JP3798633B2 - スパークプラグの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパークプラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の点火用に使用されるスパークプラグにおいては、近年、耐火花消耗性向上のために、耐熱合金で構成された電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを溶接して貴金属発火部を形成したタイプのものが使用されている。例えば接地電極と対向して火花放電ギャップを形成することになる中心電極の先端面に貴金属チップを接合する場合、その製造方法として、円板状の貴金属チップを中心電極の先端面（チップ被固着面）に重ね合わせ、中心電極を回転させながら貴金属チップの外周に沿ってレーザー光を照射することにより、全周レーザー溶接部を形成する方法が提案されている（例えば、特開平６−４５０５０号、特開平１０−１１２３７４号の各公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなスパークプラグの製造方法において、貴金属チップの電極への溶接については、ＹＡＧレーザー等によるパルス状レーザー光を用いて行われることが多い。そしてこのパルス状レーザー光については、貴金属チップと電極のチップ被固着面形成部位とにまたがるレーザー溶接部を貴金属チップの外周に沿って形成することができ、かつ溶接部の内部にブロ−ホール等が形成されないように、１パルス当りの照射エネルギー及びパルス幅といった条件を、貴金属チップ及び電極の材質や外径等に関連付けて任意に定め得るようにしている。
【０００４】
ここで、図１０のように中心電極３先端と貴金属チップ３１’との重ね合せ面の外周に沿って、中心電極３の１回転につき１２パルスで発振するレーザー光ＬＢを照射することによって１２個の単位溶接部１０Ａ〜１０Ｌが順次重ね連なり、かつ中心電極３と貴金属チップ３１’とにまたがる全周レーザー溶接部１０を形成する場合について考察する。全周レーザー溶接部１０において、末尾部位の溶接部（以下、末尾溶接部という）１０ｅは、直前に形成された溶接部との重なりの他に、先頭部位の溶接部（以下、先頭溶接部という）１０ｔとも重なり合うため、単位溶接部の重なり数がその他の溶接部よりも増加する。一方、ピースタイムを短くして生産効率を高めるために、中心電極３の回転速度（回転数）は所定値以上を維持する必要があるので、例えば、当初にレーザー照射され、先頭溶接部１０ｔを形成したときの入熱が、中心電極３を１周回転する間に十分に熱引きされない場合がある。このような場合、末尾溶接部１０ｅを形成するためのレーザー光ＬＢの照射時点においても、先頭溶接部１０ｔを形成したときの入熱の一部が残留熱として存在する。
【０００５】
したがって、全周レーザー溶接部１０のうち末尾溶接部１０ｅにおいては、先頭溶接部１０ｔとの重なり部（図１０（ｂ）においては、第１１番目の単位溶接部１０Ｋと第１２番目の単位溶接部１０Ｌとがこれに該当する）で、この残留熱が末尾溶接部１０ｅを形成するための所定の照射エネルギー（末尾溶接部１０ｅのための新規入熱）に重畳される。その結果、末尾溶接部１０ｅ（単位溶接部１０Ｋ，１０Ｌ）を形成することとなる溶融部が大きくなり溶接部１０の幅の不均一化を招く（図１０（ｃ）参照）ばかりか、溶融金属が溶接部の外側に流出する（ダレとも通称する）場合がある（図１０（ａ）参照）。このような溶融金属の流出部Ｆは中心電極側のみならず貴金属チップ側にも発生して外観を損ね、製品歩留まりを低下させることになる。また、溶融金属の流出部Ｆが貴金属チップの放電面に達すると、火花放電ギャップが狭小となって着火不良を招くおそれがある。
【０００６】
さらに、末尾溶接部１０ｅに形成される溶融金属の流出部Ｆが溶接部１０の幅の不均一化を招くのみならず、発火部３１が少し消耗しただけで、末尾溶接部１０ｅ（の流出部Ｆ）が貴金属発火部３１の放電面３１ａへ露出しやすくなる。一般に、溶接部１０は貴金属チップ材料と電極材料との合金により形成され、貴金属チップ単体と比較すると耐火花消耗性に劣っているから、露出した末尾溶接部１０ｅにて消耗が進行すると、比較的短時間で火花放電ギャップが拡大して着火ミス等の不具合を生じることになる。
【０００７】
本発明の課題は、エネルギー消費の無駄を省くとともに、貴金属チップを電極に溶接する工程での溶融金属の流出を防止し、幅の均一な溶接部を得ることができるスパークプラグの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明に係るスパークプラグの製造方法は、上記の課題を解決するために、
中心電極と、その中心電極に対向するように配置された接地電極とを備え、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に貴金属チップを溶接することで、火花放電ギャップを形成する貴金属発火部を形成したスパークプラグの製造方法であって、
前記中心電極及び／又は前記接地電極のチップ被固着面に対して、前記貴金属チップを重ね合わせて重ね合せ組立体を作り、その重ね合せ組立体に対しレーザー照射ユニットの出射光学部からパルス状レーザー光を照射することにより、前記貴金属チップの周方向において、それら貴金属チップとチップ被固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスに対応する単位溶接部が順次重ね連なる全周レーザー溶接部を形成するとともに、
前記全周レーザー溶接部のうちで、前記単位溶接部の重なり数が増加することになる先頭部位の溶接部（以下、先頭溶接部という）と末尾部位の溶接部（以下、末尾溶接部という）との少なくとも一方を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギー（以下、補正照射エネルギーという）を、その他の溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギー（以下、通常照射エネルギーという）よりも低く設定することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の製造方法では、電極のチップ被固着面と貴金属チップとを重ね合わせた重ね合せ組立体に対し、貴金属チップとチップ被固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスに対応する単位溶接部が順次重ね連なる全周レーザー溶接部を形成する場合において、その全周レーザー溶接部のうち、単位溶接部の重なり数が増加することになる溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、その他の溶接部を形成する際に用いる通常照射エネルギーよりも低く設定して、エネルギー消費の無駄をなくすようにしている。具体的には、重なり数が増加することになる溶接部は、先頭溶接部あるいは末尾溶接部に形成される場合が多い。
【００１０】
したがって、先頭溶接部における残留熱が末尾溶接部のための新規入熱に重畳されても、先頭溶接部と末尾溶接部との少なくとも一方を形成する際に用いる補正照射エネルギーが、その他の溶接部を形成する際に用いる通常照射エネルギーよりも低く調整されるので、単位溶接部の重なり数が増加することになる溶接部とその他の溶接部とにおけるトータルエネルギー（残留熱と新規入熱とを合わせた全熱量）の均一化を図ることができる。これにより、末尾溶接部が形成される際に、その他の溶接部よりも溶融部が大きくなって溶融金属が溶接部の外側に流出することを回避できるので、外観不良に伴う製品歩留まりの低下や、火花放電ギャップの狭小化に伴う着火不良の発生等を未然に防止することができる。
【００１１】
また、トータルエネルギー（全熱量）の均一化を図ることによって、末尾溶接部とその他の溶接部との幅の略均一化を図ることにもなり、貴金属発火部の消耗に伴う貴金属発火部の放電面への末尾溶接部の露出が発生しにくくなる。したがって、火花放電ギャップの拡大による着火ミス等の不具合も未然に防止することができる。
【００１２】
なお、ここでいう先頭溶接部には、最先端に位置する１個の単位溶接部のみの場合と、最先端を含みそれに続く単位溶接部が加わる場合とがあり、同様に、末尾溶接部には、最後尾に位置する１個の単位溶接部のみの場合と、最後尾を含みその前の単位溶接部が加わる場合とがある。つまり、先頭溶接部又は末尾溶接部を構成する単位溶接部の数は、パルス発生周波数、重ね合せ組立体と出射光学部との相対回転数等の溶接条件によって変動する。
【００１３】
本明細書における１パルス当りのレーザー照射エネルギーは、例えばレーザー溶接を行う前に予め、レーザー発振部から発射されたレーザー光をカロリメータあるいはパワーメータ等のエネルギー検出器で受けることにより、単位時間（例えば１秒間）当りの照射エネルギーを計測し、その照射エネルギーを１秒間当りのパルス数で除することにより算出した値を用いる。
【００１４】
そして、本発明における全周レーザー溶接部が、重ね合せ組立体と単一の出射光学部とを重ね合せ組立体の中心軸線回りにおいて相対回転させつつ形成される場合には、先頭溶接部と末尾溶接部とのうち末尾溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、通常照射エネルギーよりも低く設定することが望ましい。先頭溶接部における熱引き量には電極の材質、周囲の温度、貴金属チップの外径等変動要素が多く、残留熱を所定値以下に抑えるための補正照射エネルギーの設定調節が煩雑になるおそれがある。しかし、末尾溶接部における新規入熱においてはこのようなおそれは小さく、補正照射エネルギーの設定調節が容易に行える。また、一般的に、溶接部は未溶接の重ね合せ組立体に比して、表面の凹凸等によりレーザー光の反射率が低く、レーザー照射エネルギーを吸収しやすいといえる。したがって、相対的に反射率が低い溶接部が既に殆ど形成されている末尾溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、通常照射エネルギーよりも低く設定すれば、末尾溶接部のための新規入熱を抑制する効果が顕著に表れることになる。
【００１５】
しかも、末尾溶接部を形成するためのレーザー照射パルスよりも前に到来する照射順位のレーザー照射パルスから、１パルス当りのレーザー照射エネルギーが低下するように設定するときは、末尾溶接部における単位溶接部の重なり数が徐々に増加するのに合わせて１パルス当りのレーザー照射エネルギーを徐々に低下させるように調整することができ、末尾溶接部とその他の溶接部とにおけるトータルエネルギーの均一化を一層精密に図ることができる。
【００１６】
また、このように末尾溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを通常照射エネルギーよりも低く設定する場合には、先頭溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーを通常照射エネルギーとほぼ等しく設定しておけばよく、調整操作の単純化が図れる。
【００１７】
次に、本発明における全周レーザー溶接部が、重ね合せ組立体と複数の出射光学部とを重ね合せ組立体の中心軸線回りにおいて相対回転させつつ、複数の出射光学部からパルス状レーザー光をほぼ同期させて照射することにより、単位溶接部が順次重ね連なるとともに、出射光学部の数に対応した複数の区間溶接部により形成される場合には、
区間溶接部のうちで、単位溶接部の重なり数が増加することになる先頭溶接部と末尾溶接部との少なくとも一方を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、その他の溶接部を形成する際に用いる通常照射エネルギーよりも低く設定することになる。全周レーザー溶接部は、パルス状レーザー光をほぼ同期させて照射する複数の出射光学部に対応した区間溶接部により分割形成されるので、区間溶接部の分割数に対応する形で全周レーザー溶接時間が短縮される。
【００１８】
このように全周レーザー溶接部が複数の区間溶接部により形成される場合においても、単一の溶接部により形成される場合と同様の理由により、先頭溶接部と末尾溶接部とのうち末尾溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、通常照射エネルギーよりも低く設定することが望ましい。
【００１９】
そして、区間溶接部の形成に要する平均レーザー出力を、レーザー照射ユニット毎にそれぞれほぼ等しく設定することにより、各々の区間溶接部における末尾溶接部とその他の溶接部とのトータルエネルギーの均一化とともに、区間溶接部毎のトータルエネルギーの均一化をも図ることができ、全周にわたり幅の均一な溶接部を得ることができる。
【００２０】
ところで、本発明に関する課題を解決する手段は以上に述べた通りであるが、上記課題に関して、次のような解決手段（以下、関連解決手段という）も想到される。
【００２１】
すなわち、関連解決手段として、
中心電極と、その中心電極に対向するように配置された接地電極とを備え、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に貴金属チップを溶接することで、火花放電ギャップを形成する貴金属発火部を形成したスパークプラグの製造方法であって、
前記中心電極及び／又は前記接地電極のチップ被固着面に対して、前記貴金属チップを重ね合わせて重ね合せ組立体を作り、その重ね合せ組立体に対しレーザー照射ユニットの出射光学部からパルス状レーザー光を照射することにより、前記貴金属チップの周方向において、それら貴金属チップとチップ被固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスに対応する単位溶接部が順次重ね連なる全周レーザー溶接部を形成するとともに、
前記全周レーザー溶接部のうちで、隣り合う単位溶接部の中心点間距離が短くなる密接溶接部が形成される際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーを、その他の溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーよりも低く設定するようになすことも可能である。
【００２２】
上記関連解決手段を採用する場面として、例えばレーザー溶接中に重ね合せ組立体と出射光学部との相対回転速度が変化する場合を挙げることができる。このような場合には、回転速度変化が隣り合う単位溶接部の中心点間距離の長短変化となって現れ、それに伴い単位溶接部の重なり数が増して特定の単位溶接部では全熱量が他のものより大きくなることがあるので、その中心点間距離の変動に合わせて１パルス当りの照射エネルギーを調節することになる。このように、関連解決手段を実施する際に、例えば上記のように相対回転速度が変化する場合には、速度検出器による回転速度の監視をレーザー溶接中に行い、これらの変動をレーザー照射ユニットにフィードバックして１パルス当りの照射エネルギーを調整（制御）するといったことで実現可能である。従って、密接溶接部が形成される際に、その他の溶接部よりも溶融部が大きくなって溶融金属が溶接部の外側に流出することを回避でき、この場合にも外観不良に伴う製品歩留まりの低下や、火花放電ギャップの狭小化に伴う着火不良の発生等を未然に防止可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。本発明方法により製造されたスパークプラグの一例を図１に示す。スパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された貴金属発火部（以下、単に発火部ともいう）３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合されるとともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の先端部と対向するように配置された接地電極４等を備えている。また、接地電極４には上記発火部３１に対向する貴金属発火部（以下、単に発火部ともいう）３２が形成されており、それら発火部３１と、対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇとされている。
【００２４】
なお本明細書でいう「発火部」とは、接合された貴金属チップのうち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例えば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金化した部分を除く残余の部分）を指すものとする。
【００２５】
絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３及び端子金具８を嵌め込むための孔部６を有している。また、主体金具１は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。
【００２６】
なお、発火部３１及び対向する発火部３２のいずれか一方を省略する構成としてもよい。この場合には、発火部３１と、発火部を有さない接地電極４の側面との間、又は対向する発火部３２と、発火部を有さない中心電極３の先端面との間で火花放電ギャップｇが形成されることとなる。
【００２７】
中心電極３及び接地電極４のチップ被固着面形成部位に関し、この実施例では少なくともその表層部がＮｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合金にて構成されている（なお、本明細書において「主成分」とは、最も重量含有率の高い成分を意味し、必ずしも「５０重量％以上を占める成分」を意味するものではない）。
【００２８】
一方、上記発火部３１及び対向する発火部３２は、Ｉｒ、Ｒｈ又はＰｔのいずれかを主成分とする貴金属又は貴金属合金にて構成されている。これらの貴金属の使用により、中心電極３及び／又は接地電極４の温度が上昇しやすい環境下においても、発火部３１，３２の耐消耗性を良好なものとすることができる。また、上記のような耐熱合金に対する溶接性も良好である。例えばＰｔをベースにした貴金属を使用する場合には、Ｐｔ単体の他、Ｐｔ−Ｎｉ合金（例えばＰｔ−１〜３０重量％Ｎｉ合金）、Ｐｔ−Ｉｒ合金（例えばＰｔ−１〜２０重量％Ｉｒ合金）、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金等を好適に使用できる。また、Ｉｒを主成分とするものとしては、Ｉｒ−Ｒｕ合金（例えばＩｒ−１〜３０重量％Ｒｕ合金）、Ｉｒ−Ｐｔ合金（例えばＩｒ−１〜１０重量％Ｐｔ合金）、Ｉｒ−Ｒｈ合金、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｎｉ合金等を使用できる。さらに、Ｒｈを主成分とするものとしては、Ｒｈ−Ｉｒ合金（例えば、Ｒｈ−３〜３８重量％Ｉｒ合金）等を使用できる。
【００２９】
なお、Ｉｒ系の貴金属材料を使用する場合には、元素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合酸化物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有させることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発を効果的に抑制でき、ひいては発火部の耐火花消耗性を向上させることができる。上記酸化物としてはＹ２Ｏ３が好適に使用されるが、このほかにもＬａ２Ｏ３，ＴｈＯ２，ＺｒＯ２等を好ましく使用することができる。この場合、金属成分はＩｒ合金のほか、Ｉｒ単体を使用してもよい。
【００３０】
中心電極３は、図２に示すように、先端側が円錐台状のテーパ面３ｔにより縮径されるとともに、その先端面３ｓに上記発火部３１を構成する合金組成からなる円板状の貴金属チップ３１'を重ね合わせる。さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接により全周レーザー溶接部１０を形成して貴金属チップ３１'を固着することにより発火部３１が形成される。また、対向する発火部３２は、図９に示すように、発火部３１に対応する位置において接地電極４に貴金属チップ３２'を位置合わせし、その外縁部に沿って同様にレーザー溶接により全周溶接部１１を形成してこれを固着することにより形成される。これらチップ３１’，３２’は、所定の組成となるように各合金成分を配合・溶解することにより得られる溶解合金を熱間圧延により板状に加工し、その板材を熱間打抜き加工により所定のチップ形状に打ち抜いて形成したものや、上記溶解合金を熱間圧延又は熱間鍛造により線状あるいはロッド状の素材に加工した後、これを長さ方向に所定長に切断して形成したものを使用できる。また、アトマイズ法等により球状に成形したものも使用できる。上記チップ３１'，３２'は、例えば直径Ｄが０．４〜１．２ｍｍ、厚さＨが０．５〜１．５ｍｍのものを使用する。
【００３１】
上記の発火部３１，３２を形成するための溶接方法は概ね同じであるので、以下、本発明に係る製造方法の一実施例を、中心電極３側の発火部３１を中心に、以下に詳しく説明する。図２（ａ）に示すように、中心電極３の先端面３ｓをチップ被固着面として、ここにチップ径Ｄ、チップ厚さＨの貴金属チップ３１'を重ね合わせて重ね合せ組立体７０を作り、その重ね合せ組立体７０に対し、図２（ｂ）に示すように、貴金属チップ３１'とチップ被固着面とにまたがり、かつ貴金属チップ３１'の厚さ方向において放電面３１ａに到達しない全周レーザー溶接部１０をチップ外周面周方向に沿って形成する。
【００３２】
このとき、本実施例のように貴金属チップ３１'が円板状に形成されている場合、図２（ｂ）に示すように、該貴金属チップ３１’と中心電極３との重ね合せ組立体７０を、レーザー照射ユニット１５０（図３参照）の出射光学部５０に対しチップ３１’（中心電極３）の中心軸線Ｏの周りにおいて相対的に回転させながら、重ね合せ組立体７０に向けて、パルス状レーザー光ＬＢのスポット内にチップ被固着面（この場合、中心電極３の先端面）とチップ外周面との交差縁Ｑが入り、かつチップ被固着面に対する照射角度θが−５゜〜＋６０゜の範囲（水平より上方側を＋とする；例えば＋４５゜）となるようにパルス状レーザー光ＬＢを照射する方法が、上記のような全周レーザー溶接部１０を均一に形成する方法として合理的である。この場合、組立体７０又は出射光学部５０の一方のみを回転させるようにしてもよいし、双方ともに（例えば互いに逆方向に）回転させることも可能である。
【００３３】
この場合、その回転速度は以下のように調整することが望ましい。まず、重ね合せ組立体７０と出射光学部５０との相対回転速度は、図２のように出射光学部５０を１つのみ使用する場合には、１０ｒｐｍ以上（望ましくは６０ｒｐｍ以上、より望ましくは１２０ｒｐｍ以上）とするのがよい。全周レーザー溶接部１０を形成するためには、重ね合せ組立体７０と出射光学部５０とを最低１周分は相対回転させなければならないが、その相対回転速度が１０ｒｐｍ未満になると、１周分の溶接時間ひいては１個のスパークプラグを製造するためのピースタイムが長くなる場合がある。なお、上記相対回転速度の上限値については、重ね合せ組立体７０を回転させる場合、溶接時に生ずる溶融金属の遠心力による変形、飛散を防止するために、１５０ｒｐｍ程度に留めるのがよい。
【００３４】
次に、レーザー照射ユニット１５０の構成について、図３を参照して説明する。レーザー照射ユニット１５０は、パルス状レーザー光ＬＢを照射するレーザー発振部４０と、このパルス状レーザー光ＬＢを重ね合せ組立体７０の外周面に向けて照射する出射光学部５０と、パルス状レーザー光ＬＢをレーザー発振部４０から出射光学部５０へ伝送する光伝送経路６０とを備えている。レーザー発振部４０において、イットリウム・アルミニウム・ガーネットの単結晶からなるＹＡＧロッド４１に励起ランプ４２から所定のパルス間隔でキセノン等の光を当てると、この光が全反射鏡４３と出口側半透明鏡４４との間を往復して増幅され、レーザー光となって出口側半透明鏡４４から放出される。そして、パルス発振されたパルス状レーザー光ＬＢが、レーザー発振部４０出口側の反射鏡４５で向きを変えられた後、光ファイバケーブル６１で構成された光伝送経路６０に入射される。そして、光ファイバケーブル６１を伝送し、出射されたパルス状レーザー光ＬＢは、出射光学部５０の球面収差補正レンズ群５１（なお、ここでは球面収差補正レンズ群５１を用いているが単レンズでも可）によって集光され、重ね合せ組立体７０の外周面に向けて照射される。
【００３５】
図３のレーザー照射ユニット１５０には、本発明の実施に必要なパルス状レーザー光ＬＢを得るために、レーザーコントローラ８１、チャージコントローラ８２、高圧回路８３、コンデンサＣ、放電回路８４が付設されている。なお、図３ではこれらのコントローラや回路については、ブロック図にて示している。本実施例にて用いられる高圧回路８３は、コンデンサＣの両端電圧ＶＣを制御するためのチャージコントローラ８２からの充電指令信号Ｄ１に基づき駆動されるものであり、昇圧トランス、１又は複数の整流回路等（いずれも図示せず）を備えており、放電回路８４に接続されている。放電回路８４は、ＧＴＯやサイリスタ等からなるスイッチング素子（図示せず）等を少なくとも備えている。このスイッチング素子はレーザーコントローラ８１に接続されており、このレーザーコントローラ８１からの放電信号Ｔｇに基づきオン・オフ制御（通電・非通電制御）される。
【００３６】
そして、チャージコントローラ８２に対して、レーザーコントローラ８１から充電許可信号Ｄ２、及び当該レーザーコントローラ８１にて設定される設定充電電圧値に応じた充電電圧値信号Ｖｇが入力されると、チャージコントローラ８２はコンデンサＣへの両端電圧ＶＣが設定充電電圧値となるように充電指令信号Ｄ１を高圧回路８３に出力し、高圧回路８３側の制御を行う。すると、コンデンサＣは、その充電指令信号Ｄ１の出力中において高圧回路８３を通じて充電されることになる。ついで、コンデンサＣの両端に両端電圧ＶＣの電荷が充電されているときに、レーザーコントローラ８１から予め設定された一定のパルス間隔を有する放電信号Ｔｇが放電回路８４のスイッチング素子に入力されると、スイッチング素子がオン状態となる（換言すると、放電回路８４が駆動することになる）。すると、コンデンサＣが放電され、励起用ランプ４２の放電電極間にパルス放電が生じて（換言すると、励起用ランプ４２が発光して）パルス状レーザーＬＢが発振することになる。
【００３７】
つまり、本実施例のレーザー照射ユニット１５０では、コンデンサＣの両端電圧ＶＣの値が、レーザーコントローラ８１にて適宜設定される設定充電電圧値の変更に合わせて制御（可変）可能な構成を有している一方、コンデンサＣを放電させるパルス間隔が予め一定に設定されており、その結果パルス状レーザー光ＬＢの１パルス当たりのレーザー照射エネルギーについては、該コンデンサＣの両端電圧ＶＣの値に基づいて制御されることになる。
【００３８】
次に、図３及び図４を参照して、全周レーザー溶接部１０において、単位溶接部がレーザー照射パルスに対応して順次重ね連なる形で形成される過程を説明する。重ね合せ組立体７０が所定の溶接位置にセットされた後、レーザーコントローラ８１からの充電許可信号Ｄ２及び設定充電電圧信号Ｖｇがチャージコントローラ８２に入力されると高圧回路８３が駆動され、設定充電圧値に対応するようにコンデンサＣの両端に両端電圧ＶＣが充電されることになる。そして、レーザーコントローラ８１から放電信号Ｔｇに基づき放電回路８４が駆動すると、励起用ランプ４２が発光してパルス状レーザー光ＬＢが発振し、光伝送経路６０、出射光学部５０を経て、パルス状レーザー光ＬＢは重ね合せ組立体７０に照射される。このとき、コンデンサＣの両端電圧ＶＣの値に応じて、パルス状レーザー光ＬＢのレーザー強度Ｓにもピーク値が現れる（図４（ａ）参照）。なお、レーザー強度Ｓのピーク値をＳｔ（以下、通常レーザー強度という）、パルス幅をｔとしたとき、１パルス当たりのレーザー照射エネルギーＥｔ（以下、通常照射エネルギーという）は、Ｅｔ＝Ｓｔ×ｔで与えられる。
【００３９】
そして、重ね合せ組立体７０をその中心軸線Ｏの回りに回転させつつ、位置固定された単一の出射光学部５０からパルス状レーザー光ＬＢを照射する。その結果、貴金属チップ３１’の周方向において、貴金属チップ３１’とチップ固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスＰ1、Ｐ2・・・・・・に対応する単位溶接部１０１、１０２・・・・・・が順次重ね連なるようにして全周レーザー溶接部１０が形成される（図４（ａ）〜（ｄ）参照）。
【００４０】
ところで、パルス状レーザー光ＬＢのパルス発生周波数ｆ（即ち、レーザーコントローラ８１から出力される放電回路８４のスイッチング素子をオン・オフ制御する周波数）が１２パルス／秒（ｐｐｓとも表示する；このときの周期τ＝１０００／１２ミリ秒）、重ね合せ組立体７０の回転速度が６０ｒｐｍ（１ｒｐｓ）とすると、重ね合せ組立体７０の１回転につきちょうど１２パルス分のパルス状レーザー光ＬＢが照射され、これに対応する１２個の単位溶接部１０１〜１１２が貴金属チップ３１’の周方向に順次重ね連なる形で形成される。これら１２個の単位溶接部１０１〜１１２の周方向における重なり状態は、一般的に図５のようになる。先頭溶接部１０ｔ（図５では１０１〜１０３）と末尾溶接部１０ｅ（図５では１１０〜１１２）とを除くその他の溶接部では、単位溶接部が形成される際に既に形成された単位溶接部との重なり数（以下、既成単位溶接部との重なり数という）は自身の直前に形成された３個である（例えば、第４番目の単位溶接部１０４では、１０１〜１０３の３個）。
【００４１】
一方、末尾溶接部１０ｅでは、既成単位溶接部との重なり数は４個以上に増加する。例えば、最後尾の第１２番目の単に溶接部１１２の場合、自身の直前に形成された１０９〜１１１の３個の他、当初に形成された先頭溶接部１０ｔの３個（１０１〜１０３とも重なり合うことになるので、既成単位溶接部との重なり数は合計６個となる。同様に、第１１番目の単位溶接部１１１における既成単位溶接部との重なり数は５個、第１０番目の単位溶接部１１０における既成単位溶接部との重なり数は４個となる。なお、先頭溶接部１０ｔ（１０１〜１０３）の場合、既成単位溶接部との重なり数は０〜２個であるが、上記の通り末尾溶接部１０ｅが形成される際にこれと重なり合うことになる。
【００４２】
そして、先頭溶接部１０ｔを形成したときの入熱が、重ね合せ組立体７０を１周回転する間に十分に熱引きされない場合、末尾溶接部１０ｅを形成するためのパルス状レーザー光ＬＢの照射時点においても、先頭溶接部１０ｔを形成したときの入熱の一部が残留熱として存在する。そこで、本実施例では、末尾溶接部１０ｅを形成するためのレーザー照射エネルギー（末尾溶接部１０ｅのための新規入熱）にこの残留熱が重畳されても溶融金属が溶接部の外側へ流出しないように、末尾溶接部１０ｅを形成する際に用いる１パルス当たりのレーザー照射エネルギー（以下、補正照射エネルギーという）Ｅｈを、上記通常照射エネルギーＥｔよりも低く設定してある（図４（ａ）参照）。これにより、各単位溶接部を形成する際の新規入熱と残留熱とを合わせた全熱量（トータルエネルギー）の均一化を図っている。
【００４３】
このレーザー照射エネルギーの設定は、図３において、コンデンサＣの両端電圧ＶＣを通常照射エネルギーＥｔと補正照射エネルギーＥｈとにそれぞれ対応させる形で変更調節している。つまり、図３におけるレーザーコントローラ８１にて、通常照射エネルギーＥｔと補正照射エネルギーＥｈとに対応するようにコンデンサＣの設定充電電圧値を変更調整することによって、コンデンサＣの両端電圧ＶＣを変化させているのである。そして、通常照射エネルギーＥｔから補正照射エネルギーＥｈへの切り換えタイミングは以下のようにして決定される。レーザーコントローラ８１により放電回路８４のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのパルス数は、図示しないパルスカウンタ回路でカウントされてレーザーコントローラ８１にフィードバックされるようになっており、重ね合せ組立体７０へのレーザー溶接が開始されてから所定のパルス数がカウントされて通常照射エネルギーＥｔから補正照射エネルギーＥｈへ切り換えるべきレーザー照射パルスの照射順位に達したときに、レーザーコントローラ８１にて当初設定された設定充電電圧値（すなわち第１設定充電電圧値）を、この第１設定充電電圧値よりも低い第２設定充電電圧値に変更調整するのである。これにより、コンデンサＣの両端電圧ＶＣの値が変更調整され、その結果、通常照射エネルギーＥｔから補正照射エネルギーＥｈへの切り換えが行われる。
【００４４】
具体的には、図４（ａ）の実施例では、第１１番目の単位溶接部１１１に対応する第１１番目のレーザー照射パルスＰ11と、最後尾の第１２番目の単位溶接部１１２に対応する第１２番目のレーザー照射パルスＰ12とで１パルス分のレーザー照射エネルギーの低下調節、即ちレーザー強度Ｓのピーク値の低下調節（通常レーザー強度Ｓｔから補正レーザー強度Ｓｈへの調節）が行われる。例えば通常照射エネルギーＥｔが１．２５Ｊの場合、第１１番目のレーザー照射パルスに対応する補正照射エネルギーＥｈ１１は１Ｊ、最後尾の第１２番目のレーザー照射パルスＰ１２に対応する補正照射エネルギーＥｈ１２は０．７５Ｊとなっている。
【００４５】
実際には、単位溶接部１０が順次重ね連なる形の全周レーザー溶接部１０を形成している途中に、１パルス分のレーザー照射エネルギーを変更調整するにあたり、１パルス分のレーザー照射エネルギーの低下にタイムラグが発生する。それより、本実施例では、レーザーコントローラ８１にて、通常照射エネルギーＥｔに対応する第１設定充電電圧値と、補正照射エネルギーＥｈに対応する第２設定充電電圧値とが設定されるとともに、第１設定充電電圧値から第２設定充電電圧値への設定変更タイミングは、以下のように制御されている。すなわち、最後尾の単位溶接部を形成するための第１２番目のレーザー照射パルスＰ12よりも前に到来する照射順位（例えば第８番目）のレーザー照射パルス（例えば、Ｐ8）に対して第２設定充電電圧値への設定変更を行う制御がなされる。つまり、第８番目のレーザー照射パルスＰ8に対して第２設定充電電圧値に変更する設定充電電圧信号が発せられても、タイムラグにより実際に１パルス分のレーザー照射エネルギーが低くなるのは、例えば第１１番目のレーザー照射パルスＰ11以降となる。そして、第１１番目のレーザー照射パルスＰ11から第１２番目のレーザー照射パルスＰ12にかけて徐々に低下し、第１２番目のレーザー照射パルスＰ12が最終的にレーザーコントローラ８１にて設定される第２設定充電電圧値に対応した形をとるのである。
【００４６】
このことは、レーザーコントローラ８１が、最後尾の単位溶接部１１２を形成するためのレーザー照射パルスＰ12よりも前に到来する照射順位（例えば第７順位）のレーザー照射パルス（例えばＰ7）をパルスカウンタ回路より認識すると、次のレーザー照射パルス（例えばＰ8）から、レーザーコントローラ８１にて設定される第１設定充電電圧値を第２設定充電電圧値に切り換えるだけで、所定順位（例えば第１１順位）のレーザー照射パルス（例えばＰ11）より１パルス当たりのレーザー照射エネルギーが徐々に低下するように設定したのと同様の作用効果を生むことになる。但し、単位溶接部１０が順次重ね連なる形の全周レーザー溶接部１０を形成している途中に、１パルス分のレーザー照射エネルギーを変更調整するにあたり、１パルス分のレーザー照射エネルギーの低下にタイムラグが生じないようにレーザー照射ユニット１５０を構成した場合には、１パルス毎にレーザー照射エネルギーの変更調整が可能となることから、補正照射エネルギーＥｈとすべきレーザー照射パルスに対応して１パルス毎に適宜調整すればよい。そして、上述したようなレーザー照射エネルギー制御を取り込んだレーザー溶接を行うことによって、各単位溶接部を形成する際の新規入熱と残留熱とを合わせた全熱量（トータルエネルギー）の均一化が有効に図られ、幅の略均一な溶接部１０が形成されるのである（図４（ｂ）、（ｄ）参照）。
【００４７】
なお、図６に通常レーザー強度Ｓtと補正レーザー強度Ｓhとの調節（通常照射エネルギーＥtと補正照射エネルギーＥhとの調節）を行う際の図４（ａ）に代わる変更例を示す。このうち図６（ａ）では、第１番目のレーザー照射パルスＰ1から第２番目のレーザー照射パルスＰ2にかけて補正レーザー強度Ｓhが徐々に増加するように設定し、第３番目のレーザー照射パルスＰ3以降最後尾の第１２番目のレーザー照射パルスＰ12まで通常レーザー強度Ｓtに設定している。この場合には、末尾溶接部１０ｅにおいて全熱量が増大することを見込んで、溶融金属が溶接部の外側へ流出しないように予め先頭溶接部１０ｔにおいて照射エネルギーを低く調整しておくことになる。
【００４８】
また、図６（ｂ）は、図４（ａ）と図６（ａ）とを複合させた例を表わしている。すなわち、先頭溶接部１０ｔ（図６（ｂ）では第１番目の単位溶接部１０１と第２番目の単位溶接部１０２）と末尾溶接部１０ｅ（図６（ｂ）では第１１番目の単位溶接部１１１と第１２番目の単位溶接部１１２）との両者に対して補正レーザー強度Ｓh（補正照射エネルギーＥh）が設定されている。この場合には、照射エネルギーの低下調整分が先頭溶接部１０ｔと末尾溶接部１０ｅとに振り分けられるので、通常照射エネルギーＥtと補正照射エネルギーＥhとの間の変更調節がなだらかになる。
【００４９】
次に、図７は他の実施例に係る製造方法を適用したときの、中心電極先端部の平面模式図を示し、図４（ｃ)の変更例に相当する。これらのように、重ね合せ組立体７０をその中心軸線Ｏの回りに回転させつつ、貴金属チップ３１'の周方向に所定の間隔で配置固定された複数の出射光学部からパルス状レーザー光ＬＢをほぼ同期させて照射して溶接を行えば、溶接時間の短縮を図ることができる場合がある。例えば、図７（ａ）のように、略１８０°間隔で配置した２つの出射光学部５０ａ及び５０ｂにより溶接を行えば、各レーザー光源５０ａ及び５０ｂが略半周分に対応する区間溶接部２００，２２０を各々分担すればよい。また、図７（ｂ）のように、略１２０°間隔で配置した３つの出射光学部５０ａ〜５０ｃにより溶接を行えば、各出射光学部５０ａ〜５０ｃがそれぞれ略１／３周分に対応する区間溶接部３００，３１０，３２０を分担すればよい。なお、レーザー照射パルスのタイミングは区間溶接部毎に多少ずれていても、同期さえなされていれば溶接時間の短縮を図ることができる。
【００５０】
図７（ａ）又は図７（ｂ）において、既成単位溶接部との重なり状態は全周レーザー溶接部１０を区間溶接部２００，２２０又は３００，３１０，３２０に置き換えれば、図５がそのまま当てはまる。したがって、通常レーザー強度Ｓtと補正レーザー強度Ｓhとの調節（通常照射エネルギーＥtと補正照射エネルギーＥhとの調節）についてのここまでの説明もまた、これらの実施例にそのまま適用することができる。ただし、図７（ａ）の実施例では重ね合せ組立体７０の１／２回転につき２４パルス分（つまり、各レーザー光源５０ａ，５０ｂから１２パルス分）のパルス状レーザー光ＬＢが照射され、これに対応する２４個の単位溶接部が貴金属チップ３１’の周方向に順次重ね連なる形で全周レーザー溶接部２０が形成されている。また、図７（ｂ）の実施例では重ね合せ組立体７０の１／３回転につき２４パルス分（つまり、各レーザー光源５０ａ〜５０ｃから８パルス分）のパルス状レーザー光ＬＢが照射され、これに対応する２４個の単位溶接部が貴金属チップ３１’の周方向に順次重ね連なる形で全周レーザー溶接部３０が形成されている。したがって、図７（ａ）では２つの区間溶接部２００，２２０に対応して単位溶接部２０１〜２１２，２２１〜２３２が形成され、図７（ｂ）では３つの区間溶接部３００，３１０，３２０に対応して単位溶接部３０１〜３０８，３１１〜３１８，３２１〜３２８が形成される。
【００５１】
なお、出射光学部を複数使用する場合には、各区間溶接部の形成に要する平均レーザー出力が、レーザー照射ユニット毎にそれぞれほぼ等しく設定されることが望ましい。すなわち、複数の出射光学部（ｎ個：ｎ≧２）を用いるにあっては、同時にレーザー光を照射した際の貴金属チップ３１'における温度上昇は大きくなる。しかし、各出射光学部は前述したように貴金属チップ３１'に対してほぼ（１／ｎ）周分に対応する区間溶接部を分担すればよく、単一の出射光学部を使用する場合と比較して（１／ｎ）の時間で溶接が可能となる。そこで、平均レーザー出力をレーザー照射ユニット毎にそれぞれほぼ等しく設定すれば、貴金属チップ３１'に対する入熱時間が短縮されることとあいまって、各区間溶接部の幅が均一化される。さらに、このように複数の出射光学部を用いて同時にレーザー光を照射することにより、溶接時間の短縮を図ることができ、生産効率の向上にも寄与できる。
【００５２】
例えば、図４（ａ）において、第１〜１２番目のレーザー照射パルスＰ1〜Ｐ12に対応する溶接部（全周レーザー溶接部１０又は区間溶接部２００，２２０）の１秒間あたりの平均レーザー出力は、Ｐ＝Ｅt（Ｊ／パルス）×１０（パルス／秒）＋Ｅh11（Ｊ／パルス）×１（パルス／秒）＋Ｅh12（Ｊ／パルス）×１（パルス／秒）＝１．２５×１０＋１．０×１＋０．７５×１＝１４．２５（Ｗ）となる。図１０に示す従来例の場合には、Ｐ＝１．２５（Ｊ／パルス）×１２（パルス／秒）＝１５（Ｗ）であるから、スパークプラグ１個につき０．７５Ｗのエネルギーを節約することができる。
【００５３】
また、図８は、接地電極４側の発火部３２及び放電面３２ａの形成状態を示すもので、中心電極３側と同様の全周レーザー溶接部１１が形成されている。図９（ａ）に示すように、接地電極４の火花放電ギャップｇ（図１）に面することが予定された側面をチップ被固着面として、ここに凹部４ａを形成し、その凹部４ａに貴金属チップ３２'を嵌め込み固定する。その状態で、図３等と同様にレーザー照射ユニット１５０の出射光学部５０を用いて全周レーザー溶接部１１の形成を行う。
【００５４】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、通常レーザー強度Ｓｔと補正レーザー強度Ｓｈとの調節（通常照射エネルギーＥｔと補正照射エネルギーＥｈとの調節）を行うにあたっては、図４（ａ）及び図６（ａ）、（ｂ）に示したパターンのものに限定されず、図４（ａ）を援用して説明した場合に、第１０番目のレーザー照射パルスＰ10から１パルス分のレーザー照射エネルギーの低下調整を行うようにしてもよく、あるいは第１１及び第１２番目のレーザー照射パルスＰ11及びＰ12の両者が、全体で最も低いレーザー照射エネルギー（１パルス分）をとりうるようにレーザー照射エネルギーの低下調整を行ってもよい。
【００５５】
さらに、重ね連なって形成される単位溶接部において、単位溶接部同士の重なる割合が比較的小さい場合には、１番最初の先頭溶接部（即ち最先端溶接部）と１番最後の末尾溶接部（即ち最後尾溶接部）との少なくともいずれかのみを形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーを、その他の単位溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーよりも低く設定するようにして、全周レーザー溶接部を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法により製造されたスパークプラグの一例を示す縦断面図及びその要部拡大図。
【図２】本発明に係る製造方法の一実施例を、スパークプラグの中心電極側発火部の製造工程として表す説明図。
【図３】レーザー照射ユニットの説明図。
【図４】レーザー照射強度線図並びにスパークプラグの中心電極先端部の拡大斜視図、平面模式図及び縦断面図。
【図５】貴金属チップ及び全周レーザー溶接部を円周方向に展開して示す説明図。
【図６】図４（ａ）の変更例を示すレーザー照射強度線図。
【図７】本発明に係る製造方法の他の実施例を示す中心電極先端部の平面模式図。
【図８】接地電極側発火部の斜視図。
【図９】その製造工程説明図。
【図１０】従来の製造方法の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
３ 中心電極
３ｓ チップ被固着面
４ 接地電極
１０，１１，２０，３０ 全周レーザー溶接部
２００，２２０，３００，３１０，３２０ 区間溶接部
１０ｔ，２００ｔ，２２０ｔ，３００ｔ，３１０ｔ，３２０ｔ 先頭溶接部
１０ｅ，２００ｅ，２２０ｅ，３００ｅ，３１０ｅ，３２０ｅ 末尾溶接部
１０１〜１１２，２０１〜２１２，２２１〜２３２，３０１〜３０８，３１１〜３１８，３２１〜３２８ 単位溶接部
３１，３２ 貴金属発火部
３１'，３２' 貴金属チップ
３１ａ，３２ａ 放電面
４０ レーザー発振部
５０ 出射光学部
７０ 重ね合せ組立体
１００ スパークプラグ
１５０ レーザー照射ユニット
ＬＢ パルス状レーザー光
【発明の属する技術分野】
本発明はスパークプラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の点火用に使用されるスパークプラグにおいては、近年、耐火花消耗性向上のために、耐熱合金で構成された電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを溶接して貴金属発火部を形成したタイプのものが使用されている。例えば接地電極と対向して火花放電ギャップを形成することになる中心電極の先端面に貴金属チップを接合する場合、その製造方法として、円板状の貴金属チップを中心電極の先端面（チップ被固着面）に重ね合わせ、中心電極を回転させながら貴金属チップの外周に沿ってレーザー光を照射することにより、全周レーザー溶接部を形成する方法が提案されている（例えば、特開平６−４５０５０号、特開平１０−１１２３７４号の各公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなスパークプラグの製造方法において、貴金属チップの電極への溶接については、ＹＡＧレーザー等によるパルス状レーザー光を用いて行われることが多い。そしてこのパルス状レーザー光については、貴金属チップと電極のチップ被固着面形成部位とにまたがるレーザー溶接部を貴金属チップの外周に沿って形成することができ、かつ溶接部の内部にブロ−ホール等が形成されないように、１パルス当りの照射エネルギー及びパルス幅といった条件を、貴金属チップ及び電極の材質や外径等に関連付けて任意に定め得るようにしている。
【０００４】
ここで、図１０のように中心電極３先端と貴金属チップ３１’との重ね合せ面の外周に沿って、中心電極３の１回転につき１２パルスで発振するレーザー光ＬＢを照射することによって１２個の単位溶接部１０Ａ〜１０Ｌが順次重ね連なり、かつ中心電極３と貴金属チップ３１’とにまたがる全周レーザー溶接部１０を形成する場合について考察する。全周レーザー溶接部１０において、末尾部位の溶接部（以下、末尾溶接部という）１０ｅは、直前に形成された溶接部との重なりの他に、先頭部位の溶接部（以下、先頭溶接部という）１０ｔとも重なり合うため、単位溶接部の重なり数がその他の溶接部よりも増加する。一方、ピースタイムを短くして生産効率を高めるために、中心電極３の回転速度（回転数）は所定値以上を維持する必要があるので、例えば、当初にレーザー照射され、先頭溶接部１０ｔを形成したときの入熱が、中心電極３を１周回転する間に十分に熱引きされない場合がある。このような場合、末尾溶接部１０ｅを形成するためのレーザー光ＬＢの照射時点においても、先頭溶接部１０ｔを形成したときの入熱の一部が残留熱として存在する。
【０００５】
したがって、全周レーザー溶接部１０のうち末尾溶接部１０ｅにおいては、先頭溶接部１０ｔとの重なり部（図１０（ｂ）においては、第１１番目の単位溶接部１０Ｋと第１２番目の単位溶接部１０Ｌとがこれに該当する）で、この残留熱が末尾溶接部１０ｅを形成するための所定の照射エネルギー（末尾溶接部１０ｅのための新規入熱）に重畳される。その結果、末尾溶接部１０ｅ（単位溶接部１０Ｋ，１０Ｌ）を形成することとなる溶融部が大きくなり溶接部１０の幅の不均一化を招く（図１０（ｃ）参照）ばかりか、溶融金属が溶接部の外側に流出する（ダレとも通称する）場合がある（図１０（ａ）参照）。このような溶融金属の流出部Ｆは中心電極側のみならず貴金属チップ側にも発生して外観を損ね、製品歩留まりを低下させることになる。また、溶融金属の流出部Ｆが貴金属チップの放電面に達すると、火花放電ギャップが狭小となって着火不良を招くおそれがある。
【０００６】
さらに、末尾溶接部１０ｅに形成される溶融金属の流出部Ｆが溶接部１０の幅の不均一化を招くのみならず、発火部３１が少し消耗しただけで、末尾溶接部１０ｅ（の流出部Ｆ）が貴金属発火部３１の放電面３１ａへ露出しやすくなる。一般に、溶接部１０は貴金属チップ材料と電極材料との合金により形成され、貴金属チップ単体と比較すると耐火花消耗性に劣っているから、露出した末尾溶接部１０ｅにて消耗が進行すると、比較的短時間で火花放電ギャップが拡大して着火ミス等の不具合を生じることになる。
【０００７】
本発明の課題は、エネルギー消費の無駄を省くとともに、貴金属チップを電極に溶接する工程での溶融金属の流出を防止し、幅の均一な溶接部を得ることができるスパークプラグの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明に係るスパークプラグの製造方法は、上記の課題を解決するために、
中心電極と、その中心電極に対向するように配置された接地電極とを備え、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に貴金属チップを溶接することで、火花放電ギャップを形成する貴金属発火部を形成したスパークプラグの製造方法であって、
前記中心電極及び／又は前記接地電極のチップ被固着面に対して、前記貴金属チップを重ね合わせて重ね合せ組立体を作り、その重ね合せ組立体に対しレーザー照射ユニットの出射光学部からパルス状レーザー光を照射することにより、前記貴金属チップの周方向において、それら貴金属チップとチップ被固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスに対応する単位溶接部が順次重ね連なる全周レーザー溶接部を形成するとともに、
前記全周レーザー溶接部のうちで、前記単位溶接部の重なり数が増加することになる先頭部位の溶接部（以下、先頭溶接部という）と末尾部位の溶接部（以下、末尾溶接部という）との少なくとも一方を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギー（以下、補正照射エネルギーという）を、その他の溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギー（以下、通常照射エネルギーという）よりも低く設定することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の製造方法では、電極のチップ被固着面と貴金属チップとを重ね合わせた重ね合せ組立体に対し、貴金属チップとチップ被固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスに対応する単位溶接部が順次重ね連なる全周レーザー溶接部を形成する場合において、その全周レーザー溶接部のうち、単位溶接部の重なり数が増加することになる溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、その他の溶接部を形成する際に用いる通常照射エネルギーよりも低く設定して、エネルギー消費の無駄をなくすようにしている。具体的には、重なり数が増加することになる溶接部は、先頭溶接部あるいは末尾溶接部に形成される場合が多い。
【００１０】
したがって、先頭溶接部における残留熱が末尾溶接部のための新規入熱に重畳されても、先頭溶接部と末尾溶接部との少なくとも一方を形成する際に用いる補正照射エネルギーが、その他の溶接部を形成する際に用いる通常照射エネルギーよりも低く調整されるので、単位溶接部の重なり数が増加することになる溶接部とその他の溶接部とにおけるトータルエネルギー（残留熱と新規入熱とを合わせた全熱量）の均一化を図ることができる。これにより、末尾溶接部が形成される際に、その他の溶接部よりも溶融部が大きくなって溶融金属が溶接部の外側に流出することを回避できるので、外観不良に伴う製品歩留まりの低下や、火花放電ギャップの狭小化に伴う着火不良の発生等を未然に防止することができる。
【００１１】
また、トータルエネルギー（全熱量）の均一化を図ることによって、末尾溶接部とその他の溶接部との幅の略均一化を図ることにもなり、貴金属発火部の消耗に伴う貴金属発火部の放電面への末尾溶接部の露出が発生しにくくなる。したがって、火花放電ギャップの拡大による着火ミス等の不具合も未然に防止することができる。
【００１２】
なお、ここでいう先頭溶接部には、最先端に位置する１個の単位溶接部のみの場合と、最先端を含みそれに続く単位溶接部が加わる場合とがあり、同様に、末尾溶接部には、最後尾に位置する１個の単位溶接部のみの場合と、最後尾を含みその前の単位溶接部が加わる場合とがある。つまり、先頭溶接部又は末尾溶接部を構成する単位溶接部の数は、パルス発生周波数、重ね合せ組立体と出射光学部との相対回転数等の溶接条件によって変動する。
【００１３】
本明細書における１パルス当りのレーザー照射エネルギーは、例えばレーザー溶接を行う前に予め、レーザー発振部から発射されたレーザー光をカロリメータあるいはパワーメータ等のエネルギー検出器で受けることにより、単位時間（例えば１秒間）当りの照射エネルギーを計測し、その照射エネルギーを１秒間当りのパルス数で除することにより算出した値を用いる。
【００１４】
そして、本発明における全周レーザー溶接部が、重ね合せ組立体と単一の出射光学部とを重ね合せ組立体の中心軸線回りにおいて相対回転させつつ形成される場合には、先頭溶接部と末尾溶接部とのうち末尾溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、通常照射エネルギーよりも低く設定することが望ましい。先頭溶接部における熱引き量には電極の材質、周囲の温度、貴金属チップの外径等変動要素が多く、残留熱を所定値以下に抑えるための補正照射エネルギーの設定調節が煩雑になるおそれがある。しかし、末尾溶接部における新規入熱においてはこのようなおそれは小さく、補正照射エネルギーの設定調節が容易に行える。また、一般的に、溶接部は未溶接の重ね合せ組立体に比して、表面の凹凸等によりレーザー光の反射率が低く、レーザー照射エネルギーを吸収しやすいといえる。したがって、相対的に反射率が低い溶接部が既に殆ど形成されている末尾溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、通常照射エネルギーよりも低く設定すれば、末尾溶接部のための新規入熱を抑制する効果が顕著に表れることになる。
【００１５】
しかも、末尾溶接部を形成するためのレーザー照射パルスよりも前に到来する照射順位のレーザー照射パルスから、１パルス当りのレーザー照射エネルギーが低下するように設定するときは、末尾溶接部における単位溶接部の重なり数が徐々に増加するのに合わせて１パルス当りのレーザー照射エネルギーを徐々に低下させるように調整することができ、末尾溶接部とその他の溶接部とにおけるトータルエネルギーの均一化を一層精密に図ることができる。
【００１６】
また、このように末尾溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを通常照射エネルギーよりも低く設定する場合には、先頭溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーを通常照射エネルギーとほぼ等しく設定しておけばよく、調整操作の単純化が図れる。
【００１７】
次に、本発明における全周レーザー溶接部が、重ね合せ組立体と複数の出射光学部とを重ね合せ組立体の中心軸線回りにおいて相対回転させつつ、複数の出射光学部からパルス状レーザー光をほぼ同期させて照射することにより、単位溶接部が順次重ね連なるとともに、出射光学部の数に対応した複数の区間溶接部により形成される場合には、
区間溶接部のうちで、単位溶接部の重なり数が増加することになる先頭溶接部と末尾溶接部との少なくとも一方を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、その他の溶接部を形成する際に用いる通常照射エネルギーよりも低く設定することになる。全周レーザー溶接部は、パルス状レーザー光をほぼ同期させて照射する複数の出射光学部に対応した区間溶接部により分割形成されるので、区間溶接部の分割数に対応する形で全周レーザー溶接時間が短縮される。
【００１８】
このように全周レーザー溶接部が複数の区間溶接部により形成される場合においても、単一の溶接部により形成される場合と同様の理由により、先頭溶接部と末尾溶接部とのうち末尾溶接部を形成する際に用いる補正照射エネルギーを、通常照射エネルギーよりも低く設定することが望ましい。
【００１９】
そして、区間溶接部の形成に要する平均レーザー出力を、レーザー照射ユニット毎にそれぞれほぼ等しく設定することにより、各々の区間溶接部における末尾溶接部とその他の溶接部とのトータルエネルギーの均一化とともに、区間溶接部毎のトータルエネルギーの均一化をも図ることができ、全周にわたり幅の均一な溶接部を得ることができる。
【００２０】
ところで、本発明に関する課題を解決する手段は以上に述べた通りであるが、上記課題に関して、次のような解決手段（以下、関連解決手段という）も想到される。
【００２１】
すなわち、関連解決手段として、
中心電極と、その中心電極に対向するように配置された接地電極とを備え、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に貴金属チップを溶接することで、火花放電ギャップを形成する貴金属発火部を形成したスパークプラグの製造方法であって、
前記中心電極及び／又は前記接地電極のチップ被固着面に対して、前記貴金属チップを重ね合わせて重ね合せ組立体を作り、その重ね合せ組立体に対しレーザー照射ユニットの出射光学部からパルス状レーザー光を照射することにより、前記貴金属チップの周方向において、それら貴金属チップとチップ被固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスに対応する単位溶接部が順次重ね連なる全周レーザー溶接部を形成するとともに、
前記全周レーザー溶接部のうちで、隣り合う単位溶接部の中心点間距離が短くなる密接溶接部が形成される際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーを、その他の溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーよりも低く設定するようになすことも可能である。
【００２２】
上記関連解決手段を採用する場面として、例えばレーザー溶接中に重ね合せ組立体と出射光学部との相対回転速度が変化する場合を挙げることができる。このような場合には、回転速度変化が隣り合う単位溶接部の中心点間距離の長短変化となって現れ、それに伴い単位溶接部の重なり数が増して特定の単位溶接部では全熱量が他のものより大きくなることがあるので、その中心点間距離の変動に合わせて１パルス当りの照射エネルギーを調節することになる。このように、関連解決手段を実施する際に、例えば上記のように相対回転速度が変化する場合には、速度検出器による回転速度の監視をレーザー溶接中に行い、これらの変動をレーザー照射ユニットにフィードバックして１パルス当りの照射エネルギーを調整（制御）するといったことで実現可能である。従って、密接溶接部が形成される際に、その他の溶接部よりも溶融部が大きくなって溶融金属が溶接部の外側に流出することを回避でき、この場合にも外観不良に伴う製品歩留まりの低下や、火花放電ギャップの狭小化に伴う着火不良の発生等を未然に防止可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。本発明方法により製造されたスパークプラグの一例を図１に示す。スパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された貴金属発火部（以下、単に発火部ともいう）３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合されるとともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の先端部と対向するように配置された接地電極４等を備えている。また、接地電極４には上記発火部３１に対向する貴金属発火部（以下、単に発火部ともいう）３２が形成されており、それら発火部３１と、対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇとされている。
【００２４】
なお本明細書でいう「発火部」とは、接合された貴金属チップのうち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例えば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金化した部分を除く残余の部分）を指すものとする。
【００２５】
絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３及び端子金具８を嵌め込むための孔部６を有している。また、主体金具１は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。
【００２６】
なお、発火部３１及び対向する発火部３２のいずれか一方を省略する構成としてもよい。この場合には、発火部３１と、発火部を有さない接地電極４の側面との間、又は対向する発火部３２と、発火部を有さない中心電極３の先端面との間で火花放電ギャップｇが形成されることとなる。
【００２７】
中心電極３及び接地電極４のチップ被固着面形成部位に関し、この実施例では少なくともその表層部がＮｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合金にて構成されている（なお、本明細書において「主成分」とは、最も重量含有率の高い成分を意味し、必ずしも「５０重量％以上を占める成分」を意味するものではない）。
【００２８】
一方、上記発火部３１及び対向する発火部３２は、Ｉｒ、Ｒｈ又はＰｔのいずれかを主成分とする貴金属又は貴金属合金にて構成されている。これらの貴金属の使用により、中心電極３及び／又は接地電極４の温度が上昇しやすい環境下においても、発火部３１，３２の耐消耗性を良好なものとすることができる。また、上記のような耐熱合金に対する溶接性も良好である。例えばＰｔをベースにした貴金属を使用する場合には、Ｐｔ単体の他、Ｐｔ−Ｎｉ合金（例えばＰｔ−１〜３０重量％Ｎｉ合金）、Ｐｔ−Ｉｒ合金（例えばＰｔ−１〜２０重量％Ｉｒ合金）、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金等を好適に使用できる。また、Ｉｒを主成分とするものとしては、Ｉｒ−Ｒｕ合金（例えばＩｒ−１〜３０重量％Ｒｕ合金）、Ｉｒ−Ｐｔ合金（例えばＩｒ−１〜１０重量％Ｐｔ合金）、Ｉｒ−Ｒｈ合金、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｎｉ合金等を使用できる。さらに、Ｒｈを主成分とするものとしては、Ｒｈ−Ｉｒ合金（例えば、Ｒｈ−３〜３８重量％Ｉｒ合金）等を使用できる。
【００２９】
なお、Ｉｒ系の貴金属材料を使用する場合には、元素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合酸化物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有させることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発を効果的に抑制でき、ひいては発火部の耐火花消耗性を向上させることができる。上記酸化物としてはＹ２Ｏ３が好適に使用されるが、このほかにもＬａ２Ｏ３，ＴｈＯ２，ＺｒＯ２等を好ましく使用することができる。この場合、金属成分はＩｒ合金のほか、Ｉｒ単体を使用してもよい。
【００３０】
中心電極３は、図２に示すように、先端側が円錐台状のテーパ面３ｔにより縮径されるとともに、その先端面３ｓに上記発火部３１を構成する合金組成からなる円板状の貴金属チップ３１'を重ね合わせる。さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接により全周レーザー溶接部１０を形成して貴金属チップ３１'を固着することにより発火部３１が形成される。また、対向する発火部３２は、図９に示すように、発火部３１に対応する位置において接地電極４に貴金属チップ３２'を位置合わせし、その外縁部に沿って同様にレーザー溶接により全周溶接部１１を形成してこれを固着することにより形成される。これらチップ３１’，３２’は、所定の組成となるように各合金成分を配合・溶解することにより得られる溶解合金を熱間圧延により板状に加工し、その板材を熱間打抜き加工により所定のチップ形状に打ち抜いて形成したものや、上記溶解合金を熱間圧延又は熱間鍛造により線状あるいはロッド状の素材に加工した後、これを長さ方向に所定長に切断して形成したものを使用できる。また、アトマイズ法等により球状に成形したものも使用できる。上記チップ３１'，３２'は、例えば直径Ｄが０．４〜１．２ｍｍ、厚さＨが０．５〜１．５ｍｍのものを使用する。
【００３１】
上記の発火部３１，３２を形成するための溶接方法は概ね同じであるので、以下、本発明に係る製造方法の一実施例を、中心電極３側の発火部３１を中心に、以下に詳しく説明する。図２（ａ）に示すように、中心電極３の先端面３ｓをチップ被固着面として、ここにチップ径Ｄ、チップ厚さＨの貴金属チップ３１'を重ね合わせて重ね合せ組立体７０を作り、その重ね合せ組立体７０に対し、図２（ｂ）に示すように、貴金属チップ３１'とチップ被固着面とにまたがり、かつ貴金属チップ３１'の厚さ方向において放電面３１ａに到達しない全周レーザー溶接部１０をチップ外周面周方向に沿って形成する。
【００３２】
このとき、本実施例のように貴金属チップ３１'が円板状に形成されている場合、図２（ｂ）に示すように、該貴金属チップ３１’と中心電極３との重ね合せ組立体７０を、レーザー照射ユニット１５０（図３参照）の出射光学部５０に対しチップ３１’（中心電極３）の中心軸線Ｏの周りにおいて相対的に回転させながら、重ね合せ組立体７０に向けて、パルス状レーザー光ＬＢのスポット内にチップ被固着面（この場合、中心電極３の先端面）とチップ外周面との交差縁Ｑが入り、かつチップ被固着面に対する照射角度θが−５゜〜＋６０゜の範囲（水平より上方側を＋とする；例えば＋４５゜）となるようにパルス状レーザー光ＬＢを照射する方法が、上記のような全周レーザー溶接部１０を均一に形成する方法として合理的である。この場合、組立体７０又は出射光学部５０の一方のみを回転させるようにしてもよいし、双方ともに（例えば互いに逆方向に）回転させることも可能である。
【００３３】
この場合、その回転速度は以下のように調整することが望ましい。まず、重ね合せ組立体７０と出射光学部５０との相対回転速度は、図２のように出射光学部５０を１つのみ使用する場合には、１０ｒｐｍ以上（望ましくは６０ｒｐｍ以上、より望ましくは１２０ｒｐｍ以上）とするのがよい。全周レーザー溶接部１０を形成するためには、重ね合せ組立体７０と出射光学部５０とを最低１周分は相対回転させなければならないが、その相対回転速度が１０ｒｐｍ未満になると、１周分の溶接時間ひいては１個のスパークプラグを製造するためのピースタイムが長くなる場合がある。なお、上記相対回転速度の上限値については、重ね合せ組立体７０を回転させる場合、溶接時に生ずる溶融金属の遠心力による変形、飛散を防止するために、１５０ｒｐｍ程度に留めるのがよい。
【００３４】
次に、レーザー照射ユニット１５０の構成について、図３を参照して説明する。レーザー照射ユニット１５０は、パルス状レーザー光ＬＢを照射するレーザー発振部４０と、このパルス状レーザー光ＬＢを重ね合せ組立体７０の外周面に向けて照射する出射光学部５０と、パルス状レーザー光ＬＢをレーザー発振部４０から出射光学部５０へ伝送する光伝送経路６０とを備えている。レーザー発振部４０において、イットリウム・アルミニウム・ガーネットの単結晶からなるＹＡＧロッド４１に励起ランプ４２から所定のパルス間隔でキセノン等の光を当てると、この光が全反射鏡４３と出口側半透明鏡４４との間を往復して増幅され、レーザー光となって出口側半透明鏡４４から放出される。そして、パルス発振されたパルス状レーザー光ＬＢが、レーザー発振部４０出口側の反射鏡４５で向きを変えられた後、光ファイバケーブル６１で構成された光伝送経路６０に入射される。そして、光ファイバケーブル６１を伝送し、出射されたパルス状レーザー光ＬＢは、出射光学部５０の球面収差補正レンズ群５１（なお、ここでは球面収差補正レンズ群５１を用いているが単レンズでも可）によって集光され、重ね合せ組立体７０の外周面に向けて照射される。
【００３５】
図３のレーザー照射ユニット１５０には、本発明の実施に必要なパルス状レーザー光ＬＢを得るために、レーザーコントローラ８１、チャージコントローラ８２、高圧回路８３、コンデンサＣ、放電回路８４が付設されている。なお、図３ではこれらのコントローラや回路については、ブロック図にて示している。本実施例にて用いられる高圧回路８３は、コンデンサＣの両端電圧ＶＣを制御するためのチャージコントローラ８２からの充電指令信号Ｄ１に基づき駆動されるものであり、昇圧トランス、１又は複数の整流回路等（いずれも図示せず）を備えており、放電回路８４に接続されている。放電回路８４は、ＧＴＯやサイリスタ等からなるスイッチング素子（図示せず）等を少なくとも備えている。このスイッチング素子はレーザーコントローラ８１に接続されており、このレーザーコントローラ８１からの放電信号Ｔｇに基づきオン・オフ制御（通電・非通電制御）される。
【００３６】
そして、チャージコントローラ８２に対して、レーザーコントローラ８１から充電許可信号Ｄ２、及び当該レーザーコントローラ８１にて設定される設定充電電圧値に応じた充電電圧値信号Ｖｇが入力されると、チャージコントローラ８２はコンデンサＣへの両端電圧ＶＣが設定充電電圧値となるように充電指令信号Ｄ１を高圧回路８３に出力し、高圧回路８３側の制御を行う。すると、コンデンサＣは、その充電指令信号Ｄ１の出力中において高圧回路８３を通じて充電されることになる。ついで、コンデンサＣの両端に両端電圧ＶＣの電荷が充電されているときに、レーザーコントローラ８１から予め設定された一定のパルス間隔を有する放電信号Ｔｇが放電回路８４のスイッチング素子に入力されると、スイッチング素子がオン状態となる（換言すると、放電回路８４が駆動することになる）。すると、コンデンサＣが放電され、励起用ランプ４２の放電電極間にパルス放電が生じて（換言すると、励起用ランプ４２が発光して）パルス状レーザーＬＢが発振することになる。
【００３７】
つまり、本実施例のレーザー照射ユニット１５０では、コンデンサＣの両端電圧ＶＣの値が、レーザーコントローラ８１にて適宜設定される設定充電電圧値の変更に合わせて制御（可変）可能な構成を有している一方、コンデンサＣを放電させるパルス間隔が予め一定に設定されており、その結果パルス状レーザー光ＬＢの１パルス当たりのレーザー照射エネルギーについては、該コンデンサＣの両端電圧ＶＣの値に基づいて制御されることになる。
【００３８】
次に、図３及び図４を参照して、全周レーザー溶接部１０において、単位溶接部がレーザー照射パルスに対応して順次重ね連なる形で形成される過程を説明する。重ね合せ組立体７０が所定の溶接位置にセットされた後、レーザーコントローラ８１からの充電許可信号Ｄ２及び設定充電電圧信号Ｖｇがチャージコントローラ８２に入力されると高圧回路８３が駆動され、設定充電圧値に対応するようにコンデンサＣの両端に両端電圧ＶＣが充電されることになる。そして、レーザーコントローラ８１から放電信号Ｔｇに基づき放電回路８４が駆動すると、励起用ランプ４２が発光してパルス状レーザー光ＬＢが発振し、光伝送経路６０、出射光学部５０を経て、パルス状レーザー光ＬＢは重ね合せ組立体７０に照射される。このとき、コンデンサＣの両端電圧ＶＣの値に応じて、パルス状レーザー光ＬＢのレーザー強度Ｓにもピーク値が現れる（図４（ａ）参照）。なお、レーザー強度Ｓのピーク値をＳｔ（以下、通常レーザー強度という）、パルス幅をｔとしたとき、１パルス当たりのレーザー照射エネルギーＥｔ（以下、通常照射エネルギーという）は、Ｅｔ＝Ｓｔ×ｔで与えられる。
【００３９】
そして、重ね合せ組立体７０をその中心軸線Ｏの回りに回転させつつ、位置固定された単一の出射光学部５０からパルス状レーザー光ＬＢを照射する。その結果、貴金属チップ３１’の周方向において、貴金属チップ３１’とチップ固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスＰ1、Ｐ2・・・・・・に対応する単位溶接部１０１、１０２・・・・・・が順次重ね連なるようにして全周レーザー溶接部１０が形成される（図４（ａ）〜（ｄ）参照）。
【００４０】
ところで、パルス状レーザー光ＬＢのパルス発生周波数ｆ（即ち、レーザーコントローラ８１から出力される放電回路８４のスイッチング素子をオン・オフ制御する周波数）が１２パルス／秒（ｐｐｓとも表示する；このときの周期τ＝１０００／１２ミリ秒）、重ね合せ組立体７０の回転速度が６０ｒｐｍ（１ｒｐｓ）とすると、重ね合せ組立体７０の１回転につきちょうど１２パルス分のパルス状レーザー光ＬＢが照射され、これに対応する１２個の単位溶接部１０１〜１１２が貴金属チップ３１’の周方向に順次重ね連なる形で形成される。これら１２個の単位溶接部１０１〜１１２の周方向における重なり状態は、一般的に図５のようになる。先頭溶接部１０ｔ（図５では１０１〜１０３）と末尾溶接部１０ｅ（図５では１１０〜１１２）とを除くその他の溶接部では、単位溶接部が形成される際に既に形成された単位溶接部との重なり数（以下、既成単位溶接部との重なり数という）は自身の直前に形成された３個である（例えば、第４番目の単位溶接部１０４では、１０１〜１０３の３個）。
【００４１】
一方、末尾溶接部１０ｅでは、既成単位溶接部との重なり数は４個以上に増加する。例えば、最後尾の第１２番目の単に溶接部１１２の場合、自身の直前に形成された１０９〜１１１の３個の他、当初に形成された先頭溶接部１０ｔの３個（１０１〜１０３とも重なり合うことになるので、既成単位溶接部との重なり数は合計６個となる。同様に、第１１番目の単位溶接部１１１における既成単位溶接部との重なり数は５個、第１０番目の単位溶接部１１０における既成単位溶接部との重なり数は４個となる。なお、先頭溶接部１０ｔ（１０１〜１０３）の場合、既成単位溶接部との重なり数は０〜２個であるが、上記の通り末尾溶接部１０ｅが形成される際にこれと重なり合うことになる。
【００４２】
そして、先頭溶接部１０ｔを形成したときの入熱が、重ね合せ組立体７０を１周回転する間に十分に熱引きされない場合、末尾溶接部１０ｅを形成するためのパルス状レーザー光ＬＢの照射時点においても、先頭溶接部１０ｔを形成したときの入熱の一部が残留熱として存在する。そこで、本実施例では、末尾溶接部１０ｅを形成するためのレーザー照射エネルギー（末尾溶接部１０ｅのための新規入熱）にこの残留熱が重畳されても溶融金属が溶接部の外側へ流出しないように、末尾溶接部１０ｅを形成する際に用いる１パルス当たりのレーザー照射エネルギー（以下、補正照射エネルギーという）Ｅｈを、上記通常照射エネルギーＥｔよりも低く設定してある（図４（ａ）参照）。これにより、各単位溶接部を形成する際の新規入熱と残留熱とを合わせた全熱量（トータルエネルギー）の均一化を図っている。
【００４３】
このレーザー照射エネルギーの設定は、図３において、コンデンサＣの両端電圧ＶＣを通常照射エネルギーＥｔと補正照射エネルギーＥｈとにそれぞれ対応させる形で変更調節している。つまり、図３におけるレーザーコントローラ８１にて、通常照射エネルギーＥｔと補正照射エネルギーＥｈとに対応するようにコンデンサＣの設定充電電圧値を変更調整することによって、コンデンサＣの両端電圧ＶＣを変化させているのである。そして、通常照射エネルギーＥｔから補正照射エネルギーＥｈへの切り換えタイミングは以下のようにして決定される。レーザーコントローラ８１により放電回路８４のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのパルス数は、図示しないパルスカウンタ回路でカウントされてレーザーコントローラ８１にフィードバックされるようになっており、重ね合せ組立体７０へのレーザー溶接が開始されてから所定のパルス数がカウントされて通常照射エネルギーＥｔから補正照射エネルギーＥｈへ切り換えるべきレーザー照射パルスの照射順位に達したときに、レーザーコントローラ８１にて当初設定された設定充電電圧値（すなわち第１設定充電電圧値）を、この第１設定充電電圧値よりも低い第２設定充電電圧値に変更調整するのである。これにより、コンデンサＣの両端電圧ＶＣの値が変更調整され、その結果、通常照射エネルギーＥｔから補正照射エネルギーＥｈへの切り換えが行われる。
【００４４】
具体的には、図４（ａ）の実施例では、第１１番目の単位溶接部１１１に対応する第１１番目のレーザー照射パルスＰ11と、最後尾の第１２番目の単位溶接部１１２に対応する第１２番目のレーザー照射パルスＰ12とで１パルス分のレーザー照射エネルギーの低下調節、即ちレーザー強度Ｓのピーク値の低下調節（通常レーザー強度Ｓｔから補正レーザー強度Ｓｈへの調節）が行われる。例えば通常照射エネルギーＥｔが１．２５Ｊの場合、第１１番目のレーザー照射パルスに対応する補正照射エネルギーＥｈ１１は１Ｊ、最後尾の第１２番目のレーザー照射パルスＰ１２に対応する補正照射エネルギーＥｈ１２は０．７５Ｊとなっている。
【００４５】
実際には、単位溶接部１０が順次重ね連なる形の全周レーザー溶接部１０を形成している途中に、１パルス分のレーザー照射エネルギーを変更調整するにあたり、１パルス分のレーザー照射エネルギーの低下にタイムラグが発生する。それより、本実施例では、レーザーコントローラ８１にて、通常照射エネルギーＥｔに対応する第１設定充電電圧値と、補正照射エネルギーＥｈに対応する第２設定充電電圧値とが設定されるとともに、第１設定充電電圧値から第２設定充電電圧値への設定変更タイミングは、以下のように制御されている。すなわち、最後尾の単位溶接部を形成するための第１２番目のレーザー照射パルスＰ12よりも前に到来する照射順位（例えば第８番目）のレーザー照射パルス（例えば、Ｐ8）に対して第２設定充電電圧値への設定変更を行う制御がなされる。つまり、第８番目のレーザー照射パルスＰ8に対して第２設定充電電圧値に変更する設定充電電圧信号が発せられても、タイムラグにより実際に１パルス分のレーザー照射エネルギーが低くなるのは、例えば第１１番目のレーザー照射パルスＰ11以降となる。そして、第１１番目のレーザー照射パルスＰ11から第１２番目のレーザー照射パルスＰ12にかけて徐々に低下し、第１２番目のレーザー照射パルスＰ12が最終的にレーザーコントローラ８１にて設定される第２設定充電電圧値に対応した形をとるのである。
【００４６】
このことは、レーザーコントローラ８１が、最後尾の単位溶接部１１２を形成するためのレーザー照射パルスＰ12よりも前に到来する照射順位（例えば第７順位）のレーザー照射パルス（例えばＰ7）をパルスカウンタ回路より認識すると、次のレーザー照射パルス（例えばＰ8）から、レーザーコントローラ８１にて設定される第１設定充電電圧値を第２設定充電電圧値に切り換えるだけで、所定順位（例えば第１１順位）のレーザー照射パルス（例えばＰ11）より１パルス当たりのレーザー照射エネルギーが徐々に低下するように設定したのと同様の作用効果を生むことになる。但し、単位溶接部１０が順次重ね連なる形の全周レーザー溶接部１０を形成している途中に、１パルス分のレーザー照射エネルギーを変更調整するにあたり、１パルス分のレーザー照射エネルギーの低下にタイムラグが生じないようにレーザー照射ユニット１５０を構成した場合には、１パルス毎にレーザー照射エネルギーの変更調整が可能となることから、補正照射エネルギーＥｈとすべきレーザー照射パルスに対応して１パルス毎に適宜調整すればよい。そして、上述したようなレーザー照射エネルギー制御を取り込んだレーザー溶接を行うことによって、各単位溶接部を形成する際の新規入熱と残留熱とを合わせた全熱量（トータルエネルギー）の均一化が有効に図られ、幅の略均一な溶接部１０が形成されるのである（図４（ｂ）、（ｄ）参照）。
【００４７】
なお、図６に通常レーザー強度Ｓtと補正レーザー強度Ｓhとの調節（通常照射エネルギーＥtと補正照射エネルギーＥhとの調節）を行う際の図４（ａ）に代わる変更例を示す。このうち図６（ａ）では、第１番目のレーザー照射パルスＰ1から第２番目のレーザー照射パルスＰ2にかけて補正レーザー強度Ｓhが徐々に増加するように設定し、第３番目のレーザー照射パルスＰ3以降最後尾の第１２番目のレーザー照射パルスＰ12まで通常レーザー強度Ｓtに設定している。この場合には、末尾溶接部１０ｅにおいて全熱量が増大することを見込んで、溶融金属が溶接部の外側へ流出しないように予め先頭溶接部１０ｔにおいて照射エネルギーを低く調整しておくことになる。
【００４８】
また、図６（ｂ）は、図４（ａ）と図６（ａ）とを複合させた例を表わしている。すなわち、先頭溶接部１０ｔ（図６（ｂ）では第１番目の単位溶接部１０１と第２番目の単位溶接部１０２）と末尾溶接部１０ｅ（図６（ｂ）では第１１番目の単位溶接部１１１と第１２番目の単位溶接部１１２）との両者に対して補正レーザー強度Ｓh（補正照射エネルギーＥh）が設定されている。この場合には、照射エネルギーの低下調整分が先頭溶接部１０ｔと末尾溶接部１０ｅとに振り分けられるので、通常照射エネルギーＥtと補正照射エネルギーＥhとの間の変更調節がなだらかになる。
【００４９】
次に、図７は他の実施例に係る製造方法を適用したときの、中心電極先端部の平面模式図を示し、図４（ｃ)の変更例に相当する。これらのように、重ね合せ組立体７０をその中心軸線Ｏの回りに回転させつつ、貴金属チップ３１'の周方向に所定の間隔で配置固定された複数の出射光学部からパルス状レーザー光ＬＢをほぼ同期させて照射して溶接を行えば、溶接時間の短縮を図ることができる場合がある。例えば、図７（ａ）のように、略１８０°間隔で配置した２つの出射光学部５０ａ及び５０ｂにより溶接を行えば、各レーザー光源５０ａ及び５０ｂが略半周分に対応する区間溶接部２００，２２０を各々分担すればよい。また、図７（ｂ）のように、略１２０°間隔で配置した３つの出射光学部５０ａ〜５０ｃにより溶接を行えば、各出射光学部５０ａ〜５０ｃがそれぞれ略１／３周分に対応する区間溶接部３００，３１０，３２０を分担すればよい。なお、レーザー照射パルスのタイミングは区間溶接部毎に多少ずれていても、同期さえなされていれば溶接時間の短縮を図ることができる。
【００５０】
図７（ａ）又は図７（ｂ）において、既成単位溶接部との重なり状態は全周レーザー溶接部１０を区間溶接部２００，２２０又は３００，３１０，３２０に置き換えれば、図５がそのまま当てはまる。したがって、通常レーザー強度Ｓtと補正レーザー強度Ｓhとの調節（通常照射エネルギーＥtと補正照射エネルギーＥhとの調節）についてのここまでの説明もまた、これらの実施例にそのまま適用することができる。ただし、図７（ａ）の実施例では重ね合せ組立体７０の１／２回転につき２４パルス分（つまり、各レーザー光源５０ａ，５０ｂから１２パルス分）のパルス状レーザー光ＬＢが照射され、これに対応する２４個の単位溶接部が貴金属チップ３１’の周方向に順次重ね連なる形で全周レーザー溶接部２０が形成されている。また、図７（ｂ）の実施例では重ね合せ組立体７０の１／３回転につき２４パルス分（つまり、各レーザー光源５０ａ〜５０ｃから８パルス分）のパルス状レーザー光ＬＢが照射され、これに対応する２４個の単位溶接部が貴金属チップ３１’の周方向に順次重ね連なる形で全周レーザー溶接部３０が形成されている。したがって、図７（ａ）では２つの区間溶接部２００，２２０に対応して単位溶接部２０１〜２１２，２２１〜２３２が形成され、図７（ｂ）では３つの区間溶接部３００，３１０，３２０に対応して単位溶接部３０１〜３０８，３１１〜３１８，３２１〜３２８が形成される。
【００５１】
なお、出射光学部を複数使用する場合には、各区間溶接部の形成に要する平均レーザー出力が、レーザー照射ユニット毎にそれぞれほぼ等しく設定されることが望ましい。すなわち、複数の出射光学部（ｎ個：ｎ≧２）を用いるにあっては、同時にレーザー光を照射した際の貴金属チップ３１'における温度上昇は大きくなる。しかし、各出射光学部は前述したように貴金属チップ３１'に対してほぼ（１／ｎ）周分に対応する区間溶接部を分担すればよく、単一の出射光学部を使用する場合と比較して（１／ｎ）の時間で溶接が可能となる。そこで、平均レーザー出力をレーザー照射ユニット毎にそれぞれほぼ等しく設定すれば、貴金属チップ３１'に対する入熱時間が短縮されることとあいまって、各区間溶接部の幅が均一化される。さらに、このように複数の出射光学部を用いて同時にレーザー光を照射することにより、溶接時間の短縮を図ることができ、生産効率の向上にも寄与できる。
【００５２】
例えば、図４（ａ）において、第１〜１２番目のレーザー照射パルスＰ1〜Ｐ12に対応する溶接部（全周レーザー溶接部１０又は区間溶接部２００，２２０）の１秒間あたりの平均レーザー出力は、Ｐ＝Ｅt（Ｊ／パルス）×１０（パルス／秒）＋Ｅh11（Ｊ／パルス）×１（パルス／秒）＋Ｅh12（Ｊ／パルス）×１（パルス／秒）＝１．２５×１０＋１．０×１＋０．７５×１＝１４．２５（Ｗ）となる。図１０に示す従来例の場合には、Ｐ＝１．２５（Ｊ／パルス）×１２（パルス／秒）＝１５（Ｗ）であるから、スパークプラグ１個につき０．７５Ｗのエネルギーを節約することができる。
【００５３】
また、図８は、接地電極４側の発火部３２及び放電面３２ａの形成状態を示すもので、中心電極３側と同様の全周レーザー溶接部１１が形成されている。図９（ａ）に示すように、接地電極４の火花放電ギャップｇ（図１）に面することが予定された側面をチップ被固着面として、ここに凹部４ａを形成し、その凹部４ａに貴金属チップ３２'を嵌め込み固定する。その状態で、図３等と同様にレーザー照射ユニット１５０の出射光学部５０を用いて全周レーザー溶接部１１の形成を行う。
【００５４】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、通常レーザー強度Ｓｔと補正レーザー強度Ｓｈとの調節（通常照射エネルギーＥｔと補正照射エネルギーＥｈとの調節）を行うにあたっては、図４（ａ）及び図６（ａ）、（ｂ）に示したパターンのものに限定されず、図４（ａ）を援用して説明した場合に、第１０番目のレーザー照射パルスＰ10から１パルス分のレーザー照射エネルギーの低下調整を行うようにしてもよく、あるいは第１１及び第１２番目のレーザー照射パルスＰ11及びＰ12の両者が、全体で最も低いレーザー照射エネルギー（１パルス分）をとりうるようにレーザー照射エネルギーの低下調整を行ってもよい。
【００５５】
さらに、重ね連なって形成される単位溶接部において、単位溶接部同士の重なる割合が比較的小さい場合には、１番最初の先頭溶接部（即ち最先端溶接部）と１番最後の末尾溶接部（即ち最後尾溶接部）との少なくともいずれかのみを形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーを、その他の単位溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーよりも低く設定するようにして、全周レーザー溶接部を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法により製造されたスパークプラグの一例を示す縦断面図及びその要部拡大図。
【図２】本発明に係る製造方法の一実施例を、スパークプラグの中心電極側発火部の製造工程として表す説明図。
【図３】レーザー照射ユニットの説明図。
【図４】レーザー照射強度線図並びにスパークプラグの中心電極先端部の拡大斜視図、平面模式図及び縦断面図。
【図５】貴金属チップ及び全周レーザー溶接部を円周方向に展開して示す説明図。
【図６】図４（ａ）の変更例を示すレーザー照射強度線図。
【図７】本発明に係る製造方法の他の実施例を示す中心電極先端部の平面模式図。
【図８】接地電極側発火部の斜視図。
【図９】その製造工程説明図。
【図１０】従来の製造方法の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
３ 中心電極
３ｓ チップ被固着面
４ 接地電極
１０，１１，２０，３０ 全周レーザー溶接部
２００，２２０，３００，３１０，３２０ 区間溶接部
１０ｔ，２００ｔ，２２０ｔ，３００ｔ，３１０ｔ，３２０ｔ 先頭溶接部
１０ｅ，２００ｅ，２２０ｅ，３００ｅ，３１０ｅ，３２０ｅ 末尾溶接部
１０１〜１１２，２０１〜２１２，２２１〜２３２，３０１〜３０８，３１１〜３１８，３２１〜３２８ 単位溶接部
３１，３２ 貴金属発火部
３１'，３２' 貴金属チップ
３１ａ，３２ａ 放電面
４０ レーザー発振部
５０ 出射光学部
７０ 重ね合せ組立体
１００ スパークプラグ
１５０ レーザー照射ユニット
ＬＢ パルス状レーザー光
Claims (10)
- 中心電極と、その中心電極に対向するように配置された接地電極とを備え、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に貴金属チップを溶接することで、火花放電ギャップを形成する貴金属発火部を形成したスパークプラグの製造方法であって、
前記中心電極及び／又は前記接地電極のチップ被固着面に対して、前記貴金属チップを重ね合わせて重ね合せ組立体を作り、その重ね合せ組立体に対しレーザー照射ユニットの出射光学部からパルス状レーザー光を照射することにより、前記貴金属チップの周方向において、それら貴金属チップとチップ被固着面形成部位とにまたがり、かつ各レーザー照射パルスに対応する単位溶接部が順次重ね連なる全周レーザー溶接部を形成するとともに、
前記全周レーザー溶接部のうちで、前記単位溶接部の重なり数が増加することになる先頭部位の溶接部（以下、先頭溶接部という）と末尾部位の溶接部（以下、末尾溶接部という）との少なくとも一方を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギー（以下、補正照射エネルギーという）を、その他の溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギー（以下、通常照射エネルギーという）よりも低く設定することを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - 前記全周レーザー溶接部は、前記重ね合せ組立体と単一の前記出射光学部とを当該重ね合せ組立体の中心軸線回りにおいて相対回転させつつ、前記出射光学部から前記パルス状レーザー光を照射することにより形成される請求項１記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記全周レーザー溶接部のうちで、前記単位溶接部の重なり数が増加することになる前記末尾溶接部を形成する際に用いる前記補正照射エネルギーが、前記通常照射エネルギーよりも低く設定される請求項１又は２記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記末尾溶接部を形成するための前記レーザー照射パルスよりも前に到来する照射順位の前記レーザー照射パルスから、１パルス当りのレーザー照射エネルギーが低下するように設定される請求項３記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記全周レーザー溶接部のうちで、前記先頭溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーが、前記通常照射エネルギーとほぼ等しく設定される請求項３又は４記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記全周レーザー溶接部は、前記重ね合せ組立体と複数の前記出射光学部とを当該重ね合せ組立体の中心軸線回りにおいて相対回転させつつ、複数の前記出射光学部から前記パルス状レーザー光をほぼ同期させて照射することにより、前記単位溶接部が順次重ね連なるとともに、前記出射光学部の数に対応した複数の区間溶接部により形成され、
前記区間溶接部のうちで、前記単位溶接部の重なり数が増加することになる前記先頭溶接部と前記末尾溶接部との少なくとも一方を形成する際に用いる前記補正照射エネルギーを、その他の溶接部を形成する際に用いる前記通常照射エネルギーよりも低く設定する請求項１記載のスパークプラグの製造方法。 - 前記区間溶接部のうちで、前記単位溶接部の重なり数が増加することになる前記末尾溶接部を形成する際に用いる前記補正照射エネルギーが、前記通常照射エネルギーよりも低く設定される請求項６記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記末尾溶接部を形成するための前記レーザー照射パルスよりも前に到来する照射順位の前記レーザー照射パルスから、１パルス当りのレーザー照射エネルギーが低下するように設定される請求項７記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記区間溶接部のうちで、前記先頭溶接部を形成する際に用いる１パルス当りのレーザー照射エネルギーが、前記通常照射エネルギーとほぼ等しく設定される請求項７又は８記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記区間溶接部の形成に要する平均レーザー出力が、前記レーザー照射ユニット毎にそれぞれほぼ等しく設定される請求項６ないし９のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法。
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