JP2005353606A - Spark plug - Google Patents

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恒円 堀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve wear-out resistance of noble metal tips, in a spark plug fixing the noble metal tips to opposing faces of a center electrode and a ground electrode separated by a discharge gap. <P>SOLUTION: This spark plug is provided with the center electrode (30) and the ground electrode (40) facing the center electrode (30) via the discharge gap (50), and the noble metal tips (35, 45) are fixed to the facing faces (32, 43) of the center electrode (30) and the ground electrode (40), respectively. With regard to the noble metal tip (45) of the ground electrode (40), the cross section A is ≥0.1 mm<SP>2</SP>and ≤1.15 mm<SP>2</SP>, and the amount of protrusion t from the facing face of the ground electrode (40) is ≥0.3 mm and ≤1.5 mm. The noble metal tip (45) of the ground electrode (40) possesses superior oxidation resistance volatile resistance, compared with the noble metallic tip (35) of the center electrode (30). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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 Patent Document 1, in order to obtain a spark plug having high ignitability, it has been proposed to project both the center electrode and the ground electrode from the electrode support portion and to form a thin electrode. Yes.

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。
特開昭52−36237号公報
Further, in order to ensure the wear resistance of the electrode, as a configuration of the thin electrode, for example, a noble metal tip made of Pt, Pd, Au or the like or an alloy thereof is fixed to the opposing surface with a discharge gap between the center electrode and the ground electrode. What has been proposed.
JP 52-36237 A

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 claim 1 includes a center electrode (30) and a ground electrode (40) opposed to the center electrode via a discharge gap (50), and the opposed surfaces of the center electrode and the ground electrode. In (32, 43), in the spark plug in which the noble metal tip (35, 45) is fixed, the noble metal tip (45) in the ground electrode has a cross-sectional area A of 0.1 mm 2 or more and 1.15 mm 2. The protrusion t from the opposing surface of the ground electrode is 0.3 mm or more and 1.5 mm or less, and the oxidation volatility is superior to the noble metal tip (35) in the center electrode. And

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 claim 2, the noble metal tip (35, 45) in the center electrode (30) and the ground electrode (40) is allowed to stand at 1100 ° C. for 30 hours in the atmosphere for 30 hours. ) Where the ratio Lmax2 / Lmax1 of the maximum oxidation volatilization width Lmax2 of the noble metal tip (45) at the ground electrode with respect to the maximum oxidation volatilization width Lmax1 is X ≦ 0.8.

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 claim 3 has been made based on the results of this study.

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 claim 3, 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% by weight, and are contained in the noble metal tips in the ground electrode. The total amount of additives to be added is 15% by weight or more.

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 claim 4 has been obtained.

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 claim 4, the total of the weight% of the additive contained in the noble metal tip (45) in the ground electrode (40) is contained in the noble metal tip (35) in the center electrode (30). It is characterized by being 1.5 times or more of the total of the weight% of additives.

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 claim 5, 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, and the noble metal tip in the ground electrode is 50% by weight. It is characterized by comprising a Pt alloy containing at least one additive in Pt exceeding wt%.

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、Y23、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 claim 3 to claim 5, the additive contained in the noble metal tip (35, 45) in the center electrode (30) and the ground electrode (40) is Ir, Pt, Rh, It is preferably at least one of Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, Y 2 O 3 and Re. Of course, two or more of these additives may be used, or different additives may be used for the center electrode and the ground electrode.

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 claim 5, as in the invention according to claim 7, only an additive contained in the noble metal tip (45) in the ground electrode (40) has a melting point higher than that of Pt. And at least one such additive is preferably contained.

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 claim 8, in the spark plug according to claim 5 or 7, the additive contained in the noble metal tip (45) in the ground electrode (40) has a linear expansion coefficient higher than that of Pt. Is small and contains at least one kind, and the noble metal tip in the ground electrode is fixed by laser welding.

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 claim 7, such an additive has a linear expansion more than that of Pt. In many cases, the coefficient is small. At that time, if the noble metal tip on the ground electrode is fixed by laser welding, the joining reliability can be easily secured (see FIG. 12).

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(Al23)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 housing 10 is mounted for fixing to an engine block (not shown). A screw portion 11 is provided. An insulator (insulator) 20 made of alumina ceramic (Al 2 O 3 ) or the like is fixed inside the housing 10, and one end 21 of the insulator 20 is exposed from one end 12 of the housing 10. It is provided as follows.

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 center electrode 30 is fixed to the shaft hole 22 of the insulator 20, and the center electrode 30 is insulated and held with respect to the housing 10. The center electrode 30 is, for example, a cylindrical body made of a metal material having excellent heat conductivity such as Cu as an inner material and a metal material having excellent heat resistance and corrosion resistance such as a Ni-based alloy as shown in FIG. As described above, the one end portion 31 is provided so as to be exposed from the one end portion 21 of the insulator 20.

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 ground electrode 40 has a columnar shape such as a prism made of Ni-based alloy or the like, and its one end 41 faces the one end 31 of the center electrode 30 via the discharge gap 50 and is bent in the middle. The other end 42 is fixed to the one end 12 of the housing 10 by resistance welding.

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 discharge gap 50 in the spark plug S1. As shown in FIG. 2, the end surface 32 of the one end portion 31 of the center electrode 30 and the side surface 43 of the one end portion 41 of the ground electrode 40 are arranged to face each other via the discharge gap 50 as described above. The surfaces 32 and 43 are configured as opposing surfaces 32 and 43 of the center electrode 30 and the ground electrode 40 with the discharge gap 50 therebetween.

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 noble metal tips 35 and 45 are joined and fixed to both the opposing surfaces 32 and 43 by resistance welding, laser welding, etc., respectively. In this example, both the tips 35 and 45 are cylindrical, and both the tips 35 and 45 are joined and fixed to the opposing surfaces 32 and 43 by resistance welding.

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 noble metal tip 35 in the center electrode 30 is hereinafter referred to as a center electrode side tip 35, and the noble metal tip 45 in the ground electrode 40 is hereinafter referred to as a ground electrode side tip 45.

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 ground electrode 40 side, the ground electrode side tip 45 protrudes from the opposing surface 43 of the ground electrode 40 by the protrusion amount t in order to reduce the diameter of the discharge part and realize high ignitability. ing. The shortest distance G between both the chips 35 and 45 is formed as a discharge gap 50, and the size G of the discharge gap 50 is, for example, about 1 mm.

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 discharge gap 50 formed between the tips 35 and 45 of both electrodes 30 and 40, and the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited. After ignition, the flame kernel formed in the spark gap 50 grows and is combusted in the combustion chamber.

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 electrode side chip 45 has a protruding amount t of 0.3 mm or more from the facing surface 43 of the ground electrode 40, and is mainly oxidation volatile. It is superior to the electrode side tip 35 (first configuration). The grounds for adopting the first configuration will be described with reference to FIGS.

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 electrode side tip 45 on the life of the spark plug as a gap expansion amount (unit: mm). .

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 discharge gap 50 from the initial gap. In FIG. 3, in each protrusion amount t, the portion indicated by hatching is the gap enlargement due to wear of the center electrode side tip 35, and the portion indicated by hatching is the gap enlargement due to wear of the ground electrode side tip 45, The sum of both of these gap enlargements is the gap enlargement amount of the discharge gap 50.

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 electrode side tip 35 is 0.2 mm, and the gap enlargement due to the consumption of the ground electrode side tip 45 is 0.45 mm. The gap enlargement amount is 0.65 mm.

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 noble metal tip 35 and 45 used in the evaluation, the center side, cross-sectional area (chip cross-sectional area) to the ground both A is 0.1mm 2 Ir-10Rh (Ir90 wt%, RH10 weight % Alloy). This is a fairly severe condition for wear. The cross-sectional area A of the chip is the area of the cross section in the direction orthogonal to the protruding direction.

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 electrode side chip 45 is embedded in the facing surface 43 of the ground electrode 40. Conventionally, when the ground electrode side chip 45 protrudes, the chip becomes a heat spot and is consumed at an accelerated rate, so that it is not actually realized as a product.

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 electrode side tip 35 is consumed more than the ground electrode side tip 45. In the illustrated example, the consumed amount of the center electrode side chip: the consumed amount of the ground electrode side chip = 4: 1. This is because the center electrode 30 having a negative polarity consumes more sparks than the ground electrode 40, and this consumption form is common in spark plugs.

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 electrode side tip 45 is protruded from the facing surface 43 of the ground electrode 40, the larger the protrusion amount t, the more the ground electrode side tip 45 is consumed, and the life of the spark plug is increased. It will be shortened. This is because, as described above, when the ground electrode side chip 45 is protruded, it becomes a heat spot, the chip temperature rises, and the oxidative volatilization consumption due to the high temperature increases.

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 electrode side tip 45 in the engine durability evaluation for the spark plug in which the protruding amount t (unit: mm) of the ground electrode side tip 45 is changed. is there.

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 electrode side tip 45 and the center electrode side tip 35 are made of the same composition material (same material: Ir-10Rh) as in FIG. Also, the white circle plot shows a case where a material (oxidation volatility improvement material: Ir-30Rh) having better oxidation volatility than the center electrode side tip 35 is used for the ground electrode side tip 45. Further, the cross-sectional area A of each of the chips 35 and 45 is 0.1 mm 2 , which is a condition that is considerably severe with respect to wear.

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 electrode side tip 45 is normalized to 1 in the case of the same material with the protrusion amount t being 0. For example, in the case of the same material with a protruding amount t of 1.5 mm, the consumption volume of the ground electrode side tip 45 is about nine times larger than that of the same material with a protruding amount t of 0. Is shown.

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 electrode side tip 35 is used for the ground electrode side tip 45, the ground electrode side tip becomes larger if the protruding amount t is larger than 0.3 mm because of the above-mentioned heat spot. It can be seen that the amount of wear of 45 increases significantly.

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 electrode side tip 45, if the protrusion amount t is smaller than 0.3 mm, the consumption amount slightly increases, but the protrusion amount t is 0.3 mm. From the above, it can be seen that the amount of consumption can be greatly reduced.

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 electrode side chip 45 does not become a heat spot and the chip temperature does not become so high, the ground electrode side chip 45 also has a rate of spark consumption rather than oxidation volatilization consumption. Becomes higher. Therefore, in the ground electrode side chip 45 using the oxidation volatile resistance improving material, the melting point is low and the spark consumption is deteriorated.

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 center electrode tip 35.

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 electrode side tip 35 is used for the ground electrode side tip 45. However, in general, when the amount of additive element is increased, the melting point is lowered. Therefore, when the protruding amount t is smaller than 0.3 mm and the ratio of spark consumption is high, the case where the oxidation volatilization improving material is used is better. Increases consumption.

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 electrode side chip 45 becomes a heat spot and the chip temperature becomes extremely high, the rate of oxidative volatilization consumption becomes higher than the spark consumption. Therefore, when the oxidation volatilization resistance improving material is used, the consumption amount can be greatly reduced with respect to the same material.

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 electrode side tip 45 has a protrusion amount t of 0.3 mm or more and is more resistant to oxidation than the center electrode side tip 35. The first configuration is excellent. As a result, the wear resistance of the ground electrode side tip 45 can be improved, the amount of tip wear can be greatly reduced, and the life of the spark plug S1 can be greatly extended.

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 electrode side chip 35 and Ir-30Rh is used for the ground electrode side chip 45. However, this is an example, and the present invention is not limited thereto. That is, the same effect can be obtained if a chip having better oxidation resistance and volatility than the center electrode side chip 35 is used for the ground electrode side chip 45 regardless of the type of the main component and additive of the chip.

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 electrode side chip 35 after leaving both the center electrode side and ground electrode side chips 35 and 45 in the atmosphere at 1100 ° C. for 30 hours. When the ratio Lmax2 / Lmax1 of the maximum oxidation volatilization width Lmax2 of the side chip 45 is the oxidation volatilization ratio X, it is preferable that X ≦ 0.8.

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 electrode side chip 45 and the examination of the effect thereof. An example of the examination result will be described with reference to FIGS.

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 electrode side chip 35 and the ground electrode side chip 45 are evaluated by the respective maximum oxidation volatilization widths after being left in the atmosphere at a high temperature of 1100 ° C. for 30 hours.

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 chip 35, 45, that is, the initial shape, is indicated by a broken line in FIG. After being left at the high temperature, the chips 35 and 45 are volatilized and consumed from the outer peripheral side, and are composed of a healthy portion K1 made of the original material and an oxide layer K2 formed on the surface of the healthy portion K1. .

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 electrode side chip 45 to the maximum oxidation volatilization width Lmax1 of the center electrode side chip 35 is defined as an oxidation volatilization ratio X.

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 electrode side tip 45 by performing the engine durability evaluation on the spark plug having an oxidation volatilization ratio X of 0.2 to 1.2.

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 electrode side chip 45 is normalized to 1 when the oxidation volatilization ratio X is 0.2. Note that the tip used for the evaluation is a condition that is considerably severe with respect to wear, with the ground electrode side tip 45 having a cross-sectional area A = 0.1 mm 2 and a protruding amount t = 1.5 mm. The material composition is all the same.

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 electrode side chip 45 is greatly increased. Therefore, in order to significantly reduce the oxidation volatilization consumption of the ground electrode side chip 45, the oxidation volatilization ratio X is preferably 0.8 or less.

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 ground electrode tip 45 is at 0.1 mm 2 or more 1.15 mm 2 or less, the amount of protrusion t is preferably at 1.5mm or less. The basis for this is shown in FIGS.

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 electrode side tip 45 and the consumption volume ratio in the engine durability evaluation described above.

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 electrode side chip 45 is normalized to 1 when the cross-sectional area A of the ground electrode side chip 45 is 0.1 mm 2 . Note that the ground electrode side tip 45 used for the evaluation has a protruding amount t = 1.5 mm and an oxidation volatilization ratio X = 0.8, which is a condition that is considerably severe with respect to wear.

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 electrode side chip 45 is greatly increased. This is because if the chip cross-sectional area A is too small, the chip temperature rises at an accelerated rate, making it difficult to suppress oxidative volatilization.

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 electrode side tip 45 and the consumption volume ratio in the engine durability evaluation described above.

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 electrode side chip 45 used for the evaluation has a cross-sectional area A = 0.1 mm 2 and an oxidation volatilization ratio X = 0.2, 0.8. The cross-sectional area condition is fairly severe against wear. The consumption volume of the ground electrode side tip 45 when the protrusion amount t is 0.3 mm is normalized to 1.

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 electrode side tip 45 is greatly increased. This is because if the tip protrusion amount t is too large, the tip temperature rises at an accelerated rate, making it difficult to suppress oxidative volatilization.

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 electrode side tip 45 is 0.1 mm 2 or more and 1.15 mm 2 or less in order to ensure high ignitability and suppress oxidation volatilization. It is preferable that the tip protrusion amount t is 1.5 mm or less.

[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 noble metal tips 35, 45 when the protruding amount t of the ground electrode side tip 45 is 0.3 mm or more. May adopt the following second configuration.

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 electrode side chip 45. The total is 15% by weight or more. The grounds for adopting this second configuration will be described next.

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 tips 35 and 45 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. Further, the total amount of additives contained in the ground electrode side chip 45 is 15% by weight or more and 50% by weight or less, and this is based on the result shown in FIG.

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 electrode side tip 45 and the consumption volume ratio of the ground electrode side tip 45 by engine durability evaluation.

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 electrode side chip 45. The consumption volume of the ground electrode side chip 45 is normalized to 1 when the additive is Rh and the amount is 15% by weight. The ground electrode-side tip 45 used for the evaluation has a protruding amount t = 1.5 mm and a cross-sectional area A = 0.1 mm 2 , which is a condition that is considerably severe with respect to wear.

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 electrode side tip 45 is increased.

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 electrode side tip 45 is 0.3 mm or more, Ir as a high melting point material is a main component (more than 50% by weight), and at least 1 It is preferable to use a tip made of an Ir alloy containing seed additives, the total of which is 15 wt% or more for the ground electrode side tip 45.

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、Y23、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 electrode side tip 45 is 0.3 mm or more. Since the ground electrode side tip 45 having higher performance than the center electrode side tip 35 can be realized, the wear resistance of the noble metal tip can be improved.

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 electrode side tip 45 is 1.5 times or more of the total weight% of additives contained in the center electrode side chip 35. It is preferable that The basis for this is shown in FIG.

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 electrode side tip 45 and T1 is the total weight% of the additives contained in the center electrode side chip 35. It is a figure which shows the result of having investigated about the relationship between a certain addition amount ratio (grounding side chip | tip / center side chip | tip) and the consumption ratio ((DELTA) GAP) which is a gap expansion amount.

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 electrode side chip 35. The white circle plot is a result of carrying out engine durability evaluation more severe than the above engine durability evaluation using Ir-15Rh for the center electrode side chip 35.

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 end portion 41 of the ground electrode 40, that is, the tip temperature is about 950 ° C., whereas in the more severe engine durability evaluation, the tip temperature is set to 1000 by changing the ignition timing. It was as high as ℃. In short, the influence on the gap expansion amount of the spark plug when the addition amount of the center electrode side tip 35 is adapted to the use environment of the spark plug was examined with respect to the total addition amount ratio.

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 electrode side tip 45 is also made of an Ir—Rh alloy, and the weight percentage of Rh in the ground electrode side tip 45 and the weight percentage of Rh in the center electrode side tip 35 is the total addition amount ratio. . The ground electrode-side tip 45 used for the evaluation has a protruding amount t = 1.5 mm and a cross-sectional area A = 0.1 mm 2 , which is a condition that is considerably severe with respect to wear.

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 center electrode tip 35 is Ir-10Rh and the total addition ratio is 1.5. As shown in the case of the protrusion amount t = 1.5 mm in FIG. 3, the gap expansion amount greatly contributes to the consumption of the ground electrode side tip 45.

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 electrode side tip 45 and extend the life of the spark plug, the total addition ratio is 1.5 or more regardless of the addition amount of the center electrode side tip 35. Preferably there is.

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、Y23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 electrode side chip 35 and the ground electrode side chip 45.

[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 noble metal tips 35, 45 when the protruding amount t of the ground electrode side tip 45 is 0.3 mm or more. May adopt the following third configuration.

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 electrode side tip 35 is made of an Ir alloy containing Ir as a main component (with Ir exceeding 50% by weight) and containing at least one additive, and the ground electrode side tip 45 is made of Pt as a main component. (Pt exceeding 50% by weight) is made of a Pt alloy containing at least one additive.

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 electrode side tip 35 with a high spark consumption rate, and the ground electrode side tip 45 with a high rate of oxidation and volatilization has excellent oxidation volatility. Pt alloy is used. Therefore, the spark plug S1 adopting the third configuration instead of the first or second configuration can also improve the wear resistance of the noble metal tip, and can greatly extend the life of the spark plug. it can.

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、Y23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 chips 35 and 45 to Ir, Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, and Y 2 O 3. In addition to increasing the chip strength, chip cracks and cracks due to high temperatures can be prevented.

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 ground electrode 40, that is, the ground electrode side tip 45, consists only of those having a melting point higher than Pt, and such an additive is at least It is preferable that 1 type is contained.

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 electrode side chip 45 is composed only of an additive having a smaller linear expansion coefficient than Pt, and contains at least one such additive. The ground electrode side tip 45 is preferably fixed to the ground electrode 40 by laser welding. The basis of the preferable form in these 3rd structures is as follows.

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、Y23、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 electrode side chip 45 is made of a Pt alloy containing Pt as a main component and containing at least one additive, the additive includes Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, al, Y 2 O 3, Re, and the like. Here, the melting point (° C.) and the linear expansion coefficient (× 106 / ° C.) of Pt are 1769 and 9.0.

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、Y23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 electrode side chip 45 and the spark consumption was examined by experiments. An example of the result is shown in FIG.

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 electrode side tip 45 and the consumption volume ratio as spark consumption, and the consumption volume ratio is 100 Pt when the composition of the ground electrode side chip 45 is Pt. The consumption volume in the case of consisting of only (no additive) is normalized to 1.

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 electrode side chip 45. In addition, the evaluation method is such that a spark bench durability test at room temperature is conducted for 700 hours in order to exclude the influence of oxidative volatilization consumption due to high temperature, and the consumption volume ratio after the test is performed is observed.

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 electrode side tip 45 to the minimum and to improve the strength, as shown in FIG. 11, only an additive having a melting point higher than that of Pt is included. preferable.

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 electrode side tips 45 containing two or more of these additives are used. The same tendency as in FIG. 11 was obtained.

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、Y23、Re等が挙げられる。 For these reasons, it is preferable that the additive contained in the ground electrode-side chip 45 consists only of those having a melting point higher than that of Pt, and at least one such additive is contained. Examples of such additives include Ir, Rh, W, Ru, Os, Y 2 O 3 , and Re.

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 electrode side tip 45 of each composition used in FIG. 11 is fixed to the ground electrode 40 by resistance welding and when it is fixed to the ground electrode 40 by laser welding. It is a graph which shows the result of having investigated.

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 electrode side tip 45, where FIG. 13A shows the case of resistance welding, and FIG. 13B shows the case of laser welding. In the case of laser welding, a melted portion 47 is formed at the joint between the ground electrode side tip 45 and the ground electrode 40.

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 chip 45 and the ground electrode 40 or the interface between the chip 45 and the melted portion 47 (that is, the bonding length) is a, The length of the part which peeled among these joining lengths (namely, peeling length) is shown by b1, b2. Each of these lengths and cut surface shapes can be known by observing the cut surfaces with a metal microscope or the like.

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 electrode side chip 45 containing two or more of these additives are used. The same tendency as in FIG. 12 was obtained.

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 electrode side chip 45, in order to achieve both the spark consumption and the bonding reliability, the additive contained in the ground electrode side chip 45 is only one having a smaller linear expansion coefficient than Pt. It is preferable that at least one kind is contained and the ground electrode side tip 45 is fixed by laser welding.

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 electrode side tip 45, which is a Pt alloy tip, is 0.1 mm 2 or more in order to ensure high ignitability and suppress oxidative volatilization. It is preferable that the tip protrusion amount t is 1.15 mm 2 or less and 1.5 mm or less. This is the same reason as described above.

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 noble metal tips 35 and 45 are in any shape such as a cylindrical shape (including an ellipse), a prismatic shape, a conical shape, a rivet shape, etc. on both the center electrode side and the ground electrode side. However, the above-described effects are also exhibited.

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 center electrode 30 and the ground electrode 40 to the noble metal tips 35 and 45 is performed by any welding method such as laser welding, arc welding, resistance welding, or the like. There may be. In FIG. 14, the joint in which the melted portions 37 and 47 are illustrated is laser welding or arc welding, and the joint not illustrated is resistance welding.

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 ground electrode 40 may house a core material 48 made of, for example, Cu, Cu + Ni clad or the like, which has better thermal conductivity than the base material 49. According to this, the temperature of the front-end | tip part, ie, the one end part 41, of the ground electrode 40 can be reduced, and as a result, the oxidation volatilization consumption of the ground electrode side chip 45 can be further reduced, which is preferable.
In FIG. 15, (a) has a core material 48 made of a Cu material as a good heat conducting material inside, and a ground electrode 40 formed by covering the core material 48 with a base material 49 made of a Ni-based alloy. (B) is a ground electrode 40 in which the core material 48 has a two-layer structure in which a Ni material 48 a is covered with a Cu material 48 b and this is covered with a base material 49.
Further, as shown in FIG. 16, the ground electrode 40 may be disposed obliquely. As a result, the ground electrode 40 can be shortened and the temperature at the tip thereof can be reduced. As a result, the oxidation and volatilization consumption of the ground electrode side chip 45 can be further reduced, which is preferable.

本発明の実施形態に係る内燃機関用スパークプラグの全体構成を示す半断面図である。1 is a half sectional view showing an overall configuration of a spark plug for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図1中のスパークプラグにおける放電ギャップ近傍の拡大説明図である。FIG. 2 is an enlarged explanatory view in the vicinity of a discharge gap in the spark plug in FIG. 1. 接地電極側チップの突き出し量tとエンジン耐久評価によるギャップ拡大量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the protrusion amount t of the ground electrode side chip | tip, and the gap expansion amount by engine durability evaluation. 接地電極側チップの突き出し量tとエンジン耐久評価による接地電極側チップの消耗体積比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the protrusion amount t of the ground electrode side chip | tip, and the consumption volume ratio of the ground electrode side chip | tip by engine durability evaluation. 耐酸化揮発性の評価方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the evaluation method of oxidation volatility. 酸化揮発比Xとエンジン耐久評価による接地電極側チップの消耗体積比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the oxidation volatilization ratio X and the consumption volume ratio of the ground electrode side chip | tip by engine durability evaluation. 接地電極側チップの断面積Aとエンジン耐久評価による接地電極側チップの消耗体積比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cross-sectional area A of a ground electrode side chip | tip, and the consumption volume ratio of the ground electrode side chip | tip by engine durability evaluation. 接地電極側チップの突き出し量tとエンジン耐久評価による接地電極側チップの消耗体積比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the protrusion amount t of the ground electrode side chip | tip, and the consumption volume ratio of the ground electrode side chip | tip by engine durability evaluation. 接地電極側チップに含有される添加物の合計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示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sum total of the additive contained in a ground electrode side chip | tip, and the consumption volume ratio of the ground electrode side chip | tip 45 by engine durability evaluation. 接地電極側チップに含有される添加物の重量%の合計と中心電極側チップに含有される添加物の重量%の合計との比である合計添加量比と、ギャップ拡大量である消耗比との関係を示す図である。A total additive amount ratio that is a ratio of a sum of weight percent of additives contained in the ground electrode side tip and a sum of weight percent of additives contained in the center electrode side tip, and a wear ratio that is an amount of gap enlargement. It is a figure which shows the relationship. 接地電極側チップ組成と火花消耗性との関係を調べた結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of having investigated the relationship between a ground electrode side chip | tip composition and spark consumption. 接地電極側チップ組成と接合信頼性との関係を調べた結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of having investigated the relationship between a ground electrode side chip composition and joining reliability. 図12に示す接合信頼性としての剥離率の評価方法を示す図である。It is a figure which shows the evaluation method of the peeling rate as joining reliability shown in FIG. 本発明における貴金属チップの溶接形態の種々の例を示す図である。It is a figure which shows the various examples of the welding form of the noble metal tip in this invention. 本発明に用いる接地電極の材質の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the material of the ground electrode used for this invention. 本発明に用いる接地電極の形状の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the shape of the ground electrode used for this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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 Center electrode 32 Opposite surface at center electrode 35 Noble metal tip at center electrode (tip at center electrode side)
40 Ground electrode 43 Opposite surface of ground electrode 45 Noble metal tip on ground electrode (ground electrode side tip)
50 Discharge gap

Claims (8)

中心電極(30)と、
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.
前記中心電極(30)および前記接地電極(40)における前記貴金属チップ(35、45)を大気中、1100℃で30時間放置した後の前記中心電極における前記貴金属チップ(35)の最大酸化揮発幅Lmax1に対する前記接地電極における前記貴金属チップ(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請求項1に記載のスパークプラグ。 Maximum oxidation volatilization width of the noble metal tip (35) in the center electrode after leaving the noble metal tip (35, 45) in the center electrode (30) and the ground electrode (40) in the atmosphere at 1100 ° C. for 30 hours 2. The relation according to claim 1, wherein when the ratio Lmax2 / Lmax1 of the maximum oxidation volatilization width Lmax2 of the noble metal tip (45) in the ground electrode with respect to Lmax1 is an oxidation volatilization ratio X, X ≦ 0.8. Spark plug. 前記中心電極および前記接地電極における前記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、
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(40)における前記貴金属チップ(45)に含有される添加物の重量%の合計は、前記中心電極(30)における前記貴金属チップ(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請求項3に記載のスパークプラグ。 The sum of the weight percent of the additive contained in the noble metal tip (45) in the ground electrode (40) is the sum of the weight percent of the additive contained in the noble metal tip (35) in the center electrode (30). The spark plug according to claim 3, wherein the spark plug is 1.5 times or more. 前記中心電極における前記貴金属チップ(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、
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%.
前記中心電極(30)および前記接地電極(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、Y23、Reの少なくとも1種であることを特徴とする請求項3ないし5のいずれか一つに記載のスパークプラグ。 Additives contained in the noble metal tips (35, 45) in the center electrode (30) and the ground electrode (40) are Ir, Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y, Y 2 O 3, Re spark plug according to any one of claims 3 to 5, characterized in that at least one. 前記接地電極(40)における前記貴金属チップ(45)に含有される添加物は、Ptよりも融点が高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ることを特徴とする請求項5に記載のスパークプラグ。 The additive contained in the noble metal tip (45) in the ground electrode (40) is only one having a melting point higher than that of Pt and at least one additive. Spark plug as described in. 前記接地電極(40)における前記貴金属チップ(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、前記接地電極における前記貴金属チップは、レーザ溶接により固定されていることを特徴とする請求項5または7に記載のスパークプラグ。 The additive contained in the noble metal tip (45) in the ground electrode (40) is only one having a linear expansion coefficient smaller than that of Pt and at least one additive, and the additive in the ground electrode The spark plug according to claim 5 or 7, wherein the noble metal tip is fixed by laser welding.
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