JPS62226592A

JPS62226592A - 点火プラグ

Info

Publication number: JPS62226592A
Application number: JP61068545A
Authority: JP
Inventors: 戸舎　顕博; 孝山口
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1987-10-05
Also published as: DE3675205D1; EP0243529A1; EP0243529B1; US4786267A; US4743793A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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点火プラグの特にその電極の耐火
花消耗性を向上させた点火プラグに関する。

（従来の技術）近年、内燃機関の高性能化と共にメンテナンスフリーの
観点から、点火プラグは耐火花消耗性に優れた長寿命プ
ラグが益々要求されている。かかる長寿命化を計るため
に点火プラグは従来、ニッケル合金等の耐熱性、耐食性
金属材からなる中心電極や外側電極の放電部に貴金属を
用いることによって改善することが知られており、この
ため主に白金、白金合金等の貴金属材の棒状チップ又は
薄板チップを抵抗溶接、レーザー溶接にて接合して用い
ることが提案されている。しかし前者は高価な貴金属の
使用量が多くコスト高となり・後者は貴金属板より円板
状のチップを打抜き、これを接合するものであるから、
円形チップを打抜いた後のチップ以外の部分が多くなシ
、歩留シが３０チも悪くコスト高の要因となった。また
棒状又は板成形することが困難である貴金属合金、例え
ば２５チ以上のＩｒが添加されたＰ　ｔ　−Ｉ　ｒ合金
、４５チ以上のＲｈが添加されたＰｔ−Ｒｈ合金、純Ｉ
ｒなどは火花消耗性、耐食性の改良が期待できるにも拘
わらず、成形困難なためにチップの使用ができなかった
のである。更に内燃機関で冷熱サイクルの繰返しを受け
るので、電極母材と貴金属との熱膨張差による熱応力に
より、両者の接合境界において亀裂と酸化腐食の進展が
発生し易い、いわゆる熱膨張差の大きい貴金属材は使用
できなかった。

（発明が解決しようとする問題点）この発明は上記従来のものの欠点を改善するものであシ
、貴金属の浪費がなくてコストが大巾に低減でき、かつ
良好な特性をもつ貴金属層を火花放電に具えて耐久性を
向上させた点火プラグの提供にある。

（問題点を解決するための手段）この発明は、少なくとも一対の対向する中心電極と外側
電極とを有し、これら電極間で火花放電させてなる点火
プラグにおいて、少なくとも一つの前記電極は、その電
極母材の放電させる表面部に貴金属粉末を超音波溶接に
て溶接して薄層を形成したものである。なお、前記貴金
属薄層の厚みは０．１〜１．０雪が最良で１ハその貴金
属粉末粒径は１０〜２００μが好適である。ここで１０
μ以下の微粉の場合は超音波溶接の際に振動により粉末
が飛散し易くて溶接困難で必υ、又、２００μ以上の場
合には超音波溶接の荷重を上げるため電極母材が変形し
易く、電極母材の修正加工を要する欠点がある。特に薄
層の厚みはｏ、　ｉ　ｍ以下では火花耐久性が不足し、
１．０　ｆｆ１ｌを越えると材料のｌＩ＃駄が多くなる
。更に電極母材と薄層又は多層に形成した場合の接合力
をよシ高めるには、夫々の境界面に′少なくとも１ａ以
上の拡散層が超音波溶接のとき又は別途の熱処理を施す
ことによって形成されることが好ましく、この拡散層に
よって冷熱サイクルによる薄層の剥離が有効に防止でき
る。

（作用）上記描成のように、この発明は電極母材にッケル合金、
鉄合金）に貴金属粉末を超音波溶接によって溶接して薄
石を形成したもので、かかる貴金属薄層は摩擦熱による
境界面の温度上昇によって助長する金属原子間の結合の
ため、従来の抵抗溶接、レーザー溶接等の溶融溶接でな
いので鋳造組織のような粗い脆化が生じなく、両者の接
合面は冷熱サイクルの繰返しにおいても亀裂等の発生に
より離接するおそれがない。

（実施例）この発明を図面に示す実施例により詳述する。

第１図及び第２図はこの発明点火プラグの一実施例を示
したものであシ、（１１は耐熱耐食性を有するＮｉ　−
Ｓｉ　−Ｍｎ−Ｃｒ　ｐ　Ｎｉ　−Ｃｒ−Ｆｅ（インコ
ネル）等からなる中心電極でｌ）、通常その熱伝導性を
高めるために内部にＣ１１等が封入されている。（２）
は高アルミナ磁器等からなる絶縁体であシ、その軸孔内
に前記中心電極（１）が導電性ガラス（３）、抵抗体（
４）を介して端子電極（５）と共に一体に封着されてい
る。（６）は機関取付ねじ（６ａ）を具えた主体金具で
あり、その内腔内に前記絶縁体（２）を配して上端縁（
６ｂ）が加締め等によって固定されている。

（７）は前記主体金具（６）の環状端面（６Ｃ）に接合
された外側電極であり、その先端内面は前記中心電極（
１１の先端面との間に火花ギャップ（８）を形成した点
火プラグである。

この発明は前記中心電極（１）の火花放電する先端面及
び外側電極（力の先端内面に夫々貴金属粉末（９）を超
音波溶接によって溶接した貴金属薄層ＯＣ０，αηが形
成されてなる。ここで用いる前記貴金属粉末（９）の材
料としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＲｈｐＡｕなど
の純貴金属あるいはこれら貴金属の合金であるＰ　ｔ　
　Ｐ　ｄ　ｐ　Ｐ　ｔ　　Ｉ　ｒ　ｓ　Ｐ　ｔ　　Ｒｕ
　、Ｐ　ｔ　　Ｒｈ　Ｐ　Ｐ　ｔ　　Ｉｒ、ｕ　、　Ｐ
ｔ−１ｒ−Ｒｕ　、　Ｐｔ−Ｉｒ−Ｐｄ　−Ｒｕ　　、
　Ａｕ−Ｐｄ合金、又は前記貴金属及び前記貴金属合金
にＮｉ　、　Ｗ５１．　Ｗを添加したｐｔ　−Ｎｔ　ｖ
　ｐｔ　−ｗ。

Ｐｔ　−Ｗ、Ｓｉ　、　Ｐｔ　−Ｉｒ−Ｎｉ等のｐｔ金
合金Ｐｄ−Ｎｉ　、　Ｐ　ｄ　−Ｗ　、　ｐａ　−Ｗ、
Ｓｉ　、　Ｐｄ−Ｐｔ−Ｎｉ等のＰｄ金合金　Ｉｒ−Ｎ
ｉ　ｖ　Ｉｒ　−Ｗ　、　Ｉｒ−ＷＳｉ　、　Ｉｒ−Ｐ
ｄ　−Ｎｉ等の工ｒ合金、　Ｒｕ−Ｎｔ　、　Ｒｕ　−
Ｗ　ｐＲｕ　−Ｗ、Ｓｉ　？　Ｒｕ　−Ｐｔ　−Ｎｉ等
ＯＲｕ合金、Ｒｈ−Ｎｉ　、　Ｒｈ　”ＷＳｉ　、　Ｒ
ｈ　−Ｐｔ　−Ｎｉ等のＲｈ合金及びＡｕ　−Ｎｉ　、
　Ａｕ　−Ｗ　、　Ａｕ−ＷＳｌ等のＡｕ合金又はこれ
らの少なくとも２ｆ！＠以上の混合物が使用される。更
にその他白金系合金なら何んでも使用することができる
。

次にこの発明の貴金属薄層の製造について述べる。第３
図は中心電極母材（１）の先端面（２）に貴金属薄層ａ
Ｏ１を形成するものであシ、まず第３図０）に示すもめ
はＣｕ等の良熱伝導材（至）を塑性加工によって封入し
た中心電極母材（１）であシ、この電極母材（１）の先
端面（２）に、直径０．５〜１．５ｆｆｉ１１１その深
さ０．１〜１．０　ｆｉの有底孔α４を穿設しく第３図
（ロ））、この有底孔α４内に上記貴金属粉末（９）、
例えばＰｔ−Ｉｒ（２０１合苓からなる粒径１０〜２０
０μの粉末を充填してプレスピン（ト）によυ矢印方向
に加圧し密度を高める（第３図（ハ））、シかる後第３
図に）に示すように、電極母材（１）を支持台αＱに固
定し、上方より超音波溶接機の共振棒α力の先端を前記
粉末（９）に当接させると共に下部側から矢印方向に静
圧力を加え、前記共振棒に径方向より金属ホーンα呻を
結合して撮動子（至）を介して前記粉末が超音波溶接さ
れ、第３図け）ように有底孔α棒に薄層ＱＯＩが形成さ
れる。この電極先端面を任意の形状に、例えば薄層０■
の側面の一部が露出するように（第３図（へ））又は非
露出形の単に電極母材の先端部が細径となるーように切
削されて中心電極が作られる。

また中心電極の他の製造実施例としては、第４図に示す
ように、中心電極母材（１１の先端面に有底孔を設ける
代りに超音波溶接機のチップｊに有底孔（２０ａ）を設
け、チップ（イ）を支持台（２Ｉ）に固定して前記有底
孔（２０ａ）内に貴金属粉末（９）を充填プレスし、一
方電極母材（１）の先端を下方にして支持台ＯＱに固定
した後、下側から共振棒（ロ）、金属ホーンα樽を介し
て上記同様に超音波溶接を行い、第４図（ロ）に示すよ
うに電極母材（１）の先端面（６）より露出した貴金属
薄層（１σ）が形成される。

第５図及び第６図は外側電極に貴金属薄層α℃を作る実
施例を示したもので、第５図はＮ１−Ｃｒ−ｐｅ金合金
外側電極母材（７）の先端内面Ｑｚに有底孔２３１を設
け（第５図（イ））、この有底孔内に貴金属粉末（９）
を充填プレスしく第５図←））、第５図ｒ−＋に示すよ
うに電極母材（７）を支持台ＣＩ’４］に載置して上記
と同様に超音波溶接機の共振棒α力、金属ボーンα→、
振動子（至）を介して溶接し、第５図に）のように電極
母材（力の有底孔（ハ）内に貴金属薄層αつを形成した
もの、また第６図は上述の第４図と同じく外側電極母材
（７）に有底孔を設ける代シに、超音波溶接機５チツプ
（イ）に有底孔（２０ａ　）を設けて第６図（イ）のよ
うに支持台３ｙ載置し、前記有底孔（２０ａ）に貴金属
粉末（９）を充填プレスした後超音波溶接にて溶接され
、第６図（ロ）のように外側電極（７）の先端面から露
、出した金属薄層（１１’）を形成したものである。こ
れら外側電極を第２図のように主体金具（６）の環状端
面（６Ｃ）に抵抗溶接により接合し、曲折して上記中心
電極（１）の貴金属薄層００！に対設し、火花ギャップ
（８）を形成する。なお外側電極（７）の有底孔■及び
薄層αη、　（１１’）は円形だけでなく方形に形成し
てもよい。

第７図と第８図はこの発明の貴金属薄層の更に他の実施
例を示したものであり、中心電極（１）の先端面（２）
又は外側電極（７）の先端内面（２２１に夫々貴金属薄
層（Ｉω、αηが、上述の貴金属粉末（９）の異糧貴金
属粉末を積み重ねた２層以上（１０−１）　、　（１０
−２）又は（１１−１）、（１１−２）、（１１−３）
の多層構造としたものであり、上述の第３図乃至第６図
と同様な製造方法で形成することができ、例えば電極母
材側に接着性のよいＰｔ　−Ｎｉ合金層（１０−１）と
火花放電面側に耐火花消耗性に優れたＰｔ　−Ｉｒ合金
層（１０−２）とすることができ、電極母材との間によ
り接合力を保持することが可能となる。

なお、第３図乃至第８図の実施例においては超音波溶接
の際に電極母材と薄層との間、又は多層間の境界面に厚
さ１μ以上の拡散層を形成することが接合力を高める上
で望ましく、そして前記溶接の際には２〜５μの拡散層
が形成される。又この拡散層は溶接後の熱処理によって
更に拡散層の厚みを増すことができる。

次にこの発明によって形成した貴金属薄層の耐久性能に
ついて示す。実験は種々の貴金属粉末をＮｉ　−Ｃｒ−
Ｆｅ合金の電極母材に超音波溶接で厚さ０．３１１１１
の薄層を形成した本発明試料扁１〜１８と、従来の比較
品としてＰｔ　−Ｉｒ（イ）合金の厚さ０．３■チツプ
を抵抗溶接で接合した試料４１９を用意し、バーナー加
熱３分（最大１０００℃）と放冷３分（最低３００℃）
の熱冷サイクルの１０００回行った後の状況について調
べたもので、その結果は表１のように良好である。

またこの発明の試料扁２，３，６，１４，１７を４サイ
クル、２０００ＣＣのエンジンを用いて５５００ｒｐｍ
Ｘ４／４負荷でｉｏｏ時間の耐久テストを実施した結果
も前記試料には異常は認められなかった。

（発明の効果）以上のように、この発明は貴金属粉末を超音波溶接によ
り電極母材に溶接して貴金属薄層を形成することにより
、高収率で簡単に電極母材と一体化でき、かつ従来の溶
融溶接のものに比べて金属の脆化がなく接合力を保持す
ることができるものであり、しかも従来チップ材として
適当でなかった材料も使用できるので、チップの火花消
耗性、耐食性などの特性に優れる長寿命の点火プラグが
安価に提供できる効果を具えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の点火プラグの要部断面図、第２は第
１図の要部拡大断面図、第３図乃至第６図はこの発明の
電極の製造工程を示す図、第７図及び第８図はこの発明
の電極の他の実施例を示す要部断面図である。１・・・中心電極、ｉ・・・外側電極、９・・・貴金属
粉末、１０．１σ、１０−１．１０−２・・・中心電極
側の薄層、１１，１１’、１１−１．１１−２．１１−
３−・・外側電極側の薄層。特許出願人　代理人弁理士　藤木三幸第２図第３図第４図（ロ） ↓ 第６図第７図　　　第８図手　続　　補　　正　　書昭和６１年５月１３日特許庁長官　宇　賀　道　部　殿１、事件の表示昭和６１年特許願第６８５４５号２、発明の名称　　　点火プラグ３、補正をする者事件との関係　　特許出願人（４５４）日本特殊陶業株式会社４、代理人　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目２０番６号５、補正命令の日付　　　自発補正６、補正により増加する発明の数　　なし７、補正の対
象　明細書１発明の詳細な説明の欄８、補正の内容（１
）明細書第７頁第１行の「　。Ｐｔ１ｒ−Ｒｕ」をｒ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｉ’ｒ−Ｒｕ」と
補正する。（２）明細書第１１頁第１行１波溶接」を「音波溶接」と補正する。（以　上）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一対の対向する中心電極と外側電極と
を有し、これら電極間で火花放電させてなる点火プラグ
において、少なくとも一つの前記電極はその電極母材の
放電させる表面部に貴金属粉末を超音波溶接にて溶接し
て薄層を形成したことを特徴とする点火プラグ。
（２）前記貴金属粉末の粒径が１０〜２００μ及び薄層
の厚みが０．１〜１．０ｍｍの範囲に形成されてなる特
許請求の範囲第１項記載の点火プラグ。
（３）前記貴金属粉末はＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ
、Ａｕ等の貴金属あるいはこれら貴金属の合金、又は前
記貴金属及び前記合金にＮｉ、Ｗ、ＷＳｉ等を添加した
貴金属合金及び前記貴金属材の少なくとも２種以上の混
合物からなる特許請求の範囲第１項又は第２項記載の点
火プラグ。
（４）前記薄層は貴金属粉末が２層以上の多層に形成さ
れてなる特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１
項記載の点火プラグ。
（５）前記薄層はその電極母材あるいは異種貴金属との
間には少なくとも１μ以上の拡散層が形成されている特
許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項記載の点
火プラグ。