JP3301094B2 - 内燃機関用スパークプラグおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、火花放電間隙部に設
定される貴金属チップの改良に係るものであり、特にこ
のチップの耐熱耐久性を向上させるようにする内燃機関
用スパークプラグおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関に使用されるスパークプラグ
は、対向設定される中心電極と接地電極を備え、この両
電極間に高電圧を印加することにより火花放電を発生さ
せ、内燃機関の気筒内に充満される燃料と空気との混合
気に着火させるようにしている。このため、一対の電極
部材の対向する部分にそれぞれ貴金属により構成した放
電用チップを取り付け、このチップの相互間に火花放電
のための間隙が形成されるように構成している。

【０００３】従来、この様に構成されるスパークプラグ
の長寿命化を図るため、例えば特開昭６０−２６２３７
４号公報に示されるように、中心電極および接地電極の
火花放電部に、放電部材による層と応力緩和層とにより
複合化して構成したチップを接合することが考えられて
いる。

【０００４】しかし、放電部材による層と緩和層とを予
め接合して構成したチップを電極部材に対して抵抗溶接
によって接合したのみの構成では、製品の長寿命化を効
果的に図ることができない。

【０００５】この様な複合チップを電極部材に対して抵
抗溶接するとき、複合チップは抵抗溶接のための通電電
流により放電層と緩和層との接合界面で発熱し、この熱
と接合のための加圧によって熱変形が生ずる。この変形
はチップの径方向の伸びとして現れるようになり、この
変形は放電層と緩和層との接合界面において著しく現れ
る。

【０００６】図４はこの様な放電層部材11と緩和層部材
12とを接合した複合チップ13を用いたスパークプラグ
の、特に接地電極14部の断面構造を示したもので、接地
電極14に抵抗溶接によって接合した後の複合チップ13の
断面形状は、緩和層部材12の伸びによって台形、若しく
は緩和層部材12の著しい伸長によって放電層部材11との
接合部外周を囲むような形をとる。したがって、複合さ
れたチップの形状を前記公報に示されるように予め緩和
層部材側に広がりが形成される断面テーパ状とすると、
この様な溶接時における挙動を助長する結果となる。

【０００７】また、複合材の断面形状を上記例とは逆向
きのテーパ形状としても、実際に設定できる放電層と緩
和層との寸法差は０．０５mm程度であり、チップの抵抗
溶接時における径方向の熱変形分を補い難い。

【０００８】この様なチップ形状とされると、長時間に
わたり使用するにしたがって放電層部材11は火花消耗に
よって薄くなり、緩和層部材12の外周部からも火花放電
が発生するようになる。このため、緩和層部材121 が消
耗されると共に、内燃機関の燃焼室の高温酸化雰囲気に
対して緩和層部材12が直接曝されることになって、酸化
腐食が進行される。したがって、緩和層部材12の火花消
耗および酸化腐食の進行によって、その熱応力軽減機能
が損なわれるようになり、さらに放電層部材11の脱落に
つながるようになって、このスパークプラグの長寿命化
の目的を達成することができなくなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、放電層と緩和層とを接合す
ることによって構成された複合材チップを電極に対して
抵抗溶接により接合して構成した場合において、長寿命
化の目的を確実に達成することができ、充分な信頼性が
得られるようにした内燃機関用スパークプラグおよびそ
の製造方法を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
用スパークプラグは、中心電極および接地電極に取り付
けられる少なくとも一方のチップを、白金を含む耐消耗
性に優れた材料によって構成された放電部材と、この放
電部材と前記電極母材との間に介在され、前記放電部材
との接合界面に発生する熱応力軽減のために設定され
る、前記放電部材の硬度と同等若しくはそれ以上の硬度
を有する白金を含む材料によって構成された緩和層部材
とによる複合材によって構成し、前記放電部材および緩
和層部材の接合界面の周囲を含む前記緩和層部材の周囲
が、前記放電部材によって覆われるようにしている。

【００１１】またこのスパークプラグは放電層部材と緩
和層部材とを接合し、この放電層部材および緩和層部材
を接合した複合材を、放電チップ形状に対応して前記放
電層部材の方向から打ち抜き加工することによって複合
チップを構成し、この複合チップの前記緩和層部材側
を、火花放電間隙を形成する２の電極部材の少なくとも
一方に抵抗溶接するようにして製造される。

【００１２】

【作用】この様な内燃機関用スパークプラグによれば、
放電層部材と緩和層部材との複合材によるチップの特徴
を発揮できると共に、特に放電層部材と緩和層部材との
接合界面の周囲と共に、緩和層部材を取り囲むようにし
て放電層部材によって覆われるようになり、緩和層部材
が内燃機関の燃焼室内に露出されることがない。したが
って、このスパークプラグの長寿命化の目的が確実に達
成され、信頼性も充分に向上されるようになる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は内燃機関に使用されるスパークプラグ
の断面構造を示したもので、金属材料によって構成され
た円筒状のハウジング21を備え、このハウジング21の下
方部の外周にはねじ溝22が形成されている。このハウジ
ング21は、ねじ溝22を用いて図示しない内燃機関のシリ
ンダヘッド部に装着されるもので、ガスケット23によっ
てシリンダヘッドに取り付けられた状態で気密が保持さ
れるようにしている。

【００１４】ハウジング21の内部には、筒状の絶縁硝子
24の下端部が同軸的に嵌め込み設定されるもので、この
絶縁硝子24の中心孔部分には、この硝子24の下端部分に
対応して中心電極25が挿入固定されている。この中心電
極25は内材が銅で構成され、外材がＮi 基合金によって
構成された円柱体でなり、その先端部が絶縁硝子24の下
端から露出されるようにしている。

【００１５】絶縁硝子24の中空部の上半部分には中軸26
が挿入されるもので、絶縁硝子24の上方に突出する中軸
26の端部は、点火電圧信号の供給される端子27を構成し
ている。この絶縁硝子24の中空部の中軸26の端部と中心
電極25の上端との間には、導電性のグラスシール材28を
介在し、このグラスシール材28によって中軸26と中心電
極25とが加熱溶着され、電気的に接続されるようになっ
ている。

【００１６】この様にして絶縁硝子24によって保持され
た中心電極25の、絶縁硝子24の下端から露出される面に
は、貴金属によって構成された放電電極を構成する第１
のチップ29が溶接取り付けられている。

【００１７】この様に中心電極25に取り付けられたチッ
プ29に小間隔で対向する位置には、ハウジング21から一
体的に延出された接地電極30が設定されるもので、この
接地電極30のチップ29に対向する位置には、第２のチッ
プ31が溶接して取り付けられている。そして、チップ29
と31との間に火花放電のための間隙32が形成されるよう
にする。

【００１８】図２は、例えば接地電極に取り付けられる
第２のチップ31の溶接取り付け前の初期断面構造を示す
もので、白金を主成分とする耐消耗性の優れた性質を有
する合金によって構成された放電層部材40と、白金を含
む貴金属を主成分とする合金によって構成された緩和層
部材41とを接合した複合材によって構成される。

【００１９】この緩和層部材41は、放電層部材40と母材
である接地電極30との接合界面に発生する熱応力を軽減
するために、放電層部材40と接地電極30との間に介在さ
れるようになるもので、この緩和層部材41の線膨脹係数
は、放電層部材40と接地電極30を構成する母材の線膨脹
係数との中間の値に設定されるようにしている。

【００２０】そして、この様に放電層部材40と緩和層部
材41とを接合した二層構造の複合材は、放電層部材40側
から円柱状にプレスによって打ち抜き加工される。この
様な放電層部材40側からの打ち抜き加工によって、放電
層部材40と緩和層部材41との接合界面42の外周部は、放
電層部材401 によって覆われるようになり、複合チップ
43が構成される。

【００２１】この様に円柱状に打ち抜き加工された複合
チップ43は、図３で示すように接地電極30に対して抵抗
溶接によって接合される。この場合、複合チップ43の緩
和層部材41側の面が接地電極30に接合される。

【００２２】この様に複合チップ43を接地電極30に抵抗
溶接によって接合するに際して、放電層部材40の材料は
緩和層部材41に比較して延び易い材料が選定されるもの
であるため、溶接時において放電層部材40の熱変形が緩
和層部材41の熱変形より大きくなる。したがって放電層
部材40の緩和層部材41の外周部にスカート状部402 が形
成され、このスカート状部402 によって緩和層部材41の
外周が包み込まれるようになる。

【００２３】この様に複合チップ43の緩和層部材41の外
周が、放電層部材40のスカート状部402 によって包み込
まれるようになることにより、このスパークプラグの長
時間使用に伴う放電層部材41並びに複合チップ43の接合
界面42近傍の、接地電極30の母材の火花消耗と燃焼によ
る高温酸化の双方から保護されるようになる。したがっ
て、放電層部材40と接地電極30の母材との線膨脹係数の
差に基づいて生ずる熱応力を軽減する緩和層部材41の機
能が損なわれることがなく、スパークプラグの寿命が目
標通り達成されるようになる。

【００２４】

【表１】 表１は放電層部材40を白金を含む“Ｐt −Ｉr ”合金で
構成すると共に緩和層部材41を白金を含む種々の合金で
構成する各組み合わせの複合チップそれぞれの検討結果
を示している。この場合試料とされた複合チップは、直
径０．９mm、高さ０．６mmの寸法で、放電層部材40側か
ら円柱状に打ち抜き加工されたもので、放電層部材40お
よび緩和層部材41の厚さは、それぞれ０．４mmおよび
０．２mmに設定した。

【００２５】そしてその評価は、加圧力を２５Ｋg に設
定し、通電時間１０サイクルで、通電電流は６５０Ａか
ら８００Ａまでの範囲で電極母材との接合界面が良好に
溶着される状態とされる電流を選定した抵抗溶接法で実
施し、その溶接後の断面形状に基づき行った。

【００２６】この表１の右欄に、放電層部材および緩和
層部材の焼鈍後の硬度Ｈv を記載した。この結果から、
抵抗溶接時に緩和層部材41と電極30の表面とで発生する
ジュール熱と加圧力による複合チップ43の伸び変形は、
材料硬度にほぼ準ずる結果となることが判明した。そし
て、この評価から図２で示したような複合チップ43の断
面形状が抵抗溶接によって確保されるためには、緩和層
部材41の硬度が放電層部材40と同等以上必要であること
が判明した。

【００２７】なお、実施例においては接地電極30に接合
される第２のチップ32について説明したが、当然中心電
極25の先端に接合される第１のチップ29を同様に構成す
ることによって、このスパークプラグの寿命の延長と共
に、信頼性を向上させる効果が期待できるものである。

【００２８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、スパー
クプラグの２つの対向する電極部母材の先端に抵抗溶接
によって接合される、予め複合化されたチップにおい
て、緩和層部材の硬度を放電層部材の硬度と同等以上と
なるように構成することにより、チップの熱変形を活用
して緩和層部材を長期間にわたって保護することがで
き、このスパークプラグの長寿命化の目的が達成でき、
信頼性が向上される。この場合、複合材の放電電極側か
ら打ち抜き加工することによって、より強固な接合形状
が確実に得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る内燃機関用スパーク
プラグを説明する断面構成図。

【図２】上記スパークプラグの接地電極に接合されるチ
ップの溶接接合前の状態を示す断面図。

【図３】上記チップを接地電極に接合した状態を説明す
る図。

【図４】従来のチップ接合部を示す断面図。

【符号の説明】

21…ハウジング、24…絶縁硝子、25…中心電極、29、31
…チップ、30…接地電極、32…火花放電間隙、40…放電
層部材、41…緩和層部材、42…接合界面、402…スカー
ト状部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニッケルを含む母材によって構成された
   少なくとも２つの対向して設定した電極の面に設定さ
   れ、その相互間に火花放電間隙を形成する第１および第
   ２のチップを備え、 この第１および第２のチップの少なくとも一方のチップ
   は、 白金を含む耐消耗性に優れた材料によって構成された放
   電層部材と、 この放電層部材と接合されて前記電極母材との間に介在
   され、前記放電層部材との接合界面に発生する熱応力軽
   減のために設定される、前記放電層部材の硬度と同等若
   しくはそれ以上の硬度を有する白金を含む材料によって
   構成された緩和層部材とを具備した複合材によって構成
   され、 前記放電層部材および緩和層部材の接合界面の周囲を含
   む前記緩和層部材の周囲が、前記放電層部材によって覆
   われるようにしたことを特徴とする内燃機関用スパーク
   プラグ。
2. 【請求項２】 白金を含む耐消耗性の優れた材料で構成
   された放電層部材とこの放電層部材の硬度と同等若しく
   はそれ以上の硬度を有する白金を含む材料によって構成
   された熱応力の緩和層部材とを接合した複合材を形成す
   る第１の工程と、 前記放電層部材および緩和層部材の複合材を、放電チッ
   プ形状に対応して前記放電層部材の方向から円柱状の打
   ち抜き加工して複合チップを形成する第２の工程と、 この第２の工程で打ち抜き加工された前記放電層部材と
   緩和層部材との複合チップの前記緩和層部材側を、火花
   放電間隙を形成する２つの電極部材の少なくとも一方に
   抵抗溶接する第３の工程とを具備し、 前記放電層部材と緩和層部材との接合界面の周囲を含む
   前記緩和層部材の周囲が、前記放電層部材によって覆わ
   れるようにすることを特徴とする内燃機関用スパークプ
   ラグの製造方法。