JP6243476B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はスパークプラグ及びその製造方法に関し、特に接地電極の耐火花消耗性を向上できるスパークプラグ及びその製造方法に関するものである。

接地電極の耐火花消耗性を向上させるため、中心電極に対向する電極母材の対向面に貴金属を含有するチップを配置したスパークプラグが知られている。例えば特許文献１には、電極母材の対向面の反対側の反対面からチップの底面に向かって溶接部を形成し、チップを接合する技術が開示されている。近年、内燃機関の高効率化や燃費向上のため、燃焼室の高過給化や気流の高速化が進行し、それに伴いチップが大型化する傾向がある。

特開２０００−４０５７７号公報

しかしながら特許文献１に開示される技術では、チップが大型化すると、チップの接合強度を確保するために溶接部が大きくなるので、電極母材の反対面以外の面に溶接部が露出するおそれがある。反対面以外の面に溶接部が露出すると、溶接部の露出したところが火花消耗の起点になり消耗が進行し易くなるおそれがある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、チップの接合強度と接地電極の耐火花消耗性とを確保できるスパークプラグを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載のスパークプラグによれば、主体金具に中心電極が絶縁保持される。接地電極の電極母材は中心電極に対向面が対向し、貴金属を含有するチップが対向面に配置される。電極母材は第１端が主体金具に接続される。電極母材は、対向面の反対側に反対面が位置し、第１端の反対側に位置する対向面の第２端と反対面とを端面が連絡する。第２端の辺を介して端面に連絡する一対の側面は、対向面と反対面とを連絡する。チップは、頂面が中心電極を臨み、頂面の反対側に位置する底面が溶接部を介して電極母材に接合される。

溶接部は、電極母材の反対面に背面部が露出し、チップと電極母材とが溶融している接合部がチップを接合する。連絡部が、電極母材の側面に露出せずに接合部と背面部とを電極母材の厚さ方向に連絡する。チップの頂面の中心と底面の中心とを通る一平面で電極母材の側面を切断した切断面において、チップの頂面の幅を電極母材の対向面の幅で除した値は０．３より大きいので、火花放電が生じ易いチップの頂面の幅を相対的に大きくできる。電極母材の厚さ方向と直交方向の連絡部の最大幅は背面部の幅より大きいので、接合部の接合面積を確保し、チップの接合強度を確保できる。溶接部が露出する背面部は火花放電が生じ難い反対面に存在するので、接地電極の耐火花消耗性を確保できる。よって、チップの接合強度と接地電極の耐火花消耗性とを確保できる効果がある。

請求項２記載のスパークプラグによれば、切断面において、接合部のチップとの界面は頂面へ向かう凸形状なので、チップの中心で接合強度を確保できる。チップの周辺で底面から頂面までの距離を確保して、チップの耐火花消耗性を確保できる。よって、請求項１の効果に加え、チップの接合強度と耐火花消耗性とを確保できる効果がある。

請求項３記載のスパークプラグによれば、切断面において、チップの底面は電極母材の対向面よりも反対面側に位置する。接合部は電極母材の対向面に露出せずに電極母材の対向面よりも反対面側に位置するので、請求項１又は２の効果に加え、接合部を火花消耗の起点になり難くできる効果がある。

請求項４記載のスパークプラグによれば、電極母材の対向面は、電極母材の側面に母材長辺が連絡し、母材長辺よりも短い母材短辺が端面に連絡する。チップは、チップの頂面の短辺を母材長辺に沿わせ、長辺を母材短辺に沿わせて対向面に配置される。スパークプラグを内燃機関に取り付けたときに、電極母材の対向面の母材短辺に沿う気流が燃焼室に存在すると、その気流に火花が流されるが、その方向にチップの長辺が配置されているので、火花放電が電極母材で生じることを抑制できる。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、電極母材の火花消耗を抑制できる効果がある。

請求項５記載のスパークプラグによれば、溶接部は、電極母材の端面に露出しないので、端面に露出した溶接部が火花消耗の起点になることを防止できる。よって、請求項１から４のいずれかの効果に加え、電極母材の端面の火花消耗を抑制できる効果がある。

請求項６記載のスパークプラグの製造方法によれば、主体金具が中心電極を絶縁保持し、接地電極が、中心電極に対向する対向面を備える電極母材と、電極母材の対向面に配置されると共に貴金属を含有するチップとを備え、電極母材の第１端が主体金具に接続されるスパークプラグが製造される。

対向面の反対側に位置する反対面と、第１端の反対側に位置する対向面の第２端と反対面とを連絡する端面と、第２端の辺を介して端面に連絡すると共に対向面と反対面とを連絡する一対の側面とを備える電極母材に、接触工程により、チップの頂面の反対側の底面を接触させる。照射工程により、電極母材の側面同士が対向する方向にレーザ光のビーム軸を交互に相対移動させてレーザ光を反対面からチップへ向けて照射し、溶接部を形成する。ビーム軸は電極母材の反対面側で交差するので、電極母材の側面同士が対向する方向の溶接部の幅を、電極母材の対向面側より反対面側で小さくできる。よって、請求項１記載のスパークプラグを簡易に製造できる効果がある。

請求項７記載のスパークプラグの製造方法によれば、照射工程は、レーザ光の焦点を、チップの底面の中心よりも電極母材の側面の近くで、中心における焦点の位置よりも電極母材の反対面近くの位置に設定する。チップの中心に比べてチップの周辺を溶融させ難くできるので、請求項６の効果に加え、チップの耐火花消耗性を確保できるスパークプラグを安定して製造できる効果がある。

本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグの断面図である。 （ａ）は接地電極の斜視図であり、（ｂ）は接地電極の平面図である。 図２の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線における接地電極の断面図である。 溶接装置の模式図である。 （ａ）は第２実施の形態における接地電極の平面図であり、（ｂ）は図５（ａ）の矢印Ｖｂ−Ｖｂ線における接地電極の断面図である。 （ａ）は第３実施の形態における接地電極の平面図であり、（ｂ）は図６（ａ）の矢印ＶＩｂ−ＶＩｂ線における接地電極の断面図である。 （ａ）は第４実施の形態における接地電極の平面図であり、（ｂ）は図７（ａ）の矢印ＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線における接地電極の断面図である。 （ａ）は第５実施の形態における接地電極の平面図であり、（ｂ）は図８（ａ）の矢印ＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線における接地電極の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の中心軸Ｏを含む面で切断した断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。図１に示すようにスパークプラグ１０は、主体金具２０、接地電極３０、絶縁体４０及び中心電極５０を備えている。

主体金具２０は、内燃機関のねじ穴（図示せず）に固定される略円筒状の部材であり、中心軸Ｏに沿って貫通する貫通孔２１が形成されている。主体金具２０は導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。主体金具２０は、径方向の外側へ鍔状に張り出す座部２２と、座部２２より先端側の外周面に形成されたねじ部２３とを備えている。座部２２とねじ部２３との間に環状のガスケット２４が嵌め込まれている。ガスケット２４は、内燃機関のねじ穴にねじ部２３が嵌められたときに、主体金具２０と内燃機関（エンジンヘッド）との隙間を封止する。

接地電極３０は、主体金具２０の先端に第１端３２が接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の電極母材３１と、第１端３２の反対側の電極母材３１の第２端３３に接合されるチップ３４とを備えている。電極母材３１は、中心軸Ｏと交わるように中心軸Ｏへ向かって屈曲する棒状の部材である。チップ３４は、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属またはこれらを主成分とする合金によって形成される部材であり、レーザ溶接によって中心軸Ｏと交わる位置に接合されている。

絶縁体４０は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材であり、中心軸Ｏに沿って貫通する軸孔４１が形成されている。絶縁体４０は、主体金具２０の貫通孔２１に挿入され、外周に主体金具２０が固定されている。絶縁体４０は、先端および後端が、主体金具２０の貫通孔２１からそれぞれ露出している。

軸孔４１は、絶縁体４０の先端側に位置する第１孔部４２と、第１孔部４２の後端に連なり後端側へ向かって拡径する段部４３と、段部４３の後端側に位置する第２孔部４４とを備えている。第２孔部４４は、内径が、第１孔部４２の内径より大きく設定されている。

中心電極５０は、有底筒状に形成された電極母材の内部に、電極母材よりも熱伝導性に優れる芯材５３を埋設した棒状の電極である。芯材５３は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。中心電極５０は、軸孔４１の段部４３に配置される頭部５１と、中心軸Ｏに沿って第１孔部４２側へ延びる脚部５２とを備えている。

脚部５２は先端が第１孔部４２から露出し、チップ５４がレーザ溶接によって接合されている。チップ５４は、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属またはこれらを主成分とする合金によって形成される柱状の部材であり、火花ギャップを介して接地電極３０のチップ３４と対向する。

端子金具６０は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具６０の先端側は絶縁体４０の軸孔４１内に配置される。

抵抗体７０は、スパーク時に発生する電波ノイズを抑えるための部材であり、端子金具６０と中心電極５０との間の第２孔部４４内に配置されている。抵抗体７０と中心電極５０との間、抵抗体７０と端子金具６０との間に、導電性を有するガラスシール７１，７２がそれぞれ配置される。ガラスシール７１は抵抗体７０と中心電極５０とにそれぞれ接触し、ガラスシール７２は抵抗体７０と端子金具６０とにそれぞれ接触する。この結果、中心電極５０と端子金具６０とは、抵抗体７０とガラスシール７１，７２とを介して電気的に接続される。

スパークプラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、絶縁体４０の第２孔部４４から中心電極５０を挿入する。中心電極５０は、脚部５２の先端にチップ５４が溶接されている。中心電極５０は段部４３に頭部５１が支持され、先端部が軸孔４１の先端から外部に露出するように配置される。

次に、ガラスシール７１の原料粉末を第２孔部４４から入れて、頭部５１の周囲および後端側に充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、第２孔部４４に充填したガラスシール７１の原料粉末を予備圧縮する。成形されたガラスシール７１の原料粉末の成形体の上に、抵抗体７０の原料粉末を充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、第２孔部４４に充填した抵抗体７０の原料粉末を予備圧縮する。次いで、抵抗体７０の原料粉末の上に、ガラスシール７２の原料粉末を充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、第２孔部４４に充填したガラスシール７２の原料粉末を予備圧縮する。

その後、軸孔４１の後端側から端子金具６０の先端部６１を挿入して、先端部６１がガラスシール７２の原料粉末に接触するように端子金具６０を配置する。次いで、例えば各原料粉末に含まれるガラス成分の軟化点より高い温度まで加熱しつつ、端子金具６０の後端側に設けられた張出部６２の先端面が絶縁体４０の後端面に当接するまで端子金具６０を圧入して、先端部６１によってガラスシール７１、抵抗体７０及びガラスシール７２の原料粉末に軸方向の荷重を加える。この結果、各原料粉末が圧縮・焼結され、絶縁体４０の内部にガラスシール７１、抵抗体７０及びガラスシール７２が形成される。

次に、予め接地電極３０が接合された主体金具２０を絶縁体４０の外周に組み付ける。その後、接地電極３０の電極母材３１にチップ３４を溶接し、接地電極３０のチップ３４が中心電極５０のチップ５４と軸方向に対向するように電極母材３１を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。

図２を参照して接地電極３０について説明する。図２（ａ）は接地電極３０の斜視図であり、図２（ｂ）は接地電極３０の平面図である。図２（ａ）に示す矢印Ｆは、スパークプラグ１０（図１参照）が内燃機関（図示せず）に取り付けられたときの内燃機関の燃焼室に吸入された混合気の気流の向きを示している。

図２（ａ）に示すように、接地電極３０は電極母材３１とチップ３４とを備え、チップ３４は、中心電極５０（図１参照）に対向する電極母材３１の第２端３３（図１参照）の対向面８０に接合されている。電極母材３１の第２端３３（図１参照）は、チップ３４が接合される対向面８０、対向面８０の反対側に位置する反対面８３、対向面８０と反対面８３とを母材短辺８２を介して連絡する端面８４、及び、辺８５を介して端面８４に連絡する側面８６に囲まれる略直方体状の部位である。

側面８６は、母材長辺８１を介して対向面８０と反対面８３とを連絡する。母材長辺８１は母材短辺８２よりも寸法が大きく設定されており、母材長辺８１の延長線上に電極母材３１の第１端３２が配置されている。

チップ３４は、貴金属または貴金属を主成分とする合金で形成された直方体状の部材である。チップ３４は、中心電極５０（図１参照）に対向する矩形状の頂面９０と、頂面９０の反対側に位置する矩形状の底面９５（図３参照）と、頂面９０と底面９５とを連絡する側面９４とを備えている。図２（ｂ）に示すようにチップ３４の頂面９０は、２本の長辺９１と、長辺９１より短く設定された２本の短辺９２とに囲まれている。

チップ３４は、電極母材３１の母材短辺８２にチップ３４の長辺９１を沿わせ、電極母材３１の母材長辺８１にチップ３４の短辺９２を沿わせて、電極母材３１の対向面８０に配置されている。そのため、内燃機関（図示せず）の燃焼室内の気流の向き（矢印Ｆ方向）に沿って電極母材３１の母材短辺８２及びチップ３４の長辺９１が配置されるようにスパークプラグ１０（図１参照）が内燃機関に取り付けられると、電極母材３１が燃焼室の気流を妨げるのを防ぎつつ、チップ３４と中心電極５０との間に生じる火花放電が気流に流されて生じる電極母材３１の火花消耗を抑制できる。

次に図３を参照して、チップ３４の接合構造について説明する。図３は図２の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線における接地電極３０の断面図である。図３に示す切断面は、チップ３４の頂面９０の中心９３と底面９５の中心９６とを通る一平面（母材短辺８２と平行な一平面）で電極母材３１の側面８６を切断した切断面である。

電極母材３１にチップ３４が接合された状態では底面９５は溶接部１００に溶融しているが、図３では、溶融前に存在したチップ３４の底面９５を想像線で図示する。また、図の簡略化のため、電極母材３１の第１端３２側の図示を省略する。第１端３２側の図示の省略および底面９５の図示は、後述する図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）において同じである。

図３に示すようにチップ３４は、底面９５側の側面９４の一部が電極母材３１に埋め込まれている。これによりチップ３４は、底面９５が、電極母材３１の対向面８０よりも反対面８３側に位置する。チップ３４を電極母材３１に接合する溶接部１００は、チップ３４を溶融して接合する接合部１０１と、電極母材３１の反対面８３に露出する背面部１０３と、背面部１０３と接合部１０１とを電極母材３１の厚さ方向（図３上下方向）に連絡する連絡部１０４とを備えている。

接合部１０１はチップ３４を接合する部位であり、チップ３４及び電極母材が溶融している。接合部１０１は、チップ３４との界面１０２が、チップ３４の頂面９０へ向かう凸形状に形成されている。接合部１０１は、電極母材３１の対向面８０に露出せずに電極母材３１の対向面８０よりも反対面８３側に位置する。背面部１０３は、溶接部１００の一部が電極母材３１の反対面８３に露出する部位である。

連絡部１０４は、電極母材３１の側面８６に露出せずに背面部１０３と接合部１０１とを連絡する部位である。本実施の形態では、連絡部１０４は電極母材３１の端面８４（図２（ａ）参照）にも露出しない。連絡部１０４は、背面部１０３から接合部１０１へ向かうにつれて次第に幅（図３左右方向寸法）が広がる形をなす。即ち連絡部１０４は、電極母材３１の厚さ方向と直交方向（図３左右方向）の最大幅Ｗ１が、背面部１０３の幅Ｗ２より大きい値に設定される。

なお、連絡部１０４の最大幅Ｗ１を示す部位は、チップ３４の底面９５よりも電極母材３１の反対面８３側に位置する。また、連絡部１０４の最大幅Ｗ１は、チップ３４の頂面９０の幅Ｗ３より大きい値に設定される。さらに、チップ３４の頂面９０の幅Ｗ３を電極母材３１の対向面８０の幅Ｗ４で除した値（Ｗ３／Ｗ４）は０．３より大きい値に設定される。

チップ３４の頂面９０の幅Ｗ３を電極母材３１の対向面８０の幅Ｗ４で除した値は０．３より大きいので（Ｗ３／Ｗ４＞０．３）、チップ３４の頂面９０の幅Ｗ３を相対的に大きくできる。その結果、チップ３４の頂面９０で火花放電を生じ易くしつつ、電極母材３１で火花放電を生じ難くできる。溶接部１００が露出する背面部１０３は火花放電が生じ難い電極母材３１の反対面８３に存在するので、接地電極３０の耐火花消耗性を確保できる。電極母材３１の厚さ方向と直交方向の連絡部１０４の最大幅Ｗ１は背面部１０３の幅Ｗ２より大きいので、溶接部１００の接合面積を確保し、チップ３４の接合強度を確保できる。よって、チップ３４の接合強度と接地電極３０の耐火花消耗性とを確保できる。

接合部１０１のチップ３４との界面１０２はチップ３４の頂面９０へ向かう凸形状なので、チップ３４の中心９３，９６付近の接合部１０１の体積を確保できる。その結果、チップ３４の接合強度を確保できる。一方、接合部１０１はチップ３４の側面９４に形成されていないので、チップ３４の周辺では底面９５から頂面９０までの距離を確保できる。その結果、チップ３４の耐火花消耗性を確保できるので、チップ３４の接合強度と耐火花消耗性とを確保できる。

連絡部１０４は、最大幅Ｗ１を示す部位が、チップ３４の底面９５よりも電極母材３１の反対面８３側に位置し、連絡部１０４の最大幅Ｗ１はチップ３４の頂面９０の幅Ｗ３より大きい値に設定される。よって、接合部１０１とチップ３４との接合面積を確保しつつ連絡部１０４と電極母材３１との接合面積を確保できる。その結果、チップ３４と電極母材３１との接合強度を確保できる。

チップ３４の底面９５は電極母材３１の対向面８０よりも反対面８３側に位置し、接合部１０１は電極母材３１の対向面８０に露出せずに電極母材３１の対向面８０よりも反対面８３側に位置する。接合部１０１が電極母材３１に埋め込まれるので、接合部１０１を火花消耗の起点になり難くできる。よって、電極母材３１の火花消耗を抑制できる。

溶接部１００は電極母材３１の端面８４（図２（ａ）参照）に露出しないので、端面８４に露出した溶接部１００が火花消耗の起点になることを防止できる。よって、電極母材３１の端面８４の火花消耗を抑制できる。

次に図４を参照して電極母材３１とチップ３４との接合方法を説明する。図４は溶接装置１１０の模式図である。溶接装置１１０は、レーザ光を出射する照射ヘッド１１１と、照射ヘッド１１１が出射したレーザ光を反射して電極母材３１に照射する鏡１１２とを備えている。図４では、理解を容易にするためにレーザ光はビーム軸１１３（レーザ光断面の空間的中心を結んだ直線）が図示されている。

鏡１１２は電極母材３１の反対面８３側に配置されており、ビーム軸１１３に直交する軸（図示せず）を中心に、揺動可能に構成されている。反射角を変えてレーザ光を走査するためである。照射ヘッド１１１は、鏡１１２を揺動してレーザ光を走査する間は焦点距離を変えない（ビーム軸１１３の長さを一定にする）ので、チップ３４の周辺における焦点１１４は、チップ３４の中心付近における焦点１１４に比べて、反対面８３寄りに存在する。

電極母材３１にチップ３４を接合するには、まず、電極母材３１の対向面８０にチップ３４を配置し、チップ３４を仮固定する。仮固定は、チップ３４の底面９５を対向面８０に押し付けるように加圧しつつ抵抗溶接を行い、チップ３４の底面９５側の一部を電極母材３１に埋め込む。なお、対向面８０に凹み等を設け、その凹み等にチップ３４を嵌め込んでも良い。

次に、照射ヘッド１１１からレーザ光を鏡１１２に向けて出射し、鏡１１２を揺動して、電極母材３１の側面８６同士が対向する方向（図４左右方向）にビーム軸１１３を交互に動かしながら、電極母材３１の反対面８３からレーザ光を照射する。走査されたビーム軸１１３は鏡１１２の表面で交差する。レーザ光の焦点１１４は、本実施の形態では、チップ３４の中心ではチップ３４の底面９５に設定し、チップ３４の周辺では電極母材３１内に設定する。これによりチップ３４の長辺９１（図２（ｂ）参照）方向に溶接部１００（図３参照）が形成され、電極母材３１にチップ３４が接合される。

この接地電極３０の製造方法によれば、ビーム軸１１３は電極母材３１の反対面８３側に配置された鏡１１２の表面で交差するので、電極母材３１の側面８６同士が対向する方向の溶接部１００の幅を、電極母材３１の対向面８０側より反対面８３側で小さくできる。よって、背面部１０３の幅Ｗ２より連絡部１０４の最大幅Ｗ１が大きい溶接部１００を簡易に形成できる。

照射ヘッド１１１は、レーザ光の焦点１１４を、チップ３４の底面９５の中心よりも電極母材３１の側面８６の近くで、チップ３４の中心における焦点１１４の位置よりも電極母材３１の反対面８３近くの位置に設定している。チップ３４の中心に比べてチップ３４の周辺を溶融させ難くできるので、チップ３４の周辺で、頂面９０と底面９５との距離を確保できる。その結果、チップ３４の耐火花消耗性を確保できるスパークプラグ１０を安定して製造できる。

なお、レーザ光は連続発振レーザ、パルス発振レーザのいずれも用いることができる。チップ３４の短辺９２の長さが大きい場合には、焦点１１４とチップ３４との位置関係を維持したまま、電極母材３１の母材長辺８１に沿って（図４紙面垂直方向へ）溶接装置１１０を移動させる。これにより、チップ３４の短辺９２方向にも溶接部１００を安定して形成できる。

次に図５を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態ではチップ３４の底面９５が電極母材３１の対向面８０に埋め込まれる場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、チップ１２１の底面１２５が電極母材３１の対向面８０と同一面上に配置される場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

図５（ａ）は第２実施の形態における接地電極１２０の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の矢印Ｖｂ−Ｖｂ線における接地電極１２０の断面図である。図５（ｂ）に示す切断面は、チップ１２１の頂面１２２の中心１２３と底面１２５の中心１２６とを通る一平面（母材短辺８２と平行な一平面）で電極母材３１の側面８６を切断した切断面である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、接地電極１２０は電極母材３１の対向面８０にチップ１２１が配置されている。チップ１２１は円形の頂面１２２、頂面１２２の反対側に位置する円形の底面１２５、及び、円筒状の側面１２４に囲まれる円板状の部材である。

チップ１２１は、底面１２５が対向面８０と同一面上に配置され、溶接部１００によって電極母材３１に接合されている。チップ１２１を接合する接合部１０１は、チップ１２１の側面１２４に露出せずに、界面１０２が、チップ１２１の頂面１２２へ向かう凸形状に形成されている。これにより、第１実施の形態と同様の作用効果を実現できる。

次に図６を参照して第３実施の形態について説明する。第３実施の形態では、四角柱状のチップ１３１が電極母材３１に配置される接地電極１３０について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

図６（ａ）は第３実施の形態における接地電極１３０の平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の矢印ＶＩｂ−ＶＩｂ線における接地電極１３０の断面図である。図６（ｂ）に示す切断面は、チップ１３１の頂面１３２の中心１３３と底面１３４の中心１３５とを通る一平面（母材短辺８２と平行な一平面）で電極母材３１の側面８６を切断した切断面である。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、接地電極１３０は電極母材３１の対向面８０にチップ１３１が配置されている。チップ１３１は四角柱状の部材であり、側面を構成する４面の内の２面が頂面１３２を構成し、残りの２面が底面１３４を構成する。チップ１３１は底面１３４の全部が電極母材３１に埋め込まれている。電極母材３１の対向面８０に溶接部１００が露出せずに、底面１３４の一部に接合部１０１が形成される。対向面８０に溶接部１００が露出しないので、溶接部１００が電極母材３１の火花消耗の起点になることを防止できる。

次に図７を参照して第４実施の形態について説明する。第３実施の形態では四角柱状のチップ１３１が電極母材３１に配置される接地電極１３０について説明した。これに対し第４実施の形態では、三角柱状のチップ１４１が電極母材３１に配置される接地電極１４０について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

図７（ａ）は第４実施の形態における接地電極１４０の平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の矢印ＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線における接地電極１４０の断面図である。図７（ｂ）に示す切断面は、チップ１４１の頂面１４２の中心１４３と底面１４４の中心１４５とを通る一平面（母材短辺８２と平行な一平面）で電極母材３１の側面８６を切断した切断面である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、接地電極１４０は電極母材３１の対向面８０にチップ１４１が配置されている。チップ１４１は三角柱状の部材であり、側面を構成する３面の内の１面が頂面１４２を構成し、側面の残りの２面が底面１４４を構成する。チップ１４１は底面１４４の一部が電極母材３１に埋め込まれている。電極母材３１の対向面８０に溶接部１００が露出せずに、底面１４４の一部に接合部１０１が形成されるので、溶接部１００が電極母材３１の火花消耗の起点になることを防止できる。

次に図８を参照して第５実施の形態について説明する。第４実施の形態では三角柱状のチップ１４１が電極母材３１に配置される接地電極１４０について説明した。これに対し第５実施の形態では、円柱状のチップ１５１が電極母材３１に配置される接地電極１５０について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

図８（ａ）は第５実施の形態における接地電極１５０の平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の矢印ＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線における接地電極１５０の断面図である。図８（ｂ）に示す切断面は、チップ１５１の頂面１５２の中心１５３と底面１５４の中心１５５とを通る一平面（母材短辺８２と平行な一平面）で電極母材３１の側面８６を切断した切断面である。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、接地電極１５０は電極母材３１の対向面８０にチップ１５１が配置されている。チップ１５１は円柱状の部材であり、側面を構成する円筒の半分が頂面１５２を構成し、円筒の残りの半分が底面１５４を構成する。チップ１５１は底面１５４の全部が電極母材３１に埋め込まれている。電極母材３１の対向面８０に溶接部１００が露出せずに、底面１５４の一部に接合部１０１が形成されるので、溶接部１００が電極母材３１の火花消耗の起点になることを防止できる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

＜実施例＞
第１実施の形態で説明した電極母材３１に、長辺９１の長さ（頂面９０の幅Ｗ３）の異なる種々のチップ３４を接合して、チップ３４の頂面９０の幅Ｗ３を電極母材３１の対向面８０の幅Ｗ４で除した値（Ｗ３／Ｗ４）の異なる種々の接地電極３０を得た。電極母材３１へのチップ３４の接合は、第１実施の形態で説明したように、電極母材３１の反対面８３側でレーザ光のビーム軸１１３を交差させて電極母材３１の反対面８３にレーザ光を走査して照射するレーザ溶接により行った。値（Ｗ３／Ｗ４）毎に３０個のサンプル（接地電極）を作成した。

＜比較例＞
電極母材３１へのチップ３４のレーザ溶接の方法を変えた以外は、実施例と同様にして比較例における接地電極を得た。比較例では、電極母材３１の反対面８３に照射ヘッド１１１を正対させ、鏡１１２を使わないで、照射ヘッド１１１から出射するレーザ光を電極母材３１の反対面８３に照射した。レーザ光のビーム軸が交差しないように、反対面８３に沿って照射ヘッド１１１を平行移動して、電極母材３１の反対面８３にレーザ光を走査し、電極母材３１にチップ３４を溶接した。

＜評価＞
得られたサンプル（接地電極）について、電極母材の外観を観察し、電極母材の側面に溶接部が露出しているかどうかを調べた。３０個のサンプル全ての側面に溶接部が露出しなかった場合を「良い（○）」、側面に溶接部が露出したサンプルが存在する場合を「劣る（△）」、３０個のサンプル全ての側面に溶接部が露出した場合を「著しく劣る（×）」と評価した。評価結果を表１に示す。

表１に示すように実施例は、Ｗ３／Ｗ４の値が０．２〜０．５の全てにおいて「良い」という評価を得た。一方、比較例はＷ３／Ｗ４の値が０．３を超えると、「劣る」又は「著しく劣る」という評価であった。レーザ光断面に対して溶接部は広がりをもつので、チップが相対的に大きくなってＷ３／Ｗ４の値が０．３を超えるようになると、比較例のように照射ヘッドを平行移動して電極母材にレーザ光を走査したときには、電極母材の側面に溶接部が露出する。

これに対し、実施例のようにレーザ光のビーム軸を交差させて電極母材の反対面にレーザ光を走査して照射すると、比較例に比べて、電極母材の反対面に露出する背面部の面積を小さくできるので、電極母材の側面に溶接部を露出させないようにできる。その結果、チップを相対的に大きくした場合も、電極母材の側面に露出した溶接部が火花消耗の起点になることを防止できるので、電極母材の火花消耗を抑制できる。よって、電極母材に対してチップを相対的に大きくすることができ、且つ、電極母材の火花消耗を抑制できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば電極母材３１の形状や大きさは一例であり、適宜設定できる。

上記各実施の形態では、電極母材３１の母材長辺８１及び母材短辺８２で囲まれた対向面８０の内側にチップ３４，１２１，１３１，１４１，１５１が収まる場合について説明したが、必ずしもこれに限るものではない。電極母材３１の対向面８０に配置されたチップの一部を、母材短辺８２を超えて端面８４側に張り出させることは当然可能である。また、母材短辺８２上にチップの端が配置されるように対向面８０にチップを接合することは当然可能である。これらの場合には、当然のことながら、溶接部１００の一部を端面８４に露出させても良い。

上記第１実施の形態では、鏡１１２を揺動してレーザ光を電極母材３１に走査する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。鏡１１２を省略すると共に電極母材３１の反対面８３に照射ヘッド１１１を正対させ、照射ヘッド１１１自体を揺動して、レーザ光を電極母材３１に走査して照射することは当然可能である。この場合も、レーザ光のビーム軸は電極母材３１の反対面８３側で交差する。

上記第１実施の形態では、溶接装置１１０側を移動してレーザ光を走査する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。溶接装置１１０側は固定し、電極母材３１側を揺動してレーザ光を走査することは当然可能である。

第１実施の形態では、チップ３４の中心付近で、レーザ光の焦点１１４をチップ３４の底面９５にほぼ一致させて溶接する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。レーザ光の焦点１１４の位置は、チップの底面の形状等に応じて適宜設定できる。

なお、上記の各実施形態は、それぞれ、他の実施形態が有する構成の一部または複数部分を、その実施形態に追加し或いはその実施形態の構成の一部または複数部分と交換等することにより、その実施形態を変形して構成するようにしても良い。例えば、第１実施の形態ではチップ３４の底面９５が電極母材３１に埋め込まれる場合について説明したが、第２実施の形態のように、電極母材３１の対向面８０と同一面上にチップ３４の底面９５を配置することは当然可能である。同様に、第２実施の形態では電極母材３１の対向面８０と同一面上にチップ１２１の底面１２５が配置されるが、第１実施の形態のように、チップ１２１の底面１２５を電極母材３１に埋め込んでも良い。

１０ スパークプラグ
２０ 主体金具
３０，１２０，１３０，１４０，１５０ 接地電極
３１ 電極母材
３２ 第１端
３３ 第２端
３４，１２１，１３１，１４１，１５１ チップ
５０ 中心電極
８０ 対向面
８１ 母材長辺
８２ 母材短辺
８３ 反対面
８４ 端面
８５ 辺
８６ 側面
９０，１２２，１３２，１４２，１５２ 頂面
９１ 長辺
９２ 短辺
９３，９６，１２３，１２６，１３３，１３５，１４３，１４５，１５３，１５５ 中心
９５，１２５，１３４，１４４，１５４ 底面
１００ 溶接部
１０１ 接合部
１０２ 界面
１０３ 背面部
１０４ 連絡部
１１３ ビーム軸
１１４ 焦点
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４ 幅

Claims (7)

1. 中心電極と、
   前記中心電極を絶縁保持する主体金具と、
   前記中心電極に対向する対向面を備える電極母材と、前記電極母材の前記対向面に配置されると共に貴金属を含有するチップとを備える接地電極とを備え、前記電極母材の第１端が前記主体金具に接続されるスパークプラグであって、
   前記電極母材は、前記対向面の反対側に位置する反対面と、前記第１端の反対側に位置する前記対向面の第２端と前記反対面とを連絡する端面と、前記第２端の辺を介して前記端面に連絡すると共に前記対向面と前記反対面とを連絡する一対の側面とを備え、
   前記チップは、前記中心電極を臨む頂面と、前記頂面の反対側に位置し溶接部を介して前記電極母材に接合される底面とを備え、
   前記溶接部は、前記電極母材の前記反対面に露出する背面部と、前記チップを接合する接合部であって前記チップと前記電極母材とが溶融している接合部と、前記電極母材の前記側面に露出せずに前記接合部と前記背面部とを前記電極母材の厚さ方向に連絡する連絡部とを備え、
   前記チップの前記頂面の中心と前記底面の中心とを通る一平面で前記電極母材の前記側面を切断した切断面において、前記電極母材の厚さ方向と直交方向の前記連絡部の最大幅は前記背面部の幅より大きく、且つ、前記チップの前記頂面の幅を前記電極母材の前記対向面の幅で除した値は０．３より大きいことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記切断面において、前記接合部の前記チップとの界面は、前記頂面へ向かう凸形状であることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記切断面において、前記チップの前記底面は、前記電極母材の前記対向面よりも前記反対面側に位置し、
   前記接合部は、前記電極母材の前記対向面に露出せずに前記電極母材の前記対向面よりも前記反対面側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記電極母材の前記対向面は、前記電極母材の前記側面に連絡する母材長辺と、前記端面に連絡すると共に前記母材長辺よりも短い母材短辺とを備え、
   前記チップの前記頂面は、長辺と、前記長辺よりも短い短辺とを備え、
   前記チップは、前記母材長辺に前記短辺を沿わせ、前記母材短辺に前記長辺を沿わせて前記対向面に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。
5. 前記溶接部は、前記電極母材の前記端面に露出しないことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスパークプラグ。
6. 中心電極と、
   前記中心電極を絶縁保持する主体金具と、
   前記中心電極に対向する対向面を備える電極母材と、前記電極母材の前記対向面に配置されると共に貴金属を含有するチップとを備える接地電極とを備え、前記電極母材の第１端が前記主体金具に接続されるスパークプラグの製造方法であって、
   前記対向面の反対側に位置する反対面と、前記第１端の反対側に位置する前記対向面の第２端と前記反対面とを連絡する端面と、前記第２端の辺を介して前記端面に連絡すると共に前記対向面と前記反対面とを連絡する一対の側面とを備える前記電極母材に、前記チップの頂面の反対側の底面を接触させる接触工程と、
   前記電極母材の前記側面同士が対向する方向にレーザ光のビーム軸を交互に相対移動させて前記レーザ光を前記反対面から前記チップへ向けて照射する照射工程とを備え、
   前記ビーム軸は、前記電極母材の前記反対面側で交差することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
7. 前記照射工程は、前記レーザ光の焦点を、前記チップの前記底面の中心よりも前記電極母材の前記側面の近くで、前記中心における前記焦点の位置よりも前記電極母材の前記反対面近くの位置に設定することを特徴とする請求項６記載のスパークプラグの製造方法。

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