JPH06111919A - 内燃機関用スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 緩和層部材が母材に十分に密着させることが
できるとともに、緩和層部材の変形を防いだスパークプ
ラグの製造方法を提供するものである。 【構成】 抵抗溶接のための 溶接電極棒２５を用い
て、放電層部材２０と、緩和層部材２１が予め接合され
たチップ１１を、接地電極１０に接合させる際に、接地
電極１０とチップ１１とがまず熱的及び電気的な接触を
確保できるように、溶接電流値を通常より低く与える第
１の通電工程を行い、その後で、チップ１１と接地電極
１０との接合界面で所望の密着性を確保する通常の溶接
通電量を与える第２の通電工程を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火花放電間隙部に設定
される貴金属チップの改良に係わるものであり、特にこ
のチップの耐熱耐久性を向上させるようにする内燃機関
用スパ−クプラグの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関に使用されるスパ−ク
プラグは、対向設定される中心電極と接地電極を備え、
この両電極間に高電圧を印加することにより火花放電を
発生させ、内燃機関の気筒内に充満され燃料と空気との
混合気に着火させるようにしている。このため、一対の
電極部材の対向する部分にそれぞれ貴金属により構成し
た放電用チップを取り付け、このチップの相互間に火花
放電のための間隙が形成されるように構成している。

【０００３】従来、この様に構成されるスパ−クプラグ
の長寿命化を図るため、例えば特開昭６０−２６２３７
号広報に示されるように、中心電極及び接地電極の火花
放電部において、放電層部材と応力緩和層部材とにより
複合化して構成したチップを接合することが考えられて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような、チップを
各電極部材に接合する際、接合界面に十分な密着性を有
する、通電条件により抵抗溶接をすると、複合チップの
緩和層部材と電極部材の接合界面に発生するジュ−ル熱
により、緩和層部材が溶融し、外周部に線状のバリとな
って飛散し、大幅な薄肉化を生ずる。

【０００５】このバリの発生は火花間隙の短絡を誘発
し、失火をまねく。またバリの発生による緩和層部材の
薄肉化は、複合チップの目的である応力軽減機能が損な
われ、そのため複合チップと電極部材の接合界面への熱
応力が集中し、接合界面に亀裂や、酸化が進行し、複合
チップの脱落につながり、スパ−クプラグの長寿命化の
目的を達成することができなくなる。

【０００６】以上の状態を図６によって、詳細に説明す
る。図６は、従来の複合チップを十分な密着性を有する
ように抵抗溶接した場合の模式断面図を示す。

【０００７】従来の方法では、抵抗溶接時の緩和層部材
への負荷が大きすぎ、図６の如く、放電層部材３２と緩
和層部材３３が積層されたチップ３１は、溶接時の発熱
により熱変形が生じ、特に緩和層部材３３の変形が激し
く、接合部外周部に線状のバリ３３ａとなって溶融飛散
し、放電層部材３２に比較し、甚だしい薄肉化ならび
に、偏肉を生じる。

【０００８】これは、緩和層部材３３が放電層部材３２
に対し、低融点材料であり、また接地電極３０の熱容量
が大きいために、接合界面で発生したジュ−ル熱によっ
て、緩和層部材３３のみ溶融が生じたためである。

【０００９】この緩和層部材３３の薄肉化ならびに、偏
肉は、上述の如く、緩和層部材３３の本来の目的であ
る、熱応力緩和効果を損ない、接合界面への熱応力が集
中し、接合界面に亀裂や、酸化が進行し、チップ３１の
脱落につながる。またバリ３３ａの発生は、中心電極と
接地電極との間隔である火花間隙での短絡を誘発し失火
につながってしまう。

【００１０】そのため、従来では、上記の緩和層部材３
３の溶融を回避するために、通電電流の低電流化を行っ
てきたが、接合界面の密着性からは高電流化が望まし
く、通電電流条件の設定による緩和層部材の変形防止を
行うことは、困難であった。

【００１１】そこで、本発明は、上記問題点を鑑みたも
のであり、緩和層部材が電極に十分に密着させることが
できるとともに、緩和層部材の変形を防いだスパークプ
ラグの製造方法を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明では、
耐消耗性に優れた材料によって構成された放電層部材
と、この放電層部材と電極母材との間の線膨張係数を有
する材料によって構成された緩和層部材が予め接合され
たチップを、火花間隙を形成する少なくとも二つの対向
した電極の少なくとも一方の電極に接合する内燃機関用
スパークプラグの製造方法において、チップを抵抗溶接
により接合する工程が、電極母材と複合チップの熱的及
び電気的な接触を確保する第１の通電工程と、複合チッ
プと電極母材との接合界面で所望の密着性を確保する第
２の通電工程よりなる内燃機関用スパ−クプラグの製造
方法を提供するものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成のチップを抵抗溶接により電
極部材に接合するとき、第１の通電工程により、電極母
材と複合チップの熱的及び電気的な接触が確保されるた
め、第２の通電工程時に、充分な密着性を有する通電条
件で溶接を実施しても、抵抗溶接の発熱は、緩和層部材
に集中することなく、緩和層部材及び電極部材にバラン
ス良く発熱し、緩和層部材の溶融が無く、電極部材に埋
設した、良好な状態で接合される。

【００１４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、スパ−
クプラグの２つの対向する電極母材の先端に予め複合化
されたチップを抵抗溶接に接合する際、電極母材と複合
チップの熱的及び電気的な接触を確保する第１の通電工
程と、複合チップと電極母材との接合界面で良好な密着
性を確保する第２の通電工程より抵抗溶接されることに
より、緩和層部材の溶融に起因する不具合の発生が無
く、スパ−クプラグの長寿命化の目的が達成でき、信頼
性を向上させることができる。

【００１５】

【実施例】図１は内燃機関に使用されるスパ−クプラグ
の断面構造を示したもので、金属材料によって構成され
た円筒状のハウジング１を備え、このハウジング１は、
ネジ溝２を用いて図示しない内燃機関のシリンダヘッド
部に装着されるもので、ガスケット３によってシリンダ
ヘッドに取り付けられた状態で気密が保持されるように
している。

【００１６】ハウジング１の内部には、筒状の絶縁碍子
４の下端部が同軸的に嵌め込み設定されるもので、この
絶縁碍子４の中心孔部４ａには、この絶縁碍子４の下端
部分に対応して中心電極５が挿入固定されている。この
中心電極５は内材が銅で構成され、外材がＮｉ基合金に
よって構成された円柱体でなり、その先端部５ａが絶縁
碍子４の下端から露出されるようにしている。

【００１７】絶縁碍子４の中空孔部４ａの上半部分には
中軸６が挿入されるもので、絶縁碍子４の上方に突出す
る中軸６の一端部６ａは、点火電圧信号の供給される端
子７を構成している。この絶縁碍子４の中空部の中軸６
の他端部６ｂと中心電極５の他端部５ｂとの間には、導
電性のグラスシ−ル材８によって中軸６と中心電極５と
が加熱溶着され、電気的に接続されるようになってい
る。

【００１８】また、絶縁碍子４によって保持された中心
電極５の一端部５ａには、貴金属によって構成された放
電電極を構成する第１のチップ９が溶接取り付けられて
いる。

【００１９】そして、中心電極５に取り付けられたチッ
プ９と小間隔で対向する位置には、ハウジング２１から
一体的に延出された接地電極１０が設定されるもので、
この接地電極１０のチップ９に対向する放電可能な位置
には、第２のチップ１１が抵抗溶接にて取り付けられて
いる。そしてチップ９および１１との間には火花放電の
ための間隙１２が形成されるようにする。

【００２０】図２は、例えば接地電極に取り付けられる
第２のチップ１１の溶接取り付け前の初期断面構造を示
すものである。第１実施例においては、放電層部材２０
として、白金を主成分とする耐消耗性の優れた性質を有
する合金である、８０重量％Ｐｔと２０重量％Ｉｒから
なり、厚さが０．４ｍｍのものを使用した。

【００２１】また、緩和層部材２１としては、白金を含
む貴金属を主成分とする合金である、８０重量％Ｐｔと
２０重量％Ｎｉからなり、厚さが０．２ｍｍのものを使
用した。

【００２２】この緩和層部材２１は、放電層部材２０と
母材である接地電極１０との接合界面に発生する熱応力
を軽減するために、放電層部材２０と接地電極１０との
間に介在されるように設けられるもので、この緩和層部
材２１の線膨張係数は、放電層部材２０と接地電極１０
を構成する母材の線膨張係数との間の値に設定されるよ
うにしている。

【００２３】図３は接地電極１０にチップ１１を抵抗溶
接によって接合する第１実施例の製造方法を示す。ま
ず、チップ１１は接地電極１０に設置され、抵抗溶接機
の溶接電極棒２５にて加圧されつつ、図示しない通電手
段にて、通電される。この通電電流によって、チップ１
１と接地電極１０との接合界面にジュ−ル熱が発生して
接合される。

【００２４】この時の抵抗溶接の条件として、第１の通
電工程である初回目の通電工程としては、チップ４３に
加圧力２５Ｋｇ、通電時間１０サイクル、通電電流８０
０Ａで溶接する。

【００２５】その後、第２通電工程である第２回目の通
電工程における通電電流を１０００Ａで溶接した。以上
のように、第１実施例においては、チップ１１に直接、
大電流にて抵抗溶接するのではなく、２度にわたり、抵
抗溶接を分けて行うことによって、図４の如く、溶接後
のチップ１１は溶接時の発熱により熱変形が生じている
が、緩和層部材２１での溶融がほとんど無く、バリの発
生や薄肉化、偏肉も生ぜず、接地電極１０に埋設された
良好な密着性を有する状態で接合される。

【００２６】すなわち、第１の通電工程が、低電流条件
で溶接を実施するため、接合界面で発生するジュ−ル熱
が少なく、緩和層部材２１での溶融が発生しないが、第
１の通電工程によって、溶接後の接合界面においては、
熱的、及び電気的な接合を確保することができる。

【００２７】そして、第２の通電工程によって、大電流
が投入されても、緩和層部材２１と接地電極１０とが間
には、熱的、及び電気的な接合が確保されているため、
接合界面で発生するジュ−ル熱は、接地電極１０に伝達
され、緩和層部材２１の発熱が抑制されるとともに、接
地電極１０の軟化を促し、チップ１１が接地電極１０に
埋設されて接合されることとなるのである。

【００２８】この様に接合されたチップ１１は、熱応力
緩和効果を発揮する緩和層部材２１の溶接後の厚さが確
保でき、かつ接合界面は充分な密着性を有し、また接地
電極１０に埋設されるため、燃焼ガスに直接曝される事
なく、酸化の発生も抑制される。

【００２９】第１実施例の通電工程を実施する事によ
り、放電層部材と緩和層部材が融点の異なる材料より構
成された複合チップにおいても、高電流通電条件の設定
が可能となり、接合界面の高信頼性を確保する事が可能
となった。

【００３０】次に、第１回目の抵抗溶接の条件と第２回
目の抵抗溶接との関係を詳細に検討してみた。図５は、
初回の溶接電流値と第２回目の溶接電流値との関係を示
す関係図である。ここで、図５中に、良好な接合である
ものには○、不良であったものには、×を記した。

【００３１】尚、本実験に採用したチップは、第１実施
例と同様の８０重量％Ｐｔと２０重量％Ｉｒからなり、
厚さが０．４ｍｍの放電層部材と、８０重量％Ｐｔと２
０重量％Ｎｉからなり、厚さが０．２ｍｍの緩和層部材
とを用いた。

【００３２】また、加圧力を３０ｋｇ、通電サイクルを
１０および通電電流の立ち上がりであるスロープを３と
統一し、第１回目と第２回目の抵抗溶接における溶接電
流値のみを変化させた。

【００３３】図５よりあきらかなように、初回溶接電流
値が高すぎてしまう領域Ａにおいては、初回の通電で従
来の如く、緩和層部材に０．６ｍｍ以上のバリが生じて
しまう。

【００３４】また、第２回目の溶接電流値が低すぎてし
まう領域Ｂにおいては、チップが接地電極に十分な接合
強度をもって接合することができない。さらに、初回溶
接電流値に対して、第２回目の溶接電流値が高すぎる領
域Ｃにおいては、やはり第２回目の溶接電流値によっ
て、０．６ｍｍ以上のバリが生じてしまう。

【００３５】以上のように、初回と第２回目の溶接電流
値との関係は、初回の溶接電流値をＸ、第２回目の溶接
電流値をＹとした場合に、 図５における領域Ａは、Ｘ＞１０００（Ａ） 図５における領域Ｂは、Ｙ＜８００（Ａ） 図５における領域Ｃは、Ｙ＝Ｘ＋３００（Ａ） と表すことかできる。ここで、（Ａ）は、アンペアを示
す。

【００３６】これより本発明の最適範囲は、これらの領
域に囲まれた領域である領域Ｄであることがわかる。ま
た、以上のような結果は、加圧力を変化させた場合に
も、同様な傾向の結果を示すことを確認することができ
た。

【００３７】尚、第１実施例においては接地電極に接合
される第２のチップについて説明したが、当然中心電極
の先端部に接合される第１のチップを同様の通電工程を
実施することにより、このスパ−クプラグの寿命の延長
と共に、信頼性を向上させる効果が期待できるものであ
る。

【００３８】さらに、上記実施例においては、第１の通
電工程を初回目の溶接とし、第２の通電工程を第２回目
の溶接に対応させたが、本発明はこれに限られるもので
はなく、第１の通電工程および第２の通電工程を、それ
ぞれ複数回行ってもよいことはいうまでもない。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】追加

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のスパークプラグの断面構
造を示す断面構造図である。

【図２】本発明の第１実施例のスパークプラグに設けら
れる前の複合チップの初期断面である。

【図３】本発明の第１実施例の製造方法を示す説明図で
ある。

【図４】本発明の第１実施例のスパークプラグに設けら
れる後の複合チップの断面である。

【図５】初回溶接電流値と２回目溶接電流値との関係を
示す特性図である。

【図６】従来の複合チップの抵抗溶接時における状態を
示す模式断面図である。

【符号の説明】 １０ 接地電極 ２０ 放電層部材 ２１ 緩和層部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐消耗性に優れた材料によって構成され
   た放電層部材と、この放電層部材と電極母材との間の線
   膨張係数を有する材料によって構成された緩和層部材が
   予め接合されたチップを、火花間隙を形成する少なくと
   も二つの対向した電極の少なくとも一方の電極に接合す
   る内燃機関用スパークプラグの製造方法において、 チップを抵抗溶接により接合する工程が、電極母材と複
   合チップの熱的及び電気的な接触を確保する第１の通電
   工程と、複合チップと電極母材との接合界面で所望の密
   着性を確保する第２の通電工程よりなることを特徴とす
   る内燃機関用スパ−クプラグの製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１の通電工程における溶接電流値
   （Ａ）をＸ、第２の通電工程における溶接電流値（Ａ）
   をＹとすると、 Ｘ＜１０００（Ａ） Ｙ＞８００（Ａ） Ｙ＝Ｘ＋３００（Ａ） に囲まれた領域における通電条件にて、第１および第２
   の通電工程を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃
   機関用スパ−クプラグの製造方法。