JP4017416B2

JP4017416B2 - スパークプラグの製造方法

Info

Publication number: JP4017416B2
Application number: JP2002048630A
Authority: JP
Inventors: 渉松谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: JP2003249325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパークプラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の点火用に使用されるスパークプラグにおいては、近年、耐火花消耗性向上のために、例えば、Ｎｉ基あるいはＦｅ基の耐熱合金で構成された中心電極の先端に、Ｉｒ等の貴金属ないしそれらを主体として構成される貴金属合金からなる電極チップを溶接して、発火部を形成したものが使用されている。例えば接地電極と対向して火花放電ギャップを形成することになる中心電極の先端面に電極チップを接合する場合、その製造方法として、円板状又は円筒状の電極チップを中心電極の先端面（チップ被固着面）に重ね合わせ、中心電極を周方向に回転させながら電極チップの外周に沿ってレーザー光を照射することにより、中心電極のチップ被固着面形成部位と電極チップにまたがる全周にレーザー溶接部を形成する方法が提案されている（例えば、特開平６−４５０５０号、特開平１０−１１２３７４号の各公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなスパークプラグの製造方法においては、例えば、ＹＡＧレーザー等によるパルス状レーザー光を用いている。しかしながら、チップ材質であるＩｒ等の貴金属ないしそれらを主体とする貴金属合金と、電極材質であるＮｉあるいはＦｅ系の合金とは、融点が数１００〜１０００℃程度も異なる。そのため、レーザー光によりレーザー溶接部を形成する際に、電極チップと中心電極との間で良好な溶接が実現できない場合がある。例えば、図８のように、電極チップと中心電極との間で溶け合い不足が生じたり、図９のように、レーザー溶接部にエグレが生じたりする。電極チップの溶け合い不足や、レーザー溶接部のエグレ等が生じると、製品となるスパークプラグを使用する際に、電極チップの脱落や折損の原因となる。これは、スパークプラグの耐久性に悪影響を及ぼすため好ましくない。
【０００４】
なお、電極チップと中心電極とを、レーザービームの照射により溶接する際、電極チップと中心電極との溶け合い不足や、レーザー溶接部におけるエグレが生じるのは、レーザービームの照射により、電極チップ及び中心電極とがそれぞれ融点に達するまでの時間が大幅に異なるからである。つまり、電極チップが溶融開始するのと、中心電極が溶融開始するのにタイムラグがある結果、一方が十分に溶融しているときに、他方がまだ十分に溶融していない場合には両者の溶け合い不足が生じたり、あるいは一方が過度に溶融している場合にはレーザー溶接部のエグレが生じるのである。これは、主に電極チップと中心電極とで融点が相違するためであり、より詳細には、電極チップと中心電極とで、溶融に至るまでに必要な熱量が異なるためである。電極チップは、中心電極よりも融点が高いので溶融するのにより多くの熱量が必要となる。上記のような溶け合い不足やレーザー溶接部におけるエグレを防止するために、レーザー光の強度や照射時間等を変更して、好適なレーザー光の照射条件を設定することが通常行なわれるが、このような方法では限界があり、上記問題を根本的に解決することにはならない。
【０００５】
本発明の課題は、電極チップを中心電極に溶接する際に、電極チップと中心電極との間に生じる溶け合い不足や、レーザー溶接部に生じるエグレ等を抑制し、発火部の溶接強度を向上できるスパークプラグの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明のスパークプラグの製造方法は、中心電極の先端面に、該中心電極の先端面を形成する電極母材よりも融点の高い電極チップを重ね合わせて重ね合せ組立体を作り、該重ね合せ組立体に対しレーザービームを照射して、電極チップと電極母材とを相互に溶融させたレーザー溶接部を形成するレーザー溶接工程を有し、レーザービームの照射中に電極チップの放熱を抑制する放熱抑制処理と、中心電極の放熱を促進する放熱促進処理との少なくともいずれか一方を行うことを特徴とする。
【０００７】
レーザー溶接部の形成時において、重ね合せ組立体にレーザービームを照射する際に、電極チップからの熱量の放出を抑制することにより、電極チップを溶融しやすくする放熱抑制処理と、中心電極からの熱量の放出を促進することにより、中心電極を溶融しにくくする放熱促進処理との少なくとも一方を行うことで、電極チップと中心電極との間で、溶融に至るまでの間隔や、電極チップ及び中心電極が溶融する割合等を好適なものにできることを見出した。そして、これにより、電極チップと中心電極の溶け合い不足やレーザー溶接部のエグレ等を防止することができ、ひいては、寿命の長いスパークプラグを製造することが可能となる。
【０００８】
なお、これらの放熱抑制処理及び放熱促進処理は、レーザー溶接部を形成するために、レーザービームを重ね合せ組立体に照射する途中又は照射前の少なくともいずれか一方に行うことができる。すなわち、これらの処理により、レーザービームの照射で、電極チップと中心電極とが略同時にある程度の割合で溶融すればよく、これを実現するために、レーザービームの照射中において、電極チップ及び中心電極から放出される熱量を調節する必要がある。
【０００９】
上記処理を実現するために、レーザービームの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方で、電極チップの蓄熱を促進する蓄熱促進処理と、中心電極の蓄熱を抑制する蓄熱抑制処理との少なくともいずれか一方を行うことができる。これらの処理により、レーザービームの照射で、電極チップと中心電極とが略同時にある程度の割合で溶融することができ、電極チップ及び中心電極に蓄積される熱量を調節することができる。なお、レーザービームの照射前に、蓄熱促進処理又は蓄熱抑制処理の少なくともいずれか一方を行う場合、レーザービームの照射開始時に、電極チップに蓄熱された状態又は中心電極から放熱された状態になっているものとする。なぜなら、例えば、電極チップと中心電極とをレーザー溶接する場合、電極チップと中心電極とを予め抵抗溶接にて固着させておく場合がある。この場合、抵抗溶接の後すぐにレーザー溶接を行うと、電極チップに熱量が蓄積された状態でレーザー溶接されることになり、本発明と同様の効果が得られると思われる。しかしながら、実際には、抵抗溶接直後は、中心電極にも熱量が蓄積された状態となるため、すぐにレーザー溶接を行うと、中心電極と電極チップの両者の溶け合い不足や、レーザー溶接部のエグレ等が生じ易いので、抵抗溶接の後十分に時間をかけて、電極チップ及び中心電極をそれぞれ放熱させている。そのため、レーザー溶接の前に抵抗溶接を行う技術は、本発明の範囲内に含まれないものである。
【００１０】
具体的に、蓄熱促進処理として、レーザービームの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方で、電極チップに、保温材を接触させて保温処理を行うことができる。該保温処理により電極チップに熱量が優先的に蓄積され、電極チップの溶融に必要な熱量の一部が補填される形となり、電極チップの溶融が進行しやすくなる。電極チップに熱量が優先的に蓄積されるのは、電極チップが保温材と接触している結果、電極チップに一旦蓄積された熱量が外部に放出されにくくにくなり、つまり、電極チップからの放熱が抑制されるので、電極チップの蓄熱量を上昇させることができるためである。
【００１１】
また、蓄熱促進処理として、レーザービームの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方で、電極チップに直接、予熱処理を行ってもよい。レーザー溶接部の形成時又はレーザー溶接部の形成を行う前に、電極チップに対して直接熱量を加えることで、電極チップに熱量が蓄積される形となり、レーザー溶接部を形成する際に、電極チップが溶融するまでに、レーザービームにより加えられる熱量が少なくてすむ。したがって、電極チップと中心電極との間で良好な溶接を実現することができる。
【００１２】
一方、蓄熱抑制処理は、中心電極を冷却することにより行うことができる。中心電極を冷却すれば、該中心電極を溶融するのに、外部から余計な熱量を中心電極に加える必要がある。つまり、レーザー溶接部の形成のためのレーザービームの照射に際して、中心電極への蓄熱が抑制される。例えば、レーザービームを照射する前に、中心電極を冷却すると、中心電極の温度が低くなる結果、中心電極が溶融しにくくなる。また、中心電極を冷却しつつ、レーザービームを重ね合せ組立体に照射すると、レーザービームにより加えられた熱量が、中心電極の外部に放出されやすくなるので、該中心電極が過剰に溶融しにくくなるのである。これにより、電極チップと中心電極との間で十分な溶接を実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、発明の実施の形態について述べる。図１は本発明の製造方法により得られるスパークプラグ１００の一例を示した縦断面図である。スパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された発火部３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合されるとともに、他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の発火部３１と対向するように配置された接地電極４等を備えている。また、接地電極４には上記発火部３１に対向する発火部３２が形成されており、それら発火部３１の放電面３１ａと発火部３２の放電面３２ａとに挟まれた隙間に火花放電ギャップｇが形成される。
【００１４】
なお本明細書でいう「発火部」とは、接合された電極チップのうち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例えば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金化した部分を除く残余の部分）を指すものとする。また、「主成分」（「主に〜構成される」あるいは「主体に〜構成される」等も同義）とは、着目している材料中にて、最も重量含有率の高い成分を意味する。
【００１５】
絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３及び端子金具８を嵌め込むための孔部６を有している。また、主体金具１は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。
【００１６】
なお、発火部３２を省略する構成としてもよい。この場合には、発火部３１と、発火部を有さない接地電極４の側面との間で火花放電ギャップｇが形成されることとなる。なお、中心電極３の軸線方向先端側に形成される発火部３１は、後述する本発明にかかるレーザー溶接工程により、中心電極３の先端面に電極チップ３１’を重ね合わせて、該電極チップ３１’と中心電極３の先端面を構成する電極母材とを相互に溶融し、両者を溶接することにより形成される。
【００１７】
また、本実施の形態においては、中心電極３の先端面を形成する電極母材が、Ｎｉ又はＦｅを主成分とする金属であり、電極チップ３１’が、Ｉｒ、Ｗ、Ｒｅ及びＴａのうちいずれか１種以上を主成分とする金属とできる。この実施例では、中心電極３のチップ被固着面形成部位は、少なくともその表層部がＮｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合金にて構成されている。Ｎｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合金としては、次のようものが使用可能である。
▲１▼Ｎｉ基耐熱合金：本明細書では、Ｎｉを４０〜９８質量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＦｅの１種又は２種以上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のようなものが使用できる（いずれも商品名；なお、Ｎｉが８０質量％未満の合金組成については、文献（改訂３版金属データブック（丸善）、ｐ１３８）に記載されているので、詳細な説明は行なわない）；
ASTROLOY、CABOT 214、D-979、HASTELLOY C22、HASTELLOY C276、HASTELLOY G30、HASTELLOY S、HASTELLOY X、HAYNES 230、INCONEL 587、INCONEL 597、INCONEL 600、INCONEL 601、INCONEL 617、INCONEL 625、INCONEL 706、INCONEL 718、INCONEL X750、KSN、M-252、NIMONIC 75、NIMONIC 80A、NIMONIC 90、NIMONIC 105、NIMONIC 115、NIMONIC 263、NIMONIC 942、NIMONIC PE11、NIMONIC PE16、NIMONIC PK33、PYROMET 860、RENE 41、RENE 95、SSS 113MA、UDIMET 400、UDIMET 500、UDIMET 520、UDIMET 630、UDIMET 700、UDIMET 710、UDIMET 720、UNITEP AF2-1 DA6、WASPALOY。
【００１８】
▲２▼Ｆｅ基耐熱合金：本明細書では、Ｆｅを２０〜６０質量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｉの１種又は２種以上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のようなものが使用できる（いずれも商品名；なお、合金組成については、文献（改訂３版金属データブック（丸善）、ｐ１３８）に記載されているので、詳細な説明は行なわない）；
A-286、ALLOY 901、DISCALOY、HAYNES 556、INCOLOY 800、INCOLOY 801、INCOLOY 802、INCOLOY 807、INCOLOY 825、INCOLOY 903、INCOLOY 907、INCOLOY 909、N-155、PYROMET CTX-1、PYROMET CTX-3、S-590、V-57、PYROMET CTX-1、16-25-6、17-14CuMo、19-9DL、20-Cb3。
【００１９】
一方、上記発火部３１を形成する電極チップ３１’は、Ｉｒ、Ｗ、Ｒｅ及びＴａのうちいずれか１種以上を主成分とする金属にて構成される。これらの金属の使用により、中心電極の温度が上昇しやすい環境下においても、発火部の耐消耗性を良好なものとすることができる。また、上記のような耐熱合金に対する溶接性も問題ない。特に、Ｉｒを主成分とする貴金属にて構成することができる。Ｉｒをベースにした貴金属を使用する場合には、Ｉｒ−Ｒｕ合金（例えばＩｒ−１〜３０質量％Ｒｕ合金）、Ｉｒ−Ｐｔ合金（例えばＩｒ−１〜１０質量％Ｐｔ合金）、Ｉｒ−Ｒｈ合金（例えばＩｒ−０．５〜２５質量％Ｒｈ合金）等及びそれらの合金にＰｄ、Ｎｉ等の第三の元素が０．１質量％以上含有された合金を使用できる。また、これらの材料により電極チップ３１’を構成すると、電極母材との間で、融点の相違が大きくなり、両者を溶接する際に、溶け合い不足や、レーザー溶接部のエグレ等の問題が発生しやすいので、本発明を適用することの効果が特に発揮される。
【００２０】
なお、Ｉｒ系の貴金属材料を使用する場合には、元素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合酸化物を含む）を０．１〜１５質量％の範囲内で含有させることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発を効果的に抑制でき、ひいては発火部の耐火花消耗性を向上させることができる。上記酸化物としてはＹ_２Ｏ_３が好適に使用されるが、このほかにもＬａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、ＺｒＯ_２等を好ましく使用することができる。この場合、金属成分はＩｒ合金のほか、Ｉｒ単体を使用してもよい。
【００２１】
中心電極３は、図２に示すように、先端側が円錐台状のテーパ面３ｔにより縮径されるとともに、その先端面３ｓに上記発火部３１を構成する合金組成からなる円板状の電極チップ３１'を重ね合わせる。さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接により全周レーザー溶接部１０を形成して電極チップ３１'を固着することにより発火部３１が形成される。また、対向する発火部３２は、発火部３１に対応する位置において接地電極４（図示せず）に電極チップ（図示せず）を位置合わせし、その外縁部に沿って同様に溶接部を形成してこれを固着することにより形成される。ただし、中心電極３側の発火部３１をＩｒ系金属にて構成し、接地電極４側の発火部３２をＰｔ系金属にて構成する場合、後者を抵抗溶接接合にて形成することも可能である。
【００２２】
上記発火部３１は、以下のレーザー溶接法により形成される。まず、図２（ａ）のように、主体金具１を取り付ける前に、中心電極３のチップ被固着面３ｓに電極チップ３１’を重ね合わせ、重ね合せ組立体１７０を形成する。そして、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、その重ね合せ組立体１７０のチップ被固着面３ｓと電極チップ３１’との境界に、レーザービームＬＢを周方向から照射して、電極チップ３１'とチップ被固着面３ｓとにまたがり、かつ電極チップ３１'の厚さ方向において放電面３１ａに到達しない全周レーザー溶接部１０をチップ外周面周方向に沿って形成する。
【００２３】
電極チップ３１'は円板状あるいは円筒状であり、図２（ｂ）に示すように、該電極チップ３１’と中心電極３との重ね合せ組立体１７０を、レーザービームＬＢの出射部（図示せず）に対し電極チップ３１’（中心電極３）の中心軸線Ｏの周りにおいて相対的に回転させながら、重ね合せ組立体１７０に向けて、パルス状のレーザービームＬＢを照射する。この場合、組立体１７０又は出射部（図示せず）の一方のみを回転させるようにしてもよいし、双方ともに（例えば互いに逆方向に）回転させることも可能である。
【００２４】
ここで、本発明においては、レーザービームＬＢの照射によりレーザー溶接部１０を形成する際に、前述の蓄熱促進処理と蓄熱抑制処理との少なくともいずれか一方を行う。蓄熱促進処理として、例えば、図３に示すように、レーザー溶接部１０を形成するために、重ね合せ組立体１７０にレーザービームＬＢを照射する際に、電極チップ３１’に保温材１２を接触させて保温処理を行うことができる。これにより、レーザービームＬＢの照射に基づく熱量が外部に放出されにくくなる結果、電極チップ３１’に熱が蓄積しやすくなる。具体的には、保温材１２は、該電極チップ３１’よりも、熱伝導率の低い低熱伝導材で構成される。さらに具体的には、該低熱伝導材としては、セラミックにて構成されるものを使用するのがよい。電極チップ３１’は、主に、例えばＩｒ、Ｗ、Ｒｅ及びＴａのうちいずれかを主成分とする金属により構成される。これらの金属に対してセラミックは熱伝導率が低いので、低熱伝導材として採用できる。そのため、このような電極チップ３１’にセラミックにてなる保温材１２を接触させつつ、重ね合せ組立体１７０のチップ被固着面３ｓと電極チップ３１’との境界にレーザービームＬＢを照射すれば、電極チップ３１’から熱が放出しくくなる。これによれば、レーザービームＬＢの照射によって、電極チップ３１’に熱量が蓄積されやすくなる。その結果、電極チップ３１’の温度が上がりやすくなり、電極チップ３１’の溶融が促進し、中心電極３と電極チップ３１’との間で良好な溶接を実現することができる。さらに、保温材１２は、電極チップ３１’への接触時に、蓄熱されているのがよい。電極チップ３１’に接触した保温材１２がすでに蓄熱されていることにより、電極チップ３１’に対して、熱量の蓄積を促進することができる。使用されるセラミックとしては、例えば、アルミナが採用される。その他にも、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミックを使用できる。これらの材料は、比較的断熱性に優れるので、電極チップ３１’における蓄熱が促進される。
【００２５】
また、蓄熱促進処理としては、レーザービームＬＢの照射前又は照射中の少なくともいずれか一方で、電極チップ３１’に直接、予熱処理を行うことができる。例えば、図４に示すように、電極チップ３１’の予熱処理を、レーザービームＬＢ１の照射により行うことができる。重ね合せ組立体１７０に対して、レーザービームＬＢ１を照射することにより、電極チップ３１’に熱量が蓄積される。そして、レーザービーム照射中に、レーザー溶接部１０の形成のためのレーザービームＬＢ２を、重ね合せ組立体１７０のチップ被固着面３ｓと電極チップ３１’との境界に照射すれば、中心電極３と比較して電極チップ３１’に、より多くの熱量が蓄積されることになり、電極チップ３１’が溶融されやすくなる。これにより、電極チップ３１’と中心電極３との間で良好な溶接が実現される。さらに、レーザー溶接部１０の形成のためのレーザービームＬＢの照射前に、そのレーザービームＬＢにより電極チップ３１’に予熱処理を行うことができる。具体的には、図５に示すように、レーザー溶接部１０を形成するためのレーザービームＬＢを、レーザー溶接部１０形成時における照射位置よりも電極チップ３１’寄りにずらして照射することにより、電極チップ３１’の予熱を行うことができる。そして、その後、レーザービームＬＢをレーザー溶接部１０が形成される位置に移動させてレーザー溶接を行う。これによれば、レーザー溶接に用いられるレーザービームＬＢと同一の光源を用いて、電極チップ３１’にもレーザービームＬＢが照射されるので、製造装置の簡略化が期待できる。なお、このとき電極チップ３１’を予熱するためのレーザービームＬＢは、電極チップ３１’の溶融が進行せず、電極チップ３１’を十分に加熱できる程度にそのエネルギーを調節する。
【００２６】
次に、蓄熱抑制処理としては、例えば、図６に示すように、レーザービームＬＢの照射中に、中心電極３に対し、冷却材１１を接触させることにより行うことができる。これによれば、冷却材１１により、中心電極３における蓄熱が抑制されるので、中心電極３が冷却される結果、中心電極３を溶融させるためには、レーザー形成部１０を形成するためのレーザービームＬＢによって、過剰に熱量を加えなければならない。したがって、中心電極３の溶融が進行しにくくなり、ひいては、電極チップ３１’と中心電極３との間で十分な接合が行える。なお、該冷却材１１は、中心電極３よりも熱伝導率が高い良熱伝導材により構成することができる。例えば、良熱伝導材として、Ｃｕ又はＡｇを主成分とする金属にて構成されるものを使用することができる。これらの金属を良熱伝導材として採用することにより、中心電極３に蓄積される熱量が、該良熱伝導材を介して放出される結果、中心電極３における蓄熱が抑制される。上記以外の良熱伝導材としては、Ａｕ、Ａｌ等を主成分とする金属にて構成されるものを使用することも可能である。本実施の形態においては、Ｃｕ基質中にＺｒＯ_２粒子が分散されたものを使用することができる。さらに、中心電極３を冷却材１１を用いて冷却する場合、レーザービームＬＢの照射中又は照射前の少なくともいずれか一方に、冷却材１１を冷却してもよい。該冷却材１１を冷却する方法としては、様々なものが考えられるが、図６に示すように、冷却材１１に、例えば水等の冷媒１３を接触させることにより行うことができる。冷媒１３を冷却材１１に接触させるためには、冷却材１１に、冷媒の導通路１４を形成しておき、該導通路１４に水等の冷媒１３を導通することにより行うことができる。これにより、中心電極３における溶融がより一層抑制されることとなり、電極チップ３１’と中心電極３との間で健全な溶接が実現できる。
【００２７】
なお、冷却材１１は、中心電極３に対して、該中心電極３の電極チップ３１’を重ね合せる先端面３ｓ（チップ被固着面）から軸線方向に０．１〜３ｍｍ離間した位置に接触させるのがよい。中心電極３の先端面３ｓから冷却材１１までが、０．１ｍｍ未満しか離れていない場合は、中心電極３とともに、電極チップ３１’にも冷却材１１による冷却作用が働き、電極チップ３１’が溶融されにくくなる。その結果、中心電極３と電極チップ３１’との間で健全な溶接が行なわれない。一方、中心電極３の先端面３ｓから冷却材１１までが、３ｍｍを越えて離れていると、中心電極３の、電極チップ３１’が重ね合せられる先端面３ｓ近傍において、中心電極３の冷却が十分に行なわれにくくなる。その結果、中心電極３の溶融が電極チップ３１’に対して、過剰に進行しやすくなり、中心電極３と電極チップ３１’との間で良好な溶接が行われににくくなる。
【００２８】
また、蓄熱抑制処理としては、図７に示すように、重ね合せ組立体１７０を構成する中心電極３の温度よりも低い温度の気体を、中心電極３に接触させることにより、中心電極３を冷却することで行うことができる。中心電極３に接触させる気体は、例えば、アルゴンあるいは窒素等が例示できる。具体的には、該気体は、中心電極３に向かって開口部１５が設けられたノズル１６により、該中心電極３に対して噴きつけられる。なお、該蓄熱抑制処理は、レーザー溶接部１０を形成するためのレーザービームＬＢの照射前に行ってもよいし、該レーザービームＬＢを照射中に行ってもよいし、照射前から照射中にかけて行ってもよい。中心電極３を、レーザービームＬＢの照射中又は照射前の少なくともいずれか一方において冷却することで、重ね合せ組立体１７０にレーザービームＬＢを照射した際に、中心電極３が溶融するまでの熱量が過剰に必要となる。したがって、レーザー溶接部１０を形成するためのレーザービームＬＢの照射に際して、中心電極３における蓄熱が抑制される。
【００２９】
また、重ね合せ組立体１７０とレーザービームＬＢの出射部とを相対的に回転させて、電極チップ３１’と中心電極３とを、レーザービームＬＢにて全周溶接する場合、形成されるレーザー溶接部１０の周方向において、溶融の度合いにムラ（溶融ムラ）が生じやすい。つまり、最初にレーザービームＬＢが照射された箇所と、最後にレーザービームＬＢが照射された箇所とでは、レーザービームＬＢに基づく蓄熱のために、最後に照射された箇所のほうがより溶融しやすくなる。そこで、レーザービームＬＢが、重ね合せ組立体１７０の全周を相対的に回転してレーザー溶接が行なわれる間、本発明にかかる処理により、電極チップ３１’と中心電極３とにおける蓄熱及び放熱の少なくともいずれかを調節することで、レーザー溶接部１０における周方向の溶融ムラを抑制することができる。
【００３０】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、以下の試験を行った。まず、表１に示す熱伝導率を有する中心電極３を作製する。中心電極３は、９５質量％のＮｉを含有するＮｉ合金を用いて作製した。中心電極３の熱伝導率は１５（ｗ／ｍ・ｋ）である。他方、合金溶解／圧延により、表１に示すような組成の円盤状の電極チップ３１’を作製する。電極チップ３１’の形状としては、厚さが０．８ｍｍ、チップ径が０．６ｍｍとする。
【００３１】
そして、これらの中心電極３及び電極チップ３１’により、図２のように、重ね合せ組立体１７０を形成したのち、該重ね合せ組立体１７０に対して、レーザービームＬＢを照射して電極チップ３１’と中心電極３とを溶接する。このとき、蓄熱促進処理及び蓄熱抑制処理をそれぞれ表１に示すように変更して、電極チップ３１’と中心電極３とを溶接する。使用するレーザービームＬＢとしては、パルス周波数ｆが１０ｐｐｓのパルス状ＹＡＧレーザー光ＬＢを使用する。また、ピークパワー（単位時間当りのエネルギー：Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）も変化させる。これにより得られるレーザー溶接部１０の断面を観察して、健全な溶接が行なわれているか調査した。結果を表１に示す。それぞれの条件で溶接した際に、図８のように、電極チップ３１’と中心電極３との間で溶け合い不足が生じるものについては溶け合い不足、図９のように、レーザー溶接部１０にエグレが生じてしまうものについては、エグレＮＧとする。健全な溶接が実現できたものは、○と記載する。なお、電極チップ３１’の上端をＦｅ系合金にてなる押さえ棒にて押さえつける場合を従来例としている。電極チップ３１’を押さえ棒にて押さえつけて、チップの位置ずれを抑制し、さらに溶接性を向上させることが従来行なわれている。なお、「セラミック棒接触」とは、電極チップ３１’の上端に、アルミナにて構成される棒を接触させることを意味し、「Ｃｕチャック接触」とは、中心電極３に、Ｃｕ基質中にＺｒＯ_２粒子が分散形成された材質により構成されるチャックを接触させることを意味する。また、「セラ＋Ｃｕ」とは、上記の両方の処理を同時に行うことを意味する。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１の結果より、ピークパワーが中間の場合（０．８（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）以上、３（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）未満の範囲）では、全ての条件で健全な溶接が行なわれている。一方、ピークパワーが低い場合（０．４（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）以上、０．８（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）未満）は、Ｎｏ．１の条件（電極チップ３１’にＦｅ系合金にてなる押さえ棒を接触させる）では、電極チップ３１’と中心電極３との間で溶け合い不足が観察された。さらに、ピークパワーが高い場合（３（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）以上、１６（Ｊ／ｍｓｅｃ・パルス）以下の範囲）では、Ｎｏ．４以外の条件では、中心電極３の溶融が進行しやすくなって、レーザー溶接部１０にエグレが生じてしまう。しかしながら、Ｎｏ．４の条件においては、電極チップ３１’と中心電極３との間で健全な溶接が実現できる。
【００３４】
以上により、本発明のスパークプラグの製造方法によれば、電極チップと中心電極との間で良好な溶接が行える。さらに、レーザー溶接時において、ピークパワー等の条件を様々に変化させた場合に、採用できるレーザー溶接の条件に広がりが出るので、レーザー溶接におけるレーザー照射条件をある程度の範囲で変更することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す縦断面図及びその要部拡大図。
【図２】中心電極及び電極チップのレーザー溶接工程の説明図。
【図３】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示す図。
【図４】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示す図。
【図５】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示す図。
【図６】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示す図。
【図７】本発明にかかるレーザー溶接工程の一形態を示す図。
【図８】レーザー溶接により電極チップと中心電極との間で溶け合い不足が生じた例を示す模式図。
【図９】レーザー溶接によりレーザー溶接部にエグレが生じた例を示す模式図。
【符号の説明】
３中心電極
３ｓ中心電極の先端面
３１’ 電極チップ
１７０重ね合せ組立体
ＬＢレーザービーム
１０レーザー溶接部
１１冷却材（良熱伝導材）
１２保温材（低熱伝導材）
１３冷媒

Claims

中心電極（３）の先端面（３ｓ）に、該中心電極（３）の前記先端面（３ｓ）を形成する電極母材よりも融点の高い電極チップ（３１’）を重ね合わせて重ね合せ組立体（１７０）を作り、該重ね合せ組立体（１７０）に対しレーザービーム（ＬＢ）を照射して、前記電極チップ（３１’）と前記電極母材とを相互に溶融させたレーザー溶接部（１０）を形成するレーザー溶接工程を有し、該レーザー溶接工程において、
前記レーザービーム（ＬＢ）の照射前に該レーザービームにより前記チップに直接、予熱処理を行う蓄熱促進処理と、前記中心電極（３）の温度よりも低い温度の気体を、前記中心電極に接触させることにより、前記中心電極を冷却する蓄熱抑制処理との少なくともいずれか一方を行うことを特徴とするスパークプラグ（１００）の製造方法。