JP2004259499A

JP2004259499A - Spark plug

Info

Publication number: JP2004259499A
Application number: JP2003046864A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yoshimoto; 修吉本; Wataru Matsutani; 渉松谷; Yoshihiro Matsubara; 佳弘松原
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP4223298B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark plug with little wear and high durability. <P>SOLUTION: The spark plug 100 has a central electrode main body 31 and an outside electrode main body 41. Out of the central electrode main body 31 and the outside electrode main body 41, an electrode main body relatively applied as a negative electrode (for example, the central electrode main body 31) has a negative electrode chip made of Ir or an Ir alloy as a main component (for example, a central electrode chip 32), and an electrode main body relatively applied as a positive electrode (for example, the outside electrode main body 41) has a positive electrode chip made of Rh or an Rh alloy as a main component (for example, an outside electrode chip 42). A spark discharge gap G is constructed between the negative electrode chip (the central electrode chip 32) and the positive electrode chip (the outside electrode chip 42). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の着火に使用するスパークプラグ、特に、電極チップの消耗を抑制できるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパークプラグの中心電極及び外側電極の火花放電による消耗を抑制するため、これらの一方あるいは両方にＰｔなどの貴金属チップを設けたスパークプラグが開発されている。
例えば、特許文献１においては、中心電極用及び外側電極用チップにＩｒ又はＩｒを主成分とする合金を用いたスパークプラグが示されている。Ｉｒは融点が極めて高い（２４００℃）ため、耐火花消耗性に優れる利点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２７３９６５号公報（第２頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｉｒ自身は耐熱性が高いが、約９５０℃以上の温度に曝されると酸化して揮発するため、急速に消耗する問題があった。
これに対し、上記特許文献１では、Ｉｒ又はＩｒ合金チップにＲｈなどを添加して耐酸化性を向上させることが行われている。
【０００５】
しかしながら、さらに消耗の少ないスパークプラグが求められている。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、消耗が少なく、耐久性の高いスパークプラグを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、中心電極本体と外側電極本体とを有するスパークプラグであって、上記中心電極本体と外側電極本体のうち、相対的に負極性とされる負電極本体には、Ｉｒ及びＩｒを主成分とするＩｒ合金のいずれかからなる負電極チップを備え、相対的に正極性とされる正電極本体は、正電極チップを備えることなく、Ｒｈ及びＲｈを含むＲｈ合金のいずれかからなり、上記負電極チップとの間で火花放電ギャップを構成し、または、相対的に正極性とされる正電極本体には、Ｒｈ及びＲｈを含むＲｈ合金のいずれかからなり、上記負電極チップとの間で火花放電ギャップを構成する正電極チップを備えるスパークプラグである。
【０００７】
本発明では、中心電極本体と外側電極本体のうち、相対的に負極性とされる電極本体には、ＩｒまたはＩｒを主成分とするＩｒ合金からなる負電極チップを備える。一方、正極性とされる正電極本体は、正電極チップを備えずにそれ自身がＲｈまたはＲｈを含むＲｈ合金からなる。あるいは、正電極とされる電極本体にＲｈまたはＲｈ合金からなる正電極チップを備える。
このように本発明のスパークプラグでは、正極性とされる正電極本体または正電極チップにＲｈまたはＲｈ合金を用いたので、火花放電が生じると、正電極本体または正電極チップへの電子等の衝突によって飛び出したＲｈイオンが電界で加速され、負電位の負電極チップ（ＩｒまたはＩｒ合金のチップ）の表面（頭部表面及び側部）に衝突し堆積する。これにより、負電極チップの頭部表面（火花放電面）は、Ｒｈが供給されてＩｒとＲｈの合金となり、Ｉｒの酸化揮発が抑制される。かくして、負電極チップの頭部表面について、火花消耗のみならず揮発消耗をも抑制し、火花放電ギャップの増加を抑制することができる。かくして、耐久性の高いスパークプラグとすることができる。
【０００８】
なお、Ｉｒ合金としては、Ｉｒを主成分、即ち５０重量％以上含有し、耐熱性や火花放電に対する耐久性を備えているものであればいずれの組成でも良いが、例えばさらに、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｅなどの貴金属、あるいはＮｉを含むものが挙げられる。さらには、Ｓｒ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれた元素の酸化物を含むものも挙げられる。
また、Ｒｈ合金としては、Ｒｈを含み、耐熱性や火花放電に対する耐久性を備えているものであればいずれの組成でも良いが、例えばさらに、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｅ，Ｉｒなどの貴金属、あるいはＮｉを含むものが挙げられる。
【０００９】
さらに、上記スパークプラグであって、前記Ｒｈ及びＲｈ合金のいずれかからなる正電極本体または正電極チップにおけるＲｈ含有量が５０重量％以上であるスパークプラグとするのが好ましい。
【００１０】
本発明のスパークプラグでは、正電極本体または正電極チップにおけるＲｈ含有量を５０重量％以上、つまりＲｈを主成分としている。このようにＲｈを多量に含む正電極本体または正電極チップを用いることで、負電極チップにより多くのＲｈが堆積するため、Ｉｒの酸化揮発を効果的に抑制することができる。かくして、耐久性の高いスパークプラグとすることができる。
【００１１】
さらに、上記スパークプラグであって、前記Ｒｈ及びＲｈ合金のいずれかからなる正電極本体または正電極チップにおけるＲｈ含有量が８０重両％以上であるスパークプラグとするのと良い。
【００１２】
本発明のスパークプラグでは、正電極本体または正電極チップにおけるＲｈ含有量を８０重量％以上としている。このようにＲｈをさらに多量に含む正電極本体または正電極チップを用いることで、負電極チップにより多くのＲｈが堆積するため、Ｉｒの酸化揮発を効果的に抑制することができる。かくして、耐久性の高いスパークプラグとすることができる。
【００１３】
さらに、上記いずれかに記載のスパークプラグであって、前記Ｒｈ及びＲｈ合金のいずれかからなる正電極本体または正電極チップは、実質的にＩｒを含まない組成であるスパークプラグとすると良い。
【００１４】
正電極チップ、あるいは負電極チップとして、耐酸化性を向上させるためＲｈを添加したＩｒ合金チップを用いることが考えられる。このようにすると、正電極チップや負電極チップの耐酸化性を向上させることができる。
しかしながら、Ｉｒ合金チップの頭部表面からの消耗（火花消耗及び揮発消耗）は抑制されるものの、エンジンの運転条件によっては、無鉛ガソリンを使用する場合において、Ｉｒ合金チップの側部が一方向からえぐり取られたように選択的に消耗してしまう異常腐食現象が発見された（図６参照）。
このような現象が生じる原因が明確ではないが、火花消耗や揮発消耗では説明することができない。おそらく、Ｉｒ合金チップの温度の影響ばかりでなく、エンジン室内に噴射供給される燃料のスワールがスパークプラグに当たるときの向き、その他の原因が複合的に作用して、側部の一方が選択的に腐食されて異常消耗を来したものと考えられる。
ところで、この異常腐食は、Ｒｈを添加したＩｒ合金を用いた正電極本体や正電極チップ、負電極チップに顕著に生じることが判ってきた。
【００１５】
これに対し、本発明のスパークプラグでは、正電極本体または正電極チップにはＩｒを実質的に含まない組成のＲｈまたはＲｈ合金を用いている。
このためこのスパークプラグでは、少なくとも正電極本体あるいは正電極チップについて異常腐食を生じることがなくなる。従って、異常腐食が生じやすい条件下でも、正電極本体や正電極チップについて異常腐食が生じず、耐久性の高いスパークプラグとすることができる。
なお、実質的にＩｒを含まないとは、正電極本体や正電極チップに、Ｉｒを全く含まない場合のほか、僅かにＩｒを含んでいるが正電極チップ等に異常腐食を引き起こさない程度である場合を含む。具体的には、例えばＩｒの含有量が０．０１重量％以下の微量である場合を指す。
【００１６】
さらに、上記いずれか１項に記載のスパークプラグであって、前記正電極チップが固着されてなる中心電極本体または外側電極本体が、ＮｉまたはＮｉ合金からなるスパークプラグとすると良い。
【００１７】
上述の異常腐食の発生原因は明確ではない。しかし、発明者らは、分析をすると、異常腐食を生じた負電極の頭部表面からはＮｉが検出される一方、異常腐食部からはほとんど検出されないことを発見した。なお、Ｎｉは、正電極チップが固着され正電位とされた外側電極本体と負電位とされた中心電極チップとの間で火花放電が起こった際に、Ｎｉ合金からなる外側電極本体から飛び出したＮｉイオンが負電極のＩｒ合金チップの頭部表面に付着したもの考えられた。というのも、スパークプラグにおいて火花放電は、正電極チップと負電極チップとの間でのみ生じるとは限らない。一般に、火花放電の一部は、正電極チップが固着している中心電極本体あるいは外側電極本体と負電極チップとの間で生じる。従って、このような火花放電によって、中心電極本体あるいは外側電極本体を構成するＮｉまたはＮｉ合金に電子が衝突するので、Ｎｉイオンが飛び出し、電界に加速されて負電極チップに衝突・堆積したと考えられた。そしてこのことから、ＩｒとＲｈが存在し異常腐食の生じる条件において、Ｎｉは異常腐食の発生や進行を妨げる作用を有しているものと考えられた。
【００１８】
そこで、本発明のスパークプラグでは、正電極チップが固着されてなる中心電極本体または外側電極本体をＮｉまたはＮｉ合金とした。これにより、上述のような火花放電によって、負電極チップの表面にＮｉが供給される。このため、たとえ異常腐食の生じる条件でエンジンが駆動されても、このＮｉの堆積により、負電極チップの異常腐食が抑制される。
なお、上述の分析結果からも判るように、負電極チップの頭部表面（火花放電面）には多くのＮｉが堆積する。しかし、スワール等の影響で、負電極チップの側部あるいはえぐれ状に欠損した部分にも、Ｎｉは若干は供給される。このため、外側電極本体等からＮｉが供給されない場合に比較すると、負電極の側部に生じる異常腐食についても、その発生及び進行程度を抑制することができるものと考えられる。
【００１９】
さらに、上記いずれか１項に記載のスパークプラグであって、前記負電極チップは、ＲｈおよびＮｉを含有するスパークプラグとすると良い。
【００２０】
本発明のスパークプラグでは、負電極チップにＲｈおよびＮｉを含むＩｒ合金を用いている。このため、負電極チップにおいて、正電極チップから供給されるＲｈのみならず負電極チップに含有しているＲｈによっても、Ｉｒの揮発消耗を抑制することができる。
さらに、負電極チップにＩｒとＲｈが存在してるが、正電極チップから供給されるＮｉのみならず負電極チップにもＮｉを含有しているので、たとえ異常腐食の生じる条件でエンジンが駆動されても、負電極チップの異常腐食を抑制することができる。
なお、本発明の場合にも、スワール等の影響で、負電極チップの側部あるいはえぐれ状に欠損した部分にも、Ｎｉが若干は供給されるため、Ｎｉが外部から供給されない場合に比較すると、その分負電極の側部に生じる異常腐食についても、その発生及び進行程度を抑制することができるものと考えられる。
【００２１】
さらに、上記いずれか１項に記載のスパークプラグであって、前記Ｒｈ及びＲｈ合金のいずれかからなる正電極本体または正電極チップは、Ｎｉを含有するスパークプラグとすると良い。
【００２２】
本発明のスパークプラグでは、Ｒｈ及びＲｈ合金のいずれかからなる正電極本体または正電極チップにＮｉを含有している。従って、負電極チップにＩｒとＲｈとが同時に存在していても、Ｒｈ及びＲｈ合金のいずれかからなる正電極本体あるいは正電極チップからＮｉが供給されるので、正電極チップにＮｉが含まれていない場合に比して、異常腐食を抑制することができる。
また、正電極チップにＩｒをも含有している場合、正電極チップにはＲｈとＩｒが同時に存在することになるが、さらにＮｉを含有しているので、この正電極チップについても、Ｎｉを含有していない場合に比して異常腐食を抑制することができる。
【００２３】
あるいは、前記したスパークプラグであって、前記負電極チップは、実質的にＲｈを含まない組成であるスパークプラグとすると良い。
【００２４】
本発明のスパークプラグでは、負電極チップにＲｈを実質的に含まない。従って、この負電極チップの側部にはＩｒとＲｈとが同時に存在しないため、異常腐食が生じ難い。一方、正電極チップには、Ｒｈが含まれているので、負電極チップの頭部表面（火花放電面）にはＲｈが供給される。このため、負電極チップの頭部表面における揮発消耗を抑制することができる。
一方、スワール等の影響で、負電極チップの側部にもＲｈが供給されるが、異常腐食は生じない。頭部表面に比して側部に供給されるＲｈの量は微量であるため、異常腐食を生じる条件しを満たさないためであると考えられる。
なお、実質的にＲｈを含まないとは、負電極チップに、Ｒｈを全く含まない場合のほか、僅かにＲｈを含んでいるが負電極チップに異常腐食を引き起こさない程度である場合を含む。具体的には、例えばＲｈの含有量が０．０１重量％以下の微量である場合を指す。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次いで、本発明の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。本実施形態のスパークプラグ１００は、アルミナセラミックからなる絶縁体１と、その脚部１１の先端がネジ部２１の先端から突出するようにして、その周囲を取り囲む筒状の主体金具２とを有する。
【００２６】
さらに、絶縁体１は筒状にされており、その中心軸に沿って、中心電極３がはめ込まれている。この中心電極３は中心電極本体３１を有する。この中心電極本体３１は、絶縁体１の脚部１１の先端面１１Ｐから突出する先端部３１Ｐを有する。この中心電極本体３１は、インコネル等のＮｉ系耐熱合金からなる。またこの先端部３１Ｐには、後述するように主として各種の貴金属からなる中心電極チップ３２が固着されている。具体的には、レーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等によって接合部３３を介して中心電極チップ３２が先端部３１Ｐに固着されている。また、この中心電極本体３１のうち基端側（図２中、下方）には、その中心にＣｕ等の良熱伝導体３４が挿入されており、効率よく熱を基端側に排出することによって、中心電極チップ３２及び先端部３１Ｐの温度を低下させるようにしてある。
【００２７】
また、主体金具２においては、ネジ部２１の先端面２１Ｐに外側電極４が固着されており、スパークプラグ１００の中心軸側に向けて略Ｌ字状に屈曲させられている。この外側電極４は外側電極本体４１を有し、この外側電極本体４１はインコネル等のＮｉ系耐熱合金からなる。さらに、この外側電極本体４１のうち、中心電極チップ３２と対向する位置にも、後述するように主として各種の貴金属からなる外側電極チップ４２が固着されている。具体的には、抵抗溶接、レーザ溶接等によって接合部４３を介して外側電極チップ４２が外側電極本体４１に固着されている。そしれこれにより、中心電極チップ３２と外側電極チップ４２との間に火花放電ギャップＧが形成されている。
【００２８】
なお、スパークプラグ１００は、公知の手法で形成すれば良い。このうち、負電極チップ及び正電極チップを合金で構成する場合、例えば、以下のようにして形成すると良い。即ち、原料となる貴金属等の粉末を所期の重量比率で配合し、これを溶解して合金インゴッドとする。具体的な溶解方法としては、アーク溶解やプラズマビーム溶解、高周波誘導溶解等を採用することができる。また、合金組成内の偏析を低減させるため、合金溶液を水冷鋳型等に鋳込んで急冷インゴッドを形成すると良い。また、貴金属等の粉末を圧粉し焼結しても良い。その後、熱間鍛造、熱間圧延、熱間伸線などにより合金インゴッドを線状に加工し、切断して形成する。
【００２９】
ところで、前述したように、火花放電による中心電極チップ３２及び外側電極チップ４２（以下、これらをまとめて、単にチップともいう）の消耗を防ぐため、これらのチップの耐熱性を向上させるべく、これらのチップにＩｒあるいはＩｒ合金を用いることが提案されている。Ｉｒは高い融点を有するこので、火花放電によるチップの消耗（火花消耗）を抑制できる利点がある。しかしながら、Ｉｒは約９５０℃以上の高温に曝されると、酸化し揮発する性質を有している。ところで、エンジン室内が高温になる条件（例えば、高回転、高出力の状態を長時間続けた場合など）では、中心電極チップ３２や外側電極チップ４２の温度が１０００℃近くにまで達する場合がある。従って、このような条件下では、ＩｒまたはＩｒ合金を用いたチップが揮発消耗する恐れがある。
【００３０】
これに対し、Ｒｈを添加したＩｒ合金を用いると、耐熱性を有しながら、しかもチップにおけるＩｒの揮発消耗を抑制できることが判ってきた。
【００３１】
ところで、スパークプラグ１００において、火花放電が生じると、正極性とされる側のチップ（多くは頭部表面）には、電子が衝突するため、その衝撃でチップを構成する原子が正イオンとなって飛び出す。この正イオンは、火花放電における電界に加速され、負極性とされる側のチップ（多くはその頭部表面）に衝突し堆積する。つまり、正極性とされる側のチップから、負極性とされる側のチップの表面に向かって原子が移動する。
【００３２】
従って、正極性とされる側のチップにＲｈまたはＲｈを含むＲｈ合金からなるチップを用いれば、少なくとも負極性とされる側をＩｒまたはＩｒ合金からなるチップとしても、Ｉｒの酸化揮発を抑制することができる。
これを確認するため、図３においてＮｏ．１〜５（実施例１〜３及び比較例１，２）で示すように、中心電極チップ３２の材質をＩｒ−５Ｐｔとすると共に、外側電極チップ４２の材質を選択し、中心電極チップ３２を負極性、外側電極チップ４２を正極性として耐久試験を行い、当初の火花放電ギャップの大きさ対する、耐久試験後のギャップの増加量を計測した。
なお、ギャップは、両者間の最短距離を測定した。
また、「Ｉｒ−５Ｐｔ」は、Ｐｔを５重量％、残部をＩｒとしたＩｒ合金を示す。以下の表示についても、同様の意味である。
さらに、耐久試験条件は、スパークプラグ１００をエンジンに取り付け、実走模擬モードで２００時間運転を維持したするものである。
中心電極チップ３２は直径０．６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍとし、外側電極チップ４２は直径１．０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとした。
【００３３】
比較例１，２では、いずれもギャップ増加量が０．２４ｍｍであった。これに対し、正極性とされる外側電極チップ（正電極チップ）に、Ｒｈ合金を用いた実施例１，２，３では、０．０９ｍｍ，０．１４ｍｍ．０．２２ｍｍとなり、いずれもギャップ増加量が減少した（図３、図４参照）。このことから、負極性とされる側のチップ（負電極チップ）にＩｒまたはＩｒ合金チップを用いた場合に、正電極チップにＲｈまたはＲｈ合金を用いることで、ＩｒまたはＩｒ合金チップ（負電極チップ）の消耗を抑制できることが判る。つまりこれらから、負電極チップの材料組成を変更することなく、正電極チップにＲｈを添加した材質を用いることにより、負電極チップの揮発消耗を抑制できることが判る。
【００３４】
また、実施例１，２，３を比較すると、外側電極チップ４２におけるＲｈ含有量が多いほど、ギャップ増加量を抑制できることが判る。これは、Ｒｈ含有量が多いほど、火花放電によって中心電極チップ３２（負電極チップ）の頭部表面に多くのＲｈが堆積するため、Ｉｒの揮発消耗を抑制できたためと考えられる。特に、実施例２，３を比較すると、正電極チップ（外側電極チップ）のＲｈ含有量を４０重量％（実施例３）から５０重量％（実施例２）に変えるだけで、ギャップ増加量が０．２２ｍｍ（実施例３）から０．１４ｍｍ（実施例２）に大幅減少（３６％減少）している。このことから、Ｒｈを５０重量％以上含有する正電極チップを用いるのがさらに好ましいことが判る。
【００３５】
さらに実施例１，２を比較すると、正電極チップ（外側電極チップ）４２のＲｈ含有量を５０重量％（実施例２）から８０重量％（実施例１）に変えることによって、ギャップ増加量が０．１４ｍｍ（実施例２）から０．０９ｍｍ（実施例１）に減少していることが判る。さらに、図４を参照すると、正電極チップ（外側電極チップ）４２におけるＲｈ含有量を８０重量％とした実施例１，４，５のいずれについても、ギャップ増加量が他よりも良好となっていることが判る。これらより、正電極チップ４２のＲｈ含有量を８０重量％以上とするのがさらに好ましいことが判る。
【００３６】
さらに、負電極チップに正電極チップからＲｈを供給するだけでなく、負電極チップに予めＲｈを含有させておけば、より確実に負電極チップ（Ｉｒ合金チップ）の揮発消耗を抑制できると考えられる。
そこで、これを確認するため、図３においてＮｏ．６〜８（実施例４，５及び比較例３）で示すように、中心電極チップ３２にＲｈを添加した材質（Ｉｒ−１Ｒｈ、またはＩｒ−１Ｒｈ−０．５Ｎｉ）とすると共に、外側電極チップ４２の材質を選択し、中心電極チップ３２を負極性、外側電極チップ４２を正極性として耐久試験を行い、ギャップ増加量を計測した。
【００３７】
比較例３（Ｉｒ−１Ｒｈ／Ｐｔ−２０Ｎｉ）では、ギャップ増加量は０．１３ｍｍであった。これは、上述した比較例１，２さらには実施例１〜３と比較しても良好な値である。このことから、負電極チップにＲｈを添加したＩｒ合金を用いることが有効であることが判る。
【００３８】
これに対し、実施例４，５では、ギャップ増加量がさらに良好な０．１２ｍｍ（実施例４）、及び０．０８ｍｍ（実施例５）であった。このことから、予め負電極チップ（中心電極チップ３２）にＲｈを含有するＩｒ合金を用いている場合でも、正電極チップ（外側電極チップ４２）からＲｈを供給することで、さらに負電極チップの揮発消耗を抑制できることが判る（図３、図４参照）。
【００３９】
ところで、前述したように、チップとしてＲｈを添加したＩｒ合金を用いると、エンジンの型式、駆動条件などによっては、Ｉｒ合金チップの側部が一方向からえぐり取られたように選択的に消耗してしまう異常腐食が生じる場合がある（図６参照）。そこで、このような現象が生じる可能性のあるエンジンに用いるスパークプラグについて、チップの材質をどのようにすべきかを検討するため、以下の試験を行った。
チップの材質を各種変更したスパークプラグ１００を用意し、異常腐食が発生することが判っている条件に、これらを適用する。異常腐食発生の条件は、具体的にはエンジンのスロットルを全開として５０時間維持するものである。
【００４０】
なお、中心電極チップ３２を直径０．６ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの寸法に、外側電極チップ４２を直径１．０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの寸法とした。
また、えぐれ量Ｓは、図６に示すように、試験前の中心電極チップの外形（仮想線）に対して、最も深くえぐれた位置における深さを測定した。また、えぐれ量Ｓついて、「０（なし）」で示した例は、えぐれ状の異常腐食は生じなかったことを示す。
また、実施例７，９については、外側電極チップを固着することなく、外側電極本体自身（正電極本体）４１にＲｈの金属棒材（Ｒｈムク材）を使用した。
また、実施例１０については、Ｒｈムク材の外側電極本体４１を使用すると共に、これにＲｈ−２０Ｎｉからなる外側電極チップ４２を固着したものを使用した。
【００４１】
図５のうち、左側５ヶ（実施例６，比較例３，実施例５，７，４）は、その値の大小はあるが、いずれのえぐれ状の異常腐食が生じている。これらは、いずれも中心電極チップ３２にＲｈを含有するＩｒ合金を用いている。これに対し、右側５ヶ（実施例８，１，２，９，１０）は、いずれも異常腐食を生じていない。これらは、中心電極チップ３２にＲｈを含まないＩｒ合金（Ｉｒ−５Ｐｔ）を用いている。これらを比較すると容易に理解できるように、Ｒｈを含有するＩｒ合金をチップとして用いると、えぐれ状の異常腐食が生じることが判る。これに対し、Ｒｈを含まないＩｒ合金をチップとして用いると、異常腐食は生じないことが判る。また、図５に示す実施例及び比較例のいずれにおいても、外側電極チップ４２について異常腐食は認められなかった。このことからも、上記内容が裏付けられる。従って、異常腐食を防止するには、チップの材質として、ＩｒとＲｈの両者が同時に含有されないものであること、つまり、ＩｒとＲｈの少なくともいずれかを含有しないものを用いるのが良いことが判る。
【００４２】
なお、上記では中心電極チップ３２を負極性とし、外側電極チップ４２（外側電極本体４１）を正極性とした場合について実験を行い、中心電極チップ３２について生じたえぐれ状の異常腐食に関して計測を行った。これに対し、外側電極チップ４２を負極性とし、中心電極チップ３２を正極性とする場合については示さなかったが、異常腐食の発生はチップの極性には関係ないことが判っている。また、外側電極チップ４２についても条件が合致すれば同様に生じることが判っている。
但し、外側電極チップ４２については、その厚さが薄い（上述の例では厚さ０．２ｍｍ）場合が有る。その場合には、スワールの影響を受けにくいため異常消耗を生じ難く、異常腐食が生じてもその厚さ全体に消耗する形態になりやすい。外側電極チップ４２の厚さが厚くなるにつれて、異常消耗が生じた場合には中心電極チップ３２の場合と同様にえぐれ状に消耗する（図６参照）。
従って、以下では、中心電極チップ３２と外側電極チップ４２とで区別せず、正電極チップと負電極チップについて考察することとする。
【００４３】
以上の実験結果等から、以下のことが判る。▲１▼Ｉｒを用いることでチップの耐熱性を向上させることができる。▲２▼ＩｒまたはＩｒ合金チップを負電極チップに用いた場合には、正電極チップからＲｈを供給することで、Ｉｒの揮発消耗を抑制できる。▲３▼チップの材質として、ＩｒとＲｈの少なくともいずれかを含有しないものを用いると異常腐食を防止することができる。
これらから、負電極チップについては、耐熱性を向上させるためＩｒを含有させる一方、異常腐食を防止するためＲｈを含有させないのが好ましいことが判る。つまり、負電極チップは、Ｒｈを含まない、ＩｒまたはＩｒ合金チップとするのが好ましいことが判る。
また、負電極チップにＩｒ及びＩｒ合金を用いることを前提とすると、正電極チップについては、負電極チップへのＲｈの供給のためＲｈを含有させる一方、異常腐食を防止するためＩｒを含有させないのが好ましいことが判る。つまり、正電極チップは、Ｉｒを含まない、ＲｈまたはＲｈ合金チップとするのが好ましいことが判る。
なお、正電極チップを正電極本体に固着しない場合には、実施例７，９のように、Ｒｈの供給源として正電極本体を用いることもできる。この場合には、正電極本体をＩｒを含まないＲｈまたはＲｈ合金から構成すると良いことになる。
【００４４】
次いで、さらに図５に示す実施例及び比較例のうち、図５の左半分に示す実施例６，比較例３，実施例５，７，４の試験結果について検討する。
まず、正電極チップ（外側電極チップ４２）にＲｈムク材を用いた実施例７では、えぐれ量Ｓが最も大きい（Ｓ＝０．４３ｍｍ）ことが判る。これに対し、実施例６では、これよりもえぐれ量Ｓが若干小さい（Ｓ＝０．４０ｍｍ）。
これは、外側電極本体４１に用いたＮｉ系耐熱合金から、Ｎｉが負電極チップ（中心電極チップ３２）の表面に供給されたため、このＮｉによって異常腐食が抑制されたものと考えられる。一般に、スパークプラグ１００における火花放電は、中心電極チップ３２と外側電極チップ４２との間で生じる。しかし、これらの間のみで生じるとは限らず、むしろ、スワールの影響等で、中心電極チップ３２と外側電極本体４１との間で火花放電が起こることもある。すると、Ｒｈの場合と同じく、外側電極本体４１に電子が衝突することによって、Ｎｉイオンが外側電極本体４１から飛び出し、電界に加速されて、負電極チップ（中心電極チップ３２）の表面に堆積すると考えられる。
なお、Ｎｉも多くは負電極チップ（中心電極チップ３２）の頭部表面３２Ｐに堆積するが、スワール等の影響により、その一部は中心電極チップ３２の側部あるいはえぐれた部分にの僅かに回り込んで付着すると考えられる。
【００４５】
このため、中心電極チップ３２のうち、頭部表面３２ＰはＮｉにより異常腐食を免れる一方、側部からは腐食が進行するため、えぐれ状の異常腐食となると考えられる（図６参照）。但し、実施例６では、若干でも側部にＮｉが回り込んで付着するため、実施例７に比較して、えぐれ量Ｓが小さくなったものと考えられる。
【００４６】
なお付言するに、実施例７では、外側電極本体４１にＲｈムク材を使用しているため、この実施例７では、Ｎｉが中心電極チップ３２に供給されることはない。しかし、本例においても、えぐれ状の異常腐食を生じた。これは、ＩｒとＲｈの存在下における腐食の程度が、Ｒｈの含有率の違いよって異なるため、さらに具体的には、Ｒｈの含有率が１重量％程度のときに異常腐食が最も進行しやすく、Ｒｈの含有量がこれより多くても少なくとも異常腐食は遅くなるためであると考えられる。即ち、中心電極チップ３２の頭部表面３２Ｐには、多くのＲｈが供給されるため、Ｒｈの含有率が高くなり腐食が抑制されたと考えられる。一方、中心電極チップ３２の側部及びえぐれ部分にはＲｈはあまり堆積しないので、Ｒｈの含有率は低いまま（１重量％よりも若干高い程度）となるため、腐食が抑制されにくい。このような違いにより、中心電極チップ３２にえぐれ状の異常腐食が生じたものと考えられる。
【００４７】
かくして、実施例６，７の比較により、負電極チップにおける異常腐食を抑制するため、外側電極本体４１には、Ｎｉを含有する金属、つまりＮｉまたはＮｉ合金を用いると良いことが判る。
【００４８】
さらに敷衍すると、正極性とされる側から負電極チップ（中心電極チップ３２）にＮｉを供給するようにするのが好ましく、これを実現する他の手段としては、正電極チップ（外側電極チップ４２）にＮｉを含有させることが挙げられる。図５においてこの例に該当するものはとしては、比較例３，実施例５，４が挙げられる。比較例３，実施例５と実施例６，７とを比較すれば判るように、比較例３，実施例５の方がえぐれ量Ｓが小さい。外側電極チップ４２にＮｉを含有させたため、中心電極チップ３２の表面により多くのＮｉが確実に堆積するため、中心電極チップ３２の側部等に回り込むＮｉの量も増え、側部からの腐食を抑制したものと考えられる。
【００４９】
次いで、比較例３と実施例５とを比較すると、実施例５の方がえぐれ量Ｓが小さいことが判る。実施例５では、正電極チップ（外側電極チップ４２）の材質をＲｈ−２０Ｎｉとしているので、Ｎｉと共にＲｈも供給される。このＲｈの供給により、負電極チップ（中心電極チップ３２）の表面において、Ｒｈの組成比が高くなり腐食が抑制されたため、相対的にえぐれ量Ｓが小さくなったと考えられる。また、ギャップ増加量（図３、図４参照）を比較しても、実施例５の方が小さく、正電極チップ（外側電極チップ４２）の材質として、Ｒｈ及びＮｉを含有させるのが有効であることが判る。
【００５０】
その他、Ｎｉを予め負電極チップ（中心電極チップ３２）に含有させておくことが挙げられる。図５においてこの例に該当するものはとしては、実施例４が挙げられる。この実施例４と実施例６，比較例３，実施例５，７とを比較すれば判るように、負電極チップ（中心電極チップ３２）に予めＮｉを含有させておくことにより、大幅にえぐれ量Ｓを減少させることができる。正電極チップからのＮｉの供給に頼らずに、含有されているＮｉによって、腐食を抑制できるからであると考えられる。
【００５１】
以上において、本発明を実施形態（実施例）に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上述の実施形態（実施例７を除く）では、外側電極本体４１にＮｉ系耐熱合金を用いた例を示したが、Ｆｅ系耐熱合金など他の材質を用いることもできる。但し、外側電極本体を正極性とし正電極チップ（外側電極チップ）を固着する場合、負電極チップ（中心電極チップ）へのＮｉの供給を考慮すると、Ｎｉ系耐熱合金を採用するのが好ましい。
一方、外側電極本体を正極性（正電極本体）とするが正電極チップを備えない場合には、負電極チップへのＲｈの供給を考慮し、正電極本体をＲｈまたはＲｈ合金とするのが好ましい。
また、中心電極本体についても、Ｆｅ系耐熱合金など他の材質を用いることもできる。但し、中心電極本体を正極性とする場合、負電極チップ（外側電極チップ）へのＮｉの供給を考慮すると、Ｎｉ系耐熱合金を採用するのが好ましい。
また、外側電極チップ４２が高温になることを防止するため、外側電極本体内にＣｕ等の良熱伝導体を配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかるスパークプラグの正面図である。
【図２】上記スパークプラグのうち、外側電極本体に固着した外側電極チップと中心電極本体に設けた中心電極チップの近傍について拡大して示した部分拡大断面図である。
【図３】実施例及び比較例にかかるスパークプラグついて、耐久試験後の火花ギャップ増加量及び異常腐食発生条件下における異常腐食量（えぐれ量）の調査結果である。
【図４】実施例及び比較例にかかるスパークプラグについて、耐久試験後の火花ギャップ増加量を示すグラフである。
【図５】実施例及び比較例にかかるスパークプラグについて、異常腐食発生条件下における異常腐食量（えぐれ量）を示すグラフである。
【図６】中心電極本体に固着したＩｒ合金チップが異常腐食した場合の形態例を示す説明図である。
【符号の説明】
１００スパークプラグ
１絶縁体
１１脚部
１１Ｐ先端面
２主体金具
２１ネジ部
２１Ｐ先端面
３中心電極
３１中心電極本体
３１Ｐ先端部
３２中心電極チップ
３２Ｐ（中心電極チップの）頭部表面
３３接合部
３４良熱伝導体
４外側電極
４１外側電極本体
４２外側電極チップ
４３接合部
５接続端子
Ｇ火花放電ギャップ
Ｓえぐれ量[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spark plug used for igniting an internal combustion engine, and more particularly to a spark plug capable of suppressing consumption of an electrode tip.
[0002]
[Prior art]
Spark plugs have been developed in which one or both of them are provided with a noble metal tip such as Pt in order to suppress the consumption of spark plugs at the center and outer electrodes of the spark plug.
For example, Patent Document 1 discloses a spark plug using Ir or an alloy containing Ir as a main component for a tip for a center electrode and a tip for an outer electrode. Since Ir has a very high melting point (2400 ° C.), it has an advantage of excellent spark wear resistance.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-273965 A (Page 2, FIG. 2)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, Ir itself has high heat resistance, but has a problem that it is rapidly consumed because it is oxidized and volatilized when exposed to a temperature of about 950 ° C. or more.
On the other hand, in Patent Document 1, the oxidation resistance is improved by adding Rh or the like to an Ir or Ir alloy chip.
[0005]
However, there is a need for a spark plug with less wear.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a highly durable spark plug with less wear.
[0006]
Means for Solving the Problems, Functions and Effects
The solution is a spark plug having a center electrode main body and an outer electrode main body. Of the center electrode main body and the outer electrode main body, the negative electrode main body having a relatively negative polarity is provided with Ir and Ir. The positive electrode body, which has a negative electrode tip made of any one of the Ir alloys as the main component and has a relatively positive polarity, is made of any one of Rh and Rh alloys containing Rh without the positive electrode tip. A spark discharge gap is formed between the negative electrode tip and the negative electrode tip, or the positive electrode body, which is relatively positive, is made of one of Rh and an Rh alloy including Rh. And a spark plug including a positive electrode tip that forms a spark discharge gap therebetween.
[0007]
In the present invention, of the center electrode body and the outer electrode body, the electrode body having a relatively negative polarity is provided with a negative electrode tip made of Ir or an Ir alloy containing Ir as a main component. On the other hand, the positive electrode body having positive polarity is made of Rh or a Rh alloy containing Rh without a positive electrode tip. Alternatively, a positive electrode tip made of Rh or an Rh alloy is provided on an electrode body serving as a positive electrode.
As described above, in the spark plug of the present invention, since Rh or Rh alloy is used for the positive electrode body or the positive electrode tip having a positive polarity, when spark discharge occurs, electrons or the like to the positive electrode body or the positive electrode tip are generated. The Rh ions ejected by the collision are accelerated by the electric field, collide with the surface (head surface and side portions) of the negative electrode tip (Ir or Ir alloy tip) having a negative potential and accumulate. As a result, Rh is supplied to the head surface (spark discharge surface) of the negative electrode tip to form an alloy of Ir and Rh, so that oxidation and volatilization of Ir is suppressed. Thus, not only the spark consumption but also the volatilization consumption on the head surface of the negative electrode tip can be suppressed, and the increase of the spark discharge gap can be suppressed. Thus, a highly durable spark plug can be obtained.
[0008]
As the Ir alloy, any composition may be used as long as it contains Ir as a main component, that is, 50% by weight or more, and has heat resistance and durability against spark discharge. For example, Pt, Rh, Noble metals such as Ru, Pd, and Re, or those containing Ni may be used. Further, it contains an oxide of an element selected from Sr, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ti, Zr, and Hf. Things are also mentioned.
As the Rh alloy, any composition may be used as long as it contains Rh and has heat resistance and durability against spark discharge. For example, noble metals such as Pt, Ru, Pd, Re, and Ir may be used. Alternatively, a material containing Ni may be used.
[0009]
Further, it is preferable that the above-mentioned spark plug has a Rh content of 50% by weight or more in a positive electrode main body or a positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy.
[0010]
In the spark plug of the present invention, the Rh content in the positive electrode body or the positive electrode tip is 50% by weight or more, that is, Rh is a main component. By using the positive electrode body or the positive electrode tip containing a large amount of Rh in this manner, more Rh is deposited on the negative electrode tip, so that oxidation and volatilization of Ir can be effectively suppressed. Thus, a highly durable spark plug can be obtained.
[0011]
Further, it is preferable that the spark plug is such that the Rh content in the positive electrode body or the positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy is 80% by weight or more.
[0012]
In the spark plug of the present invention, the Rh content in the positive electrode body or the positive electrode tip is set to 80% by weight or more. By using the positive electrode body or the positive electrode tip containing a larger amount of Rh as described above, more Rh is deposited on the negative electrode tip, so that the oxidation and volatilization of Ir can be effectively suppressed. Thus, a highly durable spark plug can be obtained.
[0013]
Further, in any one of the above-mentioned spark plugs, the positive electrode body or the positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy may be a spark plug having a composition substantially not including Ir.
[0014]
As the positive electrode tip or the negative electrode tip, it is conceivable to use an Ir alloy tip to which Rh is added in order to improve oxidation resistance. In this case, the oxidation resistance of the positive electrode tip and the negative electrode tip can be improved.
However, although the wear (spark wear and volatile wear) from the head surface of the Ir alloy chip is suppressed, depending on the operating conditions of the engine, when using unleaded gasoline, the side of the Ir alloy chip is moved from one direction. An abnormal corrosion phenomenon that was selectively consumed as if it was removed was found (see FIG. 6).
Although the cause of such a phenomenon is not clear, it cannot be explained by spark consumption or volatile consumption. Probably, not only the influence of the temperature of the Ir alloy chip but also the direction when the swirl of the fuel injected and supplied into the engine chamber hits the spark plug and other causes act in combination, so that one of the side portions is selectively formed. It is probable that it was corroded and caused abnormal wear.
By the way, it has been found that this abnormal corrosion remarkably occurs in the positive electrode body, the positive electrode tip, and the negative electrode tip using the Ir alloy to which Rh is added.
[0015]
On the other hand, in the spark plug of the present invention, the positive electrode body or the positive electrode tip uses Rh or a Rh alloy having a composition substantially free of Ir.
For this reason, in this spark plug, abnormal corrosion does not occur at least for the positive electrode body or the positive electrode tip. Therefore, even under the condition where abnormal corrosion is likely to occur, abnormal spark does not occur on the positive electrode main body and the positive electrode tip, and a highly durable spark plug can be obtained.
In addition, the term "substantially free of Ir" means that the positive electrode body or the positive electrode tip does not contain any Ir, or that it contains a small amount of Ir but does not cause abnormal corrosion to the positive electrode tip or the like. In some cases. Specifically, for example, it indicates a case where the content of Ir is a very small amount of 0.01% by weight or less.
[0016]
Furthermore, in the spark plug according to any one of the above, the center electrode body or the outer electrode body to which the positive electrode tip is fixed may be a spark plug made of Ni or a Ni alloy.
[0017]
The cause of the above-mentioned abnormal corrosion is not clear. However, the present inventors have analyzed and found that Ni is detected from the surface of the head of the negative electrode that has undergone abnormal corrosion, but is hardly detected from the abnormally corroded portion. Note that Ni jumped out of the outer electrode body made of a Ni alloy when a spark discharge occurred between the outer electrode body having the positive electrode tip fixed and at a positive potential and the center electrode tip having a negative potential. It was considered that Ni ions were attached to the surface of the head of the Ir alloy tip of the negative electrode. This is because spark discharge in a spark plug does not always occur only between the positive electrode tip and the negative electrode tip. Generally, a part of the spark discharge occurs between the center electrode body or the outer electrode body to which the positive electrode tip is fixed and the negative electrode tip. Therefore, it is considered that such a spark discharge causes electrons to collide with Ni or the Ni alloy constituting the center electrode body or the outer electrode body, so that Ni ions jump out, are accelerated by the electric field, and collide with and accumulate on the negative electrode tip. Was done. From this, it is considered that Ni has an effect of preventing the occurrence and progress of abnormal corrosion under the conditions where Ir and Rh are present and abnormal corrosion occurs.
[0018]
Therefore, in the spark plug of the present invention, the center electrode body or the outer electrode body to which the positive electrode tip is fixed is made of Ni or a Ni alloy. Thereby, Ni is supplied to the surface of the negative electrode tip by the spark discharge as described above. For this reason, even if the engine is driven under conditions that cause abnormal corrosion, the Ni deposition suppresses abnormal corrosion of the negative electrode tip.
As can be seen from the above analysis results, a large amount of Ni is deposited on the surface of the head (spark discharge surface) of the negative electrode tip. However, a small amount of Ni is supplied to the side portion of the negative electrode tip or to a portion that is chipped in a scooped shape due to the influence of swirl or the like. Therefore, compared to the case where Ni is not supplied from the outer electrode body or the like, it is considered that the occurrence and progress of abnormal corrosion occurring on the side of the negative electrode can be suppressed.
[0019]
Furthermore, in the spark plug according to any one of the above, it is preferable that the negative electrode tip is a spark plug containing Rh and Ni.
[0020]
In the spark plug of the present invention, an Ir alloy containing Rh and Ni is used for the negative electrode tip. For this reason, in the negative electrode tip, not only Rh supplied from the positive electrode tip but also Rh contained in the negative electrode tip can suppress the volatilization consumption of Ir.
Furthermore, although Ir and Rh are present in the negative electrode tip, since the negative electrode tip contains Ni as well as Ni supplied from the positive electrode tip, the engine is driven even under the condition where abnormal corrosion occurs. However, abnormal corrosion of the negative electrode tip can be suppressed.
In the case of the present invention as well, a small amount of Ni is supplied to the side portion of the negative electrode tip or a portion that is chipped in the shape of a scuff due to the influence of swirl or the like. It is considered that the occurrence and progress of abnormal corrosion caused by the side of the negative electrode can be suppressed accordingly.
[0021]
Furthermore, in the spark plug according to any one of the above, it is preferable that the positive electrode body or the positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy is a spark plug containing Ni.
[0022]
In the spark plug of the present invention, the positive electrode body or the positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy contains Ni. Therefore, even if Ir and Rh are simultaneously present in the negative electrode tip, Ni is supplied from the positive electrode body or the positive electrode tip made of any of Rh and Rh alloy, so that the positive electrode tip contains Ni. Abnormal corrosion can be suppressed as compared with the case where no corrosion is performed.
When the positive electrode tip also contains Ir, Rh and Ir are simultaneously present in the positive electrode tip. However, since the positive electrode tip further contains Ni, the positive electrode tip also contains Ni. Abnormal corrosion can be suppressed as compared with the case where it is not contained.
[0023]
Alternatively, in the above-described spark plug, the negative electrode tip may be a spark plug having a composition substantially not including Rh.
[0024]
In the spark plug of the present invention, Rh is not substantially contained in the negative electrode tip. Therefore, since Ir and Rh do not simultaneously exist on the side of the negative electrode tip, abnormal corrosion hardly occurs. On the other hand, since the positive electrode tip contains Rh, Rh is supplied to the head surface (spark discharge surface) of the negative electrode tip. For this reason, volatilization consumption on the head surface of the negative electrode tip can be suppressed.
On the other hand, Rh is supplied also to the side of the negative electrode tip due to the influence of swirl or the like, but no abnormal corrosion occurs. It is considered that this is because the amount of Rh supplied to the side portion compared to the surface of the head is very small, and does not satisfy the condition of causing abnormal corrosion.
The phrase “substantially free of Rh” includes not only the case where Rh is not included in the negative electrode tip at all but also the case where Rh is slightly contained but does not cause abnormal corrosion to the negative electrode tip. Specifically, for example, it refers to a case where the content of Rh is as small as 0.01% by weight or less.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The spark plug 100 of the present embodiment includes an insulator 1 made of alumina ceramic, and a cylindrical metal shell 2 surrounding the periphery of the leg portion 11 so that the tip of the leg portion 11 projects from the tip of the screw portion 21. .
[0026]
Further, the insulator 1 is formed in a cylindrical shape, and the center electrode 3 is fitted along the center axis thereof. The center electrode 3 has a center electrode body 31. The center electrode body 31 has a distal end portion 31P protruding from the distal end surface 11P of the leg portion 11 of the insulator 1. The center electrode body 31 is made of a Ni-based heat-resistant alloy such as Inconel. In addition, a center electrode tip 32 mainly made of various noble metals is fixed to the tip portion 31P as described later. Specifically, the center electrode tip 32 is fixed to the distal end portion 31P via the joint portion 33 by laser welding, electron beam welding, resistance welding, or the like. A good heat conductor 34 such as Cu is inserted into the center of the center electrode main body 31 at the base end thereof (downward in FIG. 2) so that heat can be efficiently discharged to the base end. Thereby, the temperatures of the center electrode tip 32 and the tip portion 31P are reduced.
[0027]
Further, in the metal shell 2, the outer electrode 4 is fixed to the distal end surface 21 </ b> P of the screw portion 21, and is bent substantially in an L shape toward the center axis side of the spark plug 100. The outer electrode 4 has an outer electrode body 41, and the outer electrode body 41 is made of a Ni-based heat-resistant alloy such as Inconel. Further, an outer electrode chip 42 mainly made of various noble metals is fixed to a position of the outer electrode body 41 facing the center electrode chip 32 as described later. Specifically, the outer electrode tip 42 is fixed to the outer electrode body 41 via the joint 43 by resistance welding, laser welding, or the like. As a result, a spark discharge gap G is formed between the center electrode tip 32 and the outer electrode tip 42.
[0028]
Note that the spark plug 100 may be formed by a known method. When the negative electrode tip and the positive electrode tip are made of an alloy, they may be formed as follows, for example. That is, a powder of a noble metal or the like as a raw material is blended at an expected weight ratio, and this is melted to form an alloy ingot. As a specific melting method, arc melting, plasma beam melting, high-frequency induction melting, or the like can be employed. In addition, in order to reduce segregation in the alloy composition, the alloy solution is preferably cast into a water-cooled mold or the like to form a quenched ingot. Alternatively, a powder of a noble metal or the like may be pressed and sintered. Thereafter, the alloy ingot is processed into a linear shape by hot forging, hot rolling, hot drawing, or the like, and is cut and formed.
[0029]
By the way, as described above, in order to prevent the center electrode tip 32 and the outer electrode tip 42 (hereinafter, these are collectively referred to simply as a chip) from being consumed by spark discharge, in order to improve the heat resistance of these chips, It has been proposed to use Ir or an Ir alloy for such a chip. Since Ir has a high melting point, there is an advantage that chip consumption (spark consumption) due to spark discharge can be suppressed. However, Ir has the property of oxidizing and volatilizing when exposed to a high temperature of about 950 ° C. or higher. By the way, under the condition where the temperature in the engine room becomes high (for example, when the state of high rotation and high output is continued for a long time), the temperature of the center electrode tip 32 and the outer electrode tip 42 may reach nearly 1000 ° C. . Therefore, under such conditions, the tip using Ir or Ir alloy may be volatilized and consumed.
[0030]
On the other hand, it has been found that when an Ir alloy to which Rh is added is used, it is possible to suppress the volatile consumption of Ir in the chip while having heat resistance.
[0031]
By the way, when spark discharge occurs in the spark plug 100, electrons collide with the chip on the positive side (often the head surface), so that the atoms constituting the chip become positive ions due to the impact. Jump out. The positive ions are accelerated by the electric field in the spark discharge and collide with and accumulate on the chip on the negative side (often the head surface). That is, atoms move from the chip on the positive side to the surface of the chip on the negative side.
[0032]
Therefore, if a chip made of Rh or a Rh alloy containing Rh is used for the chip made positive, even if a chip made of Ir or Ir alloy is made at least on the side made negative, oxidation and volatilization of Ir is suppressed. be able to.
In order to confirm this, in FIG. As shown in 1 to 5 (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2), the material of the center electrode tip 32 is Ir-5Pt, and the material of the outer electrode tip 42 is selected. A durability test was performed with the negative polarity and the outer electrode tip 42 as the positive polarity, and the increase in the gap after the durability test with respect to the initial spark discharge gap size was measured.
In addition, the gap measured the shortest distance between both.
“Ir-5Pt” indicates an Ir alloy in which Pt is 5% by weight and the balance is Ir. The following display has the same meaning.
Further, the durability test conditions are such that the spark plug 100 is attached to the engine and the operation is maintained for 200 hours in the actual running simulation mode.
The center electrode tip 32 had a diameter of 0.6 mm and a thickness of 0.8 mm, and the outer electrode tip 42 had a diameter of 1.0 mm and a thickness of 0.2 mm.
[0033]
In each of Comparative Examples 1 and 2, the gap increase amount was 0.24 mm. On the other hand, in Examples 1, 2, and 3 using the Rh alloy for the outer electrode tip (positive electrode tip) having a positive polarity, 0.09 mm, 0.14 mm. 0.22 mm, and the gap increase was reduced in each case (see FIGS. 3 and 4). From this fact, when an Ir or Ir alloy tip is used for the tip on the negative side (negative electrode tip), Rh or an Rh alloy is used for the positive electrode tip, so that an Ir or Ir alloy tip (negative electrode tip) is used. It can be seen that the consumption of the chip) can be suppressed. That is, from these, it is understood that the volatilization consumption of the negative electrode tip can be suppressed by using a material to which Rh is added to the positive electrode tip without changing the material composition of the negative electrode tip.
[0034]
Further, comparing Examples 1, 2, and 3, it can be seen that the greater the Rh content in the outer electrode tip 42, the more the gap increase can be suppressed. This is presumably because the larger the Rh content, the more Rh is deposited on the surface of the head of the center electrode tip 32 (negative electrode tip) by spark discharge, so that the volatilization of Ir can be suppressed. In particular, when Examples 2 and 3 are compared, only by changing the Rh content of the positive electrode tip (outer electrode tip) from 40% by weight (Example 3) to 50% by weight (Example 2), the gap increase amount is reduced. It has been greatly reduced (by 36%) from 0.22 mm (Example 3) to 0.14 mm (Example 2). This indicates that it is more preferable to use a positive electrode tip containing 50% by weight or more of Rh.
[0035]
Further, comparing Examples 1 and 2, by changing the Rh content of the positive electrode tip (outer electrode tip) 42 from 50% by weight (Example 2) to 80% by weight (Example 1), the gap increase amount was reduced. It can be seen that it has decreased from 0.14 mm (Example 2) to 0.09 mm (Example 1). Further, referring to FIG. 4, in all of Examples 1, 4, and 5 in which the Rh content in the positive electrode tip (outer electrode tip) 42 was 80% by weight, the gap increase was better than the others. It turns out that there is. From these, it is understood that it is more preferable that the Rh content of the positive electrode tip 42 be 80% by weight or more.
[0036]
Furthermore, it is believed that not only supplying Rh from the positive electrode tip to the negative electrode tip, but also allowing Rh to be contained in the negative electrode tip in advance can more reliably suppress the volatilization of the negative electrode tip (Ir alloy tip). Can be
Therefore, in order to confirm this, in FIG. As shown in 6 to 8 (Examples 4 and 5 and Comparative Example 3), the material (Ir-1Rh or Ir-1Rh-0.5Ni) obtained by adding Rh to the center electrode tip 32 and the outer electrode tip were used. 42, a durability test was performed using the center electrode tip 32 as a negative electrode and the outer electrode tip 42 as a positive electrode, and the gap increase was measured.
[0037]
In Comparative Example 3 (Ir-1Rh / Pt-20Ni), the gap increase amount was 0.13 mm. This is a good value even when compared with the above-described Comparative Examples 1 and 2, and also with Examples 1 to 3. This indicates that it is effective to use an Ir alloy to which Rh is added for the negative electrode tip.
[0038]
On the other hand, in Examples 4 and 5, the gap increment was 0.12 mm (Example 4) and 0.08 mm (Example 5), which were even better. From this, even when an Rh alloy containing Rh is used in advance for the negative electrode tip (center electrode tip 32), supplying Rh from the positive electrode tip (outer electrode tip 42) further increases the negative electrode tip. It can be seen that volatile consumption can be suppressed (see FIGS. 3 and 4).
[0039]
By the way, as described above, when an Ir alloy to which Rh is added is used as a chip, depending on the type of the engine and driving conditions, the side of the Ir alloy chip is selectively consumed as if it was cut off from one direction. Abnormal corrosion may occur (see FIG. 6). Therefore, the following test was conducted in order to examine how the material of the tip should be set for a spark plug used in an engine in which such a phenomenon might occur.
Spark plugs 100 in which the material of the tip is variously changed are prepared, and these are applied under the condition that abnormal corrosion is known to occur. Specifically, the condition of occurrence of abnormal corrosion is that the throttle of the engine is fully opened and maintained for 50 hours.
[0040]
The center electrode tip 32 had a diameter of 0.6 mm and a thickness of 0.9 mm, and the outer electrode tip 42 had a diameter of 1.0 mm and a thickness of 0.2 mm.
Further, as shown in FIG. 6, the depth S was measured at the depth of the center electrode chip before the test at the deepest position with respect to the outer shape (virtual line). Further, the example in which the scouring amount S is indicated by “0 (none)” indicates that scouring-like abnormal corrosion did not occur.
Further, in Examples 7 and 9, the metal rod material (Rh Muk material) of Rh was used for the outer electrode body itself (positive electrode body) 41 without fixing the outer electrode tip.
In Example 10, the outer electrode body 41 made of Rh-Muk was used, and the outer electrode tip 42 made of Rh-20Ni was fixed to the outer electrode body 41.
[0041]
In FIG. 5, the left five (Example 6, Comparative Example 3, Examples 5, 7, and 4) have large or small values, but any scrambled abnormal corrosion occurs. In each of these, an Ir alloy containing Rh is used for the center electrode tip 32. On the other hand, none of the five right samples (Examples 8, 1, 2, 9, and 10) had abnormal corrosion. These use an Ir alloy (Ir-5Pt) containing no Rh for the center electrode tip 32. As can be easily understood by comparing these, it is found that scorching abnormal corrosion occurs when using an Ir alloy containing Rh as a chip. On the other hand, it is found that when an Ir alloy containing no Rh is used as a chip, abnormal corrosion does not occur. Further, in any of the example and the comparative example shown in FIG. 5, abnormal corrosion was not observed on the outer electrode tip 42. This also supports the above contents. Therefore, in order to prevent abnormal corrosion, it is understood that it is better to use a chip material that does not contain both Ir and Rh at the same time, that is, a material that does not contain at least one of Ir and Rh is used. .
[0042]
In the above description, an experiment was performed on the case where the center electrode tip 32 was set to the negative polarity and the outer electrode tip 42 (the outer electrode body 41) was set to the positive polarity, and measurement was performed on the scrambled abnormal corrosion that occurred on the center electrode tip 32. Was. On the other hand, the case where the outer electrode tip 42 has a negative polarity and the center electrode tip 32 has a positive polarity is not shown, but it has been found that the occurrence of abnormal corrosion is not related to the polarity of the tip. It has also been found that the same occurs for the outer electrode tip 42 if the conditions are met.
However, the outer electrode tip 42 may have a small thickness (0.2 mm in the above example). In that case, it is hard to be affected by swirl, so that it is hard to cause abnormal wear, and even if abnormal corrosion occurs, it tends to be consumed to the entire thickness. As the thickness of the outer electrode tip 42 increases, when abnormal wear occurs, the outer electrode tip 42 wears out like a center electrode tip 32 (see FIG. 6).
Therefore, hereinafter, the positive electrode tip and the negative electrode tip will be considered without distinguishing between the center electrode tip 32 and the outer electrode tip 42.
[0043]
From the above experimental results, the following can be understood. {Circle around (1)} By using Ir, the heat resistance of the chip can be improved. {Circle around (2)} When an Ir or Ir alloy tip is used for the negative electrode tip, the volatilization of Ir can be suppressed by supplying Rh from the positive electrode tip. {Circle around (3)} If a chip material that does not contain at least one of Ir and Rh is used, abnormal corrosion can be prevented.
From these results, it can be seen that it is preferable that the negative electrode tip contains Ir for improving heat resistance, but does not contain Rh for preventing abnormal corrosion. That is, it is understood that the negative electrode tip is preferably an Ir or Ir alloy tip not containing Rh.
Assuming that Ir and Ir alloys are used for the negative electrode tip, the positive electrode tip contains Rh for supplying Rh to the negative electrode tip, but does not contain Ir for preventing abnormal corrosion. It turns out that it is preferable. That is, it is understood that the positive electrode tip is preferably a Rh or Rh alloy tip not containing Ir.
When the positive electrode tip is not fixed to the positive electrode main body, the positive electrode main body can be used as a supply source of Rh as in the seventh and ninth embodiments. In this case, it is preferable to form the positive electrode body from Rh or Rh alloy not containing Ir.
[0044]
Next, among the examples and comparative examples shown in FIG. 5, the test results of Example 6, Comparative Example 3, Examples 5, 7, and 4 shown in the left half of FIG. 5 will be examined.
First, it can be seen that in Example 7 in which the Rh electrode material was used for the positive electrode tip (outer electrode tip 42), the scoring amount S was the largest (S = 0.43 mm). On the other hand, in the sixth embodiment, the scuffing amount S is slightly smaller than this (S = 0.40 mm).
This is probably because Ni was supplied to the surface of the negative electrode tip (center electrode tip 32) from the Ni-based heat-resistant alloy used for the outer electrode body 41, so that abnormal corrosion was suppressed by this Ni. Generally, a spark discharge in the spark plug 100 occurs between the center electrode tip 32 and the outer electrode tip 42. However, the spark discharge does not always occur only between them, but rather, a spark discharge may occur between the center electrode tip 32 and the outer electrode body 41 due to the influence of swirl or the like. Then, as in the case of Rh, when electrons collide with the outer electrode body 41, Ni ions jump out of the outer electrode body 41, are accelerated by an electric field, and deposit on the surface of the negative electrode tip (center electrode tip 32). Conceivable.
Most of Ni also deposits on the head surface 32P of the negative electrode tip (center electrode tip 32), but part of the Ni is slightly deposited on the side or undercut of the center electrode tip 32 due to swirl or the like. It is thought that it wraps around and adheres.
[0045]
For this reason, the head surface 32P of the center electrode tip 32 is free from abnormal corrosion by Ni, while corrosion progresses from the side, and it is considered that abnormal corrosion in a scrambled state is caused (see FIG. 6). However, in Example 6, since the Ni wrapped around and adhered to the side even slightly, it is considered that the scouring amount S was smaller than in Example 7.
[0046]
In addition, in the seventh embodiment, since the Rh electrode material is used for the outer electrode body 41, Ni is not supplied to the center electrode chip 32 in the seventh embodiment. However, also in this example, scorched abnormal corrosion occurred. This is because the degree of corrosion in the presence of Ir and Rh differs depending on the difference in the content of Rh, and more specifically, when the content of Rh is about 1% by weight, abnormal corrosion most easily progresses. It is considered that even if the content of Rh is larger than this, at least abnormal corrosion becomes slow. That is, it is considered that since a large amount of Rh is supplied to the head surface 32P of the center electrode tip 32, the content of Rh is increased and corrosion is suppressed. On the other hand, since Rh does not deposit much on the side and undercut portions of the center electrode tip 32, the content of Rh remains low (a little higher than 1% by weight), so that corrosion is hardly suppressed. It is considered that such a difference caused the scintillating abnormal corrosion of the center electrode tip 32.
[0047]
Thus, a comparison of Examples 6 and 7 shows that a metal containing Ni, that is, Ni or a Ni alloy, should be used for the outer electrode body 41 in order to suppress abnormal corrosion in the negative electrode tip.
[0048]
More specifically, it is preferable to supply Ni to the negative electrode tip (center electrode tip 32) from the side having positive polarity. As another means for realizing this, the positive electrode tip (outer electrode tip 42) is used. ) Contains Ni. In FIG. 5, comparative examples 3, 5 and 4 are applicable to this example. As can be seen by comparing the comparative examples 3 and 5 with the examples 6 and 7, the scramble amount S is smaller in the comparative examples 3 and 5. Since Ni is contained in the outer electrode tip 42, more Ni is reliably deposited on the surface of the center electrode tip 32, so that the amount of Ni wrapping around the side of the center electrode tip 32 also increases, and corrosion from the side is reduced. It is considered to have been suppressed.
[0049]
Next, a comparison between Comparative Example 3 and Example 5 shows that Example 5 has a smaller scouring amount S. In the fifth embodiment, since the material of the positive electrode tip (outer electrode tip 42) is Rh-20Ni, Rh is supplied together with Ni. It is considered that the supply of Rh increased the composition ratio of Rh on the surface of the negative electrode tip (center electrode tip 32) and suppressed corrosion, and thus the scouring amount S was relatively reduced. Comparing the gap increase amounts (see FIGS. 3 and 4), Example 5 is smaller, and it is effective to include Rh and Ni as the material of the positive electrode tip (outer electrode tip 42). It turns out that there is.
[0050]
In addition, Ni may be contained in the negative electrode tip (center electrode tip 32) in advance. An example corresponding to this example in FIG. 5 is Example 4. As can be seen from a comparison between Example 4 and Examples 6, Comparative Examples 3, and Examples 5 and 7, the inclusion of Ni in the negative electrode tip (center electrode tip 32) in advance significantly reduces The quantity S can be reduced. It is considered that corrosion can be suppressed by the contained Ni without depending on the supply of Ni from the positive electrode tip.
[0051]
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment (example). However, the present invention is not limited to the above embodiment, and it can be said that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. Not even.
For example, in the above-described embodiment (except for Example 7), an example in which a Ni-based heat-resistant alloy is used for the outer electrode main body 41 has been described, but other materials such as an Fe-based heat-resistant alloy may be used. However, when the outer electrode main body is made positive and the positive electrode tip (outer electrode tip) is fixed, it is preferable to use a Ni-based heat-resistant alloy in consideration of supply of Ni to the negative electrode tip (center electrode tip).
On the other hand, when the outer electrode main body has a positive polarity (positive electrode main body) but does not include the positive electrode tip, the positive electrode main body is preferably made of Rh or Rh alloy in consideration of supply of Rh to the negative electrode tip. preferable.
Further, also for the center electrode main body, another material such as an Fe-based heat-resistant alloy can be used. However, when the center electrode body has a positive polarity, it is preferable to use a Ni-based heat-resistant alloy in consideration of supply of Ni to the negative electrode tip (outer electrode tip).
In order to prevent the temperature of the outer electrode tip 42 from becoming high, a good heat conductor such as Cu may be arranged in the outer electrode body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a spark plug according to an embodiment.
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view showing, in an enlarged manner, the vicinity of an outer electrode tip fixed to an outer electrode body and a center electrode tip provided on a center electrode body in the spark plug.
FIG. 3 shows the results of an investigation on the spark gap increase amount after the durability test and the abnormal corrosion amount (erase amount) under abnormal corrosion occurrence conditions for the spark plugs according to Examples and Comparative Examples.
FIG. 4 is a graph showing a spark gap increase after a durability test for spark plugs according to an example and a comparative example.
FIG. 5 is a graph showing the amount of abnormal corrosion (the amount of scouring) under abnormal corrosion occurrence conditions for the spark plugs according to the example and the comparative example.
FIG. 6 is an explanatory view showing an embodiment in a case where an Ir alloy tip fixed to a center electrode main body is abnormally corroded.
[Explanation of symbols]
100 spark plug
1 insulator
11 legs
11P Tip surface
2 metal shell
21 Screw part
21P Tip surface
3 Center electrode
31 Center electrode body
31P Tip
32 center electrode tip
32P head surface (of center electrode tip)
33 joint
34 Good thermal conductor
4 Outer electrode
41 Outer electrode body
42 Outer electrode tip
43 joint
5 Connection terminal
G spark discharge gap
S amount

Claims

A spark plug having a center electrode body and an outer electrode body,
Of the center electrode body and the outer electrode body,
The negative electrode body having a relatively negative polarity includes a negative electrode tip made of either Ir or an Ir alloy containing Ir as a main component,
The positive electrode main body having a relatively positive polarity does not include the positive electrode tip, and is made of any of Rh and Rh alloy including Rh, and forms a spark discharge gap with the negative electrode tip, or ,
A spark plug including a positive electrode body that is made of one of Rh and a Rh alloy containing Rh and that forms a spark discharge gap with the negative electrode chip, wherein the positive electrode body has a relatively positive polarity.

The spark plug according to claim 1,
A spark plug in which the Rh content in the positive electrode body or the positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy is 50% by weight or more.

The spark plug according to claim 2,
A spark plug wherein the Rh content in the positive electrode body or the positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy is 80% by weight or more.

It is a spark plug according to claim 1 or claim 2,
A spark plug in which a positive electrode body or a positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy has a composition substantially not containing Ir.

The spark plug according to any one of claims 1 to 4,
A spark plug in which a center electrode body or an outer electrode body to which the positive electrode tip is fixed is made of Ni or a Ni alloy.

It is a spark plug according to any one of claims 1 to 5,
The negative electrode tip is a spark plug containing Rh and Ni.

The spark plug according to any one of claims 1 to 6, wherein
The positive electrode main body or the positive electrode tip made of any one of Rh and Rh alloy is a spark plug containing Ni.

The spark plug according to claim 1 or claim 2 (any one of claims 1 to 4),
The spark plug, wherein the negative electrode tip has a composition substantially not including Rh.