JP4721237B2 - Plasma jet ignition plug and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマを形成して混合気への点火を行う内燃機関用のプラズマジェット点火プラグおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma jet ignition plug for an internal combustion engine that forms plasma and ignites an air-fuel mixture, and a method for manufacturing the same.
従来、例えば自動車用の内燃機関であるエンジンの点火プラグには、火花放電により混合気への着火を行うスパークプラグが使用されている。近年、内燃機関の高出力化や低燃費化が求められており、燃焼の広がりが速く、着火限界空燃比のより高い希薄混合気に対しても確実に着火できる着火性の高い点火プラグとして、プラズマジェット点火プラグが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, spark plugs that ignite an air-fuel mixture by spark discharge are used as ignition plugs of engines that are internal combustion engines for automobiles, for example. In recent years, there has been a demand for higher output and lower fuel consumption of internal combustion engines, as a spark plug with high ignitability that can be ignited reliably even for a lean mixture with a fast combustion spread and a higher ignition limit air-fuel ratio, Plasma jet spark plugs are known.
このようなプラズマジェット点火プラグは、中心電極と、主体金具と一体になった接地電極との間の火花放電間隙の周囲をセラミックス等からなる絶縁碍子で包囲して、キャビティと称する小さな容積の放電空間を形成した構造を有している。そして、火花放電間隙に高電圧を印加して火花放電を行い、このときに生じた絶縁破壊によって比較的低電圧で電流を流すことができるようになるため、さらにエネルギーを供給することで放電状態を遷移させて、キャビティ内でプラズマを生じさせる。キャビティが形成された絶縁碍子よりも先端側には接地電極が配置されるため接地電極にはオリフィスと呼ばれる孔が設けられており、そしてこのオリフィスを介し、プラズマが外方へ噴出されて、混合気への着火が行われる。 Such a plasma jet ignition plug has a small volume discharge called a cavity in which a spark discharge gap between a center electrode and a ground electrode integrated with a metal shell is surrounded by an insulator made of ceramics or the like. It has a structure that forms a space. The spark discharge is performed by applying a high voltage to the spark discharge gap, and the current can flow at a relatively low voltage due to the dielectric breakdown that occurs at this time. To generate a plasma in the cavity. Since a ground electrode is arranged on the tip side of the insulator in which the cavity is formed, a hole called an orifice is provided in the ground electrode, and plasma is ejected to the outside through this orifice and mixed. Qi is ignited.
ところで、プラズマがオリフィスから噴出される過程において、接地電極と絶縁碍子との間に間隙を有するとその間隙内にプラズマの持つエネルギーが漏出してしまい、オリフィスから噴出されるプラズマのエネルギー量が減少して着火性の低下を招く虞がある。そこで、絶縁碍子が接地電極に対し密着した状態で設けられ、絶縁碍子と接地電極との間に間隙のないプラズマジェット点火プラグが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、本出願人は接地電極の連通孔の内壁に貴金属部材を溶接することで、接地電極の耐火花消耗性を高めることができるということを見出している。
Further, the present applicant has found that the spark wear resistance of the ground electrode can be improved by welding a noble metal member to the inner wall of the communication hole of the ground electrode.
しかしながら、貴金属部材を接地電極に溶接した際に形成される溶融部が、接地電極の燃焼室側の面にない場合、熱膨張率の違いから貴金属部材および電極母材と溶融部との境界部に熱サイクルによる熱応力が作用し、境界部から発生するクラックが進展しやすくなるというおそれがあった。 However, if the melted portion formed when the noble metal member is welded to the ground electrode is not on the surface of the ground electrode on the combustion chamber side, the boundary between the noble metal member and the electrode base material and the melted portion due to the difference in thermal expansion coefficient There is a risk that the thermal stress due to the thermal cycle acts on the cracks, and cracks generated from the boundary portion are likely to progress.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、接地電極の電極母材と貴金属部材との溶融部の配置を規定することで、接地電極の耐久性を向上することができるプラズマジェット点火プラグおよびプラズマジェット点火プラグの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and plasma that can improve the durability of the ground electrode by defining the arrangement of the melted portion of the electrode base material and the noble metal member of the ground electrode. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a jet spark plug and a plasma jet spark plug.
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のプラズマジェット点火プラグは、中心電極と、軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極の先端を前記軸孔内に収容すると共に、前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の先端部において、前記軸孔の内周面と前記中心電極の先端面とを壁面とする凹部状に形成されたキャビティと、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、前記絶縁碍子の前記先端部よりも前記軸線方向先端側で前記主体金具に接合され、外気と前記キャビティの内部とを連通する連通部を有する接地電極とを備えたプラズマジェット点火プラグであって、前記接地電極は、前記連通部を有する電極母材に、前記連通部の一部をなす貴金属部材がレーザ溶接により接合された複合部材からなり、自身の外縁部に前記主体金具との接合部を有し、自身の前記軸線方向先端側に前記電極母材と前記貴金属部材との溶融部を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a plasma jet ignition plug according to claim 1 has a center electrode and an axial hole extending in the axial direction, and the tip of the central electrode is accommodated in the axial hole. An insulator that holds the center electrode, a cavity formed in a concave shape with the inner peripheral surface of the shaft hole and the tip surface of the center electrode at the front end of the insulator, and the insulator A grounding electrode having a metal shell that surrounds and holds the periphery in the radial direction, and a communication portion that is joined to the metal shell on the front end side in the axial direction with respect to the front end portion of the insulator and that communicates the outside air with the inside of the cavity. The ground electrode is made of a composite member in which a noble metal member forming a part of the communication portion is joined to the electrode base material having the communication portion by laser welding. Ri has a joint between the metal shell to the outer edge of itself, and having a melting portion of the electrode base material and the noble metal member in the axial direction distal end side of itself.
また、請求項２に係る発明のプラズマジェット点火プラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記接地電極は、前記貴金属部材を前記絶縁碍子の前記先端部に接触させた状態で、前記外縁部が前記主体金具に接合されていることを特徴とする。
Further, in the plasma jet ignition plug of the invention according to
また、請求項３に係る発明のプラズマジェット点火プラグは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記接地電極の前記電極母材は、前記軸線方向と直交する径方向において最も内側に位置する部位である内突部を有すると共に、前記接地電極の前記貴金属部材は、前記内突部よりも前記径方向の外側に位置する外突部を有し、前記外突部は、前記軸線方向において前記内突部と重ねられつつ、その内突部よりも前記軸線方向後端側に配置されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the plasma jet ignition plug according to the first or second aspect, in addition to the configuration of the first or second aspect, the electrode base material of the ground electrode is the innermost in the radial direction perpendicular to the axial direction. The noble metal member of the ground electrode has an outer protrusion located on the outer side in the radial direction than the inner protrusion, and the outer protrusion is While being overlapped with the inner protrusion in the axial direction, it is arranged on the rear end side in the axial direction from the inner protrusion.
また、請求項４に係る発明のプラズマジェット点火プラグの製造方法は、中心電極と、軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極の先端を前記軸孔内に収容すると共に、前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の先端部において、前記軸孔の内周面と前記中心電極の先端面とを壁面とする凹部状に形成されたキャビティと、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、前記絶縁碍子の前記先端部よりも前記軸線方向先端側で前記主体金具に接合され、外気と前記キャビティの内部とを連通する連通部を有する接地電極とを備えたプラズマジェット点火プラグの製造方法であって、前記中心電極を保持した前記絶縁碍子を前記主体金具に保持させる碍子保持工程と、前記接地電極を前記絶縁碍子の前記先端部よりも前記軸線方向先端側に配置する配置工程と、前記接地電極の外縁部を前記主体金具に接合する接地電極接合工程と、前記軸線方向先端側からレーザを照射して、前記連通部を有する接地電極の電極母材と、前記連通部の一部をなす貴金属部材とをレーザ溶接する貴金属部材接合工程と、を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a plasma jet ignition plug manufacturing method comprising a center electrode and an axial hole extending in an axial direction, the tip of the central electrode being accommodated in the axial hole, and the central electrode An insulator that holds the inner periphery of the insulator, a cavity formed in a concave shape with the inner peripheral surface of the shaft hole and the front end surface of the center electrode at the front end portion of the insulator, and a radial periphery of the insulator And a grounding electrode having a communication part that is joined to the metal shell on the tip end side in the axial direction with respect to the tip end portion of the insulator and communicates the outside air with the inside of the cavity. A method of manufacturing a plasma jet ignition plug, wherein an insulator holding step of holding the insulator holding the center electrode on the metal shell, and the ground electrode from the tip of the insulator An arrangement step of disposing at the tip end side in the axial direction, a ground electrode joining step of joining an outer edge portion of the ground electrode to the metal shell, and a ground electrode having the communication portion by irradiating a laser from the tip end side in the axial direction A noble metal member joining step of laser welding the electrode base material and the noble metal member forming a part of the communication portion.
請求項１に係る発明のように、接地電極の電極母材の連通部に貴金属部材がレーザ溶接により接合され、接地電極の電極母材と貴金属部材との溶融部を接地電極の軸線方向先端側に有することで、プラズマの持つ高いエネルギーによる接地電極の消耗を低減することができ、かつ、接地電極の電極母材および貴金属部材と溶融部との境界部から発生するクラックの進展を防ぐことができる。 As in the invention according to claim 1, the noble metal member is joined to the communicating portion of the electrode base material of the ground electrode by laser welding, and the molten portion of the electrode base material of the ground electrode and the noble metal member is connected to the tip end side in the axial direction of the ground electrode. It is possible to reduce the consumption of the ground electrode due to the high energy of the plasma, and to prevent the progress of cracks generated from the electrode base material of the ground electrode and the boundary between the noble metal member and the melted portion. it can.
また、請求項２に係る発明のように、貴金属部材を絶縁碍子の先端部に接触させつつ接地電極の主体金具への接合を行えば、接地電極と絶縁碍子の先端部との間隙を貴金属部材で塞ぐことができ、キャビティから噴出されるプラズマのエネルギーの漏出を防止することができる。
Further, as in the invention according to
更に、請求項３に係る発明のように、接地電極を構成する電極母材の内突部よりも貴金属部材の外突部を軸線方向後端側に配置させれば、貴金属部材の外突部を、絶縁碍子の先端部と電極母材の内突部との間に挟む構成とすることができる。つまり、電極母材によって貴金属部材の抜け落ちを防止することができる。 Further, as in the invention according to claim 3, if the outer protrusion of the noble metal member is arranged on the rear end side in the axial direction with respect to the inner protrusion of the electrode base material constituting the ground electrode, the outer protrusion of the noble metal member Can be sandwiched between the tip of the insulator and the inner protrusion of the electrode base material. That is, the electrode base material can prevent the noble metal member from falling off.
また、請求項４に係る発明のプラズマジェット点火プラグの製造方法では、軸線方向先端側からレーザを照射して、連通部を有する接地電極の電極母材と、連通部の一部をなす貴金属部材とをレーザ溶接するので、軸線方向先端側に電極母材と貴金属部材との溶融部を容易に形成することができる。 Further, in the method of manufacturing a plasma jet ignition plug according to the fourth aspect of the present invention, an electrode base material of a ground electrode having a communication portion by irradiating a laser from the axial front end side, and a noble metal member forming a part of the communication portion Are welded to each other, so that a melted portion of the electrode base material and the noble metal member can be easily formed on the tip end side in the axial direction.
［第１の実施の形態］
以下、本発明を具体化したプラズマジェット点火プラグの第１の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を参照して、一例としてのプラズマジェット点火プラグ１００の構造について説明する。図１は、第１の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ１００の部分断面図である。図２は、第１の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ１００の先端部分を拡大した断面図である。なお、図１において、プラズマジェット点火プラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をプラズマジェット点火プラグ１００の先端側（前方）、上側を後端側（後方）として説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of a plasma jet ignition plug embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the plasma
図１に示す、第１の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ１００は、概略、絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０内に軸線Ｏ方向に保持された中心電極２０と、主体金具５０の先端部６５に溶接された接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とから構成されている。
The plasma
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、軸線Ｏ方向に軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。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、これより後端側には後端側胴部１８が形成されている。後端側胴部１８の後端側外周面には、主体金具５０と端子金具４０との間の沿面距離を稼ぐためのコルゲーションとよばれる凹凸状の加工がなされている。また、鍔部１９より先端側には後端側胴部１８より外径の小さな先端側胴部１７と、その先端側胴部１７よりも先端側で先端側胴部１７よりもさらに外径の小さな脚長部１３とが形成されている。この脚長部１３と先端側胴部１７との間は段状をなす段部１４として構成されている。
The
軸孔１２の脚長部１３の内周部分は、先端側胴部１７、鍔部１９および後端側胴部１８の内周部分よりも縮径された電極収容部１５として形成されている。この電極収容部１５の内部には中心電極２０が保持される。図２に示すように、軸孔１２は、電極収容部１５の先端側において内周が更に縮径されており、先端小径部６１として形成されている。この先端小径部６１は、絶縁碍子１０の先端部１６にて開口している。また、絶縁碍子１０の先端部１６には、先端小径部６１の開口の周囲を取り巻く環状のチップ係合部６２が凹部形成されており、後述する貴金属チップ３６の外突部３７が係合されている。
The inner peripheral portion of the leg
次に、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金等で形成された円柱状の電極棒で、内部に熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯２３を有している。中心電極２０の先端部２１には、貴金属やＷ（タングステン）を主成分とする合金からなる円盤状の電極チップ２５が、中心電極２０と一体となるように溶接されている。なお、第１の実施の形態では、中心電極２０と一体になった電極チップ２５も含め「中心電極」と称する。
Next, the
また、図１に示すように、中心電極２０の後端側は鍔状に拡径され、この鍔状の部分が軸孔１２内において電極収容部１５のうちの段状の部位に当接されており、電極収容部１５内で中心電極２０が位置決めされている。そして図２に示すように、中心電極２０の先端部２１の先端面２６（より具体的には中心電極２０の先端部２１にて中心電極２０と一体に接合された電極チップ２５の先端面２６）の周縁が、径の異なる電極収容部１５と先端小径部６１との間の段部に当接された状態となっている。この構成により、軸孔１２の先端小径部６１の内周面と、中心電極２０の先端面２６とで包囲された有底円筒状をなす容積の小さな放電空間が形成されている。プラズマジェット点火プラグ１００では、接地電極３０と中心電極２０との間にて形成される火花放電間隙にて火花放電が行われるが、その火花放電の経路はこの放電空間内を通過することとなる。この放電空間はキャビティ６０と称され、火花放電の際にはこのキャビティ６０でプラズマが形成され、先端部１６の開口より前方へ噴出される。なお、キャビティ６０は、先端小径部６１よりも後端側の先端小径部６１の内径よりも拡径した電極収容部１５の一部を含むように構成してもよい。
Further, as shown in FIG. 1, the rear end side of the
また図１に示すように、中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられた金属とガラスの混合物からなる導電性のシール体４を経由して、先端側胴部１７内で端子金具４０と電気的に接続されている。中心電極２０と端子金具４０は、このシール体４によって軸孔１２内で導通されつつ軸孔１２内に固定される。端子金具４０は軸孔１２内を後方へ延び、後端部４１が絶縁碍子１０の後端より外部に突出されている。この後端部４１には、プラグキャップ（図示外）を介して高圧ケーブル（図示外）が接続され、点火装置（図示外）から高電圧が印加されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 1, the
次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド（図示外）にプラズマジェット点火プラグ１００を固定するための筒状の金具であり、絶縁碍子１０の脚長部１３から後端側胴部１８の先端側にかけての部位の周囲を取り囲むようにして、自身の筒孔５９内に絶縁碍子１０を保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成されており、略中央から先端側にかけて取付部５２が形成されている。取付部５２の外周面には雄ねじ状のねじ山が形成されており、エンジンヘッドの取付孔（図示外）に形成された雌ねじに螺合する。なお、主体金具５０は耐熱性を重視し、ステンレスやインコネル（商標名）等を用いてもよい。
Next, the
また、取付部５２の後端側には鍔状のシール部５４が形成されている。そしてシール部５４と取付部５２との間の部位には、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、プラズマジェット点火プラグ１００をエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けた際に、シール部５４の先端向きの面である座面５５と、取付孔の開口の周縁部位との間に挟まれ変形し、両者間を封止することで、取付孔を介した燃焼ガスの流出を防止するものである。
A hook-shaped
シール部５４の後端側には、図示外のプラグレンチが嵌合する工具係合部５１が形成されている。工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられており、工具係合部５１とシール部５４との間にも薄肉の座屈部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が介在されており、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。
A
また図２に示すように、取付部５２の内周面には段状の段部５６が形成されており、この段部５６に環状のパッキン８０を介して絶縁碍子１０の段部１４が支持されている。そして図１に示すように、加締部５３の端部を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が先端側に向け押圧される。この加締めの際に座屈部５８は加熱され、圧縮力の付加に伴い膨らむように変形されることで、加締部５３の圧縮ストロークを稼ぐ。これにより、主体金具５０の加締部５３と段部５６との間に、絶縁碍子１０の段部１４と鍔部１９との間の部位が挟まれ、主体金具５０に絶縁碍子１０が一体に保持される。そしてパッキン８０により主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は保持され、筒孔５９を介した燃焼ガスの流出が防止される。
As shown in FIG. 2, a stepped
次に、主体金具５０の先端部６５には接地電極３０が配設されている。図２に示す、接地電極３０は、ニッケル系合金からなる電極母材３３と貴金属からなる貴金属チップ３６とが一体に接合された電極であり、中央に開口（連通部３１）が形成された円盤状をなしている。接地電極３０の外縁部３５（すなわち電極母材３３の外縁部３５）は、主体金具５０の先端部６５の内周面を段状に形成した係合段部５７に係合され、その状態で両者の合わせ面がレーザ溶接されており、接地電極３０と主体金具５０とが一体に接合されている。接地電極３０の連通部３１は、絶縁碍子１０よりも先端側に配置される接地電極３０を介し、キャビティ６０内を外気と連通するために開口されたものであり、開口の内周側に貴金属チップ３６が接合され、連通部３１の一部を構成している。なお、ここでいう「外縁部」とは、接地電極３０が主体金具５０と接合される部位を指し、第１の実施の形態では接地電極３０は円盤状をなすため、径方向の外周側の縁部分が「外縁部」相当する。もっとも、接地電極３０が円盤状でない場合でも、径方向でみたときに外側の縁部分が主体金具５０との接合部位となるものである。
Next, the
第１の実施の形態の貴金属チップ３６は筒状をなしており、軸線Ｏ方向の後端側に、外周面を径方向外側に向けて鍔状に突出させた外突部３７が形成されている。そして電極母材３３にも同様に、開口の内周面を径方向内側に向けて突出させた内突部３４が、軸線Ｏ方向の先端側に設けられている。そして、電極母材３３の内突部３４は、軸線Ｏ方向に貴金属チップ３６の外突部３７と重なる配置となっており、貴金属チップ３６が軸線Ｏ方向前方へ抜けてしまうのを防止する抜け止めとして機能している。また、絶縁碍子１０の先端部１６には、貴金属チップ３６の外突部３７が係合するように先端面を凹部形成したチップ係合部６２が設けられている。チップ係合部６２は、貴金属チップ３６の外突部３７の形状にあわせ、キャビティ６０の内周面を構成する絶縁碍子１０の軸孔１２の先端小径部６１が絶縁碍子１０の先端部１６にて開口したその開口の周囲を取り巻く環状に形成されている。貴金属チップ３６は、このチップ係合部６２に係合しつつ接地電極３０と絶縁碍子１０の先端部１６との間の間隙を塞いでおり、この状態で接地電極３０の連通部３１を構成し、キャビティ６０の内部と外気とを連通している。この構成により、キャビティ６０内で形成されたプラズマが外方に噴出される際に、プラズマのエネルギーが接地電極３０と絶縁碍子１０の先端部１６との間の間隙に漏出してしまうことが防止されている。なお、貴金属チップ３６が、本発明における「貴金属部材」に相当する。
The
このような構成の第１の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ１００を製造する過程では、上記のように、プラズマ噴出時のエネルギーの漏出を防止できるように接地電極３０と絶縁碍子１０の先端部１６との間の間隙を塞ぐため、主体金具５０に接地電極３０を接合する前に絶縁碍子１０を保持させている。以下、プラズマジェット点火プラグ１００の製造方法について、図３を参照して説明する。図３は、第１の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ１００の製造過程の一部を示す図である。
In the process of manufacturing the plasma
プラズマジェット点火プラグ１００の製造過程において、予め別の工程において作製された主体金具５０の筒孔５９内に、同様に別の工程において作製した中心電極２０（電極チップ２５が接合されている）および端子金具４０を一体に組み付けた絶縁碍子１０が挿入される。そして主体金具５０の筒孔５９の段部５６上にパッキン８０を介して絶縁碍子１０の段部１４が支持される。この状態で主体金具５０の加締部５３（図１参照）が加締められ、段部５６との間に絶縁碍子１０の段部１４と鍔部１９との間の部位を挟むことで、主体金具５０に絶縁碍子１０が一体に保持される（碍子保持工程）。
In the manufacturing process of the plasma
次に、外突部３７を有する筒状に形成された貴金属チップ３６が、外突部３７側を絶縁碍子１０側に向けつつ、絶縁碍子１０の先端部１６よりも軸線Ｏ方向先端側に配置される（配置工程における貴金属部材配置工程）。このとき、貴金属チップ３６は、外突部３７が絶縁碍子１０の先端部１６のチップ係合部６２と向き合う位置に配置される。更に、内突部３４が形成された開口を有する円盤状の電極母材３３が、内突部３４側を軸線Ｏ方向前方へ向け、内突部３４と貴金属チップ３６の外突部３７とが軸線Ｏ方向に重なるように並べつつ、絶縁碍子１０の先端部１６より先端側に配置される（配置工程における電極母材配置工程）。そして、電極母材３３の外縁部３５を、段状をなす主体金具５０の係合段部５７に嵌め込むように係合させる。このとき、電極母材３３は、絶縁碍子１０の先端部１６と接触した状態となってもよいし、非接触の状態に維持されてもよい。貴金属チップ３６は電極母材３３の開口とともに連通部３１を構成し、外突部３７が電極母材３３の内突部３４と絶縁碍子１０のチップ係合部６２との間に介在され、配置位置が規制される。
Next, the
そして電極母材３３の外縁部３５と、主体金具５０の係合段部５７との合わせ面を狙ってレーザ光が照射され、周方向に一周して、主体金具５０と接地電極３０の電極母材３３との溶接が行われる（接地電極接合工程）。このとき、貴金属チップ３６は非固定の状態となっている。次の工程において、貴金属チップ３６は軸線Ｏ方向後端側へ向けて押さえられ、外突部３７が絶縁碍子１０のチップ係合部６２に係合されて位置決めされる。これにより、貴金属チップ３６の軸ずれが防止される。更に、貴金属チップ３６が押さえられることにより、貴金属チップ３６とチップ係合部６２とが密接状態となり、接地電極３０を構成する電極母材３３と、絶縁碍子１０の先端部１６との間の間隙が、塞がれる。そして貴金属チップ３６が押さえられたまま、貴金属チップ３６と電極母材３３との合わせ面を狙ってレーザ光が照射され、周方向に一周して両者の溶接が行われる（貴金属部材接合工程）。貴金属チップ３６は電極母材３３と一体となって、連通部３１を構成する。
Then, laser light is irradiated aiming at the mating surface between the
このようにして、主体金具５０の先端部６５に接地電極３０が接合されて、図１に示すプラズマジェット点火プラグ１００が完成する。上記のように、主体金具５０に接地電極３０を接合する前に、絶縁碍子１０を主体金具５０に加締め保持させるため、加締めの際に絶縁碍子１０の先端部１６が当接するものがなく、絶縁碍子１０の先端部１６が外部から強い押圧力を受けることがない。また、主体金具５０への加締めの際に絶縁碍子１０の先端部１６の位置が軸線Ｏ方向にずれを生じても、すなわち組み付け公差が大きくても、主体金具５０への電極母材３３の接合時に電極母材３３の配置位置を任意に調整し、公差を吸収することができる。更に、接地電極３０の電極母材３３と絶縁碍子１０の先端部１６との間に生じ得る間隙は、連通部３１を構成する貴金属チップ３６を絶縁碍子１０の先端部１６に、接触させることによって塞ぐことができる。従って、プラズマのエネルギーが上記間隙に漏出することがなく、着火性の低下を防止することができる。また、貴金属チップ３６は、外突部３７が電極母材３３の内突部３４と軸線Ｏ方向に重なる位置にあるため、製造過程において電極母材３３が配置されてから貴金属チップ３６が接合されるまで、貴金属チップ３６が抜け落ちることがない。そしてプラズマジェット点火プラグ１００が長期間使用され、貴金属チップ３６と電極母材３３との間の接合状態に劣化を生じた場合でも、貴金属チップ３６の脱落は防止される。更に、貴金属チップ３６と電極母材３３との合わせ面を狙ってレーザ光が照射され、周方向に一周して両者の溶接を行うことによって、貴金属チップ３６と電極母材３３の溶融部３２を軸線Ｏ方向先端側へ形成することができる。従って、接地電極の電極母材および貴金属部材と溶融部３２との境界部から発生するクラックの進展を防ぐことができる。
In this way, the
なお、第１の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ１００は各種の変形が可能である。例えば図４に示すプラズマジェット点火プラグ１０１のように、絶縁碍子１１０の先端部１１６にチップ係合部を形成しなくともよい。貴金属チップ１９１を電極母材３３に接合する際に軸線Ｏ方向後端側へ押さえ、絶縁碍子１１０の先端部１１６に接触させつつレーザ溶接を行えば十分に、接地電極１７１（電極母材３３）と絶縁碍子１１０の先端部１１６との間の間隙を塞ぐことができる。
The plasma
更に、図５に示す、プラズマジェット点火プラグ１０２や、図６に示す、プラズマジェット点火プラグ１０３のように、貴金属チップ１９２，１９３の軸線方向の長さを長くしたり、短くしたりしてもよい。このようにすれば、貴金属チップ１９２，１９３と電極母材３３との合わせ部分が段状になる。すると貴金属チップ１９２，１９３と電極母材３３とのレーザ溶接時に、両者の合わせ面に対し、軸線Ｏと鋭角に交差する角度からレーザ光を照射しやすくなる。このようにすれば、貴金属チップ１９２，１９３と電極母材３３との合わせ面の隙間にレーザ光か入り込むことが防止され、より確実な接合を行うことができる。
Further, as in the plasma
また、図７に示す、プラズマジェット点火プラグ１０４のように、貴金属チップ１９４の外突部１３１の形状を、軸線Ｏ方向の後端側へ向けて拡径するテーパ状としてもよい。この場合、電極母材１８４の開口に、外突部１３１と軸線Ｏ方向に重なるテーパ部１３２を設けることで、製造過程において電極母材１８４が配置されてから貴金属チップ１９４が接合されるまで、貴金属チップ１９４が抜け落ちることがない。そして第１の実施の形態と同様の工程で主体金具５０への接地電極１７４の接合を行えば、絶縁碍子１１０の先端部１１６が外部から強い押圧力を受けないようにしながらも、その先端部１１６と接地電極１７４との間の間隙を、貴金属チップ１９４で塞ぐことができる。
Further, like the plasma
このようなテーパ状の外突部を有する貴金属チップを用いた場合でも同様に、図８に示す、プラズマジェット点火プラグ１０５や、図９に示す、プラズマジェット点火プラグ１０６のように、貴金属チップ１９５，１９６の軸線方向の長さを長くしたり、短くしたりしてもよい。すなわち、貴金属チップ１９５，１９６と電極母材１８４との合わせ部分が段状となれば、両者それぞれの溶接時にレーザ光を照射する合わせ面に対し、軸線Ｏと鋭角に交差する角度からレーザ光を照射しやすくでき、より確実な接合を行うことができる。
Similarly, when a noble metal tip having such a tapered outer protrusion is used, a
また、図１０に示す、プラズマジェット点火プラグ１０７のように、貴金属チップ１９７に外突部を形成しなくとも、その外周が、電極母材３３の内突部３４よりも径方向外側に突出した状態にあれば、第１の実施の形態と同様に、貴金属チップ１９７の脱落を防止することができる。もちろん、第１の実施の形態と同様に、電極母材３３を主体金具１５０に接合してから貴金属チップ１９７を軸線Ｏ方向後端側へ押さえながら、電極母材３３と貴金属チップ１９７との接合を行えばよい。あるいは、接地電極接合工程において、電極母材３３を軸線Ｏ方向後端側に押さえ、貴金属チップ１９７を絶縁碍子１１０の先端部１１６に接触させつつ、電極母材３３の外縁部３５を主体金具１５０の係合段部１５７に接合してもよい。このようにすれば、電極母材３３の配置位置をより絶縁碍子１１０側に近づけることができるので、主体金具１５０の係合段部１５７と電極母材３３の外縁部３５との合わせ部分を段状にすることができ、上記同様、より確実な接合を行うことができる。そして第１の実施の形態と同様の工程で主体金具５０への接地電極１７７の接合を行えば、絶縁碍子１１０の先端部１１６が外部から強い押圧力を受けないようにしながらも、その先端部１１６と接地電極１７７との間の間隙を、貴金属チップ１９７で塞ぐことができる。
Further, as in the plasma
なお、第１の実施の形態において、外突部３７は筒状をなす貴金属チップ３６に鍔状に設けたが、必ずしも鍔状に連続していなくともよく、突部形状であってもよい。電極母材３３の内突部３４についても同様であり、貴金属チップ３６と電極母材３３とが一体となったときに、外突部３７と内突部３４とが軸線Ｏ方向に重なる配置となるように位置決めされれば足りる。
In the first embodiment, the
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ２００について、図面を参照して説明する。まず、図１１を参照して、プラズマジェット点火プラグ２００の構造について説明する。図１１は、第２の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ２００の先端部分を拡大した断面図である。
[Second Embodiment]
Next, a plasma
なお、第２の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ２００と、第１の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ１００とが構造上で異なる点は、接地電極２３０の形状が異なる点、および絶縁碍子２１０の先端部２１６にチップ係合部が形成されていない点である。従って、ここではプラズマジェット点火プラグ２００の先端部分の構造について説明し、その他の部分については同一であるため説明を省略または簡略化する。
The plasma
図１１に示すように、主体金具５０の先端部６５に配設された接地電極２３０は、第１の実施の形態と同様に、電極母材２３３と貴金属チップ２３６とが一体に接合されたものであり、中央に開口（連通部２３１）を有する円盤状に形成されている。貴金属チップ２３６は円筒状をなし、その外周面を電極母材２３３の開口の内周面に対向させた状態で、両面の合わせ部分がレーザ溶接されており、その開口と共に、接地電極２３０の連通部２３１を構成している。連通部２３１は、絶縁碍子１０よりも先端側に配置される接地電極２３０を介し、キャビティ６０内を外気と連通するために開口されたものである。また、接地電極２３０は、その外縁部２３５（すなわち電極母材２３３の外縁部２３５）が主体金具５０の先端部６５に設けられた係合段部５７に係合され、その状態でレーザ溶接され、主体金具５０と一体に接合されている。そして貴金属チップ２３６は、絶縁碍子２１０の先端部２１６に接触されており、その先端部２１６と、接地電極２３０との間の間隙を塞いでいる。この構成により、第１の実施の形態と同様に、キャビティ６０内で形成されたプラズマが外方に噴出される際に、プラズマのエネルギーが接地電極２３０と絶縁碍子２１０の先端部２１６との間の間隙に漏出してしまうことが防止されている。
As shown in FIG. 11, the
次に、第２の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ２００の製造方法について、図１２を参照して説明する。図１２は、第２の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ２００の製造過程の一部を示す図である。
Next, the manufacturing method of the plasma
図１２に示すように、第２の実施のプラズマジェット点火プラグ２００においても、予め別の工程で作製された中心電極２０および端子金具４０（図１参照）が一体に組み付けられた絶縁碍子２１０が、同様に別の工程において作製された主体金具５０に、加締めによって一体に保持される（碍子保持工程）。
As shown in FIG. 12, also in the plasma
次に、開口を有する円盤状の電極母材２３３が、絶縁碍子２１０の先端部２１６より先端側に配置される（電極母材配置工程）。この工程では、電極母材２３３の外縁部２３５が、段状をなす主体金具５０の係合段部５７に嵌め込むように係合される。このとき、電極母材２３３は、絶縁碍子２１０の先端部２１６と接触した状態となってもよいし、非接触の状態に維持されてもよい。この状態で、電極母材２３３の外縁部２３５と、主体金具５０の係合段部５７との合わせ面を狙ってレーザ光が照射され、周方向に一周して、主体金具５０と接地電極３３０の電極母材３３３との溶接が行われる（接地電極接合工程）。
Next, the disc-shaped
そして、筒状に形成された貴金属チップ２３６が電極母材２３３の開口に挿入され、連通部２３１に配置される（貴金属部材配置工程）。貴金属チップ２３６は非固定の状態であり、次の工程において軸線Ｏ方向後端側へ向けて押さえられ、接地電極２３０を構成する電極母材２３３と、絶縁碍子２１０の先端部２１６との間の間隙が塞がれる。そして貴金属チップ２３６が押さえられたまま、貴金属チップ２３６と電極母材２３３との合わせ面を狙ってレーザ光が照射され、周方向に一周して両者の溶接が行われる（貴金属部材接合工程）。貴金属チップ３６は電極母材３３と一体となって、連通部３１を構成する。このようにして、主体金具５０の先端部６５に接地電極２３０が接合されて、第２の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ２００が完成する。
Then, the
第２の実施の形態においても、主体金具５０に絶縁碍子１０を加締め保持させてから主体金具５０に接地電極２３０を接合しており、製造過程において絶縁碍子２１０の破損が生じにくい。そして接地電極２３０の電極母材２３３と絶縁碍子２１０の先端部２１６との間に生じ得る間隙を、連通部２３１を構成する貴金属チップ２３６で塞ぐことができ、着火性の低下を防止することができる。
Also in the second embodiment, since the
なお、第２の実施の形態のプラズマジェット点火プラグ２００も各種の変形が可能である。例えば上記同様に、図１３に示す、プラズマジェット点火プラグ２０１や、図１４に示す、プラズマジェット点火プラグ２０２のように、貴金属チップ２９１，２９２の軸線方向の長さを長くしたり、短くしたりして、電極母材３３との合わせ部分を段状にしてもよい。このようにすれば、レーザ溶接の際に、貴金属チップ２９１，２９２と電極母材３３との合わせ面の隙間にレーザ光か入り込むことが防止され、より確実な接合を行うことができる。
The plasma
また、図１５に示す、プラズマジェット点火プラグ２０３のように、筒状の貴金属チップ２９３の軸線Ｏ方向先端側の外周に径方向外側へ突出する鍔状の外突部２４７を設け、電極母材２８３側にも、開口に、軸線Ｏ方向先端側を拡径した段状のチップ取付部２４４を設けてもよい。このようにすれば、上記同様に、軸線Ｏ方向に貴金属チップ２９３の配置位置を調整して電極母材２８３と絶縁碍子２１０の先端部２１６との間の間隙を塞ぎつつ、チップ取付部２４４によって軸ずれを防止することができる。また、このような外突部２４７を有する貴金属チップ２９３を用いた場合、貴金属チップ２９３による軸線Ｏ方向の配置位置の調整に制限を受ける（外突部２４７がチップ取付部２４４に当接するとそれより軸線Ｏ方向後端側へ移動できない。）ため、電極母材２８３による配置位置調整も行うとなおよい。すなわち、電極母材２８３を絶縁碍子２１０の先端部２１６に近接あるいは接触させた状態で主体金具２５０の係合段部２５７に接合すると共に、貴金属チップ２９３を絶縁碍子２１０の先端部２１６へ向けて押さえながら電極母材２８３に接合するとよい。また、主体金具２５０の係合段部２５７は、係合段部２５７に接地電極２７３を係合させたときの接地電極２７３の配置位置よりも軸線Ｏ方向先端側へ突出させるように設けるとよい。このようにすれば、係合段部２５７と電極母材２８３の外縁部２４５との接合の際に、レーザ光を軸線Ｏと鋭角に交差する角度から照射しやすくでき、より確実な接合を行うことができる。
Further, like a plasma
また、図１６に示す、プラズマジェット点火プラグ３０２や、図１７に示す、プラズマジェット点火プラグ３０３のように、接地電極３７２の連通部３４１を構成する貴金属チップ３９２を筒状に形成し、軸線Ｏ方向先端側の外周に径方向外側へ突出する鍔状の外突部３４２を設けてもよい。そして電極母材３８２側にも、開口に、軸線Ｏ方向先端側を拡径した段状のチップ取付部３４４を設ける。つまり、電極母材３８２の開口と共に連通部３４１を構成する貴金属チップ３９２を電極母材３８２に対し位置決めできるようにする。このようにすれば、電極母材３８２と貴金属チップ３９２との接合を容易に行うことができる。
Further, like the plasma
また、貴金属チップ３９２の構成を、電極母材３８２に接合された際に一部が電極母材３８２の盤面から突出する構成とし、主体金具３５１，３５０への接地電極３７２の接合時には、その突出部分を絶縁碍子３１０の先端部３１６と接触させるとよい。このようにすれば、接地電極３７２の盤面全面を絶縁碍子３１０の先端部３１６に接触させて両者の間隙を塞ぐ場合よりも両者の接触面積を小さくすることができ、間隙を塞ぐための接触面の平滑性の管理を容易とすることができる。
Further, the
更に、図１６に示した主体金具３５１の係合段部３５８や、図１７に示した主体金具３５０の係合段部３５７のように、軸線Ｏ方向への突出量が、係合段部３５８，３５７に接地電極３７２を係合させたときの接地電極３７２の配置位置よりも小さくなるように、あるいは大きくなるようにするとよい。こうすれば、上記同様、係合段部３５８，３５７と接地電極３７２の外縁部３４５との接合の際にレーザ光を軸線Ｏと鋭角に交差する角度から照射しやすくでき、より確実な接合を行うことができる。
Further, the amount of protrusion in the direction of the axis O is such that the
第１，第２の実施の形態のプラズマジェット点火プラグでは、貴金属チップを用いて接地電極と絶縁碍子の先端部との間の間隙を塞ぐ構成であるため、必ずしも電極母材が円環状でなくともよく、貴金属チップが筒状あるいは円環状をなせば足りる。すなわち、電極母材は貴金属チップを絶縁碍子の先端部に接触させた状態が維持されるように支持する部材であればよい。 In the plasma jet ignition plugs of the first and second embodiments, the gap between the ground electrode and the tip of the insulator is closed using a noble metal tip, so the electrode base material is not necessarily annular. In any case, it is sufficient if the noble metal tip has a cylindrical shape or an annular shape. In other words, the electrode base material may be a member that supports the noble metal tip so that the noble metal tip is in contact with the tip of the insulator.
１０ 絶縁碍子
１２ 軸孔
２０ 中心電極
２６ 先端面
３０ 接地電極
３１ 連通部
３２ 溶融部
３３ 電極母材
３４ 内突部
３５ 外縁部
３６ 貴金属チップ
３７ 外突部
５０ 主体金具
６０ キャビティ
６１ 先端小径部
１００ プラズマジェット点火プラグ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極の先端を前記軸孔内に収容すると共に、前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
当該絶縁碍子の先端部において、前記軸孔の内周面と前記中心電極の先端面とを壁面とする凹部状に形成されたキャビティと、
前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、
前記絶縁碍子の前記先端部よりも前記軸線方向先端側で前記主体金具に接合され、外気と前記キャビティの内部とを連通する連通部を有する接地電極と
を備えたプラズマジェット点火プラグであって、
前記接地電極は、前記連通部を有する電極母材に、前記連通部の一部をなす貴金属部材がレーザ溶接により接合された複合部材からなり、
自身の外縁部に前記主体金具との接合部を有し、自身の前記軸線方向先端側に前記電極母材と前記貴金属部材との溶融部を有する
ことを特徴とするプラズマジェット点火プラグ。 A center electrode;
An insulator that has an axial hole extending in the axial direction, houses the tip of the central electrode in the axial hole, and holds the central electrode;
At the tip of the insulator, a cavity formed in a concave shape with the inner peripheral surface of the shaft hole and the tip surface of the center electrode as wall surfaces;
A metal shell that surrounds and holds the periphery of the insulator in the radial direction;
A plasma jet ignition plug comprising: a ground electrode that is joined to the metal shell on the distal end side in the axial direction with respect to the distal end portion of the insulator and has a communication portion that communicates outside air with the inside of the cavity;
The ground electrode is composed of a composite member in which a noble metal member forming a part of the communication portion is joined to the electrode base material having the communication portion by laser welding,
A plasma jet ignition plug having a joint portion with the metal shell at an outer edge portion thereof, and a melting portion of the electrode base material and the noble metal member at the tip end side in the axial direction of the plasma jet ignition plug.
前記外突部は、前記軸線方向において前記内突部と重ねられつつ、その内突部よりも前記軸線方向後端側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマジェット点火プラグ。 The electrode base material of the ground electrode has an inner protrusion that is an innermost portion in a radial direction orthogonal to the axial direction, and the noble metal member of the ground electrode is more than the inner protrusion. Having an outer protrusion located on the outside in the radial direction,
3. The plasma according to claim 1, wherein the outer protrusion is arranged on the rear end side in the axial direction with respect to the inner protrusion while being overlapped with the inner protrusion in the axial direction. Jet spark plug.
軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極の先端を前記軸孔内に収容すると共に、前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
当該絶縁碍子の先端部において、前記軸孔の内周面と前記中心電極の先端面とを壁面とする凹部状に形成されたキャビティと、
前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、
前記絶縁碍子の前記先端部よりも前記軸線方向先端側で前記主体金具に接合され、外気と前記キャビティの内部とを連通する連通部を有する接地電極と
を備えたプラズマジェット点火プラグの製造方法であって、
前記中心電極を保持した前記絶縁碍子を前記主体金具に保持させる碍子保持工程と、
前記接地電極を前記絶縁碍子の前記先端部よりも前記軸線方向先端側に配置する配置工程と、
前記接地電極の外縁部を前記主体金具に接合する接地電極接合工程と、
前記軸線方向先端側からレーザを照射して、前記連通部を有する接地電極の電極母材と、前記連通部の一部をなす貴金属部材とをレーザ溶接する貴金属部材接合工程と、
を有することを特徴とするプラズマジェット点火プラグの製造方法。 A center electrode;
An insulator that has an axial hole extending in the axial direction, houses the tip of the central electrode in the axial hole, and holds the central electrode;
At the tip of the insulator, a cavity formed in a concave shape with the inner peripheral surface of the shaft hole and the tip surface of the center electrode as wall surfaces;
A metal shell that surrounds and holds the periphery of the insulator in the radial direction;
A method of manufacturing a plasma jet ignition plug comprising: a grounding electrode having a communication portion that is joined to the metal shell at the tip end in the axial direction with respect to the tip portion of the insulator and that communicates outside air with the inside of the cavity. There,
An insulator holding step of holding the insulator holding the center electrode on the metal shell;
An arrangement step of disposing the ground electrode closer to the front end side in the axial direction than the front end portion of the insulator;
A ground electrode joining step for joining an outer edge portion of the ground electrode to the metal shell;
A noble metal member joining step in which laser irradiation is performed on the electrode base material of the ground electrode having the communication portion and the noble metal member forming a part of the communication portion by irradiating a laser from the tip end side in the axial direction;
A method of manufacturing a plasma jet ignition plug, comprising:
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