JPH061710B2 - 点火プラグ用電極の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、点火プラグ用電極の製造方法に関する。

点火プラグは、内燃機関に使用され、燃焼室の中で燃料
を着火させる。それ故、点火プラグの電極は、高熱や、
極端な腐蝕性大気を受けやすい。点火プラグに或る程度
の寿命を与えるために、サイドワイヤ電極及び中心電極
は、ニッケルのような耐腐蝕性材料のジャケットによっ
て囲まれた銅のような良好な熱伝導性材料で作られる。

点火プラグ用の銅電極やニッケル電極の製造は、種々の
方法で行われている。例えば、1974年４月16日に発行さ
れた「点火プラグの中心電極の製造方法」と称する米国
特許第3803892号は、２つの材料の平板から銅電極とニ
ッケル電極を押出す方法を記載する。1941年11月４日に
発行された「点火プラグ及びその製造方法」と称する米
国特許第2261436号は、どのようにして、銅やニッケル
を単一の長いワイヤにすえ込み、次いで、点火プラグの
電極として使用するために、短い長さに切断するかを示
している。1970年11月22日に発行された「点火プラグ及
び点火プラグ用中心電極の製造方法」と称する米国特許
第3548472号は、複数の工程によってニッケルの外側キ
ャップ形スリーブを常温成形し、次いで、このキャップ
に一片の銅ワイヤを挿入し、次いで、２つの材料を互い
に軽く圧する方法を説明する。

1974年12月31日に発行された「点火プラグの中心電極の
製造方法」と称する米国特許第3548472号は、銅中心電
極をニッケル部材に挿入し、電気の流路を確実に形成す
るためにカラー部分によってニッケル部材に取付ける方
法を開示する。

上述した方法によって作られた点火プラグ用電極は、米
国の1977年のクリーンエアー法(the clean air act)の
履行前に製造された自動車に使用されるときには申し分
なく働いた。1977年以降、エンジン及び燃料の変更によ
り、ほとんどの自動車の作動温度は上昇した。エンジン
及び燃料の変更の結果、エンジンのいくつかの作動構成
部品は、排気ガスの腐蝕作用を受けている。例えば、分
配器なし点火システムでは、点火プラグは１つおきに逆
極性で発火する。これにより、点火プラグを正常極性で
発火させる必要があるか、或いは、逆極性で発火させる
必要があるかに応じて、中心電極と側部電極の両方から
ギャップの腐蝕が生じる。点火プラグが正常極性で発火
しているならば、中心電極の腐蝕に気付き、点火プラグ
が逆極性で発火しているならば、側部電極の腐蝕に気付
く。かくして、点火プラグのニッケル中心ワイヤ電極と
側部ワイヤ電極が、たとえ、ほとんどの酸化物に耐える
としても、燃焼温度で、しかも、燃焼性ガス及び再循環
ガスにさらして一定期間作動させた後には、腐蝕が生ず
る。いったん腐蝕がおこると、電気流路は劣化し、これ
により燃料効率の低下を招くことがある。

米国特許第4705486号は、白金ディスクをインコネル中
心ワイヤの先端に溶接するようにした、電極の製造方法
を開示する。その後、中心ワイヤをダイの中に入れて所
望の仕上げ長さまで押し出し、白金が溶接部を被覆し
て、点火プラグに使用されるとき、正常な作動中、中心
ワイヤと白金ディスクとの間の電気流路の劣化を防止す
る。

電極の製造コストを下げる試みとして、米国特許第4725
254号が、銅コアをもったインコネルワイヤを所望の長
さまで押し出す製造方法を開示する、白金リボンを所望
の厚さに巻き、これをからディスクを打ち抜く。ディス
クは円周フランジを備えたキャップ形状を有する。ディ
スクと中心ワイヤを、ジグの中に置き、ディスクが先端
を取り囲むように互いに向けて移動させる。インコネル
中心ワイヤの先端から白金ディスクに電流が流れるとア
ークが生じ、これにより、熱エネルギーが発生すること
になる。熱エネルギーが先端とディスクとの接合部でイ
ンコネルワイヤを溶融するのに十分になるまで、電流は
流れ続ける。電流は、インコネルワイヤを溶融するのに
十分になった後、止められる。ディスクに維持されてい
る圧縮力により、インコネルチップを端キャップと融合
させ、冶金ボンド、すなわち、接合部を形成して電極の
製造を完了する。

白金キャップ付きの中心電極の製造方法は、申し分な
く、自動車の電流作動要件を満たしている。あいにく、
白金のコストにより、キャップは、点火プラグのその他
の構成部品と同じ程、または、これらよりももっと高く
なった。

電極の白金のコストを下げる試みとしては、白金の球体
を、本願と同時に出願された米国特許第4810220号に開
示されたような溶接作業でではなく、かしめによって形
成された環状リップによって電極の円筒穴の中に保持す
る方法が考案されている。白金の球体は正確に調整する
ことができ、これを穴に整合させる必要はない。かしめ
作業後、力を加えて穴から延びる球体の部分を平らに
し、環状リブのカバーを作る。

白金の球体は燃焼ガスによって影響されないから、サイ
ドワイヤ電極の白金の球体の平らにした面と、中心電極
の白金の球体の平らにした面との間の直線距離を一定に
した後は、点火プラグは、実質的に自動車の寿命の間、
許容しうる仕方で作動するはずである。

この電極の製造方法の利点は、白金部材の形状を正確に
調整することができ、従って、在来の点火プラグに比し
てコストの実質的な増大なく、インコネルワイヤについ
ての保護を提供するために最小寸法を選択することがで
きることにある。

本発明の目的は、中心電極と側部電極を有し、側部電極
の円筒穴の中で白金の球体をかしめ、中心電極と側部電
極との間の線形ギャップが燃焼ガスにさらされることに
よって影響されない点火プラグの製造方法を提供するこ
とにある。

更に、本発明の目的は、白金の球体を環状リップによっ
て円筒状開口内に保持し、球体の一部を平らにして保護
面を構成する、電極の製造方法を提供することにあり、
この保護面は、穴の直径を越え、エンジンで発生した腐
蝕性ガスによって引き起こされる電極の腐蝕によって実
質的に影響されない導電流路を確立する。

これらの目的並びに他の目的は、この明細書を読み、図
面を見ることによって明らかなはずである。

第１図は、インコネルワイヤの材料源から切断した円筒
状素材であり、 第２図は、第１端に先端を、第２端に凹部を構成するた
めに押し出た、第１図の円筒状素材の図であり、 第３図は、凹部を更なる押出し工程によって細長くし
た、第２図の素材の図であり、 第４図は、凹部によって構成されたキャップに銅コアを
挿入した、第３図の素材の図であり、 第５図は、中心ワイヤを構成するため所望の仕上げ長さ
まで押し出された、第３図の素材の図であり、 第６図は、銅コア中央に十字スロットを形成した、第５
図の中心ワイヤの図であり、 第７図は、第１端の先端に設置された軸線方向の円筒穴
を有する、第６図の中心ワイヤの図であり、 第８図は、第７図の中心ワイヤの第１端の先端の拡大断
面図であり、 第９図は、白金の球体を先端の軸線方向の穴に設置し
た、第７図の中心ワイヤの図であり、 第１０図は、白金の球体に係合し、これを軸線方向の穴
に保持する環状リップを作るための、ポンチと第１端と
の係合を示す断面図であり、 第１１図は、球体の一部を平らにし、先端にディスク形
保護面を作るポンチの係合を示す断面図であり、 第１２図は、第１１図の中心ワイヤ電極と同じかしめ作
業によって設置された白金の球体を有するサイドワイヤ
電極の図であり、 第１３図は、サイドワイヤ電極のセンタワイヤ電極との
関係を示す、先行技術の点火プラグの拡大図であり、 第１４図は、本発明の原理に従って作ったサイドワイヤ
電極とセンタワイヤ電極との関係を示す、点火プラグの
拡大図である。

点火プラグ用電極を製造する方法を図面に示された種々
の工程によって示し、その第１図は、スプール又はロッ
ドから切断した約3.53mm(0.139インチ）×5mm(0.2イン
チ）の寸法形状を有する一片の耐腐蝕性金属ワイヤを示
す。好ましい金属ワイヤは、一般にインコネルとして知
られているニッケルとクロムを含有する鉄の耐腐蝕性合
金である。或るかかるインコネル金属は、ホスキンズ
（Hoskins）合金831として知られ、ニッケル75％、クロ
ム15％、鉄７％を有する。

一片のインコネルワイヤ１０をダイの中に入れる前に、
これを標準的な常温頭造用潤滑剤で被覆しなければなら
ない。かかる潤滑剤は、極限圧力添加剤、すなわち、硫
黄、塩素、中性動物脂肪を含有する油である。この潤滑
剤は、たいてい硫化脂肪と塩素との組合せ添加剤であ
り、多数の潤滑剤製造業者が販売している。潤滑は、ダ
イの磨耗を減らし、良好な仕上げを助長し、また、ダイ
（dye）によるピックアップ（pickups）を避けることに
よって、加工物のかじり、引掻き及び焼付をなくすため
に、冷間据込みに不可欠である。冷間据込み作業中、潤
滑剤の硫黄成分と塩素成分は、硫化第１鉄と硫化第１鉄
を形成し、これらは、ダイと加工物との結合を防止し、
固体潤滑剤と同じように作用する。或るかかる潤滑油の
例は、オハイオ州のフランクリンオイル社によって作ら
れたTFU-DRAW21334である。

ワイヤ１０を第１図に示すように切断して素材にし、こ
れに潤滑剤を塗った後に、第１ダイまで運ぶ。この第１
ダイで、第１端１２及び第２端１４を平らにして平らな
表面を構成し、端１２を押し出して、先端を作り、第２
図に示すように、端１４に、凹部１５を形成する。円筒
状素材１０を第２ダイに搬送し、更に押し出して第３図
に示すように凹部１５から延びる中心ボア１６を作る。
第４図に示すように、銅コア１８をボア１６に挿入した
後に、円筒状素材１０を第３ダイに搬送し、第５図に示
した所定の長さまで更に押し出して中心ワイヤ２０を作
る。中心ワイヤ２０は、テーパ面２４及びリップ２６を
備えた肩部２２を有する。中心ワイヤ２０を第３ダイか
ら取り出し、ステーションまで運び、このステーション
で、銅コア１８に十字２８を形成して銅コア１８の製造
を完了する。上述した工程に従って製造した中心ワイヤ
２０を、第１３図に示すタイプの先行技術の点火プラグ
３２の磁器、すなわち、セラミック本体３０に挿入す
る。このタイプの中心ワイヤ２０は、たいていの作動条
件で十分に働き、現在の自動車の寿命要件を満たす。

中心ワイヤ２０を、本発明の開示により、第４ダイに搬
送して更に開発する。この第４ダイでは、第１端１２の
先端に、軸線方向の円筒ボア、すなわち、穴３４を作
り、中心ワイヤ８０を第７図及び第８図に示すように作
る。穴３４の深さ“ｄ”は、直径Ｄと等しいが、多くの
場合、幾分小さく、約3/4“Ｄ”の深さ“ｄ”は、本発
明にとって満足のゆくものであった。

第９図に示すように、第１端１２に、穴３４の直径と等
しい直径を有する白金の球体３６を置く。この球体３６
は穴３４と同じ物理的寸法形状“Ｄ”を有するから、摩
擦係合が生ずる。通常の事情では白金のコストにより、
第１端１２の所望の保護を達成するのには約0.3イン
チ、すなわち、0.76cmの球径があれば十分である。

球体３６を穴３４に置くやいなや、中心ワイヤ２０を第
１０図に示したステーションに搬送し、このステーショ
ンで、ダイ３８を端１２の先端に係合させて環状リップ
４０を作る。リップ４０は、穴３４内の球体３６に係合
し、これを取り囲む。第１０図でわかるように、高さ
“Ｘ”を持つ球体３６の部分が第１端１２より上に延
び、第１端１２に溝４２が作られる。溝４２は、環状リ
ップ４０にほぼ45度のかしめ角度を作るようになってい
る。

或る状況では、中心電極２０の製造は、最終工程として
このかしめで終了する。しかしながら、第１端１２にも
っと大きな領域の保護を与えるために、中心電極２０を
第１１図に示したステーションに運び、このステーショ
ンで、ダイ４６は、第１端１２よりも上に延びる球体３
６の部分に係合し、これを平らにしてディスク４８を作
る。ディスク４８は、少なくとも穴３４の直径と等し
く、たいてい適用できるように、第１端１２の先端表面
の少なくとも半分を覆う直径を持つ。第１１図でわかる
ように、ディスク４８は、溝４２を越えて延び、環状リ
ップ４０を保護する。

第１３図に示す標準的なサイドワイヤ６１が、第１２図
に示すサイドワイヤ６２を形成するように改良されてい
る。サイドワイヤ６２はベース部材６４を有し、このベ
ース部材には穴、すなわち、ボア６６が設けられ、かし
め作業におけるポンチによってベース部材６４に設置さ
れた環状リップ７０によって白金の球体６８がかかるボ
ア６６の中に保持される。球体６８の一部を平らにする
ことによって形成されたディスク７２は、環状リップ７
０を被覆し、エンジンの燃焼ガスにさらされることから
護る。

中心電極８０及びサイドワイヤ６２は、第１４図に示す
ように標準的な点火プラグ３２に設置され、点火プラグ
８２を作る。点火プラグ８２のディスク４８、７２の面
間のギャップ“ｇ”は、点火プラグ３２におけるギャッ
プ“ｇ”と等しくなるように設定される。

本発明に従って作られた点火プラグ８２を評価するため
に、当該点火プラグと、第１３図に示すような標準的な
点火プラグ３２とを、750時間作動させて自動車の運転
をシュミレートした。試験の終了時には、ガスと点火プ
ラグの作動をシュミレートしたエンジンにより、第１３
図の標準的な点火プラグ３２のサイドワイヤは点線５９
で示す深さまで、また、中心電極２０は点線２１で示す
深さまで腐蝕された。明瞭に図示したように、スパーク
ギャップ“ｇ”は“ｇｘ”まで大きくなった。ほとんど
の状況では、点火プラグのギャップ“ｇｘ”によりエン
ジンの作動が所望の規格値を満たさないことになる状態
にあるに違いない。

側部電極６２及び中心電極８０は、夫々点線８４、８６
で示すように腐蝕され、白金球体３４、６８の表面７
８、７２間のギャップ“ｇ”は変化せず、その結果、点
火プラグ８２を備えたエンジン性能は、交換なしに長期
間運転することができた。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】材料源から一片のインコネルワイヤ（１
   ０）を切断して第１端（１２）と第２端（１４）とを有
   する円筒状素材を構成し、 前記円筒状素材を第１ダイの中に入れて前記第１端（１
   ２）に押し出し先端を形成し、 前記円筒状素材を第２ダイの中に入れて、かかる素材に
   前記第２端（１４）から前記第１端（１２）に向かって
   延びる押し出しキャップ（１５）を形成し、 前記キャップ（１５）に銅コア（１８）を挿入し、 銅コア付きの前記円筒状素材を第３のダイの中に入れ
   て、かかる中心ワイヤ（２０）の前記第１端（１２）と
   前記第２端（１４）の間の所定の長さまで押出し、 前記中心ワイヤ（２０）を浴まで運び、この浴で、少な
   くとも前記第１端（１２）を清浄し、前記円筒状素材の
   押出しの結果として前記第１端に付着していたオイル又
   はグリースを取除き、 前記中心ワイヤ（２０）をステーションに搬送し、この
   ステーションで、前記第１端（１２）に円筒穴（３４）
   を作り、 前記第１端（１２）の前記穴（３４）の直径と実質的に
   等しい直径を持つ白金の球体（３６）を、白金の前記球
   体（３６）の直径の少なくとも3/4の深さ（ｄ）を持つ
   前記穴（３４）に挿入し、 前記第１端（１２）をポンチで打って、前記第１端（１
   ２）に環状リップ（４０）を作る点火プラグ用電極の製
   造方法であって、前記ポンチが環状リップ（４０）を作
   るためにほぼ45゜のかしめ角度を持ち、前記環状リップ
   （４０）が、前記球体（３６）に係合し、前記白金の球
   体（３６）を前記穴（３４）の中に機械的に保持し、同
   時に、前記球体の一部が前記第１端（１２）よりも上に
   延び、 更に、前記第１端（１２）よりも上の前記球体（３６）
   の部分を平らにして前記中心電極（８０）の均一なディ
   スク（４８）を作る前記点火プラグ用電極の製造方法。
2. 【請求項２】前記球体（３６）をポンチで打つことによ
   り、前記第１端よりも上の前記部分を平らにし、これに
   より、前記球体（３６）を前記環状リップ（４０）に沿
   って流し、先端を腐蝕から護る、請求の範囲(1)に記載
   の方法。
3. 【請求項３】前記ディスク（４８）が、前記第１端の先
   端の少なくとも半分を被覆する、請求の範囲(2)に記載
   の方法。
4. 【請求項４】前記中心電極（８０）を点火プラグ（８
   ２）の中に設置する、請求の範囲(3)に記載の方法。