JPH0722155A - スパークプラグとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型ガスエンジンに使用されるスパークプラ
グの中心電極に一体に接合される放電貴金属電極の接合
強度を高めて耐剥離性を向上させると共に、スパークプ
ラグ自体の長寿命化を図るものである。 【構成】 絶縁体に保持される中心電極の先端部の小径
部に穿設される取付孔内に放電貴金属電極を挿入して鍔
部を形成させつつ電気抵抗溶接を行い接合すると共に、
その小径部の先端面と放電貴金属電極の側面部とを全周
にわたってレーザー溶接を施し、溶融凝固合金部を形成
させることで一体に接合することにより、放電電圧を低
減し、耐火花消耗性に優れる放電貴金属電極の接合強
度、すなわち耐剥離性を高めることができると共に、ス
パークプラグ自体を長寿命化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関、特に燃料
に天然ガス（ＬＮＧ或はＣＮＧ等）を主体として使用
し、熱効率の向上を図った大型のガスエンジンに装着さ
れるスパークプラグとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関、特に燃料としてガソリ
ン若しくはＬＰＧガスを主体とする四輪車エンジン用の
スパークプラグにおいては、火花放電に対する耐摩耗性
を確保し、長寿命化を達成すべく火花放電を行う電極に
貴金属電極を使用するものが一般的であり、この貴金属
電極の接合構造も、特に大型のガスエンジンにおいて
は、火花放電電圧が通常のガソリンエンジンと比較して
３０〜４０％も高いことから中心電極と接地電極によっ
て形成される火花間隙部を小さく設定すると共に、放電
電圧を低減するため貴金属電極径を細径化する必要があ
るが、かかる小さな火花間隙の設定においては、細径化
した貴金属電極の火花放電は広範囲において発生し、貴
金属電極以外の部分において著しい火花摩耗が生じるこ
ととなるので径大化した貴金属電極を使用するものや、
過給機による過給圧又は圧縮比のアップによるこれらの
内燃機関の出力向上に対して、かかる貴金属電極が受け
る熱応力に対して十分にその耐剥離性を確保することが
できるように、貴金属電極の底部に鍔部を形成して電気
抵抗溶接を行って中心電極と貴金属電極とを一体に固定
してなるもの（特公昭６３−６２８７０）、また中心電
極の先端の小径部において穿設された孔部内に円柱状の
貴金属電極を圧入すると共に、その側面部をレーザー溶
接によってスポット溶接して一体に中心電極と接合して
なるもの（特公昭６３−５７９１９）が提案され、更に
熱応力自体の発生を減少させるべく、火花放電を行う放
電電極を薄い貴金属合金チップからなるものとするもの
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のものにおいて、火花放電電圧が通常のガソリンエ
ンジンの３０〜４０％も高い大型のガスエンジンにおけ
る耐火花消耗性を確保するため径大化した貴金属電極を
使用するもの、或は内燃機関の出力向上に対して、かか
る貴金属電極が受ける熱応力に対して十分にその耐剥離
性を確保することができるように、貴金属電極の底部に
鍔部を形成して電気抵抗溶接を行って中心電極と貴金属
電極とを一体に固定してなるものの場合、従来のガソリ
ン若しくはＬＰＧガスを主体とする内燃機関における使
用に際しては十分に貴金属電極の耐剥離性を確保してい
たが、このような内燃機関の更なる出力向上及び、燃料
としてＬＮＧ或はＣＮＧ等の天然ガスを主体として使用
して内燃機関自体の熱効率の向上に伴う熱応力の増大に
より、貴金属電極の接合部にかかる熱応力をも増大する
ことによって貴金属電極の剥離が容易に発生し、また中
心電極の先端の小径部において穿設された孔部内に円柱
状の貴金属電極を圧入すると共に、その側面部をレーザ
ー溶接によってスポット溶接して一体に中心電極と接合
してなるものでは、中心電極と貴金属電極との接合面積
はレーザー溶接によってなされるスポット溶接部に限定
されるため小さくなり、そのため内燃機関の増大した熱
応力がかかるスポット溶接による接合部に集中し、耐剥
離性が十分に確保することができない欠点がある。

【０００４】また、熱応力自体の発生を減少させるべ
く、火花放電を行う放電電極を薄い貴金属合金チップか
らなるものとするものの場合、火花放電が広範囲にわた
って発生し、貴金属チップと中心電極との接合部におけ
る火花消耗性が高くなる上、抵抗溶接を行っても、高温
下における耐剥離性の低下が問題となるものであった。

【０００５】そこで、この発明は上記従来のものの持つ
欠点を解消するものであり、中心電極に対する貴金属か
らなる放電電極の接合面積を増大させ、燃料としてガソ
リン若しくはＬＰＧ、更にＬＮＧ或はＣＮＧ等の天然ガ
スを主体に使用する内燃機関において発生する大きな熱
応力に対する耐剥離性を向上させようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために、燃料にガソ
リン若しくはＬＰＧガスの他、天然ガス（ＬＮＧ或はＣ
ＮＧ等）を主体として使用し、熱効率の向上を図った大
型のガスエンジンに装着されるスパークプラグの絶縁体
の先端に突出して保持されるニッケル合金からなる中心
電極の先端部に形成する小径部の先端面に突出する放電
面側の貴金属電極径が０．８ｍｍ以上であり、その全長
が０．８ｍｍ以上であって、上記先端面に接合する円柱
状の放電貴金属電極は、底部を放電面側よりも径大とし
てなる鍔部を電気抵抗溶接によって形成して一体に先端
面内に埋設されると共に、上記中心電極の小径部の先端
面と放電貴金属電極の側面部とを、その側面部の全周に
わたってレーザー溶接により形成する溶融凝固合金部に
よって中心電極の小径部に固定するものである。

【０００７】また、そのスパークプラグの製造も、 （１）．上記中心電極の先端面において取付孔を設ける
工程と、 （２）．上記取付孔内に放電貴金属電極を挿入して、そ
の放電貴金属電極の底部を放電面側より径大とする鍔部
を形成して取付孔底部内に接合する工程と、 （３）．放電貴金属電極をその取付孔内に一体に固定す
る中心電極の先端部に対して切削加工を施すことで、テ
ーパー部及び小径部を形成してなる工程と、 （４）．中心電極の先端部の小径部の先端面と上記放電
貴金属電極の側面部とを、その側面部の全周にわたって
レーザー溶接し、溶融凝固合金部を形成して一体に接合
固定してなる工程から製造されてなるものとする。

【０００８】

【作用】上記の構成を具えるので、中心電極の先端面
に、放電貴金属電極径が０．８ｍｍ以上、その電極長が
０．８ｍｍ以上の円柱状の放電貴金属電極（Ｐｔ−１０
％Ｉｒ）を電気抵抗溶接を行うことによって、上記放電
貴金属電極は、先端面内の直径が放電貴金属電極底部を
押し付けるように膨張しながら、鍔部を形成しつつ、中
心電極先端面内に埋設して先端面内の底部に密着して接
合するが、このとき電気抵抗溶接による発熱は、放電貴
金属電極の底部の鍔部と先端面内の底部との間において
主として発生するため、放電貴金属電極の側面部の接合
強度は、中心電極の底部との接合強度に比べて低くなっ
てしまう。

【０００９】そのため、放電貴金属電極をその先端面内
に電気抵抗溶接によって接合してなる中心電極の先端部
に対して、ニッケル合金によるレーザー溶接時の熱を放
電貴金属電極に有効に伝達できるようにするべく切削加
工を施すことにより、肉厚を０．２〜０．４ｍｍ、全高
０．３〜０．６ｍｍとする小径部を形成させて、この小
径部の先端面と小径部の中心に配置して接合される放電
貴金属電極の側面部を全周にわたってレーザー溶接する
ことにより溶融凝固合金部を形成させて、放電貴金属電
極の側面部を中心電極の先端部と一体に接合すること
で、放電貴金属電極の接合強度を高くすることができ
る。

【００１０】

【実施例】この発明を図に示す実施例により更に説明す
る。（１）は、この発明の実施例であり、燃料にガソリ
ン若しくはＬＰＧガスの他、天然ガス（ＬＮＧ或はＣＮ
Ｇ等）を主体として使用し、熱効率の向上を図った大型
のガスエンジンに装着されるスパークプラグであり、こ
のスパークプラグ（１）は、軸孔（４）の先端に中心電
極（３）を突出して保持する絶縁体（２）と、このスパ
ークプラグ（１）を大型のガスエンジンに取り付けるた
めに用いられるネジ部（６）を形成すると共に、上記絶
縁体（２）に突出して保持される中心電極（３）の先端
の対向する位置に接地電極（７）を有してなる主体金具
（５）から構成されるものである。

【００１１】そして、スパークプラグ（１）の絶縁体
（２）の先端に突出して保持されるインコネル６００等
のニッケル合金からなる中心電極（３）は内部に銅芯が
配されており、その中心電極（３）の先端部（８）に形
成する小径部（９）の先端面（１０）において穿設する
取付孔（１１）内に放電面（１３）側の貴金属電極径が
０．８ｍｍ以上であり、その電極長が０．８ｍｍ以上で
あって、上記取付孔（１１）内に上記寸法を有する円柱
状の放電貴金属電極（例えば、Ｐｔ−１０％Ｉｒ合金
等）（１２）を挿入し、電気抵抗溶接によって、上記放
電貴金属電極（１２）の一端部と一体に取付孔（１１）
の底部（１５）に加圧、加熱すると共に、取付孔（１
１）内で径大に膨らんだ鍔部（１４）が形成されて底部
（１５）に接合される。次に、上記中心電極（３）の小
径部（９）の先端面（１０）と放電貴金属電極（１２）
の側面部（１６）とを、放電貴金属電極（１２）の側面
部（１６）の全周にわたってレーザー溶接により形成す
る溶融凝固合金部（１７）によって中心電極（３）の小
径部（９）に固定してなるものである。

【００１２】また、このスパークプラグ（１）は、上記
中心電極（３）の先端面（１０）において取付孔（１
１）を設けた後、上記取付孔（１１）内に放電貴金属電
極（１２）を挿入して、その放電貴金属電極（１２）の
底部を放電面（１３）側より径大とする鍔部（１４）を
電気抵抗溶接によって形成して取付孔（１１）の底部
（１５）内に接合すると共に、放電貴金属電極（１２）
をその取付孔（１１）内に一体に固定する中心電極
（３）の先端部（８）に対して切削加工を施すことで、
小径部（９）及びこの小径部（９）と中心電極（３）と
を連続するようにテーパー部（１９）を形成し、その後
中心電極（３）の先端部（８）の小径部（９）の先端面
（８）と上記放電貴金属電極（１２）の側面部（１６）
とを、その放電貴金属電極（１２）の側面部（１６）の
全周にわたってレーザー溶接し、溶融凝固合金部（１
７）を形成することによって一体に接合固定して製造す
るものである（図３）。

【００１３】この発明は以上の構成を具えるので、例え
ば、絶縁体（２）の先端に突出して保持されるニッケル
合金等からなる中心電極（３）の先端面（１０）におい
て穿設された直径１．１〜１．２ｍｍ、深さ０．５〜
０．６ｍｍの取付孔（１１）に対して、直径１０ｍｍ、
全長１．４ｍｍの円柱状の放電貴金属電極（例えば、Ｐ
ｔ−１０％Ｉｒ合金等）（１２）を挿入しつつ、電気抵
抗溶接を行うことによって、上記放電貴金属電極（１
２）の底部は、中心電極（３）の先端面（１０）に穿設
される取付孔（１１）の直径が、上記放電貴金属電極
（１２）よりも大きいことから、中心電極（３）の取付
孔（１１）の底部（１５）を押し付けることにより膨張
しつつ鍔部（１４）を形成しつつ、取付孔（１１）内の
底部（１５）に密着して接合するが、このとき電気抵抗
溶接による発熱は、中心電極（３）の取付孔（１１）の
底部（１５）と、この取付孔（１１）内に挿入されて変
形する放電貴金属電極（１２）の鍔部（１４）との間に
おいて、主として発生するため放電貴金属電極（１２）
の側面部（１６）の中心電極（３）の取付孔（１１）と
の接合強度は、放電貴金属電極（１２）の底部の鍔部
（１４）の中心電極（３）の取付孔（１１）の底部（１
５）との接合強度に比べて低くなってしまう。

【００１４】そのため、放電貴金属電極（１２）の鍔部
（１４）を、その取付孔（１１）内に電気抵抗溶接によ
って接合してなる中心電極（３）の先端部（８）に対し
て、ニッケル合金によるレーザー溶接時の熱を放電貴金
属電極（１２）の側面部（１６）に対して有効に伝達で
きるようにするために、切削加工を施すことにより、中
心部に取付孔（１１）を配置するように、上記取付孔
（１１）からの肉厚を０．２〜０．４ｍｍ、全高０．３
〜０．６ｍｍとする小径部（９）と共にテーパー部（１
９）を形成させて、この小径部（９）の先端面（８）
と、この小径部（９）の中心に配置する取付孔（１１）
の底部（１５）において、その底部の鍔部（１４）接合
される放電貴金属電極（１２）の側面部（１６）を全周
にわたってレーザー溶接することにより、ニッケル合金
等からなる中心電極（３）の小径部（９）と放電貴金属
電極（１２）とによる溶融凝固合金部（１７）を形成さ
せることによって、放電貴金属電極（１２）の側面部
（１６）を中心電極（３）の先端部（８）と一体に接合
することができるので、中心電極（３）の先端部（８）
の小径部（９）に対する放電貴金属電極（１２）の接合
強度をより高くすることができるものである。

【００１５】また、この発明のその他の実施例としては
図４及び図５に示すように、中心電極（３）の先端面
（１０）に対して円柱状の放電貴金属電極（１２）を圧
着し、鍔部（１４）を形成しつつ電気抵抗溶接によっ
て、放電貴金属電極（１２）を中心電極（３）に対して
一体に埋設接合すると共に、上記中心電極（３）の先端
部に対して切削加工を施し、小径部（９）及びこの小径
部（９）と中心電極（３）の側面部（２０）と連続する
テーパー部（１９）を形成させ、上記放電貴金属電極
（１２）と中心電極（３）との接合部となる鍔部（１
４）の全周にわたってレーザー溶接を行うことで、溶融
凝固合金部（１７）とし、中心電極（３）の先端面（１
０）に対して放電貴金属電極（１２）を一体に接合して
も良いものである。

【００１６】そこで、この発明の実施例であるスパーク
プラグ（１）について、従来の白金合金の放電貴金属電
極の鍔部をもって中心電極の先端面に電気抵抗溶接して
なるもの（試料１）、中心電極の先端部にテーパー部を
設けると共に、その中心電極の先端面に白金合金による
放電貴金属電極を接合してなるもの（試料２）及び中心
電極の先端部に小径部を設けると共に取付孔を穿設した
上、その小径部の側面部からレーザー溶接によってスポ
ット溶接を行い、溶融凝固合金部を形成させて放電貴金
属電極を一体に接合してなるもの（試料３）と比較しつ
つ、燃料としてガソリンを使用する内燃機関に装着して
８５０℃１分間−１５０℃１分間の冷熱サイクルを繰り
返す実機テストを行い、白金合金からなる放電貴金属電
極（１２）の脱落に至るサイクル数によってその効果を
検討したところ、この発明における放電貴金属電極（１
２）の耐剥離性に対する効果が著しく認められた（図
６）。

【００１７】

【発明の効果】以上のとおり、ニッケル合金等からなる
中心電極の先端面に円柱状の放電貴金属電極を挿入し、
その放電貴金属電極の底部を変形させて鍔部を形成させ
つつ電気抵抗溶接によって形成して中心電極先端面内に
埋設させる共に、中心電極の先端部に径小部を切削加工
により形成させて、放電貴金属電極の側面部と中心電極
の小径部とを全周にわたってレーザー溶接を行い溶融凝
固合金部を形成させて、中心電極の小径部と一体に接合
させることにより、中心電極の先端面に接合する放電貴
金属電極の接合強度、すなわち耐剥離性を高めることが
でき、大型のガスエンジンに使用するスパークプラグ自
体の長寿命化を図ることができる優れた効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例であるスパークプラグの部分
断面図である。

【図２】その要部拡大断面図である。

【図３】この発明の実施例であるスパークプラグの製造
工程を示した図である。

【図４】この発明の他の実施例であるスパークプラグの
要部拡大断面図である。

【図５】その製造工程を示した図である。

【図６】この発明の実施例に対する耐剥離性の実機テス
トの結果を示した図である。

【符号の説明】 １ スパークプラグ ２ 絶縁体 ３ 中心電極 ４ 軸孔 ５ 主体金具 ６ ネジ部 ７ 接地電極 ８ （中心電極の）先端部 ９ 小径部 １０ （小径部の）先端面 １１ 取付孔 １２ 放電貴金属電極 １３ （放電貴金属電極の）放電面 １４ （放電貴金属電極の）鍔部 １５ （取付孔の）底部 １６ （放電貴金属電極の）側面部 １７ 溶融凝固合金部 １９ テーパー部 ２０ （中心電極の）側面部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁体の先端に突出して保持されるニッ
   ケル合金からなる中心電極の先端部に形成する小径部の
   先端面に突出する放電面側の貴金属電極径が０．８ｍｍ
   以上であり、その電極長が０．８ｍｍ以上であって、上
   記先端面に接合する円柱状の放電貴金属電極は、底部を
   放電面側よりも径大としてなる鍔部を、電気抵抗溶接に
   よって形成して一体に先端面に埋設されると共に、上記
   中心電極の小径部の先端面と放電貴金属電極の側面部と
   を、その側面部の全周にわたってレーザー溶接により形
   成する溶融凝固合金部によって中心電極の小径部に固定
   するスパークプラグ。
2. 【請求項２】 上記スパークプラグを、 （１）．上記中心電極の先端面において取付孔を設ける
   工程と、 （２）．上記取付孔内に放電貴金属電極を挿入して、そ
   の放電貴金属電極の底部を放電面側より径大とする鍔部
   を形成して、更に電気抵抗溶接によって形成して取付孔
   底部内に接合する工程と、 （３）．放電貴金属電極をその取付孔内に一体に固定す
   る中心電極の先端部に対して切削加工を施すことで、テ
   ーパー部及び小径部を形成してなる工程と、 （４）．中心電極の先端部の小径部と上記放電貴金属電
   極の側面部とを、その側面部の全周にわたってレーザー
   溶接し、溶融凝固合金部を形成して一体に接合固定して
   なる工程からなるスパークプラグの製造方法。