KR101855025B1 - 스파크 플러그 - Google Patents

Abstract

스파크 플러그의 수명을 연장시킨다. 스파크 플러그는 제 1 전극과; 제 1 전극과의 사이에 간극을 형성하는 전극 팁과, 전극 팁이 접합된 전극 모재를 가지는 제 2 전극을 구비한다. 전극 팁은 전극 모재로부터 떨어진 평면을 가짐과 아울러, 평면의 일단에서 타단으로 향하는 평면 방향으로 레이저를 입사하는 레이저 용접에 의해서 전극 팁에 있어서의 평면에 대한 이면측에서 전극 모재에 접합되고, 전극 팁에 있어서의 이면측에는 레이저 용접에 의해서 용융부가 형성되며, 평면에 직교 함과 아울러 평면 방향에 평행한 면으로 절단한 용융부의 단면 형상은 평면 방향의 일방에서 타방으로 향하는 도중에 잘록부를 가진다.

Description

스파크 플러그{SPARK PLUG}

본 발명은 스파크 플러그에 관한 것이다.

스파크 플러그로서는, 전극의 내구성을 높이기 위해서, 전극 모재에 전극 팁을 접합한 스파크 플러그가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조). 이와 같은 스파크 플러그의 전극 팁은 불꽃 방전이나 산화에 대한 내구성이 전극 모재보다도 우수한 재질로 이루어진다. 예를 들면, 전극 팁의 재질은 귀금속(예를 들면, 백금, 이리듐, 루테늄, 로듐 등), 또는, 귀금속을 주된 성분으로 하는 합금 등이다.

특허문헌 1의 스파크 플러그에서는 레이저 용접에 의해서 전극 팁과 전극 모재의 사이에 용융부가 형성되고, 그 용융부는 레이저 용접시의 레이저의 입사 방향으로 향하여 끝이 가늘어진 형상(이른바, 쐐기 형상)이다.　

스파크 플러그가 내연기관에서 사용될 때, 전극 팁과 전극 모재를 접속하는 용융부에는 내연기관의 연소열에 의해서 열 응력이 발생한다. 그로 인해, 전극 팁과 용융부의 경계 및 전극 모재와 용융부의 경계에는 크랙(균열) 및 산화 스케일이 발생하기 쉽다. 이들의 경계에 크랙 및 산화 스케일의 적어도 일방이 과도하게 진전한 경우, 전극 팁이 전극 모재로부터 박리 및 탈락할 우려가 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2010-238498호 공보

특허문헌 1의 스파크 플러그에서는 전극 팁과 용융부의 경계 및 전극 모재와 용융부의 경계에 있어서, 크랙 및 산화 스케일의 진전을 늦춤으로써, 스파크 플러그의 수명을 연장시키는 것에 대해서 충분한 검토가 이루어져 있지 않았었다.

본 발명은 상술의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.　

(1) 본 발명의 일형태에 따르면, 제 1 전극과; 상기 제 1 전극과의 사이에 간극을 형성하는 전극 팁과, 상기 전극 팁이 접합된 전극 모재를 가지는 제 2 전극을 구비하는 스파크 플러그가 제공된다. 이 스파크 플러그에 있어서, 상기 전극 팁은 상기 전극 모재로부터 떨어진 평면을 가짐과 아울러, 상기 평면의 일단에서 타단으로 향하는 평면 방향으로 레이저를 입사하는 레이저 용접에 의해서 상기 전극 팁에 있어서의 상기 평면에 대한 이면측에서 상기 전극 모재에 접합되고, 상기 전극 팁에 있어서의 상기 이면측에는 상기 레이저 용접에 의해서 상기 평면의 일단에서 타단으로 향하는 평면 방향으로 연장됨과 아울러 상기 평면 방향의 일단측에만 상기 전극 팁 및 상기 전극 모재에서 노출되는 노출면을 가지는 용융부가 형성되며, 상기 평면에 직교함과 아울러 상기 평면 방향에 평행한 면으로 절단한 상기 용융부의 단면 형상은 스파크 플러그의 축선 방향을 따르는 폭이 상기 평면 방향의 일방에서 타방으로 향하는 도중에서 일단 좁게 되어 있는 잘록부를 가진다. 이 형태에 따르면, 용융부의 잘록부에 의해서, 용융부의 경계에 발생하는 크랙을 억제할 수 있다. 또, 용융부의 단면 형상에 잘록부가 형성되어 있지 않은 경우와 비교하여 전극 팁과 용융부의 경계의 길이 및 전극 모재와 용융부의 경계의 길이를 잘록부에 의해서 더욱 길게 확보할 수 있다. 그로 인해, 이들의 경계에 발생하는 크랙 및 산화 스케일의 적어도 일방이 전극 팁의 박리 또는 탈락에 이르기까지 진전하는 것을 늦출 수 있다. 그 결과, 스파크 플러그의 수명을 연장시킬 수 있다.　

(2) 상술의 스파크 플러그에 있어서, 상기 노출면은 상기 레이저가 입사된 노출면이고, 상기 단면 형상에 있어서의 상기 평면 방향에 직교하는 방향을 따른 폭 중 상기 잘록부에서 가장 좁은 폭(A)과, 상기 폭(A)을 취하는 부위보다 상기 노출면으로부터 떨어지는 방향에 있어서 가장 넓은 폭(B)의 관계는 A/B≥0.5를 만족해도 좋다. 이 형태에 따르면, 잘록부에 발생하는 응력 집중에 의한 산화 스케일의 진전을 잘록부에 의해서 효과적으로 억제할 수 있다.

(3) 상술의 스파크 플러그에 있어서, 상기 노출면은 상기 레이저가 입사된 노출면이고, 상기 단면 형상에 있어서의 상기 평면 방향에 직교하는 방향을 따른 폭 중 적어도 1개의 상기 잘록부에서 가장 좁은 폭을 취하는 부위는 상기 단면 형상의 상기 평면 방향의 길이를 2등분하는 가상선보다 상기 노출면측에 위치해도 좋다. 이 형태에 따르면, 노출면측을 기점으로 하는 크랙 및 산화 스케일의 진전을 억제할 수 있다.　

(4) 상술의 스파크 플러그에 있어서, 상기 전극 팁은 상기 제 1 전극과의 사이에 상기 간극을 형성하는 대향면을 가지며, 상기 용융부는 상기 대향면을 피하여 형성되어 있어도 좋다. 이 형태에 따르면, 간극에 발생하는 불꽃 방전에 의해서 용융부에 크랙 및 산화 스케일의 기점이 형성되는 것을 방지할 수 있다.　

(5) 상술의 스파크 플러그에 있어서, 상기 노출면은 상기 레이저가 입사된 노출면이고, 상기 단면 형상의 무게 중심은 상기 단면 형상의 상기 평면 방향의 길이를 2등분하는 가상선보다 상기 노출면측에 위치해도 좋다. 이 형태에 따르면, 노출면측으로 체적이 치우친 용융부에 있어서의 크랙 및 산화 스케일의 진전을 억제할 수 있다.

(6) 상술의 스파크 플러그에 있어서, 상기 제 2 전극은 중심 전극 및 접지 전극의 적어도 일방이라도 좋다. 이 형태에 따르면, 중심 전극 및 접지 전극의 적어도 일방에 전극 팁이 접합된 스파크 플러그의 수명을 연장시킬 수 있다.　

본 발명은 스파크 플러그 이외의 다양한 형태로 실현하는 것도 가능하다. 예를 들면, 스파크 플러그의 전극, 스파크 플러그의 제조방법, 스파크 플러그의 제조장치, 그 제조장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램, 그 컴퓨터 프로그램을 기록한 일시적이 아닌 기록매체 등의 형태로 실현할 수 있다.

도 1은 스파크 플러그의 부분 단면을 나타내는 설명도이다.
도 2는 스파크 플러그의 선단측을 나타내는 설명도이다.
도 3은 접지 전극의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다.
도 4는 스파크 플러그의 내구성을 평가한 결과를 나타내는 표이다.
도 5는 제 2 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다.
도 6은 제 3 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다.
도 7은 제 4 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다.
도 8은 제 5 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다.
도 9는 제 6 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 나타내는 설명도이다.
도 10은 스파크 플러그의 내구성을 평가한 결과를 나타내는 표이다.
도 11은 제 7 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 나타내는 설명도이다.
도 12는 제 8 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 나타내는 설명도이다.
도 13은 제 9 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 나타내는 설명도이다.
도 14는 제 9 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다.
도 15는 제 10 실시형태에 있어서의 접지 전극의 선단측을 나타내는 설명도이다.
도 16은 제 11 실시형태에 있어서의 중심 전극의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다.

A. 제 1 실시형태

도 1은 스파크 플러그(10)의 부분 단면을 나타내는 설명도이다. 도 1에는 스파크 플러그(10)의 축심인 축선(CA)을 경계로 하여, 축선(CA)에서 지면 좌측으로 스파크 플러그(10)의 외관 형상이 도시되고, 축선(CA)에서 지면 우측으로 스파크 플러그(10)의 단면 형상이 도시되어 있다. 본 실시형태의 설명에서는 스파크 플러그(10)에 있어서의 도 1의 지면 하측을 「선단측」이라고 하고, 도 1의 지면 상측을 「후단측」이라고 한다.　

스파크 플러그(10)는 중심 전극(100)과, 절연체(200)와, 금속 쉘(300)과, 접지 전극(400)을 구비한다. 본 실시형태에서는 스파크 플러그(10)의 축선(CA)은 중심 전극(100), 절연체(200) 및 금속 쉘(300)의 각 부재에 있어서의 축심이기도 하다.　

스파크 플러그(10)는 중심 전극(100)과 접지 전극(400)의 사이에 형성된 간극(SG)을 선단측에 가진다. 스파크 플러그(10)의 간극(SG)은 불꽃 갭이라고도 불린다. 스파크 플러그(10)는 간극(SG)이 형성된 선단측을 연소실(920)의 내벽(910)으로부터 돌출시킨 상태에서 내연기관(90)에 장착 가능하게 구성되어 있다. 스파크 플러그(10)를 내연기관(90)에 장착한 상태에서 고전압(예를 들면, 1만∼3만 볼트)을 중심 전극(100)에 인가한 경우, 간극(SG)에 불꽃 방전이 발생한다. 간극(SG)에 발생한 불꽃 방전은 연소실(920)에 있어서의 혼합기에 대한 착화를 실현한다.　

도 1에는 서로 직교하는 XYZ축을 도시했다. 도 1의 XYZ축은 후술하는 다른 도면에 있어서의 XYZ축에 대응한다.　

도 1의 XYZ축 중 X축은 Y축 및 Z축에 직교하는 축이다. X축을 따른 X축 방향 중 +X축 방향은 도 1의 지면 안쪽에서 지면 앞으로 향하는 방향이며, -X축 방향은 +X축 방향의 반대 방향이다.　

도 1의 XYZ축 중 Y축은 X축 및 Z축에 직교하는 축이다. Y축을 따른 Y축 방향 중 +Y축 방향은 도 1의 지면 우측에서 지면 좌측으로 향하는 방향이며, -Y축 방향은 +Y축 방향의 반대 방향이다.　

도 1의 XYZ축 중 Z축은 축선(CA)을 따른 축이다. Z축을 따른 Z축 방향(축선방향) 중 +Z축 방향은 스파크 플러그(10)의 후단측에서 선단측으로 향하는 방향이며, -Z축 방향은 +Z축 방향의 반대 방향이다.　

스파크 플러그(10)의 중심 전극(100)은 도전성을 가지는 제 1 전극이다. 중심 전극(100)은 축선(CA)을 중심으로 연장된 봉 형상을 이룬다. 본 실시형태에서는 중심 전극(100)은 니켈(Ni)을 주된 성분으로 하는 니켈 합금[예를 들면, 인코넬601(「INCONEL」는 등록상표)]으로 이루어진다. 본 명세서의 설명에 있어서, 「주된 성분」이란, 가장 많이 포함되어 있는 성분을 의미한다. 중심 전극(100)의 외측면은 절연체(200)에 의해서 외부로부터 전기적으로 절연되어 있다. 중심 전극(100)의 선단측은 절연체(200)의 선단측으로부터 돌출되어 있다. 중심 전극(100)의 후단측은 절연체(200)의 후단측에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시형태에서는 중심 전극(100)의 후단측은 금속 단자(190)를 통하여 절연체(200)의 후단측에 전기적으로 접속되어 있다.　

스파크 플러그(10)의 절연체(200)는 전기절연성을 가지는 애자(碍子)이다. 절연체(200)는 축선(CA)을 중심으로 연장된 통 형상을 이룬다. 본 실시형태에서는, 절연체(200)는 절연성 세라믹스 재료(예를 들면, 알루미나)를 소성함으로써 제작된다. 절연체(200)는 축선(CA)을 중심으로 연장된 관통 구멍인 축 구멍(290)을 가진다. 절연체(200)의 축 구멍(290)에는 중심 전극(100)을 절연체(200)의 선단측으로부터 돌출시킨 상태에서 중심 전극(100)이 축선(CA) 상에 보관 유지되어 있다.　

스파크 플러그(10)의 금속 쉘(300)은 도전성을 가지는 금속체이다. 금속 쉘 (300)은 축선(CA)을 중심으로 연장된 통 형상을 이룬다. 본 실시형태에서는, 금속 쉘(300)은 통 형상으로 성형된 저탄소강에 니켈 도금을 시행한 부재이다. 다른 실시형태에서는 금속 쉘(300)은 아연 도금을 시행한 부재라도 좋고, 도금을 시행하고 있지 않은 부재[무(無)도금]라도 좋다. 금속 쉘(300)은 중심 전극(100)으로부터 전기적으로 절연된 상태에서 절연체(200)의 외측면에 크림핑에 의해서 고정되어 있다. 금속 쉘(300)의 선단측에는 단면(310)이 형성되어 있다. 단면(310)의 중앙으로부터는 중심 전극(100)과 함께 절연체(200)가 +Z축 방향을 향하여 돌출되어 있다. 단면(310)에는 접지 전극(400)이 접합되어 있다.　

스파크 플러그(10)의 접지 전극(400)은 도전성을 가지는 제 2 전극이다. 접지 전극(400)은 전극 모재(410)와, 전극 팁(450)을 가진다. 전극 모재(410)는 금속 쉘(300)의 단면(310)에서 +Z축 방향으로 연장된 후에 축선(CA)을 향하여 굴곡된 형상을 이룬다. 전극 모재(410)의 후단측은 금속 쉘(300)에 접합되어 있다. 전극 모재(410)의 선단측에는 전극 팁(450)이 접합되어 있다. 전극 팁(450)은 중심 전극 (100)과의 사이에 간극(SG)을 형성한다.　

본 실시형태에서는, 전극 모재(410)의 재질은 중심 전극(100)과 동일하게 니켈(Ni)을 주된 성분으로 하는 니켈 합금이다. 본 실시형태에서는, 전극 팁(450)의 재질은 백금(Pt)을 주된 성분으로 하고 10질량％의 니켈(Ni)을 함유하는 합금이다. 다른 실시형태에서는, 전극 팁(450)의 재질은 전극 모재(410)보다 내구성이 우수한 재질이면 좋고, 순수한 귀금속[예를 들면, 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 등]이라도 좋으며, 이들의 귀금속을 주된 성분으로 하는 다른 합금이라도 좋다.

도 2는 스파크 플러그(10)의 선단측을 나타내는 설명도이다. 도 2에 있어서의 상단의 도 2의 (A)는 중심 전극(100) 및 접지 전극(400)을 +X축 방향에서 본 부분 확대도이다. 도 2에 있어서의 하단의 도 2의 (B)는 접지 전극(400)의 선단측을 -Z축 방향에서 본 부분 확대도이다. 도 3은 접지 전극(400)의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다. 도 3의 단면은 도 2의 (B)의 화살표 F3-F3에서 본 접지 전극(400)의 단면이다.

중심 전극(100)은 원기둥 형상을 이루고, 도 2의 (A)에 나타내는 바와 같이, 선단면(101)과 측면(107)을 가진다. 선단면(101) 및 측면(107)은 중심 전극(100)의 선단측의 단부를 구성한다. 중심 전극(100)의 선단면(101)은 X축 및 Y축에 평행인 것과 아울러 +Z축 방향을 향하는 면이다. 중심 전극(100)의 측면(107)은 축선(CA)의 주위에 형성된 Z축에 평행한 면이다. 본 실시형태에서는 중심 전극(100)의 부위 중 선단면(101)이 접지 전극(400)의 전극 팁(450)과의 사이에 간극(SG)을 형성한다.　

접지 전극(400)의 전극 모재(410)는 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 모재면(411, 412, 413, 415, 416)을 가진다. 모재면(411)은 전극 모재(410)의 후단측으로부터 선단측에 걸쳐서 형성되고, 접지 전극(400)의 선단측에 있어서 -Z축 방향을 향하는 면이다. 모재면(412)은 전극 모재(410)의 후단측으로부터 선단측에 걸쳐서 형성되고, 접지 전극(400)의 선단측에 있어서 +Z축 방향을 향하는 면이다. 모재면(413)은 접지 전극(400)에 있어서의 선단측에 형성되고, +Y축 방향을 향하는 면이다. 모재면(415)은 전극 모재(410)의 후단측으로부터 선단측에 걸쳐서 형성되고, -X축 방향을 향하는 면이다. 모재면(416)은 전극 모재(410)의 후단측으로부터 선단측에 걸쳐서 형성되고, +X축 방향을 향하는 면이다. 본 실시형태에서는 전극 모재 (410)의 부위 중 모재면(411)의 선단측에 전극 팁(450)이 설치되어 있다.　

접지 전극(400)의 전극 팁(450)은, 본 실시형태에서는 전극 모재(410)의 모재면(411)에서 -Z축 방향으로 향하여 돌출된 직육면체 형상의 돌출부이다. 전극 팁 (450)은 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 팁면(451, 453, 454)을 가진다. 팁면 (451)은 전극 모재(410)로부터 떨어진 평면이다. 팁면(451)은 X축 및 Y축에 평행인 것과 아울러 -Z축 방향을 향하는 면이다. 팁면(453)은 X축 및 Z축에 평행인 것과 아울러 +Y축 방향을 향하는 면이다. 팁면(454)은 X축 및 Z축에 평행인 것과 아울러 -Y축 방향을 향하는 면이다. 본 실시형태에서는, 전극 팁(450)은 전극 팁(450)에 있어서의 팁면(451)에 대한 이면측[즉, 전극 팁(450)의 +Z축 방향측]에서 전극 모재(410)에 접합되어 있다.　

전극 모재(410)에 대한 전극 팁(450)의 접합은 다음의 공정 1∼3을 순서로 경유하여 실시된다.

(공정 1) 전극 모재(410)에 오목부(418)를 형성.

(공정 2) 전극 모재(410)의 오목부(418)에 전극 팁(450)을 배치.

(공정 3) 전극 모재(410)와 전극 팁(450)의 경계를 레이저 용접.　

본 실시형태에서는 전극 모재(410)에 전극 팁(450)을 접합하는 레이저 용접에 있어서, 레이저를 입사하는 입사 방향(LD)은 팁면(451)에 있어서의 +Y축 방향측의 일단에서 -Y축 방향측의 타단으로 향하는 평면 방향, 즉, -Y축 방향이다. 다른 실시형태에서는, 입사 방향(LD)은 +X축 방향, -X축 방향, +Z축 방향 및 -Z축 방향의 적어도 일방향으로 향하여 경사져도 좋다.　

본 실시형태에서는 전극 모재(410)에 전극 팁(450)을 접합하는 레이저 용접에 있어서, 레이저를 이동시키는 이동 방향(LM)은 팁면(451)에 있어서의 +X축 방향측의 일단에서 -X축 방향측의 타단으로 향하는 평면 방향, 즉, -X축 방향이다. 다른 실시형태에서는, 이동 방향(LM)은 +X축 방향이라도 좋다. 본 실시형태에서는, 레이저의 이동은 일방향의 이동이지만, 다른 실시형태에서는 왕복 이동이라도 좋다.　

전극 팁(450)에 있어서의 팁면(451)에 대한 이면측[즉, 전극 팁(450)의 +Z축 방향측]에는 전극 모재(410)에 전극 팁(450)을 접합하는 레이저 용접에 의해서 용융부(430)가 형성되어 있다. 용융부(430)는 레이저 용접에 의해서 일단 용융한 전극 모재(410) 및 전극 팁(450)에 유래하는 금속이 응고한 부위(이른바, 용접 비드)이다.　

용융부(430)는 노출면(431)과, 경계면(433)과, 경계면(435)과, 단부(439)를 가진다. 용융부(430)의 노출면(431)은 레이저 용접시에 레이저가 입사된 부위에 형성되고, 전극 모재(410) 및 전극 팁(450)으로부터 노출된 면이다. 노출면(431)은 팁면(453)과의 접점(s1)으로부터 모재면(413)과의 접점(s2)에 걸쳐서 형성되어 있다. 용융부(430)의 경계면(433)은 접점(s2)으로부터 단부(439)에 걸쳐서 형성되고, 주로 전극 모재(410)와의 경계를 획정하는 면이다. 용융부(430)의 경계면(435)은 접점(s1)으로부터 단부(439)에 걸쳐서 형성되고, 주로 전극 팁(450)과의 경계를 획정하는 면이다. 용융부(430)의 단부(439)는 용융부(430)에 있어서 노출면(431)으로부터 가장 떨어진 부위이다.　

도 3에 나타내는 접지 전극(400)의 단면은 팁면(451)에 직교함과 아울러 입사 방향(LD)에 평행한 면(즉, YZ평면에 평행한 면)에서 접지 전극(400)을 절단한 단면이다. 도 3에 나타내는 용융부(430)의 단면 형상은 노출면(431)측에서 단부(439)측으로 향하는 도중(즉, -Y축 방향으로 향하는 도중 )에 잘록부(432)를 가진다. 용융부(430)의 잘록부(432)는 용융부(430)의 부위 중 Z축 방향을 따르는 폭이 Y축 방향의 중간 정도에서 일단 좁게 되어 있는 부분이다. 용융부(430)에 있어서의 잘록부(432)의 수는 1개에 한정되지 않고, 2개 이상이라도 좋다.　

용융부(430)의 폭(A)은 용융부(430)의 단면 형상에 있어서의 Z축 방향을 따른 폭 중 잘록부(432)에서 가장 좁은 폭이다. 용융부(430)의 부위(a1)는 경계면 (435)에 있어서 폭(A)을 취하고, 용융부(430)의 부위(a2)는 경계면(433)에 있어서 폭(A)을 취한다. 용융부(430)의 폭(B)은 용융부(430)에 있어서 폭(A)을 취하는 부위인 부위(a1, a2)보다 노출면(431)으로부터 떨어지는 방향(즉, -Y축 방향)에 있어서 가장 넓은 폭(B)이다. 용융부(430)의 부위(b1)는 경계면(435)에 있어서 폭(B)을 취하고, 용융부(430)의 부위(b2)는 경계면(433)에 있어서 폭(B)을 취한다.　

잘록부(432)에 발생하는 응력 집중에 의한 산화 스케일의 진전을 억제하는 관점으로부터, 폭(A)과 폭(B)의 관계는 A/B≥0.5를 만족하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 폭(A)과 폭(B)의 관계는 A/B≥0.5를 만족한다. 다른 실시형태에서는 폭(A)과 폭(B)의 관계는 A/B＜0.5라도 좋다.　

노출면(431)측으로부터 진전하는 크랙 및 산화 스케일의 진전을 억제하는 관점으로부터, 적어도 1개의 잘록부(432)에서 가장 좁은 폭을 취하는 부위는 용융부 (430)의 단면 형상에 있어서의 Y축 방향을 따른 길이(Ly)를 2등분하는 가상선(PB)보다 노출면(431)측에 위치하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 잘록부(432)의 부위(a1, a2)는 가상선(PB)보다 노출면(431)측에 위치한다. 다른 실시형태에서는 잘록부(432)의 부위(a1, a2)는 가상선(PB)보다 단부(439)측에 위치해도 좋다.　

간극(SG)에 발생하는 불꽃 방전에 의해서 용융부(430)에 크랙 및 산화 스케일의 기점이 형성되는 것을 방지하는 관점으로부터, 용융부(430)는 중심 전극(100)과의 사이에 간극(SG)을 형성하는 대향면인 팁면(451)을 피하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 용융부(430)는 대향면인 팁면(451)을 피하여 형성되어 있다. 다른 실시형태에서는 용융부(430)는 대향면에 걸쳐서 형성되어 있어도 좋다.　

본 실시형태에서는 YZ평면에 평행한 면으로 절단한 용융부(430)의 단면 형상은 잘록부(432)가 형성되어 있는 부분을 제외하고, 레이저 용접시의 레이저의 입사 방향(LD)으로 향하여 끝이 가늘게 된 형상이다. 그로 인해, YZ평면에 평행한 면으로 절단한 용융부(430)의 단면 형상의 무게 중심[G, 즉, 도면 중심]은 용융부(430)의 단면 형상에 있어서의 Y축 방향을 따른 길이(Ly)를 2등분하는 가상선(PB)보다 노출면(431)측에 위치한다.　

도 4는 스파크 플러그(10)의 내구성을 평가한 결과를 나타내는 표이다. 도 4의 평가 시험에서는, 시험자는 접지 전극(400)에 있어서의 전극 모재(410)와 전극 팁(450)을 접속하는 용융부(430)의 형상이 다른 복수의 스파크 플러그(10)를 시료로서 평가했다.　

각 시료에 공통되는 전극 모재(410)의 사양은 다음과 같다.

ㆍ재질: 인코넬601

ㆍ선단측에 있어서의 단면 치수(X축 방향의 길이): 2.7㎜(밀리미터)

ㆍ선단측에 있어서의 단면 치수(Z축 방향의 길이): 1.3㎜

각 시료에 공통되는 전극 팁(450)의 사양은 다음과 같다.

ㆍ재질: 백금(Pt)을 주된 성분으로 하여 10질량％의 니켈(Ni)을 함유하는 합금

ㆍ형상: 직육면체

ㆍX축 방향의 길이: 1.3㎜

ㆍY축 방향의 길이: 1.3㎜

ㆍ접합 전의 두께: 0.4㎜

시험자는 레이저 용접에 의해서 전극 모재(410)에 전극 팁(450)을 접합할 때에, 5개의 시료마다 다른 용접 조건으로서 레이저 출력 및 가공 속도의 각 값의 조합을 설정함으로써, 용융부(430)의 형상이 다른 시료를 제작했다. 레이저 출력의 범위는 300∼420W(와트)이며, 가공 속도의 범위는 50∼150㎜매초이다.　

시험자는 각 시료에 대해서, 다음의 순서 1, 2를 1000회 반복하는 냉열 사이클 시험을 실시했다.

(순서 1) 전극 팁(450)의 온도가 1030℃가 되도록 2분간 전극 모재(410)에 접합된 전극 팁(450)을 버너로 가열.

(순서 2) 1분간 송풍에 의해서 전극 팁(450)을 냉각.　

시험자는 냉열 사이클 시험을 끝낸 후, 각 시료의 접지 전극(400)을 YZ평면을 따라서 절단하고, 용융부(430)의 단면 형상을 확인함과 아울러, 용융부(430)의 경계에 있어서의 크랙 및 산화 스케일의 유무를 확인했다. 시험자는 전극 모재 (410) 및 전극 팁(450)의 각 부재와 용융부(430)의 각 경계에 발생한 산화 스케일이 이들의 경계 전체 영역에 대해서 차지하는 비율을 산출했다.　

5개의 시료 A1∼A5에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 잘록부(432)가 형성되지 않고 레이저의 입사 방향(LD)으로 향하여 끝이 가늘게 된 형상이었다. 시료 A1∼A5 중 시료 A2, A3, A5에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 발생하고 있었다. 시료 A1∼A5에 있어서의 산화 스케일의 비율은 32∼69％였다.　

5개의 시료 B1∼B5는 시료 A1∼A5의 용접 조건 1보다 레이저 출력을 증대시킨 용접 조건 2로 제작된 시료이다. 시료 B1∼B5에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 잘록부(432)가 형성되지 않고 레이저의 입사 방향(LD)으로 향하여 끝이 가늘게 된 형상이며, Z축 방향의 폭이 시료 A1∼A5보다 비교적으로 컸다. 시료 B1∼B5 중 시료 B1, B2에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 발생하고 있었다. 시료 B1∼B5에 있어서의 산화 스케일의 비율은 9∼24％였다.

5개의 시료 C1∼C5에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 도 3에 나타낸 용융부(430)의 단면 형상과 동일하게 잘록부(432)가 형성된 형상이었다. 시료 C1∼C5에 있어서의 잘록부(432)에 관한 비(A/B×100)는 69∼85％였다. 시료 C1∼C5에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 확인되지 않았다. 시료 C1∼C5에 있어서의 산화 스케일의 비율은 15∼22％였다.　

5개의 시료 D1∼D5는 시료 C1∼C5의 용접 조건 3보다 레이저 출력을 증대시킨 용접 조건 4로 제작된 시료이다. 시료 D1∼D5에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 도 3에 나타낸 용융부(430)의 단면 형상과 동일하게 잘록부(432)를 가지는 형상이며, Z축 방향의 폭이 시료 C1∼C5보다 비교적으로 컸다. 시료 D1∼D5에 있어서의 잘록부(432)에 관한 비(A/B×100)는 63∼79％였다. 시료 D1∼D5에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 확인되지 않았다. 시료 D1∼D5에 있어서의 산화 스케일의 비율은 10∼17％였다.　

5개의 시료 E1∼E5는 시료 C1∼C5의 용접 조건 3보다 레이저 출력 및 가공 속도를 증대시킨 용접 조건 5로 제작된 시료이다. 시료 E1∼E5에 있어서의 용융부 (430)의 단면 형상은 도 3에 나타낸 용융부(430)의 단면 형상과 동일하게 잘록부 (432)를 가지는 형상이었다. 시료 E1∼E5에 있어서의 잘록부(432)에 관한 비(A/B×100)는 48∼53％였다. 시료 E1∼E5에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 확인되지 않았다. 시료 E1∼E5에 있어서의 산화 스케일의 비율은 15∼20％였다.　

5개의 시료 F1∼F5는 시료 E1∼E5의 용접 조건 5보다 레이저 출력 및 가공 속도를 더욱 증대시킨 용접 조건 6으로 제작된 시료이다. 시료 F1∼F5에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 도 3에 나타낸 용융부(430)의 단면 형상과 동일하게 잘록부(432)를 가지는 형상이었다. 시료 F1∼F5에 있어서의 잘록부(432)에 관한 비 (A/B×100)는 32∼42％였다. 시료 F1∼F5에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 확인되지 않았다. 시료 F1∼F5에 있어서의 산화 스케일의 비율은 38∼50％였다.　

도 4의 평가 결과에 따르면, 시료 A1∼A5, B1∼B5와, 시료 C1∼C5, D1∼D5, E1∼E5, F1∼F5의 대비로부터 용융부(430)의 단면 형상이 잘록부(432)를 가짐으로써, 용융부(430)의 경계에 발생하는 크랙을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.　

도 4의 평가 결과에 따르면, 시료 C1∼C5, D1∼D5, E1∼E5와, 시료 F1∼F5의 대비로부터 비(A/B×100)가 50％ 이상, 즉 A/B≥0.5를 만족함으로써, 용융부(430)의 경계에 있어서의 산화 스케일의 진전을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 결과는 비(A/B×100)가 너무 작은 경우, 즉, 잘록부(432)의 압축이 너무 커진 경우, 잘록부(432)에 발생하는 응력 집중이 크게 됨으로써, 산화 스케일의 진전이 촉진되는 것에 기인한다고 생각할 수 있다.　

이상 설명한 실시형태에 따르면, 용융부(430)의 잘록부(432)에 의해서, 용융부(430)의 경계에 발생하는 크랙을 억제할 수 있다. 또, 용융부(430)의 단면 형상에 잘록부(432)가 형성되어 있지 않은 경우와 비교하여 전극 팁(450)과 용융부 (430)의 경계의 길이 및 전극 모재(410)와 용융부(430)의 경계의 길이를 잘록부 (432)에 의해서 더욱 길게 확보할 수 있다. 그로 인해, 이들의 경계에 발생하는 크랙 및 산화 스케일의 적어도 일방이 전극 팁(450)의 박리 또는 탈락에 이르기까지 진전하는 것을 늦출 수 있다. 이들의 결과, 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다.　

또, A/B≥0.5를 만족하기 위해, 잘록부(432)에 발생하는 응력 집중에 의한 산화 스케일의 진전을 억제할 수 있다.　

또, 용융부(430)의 단면 형상에 있어서, 적어도 1개의 잘록부(432)에 가장 좁은 폭(A)을 취하는 부위(a1, a2)가 가상선(PB)보다 노출면(431)측에 위치한다. 그로 인해, 노출면(431)측을 기점으로 하는 크랙 및 산화 스케일의 진전을 잘록부 (432)에 의해서 효과적으로 억제할 수 있다.　

또, 용융부(430)는 중심 전극(100)에 대한 대향면인 팁면(451)을 피하여 형성되어 있다. 그로 인해, 간극(SG)에 발생하는 불꽃 방전에 의해서 용융부(430)에 크랙 및 산화 스케일의 기점이 형성되는 것을 방지할 수 있다.　

B. 제 2 실시형태

도 5는 제 2 실시형태에 있어서의 접지 전극(401)의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다. 제 2 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과는 다른 접지 전극(401)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하다. 제 2 실시형태의 접지 전극(401)은 전극 모재(410)의 오목부(418)와 전극 팁(450)의 팁면(454)의 사이에 틈새가 형성되어 있는 점을 제외하고 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과 동일하다. 제 2 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다.　

C. 제 3 실시형태

도 6은 제 3 실시형태에 있어서의 접지 전극(402)의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다. 제 3 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과는 다른 접지 전극(402)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하다. 제 3 실시형태의 접지 전극(402)은 전극 팁(450)의 팁면(453)이 전극 모재 (410)의 모재면(413)과 같은 평면상에 위치하는 점을 제외하고 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과 동일하다. 제 3 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다.　

D. 제 4 실시형태

도 7은 제 4 실시형태에 있어서의 접지 전극(403)의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다. 제 4 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과는 다른 접지 전극(403)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하다. 제 4 실시형태의 접지 전극(403)은 전극 팁(450)의 팁면(453)이 전극 모재 (410)의 모재면(413)보다 +Y축 방향측으로 돌출되어 있는 점 및 레이저의 입사 방향(LD)을 따라서 용융부(430)의 -Y축 방향측이 -Z축 방향으로 경사져 있는 점을 제외하고 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과 동일하다. 제 4 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다.　

제 4 실시형태에서는 중심 전극(100)과의 사이에 간극(SG)을 형성하는 대향면은 전극 팁(450)의 팁면(451)이며, 팁면(451)은 중심 전극(100)의 선단면(101)과의 사이에 간극(SG)을 형성한다. 제 4 실시형태의 변형예에서는, 중심 전극(100)과의 사이에 간극(SG)을 형성하는 대향면은 전극 팁(450)의 팁면(453)이며, 팁면 (453)은 중심 전극(100)의 측면(107)과의 사이에 간극(SG)을 형성해도 좋다.　

E. 제 5 실시형태

도 8은 제 5 실시형태에 있어서의 접지 전극(404)의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다. 제 5 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과는 다른 접지 전극(404)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하다. 제 5 실시형태의 접지 전극(404)은 팁면(451)을 +Y축 방향으로 향한 상태에서 모재면(411)은 아니고 모재면(413)에 접합되어 있는 점 및 팁면(451)이 중심 전극(100)의 측면(107)과의 사이에 간극(SG)을 형성하는 점을 제외하고 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과 동일하다. 제 5 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다.　

F. 제 6 실시형태

도 9는 제 6 실시형태에 있어서의 접지 전극(405)의 선단측을 나타내는 설명도이다. 제 6 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과는 다른 접지 전극(405)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하다. 제 6 실시형태의 접지 전극(405)은 제 1 실시형태의 전극 팁(450)과는 다른 전극 팁 (450A)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과 동일하다. 제 6 실시형태의 전극 팁(450A)은 전극 모재(410)의 모재면(411)에서 -Z축 방향으로 향하여 돌출된 원기둥 형상의 돌출부인 점을 제외하고 제 1 실시형태의 전극 팁 (450)과 동일하다. 접지 전극(405)의 단면 형상은 도 9의 화살표시 F3-F3에서 본 경우, 도 3에 나타내는 접지 전극(400)의 단면 형상과 동일하다.　

도 10은 스파크 플러그(10)의 내구성을 평가한 결과를 나타내는 표이다. 도 10의 평가 시험에서는 시험자는 도 4의 평가 시험과 마찬가지로, 접지 전극(405)에 있어서의 전극 모재(410)와 전극 팁(450A)을 접속하는 용융부(430)의 형상이 다른 복수의 스파크 플러그(10)를 시료로서 평가했다.　

각 시료에 공통되는 전극 모재(410)의 사양은 다음과 같다.

ㆍ재질: 인코넬601

ㆍ선단측에 있어서의 단면 치수(X축 방향의 길이): 2.8㎜

ㆍ선단측에 있어서의 단면 치수(Z축 방향의 길이): 1.5㎜

각 시료에 공통되는 전극 팁(450A)의 사양은 다음과 같다.

ㆍ재질: 백금(Pt)을 주된 성분으로 하고, 10질량％의 이리듐(Ir)을 함유하는 합금

ㆍ형상: 원기둥

ㆍ직경: 1.5㎜

ㆍ접합 전의 두께: 0.4㎜

시험자는 레이저 용접에 의해서 전극 모재(410)에 전극 팁(450A)을 접합할 때에, 3개의 시료마다 다른 용접 조건으로서 레이저 출력 및 가공 속도의 각 값의 조합을 설정함으로써, 용융부(430)의 형상이 다른 시료를 제작했다. 레이저 출력의 범위는 320∼450W이며, 가공 속도의 범위는 50∼150㎜매초이다.　

시험자는 도 4의 평가 시험과 동일하게 냉열 사이클 시험을 끝낸 후, 각 시료의 접지 전극(405)을 YZ평면을 따라서 절단하고, 용융부(430)의 단면 형상을 확인함과 아울러, 용융부(430)의 경계에 있어서의 크랙 및 산화 스케일의 유무를 확인했다.　

3개의 시료 G1∼G3에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 잘록부(432)가 형성되지 않고 레이저의 입사 방향(LD)으로 향하여 끝이 가늘게 된 형상이었다. 시료 G1∼G3에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 발생하고 있었다. 시료 G1∼G3에 있어서의 산화 스케일의 비율은 53∼70％였다.　

3개의 시료 H1∼H3은 시료 G1∼G3의 용접 조건 7보다 레이저 출력을 증대시킨 용접 조건 8로 제작된 시료이다. 시료 H1∼H3에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 잘록부(432)가 형성되지 않고 레이저의 입사 방향(LD)으로 향하여 끝이 가늘게 된 형상이며, Z축 방향의 폭이 시료 G1∼G3보다 비교적으로 컸다. 시료 H1∼H3 중 시료 H3에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 발생하고 있었다. 시료 H1∼H3에 있어서의 산화 스케일의 비율은 44∼50％였다.　

3개의 시료 I1∼I3에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 도 3에 나타낸 용융부(430)의 단면 형상과 동일하게 잘록부(432)를 가지는 형상이었다. 시료 I1∼I3에 있어서의 잘록부(432)에 관한 비(A/B×100)는 69∼77％였다. 시료 I1∼I3에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 확인되지 않았다. 시료 I1∼I3에 있어서의 산화 스케일의 비율은 19∼25％였다.　

3개의 시료 J1∼J3은 시료 I1∼I3의 용접 조건 9보다 레이저 출력을 증대시킨 용접 조건 10으로 제작된 시료이다. 시료 J1∼J3에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 도 3에 나타낸 용융부(430)의 단면 형상과 동일하게 잘록부(432)를 가지는 형상이며, Z축 방향의 폭이 시료 I1∼I3보다 비교적으로 컸다. 시료 J1∼J3에 있어서의 잘록부(432)에 관한 비(A/B×100)는 63∼67％였다. 시료 J1∼J3에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 확인되지 않았다. 시료 J1∼J3에 있어서의 산화 스케일의 비율은 11∼16％였다.　

3개의 시료 K1∼K3은 시료 I1∼I3의 용접 조건 9보다 레이저 출력 및 가공 속도를 증대시킨 용접 조건 11로 제작된 시료이다. 시료 K1∼K3에 있어서의 용융부 (430)의 단면 형상은 도 3에 나타낸 용융부(430)의 단면 형상과 동일하게 잘록부 (432)를 가지는 형상이었다. 시료 K1∼K3에 있어서의 잘록부(432)에 관한 비(A/B×100)는 50∼55％였다. 시료 K1∼K3에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 확인되지 않았다. 시료 K1∼K3에 있어서의 산화 스케일의 비율은 17∼20％였다.　

3개의 시료 L1∼L3은 시료 K1∼K3의 용접 조건 11보다 레이저 출력 및 가공 속도를 더욱 증대시킨 용접 조건 12로 제작된 시료이다. 시료 L1∼L3에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상은 도 3에 나타낸 용융부(430)의 단면 형상과 동일하게 잘록부(432)를 가지는 형상이었다. 시료 L1∼L3에 있어서의 잘록부(432)에 관한 비 (A/B×100)는 35∼44％였다. 시료 L1∼L3에서는 용융부(430)의 경계에 크랙이 확인되지 않았다. 시료 L1∼L3에 있어서의 산화 스케일의 비율은 31∼42％였다.

도 10의 평가 결과에 따르면, 시료 G1∼G3, H1∼H3과, 시료 I1∼I3, J1∼J3, K1∼K3, L1∼L3의 대비로부터 용융부(430)의 단면 형상이 잘록부(432)를 가짐으로써, 용융부(430)의 경계에 발생하는 크랙을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 시료 I1∼I3, J1∼J3, K1∼K3과, 시료 L1∼L3의 대비로부터 비(A/B×100)가 50％ 이상, 즉 A/B≥0.5를 만족함으로써, 용융부(430)의 경계에 있어서의 산화 스케일의 진전을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.　

이상 설명한 제 6 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다. 제 6 실시형태의 변형예로서 제 6 실시형태의 접지 전극(405)에 제 2∼5 실시형태의 어느 하나를 적용해도 좋다.　

G. 제 7 실시형태

도 11은 제 7 실시형태에 있어서의 접지 전극(406)의 선단측을 나타내는 설명도이다. 제 7 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 3 실시형태의 접지 전극(402)과는 다른 접지 전극(406)을 구비하는 점을 제외하고 제 3 실시형태와 동일하다. 제 7 실시형태의 접지 전극(406)은 제 3 실시형태의 전극 팁(450)과는 다른 전극 팁(450B)을 구비하는 점을 제외하고 제 3 실시형태의 접지 전극(402)과 동일하다. 제 7 실시형태의 전극 팁(450B)은 전극 모재(410)의 모재면(411)에서 -Z축 방향으로 향하여 돌출된 사다리꼴 기둥 형상의 돌출부인 점을 제외하고 제 3 실시형태의 전극 팁(450)과 동일하다. 접지 전극(406)의 단면 형상은 도 11의 화살표시 F6-F6에서 본 경우, 도 6에 나타내는 접지 전극(402)의 단면 형상과 동일하다. 제 7 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다. 제 7 실시형태의 변형예로서 제 7 실시형태의 접지 전극(406)에 제 1, 2, 4, 5 실시형태의 어느 하나를 적용해도 좋다.　

H. 제 8 실시형태

도 12는 제 8 실시형태에 있어서의 접지 전극(407)의 선단측을 나타내는 설명도이다. 제 8 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과는 다른 접지 전극(407)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하다. 제 8 실시형태의 접지 전극(407)은 제 1 실시형태의 전극 팁(450)과는 다른 전극 팁(450C)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과 동일하다. 제 8 실시형태의 전극 팁(450C)은 X축 방향의 폭이 Y축 방향의 폭보다 좁은 점을 제외하고 제 1 실시형태의 전극 팁(450)과 동일하다. 접지 전극(407)의 단면 형상은 도 12의 화살표시 F3-F3에서 본 경우, 도 3에 나타내는 접지 전극(400)의 단면 형상과 동일하다. 제 8 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다. 제 8 실시형태의 변형예로서 제 8 실시형태의 접지 전극(407)에 제 2∼5 실시형태의 어느 하나를 적용해도 좋다.　

I. 제 9 실시형태

도 13은 제 9 실시형태에 있어서의 접지 전극(408)의 선단측을 나타내는 설명도이다. 도 14는 제 9 실시형태에 있어서의 접지 전극(408)의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다. 도 14의 단면은 도 13의 화살 표시 F10-O-F10, F10＇-O-F10＇, F10＂-O-F10＂에서 본 접지 전극(408)의 단면이다.　

제 9 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 6 실시형태의 접지 전극(405)과는 다른 접지 전극(408)을 구비하는 점을 제외하고 제 6 실시형태와 동일하다. 제 9 실시형태의 접지 전극(408)은 제 6 실시형태의 용융부(430)와는 형상 및 배치가 다른 용융부(430D)를 가지는 점을 제외하고 제 6 실시형태의 접지 전극(405)과 동일하다. 제 9 실시형태의 전극 팁(450D)은 제 6 실시형태의 전극 팁(450A)과 동일하게 전극 모재(410)의 모재면(411)에서 -Z축 방향으로 향하여 돌출된 원기둥 형상의 돌출부이다. 가상선(O)은 전극 팁(450D)의 축심이다.　

제 9 실시형태의 접지 전극(408)에서는 전극 모재(410)에 전극 팁(450D)을 접합하는 레이저 용접에 있어서, 레이저를 입사하는 입사 방향(LD)은 모재면(413)에서 전극 팁(450D)으로 향하는 -Y축 방향과, 모재면(415)에서 전극 팁(450D)으로 향하는 -X축 방향과, 모재면(416)에서 전극 팁(450D)으로 향하는 +X축 방향이다. 이에 따라서, 제 9 실시형태의 접지 전극(408)에는 3개의 용융부(430D)가 형성되어 있다. 이들 3개의 용융부(430D)의 단면 형상은 제 1 실시형태의 용융부(430)와 동일하게 잘록부(432)를 가진다.　

이상 설명한 제 9 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다. 제 9 실시형태의 변형예로서 제 9 실시형태의 용융부(430D)를 제 1∼8 실시형태의 어느 하나에 적용해도 좋다.　

J. 제 10 실시형태

도 15는 제 10 실시형태에 있어서의 접지 전극(409)의 선단측을 나타내는 설명도이다. 제 10 실시형태의 스파크 플러그(10)는 제 1 실시형태의 접지 전극(400)과는 다른 접지 전극(409)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하다. 제 10 실시형태의 접지 전극(409)은 용융부(430)와는 다른 용융부(440)가 형성되어 있는 점을 제외하고 제 1 실시형태의 전극 팁(450)과 동일하다. 접지 전극(409)의 용융부(440)는 용융부(430)가 형성된 후에 전극 팁(450)의 팁면(454)을 전극 모재 (410)에 레이저 용접함으로써 형성된 용접 비드이다. 제 10 실시형태에서는 용융부 (430)의 -Y축 방향측은 용융부(440)에 수용되어 있다. 용융부(430)의 단부(439)는 용융부(440)에 인접한다. 이상 설명한 제 10 실시형태에 따르면, 제 1 실시형태와 동일하게 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다. 제 10 실시형태의 변형예로서 제 10 실시형태의 용융부(440)를 제 2∼9 실시형태의 어느 하나에 적용해도 좋다.　

K. 제 11 실시형태

도 16은 제 11 실시형태에 있어서의 중심 전극(100)의 선단측을 절단한 단면을 나타내는 설명도이다. 제 11 실시형태의 스파크 플러그(10)는 전극 모재(110)에 전극 팁(150)을 접합한 중심 전극(100)을 구비하는 점을 제외하고 제 1 실시형태와 동일하다.　

중심 전극(100)의 전극 모재(110)는 축선(CA)을 중심으로 연장된 원기둥 형상을 이루며, 단면(111)과 측면(117)을 가진다. 전극 모재(110)의 재질은 니켈(Ni)을 주된 성분으로 하는 니켈 합금이다.　

중심 전극(100)의 전극 팁(150)은 축선(CA)을 중심으로 하는 원기둥 형상을 이루며, 단면(151)과 측면(157)을 가진다. 전극 팁(150)은 전극 모재(110)의 단면 (111)에 접합되어 있다. 전극 팁(150)의 재질은 접지 전극(400)의 전극 팁(450)과 동일하다. 전극 팁(150)의 단면(151)은 전극 모재(110)로부터 떨어진 면인 것과 아울러, 접지 전극(400)과의 사이에 간극(SG)을 형성하는 대향면이기도 하다.　

전극 모재(110)와 전극 팁(150)의 사이에는 접지 전극(400)의 용융부(430)와 동일하게 전극 모재(110)에 전극 팁(150)을 접합하는 레이저 용접에 의해서 용융부 (130)가 형성되어 있다. 용융부(130)는 레이저 용접에 의해서 일단 용융한 전극 모재(110) 및 전극 팁(150)에 유래하는 금속이 응고한 부위(이른바, 용접 비드)이다.

용융부(130)는 노출면(131)과, 경계면(133)과, 경계면(135)과, 단부(139)를 가진다. 용융부(130)의 노출면(131)은 레이저 용접시에 레이저가 입사된 부위에 형성되며, 전극 모재(110) 및 전극 팁(150)으로부터 노출된 면이다. 노출면(131)은 전극 팁(150)의 측면(157)과의 접점(s1)에서 전극 모재(110)의 측면(117)과의 접점 (s2)에 걸쳐서 형성되어 있다. 용융부(130)의 경계면(133)은 접점(s2)에서 단부 (139)에 걸쳐서 형성되며, 주로 전극 모재(110)와의 경계를 획정하는 면이다. 용융부(130)의 경계면(135)은 접점(s1)에서 단부(139)에 걸쳐서 형성되며, 주로 전극 팁(150)과의 경계를 획정하는 면이다. 용융부(130)의 단부(139)는 용융부(130)에 있어서 노출면(131)으로부터 가장 떨어진 부위이다.　

도 16에 나타내는 용융부(130)의 단면 형상은 노출면(131)측에서 단부(139)측으로 향하는 도중(즉, -Y축 방향으로 향하는 도중)에 잘록부(132)를 가진다. 용융부(130)의 잘록부(132)는 용융부(130)에 있어서의 Z축 방향을 따른 폭이 -Y축 방향으로 향함에 따라 일단 작아진 후에 커진 부분이다. 용융부(130)에 있어서의 잘록부(132)의 수는 1개로 한정되지 않고, 2개 이상이라도 좋다. 중심 전극(100)에 있어서의 용융부(130)의 단면 형상에 관한 특징은 접지 전극(400)에 있어서의 용융부(430)의 단면 형상에 관한 특징과 동일하다.

이상 설명한 제 11 실시형태에 따르면, 용융부(130)의 잘록부(132)에 의해서, 용융부(130)의 경계에 발생하는 크랙을 억제할 수 있다. 접지 전극(400)의 용융부(430)와 동일하게 중심 전극(100)에 있어서의 용융부(130)의 경계에 발생하는 크랙 및 산화 스케일의 적어도 일방이 전극 팁(150)의 박리 또는 탈락에 이르기까지 진전하는 것을 늦출 수 있다. 이들의 결과, 스파크 플러그(10)의 수명을 연장시킬 수 있다. 제 11 실시형태의 변형예로서 제 11 실시형태의 중심 전극(100)을 제 2∼제 10의 어느 하나에 적용해도 좋고, 잘록부(432)를 가지지 않는 용융부를 통하여 전극 팁이 전극 모재에 접합된 접지 전극을 구비하는 스파크 플러그에 적용해도 좋으며, 전극 팁이 접합되어 있지 않은 접지 전극을 구비하는 스파크 플러그에 적용해도 좋다.　

L. 다른 실시형태

본 발명은 상기의 실시형태나 실시예, 변형예에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들면, 발명의 개요의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시형태, 실시예, 변형예 중의 기술적 특징은 상기 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해서, 혹은, 상기 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해서, 적절하게 교체나 조합을 실시하는 것이 가능하다. 또, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절하게 삭제하는 것이 가능하다.

10: 스파크 플러그 90: 내연기관
100: 중심 전극 101: 선단면
107: 측면 110: 전극 모재
111: 단면 117: 측면
130: 용융부 131: 노출면
132: 잘록부 133, 135: 경계면
139: 단부 150: 전극 팁
151: 단면 157: 측면
190: 금속 단자 200: 절연체
290: 축 구멍 300: 금속 쉘
310: 단면 400∼409: 접지 전극
410: 전극 모재 411, 412, 413, 415, 416: 모재면
418: 오목부 430, 430D: 용융부
431: 노출면 432: 잘록부
433, 435: 경계면 439: 단부
440: 용융부 450, 450A, 450B, 450C, 450D: 전극 팁
451, 453, 454: 팁면 910: 내벽
920: 연소실

Claims (8)

1. 제 1 전극과,
   상기 제 1 전극과의 사이에 간극을 형성하는 전극 팁과, 상기 전극 팁이 접합된 전극 모재를 가지는 제 2 전극을 구비하는 스파크 플러그로서,
   상기 전극 팁은 상기 전극 모재로부터 떨어진 평면을 가짐과 아울러, 상기 평면의 일단에서 타단으로 향하는 평면 방향으로 레이저를 입사하는 레이저 용접에 의해서 상기 전극 팁에 있어서의 상기 평면에 대한 이면측에서 상기 전극 모재에 접합되고,
   상기 전극 팁에 있어서의 상기 이면측에는 상기 레이저 용접에 의해서, 상기 평면의 일단에서 타단으로 향하는 평면 방향으로 연장됨과 아울러 상기 평면 방향의 일단측에만 상기 전극 팁 및 상기 전극 모재에서 노출되는 노출면을 가지는 용융부가 형성되며,
   상기 평면에 직교함과 아울러 상기 평면 방향에 평행한 면으로 절단한 상기 용융부의 단면 형상은, 스파크 플러그의 축선 방향을 따르는 폭이 상기 평면 방향의 일방에서 타방으로 향하는 도중에서 일단 좁게 되어 있는 잘록부를 가지는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 노출면은 상기 레이저가 입사된 노출면이고,
   상기 단면 형상에 있어서의 상기 평면 방향에 직교하는 방향을 따른 폭 중 상기 잘록부에서 가장 좁은 폭(A)과, 상기 폭(A)을 취하는 부위보다 상기 노출면으로부터 떨어지는 방향에 있어서 가장 넓은 폭(B)의 관계는 A/B≥0.5를 만족하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 노출면은 상기 레이저가 입사된 노출면이고,
   상기 단면 형상에 있어서의 상기 평면 방향에 직교하는 방향을 따른 폭 중 적어도 1개의 상기 잘록부에서 가장 좁은 폭을 취하는 부위는 상기 단면 형상의 상기 평면 방향의 길이를 2등분하는 가상선보다 상기 노출면측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 노출면은 상기 레이저가 입사된 노출면이고,
   상기 단면 형상에 있어서의 상기 평면 방향에 직교하는 방향을 따른 폭 중 적어도 1개의 상기 잘록부에서 가장 좁은 폭을 취하는 부위는 상기 단면 형상의 상기 평면 방향의 길이를 2등분하는 가상선보다 상기 노출면측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극 팁은 상기 제 1 전극과의 사이에 상기 간극을 형성하는 대향면을 가지며,
   상기 용융부는 상기 대향면을 피하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노출면은 상기 레이저가 입사된 노출면이고,
   상기 단면 형상의 무게 중심은 상기 단면 형상의 상기 평면 방향의 길이를 2등분하는 가상선보다 상기 노출면측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 노출면은 상기 레이저가 입사된 노출면이고,
   상기 단면 형상의 무게 중심은 상기 단면 형상의 상기 평면 방향의 길이를 2등분하는 가상선보다 상기 노출면측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 2 전극은 중심 전극 및 접지 전극의 적어도 일방인 것을 특징으로 하는 스파크 플러그.
   

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