JPH0729669A - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐久性に優れたスパークプラグを提供するこ
と。 【構成】 まず、電極２の径小部２１に白金リング３を
嵌挿する。次に、この白金リング３を嵌挿した径小部の
先端を、加圧することによって径大部２４を形成し、こ
の径大部２４の形成により白金リング３を固定する。そ
して、白金リング３を固定した状態で、白金リング３を
中心電極２に密着固定する。以上の方法によって、中心
電極２に密着固定された白金リング３は、径方向の厚さ
が均一となる。つまり、白金リング３の厚さが均一とな
ったこから、亀裂が発生しにくく、耐久性に優れたもの
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用スパークプ
ラグに関するものであり、例えば、中心電極に貴金属を
用いることによって、長寿命を可能としたものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のスパークプラグとして、
例えば、中心電極先端の側面全周にわたり、火花消耗性
の良好な貴金属もしくは貴金属合金を配したものが、特
公昭５６−４５２６５号公報および特公昭６２−３１７
９７号公報により提案されている。

【０００３】特公昭５６−４５２６５号公報では、図１
１（ａ）に示すように中心電極５１先端の径小部に貴金
属リング５２を圧入した後、スウェージングにより図１
１（ｂ）のように中心電極５１と貴金属リング５２を密
着固定している。また、特公昭６２−３１７９７号公報
では、図１３（ａ）のように、中心電極６１先端に貴金
属リング６２を溶接し、ダイス６３により絞り押し出し
加工を実施することにより、中心電極６１先端の側面の
全周にわたり貴金属を設置している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述した、単
に中心電極の径小部に貴金属リングを圧入した後、スウ
ェージングを行ったものでは、スウェージングの際に、
貴金属リング５２が半径方向の押圧力を受けることか
ら、減径しつつ軸方向に伸びることになる。しかし、貴
金属リング５２の上端部５３は軸方向変化に対する拘束
が無いために、貴金属リング５２の他の部位に比べ、よ
り伸びる。これにより貴金属リング５２の上端部５３近
傍は図１１（ｂ）に示すように薄肉部５４となる。

【０００５】さて、この中心電極５１がエンジン燃焼室
中の加熱・冷却環境にさらされた場合、中心電極５１
（Ｎｉ基耐熱合金で線膨張係数は約１３×１０^-6〔１／
℃〕）と貴金属リング５２（白金合金で約９〜１３×１
０^-6〔１／℃〕）の線膨張差により熱応力が発生する。
この熱応力は、貴金属リング５２の上端部５４付近で
は、薄肉であるために非常に大きくなり、図１２に示さ
れる様に、亀裂５５を伸展させる。この亀裂５５により
貴金属リング５２が脱落、もしくはめくれ上がり火花ギ
ャップを橋絡する可能性がある。

【０００６】また、中心電極の先端に貴金属リングを溶
接後、押出加工したものでは、ダイス６３での絞り押し
出し加工が、中心電極表面とダイス表面の摩擦が非常に
大きな加工である。そのため、この大きな摩擦力によ
り、貴金属リング６２の表面は、ダイス６３によって大
きく引きのばされる。その結果、図１３（ｂ）に示すよ
うに貴金属リング６２の下端部６３は非常に薄肉とな
る。そして、この中心電極６１がエンジン燃焼室の加熱
・冷却環境にさらされた場合、前述したように薄肉化し
た下端部６３から、図１４に示す様に、亀裂６４が発生
伸展し、貴金属リング６２の脱落、火花ギャップの橋絡
を引き起こす可能性がある。

【０００７】そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされ
たものであり、貴金属リングの薄肉化によって生じる亀
裂を防止し、耐久性に優れたスパークプラグを提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため本発明は、中心
電極の一端に形成され前記中心電極の母体の径よりも小
である径小部に、貴金属から成る貴金属リングを嵌挿
し、前記径小部の先端に、前記径小部よりも径の大なる
径大部を形成することにより前記貴金属リングを前記中
心電極の一端側に固定し、前記中心電極の一端を表面摩
擦の少ない塑性加工することによって、前記貴金属リン
グを前記中心電極に密着固定させることを特徴とするス
パークプラグの製造方法を採用するものである。

【０００９】

【作用】上記製造方法により、径小部に嵌挿された貴金
属リングは、径大部と母体とによって固定されながら、
中心電極の一端側に密着固定される。すなわち、貴金属
リングは、径大部と母体との両端部によって拘束される
ため、貴金属リングの密着固定による押圧力は、貴金属
リングの位置に関係なく一定となる。さらに、密着固定
の際、摩擦力が少ない塑性加工であるから、貴金属リン
グ表面が部分的に大きく変形することはない。

【００１０】つまり、貴金属リングの密着固定を行う
際、貴金属リングが径大部と母体とによって固定されて
いることから、変形後の貴金属リングの径方向の厚さが
全て位置において略均一になる。

【００１１】

【発明の効果】以上述べたように本発明においては、貴
金属リングの径方向の厚さが略均一になるため、貴金属
リングに亀裂が発生しにくい。すなわち、貴金属リング
の薄肉化によって発生する亀裂を防止し、耐久性に優れ
たスパークプラグの製造方法を提供するという優れた効
果がある。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説
明する。この実施例では、本発明を内燃機関用スパーク
プラグに適用した場合について説明する。図１は、本実
施例のスパークプラグ１００を示す半断面図である。ま
た、図２（ａ）は発火部の拡大図であり、図２（ｂ）は
図２（ａ）におけるア−ア断面図である。

【００１３】図１において、絶縁碍子１はアルミナ磁器
より形成されており、この絶縁碍子１は、図示しない燃
焼室に露出される脚部１ａが、テ−パ状の段部１ｂを介
して母体１ｃと一体形成されている。また、軸方向には
中心孔１ｄが設けられ、この中心孔１ｄの燃焼室側に
は、ニッケル系合金からなる中心電極２が内包され、そ
の中心電極２の一端２ａには、白金リング３が設置され
ている。また、中心電極２の他端２ｂは、導電性ガラス
４および抵抗粉末５を介して、炭素鋼よりなる中軸６が
電気的に接続されている。金属ハウジング７は、耐熱、
耐食性の金属から形成された略円筒形状のハウジングで
あり、この金属ハウジング７の内側に気密確保のためリ
ング状気密パッキング８、９を介して、上記絶縁碍子１
を固定している。なお、ハウジング７には内燃機関のシ
リンダブロックに固定するためのネジ部７ａが設けられ
ているとともに、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される
ように、ニッケル系合金からなる接地電極１０、１１、
１２が設けられ、中心電極２に設置された白金リング３
とによって放電ギャップＧを形成している。

【００１４】次に、本発明の特徴部分である、中心電極
２の作製方法を図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明す
る。まず、中心電極２は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金（イン
コネル６００）より形成され、図３（ａ）に示される様
に、先端に径小部２１を切削加工、もしくは塑性加工に
より形成される。なお、径小部２１は、外径がφ１．７
ｍｍ、軸方向長さが１．５ｍｍである。また、図示され
てないが、中心軸２には熱伝導性を向上させるためＣｕ
よりなる芯を有している。

【００１５】次に、上記中心電極２の先端に形成された
径小部２１に、白金合金（Ｐｔ８０ｗｔ％−Ｎｉ２０ｗ
ｔ％）より形成された白金リング３を嵌挿させる。な
お、白金リング３は、内径φ１．７５ｍｍ、外径φ２．
５ｍｍ、軸方向長さは１．０ｍｍとした形状ものであ
る。その後、白金リング３を嵌挿した中心電極２を、図
３（ｂ）のように中心電極２を固定する孔のある治具２
２に固定する。そして、パンチ２３にて中心電極２の径
小部２１先端を加圧する。この時、径小部２１先端を変
形させやすくするため、パンチ２３から中心電極２へ通
電を行ない、径小部２１を加熱する。つまり、加熱しな
がら加圧することにより、図３（ｃ）に示すような径小
部２１先端に径大部２４を形成する。以上の方法によ
り、白金リング３の上端部、および下端部は中心電極２
に固定され、軸方向に固定される。

【００１６】また、白金リング３が固定された中心電極
２の径大部２４と白金リング３を含んだ部位を、図３
（ｄ）のようにスウェージングにより、減径して、白金
リング３と中心電極２を密着する。スウェージングにお
いては、刃３１，３２，３３，３４を回転しつつ、中心
電極２および白金リング３の表面をたたくことにより、
減径加工を行う。このとき、径大部１２は白金リング３
上端部の軸方向の変形を拘束する。

【００１７】なお、減径加工により、白金リング３を含
んだ白金リング３付近の中心電極２は、外径φ２．０ｍ
ｍ、内径φ１．４ｍｍ、軸方向長さ１．５ｍｍとした。
さらに、スウェージングは、白金リング３を嵌挿した中
心電極２の中心軸に向かった押圧力によって減径加工す
るものであるから、白金リング３と中心電極２は一体と
なって軸方向に伸びる。そのため、白金リング３の中心
軸と中心電極２の中心軸とは、常に一致することとな
る。

【００１８】以上のことから、図３（ｅ）のように、白
金リング３は、上端部、下端部の位置に関係なく、ほぼ
均等な厚みで中心電極２に密着固定される。また、白金
リング３の中心軸と中心電極２の中心軸とは、常に一致
している。したがって、従来技術のように、白金リング
の薄肉化による亀裂は生じにくく、火花ギャップが橋絡
を引き起こす可能性もほとんどない。

【００１９】さらに、上記製造方法において、径大部１
２によって、白金リング３上端部の軸方向の変形を拘束
した。そのため、図１１（ｂ）のように、白金リング３
上端部における薄肉化が生じることはない。また、スウ
ェージングは中心電極２をたたくことにより、減径させ
ている。このことから、中心電極２および白金リング３
と刃３１，３２，３３，３４との間の摩擦は非常に小さ
なものである。したがって、白金リング３表面のみが大
きく引き延ばされることがないため、図１３（ｂ）のよ
うに、白金リング３の下端部における薄肉化が生じるこ
とはない。

【００２０】次に上記構成のスパークプラグ１００が、
エンジン燃焼室内の加熱、冷却環境下で白金リング３に
亀裂が発生するか否かを評価する。スパークプラグ１０
０に使用したリング３の材質は、白金合金におけるＮｉ
の重量比を２％〜４０％まで変化させたものである。な
お、このＮｉ添加の範囲では白金合金の線膨張係数がＮ
ｉ添加量に応じて増加するものであるから、中心電極２
の電極材料であるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金の線膨張係数に
近づく。

【００２１】そこで、比較例として、単に中心電極の径
小部に貴金属リングを圧入した後、スウェージングを行
ったものを比較例１、中心電極の先端に貴金属リングを
溶接後、押出加工したものを比較例２として、白金リン
グを設置した中心電極を製作した。この時の白金合金リ
ングの寸法は外径φ２．０ｍｍ、内径は薄肉部を含んだ
平均としてφ１．４ｍｍ、軸方向長さを１．５ｍｍとし
た。次に、この中心電極を上述した実施例と同じ手段で
スパークプラグに組み込んだ。

【００２２】以上のように製作した本発明、比較例１、
比較例２のスパークプラグにエンジンの加熱、冷却負荷
を与えた。なお、エンジンの運転条件は、アイドリング
１分、全負荷５０００ｒｐｍ１分を繰り返し、運転時間
は１００時間とした。使用したエンジンは、自動車用の
水冷６気筒２０００ｃｃの４サイクルエンジンである。

【００２３】図４は、１００時間運転後の亀裂発生の状
況を示す特性図である。縦軸は、亀裂発生率を示すもの
であり、白金合金リングに亀裂発生したプラグ数を供試
したプラグ数で割った値を示す。また、横軸はＮｉの添
加量を重量％で示すものである。なお、図４において、
●が本実施例のスパークプラグ１００、○が比較例１、
△が比較例２のプラグの特性を示す。

【００２４】図４に示される様に、比較例１において
は、Ｎｉ添加量３０％の場合、白金リングに亀裂が発生
することはなかった。しかし、Ｎｉ添加量３０％以外の
場合、図１２に示される様に、白金合金リングの上端部
の薄肉部に亀裂が発生した。また、比較例２において
は、Ｎｉ添加量が２０％以上の場合、白金合金リングに
亀裂が発生することはなかった。しかし、Ｎｉ添加量が
２０％未満の場合、図１２に示される様に、白金合金リ
ングの上端部の薄肉部に亀裂が発生した。

【００２５】しかし、本実施例のスパークプラグ１００
においては、Ｎｉ添加量が１０％以上であれば亀裂が発
生することはなかった。つまり、従来例１および従来例
２に比べ、Ｎｉ添加が少ない範囲内の白金合金材質を使
用することが可能となる。次に、白金合金材質として、
Ｎｉ添加量が少ないことが望ましい点について説明す
る。

【００２６】エンジン燃焼室の高熱環境にさらされるス
パークプラグにおいては、図５に示されるように、白金
合金リングの表面から粒界にそって酸化が進行する。そ
して、この粒界酸化３５は、上述した亀裂の起点とな
り、白金リングの剥離、脱落の原因となる。そこで、こ
の粒界酸化３５の状況とＮｉ添加量との関係を評価す
る。なお、評価方法としては、上述したエンジンに、本
実施例のプラグを装着し、全負荷５０００ｒｐｍで３０
０時間運転した。

【００２７】図６は、Ｎｉ添加量に対する粒界酸化の状
況を示す特性図である。縦軸は粒界酸化の最大深さを示
し、横軸はＮｉの添加量の重量％を示す。図６に示され
る様に、Ｎｉ添加量の増加に従い、粒界酸化の深さは増
加している。これは、白金合金におけるＮｉ添加量の増
加に伴い、白金合金の高温における耐酸化性が劣化する
ためである。したがって、粒界酸化の深さを小さく迎え
ることが亀裂発生を抑える上で、重要である。しかし、
実用上に関しては、Ｎｉ添加量が３０％以下であれば充
分である。

【００２８】以上のことから、本発明のプラグにおいて
は、Ｎｉ添加量１０〜３０％の範囲であれば白金合金リ
ングに亀裂を生じることはない。加えて、中心電極先端
に設けられた径大部が白金合金リングを固定するため
に、白金合金リングの脱落に対して、一層安全である。
次に、他の実施例について図に基づいて説明する。

【００２９】まず、本実施例においては、スウェージン
グによって、中心軸２に白金リング３を密着固定してい
た。しかし、これに限らず、例えば図７に示す如く、転
造加工による減径加工としても良い。この転造加工と
は、ローラ４１，４２，４３が中心電極２および白金リ
ング３の表面を転がりながら、径方向に押圧する加工で
ある。したがって、摩擦が小さく、スウェージングと同
様に白金リング３は、ほぼ均等な厚みに形成される。

【００３０】また、図８では、白金リング３の固定を、
より確実にさせるため、中心電極２に、径方向の溝４４
を設けた。さらに、図９（ａ）に示す様に、治具２２で
固定し、パンチ２６にて加圧しながら、中心電極２の径
小部２１の先端に、白金リング３内径より径大な卑金属
部材２５を溶接する。そして、図９（ｂ）の様に部材２
５で径大部を形成し、その後スウェージング、転造加工
等で減径加工する。

【００３１】また、図１０（ａ）に示す如く、中心電極
２に白金リング３を嵌挿させた状態で凹部を形成し、こ
の形成された凹部に金属リベット２６を嵌合する。この
とき図１０（ｂ）に示す如く、治具２２で固定し、パン
チ２３にて加圧しながら、中心電極２の径小部２１先端
とリベット２６を溶接する。そして、図１０（ｃ）のよ
うにリベット２５で径大部を形成した後、スウェージン
グ、転造加工等で減径加工する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のスパークプラグを示す半断面図であ
る。

【図２】（ａ）は本実施例のスパークプラグの発火部を
示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のア−アに対応する
断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は、中心電極の作製方法を示す
断面図である。

【図４】本実施例及び比較例の中心電極における亀裂の
発生状況を示す特性図である。

【図５】粒界酸化の状況を示す中心電極の断面図であ
る。

【図６】Ｎｉ添加量に対する粒界酸化の状況を示す特性
図である。

【図７】他の実施例の作製方法を示す転造加工の状況図
である。

【図８】他の実施例の中心電極を示す断面図である。

【図９】他の作製方法を示す、中心電極の断面図であ
る。

【図１０】他の作製方法を示す、中心電極の断面図であ
る。

【図１１】従来技術の中心電極を示す断面図である。

【図１２】従来技術の中心電極の亀裂状態を示す図であ
る。

【図１３】従来技術の中心電極を示す断面図である。

【図１４】従来技術の中心電極の亀裂状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

２ 中心電極 ３ 白金リング ２１ 径小部 ２４ 径大部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心電極の一端に形成され前記中心電極
   の母体の径よりも小である径小部に、貴金属から成る貴
   金属リングを嵌挿し、 前記径小部の先端に、前記径小部よりも径の大なる径大
   部を形成することにより前記貴金属リングを前記中心電
   極の一端側に固定し、 前記中心電極の一端を表面摩擦の少ない塑性加工するこ
   とによって、前記貴金属リングを前記中心電極に密着固
   定させることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
2. 【請求項２】 前記貴金属リングは、Ｐｔ−Ｎｉ系合金
   から形成され、Ｎｉの添加量が１０〜３０重量％である
   ことを特徴とする請求項１記載のスパークプラグの製造
   方法。