JP2001060488A - スパークプラグの製造方法及びスパークプラグ - Google Patents
スパークプラグの製造方法及びスパークプラグInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スパークプラグ個体間で、レーザービームの
照射位置が電極軸線方向にずれて（ばらついて）も、レ
ーザー溶接部の電極軸線方向（溶接ビード幅方向）にお
ける成分分布や熱膨張率が大きく変動することなく、ク
ラックの発生・成長を抑制できるスパークプラグの製造
方法、及びスパークプラグを提供する。 【解決手段】 耐消耗性チップ３３と被溶接部３２ｃと
の間に、耐消耗性チップ３３と被溶接部３２ｃとの中間
の熱膨張率をもつ合金チップ３４を積層状に重ね合わ
せ、耐消耗性チップ３３、合金チップ３４及び被溶接部
３２ｃに跨るレーザー溶接部Ｂを外周面に沿って形成し
た。このことにより、スパークプラグ個体間で、レーザ
ービームの照射位置が電極軸線方向にずれた（ばらつい
た）場合でも、レーザー溶接部の電極軸線方向（溶接ビ
ード幅方向）における成分分布の変動幅が相対的に小さ
く抑えられる。これに伴い、レーザー溶接部と貴金属チ
ップ又は電極母材との境界付近における熱膨張率の変化
は相対的に小さくなり、クラックの発生・成長を抑制で
きる。
照射位置が電極軸線方向にずれて（ばらついて）も、レ
ーザー溶接部の電極軸線方向（溶接ビード幅方向）にお
ける成分分布や熱膨張率が大きく変動することなく、ク
ラックの発生・成長を抑制できるスパークプラグの製造
方法、及びスパークプラグを提供する。 【解決手段】 耐消耗性チップ３３と被溶接部３２ｃと
の間に、耐消耗性チップ３３と被溶接部３２ｃとの中間
の熱膨張率をもつ合金チップ３４を積層状に重ね合わ
せ、耐消耗性チップ３３、合金チップ３４及び被溶接部
３２ｃに跨るレーザー溶接部Ｂを外周面に沿って形成し
た。このことにより、スパークプラグ個体間で、レーザ
ービームの照射位置が電極軸線方向にずれた（ばらつい
た）場合でも、レーザー溶接部の電極軸線方向（溶接ビ
ード幅方向）における成分分布の変動幅が相対的に小さ
く抑えられる。これに伴い、レーザー溶接部と貴金属チ
ップ又は電極母材との境界付近における熱膨張率の変化
は相対的に小さくなり、クラックの発生・成長を抑制で
きる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスパークプラグの製
造方法及びスパークプラグに関する。
造方法及びスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の点火用に使用されるスパーク
プラグにおいては、近年、耐火花消耗性向上のために、
電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを
溶接して貴金属発火部を形成したタイプのものが使用さ
れている。例えば中心電極の先端面に貴金属チップを接
合する場合、その製造方法として、円板状又は円柱状の
貴金属チップを中心電極先端に重ね合わせ、中心電極を
回転させながら重ね合せ面の外周に沿ってレーザー光を
照射することにより、レーザー溶接部を形成する方法が
提案されている（例えば、特開平６−４５０５０号、特
開平１０−１１２３７４号の各公報）。
プラグにおいては、近年、耐火花消耗性向上のために、
電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを
溶接して貴金属発火部を形成したタイプのものが使用さ
れている。例えば中心電極の先端面に貴金属チップを接
合する場合、その製造方法として、円板状又は円柱状の
貴金属チップを中心電極先端に重ね合わせ、中心電極を
回転させながら重ね合せ面の外周に沿ってレーザー光を
照射することにより、レーザー溶接部を形成する方法が
提案されている（例えば、特開平６−４５０５０号、特
開平１０−１１２３７４号の各公報）。
【０００３】中心電極の先端面に貴金属チップを接合す
る場合、従来の製造方法の一例を図７に示す。Ｎｉ又は
Ｆｅを主成分とする耐熱合金によって、中心部の芯体３
１’を覆うように形成された電極母材３２’の先端面
に、ＰｔやＩｒ等を主成分とする円板状又は円柱状の貴
金属チップ３３’を重ね合わせる。そして、電極母材３
２’と貴金属チップ３３’とを回転させながら貴金属チ
ップ３３’と電極母材３２’との境界位置に向けてレー
ザー光源ＬからレーザービームＬＢを照射する。これに
より、貴金属チップ３３’と電極母材３２’とが溶融・
凝固し、この両者に跨ってレーザー溶接部Ｂ’が形成さ
れ、貴金属発火部３３ａ’を有する中心電極３’が得ら
れる。
る場合、従来の製造方法の一例を図７に示す。Ｎｉ又は
Ｆｅを主成分とする耐熱合金によって、中心部の芯体３
１’を覆うように形成された電極母材３２’の先端面
に、ＰｔやＩｒ等を主成分とする円板状又は円柱状の貴
金属チップ３３’を重ね合わせる。そして、電極母材３
２’と貴金属チップ３３’とを回転させながら貴金属チ
ップ３３’と電極母材３２’との境界位置に向けてレー
ザー光源ＬからレーザービームＬＢを照射する。これに
より、貴金属チップ３３’と電極母材３２’とが溶融・
凝固し、この両者に跨ってレーザー溶接部Ｂ’が形成さ
れ、貴金属発火部３３ａ’を有する中心電極３’が得ら
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザービ
ームＬＢの照射位置を、貴金属チップ３３’と電極母材
３２’との境界位置付近（図５（ａ）のａ位置）に選ぶ
ことによって、図５（ａ）に示すように、レーザー溶接
部Ｂ’の貴金属チップ３３’との境界近傍における成分
分布は電極母材成分が低く貴金属チップ成分が高くな
る。また、電極母材３２’との境界近傍における成分分
布は電極母材成分が高く貴金属チップ成分が低くなる。
これは、貴金属チップ３３’と電極母材３２’とが短時
間で溶融・凝固して、充分な拡散が行われずにレーザー
溶接部Ｂ’が形成されるためであると考えられる。しか
るに、レーザービームＬＢの照射位置が、例えば図５
（ａ）のｂ位置やｃ位置のように、スパークプラグ個体
間で電極軸線方向（溶接ビード幅方向）にばらついた
（上下動した）とき、レーザー溶接部Ｂ’における成分
分布は個体間で、貴金属チップ３３’又は電極母材３
２’とレーザー溶接部Ｂ’との境界付近において、電極
軸線方向（溶接ビード幅方向）に著しく変動する傾向が
ある。
ームＬＢの照射位置を、貴金属チップ３３’と電極母材
３２’との境界位置付近（図５（ａ）のａ位置）に選ぶ
ことによって、図５（ａ）に示すように、レーザー溶接
部Ｂ’の貴金属チップ３３’との境界近傍における成分
分布は電極母材成分が低く貴金属チップ成分が高くな
る。また、電極母材３２’との境界近傍における成分分
布は電極母材成分が高く貴金属チップ成分が低くなる。
これは、貴金属チップ３３’と電極母材３２’とが短時
間で溶融・凝固して、充分な拡散が行われずにレーザー
溶接部Ｂ’が形成されるためであると考えられる。しか
るに、レーザービームＬＢの照射位置が、例えば図５
（ａ）のｂ位置やｃ位置のように、スパークプラグ個体
間で電極軸線方向（溶接ビード幅方向）にばらついた
（上下動した）とき、レーザー溶接部Ｂ’における成分
分布は個体間で、貴金属チップ３３’又は電極母材３
２’とレーザー溶接部Ｂ’との境界付近において、電極
軸線方向（溶接ビード幅方向）に著しく変動する傾向が
ある。
【０００５】一方、熱膨張率は一般に、貴金属チップ３
３’＞レーザー溶接部Ｂ’＞電極母材３２’である。ま
た、レーザー溶接部Ｂ’の合金層における熱膨張率は、
上記成分分布及びその変動幅に比例していると考えられ
る。したがって、レーザー溶接部Ｂ’における貴金属チ
ップ３３’との境界近傍及び電極母材３２’との境界近
傍は、熱膨張率等の物理的特性ができうる限り近いこと
が望ましい。レーザービームＬＢの照射位置を、貴金属
チップ３３’と電極母材３２’との境界位置付近（図５
（ａ）のａ位置）に選ぶことによって、上述のような成
分分布を示すため、レーザー溶接部Ｂ’における貴金属
チップ３３’との境界近傍及び電極母材３２’との境界
近傍の熱膨張率等の物理的特性が近くなる。これに対
し、レーザービームＬＢの照射位置が個体間で上下動す
ると、レーザー溶接部Ｂ’における熱膨張率は、貴金属
チップ３３’又は電極母材３２’とレーザー溶接部Ｂ’
との境界付近において、電極軸線方向（溶接ビード幅方
向）に急激に変化することになる。即ち、レーザービー
ムＬＢの照射位置が、図５（ａ）のｂ位置に来たときに
は、電極軸線方向の下の方にまで貴金属チップ成分が多
く存在するため、レーザー溶接部Ｂ’と電極母材３２’
との境界付近において、貴金属チップ成分が多く存在す
る部分が有る。また、逆に図５（ａ）のｃ位置に来たと
きには、電極軸線方向の上の方にまで電極母材成分が多
く存在するため、レーザー溶接部Ｂ’と貴金属チップ３
３’との境界付近において、電極母材成分が多く存在す
る部分が有る。したがって、このような部分では熱膨張
率等の物理的特性は大きく異なってくる。
３’＞レーザー溶接部Ｂ’＞電極母材３２’である。ま
た、レーザー溶接部Ｂ’の合金層における熱膨張率は、
上記成分分布及びその変動幅に比例していると考えられ
る。したがって、レーザー溶接部Ｂ’における貴金属チ
ップ３３’との境界近傍及び電極母材３２’との境界近
傍は、熱膨張率等の物理的特性ができうる限り近いこと
が望ましい。レーザービームＬＢの照射位置を、貴金属
チップ３３’と電極母材３２’との境界位置付近（図５
（ａ）のａ位置）に選ぶことによって、上述のような成
分分布を示すため、レーザー溶接部Ｂ’における貴金属
チップ３３’との境界近傍及び電極母材３２’との境界
近傍の熱膨張率等の物理的特性が近くなる。これに対
し、レーザービームＬＢの照射位置が個体間で上下動す
ると、レーザー溶接部Ｂ’における熱膨張率は、貴金属
チップ３３’又は電極母材３２’とレーザー溶接部Ｂ’
との境界付近において、電極軸線方向（溶接ビード幅方
向）に急激に変化することになる。即ち、レーザービー
ムＬＢの照射位置が、図５（ａ）のｂ位置に来たときに
は、電極軸線方向の下の方にまで貴金属チップ成分が多
く存在するため、レーザー溶接部Ｂ’と電極母材３２’
との境界付近において、貴金属チップ成分が多く存在す
る部分が有る。また、逆に図５（ａ）のｃ位置に来たと
きには、電極軸線方向の上の方にまで電極母材成分が多
く存在するため、レーザー溶接部Ｂ’と貴金属チップ３
３’との境界付近において、電極母材成分が多く存在す
る部分が有る。したがって、このような部分では熱膨張
率等の物理的特性は大きく異なってくる。
【０００６】このような状況下において、内燃機関のよ
うに冷熱サイクルに繰り返し晒されると、熱膨張率（熱
収縮率）の違いにより貴金属チップ３３’又は電極母材
３２’とレーザー溶接部Ｂ’との境界付近にクラック
Ｋ’が発生する恐れがある。クラックＫ’が成長すると
貴金属チップ３３’が電極母材３２’から脱落する場合
もある。
うに冷熱サイクルに繰り返し晒されると、熱膨張率（熱
収縮率）の違いにより貴金属チップ３３’又は電極母材
３２’とレーザー溶接部Ｂ’との境界付近にクラック
Ｋ’が発生する恐れがある。クラックＫ’が成長すると
貴金属チップ３３’が電極母材３２’から脱落する場合
もある。
【０００７】例えば、レーザー溶接部Ｂ’が電極母材３
２’の中心にまで達し、貴金属チップ３３’をすべて溶
融して径方向中央部に未溶接領域を残さないときは、レ
ーザー溶接部Ｂ’のビードの幅や深さが大きくなるので
強固な溶着力が得られる。その反面、この構成では溶接
熱源からの入熱が大きいため、貴金属チップ３３’に比
べて熱変化を起こし易い電極母材３２’や芯体３１’
は、過剰な熱吸収によりブローホールやクラックが発生
し易くなる問題がある。そこで、溶接に要する熱量を抑
えつつ、電極母材３２’や芯体３１’へ悪影響を及ぼさ
ないよう配慮して、図７の如く電極母材３２’の少なく
とも径方向中央部に未溶接領域を残し、貴金属チップ３
３’は溶接接合後も一部が残存しているように溶接する
場合がある。しかし、この場合は、未溶接領域では電極
母材３２と貴金属チップ３３’とが未接合であるか、又
は精々抵抗溶接による仮止めが行われている程度である
から、貴金属チップ３３’又は電極母材３２’とレーザ
ー溶接部Ｂ’との境界に発生したクラックが未溶接領域
に到達すると、チップの脱落等が非常に起こりやすくな
る問題がある。
２’の中心にまで達し、貴金属チップ３３’をすべて溶
融して径方向中央部に未溶接領域を残さないときは、レ
ーザー溶接部Ｂ’のビードの幅や深さが大きくなるので
強固な溶着力が得られる。その反面、この構成では溶接
熱源からの入熱が大きいため、貴金属チップ３３’に比
べて熱変化を起こし易い電極母材３２’や芯体３１’
は、過剰な熱吸収によりブローホールやクラックが発生
し易くなる問題がある。そこで、溶接に要する熱量を抑
えつつ、電極母材３２’や芯体３１’へ悪影響を及ぼさ
ないよう配慮して、図７の如く電極母材３２’の少なく
とも径方向中央部に未溶接領域を残し、貴金属チップ３
３’は溶接接合後も一部が残存しているように溶接する
場合がある。しかし、この場合は、未溶接領域では電極
母材３２と貴金属チップ３３’とが未接合であるか、又
は精々抵抗溶接による仮止めが行われている程度である
から、貴金属チップ３３’又は電極母材３２’とレーザ
ー溶接部Ｂ’との境界に発生したクラックが未溶接領域
に到達すると、チップの脱落等が非常に起こりやすくな
る問題がある。
【０００８】本発明の課題は、スパークプラグ個体間
で、レーザービームの照射位置が電極軸線方向にずれて
（ばらついて）も、レーザー溶接部の電極軸線方向（溶
接ビード幅方向）における成分分布や熱膨張率が大きく
変動することなく、クラックの発生・成長を抑制できる
スパークプラグの製造方法、及びスパークプラグを提供
することにある。
で、レーザービームの照射位置が電極軸線方向にずれて
（ばらついて）も、レーザー溶接部の電極軸線方向（溶
接ビード幅方向）における成分分布や熱膨張率が大きく
変動することなく、クラックの発生・成長を抑制できる
スパークプラグの製造方法、及びスパークプラグを提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために本発明のスパークプラグの製造方法
は、中心電極と、その中心電極の先端面に自身の側面が
対向して火花放電ギャップを形成するように配置された
接地電極とを備え、前記火花放電ギャップに対応する位
置においてそれら中心電極と接地電極との少なくとも一
方は、その電極母材に、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒ
ｕ，Ｒｅ，Ｗ，Ｏｓ，Ｍｏ，Ａｕのうちの少なくとも１
種を主成分とする耐火花消耗性金属チップ（以下、耐消
耗性チップという）をレーザー溶接によって接合するこ
とにより耐火花消耗性金属発火部が形成されたスパーク
プラグの製造方法であって、前記電極母材の、少なくと
も前記耐消耗性チップの被溶接部を耐熱合金にて構成
し、前記耐消耗性チップと前記被溶接部との間に、前記
耐消耗性チップと前記被溶接部との中間の熱膨張率をも
つ合金チップを積層状に重ね合わせて、前記耐消耗性チ
ップ、前記合金チップ及び前記被溶接部に跨るレーザー
溶接部を外周面に沿って形成することにより、前記耐消
耗性チップを前記被溶接部に固着することを特徴とす
る。
を解決するために本発明のスパークプラグの製造方法
は、中心電極と、その中心電極の先端面に自身の側面が
対向して火花放電ギャップを形成するように配置された
接地電極とを備え、前記火花放電ギャップに対応する位
置においてそれら中心電極と接地電極との少なくとも一
方は、その電極母材に、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒ
ｕ，Ｒｅ，Ｗ，Ｏｓ，Ｍｏ，Ａｕのうちの少なくとも１
種を主成分とする耐火花消耗性金属チップ（以下、耐消
耗性チップという）をレーザー溶接によって接合するこ
とにより耐火花消耗性金属発火部が形成されたスパーク
プラグの製造方法であって、前記電極母材の、少なくと
も前記耐消耗性チップの被溶接部を耐熱合金にて構成
し、前記耐消耗性チップと前記被溶接部との間に、前記
耐消耗性チップと前記被溶接部との中間の熱膨張率をも
つ合金チップを積層状に重ね合わせて、前記耐消耗性チ
ップ、前記合金チップ及び前記被溶接部に跨るレーザー
溶接部を外周面に沿って形成することにより、前記耐消
耗性チップを前記被溶接部に固着することを特徴とす
る。
【００１０】また、上記課題を解決するために本発明の
スパークプラグは、中心電極と、その中心電極の先端面
に自身の側面が対向して火花放電ギャップを形成するよ
うに配置された接地電極とを備え、前記火花放電ギャッ
プに対応する位置においてそれら中心電極と接地電極と
の少なくとも一方は、その電極母材に、耐消耗性チップ
をレーザー溶接によって接合することにより耐火花消耗
性金属発火部が形成されたスパークプラグであって、前
記電極母材の、少なくとも前記耐消耗性チップの被溶接
部を耐熱合金にて構成し、前記耐消耗性チップと前記被
溶接部との間に、前記耐消耗性チップと前記被溶接部と
の中間の熱膨張率をもつ合金チップが積層状に重ね合わ
され、前記耐消耗性チップ、前記合金チップ及び前記被
溶接部に跨るレーザー溶接部が外周面に沿って形成され
ていることを特徴とする。
スパークプラグは、中心電極と、その中心電極の先端面
に自身の側面が対向して火花放電ギャップを形成するよ
うに配置された接地電極とを備え、前記火花放電ギャッ
プに対応する位置においてそれら中心電極と接地電極と
の少なくとも一方は、その電極母材に、耐消耗性チップ
をレーザー溶接によって接合することにより耐火花消耗
性金属発火部が形成されたスパークプラグであって、前
記電極母材の、少なくとも前記耐消耗性チップの被溶接
部を耐熱合金にて構成し、前記耐消耗性チップと前記被
溶接部との間に、前記耐消耗性チップと前記被溶接部と
の中間の熱膨張率をもつ合金チップが積層状に重ね合わ
され、前記耐消耗性チップ、前記合金チップ及び前記被
溶接部に跨るレーザー溶接部が外周面に沿って形成され
ていることを特徴とする。
【００１１】本発明では、耐消耗性チップと被溶接部と
の間に、耐消耗性チップと被溶接部との中間の熱膨張率
をもつ合金チップを積層状に重ね合わせ、耐消耗性チッ
プ、合金チップ及び被溶接部に跨るレーザー溶接部を外
周面に沿って形成した。このことにより、スパークプラ
グ個体間で、レーザービームの照射位置が電極軸線方向
にずれた（ばらついた）場合でも、レーザー溶接部の電
極軸線方向（溶接ビード幅方向）における成分分布の変
動幅が相対的に小さく抑えられる。これに伴い、レーザ
ー溶接部と貴金属チップ又は電極母材との境界付近にお
ける熱膨張率の変化は相対的に小さくなり、クラックの
発生・成長を抑制できる。
の間に、耐消耗性チップと被溶接部との中間の熱膨張率
をもつ合金チップを積層状に重ね合わせ、耐消耗性チッ
プ、合金チップ及び被溶接部に跨るレーザー溶接部を外
周面に沿って形成した。このことにより、スパークプラ
グ個体間で、レーザービームの照射位置が電極軸線方向
にずれた（ばらついた）場合でも、レーザー溶接部の電
極軸線方向（溶接ビード幅方向）における成分分布の変
動幅が相対的に小さく抑えられる。これに伴い、レーザ
ー溶接部と貴金属チップ又は電極母材との境界付近にお
ける熱膨張率の変化は相対的に小さくなり、クラックの
発生・成長を抑制できる。
【００１２】なお、電極母材は、少なくとも被溶接部と
なる部分をＦｅ又はＮｉを主体とする耐熱金属で構成で
きる。本明細書において「主成分」とは、最も重量含有
率の高い成分を意味し、必ずしも「５０重量％以上を占
める成分」を意味するものではない。
なる部分をＦｅ又はＮｉを主体とする耐熱金属で構成で
きる。本明細書において「主成分」とは、最も重量含有
率の高い成分を意味し、必ずしも「５０重量％以上を占
める成分」を意味するものではない。
【００１３】さらに本発明の合金チップは、溶接接合時
に、被溶接部及び／又は耐消耗性チップに固定しておく
とよい。レーザー溶接前に、合金チップを抵抗溶接等に
よって耐消耗性チップ及び／又は被溶接部に仮止めした
り、又はレーザー溶接時に、耐消耗性チップの先端面を
押圧して、合金チップを耐消耗性チップ及び被溶接部に
保持固定したりすることによって、レーザービームによ
り溶融した合金の凝固時に合金チップが位置ズレや偏心
等を起こしにくくなり、電極が傾いたり（偏心）、レー
ザービームの照射位置にズレを生じにくくなる。これに
より、レーザー溶接部と貴金属チップ又は電極母材との
境界付近における熱膨張率の変化を極力抑えることがで
きる。
に、被溶接部及び／又は耐消耗性チップに固定しておく
とよい。レーザー溶接前に、合金チップを抵抗溶接等に
よって耐消耗性チップ及び／又は被溶接部に仮止めした
り、又はレーザー溶接時に、耐消耗性チップの先端面を
押圧して、合金チップを耐消耗性チップ及び被溶接部に
保持固定したりすることによって、レーザービームによ
り溶融した合金の凝固時に合金チップが位置ズレや偏心
等を起こしにくくなり、電極が傾いたり（偏心）、レー
ザービームの照射位置にズレを生じにくくなる。これに
より、レーザー溶接部と貴金属チップ又は電極母材との
境界付近における熱膨張率の変化を極力抑えることがで
きる。
【００１４】さらに本発明の合金チップは、被溶接部の
主成分を１０〜５０重量％含むものとすることができ
る。合金チップが、被溶接部すなわち電極母材の主成分
を所定量含有することにより、電極母材とレーザー溶接
部との境界付近において、レーザー溶接部と貴金属チッ
プ又は電極母材との境界付近における熱膨張率の変化は
さらに小さくなり、クラックの発生・成長を抑制でき
る。
主成分を１０〜５０重量％含むものとすることができ
る。合金チップが、被溶接部すなわち電極母材の主成分
を所定量含有することにより、電極母材とレーザー溶接
部との境界付近において、レーザー溶接部と貴金属チッ
プ又は電極母材との境界付近における熱膨張率の変化は
さらに小さくなり、クラックの発生・成長を抑制でき
る。
【００１５】さらに本発明の合金チップは、耐消耗性チ
ップ及び被溶接部の主成分原料を配合・溶解して形成し
たものが使用できる。合金チップの均質性が保たれるの
で、レーザー溶接部における熱膨張率の変化が相対的に
小さくなり、クラックの発生・成長の抑制に寄与する。
ップ及び被溶接部の主成分原料を配合・溶解して形成し
たものが使用できる。合金チップの均質性が保たれるの
で、レーザー溶接部における熱膨張率の変化が相対的に
小さくなり、クラックの発生・成長の抑制に寄与する。
【００１６】さらに本発明の合金チップは、耐消耗性チ
ップ及び被溶接部の主成分を含有する金属粉末を焼結し
たものが使用できる。この方法によっても、合金チップ
の均質性が保たれるので、レーザー溶接部における熱膨
張率の変化が相対的に小さくなり、クラックの発生・成
長の抑制が図れる。
ップ及び被溶接部の主成分を含有する金属粉末を焼結し
たものが使用できる。この方法によっても、合金チップ
の均質性が保たれるので、レーザー溶接部における熱膨
張率の変化が相対的に小さくなり、クラックの発生・成
長の抑制が図れる。
【００１７】さらに本発明は、溶接接合後のレーザー溶
接部に焼鈍処理を行うことができる。合金チップ、耐消
耗性チップ及び被溶接部の相互間の境界付近は成分分布
が不連続となり熱収縮率の違いによりクラックが発生す
る恐れが大きい。レーザー溶接部に焼鈍処理を行うこと
で、これらの境界付近に拡散層を生成させて、クラック
の発生を抑制できる。
接部に焼鈍処理を行うことができる。合金チップ、耐消
耗性チップ及び被溶接部の相互間の境界付近は成分分布
が不連続となり熱収縮率の違いによりクラックが発生す
る恐れが大きい。レーザー溶接部に焼鈍処理を行うこと
で、これらの境界付近に拡散層を生成させて、クラック
の発生を抑制できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１に示す本発明の一例たるスパー
クプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部２１が突
出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁
体２、先端に形成された耐火花消耗性金属発火部として
の貴金属発火部（以下、単に発火部ともいう）３３ａを
突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極
３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合されると
ともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電
極３の先端部と対向するように配置された接地電極４等
を備えている。また、接地電極４には上記発火部３３ａ
に対向する、耐火花消耗性金属発火部としての貴金属発
火部（以下、単に発火部ともいう）４３ａが形成されて
おり、それら発火部３３ａと、対向する発火部４３ａと
の間の隙間が火花放電ギャップｇとされている。
を用いて説明する。図１に示す本発明の一例たるスパー
クプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部２１が突
出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁
体２、先端に形成された耐火花消耗性金属発火部として
の貴金属発火部（以下、単に発火部ともいう）３３ａを
突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極
３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合されると
ともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電
極３の先端部と対向するように配置された接地電極４等
を備えている。また、接地電極４には上記発火部３３ａ
に対向する、耐火花消耗性金属発火部としての貴金属発
火部（以下、単に発火部ともいう）４３ａが形成されて
おり、それら発火部３３ａと、対向する発火部４３ａと
の間の隙間が火花放電ギャップｇとされている。
【００１９】絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、そ
の内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込む
ための孔部６を有している。また、主体金具１は、低炭
素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパーク
プラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外
周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロック
に取り付けるためのねじ部７が形成されている。
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、そ
の内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込む
ための孔部６を有している。また、主体金具１は、低炭
素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパーク
プラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外
周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロック
に取り付けるためのねじ部７が形成されている。
【００２０】なお、発火部３３ａ及び対向する発火部４
３ａのいずれか一方を省略する構成としてもよい。この
場合には、発火部３３ａと、発火部を有さない接地電極
４の側面との間、又は対向する発火部４３ａと、発火部
を有さない中心電極３の先端面との間で火花放電ギャッ
プｇが形成されることとなる。以下、中心電極３に本発
明に係る発火部３３ａを設ける場合の実施形態について
説明するが、接地電極４に本発明に係る発火部４３ａを
設ける場合にも同様に実施できる。
３ａのいずれか一方を省略する構成としてもよい。この
場合には、発火部３３ａと、発火部を有さない接地電極
４の側面との間、又は対向する発火部４３ａと、発火部
を有さない中心電極３の先端面との間で火花放電ギャッ
プｇが形成されることとなる。以下、中心電極３に本発
明に係る発火部３３ａを設ける場合の実施形態について
説明するが、接地電極４に本発明に係る発火部４３ａを
設ける場合にも同様に実施できる。
【００２１】中心電極３及び接地電極４のチップ被固着
面形成部位として図２（ａ）では電極部材３２の小径部
３２ｃ、この実施例では少なくともその表層部としての
先端面３２ｄが、Ｎｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合金
にて構成されている。Ｎｉ又はＦｅ主成分とする耐熱合
金としては、次のようなものが使用可能である。 Ｎｉ基耐熱合金：本明細書では、Ｎｉを４０〜８５重
量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ
ｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＦｅの１種又は２種以上からなる耐
熱合金を総称する。具体的には、次のようなものが使用
できる（いずれも商品名；なお、合金組成については、
文献（改訂３版金属データブック（丸善）；ｐ１３８）
に記載されているので、詳細な説明は行わない）：ASTR
OLOY、CABOT 214、D-979、HASTELLOY C22、HASTELLOY C
276、HASTELLOY G30、HASTELLOY S、HASTELLOY X、HAYN
ES 230、INCONEL 587、INCONEL 597、INCONEL 600、INC
ONEL 601、INCONEL 617、INCONEL 625、INCONEL 706、I
NCONEL 718、INCONEL X750、KSN、M-252、NIMONIC 75、
NIMONIC 80A、NIMONIC 90、NIMONIC 105、NIMONIC 11
5、NIMONIC 263、NIMONIC 942、NIMONIC PE11、NIMONIC
PE16、NIMONIC PK33、PYROMET 860、RENE 41、RENE 9
5、SSS 113MA、UDIMET 400、UDIMET 500、UDIMET 520、
UDIMET 630、UDIMET 700、UDIMET 710、UDIMET 720、UN
ITEP AF2-1 DA6、WASPALOY。
面形成部位として図２（ａ）では電極部材３２の小径部
３２ｃ、この実施例では少なくともその表層部としての
先端面３２ｄが、Ｎｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合金
にて構成されている。Ｎｉ又はＦｅ主成分とする耐熱合
金としては、次のようなものが使用可能である。 Ｎｉ基耐熱合金：本明細書では、Ｎｉを４０〜８５重
量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ
ｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＦｅの１種又は２種以上からなる耐
熱合金を総称する。具体的には、次のようなものが使用
できる（いずれも商品名；なお、合金組成については、
文献（改訂３版金属データブック（丸善）；ｐ１３８）
に記載されているので、詳細な説明は行わない）：ASTR
OLOY、CABOT 214、D-979、HASTELLOY C22、HASTELLOY C
276、HASTELLOY G30、HASTELLOY S、HASTELLOY X、HAYN
ES 230、INCONEL 587、INCONEL 597、INCONEL 600、INC
ONEL 601、INCONEL 617、INCONEL 625、INCONEL 706、I
NCONEL 718、INCONEL X750、KSN、M-252、NIMONIC 75、
NIMONIC 80A、NIMONIC 90、NIMONIC 105、NIMONIC 11
5、NIMONIC 263、NIMONIC 942、NIMONIC PE11、NIMONIC
PE16、NIMONIC PK33、PYROMET 860、RENE 41、RENE 9
5、SSS 113MA、UDIMET 400、UDIMET 500、UDIMET 520、
UDIMET 630、UDIMET 700、UDIMET 710、UDIMET 720、UN
ITEP AF2-1 DA6、WASPALOY。
【００２２】Ｆｅ基耐熱合金：本明細書では、Ｆｅを
２０〜６０重量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｉの１種又は２種以
上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のよう
なものが使用できる（いずれも商品名；なお、合金組成
については、文献（改訂３版金属データブック（丸
善）、ｐ１３８）に記載されているので、詳細な説明は
行わない）；A-286、ALLOY 901、DISCALOY、HAYNES 55
6、INCOLOY 800、INCOLOY 801、INCOLOY 802、INCOLOY
807、INCOLOY 825、INCOLOY 903、INCOLOY 907、INCOLO
Y 909、N-155、PYROMET CTX-1、PYROMET CTX-3、S-59
0、V-57、PYROMET CTX-1、16-25-6、17-14CuMo、19-9D
L、20-Cb3。
２０〜６０重量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｉの１種又は２種以
上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のよう
なものが使用できる（いずれも商品名；なお、合金組成
については、文献（改訂３版金属データブック（丸
善）、ｐ１３８）に記載されているので、詳細な説明は
行わない）；A-286、ALLOY 901、DISCALOY、HAYNES 55
6、INCOLOY 800、INCOLOY 801、INCOLOY 802、INCOLOY
807、INCOLOY 825、INCOLOY 903、INCOLOY 907、INCOLO
Y 909、N-155、PYROMET CTX-1、PYROMET CTX-3、S-59
0、V-57、PYROMET CTX-1、16-25-6、17-14CuMo、19-9D
L、20-Cb3。
【００２３】一方、上記発火部３３ａ及び対向する発火
部４３ａは、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｅ，
Ｗ，Ｏｓ，Ｍｏ，Ａｕのうちの少なくとも１種を主成分
とする耐火花消耗性金属、この実施例では、Ｉｒ又はＰ
ｔのいずれかを主成分とする貴金属を主体に構成されて
いる。これらの貴金属の使用により、中心電極の温度が
上昇しやすい環境下においても、発火部の耐消耗性を良
好なものとすることができる。また、上記のような耐熱
合金に対する溶接性も良好である。例えばＰｔをベース
にした貴金属を使用する場合には、Ｐｔ単体の他、Ｐｔ
−Ｎｉ合金（例えばＰｔ−１〜３０重量％Ｎｉ合金）、
Ｐｔ−Ｉｒ合金、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金等を好適に使用
できる。また、Ｉｒを主成分とするものとしては、Ｉｒ
−Ｐｔ合金、Ｉｒ−Ｒｈ合金等を使用できる。
部４３ａは、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｅ，
Ｗ，Ｏｓ，Ｍｏ，Ａｕのうちの少なくとも１種を主成分
とする耐火花消耗性金属、この実施例では、Ｉｒ又はＰ
ｔのいずれかを主成分とする貴金属を主体に構成されて
いる。これらの貴金属の使用により、中心電極の温度が
上昇しやすい環境下においても、発火部の耐消耗性を良
好なものとすることができる。また、上記のような耐熱
合金に対する溶接性も良好である。例えばＰｔをベース
にした貴金属を使用する場合には、Ｐｔ単体の他、Ｐｔ
−Ｎｉ合金（例えばＰｔ−１〜３０重量％Ｎｉ合金）、
Ｐｔ−Ｉｒ合金、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金等を好適に使用
できる。また、Ｉｒを主成分とするものとしては、Ｉｒ
−Ｐｔ合金、Ｉｒ−Ｒｈ合金等を使用できる。
【００２４】なお、Ｉｒ系の貴金属材料を使用する場合
には、元素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及
び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化
物（複合酸化物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内
で含有させることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸
化・揮発による消耗が効果的に抑制できる。上記酸化物
としてはＹ２Ｏ３が好適に使用されるが、このほかにも
Ｌａ２Ｏ３、ＴｈＯ２、ＺｒＯ２等を好ましく使用する
ことができる。この場合、金属成分はＩｒ合金のほか、
Ｉｒ単体を使用してもよい。
には、元素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及
び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化
物（複合酸化物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内
で含有させることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸
化・揮発による消耗が効果的に抑制できる。上記酸化物
としてはＹ２Ｏ３が好適に使用されるが、このほかにも
Ｌａ２Ｏ３、ＴｈＯ２、ＺｒＯ２等を好ましく使用する
ことができる。この場合、金属成分はＩｒ合金のほか、
Ｉｒ単体を使用してもよい。
【００２５】図２は、この発明に係るスパークプラグの
中心電極側発火部の製造工程を示す。図２（ａ）におい
て、中心電極３は、Ｎｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合
金にて構成される円柱状の電極母材３２と、電極母材３
２の中心部に埋め込まれ、Ｃｕ又はＡｇを主成分とする
良熱伝導性金属にて構成される芯体３１とを含む。電極
母材３２は、大径部３２ａから縮径部３２ｂを経て先端
側の小径部３２ｃに至るまで連続的に設けられ、切削又
は塑性加工により形成される。小径部３２ｃの先端面３
２ｄに耐消耗性チップとしての貴金属チップ３３を載置
し、小径部３２ｃに貴金属チップ３３をレーザー溶接に
より接合することにより、耐火花消耗性金属発火部とし
ての貴金属発火部３３ａを形成する。
中心電極側発火部の製造工程を示す。図２（ａ）におい
て、中心電極３は、Ｎｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合
金にて構成される円柱状の電極母材３２と、電極母材３
２の中心部に埋め込まれ、Ｃｕ又はＡｇを主成分とする
良熱伝導性金属にて構成される芯体３１とを含む。電極
母材３２は、大径部３２ａから縮径部３２ｂを経て先端
側の小径部３２ｃに至るまで連続的に設けられ、切削又
は塑性加工により形成される。小径部３２ｃの先端面３
２ｄに耐消耗性チップとしての貴金属チップ３３を載置
し、小径部３２ｃに貴金属チップ３３をレーザー溶接に
より接合することにより、耐火花消耗性金属発火部とし
ての貴金属発火部３３ａを形成する。
【００２６】次に、貴金属発火部３３ａを形成するまで
を説明する。図２（ｂ）において、先端面３２ｄと円板
状又は円柱状の貴金属チップ３３（耐消耗性チップ）と
の間に、貴金属チップ３３の主成分と小径部３２ｃ（被
溶接部）の主成分とを含み、円板状又は円柱状を呈する
合金チップ３４を積層状に重ね合わせて重ね合せ組立体
Ａを形成する。なお、この合金チップ３４は貴金属チッ
プ３３及び小径部３２ｃの主成分を含むため、その熱膨
張率は両者の中間の値を有している。また、貴金属チッ
プ３３は、上記発火部３３ａを構成する合金組成からな
る。さらに、小径部３２ｃと合金チップ３４（又は合金
チップ３４と貴金属チップ３３）との重ね合わせの際、
先端面３２ｄ（又は合金チップ３４の上面）に凹部を設
けてこの凹部に合金チップ３４（又は貴金属チップ３
３）の下面を載置しても良い。
を説明する。図２（ｂ）において、先端面３２ｄと円板
状又は円柱状の貴金属チップ３３（耐消耗性チップ）と
の間に、貴金属チップ３３の主成分と小径部３２ｃ（被
溶接部）の主成分とを含み、円板状又は円柱状を呈する
合金チップ３４を積層状に重ね合わせて重ね合せ組立体
Ａを形成する。なお、この合金チップ３４は貴金属チッ
プ３３及び小径部３２ｃの主成分を含むため、その熱膨
張率は両者の中間の値を有している。また、貴金属チッ
プ３３は、上記発火部３３ａを構成する合金組成からな
る。さらに、小径部３２ｃと合金チップ３４（又は合金
チップ３４と貴金属チップ３３）との重ね合わせの際、
先端面３２ｄ（又は合金チップ３４の上面）に凹部を設
けてこの凹部に合金チップ３４（又は貴金属チップ３
３）の下面を載置しても良い。
【００２７】図２（ｃ）に示すように、この重ね合せ組
立体Ａに対し、レーザー光源Ｌから発射されるＹＡＧ
（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）レーザー
ビームＬＢを、貴金属チップ３３と合金チップ３４との
境界位置に向けて略水平方向に間欠的に照射する。この
とき、中心電極３を所定方向に回転させてその照射面が
互いに重なる間隔で全周にわたって照射が行われる。こ
れによって、重ね合せ組立体Ａを構成する貴金属チップ
３３、合金チップ３４及び小径部３２ｃに跨る全周レー
ザー溶接部Ｂ（レーザー溶接部）が外周面に沿って形成
され、貴金属チップ３３は先端面３２ｄに固着される。
このとき全周レーザー溶接部Ｂでは、電極母材３２、貴
金属チップ３３及び合金チップ３４の各成分が溶融・凝
固した状態にある。
立体Ａに対し、レーザー光源Ｌから発射されるＹＡＧ
（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）レーザー
ビームＬＢを、貴金属チップ３３と合金チップ３４との
境界位置に向けて略水平方向に間欠的に照射する。この
とき、中心電極３を所定方向に回転させてその照射面が
互いに重なる間隔で全周にわたって照射が行われる。こ
れによって、重ね合せ組立体Ａを構成する貴金属チップ
３３、合金チップ３４及び小径部３２ｃに跨る全周レー
ザー溶接部Ｂ（レーザー溶接部）が外周面に沿って形成
され、貴金属チップ３３は先端面３２ｄに固着される。
このとき全周レーザー溶接部Ｂでは、電極母材３２、貴
金属チップ３３及び合金チップ３４の各成分が溶融・凝
固した状態にある。
【００２８】レーザービームＬＢに関して、照射方向
は、電極母材３２、貴金属チップ３３及び合金チップ３
４の形状等によっては、図２（ｃ）の斜め上方から斜め
下方へ向かうように設定しても良い。中心電極３の代わ
りにレーザー光源Ｌを回転させたり、レーザー光源Ｌと
中心電極３とを互いに逆方向に回転させたりすることも
可能である。さらに、レーザー光源Ｌを複数設けても差
し支えない。
は、電極母材３２、貴金属チップ３３及び合金チップ３
４の形状等によっては、図２（ｃ）の斜め上方から斜め
下方へ向かうように設定しても良い。中心電極３の代わ
りにレーザー光源Ｌを回転させたり、レーザー光源Ｌと
中心電極３とを互いに逆方向に回転させたりすることも
可能である。さらに、レーザー光源Ｌを複数設けても差
し支えない。
【００２９】貴金属チップ３３及び合金チップ３４は、
それぞれ所定の組成となるように各合金成分を配合・溶
解することにより得られる溶解合金を熱間圧延により板
状に加工し、その板材を熱間打抜き加工により所定のチ
ップ形状に打ち抜いて形成したものや、合金を熱間圧延
又は熱間鍛造により線状あるいはロッド状の素材に加工
した後、これを長さ方向に所定長に切断して形成したも
のを使用できる。また、貴金属チップ３３及び合金チッ
プ３４は、それぞれ所定の組成となるように各金属粉末
を配合して加熱し、粉末粒子を焼結させて、体積収縮を
伴って緻密化した材料を使用できる。
それぞれ所定の組成となるように各合金成分を配合・溶
解することにより得られる溶解合金を熱間圧延により板
状に加工し、その板材を熱間打抜き加工により所定のチ
ップ形状に打ち抜いて形成したものや、合金を熱間圧延
又は熱間鍛造により線状あるいはロッド状の素材に加工
した後、これを長さ方向に所定長に切断して形成したも
のを使用できる。また、貴金属チップ３３及び合金チッ
プ３４は、それぞれ所定の組成となるように各金属粉末
を配合して加熱し、粉末粒子を焼結させて、体積収縮を
伴って緻密化した材料を使用できる。
【００３０】特に、合金チップ３４は、電極母材３２及
び貴金属チップ３３の主成分原料を配合・溶解して形成
したものを使用したり、また、電極母材３２及び貴金属
チップ３３の主成分を含有する金属粉末を焼結したもの
を使用するとよい。合金チップの均質性が保たれるの
で、全周レーザー溶接部Ｂにおける熱膨張率の変化が相
対的に小さくなり、クラックＫの発生・成長の抑制に寄
与する。さらに合金チップ３４は、電極母材３２の主成
分を１０〜５０重量％含んでいるため、全周レーザー溶
接部Ｂと貴金属チップ３３又は電極母材３２との境界付
近における熱膨張率の変化がさらに小さくなり、クラッ
クＫの発生・成長を抑制できる。
び貴金属チップ３３の主成分原料を配合・溶解して形成
したものを使用したり、また、電極母材３２及び貴金属
チップ３３の主成分を含有する金属粉末を焼結したもの
を使用するとよい。合金チップの均質性が保たれるの
で、全周レーザー溶接部Ｂにおける熱膨張率の変化が相
対的に小さくなり、クラックＫの発生・成長の抑制に寄
与する。さらに合金チップ３４は、電極母材３２の主成
分を１０〜５０重量％含んでいるため、全周レーザー溶
接部Ｂと貴金属チップ３３又は電極母材３２との境界付
近における熱膨張率の変化がさらに小さくなり、クラッ
クＫの発生・成長を抑制できる。
【００３１】また、合金チップ３４は、溶接接合時に、
貴金属チップ３３及び／又は先端面３２ｄに固定されて
いる。レーザービームＬＢにより溶融した合金の凝固時
に合金チップ３４が位置ズレや偏心等を起こしやすく、
電極が傾いたり（偏心）、レーザービームＬＢの照射位
置にズレを生じて、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布が
変動する。そこで、レーザー溶接前に、合金チップ３４
を抵抗溶接等によって貴金属チップ３３及び／又は先端
面３２ｄに仮止めしたり、又はレーザー溶接時に、貴金
属チップ３３の先端面を押圧して、合金チップ３４を貴
金属チップ３３及び先端面３２ｄに保持固定したりする
ことによって、この成分分布の変動を極力抑えることが
できる。
貴金属チップ３３及び／又は先端面３２ｄに固定されて
いる。レーザービームＬＢにより溶融した合金の凝固時
に合金チップ３４が位置ズレや偏心等を起こしやすく、
電極が傾いたり（偏心）、レーザービームＬＢの照射位
置にズレを生じて、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布が
変動する。そこで、レーザー溶接前に、合金チップ３４
を抵抗溶接等によって貴金属チップ３３及び／又は先端
面３２ｄに仮止めしたり、又はレーザー溶接時に、貴金
属チップ３３の先端面を押圧して、合金チップ３４を貴
金属チップ３３及び先端面３２ｄに保持固定したりする
ことによって、この成分分布の変動を極力抑えることが
できる。
【００３２】さらに、溶接接合後の全周レーザー溶接部
Ｂに焼鈍処理を行っている。合金チップ３４、貴金属チ
ップ３３及び小径部３２ｃ（電極母材３２）の相互間の
境界付近は成分分布が不連続となり熱収縮率の違いによ
りクラックが発生する恐れがある。全周レーザー溶接部
Ｂに焼鈍処理を行うことで、この境界付近に拡散層を生
成させて、クラックの発生を抑制している。なお、焼鈍
処理条件としては、例えば溶接後、１０−５Ｔｏｒｒ以
下の真空中で、９５０±５０℃に２時間加熱したのち徐
冷する方法がある。
Ｂに焼鈍処理を行っている。合金チップ３４、貴金属チ
ップ３３及び小径部３２ｃ（電極母材３２）の相互間の
境界付近は成分分布が不連続となり熱収縮率の違いによ
りクラックが発生する恐れがある。全周レーザー溶接部
Ｂに焼鈍処理を行うことで、この境界付近に拡散層を生
成させて、クラックの発生を抑制している。なお、焼鈍
処理条件としては、例えば溶接後、１０−５Ｔｏｒｒ以
下の真空中で、９５０±５０℃に２時間加熱したのち徐
冷する方法がある。
【００３３】図３は、中心電極側発火部の溶接接合前の
正面図を示す。図において、各部の寸法は次の通りであ
る。貴金属チップ３３の外径をｄ１、合金チップ３４の
外径をｄ２、小径部３２ｃの外径をｄ３、大径部３２ａ
の外径をＤとしたとき、 ０．３≦ｄ１≦１．８ ［ｍｍ］ ｄ１≦ｄ２≦ｄ３≦ｄ１＋０．３ ［ｍｍ］ １．５≦Ｄ≦３ ［ｍｍ］ である。
正面図を示す。図において、各部の寸法は次の通りであ
る。貴金属チップ３３の外径をｄ１、合金チップ３４の
外径をｄ２、小径部３２ｃの外径をｄ３、大径部３２ａ
の外径をＤとしたとき、 ０．３≦ｄ１≦１．８ ［ｍｍ］ ｄ１≦ｄ２≦ｄ３≦ｄ１＋０．３ ［ｍｍ］ １．５≦Ｄ≦３ ［ｍｍ］ である。
【００３４】貴金属チップ３３の厚さをｌ１、合金チッ
プ３４の厚さをｌ２、小径部３２ｃの厚さをｌ３とした
とき、 ｌ１≦０．５ ［ｍｍ］ ０．１≦ｌ２≦０．４ ［ｍｍ］ ０≦ｌ３≦０．３ ［ｍｍ］ ０．１≦（ｌ２＋ｌ３）≦０．４ ［ｍｍ］ である。また、縮径部３２ｂの開先角θは、 θ≦１１０゜ である。
プ３４の厚さをｌ２、小径部３２ｃの厚さをｌ３とした
とき、 ｌ１≦０．５ ［ｍｍ］ ０．１≦ｌ２≦０．４ ［ｍｍ］ ０≦ｌ３≦０．３ ［ｍｍ］ ０．１≦（ｌ２＋ｌ３）≦０．４ ［ｍｍ］ である。また、縮径部３２ｂの開先角θは、 θ≦１１０゜ である。
【００３５】図４は、中心電極側発火部の縦半断面図を
示し、貴金属チップ３３と先端面３２ｄとの間に、この
両者の主成分を含む合金チップ３４を積層状に重ね合わ
せ、これら三層に跨る全周レーザー溶接部Ｂが、外周面
に沿って形成されている。その結果、スパークプラグ個
体間で、レーザービームＬＢの照射位置が電極軸線方向
にずれた（ばらついた）場合でも、全周レーザー溶接部
Ｂの電極軸線方向（溶接ビード幅方向）における成分分
布の変動幅が相対的に小さく抑えられる。これに伴い、
全周レーザー溶接部Ｂと貴金属チップ３３又は電極母材
３２との境界付近における熱膨張率の変化は相対的に小
さくなり、クラックＫの発生・成長を抑制できる。
示し、貴金属チップ３３と先端面３２ｄとの間に、この
両者の主成分を含む合金チップ３４を積層状に重ね合わ
せ、これら三層に跨る全周レーザー溶接部Ｂが、外周面
に沿って形成されている。その結果、スパークプラグ個
体間で、レーザービームＬＢの照射位置が電極軸線方向
にずれた（ばらついた）場合でも、全周レーザー溶接部
Ｂの電極軸線方向（溶接ビード幅方向）における成分分
布の変動幅が相対的に小さく抑えられる。これに伴い、
全周レーザー溶接部Ｂと貴金属チップ３３又は電極母材
３２との境界付近における熱膨張率の変化は相対的に小
さくなり、クラックＫの発生・成長を抑制できる。
【００３６】また、図３との対比から明らかなように、
この実施例の重ね合せ組立体Ａには、少なくともその径
方向中央部に未溶接領域が存在するとともに、貴金属チ
ップ３３、合金チップ３４及び小径部３２ｃは溶接接合
後もそれぞれ一部が残存している。仮に、全周レーザー
溶接部Ｂが重ね合せ組立体Ａの中心にまで達し、合金チ
ップ３４をすべて溶融して径方向中央部に未溶接領域を
残さないときは、全周レーザー溶接部Ｂのビードの幅や
深さが大きくなるので強固な溶着力が得られる。しかし
一方で、レーザー光源Ｌには多量の熱量（エネルギー）
を要し、また、貴金属チップ３３や合金チップ３４に比
べて熱変化を起こし易い電極母材３２や芯体３１がこの
熱を吸収し過ぎてブローホールやクラックが発生し易く
なる。そこで、溶接に要する熱量を抑えつつ、電極母材
３２や芯体３１へ悪影響を及ぼさないよう配慮して、重
ね合せ組立体Ａの少なくとも径方向中央部に未溶接領域
を残すようにしている。重ね合せ組立体Ａの未溶接領域
においては、貴金属チップ３３、合金チップ３４及び小
径部３２ｃ（電極母材３２）の残存部分は溶接による影
響を全く受けていないか少なくともほとんど受けていな
いので、溶接接合前の成分分布をほぼそのままの状態で
保っていると考えられる。
この実施例の重ね合せ組立体Ａには、少なくともその径
方向中央部に未溶接領域が存在するとともに、貴金属チ
ップ３３、合金チップ３４及び小径部３２ｃは溶接接合
後もそれぞれ一部が残存している。仮に、全周レーザー
溶接部Ｂが重ね合せ組立体Ａの中心にまで達し、合金チ
ップ３４をすべて溶融して径方向中央部に未溶接領域を
残さないときは、全周レーザー溶接部Ｂのビードの幅や
深さが大きくなるので強固な溶着力が得られる。しかし
一方で、レーザー光源Ｌには多量の熱量（エネルギー）
を要し、また、貴金属チップ３３や合金チップ３４に比
べて熱変化を起こし易い電極母材３２や芯体３１がこの
熱を吸収し過ぎてブローホールやクラックが発生し易く
なる。そこで、溶接に要する熱量を抑えつつ、電極母材
３２や芯体３１へ悪影響を及ぼさないよう配慮して、重
ね合せ組立体Ａの少なくとも径方向中央部に未溶接領域
を残すようにしている。重ね合せ組立体Ａの未溶接領域
においては、貴金属チップ３３、合金チップ３４及び小
径部３２ｃ（電極母材３２）の残存部分は溶接による影
響を全く受けていないか少なくともほとんど受けていな
いので、溶接接合前の成分分布をほぼそのままの状態で
保っていると考えられる。
【００３７】図５は、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布
を表し、図５（ａ）の従来例の場合にはレーザービーム
ＬＢの照射位置ａが電極軸線方向のｂ又はｃに僅かにず
れただけで、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布は電極軸
線方向に相対的に大きく変動する。しかし、図５（ｂ）
の本実施例の場合にはレーザービームＬＢの照射位置ａ
が電極軸線方向のｂ又はｃに多少ずれても、全周レーザ
ー溶接部Ｂの成分分布の変動幅は相対的に小さい。貴金
属チップ３３は、電極母材３２（本実施例ではＮｉ又は
Ｆｅを主成分とする）に比べて一般に融点が高く溶けに
くいため、全周レーザー溶接部Ｂの合金層は溶融・凝固
の際混ざりにくく成分分布に変動を生じ易い。ここで
は、合金チップ３４を両者の間に挟み、かつ、貴金属チ
ップ３３と合金チップ３４との境界位置にレーザービー
ムＬＢを照射することで、合金チップ３４を媒介として
貴金属チップ３３が溶け易くしかも電極母材３２と混ざ
り易くなって、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布の変動
幅は相対的に小さくなると考えられる。
を表し、図５（ａ）の従来例の場合にはレーザービーム
ＬＢの照射位置ａが電極軸線方向のｂ又はｃに僅かにず
れただけで、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布は電極軸
線方向に相対的に大きく変動する。しかし、図５（ｂ）
の本実施例の場合にはレーザービームＬＢの照射位置ａ
が電極軸線方向のｂ又はｃに多少ずれても、全周レーザ
ー溶接部Ｂの成分分布の変動幅は相対的に小さい。貴金
属チップ３３は、電極母材３２（本実施例ではＮｉ又は
Ｆｅを主成分とする）に比べて一般に融点が高く溶けに
くいため、全周レーザー溶接部Ｂの合金層は溶融・凝固
の際混ざりにくく成分分布に変動を生じ易い。ここで
は、合金チップ３４を両者の間に挟み、かつ、貴金属チ
ップ３３と合金チップ３４との境界位置にレーザービー
ムＬＢを照射することで、合金チップ３４を媒介として
貴金属チップ３３が溶け易くしかも電極母材３２と混ざ
り易くなって、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布の変動
幅は相対的に小さくなると考えられる。
【００３８】そして、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布
の変動幅が相対的に小さくなるとクラックＫの発生・成
長が抑制されることを冷熱サイクルの繰り返し耐久試験
により確認した。図１のスパークプラグの中心電極側発
火部３３ａを９５０±２０℃に二分間加熱し、その後一
分間徐冷する。この冷熱サイクルを１，０００回繰り返
し、クラックの進展率を測定した。なお、クラックの進
展率は、図４において、全周レーザー溶接部Ｂの上端か
ら貴金属チップ３３の下端までの軸線方向の距離をｔ、
クラックＫの軸線方向の高さをｔ０としたとき、ｔ０／
ｔで表される。
の変動幅が相対的に小さくなるとクラックＫの発生・成
長が抑制されることを冷熱サイクルの繰り返し耐久試験
により確認した。図１のスパークプラグの中心電極側発
火部３３ａを９５０±２０℃に二分間加熱し、その後一
分間徐冷する。この冷熱サイクルを１，０００回繰り返
し、クラックの進展率を測定した。なお、クラックの進
展率は、図４において、全周レーザー溶接部Ｂの上端か
ら貴金属チップ３３の下端までの軸線方向の距離をｔ、
クラックＫの軸線方向の高さをｔ０としたとき、ｔ０／
ｔで表される。
【００３９】図６において、合金チップ３４を用いない
とき１００％近い値を示したクラック進展率は、合金チ
ップ３４を貴金属チップ３３と小径部３２ｃとの間に挟
み、かつ、貴金属チップ３３と合金チップ３４との境界
位置にレーザービームＬＢを照射することで、半分以下
に減少した。全周レーザー溶接部Ｂの成分分布の変動幅
が相対的に小さくなって、クラックＫの発生・成長が抑
制されたと考えられる。クラック進展率は、溶接接合後
の全周レーザー溶接部Ｂに焼鈍処理を行うことでさらに
低下した。焼鈍処理により、合金チップ３４、貴金属チ
ップ３３及び小径部３２ｃ（電極母材３２）の相互間の
境界付近に拡散層が生成され、クラックＫの発生・成長
がさらに抑制されると考えられる。
とき１００％近い値を示したクラック進展率は、合金チ
ップ３４を貴金属チップ３３と小径部３２ｃとの間に挟
み、かつ、貴金属チップ３３と合金チップ３４との境界
位置にレーザービームＬＢを照射することで、半分以下
に減少した。全周レーザー溶接部Ｂの成分分布の変動幅
が相対的に小さくなって、クラックＫの発生・成長が抑
制されたと考えられる。クラック進展率は、溶接接合後
の全周レーザー溶接部Ｂに焼鈍処理を行うことでさらに
低下した。焼鈍処理により、合金チップ３４、貴金属チ
ップ３３及び小径部３２ｃ（電極母材３２）の相互間の
境界付近に拡散層が生成され、クラックＫの発生・成長
がさらに抑制されると考えられる。
【００４０】以上の実施例において、合金チップ３４は
１個（１層）のみ用いたが、複数個（複層）としても良
い。その際、合金チップ３４各層の成分組成に段階的な
差を設けておけば、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布の
変動幅が一層小さくなることが期待できる。また、本発
明は中心電極３と共に、または、中心電極３に代えて、
接地電極４にも適用できる。なお、貴金属チップ３３の
被溶接部は、小径部３２ｃに限定されない。小径部３２
ｃを設けないとき、貴金属チップ３３の被溶接部は縮径
部３２ｂとなる。
１個（１層）のみ用いたが、複数個（複層）としても良
い。その際、合金チップ３４各層の成分組成に段階的な
差を設けておけば、全周レーザー溶接部Ｂの成分分布の
変動幅が一層小さくなることが期待できる。また、本発
明は中心電極３と共に、または、中心電極３に代えて、
接地電極４にも適用できる。なお、貴金属チップ３３の
被溶接部は、小径部３２ｃに限定されない。小径部３２
ｃを設けないとき、貴金属チップ３３の被溶接部は縮径
部３２ｂとなる。
【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す縦断
面図及びその要部拡大図。
面図及びその要部拡大図。
【図２】図１のスパークプラグの中心電極側発火部の製
造工程説明図。
造工程説明図。
【図３】中心電極側発火部の溶接接合前の正面図。
【図４】中心電極側発火部の縦半断面図。
【図５】全周レーザー溶接部の成分分布を表す概念説明
図。
図。
【図６】クラック進展率の変化を表す説明図。
【図７】中心電極側発火部の従来の製造工程を示す説明
図。
図。
３ 中心電極 ３１ 芯体 ３２ 電極母材 ３２ａ 大径部 ３２ｂ 縮径部 ３２ｃ 小径部（被溶接部） ３２ｄ 先端面 ３３ 貴金属チップ（耐火花消耗性金属チップ；耐消
耗性チップ） ３３ａ 貴金属発火部（耐火花消耗性金属発火部；発火
部） ３４ 合金チップ ４ 接地電極 Ａ 重ね合せ組立体 Ｂ 全周レーザー溶接部（レーザー溶接部） Ｌ レーザー光源 ＬＢ レーザービーム ｇ 火花放電ギャップ
耗性チップ） ３３ａ 貴金属発火部（耐火花消耗性金属発火部；発火
部） ３４ 合金チップ ４ 接地電極 Ａ 重ね合せ組立体 Ｂ 全周レーザー溶接部（レーザー溶接部） Ｌ レーザー光源 ＬＢ レーザービーム ｇ 火花放電ギャップ
Claims (7)
- 【請求項１】 中心電極と、その中心電極の先端面に自
身の側面が対向して火花放電ギャップを形成するように
配置された接地電極とを備え、前記火花放電ギャップに
対応する位置においてそれら中心電極と接地電極との少
なくとも一方は、その電極母材に、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔ，
Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ｗ，Ｏｓ，Ｍｏ，Ａｕのうちの少な
くとも１種を主成分とする耐火花消耗性金属チップ（以
下、耐消耗性チップという）をレーザー溶接によって接
合することにより耐火花消耗性金属発火部が形成された
スパークプラグの製造方法であって、 前記電極母材の、少なくとも前記耐消耗性チップの被溶
接部を耐熱合金にて構成し、 前記耐消耗性チップと前記被溶接部との間に、前記耐消
耗性チップと前記被溶接部との中間の熱膨張率をもつ合
金チップを積層状に重ね合わせて、 前記耐消耗性チップ、前記合金チップ及び前記被溶接部
に跨るレーザー溶接部を外周面に沿って形成することに
より、前記耐消耗性チップを前記被溶接部に固着するこ
とを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - 【請求項２】 前記合金チップは、溶接接合時に、前記
被溶接部及び／又は前記耐消耗性チップに固定されてい
る請求項１記載のスパークプラグの製造方法。 - 【請求項３】 前記合金チップは、前記被溶接部の主成
分を１０〜５０重量％含む請求項１又は２に記載のスパ
ークプラグの製造方法。 - 【請求項４】 前記合金チップは、前記耐消耗性チップ
及び前記被溶接部の主成分原料を配合・溶解して形成し
たものが使用される請求項１ないし３のいずれかに記載
のスパークプラグの製造方法。 - 【請求項５】 前記合金チップは、前記耐消耗性チップ
及び前記被溶接部の主成分を含有する金属粉末を焼結し
たものが使用される請求項１ないし３のいずれかに記載
のスパークプラグの製造方法。 - 【請求項６】 溶接接合後の前記レーザー溶接部に焼鈍
処理が行われる請求項１ないし５のいずれかに記載のス
パークプラグの製造方法。 - 【請求項７】 中心電極と、その中心電極の先端面に自
身の側面が対向して火花放電ギャップを形成するように
配置された接地電極とを備え、前記火花放電ギャップに
対応する位置においてそれら中心電極と接地電極との少
なくとも一方は、その電極母材に、耐消耗性チップをレ
ーザー溶接によって接合することにより耐火花消耗性金
属発火部が形成されたスパークプラグであって、 前記電極母材の、少なくとも前記耐消耗性チップの被溶
接部を耐熱合金にて構成し、 前記耐消耗性チップと前記被溶接部との間に、前記耐消
耗性チップと前記被溶接部との中間の熱膨張率をもつ合
金チップが積層状に重ね合わされ、 前記耐消耗性チップ、前記合金チップ及び前記被溶接部
に跨るレーザー溶接部が外周面に沿って形成されている
ことを特徴とするスパークプラグ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23469299A JP4316060B2 (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | スパークプラグの製造方法及びスパークプラグ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23469299A JP4316060B2 (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | スパークプラグの製造方法及びスパークプラグ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001060488A true JP2001060488A (ja) | 2001-03-06 |
| JP4316060B2 JP4316060B2 (ja) | 2009-08-19 |
Family
ID=16974934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23469299A Expired - Fee Related JP4316060B2 (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | スパークプラグの製造方法及びスパークプラグ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4316060B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2368035A (en) * | 2000-08-02 | 2002-04-24 | Denso Corp | A spark plug produced using laser welding |
| WO2005050803A1 (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-02 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | スパークプラグの製造方法 |
| JP2005203110A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグの製造方法およびスパークプラグ |
| JP2008294006A (ja) * | 2008-09-08 | 2008-12-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2009516898A (ja) * | 2005-11-18 | 2009-04-23 | フェデラル−モーグル コーポレイション | 多層点火先端部を有するスパークプラグ |
| WO2009063976A1 (ja) * | 2007-11-15 | 2009-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | スパークプラグ |
| JP2009158343A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| WO2011030503A1 (ja) * | 2009-09-11 | 2011-03-17 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| WO2011101939A1 (ja) * | 2010-02-18 | 2011-08-25 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
-
1999
- 1999-08-20 JP JP23469299A patent/JP4316060B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2368035B (en) * | 2000-08-02 | 2004-05-19 | Denso Corp | A spark plug and a method of producing the same |
| US6819031B2 (en) | 2000-08-02 | 2004-11-16 | Denso Corporation | Spark plug and a method of producing the same |
| GB2368035A (en) * | 2000-08-02 | 2002-04-24 | Denso Corp | A spark plug produced using laser welding |
| US7666047B2 (en) | 2003-11-21 | 2010-02-23 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method for securing a metal noble tip to an electrode of a spark plug using a resistance and laser welding process |
| WO2005050803A1 (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-02 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | スパークプラグの製造方法 |
| EP1686666A4 (en) * | 2003-11-21 | 2013-03-06 | Ngk Spark Plug Co | SPARK-PROCESS |
| EP1686666A1 (en) * | 2003-11-21 | 2006-08-02 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug manufacturing method |
| JP2005203110A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグの製造方法およびスパークプラグ |
| JP4680513B2 (ja) * | 2004-01-13 | 2011-05-11 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグの製造方法およびスパークプラグ |
| JP2009516898A (ja) * | 2005-11-18 | 2009-04-23 | フェデラル−モーグル コーポレイション | 多層点火先端部を有するスパークプラグ |
| WO2009063976A1 (ja) * | 2007-11-15 | 2009-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | スパークプラグ |
| EP2211433A1 (en) * | 2007-11-15 | 2010-07-28 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug |
| KR101486108B1 (ko) | 2007-11-15 | 2015-01-23 | 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 | 스파크 플러그 |
| EP2211433A4 (en) * | 2007-11-15 | 2014-06-18 | Ngk Spark Plug Co | IGNITION CANDLE |
| JP5113161B2 (ja) * | 2007-11-15 | 2013-01-09 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| US8378560B2 (en) | 2007-11-15 | 2013-02-19 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug |
| JP2009158343A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2008294006A (ja) * | 2008-09-08 | 2008-12-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP4714249B2 (ja) * | 2008-09-08 | 2011-06-29 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| WO2011030503A1 (ja) * | 2009-09-11 | 2011-03-17 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| CN102576986A (zh) * | 2009-09-11 | 2012-07-11 | 日本特殊陶业株式会社 | 火花塞 |
| US8736154B2 (en) | 2009-09-11 | 2014-05-27 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug |
| JP2011060616A (ja) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| CN102742102A (zh) * | 2010-02-18 | 2012-10-17 | 日本特殊陶业株式会社 | 火花塞 |
| WO2011101939A1 (ja) * | 2010-02-18 | 2011-08-25 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| US8841826B2 (en) | 2010-02-18 | 2014-09-23 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug |
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