JP5149839B2 - Spark plug - Google Patents
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Description
本発明は、スパークプラグに関するものである。 The present invention relates to a spark plug.
スパークプラグの中心電極や接地電極における火花放電部位に耐火花消耗性、耐酸化消耗性に優れたイリジウム(Ir)などの貴金属チップ部材を接合したスパークプラグが知られている(例えば、特許文献1〜3)。 There is known a spark plug in which a noble metal tip member such as iridium (Ir) excellent in spark wear resistance and oxidation wear resistance is joined to a spark discharge site in a center electrode or a ground electrode of the spark plug (for example, Patent Document 1). ~ 3).
このようなスパークプラグでは、中心電極または接地電極において、貴金属チップ部材を、中間部材を介して電極母材に取り付ける場合、貴金属チップ部材と中間部材とをレーザー溶接にて接合して2層部材を形成した後、中間部材とレーザー溶融部とが電極母材に埋没し、貴金属チップ部材はその上面が電極母材から突出するように、2層部材を電極母材の先端付近に抵抗溶接にて接合している。 In such a spark plug, when the noble metal tip member is attached to the electrode base material via the intermediate member at the center electrode or the ground electrode, the noble metal tip member and the intermediate member are joined by laser welding to form the two-layer member. After the formation, the intermediate member and the laser melting part are buried in the electrode base material, and the noble metal tip member is formed by resistance welding near the tip of the electrode base material so that the upper surface protrudes from the electrode base material. It is joined.
図4及び図5は、それぞれ、従来のスパークプラグにおける2層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。なお、これら図において、31は電極母材を示している。
4 and 5 are cross-sectional views showing a cross section of a portion centering on a two-layer member in a conventional spark plug, respectively. In these drawings,
貴金属チップ部材333と中間部材334とをレーザー溶接にて接合して、2層部材332を形成する場合、図4または図5に示すように、まず、貴金属チップ部材333の下面と中間部材334の上面とが当接するように積層し、次に、貴金属チップ部材333と中間部材334とが当接する境界面336の外縁を、ほぼ全周に亘ってレーザー溶接して、境界面336の部分にレーザー溶融部335を形成し、このレーザー溶融部335により貴金属チップ部材333と中間部材334とを接合させる。このとき、レーザー溶融部335の先端335aは境界面336の中心までは到達しておらず、レーザー溶融部335はリング形状に形成されることになる。
When the noble
しかしながら、従来においては、レーザー溶融部335が以下に述べるような位置に形成されていたため、温度変化により中間部材334と貴金属チップ部材333との間、および、中間部材334と電極母材31との間に応力が発生した場合、貴金属チップ部材333が脱落するおそれがあった。
However, in the past, the
すなわち、従来においては、境界面336に垂直な方向において、レーザー溶融部335の先端335aが、図4に示すように、境界面336と等しい位置か、あるいは、図5に示すように、境界面336よりも中間部材334側に位置するように、レーザー溶融部335が形成されていた。このとき、前者の位置では、図4に示すように、レーザー溶融部335の対向する先端335a同士の間の距離、言い換えれば、リング形状を成すレーザー溶融部335の内径φdは、境界面336における貴金属チップ部材333と中間部材334との当接部分の外径φDと等しくなる(φd=φD)。また、後者の位置では、図5に示すように、レーザー溶融部335の内径φdは、境界面336における貴金属チップ部材333と中間部材334との当接部分の外径φDよりも小さくなる(φd>φD)。
That is, conventionally, in the direction perpendicular to the
従来においては、以上のような位置にレーザー溶融部335が形成されていたため、温度変化により中間部材334と貴金属チップ部材333との間、および、中間部材334と電極母材31との間に許容以上の応力が発生した場合、図4に示す前者の位置の場合では、図6に示すように、図5に示す後者の位置の場合では、図7に示すように、それぞれ、貴金属チップ部材333が脱落してしまうおそれがあった。
Conventionally, since the
図6及び図7は、それぞれ、従来のスパークプラグにおいて貴金属チップ部材が脱落した様子を示す説明図である。 6 and 7 are explanatory views showing a state in which the noble metal tip member has dropped off in the conventional spark plug, respectively.
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、電極に温度変化による応力が発生しても貴金属チップ部材が脱落し難いスパークプラグを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a spark plug in which a noble metal tip member is not easily dropped even when stress due to temperature change occurs in an electrode.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
中心電極と、前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、を有するスパークプラグであって、前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、電極母材と、貴金属チップ部材と、第1の面が前記貴金属チップ部材と当接し、前記第1の面と反対側の第2の面が前記電極母材に当接する中間部材と、前記貴金属チップと前記中間部材とが当接する境界面の外縁の少なくとも一部をレーザー溶接することにより、前記境界面の近傍部分に形成されるレーザー溶融部と、を備え、前記レーザー溶融部の対向する先端同士の間の距離φdは、0より大きいと共に、前記境界面に垂直な方向において、前記レーザー溶融部の先端は、前記境界面よりも貴金属チップ部材側に位置し、前記距離φdは、前記境界面における前記貴金属チップ部材と前記中間部材との当接部分の外径φDよりも小さいことを特徴とする、スパークプラグ。
このように、適用例1のスパークプラグでは、レーザー溶融部の先端が、境界面よりも貴金属チップ部材側に位置するように、レーザー溶融部が形成されているため、電極に温度変化による応力が発生したとしても、貴金属チップ部材はレーザー溶融部に引っ掛かって脱落し難い。
[Application Example 1]
A spark plug having a center electrode and a ground electrode that forms a spark gap between the center electrode, wherein at least one of the center electrode and the ground electrode includes an electrode base material, a noble metal tip member, The first surface is in contact with the noble metal tip member, and the second surface opposite to the first surface is in contact with the electrode base material, and the noble metal tip and the intermediate member are in contact with each other. A laser melting portion formed in the vicinity of the boundary surface by laser welding at least a part of the outer edge of the boundary surface, and the distance φd between the opposed tips of the laser melting portion is 0 The tip of the laser melting portion is located closer to the noble metal tip member than the boundary surface in a direction perpendicular to the boundary surface and the distance φd is equal to the noble metal tip on the boundary surface. A spark plug characterized in that it is smaller than the outer diameter φD of the contact portion between the tip member and the intermediate member.
As described above, in the spark plug of Application Example 1, since the laser melting portion is formed so that the tip of the laser melting portion is located on the noble metal tip member side with respect to the boundary surface, stress due to temperature change is applied to the electrode. Even if it occurs, the noble metal tip member is not easily dropped due to being caught by the laser melting portion.
[適用例2]
適用例1に記載のスパークプラグにおいて、前記レーザー溶融部は、前記境界面に対し前記中間部材から前記貴金属チップ部材に向かって斜めとなるように形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。
このように、レーザー溶融部が斜めとなるように形成されたことにより、貴金属チップ部材のレーザー溶融部に対する引っ掛かり部分が多くなるため、貴金属チップ部材はより脱落し難くなる。
[Application Example 2]
The spark plug according to Application Example 1, wherein the laser melting portion is formed so as to be inclined from the intermediate member toward the noble metal tip member with respect to the boundary surface.
Thus, since the laser melting part is formed so as to be inclined, the noble metal tip member becomes more difficult to drop off because the noble metal tip member is caught in the laser melting part.
なお、上述した種々の形態または適用例は、適宜組み合わせたり、構成の一部省略したりすることが可能である。 Note that the various forms or application examples described above can be combined as appropriate or a part of the configuration can be omitted.
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
A−1.スパークプラグの構成:
A−2.2層部材の構成及び形成方法:
A−3.第1の実施例の効果:
B.第2の実施例:
B−1.2層部材の構成及び形成方法:
B−2.第2の実施例の効果:
C.変形例:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. Spark plug configuration:
A-2.2 Layer member configuration and formation method:
A-3. Effects of the first embodiment:
B. Second embodiment:
B-1.2 Structure and forming method of layer member:
B-2. Effects of the second embodiment:
C. Variations:
A.第1の実施例:
A−1.スパークプラグの構成:
図1は、本発明の第1の実施例としてのスパークプラグ100を一部を破断して示した説明図である。図1に示すスパークプラグ100は、絶縁碍子10と、中心電極20と、接地電極30と、端子金具40と、主体金具50と、を備えている。絶縁碍子10の一端から突出する棒状の中心電極20は、絶縁碍子10の内部を通じて、絶縁碍子10の他端に設けられた端子金具40に電気的に接続されている。中心電極20の外周は、絶縁碍子10によって絶縁され、絶縁碍子10の外周は、端子金具40から離れた位置で主体金具50によって保持されている。主体金具50に電気的に接続された接地電極30は、火花を発生させる隙間である火花ギャップを中心電極20の先端との間に形成する。スパークプラグ100は、内燃機関(図示しない)のエンジンヘッド200に設けられた取付ネジ孔201に主体金具50を介して取り付けられ、2万〜3万ボルトの高電圧が端子金具40に印加されると、中心電極20と接地電極30との間に形成された火花ギャップに火花が発生する。
A. First embodiment:
A-1. Spark plug configuration:
FIG. 1 is an explanatory view showing a part of a
スパークプラグ100の絶縁碍子10は、アルミナを初めとするセラミックス材料を焼成して形成された絶縁体である。絶縁碍子10は、中心電極20および端子金具40を収容する軸孔12が中心に形成された筒状体である。絶縁碍子10の軸方向中央には外径を大きくした鍔部19が形成されている。鍔部19よりも端子金具40側には、端子金具40と主体金具50との間を絶縁する後端側胴部18が形成されている。鍔部19よりも中心電極20側には、後端側胴部18よりも外径が小さい先端側胴部17が形成され、先端側胴部17の更に先には、先端側胴部17よりも小さい外径であって中心電極20側へ向かうほど外径が小さくなる脚長部13が形成されている。
The
スパークプラグ100の主体金具50は、絶縁碍子10の後端側胴部18の一部から脚長部13に亘る部位を包囲して保持する円筒状の金具であり、本実施例では、低炭素鋼から成る。主体金具50は、工具係合部51と、取付ネジ部52と、シール部54と、先端面57とを備える。主体金具50の工具係合部51は、スパークプラグ100をエンジンヘッド200に取り付ける工具(図示しない)が嵌合する。主体金具50の取付ネジ部52は、エンジンヘッド200の取付ネジ孔201に螺合するネジ山を有する。主体金具50のシール部54は、取付ネジ部52の根元に鍔状に形成され、シール部54とエンジンヘッド200との間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット5が嵌挿される。主体金具50の先端面57は、取付ネジ部52の先端に形成された中空円状の面であり、先端面57の中央には、脚長部13に包まれた中心電極20が突出する。
The
スパークプラグ100の中心電極20は、有底筒状に形成された電極母材21の内部に、電極母材21よりも熱伝導性に優れる芯材25を埋設した構造を有する棒状の電極であって、電極母材21の先端部分には、電極チップ22がレーザー溶接によって接合されている。本実施例では、電極母材21は、インコネル(登録商標)を始めとするニッケルを主成分とするニッケル合金から成り、芯材25は、銅または銅を主成分とする合金から成る。また、電極チップ22は、耐火花消耗性を向上するために、高融点の貴金属を主成分として形成されている。中心電極20は、電極母材21の先端が絶縁碍子10の軸孔12から突出した状態で絶縁碍子10の軸孔12に挿入され、セラミック抵抗3およびシール体4を介して端子金具40に電気的に接続されている。
The center electrode 20 of the
スパークプラグ100の接地電極30は、主体金具50の先端面57に接合された電極母材31を、軸中心線Oに交差する方向に屈曲した構造を有する電極であって、電極母材31の先端付近には、貴金属チップ部材を含む2層部材32が埋設されており、中心電極20の先端に対向するように配置されている。本実施例では、電極母材31は、インコネル(登録商標)を始めとするニッケルを主成分とするニッケル合金から成る。
The
A−2.2層部材の構成及び形成方法:
図2は、図1のスパークプラグにおける2層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。
A-2.2 Layer member configuration and formation method:
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-section of a portion around the two-layer member in the spark plug of FIG.
図2に示すように、2層部材32は、貴金属チップ部材33と中間部材34とを有しており、その両者をレーザー溶接にて接合することにより形成されている。貴金属チップ部材33には、例えば、Pt(白金)または、Ptを主成分とする合金が用いられる。本実施例では、Pt−20Ir合金(20質量%のイリジウムを含有した白金合金)が用いられている。中間部材34には、Pd(パラジウム)またはPdを主成分とする合金、Au(金)またはAuを主成分とする合金、AuPd合金、Pt合金、白金ニッケル合金(例えば、Pt−20Ni(20質量%のニッケルを含有した白金合金))が用いられる。本実施例では、Pdが用いられている。また、中間部材34には、INC600などのニッケル合金を始め、電極母材31と同一の材料で形成されても良い。
As shown in FIG. 2, the two-
2層部材32を形成する場合、まず、貴金属チップ部材33の下面と中間部材34の上面とが当接するように積層する。次に、貴金属チップ部材33と中間部材34とが当接する境界面36の外縁に、ほぼ全周に亘って、レーザーを照射して、その熱により境界面36の近傍の貴金属チップ部材33及び中間部材34を溶融させ、境界面36の部分にレーザー溶融部35を形成する。このようなレーザー溶接によって貴金属チップ部材33と中間部材34とは接合される。このとき、レーザー溶融部35の先端35aは境界面36の中心までは到達しておらず、レーザー溶融部35はリング形状に形成されることになる。すなわち、レーザー溶融部35の対向する先端35a同士の間の距離、言い換えれば、リング形状を成すレーザー溶融部35の内径φdは、0より大きいものとなっている(φd>0)。
When the two-
また、本実施例においては、図2に示すように、境界面36に垂直な方向(すなわち、軸中心線Oに沿った方向)において、レーザー溶融部35の先端35aが、境界面36よりも貴金属チップ部材33側に位置するように、レーザー溶融部35が形成されている。従って、レーザー溶融部35の内径φdは、境界面36における貴金属チップ部材33と中間部材34との当接部分の外径φDよりも小さくなっている(φd>φD)。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the
このようにして形成された2層部材32は、主体金具50の先端面57に接合された電極母材31の先端付近に、中間部材34とレーザー溶融部35とが電極母材31に埋没し、貴金属チップ部材33はその上面が電極母材31から突出するように、抵抗溶接にて接合される。その後、電極母材31は、図1に示したように、軸中心線Oに交差する方向に折り曲げられ、貴金属チップ部材33が中心電極20の電極チップ22と対向し、かつ、両者の間に形成されたギャップ(すなわち、火花ギャップ)が所望の寸法となるように、位置決めされる。
In the two-
A−3.第1の実施例の効果:
以上のようにして、2層部材32を形成して、接地電極30を作成することにより、本実施例においては、以下のような効果を奏することができる。
A-3. Effects of the first embodiment:
By forming the two-
すなわち、本実施例においては、2層部材32において、図2に示すように、レーザー溶融部35の先端35aが、境界面36よりも貴金属チップ部材33側に位置するように、レーザー溶融部35が形成されているため、接地電極30において、温度変化により中間部材34と貴金属チップ部材33との間、および、中間部材34と電極母材31との間に応力が発生したとしても、貴金属チップ部材33はレーザー溶融部35に引っ掛かって脱落し難い。
That is, in the present embodiment, in the two-
B.第2の実施例:
本実施例のスパークプラグは、2層部材の構成が第1の実施例における2層部材32の構成と異なるだけで、他の構成要素は、第1の実施例のスパークプラグ100と同じであるため、以下では、2層部材についてのみ説明を行い、他の構成要素についての説明は省略する。
B. Second embodiment:
The spark plug of the present embodiment is the same as the
B−1.2層部材の構成及び形成方法:
図3は、本発明の第2の実施例のスパークプラグにおける2層部材を中心とした部分の断面を示す断面図である。
B-1.2 Structure and forming method of layer member:
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of a portion centering on a two-layer member in a spark plug according to a second embodiment of the present invention.
本実施例においても、図3に示すように、2層部材32’は、貴金属チップ部材33と中間部材34とを有しており、その両者をレーザー溶接にて接合することにより形成されている。貴金属チップ部材33及び中間部材34には、第1の実施例の場合と同様の材料が用いられている。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 3, the two-
2層部材32’を形成する場合、まず、貴金属チップ部材33の下面と中間部材34の上面とが当接するように積層する。次に、貴金属チップ部材33と中間部材34とが当接する境界面36に対し、中間部材34から貴金属チップ部材33に向かって斜めとなるよう、中間部材34の側面のほぼ全周に亘って、レーザーを照射する。このとき、レーザーの熱により境界面36の近傍の貴金属チップ部材33及び中間部材34を溶融させ、図3に示すように、中間部材34から貴金属チップ部材33に向かって斜めとなるよう、レーザー溶融部35を形成する。このとき、第1の実施例の場合と同様に、レーザー溶融部35の先端35aは境界面36の中心までは到達しておらず、レーザー溶融部35はリング形状に形成されることになる。すなわち、レーザー溶融部35の内径φdは、0より大きいものとなっている(φd>0)。また、レーザー溶融部35が上述した如く中間部材34から貴金属チップ部材33に向かって斜めとなるように形成することにより、境界面36に垂直な方向(すなわち、軸中心線Oに沿った方向)において、レーザー溶融部35の先端35aは、境界面36よりも貴金属チップ部材33側に位置することになる。従って、レーザー溶融部35の内径φdは、境界面36における貴金属チップ部材33と中間部材34との当接部分の外径φDよりも小さくなっている(φd>φD)。
When forming the two-
B−2.第2の実施例の効果:
以上のようにして、2層部材32’を形成して、接地電極30を作成することにより、本実施例においても、第1の実施例と同様またはそれ以上の効果を奏することができる。
B-2. Effects of the second embodiment:
As described above, by forming the two-
すなわち、本実施例においては、2層部材32’において、図3に示すように、レーザー溶融部35が中間部材34から貴金属チップ部材33に向かって斜めとなるように形成されたことにより、貴金属チップ部材33のレーザー溶融部35に対する引っ掛かり部分が多くなるため、貴金属チップ部材33はより脱落し難くなる。
That is, in this embodiment, in the two-
C.変形例:
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
上記した各実施例においては、貴金属チップ部材33と中間部材34とを接合して成る2層部材32,32’は、接地電極30側に取り付けるようにしていたが、本発明は、これに限定されるものではなく、中心電極20側に取り付けるようにしてもよい。具体的には、電極チップ22に代えて、2層部材32,32’を取り付けるようにしてもよい。また、2層部材32,32’を中心電極20側,接地電極30側の双方に取り付けるようにしてもよい。
In each of the embodiments described above, the two-
上記した各実施例では、2層部材32,32’において、貴金属チップ部材33と中間部材34とをレーザー溶接にて接合する際、2層部材32,32’のほぼ全周に亘ってレーザー溶接を行うようにしていたが、周囲の一部において、レーザー溶接が為されていない部分があってもよい。
In each of the above-described embodiments, when the noble
上記した各実施例では、2層部材32,32’において、貴金属チップ部材33と中間部材34とをレーザー溶接にて接合するようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子ビーム溶接にて接合するようにしてもよい。
In each of the above-described embodiments, in the two-
3…セラミック抵抗
4…シール体
5…ガスケット
10…絶縁碍子
12…軸孔
13…脚長部
17…先端側胴部
18…後端側胴部
19…鍔部
20…中心電極
21…電極母材
22…電極チップ
25…芯材
30…接地電極
31…電極母材
32,32’…2層部材
33…貴金属チップ部材
34…中間部材
35…レーザー溶融部
35a…先端
36…境界面
40…端子金具
50…主体金具
51…工具係合部
52…取付ネジ部
54…シール部
57…先端面
100…スパークプラグ
200…エンジンヘッド
201…取付ネジ孔
332…2層部材
333…貴金属チップ部材
334…中間部材
335…レーザー溶融部
335a…先端
336…境界面
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を有するスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極のうち少なくとも一方は、
電極母材と、
貴金属チップ部材と、
第1の面が前記貴金属チップ部材と当接し、前記第1の面と反対側の第2の面が前記電極母材に当接する中間部材と、
前記貴金属チップ部材と前記中間部材とが当接する境界面の外縁の少なくとも一部をレーザー溶接することにより、前記境界面の近傍部分に形成されるレーザー溶融部と、
を備え、
前記レーザー溶融部の対向する先端同士の間の距離φdは、0より大きいと共に、前記境界面に垂直な方向において、前記レーザー溶融部の先端は、前記境界面よりも貴金属チップ部材側に位置し、前記距離φdは、前記境界面における前記貴金属チップ部材と前記中間部材との当接部分の外径φDよりも小さいことを特徴とする、スパークプラグ。 A center electrode;
A ground electrode that forms a spark gap with the center electrode;
A spark plug having
At least one of the center electrode and the ground electrode is
An electrode base material;
A precious metal tip member;
An intermediate member in which a first surface is in contact with the noble metal tip member, and a second surface opposite to the first surface is in contact with the electrode base material;
By laser welding at least a part of the outer edge of the boundary surface where the noble metal tip member and the intermediate member abut, a laser melting portion formed in the vicinity of the boundary surface,
With
The distance φd between the opposite ends of the laser melting portion is greater than 0, and the tip of the laser melting portion is located closer to the noble metal tip member than the boundary surface in a direction perpendicular to the boundary surface. The spark plug is characterized in that the distance φd is smaller than an outer diameter φD of a contact portion between the noble metal tip member and the intermediate member on the boundary surface.
前記レーザー溶融部は、前記境界面に対し前記中間部材から前記貴金属チップ部材に向かって斜めとなるように形成されていることを特徴とする、スパークプラグ。 The spark plug according to claim 1, wherein
The spark plug is characterized in that the laser melting portion is formed so as to be inclined from the intermediate member toward the noble metal tip member with respect to the boundary surface.
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