JP3440538B2 - スパークプラグおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、接地電極との間の火
花放電ギャップを形成する中心電極の改良に係るもので
あり、特に中心電極の放電ギャップ部に貴金属等の異種
金属による部材が設定されるようにした内燃機関で使用
されるスパークプラグおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車等に搭載される内燃機関に
おいては、環境問題さらに地球資源に観点から一層の省
エネルギ化が叫ばれているものであり、このための内燃
機関における燃費の低減が望まれ、その方向に向けた開
発が進められている。この燃費を低減させるための改善
手段としては、高圧縮化と共に希薄混合気によるリーン
バーン化等が行われているもので、この様なリーンバー
ン化を進めるためには、スパークプラグの火花放電ギャ
ップにおいて放電するための飛火電圧が上昇されるよう
になる。

【０００３】この様な飛火電圧は、電極の消耗に伴う放
電ギャップの増大によって一層上昇するようになり、点
火システムにおける耐電圧余裕度縮小や放電ギャップ部
以外での飛火放電が起こり易くなって、内燃機関に対し
て不要なダメージを与える。この様な問題点を回避する
ため、放電ギャップを構成する電極部に、耐消耗性に優
れた貴金属等の異種金属部材を配置したスパークプラグ
が要求されている。

【０００４】この様な要望に対応して火花放電ギャップ
部に貴金属部材を配置するようにした構造のスパークプ
ラグが提案が多くされているもので、例えば特公昭６２
−３１７９７号公報においては、中心電極の先端面に同
芯の状態で直径を小さくした突起部を形成し、中心部に
突起部が嵌合されるようにした穴の形成した貴金属で構
成した円板を乗せ、この円板を中心電極の先端面に溶接
固定するようにしたスパークプラグが提案されている。
この場合、溶接固定された貴金属円板の外径を絞り押し
出し加工して、この貴金属部材が中心電極先端部に配設
されるようにしている。

【０００５】しかし、この様な構成のスパークプラグに
あっては、その製造工程において中心電極の先端面に溶
接された貴金属円板を絞り押し出し加工するに際して、
貴金属材料とその中心に位置する中心電極を構成する材
料とでは延性が異なる。したがって、変形抵抗に差が生
じて軸方向に引き延ばした場合に、貴金属部材の厚さを
全面で均一な状態に保つことができないものであり、さ
らに軸方向に引き延ばされる寸法も安定性に欠ける。こ
れは絞り率（減面率）が大きいほど顕著に現れる。した
がって、中心電極の寸法に制約が生ずるようになると共
に、接地電極と対面するようになる中心電極の側面の貴
金属部分は、この様な問題点に対処するため広範囲に配
置するように構成する必要がある。

【０００６】またこの様な構造のスパークプラグを製造
するに際して、貴金属部材が溶接さらに押し出し加工に
よって中心電極と密着される構造とされるものであるた
め、貴金属とこれと密着する中心電極との界面は、燃焼
による温度変化および材料の相違による線膨脹係数の差
によって、繰り返し熱応力を受けるようになる。

【０００７】径方向の熱応力による破断を防ぐために
は、作用される熱応力強度を確保するための材料の厚さ
が必要とされるものであり、また集中応力の生じないよ
うにするため、厚さの均一性が確保される必要がある。

【０００８】スパークプラグにおいて火花放電を生じさ
せると、この放電が行われる放電ギャップ部を構成する
電極に消耗が生ずるようになるが、その消耗部分は接地
電極と対峙する中心電極の先端部が最も著しい。この中
心電極の先端部は、中心電極を構成する材料によって構
成されているものであるため、火花消耗に加えて燃焼に
よる高温に対しても直接晒されるようになり、したがっ
て短時間の間に電極先端部が先細のテーパ形状に変化す
る。この様な火花放電による消耗形態にまで配慮する
と、貴金属部材にかなりの厚さが要求されるようにな
り、経済性にも欠けるようになる。

【０００９】さらに軸方向に作用する応力によって、中
心電極と貴金属部材都の界面に応力酸化が進行する。こ
のため長時間の使用に際して、熱衝撃または振動によっ
て円板状の貴金属部材が脱落する可能性もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、中心電極の接地電極と対面
する部分に貴金属等による異種金属部材を配置するよう
な構造とした場合においても、熱応力に対する信頼性が
確実に得られるようにすると共に、耐久信頼性を確保し
ながらさらにその製造時における作業性が改善され、経
済性を伴って信頼性の高い内燃機関用スパークプラグお
よびその製造方法を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明では、ハウジン
グに絶縁された状態で設定される中心電極と、この中心
電極の先端部に、径小部として設けられた筒状の突出電
極部材と、この突出電極部材に対して、その外周に微小
間隔を設定するようにして嵌め込み設定された筒状もし
くは円環状の貴金属部材と、この貴金属部材に小間隔で
対向設定され、その相互間に火花放電ギャップが形成さ
れるようにした接地電極とを具備し、前記筒状もしくは
円環状の貴金属部材は、前記突出電極部材の先端に設け
られた外れ止め構造体によって、前記突出電極部材の外
周に微小間隔が設定された状態で固定保持されるように
したスパークプラグおよびその製造方法を実現するもの
である。

【００１２】

【００１３】

【作用】この様に構成されるスパークプラグにあって
は、中心電極に対して貴金属による異種金属部材を取り
付けるに際して、絞り押し出し加工による絞り率への制
約や延性材料に限定されることなく、任意の材質が選択
され、またその形状も任意に選択して製造できるように
なるものであり、必要な個所に必要な量の異種金属を配
置できる。そのため、経済性に優れたものとすることが
できるようになると共に、熱応力を回避して高い信頼性
が得られるようになり、さらに円環状の貴金属部材の脱
落を防止し、耐久品質が向上される。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は内燃機関において使用されるスパーク
プラグの特に発火部分を詳細に示しているもので、ハウ
ジング11の中心軸部分に対応して中心電極12が設定され
る。この中心電極12は、銅によって構成された芯材121
とこの芯材121 の表面を覆うように設定されたＮｉ合金
122 （例えば９３ｗｔ％Ｎｉ−２％Ｃｒ−３％Ｍｎ−２
％Ｓｉ）によって構成される。そして、この中心電極12
の先端部分に筒状にした貴金属部材13が嵌め込み設定さ
れるもので、この様に構成された中心電極12が絶縁硝子
14の内部に組み込まれるようにする。

【００１５】ここで、中心電極12の先端部に嵌め込み配
置されるる貴金属部材13は、Ｐｔ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−
Ｗ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｐ
ｄ、およびこれらの合金等の圧延された厚さ０．２〜
０．４ｍｍ、外径２．５ｍｍ、長手寸法２ｍｍで、内径
が１．７〜２．１ｍｍの円筒によって構成される。

【００１６】この円筒状の貴金属部材13は、中心電極12
の先端の外径が細くされた突出電極部120 に嵌め込み設
定されるもので、この貴金属部材13の先端部に対応する
中心電極12の先端面に、この中心電極12あるいは貴金属
部材と同種の材料によって構成された止め部材15を溶接
することによって機械的に固定され、中心電極先端部分
の酸化の進行と共に、火花消耗による固定機能の低下に
よる貴金属部材13の脱落が阻止されるようにしている。
ここで、止め部材15は中心電極12と同質または上記と同
様の貴金属材料によって、例えば厚さ０．２〜０．４m
m、外径２．５mmの円板状に構成される。

【００１７】ハウジング11の外周には、内燃機関の気筒
部分に取り付ける際に使用されるネジ溝16が形成される
ものであり、またこのネジ溝16によって機関に取り付け
た際に接地されるようにした接地電極17が、このハウジ
ング11と一体的に設けられている。この場合、中心電極
12の特に貴金属部材13の側面に接地電極17が近接対面設
定され、接地電極17の先端面と貴金属部材13の側面との
間に、所定の火花放電用のギャップが設定されるように
している。

【００１８】図２はこの様に構成されるスパークプラグ
の特に中心電極12の製造工程を順次示しているもので、
この中心電極12は絶縁硝子14の中心軸部に形成した収納
部に組み込まれる寸法に成形加工された（Ａ）図に示す
円柱状の電極本体21を基本として構成される。

【００１９】この様な電極本体21には、次に（Ｂ）図で
示すように本体部の径に対して直径を小さくした径小部
22が形成されるもので、この径小部22に対して（Ｃ）図
で示すように筒状の貴金属部材13を嵌め込む。この径小
部22は突出電極部を構成するもので、ここに嵌められる
貴金属部材13の内径は径小部22の外径よりもやや大きく
設定され、径小部22の外周面と貴金属部材13の内周面と
の間に０．１ｍｍ程度の微小な隙間23が設定されるよう
にする。また中心電極本体21の径小部22の長さは、この
筒状の貴金属部材13の軸方向の長さよりもやや長く設定
されているもので、この径小部22に貴金属部材13が嵌め
込まれた状態で、中心電極本体21の径小部22の先端が、
貴金属部材13の先端からやや突出する状態とされる。こ
の突出量は０．２〜０．５ｍｍ程度に設定される。

【００２０】この様にして中心電極本体21に対して貴金
属部材13が嵌め込み設定されたならば、（Ｄ）図に示す
ように中心電極本体21の径小部22の先端面に、この中心
電極本体21と同種の材質あるいは貴金属部材13と同種の
材質によって構成された円板状の止め部材15を配置する
ものであり、この止め部材15と中心電極本体21の径小部
22の先端部との間を、抵抗溶接等によって一体的に接合
し、（Ｅ）図で示すような中心電極12が完成される。

【００２１】ここで、中心電極本体21および止め部材15
を構成する金属を同質の材料によって構成すると、止め
部材15は貴金属部材13の材質に比較して低融点である。
このため、中心電極本体21の先端部に止め部材15を溶接
によって接合するようにした場合に熱変形することがな
い。また止め部材15を貴金属部材13と同種の材料で構成
すると、この止め部材の融点は中心電極12に比較して高
い。このため、抵抗溶接時の通電および加圧によって接
合面に熱変形が認められるが、その変形の程度は小径部
22の僅かな突出量に止まり、貴金属部材13の先端内側に
密着する程度であって、中心電極本体21の径小部22の外
周面と貴金属部材13の内周面との間に設定された微小な
隙間23は、止め部材15の溶接後においても保持されてい
る。

【００２２】ここで、止め部材15を中心電極と同質の材
料によって構成する場合は、例えば円板状にした別部材
を接合することなくこの止め部材15を構成できる。図３
は中心電極12を製造するための他の実施例を説明するた
めのもので、まず（Ａ）図で示すように中心電極本体21
の先端部に径小部22を形成する。そして、この径小部22
に対して前実施例と同様に筒状の貴金属部材13を嵌め込
むもので、この貴金属部材13の内周面と径小部22の外周
面との間には、微小な隙間23が形成されるように、径小
部22の外径並びに貴金属部材13の筒状部内径が設定され
ている。

【００２３】この場合、中心電極本体21の径小部22に貴
金属部材13が嵌め込み設定された状態で、径小部22の先
端が貴金属部材13の先端面から１〜２ｍｍ程度突出する
突出部24が設定されるように寸法設定されているもの
で、詳細は図示していないがこの突出部24の端面に溶接
電極を接触させ、通電加熱すると共に加圧処理すること
によって、（Ｂ）図で示すように熱変形させて止め部材
15が形成されるようにする。すなわち、貴金属部材13は
この止め部材15によって中心電極本体21の先端部に機械
的に取り付け保持される。この場合においても、径小部
22の外周面と貴金属部材13の内周面との間に微小な隙間
23が設定されている。

【００２４】これまでの実施例にあっては、中心電極本
体の先端部に径小部を形成し、この径小部に対して筒状
の貴金属部材を嵌め込み、止め部材によって貴金属部材
が径小部から抜け落ちることを阻止するようにしてい
る。しかし、中心電極本体に対して筒状の貴金属部材
を、特に微小隙間が設定される状態で取り付ける構造は
種々考えられるもので、以下その構造を製造工程と共に
説明する。

【００２５】まず、図４の（Ａ）に示す場合は、中心電
極本体21の先端部に筒状の貴金属部材13が嵌まる径小部
221 を形成するものであるが、この径小部221 の長さは
貴金属部材13の長さよりも小さくされている。そして、
径小部221 に貴金属部材13を嵌め込んだ後に、先端方向
から中心電極本体21とリベット状部材31を嵌め込み、こ
のリベット状部材31と径小部221 の先端との間を抵抗溶
接等によって接合し、貴金属部材13が中心電極本体21に
対して微小隙間23を残して取り付け設定されるようにす
る。

【００２６】（Ｂ）図の場合は、円柱状の中心電極本体
21の先端面に、筒状の貴金属部材13を同軸的に配置設定
し、この貴金属部材13の先端方向からリベット状部材32
を挿入し、このリベット部材32の先端が中心電極本体21
の先端面に嵌め込まれて、抵抗溶接等によって一体化さ
れるようにする。ここで、このリベット部材32は中心電
極本体21と同一の材質で構成される。

【００２７】この実施例の場合は、リベット部材32の胴
部321 がこれまでの実施例の径小部22の機能を発揮する
もので、この胴部321 の外周部と貴金属部材13の内周と
の間に、微小な隙間23が設定されるようにする。

【００２８】（Ｃ）図に示す例においては、貴金属部材
13がカップ状に形成されるもので、このカップ状にされ
た底面が円柱状の中心電極本体21の先端面に対接設定さ
れるようにする。この場合、貴金属部材13のカップ状に
した底面の中心軸部分に貫通孔が形成され、貴金属部材
13の胴部の開口部からリベット状部材33を貫通孔を介し
て電極本体21の先端面に打ち込む。そして、抵抗溶接等
によって両者を一体化して、貴金属部材13が中心電極に
組み込まれるようにするもので、リベット状部材33の外
周と貴金属部材13の内周との間には、微小な隙間23が設
定される。

【００２９】（Ｄ）図に示す実施例においては、中心電
極本体21の先端部に径小部222 が形成されるもので、こ
の径小部222 に被せられるようにしてカップ状に形成さ
れた貴金属部材13が設定される。すなわち、カップ状に
形成された貴金属部材13の胴部が径小部222 の外周に被
せられ、底面部の内面が径小部222 の先端面に乗せられ
るようになるもので、この底面部の軸線部に貫通孔が形
成され、リベット状部材34によってこの貴金属部材13が
中心電極本体21の径小部222 の先端部に取り付け設定さ
れるようにする。

【００３０】この様にして中心電極12に対して貴金属部
材13が取り付けられるようになるものであるが、図５の
（Ａ）に示すように筒状の金属部材13の外周に凸条35を
形成し、この凸条35部分を（Ｂ）図で示すようにカシメ
るようにして、凹部36を形成するようにしてもよい。こ
の様にすれば、貴金属部材13の脱落に対して一層強固な
構造とされる。

【００３１】これまでの実施例においては、貴金属部材
13が円筒状の１つの部材で構成されるように説明した。
しかし、この貴金属部材13の量は必要に応じて増減され
るもので、これを１つの円筒体で構成した場合には、こ
の貴金属部材13を製造する負荷が大きくなって、コスト
アップの要因となる。また、硬度が高く且つ延性に乏し
い貴金属材料では、長い筒形状を加工することが困難と
なる場合もある。

【００３２】図６はこの様な場合を想定した実施例を示
すもので、まず（Ａ）図で示すように、中心電極本体21
の先端に形成された径小部22の外周に、複数の例えば２
個の貴金属部材131 および132 を嵌め込む。この貴金属
部材131 および132 は、これまでの円筒状の貴金属部材
13を軸方向に２分割した構造のリング状部材で構成され
るもので、この２個の貴金属部材131 および132 が重ね
られるように構成されることで、これまでの実施例の貴
金属部材13と同等の機能が得られる。

【００３３】この様なリング状の貴金属部材131 および
132 は、例えば貴金属材質によって構成された比較的に
薄い板材をリング状に打ち抜くことによって構成され、
これを複数個径小部22の外周に嵌め込むことによって、
所定の量が確保されるようになる。この場合、もちろん
各貴金属部材131 、132 のそれぞれの内径は、径小部22
の外径よりもやや大きく設定されているもので、（Ｂ）
図で示すようにこの軸方向に重ねられた貴金属部材131
、132 は止め部材15によって保持する。

【００３４】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係るスパークプ
ラグによれば、異種金属である貴金属部材を独立して加
工し、これを中心電極に対して組み付けるだけの簡単に
工程によって製造できるもので、製造工程が簡易化され
ると共に生産性が向上される。また、貴金属部材の形状
並びに寸法を、任意の位置に必要量だけ配置できるよう
にすることのできるものであるため、設計の自由度が増
大され、経済性にも優れたものとすることができる。さ
らに、筒状等の貴金属部材が微小な隙間の設定された状
態で取り付けられるものであり、したがって熱応力によ
る問題が根本的に回避されるようになって、耐久性に富
む優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るスパークプラグを示
すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は一部切り欠いて示
した側面図。

【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は上記スパークプラグの中心電
極部の製造工程を順次説明する図。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は他の製造工程を説明する
図。

【図４】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ中心電極部の他の例
を説明する断面構成図。

【図５】（Ａ）および（Ｂ）は貴金属部材の固定手段の
他の例を説明するための図。

【図６】（Ａ）および（Ｂ）は特に貴金属部材部分の他
の実施例を説明するための製造過程を示す図。

【符号の説明】

11…ハウジング、12…中心電極、 13、131 、132 …貴
金属部材（異種金属部材）、14…絶縁硝子、15…止め部
材、21…中心電極本体、22…径小部、23…微小な隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01T 13/00 - 21/06

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに絶縁された状態で設定され
   る中心電極と、 この中心電極の先端部に、径小部として設けられた筒状
   の突出電極部材と、 この突出電極部材に対して、その外周に微小間隔を設定
   するようにして嵌め込み設定された筒状もしくは円環状
   の貴金属部材と、 この貴金属部材に小間隔で対向設定され、その相互間に
   火花放電ギャップが形成されるようにした接地電極とを
   具備し、 前記筒状もしくは円環状の貴金属部材は、前記突出電極
   部材の先端に設けられた外れ止め構造体によって、前記
   突出電極部材の外周に微小間隔が設定された状態で固定
   保持されるようにしたことを特徴とするスパークプラ
   グ。
2. 【請求項２】 前記貴金属部材は、複数のリング状にし
   た部材を前記突出電極部材の外周に同軸的に嵌め込み設
   定され、筒状に形成されるようにした請求項１記載のス
   パークプラグ。
3. 【請求項３】 前記外れ止め構造体は、前記中心電極と
   同じ材料の固定部材によって構成され、この固定部材が
   前記突出電極部材の先端に溶着して取り付けられるよう
   にした請求項1記載のスパークプラグ。
4. 【請求項４】 前記外れ止め構造体は、前記貴金属部材
   と同じ材料の固定部材によって構成され、この固定部材
   が前記突出電極部材の先端に溶着して取り付けられるよ
   うにした請求項1記載のスパークプラグ。
5. 【請求項５】 中心電極の先端に筒状の突出電極を形成
   する工程と、 この突出電極の外周に、この電極外周面との間に微小間
   隔が設定される状態で筒状もしくは円環状の貴金属部材
   を嵌め込み設定する第2の工程と、 前記貴金属部材が、前記突出電極部材に嵌め込み設定さ
   れた状態で、且つ前記突出電極部材の外周に微小間隔が
   設定された状態で固定保持されるように、前記突出電極
   部材の先端部を加工して前記貴金属部材の外れ止め構造
   体を形成する第3の工程と、 を具備したことを特徴とするスパークプラグの製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記第3の工程では、前記貴金属部材の
   嵌め込み設定された前記突出電極の先端部を局部的に加
   熱および加圧して変形し、前記外れ止め構造体が形成さ
   れるようにした請求項５記載のスパークプラグの製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記第3の工程では、前記中心電極と同
   じ材料の止め部材を前記突出電極の先端に溶着固定する
   ようにした請求項５記載のスパークプラグの製造方法。
8. 【請求項８】 前記第3の工程では、前記貴金属部材と
   同じ材料の止め部材を前記突出電極部材の先端に溶着固
   定するようにした請求項５記載のスパークプラグの製造
   方法。