スパークプラグの製造方法
【課題】生産性を低下させることなく、電極溶接棒の破損を防止することができ、ひいてはスパークプラグの安定的な生産を可能とするスパークプラグの製造方法を提供する。
【解決手段】スパークプラグ１は、接地電極２７と、接地電極２７の先端部に接合される貴金属チップ３２とを備える。接地電極２７に貴金属チップ３２を接合する接合工程においては、銅又は銀を含んでなる棒状の本体部４７の一端に、融点が２０００℃以上の貴金属材料からなる先端金属部４８がロウ付けされてなる溶接電極棒４６と、溶接電極棒４６を保持する保持具４３とを有する溶接装置４１を用い、接地電極２７の先端部に貴金属チップ３２を配置した上で、貴金属チップ３２を溶接電極棒４６で加圧しつつ貴金属チップ３２に通電することで、接地電極２７に貴金属チップ３２が抵抗溶接される。接合工程において、保持具４６が水冷により冷却される。
【解決手段】スパークプラグ１は、接地電極２７と、接地電極２７の先端部に接合される貴金属チップ３２とを備える。接地電極２７に貴金属チップ３２を接合する接合工程においては、銅又は銀を含んでなる棒状の本体部４７の一端に、融点が２０００℃以上の貴金属材料からなる先端金属部４８がロウ付けされてなる溶接電極棒４６と、溶接電極棒４６を保持する保持具４３とを有する溶接装置４１を用い、接地電極２７の先端部に貴金属チップ３２を配置した上で、貴金属チップ３２を溶接電極棒４６で加圧しつつ貴金属チップ３２に通電することで、接地電極２７に貴金属チップ３２が抵抗溶接される。接合工程において、保持具４６が水冷により冷却される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に自動車エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグは、中心電極と接地電極との間の火花放電間隙において、火花を生じさせることにより、内燃機関の燃焼室に供給される混合気に点火する構成となっている。
【０００３】
近年では、排ガス規制への対応や燃費向上の観点から、リーンバーンエンジンや、直噴エンジン、低排ガスエンジン等の内燃機関の開発が積極的に行われている。このような内燃機関においては、従来よりも着火性に優れたスパークプラグが要求される。
【０００４】
そこで、耐消耗性の低下を防止しつつ、着火性の向上を図るべく、接地電極のうち中心電極と対向する部位にイリジウム合金や白金合金等の耐消耗性に優れた貴金属合金からなる円柱状の貴金属チップを溶接することが知られている。
【０００５】
ここで、接地電極に貴金属チップを溶接する手法としては、一般的に抵抗溶接が用いられる（例えば、特許文献１等参照）。具体的には、溶接電極棒を保持具によって保持してなる溶接装置を用いて、接地電極の所定部位に貴金属チップを配置しつつ、前記溶接電極棒の先端面を貴金属チップの先端面に押し当てた上で、溶接電極棒から接地電極側へと電流を流すことにより、接地電極に貴金属チップが溶接される。尚、生産性の向上を図るべく、順次搬送されるスパークプラグ（接地電極）に対して、時間をおくことなく連続的に貴金属チップが溶接される。
【０００６】
ところで、前記溶接電極棒の先端部は、貴金属チップに接触する部位であるため、優れた耐熱・耐消耗性が必要であり、高融点の貴金属合金（例えば、タングステン合金等）で構成される。また、抵抗溶接に伴い溶接電極棒の先端部（先端金属部）に生じる熱を速やかに保持具側へと引かせるために、溶接電極棒の本体部は、熱伝導性に優れた銅や銀を含む金属材料で形成される。尚、先端金属部及び本体部を直接溶接することは困難であるため、両者よりも低い融点を有する合金を両者の間に介在させることにより（すなわちロウ付けにより）両者は接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１８６１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年、耐久性の更なる向上を図るべく、径や厚さを大きくした貴金属チップを設けることが要求されている。このようなボリュームを増大させた貴金属チップを接地電極に抵抗溶接する際には、溶接時に加えるべき通電エネルギーを従前よりも大きくする必要がある。ところが、従前よりも大きなエネルギーを加えてしまうと、溶接工程を連続的に行う際に、溶接電極棒が過熱されてしまう。その結果、融点の比較的低いロウ付け部分が破損してしまい、ひいては先端金属部の脱落を招いてしまうおそれがある。これに対して、溶接電極棒を冷却するための時間を設けることも考えられるが、冷却時間を設けることは、生産性の著しい低下を招いてしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性を低下させることなく、電極溶接棒の破損を防止することができ、ひいてはスパークプラグの安定的な生産を可能とするスパークプラグの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【００１１】
構成１．本構成のスパークプラグの製造方法は、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、
前記主体金具の先端部から延びる接地電極と、
前記接地電極の先端部に接合され、前記中心電極との間で間隙を形成する貴金属チップとを備え、
前記接地電極のうち少なくとも前記貴金属チップの接合される部位が、ニッケル系金属から構成されるとともに、
前記貴金属チップが、白金を主成分とする金属材料から構成されてなるスパークプラグの製造方法であって、
銅又は銀を含んでなる棒状の本体部の一端に、融点が２０００℃以上の貴金属材料からなる先端金属部がロウ付けされてなる溶接電極棒と、
当該溶接電極棒を保持する保持具とを有する溶接装置を用い、
前記接地電極の先端部に前記貴金属チップを配置した上で、前記貴金属チップを前記溶接電極棒の先端金属部で加圧しつつ前記貴金属チップに通電することにより、前記接地電極に前記貴金属チップを抵抗溶接する接合工程を含み、
前記接合工程において、前記保持具が水冷により冷却されることを特徴とする。
【００１２】
尚、「ロウ付け」とあるのは、接合される両者よりも低い融点を有する合金を、両者の間に介在させることで両者を接合する手法をいう。また、ロウ付けに用いられる合金としては、例えば、銀、銅、又は、亜鉛を主成分とするものが挙げられる。
【００１３】
上記構成１によれば、保持具が水冷により冷却されるため、保持具によって保持される溶接電極棒を十分に冷却することができる。そのため、例えば、ボリュームの比較的大きな貴金属チップを接合する際などに、従前よりも大きなエネルギーを貴金属チップに加えたとしても、溶接電極棒を冷却するための時間を設けることなく、ロウ付け部分の破損をより確実に防止することができる。これにより、作業停止時間を設けることに伴う生産性の低下を防止しつつ、先端金属部の脱落（溶接電極棒の破損）をより確実に防止することができ、ひいてはスパークプラグを安定的に生産することができる。
【００１４】
構成２．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１において、前記先端金属部のうち前記貴金属チップに接触する面の外径を、前記貴金属チップの外径の２倍以上としたことを特徴とする。
【００１５】
接地電極に対して貴金属チップを抵抗溶接すると、接地電極に貴金属チップの一部が埋め込まれた状態となる。従って、貴金属チップが埋め込まれた分だけ、溶融した接地電極がはみ出してしまい、貴金属チップの外周に沿うようにして溶接部（いわゆる溶融ダレ）が形成される。ここで、溶接部が貴金属チップの先端面に付着してしまうと、当該溶接部と中心電極との間で火花放電が生じてしまい、着火性の低下等の不具合を招いてしまうおそれがある。特に、厚さや外径を比較的大きくした貴金属チップを溶接する場合には、溶接部のボリュームが大きくなってしまうため、上述の不具合の発生がより一層懸念される。
【００１６】
この点、上記構成２によれば、先端金属部のうちの貴金属チップに接触する面（接触面）の外径が、貴金属チップの外径の２倍以上と十分に大きなものとされている。従って、先端金属部の接触面により、溶融ダレが貴金属チップの先端面にまで至ってしまうことをより確実に防止することができる。その結果、製造されるスパークプラグにおいて、着火性の低下等の不具合が発生してしまうことを効果的に抑制できる。
【００１７】
構成３．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１又は２において、前記先端金属部の厚さを０．３ｍｍ以上としたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成３によれば、先端金属部の厚さが０．３ｍｍ以上と十分に大きなものとされている。従って、先端金属部の熱が急速に本体部側へと引かれてしまうことを防止できる。その結果、熱が急速に引かれることに伴う先端金属部の割れ等をより確実に抑制することができ、溶接電極棒の破損を効果的に防止することができる。
【００１９】
構成４．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記貴金属チップの外径が２．３ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
貴金属チップの外径が大きい場合には、接地電極へと溶接する際により多くのエネルギーが必要となる。そのため、溶接電極棒の加熱がより一層進んでしまいやすく、溶接電極棒の破損をより招いてしまいやすい。
【００２１】
この点、上記構成４によれば、貴金属チップの外径が２．３ｍｍ以上と比較的大きくされているため、溶接電極棒の破損等が一層懸念されるが、上記構成１等を採用することで、溶接電極棒の破損をより確実に防止することができる。換言すれば、貴金属チップの外径が２．３ｍｍ以上と比較的大きい場合において、上記構成１等を採用することがより有意であるといえる。
【００２２】
構成５．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記貴金属チップの厚さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２３】
貴金属チップの外径が大きい場合と同様に、貴金属チップが比較的厚い場合には、接地電極へと溶接する際により多くのエネルギーが必要となる。従って、溶接電極棒の過熱・破損が一層懸念される。
【００２４】
この点、上記構成５によれば、貴金属チップが０．５ｍｍ以上の厚さを有しており、上述の不具合の発生が懸念されるが、上記構成１等を採用することで、当該懸念を払拭することができる。換言すれば、貴金属チップが０．５ｍｍ以上と比較的厚い場合において、上記構成１等を採用することがより有意であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。
【図２】（ａ）は、溶接装置の正面図であり、（ｂ）は、溶接装置の断面側面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、接地電極への貴金属チップの溶接を説明するための部分拡大断面図である。
【図４】サイクル及びスロープを説明するための貴金属チップに印加される電流の通電波形である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。
【００２７】
スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。
【００２８】
絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれより細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。また、脚長部１３と中胴部１２との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。
【００２９】
さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。また、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。さらに、中心電極５の先端部には、貴金属合金（例えば、イリジウム合金）により形成された円柱状の貴金属チップ３１が接合されている。
【００３０】
また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で、端子電極６が挿入、固定されている。
【００３１】
さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。
【００３２】
加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１をエンジンヘッド等に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、スパークプラグ１をエンジンヘッド等に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。
【００３３】
また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。
【００３４】
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。
【００３５】
また、主体金具３の先端部２６には、自身の略中間が曲げ返されて、その側面が中心電極５の先端部と対向する接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、Ｎｉ合金から構成されるとともに、接地電極２７の先端部には、白金を主成分とする金属材料からなる円柱状の貴金属チップ３２が接合されている。貴金属チップ３２は、抵抗溶接によって接地電極２７に接合されており、貴金属チップ３２の外周部分には、抵抗溶接に伴い接地電極２７等が溶融することで形成された環状の溶接部３５が形成されている。
【００３６】
加えて、前記貴金属チップ３１，３２の間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されている。そして、当該火花放電間隙３３において、前記軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。
【００３７】
尚、本実施形態において、前記貴金属チップ３２は、所定の大きさ以上（例えば、２．３ｍｍ以上）の外径を有し、また、所定の大きさ以上（例えば、０．５ｍｍ以上）の厚さを有するものである。
【００３８】
次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。
【００３９】
続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金からなる直棒状の接地電極２７を抵抗溶接する。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。また、接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。メッキ処理が施された後、接地電極２７先端部のメッキが除去される。
【００４０】
一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成型用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され外形が整形された上で、焼成加工が施されることにより絶縁碍子２が得られる。
【００４１】
また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金を配置したＮｉ合金を鍛造加工して中心電極５を作製する。次に、中心電極５の先端部に対して貴金属チップ３１がレーザ溶接等により接合される。
【００４２】
そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６が押圧された状態で、焼成炉内にて焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０の表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
【００４３】
その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。
【００４４】
次いで、メッキが除去された接地電極２７の先端部に、図２（ａ），（ｂ）に示す、溶接装置４１を用いて、貴金属チップ３２を抵抗溶接する。ここで、溶接装置４１について説明すると、当該溶接装置４１は、支持棒４２と、保持具４３と、溶接電極棒４６とを備えている。
【００４５】
支持棒４２は、鉛直方向に沿って延びるとともに、溶接装置４１の上方に設けられた被固定部（図示せず）に対して、一端部が固定されている。
【００４６】
保持具４３は、第１保持部４４及び第２保持部４５から構成されている。第１保持部４４は、断面略Ｌ字状をなし、先端部に前記支持棒４２が挿通される鍵状部４４Ａを備えている。そして、第１保持部４４は、前記支持棒４２の延出方向に沿って（すなわち鉛直方向に沿って）支持棒４２に対して相対移動可能となっており、ひいては保持具４３が鉛直方向に沿って移動可能となっている。
【００４７】
また、第２保持部４５は、前記第１保持部４４に対して取付・取外可能に構成されており、第１保持部４４との間で溶接電極棒４６の基端部を保持可能となっている。さらに、第２保持部４５の内部には、液体流路４９が設けられている。当該液体流路４９には、所定の冷却装置（図示せず）を経て所定温度以下（例えば、３０℃以下）に冷却された循環水が所定速度以上で流れるようになっている。尚、冷却装置としては、例えば、吐出水量：２．０Ｌ／ｍｉｎ、最高吐出圧力：０．４２ＭＰａ、放熱量：２．４ＫＷ（冷却能力：３５ｋｃａｌ／ｍｉｎ）のものを用いることができる。
【００４８】
前記電極溶接棒４６は、前記保持具４３に接続された電源装置（図示せず）から電力の供給を受けることで、基端部（保持具４３）側から先端部側へと電流（本実施形態では、交流電流）を流す機能を有しており、棒状をなす本体部４７と、円柱状をなす先端金属部４８とを備えている。また、溶接電極棒４６は、前記保持具４３の移動に伴い、鉛直方向に沿って移動可能となっている。
【００４９】
前記本体部４７は、熱引きに優れた、銅又は銀を含む合金から形成されており、前記保持具４３によって保持（挟持）されている。前記先端金属部４８は、貴金属チップ３２を抵抗溶接する際に、貴金属チップ３２に対して接触する部位であって、融点が２０００℃以上の導電性貴金属合金（例えば、タングステンを主成分とする合金）から構成されている。また、先端金属部４８の厚さは、０．３ｍｍ以上（例えば、０．３ｍｍ以上５．０ｍｍ以下）とされ、さらに、先端金属部４８の先端面（貴金属チップ３２に接触する面）の外径は、溶接対象となる貴金属チップ３２の外径の２倍以上（例えば、３倍以上）とされている。
【００５０】
接地電極２７に対する貴金属チップ３２の溶接の説明に戻り、貴金属チップ３２を溶接するにあたっては、接地電極２７の設けられた主体金具３と絶縁碍子２等とが組み付けられてなる組付体が前記溶接装置４１側へと間欠的に搬送される。そして、搬送動作間のインターバルに貴金属チップ３２の溶接がなされる。すなわち、図３（ａ）に示すように、前記組付体が溶接電極棒４６（先端金属部４８）の鉛直下方に配置されたとき、組付体の搬送が一旦停止されるとともに、接地電極２７の先端部に貴金属チップ３２が載置される。このとき、貴金属チップ３２の中心軸と溶接電極棒４６（先端金属部４８）の中心軸とがほぼ一致するようにして貴金属チップ３２は載置される。尚、接地電極２７（組付体）は、熱引きに優れた銅又は銅合金で形成されたステージ５０上に配置される。
【００５１】
次いで、前記溶接電極棒４６を鉛直下方へと移動させ、溶接電極棒４６の先端部にて貴金属チップ３２を所定圧力（例えば、２５ｋｇｆ）押圧する。そして、この状態で、溶接電極棒４６から貴金属チップ３２へと所定の電流値（例えば、８００Ａ〜９００Ａ）で通電する。これにより、図３（ｂ）に示すように、接地電極２７及び貴金属チップ３２の接触部分が通電加熱され、接地電極２７等が溶融してなる溶接部３５（いわゆる溶接ダレに当たる）が形成されるとともに、接地電極２７へと貴金属チップ３２が接合される。尚、抵抗溶接の後に、レーザ溶接を施すことによって接地電極２７及び貴金属チップ３２をより強固に接合することとしてもよい。
【００５２】
貴金属チップ３２の接合後、接地電極２７の略中間部分が中心電極５側へと屈曲させられる。そして最後に、貴金属チップ３１，３２間の火花放電間隙３３の大きさを調整する加工が実施されることで、上述のスパークプラグ１が得られる。
【００５３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、保持具４３が水冷により冷却されるため、保持具４３によって保持される溶接電極棒４６を十分に冷却することができる。そのため、例えば、ボリュームの比較的大きな貴金属チップ３２を接合する際などに、従前よりも大きなエネルギーを貴金属チップ３２に加えたとしても、溶接電極棒４６を冷却するための時間を設けることなく、ロウ付け部分の破損をより確実に防止することができる。これにより、作業停止時間を設けることに伴う生産性の低下を防止しつつ、先端金属部４８の脱落（溶接電極棒４６の破損）をより確実に防止することができ、ひいてはスパークプラグ１を安定的に生産することができる。
【００５４】
さらに、先端金属部４８のうちの貴金属チップ３２に接触する面（接触面）の外径が、貴金属チップ３２の外径の２倍以上と十分に大きなものとされている。従って、先端金属部４８の接触面により、溶接部（溶融ダレ）が貴金属チップ３２の先端面にまで至ってしまうことをより確実に防止することができ、その結果、製造されるスパークプラグ１において、着火性の低下等の不具合が発生してしまうことを効果的に抑制できる。
【００５５】
加えて、先端金属部４８の厚さが０．３ｍｍ以上と十分に大きなものとされている。従って、先端金属部４８の熱が急速に本体部４７側へと引かれてしまうことを防止できる。その結果、熱が急速に引かれることに伴う先端金属部４８の割れ等をより確実に抑制することができ、溶接電極棒４６の破損を効果的に防止することができる。
【００５６】
次いで、本実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、保持具を空冷によって冷却するタイプの溶接装置（比較例に相当する）と、保持具を水冷によって冷却するタイプの溶接装置（実施例に相当する）とを用いて、接地電極に接合する貴金属チップの外径及び厚さを種々変更しつつ、貴金属チップのサイズに合わせた溶接条件により、接地電極に対して貴金属チップを連続的に溶接した。詳述すると、サイズの比較的小さな貴金属チップを接合する際には、比較的小さなエネルギーで通電し（通電サイクルを１０、スロープを５とし）、一方で、サイズの比較的大きな貴金属チップを接合する際には、比較的大きなエネルギーで通電することとした（通電サイクルを３０、スロープを１０とした）。また、溶接電極棒が過昇温してしまった場合には、溶接１０回当たり５分の作業停止時間（冷却時間）を設けた。尚、「通電サイクル」とは、図４に示すように、通電開始から通電終了までの通電波形の周期数を意味し、「スロープ」とは、通電波形が最大振幅となるまでに要する周期数を意味する。表１に、貴金属チップのサイズ、保持具の冷却手法、サイクル、スロープ、及び、作業停止の有無と、溶接電極棒における破損の有無とを示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示すように、空冷により保持具を冷却する溶接装置を用いた場合には、貴金属チップのサイズが大きくなるに従って、溶接電極棒が過熱されてしまい、溶接電極棒の破損を防止するための作業停止時間を設ける必要があったり、または、作業停止時間を設けたとしても溶接電極棒の破損が生じてしまったりすることが明らかとなった。特に、外径を２．３ｍｍ以上としたり、厚さを０．５ｍｍ以上としたりした貴金属チップの溶接にあたっては、比較的大きなエネルギーが必要となり、その結果、作業停止時間を設けたとしても、溶接電極棒に破損が生じてしまうことが確認された。
【００５９】
これに対して、水冷により保持具を冷却する溶接装置を用いた場合には、貴金属チップのサイズを大きくしたとしても、作業停止時間を設けることなく、溶接電極棒の破損を防止することができ、貴金属チップを連続的に溶接できることがわかった。
【００６０】
以上の結果から、生産性を低下させることなく、電極溶接棒の破損を防止でき、ひいてはスパークプラグの安定的な生産を実現するという観点から、保持具を水冷により冷却することが有意であるといえる。特に、溶接に大きなエネルギーを要するため、溶接電極棒がより加熱されやすい貴金属チップ、すなわち、外径が２．３ｍｍ以上、又は、厚さが０．５ｍｍ以上の貴金属チップを溶接する際には、上述した手法を採用することが特に効果的であるといえる。
【００６１】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００６２】
（ａ）上記実施形態において、先端金属部３８の厚さが０．３ｍｍ以上とされているが、先端金属部３８の厚さはこれに限定されるものではない。また、上記実施形態において、先端金属部３８の外径が貴金属チップ３２の外径の２倍以上とされているが、先端金属部３８の外径はこれに限定されるものではない。
【００６３】
（ｂ）上記実施形態では、貴金属チップ３２について、その厚さが０．５ｍｍ以上であり、かつ、外径が２．３ｍｍ以上とされているが、本発明を適用可能な貴金属チップ３２のサイズはこれに限定されるものではない。従って、厚さが０．５ｍｍ未満の貴金属チップや、外径が２．３ｍｍ未満の貴金属チップを溶接する際に本発明を利用することとしてもよい。この場合であっても、溶接電極棒３６の破損をより確実に抑制することができ、スパークプラグ１の安定的な生産を図ることができる。
【００６４】
（ｃ）上記実施形態では、中心電極５に貴金属チップ３１が設けられているが、貴金属チップ３１を省略することとしてもよい。
【００６５】
（ｄ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。
【００６６】
（ｅ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…スパークプラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
５…中心電極
２７…接地電極
３２…貴金属チップ
３３…火花放電間隙（間隙）
４１…溶接装置
４３…保持具
４６…溶接電極棒
４７…本体部
４８…先端金属部
ＣＬ１…軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に自動車エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグは、中心電極と接地電極との間の火花放電間隙において、火花を生じさせることにより、内燃機関の燃焼室に供給される混合気に点火する構成となっている。
【０００３】
近年では、排ガス規制への対応や燃費向上の観点から、リーンバーンエンジンや、直噴エンジン、低排ガスエンジン等の内燃機関の開発が積極的に行われている。このような内燃機関においては、従来よりも着火性に優れたスパークプラグが要求される。
【０００４】
そこで、耐消耗性の低下を防止しつつ、着火性の向上を図るべく、接地電極のうち中心電極と対向する部位にイリジウム合金や白金合金等の耐消耗性に優れた貴金属合金からなる円柱状の貴金属チップを溶接することが知られている。
【０００５】
ここで、接地電極に貴金属チップを溶接する手法としては、一般的に抵抗溶接が用いられる（例えば、特許文献１等参照）。具体的には、溶接電極棒を保持具によって保持してなる溶接装置を用いて、接地電極の所定部位に貴金属チップを配置しつつ、前記溶接電極棒の先端面を貴金属チップの先端面に押し当てた上で、溶接電極棒から接地電極側へと電流を流すことにより、接地電極に貴金属チップが溶接される。尚、生産性の向上を図るべく、順次搬送されるスパークプラグ（接地電極）に対して、時間をおくことなく連続的に貴金属チップが溶接される。
【０００６】
ところで、前記溶接電極棒の先端部は、貴金属チップに接触する部位であるため、優れた耐熱・耐消耗性が必要であり、高融点の貴金属合金（例えば、タングステン合金等）で構成される。また、抵抗溶接に伴い溶接電極棒の先端部（先端金属部）に生じる熱を速やかに保持具側へと引かせるために、溶接電極棒の本体部は、熱伝導性に優れた銅や銀を含む金属材料で形成される。尚、先端金属部及び本体部を直接溶接することは困難であるため、両者よりも低い融点を有する合金を両者の間に介在させることにより（すなわちロウ付けにより）両者は接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１８６１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年、耐久性の更なる向上を図るべく、径や厚さを大きくした貴金属チップを設けることが要求されている。このようなボリュームを増大させた貴金属チップを接地電極に抵抗溶接する際には、溶接時に加えるべき通電エネルギーを従前よりも大きくする必要がある。ところが、従前よりも大きなエネルギーを加えてしまうと、溶接工程を連続的に行う際に、溶接電極棒が過熱されてしまう。その結果、融点の比較的低いロウ付け部分が破損してしまい、ひいては先端金属部の脱落を招いてしまうおそれがある。これに対して、溶接電極棒を冷却するための時間を設けることも考えられるが、冷却時間を設けることは、生産性の著しい低下を招いてしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性を低下させることなく、電極溶接棒の破損を防止することができ、ひいてはスパークプラグの安定的な生産を可能とするスパークプラグの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【００１１】
構成１．本構成のスパークプラグの製造方法は、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、
前記主体金具の先端部から延びる接地電極と、
前記接地電極の先端部に接合され、前記中心電極との間で間隙を形成する貴金属チップとを備え、
前記接地電極のうち少なくとも前記貴金属チップの接合される部位が、ニッケル系金属から構成されるとともに、
前記貴金属チップが、白金を主成分とする金属材料から構成されてなるスパークプラグの製造方法であって、
銅又は銀を含んでなる棒状の本体部の一端に、融点が２０００℃以上の貴金属材料からなる先端金属部がロウ付けされてなる溶接電極棒と、
当該溶接電極棒を保持する保持具とを有する溶接装置を用い、
前記接地電極の先端部に前記貴金属チップを配置した上で、前記貴金属チップを前記溶接電極棒の先端金属部で加圧しつつ前記貴金属チップに通電することにより、前記接地電極に前記貴金属チップを抵抗溶接する接合工程を含み、
前記接合工程において、前記保持具が水冷により冷却されることを特徴とする。
【００１２】
尚、「ロウ付け」とあるのは、接合される両者よりも低い融点を有する合金を、両者の間に介在させることで両者を接合する手法をいう。また、ロウ付けに用いられる合金としては、例えば、銀、銅、又は、亜鉛を主成分とするものが挙げられる。
【００１３】
上記構成１によれば、保持具が水冷により冷却されるため、保持具によって保持される溶接電極棒を十分に冷却することができる。そのため、例えば、ボリュームの比較的大きな貴金属チップを接合する際などに、従前よりも大きなエネルギーを貴金属チップに加えたとしても、溶接電極棒を冷却するための時間を設けることなく、ロウ付け部分の破損をより確実に防止することができる。これにより、作業停止時間を設けることに伴う生産性の低下を防止しつつ、先端金属部の脱落（溶接電極棒の破損）をより確実に防止することができ、ひいてはスパークプラグを安定的に生産することができる。
【００１４】
構成２．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１において、前記先端金属部のうち前記貴金属チップに接触する面の外径を、前記貴金属チップの外径の２倍以上としたことを特徴とする。
【００１５】
接地電極に対して貴金属チップを抵抗溶接すると、接地電極に貴金属チップの一部が埋め込まれた状態となる。従って、貴金属チップが埋め込まれた分だけ、溶融した接地電極がはみ出してしまい、貴金属チップの外周に沿うようにして溶接部（いわゆる溶融ダレ）が形成される。ここで、溶接部が貴金属チップの先端面に付着してしまうと、当該溶接部と中心電極との間で火花放電が生じてしまい、着火性の低下等の不具合を招いてしまうおそれがある。特に、厚さや外径を比較的大きくした貴金属チップを溶接する場合には、溶接部のボリュームが大きくなってしまうため、上述の不具合の発生がより一層懸念される。
【００１６】
この点、上記構成２によれば、先端金属部のうちの貴金属チップに接触する面（接触面）の外径が、貴金属チップの外径の２倍以上と十分に大きなものとされている。従って、先端金属部の接触面により、溶融ダレが貴金属チップの先端面にまで至ってしまうことをより確実に防止することができる。その結果、製造されるスパークプラグにおいて、着火性の低下等の不具合が発生してしまうことを効果的に抑制できる。
【００１７】
構成３．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１又は２において、前記先端金属部の厚さを０．３ｍｍ以上としたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成３によれば、先端金属部の厚さが０．３ｍｍ以上と十分に大きなものとされている。従って、先端金属部の熱が急速に本体部側へと引かれてしまうことを防止できる。その結果、熱が急速に引かれることに伴う先端金属部の割れ等をより確実に抑制することができ、溶接電極棒の破損を効果的に防止することができる。
【００１９】
構成４．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記貴金属チップの外径が２．３ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
貴金属チップの外径が大きい場合には、接地電極へと溶接する際により多くのエネルギーが必要となる。そのため、溶接電極棒の加熱がより一層進んでしまいやすく、溶接電極棒の破損をより招いてしまいやすい。
【００２１】
この点、上記構成４によれば、貴金属チップの外径が２．３ｍｍ以上と比較的大きくされているため、溶接電極棒の破損等が一層懸念されるが、上記構成１等を採用することで、溶接電極棒の破損をより確実に防止することができる。換言すれば、貴金属チップの外径が２．３ｍｍ以上と比較的大きい場合において、上記構成１等を採用することがより有意であるといえる。
【００２２】
構成５．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記貴金属チップの厚さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２３】
貴金属チップの外径が大きい場合と同様に、貴金属チップが比較的厚い場合には、接地電極へと溶接する際により多くのエネルギーが必要となる。従って、溶接電極棒の過熱・破損が一層懸念される。
【００２４】
この点、上記構成５によれば、貴金属チップが０．５ｍｍ以上の厚さを有しており、上述の不具合の発生が懸念されるが、上記構成１等を採用することで、当該懸念を払拭することができる。換言すれば、貴金属チップが０．５ｍｍ以上と比較的厚い場合において、上記構成１等を採用することがより有意であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。
【図２】（ａ）は、溶接装置の正面図であり、（ｂ）は、溶接装置の断面側面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、接地電極への貴金属チップの溶接を説明するための部分拡大断面図である。
【図４】サイクル及びスロープを説明するための貴金属チップに印加される電流の通電波形である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。
【００２７】
スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。
【００２８】
絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれより細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。また、脚長部１３と中胴部１２との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。
【００２９】
さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。また、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。さらに、中心電極５の先端部には、貴金属合金（例えば、イリジウム合金）により形成された円柱状の貴金属チップ３１が接合されている。
【００３０】
また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で、端子電極６が挿入、固定されている。
【００３１】
さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。
【００３２】
加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１をエンジンヘッド等に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、スパークプラグ１をエンジンヘッド等に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。
【００３３】
また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。
【００３４】
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。
【００３５】
また、主体金具３の先端部２６には、自身の略中間が曲げ返されて、その側面が中心電極５の先端部と対向する接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、Ｎｉ合金から構成されるとともに、接地電極２７の先端部には、白金を主成分とする金属材料からなる円柱状の貴金属チップ３２が接合されている。貴金属チップ３２は、抵抗溶接によって接地電極２７に接合されており、貴金属チップ３２の外周部分には、抵抗溶接に伴い接地電極２７等が溶融することで形成された環状の溶接部３５が形成されている。
【００３６】
加えて、前記貴金属チップ３１，３２の間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されている。そして、当該火花放電間隙３３において、前記軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。
【００３７】
尚、本実施形態において、前記貴金属チップ３２は、所定の大きさ以上（例えば、２．３ｍｍ以上）の外径を有し、また、所定の大きさ以上（例えば、０．５ｍｍ以上）の厚さを有するものである。
【００３８】
次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。
【００３９】
続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金からなる直棒状の接地電極２７を抵抗溶接する。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。また、接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。メッキ処理が施された後、接地電極２７先端部のメッキが除去される。
【００４０】
一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成型用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され外形が整形された上で、焼成加工が施されることにより絶縁碍子２が得られる。
【００４１】
また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金を配置したＮｉ合金を鍛造加工して中心電極５を作製する。次に、中心電極５の先端部に対して貴金属チップ３１がレーザ溶接等により接合される。
【００４２】
そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６が押圧された状態で、焼成炉内にて焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０の表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
【００４３】
その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。
【００４４】
次いで、メッキが除去された接地電極２７の先端部に、図２（ａ），（ｂ）に示す、溶接装置４１を用いて、貴金属チップ３２を抵抗溶接する。ここで、溶接装置４１について説明すると、当該溶接装置４１は、支持棒４２と、保持具４３と、溶接電極棒４６とを備えている。
【００４５】
支持棒４２は、鉛直方向に沿って延びるとともに、溶接装置４１の上方に設けられた被固定部（図示せず）に対して、一端部が固定されている。
【００４６】
保持具４３は、第１保持部４４及び第２保持部４５から構成されている。第１保持部４４は、断面略Ｌ字状をなし、先端部に前記支持棒４２が挿通される鍵状部４４Ａを備えている。そして、第１保持部４４は、前記支持棒４２の延出方向に沿って（すなわち鉛直方向に沿って）支持棒４２に対して相対移動可能となっており、ひいては保持具４３が鉛直方向に沿って移動可能となっている。
【００４７】
また、第２保持部４５は、前記第１保持部４４に対して取付・取外可能に構成されており、第１保持部４４との間で溶接電極棒４６の基端部を保持可能となっている。さらに、第２保持部４５の内部には、液体流路４９が設けられている。当該液体流路４９には、所定の冷却装置（図示せず）を経て所定温度以下（例えば、３０℃以下）に冷却された循環水が所定速度以上で流れるようになっている。尚、冷却装置としては、例えば、吐出水量：２．０Ｌ／ｍｉｎ、最高吐出圧力：０．４２ＭＰａ、放熱量：２．４ＫＷ（冷却能力：３５ｋｃａｌ／ｍｉｎ）のものを用いることができる。
【００４８】
前記電極溶接棒４６は、前記保持具４３に接続された電源装置（図示せず）から電力の供給を受けることで、基端部（保持具４３）側から先端部側へと電流（本実施形態では、交流電流）を流す機能を有しており、棒状をなす本体部４７と、円柱状をなす先端金属部４８とを備えている。また、溶接電極棒４６は、前記保持具４３の移動に伴い、鉛直方向に沿って移動可能となっている。
【００４９】
前記本体部４７は、熱引きに優れた、銅又は銀を含む合金から形成されており、前記保持具４３によって保持（挟持）されている。前記先端金属部４８は、貴金属チップ３２を抵抗溶接する際に、貴金属チップ３２に対して接触する部位であって、融点が２０００℃以上の導電性貴金属合金（例えば、タングステンを主成分とする合金）から構成されている。また、先端金属部４８の厚さは、０．３ｍｍ以上（例えば、０．３ｍｍ以上５．０ｍｍ以下）とされ、さらに、先端金属部４８の先端面（貴金属チップ３２に接触する面）の外径は、溶接対象となる貴金属チップ３２の外径の２倍以上（例えば、３倍以上）とされている。
【００５０】
接地電極２７に対する貴金属チップ３２の溶接の説明に戻り、貴金属チップ３２を溶接するにあたっては、接地電極２７の設けられた主体金具３と絶縁碍子２等とが組み付けられてなる組付体が前記溶接装置４１側へと間欠的に搬送される。そして、搬送動作間のインターバルに貴金属チップ３２の溶接がなされる。すなわち、図３（ａ）に示すように、前記組付体が溶接電極棒４６（先端金属部４８）の鉛直下方に配置されたとき、組付体の搬送が一旦停止されるとともに、接地電極２７の先端部に貴金属チップ３２が載置される。このとき、貴金属チップ３２の中心軸と溶接電極棒４６（先端金属部４８）の中心軸とがほぼ一致するようにして貴金属チップ３２は載置される。尚、接地電極２７（組付体）は、熱引きに優れた銅又は銅合金で形成されたステージ５０上に配置される。
【００５１】
次いで、前記溶接電極棒４６を鉛直下方へと移動させ、溶接電極棒４６の先端部にて貴金属チップ３２を所定圧力（例えば、２５ｋｇｆ）押圧する。そして、この状態で、溶接電極棒４６から貴金属チップ３２へと所定の電流値（例えば、８００Ａ〜９００Ａ）で通電する。これにより、図３（ｂ）に示すように、接地電極２７及び貴金属チップ３２の接触部分が通電加熱され、接地電極２７等が溶融してなる溶接部３５（いわゆる溶接ダレに当たる）が形成されるとともに、接地電極２７へと貴金属チップ３２が接合される。尚、抵抗溶接の後に、レーザ溶接を施すことによって接地電極２７及び貴金属チップ３２をより強固に接合することとしてもよい。
【００５２】
貴金属チップ３２の接合後、接地電極２７の略中間部分が中心電極５側へと屈曲させられる。そして最後に、貴金属チップ３１，３２間の火花放電間隙３３の大きさを調整する加工が実施されることで、上述のスパークプラグ１が得られる。
【００５３】
以上詳述したように、本実施形態によれば、保持具４３が水冷により冷却されるため、保持具４３によって保持される溶接電極棒４６を十分に冷却することができる。そのため、例えば、ボリュームの比較的大きな貴金属チップ３２を接合する際などに、従前よりも大きなエネルギーを貴金属チップ３２に加えたとしても、溶接電極棒４６を冷却するための時間を設けることなく、ロウ付け部分の破損をより確実に防止することができる。これにより、作業停止時間を設けることに伴う生産性の低下を防止しつつ、先端金属部４８の脱落（溶接電極棒４６の破損）をより確実に防止することができ、ひいてはスパークプラグ１を安定的に生産することができる。
【００５４】
さらに、先端金属部４８のうちの貴金属チップ３２に接触する面（接触面）の外径が、貴金属チップ３２の外径の２倍以上と十分に大きなものとされている。従って、先端金属部４８の接触面により、溶接部（溶融ダレ）が貴金属チップ３２の先端面にまで至ってしまうことをより確実に防止することができ、その結果、製造されるスパークプラグ１において、着火性の低下等の不具合が発生してしまうことを効果的に抑制できる。
【００５５】
加えて、先端金属部４８の厚さが０．３ｍｍ以上と十分に大きなものとされている。従って、先端金属部４８の熱が急速に本体部４７側へと引かれてしまうことを防止できる。その結果、熱が急速に引かれることに伴う先端金属部４８の割れ等をより確実に抑制することができ、溶接電極棒４６の破損を効果的に防止することができる。
【００５６】
次いで、本実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、保持具を空冷によって冷却するタイプの溶接装置（比較例に相当する）と、保持具を水冷によって冷却するタイプの溶接装置（実施例に相当する）とを用いて、接地電極に接合する貴金属チップの外径及び厚さを種々変更しつつ、貴金属チップのサイズに合わせた溶接条件により、接地電極に対して貴金属チップを連続的に溶接した。詳述すると、サイズの比較的小さな貴金属チップを接合する際には、比較的小さなエネルギーで通電し（通電サイクルを１０、スロープを５とし）、一方で、サイズの比較的大きな貴金属チップを接合する際には、比較的大きなエネルギーで通電することとした（通電サイクルを３０、スロープを１０とした）。また、溶接電極棒が過昇温してしまった場合には、溶接１０回当たり５分の作業停止時間（冷却時間）を設けた。尚、「通電サイクル」とは、図４に示すように、通電開始から通電終了までの通電波形の周期数を意味し、「スロープ」とは、通電波形が最大振幅となるまでに要する周期数を意味する。表１に、貴金属チップのサイズ、保持具の冷却手法、サイクル、スロープ、及び、作業停止の有無と、溶接電極棒における破損の有無とを示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示すように、空冷により保持具を冷却する溶接装置を用いた場合には、貴金属チップのサイズが大きくなるに従って、溶接電極棒が過熱されてしまい、溶接電極棒の破損を防止するための作業停止時間を設ける必要があったり、または、作業停止時間を設けたとしても溶接電極棒の破損が生じてしまったりすることが明らかとなった。特に、外径を２．３ｍｍ以上としたり、厚さを０．５ｍｍ以上としたりした貴金属チップの溶接にあたっては、比較的大きなエネルギーが必要となり、その結果、作業停止時間を設けたとしても、溶接電極棒に破損が生じてしまうことが確認された。
【００５９】
これに対して、水冷により保持具を冷却する溶接装置を用いた場合には、貴金属チップのサイズを大きくしたとしても、作業停止時間を設けることなく、溶接電極棒の破損を防止することができ、貴金属チップを連続的に溶接できることがわかった。
【００６０】
以上の結果から、生産性を低下させることなく、電極溶接棒の破損を防止でき、ひいてはスパークプラグの安定的な生産を実現するという観点から、保持具を水冷により冷却することが有意であるといえる。特に、溶接に大きなエネルギーを要するため、溶接電極棒がより加熱されやすい貴金属チップ、すなわち、外径が２．３ｍｍ以上、又は、厚さが０．５ｍｍ以上の貴金属チップを溶接する際には、上述した手法を採用することが特に効果的であるといえる。
【００６１】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００６２】
（ａ）上記実施形態において、先端金属部３８の厚さが０．３ｍｍ以上とされているが、先端金属部３８の厚さはこれに限定されるものではない。また、上記実施形態において、先端金属部３８の外径が貴金属チップ３２の外径の２倍以上とされているが、先端金属部３８の外径はこれに限定されるものではない。
【００６３】
（ｂ）上記実施形態では、貴金属チップ３２について、その厚さが０．５ｍｍ以上であり、かつ、外径が２．３ｍｍ以上とされているが、本発明を適用可能な貴金属チップ３２のサイズはこれに限定されるものではない。従って、厚さが０．５ｍｍ未満の貴金属チップや、外径が２．３ｍｍ未満の貴金属チップを溶接する際に本発明を利用することとしてもよい。この場合であっても、溶接電極棒３６の破損をより確実に抑制することができ、スパークプラグ１の安定的な生産を図ることができる。
【００６４】
（ｃ）上記実施形態では、中心電極５に貴金属チップ３１が設けられているが、貴金属チップ３１を省略することとしてもよい。
【００６５】
（ｄ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。
【００６６】
（ｅ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…スパークプラグ
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
５…中心電極
２７…接地電極
３２…貴金属チップ
３３…火花放電間隙（間隙）
４１…溶接装置
４３…保持具
４６…溶接電極棒
４７…本体部
４８…先端金属部
ＣＬ１…軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、
前記主体金具の先端部から延びる接地電極と、
前記接地電極の先端部に接合され、前記中心電極との間で間隙を形成する貴金属チップとを備え、
前記接地電極のうち少なくとも前記貴金属チップの接合される部位が、ニッケル系金属から構成されるとともに、
前記貴金属チップが、白金を主成分とする金属材料から構成されてなるスパークプラグの製造方法であって、
銅又は銀を含んでなる棒状の本体部の一端に、融点が２０００℃以上の貴金属材料からなる先端金属部がロウ付けされてなる溶接電極棒と、
当該溶接電極棒を保持する保持具とを有する溶接装置を用い、
前記接地電極の先端部に前記貴金属チップを配置した上で、前記貴金属チップを前記溶接電極棒の先端金属部で加圧しつつ前記貴金属チップに通電することにより、前記接地電極に前記貴金属チップを抵抗溶接する接合工程を含み、
前記接合工程において、前記保持具が水冷により冷却されることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【請求項２】
前記先端金属部のうち前記貴金属チップに接触する面の外径を、前記貴金属チップの外径の２倍以上としたことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項３】
前記先端金属部の厚さを０．３ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項４】
前記貴金属チップの外径が２．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項５】
前記貴金属チップの厚さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項１】
軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、
前記主体金具の先端部から延びる接地電極と、
前記接地電極の先端部に接合され、前記中心電極との間で間隙を形成する貴金属チップとを備え、
前記接地電極のうち少なくとも前記貴金属チップの接合される部位が、ニッケル系金属から構成されるとともに、
前記貴金属チップが、白金を主成分とする金属材料から構成されてなるスパークプラグの製造方法であって、
銅又は銀を含んでなる棒状の本体部の一端に、融点が２０００℃以上の貴金属材料からなる先端金属部がロウ付けされてなる溶接電極棒と、
当該溶接電極棒を保持する保持具とを有する溶接装置を用い、
前記接地電極の先端部に前記貴金属チップを配置した上で、前記貴金属チップを前記溶接電極棒の先端金属部で加圧しつつ前記貴金属チップに通電することにより、前記接地電極に前記貴金属チップを抵抗溶接する接合工程を含み、
前記接合工程において、前記保持具が水冷により冷却されることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【請求項２】
前記先端金属部のうち前記貴金属チップに接触する面の外径を、前記貴金属チップの外径の２倍以上としたことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項３】
前記先端金属部の厚さを０．３ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項４】
前記貴金属チップの外径が２．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項５】
前記貴金属チップの厚さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−８２０８４（Ｐ２０１１−８２０８４Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３４８８５（Ｐ２００９−２３４８８５）
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]