JP2005353606A - Spark plug - Google Patents
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- BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N CCCCCCN Chemical compound CCCCCCN BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Abstract
Description
本発明は、スパークプラグに関し、特に、中心電極および接地電極に細形状の貴金属チップを接合することにより高着火性を具備した上で、貴金属チップの耐消耗性を改善し、従来よりもさら熱負荷の厳しいエンジンに適合できる内燃機関用スパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug, and in particular, it has improved high wear resistance by joining a thin noble metal tip to a center electrode and a ground electrode, and further improves the wear resistance of the noble metal tip, so The present invention relates to a spark plug for an internal combustion engine that can be adapted to an engine with severe load.
従来より、特許文献1に記載されているように、高着火性を有するスパークプラグを得るために、中心電極および接地電極をともに電極支持部から突起させ、かつ細電極とすることが提案されている。
Conventionally, as described in
さらに、電極の耐消耗性を確保するために、細電極の構成として、例えばPt、Pd、Au等またはこれらの合金からなる貴金属チップを中心電極および接地電極の放電ギャップを隔てた対向面に固着したものが提案されている。
しかしながら、近年の高出力、低燃費、低排出ガス等のエンジンにおける傾向により、従来のエンジンに比して高温の燃焼雰囲気となり、スパークプラグの電極温度が非常に高くなってくる。 However, due to recent trends in engines such as high output, low fuel consumption, and low exhaust gas, the combustion atmosphere is higher than that of conventional engines, and the electrode temperature of the spark plug becomes very high.
さらに、接地電極においては、細形状の貴金属チップが突き出した構成をとった場合、該貴金属チップがヒートスポットとなり加速的に消耗してしまい、短時間で寿命に至るいった問題が顕在化してきた。 Furthermore, in the ground electrode, when a noble metal tip having a narrow shape is projected, the noble metal tip becomes a heat spot and is consumed at an accelerated rate, and the problem that the lifetime is reached in a short time has become apparent. .
本発明は上記問題に鑑み、放電ギャップを隔てた中心電極および接地電極の対向面に貴金属チップを固定してなるスパークプラグにおいて、貴金属チップの耐消耗性を向上させることを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to improve the wear resistance of a noble metal tip in a spark plug in which a noble metal tip is fixed to the opposing surfaces of a center electrode and a ground electrode with a discharge gap therebetween.
上記目的を達成するため、鋭意検討を行った。貴金属チップの消耗は、放電エネルギーによる溶融によって消耗する火花消耗と、高温による酸化揮発によって消耗する酸化揮発消耗の合計であるが、中心電極と接地電極とでは、貴金属チップの消耗形態が異なるためそれぞれの割合に大きく差が生じる。ここで、酸化揮発消耗は、高温によりチップ表面に酸化膜が形成され該酸化膜が脱落して消耗するものと推定される。 In order to achieve the above object, intensive studies were conducted. The consumption of the noble metal tip is the total of the spark consumption consumed by melting due to the discharge energy and the oxidation volatilization consumed due to oxidation volatilization due to high temperature. There is a large difference in the ratio. Here, it is presumed that the oxidation volatilization is consumed when an oxide film is formed on the chip surface at a high temperature and the oxide film is dropped.
一般に、中心電極における貴金属チップはマイナス極性であるため、火花消耗の割合が高く、酸化揮発消耗は少ない。これに対し、接地電極における貴金属チップは中心電極に比べて温度が高いため、酸化揮発消耗の割合が高いが、プラス極性であるため火花消耗は少ない。 In general, since the noble metal tip in the center electrode has a negative polarity, the rate of spark consumption is high and the oxidation and volatilization is low. On the other hand, the precious metal tip in the ground electrode has a higher temperature than the center electrode, so the rate of oxidative volatilization consumption is high. However, since it is a positive polarity, there is little spark consumption.
そこで、上記知見に鑑み、中心電極の貴金属チップ、接地電極の貴金属チップをそれぞれの消耗形態に適応した材料組成とすることに着目し、実験検討した結果、本発明を創出するに至った。 In view of the above findings, the inventors have focused on making the noble metal tip of the center electrode and the noble metal tip of the ground electrode have material compositions adapted to the respective consumption forms, and as a result of experimental studies, the present invention has been created.
すなわち、請求項1に記載の発明では、中心電極(30)と、中心電極と放電ギャップ(50)を介して対向する接地電極(40)とを備え、中心電極および接地電極における互いの対向面(32、43)には、それぞれ貴金属チップ(35、45)が固定されているスパークプラグにおいて、前記接地電極における前記貴金属チップ(45)は、断面積Aが0.1mm2以上1.15mm2以下であり、前記接地電極の対向面からの突き出し量tが0.3mm以上1.5mm以下であり、耐酸化揮発性が前記中心電極における前記貴金属チップ(35)よりも優れていることを特徴とする。
In other words, the invention according to
本発明者の検討によれば、着火性を向上させるために接地電極における貴金属チップを接地電極の対向面から突き出させたとき、その突き出し量tが0.3mm以上の場合に、接地電極における貴金属チップの消耗形態は、火花消耗よりも酸化揮発消耗の割合が高くなることがわかった(図3、図4参照)。 According to the study of the present inventor, when the noble metal tip on the ground electrode is protruded from the facing surface of the ground electrode in order to improve the ignitability, the noble metal in the ground electrode is projected when the protrusion amount t is 0.3 mm or more. It was found that the chip consumption mode has a higher rate of oxidative volatilization consumption than spark consumption (see FIGS. 3 and 4).
そこで、本発明のように、突き出し量tが0.3mm以上の場合に、接地電極における貴金属チップを、中心電極における貴金属チップよりも耐酸化揮発性に優れたものにすることで、特に接地電極における貴金属チップの耐消耗性を向上させることができる。 Therefore, when the protruding amount t is 0.3 mm or more as in the present invention, the noble metal tip in the ground electrode is more excellent in oxidation volatility than the noble metal tip in the center electrode. The wear resistance of the noble metal tip can be improved.
また、接地電極(40)における貴金属チップ(45)の断面積Aが0.1mm2以上1.15mm2以下であり、突き出し量tが1.5mm以下であれば、耐消耗性の向上と高着火性との両立にとって有利である。 Further, the sectional area A of the noble metal tip (45) of the ground electrode (40) is at 0.1 mm 2 or more 1.15 mm 2 or less, if the protrusion amount t is 1.5mm or less, wear resistance improvement and high It is advantageous for achieving both ignitability.
ちなみに、断面積Aが0.1mm2未満であるとチップの消耗量が大幅に増大しやすくなり(図7参照)、1.15mm2超であると高着火性の確保が困難になりやすい。また、突き出し量tが1.5mmより大であると、やはりチップ消耗量が大幅に増大しやすい(図8参照)。 Incidentally, if the cross-sectional area A is less than 0.1 mm 2 , the amount of chip consumption tends to increase significantly (see FIG. 7), and if it exceeds 1.15 mm 2, it is difficult to ensure high ignitability. Further, if the protruding amount t is larger than 1.5 mm, the chip consumption amount is likely to increase significantly (see FIG. 8).
また、請求項2に記載の発明では、中心電極(30)および接地電極(40)における貴金属チップ(35、45)を大気中、1100℃で30時間放置した後の中心電極における貴金属チップ(35)の最大酸化揮発幅Lmax1に対する接地電極における貴金属チップ(45)の最大酸化揮発幅Lmax2の比Lmax2/Lmax1を酸化揮発比Xとしたとき、X≦0.8であることを特徴とする。
In the invention according to
上記酸化揮発比Xが1よりも小さい場合に、実質的に、接地電極における貴金属チップのほうが中心電極における貴金属チップよりも耐酸化揮発性に優れたものになると言えるが、本発明者の検討によれば、酸化揮発比Xが0.8以下であれば、接地電極における貴金属チップの酸化揮発消耗を大幅に低減することができる(図6参照)。 When the oxidation volatilization ratio X is smaller than 1, it can be said that the noble metal tip at the ground electrode is substantially superior in oxidation volatility than the noble metal tip at the center electrode. Therefore, if the oxidation volatilization ratio X is 0.8 or less, the oxidation volatilization consumption of the noble metal tip at the ground electrode can be greatly reduced (see FIG. 6).
また、本発明者は、接地電極における貴金属チップの酸化揮発消耗による耐消耗性を向上させるためには、貴金属チップを構成する貴金属にそれ自体が酸化しやすい添加物を加え、この添加物による酸化膜を形成して一種の保護膜を形成してやれば良いのではないかと考えた。 In addition, in order to improve the wear resistance due to oxidative volatilization and consumption of the noble metal tip at the ground electrode, the present inventor adds an additive that easily oxidizes itself to the noble metal constituting the noble metal tip, and oxidizes by this additive. I thought it would be good to form a film to form a kind of protective film.
そこで、高融点材であるIr合金を用いた貴金属チップにおいて、上記添加物の含有比を変えて耐消耗性を調べるという検討を行った。請求項3に記載の発明は、この検討結果に基づいてなされたものである。
In view of this, a study was conducted to examine wear resistance by changing the content ratio of the above additives in a noble metal tip using an Ir alloy which is a high melting point material. The invention described in
すなわち、請求項3に記載の発明では、中心電極および接地電極における貴金属チップはともに、50重量%を超えるIrに少なくとも1種の添加物を含有したIr合金からなり、接地電極における貴金属チップに含有される添加物の合計は15重量%以上であることを特徴とする。
That is, in the invention according to
それによれば、中心電極および接地電極における貴金属チップをともに、50重量%以上のIrに少なくとも1種の添加物を含有したIr合金からなるものとすることで、高融点であり耐熱性に優れたチップ特性を確保できる。 According to this, both the noble metal tips in the center electrode and the ground electrode are made of an Ir alloy containing at least one additive in 50% by weight or more of Ir, so that it has a high melting point and excellent heat resistance. Chip characteristics can be secured.
さらに、接地電極における貴金属チップに含有される添加物の合計は15重量%以上50重量以下となるが、それにより、当該貴金属チップは耐消耗性が大幅に向上する。ここで、当該添加物の合計が15重量%よりも小さいと、酸化揮発消耗を抑制することが困難となり消耗量が増大し、また、50重量%よりも大きいと融点が低下してしまい消耗量が増大してしまう(図9参照)。 Further, the total amount of additives contained in the noble metal tip in the ground electrode is not less than 15% by weight and not more than 50%, whereby the wear resistance of the noble metal tip is greatly improved. Here, if the total amount of the additives is less than 15% by weight, it is difficult to suppress oxidative volatilization and consumption increases, and if it exceeds 50% by weight, the melting point decreases and the consumption is reduced. Will increase (see FIG. 9).
これらのことから、本発明のスパークプラグにおいても、貴金属チップの耐消耗性を向上させることができる。 For these reasons, also in the spark plug of the present invention, the wear resistance of the noble metal tip can be improved.
さらに、接地電極における貴金属チップに含有される添加物の重量%の合計について、より好ましい範囲を求めるべく検討を進めた結果、請求項4に記載の発明を得るに至った。
Further, as a result of investigations to obtain a more preferable range of the total weight% of additives contained in the noble metal tip in the ground electrode, the invention according to
すなわち、請求項4に記載の発明では、接地電極(40)における貴金属チップ(45)に含有される添加物の重量%の合計は、中心電極(30)における貴金属チップ(35)に含有される添加物の重量%の合計の1.5倍以上であることを特徴とする。
That is, in the invention according to
中心電極における貴金属チップに含有される添加物の添加量に関係なく、中心電極における貴金属チップに含有される添加物の重量%の合計に対して、接地電極における貴金属チップに含有される添加物の重量%の合計が1.5倍以上であれば、接地電極における貴金属チップも酸化揮発消耗を抑制し、スパークプラグの寿命を拡大するためには有利である(図10参照)。 Regardless of the amount of additive contained in the noble metal tip in the center electrode, the total amount of the additive contained in the noble metal tip in the center electrode is the sum of the weight percentage of the additive contained in the noble metal tip in the ground electrode. If the total weight% is 1.5 times or more, the noble metal tip in the ground electrode is also advantageous for suppressing the oxidation and volatilization and extending the life of the spark plug (see FIG. 10).
また、請求項5に記載の発明では、中心電極における貴金属チップ(35)は、50重量%を越えるIrに少なくとも1種の添加物を含有したIr合金からなり、接地電極における貴金属チップは、50重量%を越えるPtに少なくとも1種の添加物を含有したPt合金からなることを特徴とする。
In the invention according to
それによれば、火花消耗の割合が高い中心電極における貴金属チップに高融点材料であるIr合金を用い、酸化揮発消耗の割合が高い接地電極における貴金属チップに耐酸化揮発性に優れるPt合金を用いているため、貴金属チップの耐消耗性を向上させることができる。 According to this, Ir alloy, which is a high melting point material, is used for the noble metal tip in the center electrode having a high spark consumption rate, and a Pt alloy having excellent oxidation volatility is used for the noble metal tip in the ground electrode having a high rate of oxidation volatilization consumption. Therefore, the wear resistance of the noble metal tip can be improved.
また、請求項3〜請求項5に記載のスパークプラグにおいては、中心電極(30)および接地電極(40)における貴金属チップ(35、45)に含有される添加物は、Ir、Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Os、Al,Y、Y2O3、Reの少なくとも1種であることが好ましい。もちろん、これらの中から2種以上の添加物、また、中心電極と接地電極とで異なる添加物でも良い。
Further, in the spark plug according to
また、請求項5に記載のスパークプラグにおいては、請求項7に記載の発明のように、接地電極(40)における貴金属チップ(45)に含有される添加物がPtよりも融点が高いもののみからなり、且つ、このような添加物が少なくとも1種含有されていることが好ましい。
Further, in the spark plug according to
接地電極における貴金属チップは、耐消耗性を考えた場合にはPtのみすなわち添加物無しが良いが、Ptのみでは強度が弱く高温で割れや破損等の問題がある。そのため、Ptに少なくとも1種の添加物を含有させ、チップの強度を確保することになる。 In consideration of wear resistance, the noble metal tip in the ground electrode may be only Pt, that is, no additive, but Pt alone has a weak strength and has problems such as cracking and breakage at high temperatures. Therefore, Pt contains at least one additive to ensure the strength of the chip.
このとき、当該添加物をPtよりも融点が高いもののみとすることで、Pt100%の貴金属チップに比べても、実用的に耐消耗性に問題のない貴金属チップを実現することができる(図11参照)。 At this time, by making the additive only one having a melting point higher than that of Pt, it is possible to realize a noble metal tip that has no practical problem of wear resistance even when compared with a noble metal tip of 100% Pt (FIG. 11).
また、請求項8に記載の発明では、請求項5または請求項7に記載のスパークプラグにおいて、接地電極(40)における貴金属チップ(45)に含有される添加物は、Ptよりも線膨張係数が小さいもののみであるとともに少なくとも1種含有されているものであり、接地電極における貴金属チップは、レーザ溶接により固定されていることを特徴とする。
In the invention according to
それによれば、接地電極における貴金属チップにおいて、火花消耗性と接合信頼性とを両立させるためには好ましい。 Accordingly, in the noble metal tip in the ground electrode, it is preferable in order to achieve both spark consumption and bonding reliability.
特に、請求項7に記載のスパークプラグのように、接地電極における貴金属チップに含有される添加物がPtよりも融点が高いもののみからなる場合、そのような添加物は、Ptよりも線膨張係数が小さいものである場合が多い。そのとき、接地電極における貴金属チップをレーザ溶接により固定すれば、接合信頼性を容易に確保することができる(図12参照)。
In particular, when the additive contained in the noble metal tip in the ground electrode is composed only of a material having a melting point higher than that of Pt as in the spark plug according to
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態に係る内燃機関用スパークプラグS1の全体構成を示す半断面図である。このスパークプラグS1は、自動車用エンジンの点火栓等に適用されるものであり、該エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッド(図示せず)に設けられたネジ穴に挿入されて固定されるようになっている。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. FIG. 1 is a half sectional view showing an overall configuration of a spark plug S1 for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. This spark plug S1 is applied to a spark plug of an automobile engine, and is inserted and fixed in a screw hole provided in an engine head (not shown) that defines a combustion chamber of the engine. It is like that.
スパークプラグS1は、導電性の鉄鋼材料(例えば低炭素鋼等)等よりなる筒形状のハウジング(取付金具)10を有しており、このハウジング10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11を備えている。ハウジング10の内部には、アルミナセラミック(Al2O3)等からなる絶縁碍子(絶縁体)20が固定されており、この絶縁碍子20の一端部21は、ハウジング10の一端部12から露出するように設けられている。
The spark plug S1 has a cylindrical housing (mounting bracket) 10 made of a conductive steel material (for example, low carbon steel or the like), and the
絶縁碍子20の軸孔22には中心電極30が固定されており、この中心電極30はハウジング10に対して絶縁保持されている。中心電極30は、例えば、内材がCu等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がNi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、図1に示すように、その一端部31が、絶縁碍子20の一端部21から露出するように設けられている。
A
一方、接地電極40はNi基合金等からなる例えば角柱等の柱状形状をなしており、その一端部41が中心電極30の一端部31と放電ギャップ50を介して対向し、途中で曲げられて、その他端部42にてハウジング10の一端部12に抵抗溶接により固定されている。
On the other hand, the
ここで、図2は、スパークプラグS1における放電ギャップ50近傍を拡大して示す説明図である。図2に示すように、上記のように放電ギャップ50を介して中心電極30の一端部31の端面32と接地電極40の一端部41の側面43とが対向して配置されており、これら対向する面32、43は、放電ギャップ50を隔てた中心電極30及び接地電極40における互いの対向面32、43として構成されている。
Here, FIG. 2 is an explanatory view showing, in an enlarged manner, the vicinity of the
そして、両方の対向面32、43には、それぞれ貴金属チップ35、45が抵抗溶接やレーザ溶接等により接合され固定されている。本例では、これら両チップ35、45は円柱状であり、両チップ35、45ともに、対向面32、43に対して抵抗溶接により接合され固定されている。
And the
ここで、中心電極30における貴金属チップ35を以下、中心電極側チップ35といい、また、接地電極40における貴金属チップ45を以下、接地電極側チップ45ということとする。
Here, the
また、接地電極40側においては、放電部の細径化を図り高着火性を実現するために、接地電極側チップ45は、接地電極40の対向面43から突き出し量tだけ突き出た形となっている。そして、両チップ35、45の最短距離Gが放電ギャップ50として形成されており、放電ギャップ50の大きさGは例えば1mm程度である。
On the
このようなスパークプラグS1においては、両電極30、40のチップ35、45間に形成された放電ギャップ50において放電し、上記燃焼室内の混合気に着火させる。着火後、火花ギャップ50に形成された火炎核は、成長していき、燃焼室内にて燃焼が行われるようになっている。
In such a spark plug S1, discharge occurs in the
そして、このスパークプラグS1は、次に述べるような独自の構成を採用している。 The spark plug S1 employs a unique configuration as described below.
[第1の構成]まず、第1の特徴的な構成として、接地電極側チップ45は、接地電極40の対向面43からの突き出し量tが0.3mm以上であり、耐酸化揮発性が中心電極側チップ35よりも優れている(第1の構成)。この第1の構成を採用する根拠について、図3、図4を参照して述べる。
[First Configuration] First, as a first characteristic configuration, the ground
図3は、エンジン耐久評価を行い、接地電極側チップ45の突き出し量t(単位:mm)がスパークプラグの寿命へ及ぼす影響をギャップ拡大量(単位:mm)として調べた結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the results of an engine durability evaluation, and examining the influence of the protrusion amount t (unit: mm) of the ground
エンジン耐久評価は、アイドリング(900rpm)からスロットル全開(5000rpm)を複合させた高速模擬パターンにて800時間行った。これは、走行距離に換算すると約10万kmに相当する。 The engine durability was evaluated for 800 hours with a high-speed simulation pattern in which idling (900 rpm) to throttle full open (5000 rpm) was combined. This is equivalent to about 100,000 km in terms of travel distance.
ギャップ拡大量は、放電ギャップ50の初期ギャップからの拡大量である。図3では、各突き出し量tにおいて、斜線ハッチングで示す分が中心電極側チップ35の消耗によるギャップ拡大分であり、点々ハッチングで示す分が接地電極側チップ45の消耗によるギャップ拡大分であり、これら両方のギャップ拡大分の合計が、放電ギャップ50のギャップ拡大量となる。
The gap enlargement amount is an enlargement amount of the
例えば、突き出し量tが1.5mmの場合、中心電極側チップ35の消耗によるギャップ拡大分は0.2mmであり、接地電極側チップ45の消耗によるギャップ拡大分は0.45mmであり、トータルのギャップ拡大量は0.65mmであることを示している。
For example, when the protruding amount t is 1.5 mm, the gap enlargement due to the consumption of the center
なお、図3に示す例は、評価に用いた貴金属チップ35、45が、中心側、接地側ともに断面積(チップ断面積)Aが0.1mm2のIr−10Rh(Ir90重量%、Rh10重量%の合金)である場合を示す。これは、消耗に対してかなり厳しいレベルの条件である。なお、チップの断面積Aは、突き出し方向と直交する方向の断面の面積である。
The example shown in Figure 3, the
また、突き出し量tが0のものは、接地電極側チップ45が接地電極40の対向面43に埋め込まれた形のもので、従来のスパークプラグである。従来では、接地電極側チップ45が突き出たものは、チップがヒートスポットとなり加速的に消耗するため、実際に製品としては実現されていない。
Further, the projecting amount t of 0 is a conventional spark plug in which the ground
図3より、従来のスパークプラグ形状(突き出し量t=0)では、接地電極側チップ45よりも中心電極側チップ35の消耗の方が多い。図示例では、中心電極側チップの消耗分:接地電極側チップの消耗分=4:1である。これは、マイナス極性である中心電極30では、火花消耗が接地電極40よりも多いためであり、この消耗形態がスパークプラグでは一般的である。
From FIG. 3, in the conventional spark plug shape (projection amount t = 0), the center
これに対して、接地電極側チップ45を接地電極40の対向面43から突き出した形状においては、突き出し量tが大きければ大きい程、接地電極側チップ45の消耗が多くなり、スパークプラグの寿命が短縮してしまう。これは、上述したように、接地電極側チップ45を突き出すと、そこがヒートスポットとなり、チップ温度が上昇し、高温による酸化揮発消耗が増大するためである。
On the other hand, in the shape in which the ground
図4は、接地電極側チップ45の突き出し量t(単位:mm)を変えたスパークプラグについて、上記のエンジン耐久評価にて接地電極側チップ45のみの消耗体積比を算出した結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a result of calculating a consumption volume ratio of only the ground
図4において、黒丸プロットは上記図3と同様に接地電極側チップ45と中心電極側チップ35とを同じ組成の材料(同一材:Ir−10Rh)を用いた場合を示す。また、白丸プロットは中心電極側チップ35よりも耐酸化揮発性が優れている材料(耐酸化揮発性向上材:Ir−30Rh)を接地電極側チップ45に用いた場合を示す。また、各チップ35、45の断面積Aは0.1mm2としており、消耗に対してかなり厳しいレベルの条件としている。
In FIG. 4, the black circle plot shows the case where the ground
図4においては、突き出し量tが0である同一材の場合における接地電極側チップ45の消耗体積を1と規格化している。例えば、突き出し量tが1.5mmである同一材の場合は、突き出し量tが0である同一材の場合と比べて、接地電極側チップ45の消耗体積が約9倍に多くなっていることが示される。
In FIG. 4, the consumption volume of the ground
この図4より、中心電極側チップ35と同一材を接地電極側チップ45に用いた場合は、上述したヒートスポットになるという理由により、突き出し量tが0.3mmよりも大きいと接地電極側チップ45の消耗量が大幅に増大してしまうことがわかる。
From FIG. 4, when the same material as the center
それに対して、耐酸化揮発性向上材を接地電極側チップ45に用いた場合は、突き出し量tが0.3mmよりも小さいと、わずかに消耗量が増加するものの、突き出し量tが0.3mm以上であれば消耗量を大幅に低減することができることがわかる。
On the other hand, when the oxidation volatilization improving material is used for the ground
これは、次のような理由による。突き出し量tが0.3mmより小さい場合、すなわち接地電極側チップ45がヒートスポットとならずにチップ温度がそれほど高くならない場合は、接地電極側チップ45においても、酸化揮発消耗よりも火花消耗の割合が高くなる。そのため、耐酸化揮発性向上材を用いた接地電極側チップ45では、融点が低く火花消耗性が悪化してしまう。
This is due to the following reason. When the protrusion amount t is smaller than 0.3 mm, that is, when the ground
耐酸化揮発性の向上のためには、貴金属チップを構成する貴金属にそれ自体が酸化しやすい添加物を加え、この添加物による酸化膜を形成して一種の保護膜を形成してやれば良いと考えられる。そのため、耐酸化揮発性向上材としては、中心電極側チップ35よりも添加元素量を増やしたものを用いると良い。
In order to improve the oxidation volatility resistance, an additive that easily oxidizes itself is added to the noble metal constituting the noble metal tip, and an oxide film is formed by this additive to form a kind of protective film. It is done. Therefore, as the oxidation volatility improver, it is preferable to use a material in which the amount of additive element is increased as compared with the
本例では、中心電極側チップ35のIr−10Rhに対して、添加元素Rhを30重量%と増やした耐酸化揮発性向上材を接地電極側チップ45に用いている。しかし、一般に添加元素量を増やすと融点は低下してしまうため、突き出し量tが0.3mmよりも小さく火花消耗の割合が高い場合には、耐酸化揮発性向上材を用いた場合の方が消耗量が増加する。
In this example, an oxidation volatility improving material in which the additive element Rh is increased to 30 wt% with respect to Ir-10Rh of the center
一方、突き出し量tが0.3mm以上の場合、すなわち接地電極側チップ45がヒートスポットとなりチップ温度が極めて高くなる場合は、火花消耗よりも酸化揮発消耗の割合が高くなる。そのため、耐酸化揮発性向上材を用いた場合は、同一材に対して大幅に消耗量を低減することができる。
On the other hand, when the protrusion amount t is 0.3 mm or more, that is, when the ground
このような図3および図4に示す検討結果から、本実施形態では、接地電極側チップ45は、突き出し量tが0.3mm以上であり、かつ耐酸化揮発性が中心電極側チップ35よりも優れているという第1の構成を採用する。それにより、接地電極側チップ45の耐消耗性を向上させることができ、チップ消耗量を大幅に低減でき、スパークプラグS1の寿命を大幅に拡大することができる。
From the examination results shown in FIG. 3 and FIG. 4, in the present embodiment, the ground
なお、上記図4に示す例では、中心電極側チップ35にIr−10Rh、接地電極側チップ45にIr−30Rhを用いているが、これは一例であり、限定するものではない。すなわち、チップの主成分、添加物の種類を間わず接地電極側チップ45に中心電極側チップ35よりも耐酸化揮発性に優れたチップを用いれば、同様の効果は得られる。
In the example shown in FIG. 4, Ir-10Rh is used for the center
また、上記第1の構成においては、中心電極側および接地電極側の両チップ35、45を大気中、1100℃で30時間放置した後の中心電極側チップ35の最大酸化揮発幅Lmax1に対する接地電極側チップ45の最大酸化揮発幅Lmax2の比Lmax2/Lmax1を酸化揮発比Xとしたとき、X≦0.8であることが好ましい。
In the first configuration, the ground electrode with respect to the maximum oxidation volatilization width Lmax1 of the center
これは、接地電極側チップ45の耐酸化揮発性について、さらに具体的に評価し、その効果について検討した結果に基づくものである。その検討結果の一例を図5、図6を参照して述べる。
This is based on the results of a more specific evaluation of the oxidation volatilization resistance of the ground
図5は、耐酸化揮発性の評価方法を示す説明図である。この方法は、中心電極側チップ35、接地電極側チップ45を大気中、1100℃という高温下で30時間放置した後のそれぞれの最大酸化揮発幅にて評価するものである。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method for evaluating oxidation volatility. In this method, the center
各チップ35、45の試験前断面形状すなわち初期形状は、図5中、破線にて示される。上記高温下に放置した後、各チップ35、45は外周側から揮発して消耗し、元の材質からなる健全部K1とこの健全部K1の表面に形成された酸化層K2からなるものになる。
The cross-sectional shape before the test of each
図5に示すように、各最大酸化揮発幅Lmax1、Lmax2は、初期形状から揮発して無くなった揮発部K3の最大幅である。そして、接地電極側チップ45の最大酸化揮発幅Lmax2の中心電極側チップ35の最大酸化揮発幅Lmax1に対する比Lmax2/Lmax1を酸化揮発比Xとしている。
As shown in FIG. 5, each of the maximum oxidation volatilization widths Lmax1 and Lmax2 is the maximum width of the volatile part K3 that has been volatilized away from the initial shape. The ratio Lmax2 / Lmax1 of the maximum oxidation volatilization width Lmax2 of the ground
図6は、酸化揮発比Xが0.2〜1.2であるスパークプラグについて上記のエンジン耐久評価を実施し、接地電極側チップ45の消耗体積比を算出した結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a result of calculating the consumption volume ratio of the ground
図6においては、酸化揮発比Xが0.2の場合における接地電極側チップ45の消耗体積を1と規格化している。なお、評価に用いたチップは、接地電極側チップ45が断面積A=0.1mm2、突き出し量t=1.5mmと消耗に対してかなり厳しいレベルの条件であり、中心電極側チップ35の材料組成は全て同じである。
In FIG. 6, the consumption volume of the ground
この図6からわかるように、酸化揮発比Xが0.8を超えると接地電極側チップ45の消耗体積が大幅に増大している。したがって、接地電極側チップ45の酸化揮発消耗を大幅に低減させるためには、酸化揮発比Xが0.8以下であることが好ましい。
As can be seen from FIG. 6, when the oxidation volatilization ratio X exceeds 0.8, the consumption volume of the ground
また、上記第1の構成においては、接地電極側チップ45の断面積Aは0.1mm2以上1.15mm2以下であり、その突き出し量tは1.5mm以下であることが好ましい。その根拠は図7、図8に示される。
Further, in the first configuration, the cross-sectional area A of the
図7は、接地電極側チップ45の断面積A(単位:mm2)とその消耗体積比との関係について上記のエンジン耐久評価にて調べた結果を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the results of examining the relationship between the cross-sectional area A (unit: mm 2 ) of the ground
図7においては、接地電極側チップ45の断面積Aが0.1mm2の場合における接地電極側チップ45の消耗体積を1と規格化している。なお、評価に用いた接地電極側チップ45は、突き出し量t=1.5mm、酸化揮発比X=0.8としており、消耗に対してかなり厳しいレベルの条件としている。
In FIG. 7, the consumption volume of the ground
この図7に示すように、チップ断面積Aが0.1mm2よりも小さいと接地電極側チップ45の消耗量が大幅に増大してしまう。これは、チップ断面積Aが小さすぎると、チップ温度が加速的に上昇してしまい、酸化揮発消耗を抑制することが困難になるからである。
As shown in FIG. 7, when the chip cross-sectional area A is smaller than 0.1 mm 2 , the consumption amount of the ground
また、図には示さないが、本発明者の行った検討によれば、チップ断面積Aが1.15mm2よりも大きいと、スパークプラグにおける高着火性の確保が困難となる。 Although not shown in the figure, according to the study conducted by the present inventors, when the chip cross-sectional area A is larger than 1.15 mm 2 , it is difficult to ensure high ignition performance in the spark plug.
また、図8は、接地電極側チップ45の突き出し量t(単位:mm)とその消耗体積比との関係について上記のエンジン耐久評価にて調べた結果を示す図である。
Further, FIG. 8 is a diagram showing the results of examining the relationship between the protruding amount t (unit: mm) of the ground
図8において、評価に用いた接地電極側チップ45は、断面積A=0.1mm2、酸化揮発比X=0.2、0.8であり、適切な酸化揮発比Xの範囲の中で消耗に対してかなり厳しいレベルの断面積条件としている。そして、突き出し量tが0.3mmの場合における接地電極側チップ45の消耗体積を1と規格化している。
In FIG. 8, the ground
この図8に示すように、酸化揮発比Xに関係なく、チップ突き出し量tが1.5mmよりも大きいと接地電極側チップ45の消耗量が大幅に増大してしまう。これは、チップ突き出し量tが大きすぎると、チップ温度が加速的に上昇してしまい、酸化揮発消耗を抑制することが困難になるからである。
As shown in FIG. 8, regardless of the oxidation volatilization ratio X, if the tip protrusion amount t is larger than 1.5 mm, the consumption amount of the ground
以上、図7および図8に示される結果より、高着火性を確保し、酸化揮発消耗を抑制するためには、接地電極側チップ45の断面積Aが0.1mm2以上1・15mm2以下であり、チップ突き出し量tが1.5mm以下であることが好ましい。
From the results shown in FIGS. 7 and 8, the cross-sectional area A of the ground
[第2の構成]また、本実施形態のスパークプラグS1において、接地電極側チップ45の突き出し量tが0.3mm以上である場合に、貴金属チップ35、45の耐消耗性を向上させるためには、次のような第2の構成を採用しても良い。
[Second Configuration] In the spark plug S1 of the present embodiment, in order to improve the wear resistance of the
すなわち、中心側および接地側の両チップ35、45を、ともに50重量%を超えるIrに少なくとも1種の添加物を含有したIr合金からなるものとし、接地電極側チップ45に含有される添加物の合計を15重量%以上とした構成である。この第2の構成を採用する根拠について、次に述べる。
That is, both the center side and ground side chips 35 and 45 are made of an Ir alloy containing at least one additive in Ir exceeding 50 wt%, and the additive contained in the ground
まず、中心電極および接地電極における両チップ35、45をともに、50重量%以上のIrに少なくとも1種の添加物を含有したIr合金からなるものとすることで、高融点であり耐熱性に優れたチップ特性を確保できる。さらに、接地電極側チップ45に含有される添加物の合計は15重量%以上50重量以下となるが、この根拠は次の図9に示す結果による。
First, both the
図9は、接地電極側チップ45に含有される添加物の合計(単位:重量%)とエンジン耐久評価による接地電極側チップ45の消耗体積比との関係を調べた結果を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the results of examining the relationship between the total amount (unit: wt%) of additives contained in the ground
図9では、接地電極側チップ45の母材であるIrに含有される添加物としては、Rh、Rh−Pt、Ptを用いた。そして、添加物をRhとしその量が15重量%の場合における接地電極側チップ45の消耗体積を1と規格化している。なお、評価に用いた接地電極側チップ45は、突き出し量t=1.5mm、断面積A=0.1mm2としており、消耗に対してかなり厳しいレベルの条件としている。
In FIG. 9, Rh, Rh-Pt, and Pt were used as additives contained in Ir that is a base material of the ground
この図9に示すように、Irに添加される添加物の種類及び数に関係なく、添加物の合計が15重量%よりも小さいと酸化揮発消耗を抑制することが困難となり、接地電極側チップ45の消耗量が増大してしまう。また、添加物の合計が50重量%よりも大きいと融点が低下してしまい、接地電極側チップ45の消耗量が増大してしまう。
As shown in FIG. 9, regardless of the type and number of additives added to Ir, if the total amount of additives is less than 15% by weight, it becomes difficult to suppress oxidative volatilization, and the ground electrode side tip The amount of wear of 45 will increase. Further, if the total amount of the additives is larger than 50% by weight, the melting point is lowered, and the consumption amount of the ground
よって、接地電極側チップ45の突き出し量tが0.3mm以上のスパークプラグにおいて消耗量を抑制するためには、高融点材であるIrを主成分(50重量%よりも多い)とし、少なくとも1種の添加物を含有したIr合金からなり、その添加物の合計が15重量%以上であるチップを接地電極側チップ45に用いることが好ましい。
Therefore, in order to suppress the consumption amount in the spark plug in which the protruding amount t of the ground
なお、図9では、添加物としてRh、Rh−Pt、Ptを用いた例を示しているが、この他にもNi、W、Pd、Ru、Os、Al、Y、Y2O3、Reを添加したチップや、これらの添加物が3種以上含有されたチップについても同様の結果が得られた。 FIG. 9 shows an example in which Rh, Rh—Pt, and Pt are used as additives, but besides these, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, Y 2 O 3 , Re Similar results were obtained for the chips to which selenium was added and chips containing three or more of these additives.
このように、上記第1の構成の代わりに上記第2の構成を採用したスパークプラグS1によっても、結果的に、接地電極側チップ45の突き出し量tが0.3mm以上の場合に耐酸化揮発性が中心電極側チップ35よりも優れた接地電極側チップ45を実現できるため、貴金属チップの耐消耗性を向上させることができる。
As described above, the spark plug S1 adopting the second configuration instead of the first configuration also results in oxidation volatile resistance when the protruding amount t of the ground
また、上記第2の構成においては、接地電極側チップ45に含有される添加物の重量%の合計が、中心電極側チップ35に含有される添加物の重量%の合計の1.5倍以上であることが好ましい。その根拠は図10に示される。
In the second configuration, the total weight% of additives contained in the ground
図10は、接地電極側チップ45に含有される添加物の重量%の合計をT2、中心電極側チップ35に含有される添加物の重量%の合計をT1としたときの比T2/T1である合計添加量比(接地側チップ/中心側チップ)と、ギャップ拡大量である消耗比(ΔGAP)との関係について調べた結果を示す図である。
FIG. 10 shows a ratio T2 / T1 where T2 is the total weight% of the additives contained in the ground
ここで、図10中、黒丸プロットは、中心電極側チップ35にIr−10Rhを用い、上記のエンジン耐久評価を実施した結果を示す。また、白丸プロットは、中心電極側チップ35にIr−15Rhを用い、上記のエンジン耐久評価よりもさらに厳しいエンジン耐久評価を実施した結果である。
Here, the black circle plot in FIG. 10 shows the result of the engine durability evaluation described above using Ir-10Rh as the center
上記のエンジン耐久評価では、接地電極40の一端部41の温度すなわち先端部温度が950℃程度であるのに対し、さらに厳しいエンジン耐久評価では、点火時期を変更する等により当該先端部温度を1000℃と高くした。要するに、中心電極側チップ35の添加量をスパークプラグの使用環境に適応させた場合のスパークプラグのギャップ拡大量に対する影響を合計添加量比について調べた。
In the engine durability evaluation described above, the temperature of the one
そして、図10では、接地電極側チップ45もIr−Rh合金を用い、この接地電極側チップ45におけるRhの重量%と中心電極側チップ35におけるRhの重量%とを、合計添加量比としている。なお、評価に用いた接地電極側チップ45は、突き出し量t=1.5mm、断面積A=0.1mm2としており、消耗に対してかなり厳しいレベルの条件としている。
In FIG. 10, the ground
また、消耗比は、中心電極側チップ35がIr−10Rhであり合計添加量比が1.5の場合におけるギャップ拡大量を1と規格化している。このギャップ拡大量は、上記図3における突き出し量t=1.5mmの場合に示されるように、接地電極側チップ45の消耗の寄与が大きい。
In addition, the wear ratio is normalized to 1 when the
この図10より、接地電極側チップ45の酸化揮発消耗を抑制し、スパークプラグの寿命を拡大するためには、中心電極側チップ35の添加量に関係なく合計添加量比が1.5以上であることが好ましい。
From FIG. 10, in order to suppress the oxidation volatilization consumption of the ground
なお、図10では、一例として添加物にRhを示しているが、限定するものではない。この他にもNi、Pt、W、Pd、Ru、Os、Al、Y、Y2O3についても同様の結果が得られた。また、これらの添加物が2種以上含有されたチップや、中心電極側チップ35と接地電極側チップ45とで添加物の種類が異なるものについても同様の結果が得られた。
In FIG. 10, Rh is shown as an additive as an example, but the additive is not limited. In addition, similar results were obtained for Ni, Pt, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, and Y 2 O 3 . Similar results were also obtained for chips containing two or more of these additives, and for those having different types of additives between the center
[第3の構成]また、本実施形態のスパークプラグS1において、接地電極側チップ45の突き出し量tが0.3mm以上である場合に、貴金属チップ35、45の耐消耗性を向上させるためには、次のような第3の構成を採用しても良い。
[Third Configuration] Also, in the spark plug S1 of the present embodiment, in order to improve the wear resistance of the
すなわち、中心電極側チップ35を、Irを主成分とし(50重量%を越えるIrに)少なくとも1種の添加物を含有したIr合金からなるものとし、接地電極側チップ45を、Ptを主成分とし(50重量%を越えるPtに)少なくとも1種の添加物を含有したPt合金からなるものとした構成である。
That is, the center
この第3の構成によれば、火花消耗の割合が高い中心電極側チップ35に高融点材料であるIr合金を用い、酸化揮発消耗の割合が高い接地電極側チップ45に耐酸化揮発性に優れるPt合金を用いている。そのため、上記第1または第2の構成に代えて第3の構成を採用したスパークプラグS1によっても、貴金属チップの耐消耗性を向上させることができ、スパークプラグの寿命を大幅に拡大することができる。
According to the third configuration, an Ir alloy that is a high melting point material is used for the center
さらに、第3の構成において、両チップ35、45における添加物をIr、Pt、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Os、Al、Y、Y2O3とすることで、より効果が発揮されるだけでなくチップ強度を増大することもでき、高温によるチップ割れ、亀裂等を防止できる。
Furthermore, in the third configuration, the effect can be further improved by adding the additive in the
ここで、第3の構成においては、接地電極40における貴金属チップすなわち接地電極側チップ45に含有される添加物が、Ptよりも融点が高いもののみからなり、且つ、このような添加物が少なくとも1種含有されていることが好ましい。
Here, in the third configuration, the additive contained in the noble metal tip in the
また、第3の構成においては、接地電極側チップ45に含有される添加物がPtよりも線膨張係数が小さいもののみからなり、且つこのような添加物が少なくとも1種含有されており、さらに、接地電極側チップ45は、レーザ溶接により接地電極40に固定されていることが好ましい。これらの第3の構成における好ましい形態の根拠は、次の通りである。
Further, in the third configuration, the additive contained in the ground
接地電極側チップ45を、Ptを主成分とし少なくとも1種の添加物を含有したPt合金からなるものとした場合、その添加物としては、Ir、Rh、Ni、W、Pd、Ru、Os、Al、Y2O3、Re等が挙げられる。ここで、Ptの融点(℃)、線膨張係数(×106/℃)は、1769、9.0である。
When the ground
一方、これらの添加物の融点(℃)、線膨張係数(×106/℃)は、Irが2443、6.8、Rhが1966、8.5、Niが1453、13.3、Wが3400、4.5、Pdが1552、11.0、Ruが2250、9.6、Osが3030、4.6、Alが660、23.5、Y2O3が4300、7.2、Reが3180、6.6である。 On the other hand, the melting point (° C.) and the linear expansion coefficient (× 106 / ° C.) of these additives are Ir 2443, 6.8, Rh 1966, 8.5, Ni 1453, 13.3, W 3400. 4.5, Pd 1552, 11.0, Ru 2250, 9.6, Os 3030, 4.6, Al 660, 23.5, Y 2 O 3 4300, 7.2, Re 3180, 6.6.
そして、接地電極側チップ45に含有される添加物の種類と火花消耗性との関係を実験で調べた。その結果の一例を図11に示す。
Then, the relationship between the kind of additive contained in the ground
図11では、接地電極側チップ45の組成と火花消耗性としての消耗体積比との関係を示しており、消耗体積比は、接地電極側チップ45の組成が100Ptすなわち接地電極側チップ45がPtのみ(添加物無し)からなる場合の消耗体積を1と規格化したものである。
FIG. 11 shows the relationship between the composition of the ground
図11では、接地電極側チップ45において主成分Ptに含有される添加物として、Rh、Ir、Pd、Ni、Ir−Rh、Ir−Niとした。また、その評価方法は、高温による酸化揮発消耗の影響を除外するために、常温での火花ベンチ耐久試験を700時間実施し、その試験実施後の消耗体積比をみたものである。
In FIG. 11, Rh, Ir, Pd, Ni, Ir—Rh, and Ir—Ni are used as the additive contained in the main component Pt in the ground
この図11に示すように、100Ptが火花消耗性に最も優れているが、100Ptは強度が極めて小さいため、高温によるチップ割れ、亀裂の発生等の問題があり、実用的ではない。そのため、上記した添加物によって強度の向上を図っているが、図11に示されるように火花消耗量を増大させてしまう。特に、PdやNiといったPtよりも融点が低い添加物が1種でも含有されている場合は、大幅に消耗量が増大してしまう。 As shown in FIG. 11, 100 Pt is the most excellent in spark erosion, but 100 Pt is extremely impractical, and thus has problems such as chip cracking and cracking due to high temperature, and is not practical. Therefore, although the strength is improved by the above-mentioned additive, the amount of spark consumption is increased as shown in FIG. In particular, when even one kind of additive such as Pd or Ni having a melting point lower than that of Pt is contained, the amount of consumption is greatly increased.
よって、接地電極側チップ45の火花消耗量の増大を最小限に抑制し、且つ強度向上も図るためには、図11に示すように、Ptよりも融点の高い添加物のみを含有させることが好ましい。
Therefore, in order to suppress the increase in the amount of spark consumption of the ground
なお、図11では、添加物としてRh、Ir、Pd、Ni、Ir−Rh、Ir−Niを用いたが、その他の添加物やこれらの添加物が2種以上含有された接地電極側チップ45についても、図11と同様の傾向が得られた。
In FIG. 11, Rh, Ir, Pd, Ni, Ir—Rh, and Ir—Ni are used as additives, but other additives and ground
これらのことから、接地電極側チップ45に含有される添加物がPtよりも融点が高いもののみからなり、且つ、このような添加物が少なくとも1種含有されていることが好ましい。そして、そのような添加物としては、Ir、Rh、W、Ru、Os、Y2O3、Re等が挙げられる。
For these reasons, it is preferable that the additive contained in the ground electrode-
また、図12は、上記図11に用いた各組成の接地電極側チップ45について、抵抗溶接にて接地電極40に固定した場合およびレーザ溶接にて接地電極40に固定した場合での接合信頼性を調べた結果を示す図表である。
Also, FIG. 12 shows the bonding reliability when the ground
接合信頼性試験として、スパークプラグをエンジンに実装し耐久試験を行った。耐久試験は、6気筒2000ccエンジンで実施し、運転条件はアイドル1分保持、スロットル全開6000rpm1分保持の繰返しを100時間行った。 As a joining reliability test, a spark plug was mounted on the engine and a durability test was conducted. The endurance test was conducted with a 6-cylinder 2000cc engine, and the operating condition was that the engine was kept idle for 1 minute and the throttle fully opened at 6000 rpm for 1 minute for 100 hours.
接合信頼性は、図13に示す剥離率で評価した。図13は接地電極側チップ45の接合形態を示す断面図であり、(a)は抵抗溶接による場合を示し、(b)はレーザ溶接による場合を示す。レーザ溶接の場合は、接地電極側チップ45と接地電極40との接合部に溶融部47が形成されている。
The bonding reliability was evaluated by the peeling rate shown in FIG. FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing the joining form of the ground
図13(a)、(b)において、チップ45と接地電極40との界面またはチップ45と溶融部47との界面において、本来接合されている部分の長さ(すなわち接合長さ)をa、a1、a2で示し、これら各接合長さのうち剥離している部分の長さ(すなわち剥離長さ)をb1、b2で示している。これら各長さや切断面形状は、当該切断面を金属顕微鏡等で観察することで知ることができる。
13 (a) and 13 (b), the length of the part that is originally bonded at the interface between the
そして、図13(a)に示される抵抗溶接の場合の剥離率は、{(b1+b2)/a}×100(%)にて求められ、図13(b)に示されるレーザ溶接の場合の剥離率は、{(b1+b2)/(a1+a2)}×100(%)にて求められる。 And the peeling rate in the case of resistance welding shown in FIG. 13A is obtained by {(b1 + b2) / a} × 100 (%), and peeling in the case of laser welding shown in FIG. 13B. The rate is obtained by {(b1 + b2) / (a1 + a2)} × 100 (%).
ここで、上記接合信頼性試験の後、これら剥離率を求めるのであるが、図12では、これら剥離率が、0〜25%のとき「○」、25〜50%のとき「△」、50%以上のとき「×」として示した。 Here, after the bonding reliability test, these peeling rates are obtained. In FIG. 12, when these peeling rates are 0 to 25%, “◯”, and when 25 to 50%, “Δ”, 50 When it was% or more, it was shown as “×”.
図12に示す結果から、Rh、IrといったPtよりも線膨張係数が小さい添加物のみが含有されている場合は、抵抗溶接での接合信頼性の確保は困難である。また、上記図11にて火花消耗性に優れるチップ組成において接合信頼性が低い傾向にある。 From the results shown in FIG. 12, when only an additive having a linear expansion coefficient smaller than Pt such as Rh and Ir is contained, it is difficult to ensure the bonding reliability by resistance welding. Further, in the above-described chip composition having excellent spark depletion in FIG. 11, the bonding reliability tends to be low.
また、上述した添加物についての融点および線膨張係数のデータの例に示すように、Ptよりも融点が高い添加物は、Ptよりも線膨張係数が小さいものである場合が多い。 In addition, as shown in the example of the melting point and linear expansion coefficient data for the additive described above, an additive having a higher melting point than Pt often has a smaller linear expansion coefficient than Pt.
その点、図12に示すように、レーザ溶接ならば、接地電極側チップの組成に関係なく、接合信頼性を確保できることがわかる。なお、図12では、添加物としてRh、Ir、Pd、Ni、Ir−Rh、Ir−Niを用いたが、その他の添加物やこれらの添加物が2種以上含有された接地電極側チップ45についても、図12と同様の傾向が得られた。
In this regard, as shown in FIG. 12, it can be seen that laser welding can ensure bonding reliability regardless of the composition of the ground electrode tip. In FIG. 12, Rh, Ir, Pd, Ni, Ir—Rh, and Ir—Ni are used as additives, but other additives and ground
よって、接地電極側チップ45において、火花消耗性と接合信頼性とを両立させるためには、接地電極側チップ45に含有される添加物は、Ptよりも線膨張係数が小さいもののみであるとともに少なくとも1種含有されているものであり、且つ接地電極側チップ45が、レーザ溶接により固定されていることが好ましい。
Therefore, in the ground
また、上記第2および第3の構成においても、高着火性を確保し、酸化揮発消耗を抑制するためには、Pt合金チップである接地電極側チップ45の断面積Aが0.1mm2以上1.15mm2以下、チップ突き出し量tが1.5mm以下であることが好ましい。これは、上述と同様の理由である。
Also in the second and third configurations, the cross-sectional area A of the ground
以上、本実施形態のスパークプラグS1においては、上記した第1、第2および第3の構成のいずれかを備えることにより、貴金属チップの耐消耗性を向上させることができ、スパークプラグの寿命を大幅に拡大することができる。 As described above, in the spark plug S1 of the present embodiment, by providing any one of the first, second and third configurations described above, the wear resistance of the noble metal tip can be improved, and the life of the spark plug can be increased. It can be greatly enlarged.
(他の実施形態)なお、貴金属チップ35、45は、中心電極側、接地電極側ともに、例えば円柱形状(楕円も含む)、角柱形状、円錐形状、リベット形状等、どのような形状であっても、上記した効果は同様に発揮される。
(Other Embodiments) The
また、図14(a)〜(d)に示すように、中心電極30及び接地電極40と貴金属チップ35、45との接合は、レーザ溶接、アーク溶接、抵抗溶接等、どのような溶接方法であっても良い。図14において、溶融部37、47が図示されている接合部はレーザ溶接またはアーク溶接であり、図示されていない接合部は抵抗溶接である。
Further, as shown in FIGS. 14A to 14D, the welding of the
また、図15に示すように、接地電極40としては、その内部に母材49よりも熱伝導性に優れた例えばCu、Cu+Niクラッド等からなる芯材48を収納するものでも良い。それによれば、接地電極40の先端部すなわち一端部41の温度が低減でき、結果として、接地電極側チップ45の酸化揮発消耗をさらに低減できることから好ましい。
図15において、(a)は、内部に良熱伝導材としてのCu材からなる芯材48を有し、この芯材48をNi基合金からなる母材49にて被覆してなる接地電極40であり、(b)は、芯材48を、Ni材48aをCu材48bにて被覆した2層構造とし、これを母材49にて被覆してなる接地電極40である。
また、図16に示すように、接地電極40を斜めに配置しても良い。それにより、接地電極40を短化し、その先端部温度を低減できるため、結果として、接地電極側チップ45の酸化揮発消耗をさらに低減できることから好ましい。
As shown in FIG. 15, the
In FIG. 15, (a) has a
Further, as shown in FIG. 16, the
30 中心電極
32 中心電極における対向面
35 中心電極における貴金属チップ(中心電極側チップ)
40 接地電極
43 接地電極における対向面
45 接地電極における貴金属チップ(接地電極側チップ)
50 放電ギャップ
30
40
50 Discharge gap
Claims (8)
この中心電極と放電ギャップ(50)を介して対向する接地電極(40)とを備え、
前記中心電極および前記接地電極における互いの対向面(32、43)には、それぞれ貴金属チップ(35、45)が固定されているスパークプラグにおいて、
前記接地電極における前記貴金属チップ(45)は、
断面積Aが0.1mm2以上1.15mm2以下であり、
前記接地電極の対向面からの突き出し量tが0.3mm以上1.5mm以下であり、
耐酸化揮発性が前記中心電極における前記貴金属チップ(35)よりも優れていることを特徴とするスパークプラグ。 A center electrode (30);
The center electrode and a ground electrode (40) opposed via the discharge gap (50),
In the spark plug in which the noble metal tip (35, 45) is fixed to the mutually facing surfaces (32, 43) of the center electrode and the ground electrode,
The noble metal tip (45) in the ground electrode is:
Cross-sectional area A is at 0.1 mm 2 or more 1.15 mm 2 or less,
The protruding amount t from the facing surface of the ground electrode is 0.3 mm or more and 1.5 mm or less,
A spark plug characterized in that oxidation volatility is superior to the noble metal tip (35) in the center electrode.
前記接地電極における前記貴金属チップに含有される添加物の合計は15重量%以上であることを特徴とする請求項1に記載のスパークプラグ。 Both the noble metal tips in the center electrode and the ground electrode are made of an Ir alloy containing at least one additive in Ir exceeding 50 wt%,
The spark plug according to claim 1, wherein the total amount of additives contained in the noble metal tip in the ground electrode is 15 wt% or more.
前記接地電極における前記貴金属チップは、50重量%を越えるPtに少なくとも1種の添加物を含有したPt合金からなることを特徴とする請求項1に記載のスパークプラグ。 The noble metal tip (35) in the center electrode is made of an Ir alloy containing at least one additive in Ir exceeding 50% by weight;
The spark plug according to claim 1, wherein the noble metal tip in the ground electrode is made of a Pt alloy containing at least one additive in Pt exceeding 50 wt%.
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