JP2018156728A - 点火プラグの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】貴金属チップと電極本体とを溶接する際に、貴金属チップが傾くことを抑制する。
【解決手段】貴金属チップと電極本体とを有する電極を備える点火プラグの製造方法は、貴金属チップの面である第1面と、電極本体の面である第2面と、を互いに接触させた状態で、貴金属チップと電極本体とを固定する固定工程と、第1面と第2面との接触面のうち、固定工程によって固定された固定部分の少なくとも一部を除いた第1部分を、第1面と第2面との接触面に沿って照射位置を移動しながらレーザを連続して照射することによって溶接する第1の溶接工程と、第1の溶接工程の後に、接触面のうち、第1の溶接工程で溶接されなかった未溶接部分を含み、第1の溶接工程で溶接された第1部分の全部を含まない第2部分を、接触面に沿って照射位置を移動しながらレーザを連続して照射することによって溶接する第2の溶接工程と、を備える。
【選択図】 図5

Description

本明細書は、内燃機関等において燃料ガスに点火するための点火プラグの製造方法に関する。
点火プラグの電極において、火花が発生するギャップを形成する部分には、従来から耐火花消耗性に優れた貴金属チップが用いられている。該貴金属チップを電極本体に接合する方法には、例えば、レーザ溶接を用いる方法が知られている(例えば、特許文献1)。
特許文献1に開示される技術では、貴金属チップと電極本体との対向面の略全体がレーザ溶接によって接合されている。
特開2012−74271号公報
しかしながら、上記技術では、貴金属チップと電極本体とを溶接する際に、貴金属チップが傾く場合があった。
本明細書は、貴金属チップと電極本体とを溶接する際に、貴金属チップが傾くことを抑制する技術を開示する。
本明細書に開示される技術は、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]貴金属チップと電極本体とを有する電極を備える点火プラグの製造方法であって、
前記貴金属チップの面である第1面と、前記電極本体の面である第2面と、を互いに接触させた状態で、前記貴金属チップと前記電極本体とを固定する固定工程と、
前記第1面と前記第2面との接触面のうち、前記固定工程によって固定された固定部分の少なくとも一部を除いた第1部分を、前記第1面と前記第2面との接触面に沿って照射位置を移動しながらレーザを連続して照射することによって溶接する第1の溶接工程と、
前記第1の溶接工程の後に、前記接触面のうち、前記第1の溶接工程で溶接されなかった未溶接部分を含み、前記第1の溶接工程で溶接された前記第1部分の全部を含まない第2部分を、前記接触面に沿って前記照射位置を移動しながら前記レーザを連続して照射することによって溶接する第2の溶接工程と、
を備える、製造方法。
上記方法によれば、固定部分の少なくとも一部を除いた第1部分を溶接する第1の溶接工程と、第1の溶接工程で溶接されなかった未溶接部分を含み、第1の溶接工程で溶接された第1部分の全部を含まない第2部分を溶接する第2の溶接工程とに分けて、貴金属チップと電極本体との溶接を行うので、固定部分の全体が同時に溶融状態になることを抑制できる。この結果、貴金属チップと電極本体とを溶接する際に、貴金属チップが傾くことを抑制することができる。
[適用例2]適用例1に記載の製造方法であって、
前記第1の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、前記第2の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、は同じであり、
前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間に、前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程よりも前記照射位置の移動速度を低下させる、製造方法。
上記方法によれば、第2の溶接工程の前に、第1部分に形成される溶接部が凝固する時間を容易に確保できるので、貴金属チップと電極本体とを溶接する際に、貴金属チップが傾くことを、より効果的に抑制することができる。
[適用例3]適用例2に記載の製造方法であって、
前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間における前記照射位置の前記移動速度をゼロにする、製造方法。
上記方法によれば、第2の溶接工程の前に、第1部分が凝固する時間を、十分に確保できるので、貴金属チップと電極本体とを溶接する際に、貴金属チップが傾くことを、さらに効果的に、抑制することができる。
[適用例4]適用例2または3に記載の製造方法であって、
前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間に、前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程よりも前記レーザの出力を低下させる、製造方法。
上記方法によれば、第2の溶接工程の前に、第1部分をさらに凝固させることができるので、さらに、貴金属チップと電極本体とを溶接する際に、貴金属チップが傾くことを抑制することができる。
[適用例5]適用例1に記載の製造方法であって、
前記第1の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、前記第2の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、は同じであり、
前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間に、前記第1面と前記第2面との接触面を溶接しない工程を設ける、製造方法。
上記方法によれば、第2の溶接工程の前に、第1部分をさらに凝固させる期間を確保することができる。したがって、貴金属チップと電極本体とを溶接する際に、貴金属チップが傾くことを効果的に抑制することができる。
[適用例6]適用例1に記載の製造方法であって、
前記第1の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、前記第2の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、は異なる、製造方法。
上記方法によれば、第1部分に形成される溶接部の形状と、第2部分に形成される溶接部の形状と、が不均一になることを抑制できる。
なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、点火プラグの電極と貴金属チップの溶接方法、点火プラグの電極の製造方法等の態様で実現することができる。
本実施形態の点火プラグの断面図。 第1実施形態の接地電極の接地電極チップ近傍の構成を示す図。 接地電極の製造方法のフローチャート。 接地電極の製造方法の説明図。 第1の溶接工程の説明図。 第2の溶接工程の説明図。 変形例の第1の説明図である。 変形例の第2の説明図である。 変形例の第3の説明図である。
A.第1実施形態:
A−1.点火プラグの構成:
図1は本実施形態の点火プラグ100の断面図である。図1の一点破線は、点火プラグ100の軸線CO(軸線COとも呼ぶ)を示している。軸線COと平行な方向(図1の上下方向)を軸線方向とも呼ぶ。軸線COを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、軸線COを中心とする円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図1における下方向を先端方向FDと呼び、上方向を後端方向BDとも呼ぶ。図1における下側を、点火プラグ100の先端側と呼び、図1における上側を点火プラグ100の後端側と呼ぶ。
点火プラグ100は、詳細は後述する中心電極20と接地電極30との間に形成される間隙(火花ギャップ)に、火花放電を発生させる。点火プラグ100は、内燃機関に取り付けられ、内燃機関の燃焼室内の燃料ガスに着火するために用いられる。点火プラグ100は、絶縁体としての絶縁体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、を備える。
絶縁体10は、アルミナ等を焼成して形成されている。絶縁体10は、軸線方向に沿って延び、絶縁体10を貫通する貫通孔である軸孔12を有する略円筒形状の部材である。絶縁体10は、鍔部19と、後端側胴部18と、先端側胴部17と、段部15と、脚長部13と、を備えている。後端側胴部18は、鍔部19より後端側に位置し、鍔部19の外径より小さな外径を有している。先端側胴部17は、鍔部19より先端側に位置し、鍔部19の外径より小さな外径を有している。脚長部13は、先端側胴部17より先端側に位置し、先端側胴部17の外径よりも小さな外径を有している。脚長部13は、点火プラグ100が内燃機関(図示せず)に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。段部15は、脚長部13と先端側胴部17との間に形成されている。
主体金具50は、導電性の金属材料(例えば、低炭素鋼材)で形成され、内燃機関のエンジンヘッド(図示省略)に点火プラグ100を固定するための円筒状の金具である。主体金具50は、軸線COに沿って貫通する貫通孔59が形成されている。主体金具50は、絶縁体10の径方向の周囲(すなわち、外周)に配置される。すなわち、主体金具50の貫通孔59内に、絶縁体10が挿入・保持されている。絶縁体10の先端は、主体金具50の先端より先端側に突出している。絶縁体10の後端は、主体金具50の後端より後端側に突出している。
主体金具50は、点火プラグレンチが係合する六角柱形状の工具係合部51と、内燃機関に取り付けるための取付ネジ部52と、工具係合部51と取付ネジ部52との間に形成された鍔状の座部54と、を備えている。取付ネジ部52の呼び径は、例えば、M8(8mm(ミリメートル))、M10、M12、M14、M18のいずれかとされている。
主体金具50の取付ネジ部52と座部54との間には、金属板を折り曲げて形成され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、点火プラグ100が内燃機関に取り付けられた際に、点火プラグ100と内燃機関(エンジンヘッド)との隙間を封止する。
主体金具50は、さらに、工具係合部51の後端側に設けられた薄肉の加締部53と、座部54と工具係合部51との間に設けられた薄肉の圧縮変形部58と、を備えている。主体金具50における工具係合部51から加締部53に至る部位の内周面と、絶縁体10の後端側胴部18の外周面との間に形成される環状の領域には、環状のリング部材6、7が配置されている。当該領域における2つのリング部材6、7の間には、タルク(滑石)9の粉末が充填されている。加締部53の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁体10の外周面に固定されている。主体金具50の圧縮変形部58は、製造時において、絶縁体10の外周面に固定された加締部53が先端側に押圧されることにより、圧縮変形する。圧縮変形部58の圧縮変形によって、リング部材6、7およびタルク9を介し、絶縁体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、金属製の環状の板パッキン8を介して、主体金具50の取付ネジ部52の内周に形成された段部56(金具側段部)によって、絶縁体10の段部15(絶縁体側段部)が押圧される。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具50と絶縁体10との隙間から外部に漏れることが、板パッキン8によって防止される。
中心電極20は、軸線方向に延びる棒状の中心電極本体21と、中心電極チップ29と、を備えている。中心電極本体21は、絶縁体10の軸孔12の内部の先端側の部分に保持されている。中心電極本体21は、電極母材21Aと、電極母材21Aの内部に埋設された芯部21Bと、を含む構造を有する。電極母材21Aは、例えば、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金(例えば、NCF600、NCF601)を用いて形成されている。芯部21Bは、電極母材21Aを形成する合金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、本実施形態では、銅で形成されている。
また、中心電極本体21は、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部24(フランジ部とも呼ぶ。)と、鍔部24よりも後端側の部分である頭部23(電極頭部)と、鍔部24よりも先端側の部分である脚部25(電極脚部)と、を備えている。鍔部24は、絶縁体10の段部16に支持されている。脚部25の先端部分、すなわち、中心電極本体21の先端は、絶縁体10の先端より先端側に突出している。
中心電極チップ29は、略円柱形状を有する部材であり、中心電極本体21の先端(脚部25の先端)に、例えば、レーザ溶接を用いて、接合されている。中心電極チップ29の先端面は、後述する接地電極チップ39との間で火花ギャップを形成する第1放電面295である。中心電極チップ29は、高融点の貴金属を主成分とする材料で形成されている。中心電極チップ29は、例えば、イリジウム(Ir)やIrなどの貴金属、または、該貴金属を主成分とする合金を用いて形成された貴金属チップである。
接地電極30は、主体金具50の先端に接合された接地電極本体31と、四角柱形状の接地電極チップ39と、を備えている。接地電極本体31は、断面が四角形の湾曲した棒状体である。接地電極本体31は、両端面として、自由端面311と、接合端面312と、を有している。接合端面312は、主体金具50の先端面50Aに、例えば、抵抗溶接によって、接合されている。これによって、主体金具50と接地電極本体31とは、電気的に接続される。
接地電極本体31は、例えば、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金(例えば、NCF600、NCF601)を用いて形成されている。接地電極本体31は、耐腐食性の高い金属(例えば、ニッケル合金)で形成された母材と、熱伝導性が高い金属(例えば、銅)を用いて形成され、母材に埋設された芯部と、を含む2層構造を有しても良い。接地電極チップ39は、中心電極チップ29と同様に、イリジウム(Ir)やIrなどの貴金属、または、該貴金属を主成分とする合金を用いて形成された貴金属チップである。
端子金具40は、軸線方向に延びる棒状の部材である。端子金具40は、導電性の金属材料(例えば、低炭素鋼)で形成され、端子金具40の表面には、防食のための金属層(例えば、Ni層)がめっきなどによって形成されている。端子金具40は、軸線方向の所定位置に形成された鍔部42(端子顎部)と、鍔部42より後端側に位置するキャップ装着部41と、鍔部42より先端側の脚部43(端子脚部)と、を備えている。端子金具40のキャップ装着部41は、絶縁体10より後端側に露出している。端子金具40の脚部43は、絶縁体10の軸孔12に挿入されている。キャップ装着部41には、高圧ケーブル(図示外)が接続されたプラグキャップが装着され、火花放電を発生するための高電圧が印加される。
絶縁体10の軸孔12内において、端子金具40の先端(脚部43の先端)と中心電極20の後端(頭部23の後端)との間には、火花発生時の電波ノイズを低減するための抵抗体70が配置されている。抵抗体70は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。軸孔12内において、抵抗体70と中心電極20との隙間は、導電性シール60によって埋められている。抵抗体70と端子金具40との隙間は、導電性シール80によって埋められている。導電性シール60、80は、例えば、B23−SiO2系等のガラス粒子と金属粒子(Cu、Feなど)とを含む組成物で形成されている。
A−2. 接地電極30の接地電極チップ39近傍の構成:
接地電極30の接地電極チップ39近傍の構成について、さらに、詳細に説明する。図2は、第1実施形態の接地電極30の接地電極チップ39近傍の構成を示す図である。図2(A)には、点火プラグ100の先端近傍を特定面で切断した断面CFが示されている。接地電極チップ39の後端面は、中心電極チップ29の第1放電面295(図1)と対向する第2放電面395である。図2(A)の断面CFは、第2放電面395の重心GCを通り、かつ、第2放電面395と垂直で、かつ、棒状の接地電極本体31の軸線と平行な断面である。本実施形態では、第2放電面395の重心GCを通り、かつ、第2放電面395と垂直な線は、点火プラグ100の軸線COと一致するので、図2(A)の断面CFは、点火プラグ100の軸線COを通り、かつ、棒状の接地電極本体31の軸線と平行な断面である、とも言うことができる。
図2(B)には、接地電極チップ39の第2放電面395の近傍を、軸線方向に沿って後端方向BDから先端方向FDに向かって見た図が示されている。
図2(B)の一点破線は、図2(A)の断面CFを示している。第2放電面395の重心GCから、第2放電面395に沿って自由端面311に向かう方向、すなわち、図2(A)、(B)の左方向を、第1方向D1とする。第2放電面395の重心GCから、第2放電面395に沿って自由端面311から離れる方向、すなわち、第1方向D1の反対方向を、第2方向D2とする。
接地電極本体31の自由端面311と交差する4つの側面のうち、第1放電面295と対向する側面を、側面315とする。接地電極本体31の4つの側面のうち、側面315と交差する2個の側面、すなわち、図2(B)の上下方向に位置する側面を、側面313、314とする。そして、第2放電面395の重心GCから、側面313に向かう方向、すなわち、図2(B)の下方向を、第3方向D3とし、第3方向D3の反対方向を、第4方向D4とする。
接地電極チップ39は、軸線方向に沿って見た形状が四角形(本実施例では正方形)の板部材である。該四角形の一辺の長さW、すなわち、接地電極チップ39の第1方向D1の長さ、および、第3方向D3の長さは、例えば、1.5mm〜2.0mmである。接地電極チップ39の軸線方向の平均の平均厚さ(軸線方向の長さの平均)は、例えば、0.2mm〜1.0mmである。
接地電極チップ39は、接地電極本体31の自由端面311の近傍において、側面315に沿って配置されている。具体的には、接地電極本体31の自由端面311の近傍には、側面315より先端方向FDに凹んだ凹部316が形成されている。接地電極チップ39の第2放電面395とは反対側の部分(先端方向FD側の部分)は、凹部316に配置されている。接地電極チップ39の第2放電面395は、接地電極本体31の側面315よりも、後端方向BDに位置している。軸線方向に沿って見た凹部316の形状は、図2(B)に示すように、軸線方向に沿って見た接地電極チップ39の形状(本実施形態では、四角形)より僅かに大きな略相似形(本実施形態では、四角形)である。
図2(A)の断面CFに示すように、接地電極チップ39の第1方向D1の側面391は、接地電極本体31の自由端面311より第2方向D2に位置している。
接地電極チップ39は、接地電極本体31に対して、レーザ溶接によって接合されている。このために、接地電極チップ39と接地電極本体31との間には、レーザ溶接によって形成された溶接部35が配置されている。溶接部35は、溶接前の接地電極チップ39の一部分と、接地電極本体31の一部分と、が溶融・凝固した部分である。このために、溶接部35は、接地電極チップ39の成分と、接地電極本体31の成分と、を含んでいる。溶接部35は、接地電極チップ39と接地電極本体31とを接合する接合部、とも言うことができ、接地電極チップ39と接地電極本体31とを接合するビード、とも言うことができる。
図2(B)において、ハッチングされた領域は、溶接部35を示している。図2(B)から解るように、軸線方向に沿って見た溶接部35の形状は、軸線方向に沿って見た接地電極チップ39の形状(本実施形態では、四角形)より大きく、かつ、軸線方向に沿って見た凹部316の形状より僅かに大きな略相似形(本実施形態では、四角形)である。そして、溶接部35の4つの方向D1〜D4の端351〜354は、接地電極チップ39の対応する側面391〜394より径方向の外側に位置している。溶接部35の後端方向BD側は、接地電極チップ39の第2放電面395の反対側の面(先端方向FDの面)の全体と接触している。つまり、接地電極チップ39の第2放電面395の反対側の面(先端方向FDの面)の全てが、接地電極本体31に溶接されている。
図2(A)に示すように、溶接部35の第1方向D1の端351(露出端351とも呼ぶ)は、接地電極本体31の自由端面311に露出している。溶接部35の第2方向D2、第3方向D3、第4方向D4の端352、353、354は、接地電極本体31の表面(例えば、側面313、314)に露出していない。これは、後述するように、レーザ溶接が行われて、溶接部35が形成される際に、レーザが、自由端面311より第1方向D1側から、第2方向D2に向かって、照射されるからである。図2(A)に示すように、溶接部35の厚さ(軸線方向の長さ)は、露出端351の近傍では他の部分より厚いが、他の部分では概ね一定となっている。
B:製造方法
点火プラグ100の製造方法について、接地電極30の製造方法を中心に説明する。図3は、接地電極30の製造方法のフローチャートである。図4は、接地電極30の製造方法の説明図である。先ず、曲げられる前の棒状の接地電極本体31が準備される。そして、接地電極本体31に溶接される前の接地電極チップ39が準備される。
S10では、接地電極本体31の側面315に、接地電極チップ39を溶接する凹部316が形成される。具体的には、図4(A)に示すように、接地電極本体31の側面315における自由端面311の近傍部分に、形成すべき凹部316に対応する形状を有する押圧部材200が、例えば、所定のプレス機を用いて、押圧される。これによって、図4(B)に示すように、凹部316が形成される。
S20では、図4(C)に示すように、接地電極本体31に形成された凹部316内に、溶接前の四角柱状の接地電極チップ39が配置される。この状態では、接地電極チップ39の先端側の面39Sと、凹部316の底面316Sと、が互いに接触する。
S30では、押さえ部材500によって、接地電極本体31に対して、接地電極チップ39が固定される。具体的には、図4(C)に示すように、押さえ部材500によって、接地電極チップ39が、第2放電面395側から後端方向BD(図4(C)の下方向)に押さえられる。これによって、接地電極チップ39の先端側の面39Sと、接地電極本体31の凹部316の底面316Sと、を互いに接触させた状態で、接地電極チップ39と、接地電極本体31と、が固定される。この先端側の面39Sと凹部316の底面316Sとの接触面、すなわち、接地電極チップ39と接地電極本体31との間の接合すべき面を、チップ接合面BSとも呼ぶ。
S40では、レーザ溶接のためのレーザを走査・出力して、チップ接合面BSのうち、第3方向D3側の約半分が溶接される。S40での溶接工程を、第1の溶接工程とも呼ぶ。なお、本実施形態では、レーザとしてファイバレーザが用いられる。ファイバレーザは、例えば、YAGレーザと比較して、集光性が高いために、形成できる溶接部35の形状の自由度が高いので、図2に示すように、厚さが比較的薄く、かつ、軸線と垂直な方向(第1方向D1)の長さが比較的長い形状の溶接部35を形成できる。
図5は、第1の溶接工程の説明図である。図5(A)には、第1の溶接工程を終えた時点における接地電極30の接地電極チップ39の第2放電面395の近傍を、軸線方向に沿って後端方向BDから先端方向FDに向かって見た図が示されている。図5(B)には、図5(A)の接地電極チップ39の近傍を、第1方向D1に沿って第1方向D1側から第2方向D2に向かって見た図が示されている。
図5(A)のレーザLZ1は、第1の溶接工程の開始時点におけるレーザを示し、レーザLZ2は、第1の溶接工程の終了時点におけるレーザを示している。図5(B)の点P1は、第1の溶接工程の開始時点におけるレーザの照射位置を示し、点P2は、第1の溶接工程の終了時点におけるレーザの照射位置を示している。第1の溶接工程では、チップ接合面BSに沿って、位置P1から位置P2まで照射位置を移動しながら、レーザが連続して照射される。このように照射位置を移動しながら、レーザの連続照射を行うレーザ溶接を、連続照射溶接とも呼ぶ。位置P1から位置P2までの照射位置の移動を第1のレーザ走査SC1とも呼ぶ。レーザは、図5(A)に示すように、自由端面311より第1方向D1側から、第2方向D2に照射される。第1のレーザ走査SC1の走査方向は、図5(A)、(B)に示すように、第4方向D4である。
点P1および点P2の軸線方向の位置は、チップ接合面BSの軸線方向の位置と、ほぼ等しい。点P1の第3方向D3の位置は、接地電極チップ39の第3方向D3の端の位置と、ほぼ等しい。点P2の第3方向D3の位置は、接地電極チップ39の第3方向D3の中心の位置と、ほぼ等しい。したがって、点P1から点P2までの距離、すなわち、第1のレーザ走査SC1の走査長L1は、接地電極チップ39の第3方向D3の長さWの約半分である(L1≒(W/2))。
図5(A)、(B)には、第1の溶接工程によって形成される第1の溶接部35aが図示されている。第1の溶接部35aは、最終的に形成すべき溶接部35(図2)のうちの第3方向D3側の半分を含み、最終的に形成すべき溶接部35の半分より第4方向D4に僅かに大きい。第1の溶接部35aの自由端面311に露出した部分の走査方向と垂直な方向の長さ(本実施例では軸線方向の長さ)をHaとし、該部分の走査方向の長さをWaとする。このとき、走査長L1は、(Wa−Ha)である。連続照射溶接の走査長L1は、例えば、0.4mm以上である。レーザの連続照射を行わない、いわゆるパルス溶接では、走査長は、0.1mm未満である。本実施形態では、走査長L1は、例えば、0.75mm〜1mmである。
図5(A)には、押さえ部材500によって押さえられている範囲が破線で図示されている。接地電極チップ39のうち、軸線方向に沿って見た場合に、押さえ部材500によって押さえられている範囲と重なる部分は、押さえ部材500によって接地電極本体31に固定されている固定部分FPである。第1の溶接工程では、接地電極チップ39の固定部分FPのうち、第4方向D4側の部分を未溶接のまま残して、固定部分FPのうち、第3方向D3側の部分だけが溶接される。
第1の溶接工程後のS50では、レーザの走査と、レーザの出力(照射)と、を所定の停止時間だけ停止させる。すなわち、レーザの照射位置の移動速度は、ゼロにされ、レーザの出力は、ゼロにされる。停止時間は、例えば、0.01〜5秒である。この停止時間に、第1の溶接工程によって形成された第1の溶接部35aの凝固が進み、接地電極チップ39の第3方向D3側の部分が第1の溶接部35aによって接地電極本体31に対して固定される。
S60では、再び、レーザを走査・出力して、チップ接合面BSのうちの残りの約半分、すなわち、第4方向D4側の約半分が溶接される。S60での溶接工程を、第2の溶接工程とも呼ぶ。
図6は、第2の溶接工程の説明図である。図6(A)には、第2の溶接工程を終えた時点における接地電極30の接地電極チップ39の第2放電面395の近傍を、軸線方向に沿って後端方向BDから先端方向FDに向かって見た図が示されている。図6(B)には、図6(A)の接地電極チップ39の近傍を、第1方向D1に沿って第1方向D1側から第2方向D2に向かって見た図が示されている。
図6(A)のレーザLZ2は、第2の溶接工程の開始時点におけるレーザを示し、レーザLZ3は、第2の溶接工程の終了時点におけるレーザを示している。図6(B)の点P2は、第2の溶接工程の開始時点におけるレーザの照射位置を示し、点P3は、第2の溶接工程の終了時点におけるレーザの照射位置を示している。すなわち、第2の溶接工程の開始時点におけるレーザの照射位置は、S40の第1の溶接工程の終了時点におけるレーザの照射位置と同じである。
第2の溶接工程では、第1の溶接工程と同様に、チップ接合面BSに沿って、位置P2から位置P3まで照射位置を移動しながら、レーザが連続して照射される。すなわち、位置P2から位置P3まで連続照射溶接が行われる。位置P2から位置P3までの照射位置の移動を第2のレーザ走査SC2とも呼ぶ。レーザは、第1の溶接工程と同様に、自由端面311より第1方向D1側から、第2方向D2に照射され、第2のレーザ走査SC2の走査方向は、図6(A)、(B)に示すように、第4方向D4である。
点P3の軸線方向の位置は、チップ接合面BSの軸線方向の位置と、ほぼ等しい。点P3の第3方向D3の位置は、接地電極チップ39の第4方向D4(第3方向D3の反対方向)の端の位置と、ほぼ等しい。したがって、点P2から点P3までの距離、すなわち、第2のレーザ走査SC2の走査長L2は、第1のレーザ走査SC1の走査長L1とほぼ等しく、接地電極チップ39の第3方向D3の長さWの約半分である(L2≒(W/2))。
図6(A)、(B)には、第2の溶接工程によって形成される第2の溶接部35bが図示されている。第2の溶接部35bは、最終的に形成すべき溶接部35(図2)のうちの第4方向D4側の半分を含み、最終的に形成すべき溶接部35の半分より第3方向D3に僅かに大きい。このために、第1の溶接部35aの第4方向D4の端部と、第2の溶接部35bの第3方向D3の端部と、は重なっている。そして、第1の溶接部35aの全体と、第2の溶接部35bの全体と、によって、1個の溶接部35(図2)が形成されている。第2の溶接部35bの自由端面311に露出した部分の走査方向と垂直な方向の長さ(本実施例では軸線方向の長さ)をHbとし、該部分の走査方向の長さをWbとする。このとき、走査長L2は、(Wb−Hb)である。連続照射溶接の走査長L2は、例えば、0.4mm以上である。本実施形態では、走査長L2は、走査長L1と同様に、例えば、0.75mm〜1mmである。第2の溶接工程が終了すると、接地電極本体31と接地電極チップ39との溶接が完了する。
以上説明した接地電極本体31と接地電極チップ39との溶接は、例えば、主体金具50に棒状の接地電極本体31が溶接された後に、行われても良い。また、接地電極本体31と接地電極チップ39とが溶接された後に、主体金具50に接地電極本体31が溶接されても良い。
さらに、絶縁体10と中心電極20と導電性シール60と抵抗体70と導電性シール80と端子金具40とを有する組立体が、公知の方法で作成される。例えば、中心電極20、導電性シール60の材料、抵抗体70の材料、導電性シール80の材料を、絶縁体10の軸孔12に、後端方向BD側から、この順番に挿入する。そして、絶縁体10を加熱した状態で端子金具40を軸孔12に後端方向BD側から挿入することによって、組立体が製造される。
その後、主体金具50に組立体が固定される。具体的には、主体金具50の貫通孔59内に、組立体と、タルク9と、リング部材6、7とが配置される。絶縁体10の段部15と主体金具50の段部56との間には、板パッキン8が介在される。そして、主体金具50の加締部53を内側に折り曲げるように加締めることによって、主体金具50と絶縁体10とが組み付けられる。そして、棒状の接地電極30が曲げられて、中心電極チップ29と接地電極チップ39との間のギャップが形成される。以上により、点火プラグ100が完成する。
以上説明した本実施形態の点火プラグ100の製造方法は、以下の工程を備える。
1.接地電極チップ39と、接地電極本体31と、を固定する固定工程(S30)
2.チップ接合面BSのうち、固定工程によって固定された固定部分FP(図5)の少なくとも一部を除いた第1部分(具体的には、第1の溶接部35aが形成される部分)を、チップ接合面BSに沿った連続照射溶接によって溶接する第1の溶接工程(S40)
3.第1の溶接工程の後に、チップ接合面BSのうち、第1の溶接工程で溶接されなかった未溶接部分を含み、第1の溶接工程で溶接された第1部分の全部を含まない第2部分(具体的には、第2の溶接部35bが形成される部分)を、チップ接合面BSに沿った連続照射溶接によって溶接する第2の溶接工程(S60)
このように、固定部分FP(図5)の少なくとも一部を除いた第1部分を溶接する第1の溶接工程と、第1の溶接工程で溶接されなかった未溶接部分を含み、第1部分の全部を含まない第2部分を第2の溶接工程とに分けて、接地電極チップ39と接地電極本体31との溶接を行うので、固定部分FPの全体が同時に溶融状態になることを抑制できる。この結果、接地電極チップ39と接地電極本体31とを溶接する際に、接地電極チップ39が傾くことを抑制することができる。仮に、一度の工程で、溶接部35の全体を形成すると、固定部分FPの全体が同時に溶融状態になって、接地電極チップ39が溶融状体の溶接部35内に、沈みこみ、接地電極チップ39が傾く不具合が発生し得る。本実施形態の製造方法によれば、このような不具合を抑制できる。
また、本実施形態の製造方法では、第1の溶接工程の走査方向(第4方向D4(図5))と、第2の溶接工程の走査方向(第4方向D4(図6))は同じである。そして、
第1の溶接工程と第2の溶接工程との間の期間に、第1の溶接工程と第2の溶接工程よりも走査速度(すなわち、照射位置の移動速度)を低下させる(S50)。この結果、第2の溶接工程の前に、第1の溶接部35aが凝固する時間を容易に確保できるので、接地電極チップ39と接地電極本体31とを溶接する際に、貴金属チップが傾くことを、より効果的に抑制することができる。また、第1の溶接工程と第2の溶接工程との間の期間における放熱により接地電極チップ39や接地電極本体31の温度上昇を抑制できるので、形成される溶接部35の厚さが過度に厚くなることや、溶接部35の第1方向D1の長さが過度に長くなることを抑制することができる。溶接部35は、接地電極チップ39や接地電極本体31より耐久性が劣るので、溶接部35が過度に大きくなると接地電極30の耐久性が低下するが、このような不具合を抑制することができる。
より具体的には、第1の溶接工程と第2の溶接工程との間の期間に、レーザの走査を停止する、すなわち、走査速度をゼロにする(S50)。この結果、第2の溶接工程の前に、第1部分が凝固する時間を、十分に確保できるので、接地電極チップ39と接地電極本体31とを溶接する際に、接地電極チップ39が傾くことを、さらに効果的に、抑制することができる。
さらに、本実施形態の製造方法では、第1の溶接工程と第2の溶接工程との間の期間に、第1の溶接工程と第2の溶接工程よりもレーザの出力を低下させる(S50)。この結果、第2の溶接工程の前に、第1の溶接部35aをさらに凝固させることができるので、さらに、接地電極チップ39と接地電極本体31とを溶接する際に、接地電極チップ39が傾くことを抑制することができる。
より具体的には、第1の溶接工程と第2の溶接工程との間の期間に、レーザの出力を停止する、すなわち、レーザの出力をゼロにする(S50)。これにより、第2の溶接工程の前に、第1の溶接部35aをさらに効果的に凝固させることができる。
換言すれば、本実施形態の製造方法では、第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間に、チップ接合面BSを溶接しない工程(S50)を設けている、とも言うことができる。こうすることで、第1の溶接工程の後に、第1の溶接部35aを凝固させる期間を確保することができる。したがって、接地電極チップ39と接地電極本体31とを溶接する際に、接地電極チップ39が傾くことを効果的に抑制することができる。
B.変形例:
(1)図7は、変形例の第1の説明図である。上記実施形態では、第1の溶接工程(S40)の走査方向と、第2の溶接工程(S60)の走査方向は、同じ方向(第4方向D4)である。これに変えて、第1の溶接工程の走査方向と、第2の溶接工程の走査方向は、異なってもよい。
例えば、図7(A)に示すように、第1の溶接工程(S40)の走査方向が、上記実施形態とは反対の方向である第3方向D3であり、かつ、第2の溶接工程の走査方向が、上記実施形態と同じ第4方向D4であっても良い。この変形例では、第1の溶接工程における第1のレーザ走査SC1bは、接地電極チップ39の第3方向D3の中心の位置(図7(A)のレーザLZ2の位置)から開始され、接地電極チップ39の第3方向D3の端(図7(A)のレーザLZ1の位置)で終了する。その後、第2の溶接工程の前に、レーザの出力を停止した状態で、第4方向D4に走査を行い、レーザの照射位置が接地電極チップ39の第3方向D3の中心の位置(図7(A)のレーザLZ2の位置)まで戻される。その後、実施形態と同様に、第2の溶接工程(S60、図6)が行われる。この場合には、レーザの照射位置を中心の位置まで戻す間に、第1の溶接部35aを凝固させることができるので、実施形態と同様に、接地電極チップ39が傾くことを抑制することができる。さらに、本変形例では、第1の溶接部35aの形状と、第2の溶接部35bの形状と、が不均一になることを抑制できる。溶接が進むに連れて、接地電極チップ39および接地電極本体31の温度が上昇する。このために、第1の溶接工程と第2の溶接工程との走査方向が同じであると、レーザ溶接の条件によっては、溶接部35のうち、レーザ溶接の開始位置(例えば、第3方向D3の端)より、レーザ溶接の終了位置(例えば、第4方向D4の端)の軸線方向の厚さが、過度に大きくなり、溶接部35の形状が不均一になる場合がある。この結果、接地電極チップ39の第4方向D4の端の厚さが過度に薄くなり、例えば、接地電極チップ39の耐消耗性が低下する場合がある。本変形例では、このような不具合を低減できる。
また、実施形態と同様に、第1の溶接工程にて、第4方向D4の第1のレーザ走査SC1(S40、図5)が行われた後に、第2の溶接工程では、図7(B)に示すように、第3方向D3の第2のレーザ走査SC2bが、行われてもよい。この変形例では、第2の溶接工程の第2のレーザ走査SC2bは、接地電極チップ39の第4方向D4の端(図7(B)のレーザLZ3の位置)から開始され、接地電極チップ39の第3方向D3の中心の位置(図7(B)のレーザLZ2の位置)で終了する。この場合には、第1の溶接工程の後に、レーザの出力を停止した状態で、第4方向D4に走査を行い、レーザの照射位置を接地電極チップ39の第4方向D4の端まで移動させる。この変形例でも、レーザの照射位置を第4方向D4の端まで移動する間に、第1の溶接部35aを凝固させることができるので、実施形態と同様に、接地電極チップ39が傾くことを抑制することができる。また、第1の溶接部35aの形状と、第2の溶接部35bの形状と、が不均一になることを抑制できる。
(2)図8は、変形例の第2の説明図である。実施形態では、接地電極チップ39は、接地電極本体31に、直接、溶接されている。これに代えて、図8(A)の接地電極30Bでは、接地電極チップ39Bは、中間部材33Bに溶接される。そして、中間部材33Bは、実施形態の接地電極本体と同じ形状を有する湾曲部材31Bに溶接される。図8(A)の例では、接地電極チップ39Bと、中間部材33Bと、はレーザ溶接によって溶接され、接地電極チップ39Bと中間部材33Bとの間には、溶接部35Bが形成される。また、中間部材33Bと、湾曲部材31Bと、は抵抗溶接によって溶接される。また、接地電極チップ39Bと、中間部材33Bと、は円柱形状を有している。この変形例では、湾曲部材31Bと中間部材33Bとの全体が、接地電極本体に対応する。
図8(B)には、接地電極チップ39Bを、軸線方向に沿って、後端方向BD側から先端方向FDに向かって見た図が示されている。図8(B)の例では、押さえ部材(図示省略)によって、波線で示す固定部分FPBが固定された状態でレーザ溶接が行われる。レーザ溶接では、第1方向D1側から、第2方向D2に向かってレーザが照射される。
そして、第1の溶接工程と、第2の溶接工程と、に分けて、レーザ溶接が行われる。具体的には、第1の溶接工程では、接地電極チップ39Bの第3方向D3の端(図8(B)のレーザLZ1cの位置)から、接地電極チップ39Bの第3方向D3の中心(図8(B)のレーザLZ2cの位置)まで、第4方向D4に、第1のレーザ走査SC1cが行われる。これによって、図8(B)の第1の溶接部35Ba1が形成される。このときには、固定部分FPBには、未溶接部分が残っている。
その後、レーザの出力を停止した状態で、第4方向D4に走査を行い、レーザの照射位置を接地電極チップ39の第4方向D4の端まで移動させた後に、第2の溶接工程が行われる。第2の溶接工程では、接地電極チップ39Bの第4方向D4の端(図8(B)のレーザLZ3cの位置)から、接地電極チップ39Bの第3方向D3の中心(図8(B)のレーザLZ2cの位置)まで、第3方向D3に、第2のレーザ走査SC2cが行われる。これにより、接地電極チップ39Bと中間部材33Bとの接触面の全体が溶接される。この例では、第1のレーザ走査SC1cの走査方向(第4方向D4)と、第2のレーザ走査SC2cの走査方向(第3方向D3)とは、反対方向である。
なお、この変形例でも、第2のレーザ走査SC2cの走査方向を第4方向D4として、第1のレーザ走査SC1cの走査方向と同じ方向としても良い。あるいは、第1のレーザ走査SC1cの走査方向を第3方向D3とし、第2のレーザ走査SC2cの走査方向を第4方向D4としても良い。
なお、図8(C)に示すように、円柱状の接地電極チップ39Bの外周面に対して、常に、垂直にレーザが照射されるように、レーザ走査が行われても良い。このような走査は、レーザの照射位置を固定し、接地電極チップ39Bおよび中間部材33Bを、軸線COを中心に回転させることで容易に実現できる。図8(C)では、説明の都合上、接地電極チップ39Bから見たレーザの相対的な位置が図示されている。
第1の溶接工程では、図8(C)のレーザLZ1dの位置から、レーザLZ2dの位置まで、第1のレーザ走査SC1dが行われる。第1のレーザ走査SC1dでは、接地電極チップ39Bの全周のうち、1/4分(90度分)の走査が行われる。これによって、図8(C)の第1の溶接部35Ba2が形成される。このときには、固定部分FPBには、未溶接部分が残っている。その後、レーザの走査と出力とを所定期間だけ停止した後に、第2の溶接工程が行われる。第2の溶接工程では、図8(C)のレーザLZ2dの位置から、レーザLZ3dの位置まで、第2のレーザ走査SC2dが行われる。第2のレーザ走査SC2dでは、第1のレーザ走査SC1dと同様に、接地電極チップ39Bの全周のうち、1/4分(90度分)の走査が行われる。これにより、接地電極チップ39Bと中間部材33Bとの接触面の全体が溶接される。この例では、第1のレーザ走査SC1dの走査方向(反時計回りの方向)と、第2のレーザ走査SC2cの走査方向(反時計回りの方向)とは、同じ方向である。
なお、この変形例でも、第1のレーザ走査SC1dの走査方向と、第2のレーザ走査SC2cの走査方向とは、異なる方向としても良い。例えば、第1のレーザ走査SC1dの走査方向を反時計回りとし、第2のレーザ走査SC2dの方向を時計回りとしても良い。
(3)図9は、変形例の第3の説明図である。図9の例では、中心電極20Cにおいて、円柱状の中心電極本体21Cの脚部25Cの先端に、円柱状の中心電極チップ29Cが、レーザ溶接によって溶接されている。このために、中心電極チップ29Cと中心電極本体21C(脚部25C)との間には、溶接部28Cが形成される。このような中心電極チップ29Cと中心電極本体21Cとの間のレーザ溶接が、第1の溶接工程と、第2の溶接工程と、に分けて行われても良い。具体的な方法は、図8(B)、(C)にて説明した接地電極チップ39Bと中間部材33Bとの溶接方法を採用することができる。
(4)上記実施形態では、接地電極チップ39の第3方向D3の長さWを、2回のレーザ走査SC1、SC2に分けて、溶接している。これに代えて、接地電極チップ39の第3方向D3の長さWを、3回のレーザ走査、あるいは、4回のレーザ走査に分けて、溶接しても良い。
(5)上記実施形態のS50では、レーザの走査を停止しているが、停止することなく、第1の溶接工程および第2の溶接工程での走査速度より低速で走査を行っても良い。この場合でも第1の溶接工程によって形成された第1の溶接部35aが凝固する時間を確保して、接地電極チップ39の傾きを抑制することができる。
(6)また、第1の溶接工程と第2の溶接工程との間で、レーザの走査速度を必ずしも低下させなくても良い。例えば、図8(C)の変形例の場合には、第1の溶接工程にて第1のレーザ走査SC1dを行った後、レーザの出力を停止し、レーザの走査速度(すなわち、接地電極チップ39Bおよび中間部材33Bの回転速度)を低下させることなく、接地電極チップ39Bおよび中間部材33Bを360度回転させる。そして、レーザの照射位置が第1のレーザ走査SC1dの終了した位置(図8(C)のLZ2dの位置)まで戻ってきたときに、レーザを出力して、第2のレーザ走査SC2dにて第2の溶接工程を行ってもよい。
(7)上記実施形態のS50では、レーザの出力を停止しているが、停止することなく、第1の溶接工程および第2の溶接工程でのレーザの出力よりも低い出力としても良い。例えば、レーザの出力をゼロにしなくても、放熱によって接地電極チップ39および接地電極本体31から失われる熱エネルギーより小さな熱エネルギーに相当する出力まで、レーザの出力を低下させれば良い。この場合には、第1の溶接工程と第2の溶接工程との間の期間に、溶接が進行することはない。
(8)上記実施形態の固定工程(S30)では、押さえ部材500によって、接地電極チップ39と接地電極本体31とを固定しているが、他の固定手段によって、接地電極チップ39と接地電極本体31とを固定してもよい。例えば、抵抗溶接、半田付け、接着剤によって、接地電極チップ39と接地電極本体31とのチップ接合面BSの一部または全部を固定しても良い。この場合もこれらの固定手段による固定部分の少なくとも一部の除いた第1部分を第1の溶接工程において溶接し、第1の溶接工程で溶接されなかった未溶接部分を含み、該第1部分の全部を含まない第2部分を第2の溶接工程において溶接すれば良い。
(9)上記実施形態の点火プラグ100の具体的な構成は、一例であり、適宜に変形され得る。例えば、接地電極チップ39は、略四角柱形状を有しているが、これに代えて、接地電極チップ39は、五角柱形状などの他の形状を有してもよい。また、接地電極30、主体金具50、中心電極20、絶縁体10等の材質、寸法、形状等は、様々に変更可能である。例えば、主体金具50の材質は、亜鉛めっきまたはニッケルめっきされた低炭素鋼でも良いし、めっきがなされていない低炭素鋼でも良い。また、絶縁体10の材質は、アルミナ以外の様々な絶縁性セラミックスでもよい。
以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。
5…ガスケット、6…リング部材、8…板パッキン、9…タルク、10…絶縁体、12…軸孔、13…脚長部、15…段部、16…段部、17…先端側胴部、18…後端側胴部、19…鍔部、20…中心電極、21…中心電極本体、21A…電極母材、21B…芯部、23…頭部、24…鍔部、25…脚部、25C…脚部、29…中心電極チップ、30、30B…接地電極、31…接地電極本体、33B…中間部材、35、35B…溶接部、35a、35Ba1、35Ba2…第1の溶接部、35b…第2の溶接部、39、39B…接地電極チップ、39B…接地電極チップ、40…端子金具、41…キャップ装着部、42…鍔部、43…脚部、50…主体金具、51…工具係合部、52…取付ネジ部、53…加締部、54…座部、56…段部、58…圧縮変形部、59…貫通孔、60…導電性シール、70…抵抗体、80…導電性シール、100…点火プラグ、200…押圧部材、295…第1放電面、311…自由端面、312…接合端面、315…側面、316…凹部、316S…底面、351…露出端、395…第2放電面、500…押さえ部材

Claims (6)

  1. 貴金属チップと電極本体とを有する電極を備える点火プラグの製造方法であって、
    前記貴金属チップの面である第1面と、前記電極本体の面である第2面と、を互いに接触させた状態で、前記貴金属チップと前記電極本体とを固定する固定工程と、
    前記第1面と前記第2面との接触面のうち、前記固定工程によって固定された固定部分の少なくとも一部を除いた第1部分を、前記第1面と前記第2面との接触面に沿って照射位置を移動しながらレーザを連続して照射することによって溶接する第1の溶接工程と、
    前記第1の溶接工程の後に、前記接触面のうち、前記第1の溶接工程で溶接されなかった未溶接部分を含み、前記第1の溶接工程で溶接された前記第1部分の全部を含まない第2部分を、前記接触面に沿って前記照射位置を移動しながら前記レーザを連続して照射することによって溶接する第2の溶接工程と、
    を備える、製造方法。
  2. 請求項1に記載の製造方法であって、
    前記第1の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、前記第2の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、は同じであり、
    前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間に、前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程よりも前記照射位置の移動速度を低下させる、製造方法。
  3. 請求項2に記載の製造方法であって、
    前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間における前記照射位置の前記移動速度をゼロにする、製造方法。
  4. 請求項2または3に記載の製造方法であって、
    前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間に、前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程よりも前記レーザの出力を低下させる、製造方法。
  5. 請求項1に記載の製造方法であって、
    前記第1の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、前記第2の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、は同じであり、
    前記第1の溶接工程と前記第2の溶接工程との間の期間に、前記第1面と前記第2面との接触面を溶接しない工程を設ける、製造方法。
  6. 請求項1に記載の製造方法であって、
    前記第1の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、前記第2の溶接工程の前記照射位置の移動方向と、は異なる、製造方法。
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