JP2005108795A

JP2005108795A - スパークプラグの製造方法

Info

Publication number: JP2005108795A
Application number: JP2003373438A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-09-27
Filing date: 2003-09-27
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】針形状貴金属チップを有するスパークプラグにおいて、接地電極の角部で火花放電することを抑制し、着火性能を向上させる。
【解決手段】接地電極４のＰｔを主成分とする貴金属チップ５の中心電極へ向かう突き出し量が０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ、該貴金属チップの径がφ０．５〜０．７ｍｍであるスパークプラグにおいて、接地電極４の側面と貴金属チップ５の溶融部７とによって形成される角部８の角度ｒが１１０〜１６０度となるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関等に用いられる点火用スパークプラグの製造方法に関する。

内燃機関に用いられるスパークプラグは、配電器から送られる高電圧を中心電極と接地電極とによって形成される間隙に印加し、火花放電を発生させ、混合気に着火させるものである。この中心電極及び接地電極のそれぞれの火花を放電させる先端部には、その耐久性を向上させるためにそれぞれの電極母材とは異なる材質からなる耐火花消耗性に優れる部材、主として貴金属製のチップを設けたものがある。そのチップの形状としては、特に着火性を向上させることを目的として径の細い円柱形の形態（以下、針形状と表現する。）を有するものもある（例えば、特許文献１参照）。このような貴金属チップは接地電極先端部の略中央に配置され、貴金属チップの底面と接地電極の中心電極側の面とを当接させ、この当接した部分をレーザ溶接することによって接合されている。
特開２００１−３４５１６２号公報

上記のようなスパークプラグの貴金属チップは図１に示すように接地電極の略中央部に溶接されている。そしてその溶融部は貴金属チップと接地電極の中心電極側の面との合金となっており、接地電極の角部は溶融していない。このため、接地電極の角部にはエッジ効果として電界が集中してしまってこの角部で放電してしまうことがある。接地電極に貴金属チップを設け、そこで火花放電するようにしたことによるスパークプラグの長寿命化、着火性能の向上等の効果を十分に得ることができないというおそれがある。この問題は貴金属チップに対して接地電極の幅が広いことに原因がある。

本発明のスパークプラグは上記に鑑みてなされたものであって、中心電極と、エンジンへの取付けネジ部が形成された主体金具と、前記中心電極を保持すると共に前記主体金具の内周に位置する絶縁体と、一端が前記主体金具に固定され、他端に中心電極に向かって突き出し量が０．３〜１．５ｍｍ、径がφ０．５〜０．７ｍｍであるＰｔ成分を７０質量％以上含有してなる貴金属チップが溶接された接地電極とを備えるスパークプラグにおいて、
前記貴金属チップの同心円が内接する前記接地電極の側面と、前記貴金属チップを前記接地電極に溶接した際に形成された溶融部とが１１０〜１６０度の角度をもつ角部を形成していることを特徴としている。

上記のように、接地電極の貴金属チップの接地電極から突き出した量が０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ、チップ径が０．５〜０．７ｍｍである針形状の貴金属チップを有するスパークプラグは、その針形状の貴金属チップで火花放電するからこそ、高着火性を実現することができるものである。その効果をより有効にするためには、その貴金属チップ以外の部分では火花放電しないことが望ましい。そのためには上記のように前記溶融部と接地電極の側面とによって形成される角部を前記範囲の角度を形成するようにするとよい。この形状をなすことによって、接地電極の角部がなだらかになり、エッジ効果を低減するため、この角部での火花放電を減らすことができる。この角度が１１０度未満であると、角部においてエッジ効果が発生するため電界集中を効果的に低減することができない。したがって、角部で火花放電が発生することがあるために、着火限界が低下してしまう。一方、１６０度を超えるようなものは貴金属チップの径に近似した幅の接地電極であるため、接地電極が細く、接地電極自体の熱容量が不足してしまい、高着火性を求めるエンジンに使用することが困難である。

また、前記貴金属チップは主成分としてＰｔ成分を７０質量％以上含有するとよい。上記範囲のＰｔ成分を含有していれば、貴金属チップが針形状で使用時に高温となっても十分に耐酸化性を期待できる。この貴金属製分はＰｔ成分を上記のように主成分とすれば、副成分として融点がＰｔより高温である元素（例えば、Ｉｒ、Ｒｈ等）を含有して合計で９８質量％以上から構成されてもよい。Ｐｔよりも融点の高い元素を含有することによって貴金属チップの高温耐久性をさらに向上させることができる。同時に、融点がＰｔより低温である元素を２質量％以下で含有させてもよい。例えば貴金属成分の揮発や消耗を低減させるためにＮｉを含んでもよいし、製造中に不可避的にＰｔよりも低融点の金属が混入されたとしても、９８質量％以上がＰｔ及びＰｔより融点が高温である元素であるので、スパークプラグの耐久性に問題を生じない。

請求項２に記載の発明は、上記のスパークプラグの製造方法であり、貴金属チップを溶接する際に同時に前記角部も溶接して、前記溶融部と接地電極の側面とが１１０〜１６０度の角部をなすようにしたことを特徴としている。このようにすることで、１１０〜１６０度の角度を形成する工程を貴金属チップの溶接工程とは別に設ける必要がなく、容易に製造することができる。

本実施形態のスパークプラグ１００は、図２に示すように中心電極１と、中心電極１を保持する絶縁体２、この絶縁体２を内部に固定し、自身の外周にエンジンへの取付けネジ部３ａを形成した主体金具３、その主体金具３に一端を固定された接地電極４を備える。接地電極４の他端（先端）には貴金属チップ５を有し、中心電極１も同様に先端に貴金属チップ６を有する。

図３に本発明の要部となるスパークプラグ１の先端部の拡大図を示し、その詳細を説明する。中心電極１の先端には貴金属チップ６が溶接され、放電部を形成している。この貴金属チップ６はＩｒを主成分とした合金であり、その径はφ０．６ｍｍ、チップ長は０．８ｍｍである。一方、接地電極４は主体金具３に一端を固定され、先端部の中心電極１側の面に貴金属チップ５がレーザ溶接されている。接地電極４はＮｉ基合金であるＩＮＣ６００（登録商標）を使用している。この接地電極の貴金属チップ５は主成分としてＰｔを８０質量％、Ｐｔよりも高融点であるＲｈを２０質量％含有してなるＰｔ−２０Ｒｈ材を本例では使用している。貴金属チップ５、６によって火花放電ギャップｇが形成され、このギャップは０．８ｍｍとした。

このスパークプラグ１の製造方法については接地電極４へ貴金属チップ５を溶接する工程を除けば従来の針形状の貴金属チップを有するスパークプラグと同様であるため、該工程以外は説明を割愛する。その工程を次に示す。

貴金属チップ５はレーザ溶接によって接地電極４へ溶接される。使用するレーザは、ＹＡＧパルスレーザであり、エネルギーは２Ｊ／パルスである。パルス幅は２ｍｓｅｃ、パルスレイトは１０ｐｐｓである。接地電極４に貴金属チップ５を当接するように配置した状態で、略水平の方向から両者の当接界面ヘレーザを照射する。その際に、レーザは接地電極４の角部にも当たるように照射している。このようにして貴金属チップ５を接地電極４にレーザ溶接すると共に、このレーザ溶接による溶融部と接地電極の側面とがなす角の角度ｒを本発明の範囲に含むように形成している。

上記のように製造された本発明のスパークプラグを次のような着火性試験を行った。使用したエンジンはＬ６、２０００ｃｃ、４バルブのエンジンであり、時速６０ｋｍ相当の回転数、５０Ｎｍの負荷条件で着火限界Ａ／Ｆを測定した。限界Ａ／Ｆの判定は爆発１０００サイクルでの失火が１％以上発生したところを限界とした。この試験結果を次表１に示す。

この試験結果によると、従来の構造である試料９では溶融部と接地電極の側面とによって形成される角部を持たないため、接地電極の角を角部として想定している。試料５及び１０は角部が１１０度未満であるためにエッチ効果が発生しているために着火性は本発明の範囲内のものに比較して劣る結果となっている。

本発明が規定するように針形状の貴金属チップを持つスパークプラグにおいて、その貴金属チップの溶融部と接地電極の側面とによって形成される角部の角度ｒが１１０〜１６０度であると、着火限界Ａ／Ｆを向上させることができ、高着火性を有するスパークプラグを得ることができる。

従来の針形状のスパークプラグの貴金属チップの溶接状態を表した図。本発明のスパークプラグの全体を表す図。本発明のスパークプラグの要部拡大図。角部を示す要部拡大図

符号の説明

１中心電極
２絶縁体
３主体金具
４接地電極
５接地電極側貴金属チップ
６中心電極側貴金属チップ
７溶融部
８角部

Claims

中心電極と、エンジンへの取付けネジ部が形成された主体金具と、前記中心電極を保持すると共に前記主体金具の内周に位置する絶縁体と、一端が前記主体金具に固定され、他端に中心電極に向かって突き出し量が０．３〜１．５ｍｍ、径がφ０．５〜０．７ｍｍであるＰｔ成分を７０質量％以上含有してなる貴金属チップが溶接された接地電極とを備えるスパークプラグにおいて、
前記貴金属チップの同心円が内接する前記接地電極の側面と、前記貴金属チップを前記接地電極に溶接した際に形成された溶融部とが１１０〜１６０度の角度をもつ角部を形成していることを特徴とするスパークプラグ。
中心電極と、エンジンへの取付けネジ部が形成された主体金具と、前記中心電極を保持すると共に前記主体金具の内周に位置する絶縁体と、一端が前記主体金具に固定され、他端に中心電極に向かって突き出し量が０．３〜１．５ｍｍ、径Ｄがφ０．５〜０．７ｍｍであるＰｔ成分を７０質量％以上含有してなる貴金属チップが溶接された接地電極とを備えるスパークプラグの製造方法において、
前記貴金属チップの同心円と内接する前記接地電極の角部をその貴金属チップをレーザ溶接すると共に溶融し、その溶融部と前記角部を有する側面とが１１０〜１６０度の角度をなすようにしたことを特徴とするスパークプラグの製造方法。