JPH09106879A

JPH09106879A - 内燃機関用スパークプラグ

Info

Publication number: JPH09106879A
Application number: JP26330195A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Abe; 阿部　　信男
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】電極を異常発熱させることなく、かつ溶接部
に巣が入らないように、大径の貴金属チップを電極の所
定位置に溶接することを目的とする。【解決手段】溶接前において中心電極３および貴金属
チップ５よりも断面積の小さい突出部８を中心電極３の
先端３ｃに一体に形成して抵抗溶接を行うと、断面積の
小さい（熱のこもりやすい）突出部８は軟化し、断面積
の大きい（熱のこもりにくい）中心電極３の外周縁部お
よび融点の高い貴金属チップ５は軟化しないため、圧力
Ｐにより、軟化した突出部８は中心電極３の外周縁部お
よび貴金属チップ５の間で押し広げられる。こうするこ
とにより、中心電極３と貴金属チップ５の溶接が行われ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ガスヒートポンプやコージェ
ネレーション用エンジン等に使用されるような、長寿命
の大径貴金属チップを用いた内燃機関用スパークプラグ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平５７−１９２９９０号公報
には、図８に示すように、Ｎｉ−Ｃｕ等からなる中心電
極３の先端にＰｔからなる貴金属チップ５’が抵抗溶接
により固定されている内燃機関用スパークプラグが記載
されている。ここで用いられる貴金属チップ５’は、直
径０．７ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの小径な円板からなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この貴金属チップ５’
は、その表面が火花放電により局部的に高温となって揮
発したり、火花放電により正イオンが貴金属チップ５’
表面に衝突して金属原子が飛び出したり、高温および燃
焼ガスという腐食ガス中にて高温腐食酸化されたりして
消耗される。

【０００４】そして、火花放電は、接地電極４と貴金属
チップ５’において、火花放電ギャップ６の距離が最短
となる部分で起こり、この部分が上述のように消耗され
ると、別の上記距離が最短となる部分で起こる。このよ
うにして、貴金属チップ５’の表面全面にわたって少し
ずつ消耗していく。そして、消耗が繰り返されて、上記
距離が最短となる部分の距離が所定量以上離れると、火
花放電がなされなくなり、スパークプラグとして使用不
可能となる。よって、スパークプラグの寿命は、貴金属
チップ５’の径に比例して長くなり、車両等の寿命にあ
わせて貴金属チップ５’の径は決められている。

【０００５】ところが、近年、ガスヒートポンプやコー
ジェネレーション用エンジン等に使用されるスパークプ
ラグは、従来の自動車等に比べて長期間にわたって用い
られるため、従来のような小径な貴金属チップ５’では
寿命が充分ではなくなってきた。よって、従来のスパー
クプラグよりも寿命を長くするため、図９（ａ）に示す
ような、従来よりも径の大きい貴金属チップ５を用いた
スパークプラグが必要となってきた。

【０００６】ここで、図９（ａ）、（ｂ）に基づいて、
本発明者が大径の貴金属チップ５を抵抗溶接にて接合す
る試作を行った結果を以下に述べる。まず、図９（ａ）
に示すように、中心電極３と抵抗溶接機の溶接電極７に
より貴金属チップ５をはさんだ状態にして、中心電極３
（直径２．７ｍｍ）と大径の貴金属チップ５（直径２．
６ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ）の抵抗溶接を行った。この抵
抗溶接は、圧力Ｐ＝３５ｋｇ／ｃｍ²、投入電流Ｉ＝２
０００Ａで、交流電源を用いて交流波形の１０サイクル
分の時間で行っている。その結果、図９（ｂ）のように
中心電極３が軸方向に長さａだけ座屈してしまい、中心
電極３にバリ３ｂが生じてしまった。

【０００７】この中心電極３の座屈、バリ３ｂの発生原
因について本発明者が検討したところ、以下のような理
由であると考えられる。溶接前において、中心電極３と
貴金属チップ５を当接させた状態では、中心電極３と貴
金属チップ５は巨視的には平滑に密着しているようにみ
えるが、微視的にみると、中心電極３と貴金属チップ５
の表面（特に中心電極３の表面）には凹凸があるため、
中心電極３と貴金属チップ５の接触部分ｓには微小な隙
間が存在している。よって、抵抗溶接初期時（具体的に
は、交流波形の最初の数サイクル分の時間）には、この
接触部分ｓの抵抗が非常に大きく、この接触部分ｓが最
も発熱する。

【０００８】すると、この接触部分ｓ近傍のより融点の
低い中心電極３は軟化するが、融点の高い貴金属チップ
５は軟化することはなく、圧力Ｐによって中心電極３の
軟化部の中に押し込まれて入っていき、上記軟化部は貴
金属チップ５に密着しながら貴金属チップ５の外周部に
排除されていく。よって、上記溶接前の凹凸は平滑とな
るため上記微小隙間は完全になくなり、同時に、接触部
分ｓに存在する異物も外部へ押し出される。こうするこ
とにより、中心電極３と貴金属チップ５の溶接部Ｓが形
成される。

【０００９】そして、この溶接部Ｓの抵抗は抵抗溶接初
期時に比べて非常に小さくなり、溶接部Ｓの発熱量が初
期時に比べて非常に小さくなるため、中心電極３の軟化
は抵抗溶接初期時以上は進まない。つまり、抵抗溶接で
は、抵抗溶接初期時における接触部分ｓの発熱量により
中心電極３の軟化量が決まる。そして、この軟化量によ
って、上記初期の凹凸を平滑にして上記微小隙間を埋め
ることが出来るかどうかが決まり、ひいては貴金属チッ
プ５と中心電極３の抵抗溶接の接合強度が決まる。

【００１０】よって、貴金属チップ５の径の大小、つま
り接触部分ｓの断面積の大小にかかわらず、接触部分ｓ
の断面の単位面積当たりの発熱量を、上記微小隙間をう
める程度の発熱量とする必要がある。よって、より径の
大きい貴金属チップ５を溶接する場合、接触部分ｓの断
面積が大きくなるため、接触部分ｓに発生させるべき全
発熱量が大きくなる。そして、発熱量は投入電力Ｗ（Ｗ
＝Ｉ²×Ｒ、Ｒ：抵抗）に比例するので、投入電流Ｉを
接触部分ｓの断面積に比例して大きくする必要がある。

【００１１】そして、大径の貴金属チップ５を中心電極
３に溶接するに当たって、上記初期の凹凸を平滑にでき
る程度の発熱量を発生するような大きな投入電流Ｉ（２
０００Ａ程度）とすると、貴金属チップ５に比べてより
抵抗の大きい中心電極３自身の持つ抵抗により、中心電
極３自身が異常発熱して非常に高温（１０００℃程度）
となるため、中心電極３自身が部分的に軟化してしまう
恐れがある。さらに、接触部分ｓには上述のように大き
な熱が発生するため、接触部分ｓ近傍の中心電極３は全
面が大量に軟化してしまう。

【００１２】すると、圧力Ｐにより貴金属チップ５が中
心電極３に押し込まれて貴金属チップ５が全て中心電極
３に埋没しても、さらに、溶接電極７により中心電極３
と貴金属チップ５が押し潰される。このようにして、図
９（ｂ）に示すように、中心電極３が軸方向に長さａだ
け座屈してしまい、中心電極３の外周部にバリ３ｂが発
生してしまう。

【００１３】そして、中心電極３を大量生産する際、各
々の中心電極３には製造誤差等により寸法に微妙なばら
つきがあるため、抵抗溶接の際の各々の中心電極３の先
端部の熱分布は異なっている。すると、上記座屈する長
さａが各々の中心電極３で異なるため、各々の貴金属チ
ップ５を所定の軸方向位置に配置することが困難とな
る。

【００１４】そして、上記座屈する長さａが各々の中心
電極３で異なると、内燃機関用スパークプラグを組付け
た際、火花放電部の火花放電ギャップ６（図８（ａ）参
照）の距離を所定距離とすることが出来ない。また、中
心電極３のバリ３ｂは、このバリ３ｂが接地電極４（図
８（ａ）参照）と繋がって火花放電ギャップ６間での短
絡を引き起こすため、バリ３ｂ除去工程が必須となる。

【００１５】これに対して、中心電極３の先端表面全体
の軟化を抑制するために、中心電極３の自己発熱量およ
び接触部分ｓの発熱量を抑えるよう、投入電流Ｉを１５
００Ａに低下させて、上述のように抵抗溶接を行ったと
ころ、中心電極３の座屈は起こらず、中心電極３にバリ
３ｂは生じていなかった。ところが、中心電極３と大径
貴金属チップ５の溶接部Ｓの断面を、顕微鏡により２０
００倍に拡大してみたところ、溶接部Ｓに巣が入ってい
ることが確認された。これにより、上記微小隙間がうめ
られていないことがわかった。投入電流Ｉが２０００Ａ
の場合については、溶接部Ｓに巣は入っていなかった。

【００１６】この巣の発生原因について本発明者が検討
したところ、次の理由であると考えられる。大径の貴金
属チップ５に関して、投入電流Ｉを低下させるというこ
とは、接触部分ｓの断面の単位面積当たりの発熱量が小
さくなることを示している。この結果、接触部分ｓの断
面の単位面積当たりの発熱量が、上記微小隙間をうめる
程度の発熱量以下となってしまい、中心電極３の軟化量
が減少したため、溶接部Ｓに巣が発生したと考えられ
る。溶接部Ｓの巣は、貴金属チップ５と中心電極３の接
合強度の低下を招き、貴金属チップ５が中心電極３から
剥離するという恐れがある。

【００１７】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
電極を異常発熱させることなく、かつ溶接部に巣が入ら
ないように、大径の貴金属チップを所定の軸方向位置に
溶接することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、電極（３）の貴金属チップ（５）側の先端（３ｃ）
に、溶接前において電極（３）および貴金属チップ
（５）よりも断面積の小さい部分（８）が備えられ、こ
の部分（８）を軟化させて電極（３）と貴金属チップ
（５）とを溶接することを特徴としている。

【００１９】従って、貴金属チップ（５）と電極（３）
を抵抗溶接にて溶接する際、貴金属チップ（５）と部分
（８）の接触部分（ｓ）の単位面積当たりの発熱量を、
溶接前において接触部分（ｓ）に存在する微小な隙間を
うめる程度の発熱量とするに当たって、接触部分（ｓ）
の面積が電極（３）および貴金属チップ（５）よりも小
さいため、接触部分（ｓ）に発生させるべき全発熱量は
小さくて済み、これにより、投入電流（Ｉ）も小さくて
済む。よって、電極（３）が異常発熱する恐れはなくな
る。

【００２０】また、接触部分（ｓ）で発生する熱は、貴
金属チップ（５）より融点が低く、かつ、貴金属チップ
（５）および電極（３）の先端（３ｃ）より断面積の小
さい（熱がこもりやすい）部分（８）に直接集中して伝
えられ、この部分（８）が主に軟化するため、この軟化
量は安定する。これに対して、電極（３）の先端（３
ｃ）には、上記発生する熱が直接伝えられず、しかも断
面積が大きい（熱がこもりにくい）ので、電極（３）の
先端（３ｃ）の外周縁部は軟化しない。

【００２１】そして、圧力（Ｐ）により部分（８）が貴
金属チップ（５）と電極（３）の外周縁部の先端（３
ｃ）の間で押し広げられる。すると、電極（３）の先端
（３ｃ）が座屈せず、しかも、部分（８）の広がり高さ
が安定するため、貴金属チップ（５）を常に安定的に所
定の軸方向位置に溶接することができる。また、上述の
ような発熱量に設定されているため、軟化した部分
（８）が貴金属チップ（５）に密着しながら広がること
により上記微小隙間がなくなり、貴金属チップ（５）と
部分（８）の溶接部（Ｓ）に巣は入らない。

【００２２】請求項２に記載の発明では、貴金属チップ
（５）の電極（３）側の表面に、溶接前において電極
（３）と貴金属チップ（５）よりも断面積の小さい部分
（８）が備えられ、この部分（８）および溶接前におい
て部分（８）に対応する位置にある電極（３）を軟化さ
せて電極（３）と貴金属チップ（５）とを溶接すること
を特徴としている。

【００２３】従って、上記の抵抗溶接の際、電極（３）
と部分（８）の接触部分（ｓ）の熱は、断面積の小さい
（熱がこもりやすい）部分（８）および接触部分（ｓ）
近傍の電極（３）に集中して伝えられるため、これら部
分（８）および接触部分（ｓ）近傍の電極（３）の軟化
量は安定し、断面積の大きい電極（３）の先端（３ｃ）
の外周縁部は軟化しない。

【００２４】そして、圧力（Ｐ）により貴金属チップ
（５）が電極（３）側へ押し付けられると、部分（８）
が変形しながら、軟化した電極（３）の中へ埋没してい
く。すると、上記埋没した分だけ電極（３）が部分
（８）の外周面にそって盛り上がり、この盛り上がり部
（３ｄ）が貴金属チップ（５）と軟化していない電極
（３）の外周縁部の間で押し広げられる。すると、電極
（３）の先端（３ｃ）が座屈せず、盛り上がり部（３
ｄ）の盛り上がり高さが安定するので、請求項１に記載
の発明と同様の効果が得られる。

【００２５】また、請求項３に記載の発明では、電極
（３）と貴金属チップ（５）との間に、溶接前において
電極（３）および貴金属チップ（５）よりも断面積の小
さい部分（８’）が別体に備えられ、部分（８’）と電
極（３）を溶接した後、部分（８’）を軟化させて電極
（３）と貴金属チップ（５）とを溶接することを特徴と
している。

【００２６】従って、部分（８’）が別体であるため、
請求項４のごとく、電極（３）および貴金属チップ
（５）とは異なる第３の材料により部分（８’）を形成
することが出来る。そして、請求項４に記載の発明で
は、部分（８）が、貴金属チップ（５）と電極（３）と
の中間の線膨張係数を有する材料からなることを特徴と
している。

【００２７】従って、スパークプラグの使用中におい
て、貴金属チップ（５）と電極（３）の間に生じる熱応
力を緩和することができ、貴金属チップ（５）と電極
（３）の接合性をさらに高めることが出来る。また、請
求項５に記載の発明では、軟化した部分（８、３ｄ、
８’）の溶接後の断面積（Ｓ₁）が貴金属チップ（５）
の断面積（Ｓ₀）の半分より大きいことを特徴としてい
る。

【００２８】この範囲では、貴金属チップ（５）の消耗
量が、貴金属チップ（５）の断面すべてにわたって溶接
する場合（Ｓ₁＝Ｓ₀）と同程度であることが後述の試
作（図７の表参照）によりわかった。つまり、貴金属チ
ップ（５）の断面すべてにわたって溶接しなくてもよい
ため、接触部分（ｓ）を軟化させる量が少なくてすみ、
抵抗溶接の際の投入電流（Ｉ）が小さくてすむ。

【００２９】そして、請求項１ないし６に記載の発明で
は、上記技術的手段の採用により、溶接部に巣が入らな
いように、大径の貴金属チップ（５）を常に安定的に電
極（３）の所定の軸方向位置に溶接することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本発明の内燃機関用スパー
クプラグを示している。図１、２において、ハウジング
１は円筒状で、耐熱性、耐食性および導電性のある金属
で構成され、図示しないエンジンブロックに固定するた
めのネジ部１ａを備えている。

【００３１】このハウジング１の内部には、アルミナセ
ラミック等からなる絶縁体２が固定されており、この絶
縁体２の軸孔２ａに中心電極３が固定されている。この
中心電極３は、耐熱性、耐食性および導電性のある金属
材料、例えば耐熱ニッケル基合金等からなり、直径は
２．７ｍｍ程度である。さらに、ハウジング１の一端に
は、接地電極４が溶接により固定されている。この接地
電極４も、耐熱性、耐食性および導電性のある金属材料
からなる。

【００３２】そして、中心電極３の先端３ｃには、貴金
属チップ５が溶接されている。この貴金属チップ５は、
耐熱性、耐食性および導電性のある貴金属材料、例えば
Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ、Ｉｒ−Ｒ
ｈ等のうちいずれか１つからなり、直径は２．６ｍｍ程
度、厚さは０．４ｍｍ程度である。以下に、本発明の要
部である貴金属チップ５と中心電極３の溶接方法および
その構造について、図３に基づいて説明する。

【００３３】まず、図３（ａ）に示すように、中心電極
３の先端３ａに、円柱状の突出部（請求項でいう断面積
の小さい部分）８を切削加工により一体に成形する。こ
の突出部８は、中心電極３の直径よりも小さい直径（具
体的には１．５ｍｍ）で、高さは０．８ｍｍ程度であ
る。そして、図３（ｂ）に示すように、突出部８に円板
状の貴金属チップ５を同心円上に配置し、溶接電極（図
９（ａ）参照）により抵抗溶接を行い、突出部８と貴金
属チップ５の接触部分ｓを溶接する。

【００３４】この抵抗溶接は、圧力Ｐ＝３５ｋｇ／ｃｍ
²、投入電流Ｉ＝１５００Ａで、交流電流を用いて１０
サイクル行う。ここで、接触部分ｓの断面の単位面積当
たりの発熱量が、溶接前において接触部分ｓに存在する
微小凹凸による微小隙間をうめる程度の発熱量となるよ
う、発明者の経験により投入電流Ｉの値が設定されてい
る。以下に述べる実験および他の実施形態においても同
様に設定している。

【００３５】こうすることにより、図３（ｃ）に示すよ
うに、中心電極３と貴金属チップ５を溶接することがで
きる。ここで、溶接部Ｓの断面を顕微鏡にて２０００倍
に拡大してみたところ、巣は入っていないことが確認さ
れた。なお、突出部８の大きさおよび投入電流Ｉは、溶
接部Ｓの断面積が中心電極３の先端３ｃおよび貴金属チ
ップ５の断面積よりも小さくなるように設定されてい
る。

【００３６】なお、上述の実施形態では、抵抗溶接前の
貴金属チップ５と突出部８の接触部分ｓは上記微小隙間
があるため、抵抗溶接直後（具体的には、最初の数サイ
クル）の抵抗が非常に大きくなり、この接触部分ｓが最
も発熱する。すると、接触部分ｓで発生する熱は、貴金
属チップ５より融点が低く、かつ、貴金属チップ５およ
び中心電極３の先端３ｃより断面積の小さい（熱がこも
りやすい）突出部８に直接集中して伝えられ、この突出
部８が主に軟化するため、この軟化量は安定する。これ
に対して、中心電極３の先端３ｃには、上記発生する熱
が直接伝えられず、しかも断面積が大きい（熱がこもり
にくい）ので、中心電極３の先端３ｃの外周縁部までは
軟化しない。

【００３７】そして、圧力Ｐにより、突出部８が貴金属
チップ５と中心電極３の先端３ｃの外周縁部の間で押し
広げられる。すると、中心電極３の先端３ｃは座屈せ
ず、しかも、突出部８の広がり高さが安定するため、貴
金属チップ５を常に安定的に中心電極３の所定の軸方向
位置に溶接することができる。また、本実施形態では、
上述のような発熱量に設定されているため、軟化した突
出部８が貴金属チップ５に密着しながら広がることによ
り上記微小隙間はなくなり、突出部８と貴金属チップ５
の溶接部Ｓに巣は入らない。これと同時に、接触部分ｓ
の異物も排除することができる。

【００３８】また、本実施形態では、突出部８の断面積
を貴金属チップ５よりも小さくしているため、接触部分
ｓの面積が中心電極３および貴金属チップ５よりも小さ
い。よって、接触部分ｓに発生させるべき全発熱量は小
さくて済み、これにより、投入電流Ｉも小さくて済む。
よって、中心電極３自身が異常発熱することは防止され
る。

【００３９】また、本実施形態では、中心電極３よりも
小断面積の突出部８を軟化させて溶接しており、さら
に、溶接部Ｓの断面積が中心電極３の先端３ｃおよび貴
金属チップ５の断面積よりも小さくなるように設定され
ているため、軟化した突出部８が貴金属チップ５の外周
にはみ出すことは防止され、バリの発生も抑制される。
また、本実施形態では、切削加工により中心電極３と一
体に突出部８を形成して、本発明でいう部分としている
ため、部分を別体に形成する工程が１つ少なくてすみ、
しかもこの突出部８をを中心電極３に位置決め、固定す
る必要はない。よって、これらの工程にかかる作業やコ
ストが必要なくなる。

【００４０】以上の方法を用いれば、中心電極３に座屈
やバリ等を発生させることなく、かつ溶接部Ｓに巣が入
らないように大径の貴金属チップを電極に溶接すること
が出来、従来に比べて長寿命の内燃機関用スパークプラ
グを得ることが出来る。次に、本実施形態のスパークプ
ラグの消耗性を評価した結果を図６、７に基づいて述べ
る。

【００４１】図７は、断面積Ｓ₀（ｍｍ²）の貴金属チ
ップ５（図６参照）について、抵抗溶接の投入電流Ｉ
（Ａ）および突出部８の直径ｄを変えることにより、溶
接部Ｓの断面積Ｓ₁（ｍｍ²）を変えた場合の貴金属チ
ップ５の消耗量（ｍｍ）を示す表である。この表におい
て、図６に示すようにｒ（ｍｍ）は貴金属チップ５の直
径、ｔ（ｍｍ）は貴金属チップ５の厚さ、ｕ（ｍｍ）は
突出部８の厚さ、ｅ（ｍｍ）は中心電極３の直径を示し
ている。また、投入電流Ｉの値は、発明者の経験により
設定されている。

【００４２】そして、中心電極３は、耐熱ニッケル基合
金（インコネル社のインコネル６００）からなり、貴金
属チップ５は、Ｐｔ−２０Ｉｒからなる。そして、図７
に示す試作Ｎｏ．１〜８のものについて、それぞれ消耗
性の評価を行い、その消耗量を図７の表に示した。消耗
性の評価は、排気量２０００ｃｃ、４気筒エンジンを全
負荷（エンジン回転速度＝４０００ｒｐｍ）で５００時
間運転した後の貴金属チップ５の消耗量を比較すること
により行った。ここで、消耗量とは、運転前の貴金属チ
ップ５の厚さと運転後の貴金属チップ５の厚さの差（ｍ
ｍ）である。

【００４３】なお、試作Ｎｏ．１のものは、抵抗溶接後
にバリが生じていたため、このバリを除去してから消耗
性の評価を行った。また、試作Ｎｏ．１〜８のものは、
消耗性の評価を行う前において中心電極３の座屈は起こ
っていなかった。また、Ｓ₀＜１．７７ｍｍ²のもの
は、突起部８を設けないで直接中心電極３の先端３ｃに
配置して、上記のように抵抗溶接することにより、溶接
部Ｓに巣が入らないような溶接が得られることが経験的
に分かっているため、Ｓ₀≧１．７７ｍｍ²について評
価を行った。

【００４４】図７の表に示すように、溶接部Ｓの断面積
Ｓ₁（ｍｍ²）が、貴金属チップ５の断面積Ｓ₀（ｍｍ
²）の半分より大きければ、貴金属チップ５の断面すべ
てにわたって溶接する場合（Ｓ₁＝Ｓ₀）と同程度の消
耗量であることがわかった。よって、貴金属チップ５を
中心電極３に溶接する際、貴金属チップ５の断面全てに
わたって溶接する必要はないため、中心電極３にバリが
生じることはさらに抑制され、かつ、投入電流Ｉを大き
くする必要はなくなる。

【００４５】また、溶接部Ｓの断面積Ｓ₁（ｍｍ²）を
貴金属チップ５の断面積Ｓ₀（ｍｍ ²）の半分より大き
くすることにより、貴金属チップ５の消耗速度の遅い、
より長寿命の内燃機関用スパークプラグを得ることが出
来る。以下に、他の実施形態を図４および図５に基づい
て述べる。上記実施形態では、突出部８を中心電極３に
一体に成形しているが、図４（ａ）に示すように、中心
電極３と貴金属チップ５との中間の線膨張係数を有する
材料により別体の円柱状部材８’により溶接を行っても
よい。

【００４６】具体的には、例えば、中心電極３としての
耐熱ニッケル基合金（インコネル社のインコネル６０
０）の線膨張係数は１３．３×１０^-6、融点は１４５０
℃で、貴金属チップ５としてのＰｔ−２０Ｉｒの線膨張
係数は８．４×１０^-6、融点は＝１８５０℃で、円柱状
部材８’としてのＰｔ−２０Ｎｉの線膨張係数は９．４
×１０^-6、融点は＝１５５０℃である。

【００４７】そして、中心電極３と円柱状部材８’を軽
く抵抗溶接（圧力Ｐ＝３０ｋｇ／ｃｍ²、投入電流Ｉ＝
５００Ａで、交流電流を用いて１０サイクル）にて溶接
し、続いて、上記実施形態中の条件で抵抗溶接を行う
と、円柱状部材８’と貴金属チップ５の接触部分ｓが大
きく発熱して、より低融点の円柱状部材８’を軟化さ
せ、図４（ｂ）のように、中心電極３と貴金属チップ５
が溶接される。

【００４８】こうすることにより、スパークプラグの使
用繰り返しにより生じる熱応力、具体的には貴金属チッ
プ５と中心電極３の間に生じる熱応力を緩和でき、貴金
属チップ５と中心電極３の接合強度をさらに高めること
が出来る。また、図４（ｃ）に示すように、突出部８を
貴金属チップ５に一体に成形してもよい。こうすること
により、突出部８と貴金属チップ５の接触部分ｓで発生
する熱が、貴金属チップ５より断面積の小さい（熱がこ
もりやすい）突出部８に直接集中して伝えられ、この突
出部８が軟化し、突出部８より融点の低い中心電極３の
先端３ｃの中央部はそれ以上に軟化する。しかし、中心
電極３の先端３ｃは断面積が大きい（熱がこもりにく
い）ため、中心電極３の先端３ｃの外周縁部までは軟化
しない。

【００４９】そして、圧力Ｐにより貴金属チップ５が電
極３側へ押し付けられると、突出部８が変形しながら、
軟化した電極３の中へ埋没していき、この埋没した分だ
け中心電極３が突出部８の外周面にそって盛り上がり、
この盛り上がり部３ｄが貴金属チップ５と中心電極３の
外周縁部の間で押し広げられる。このようにして、上記
実施形態と同様に、貴金属チップ５が常に安定的に中心
電極３の所定の軸方向位置に溶接される。つまり、図４
（ｄ）に示すように、貴金属チップ５の突出部８が中心
電極３に埋まった状態で溶接される。

【００５０】また、上記実施形態では、中心電極３の先
端３ａに一体成形する突出部８の形状を円柱状としてい
るが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、四角柱、円錐
形状でもよい。こうすることにより、上記実施形態と同
様の効果が得られる。また、図５（ｃ）に示すように、
貴金属チップ５の中央を円柱状に切削してドーナツ状の
突出部８を設けてもよいし、図５（ｄ）に示すように、
中心電極３の先端３ｃ中央を円錐状に切削して突出部８
を設けてもよいし、図５（ｅ）に示すように、中心電極
３の先端３ｃを波状もしくは同心円上に切削して突出部
８を設けてもよい。

【００５１】こうすることにより、貴金属チップ５の径
を大きくしても、接触部分ｓに発生させるべき発熱量は
小さくて済むので、抵抗溶接において投入電流Ｉも小さ
くて済み、かつ中心電極３の先端３ｃおよび貴金属チッ
プ５よりも断面積の小さい突出部８に接触部分ｓの発生
する熱を直接集中して伝えることが出来るため、上記実
施形態と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関用スパークプラグの半断面図
である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】（ａ）は本発明の実施形態の要部を示す斜視図
で、（ｂ）、（ｃ）は溶接方法を示す工程断面図であ
る。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の実施形態を示す
断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の他の実施形態を示す
図である。

【図６】本発明の内燃機関用スパークプラグの消耗性に
使用した試作のサイズを示す図である。

【図７】本発明の内燃機関用スパークプラグの消耗性を
評価した結果を示す表である。

【図８】（ａ）は従来の内燃機関用スパークプラグの断
面図で、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。

【図９】（ａ）は発明者の比較実験における抵抗溶接前
の内燃機関用スパークプラグの要部断面図で、（ｂ）は
（ａ）の抵抗溶接後の図である。

【符号の説明】

３…中心電極（電極）、３ｃ…中心電極の先端、４…接
地電極（電極）、５…貴金属チップ、８…突出部（断面
積の小さい部分）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極（３）および接地電極（４）の
少なくとも一方の電極（３）に、貴金属チップ（５）が
抵抗溶接により溶接される内燃機関用スパークプラグに
おいて、前記電極（３）の貴金属チップ（５）側の先端（３ｃ）
に、溶接前において前記電極（３）および前記貴金属チ
ップ（５）よりも断面積の小さい部分（８）が備えら
れ、前記部分（８）を軟化させて前記電極（３）と前記貴金
属チップ（５）とを溶接することを特徴とする内燃機関
用スパークプラグ。
【請求項２】中心電極（３）および接地電極（４）の
少なくとも一方の電極（３）に、貴金属チップ（５）が
抵抗溶接により溶接される内燃機関用スパークプラグに
おいて、前記貴金属チップ（５）の前記電極（３）側の表面に、
溶接前において前記電極（３）と前記貴金属チップ
（５）よりも断面積の小さい部分（８）が備えられ、前記部分（８）および溶接前において前記部分（８）に
対応する位置にある前記電極（３）を軟化させて前記電
極（３）と前記貴金属チップ（５）とを溶接することを
特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項３】中心電極（３）および接地電極（４）の
少なくとも一方の電極（３）に、貴金属チップ（５）が
抵抗溶接により溶接される内燃機関用スパークプラグに
おいて、前記電極（３）と前記貴金属チップ（５）との間には、
溶接前において前記電極（３）および前記貴金属チップ
（５）よりも断面積の小さい部分（８’）が、前記貴金
属チップ（５）および前記電極（３）とは別体に備えら
れ、前記部分（８’）と前記電極（３）を溶接した後、前記
部分（８’）を軟化させて前記電極（３）と前記貴金属
チップ（５）とを溶接することを特徴とする内燃機関用
スパークプラグ。
【請求項４】前記部分（８’）は、前記貴金属チップ
（５）と前記電極（３）との中間の線膨張係数を有する
材料からなることを特徴とする請求項３に記載の内燃機
関用スパークプラグ。
【請求項５】前記軟化した部分（８、３ｄ、８’）の
溶接後の断面積（Ｓ ₁）が前記貴金属チップ（５）の断
面積（Ｓ₀）の半分より大きいことを特徴とする請求項
１ないし４のいずれか１つに記載の内燃機関用スパーク
プラグ。
【請求項６】前記貴金属チップ（５）は、Ｐｔ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ、Ｉｒ−Ｒｈのうち
いづれか１つの貴金属材料からなり、前記電極（３）
は、Ｆｅ、Ｃｒを含むＮｉ基の耐熱合金材料からなるこ
とを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載
の内燃機関用スパークプラグ。