JP2004517459A - 点火プラグ電極の製造のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、点火プラグの電極（１，１′）に貴金属（２）を結合する方法に関し、該方法において、貴金属（２）が、連続的に作用するレーザビームによって生ぜしめられる熱導入に基づき局所的に電極（１，１′）に結合される。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、点火プラグの電極に貴金属を結合するための、請求項１の上位概念に記載の方法に関する。
【０００２】
点火プラグの電極、例えば中央電極は、中央電極の前端に貴金属先端を備える形式のもの、若しくは円周の領域或いは周面の領域に貴金属を装着してなるものが、公知技術として既に以前から周知である。
【０００３】
例えば、ヨーロッパ特許０６３７１１３Ｂ１号明細書に記載されている点火プラグの中央電極は、耐熱性及び耐食性のニッケル合金を有しており、中央電極の前方の端部は、イリジウム若しくはルテニウムから成る貴金属先端によって形成されている。この場合、ニッケル合金はほぼ３０Ｗｍ^{− １}Ｋ^{− １}若しくはそれ以上の熱伝導率を有している。該明細書に記載の手段では、貴金属先端がディスク形の形状を有していて、同心的に電極金属の前方の端部に配置されている。
【０００４】
例えばＹＡＧレーザを使用することによって、レーザビームが貴金属先端と電極金属の前方の端部との境界面に作用させられ、かつ貴金属先端が所定の力で、貴金属の装着のために電極金属の前方の端部に向けて押圧される。
【０００５】
ヨーロッパ特許０４００９５０Ｂ１号明細書によって公知の点火プラグの製造方法においては、イリジウム・粉末・プレス品によって、点火プラグの中央電極の点火先端が形成される。イリジウム・粉末・プレス品が真空内で、若しくは酸化しない若しくは還元する雰囲気内で焼結され、かつ点火先端が中央電極の前方の端部と冶金的に結合される。冶金的な結合が、例えば電子ビーム溶接若しくレーザ溶接によって行われる。
【０００６】
同じく、米国特許５８１１９１５号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願第１９６４１８５６Ａ１号明細書にも、貴金属プレート片を点火プラグ電極、例えば接地電極若しくは中央電極に設けることが記載してある。貴金属プレート片の装着が、該明細書に記載の技術ではレーザ溶接によって、それもＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて行われる。
【０００７】
ヨーロッパ特許０５７５１６３Ｂ１号明細書にも、貴金属プレート片を点火プラグの中央電極に溶接することが記載してあり、溶接継ぎ目が貴金属プレート片と中央電極の端面との間の境界面の周囲に配置されている。この場合、溶接のためにＹＡＧレーザが使用される。
【０００８】
米国特許４９６３１１２号明細書にも、貴金属プレート片を点火プラグの電極に取り付けることが開示されており、取り付けがレーザ溶接によって行われる。この場合、有利にはパルスレーザが使用される。
【０００９】
さらに米国特許５４６１２１０号明細書、ヨーロッパ特許０５８８４９５Ｂ１号明細書及びヨーロッパ特許０５８７４４６Ｂ１号明細書に、貴金属プレート片を点火プラグ電極に装着することが記載してある。この場合にも、貴金属プレート片の溶接のためにパルスレーザビームが使用される。
【００１０】
前述の公知のすべての方法においては、装着をパルスレーザによって行うことが共通している。脈動式若しくはパルス式のレーザビーム源を用いるこの種の結合方法においては、互いに固定すべき材料、即ち電極及び貴金属を非連続的に溶融して、凝固を繰り返すことになる。このことは、連続的な溶融浴が形成されないことを意味している。
【００１１】
互いに結合すべき材料の前述の溶融及び再凝固によっては、溶融領域の一貫した混合、即ち均一な合金分布が限定的にしか達成されない。従って、結合領域の亀裂発生の傾向が高くなり、その結果、いわゆる長寿命プラグとして使用される点火プラグの耐用年数が、貴金属・電極合金の結合部の低い耐久性によって制限されている。
【００１２】
しばしば、電極の材料としてニッケル合金が使用される。パルスレーザビームを使用した結合によっては、不都合なニッケル含有率の高い、ひいては耐浸食性及び耐腐食性の低い合金領域が生じる。
【００１３】
パルスレーザビームによって貴金属を溶接結合してなる電極の表面は、観察によって明らかなように著しき不規則であり、それというのは連続的な溶融領域が生ぜしめられるのではなく、材料が繰り返し溶融されかつ凝固されるからである。従って、表面が溶接の後に後処理されねばならない。
【００１４】
発明の利点
請求項１に記載の本発明に基づく方法において、貴金属を、連続的に作用するレーザビームによって生ぜしめらる熱導入で局所的に電極に結合するようにしたことによって、利点として、結合部の表面の不規則性が減少せしめられる。さらに、完全に若しくは少なくとも部分的に溶融された領域内で、貴金属と電極材料との結合を弱化させることになる亀裂、気孔、収縮巣並びに合金割合の変化が避けられる。これによって構成部分の耐用寿命が、前述の弱点を避ける若しくは少なくとも最小限にすることに基づき高められる。
【００１５】
公知のパルスレーザビームの使用に基づき生じる凝固亀裂が、結合パートナーの接触領域での均一な溶融によって回避され、その結果、該亀裂に沿った腐食作用も回避され、ひいては結合部の早期の故障が抑制される。このことは特に、エンジンの点火プラグへの使用において重要である。
【００１６】
さらに、連続的に作用するレーザを用いることによって、溶融領域の加熱及び冷却速度がそれぞれの材料及び所望の結合の形式に対応して調節でき、その結果、結合領域に所定の相組成を達成することも可能である。
【００１７】
さらに、連続的に作用するレーザによって、材料の合金組成を使用可能な広い範囲で変化させることも可能である。従って耐用寿命の最適化が、材料の合金組成を最適にすることに基づき行われてもよく、従来のようにパルスレーザとって良好な若しくは限定的な溶接特性によって規定されることはない。
【００１８】
本発明の別の利点として、連続的なレーザビームにより達成可能な溶融領域幾何学形状における選択幅若しくは多様性が、パルスレーザの場合の選択幅若しくは多様性よりもはるかに大きい。さらに、高いプロセス速度を達成可能であり、このことは、製造費用の節減及び構成部分の製造時の熱負荷の減少をもたらす。
【００１９】
即ち要約すると、全体的に貴金属と電極との間の改善された溶融領域が生ぜしめられ、該溶融領域によって電極の耐用寿命が高められ、ひいては点火プラグの製品の機能が改善される。
【００２０】
本発明の有利な実施態様では、貴金属挿入体が円周に沿って所定の幅で帯状に電極に装着される。このようにして製造された電極が、例えば沿面放電プラグ若しくはダイレクトスパークプラグ使用される。
【００２１】
本発明の別の有利な実施態様では、貴金属挿入体が中央電極の端面に装着される。中央電極の端面への金属挿入体の装着に際して、有利には貴金属部分が全体的に溶融されるのではなく、結合領域でのみ溶融される。これによって、耐摩耗性の貴金属から成る先端を備えた点火プラグ電極が形成される。
【００２２】
貴金属の装着を、本発明に基づき連続的に作用するレーザビームによって行う場合に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ若しくはＣＯ_２レーザのほかに、ダイオードレーザも使用することができる。
【００２３】
本発明においては、貴金属が電極に次のように装着され、即ち、貴金属が完全に溶融されて、これによって電極内で合金を形成するか、若しくは貴金属が完全に溶融されるのではなく、もっぱら縁部領域でのみ溶融されて、該縁部領域で電極と結合されるようになっている。
【００２４】
実施例の説明
点火プラグ電極と貴金属挿入体との結合のための方法の２つの実施例を図面に概略的に示して、以下に詳細に説明する。
【００２５】
図１に例として、電極の一段被覆プロセス、即ち、点火プラグ電極１と１つの貴金属２との結合のための方法が示してある。本発明において貴金属２は、純粋な貴金属並びに、それぞれの使用に適したあらゆる貴金属合金を意味する。
【００２６】
図１は特に点火プラグ電極１を破断して示しており、点火プラグ電極がここでは中央電極であり、前もって形成された溝６の領域内に、溶融した貴金属２を満たされ、例えば沿面放電プラグ若しくはダイレクトスパークプラグに使用される。図１における中央電極１の破断は、溝６に沿ったものである。
【００２７】
溶融のために、本発明に基づき連続的なレーザ３が使用され、この場合、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ若しくはダイオードレーザが用いられてよい。特にダイオードレーザが適しており、それというのはダイオードレーザは設備費用及び運転費用に関して、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ若しくはＣＯ_２レーザよりも著しく有利であるからである。
【００２８】
ここでは例えば白金である貴金属２が、図示の有利な実施例では線材として一定速度で供給され、連続的なレーザビーム３によって、中央電極１の予め形成された溝６の領域内で溶融されて、溶融物５として溝６内に充填され、従って貴金属２が電極１にあたかも巻き付けられようである。
【００２９】
同時に中央電極１の基礎材料若しくは母材も溶融せしめられて、中央電極１のわずかな割合の基礎材料と貴金属線材２の材料とから成る合金が形成される。
【００３０】
貴金属２の溶接の連続的に進行する前述の製造プロセスによって、溶融領域の均質な混合、ひいては均一な合金分布が生ぜしめられ、その結果、中央電極１の高い耐用年数及び平滑な表面が得られる。さらに、高いプロセス速度が得られ、かつ構造部分、即ち中央電極１の経済的な加工及び少ない熱負荷が達成される。
【００３１】
溶融領域にわたって均一な熱導入によって、中央電極１の、公知のパルスレーザ法におけるよりも低い熱応力が達成され、ひいては高い耐用年数が達成される。
【００３２】
表面品質の最適化が製品において視覚的に明瞭に認識できる。マイクログラフも、特に混合に関して改善された溶接領域を明瞭に示している。
【００３３】
この場合、加熱速度及び冷却速度が調節されてよく、これによって溶融領域及び電極基礎材料内の亀裂形成がさらに抑制され若しくは最小にされる。加熱速度及び冷却速度の変化によって、合金組成の広範な変化も可能である。
【００３４】
図２Ａ及び図２Ｂに、別の形式の電極、例えば屋根形電極のための製造プロセスが示してある。この場合、貴金属２と電極１′のニッケル合金との間の結合部の溶接のために、連続的に作用するレーザビーム（連続波［Ｃｏｎｔｉｎｏｕｓ ｗａｖｅ］若しくはＣＷレーザ）、有利にはＮｄ：ＹＡＧレーザが使用される。
【００３５】
図２Ａから明らかなように、有利には円柱の形の貴金属２の部分が、ここでは点火プラグの中央電極若しくは接地電極である電極１′の端面に載着され、若しくは端面の凹所６内に差し込まれる。この場合、凹所６は電極１′の端面に、貴金属部分２の差し込みによって貴金属部分が電極１′に堅く結合されるように形成されている。
【００３６】
図２Ｂから明らかなように、引き続いて行われる方法ステップで、互いに接触せしめられた結合パートナー、即ち、貴金属２及び点火プラグ電極１′が、ＣＷレーザのエネルギー量に適合せしめられた回転数で矢印７の方向に回転させられる。レーザビーム３が、溶接すべき回転する領域に集光されて、結合パートナーの溶融点、熱容量などに関連して適合せしめられたエネルギー特性に相応して、接続されかつ再び遮断される。
【００３７】
結果として、点火プラグ電極１′の先端が貴金属２若しくは貴金属合金から成っており、貴金属若しくは貴金属合金が均一な溶融領域を介して電極１′のニッケル合金に耐久的に結合されている。貴金属２を備えたこの種の電極１、いわゆる屋根形電極においては、貴金属２が完全に溶融されるのではなく、結合領域でのみ溶融されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づく結合方法の１つの実施例の概略図。
【図２Ａ】
本発明に基づく、電極に貴金属挿入体を結合する方法の実施例を１つの方法ステップで示す概略図。
【図２Ｂ】
本発明に基づく、電極に貴金属挿入体を結合する方法の実施例を別の方法ステップで示す概略図。
【符号の説明】
１ 点火プラグ電極、 ２ 貴金属、 ３ レーザ、 ５ 溶融物、 ６ 溝、 ７ 矢印

Claims (14)

1. 点火プラグの電極（１，１′）に貴金属（２）を結合するための方法において、貴金属（２）を、連続的に作用するレーザビーム（３）によって生ぜしめらる熱導入で局所的に電極（１，１′）に結合することを特徴とする、点火プラグ電極の製造のための方法。
2. 熱導入を、連続的に作用するレーザビーム（３）によって次のように行い、即ち貴金属（２）と電極（１，１′）との間の少なくとも境界領域で溶融を生ぜしめる請求項１記載の方法。
3. 貴金属（２）を、熱導入で完全に溶融させる請求項１又は記載の方法。
4. 貴金属（２）を電極（１）に、円周に沿って装着する請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 貴金属（２）を、電極（１′）の端面に装着する請求項１記載の方法。
6. レーザビーム（３）をＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ又はダイオードレーザによって形成する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 線材として形成された貴金属（２）を、電極（１）の予め形成された溝（６）に供給し、かつレーザビーム（３）によって電極（１）上で溶融させる請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 円柱体として形成された貴金属（２）を、電極（１′）の端面に載着して、次いでレーザビーム（３）によって貴金属（２）と電極（１′）との間の境界面の領域で溶融させる請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法により製造されていることを特徴とする、点火プラグの電極。
10. 電極が中央電極である請求項９記載の電極。
11. 電極が接地電極である請求項９記載の電極。
12. 電極が実質的にニッケルから成っている請求項９から１１までのいずれか１項記載の電極。
13. 電極が、沿面放電プラグ若しくはダイレクトスパークプラグのための屋根形電極である請求項９から１２までのいずれか１項記載の電極。
14. 貴金属挿入体（２）が完全に電極（１）内に合金されている請求項９から１３までのいずれか１項記載の電極。