JP4339219B2 - Spark plug - Google Patents
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Description
本発明は、スパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug.
特開2002−319469号公報には、中心電極側及び接地電極側に貴金属を主体とする貴金属チップが接合されており、中心電極側及び接地電極側の貴金属チップの外径が0.8mm以下及び接地電極母材からの突出量が0.3mm以上1.5mm以下の例が開示されている。また、特開2002−184551号公報には、中心電極側及び接地電極側に貴金属を主体とする貴金属チップが接合されており、中心電極側及び接地電極側の貴金属チップの外径が0.8mm以下及び接地電極母材からの突出量が0.5mm以上1.2mm以下の例が開示されている。
上記公報に開示されている貴金属チップのうち、着火性を一層向上させるために、接地電極側の貴金属チップの外径を細く、電極母材から突出させる場合には、接地電極側の貴金属チップの温度が上昇しやすいため、中心電極側の貴金属チップに比べて消耗量が多くなる。このため、中心電極側の貴金属チップの耐久性と比較して、接地電極側の貴金属チップの耐久性が不足する傾向にある。 Among the noble metal tips disclosed in the above publication, in order to further improve the ignitability, when the outer diameter of the noble metal tip on the ground electrode side is thin and protrudes from the electrode base material, the noble metal tip on the ground electrode side Since the temperature is likely to rise, the amount of wear increases compared to the noble metal tip on the center electrode side. For this reason, compared with the durability of the noble metal tip on the center electrode side, the durability of the noble metal tip on the ground electrode side tends to be insufficient.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、高い着火性を維持しつつ、接地電極側の貴金属チップの耐久性を向上させることのできるスパークプラグを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a spark plug capable of improving the durability of the noble metal tip on the ground electrode side while maintaining high ignitability.
本発明のスパークプラグは、中心電極3と、この中心電極3に配設された先端部51を突出させた状態で中心電極3の周囲を覆う絶縁体2と、この絶縁体2を保持する主体金具1と、主体金具1に固定され、中心電極3の前記先端部51の先端面51aと自身の先端面52aとの間で放電ギャップ6を形成する放電部52が電極母材表面4aから突出する様に配設された接地電極4と、を有するスパークプラグにおいて、貴金属を主体とする貴金属チップ(51b)からなる前記先端部51の直径をφA(mm)とし、大気雰囲気1000℃の電気炉に100時間放置した場合における残存率が90%以上の、貴金属を主体とする貴金属チップ(52b)からなる放電部52の直径をφB(mm)、電極母材表面4aからの突出量をC(mm)としたときに、
φB≦0.8mm
φB/φA≧1.2
0.5mm≦C≦1.2mm
の関係を満足し、放電部(52)の貴金属チップ(52b)は先端部(51)の貴金属チップ(51b)より耐高温酸化性に優れる白金を主体とする白金及びロジウムからなる合金であることを特徴とする。
The spark plug of the present invention includes a
φB ≦ 0.8mm
φB / φA ≧ 1.2
0.5mm ≦ C ≦ 1.2mm
The noble metal tip (52b) of the discharge part (52) is an alloy composed mainly of platinum and rhodium which is superior in high-temperature oxidation resistance to the noble metal tip (51b) of the tip part (51). It is characterized by.
一般的に中心電極側の温度に比べて、接地電極側の温度は100〜200℃高い為、接地電極側の貴金属チップに中心電極側より耐高温酸化性に優れた白金を主体とする白金及びロジウムからなる合金である貴金属材を用いることで接地電極側の貴金属チップの消耗を低減することができる。中心電極チップの直径と外側電極チップの直径との比が若干小さくとも、中心電極チップと外側電極チップがバランス良く消耗する。このため、より高い着火性を維持することができる。 Generally, since the temperature on the ground electrode side is higher by 100 to 200 ° C. than the temperature on the center electrode side, the precious metal tip on the ground electrode side is mainly composed of platinum that is superior in high-temperature oxidation resistance than the center electrode side, and By using a noble metal material that is an alloy made of rhodium, the consumption of the noble metal tip on the ground electrode side can be reduced. Even if the ratio between the diameter of the center electrode tip and the diameter of the outer electrode tip is slightly small, the center electrode tip and the outer electrode tip are consumed in a balanced manner. For this reason, higher ignitability can be maintained.
接地電極に電極母材よりも熱伝導率の良い材料を封入することによって、接地電極の温度を低減することができる。したがって、接地電極側の貴金属チップの消耗量を更に低減することができ、効果をより一層維持できる。
By encapsulating material having good thermal conductivity than the electrode base metal grounding electrode, it is possible to reduce the temperature of the ground electrode. Therefore, the consumption amount of the noble metal tip on the ground electrode side can be further reduced, and the effect can be further maintained.
以下、本発明の好ましい実施形態であるスパークプラグに付いて説明する。 Hereinafter, a spark plug which is a preferred embodiment of the present invention will be described.
本実施形態のスパークプラグを図1に示す。図1に示すように、スパークプラグは、円筒形状の主体金具1を有しており、この主体金具1は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部1aを備えている。主体金具1の内部には、アルミナセラミック(Al 2 O 3)等からなる絶縁体2が固定されており、この絶縁体2の軸孔2aに中心電極3が固定されている。絶縁体2の先端部2bは、主体金具1から露出するように設けられている。
The spark plug of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the spark plug has a
中心電極3は、内部にCu等の熱伝導性に優れた金属材料が配置されており、その外部を覆うようにインコネル600(商標名)からなるニッケル基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体である。そして、その先端部51が絶縁体2の先端部2bから露出するように設けられている。また、その先端部51は、断面円形に形成されたイリジウム合金からなる貴金属チップ51bによって形成されている。
The
中心電極3は先端側が細径部3cに形成されており、この細径部3cの先端に更にストレート部が形成されている。このストレート部の先端に貴金属チップを載置した後、レーザ溶接により固定することによって先端部51を形成している。このストレート部の外径は、貴金属チップ51bの外径よりもやや大きく形成されている。レーザ溶接のスポットは、貴金属チップ51bの外周部の周方向に45°間隔で8点行なっている。この貴金属チップ51bはイリジウムを主体とした貴金属合金であり、例えば、95質量%イリジウムと5質量%白金との合金、80質量%イリジウムと20質量%ロジウムとの合金、95質量%イリジウムと5質量%イットリアとの合金等各種のイリジウム材を使用することができる。なお、本明細書において、主体とするとは、含有率が50%を超えることをいうものと定義する。
The
主体金具1の一端には、接地電極4が溶接により固定されている。この接地電極4は、インコネル600(商標名)からなるニッケル基合金等の金属材料によって形成されている。そして、内部には電極母材4bよりも熱伝導率の良い銅や純ニッケル等の良熱伝導材が封入されている。また、電極母材表面4aから突出する様に貴金属を主成分とする貴金属チップ52bをレーザ溶接によって電極母材表面4aに接合することによって放電部52が形成され、この放電部52の先端面52aと中心電極3の先端部51の先端面51aとで放電ギャップ6を形成している。なお、一般に接地電極4の幅は、2.2mm〜2.8mm程度に形成される。この放電部52は、断面円形の白金又はイリジウムを主体とした貴金属合金であり、例えば、80質量%白金と20質量%イリジウムとの合金、80質量%白金と20質量%ロジウムとの合金、80質量%白金と20質量%ニッケルとの合金等各種の白金材を使用することができる。
A ground electrode 4 is fixed to one end of the
なお、より高い着火性を耐久寿命中維持する必要がある場合には、大気雰囲気1000℃の電気炉に100時間放置した場合における残存率が90%以上の、貴金属合金を使用する必要がある。このような貴金属合金は白金主体である場合が多いが、イリジウムを主体とする合金であってもこの条件を満足するのであれば使用することができる。一般的には、中心電極3側の先端部51の方が、接地電極4側の放電部52よりも、火花放電による消耗量が大きい。また、接地電極4側の方が中心電極3側よりも高温になりやすい。よって、先端部51を火花放電による耐消耗性の高いイリジウム合金とし、放電部52を高温で酸化揮発を生じない白金合金としている場合が多い。上記に定義した残存率90%以上を満足するためには、白金を主体とする白金及びイリジウムからなる合金であって、ニッケルを含有してもよく、イリジウム及びニッケルの含有量が合計で20質量%以下であり、かつ、ニッケルが10質量%以下である合金からなる貴金属チップ、白金を主体とする白金及びロジウムからなる合金であって、ニッケルを10質量%以下の比率で含有してもよい合金からなる貴金属チップ、又は、白金、イリジウム及びロジウムを少なくとも含有すると共に、イリジウムに対するロジウムの比率が質量比で20%以上であって、ニッケルが10質量%以下の比率で含有してもよい合金からなる貴金属チップの何れか1種類とすればよい。
In addition, when it is necessary to maintain higher ignitability during the endurance life, it is necessary to use a noble metal alloy having a residual rate of 90% or more when left in an electric furnace at 1000 ° C. for 100 hours. Such noble metal alloys are mainly platinum-based, but even iridium-based alloys can be used as long as these conditions are satisfied. In general, the tip portion 51 on the
以上説明した本発明の好ましい実施の形態の効果を確認するために、以下の実験を行った。先ず、所定量のイリジウムとロジウムとを配合・溶解することにより80質量%イリジウム−20質量%ロジウムの組成を有する合金を作成した。この合金に対して所定の加工を施すことにより、直径0.3mm(=φA)、長さ0.8mmの中心電極3側の貴金属チップ51bを得た。また、同様に所定量の白金とロジウムとを配合・溶解することにより80質量%白金−20質量%ロジウムの組成を有する合金を作成した。この合金に対して所定の加工を施すことにより、各種直径及び長さを有する接地電極4側の貴金属チップ52bを得た。
In order to confirm the effect of the preferred embodiment of the present invention described above, the following experiment was conducted. First, an alloy having a composition of 80 mass% iridium-20 mass% rhodium was prepared by blending and dissolving a predetermined amount of iridium and rhodium. By subjecting this alloy to predetermined processing, a noble metal tip 51b on the side of the
それらチップを用いてスパークプラグの先端部51及び放電ギャップ6を0.8mmに設定して対向する放電部52を形成した。図2に示す放電部52の直径B及び突出量Cは、後述する図3の各部寸法の試験用スパークプラグを用意した。そして、これらの各試験用スパークプラグの着火性試験を以下の条件にて行った。即ち、この着火性の試験は、ロード・ロードリーンバーン法によって行った。試験には空燃比(A/F)を変更できるようにした直列6気筒、2リッター、DOHCのエンジンを用いた。テスト条件は2000rpm、60km/h定地走行相当の条件とした。そして、各種空燃比における、0サイクルの図示平均有効圧力(IMEP)の平均値に対して50%以下となった場合を失火と判断し、失火が10回発生するA/Fを着火限界とした。結果を図3に示す。
Using these tips, the spark plug tip 51 and the discharge gap 6 were set to 0.8 mm to form
この結果から、放電部52の直径Bが1.0mmの場合には、他の外径Bの場合と比較して大きく着火限界A/Fが下回っていることがわかる。また、突出量Cが0.5mm以上の場合には、それ未満の場合と比較して大きく着火限界A/Fが向上していることがわかる。即ち、放電部52の直径Bを0.8mm以下とし、さらに突出量Cを0.5mm以上とすることにより、着火限界A/Fが大きく向上することがわかる。
From this result, it can be seen that when the diameter B of the
次に、耐高温酸化性試験を行った。貴金属チップ51b、52bは前述の製造方法と同様に製造したが、中心電極側の貴金属チップ51bの直径Aは0.5mmとした。先ず、接地電極4側の貴金属チップ52bを80質量%白金−20質量%ニッケルとした試験用スパークプラグについて耐高温酸化性試験を行った。 Next, a high temperature oxidation resistance test was performed. The noble metal tips 51b and 52b were manufactured in the same manner as described above, but the diameter A of the noble metal tip 51b on the center electrode side was 0.5 mm. First, a high temperature oxidation resistance test was performed on a test spark plug in which the noble metal tip 52b on the ground electrode 4 side was 80% by mass platinum-20% by mass nickel.
即ち、この試験には、直列6気筒、2リッター、DOHCのエンジンを用いた。テスト条件は4900rpm、全開で250時間の耐久試験を行った。この条件では、接地電極4の母材温度が約1000℃となる条件である。そして、各試験用スパークプラグについて、試験終了後の放電ギャップ6の増加量を測定した。結果を図4に示す。 That is, for this test, an inline 6 cylinder, 2 liter, DOHC engine was used. The test condition was 4900 rpm, and the endurance test was performed for 250 hours with the valve fully open. In this condition, the base material temperature of the ground electrode 4 is about 1000 ° C. And about each spark plug for a test, the increase amount of the discharge gap 6 after completion | finish of a test was measured. The results are shown in FIG.
この結果から、先端部51の直径Aと放電部52の直径Bとの比B/Aが1.0及び1.2の場合には、他のB/Aの場合と比較して大きく放電ギャップが増加していることがわかる。また、突出量Cが1.5mmより大きい場合には、放電ギャップ6の増加量が大きくなりつつあることがわかる。即ち、B/Aを1.4以上とし、さらに突出量Cを1.2mm以下とすることにより、耐高温酸化性が大きく向上することがわかる。
From this result, when the ratio B / A of the diameter A of the tip portion 51 and the diameter B of the
そして次に、接地電極4側の貴金属チップ52bを白金主体の貴金属合金、具体的には、80質量%白金−20質量%ロジウムとした試験用スパークプラグについて上述と同様の耐高温酸化性試験を行った。結果を図5に示す。 Next, a high-temperature oxidation resistance test similar to that described above is performed on a test spark plug in which the noble metal tip 52b on the side of the ground electrode 4 is a platinum-based noble metal alloy, specifically, 80 mass% platinum-20 mass% rhodium. went. The results are shown in FIG.
この結果から、先端部51の直径Aと放電部52の直径Bとの比B/Aが1.0の場合には、他のB/Aの場合と比較して大きく放電ギャップが増加していることがわかる。また、突出量Cが1.5mmより大きい場合には、放電ギャップ6の増加量が大きくなりつつあることがわかる。即ち、B/Aを1.2以上とし、さらに突出量Cを1.2mm以下とすることにより、耐高温酸化性が大きく向上することがわかる。
From this result, when the ratio B / A of the diameter A of the tip 51 and the diameter B of the
さらに、イリジウム主体とする貴金属合金及び白金を主体とする貴金属合金各種の高温酸化特性を調べた。この試験は、上述のようなスパークプラグでの試験ではなく、大気雰囲気1000℃の電気炉に100時間放置した後の貴金属合金チップの重量を測定することによって残存率を算出したものである。結果を図6に示す。 Furthermore, the high temperature oxidation characteristics of various precious metal alloys mainly composed of iridium and precious metal alloys mainly composed of platinum were investigated. This test is not a test using a spark plug as described above, but a residual ratio is calculated by measuring the weight of a noble metal alloy chip after being left in an electric furnace at 1000 ° C. for 100 hours. The results are shown in FIG.
この結果から、イリジウムは酸化揮発性が高いため、酸化揮発を殆ど生じない白金に20質量%よりも多く添加すると残存率が90%を下回ってしまうことがわかる。ただし、このイリジウムが20質量%以上であってもロジウムを添加することによって酸化揮発を押さえることができていることがわかる。これは、ロジウムが酸化膜を作るために、イリジウムの酸化揮発を抑えるためであろうと考えられている。この結果から、白金主体の貴金属合金であっても、添加される金属の種類及び量によっては、残存率が90%を下回る場合があることが分かる。また、イリジウム主体の貴金属合金であっても、添加される金属の種類及び量によっては、残存率が90%を上回る場合があることが分かる。 From this result, it can be seen that iridium has a high oxidation volatility, and therefore, when platinum is added in an amount of more than 20% by mass to platinum which hardly causes oxidation volatilization, the residual rate falls below 90%. However, it can be seen that oxidation volatilization can be suppressed by adding rhodium even if the iridium content is 20% by mass or more. This is thought to be due to the fact that rhodium forms an oxide film, thereby suppressing the oxidative volatilization of iridium. From this result, it can be seen that even in the case of a platinum-based noble metal alloy, the residual rate may be less than 90% depending on the type and amount of the added metal. Further, it can be seen that even in the case of iridium-based noble metal alloys, the residual ratio may exceed 90% depending on the type and amount of the added metal.
以上の試験結果から、先端部51の直径をφBと、放電部52の直径をφA及び母材表面4aからの突出量をCとが、φB≦0.8mm、φB/φA≧1.4、かつ0.5mm≦C≦1.2mmの関係を満足することによって、着火性と耐久性を長期間維持できることがわかる。
From the above test results, the diameter of the tip portion 51 is φB, the diameter of the
また、接地電極4側の貴金属チップ51aが大気雰囲気1000℃の電気炉に100時間放置した場合における残存率が90%以上である場合、例えば、80質量%白金−20質量%ロジウム、75質量%白金−20質量%イリジウム−5質量%ロジウム、80質量%イリジウム−20質量%ロジウム等の場合には、φB/φA≧1.2関係を満足する場合であっても、着火性と耐久性を長期間維持できることがわかる。 In addition, when the precious metal tip 51a on the ground electrode 4 side is left in an electric furnace having an air atmosphere of 1000 ° C. for 100 hours and the remaining rate is 90% or more, for example, 80% by mass platinum-20% by mass rhodium, 75% by mass In the case of platinum-20 mass% iridium-5 mass% rhodium, 80 mass% iridium-20 mass% rhodium, etc., even if the relationship φB / φA ≧ 1.2 is satisfied, the ignitability and durability are It can be seen that it can be maintained for a long time.
1 主体金具
1a 取付ネジ
2 絶縁体
3 中心電極
4 接地電極
4a 電極母材表面
4b 電極母材
4c 良熱伝導材
51 先端部
51a先端面
51b貴金属チップ
52 放電部
52a先端面
52b貴金属チップ
6 放電ギャップ
A 中心電極側の先端部の直径
B 接地電極側の放電部の直径
C 接地電極側の放電部の電極母材表面からの突出量
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記中心電極(3)に配設された先端部(51)を突出させた状態で前記中心電極(3)の周囲を覆う絶縁体(2)と、
前記絶縁体(2)を保持する主体金具(1)と、
前記主体金具(1)に固定され、前記中心電極(3)の前記先端部(51)の先端面(51a)と自身の先端面(52a)との間で放電ギャップ(6)を形成する放電部(52)が電極母材表面(4a)から突出する様に配設された接地電極(4)と、
を有するスパークプラグにおいて、
貴金属を主体とする貴金属チップ(51b)からなる前記先端部(51)の直径をφA(mm)とし、
大気雰囲気1000℃の電気炉に100時間放置した場合における残存率が90%以上の、貴金属を主体とする貴金属チップ(52b)からなる前記放電部(52)の直径をφB(mm)、前記電極母材表面(4a)からの突出量をC(mm)としたときに、
φB≦0.8mm
φB/φA≧1.2
0.5mm≦C≦1.2mm
の関係を満足し、
前記放電部(52)の貴金属チップ(52b)は前記先端部(51)の貴金属チップ(51b)より耐高温酸化性に優れる白金を主体とする白金及びロジウムからなる合金である
ことを特徴とするスパークプラグ。 A center electrode (3);
An insulator (2) covering the periphery of the center electrode (3) in a state in which the tip (51) disposed on the center electrode (3) is projected;
A metal shell (1) for holding the insulator (2);
Discharge fixed to the metal shell (1) and forming a discharge gap (6) between the front end surface (51a) of the front end portion (51) of the center electrode (3) and its front end surface (52a). A ground electrode (4) disposed so that the portion (52) protrudes from the electrode base material surface (4a);
In a spark plug having
The diameter of the tip (51) made of the noble metal tip (51b) mainly composed of noble metal is φA (mm),
The diameter of the discharge part (52) made of a noble metal tip (52b) mainly composed of a noble metal having a residual rate of 90% or more when left in an electric furnace at 1000 ° C. for 100 hours is φB (mm), and the electrode When the amount of protrusion from the base material surface (4a) is C (mm),
φB ≦ 0.8mm
φB / φA ≧ 1.2
0.5mm ≦ C ≦ 1.2mm
Satisfied with the relationship
The noble metal tip (52b) of the discharge part (52) is an alloy composed of platinum and rhodium mainly composed of platinum which is superior in high-temperature oxidation resistance than the noble metal tip (51b) of the tip part (51). Spark plug characterized by
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