WO2018003320A1

WO2018003320A1 - スパークプラグ

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Publication number: WO2018003320A1
Application number: PCT/JP2017/018143
Authority: WO
Inventors: 亮樹八木; 井上　正博
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2018-12-27
Also published as: US10868409B2; JP6177968B1; US20190334322A1; DE112017003193B4; JP2018005993A; CN109314372B; CN109314372A; DE112017003193T5

Abstract

チップを剥離し難くできるスパークプラグを提供すること。チップの中心軸を含む断面において、溶融部とチップとの界面は、中心軸に直交すると共に界面よりも第２電極側に位置する仮想直線から、中心軸から離れるにつれて中心軸と平行な方向へ次第に離れる第１部分と、中心軸と平行な方向において、中心軸から離れるにつれて仮想直線へ次第に近づく第２部分と、第１部分と第２部分とを繋ぐ底点とを備える。底点は、第１部分および第２部分のうち、中心軸と平行な方向において仮想直線から最も離れた位置である。第１部分、第２部分および底点は、全てが、断面のうち中心軸を境目とする片側に少なくとも存在し、中心軸に直交する方向の界面の長さをＷとし、底点と中心軸との距離をＸとしたときに、底点は０．１≦Ｘ／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。

Description

スパークプラグ

本発明はスパークプラグに関し、特にチップを剥離し難くできるスパークプラグに関するものである。

貴金属を含有するチップと電極母材とが溶融部を介して接合された第１電極と、チップと火花ギャップを介して対向する第２電極とを備えるスパークプラグが知られている（例えば特許文献１）。スパークプラグは火花ギャップ間に放電を生じさせ、第１電極と第２電極とが曝された混合気に点火することにより火炎核を形成する。チップと溶融部とは熱膨張率が異なるので、チップと溶融部との界面に熱応力が発生する。

特開２００３－６８４２１号公報

しかしながら上述した従来の技術では、熱応力によってチップと溶融部との界面にクラック及び酸化スケールが発生し易いので、クラックや酸化スケールが過度に進行すると、チップが溶融部から剥離し脱落するおそれがある。　

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、チップを剥離し難く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、第１電極は、貴金属を含有する柱状のチップと、チップを支持する電極母材と、チップ及び電極母材が溶け合ってなる溶融部とを備えている。第２電極はチップと火花ギャップを介して対向する。チップの中心軸を含む断面において、溶融部とチップとの界面は、中心軸に直交すると共に界面よりも第２電極側に位置する仮想直線から、中心軸から離れるにつれて中心軸と平行な方向へ次第に離れる第１部分と、中心軸と平行な方向において、中心軸から離れるにつれて仮想直線へ次第に近づく第２部分と、第１部分と第２部分とを繋ぐ底点とを備えている。底点は、第１部分および第２部分のうち、中心軸と平行な方向において仮想直線から最も離れた位置である。　

第１部分、第２部分および底点は、全てが、断面のうち中心軸を境目とする片側に少なくとも存在し、中心軸に直交する方向の界面の長さをＷとし、底点と中心軸との距離をＸとしたときに、底点は０．１≦Ｘ／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。第１部分は、中心軸から離れるにつれて中心軸と平行な方向へ次第に離れるので、中心軸と直交する方向におけるチップに対する溶融部の熱膨張を規制する。少なくとも片側の断面において、中心軸と直交する方向におけるチップに対する第２部分の熱膨張量を小さくできるので、熱応力を緩和してチップを剥離し難くできる効果がある。　

請求項２記載のスパークプラグによれば、底点、第１部分および第２部分は、それらを１組として、中心軸を境目とする断面の両側にそれぞれ存在する。中心軸を挟んで界面の両側の熱応力を抑制できるので、請求項１の効果に加え、チップをより剥離し難くできる効果がある。

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。第１電極の斜視図である。第１電極の中心軸を含む断面図である。第２実施の形態における第１電極の中心軸を含む断面図である。第３実施の形態における第１電極の中心軸を含む断面図である。第４実施の形態における第１電極の中心軸を含む断面図である。第５実施の形態における第１電極の中心軸を含む断面図である。第６実施の形態における第１電極の中心軸を含む断面図である。第７実施の形態における第１電極の中心軸を含む断面図である。

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、中心電極５０及び端子金具６０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、電極母材３１の先端に接合されるチップ３２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３２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板状の部材であり、レーザ溶接等によって中心軸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うにつれて拡径する段部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５２の内部に、電極母材５２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。電極母材５２は大部分が第１孔部４２内に位置する。電極母材５２は先端が第１孔部４２から露出し、先端にチップ５４がレーザ溶接等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３２と対向する。本実施の形態では、中心電極５０を第１電極とし、接地電極３０を第２電極とする。　

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、導電性を有する導電性シール７１，７２がそれぞれ配置される。導電性シール７１は抵抗体７０と中心電極５０とにそれぞれ接触し、導電性シール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と導電性シール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、電極母材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に後端部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、導電性シール７１の原料粉末を第２孔部４４から入れて、後端部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に充填した導電性シール７１の原料粉末を予備圧縮する。成形された導電性シール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、導電性シール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に充填した導電性シール７２の原料粉末を予備圧縮する。　

次に、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が導電性シール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鍔部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、端子金具６０の先端部６１によって導電性シール７１、抵抗体７０及び導電性シール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の内部に導電性シール７１、抵抗体７０及び導電性シール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３２を溶接し、接地電極３０のチップ３２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は、チップ５４側から見た中心電極５０の斜視図である。図２に示すように中心電極５０は、電極母材５２に溶融部５５を介してチップ５４が接合されている。チップ５４は円柱状に形成されている。電極母材５２は先端に円柱状の先端部５２ａが突出する。先端部５２ａは、外径が、チップ５４の外径より少し大きく設定されている。チップ５４の底面および側面の全周と先端部５２ａとの間に溶融部５５が形成されている。溶融部５５はレーザ光の照射により形成される。　

図３は第１電極（中心電極５０）の中心軸Ｏを含む断面図である。図３では中心電極５０の軸方向の一部の図示が省略されている（軸方向の一部の図示の省略は図４から図９において同じ）。溶融部５５は、電極母材５２（先端部５２ａ）及びチップ５４が溶け合ってなる部位であり、チップ５４の側面５４ａ，５４ａに亘って設けられている。図３において、溶融部５５とチップ５４との界面８１は、中心軸Ｏを境目とする片側（図３左側）に第１部分８２、第２部分８３及び底点８４を備え、中心軸Ｏを境目とする片側（図３右側）に第１部分８６、第２部分８７及び底点８８を備えている。　

界面８１は、第２部分８３、第１部分８２、第１部分８６及び第２部分８７が順に（図３左から右へ）連接されている。第１部分８２と第１部分８６とは極大点８５で接続される。本実施の形態では、極大点８５は中心軸Ｏ上に位置する。極大点８５は、第１部分８２及び第１部分８６のうち、中心軸Ｏと平行な方向において、仮想直線８０に最も近い点である。　

第１部分８２は、極大点８５と底点８４とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分８２は変曲点を有している。仮想直線８０は中心軸Ｏに直交する仮想の直線であり、界面８１よりも第２電極（接地電極３０）側（図３上側）の任意の位置に設けられる。　

第２部分８３は、底点８４とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。第２部分８３は、第１部分８２よりも、中心軸Ｏと直交する方向（以下「軸直角方向」と称す）の外側に存在する。第２部分８３は、中心軸Ｏから最も離れた位置がチップ５４の側面
５４ａに交わる。　

底点８４は、第１部分８２と第２部分８３とを繋ぐ点である。底点８４は、第１部分８２及び第２部分８３のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

第１部分８６は、極大点８５と底点８８とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分８６は変曲点を有している。第２部分８７は、底点８８とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。第２部分８７は、第１部分８６よりも軸直角方向の外側に存在する。第２部分８７は、中心軸Ｏから最も離れた位置がチップ５４の側面５４ａに交わる。　

底点８８は、第１部分８６と第２部分８７とを繋ぐ点である。底点８８は、第１部分８６及び第２部分８７のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

中心電極５０の電極母材５２とチップ５４との接合は、例えば以下の方法によって行われる。まず、電極母材５２にチップ５４を載置し、押さえつける。次に、電極母材５２にチップ５４を押さえつけた状態で、チップ５４の中心軸を中心に回転させる。そして、チップ５４の中心軸とレーザ光のビーム軸とを交差させて、チップ５４と電極母材５２との境界付近にレーザ光を照射する。これにより、チップ５４及び電極母材５２の全周に溶融部５５が形成される。　

レーザ溶接の出力、チップ５４及び電極母材５２の回転数、レーザ光の照射位置および照射パターンを適宜調整することによって、溶融部５５は中心軸付近に熱が蓄積される。その結果、溶融部５５の中心軸Ｏ近傍が軸方向に膨らむので、溶融部５５とチップ５４との界面８１に第１部分８２，８６、第２部分８３，８７及び底点８４，８８が形成される。　

溶融部５５は、熱膨張率が、チップ５４の熱膨張率より大きい。従って、スパークプラグ１０の使用時に、チップ５４及び溶融部５５が軸直角方向に熱膨張すると、熱膨張率の差によって第１部分８２を挟んでチップ５４が障壁になり、溶融部５５の膨張を規制する。溶融部５５の第２部分８３は第１部分８２に対して軸直角方向の外側に膨張するが、第１部分８２の分だけ第２部分８３の寸法を短くできるので、チップ５４に対する第２部分８３の軸直角方向の熱膨張量を小さくできる。その結果、チップ５４の側面５４ａに交わる第２部分８３の熱応力を緩和できるので、第２部分８３が開放されるのを抑制し、クラック及び酸化スケールを発生し難くできる。よって、溶融部５５からチップ５４を剥離し難くできる。第１部分８６も第１部分８２と同様に機能する。　

中心軸Ｏに直交する方向（軸直角方向）の界面８１の長さ（直線距離）をＷとし、底点８４と中心軸Ｏとの距離をＸ１としたときに、底点８４は０．１≦Ｘ１／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。また、底点８８と中心軸Ｏとの距離をＸ２としたときに、底点８８は０．１≦Ｘ２／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。これにより、溶融部５５からチップ５４を剥離し難くできる。　

即ち、底点８４がＸ１／Ｗ＜０．１を満たす位置に存在すると、第１部分８２が相対的に短いので、第１部分８２の障壁の効果が乏しくなり、溶融部５５の膨張を規制する第１部分８２の機能が低下する。底点８４がＸ１／Ｗ＞０．４を満たす位置に存在すると、第１部分８２が相対的に長いので、第１部分８２を挟んで障壁となるチップ５４が、溶融部５５の膨張に抗し難くなり、溶融部５５からチップ５４が剥離し易くなる。０．１≦Ｘ１／Ｗ≦０．４を満たす位置に底点８４を存在させると、これらの問題を解決できる。底点８８についても同様の関係がある。　

第１部分８２、第２部分８３及び底点８４は、それらを１組として中心軸Ｏを境目とする片側（図３左側）に存在し、第１部分８６、第２部分８７及び底点８８は、それらを１組として中心軸Ｏを境目とする片側（図３右側）に存在する。これにより、中心軸Ｏを挟んで界面８１の両側の熱応力を抑制できるので、チップ５４をより剥離し難くできる。　

第１部分８２，８６は変曲点を有しているので、第１部分が変曲点を有しない場合に比べて、底点８４，８８及び極大点８５付近の第１部分８２，８６の曲率や、底点８４，８８及び極大点８５付近における中心軸Ｏに対する第１部分８２，８６の傾きを小さくできる。その結果、チップ５４と溶融部５５との熱膨張の差による荷重を底点８４，８８や極大点８５付近に集中させないようにできる。よって、底点８４，８８や極大点８５付近の荷重を抑制して、界面８１にクラックを生じ難くできる。　

次に図４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、底点８４，８８、第１部分８２，８６及び第２部分８３，８７が、それぞれを１組として中心軸Ｏを境目とする断面の両側に存在す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、第１部分９２、第２部分９３及び底点９４が、中心軸Ｏを境目とする断面の片側に存在す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４は第２実施の形態における第１電極（中心電極９０）の中心軸Ｏを含む断面図である。中心電極９０は、第１実施の形態で説明した中心電極５０に代えて、スパークプラグ１０に配置される（第３実施の形態以後も同じ）。図４において、溶融部５５とチップ５４との界面９１は、中心軸Ｏを境目とする片側（図４左側）に第１部分９２、第２部分９３及び底点９４を備えている。　

界面９１は、第２部分９３、第１部分９２、第２部分９５及び第１部分９６が順に（図４左から右へ）連接されている。第１部分９２は、中心軸Ｏと底点９４とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分９２は変曲点を有している。第２部分９３は、底点９４とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。第２部分９３は、第１部分９２よりも、軸直角方向の外側に存在する。第２部分９３は、中心軸Ｏから最も離れた位置がチップ５４の側面５４ａに交わる。　

底点９４は、第１部分９２と第２部分９３とを繋ぐ点である。底点９４は、第１部分９２及び第２部分９３のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。軸直角方向の界面９１の長さ（直線距離）をＷとし、底点９４と中心軸Ｏとの距離をＸとしたときに、底点９４は０．１≦Ｘ／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。　

第２部分９５は、中心軸Ｏと極大点９７とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０に次第に近づく。第１部分９６は、極大点９７とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０から次第に離れる。極大点９７は、第２部分９５及び第１部分９６のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０に最も近い位置にある。　

第２実施の形態によれば、第１実施の形態と同様に、チップ５４及び溶融部５５が軸直角方向に膨張すると、熱膨張率の差によって第１部分９２を挟んでチップ５４が障壁になり、溶融部５５の膨張を規制する。第１部分９２の分だけ第２部分９３の寸法を短くできるので、チップ５４に対する第２部分９３の軸直角方向の熱膨張量を小さくできる。その結果、チップ５４の側面５４ａに交わる第２部分９３にクラック及び酸化スケールを発生し難くできるので、溶融部５５からチップ５４を剥離し難くできる。　

次に図５を参照して第３実施の形態について説明する。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は第３実施の形態における第１電極（中心電極１００）の中心軸Ｏを含む断面図である。図５において、溶融部５５とチップ５４との界面１０１は、中心軸Ｏを境目とする片側（図５左側）に第１部分１０２、第２部分１０３及び底点１０４を備えている。　

界面１０１は、第２部分１０３、第１部分１０２及び第２部分１０５が順に（図５左から右へ）連接されている。第１部分１０２は、中心軸Ｏと底点１０４とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第２部分１０３は、底点１０４とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。第２部分１０３は、第１部分１０２よりも、軸直角方向の外側に存在する。第２部分１０３は、中心軸Ｏから最も離れた位置がチップ５４の側面５４ａに交わる。　

底点１０４は、第１部分１０２と第２部分１０３とを繋ぐ点である。底点１０４は、第１部分１０２及び第２部分１０３のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。軸直角方向の界面１０１の長さ（直線距離）をＷとし、底点１０４と中心軸Ｏとの距離をＸとしたときに、底点１０４は０．１≦Ｘ／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。　

第２部分１０５は、中心軸Ｏとチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０に次第に近づく。第３実施の形態によれば、第２実施の形態と同様に、チップ５４及び溶融部５５が軸直角方向に膨張すると、熱膨張率の差によって第１部分１０２を挟んでチップ５４が障壁になるので、溶融部５５の膨張を規制する。第２部分１０３の軸直角方向の熱膨張量を小さくできるので、第２部分１０３にクラック及び酸化スケールを発生し難くできる。　

次に図６を参照して第４実施の形態について説明する。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は第４実施の形態における第１電極（中心電極１１０）の中心軸Ｏを含む断面図である。　

図６において、溶融部５５とチップ５４との界面１１１は、中心軸Ｏを境目とする片側（図６左側）に第１部分１１２、第２部分１１３及び底点１１４を備え、中心軸Ｏを境目とする片側（図６右側）に第１部分１１６、第２部分１１７及び底点１１８を備えている。界面１１１は、第２部分１１３、第１部分１１２、第１部分１１６及び第２部分１１７が順に（図６左から右へ）連接されている。第１部分１１２と第１部分１１６とは極大点１１５で接続される。本実施の形態では、極大点１１５は中心軸Ｏ上に位置する。　

第１部分１１２は、極大点１１５と底点１１４とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分１１２は変曲点を有している。第２部分１１３は、底点１１４とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。底点１１４は、第１部分１１２及び第２部分１１３のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

第１部分１１６は、極大点１１５と底点１１８とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分１１６は変曲点を有している。第２部分１１７は、底点１１８とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。底点１１８は、第１部分１１６及び第２部分１１７のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。

軸直角方向の界面１１１の長さ（直線距離）をＷとし、底点１１４と中心軸Ｏとの距離をＸ１としたときに、底点１１４は０．１≦Ｘ１／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。また、底点１１８と中心軸Ｏとの距離をＸ２としたときに、底点１１８は０．１≦Ｘ２／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。第４実施の形態によれば、第１実施の形態と同様に構成されているので、第１実施の形態と同様の作用効果が得られる。

次に図７を参照して第５実施の形態について説明する。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は第５実施の形態における第１電極（中心電極１２０）の中心軸Ｏを含む断面図である。　

図７において、溶融部５５とチップ５４との界面１２１は、中心軸Ｏを境目とする片側（図７左側）に第１部分１２２、第２部分１２３及び底点１２４を備え、中心軸Ｏを境目とする片側（図７右側）に第１部分１２６、第２部分１２８及び底点１１９を備えている。界面１２１は、第２部分１２３、第１部分１２２、第１部分１２６、第２部分１２５、第１部分１２６及び第２部分１２８が順に（図７左から右へ）連接されている。　

第１部分１２２は、中心軸Ｏと底点１２４とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分１２２は変曲点を有している。第２部分１２３は、底点１２４とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。底点１２４は、第１部分１２２及び第２部分１２３のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

第２部分１２５は、中心軸Ｏと極大点１２７とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。第１部分１２６は、極大点１２７と底点１２９とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分１２６は変曲点を有している。第２部分１２８は、底点１２９とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。底点１２９は、第１部分１２６及び第２部分１２８のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

軸直角方向の界面１２１の長さ（直線距離）をＷとし、底点１２４と中心軸Ｏとの距離をＸ１としたときに、底点１２４は０．１≦Ｘ１／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。また、底点１２９と中心軸Ｏとの距離をＸ２としたときに、底点１２９は０．１≦Ｘ２／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。第５実施の形態によれば、第１実施の形態と同様に構成されているので、第１実施の形態と同様の作用効果が得られる。　

次に図８を参照して第６実施の形態について説明する。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は第６実施の形態における第１電極（中心電極１３０）の中心軸Ｏを含む断面図である。　

図８において、溶融部５５とチップ５４との界面１３１は、中心軸Ｏを境目とする片側（図８左側）に第１部分１３２、第２部分１３３及び底点１３４を備え、中心軸Ｏを境目とする片側（図８右側）に第１部分１３６、第２部分１３８及び底点１３９を備えている。界面１３１は、第２部分１３３、第１部分１３２、第２部分１３５、第１部分１３６及び第２部分１３８が順に（図８左から右へ）連接されている。　

第１部分１３２は、中心軸Ｏと底点１３４とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分１３２は変曲点を有している。第２部分１３３は、底点１３４とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。底点１３４は、第１部分１３２及び第２部分１３３のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

第２部分１３５は、中心軸Ｏと極大点１３７とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。第１部分１３６は、極大点１３７と底点１３９とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分１３６は変曲点を有している。第２部分１３８は、底点１３９とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。底点１３９は、第１部分１３６及び第２部分１３８のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

軸直角方向の界面１３１の長さ（直線距離）をＷとし、底点１３４と中心軸Ｏとの距離をＸ１としたときに、底点１３４は０．１≦Ｘ１／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。また、底点１３９と中心軸Ｏとの距離をＸ２としたときに、底点１３９は０．１≦Ｘ２／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。第６実施の形態によれば、第１実施の形態と同様に構成されているので、第１実施の形態と同様の作用効果が得られる。　

次に図９を参照して第７実施の形態について説明する。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９は第７実施の形態における第１電極（中心電極１４０）の中心軸Ｏを含む断面図である。中心電極１４０は、溶融部１５０を介して電極母材１４１にチップ５４が接合されている。　

図９において、溶融部１５０とチップ５４との界面１５１は、中心軸Ｏを境目とする片側（図９左側）に第１部分１５２、第２部分１５３及び底点１５４を備え、中心軸Ｏを境目とする片側（図９右側）に第１部分１５６、第２部分１５８及び底点１５９を備えている。界面１５１は、第２部分１５３、第１部分１５２、第２部分１５５、第１部分１５６及び第２部分１５８が順に（図９左から右へ）連接されている。　

第１部分１５２は、中心軸Ｏと底点１５４とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分１５２は変曲点を有している。第２部分１５３は、底点１５４とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。底点１５４は、第１部分１５２及び第２部分１５３のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

第２部分１５５は、中心軸Ｏと極大点１５７とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。第１部分１５６は、極大点１５７と底点１５９とに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ仮想直線８０から次第に離れる。第１部分１５６は変曲点を有している。第２部分１５８は、底点１５９とチップ５４の側面５４ａとに挟まれた部分であり、中心軸Ｏから離れるにつれて、中心軸Ｏと平行な方向へ、仮想直線８０へ次第に近づく。底点１５９は、第１部分１５６及び第２部分１５８のうち、中心軸Ｏと平行な方向において仮想直線８０から最も離れている。　

軸直角方向の界面１５１の長さ（直線距離）をＷとし、底点１５４と中心軸Ｏとの距離をＸ１としたときに、底点１５４は０．１≦Ｘ１／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。また、底点１５９と中心軸Ｏとの距離をＸ２としたときに、底点１５９は０．１≦Ｘ２／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在する。第７実施の形態によれば、第１実施の形態と同様に構成されているので、第１実施の形態と同様の作用効果が得られる。

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。　

（サンプルの作成）　チップは円柱状のイリジウム合金製とし、直径０．５５ｍｍ、高さ０．６５ｍｍのものと、直径０．８ｍｍ、高さ０．６ｍｍのものとを用いた。電極母材はニッケル合金（インコネル６００）（登録商標）製とした。チップを接合する電極母材の先端部は、直径０．５５ｍｍのチップの場合は直径０．８５ｍｍ、直径０．８ｍｍのチップの場合は直径１．１ｍｍとした。　

レーザ溶接の出力、レーザ光の照射位置および照射パターンを調整して、種々の中心電極（第１電極）を得た。Ｘ線透視装置を用いて中心軸Ｏを含む中心電極の断面を非破壊観察し、チップと溶融部との界面に底点が有るものや無いものを無作為に抽出した。抽出した中心電極を組み付けて種々のスパークプラグ（サンプル１～７）を得た。中心電極に形成された溶融部を分析したところ、チップの貴金属成分が２５～３５ｗｔ％含まれていた。　

（冷熱試験）　スパークプラグの中心電極の先端の温度が１０００℃になるように２分間バーナで加熱した後、１分間かけて放冷することを１サイクルとして、１０００サイクルをサンプル１～７に加える冷熱試験を行った。　

（判定）　冷熱試験後、Ｘ線透視装置を用いて、溶融部とチップとの界面に底点の存在する箇所をサンプル毎に探し、底点が現れるように中心軸を含む研磨断面を作成した。金属顕微鏡を用いて研磨断面を観察し、中心軸を境目とする片側の断面毎に、底点と中心軸との距離Ｘ、及び、溶融部とチップとの界面に存在する酸化スケール（チップが剥離した部分）の長さＬを測定した。次いで、軸直角方向の界面の長さＷ（チップの直径に等しい）で距離Ｘを除して、Ｘ／Ｗの値を小数点以下第２位まで求めた。　

酸化スケールの長さＬは、中心軸を境目とする片側の断面毎に測定した。長さＬを０．５Ｗ（チップの半径）で除し、チップの半径に対する酸化スケールの割合（％）を算出した。酸化スケールの割合が５０％未満を「優れている（◎）」、５０％以上８０％未満を「良い（○）」、８０％以上を「劣る（×）」と判定した。　

表１はサンプル１～７の試験結果の一覧表である。表１では、中心軸を境目とする片側の断面（中心軸の左右に存在する断面）を、「断面」の欄に「左」「右」と表記した。　

　表１に示すように、界面に底点が存在すると界面の酸化スケールの割合を８０％未満（判定は◎又は○）にできることがわかった。このときのＸ／Ｗの範囲は、小数点第２位以下を四捨五入すると、０．１≦Ｘ／Ｗ≦０．４であった。特に、０．１０≦Ｘ／Ｗ≦０．４０のときは、界面の酸化スケールの割合を５０％未満（判定は◎）にできることがわかった。　

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５２及びチップ５４の形状や寸法、材質などは一例であり適宜設定できる。　

上記各実施の形態では、円柱状のチップ５４を用い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。チップ５４の形状は楕円柱状、多角柱状など、適宜設定できる。　

上記各実施の形態では、中心電極を構成する電極母材５２，１４１にチップ５４を溶接する場合（中心電極が第１電極の場合）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。接地電極３０を構成する電極母材３１にチップ３２を溶接する場合（接地電極が第１電極の場合）に、上記各実施の形態を適用することは当然可能である。　

上記実施の形態では、抵抗体７０が絶縁体４０に内蔵されるスパークプラグ１０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。抵抗体７０を内蔵しないスパークプラグの製造に上記各実施の形態を適用することは当然可能である。この場合には抵抗体７０及び導電性シール７２を省略して
、導電性シール７１によって中心電極５０と端子金具６０とを接合すれば良い。　

なお、中心軸Ｏを含む第１電極の断面の全てが、図３～９に示す界面の関係を満足する必要はない。中心軸Ｏを含む第１電極の一断面が、図３～９に示す界面の関係を満足していれば良い。第１電極のある一断面が図３～９に示す界面の関係を満足していれば、少なくともその部分では第１部分が熱膨張を規制する障壁になるので、チップと溶融部との剥離を抑制できるからである。

１０　スパークプラグ　３０　接地電極（第２電極）　５０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０　中心電極（第１電極）　５２，１４１　電極母材　５４　チップ　５５，１５０　溶融部　８０　仮想直線　８１，９１，１０１，１１１，１２１，１３１，１５１　界面　８２，８６，９２，１０２，１１２，１１６，１２２，１２６，１３２，１３６，１５２，１５６　第１部分　８３，８７，９３，１０３，１１３，１１７，１２３，１２８，１３３，１３８，１５３，１５８　第２部分　８４，８８，９４，１０４，１１４，１１８，１２４，１２９，１３４，１３９，１５４，１５９　底点　Ｏ　中心軸

Claims

貴金属を含有する柱状のチップと、前記チップを支持する電極母材と、前記チップ及び前記電極母材が溶け合ってなる溶融部とを備える第１電極と、

　前記チップと火花ギャップを介して対向する第２電極とを備えるスパークプラグであって、

　前記チップの中心軸を含む断面において、

　前記溶融部と前記チップとの界面は、

　前記中心軸に直交すると共に前記界面よりも前記第２電極側に位置する仮想直線から、前記中心軸から離れるにつれて前記中心軸と平行な方向へ次第に離れる第１部分と、

　前記中心軸と平行な方向において、前記中心軸から離れるにつれて前記仮想直線へ次第に近づく第２部分と、

　前記第１部分と前記第２部分とを繋ぐ底点とを備え、

　前記底点は、前記第１部分および前記第２部分のうち、前記中心軸と平行な方向において前記仮想直線から最も離れた位置であり、

　前記第１部分、前記第２部分および前記底点は、全てが、前記断面のうち前記中心軸を境目とする片側に少なくとも存在し、

　前記中心軸に直交する方向の前記界面の長さをＷとし、前記底点と前記中心軸との距離をＸとしたときに、前記底点は０．１≦Ｘ／Ｗ≦０．４を満たす位置に存在することを特徴とするスパークプラグ。
前記第１部分、前記第２部分および前記底点は、それらを１組として、前記中心軸を境目とする前記断面の両側にそれぞれ存在することを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。