JP4028256B2 - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

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】
上述のようなスパークプラグにおいては、耐火花消耗性向上のために電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを溶接したものが多数提案されている。特に、火花放電時に負極性に設定されることの多い中心電極側は、火花の強いアタックを受けて消耗しやすいことから、貴金属チップ使用の効果が特に大きい。しかし、高出力エンジンあるいはリーンバーンエンジンへの適用が進むにつれ、接地電極側についても高い耐消耗性が求められるようになってきており、貴金属チップの採用が進みつつある。接地電極側の貴金属チップは、従来主にＰｔ系金属により構成され、ニッケル合金等からなる接地電極の本体に抵抗溶接により接合されている。
【０００３】
【発明の解決しようとする課題】
抵抗溶接により貴金属チップを電極本体に接合する際には、電極本体に貴金属チップを重ね合わせて通電用の電極にて挟み、電極本体と貴金属チップとをそれら電極間で加圧しながら通電発熱させることにより行われる。しかし、この方法の場合、溶接時に貴金属チップと電極本体との間に過大な圧接力が付加されることから、溶接後の貴金属チップと電極本体との界面にクラック等の欠陥が残留しやすく、冷熱サイクルが加わるとチップ剥離等の問題を生ずることがあった。
【０００４】
特に、最近では、接地電極側の火花消耗をさらに抑制するために、貴金属チップの材質を、従来主流であったＰｔ系のものから、より耐熱性の高いＩｒ系のものに置き換えることが検討されている。しかし、Ｉｒ系の貴金属チップは高融点であることもあって、抵抗溶接による接合では、溶け不足等により接合界面が不健全となりやすく、前記したクラックや剥離等がより生じやすい問題がある。また、こうした溶け不足以外に、Ｉｒ系金属と接地電極本体を構成するＮｉ系金属との線膨張係数の差が大きいことも、クラックや剥離を生じやすい一因である。
【０００５】
なお、こうした線膨張係数の不一致による不具合を緩和するために、貴金属チップと電極本体との間に、両者の中間の線膨張係数を有した中間部材を挿入する形で接合を行なう提案もなされている。しかし、中間部材を挿入した状態で高圧力を付加して貴金属チップを抵抗溶接すると、中間部材が貴金属チップとともに電極本体に大きく食い込む際に、該中間部材と貴金属チップとの間にクラックや剥離が生じやすくなるので、根本的な解決を図ることはできない。
【０００６】
本発明の課題は、接地電極の電極本体に貴金属チップを接合する際に、該貴金属チップと電極本体との接合界面にクラックや剥離といった不具合を生じにくいスパークプラグの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、電極本体と、その電極本体に中間部材を介して結合された貴金属チップとを有する接地電極の、貴金属チップを、中心電極と対向させることにより火花放電ギャップを形成したスパークプラグの製造方法に関し、上記課題を解決するために、
電極本体への接合に先立って、中間部材と貴金属チップと重ね合わせて接合することにより組立体を作る組立体形成工程と、
組立体の中間部材を電極本体に重ね合わせる重ね合わせ工程と、
重ね合わされた組立体の中間部材と貴金属チップとの間に、他部材による付勢力を付与することなく、かつ電極本体と組立体の中間部材との位置ずれを拘束しつつ、それら電極本体と中間部材とを溶接する溶接工程とを含み、
中間部材（３３）と電極本体（４ｍ）との重ね合わせ面の投影面積が最小となるような投影面（Ｐ）を考え、その投影方向に見たときに、貴金属チップ（３２）は中間部材（３３）よりも小さく、かつ中間部材（３３）は電極本体（４ｍ）よりも小さく、さらに、投影面（Ｐ）への正射投影において、中間部材（３３）と電極本体（４ｍ）との各投影領域が互いに重なる領域を第一重複領域とし、中間部材（３３）と貴金属チップ（３２）との各投影領域が互いに重なる領域を第二重複領域として、第一重複領域には、第二重複領域に属さない非重複領域（３３ｔ’，３３ｐ’）が形成され、
溶接工程において、中間部材（３３）と電極本体（４ｍ）との間に両者を密着させる付勢力を、第一重複領域のうち非重複領域に対応する部位（３３ｔ，３３ｓ，３３ｐ，３３ｓ１，３３ｓ２）に選択的に作用するように付与し、その状態でそれら中間部材（３３）と電極本体（４ｍ）とを溶接により接合することを特徴とする。
【０００８】
この発明の方法においては、まず、貴金属チップを一旦中間部材に接合して組立体を作り、その組立体の中間部材を電極本体に重ね合わせる。そして、中間部材と貴金属チップとの間に他部材による接合方向への付勢力を付与しない形で、電極本体と組立体の中間部材との位置ずれを拘束しつつ溶接する。つまり、中間部材と貴金属チップとの間に、従来の抵抗溶接のような過剰な圧接力を作用させないで、該中間部材と電極本体とを溶接するから、中間部材と貴金属チップとの間にクラックや剥離が生じる不具合を効果的に抑制することができる。
【０００９】
組立体を製造する際には、中間部材と貴金属チップとの接合をレーザー溶接により行なうことが望ましい。レーザー溶接は、抵抗溶接よりも熱の集中が容易で溶け深さを大きくでき、また、接合時に過大な圧接力も作用しないので、中間部材と貴金属チップとの間にクラックや剥離が生じる不具合をより確実に防止できる。
【００１０】
また、中間部材と電極本体との溶接は、レーザー溶接により行なうこともできるし、抵抗溶接により行なうこともできる。特に抵抗溶接を採用する場合は、本発明により、中間部材と貴金属チップとの間に過大な圧接力が生じる心配は一切なく、それらの間にクラックや剥離が誘起される心配も不要である。
【００１１】
そして、レーザー溶接及び抵抗溶接のいずれを行なう場合においても、中間部材と電極本体との間には、位置保持や密着確保のため一定以上の付勢力を作用させることが当然望ましい。この付勢力を、中間部材と貴金属チップとの間に過剰な圧接力を作用させることなく付加するには、具体的には、以下のようにする。すなわち、重ね合わせ工程において、中間部材と電極本体との重ね合わせ面の投影面積が最小となるような投影面を考え、その投影面への正射投影において、中間部材と電極本体との各投影領域が互いに重なる領域を第一重複領域とし、中間部材と貴金属チップとの各投影領域が互いに重なる領域を第二重複領域として、第一重複領域に、第二重複領域に属さない非重複領域を形成する。そして、溶接工程において、中間部材と電極本体との間に両者を密着させる付勢力を、第一重複領域のうち非重複領域に対応する部位に選択的に作用するように付与し、その状態でそれら中間部材と電極本体とを溶接により接合する。つまり、上記のような非重複領域にのみ付勢力を作用させれば、中間部材と貴金属チップとの接合面にはその付勢力の影響が及ぶことがない。
【００１２】
また、重ね合わせ工程においては、電極本体に、中心電極との対向することとなる側面に開口を有する貫通形態または有底の孔を形成し、重ね合わせ工程において、孔に対し組立体を、開口から貴金属チップが露出するように挿入することができる。電極本体に形成された孔に組立体を挿入することにより、その挿入方向と交差する向きの組立体と電極本体との位置ずれを拘束でき、ひいては電極本体と中間部材との溶接をより確実かつ能率的に行なうことができる。
【００１３】
このとき、中間部材を挿入方向において押圧部材により押圧することにより、付勢力を発生させることができる。また、押圧部材を用いて中間部材を電極本体に向けて積極付勢することにより、開口が大きい場合であっても、電極本体と中間部材との位置ずれを拘束する効果も得られる。この場合、押圧部材を溶接電極として、溶接を、非重複領域における抵抗溶接により行なえば、溶接工程をより簡便かつ確実に実施することができる。
【００１４】
貴金属チップは、Ｉｒ合金にて形成することができる。前述の通り、Ｉｒ系の貴金属チップは高融点であり、従来の抵抗溶接による接合ではクラックや剥離等が特に生じやすかった。しかし、本発明の適用により、貴金属チップと中間部材との接合面には過大な圧接力が作用しないので、Ｉｒ合金を貴金属チップの材質として用いているにもかかわらず、クラックや剥離等の不具合が生じにくい。この場合、Ｉｒ合金からなる貴金属チップと中間部材とを溶け深さが大きく、接合の確実性の高いレーザー溶接を採用すればより効果的である。
【００１５】
また、中間部材を、貴金属チップと電極本体をなす金属との中間の線膨張係数を有する金属にて構成しておけば、貴金属チップを電極本体に直接接合する場合と比較して、前記した線膨張係数差による悪影響を緩和でき、貴金属チップと中間部材との間にクラックや剥離が発生する不具合をより効果的に回避することができる。
【００１６】
なお、特許請求の範囲において各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付された符号を援用して用いたものであるが、あくまで発明の理解を容易にするために付与したものであり、本発明における各構成要件の概念を何ら限定するものではない。
【００１７】
【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。
図１は、本発明の製造方法の適用対象となるスパークプラグの一例を示すものであり、図２はその要部の拡大図である。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（ここでは、先端面）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。接地電極４は、電極本体４ｍと、その電極本体４ｍに中間部材３３を介して結合された貴金属チップ３２とを有し、該貴金属チップ３２が中心電極３と対向して火花放電ギャップｇが形成されている。また、中心電極３も、電極本体３ｍの先端に貴金属チップ３１を溶接した構造を有している。貴金属チップ３２，３１は、Ｉｒを主成分（５０質量％以上）とし、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上の副成分貴金属元素を合計で３〜５０質量％含有する貴金属よりなる。
【００１８】
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。
【００１９】
接地電極４及び中心電極３は、電極本体４ｍ，３ｍの少なくとも表層部をなす部分（以下、電極母材という：本明細書において、「電極本体４ｍ，３ｍを構成する金属」とは、この電極母材の材質をいう）がＮｉ合金で構成されている。具体的な材質として、インコネル６００（商標名）（Ｎｉ：７６質量％、Ｃｒ：１５．５質量％、Ｆｅ：８質量％（残部微量添加元素もしくは不純物）、インコネル６０１（商標名）（Ｎｉ：６０．５質量％、Ｃｒ：２３質量％、Ｆｅ：１４質量％（残部微量添加元素もしくは不純物））を例示できる。なお、接地電極４及び中心電極３は、いずれも上記の電極母材中に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる熱伝導促進部４ｃ，３ｃが埋設されている。
【００２０】
また、接地電極４に設けられる中間部材３３は、貴金属チップ３２と電極本体４ｍを構成する金属（電極母材）との中間の線膨張係数をなす金属にて構成されている。具体的には、Ｉｒ−Ｎｉ合金、Ｉｒ−Ｎｉ−Ｒｈ合金等を例示できる。例えば、貴金属チップ３２が、Ｉｒ及びＲｈの一方又は双方を合計にて８０質量％以上含有し、かつＩｒの含有量が９７質量％以下であって、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上の含有率が３質量％以上である金属にて構成されている場合、中間部材３３は、ＩｒとＲｈとの合計が３０質量％以上であり、かつＲｈとＮｉとの合計が２０質量％以上である金属にて構成できる。なお、中間部材３３はＮｉを必須成分として含有していることが、Ｎｉを主体に構成する電極母材４ｍとの線膨張係数の差及び融点の差をさらに縮めることができるので、より望ましい。
【００２１】
図２に示すように、中心電極３の先端部３ａはテーパ状に断面縮小されるとともにその先端面が平坦に形成される。ここに円板状の貴金属チップ３１を重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Ｂを形成して接合される。
【００２２】
また、接地電極４の電極本体４ｍには、側面に開口する貫通孔４ｖが形成され、該貫通孔４ｖに中間部材３３が挿入されている。中間部材３３の先端側はテーパ面３３ｔにより軸断面積が縮小され、その先端面に貴金属チップ３２が重ね合わされるとともに、周方向の環状のレーザー溶接部Ｂにより接合されている。貫通孔４ｖの内周面の、貴金属チップ３１が露出している開口側、すなわち第二の開口ＳＯが位置する側の端部には、該内周面から内向きに突出して第二の開口ＳＯを断面縮小する突出部４ｓが周方向に形成されている。中間部材３３は、そのテーパ面３３ｔが、突出部４ｓに形成されたテーパ面４ｔと係合することにより抜け止めされ、それらテーパ面３３ｔとテーパ面４ｔとの間に形成された抵抗溶接部Ｒにより、電極本体４ｍに接合されている。
【００２３】
以下、上記スパークプラグ１００の製造方法を、接地電極４の製造工程を中心に、図３及び図４を用いて説明する。この工程は、基本的には、以下の３つの工程からなる。
▲１▼電極本体４ｍへの接合に先立って、中間部材３３と貴金属チップ３２とを接合して組立体３４を作る（組立体形成工程）。
▲２▼組立体３４の中間部材３３を電極本体４ｍに重ね合わせる（重ね合わせ工程）。
▲３▼中間部材３３と貴金属チップ３２との間に、他部材による付勢力を付与することなく、電極本体４ｍと組立体３４の中間部材３３との位置ずれを拘束しつつ溶接する（溶接工程）。
【００２４】
まず、図３の工程▲１▼に示すように、切削あるいはヘッダ加工により平坦な先端面１３３ａとテーパ面３３ｔとが形成された、中間部材３３の素材１３３の先端面１３３ａに円板状の貴金属チップ３２を載せる。そして、工程▲２▼に示すように、その素材１３３のそれら重ね合わせ面の外周縁に沿ってレーザービームＬＢを照射することにより、貴金属チップ３と円柱状の素材１３３とにまたがる環状の溶接部Ｂを形成する。なお、素材１３３の後端部に不要長部分１３３Ｗが生じている場合は、工程▲３▼に示すように、これを切断等により除去することができる（もちろん、不要長部分Ｗがない場合は、該工程▲３▼は不要である）。このようにして、素材１３３がテーパ面３３ｔを有する中間部材３３となり、組立体３４が得られる。
【００２５】
次に、図４の工程▲４▼に示すように、電極本体４ｍに対し、中心電極３と対向することとなる側面に開口する貫通孔４ｖを形成しておく。そして、前記の重ね合わせ工程は、貫通孔４ｖに組立体３４を、該貫通孔４ｖの第一の開口ＰＯから挿入し、第二の開口（ＳＯ）から貴金属チップ３２を露出させる形で行なう。該貫通孔４ｖの内面に形成されたテーパ面４ｔは電極側係合面となり、組立体３４の中間部材３３に形成されたテーパ面３３ｔが中間部材側係合面となって両者が係合することにより、組立体３４の挿入方向の抜け止めがなされる。
【００２６】
これにより、中間部材３３と電極本体４ｍとの間には、貫通孔４ｖのテーパ面４ｔと中間部材３３のテーパ面３３ｔとが互いに重なり合った、重ね合わせ面が形成される。以下、重ね合わせ面は、中間部材３３側の符号にて示す。従って、上記重ね合わせ面は符号３３ｔで表す。
【００２７】
ここで、中間部材３３と電極本体４ｍとの重ね合わせ面３３ｔの投影面積が最小となるような投影面Ｐを考える。本実施形態では、この投影面Ｐは、中間部材３３の軸線Ｏと直交する面である。この投影面Ｐへの正射投影において、中間部材３３と電極本体４ｍとの各投影領域が互いに重なる領域を第一重複領域とし、中間部材３３と貴金属チップ３２との各投影領域が互いに重なる領域を第二重複領域と定義する。この実施形態においては、第一重複領域３３ｔ’は前記したテーパ面（重ね合わせ面）３３ｔの投影であり、第二重複領域Ｊ’は中間部材３３と貴金属チップ３２との重ね合わせ面Ｊの投影である（図では溶接後の形態にて描いてある）。従って、第一重複領域３３ｔ’は、その全体が、第二重複領域Ｊ’に属さない非重複領域を形成する。
【００２８】
図４の工程▲５▼は溶接工程を示すものである。まず、中間部材３３と電極本体４ｍとの間に両者を密着させる付勢力を、第一重複領域のうち非重複領域に対応する部位、ここではテーパ面（重ね合わせ面）３３ｔに選択的に作用するように付与し、その状態でそれら中間部材３３と電極本体４ｍとを溶接により接合する。この実施形態においては、電極本体４ｍと中間部材３３との重ね合わせ面３３ｔは、その全てが非重複領域に対応する部位となるので、上記の付勢力は必然的に非重複領域に対応する部位（具体的には重ね合わせ面３３ｔ）のみに加えられることになる。
【００２９】
また、中間部材３３を挿入方向において押圧部材５０により押圧すると、該テーパ面３３ｔ（非重複領域）において中間部材３３をテーパ面４ｔ（電極本体４ｍ）に押し付ける付勢力を簡単かつ確実に発生させることができる。工程▲５▼においては、押圧部材５０を溶接電極として、非重複領域に対応する部位となるテーパ面３３ｔにおける抵抗溶接により溶接を行なう。
【００３０】
図４の実施形態においては、工程▲４▼に示すように、第二の開口ＳＯから貴金属チップ３２が突出するように、組立体３４を第一の開口ＰＯから貫通孔４ｖ内に配置している。工程▲５▼に示すように、電極本体４ｍの第二の開口ＳＯの周囲において、支持部材５１を該第二の開口ＳＯから露出する貴金属チップ３２と干渉しないように当接させる。具体的には、貴金属チップ３２の対応位置に凹部５１ａを形成した電極を支持部材５１として用い、貴金属チップ３２を凹部５１ａ内に進入させることにより、上記干渉を回避するようにしている。その状態で第一の開口ＰＯ内の中間部材３３を、押圧部材５０をなす電極により支持部材５１に向けて押圧する。これにより、貴金属チップ３２への付勢力の付与を確実に回避することができる。この状態で、押圧部材５０と支持部材５１との間に溶接電源５２により通電すれば、テーパ面３３ｔ（非重複領域）に抵抗溶接部Ｒを形成することができる。
【００３１】
なお、図４においては、第一の開口ＰＯが上になるように電極本体４ｍを配置している。従って、貫通孔４ｖに組立体３４を挿入すると、中間部材３３のテーパ面３３ｔ（非重複領域）と貫通孔４ｖのテーパ面４ｔとは、中間部材３３に作用する重力により係合し、中間部材３３はテーパ面４ｔに向けて重力付勢される。この付勢力は、抵抗溶接を行なう上では必ずしも十分ではないが、中間部材３３が貫通孔４ｖ内に挿入されるので、その挿入方向と交差する向きにおいて中間部材３３と電極本体４ｍとの位置ずれが拘束される。つまり、両者の重ね合わせ面（テーパ面：非重複領域）３３ｔにおける位置ずれを拘束することができる。従って、レーザー溶接を用いれば、中間部材３３と電極本体４ｍとを問題なく接合できる。図５は、そのレーザー溶接部Ｑを、電極本体４ｍの先端面側から中間部材３３にまたがる形態に形成した例である。また、図６は、第一の開口ＰＯに沿って、電極本体４ｍと中間部材３３とにまたがる環状のレーザー溶接部Ｕを形成した例である。また、図７のように、図５のレーザー溶接部Ｑと前記した抵抗溶接部Ｒとを併設することもできる。
【００３２】
なお、中間部材側係合面はテーパ面３３ｔではなく、図８に示す１つの段面３３ｓ又は図９に示す複数の段面３３ｓ１，３３ｓ２とすることもできる。中間部材３３は、これらの段面３３ｓ（図８）あるいは３３ｓ１，３３ｓ２（図９）により段階的に断面縮小される。また、貫通孔４ｖの内周面には、上記段面３３ｓあるいは３３ｓ１，３３ｓ２と各々係合する段面４ｊ（図８）あるいは４ｊ１，４ｊ２（図９）が形成される。これらの段面３３ｓ（図８）あるいは３３ｓ１，３３ｓ２（図９）には、それぞれ抵抗溶接部Ｒを形成できる。
【００３３】
以下、本発明のスパークプラグの製造方法の別の実施形態について説明する。図１０の実施形態においては、中間部材３３の先端面（第一端面）３３ａが貴金属チップの重ね合わせ面である。そして、貴金属チップ３２が接合されない第二端面３３ｅに開口する凹部（有底孔）３３ｈが形成される（工程▲１▼）。凹部３３ｈにより、中間部材３３には先端面３３ａの一部において肉厚を減じた薄肉部３３ｗが形成される。そして、該凹部（第二端面３３ｅ側に開口を有する有底孔）３３ｈからレーザー溶接することにより、中間部材３３と金属チップ３２とを溶接することができる。このような溶接を行うと、例えばチップ径が大きく、側面からの溶接では溶接深さを十分に確保できない場合においても、接合強度を向上できる利点がある。
【００３４】
本実施形態では、溶接部は、まず、貴金属チップ３２と中間部材３３との重ね合わせ面の外周に沿ったレーザー溶接部Ｂを形成する（工程▲２▼）。また、凹部３３ｈの開口側から底面に向けてレーザービームＬＢを照射して、薄肉部３３ｗを貫いて貴金属チップ３２にまたがる別のレーザー溶接部ＢＷを形成する（工程▲３▼：該工程▲３▼と工程▲２▼との順序は入れ替わってもよい）。
【００３５】
以降、重ね合わせ工程と溶接工程とは、工程▲４▼に示すように、ほぼ図４と同様になされる。以下相違点のみ説明すれば、図１０においては、中間部材３３は、外周面のほぼ全面がテーパ面３３ｔとされた円錐台形状とされ、電極本体４ｍの貫通孔４ｖの内周面もこれに対応したテーパ面４ｔとされている。これらテーパ面３３ｔ，４ｍが抵抗溶接部Ｒにより接合される。なお、図１１に示すように、レーザー溶接部ＢＷを形成するための凹部３３を、金属製の充填部３３ｆにより充填してもよい。この充填は、例えば肉盛充填溶接により行なうことができる。
【００３６】
また、中間部材３３の接合方向Ｏと直交する断面による断面形状は、円状のものに限らず、四角形状など種々採用できる。例えば図１２に示すように、貴金属チップ３２の面積を大きくしたいとき、一点鎖線にて示すような円状の断面の中間部材３３’を採用すると、電極本体４ｍの幅ｄ’が不足して、電極本体４ｍに対する中間部材３３’の埋設が困難になる場合がある。この場合は、中間部材３３を円よりも扁平な形状、例えば長方形状の断面形状を有するものとすることが有効である。すなわち、該断面の短辺をｄ、長辺をｌとして、短辺ｄの向きが電極本体４ｍの幅ｄ’の向きと一致するように中間部材３３を電極本体４ｍに埋設するとよい。なお、このような扁平な形態の中間部材３３は、円錐台状の素材３３ｃを、中心軸線Ｍを挟む半径方向両側から圧縮加工してつぶすか、あるいは研削等により減厚して作製することができる。
【００３７】
次に、図１３に示す実施形態では、左図に示すように、接合方向Ｏにおいて、中間部材３３の貴金属チップ３２が接合される側の端面を第一端面３３ｘ、他方の端面を第二端面３３ｙとして、中間部材３３を、該第二端面３３ｙにて電極本体４ｍに重ね合わせる。そして、貴金属チップ３２の接合面Ｊを第一端面３３ｘよりも小面積に形成し、右図に示すように、該第一端面３３ｘの、貴金属チップ３２が接合されない非チップ接合領域３３ｐにて該中間部材３３を電極本体４ｍに向け押圧部材５０により押圧する。この方法においては、非チップ接合領域３３ｐに押圧部材５０を当接させることにより、貴金属チップ３２を加圧することなく、中間部材３３を電極本体４ｍに向けて付勢でき、貴金属チップ３２と中間部材３３との間のクラック発生や剥離防止に寄与できる。前記した投影面Ｐで考えると、第一重複領域に対応する部位は中間部材３３の第二端面３３ｙの全面であり、第二重複領域に対応する部位である貴金属チップ３２の接合面Ｊは、その第二端面３３ｙに完全に包含される。従って、非重複領域は、第二端面３３ｙに対する非チップ接合領域３３ｐの投影領域３３ｐ’として形成され、押圧部材５０による付勢力はこの投影領域３３ｐ’からなる非重複領域に対応する部位に選択的に付与されるようにする。
【００３８】
この実施形態では、押圧部材５０は抵抗溶接用の電極であり、貴金属チップ３２の位置に凹部５０ａを形成して、非重複領域に対応する部位となる非チップ接合領域３３ｐに押圧力を選択付加するようにしている。そして、電極本体４ｍの反対側の面に別の支持部材（電極として機能する）５１を配置して、非チップ接合領域３３ｐにて電極本体４ｍと中間部材３３とを挟圧しながら通電することにより、抵抗溶接部Ｒを形成することができる。なお、図１４に示すように、中間部材３３を、電極本体４ｍの側面に開口する有底孔４ｕ内に配置することもできる。これにより、中間部材３３と電極本体４ｍとの位置ずれをより効果的に防止できる。
【００３９】
以上説明した孔４ｖあるいは４ｕを用いるすべての実施形態において、該孔４ｖ，４ｕ内に中間部材３３を配置する場合、孔４ｖ，４ｕと中間部材３３の外周面とは、例えば隙間嵌めとすることができる。しかし、これを圧入による締まり嵌めとすることも可能である。このようにすると、組立体３４を孔４ｖ，４ｕに挿入した後、組立体３４の抜け止めのなされていない方向が下向きとなるように電極本体４ｍを保持しても、締まり嵌めにより組立体３４の抜け落ちが防止できるので、工程の柔軟性が高められる利点がある。
【００４１】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行なった。
接地電極４側の貴金属チップ３２の素材として、Ｉｒ−４０質量％Ｒｈ合金を用意した。この合金を、１５００℃にて熱間鍛造し、次いで１３００℃で熱間圧延及び熱間スエージングし、さらに１２００℃にて熱間伸線することにより、直径１．４ｍｍの合金線材を得た。これを長手方向に切断することで直径１．４ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円板状のチップとした。また、中間部材３３はＩｒ−４０質量％Ｎｉ合金を素材として、貴金属チップ３２と同様の方法により直径２．２ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円板状に形成した。そして、両者をレーザー溶接により接合して図１２の左図に示す組立体３４を作製した。この組立体３４を、インコネル６００製の電極本体の側面（幅２．８ｍｍ）に重ね合わせ、図１２右図に示す方法により、中間部材３３の非チップ形成領域のみを３８０Ｎで加圧しながら、電流１２Ａの条件により抵抗溶接して、実施例の接地電極を得た。なお、比較のため、貴金属チップ３２を同様の圧力にて押圧しながら抵抗溶接した接地電極も作製した。そして、これら接地電極及び中心電極を用いて図１に示す形態のスパークプラグ試験品を作製した（ただし、火花放電ギャップ間隔０．４ｍｍ）。
【００４２】
これらのスパークプラグについて、貴金属チップ３２の耐剥離性試験を以下のようにして行った。すなわち、スパークプラグの火花放電ギャップ側の先端部をガスバーナーにより１０００℃に２分間加熱し、次いで１分空冷するサイクルを、貴金属チップ３２が剥離するまで繰り返し、その耐久サイクル数にて評価を行なう。その結果、比較例の接地電極を用いたものは１２００サイクルで貴金属チップ３２が剥離に至ったのに対し、実施例の接地電極をを用いたものは３０００サイクルでも剥離が見られず、良好な耐久性を有していることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造法の適用対象となるスパークプラグの一例を示す縦断面図。
【図２】 その要部を示す拡大断面図。
【図３】 図１のスパークプラグの製造に係る本発明の実施形態を示す工程説明図。
【図４】 図３に続く説明図。
【図５】 図１のスパークプラグの第一の別の製造例を示す要部断面図。
【図６】 同じく第二の別の製造例を示す要部断面図。
【図７】 同じく第三の別の製造例を示す要部断面図。
【図８】 同じく第四の別の製造例を示す要部断面図。
【図９】 同じく第五の別の製造例を示す要部断面図。
【図１０】 同じく第六の別の製造例を示す要部断面図。
【図１１】 図１０において、有底孔を充填した変形例を示す図。
【図１２】 中間部材の変形例を示す説明図。
【図１３】 図１のスパークプラグの第七の別の製造例を示す要部断面図。
【図１４】 同じく第八の別の製造例を示す要部断面図。

Claims (17)

1. 電極本体（４ｍ）と、その電極本体（４ｍ）に中間部材（３３）を介して結合された貴金属チップ（３２）とを有する接地電極（４）の、前記貴金属チップ（３２）を、中心電極（３）と対向させることにより火花放電ギャップ（ｇ）を形成したスパークプラグ（１００）の製造方法であって、
   前記電極本体（４ｍ）への接合に先立って、前記中間部材（３３）と前記貴金属チップ（３２）とを重ね合わせて接合することにより組立体（３４）を作る組立体形成工程と、
   前記組立体（３４）の前記中間部材（３３）を前記電極本体（４ｍ）に重ね合わせる重ね合わせ工程と、
   重ね合わされた前記組立体（３４）の前記中間部材（３３）と前記貴金属チップ（３２）との間に、他部材による付勢力を付与することなく、かつ前記電極本体（４ｍ）と前記組立体（３４）の前記中間部材（３３）との位置ずれを拘束しつつ、それら電極本体（４ｍ）と中間部材（３３）とを溶接する溶接工程とを含み、
   前記中間部材（３３）と前記電極本体（４ｍ）との重ね合わせ面の投影面積が最小となるような投影面（Ｐ）を考え、その投影方向に見たときに、前記貴金属チップ（３２）は前記中間部材（３３）よりも小さく、かつ前記中間部材（３３）は前記電極本体（４ｍ）よりも小さく、さらに、前記投影面（Ｐ）への正射投影において、前記中間部材（３３）と前記電極本体（４ｍ）との各投影領域が互いに重なる領域を第一重複領域とし、前記中間部材（３３）と前記貴金属チップ（３２）との各投影領域が互いに重なる領域を第二重複領域として、前記第一重複領域には、前記第二重複領域に属さない非重複領域（３３ｔ’，３３ｐ’）が形成され、
   前記溶接工程において、前記中間部材（３３）と前記電極本体（４ｍ）との間に両者を密着させる付勢力を、前記第一重複領域のうち前記非重複領域に対応する部位（３３ｔ，３３ｓ，３３ｐ，３３ｓ１，３３ｓ２）を押圧することにより、該非重複領域に選択的に作用するように付与し、その状態でそれら中間部材（３３）と電極本体（４ｍ）とを溶接により接合することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
2. 前記中間部材（３３）と前記電極本体（４ｍ）との溶接をレーザー溶接により行なう請求項１記載のスパークプラグの製造方法。
3. 前記中間部材（３３）と前記電極本体（４ｍ）との溶接を抵抗溶接により行なう請求項１記載のスパークプラグの製造方法。
4. 前記中間部材（３３）と前記貴金属チップ（３２）との接合をレーザー溶接により行なう請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
5. 前記重ね合わせ工程において、前記電極本体（４ｍ）に、前記中心電極（３）と対向することとなる側面に開口を有する貫通形態または有底の孔（４ｖ，４ｕ）を形成し、前記重ね合わせ工程において、前記孔（４ｖ，４ｕ）に対し前記組立体（３４）を、前記開口から前記貴金属チップ（３２）が露出するように挿入する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
6. 前記孔を貫通孔（４ｖ）として形成し、前記組立体（３４）を、その貫通孔（４ｖ）の、前記中心電極（３）に対向する側面と反対側の面に形成された第一の開口（ＰＯ）から挿入し、前記側面に形成された第二の開口（ＳＯ）から前記貴金属チップ（３２）を露出させるとともに、該貫通孔（４ｖ）の内面に形成された電極側係合面（４ｔ，４ｊ，４ｊ１，４ｊ２）と、前記組立体（３４）の前記中間部材（３３）に形成された中間部材側係合面（３３ｔ、３３ｓ、３３ｓ１，３３ｓ２）とを係合させることにより、前記組立体（３４）の前記挿入方向の抜け止めを行なう請求項５記載のスパークプラグの製造方法。
7. 前記孔を有底孔（４ｕ）として形成し、前記組立体（３４）を該有底孔（４ｕ）内に隙間嵌め形態にて挿入し、前記中間部材（３３）の前記貴金属チップ（３２）が接合される側の端面を第一端面（３３ｘ）、これと反対側の端面を第二端面（３３ｙ）として、前記中間部材（３３）の第二端面（３３ｙ）を前記有底孔（４ｕ）の底面（ ４ｂ）に当接するように配置する請求項５記載のスパークプラグの製造方法。
8. 前記重ね合わせ工程において、前記中間部材（３３）の前記貴金属チップ（３２）が接合される側の端面を第一端面（３３ｘ）、これと反対側の端面を第二端面（３３ｙ）として、前記中間部材（３３）を、該第二端面（３３ｙ）にて前記電極本体（４ｍ）に重ね合わせ、前記溶接工程において前記非重複領域に対応する部位（３３ｓ）を前記電極本体（４ｍ）に向け押圧部材（５０）により押圧付勢するとともに、
   前記中間部材（３３）を、前記電極本体（４ｍ）の側面に開口する有底孔（４ｕ）内に配置する請求項７記載のスパークプラグの製造方法。
9. 前記重ね合わせ工程において、前記中間部材（３３）の前記貴金属チップ（３２）が接合される側の端面を第一端面（３３ｘ）、これと反対側の端面を第二端面（３３ｙ）として、前記中間部材（３３）を、該第二端面（３３ｙ）にて前記電極本体（４ｍ）に重ね合わせ、前記溶接工程において前記非重複領域に対応する部位（３３ｓ）を前記電極本体（４ｍ）に向け押圧部材（５０）により押圧付勢する請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
10. 前記中間部材（３３）を前記挿入方向において押圧部材（５０）により押圧することにより、前記付勢力を発生させる請求項６記載のスパークプラグの製造方法。
11. 前記溶接工程において、前記押圧部材（５０）を溶接電極として、前記溶接を、前記非重複領域に対応する部位（３３ｔ，３３ｓ，３３ｐ，３３ｓ１，３３ｓ２）における抵抗溶接により行なう請求項８又は９に記載のスパークプラグの製造方法。
12. 前記非重複領域に対応する部位（３３ｔ，３３ｓ，３３ｓ１，３３ｓ２）において、前記中間部材（３３）と前記電極本体（４ｍ）とを、前記中間部材（３３）が上となるように重ね合わせ、前記中間部材（３３）を前記電極本体（４ｍ）に向けて重力付勢することにより、前記非重複領域に対応する部位（３３ｔ，３３ｓ，３３ｓ１，３３ｓ２）に前記付勢力を付与する請求項６に記載のスパークプラグの製造方法。
13. 前記組立体（３４）の前記中間部材（３３）を前記孔（４ｕ，４ｖ）に圧入する請求項５又は６に記載のスパークプラグの製造方法。
14. 前記溶接をレーザー溶接により行なう請求項９又は１０に記載のスパークプラグの製造方法。
15. 前記中間部材（３３）の前記貴金属チップ（３２）が接合される側の端面を第一端面（３３ｗ）、これと反対側の端面を第二端面（３３ｅ）として、該第二端面（３３ｅ）側に開口を有する有底孔からレーザー溶接することにより、前記中間部材（３３）と前記金属チップ（３２）とが溶接される請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
16. 前記貴金属チップ（３２）をＩｒ合金にて形成する請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
17. 前記中間部材（３３）を、前記貴金属チップ（３２）と前記電極本体（４ｍ）をなす金属との中間の線膨張係数を有する金属にて構成する請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。

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