JP6347818B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本明細書は、内燃機関等において燃料ガスに点火するための点火プラグに関する。

点火プラグにおいて、電極の耐久性を高めるべく、電極本体に電極チップを接合する技術が知られている（例えば、特許文献１）。電極チップは、火花放電や酸化に対する耐久性が電極本体よりも優れた材料、例えば、貴金属（白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムなど）、または、貴金属を主成分とする合金を用いて形成される。また、電極本体と電極チップとは、レーザ溶接や抵抗溶接等、種々の方法によって接合されるので、電極本体と電極チップとの間には、溶接部が形成される。

点火プラグが内燃機関で使用される際、溶接部には、燃焼熱によって熱応力が発生する。そのため、電極チップと溶接部との境界、および、電極本体と溶接部との境界には、クラックが発生しやすい。これらの境界にクラックが発生すると、電極チップが電極本体から剥離する可能性がある。

特開２０１５−１２５８７９号公報

ここで、近年の内燃機関の高出力化等によって、より高温の環境下で使用される傾向にあるため、上述した熱応力が大きくなりがちである。このために、点火プラグにおいて、電極本体からの電極チップの剥離に対する耐性（以下、耐剥離性と呼ぶ）を、向上する技術が求められている。

本明細書は、点火プラグにおいて、電極チップの耐剥離性を向上できる技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］貫通孔を有する絶縁体と、
第１放電面を有し、前記貫通孔の先端側に保持される中心電極と、
前記絶縁体の径方向の周囲に配置され、前記絶縁体を保持する主体金具と、
前記主体金具の先端に接合される接合端面と、前記接合端面の反対側に位置する自由端面と、を有する棒状の接地電極本体と、
前記接地電極本体の前記自由端面の近傍において、前記第１放電面と対向する前記接地電極本体の側面に沿って配置され、前記第１放電面と対向する第２放電面を有する接地電極チップと、
前記接地電極チップと前記接地電極本体との間に形成され、前記接地電極チップの成分と前記接地電極本体の成分とを含む溶接部と、
を備える点火プラグであって、
前記第２放電面の重心を通り、かつ、前記第２放電面と垂直で、かつ、前記接地電極本体の軸線と平行な断面において、
前記第２放電面の重心から前記第２放電面に沿って前記自由端面に向かう方向を第１方向とし、前記第１方向の反対方向を第２方向とし、
前記溶接部と前記接地電極チップとの境界の前記第１方向の端と、前記溶接部と前記接地電極本体との境界の前記第１方向の端と、のうち、前記第２方向側に位置する端を第１端とし、前記接地電極チップの前記第２方向の端を第２端とするとき、
前記溶接部の前記第１方向の端は、前記自由端面に露出し、
前記溶接部は、前記接地電極本体の前記軸線に沿って延び、
前記第１端から前記第２端までの前記第１方向の範囲のうち、前記第２端側の１／４の全範囲において、前記接地電極チップの前記第１方向と垂直な方向の長さＬ１と、前記溶接部の前記第１方向と垂直な方向の長さＬ２とは、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たすことを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、第１端から第２端までの第１方向の範囲のうち、熱応力が発生しやすい第２端側の１／４の範囲において、接地電極チップの第１方向と垂直な方向の長さＬ１に対して、溶接部の第１方向と垂直な方向の長さＬ２を十分に長くできる。この結果、溶接部によって熱応力を適切に緩和できるので、接地電極チップの耐剥離性を向上することができる。

［適用例２］適用例１に記載の点火プラグであって、
前記断面において、さらに、
前記第１端から前記第２端までの前記第１方向の全範囲において、前記接地電極チップの前記第１方向と垂直な方向の長さＬ１と、前記溶接部の前記第１方向と垂直な方向の長さＬ２とは、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たすことを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、第１端から第２端までの第１方向の全範囲において、接地電極チップの第１方向と垂直な方向の長さＬ１に対して、溶接部の第１方向と垂直な方向の長さＬ２を十分に長くできる。この結果、溶接部によって熱応力を、さらに適切に緩和できるので、さらに接地電極チップの耐剥離性を向上することができる。

［適用例３］適用例１または２に記載の点火プラグであって、
前記断面において、さらに、
前記第２端から、前記溶接部の前記第２方向の端までの長さＬ３は、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、溶接部によって、接地電極チップの第２方向の端の近傍において、より効果的に熱応力を緩和できるので、さらに接地電極チップの耐剥離性を向上することができる。

［適用例４］適用例１〜３のいずれか一項に記載の点火プラグであって、
前記断面において、さらに、
前記第１端から前記第２端までの前記第１方向の範囲のうち、前記第２端側の１／４の全範囲において、前記接地電極チップの前記第１方向と垂直な方向の長さＬ１と、前記溶接部の前記第１方向と垂直な方向の長さＬ２とは、（Ｌ２／Ｌ１）≦０．５を満たすことを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、第２端側の１／４の範囲において、溶接部の第１方向と垂直な方向の長さＬ２に対して、接地電極チップの第１方向と垂直な方向の長さＬ１が過度に短くなることに起因して、接地電極チップにクラックが発生することを防止できる。

［適用例５］適用例１〜４のいずれか一項に記載の点火プラグであって、
前記接地電極チップの前記第１方向の端は、前記接地電極本体の前記自由端面より前記第２方向側に位置することを特徴とする、点火プラグ。

上記構成によれば、接地電極チップの大きさに対して、接合面積を十分に大きくできるので、接地電極チップの耐剥離性をより向上することができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、点火プラグや点火プラグを用いた点火装置、その点火プラグを搭載する内燃機関や、その点火プラグを用いた点火装置を搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。

本実施形態の点火プラグ１００の断面図。 第１実施形態の接地電極３０の接地電極チップ３９近傍の構成を示す図。 接地電極３０の製造方法について説明する図。 第２実施形態の接地電極３０ｂの接地電極チップ３９ｂ近傍の構成を示す図。 変形例の接地電極３０の一例を示す図。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．点火プラグの構成：
図１は本実施形態の点火プラグ１００の断面図である。図１の一点破線は、点火プラグ１００の軸線ＣＯ（軸線ＣＯとも呼ぶ）を示している。軸線ＣＯと平行な方向（図１の上下方向）を軸線方向とも呼ぶ。軸線ＣＯを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、軸線ＣＯを中心とする円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図１における下方向を先端方向ＦＤと呼び、上方向を後端方向ＢＤとも呼ぶ。図１における下側を、点火プラグ１００の先端側と呼び、図１における上側を点火プラグ１００の後端側と呼ぶ。点火プラグ１００は、絶縁体としての絶縁体１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、を備える。

絶縁体１０はアルミナ等を焼成して形成されている。絶縁体１０は、軸線方向に沿って延び、絶縁体１０を貫通する貫通孔１２（軸孔）を有する略円筒形状の部材である。絶縁体１０は、鍔部１９と、後端側胴部１８と、先端側胴部１７と、段部１５と、脚長部１３とを備えている。後端側胴部１８は、鍔部１９より後端側に位置し、鍔部１９の外径より小さな外径を有している。先端側胴部１７は、鍔部１９より先端側に位置し、鍔部１９の外径より小さな外径を有している。脚長部１３は、先端側胴部１７より先端側に位置し、先端側胴部１７の外径よりも小さな外径を有している。脚長部１３は、点火プラグ１００が内燃機関（図示せず）に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。段部１５は、脚長部１３と先端側胴部１７との間に形成されている。

主体金具５０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼材）で形成され、内燃機関のエンジンヘッド（図示省略）に点火プラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、軸線ＣＯに沿って貫通する挿入孔５９が形成されている。主体金具５０は、絶縁体１０の径方向の周囲（すなわち、外周）に配置される。すなわち、主体金具５０の挿入孔５９内に、絶縁体１０が挿入・保持されている。絶縁体１０の先端は、主体金具５０の先端より先端側に突出している。絶縁体１０の後端は、主体金具５０の後端より後端側に突出している。

主体金具５０は、点火プラグレンチが係合する六角柱形状の工具係合部５１と、内燃機関に取り付けるための取付ネジ部５２と、工具係合部５１と取付ネジ部５２との間に形成された鍔状の座部５４と、を備えている。取付ネジ部５２の呼び径は、例えば、Ｍ８（８ｍｍ（ミリメートル））、Ｍ１０、Ｍ１２、Ｍ１４、Ｍ１８のいずれかとされている。

主体金具５０の取付ネジ部５２と座部５４との間には、金属板を折り曲げて形成され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、点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられた際に、点火プラグ１００と内燃機関（エンジンヘッド）との隙間を封止する。

主体金具５０は、さらに、工具係合部５１の後端側に設けられた薄肉の加締部５３と、座部５４と工具係合部５１との間に設けられた薄肉の圧縮変形部５８と、を備えている。主体金具５０における工具係合部５１から加締部５３に至る部位の内周面と、絶縁体１０の後端側胴部１８の外周面との間に形成される環状の領域には、環状のリング部材６，７が配置されている。当該領域における２つのリング部材６，７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁体１０の外周面に固定されている。主体金具５０の圧縮変形部５８は、製造時において、絶縁体１０の外周面に固定された加締部５３が先端側に押圧されることにより、圧縮変形する。圧縮変形部５８の圧縮変形によって、リング部材６、７およびタルク９を介し、絶縁体１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。金属製の環状の板パッキン８を介して、主体金具５０の取付ネジ部５２の内周に形成された段部５６（金具側段部）によって、絶縁体１０の段部１５（絶縁体側段部）が押圧される。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具５０と絶縁体１０との隙間から外部に漏れることが、板パッキン８によって防止される。

中心電極２０は、軸線方向に延びる棒状の中心電極本体２１と、中心電極チップ２９と、を備えている。中心電極本体２１は、絶縁体１０の貫通孔１２の内部の先端側の部分に保持されている。中心電極本体２１は、電極母材２１Ａと、電極母材２１Ａの内部に埋設された芯部２１Ｂと、を含む構造を有する。電極母材２１Ａは、例えば、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）を用いて形成されている。芯部２１Ｂは、電極母材２１Ａを形成する合金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、本実施形態では、銅で形成されている。

また、中心電極本体２１は、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部２４（フランジ部とも呼ぶ。）、鍔部２４よりも後端側の部分である頭部２３（電極頭部）と、鍔部２４よりも先端側の部分である脚部２５（電極脚部）と、を備えている。鍔部２４は、絶縁体１０の段部１６に支持されている。脚部２５の先端部分、すなわち、中心電極本体２１の先端は、絶縁体１０の先端より先端側に突出している。

中心電極チップ２９は、略円柱形状を有する部材であり、中心電極本体２１の先端（脚部２５の先端）に、例えば、レーザ溶接を用いて、接合されている。中心電極チップ２９の先端面は、後述する接地電極チップ３９との間で火花ギャップを形成する第１放電面２９５である。中心電極チップ２９は、高融点の貴金属を主成分とする材料で形成されている。中心電極チップ２９の材料には、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分とする合金が用いられる。

接地電極３０は、主体金具５０の先端に接合された接地電極本体３１と、四角柱形状の接地電極チップ３９と、を備えている。接地電極本体３１は、断面が四角形の湾曲した棒状体である。接地電極本体３１は、両端面として、自由端面３１１と、接合端面３１２と、を有している。接合端面３１２は、主体金具５０の先端面５０Ａに、例えば、抵抗溶接によって、接合されている。これによって、主体金具５０と接地電極本体３１とは、電気的に接続される。

接地電極本体３１は、例えば、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）を用いて形成されている。接地電極本体３１は、耐腐食性の高い金属（例えば、ニッケル合金）で形成された母材と、熱伝導性が高い金属（例えば、銅）を用いて形成され、母材に埋設された芯部と、を含む２層構造を有しても良い。

端子金具４０は、軸線方向に延びる棒状の部材である。端子金具４０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼）で形成され、端子金具４０の表面には、防食のための金属層（例えば、Ｎｉ層）がめっきなどによって形成されている。端子金具４０は、軸線方向の所定位置に形成された鍔部４２（端子顎部）と、鍔部４２より後端側に位置するキャップ装着部４１と、鍔部４２より先端側の脚部４３（端子脚部）と、を備えている。端子金具４０のキャップ装着部４１は、絶縁体１０より後端側に露出している。端子金具４０の脚部４３は、絶縁体１０の貫通孔１２に挿入されている。キャップ装着部４１には、高圧ケーブル（図示外）が接続されたプラグキャップが装着され、火花放電を発生するための高電圧が印加される。

絶縁体１０の貫通孔１２内において、端子金具４０の先端（脚部４３の先端）と中心電極２０の後端（頭部２３の後端）との間には、火花発生時の電波ノイズを低減するための抵抗体７０が配置されている。抵抗体７０は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。貫通孔１２内において、抵抗体７０と中心電極２０との隙間は、導電性シール６０によって埋められている。抵抗体７０と端子金具４０との隙間は、導電性シール８０によって埋められている。導電性シール６０、８０は、例えば、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系等のガラス粒子と金属粒子（Ｃｕ、Ｆｅなど）とを含む組成物で形成されている。

Ａ−２． 接地電極３０の接地電極チップ３９近傍の構成：
接地電極３０の接地電極チップ３９近傍の構成について、さらに、詳細に説明する。図２は、第１実施形態の接地電極３０の接地電極チップ３９近傍の構成を示す図である。図２（Ａ）には、点火プラグ１００の先端近傍を特定面で切断した断面ＣＦが示されている。接地電極チップ３９は、略円柱形状を有している。接地電極チップ３９の後端面は、中心電極チップ２９の第１放電面２９５（図１）と対向する第２放電面３９５である。図２（Ａ）の断面ＣＦは、第２放電面３９５の重心ＧＣを通り、かつ、第２放電面３９５と垂直で、かつ、棒状の接地電極本体３１の軸線と平行な断面である。本実施形態では、第２放電面３９５の重心ＧＣを通り、かつ、第２放電面３９５と垂直な線は、点火プラグ１００の軸線ＣＯと一致するので、図２（Ａ）の断面ＣＦは、点火プラグ１００の軸線ＣＯを通り、かつ、棒状の接地電極本体３１の軸線と平行な断面である、とも言うことができる。

図２（Ｂ）には、接地電極チップ３９の第２放電面３９５の近傍を、後端方向ＢＤから先端方向ＦＤに向かって見た図が示されている。図２（Ｂ）の一点破線は、図２（Ａ）の断面ＣＦを示している。第２放電面３９５の重心ＧＣから、第２放電面３９５に沿って自由端面３１１に向かう方向、すなわち、図２（Ａ）、（Ｂ）の左方向を、第１方向Ｄ１とする。第２放電面３９５の重心ＧＣから、第２放電面３９５に沿って自由端面３１１から離れる方向、すなわち、第１方向Ｄ１の反対方向を、第２方向Ｄ２とする。

接地電極本体３１の自由端面３１１と交差する４つの側面のうち、第１放電面２９５と対向する側面を、側面３１５とする。接地電極本体３１の４つの側面のうち、側面３１５と交差する２個の側面、すなわち、図２（Ｂ）の上下方向に位置する側面を、側面３１３、３１４とする。そして、第２放電面３９５の重心ＧＣから、側面３１３に向かう方向、すなわち、図２（Ｂ）の下方向を、第３方向Ｄ３とし、第３方向Ｄ３の反対方向を、第４方向Ｄ４とする。

接地電極チップ３９は、接地電極本体３１の自由端面３１１の近傍において、側面３１５に沿って配置されている。具体的には、接地電極本体３１の自由端面３１１の近傍には、側面３１５より先端方向ＦＤに凹んだ凹部３１６が形成されている。接地電極チップ３９の第２放電面３９５とは反対側の部分（先端方向ＦＤ側の部分）は、凹部３１６に配置されている。接地電極チップ３９の第２放電面３９５は、接地電極本体３１の側面３１５よりも、後端方向ＢＤに突出している。軸線方向に沿って見た凹部３１６の形状は、図２（Ｂ）に示すように、軸線方向に沿って見た接地電極チップ３９の形状（本実施形態では、四角形）より僅かに大きな略相似形（本実施形態では、四角形）である。

図２（Ａ）の断面ＣＦに示すように、接地電極チップ３９の第１方向Ｄ１の側面３９１は、接地電極本体３１の自由端面３１１より第２方向Ｄ２に位置している。

接地電極チップ３９は、接地電極本体３１に対して、レーザ溶接によって接合されている。このために、接地電極チップ３９と接地電極本体３１との間には、レーザ溶接によって形成された溶接部３５が配置されている。溶接部３５は、溶接前の接地電極チップ３９の一部分と、接地電極本体３１の一部分と、が溶融・凝固した部分である。このために、溶接部３５は、接地電極チップ３９の成分と、接地電極本体３１の成分と、を含んでいる。溶接部３５は、接地電極チップ３９と接地電極本体３１とを接合する接合部、とも言うことができ、接地電極チップ３９と接地電極本体３１とを接合するビード、とも言うことができる。

図２（Ｂ）において、ハッチングされた領域は、溶接部３５を示している。図２（Ｂ）から解るように、軸線方向に沿って見た溶接部３５の形状は、軸線方向に沿って見た接地電極チップ３９の形状（本実施形態では、四角形）より大きく、かつ、軸線方向に沿って見た凹部３１６の形状より僅かに大きな略相似形（本実施形態では、四角形）である。そして、溶接部３５の４つの方向Ｄ１〜Ｄ４の端３５１〜３５４は、接地電極チップ３９の対応する側面３９１〜３９４より径方向の外側に位置している。溶接部３５の後端方向ＢＤ側は、接地電極チップ３９の第２放電面３９５の反対側の面（先端方向ＦＤの面）の全体と接触している。

図２（Ａ）に示すように、溶接部３５の第１方向Ｄ１の端３５１（露出端３５１とも呼ぶ）は、接地電極本体３１の自由端面３１１に露出している。溶接部３５の第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３、第４方向Ｄ４の端３５２、３５３、３５４は、接地電極本体３１の表面（例えば、側面３１３、３１４）に露出していない。そして、図２（Ａ）に示すように、断面ＣＦにおいて、溶接部３５は、第２方向Ｄ２（第１方向Ｄ１）に沿って延びている。棒状の接地電極本体３１の軸線は、溶接部３５が形成されている自由端面３１１の近傍部分において、第２方向Ｄ２（第１方向Ｄ１）と平行になっている。このため、断面ＣＦにおいて、溶接部３５は、接地電極本体３１の軸線に沿って延びている、とも言うことができる。これは、後述するように、レーザ溶接が行われて、溶接部３５が形成される際に、レーザが、自由端面３１１側から、第２方向Ｄ２に向かって、照射されるからである。

ここで、接地電極チップ３９の第１方向Ｄ１と垂直な方向の長さ（軸線方向の長さ）を、接地電極チップ３９の厚さＬ１とし、溶接部３５の第１方向Ｄ１と垂直な方向の長さを、溶接部３５の厚さＬ２とする。接地電極チップ３９の厚さＬ１は、これに限られるものではないが、例えば、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の値である。

図２（Ａ）に示すように、溶接部３５のうち、露出端３５１の近傍の部分を露出近傍部３５Ａとし、軸線ＣＯと交差する部分を含む略中央の部分を中央部３５Ｂとし、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の端（すなわち側面３９２）より第２方向Ｄ２の部分を奥部３５Ｃとする。溶接部３５の厚さＬ２は、露出近傍部３５Ａにおいて、中央部３５Ｂよりも厚くなっている。溶接部３５の厚さＬ２は、中央部３５Ｂにおいて、大きく変化せず、ほぼ均一になっている。溶接部３５の厚さＬ２は、奥部３５Ｃにおいては、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の側面３９２と、接地電極本体３１の凹部３１６と、の間に、溶接部が形成されるために、部分的に厚くなっている。

ここで、図２（Ａ）の断面ＣＦにおいて、溶接部３５と接地電極チップ３９との境界ＢＦ１の第１方向Ｄ１の端を、端Ｐ１とし、溶接部３５と接地電極本体３１との境界ＢＦ２の第１方向Ｄ１の端を、端Ｐ２とする。端Ｐ１と端Ｐ２とのうち、第２方向Ｄ２側に位置する端を、第１端とする。図２（Ａ）の例では、第１端は、端Ｐ１である。そして、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の端（すなわち、側面３９２）を、第２端とする。

このとき、第１端から第２端までの第１方向Ｄ１の範囲を、範囲ＲＡ１（図２（Ａ）の長さＷの範囲）とする。そして、範囲ＲＡ１のうち、第２端側の１／４の範囲を、範囲ＲＡ２（図２（Ａ）の長さＷ／４の範囲）とする。なお、図２の実施形態では、範囲ＲＡ１の長さＷは、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の幅と等しい。長さＷは、これに限られるものではないが、例えば、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の値、例えば、１．３ｍｍ、１．５ｍｍ、１．８ｍｍである。

第２端側（第２方向Ｄ２側）の１／４の範囲ＲＡ２は、第１端側（第１方向Ｄ１側）と同様に、点火プラグ１００の先端近傍に位置するために、燃焼室内の高温の領域に近くなる。このために、高温になりやすい。さらに、第２端側１の１／４の範囲ＲＡ２は、第１端側と比較して、接地電極本体３１の接合端面３１２に近いために、熱引き量が多い。このために、第２端側の１／４の範囲ＲＡ２では、第１端側と比較して、温度変化が激しいために、境界ＢＦ１、ＢＦ２において熱応力に起因する剥離が発生しやすい。

溶接部３５の厚さＬ２に対して、接地電極チップ３９の厚さＬ１が厚いほど、境界ＢＦ１、ＢＦ２における熱応力を緩和することができる。境界ＢＦ１、ＢＦ２における熱応力は、接地電極チップ３９と、接地電極本体３１と、の間の熱膨張係数の差に起因して発生するが、接地電極チップ３９と接地電極本体３１との両方の成分を含む溶接部３５は、接地電極チップ３９と接地電極本体３１との間の熱膨張係数を有するためである。本実施形態では、範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たす。すなわち、範囲ＲＡ２の全範囲において、溶接部３５の厚さＬ２は、接地電極チップ３９の厚さＬ１の１／４以上である。この結果、溶接部３５を、十分に厚くすることによって熱応力を適切に緩和できるので、接地電極チップ３９の耐剥離性を向上することができる。

本実施形態では、さらに、第１端から第２端までの範囲ＲＡ１の全範囲において、上述した（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たす。この結果、範囲ＲＡ１の全範囲において、接地電極チップ３９の厚さＬ１に対して、溶接部３５の厚さＬ２を十分に厚くできる。この結果、溶接部３５によって、接地電極チップ３９と接地電極本体３１との間に生じる熱応力を、さらに適切に緩和できるので、さらに接地電極チップ３９の耐剥離性を向上することができる。

ここで、図２（Ａ）の断面ＣＦにおいて、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の側面３９２（上記第２端）から、溶接部３５の第２方向Ｄ２の端３５２までの長さを、奥側突出長Ｌ３とする。本実施形態では、奥側突出長Ｌ３は、０．１ｍｍ以上である。こうすれば、溶接部３５の奥部３５Ｃによって、接地電極チップ３９の第２方向側の側面３９２の近傍において、より効果的に熱応力を緩和できるので、さらに接地電極チップ３９の耐剥離性を向上することができる。

ところで、接地電極チップ３９の厚さに対して、溶接部３５を過度に厚くすると、結果として、接地電極チップ３９が過度に薄くなる。この結果、接地電極チップ３９の強度が低下して、熱応力によって、接地電極チップ３９にクラックが発生して、接地電極チップ３９が割れる不具合が生じ得る。本実施形態では、範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≦０．５を満たす。すなわち、範囲ＲＡ２の全範囲において、溶接部３５の厚さＬ２は、接地電極チップ３９の厚さＬ１の半分以下である。この結果、溶接部３５の厚さＬ２に対して、接地電極チップ３９の厚さＬ１が過度に薄くなることに起因して、接地電極チップ３９にクラックが発生することを防止できる。したがって、接地電極チップ３９の耐割れ性を向上できる。

さらに、本実施形態では、上述したように、接地電極チップ３９の第１方向Ｄ１の側面３９１は、接地電極本体３１の自由端面３１１より第２方向Ｄ２側に位置している。この結果、接地電極チップ３９の大きさに対して、接合面積、すなわち、溶接部３５と接触する面積を十分に大きくできるので、接地電極チップ３９の耐剥離性をより向上することができる。

Ｂ：製造方法
点火プラグ１００の製造方法について、接地電極３０の製造方法を中心に説明する。図３は、接地電極３０の製造方法について説明する図である。先ず、曲げられる前の棒状の接地電極本体３１が準備される。そして、接地電極本体３１に溶接される前の接地電極チップ３９が準備される。

次に、図３（Ａ）に示すように、接地電極本体３１の側面３１５における自由端面３１１の近傍部分に、形成すべき凹部３１６に対応する形状を有する押圧部材２００が、例えば、所定のプレス機を用いて、押圧される。これによって、図３（Ｂ）に示すように、接地電極本体３１の側面３１５に、凹部３１６が形成される。

次に、図３（Ｃ）に示すように、接地電極本体３１に形成された凹部３１６内に、溶接前の円柱状の接地電極チップ３９が配置される。そして、図示しない治具を用いて、接地電極３０を、第２放電面３９５側から先端方向ＦＤ（図３（Ｃ）の下方向）に押さえながら、レーザ溶接が実行されて、上述した溶接部３５（図２）が形成される。図３（Ｃ）の矢印ＬＺは、レーザ溶接のためのレーザの照射を概念的に示している。矢印ＬＺに示すように、レーザは、接地電極チップ３９と接地電極本体３１との境界に沿って、自由端面３１１側から第２方向Ｄ２に向かって照射される。なお、本実施形態では、レーザとしてファイバレーザが用いられる。ファイバレーザは、例えば、ＹＡＧレーザと比較して、集光性が高いために、形成できる溶接部３５の形状の自由度が高いので、上述した（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５などの条件を満たす形状の溶接部３５を形成することができる。

Ｃ：第１評価試験
第１評価試験では、表１に示すように、図２（Ａ）の長さＷ、Ｌ１〜Ｌ３の少なくとも１つの値が互いに異なる１４種類のサンプル１〜１４を用いて、接地電極チップ３９の耐剥離性の試験を行った。

図２（Ａ）の断面ＣＦにおける長さＷは、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の幅に等しいので、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の幅を変更することによって、表１に示すように、１．３ｍｍ、１．８ｍｍのいずれかに調整された。また、各サンプルの接地電極チップ３９の第３方向Ｄ３の幅は、第２方向Ｄ２の幅と同じ値（１．３ｍｍまたは１．８ｍｍ）とされた。

図２（Ａ）の断面ＣＦの長さＬ１〜Ｌ３は、溶接前の接地電極チップ３９の軸方向の長さと、溶接部３５を形成するレーザ溶接の条件と、を変更することによって、調整された。表１には、図２（Ａ）の範囲ＲＡ２で、（Ｌ２／Ｌ１）が最も小さくなる第１方向Ｄ１の位置におけるＬ１（ｍｍ）、Ｌ２（ｍｍ）、（Ｌ２／Ｌ１）の値が、サンプルごとに記載されている。範囲ＲＡ２における（Ｌ２／Ｌ１）の最小値が、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たす場合は、範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５が満たされることを意味している。

サンプル１〜１４の範囲ＲＡ２における（Ｌ２／Ｌ１）の最小値は、０．１０、０．１２、０．２０、０．２３、０．２５、０．２６、０．３８、０．４３のいずれかである。

サンプル１〜１４の奥側突出長Ｌ３は、０.０ｍｍ、０．１ｍｍ、０.２ｍｍのいずれかである。

なお、各サンプルに共通な材質や寸法は、以下の通りである。
接地電極チップ３９：白金（Ｐｔ）を主成分とし１０質量％のニッケル（Ｎｉ）を含有する合金
接地電極本体３１：ＮＣＦ６０１合金
接地電極本体３１の自由端面３１１近傍の軸線方向の幅Ｈ１（高さ）：１．５ｍｍ
接地電極本体３１の自由端面３１１近傍の第３方向Ｄ３の幅Ｈ２：２．８ｍｍ
溶接前の接地電極チップ３９の軸線方向の幅（高さ）：０．４５ｍｍ

第１評価試験では、以下に説明する机上冷熱試験が行われた。各サンプルの先端部近傍（接地電極チップ３９の近傍）の加熱と冷却とのサイクルを１０００回繰り返した。具体的には、１回のサイクルでは、各サンプルの先端部近傍が、バーナーで２分間に亘って加熱され、続けて、１分間に亘って空気中で冷却される。２分間の加熱のうち、接地電極チップ３９の温度が目標温度である摂氏１１００度に１分以内で到達し、その後１１００度を維持するように、バーナーの強度が調節される。

その後、各サンプルの接地電極３０を切断して、上述した図２（Ａ）の断面ＣＦを観察した。そして、この断面ＣＦにおいて、範囲ＲＡ２のうち、境界ＢＦ１、ＢＦ２の両方の接合が維持されている部分と、いずれかで剥離が発生している部分と、を特定した。接合が維持されている部分には、酸化スケールが発生せず、剥離が発生している部分には、酸化スケールが発生するので、拡大鏡を用いて断面ＣＦを観察することによって、接合が維持されている部分と、剥離が発生している部分と、を特定することができる。そして、範囲ＲＡ２のうち、第２方向Ｄ２側の端から剥離が発生している部分（すなわち、酸化スケールが発生している部分）が占める割合（以下、酸化スケール発生割合とも呼ぶ）を算出した。各サンプルの酸化スケール発生割合は、表１に示すとおりである。そして、酸化スケール発生割合が、１０％未満であるサンプルの評価を「Ａ」とし、酸化スケール発生割合が、１０％以上２５％未満であるサンプルの評価を「Ｂ」とし、酸化スケール発生割合が、２５％以上であるサンプルの評価を「Ｃ」とした。

評価結果は、表１に示すとおりである。範囲ＲＡ２の全範囲において（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たすサンプル３〜７、１０〜１４の評価は、長さＷ（接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の幅）や奥側突出長Ｌ３に拘わらずに、いずれも「Ｂ」以上であった。そして、範囲ＲＡ２における（Ｌ２／Ｌ１）の最小値が、（Ｌ２／Ｌ１）＜０．２５であるサンプル１、２、８、９の評価は、いずれも「Ｃ」以下であった。例えば、範囲ＲＡ２の全範囲において（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たすサンプルは、範囲ＲＡ２の全範囲における（Ｌ２／Ｌ１）の最小値が（Ｌ２／Ｌ１）＜０．２５であるサンプルと、比較して、酸化スケール発生割合が、１０％以上少なかった。

さらに、範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たすサンプル３〜７、１０〜１４のうち、奥側突出長Ｌ３が、０．１ｍｍ以上であるサンプル３、４、６、７、１０、１１、１３、１４の評価は、いずれも「Ａ」であった。そして、奥側突出長Ｌ３が、０．１ｍｍ未満であるサンプル５、１２の評価は、いずれも「Ｂ」であった。例えば、奥側突出長Ｌ３が、０．１ｍｍ以上であるサンプル３、４、６、７、１０、１１、１３、１４は、０．１ｍｍ未満であるサンプル５、１２と、比較して、スケール発生割合が、９％以上少なかった。

第１評価試験の結果から、範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たすことが、耐剥離性向上の観点から、好ましいことが確認された。そして、奥側突出長Ｌ３は、０．１ｍｍ以上であることが、さらに、好ましいことが確認された。

Ｄ：第２評価試験
第２評価試験では、表２に示すように、図２（Ａ）の長さＷ、Ｌ１、Ｌ２の少なくとも１つの値が互いに異なる６種類のサンプル１５〜２０を用いて、接地電極チップ３９の耐割れ性の試験を行った。

図２（Ａ）の断面ＣＦにおける長さＷは、第１評価試験と同様に、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の幅を変更することによって、表２に示すように、１．３ｍｍ、１．８ｍｍのいずれかに調整された。

図２（Ａ）の断面ＣＦの長さＬ１〜Ｌ３は、溶接前の接地電極チップ３９の軸方向の長さと、溶接部３５を形成するレーザ溶接の条件を変更することによって、調整された。表２には、範囲ＲＡ２の範囲内で、（Ｌ２／Ｌ１）が最も大きくなる第１方向Ｄ１の位置におけるＬ１（ｍｍ）、Ｌ２（ｍｍ）、（Ｌ２／Ｌ１）の値が、サンプルごとに記載されている。範囲ＲＡ２における（Ｌ２／Ｌ１）の最大値が、（Ｌ２／Ｌ１）≦０．５を満たす場合は、範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≦０．５が満たされることを意味している。

サンプル１５〜２０の範囲ＲＡ２における（Ｌ２／Ｌ１）の最大値は、それぞれ、０．５０、０．６７、０．８０、０．４３、０．５６、０．７１のいずれかである。サンプル１５〜２０の奥側突出長Ｌ３は、いずれも０.２ｍｍである。各サンプルの材質は、第１評価試験と同じである。

第２評価試験では、第１評価試験と同じ条件の机上冷熱試験を行った。その後、各サンプルの接地電極チップ３９を観察して、クラックの有無を確認した。そして、クラックの発生が認められなかったサンプルの評価を「Ａ」とし、クラックの発生が認められたサンプルの評価を「Ｂ」とした。

評価結果は、表２に示すとおりである。範囲ＲＡ２の全範囲において（Ｌ２／Ｌ１）≦０．５を満たすサンプル１５、１８の評価は、長さＷ（接地電極チップ３９の幅）に拘わらずに、いずれも「Ａ」であった。そして、範囲ＲＡ２における（Ｌ２／Ｌ１）の最大値が、（Ｌ２／Ｌ１）＞０．５であるサンプル１６、１７、１９、２０の評価は、いずれも「Ｂ」であった。

第２評価試験の結果から、範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≦０．５を満たすことが、接地電極チップ３９の耐割れ性向上の観点から、好ましいことが確認された。

Ｅ．第２実施形態
図４は、第２実施形態の接地電極３０ｂの接地電極チップ３９ｂ近傍の構成を示す図である。図４の接地電極チップ３９ｂの第２方向Ｄ２の幅は、図２の接地電極チップ３９より長い。そして、接地電極チップ３９ｂの第１方向Ｄ１の側面３９１ｂは、接地電極本体３１ｂの自由端面３１１ｂより第１方向Ｄ１に突出している。このために、図４の接地電極３０ｂの溶接部３５ｂは、図２の接地電極３０の溶接部３５とは、形状が異なっている。

詳しく説明すると、溶接部３５ｂは、接地電極チップ３９ｂの先端方向ＦＤ側の面のうち、第１方向Ｄ１側の部分３９６ｂとは接触していない。そして、溶接部３５ｂの第１方向Ｄ１の端３５１ｂは、接地電極本体３１ｂの自由端面３１１ｂに露出しているとともに、接地電極チップ３９ｂの先端方向ＦＤ側の面のうち、第１方向Ｄ１側の部分３９６ｂに露出している。

なお、その他の溶接部３５ｂの特徴は、図２の溶接部３５と類似している。例えば、溶接部３５ｂの第２方向Ｄ２の端３５２ｂは、接地電極チップ３９ｂの側面３９１ｂより第２方向Ｄ２に突出している。そして、溶接部３５ｂの厚さＬ２は、露出近傍部３５ｂＡにおいて、中央部３５ｂＢよりも厚くなっている。溶接部３５ｂの厚さＬ２は、中央部３５ｂＢにおいて、大きく変化せず、ほぼ均一になっている。溶接部３５の厚さＬ２は、奥部３５ｂＣにおいては、部分的に厚くなっている。

このような溶接部３５ｂは、図４に示すように、接地電極チップ３９ｂと接地電極本体３１ｂとの境界に対して、自由端面３１１ｂ側から、第２方向Ｄ２に対して僅かに傾斜した方向に向かって、レーザ溶接のためのレーザＬＺを照射することによって、形成される。

ここで、第１実施形態と同様に、図４の断面ＣＦにおいて、溶接部３５ｂと接地電極チップ３９ｂとの境界ＢＦ１の第１方向Ｄ１の端を、端Ｐ１とし、溶接部３５ｂと接地電極本体３１ｂとの境界ＢＦ２の第１方向Ｄ１の端を、端Ｐ２とする。そして、端Ｐ１と端Ｐ２とのうち、第２方向Ｄ２側に位置する端を、第１端とし、接地電極チップ３９ｂの第２方向Ｄ２の側面３９２ｂを、第２端とする。図４の第２実施形態では、図２の第１実施形態と異なり、端Ｐ２は、端Ｐ１より第２方向Ｄ２に位置しているので、第１端は、端Ｐ２である。

このとき、第１端から第２端までの第１方向Ｄ１の範囲を、範囲ＲＡ１ｂ（図４の長さＷｂの範囲）とする。そして、範囲ＲＡ１ｂのうち、第２端側の１／４の範囲を、範囲ＲＡ２ｂ（図４の長さＷｂ／４の範囲）とする。

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、図４の断面において、以下の条件（Ａ）〜（Ｄ）を満たす。
（Ａ）範囲ＲＡ２ｂの全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たす
（Ｂ）範囲ＲＡ１ｂの全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たす
（Ｃ）奥側突出長Ｌ３は、０．１ｍｍ以上である
（Ｄ）範囲ＲＡ２ｂの全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）＜０．５を満たす

上記条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たすので、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、接地電極チップ３９ｂの耐剥離性を向上することができる。また、上記条件（Ｄ）を満たすので、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、接地電極チップ３９ｂの耐割れ性を向上することができる。

Ｆ．変形例：
（１）上記第１実施形態では、図２（Ａ）の断面ＣＦにおいて、既に説明済みの以下の条件（Ａ）〜（Ｄ）を満たす。
（Ａ）範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たす
（Ｂ）範囲ＲＡ１の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たす
（Ｃ）奥側突出長Ｌ３は、０．１ｍｍ以上である
（Ｄ）範囲ＲＡ２の全範囲において、（Ｌ２／Ｌ１）＜０．５を満たす
変形例としては、上記条件（Ａ）〜（Ｄ）の全てを満たす必要はなく、少なくとも上記条件（Ａ）を満たせば良く、上記条件（Ｂ）〜（Ｄ）の全部もしくは一部は満たされていなくても良い。上記第１評価試験の結果から解るように、少なくとも上記条件（Ａ）を満たしていれば、接地電極チップ３９の耐剥離性を向上することができる。

（２）上記第１実施形態では、図２（Ａ）の断面ＣＦに限らず、断面ＣＦと平行で、かつ、接地電極チップ３９の第２放電面３９５を通る範囲内の全ての断面で、上記条件（Ａ）〜（Ｄ）を満たす。変形例としては、放電面３９５を通る全ての断面で、上記条件（Ａ）〜（Ｄ）を満たす必要はなく、少なくとも断面ＣＦにおいて、上記条件（Ａ）〜（Ｄ）を満たしていれば良い。そして、断面ＣＦと平行で、かつ、接地電極チップ３９の第２放電面３９５を通る範囲内の全ての断面のうち、断面ＣＦを中心とした５０％以上の範囲で、上記条件（Ａ）〜（Ｄ）を満たすことが好ましく、断面ＣＦを中心とした８０％以上の範囲で、上記条件（Ａ）〜（Ｄ）を満たすことが、さらに好ましい。

（３）上記図２、図４に示す接地電極３０、３０ｂの具体的構成は、一例であり、これに限られない。図２、図４に示す接地電極３０、３０ｂの具体的構成は、適宜に変形され得る。図５は、変形例の接地電極３０の一例を示す図である。

図５に示すように、例えば、第１実施形態において、接地電極チップ３９の第２方向Ｄ２の側面３９２と、凹部３１６の内壁と、の間に隙間がなくても良い。また、図５に示すように、溶接部３５の第２方向の端３５２は、接地電極チップ３９のＤ２方向の側面３９２と、Ｄ２方向の位置が一致していても良い。すなわち、溶接部３５は、奥部３５Ｃを備えていなくても良い。また、図５に示すように、接地電極チップ３９の第１方向Ｄ１の側面３９１は、接地電極本体３１の自由端面３１１と、Ｄ２方向の位置が一致していても良い。

（４）上記第１および第２実施形態では、接地電極チップ３９、３９ｂは、略四角柱形状を有しているが、これに代えて、接地電極チップ３９、３９ｂは、円柱形状や、五角柱形状などの他の形状を有してもよい。

（５）上記第１および第２実施形態では、接地電極本体３１、３１ｂの自由端面３１１、３１１ｂ近傍の側面３１５、３１５ｂに、凹部３１６、３１６ｂが形成された上で、該凹部３１６、３１６ｂに、接地電極チップ３９、３９ｂが溶接されている。これに代えて、自由端面３１１、３１１ｂ近傍の側面３１５、３１５ｂに、凹部３１６、３１６ｂが形成されることなく、側面３１５、３１５ｂ上に、接地電極チップ３９、３９ｂが溶接されても良い。

（６）点火プラグ１００において、接地電極３０、主体金具５０、中心電極２０、絶縁体１０等の材質、寸法は、様々に変更可能である。例えば、主体金具５０の材質は、亜鉛めっきまたはニッケルめっきされた低炭素鋼でも良いし、めっきがなされていない低炭素鋼でも良い。また、絶縁体１０の材質は、アルミナ以外の様々な絶縁性セラミックスでもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

５...ガスケット、６...リング部材、８...板パッキン、９...タルク、１０...絶縁体、１２...貫通孔、１３...脚長部、１５...段部、１６...段部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...鍔部、２０...中心電極、２１...中心電極本体、２１Ａ...電極母材、２１Ｂ...芯部、２３...頭部、２４...鍔部、２５...脚部、２９...中心電極チップ、３０、３０ｂ...接地電極、３１、３１ｂ...接地電極本体、３５...溶接部、３９、３０ｂ...接地電極チップ、４０...端子金具、４１...キャップ装着部、４２...鍔部、４３...脚部、５０...主体金具、５１...工具係合部、５２...取付ネジ部、５３...加締部、５４...座部、５６...段部、５８...圧縮変形部、５９...挿入孔、６０...導電性シール、７０...抵抗体、８０...導電性シール、１００...点火プラグ、２００...押圧部材、２９５...第１放電面、３１１、３１１ｂ...自由端面、３１２...接合端面、３１６...凹部、３９５...第２放電面

Claims (5)

1. 貫通孔を有する絶縁体と、
   第１放電面を有し、前記貫通孔の先端側に保持される中心電極と、
   前記絶縁体の径方向の周囲に配置され、前記絶縁体を保持する主体金具と、
   前記主体金具の先端に接合される接合端面と、前記接合端面の反対側に位置する自由端面と、を有する棒状の接地電極本体と、
   前記接地電極本体の前記自由端面の近傍において、前記第１放電面と対向する前記接地電極本体の側面に沿って配置され、前記第１放電面と対向する第２放電面を有する接地電極チップと、
   前記接地電極チップと前記接地電極本体との間に形成され、前記接地電極チップの成分と前記接地電極本体の成分とを含む溶接部と、
   を備える点火プラグであって、
   前記第２放電面の重心を通り、かつ、前記第２放電面と垂直で、かつ、前記接地電極本体の軸線と平行な断面において、
   前記第２放電面の重心から前記第２放電面に沿って前記自由端面に向かう方向を第１方向とし、前記第１方向の反対方向を第２方向とし、
   前記溶接部と前記接地電極チップとの境界の前記第１方向の端と、前記溶接部と前記接地電極本体との境界の前記第１方向の端と、のうち、前記第２方向側に位置する端を第１端とし、前記接地電極チップの前記第２方向の端を第２端とするとき、
   前記溶接部の前記第１方向の端は、前記自由端面に露出し、
   前記溶接部は、前記接地電極本体の前記軸線に沿って延び、
   前記第１端から前記第２端までの前記第１方向の範囲のうち、前記第２端側の１／４の全範囲において、前記接地電極チップの前記第１方向と垂直な方向の長さＬ１と、前記溶接部の前記第１方向と垂直な方向の長さＬ２とは、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たすことを特徴とする、点火プラグ。
2. 請求項１に記載の点火プラグであって、
   前記断面において、さらに、
   前記第１端から前記第２端までの前記第１方向の全範囲において、前記接地電極チップの前記第１方向と垂直な方向の長さＬ１と、前記溶接部の前記第１方向と垂直な方向の長さＬ２とは、（Ｌ２／Ｌ１）≧０．２５を満たすことを特徴とする、点火プラグ。
3. 請求項１または２に記載の点火プラグであって、
   前記断面において、さらに、
   前記第２端から、前記溶接部の前記第２方向の端までの長さＬ３は、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、点火プラグ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火プラグであって、
   前記断面において、さらに、
   前記第１端から前記第２端までの前記第１方向の範囲のうち、前記第２端側の１／４の全範囲において、前記接地電極チップの前記第１方向と垂直な方向の長さＬ１と、前記溶接部の前記第１方向と垂直な方向の長さＬ２とは、（Ｌ２／Ｌ１）≦０．５を満たすことを特徴とする、点火プラグ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の点火プラグであって、
   前記接地電極チップの前記第１方向の端は、前記接地電極本体の前記自由端面より前記第２方向側に位置することを特徴とする、点火プラグ。

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