JP6069082B2 - Spark plug and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a spark plug used for an internal combustion engine or the like and a manufacturing method thereof.
内燃機関等に使用されるスパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に挿設された中心電極と、絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、主体金具の先端部に固定された棒状の接地電極とを備えている。また、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間には間隙が形成され、当該間隙に電圧を印加することで、火花放電を生じさせるようになっている。 A spark plug used for an internal combustion engine or the like includes, for example, an insulator having an axial hole extending in the axial direction, a center electrode inserted on the tip end side of the axial hole, and a cylindrical shape provided on the outer periphery of the insulator A metal shell and a bar-shaped ground electrode fixed to the tip of the metal shell are provided. Further, a gap is formed between the tip of the ground electrode and the tip of the center electrode, and a spark discharge is generated by applying a voltage to the gap.
また、火花放電に対する耐消耗性の向上を図るべく、接地電極のうち中心電極の先端部と対向する部位に、貴金属合金などの耐久性に優れる金属からなるチップを接合し、当該チップと中心電極の先端部との間に前記間隙を形成する技術が知られている(例えば、特許文献1等参照)。 Further, in order to improve wear resistance against spark discharge, a tip made of a metal having excellent durability such as a noble metal alloy is joined to a portion of the ground electrode facing the tip of the center electrode, and the tip and the center electrode There is known a technique for forming the gap between the front end portion of each of them (for example, see Patent Document 1).
ところで近年では、燃費性能の向上等を図るために、内燃機関等の高圧縮化が進んでおり、このような内燃機関等においては、チップが極めて高温となりやすい。そのため、接地電極とチップとの間で生じる熱膨張差(熱応力)がより大きなものとなりやすく、接地電極からチップが脱落してしまうおそれがある。 By the way, in recent years, in order to improve the fuel efficiency, etc., the compression of the internal combustion engine or the like has been advanced, and in such an internal combustion engine or the like, the tip tends to be extremely hot. For this reason, the difference in thermal expansion (thermal stress) generated between the ground electrode and the chip tends to be larger, and the chip may fall off the ground electrode.
特に、耐消耗性の向上を図るべく、チップの外径を比較的大きなものとした場合〔例えば、接地電極の幅Aに対するチップの外径Bの割合(B/A)が0.5以上である場合〕には、チップが非常に高温となりやすく、チップの脱落がより一層懸念される。 In particular, when the outer diameter of the chip is made relatively large in order to improve wear resistance [for example, the ratio of the outer diameter B of the chip to the width A of the ground electrode (B / A) is 0.5 or more. In some cases, the tip is likely to be very hot, and there is a greater concern about tipping off.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、接地電極に対するチップの接合強度を十分に高めることができ、チップの脱落をより確実に防止することができるスパークプラグ及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a spark plug capable of sufficiently increasing the bonding strength of the chip to the ground electrode and more reliably preventing the chip from falling off. It is to provide a manufacturing method.
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。 Hereinafter, each configuration suitable for solving the above-described object will be described in terms of items. In addition, the effect specific to the corresponding structure is added as needed.
構成1.本構成のスパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
自身の基端部が前記主体金具の先端部に固定された棒状の接地電極と、
前記接地電極のうち前記中心電極側に位置する面に対して、自身の一部が埋没した状態で接合されるとともに、前記中心電極との間で間隙を形成するチップとを備えるスパークプラグであって、
前記チップの中心軸を含み、前記接地電極の中心軸と平行な断面において、
前記チップの中心軸よりも前記接地電極の先端側における、前記接地電極に対する前記チップの埋没部分の面積S1(mm2)が、前記チップの中心軸よりも前記接地電極の基端側における、前記接地電極に対する前記チップの埋没部分の面積S2(mm2)よりも大きく、
前記接地電極に埋没する前記軸線方向における前記チップの先端側の端面が、前記接地電極のうち前記中心電極側に位置する面に対して傾斜していることを特徴とする。
Configuration 1. The spark plug of this configuration includes a cylindrical insulator having an axial hole penetrating in the axial direction;
A center electrode inserted on the tip side of the shaft hole;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A rod-shaped ground electrode whose base end is fixed to the tip of the metal shell;
A spark plug comprising: a chip that is bonded to a surface of the ground electrode that is located on the center electrode side in a state where a part of the ground electrode is buried and that forms a gap with the center electrode. And
In a cross section including the central axis of the chip and parallel to the central axis of the ground electrode,
The area S1 (mm 2 ) of the buried portion of the chip with respect to the ground electrode on the tip end side of the ground electrode with respect to the center axis of the chip is greater than the center axis of the chip on the base end side of the ground electrode. area of immersed part of said tip for the ground electrode S2 (mm 2) much larger than the,
The tip end surface of the tip in the axial direction embedded in the ground electrode is inclined with respect to the surface of the ground electrode located on the center electrode side .
上記構成1によれば、接地電極の先端側におけるチップの埋没量に相当する面積S1が、接地電極の基端側におけるチップの埋没量に相当する面積S2よりも大きくなるように構成されている。従って、チップのうち接地電極に埋没する部位がいわば楔形状となるため、接地電極からチップに対して、チップを挟み込む方向の力を加えることができる。さらに、高温下においては、熱膨張量が大きな接地電極の先端側から、チップのうちその中心軸よりも接地電極の先端側に位置する部分に対して、大きな挟み込み力を加えることができる。これらの結果、接地電極に対するチップの接合強度を十分に高めることができ、チップの脱落をより確実に防止することができる。 According to the configuration 1, the area S1 corresponding to the tip burying amount on the distal end side of the ground electrode is configured to be larger than the area S2 corresponding to the tip burying amount on the proximal end side of the ground electrode. . Accordingly, since the portion of the chip that is buried in the ground electrode has a so-called wedge shape, a force in the direction of sandwiching the chip can be applied from the ground electrode to the chip. Further, at a high temperature, a large pinching force can be applied from the tip end side of the ground electrode having a large thermal expansion amount to a portion of the chip located closer to the tip end side of the ground electrode than the central axis. As a result, the bonding strength of the chip to the ground electrode can be sufficiently increased, and the chip can be more reliably prevented from falling off.
構成2.本構成のスパークプラグは、上記構成1において、S1/S2≧1.05を満たすことを特徴とする。
上記構成2によれば、接地電極からチップに加わる挟み込み力をより増大させることができる。従って、接合強度を一層向上させることができ、チップの脱落をより一層確実に防止することができる。
According to the
構成3.本構成のスパークプラグは、上記構成1又は2において、S1/S2≦1.50を満たすことを特徴とする。
S1/S2を過度に大きなものとすると、接地電極のうちチップが接合された部位において微小な空間が多数形成されてしまうが、上記構成3によれば、S1/S2≦1.50とされているため、前記空間の形成をより確実に防止することができる。従って、接地電極における機械的強度の低下を抑制することができ、接地電極に対するチップの接合強度(特に機械的負荷に対する)を高めることができる。その結果、チップの脱落防止効果を一層向上させることができる。
If S1 / S2 is excessively large, a lot of minute spaces are formed in the portion of the ground electrode where the chip is bonded. According to the
構成4.本構成のスパークプラグの製造方法は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記チップを前記接地電極に接合する接合工程を含み、
前記接合工程においては、前記接地電極のうち前記チップが接合される接合予定面に対して前記チップのうち前記接地電極に接合される被接合面を2°以上12°以下傾斜させ、前記チップのうち前記接地電極の先端側に配置される部位を前記接地電極に接触させた上で、前記接地電極に対して前記チップを押圧しつつ、前記接地電極及び前記チップ間を通電することにより、前記チップを前記接地電極に接合することを特徴とする。
Configuration 4. The spark plug manufacturing method according to the present configuration is the spark plug manufacturing method according to any one of claims 1 to 3,
A bonding step of bonding the chip to the ground electrode;
In the bonding step, a surface to be bonded of the chip to be bonded to the ground electrode is inclined by 2 ° or more and 12 ° or less with respect to a bonding planned surface of the chip to which the chip is bonded, By contacting the ground electrode with a portion disposed on the tip side of the ground electrode, while pressing the chip against the ground electrode, by energizing between the ground electrode and the chip, A chip is bonded to the ground electrode.
上記構成4によれば、前記面積S1を前記面積S2よりも大きくしつつ、面積S2に対して面積S1が過度に大きくなってしまうこと(つまり、S1/S2>1.50となってしまう)ことをより確実に防止できる。すなわち、上記構成4によれば、簡易な手法により、上記構成1及び構成3を満たす(つまり、チップの接合強度が極めて優れる)スパークプラグを得ることができる。 According to the configuration 4, the area S1 is excessively larger than the area S2 while the area S1 is larger than the area S2 (that is, S1 / S2> 1.50). This can be prevented more reliably. That is, according to the configuration 4, a spark plug satisfying the configuration 1 and the configuration 3 (that is, the chip bonding strength is extremely excellent) can be obtained by a simple method.
構成5.本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成4において、前記接合工程においては、前記接地電極のうち前記チップが接合される接合予定面に対して前記チップのうち前記接地電極に接合される被接合面を3°以上12°以下傾斜させることを特徴とする。 Configuration 5. In the spark plug manufacturing method according to the present configuration, in the configuration 4, in the bonding step, the surface to be bonded to the ground electrode of the chip is bonded to the planned bonding surface of the ground electrode to which the chip is bonded. The joining surface is inclined by 3 ° or more and 12 ° or less.
上記構成5によれば、製造されたスパークプラグにおいて、より確実にS1/S2≧1.05を満たすものとすることができる。つまり、チップの接合強度がより一層良好なものとされたスパークプラグを容易に得ることができる。 According to the above configuration 5, the manufactured spark plug can more reliably satisfy S1 / S2 ≧ 1.05. That is, it is possible to easily obtain a spark plug in which the chip bonding strength is further improved.
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、スパークプラグ1を示す一部破断正面図である。尚、図1では、スパークプラグ1の軸線CL1方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ1の先端側、上側を後端側として説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a spark plug 1. In FIG. 1, the direction of the axis CL <b> 1 of the spark plug 1 is the vertical direction in the drawing, the lower side is the front end side of the spark plug 1, and the upper side is the rear end side.
スパークプラグ1は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子2、これを保持する筒状の主体金具3などから構成されるものである。
The spark plug 1 includes an
絶縁碍子2は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部10と、当該後端側胴部10よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部11と、当該大径部11よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部12と、当該中胴部12よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部13とを備えている。加えて、絶縁碍子2のうち、大径部11、中胴部12、及び、大部分の脚長部13は、主体金具3の内部に収容されている。そして、中胴部12と脚長部13との連接部にはテーパ状の段部14が形成されており、当該段部14にて絶縁碍子2が主体金具3に係止されている。
As is well known, the
さらに、絶縁碍子2には、軸線CL1に沿って軸孔4が貫通形成されており、当該軸孔4の先端側には中心電極5が挿設されている。当該中心電極5は、熱伝導性に優れる金属(例えば、銅や銅合金等)からなる内層5A、及び、ニッケル(Ni)を主成分とする合金からなる外層5Bを備えている。さらに、中心電極5の先端部には、耐消耗性に優れる金属(例えば、Pt、Ir、Pd、Rh、Ru、及び、Re等のうち1種類以上を含有する金属など)からなる円柱状の中心電極側チップ31が設けられている。また、中心電極5は、全体として棒状(円柱状)をなし、絶縁碍子2の先端から突出している。
Further, a shaft hole 4 is formed through the
加えて、軸孔4の後端側には、絶縁碍子2の後端から突出した状態で端子電極6が挿入、固定されている。
In addition, a terminal electrode 6 is inserted and fixed on the rear end side of the shaft hole 4 in a state of protruding from the rear end of the
さらに、軸孔4の中心電極5と端子電極6との間には、円柱状の抵抗体7が配設されている。当該抵抗体7の両端部は、導電性のガラスシール層8,9を介して、中心電極5と端子電極6とにそれぞれ電気的に接続されている。
Further, a
加えて、前記主体金具3は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ1を燃焼装置(例えば、内燃機関や燃料電池改質器等)の取付孔に取付けるためのねじ部(雄ねじ部)15が形成されている。また、ねじ部15よりも後端側の外周面には径方向外側に突出する座部16が形成され、ねじ部15後端のねじ首17にはリング状のガスケット18が嵌め込まれている。さらに、主体金具3の後端側には、主体金具3を前記燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部19が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子2を保持するための加締め部20が設けられている。
In addition, the
また、主体金具3の内周面には、絶縁碍子2を係止するためのテーパ状の段部21が設けられている。そして、絶縁碍子2は、主体金具3に対してその後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部14が主体金具3の段部21に係止された状態で、主体金具3の後端側開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部20を形成することによって主体金具3に固定されている。尚、段部14,21間には、円環状の板パッキン22が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子2の脚長部13と主体金具3の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。
A
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具3の後端側においては、主体金具3と絶縁碍子2との間に環状のリング部材23,24が介在され、リング部材23,24間にはタルク(滑石)25の粉末が充填されている。すなわち、主体金具3は、板パッキン22、リング部材23,24及びタルク25を介して絶縁碍子2を保持している。
Further, in order to make the sealing by caulking more complete,
また、図2に示すように、主体金具3の先端部26には、棒状をなす接地電極27の基端部が固定されている。接地電極27は、Niを主成分とする合金等により形成されるとともに、自身の略中間部分にて曲げ返されている。また、本実施形態において、接地電極27は、断面矩形状をなすとともに、自身の長手方向に沿った幅が一定となるように構成されている。
In addition, as shown in FIG. 2, a base end portion of a rod-
加えて、接地電極27の先端部には、抵抗溶接により、耐消耗性に優れる金属(例えば、Pt、Ir、Pd、Rh、Ru、及び、Re等のうち1種類以上を含有する金属など)からなる円柱状の接地電極側チップ32(本発明の「チップ」に相当する)が接合されている。そして、中心電極5の先端部(中心電極側チップ31)と、接地電極側チップ32との間には、間隙としての火花放電間隙33が形成されており、火花放電間隙33にて軸線CL1にほぼ沿った方向で火花放電が生じるように構成されている。尚、接地電極側チップ32は、Pt、又は、Ptを主成分(「主成分」とあるのは、材料中、最も質量比の高い成分を指すものである)とする合金により構成することが好ましい。また、前記合金にNiを含有させることが好ましく、Niの含有量は、30質量%以下とすることがより好ましく、5質量%以上25質量%以下とすることが一層好ましく、10質量%以上20質量%以下とすることがさらに好ましい。
In addition, a metal having excellent wear resistance by resistance welding (for example, a metal containing one or more of Pt, Ir, Pd, Rh, Ru, Re, etc.) is provided at the tip of the
さらに、接地電極側チップ32は、接地電極27の幅方向に沿った中央部分に接合されている。また、接地電極側チップ32は、接地電極27のうち中心電極5側に位置する内周側面27Sに対して、自身の厚さ方向に沿った少なくとも一部が埋没した状態で接地電極27に接合されている。
Further, the ground
尚、本実施形態では、図3に示すように、接地電極側チップ32が接合された部位における接地電極27の幅をA(mm)とし、接地電極側チップ32の外径をB(mm)としたとき、B/A≧0.5を満たすように構成されている。すなわち、内燃機関等の動作時において、接地電極側チップ32の受熱量が比較的多い一方で、接地電極側チップ32の熱が接地電極27を介して主体金具3側へと伝導しにくく、接地電極側チップ32がより高温となりやすい構成とされている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the width of the
加えて、本実施形態では、接地電極27に対する接地電極側チップ32の埋没部分が、次の態様となるように構成されている。すなわち、図4(図4では、図示の便宜上、接地電極27や接地電極側チップ32に図1等で付されているハッチングを省略している)に示すように、接地電極側チップ32の中心軸CL2(本実施形態において、中心軸CL2は軸線CL1と一致する)を含み、接地電極27の中心軸CL3と平行な断面を取る。このとき、中心軸CL2よりも接地電極27の先端側における、接地電極27に対する接地電極側チップ32の埋没部分BR1(図4中、斜線を付した部位)の面積S1(mm2)が、中心軸CL2よりも接地電極27の基端側における、接地電極27に対する接地電極側チップ32の埋没部分BR2(図4中、散点模様を付した部位)の面積S2(mm2)よりも大きなものとされている。尚、本実施形態では、接地電極27に埋没する接地電極側チップ32の端面が、接地電極27の内周側面27Sに対して傾斜するように構成されている。
In addition, in this embodiment, the buried portion of the ground
さらに、本実施形態では、1.05≦S1/S2≦1.50を満たすように構成されている。尚、前記断面において、接地電極側チップ32のうち接地電極27に埋没している部分の面積(面積S1及び面積S2の和)が0.295mm2以上0.55mm2以下とされている。
Furthermore, in this embodiment, it is configured to satisfy 1.05 ≦ S1 / S2 ≦ 1.50. Note that in the cross section, the area of the portion buried in the
尚、埋没部分BR1,BR2は、前記断面において、内周側面27Sの外形線のうち接地電極27の基端部側に位置する直線を接地電極27の先端側に延長してなる仮想線VLよりも接地電極27の内部側に位置する部分ということができる。
Note that the buried portions BR1 and BR2 have a virtual line VL formed by extending a straight line located on the base end side of the
次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ1の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the spark plug 1 comprised as mentioned above is demonstrated.
まず、主体金具3を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材(例えば、鉄系素材やステンレス素材)に対して冷間鍛造加工等を施すことで概形を形成するとともに、貫通孔を形成する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。
First, the
続いて、主体金具中間体の先端面に直棒状の接地電極27を抵抗溶接する。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部15が転造によって形成される。これにより、接地電極27の溶接された主体金具3が得られる。また、接地電極27の溶接された主体金具3には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性の向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理を施すこととしてもよい。
Subsequently, a straight bar-shaped
一方、前記主体金具3とは別に、絶縁碍子2を成形加工しておく。すなわち、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用いて、成形用素地造粒物を調製するとともに、当該成形用素地造粒物を用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体を得る。そして、研削加工が施すことで、得られた成形体を整形するとともに、整形されたものを焼成炉で焼成することにより、絶縁碍子2が得られる。
On the other hand, the
また、前記主体金具3、絶縁碍子2とは別に、中心電極5を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したNi合金に鍛造加工を施すことで、中心電極5を作製する。さらに、レーザー溶接等により、中心電極5の先端部に対して中心電極側チップ31を接合する。
Separately from the
次に、上記のようにして得られた絶縁碍子2及び中心電極5と、抵抗体7と、端子電極6とが、ガラスシール層8,9によって封着固定される。ガラスシール層8,9としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体7を挟むようにして絶縁碍子2の軸孔4内に注入された後、後方から端子電極6で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子2の後端側胴部10表面に釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
Next, the
その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極5及び端子電極6を備える絶縁碍子2と、接地電極27を備える主体金具3とが固定される。より詳しくは、主体金具3に絶縁碍子2を挿通した上で、比較的薄肉に形成された主体金具3の後端側開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部20を形成することによって絶縁碍子2と主体金具3とが固定される。
Thereafter, the
次に、接合工程において、接地電極27の先端部に接地電極側チップ32を接合する。具体的には、まず、接地電極27の先端部における亜鉛メッキ等を除去した上で、図5に示すように、主体金具3に対して接地電極27を軸線CL1側へと若干傾斜させておく。これにより、接地電極27のうち接地電極側チップ32が接合される接合予定面である内周側面27Sに対して接地電極側チップ32のうち接地電極27に接合される被接合面32Sを角度θだけ傾斜させる。本実施形態では、角度θが2°以上12°以下(より好ましくは、3°以上12°以下)となるように主体金具3に対する接地電極27の傾斜角度が設定されている。尚、接合前における接地電極側チップ32は、一定の厚さを有するものとされている。
Next, in the joining step, the ground
次いで、接地電極27に対して接地電極側チップ32を接触させた上で、所定の溶接電極棒WRにより、接地電極27に対して接地電極側チップ32を押圧しつつ、接地電極27及び接地電極側チップ32間を所定の電流値で通電する。これにより、接地電極側チップ32は、その厚さ方向に沿った一部が接地電極27に埋没した状態で接地電極27に溶接される。
Next, after the ground
尚、上述の通り、内周側面27Sに対して被接合面32Sが傾斜しているため、接地電極側チップ32のうち接地電極27の先端側に配置される部位のみが接地電極27に接触した状態で溶接が開始される。そのため、通電により、接地電極側チップ32のうち接地電極27の先端側に配置される部位と接地電極27との接触部分が特に高温となり、接地電極側チップ32のうち接地電極27の先端側に配置される部位が接地電極27に対して比較的深く埋没することとなる。尚、接地電極側チップ32のうち接地電極27の先端側に配置される部位が深く埋没することで、接地電極27のうち前記部位に隣接する部位は膨出変形する。
As described above, since the bonded
接地電極27に対する接地電極側チップ32の埋没がある程度進むと、接地電極側チップ32のうち接地電極27の基端側に配置される部位と接地電極27とが接触するが、この状態では接地電極27と接地電極側チップ32との接触面積が十分に大きくなっている。従って、接地電極側チップ32のうち接地電極27の基端側に配置される部位と接地電極27との接触部分は高温となりにくく、接地電極側チップ32のうち接地電極27の基端側に配置される部位の接地電極27に対する埋没量は比較的小さなものとなる。これにより、前記面積S1を容易に前記面積S2よりも大きくすることができる。
When the
また、接地電極側チップ32のうち接地電極27の基端側に配置される部位は、押圧されることで潰れ変形し、結果的に、当該部位の最大厚さは、接地電極側チップ32のうち接地電極27の先端側に配置される部位の最大厚さよりも小さなものとなる。尚、接地電極側チップ32を押圧する際の荷重や通電電流、溶接前における接地電極側チップ32の形状、角度θを変更することで、前記面積S1,S2ひいてはS1/S2を変更することができる。
Further, a portion of the ground
接地電極側チップ32の接合後、接地電極27を中心電極5側に屈曲させるとともに、中心電極5(中心電極側チップ31)及び接地電極側チップ32間に形成された火花放電間隙33の大きさを調整することで、上述したスパークプラグ1が得られる。
After joining the ground
以上詳述したように、本実施形態によれば、面積S1が面積S2よりも大きくなるように構成されている。従って、接地電極側チップ32のうち接地電極27に埋没する部位がいわば楔形状となるため、接地電極27から接地電極側チップ32に対して、接地電極側チップ32を挟み込む方向の力を加えることができる。さらに、高温下においては、熱膨張量が大きな接地電極27の先端側から、接地電極側チップ32のうちその中心軸CL2よりも接地電極27の先端側に位置する埋没部分BR1に対して、大きな挟み込み力を加えることができる。これらの結果、接地電極27に対する接地電極側チップ32の接合強度を十分に高めることができ、接地電極側チップ32の脱落をより確実に防止することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the area S1 is configured to be larger than the area S2. Therefore, since the portion embedded in the
特に本実施形態では、S1/S2≧1.05とされているため、接地電極27から接地電極側チップ32に加わる挟み込み力をより増大させることができる。従って、接合強度を一層向上させることができ、接地電極側チップ32の脱落をより一層確実に防止することができる。
In particular, in the present embodiment, since S1 / S2 ≧ 1.05, the pinching force applied from the
また、S1/S2≦1.50とされているため、接地電極側チップ32の接合に伴い、接地電極27に微小な空間が形成されてしまうことをより確実に防止できる。従って、接地電極27における機械的強度の低下を抑制することができ、接地電極27に対する接地電極側チップ32の接合強度(特に機械的負荷に対する)を高めることができる。その結果、接地電極側チップ32の脱落防止効果を一層向上させることができる。
Further, since S1 / S2 ≦ 1.50, it is possible to more reliably prevent a minute space from being formed in the
加えて、接合工程においては、角度θが2°以上12°以下となるように構成されている。従って、前記面積S1を前記面積S2よりも大きくしつつ、面積S2に対して面積S1が過度に大きくなってしまうこと(つまり、S1/S2>1.50となってしまう)ことをより確実に防止できる。すなわち、簡易な手法により、接地電極側チップ32の接合強度が極めて優れるスパークプラグ1を得ることができる。
In addition, in the joining step, the angle θ is configured to be 2 ° or more and 12 ° or less. Therefore, the area S1 is made larger than the area S2 while the area S1 is excessively larger than the area S2 (that is, S1 / S2> 1.50). Can be prevented. That is, the spark plug 1 with extremely excellent bonding strength of the ground
特に、本実施形態では、主体金具3に対して接地電極27を傾斜させるという簡便な手法で、角度θが2°以上12°以下となるように構成されている。そのため、上述のスパークプラグ1を一層容易に得ることができる。
In particular, in the present embodiment, the angle θ is configured to be 2 ° or more and 12 ° or less by a simple method of inclining the
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、接地電極の幅Aを2.7mmとし、接地電極側チップの外径Bを1.6mmとした上で、面積S1,S2を調節することにより、S1/S2を種々変更したスパークプラグのサンプルと、接地電極の幅Aを4.4mmとし、接地電極側チップの外径Bを2.2mmとした上で、面積S1,S2を調節することにより、S1/S2を種々変更したスパークプラグのサンプルとを複数作製し、各サンプルについて、机上冷熱試験を行った。 Next, in order to confirm the effects achieved by the above embodiment, the area S1 and S2 are adjusted after the width A of the ground electrode is set to 2.7 mm and the outer diameter B of the tip on the ground electrode side is set to 1.6 mm. As a result, the spark plug samples with various changes of S1 / S2 and the width A of the ground electrode are set to 4.4 mm and the outer diameter B of the tip of the ground electrode side is set to 2.2 mm. By adjusting, a plurality of spark plug samples in which S1 / S2 were variously changed were produced, and a desktop cooling test was performed on each sample.
机上冷熱試験の概要は次の通りである。すなわち、所定の高周波加熱装置により、接地電極の先端部が1000℃となるように30秒間加熱した後、2分間放冷することを1サイクルとして、5000サイクル行った。5000サイクル終了後に、接地電極側チップの中心軸を含み接地電極の中心軸と平行な断面を取るとともに、接地電極と接地電極側チップとの境界部分において、接地電極側チップが接地電極から剥離している部分(剥離部分)の長さを測定した。そして、前記境界部分の長さに対する前記剥離部分の長さの割合(剥離割合)を算出した。ここで、剥離割合が30%超40%以下となったサンプルは、高温下において前記境界部分に酸化スケールが生じにくく、熱的負荷に対して良好な耐剥離性を有するとして「○」の評価を下し、剥離割合が30%以下となったサンプルは、熱的負荷に対して非常に良好な耐剥離性を有するとして「◎」の評価を下すこととした。一方で、剥離割合が40%よりも大きくなったサンプルは、高温下において前記境界部分にて酸化スケールが形成されやすく、熱的負荷に対する耐剥離性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。 The outline of the desk cooling test is as follows. That is, with a predetermined high-frequency heating device, the tip of the ground electrode was heated for 30 seconds so that the temperature became 1000 ° C., and then allowed to cool for 2 minutes, and then 5000 cycles were performed. After the end of 5000 cycles, the ground electrode side chip is separated from the ground electrode at the boundary portion between the ground electrode and the ground electrode side chip while taking a cross section including the central axis of the ground electrode side chip and parallel to the central axis of the ground electrode. The length of the part (peeling part) which has been measured was measured. And the ratio (peeling ratio) of the length of the said peeling part with respect to the length of the said boundary part was computed. Here, a sample having a peeling ratio of more than 30% and not more than 40% is less likely to cause oxide scale at the boundary portion under high temperature, and is evaluated as “◯” because it has good peeling resistance against thermal load. The sample having a peeling ratio of 30% or less was evaluated as “◎” as having very good peeling resistance against a thermal load. On the other hand, a sample having a peeling ratio of more than 40% is evaluated as “x” because an oxide scale is likely to be formed at the boundary portion at a high temperature and the peeling resistance against a thermal load is insufficient. I decided to give it.
表1に、接地電極の幅Aを2.7mmとし、接地電極側チップの外径Bを1.6mmとしたサンプルの試験結果を示し、表2に、接地電極の幅Aを4.4mmとし、接地電極側チップの外径Bを2.2mmとしたサンプルの試験結果を示す。尚、外径Bを1.6mmとした接地電極側チップは、接地電極に対する接合前の厚さを0.4mmとし、外径Bを2.2mmとした接地電極側チップは、接地電極に対する接合前の厚さを1.0mmとした。尚、外径Bを1.6mmとした接地電極側チップは、Pt−10Niにより形成し、外径Bを2.2mmとした接地電極側チップは、Pt−20Niにより形成した。 Table 1 shows the test results of a sample in which the width A of the ground electrode is 2.7 mm and the outer diameter B of the ground electrode side chip is 1.6 mm. Table 2 shows that the width A of the ground electrode is 4.4 mm. The test result of the sample which made the outer diameter B of the ground electrode side chip 2.2 mm is shown. The ground electrode side chip having an outer diameter B of 1.6 mm has a thickness of 0.4 mm before bonding to the ground electrode, and the ground electrode side chip having an outer diameter B of 2.2 mm is bonded to the ground electrode. The previous thickness was 1.0 mm. The ground electrode side chip with an outer diameter B of 1.6 mm was made of Pt-10Ni, and the ground electrode side chip with an outer diameter B of 2.2 mm was made of Pt-20Ni.
表1及び表2に示すように、面積S1を面積S2よりも大きくしたサンプルは、良好な耐剥離性を有することが分かった。これは、接地電極側チップのうち接地電極に埋没する部位がいわば楔形状となったため、接地電極から接地電極側チップに対して、接地電極側チップを挟み込む方向の力が加わることとなった点、及び、高温下においては、熱膨張量が大きな接地電極の先端側から、接地電極側チップのうちその中心軸よりも接地電極の先端側に位置する部分に対して、大きな挟み込み力が加わった点によると考えられる。 As shown in Table 1 and Table 2, it was found that the samples in which the area S1 was larger than the area S2 had good peeling resistance. This is because the portion embedded in the ground electrode in the ground electrode side tip has a so-called wedge shape, so that a force in the direction of sandwiching the ground electrode side tip is applied from the ground electrode to the ground electrode side tip. And, under high temperature, a large pinching force was applied from the front end side of the ground electrode having a large thermal expansion amount to a portion of the ground electrode side chip located closer to the front end side of the ground electrode than the center axis thereof. It seems to be due to the point.
また特に、S1/S2≧1.05を満たすサンプルは、非常に良好な耐剥離性を有することが確認された。これは、接地電極から接地電極側チップに加わる挟み込み力がより増大したためであると考えられる。 In particular, it was confirmed that the sample satisfying S1 / S2 ≧ 1.05 has very good peeling resistance. This is considered to be because the clamping force applied from the ground electrode to the ground electrode side chip is further increased.
上記試験の結果より、耐剥離性の向上を図るべく、面積S1を面積S2よりも大きくすることが好ましいといえる。 From the results of the above test, it can be said that the area S1 is preferably larger than the area S2 in order to improve the peel resistance.
また、耐剥離性の更なる向上を図るべく、S1/S2≧1.05を満たすことがより好ましいといえる。 Moreover, it can be said that it is more preferable to satisfy S1 / S2 ≧ 1.05 in order to further improve the peel resistance.
次に、接地電極の幅Aを2.7mmとし、接地電極側チップの外径Bを1.6mmとした上で、面積S1,S2を調節することにより、S1/S2を種々変更したチップ付きの接地電極を複数作製し、各接地電極について、電極屈曲試験を行った。電極屈曲試験の概要は次の通りである。すなわち、図6(a),(b)に示すように、接地電極側チップの中心部分が接合された位置において接地電極を直角に屈曲させた。その後、接地電極側チップを観察し、接地電極から接地電極側チップが剥離しているか否かを確認した。ここで、図6(a)に示すように、接地電極側チップの剥離が生じなかった場合には、機械的負荷に対して優れた耐剥離性を有するとして「○」の評価を下すこととした。一方で、図6(b)に示すように、接地電極側チップの少なくとも一部において剥離が生じていた場合には、機械的な負荷に対する耐剥離性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。表3に、当該試験の結果を示す。尚、接地電極側チップは、接合前における厚さを0.4mmとした。 Next, the width A of the ground electrode is set to 2.7 mm, the outer diameter B of the tip on the ground electrode side is set to 1.6 mm, and the areas S1 and S2 are adjusted so that S1 / S2 is variously changed. A plurality of ground electrodes were prepared, and an electrode bending test was performed on each ground electrode. The outline of the electrode bending test is as follows. That is, as shown in FIGS. 6A and 6B, the ground electrode is bent at a right angle at the position where the center portion of the ground electrode side chip is joined. Then, the ground electrode side chip | tip was observed and it was confirmed whether the ground electrode side chip | tip peeled from the ground electrode. Here, as shown in FIG. 6A, when the chip on the ground electrode side does not peel off, the evaluation of “◯” is given as having excellent peeling resistance against the mechanical load. did. On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), when peeling occurs in at least a part of the ground electrode side chip, the evaluation of “x” is given because the peeling resistance against a mechanical load is insufficient. It was decided that Table 3 shows the results of the test. Note that the thickness of the ground electrode side chip before bonding was 0.4 mm.
表3に示すように、S1/S2≦1.50を満たすことで、機械的負荷に対して優れた耐剥離性を実現できることが明らかとなった。これは、S1/S2を過度に大きなものとすると、接地電極のうち接地電極側チップが溶接された部位において微小な空間が多数形成されてしまうところ、S1/S2≦1.50としたことで、前記空間の形成がより確実に防止され、接地電極における機械的強度の低下が抑制されたためであると考えられる。 As shown in Table 3, it was revealed that excellent peeling resistance with respect to a mechanical load can be realized by satisfying S1 / S2 ≦ 1.50. This is because if S1 / S2 is excessively large, a lot of minute spaces are formed in the ground electrode where the ground electrode side tip is welded, and S1 / S2 ≦ 1.50. This is considered to be because the formation of the space was more reliably prevented and the decrease in mechanical strength of the ground electrode was suppressed.
上記試験の結果より、耐剥離性の更なる向上を図るべく、S1/S2≦1.50を満たすことがより好ましいといえる。 From the results of the above test, it can be said that it is more preferable to satisfy S1 / S2 ≦ 1.50 in order to further improve the peel resistance.
次いで、前記角度θを種々異なるものした上で、接地電極に対して接地電極側チップを接合してなるスパークプラグのサンプルを作製した。そして、作製されたサンプルにおいて、面積S1及び面積S2を測定し、S1,S2の大小関係を調べるとともに、接合に伴い接地電極に微小な空間が形成されているか否かを確認した。ここで、S1>S2を満たすとともに、接地電極に空間が形成されていないサンプルは、熱的負荷及び機械的負荷に対して良好な耐剥離性を有するとして「○」の評価を下すこととした。一方で、S1≦S2となっていたり、接地電極に空間が形成されていたりしたサンプルは、熱的負荷及び機械的負荷の少なくとも一方に対して耐剥離性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。 Next, a sample of a spark plug formed by joining the ground electrode side tip to the ground electrode after making the angle θ different from each other was produced. Then, in the prepared sample, the area S1 and the area S2 were measured, the magnitude relationship between S1 and S2 was examined, and it was confirmed whether or not a minute space was formed in the ground electrode as a result of bonding. Here, a sample satisfying S1> S2 and having no space formed in the ground electrode is evaluated as “◯” as having good peeling resistance against a thermal load and a mechanical load. . On the other hand, a sample in which S1 ≦ S2 or a space is formed in the ground electrode indicates that the peel resistance is insufficient with respect to at least one of a thermal load and a mechanical load. It was decided to make an evaluation.
表4に、当該試験の結果を示す。尚、各サンプルともに、接地電極の幅Aを2.7mmとし、接地電極側チップの外径Bを1.6mmとした。また、接地電極側チップは、接合前における厚さを0.4mmとした。 Table 4 shows the results of the test. In each sample, the width A of the ground electrode was 2.7 mm, and the outer diameter B of the ground electrode side chip was 1.6 mm. Further, the thickness of the ground electrode side chip before bonding was set to 0.4 mm.
表4に示すように、角度θを2°以上12°以下とした場合には、S1>S2を満たすとともに、接地電極に微小な空間が形成されにくく、熱的負荷及び機械的負荷に対して良好な耐剥離性を有することが分かった。これは、角度θを2°以上としたことで、接地電極側チップのうち接地電極の先端側に位置する部位を接地電極に対して深く入り込ませることができ、また、角度θを12°以下としたことで、面積S1が過度に大きくなってしまうことをより確実に防止できたためであると考えられる。 As shown in Table 4, when the angle θ is not less than 2 ° and not more than 12 °, S1> S2 is satisfied and a minute space is hardly formed in the ground electrode, so that the thermal load and the mechanical load are not affected. It was found to have good peel resistance. This is because, by setting the angle θ to 2 ° or more, a portion of the ground electrode side chip located on the tip side of the ground electrode can be deeply inserted into the ground electrode, and the angle θ is 12 ° or less. This is considered to be because it was possible to more reliably prevent the area S1 from becoming excessively large.
また特に、角度θを3°以上とすることで、S1/S2≧1.05とすることができ、熱的負荷に対する耐剥離性を一層向上できることが確認された。 In particular, by setting the angle θ to 3 ° or more, it was possible to satisfy S1 / S2 ≧ 1.05, and it was confirmed that the peel resistance against thermal load could be further improved.
上記試験の結果より、良好な耐剥離性を有するスパークプラグをより確実に製造可能とすべく、接合工程において、接地電極のうち接地電極側チップが接合される接合予定面に対して接地電極側チップのうち接地電極に接合される被接合面を2°以上12°以下傾斜させることが好ましいといえる。 From the result of the above test, in order to more reliably manufacture a spark plug having good peeling resistance, in the joining process, the ground electrode side of the ground electrode in the joining process is to be joined to the ground electrode side chip to be joined. It can be said that it is preferable that the surface of the chip to be bonded to the ground electrode is inclined by 2 ° or more and 12 ° or less.
また、一層優れた耐剥離性を有するスパークプラグをより確実に製造可能とすべく、接合工程において、接地電極のうち接地電極側チップが接合される接合予定面に対して接地電極側チップのうち接地電極に接合される被接合面を3°以上12°以下傾斜させることがより好ましいといえる。 Further, in order to more reliably manufacture a spark plug having superior peeling resistance, in the bonding process, the ground electrode side chip is bonded to the bonding planned surface to which the ground electrode side chip is bonded. It can be said that it is more preferable that the surface to be bonded to the ground electrode is inclined by 3 ° or more and 12 ° or less.
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。 In addition, it is not limited to the description content of the said embodiment, For example, you may implement as follows. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are also possible.
(a)上記実施形態において、接地電極側チップ32は円柱状をなしているが、接地電極側チップ32の形状は特に限定されるものではない。従って、例えば、接地電極側チップが直方体状や多角柱状をなすように構成してもよい。尚、この場合には、前記外径Bとあるのは、接地電極側チップの中心軸と直交する平面に対して、前記中心軸に沿って接地電極側チップを投影したときに、接地電極側チップの投影領域を内側に含む最小の円の直径をいう。
(A) In the above embodiment, the ground
(b)上記実施形態では、主体金具3の先端部26に、接地電極27が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部(又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部)を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である(例えば、特開2006−236906号公報等)。
(B) In the above embodiment, the case where the
(c)上記実施形態では、工具係合部19は断面六角形状とされているが、工具係合部19の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Bi−HEX(変形12角)形状〔ISO22977:2005(E)〕等とされていてもよい。
(C) In the above embodiment, the
1…スパークプラグ、2…絶縁碍子(絶縁体)、3…主体金具、4…軸孔、5…中心電極、27…接地電極、32…接地電極側チップ(チップ)、33…火花放電間隙(間隙)、CL1…軸線、CL2…(接地電極側チップの)中心軸、CL3…(接地電極の)中心軸。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spark plug, 2 ... Insulator (insulator), 3 ... Main metal fitting, 4 ... Shaft hole, 5 ... Center electrode, 27 ... Ground electrode, 32 ... Ground electrode side chip | tip (chip), 33 ... Spark discharge gap ( Gap), CL1... Axis, CL2... Center axis (of ground electrode side tip), CL3... Center axis (of ground electrode).
Claims (5)
前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
自身の基端部が前記主体金具の先端部に固定された棒状の接地電極と、
前記接地電極のうち前記中心電極側に位置する面に対して、自身の一部が埋没した状態で接合されるとともに、前記中心電極との間で間隙を形成するチップとを備えるスパークプラグであって、
前記チップの中心軸を含み、前記接地電極の中心軸と平行な断面において、
前記チップの中心軸よりも前記接地電極の先端側における、前記接地電極に対する前記チップの埋没部分の面積S1(mm2)が、前記チップの中心軸よりも前記接地電極の基端側における、前記接地電極に対する前記チップの埋没部分の面積S2(mm2)よりも大きく、
前記接地電極に埋没する前記軸線方向における前記チップの先端側の端面が、前記接地電極のうち前記中心電極側に位置する面に対して傾斜していることを特徴とするスパークプラグ。 A cylindrical insulator having an axial hole penetrating in the axial direction;
A center electrode inserted on the tip side of the shaft hole;
A cylindrical metal shell provided on the outer periphery of the insulator;
A rod-shaped ground electrode whose base end is fixed to the tip of the metal shell;
A spark plug comprising: a chip that is bonded to a surface of the ground electrode that is located on the center electrode side in a state where a part of the ground electrode is buried and that forms a gap with the center electrode. And
In a cross section including the central axis of the chip and parallel to the central axis of the ground electrode,
The area S1 (mm 2 ) of the buried portion of the chip with respect to the ground electrode on the tip end side of the ground electrode with respect to the center axis of the chip is greater than the center axis of the chip on the base end side of the ground electrode. area of immersed part of said tip for the ground electrode S2 (mm 2) much larger than the,
The spark plug according to claim 1, wherein an end surface of the tip in the axial direction embedded in the ground electrode is inclined with respect to a surface of the ground electrode located on the center electrode side .
前記チップを前記接地電極に接合する接合工程を含み、
前記接合工程においては、前記接地電極のうち前記チップが接合される接合予定面に対して前記チップのうち前記接地電極に接合される被接合面を2°以上12°以下傾斜させ、前記チップのうち前記接地電極の先端側に配置される部位を前記接地電極に接触させた上で、前記接地電極に対して前記チップを押圧しつつ、前記接地電極及び前記チップ間を通電することにより、前記チップを前記接地電極に接合することを特徴とするスパークプラグの製造方法。 A method for manufacturing a spark plug according to any one of claims 1 to 3,
A bonding step of bonding the chip to the ground electrode;
In the bonding step, a surface to be bonded of the chip to be bonded to the ground electrode is inclined by 2 ° or more and 12 ° or less with respect to a bonding planned surface of the chip to which the chip is bonded, By contacting the ground electrode with a portion disposed on the tip side of the ground electrode, while pressing the chip against the ground electrode, by energizing between the ground electrode and the chip, A method of manufacturing a spark plug, comprising bonding a chip to the ground electrode.
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