JP2010205492A

JP2010205492A - スパークプラグ

Info

Publication number: JP2010205492A
Application number: JP2009048158A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sakakura; 靖坂倉
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: JP5149839B2

Abstract

【課題】電極に温度変化による応力が発生しても貴金属チップ部材が脱落し難いスパークプラグを提供する。
【解決手段】境界面３６に垂直な方向において、レーザー溶融部３５の先端３５ａが、境界面３６よりも貴金属チップ部材３３側に位置するように、レーザー溶融部３５が形成されている。レーザー溶融部３５の対向する先端３５ａ同士の間の距離φｄは、境界面３６における貴金属チップ部材３３と中間部材３４との当接部分の外径φＤよりも小さくなっている（φｄ＞φＤ）。
【選択図】図２

Description

本発明は、スパークプラグに関するものである。

スパークプラグの中心電極や接地電極における火花放電部位に耐火花消耗性、耐酸化消耗性に優れたイリジウム（Ｉｒ）などの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（例えば、特許文献１〜３）。

特開２００２−９３５４７号公報特開２００５−１８３１６７号公報特開平８−２９８１７８号公報

このようなスパークプラグでは、中心電極または接地電極において、貴金属チップ部材を、中間部材を介して電極母材に取り付ける場合、貴金属チップ部材と中間部材とをレーザー溶接にて接合して２層部材を形成した後、中間部材とレーザー溶融部とが電極母材に埋没し、貴金属チップ部材はその上面が電極母材から突出するように、２層部材を電極母材の先端付近に抵抗溶接にて接合している。

図４及び図５は、それぞれ、従来のスパークプラグにおける２層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。なお、これら図において、３１は電極母材を示している。

貴金属チップ部材３３３と中間部材３３４とをレーザー溶接にて接合して、２層部材３３２を形成する場合、図４または図５に示すように、まず、貴金属チップ部材３３３の下面と中間部材３３４の上面とが当接するように積層し、次に、貴金属チップ部材３３３と中間部材３３４とが当接する境界面３３６の外縁を、ほぼ全周に亘ってレーザー溶接して、境界面３３６の部分にレーザー溶融部３３５を形成し、このレーザー溶融部３３５により貴金属チップ部材３３３と中間部材３３４とを接合させる。このとき、レーザー溶融部３３５の先端３３５ａは境界面３３６の中心までは到達しておらず、レーザー溶融部３３５はリング形状に形成されることになる。

しかしながら、従来においては、レーザー溶融部３３５が以下に述べるような位置に形成されていたため、温度変化により中間部材３３４と貴金属チップ部材３３３との間、および、中間部材３３４と電極母材３１との間に応力が発生した場合、貴金属チップ部材３３３が脱落するおそれがあった。

すなわち、従来においては、境界面３３６に垂直な方向において、レーザー溶融部３３５の先端３３５ａが、図４に示すように、境界面３３６と等しい位置か、あるいは、図５に示すように、境界面３３６よりも中間部材３３４側に位置するように、レーザー溶融部３３５が形成されていた。このとき、前者の位置では、図４に示すように、レーザー溶融部３３５の対向する先端３３５ａ同士の間の距離、言い換えれば、リング形状を成すレーザー溶融部３３５の内径φｄは、境界面３３６における貴金属チップ部材３３３と中間部材３３４との当接部分の外径φＤと等しくなる（φｄ＝φＤ）。また、後者の位置では、図５に示すように、レーザー溶融部３３５の内径φｄは、境界面３３６における貴金属チップ部材３３３と中間部材３３４との当接部分の外径φＤよりも小さくなる（φｄ＞φＤ）。

従来においては、以上のような位置にレーザー溶融部３３５が形成されていたため、温度変化により中間部材３３４と貴金属チップ部材３３３との間、および、中間部材３３４と電極母材３１との間に許容以上の応力が発生した場合、図４に示す前者の位置の場合では、図６に示すように、図５に示す後者の位置の場合では、図７に示すように、それぞれ、貴金属チップ部材３３３が脱落してしまうおそれがあった。

図６及び図７は、それぞれ、従来のスパークプラグにおいて貴金属チップ部材が脱落した様子を示す説明図である。

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、電極に温度変化による応力が発生しても貴金属チップ部材が脱落し難いスパークプラグを提供することにある。

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なされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
中心電極と、前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、を有するスパークプラグであって、前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、電極母材と、貴金属チップ部材と、第１の面が前記貴金属チップ部材と当接し、前記第１の面と反対側の第２の面が前記電極母材に当接する中間部材と、前記貴金属チップと前記中間部材とが当接する境界面の外縁の少なくとも一部をレーザー溶接することにより、前記境界面の近傍部分に形成されるレーザー溶融部と、を備え、前記レーザー溶融部の対向する先端同士の間の距離φｄは、０より大きいと共に、前記境界面に垂直な方向において、前記レーザー溶融部の先端は、前記境界面よりも貴金属チップ部材側に位置し、前記距離φｄは、前記境界面における前記貴金属チップ部材と前記中間部材との当接部分の外径φＤよりも小さいことを特徴とする、スパークプラグ。
このように、適用例１のスパークプラグでは、レーザー溶融部の先端が、境界面よりも貴金属チップ部材側に位置するように、レーザー溶融部が形成されているため、電極に温度変化による応力が発生したとしても、貴金属チップ部材はレーザー溶融部に引っ掛かって脱落し難い。

［適用例２］
適用例１に記載のスパークプラグにおいて、前記レーザー溶融部は、前記境界面に対し前記中間部材から前記貴金属チップ部材に向かって斜めとなるように形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
このように、レーザー溶融部が斜めとなるように形成されたことにより、貴金属チップ部材のレーザー溶融部に対する引っ掛かり部分が多くなるため、貴金属チップ部材はより脱落し難くなる。

なお、上述した種々の形態または適用例は、適宜組み合わせたり、構成の一部省略したりすることが可能である。

本発明の第１の実施例としてのスパークプラグ１００を一部を破断して示した説明図である。図１のスパークプラグにおける２層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。本発明の第２の実施例のスパークプラグにおける２層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。従来のスパークプラグにおける２層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。従来のスパークプラグにおける２層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。従来のスパークプラグにおいて貴金属チップ部材が脱落した様子を示す説明図である。従来のスパークプラグにおいて貴金属チップ部材が脱落した様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ａ−１．スパークプラグの構成：
Ａ−２．２層部材の構成及び形成方法：
Ａ−３．第１の実施例の効果：
Ｂ．第２の実施例：
Ｂ−１．２層部材の構成及び形成方法：
Ｂ−２．第２の実施例の効果：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１の実施例：
Ａ−１．スパークプラグの構成：
図１は、本発明の第１の実施例としてのスパークプラグ１００を一部を破断して示した説明図である。図１に示すスパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、を備えている。絶縁碍子１０の一端から突出する棒状の中心電極２０は、絶縁碍子１０の内部を通じて、絶縁碍子１０の他端に設けられた端子金具４０に電気的に接続されている。中心電極２０の外周は、絶縁碍子１０によって絶縁され、絶縁碍子１０の外周は、端子金具４０から離れた位置で主体金具５０によって保持されている。主体金具５０に電気的に接続された接地電極３０は、火花を発生させる隙間である火花ギャップを中心電極２０の先端との間に形成する。スパークプラグ１００は、内燃機関（図示しない）のエンジンヘッド２００に設けられた取付ネジ孔２０１に主体金具５０を介して取り付けられ、２万〜３万ボルトの高電圧が端子金具４０に印加されると、中心電極２０と接地電極３０との間に形成された火花ギャップに火花が発生する。

スパークプラグ１００の絶縁碍子１０は、アルミナを初めとするセラミックス材料を焼成して形成された絶縁体である。絶縁碍子１０は、中心電極２０および端子金具４０を収容する軸孔１２が中心に形成された筒状体である。絶縁碍子１０の軸方向中央には外径を大きくした鍔部１９が形成されている。鍔部１９よりも端子金具４０側には、端子金具４０と主体金具５０との間を絶縁する後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９よりも中心電極２０側には、後端側胴部１８よりも外径が小さい先端側胴部１７が形成され、先端側胴部１７の更に先には、先端側胴部１７よりも小さい外径であって中心電極２０側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部１３が形成されている。

スパークプラグ１００の主体金具５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３に亘る部位を包囲して保持する円筒状の金具であり、本実施例では、低炭素鋼から成る。主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２と、シール部５４と、先端面５７とを備える。主体金具５０の工具係合部５１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付ける工具（図示しない）が嵌合する。主体金具５０の取付ネジ部５２は、エンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合するネジ山を有する。主体金具５０のシール部５４は、取付ネジ部５２の根元に鍔状に形成され、シール部５４とエンジンヘッド２００との間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿される。主体金具５０の先端面５７は、取付ネジ部５２の先端に形成された中空円状の面であり、先端面５７の中央には、脚長部１３に包まれた中心電極２０が突出する。

スパークプラグ１００の中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極であって、電極母材２１の先端部分には、電極チップ２２がレーザー溶接によって接合されている。本実施例では、電極母材２１は、インコネル（登録商標）を始めとするニッケルを主成分とするニッケル合金から成り、芯材２５は、銅または銅を主成分とする合金から成る。また、電極チップ２２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。中心電極２０は、電極母材２１の先端が絶縁碍子１０の軸孔１２から突出した状態で絶縁碍子１０の軸孔１２に挿入され、セラミック抵抗３およびシール体４を介して端子金具４０に電気的に接続されている。

スパークプラグ１００の接地電極３０は、主体金具５０の先端面５７に接合された電極母材３１を、軸中心線Ｏに交差する方向に屈曲した構造を有する電極であって、電極母材３１の先端付近には、貴金属チップ部材を含む２層部材３２が埋設されており、中心電極２０の先端に対向するように配置されている。本実施例では、電極母材３１は、インコネル（登録商標）を始めとするニッケルを主成分とするニッケル合金から成る。

Ａ−２．２層部材の構成及び形成方法：
図２は、図１のスパークプラグにおける２層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。

図２に示すように、２層部材３２は、貴金属チップ部材３３と中間部材３４とを有しており、その両者をレーザー溶接にて接合することにより形成されている。貴金属チップ部材３３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。本実施例では、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３４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、白金ニッケル合金（例えば、Ｐｔ−２０Ｎｉ（２０質量％のニッケルを含有した白金合金））が用いられる。本実施例では、Ｐｄが用いられている。また、中間部材３４には、ＩＮＣ６００などのニッケル合金を始め、電極母材３１と同一の材料で形成されても良い。

２層部材３２を形成する場合、まず、貴金属チップ部材３３の下面と中間部材３４の上面とが当接するように積層する。次に、貴金属チップ部材３３と中間部材３４とが当接する境界面３６の外縁に、ほぼ全周に亘って、レーザーを照射して、その熱により境界面３６の近傍の貴金属チップ部材３３及び中間部材３４を溶融させ、境界面３６の部分にレーザー溶融部３５を形成する。このようなレーザー溶接によって貴金属チップ部材３３と中間部材３４とは接合される。このとき、レーザー溶融部３５の先端３５ａは境界面３６の中心までは到達しておらず、レーザー溶融部３５はリング形状に形成されることになる。すなわち、レーザー溶融部３５の対向する先端３５ａ同士の間の距離、言い換えれば、リング形状を成すレーザー溶融部３５の内径φｄは、０より大きいものとなっている（φｄ＞０）。

また、本実施例においては、図２に示すように、境界面３６に垂直な方向（すなわち、軸中心線Ｏに沿った方向）において、レーザー溶融部３５の先端３５ａが、境界面３６よりも貴金属チップ部材３３側に位置するように、レーザー溶融部３５が形成されている。従って、レーザー溶融部３５の内径φｄは、境界面３６における貴金属チップ部材３３と中間部材３４との当接部分の外径φＤよりも小さくなっている（φｄ＞φＤ）。

このようにして形成された２層部材３２は、主体金具５０の先端面５７に接合された電極母材３１の先端付近に、中間部材３４とレーザー溶融部３５とが電極母材３１に埋没し、貴金属チップ部材３３はその上面が電極母材３１から突出するように、抵抗溶接にて接合される。その後、電極母材３１は、図１に示したように、軸中心線Ｏに交差する方向に折り曲げられ、貴金属チップ部材３３が中心電極２０の電極チップ２２と対向し、かつ、両者の間に形成されたギャップ（すなわち、火花ギャップ）が所望の寸法となるように、位置決めされる。

Ａ−３．第１の実施例の効果：
以上のようにして、２層部材３２を形成して、接地電極３０を作成することにより、本実施例においては、以下のような効果を奏することができる。

すなわち、本実施例においては、２層部材３２において、図２に示すように、レーザー溶融部３５の先端３５ａが、境界面３６よりも貴金属チップ部材３３側に位置するように、レーザー溶融部３５が形成されているため、接地電極３０において、温度変化により中間部材３４と貴金属チップ部材３３との間、および、中間部材３４と電極母材３１との間に応力が発生したとしても、貴金属チップ部材３３はレーザー溶融部３５に引っ掛かって脱落し難い。

Ｂ．第２の実施例：
本実施例のスパークプラグは、２層部材の構成が第１の実施例における２層部材３２の構成と異なるだけで、他の構成要素は、第１の実施例のスパークプラグ１００と同じであるため、以下では、２層部材についてのみ説明を行い、他の構成要素についての説明は省略する。

Ｂ−１．２層部材の構成及び形成方法：
図３は、本発明の第２の実施例のスパークプラグにおける２層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。

本実施例においても、図３に示すように、２層部材３２’は、貴金属チップ部材３３と中間部材３４とを有しており、その両者をレーザー溶接にて接合することにより形成されている。貴金属チップ部材３３及び中間部材３４には、第１の実施例の場合と同様の材料が用いられている。

２層部材３２’を形成する場合、まず、貴金属チップ部材３３の下面と中間部材３４の上面とが当接するように積層する。次に、貴金属チップ部材３３と中間部材３４とが当接する境界面３６に対し、中間部材３４から貴金属チップ部材３３に向かって斜めとなるよう、中間部材３４の側面のほぼ全周に亘って、レーザーを照射する。このとき、レーザーの熱により境界面３６の近傍の貴金属チップ部材３３及び中間部材３４を溶融させ、図３に示すように、中間部材３４から貴金属チップ部材３３に向かって斜めとなるよう、レーザー溶融部３５を形成する。このとき、第１の実施例の場合と同様に、レーザー溶融部３５の先端３５ａは境界面３６の中心までは到達しておらず、レーザー溶融部３５はリング形状に形成されることになる。すなわち、レーザー溶融部３５の内径φｄは、０より大きいものとなっている（φｄ＞０）。また、レーザー溶融部３５が上述した如く中間部材３４から貴金属チップ部材３３に向かって斜めとなるように形成することにより、境界面３６に垂直な方向（すなわち、軸中心線Ｏに沿った方向）において、レーザー溶融部３５の先端３５ａは、境界面３６よりも貴金属チップ部材３３側に位置することになる。従って、レーザー溶融部３５の内径φｄは、境界面３６における貴金属チップ部材３３と中間部材３４との当接部分の外径φＤよりも小さくなっている（φｄ＞φＤ）。

Ｂ−２．第２の実施例の効果：
以上のようにして、２層部材３２’を形成して、接地電極３０を作成することにより、本実施例においても、第１の実施例と同様またはそれ以上の効果を奏することができる。

すなわち、本実施例においては、２層部材３２’において、図３に示すように、レーザー溶融部３５が中間部材３４から貴金属チップ部材３３に向かって斜めとなるように形成されたことにより、貴金属チップ部材３３のレーザー溶融部３５に対する引っ掛かり部分が多くなるため、貴金属チップ部材３３はより脱落し難くなる。

Ｃ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

上記した各実施例においては、貴金属チップ部材３３と中間部材３４とを接合して成る２層部材３２，３２’は、接地電極３０側に取り付けるようにしていたが、本発明は、これに限定されるものではなく、中心電極２０側に取り付けるようにしてもよい。具体的には、電極チップ２２に代えて、２層部材３２，３２’を取り付けるようにしてもよい。また、２層部材３２，３２’を中心電極２０側，接地電極３０側の双方に取り付けるようにしてもよい。

上記した各実施例では、２層部材３２，３２’において、貴金属チップ部材３３と中間部材３４とをレーザー溶接にて接合する際、２層部材３２，３２’のほぼ全周に亘ってレーザー溶接を行うようにしていたが、周囲の一部において、レーザー溶接が為されていない部分があってもよい。

上記した各実施例では、２層部材３２，３２’において、貴金属チップ部材３３と中間部材３４とをレーザー溶接にて接合するようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子ビーム溶接にて接合するようにしてもよい。

３…セラミック抵抗
４…シール体
５…ガスケット
１０…絶縁碍子
１２…軸孔
１３…脚長部
１７…先端側胴部
１８…後端側胴部
１９…鍔部
２０…中心電極
２１…電極母材
２２…電極チップ
２５…芯材
３０…接地電極
３１…電極母材
３２，３２’…２層部材
３３…貴金属チップ部材
３４…中間部材
３５…レーザー溶融部
３５ａ…先端
３６…境界面
４０…端子金具
５０…主体金具
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５４…シール部
５７…先端面
１００…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２０１…取付ネジ孔
３３２…２層部材
３３３…貴金属チップ部材
３３４…中間部材
３３５…レーザー溶融部
３３５ａ…先端
３３６…境界面

Claims

中心電極と、
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を有するスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
電極母材と、
貴金属チップ部材と、
第１の面が前記貴金属チップ部材と当接し、前記第１の面と反対側の第２の面が前記電極母材に当接する中間部材と、
前記貴金属チップ部材と前記中間部材とが当接する境界面の外縁の少なくとも一部をレーザー溶接することにより、前記境界面の近傍部分に形成されるレーザー溶融部と、
を備え、
前記レーザー溶融部の対向する先端同士の間の距離φｄは、０より大きいと共に、前記境界面に垂直な方向において、前記レーザー溶融部の先端は、前記境界面よりも貴金属チップ部材側に位置し、前記距離φｄは、前記境界面における前記貴金属チップ部材と前記中間部材との当接部分の外径φＤよりも小さいことを特徴とする、スパークプラグ。
請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
前記レーザー溶融部は、前記境界面に対し前記中間部材から前記貴金属チップ部材に向かって斜めとなるように形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。