JP6780381B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法に関する。

内燃機関には、燃焼室内の混合気に点火を行うためのスパークプラグが備えられる。スパークプラグは、互いに離間した２つの電極間において火花放電を生じさせ、これにより混合気への点火を行うものである。

スパークプラグの電極の形状や配置については、これまでに様々なものが提案されている。例えば下記特許文献１に記載のスパークプラグは、中心電極側チップが設けられた中心電極と、接地電極側チップが設けられた接地電極とを備えている。中心電極は取り付け金具の内側に保持されており、接地電極は、取り付け金具の先端に設けられている。当該スパークプラグは、中心電極側チップの先端面と、接地電極側チップの先端面との間で火花放電を生じさせる。

上記スパークプラグは、接地電極のうち接地電極側チップが設けられている部分を、取り付け金具の中心軸に対して傾斜させている。これにより、接地電極側チップから中心電極側チップに向かう方向が、中心電極の中心軸に対して傾斜した方向となっている。また、接地電極側チップは、接地電極の側面から同方向に沿って伸びている。

このような構成においては、中心電極の直上となる位置（つまり、中心電極の中心軸と重なる位置）まで接地電極が伸びているような構成に比べて、接地電極と中心電極との間の空間が広めに確保される。このため、中心電極の近傍で生じた火炎核が、接地電極の表面に接触してその成長が阻害されてしまうような現象を防止することができ、良好な着火性能を発揮することができる。また、上記構成においては接地電極が短化される結果、接地電極の熱引き性が良好になるという効果も得られる。

更に、下記特許文献１には、中心電極の先端に設けられた中心電極側チップをも傾斜させることにより、中心電極側チップの先端面と、接地電極側チップの先端面とを、互いに平行な状態で対向させることについても記載されている。このような構成においては、火花放電に伴い中心電極側チップ等の一部が消耗した場合であっても、中心電極側チップと接地電極側チップとの間の距離、すなわち放電距離を一定に保つことができる。その結果、スパークプラグの着火性能を長期間に亘り安定的に維持することができる。

特開２００２−３２４６５０号公報

上記特許文献１に記載されているような、接地電極が傾斜した構成のスパークプラグにおいては、燃焼室の気流の一部が接地電極の傾斜部分に沿って流れやすくなっている。スパークプラグの電極間で生じる火花放電の経路は、上記のような気流の影響により、接地電極から離れる方向に向けて円弧状に膨らむような経路となる傾向がある。その結果、例えば中心電極とチップとの溶接部分まで火花放電の起点が移動し、当該部分が短期間のうちに消耗してしまう可能性がある。

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、火花放電に伴う電極の消耗を抑制することのできるスパークプラグ、及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示に係るスパークプラグは、内燃機関用のスパークプラグ（１００）であって、筒状の取り付け金具（１０）と、一端側が取り付け金具に固定されており、他端側に行くほど取り付け金具の中心軸（ＡＸ１）に近づくよう、少なくともその一部が当該中心軸に対して傾斜している接地電極（４０）と、接地電極の一部から突出するように設けられた接地チップ（６０）と、取り付け金具の中心軸に沿って配置されており、その端面である被溶接面（３１）の法線が接地電極側に向かって傾斜している中心電極（３０）と、その中心軸を被溶接面に対して垂直とした状態で被溶接面に溶接されており、中心電極の中心軸に対して傾斜した状態で設けられた中心チップ（５０）と、を備える。中心チップの側面（５３）のうち、被溶接面への溶接によって形成された溶融部（７０）を除く部分を健全部とし、中心チップの中心軸に沿った健全部の長さを健全部長さとしたときに、中心チップのうち、中心チップの傾斜方向側とは反対側の側面における健全部長さ（Ｌ２）が、中心チップのうち、中心チップの傾斜方向側の側面における健全部長さ（Ｌ１）よりも長くなるように、溶融部が形成されている。

このような構成のスパークプラグでは、中心チップのうち、中心チップの傾斜方向側とは反対側の側面、すなわち、接地電極が存在する側とは反対側となる部分における健全部長さが、接地電極が存在する側における健全部長さよりも長くなっている。つまり、気流の影響により円弧状となった火花放電の起点となりやすい部分においては、それ以外の部分に比べてその健全部長さが長くなっている。その結果、火花放電の起点が、比較的消耗しやすい部分である溶接部分にまで到達する確率が低くなるので、火花放電に伴う電極の消耗が抑制される。

また、本開示に係るスパークプラグの製造方法は、上記構成のスパークプラグの製造方法であって、中心電極及び中心チップをそれぞれ準備する準備工程と、中心チップの中心軸が被溶接面に対して垂直となるように、被溶接面上に中心チップを設置する設置工程と、中心チップと被溶接面との間にレーザーを照射し、中心チップを被溶接面に溶接する溶接工程と、を有する。溶接工程において、例えば照射されるレーザーの強度を場所により変化させることで、中心チップの側面における健全部長さの分布を上記のように適切なものとすることができる。

本開示によれば、火花放電に伴う電極の消耗を抑制することのできるスパークプラグ、及びその製造方法が提供される。

本開示の実施形態に係るスパークプラグの全体構成を示す部分断面図である。 図１のスパークプラグのうち、火花放電が生じる部分の形状を拡大して示す図である。 中心電極と中心チップとの接合部分における形状を示す斜視図である。 火花放電に伴う電極の消耗量の変化を示す図である。 中心電極と中心チップとの接合部分における形状を側面視で示す図である。 中心チップのうち、火花放電の起点となりやすい範囲を説明するための図である。 中心電極に対し中心チップを溶接する方法について説明するための図である。 中心電極に対し中心チップを溶接する方法について説明するための図である。 溶接時におけるレーザーの照射位置の変化について説明するための図である。 溶接時におけるレーザーの強度の変化を示す図である。 中心電極に対し中心チップを溶接する方法の変形例について説明するための図である。 溶接された部分の状態を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係るスパークプラグ１００の構成について、図１を参照しながら説明する。スパークプラグ１００は、内燃機関（不図示）の燃焼室において火花放電を生じさせ、これにより燃焼室内の混合気に点火を行うための装置である。スパークプラグ１００は、取り付け金具１０と、絶縁体２０と、中心電極３０と、接地電極４０と、を備えている。

取り付け金具１０は、内燃機関に取り付けられる部分である。取り付け金具１０は全体が筒状に形成されており、その内側に後述の絶縁体２０及び中心電極３０を保持している。取り付け金具１０の外側面には、雄螺子部１３と、六角ナット部１１とが形成されている。雄螺子部１３は、内燃機関の壁に形成された螺子穴（内壁面に雌螺子加工された穴）に挿入され固定される部分である。スパークプラグ１００を内燃機関に取り付ける際には、作業者がトルクレンチ等の工具を用いて六角ナット部１１を回転させ、螺子穴に対するスパークプラグ１００の締め付け及び固定を行う。スパークプラグ１００が内燃機関に取り付けられると、中心電極３０と接地電極４０とが内燃機関の燃焼室内に配置された状態となる。

絶縁体２０は、取り付け金具１０と中心電極３０との間における電気的な絶縁を確保するための部材である。絶縁体２０は、本実施形態ではアルミナセラミックスにより形成されている。絶縁体２０は全体が筒状に形成されており、その内部に中心電極３０を保持している。絶縁体２０は、その中心軸を取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１と一致させた状態で、取り付け金具１０の内面に対し固定されている。絶縁体２０のうち燃焼室側の端部２１は、取り付け金具１０の端部１２から更に外方（図１では下方）に向けて突出している。また、絶縁体２０のうち燃焼室とは反対側の端部２３も、取り付け金具１０から外方（図１では上方）に向けて突出している。

絶縁体２０の内部には、中心電極３０に電圧を印加するためのターミナル３５の一部が収容されている。ターミナル３５の他部は、絶縁体２０の端部２３から更に外方に向けて突出している。ターミナル３５と中心電極３０との間は、抵抗体を介して導通されている。

中心電極３０は、ニッケルを主成分とするニッケル基合金により形成された略円柱形状の部材である。中心電極３０は、その中心軸を取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１と一致させた状態で、絶縁体２０の内面に対し固定されている。つまり、中心電極３０は取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１に沿って配置されている。中心電極３０のうち燃焼室側の端部は、絶縁体２０の端部２１から更に外方（図１では下方）に向けて突出している。図１に示されるように、中心電極３０のうち端部２１から突出している部分の形状は、先端側に行くほど径が小さくなるようなテーパー状となっている。中心電極３０は、取り付け金具１０に対し電気的に絶縁された状態で保持されている。

中心電極３０のうち端部２１から突出している部分の先端、すなわち燃焼室側の先端には、中心チップ５０が設けられている。中心チップ５０は、後述の接地チップ６０と共に火花放電の起点となる部分であって、中心電極３０の先端から突出するように設けられている。本実施形態における中心チップ５０は、白金を基材とした貴金属合金により形成された部材であって、その形状は円柱形状となっている。中心チップ５０の材料としては、イリジウムを基材とした貴金属合金が用いられてもよい。中心チップ５０の具体的な形状については後述する。

接地電極４０は、ニッケルを主成分とするニッケル基合金により形成された部材である。接地電極４０の形状は概ね角柱形状となっている。接地電極４０は、その一端が取り付け金具１０のうち燃焼室側の端部１２に溶接され固定されている。図１に示されるように、取り付け金具１０の端部１２のうち接地電極４０が固定されている部分は、取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１から離間した位置となっている。接地電極４０のうち当該部分とは反対側となる先端４３は、燃焼室側に向けて突出している。

接地電極４０のうち端部１２の近傍の部分、すなわち図１において符号４１が付された部分は、その中心軸が取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１と概ね平行となっている。接地電極４０のうち先端４３側の部分、すなわち図１において符号４２が付された部分は、その中心軸が取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１に対して傾斜している。具体的には、先端４３側に行くほど取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１に近づくように傾斜している。ただし、中心軸ＡＸ１に沿って見た場合においては、接地電極４０と中心軸ＡＸ１とは互いに重なっていない。

接地電極４０のうち先端４３の近傍となる位置には、接地チップ６０が設けられている。本実施形態における接地チップ６０は、白金を基材とした貴金属合金により形成された部材であって、その形状は円柱形状となっている。接地チップ６０の材料としては、イリジウムを基材とした貴金属合金が用いられてもよい。

接地チップ６０の一端は、接地電極４０のうち中心軸ＡＸ１側の側面４２１に対して溶接され固定されている。接地チップ６０の中心軸ＡＸ６０は、側面４２１に対して垂直である。その結果、接地チップ６０は、接地電極４０の一部から中心チップ５０側に向かって突出している。また、接地チップ６０の中心軸ＡＸ６０は、取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１に対して傾斜している。接地チップ６０の先端面６１は、中心軸ＡＸ６０に対して垂直な面となっており、中心チップ５０の先端面５１（後述）と対向している。

中心チップ５０と接地チップ６０との間は離間しており、火花放電が生じる空間が両者の間に形成されている。内燃機関の動作中においては、取り付け金具１０とターミナル３５との間に高電圧が印加され、これにより中心チップ５０と接地チップ６０との間で火花放電が生じる。

図２及び図３を参照しながら、火花放電が生じる部分の具体的な形状について説明する。図２は、中心チップ５０や接地チップ６０及びその近傍部分における形状を拡大して示した図である。図３は、中心チップ５０の形状を示す斜視図である。尚、図３に示される中心チップ５０は、図２に示されるものを上下逆にした状態で描かれている。

中心チップ５０の形状は、接地チップ６０と同様に円柱形状となっている。中心チップ５０は、その中心軸ＡＸ５０を中心軸ＡＸ１に対して傾斜させた状態で、中心電極３０の先端に溶接され固定されている。中心軸ＡＸ１に対する中心軸ＡＸ５０の傾斜角度（図２における「Ａ」）は、２０度から７０度の範囲であることが好ましい。

中心チップ５０の中心軸ＡＸ５０は、接地チップ６０の中心軸ＡＸ６０と一致している。中心チップ５０のうち接地チップ６０側の先端面５１は、中心軸ＡＸ５０に対して垂直な面となっており、接地チップ６０の先端面６１と平行な状態で対向している。

中心チップ５０と中心電極３０との間には、溶接によって形成された溶融部７０が介在している。溶融部７０は、溶接の際に溶融した中心チップ５０の材料と、同じく溶接の際に溶融した中心電極３０の材料とが混ざり合った部分となっている。図２及び図３においては、溶接において一部が要する前における中心チップ５０及び中心電極３０の形状が、それぞれ点線で示されている。

溶接前においては、中心電極３０の先端には平坦な先端面３１が形成されている。先端面３１は、接地電極４０の側面４２１に対して平行な面となっており、その法線は中心軸ＡＸ５０や中心軸ＡＸ６０と平行である。先端面３１は、その法線が中心軸ＡＸ１に対して傾斜するような面として形成されている。具体的には、先端面３１の法線は接地電極４０側（図２では左側）に向かって傾斜している。先端面３１は、中心チップ５０が設置され溶接される面であって、本実施形態における「被溶接面」に該当する。

溶接前においては、中心チップ５０のうち先端面５１とは反対側の部分に端面５２が形成されている。端面５２は、先端面５１と同様に、中心軸ＡＸ５０に対して垂直な円形の面として形成されている。溶接時においては、中心チップ５０の端面５２と中心電極３０の先端面３１とが互いに付き合わされた状態とされ、レーザーによる溶接が行われる。溶接の具体的な方法については後に説明する。

中心チップ５０は、その中心軸ＡＸ５０を先端面３１（被溶接面）に対して垂直とした状態で、先端面３１に対して溶接されている。その結果、中心チップ５０は取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１（中心電極３０の中心軸でもある）に対して傾斜した状態で設けられている。

本実施形態では、中心チップ５０が接地電極４０側（図２では左側）に向けて傾斜した状態となっている。中心チップ５０が傾斜している方向、すなわち、中心チップ５０から接地電極４０側に向かう方向のことを、以下では中心チップ５０の「傾斜方向」と称する。図２には、本実施形態における傾斜方向が矢印ＡＲ１で示されている。

図２に示されるように、本実施形態では、中心電極３０の直上となる位置（つまり、中心軸ＡＸ１と重なるような位置）までは接地電極４０の先端４３が伸びていないので、接地電極４０と中心電極３０との間の空間が広めに確保されている。このため、中心電極３０の近傍で生じた火炎核が、接地電極４０の表面に接触してその成長が阻害されてしまうような現象を防止することができ、良好な着火性能を発揮することが可能となっている。また、上記構成においては接地電極４０が短化され、接地電極４０の熱引き性が良好になるという効果も得られる。

本実施形態のように接地電極４０を傾斜させた構成においては、燃焼室内の気流が接地電極４０に沿って案内されること等により、図２の矢印ＡＲ２に沿った方向に向けて気流が流れる傾向がある。当該気流の影響により、中心チップ５０と接地チップ６０との間で生じる火花放電の経路は、符号ＳＰ１を付して示されるような経路、すなわち、図２においては接地チップ６０の右下側の空間に向かって円弧状に膨らむような経路となる。当該経路は、接地電極４０から遠ざかる方向に円弧状に膨らんだ経路ということもできる。火花放電が膨らむ方向の空間は、接地電極４０の傾斜によって広く確保されている。このため、本実施形態においては比較的大きな火花が形成されやくなっており、スパークプラグ１００の着火性能が向上している。

また、本実施形態では、接地チップ６０の先端面６１と、中心チップ５０の先端面５１とが互いに平行な状態で対向している。このため、火花放電の衝撃により接地チップ６０等の一部が消耗したとしても、中心チップ５０と接地チップ６０との間の距離、すなわち放電距離は変化することなく一定のままで維持される。その結果、火花放電を安定的に生じさせることができ、スパークプラグ１００の着火性能を長期間に亘り安定的に維持することができる。

ところで、１回の火花放電における初期の段階においては、接地チップ６０の先端面６１の一部と、中心チップ５０の先端面５１の一部と、のそれぞれを起点として火花放電が生じる。その後は、気流の影響によって火花放電の経路が変化するため、図２に示されるように、火花放電の起点が中心チップ５０の側面５３等へと移動して行くことがある。気流の状態によっては、火花放電の起点が溶融部７０に到達する可能性もある。

図４には、火花放電が生じている際における部材の消耗量の変化の例が示されている。線Ｌ１に示されるのは、中心チップ５０の一部を起点として火花放電が生じている場合における、当該起点における中心チップ５０の消耗量（消耗した体積）の時間変化である。また、線Ｌ２に示されるのは、溶融部７０の一部を起点として火花放電が生じている場合における、当該起点における溶融部７０の消耗量（消耗した体積）の時間変化である。

線Ｌ１と線Ｌ２とを比較すると明らかなように、溶融部７０では火花放電に伴う消耗速度が比較的大きくなっている。このため、中心電極３０と中心チップ５０とによって形成された電極全体を長持ちさせるためには、可能な限り火花放電の起点を溶融部７０までは到達させず、中心チップ５０の先端面５１や側面５３に止めておくことが好ましい。

そこで、本実施形態に係るスパークプラグでは、溶融部７０の形状を工夫することにより、火花放電の起点が溶融部７０までは到達しにくい構成としている。

図５は、中心チップ５０の中心軸ＡＸ５０と、取り付け金具１０の中心軸ＡＸ１との両方を含む面、に対して垂直な方向から見た場合における、中心チップ５０及びその近傍の構成が示されている。図５においても、中心チップ５０の傾斜方向が矢印ＡＲ１で示されている。図５に示されるように、溶融部７０のうち傾斜方向側の部分、すなわち図５における左側の部分は、溶融部７０のうち傾斜方向側とは反対側の部分、すなわち図５における右側の部分よりも厚く形成されている。

以下では、中心チップ５０の側面５３のうち、先端面３１への溶接によって形成された溶融部７０を除く部分のことを「健全部」と称する。また、中心チップ５０の中心軸ＡＸ５０に沿った健全部の長さのことを「健全部長さ」と称する。上記のように定義される健全部長さは、火花放電の最初の起点となる先端面５１から、溶融部７０までの距離に該当する。このため、火花放電の起点を溶融部７０まで到達させないためには、健全部長さは長い方が好ましい。

本実施形態では、溶融部７０が上記のように形成されていることにより、健全部長さが側面全体で一様とはなっておらず、中心チップ５０の周方向に沿った位置によって健全部長さが変化するような構成となっている。具体的には、側面５３のうち接地電極４０に最も近い部分、すなわち、側面５３のうち最も傾斜方向側（図５では左側）の部分における健全部長さが最も短くなっており、図５においては当該健全部長さが「Ｌ１」として示されている。また、側面５３のうち接地電極４０から最も遠い部分、すなわち、側面５３のうち最も傾斜方向とは反対側（図５では右側）の部分における健全部長さが最も長くなっており、図５においては当該健全部長さが「Ｌ２」として示されている。

図６には、中心軸ＡＸ５０に沿って見た場合における中心チップ５０が示されている。図６においても、中心チップ５０の傾斜方向が矢印ＡＲ１で示されている。つまり、図６においては、中心チップ５０の左側となる位置に不図示の接地電極４０が存在している。

図６では、側面５３のうち接地電極４０に最も近い部分（実際には中心軸ＡＸ５０と平行な直線状の部分である）が、点Ｐ１として示されている。また、側面５３のうち接地電極４０から最も遠い部分（これも、実際には中心軸ＡＸ５０と平行な直線状の部分である）が、点Ｐ２として示されている。点Ｐ１は、健全部長さが最も短いＬ１となる部分であり、点Ｐ２は、健全部長さが最も長いＬ２となる部分である。

図６では、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線が点線ＤＬ０として示されている。また、中心軸ＡＸ５０（図６では先端面５１の中心）を通る直線であって、点線ＤＬ０とのなす角度が４５度となるような直線が、点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２として示されている。側面５３のうち点線ＤＬ１から点線ＤＬ１までの範囲Ｒ１０は、中心チップ５０の周方向において、接地電極４０からの距離が最も遠い部分（点Ｐ２）を中心とした９０度の範囲となっている。

図２を参照しながら既に述べたように、本実施形態のように接地電極４０の一部が傾斜している構成のスパークプラグにおいては、火花放電の経路ＳＰ１が、接地電極４０から遠ざかる方向に向かって円弧状に膨らむような経路となる傾向がある。このため、中心チップ５０の側面における火花放電の起点は、傾斜方向とは反対側となる部分に集中しやすい。本発明者らが実験等によって確認したところによれば、図６に示される９０度の範囲Ａ１０内の位置が火花放電の起点となる確率は７４％であった。これに対し、中心チップ５０の周方向において、接地電極４０からの距離が最も近い部分（点Ｐ１）を中心とした９０度の範囲内の位置が火花放電の起点となる確率は、僅か１％であった。

本実施形態では、上記のように火花放電の起点となりやすい部分における健全部長さ（Ｌ２）が、火花放電の起点となりにくい部分における健全部長さ（Ｌ１）よりも長くなるように、溶融部７０が形成されている。つまり、接地電極４０から遠い部分における健全部長さ（Ｌ２）が、接地電極に近い部分における健全部長さ（Ｌ１）よりも長くなるように、溶融部７０が形成されている。

その結果、火花放電の起点が溶融部７０までは到達しにくくなっているので、溶融部７０の急速な消耗が防止されている。尚、火花放電を溶融部７０まで到達させないための構成としては、例えば中心チップ５０の長さを長くすることも考えられるしかしながら、そのような構成は、高価な貴金属材料の使用量が大きくなってしまうので好ましくない。本実施形態では、中心チップ５０の長さを長くすることなく、溶融部７０の形状を工夫することにより、火花放電の起点が溶融部７０に到達する可能性を低くしている。

尚、健全部長さが最も長くなっている部分は、本実施形態のように接地電極４０からの距離が最も遠い部分（点Ｐ２）に形成されていてもよいのであるが、点Ｐ２とは異なる部分に形成されていてもよい。その場合でも、健全部長さが最も長くなっている部分は、接地電極４０からの距離が最も遠い部分（点Ｐ２）を中心とした９０度の範囲Ａ１０内に形成されていることが好ましい。

以上のように構成されたスパークプラグ１００の製造方法について説明する。以下では、スパークプラグ１００の製造方法のうち、準備工程、設置行程、及び溶接工程について説明する。

＜準備工程＞準備工程では、溶接の対象となる中心チップ５０と中心電極３０とがそれぞれ準備される。既に述べたように、中心チップ５０は円柱形状となるように形成され、その両方の端面（先端面５１、端面５２）は、いずれも中心軸ＡＸ５０に対して垂直な面として形成される。また、中心電極３０の先端面３１は、中心電極３０の中心軸に対して傾斜した面として形成される。

＜設置工程＞準備工程に続いて行われる設置工程では、中心チップ５０の中心軸ＡＸ５０が中心電極３０の先端面３１（被溶接面）に対して垂直となるように、先端面３１上に中心チップ５０が設置される。図７には、設置工程が完了した時点における中心チップ５０及び中心電極３０の状態が示されている。このとき、中心チップ５０の中心軸ＡＸ５０は、水平面ＷＳに対して垂直となっている。設置工程が完了すると、中心チップ５０及び中心電極３０は、図７に示された状態のままレーザー溶接機（不図示）のワーク保持部に取り付けられる。このとき、ワーク保持部は、中心電極３０の先端面３１を水平面ＷＳに対して平行とした状態のままで、中心電極３０の一部を保持している。

尚、図７及び後述の図８に示される点Ｐ１０は、中心チップ５０の端面５２の縁の部分であって、且つ当該部分のうち最も傾斜方向側となる点である。この点Ｐ１０は、中心電極３０が取り付け金具１０の内部に保持された状態において、接地電極４０までの距離が最も近くなる部分である。また、点Ｐ１０は、図６において点Ｐ１で示される部分（実際には直線状である部分）のうち、最も中心電極３０側となる端部を示す点、ということもできる。

＜溶接工程＞設置工程に続いて行われる溶接工程では、中心チップ５０と先端面３１との間にレーザーが照射され、これにより中心チップ５０が先端面３１に溶接される。図８には、本実施形態における溶接工程が行われているときの状態が模式的に示されている。

溶接工程では、中心チップ５０及び中心電極３０の両方を、矢印ＲＴに示されるように中心軸ＡＸ５０の周りに回転させる。このような回転は、レーザー溶接機が備えるワーク保持部の回転によって実現される。本実施形態におけるレーザーの照射方向は、中心軸ＡＸ５０に対して垂直な方向であり、且つ中心軸ＡＸ５０に向かう特定の固定された方向となっている。つまり、本実施形態においてはレーザーの照射方向が一定となっている。

図８では、上記のようにレーザーが照射される方向が矢印ＬＬで示されている。レーザーの照射方向を固定した上で、中心チップ５０及び中心電極３０の両方を回転させることにより、中心チップ５０と中心電極３０との境界部分においてレーザーが照射される位置は（相対的に）周方向に沿って移動して行くこととなる。

図９に示される点Ｐ１０は、図８を参照しながら説明した点Ｐ１０と同じ点である。図９においてレーザーの照射方向（照射経路ともいえる）を示す点線ＤＬ３に対し、中心軸ＡＸ５０と点Ｐ１０とを結ぶ点線ＤＬ４が成す角度を、以下では中心電極３０及び中心チップ５０の「回転角度θ」と表記する。溶接工程においては、中心電極３０等を回転させることによる回転角度θの増加と、レーザーの照射とが繰り返し行われることにより、中心チップ５０のうち端面５２の近傍部分が全周に亘り溶接されていく。

具体的には、回転角度θが３０度だけ増加する毎に中心電極３０等の回転が一旦停止され、その状態でレーザーの照射が所定時間だけ行われる。レーザーの照射が終了すると、再び回転角度θを３０度だけ増加させる処理が行われ、中心電極３０等の回転が停止した状態でレーザーの照射が行われる。その後も、同じ処理が繰り返し実行されて行く。

本実施形態では、レーザーの照射強度が常に一定とされるのではなく、回転角度θの変化に伴って変化するように照射強度が調整される。図１０には、回転角度θと、レーザーの照射強度との関係が示されている。同図に示されるように、回転角度θが０度のとき、すなわち、中心チップ５０と中心電極３０との境界部分のうち、中心チップ５０の傾斜方向側の部分である点Ｐ１０にレーザーが照射されるときには、レーザーの照射強度は最も大きな値Ｐ３０となっている。このため、点Ｐ１及びその近傍においては比較的厚い溶融部７０が形成され、その結果として健全部長さが短くなる。その後は、回転角度θの増加に伴ってレーザーの照射強度が小さくなるように調整される。

本実施形態では、回転角度θが０度及び６０度のときには、レーザーの照射強度の値はいずれも値ＰＷ３０とされる。また、回転角度θが１２０度のときには、レーザーの照射強度の値は、値ＰＷ３０よりも小さな値ＰＷ２０とされる。更に、回転角度θが１８０度のときには、レーザーの照射強度の値は最も小さな値ＰＷ１０とされる。レーザーの照射強度の値が次第に小さくなって行くに伴って、それぞれの照射箇所に形成される溶融部７０の厚さは次第に薄くなって行く。中心チップ５０と中心電極３０との境界部分のうち、中心チップ５０の傾斜方向とは反対側の点にレーザーが照射されるとき（つまり、回転角度θが１８０度のとき）には、当該点においては比較的薄い溶融部７０が形成され、その結果として健全部長さが長くなる。

回転角度θが１８０度を超えた後は、回転角度θの増加に伴ってレーザーの照射強度が大きくなるように調整される。本実施形態では、回転角度θが２４０度のときには、レーザーの照射強度の値は値ＰＷ２０とされる。また、回転角度θが３００度のときには、レーザーの照射強度の値は当初の値ＰＷ３０とされる。

以上のように、溶接工程では、中心軸ＡＸ５０の周りに、中心チップ５０及び中心電極３０の両方を回転させると共に、一定の方向からレーザーの照射が行われる。また、中心チップ５０及び中心電極３０の回転角度θの変化に伴って、レーザーの照射強度を変化させる。これにより、溶融部７０の厚さを周方向に沿って変化させる結果、傾斜方向側とは反対側における健全部長さを最も長くすることができる。

尚、このような態様に替えて、レーザーの照射強度ではなく照射時間を変化させることとしてもよい。例えば、レーザーの照射強度は回転角度θによらず一定とした上で、回転角度θが０度のときにはレーザーの照射時間を最も長くし、回転角度θが１８０度のときにはレーザーの照射時間を最も短くすることとしてもよい。換言すれば、中心チップ５０の傾斜方向側の部分にレーザーを照射する際には、レーザーの照射時間の値を大きくし、中心チップ５０の傾斜方向側とは反対側の部分にレーザーを照射する際には、レーザーの照射時間の値を小さくすることとしてもよい。このような態様であっても、傾斜方向側とは反対側における健全部長さを最も長くすることができる。

また、レーザーの照射強度と照射時間との一方のみを変化させるのではなく、両方をそれぞれ上記のように変化させることとしてもよい。

溶接工程の変形例について、図１１を参照しながら説明する。この変形例では、中心チップ５０及び中心電極３０を回転させることなく静止した状態とし、レーザーを中心チップ５０の傾斜方向側からのみ照射することにより、中心チップ５０と中心電極３０との溶接が行われる。

図１１に示されるように、この変形例の溶接工程では、レーザーの照射方向（矢印ＬＬ）に対して垂直な方向（矢印ＡＲ２０）に、レーザーの照射位置を往復させる。照射位置を往復させる際の軌道の幅は、中心チップ５０の直径よりも僅かに大きい。また、照射位置を往復させる軌道の中心となる位置においては、レーザーは点Ｐ１０に照射される。

溶接工程が上記のように行われると、レーザーが照射された傾斜方向側の部分では溶融部７０が厚く形成され、その結果として健全部長さは短くなる。また、傾斜方向とは反対側の部分では溶融部７０が薄く形成され、その結果として健全部長さは長くなる。

尚、レーザーの照射位置を上記のように変化させるにあたっては、レーザーの方を往復運動させてもよいのであるが、レーザーは静止した状態とした上で、中心チップ５０及び中心電極３０の方を往復運動させることとしてもよい。中心チップ５０等を往復運動させる際の起動が、図１１では矢印ＡＲ３０で示されている。

図１２には、溶接工程が完了した時点における中心チップ５０及びその近傍の断面図が示されている。ぞれぞれの断面図は、中心軸ＡＸ５０及び中心軸ＡＸ１の両方を含む面で中心チップ５０等を切断した場合の断面図である。

図１２（Ａ）には、上記実施形態のように中心チップ５０等を回転させながら溶接が行われた場合の断面が示されている。図１２（Ａ）の例では、中心チップ５０と中心電極３０との間における全体に亘り溶融部７０が形成されている。また、傾斜方向側（図１２では右側）の溶融部７０が厚く形成されていることにより、傾斜方向側の健全部長さ（Ｌ１）よりも、これとは反対側における健全部長さ（Ｌ２）の方が長くなっている。

尚、溶融部７０は、中心チップ５０と中心電極３０との間における全体に亘り形成されていてもよいのであるが、その内側の一部において溶融部７０が形成されていない態様であってもよい。つまり、図１２（Ｂ）に示されるように、中心チップ５０等の外周側部分には溶融部７０が形成されている一方で、その内側の一部においては端面５２や先端面３１が残っているような態様であってもよい。

図１２（Ｃ）には、上記変形例のようにレーザーが傾斜方向側からのみ照射された場合の断面が示されている。この場合、溶融部７０は、傾斜方向側（左側）から反対側（右側）に行くにしたがって次第に薄くなるような形状となる。図１２（Ｃ）の例でも、図１２（Ａ）等の例と同様に、傾斜方向側とは反対側における健全部長さ（Ｌ２）の方を長くすることができる。

尚、溶接工程が行われた後には、取り付け金具１０の内部に溶接後の中心電極３０を挿入する工程や、接地電極４０の傾斜角度を調整する工程等が行われる。これらはいずれも公知の方法を採用し得るので、その説明を省略する。

以上においては、中心チップ３０や接地チップ６０の形状が何れも円柱形状である場合の例について説明したが、中心チップ３０等の形状としては円柱形状に限定されない。例えば、四角柱形状や六角柱形状の中心チップ３０等が用いられた場合であっても、以上に説明したものと同様の効果を奏する。

以上、具体例を参照しつつ本開示の実施の形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本開示の特徴を含む限り本開示の範囲に包含される。

１００：スパークプラグ
１０：取り付け金具
３０：中心電極
３１：先端面
４０：接地電極
５０：中心チップ
６０：接地チップ
７０：溶融部
ＡＸ１：中心軸
ＡＸ５０：中心軸

Claims (7)

1. 内燃機関用のスパークプラグ（１００）であって、
   筒状の取り付け金具（１０）と、
   一端側が前記取り付け金具に固定されており、他端側に行くほど前記取り付け金具の中心軸（ＡＸ１）に近づくよう、少なくともその一部が当該中心軸に対して傾斜している接地電極（４０）と、
   前記接地電極の一部から突出するように設けられた接地チップ（６０）と、
   前記取り付け金具の中心軸に沿って配置されており、その端面である被溶接面（３１）の法線が前記接地電極側に向かって傾斜している中心電極（３０）と、
   その中心軸（ＡＸ５０）を前記被溶接面に対して垂直とした状態で前記被溶接面に溶接されており、前記中心電極の中心軸に対して傾斜した状態で設けられた中心チップ（５０）と、を備え、
   前記中心チップの側面（５３）のうち、前記被溶接面への溶接によって形成された溶融部（７０）を除く部分を健全部とし、前記中心チップの中心軸に沿った健全部の長さを健全部長さとしたときに、
   前記中心チップのうち、前記中心チップの傾斜方向側とは反対側の側面における健全部長さ（Ｌ２）が、前記中心チップのうち、前記中心チップの傾斜方向側の側面における健全部長さ（Ｌ１）よりも長くなるように、前記溶融部が形成されているスパークプラグ。
2. 前記中心チップの側面のうち、前記健全部長さが最も長くなっている部分は、
   前記中心チップの周方向において、前記接地電極からの距離が最も遠い部分を中心とした９０度の範囲内に位置している、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記中心チップの側面のうち、前記健全部長さが最も長くなっている部分は、
   前記中心チップの周方向において、前記接地電極からの距離が最も遠い部分に位置している、請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 筒状の取り付け金具と、
   一端側が前記取り付け金具に固定されており、他端側に行くほど前記取り付け金具の中心軸に近づくよう、少なくともその一部が当該中心軸に対して傾斜している接地電極と、
   前記接地電極の一部から突出するように設けられた接地チップと、
   前記取り付け金具の中心軸に沿って配置され、その端面である被溶接面の法線が前記接地電極側に向かって傾斜している中心電極と、
   その中心軸を前記被溶接面に対して垂直とした状態で、前記被溶接面に溶接されており、前記中心電極の中心軸に対して傾斜した状態で設けられた中心チップと、を備え、
   前記中心チップの側面のうち、前記被溶接面への溶接によって形成された溶融部を除く部分を健全部とし、前記中心チップの中心軸に沿った健全部の長さを健全部長さとしたときに、
   前記中心チップのうち、前記中心チップの傾斜方向側とは反対側の側面における健全部長さが、前記中心チップのうち、前記中心チップの傾斜方向側の側面における健全部長さよりも長くなるように、前記溶融部が形成されているスパークプラグの製造方法であって、
   前記中心電極及び前記中心チップをそれぞれ準備する準備工程と、
   前記中心チップの中心軸が前記被溶接面に対して垂直となるように、前記被溶接面上に前記中心チップを設置する設置工程と、
   前記中心チップと前記被溶接面との間にレーザーを照射し、前記中心チップを前記被溶接面に溶接する溶接工程と、を有するスパークプラグの製造方法。
5. 前記溶接工程では、
   前記中心チップの中心軸周りに、前記中心チップ及び前記中心電極の両方を回転させると共に、一定の方向からレーザーの照射を行い、
   前記中心チップ及び前記中心電極の回転角度の変化に伴って、レーザーの照射強度及び照射時間のうち少なくとも一方を変化させる、請求項４に記載のスパークプラグの製造方法。
6. 前記溶接工程では、
   前記中心チップの傾斜方向側の部分にレーザーを照射する際には、レーザーの照射強度及び照射時間のうち少なくとも一方の値が大きくなり、
   前記中心チップの傾斜方向側とは反対側の部分にレーザーを照射する際には、レーザーの照射強度及び照射時間のうち少なくとも一方の値が小さくなる、請求項５に記載のスパークプラグの製造方法。
7. 前記溶接工程では、
   前記中心チップの傾斜方向側からのみレーザーの照射を行う、請求項４に記載のスパークプラグの製造方法。

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