JPH0645050A - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 貴金属チップを座屈変形させることなく、ニ
ッケル電極母材に強固に接合するスパークプラグの製造
方法の提供。 【構成】 耐火花消耗性に優れる貴金属チップ２を円柱
状中心電極１の母材１１の放電側端部に融着してなるス
パークプラグの製造方法において、電極母材１１の放電
側端部に径小直棒部１Ａと円錐部１Ｂとが連なるように
形成する工程と、前記電極母材の径小直棒部の先端面１
３を貴金属チップが覆うように載置する工程と、前記貴
金属チップを前記電極母材の長手軸方向に押圧しなが
ら、貴金属チップと電極母材の径小直棒部との境界面に
対し、該境界面の水平方向からレーザービームＬＢを照
射し、前記境界面の全周に渡って溶融凝固合金部を形成
して両電極を接合する工程からなる。

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
金属製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）を主体とする耐蝕、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、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後、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
圧によって貴金属がＮｉ母材にエッジ部が丸みを帯びる
ように変形しながら埋没される。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先端部を切削加工する
と、貴金属まで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出来なかった。また、埋設し
た貴金属のエッジ部は丸みを帯びているため、Ｎｉ母材
が消耗すると、丸みを帯びた部分がわずかの使用時間や
走行時間で露出し、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、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、貴
金属チップの座屈変形のない形状の整ったスパークプラ
グの製造方法の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明のスパークプラ
グの製造方法は、ニッケル合金から成る中心電極が、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、前記中心電極
の胴部より径の小さい径小直棒部と、該径小直棒部と胴
部とを連結する円錐部とを形成する工程と、前記径小直
棒部の先端面を前記円板状電極部材が覆うように載置す
る工程と、前記円板状電極部材を前記中心電極の長手軸
方向に押圧しながら、円板状電極部材と径小直棒部との
境界面に対し、該境界面の水平方向からレーザーを照射
し、前記境界面のほぼ全周、若しくは全周に渡り溶融凝
固合金部を形成して両電極を接合することを特徴とす
る。

【０００５】請求項２に記載の円板状電極部材は、直径
をＤ、厚さをＴとし、かつ径小直棒部の直径をｄ、径小
直棒部の長さをＬとした時、０．５ｍｍ≦Ｄ≦１．５ｍ
ｍ、０．３ｍｍ≦Ｔ≦０．６ｍｍ、０≦（ｄ−Ｄ）／２
≦０．２ｍｍ、０．２ｍｍ≦Ｌ≦０．５ｍｍ、であるこ
とを特徴とする。

【０００６】請求項３に記載の円板状電極部材は、貴金
属から成ることを特徴とする。

【０００７】

【作用】請求項１に記載のスパークプラグの製造方法で
は、中心電極の径小直棒部の先端に円板状電極部材をレ
ーザーで溶接することで円板状電極部材の形状の変形を
抑え、安定した形状のスパークプラグを得ることができ
る。また、接合後に切削加工する必要がなくなる。

【０００８】請求項２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や、中心電極の径小直棒
部や円板状電極部材との溶接部分の形状を規定している
ために、電極母材と円板状電極部材の接合が堅固で、電
極先端の変形を起こりにくくすることができる。

【０００９】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製であるために、長期
間に渡って、スパークプラグの火花放電による消耗を抑
制し、長寿命のスパークプラグを得ることができる。

【００１０】

【実施例】図１は、この発明にかかるスパークプラグの
製造方法を示す。（イ）の中心電極１は、シリコン（Ｓ
ｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）を含むＮｉ合
金、あるいはクロム（Ｃｒ）や鉄（Ｆｅ）を含むインコ
ネル６００等のＮｉ合金製の円柱状母材１１と、母材１
１に埋め込まれたＣｕまたは銀（Ａｇ）を主体とする良
熱伝導性金属の芯１２とからなる。中心電極１は、その
胴部１４の径よりも径小の径小直棒部１Ａ（直径０．８
５ｍｍ×高さ０．２５ｍｍ）と円錐部１Ｂとが連なるよ
うに切削あるいは塑性加工される。２は、直径０．８ｍ
ｍ×高さ０．５ｍｍの円板状電極部材の貴金属チップで
ある。

【００１１】（ロ）に示すように前記中心電極１は、母
材１１と芯１２と先端の径小直棒部１Ａに載置された貴
金属チップ２とからなり、貴金属チップ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
ーＩｒ合金材などからなる。この貴金属チップ２は、母
材１１の先端面１３を覆うように載設されている。

【００１２】（ハ）に示すようにこの貴金属チップ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
間欠的に母材１１の先端面１３と貴金属チップ２との境
界面に対し平行方向から照射する。このとき、中心電極
１を回転させて前記境界面の全周に渡って、その照射面
Ｌ１が互いに重なる間隔で複数回照射される。これによ
って、図２の（イ）に示すように、母材１１の成分と貴
金属チップ２の成分の溶け合った溶融凝固合金部３が作
られる。なお、両者の溶融凝固合金部３はほぼ全周もし
くは全周に渡って形成される。

【００１３】このレーザー溶接時には、図２の（ロ）に
示すように貴金属チップ２の先端面２１が径小直棒部１
Ａの延びにより長手方向に幾分変形するが、例えば１Ｋ
ｇの押さえ４を使用すると、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貴金属チップ２が
移動しないように固定することができる。

【００１４】図３に押さえ荷重と貴金属チップ２の長手
方向の変形量ｌ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ｌが認められるが、押さえ荷重が３０００ｇ以上で
あと、荷重が大きすぎて押え４の圧痕が貴金属チップ２
に残ってしまう。このため、好ましくは、６００ｇから
２５００ｇが良い。

【００１５】レーザー溶接によって作られた溶融凝固合
金部３は、前述したように母材１１の成分と貴金属チッ
プ２の成分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、中心電極１の先端部
分に高熱が加えられ熱膨張の差を原因とする貴金属チッ
プ２と母材１１との剥離などが発生しにくい特徴を持
つ。

【００１６】図４の（イ）に示したように、溶接前の貴
金属チップ２の形状は、直径をＤ、厚さをＴ、径小直棒
部１Ａの直径をｄ、径小直棒部１Ａの長さをＬとした時
０．５ｍｍ≦Ｄ≦１．５ｍｍ、０．３ｍｍ≦Ｔ≦０．６
ｍｍ、０≦（ｄ−Ｄ）／２≦０．２ｍｍ、０．２ｍｍ≦
Ｌ≦０．５ｍｍ、である。

【００１７】図５は、２０００ｃｃ、６気筒ガソリンエ
ンジンで、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、貴金属チップ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。つまり貴金属チ
ップ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１．５ｍ
ｍ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、高価な貴金属の使用量が増えコ
スト高となる。

【００１８】貴金属チップ２の厚さＴを０．３ｍｍ以上
としている理由は、図５に示すように、厚さＴが０．３
ｍｍよりも薄いと、レーザービームＬＢの照射時に貴金
属チップ２の先端面２１のエッジ部２２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
である。また、貴金属チップ２の厚さＴを０．６ｍｍ以
下としているのは、０．６ｍｍより厚くしても、レーザ
ー照射時でのエッジ部２２の変化はないが、コスト高と
なるためである。

【００１９】また、貴金属チップ２を中心電極１の径小
直棒部１Ａの先端に接合した時、径小直棒部１Ａの外縁
と貴金属チップ２の外縁との間（ｄ−Ｄ）／２が、０以
上、０．２ｍｍ以下である理由を下記に示す。図４の
（ロ）に示すごとく、中心電極１の径小直棒部１Ａの先
端面１３に貴金属チップ２で覆うように載置して中心電
極１と貴金属チップ２がレーザー溶接されるが、中心電
極１の直径ｄと貴金属チップ２の直径Ｄが同径である
と、レーザー焦点位置２３は、段差のない曲面であり、
レーザービームＬＢの熱は、中心電極１の母材１１と貴
金属チップ２に均等に吸収される。しかし、レーザー焦
点位置２３に０．２ｍｍより大きい段差があると、焦点
がずれ、レーザービームＬＢの熱が分散して、溶け込み
深さが充分に得られなくなったり、溶け込み深さがばら
ついたりする。このため、望ましくは０．１ｍｍ〜０．
１５ｍｍが良い。

【００２０】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、貴金属チップ２と母材
１１とを溶接する際に、径小直棒部１Ａが短いとレーザ
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、貴金属チップ２の溶融不足になり、溶融凝固
合金部３の母材１１の成分と貴金属チップ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、貴金属チップ
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、ブローホールや
クラックが発生し易くなるためである。

【００２１】なお、この発明の貴金属チップ２には、Ｎ
ｉ合金製の母材１１より耐火花消耗製の優れた材料とし
て、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒなどを用いたが、ルテニウム（Ｒ
ｕ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）などの合金
を使用しても良い。

【００２２】

【発明の効果】この発明のスパークプラグの製造方法で
は、電極と貴金属チップとをレーザー溶接のみで接合し
ているために、貴金属チップの座屈変形のない、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。
また、レーザービームを溶接に用いることで白金合金よ
りもさらに高融点で抵抗溶接では接合困難な電極材料を
も溶接することができる。

【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用電極先端断面図
と、貴金属チップの先端に押さえ荷重を掛けずに溶接し
た時の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と電極
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電
極先端の部分斜視図である。

【図５】貴金属チップの直径と火花放電ギャップ増加量
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 中心電極 ２ 貴金属チップ（円板状電極部材） ３ 溶融凝固合金部 １１ 母材 １３ 先端面 １Ａ 径小直棒部 １Ｂ 円錐部 ＬＢ レーザービーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニッケル合金から成る中心電極が、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、 前記中心電極の胴部より径の小さい径小直棒部と、該径
   小直棒部と胴部とを連結する円錐部とを形成する工程
   と、 前記径小直棒部の先端面を前記円板状電極部材が覆うよ
   うに載置する工程と、前記円板状電極部材を前記中心電
   極の長手軸方向に押圧しながら、円板状電極部材と径小
   直棒部との境界面に対し、該境界面の水平方向からレー
   ザーを照射し、前記境界面のほぼ全周、若しくは全周に
   渡り溶融凝固合金部を形成して両電極を接合することを
   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に記載の円板状電極部材は、直
   径をＤ、厚さをＴとし、かつ径小直棒部の直径をｄ、径
   小直棒部の長さをＬとした時、０．５ｍｍ≦Ｄ≦１．５
   ｍｍ、０．３ｍｍ≦Ｔ≦０．６ｍｍ、０≦（ｄ−Ｄ）／
   ２≦０．２ｍｍ、０．２ｍｍ≦Ｌ≦０．５ｍｍ、である
   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および請求項２に記載の円板状
   電極部材は、貴金属から成ることを特徴とするスパーク
   プラグの製造方法。