JP2018120734A - スパークプラグ - Google Patents
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Abstract
Description
(サンプル1〜38の作成)
試験者は、表1に示す組成からなる同一寸法の円柱状の種々のチップ22と、Ni:75.0wt%,Cr:23.5wt%,Al:0.5wt%,Si:1.0wt%及び検出限界以下の不可避不純物からなる同一寸法の柱部20a及び鍔部20bを備える中間材20と、を準備した。チップ22及び中間材20の端面同士をそれぞれ突き合わせた後、ファイバレーザ溶接機により、全周に亘ってチップ22と中間材20との境界にレーザビームを照射した。チップ22と中間材20との間に、突き合わせた端面が全て溶融して消失した溶融部21を形成し、チップ22と中間材20とを接合した。なお、チップ22の組成が異なっても、溶接後におけるチップ22の軸線O方向の長さが同一となるように、ファイバレーザ溶接機がチップ22及び中間材20に入力するエネルギーを調整した。
試験者は、スパークプラグの各サンプルをエンジンに取り付け、エンジンを運転して、フルスロットル(回転数4000rpm)5分間、アイドル回転数2分間を1サイクルとして3000サイクルを各サンプルに加えた。なお、フルスロットルのときは、電極母材19(接地電極18)の先端から主体金具17側に1mm離れた部分の温度が1000℃に到達した。
試験者は、試験後のサンプルをエンジンから取り外した後、中間材20の軸線Oと直交する断面を顕微鏡で観察して、中間材20のうち酸化していない部分の径方向の長さxを測定した。試験者は、試験前に、投影機を用いて予め中間材20の外径R1を測定した。試験者は、外径R1に対する酸化していない部分の割合x/R1(%)を算出し、その割合が70%以上のサンプルは「優れる(S)」と評価し、その割合が70%未満のサンプルは「劣る(NG)」と評価した。結果は、表1の「中間材消耗」の欄に記した。
試験者は、試験前に、予めX線透視装置を用いて中間材20、溶融部21及びチップ22を撮像した。試験者は、試験後のサンプルをエンジンから取り外した後、外観検査を行い、さらにX線透視装置を用いて、溶融部21の抉れの顕著な部分を特定した。抉れの顕著な部分およびチップ22の軸線Oを含む断面を顕微鏡で観察して、溶融部21の径方向の長さが最も小さい部分(残存する部分)の長さdを測定した。試験前に撮像した溶融部21の情報から、溶融部21のうち長さdに相当する部分の外径R2を求め、外径R2に対する長さdの割合(残存率)d/R2(%)を算出した。
表1に示すとおり、サンプル1,2,5,7〜11,13〜15は、抉れの評価が「NG」であった。サンプル1,2,5はN群の元素を含有していないので、溶融部21の表面に安定な酸化膜を形成することができず、溶融部21に生じる熱応力も抑制されない。その結果、酸化を抑制できず、酸化物の脱落による消耗も抑制できないので、溶融部21が抉られたものと推察される。サンプル7は、N群の元素の含有率が4.0質量%しかないので、同様に溶融部21に安定な酸化膜が形成され難く、溶融部21に生じる熱応力も抑制されないので、溶融部21が抉られたものと推察される。
(サンプル39〜70の作成)
試験者は、表2に示す組成からなる同一寸法の円柱状の種々のチップ22と、Ni:75.0wt%,Cr:23.5wt%,Al:0.5wt%,Si:1.0wt%及び検出限界以下の不可避不純物からなる同一寸法の柱部20a及び鍔部20bを備える中間材20と、を準備し、実施例1と同様にしてサンプル39〜70におけるスパークプラグ10を得た。
試験者は、スパークプラグの各サンプルをエンジンに取り付け、フルスロットル(回転数3500rpm)で5分間、アイドル回転数1分間を1サイクルとして、そのサイクルを繰り返しながらエンジンを200時間運転した。なお、フルスロットルのときは、電極母材19(接地電極18)の先端から主体金具17側に1mm離れた部分の温度が950℃に到達した。
耐久試験を行った後、試験者は、チップ22の軸線Oを含む断面を顕微鏡で観察して、粒界割れにより欠損した結晶粒が放電面23にあるかどうかを判定した。さらに、チップ22の軸線Oを含む断面の顕微鏡観察により、放電面23からのクラックの長さ及び数を求めた。
サンプル39は、割れの評価が「NG」であった。チップ22が、Ptと原子半径の近いRhは含有するがNiを含有していないので、電極母材19と比較してチップ22の線膨張係数が小さく、さらに粒成長し易く、高温強度も不十分である。そのため、チップ22の応力が大きくなり、粒界割れや変形が生じたものと推察される。
試験者は、Pt:70wt%,Rh:20wt%,Ni:10wt%及び検出限界以下の不可避不純物からなる同一寸法の円柱状のチップ22と、表3に示す組成からなる同一寸法の柱部20a及び鍔部20bを備える種々の中間材20と、を準備し、実施例1と同様にしてサンプル71〜78におけるスパークプラグ10を得た。
各サンプルに実施例1と同じ耐久試験を行った後、試験者は、実施例1と同様にして中間材20の消耗の評価を行った。結果は、表3の「中間材消耗」の欄に記した。
50質量%以上のNi、15質量%以上のCr、及び、0質量%以上15質量%以下のFeを含有するサンプル73〜78は、いずれも評価が「S」であった。サンプル73〜78は、Crによる緻密な酸化膜を中間材20の表面に形成することができ、中間材20の酸化消耗を抑制できたと推察される。
13 中心電極(第2電極)
18 接地電極(第1電極)
19 電極母材
20 中間材
21 溶融部
22 チップ
23 放電面
Claims (7)
- Niを主体とする電極母材と、Niを主体とする合金からなり前記電極母材から突出した状態で前記電極母材に溶接される中間材と、Ptを主体とする合金からなるチップと、前記中間材および前記チップが溶け合ってなる溶融部と、を備える第1電極と、
前記チップの放電面と火花ギャップを介して対向する第2電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記チップは、6質量%以上のRhと、Rh,Re,Ir,Ru,W,Mo及びNbからなるR群から選ばれる少なくとも1種と、5質量%以上のNiと、Ni,Co,Fe及びCuからなるN群から選ばれる少なくとも1種と、を含有し、
前記R群の中ではRhを、前記N群の中ではNiをそれぞれ最も多く含み、
Pt,Rh及びNiの含有率の合計は91質量%以上であり、
Pt,前記R群および前記N群の含有率の合計は95質量%以上であり、
前記R群の含有率を前記N群の含有率で除した値は、0.7以上8以下であるスパークプラグ。 - 前記チップの組織は、前記放電面に平行な断面における結晶粒径が160μm以下であり、
前記チップの組織および組成は、前記チップをAr雰囲気中1200℃で10時間加熱する処理後の前記チップの断面のビッカース硬度をHa、前記処理前の前記チップの断面のビッカース硬度をHbとするときに、Hb/Ha≦2.25を満たすように設定される請求項1記載のスパークプラグ。 - 前記ビッカース硬度Hbを前記ビッカース硬度Haで除したHb/Haは、Hb/Ha≦2.15を満たす請求項2記載のスパークプラグ。
- 前記チップは、Niの含有率が8質量%以上である請求項1から3のいずれかに記載のスパークプラグ。
- 前記R群の含有率を前記N群の含有率で除した前記値は、5以下である請求項1から4のいずれかに記載のスパークプラグ。
- 前記中間材は、50質量%以上のNiと、15質量%以上のCrと、0質量%以上15質量%以下のFeと、を含有する請求項1から5のいずれかに記載のスパークプラグ。
- Pt,Rh及びNiの含有率の合計は、96質量%以上である請求項1から6のいずれかに記載のスパークプラグ。
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