JPH07249471A - スパークプラグ - Google Patents

スパークプラグ

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JPH07249471A
JPH07249471A JP6040187A JP4018794A JPH07249471A JP H07249471 A JPH07249471 A JP H07249471A JP 6040187 A JP6040187 A JP 6040187A JP 4018794 A JP4018794 A JP 4018794A JP H07249471 A JPH07249471 A JP H07249471A
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JP
Japan
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noble metal
metal layer
base material
electrode
laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP6040187A
Other languages
English (en)
Inventor
Wataru Matsutani
渉 松谷
Kozo Amano
孝三 天野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
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Priority to DE69500293T priority patent/DE69500293T2/de
Publication of JPH07249471A publication Critical patent/JPH07249471A/ja
Priority to US08/676,840 priority patent/US5736809A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/20Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39Selection of materials for electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極母材にレーザー融着した貴金属層のひび
割れ、亀裂を加熱処理により低減させて酸素および燃焼
ガスの溶接境界部への浸透を防止し、貴金属層の剥離が
有効に防止でき、耐火花消耗性が長期に維持できるスパ
ークプラグの提供。 【構成】 火花放電電極の発火部に貴金属層5を溶接し
たスパークプラグにおいて、貴金属層5は、電極母材3
0の表面に接触して配置した貴金属線50をレーザービ
ームRの照射により形成し、さらに貴金属層5を再結晶
させる加熱処理を施した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、中心電極または外側
電極(火花放電電極)の発火部の表面に貴金属をレーザ
ー融着したスパークプラグの耐久性の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】ニッケルなど耐熱性金属を母材とする中
心電極または外側電極の発火部の表面に白金などの貴金
属を溶接し、電極の火花消耗を低減させたスパークプラ
グが使用されている。この貴金属を電極母材に溶接する
方法としては、貴金属チップを電極母材に抵抗溶接する
方法が一般的であるが、レーザーを照射して溶接するレ
ーザー融着に拠ると、貴金属層と電極母材との境界が不
鮮明となり貴金属を電極母材に強固に固着できるため耐
久性が著しく向上できる。
【0003】貴金属を電極母材にレーザー融着する場
合、レーザービームによって照射された部分のみ局部的
に高温となり、貴金属および電極母材の表面は瞬時に溶
融する。このため溶接部以外は低温のまま維持され、溶
融した貴金属層の冷却は熱伝導(熱引き)により短時間
でなされて急速に凝固する。この急冷のため形成される
貴金属層(合金層)は樹枝状結晶となり、結晶粒は微小
で粒界は比較的脆く、溶接時およびスパークプラグを機
関に装着した使用中に微細なひび割れが生じるととも
に、大きな亀裂が発生するおそれがあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このためスパークプラ
グを機関に装着して長期間使用していると、貴金属層の
割れ目や亀裂から酸素や燃焼ガスなどが浸透して電極母
材との溶接境界部で酸化腐食が生じ、貴金属層が剥離し
て耐火花消耗性が低下する場合がある。この発明の目的
は、電極母材にレーザー融着した貴金属層のひび割れ、
亀裂を加熱処理により低減させて腐食物質の溶接境界部
への浸透を防止し、貴金属層の剥離が有効に防止でき、
耐火花消耗性が長期に維持できるスパークプラグの提供
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、火花放電電
極の発火部に貴金属層を溶接したスパークプラグにおい
て、前記貴金属層は、電極母材の表面に接触して配置し
た貴金属をレーザービームの照射により形成し、その後
に前記貴金属層の結晶粒度を増大させる加熱処理を施し
たことを特徴とする。
【0006】
【発明の作用および効果】この発明では、レーザー融着
により電極母材に白金などの貴金属層を溶接する。この
場合、冷却は比較的に短時間でなされ貴金属層の組織は
微小な樹枝状組織となり、亀裂や微細なひび割れが多数
生じ易い。この状態の電極を金属組織の組成が大きくな
るまで焼鈍する。この焼き鈍しにより、貴金属層は組織
が大きくなり、亀裂やひび割れが埋まるとともに、粒子
間も隙間も減少する。この結果、スパークプラグの使用
中において、酸素や燃焼ガスなどの腐食物質が浸透して
貴金属層の溶接境界部の電極母材を腐食することが防止
でき、貴金属層の剥離が長期間防止でき、スパークプラ
グの耐久性が向上できる。レーザー融着に用いるレーザ
ービームは、パルスであると貴金属層の溶接作業が効率
よくできる。これに対し、連続レーザービームを使用し
た場合には、電極母材が赤熱し、溶接部における母材の
含有量が多くなり火花耐久性が低下する。焼き鈍しによ
る貴金属層の樹枝状組織の再結晶の平均粒径は、10ミ
クロン以上であることが望ましい。
【0007】
【実施例】図1はこの発明の一実施例にかかる2極スパ
ークプラグ100の先端部を示す。このスパークプラグ
100は、円筒状の主体金具1と、該主体金具1に嵌着
されるとともに、断面が円形の軸孔21が設けられたテ
ーパー付き棒状の絶縁碍子2とを備える。軸孔21に
は、先端部31が絶縁碍子2の先端面22から突き出し
た状態で円柱状の中心電極3が嵌め込まれている。
【0008】主体金具1の外周には、先端部外周にエン
ジンへの取付ネジ11が設けられ、環状の先端面12に
は、2つの外側電極4、4が対向して溶接されている。
各外側電極4は断面略矩形の棒材で形成され、一端(図
示下端)が前記先端面12に溶接されるとともに中心方
向に湾曲した支柱部41と、該支柱部41の他端(図示
上端)から中心電極3の方向に曲げられた発火部42と
からなる。発火部42の先端面43は、前記中心電極3
の先端部31と同軸心を有する円筒面となっており、該
先端部31の外周面との間に気中火花放電間隙G1 を形
成している。
【0009】中心電極3の先端部31は径小に形成さ
れ、その外周には白金を主体とする貴金属層5がレーザ
ー融着により設けられている。貴金属層5は、この実施
例では、図2(イ)に示す如く、白金、イリジウム、白
金ニッケル合金または白金イリジウム合金からなる貴金
属線50を中心電極3の電極母材30の先端部31に形
成した溝32の外周に巻き付ける。つぎに電極母材30
を一定のピッチで連続的に回転させながらレーザービー
ムRを貴金属線50に12パルス/秒、パルス巾2ミリ
秒で4回転照射して基金属線50を全体的に溶融させ、
かつ溝32の電極母材30の表面を溶融させ、電極母材
30の先端部31の表面に凝縮させる。凝縮時に貴金属
と電極母材30は瞬時に局部的に溶融して合金となり、
図2(ロ)に示す如く、貴金属層5は中心電極3にレー
ザー融着される。
【0010】このレーザー融着においては、レーザービ
ームRの照射および中心電極3の電極母材30の回転動
は間欠的でも連続的でも良い。このレーザー融着におい
て、レーザーで照射されない部分の昇温は小さく、一旦
溶融した貴金属線50および電極母材30は急速に電極
母材30に熱を奪われて凝固点以下に降温する。このレ
ーザー融着によると、貴金属と中心電極3の電極母材3
0との合金層が電極母材30に深く食い込んで強固に形
成され、電気抵抗溶接、冷間鍛造、不活性ガスシールド
溶接など他の方法により貴金属層5を形成した場合に比
較し耐剥離性が向上できる。
【0011】このレーザー融着においては、中心電極3
の電極母材30および貴金属線50は、レーザービーム
Rで照射された局部のみが高温になり、瞬時に溶融して
合金となり、つぎに主に低温のままである中心電極3の
電極母材30の非照射部への熱引きにより急速に降温し
て冷却・凝固する。このように冷却が早いため、溶接作
業が速く、生産性は高いが、冷却時に貴金属層5の組織
は図3のような径1ミクロン、長さ10ミクロン程度の
樹枝状組織となる。この樹枝状組織は、一部分は垂直方
向に、一部分は水平方向に成長し、方向性は必ずしも一
定でない。
【0012】これら垂直方向に成長した一群と水平方向
に成長した一群との境界およびこの一群内部における組
織同士の境界で、溶接時およびスパークプラグ100の
使用時に、中心電極3の先端部31の35倍の拡大写真
である図3(イ)、貴金属層5の1000倍の拡大写真
である図3(ロ)および図3(ハ)の金属表面拡大写真
に示す如く微細なひび割れが多く発生するとともに、中
央部などに亀裂51ができやすい。図3(ニ)は図3
(ロ)の中心部分の3500倍の金属表面拡大写真であ
り、亀裂51が深く浸透していることが推測できる。
【0013】この状態の中心電極3を調質のため、図2
(ハ)に示す如く、800℃〜1000℃、真空度10
-2〜10-8torrの真空炉A内で1時間〜10時間の
焼鈍作業を行う。この調質により貴金属層の樹枝状組織
は、前記図3(イ)、図3(ロ)および図3(ハ)に対
応した、中心電極3の先端部31の35倍の拡大写真で
ある図4(イ)、貴金属層5の1000倍の拡大写真で
ある図4(ロ)および図4(ハ)の金属表面拡大写真に
示す如く、樹枝状組織の境界が不鮮明となり、大きな結
晶に成長して微細なひび割れはほぼ完全に消滅し、大き
い亀裂51もほとんど内部が埋まる。なお、焼き鈍しの
温度、時間、雰囲気は貴金属の種類、電極母材30の材
質、貴金属層の厚さにより適宜選択できる。
【0014】パルスレーザー溶接した白金層を有する中
心電極を用いた2極スパークプラグと、この発明の焼き
鈍しを行ったスパークプラグ100とを、6気筒のガソ
リン機関に装着して耐久試験を行った結果、2極スパー
クプラグは5万kmの走行に相当する運転時間におい
て、貴金属層と母材の境界部の酸化腐食が全体の10%
程度見られたが、この発明の焼き鈍しを行ったスパーク
プラグ100は酸化腐食は全く生じないというテスト結
果を得た。
【0015】この発明は2極スパークプラグ以上の多極
スパークプラグの中心電極への貴金属層のレーザー溶接
においても有効であり、図5(イ)に示すごとく中心電
極3の先端部31と、絶縁碍子2の先端部に食い込んだ
部分33との2段に貴金属層をレーザー溶接したスパー
クプラグにも適用できる。また、貴金属層5は中心電極
3の全周に設ける必要はなく、図5(ロ)に示す如く一
部でよい。さらに貴金属層5は、図5(ハ)に示す如
く、中心電極3の先端部31にレーザー溶接したもので
もよく、図5(ニ)に示す如く、外側電極4の先端面4
3にレーザー溶接したものでもよい。図5(ホ)は絶縁
碍子2の先端部に食い込んだ部分33に貴金属層をレー
ザー溶接したセミ沿面スパークプラグを示す。図5
(ヘ)は、外側電極4を主体金具1の先端に環状に一体
成形するとともに、中心電極3の先端部31と、絶縁碍
子2の先端部に食い込んだ部分33との2段に貴金属層
をレーザー溶接した沿面スパークプラグを示す。
【0016】これら種々の型式またはそれ以外の構造の
スパークプラグにおいても、この発明の効果が得られ
る。また、レーザービームは本実施例においては、YA
Gレーザにて行ったが、CO2 レーザー、エキシマレー
ザーで行っても良い。さらに、焼き鈍しの加熱処理は不
活性雰囲気、窒素雰囲気、水素雰囲気等で行っても良
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のスパークプラグの先端部の斜視図で
ある。
【図2】中心電極の先端部への貴金属層のレーザー融着
の工程図である。
【図3】中心電極の先端部へレーザー融着した貴金属層
(金属組織)の拡大写真である。
【図4】中心電極の先端部へレーザー融着した貴金属層
(金属組織)の拡大写真である。
【図5】他の実施例にかかるスパークプラグの先端部の
斜視図である。
【符号の説明】
1 主体金具 2 絶縁碍子 3 中心電極 4 外側電極 5 貴金属層 22 絶縁碍子の先端面 30 中心電極の電極母材 31 中心電極の先端部 100 スパークプラグ G1 気中火花放電間隙
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年3月14日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 火花放電電極の発火部に貴金属層を溶接
    したスパークプラグにおいて、 前記貴金属層は、電極母材の表面に接触して配置した貴
    金属をレーザービームの照射により形成し、その後に前
    記貴金属層の結晶粒度を増大させる加熱処理を施したこ
    とを特徴とするスパークプラグ。
JP6040187A 1994-03-10 1994-03-10 スパークプラグ Pending JPH07249471A (ja)

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JP6040187A JPH07249471A (ja) 1994-03-10 1994-03-10 スパークプラグ
EP95301589A EP0671793B1 (en) 1994-03-10 1995-03-10 A spark plug for an internal combustion engine
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