JP2003059617A

JP2003059617A - スパークプラグおよびその製造方法

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Publication number: JP2003059617A
Application number: JP2001251895A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kano; 啓二金生; Masayuki Tamura; 正行田村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: JP4507475B2; US6819033B2; US20030038578A1

Abstract

(57)【要約】【課題】接地電極側のメッキ剥離に起因する失火や着
火不良を防止する。【解決手段】主体金具１に非メッキ部１ｃを設け、非
メッキ部１ｃに、メッキが施されていない接地電極４を
溶接する。これにより、接地電極４および溶接ばり６に
メッキが付着していないスパークプラグを製造すること
ができ、従って、接地電極４側のメッキ剥離に起因する
失火や着火不良を防止できる。また、溶接部位にはメッ
キが施されていないため、主体金具１と接地電極４との
溶接強度を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中心電極と接地電
極との間で火花放電を行うスパークプラグおよびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱負荷が厳しい環境で使用されるスパー
クプラグは、接地電極の内部酸化進行による火花消耗を
抑制するために、接地電極の材料として、耐熱耐酸化性
に優れたインコネル６００（商標名）等のＮｉ基合金を
用いている。一方、中心電極を絶縁保持する主体金具は
通常低炭素鋼にて形成される。

【０００３】そして、低炭素鋼製の主体金具は、腐食防
止のためにメッキが施される。具体的には、例えば特
開２００１−６８２５０号公報に記載のように、主体金
具と接地電極とを溶接した後、主体金具および接地電極
の両方にメッキを施したり、あるいは、主体金具と接
地電極とを溶接した後、接地電極側をマスキングして主
体金具にメッキを施すようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のメッキ方法の場合、中心電極と接地電極とのギャップ
を調整するために接地電極を曲げた際に、接地電極に施
されたメッキが剥がれてしまい、その剥離したメッキに
より中心電極と接地電極との間が短絡されて失火する恐
れがあった。

【０００５】一方、上記のメッキ方法の場合、マスキ
ングによって接地電極が完全に覆われているわけではな
いので、図２に示すように、接地電極４の溶接側端部４
ｂにはメッキ高さＬ＝１〜２ｍｍ程度の範囲にメッキＭ
が付着している。そして、接地電極４の溶接側端部４ｂ
のメッキＭがエンジンの運転中に熱応力で剥がれてしま
い、その剥離したメッキＭ１に飛び火１０が生じ（横飛
火）、着火不良を引き起こす恐れがあった。

【０００６】特に、今後長寿命化が進んでいく中で、長
期間の使用においてわずかにメッキが残っていても剥離
を起こすことが懸念される。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、接地電極側のメッキ剥離に起因する失火や着火不良
を防止可能にすることを目的とする。

【０００８】

【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、主体金具（１）と、こ
の主体金具（１）に絶縁保持された中心電極（３）と、
主体金具（１）に一端が溶接され、他端が中心電極
（３）と対向する接地電極（４）とを備え、主体金具
（１）と接地電極（４）との溶接部位には、接地電極
（４）よりも外側に拡がった溶接ばり（６）が形成され
たスパークプラグであって、主体金具（１）にはメッキ
が施され、接地電極（４）および溶接ばり（６）にはメ
ッキが施されていないことを特徴とする。

【０００９】これによると、主体金具にはメッキが施さ
れているため主体金具の腐食を防止することができ、一
方、接地電極および溶接ばりにはメッキが施されていな
いため、従来のスパークプラグのように接地電極側のメ
ッキ剥離に起因する失火や着火不良は発生しない。

【００１０】請求項２に記載の発明では、主体金具
（１）は、溶接部位を除く部位にメッキが施されている
ことを特徴とする。

【００１１】これによると、主体金具の腐食を防止する
ことができるとともに、溶接部位にはメッキが施されて
いないため、主体金具と接地電極との溶接強度を確保す
ることができる。

【００１２】なお、請求項２の発明のスパークプラグ
は、例えば請求項６に記載の発明のように、主体金具
（１）と、この主体金具（１）に絶縁保持された中心電
極（３）と、主体金具（１）に一端が溶接され、他端が
中心電極（３）に対向する接地電極（４）とを備えるス
パークプラグの製造方法であって、溶接予定部位を除く
部位にメッキが施された主体金具（１）と、メッキが施
されていない接地電極（４）とを用意し、主体金具
（１）における溶接予定部位に、接地電極（４）を溶接
することにより、製造することができる。

【００１３】請求項３に記載の発明では、主体金具
（１）における溶接部位の非メッキ部（１ｃ）全域が、
接地電極（４）および溶接ばり（６）により覆われてい
ることを特徴とする。

【００１４】これによると、溶接部位の非メッキ部が露
出しないため、非メッキ部の腐食を防止することができ
る。

【００１５】請求項４に記載の発明では、主体金具
（１）における溶接部位の非メッキ部（１ｃ）の面積を
Ｓ、接地電極（４）における溶接側端面（４ｃ）の面積
をＡとしたとき、非メッキ部（１ｃ）の面積Ｓを溶接側
端面（４ｃ）の面積Ａで割った値Ｓ／Ａが、０．７≦Ｓ
／Ａ≦１．５であることを特徴とする。

【００１６】ところで、非メッキ部の面積Ｓが小さすぎ
ると必要な溶接強度を確保することができず、ギャップ
調整時に溶接界面で剥離して接地電極が脱落しやすくな
ってしまう。そこで、溶接強度とＳ／Ａ値との関係を検
討したところ、請求項４の発明のように、０．７≦Ｓ／
Ａとすることにより、必要な溶接強度を確保できること
を見出した。

【００１７】一方、非メッキ部の面積Ｓが接地電極の溶
接側面積Ａよりも大幅に大きい場合、非メッキ部全域を
接地電極および溶接ばりにより覆うためには、溶接条件
を過剰にして溶接ばりを大きく（広く）しなければなら
ない。しかし、溶接ばりが大きくなりすぎると、その溶
接ばりに横飛火が発生しやすくなることが判った。

【００１８】そこで、請求項４の発明のように、Ｓ／Ａ
≦１．５とすることにより、非メッキ部全域を接地電極
および溶接ばりにより覆いつつ、横飛火発生頻度を実用
上問題ない範囲に抑制できることを見出した。

【００１９】請求項５に記載の発明のように、接地電極
（４）を耐熱耐酸化性に優れたＮｉ基合金製とすれば、
接地電極のメッキは不要である。

【００２０】請求項７に記載の発明のように、溶接を実
質的に無酸素の雰囲気中で行うことにより、溶接時の酸
化変色を防止することができる。

【００２１】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も
のである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。

【００２３】図１は本実施形態のスパークプラグを示す
半断面図であり、このスパークプラグは、導電性の鉄鋼
材料（例えば低炭素鋼）よりなる円筒形状の主体金具１
を有しており、この主体金具１は、図示しないエンジン
のシリンダブロックに固定するための取付ネジ部１ａが
形成されている。主体金具１の内部にはアルミナセラミ
ック（Ａｌ₂Ｏ₃）等からなる絶縁体２が保持固定されて
おり、この絶縁体２における図示しないエンジン燃焼室
側の先端部２ａは、主体金具１から露出している。

【００２４】中心電極３は絶縁体２の軸孔２ｂに保持固
定され、絶縁体２を介して主体金具１に絶縁保持されて
おり、中心電極３におけるエンジン燃焼室側の先端部３
ａは絶縁体２の先端部２ａから露出している。この中心
電極３は、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、
外材がＮｉ基合金等の耐熱耐酸化性に優れた金属材料に
より構成された円柱体をなす。

【００２５】接地電極４は、主体金具１におけるエンジ
ン燃焼室側の端面１ｂに抵抗溶接により接合され、途中
で略Ｌ字に曲げられて、溶接部分とは反対の先端部４ａ
において中心電極３の先端部３ａと放電ギャップ５を隔
てて対向している。この接地電極４は、耐熱耐酸化性に
優れたＮｉ基合金よりなり、具体的には、Ｎｉを主成分
とし、Ｃｒが１５重量％、Ｆｅが７重量％添加されたイ
ンコネル６００（商標名）よりなる。

【００２６】ここで、接地電極４の溶接側端部４ｂに付
着したメッキＭの高さＬ（図２参照）が０〜２ｍｍの範
囲のスパークプラグを用意し、それらのスパークプラグ
について、耐久試験を行った後に横飛火発生頻度を測定
した。

【００２７】耐久試験は、２０００ｃｃの６気筒エンジ
ンを用い、エンジン回転数６０００ｒｐｍでの１分間の
運転と、アイドリング（エンジン回転数６５０ｒｐｍ）
での１分間の運転との繰り返しを、１００時間実施し
た。

【００２８】この耐久試験により、熱応力で図２のＭ１
のようにメッキが剥離する。この剥離の影響として横飛
火発生頻度を調べた。横飛火発生頻度は、内圧を０．８
ＭＰａに設定した容器に耐久試験後のスパークプラグを
装着し、３０Ｈｚで火花放電させて測定した。

【００２９】図３はその結果を示すもので、本発明者の
検討によれば、横飛火発生頻度が１０％以下であれば実
用上問題がなく、従って、メッキ高さＬが０．５ｍｍ以
下であれば実用上問題がない。しかし、従来のように接
地電極４をマスキングして主体金具１にメッキを施すメ
ッキ方法では、メッキ高さＬを０．５ｍｍ以下にするこ
とは困難である。

【００３０】そこで、本実施形態では、主体金具１のみ
を全面メッキした後、図４に示すように、主体金具１の
端面１ｂにおいて接地電極４が溶接される部位のメッキ
を例えば研磨によって剥がし、メッキが剥がされた非メ
ッキ部１ｃに、メッキを施していない接地電極４を溶接
するようにしている。

【００３１】上記した本実施形態の製造方法により、接
地電極４にメッキが施されていない（付着していない）
スパークプラグを製造することができる。そして、接地
電極４にメッキが付着していないこのスパークプラグに
よれば、従来のスパークプラグのように接地電極４側の
メッキ剥離に起因する失火や着火不良は発生しない。ま
た、主体金具１にはメッキが施されているため主体金具
１の腐食を防止することができる。

【００３２】ところで、接地電極４における溶接側端面
（便宜的に斜線で示す部位）４ｃの面積Ａに対して、主
体金具１における非メッキ部１ｃの面積Ｓが小さすぎる
と、必要な溶接強度を確保することができず、ギャップ
調整時に溶接界面で剥離して接地電極４が脱落しやすく
なってしまう。

【００３３】そこで、本発明者は、溶接強度とＳ／Ａ値
との関係を検討した。この検討のために、接地電極４の
溶接側端面４ｃの面積Ａを４．２ｍｍ²（接地電極４の
厚さおよび幅は、１．６ｍｍ×２．８ｍｍ）に設定し、
主体金具１の非メッキ部１ｃの面積Ｓを種々設定し、主
体金具１と接地電極４とを無酸素雰囲気（具体的には、
Ａｒガス等の不活性ガス）中で抵抗溶接したスパークプ
ラグを用意して、引張試験を行った。

【００３４】図５はその結果を示すもので、図５中の×
印は溶接界面で剥離したものであり、図５中の〇印は接
地電極４の母材部分で破断したものである。これによる
と、０．７≦Ｓ／Ａの場合溶接界面での剥離が発生せ
ず、必要な溶接強度を確保できる。

【００３５】図６は主体金具１と接地電極４との溶接部
位の断面図、図７は図６のＣ視図であり、図６および図
７に示すように、主体金具１と接地電極４との溶接部位
には、主体金具１の母材と接地電極４の母材とが溶け込
んだ溶接ばり６が形成される。この溶接ばり６は、接地
電極４よりも外側に拡がり、且つ主体金具１の端面１ｂ
よりも接地電極４側へ延びた部分をいう。

【００３６】このように、溶接ばり６は接地電極４より
も外側に拡がっているため、接地電極４の溶接側端面４
ｃの面積Ａよりも、溶接後の溶接ばり６を含む溶接面積
Ｂが必ず大きくなる。このため、非メッキ部１ｃの面積
Ｓが接地電極４の溶接側端面４ｃの面積Ａよりも大きい
場合（Ｓ＞Ａ）でも、接地電極４と溶接ばり６とにより
非メッキ部１ｃを完全に覆うことができる。

【００３７】但し、非メッキ部１ｃの面積Ｓが接地電極
４の溶接側端面４ｃの面積Ａよりも大幅に大きい場合、
非メッキ部１ｃ全域を接地電極４および溶接ばり６によ
り覆うためには、溶接条件を過剰にして溶接ばり６を大
きく（広く）しなければならない。しかし、溶接ばり６
が大きくなりすぎると、溶接ばり６の高さＨ（図６参
照）が大きくなり、溶接ばり６の高さＨが１ｍｍを超え
ると溶接ばり６に飛び火が発生しやすくなることが判明
した。

【００３８】そこで、本発明者が溶接ばり６の高さＨと
Ｂ／Ａとの関係を検討したところ、図８に示すように、
Ｂ／Ａが１．５以下であれば溶接ばり６の高さＨが１ｍ
ｍ以下になる。従って、Ｓ／Ａ≦１．５とすることによ
り、非メッキ部１ｃ全域を接地電極４および溶接ばり６
により覆いつつ、溶接ばり６の高さＨを１ｍｍ以下にし
て横飛火発生頻度を実用上問題ない範囲に抑制すること
ができる。

【００３９】（他の実施形態）上記実施形態では、主体
金具１と接地電極４とを無酸素雰囲気中で溶接したが、
主体金具１と接地電極４とを大気中で溶接してもよい。
そして、大気中溶接時に発生する酸化変色については、
必要に応じて、溶接後に研磨等により除去してもよい。

【００４０】また、上記実施形態では、主体金具１のみ
を全面メッキした後、主体金具１の端面１ｂのメッキを
剥がして非メッキ部１ｃを形成したが、主体金具１をメ
ッキする際にマスキングして非メッキ部１ｃを形成して
もよい。

【００４１】また、主体金具１においてメッキを施す部
位は、非メッキ部１ｃを除く全域でもよいし、あるい
は、非メッキ部１ｃを除く領域の一部でもよい。

【００４２】また、接地電極４は、耐熱耐酸化性の観点
から、Ｃｒが１０重量％以上添加されたＮｉ基合金製と
するのが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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】実験に供したスパークプラグの要部の断面図で
ある。

【図３】メッキ高さＬ横飛火発生頻度ととの関係を示す
図である。

【図４】実験に供したスパークプラグの要部の分解斜視
図である。

【図５】Ｓ／Ａ値と引張強度との関係を示す図である。

【図６】実験に供したスパークプラグの要部の断面図で
ある。

【図７】図６のＣ視図である。

【図８】Ｂ／Ａ値と溶接ばり高さＨとの関係を示す図で
ある。

【符号の説明】１…主体金具、１ｃ…非メッキ部、３…中心電極、４…
接地電極、６…溶接ばり。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主体金具（１）と、この主体金具（１）
に絶縁保持された中心電極（３）と、前記主体金具
（１）に一端が溶接され、他端が前記中心電極（３）と
対向する接地電極（４）とを備え、前記主体金具（１）
と前記接地電極（４）との溶接部位には、前記接地電極
（４）よりも外側に拡がった溶接ばり（６）が形成され
たスパークプラグであって、前記主体金具（１）にはメッキが施され、前記接地電極
（４）および前記溶接ばり（６）にはメッキが施されて
いないことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】前記主体金具（１）は、前記溶接部位を
除く部位にメッキが施されてい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】前記主体金具（１）における前記溶接部
位の非メッキ部（１ｃ）全域が、前記接地電極（４）お
よび前記溶接ばり（６）により覆われていることを特徴
とする請求項２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】前記主体金具（１）における前記溶接部
位の前記非メッキ部（１ｃ）の面積をＳ、前記接地電極
（４）における溶接側端面（４ｃ）の面積をＡとしたと
き、前記非メッキ部（１ｃ）の面積Ｓを前記溶接側端面（４
ｃ）の面積Ａで割った値Ｓ／Ａが、０．７≦Ｓ／Ａ≦
１．５であることを特徴とする請求項２または３に記載
のスパークプラグ。
【請求項５】前記接地電極（４）はＮｉ基合金製であ
ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに
記載のスパークプラグ。
【請求項６】主体金具（１）と、この主体金具（１）
に絶縁保持された中心電極（３）と、前記主体金具
（１）に一端が溶接され、他端が前記中心電極（３）に
対向する接地電極（４）とを備えるスパークプラグの製
造方法であって、溶接予定部位を除く部位にメッキが施された前記主体金
具（１）と、メッキが施されていない前記接地電極
（４）とを用意し、前記主体金具（１）における前記溶接予定部位に、前記
接地電極（４）を溶接することを特徴とするスパークプ
ラグの製造方法。
【請求項７】前記溶接を実質的に無酸素の雰囲気中で
行うことを特徴とする請求項６に記載のスパークプラグ
の製造方法。