JP2009301733A - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ部材と中間部材を含む複数の部材を電極母材に接合したスパークプラグの製造方法を改善する。
【解決手段】スパークプラグの製造方法は、電極母材を準備する第１の工程と、電極母材の上に、少なくとも１つの中間部材を挟んで、チップ部材を積層する第２の工程と、電極母材と中間部材との間と、中間部材とチップ部材との間とを同時に抵抗溶接する第３の工程と、を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、スパークプラグの製造方法に関する。

スパークプラグには、メンテナンスフリー達成のための長寿命化のみならず、電極の小型化による着火性の向上や燃焼効率の向上が求められ、こうした要求に応えるため、中心電極や接地電極における火花放電部位に貴金属チップ部材を接合したスパークプラグが知られている。このようなスパークプラグにおいて、貴金属チップ部材と電極母材との間に、貴金属チップ部材の線膨張係数と電極母材の線膨張係数との中間の値の線膨張係数を有する中間部材を配置する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開昭６０−２６２３７４号公報 特開昭５９−９４３９１号公報 特開平６−６０９５９号公報

このような構成を採用することにより、貴金属チップ部材の電極母材からの剥離を抑制している。

しかしながら、貴金属チップ部材と中間部材を含む複数の部材を母材に接合する際の工程の簡略化や、溶接精度の向上など、製造方法の改善が求められていた。

本発明は、チップ部材と中間部材を含む複数の部材を電極母材に接合したスパークプラグにおいて、その製造方法を改善することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

［適用例１］（ａ）電極母材を準備する工程と、
（ｂ）前記電極母材の上に、少なくとも１つの中間部材を挟んで、チップ部材を積層する工程と、
（ｃ）前記電極母材と前記中間部材との間と、前記中間部材と前記チップ部材との間とを抵抗溶接する工程と、
を備える、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、電極母材と中間部材との間と、中間部材とチップ部材との間とを同時に抵抗溶接するので、スパークプラグを製造するための工程数を削減できる。

［適用例２］適用例１に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記（ｃ）工程は、
（ｃ１）前記中間部材と前記チップ部材をチャックで把持することにより前記中間部材と前記チップ部材の積層方向と垂直な方向への移動を規制する工程と、
（ｃ２）前記中間部材と前記チップ部材を前記チャックで把持した状態で、抵抗溶接用電極を前記チップ部材の端面に当接させる工程と、
（ｃ３）前記抵抗溶接電極を前記チップ部材の端面に当接した状態で、前記チャックによる把持を解除する工程と、
（ｃ４）前記抵抗溶接電極を前記チップ部材の端面に当接し、前記チャックによる把持を解除した状態で、前記抵抗溶接電極を介して、前記チップ部材および前記中間部材および前記電極母材に通電し、前記抵抗溶接を行う工程と、
を備え、
前記チャックの前記積層方向の厚さは、前記中間部材の前記積層方向の厚さの合計より大きく、前記中間部材と前記チップ部材の前記積層方向の厚さの合計より小さい、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、チャックの厚さが、中間部材の厚さの合計より大きく、中間部材とチップ部材の厚さの合計より小さいので、該チャックは、チップ部材と中間部材とを同時に把持できると共に、チャックで把持した状態でチップ部材の端面全体に抵抗溶接用電極を当接させることができる。この結果、チップ部材と中間部材と電極母材を精度良く抵抗溶接することができる。

［適用例３］適用例１または適用例２に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記チップ部材の前記積層方向の厚さをＴａとし、
前記中間部材の前記積層方向の厚さをＴｂとした場合において、
Ｔｂ＞Ｔａ
を満たす、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、抵抗溶接された中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と中間部材との剥離を抑制することができる。

［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記中間部材のヤング率は、前記チップ部材のヤング率および前記電極母材のヤング率より小さい、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、中間部材のヤング率が貴金属チップ部材のヤング率および電極母材のヤング率より小さいので、中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材と貴金属チップ部材と剥離、および、中間部材と電極母材との剥離を抑制することができる。

［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記中間部材の線膨張係数は、前記チップ部材の線膨張係数より大きく、前記電極母材の線膨張係数より小さい、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、中間部材の線膨張係数は、貴金属チップ部材の線膨張係数より大きく、電極母材の線膨張係数より小さいので、中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材と貴金属チップ部材と剥離、および、中間部材と電極母材との剥離を抑制することができる。

［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記中間部材は、
i）パラジウム（Ｐｄ）
ii）金（Ａｕ）
iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）
のうちのいずれかを主成分とする材料で形成されている、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、上記ヤング率の条件と、線膨張係数の条件を満たす中間部材を形成することができる。

［適用例７］
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記スパークプラグは、中心電極と接地電極とを備え、
前記中心電極および前記接地電極の少なくとも一方は、前記工程（ａ）〜（ｃ）に従って製造され、
前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、縦放電型のスパークプラグを容易に製造することができる。

［適用例８］
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記スパークプラグは、中心電極と接地電極とを備え、
前記中心電極および前記接地電極の少なくとも一方は、前記工程（ａ）〜（ｃ）に従って製造され、
前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向と垂直な方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、横放電型のスパークプラグを容易に製造することができる。

［適用例９］
適用例１ないし適用例８のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記チップ部材は、前記積層方向と垂直な断面が直径Ｄａの円である円筒形状を有し、
前記中間部材は、前記積層方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円である円筒形状を有し、
Ｄｂ＞Ｄａ
を満たす、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、貴金属チップ部材は、中間部材より小さく、円筒形上の底面全体で中間部材と抵抗溶接されるので、貴金属チップ部材の中間部材からの剥離を抑制することができる。

［適用例１０］
適用例１ないし適用例９のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記中間部材における前記積層方向と垂直な断面の面積をＳｂとし、
前記中間部材における積層方向の厚さをＴｂとした場合において、
２５πＴｂ２＞Ｓｂ（πは円周率）
を満たす、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、円筒形状の中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と円筒形状の中間部材との剥離を抑制することができる。

［適用例１１］
適用例１０に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記中間部材は、積層方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円形である円筒形状を有し、
１０Ｔｂ＞Ｄｂ
を満たす、スパークプラグの製造方法。
こうすれば、円筒形状の中間部材と貴金属チップ部材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、貴金属チップ部材と円筒形状の中間部材との剥離を抑制することができる。

Ａ．第１実施形態：
・スパークプラグの構成：
以下、本発明の実施の態様を実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線方向ＯＤを図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、絶縁体としての絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０内に軸線方向ＯＤに保持された中心電極２０と、接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とを備える。

絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線方向ＯＤへ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線方向ＯＤの略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側（図１における上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径され、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には段部１５が形成されている。

主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド２００にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、絶縁碍子１０を、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして内部に保持している。主体金具５０は低炭素鋼材より形成され、図示しないスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合するネジ山が形成された取付ネジ部５２とを備えている。本実施形態では、この取付ネジ部５２を、その外径Ｍ（呼び径）が標準的な外径であるＭ１４、或いは、Ｍ１０〜Ｍ１８とした。

主体金具５０の工具係合部５１と取付ネジ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。取付ネジ部５２とシール部５４との間のネジ首５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付ネジ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形により、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００間が封止され、取付ネジ孔２０１を介したエンジン内の気密漏れが防止される。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられている。また、シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が介在されており、さらに両リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、主体金具５０の内周で取付ネジ部５２の位置に形成された段部５６に、環状の板パッキン８を介し、絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。このとき、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の軸線方向ＯＤの圧縮長を長くして主体金具５０内の気密性を高めている。なお、段部５６よりも先端側における主体金具５０と絶縁碍子１０との間には、所定寸法のクリアランスが設けられている。

図２は、第１実施形態におけるスパークプラグ１００の中心電極２０の先端付近の拡大図である。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００等のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成された電極母材２１の内部に、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金からなる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製される。芯材２５は、胴部分においては略一定の外径をなすものの、先端側においては先細り形状に形成される。

中心電極２０、詳しくは、電極母材２１は、その先端部分に、先端に向かって小径となるテーパ状の電極母材台座２２と溶融部２３と電極チップ９０とを備え、この電極チップ９０を含む電極母材台座２２よりも先端側の部分は絶縁碍子１０の先端部１１よりも突出されている。電極チップ９０は、耐火花消耗性を向上するために、高融点の貴金属を主成分として形成されている。この電極チップ９０としては、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、Ｉｒを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、１種類あるいは２種類以上を添加したＩｒ合金によって形成され、Ｉｒ−５Ｐｔ合金（５質量％の白金を含有したイリジウム合金）などが多用される。

溶融部２３は、電極母材台座２２への電極チップ９０の溶接、例えばレーザを照射してその熱により電極母材台座２２と電極チップ９０とを溶融させるレーザ溶接を経て形成される。つまり、電極母材台座２２の先端面に電極チップ９０を配置した状態で、電極母材台座２２と電極チップ９０との境界面を狙ってレーザを照射しつつ、その照射箇所を境界面全周に亘って一周させる。このレーザ溶接では、レーザの照射により両材料（電極母材台座２２の構成材と電極チップ９０の貴金属）が溶融して混ざり合うため、電極チップ９０と電極母材台座２２とが強固に接合されると共に、電極母材台座２２と電極チップ９０とを繋ぐ溶融部２３が形成される。この溶融部２３は、上記両材料の溶融により両材料の合金として形成される。

中心電極２０は軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４およびセラミック抵抗３（図１参照）を経由して、後方（図１における上方）の端子金具４０に電気的に接続されている。端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加される。

接地電極３０の電極母材は耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、ニッケル合金が用いられる。本実施形態では、インコネル（商標名）６００（ＩＮＣ６００）と呼ばれるニッケル合金が用いられている。この接地電極３０は、自身の長手方向と直交する方向における横断面が略長方形を有している。接地電極３０の母材基端部（一端部）３２は、主体金具５０の先端面５７に溶接にて接合されている。接地電極３０の母材先端部（他端部）３１の一側面は、中心電極２０の電極チップ９０と、軸線Ｏ上で軸線方向ＯＤに対向するように屈曲されている。そして、この接地電極３０の母材先端部３１の一側面と電極チップ９０の先端面との間には火花ギャップが形成される。この火花ギャップは、例えば、０．２〜０．６ｍｍ程度である。

接地電極３０の母材先端部３１において、電極チップ９０と対向する側面には、２層部材３００が電極母材に抵抗溶接されている。２層部材３００は、貴金属チップ部材３１０と、中間部材３２０とを有している。貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０とは、電極チップ９０と対向する方向（第１実施形態では、軸線方向ＯＤ）に積層されている。貴金属チップ部材３１０の下側の面と中間部材３２０の上側の面との間は、抵抗溶接されている。中間部材３２０の下側の面は、接地電極３０の電極母材と抵抗溶接されている。貴金属チップ部材３１０には、例えば、Ｐｔ（白金）または、Ｐｔを主成分とする合金が用いられる。本実施形態では、Ｐｔ−２０Ｉｒ合金（２０質量％のイリジウムを含有した白金合金）が用いられている。中間部材３２０には、Ｐｄ（パラジウム）またはＰｄを主成分とする合金、Ａｕ（金）またはＡｕを主成分とする合金、ＡｕＰｄ合金、Ｐｔ合金が用いられる。本実施形態では、Ｐｄや、Ｐｔ−２０Ｎｉ（２０質量％のニッケルを含有した白金合金）が用いられている。中間部材３２０は、中間部材３２０の下側が接地電極３０の電極母材に埋設されているのは、２層部材３００を電極母材に抵抗溶接する際に、中間部材３２０より融点の低い電極母材が溶けるため、中間部材３２０の下側部分が電極部材の内部に沈みこむためである。中間部材３２０の積層方向（第１実施形態では、軸線方向ＯＤ）の厚さＴｂは、貴金属チップ部材３１０の積層方向の厚さＴａより大きい（Ｔｂ＞Ｔａ）。

図３は、接地電極３０の母材先端部３１を、軸線方向ＯＤに見た図である。貴金属チップ部材３１０は、厚さ方向に垂直な方向の断面が直径Ｄａの円形である。中間部材３２０は、厚さ方向に垂直な方向の断面が直径Ｄｂの円形である。すなわち、貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０は、円筒形状を有している。中間部材３２０の直径Ｄｂは、貴金属チップ部材３１０の直径Ｄａより大きく、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０の厚さ方向に垂直な方向の断面は、同心円である。したがって、中間部材３２０の外縁部は、厚さ方向から見て、貴金属チップ部材３１０の外縁より外側にはみ出している。

ここで本実施形態では、中間部材３２０の直径Ｄｂと、中間部材３２０の厚さＴｂとは、１０Ｔｂ＞Ｄｂを満たす。なお、この式を、中間部材３２０の上側の面の面積Ｓｂは、Ｓｂ＝π（Ｄｂ／２）²であるので、１０Ｔｂ＞Ｄｂの式を、Ｓｂを用いて表すと、２５πｔｂ²＞Ｓｂとなる。

以下に、接地電極３０の電極母材の材料（ＩＮＣ６００）と、貴金属チップ部材３１０の材料（Ｐｔ−２０Ｉｒ）と、中間部材３２０の材料（ＰｄまたはＰｔ−２０Ｎｉ）の特性を示す。

表１から解るように、中間部材３２０のヤング率は、貴金属チップ部材３１０のヤング率および接地電極３０の電極母材のヤング率より小さい。そして、中間部材３２０の線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０の線膨張係数より大きく、接地電極３０の電極母材の線膨張係数より小さい。

以上説明した本実施形態によれば、中間部材３２０の積層方向の厚さＴｂは、貴金属チップ部材３１０の積層方向の厚さＴａより大きい（Ｔｂ＞Ｔａ）ので、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離が抑制される。

図４は、中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０との間（抵抗溶接部）に発生する応力を示すグラフである。このグラフは、シミュレーションによって計算された値である。このシミュレーションでは、中間部材３２０の直径Ｄａを２．９ｍｍ、貴金属チップ部材３１０の直径Ｄｂを３．０ｍｍ、貴金属チップ部材３１０の厚さＴａを０．３ｍｍと設定している。そして、貴金属チップ部材３１０の材料特性はＰｔ−２０Ｉｒ、接地電極３０の電極母材の材料特性はＩＮＣ６００の特性値をそれぞれ用いている。また、このシミュレーションでは、中間部材３２０の材料としては、Ｐｄ（丸印）とＰｔ−２０Ｎｉ（四角印）の２種類について計算し、中間部材３２０の厚さＴｂとしては、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで計算した。このグラフの縦軸は、貴金属チップ部材と中間部材の間に発生する応力について、Ｔｂが０．２ｍｍのときの応力を１としたときの比を表す。

図４に示すシミュレーション結果から解るように、Ｔｂ＞Ｔａが満たされる領域では、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との間に発生する応力が、Ｔｂ≦Ｔａが満たされる領域より、顕著に抑制される。その結果、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離を抑制することができる。

また、本実施形態では、中間部材３２０の積層方向の厚さＴｂと、中間部材３２０の上側の面の直径Ｄｂとの間は、１０Ｔｂ＞Ｄｂの関係式を満たすので、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離が抑制される。

図４に示すシミュレーション結果から解るように、１０Ｔｂ＞Ｄｂが満たされる領域では、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との間に発生する応力が、１０Ｔｂ≦Ｄｂが満たされる領域より、顕著に抑制される。その結果、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との剥離を抑制することができる。

中間部材３２０は、貴金属チップ部材３１０および接地電極３０の電極母材よりヤング率が低い、すなわち、弾性変形しやすい材料である。このような中間部材３２０が貴金属チップ部材３１０と接地電極３０の電極母材との間にクッションとして介在することによって、貴金属チップ部材３１０と接地電極３０の抵抗溶接面に発生する応力を緩和することができる。このような応力緩和能力が十分に発揮されるためには、中間部材３２０はある程度の厚さＴｂが必要になると考えられる。そして、この応力緩和能力が十分に発揮されるために厚さＴｂが満たすべき条件が、１０Ｔｂ＞Ｄｂや、Ｔｂ＞Ｔａであると考えられる。

また、本実施形態では、中間部材３２０の線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０の線膨張係数より大きく、接地電極３０の電極母材の線膨張係数より小さいので、温度変化により中間部材と貴金属チップ部材との間、および、中間部材と電極母材との間に発生する応力を抑制することができる。この結果、中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０と剥離、および、中間部材３２０と接地電極３０の電極母材との剥離をより抑制することができる。

・スパークプラグの製造方法：
上記したスパークプラグ１００は、例えば、以下のような製造方法によって製造することが可能である。まず、上述した電極チップ９０が溶融部２３を介在させて電極母材台座２２に接合された中心電極２０と、絶縁碍子１０と、主体金具５０と、接地電極３０とを用意する。次いで、中心電極２０の先端部（詳しくは、電極チップ９０と溶融部２３と電極母材台座２２）を露出させつつ中心電極２０の外周を覆うように絶縁碍子１０に中心電極２０を組み付ける。その後、絶縁碍子１０の外周に、絶縁碍子１０の先端部が主体金具５０の先端面から１．５ｍｍ程度或いはそれ以上突出するように、主体金具５０を組み付けると共に、接地電極３０の母材基端部３２を主体金具５０の先端面５７に接合する。接合された接地電極３０の母材先端部３１に、貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０を積層して抵抗溶接する。その後、接地電極３０の母材先端部３１が中心電極２０の先端部と対向するように接地電極３０を屈曲する。

図５は、母材先端部３１に貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０を抵抗溶接する工程を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０が抵抗溶接される前の接地電極３０（電極母材）が準備される。ステップＳ２０では、準備された電極母材の母材先端部３１の上に、中間部材３２０と、貴金属チップ部材３１０とを積層する。

図６は、図５のステップＳ２０の状態を示す図である。図６（Ａ）は、母材先端部３１を中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０の積層の方向（以下、単に積層方向と言う）から見た図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。中間部材３２０および貴金属チップ部材３１０は、積層方向の上側から見て同心円状となるように積層される。なお、図示は省略するが、母材先端部３１は、積層方向の下側の端部が設置台に設置されており、設置台を介して電気的に接地されている。

ステップＳ３０では、把持治具４００により、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０が、母材先端部３１と共に把持される。

図７は、図５のステップＳ３０の状態を示す図である。把持治具４００は、第１チャック部４１０と、第２チャック部４２０と、治具本体４３０とを備えている。把持治具４００が閉じた状態で、第１チャック部４１０は、貴金属チップ部材３１０を把持する。本実施形態では、第１チャック部４１０の内側端は、把持治具４００が閉じた状態で、積層方向から見て正方形を有している。この正方形の一辺の長さは、概ね貴金属チップ部材３１０の円筒形状の直径に等しく、把持治具４００が閉じた状態で、第１チャック部４１０の内側端面は、正方形の各辺の中央部にて、貴金属チップ部材３１０の側面に当接する。したがって、第１チャック部４１０は、４点の当接によって、貴金属チップ部材３１０を把持する。第１チャック部４１０の厚さＣａは、貴金属チップ部材３１０の厚さＴａより小さい。第１チャック部の内端側は積層方向から見て正方形としたが、これに限らず貴金属チップ部材３１０を把持することができれば丸型やその他の形状でも良い。

把持治具４００が閉じた状態で、第２チャック部４２０は、中間部材３２０を把持する。本実施形態では、第２チャック部４２０の内側端は、第１チャック部４１０と同様に、把持治具４００が閉じた状態で、積層方向から見て正方形を有している。この正方形の一辺の長さは、概ね中間部材３２０の円筒形状の直径に等しく、把持治具４００が閉じた状態で、第２チャック部４２０の内側端面は、正方形の各辺の中央部にて、中間部材３２０の側面に当接する。したがって、第２チャック部４２０は、４点の当接によって、中間部材３２０を把持する。中間部材３２０の厚さＣｂは、中間部材３２０の厚さＴｂと概ね等しい。第２チャック部の内端側は積層方向から見て正方形としたが、これに限らず中間部材３２０を把持することができれば丸型やその他の形状でも良い。

以上の説明から解るように、チャック部の厚さ、すなわち、第１チャック部４１０と第２チャック部４２０の厚さの和Ｃａ＋Ｃｂは、中間部材３２０の厚さＴｂより大きく、中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０の厚さの和Ｔａ＋Ｔｂより小さい。したがって、貴金属チップ部材３１０の積層方向の上側の端面は、第１チャック部４１０の同方向の端面より高い位置になる。

把持治具４００が閉じた状態で、治具本体４３０は、母材先端部３１を把持する。治具本体４３０の内側には、母材先端部３１の外形に対応する形状が成形されている。これにより、把持治具４００が閉じた状態で、貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０が、母材先端部３１に対して位置決めされる。そして、貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０の、積層方向と垂直な方向への母材先端部３１に対する移動が規制される。

ステップＳ４０では、把持治具４００を閉じた状態を維持しつつ、抵抗溶接用電極５００により、貴金属チップ部材３１０の積層方向の上側端面を、積層方向の下向きに押圧する。

図８は、図５のステップＳ４０の状態を示す図である。抵抗溶接用電極５００は、積層方向と垂直な断面が円形であり、積層方向の断面が矩形の円筒形状を有している。抵抗溶接用電極５００の円筒形状の直径は、貴金属チップ部材３１０の円筒形状の直径より大きい。このため、抵抗溶接用電極５００が、貴金属チップ部材３１０の積層方向の上方から下降してくると、把持治具４００の下側端面は、貴金属チップ部材３１０の上側端面の全体に亘って当接する。貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０は、把持治具４００により把持されているので、抵抗溶接用電極５００が貴金属チップ部材３１０に当接した瞬間に、貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０が母材先端部３１に対してずれることを抑制できる。図８の状態で、抵抗溶接用電極５００は、所定の圧力で貴金属チップ部材３１０の上側端面を概ね均一に押圧する。

ステップＳ５０では、貴金属チップ部材３１０、中間部材３２０、母材先端部３１に対する把持治具４００による把持が解除される。

図９は、図５のステップＳ５０の状態を示す図である。図９に示すように、抵抗溶接用電極５００による貴金属チップ部材３１０の上側端面に対する押圧が維持された状態で、把持治具４００が、積層方向と垂直な方向に開く。この結果、貴金属チップ部材３１０、中間部材３２０、母材先端部３１の側面に対する把持治具４００による把持が解除される。

ステップＳ６０では、図９に示す状態で抵抗溶接が実行される。具体的には、抵抗溶接用電極５００の電位が母材先端部３１の接地電位に対して高電圧にされ、その結果、抵抗溶接用電極５００を介して、貴金属チップ部材３１０、中間部材３２０、母材先端部３１に大電流が流れる。この結果、貴金属チップ部材３１０の積層方向の下側面と、当該下側面と接触している中間部材３２０の積層方向の上側面とが抵抗溶接されると共に、中間部材３２０の積層方向の下側面と、当該下側面と接触している母材先端部３１の積層方向の上側面とが抵抗溶接される。すなわち、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との間と、中間部材３２０と母材先端部３１との間とが、略同時に抵抗溶接される。

図１０は、抵抗溶接が完了した直後の様子を示す図である。中間部材３２０の積層方向の下側は、母材先端部３１の上面が溶けたことによって、母材先端部３１に埋設される。また、貴金属チップ部材３１０の側面および中間部材３２０の側面には、それぞれ、溶接ダレＲｄが生じる。抵抗溶接が完了すると、抵抗溶接用電極５００は、上昇して貴金属チップ部材３１０は、押圧状態から解放される。

以上説明した第１実施形態のスパークプラグの製造方法によれば、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との間と、中間部材３２０と母材先端部３１との間とが、同時に抵抗溶接されるので、別々に溶接する場合と比較して、工程数および治具数を削減できる。さらに、第１実施形態では、貴金属チップ部材３１０を精度良く、中間部材３２０上に抵抗溶接できる。

図１１は、比較形態における抵抗溶接について説明する図である。比較形態では、第１の溶接工程で、中間部材３２０を溶接し、その後の第２の溶接工程で、中間部材３２０の上に貴金属チップ部材３１０を抵抗溶接する。図１１は、第２の溶接工程において、把持治具４００を閉めた状態を示している。比較形態では、第１の溶接工程において発生した溶接ダレＲｄの存在のために、第２の溶接工程において、貴金属チップ部材３１０を把持するための把持治具４００Ａを完全に閉じられないおそれがある。この結果、４００Ａを閉じた状態において、隙間ＧＡが生じてしまい、貴金属チップ部材３１０の中間部材３２０に対する位置ズレが生じ易くなる。

次に、実施例として、上述の第１実施形態の製造方法によりスパークプラグを製造した結果を示す。また、比較例として、上述の比較形態の製造方法によりスパークプラグを製造した結果を示す。第１実施例および比較例ともに、貴金属チップ部材３１０の中間部材３２０に対する位置ズレの量（ズレ量）を測定した。

図１２は、実施例と比較例における貴金属チップ部材３１０の中間部材３２０に対する位置ズレの量を示すグラフである。図１２から解るように、比較例では、比較的大きなズレ量が発生する確率が高いのに対して、実施例では、小さなズレ量で収まる確率が極めて高いことが解る。

さらに、第１実施形態によれば、第１チャック部４１０と第２チャック部４２０の厚さの和Ｃａ＋Ｃｂは、中間部材３２０の厚さＴｂより大きく、中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０の厚さの和Ｔａ＋Ｔｂより小さい。この結果、チャック部（第１チャック部４１０と第２チャック部４２０）の積層方向上側の端面は、中間部材３２０の積層方向の端面より高く、貴金属チップ部材３１０の積層方向の上側の端面より低くなる。従って、貴金属チップ部材３１０と中間部材３２０との把持を確保しつつ、抵抗溶接用電極５００が、把持治具４００と干渉することを抑制することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図１３は、第２実施形態におけるスパークプラグ１００Ａの中心電極２０の先端付近の拡大図である。第２実施形態におけるスパークプラグ１００Ａが、第１実施形態におけるスパークプラグ１００と異なる点は、接地電極３０Ａの構成である。第２実施形態の接地電極３０Ａの母材先端部３１Ａは、第１実施形態と異なり、電極チップ９０の側面と対向するように形成されている。すなわち、母材先端部３１の端面は、電極チップ９０の側面と、軸線方向ＯＤと垂直な方向に対向する。そして、母材先端部３１の端面には、電極チップ９０との対向方向に２層部材３００Ａが抵抗溶接されている。２層部材３００Ａを構成する貴金属チップ部材３１０Ａおよび中間部材３２０Ａの構成および抵抗溶接の方法は、積層方向が軸線方向ＯＤと垂直な方向であることを除いて、第１実施形態と同じである。このように、本発明は、第１実施形態のような軸線方向ＯＤに火花ギャップが設けられた縦放電タイプのスパークプラグだけでなく、第２実施形態のような軸線方向ＯＤに垂直な方向に火花ギャップが設けられた横放電タイプのスパークプラグにも適用可能である。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。また、第２実施形態のスパークプラグ１００Ａは、上記第１実施形態と同様の製造方法で作製することができる。すなわち、母材先端部３１の端面に、貴金属チップ部材３１０Ａおよび中間部材３２０Ａを同時に抵抗溶接して作製することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図１４は、第３実施形態におけるスパークプラグ１００Ｂの中心電極２０Ｂの先端付近の拡大図である。第３実施形態におけるスパークプラグ１００Ｂが、第１実施形態におけるスパークプラグ１００と異なる点は、接地電極３０Ｂの構成と、中心電極２０Ｂの先端付近の構成である。第３実施形態の接地電極３０Ｂの母材先端部３１Ｂは、第１実施形態と異なり、２層部材３００が配置されていない。一方、第３実施形態の中心電極２０Ｂの電極母材２１Ｂの先端部分には、第１実施形態の溶融部２３および電極チップ９０に代えて、２層部材３００Ｂが形成されている。２層部材３００Ｂを構成する貴金属チップ部材３１０Ｂおよび中間部材３２０Ｂの構成および抵抗溶接の方法は、電極母材２１Ｂが上側にあることに対応して、中間部材３２０Ｂが上側に貴金属チップ部材３１０Ｂが下側にあることを除いて、第１実施形態と同じである。このように、本発明は、第１実施形態および第２実施形態の２層部材３００、３００Ａのように接地電極に適用されるだけでなく、第３実施形態の２層部材３００Ｂのように中心電極にも適用可能である。中心電極に適用した場合においても、接地電極に適用した場合と同様の作用・効果が得られる。また、第３実施形態のスパークプラグ１００Ｂは、上記第１実施形態と同様の製造方法で作製することができる。すなわち、電極母材２１Ｂの端面に、貴金属チップ部材３１０Ｂおよび中間部材３２０Ｂを同時に抵抗溶接して作製することができる。

Ｄ．変形例：
・第１変形例：
上記実施形態では、中間部材３２０は、１つであるが、複数の中間部材３２０を貴金属チップ部材３１０と母材先端部３１との間に挟んでも良い。例えば、一番下の層である母材先端部３１から一番上の層である貴金属チップ部材３１０まで、積層順に線膨張係数が小さくなっていくように複数の中間部材３２０の材質を選択しても良い。かかる場合には、抵抗溶接を行う際に用いる把持治具において、チャック部の積層方向の厚さは、複数の中間部材３２０の積層方向の厚さの合計より大きく、複数の中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０の積層方向の厚さの合計より小さくしても良い。そうすれば、一度の溶接で、複数の中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０と母材先端部３１とを精度良く抵抗溶接することができる。

・第２変形例：
上記実施形態では、貴金属チップ部材３１０の直径Ｄａを、中間部材３２０の直径Ｄｂより小さくしたが、これに限られない。例えば、貴金属チップ部材３１０の直径Ｄａと中間部材３２０の直径Ｄｂとを等しくしても良い。こうすれば、把持治具４００において、第１チャック部４１０と第２チャック部４２０を設けることなく、１つのチャック部を設けるだけで良いので、把持治具４００の構成を簡便にすることができる。

・第３変形例：
上記実施形態では、２層部材３００、３００Ａ、３００Ｂは、接地電極か中心電極のいずれか一方に配置されているが、両方に配置しても良い。

・第４変形例：
上記実施形態では、２層部材３００、３００Ａ、３００Ｂを構成する貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、および、中間部材３２０、３２０Ｂ、３２０Ａは、積層方向から見た形状が円形であるが、これに限られない。例えば、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、および、中間部材３２０、３２０Ｂ、３２０Ａは、四角形、六角形などの多角形であってもよいし、楕円形であっても良い。また、中間部材と貴金属チップ部材の形状が異なっていても良い。いずれの形状であっても、全周に亘って、中間部材の外縁部は、貴金属チップ部材の外縁より外側にあることが好ましい。また、中間部材の厚さＴｂと中間部材の積層方向の上面の面積Ｓｂは、２５πＴｂ²＞Ｓｂ（πは円周率）の関係式を満たしていることが好ましい。

・第５変形例：
上記実施形態では、１０Ｔｂ＞Ｄｂの関係式と、Ｔｂ＞Ｔａの関係式の両方を満たしているが、いずれか一方を満たしているだけでも良い。

・第６変形例：
上記実施形態のように、中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂのヤング率は、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂのヤング率および電極母材２１、２１Ｂのヤング率より小さいことが好ましく、中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂの線膨張係数は、貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂの線膨張係数より大きく、電極母材２１、２１Ｂの線膨張係数より小さいことが好ましい。貴金属チップ部材３１０、３１０Ａ、３１０Ｂが白金または白金を主成分とした合金であり、電極母材がニッケル合金である一般的な構成である場合、このような条件を満たす中間部材３２０、３２０Ａ、３２０Ｂの材料としては、i）パラジウム（Ｐｄ）、ii）金（Ａｕ）、iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）のうちのいずれかを主成分とする材料がある。

・第７変形例：
上記実施形態では、横放電型と縦放電型を例として説明したが、接地電極の先端部と、中心電極２０の先端部との位置関係は、スパークプラグの用途や、必要とされる性能等に応じて適宜設定することが可能である。また、１つの中心電極に対して複数の接地電極が設けられても良い。

以上、本発明の実施形態および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。

本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００の部分断面図である。 第１実施形態におけるスパークプラグ１００の中心電極２０の先端付近の拡大図である。 接地電極３０の母材先端部３１を軸線方向ＯＤに見た図である。 中間部材３２０と貴金属チップ部材３１０との間（抵抗溶接部）に発生する応力を示すグラフである。 母材先端部３１に貴金属チップ部材３１０および中間部材３２０を抵抗溶接する工程を示すフローチャートである。 図５のステップＳ２０の状態を示す図である。 図５のステップＳ３０の状態を示す図である。 図５のステップＳ４０の状態を示す図である。 図５のステップＳ５０の状態を示す図である。 抵抗溶接が完了した直後の様子を示す図である。 比較形態における抵抗溶接について説明する図である。 実施例と比較例における貴金属チップ部材３１０の中間部材３２０に対する位置ズレの量を示すグラフである。 第２実施形態におけるスパークプラグ１００Ａの中心電極２０の先端付近の拡大図である。 第３実施形態におけるスパークプラグ１００Ｂの中心電極２０Ｂの先端付近の拡大図である。

符号の説明

３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
６…リング部材
８…板パッキン
９…タルク
１０…絶縁碍子
１１…先端部
１２…軸孔
１３…脚長部
１５…段部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…鍔部
２０、２０Ｂ…中心電極
２１、２１Ｂ…電極母材
２２…電極母材台座
２３…溶融部
２５…芯材
３０、３０Ａ、３０Ｂ…接地電極
３１…母材先端部
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５３…加締部
５４…シール部
５５…座面
５６…段部
５７…先端面
５８…座屈部
５９…ネジ首
９０…電極チップ
１００、１００Ａ、１００Ｂ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
２０５…開口周縁部
３００、３００Ａ、３００Ｂ…２層部材
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ…貴金属チップ部材
３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ…中間部材
４００…把持治具
４１０…第１チャック部
４２０…第２チャック部
４３０…治具本体
５００…抵抗溶接用電極

Claims (11)

1. （ａ）電極母材を準備する工程と、
   （ｂ）前記電極母材の上に、少なくとも１つの中間部材を挟んで、チップ部材を積層する工程と、
   （ｃ）前記電極母材と前記中間部材との間と、前記中間部材と前記チップ部材との間とを抵抗溶接する工程と、
   を備える、スパークプラグの製造方法。
2. 請求項１に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記（ｃ）工程は、
   （ｃ１）前記中間部材と前記チップ部材をチャックで把持することにより前記中間部材と前記チップ部材の積層方向と垂直な方向への移動を規制する工程と、
   （ｃ２）前記中間部材と前記チップ部材を前記チャックで把持した状態で、抵抗溶接用電極を前記チップ部材の端面に当接させる工程と、
   （ｃ３）前記抵抗溶接電極を前記チップ部材の端面に当接した状態で、前記チャックによる把持を解除する工程と、
   （ｃ４）前記抵抗溶接電極を前記チップ部材の端面に当接し、前記チャックによる把持を解除した状態で、前記抵抗溶接電極を介して、前記チップ部材および前記中間部材および前記電極母材に通電し、前記抵抗溶接を行う工程と、
   を備え、
   前記チャックの前記積層方向の厚さは、前記中間部材の前記積層方向の厚さの合計より大きく、前記中間部材と前記チップ部材の前記積層方向の厚さの合計より小さい、スパークプラグの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記チップ部材の前記積層方向の厚さをＴａとし、
   前記中間部材の前記積層方向の厚さをＴｂとした場合において、
   Ｔｂ＞Ｔａ
   を満たす、スパークプラグの製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記中間部材のヤング率は、前記チップ部材のヤング率および前記電極母材のヤング率より小さい、スパークプラグの製造方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記中間部材の線膨張係数は、前記チップ部材の線膨張係数より大きく、前記電極母材の線膨張係数より小さい、スパークプラグの製造方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記中間部材は、
   i）パラジウム（Ｐｄ）
   ii）金（Ａｕ）
   iii）金パラジウム合金（ＡｕＰｄ合金）
   のうちのいずれかを主成分とする材料で形成されている、スパークプラグの製造方法。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記スパークプラグは、中心電極と接地電極とを備え、
   前記中心電極および前記接地電極の少なくとも一方は、前記工程（ａ）〜（ｃ）に従って製造され、
   前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグの製造方法。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記スパークプラグは、中心電極と接地電極とを備え、
   前記中心電極および前記接地電極の少なくとも一方は、前記工程（ａ）〜（ｃ）に従って製造され、
   前記中心電極と前記接地電極は、前記スパークプラグの軸線方向と垂直な方向に火花ギャップを形成する、スパークプラグの製造方法。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記チップ部材は、前記積層方向と垂直な断面が直径Ｄａの円である円筒形状を有し、
   前記中間部材は、前記積層方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円である円筒形状を有し、
   Ｄｂ＞Ｄａ
   を満たす、スパークプラグの製造方法。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
    前記中間部材における前記積層方向と垂直な断面の面積をＳｂとし、
    前記中間部材における積層方向の厚さをＴｂとした場合において、
    ２５πＴｂ²＞Ｓｂ（πは円周率）
    を満たす、スパークプラグの製造方法。
11. 請求項１０に記載のスパークプラグの製造方法であって、
    前記中間部材は、積層方向と垂直な断面が直径Ｄｂの円形である円筒形状を有し、
    １０Ｔｂ＞Ｄｂ
    を満たす、スパークプラグの製造方法。

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