接地電極に装着された貴金属パッドを有する点火プラグおよびその製造方法
【課題】接地電極の良好な熱管理および接地電極の強化された局所的「磨耗」保護による、点火プラグの耐久性の改善をもたらす。
【解決手段】点火プラグは、接地電極を有し、貴金属パッドが一連の溶接ステップを通して接地電極に溶接される。貴金属パッドは、接地電極の側面に、以下の装着プロセスを通して装着される、Ｐｔベースのパッドである。この装着プロセスは、最初にパッドを適所に固定する抵抗タック溶接と、このパッドを平坦にするコイニングステップと、接地電極に対するパッドの永久的な溶接を形成する第２の抵抗溶接と、抵抗溶接を封止する、パッドの露出した周囲におけるレーザキャップ溶接とを含む。レーザキャップ溶接は、重なり合う多数の溶接スポットを含み、これらのスポットが、パッドの放電面にまたはその直下にある環状の溶接ビードを形成する。
【解決手段】点火プラグは、接地電極を有し、貴金属パッドが一連の溶接ステップを通して接地電極に溶接される。貴金属パッドは、接地電極の側面に、以下の装着プロセスを通して装着される、Ｐｔベースのパッドである。この装着プロセスは、最初にパッドを適所に固定する抵抗タック溶接と、このパッドを平坦にするコイニングステップと、接地電極に対するパッドの永久的な溶接を形成する第２の抵抗溶接と、抵抗溶接を封止する、パッドの露出した周囲におけるレーザキャップ溶接とを含む。レーザキャップ溶接は、重なり合う多数の溶接スポットを含み、これらのスポットが、パッドの放電面にまたはその直下にある環状の溶接ビードを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、一般的には内燃機関において使用される点火プラグに関し、より具体的には接地電極の側面に装着された貴金属パッドを有する点火プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
当該技術では、点火プラグ電極の寿命を、その点火端に、さまざまな種類の貴金属のチップの構造を装着することによって延ばすことが、知られている。この技術の最も初期の例のうちいくつかは、Hellerに対する１９４２年９月１５日に発行された米国特許第２，２９６，０３３号およびPowell他に対する１９３８年に公開された英国特許明細書第４７９，５４０号に見られる。これら引用文献に開示された貴金属チップは、プラチナ、プラチナ−ロジウム、プラチナ−イリジウムおよびプラチナ−ルテニウムなどのプラチナ合金、イリジウム、イリジウム−ロジウムなどのイリジウム合金、ルテニウム、オスミウムおよびこれらの合金を含む、耐食性材料からなる。
【０００３】
さらに、貴金属チップを装着するためのさまざまな方法、技術および動作パラメータも、開発されて長年にわたり利用されている。使用される特定の材料またはチップ構造は、どの装着技術または方法が最も有効かに影響し得る。これらの方法のいくつかの例は、以下の、Chiu他に対して発行された米国特許第５，５５８，５７５号、Eves他に対して発行された米国特許第５，１７９，３１３号およびMatsutaniに対して発行された米国特許第
６，３０４，０２２号に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２，２９６，０３３号
【特許文献２】英国特許明細書第４７９，５４０号
【特許文献３】米国特許第５，５５８，５７５号
【特許文献４】米国特許第５，１７９，３１３号
【特許文献５】米国特許第６，３０４，０２２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の１つの局面に従い、点火プラグが提供され、この点火プラグは、シェルと、絶縁体と、中心電極を有する中心ワイヤアセンブリと、側面を有する接地電極と、火花面、直径および厚みを有する貴金属パッドとを含む。貴金属パッドは、溶接ビードを用いて、接地電極の側面に装着される。この溶接ビードは、貴金属パッドを円周方向において取囲むとともに、重なり合う溶接スポットの内径（Ｉ）、外径（Ｊ）および深さ（Ｇ）に全体的に関連する特徴を含む。
【０００６】
本発明の別の局面に従い、点火プラグが提供され、この点火プラグは、接地電極と、プラチナベースの貴金属パッドとを含み、接地電極の厚み（Ｂ）および幅（Ｃ）と、貴金属パッドの直径（Ｅ）および厚み（Ｋ）とに全体的に関連する特徴を含む。
【０００７】
本発明のさらに他の局面に従い、貴金属パッドを接地電極の側面に装着する方法が提供される。この方法は、第１および第２の抵抗溶接ステップと、コイニングステップと、レーザ溶接ステップとを含む。
【０００８】
本発明の目的、特徴および利点は、特に、接地電極用の貴金属パッド、および、点火プラグ電極の耐久性を高める寸法上の特徴の組合せを有する、改良された点火プラグを提供することを含むが、これに限定されるわけではない。
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付の図面との関連で説明する。図中、同じ
参照符号は同じ構成要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】接地電極に装着された貴金属パッドを有する点火プラグの部分切断図を示す。
【図２】図１の点火プラグの軸方向下端の拡大図を示す。
【図３】装着方法の実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図４】図３に示される装着方法に従い接地電極に装着された貴金属パッドの正面図を示す。
【図５】図４の貴金属パッドおよび接地電極の切断図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
好ましい実施例の詳細な説明
図１を参照して、浸食および／または腐食の効果を最小限にすることによって点火プラグの動作寿命をさらに延ばすために、貴金属部品を中心電極および接地電極双方に用いる、点火プラグの実施例が示される。この特定の実施例に従うと、点火プラグ１０は一般的に、シェル１２と、絶縁体１４と、中心ワイヤアセンブリ１６と、貴金属チップ１８と、接地電極２０と、貴金属パッド２２とを含む。
【００１２】
当該技術では一般に知られているように、シェル１２は、好ましくは、その軸を中心として概ね対称となるようにその軸方向の長さに沿って延びる中空のボアを有する金属部品である。そのボアの中には、絶縁体の直径に沿って拡大する部分を支持するように大きさが定められた一連の円周方向のショルダがある。絶縁体１４は、細長い中心ボアを備えた概ね円筒形の部品であるが、絶縁体は、その名の通り、一般に非導電性の材料から作られる。絶縁体１４の軸方向下側の端部は、好ましくはシェル１２の最下部からこの最下部を超えて延びるノーズ部分を形成する。絶縁体の軸方向のボアは、高電圧点火パルスを点火リード線から点火ギャップに伝える、伝導性絶縁コアとも呼ばれる中心ワイヤアセンブリ１６を受け入れるように設計される。好ましくは、中心ワイヤアセンブリ１６は、点火プラグの軸方向の全長にわたって延び、一般に、点火リード線と結合するための端子電極３０と、１つ以上の伝導性および／または抑制シール３２と、無線周波干渉（ＲＦＩ）などの電磁放射を減じるための抵抗素子３４と、貴金属チップ１８を支えるための中心電極３６とを含む。貴金属チップ１８は、好ましくはＩｒＲｈなどのイリジウムベースの合金から作られるが、必ずしもこれに限定されない。貴金属チップは、中心電極３６の最下部または点火端に装着される。ここに示される中心ワイヤアセンブリ１６は、単に一般的な中心ワイヤ部品の組合せの例を示したものであり、他の組合せも多数存在する。
【００１３】
接地電極２０は、シェル１２の軸方向下端に機械的および電気的に接続され、概ねＬ字型の構成で曲げられている。中心電極および接地電極３６、２０の対向する表面にはそれぞれ、貴金属チップ１８および貴金属パッド２２があり、これらが点火ギャップ２４を形成する。ある好ましい実施例に従うと、点火ギャップ２４の寸法（Ａ）は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。貴金属部品は、従来の電極材料よりも、電気的腐食、酸化および化学的浸食に対する耐性が高い火花または放電面を提供することにより、点火プラグの動作寿命を延ばす。点火プラグ１０についての上記説明は、例示を目的としたものであり、ここに開示されている装着方法は、任意の数の異なる点火プラグ実施例のうち１つに対して利用できるが、上記特定の実施例に限定されるものではない。
【００１４】
具体的に図２、図４および図５を参照して、接地電極２０は、高電圧点火パルスを電気的に運ぶとともに、点火ギャップ２４近くの火花面から熱を運び熱を逃がす。接地電極は概ねＬ字型の構成で曲げられ、好ましくは、シェル１２の下面に接続された装着端４０と、自由端４２と、貴金属パッド２２を受ける側面４４と、銅またはそれ以外の熱伝導性コア４６と、インコネル６００／６０１などのニッケルベースの材料とすることができるクラッド材料４８とを含む。図面からわかるように、銅のコア４６は、装着端４０と自由端４２との間の接地電極の長さ全体にわたって延びているのではなく、好ましくは、パッド２２の近傍において、パッドの下またはパッドの少し手前の位置で終端をなす。これに代えて、接地電極を、銅またはそれ以外の種類のコアなしで、単に電極材料から作られたものであってもよい。接地電極２２は、円形、正方形、矩形またはそれ以外の断面を有してもよく、示されているような直線状で四角形の自由端４２、または先細りになった自由端（図示せず）を含んでもよい。接地電極２０は、電極の厚み（Ｂ）０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下、電極の幅（Ｃ）２ｍｍ以上４ｍｍ以下、銅のコア４６と自由端４２との間
の距離（Ｄ）１ｍｍ以上５ｍｍ以下という、寸法に関する特徴を有することが望ましい。寸法（Ｂ）が１ｍｍ以上１．７５ｍｍ以下、寸法（Ｃ）が２．２５ｍｍ以上３．２５ｍｍ以下、寸法（Ｄ）が２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが、より好ましい。なお、ここに示した範囲のすべておよびこの明細書の他の部分で示される範囲は、上限および下限双方を含むことに注意されたい。
【００１５】
貴金属パッド２２は、接地電極の寿命を延ばすように、点火ギャップ２４の領域における接地電極の側面４４に装着される。好ましくは、貴金属パッドは、プラチナ−ニッケル（Ｐｔ−１０Ｎｉ）またはプラチナ−タングステンなどのプラチナベースの合金から作られる。プラチナ−ニッケル合金の場合、ニッケルの量は１−１５％ｗｔであることが好ましい。イリジウム、イリジウム合金、パラジウム合金等といった他の貴金属を使用してもよい。図２に示される完成した実施例では、貴金属パッド２２は概ね、接地電極の側面４４からわずかな大きさ突出しただけの平坦な円筒形のパッドである。貴金属パッド２２の上面または露出した面は、貴金属チップ１８の下面または露出した面と点火ギャップ２４を形成する、火花または放電面である。図面から明らかにわかるように、貴金属パッド２２の直径は、対向する貴金属チップ１８の直径より大きいことが好ましい。さらに、貴金属パッド２２が、接地電極２０に装着された後の状態で、直径（Ｅ）が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、側面４４からの突出距離（Ｆ）が０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、貴金属パッドの厚み（Ｋ）が０．０２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下という、寸法上の特徴を有することが望ましい。寸法（Ｅ）が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、寸法（Ｆ）が０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下、寸法（Ｋ）が０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であることが、より好ましい。
【００１６】
当業者にはわかるように、点火プラグ部品の寸法上の特徴は、それら単独でも、他の部品と組み合わされた場合でも、プラグの性能、耐久性および生産性に影響し得るだけでなく、点火プラグアセンブリが使用される応用例に影響する。少し例を挙げれば、寸法の選択の結果生じる影響である。たとえば、銅のコア４６と接地電極の自由端４２との間の距離（Ｄ）といった、熱伝導コアの長さおよび位置に関連する寸法は、点火プラグのその点火端近くでの熱伝導特性に影響し得る。点火プラグの点火端の部品の熱伝導性は、結果として、先に説明したように点火プラグの耐久性および性能に影響し得る。さらに、貴金属パッド２２の直径（Ｅ）および点火ギャップ２４の距離（Ｆ）は、点火ギャップにおいて生じる火花の強さおよび性質に影響を与えることが可能な２つの寸法の例である。したがって、これらの寸法の選択は、性能に関する問題を考慮して行なわれることが多い。ここでは述べられていない他の考慮すべきことも、存在し、点火プラグの部品の設計、より具体的には点火プラグの部品の寸法の選択に、関与する。これを考慮した実験から、いくつかの寸法の組合せが有利な結果を示すことがわかった。
【００１７】
有利な結果を生み出すこのような寸法の組合せの１つは、点火プラグの接地電極の厚み（Ｂ）が０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下、接地電極の幅（Ｃ）が２ｍｍ以上４ｍｍ以下、貴金属パッドの直径（Ｅ）が貴金属チップ１８の直径より大きく０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、貴金属パッドの厚み（Ｋ）が０．０２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。この組合せは、貴金属パッドの極近傍における、接地電極の良好な熱管理および接地電極の強化された局所的「磨耗」保護による、点火プラグの耐久性の改善をもたらす。
【００１８】
次に図３を参照して、貴金属パッド２２を接地電極の側面４４に装着するためのいくつかのステップを含む、装着方法の実施例を示すフローチャートが示される。まずステップ１００において、貴金属材料の塊が最初に、タック溶接を形成するように、第１の組の抵抗溶接パラメータに従い、接地電極２０の側面４４に抵抗溶接される。「タック溶接」は広く、貴金属の塊を適所で全体的に支えるのに十分な強度を有する半永久的なすべての溶接を含むものと定義されるが、その強度は典型的にはさらなる溶接によって増す。好まし
い実施例に従うと、直径約０．７５ｍｍのＰｔ−１０Ｎｉ材料の球面体が、第１の組の抵抗溶接パラメータに従い、側面４４に抵抗溶接される。これらのパラメータは、好ましくは１３ｋｇｆ−２３ｋｇｆの量の力を加えること、および、６００ａｍｐ−１５００ａｍｐの量の電流を２−４周期（６０Ｈｚで概ね３３−６７ｍｓの間）、印加することを含む。ステップ１００の間に形成されるタック溶接は、抵抗溶接プロセスのためにいくぶん平坦化され変形した貴金属の塊を、この装着プロセスの残りを通し、適所で保持する。もちろん、貴金属の塊が球面形状を有する必要はなく、多数の他の非球面形状を用いてもよいことが理解されるはずである。
【００１９】
次に、ステップ１０２において、タック溶接された貴金属の塊を、貴金属パッド２２が形成されるようにコイニングする。ここでも、コイニング力を含む、コイニングプロセスを成功させるために使用可能な多数の動作パラメータがあるが、これはコイニング力に限定されるわけではない。予め定められた力によって貴金属の塊をコイニングする代わりに、所望の形状および大きさのコイニングされた物体を生み出すコイニング力を選択する。過剰な力の使用は避けねばならない。なぜなら、このような力は、単純に貴金属パッド２２をコイニングする代わりに、寸法（Ｂ）および（Ｃ）を含め接地電極２０の寸法を変形し得るからである。このコイニング動作の結果、全体的に平坦な貴金属パッド２２となり、貴金属パッドの表面は全体的に滑らかで傷がない。先に述べたように、コイニングされた貴金属パッドは、接地電極の側面４４から、距離（Ｆ）だけ突出するはずである。
【００２０】
このコイニング動作に続き、好ましくは第２の抵抗溶接ステップ１０４が、貴金属パッド２２と接地電極の側面４４との結合をさらに強化するために行なわれる。この第２の抵抗溶接ステップは、第２の組の動作パラメータに従って行なわれ、これは、好ましくは、１８ｋｇｆ−２８ｋｇｆの量の力を加えること、および、８００ａｐｍ−１６５０ａｍｐの量の電流を２−５周期（６０Ｈｚで概ね３３−８３ｍｓの間）印加することとを含む。どのような特定の動作パラメータが使用されても、第２の組の抵抗溶接パラメータが、第１の組の抵抗溶接パラメータより大きな力および／または電流の量を含むことにより、貴金属パッド２２と接地電極２０との間に永久的な溶接を形成することが望ましい。ステップ１００−１０４を実行することにより、貴金属パッド２２の直下にある電極材料の密度が増すが、電極材料がパッドの周辺において目に見えるように突出することはないはずである。第２の組の抵抗溶接パラメータに従って貴金属パッド２２が側面４４に抵抗溶接されると、手動または自動検査が行なわれ、過剰な溶接フラッシュ、貴金属パッドの位置決めの偏心、パッド面に角度がつくこと、接地電極のバリなどが、生じないようにする。
【００２１】
次に、レーザ溶接ステップ１０６は、１つ以上のレーザを用い、貴金属パッド２２の周囲を囲む溶接ビード６０を作ることにより、パッドと接地電極との間の結合をさらに強化する。特に図４および図５を参照して、接地電極の側面４４にレーザ溶接されている貴金属パッド２２が示される。溶接ビード６０は、重なり合うスポット溶接６２からなる１つのビードを含み、このビードは、貴金属パッド２２を接地電極２０に固定するだけでなく、これら２つの部品間の界面を封止することにより抵抗溶接が酸化しないように、さもなければ劣化しないようにする。好ましい実施例に従うと、シングルパルスＮｄ−ＹＡＧレーザを、１組のレーザ溶接パラメータに従って動作させる。これは、１５−４５個のスポット溶接６２が形成されるように、レーザに、０．７５Ｊ／パルス−１．５Ｊ／パルスの量のエネルギを、６０Ｈｚ−１００Ｈｚのパルス周波数で与えることを含む。実験は、これらレーザ溶接パラメータは、特に貴金属パッドがＰｔベースの合金からなり接地電極がＮｉベースの合金であるとき、貴金属パッドを接地電極に保持するとともにこれらの間の領域を封止することができる、溶接ビード６０を生み出すのに特に適することを示している。レーザ放射中、レーザビームは、好ましくは側面４４に対し概ね垂直に保たれる。電極のアンダーカットを避けようとする場合において、貴金属パッド２２の火花面が側面４４と平行でないときは、少量の角度のずれは許容可能であるが、この概ね垂直な方向付け
は保たれねばならない。上記好ましいレーザ溶接ステップでは１つのレーザが使用されるが、代わりに、溶接ビード６０を作るために複数のレーザを用いることが可能であることは注目に値する。
【００２２】
溶接ビード６０は、環状またはリング状の溶接であり、貴金属パッド２２を同心で取囲み、多数の個々のスポット溶接６２からなる。好ましい実施例において、溶接ビード６０は、貴金属パッドを円周方向において取囲む完全な円を形成するが、溶接ビード６０が、貴金属パッド２２の周囲の周りで角度で分離された重なり合わない多数の溶接スポット６２を含むことも可能である。各溶接スポット６２は、側面４４およびパッド２２を上から見たときに（図４）概ね円形状の溶接プールを有し、軸方向の大きさでは概ね先細りの形状を有する（図５）。この先細りの形状により、スポット溶接６２の上部分６６の幅は、このスポット溶接の下部分６８の幅よりも大きいため、スポット溶接にアンダーカットはない。言い換えると、スポット溶接６２は、上部分６６から下部分６８に向かい着実に幅が狭くなる。また、図５から明らかにわかるように、スポット溶接６２は、貴金属パッド２２の深さ（Ｋ）を上回る深さ（Ｇ）だけ、接地電極２０の中に延びる。これは、密な溶接の形成を促進し、貴金属パッドが意図に反してずれないようにする。好ましい実施例に従うと、溶接ビード６０は次の寸法を含む。溶接スポット直径（Ｈ）が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接ビード内径（Ｉ）が貴金属パッド直径（Ｅ）より小さく０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、溶接ビード外径（Ｊ）が貴金属パッド直径（Ｅ）より大きく１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、溶接ビード深さ（Ｇ）が貴金属パッドの厚み（Ｋ）より大きく０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。寸法（Ｈ）が約０．５ｍｍ、寸法（Ｉ）が０．６５ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下、寸法（Ｊ）が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが、より好ましい。内径（Ｉ）には特別に注意しなければならない。なぜなら、これがもし小さすぎると、貴金属火花面の面積は、十分でむらのない火花を確実に生じさせるには不十分だからである。
【００２３】
先に説明したように、特定の、実験でテストした、いくつかの寸法の組合せを用いることは、点火プラグの性能、耐久性および生産性に影響し得る。たとえば、溶接ビードの内径および外径（Ｉ）、（Ｊ）、溶接スポットの直径（Ｈ）、溶接ビード深さ（Ｇ）ならびに貴金属パッドの厚み（Ｋ）に関する寸法の異なる組合せは、貴金属パッド２２を接地電極２０に装着する結合の強度および耐久性に影響し得るものであり、したがって点火プラグ１０の総寿命に影響し得る。有利な結果をもたらした、寸法の１つの組合せは、貴金属パッドの直径（Ｅ）が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下で、溶接ビードの内径（Ｉ）が０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、外径（Ｊ）が１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の、点火プラグに向けられている。もう１つの、実験でテストした寸法の組合せは、溶接スポットを有する溶接ビードで貴金属パッドを接地電極に装着した点火プラグを含み、各溶接スポットの直径（Ｈ）が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接ビードの深さ（Ｇ）が０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。これらの寸法の組合せは、点火プラグの耐久性、より具体的には貴金属チップと接地電極との間の結合の強度および頑丈さを改善し、特にＰｔベースの合金から作られた貴金属パッドの装着に適している。
【００２４】
本実施の形態の点火プラグは、内燃機関において使用される点火プラグであって、軸方向のボアを有するシェルと、中心ボアを有し前記シェルの軸方向のボアの中で少なくとも部分的に位置する絶縁体と、前記絶縁体の中心ボアを通して延在する中心ワイヤアセンブリとを備え、前記中心ワイヤアセンブリは中心電極を含み、前記点火プラグはさらに、装着端、自由端および側面を有する接地電極を備え、前記接地電極は、前記自由端に隣接する前記側面の一部が前記中心電極の点火端に対向して位置するように、前記シェル側の前記装着端から前記自由端まで延在し、前記点火プラグはさらに、火花面、直径（Ｅ）および厚み（Ｋ）を有する貴金属パッドを備え、前記貴金属パッドは、溶接ビードを介して前記接地電極の側面の前記一部に溶接され、前記溶接ビードは、ｉ）前記溶接ビードは前記貴金属パッドを全体的に円周方向において取囲み、ii）前記溶接ビードの内径（Ｉ）は前記貴金属パッドの直径（Ｅ）より小さく、iii）前記溶接ビードの外径（Ｊ）は前記貴金属パッドの直径（Ｅ）より大きく、iv）前記溶接ビードは重なり合う複数の溶接スポットを含み、ｖ）前記溶接スポットは各々前記貴金属パッドの厚み（Ｋ）より全体的に大きい溶接ビード深さ（Ｇ）を有するという、特徴を有する。
【００２５】
また、上記の点火プラグは、前記中心電極は、前記点火端に装着された貴金属チップを有し、前記貴金属チップは、ＩｒまたはＩｒベースの合金を含み、前記貴金属パッドはＰｔまたはＰｔベースの合金を含んでいてもよい。
【００２６】
また、前記貴金属パッドは、量が１％ｗｔ以上１５％ｗｔ以下のＮｉを有するＰｔＮｉ合金を含んでいてもよい。
【００２７】
また、上記の点火プラグは、前記溶接ビードは、前記貴金属パッドを、円周方向において取囲むので、前記貴金属パッドと前記接地電極の側面との間の界面は封止されてもよい。
【００２８】
また、上記の点火プラグは、前記溶接スポットは各々、全体的に円形状であり、アンダーカットを有することのないよう、上部分から下部分にかけて先細りになってもよい。
【００２９】
また、上記の点火プラグは、前記貴金属パッドを前記側面に装着することにより、前記貴金属パッドの直下にある電極材料の密度は増すが、前記貴金属パッドの周囲において前記電極材料の目に見える表面突出は生じないものである。
【００３０】
また、上記の点火プラグは、前記貴金属パッドの直径（Ｅ）は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、前記溶接ビードの内径（Ｉ）は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、前記溶接ビードの外径（Ｊ）は１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であってもよい。
【００３１】
また、上記の点火プラグは、前記溶接スポット各々の直径（Ｈ）は０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接ビードの深さ（Ｇ）は０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下であってもよい。
【００３２】
また、上記の点火プラグは、前記溶接ビードは、１５個以上４５個以下の、前記重なり合う溶接スポットを含んでいてもよい。
【００３３】
また、上記の点火プラグは、前記接地電極はさらに、熱伝導性コアおよび金属クラッドを含み、前記コアは、前記接地電極の前記自由端から、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の距離（Ｄ）だけ、間隔が置かれていてもよい。
【００３４】
また、上記の点火プラグは、前記貴金属パッドは、前記側面から、０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の突出距離（Ｆ）だけ延在していてもよい。
【００３５】
また、前記貴金属パッドは、前記接地電極の側面に、以下のステップを含むプロセスに従い装着され、このステップとは、貴金属の塊を前記接地電極に抵抗溶接するステップと、貴金属パッドが形成されるように前記貴金属の塊をコイニングするステップと、前記貴金属パッドを前記接地電極に抵抗溶接するステップと、前記貴金属パッドを前記接地電極にレーザ溶接するステップとであってもよい。
【００３６】
本実施の形態の点火プラグは、内燃機関において使用される点火プラグであって、軸方向のボアを有するシェルと、中心ボアを有し前記シェルの軸方向のボアの中で少なくとも部分的に位置する絶縁体と、前記絶縁体の中心ボアを通して延在する中心ワイヤアセンブリと、側面、厚み（Ｂ）および幅（Ｃ）を有する接地電極と、前記接地電極の側面に装着され、直径（Ｅ）および厚み（Ｋ）を有するＰｔまたはＰｔベースの貴金属パッドとを備え、前記接地電極および前記貴金属パッドは、好ましくは、ｉ）前記接地電極の厚み（Ｂ）が０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下、ii）前記接地電極の幅（Ｃ）が２ｍｍ以上４ｍｍ以下、iii）前記貴金属パッドの直径（Ｅ）が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、（iv）前記貴金属パッドの厚み（Ｋ）が０．０２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下という特徴を有する。
【００３７】
また、本実施の形態の方法は、貴金属パッドを点火プラグの接地電極の側面に装着するための方法であって、（ａ） 接地電極に側面を与えるステップと、（ｂ） 貴金属の塊を与えるステップと、（ｃ） 前記貴金属の塊を、前記側面に、第１の組の抵抗溶接パラメータに従って抵抗溶接するステップと、（ｄ） 貴金属パッドを形成するように前記貴金属の塊をコイニングするステップと、（ｅ） 前記貴金属パッドを、前記側面に、第２の組の抵抗溶接パラメータに従って抵抗溶接するステップとを含み、前記第２の組のパラメータは、前記第１の組のパラメータよりも大きな量の力および／または電流を含み、（ｆ） 前記貴金属パッドの周囲の少なくとも一部を、前記側面に、レーザ溶接するステップとを含んでいる。
【００３８】
また、前記貴金属は、量が１％ｗｔ以上１５％ｗｔ以下のＮｉを有するＰｔＮｉ合金であってもよい。
【００３９】
また、前記ステップ（ｂ）はさらに、Ｐｔベースの貴金属の球形の塊を与えることを含んでいてもよい。
【００４０】
また、前記第１の組の抵抗溶接パラメータは、タック溶接が形成されるように、１３ｋｇｆ−２３ｋｇｆの間の力および６００ａｍｐ−１５００ａｍｐの間の電流を加えることを含んでいてもよい。
【００４１】
また、前記第２の組の抵抗溶接パラメータは、永久的な溶接が形成されるように、１８ｋｇｆ−２８ｋｇｆの間の力および８００ａｍｐ−１６５０ａｍｐの間の電流を加えることを含んでいてもよい。
【００４２】
また、前記ステップ（ｃ）における抵抗溶接により、前記貴金属の塊と前記接地電極との間にタック溶接が作られ、前記ステップ（ｅ）における抵抗溶接により、前記貴金属パッドと前記接地電極との間に永久的な溶接が作られてもよい。
【００４３】
また、前記ステップ（ｆ）はさらに、１５個−４５個のスポット溶接が形成されるように、０．７５Ｊ／パルス−１．５Ｊ／パルスを、周波数６０Ｈｚ−１００Ｈｚで与えることを含む、１組のレーザ溶接パラメータに従ってレーザ溶接することを含んでいてもよい。
【００４４】
また、前記レーザ溶接ステップ（ｆ）はさらに、前記貴金属パッドを円周方向において取囲み、外径（Ｊ）１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下で内径（Ｉ）０．５ｍｍ以上１ｍｍの、溶接ビードを形成することを含んでいてもよい。
【００４５】
また、前記レーザ溶接ステップ（ｆ）はさらに、重なり合う複数の溶接スポットを有する溶接ビードを形成することを含み、前記溶接スポットは各々、直径（Ｈ）０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接深さ（Ｇ）０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍであってもよい。
【００４６】
上記説明は、本発明自体の説明ではなく、本発明の好ましい１つ以上の代表的な実施例の説明であることが理解されるべきである。本発明は、ここに開示される特定の実施例に限定されるのではなく、請求の範囲によってのみ規定される。さらに、上記説明に含まれる表現は、特定の実施例に関連し、ある用語または表現が上記説明で明確に定義されている場合を除き、発明の範囲に対するまたは請求の範囲で使用される用語の定義に対する限定であると解釈されるべきではない。他のさまざまな実施例および開示された実施例に対するさまざまな変更および変形は、当業者には明らかになるであろう。たとえば、図３の第２の抵抗溶接を、コイニングステップとともに、１つの動作で実施することができる。また、ここで教示される装着方法を、貴金属チップ１８を、特にこれがＰｔ−またはＰｔ
合金ベースのチップの場合、中心電極の点火端に装着するのに用いることが可能である。すなわち、上記装着方法は、貴金属チップおよび／またはパッドを、中心電極または接地電極に装着するのに使用できる。このような他の実施例、変更および変形は、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【００４７】
この明細書および特許請求の範囲で使用される、「たとえば」、「例として」、「など」といった用語、「備える」、「有する」、「含む」といった動詞、およびこれら動詞の他の形は、各々、１つ以上の構成要素または他のアイテムを列挙したものとともに用いられる場合、列挙したものは他の追加の構成要素またはアイテムを除外しないことを意味する、オープンエンドと解釈されるべきである。「約」など、程度の用語は、特定された寸法または他の数値のみならず、その数値が関連する特徴または応用例に実質的な影響を与えない変化も含む。その他の用語は、異なる解釈を要求するような文脈で用いられるのでない限り、その用語の最も広い妥当な意味を用いて解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 点火プラグ、１２ シェル、１４ 絶縁体、１６ 中心ワイヤアセンブリ、１８ 貴金属チップ、２０ 接地電極、２２ 貴金属パッド。
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、一般的には内燃機関において使用される点火プラグに関し、より具体的には接地電極の側面に装着された貴金属パッドを有する点火プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
当該技術では、点火プラグ電極の寿命を、その点火端に、さまざまな種類の貴金属のチップの構造を装着することによって延ばすことが、知られている。この技術の最も初期の例のうちいくつかは、Hellerに対する１９４２年９月１５日に発行された米国特許第２，２９６，０３３号およびPowell他に対する１９３８年に公開された英国特許明細書第４７９，５４０号に見られる。これら引用文献に開示された貴金属チップは、プラチナ、プラチナ−ロジウム、プラチナ−イリジウムおよびプラチナ−ルテニウムなどのプラチナ合金、イリジウム、イリジウム−ロジウムなどのイリジウム合金、ルテニウム、オスミウムおよびこれらの合金を含む、耐食性材料からなる。
【０００３】
さらに、貴金属チップを装着するためのさまざまな方法、技術および動作パラメータも、開発されて長年にわたり利用されている。使用される特定の材料またはチップ構造は、どの装着技術または方法が最も有効かに影響し得る。これらの方法のいくつかの例は、以下の、Chiu他に対して発行された米国特許第５，５５８，５７５号、Eves他に対して発行された米国特許第５，１７９，３１３号およびMatsutaniに対して発行された米国特許第
６，３０４，０２２号に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２，２９６，０３３号
【特許文献２】英国特許明細書第４７９，５４０号
【特許文献３】米国特許第５，５５８，５７５号
【特許文献４】米国特許第５，１７９，３１３号
【特許文献５】米国特許第６，３０４，０２２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の１つの局面に従い、点火プラグが提供され、この点火プラグは、シェルと、絶縁体と、中心電極を有する中心ワイヤアセンブリと、側面を有する接地電極と、火花面、直径および厚みを有する貴金属パッドとを含む。貴金属パッドは、溶接ビードを用いて、接地電極の側面に装着される。この溶接ビードは、貴金属パッドを円周方向において取囲むとともに、重なり合う溶接スポットの内径（Ｉ）、外径（Ｊ）および深さ（Ｇ）に全体的に関連する特徴を含む。
【０００６】
本発明の別の局面に従い、点火プラグが提供され、この点火プラグは、接地電極と、プラチナベースの貴金属パッドとを含み、接地電極の厚み（Ｂ）および幅（Ｃ）と、貴金属パッドの直径（Ｅ）および厚み（Ｋ）とに全体的に関連する特徴を含む。
【０００７】
本発明のさらに他の局面に従い、貴金属パッドを接地電極の側面に装着する方法が提供される。この方法は、第１および第２の抵抗溶接ステップと、コイニングステップと、レーザ溶接ステップとを含む。
【０００８】
本発明の目的、特徴および利点は、特に、接地電極用の貴金属パッド、および、点火プラグ電極の耐久性を高める寸法上の特徴の組合せを有する、改良された点火プラグを提供することを含むが、これに限定されるわけではない。
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付の図面との関連で説明する。図中、同じ
参照符号は同じ構成要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】接地電極に装着された貴金属パッドを有する点火プラグの部分切断図を示す。
【図２】図１の点火プラグの軸方向下端の拡大図を示す。
【図３】装着方法の実施例の動作ステップを示すフローチャートである。
【図４】図３に示される装着方法に従い接地電極に装着された貴金属パッドの正面図を示す。
【図５】図４の貴金属パッドおよび接地電極の切断図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
好ましい実施例の詳細な説明
図１を参照して、浸食および／または腐食の効果を最小限にすることによって点火プラグの動作寿命をさらに延ばすために、貴金属部品を中心電極および接地電極双方に用いる、点火プラグの実施例が示される。この特定の実施例に従うと、点火プラグ１０は一般的に、シェル１２と、絶縁体１４と、中心ワイヤアセンブリ１６と、貴金属チップ１８と、接地電極２０と、貴金属パッド２２とを含む。
【００１２】
当該技術では一般に知られているように、シェル１２は、好ましくは、その軸を中心として概ね対称となるようにその軸方向の長さに沿って延びる中空のボアを有する金属部品である。そのボアの中には、絶縁体の直径に沿って拡大する部分を支持するように大きさが定められた一連の円周方向のショルダがある。絶縁体１４は、細長い中心ボアを備えた概ね円筒形の部品であるが、絶縁体は、その名の通り、一般に非導電性の材料から作られる。絶縁体１４の軸方向下側の端部は、好ましくはシェル１２の最下部からこの最下部を超えて延びるノーズ部分を形成する。絶縁体の軸方向のボアは、高電圧点火パルスを点火リード線から点火ギャップに伝える、伝導性絶縁コアとも呼ばれる中心ワイヤアセンブリ１６を受け入れるように設計される。好ましくは、中心ワイヤアセンブリ１６は、点火プラグの軸方向の全長にわたって延び、一般に、点火リード線と結合するための端子電極３０と、１つ以上の伝導性および／または抑制シール３２と、無線周波干渉（ＲＦＩ）などの電磁放射を減じるための抵抗素子３４と、貴金属チップ１８を支えるための中心電極３６とを含む。貴金属チップ１８は、好ましくはＩｒＲｈなどのイリジウムベースの合金から作られるが、必ずしもこれに限定されない。貴金属チップは、中心電極３６の最下部または点火端に装着される。ここに示される中心ワイヤアセンブリ１６は、単に一般的な中心ワイヤ部品の組合せの例を示したものであり、他の組合せも多数存在する。
【００１３】
接地電極２０は、シェル１２の軸方向下端に機械的および電気的に接続され、概ねＬ字型の構成で曲げられている。中心電極および接地電極３６、２０の対向する表面にはそれぞれ、貴金属チップ１８および貴金属パッド２２があり、これらが点火ギャップ２４を形成する。ある好ましい実施例に従うと、点火ギャップ２４の寸法（Ａ）は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。貴金属部品は、従来の電極材料よりも、電気的腐食、酸化および化学的浸食に対する耐性が高い火花または放電面を提供することにより、点火プラグの動作寿命を延ばす。点火プラグ１０についての上記説明は、例示を目的としたものであり、ここに開示されている装着方法は、任意の数の異なる点火プラグ実施例のうち１つに対して利用できるが、上記特定の実施例に限定されるものではない。
【００１４】
具体的に図２、図４および図５を参照して、接地電極２０は、高電圧点火パルスを電気的に運ぶとともに、点火ギャップ２４近くの火花面から熱を運び熱を逃がす。接地電極は概ねＬ字型の構成で曲げられ、好ましくは、シェル１２の下面に接続された装着端４０と、自由端４２と、貴金属パッド２２を受ける側面４４と、銅またはそれ以外の熱伝導性コア４６と、インコネル６００／６０１などのニッケルベースの材料とすることができるクラッド材料４８とを含む。図面からわかるように、銅のコア４６は、装着端４０と自由端４２との間の接地電極の長さ全体にわたって延びているのではなく、好ましくは、パッド２２の近傍において、パッドの下またはパッドの少し手前の位置で終端をなす。これに代えて、接地電極を、銅またはそれ以外の種類のコアなしで、単に電極材料から作られたものであってもよい。接地電極２２は、円形、正方形、矩形またはそれ以外の断面を有してもよく、示されているような直線状で四角形の自由端４２、または先細りになった自由端（図示せず）を含んでもよい。接地電極２０は、電極の厚み（Ｂ）０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下、電極の幅（Ｃ）２ｍｍ以上４ｍｍ以下、銅のコア４６と自由端４２との間
の距離（Ｄ）１ｍｍ以上５ｍｍ以下という、寸法に関する特徴を有することが望ましい。寸法（Ｂ）が１ｍｍ以上１．７５ｍｍ以下、寸法（Ｃ）が２．２５ｍｍ以上３．２５ｍｍ以下、寸法（Ｄ）が２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが、より好ましい。なお、ここに示した範囲のすべておよびこの明細書の他の部分で示される範囲は、上限および下限双方を含むことに注意されたい。
【００１５】
貴金属パッド２２は、接地電極の寿命を延ばすように、点火ギャップ２４の領域における接地電極の側面４４に装着される。好ましくは、貴金属パッドは、プラチナ−ニッケル（Ｐｔ−１０Ｎｉ）またはプラチナ−タングステンなどのプラチナベースの合金から作られる。プラチナ−ニッケル合金の場合、ニッケルの量は１−１５％ｗｔであることが好ましい。イリジウム、イリジウム合金、パラジウム合金等といった他の貴金属を使用してもよい。図２に示される完成した実施例では、貴金属パッド２２は概ね、接地電極の側面４４からわずかな大きさ突出しただけの平坦な円筒形のパッドである。貴金属パッド２２の上面または露出した面は、貴金属チップ１８の下面または露出した面と点火ギャップ２４を形成する、火花または放電面である。図面から明らかにわかるように、貴金属パッド２２の直径は、対向する貴金属チップ１８の直径より大きいことが好ましい。さらに、貴金属パッド２２が、接地電極２０に装着された後の状態で、直径（Ｅ）が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、側面４４からの突出距離（Ｆ）が０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、貴金属パッドの厚み（Ｋ）が０．０２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下という、寸法上の特徴を有することが望ましい。寸法（Ｅ）が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、寸法（Ｆ）が０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下、寸法（Ｋ）が０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であることが、より好ましい。
【００１６】
当業者にはわかるように、点火プラグ部品の寸法上の特徴は、それら単独でも、他の部品と組み合わされた場合でも、プラグの性能、耐久性および生産性に影響し得るだけでなく、点火プラグアセンブリが使用される応用例に影響する。少し例を挙げれば、寸法の選択の結果生じる影響である。たとえば、銅のコア４６と接地電極の自由端４２との間の距離（Ｄ）といった、熱伝導コアの長さおよび位置に関連する寸法は、点火プラグのその点火端近くでの熱伝導特性に影響し得る。点火プラグの点火端の部品の熱伝導性は、結果として、先に説明したように点火プラグの耐久性および性能に影響し得る。さらに、貴金属パッド２２の直径（Ｅ）および点火ギャップ２４の距離（Ｆ）は、点火ギャップにおいて生じる火花の強さおよび性質に影響を与えることが可能な２つの寸法の例である。したがって、これらの寸法の選択は、性能に関する問題を考慮して行なわれることが多い。ここでは述べられていない他の考慮すべきことも、存在し、点火プラグの部品の設計、より具体的には点火プラグの部品の寸法の選択に、関与する。これを考慮した実験から、いくつかの寸法の組合せが有利な結果を示すことがわかった。
【００１７】
有利な結果を生み出すこのような寸法の組合せの１つは、点火プラグの接地電極の厚み（Ｂ）が０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下、接地電極の幅（Ｃ）が２ｍｍ以上４ｍｍ以下、貴金属パッドの直径（Ｅ）が貴金属チップ１８の直径より大きく０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、貴金属パッドの厚み（Ｋ）が０．０２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。この組合せは、貴金属パッドの極近傍における、接地電極の良好な熱管理および接地電極の強化された局所的「磨耗」保護による、点火プラグの耐久性の改善をもたらす。
【００１８】
次に図３を参照して、貴金属パッド２２を接地電極の側面４４に装着するためのいくつかのステップを含む、装着方法の実施例を示すフローチャートが示される。まずステップ１００において、貴金属材料の塊が最初に、タック溶接を形成するように、第１の組の抵抗溶接パラメータに従い、接地電極２０の側面４４に抵抗溶接される。「タック溶接」は広く、貴金属の塊を適所で全体的に支えるのに十分な強度を有する半永久的なすべての溶接を含むものと定義されるが、その強度は典型的にはさらなる溶接によって増す。好まし
い実施例に従うと、直径約０．７５ｍｍのＰｔ−１０Ｎｉ材料の球面体が、第１の組の抵抗溶接パラメータに従い、側面４４に抵抗溶接される。これらのパラメータは、好ましくは１３ｋｇｆ−２３ｋｇｆの量の力を加えること、および、６００ａｍｐ−１５００ａｍｐの量の電流を２−４周期（６０Ｈｚで概ね３３−６７ｍｓの間）、印加することを含む。ステップ１００の間に形成されるタック溶接は、抵抗溶接プロセスのためにいくぶん平坦化され変形した貴金属の塊を、この装着プロセスの残りを通し、適所で保持する。もちろん、貴金属の塊が球面形状を有する必要はなく、多数の他の非球面形状を用いてもよいことが理解されるはずである。
【００１９】
次に、ステップ１０２において、タック溶接された貴金属の塊を、貴金属パッド２２が形成されるようにコイニングする。ここでも、コイニング力を含む、コイニングプロセスを成功させるために使用可能な多数の動作パラメータがあるが、これはコイニング力に限定されるわけではない。予め定められた力によって貴金属の塊をコイニングする代わりに、所望の形状および大きさのコイニングされた物体を生み出すコイニング力を選択する。過剰な力の使用は避けねばならない。なぜなら、このような力は、単純に貴金属パッド２２をコイニングする代わりに、寸法（Ｂ）および（Ｃ）を含め接地電極２０の寸法を変形し得るからである。このコイニング動作の結果、全体的に平坦な貴金属パッド２２となり、貴金属パッドの表面は全体的に滑らかで傷がない。先に述べたように、コイニングされた貴金属パッドは、接地電極の側面４４から、距離（Ｆ）だけ突出するはずである。
【００２０】
このコイニング動作に続き、好ましくは第２の抵抗溶接ステップ１０４が、貴金属パッド２２と接地電極の側面４４との結合をさらに強化するために行なわれる。この第２の抵抗溶接ステップは、第２の組の動作パラメータに従って行なわれ、これは、好ましくは、１８ｋｇｆ−２８ｋｇｆの量の力を加えること、および、８００ａｐｍ−１６５０ａｍｐの量の電流を２−５周期（６０Ｈｚで概ね３３−８３ｍｓの間）印加することとを含む。どのような特定の動作パラメータが使用されても、第２の組の抵抗溶接パラメータが、第１の組の抵抗溶接パラメータより大きな力および／または電流の量を含むことにより、貴金属パッド２２と接地電極２０との間に永久的な溶接を形成することが望ましい。ステップ１００−１０４を実行することにより、貴金属パッド２２の直下にある電極材料の密度が増すが、電極材料がパッドの周辺において目に見えるように突出することはないはずである。第２の組の抵抗溶接パラメータに従って貴金属パッド２２が側面４４に抵抗溶接されると、手動または自動検査が行なわれ、過剰な溶接フラッシュ、貴金属パッドの位置決めの偏心、パッド面に角度がつくこと、接地電極のバリなどが、生じないようにする。
【００２１】
次に、レーザ溶接ステップ１０６は、１つ以上のレーザを用い、貴金属パッド２２の周囲を囲む溶接ビード６０を作ることにより、パッドと接地電極との間の結合をさらに強化する。特に図４および図５を参照して、接地電極の側面４４にレーザ溶接されている貴金属パッド２２が示される。溶接ビード６０は、重なり合うスポット溶接６２からなる１つのビードを含み、このビードは、貴金属パッド２２を接地電極２０に固定するだけでなく、これら２つの部品間の界面を封止することにより抵抗溶接が酸化しないように、さもなければ劣化しないようにする。好ましい実施例に従うと、シングルパルスＮｄ−ＹＡＧレーザを、１組のレーザ溶接パラメータに従って動作させる。これは、１５−４５個のスポット溶接６２が形成されるように、レーザに、０．７５Ｊ／パルス−１．５Ｊ／パルスの量のエネルギを、６０Ｈｚ−１００Ｈｚのパルス周波数で与えることを含む。実験は、これらレーザ溶接パラメータは、特に貴金属パッドがＰｔベースの合金からなり接地電極がＮｉベースの合金であるとき、貴金属パッドを接地電極に保持するとともにこれらの間の領域を封止することができる、溶接ビード６０を生み出すのに特に適することを示している。レーザ放射中、レーザビームは、好ましくは側面４４に対し概ね垂直に保たれる。電極のアンダーカットを避けようとする場合において、貴金属パッド２２の火花面が側面４４と平行でないときは、少量の角度のずれは許容可能であるが、この概ね垂直な方向付け
は保たれねばならない。上記好ましいレーザ溶接ステップでは１つのレーザが使用されるが、代わりに、溶接ビード６０を作るために複数のレーザを用いることが可能であることは注目に値する。
【００２２】
溶接ビード６０は、環状またはリング状の溶接であり、貴金属パッド２２を同心で取囲み、多数の個々のスポット溶接６２からなる。好ましい実施例において、溶接ビード６０は、貴金属パッドを円周方向において取囲む完全な円を形成するが、溶接ビード６０が、貴金属パッド２２の周囲の周りで角度で分離された重なり合わない多数の溶接スポット６２を含むことも可能である。各溶接スポット６２は、側面４４およびパッド２２を上から見たときに（図４）概ね円形状の溶接プールを有し、軸方向の大きさでは概ね先細りの形状を有する（図５）。この先細りの形状により、スポット溶接６２の上部分６６の幅は、このスポット溶接の下部分６８の幅よりも大きいため、スポット溶接にアンダーカットはない。言い換えると、スポット溶接６２は、上部分６６から下部分６８に向かい着実に幅が狭くなる。また、図５から明らかにわかるように、スポット溶接６２は、貴金属パッド２２の深さ（Ｋ）を上回る深さ（Ｇ）だけ、接地電極２０の中に延びる。これは、密な溶接の形成を促進し、貴金属パッドが意図に反してずれないようにする。好ましい実施例に従うと、溶接ビード６０は次の寸法を含む。溶接スポット直径（Ｈ）が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接ビード内径（Ｉ）が貴金属パッド直径（Ｅ）より小さく０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、溶接ビード外径（Ｊ）が貴金属パッド直径（Ｅ）より大きく１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、溶接ビード深さ（Ｇ）が貴金属パッドの厚み（Ｋ）より大きく０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。寸法（Ｈ）が約０．５ｍｍ、寸法（Ｉ）が０．６５ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下、寸法（Ｊ）が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが、より好ましい。内径（Ｉ）には特別に注意しなければならない。なぜなら、これがもし小さすぎると、貴金属火花面の面積は、十分でむらのない火花を確実に生じさせるには不十分だからである。
【００２３】
先に説明したように、特定の、実験でテストした、いくつかの寸法の組合せを用いることは、点火プラグの性能、耐久性および生産性に影響し得る。たとえば、溶接ビードの内径および外径（Ｉ）、（Ｊ）、溶接スポットの直径（Ｈ）、溶接ビード深さ（Ｇ）ならびに貴金属パッドの厚み（Ｋ）に関する寸法の異なる組合せは、貴金属パッド２２を接地電極２０に装着する結合の強度および耐久性に影響し得るものであり、したがって点火プラグ１０の総寿命に影響し得る。有利な結果をもたらした、寸法の１つの組合せは、貴金属パッドの直径（Ｅ）が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下で、溶接ビードの内径（Ｉ）が０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、外径（Ｊ）が１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の、点火プラグに向けられている。もう１つの、実験でテストした寸法の組合せは、溶接スポットを有する溶接ビードで貴金属パッドを接地電極に装着した点火プラグを含み、各溶接スポットの直径（Ｈ）が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接ビードの深さ（Ｇ）が０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。これらの寸法の組合せは、点火プラグの耐久性、より具体的には貴金属チップと接地電極との間の結合の強度および頑丈さを改善し、特にＰｔベースの合金から作られた貴金属パッドの装着に適している。
【００２４】
本実施の形態の点火プラグは、内燃機関において使用される点火プラグであって、軸方向のボアを有するシェルと、中心ボアを有し前記シェルの軸方向のボアの中で少なくとも部分的に位置する絶縁体と、前記絶縁体の中心ボアを通して延在する中心ワイヤアセンブリとを備え、前記中心ワイヤアセンブリは中心電極を含み、前記点火プラグはさらに、装着端、自由端および側面を有する接地電極を備え、前記接地電極は、前記自由端に隣接する前記側面の一部が前記中心電極の点火端に対向して位置するように、前記シェル側の前記装着端から前記自由端まで延在し、前記点火プラグはさらに、火花面、直径（Ｅ）および厚み（Ｋ）を有する貴金属パッドを備え、前記貴金属パッドは、溶接ビードを介して前記接地電極の側面の前記一部に溶接され、前記溶接ビードは、ｉ）前記溶接ビードは前記貴金属パッドを全体的に円周方向において取囲み、ii）前記溶接ビードの内径（Ｉ）は前記貴金属パッドの直径（Ｅ）より小さく、iii）前記溶接ビードの外径（Ｊ）は前記貴金属パッドの直径（Ｅ）より大きく、iv）前記溶接ビードは重なり合う複数の溶接スポットを含み、ｖ）前記溶接スポットは各々前記貴金属パッドの厚み（Ｋ）より全体的に大きい溶接ビード深さ（Ｇ）を有するという、特徴を有する。
【００２５】
また、上記の点火プラグは、前記中心電極は、前記点火端に装着された貴金属チップを有し、前記貴金属チップは、ＩｒまたはＩｒベースの合金を含み、前記貴金属パッドはＰｔまたはＰｔベースの合金を含んでいてもよい。
【００２６】
また、前記貴金属パッドは、量が１％ｗｔ以上１５％ｗｔ以下のＮｉを有するＰｔＮｉ合金を含んでいてもよい。
【００２７】
また、上記の点火プラグは、前記溶接ビードは、前記貴金属パッドを、円周方向において取囲むので、前記貴金属パッドと前記接地電極の側面との間の界面は封止されてもよい。
【００２８】
また、上記の点火プラグは、前記溶接スポットは各々、全体的に円形状であり、アンダーカットを有することのないよう、上部分から下部分にかけて先細りになってもよい。
【００２９】
また、上記の点火プラグは、前記貴金属パッドを前記側面に装着することにより、前記貴金属パッドの直下にある電極材料の密度は増すが、前記貴金属パッドの周囲において前記電極材料の目に見える表面突出は生じないものである。
【００３０】
また、上記の点火プラグは、前記貴金属パッドの直径（Ｅ）は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、前記溶接ビードの内径（Ｉ）は０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、前記溶接ビードの外径（Ｊ）は１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であってもよい。
【００３１】
また、上記の点火プラグは、前記溶接スポット各々の直径（Ｈ）は０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接ビードの深さ（Ｇ）は０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下であってもよい。
【００３２】
また、上記の点火プラグは、前記溶接ビードは、１５個以上４５個以下の、前記重なり合う溶接スポットを含んでいてもよい。
【００３３】
また、上記の点火プラグは、前記接地電極はさらに、熱伝導性コアおよび金属クラッドを含み、前記コアは、前記接地電極の前記自由端から、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の距離（Ｄ）だけ、間隔が置かれていてもよい。
【００３４】
また、上記の点火プラグは、前記貴金属パッドは、前記側面から、０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の突出距離（Ｆ）だけ延在していてもよい。
【００３５】
また、前記貴金属パッドは、前記接地電極の側面に、以下のステップを含むプロセスに従い装着され、このステップとは、貴金属の塊を前記接地電極に抵抗溶接するステップと、貴金属パッドが形成されるように前記貴金属の塊をコイニングするステップと、前記貴金属パッドを前記接地電極に抵抗溶接するステップと、前記貴金属パッドを前記接地電極にレーザ溶接するステップとであってもよい。
【００３６】
本実施の形態の点火プラグは、内燃機関において使用される点火プラグであって、軸方向のボアを有するシェルと、中心ボアを有し前記シェルの軸方向のボアの中で少なくとも部分的に位置する絶縁体と、前記絶縁体の中心ボアを通して延在する中心ワイヤアセンブリと、側面、厚み（Ｂ）および幅（Ｃ）を有する接地電極と、前記接地電極の側面に装着され、直径（Ｅ）および厚み（Ｋ）を有するＰｔまたはＰｔベースの貴金属パッドとを備え、前記接地電極および前記貴金属パッドは、好ましくは、ｉ）前記接地電極の厚み（Ｂ）が０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下、ii）前記接地電極の幅（Ｃ）が２ｍｍ以上４ｍｍ以下、iii）前記貴金属パッドの直径（Ｅ）が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、（iv）前記貴金属パッドの厚み（Ｋ）が０．０２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下という特徴を有する。
【００３７】
また、本実施の形態の方法は、貴金属パッドを点火プラグの接地電極の側面に装着するための方法であって、（ａ） 接地電極に側面を与えるステップと、（ｂ） 貴金属の塊を与えるステップと、（ｃ） 前記貴金属の塊を、前記側面に、第１の組の抵抗溶接パラメータに従って抵抗溶接するステップと、（ｄ） 貴金属パッドを形成するように前記貴金属の塊をコイニングするステップと、（ｅ） 前記貴金属パッドを、前記側面に、第２の組の抵抗溶接パラメータに従って抵抗溶接するステップとを含み、前記第２の組のパラメータは、前記第１の組のパラメータよりも大きな量の力および／または電流を含み、（ｆ） 前記貴金属パッドの周囲の少なくとも一部を、前記側面に、レーザ溶接するステップとを含んでいる。
【００３８】
また、前記貴金属は、量が１％ｗｔ以上１５％ｗｔ以下のＮｉを有するＰｔＮｉ合金であってもよい。
【００３９】
また、前記ステップ（ｂ）はさらに、Ｐｔベースの貴金属の球形の塊を与えることを含んでいてもよい。
【００４０】
また、前記第１の組の抵抗溶接パラメータは、タック溶接が形成されるように、１３ｋｇｆ−２３ｋｇｆの間の力および６００ａｍｐ−１５００ａｍｐの間の電流を加えることを含んでいてもよい。
【００４１】
また、前記第２の組の抵抗溶接パラメータは、永久的な溶接が形成されるように、１８ｋｇｆ−２８ｋｇｆの間の力および８００ａｍｐ−１６５０ａｍｐの間の電流を加えることを含んでいてもよい。
【００４２】
また、前記ステップ（ｃ）における抵抗溶接により、前記貴金属の塊と前記接地電極との間にタック溶接が作られ、前記ステップ（ｅ）における抵抗溶接により、前記貴金属パッドと前記接地電極との間に永久的な溶接が作られてもよい。
【００４３】
また、前記ステップ（ｆ）はさらに、１５個−４５個のスポット溶接が形成されるように、０．７５Ｊ／パルス−１．５Ｊ／パルスを、周波数６０Ｈｚ−１００Ｈｚで与えることを含む、１組のレーザ溶接パラメータに従ってレーザ溶接することを含んでいてもよい。
【００４４】
また、前記レーザ溶接ステップ（ｆ）はさらに、前記貴金属パッドを円周方向において取囲み、外径（Ｊ）１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下で内径（Ｉ）０．５ｍｍ以上１ｍｍの、溶接ビードを形成することを含んでいてもよい。
【００４５】
また、前記レーザ溶接ステップ（ｆ）はさらに、重なり合う複数の溶接スポットを有する溶接ビードを形成することを含み、前記溶接スポットは各々、直径（Ｈ）０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接深さ（Ｇ）０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍであってもよい。
【００４６】
上記説明は、本発明自体の説明ではなく、本発明の好ましい１つ以上の代表的な実施例の説明であることが理解されるべきである。本発明は、ここに開示される特定の実施例に限定されるのではなく、請求の範囲によってのみ規定される。さらに、上記説明に含まれる表現は、特定の実施例に関連し、ある用語または表現が上記説明で明確に定義されている場合を除き、発明の範囲に対するまたは請求の範囲で使用される用語の定義に対する限定であると解釈されるべきではない。他のさまざまな実施例および開示された実施例に対するさまざまな変更および変形は、当業者には明らかになるであろう。たとえば、図３の第２の抵抗溶接を、コイニングステップとともに、１つの動作で実施することができる。また、ここで教示される装着方法を、貴金属チップ１８を、特にこれがＰｔ−またはＰｔ
合金ベースのチップの場合、中心電極の点火端に装着するのに用いることが可能である。すなわち、上記装着方法は、貴金属チップおよび／またはパッドを、中心電極または接地電極に装着するのに使用できる。このような他の実施例、変更および変形は、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【００４７】
この明細書および特許請求の範囲で使用される、「たとえば」、「例として」、「など」といった用語、「備える」、「有する」、「含む」といった動詞、およびこれら動詞の他の形は、各々、１つ以上の構成要素または他のアイテムを列挙したものとともに用いられる場合、列挙したものは他の追加の構成要素またはアイテムを除外しないことを意味する、オープンエンドと解釈されるべきである。「約」など、程度の用語は、特定された寸法または他の数値のみならず、その数値が関連する特徴または応用例に実質的な影響を与えない変化も含む。その他の用語は、異なる解釈を要求するような文脈で用いられるのでない限り、その用語の最も広い妥当な意味を用いて解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 点火プラグ、１２ シェル、１４ 絶縁体、１６ 中心ワイヤアセンブリ、１８ 貴金属チップ、２０ 接地電極、２２ 貴金属パッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関において使用される点火プラグであって、
軸方向のボアを有するシェルと、
中心ボアを有し前記シェルの軸方向のボアの中で少なくとも部分的に位置する絶縁体と、
前記絶縁体の中心ボアを通して延在する中心ワイヤアセンブリと、
側面、厚み（Ｂ）および幅（Ｃ）を有する接地電極と、
前記接地電極の側面に装着され、直径（Ｅ）および厚み（Ｋ）を有するＰｔまたはＰｔベースの貴金属パッドとを備え、前記接地電極および前記貴金属パッドは、好ましくは、ｉ）前記接地電極の厚み（Ｂ）が０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下、ii）前記接地電極の幅（Ｃ）が２ｍｍ以上４ｍｍ以下、iii）前記貴金属パッドの直径（Ｅ）が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、（iv）前記貴金属パッドの厚み（Ｋ）が０．０２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下という特徴を有する、点火プラグ。
【請求項２】
貴金属パッドを点火プラグの接地電極の側面に装着するための方法であって、
（ａ） 接地電極に側面を与えるステップと、
（ｂ） 貴金属の塊を与えるステップと、
（ｃ） 前記貴金属の塊を、前記側面に、第１の組の抵抗溶接パラメータに従って抵抗溶接するステップと、
（ｄ） 貴金属パッドを形成するように前記貴金属の塊をコイニングするステップと、
（ｅ） 前記貴金属パッドを、前記側面に、第２の組の抵抗溶接パラメータに従って抵抗溶接するステップとを含み、前記第２の組のパラメータは、前記第１の組のパラメータよりも大きな量の力および／または電流を含み、
（ｆ） 前記貴金属パッドの周囲の少なくとも一部を、前記側面に、レーザ溶接するステップとを含む、貴金属パッドを点火プラグの接地電極の側面に装着するための方法。
【請求項３】
前記貴金属は、量が１％ｗｔ以上１５％ｗｔ以下のＮｉを有するＰｔＮｉ合金である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）はさらに、Ｐｔベースの貴金属の球形の塊を与えることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の組の抵抗溶接パラメータは、タック溶接が形成されるように、１３ｋｇｆ−２３ｋｇｆの間の力および６００ａｍｐ−１５００ａｍｐの間の電流を加えることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の組の抵抗溶接パラメータは、永久的な溶接が形成されるように、１８ｋｇｆ−２８ｋｇｆの間の力および８００ａｍｐ−１６５０ａｍｐの間の電流を加えることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｃ）における抵抗溶接により、前記貴金属の塊と前記接地電極との間にタック溶接が作られ、前記ステップ（ｅ）における抵抗溶接により、前記貴金属パッドと前記接地電極との間に永久的な溶接が作られる、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｆ）はさらに、１５個−４５個のスポット溶接が形成されるように、０．７５Ｊ／パルス−１．５Ｊ／パルスを、周波数６０Ｈｚ−１００Ｈｚで与えることを含む、１組のレーザ溶接パラメータに従ってレーザ溶接することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記レーザ溶接ステップ（ｆ）はさらに、前記貴金属パッドを円周方向において取囲み、外径（Ｊ）１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下で内径（Ｉ）０．５ｍｍ以上１ｍｍの、溶接ビードを形成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザ溶接ステップ（ｆ）はさらに、重なり合う複数の溶接スポットを有する溶接ビードを形成することを含み、前記溶接スポットは各々、直径（Ｈ）０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接深さ（Ｇ）０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍである、請求項２に記載の方法。
【請求項１】
内燃機関において使用される点火プラグであって、
軸方向のボアを有するシェルと、
中心ボアを有し前記シェルの軸方向のボアの中で少なくとも部分的に位置する絶縁体と、
前記絶縁体の中心ボアを通して延在する中心ワイヤアセンブリと、
側面、厚み（Ｂ）および幅（Ｃ）を有する接地電極と、
前記接地電極の側面に装着され、直径（Ｅ）および厚み（Ｋ）を有するＰｔまたはＰｔベースの貴金属パッドとを備え、前記接地電極および前記貴金属パッドは、好ましくは、ｉ）前記接地電極の厚み（Ｂ）が０．７５ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下、ii）前記接地電極の幅（Ｃ）が２ｍｍ以上４ｍｍ以下、iii）前記貴金属パッドの直径（Ｅ）が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下、（iv）前記貴金属パッドの厚み（Ｋ）が０．０２５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下という特徴を有する、点火プラグ。
【請求項２】
貴金属パッドを点火プラグの接地電極の側面に装着するための方法であって、
（ａ） 接地電極に側面を与えるステップと、
（ｂ） 貴金属の塊を与えるステップと、
（ｃ） 前記貴金属の塊を、前記側面に、第１の組の抵抗溶接パラメータに従って抵抗溶接するステップと、
（ｄ） 貴金属パッドを形成するように前記貴金属の塊をコイニングするステップと、
（ｅ） 前記貴金属パッドを、前記側面に、第２の組の抵抗溶接パラメータに従って抵抗溶接するステップとを含み、前記第２の組のパラメータは、前記第１の組のパラメータよりも大きな量の力および／または電流を含み、
（ｆ） 前記貴金属パッドの周囲の少なくとも一部を、前記側面に、レーザ溶接するステップとを含む、貴金属パッドを点火プラグの接地電極の側面に装着するための方法。
【請求項３】
前記貴金属は、量が１％ｗｔ以上１５％ｗｔ以下のＮｉを有するＰｔＮｉ合金である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）はさらに、Ｐｔベースの貴金属の球形の塊を与えることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の組の抵抗溶接パラメータは、タック溶接が形成されるように、１３ｋｇｆ−２３ｋｇｆの間の力および６００ａｍｐ−１５００ａｍｐの間の電流を加えることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の組の抵抗溶接パラメータは、永久的な溶接が形成されるように、１８ｋｇｆ−２８ｋｇｆの間の力および８００ａｍｐ−１６５０ａｍｐの間の電流を加えることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｃ）における抵抗溶接により、前記貴金属の塊と前記接地電極との間にタック溶接が作られ、前記ステップ（ｅ）における抵抗溶接により、前記貴金属パッドと前記接地電極との間に永久的な溶接が作られる、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｆ）はさらに、１５個−４５個のスポット溶接が形成されるように、０．７５Ｊ／パルス−１．５Ｊ／パルスを、周波数６０Ｈｚ−１００Ｈｚで与えることを含む、１組のレーザ溶接パラメータに従ってレーザ溶接することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記レーザ溶接ステップ（ｆ）はさらに、前記貴金属パッドを円周方向において取囲み、外径（Ｊ）１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下で内径（Ｉ）０．５ｍｍ以上１ｍｍの、溶接ビードを形成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザ溶接ステップ（ｆ）はさらに、重なり合う複数の溶接スポットを有する溶接ビードを形成することを含み、前記溶接スポットは各々、直径（Ｈ）０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、溶接深さ（Ｇ）０．２５ｍｍ以上０．７５ｍｍである、請求項２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１６０４５８（Ｐ２０１２−１６０４５８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４９１５９（Ｐ２０１２−４９１５９）
【出願日】平成２４年３月６日（２０１２．３．６）
【分割の表示】特願２００８−５４００４６（Ｐ２００８−５４００４６）の分割
【原出願日】平成１８年１０月２７日（２００６．１０．２７）
【出願人】（５９９０５８３７２）フェデラル−モーグル コーポレイション (234)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月６日（２０１２．３．６）
【分割の表示】特願２００８−５４００４６（Ｐ２００８−５４００４６）の分割
【原出願日】平成１８年１０月２７日（２００６．１０．２７）
【出願人】（５９９０５８３７２）フェデラル−モーグル コーポレイション (234)
【Ｆターム（参考）】
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