JP3692555B2

JP3692555B2 - 内燃機関用スパークプラグ

Info

Publication number: JP3692555B2
Application number: JP33386394A
Authority: JP
Inventors: 鋼三高村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JPH08171976A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，耐火花消耗性に優れた貴金属材を電極の放電面に配置した内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
現在自動車等の内燃機関においては，長時間の使用に耐えうるべく，中心電極と接地電極の少なくとも一方の放電面に，貴金属材を配置して耐消耗性を向上させたスパークプラグが採用されている。
上記貴金属材としては，耐火花消耗性に優れた白金，白金合金等が用いられ，中心電極，接地電極等の電極母材としては，ニッケル合金等が用いられている。
また上記貴金属材の固着には，抵抗溶接もしくはレーザービーム溶接，即ちレーザービームを照射することにより貴金属材と電極母材とを溶融，固着させる方法が適用されている。
【０００３】
レーザービーム溶接による接合方法としては，中心電極の先端近傍側面に環状の貴金属材を配置し，その貴金属材にレーザービームを照射して貴金属材全体と電極母材とを合金化する方法がある。また，特開平６−１８８０６２号公報には，中心電極の先端面に貴金属材を設置し，中心電極母材と貴金属材との界面にレーザービームを照射して界面近傍の電極母材と貴金属材とを溶融，合金化する方法により得られるスパークプラグが提案されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の内燃機関用スパークプラグにおいては，次の問題がある。
即ち，レーザービーム溶接により貴金属材と電極母材とが溶融した溶融合金部分は，抵抗溶接により得られる溶融合金部分に比べ，広範囲に及ぶ。そのため，使用時の冷熱サイクルの繰り返しにより発生する熱応力は，上記溶融合金部分により緩和される。しかし，上記溶融合金部分は，単一な貴金属材に比べて耐火花消耗性に劣り，劣化が早いという欠点を有する。
【０００５】
従って上記溶融合金部分は，貴金属材と電極母材との接合品質には有利に働くが，耐火花消耗性に対して不利となり長寿命化を妨げてしまう。
この対策として，多量の貴金属材を使用することにより劣化を補うことが考えられるが，貴金属材は非常に高価であるため不経済である。
【０００６】
また，例えば上述した特開平６−１８８０６２号公報に示されたスパークプラグのごとく，中心電極の先端面に貴金属材を設置し，これらの界面をレーザービーム溶接した場合においては，中心電極の側面に対向するように接地電極を構成することができない。もしこのように構成すれば，電極母材と貴金属材との上記界面においても火花放電が頻繁に行われ，界面に形成された溶融合金部分が選択的に消耗し，劣化を早めるだけでなく，貴金属材の脱落をも招くおそれがある。
したがって，従来のレーザービーム溶接により得られたスパークプラグにおいては，中心電極と接地電極の構成の自由度に制約が生じてしまう。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，中心電極と接地電極の構成の自由度を制約することなく，レーザービーム溶接により貴金属材を電極母材に固着することができ，耐火花消耗性に優れた，内燃機関用スパークプラグを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
本発明は，中心電極と接地電極とが対峙して火花ギャップを形成し，上記中心電極と上記接地電極の放電部分の少なくとも一方に貴金属材をレーザービーム溶接により固着してなる内燃機関用スパークプラグにおいて，
上記貴金属材は，電極母材の外表面に対してレーザービーム溶接により固着する固定部と，該固定部よりも外方へ突出し火花放電させるための突出部とを有し，
かつ，上記貴金属材は上記電極母材に対して，上記固定部の表面から上記電極母材の外表面に向けてレーザービームを照射して溶接することにより固着してなることを特徴とする内燃機関用スパークプラグにある。
【０００９】
本発明において最も注目すべきことは，上記貴金属材は，上記固定部と，該固定部よりも突出した上記突出部とを有することにある。そして，上記貴金属材は，上記電極母材に対して上記固定部をレーザービーム溶接することにより固着してあることにある。
なお，上記貴金属材としては，従来と同様に，白金（Ｐｔ），白金−イリジウム（Ｉｒ）合金等がある。また，上記中心電極及び接地電極の電極母材としては，ニッケル合金等がある。
【００１０】
また，上記貴金属材における上記突出部の表面は，上記固定部の表面よりも０．３ｍｍ以上突出していることが好ましい。これにより，火花放電はほぼ確実に上記突出部の表面のみから行われ，上記固定部からの放電の可能性をさらに低減することができる。
【００１１】
【作用および効果】
本発明の内燃機関用スパークプラグにおいては，上記貴金属材は，上記固定部と，該固定部よりも突出した上記突出部を有する。そのため，電極間の間隔は，上記貴金属材の突出部において最も短くなる。それ故，火花放電は上記貴金属材の突出部において選択的に行われ，固定部における火花放電の発生を防止することができる。
【００１２】
また，レーザービーム溶接は，上記固定部のみにおいて行われ，上記突出部においては行われていない。そのため，上記突出部は，溶融合金部分を有しておらず貴金属材の成分のままである。それ故，火花放電が行われる上記突出部においては，本来の耐火花消耗性が発揮され，寿命の短縮化を防止することができる。
【００１３】
さらに，レーザービームは，貴金属材と電極母材との界面部ではなく，貴金属材の固定部の表面から電極母材の外表面に向けて照射されている（図１，図２参照）。そのため，レーザービーム溶接により発生する溶融合金部分の表層部はほぼ貴金属材単一の成分により占められ，一方深層部は電極母材成分に富む十分な合金状態となっている。それ故，溶融合金部分の表面からの酸化腐食は，上記表層部により防止することができる。また，使用時の熱冷サイクルの繰り返しにより発生する熱応力は，上記深層部の合金成分により緩和することができる。
【００１４】
従って，本発明によれば，中心電極と接地電極の構成の自由度を制約することなく，レーザービーム溶接により貴金属材を電極母材に固着することができ，耐火花消耗性に優れた，内燃機関用スパークプラグを提供することができる。
【００１５】
【実施例】
実施例１
本発明の実施例にかかる内燃機関用スパークプラグにつき，図１〜図３を用いて説明する。
本例の内燃機関用スパークプラグ８０は，図１，図３に示すごとく，中心電極１と２本の接地電極４とが対峙して火花ギャップを形成し，上記中心電極１と上記接地電極４の放電部分に貴金属材２，５をレーザービーム溶接により固着してなる。
【００１６】
また，上記貴金属材２，５は，図１，図３に示すごとく，電極母材に対して固着する固定部２２，５２と，該固定部２２，５２よりも突出し火花放電させるための突出部２１，５１とを有する。
【００１７】
また，上記中心電極１の電極母材は，図１に示すごとく，ニッケル合金よりなる表皮部１２の中に銅からなる芯材１３を埋設してなり，直径１．５ｍｍφの細い円柱状の先端部１１を有する。そして，図１，図３に示すごとく，上記中心電極１の先端部１１には，リング状の上記貴金属材２が装着されている。
【００１８】
この中心電極１に装着された貴金属材２は，Ｐｔ−２０Ｉｒ（ｗｔ％）合金よりなり，内径が１．５ｍｍφ，突出部２１の外径が２．５ｍｍφ，固定部２２の外径が１．９ｍｍφである。即ち，突出部２１の表面は，固定部２２の表面より０．３ｍｍ突出（図２の長さＬ）している。また，突出部２１表面の長さは１．０ｍｍ，固定部２２の長さは０．５ｍｍである。
【００１９】
そして，上記固定部２２は，図１〜図３に示すごとく，複数か所あるいは全周においてレーザービームが照射され，溶融合金部分３が形成されている。
上記溶融合金部分３は，図２に示すごとく，その断面形状がくさび形をなし，ほぼ貴金属材単一の成分からなる表層部３１と，電極母材の成分に富む十分な合金状態の深層部３２とよりなる。
【００２０】
また，上記接地電極４に固着された貴金属材５は，図１，図３に示すごとく，固定部５２と突出部５１とよりなる円弧状をしており，そのサイズの構成は，中心電極１と同様である。即ち，突出部５１の厚みは０．５ｍｍ，固定部５２の厚みは０．２ｍｍであり，突出部５１の表面は固定部５２の表面より０．３ｍｍ突出している。また，接地電極４のレーザービーム溶接による溶融合金部分６は，中心電極１における溶融合金部分３と同様に，その断面形状がくさび形をなし，上記と同様の成分構成の表層部と深層部とよりなる。
【００２１】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例の内燃機関用スパークプラグ８０においては，中心電極１と接地電極４にそれぞれ固着させた貴金属材２，３は，上記固定部２２，５２と，該固定部２２，５２よりも突出した上記突出部２１，５１を有する。そのため，中心電極１と接地電極４との間隔は，それぞれの貴金属材２，５の突出部２１，５２間において最も短くなる。それ故，火花放電は，貴金属材２，５の突出部２１，５１同志の間において選択的に行われ，固定部２２，５２における火花放電を防止することができる。
【００２２】
また，レーザービーム溶接は，それぞれの貴金属材２，５の固定部２２，５２のみにおいてのみ行われ，突出部２１，５１においては行われていない。そのため，上記突出部２１，５１は，溶融合金部分を有しておらず貴金属材２，５の成分のままである。それ故，火花放電が行われる上記突出部２１，５１においては，本来の耐火花消耗性が発揮され，寿命の短縮化を防止することができる。
【００２３】
さらに，図１，図２より明らかなように，レーザービームは，貴金属材２と電極母材との界面部ではなく，貴金属材２，５の固定部２２，５２の表面から電極母材の外表面に向けて照射されている。そのため，上述したごとく，レーザービーム溶接により発生する溶融合金部分３，６の表層部３１，６１はほぼ貴金属材２，５単一の成分により占められ，深層部３２，６２は電極母材の成分に富む十分な合金状態が形成されている。
【００２４】
それ故，溶融合金部分３，６の表面からの酸化腐食は，上記表層部３１，６１により，防止することができる。また，使用時の熱冷サイクルの繰り返しにより発生する熱応力は，上記深層部３２，６２の合金成分により緩和することができる。
【００２５】
従って，本例によれば，中心電極１の側面側に接地電極４を対向させる構成をとっても，レーザービーム溶接により貴金属材２，６を電極母材に固着することができ，耐火花消耗性に優れた，内燃機関用スパークプラグを得ることができる。
【００２６】
実施例２
本例の内燃機関用スパークプラグ８２は，図４に示すごとく，実施例１の中心電極１用の貴金属材２５に代えて，２か所の突出部２２１とその間に設けた固定部２２２とを有するリング状の貴金属材２５を用いた。また実施例１の接地電極４用の貴金属材５に代えて，２か所の突出部５５１とその間に設けた固定部５５２とを有する円弧状の貴金属材５５とを用いた。
その他は，実施例１と同様である。尚，実施例１と略同一の構成部分については，実施例１と同じ符号を用いた。
【００２７】
本例によれば，貴金属材２５，５５ともに２か所の突出部２２１，５５１を有する。そのため，火花放電をさらに安定して突出部２２１，５５１に集中させることができる。その他，実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
実施例３
本例の内燃機関用スパークプラグ８３は，図５に示すごとく，中心電極１の貴金属材２に代えて，円盤状の突出部２７１とその下方に延設した円筒状の固定部２７２を有し，貫通穴を有さない貴金属材２７を用いた。接地電極４及びその他は，実施例１と同様である。尚，実施例１と略同一の構成部分については，実施例１と同じ符号を用いた。
【００２９】
本例においても，実施例１と同様の効果を得ることができる。尚，本例においては，中心電極１の側面側に２本の接地電極４を対向させたが，中心電極１の先端面２７５側に１本の接地電極を対向させることもできる。
【００３０】
実施例４
本例の内燃機関用スパークプラグ８４は，図６に示すごとく，中心電極１の先端面側に１本の接地電極４０を対向させた構成をとっている。そして，中心電極１の先端には，カップ状の貴金属材２９を固着してある。また，接地電極４においても，中心電極１に対向する側にカップ状の貴金属材５９を固着してある。
【００３１】
上記カップ状の貴金属材２９，５９は，その底部に当たる固定部２９２，５９２と，その表面から突出した円筒状の突出部２９１，５９１とよりなる。そして，上記固定部２９２，５９２にレーザービームを照射することにより，貴金属材２９，５９をそれぞれの電極母材に溶接してある。
その他は，実施例１と同様である。尚，実施例１と略同一の構成部分については，実施例１と同じ符号を用いた。
本例においても，実施例１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のスパークプラグおける，電極部分の断面図。
【図２】実施例１における，貴金属材と電極母材との溶接状態の説明図。
【図３】実施例１のスパークプラグにおける，電極部分の斜視図。
【図４】実施例２のスパークプラグおける，電極部分の断面図。
【図５】実施例３のスパークプラグおける，電極部分の断面図。
【図６】実施例４のスパークプラグおける，電極部分の断面図。
【符号の説明】
１．．．中心電極，
１１．．．先端部，
２，５．．．貴金属材，
２１，５１．．．突出部，
２２，５２．．．固定部，
３，６．．．溶融合金部分，
３１，６１．．．表層部，
３２，６２．．．深層部，
４．．．接地電極，

Claims

中心電極と接地電極とが対峙して火花ギャップを形成し，上記中心電極と上記接地電極の放電部分の少なくとも一方に貴金属材をレーザービーム溶接により固着してなる内燃機関用スパークプラグにおいて，
上記貴金属材は，電極母材の外表面に対してレーザービーム溶接により固着する固定部と，該固定部よりも外方へ突出し火花放電させるための突出部とを有し，
かつ，上記貴金属材は上記電極母材に対して，上記固定部の表面から上記電極母材の外表面に向けてレーザービームを照射して溶接することにより固着してなることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
請求項１において，上記貴金属材における上記突出部の表面は，上記固定部の表面よりも０．３ｍｍ以上突出していることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。