JPH0773954A - スパークプラグ用中心電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 合金部の、耐蝕性・耐火花消耗性金属部材の
含有割合の分布が製品毎にバラつかず、品質が安定した
中心電極の製造が可能な技術の提供。 【構成】 平坦の溝底部４１１を有する台形溝４１を先
端付近に周設したニッケル合金材４の、溝底部４１１に
白金リング５を環装し、レーザーＨを照射して合金塊３
１を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中心電極の発火部に、
耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を設けた、内燃機関用の
スパークプラグに使用するスパークプラグ用中心電極に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、発火部となる部分に、中心電
極母材を含む貴金属合金等を溶着する事により耐火花消
耗性の向上を図る技術が知られており、このスパークプ
ラグ用中心電極は、図１９に示す工程で製造される。

【０００３】中心電極基材９００の先端方向から、耐蝕
性・耐火花消耗性金属で形成した金属環９１０を嵌め込
む（工程ｊ₁ ） 金属環９１０を位置決めし、加締める（工程ｊ₂ ）。中
心電極基材９００を回転させながら、レーザー９２０を
照射する（工程ｊ₃）。

【０００４】金属環９１０と中心電極基材９００とが交
じり合った合金部９３０が生成し、合金部９３０と基材
との間に拡散層９４０が形成する（工程ｊ₄ ）。

【０００５】しかるに、上記従来の技術では、工程ｊ₄
で合金部９３０が盛り上がって中心電極が膨らむ場合が
往々にして発生し、中心電極を絶縁体に挿入できない不
良品が製造される割合が高かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、発明者らは、
特願平４- ２４２１７９号及び特願平４- ３３７２８８
号において、スパークプラグ用中心電極の製造方法を提
案した（図２０参照）。

【０００７】先端に凹溝９０１を周設した中心電極基材
９００の先端方向から金属環９１０を嵌め込む（工程ｋ
₁ ）。金属環９１０を凹溝９０１内に位置決めし、加締
める（工程ｋ₂ ）。中心電極基材９００を回転させなが
ら、レーザー９２０を照射する（工程ｋ₃）。

【０００８】金属環９１０と中心電極基材９００とが交
じり合った合金部９３０が生成し、合金部９３０と中軸
基材９００との間に拡散層９４０が形成する（工程
ｋ₄ ）。

【０００９】図２０の製造方法では、合金部９３０が盛
り上がる事は無いが凹溝９０１内における金属環９１０
の位置が上方又は下方にずれる事により、レーザー９２
０の当たる位置が、耐蝕性・耐火花消耗性金属中心とな
るか、中心電極基材９００中心となるかが異なり、合金
部９３０における、耐蝕性・耐火花消耗性金属と基材と
の交じり具合がバラつき、品質が安定した中心電極（ス
パークプラグ）が製造し難いという新たな課題が見いだ
された。

【００１０】つまり、金属環９１０が凹溝９０１内で位
置がずれ易く、例えば、図２１の状態ｍ₁ に示す様に金
属環９１０が後端方向にずれると、溶着後、先端方向の
合金部９３０の耐蝕性・耐火花消耗性金属割合が低下す
る（状態ｎ₁ ）。

【００１１】又、図２１の状態ｍ₂ に示す様に金属環９
１０が先端方向にずれると、溶着後、後端方向の合金部
９３０の耐蝕性・耐火花消耗性金属割合が低下する（状
態ｎ ₂ ）。

【００１２】これは、レーザー９２０を照射した時の中
心位置が溝部の一定の部所である為であり、耐蝕性・耐
火花消耗性金属部材がその位置より先端又は後端方向に
ずれると、その位置の中心電極基材９００の割合が高く
なる為である。

【００１３】本発明の目的は、合金部の耐蝕性・耐火花
消耗性金属割合の分布が製品毎にバラつかず、品質が安
定した中心電極の製造が可能な技術の提供にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は、以下の構成を採用した。 （１）先端外周に溝を周設した棒状を呈する中心電極基
材に、前記溝内へ耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を配
し、該金属部材を前記中心電極基材に溶融接合して製造
するスパークプラグ用中心電極であって、前記溝は、溝
幅が電極外周部から電極中心部方向に向かって連続的に
減少し、且つ、前記耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を位
置決めする事が可能な保持部を有する溝形状を呈し、更
に、溝容積が前記耐蝕性・耐火花消耗性金属部材の体積
と略同一である。

【００１５】（２）上記（１）の構成を有し、前記溝の
断面形状が台形状である。

【００１６】（３）上記（１）の構成を有し、前記溝の
断面形状が楔状である。

【００１７】（４）上記（１）の構成を有し、前記溝の
断面形状が円弧状である。

【００１８】（５）先端外周に溝を周設した棒状を呈す
る中心電極基材に、前記溝内へ耐蝕性・耐火花消耗性金
属部材を配し、該金属部材を前記中心電極基材に溶融接
合して製造するスパークプラグ用中心電極であって、前
記溝は、溝幅が電極外周部から電極中心部方向に向かっ
て不連続的に減少し、且つ、前記耐蝕性・耐火花消耗性
金属部材を位置決めする事が可能な保持部を有する溝形
状を呈し、更に、溝容積が前記耐蝕性・耐火花消耗性金
属部材の体積と略同一である。

【００１９】（６）上記（５）の構成を有し、前記溝の
断面形状は二段溝形状であり、前記保持部の断面形状が
円弧状である。

【００２０】（７）先端外周に溝を周設した棒状を呈す
る中心電極基材に、前記溝内へ耐蝕性・耐火花消耗性金
属部材を配し、該金属部材を前記中心電極基材に溶融接
合して製造するスパークプラグ用中心電極であって、一
条又は二条のレール状の突起部を溝底部に周設し、前記
耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を溝縁- 前記突起部間又
は各突起部間に配し、溝容積が、前記耐蝕性・耐火花消
耗性金属部材の体積と略同一である。

【００２１】

【作用および発明の効果】中心電極基材先端外周に周設
した溝に、耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を周設し、加
締め等を加えると、耐蝕性・耐火花消耗性金属部材はそ
の溝形状の作用で正確に位置決めされる。

【００２２】そして、耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を
レーザー等で中心電極基材に溶融接合すると、どの製品
も合金部における耐蝕性・耐火花消耗性金属成分の含有
率分布が略一定となる。

【００２３】又、合金部と外側電極との位置関係が一定
し、火花放電を行なう位置が合金部の一定の位置となる
為、中心電極の耐火花消耗性が安定する。

【００２４】この為、品質が安定したスパークプラグを
容易に製造する事ができる。

【００２５】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図３に基づいて
説明する。セミ沿面型スパークプラグＡは、筒状の主体
金具１と、主体金具１内に嵌め込まれて固定される軸孔
２１付の絶縁碍子２と、先端面２２から突出状態に軸孔
２１内に固定される中軸３とを具備し、先端面２２に沿
って放電する沿面ギャップｇ₁ と、気中放電する気中放
電ギャップｇ₂ とを備える。

【００２６】主体金具１は、低炭素鋼で製造され、外側
電極１２、１２を先端面１１に溶接している。又、主体
金具１の先端外周にはネジ１３が螺刻され、ガスケット
を介して内燃機関のシリンダヘッド（何れも図示せず）
に装着される。

【００２７】Ｌ字状を呈する外側電極１２は、放電面１
２１が中心電極３の発火部を隔てて対向配置され、良熱
伝導性の銅を封入したニッケル合金材（本実施例ではイ
ンコネル600 ）で形成されている。

【００２８】絶縁碍子２は、アルミナを主体とするセラ
ミックで製造され、パッキンを介して座面を主体金具１
の段部に係止し、主体金具１の六角頭部（何れも図示せ
ず）を加締める事により、開口１４から先端が突出する
様に主体金具１内に固定される。

【００２９】絶縁碍子２の先端面２２は、放電面１２１
の内方縁端１２１ａと略同一平面又は僅かに燃焼室側
（図示上方）に位置し、セミ沿面を構成している。

【００３０】中心電極３（外径ｄ＝２ｍｍ）は、良熱伝
導性の銅を内部に封入したニッケル合金材（本実施例で
はインコネル600 ）４で形成され、先端付近の外周に
は、白金とニッケル合金材４とが溶融凝固した合金塊３
１を中心電極周壁と面一に周設している。

【００３１】つぎに、中心電極３の製造方法を、図２及
び図３に基づいて説明する。 (1) 転造やプレス等の塑性加工により、ニッケル合金材
４の先端付近の外周に台形溝４１を形成する。

【００３２】尚、台形溝４１の形成後の各部の寸法は以
下の通りであり、台形溝容積は、白金リング５の体積と
略等しい。

【００３３】溝底部４１１の長さｓは０．３ｍｍ、溝幅
ｗは０．７ｍｍ、溝深さｆは０．１３ｍｍ、先端- 溝距
離ｌは０．８５ｍｍ（図２参照）。

【００３４】(2) 図３の工程ｈ₁ に示す様に、ニッケル
合金材４の先端方向から白金リング５を嵌め込む。尚、
白金リング５は、長さが溝底部４１１の外周に略等しい
白金ワイヤー（直径０．３ｍｍ）をリング状にしたもの
である。

【００３５】(3) 図３の工程ｈ₂ に示す様に、白金リン
グ５を溝底部４１１位置に位置決めし、加締める。

【００３６】(4) 図３の工程ｈ₃ に示す様に、ニッケル
合金材４を（５／６）π・ｒａｄ／秒で回転させなが
ら、パルス幅２ｍＳ、７．５Ｊ、５ｐｐｓのＹＡＧレー
ザーＨを白金リング５の表面外周に対して略直角方向か
ら４８発、照射する。

【００３７】(5) 図３の工程ｈ₄ に示す様に、ＹＡＧレ
ーザーＨが白金リング５及びニッケル合金材４を溶融す
るので、白金がニッケル合金材４に溶け込み、拡散合金
層３２、及び白金成分の分布が略一定の（但し、９９．
５重量％〜２０重量％の範囲）合金塊３１が形成する。

【００３８】つぎに、本実施例の利点を述べる。 〔ア〕長さｓが０．３ｍｍ、溝深さｆが０．１３ｍｍの
溝底部４１１を設けた事により白金リング５の座りが向
上し、図３の工程ｈ₂ において、白金リング５が溝底部
４１１位置に確実に固定される。

【００３９】この為、図３の工程ｈ₁ 〜ｈ₄ を経て中心
電極３を多数製造する場合、どの中軸３であっても、合
金塊３１中の白金成分の含有率の分布を略一定にする事
ができ、セミ沿面型スパークプラグＡの品質を安定させ
る事ができる。尚、本実施例では、溝が台形であり、台
形溝４１の中央に溝底部４１１を形成しているので、合
金塊３１中の白金成分の含有率は中央部が最大となる。

【００４０】〔イ〕ニッケル合金材４の先端付近の外周
に周設する溝を、方形状の凹溝９０１に替え、台形の台
形溝４１（溝容積は凹溝９０１と同一）に変更するだけ
なので、図２０の製造方法に比べ、製造コストの上昇は
極僅かである。

【００４１】つぎに、本発明の第２、第３、第４、第
５、第６実施例を、夫々、図４、図５、図６、図７、図
８に基づいて説明する。尚、これら実施例では、ニッケ
ル合金材４は、図２に準じた製造工程を経て中心電極３
となり、図１に準じたセミ沿面型スパークプラグとして
組み付けられる。

【００４２】図４（第２実施例）において、ニッケル合
金材４の先端付近の外周に周設する溝は、白金リング５
の体積に略等しい、中央に円弧状溝底４２１を有する楔
状溝４２であり、各部の寸法は以下の通りである。

【００４３】溝幅ｗが０．７ｍｍ、溝深さｆが０．１４
ｍｍ、先端- 溝距離ｌが０．８５ｍｍ、外径ｄが２ｍ
ｍ、円弧状溝底４２１の半径が０．５ｍｍ。

【００４４】図５（第３実施例）において、ニッケル合
金材４の先端付近の外周に周設する溝は、中央に角状溝
底４３１を有する、白金リング５の体積に略等しい楔状
溝４３である。

【００４５】図６（第４実施例）において、ニッケル合
金材４の先端付近の外周に周設する溝は、中央が最も径
小である、白金リング５の体積に略等しい円弧状溝４４
である。

【００４６】図７（第５実施例）において、ニッケル合
金材４の先端付近の外周に周設する溝４４１は、方形状
の凹溝底部４４１ａの中央部にさらに円弧状の溝４４１
ｂを有し、溝４４１の容積は白金リング５の体積に略等
しい二段溝である。尚、凹溝底部４４１ａの中央部に設
ける溝は、円弧状の溝４４１ｂ以外に、方形溝、楔状溝
等であっても良い。

【００４７】図８（第６実施例）において、ニッケル合
金材４の先端付近の外周に周設する溝４４２は、方形状
の凹溝底部４４２ａの中央部にレール状の突起部４４２
ｂを二本有し、溝４４２の容積は白金リング５の体積に
略等しい方形溝である。

【００４８】これら第２、第３、第４、第５、第６実施
例も上記〔ア〕、〔イ〕に準じた効果を奏する。

【００４９】本発明の第７〜第１１実施例を図９〜図１
４に基づいて説明する。環状放電型スパークプラグＢ
は、リング状の接地電極６１を一体形成した主体金具６
と、主体金具６内に嵌め込まれて固定される軸孔７１付
の絶縁碍子７と、軸孔７１内に固定される中心電極８と
を具備する。尚、これら実施例において、図１０〜図１
４に示すニッケル合金材４は、各々、図３に準じた製造
工程を経て中心電極８となり、図９に示す環状放電型ス
パークプラグＢとして組み付けられる。

【００５０】主体金具６は、低炭素鋼により円筒状に形
成され、外周には内燃機関のシリンダヘッド（図示せ
ず）に装着する為のねじ６２が形成されている。又、主
体金具６の胴部６３には、シリンダヘッドを外気からシ
ールする為のガスケット６４が装着されている。尚、接
地電極６１の内周面６１１と中心電極８の先端外周面と
の間には気中放電ギャップｇ₃ が形成されている。

【００５１】絶縁碍子７は、アルミナを主体とするセラ
ミック焼結体で形成され、基部７２がパッキン７３を介
して主体金具６の内周座面６５に係止される。

【００５２】中心電極８（外径２．５ｍｍ）は、良熱伝
導性の銅８１１を封入したニッケル合金材（本実施例で
はインコネル600 ）８１で形成され、先端付近の外周
に、白金とニッケル合金材８１とが溶融凝固した合金塊
８２を中心電極周壁と面一的に環装している。

【００５３】尚、合金塊８２は、図９のグラフに示す様
に、火花放電の発生割合が高く消耗し易い合金塊先端で
は白金含有率を大含有率（８５重量％）とし、火花放電
の発生割合が低く消耗が少ない合金塊後端では小含有率
（７０重量％）としている。

【００５４】図１０（第７実施例）では、ニッケル合金
材４の先端付近の外周に周設する溝は、溝中央より先端
方向にずれた箇所に、径小の角状溝底４５１を有する、
白金リング５の体積に略等しい楔状溝４５である。

【００５５】図１１（第８実施例）では、ニッケル合金
材４の先端付近の外周に周設する溝は、溝中央より先端
方向にずれた箇所に、径小の平坦溝底４６１を有する、
白金リング５の体積に略等しい台形溝４６である。

【００５６】図１２（第９実施例）において、ニッケル
合金材４の先端付近の外周に周設する溝は、溝中央より
先端方向にずれた箇所に、円弧溝底部４７１を有する、
白金リング５の体積に略等しい楔状溝４７である。

【００５７】図１３（第１０実施例）において、ニッケ
ル合金材４の先端付近の外周に周設する溝は、溝中央よ
り先端方向にずれた箇所に、円弧状の溝４７２ａを有す
る、白金リング５の体積に略等しい楔状溝４７２であ
る。

【００５８】図１４（第１１実施例）において、ニッケ
ル合金材４の先端付近の外周に周設する溝は、溝中央よ
り先端方向にずれた箇所に、レール状の突起部４７３ａ
を一本有する、白金リング５の体積に略等しい方形溝４
７３である。

【００５９】これら第７〜第１１実施例は、以下の効果
を奏する。 〔ウ〕第７〜第１１実施例では、白金リング５を、溝底
４５１、溝底４６１、溝底部４７１、溝４７２ａ、又は
突起部４７３ａ- 溝端間に、位置ずれする事無く固定す
る事ができるので、合金塊８２中の白金含有量の分布を
環状放電型スパークプラグＢに適したものにコントロー
ルする事ができ、環状放電型スパークプラグＢの耐久性
を均一に高める事ができる。

【００６０】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。 α．合金塊８２中の白金含有量の分布を、合金塊先端で
は白金含有率を低く、合金塊後端では高くする必要があ
るスパークプラグでは、ニッケル合金材４の先端付近の
外周に周設する溝を、図１５に示す様な楔状溝４８（第
１２実施例）、図１６に示す台形溝４９（第１３実施
例）、図１７に示す二段溝４９１（第１４実施例）、図
１８に示すレール状突起を有する方形溝４９２（第１５
実施例）にすれば良い。

【００６１】β．中心電極基材は他のニッケル合金でも
良く、又、耐蝕性・耐火花消耗性金属部材は、イリジウ
ム、白金- イリジウム合金、貴金属- ニッケル合金、タ
ングステン、タングステン合金、クロム、クロム合金、
もしくは耐火花消耗性金属に耐蝕金属をコーティングし
たもの等でも良い。

【００６２】γ．溶融接合前における耐蝕性・耐火花消
耗性金属部材の断面は、円以外に、長方形、正方形、三
角形等でも良い。

【００６３】δ．外径ｄ、溝底部４１１の長さｓ、溝幅
ｗ、溝深さｆ、及び先端- 溝距離ｌの各寸法は、上記実
施例の数値に限定されず、適宜、決めれば良い。

【００６４】ε．本発明の構成を、絶縁碍子の先端面に
沿って放電する沿面放電プラグに適用しても良い。

【００６５】ζ．溝に環装する耐蝕性・耐火花消耗性金
属部材は、リング形状のものを嵌め込む以外に、ワイヤ
ー状の白金線の先端を溝に電気溶接により仮止めした後
に巻装し、切断して溝に環装させても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１〜第６実施例に係るセミ沿面型ス
パークプラグの、要部断面付の斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る、ニッケル合金材の
断面図である。

【図３】中心電極の製造工程図である。

【図４】本発明の第２実施例に係る、ニッケル合金材の
断面図である。

【図５】本発明の第３実施例に係る、ニッケル合金材の
断面図である。

【図６】本発明の第４実施例に係る、ニッケル合金材の
断面図である。

【図７】本発明の第５実施例に係る、ニッケル合金材の
断面図である。

【図８】本発明の第６実施例に係る、ニッケル合金材の
断面図である。

【図９】本発明の第７〜第１１実施例に係る、白金含有
量グラフ、及び環状放電型スパークプラグの断面図であ
る。

【図１０】本発明の第７実施例に係る、ニッケル合金材
の断面図である。

【図１１】本発明の第８実施例に係る、ニッケル合金材
の断面図である。

【図１２】本発明の第９実施例に係る、ニッケル合金材
の断面図である。

【図１３】本発明の第１０実施例に係る、ニッケル合金
材の断面図である。

【図１４】本発明の第１１実施例に係る、ニッケル合金
材の断面図である。

【図１５】本発明の第１２実施例に係る、ニッケル合金
材の断面図である。

【図１６】本発明の第１３実施例に係る、ニッケル合金
材の断面図である。

【図１７】本発明の第１４実施例に係る、ニッケル合金
材の断面図である。

【図１８】本発明の第１５実施例に係る、ニッケル合金
材の断面図である。

【図１９】従来技術による、中心電極の製造工程図であ
る。

【図２０】発明者らが提案した、中心電極の製造工程図
である。

【図２１】発明者らが提案した、中心電極の製造方法に
より発生する不具合を示す説明図である。

【符号の説明】 ３ 中心電極（スパークプラグ用中心電極） ４ ニッケル合金材（中心電極基材） ５ 白金リング（耐蝕性・耐火花消耗性金属部材） ４１ 台形溝（溝） ４２ 楔状溝（溝） ４３ 楔状溝（溝） ４４ 円弧状溝（溝） ４５ 楔状溝（溝） ４６ 台形溝（溝） ４７ 楔状溝（溝） ４８ 楔状溝（溝） ４９ 台形溝（溝） ４４１ 溝 ４４２ 溝 ４７２ 楔状溝（溝） ４７３ 方形溝（溝） ４１１ 溝底部（保持部） ４２１ 円弧状溝底（保持部） ４３１ 角状溝底（保持部） ４５１ 角状溝底（保持部） ４６１ 平坦溝底（保持部） ４７１ 円弧溝底（保持部） ４９１ 二段溝（溝） ４９２ 方形溝（溝） ４４１ｂ 溝（保持部） ４４２ａ 凹溝底部（溝底部） ４４２ｂ 突起部 ４７２ａ 溝（保持部） ４７３ａ 突起部 ｗ 溝幅

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端外周に溝を周設した棒状を呈する中
   心電極基材に、 前記溝内へ耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を配し、 該金属部材を前記中心電極基材に溶融接合して製造する
   スパークプラグ用中心電極であって、 前記溝は、溝幅が電極外周部から電極中心部方向に向か
   って連続的に減少し、且つ、前記耐蝕性・耐火花消耗性
   金属部材を位置決めする事が可能な保持部を有する溝形
   状を呈し、更に、溝容積が前記耐蝕性・耐火花消耗性金
   属部材の体積と略同一である事を特徴とするスパークプ
   ラグ用中心電極。
2. 【請求項２】 前記溝の断面形状が台形状である請求項
   １記載のスパークプラグ用中心電極。
3. 【請求項３】 前記溝の断面形状が楔状である請求項１
   記載のスパークプラグ用中心電極。
4. 【請求項４】 前記溝の断面形状が円弧状である請求項
   １記載のスパークプラグ用中心電極。
5. 【請求項５】 先端外周に溝を周設した棒状を呈する中
   心電極基材に、 前記溝内へ耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を配し、 該金属部材を前記中心電極基材に溶融接合して製造する
   スパークプラグ用中心電極であって、 前記溝は、溝幅が電極外周部から電極中心部方向に向か
   って不連続的に減少し、且つ、前記耐蝕性・耐火花消耗
   性金属部材を位置決めする事が可能な保持部を有する溝
   形状を呈し、更に、溝容積が前記耐蝕性・耐火花消耗性
   金属部材の体積と略同一である事を特徴とするスパーク
   プラグ用中心電極。
6. 【請求項６】 前記溝の断面形状は二段溝形状であり、
   前記保持部の断面形状が円弧状である請求項５記載のス
   パークプラグ用中心電極。
7. 【請求項７】 先端外周に溝を周設した棒状を呈する中
   心電極基材に、 前記溝内へ耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を配し、 該金属部材を前記中心電極基材に溶融接合して製造する
   スパークプラグ用中心電極であって、 一条又は二条のレール状の突起部を溝底部に周設し、前
   記耐蝕性・耐火花消耗性金属部材を溝縁- 前記突起部間
   又は各突起部間に配し、 溝容積が、前記耐蝕性・耐火花消耗性金属部材の体積と
   略同一である事を特徴とするスパークプラグ用中心電
   極。