特許 7121081 スパークプラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-08

(45)【発行日】2022-08-17

(54)【発明の名称】スパークプラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/20 20060101AFI20220809BHJP

【ＦＩ】

H01T13/20 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020138501

(22)【出願日】2020-08-19

(65)【公開番号】P2022034687

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2021-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142745

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 世子

(74)【代理人】

【識別番号】100136319

【弁理士】

【氏名又は名称】北原 宏修

(74)【代理人】

【識別番号】100148275

【弁理士】

【氏名又は名称】山内 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100143498

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 健

(72)【発明者】

【氏名】日置 遼

【審査官】松永 謙一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０３３６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／０８４５６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－００９６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２５８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００５９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１３０３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｔ ７／００－２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心電極と、接地電極とを備えているスパークプラグであって、
前記接地電極は、
前記中心電極の先端部と対向する対向面を有する電極チップと、
前記電極チップを支持する電極母材と、
前記電極チップと前記電極母材との間に配置されている中間部材と、
前記電極母材および前記中間部材の成分を含み、前記電極母材と前記中間部材との境界の少なくとも一部に配置されている溶融部と
を有し、
前記溶融部のうち前記対向面よりも径方向内側に形成されている部分は、
前記接地電極の軸線を含む断面を観察したときに、
前記中間部材と前記溶融部との境界線は、前記電極チップ側に突出する第１凸部を少なくとも２つ有し、
前記電極母材と前記溶融部との境界線は、前記第１凸部とは反対側に突出する第２凸部を少なくとも２つ有している、
スパークプラグ。

【請求項2】

前記中間部材は、
前記電極チップ側に位置する本体部と、
前記電極母材側に位置し、前記本体部よりも前記径の大きな鍔部と
を有しており、
前記接地電極の軸線を含む断面を観察したときに、少なくとも一つの前記第１凸部の高さは、前記鍔部の高さよりも高くなっている、
請求項１に記載のスパークプラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に用いられるスパークプラグに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用エンジンなどの内燃機関の着火手段として、スパークプラグが用いられている。スパークプラグには、火花放電を発生させるための構成として、中心電極と接地電極とが設けられている。中心電極と接地電極との対向面には、スパークプラグの着火性を向上させるために、例えば、貴金属材料などで形成された電極チップがそれぞれ設けられている。

【0003】

スパークプラグの中には、貴金属の使用量を低減させることなどを目的として、中心電極および接地電極の構造を工夫しているものがある。例えば、特許文献１には、中心電極および接地電極のうちの少なくとも一方の電極において、電極母材上に中間部材を介して貴金属チップを取り付けたスパークプラグが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開ＷＯ２０１７／０７７６８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたスパークプラグの接地電極は、接地電極母材３１と、貴金属チップ３５１と、中間部材３５３と、第１溶融部３５２とを備えている。第１溶融部３５２は、レーザ溶接によって、貴金属チップ３５１と中間部材３５３との間に形成されている。第１溶融部３５２は、貴金属チップ３５１の成分と中間部材３５３の成分とが溶融凝固した部分である。また、接地電極母材３１と中間部材３５３との間において、少なくとも貴金属チップ３５１の軸線と交差する位置には、第２溶融部３５４が形成されている。第２溶融部３５４は、抵抗溶接によって、接地電極母材３１の成分と中間部材３５３の成分とが溶融凝固した部分である。

【0006】

このように、中間部材を挟んで、貴金属チップを接地電極母材に固定することによって、比較的高価な材料で形成される貴金属チップの使用量を低減させながら、貴金属チップの接合強度を向上させることができる。しかし、接地電極母材と中間部材との接合強度を向上させるためには、接地電極の構造にさらなる改良を行う余地がある。

【0007】

そこで、本発明では、スパークプラグにおいて、接地電極母材と中間部材との接合強度をより向上させることのできる溶融部の構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一局面にかかるスパークプラグは、中心電極と、接地電極とを備えている。このスパークプラグにおいて、前記接地電極は、前記中心電極の先端部と対向する対向面を有する電極チップと、前記電極チップを支持する電極母材と、前記電極チップと前記電極母材との間に配置されている中間部材と、前記電極母材および前記中間部材の成分を含み、前記電極母材と前記中間部材との境界の少なくとも一部に配置されている溶融部とを有している。そして、前記溶融部のうち前記対向面よりも径方向内側に形成されている部分は、前記接地電極の軸線を含む断面を観察したときに、前記中間部材と前記溶融部との境界線は、前記電極チップ側に突出する第１凸部を少なくとも２つ有し、前記電極母材と前記溶融部との境界線は、前記第１凸部とは反対側に突出する第２凸部を少なくとも２つ有している。

【0009】

上記の構成によれば、接地電極の軸線を含む一断面において、中間部材と溶融部との境界線が、電極チップ側に突出する少なくとも２つの第１凸部を有していることで、溶融部と中間部材との境界における溶融部の表面積を大きくすることができる。また、接地電極の当該断面において、電極母材と溶融部との境界線が、第１凸部とは反対側に突出する少なくとも２つの第２凸部を有していることで、溶融部と電極母材との境界における溶融部の表面積を大きくすることができる。これにより、溶融部を介して接合される電極母材と中間部材との接合強度を向上させることができる。

【0010】

上記の本発明の一局面にかかるスパークプラグにおいて、前記中間部材は、前記電極チップ側に位置する本体部と、前記電極母材側に位置し、前記本体部よりも前記径の大きな鍔部とを有しており、前記接地電極の軸線を含む断面を観察したときに、少なくとも一つの前記第１凸部の高さは、前記鍔部の高さよりも高くなっていてもよい。

【0011】

上記の構成によれば、電極チップの径方向に中間部材がずれにくい接地電極を得ることができる。これにより、溶融部を介して接合される電極母材と中間部材との接合強度をさらに向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

以上のように、本発明の一局面にかかるスパークプラグによれば、接地電極母材と中間部材との接合強度をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態にかかるスパークプラグの外観を示す側面図である。

【図2】第１の実施形態にかかるスパークプラグの接地電極の内部構成を示す断面模式図である。

【図3】（ａ）および（ｂ）は、接地電極の凸部の製造工程を順に示す模式図である。

【図4】（ａ）は、溶接前の中間部材の端面に形成されている突起部の一例を示す断面模式図である。（ｂ）は、溶接前の中間部材の端面に形成されている突起部の一例を示す平面模式図である。

【図5】第２の実施形態にかかるスパークプラグの接地電極の内部構成を示す断面模式図である。

【図6】第３の実施形態にかかるスパークプラグの接地電極の内部構成を示す断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0015】

〔第１の実施形態〕
本実施形態では、スパークプラグ１を例に挙げて説明する。

【0016】

（スパークプラグの全体構成）
先ず、スパークプラグ１の全体構成について、図１を参照しながら説明する。スパークプラグ１は、絶縁体５０および主体金具３０を備えている。図１では、紙面下側をスパークプラグ１の先端側とし、紙面上側をスパークプラグ１の後端側とする。また、図１では、スパークプラグ１の軸線をＯ’で示す。以下では、この軸線Ｏ’と平行な方向を軸線方向と呼び、軸線Ｏ’と垂直な平面上に位置し、軸線Ｏ’を中心とする円の径方向を、単に径方向と呼び、当該円の周方向を、単に周方向と呼ぶ。

【0017】

絶縁体５０は、スパークプラグ１の長手方向に延びる略円筒形状の部材である。絶縁体５０は、絶縁性、耐熱性、および熱伝導性に優れた材料で形成されている。例えば、絶縁体５０は、アルミナ系セラミックなどで形成されている。絶縁体５０の一方の端部（先端部）５１には、中心電極２１が設けられている。また、絶縁体の他方の端部（後端部）には、端子金具５２が取り付けられている。

【0018】

中心電極２１は、その先端部（電極先端部２２）が絶縁体５０の先端部５１から突出した状態で、絶縁体５０の軸孔に保持されている。中心電極２１は略円柱形状を有しており、その先端部分は、電極先端部２２へ向かってテーパ状に縮径している。電極先端部２２は、中心電極２１の先端に設けられており、縮径された中心電極２１の先端部分と同径の略円柱形状を有している。電極先端部２２は、軸線Ｏ’と概ね一致するように配置されている。

【0019】

中心電極２１は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）を主成分として含むＮｉ基合金等の金属材料を母材として形成される。Ｎｉ基合金に添加される合金元素としては、Ａｌ（アルミニウム）等が挙げられる。中心電極２１は、その内部に、熱伝導性に優れた金属、例えば、Ｃｕ（銅）又はＣｕ合金等の金属材料等からなる芯材を有していてもよい。

【0020】

電極先端部２２は、例えば、円柱状に成形された貴金属チップにて構成することができ、溶接等により中心電極２１の先端に接合される。貴金属チップは、例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、およびＲｕから選ばれる１種の貴金属を５０ｗｔ％以上の含有割合で含む。

【0021】

主体金具３０は、内燃機関のネジ穴に固定される筒状の部材である。本実施形態では、主体金具３０は略円筒形状を有しており、絶縁体５０を部分的に覆うように設けられている。主体金具３０は、導電性を有する金属材料で形成されている。このような金属材料としては、低炭素鋼、または鉄を主成分とする金属材料などが挙げられる。主体金具３０は、主に、加締め部３１、工具係合部３２、湾曲部３３、座部３４、および胴部３６などを有している。

【0022】

加締め部３１は、主体金具３０の後端側において絶縁体５０側に屈曲する部位である。工具係合部３２は、加締め部３１の先端側に接続され内燃機関（シリンダヘッド）のネジ穴に主体金具３０を取り付けるときに使用されるレンチなどの工具を係合させる部位である。座部３４は、工具係合部３２より先端側に位置し、主体金具３０の径方向外側に張り出している。

【0023】

湾曲部３３は、工具係合部３２と座部３４とを接続する薄肉の部位である。胴部３６は、座部３４の先端側に位置し、外周にネジ部が形成されている。座部３４と胴部３６のネジ部との間には、環状のガスケットが配置される。スパークプラグ１が内燃機関に取り付けられる際には、胴部３６の外周に形成されたネジ溝（図示せず）が内燃機関のネジ穴に螺合される。このとき、座部３４とシリンダヘッドとで環状のガスケットが挟まれることにより、ネジ穴における気密性が確保される。

【0024】

また、主体金具３０には、接地電極１１が接合されている。接地電極１１は、主として、電極母材１１ａと、凸部１１ｂとを有している。電極母材１１ａは、略Ｌ字形に屈曲した棒状の形状をなす。電極母材１１ａの基端部は、主体金具３０の胴部３６の先端面に接合されている。電極母材１１ａの先端部は、中心電極２１の電極先端部２２に対向する。

【0025】

電極母材１１ａは、例えば、Ｎｉ（ニッケル）を主成分として含むＮｉ基合金等の金属材料で形成されている。Ｎｉ基合金に添加される合金元素としては、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｆｅ（鉄）等が挙げられる。接地電極１１は、その内部に、熱伝導性に優れた金属、例えば、Ｃｕ（銅）又はＣｕ合金等の金属材料等からなる芯材を有していてもよい。

【0026】

電極母材１１ａに用いられる金属材料として具体的には、インコネル（登録商標）、ＪＩＳ Ｇ ４９０１に規格されるＮＣＦ材などを挙げることができる。これらの金属材料は、耐酸化消耗性を有している。

【0027】

凸部１１ｂは、電極母材１１ａの先端側に配置されている。凸部１１ｂは、中心電極２１の電極先端部２２側に向かって突出するように設けられている。凸部１１ｂの先端は、中心電極２１の電極先端部２２に対向する対向面（具体的には、頂面１２ａ）となっている。凸部１１ｂは、軸線Ｏ’に概ね一致するように電極先端部２２側に向かって突出している。

【0028】

凸部１１ｂは、中心電極２１の電極先端部２２と同様に、貴金属を含む電極チップ（具体的には、電極チップ１２）などで構成されている。

【0029】

（接地電極の凸部の構成）
続いて、接地電極１１の凸部１１ｂ周辺の構成について説明する。図２には、接地電極１１の凸部１１ｂの断面構成を示す。図２は、略円柱形状の凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面の構成を示す図である。なお、凸部１１ｂの軸線Ｏは、スパークプラグ１の軸線Ｏ’と略一致するような位置関係となっている。

【0030】

接地電極１１の凸部１１ｂは、電極母材１１ａ上に形成されている。電極母材１１ａは、電極チップ１２などで形成されている凸部１１ｂを支持している。

【0031】

凸部１１ｂは、主として、電極チップ１２、中間部材１３、第１溶融部４１、および第２溶融部４５で形成されている。

【0032】

電極チップ１２は、例えば、円柱状に成形された貴金属のチップにて構成することができる。電極チップ１２は、凸部１１ｂの先端部を形成しており、中心電極２１の電極先端部２２と対向する頂面１２ａ（対向面）を有している。なお、電極チップ１２の径方向の長さを径Ｒとする（図２参照）。電極チップ１２は、中心電極２１の電極先端部２２と同様に、例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、およびＲｕから選ばれる１種の貴金属を５０ｗｔ％以上の含有割合で含む。

【0033】

中間部材１３は、電極チップ１２と電極母材１１ａとの間に配置されている。本実施形態では、中間部材１３は、中心電極２１と対向する側の電極母材１１ａの表面１１ｓ上に配置されている。中間部材１３は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）を主成分として含むＮｉ基合金等の金属材料で形成されている。Ｎｉ基合金に添加される合金元素としては、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（ケイ素）等が挙げられる。中間部材１３は、接地電極１１の電極母材１１ａと同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。

【0034】

中間部材１３は、主として、本体部１３ｂと、鍔部１３ａとを有している。本体部１３ｂは、電極チップ１２側に位置しており、略円柱形状を有している。鍔部１３ａは、電極母材１１ａ側に位置しており、本体部１３ｂの径を径方向に拡張するように設けられている。なお、鍔部１３ａにおいて、電極母材１１ａの表面１１ｓから、鍔部１３ａと本体部１３ｂとの境界部までの軸線方向の長さを、鍔部１３ａの高さＨとする（図２参照）。

【0035】

電極チップ１２および中間部材１３は、後述するように、溶接（例えば、レーザ溶接、抵抗溶接等）によって、接地電極１１の電極母材１１ａに接合される。この溶接による接合工程によって、電極母材１１ａと中間部材１３との境界には、第１溶融部（溶融部）４１が形成され、電極チップ１２と中間部材１３との境界には、第２溶融部４５が形成される。

【0036】

第１溶融部４１は、電極母材１１ａと中間部材１３との境界の少なくとも一部に配置されている。第１溶融部４１は、電極母材の成分および中間部材１３の成分を含んでいる。すなわち、第１溶融部４１は、電極母材１１ａに含まれる金属材料と、中間部材１３に含まれる金属材料との合金で形成されているということもできる。第１溶融部４１は、例えば、抵抗溶接によって形成される。

【0037】

第１溶融部４１は、電極チップ１２の頂面１２ａの径Ｒよりも径方向内側の領域に形成されている。第１溶融部４１の形状および大きさは、後述するように、溶接前の中間部材１３に形成されている突起部１３ｃ（図３（ａ）参照）の形状やサイズ、および、抵抗溶接の条件を適宜変更することで変更することができる。

【0038】

図２には、接地電極１１の凸部１１ｂの内部構成を示す。図２は、接地電極１１の凸部１１ｂの軸線Ｏを含む断面の状態を模式的に示す図である。このような断面の状態は、例えば、光学顕微鏡、電子顕微鏡などを用いて観察することができる。

【0039】

凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面では、第１溶融部４１は、中間部材１３との境界において、電極チップ１２側に突出する２つの第１凸部４２ａおよび４２ｂと、これら２つの第１凸部４２ａおよび４２ｂの間に位置する第１凹部４２ｃとを有している。第１凸部４２ａおよび第１凸部４２ｂは、軸線Ｏを中心とする円の周に沿って周方向に連続した形状となっている。また、第１凹部４２ｃは、軸線Ｏを含む領域に設けられている。

【0040】

また、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面では、第１溶融部４１は、電極母材１１ａとの境界において、電極母材１１ａ側（すなわち、第１凸部４２ａおよび４２ｂとは反対側）に突出する２つの第２凸部４３ａおよび４３ｂと、これら２つの第２凸部４３ａおよび４３ｂの間に位置する第２凹部４３ｃとを有している。第２凸部４３ａおよび第２凸部４３ｂは、軸線Ｏを中心とする円の周に沿って周方向に連続した形状となっている。また、第２凹部４３ｃは、軸線Ｏを含む領域に設けられている。

【0041】

凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面において、第１溶融部４１が、電極チップ１２側に突出する第１凸部４２ａおよび４２ｂと、その間に設けられた第１凹部４２ｃとを有していることで、第１溶融部４１と中間部材１３との境界における第１溶融部４１の表面積を大きくすることができる。また、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面において、第１溶融部４１が、電極母材１１ａ側に突出する第２凸部４３ａおよび４３ｂと、その間に設けられた第２凹部４３ｃとを有していることで、第１溶融部４１と電極母材１１ａとの境界における第１溶融部４１の表面積を大きくすることができる。

【0042】

これにより、第１溶融部４１を介して接合される電極母材１１ａと中間部材１３との接合強度を向上させることができる。また、第１溶融部４１が、電極チップ１２の頂面１２ａの径Ｒよりも径方向内側の領域に形成されていることで、電極母材１１ａと中間部材１３との接合強度をより向上させることができる。

【0043】

また、本実施形態では、電極チップ１２側に突出する２つの第１凸部４２ａおよび４２ｂのうち少なくとも一方の凸部（図２では、第１凸部４２ａ）の高さが、鍔部１３ａの高さＨよりも大きくなっている。ここで、第１凸部４２ａの高さとは、図２において矢印で示すように、電極母材１１ａの表面１１ｓの仮想延長面（図２中破線で示す）から第１凸部４２ａの頂点部分までの軸線方向の長さのことをいう。

【0044】

第１凸部４２ａの高さが鍔部１３ａの高さよりも大きくなっていることで、接地電極１１の凸部１１ｂに対して径方向の力が加えられたときに、径方向に中間部材１３がずれにくい構造とすることができる。

【0045】

第２溶融部４５は、電極チップ１２と中間部材１３との境界の少なくとも一部に配置されている。本実施形態では、第２溶融部４５は、電極チップ１２と中間部材１３との境界の全領域に形成されている。すなわち、第２溶融部４５は、電極チップ１２と中間部材１３との間に設けられている。第２溶融部４５は、電極チップ１２の成分および中間部材１３の成分を含んでいる。すなわち、第２溶融部４５は、電極チップ１２に含まれる金属材料と、中間部材１３に含まれる金属材料との合金で形成されているということもできる。第２溶融部４５は、例えば、レーザ溶接によって形成される。

【0046】

なお、図２では図示していないが、電極母材１１ａと中間部材１３との境界には、第１溶融部４１とは別の溶融部が、電極チップ１２の頂面１２ａの径Ｒよりも径方向外側の位置に形成されていてもよい。

【0047】

（接地電極の製造方法）
続いて、スパークプラグ１の製造方法について説明する。ここでは、接地電極１１の凸部１１ｂの製造方法を中心に説明する。スパークプラグ１の製造方法において、接地電極１１の凸部１１ｂ以外の部分の製造方法については、従来公知の製造方法を適用することができる。

【0048】

図３の（ａ）および（ｂ）には、凸部１１ｂの形成過程を順に示す。凸部１１ｂを製造する際には、溶接前の電極チップ１２、および溶接前の中間部材１３を準備する。溶接前の電極チップ１２は、略円柱形状を有している。

【0049】

溶接前の中間部材１３は、本体部１３ｂと、鍔部１３ａと、突起部１３ｃとを有している。本体部１３ｂは、略円柱形状を有している。鍔部１３ａは、略円柱形状の本体部１３ｂの一方の端部において、本体部１３ｂの径を拡張するように設けられている。すなわち、鍔部１３ａの径は、本体部１３ｂの径よりも大きくなっている。突起部１３ｃは、略円柱形状の本体部１３ｂの一方の端面（鍔部１３ａが設けられている側の端面１３ｓ）から突出する突起である。

【0050】

電極チップ１２および中間部材１３は、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接などの溶接加工を行うことで電極母材１１ａに接合される。

【0051】

先ず、電極チップ１２と中間部材１３とがレーザ溶接によって接合される。具体的には、図３（ａ）に示すように、中間部材１３の鍔部１３ａが締め具Ｃｐを用いて固定され、中間部材１３の本体部１３ｂの他方の端面（端面１３ｓとは反対側の端面）上に、電極チップ１２が配置される。このとき、略円柱形状の電極チップ１２の軸線、および、中間部材１３の略円柱形状の本体部１３ｂの軸線は、軸線Ｏ上に配置される。

【0052】

そして、電極チップ１２の頂面１２ａが、所定の押圧部材Ｐｒを用いて押圧された状態で、電極チップ１２と中間部材１３との接触部分に対して、径方向の外側から内側に向かって、軸線Ｏと略垂直なレーザＬｚが照射される。レーザＬｚは、例えば、ファイバレーザ照射装置などの照射装置を用いて、電極チップ１２と中間部材１３との接触部分に照射される。

【0053】

そして、レーザＬｚの照射装置に対して、電極チップ１２および中間部材１３が、軸線Ｏを中心に相対的に回転されることによって、電極チップ１２と中間部材１３との接触部分の全周にわたってレーザＬｚが照射される。これによって、電極チップ１２と中間部材１３との間に、図３（ｂ）に示すような形状の第２溶融部４５が形成され、電極チップ１２と中間部材１３とが接合される。

【0054】

このとき、レーザＬｚのエネルギー、集光位置、電極チップ１２と中間部材１３との回転速度、押圧部材Ｐｒによる圧力などの条件を調整することによって、第２溶融部４５の形状を制御することができる。例えば、回転速度を速く、かつ、レーザＬｚのエネルギーを強くすることによって、第２溶融部４５の軸線Ｏ上における厚さと、外周面における厚さとの差を小さくすることができる。

【0055】

次に、図３（ｂ）に示すように、電極チップ１２が接合された中間部材１３を、接地電極１１の電極母材１１ａの表面１１ｓに抵抗溶接によって固定する。このとき、筒状の溶接用電極Ｗｄによって、鍔部１３ａの端面１３ｓと反対側の面が押圧された状態で、電極母材１１ａと中間部材１３との間に溶接のための電流を流すことによって、抵抗溶接が行われる。電極母材１１ａの表面１１ｓと、中間部材１３の突起部１３ｃとが接触した状態から抵抗溶接が開始されるので、最初に突起部１３ｃに電流が集中する。これにより、突起部１３ｃと、電極母材１１ａのうちの突起部１３ｃと接触する部分とが溶融して、第１溶融部４１が形成される。

【0056】

その後、中間部材１３の端面１３ｓが電極母材１１ａの表面１１ｓに接触して、中間部材１３の端面１３ｓと電極母材１１ａとが抵抗溶接される。これにより、図２に示すような第１溶融部４１が形成され、電極チップ１２および中間部材１３が電極母材１１ａ上に接合固定される。

【0057】

第１溶融部４１の大きさおよび形状は、突起部１３ｃの形状やサイズ、および、抵抗溶接の電流の大きさ、溶接用電極Ｗｄに圧力などの抵抗溶接の条件を調整することによって制御することができる。

【0058】

例えば、突起部１３ｃの軸線方向の長さが長いほど、第１溶融部４１の軸線方向の長さ（すなわち、第１凸部４２ａおよび４２ｂ並びに第２凸部４３ａおよび４３ｃの高さ）が大きくなり、突起部１３ｃの軸線方向と垂直な径方向の長さが大きいほど、第１溶融部４１の径方向の長さが大きくなる。

【0059】

図４（ａ）および（ｂ）には、溶接前の中間部材１３の端面１３ｓに形成されている突起部１３ｃの形状の一例を示す。図４（ａ）および（ｂ）に示す突起部１３ｃは、端面１３ｓの中央部にドーナツ状に形成されている。例えば、このような形状の突起部１３ｃを有する中間部材１３を使用することで、図２に示すような、第１凸部４２ａおよび４２ｂ、並びに、第２凸部４３ａおよび４３ｃを有する第１溶融部４１を形成することができる。

【0060】

（第１の実施形態のまとめ）
以上のように、本実施形態にかかるスパークプラグ１は、中心電極２１と、接地電極１１とを備えている。接地電極１１は、主として、電極チップ１２と、電極チップ１２を支持する電極母材１１ａと、中間部材１３と、第１溶融部４１とを有している。中間部材１３は、電極チップ１２と電極母材１１ａとの間に配置されている。第１溶融部４１は、電極母材および中間部材の成分を含み、電極母材１１ａと中間部材１３との境界の少なくとも一部に配置されている。接地電極１１の軸線Ｏを含む断面を観察したときに、中間部材１３と第１溶融部４１との境界線は、電極チップ１２側に突出する、少なくとも２つの第１凸部４２ａおよび４２ｂを有しており、電極母材１１ａと第１溶融部４１との境界線は、第１凸部とは反対側に突出する、少なくとも２つの第２凸部４３ａおよび４３ｂを有している。

【0061】

上記の構成によれば、中間部材１３を間に挟んで、電極チップ１２を電極母材１１ａに固定することによって、貴金属を含む比較的高価な電極チップの使用量を低減させながら、電極チップ１２を電極母材１１ａ上に強固に接合させることができる。

【0062】

また、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面において、第１溶融部４１が、電極チップ１２側に突出する少なくとも２つの第１凸部４２ａおよび４２ｂを有していることで、第１溶融部４１と中間部材１３との境界における第１溶融部４１の表面積を大きくすることができる。また、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面において、第１溶融部４１が、電極母材１１ａ側に突出する少なくとも２つの第２凸部４３ａおよび４３ｂを有していることで、第１溶融部４１と電極母材１１ａとの境界における第１溶融部４１の表面積を大きくすることができる。

【0063】

これにより、第１溶融部４１を介して接合される電極母材１１ａと中間部材１３との接合強度を向上させることができる。

【0064】

〔第２の実施形態〕
続いて、第２の実施形態にかかるスパークプラグ１について説明する。第２の実施形態にかかるスパークプラグ１は、接地電極１１の凸部１１ｂの構成が第１の実施形態とは異なっている。第２の実施形態にかかるスパークプラグ１において、凸部１１ｂ以外の構成については、第１の実施形態にかかるスパークプラグ１と同様の構成が適用できる。

【0065】

図５には、第２の実施形態にかかるスパークプラグ１に備えられている接地電極１１の凸部１１ｂの断面構成を示す。

【0066】

接地電極１１の凸部１１ｂは、電極母材１１ａ上に形成されている。凸部１１ｂは、主として、電極チップ１２、中間部材１３、第１溶融部１４１、および第２溶融部４５で形成されている。これらのうち、電極チップ１２、中間部材１３、および第２溶融部４５については、第１の実施形態と同様の構成が適用できる。

【0067】

本実施形態にかかるスパークプラグ１では、第１溶融部１４１の形状、より具体的には、中間部材１３と第１溶融部１４１との境界面の形状が、第１の実施形態で説明した第１溶融部４１の形状とは異なっている。

【0068】

第１溶融部１４１は、電極母材１１ａと中間部材１３との境界の少なくとも一部に配置されている。第１の実施形態と同様に、第１溶融部２４１は、電極母材の成分および中間部材１３の成分を含んでいる。第１溶融部１４１は、例えば、抵抗溶接によって形成される。

【0069】

図５に示すように、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面では、第１溶融部１４１は、中間部材１３との境界において、電極チップ１２側に突出する２つの第１凸部１４２ａおよび１４２ｂと、これら２つの第１凸部１４２ａおよび１４２ｂの間に位置する第１凹部１４２ｃとを有している。

【0070】

また、図５に示すように、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面では、第１溶融部１４１は、電極母材１１ａとの境界において、電極母材１１ａ側（すなわち、第１凸部１４２ａおよび１４２ｂとは反対側）に突出する２つの第２凸部１４３ａおよび１４３ｂと、これら２つの第２凸部１４３ａおよび１４３ｂの間に位置する第２凹部１４３ｃとを有している。

【0071】

本実施形態では、図５に示される２つの第１凸部１４２ａおよび１４２ｂの高さは、互いにほぼ同じになっている。また、これら２つの第１凸部１４２ａおよび１４２ｂの高さは、鍔部１３ａの高さＨよりも小さくなっている。このように、第１溶融部１４１は、中央部に窪み（すなわち、第１凹部１４２ｃおよび第２凹部１４３ｃ）を有する略円盤形状を有している。

【0072】

本実施形態にかかるスパークプラグ１では、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面において、第１溶融部１４１が、電極チップ１２側に突出する第１凸部１４２ａおよび１４２ｂと、その間に設けられた第１凹部１４２ｃとを有していることで、第１溶融部１４１と中間部材１３との境界における第１溶融部１４１の表面積を大きくすることができる。また、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面において、第１溶融部１４１が、電極母材１１ａ側に突出する第２凸部１４３ａおよび１４３ｂと、その間に設けられた第２凹部１４３ｃとを有していることで、第１溶融部１４１と電極母材１１ａとの境界における第１溶融部１４１の表面積を大きくすることができる。

【0073】

これにより、第１溶融部１４１を介して接合される電極母材１１ａと中間部材１３との接合強度を向上させることができる。

【0074】

〔第３の実施形態〕
続いて、第３の実施形態にかかるスパークプラグ１について説明する。第３の実施形態にかかるスパークプラグ１は、接地電極１１の凸部１１ｂの構成が第１の実施形態とは異なっている。第３の実施形態にかかるスパークプラグ１において、凸部１１ｂ以外の構成については、第１の実施形態にかかるスパークプラグ１と同様の構成が適用できる。

【0075】

図６には、第３の実施形態にかかるスパークプラグ１に備えられている接地電極１１の凸部１１ｂの断面構成を示す。

【0076】

接地電極１１の凸部１１ｂは、電極母材１１ａ上に形成されている。凸部１１ｂは、主として、電極チップ１２、中間部材１３、第１溶融部２４１、および第２溶融部４５で形成されている。これらのうち、電極チップ１２、中間部材１３、および第２溶融部４５については、第１の実施形態と同様の構成が適用できる。

【0077】

本実施形態にかかるスパークプラグ１では、第１溶融部２４１の形状が、第１の実施形態で説明した第１溶融部４１の形状とは異なっている。

【0078】

図６に示すように、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面では、第１溶融部２４１は、中間部材１３との境界において、電極チップ１２側に突出する２つの第１凸部２４２ａおよび２４２ｂを有している。第１凸部２４２ａおよび第１凸部２４２ｂは、軸線Ｏを中心とする円の周に沿って周方向に連続した形状となっている。

【0079】

また、図６に示すように、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面では、第１溶融部２４１は、電極母材１１ａとの境界において、電極母材１１ａ側（すなわち、第１凸部２４２ａおよび２４２ｂとは反対側）に突出する２つの第２凸部２４３ａおよび２４３ｂを有している。第２凸部２４３ａおよび第２凸部２４３ｂは、軸線Ｏを中心とする円の周に沿って周方向に連続した形状となっている。

【0080】

そして、第１溶融部２４１は、第１凸部２４２ａと第１凸部２４２ｂとの間および第２凸部２４３ａと第２凸部２４３ｂとの間（すなわち、軸線Ｏを中心とする円の中央部）に、貫通部２４４を有している。この貫通部２４４は、中間部材１３の材料で埋められている。このように、第１溶融部２４１は、中央部に開口部（すなわち、貫通部２４４）を有する略ドーナツ型の形状を有している。

【0081】

本実施形態にかかるスパークプラグ１では、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面において、第１溶融部２４１が、電極チップ１２側に突出する第１凸部２４２ａおよび２４２ｂと、その間に設けられた貫通部２４４とを有していることで、第１溶融部２４１と中間部材１３との境界における第１溶融部２４１の表面積を大きくすることができる。また、凸部１１ｂの軸線Ｏを含む任意の一断面において、第１溶融部２４１が、電極母材１１ａ側に突出する第２凸部２４３ａおよび２４３ｂと、その間に設けられた貫通部２４４とを有していることで、第１溶融部２４１と電極母材１１ａとの境界における第１溶融部２４１の表面積を大きくすることができる。

【0082】

これにより、第１溶融部２４１を介して接合される電極母材１１ａと中間部材１３との接合強度を向上させることができる。

【0083】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、本明細書で説明した異なる実施形態の構成を互いに組み合わせて得られる構成についても、本発明の範疇に含まれる。

【符号の説明】

【0084】

１ ：スパークプラグ
１１ ：接地電極
１１ａ ：電極母材
１１ｂ ：凸部
１２ ：電極チップ
１２ａ ：頂面（対向面）
１３ ：中間部材
１３ａ ：（中間部材の）鍔部
１３ｂ ：（中間部材の）本体部
２１ ：中心電極
２２ ：電極先端部
４１ ：第１溶融部（溶融部）
４２ａ ：第１凸部
４２ｂ ：第１凸部
４２ｃ ：第１凹部
４３ａ ：第２凸部
４３ｂ ：第２凸部
４３ｃ ：第２凹部
４５ ：第２溶融部
１４１ ：第１溶融部（溶融部）
２４１ ：第１溶融部（溶融部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】