において互いに重なり合って連結された状態で形成される。また、第２実施形態においても、溶融部５は、第１実施形態で説明した溶融部５と同様に、所定の切断面ＭＳにおいて溶融深さ割合ＭＤＤおよび溶融面積割合ＭＳＤが上記の不等式（３）の関係を満たすように形成されている。

第２実施形態のスパークプラグ１００Ａでは、溶融部５は接地電極２０Ａの柱状連結部８２に対応する位置に形成されていると解釈できる。接地電極２０Ａと主体金具５０との間の溶接強度は、各柱状連結部８２を中心とする円弧状連結部８３上における溶融部５の形成範囲が大きいほど向上する。各円弧状連結部８３における溶融部５の形成範囲は、柱状連結部８２の中心軸ＣＹを中心とする範囲であって、中心角αが３６°以上となる範囲であることが好ましく、中心角αが７２°以上となる範囲であることがより好ましい。

図１０は、第２実施形態のスパークプラグ１００Ａにおける接地電極２０Ａと主体金具５０との溶接強度の検証実験の結果を示す説明図である。この検証実験では、以下に説明する、互いにレーザー溶接された接地電極２０Ａと主体金具５０の試験体（サンプルＳ２０，Ｓ２１）に対して、第１実施形態で説明したのと同じ条件での溶接強度の試験が行われた。図１０の表には、各サンプルＳ２０，Ｓ２１の構成を示す概略図と、溶融部５の形成範囲と、溶接のためのレーザーの射出回数と、溶融深さＭＤ（溶融深さ割合ＭＤＤ）と、溶融面積割合ＭＳＤと、試験結果である溶接強度と、がまとめられている。

サンプルＳ２０，Ｓ２１は、第２実施形態のスパークプラグ１００Ａに用いられる接地電極２０Ａおよび主体金具５０の試験体である。サンプルＳ２０では、溶融部５は３つの柱状連結部８２のそれぞれの中心軸ＣＹを中心とする範囲であって、中心角αがほぼ３６°になる範囲にわたって形成されていた。サンプルＳ２１では、溶融部５は３つの柱状連結部８２のそれぞれの中心軸ＣＹを中心とする範囲であって、中心角αがほぼ７２°になる範囲にわたって形成されていた。

この検証実験では、溶融部５が接地電極２０の外周全体にわたって形成されていなかったのにもかかわらず、いずれのサンプルＳ２０，Ｓ２１においても、２５００Ｎ以上の溶接強度が確保された。特に、サンプルＳ２１については、３９００Ｎの溶接強度が確保されており、第１実施形態で説明した接地電極２０の外周全体にわたって溶融部５が形成されているサンプルＳ０１〜Ｓ０８，Ｓ１２〜Ｓ１６（図７）と同程度のレベルで溶接強度が確保されていた。この結果から、溶融部５は、柱状連結部８２に対応する位置において、接地電極２０Ａの外周の６割以上を占める範囲にわたって形成されていることがより好ましいことがわかる。

以上のように、溶融部５は、接地電極２０の外周全体にわたって形成されていない場合であっても、溶融部５の溶融深さ割合ＭＤＤおよび溶融面積割合ＭＳＤが適切に規定されていれば、接地電極２０と主体金具５０との間の高い溶接強度を確保することができる。また、接地電極２０の外周縁上において溶融部５が形成される位置や範囲を適切に規定することによって、接地電極２０と主体金具５０との間の溶接強度を向上させることができる。

C．変形例：
C1．変形例１：
上記の各実施形態では、接地電極２０，２０Ａと主体金具５０との間に形成されている溶融部５についての適切な溶融深さ割合ＭＤＤおよび溶融面積割合ＭＳＤが説明されている。これに対して、上記の各実施形態で説明されている溶融部５における溶融深さ割合ＭＤＤおよび溶融面積割合ＭＳＤの規定は、上記各実施形態の点火プラグ１００，スパークプラグ１００Ａに限らず、筒状の主体金具の内壁面に溶融接合される接地電極を有するスパークプラグの溶融部に適用可能である。

C2．変形例２：
上記第１実施形態の接地電極２０は中央に貫通孔２１を有する略円盤状の形状を有している。上記第２実施形態の接地電極２０Ａは、中央環状部８０から延びる３本の柱状連結部８２と、各柱状連結部８２に連結されている円弧状連結部８３と、を備えている。これに対して、接地電極２０，２０Ａは上記各実施形態において説明した構成に限定されず、他の構成を有していても良い。例えば、接地電極２０は平板な円盤状でなくても良いし、中央において厚みが増していても良い。また、表面に凹凸が形成されていても良いし、外周端の一部が欠けていても良い。第２実施形態の接地電極２０Ａは、柱状連結部８２を３本備えている構成でなくとも良い。接地電極２０Ａは、柱状連結部８２を１本あるいは２本のみ備えている構成であっても良いし、柱状連結部８２を４本以上備えている構成であっても良い。接地電極２０Ａは、柱状連結部８２が等間隔に配列されていなくても良い。接地電極２０Ａは、円弧状連結部８３が完全に省略され、各柱状連結部８２が主体金具５０の内壁面に直接接合される構成であっても良い。接地電極２０Ａは、中央環状部８０が省略されて、柱状連結部８２の先端部が中心電極１０の先端面または側面と対向して火花ギャップを形成する構成であっても良い。このように、接地電極２０，２０Ａの構成は上記各実施形態で説明されている構成には限定されない。また、火花ギャップが形成される発火部の構成も、上記各実施形態において説明されている構成には限定されない。

C3．変形例３：
上記第１実施形態では、接地電極２０の外周全体にわたって溶融部５が形成されている。これに対して、溶融部５は、第１実施形態の接地電極２０において、第２実施形態のように、接地電極２０の外周上における複数の分散されている領域に形成されても良い。溶融部５は、２つの異なる領域にそれぞれ形成されていても良いし、４つ以上の異なる領域に形成されていても良い。溶融部５は、少なくとも、接地電極２０の全周のうちの３０％以上の領域に形成されていることが好ましい。また、接地電極２０の全周のうちの６０％以上の領域に形成されていることが好ましく、９０％以上の領域に形成されていることがより好ましい。

絶縁体、中心電極、接地電極を含めた発火部等の構成を含めて、本発明は上述の実施形態や実施例、変形例に限定されない。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。

５…溶融部
１０…中心電極
１１…先端部
２０…接地電極
２１…貫通孔
２２…外周端面
２６…貴金属チップ
２６ｃ…筒孔
３０…絶縁体
３１…軸孔
３２…縮径開口部
３２ｓ…キャビティ
３３…先端側部位
３５…段差面
３６…鍔部
３７…後端側部位
４０…端子電極
４１…後端部
４５…抵抗体
４６，４７…第１と第２のガラスシール材
５０…主体金具
５０ａ…金具先端側部位
５０ｂ…金具後端側部位
５１…筒孔
５２…筒壁部
５２ｄ…段差面
５２ｓ…ねじ部
５３…突起部
５４…加締部
５５…先端側開口端部
５５ｓ…内壁面
５６…工具係合部
５７…薄肉部
５８…フランジ部
６０…キャップ部
６１…細孔
７０…タルク層
７１，７２…線パッキン
７３…ガスケット
８０…中央環状部
８１…貫通孔
８２…柱状連結部
８３…円弧状連結部
８３ｓ…外周円弧面
１００…点火プラグ
１００Ａ…スパークプラグ
ＣＸ…中心軸

Claims

軸状の中心電極と、
前記中心電極の少なくとも後端側の部位を内部に収容する筒状の絶縁体と、
前記中心電極の先端部との間に間隙を有しつつ配置される接地電極と、
前記絶縁体が収容される貫通孔を有する筒状の主体金具と、を備え、
前記主体金具の前記貫通孔の内壁面に前記接地電極が固定されているスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記接地電極と前記主体金具とが互いに溶融し合った溶融部を介して前記主体金具に固定され、
前記溶融部において最も後端側の部位である前記溶融部の底部と、前記貫通孔の中心軸と、を含む断面において、
前記溶融部は、前記溶融部の底部と、前記接地電極の先端側の面によって前記断面に形成された前記接地電極の外形を表す外形線を仮想的に延長した直線に相当する仮想直線と、の間の前記貫通孔の中心軸方向における距離である溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの５％以上であり、かつ、
前記中心軸方向における前記溶融部の先端側および後端側にある前記主体金具の内壁面の端点同士を結ぶ仮想直線より前記主体金具の外周側に位置する金具側部位の面積が、前記溶融部全体の面積の１０％以上である、スパークプラグ。
請求項１記載のスパークプラグであって、
前記溶融部は、前記断面において、
前記溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの１５％以上であり、かつ、
前記金具側部位の面積が前記溶融部全体の面積の２０％以上である、スパークプラグ。
請求項２記載のスパークプラグであって、
前記溶融部は、前記断面において、前記溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの２５％以上である、スパークプラグ。
請求項３記載のスパークプラグであって、
前記溶融部は、前記断面において、前記溶融深さが、前記中心軸方向における前記接地電極の厚みの４０％以上である、スパークプラグ。
請求項３記載のスパークプラグであって、
前記溶融部は、前記断面において、前記金具側部位の面積が前記溶融部全体の面積の２６％以上である、スパークプラグ。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、前記主体金具の前記貫通孔内における前記内壁面の内周全体にわたって接触する外周端部を有し、
前記溶融部は、前記外周端部の外周側全体に形成されている、スパークプラグ。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、
前記接地電極は、
外周側に位置し、前記貫通孔の内壁面と面する円弧状の外側円弧部と、
前記中心電極の先端部の外周を囲む内側環部と、
前記外側円弧部と前記内側環部との間に架設され、前記外側円弧部と前記内側環部とを連結する連結部と、
を有し、
前記溶融部は、少なくとも、前記外側円弧部のうち前記連結部が連結されている部位と前記主体金具の壁部との間に形成されている、スパークプラグ。
請求項７記載のスパークプラグであって、
前記連結部は、前記内側環部から前記外側円弧部に向かって放射状に延びる複数の柱状連結部を含み、
前記溶融部は、少なくとも、前記複数の柱状連結部のそれぞれに対応して形成されている、スパークプラグ。