JP3225626B2 - 内燃機関用スパークプラグの製造方法 - Google Patents

内燃機関用スパークプラグの製造方法

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JP3225626B2 JP25646192A JP25646192A JP3225626B2 JP 3225626 B2 JP3225626 B2 JP 3225626B2 JP 25646192 A JP25646192 A JP 25646192A JP 25646192 A JP25646192 A JP 25646192A JP 3225626 B2 JP3225626 B2 JP 3225626B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、火花放電間隙部に設定
される貴金属チップの改良に係わるものであり、特にこ
のチップの耐熱耐久性を向上させるようにする内燃機関
用スパ−クプラグの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、内燃機関に使用されるスパ−ク
プラグは、対向設定される中心電極と接地電極を備え、
この両電極間に高電圧を印加することにより火花放電を
発生させ、内燃機関の気筒内に充満され燃料と空気との
混合気に着火させるようにしている。このため、一対の
電極部材の対向する部分にそれぞれ貴金属により構成し
た放電用チップを取り付け、このチップの相互間に火花
放電のための間隙が形成されるように構成している。
【0003】従来、この様に構成されるスパ−クプラグ
の長寿命化を図るため、例えば特開昭60−26237
4号公報に示されるように、中心電極及び接地電極の火
花放電部において、放電層部材と応力緩和層部材とによ
り複合化して構成したチップを接合することが考えられ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような、チップを
各電極部材に接合する際、接合界面に十分な密着性を有
する、通電条件により抵抗溶接をすると、複合チップの
緩和層部材と電極部材の接合界面に発生するジュ−ル熱
により、緩和層部材が溶融し、外周部に線状のバリとな
って飛散し、大幅な薄肉化を生ずる。
【0005】このバリの発生は火花間隙の短絡を誘発
し、失火をまねく。またバリの発生による緩和層部材の
薄肉化は、複合チップの目的である応力軽減機能が損な
われ、そのため複合チップと電極部材の接合界面への熱
応力が集中し、接合界面に亀裂や、酸化が進行し、複合
チップの脱落につながり、スパ−クプラグの長寿命化の
目的を達成することができなくなる。
【0006】以上の状態を図6によって、詳細に説明す
る。図6は、従来の複合チップを十分な密着性を有する
ように抵抗溶接した場合の模式断面図を示す。
【0007】従来の方法では、抵抗溶接時の緩和層部材
への負荷が大きすぎ、図6の如く、放電層部材32と緩
和層部材33が積層されたチップ31は、溶接時の発熱
により熱変形が生じ、特に緩和層部材33の変形が激し
く、接合部外周部に線状のバリ33aとなって溶融飛散
し、放電層部材32に比較し、甚だしい薄肉化ならび
に、偏肉を生じる。
【0008】これは、緩和層部材33が放電層部材32
に対し、低融点材料であり、また接地電極30の熱容量
が大きいために、接合界面で発生したジュ−ル熱によっ
て、緩和層部材33のみ溶融が生じたためである。
【0009】この緩和層部材33の薄肉化ならびに、偏
肉は、上述の如く、緩和層部材33の本来の目的であ
る、熱応力緩和効果を損ない、接合界面への熱応力が集
中し、接合界面に亀裂や、酸化が進行し、チップ31の
脱落につながる。またバリ33aの発生は、中心電極と
接地電極との間隔である火花間隙での短絡を誘発し失火
につながってしまう。
【0010】そのため、従来では、上記の緩和層部材3
3の溶融を回避するために、通電電流の低電流化を行っ
てきたが、接合界面の密着性からは高電流化が望まし
く、通電電流条件の設定による緩和層部材の変形防止を
行うことは、困難であった。
【0011】そこで、本発明は、上記問題点を鑑みたも
のであり、緩和層部材が電極に十分に密着させることが
できるとともに、緩和層部材の変形を防いだスパークプ
ラグの製造方法を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明では、
ハウジングと、該ハウジング内部に設けられた絶縁碍子
と、該絶縁碍子に挿入された中心電極と、前記ハウジン
グから延出され前記中心電極と火花間隙が形成されるよ
うに設けられた接地電極とからなる内燃機関用スパーク
プラグの前記中心電極又は前記接地電極の少なくとも一
方に、貴金属部材を主成分とする放電層部材と該放電層
部材の線膨張係数と前記中心電極又は接地電極の線膨張
係数との間の線膨張係数を有する緩和層部材が積層され
た複合チップを接合する内燃機関用スパークプラグの製
造方法において、 前記複合チップを前記中心電極又は前
記接地電極の少なくとも一方に抵抗溶接により接合する
工程が、第1の通電工程と第2の通電工程とを有し、第
1の通電工程における溶接電流値(A)をXとし、第2
の通電工程における溶接電流値(A)をYとすると、 X<1000(A) Y> 800(A) Y≦X+300(A) に囲まれた領域における通電条件にて、第1および第2
の通電工程を行う内燃機関用スパークプラグの製造方法
を提供するものである。
【0013】
【作用】本発明は、上記構成のチップを抵抗溶接によ
り、中心電極又は接地電極に接合するとき、第1の通電
工程と第2の通電工程とを所定の条件の溶接電流値とし
たので、第1の通電工程により、電極母材と複合チップ
との熱的及び電気的な接触が確保され、第2の通電工程
時には、抵抗溶接の発熱が緩和層部材に集中することな
く、緩和層部材及び中心電極又は接地電極にバランス良
く発熱させることができ、良好な状態で、複合チップを
中心電極又は接地電極に接合させることができる。
【0014】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、スパー
クプラグの中心電極又は接地電極に、予め放電層部材と
緩和層部材とが積層された複合チップを抵抗溶接にて接
合する際に、X<1000(A),Y> 800
(A),Y≦X+300(A)に囲まれた領域における
通電条件にて、第1および第2の通電工程を行うことに
より、緩和層部材の溶融に起因する不具合の発生が無
く、スパークプラグの長寿命化の目的が達成でき、信頼
性を向上させることができる。
【0015】
【実施例】図1は内燃機関に使用されるスパ−クプラグ
の断面構造を示したもので、金属材料によって構成され
た円筒状のハウジング1を備え、このハウジング1は、
ネジ溝2を用いて図示しない内燃機関のシリンダヘッド
部に装着されるもので、ガスケット3によってシリンダ
ヘッドに取り付けられた状態で気密が保持されるように
している。
【0016】ハウジング1の内部には、筒状の絶縁碍子
4の下端部が同軸的に嵌め込み設定されるもので、この
絶縁碍子4の中心孔部4aには、この絶縁碍子4の下端
部分に対応して中心電極5が挿入固定されている。この
中心電極5は内材が銅で構成され、外材がNi基合金に
よって構成された円柱体でなり、その先端部5aが絶縁
碍子4の下端から露出されるようにしている。
【0017】絶縁碍子4の中空孔部4aの上半部分には
中軸6が挿入されるもので、絶縁碍子4の上方に突出す
る中軸6の一端部6aは、点火電圧信号の供給される端
子7を構成している。この絶縁碍子4の中空部の中軸6
の他端部6bと中心電極5の他端部5bとの間には、導
電性のグラスシ−ル材8によって中軸6と中心電極5と
が加熱溶着され、電気的に接続されるようになってい
る。
【0018】また、絶縁碍子4によって保持された中心
電極5の一端部5aには、貴金属によって構成された放
電電極を構成する第1のチップ9が溶接取り付けられて
いる。
【0019】そして、中心電極5に取り付けられたチッ
プ9と小間隔で対向する位置には、ハウジング21から
一体的に延出された接地電極10が設定されるもので、
この接地電極10のチップ9に対向する放電可能な位置
には、第2のチップ11が抵抗溶接にて取り付けられて
いる。そしてチップ9および11との間には火花放電の
ための間隙12が形成されるようにする。
【0020】図2は、例えば接地電極に取り付けられる
第2のチップ11の溶接取り付け前の初期断面構造を示
すものである。第1実施例においては、放電層部材20
として、白金を主成分とする耐消耗性の優れた性質を有
する合金である、80重量%Ptと20重量%Irから
なり、厚さが0.4mmのものを使用した。
【0021】また、緩和層部材21としては、白金を含
む貴金属を主成分とする合金である、80重量%Ptと
20重量%Niからなり、厚さが0.2mmのものを使
用した。
【0022】この緩和層部材21は、放電層部材20と
母材である接地電極10との接合界面に発生する熱応力
を軽減するために、放電層部材20と接地電極10との
間に介在されるように設けられるもので、この緩和層部
材21の線膨張係数は、放電層部材20と接地電極10
を構成する母材の線膨張係数との間の値に設定されるよ
うにしている。
【0023】図3は接地電極10にチップ11を抵抗溶
接によって接合する第1実施例の製造方法を示す。ま
ず、チップ11は接地電極10に設置され、抵抗溶接機
の溶接電極棒25にて加圧されつつ、図示しない通電手
段にて、通電される。この通電電流によって、チップ1
1と接地電極10との接合界面にジュ−ル熱が発生して
接合される。
【0024】この時の抵抗溶接の条件として、第1の通
電工程である初回目の通電工程としては、チップ43に
加圧力25Kg、通電時間10サイクル、通電電流80
0Aで溶接する。
【0025】その後、第2通電工程である第2回目の通
電工程における通電電流を1000Aで溶接した。以上
のように、第1実施例においては、チップ11に直接、
大電流にて抵抗溶接するのではなく、2度にわたり、抵
抗溶接を分けて行うことによって、図4の如く、溶接後
のチップ11は溶接時の発熱により熱変形が生じている
が、緩和層部材21での溶融がほとんど無く、バリの発
生や薄肉化、偏肉も生ぜず、接地電極10に埋設された
良好な密着性を有する状態で接合される。
【0026】すなわち、本実施例においては、第1の通
電工程が、低電流条件で溶接を実施するため、接合界面
で発生するジュ−ル熱が少なく、緩和層部材21での溶
融が発生しないが、第1の通電工程によって、溶接後の
接合界面においては、熱的、及び電気的な接合を確保す
ることができる。
【0027】そして、第2の通電工程によって、大電流
が投入されても、緩和層部材21と接地電極10とが間
には、熱的、及び電気的な接合が確保されているため、
接合界面で発生するジュ−ル熱は、接地電極10に伝達
され、緩和層部材21の発熱が抑制されるとともに、接
地電極10の軟化を促し、チップ11が接地電極10に
埋設されて接合されることとなるのである。
【0028】この様に接合されたチップ11は、熱応力
緩和効果を発揮する緩和層部材21の溶接後の厚さが確
保でき、かつ接合界面は充分な密着性を有し、また接地
電極10に埋設されるため、燃焼ガスに直接曝される事
なく、酸化の発生も抑制される。
【0029】第1実施例の通電工程を実施する事によ
り、放電層部材と緩和層部材が融点の異なる材料より構
成された複合チップにおいても、高電流通電条件の設定
が可能となり、接合界面の高信頼性を確保する事が可能
となった。
【0030】次に、第1回目の抵抗溶接の条件と第2回
目の抵抗溶接との関係を詳細に検討してみた。図5は、
初回の溶接電流値と第2回目の溶接電流値との関係を示
す関係図である。ここで、図5中に、良好な接合である
ものには○、不良であったものには、×を記した。
【0031】尚、本実験に採用したチップは、第1実施
例と同様の80重量%Ptと20重量%Irからなり、
厚さが0.4mmの放電層部材と、80重量%Ptと2
0重量%Niからなり、厚さが0.2mmの緩和層部材
とを用いた。
【0032】また、加圧力を30kg、通電サイクルを
10および通電電流の立ち上がりであるスロープを3と
統一し、第1回目と第2回目の抵抗溶接における溶接電
流値のみを変化させた。
【0033】図5よりあきらかなように、初回溶接電流
値が高すぎてしまう領域Aにおいては、初回の通電で従
来の如く、緩和層部材に0.6mm以上のバリが生じて
しまう。
【0034】また、第2回目の溶接電流値が低すぎてし
まう領域Bにおいては、チップが接地電極に十分な接合
強度をもって接合することができない。さらに、初回溶
接電流値に対して、第2回目の溶接電流値が高すぎる領
域Cにおいては、やはり第2回目の溶接電流値によっ
て、0.6mm以上のバリが生じてしまう。
【0035】以上のように、第1回目と第2回目の溶接
電流値との関係は、第1回目の溶接電流値をX、第2回
目の溶接電流値をYとした場合に、 図5における領域Aは、X<1000(A) 図5における領域Bは、Y> 800(A) 図5における領域Cは、Y≦X+300(A) と表すことができる。ここで、(A)は、アンペアを示
す。
【0036】これより本発明の最適範囲は、これらの領
域に囲まれた領域である領域Dであることがわかる。ま
た、以上のような結果は、加圧力を変化させた場合に
も、同様な傾向の結果を示すことを確認することができ
た。
【0037】尚、第1実施例においては接地電極に接合
される第2のチップについて説明したが、当然中心電極
の先端部に接合される第1のチップを同様の通電工程を
実施することにより、このスパ−クプラグの寿命の延長
と共に、信頼性を向上させる効果が期待できるものであ
る。
【0038】さらに、上記実施例においては、第1の通
電工程を初回目の溶接とし、第2の通電工程を第2回目
の溶接に対応させたが、本発明はこれに限られるもので
はなく、第1の通電工程および第2の通電工程を、それ
ぞれ複数回行ってもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のスパークプラグの断面構
造を示す断面構造図である。
【図2】本発明の第1実施例のスパークプラグに設けら
れる前の複合チップの初期断面である。
【図3】本発明の第1実施例の製造方法を示す説明図で
ある。
【図4】本発明の第1実施例のスパークプラグに設けら
れる後の複合チップの断面である。
【図5】初回溶接電流値と2回目溶接電流値との関係を
示す特性図である。
【図6】従来の複合チップの抵抗溶接時における状態を
示す模式断面図である。
【符号の説明】
10 接地電極 20 放電層部材 21 緩和層部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−100965(JP,A) 特開 昭62−268080(JP,A) 特開 昭57−130385(JP,A) 特開 平5−166577(JP,A) 特開 平5−29064(JP,A) 特表 平3−501666(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01T 13/00 - 21/06 B23K 11/20 B23K 11/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジングと、 該ハウジング内部に設けられた絶縁碍子と、 該絶縁碍子に挿入された中心電極と、 前記ハウジングから延出され前記中心電極と火花間隔が
    形成されるように設けられた接地電極とからなる内燃機
    関用スパークプラグの前記中心電極又は前記接地電極の
    少なくとも一方に、貴金属部材を主成分とする放電層部
    材と該放電層部材の線膨張係数と前記中心電極又は接地
    電極の線膨張係数との間の線膨張係数を有する緩和層部
    材が積層された複合チップを接合する内燃機関用スパー
    クプラグの製造方法において、前記複合チップの接合時は、 前記中心電極又は前記接地電極の少なくとも一方と前記
    複合チップの熱的及び電気的な接触を確保する第1の通
    電工程と、 前記複合チップと前記中心電極又は前記接地電極の少な
    くとも一方との接合界面で所望の密着性を確保する第2
    の通電工程とを有し、 かつ、前記第1の通電工程と前記第2の通電工程との溶
    接電流値の通電条件が、 前記第1の通電工程における溶接電流値(A)をXと
    し、前記第2の通電工程における溶接電流値(A)をY
    とすると、 X<1000(A) Y>800(A) Y≦X+300(A) に囲まれた領域における通電条件とし、前記第1の通電
    工程と前記第2の通電工程の少なくとも2度にわたり、
    抵抗溶接を分けて行なうことにより、前記複合チップ
    を、前記中心電極又は前記接地電極の少なくとも一方に
    接合することを特徴とする内燃機関用スパ−クプラグの
    製造方法。
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