JPH0734387B2 - 内燃機関用スパ−クプラグ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、内燃機関用スパークプラグに関し、特に中
心電極と接地電極との内の少なくとも一方の電極の母材
先端部分にチツプが確実に固定されたスパークプラグに
関する。

（発明の概要） この発明は、内燃機関用スパークプラグにおいて、中心
電極と接地電極の内の少なくとも一方の電極母材先端部
にチツプ取付用空所を設け、この空所にチツプを挿入後
この母材と同一材料の固定部材を電極母材先端部に溶接
接合することにより、チツプを電極母材先端部に固定し
た。この場合、チツプは電極母材先端部及び固定部材と
接触状態にあり溶接接合状態ではないため、従来技術で
の溶接接合チツプに生じていた使用時繰返し熱応力によ
るチツプ取付け部の割れ発生及びチツプ脱落が防止でき
た。

（従来の技術） スパークプラグの耐消耗性の向上は、自動車部品のメイ
ンテメンスの拡大という動向の一環として社会的に強く
要求されている。その要求を満たすべく耐消耗性に優れ
る材料、主に貴金属のチツプを接合、固定する各種の技
術がこれまでに示されている。この従来技術は大きく分
けて２つに分類される。第１は塑性変形を利用したチツ
プの固定技術であり、特公昭56−45265号では第８図に
例示した絞り加工によりチツプを電極母材先端部に固定
する技術を示し、実開昭50−145929号では第９図に例示
したように母材先端部に凹孔を設けこの中にチツプを挿
入後この凹孔の側壁をチツプに向かつて塑性変形させチ
ツプをカシメ固定する技術を示している。第２は貴金属
チツプと電極母材を抵抗溶接あるいはレーザにより接合
する技術であり、第11図に示すごとく特公昭59−47436
号及び第12図に示すごとく特開昭59−94391号に示され
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来技術は各々問題点を有する。絞り加工を使用す
る技術はチツプが延性に富む材料であることに限定され
るという問題があつた。カシメ固定技術については、高
温の燃焼ガスにより電極母材先端部の塑性変形部分の硬
度が低下しカシメ固定力が減少するという問題があつ
た。又、塑性変形部特に変形の大きい個所には応力が残
留し、そのため燃焼ガスにより集中的に腐食が発生しや
すいという問題があつた。更に塑性変形部のスプリング
バツクをも考慮するとこの固定法の信頼性と耐久性は乏
しい。他方、溶接による接合固定法では、チツプと電極
母材との線膨張係数が異なるため、接合面に熱応力が発
生する。この熱応力はエンジンの運転条件に追従し繰り
返し発生するため第10図に示す如くチツプと電極母材と
の接合面にき裂が生じチツプ脱落が生じやすい。このた
め第11図、第12図に示す特公昭59−47436号及び特開昭5
9−94391号に示されているように種々の熱応力緩和手段
9,10を設ける必要があり、作業工数及び材料費等を含め
たコスト面に関し経済的でないという問題点があつた。
また溶接による接合を利用しているためチツプ材料は金
属に限定されるという制限もあつた。

（問題点を解決するための手段） この発明は、従来のチツプ固定技術によつて生じる前記
従来技術の欠点なしに、チツプがスパークプラグの電極
母材先端部に確実に固定され且つ耐久性を有する、内燃
機関用スパークプラグを得ることを目的とする。

この発明の内燃機関用スパークプラグは中心電極と接地
電極とを備えた内燃機関用スパークプラグであって、 前記電極のうちの少なくとも一方の電極は、チップ固定
用穴を備えた電極母材先端部と、 この電極母材先端部と同一の材料から成り且つチップ固
定用穴内で電極母材先端部に溶接接合された固定部材
と、 チップ固定用穴内に配置され、該電極母材先端部及び該
固定部材によって該電極に固定され、且つ放電部と該放
電部より径大な径大部とを有するチップとを有し、 固定用穴は、チップの放電部及び径大部を挿入すること
の可能な大きさを有し、 固定部材の外径は固定用穴の内径よりわずかに大きく、
該穴に加圧力を加えられて押し込まれており、且つ固定
部材は電極母材先端部に溶接され、 チップの径大部は固定部材と固定用穴の底部との間に位
置し、且つ少なくともその径大部と固定部材との間には
微小間隙が存在し、 該チップは電極母材先端部及び固定部材に実質上溶接接
合されておらず、これらと接触状態に保持されているこ
とを特徴とする。

（作用） この発明の前記特徴を有するスパークプラグでは、チツ
プを固定している固定部材と電極母材先端部とは同一材
料であるため両者は接合性に優れ且つ接合界面に熱応力
が発生しない。更にチツプは電極母材先端部及び固定部
材とは溶接接合されておらず、これら電極母材先端部と
これに溶接接合されている固定部材とにより画定される
穴内にチツプが配置され、チツプはこれらと単に接触保
持された状態で電極に固定されているため、使用時にチ
ツプ取付部分に熱応力は実質上発生せず、線膨張係数の
差異によつて従来生じていた熱応力を考慮する必要がな
い。電極母材先端部と固定部材との溶接接合は、抵抗溶
接、レーザ溶接、拡散溶接及びろー付等にておこなう事
ができる。

（実施例） 第１図はこの発明の内燃機関用スパークプラグの一実施
例における発火部の拡大断面図であり、第２図のこのス
パークプラグの全体図である。１は中心電極母材先端部
であり、銅から成る芯材1aとこの芯材に接合され且つチ
ツプ固定用穴1cを備えたNi合金（例えば93wt％Ni−２％
Cr−３％Mn−２％Si）製表皮1bとを有する。２は接地電
極母材先端部であり、チツプ固定用穴2cを有し、且つ中
心電極母材先端部の表皮1bと同一材料から成る。それぞ
れの電極母材先端部1,2の放電対向部には耐消耗性に優
れた70〜90wt％Pt−30〜10％Ir合金製チツプ3a,3bが、
それぞれチツプ固定用穴1c,2c内に配置されている。5a,
5bはそれぞれチツプ固定用穴1c,2c内で電極母材先端部
に溶接接合された固定部材である。電極母材先端部1,2
と固定部材5a,5bは協働してそれぞれチツプ3a,3bを電極
母材先端部1,2に固定している。固定部材5aは中心電極
母材先端部の表皮1bと同一材料から成り、固定部材5bは
接地電極母材先端部２と同一材料から成る。チツプ3a,3
bは電極母材先端部1,2及び固定部材5a,5bのいずれにも
溶接接合されておらず、チツプ固定用穴1c,2cとこれに
溶接接合された固定部材5a,5bとによつて画定されるＴ
字形状の穴内にＴ字形状のチツプが配置されることによ
りチツプ3a,3bは電極母材先端部に固定される。即ちチ
ツプ3a,3bはそれぞれ電極母材先端部及び固定部材と単
に接触状態にあることがこの発明の主要な特徴の１つで
ある。

次に第１図及び第２図に示されたスパークプラグの一実
施例における加工及び組付法を第3a図〜第4d図を参照し
て説明する。接地電極は第3a図の如く母材先端部に断面
がＴ字形状の穴4a,4bと円錐台形状の穴4cとが合わさつ
た形状の貫通孔４から成るチツプ固定用穴を設ける。こ
の貫通孔４のうち放電部側の穴4aは中心穴4bより小径で
あり放電部と反対側の円錐台形状穴4cは表面に向かつて
末広がり形状である。次にこの穴部分4a,4bに挿入・配
置可能な形状を有するチツプ3bを設け、このチツプ3bを
第3b図に示すように穴4c側より穴4a,4b部分に挿入・配
置する。この場合、放電部側のチツプ先端は接地電極母
材先端部の表面と同一面にあるようにある。次に穴4cの
形状に対応しこれよりもわずかに大きな外形寸法を有す
る円錐台形状の固定部材5bを穴4cにはめ込み圧力を加え
て穴4cに押し込みつつあらかじめ定められた溶接条件を
使用して抵抗溶接することにより固定部材5bは、穴4cを
構成する接地電極母材先端部２とのみ実質上溶接接合さ
れる（第3c図、第3d図）。これによりチツプ3bは、接地
電極母材先端部２及び固定部材5bと単に接触状態に保持
されつつ、先端部２に確実に固定される。接地電極母材
先端部２と固定部材5bは同一材料から作られているた
め、互いに接合性が優れ且つ接合界面6bには線膨張係数
の差に起因して生じる熱応力が発生しない。

中心電極での組付及び加工法は第4a図−第4d図に示され
ている。初めに中心電極母材先端部の表皮1bに、表面側
に位置する円錐台形状の穴部分7bと内部に位置する円柱
形状の穴部分7aから成るツプ固定用穴を設ける。円錐台
形状穴部分は表面側が大きな直径となるようにする。次
にこの穴部分7aに挿入可能なフランジ部とフランジ部か
ら垂直方向に延在する円柱部分とを備えたＴ字形状のチ
ツプ3aを設け、第4b図に示されるように穴部分7aにチツ
プ3aのフランジ部を挿入配置する。この場合、放電部側
のチツプ先端は中心電極母材先端部の表面から外方へ突
出しているようにする。次に穴部分7bの形状に対応しこ
れによりわずかに大きな寸法を有する円錐台形状の固定
部材5aを穴部分にはめ込み、固定部材5aに加圧力を加え
て穴部分7bに押し込みつつあらかじめ定められた溶接条
件を使用して抵抗溶接することにより固定部材5aは実質
上中心電極母材先端部の表皮1bにのみ溶接・接合される
（第4c、第4d図）。これによりチツプ3aは、中心電極母
材先端部１及び固定部材5aと実質的に接触状態に保持さ
れつつ、先端部１に確実に固定される。中心電極母材先
端部の表皮と固定部材とは同一材料から作られているた
め互いに接合性が優れ、且つ接合界面6aには従来線膨張
係数の差に起因して生じていた熱応力が発生しない。

抵抗溶接をおこなう場合、固定部材5a,5bに圧力を加え
て固定部材をチツプ固定用穴内に押込みつつ所定溶接条
件で溶接することにより、固定部材5a,5bのそれぞれは
電極母材先端部のみに溶接・接合され、実質上チツプ3
a,3bには溶接接合されない。また溶接条件の変動により
チツプ3a,3bの溶接接合が部分的に生じても、その後の
使用時の繰返し熱応力によりチツプと電極母材及び固定
部材と界面には割れが発生し、結果としてチツプは電極
母材先端部及び固定部材と単なる接触状態となる。また
抵抗溶接の場合、チツプ表面に絶縁被覆を施して溶接接
合の信頼性を増大させてもよい。この被膜は、抵抗溶接
時の印加電圧が２〜6Vと低いため、ごく薄い膜でよくス
パークプラグ製作時の作業性には影響を及ぼさない。ろ
ー付あるいはレーザ溶接により固定部材と電極母材先端
部の接合をおこなう場合は、この被膜は不必要である。

この発明の他の実施例を第５図、第６図及び第７図に示
した。これらの実施例では電極母材先端部に設けられる
チツプ固定用穴の形状が第１実施例の場合のチツプ固定
用穴と相違する。第５図及び第６図は接地電極母材先端
部を示し、第７図は中心電極母材先端部を示す。

なお、本発明は中心電極及び接地電極の両方に適用して
もよくあるいは、これらの電極のいずれか一方の電極に
適用してもよいことは言うまでもない。

（発明の効果） この発明の内燃機関用スパークプラグでは、電極母材先
端部と同一材質からなる固定部材を電極母材先端部に接
合することによつてチツプを電極母材先端部に固定して
おり、チツプ自体は固定部材及び電極母材先端部のいず
れにも溶接接合されておらず、これらと単に接触状態に
保持されているだけである。このため従来のチツプ接合
型スパークプラグの場合にチツプと電極母材先端部との
間での溶接接合部分に生じていた熱応力がこの発明では
発生しないため、熱応力発生に起因する割れ発生やチツ
プ脱落が防止可能となつた。また従来のチツプカシメ型
スパークプラグの場合に使用時の熱により塑性変形部分
の硬度が低下し、チツプ固定しているカシメ力が減少す
るという問題も、この発明では防止可能になつた。また
接合状態にあるのは固定部材を電極母材先端部のみであ
るため、チツプは電極母材の材質に無関係に選択できる
という利点を有する。例えばチツプ材質としては金属の
例に、サーメツト、遷移金属の炭化物、ホウ化物、窒化
物等を選択できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の内燃機関用スパークプラグの一実
施例での主要部の断面図であり、 第２図は第１図のスパークプラグの全体を示す平面図で
あり、 第3a図は、第3b図、第3c図、第3d図は接地電極の組付け
工程を順次示す断面図であり、 第4a図、第4b図、第4c図、第4d図は中心電極の組付け工
程を順次示す断面図であり、 第５図、第６図、第７図はこの本発明のスパークプラグ
の他の実施例を示す断面図であり、 第８図は先行技術である特公昭56−45265号に示された
絞り加工によるチツプ固定を示す図であり、 第９図は先行技術である実開昭50−145929号に示された
チツプのカシメ固定法を示す図であり、 第10図は線膨張係数が互いに異なる電極母材先端部とチ
ツプとを接合した場合に発生する不具合例を示す図であ
り、 第11図と第12図は、第10図での不具合を解消する従来手
段を示した図であり、第11図は特公昭59−47436号に示
されている拡散層９を設けた例を示し、第12図は特公昭
59−94391号に示されている熱応力緩和層10を設けた例
を示す図である。 １は中心電極母材先端部、２は接地電極母材先端部、3a
と3bはチツプ、5aと5bは固定部材である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心電極と接地電極とを備えた内燃機関用
   スパークプラグに於いて、 前記電極のうちの少なくとも一方の電極は、チップ固定
   用穴を備えた電極母材先端部と、 この電極母材先端部と同一の材料から成り且つチップ固
   定用穴内で電極母材先端部に溶接接合された固定部材
   と、 チップ固定用穴内に配置され、該電極母材先端部及び該
   固定部材によって該電極に固定され、且つ放電部と該放
   電部より径大な径大部とを有するチップとを有し、 固定用穴は、チップの放電部及び径大部を挿入すること
   の可能な大きさを有し、 固定部材の外径は固定用穴の内径よりわずかに大きく、
   該穴に加圧力を加えられて押し込まれており、且つ固定
   部材は電極母材先端部に溶接され、 チップの径大部は固定部材と固定用穴の底部との間に位
   置し、且つ少なくともその径大部と固定部材との間には
   微小間隙が存在し、 該チップは電極母材先端部及び固定部材に実質上溶接接
   合されておらず、これらと接触状態に保持されているこ
   とを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。