JP6043564B2 - 内燃機関用点火プラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用点火プラグの製造方法に関する。

従来、内燃機関の点火には中心電極と接地電極との間に高電圧を印加してアーク放電を発生させる点火プラグが広く用いられている。
近年、中心電極、又は、接地電極の少なくともいずれか一方に、耐熱性の高い貴金属チップを溶融固着することによって、耐久性の向上と、飛び火性、着火性の向上とを図っている。

例えば、特許文献１には、電極の先端部に貴金属チップを備えた内燃機関用点火プラグにおいて、貴金属チップのＣｒの含有添加量を７重量％以上３０重量％以下とし、残部の主成分をＩｒとすることにより、溶接部の耐酸化消耗性能の向上を図った内燃機関用点火プラグが開示されている。

一方、特許文献２には、このような中心電極の先端に貴金属チップをレーザ溶接によって溶融固着する方法が開示されている。

ところが、特許文献１にあるような、貴金属チップの溶接部は、耐酸化性能に優れている反面、耐火花消耗性が劣るとされている。
このため、低負荷運転等、燃焼室内に発生する気流によって放電アークが引っ張られ、貴金属チップの溶接部を起点として放電する、いわゆる飛び火が起こり易い運転条件では、貴金属チップ溶接部において火花消耗する虞がある。

また、特許文献２にあるように、貴金属チップを中心電極の先端に設けた略円筒状の台座部にレーザ溶接によって溶接した場合に、台座部の外周稜線上では、レーザ光の散乱が起こり、照射したエネルギ吸収され難く、不十分な溶融状態となり、溶接部に外径側に向かって膨らんだ凸部が残ったり、これとは逆に、溶接部に角部が残らないようにするため、過剰なエネルギが照射された場合には、溶接部が中心に向かって大きく窪んだエグレを生じたりする虞がある。
台座部の溶融が不十分で、溶接部に外径方向に膨らんだ凸部が存在すると、そこに電界集中が起こり、その部分を起点とした放電が起こり易くなり、貴金属チップに比べてさらに耐火花消耗性の低い溶接部での火花消耗を招く虞がある。
また、過剰なエネルギ照射により溶接部にエグレを生じた場合には、溶接部端縁において溶接ビートの局所的な盛り上がりを生じ、その部分に電界集中が起こり、溶接部での飛び火を誘発し、火花消耗を招く虞がある。さらに、エグレ部分が細くなるため、強度面での信頼性も低下する。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、先端に貴金属チップを設けた内燃機関用点火プラグの製造において、溶接部に凸部やエグレが発生し難い製造方法を提供すると共に、溶接部での放電が起こり難く、耐久性、信頼性の高い内燃機関用点火プラグを提供することを目的とするものである。

請求項１の発明では略柱状の中心電極（１）と、該中心電極（１）を内側に保持する貫通孔（２２）を有する略筒状の絶縁碍子（２）と、該前縁碍子（２）を内側に保持する略筒状のハウジング（３）と、上記中心電極（１）の先端に貴金属チップ（１０）を配設すると共に、上記ハウジング（３）に延設して、上記貴金属チップ（１０）と所定の放電ギャップを設けて対向する接地電極（３２）とからなる内燃機関用の点火プラグの製造方法であって、少なくとも、上記中心電極（１）の先端に略円柱状に突出する台座部（１１）を設けて、該台座部（１１）と上記貴金属チップ（１０）との境界部にレーザ光（ＬＳＲ）を照射して溶接部（１１０）を形成して上記貴金属チップ（１０）を上記中心電極（１）の先端に固定する貴金属チップ溶接工程を具備し、該貴金属チップ溶接工程において、上記貴金属チップ（１０）と上記溶接部（１１０）との境界面を先端側境界面（Ｐ_１）とし、上記溶接部（１１０）と上記台座部（１１）、又は、上記中心電極（１）の先端側で上記絶縁性碍子（２）の先端から露出し、先端側に向かって縮径する中心電極露出部傾斜面（１２）との境界面を基端側境界面（Ｐ_２）とし、上記台座部（１１）の外周側面の全部又は一部が先端に向かって縮径するように上記先端側境界面（Ｐ１）と上記基端側境界面（Ｐ_２）とを結ぶ直線に沿って、又は、上記直線の外側にはみ出さないように、台座部傾斜面（Ｔ_２）を設け、該台座部傾斜面（Ｔ_２）にレーザ光を照射して上記溶接部（１１０）を形成することを特徴とする。

請求項２の発明では、上記台座部傾斜面（Ｔ_２）と上記中心電極（１）の中心軸に垂直な平面との仰角（θ_２）が、５５°以上７０°以下である。

請求項３の発明では、上記溶接部（１１０）を形成する位置におけるレーザ光のビーム径が５０μｍ以上１０００μｍ以下である。

請求項４の発明では、上記先端側境界面（Ｐ_１）が、上記台座部（１１）と上記貴金属チップ（１０）との当接境界面から先端側に向かって軸方向に０．３ｍｍ以下の範囲にあり、上記基端側境界面（Ｐ_２）が、上記台座部（１１）と上記貴金属チップ（１０）との当接境界面から基端側に向かって軸方向に０．１５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の範囲にある。

本発明の内燃機関用点火プラグの製造方法によれば、貴金属チップ溶接部が内側に向かって滑らかに窪んだ凹面状の曲面を形成し、溶接部を起点とする放電が発生することなく、確実に貴金属チップの先端と接地電極との間で放電を発生させることができる、電極の火花消耗が抑制され、耐久性、信頼性の高い内燃機関用点火プラグを実現できる。
また、本発明の製造方法によって、貴金属チップ溶接部が内側に向かって滑らかに窪んだ凹面状の曲面に形成された内燃機関用点火プラグにおいて、絶縁碍子から露出する中心電極肩部と貴金属チップの先端までの距離を一定の範囲に規定することで、中心電極肩部における電界強度を抑制し、先端チップ溶接部を起点とする火花放電の発生を抑制できることが判明した。
さらに、中心電極肩部の傾斜角度を一定の範囲に規定することで、電界集中抑制の効果をより一層確実なものにすることができる。

本発明の第１の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法の要部を示す側面図。 図１Ａの上面図。 図１Ａの製法によって得られる溶接部の概要を示す側面図。 本発明の第１の実施形態における製造方法によって得られた点火プラグ先端の要部を示す図面代用写真。 比較例１として示す従来の燃機関用点火プラグの製造方法とその問題点を示す側面図。 比較例１の製造方法によって得られた点火プラグ先端の要部を示す図面代用写真。 比較例２として示す他の従来の燃機関用点火プラグの製造方法とその問題点を示す側面図。 比較例２の製造方法によって得られた点火プラグ先端の要部を示す図面代用写真。 本発明の第１の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法によって得られた内燃機関点火用プラグの放電に対する効果を示す模式図。 比較例１として示す従来の製造方法によって得られた内燃機関点火用プラグの放電に対する効果を示す模式図。 本発明の第１の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法の変形例を示す側面図。 本発明の第１の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法の他の変形例を示す側面図。 本発明の第１の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法の他の変形例を示す側面図。 本発明の第２の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法を示す側面図。 本発明の第２の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法の変形例を示す側面図。 比較例３として示す本発明の効果を発揮し得ない内燃機関用点火プラグの製造方法を示す側面図。 比較例３の燃機関用点火プラグの製造方法の変形例を示す側面図。 中心電極が上記絶縁碍子から露出し、先端に向かって径小となる中心電極露出部傾斜面の円錐頂角を変化させたときの効果を確認するために行った試験の条件を示し、当該角度を１００°とした場合の側面図。 同じく、当該角度を１２０°とした場合の側面図。 同じく、当該角度を１３５°とした場合の側面図。 図８Ｂの好ましい変形例を示す側面図。 横飛び発生確率に対する図１０Ａ〜１０Ｃの試験結果を示す特性図。 中心電極肩部の電界強度に対する図１０Ａ〜１０Ｃの試験結果を示す特性図。 絶縁碍子の先端から中心電極が縮径する中心電極肩部までの距離を変化させたときの効果を確認するために行った試験の条件を示し、当該距離を０．５ｍｍとした場合の側面図。 同じく、当該距離を０．３５ｍｍとした場合の側面図。 同じく、当該距離を０．０５ｍｍとした場合の側面図。 横飛び発生確率に対する図８Ａ〜８Ｃの試験結果を示す特性図。 本発明の内燃機関用点火プラグの全体概要を示す一部断面図。

本発明に係る内燃機関用点火プラグ６は、図１２に示すように、略柱状の中心電極１と、中心電極１を内側に保持する貫通孔２２を有する略筒状の絶縁碍子２と、前縁碍子２を内側に保持する略筒状のハウジング３と、ハウジング３に延設して設けられ、先端に貴金属チップ１０を配設した中心電極１と所定の放電ギャップを設けて対向する接地電極３２とからなる。

中心電極１は、Ｉｒ、Ｃｒ等の貴金属を含み高耐熱性を有する貴金属チップ１０と、銅、Ｎｉ、鉄等の電気伝導性の良い金属材料を用いて長軸状に形成された中心電極先端部１３と、中心電極先端部１３と外部との導通を図る中心電極端子部１４とからなる。
中心電極先端部１３が絶縁碍子２の先端部２０から露出する部分には、先端に向かって所定の角度（θ_１）で縮径する中心電極露出部傾斜面１２が形成されている。

貴金属チップ１０は、本発明の要部である後述する製造方法にしたがったレーザ溶接によって溶接固定されており、溶接部１１０の表面は、先端に向かって縮径する略円錐台形状傾斜平面、又は、先端に向かって縮径しつつ、内側に向かって凸となるように窪んだ略円錐台形状傾斜湾曲面１１１を形成している。

絶縁碍子２は、アルミナ等の公知の高耐熱性セラミック材料が用いられ略筒状に形成され、中心に設けた貫通孔２１内に中心電極１が挿通保持されている。
絶縁碍子先端部２０は、図略の燃焼室に対向するように、ハウジング３の先端から露出している。

ハウジング３は、Ｎｉ、Ｆｅ、炭素鋼、ステンレス等の耐熱性金属材料によって略筒状に形成され、内側に絶縁碍子２を収容保持し、図略の内燃機関にネジ部３５によって固定される。
ハウジング３の先端側には略Ｌ字形に伸びる接地電極３２が設けられ、接地電極３２の中心電極１に対向する表面には接地電極側貴金属チップ３０が溶接部３１を介して固定されている。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄを参照して、本発明の第１の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法の要部である貴金属チップ溶接工程について説明する。
図１Ａに示すように、中心電極１の先端には、碍子先端部２０から露出する中心電極先端部１３には、先端側に向かって径小となるように縮径され、略円錐台形状をなす中心電極露出部傾斜面１２が形成されている。

中心電極露出部傾斜面１２と中心電極１の中心軸に垂直な平面とのなす仰角θ_１は３０°以上となるように形成されている。
また、絶縁碍子先端部２０の表面から中心電極先端部１３と中心電極露出部傾斜面１２との境界に位置する中心電極肩部Ｃ_１までの距離（Ｌ_４）は、０．２ｍｍ以下に設定されている。

中心電極傾斜面１２の先端側には、先端側に向かって略柱状（φＤ１１×Ｌ２）に突出する台座部１１が形成されている。
台座部１１の先端側には、略円柱状（φＤ１０×Ｌ１）に形成された貴金属チップ１０が配設され、必要に応じて、抵抗溶接等の仮止め手段によって固定される。
さらに、中心電極肩部Ｃ１から貴金属チップ１０の先端までの距離（Ｌ−Ｌ４）は、１．３５ｍｍ以上に設定されている。

台座部１１の外周側面の全部、又は、一部には、先端に向かって縮径するように台座部傾斜面Ｔ_２が設けられている。
台座部傾斜面Ｔ_２の中心電極１の中心軸に垂直な平面に対する仰角θ_２は、貴金属チップ１０と溶接部１１０との境界面を先端側境界面Ｐ_１とし、溶接部１１０と台座部１１、又は、中心電極露出部傾斜面１２との境界面を基端側境界面Ｐ_２とし、台座部１１の外周側面の全部又は一部が先端に向かって縮径するように先端側境界面Ｐ_１と基端側境界面Ｐ_２とを結ぶ直線に沿って、又は、この直線の外側にはみ出さない角度となるように形成されている。

なお、台座部傾斜面Ｔ_２は、予め台座部１１を形成する際にテーパ加工することによって設けても良いし、貴金属チップ１０を抵抗溶接によって仮止めした後、必要な溶接範囲ＡＲ_ＷＬＤに合わせてトリミング加工によって形成しても良い。
溶接範囲ＡＲ_ＷＬＤは、溶接部１１０を形成する位置におけるレーザ光ＬＳＲのビーム径によって決定され、５０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲で適宜調整可能である。
さらに、例えば、溶接範囲ＡＲ_ＷＬＤが０．６ｍｍとなるようにレーザ光ＬＳＲを照射する場合、先端側境界面Ｐ_１は、座部１１と貴金属チップ１０との当接境界面から先端側に向かって軸方向に０．３ｍｍ以下の範囲で適宜変更可能であり、基端側境界面Ｐ_２は、台座部１１と貴金属チップ１０との当接境面から基端側に向かって軸方向に０．１５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の範囲で適宜変更可能である。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、台座部傾斜面Ｔ_２にレーザ光を照射することによって、台座部１１と貴金属チップ１０とのレーザエネルギを吸収した部分が溶融し合金相を形成しながら溶接部１１０を形成する。
より具体的には、レーザ光ＬＳＲは、図１Ａに示すように、軸方向断面に対しては、先端側境界面Ｐ１と基端側境界面Ｐ_２とを結ぶ直線で区画される台座部傾斜面Ｔ_２に直交する法線方向のベクトル成分を含み、図１Ｂに示すように、径方向平面に対しては、レーザ光ＬＳＲの集光点ＦＰと、中心電極１０の中心軸を結ぶ直線に対して、周方向に所定の角度θωだけ傾けた方向のベクトル成分を含む方向から溶接領域ＡＲ_ＷＬＤに向かって照射される。
溶接部１１０の形成は、中心電極１、又は、図略のレーザ溶接機を周方向に回転移動させながら、複数回に渡ってレーザ光ＬＳＲの照射をおこなって、貴金属チップ１０の外周を取り囲むように溶接部１１０を形成する。
略平面状の台座部傾斜面Ｔ_２にレーザ光が照射されるのでエネルギを吸収し易く、図１Ｃに示すように、溶接部１１０の表面は、先端に向かって縮径する略円錐台形状傾斜平面、又は、先端に向かって縮径しつつ、内側に向かって凸となるように窪んだ略円錐台形状傾斜湾曲面１１１を形成し、端側境界面Ｐ_１と基端側境界面Ｐ_２とを結ぶ直線の外側にはみ出すようなことがない。
図１Ｄは、本発明の実施例における溶接部の状態を示す図面代用写真である。
溶接部１１０の表面が滑らかに湾曲しているので、溶接部１１０での電界集中が起こり難くなり、その結果、溶接部１１０が放電の起点となることが抑制され、火花消耗の抑制を図ることができる。

ここで、図２Ａ、図２Ｂを参照して、比較例１として示す従来の内燃機関用点火プラグの製造方法における問題点について説明する。
なお、比較例１において、本発明の構成と対応する構成に対して同じ符号を用い、枝番としてｚの符号を付したので、詳細な説明を省略し、本発明との相違点を中心に説明する。また、図２Ａの中心線から左側には。レーザ光照射前の側面図を示し、右側には、レーザ光照射後の側面図を示してある（以下の説明においても適宜、同様の方法で図示してある）。
さらに、図中括弧内に表示した数値は実際に試料として用いたサンプルの大きさをミリ単位で示したものである。
台座部１１ｚの側面に傾斜面Ｔ_２が形成されていない点が本発明と大きく異なる。
このため、台座部１１ｚに５ｍＪのレーザ光を照射した場合、台座部１１ｚの先端側外周端縁の稜線に当たることになる。
その結果、図２Ａの右側に示すように、溶接部分１１０ｚの表面が部分的に膨らんだ突出部１１１ｚが形成される。これは、レーザ光ＬＳＲが台座部１１ｚの先端側外周端縁の稜線において、回折、散乱を招き、台座部１１ｚの溶融に十分なエネルギが吸収され難くなっているためと推察される。
図２Ｂは、実際の比較例１の溶接部の状態を示す図面代用写真である。
比較例１では、溶接部１１０ｚの表面に凸部１１１ｚが形成されるため、ここに電界集中し易くなり、溶接部１１０ｚを起点とした放電が起こり、火花消耗を招くことになる。

さらに、図３Ａ、図３Ｂを参照して、比較例２について説明する。比較例２においては、枝番としてｙの符号を付してある。
比較例２では、レーザ光ＬＳＲを照射したときに、台座部１１ｙが十分に溶融して溶接部１１０ｚに凸部を形成しないように、台座部の高さＬ２ｙが、比較例１の半分（０．１５ｍｍ）に形成され、さらに、照射するエネルギを１０ｍＪとした。
比較例２では、図３Ａの右側に示すように、溶接部１１０ｙの表面は、内側に向かって窪んだ凹面状の湾曲面１１１ｙを形成するが、台座部１１０ｙの過剰な溶融を招き、中心に向かって大きく窪んだエグレを生じ、溶接部端縁１１２ｙにおいて溶接ビートの局所的な盛り上がりを生じる。
このため、盛り上がり部分に電界集中が起こり、溶接部１１０ｙでの飛び火を誘発し、火花消耗を招く虞がある。さらに、エグレ部分が細くなるため、強度面での信頼性も低下する。

図４Ａ、図４Ｂを参照して、本発明の効果について説明する。
上記第１の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法によって形成した点火プラグ４を図略の内燃機関５のシリンダヘッド５０に装着し、低負荷運転を行った場合、図４Ａに示すように、燃焼室５００内を流れる筒内気流ＴＭＢによって放電アークＡＲＫが長く引き伸ばされるが、中心電極１の先端にもうけた貴金属チップ１０の先端と、接地電極３２の中心電極１に対向する表面に設けた接地電極側貴金属チップ３０の先端との間で放電が起こり、溶接部１１０の表面に飛び火することがない。
一方、比較例１の製造方法によって形成した点火プラグ４ｚを図略の内燃機関５ｚのシリンダヘッド５０ｚに装着し、低負荷運転を行った場合、図４Ａに示すように、中心電極１ｚの先端にもうけた貴金属チップ１０ｚの溶接部１１０ｚの表面に残留する凸部１１１ｚと、接地電極３２ｚの中心電極１ｚに対向する表面に設けた接地電極側貴金属チップ３０ｚの先端との間で放電が起こるため、溶接部１１０ｚの火花消耗を招くことになる。

次いで、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃを参照して、本発明の第１の実施形態におけるいくつかの変形例と、最適な条件について検討した結果について説明する。
本実施例においては、貴金属チップ１０の大きさ (φＤ_１０＝０．６ｍｍ、Ｌ_１＝０．６ｍｍ)とし、中心電極露出部傾斜面Ｔ_１の仰角（θ_１＝４０°）、絶縁体２０の表面から貴金属チップ１０の先端迄の距離（Ｌ＝１．５５ｍｍ）とし、台座部１１の側面に設ける台座部傾斜面Ｔ_２の仰角（θ_２）を変化させて溶接部を形成した。
台座部傾斜面Ｔ_２の仰角（θ_２）は、５５°から７０°の範囲において、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃの右側に示すように、何れの場合においても、上記実施形態と同様、溶接部１１０の表面は滑らかに湾曲し、先端に向かって縮径しつつ、内側に向かって凸となるように窪んだ略円錐台形状傾斜湾曲面１１１を形成し、端側境界面Ｐ_１と基端側境界面Ｐ_２とを結ぶ直線の外側にはみ出すようなことがない。

台座部傾斜面Ｔ_２の仰角（θ_２）が７０°を超える大きな角度で設けられると、最もエネルギ密度の高いレーザ光ＬＳＲの中心が金属チップ１０の表面に照射されるため、局所的なエグレを生じたり、台座部１１の先端側外周縁でのエネルギの拡散を生じて凸部が残留したりする虞がある。
台座部傾斜面Ｔ_２の仰角（θ_２）が５５°を下回る小さな角度で設けられると、最もエネルギ密度の高いレーザ光ＬＳＲの中心が台座部１１の基端側の表面に照射されるため、局所的なエグレを生じたり、貴金属１０の表面に伝達されるエネルギが小さくなり台座部１１との合金層の形成が不十分と成ったりする虞がある。

図６Ａ、図６Ｂを参照して、本発明の第２の実施形態における内燃機関用点火プラグの製造方法について説明する。なお、本図においては、上記実施形態との経常的な違いを分かり易くするため、溶接後の状態は省略してある。
上記実施形態においては、台座部１１の外周表面の一部に台座部傾斜面Ｔ_２を形成した例について説明したが、本実施形態においては、台座部１１ａと中心電極露出部傾斜面１２との境界を基端側境界面Ｐ_２として、台座部１１ａの外周面の全てが先端側に向かって縮径するように傾斜する台座部傾斜面Ｔ_２を設けた点が相違する。

本実施形態においても、上記実施形態と同様、台座部傾斜面Ｔ_２の仰角（θ_２）は、５５°から７０°の範囲において溶接部１１０ａの表面は滑らかに湾曲し、先端に向かって縮径しつつ、内側に向かって凸となるように窪んだ略円錐台形状傾斜湾曲面１１１を形成し、端側境界面Ｐ_１と基端側境界面Ｐ_２とを結ぶ直線の外側にはみ出すようなことがない。
さらに、本実施形態においても、先端側境界面Ｐ_１は、座部１１ａ貴金属チップ１０ａとの当接境界面から先端側に向かって軸方向に０．３ｍｍ以下の範囲で適宜変更可能で、基端側境界面Ｐ_２が、台座部１１ａと貴金属チップ１０ａとの当接境面から基端側に向かって軸方向に０．１５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の範囲で適宜変更可能である。

図７Ａ、図７Ｂを参照して、本発明の効果を発揮し得ない比較例３における内燃機関用点火プラグの製造方法とその変形例について説明する。
比較例３として図7Ａ、図７Ｂに示すように、台座部１１ｂの高さＬ_２ｂの調整により、先端側境界面Ｐ１と基端側境界面Ｐ２とを結ぶ直線から台座部１１ｂが突出しない範囲で形成することにより傾斜面を設けなくても、先端に向かって縮径しつつ、内側に向かって凸となるように窪んだ略円錐台形状傾斜湾曲面１１１を形成し、端側境界面Ｐ_１と基端側境界面Ｐ_２とを結ぶ直線の外側にはみ出すようなことがないように溶接部を形成することは可能と考えられる。
しかし、図７Ａに示すように、台座部１１ｂのエッジ部分で、レーザ光ＬＳＲの散乱により、台座部１１ｂが十分に溶融せず、比較例１と同様の角部が残留したり、図７Ｂに示すように、レーザ光ＬＳＲの中心が台座部１１ｂの先端側エッジ部分よりも基端側の側面に照射されるので、比較例２と同様の局所的なエグレを生じたりする虞がある。

図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、及び、図９Ａ、９Ｂを参照して、本発明の製造方法を用いて製造され、中心電極１の先端に設けた台座部１１に貴金属チップ１０をレーザ溶接によって溶接固定した内燃機関用点火プラグ４であって、中心電極台座部１１と貴金属チップ１０との間に形成された溶接部１１０が、先端に向かって縮径する略円錐台形状傾斜平面、又は、先端に向かって縮径しつつ、内側に向かって凸となるように窪んだ略円錐台形状傾斜湾曲面１１１を具備する内燃機関用点火プラグにおけるいくつかの変形例とその効果について説明する。
上記実施形態においては、中心電極露出部傾斜面１２の仰角θ_１を４０°とした場合の例を示したが、図８Ａ、８Ｂ、８Ｃに示すように、中心電極露出部傾斜面１２の仰角θ_１を４０°から２２．５°まで変化させたときに、溶接部１１０への横飛ぶ発生確率Ｐ（％）と、中心電極電界強度Ｅ（Ｖ／ｍｍ）を調査し、その結果をそれぞれ図９Ａ、９Ｂに示す。

図９Ａに示すように、中心電極露出部傾斜面１２の円錐頂角が１２０°以下、即ち、中心電極露出部傾斜面１２の仰角θ_１が、３０°以上では、横飛びが発生しなかったが、３０°よりも小さい角度とすると、横飛びの発生が見られた。
さらに、図９Ｂに示すように、中心電極露出部傾斜面１２の円錐頂角が１２０°を超え、即ち、中心電極露出部傾斜面１２の仰角θ_１が、３０°よりも小さい角度とすると、中心電極先端部１３と中心電極露出部傾斜面１２との境界に位置する中心電極肩部Ｃ_１の電界強度が高くなることが判明した。
中心電極露出部傾斜面１２の仰角θ_１が、小さくなるほど、中心電極肩部Ｃ_１の電界強度が高くなり、これに放電が引っ張られて、溶接部１１０の表面を起点とする放電が発生するためと推察される。
従って、中心電極１が絶縁碍子２０から露出し、先端に向かって径小となる傾斜面１２と、中心電極１の中心軸に垂直な平面とのなす中心電極露出部傾斜面仰角θ_１が３０°以上、即ち、中心電極露出部傾斜面１２の円錐頂角が１２０°以下に設定するのが望ましいことが判る。

なお、図８Ｂ、図８Ｃに示すように、中心電極露出部傾斜面１２の円錐頂角を１２０°以上とした場合、溶接部１１０に第２の肩部Ｃ_２が形成され、ここに電界集中が起こり、溶接部１１０を起点とする飛び火が発生する虞を生じる。
そこで、図８Ｄに示すように、中心電極露出部傾斜面１２の仰角θ_１を３０°とする場合には、台座部傾斜面Ｔ２を、実施例３と同様に、台座部１１と中心電極露出部傾斜面１２との境界から形成するのが望ましい。
台座部傾斜面Ｔ２をこのように形成することにより、図８Ｄの右側に示すように、溶接部１１０の表面は、第２の肩部Ｃ２を形成することなく、略円錐台形状傾斜湾曲面１１１を形成しつつ、中心電極露出部傾斜面１２と滑らかに連なった表面をするので、溶接部１１０の表面を起点とする飛び火を生じ難くなる。

さらに、図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、図１１を参照して、本発明の製造方法によって形成した内燃機関用点火プラグにおいて、絶縁碍子２０の表面から中心電極１が縮径する中心電極肩部Ｃ_１までの距離Ｌ_４を変化させたときの効果について説明する。
上記実施形態においては、絶縁碍子２０の表面から中心電極１が縮径する中心電極肩部Ｃ_１までの距離Ｌ_４を０．０５ｍｍとした例について説明したが、図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに示すように、この距離を０．５から０．０５まで変化させたときの、溶接部１１０の表面を起点とする飛び火発生確率Ｐ（％）を計測し、その結果を図１１に示す。
なお、上述の試験において放電部１１０の表面を起点とする飛び火の発生が起こり易いことが判明した、中心電極露出部傾斜面１２の円錐頂角が１３５°に設定して、本試験を行った。
なお、いずれの試料においても、溶接部１１０の表面は、先端に向かって縮径しつつ、内側に向かって凸となるように窪んだ略円錐台形状傾斜湾曲面１１１を形成している。

その結果、図１１に示すように、絶縁碍子２０の表面から、中心電極肩部Ｃ_１までの距離が、０．２ｍｍを超えると、放電部１１０表面での飛び火が発生し易くなることが判明した。
このことから、中心電極１が絶縁碍子２０から露出し、先端に向かって径小となる傾斜面１２と、中心電極１の中心軸に垂直な平面とのなす中心電極露出部傾斜面仰角θ_１が３０°以上、即ち、中心電極露出部傾斜面１２の円錐頂角が１２０°以下であるのが望ましいことが判明した。

１ 中心電極
１０ 貴金属チップ
１１ 台座部
１１０ 溶接部
１１１ 略円錐台形状傾斜湾曲面
１２ 中心電極露出部傾斜面
１３ 中心電極先端部
２ 絶縁碍子
２０ 絶縁碍子先端部
２１ 貫通孔
３ ハウジング
３０ 接地電極側貴金属チップ
３１ 接地側溶接部
３２ 接地電極
４ 内燃機関用点火プラグ
５ 内燃機関
５０ シリンダヘッド
５００ 燃焼室
ＬＳＲ レーザ光
Ｐ_１ 先端側境界面
Ｐ_２ 基端側境界面
Ｔ_２ 台座部傾斜面
θ_１ 中心電極露出部傾斜面仰角
θ_２ 台座部傾斜面仰角
Ｃ_１ 中心電極肩部

特開２０１１−１８６１２号公報 特開平１１−３７６５号公報

Claims (4)

1. 略柱状の中心電極（１）と、該中心電極（１）を内側に保持する貫通孔（２２）を有する略筒状の絶縁碍子（２）と、該絶縁碍子（２）を内側に保持する略筒状のハウジング（３）と、上記中心電極（１）の先端に貴金属チップ（１０）を配設すると共に、上記ハウジング（３）に延設して、上記貴金属チップ（１０）と所定の放電ギャップを設けて対向する接地電極（３２）とからなる内燃機関用の点火プラグの製造方法であって、
   少なくとも、上記中心電極（１）の先端に略円柱状に突出する台座部（１１）を設けて、該台座部（１１）と上記貴金属チップ（１０）との境界部にレーザ光（ＬＳＲ）を照射して溶接部（１１０）を形成して上記貴金属チップ（１０）を上記中心電極（１）の先端に固定する貴金属チップ溶接工程を具備し、
   該貴金属チップ溶接工程において、
   上記貴金属チップ（１０）と上記溶接部（１１０）との境界面を先端側境界面（Ｐ_１）とし、上記溶接部（１１０）と上記台座部（１１）、又は、上記中心電極（１）の先端側で上記絶縁性碍子（２）の先端から露出し、先端側に向かって縮径する中心電極露出部傾斜面（１２）との境界面を基端側境界面（Ｐ_２）とし、
   上記台座部（１１）の外周側面の全部又は一部が先端に向かって縮径するように上記先端側境界面（Ｐ_１）と上記基端側境界面（Ｐ_２）とを結ぶ直線に沿って、又は、上記直線の外側にはみ出さないように、台座部傾斜面（Ｔ_２）を設け、該台座部傾斜面（Ｔ_２）にレーザ光を照射して上記溶接部（１１０）を形成することを特徴とする内燃機関用点火プラグの製造方法。
2. 上記台座部傾斜面（Ｔ_２）と上記中心電極（１）の中心軸に垂直な平面との仰角（θ_２）が、５５°以上７０°以下である請求項１に記載の内燃機関用点火プラグの製造方法。
3. 上記溶接部（１１０）を形成する位置におけるレーザ光のビーム径が５０μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１又は２に記載の内燃機関用点火プラグの製造方法。
4. 上記先端側境界面（Ｐ_１）が、上記台座部（１１）と上記貴金属チップ（１０）との当接境界面から先端側に向かって軸方向に０．３ｍｍ以下の範囲にあり、
   上記基端側境界面（Ｐ_２）が、上記台座部（１１）と上記貴金属チップ（１０）との当接境界面から基端側に向かって軸方向に０．１５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の範囲にある請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関用点火プラグの製造方法。