JP2018106807A - Spark plug - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスパークプラグに関し、特に貴金属を含む電極チップを接地電極に設けたスパークプラグに関するものである。 The present invention relates to a spark plug, and more particularly to a spark plug in which an electrode tip containing a noble metal is provided on a ground electrode.
貴金属を主体とするチップ本体を全周に亘って中間部材で取り囲み、チップ本体と中間部材とを第1の溶融部で接合して電極チップを作り、電極チップを接地電極の電極母材に接合したスパークプラグが知られている(特許文献1)。特許文献1に開示される技術では、第1の溶融部と溶け合わない第2の溶融部によって、電極チップの中間部材が電極母材に接合される。
The tip body mainly composed of noble metal is surrounded by an intermediate member over the entire circumference, the tip body and the intermediate member are joined at the first melting part to form an electrode tip, and the electrode tip is joined to the electrode base material of the ground electrode A spark plug is known (Patent Document 1). In the technique disclosed in
しかし、上述した従来の技術では、チップ本体と中間部材との熱膨脹差に起因する熱応力によって、溶融部が破断する可能性がある。 However, in the above-described conventional technology, there is a possibility that the melted portion breaks due to the thermal stress caused by the thermal expansion difference between the chip body and the intermediate member.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、溶融部を破断し難くできるスパークプラグを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a spark plug that can make it difficult to break a melted portion.
この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、軸線に沿って延びる中心電極と、軸線に沿って形成された軸孔に中心電極が配置される絶縁体と、絶縁体の外周に配置される主体金具と、主体金具に接合される接地電極とを備えている。接地電極は、第1端部が主体金具に接合され第2端部が中心電極と対向する電極母材と、電極母材の第2端部に接合されてなる電極チップとを備えている。電極チップは、貴金属を主体とするチップ本体と、チップ本体の側面の少なくとも一部を全周に亘って取り囲む中間部材とを備え、中間部材とチップ本体とに跨る第1溶融部と、中間部材と電極母材とに跨る第2溶融部とを形成してなる。 In order to achieve this object, a spark plug according to the present invention includes a center electrode extending along an axis, an insulator having a center electrode disposed in an axial hole formed along the axis, and an outer periphery of the insulator. And a ground electrode joined to the metal shell. The ground electrode includes an electrode base material having a first end joined to the metal shell and a second end facing the center electrode, and an electrode tip joined to the second end of the electrode base. The electrode tip includes a tip body mainly composed of a noble metal, and an intermediate member that surrounds at least a part of a side surface of the tip body over the entire circumference, a first melting portion straddling the intermediate member and the chip body, and an intermediate member And a second molten portion straddling the electrode base material.
チップ本体の軸に垂直な断面において、第1溶融部のうちチップ本体に形成される部分は、チップ本体の軸を通る2つの第1直線のなす角が45°以上の所定角度を有する第1領域内に存在し、第2溶融部は、第1領域以外の第2領域内にのみ存在する。 In a cross section perpendicular to the axis of the chip body, a portion of the first melted portion formed in the chip body has a first angle in which an angle formed by two first straight lines passing through the axis of the chip body is 45 ° or more. It exists in an area | region, and a 2nd fusion | melting part exists only in 2nd area | regions other than a 1st area | region.
請求項1記載のスパークプラグによれば、チップ本体の軸に垂直な断面において、中間部材とチップ本体とに跨る第1溶融部のうちチップ本体に形成される部分は、チップ本体の軸を通る2つの第1直線のなす角が45°以上の所定角度を有する第1領域内に存在する。一方、中間部材と電極母材とに跨る第2溶融部は、第1領域以外の第2領域内にのみ存在する。その結果、中間部材のうち第1領域内に存在する部分の周方向の長さを確保できる。中間部材の弾性変形により、チップ本体と中間部材との熱膨脹差に起因する熱応力を緩和できるので、第1溶融部を破断し難くできる効果がある。 According to the spark plug of the first aspect, in the cross section perpendicular to the axis of the chip body, the portion formed in the chip body in the first melting part straddling the intermediate member and the chip body passes through the axis of the chip body. The angle formed by the two first straight lines exists in the first region having a predetermined angle of 45 ° or more. On the other hand, the second melted portion straddling the intermediate member and the electrode base material exists only in the second region other than the first region. As a result, it is possible to secure the circumferential length of the portion of the intermediate member that exists in the first region. The elastic deformation of the intermediate member can relieve the thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the chip body and the intermediate member, so that there is an effect that it is difficult to break the first molten part.
請求項2記載のスパークプラグによれば、電極母材および中間部材はNiを主体とする合金またはNiからなるので、電極母材および中間部材に跨る第2溶融部の熱応力を緩和できる。第1溶融部は貴金属成分を30〜70質量%含むので、スパークプラグの使用環境における第1溶融部の線膨張係数を、チップ本体の線膨張係数と中間部材の線膨張係数との間にできる。中間部材とチップ本体との間で第1溶融部が熱応力を緩和するので、第1溶融部を破断し難くできる。よって、請求項1の効果に加え、第1溶融部をより破断し難くできる効果がある。
According to the spark plug of the second aspect, since the electrode base material and the intermediate member are made of an alloy mainly composed of Ni or Ni, the thermal stress of the second molten portion straddling the electrode base material and the intermediate member can be alleviated. Since the first melting part contains 30 to 70% by mass of the noble metal component, the linear expansion coefficient of the first melting part in the environment where the spark plug is used can be set between the linear expansion coefficient of the chip body and the linear expansion coefficient of the intermediate member. . Since the first melting part relaxes the thermal stress between the intermediate member and the chip body, the first melting part can be hardly broken. Therefore, in addition to the effect of
請求項3記載のスパークプラグによれば、チップ本体の軸に垂直な断面において、第1直線は隣り合う2つの第2溶融部に接する。第1溶融部のうちチップ本体に形成される部分に接しチップ本体の軸を通る2つの第2直線のなす角は、2つの第1直線のなす角に対して70%以下である。従って、中間部材のうち第1領域内に存在する部分に対する第1溶融部の割合が過大にならないようにできる。中間部材の弾性変形により、チップ本体と中間部材との熱膨脹差に起因する熱応力をより緩和し易くできるので、請求項1又は2の効果に加え、第1溶融部をより破断し難くできる効果がある。
According to the spark plug of the third aspect, in the cross section perpendicular to the axis of the chip body, the first straight line is in contact with two adjacent second melted portions. The angle formed by the two second straight lines passing through the axis of the chip body in contact with the portion formed on the chip body in the first melting portion is 70% or less with respect to the angle formed by the two first straight lines. Therefore, it is possible to prevent the ratio of the first melted portion relative to the portion existing in the first region of the intermediate member from becoming excessive. Since the thermal deformation caused by the difference in thermal expansion between the chip body and the intermediate member can be more easily relaxed by the elastic deformation of the intermediate member, in addition to the effect of
請求項4記載のスパークプラグによれば、第1溶融部のうちチップ本体に形成される部分は、少なくとも一部が、第1端部から第2端部へと延びる電極母材の軸とチップ本体の軸とを含む平面に垂直な仮想平面であってチップ本体の軸を含む仮想平面よりも第1端部側に存在する。第1端部側に存在する第1溶融部によって、主体金具からチップ本体までの導電経路を確保できる。第1溶融部が第2端部側に存在する場合に比べて、主体金具からチップ本体までの第1溶融部を経由する導電経路を短くできるので、請求項1から3のいずれかの効果に加え、放電時の損失や特性劣化を生じ難くできる効果がある。
According to the spark plug according to claim 4, at least a part of the first melted portion formed in the chip body is at least partially extended from the first end portion to the second end portion and the shaft of the electrode base material and the tip. A virtual plane perpendicular to a plane including the axis of the main body and present on the first end side of the virtual plane including the axis of the chip main body. A conductive path from the metal shell to the chip body can be secured by the first melted portion present on the first end side. Compared with the case where the 1st fusion part exists in the 2nd end side, since the electric conduction path which goes through the 1st fusion part from a metal shell to a chip body can be shortened, it is in the effect of any one of
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施の形態におけるスパークプラグ10について、軸線Oを境に外形図(紙面左側)及び軸線Oを含む面で切断した全断面図(紙面右側)を示した片側断面図である。図1では、紙面下側をスパークプラグ10の先端側、紙面上側をスパークプラグ10の後端側という。図1に示すようにスパークプラグ10は、絶縁体11、中心電極13、主体金具15及び接地電極16を備えている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a one-side cross-sectional view showing an outline view (on the left side of the paper) and a full cross-sectional view (on the right side of the paper) taken along a plane including the axis O with respect to the
絶縁体11は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体11は、軸線Oに沿って軸孔12が貫通する。中心電極13は、軸孔12に挿入されて軸線Oに沿って絶縁体11に保持される棒状の電極である。端子金具14は、高圧ケーブル(図示せず)が接続される棒状の部材であり、先端側が絶縁体11内に配置される。
The
主体金具15は、内燃機関のねじ穴(図示せず)に固定される略円筒状の部材である。主体金具15は絶縁体11の外周に固定されている。接地電極16は、第1端部18が主体金具15の先端に接合される金属製(例えばニッケル基合金製)の電極母材17と、電極母材17の第2端部19に接合される電極チップ20(図2、図3参照)とを備えている。電極母材17は、第1端部18に対して第2端部19側が中心電極13へ向けて屈曲する棒状の部材である。接地電極16の電極チップ20は、火花ギャップを介して中心電極13と対向する。
The
スパークプラグ10は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、中心電極13を絶縁体11の軸孔12に挿入する。中心電極13は先端が軸孔12から外部に露出するように配置される。軸孔12に端子金具14を挿入し、端子金具14と中心電極13との導通を確保した後、予め電極母材17が接合された主体金具15を絶縁体11の外周に組み付ける。電極母材17に電極チップ20を接合した後、電極チップ20が中心電極13と軸線O方向に対向するように電極母材17を屈曲して、スパークプラグ10を得る。
The
図2を参照して、電極チップ20が接合された電極母材17について説明する。図2は接地電極16の平面図(スパークプラグ10の軸線O方向の後端側から見た図)である。図2では、電極母材17の第2端部19(図1参照)が図示されており、電極母材17の第1端部18側は図示が省略されている。
With reference to FIG. 2, the
接地電極16は、電極母材17と電極チップ20とを備えている。電極母材17は、Niを主体とする合金またはNiからなる部材であり、中心電極13(図1参照)の先端と対向する位置に凹部21が形成されている。凹部21は、電極チップ20の少なくとも一部が嵌め込まれる部位である。凹部21に嵌め込まれた電極チップ20は、火花ギャップを介して中心電極13と対向する。
The
電極チップ20は、チップ本体22と、チップ本体22の側面24の少なくとも一部を全周に亘って取り囲む中間部材25とを備えている。チップ本体22は、第1溶融部26によって中間部材25に接合されており、中間部材25は、第2溶融部27によって電極母材17に接合されている。第1溶融部26及び第2溶融部27は、どちらも電極チップ20の周方向に断続的に設けられている。本実施の形態では、第1溶融部26及び第2溶融部27は、パルス発振レーザのビームによるスポットを重ねて所定の長さに形成されている。
The
チップ本体22は、電極母材17よりも耐火花消耗性の高い白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属または貴金属を主成分とする合金によって形成される部材である。本実施の形態では、チップ本体22は平面視が円形の板材である。また、チップ本体22は、自身の中心を通る軸23が、中心電極13(図1参照)の軸線Oと一致するように配置されている。中間部材25は、Niを主体とする合金またはNiからなる部材である。本実施の形態では、中間部材25は、軸方向の厚さ及び径方向の幅が、周方向に亘って同一の環状の部材である。
The
図3は図2のIII−III線における接地電極16の断面図である。図3に示すように、電極母材17は、第1端部18(図1参照)側から第2端部19へと延びる軸28を有している。電極母材17の軸28は軸線O(図1参照)と直交する。凹部21は、電極母材17に形成された有底の窪みである。電極チップ20は、チップ本体22が電極母材17からわずかに突出した状態で凹部21に収容される。
3 is a cross-sectional view of the
中間部材25とチップ本体22とに跨る第1溶融部26は、形状が、中間部材25からチップ本体22の軸23へ向かうにつれて断面積が次第に小さくなる楔状(円錐状)に形成されている。第2溶融部27は、チップ本体22の軸23に沿って延びる部位であり、中間部材25と電極母材17とに跨る円柱状に形成されている。本実施の形態では、第1溶融部26及び第2溶融部27は、それぞれ3か所に形成されている。
The
第1溶融部26は、中間部材25の内側にチップ本体22を挿入した状態で、中間部材25の側面(外周)から軸23と直交する方向へレーザビームを照射して形成される。第1溶融部26により、チップ本体22と中間部材25とが接合された電極チップ20が作られる。第1溶融部26は、中間部材25及びチップ本体22が溶融してなるので、中間部材25及びチップ本体22の成分が混合されている。第1溶融部26の成分は、溶融した中間部材25の体積とチップ本体22の体積との比率に依存する。
The
第2溶融部27は、電極母材17の凹部21に電極チップ20を嵌め込んだ状態で、中間部材25と電極母材17との境界に向けて軸23と平行にレーザビームを照射して、中間部材25の外周に形成される。第2溶融部27を形成するためのレーザビームを照射する前に、電極チップ20と電極母材17(凹部21)とを抵抗溶接しても良い。第1溶融部26及び第2溶融部27を形成するレーザとしては、例えばYAGレーザ、ディスクレーザ、ファイバーレーザ等の固体レーザを用いることができる。
The
第2溶融部27は、第1溶融部26と溶け合わないように、第1溶融部26と分離した位置に設けられている。第2溶融部27は、中間部材25の外周部分と凹部21(電極母材17)の内周部分とが溶融してなるので、中間部材25及び電極母材17の成分が混合されている。第2溶融部27の成分は、溶融した中間部材25の体積と電極母材17の体積との比率に依存する。
The
電極チップ20は凹部21に嵌め込まれているので、中間部材25の側面に露出する第1溶融部26を凹部21に収容できる。その結果、第1溶融部26が外気に直接曝されないようにできる。貴金属を含む合金は、その成分中に含まれる貴金属の割合が多くなると酸化腐食を生じ易くなることが知られている。しかし、第1溶融部26が外気に直接曝されないようにできるので、第1溶融部26の酸化腐食を抑制できる。
Since the
電極母材17及び中間部材25は、Niを主体とする合金またはNiからなり、チップ本体22は貴金属を主体とする合金または貴金属からなる。そのため、スパークプラグ10の使用環境におけるチップ本体22の線膨張係数は、電極母材17及び中間部材25の線膨張係数より小さい。第1溶融部26は貴金属成分を30〜70質量%含有するように設定される。従って、上記の使用環境における第1溶融部26の線膨張係数を、中間部材25の線膨張係数とチップ本体22の線膨張係数との間にできる。よって、中間部材25とチップ本体22との間で第1溶融部26が熱応力を緩和するので、スパークプラグ10の使用環境において第1溶融部26を破断し難くすることができる。
The
第1溶融部26の元素分析は、例えばEDX(エネルギー分散型X線分析)やEPMA(電子線マイクロアナライザ)等によって行うことができる。EDXやEPMA等による第1溶融部26の分析位置は、第1溶融部26の略中央である。第1溶融部26のうちチップ本体22の軸23に近い部分など、元素の濃度分布が不均一な位置で分析が行われるのを防ぐためである。
The elemental analysis of the
図4は図3のIV−IV線における接地電極16の断面図であり、チップ本体22の軸23に垂直な断面が図示されている。本実施の形態では、第1溶融部26は、パルス発振レーザのビームの2回の照射位置を周方向にわずかにずらして形成された溶融部である。第1溶融部26は、電極チップ20の3か所に周方向に間隔をあけて形成されている。第1溶融部26は、チップ本体22に形成される部分30と、中間部材25に形成される部分31とからなる。部分30と部分31との境界は、第1溶融部26が形成される前(溶融する前)のチップ本体22と中間部材25との境界(チップ本体22の側面24)である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
第1溶融部26のうちチップ本体22に形成される部分30は、チップ本体22の軸23を通る2つの第1直線32のなす角θ1が45°以上の所定角度を有する第1領域33内に存在する。一方、第2溶融部27は、第1領域33以外の第2領域34のみに存在する。本実施の形態では、第1直線32は、隣り合う第2溶融部27に接しチップ本体22の軸23を通る直線である。
A
第1領域33を区画する2つの第1直線32のなす角θ1が45°以上の所定角度を有するので、第1領域33に存在する中間部材25の長さを確保できる。第1領域33における第2溶融部27間の中間部材25が弾性変形して、チップ本体22と中間部材25との熱膨脹差に起因して第1溶融部26に生じる応力を緩和するので、第1溶融部26の破断を抑制できる。
Since the angle θ1 formed by the two first
本実施の形態では、チップ本体22に複数(3つ)の第1溶融部26が形成され、中間部材25のうち第1溶融部26の間に複数(3つ)の第2溶融部27が形成されている。第1領域33及び第2領域34は、複数の第1溶融部26の各々について第1溶融部26毎に領域が設定される。全ての第1領域33が上記のθ1≧45°の関係を満足し、各々設定された第2領域34のみに全ての第2溶融部27が存在するので、全ての第1溶融部26の破断を抑制できる。
In the present embodiment, a plurality (three) of
本実施の形態では、チップ本体22は3つの第1溶融部26によって中間部材25に接合されるので、任意の第1溶融部26は、他の2つの第1溶融部26とチップ本体22との熱膨脹差に起因する熱応力の影響を受け、第1溶融部26が1つ又は2つの場合に比べて、第1溶融部26に作用する力が大きくなる。このような場合に、中間部材25の弾性変形を利用して力を緩和し、第1溶融部26の破断を抑制できるので、特に有効である。
In the present embodiment, since the
第1溶融部26のうちチップ本体22に形成される部分30は、その部分30に接しチップ本体22の軸23を通る2つの第2直線35の間に存在する。第1直線32のなす角θ1に対する第2直線35のなす角θ2は95%以下、好ましくは70%以下に設定されている。
A
ここで、第1溶融部26の体積が大きくなるにつれて、中間部材25とチップ本体22との熱膨脹差に起因して第1溶融部26に作用する力が大きくなる。しかし、θ2/θ1≦95%とすることにより、中間部材25の弾性変形により、チップ本体22、中間部材25及び電極母材17の熱膨脹差に起因する熱応力をより緩和し易くできる。その結果、第1溶融部26及び第2溶融部27をより破断し難くできる。特にθ2/θ1≦70%とすれば、第1溶融部26及び第2溶融部27をさらに破断し難くできる。
Here, as the volume of the
2つの第2直線35のなす角θ2は、20°以上に設定される。チップ本体22を保持するだけの第1溶融部26の体積を確保するためである。その結果、中間部材25とチップ本体22との熱膨脹差に起因して第1溶融部26に作用する力に抗して、第1溶融部26は中間部材25にチップ本体22を保持できる。
The angle θ2 formed by the two second
なお、電極母材17及び中間部材25はNiを主体とする合金またはNiからなり、第2溶融部27はNiを主体とする合金またはNiが溶融してなるので、第2溶融部27の線膨張係数を電極母材17や中間部材25の線膨張係数に近づけることができる。第2溶融部27に生じる熱応力を小さくできるので、第2溶融部27の破断を抑制できる。
The
仮に、第1溶融部26とチップ本体22との界面にクラックが発生すると、第1溶融部26や第2溶融部27の熱応力は解放される。その結果、電極母材17が変形したりチップ本体22が破断したりすることを抑制できる。熱応力によって電極母材17が変形しないようにできるので、電極チップ20と凹部21とに隙間が生じないようにでき、また、中心電極13(図1参照)とチップ本体22との火花ギャップが狭くなったり広くなったりしないようにできる。
If a crack occurs at the interface between the
第1溶融部26のうちチップ本体22に形成される部分30は、少なくとも一部が、電極母材17の軸28とチップ本体22の軸23とを含む平面に垂直な、軸23を含む仮想平面29(図4紙面に垂直な平面)よりも電極母材17の第1端部18(図1参照)側(図4左側)に存在する。第1溶融部26は中間部材25とチップ本体22とを接続するので、第1溶融部26によって電極母材17からチップ本体22までの導電経路を確保できる。
The
その結果、仮想平面39よりも第2端部19(図1参照)側(図4右側)にのみ第1溶融部26が存在する場合に比べて、電極母材17からチップ本体22までの第1溶融部26を経由する導電経路を短くできる。放電電流が流れる導電経路の距離を短くできるので、損失や特性劣化を生じ難くできる。よって、チップ本体22と中心電極13(図1参照)との間に火花放電が生じ難くなることを抑制できる。
As a result, as compared with the case where the first melted
第1溶融部26は、第1溶融部26の部分30が仮想平面29よりも第1端部18(図1参照)側に存在する場合に、チップ本体22の軸23方向視において、電極母材17の軸28と重なる位置に形成されている。これにより、第1溶融部26が軸28と重ならない場合に比べて、電極母材17からチップ本体22までの第1溶融部26を経由する導電経路を短くできる。導電経路の距離をさらに短くできるので、損失や特性劣化をより生じ難くできる。
When the
本実施の形態では、第1溶融部26の一部が、仮想平面29よりも第2端部19(図1参照)側(図4右側)に存在する。仮想平面29を挟んで両側に第1溶融部26が存在するので、仮に第1溶融部26とチップ本体22との界面にクラックが生じた場合も、チップ本体22に食い込む第1溶融部26によって、チップ本体22を中間部材25に保持できる。
In the present embodiment, a part of the
次に図5を参照して第2実施の形態について説明する。第1実施の形態では、パルス発振レーザの2回のビームの照射によって第1溶融部26が形成され、パルス発振レーザの複数回のビームの照射によって第2溶融部27が形成される場合について説明した。第2実施の形態では、レーザビームの照射回数を第1実施の形態と異ならせて第1溶融部41を形成し、連続発振レーザのビームを照射して第2溶融部44を形成する場合について説明する。なお、第1実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, a description will be given of a case where the first melted
図5は第2実施の形態におけるスパークプラグ40の接地電極の断面図であり、チップ本体22の軸23に垂直な断面が図示されている。第1溶融部41は、パルス発振レーザのビームの各々1回の照射によって形成された溶融部である。本実施の形態では、第1溶融部41は、チップ本体22の軸23を挟んで2か所に形成されている。第1溶融部41は、チップ本体22に形成される部分42と、中間部材25に形成される部分43とからなる。部分42と部分43との境界は、第1溶融部41が形成される前(溶融する前)のチップ本体22と中間部材25との境界(側面24)である。第1溶融部41は貴金属成分を30〜70質量%含有する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the ground electrode of the
第2溶融部44は、連続発振レーザのビームを周方向に走査して形成された一連の溶融部である。本実施の形態では、第2溶融部44は、チップ本体22の軸23を挟んで2か所に形成されている。
The
第1溶融部41のうちチップ本体22に形成される部分42は、チップ本体22の軸23を通る2つの第1直線45のなす角θ1が45°以上の所定角度を有する第1領域46内に存在する。一方、第2溶融部44は、第1領域46以外の第2領域47のみに存在する。本実施の形態では、第1直線45は、隣り合う第2溶融部44に接しチップ本体22の軸23を通る直線である。
A
第1溶融部41のうちチップ本体22に形成される部分42は、その部分42に接しチップ本体22の軸23を通る2つの第2直線48の間に存在する。第1直線45のなす角θ1に対する第2直線48のなす角θ2は95%以下、好ましくは70%以下に設定されている。
A
第1溶融部41のうちチップ本体22に形成される部分42は、少なくとも一部が、仮想平面29(図5紙面に垂直な平面)よりも電極母材17の第1端部18(図1参照)側(図5左側)に存在する。この第2実施の形態によれば、第1実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
At least a
次に図6から図8を参照して第3実施の形態について説明する。第1実施の形態および第2実施の形態では、接地電極16の1本の電極母材17に電極チップ20が接合される場合について説明した。これに対し第3実施の形態では、接地電極55に2本の電極母材56が配置されたスパークプラグ50において、電極母材56の第2端部58に電極チップ60が接合される場合について説明する。なお、第1実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. In the first embodiment and the second embodiment, the case where the
図6は第3実施の形態におけるスパークプラグ50の片側断面図であり、図7は図6の矢印VII方向から見たスパークプラグ50の底面図であり、図8は図6のVIII−VIII線における接地電極55の断面図である。なお、図6では主体金具15の後端側の図示が省略されている。
6 is a half sectional view of the
図6に示すようにスパークプラグ50の中心電極51は、軸孔12に挿入されて軸線Oに沿って絶縁体11に保持される棒状の本体部52と、本体部52の先端に接合されるチップ53とを備えている。チップ53は、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属または貴金属を主成分とする合金によって形成される柱状の部材である。チップ53は、溶接部54によって本体部52の先端に接合されている。
As shown in FIG. 6, the
接地電極55は、主体金具15の先端の軸線Oに対して点対称となる位置に2本が配置されている。接地電極55は、第1端部57が主体金具15の先端に接合される金属製(例えばニッケル基合金製)の電極母材56と、電極母材56の第2端部58に接合される電極チップ60とを備えている。電極母材17は、第1端部18に対して第2端部19側が中心電極51へ向けて屈曲する棒状の部材である。
Two
電極チップ60は、チップ本体61と、チップ本体61の側面63を全周に亘って取り囲む中間部材64とを備えている。チップ本体61は、電極母材56よりも耐火花消耗性の高い白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属または貴金属を主成分とする合金によって形成される部材である。本実施の形態では、チップ本体61は円環状の板材である。
The
中間部材64は、Niを主体とする合金またはNiからなる円環状の部材である。中間部材64は、径方向の内側へ向けて鍔状に張り出し中心に穴が開いた底部65が、軸線O方向の先端に設けられている。チップ本体61は、中間部材64に挿入された状態で、底部65に支持される。
The
チップ本体61は、第1溶融部66によって中間部材64に接合されており、中間部材64は、第2溶融部67によって電極母材56に接合されている。第2溶融部67は、軸線Oに沿って延びる部位であり、中間部材64と電極母材56とに跨る円柱状に形成されている。本実施の形態では、第1溶融部66及び第2溶融部67は、パルス発振レーザのビームの照射により形成されている。
The
チップ本体61は、自身の中心を通る軸62(図8参照)が、中心電極51(図6参照)の軸線Oと一致するように配置されている。中心電極51のチップ53は、チップ本体61の中央を貫通する。チップ本体61は、中心電極51のチップ53の側面と火花ギャップを介して対向する。
The
図7に示すように電極母材56は、第1端部57(図6参照)側から第2端部58へと延びる軸68を有している。電極母材56の軸68は軸線O(図6参照)と直交する。中間部材64とチップ本体61とに跨る第1溶融部66は、形状が、中間部材64から軸線Oへ向かうにつれて断面積が次第に小さくなる楔状(円錐状)に形成されている。本実施の形態では、第1溶融部66は電極チップ60の周方向に間隔をあけて10か所に形成されており、第2溶融部67は2つの電極母材56と接する2か所に形成されている。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように第1溶融部66は、チップ本体61に形成される部分70と、中間部材64に形成される部分71とからなる。部分70と部分71との境界は、第1溶融部66が形成される前(溶融する前)のチップ本体61と中間部材64との境界(側面63)である。第1溶融部66は貴金属成分を30〜70質量%含有する。
As shown in FIG. 8, the
第1溶融部66のうちチップ本体61に形成される部分70は、チップ本体61の軸62(軸線Oと重なる)を通る2つの第1直線72のなす角θ1が45°以上の所定角度を有する第1領域73内に存在する。一方、第2溶融部67は、第1領域73以外の第2領域74のみに存在する。本実施の形態では、第1直線72は、隣り合う第2溶融部67に接しチップ本体61の軸62を通る直線である。
A
第1溶融部66のうちチップ本体61に形成される部分70は、その部分70に接しチップ本体61の軸62を通る2つの第2直線75の間に存在する。第1直線72のなす角θ1に対する第2直線75のなす角θ2は95%以下、好ましくは70%以下に設定されている。
A
第1溶融部66のうちチップ本体61に形成される部分70は、少なくとも一部が、電極母材56の軸68とチップ本体61の軸62とを含む平面に垂直な、軸62を含む仮想平面69(図8紙面に垂直な平面)よりも電極母材56の第1端部57(図6参照)側(図8左右外側)に存在する。この第3実施の形態によれば、第1実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
The
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
中間部材25はニッケル合金(インコネル600(登録商標))製であり、寸法が内径2.5mm、外径3.3mm、厚さ0.85mmの円環状であった。チップ本体22は組成が80Ir−11Ru−8Rh−1Ni(数値は質量%)の貴金属合金製であり、寸法が外径2.5mm、厚さ1mmの円板状であった。チップ本体22を嵌め込んだ中間部材25の外周の複数個所にパルス発振レーザのビームを照射して、第1実施の形態で説明した第1溶融部26(3つの溶融部)が形成された種々の電極チップ20を得た。第1溶融部26を形成したレーザビーム(代表例)はエネルギー1200W、照射速度24Hzであった。
Example 1
The
EDXにより、第1溶融部26の貴金属成分の割合(質量%)を測定した。第1溶融部26の貴金属成分の割合が25質量%から75質量%になるように第1溶融部26の溶融量を調整した。
The ratio (mass%) of the noble metal component of the 1st fusion | melting
次に、第1端部18と第2端部19とを有する断面矩形の棒状のニッケル合金(インコネル600(登録商標))製の電極母材17を準備し、第2端部19に内径3.3mm、深さ0.85mmの凹部21を形成した。第1溶融部26が形成された部分を、電極母材17の第1端部18側に向けて電極チップ20を凹部21に嵌め込んだ後、中間部材25と電極母材17との境界にレーザビームを照射して形成された第2溶融部27により、中間部材25と電極母材17とを溶接し、種々のサンプルを得た。
Next, an
チップ本体22の軸23に垂直な電極チップ20の断面をX線透視装置によって観察し、第1溶融部26が形成された第1領域33の角度θを求めた。この実施例では、第2溶融部27に接しチップ本体22の軸23を通る2つの第1直線32のなす角θ1を、第1領域33の角度θとした。
The cross section of the
同様にX線透視装置によって、第1溶融部26のうちチップ本体22に形成される部分30に接しチップ本体22の軸23を通る2つの第2直線35のなす角θ2を求めた。第2溶融部27は、第1直線32のなす角θ1に対する第2直線35のなす角θ2の割合(θ2/θ1)が70%となるようにした。この中から、第1領域33の角度θ(第1直線32のなす角θ1)が35°から80°の表1に示すサンプルを抽出した。
Similarly, an angle θ <b> 2 formed by two second
全てのサンプルについて、第1端部18を保持した電極母材17の第2端部19の温度が950℃になるように2分間バーナで加熱した後、1分間かけて放冷することを1サイクルとして、1000サイクルを電極母材17に加える冷熱試験を行った。
For all the samples, heating with a burner for 2 minutes so that the temperature of the
冷熱試験後、チップ本体22の軸23に垂直な電極チップ20の断面を金属顕微鏡で観察して、第1溶融部26に存在するクラックの長さを測定した。第1溶融部26に存在するクラックの起点は、第1溶融部26の周方向の端と、チップ本体22と中間部材25との境界(チップ本体22の側面24)と、が交わる位置にあった。
After the cooling test, the cross section of the
1つの第1溶融部26の周方向の端から端までクラックが繋がっているサンプルを「破断した(×)」と評価した。第1溶融部26の周方向の端から端までクラックが繋がっておらず、第1溶融部26とチップ本体22との境界または第1溶融部26と中間部材25との境界にクラックが進展したサンプルは「破断しなかった(△)」と評価した。クラックが第1溶融部26に存在していても、第1溶融部26の周方向の端から端までクラックが繋がっておらず、第1溶融部26内でクラックが進展したサンプルは「好ましい(○)」と評価した。結果は表1に記した。
A sample in which a crack was connected from one end to the other in the circumferential direction of one
また、第1領域33の角度θが45°以上のサンプルのうち、貴金属成分を30〜70質量%含む第1溶融部26では、クラックが第1溶融部26内で進展した。第1溶融部26が貴金属成分を30〜70質量%含む組成であると、チップ本体22と中間部材25との熱膨脹差により第1溶融部26に生じる応力を、破断が生じない程度に緩和できるものと推察される。
Moreover, in the 1st fusion | melting
なお、貴金属成分を25質量%含有する第1溶融部26は、主にチップ本体22と第1溶融部26との界面が破断した。第1溶融部26の線膨張係数が、チップ本体22の線膨張係数よりも中間部材25の線膨張係数に近づくからであると推察される。また、貴金属成分を75質量%含有する第1溶融部26は、主に中間部材25に近い部分が破断した。第1溶融部26の線膨張係数が、中間部材25の線膨張係数よりもチップ本体22の線膨張係数に近づくからであると推察される。
In the
このように線膨張係数の異なる部位の境界にクラックが進展する場合、クラックの進展速度が、第1溶融部26内をクラックが進展する速度よりも大きいことが懸念される。よって、線膨張係数の異なる部位の境界にクラックを進展させ難くするため、第1溶融部26が貴金属成分を30〜70質量%含む組成であることがより好ましい。
Thus, when a crack progresses to the boundary of the site | parts from which a linear expansion coefficient differs, we are anxious about the rate of progress of a crack being larger than the speed which a crack progresses in the 1st fusion | melting
(実施例2)
第1領域33の角度θ(第1直線32のなす角θ1)を60°に固定して、第1溶融部26のうちチップ本体22に形成される部分30に接しチップ本体22の軸23を通る2つの第2直線35のなす角θ2の、第1直線32のなす角θ1に対する割合を異ならせた以外は、実施例1と同様にして、実施例2におけるサンプルを得た。なお、第1溶融部26の貴金属成分の割合(質量%)は50質量%に固定した。
(Example 2)
The angle θ of the first region 33 (the angle θ1 formed by the first straight line 32) is fixed to 60 °, and the
全てのサンプルについて実施例1と同じ冷熱試験を行った。冷熱試験後、チップ本体の軸に垂直な電極チップの断面を金属顕微鏡で観察した。実施例1と同様の評価基準を用いて評価したが、その評価において「好ましい(○)」と評価したサンプルのうち、第1溶融部26にクラックが存在しなかったサンプルは「優れている(◎)」と評価した。結果は表2に記した。
All the samples were subjected to the same cooling test as in Example 1. After the thermal test, the cross section of the electrode tip perpendicular to the axis of the tip body was observed with a metal microscope. Although evaluated using the same evaluation criteria as in Example 1, among the samples evaluated as “preferable (◯)” in the evaluation, the sample in which no cracks existed in the
実施例1及び実施例2によれば、中間部材25が熱応力を緩和するので、第1溶融部26の破断を抑制することができ、チップ本体22を中間部材25に安定して保持できることが明らかである。
According to Example 1 and Example 2, since the
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、第1溶融部26,41,61や第2溶融部27,44,67の形状や数、第1溶融部26,41,61や第2溶融部27,44,67の大きさや長さ等は一例であり、適宜設定できる。
The present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It can be easily guessed. For example, the shape and number of the
上記第1実施の形態では、チップ本体22の形状が円板状(円柱状)の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の形状を採用することは当然可能である。他のチップ本体の形状としては、例えば円錐台状、楕円柱状、三角柱や四角柱等の多角柱等が挙げられる。
In the first embodiment, the case where the shape of the
第1及び第2実施の形態ではチップ本体22が円柱状であり、上記第3実施の形態ではチップ本体61が円環状なので、チップ本体22,61の側面24,63を取り囲む中間部材25,64が円環状の場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、当然のことながら、チップ本体の形状に応じて、円筒状、角環状、角筒状など種々の形状を採用できる。
In the first and second embodiments, the
上記第1実施の形態では、中間部材25が無底の円環状の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。中間部材25はチップ本体22の側面24を取り囲むことができれば良いので、チップ本体22の底を覆う底部が設けられた有底の中間部材25を採用することは当然可能である。
In the first embodiment, the case where the
上記各実施の形態では、電極母材17,56の断面が矩形状の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の断面形状の電極母材を採用することは当然可能である。電極母材の他の断面形状としては、例えば円形状、楕円形状、三角形状や五角形状等の多角形状等が挙げられる。
In each of the above-described embodiments, the case where the cross section of the
上記各実施の形態では、パルス発振レーザのスポットを重ねたり連続発振レーザを用いたりして、中間部材25,64の外周に第2溶融部27,44,67をある程度の長さに形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。パルス発振レーザを用いた1ないし複数か所のスポット溶接により第2溶融部27,44,67を形成することは当然可能である。
In each of the above-described embodiments, the
上記各実施の形態では、電極チップ20を電極母材17,56に接合する第2溶融部27,44,67をレーザ溶接で形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他の手段によって電極チップ20を電極母材17,56に接合することは当然可能である。他の手段としては、例えばアーク溶接、抵抗溶接等が挙げられる。
In each of the above-described embodiments, the case where the
上記各実施の形態では、主体金具15に第1端部18,57が接合された電極母材17,56の第2端部19,58側が屈曲する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。屈曲した電極母材17,56を用いる代わりに、直線状の電極母材を用いることは当然可能である。この場合には、主体金具15の先端側を軸線O方向に延ばし、直線状の電極母材の第1端部を主体金具15に接合して、電極母材の第2端部を中心電極13,51と対向させる。
In the above embodiments, the case where the
上記第1及び第2実施の形態では、中心電極13の軸線Oとチップ本体22の軸23とを一致させ、電極チップ20が中心電極13と軸線O方向に対向するように電極母材17を配置する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、電極チップ20と中心電極13との位置関係は適宜設定できる。電極チップ20と中心電極13との他の位置関係としては、例えば、中心電極13の軸線Oとチップ本体22の軸23とが交差するように電極母材17を配置すること、中心電極13の側面と電極チップ20が対向するように電極母材17を配置すること、電極母材17の軸28と軸線Oとが斜めに交わるように電極母材17を配置すること等が挙げられる。
In the first and second embodiments described above, the
上記第3実施の形態では、接地電極55の電極母材56が主体金具15に2本接合された場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。電極母材56の数を3本以上の複数本とすることは当然可能である。この場合も電極母材56の第2端部58が、第2溶融部67によって中間部材64の外周に接合される。
In the third embodiment, the case where two
10,40,50 スパークプラグ
11 絶縁体
12 軸孔
13,51 中心電極
15, 主体金具
16,55 接地電極
17,56 電極母材
18,57 第1端部
19,58 第2端部
20,60 電極チップ
22,61 チップ本体
23,62 軸
25,64 中間部材
26,41,66 第1溶融部
27,44,67 第2溶融部
28,68 軸
29,69 仮想平面
30,42,70 部分
32,45,72 第1直線
33,46,73 第1領域
34,47,74 第2領域
35,48,75 第2直線
O 軸線
θ1,θ2 なす角
10, 40, 50
Claims (4)
前記軸線に沿って形成された軸孔に前記中心電極が配置される絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具に接合される接地電極と、を備え、
前記接地電極は、第1端部が前記主体金具に接合され第2端部が前記中心電極と対向する電極母材と、前記電極母材の前記第2端部に接合されてなる電極チップと、を備え、
前記電極チップは、貴金属を主体とするチップ本体と、前記チップ本体の側面の少なくとも一部を全周に亘って取り囲む中間部材と、を備え、
前記中間部材と前記チップ本体とに跨る第1溶融部と、前記中間部材と前記電極母材とに跨る第2溶融部と、を形成してなるスパークプラグであって、
前記チップ本体の軸に垂直な断面において、
前記第1溶融部のうち前記チップ本体に形成される部分は、前記チップ本体の前記軸を通る2つの第1直線のなす角が45°以上の所定角度を有する第1領域内に存在し、前記第2溶融部は、前記第1領域以外の第2領域内にのみ存在することを特徴とするスパークプラグ。 A center electrode extending along an axis;
An insulator in which the center electrode is disposed in an axial hole formed along the axis;
A metal shell disposed on the outer periphery of the insulator;
A ground electrode joined to the metal shell,
The ground electrode includes an electrode base material having a first end joined to the metal shell and a second end facing the center electrode, and an electrode tip joined to the second end of the electrode base. With
The electrode tip includes a tip body mainly composed of a noble metal, and an intermediate member that surrounds at least a part of a side surface of the tip body over the entire circumference,
A spark plug formed by forming a first melting portion straddling the intermediate member and the chip body, and a second melting portion straddling the intermediate member and the electrode base material,
In a cross section perpendicular to the axis of the chip body,
The portion formed in the chip body of the first melting part exists in a first region having an angle formed by two first straight lines passing through the axis of the chip body of 45 ° or more, The spark plug according to claim 1, wherein the second melting portion exists only in a second region other than the first region.
前記第1溶融部は、貴金属成分を30〜70質量%含むことを特徴とする請求項1記載のスパークプラグ。 The electrode base material and the intermediate member are made of Ni-based alloy or Ni,
2. The spark plug according to claim 1, wherein the first melting part contains 30 to 70 mass% of a noble metal component.
前記2つの第1直線は、隣り合う2つの前記第2溶融部に接しており、
前記第1溶融部のうち前記チップ本体に形成される部分に接し前記チップ本体の前記軸を通る2つの第2直線のなす角の、前記2つの第1直線のなす角に対する割合は70%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のスパークプラグ。 In a cross section perpendicular to the axis of the chip body,
The two first straight lines are in contact with two adjacent second melted portions,
A ratio of an angle formed by two second straight lines passing through the axis of the chip main body in contact with a portion formed in the chip main body of the first melting portion to an angle formed by the two first straight lines is 70% or less. The spark plug according to claim 1 or 2, wherein:
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