JP2000150109A

JP2000150109A - スパ―クプラグ

Info

Publication number: JP2000150109A
Application number: JP34647099A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷; Junichi Kagawa; 純一加川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-01-01
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｉｒを主体に構成されつつも、高温でのＩｒ
成分の酸化・揮発による消耗が起こりにくく、耐久性に
優れたスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１００は、中心電極３
と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体２と、一方
の端部側から中心電極３を突出させた状態で、絶縁体２
の外側に設けられた主体金具１と、その主体金具１に一
端が結合され、他端側が中心電極３と対向するように配
置された接地電極４とを備え、それら中心電極３と接地
電極４との少なくとも一方にチップ３１ないし３２が固
着されて火花放電ギャップｇが形成される。そして、該
チップ３１ないし３２は、Ｉｒを主体としてＲｈを３〜
５０重量％（ただし５０重量％は含まない）の範囲で含
有する金属により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に使用され
るスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車エンジン等の内燃機関用の
スパークプラグとして、耐火花消耗性向上のために、電
極の先端にＰｔ（白金）合金の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が、白金は高価である
ためチップ材料として安価なＩｒ（イリジウム）を使用
する提案がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のプラグにおいて
発火部をＩｒで構成した場合、Ｉｒは９００〜１０００
℃の高温域において酸化・揮発しやすい性質を有してい
るため、そのまま電極発火部に使用すると、火花消耗よ
りも酸化・揮発による消耗が問題となる欠点がある。従
って、市街地走行のような温度の低い条件であれば耐久
性はよいが、高速連続運転の場合には、耐久性が極端に
低下してしまう問題があった。

【０００４】本発明は、発火部がＩｒを主体に構成され
つつも、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による消耗が起
こりにくく、ひいては市街地走行においても、高速走行
においても耐久性に優れたスパークプラグを提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課
題を解決するために本発明のスパークプラグは、中心電
極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶縁
体の外側に設けられた主体金具と、その主体金具に一端
が結合され、他端側が中心電極と対向するように配置さ
れた接地電極と、それら中心電極と接地電極との少なく
とも一方に固着されて火花放電ギャップを形成する発火
部とを備え、その発火部が、Ｉｒを主体としてＲｈを３
〜５０重量％（ただし５０重量％は含まない）の範囲で
含有する金属により構成されることを特徴とする。

【０００６】本発明者は、火花放電ギャップを形成する
発火部を、Ｉｒを主体として上記範囲のＲｈを含有する
合金で構成することで、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発
による消耗が効果的に抑制され、ひいては耐久性に優れ
たスパークプラグが実現されることを見い出したのであ
る。

【０００７】なお、上記発火部は、表記組成の金属から
なるチップを、接地電極及び／又は中心電極に対し溶接
により接合して形成することができる。この場合、本明
細書でいう「発火部」とは、接合されたチップのうち、
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。

【０００８】上記合金中のＲｈの含有量が３重量％未満
になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、
発火部が消耗しやすくなるためプラグの耐久性が低下す
る。この場合、発火部の消耗が起きる場所としては、中
心電極及び／又は接地電極に溶接されたチップの先端面
部分が第一に挙げられるが、Ｒｈ含有量が減少するとチ
ップの側面部でも消耗が進行することがある。このよう
な状況になると、火花放電のためのチップの通電断面積
が減少する結果、チップの先端面部に電界が集中しやす
くなり、消耗が加速度的に進行してプラグの寿命が急速
に尽きてしまうことにもつながる。従って、Ｒｈの含有
量の調整は、チップの先端面部だけでなく、側面部にお
ける消耗もなるべく生じにくい範囲を選定することが望
ましいといえる。一方、Ｒｈの含有量が５０重量％以上
になると合金の融点が低下し、プラグの耐久性が同様に
低下する。以上のことから、Ｒｈの含有量は前述の範囲
で調整するのがよく、望ましくは７〜３０重量％、より
望ましくは１５〜２５重量％、最も望ましくは１８〜２
２重量％の範囲で調整するのがよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面を用いて説明する。図１に示す本発明の一例
たるスパークプラグ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
先端部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と、
対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇ
とされている。

【００１０】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。

【００１１】次に、中心電極３及び接地電極４の本体部
３ａ及び４ａはＮｉ合金等で構成されている。一方、上
記発火部３１及び対向する発火部３２は、Ｉｒを主体と
し、Ｒｈを３〜５０重量％（５０重量％を含まず）の範
囲で含有する合金により構成される。なお、合金中のＲ
ｈの含有量は、望ましくは７〜３０重量％、より望まし
くは１５〜２５重量％、最も望ましくは１８〜２２重量
％の範囲で調整される。

【００１２】図２に示すように、中心電極３の本体部３
ａは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構
成され、ここに上記発火部を構成する合金組成からなる
円板状のチップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部
に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等に
より溶接部Ｗを形成してこれ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にチップを
位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同様に溶接部
Ｗを形成してこれを固着することにより形成される。な
お、これらチップは、例えば表記組成となるように各合
金成分を配合・溶解することにより得られる溶解材、又
は合金粉末あるいは所定比率で配合された金属単体成分
粉末を成形・焼結することにより得られる焼結材により
構成することができる。

【００１３】例えば、チップを溶解合金で構成する場
合、該溶解合金素材に対し圧延、鍛造、引き抜き、切
削、切断及び打抜きの少なくともいずれかの工程を含む
加工を施すことにより所定のチップ形状を得ることがで
きる。ここで、圧延、鍛造、あるいは打抜き等の加工
は、合金を所定の温度に昇温して行うことができる（い
わゆる熱間あるいは温間加工）。その加工温度は合金組
成にもよるが、例えば７００℃以上とするのがよい。

【００１４】より具体的には、溶解合金を熱間圧延によ
り板状に加工し、さらにその板材を熱間打抜き加工によ
り所定の形状に打ち抜いてチップを形成する方法、ある
いは溶解合金を熱間圧延又は熱間鍛造により線状あるい
はロッド状に加工した後、これを長さ方向に所定長に切
断してチップを形成する方法等が採用できる。ここで、
チップ材質の主成分であるＩｒは単体金属としては延性
あるいは展性に乏しいが、Ｒｈを添加することでその加
工性が改善され、例えば圧延ないし鍛造による板材、ロ
ッドあるいは線材等への加工がＲｈを添加しない場合と
比較して行いやすくなる。具体的には、圧延ないし鍛造
時に合金素材にクラック等の欠陥が生じにくくなり、ひ
いてはチップの製造効率及び材料歩留まりを向上させる
ことができる。なお、合金素材の加工性は、Ｒｈの添加
量が増大するほど良好になる。

【００１５】発火部３１及び対向する発火部３２のいず
れか一方を省略する構成としてもよい。この場合には、
発火部３１又は対向する発火部３２及び接地電極４又は
中心電極３との間で火花放電ギャップｇが形成される。

【００１６】以下、スパークプラグ１００の作用につい
て説明する。すなわち、スパークプラグ１００は、その
ねじ部７においてエンジンブロックに取り付けられ、燃
焼室に供給される混合気への着火源として使用される。
ここで、その火花放電ギャップｇを形成する発火部３１
及び対向する発火部３２が前述の合金で構成されること
で、Ｉｒの酸化・揮発による発火部の消耗が抑制される
ので、長期に渡って火花放電ギャップｇが拡大せず、プ
ラグ１００の寿命を伸ばすことができる。

【００１７】

【実施例】（実施例１）所定量のＩｒとＲｈを配合・溶
解することにより、Ｒｈを０〜６０重量％の各種比率で
含有し残部が実質的にＩｒで構成された合金（ただし、
Ｒｈ＝０及び６０重量％は比較例）を用意し、これを熱
間圧延により板材に加工し、さらに該板材から放電加工
により直径０．７mm、厚さ０．５mmの円板状のチップを
切り出した。なお、比較例として、Ｐｔ−１３重量％Ｉ
ｒ溶解合金を用いたチップも作製した。それらチップを
用いて、図１に示すスパークプラグ１００の発火部３１
及び対向する発火部３２を形成するとともに（火花放電
ギャップｇの幅１．１mm）、各プラグの性能試験を以下
の条件にて行った。条件Ａ（連続高速運転を想定）：６
気筒ガソリンエンジン（排気量３０００cc）にそれらプ
ラグを取り付け、スロットル全開状態、エンジン回転数
６０００ｒｐｍにて３００時間連続運転し（中心電極温
度約９００℃）、運転終了後のプラグの火花放電ギャッ
プｇの拡大量を測定した。図３は、その結果を、合金中
のＲｈの含有量と火花放電ギャップ増加量との関係で示
したものである。条件Ｂ（市街地運転を想定）：４気筒
ガソリンエンジン（排気量２０００cc）にそれらプラグ
を取り付け、アイドリング１分→エンジン回転数３５０
０ｒｐｍ、全開状態で３０分→エンジン回転数２０００
ｒｐｍ、半開状態で２０分を１サイクルとして、１００
０時間運転し（中心電極温度約７８０℃）、運転終了後
のプラグの火花放電ギャップｇの拡大量を測定した。図
４は、その結果を、合金中のＲｈの含有量と火花放電ギ
ャップ増加量との関係で示したものである。

【００１８】条件Ｂにおいては、チップの合金組成範囲
が本発明の範囲に属するプラグについては、火花放電ギ
ャップｇの増加が小さいのに対し、比較例（Ｒｈ６０重
量％以上、及びＰｔ−Ｉｒ合金）のプラグは火花放電ギ
ャップが著しく拡大していることがわかる。また、それ
よりも高負荷の条件Ａにおいては、実施例と比較例との
間における火花放電ギャップ増加量の差がさらに顕著と
なっている。また、Ｒｈの含有量範囲が３〜５０重量％
から７〜３０重量％へ、さらには１５〜２５重量％へと
変化するに伴い、ギャップ増加量が段階的に減少してお
り、特にＲｈ含有量が１５〜２５重量％であるチップを
使用したプラグにおいては、厳しい運転条件にも拘わら
ず、非常に良好な耐久性を示していることがわかる。

【００１９】なお、Ｒｈ含有量が１５〜２５重量％の合
金素材については、Ｒｈを含有しないＩｒ単体金属素材
と比較して、熱間圧延により板材形状に加工する際にク
ラックが発生しにくかった。

【００２０】（実施例２）所定量のＩｒとＲｈを配合・
溶解することにより、Ｒｈを１５、１８、２０、２２及
び２５重量％の各比率で含有し残部が実質的にＩｒで構
成された合金を用意し、これをチップ材料として用いて
実施例１と同様のプラグを作製した。そして、これらプ
ラグに対し実施例１の条件Ａよりもさらに厳しい下記条
件Ｃにて性能試験を行った。条件Ｃ：４気筒ガソリンエ
ンジン（排気量１６００cc）にそれらプラグを取り付
け、スロットル全開状態、エンジン回転数６２５０ｒｐ
ｍにて３００時間連続運転し（中心電極温度約９５０
℃）、運転終了後のプラグの火花放電ギャップｇの拡大
量を測定した。図５は、その結果を、合金中のＲｈの含
有量と火花放電ギャップ増加量との関係で示したもので
ある。

【００２１】該結果によれば、Ｒｈの含有量範囲が１８
〜２２重量％であるチップを使用したプラグにおいて
は、Ｒｈ含有量が該範囲外にあるチップを使用したもの
に比べて、条件Ｂよりさらに厳しい条件Ｃにおいてもギ
ャップ増加量が小さく、より良好な耐久性を示している
ことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグを示す正面部分断面
図。

【図２】その要部を示す拡大断面図。

【図３】発火部を構成する合金中のＲｈ含有量と、火花
放電ギャップの拡大量との関係を示すグラフ（実施例
１：条件Ａ）。

【図４】発火部を構成する合金中のＲｈ含有量と、火花
放電ギャップの拡大量との関係を示すグラフ（実施例
１：条件Ｂ）。

【図５】発火部を構成する合金中のＲｈ含有量と、火花
放電ギャップの拡大量との関係を示すグラフ（実施例
２：条件Ｃ）。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁体３中心電極４接地電極３１発火部（チップ）３２対向する発火部（チップ）ｇ火花放電ギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極と、その中心電極の外側に設け
られた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金
具と、その主体金具に一端が結合され、他端側が前記中
心電極と対向するように配置された接地電極と、それら
中心電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火
花放電ギャップを形成する発火部とを備え、その発火部が、Ｉｒを主体としてＲｈを３〜５０重量％
（ただし５０重量％は含まない）の範囲で含有する合金
により構成されることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】前記発火部を構成する合金は、Ｒｈを７
〜３０重量％の範囲で含有する請求項１記載のスパーク
プラグ。
【請求項３】前記発火部を構成する合金は、Ｒｈを１
５〜２５重量％の範囲で含有する請求項１記載のスパー
クプラグ。
【請求項４】前記発火部を構成する合金は、Ｒｈを１
８〜２２重量％の範囲で含有する請求項１記載のスパー
クプラグ。