JP2003249325A

JP2003249325A - スパークプラグの製造方法

Info

Publication number: JP2003249325A
Application number: JP2002048630A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2003-09-05
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: JP4017416B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極チップを中心電極に溶接する際に、電極
チップと中心電極との間の溶け合い不足や、レーザー溶
接部のエグレ等を抑制し、発火部の溶接強度を向上でき
るスパークプラグの製造方法を提供する。【解決手段】中心電極３の先端面３ｓに、例えば、Ｉ
ｒ合金にて構成される電極チップ３１’を重ね合せ、重
ね合せ組立体１７０を形成し、該重ね合せ組立体に対し
て、レーザービームＬＢを照射して、電極チップ３１’
及び中心電極３を溶接する。このとき、中心電極３に対
して、冷却材１１として、Ｃｕにて構成されるチャック
１１を当接させる。さらに、水等の冷媒１３により、チ
ャック１１を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパークプラグの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の点火用に使用されるスパーク
プラグにおいては、近年、耐火花消耗性向上のために、
例えば、Ｎｉ基あるいはＦｅ基の耐熱合金で構成された
中心電極の先端に、Ｉｒ等の貴金属ないしそれらを主体
として構成される貴金属合金からなる電極チップを溶接
して、発火部を形成したものが使用されている。例えば
接地電極と対向して火花放電ギャップを形成することに
なる中心電極の先端面に電極チップを接合する場合、そ
の製造方法として、円板状又は円筒状の電極チップを中
心電極の先端面（チップ被固着面）に重ね合わせ、中心
電極を周方向に回転させながら電極チップの外周に沿っ
てレーザー光を照射することにより、中心電極のチップ
被固着面形成部位と電極チップにまたがる全周にレーザ
ー溶接部を形成する方法が提案されている（例えば、特
開平６−４５０５０号、特開平１０−１１２３７４号の
各公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなスパーク
プラグの製造方法においては、例えば、ＹＡＧレーザー
等によるパルス状レーザー光を用いている。しかしなが
ら、チップ材質であるＩｒ等の貴金属ないしそれらを主
体とする貴金属合金と、電極材質であるＮｉあるいはＦ
ｅ系の合金とは、融点が数１００〜１０００℃程度も異
なる。そのため、レーザー光によりレーザー溶接部を形
成する際に、電極チップと中心電極との間で良好な溶接
が実現できない場合がある。例えば、図８のように、電
極チップと中心電極との間で溶け合い不足が生じたり、
図９のように、レーザー溶接部にエグレが生じたりす
る。電極チップの溶け合い不足や、レーザー溶接部のエ
グレ等が生じると、製品となるスパークプラグを使用す
る際に、電極チップの脱落や折損の原因となる。これ
は、スパークプラグの耐久性に悪影響を及ぼすため好ま
しくない。

【０００４】なお、電極チップと中心電極とを、レーザ
ービームの照射により溶接する際、電極チップと中心電
極との溶け合い不足や、レーザー溶接部におけるエグレ
が生じるのは、レーザービームの照射により、電極チッ
プ及び中心電極とがそれぞれ融点に達するまでの時間が
大幅に異なるからである。つまり、電極チップが溶融開
始するのと、中心電極が溶融開始するのにタイムラグが
ある結果、一方が十分に溶融しているときに、他方がま
だ十分に溶融していない場合には両者の溶け合い不足が
生じたり、あるいは一方が過度に溶融している場合には
レーザー溶接部のエグレが生じるのである。これは、主
に電極チップと中心電極とで融点が相違するためであ
り、より詳細には、電極チップと中心電極とで、溶融に
至るまでに必要な熱量が異なるためである。電極チップ
は、中心電極よりも融点が高いので溶融するのにより多
くの熱量が必要となる。上記のような溶け合い不足やレ
ーザー溶接部におけるエグレを防止するために、レーザ
ー光の強度や照射時間等を変更して、好適なレーザー光
の照射条件を設定することが通常行なわれるが、このよ
うな方法では限界があり、上記問題を根本的に解決する
ことにはならない。

【０００５】本発明の課題は、電極チップを中心電極に
溶接する際に、電極チップと中心電極との間に生じる溶
け合い不足や、レーザー溶接部に生じるエグレ等を抑制
し、発火部の溶接強度を向上できるスパークプラグの製
造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のスパークプラグの製造方法
は、中心電極の先端面に、該中心電極の先端面を形成す
る電極母材よりも融点の高い電極チップを重ね合わせて
重ね合せ組立体を作り、該重ね合せ組立体に対しレーザ
ービームを照射して、電極チップと電極母材とを相互に
溶融させたレーザー溶接部を形成するレーザー溶接工程
を有し、レーザービームの照射中に電極チップの放熱を
抑制する放熱抑制処理と、中心電極の放熱を促進する放
熱促進処理との少なくともいずれか一方を行うことを特
徴とする。

【０００７】レーザー溶接部の形成時において、重ね合
せ組立体にレーザービームを照射する際に、電極チップ
からの熱量の放出を抑制することにより、電極チップを
溶融しやすくする放熱抑制処理と、中心電極からの熱量
の放出を促進することにより、中心電極を溶融しにくく
する放熱促進処理との少なくとも一方を行うことで、電
極チップと中心電極との間で、溶融に至るまでの間隔
や、電極チップ及び中心電極が溶融する割合等を好適な
ものにできることを見出した。そして、これにより、電
極チップと中心電極の溶け合い不足やレーザー溶接部の
エグレ等を防止することができ、ひいては、寿命の長い
スパークプラグを製造することが可能となる。

【０００８】なお、これらの放熱抑制処理及び放熱促進
処理は、レーザー溶接部を形成するために、レーザービ
ームを重ね合せ組立体に照射する途中又は照射前の少な
くともいずれか一方に行うことができる。すなわち、こ
れらの処理により、レーザービームの照射で、電極チッ
プと中心電極とが略同時にある程度の割合で溶融すれば
よく、これを実現するために、レーザービームの照射中
において、電極チップ及び中心電極から放出される熱量
を調節する必要がある。

【０００９】上記処理を実現するために、レーザービー
ムの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方で、電
極チップの蓄熱を促進する蓄熱促進処理と、中心電極の
蓄熱を抑制する蓄熱抑制処理との少なくともいずれか一
方を行うことができる。これらの処理により、レーザー
ビームの照射で、電極チップと中心電極とが略同時にあ
る程度の割合で溶融することができ、電極チップ及び中
心電極に蓄積される熱量を調節することができる。な
お、レーザービームの照射前に、蓄熱促進処理又は蓄熱
抑制処理の少なくともいずれか一方を行う場合、レーザ
ービームの照射開始時に、電極チップに蓄熱された状態
又は中心電極から放熱された状態になっているものとす
る。なぜなら、例えば、電極チップと中心電極とをレー
ザー溶接する場合、電極チップと中心電極とを予め抵抗
溶接にて固着させておく場合がある。この場合、抵抗溶
接の後すぐにレーザー溶接を行うと、電極チップに熱量
が蓄積された状態でレーザー溶接されることになり、本
発明と同様の効果が得られると思われる。しかしなが
ら、実際には、抵抗溶接直後は、中心電極にも熱量が蓄
積された状態となるため、すぐにレーザー溶接を行う
と、中心電極と電極チップの両者の溶け合い不足や、レ
ーザー溶接部のエグレ等が生じ易いので、抵抗溶接の後
十分に時間をかけて、電極チップ及び中心電極をそれぞ
れ放熱させている。そのため、レーザー溶接の前に抵抗
溶接を行う技術は、本発明の範囲内に含まれないもので
ある。

【００１０】具体的に、蓄熱促進処理として、レーザー
ビームの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方
で、電極チップに、保温材を接触させて保温処理を行う
ことができる。該保温処理により電極チップに熱量が優
先的に蓄積され、電極チップの溶融に必要な熱量の一部
が補填される形となり、電極チップの溶融が進行しやす
くなる。電極チップに熱量が優先的に蓄積されるのは、
電極チップが保温材と接触している結果、電極チップに
一旦蓄積された熱量が外部に放出されにくくにくなり、
つまり、電極チップからの放熱が抑制されるので、電極
チップの蓄熱量を上昇させることができるためである。

【００１１】また、蓄熱促進処理として、レーザービー
ムの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方で、電
極チップに直接、予熱処理を行ってもよい。レーザー溶
接部の形成時又はレーザー溶接部の形成を行う前に、電
極チップに対して直接熱量を加えることで、電極チップ
に熱量が蓄積される形となり、レーザー溶接部を形成す
る際に、電極チップが溶融するまでに、レーザービーム
により加えられる熱量が少なくてすむ。したがって、電
極チップと中心電極との間で良好な溶接を実現すること
ができる。

【００１２】一方、蓄熱抑制処理は、中心電極を冷却す
ることにより行うことができる。中心電極を冷却すれ
ば、該中心電極を溶融するのに、外部から余計な熱量を
中心電極に加える必要がある。つまり、レーザー溶接部
の形成のためのレーザービームの照射に際して、中心電
極への蓄熱が抑制される。例えば、レーザービームを照
射する前に、中心電極を冷却すると、中心電極の温度が
低くなる結果、中心電極が溶融しにくくなる。また、中
心電極を冷却しつつ、レーザービームを重ね合せ組立体
に照射すると、レーザービームにより加えられた熱量
が、中心電極の外部に放出されやすくなるので、該中心
電極が過剰に溶融しにくくなるのである。これにより、
電極チップと中心電極との間で十分な溶接を実現するこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、発明の
実施の形態について述べる。図１は本発明の製造方法に
より得られるスパークプラグ１００の一例を示した縦断
面図である。スパークプラグ１００は、筒状の主体金具
１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の内側
に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された発火部３１
を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電
極３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合される
とともに、他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中
心電極３の発火部３１と対向するように配置された接地
電極４等を備えている。また、接地電極４には上記発火
部３１に対向する発火部３２が形成されており、それら
発火部３１の放電面３１ａと発火部３２の放電面３２ａ
とに挟まれた隙間に火花放電ギャップｇが形成される。

【００１４】なお本明細書でいう「発火部」とは、接合
された電極チップのうち、溶接による組成変動の影響を
受けていない部分（例えば、溶接により接地電極ないし
中心電極の材料と合金化した部分を除く残余の部分）を
指すものとする。また、「主成分」（「主に〜構成され
る」あるいは「主体に〜構成される」等も同義）とは、
着目している材料中にて、最も重量含有率の高い成分を
意味する。

【００１５】絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、そ
の内部には自身の軸方向に沿って中心電極３及び端子金
具８を嵌め込むための孔部６を有している。また、主体
金具１は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されて
おり、スパークプラグ１００のハウジングを構成すると
ともに、その外周面には、プラグ１００を図示しないエ
ンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成され
ている。

【００１６】なお、発火部３２を省略する構成としても
よい。この場合には、発火部３１と、発火部を有さない
接地電極４の側面との間で火花放電ギャップｇが形成さ
れることとなる。なお、中心電極３の軸線方向先端側に
形成される発火部３１は、後述する本発明にかかるレー
ザー溶接工程により、中心電極３の先端面に電極チップ
３１’を重ね合わせて、該電極チップ３１’と中心電極
３の先端面を構成する電極母材とを相互に溶融し、両者
を溶接することにより形成される。

【００１７】また、本実施の形態においては、中心電極
３の先端面を形成する電極母材が、Ｎｉ又はＦｅを主成
分とする金属であり、電極チップ３１’が、Ｉｒ、Ｗ、
Ｒｅ及びＴａのうちいずれか１種以上を主成分とする金
属とできる。この実施例では、中心電極３のチップ被固
着面形成部位は、少なくともその表層部がＮｉ又はＦｅ
を主成分とする耐熱合金にて構成されている。Ｎｉ又は
Ｆｅを主成分とする耐熱合金としては、次のようものが
使用可能である。Ｎｉ基耐熱合金：本明細書では、Ｎｉを４０〜９８質
量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、
Ｍｎ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＦｅの１種又は２種以上か
らなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のようなも
のが使用できる（いずれも商品名；なお、Ｎｉが８０質
量％未満の合金組成については、文献（改訂３版金属デ
ータブック（丸善）、ｐ１３８）に記載されているの
で、詳細な説明は行なわない）； ASTROLOY、CABOT 214、D-979、HASTELLOY C22、HASTELL
OY C276、HASTELLOY G30、HASTELLOY S、HASTELLOY X、
HAYNES 230、INCONEL 587、INCONEL 597、INCONEL 60
0、INCONEL 601、INCONEL 617、INCONEL 625、INCONEL
706、INCONEL 718、INCONEL X750、KSN、M-252、NIMONI
C 75、NIMONIC 80A、NIMONIC 90、NIMONIC 105、NIMONI
C 115、NIMONIC 263、NIMONIC 942、NIMONIC PE11、NIM
ONIC PE16、NIMONIC PK33、PYROMET 860、RENE 41、REN
E 95、SSS 113MA、UDIMET 400、UDIMET 500、UDIMET 52
0、UDIMET 630、UDIMET 700、UDIMET 710、UDIMET 72
0、UNITEP AF2-1 DA6、WASPALOY。

【００１８】Ｆｅ基耐熱合金：本明細書では、Ｆｅを
２０〜６０質量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｉの１種又は２種以
上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のよう
なものが使用できる（いずれも商品名；なお、合金組成
については、文献（改訂３版金属データブック（丸
善）、ｐ１３８）に記載されているので、詳細な説明は
行なわない）； A-286、ALLOY 901、DISCALOY、HAYNES 556、INCOLOY 80
0、INCOLOY 801、INCOLOY 802、INCOLOY 807、INCOLOY
825、INCOLOY 903、INCOLOY 907、INCOLOY 909、N-15
5、PYROMET CTX-1、PYROMET CTX-3、S-590、V-57、PYRO
MET CTX-1、16-25-6、17-14CuMo、19-9DL、20-Cb3。

【００１９】一方、上記発火部３１を形成する電極チッ
プ３１’は、Ｉｒ、Ｗ、Ｒｅ及びＴａのうちいずれか１
種以上を主成分とする金属にて構成される。これらの金
属の使用により、中心電極の温度が上昇しやすい環境下
においても、発火部の耐消耗性を良好なものとすること
ができる。また、上記のような耐熱合金に対する溶接性
も問題ない。特に、Ｉｒを主成分とする貴金属にて構成
することができる。Ｉｒをベースにした貴金属を使用す
る場合には、Ｉｒ−Ｒｕ合金（例えばＩｒ−１〜３０質
量％Ｒｕ合金）、Ｉｒ−Ｐｔ合金（例えばＩｒ−１〜１
０質量％Ｐｔ合金）、Ｉｒ−Ｒｈ合金（例えばＩｒ−
０．５〜２５質量％Ｒｈ合金）等及びそれらの合金にＰ
ｄ、Ｎｉ等の第三の元素が０．１質量％以上含有された
合金を使用できる。また、これらの材料により電極チッ
プ３１’を構成すると、電極母材との間で、融点の相違
が大きくなり、両者を溶接する際に、溶け合い不足や、
レーザー溶接部のエグレ等の問題が発生しやすいので、
本発明を適用することの効果が特に発揮される。

【００２０】なお、Ｉｒ系の貴金属材料を使用する場合
には、元素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及
び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化
物（複合酸化物を含む）を０．１〜１５質量％の範囲内
で含有させることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸
化・揮発を効果的に抑制でき、ひいては発火部の耐火花
消耗性を向上させることができる。上記酸化物としては
Ｙ_２Ｏ_３が好適に使用されるが、このほかにもＬａ_２Ｏ
_３、ＴｈＯ_２、ＺｒＯ_２等を好ましく使用することがで
きる。この場合、金属成分はＩｒ合金のほか、Ｉｒ単体
を使用してもよい。

【００２１】中心電極３は、図２に示すように、先端側
が円錐台状のテーパ面３ｔにより縮径されるとともに、
その先端面３ｓに上記発火部３１を構成する合金組成か
らなる円板状の電極チップ３１'を重ね合わせる。さら
にその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接により全周レ
ーザー溶接部１０を形成して電極チップ３１'を固着す
ることにより発火部３１が形成される。また、対向する
発火部３２は、発火部３１に対応する位置において接地
電極４（図示せず）に電極チップ（図示せず）を位置合
わせし、その外縁部に沿って同様に溶接部を形成してこ
れを固着することにより形成される。ただし、中心電極
３側の発火部３１をＩｒ系金属にて構成し、接地電極４
側の発火部３２をＰｔ系金属にて構成する場合、後者を
抵抗溶接接合にて形成することも可能である。

【００２２】上記発火部３１は、以下のレーザー溶接法
により形成される。まず、図２（ａ）のように、主体金
具１を取り付ける前に、中心電極３のチップ被固着面３
ｓに電極チップ３１’を重ね合わせ、重ね合せ組立体１
７０を形成する。そして、（ｂ）及び（ｃ）に示すよう
に、その重ね合せ組立体１７０のチップ被固着面３ｓと
電極チップ３１’との境界に、レーザービームＬＢを周
方向から照射して、電極チップ３１'とチップ被固着面
３ｓとにまたがり、かつ電極チップ３１'の厚さ方向に
おいて放電面３１ａに到達しない全周レーザー溶接部１
０をチップ外周面周方向に沿って形成する。

【００２３】電極チップ３１'は円板状あるいは円筒状
であり、図２（ｂ）に示すように、該電極チップ３１’
と中心電極３との重ね合せ組立体１７０を、レーザービ
ームＬＢの出射部（図示せず）に対し電極チップ３１’
（中心電極３）の中心軸線Ｏの周りにおいて相対的に回
転させながら、重ね合せ組立体１７０に向けて、パルス
状のレーザービームＬＢを照射する。この場合、組立体
１７０又は出射部（図示せず）の一方のみを回転させる
ようにしてもよいし、双方ともに（例えば互いに逆方向
に）回転させることも可能である。

【００２４】ここで、本発明においては、レーザービー
ムＬＢの照射によりレーザー溶接部１０を形成する際
に、前述の蓄熱促進処理と蓄熱抑制処理との少なくとも
いずれか一方を行う。蓄熱促進処理として、例えば、図
３に示すように、レーザー溶接部１０を形成するため
に、重ね合せ組立体１７０にレーザービームＬＢを照射
する際に、電極チップ３１’に保温材１２を接触させて
保温処理を行うことができる。これにより、レーザービ
ームＬＢの照射に基づく熱量が外部に放出されにくくな
る結果、電極チップ３１’に熱が蓄積しやすくなる。具
体的には、保温材１２は、該電極チップ３１’よりも、
熱伝導率の低い低熱伝導材で構成される。さらに具体的
には、該低熱伝導材としては、セラミックにて構成され
るものを使用するのがよい。電極チップ３１’は、主
に、例えばＩｒ、Ｗ、Ｒｅ及びＴａのうちいずれかを主
成分とする金属により構成される。これらの金属に対し
てセラミックは熱伝導率が低いので、低熱伝導材として
採用できる。そのため、このような電極チップ３１’に
セラミックにてなる保温材１２を接触させつつ、重ね合
せ組立体１７０のチップ被固着面３ｓと電極チップ３
１’との境界にレーザービームＬＢを照射すれば、電極
チップ３１’から熱が放出しくくなる。これによれば、
レーザービームＬＢの照射によって、電極チップ３１’
に熱量が蓄積されやすくなる。その結果、電極チップ３
１’の温度が上がりやすくなり、電極チップ３１’の溶
融が促進し、中心電極３と電極チップ３１’との間で良
好な溶接を実現することができる。さらに、保温材１２
は、電極チップ３１’への接触時に、蓄熱されているの
がよい。電極チップ３１’に接触した保温材１２がすで
に蓄熱されていることにより、電極チップ３１’に対し
て、熱量の蓄積を促進することができる。使用されるセ
ラミックとしては、例えば、アルミナが採用される。そ
の他にも、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化
アルミニウム等のセラミックを使用できる。これらの材
料は、比較的断熱性に優れるので、電極チップ３１’に
おける蓄熱が促進される。

【００２５】また、蓄熱促進処理としては、レーザービ
ームＬＢの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方
で、電極チップ３１’に直接、予熱処理を行うことがで
きる。例えば、図４に示すように、電極チップ３１’の
予熱処理を、レーザービームＬＢ１の照射により行うこ
とができる。重ね合せ組立体１７０に対して、レーザー
ビームＬＢ１を照射することにより、電極チップ３１’
に熱量が蓄積される。そして、レーザービーム照射中
に、レーザー溶接部１０の形成のためのレーザービーム
ＬＢ２を、重ね合せ組立体１７０のチップ被固着面３ｓ
と電極チップ３１’との境界に照射すれば、中心電極３
と比較して電極チップ３１’に、より多くの熱量が蓄積
されることになり、電極チップ３１’が溶融されやすく
なる。これにより、電極チップ３１’と中心電極３との
間で良好な溶接が実現される。さらに、レーザー溶接部
１０の形成のためのレーザービームＬＢの照射前に、そ
のレーザービームＬＢにより電極チップ３１’に予熱処
理を行うことができる。具体的には、図５に示すよう
に、レーザー溶接部１０を形成するためのレーザービー
ムＬＢを、レーザー溶接部１０形成時における照射位置
よりも電極チップ３１’寄りにずらして照射することに
より、電極チップ３１’の予熱を行うことができる。そ
して、その後、レーザービームＬＢをレーザー溶接部１
０が形成される位置に移動させてレーザー溶接を行う。
これによれば、レーザー溶接に用いられるレーザービー
ムＬＢと同一の光源を用いて、電極チップ３１’にもレ
ーザービームＬＢが照射されるので、製造装置の簡略化
が期待できる。なお、このとき電極チップ３１’を予熱
するためのレーザービームＬＢは、電極チップ３１’の
溶融が進行せず、電極チップ３１’を十分に加熱できる
程度にそのエネルギーを調節する。

【００２６】次に、蓄熱抑制処理としては、例えば、図
６に示すように、レーザービームＬＢの照射中に、中心
電極３に対し、冷却材１１を接触させることにより行う
ことができる。これによれば、冷却材１１により、中心
電極３における蓄熱が抑制されるので、中心電極３が冷
却される結果、中心電極３を溶融させるためには、レー
ザー形成部１０を形成するためのレーザービームＬＢに
よって、過剰に熱量を加えなければならない。したがっ
て、中心電極３の溶融が進行しにくくなり、ひいては、
電極チップ３１’と中心電極３との間で十分な接合が行
える。なお、該冷却材１１は、中心電極３よりも熱伝導
率が高い良熱伝導材により構成することができる。例え
ば、良熱伝導材として、Ｃｕ又はＡｇを主成分とする金
属にて構成されるものを使用することができる。これら
の金属を良熱伝導材として採用することにより、中心電
極３に蓄積される熱量が、該良熱伝導材を介して放出さ
れる結果、中心電極３における蓄熱が抑制される。上記
以外の良熱伝導材としては、Ａｕ、Ａｌ等を主成分とす
る金属にて構成されるものを使用することも可能であ
る。本実施の形態においては、Ｃｕ基質中にＺｒＯ_２粒
子が分散されたものを使用することができる。さらに、
中心電極３を冷却材１１を用いて冷却する場合、レーザ
ービームＬＢの照射中又は照射前の少なくともいずれか
一方に、冷却材１１を冷却してもよい。該冷却材１１を
冷却する方法としては、様々なものが考えられるが、図
６に示すように、冷却材１１に、例えば水等の冷媒１３
を接触させることにより行うことができる。冷媒１３を
冷却材１１に接触させるためには、冷却材１１に、冷媒
の導通路１４を形成しておき、該導通路１４に水等の冷
媒１３を導通することにより行うことができる。これに
より、中心電極３における溶融がより一層抑制されるこ
ととなり、電極チップ３１’と中心電極３との間で健全
な溶接が実現できる。

【００２７】なお、冷却材１１は、中心電極３に対し
て、該中心電極３の電極チップ３１’を重ね合せる先端
面３ｓ（チップ被固着面）から軸線方向に０．１〜３ｍ
ｍ離間した位置に接触させるのがよい。中心電極３の先
端面３ｓから冷却材１１までが、０．１ｍｍ未満しか離
れていない場合は、中心電極３とともに、電極チップ３
１’にも冷却材１１による冷却作用が働き、電極チップ
３１’が溶融されにくくなる。その結果、中心電極３と
電極チップ３１’との間で健全な溶接が行なわれない。
一方、中心電極３の先端面３ｓから冷却材１１までが、
３ｍｍを越えて離れていると、中心電極３の、電極チッ
プ３１’が重ね合せられる先端面３ｓ近傍において、中
心電極３の冷却が十分に行なわれにくくなる。その結
果、中心電極３の溶融が電極チップ３１’に対して、過
剰に進行しやすくなり、中心電極３と電極チップ３１’
との間で良好な溶接が行われににくくなる。

【００２８】また、蓄熱抑制処理としては、図７に示す
ように、重ね合せ組立体１７０を構成する中心電極３の
温度よりも低い温度の気体を、中心電極３に接触させる
ことにより、中心電極３を冷却することで行うことがで
きる。中心電極３に接触させる気体は、例えば、アルゴ
ンあるいは窒素等が例示できる。具体的には、該気体
は、中心電極３に向かって開口部１５が設けられたノズ
ル１６により、該中心電極３に対して噴きつけられる。
なお、該蓄熱抑制処理は、レーザー溶接部１０を形成す
るためのレーザービームＬＢの照射前に行ってもよい
し、該レーザービームＬＢを照射中に行ってもよいし、
照射前から照射中にかけて行ってもよい。中心電極３
を、レーザービームＬＢの照射中又は照射前の少なくと
もいずれか一方において冷却することで、重ね合せ組立
体１７０にレーザービームＬＢを照射した際に、中心電
極３が溶融するまでの熱量が過剰に必要となる。したが
って、レーザー溶接部１０を形成するためのレーザービ
ームＬＢの照射に際して、中心電極３における蓄熱が抑
制される。

【００２９】また、重ね合せ組立体１７０とレーザービ
ームＬＢの出射部とを相対的に回転させて、電極チップ
３１’と中心電極３とを、レーザービームＬＢにて全周
溶接する場合、形成されるレーザー溶接部１０の周方向
において、溶融の度合いにムラ（溶融ムラ）が生じやす
い。つまり、最初にレーザービームＬＢが照射された箇
所と、最後にレーザービームＬＢが照射された箇所とで
は、レーザービームＬＢに基づく蓄熱のために、最後に
照射された箇所のほうがより溶融しやすくなる。そこ
で、レーザービームＬＢが、重ね合せ組立体１７０の全
周を相対的に回転してレーザー溶接が行なわれる間、本
発明にかかる処理により、電極チップ３１’と中心電極
３とにおける蓄熱及び放熱の少なくともいずれかを調節
することで、レーザー溶接部１０における周方向の溶融
ムラを抑制することができる。

【００３０】

【実施例】本発明の効果を確認するために、以下の試験
を行った。まず、表１に示す熱伝導率を有する中心電極
３を作製する。中心電極３は、９５質量％のＮｉを含有
するＮｉ合金を用いて作製した。中心電極３の熱伝導率
は１５（ｗ／ｍ・ｋ）である。他方、合金溶解／圧延に
より、表１に示すような組成の円盤状の電極チップ３
１’を作製する。電極チップ３１’の形状としては、厚
さが０．８ｍｍ、チップ径が０．６ｍｍとする。

【００３１】そして、これらの中心電極３及び電極チッ
プ３１’により、図２のように、重ね合せ組立体１７０
を形成したのち、該重ね合せ組立体１７０に対して、レ
ーザービームＬＢを照射して電極チップ３１’と中心電
極３とを溶接する。このとき、蓄熱促進処理及び蓄熱抑
制処理をそれぞれ表１に示すように変更して、電極チッ
プ３１’と中心電極３とを溶接する。使用するレーザー
ビームＬＢとしては、パルス周波数ｆが１０ｐｐｓのパ
ルス状ＹＡＧレーザー光ＬＢを使用する。また、ピーク
パワー（単位時間当りのエネルギー：Ｊ／ｍｓｅｃ・パ
ルス）も変化させる。これにより得られるレーザー溶接
部１０の断面を観察して、健全な溶接が行なわれている
か調査した。結果を表１に示す。それぞれの条件で溶接
した際に、図８のように、電極チップ３１’と中心電極
３との間で溶け合い不足が生じるものについては溶け合
い不足、図９のように、レーザー溶接部１０にエグレが
生じてしまうものについては、エグレＮＧとする。健全
な溶接が実現できたものは、○と記載する。なお、電極
チップ３１’の上端をＦｅ系合金にてなる押さえ棒にて
押さえつける場合を従来例としている。電極チップ３
１’を押さえ棒にて押さえつけて、チップの位置ずれを
抑制し、さらに溶接性を向上させることが従来行なわれ
ている。なお、「セラミック棒接触」とは、電極チップ
３１’の上端に、アルミナにて構成される棒を接触させ
ることを意味し、「Ｃｕチャック接触」とは、中心電極
３に、Ｃｕ基質中にＺｒＯ_２粒子が分散形成された材質
により構成されるチャックを接触させることを意味す
る。また、「セラ＋Ｃｕ」とは、上記の両方の処理を同
時に行うことを意味する。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１の結果より、ピークパワーが中間の場
合（０．８（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）以上、３（Ｊ／ｍ
ｓｅｃ・パルス）未満の範囲）では、全ての条件で健全
な溶接が行なわれている。一方、ピークパワーが低い場
合（０．４（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）以上、０．８（Ｊ
／ｍｓｅｃ・パルス）未満）は、Ｎｏ．１の条件（電極
チップ３１’にＦｅ系合金にてなる押さえ棒を接触させ
る）では、電極チップ３１’と中心電極３との間で溶け
合い不足が観察された。さらに、ピークパワーが高い場
合（３（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）以上、１６（Ｊ／ｍｓ
ｅｃ・パルス）以下の範囲）では、Ｎｏ．４以外の条件
では、中心電極３の溶融が進行しやすくなって、レーザ
ー溶接部１０にエグレが生じてしまう。しかしながら、
Ｎｏ．４の条件においては、電極チップ３１’と中心電
極３との間で健全な溶接が実現できる。

【００３４】以上により、本発明のスパークプラグの製
造方法によれば、電極チップと中心電極との間で良好な
溶接が行える。さらに、レーザー溶接時において、ピー
クパワー等の条件を様々に変化させた場合に、採用でき
るレーザー溶接の条件に広がりが出るので、レーザー溶
接におけるレーザー照射条件をある程度の範囲で変更す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す縦断
面図及びその要部拡大図。

【図２】中心電極及び電極チップのレーザー溶接工程の
説明図。

【図３】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示
す図。

【図４】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示
す図。

【図５】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示
す図。

【図６】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示
す図。

【図７】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示
す図。

【図８】レーザー溶接により電極チップと中心電極との
間で溶け合い不足が生じた例を示す模式図。

【図９】レーザー溶接によりレーザー溶接部にエグレが
生じた例を示す模式図。

【符号の説明】

３中心電極３ｓ中心電極の先端面３１’ 電極チップ１７０重ね合せ組立体ＬＢレーザービーム１０レーザー溶接部１１冷却材（良熱伝導材）１２保温材（低熱伝導材）１３冷媒

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｃ２２Ｃ 19/03 Ｍ 19/05 19/05 Ｊ 19/07 19/07 Ｍ 27/04 １０２ 27/04 １０２ 38/00 ３０２ 38/00 ３０２Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極（３）の先端面（３ｓ）に、該
中心電極（３）の前記先端面（３ｓ）を形成する電極母
材よりも融点の高い電極チップ（３１’）を重ね合わせ
て重ね合せ組立体（１７０）を作り、該重ね合せ組立体
（１７０）に対しレーザービーム（ＬＢ）を照射して、
前記電極チップ（３１’）と前記電極母材とを相互に溶
融させたレーザー溶接部（１０）を形成するレーザー溶
接工程を有し、該レーザー溶接工程において、前記レーザービーム（ＬＢ）の照射中に前記電極チップ
（３１’）の放熱を抑制する放熱抑制処理と、前記中心
電極（３）の放熱を促進する放熱促進処理との少なくと
もいずれか一方を行うことを特徴とするスーパークプラ
グ（１００）の製造方法。
【請求項２】前記レーザービームの照射前又は照射中
の少なくともいずれか一方で、前記電極チップの蓄熱を
促進する蓄熱促進処理と、前記中心電極の蓄熱を抑制す
る蓄熱抑制処理との少なくともいずれか一方を行う請求
項１に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項３】前記蓄熱促進処理として、前記レーザー
ビームの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方
で、前記電極チップに、保温材を接触させて保温処理を
行う請求項２に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項４】前記保温材として、前記電極チップより
も熱伝導率の低い低熱伝導率材により構成されたものを
使用する請求項３に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項５】前記低熱伝導材として、セラミックによ
り構成されたものを使用する請求項４に記載のスパーク
プラグの製造方法。
【請求項６】前記保温材は、前記電極チップへの接触
時に蓄熱されている請求項３ないし５のいずれか１項に
記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項７】前記蓄熱促進処理として、前記レーザー
ビームの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方
で、前記電極チップに直接、予熱処理を行う請求項２に
記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項８】前記電極チップへの予熱処理を前記レー
ザービームの照射前に該レーザービームにより行う請求
項７に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項９】前記蓄熱抑制処理を、前記中心電極を冷
却することにより行う請求項２ないし８のいずれか１項
に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項１０】前記中心電極の温度よりも低い温度の
気体を、前記中心電極に接触させることにより、該中心
電極を冷却する請求項９に記載のスパークプラグの製造
方法。
【請求項１１】前記蓄熱抑制処理を、前記レーザービ
ームの照射前又は照射中の少なくとも一方で、前記中心
電極に対し、冷却材を接触させることにより行う請求項
９又は１０に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項１２】前記冷却材として、前記中心電極より
も熱伝導率が高い良熱伝導率材により構成されたものを
使用する請求項１１に記載のスパークプラグの製造方
法。
【請求項１３】前記良熱伝導材として、Ｃｕ又はＡｇ
を主成分とする金属にて構成されるものを使用する請求
項１２に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項１４】前記冷却材は、前記中心電極の前記電
極チップを重ね合せる前記先端面から軸線方向に０．１
〜３ｍｍ離間した位置に接触させる請求項１１ないし１
３のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項１５】前記レーザービームの照射前又は照射
中の少なくともいずれか一方で、前記冷却材を冷却する
請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載のスパーク
プラグの製造方法。
【請求項１６】前記電極母材が、Ｎｉ又はＦｅを主成
分とする金属であり、前記電極チップが、Ｉｒ、Ｗ、Ｒ
ｅ及びＴａのうちいずれか１種以上を主成分とする金属
からなる請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のス
パークプラグの製造方法。