WO2010041733A1

WO2010041733A1 - スパークプラグ及びその製造方法

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Publication number: WO2010041733A1
Application number: PCT/JP2009/067611
Authority: WO
Inventors: 加藤　友聡
Original assignee: 日本特殊陶業株式会社
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2010-04-15
Also published as: JP5047363B2; EP2333916A4; EP2333916A1; US20110193471A1; JPWO2010041733A1; CN102165653A; CN102165653B; EP2333916B1; US8212462B2

Abstract

【目的】中心電極母材と貴金属チップとの接合面の周囲を１周以上レーザ溶接してなる中心電極を有するスパークプラグで、中心電極と接地電極との正規ギャップ以外における異常放電の発生を低減ないし防止する。【解決手段】火花ギャップをＧとし、接地電極の基端で、中心電極を向く内面に沿って主体金具の軸Ｘに平行に引いた線と、レーザ溶接によるビードとの最短間隔をＡとしたとき、Ａ≦３Ｇの寸法関係にする。貴金属チップ１の先端側から軸Ｘ方向に沿って見たとき、貴金属チップ１の中心と接地電極５１の基端５２における周方向の中心とを結ぶ直線Ｓ１と、周回するレーザ溶接によるビード６の最終端部６ｅのなす凸部７における頂部８と貴金属チップ１の中心とを結ぶ直線Ｓ２とのなす角度θが４５度となるように配置した。ビードの凸部７が接地電極５１から角度θ分離れるため、異常放電を起こし難くなる。

Description

スパークプラグ及びその製造方法

　本発明は、内燃機関用のスパークプラグ（点火栓）及びその製造方法に関する。

　自動車エンジン等の内燃機関の着火に使用されるスパークプラグは、耐火花消耗性の向上のため、電極の先端にＰｔやＩｒ等を主成分とする貴金属チップを溶接してなる構成のものが多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。とくに、中心電極は火花消耗が多いため、貴金属チップの使用による効果が大きい。

　ところで、中心電極母材にこのような貴金属チップを溶接して中心電極を形成する場合にはレーザ溶接によるのが主流となってきている。この溶接においては、中心電極母材（Ｎｉ又はＮｉ合金）の先端面中心に貴金属チップ（円柱体）を一方の端面を介して位置決め、配置して、その両部材の接合面（部分）の外周縁を周方向に沿って、溶融して接合するというのが一般である。

　一方、最近では、スパークプラグの小径化が強く要請されてきている。このようなスパークプラグの小径化の要請に基づき、中心電極における貴金属チップの先端と、接地電極（外側電極）の先端との間の火花ギャップ（電極間における正規の火花ギャップ（寸法）を意味する。以下、正規ギャップともいう）Ｇに対し、貴金属チップの周面と、接地電極の基端寄り部位（主体金具の先端寄り部位）との間に十分な空間（以下、横ギャップともいう）の確保が困難になってきている。具体的には、火花ギャップ（寸法）をＧとし、接地電極の基端において、中心電極を向く内面に沿って主体金具の軸に平行に引いた線と、レーザ溶接によるビードとの最短間隔（寸法）をＡとしたときにおいて、スパークプラグの径（取付けねじの径）によっては、そのＧとＡとが、Ａ≦３Ｇとなる場合がある。これに起因して正規ギャップ以外のこの横ギャップで放電（異常放電という）が生じることがあった。とくに、スパークプラグが、燃焼室内の雰囲気に偏りのある直噴エンジンや、スワール（混合気流）が厳しい条件のエンジンに使用される場合において、スパークプラグの接地電極の基端（根元）が混合気流の下流に位置するような配置にあるようなときは、その発生の危険性が高い。このような正規ギャップ以外での放電、飛火は、正規の燃料着火に至らず、燃焼性能の低下を招くことがあるなど、着火性能の低下を招くという点で問題がある。

特開平１１－２３３２３３号公報

　本願発明者は、上記のような異常放電が、貴金属チップが溶接によって中心電極母材に固定されてなる中心電極を備えるスパークプラグにおいて比較的多く発生していることに着目して研究を進めたところ、その異常放電、横飛火が貴金属チップの周囲（側面）の溶接によるビード部位（溶接において溶融された金属が凝固した部位）と、接地電極の基端寄り部位との間で発生しがちであることを知った。中心電極母材の端面に貴金属チップの端面を位置決め、配置して、その両部材の接合面（部分）の外周縁を、周方向に沿ってレーザ溶接する場合には、その接合面を挟む両部材の外周縁を溶融し、その溶融した金属を凝固させることになり、その外周縁には、両部材の金属組成を含む合金からなるビードが連なる形で残存する。このような溶接によるビードは、幅、高さともそれぞれ微小ではあるが、ミクロ的にみるとその表面には凹凸が生じており、電界が集中し易くなっている。加えて、ビード部分には金属酸化膜が形成されており、電子放出がし易くなっている。こうしたことから、その凹凸部分は放電し易く、本願発明者においては、これが異常放電を誘発する基本的な原因と考えた。

　こうした中、本願発明者は、さらに研究、試験を続けたところ、その決定的な発生の原因を知った。それは、中心電極母材と貴金属チップの接合面（部分）の外周縁を周方向に沿ってレーザ溶接すると、詳細な発生のメカニズムは後述するが、その溶接の終端であるビードの最終端部が、相対的に他のビードの部位より、０．０３ｍｍ～０．２ｍｍと僅かではあるが中心電極の径方向（以下、単に径方向ともいう）に局所的に高く盛り上がり、凸部（突起又は山。以下、単に凸部ともいう）を形成してしまう、という現象の存在である。ここで本願発明者は、スパークプラグとして組立てられている状態において、この凸部が接地電極の基端側を向いているか、それに極めて近い位置にある場合に、異常放電の発生頻度が高いと考えた。本願発明者らは、この推論に基づき、接地電極に対するこの凸部、すなわち、ビードの最終端部の位置関係を変えた多数の各種サンプルで試験を行ったところ、結果はかかる推論通りであった。なお、このような原因となる凸部の発生のメカニズムは次のようである。

　従来、貴金属チップを中心電極母材に溶接する際には溶接強度を高めるため、貴金属チップの周方向に沿って、溶接部位が確実に１周するように、その周囲を１周以上（１周＋α）周回して溶接していた。すなわち、周回する溶接における終点は、出発点である溶接開始点で止めるのではなく、その開始点を周方向に適量超える位置としていた。このように１周以上溶接すると、ビードの最終端部は、既に、溶融後に凝固している溶接開始点におけるビードの上にも重ねてビードが形成されることになる。その一方、そのビードの最終端部の上には新たなビードが形成されることはない。したがって、ビードの最終端部は、周上における他のビードの部位と比較するとその表面の形態が異なる。そして、その態様は、他のビードの部位と比較すると、径方向に高い異形状の突起ないし盛上り状の凸部となって顕在化する。

　また、このような凸部の発生は、連続レーザ溶接に限られない。すなわち、パルス（発振）レーザで、周方向に沿って溶接する場合には、溶接開始点から一部のビードが重なるようにして、順次、周方向に沿って、等角度間隔で、パルスレーザ照射を複数回繰り返して、両部材の接合面の外周縁を溶接することになる。このとき、周回後の最終回（終点）のレーザ照射をして形成された最終端部のビードの上には新たなビードが形成されることはない。これにより、パルスレーザ溶接による場合においても、ビードの最終端部には凸部が形成されることになる。

　ところで、中心電極母材と貴金属チップとの接合面の周囲を周方向に沿って１周以上周回してレーザ溶接する手法は、１台のレーザ溶接機を用いる（１方向からレーザ溶接する）場合だけに限られず、複数のレーザ溶接機を用いる場合もある。例えば、２台のレーザ溶接機を用い、貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、そのチップの中心を挟む対向する２箇所（１８０度）の位置で２方向からレーザ溶接する場合には、中心電極母材をその軸線回りに１／２回転（１パルスによる溶接部の大きさにもよるが、実際には１／２未満の回転）させることで、１周以上周回してレーザ溶接することができる。このため、溶接時間の短縮、製造効率が高められる。

　一方、このような溶接による場合には、各溶接機によるビードが別個に形成されることになるから、ビードの最終端部（以下、終端部又は終端ともいう）は対向する２箇所に存在することになる。したがって、この場合には、径方向において比較的、高い異形状の突起ないし盛上り状の凸部が、各ビードの終端において２箇所存在することになる。同様、３台のレーザ溶接機で、貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、そのチップの周方向における１２０度の等角度間隔の位置で３方向から、中心電極母材の軸線回りに１周以上周回してレーザ溶接する場合には、凸部は各ビードの終端において３箇所存在することになる。

　さらに、本願発明者は、鋭意、研究を重ねた結果、ビードの終端以外においても、周上における他のビードの部位と比較して、ビードの一部が径方向に高い異形状の突起ないし盛上り状の凸部が形成される場合があることを知った。その理由は次のようである。中心電極母材の先端に貴金属チップを溶接する際においては、円柱状の微小な貴金属チップを、それより直径が大きい中心電極母材の先端に、同心状に位置決め配置し、押さえつけた状態の下で溶接することになる。一方、その位置決めにおいては、大きな誤差（偏心誤差）が生じることもある。このように、中心電極母材の先端において、貴金属チップが一方の側に偏心して位置決めされて、その接合面の外周縁をレーザ溶接する場合には、貴金属チップがその一方の側に偏在して固定されることになる。このような場合には、その他方である反対側の接合面の外周縁には、溶接における溶接溜まりが存在しがちとなる。他方、このような溶接溜まりは、貴金属チップを先端側から見ると、他のビードの部位と比較すると、径方向に高い異形状の突起ないし盛上り状の凸部を形成する。すなわち、ビードの終端以外においても、貴金属チップの溶接前の位置決めにおけるその偏心誤差により凸部が存在することがある。

　上記したように、溶接した貴金属チップを先端側から見ると、他のビードの部位と比較して、径方向に高い異形状の突起ないし盛上り状となって存在する凸部は、ビードの終端部において発生する凸部（１又は複数の凸部。以下、ビード終端の凸部、又は単に凸部ともいう）と、貴金属チップを中心電極母材の先端に同心状に位置決め、配置する際に発生する比較的大きな偏心誤差に起因して発生する凸部（以下、偏心誤差による凸部、又は単に凸部ともいう）とがある。そして、中心電極におけるこのような凸部が、接地電極の基端側を向いて存在しているか、それに近い位置にある場合に異常放電の発生頻度が高いのである。

　本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、中心電極として、中心電極母材に貴金属チップがレーザ溶接されてなるスパークプラグにおいて、中心電極と接地電極との正規ギャップ以外における異常放電の発生を低減ないし防止し、着火性能の低下を防止することをその目的とする。

　前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、先端に中心電極を配置した中空軸状の絶縁部材と、この絶縁部材を包囲し、前記中心電極とで火花ギャップを形成する接地電極を先端に備えた主体金具とを有し、
　前記中心電極が、中心電極母材の先端に貴金属チップを溶接してなるものであって、該中心電極母材と該貴金属チップとの接合面の周囲を周方向に沿って１周以上周回してレーザ溶接してなるスパークプラグにおいて、
　前記中心電極と前記接地電極との間の火花ギャップをＧとし、
　前記接地電極の基端において、前記中心電極を向く内面に沿って前記主体金具の軸Ｘに平行に引いた線と、レーザ溶接によるビードとの最短間隔をＡとしたとき、
　ＧとＡとが、Ａ≦３Ｇの寸法関係にあるようにし、
　該スパークプラグを、前記貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、
　周回するレーザ溶接によるビードのうち、径方向に相対的に高く形成された凸部における頂部が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、該直線から前記周方向に離れた位置にあることを特徴とする。

　なお、本願において、スパークプラグの先端とは、スパークプラグ自身の軸方向（長手方向）の中心電極又は接地電極が設けられている側の端をいい、これら各電極や主体金具又は絶縁部材等の構成部品及び部位（又は部分）に関して先端というときも、これにならう方の端をいうものとする。また、スパークプラグの放電部の電極に使用される「貴金属チップ」は、Ｐｔ（白金）やＩｒ（イリジウム）単体、又はこれらを主成分とする合金からなるチップがその代表例である。

　請求項２に記載の発明は、前記凸部が周方向において複数存在し、そのいずれの頂部も、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、しかも、該直線から前記周方向に離れた位置にあることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグである。

　請求項３に記載の発明は、前記凸部が周方向において複数存在し、その周方向における間隔が最大となる２つの凸部のなす該周方向における間隔の部位が、前記接地電極の基端側を向き、その２つの凸部の各頂部が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線から前記周方向に離れた位置にあることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグである。

　請求項４に記載の発明は、前記スパークプラグを、前記貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、
　前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線と、周回するレーザ溶接によるビードのうち、径方向に相対的に高く形成された凸部における頂部と前記貴金属チップの中心とを結ぶ直線とのなす角度θが４５度以上保持されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のスパークプラグである。
　また、請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記角度θが９０度以上保持されていることを特徴とするスパークプラグである。

　請求項６に記載の発明は、前記接地電極は、前記主体金具の先端から先方に延び、前記中心電極をなす貴金属チップの先端面との間で火花ギャップが形成されるように、自身の先端が該貴金属チップ側に曲げられてなることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のスパークプラグである。そして、請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記接地電極には、前記中心電極側を向く内面と、該内面の両側の各面とのなす各コーナーのうち、少なくとも、前記絶縁部材の先端から軸方向に突出している前記中心電極の突出長に対応する部分に対し、面取りが付与されていることを特徴とするスパークプラグである。

　また、請求項８に記載の発明は、前記接地電極は、前記主体金具の先端から先方に延び、前記中心電極をなす貴金属チップの外周面との間で火花ギャップが形成されるように、自身の先端が該貴金属チップ側に曲げられてなることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のスパークプラグである。そして、請求項９に記載の発明は、請求項８において、前記接地電極には、前記中心電極側を向く内面と、該内面の両側の各面とのなす各コーナーのうち、少なくとも、前記絶縁部材の先端に対応する軸方向における位置から、接地電極自身の先端まで、面取りが付与されていることを特徴とするスパークプラグである。

　また、請求項１０に記載の発明は、前記接地電極に貴金属チップがレーザ溶接されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のスパークプラグである。そして、請求項１１に記載の発明は、前記レーザ溶接はパルスレーザ溶接であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載のスパークプラグである。

　請求項１２に記載の発明は、先端に貴金属チップが溶接された中心電極等の構成部材を中空軸状の絶縁部材内に内挿し、この中心電極の後方に端子電極等の構成部材を配置して該絶縁部材内に中心電極等の構成部材を固定して絶縁部材組付け体を組付ける工程と、
　中心電極等の構成部材を内挿して固定した前記絶縁部材組付け体を、接地電極が自身の先端に設けられた筒状の主体金具の内側に、該主体金具の後端側から内挿する工程と、
　該主体金具内に内挿した該絶縁部材組付け体を、該主体金具を加締めて、該絶縁部材組付け体を該主体金具内に固定する加締め工程を含むスパークプラグの製造方法において、
　請求項１～１１のいずれか１項に記載のスパークプラグを製造するにあたり、
　前記主体金具の軸線回りにおける前記接地電極の位置を所定の位置として、該主体金具を位置決めしておく一方、
　前記絶縁部材組付け体を前記主体金具に内挿する前から、前記加締工程において該主体金具を加締めるまでの間に、
　前記ビードの径方向の高さを前記貴金属チップの周方向に沿って検出手段により検出し、かつその検出データに基づいて、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線に対する前記凸部における前記頂部の軸線回りの位置を調節しておくことを特徴とする。

　請求項１３に記載の発明は、先端に貴金属チップが溶接された中心電極等の構成部材を中空軸状の絶縁部材内に内挿し、この中心電極の後方に端子電極等の構成部材を配置して該絶縁部材内に中心電極等の構成部材を固定して絶縁部材組付け体を組付ける工程と、
　中心電極等の構成部材を内挿して固定した前記絶縁部材組付け体を、接地電極が自身の先端に設けられた筒状の主体金具の内側に、該主体金具の後端側から内挿する工程と、
　該主体金具内に内挿した該絶縁部材組付け体を、該主体金具を加締めて、該絶縁部材組付け体を該主体金具内に固定する加締め工程を含むスパークプラグの製造方法において、
　請求項１～１１のいずれか１項に記載のスパークプラグを製造するにあたり、
　前記主体金具の軸線回りにおける前記接地電極の位置を所定の位置として、該主体金具を位置決めしておく一方、
　前記絶縁部材組付け体を前記主体金具に内挿する前に、
　前記ビードの径方向の高さを前記貴金属チップの周方向に沿って検出手段により検出し、かつその検出データに基づいて、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線に対する前記凸部における前記頂部の軸線回りの位置を調節しておくことを特徴とする。

　請求項１４に記載の発明は、請求項１２又は１３において、前記検出手段を、カメラ撮影による画像処理によることとしたことを特徴とするスパークプラグの製造方法である。請求項１５に記載の発明は、請求項１２又は１３において、前記検出手段を、レーザ計測によることとしたことを特徴とするスパークプラグの製造方法である。

　上記もしたように、中心電極母材の先端面に貴金属チップをレーザ溶接するに当り、その接合面の周囲を周方向に沿って１周以上周回して溶接した場合、その溶接において形成されるビードの最終端部（終点部位）は、周方向の他のビードの部位と比較すると、相対的に径方向に異形状の突起ないし盛上りによる高い凸部が形成されたものとなる。そして、スパークプラグを、前記貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、この凸部の頂部が、貴金属チップの中心と接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在するような場合には、その凸部と接地電極の基端寄り部位との距離は最短となる。その上に、その凸部の部分では電界が集中し易く、異常放電が発生し易くなっている。このような状況下、火花ギャップ（寸法）をＧとし、接地電極の基端において、中心電極を向く内面に沿って主体金具の軸に平行に引いた線と、レーザ溶接によるビードとの最短間隔（寸法）をＡとしたときにおいて、そのＧとＡとが、Ａ≦３Ｇとなる寸法関係にあると、とくにスワール流が中心電極から接地電極の基端側に向けて流れるような配置で、スパークプラグがシリンダヘッドに取り付けられている場合には異常放電が発生し易い。

　これに対して、本願の請求項１に記載の発明にかかるスパークプラグは、Ａ≦３Ｇとなる寸法関係にある。そして、該スパークプラグを、前記貴金属チップの先端側から軸（プラグの軸線）方向に沿って見たとき、周回するレーザ溶接によるビードのうち、径方向に相対的に高く形成された凸部の頂部が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、該直線から前記周方向に離れた位置にある。このため、異常放電の発生を効果的に防止ないし低減できるのである。その結果、本願発明によれば、正規ギャップ間における飛火率が高められ、したがって、燃料着火性能を向上させることができるという、極めて重要な効果が得られる。なお、異常放電の発生防止の観点からして、ビードの最終端部をなす、径方向に相対的に高く形成された凸部の頂部が、該直線から前記周方向にできるだけ離れた位置にあるようにして、スパークプラグとして組立てるのが好ましい。

　なお、このようなスパークプラグは、貴金属チップを溶接してなる中心電極を備えた絶縁部材を、筒状で先端に接地電極を有する主金具体内に内挿して、貴金属チップの先端側から前記軸向に沿って見たとき、そのビードの最終端部のなす凸部の頂部の位置を確認して組立てればよい。すなわち、このように見たとき、該頂部が、前記貴金属チップの中心と、前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、該直線から前記周方向に離れた位置にあることを確認する。そして、要すれば、主金具体内で中心電極等を固定した絶縁部材をその軸回りに適宜の角度回転し、ビードの最終端部である凸部の頂部が接地電極の基端側でなく、好ましくはその反対側を向くようにし、主体金具に絶縁部材を固定してスパークプラグとして組立てればよい。

　上記もしたように、前記凸部はレーザ溶接機を複数用い、複数の方向からレーザ溶接すれば複数形成される。例えば、それが２台で、周方向において対向する位置の２方向からレーザ照射することとし、中心電極母材を、軸線回りに、例えば１３５度回転し、その回転過程で適数のパルス溶接をする場合には、ビード終端の凸部は２箇所となる。したがって、このような場合には、請求項２に記載のように、周方向に存在する２箇所の凸部のいずれの頂部も、前記貴金属チップの中心と、前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、しかも、前記直線から前記周方向に離れた位置となるように、スパークプラグの組立て過程で、その位置関係を決めればよい。この場合には、２つの凸部相互の間（好ましくは２つの凸部の周方向における中間部位又は中間寄り部位）の、径方向に相対的に低く形成されたビード部位が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在するようにするのが好ましい。なお３台のレーザ溶接機を用い、周方向に等角度間隔で配置して、３方向からレーザ照射することとし、中心電極母材を、軸線回りに例えば８０度回転して溶接する場合には、凸部は３箇所となる。したがって、その場合には、そのうちの任意の２つの凸部相互の間（好ましくは２つの凸部の周方向における中間部位又は中間寄り部位）の、径方向に相対的に低く形成されたビード部位が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在するようにするのが好ましい。

　なお、上記もしたように、ビード終端の凸部は、レーザ溶接する方向の数、すなわち、溶接ビードの数によってその発生数が異なる。そして、複数のレーザ溶接機を用いて、周方向を複数の方向からレーザ溶接する場合には、各レーザ溶接機が担う溶接範囲（周方向の角度範囲）は基本的に同じである。このため、ビードの周方向の長さは、使用するレーザ溶接機の数に応じて、貴金属チップの外周（１周）を等角度間隔で分割した長さとなるのが普通である。したがって、ビード終端の凸部の周方向における間隔は、略均等（角度間隔）間隔となる。一方、偏心誤差による凸部は、位置決め精度が高い場合には発生しないか無視できる。このため、偏心誤差による凸部を無視できる場合であって、ビード終端の凸部が、複数ある場合には、請求項２に記載のように、そのいずれ凸部の頂部もが、前記直線から前記周方向に離れた位置にあるように、前記接地電極の基端との位置関係で、その位置を設定すればよい。

　他方、偏心誤差による凸部は、ビード終端の凸部の数やその位置とは無関係に発生する問題である。このため、溶接方向が１又は複数であるかに関係なく、２つの凸部が近接した位置で発生する場合もある。このような場合には、請求項３に記載の発明のように、周方向における間隔が最大となる２つの凸部のなす該周方向における間隔の部位が、前記接地電極の基端側を向き、その２つの凸部の各頂部が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線から前記周方向に離れた位置にあるようにすればよい。ここで、間隔が最大となる２つの凸部のなす該周方向における間隔の部位が、前記接地電極の基端側を向き、というのは、その間隔の部位が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在する場合も含む。ただし、より好ましくは、この２つの頂部が、該直線から前記周方向において、当該直線を挟んで（跨いで）、略同じか、同じ間隔（角度）で離れた位置にあるようにするのが好ましい。すなわち、この２つの頂部相互間の中間部位を、該直線が通る位置関係とするのが好ましい。

　なお、本発明では、ビードの最終端部のなす凸部の頂部が、請求項４に記載のように、角度θが４５度以上保持されていることで、異常放電の発生防止効果が得られるし、請求項５に記載のように、角度θが９０度以上保持されていることで、その発生を略皆無とすることができる。

　また、本発明のスパークプラグは、請求項６，７に記載のように、火花ギャップが中心電極をなす貴金属チップの先端面と接地電極間にあるものだけでなく、中心電極をなす貴金属チップの外周面と接地電極間にあるものにおいても具体化できる。そして、これらのスパークプラグにおいては、請求項７、９に記載のように、接地電極における該各コーナーに面取りを付与することで、そのコーナーに尖った角（エッジ）がなくなるから、その分、電界集中の発生を低減できるため、異常放電のさらなる低減ないし防止効果が高められる。なお、上記のスパークプラグにおいて、貴金属チップは接地電極母材にも溶接されて接地電極をなしているものとするのが、その耐火花消耗性の向上の点から好ましい。

スパークプラグの全体の説明用の縦断面図、及びその要部（先端部分）の拡大図。スパークプラグの要部（先端部分）のさらなる拡大図。図２をスパークプラグの先端側から見た図。図３において接地電極をその基端で切断した図、及び中心電極の溶接ビードを模式的に示した拡大図。図２のＭ部の拡大図。中心電極用の貴金属チップの溶接工程を説明する、先端側から見た図。接地電極の基端寄り部位の内面側に面取りを付与した説明用断面図。スパークプラグの別例を説明する部分拡大図。中心電極母材と貴金属チップとを２方向からレーザ溶接した場合の溶接ビードを模式的に説明する先端側から見た拡大図。図９において偏心誤差による凸部を付加した図。偏心誤差による凸部が形成される工程の説明図。中心電極母材と貴金属チップとを１方向からレーザ溶接した場合の溶接ビードを模式的に説明する先端側から見た拡大図において、偏心誤差による凸部を付加した図。本発明のスパークプラグの製造方法の説明図。

　本発明に係る、スパークプラグを具体化した実施の形態例について、図１～図６に基づいて詳細に説明する。まず、本形態のスパークプラグの全体構成について説明するが、このスパークプラグ及びその構成部品である主体金具、絶縁部材（絶縁碍子）等自体は、材質及びその基本的な構成が従来公知のものと同じものであることから、それらについては簡潔にその説明をする。なお、図１は、スパークプラグ１０１の全体の説明用の半縦断面図、及びその要部（先端部分）の拡大図であり、図２はその要部（先端部分）のさらなる拡大図である。

　図１に示したように、本例のスパークプラグ１０１は、貴金属チップ１が溶接されてなる中心電極１１を、先端２０から突出させた中空軸状のセラミック製の絶縁部材２１と、この絶縁部材２１を包囲する形で固定し、先端４０に接地電極５１を備えた筒状の主体金具４１を主体として、次のように構成されている。

　絶縁部材２１の中心の軸穴２３内には、その先端（図１下端）２０から突出する形で中心電極母材１０がシールガラス３１によって固定されており、このシールガラス３１より後方（図１上）には、抵抗体３３を介して端子電極３５がシールガラス３１ｂを介してその後端（図１上端）を絶縁部材２１の後端から突出させて固定されている。このような中心電極１１等を固定した絶縁部材（以下、絶縁部材組付け体ともいう）２１は、主体金具４１の内側に後端側から内挿され、次のようにしてスパークプラグ１０１として組立てられている。

　すなわち、絶縁部材（絶縁部材組付け体）２１の先端２０寄り部位の先端向き面（環状段部）２５を、主体金具４１の内側の先端寄り部位に形成された後端向き面（係止フランジ）４２に、パッキン４３を介して押し当てるように内挿する。次いで、本例では、絶縁部材２１の中間部位において外周に突出状に設けられた固定用フランジ２６の後方と、主体金具４１の後方の大径筒部の内側との間に、Ｏリング３７、滑石３８、Ｏリング３７を介在させる。その後、主体金具４１の後端のカシメ用円筒部４５を内側に折り曲げると共に先端側に向けて圧縮して塑性変形させる。こうして、主体金具４１内に中心電極１１等を固定した絶縁部材２１を固定することでスパークプラグ１０１として組立てられている。なお、このようなスパークプラグ１０１は、主体金具４１の先端寄り部位の外周面に設けられている取付けネジ４６を介して、ねじ込み用の多角形部４７にプラグレンチなどの工具をかけて、図示しないシリンダヘッドのプラグホール（ねじ穴）にねじ込み、着座用のリングフランジ部４８をシリンダヘッドの座面に押付けるようにして、シリンダヘッドに取付けられる。

　さて、次に本発明の要旨をなすところの、スパークプラグ１０１の先端の電極部位について説明する（図１～図６参照）。本形態においては、中空軸状（筒状）のセラミック製の絶縁部材２１の先端２０の中央において、中心電極１１の先端が突出するように設けられている。ただし、その中心電極１１は、図１、図２、図５に示したように、先端寄りの一部を除いて絶縁部材２１内に配置されている円柱状の中心電極母材１０と、この中心電極母材１０の先端面１３に溶接された、中心電極母材１０の外径（φ２．０ｍｍ）より小径をなす円柱状の貴金属チップ１（外径φ０．６ｍｍ、長さ０．８ｍｍ）とからなっている。そして、その両者は次に説明するようにレーザ溶接されている。なお、中心電極母材１０内には図示はしないが銅合金製の中軸が配置されている。また、本例では中心電極母材１０、接地電極５１はインコネル６００（インコネル社の商標）等のＮｉ系耐熱合金又はＦｅ系耐熱合金からなっている。さらに、貴金属チップ１はＰｔ又はＩｒを主成分とする合金からなっており、スパークプラグ１０１に用いられる従来公知の貴金属製とされている。

　一方、図２に示したように、筒状をなす主体金具４１の先端４０には、接地電極５１が溶接で固定されている。この接地電極５１は、主体金具４１の先端４０から、基端（根元）５２寄り部位が主体金具４１及び絶縁部材２１の軸Ｘに沿う形で先方（図１、２下方）に延びている。そして、先端５５寄り部位が中心電極１１側に円弧状部５３を介して曲げられている。本例では、接地電極５１の先端５５のうち、基端５２において中心電極１１側を向く内面５６に連なる面に溶接された貴金属チップ（円板）５７が、中心電極１１をなす貴金属チップ１の先端面３と、正規ギャップＧを保持するように形成されている（図２、図５参照）。なお、このギャップＧは、０．７ｍｍ～１．３ｍｍに設定されている。この接地電極５１は、図４に示したように、その横断面形状は矩形をなしており、基端（根元）５２から先端に向けて略同一の横断面をなしている。また、主体金具４１の先端４０側からみて、その矩形の長辺５８が、主体金具４１の先端（環状部）４０において周方向（接線方向）に沿うように配置されて固定されている（図４参照）。なお、図２に示したように、接地電極５１の基端５２又は基端５２寄り部位の内面５６において、その内面５６に沿って主体金具４１及びスパークプラグ１０１の軸Ｘに平行に引いた線Ｌ１と、中心電極母材１０と貴金属チップ１を溶接しているビード６の表面までの軸Ｘに垂直な最短間隔（距離）Ａ（以下、横ギャップＡともいう）は、Ａ≦３Ｇの寸法関係となるように設定されている。なお、Ａは、具体的には、１．３ｍｍ～３．９ｍｍに設定される。

　他方、本形態では、図５に示したように、中心電極母材１０の先端寄り部位が、先細りテーパに形成された円錐台部１０ｂを介して、図５中破線で示した直径０．９ｍｍの円柱部１０ｃに形成され、その先端面１３に貴金属チップ１がレーザ溶接されている。なお、図５は溶接後の形態を示したものであり、円柱部１０ｃの周面は溶融後、ビード６を形成している。また、この溶接は、中心電極母材１０の先端面１３に、貴金属チップ１の端面５を位置決め、配置して、その両部材の接合面５，１３の外周縁を、周方向に沿って、１周（３６０度）＋α度の周長（角度）にわたって溶接したものとされている（図６参照）。そして、図４、図６に誇張して示したように、その溶接によるビード６における最終端部の（図４、図６の上）６ｅは、他のビード６の部位より半径外方に若干量Ｈ、高く形成された（盛り上がった）凸部（図４，図６中、ハッチング部）７をなしており、軸Ｘ方向から見て、この凸部７における周方向の中央が半径外方に最大突出する頂部８をなしている。なお、本例では、ビード６の幅は、０．４ｍｍ～０．８ｍｍの範囲にあり、その深さは、０．１ｍｍ～０．３ｍｍの範囲にある。そして、貴金属チップ１の先端３から見た凸部７の高さ（最大突出高さ）、すなわち、他のビード６の部位より半径外方に突出している量Ｈは、０．０３ｍｍ～０．２ｍｍ程度である。

　このような本形態では、最終端部（終点）のビード６ｅのなす凸部７が、スパークプラグ１０１を、貴金属チップ１の先端３側から軸Ｘ方向に沿って見たとき、次のように配置されている。すなわち、貴金属チップ１の中心Ｃ１（軸Ｘ）と接地電極５１の基端５２における周方向（矩形の長辺５８）の中心Ｃ２とを結ぶ直線Ｓ１と、周回するビード６の最終端部（終点）６ｅにおける凸部７の頂部８と中心電極１１（貴金属チップ１）の中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｓ２とのなす角度θが、９０度となる位置に配置されている（図４、図６参照）。すなわち、本形態では、周回するビード６の最終端部（終点）６ｅにある凸部７における頂部８が、中心電極１１（貴金属チップ１）の中心Ｃ１と、接地電極５１の基端５２における周方向（長辺５８における幅）の中心Ｃ２とを結ぶ直線Ｓ１の上に存在しないだけでなく、図４、図６に示したように、その直線Ｓ１から周方向に角度θとして９０度、積極的に離された位置にある。このような構成により、本形態では、接地電極５１の基端５２寄り部位と貴金属チップ１を溶接してなるビード６間における異常放電の発生を積極的に防止ないし低減できる、という特有の効果が得られるのである。

　なお、本形態では、周回するビード６の最終端部（終点）６ｅにおける凸部７の頂部８を、直線Ｓ１から周方向に９０度離した場合を例示しているが、この角度θはスパークプラグのサイズ、種類（取付けねじの径の相違）に基づく、横ギャップＡと正規ギャップＧとの寸法関係などにより、４５度又は６０度と、９０度より小さい場合であっても、角度θが付与されている分、異常放電の発生防止効果が得られる。これは、正規ギャップ（寸法）Ｇと、上記した、接地電極５１の基端５２又は基端５２寄り部位の内面５６において軸Ｘに平行に引いた線Ｌ１と、中心電極母材１０と貴金属チップ１を溶接しているビード６の表面までの、軸Ｘに垂直な最短間隔Ａとの寸法関係は、スパークプラグの種類ないしネジサイズ（取り付けネジ径）によって異なるためである。すなわち、取り付けネジ４６の径が比較的大きいものでは、Ａ寸法自体も比較的大きく確保されるため、角度θが小さくても、本来、異常放電は発生し難い。一方、取り付けネジ径が小さいスパークプラグでは、横ギャップＡが基本的に小さく、異常放電が発生しやすい。このため、本発明を取り付けネジ径が小さいスパークプラグにおいて具体化する際には、角度θは大きめに、スパークプラグの組立て作業の基準の点からしても、９０度～１８０度に設定するのが好ましい。

　なお、本形態のスパークプラグ１０１は、次のような組立て過程を経ることで得られる。スパークプラグ１０１の組み立てについては、上記もしたように、まず、先端に貴金属チップ１が溶接されてなる中心電極１１等を、従来と同様にして絶縁部材２１内に内挿する等して絶縁部材組付け体とする。重要なのは、この絶縁部材組付け体を、上記したように、主体金具４１の内側に後端側から内挿し、その後端のカシメ用円筒部４５を加締める前のチェックである。すなわち、この前に、貴金属チップ１を溶接してなるビード６のうちの最終端部６ｅの凸部７における頂部８が、軸Ｘ回りにおける接地電極５１の基端５２に対して所望とする角度θが保持された位置にあるかを確認する。そして、それが保持されていない場合には、主体金具４１の内において絶縁部材組付け体を軸Ｘの回りに適宜に回転して凸部７の位置を所望とする角度θとなるように変更するということである。すなわち、このようにして凸部７の位置が所望とする位置にあることを確認してから、最終的に、上記したようにカシメ用円筒部４５を加締めてその内部に絶縁部材組付け体を固定すればよい。

　さて、ここで、中心電極母材１０の先端面１３に貴金属チップ１をレーザ溶接する場合について、さらに詳細に説明する（図５、図６参照）。ただし、この溶接は、絶縁部材２１に組付ける前の部品としての中心電極母材１０の先端面１３に対し、貴金属チップ１の端面５を位置決め、配置し、その両部材の接合面（部分）の外周縁を、周方向に沿って従来公知のレーザ溶接法により溶接すればよい。すなわち、この溶接においては、図６に示したように、接合面を挟む両部材の外周縁を、例えば、パルスレーザで、溶接開始点（図６の右斜め上のＫ点）から、１照射によるパルスレーザ溶接で形成されたビード６の一部に、次のパルスレーザ溶接によるビード６が重なるようにして、順次、周方向に沿って（図６では右回り）、等角度間隔（図６では４５度間隔）で、パルスレーザ照射を複数回（図６では８発）繰り返す。そして、両部材の接合面（部分）の外周縁を周回して溶接する。その際、この溶接は、ビード６が周方向に１周（３６０度）＋α度となるまで、すなわち、Ｋ点を中心として照射した１発目のパルスレーザによるビードに、８発目（最終発）のパルスレーザによるビード６ｅが、軸Ｘ方向から見て、角度α分重なるようにする。こうすることで、最終回（終点）の溶接部分であるビード６ｅは、他とは異なり、そのビード６ｅの上には重ねてビードが形成されない。したがって、この最終のビード６ｅは、他のビード６の部位と比較すると、図６に模式的に誇張して示したように、スパークプラグ１０１を、貴金属チップ１の先端３側から軸Ｘ方向に沿って見たときは、他より半径方向外側にＨ分盛り上がる凸部（山）７が不可避的に形成される。逆に言うと、この凸部７の位置がビードの最終端部である。なお、パルスレーザによるビードは、軸Ｘ方向に沿って見たとき、その凸部７における中央が頂部８をなすことになる。

　次に、図４、図６における直線Ｓ１と、直線Ｓ２とのなす角度θを、種々（０～１２０度の範囲で）変更したスパークプラグ１０１のサンプルを１個づつ用意し、それぞれ加圧チャンバー内に配置し、０．４ＭＰａの気圧下、各サンプルごとに１００回の火花放電試験を実施した。この試験では、正規ギャップＧ以外での異常放電（横飛火）の発生回数を測定して、横飛火の発生率を求め、その角度（θ）による相違を確認した。ただし、正規ギャップＧと、横ギャップＡとの寸法関係次第で、異常放電の発生のし易さが基本的に異なるため、この寸法関係が異なる４種の各サンプルについて、それぞれ試験した。

　なお、この試験は、図２、図３の矢印Ｙ方向に（中心電極１１から接地電極５１に向けて）流速７．０ｍ／ｓｅｃで気流を付与し、異常放電が発生しやすい雰囲気条件下において実施した。また、正規ギャップＧと、横ギャップＡとの寸法関係は、Ａ＝Ｇ、Ａ＝２Ｇ、Ａ＝３Ｇ、Ａ＝４Ｇの４種類である。因みに、これらは、スパークプラグ１０１の取り付けネジ径でいうと、Ａが小さいものから、それぞれ、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１２、Ｍ１４のものに相当する。試験の結果は表１に示した通りである。

　表１に示したように、Ｇ、Ａの寸法関係に関係なく、角度（θ）を増大させると、横飛火の発生率の増大はなく、ほぼ確実にその発生率が低下していることが分かる。このような試験結果は、とりもなおさず本発明の効果を実証するものである。とくに、Ａ＝Ｇ、Ａ＝２Ｇ及びＡ＝３Ｇのサンプルのように、取付けねじ径が小径のスパークプラグ１０１については、角度（θ）が４５度において、異常放電（横飛火）の発生率が激減していることが分かる。したがって、本発明は、このような小径のスパークプラグ１０１においては、角度（θ）がこのような角度で際立って優れた効果が得られることがわかる。さらに、角度（θ）が９０度の場合には、Ａ＝Ｇのサンプルも含め、いずれのサンプルにおいても、その発生率を０にすることができた。すなわち、本発明では、角度（θ）を９０度以上となるようにして組立てられたスパークプラグ１０１においては、ビードの最終端部の凸部７に起因する異常放電の発生を解消できる。したがって、本発明のスパークプラグによれば、正規ギャップＧにおける飛火率を確実に高めることができるし、燃料着火性も確実に向上させることができるという、とりわけ際立った効果が得られる。

　なお、本発明において、その効果を一層高めるためには、接地電極５１についても次のような構成を付与しておくのが好ましい。というのは、前記形態では，接地電極５１は、主体金具４１の先端４０から先方に延び、中心電極１１をなす貴金属チップ１の先端面３との間で火花ギャップ（正規ギャップ）Ｇが形成されるように、自身の先端５５が貴金属チップ１側に曲げられて形成されている。このような接地電極５１においては、中心電極１１側を向く内面５６と、この内面５６の両側の各面５９，５９とのなす各コーナーのうち（図７参照）、少なくとも、絶縁部材２１の先端２０から軸Ｘ方向に突出している中心電極１１の突出長に対応する部分（図２の領域Ｒ）に対し、面取り６０を付与しておくとよい。このようにしておけば、ここに面取り６０が付けられている分、そのコーナーで電界集中が生じにくくなるため、その分、異常放電の発生をより一層効果的に防止できるためである。なお、面取り６０は、傾斜面取り、アール面取りに限らず、できるだけ大きめに設定するのが好ましい。また、各コーナーとも、接地電極５１が延びる方に沿って、なるべく長い領域（範囲）にわたって面取りを付与しておくのが好ましい。

　本発明は、上記した内容のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更して具体化できる。例えば、上記形態のスパークプラグ１０１においては、貴金属チップが中心電極側と接地電極側の双方に溶接されている場合で説明したが、本発明においては、貴金属チップは中心電極側にのみ溶接されているスパークプラグにおいて広く適用できるものである。

　さらに、上記においては、接地電極５１が、主体金具４１の先端４０から先方に延び、中心電極１１をなす貴金属チップ１の先端面３との間で火花ギャップＧが形成されるように、自身の先端５５がこの貴金属チップ１側に曲げられてなる電極構造のスパークプラグ１０１において本発明を具体化したものを説明したが、本発明は、このような火花ギャップの構成のものに限定されるものではない。

　例えば、図８に示したスパークプラグ２０１のように、接地電極５１が主体金具４１の先端４０から先方に延び、中心電極１１をなす貴金属チップ１の外周面２との間で火花ギャップＧが形成されるように、自身の先端５５が貴金属チップ１側に曲げられてなる電極構造のものにおいても具体化できる。すなわち、このスパークプラグ２０１では、接地電極５１は主体金具４１の先端４０から、その基端５２が軸Ｘ方向に沿って先方に延び、かつ先端５５が中間の円弧状部５３を介して中心電極１１の軸Ｘ側に曲げられてなものであるが、その曲げられた接地電極５１の先端５５と、中心電極１１をなす貴金属チップ１の外周面２と間に、火花ギャップＧが形成されてなるものである。なお、同図のものでは、接地電極５１の先端５５にも貴金属チップ５９が溶接されているものを例示している。

　このような火花ギャップＧの構造のものにおいても、中心電極１１が中心電極母材１０とその先端に溶接された貴金属チップ１とからなっているため、その溶接によるビード６の存在により、上記したスパークプラグ１０１と同様に異常放電の問題がある。そして、本発明はこのような火花ギャップＧの構造においても同様に奏功することは明らかである。なお、このものにおいても、接地電極５１における中心電極１１側を向く内面５６と、該内面５６の両側の各面５９とのなす各コーナーに上記したような面取り６０を付与するのが好ましいが、その際には、少なくとも、絶縁部材２１の先端２０に対応する軸Ｘ方向における位置から、自身の先端５５までの領域（Ｒ２）にわたり、面取りを付けるのが好ましい。さらに、接地電極５１の先端面５５ｂの外周縁にも面取りを付けておくとよい。

　なお、図８に示したような火花ギャップＧを有するスパークプラグ２０１においても、接地電極５１の基端５２において中心電極１１を向く内面５６に沿って主体金具４１の軸Ｘに平行に引いた線Ｌ１と、貴金属チップ１を溶接しているビード６との最短間隔をＡとし、このＡと火花ギャップＧとが、Ａ≦３Ｇの寸法関係にある場合には、上記における角度θを上記したのと同様にしたときは、スパークプラグ１０１における場合と、略同様の効果が得られる。

　上記各形態では、１方向からレーザ溶接した場合で説明したが、次に、複数方向からレーザ溶接した場合の１例として、２方向からレーザ溶接した場合について、図９に基づいて説明する。ただし、本例では、貴金属チップを先端面側から見たときのビードにおける凸部が対向する２箇所の位置に存在する点を除けば、上記した凸部が１箇所存在するものと基本的に異なる点はない。したがって、以下、その凸部の存在状態と、接地電極との位置関係を中心に、その相違点のみ説明し、同一の部位には同一の符号を付すに止める。以下の例でも同様とする。

　図９においては、中心電極母材の先端面に、円柱状の貴金属チップを同心状に位置決めし、その接合面における中心Ｃ１を挟む対向する２箇所（１８０度）の位置において、２方向からその接合面の外周縁をレーザ溶接可能にレーザ溶接機が配置されている。そして、中心電極母材の先端面に、円柱状の貴金属チップを同心状に位置決めした後、パルスレーザ溶接する。図９は、位置決め後、中心電極母材をその軸線回りに１／２回近く（例えば１３５度）回転させ、各方向において、回転開始時（停止時）の位置の１発目（１ｓｔ）のパルスレーザ溶接から、最終の４発目（４ｔｈ）のパルスレーザ溶接まで、それぞれ等角度間隔で４箇所、パルスレーザ溶接した状態の溶接ビード６、６ｅを模式的に示したものである。

　このような本例では、図９にハッチングを付して示したように、貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、各１発目（１ｓｔ）～３発目（３ｒｄ）までのパルスレーザ溶接によるビード６に対し、最終の４発目（４ｔｈ）のパルスレーザ溶接によるビード６ｅは、その軸方向からみたとき、直前の３発目のビード６と、他方のレーザ溶接機による１発目（１ｓｔ）のビード６の上にその両側が重なって形成されている。これにより、最終の４発目（４ｔｈ）のビード６ｅが、チップの中心Ｃ１を挟む対向する２箇所（１８０度）の位置に存在し、そこが他のビード６の部位より半径外方に若干量Ｈ、高く形成された（盛り上がった）凸部（図９中、ハッチング部）７をなしており、軸方向から見て、この凸部７における周方向の中央が半径外方に最大突出する頂部８をなしている。すなわち、同図においては、径方向において比較的、高い異形状の突起ないし盛上り状の凸部７が、２箇所存在することになる。したがって、このような本例では、スパークプラグとして組立てられたときは、図９中に示したように、その２つの凸部７の両頂部８とも、貴金属チップの中心Ｃ１と接地電極５１の基端５２における周方向の中心Ｃ２とを結ぶ直線Ｓ１上に存在せず、しかも、直線Ｓ１から周方向に離れた位置にあるようにすればよい。

　なお、本例では、２つの凸部７が周方向において対向するいちにあるから、２つの凸部７の周方向における中間部位又は中間寄り部位の、径方向に相対的に低く形成されたビード６の部位が、貴金属チップの中心Ｃ１と接地電極５１の基端５２における周方向の中心とを結ぶ直線Ｓ１上に存在するようにするのが好ましい。別の言い方をすると、直線Ｓ１と、各凸部７における頂部８と貴金属チップの中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｓ２とのなす角度θが、図９に示したように、９０度（又は約９０度）とするのが好ましい。なお、周方向において等角度間隔で３方向からレーザ溶接する場合には、図示はしないが、凸部相互間の角度間隔は１２０度となるから、角度θは最大でも６０度となるが、少なくとも４５度以上保持されるように、主体金具の接地電極５１との関係位置を調節して、スパークプラグとして組立てるのが好ましい。

　なお、前記においては、２方向からレーザ溶接することにより、２箇所の最終ビード６ｅが凸部７を形成する場合で説明したが、図１０は、このような凸部７に加えて、それとは無関係に発生する偏心誤差による凸部７ｂが存在する場合の一例を示したものである。図１０は、前例において、図１１に示したように、中心電極母材１０の先端面１３に、円柱状の貴金属チップ１を同心状に位置決めする際に、図１１のＢに示したように、貴金属チップ１が中心電極母材１０の先端面１３において、矢印Ｅ方向に相対的に大きな偏心誤差Ｄ１がある状態で位置決めされ、図１１のＣに示したように、そのまま溶接された場合である。すなわち、この場合には、最終端部のビード６ｅでなくとも、図１０の右斜め上に示したように、そのビード６も、径方向に相対的に高く形成された凸部７ｂを形成する。このように図１０は、凸部の数が２つのビード終端の凸部７と合わせて３箇所となっている。

　このものでは、周方向における間隔が最大となる２つの凸部、すなわち、偏心誤差による凸部が間に存在しない、ビード終端６ｅの２つの凸部７の間が周方向における間隔が最大となるから、図１０に示したように、このビード終端６ｅの２つの凸部７のなす該周方向における間隔の部位が、接地電極５１の基端５２側を向き、その２つの凸部７の各頂部８が、貴金属チップの中心Ｃ１と接地電極５１の基端５２における周方向の中心とを結ぶ直線Ｓ１から周方向に離れた位置にあるようにすればよい。すなわち、本例ではビード終端６ｅの２つの凸部７が、結果として前例と同じ位置関係に保持されている。

　なお、１方向からのレーザ溶接する場合にも、図１１に示したように、貴金属チップ１が中心電極母材１０の先端面１３において、相対的に大きな偏心誤差Ｄ１がある状態で溶接される場合がある。この場合には、図１２に示したように、ビード終端６ｅの凸部７と偏心誤差による凸部７ｂの２箇所の凸部が周方向において存在することになる。なお、図１２では、偏心誤差による凸部７ｂの位置は、図１０に示したそれと同じ場合で示している。一方、偏心誤差による凸部７ｂの位置は、ビード後端６ｅとは無関係に発生する。このため、図１２に示したように、２つの凸部７、７ｂが近接した位置となる場合もある。このような場合には、その２つの凸部７、７ｂが近接して存在している側と、中心Ｃ１を挟む反対側では、その２つの凸部７、７ｂの周方向における間隔が大きくなる。したがって、このような場合には、その周方向における間隔が最大となる２つの凸部７、７ｂのなす該周方向における間隔の部位（ビード６）が、前記接地電極５１の基端５２側を向き、その２つの凸部７、７ｂの各頂部８が、貴金属チップの中心Ｃ１と接地電極５１の基端５２における周方向の中心とを結ぶ直線Ｓ１から周方向に離れた位置にするとよい。図１２では、直線Ｓ１と、直線Ｓ２とのなす角度θが約９０度としてあるが、この角度θがさらに大きくなるように、接地電極５１の基端５２を、図１２中において、１点鎖線で示したような位置まで相対的に移動してもよい。すなわち、接地電極５１の基端５２を向く周方向部位（半周部位）に２つの凸部７、７ｂが存在しないようにしてもよい。

　上記したように、本発明では、スパークプラグを、貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、周回するレーザ溶接によるビードのうち、径方向に相対的に高く形成された凸部（ビード終端の凸部、偏心誤差による凸部）における頂部が、貴金属チップの中心と接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、該直線から前記周方向に、できるだけ離れた位置にあるのが好ましい。したがって、凸部の数が１つであればその位置の設定は容易であるが、複数ある場合には、いずれの凸部も、その頂部が前記直線から周方向に離れた位置にあるように、位置決めすることが重要である。このため、その周方向における間隔が最大となる２つの凸部のなす該周方向における間隔の部位（ビード）が、前記接地電極の基端側を向き、その２つの凸部の各頂部が、貴金属チップの中心と接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線から周方向に、同じか略同じ距離又は角度間隔で離れた位置になるようにするのが好ましい。なお、凸部の数が周方向において複数ある場合にも、それが１つの場合と同様に、上記したような各形態のプラグとして具体化できる。

　さて次、本発明を具体化するスパークプラグの製造方法（組立て方法）の具体例について説明する。この製法については上記においても一応説明したが、そのうちの重要な点は、本発明の要部をいかにして具体化するかという点である。すなわち、スパークプラグを貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、周回するレーザ溶接によるビードのうち、径方向に相対的に高く形成された凸部における頂部が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、該直線から前記周方向に離れた位置にあるようにする、という点である。そして、この点を除けば、従来公知のスパークプラグの製造方法と異なる点はない。ここで、従来公知のスパークプラグは、先端に貴金属チップが溶接された中心電極等の構成部材を中空軸状の絶縁部材内に内挿し、この中心電極の後方に端子電極等の構成部材を配置して該絶縁部材内に中心電極等の構成部材を固定して絶縁部材組付け体を組付ける工程と、中心電極等の構成部材を内挿して固定した前記絶縁部材組付け体を、接地電極が自身の先端に設けられた筒状の主体金具の内側に、該主体金具の後端側から内挿する工程と、該主体金具内に内挿した該絶縁部材組付け体を、該主体金具を加締めて、該絶縁部材組付け体を該主体金具内に固定する加締め工程を含むものである。

　したがって、本発明のスパークプラグは、周回するレーザ溶接によるビードのうち、径方向に相対的に高く形成された凸部における頂部が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、該直線から前記周方向に離れた位置にとなるようにして組立てればよい。次に、その具体例を前記製法を前提として図１３に基づいて説明する。

　図１３の左図に示したような、主体金具４１の位置決めジグ３０１を用意する。この位置決めジグ３０１は主体金具４１の先端側の取付けネジ４６の部位を略隙間なく呑み込み可能の穴３０３を有しており、主体金具４１は、その着座用のリングフランジ部４８で位置決めジグ３０１の上面（穴の開口周縁部）支持されるように形成されている。また、穴３０３の奥には、先端に接地電極５１が溶接で固定された主体金具４１を、その先端を下にして位置決めジグ３０１の穴３０３に挿入したとき、接地電極５１が位置決めされる凹部（主体金具４１の軸線回りにおける接地電極５１位置決め部）３０５を有している。しかして、主体金具４１をその先端側から穴３０３内に挿入すると共に、接地電極５１を凹部３０５に挿入する。これにより、主体金具４１は、その接地電極５１を軸線回りにおいて所定の方向に位置して位置決めジグ３０１にて保持する。なお、この製造段階では、接地電極５１は主体金具４１の先端から真っ直ぐ先方に向かって延びる形をなしており、これは、次の絶縁部材組付け体を固定した後で、中心電極の対応して曲げ形成される。

　次に、絶縁部材２１内に中心電極等の構成部材を固定して組付けられている絶縁部材組付け体（図１３の左図の上の仕掛品）２２を、主体金具４１にその後端側から内挿可能の図示しない組み立て用の絶縁部材組付け体供給アームの先端のチャックで把持しておく。ただし、そのチャックは、絶縁部材組付け体２２を、その軸線回りに回転調節する回転調節手段を備えている。このような本例では、絶縁部材組付け体２２を、主体金具４１に内挿する前に、絶縁部材組付け体２２をなしているその先端の貴金属チップを溶接しているビードの径方向の高さを、貴金属チップの周方向に沿って検出手段により検出する。そして、その検出データに基づいて、貴金属チップの中心と接地電極５１の基端における周方向の中心とを結ぶ直線に対するビードの凸部における頂部の軸線回りの位置を調節する。すなわち、その検出データに基づいて、その貴金属チップの外周面のうち、接地電極の基端側を向くべき周方向の位置（基準位置）を割出し、回転調節手段でその基準位置が接地電極の基端側を向くように、チャックにおいて絶縁部材組付け体２２を回転制御する。

　このようにして、チャックにおいて絶縁部材組付け体２２を回転制御した後、供給アームを駆動して、絶縁部材組付け体２２を主体金具４１の軸線に一致させて、図１３の右図に示したように、これを主体金具内４１に挿入する。そして、上記もしたように、主体金具４１の後方の大径筒部の内側との間に、Ｏリング３７、滑石３８、Ｏリング３７を介在させる（図１参照）。その後、主体金具４１の後端のカシメ用円筒部４５を内側に折り曲げる加締めを行い、先端側に向けて圧縮して塑性変形させる。かくして、絶縁部材組付け体を主体金具内に固定した後、接地電極５１を所定の形状に曲げることで、図１に示した構造のスパークプラグ１０１が製造される。なお、絶縁部材組付け体２２における貴金属チップの溶接ビードの径方向の高さ検出は、本来、加締め工程の前であればよい。したがって、絶縁部材組付け体２２を、主体金具４１に内挿する過程、又は、挿入後に行うこともできるが、本例のように、主体金具４１に内挿する前に行うのが容易であり、したがって好ましい。

　なお、ビードの径方向の高さ検出は、カメラ撮影による拡大画像処理によることとしてもよいし、レーザ計測によることもできるなど、各種の公知の検出手段又は計測手段によればよい。図１３では、絶縁部材組付け体２２をその軸線回りに１回転させて、ビードの径方向の突出量（外周面の輪郭）を周方向に、貴金属チップの側部から、カメラ４０１により撮影して拡大画像処理による場合を示しているが、カメラ撮影に代えてレーザ計測によってもよい。また、ビードの径方向の高さは、貴金属チップをその先端側からカメラ４０１により撮影して拡大画像処理により検出することもできる。適宜の計測手段で、ビードの径方向の高さを周方向にわたって検出し、その検出データから、接地電極の基端を向くべき面（基準位置）を割出し、それに応じて、その基準位置が接地電極の基端側を向くように回転調節手段をプログラムしておけばよい。

　１　貴金属チップ
　３　貴金属チップの先端
　６、６ｅ　レーザ溶接のビード
　７　ビードの最終端部で、径方向に相対的に高く形成された凸部
　７ｂ　偏心誤差によるビードにおける凸部
　８　凸部における頂部
１０　中心電極母材
１１　中心電極
１３　中心電極母材の先端
２１　絶縁部材
４０　主体金具の先端
４１　主体金具
５１　接地電極
５２　接地電極の基端
５２ｂ　接地電極の基端における周方向の中心
５５　接地電極の先端
５６　接地電極の中心電極側を向く内面
５９　内面の両側の各面
６０　面取り
１０１、２０１　スパークプラグ
　Ｇ　火花ギャップ（正規ギャップ）
　Ａ　横ギャップ
Ｃ１　貴金属チップの先端の中心
Ｃ２　接地電極の基端における周方向の中心
Ｓ１　貴金属チップの先端の中心と接地電極の基端における周方向の中心を結ぶ直線
Ｓ２　ビードの凸部における頂部と貴金属チップの中心とを結ぶ直線
　θ　直線Ｓ１とＳ２とのなす角度
　Ｘ　軸

Claims

　先端に中心電極を配置した中空軸状の絶縁部材と、この絶縁部材を包囲し、前記中心電極とで火花ギャップを形成する接地電極を先端に備えた主体金具とを有し、
　前記中心電極が、中心電極母材の先端に貴金属チップを溶接してなるものであって、該中心電極母材と該貴金属チップとの接合面の周囲を周方向に沿って１周以上周回してレーザ溶接してなるスパークプラグにおいて、
　前記中心電極と前記接地電極との間の火花ギャップをＧとし、
　前記接地電極の基端において、前記中心電極を向く内面に沿って前記主体金具の軸Ｘに平行に引いた線と、レーザ溶接によるビードとの最短間隔をＡとしたとき、
　ＧとＡとが、Ａ≦３Ｇの寸法関係にあるようにし、
　該スパークプラグを、前記貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、
　周回するレーザ溶接によるビードのうち、径方向に相対的に高く形成された凸部における頂部が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、該直線から前記周方向に離れた位置にあることを特徴とするスパークプラグ。
　前記凸部が周方向において複数存在し、そのいずれの頂部も、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線上に存在せず、しかも、該直線から前記周方向に離れた位置にあることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
　前記凸部が周方向において複数存在し、その周方向における間隔が最大となる２つの凸部のなす該周方向における間隔の部位が、前記接地電極の基端側を向き、その２つの凸部の各頂部が、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線から前記周方向に離れた位置にあることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
　前記スパークプラグを、前記貴金属チップの先端側から軸方向に沿って見たとき、
　前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線と、周回するレーザ溶接によるビードのうち、径方向に相対的に高く形成された凸部における頂部と前記貴金属チップの中心とを結ぶ直線とのなす角度θが４５度以上保持されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
　請求項４において、前記角度θが９０度以上保持されていることを特徴とするスパークプラグ。
　前記接地電極は、前記主体金具の先端から先方に延び、前記中心電極をなす貴金属チップの先端面との間で火花ギャップが形成されるように、自身の先端が該貴金属チップ側に曲げられてなることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
　請求項６において、前記接地電極には、前記中心電極側を向く内面と、該内面の両側の各面とのなす各コーナーのうち、少なくとも、前記絶縁部材の先端から軸方向に突出している前記中心電極の突出長に対応する部分に対し、面取りが付与されていることを特徴とするスパークプラグ。
　前記接地電極は、前記主体金具の先端から先方に延び、前記中心電極をなす貴金属チップの外周面との間で火花ギャップが形成されるように、自身の先端が該貴金属チップ側に曲げられてなることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
　請求項８において、前記接地電極には、前記中心電極側を向く内面と、該内面の両側の各面とのなす各コーナーのうち、少なくとも、前記絶縁部材の先端に対応する軸方向における位置から、接地電極自身の先端まで、面取りが付与されていることを特徴とするスパークプラグ。
　前記接地電極に貴金属チップがレーザ溶接されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
　前記レーザ溶接はパルスレーザ溶接であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
　先端に貴金属チップが溶接された中心電極等の構成部材を中空軸状の絶縁部材内に内挿し、この中心電極の後方に端子電極等の構成部材を配置して該絶縁部材内に中心電極等の構成部材を固定して絶縁部材組付け体を組付ける工程と、
　中心電極等の構成部材を内挿して固定した前記絶縁部材組付け体を、接地電極が自身の先端に設けられた筒状の主体金具の内側に、該主体金具の後端側から内挿する工程と、
　該主体金具内に内挿した該絶縁部材組付け体を、該主体金具を加締めて、該絶縁部材組付け体を該主体金具内に固定する加締め工程を含むスパークプラグの製造方法において、
　請求項１～１１のいずれか１項に記載のスパークプラグを製造するにあたり、
　前記主体金具の軸線回りにおける前記接地電極の位置を所定の位置として、該主体金具を位置決めしておく一方、
　前記絶縁部材組付け体を前記主体金具に内挿する前から、前記加締工程において該主体金具を加締めるまでの間に、
　前記ビードの径方向の高さを前記貴金属チップの周方向に沿って検出手段により検出し、かつその検出データに基づいて、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線に対する前記凸部における前記頂部の軸線回りの位置を調節しておくことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
　先端に貴金属チップが溶接された中心電極等の構成部材を中空軸状の絶縁部材内に内挿し、この中心電極の後方に端子電極等の構成部材を配置して該絶縁部材内に中心電極等の構成部材を固定して絶縁部材組付け体を組付ける工程と、
　中心電極等の構成部材を内挿して固定した前記絶縁部材組付け体を、接地電極が自身の先端に設けられた筒状の主体金具の内側に、該主体金具の後端側から内挿する工程と、
　該主体金具内に内挿した該絶縁部材組付け体を、該主体金具を加締めて、該絶縁部材組付け体を該主体金具内に固定する加締め工程を含むスパークプラグの製造方法において、
　請求項１～１１のいずれか１項に記載のスパークプラグを製造するにあたり、
　前記主体金具の軸線回りにおける前記接地電極の位置を所定の位置として、該主体金具を位置決めしておく一方、
　前記絶縁部材組付け体を前記主体金具に内挿する前に、
　前記ビードの径方向の高さを前記貴金属チップの周方向に沿って検出手段により検出し、かつその検出データに基づいて、前記貴金属チップの中心と前記接地電極の基端における周方向の中心とを結ぶ直線に対する前記凸部における前記頂部の軸線回りの位置を調節しておくことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
　請求項１２又は１３において、前記検出手段を、カメラ撮影による画像処理によることとしたスパークプラグの製造方法。
　請求項１２又は１３において、前記検出手段を、レーザ計測によることとしたスパークプラグの製造方法。