JP2002222686A

JP2002222686A - スパークプラグおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2002222686A
Application number: JP2001270823A
Authority: JP
Inventors: Koen Hori; 恒円堀
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2002-08-09
Also published as: US20020063504A1

Abstract

(57)【要約】【課題】取付金具と、この取付金具に絶縁支持された
中心電極と、この中心電極と放電ギャップを介して対向
する接地電極とを備え、接地電極における放電部材とし
て貴金属を用いたスパークプラグにおいて、接地電極の
耐久性を向上させる。【解決手段】接地電極４０は全てがＩｒ合金よりな
り、取付金具１０の一端面１２にレーザ溶接により直接
接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、取付金具と、この
取付金具に絶縁支持された中心電極と、この中心電極と
放電ギャップを介して対向する接地電極とを備えるスパ
ークプラグおよびその製造方法に関し、例えば、使用環
境が厳しく長いプラグ交換時期を必要とするコージェネ
レーション用のエンジン等に用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、スパークプラグは、耐熱性、耐消
耗性の確保のため、耐熱性に優れたＮｉ（ニッケル）基
合金を接地電極として、これを取付金具の一端面に抵抗
溶接にて固定し、更に、その接地電極の一端側の中心電
極と対向する面にＩｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）等
の貴金属チップを溶接している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のスパークプラグは、接地電極を取付金具の一端面に
抵抗溶接により固定しているため、溶接時の加圧により
接地電極の沈み込み量にばらつきが発生してしまう。そ
のため、中心電極と接地電極とのギャップ（放電ギャッ
プ）の寸法がばらつき、溶接後にギャップ調整工程が必
要になり、生産性が悪いという問題があった。

【０００４】さらに、上記従来のスパークプラグは、接
地電極と取付金具、および接地電極と貴金属チップの、
２箇所の溶接が必要であり、生産性が悪いという問題が
あった。

【０００５】また、本発明者の検討によれば、上記従来
のスパークプラグを、コージェネレーション用のエンジ
ン等、燃焼圧が高く熱負荷の厳しい即ち使用環境の厳し
いエンジンに用いた場合、次のような問題が生じること
がわかった。

【０００６】即ち、上記貴金属チップと母材である接地
電極との溶接部において、母材（接地電極）が高温によ
り異常結晶粒界酸化を起こし、これにより当該接合部が
損傷をきたすため、貴金属チップが脱落し、放電ギャッ
プ（火花ギャップ）が大幅に拡大してしまう。そして、
結果として、高価な貴金属チップを有効活用することが
できず、寿命を短縮させてしまう。

【０００７】この様な問題に対して、本発明者は、図１
４に示す様なスパークプラグを試作検討した。ここで、
図１４において、（ａ）は火花放電部の概略断面図、
（ｂ）は（ａ）における接地電極４０の上視図、（ｃ）
は（ｂ）中のＡ−Ａ断面図である。

【０００８】この図１４に示す試作品は、Ｆｅ基合金
（炭素鋼等）よりなる取付金具１０と、取付金具１０に
絶縁支持された中心電極３０と、Ｎｉ基合金もしくはＦ
ｅ基合金からなる母材４１およびこの母材４１に溶接固
定されたＩｒ合金部材４２を有する接地電極４０とを備
えている。

【０００９】そして、母材４１は、中心電極３０の先端
部３１の側方側にて取付金具１０に固定され、Ｉｒ合金
部材４２は、その先端部４３が中心電極３０の先端部３
１に対向するように母材４１の先端部からプラグの径方
向に延びており、Ｉｒ合金部材４２の先端部４３と中心
電極３０の先端部３１との対向部に放電ギャップ５０が
形成されている。

【００１０】上記の試作品によれば、最も高温となる接
地電極４０の先端部を耐熱性に優れたＩｒ合金部材４２
とすることで、高温による母材４１の異常結晶粒界酸化
を防止でき、接合部の温度を低減することができる。ま
た、Ｉｒ合金部材４２と母材４１との溶融部４５が、放
電ギャップ５０の延長線上およびその近傍に存在するこ
とが無いから、溶融部４５への火花消耗によって放電部
材としてのＩｒ合金部材４２が脱落するのを防止し、プ
ラグの長寿命化を図ることができる。

【００１１】しかしながら、近年のエンジンの高出力化
・高効率化等により、エンジンの熱負荷や振動は更に増
大する傾向にある。そのため、上記試作品では、放電部
材として耐消耗性に優れたＩｒ合金部材４２を使用して
いるものの、母材４１も含めた接地電極４０全体の更な
る高温化のために、Ｉｒ合金部材４２の消耗が促進され
てしまう。

【００１２】また、振動、熱応力、接合界面酸化によ
り、Ｉｒ合金部材４２と母材４１との接合部が破断しや
すく、最悪、母材４１からＩｒ合金部材４２が脱落して
しまうといった場合も想定される。そして、結果とし
て、プラグの寿命を十分に満足するものとできないと言
う問題が顕在化してくる。

【００１３】なお、中心電極３０においては、先端部３
１であるＩｒ合金チップ３１ａ、本体３２とＩｒ合金チ
ップ３１ａとの溶接部分は絶縁体２０により被覆保護さ
れているため、これらチップ３１ａ及び溶接部分におい
ては、上述の接地電極に起こるような放電による消耗等
の問題は生じにくい。

【００１４】以上述べてきたように、エンジンの高出力
化・高効率化に伴って、貴金属を用いた接地電極の耐久
性を今以上に向上させることにより、接地電極の損傷や
消耗を抑制し、プラグの寿命を長寿命化させる必要があ
る。

【００１５】本発明は上記問題に鑑み、取付金具と、こ
の取付金具に絶縁支持された中心電極と、この中心電極
と放電ギャップを介して対向する接地電極とを備えるス
パークプラグにおいて、接地電極の生産性を向上させる
ことを目的とする。また、接地電極の耐久性を向上させ
ることを他の目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、取付金具（１０）と、
この取付金具に絶縁保持された中心電極（３０）と、こ
の中心電極と放電ギャップ（５０）を介して対向する接
地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、接
地電極は、レーザ溶接およびアーク溶接のいずれか一方
により取付金具に溶接されていることを特徴とする。

【００１７】これによると、レーザ溶接およびアーク溶
接は加圧を伴わないので、抵抗溶接のような溶接時の接
地電極の沈み込みが発生しない。従って、放電ギャップ
の寸法ばらつきが少なくなり、溶接後にギャップ調整工
程が不要になり、生産性を向上させることが可能にな
る。

【００１８】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のスパークプラグにおいて、接地電極（４０）は全て
がＩｒ合金よりなり、取付金具（１０）に直接接合され
ているものであることを特徴とする。

【００１９】これによると、接地電極全体をＩｒ合金よ
り構成しているため、接地電極に関わる溶接部が、取付
金具との溶接部の１箇所のみとなり、溶接部の数が減少
する。従って、溶接後のギャップ調整工程が不要になる
ことと相俟って、生産性を一層向上させることができ
る。

【００２０】また、接地電極全体を耐熱性に優れたＩｒ
合金より構成しているため、接地電極の酸化や消耗を抑
制し、スパークプラグの耐久性を大幅に向上させること
ができる。

【００２１】請求項３に記載の発明では、取付金具（１
０）と、この取付金具に絶縁保持された中心電極（３
０）と、この中心電極と放電ギャップ（５０）を介して
対向する接地電極（４０）とを備えるスパークプラグに
おいて、接地電極は全てがＩｒ合金よりなり、取付金具
に直接接合されているものであることを特徴とする。

【００２２】これによると、接地電極全体をＩｒ合金よ
り構成しているため、接地電極に関わる接合部が、取付
金具との接合部の１箇所のみとなり、接合部の数が減少
する。従って、生産性を向上させることができる。

【００２３】また、接地電極全体をＩｒ合金より構成し
ているため、接地電極全体の耐消耗性を向上させること
ができる。それとともに、接地電極を取付金具に直接接
合しているため、Ｉｒ合金の接合部が、最も高温となる
接地電極の先端即ち放電ギャップから遠くに位置した構
成となり、当該接合部の温度を低減することができる。

【００２４】さらに、接地電極に関わる接合部の数が減
少することにより、接地電極全体の熱伝導が向上し（熱
引き性が向上し）、接地電極の温度を低減することがで
き、また、構造の単純化にもつながる。以上のように、
本発明によれば、接地電極全体の耐消耗性を向上させる
と共に、接地電極に関わる接合部の劣化が防止されるた
め、接地電極の耐久性を向上させることができる。

【００２５】ここで、接地電極（４０）と取付金具（１
０）との接合は、レーザ溶接やアーク溶接による溶接に
よって行うことができるが、請求項４に記載の発明のよ
うに、レーザ溶接の方が比較的好ましい。

【００２６】レーザ溶接は、アーク溶接に比べて短時間
で高エネルギーを付与することのできる溶接方法であ
り、比較的高融点のＩｒ合金の溶接に用いれば、適切な
接合強度を確保することができる。

【００２７】請求項５に記載の発明のように、溶接によ
り形成された接地電極（４０）と取付金具（１０）との
溶融部（４５）の溶け込み深さ（ｄ）を０．３ｍｍ以上
１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００２８】これは、本発明者の実験検討により求めた
好適な範囲であり、この範囲であれば、実用レベルの接
合強度を十分に満足することができる。つまり、溶け込
み深さが０．３ｍｍよりも小さいと新品時（溶接直後）
の接合強度が十分ではなく、１．５ｍｍよりも大きいと
溶接時の凝固割れ発生により、新品時の接合強度が低下
してしまい、接合信頼性を満足することができない。

【００２９】また、請求項６に記載の発明のように、取
付金具（１０）はＦｅ基合金よりなり、このＦｅ基合金
は、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐの含有量がそれぞれ、０．
１５重量％以下、０．３５重量％以下、０．２５重量％
以下、１．５重量％以下、０．１重量％以下のいずれか
１つを満足するものであることが好ましい。

【００３０】これは、本発明者の実験検討により求めた
好適な範囲であり、この範囲であれば、溶接時の凝固割
れによる接合強度の低下を抑制する効果を発揮すること
ができる。

【００３１】ここで、請求項７に記載の発明のように、
取付金具（１０）はＦｅ基合金よりなり、このＦｅ基合
金は、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐの含有量がそれぞれ、
０．１５重量％以下、０．３５重量％以下、０．２５重
量％以下、１．５重量％以下、０．１重量％以下である
場合に最も効果が大きく、接地電極と取付金具との接合
信頼性をさらに向上させることができる。

【００３２】また、より耐消耗性の高い接地電極を実現
するためには、請求項８に記載の発明のように、接地電
極（４０）は、５０重量％以上のＰｔを主成分とし、Ｉ
ｒ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｗ、ＰｄおよびＲｕのうち少なくとも
１つが添加された合金であることが好ましい。

【００３３】同様に、より耐消耗性の高い接地電極を実
現するためには、請求項９に記載の発明のように、接地
電極（４０）は、５０重量％以上のＩｒを主成分とし、
Ｒｈ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｗ、ＰｄおよびＲｕのうち少
なくとも１つが添加された合金であることが好ましい。

【００３４】請求項１０に記載の発明では、取付金具
（１０）と、この取付金具に絶縁保持された中心電極
（３０）と、この中心電極と放電ギャップ（５０）を介
して対向する接地電極（４０）とを備えるスパークプラ
グの製造方法において、中心電極と接地電極との間に放
電ギャップと実質的に同寸法のスペーサを介在させた状
態で、接地電極を、レーザ溶接およびアーク溶接のいず
れか一方により取付金具に溶接することを特徴とする。

【００３５】ところで、接地電極を取付金具に抵抗溶接
により接合するようにした従来のスパークプラグにおい
ては、溶接後のギャップ調整工程を不要にすべく、中心
電極と接地電極との間に放電ギャップと実質的に同寸法
のスペーサ（６０）を介在させた状態で接地電極を取付
金具に溶接した場合、溶接時の加圧により接地電極の変
形、破損といった問題が発生する。

【００３６】これに対し、請求項１０に記載の発明によ
れば、レーザ溶接およびアーク溶接は加圧を伴わないの
で、スペーサを介在させた状態でも、接地電極を変形、
破損させることなく溶接することができる。また、スペ
ーサを放電ギャップと実質的に同寸法にすることで、接
地電極の溶接時に放電ギャップの初期値を容易に設定す
ることができる。従って、溶接後のギャップ調整工程を
不要にして、生産性を向上させることができる。

【００３７】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００３８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
図に示す実施形態について説明する。本実施形態は、例
えばコージェネレーションにおける発電機のガスエンジ
ン用のスパークプラグとして用いられる。

【００３９】図１に本実施形態に係るスパークプラグＳ
１の全体構成を示す半断面図を示し、図２に図１中の丸
で囲んだＢ部分（火花放電部）の詳細を示す構成図を示
す。なお、図２において、（ａ）は火花放電部の概略断
面図、（ｂ）は（ａ）における接地電極４０の上視図、
（ｃ）は（ｂ）中のＣ−Ｃ断面図である。

【００４０】スパークプラグＳ１は、筒形状の取付金具
（ハウジング）１０を有しており、この取付金具１０
は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付
ネジ部１１を備えている。取付金具１０の内部には、ア
ルミナセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）等からなる絶縁体２０が
固定されている。

【００４１】ここで、取付金具１０は、炭素鋼等のＦｅ
基合金よりなり、このＦｅ基合金は、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍ
ｎ、Ｐの含有量がそれぞれ、０．１５重量％以下、０．
３５重量％以下、０．２５重量％以下、１．５重量％以
下、０．１重量％以下のものであることが好ましい。

【００４２】中心電極３０は絶縁体２０の軸孔２２に固
定され、絶縁体２０を介して取付金具１０に絶縁保持さ
れており、中心電極３０の先端部３１は絶縁体２０の先
端部２１から露出するように設けられている。

【００４３】図２に示す様に、この中心電極３０は、内
材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基
合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構
成された円柱体をなす本体３２と、この本体３２にレー
ザ溶接やアーク溶接等により固定された上記先端部３１
としての円板状のＩｒ合金チップ３１ａから構成され
る。

【００４４】接地電極４０は、その全体がＩｒ合金より
なるもので、取付金具１０にレーザ溶接やアーク溶接等
により直接接合されており、この接合部から中心電極３
０の先端部３１に向かって延び、中心電極３０の先端部
３１と放電ギャップ（火花ギャップ）５０を介して対向
している。

【００４５】図２に示す例では、接地電極４０は、全体
として四角柱形状をなし、中心電極３０の先端部３１の
側方側にて取付金具１０の一端面１２に支持固定されて
いる。なお、図２では、レーザ溶接により接合した例を
示している。そして、接地電極４０の先端部４１が中心
電極３０の先端部３１に対向するように延びており、接
地電極４０の先端部４１と中心電極３０の先端部３１と
の対向部に放電ギャップ５０が形成されている。

【００４６】上記図２では、接地電極４０をレーザ溶接
により取付金具１０の一端面１２に溶接固定した例を示
しているが、図３に、接地電極４０をアーク溶接により
取付金具１０の一端面１２に溶接固定した例を示す。図
３において、（ａ）は火花放電部の概略断面図、（ｂ）
は（ａ）における接地電極４０の上視図、（ｃ）は
（ｂ）中のＤ−Ｄ断面図である。

【００４７】レーザ溶接とアーク溶接とでは、溶接によ
り形成された接地電極４０と取付金具１０との溶融部４
５の形状が異なる。つまり、図２に示す様に、レーザ溶
接による溶融部４５は、局所的にレーザを順次当ててい
くため、所望の溶接領域において複数個の溶融部４５が
順次つながった形状をなしている。

【００４８】一方、図３に示す様に、アーク溶接では、
所望の溶接領域全体にアーク放電を行うため、１個の溶
融部４５となっている。ここで、図２及び図３に示す溶
融部４５の溶け込み深さｄは、０．３ｍｍ以上１．５ｍ
ｍ以下とすることが好ましい。

【００４９】また、中心電極３０の先端部３１としての
Ｉｒ合金チップ３１ａ、及び、接地電極４０は、耐消耗
性向上のために、Ｉｒを５０重量％以上含むＩｒ合金よ
りなることが好ましい。例えば、５０重量％以上のＩｒ
に対してＲｈ（ロジウム）、Ｐｔ、Ｏｓ（オスミウ
ム）、Ｎｉ、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）
およびＷ（タングステン）のうち少なくとも１種が添加
されているものを採用できる。

【００５０】本例では、両者３１ａ、４０共にＩｒ−１
０Ｒｈ（Ｉｒ９０重量％、Ｒｈ１０重量％の合金）より
なり、Ｉｒ合金チップ３１ａは、φ２．４ｍｍ、厚さ
１．４ｍｍの円板とし、接地電極４０は、幅Ｗ２．５ｍ
ｍ、長さＬ９．０ｍｍ、厚さｔ１．０ｍｍの四角柱とし
ている。

【００５１】ところで、本実施形態によれば、接地電極
４０全体をＩｒ合金より構成しているため、接地電極４
０全体の耐消耗性を向上させることができる。それとと
もに、接地電極４０を取付金具１０に直接接合している
ため、Ｉｒ合金の接合部（溶融部４５）が、最も高温と
なる接地電極４０の先端部４１即ち放電ギャップ５０か
ら遠くに位置した構成となり、当該接合部（溶融部４
５）の温度を低減することができる。

【００５２】さらに、本実施形態によれば、従来及び上
記図１４に示したスパークプラグにおける接地電極のよ
うに、Ｎｉ基合金等の母材を介して貴金属チップを接合
（溶接）する場合に比べて、接地電極４０に関わる接合
部が、取付金具１０との接合部（溶融部４５）の１箇所
のみとなるため、接合部（溶接箇所）の数が減少する
（従来では少なくとも２箇所）。

【００５３】このように、接地電極４０に関わる接合部
の数を減少させることにより、接地電極４０全体の熱伝
導が向上し（熱引き性が向上し）、接地電極４０の温度
を低減することができ、また、構造の単純化にもつなが
る。以上のように、本実施形態によれば、接地電極４０
全体の耐消耗性を向上させると共に、接地電極４０に関
わる接合部の劣化が防止されるため、接地電極４０の耐
久性を向上させることができる。そして、プラグの交換
時期を大幅に拡大することができる。

【００５４】これら本実施形態の効果について、耐久試
験を行った結果に基づき具体的に説明する。まず、本実
施形態のスパークプラグＳ１と上記図１４に示したスパ
ークプラグ（比較例）とについて、コージェネレーショ
ン用のエンジンを用いスロットル全開（１６００ｒｐ
ｍ）の条件にてエンジン耐久試験を行い、プラグの寿命
を放電ギャップ（火花ギャップ）５０の拡大量として調
べた。

【００５５】この耐久試験における本実施形態のスパー
クプラグＳ１としては、上記した本例の材質、寸法を有
するものを用いた。即ち、接地電極（材質：Ｉｒ−１０
Ｒｈ、幅Ｗ２．５ｍｍ、長さＬ９．０ｍｍ、厚さｔ１．
０ｍｍの四角柱）４０が取付金具１０にレーザ溶接され
（溶け込み深さｄは０．３〜１．５ｍｍ）、Ｉｒ合金チ
ップ３１ａがφ２．４ｍｍ、厚さ１．４ｍｍのＩｒ−１
０Ｒｈよりなる円板であるものとした。

【００５６】また、この耐久試験における比較例のスパ
ークプラグとしては、上記図１４中の母材４１が取付金
具１０に抵抗溶接にて接合されたインコネル（登録商
標）よりなるものであり、Ｉｒ合金部材４２が幅Ｗ２．
５ｍｍ、長さＬ５．０ｍｍ、厚さｔ１．０ｍｍの四角柱
のものであって母材４１にレーザ溶接されたものであ
り、Ｉｒ合金チップ３１ａは本実施形態と同様のものを
用いた。

【００５７】これら本実施形態及び比較例のスパークプ
ラグを各６本作製し、上記エンジン耐久試験を行い、耐
久時間（Ｈｒ）と火花ギャップの拡大量（初期の放電ギ
ャップ５０からの拡大量、単位：ｍｍ）との関係を調べ
た。その結果を図４に示す。ちなみに、接地電極４０の
先端部（放電ギャップに位置する部位）４１の温度は、
比較例が１０２０℃、本実施形態が９３０℃であった。

【００５８】図４に示す様に、比較例６本のうち２本
（図中の２個のクロスプロット）が、耐久時間１０００
時間で接合部（母材４１とＩｒ合金部材４２との溶接
部）が破断したために寿命が終了（耐久終了）し、比較
例６本のうち４本（図中、耐久時間１０００Ｈｒ近傍の
４個の黒三角プロット）が約１２００時間で火花ギャッ
プ５０の大幅拡大による要求電圧上昇のために寿命が終
了（耐久終了）している。

【００５９】それに対して、図４に示す様に、本実施形
態（図中の６個の黒丸プロット）では、比較例に対して
最低でも寿命が約６０％長くなっている（約２０００Ｈ
ｒ）ことがわかる。なお、プラグの寿命は、実用的には
火花ギャップ拡大量０．３ｍｍ程度である。

【００６０】これは、比較例の接地電極４０では、溶接
箇所が多いため熱伝導性が悪化し、接地電極４０の先端
温度が上昇し、その消耗を促進させているのに対し、本
実施形態の接地電極４０では、溶接箇所が減少している
ため、接地電極４０の先端温度を低減でき、消耗を抑制
することができ、また、接合信頼性も十分に確保されて
いるためである。

【００６１】次に、上記図２及び図３に示す様なレーザ
溶接を用いたもの、アーク溶接を用いたもの、及び、上
記図１４に示す比較例について、上記と同様のエンジン
耐久試験を行い、Ｉｒ合金に係る接合部の接合信頼性を
接合（引っ張り）強度にて評価した。

【００６２】ここで、Ｉｒ合金に係る接合部（Ｉｒ合金
接合部）は、本実施形態においては、接地電極４０と取
付金具１０との溶接部（溶融部４５）であり、比較例に
おいては、Ｉｒ合金部材４２と母材４１との溶融部４５
である。また、試験品の材質、寸法等は、上記図４にお
ける耐久試験と同様とした。

【００６３】図５は、耐久時間（Ｈｒ）と接合強度
（Ｎ）との関係を示す図である。なお、溶融部４５の溶
け込み深さｄ（図２参照）は、１．０ｍｍとした。ちな
みに、Ｉｒ合金接合部の温度は、本実施形態では、比較
例では８７０℃、本実施形態では図２及び図３に示すも
の共に５６０℃であった。

【００６４】図５に示す様に、比較例（黒三角プロッ
ト）では、振動、熱応力、接合界面酸化により、接合強
度の低下が顕著であるのに対し、本実施形態では、レー
ザ溶接を用いたもの（黒丸プロット）、アーク溶接を用
いたもの（白丸プロット）ともに、比較例に対して初期
の接合強度は劣るものの実用レベルを維持しており、耐
久終了（２０００Ｈｒ）まで優れた接合信頼性を維持し
ていることがわかる。

【００６５】これは、比較例におけるＩｒ合金接合部
が、最も温度の高い接地電極４０の先端から比較的近い
位置にあるのに対して、本実施形態におけるＩｒ合金接
合部は、接地電極４０の先端から離れた位置（つまり、
接地電極の先端とは反対側であり、接地電極において最
も温度が低い端部）にあるので、Ｉｒ合金接合部の温度
を低減できるため、当該接合部に加わる熱応力が低減さ
れると共に、接合界面酸化も抑制されることによる。

【００６６】また、図５に示す様に、レーザ溶接を用い
たもの（黒丸プロット）は、アーク溶接を用いたもの
（白丸プロット）に比して、高いレベルで接合強度を保
持することができるため、本実施形態において、接地電
極４０と取付金具１０との溶接はレーザ溶接にて行う方
が好ましい。

【００６７】レーザ溶接は、アーク溶接に比べて短時間
で高エネルギーを付与することのできる溶接方法であ
り、比較的高融点のＩｒ合金の溶接に用いれば、適切な
接合強度を確保することができる。また、レーザ溶接お
よびアーク溶接は、抵抗溶接のように加圧を伴わないの
で、溶接時にスペーサ等を用いて、溶接部やＩｒ合金に
負荷をかけることなく、容易にギャップ調整することが
できる。そのため、ギャップ調整が溶接時に同時にで
き、従来のギャップ調整工程が不要となり、工数を低減
することができる。

【００６８】次に、Ｆｅ基合金よりなる取付金具１０に
おいて、含有される元素即ちＳ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐの
含有量（元素量）に対する接地電極４０と取付金具１０
との接合信頼性について、上記図５と同様、接合強度
（引っ張り強度）にて評価した。このとき、エンジン耐
久試験は、上記と同条件であるが、耐久後の接合強度と
して耐久時間２０００Ｈｒ後の接合強度を調べた。

【００６９】図６は、上記元素量（重量％）と接合強度
（Ｎ）との関係を示す図であり、接合強度としては、新
品時の接合強度（黒丸プロット）、耐久後の接合強度
（クロスプロット）を示してある。なお、溶融部４５の
溶け込み深さｄ（図２参照）は、１．０ｍｍとした。

【００７０】図６から、接合信頼性を確保するために
は、Ｆｅ基合金よりなる取付金具１０において、このＦ
ｅ基合金に含有されるＳ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐの含有量
（元素量）がそれぞれ、０．１５重量％以下、０．３５
重量％以下、０．２５重量％以下、１．５重量％以下、
０．１重量％以下のものであることが好ましいことがわ
かる。

【００７１】一方、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐの全ての含
有量が上記した範囲以上に増加すると、新品時の接合強
度が既に大幅に低下してしまうため、耐久後（２０００
Ｈｒ）の接合信頼性を確保することも困難となってい
る。

【００７２】この原因について調べた結果、元素量が多
すぎる場合（図６中、Ｓ：０．２重量％、Ｓｉ：０．４
重量％、Ｃ：０．３重量％、Ｍｎ：２．０重量％、Ｐ：
０．１５重量％のもの）、溶接時に、接地電極と取付金
具との溶接部において凝固割れが発生し、新品時の接合
強度が低下し、接合信頼性を満足することができないこ
とがわかった。

【００７３】また、上述したように、レーザ溶接により
形成された溶融部４５の溶け込み深さｄを０．３ｍｍ以
上１．５ｍｍ以下とすることが好ましいが、この根拠に
ついて述べる。

【００７４】当該溶け込み深さｄについて評価するにあ
たっては、上記図２に示す溶融部４５の形態（これをレ
ーザ溶接構造とする）だけでなく、次の図７に示す様
な溶融部４５の他の形態（これをレーザ溶接構造とす
る）についても行った。なお、図７において、（ａ）は
火花放電部の概略断面図、（ｂ）は（ａ）における接地
電極４０の上視図、（ｃ）は（ｂ）中のＥ−Ｅ断面図で
ある。

【００７５】上記図２に示すレーザ溶接構造は、取付
金具１０のフラットな一端面１２に接地電極４０を載
せ、当該一端面１２に対して斜めの方向から接合界面に
レーザを照射することにより溶融部４５を形成したもの
である。

【００７６】一方、図７に示すレーザ溶接構造は、取
付金具１０の一端面１２に接地電極４０の厚さｔと同程
度の深さの凹部１２ａを形成し、この凹部１２ａにはめ
込むように接地電極４０を載せ、凹部１２ａの側面と接
地電極４０との界面に対して、当該一端面１２に垂直な
方向からレーザを照射して溶融部４５を形成したもので
ある。

【００７７】これら両レーザ溶接構造及びについ
て、溶け込み深さｄを種々変えてエンジン耐久試験を行
い、新品時及び耐久後のＩｒ合金接合部における接合強
度（引っ張り強度）を評価した。エンジン耐久試験は、
上記と同条件であり、耐久後の接合強度として耐久時間
２０００Ｈｒ後の接合強度を調べた。

【００７８】また、Ｆｅ基合金よりなる取付金具１０に
おける各元素量は、上記図６から求められた好ましい範
囲の中では最も凝固割れ発生の可能性の高い（つまり接
合信頼性の最も低い）元素量（Ｓ：０．１５重量％、Ｓ
ｉ：０．３５重量％、Ｃ：０．２５重量％、Ｍｎ：１．
５重量％、Ｐ：０．１重量％のもの）とした。

【００７９】図８は、このような条件にて上記両レーザ
溶接構造及びについて評価し、溶け込み深さｄ（ｍ
ｍ）と新品時及び耐久後の接合強度（Ｎ）との関係を示
す図である。ここで、図８において、黒丸プロット、白
丸プロットはそれぞれ、レーザ溶接構造における新
品、耐久後の場合を示し、黒三角プロット、白三角プロ
ットはそれぞれ、レーザ溶接構造における新品、耐久
後の場合を示す。

【００８０】図８からわかるように、レーザ溶接による
溶融部４５の構造に関わらず、溶け込み深さｄが０．３
ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であれば、実用レベルの接合強
度を十分に満足することができ、接合信頼性が確保され
ている。

【００８１】一方、溶け込み深さｄが０．３ｍｍよりも
小さいと新品時（溶接直後）の接合強度が十分ではな
く、１．５ｍｍよりも大きいと溶接時の凝固割れ発生に
より、新品時の接合強度が低下してしまうため、接合信
頼性を十分に満足することができない。よって、レーザ
溶接により形成された溶融部４５の溶け込み深さｄを
０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００８２】（第２実施形態）図９は第２実施形態を示
すもので、図９において、（ａ）は火花放電部の概略断
面図、（ｂ）は（ａ）における接地電極４０の上視図、
（ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。

【００８３】本実施形態は、中心電極３０と接地電極４
０との間に放電ギャップ５０と実質的に同寸法の厚さの
スペーサ６０を介在させた状態で、接地電極４０を取付
金具１０にレーザ溶接やアーク溶接で溶接し、その溶接
が完了後スペーサ６０を抜き取るようにしたもので、そ
の他の点は第１実施形態と共通する。

【００８４】ところで、中心電極３０と接地電極４０と
の間にスペーサ６０を介在させた状態で接地電極４０を
取付金具１０に抵抗溶接した場合、溶接時の加圧により
接地電極４０の変形、破損といった問題が発生する。

【００８５】これに対し、本実施形態によれば、レーザ
溶接およびアーク溶接は加圧を伴わないので、スペーサ
６０を介在させた状態でも、接地電極４０を変形、破損
させることなく溶接することができる。また、スペーサ
６０を放電ギャップ５０と実質的に同寸法にすること
で、接地電極４０の溶接時に放電ギャップ５０の初期値
を容易に設定することができる。従って、溶接後のギャ
ップ調整工程を不要にして、生産性を向上させることが
できる。

【００８６】（第３実施形態）図１０は第３実施形態を
示すもので、図１０において、（ａ）は接地電極４０と
取付金具１０の溶接部の概略断面図、（ｂ）は（ａ）の
上視図である。

【００８７】上記実施形態では、曲げ加工をしない接地
電極４０を用いたが、本実施形態は、予め略Ｌ字状に曲
げ加工された接地電極４０を、取付金具１０にレーザ溶
接やアーク溶接で溶接するようにしたもので、その他の
点は第１実施形態と共通する。

【００８８】ところで、一般的に抵抗溶接では曲がった
素材を溶接することが困難である。そこで、接地電極４
０を取付金具１０に抵抗溶接する場合、曲げ加工を施し
ていない接地電極４０を溶接した後、接地電極４０を略
Ｌ字状に曲げ加工して放電ギャップ５０を調整する。し
かし、接地電極４０に非常に硬い材料を用いた場合、溶
接後の曲げ加工時に溶接部に大きな力が加わり、破断し
てしまうといった問題が発生する。

【００８９】これに対し、レーザ溶接およびアーク溶接
は曲がった素材の溶接が可能であるため、本実施形態の
ように、予め曲げ加工された接地電極４０を取付金具１
０に溶接することができる。従って、溶接後の曲げ加工
が不要になり、上記した破断の問題が発生しない。

【００９０】（第４実施形態）図１１は第４実施形態を
示すもので、図１１において、（ａ）は火花放電部の概
略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視図である。

【００９１】本実施形態は、中心電極３０と接地電極４
０との間に放電ギャップ５０と実質的に同寸法の厚さの
スペーサ６０を介在させた状態で、接地電極４０を取付
金具１０にレーザ溶接やアーク溶接で溶接し、その溶接
が完了後スペーサ６０を抜き取るようにしたもので、そ
の他の点は第３実施形態と共通する。

【００９２】本実施形態によれば、スペーサ６０を放電
ギャップ５０と実質的に同寸法にすることで、接地電極
４０の溶接時に放電ギャップ５０の初期値を容易に設定
することができる。従って、溶接後のギャップ調整工程
を不要にして、生産性を向上させることができる。

【００９３】（他の実施形態）上記各実施形態では、中
心電極３０の先端部３１および接地電極４０をＩｒ合金
製としたが、それらは、Ｐｔを５０重量％以上含むＰｔ
合金製としても、耐消耗性を向上することができる。こ
の場合、例えば、５０重量％以上のＰｔに対して、Ｉ
ｒ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｗ、ＰｄおよびＲｕのうち少なくとも
１種が添加されているものを採用できる。

【００９４】さらに、本発明は、以下に示すような種々
の変形例が可能である。

【００９５】図１２は接地電極４０の配置形態を種々変
更した例であり、図１２において、（ａ）〜（ｄ）は接
地電極４０が２つあるいわゆる２極プラグの例である。
なお、（ｂ）は（ａ）の概略断面図、（ｄ）は（ｃ）の
概略断面図である。つまり、接地電極４０の数は２個で
も３個以上でもよい。

【００９６】また、図１２において、（ｅ）及び（ｆ）
は、接地電極４０が中心電極３０の先端部３１上を跨い
で放電ギャップ５０を形成しているものである。なお、
（ｆ）は（ｅ）の概略断面図である。これら図１２に示
すようなスパークプラグにおいても、上記各実施形態と
同様の特徴部を有するものとすれば、同様の作用効果を
得ることができる。

【００９７】さらに、図１３は、接地電極４０の取付金
具１０への溶接形態を変形した例を示す図である。図１
３において、（ａ）及び（ｂ）は、取付金具１０の一端
面１２に凸部１２ｂを形成し、この凸部１２ｂに接地電
極４０を溶接した例である。なお、図１３の（ａ）は
（ｂ）のＦ−Ｆ断面図である。

【００９８】また、図１３において（ｃ）及び（ｄ）
は、取付金具１０の一端面１２に凹部１２ａを形成し、
この凹部１２ａに丸棒状の接地電極４０をはめ込み、そ
の接地電極４０の直上からレーザを照射して溶融部４５
を形成し、接合したものである。なお、図１３の（ｄ）
は（ｃ）のＧ−Ｇ断面図である。これら図１３に示すよ
うなスパークプラグにおいても、上記各実施形態と同様
の特徴部を有するものとすれば、同様の作用効果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るスパークプラグの全体構成
を示す半断面図である。

【図２】図１中のＢ部（火花放電部）の詳細構成図であ
る。

【図３】接地電極をアーク溶接により取付金具に溶接固
定した構成を示す図である。

【図４】エンジン耐久試験における耐久時間と火花ギャ
ップ拡大量との関係を示す図である。

【図５】エンジン耐久試験における耐久時間とＩｒ合金
接合部の接合強度との関係を示す図である。

【図６】エンジン耐久試験における取付金具の元素量と
Ｉｒ合金接合部の接合強度との関係を示す図である。

【図７】Ｉｒ合金接合部のレーザ溶接による溶接構造の
他の例を示す図である。

【図８】溶融部の溶け込み深さｄとＩｒ合金接合部の接
合強度との関係を示す図である。

【図９】第２実施形態に係るスパークプラグの火花放電
部の詳細構成図である。

【図１０】第３実施形態に係るスパークプラグの接地電
極４０と取付金具１０の溶接部の詳細構成図である。

【図１１】第４実施形態に係るスパークプラグの火花放
電部の詳細構成図である。

【図１２】本発明において接地電極の配置形態を種々変
更した変形例を示す図である。

【図１３】本発明において接地電極の取付金具への溶接
形態の変形例を示す図である。

【図１４】本発明者が試作したスパークプラグの構成を
示す図である。

【符号の説明】

１０…取付金具、３０…中心電極、４０…接地電極、４
５…溶融部、５０…放電ギャップ（火花ギャップ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｔ 13/39 Ｈ０１Ｔ 13/39 21/02 21/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】取付金具（１０）と、この取付金具に絶縁保持された中心電極（３０）と、この中心電極と放電ギャップ（５０）を介して対向する
接地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、前記接地電極は、レーザ溶接およびアーク溶接のいずれ
か一方により前記取付金具に溶接されていることを特徴
とするスパークプラグ。
【請求項２】前記接地電極（４０）は全てがＩｒ合金
よりなり、前記取付金具（１０）に直接接合されている
ものであることを特徴とする請求項１に記載のスパーク
プラグ。
【請求項３】取付金具（１０）と、この取付金具に絶縁保持された中心電極（３０）と、この中心電極と放電ギャップ（５０）を介して対向する
接地電極（４０）とを備えるスパークプラグにおいて、前記接地電極は全てがＩｒ合金よりなり、前記取付金具
に直接接合されているものであることを特徴とするスパ
ークプラグ。
【請求項４】前記接地電極（４０）はレーザ溶接によ
り前記取付金具（１０）に溶接されていることを特徴と
する請求項３に記載のスパークプラグ。
【請求項５】前記溶接により形成された前記接地電極
（４０）と前記取付金具（１０）との溶融部（４５）の
溶け込み深さ（ｄ）が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下で
あることを特徴とする請求項１、２および４のいずれか
１つに記載のスパークプラグ。
【請求項６】前記取付金具（１０）はＦｅ基合金より
なり、このＦｅ基合金は、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐの含
有量がそれぞれ、０．１５重量％以下、０．３５重量％
以下、０．２５重量％以下、１．５重量％以下、０．１
重量％以下のいずれか１つを満足するものであることを
特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のス
パークプラグ。
【請求項７】前記取付金具（１０）はＦｅ基合金より
なり、このＦｅ基合金は、Ｓ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐの含
有量がそれぞれ、０．１５重量％以下、０．３５重量％
以下、０．２５重量％以下、１．５重量％以下、０．１
重量％以下のものであることを特徴とする請求項１ない
し６のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項８】前記接地電極（４０）は、５０重量％以
上のＰｔを主成分とし、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｄお
よびＲｕのうち少なくとも１つが添加された合金よりな
ることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項９】前記接地電極（４０）は、５０重量％以
上のＩｒを主成分とし、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｗ、
ＰｄおよびＲｕのうち少なくとも１つが添加された合金
よりなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか
１つに記載のスパークプラグ。
【請求項１０】取付金具（１０）と、この取付金具に絶縁保持された中心電極（３０）と、この中心電極と放電ギャップ（５０）を介して対向する
接地電極（４０）とを備えるスパークプラグの製造方法
において、前記中心電極と前記接地電極との間に前記放電ギャップ
と実質的に同寸法のスペーサ（６０）を介在させた状態
で、前記接地電極を、レーザ溶接およびアーク溶接のい
ずれか一方により前記取付金具に溶接することを特徴と
するスパークプラグの製造方法。