JPS63141284A - スパークプラグ用電極の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ものである。

スパークプラグは内燃機関において燃焼室内の燃料を着
火させるのに用いられている。このため、スパークプラ
グの電極は高熱及び非常に腐食し易い雰囲気にさらされ
ているスパークプラグの寿命を延ばすため、中心電極は
ニッケルのような耐食性材料の外被によって囲繞された
銅のような良好な熱伝導性材料で作られている。

スパークプラグ用鋼一ニッケル電極は多種の方法で製造
されている。例えば、１９７４年４月１６日発行の米国
特許第３，８０３，８９２号には、銅一ニッケル電極を
２つの材料の平板から押出し加工する方法が記載されて
いる。１９４１年１１月４日発行の米国特許第２，２６
１，４３６号には、銅とニッケルを一本の長いワイヤに
スェージ加工しそしてスパークプラグの電極として用い
るために短かい長さに切断する方法が開示されている。

１９７０年１２月２２日発行の米国特許第３，５４８，
４７２号には、数回の工程により外側のニッケル製カッ
プ形スリーブを冷間成形し、そして銅製ワイヤ片をスリ
ーブ内に挿入した後２つの材料を軽く圧着する方法が開
示されている。

１９７４年１２月３１日発行の米国特許第３，８５７，
１４５号には、銅芯をニッケル製部材内に挿入しカラ一
部分によって該部材に取付けて電流路を確保する方法が
開示されている。

上記方法によって製作さ、れたスパークプラグ電極は、
アメリカ合衆国における１９７７年大気汚染防止法の施
行以前に製造された車両に用いられた際には十分に機能
していた。１９７７年以降エンジン及び燃料の改良に伴
い、大部分の車両における作動温度が上昇した。エンジ
ン及び燃料の改良の結果、エンジンの作動部品の幾つか
は排気ガスによる腐食作用を受けることとなった。従っ
て、スパークプラグ用ニッケル中心電極は殆んどの酸化
物に耐え得るものであっても、高温且つ排気ガス環流状
態のもとて長期間作動した後、腐食が幾分生じ得る。一
度腐食が生じると、電流路が劣化して燃費効率を低下さ
せる結果となり得る。

米国特許出願第９３４，５１２号には、白金片をインコ
ネル製中心ワイヤの先端に溶接するようにした電極の製
法が開示されている。その後、中心ワイヤはダイス内に
設置され、そして白金が溶接部を覆ってスパークプラグ
の使用における通常作動中中心ワイヤと白金片との間の
電流路の劣化を防止するように最終的な所望の長さに押
出し加工される。

本発明の目的は、先端部に冶金的に結合される白金製キ
ャップ部材を備えたスパークプラグ用電極の製法を搗供
することにある。

電極の製造コストを低減させるため、本発明の製法によ
ると、銅芯を備えなインコネル製中心ワイヤが所望の長
さに押出し加工される。白金ロールが所望の厚さに圧延
され、白金ロールから円板が打抜き加工される。円板は
周辺にフランジを具えたカップ形をなしている。円板及
び中心ワイヤがステーションに設置され、そして先端部
を円板が囲繞するように互いに向けて移動される。それ
から電流が中心ワイヤ及び円板を通して流れる。

電流がインコネル製中心ワイヤの先端部から白金製円板
へ流れると、アークが生起されて熱エネルギを発生する
こととなる。熱エネルギが先端部と円板との接合面にお
いてインコネルを融解させるに十分となるまで、電流の
流れが維持される。その後に電流が停止される。円板に
加えられている圧縮力は、インコネル製中心ワイヤの先
端部を円板又はキャップ部材に融着させて冶金的結合部
を形成し、電極の製造を完了する。

本発明による電極の製法の利点は、白金製キャップ部材
が所望の形状に押出し加工されて中心ワイヤの先端部を
均一に被覆できることである。

以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細
に説明する。

スパークプラグ用中心電極の製法が図面に示した多数の
工程で示されており、第１図は、スプール又は棒材から
切断された約３．５３ｓｕＸ　５．０８１１ｊＩ（０，
１３９インチ×０．２インチ）の寸法を有する耐食性金
属ワイヤを示している。好ましい耐食性合金は、ニッケ
ル及びクロムを含有する鉄合金であるインコネルである
。ホスキンスアロイ（Ｈｏｓｋｆｎｓ　Ａ１１ｏｙ）８
３１として知られているインコネル金属はニッケル７５
％、クロム１５％及び鉄７％を含有する。

インコネル製ワイヤは、ダイスに設置される前に、普通
の冷間据込み用潤滑剤を塗布される。この潤滑剤は、硫
黄、塩素及び中性動物性脂肪のような極圧用添加剤を含
んだ潤滑油である。添加剤は硫化脂肪と塩素添加剤との
混合物が最も一般的であり、多数の潤滑剤製造業者から
入手可能である。潤滑剤は冷間据込みにおいてダイスの
摩耗低減、仕上げの向上並びに染料による焼付きを防止
することによる加工素材のゴーリング、引かき傷及びシ
ージングの排除のために必要である。冷間据込み作業中
、潤滑剤中の硫黄及び塩素成分は硫酸第一鉄及び塩化第
一鉄を生成して、加工素材へのダイスの固着を防止する
とともに固形潤滑剤と同様に働く。このような潤滑剤の
一例はアメリカ合衆国オハイオ州のフランクリン・オイ
ル・コーポレーション（Ｆｒａｎｋｌｉｎ　Ｏｉｌ　Ｃ
ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）で製造されているＴＵＦ−ＤＲ
ＡＷ　２１３３４である。インコネル族ワイヤが第１図
に示されているような円柱状素材１０に切断されそして
潤滑剤を塗布された後、円柱状素材は第１のダイスへ運
ばれ、そこで第１端部と第２端部１４が平坦面を形成す
るように直角にされ、そして第２図に示されているよう
に、第１端部が先端部１２を形成するように押出し加工
される一方、端部１４には凹み１５が形成される。円柱
状素材１Ｇが第２のダイスへ移送され、第３図に示され
ているように凹み１５から延びた中央孔又はカップ１６
を形成するように押出し加工される。第４図に示されて
いるように銅芯１８が孔又はカップ１６内に挿入された
後、円柱状素材１０が第３のダイスへ移送され、第５図
に示されているように所定の長さに押出し加工されて中
心ワイヤ２０を形成する。

中心ワイヤ２０はテーパ面２４及びリヅプ２６を具えた
肩部２２を有する。

中心ワイヤ２０は第３のダイスから取出された後にステ
ージジンへ運ばれ、そこで銅芯１８に十字形溝２８が形
成されｔ中心ワイヤの製造が完了する。

上述した工程により製造された中心ワイヤ２０は、第１
３図に示されている型のスパークプラグ３２の磁製本体
３０内に挿入できる。この型の中心ワイヤ２０は殆んど
の作動条件のもとで十分に機能するとともに今日の自動
車の寿命要求を満たし得る。

第１端部又は先端部１２への酸化物の生成を低減又は排
除することにより中心電極の寿命を延ばすため、中心ワ
イヤ２０の先端部１２には白金製薄膜か付設される。第
７図に示されているように、初期厚さ０．０７〜０．１
３ａ＋ｘ（０，００３〜０．００５インチ）の白金ロー
ル又はリボン３８が一対のローラ４０と４２を介して送
られて均一の厚さに圧延される。供給源からの白金ロー
ル３８の厚さが均一である場合には、この圧延工程を不
要にしてもよい。しかし、インコネル製中心ワイヤの先
端部１２を保護するための最小厚さを如何ように用いる
かは白金の価格によって定まる。この厚さを約０．０７
ｘｘ（０，００３インチ）とすべきであることが判明し
た。均一化された白金ロール３８は打抜き工程へ送られ
、第８図に示されているように円板４４が打抜き加工さ
れてダイス４８内に設置される。ダイス４８がステージ
ジンへ移送され、そこで円板４４がラムブレス５０によ
ってカップ形のキャップ又は端部材５４に成形される。

ラムプレス５０が最終位置になると、第９図に示されて
いるようにキャップ部材５４の周辺面にフランジ５２が
形成される。

キャップ又は端部材５４は製造後には約ｏ、０５＋ｕ（
０，００２インチ）の均一の厚さを有する。第１０図に
示されているように、キャップ又は端部材５４が取付具
５８内に設置されて固定ステーションへ運ばれ中心ワイ
ヤ２０と整合される。第１０図に示されているように中
心ワイヤ２０が取付具に設置される以前に、少なくとも
先端部１２が洗浄ステーションを通過され、そこで白金
製キャップ部材５４との接合に悪影響を及ぼし得る先端
部に付着した油及び酸化物が除去される。

この固定ステーシコンにおいて、第１１図に示されてい
るように、キャップ又は端部材５４が中心ワイヤ２０に
向けて移動されて摩擦係合しキャップ部材５４の白金内
面と先端部１２とを機械的に結合する。

成る状況のもとでは、円板４４をダイス内に設置すると
ともに先端部１２を成形工具として用いることが可能で
ある。これは、白金の厚さと中心ワイヤ２０のインコネ
ル製本体に形成された先端部１２の強さとの相対関係に
より可能となるのである。しかし、このようにして製造
されたキャップ又は端部材ではその厚さの均一性に関し
問題が生じる慣れがあり、結果としてキャップ部材５４
を別個に製造することが好ましい。

いずれの製造工程が用いられた場合でも、先端部１２が
白金製キャップ部材５４で被覆される。白金製キャップ
部材５４を備えた中心ワイヤ２０が第１２図に示されて
いる溶接ステーションへ移送される。

このステーションにおいて、電源６０からの電流が中心
ワイヤ２０のインコネル製本体を経て白金製キャップ部
材５４そして接地された取付具５８へ流れる。

電流が先端部１２からキャップ部材５４へ流れると、こ
れらの機械的結合部の接合面を横切ってアークが生起さ
れる。このアークは熱エネルギを発生することとなる。

接合面が約１７００℃であるインコネルの融点に達する
まで、熱エネルギの発生が続けられる。その後電流の流
れが停止されるが、取付具５８には約１１６ミリ秒の間
圧締力が加えられたままであり、その結果白金製キャッ
プ部材５４が先端部１２に融着されて中心電極の製造が
完了する。

この中心電極は第１３図に示されているように磁製本体
３０内に設置され、磁製本体はスパークプラグ３２の金
属製本体６１内に設置される。スパークプラグの作動時
、電気が中心ワイヤ２０から白金で被覆された先端部１
２を経て外側電極６２へ流れる。

上述した方法によって製造されたスパークプラグ３２に
ついて行った試験において、車両の作動をシミュレート
するように白金製キャップ部材５４を７５０時間作動さ
せた。スパークプラグ３２を目視検査したが、中心電極
と外側電極６２との間の電気の流れに悪影響を及ぼし得
る酸化物の生成及び他の劣化は現われなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図はインコネル製ワイヤから切断された円柱状素材
の正面図、第２図は先端部及び凹みを形成するように押
出し加工された第１図の円柱状素材の平面図、第３図は
他の押出し加工によって伸長された第２図の円柱状素材
の平面図、第４図はカップ内に銅芯を挿入した第３図の
円柱状素材の平面図、第５図は最終的な所定の長さに押
出し加工されて中心ワイヤを形成した第４図の円柱状素
材の平面図、第６図は銅芯に十字形溝を形成した第５図
の中心ワイヤの平面図、第７図は白金ロールを所定の厚
さに減少させ円板を打抜く作業を示す概略図、第８図は
白金製円板をカップ形のキャップ部材に成形するための
ダイスの断面図、第９図は周辺面にフランジを形成した
白金製キャップ部材を示す断面図、第１Ｏ図は白金製キ
ャップ部材を中心ワイヤの先端部に整合させた状態を示
す固定ステーションの概略図、第１１図は白金製キャッ
プ部材を中心ワイヤに取付けた状態を示す概略図、第１
２図は中心ワイヤを白金製キャップ部材に融着させる溶
接ステーションの概略図、第１３図は本発明の製法によ
って作られた中心電極を備えたスパークプラグの要部拡
大図である。 １０・・円柱状素材、１２・・先端部、１４・・第２端
部、１６・・カップ、１８・・銅芯、２０・・中心ワイ
ヤ、３２・・スパークプラグ、３８・・白金ロール、４
０、４２・・ローラ、４４・・円板、４８・・ダイス、
５０・・ラムプレス、５２・・フランジ、５４・・キャ
ラ（ほか１名） 口り。ＦＩＧ、　Ｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　インコネル製ワイヤを切断し第１及び第２端部を有
   する円柱状素材を形成する工程、 上記円柱状素材を第１のダイス内に設置し上記第１端部
   に先端部を形成するように押出し加工する工程、 上記円柱状素材を第２のダイス内に設置し上記第２端部
   から上記第１端部へ向かって延びるカップを円柱状素材
   内に形成するように押出し加工する工程、 上記カップ内に銅芯を挿入する工程、 上記円柱状素材及び銅芯を第３のダイス内に設置し上記
   第１及び第２端部間を所定の長さにして中心ワイヤを形
   成するように押出し加工する工程、 白金源から円板を打抜く工程、 上記円板を第４のダイス内に設置してキャップ部材を形
   成する工程、 上記中心ワイヤ及びキャップ部材を第１ステーションに
   設置し該キャップ部材を上記先端部に配設する工程、 上記先端部にキャップ部材を配設した上記中心ワイヤを
   第２ステーションへ移送する工程、上記第２ステーショ
   ンに保ちながら上記中心ワイヤ及びキャップ部材に圧縮
   力を加える工程、上記中心ワイヤ及びキャップ部材に電
   流を通し上記先端部とキャップ部材との接合面にアーク
   を生起させて熱エネルギを発生させる工程、上記熱エネ
   ルギがインコネル製ワイヤの融点に達した時に電流を停
   止させる工程、及び 上記電流の停止後上記中心ワイヤ及びキャップ部材への
   圧縮力を維持して上記先端部とキャップ部材とを融着さ
   せる工程、 から成ることを特徴とするスパークプラグ用電極の製法
   。 ２　上記キャップ部材を上記先端部に配設する以前に該
   先端部から酸化物を除去する工程を更に含んでいること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製法。 ３　上記キャップ部材を上記先端部に配設する以前に、
   キャップ部材と先端部との結合を強めるように該先端部
   との接触面を増大させるフランジを上記キャップ部材に
   形成する工程を更に含んでいることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の製法。 ４　中心ワイヤから接地への電流の流れに悪影響を及ぼ
   し得る酸化物から上記先端部を保護するに十分な約０．
   ０７ｍｍの厚さに上記円板をプレス加工する工程を更に
   含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   の製法。 ５　上記第１ステーションが上記キャップ部材を上記先
   端部に向けて移動させて該先端部の周りに設けキャップ
   部材と先端部とを機械的に 結合することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   製法。 ６　インコネル製ワイヤを切断し第１及び第２端部を有
   する円柱状素材を形成する工程、 上記円柱状素材を第１のダイス内に設置し上記第１端部
   に先端部を形成するように押出し加工する工程、 上記円柱状素材を第２のダイス内に設置し上記第２端部
   から上記第１端部へ向かって延びるカップを形成するよ
   うに押出し加工する工程、上記カップ内に銅芯を挿入す
   る工程、 銅芯を備えた上記円柱状素材を第３のダイス内に設置し
   上記第１及び第２端部間を所定の長さにして中心ワイヤ
   を形成するように円柱状素材及び銅芯を更に押出し加工
   する工程、 白金源から円板を打抜く工程、 上記中心ワイヤ及び円板を第４のダイス内に設置する工
   程、 上記円板が上記先端部を囲繞するまで該円板を上記第１
   端部に向けて移動させる工程、 上記先端部を囲繞した円板を備えている上記中心ワイヤ
   を溶接ステーションへ移送する工程、上記円板を上記先
   端部に係合させるように上記第１及び第２端部に圧縮力
   を加える工程、上記円柱状素材及び上記円板に電流を通
   しアークが生起された時に円板と先端部との接合面に熱
   エネルギを発生させる工程、 上記熱エネルギがインコネル製ワイヤの融点に達した時
   に電流の流れを停止させる工程、及び 上記電流の停止後上記中心ワイヤ及び円板への圧縮力を
   維持して上記先端部を上記円板に融着させる工程、 から成ることを特徴とするスパークプラグ用電極の製法
   。 ７　上記円板を打抜く以前に上記白金源を厚さ０．０７
   〜０．１３ｍｍに圧延する工程を更に含んでいることを
   特徴とする特許請求の範囲第６項記載の製法。 ８　インコネルと白金との融着を向上させるため上記円
   板を取付ける以前に上記円柱状素材の先端部から酸化物
   を除去する工程を更に含んでいることを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の製法。