JP2853110B2 - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、中心電極の先端に貴
金属など耐火花消耗性に優れる電極部材を接合したスパ
ークプラグの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スパークプラグの中心電極にはニッケル
（Ｎｉ）を主体とする耐食、耐熱金属からなる母材に銅
（Ｃｕ）など良熱伝導性金属の芯を埋設した複合材が用
いられ、火花消耗を低減させ耐久性をさらに向上させる
目的で、先端に貴金属製電極部材を溶接する。その製造
方法としては、熱および圧力を加える抵抗溶接で、中心
電極の母材の先端に貴金属製電極部材を溶接したのち、
母材先端部を径小に切削加工を施したスパークプラグの
製造方法が提案されている（特公昭５９−２１５２号公
報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、貴金属製電極
部材を中心電極に抵抗溶接すると抵抗溶接時の加熱、加
圧によって貴金属部材はそのエッジ部が丸みを帯びるよ
うに変形しながら母材に埋設されてしまう。その後放電
電圧の低減および着火性の向上を目的として中心電極の
先端部を切削加工すると貴金属部材までも切削してしま
う場合があり、高価な貴金属を有効に利用することがで
きなかった。また、埋設した貴金属部材のエッジ部は丸
みを帯びているため、スパークプラグの使用によって母
材のＮｉ部が消耗すると僅かの使用時間、あるいは走行
時間で貴金属部材の先端部が露出し、放電電圧の上昇が
顕著となった。この発明が解決しようとする課題は、以
下のものである。 １）中心電極の先端に貴金属製電極部材をレーザーで溶
接することによって、円板状電極部材の座屈変形がなく
形状が整い、放電電圧特性が低く安定したスパークプラ
グの製造方法の提供。 ２）レーザー溶接時における円板状電極部材の飛散、浮
き上がり、および中心電極の径小直棒部の変形を確実に
防止できるスパークプラグの製造方法の提供。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載のスパークプラグの製造方法は、Ｎｉ合金からなる中
心電極が、放電側端部にその胴部より径の小さい径小部
を有し、該径小部に耐火花消耗性に優れる直径Ｄ、厚さ
Ｔの円板状電極部材を接合してなるスパークプラグの製
造方法において、（あ）前記中心電極の放電側先端面
に、前記円板状電極部材より直径の大きい直径Ａを有
し、深さの浅い深さＢの孔部を形成する第一工程と、
（い）前記孔部の直径より大きく、かつ前記中心電極の
胴部より直径の小さい直径ｄ、長さＬの径小直棒部と、
該径小直棒部と前記胴部とを連結する円錐部とを形成す
る第二工程と、（う）前記孔部に前記円板状電極部材の
底部を嵌め込み、前記放電側先端面に前記円板状電極部
材が覆うように載置する第三工程と、（え）前記円板状
電極部材を前記中心電極の長手軸方向に荷重６００〜２
５００ｇｒで押圧し、かつ前記中心電極を回転しなが
ら、前記孔部の底面に対し水平方向から、前記孔部の外
周壁側面にレーザービームを照射し、前記外周壁のほぼ
全周若しくは全周にわたり溶解凝固合金部を形成して、
前記円板状電極部材を前記中心電極に接合する第四工程
からなり、０．５ｍｍ≦Ｄ≦１．５ｍｍ、０．３ｍｍ≦
Ｔ≦０．６ｍｍ、０．０１ｍｍ≦（Ａ−Ｄ）≦０．１ｍ
ｍ、０．０５ｍｍ≦Ｂ≦０．２ｍｍ、０．０５ｍｍ≦
（ｄ−Ａ）／２≦０．２ｍｍ、０．２ｍｍ≦Ｌ≦０．５
ｍｍに設定したことを特徴とする。

【０００５】この発明の請求項２に記載のスパークプラ
グの製造方法は、前述した請求項１に記載の第一工程と
第二工程の順序を入れ換えたことを特徴とする。

【０００６】この発明の請求項３に記載のスパークプラ
グの製造方法は、前述した請求項１または請求項２に記
載の円板状電極部材が貴金属からなることを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】請求項１および請求項２に記載のスパークプラ
グの製造方法によって、予め成形された中心電極の径小
直棒部の先端に円板状電極部材をレーザービームにより
溶接することで、溶接時の円板状電極部材の変形を抑え
安定した形状のスパークプラグの中心電極を得ることが
できる。また、中心電極の径小直棒部の放電側先端面に
母材と円板状電極部材のズレを規制するためのガイド用
孔部を設けることで、レーザー溶接後の中心電極の形状
が安定する。また、孔部に円板状電極部材を嵌め込み、
Ｎｉ合金からなるガイド用孔部の外周壁を通してレーザ
ービームを照射することにより、レーザー光の吸収率の
異なる構成部材（たとえば反射率の高い円板状電極部材
と吸収率の良いＮｉ製母材）の溶接時に生じやすいブロ
ーホールや溶け込み深さのばらつきが緩和され、安定し
たレーザー溶接を行うことができる。

【０００８】さらに、円板状電極部材を最適荷重で軸方
向に押圧することによって、レーザー溶接時の円板状電
極部材の飛散、浮き上がり、および径小直棒部の変形を
防止することができる。

【０００９】また、請求項１に記載のスパークプラグの
製造方法では、円板状電極部材の形状、中心電極の径小
直棒部の形状、円板状電極部材と径小直棒部との溶接部
分の寸法および孔部の形状を規定しているため、中心電
極と円板状電極部材との接合が強固で、中心電極の変形
が起こりにくく、かつ溶接部分にブローホールや溶け込
みの深さのばらつきが少ないレーザー溶接を行うことが
できる。

【００１０】請求項３に記載の発明では、円板状電極部
材が耐熱、耐腐食性の高い貴金属で形成されているため
に、長期間に渡って、スパークプラグの中心電極の火花
放電による消耗を抑制し、しいては長寿命のスパークプ
ラグを得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下に図１において本発明の製造方法につい
て説明する。図１の（イ）に示す第一工程では、中心電
極１は、シリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム
（Ｃｒ）を含むＮｉ合金、あるいはＣｒ、鉄（Ｆｅ）を
含むインコネル６００等のＮｉ合金からなる円板状母材
１１に良熱伝導金属である銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）など
の芯材１２を塑性加工により一体成形化する工程の中
で、鍔部１３を成形する時に、放電側先端面１４をプレ
スするプレスピン（図示せず）に凸部を設けてプレス加
工により孔部１５を設けた。

【００１２】図１の（ロ）に示すように第二工程は、切
削加工により放電側先端面に径小直棒部１Ａと円錐部１
Ｂとを設ける工程で、径小直棒部１Ａの直径は第一工程
で成形した孔部１５の径より大きいことが必須であり、
かつ中心電極１の胴部１７の径よりも径小であり、円錐
部１Ｂは、径小直棒部１Ａと胴部１７とを連結するため
の連結部である。

【００１３】第三工程では、孔部１５に円板状電極部材
２を嵌め込む工程で、図１の（ハ）に示すように円板状
電極部材２の底部２１を孔部１５に嵌め込み、中心電極
１の放電側先端面を円板状電極部材２で覆うよう載置す
る。このように、中心電極１は、母材１１と、芯材１２
と、先端の径小直棒部１Ａの孔部１５に載置された円板
状電極部材２とからなり、円板状電極部材２は薄い円板
状で、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）、Ｉｒに稀土類酸化物を添加したもの、またはＰｔ
−Ｉｒ合金材などからなる。

【００１４】図１の（ニ）に示すように第四工程は円板
状電極部材２を押さえ治具４で押さえながらレーザー溶
接する工程で、円板状電極部材２の溶接は一発の熱量が
２．０Ｊの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を孔部１５の底面１８に対
し水平方向から、孔部１５の外周壁１６の側面に間欠的
に照射する。このとき、中心電極１を回転させることに
より、レーザービームＬＢは、孔部１５の外周壁１６の
ほぼ全周若しくは全周に渡って、その照射面Ｌ１が互い
に重なる間隔で複数回照射される。この溶接によって、
照射面Ｌ１には母材１１の成分と円板状電極部材２の成
分の溶け合った溶融凝固合金部３が生成される。なお、
溶融凝固合金部３は外周壁１６のほぼ全周もしくは全周
に渡って形成される。

【００１５】このレーザー溶接では、Ｎｉ製母材１１の
レーザー光吸収率が高く、貴金属では低いために、異な
る部材を同時期に均等に溶融させることが難しい。しか
し、この円板状電極部材２の溶接は、Ｎｉ製の母材１１
からなる外周壁１６を通じてレーザービームＬＢで溶接
されるために、両部材の性質の違いから起こるブローホ
ールの発生や、溶け込み深さのばらつきを抑えることが
できる。

【００１６】また、このレーザー溶接によって作られた
溶融凝固合金部３は、母材１１の成分と円板状電極部材
２の成分とが溶け合っているために、線膨張率など両者
の中間の物理特性を持っている。このため、溶融凝固合
金部３を有するスパークプラグは、母材１１と円板状電
極部材２の熱膨張の差を原因とする剥離などが発生しに
くい特徴を持つ。

【００１７】この第四工程のレーザー溶接時には、図２
の（ロ）に示すように円板状電極部材２の先端面２２が
中心電極１の径小直棒部１Ａの延びにより長手方向に幾
分変形するが、押さえ治具４により１ｋｇの荷重を加え
ると、図２の（イ）に示したように変形を抑え、かつレ
ーザー溶接中に円板状電極部材２が孔部１５内で移動し
ないように固定することができる。

【００１８】図３に押さえ荷重と円板状電極部材２の長
手方向の変形量との関係のグラフを示す。グラフから分
かるように、押さえ荷重が５００ｇ以下であるとやや変
形量が認められ、押さえ荷重が３０００ｇ以上である
と、荷重が大きすぎて押さえ治具４の圧痕が円板状電極
部材２の先端面２２に残ってしまう。このため、好まし
くは、６００〜２５００ｇｒが良い。また、円板状電極
部材２を６００〜２５００ｇｒの荷重で押圧している
と、最初のレーザー溶接時において、熱歪みにより円板
状電極部材２が変形して、レーザー溶接部分に対して未
溶接部分が浮き上がる不具合を確実に防止できる。この
結果、円板状電極部材２は円周上の全域に沿って良好に
レーザー溶接することができる。

【００１９】図４に示したように、円板状電極部材の直
径をＤ、厚さをＴとし、かつ孔部の直径をＡ、孔部の深
さをＢ、径小直棒部の直径をｄ、径小直棒部の長さをＬ
としたとき、 ０．５ｍｍ≦Ｄ≦１．５ｍｍ、０．３ｍｍ≦Ｔ≦０．６ｍｍ、 ０．０１ｍｍ≦（Ａ−Ｄ）≦０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ≦Ｂ≦０．２ｍｍ、 ０．０５ｍｍ≦（ｄ−Ａ）／２≦０．２ｍｍ、０．２ｍｍ≦Ｌ≦０．５ｍｍ である。

【００２０】図５は、２０００ｃｃ、６気筒ガソリンエ
ンジン、５０００ｒｐｍ全開で３００時間の耐久試験を
行ったときの火花放電ギャップ増加量の変化を示す。こ
のグラフから分かるように、円板状電極部材２の直径Ｄ
が０．５ｍｍよりも小さいと火花放電が集中して、ギャ
ップ増加量が急激に高くなってしまう。つまり円板状電
極部材２の直径Ｄは、小さい程飛火し易く放電電圧は低
下するが、一方火花放電の集中が顕著となり、電極消耗
が早く進んでしまうこととなる。また、直径Ｄが１．５
ｍｍを過ぎると、ギャップ増加量はほとんど変化がない
が、火花放電面が大きくなることによって着火性が低下
してしまう。そのうえ、高価な貴金属部材の使用量が増
えコスト高となる。

【００２１】円板状電極部材２の厚さＴが０．３ｍｍよ
りも薄い場合の中心電極１の製造後の断面部を図６に示
す。このように、円板状電極部材２の厚さＴが０．３ｍ
ｍよりも薄いと、レーザービームＬＢの照射時に円板状
電極部材２の先端面２２のエッジ部２３までが溶融して
丸みを帯びてしまい、放電電圧が高くなってしまうた
め、厚さＴは０．３ｍｍ以上であることが必要である。
また、円板状電極部材２の厚さＴを０．６ｍｍより厚く
すると貴金属使用量が増し、コスト高となるため厚さＴ
は０．６ｍｍ以下であることが必要である。

【００２２】前記孔部１５の直径Ａの大きさは、０．８
５ｍｍ、深さＢが０．１５ｍｍで、後述する円板状電極
部材２の直径Ｄより０．０１ｍｍ以上大きいものがよ
い。この時、０．０１ｍｍより小さいと円板状電極部材
２が孔部１５に安定して挿入されないし、０．１ｍｍよ
り大きいと円板状電極部材２が先端面１４の軸芯からズ
レが生じ易く、円板状電極部材２の先端面１４の位置決
めのためのガイドとしての役割が果たせない。このた
め、孔部１５は円板状電極電極２の直径よりも０．０５
〜０．０７ｍｍ程度大きいことが望ましい。

【００２３】また、孔部１５の深さＢは浅すぎると、孔
部１５に嵌め込まれる円板状電極部材２の位置ズレが生
じ易く、位置決め用ガイドとしての役割を果たせない。
また孔部１５の深さＢが深すぎるとプレスピンの寿命が
早くなる。このため、孔部１５の深さＢは０．０５ｍｍ
から０．２ｍｍ、望ましくは０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍ
がよい。

【００２４】外周壁１６の厚さに相当する寸法（ｄ−
Ａ）／２は、０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下必要で
あり、０．０５ｍｍより薄いと強度不足となって孔部１
５が変形し易くなり量産性が保たれない。また、０．２
ｍｍより厚いと母材１１と円板状電極部材２とのレーザ
ービームＬＢによる溶解では、円板状電極部材２までの
充分な溶け込み深さが得られにくく、溶け込み深さ自身
のばらつきも大きくなる。

【００２５】中心電極１の径小直棒部１Ａの長さＬを
０．２ｍｍ以上としているのは、円板状電極部材２と母
材１１とを溶接する際に、径小直棒部１Ａが短いと外周
壁１６へのレーザー溶接時の熱が、母材１１から芯１２
を通じて熱引きされてしまい、円板状電極部材２の溶融
不足になり、溶融凝固合金部３での母材１１の成分と円
板状電極部材２の成分の均一な溶け込みが期待できなく
なってしまうからである。また、径小直棒部１Ａの長さ
Ｌを０．５ｍｍ以下としているのは、０．５ｍｍよりも
長くすると、円板状電極部材２と比べて熱による変化の
起こりやすい母材１１は、レーザービームＬＢの熱を吸
収しすぎて、溶融凝固合金部３でブローホールやクラッ
クが発生し易くなるためである。

【００２６】なお、この発明の円板状電極部材２には、
Ｎｉ合金製の母材１１より耐火花消耗性の優れた材料と
して、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒなどを用いたが、ルテニウム
（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）などの
合金を使用しても良い。

【００２７】また、この実施例では、第一工程で、中心
電極１の放電側先端面１４に孔部１５を設けた後、第二
工程で、中心電極１に径小直棒部１Ａおよび円錐部１Ｂ
を切削加工した。しかし、第一工程で径小直棒部１Ａお
よび円錐部１Ｂを切削加工し、第二工程で放電側先端面
１４に孔部１５を設けても良い。そして、孔部１５や径
小直棒部１Ａ、円錐部１Ｂを同時に切削加工することに
よって形成し、第一工程と第二工程とを一つの工程とし
ても良い。

【００２８】

【発明の効果】この発明のスパークプラグの製造方法で
は、中心電極と円板状電極部材とをレーザー溶接のみで
接合しているために、円板状電極部材の座屈変形のな
い、形状の整ったスパークプラグの中心電極を得ること
ができる。更に、孔部を設けることで電極部材と中心電
極との溶接時に発生する位置ズレを抑制し、また、レー
ザービームＬＢの入熱をＮｉからなる外周壁を通して行
うことで溶融凝固合金部でのブローホールを抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のスパークプラグの製造方法を示す図
である。

【図２】この発明のスパークプラグの中心電極先端断面
図と、押さえを用いずに溶接した場合の中心電極先端断
面図である。

【図３】レーザー溶接時の電極先端の押さえ荷重の電極
の変形量との関係を示すグラフである。

【図４】この発明のスパークプラグの製造方法による溶
接前の電極先端の断面図である。

【図５】この発明のスパークプラグの電極部材の直径と
火花放電ギャップの増加量との関係を示すグラフであ
る。

【図６】薄い電極部材で製造した時のスパークプラグの
中心電極先端断面図である。

【符号の説明】 １ 中心電極 ２ 円板状電極部材 ３ 溶融凝固合金部 ４ 押さえ治具 １４ 放電側先端面 １５ 孔部 １６ 外周壁 １７ 中心電極の胴部 １８ 孔部の底面 ２１ 円板状電極部材の底部 １Ａ 径小直棒部 １Ｂ 円錐部 ＬＢ レーザービーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 和也 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特 殊陶業株式会社内 (72)発明者 無笹 守 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特 殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−191281（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−176978（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−257193（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−163976（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−159886（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニッケル合金からなる中心電極が、放電
   側端部にその胴部より径の小さい径小部を有し、該径小
   部に耐火花消耗性に優れる直径Ｄ、厚さＴの円板状電極
   部材を接合してなるスパークプラグの製造方法におい
   て、 （あ）前記中心電極の放電側先端面に、前記円板状電極
   部材より直径の大きい直径Ａを有し、深さの浅い深さＢ
   の孔部を形成する第一工程と、 （い）前記孔部の直径より大きく、かつ前記中心電極の
   胴部より直径の小さい直径ｄ、長さＬの径小直棒部と、
   該径小直棒部と前記胴部とを連結する円錐部とを形成す
   る第二工程と、 （う）前記孔部に前記円板状電極部材の底部を嵌め込
   み、前記放電側先端面に前記円板状電極部材が覆うよう
   に載置する第三工程と、 （え）前記円板状電極部材を前記中心電極の長手軸方向
   に荷重６００〜２５００ｇｒで押圧し、かつ前記中心電
   極を回転しながら、前記孔部の底面に対し水平方向か
   ら、前記孔部の外周壁側面にレーザービームを照射し、
   前記外周壁のほぼ全周若しくは全周にわたり溶解凝固合
   金部を形成して、前記円板状電極部材を前記中心電極に
   接合する第四工程からなり、 ０．５ｍｍ≦Ｄ≦１．５ｍｍ、０．３ｍｍ≦Ｔ≦０．６ｍｍ、 ０．０１ｍｍ≦（Ａ−Ｄ）≦０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ≦Ｂ≦０．２ｍｍ、 ０．０５ｍｍ≦（ｄ−Ａ）／２≦０．２ｍｍ、０．２ｍｍ≦Ｌ≦０．５ｍｍに 設定したことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の第一工程と第二工程の
   順序を入れ換えたことを特徴とするスパークプラグの製
   造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の円板状
   電極部材は貴金属からなることを特徴とするスパークプ
   ラグの製造方法。