JP2009283262A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】接地電極と電極チップとをより確実に接合できるとともに、両者の間に形成される溶融部における酸化腐食の発生を抑制することができるスパークプラグを提供する。
【解決手段】接地電極３０に設けられる電極チップ７０は、貴金属または貴金属合金からなるチップ本体部７１と、ＮｉまたはＮｉ合金からなるチップ保持部７６とを接合してなる。この接合により形成される溶融部８１は、接地電極３０の凹部３５内に収容され、外部に露出されない。また、接地電極３０と電極チップ７０との接合は、接地電極３０とチップ保持部７６との間で形成される溶融部８３によってなされる。このため、チップ本体部７１の成分すなわち貴金属成分を含むこととなる溶融部８１は外気に曝されず、酸化腐食の発生を抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関し、詳細には、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極で、その中心電極と対向する位置に電極チップを接合したスパークプラグに関するものである。

着火性向上のため、接地電極の他端部で中心電極と対向する位置に、電極チップを接合したスパークプラグが知られている。こうした電極チップには、火花放電に伴う消耗を低減するため、耐火花消耗性の高い貴金属（例えばＩｒ）が用いられる。

一般的な接地電極はＮｉ基合金からなり、こうした貴金属との溶接による両者の接合性は、良好とはいえない。そこで接合性を高めるため、電極チップ（貴金属部材）の周囲をレーザ溶接して溶融部を形成することで、両者の熱膨張差をその溶融部において緩和し、接合性を高めたスパークプラグが知られている（例えば特許文献１参照。）。特許文献１では、接合性をより確実なものとするため、接地電極側に凹部を形成し、その凹部に電極チップを嵌めつつ、両者の合わせ面に対し垂直な方向からレーザを照射して溶融部を形成している。
特開２００５−１８３１６７号公報

しかしながら、特許文献１では、接地電極の側面からレーザを照射することとなるため、接地電極の延長方向側からのレーザの照射ができず、その方向側では溶融部が形成されない。このため、スパークプラグの使用に伴う冷熱サイクルの影響を受けると、電極チップと接地電極との熱膨張差を緩和することが難しく、溶融部の形成されていない部位で浮きが生じてしまう虞があった。また、溶融部は、電極チップの成分と接地電極の成分とが混ざり合った合金層として形成されることとなるが、特に電極チップ成分の含有量が多い合金層では電極チップや接地電極に比べて酸化腐食が生じやすいため、このような合金層で構成された溶融部の外表面が外気に曝されると酸化腐食が生じて、電極チップの脱落を招く虞があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、接地電極と電極チップとをより確実に接合できるとともに、両者の間に形成される溶融部における酸化腐食の発生を抑制することができるスパークプラグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグは、中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の径方向における周囲を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、一端部が前記主体金具に接合され、他端部が前記中心電極の先端部に向き合うように屈曲された接地電極と、当該接地電極の前記他端部で、前記中心電極の前記先端部と対向する位置に形成される凹部に係合した状態で、前記接地電極に接合された電極チップと、を備えたスパークプラグにおいて、前記電極チップは、前記接地電極への接合前に、予め、貴金属単体または貴金属を主体とする合金からなるチップ本体部と、ＮｉまたはＮｉを主体とする合金からなるチップ保持部とを溶接して形成されたものであり、前記電極チップが前記凹部に係合しつつ前記接地電極に接合された状態において、前記チップ本体部と前記チップ保持部との溶接により形成された第１溶融部は、前記凹部内に配置され、外部に対し非露出状態にあることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記接地電極と前記電極チップとの接合は、前記チップ保持部と前記接地電極との溶接により行われ、両者の溶接によって形成される第２溶融部は、前記第１溶融部には重ならず独立して形成されることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグは、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記第２溶融部はスポット溶接により形成されるものであり、前記第２溶融部の形成位置を、前記接地電極の前記他端部における前記凹部が形成された面に対し直交する方向に沿って見たときに、前記第２溶融部は、前記チップ本体部を中心にその周囲を取り巻きつつ対称位置に形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記接地電極と前記電極チップとの接合は、前記チップ保持部と前記接地電極との溶接により行われ、両者の溶接によって形成される第２溶融部が前記第１溶融部と連なって形成され、その第２溶融部のうち外部に露出する表層部位では、全成分中に含まれる貴金属の割合が２０質量％以下であることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグは、請求項４に記載の発明の構成に加え、前記第２溶融部の形成位置を、前記接地電極の前記他端部における前記凹部が形成された面に対し直交する方向に沿って見たときに、前記第２溶融部は、前記チップ保持部と前記接地電極との合わせ面に沿って前記チップ本体部の周囲全周にわたって形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記電極チップの前記チップ本体部は、Ｉｒを主成分とすることを特徴とする。

請求項１に係る発明のスパークプラグでは、電極チップが、貴金属単体または貴金属を主体とする合金からなるチップ本体部と、ＮｉまたはＮｉを主体とする合金からなるチップ保持部とを溶接することにより形成されるが、その溶接により形成される第１溶融部は、電極チップを接地電極に接合する際に、接地電極の凹部内に配置される。これにより、チップ本体部の成分、すなわち貴金属成分が混入した第１溶融部が外部に露出されず、直接、外気に曝されることがないため、第１溶融部における酸化腐食の発生を抑制することができ、電極チップと接地電極との接合性を高めることができる。

また、請求項２に係る発明では、接地電極と電極チップとの接合を接地電極とチップ保持部との接合によって行い、その際に形成される第２溶融部が、チップ本体部とチップ保持部との接合の際に形成された第１溶融部とは重ならず、独立して形成される。このため、第２溶融部に、第１溶融部に混入されたチップ本体部の成分、すなわち貴金属成分が混入することがない。この第２溶融部は外部に露出されることとなるが、貴金属成分が混入していなければ酸化腐食の発生を抑制することができるため、電極チップと接地電極との接合性を高めることができる。

また、請求項３に係る発明では、第２溶融部が、チップ本体部を中心にその周囲を取り巻きつつ対称となる位置へのスポット溶接により形成されるので、スパークプラグの使用において受熱した接地電極と電極チップとの間に熱膨張差が生じ、内部応力が高まっても、第２溶融部を介して接地電極に保持される電極チップにかかる応力に、部分的な偏りが生じにくい。従って、応力が強くかかる部分と弱く係る部分との差が小さく、弱い部分から剥離するようなことを抑制できるので、電極チップと接地電極との接合性を高めることができる。

また、請求項４に係る発明では、接地電極とチップ保持部との接合によって形成される第２溶融部の形成位置が、チップ本体部とチップ保持部との接合の際に形成された第１溶融部と重なる位置となって、第２溶融部が第１溶融部と連なって形成される場合がある。このとき、外部に露出される第２溶融部には、第１溶融部に含まれるチップ本体部の成分、すなわち貴金属成分が混入されることとなる。このような場合であっても、第２溶融部が外部に露出するところの表層部位において、全成分中に含まれる貴金属の割合が２０質量％以下となれば、第２溶融部における酸化腐食の発生を抑制することができ、電極チップと接地電極との接合性を高めることができる。

そして、第２溶融部の表層部位における貴金属の含有割合が２０質量％以下となるのであれば、請求項５に係る発明のように、チップ本体部の周囲全周にわたって第２溶融部を形成しても、酸化腐食の発生を抑制することができる。さらに、チップ本体部の周囲全周にわたる第２溶融部の形成を行えば、チップ保持部と接地電極との間にかかる応力に偏りを生じにくくすることができ、電極チップと接地電極との接合性を高めることができる。

また、請求項６に係る発明では、電極チップのチップ本体部の主成分をＩｒとしている。一般にＩｒは、貴金属の中でも融点が高く耐火花消耗性に優れることが知られているが、例えばＰｔ等の他の貴金属と比べると熱伝導率が低く、耐酸化性に着目した場合、チップ本体部にＰｔ等を用いることが望ましい。しかし、請求項１乃至５のいずれかに係る発明を適用すれば、チップ本体部の主成分としてＩｒを用いた場合に懸念される酸化腐食に対し、十分な抑制効果を得ることができる。このため、本発明のように、チップ本体部の主成分としてＩｒを用いれば、耐火花消耗性に対しても高い効果を得ることができるのである。つまり、Ｉｒをチップ本体部の主成分として用いれば、その他の貴金属を用いた場合よりも、電極チップとして、耐火花消耗性および耐酸化性の面において、より高い効果を得ることができるのである。なお、主成分とは、チップ本体部を構成する成分のうち、最も含有率の高い成分を意味する。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照し、一例としてのスパークプラグ１の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１の部分断面図である。図２は、接地電極３０の先端部３１付近を拡大してみた断面図である。図３は、接地電極３０の先端部３１付近を火花放電間隙ＧＡＰ側から軸線Ｏ方向に沿って見た図である。なお、図において、スパークプラグ１の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１は、概略、絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側に中心電極２０を保持し、後端側に端子金具４０を保持し、さらにその絶縁碍子１０を主体金具５０で周方向に取り囲んで保持した構造を有する。また、主体金具５０の先端面５７には接地電極３０が接合されており、その他端部（先端部３１）側が中心電極２０の先端部２２へ向けて屈曲されて、中心電極２０との間で火花放電間隙ＧＡＰを形成している。

まず、スパークプラグ１の絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径されており、スパークプラグ１が内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けられた際には、その燃焼室内に曝される。また、脚長部１３と先端側胴部１７との間は段部１５として段状に形成されている。

次に、中心電極２０について説明する。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉまたはＮｉを主成分とする合金から形成された母材２４の内部に、その母材２４よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金からなる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。中心電極２０は絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側に保持されており、その先端部２２が、絶縁碍子１０の先端よりも先端側に突出されている。

中心電極２０は、軸孔１２内で軸線Ｏ方向に沿って延設される導電性のシール体４およびセラミック抵抗３を経由して、後方（図１における上方）の端子金具４０と電気的に接続されている。スパークプラグ１の使用時に、端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド（図示外）にスパークプラグ１を固定するための円筒状の金具であり、絶縁碍子１０を、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして、内部に保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、エンジンヘッドの取付孔（図示外）に螺合するねじ山が形成された取付部５２とを備えている。

また、主体金具５０の工具係合部５１と取付部５２との間には鍔状のシール部５４が形成されている。そして、取付部５２とシール部５４との間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１をエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けた際に、シール部５４と取付孔の開口周縁との間で押し潰されて変形し、両者間を封止することで、取付孔を介したエンジン内の気密漏れを防止するものである。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられ、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。そして、工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には円環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周で取付部５２の位置に形成された段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体となる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。また、座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の軸線Ｏ方向の圧縮長を長くして主体金具５０内の気密性を高めている。

次に、接地電極３０について説明する。接地電極３０は、断面矩形の棒状に形成した電極であり、中心電極２０と同様に、インコネル（商標名）６００または６０１等のＮｉまたはＮｉを主成分とする合金からなる。一端部（基端部３２）が主体金具５０の先端面５７に接合され、軸線Ｏ方向に沿って延びつつ、他端部（先端部３１）が中心電極２０の先端部２２へ向かって折り曲げられている。そして先端部３１において、自身の内面３３が中心電極２０の先端部２２と向き合う形態をなし、この接地電極３０の先端部３１と、中心電極２０の先端部２２との間で火花放電間隙ＧＡＰが形成されている。

また、図２に示すように、接地電極３０の先端部３１における内面３３で、中心電極２０の先端部２２と対向する位置には、凹部３５が形成されている。この凹部３５には、中心電極２０の先端部２２へ向けて内面３３から突出する形態の電極チップ７０が係合されており、その状態で、電極チップ７０が接地電極３０に接合されている。電極チップ７０は、例えばＰｔ，Ｉｒ，Ｒｈなど、耐火花消耗性の高い貴金属または貴金属を主体とする合金から形成されたチップ本体部７１と、ＮｉまたはＮｉを主体とする合金から形成されたチップ保持部７６とが一体に接合されたものである。

図２，図３に示すように、チップ本体部７１は、スパークプラグ１の軸線Ｏ方向を柱軸Ｐ方向とする円柱状をなし、柱軸Ｐ方向の一方側（図２では下側）に、外径が縮径された縮径部７２を有する。また、チップ保持部７６は円板状をなし、一面側に、その周縁部７５が直立されて断面コの字型の凹部状をなす係合部７７が形成されている。チップ本体部７１とチップ保持部７６とは、チップ本体部７１の縮径部７２がチップ保持部７６の係合部７７内に係合された状態で、レーザ溶接により溶融部８１が形成されることによって、一体に接合されている。溶融部８１は、チップ保持部７６の外周面７８から径方向内向きに周縁部７５を貫き、チップ本体部７１に達する形態で、チップ保持部７６の外周面７８の周方向８箇所において、不連続に形成されている（図３参照）。このように一体となったチップ本体部７１とチップ保持部７６とが、電極チップ７０をなす。なお、溶融部８１が、本発明における「第１溶融部」に相当する。

図２に示すように、電極チップ７０は、接地電極３０の内面３３に設けられた凹部３５にチップ保持部７６側が挿入されることにより、チップ本体部７１側が内面３３から突出する形態で、凹部３５に係合されている。この状態で、チップ保持部７６の周縁部７５は凹部３５内に収容されており、溶融部８１の露出面８４（つまりレーザ光の入射面）を有する外周面７８も、凹部３５内に収容されている。また、チップ保持部７６の底面７９（係合部７７が設けられた側と反対側の面）は、接地電極３０の凹部３５の底面３６に抵抗溶接され、溶融部８２が形成されている。

さらに、図２，図３に示すように、チップ保持部７６の周縁部７５と、接地電極３０の内面３３で凹部３５の形成部位の周縁とがレーザ溶接によって接合され、その接合部位に溶融部８３が形成されている。図３に示すように、溶融部８３は、チップ保持部７６と接地電極３０との境界に沿って、溶融部８１の形成位置を避けた周方向の８箇所に、不連続に形成されている。換言すると、溶融部８１と溶融部８３とは互いに重ならず独立した位置にそれぞれ形成されている。そして溶融部８３は、チップ本体部７１にかからないように、且つ、チップ本体部７１を中心にその周囲を取り巻きつつ対称となる位置に形成されている。このように、溶融部８１の形成によってチップ本体部７１とチップ保持部７６とが一体となって形成された電極チップ７０が、溶融部８３の形成により接地電極３０に固定される。この電極チップ７０は、中心電極２０の先端部２２と接地電極３０の先端部３１との間で行われる火花放電の接地電極３０側における起点として作用する。なお、溶融部８３が、本発明における「第２溶融部」に相当する。

このような構造をなす本実施の形態のスパークプラグ１では、チップ本体部７１とチップ保持部７６とを接合する溶融部８１の形成の際に、チップ本体部７１由来の貴金属を含む成分と、チップ保持部７６のＮｉを含む成分とが混合される。この溶融部８１において外部に露出され外気に曝される虞のある露出面８４は、チップ保持部７６の外周面７８上にあり、その外周面７８は、上記のように接地電極３０の凹部３５内に収容される。このため、貴金属成分が混入された溶融部８１が、直接、外気に曝されることがなく、一般に貴金属の含有割合が多くなるほど生じやすくなる酸化腐食を、効果的に抑制することができる。

また、電極チップ７０のチップ保持部７６と接地電極３０とを接合する溶融部８３が、溶融部８１の形成位置を避け、つまり溶融部８１とは重ならず、独立して形成される。このため、溶融部８１に含まれるチップ本体部７１の成分が、溶融部８３の形成時に、溶融部８３に混合されることがない。この溶融部８３は、電極チップ７０を接地電極３０に固定するために形成されるので外気に曝される部位を有することとなるが、このように溶融部８１と溶融部８３とが独立に形成されることにより、チップ本体部７１由来の貴金属を含む成分が溶融部８３に混ざることがなく、溶融部８３における酸化腐食を抑制することができる。

また、溶融部８３は、チップ本体部７１の周囲を中心にその周囲を取り巻きつつ対称位置に形成されているので、電極チップ７０と接地電極３０との接合強度が周方向において偏ることがなく、両者の接合状態を長期にわたって維持することができる。さらに、本実施の形態では、電極チップ７０を接地電極３０に接合する上で、チップ保持部７６の底面７９を接地電極３０の凹部３５の底面３６に抵抗溶接している。これにより、電極チップ７０と接地電極３０との接合をより強固なものとすることができる。

また、前述したように、電極チップ７０のチップ本体部７１には、例えばＰｔ，Ｉｒ，Ｒｈなど、耐火花消耗性の高い貴金属または貴金属を主体とする合金を用いている。チップ本体部７１は、火花放電間隙ＧＡＰにおいて、中心電極２０の先端部２２との間で行われる火花放電の起点となるため、耐火花消耗性に優れることが望ましい。特に、Ｉｒは、貴金属の中でも融点が高く、チップ本体部７１に用いれば、耐火花消耗性に対し高い効果を得ることができる。その一方で、Ｉｒは他の貴金属に対して熱伝導性が低く、特にチップ保持部７６との溶融部８１において、外気との接触による酸化腐食の発生が懸念される。しかし、本実施の形態のように溶融部８１が外気に曝されないようにすれば、あるいは溶融部８３を介して外気に曝されてもチップ本体部７１由来の貴金属を含む成分が少なければ、十分に酸化腐食を抑制することができる。このため、Ｉｒをチップ本体部７１の主成分として用いれば、その他の貴金属を用いた場合よりも、電極チップ７０として、耐火花消耗性および耐酸化性の面において、より高い効果を得ることができる。

このような電極チップ７０は、以下のような過程を経て接地電極３０に接合されることが望ましい。まず、貴金属または貴金属合金から縮径部７２を有し段状をなす円柱状のチップ本体部７１を形成する。また、ＮｉまたはＮｉ合金から円盤状の板体を形成し、その周縁を板面に垂直に立ち上げて、チップ保持部７６を形成する。そしてチップ本体部７１の縮径部７２をチップ保持部７６の係合部７７に係合させ、チップ保持部７６の外周面７８からチップ本体部７１の柱軸Ｐに対する径方向の内向きにレーザ光を照射してスポット溶接を行い、周縁部７５を貫通してチップ本体部７１に達する溶融部８１を形成して電極チップ７０を作製する。この電極チップ７０を、チップ保持部７６側から接地電極３０の内面３３に設けた凹部３５に挿入して嵌合させる。次に、チップ保持部７６の底面７９を接地電極３０の凹部３５の底面３６に抵抗溶接して電極チップ７０を接地電極３０に接合する。さらに、チップ本体部７１の柱軸Ｐ方向に沿って、チップ保持部７６と接地電極３０との合わせ面にレーザ光を照射してスポット溶接を行う。このとき、溶融部８１の形成位置を避けて、溶融部８３を形成し、接地電極３０に電極チップ７０を接合する。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、溶融部８３は、チップ本体部７１の周囲にて溶融部８１の形成位置を避けつつ不連続に、且つ、対称位置に形成し、チップ保持部７６と接地電極３０とを接合したが、図４に示すように、チップ保持部７６と接地電極３０との合わせ面に沿って連続して形成してもよい。この場合、電極チップ７０のチップ本体部７１とチップ保持部７６とを接合する溶融部１８１と、チップ保持部７６と接地電極３０とを接合する溶融部１８３とが重なり、両者の成分が混合され、その結果、チップ本体部７１由来の貴金属を含む成分が溶融部１８３に混ざって外気に曝されることとなる。溶融部１８３の酸化腐食を抑制するためには、溶融部１８３の表層部位（具体的には、溶融部１８３のうち外気に曝される露出表面からチップ本体部７１の柱軸Ｐ方向の深さ１０μｍまでの部位）において、全成分中に含まれる貴金属の割合が２０質量％以下であるとよい。チップ保持部７６や接地電極３０はＮｉまたはＮｉ合金から形成されるが、溶融部１８３にはこれらＮｉとチップ本体部７１由来となる貴金属とが混合されることとなる。貴金属を含む合金では、その成分中に含まれる貴金属の割合が多くなると酸化腐食を生じやすくなることが知られている。後述する実施例２によれば、溶融部１８３の表層部位において、全成分中に含まれる貴金属の割合を２０質量％以下とすれば、酸化腐食の発生を十分抑制することができる。

また、チップ本体部７１とチップ保持部７６との接合部位をなす溶融部８１も、チップ保持部７６の外周面７８にて周方向に不連続に形成されたが、一周にわたって連続する形態で形成されてもよい。また、本実施の形態では、溶融部８１および溶融部８３を、チップ本体部７１を中心としその周囲を取り巻きつつ対称となる８箇所の位置に、それぞれ重ならないように形成したが、形成箇所は８箇所に限らず、少なくとも３箇所以上あればよい。また、溶接方法としてレーザ溶接を挙げたが、ＴＩＧ溶接や電子ビーム溶接など、他の溶接方法を用いてもよい。

また、電極チップ７０を接合した内面３３とは接地電極３０の一面であって、中心電極２０の先端部２２を向く側の面であり、必ずしも接地電極３０の屈曲された内向きの面を指すものではない。例えば、接地電極３０の先端部３１の端面（つまり、長手方向の最も先端の面）に電極チップ７０を接合する形態のスパークプラグに対しても、本発明を適用することができる。

また、図５に示す、電極チップ２７０のように、チップ保持部２７６と接地電極２３０の凹部２３５との接合を、互いの底面２７９と底面２３６とを抵抗溶接して溶融部２８２を形成することにより行い、レーザ溶接による溶融部８３（図２参照）の形成を行わないものとしてもよい。また、チップ本体部２７１には縮径部７２（図２参照）がなくともよい。

また、図６に示す、電極チップ３７０のように、チップ保持部３７６が円環状をなすものであってもよい。この場合、チップ本体部３７１の底面３７３と、チップ保持部３７６の底面３７９とを水平に揃えた状態でチップ保持部３７６の外周面３７８から径方向内向きにレーザ溶接を行い、チップ保持部３７６を貫通してチップ本体部３７１に達する溶融部３８１を形成して電極チップ３７０を作製する。そして、この電極チップ３７０を底面３７３側から接地電極３３０の凹部３３５に挿入して嵌合させ、本実施の形態と同様に、チップ本体部３７１の柱軸Ｐ方向に沿って、チップ保持部３７６と接地電極３３０との合わせ面にレーザ光を照射して溶融部３８３を形成し、接地電極３３０に電極チップ３７０を接合すればよい。

また、図７に示す、電極チップ４７０のように、チップ本体部４７１の底面４７３側に鍔状の拡径部４７２を設けるとともに、チップ保持部４７６を円環状とし、その底面４７９側の内周を拡径して、チップ本体部４７１の拡径部４７２が係合する係合部４７７を設けてもよい。この場合には、チップ本体部４７１にチップ保持部４７６を被せるようにして取り付けて、拡径部４７２を係合部４７７に係合させ、上記同様、チップ保持部４７６の外周面４７８から径方向内向きにレーザ溶接を行い、チップ保持部４７６を貫通してチップ本体部４７１に達する溶融部４８１を形成して電極チップ４７０を作製する。そして、この電極チップ４７０を底面４７３側から接地電極４３０の凹部４３５に挿入して嵌合させ、チップ本体部４７１の柱軸Ｐ方向に沿って、チップ保持部４７６と接地電極４３０との合わせ面に溶融部４８１と重ならないようにレーザ光を照射して溶融部４８３を形成し、接地電極４３０に電極チップ４７０を接合すればよい。このようなチップ保持部４７６を用いれば、チップ保持部４７６がチップ本体部４７１の拡径部４７２の抜けを防止するストッパとして機能し、電極チップ４７０が接地電極４３０から脱落するのを防止することができる。もちろん、本実施の形態と同様に溶融部４８１が接地電極４３０の凹部４３５に収容され外気に曝されないので、溶融部４８１の酸化腐食を十分に抑制することができる。

もちろん、図８に示す、電極チップ５７０のように、チップ保持部５７６を単なる円環状にした簡易な形状のものとしてもよい。この場合においても図７と同様に、チップ本体部５７１の底面５７３側に鍔状の拡径部５７２を設け、その拡径部５７２の外径を、チップ保持部５７６の外径と同じくする。そして、チップ本体部５７１にチップ保持部５７６を被せるようにして取り付けて、拡径部５７２の上側（底面５７３と反対側）にチップ保持部５７６を配置する。この状態で、チップ保持部５７６の外周面５７８から径方向内向きに拡径部５７２との合わせ面に沿ってレーザ溶接を行い、溶融部５８１の形成によりチップ保持部５７６と拡径部５７２とを接合して電極チップ５７０を作製する。この電極チップ５７０を底面５７３側から接地電極５３０の凹部５３５に挿入して嵌合させ、チップ本体部５７１の柱軸Ｐ方向に沿って、チップ保持部５７６およびチップ本体部５７１の拡径部５７２と接地電極５３０との合わせ面にレーザ光を照射して溶融部５８３を形成し、接地電極５３０に電極チップ５７０を接合すればよい。このような形態の電極チップ５７０であっても、図７に示した電極チップ４７０と同様に、チップ保持部５７６がチップ本体部５７１の拡径部５７２の抜けを防止するストッパとして機能し、電極チップ５７０が接地電極５３０から脱落するのを防止することができる。

また、図９，図１０に示す、電極チップ６７０，７７０は、それぞれ、図６，図７に示した電極チップ３７０，４７０を作製するにあたってチップ本体部３７１，４７１とチップ保持部３７６，４７６との接合の際に形成する溶融部３８１，４８１の形成位置を異ならせたものである。具体的に、図９に示す電極チップ６７０は、柱状のチップ本体部６７１の底面６７３と、円環状のチップ保持部６７６の底面６７９とを水平に揃え、チップ本体部６７１の底面６７３側から柱軸Ｐ方向に沿ってチップ保持部６７６との合わせ面にレーザ光を照射し、溶融部６８１を形成することにより作製したものである。また、図１０に示す電極チップ７７０は、チップ本体部７７１にチップ保持部７７６を被せるようにして取り付けて拡径部７７２を係合部７７７に係合させ、チップ本体部７７１の底面７７３側から柱軸Ｐ方向に沿ってチップ保持部７７６との合わせ面にレーザ光を照射し、溶融部７８１を形成することにより作製したものである。そして図９，図１０に示すように、電極チップ６７０，７７０と接地電極６３０，７３０とは、上記同様、それぞれチップ本体部６７１，７７１の柱軸Ｐ方向に沿って、チップ保持部６７６，７７６と接地電極６３０，７３０との合わせ面にレーザ光を照射して、溶融部６８３，７８３を形成することにより接合する。このような形態の電極チップ６７０，７７０であれば、チップ本体部６７１，７７１とチップ保持部６７６，７７６との接合により形成される溶融部６８１，７８１の露出面６８４，７８４が接地電極６３０，７３０の凹部６３５，７３５の底面６３６，７３６側に配置されるので、より外気に曝されにくく、酸化腐食をより効果的に抑制することができる。

また、図１１に示す、電極チップ８７０は、本実施の形態と同様に、縮径部８７２を有するチップ本体部８７１を、係合部８７７を有するチップ保持部８７６に係合させ、外周面８７８側から径方向内向きに周縁部８７５を貫きチップ本体部８７１に達する形態で形成した溶融部８８１によって、両者を接合したものである。この電極チップ８７０をチップ保持部８７６側から接地電極８３０の凹部８３５内に収容し、チップ本体部８７１の外周に沿って柱軸Ｐに対し斜め内向きにレーザ光を照射して、チップ保持部８７６と接地電極８３０とを接合する溶融部８８３を形成している。このような形態の電極チップ８７０であれば、チップ本体部８７１の外径を本実施の形態よりも大きくすることができ、電極チップ８７０の耐消耗性を高めることができる。

このように、本実施の形態では、貴金属または貴金属合金からなるチップ本体部７１をＮｉまたはＮｉ合金からなるチップ保持部７６にあらかじめ接合しておき、両者の接合の際に形成される溶融部８１が外気に露出されないように接地電極３０に設けた凹部３５内に収容した。その上で、チップ保持部７６を接地電極３０に接合し、このときに形成される溶融部８３の形成位置が、チップ本体部７１を中心にその周囲を取り巻きつつ対称となる位置となるようにしたことによる効果を確認するため、評価試験を行った。

［実施例１］
まず、電極チップ７０の接地電極３０との接合強度について評価を行った。本実施の形態と同様の電極チップ（チップ本体部：Ｉｒ−１０Ｒｈ、チップ保持部：インコネル６００）を用意して接地電極に接合した実施例相当のスパークプラグのサンプルを２本作製した。また、比較用に、接地電極に設けた凹部に円柱状の電極チップ（Ｉｒ−１０Ｒｈ）を嵌め込み、特開２００５−１８３１６７号公報記載の接地電極側貴金属部材と接地電極との接合形態と同一の形態で電極チップと接地電極との接合を行った従来例相当のスパークプラグのサンプルを２本用意した。

そして、各サンプルから１本ずつ取り出し、それぞれ、接地電極の内面とは反対側の背面で凹部に対応する位置に穴を開け、この背面から電極チップを露出させた。さらに、各サンプルの内面を下にして固定台上に配置し、上記穴に押しピンを上方から挿入してそれぞれの電極チップを下方に押圧する。押圧力を徐々に高めていき、電極チップが脱落したときの押圧力を電極チップの接合強度として、各サンプルについて測定した。また、各スパークプラグの残りのサンプルをそれぞれ６気筒コージェネレーションエンジンに取り付け、定格出力で１０００時間の運転（耐久試験）を行った後、上記同様、それぞれの接地電極に穴を開け、押しピンによる各サンプルの電極チップの接合強度を測定した。この評価試験の結果を図１２に示す。

図１２に示すように、１０００時間の耐久試験を行う前の状態において、実施例相当のサンプルの接合強度は従来例相当のサンプルの接合強度よりも十分に高く、１５０Ｎ・ｍを超える強度が得られた。そして耐久試験後においても実施例相当のサンプルの接合強度は約１２０Ｎ・ｍであり、耐久試験前の従来例相当のサンプルの接合強度よりも高い強度を維持することができた。

［実施例２］
次に、電極チップ７０と接地電極３０との接合によって形成された溶融部の酸化腐食について評価を行った。ここでは、実施例１と同様に、本実施の形態と同様の電極チップ（チップ本体部：Ｉｒ−１０Ｒｈ、チップ保持部：インコネル６００）を複数個用意して、同様に複数本用意した接地電極にそれぞれ接合した。このとき、電極チップと接地電極との接合のために形成する溶融部の形成位置を適宜ずらし、チップ本体部とチップ保持部との接合により形成された溶融部との重ね具合を調整して、両溶融部の混ざり具合を異ならせた複数のスパークプラグのサンプルを作製した。そして各サンプルの接地電極の内面に露出する溶融部の表層部位に存在する元素を、ＥＰＭＡ（電子走査線による微小分析）により測定し、全元素中に含まれる貴金属元素の割合を求め、その値が０〜６０質量％であったサンプルを１０質量％刻みで７種類、それぞれ１０本ずつ抽出した。次に、抽出したサンプルを、それぞれ６気筒コージェネレーションエンジンに取り付け、定格出力で１０００時間の運転（耐久試験）を行った後、各サンプルの溶融部における酸化腐食の発生率を調べた。なお、酸化腐食が発生した状態とは、耐久試験前後のサンプルにおける溶融部の体積をＸ線ＣＴ装置により測定し、耐久試験前後で溶融部の体積減少が１％以上発生している状態を意味する。貴金属元素の割合が同じサンプル１０本中の、酸化腐食が発生したサンプルの数から酸化腐食の発生率を求めた。この評価試験の結果を図１３のグラフに示す。

図１３に示すように、溶融部の表層部位における貴金属の含有量が２０質量％以下であるうちは酸化腐食が発生しなかったが、２０質量％を超えると、貴金属の含有量が増えるに従って、溶融部における酸化腐食の発生率が増加していく傾向がみられた。この評価試験の結果より、チップ本体部とチップ保持部との接合により形成された溶融部の形成位置に、電極チップと接地電極との接合のため形成する溶融部の形成位置を重ねず、溶融部の表層部位における貴金属の含有量が０質量％となる（すなわち貴金属が含まれない）ようにするとよいことがわかった。また、両溶融部の形成位置が重なった場合であっても、外気に露出されることとなる電極チップと接地電極との間の溶融部の表層部位において、貴金属の含有量が２０質量％以下であれば十分に、酸化腐食の発生を防止することができることが確認できた。

スパークプラグ１の部分断面図である。 接地電極３０の先端部３１付近を拡大してみた断面図である。 接地電極３０の先端部３１付近を火花放電間隙ＧＡＰ側から軸線Ｏ方向に沿って見た図である。 本実施の形態とは異なる形態で溶融部１８３を形成した例を示す図である。 本実施の形態とは異なる形態で接地電極２３０に電極チップ２７０を接合した例を示す図である。 本実施の形態とは異なる形態で接地電極３３０に電極チップ３７０を接合した例を示す図である。 本実施の形態とは異なる形態で接地電極４３０に電極チップ４７０を接合した例を示す図である。 本実施の形態とは異なる形態で接地電極５３０に電極チップ５７０を接合した例を示す図である。 本実施の形態とは異なる形態で接地電極６３０に電極チップ６７０を接合した例を示す図である。 本実施の形態とは異なる形態で接地電極７３０に電極チップ７７０を接合した例を示す図である。 本実施の形態とは異なる形態で接地電極８３０に電極チップ８７０を接合した例を示す図である。 接地電極と電極チップとの接合強度について実施例相当のスパークプラグと従来例相当のスパークプラグとを比較した結果を示すグラフである。 溶融部の表層部位における貴金属の割合と酸化腐食の発生率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ スパークプラグ
１０ 絶縁碍子
１２ 軸孔
２０ 中心電極
３０ 接地電極
３１ 先端部
３２ 基端部
３３ 内面
３５ 凹部
５０ 主体金具
５７ 先端面
７０ 電極チップ
７１ チップ本体部
７６ チップ保持部
８１ 溶融部
８３ 溶融部

Claims (6)

1. 中心電極と、
   軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
   当該絶縁碍子の径方向における周囲を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、
   一端部が前記主体金具に接合され、他端部が前記中心電極の先端部に向き合うように屈曲された接地電極と、
   当該接地電極の前記他端部で、前記中心電極の前記先端部と対向する位置に形成される凹部に係合した状態で、前記接地電極に接合された電極チップと、
   を備えたスパークプラグにおいて、
   前記電極チップは、前記接地電極への接合前に、予め、貴金属単体または貴金属を主体とする合金からなるチップ本体部と、ＮｉまたはＮｉを主体とする合金からなるチップ保持部とを溶接して形成されたものであり、
   前記電極チップが前記凹部に係合しつつ前記接地電極に接合された状態において、前記チップ本体部と前記チップ保持部との溶接により形成された第１溶融部は、前記凹部内に配置され、外部に対し非露出状態にあることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記接地電極と前記電極チップとの接合は、前記チップ保持部と前記接地電極との溶接により行われ、両者の溶接によって形成される第２溶融部は、前記第１溶融部には重ならず独立して形成されることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記第２溶融部はスポット溶接により形成されるものであり、前記第２溶融部の形成位置を、前記接地電極の前記他端部における前記凹部が形成された面に対し直交する方向に沿って見たときに、前記第２溶融部は、前記チップ本体部を中心にその周囲を取り巻きつつ対称位置に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 前記接地電極と前記電極チップとの接合は、前記チップ保持部と前記接地電極との溶接により行われ、両者の溶接によって形成される第２溶融部が前記第１溶融部と連なって形成され、その第２溶融部のうち外部に露出する表層部位では、全成分中に含まれる貴金属の割合が２０質量％以下で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。
5. 前記第２溶融部の形成位置を、前記接地電極の前記他端部における前記凹部が形成された面に対し直交する方向に沿って見たときに、前記第２溶融部は、前記チップ保持部と前記接地電極との合わせ面に沿って前記チップ本体部の周囲全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスパークプラグ。
6. 前記電極チップの前記チップ本体部は、Ｉｒを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスパークプラグ。

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