JPWO2009063976A1 - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

接地電極（３０）の発火部（８０）は、根元部（８２）に貴金属部材（８１）をレーザ溶接により両者の構成材料が互いに溶け合い混合した溶融部（８５）を有する。この溶融部（８５）において、点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材（８１）由来の成分の占める平均割合Ｐが８０％以上であり、点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３における根元部由来の成分の占める平均割合Ｑが２０％以上であり、Ｐ＋Ｑが１６０％以下である。これにより発火部（８０）では部位に応じた接合強度を得ることができ、熱応力によるクラックや剥離等の発生を十分に抑制できる。

Description

本発明は、接地電極に中心電極との間で火花放電間隙を形成する針状の発火部が設けられたスパークプラグに関するものである。

近年、内燃機関から排出される排気ガスによる環境汚染への対策の強化が求められている。排気ガスの清浄化にはスパークプラグの着火性の向上が寄与することから、接地電極の内面に耐火花消耗性の高い貴金属部材（チップ）を中心電極へ向けて突き出すように設けたものがある（例えば、特許文献１参照。）。この構成のスパークプラグでは、従来のものと比べ接地電極を火花放電間隙から遠ざけることができるため、火花放電間隙で形成される火炎核が、その成長過程の初期の段階において接地電極に接触しにくい。このため、火炎核が接地電極と接触して熱を奪われることによりその成長が阻害される、いわゆる消炎作用が低減されるので、スパークプラグの着火性を向上することができる。

このような形態のスパークプラグでは、貴金属部材に大きな熱負荷がかかるため、貴金属部材と接地電極との接合部位においてクラックや剥離等が生ずる虞がある。そこで特許文献１では、貴金属部材と接地電極との接合において、両者間に両者の中間の線膨張係数を有する根元部（中間部材）を介在させている。そして、高い熱負荷のかかる貴金属部材と根元部との接合部位において生じ得る熱応力を緩和することで、クラックやの剥離等の発生を防止している。また、特許文献１では、貴金属部材と根元部との接合を、接合時に過大な圧接力が作用する抵抗溶接では行っておらず、熱の集中が容易で溶け深さを大きくできると共に、接合後に内部応力が残留しにくいレーザ溶接により行っている。
特開２００４−１３４２０９号公報

しかしながら、レーザ溶接では、貴金属部材と根元部とを構成するそれぞれの材料（成分）が互いに溶け合い混合した溶融部が両者間に形成されるが、この溶融部では、レーザ光の照射位置、照射角度、出力、照射時間など、溶接時における諸条件により、部位によって、両者由来の成分それぞれが占める割合（以下、「混合比」という。）が変わる。このため、貴金属部材と根元部とをレーザ溶接により単に接合するだけでは、溶融部内において両者由来の成分の混合比が偏り、部分的に線膨張係数の差の大きな部位が生ずる虞があった。近年、内燃機関の高出力化や省燃費化に伴いエンジンの燃焼条件が厳しくなっており、この溶融部に対して冷熱サイクルに伴う熱負荷の影響が大きくかかる傾向にある。たとえ接合前の状態で貴金属部材と根元部との線膨張係数の差を小さくしたとしても、依然としてその差は残るため、溶融部内にて両者由来の成分の混合比が偏った部位を起点にクラックや剥離等を生ずる虞があった。

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、接地電極に突設される発火部を構成する貴金属部材と根元部との接合部位に形成される溶融部において両者由来の成分の配分を規定することで、クラックや剥離等の発生を抑制できるスパークプラグを提供することを目的とする。

本発明の第１態様によれば、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の先端面に接合され、他端部における自身の一側面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における前記一側面上で、前記中心電極の前記先端部と対向する位置にて、前記一側面から前記中心電極へ向けて少なくとも０．５ｍｍ以上突出する発火部とを備えたスパークプラグにおいて、前記発火部は、Ｎｉを主成分とし、前記一側面から前記中心電極に向けて突出する形状をなす根元部と、貴金属を主成分とし、前記根元部の突出先端に接合され、自身と前記中心電極の前記先端部との間で火花放電間隙を形成する貴金属部材と、当該貴金属部材と前記根元部とを側方からレーザ溶接することにより両者の構成材料が互いに溶け合って形成された溶融部とを有してなるものであり、前記発火部の突出方向に平行な平面で当該発火部を二分したときの断面をみたときに、前記溶融部は、前記貴金属部材と前記根元部との間において、前記発火部の突出方向と直交する方向における前記発火部の一方の側面と他方の側面とのそれぞれから、当該両側面間の中央を通り前記発火部の突出方向に沿う中心線へと向かう形態で形成されており、当該発火部の断面において、前記一方の側面における、前記貴金属部材と前記溶融部との境界の位置を点Ａ、前記一方の側面における、前記根元部と前記溶融部との境界の位置を点Ｂ、前記貴金属部材と前記溶融部との境界で、最も前記中心線寄りの位置を点Ｃ、前記根元部と前記溶融部との境界で、最も前記中心線寄りの位置を点Ｄ、点Ａと点Ｃとを直線で結んだ線分ＡＣを４等分する３つの等分点を点Ａ側から順に点Ｅ、点Ｆおよび点Ｇ、点Ｂと点Ｄとを直線で結んだ線分ＢＤを４等分する３つの等分点を点Ｂ側から順に点Ｈ、点Ｉおよび点Ｊ、点Ｅと点Ｈとを直線で結んだ線分ＥＨを４等分する３つの等分点を点Ｅ側から順に点Ｋ１、点Ｋ２および点Ｋ３、点Ｆと点Ｉとを直線で結んだ線分ＦＩを４等分する３つの等分点を点Ｆ側から順に点Ｌ１、点Ｌ２および点Ｌ３、点Ｇと点Ｊとを直線で結んだ線分ＧＪを４等分する３つの等分点を点Ｇ側から順に点Ｍ１、点Ｍ２および点Ｍ３、としたときに、点Ｋ１、点Ｌ１および点Ｍ１における前記溶融部の成分のうち前記貴金属部材由来の成分の占める平均割合Ｐが、Ｐ≧８０［％］を満たし、点Ｋ３、点Ｌ３および点Ｍ３における前記溶融部の成分のうち前記根元部由来の成分の占める平均割合Ｑが、Ｑ≧２０［％］を満たすと共に、Ｐ＋Ｑ≦１６０［％］を満たす、スパークプラグが提供される。

また、本発明の第２態様によれば、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の先端面に接合され、他端部における自身の一側面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における前記一側面上で、前記中心電極の前記先端部と対向する位置にて、前記一側面から前記中心電極へ向けて少なくとも０．５ｍｍ以上突出する発火部とを備えたスパークプラグにおいて、前記発火部は、Ｎｉを主成分とし、前記一側面から前記中心電極に向けて突出する形状をなす根元部と、貴金属を主成分とし、前記根元部の突出先端に接合され、自身と前記中心電極の前記先端部との間で火花放電間隙を形成する貴金属部材と、当該貴金属部材と前記根元部とを側方からレーザ溶接することにより両者の構成材料が互いに溶け合って形成された溶融部とを有してなるものであり、前記発火部の突出方向に平行な平面で当該発火部を二分したときの断面をみたときに、前記溶融部は、前記貴金属部材と前記根元部との間において、前記発火部の突出方向と直交する方向における前記発火部の一方の側面と他方の側面とのそれぞれから、当該両側面間の中央を通り前記発火部の突出方向に沿う中心線へと向かう形態で形成されており、当該発火部の断面において、前記一方の側面における、前記貴金属部材と前記溶融部との境界の位置を点Ａ、前記一方の側面における、前記根元部と前記溶融部との境界の位置を点Ｂ、前記貴金属部材と前記溶融部との境界で、最も前記中心線寄りの位置を点Ｃ、前記根元部と前記溶融部との境界で、最も前記中心線寄りの位置を点Ｄ、点Ａと点Ｃとを直線で結んだ線分ＡＣを４等分する３つの等分点を点Ａ側から順に点Ｅ、点Ｆおよび点Ｇ、点Ｂと点Ｄとを直線で結んだ線分ＢＤを４等分する３つの等分点を点Ｂ側から順に点Ｈ、点Ｉおよび点Ｊ、点Ｅと点Ｈとを直線で結んだ線分ＥＨを４等分する３つの等分点を点Ｅ側から順に点Ｋ１、点Ｋ２および点Ｋ３、点Ｆと点Ｉとを直線で結んだ線分ＦＩを４等分する３つの等分点を点Ｆ側から順に点Ｌ１、点Ｌ２および点Ｌ３、点Ｇと点Ｊとを直線で結んだ線分ＧＪを４等分する３つの等分点を点Ｇ側から順に点Ｍ１、点Ｍ２および点Ｍ３、としたときに、点Ｋ１、点Ｌ１および点Ｍ１における前記溶融部の成分のうち前記貴金属部材由来の成分の占める平均割合Ｐが、Ｐ≧６０［％］を満たし、点Ｋ３、点Ｌ３および点Ｍ３における前記溶融部の成分のうち前記根元部由来の成分の占める平均割合Ｑが、Ｑ≧２０［％］を満たすと共に、Ｐ＋Ｑ≦１６０［％］を満たす、スパークプラグが提供される。

本発明の第１態様に係るスパークプラグでは、溶融部の貴金属部材寄りの部位、すなわち点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材由来の成分の平均割合Ｐを８０％以上としている。レーザ溶接は貴金属部材と根元部との合わせ面を狙って行われるため、溶融部の貴金属部材との境界付近においては、貴金属部材由来の成分、すなわち貴金属の混合比が高くなっている。このような部位において、上記のように貴金属部材由来の成分の平均割合Ｐを８０％以上とすることで、内燃機関の稼働に伴う熱負荷により貴金属部材と溶融部との境界付近にかかる熱応力に対し十分な耐力（接合状態を維持できる強度）を得ることができる。

もっとも、上記の平均割合Ｐについて、８０％以上に規定するのは高い品質を確保するためであり、本発明の実施形態によれば、過酷な試験条件のもとで導き出された規定である。ゆえに、スパークプラグの実使用時の形態に近い、より穏当な試験条件のもとで、平均割合Ｐに対する規定を導き出しても、貴金属部材と溶融部との境界付近にかかる熱応力に対する十分な耐力を確保することは可能である。本発明の第２態様では、上記の平均割合Ｐを６０％以上としている。第２態様によれば、平均割合Ｐを６０％以上としても十分に高い品質を確保することができ、すなわち、貴金属部材と溶融部との境界付近にかかる熱応力に対し十分な耐力を得ることができる。

一方で、本発明の第１態様および第２態様では、溶融部の根元部寄りの部位、すなわち点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３における根元部由来の成分の平均割合Ｑを２０％以上としている。溶融部では、根元部との境界付近において、根元部由来の成分、すなわちＮｉの混合比が高くなっている。ここで、貴金属部材が貴金属を主成分とするのに対し、根元部はＮｉを主成分としており、両者の材料が異なるので、貴金属部材と溶融部との境界付近にかかる熱応力に対する耐力と、溶融部と根元部との境界付近にかかる熱応力に対する耐力とは、異なるものである。また、スパークプラグの使用時に発火部が受ける熱は、根元部側から熱引きされるため、貴金属部材と溶融部との境界付近にかかる熱応力と、根元部と溶融部との境界付近にかかる熱応力とに、違いが生ずる。こうした条件の違いから、溶融部において、貴金属部材に近い側の部位における貴金属部材由来の成分の混合比と、根元部に近い側の部位における根元部由来の成分の混合比とは、一律とはならない。よって、熱応力によるクラックや剥離等の発生を十分に抑制する上で、上記のように、根元部由来の成分の平均割合Ｑについては２０％以上とすることが好ましい。

さらに、本発明の第１態様および第２態様では、Ｐ＋Ｑを１６０％以下に規定している。これにより、溶融部内における貴金属部材寄りの部位と、根元部寄りの部位との間で、貴金属部材由来の成分と、根元部由来の成分との混合比の違いが、大きくなるのを抑えることができる。つまり、溶融部内において、部位による成分の混合比の違いによって生じ得る線膨張係数の差を、比較的小さく抑えることができるので、クラックや剥離等の発生も抑制し、より強固な溶接性を維持することができる。

なお、貴金属部材は、貴金属以外に、根元部と同一の材料を含む場合がある。また、溶融部においては、貴金属部材の成分と根元部の成分とが溶融した状態にある。点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１において見いだされた根元部と同一の成分のうち、貴金属部材由来の成分を特定するには、まず、貴金属部材の組成から根元部に含まれない成分（以下、「特異成分」ともいう。）を特定し、溶融部の点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１において、その特異成分の含有率を求める。そして貴金属部材の組成をもとに、その点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材由来の成分の混合比を推定すればよい。根元部側の点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３についても同様である。

また、中心電極の先端部と対向する位置に発火部を配置したが、本発明の第１態様および第２態様でいう対向とは、厳密に、先端部と発火部との向かい合う面同志が平行に配置された状態をいうものではなく、また、中心電極と発火部とを厳密に軸合わせした構成を意味するものでもない。すなわち、本発明の第１態様および第２態様に係るスパークプラグに所定の電力を供給したときに、中心電極の先端部と発火部との間で火花放電間隙が形成されれば足りる。

また、本発明の第１態様および第２態様における発火部を二分した断面とは、発火部の中心線を含む平面で二分した断面を意味する。よって、発火部が円柱形状であれば、その軸線を含む平面で二分した断面をいう。一方、突出方向と直交する発火部の断面の形状が不定形であれば、突出方向の断面において任意の点を座標でみたときの平均座標の位置を、その突出方向の断面における中心位置と捉える。そして、断面を連ねたときの各中心位置に最も近い直線を、発火部の中心線として捉え、この中心線を含む発火部の断面を見ればよい。

また、本発明の第１態様および第２態様において「主成分」とは、その成分（元素あるいは化合物）が、含有される全成分のうち最も含有量（重量％）の高い成分であるものをいう。例えば、Ｎｉを主成分とする場合、全成分中、Ｎｉ元素の含有量がその他の成分よりも多ければよい。Ｎｉ化合物を主成分とする場合、Ｎｉ元素の含有量ではなく、対象となるＮｉ化合物の含有量がその他の成分よりも多ければよい。また、貴金属を主成分とする場合、全成分中、貴金属として分類される元素や化合物を抽出し、それらの個々の含有量の合計が、その他の成分より多ければよい。具体的に、例えば、４０Ｐｔ−２０Ｒｈ−４０Ｎｉの場合、貴金属であるＰｔの含有量とＲｈの含有量の合計がＮｉの含有量を上回るため、主成分は貴金属であるものとする。

ところで、溶融部は、貴金属部材と根元部との合わせ面を狙うように発火部の側方からレーザ溶接により形成されるため、発火部の外面において、溶融部は外気に晒される。発火部から接地電極側への熱引きの経路において、溶融部は根元部よりも上流側に位置するため、内燃機関の稼働に伴い高温となったときに、溶融部は根元部よりも酸化影響を受けやすい。そこで、本発明の第１態様および第２態様において、点Ｋ１、点Ｋ２および点Ｋ３における前記溶融部の成分のうち前記貴金属部材由来の成分の占める平均割合Ｒが、Ｒ≧６０［％］を満たすとよい。溶融部の外縁寄りの部位、すなわち点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３における貴金属部材由来の成分の割合Ｒを６０％以上とすれば、その部位における貴金属の含有率を比較的高くすることができ、耐酸化性を向上し、クラックや剥離等の発生を十分に抑制することができる。

さらに本発明の第１態様および第２態様において、前記平均割合Ｒが、Ｒ≧５５［％］を満たしてもよい。平均割合Ｒについて、５５％以上であれば高い耐酸化性が得られ、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。たとえクラックが生じても、そのクラックが極微細であれば、溶融部による貴金属部材と根元部との接合性を十分に確保でき、スパークプラグの実使用時において十分な性能を得ることができる。

また、本発明の第１態様および第２態様において、前記根元部が、前記接地電極とは異なる部材からなるものであってもよい。根元部を接地電極とは異なる部材から形成し、根元部において、貴金属部材と接地電極との線膨張係数の差を緩和する。そして上記のように、溶融部内における貴金属部材由来の成分と根元部由来の成分との混合比を規定すれば、部材間の接合強度をより高め、クラックや剥離等の発生を抑制することができる。

ところで、このように貴金属部材と根元部との接合強度を高められるのであれば、貴金属部材から接地電極への熱引きを敢えて低下させた構成が実現可能となる。具体的に、本発明の第１態様および第２態様において、前記根元部の熱伝導率をＷ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、前記接地電極の熱伝導率をＸ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、前記貴金属部材の熱伝導率をＹ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］としたときに、Ｙ＞Ｘ≧Ｗを満たす構成としてもよい。このような熱伝導率の関係を有する場合、貴金属部材に熱が籠もりやすくなるが、特に内燃機関の駆動開始時など内燃機関自体の温度が低いときに、火花放電間隙に面する貴金属部材が高温となれば、混合気への着火をより円滑に行うことができ、高い着火性を得ることができる。

また、本発明の第１態様および第２態様において、前記貴金属部材が、Ｐｔを主成分とし、少なくともＩｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｙ，Ｙ_２Ｏ_３のうちのいずれか１つ以上を１重量％以上含有してもよい。このような貴金属部材を用いることは、耐酸化性、耐火花消耗性を得る上で望ましい。

ところで、着火性のさらなる向上のため、火花放電間隙で形成される火炎核がその成長過程において接地電極に対し、より接触しにくくなるようにするには、接地電極の一側面からの発火部の突出量を大きくすればよい。しかし、火花放電間隙の大きさは確保しなければならず、そのためには接地電極自身を主体金具からより大きく突出させる必要が生ずる。すると接地電極自身の燃焼室からの受熱量が増加するため、発火部からの熱引き性能が低下し、発火部にかかる熱負荷がより大きくなる虞がある。こうした場合において、本発明の第１態様および第２態様によれば、前記発火部の突出方向に平行な平面で当該発火部を二分したときの断面をみたときの前記溶融部内の位置で、前記軸線方向において最も前記主体金具の前記先端面に近い位置と、その先端面との最短距離を、４ｍｍ以上とするとよい。このような構成となるように発火部を設けた場合、その発火部は、こうした厳しい使用条件下に晒されることとなる。しかし、溶融部内における貴金属部材由来の成分と根元部由来の成分との混合比を規定して部材間の接合強度をより高めることによって、クラックや剥離等の発生を抑制することが可能な本発明の第１態様および第２態様に係るスパークプラグであれば、十分に、上記の厳しい条件下での使用に耐えることができ、好適である。

また、本発明の第１態様および第２態様において、前記接地電極は、前記一端部から前記他端部に延びる方向と直交する断面の面積が、４ｍｍ^２以下であってもよい。断面の面積が４ｍｍ^２以下の針状をなせば、熱引きの経路における熱の流量が少なくなるため、発火部の熱引き性能が低くなる。しかし、溶融部内における貴金属部材由来の成分と根元部由来の成分との混合比を規定して、部材間の接合強度をより高めることができる本発明の第１態様および第２態様に係るスパークプラグであれば、十分に、クラックや剥離等の発生を抑制することができ、好適である。

スパークプラグ１００の部分断面図である。 図１の２点鎖線Ｓで示すスパークプラグ１００の先端部分を拡大した部分断面図である。 中心線Ｚを含む平面で発火部８０を切断してみた断面図である。 異なる形態の溶融部１８５が形成された発火部１８０を、中心線Ｚを含む平面で切断してみた断面図である。 発火部８０に生じ得るクラックや剥離等の形態について説明するための図である。 発火部１８０に生じ得るクラックや剥離等の形態について説明するための図である。 異なる形態の溶融部２８５が形成された発火部２８０を、中心線Ｚを含む平面で切断してみた断面図である。 異なる形態の溶融部３８５が形成された発火部３８０を、中心線Ｚを含む平面で切断してみた断面図である。 異なる形態の溶融部４８５が形成された発火部４８０を、中心線Ｚを含む平面で切断してみた断面図である。 異なる形態の溶融部５８５が形成された発火部５８０を、中心線Ｚを含む平面で切断してみた断面図である。

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２を参照し、一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。なお、図１，図２において、スパークプラグ１００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１００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１００は、概略、自身の軸孔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を保持した絶縁碍子１０を、その絶縁碍子１０の径方向周囲を主体金具５０で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と向き合うように屈曲されている。

まず、このスパークプラグ１００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、鍔部１９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。また、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が形成されている。さらに、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１００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いる。図２に示すように、中心電極２０の先端部２２は、絶縁碍子１０の先端よりも先端側に突出されている。この中心電極２０の先端部２２は、先端側に向かって径小となるように形成されており、先端部２２の先端面には、耐火花消耗性を向上するため貴金属からなる電極チップ９０が接合されている。

また、絶縁碍子１０の先端付近の軸孔１２の内周面と、その内周面に対向する中心電極２０の外周面との間には、若干の間隙が設けられている。燻り時に、この間隙にてコロナ放電が発生することで、絶縁碍子１０の先端付近に付着したカーボンが焼き切られるので、スパークプラグ１００は、火花放電間隙における絶縁抵抗を回復することができる。中心電極２０は、図１に示すように、軸孔１２内を後端側に向けて延びており、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。そして端子金具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。図１に示す、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１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、絶縁碍子１０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、絶縁碍子１０を筒孔内に保持している。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ねじ部５２とを備えている。

また、主体金具５０の工具係合部５１と取付ねじ部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、取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首５９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１００がエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けられた際に、シール部５４の座面５５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が設けられている。また、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が介在されている。更に両リング部材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、絶縁碍子１０は、リング部材６，７およびタルク９を介し、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の内周で取付ねじ部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いる。この座屈部５８によって、タルク９の軸線Ｏ方向の圧縮長が長くなり、主体金具５０内の気密性が高められている。

次に、接地電極３０について説明する。図２に示す、接地電極３０は、断面矩形の棒状に形成した電極であり、一端部（基端部３２）が、主体金具５０の先端面５７に接合されている。そして基端部３２から軸線Ｏ方向に沿って延びつつ、他端部（先端部３１）において、自身の一側面（内面３３）が中心電極２０の先端部２２と向き合うように、屈曲部３４にて折り曲げられている。接地電極３０は、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。

この接地電極３０の先端部３１には、断面積が４ｍｍ^２以下の柱状（針状）をなし、内面３３から少なくとも０．５ｍｍ以上、中心電極２０へ向けて突出する発火部８０が設けられている。本実施の形態の発火部８０は、接地電極３０の内面３３に、その内面３３から中心電極２０へ向けて突出する形態で設けた柱状の根元部８２の突出先端に、さらに、柱状の貴金属部材８１を接合してなるものである。貴金属部材８１は、Ｐｔを主成分とし、少なくともＩｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｙ，Ｙ_２Ｏ_３のうちのいずれか１つ以上を１重量％以上含有するものであり、耐火花消耗性に優れる。貴金属部材８１と接地電極３０の根元部８２との接合はレーザ溶接によってなされており、両者の合わせ部位には、両者の構成材料（成分）が互いに溶け合って混合された溶融部８５が形成されている。

また、発火部８０は、貴金属部材８１側が中心電極２０の先端部２２（より詳細には先端部２２に接合された電極チップ９０）と対向する位置に設けられており、両者間で火花放電間隙ＧＡＰが形成されている。そして接地電極３０は、先端部３１が軸線Ｏ方向先端側へ向けて、より突き出す構成となっている。具体的には、発火部８０の溶融部８５内の位置で、軸線Ｏ方向において最も主体金具５０の先端面５７に近い部位と、その先端面５７との最短距離Ｎが、４ｍｍ以上離れている。つまり、スパークプラグ１００がエンジンに組み付けられたとき、火花放電間隙ＧＡＰを、燃焼室内のより中央側に配置できる構成となっている。

なお、発火部８０と中心電極２０の先端部２２との対向関係は、両者間で火花放電間隙ＧＡＰが形成されれば足り、必ずしも発火部８０と電極チップ９０の互いの対向面（向き合う面）同士が、厳密な対応関係になくともよい。よって、スパークプラグ１００の軸線Ｏと、発火部８０の中心線Ｚとが厳密に一致していなくともよい。ここで、発火部８０の中心線Ｚとは、発火部８０の突出方向（すなわち接地電極３０の内面３３から中心電極２０へ向けて発火部８０が突出する方向）と直交する自身の断面の中央を通り、その突出方向と平行な直線あるいはその近似直線をいう。

このように構成された本実施の形態のスパークプラグ１００では、上記のように、発火部８０を構成する貴金属部材８１と根元部８２との接合が、レーザ溶接によってなされている。具体的には、貴金属部材８１と根元部８２とを、発火部８０としての突出方向（内面３３から中心電極２０へ向かう方向であり、後述する中心線Ｚの方向）に重ねる。この状態で、貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面を狙うように、側方（中心線Ｚを軸とした場合の径方向の外側）から中心線Ｚに向けてレーザ光を照射し、そのまま周方向に一周させる。これにより、貴金属部材８１と根元部８２との間に、両者の構成材料が互いに溶け合い混合された溶融部８５が形成され、両者を一体に接合した発火部８０が形成される。このときのレーザ光の照射は、連続的に行っても断続的に行ってもよいが、断続的に行う場合には、発火部８０の外周側から見たときの貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面の位置が溶融部８５となるように、レーザ光の照射位置を隣同士重ねることが望ましい。

ところで、Ｐｔを主成分とする貴金属部材８１と、Ｎｉを主成分とする根元部８２とでは線膨張係数に違いがあるため、溶融部８５と貴金属部材８１や根元部８２との境界付近では、熱応力によるクラックや剥離等が発生する虞がある。これを防止するためには、溶融部８５と貴金属部材８１や根元部８２との線膨張係数を近づけることが望ましい。ここで、溶融部８５では、貴金属部材８１由来の成分と根元部８２由来の成分とが混合された状態となっているが、各部材由来の成分の混合比は溶融部８５全体にわたって均一ではなく、溶融部８５内で、部位によって異なる。貴金属部材８１に近い側では、貴金属部材８１由来の成分の混合比を高くするほど線膨張係数の差を小さくできるので、貴金属部材８１と溶融部８５との境界付近における熱応力に対する耐力（両者の接合状態を維持できる強度）を高められる。同様に、根元部８２に近い側の部位では、根元部８２由来の成分の混合比を高くするほど、根元部８２と溶融部８５との境界付近における熱応力に対する耐力を高められる。このように溶融部８５内の部位における各部材由来の成分の混合比が狙いの範囲となるようにするには、レーザ光の照射位置、照射角度、出力、照射時間など、溶接時における諸条件を設定すれば調整することが可能である。

もっとも、貴金属部材８１と溶融部８５との境界付近における熱応力に対する耐力と、根元部８２と溶融部８５との境界付近における熱応力に対する耐力とは、貴金属部材８１が主成分とする貴金属と、根元部８２が主成分とするＮｉとが異なる材料であるがゆえ、異なる。また、スパークプラグ１００の使用時に発火部８０が受ける熱は、根元部８２側から熱引きされるため、貴金属部材８１と溶融部８５との境界付近にかかる熱応力と、根元部８２と溶融部８５との境界付近にかかる熱応力とに、違いが生ずる。こうしたことから、溶融部８５において、貴金属部材８１に近い側の部位における貴金属部材８１由来の成分の混合比や、根元部８２に近い側の部位における根元部８２由来の成分の混合比を一律に設定するのではなく、部位に応じた混合比を設定することが、熱応力によるクラックや剥離等の発生を十分に抑制する上で肝要である。そこで本実施の形態では、溶融部８５の特定部位において溶融部８５を構成する成分の組成を求め、その特定部位において、貴金属部材８１由来の成分と、根元部８２由来の成分との混合比を規定している。

以下、図３，図４を参照し、溶融部８５の特定部位における組成に対し定めた規定について説明する。図３に示すように、本実施の形態では、発火部８０の溶融部８５が、発火部８０の側方側から中心線Ｚに達する深さに形成されている。つまり、発火部８０の断面において、発火部８０の輪郭線のうち、中心線Ｚと直交する方向の一方の側面８３と他方の側面８４との間にて、両側面８３，８４間を溶融部８５が連続する形態となっている。

このような形態をなす溶融部８５の断面において、以下に示す手順に従い、特定部位（点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ１〜Ｋ３，Ｌ１〜Ｌ３，Ｍ１〜Ｍ３）を定める。まず、発火部８０の一方の側面８３上において、貴金属部材８１と溶融部８５との境界の位置を点Ａ、溶融部８５と根元部８２との境界の位置を点Ｂとする。また、貴金属部材８１と溶融部８５との境界で、最も中心線Ｚに近い位置を点Ｃとし、同様に、溶融部８５と根元部８２との境界で、最も中心線Ｚに近い位置を点Ｄとする。両側面８３，８４間を溶融部８５が連続する形態をなす発火部８０の場合、中心線Ｚ上において、貴金属部材８１と溶融部８５との境界の位置が点Ｃとなり、根元部８２と溶融部８５との境界の位置が点Ｄとなる。次に、点Ａと点Ｃとを結ぶ線分ＡＣを４等分する３つの等分点を、点Ａ側から順に、点Ｅ、点Ｆ、点Ｇとする。同様に、点Ｂと点Ｄとを結ぶ線分ＢＤを４等分する３つの等分点を、点Ｂ側から順に、点Ｈ、点Ｉ、点Ｊとする。さらに、点Ｅと点Ｈとを結ぶ線分ＥＨを４等分する３つの等分点を、点Ｅ側から順に、点Ｋ１、点Ｋ２、点Ｋ３とし、点Ｆと点Ｉとを結ぶ線分ＦＩを４等分する３つの等分点を、点Ｆ側から順に、点Ｌ１、点Ｌ２、点Ｌ３とする。また、点Ｇと点Ｊとを結ぶ線分ＧＪを４等分する３つの等分点を、点Ｇ側から順に、点Ｍ１、点Ｍ２、点Ｍ３とする。

なお、図４に示すように、発火部１８０に形成された溶融部１８５が、側面８３や側面８４から中心線Ｚに達する深さに形成されていない場合についても、特定部位（点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ１〜Ｋ３，Ｌ１〜Ｌ３，Ｍ１〜Ｍ３）を定める手順は同様である。まず、発火部１８０の一方の側面８３上において、貴金属部材８１と溶融部１８５との境界の位置を点Ａ、溶融部１８５と根元部８２との境界の位置を点Ｂとする。また、貴金属部材８１と溶融部１８５との境界で、最も中心線Ｚに近い位置を点Ｃとし、同様に、溶融部１８５と根元部８２との境界で、最も中心線Ｚに近い位置を点Ｄとする。なお、図４のように、中心線Ｚ方向においてやや貴金属部材８１寄りに溶融部１８５が形成された場合には、点Ｄは、根元部８２と溶融部１８５との境界と、貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面との交点の位置となる。一方、図示しないが、例えば、溶融部の最も深い位置が貴金属部材と根元部との合わせ面の位置となるようにレーザ溶接がなされた場合など、貴金属部材と溶融部との境界で最も中心線Ｚに近い位置と、溶融部と根元部との境界で最も中心線Ｚに近い位置とが一致すれば、点Ｃと点Ｄの位置は同一となる。次に、図４に示すように、点Ａと点Ｃとを結ぶ線分ＡＣを４等分する３つの等分点を、点Ａ側から順に、点Ｅ、点Ｆ、点Ｇとする。同様に、点Ｂと点Ｄとを結ぶ線分ＢＤを４等分する３つの等分点を、点Ｂ側から順に、点Ｈ、点Ｉ、点Ｊとする。以降は上記同様であり、点Ｅと点Ｈとを結ぶ線分ＥＨを４等分する３つの等分点を、点Ｅ側から順に、点Ｋ１、点Ｋ２、点Ｋ３とし、点Ｆと点Ｉとを結ぶ線分ＦＩを４等分する３つの等分点を、点Ｆ側から順に、点Ｌ１、点Ｌ２、点Ｌ３とする。また、点Ｇと点Ｊとを結ぶ線分ＧＪを４等分する３つの等分点を、点Ｇ側から順に、点Ｍ１、点Ｍ２、点Ｍ３とする。

本実施の形態では、特定部位・点Ｋ１、点Ｌ１および点Ｍ１のそれぞれにおいて溶融部８５の組成を測定し、各特定部位ごとに貴金属部材８１由来の成分の占める割合を求め、それらの平均割合Ｐを求めたときに、Ｐ≧６０［％］、より望ましくはＰ≧８０［％］を満たすことを規定している。同様に、特定部位・点Ｋ３、点Ｌ３および点Ｍ３のそれぞれにおいて溶融部８５の組成を測定し、各特定部位ごとに根元部８２由来の成分の占める割合を求め、それらの平均割合Ｑを求めたときに、Ｑ≧２０［％］を満たすことを規定している。さらに、得られた平均割合Ｐと平均割合Ｑとを足し合わせたものが、Ｐ＋Ｑ≦１６０［％］を満たすことを規定している。また、特定部位・点Ｋ１、点Ｋ２および点Ｋ３のそれぞれにおいて溶融部８５の組成を測定し、各特定部位ごとに貴金属部材８１由来の成分の占める割合を求め、それらの平均割合Ｒを求めたときに、Ｒ≧５５［％］、より望ましくはＲ≧６０［％］を満たすことを規定している。

ここで、溶融部８５の各特定部位において、狙いの部材由来の成分の占める平均割合を求める方法について説明する。例えば、溶融部８５の各特定部位・点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｐは、以下のように求める。
（１） 予め、貴金属部材８１の組成と、根元部８２の組成とをそれぞれ測定し、両者の成分を比較して、貴金属部材８１に含まれる成分で根元部８２には含まれない成分（特異成分）を特定する。
（２） 次に、溶融部８５の特定部位・点Ｋ１において溶融部８５の組成を測定し、その中に含まれる貴金属部材８１の特異成分の単位当たりの含有量（含有率）を求める。
（３） そして、特定部位・点Ｋ１における特異成分の含有率と、貴金属部材８１の組成とから、特定部位・点Ｋ１における貴金属部材８１由来の成分の混合比、すなわち、貴金属部材８１由来の成分が占める割合を推定する。
（４） （２），（３）を特定部位・点Ｌ１や点Ｍ１についても行い、各特定部位・点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材８１由来の成分の占める割合の平均（平均割合Ｐ）を求める。

なお、溶融部８５の特定部位・点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３における根元部８２由来の成分の占める平均割合Ｑや、特定部位・点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３における貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｒについても上記同様の手順で求めればよい。

このようにして、溶融部８５の特定部位・点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１において得られた貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｐが８０％以上であれば、貴金属部材８１と溶融部８５との境界付近においてクラックや剥離等が発生するのを十分に抑制できることが、後述する実施例１より確認できた。もっとも、実施例１は過酷な試験条件のもとで行ったものであり、後述する実施例２によれば、Ｐ≧６０［％］であっても十分に、クラックや剥離等の発生を抑制できることが確認されている。一方、溶融部８５の特定部位・点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３においては、根元部８２由来の成分の占める平均割合Ｑが２０％以上であれば、根元部８２と溶融部８５との境界付近においてクラックや剥離等が発生するのを十分に抑制できることが、後述する実施例１より確認できた。また、平均割合Ｐと平均割合Ｑとを足し合わせたＰ＋Ｑに着目したとき、その値が大きいほど、溶融部８５内の貴金属部材８１側の部位から根元部８２側の部位までの間における貴金属部材８１由来の成分と根元部８２由来の成分との混合比が、大きく変化することとなる。後述する実施例１によると、Ｐ＋Ｑが１６０％以下であれば、溶融部８５内における貴金属部材８１由来の成分と根元部８２由来の成分との混合比の変化を抑え、溶融部８５の内部においてクラックや剥離等が発生するのを低減できることがわかった。

ところで、溶融部８５は、貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面を狙うように発火部８０の側方からレーザ溶接により形成されるため、中心線Ｚを軸とする発火部８０の外周面では溶融部８５が外気に晒される。発火部８０から接地電極３０側への熱引きの経路において、溶融部８５は根元部８２よりも上流側に位置するため、エンジンの稼働に伴い高温となったときに根元部８２よりも酸化影響を受けやすく、より過酷な加熱・冷却条件のもとではその露出部位から溶融部８５の酸化消耗が生じ、クラックや剥離等の発生に至る虞がある。このことから溶融部８５内で発火部８０の外周面に近い部位には耐酸化性の高い貴金属が多く含まれることが望ましい。後述する実施例３によれば、特定部位・点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３における貴金属部材８１由来の成分の平均割合Ｒが６０％以上となれば、溶融部８５の酸化による消耗を十分に抑制できることがわかった。また、平均割合Ｒが５５％以上であっても溶融部８５の酸化消耗に起因したクラックや剥離等の発生を抑制でき、たとえクラックが生じても、そのクラックは極微細なもので、貴金属部材８１の脱落には至らないことがわかった。すなわち、平均割合Ｒが５５％以上であれば、溶融部８５による貴金属部材８１と根元部８２との接合性を十分に確保でき、スパークプラグ１００の実使用時において十分な性能を得ることができる。

また、自身の突出方向（中心線Ｚの方向）と直交する断面積が４ｍｍ^２以下で、内面３３から少なくとも０．５ｍｍ以上突出する柱状（針状）をなす発火部８０は、熱引きの経路における熱の流量が少なくなるため、断面積のより大きな発火部が設けられた場合と比べ熱引き性能が低くなる。しかし、上記のように、溶融部８５内における貴金属部材８１由来の成分と根元部８２由来の成分との混合比を規定し、部材間の接合強度をより高めることによって、クラックや剥離等の発生を抑制することができる発火部８０であれば、より過酷な加熱・冷却条件のもとでも十分に使用に耐えることができる。

また、発火部８０は、溶融部８５内の位置で、軸線Ｏ方向において最も主体金具５０の先端面５７に近い部位と、その先端面５７との最短距離Ｎが、４ｍｍ以上離れた構成となっている。つまり、接地電極３０の先端部３１が、軸線Ｏ方向先端側へ向けてより突き出す構成となっており、スパークプラグ１００を図示外のエンジンに組み付けたときに、火花放電間隙ＧＡＰを、燃焼室内のより中央側に配置できる構成となっている。この構成は着火性の向上に効果があるが、その一方で接地電極３０の先端部３１を主体金具５０からより大きく突出させる必要が生ずる。すると接地電極３０自身の燃焼室からの受熱量が増加するため、発火部８０からの熱引き性能が低下し、溶融部８５にかかる熱負荷がより大きくなる。しかし、上記のように、溶融部８５内における貴金属部材８１由来の成分と根元部８２由来の成分との混合比を規定し、部材間の接合強度をより高めることによって、クラックや剥離等の発生を抑制することができる発火部８０であれば、より過酷な加熱・冷却条件のもとでも十分に使用に耐えることができる。

なお、溶融部８５内の特定部位における各部材由来の成分の混合比が狙いの範囲となるようにするには、前述したように、レーザ光の照射位置、照射角度、出力、照射時間など、溶接時における諸条件を設定すればよい。具体的には、図７に示す、発火部２８０のように、溶融部２８５の形成位置（レーザ溶接時のレーザ光の照射位置）を中心線Ｚに沿って貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面よりもより貴金属部材８１寄りの位置とすれば、溶融部２８５内において、根元部８２由来の成分よりも貴金属部材８１由来の成分の混合比を増加させることができる。または、図８に示す、発火部３８０のように、貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面を狙いつつ、貴金属部材８１寄りの位置から中心線Ｚに対し斜めとなる方向にレーザ光を照射して溶融部３８５を形成しても、上記溶融部２８５（図７参照）と同様に、溶融部３８５内において、根元部８２由来の成分よりも貴金属部材８１由来の成分の混合比を増加させることができる。そしてこのような形態で溶融部２８５，３８５を形成しても、各特定部位を前述の手順に従って定めれば、特定部位・点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材８１由来の成分の平均割合Ｐを求めることで、貴金属部材８１と溶融部２８５，３８５との境界付近における混合比を確認することができ、特定部位・点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３における根元部８２由来の成分の平均割合Ｑを求めることで、貴金属部材８１と溶融部２８５，３８５との境界付近における混合比を確認することができる。

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、貴金属部材８１と根元部８２との接合をレーザ溶接により行ったが、電子ビーム溶接を施してもよい。また、レーザ溶接は、厳密に、貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面を狙って中心線Ｚと直交する方向からレーザ光を照射することにより行うものには限らず、中心線Ｚに対し斜め方向から貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面を狙って照射するものであってもよい。

また、本発明は、図９に示す、発火部４８０のように、貴金属部材４８１の外径が根元部８２よりも小さいもの、あるいは図示しないが、貴金属部材の外径が根元部よりも大きいものにおいても同様に適用可能である。貴金属部材４８１と根元部８２との間に形成される溶融部４８５において、特定部位を定めるにあたっても本実施の形態と同様の手順で行えばよい。すなわち、特定部位・点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材４８１由来の成分の平均割合Ｐを求めることで、貴金属部材４８１と溶融部４８５との境界付近における混合比を確認することができる。また、特定部位・点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３における根元部８２由来の成分の平均割合Ｑを求めることで、根元部８２と溶融部４８５との境界付近における混合比を確認することができる。

そして、貴金属部材８１と根元部８２とのさらなる接合強度の向上を図るには、図１０に示す、発火部５８０のように、根元部５８２を接地電極５３０とは別部材から形成し、その際に、根元部５８２が、貴金属部材５８１の線膨張係数と接地電極５３０の線膨張係数との中間の線膨張係数を有するようにすればよい。根元部５８２はＮｉを主成分とするため、同様にＮｉまたはＮｉを主成分とする接地電極５３０の内面５３３との接合を抵抗溶接で行い溶融部５８６を形成しても、十分な接合強度を得ることができる。このような形態の発火部５８０においても、溶融部５８５における特定部位を定めるには、本実施の形態と同様の手順で行えばよい。すなわち、特定部位・点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材５８１由来の成分の平均割合Ｐを求めることで、貴金属部材５８１と溶融部５８５との境界付近における混合比を確認することができる。また、特定部位・点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３における根元部５８２由来の成分の平均割合Ｑを求めることで、根元部５８２と溶融部５８５との境界付近における混合比を確認することができる。

このように、貴金属部材５８１と接地電極５３０との間に別部材として根元部５８２を設けることで貴金属部材５８１と根元部５８２とのさらなる接合強度の向上を図ることのできる発火部５８０であれば、貴金属部材５８１から接地電極５３０への熱引きを敢えて低下させた構成が実現可能となる。具体的には、根元部５８２の熱伝導率をＷ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、接地電極５３０の熱伝導率をＸ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、貴金属部材５８１の熱伝導率をＹ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］としたときに、Ｙ＞Ｘ≧Ｗを満たす構成である。このような熱伝導率の関係を有する場合、貴金属部材５８１に熱が籠もりやすくなるが、特にエンジンの始動時などエンジン自体の温度が低いときに、火花放電間隙ＧＡＰ（図２参照）に面することとなる貴金属部材５８１が高温となれば火炎核に対する消炎作用が軽減され、混合気への着火をより円滑に行うことができ、高い着火性を得ることができる。

また、中心電極の側面に対して接地電極の先端部が向かうように接地電極の折曲部を形成したスパークプラグ（図示しない）においても、本実施の形態と同様の発火部を設けてもよい。この場合、中心電極側（中心電極の側面側）を向く接地電極の面を一側面とし、その一側面に発火部を設ければよい。あるいは、中心電極２０の先端部２２に設けた電極チップ９０（図２参照）の代わりに本実施の形態と同様の発火部８０を設けてもよい。

［実施例１］
このように、スパークプラグ１００の発火部８０に形成される溶融部８５の特定部位において、溶融部８５を構成する成分について規定を設けた効果を確認するため評価試験を行った。この評価試験では、接地電極３０に設けた根元部８２に貴金属部材８１をレーザ溶接で接合し、発火部８０を形成したスパークプラグ１００のテストサンプルを作製する上で、発火部８０の形成の際に、レーザ光の照射位置、照射角度、出力、照射時間などを以下の範囲で適宜設定し、様々な形態の溶融部８５が形成されるようにした。
・パルス幅： １〜３０ｍｓｅｃ
・パルス照射数： ５〜２４回
・１回の照射において投入されるエネルギー： １〜３Ｊ
・パルス波形： 矩形もしくは山形
・スポット径： ０．１５〜０．５ｍｍ
・照射位置： 貴金属部材と根元部との合わせ面の位置から軸線Ｚ方向に±０．１ｍｍ以内

上記の設定条件のもとレーザ光を照射して貴金属部材８１と根元部８２とのレーザ溶接を行い、溶融部８５の形態が異なるサンプル種ごとに、複数個ずつ、サンプルを用意した。次に、各サンプル種ごとに一のサンプルを選び、それぞれの発火部８０をその中心線Ｚを通る断面で切断した。そして、上記のように定めた溶融部８５の特定部位・点Ｋ１，Ｋ３，Ｌ１，Ｌ３，Ｍ１，Ｍ３における各組成を、公知のＥＰＭＡ（例えば、ＷＤＳ。スポット径２０μｍ、加速電圧２０ｋＶ）を用い、各特定部位に存在する元素を測定することにより求めた。さらに上記の手順で特定部位・点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１における貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｐと、特定部位・点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３における根元部８２由来の成分の占める平均割合Ｑとを求めた。得られた平均割合Ｐ，Ｑの組み合わせによって各サンプル種を分類し、サンプル番号を付与した。また、各サンプル種について、平均割合Ｐと平均割合Ｑとの合計も求めた。

そして各サンプルに対し、発火部８０が設けられた接地電極３０の先端部３１を発火部８０ごとバーナーで加熱し、先端部３１の温度を１０００℃にして２分間保持した後、１分間の冷却（徐冷）を行って３００℃に下げた。これを１サイクルとして１０００サイクル行った後、各サンプルの発火部８０を、中心線Ｚを通る断面で切断し、拡大鏡を用いて溶融部８５の観察を行った。そして溶融部８５においてクラックや剥離等の生じた部分を観測し、発生箇所を、貴金属部材８１と溶融部８５との境界付近、根元部８２と溶融部８５との境界付近、および溶融部８５内に分類し、それぞれ、中心線Ｚと直交する方向における長さを測定した。

具体的には図５，図６に示すように、貴金属部材８１と溶融部８５（図６においては溶融部１８５）との境界付近にクラックや剥離等が発生した場合、その発生形態をαと分類する。そして生じたクラック・剥離部分９１，９６のうち、一方の側面８３から中心線Ｚへ向けて延びるクラック・剥離部分９１について、中心線Ｚと直交する方向における長さをＶ７とする。同様に、他方の側面８４から中心線Ｚへ向けて延びるクラック・剥離部分９６について、中心線Ｚと直交する方向における長さをＶ８とする。また、根元部８２と溶融部８５との境界付近にクラックや剥離等が発生した場合、その発生形態をβと分類する。そして生じたクラック・剥離部分９２，９７のうち、一方の側面８３から中心線Ｚへ向けて延びるクラック・剥離部分９２について、中心線Ｚと直交する方向における長さをＶ３とする。同様に、他方の側面８４から中心線Ｚへ向けて延びるクラック・剥離部分９７について、中心線Ｚと直交する方向における長さをＶ４とする。さらに、溶融部８５内にクラックや剥離等が発生した場合、その発生形態をγと分類する。そして生じたクラック・剥離部分９３，９８のうち、一方の側面８３から中心線Ｚへ向けて延びるクラック・剥離部分９３について、中心線Ｚと直交する方向における長さをＶ５とする。同様に、他方の側面８４から中心線Ｚへ向けて延びるクラック・剥離部分９８について、中心線Ｚと直交する方向における長さをＶ６とする。また、中心線Ｚから一方の側面８３側における溶融部８５の長さをＶ１、中心線Ｚから他方の側面８４側における溶融部８５の長さをＶ２とする。具体的には、図５においては、一方の側面８３と中心線Ｚとの間の距離がＶ１となり、他方の側面８４と中心線Ｚとの間の距離がＶ２となる。一方、図６においては、一方の側面８３と、一方の側面８３側の溶融部１８５において最も中心線Ｚに近い位置との間の距離がＶ１となり、他方の側面８４と、他方の側面８４側の溶融部１８５において最も中心線Ｚに近い位置との間の距離がＶ２となる。

そして発生したクラックや剥離等について、溶融部８５の長さ（Ｖ１＋Ｖ２）に対するクラック・剥離部分９１〜９３，９６〜９８の長さ（Ｖ３＋Ｖ４、Ｖ５＋Ｖ６またはＶ７＋Ｖ８）の割合（（Ｖ３＋Ｖ４）／（Ｖ１＋Ｖ２）、（Ｖ５＋Ｖ６）／（Ｖ１＋Ｖ２）または（Ｖ７＋Ｖ８）／（Ｖ１＋Ｖ２）［×１００（％）］）を求めた。求めた割合が５０％未満である場合には、熱応力に対し十分な耐力があり接合状態を維持できるものとして「○」と評価した。しかし５０％以上となった場合には、熱応力に対する十分な体力が得られず、貴金属部材８１の脱落が生ずる虞があるとして「×」と評価した。この評価試験の結果を表１に示す。

表１に示すように、サンプル１〜４およびサンプル１６，１７では、溶融部８５の貴金属部材８１に近い特定部位（図３における点Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１）における貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｐが８０％未満であり、いずれも、貴金属部材８１と溶融部８５との境界付近にクラックや剥離等が発生した（発生形態α）。また、サンプル８，９およびサンプル１６では、溶融部８５の根元部８２に近い特定部位（図３における点Ｋ３，Ｌ３，Ｍ３）における根元部８２由来の成分の占める平均割合Ｑが２０％未満であり、いずれも、根元部８２と溶融部８５との境界付近にクラックや剥離等が発生した（発生形態β）。そして、サンプル１４，１５およびサンプル１７では、平均割合Ｐと平均割合Ｑとの和が１６０％よりも大きく、いずれも、溶融部８５内においてクラックや剥離等が発生した（発生形態γ）。特にサンプル１６では、クラックや剥離等が発生形態αと発生形態βとの複合形態で発生し、また、サンプル１７では発生形態αと発生形態γとの複合形態で発生した。一方、Ｐ≧８０［％］と、Ｑ≧２０［％］と、Ｐ＋Ｑ≦１６０［％］とのいずれも満たすサンプル５〜７およびサンプル１０〜１３では、貴金属部材８１と根元部８２との接合が維持できなくなる虞のある大きなクラックや剥離等は発生しなかった。

［実施例２］
上記の実施例１で各サンプル（サンプル１〜１７）に対して行う加熱・冷却試験において、加熱条件を９５０℃に変更し、それ以外の条件は同一のままとする評価試験を行った。すなわち、本評価試験は、バーナーによる加熱冷却サイクルにおいて、発火部８０にかける負荷を、実施例１の場合よりも軽減して行ったものである。試験後に中心線Ｚを通る発火部８０の断面の観察を行い、実施例１と同一の評価基準で貴金属部材８１の脱落を生ずる虞のあるクラック・剥離等の発生が認められた場合には「×」、認められなかった場合には「○」と評価した。この評価試験の結果を表２に示す。

表２に示す、本評価試験の結果を、実施例１の評価試験の結果（表１参照）と比較すると、新たにサンプル３およびサンプル４において、貴金属部材８１と根元部８２との接合が維持できなくなる虞のある大きなクラックや剥離等の発生がみられなくなった。サンプル３，４は、いずれもＱ≧２０［％］およびＰ＋Ｑ≦１６０［％］を満たすが、Ｐ≧８０［％］を満たさない。同様に、Ｑ≧２０［％］およびＰ＋Ｑ≦１６０［％］を満たしＰ≧８０［％］を満たさないサンプル１，２と比較すると、サンプル３，４がＰ≧６０［％］を満たすのに対し、サンプル１，２はＰ＜６０［％］であった。上記のように、この評価試験は実施例１よりも穏当な加熱・冷却条件下において行ったものであり、試験条件が、よりスパークプラグ１００の実使用時の条件に近い。この評価試験の結果より、Ｐ≧６０［％］であっても十分に、貴金属部材８１と根元部８２との接合性を確保できることが確認できた。

［実施例３］
次に、実施例１よりも過酷な加熱・冷却条件下において、クラックや剥離等の発生を抑制できる条件について確認するため評価試験を行った。溶融部８５は、上記のように、貴金属部材８１と根元部８２との合わせ面を狙うように発火部８０の側方からレーザ溶接により形成されるため、レーザ光の入射部位が外部に露出された状態となる。より過酷な加熱・冷却条件のもとでは、その露出部位から溶融部８５の酸化消耗が生じ、クラックや剥離等の発生に至る虞がある。このため、本実施例においては溶融部８５の特定部位・点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３における貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｒについて着目する。

そこで、実施例１で作製したスパークプラグ１００のテストサンプルのうち、クラックや剥離等の発生を抑制できたサンプル１２およびサンプル５を、実施例３の評価試験における比較対象のサンプルとして用いた。サンプル１２およびサンプル５において溶融部８５の特定部位・点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３における貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｒを実施例１と同様に求めたところ、それぞれ５０％および６０％であった。また、実施例１と同様に作製した複数のサンプル種より、サンプル１２と平均割合Ｐおよび平均割合Ｑが共に同一であり、平均割合Ｒが６０％および７０％のサンプルを抽出し、それぞれサンプル１８およびサンプル１９としてサンプル番号を付与した。同様に、サンプル５と平均割合Ｐおよび平均割合Ｑが共に同一であり、平均割合Ｒが５５％、５０％および４０％のサンプルを抽出し、それぞれサンプル２２、サンプル２０およびサンプル２１としてサンプル番号を付与した。

そして各サンプルに対し、実施例１と同様の加熱・冷却試験を、加熱条件を１１００℃に変更し、それ以外の条件は同一のままで行った。さらに試験後に中心線Ｚを通る断面の観察を行い、実施例１と同一の評価基準で貴金属部材８１の脱落を生ずる虞のあるクラック・剥離等の発生が認められた場合には「×」、極微細なクラックの発生が認められたが貴金属部材８１の脱落を生ずる虞がないと判断できる場合には「○」、クラックが認められなかった場合には「◎」と評価した。この評価試験の結果を表３に示す。

表３に示すように、平均割合Ｐ，Ｑが同一のサンプル１２，１８，１９を比較すると、溶融部８５の特定部位・点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３における貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｒが６０％に満たないサンプル１２では、溶融部８５の酸化消耗に起因したクラックや剥離等が発生した。しかし、平均割合Ｒが６０％のサンプル１８，１９ではクラックが認められず、十分に、クラックや剥離等の発生を抑制することができた。同様に平均割合Ｐ，Ｑが同一のサンプル５，２２，２０，２１の比較においても、溶融部８５の特定部位・点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３における貴金属部材８１由来の成分の占める平均割合Ｒが５５％に満たないサンプル２０，２１では、溶融部８５の酸化消耗に起因したクラックや剥離等が発生した。また、平均割合Ｒが５５％のサンプル２２にもクラックの発生が認められたが、そのクラックは極微細であったため、クラックに起因して、貴金属部材８１に脱落が生ずる虞はないと判断した。そして、平均割合Ｒが６０％のサンプル５ではクラックが認められず、十分に、クラックや剥離等の発生を抑制することができた。サンプル１２，１８，１９の評価結果と、サンプル５，２２，２０，２１の評価結果とを総合すると、平均割合Ｒが５５％以上であれば、溶融部８５の酸化消耗に起因したクラックや剥離等の発生を抑制でき、たとえクラックが生じても、そのクラックは極微細なもので、貴金属部材８１の脱落には至らない。すなわち、溶融部８５による貴金属部材８１と根元部８２との接合性を十分に確保でき、スパークプラグ１００の実使用時において十分な性能を得ることができる。望ましくは平均割合Ｒを６０％以上とすれば、十分に、クラックや剥離等の発生を抑制することができ、耐酸化性の面において十分な信頼性を確保できることがわかった。

Claims (9)

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の先端面に接合され、他端部における自身の一側面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における前記一側面上で、前記中心電極の前記先端部と対向する位置にて、前記一側面から前記中心電極へ向けて少なくとも０．５ｍｍ以上突出する発火部とを備えたスパークプラグにおいて、
   前記発火部は、
   Ｎｉを主成分とし、前記一側面から前記中心電極に向けて突出する形状をなす根元部と、
   貴金属を主成分とし、前記根元部の突出先端に接合され、自身と前記中心電極の前記先端部との間で火花放電間隙を形成する貴金属部材と、
   当該貴金属部材と前記根元部とを側方からレーザ溶接することにより両者の構成材料が互いに溶け合って形成された溶融部と
   を有してなるものであり、
   前記発火部の突出方向に平行な平面で当該発火部を二分したときの断面をみたときに、前記溶融部は、前記貴金属部材と前記根元部との間において、前記発火部の突出方向と直交する方向における前記発火部の一方の側面と他方の側面とのそれぞれから、当該両側面間の中央を通り前記発火部の突出方向に沿う中心線へと向かう形態で形成されており、
   当該発火部の断面において、
   前記一方の側面における、前記貴金属部材と前記溶融部との境界の位置を点Ａ、
   前記一方の側面における、前記根元部と前記溶融部との境界の位置を点Ｂ、
   前記貴金属部材と前記溶融部との境界で、最も前記中心線寄りの位置を点Ｃ、
   前記根元部と前記溶融部との境界で、最も前記中心線寄りの位置を点Ｄ、
   点Ａと点Ｃとを直線で結んだ線分ＡＣを４等分する３つの等分点を点Ａ側から順に点Ｅ、点Ｆおよび点Ｇ、
   点Ｂと点Ｄとを直線で結んだ線分ＢＤを４等分する３つの等分点を点Ｂ側から順に点Ｈ、点Ｉおよび点Ｊ、
   点Ｅと点Ｈとを直線で結んだ線分ＥＨを４等分する３つの等分点を点Ｅ側から順に点Ｋ１、点Ｋ２および点Ｋ３、
   点Ｆと点Ｉとを直線で結んだ線分ＦＩを４等分する３つの等分点を点Ｆ側から順に点Ｌ１、点Ｌ２および点Ｌ３、
   点Ｇと点Ｊとを直線で結んだ線分ＧＪを４等分する３つの等分点を点Ｇ側から順に点Ｍ１、点Ｍ２および点Ｍ３、
   としたときに、
   点Ｋ１、点Ｌ１および点Ｍ１における前記溶融部の成分のうち前記貴金属部材由来の成分の占める平均割合Ｐが、Ｐ≧８０［％］を満たし、
   点Ｋ３、点Ｌ３および点Ｍ３における前記溶融部の成分のうち前記根元部由来の成分の占める平均割合Ｑが、Ｑ≧２０［％］を満たすと共に、
   Ｐ＋Ｑ≦１６０［％］を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. 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の先端面に接合され、他端部における自身の一側面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における前記一側面上で、前記中心電極の前記先端部と対向する位置にて、前記一側面から前記中心電極へ向けて少なくとも０．５ｍｍ以上突出する発火部とを備えたスパークプラグにおいて、
   前記発火部は、
   Ｎｉを主成分とし、前記一側面から前記中心電極に向けて突出する形状をなす根元部と、
   貴金属を主成分とし、前記根元部の突出先端に接合され、自身と前記中心電極の前記先端部との間で火花放電間隙を形成する貴金属部材と、
   当該貴金属部材と前記根元部とを側方からレーザ溶接することにより両者の構成材料が互いに溶け合って形成された溶融部と
   を有してなるものであり、
   前記発火部の突出方向に平行な平面で当該発火部を二分したときの断面をみたときに、前記溶融部は、前記貴金属部材と前記根元部との間において、前記発火部の突出方向と直交する方向における前記発火部の一方の側面と他方の側面とのそれぞれから、当該両側面間の中央を通り前記発火部の突出方向に沿う中心線へと向かう形態で形成されており、
   当該発火部の断面において、
   前記一方の側面における、前記貴金属部材と前記溶融部との境界の位置を点Ａ、
   前記一方の側面における、前記根元部と前記溶融部との境界の位置を点Ｂ、
   前記貴金属部材と前記溶融部との境界で、最も前記中心線寄りの位置を点Ｃ、
   前記根元部と前記溶融部との境界で、最も前記中心線寄りの位置を点Ｄ、
   点Ａと点Ｃとを直線で結んだ線分ＡＣを４等分する３つの等分点を点Ａ側から順に点Ｅ、点Ｆおよび点Ｇ、
   点Ｂと点Ｄとを直線で結んだ線分ＢＤを４等分する３つの等分点を点Ｂ側から順に点Ｈ、点Ｉおよび点Ｊ、
   点Ｅと点Ｈとを直線で結んだ線分ＥＨを４等分する３つの等分点を点Ｅ側から順に点Ｋ１、点Ｋ２および点Ｋ３、
   点Ｆと点Ｉとを直線で結んだ線分ＦＩを４等分する３つの等分点を点Ｆ側から順に点Ｌ１、点Ｌ２および点Ｌ３、
   点Ｇと点Ｊとを直線で結んだ線分ＧＪを４等分する３つの等分点を点Ｇ側から順に点Ｍ１、点Ｍ２および点Ｍ３、
   としたときに、
   点Ｋ１、点Ｌ１および点Ｍ１における前記溶融部の成分のうち前記貴金属部材由来の成分の占める平均割合Ｐが、Ｐ≧６０［％］を満たし、
   点Ｋ３、点Ｌ３および点Ｍ３における前記溶融部の成分のうち前記根元部由来の成分の占める平均割合Ｑが、Ｑ≧２０［％］を満たすと共に、
   Ｐ＋Ｑ≦１６０［％］を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
3. 点Ｋ１、点Ｋ２および点Ｋ３における前記溶融部の成分のうち前記貴金属部材由来の成分の占める平均割合Ｒが、Ｒ≧６０［％］を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
4. 前記平均割合Ｒが、Ｒ≧５５［％］を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
5. 前記根元部は、前記接地電極とは異なる部材からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
6. 前記根元部の熱伝導率をＷ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、前記接地電極の熱伝導率をＸ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、前記貴金属部材の熱伝導率をＹ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］としたときに、
   Ｙ＞Ｘ≧Ｗ
   を満たすことを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 前記貴金属部材は、Ｐｔを主成分とし、少なくともＩｒ，Ｒｈ，Ｗ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｙ，Ｙ_２Ｏ_３のうちのいずれか１つ以上を１重量％以上含有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスパークプラグ。
8. 前記発火部の突出方向に平行な平面で当該発火部を二分したときの断面をみたときの前記溶融部内の位置で、前記軸線方向において最も前記主体金具の前記先端面に近い位置と、その先端面との最短距離が、４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のスパークプラグ。
9. 前記接地電極は、前記一端部から前記他端部に延びる方向と直交する断面の面積が、４ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のスパークプラグ。

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