JP2992891B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグに
関する。

（従来の技術） 内燃機関に使用されるスパークプラグ、特に発火部電
極においては、近年の内燃機関の高性能化に伴って、長
時間高温の燃焼室内においてさらされても火花消耗の少
ない、すなわち耐火花消耗性等に優れたプラチナやイリ
ジウム等の材質をニッケル合金（例えば、インコネル60
0等）から構成される中心電極に電気溶接によって接合
して使用するものが一般的である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来のものにおいて、例えば、イ
ンコネル600等のニッケル合金から構成される中心電極
にイリジウム合金等の耐火花消耗性に優れた発火部電極
を接合させるものの場合、中心電極を構成するニッケル
合金の線膨張係数と、そのニッケル合金に電気溶接によ
って接合される発火部電極であるイリジウム合金等の線
膨張係数との間には著しい差があることから、長期間あ
るいは長時間の走行によって、スパークプラグの中心電
極及び発火部電極が加熱され高温になるにしたがって、
この線膨張係数の差によって中心電極と発火部電極との
間に応力が発生し、この結果発火部電極がニッケル合金
かになる中心電極から脱離してしまい、イリジウム合金
からなる発火部電極を長時間（10万km）に亘って安定し
て保持することができず、甚だしい場合には内燃機関に
損傷を与えるおそれがある。

そこで、この発明は上記従来のものの持つ欠点を改善
するものであり、中心電極に接合する発火部電極に特定
値以下の線膨張係数を有するイリジウムあるいはイリジ
ウム合金を用いると共に溶接する母材の中心電極あるい
は外側電極に耐高温クリープ性に優れたニッケル合金よ
りなる材料を用いることによって、発火部電極の耐剥離
性を大巾に向上し、特に電極母材の亀裂を防止して、耐
火花消耗性に優れたスパークプラグを提供しようとする
ものである。

（課題を解決するための手段） そのために、線膨張係数が7.5×10^-6以下であり、且
つ融点が1900℃以上であるイリジウムあるいはイリジウ
ム合金からなる発火部電極を、Cr添加量が少なくとも1
7.1wt％以上、Fe添加量が少なくとも10.5wt％以上であ
り、その他の添加元素が少なくとも1wt％以上を含有す
るニッケル合金を電極母材とする中心電極および外側電
極の少なくとも一方に、電気溶接することで形成される
合金層により接続してなるものである。具体的には、線
膨張係数が7.5×10^-6以下であり、且つ融点が1900℃以
上であるイリジウムあるいはその合金からなる発火部電
極を、Cr添加量が少なくとも17.1wt％以上、Fe添加量が
少なくとも10.5wt％以上であり、その他の添加元素が少
なくとも1wt％以上含有するニッケル合金よりなる中心
電極および外側電極の少なくとも一方に接合したり、こ
の電極母材を構成するニッケル合金にTi、Al、Ｙ、Zr、
Si、Mnのうちの１あるいは２以上のものを添加し、もし
くはカーボン添加量を最大で0.05wt％以下とし、更には
ニッケル合金を電極母材とする中心電極および外側電極
の少なくとも一方と発火部電極を構成するイリジウム合
金との電気溶接による接合部に熱処理を加えることによ
って、少なくとも10μｍ以上の合金層を形成させてなる
ものである。

（作用） 上記構成を具えることから、融点を1900℃以上とする
ので、ニッケル合金の電極母材に電気溶接されるイリジ
ウムあるいはその合金からなる発火部電極の耐火花消耗
性を向上させることができ、更に上記融点を満足させる
ことから、発火部電極の線膨張係数が7.5×10^-6以下と
なることや、接合する中心電極にCr及びFe、更にはTi、
Al、Ｙ、Zr、Si、Mnのうちの１あるいは２以上のものを
添加、もしくは或は中心電極に含有されるカーボンの含
有量を0.05wt％以下に減らすことによって、冷間時の中
心電極の加工性を阻害することなく、中心電極および外
側電極の少なくとも一方の耐酸化性及び高温強度が強く
なるので発火部電極との耐剥離性を改善することができ
る上、発火部電極と中心電極との接合部に熱処理を施す
ことによって、少なくとも10μｍ以上の新たな合金層を
形成することができることとなるので、上記接合部にお
ける熱応力を緩和し、特に電極母材の亀裂を防止するこ
とができる。

（実施例） この発明を図に示す実施例により更に説明する。
（１）は、この発明の実施例である内燃機関用スパーク
プラグであり、この内燃機関用スパークプラグ（１）
は、先端にイリジウム或はその合金からなる発火部電極
（６）を具える中心電極（５）と、この中心電極（５）
を軸孔（11）の先端より突出して中心電極上の軸孔内に
導電性ガラス（12）、抵抗体（13）を介して端子電極
（14）と共に一体に加熱封着されてなる絶縁体（２）、
及びこの絶縁体（２）を被覆すると共に上記発火部電極
に対して対向するように外側電極（４）を配してなる主
体金具（３）から構成される。

この発明が以上の構成を具えるので、この中心電極
（５）の先端に具えられる発火部電極（６）を、線膨張
係数が7.5×10^-6以下であり、且つ融点が1900℃以上で
あるイリジウムあるいはその合金からなるものとし、更
にその合金からなる発火部電極（５）を、少なくとも10
μｍ以上の厚さの合金層（７）を介して、Cr添加量が少
なくとも17.1wt％以上、Fe添加量が少なくとも10.5wt％
以上であり、その他の添加元素が少なくとも1wt％以上
含有するニッケル合金からなる母材の中心電極（５）に
電気溶接によって接合固定することによって、まず発火
部電極（６）の耐火花消耗性はイリジウムあるいはその
合金からなるので向上させることができ、更に上記発火
部電極（６）と中心電極（５）を厚さが少なくとも10μ
ｍ以上の合金層（７）を介して接合固定されているの
で、長時間の走行による熱応力をその接合部（８）に受
けても緩和することが可能になり、発火部電極（６）の
中心電極（５）に対する耐剥離性をも高めることができ
る。

なお、発火部電極（６）に用いる、例えば板状または
棒状であるイリジウム或はその合金は、溶解成形による
ものでも、粉末を焼結成形してなるものでも良く、また
上記ニッケル合金中に含有されるCr及びFeの添加量が上
記量以下であると長距離走行を想定した実機冷熱試験に
おいて発火部電極（６）が剥離することが確認されてい
ることから、Crの添加量が少なくとも17.1wt％以上、Fe
の添加量が少なくとも10.5wt％以上であり、その他の添
加元素が少なくとも1wt％以上含有することが望ましい
ものである。

更に、中心電極（５）を構成するニッケル合金に添加
する添加元素をTi、Al、Ｙ、Zr、Si、Mnのうちの１ある
いは２以上とし、１元素の場合にはその添加量を2wt％
以下、２以上の場合でも5wt％以下とすることで、冷間
加工時の中心電極（５）の加工性を考慮しつつ（多すぎ
ると中心電極（５）の加工性が著しく低下する。）、中
心電極（５）自体の耐酸化性及び高温強度を向上させる
ことができるので、発火部電極（６）に対する耐剥離性
をも高めることができるものである。

同様に、中心電極（５）を構成するニッケル合金に含
有されるカーボン添加量を最大で0.05wt％以下とするこ
とによって、中心電極（５）の冷間加工性を阻害しない
ようにするものである。

一方、中心電極（５）を構成するニッケル合金と発火
部電極（６）を構成するイリジウム合金との電気溶接に
よる接合部（８）に熱処理（例えば拡散処理等）を加え
ることによって、少なくとも10μｍ以上の合金層（７）
が形成されることから、発火部電極（６）を構成するイ
リジウムとニッケル合金との間で線膨張係数が著しく異
なっても、この熱処理によって形成される合金層（７）
によって熱応力が緩和されることになり、長時間あるい
は長期間走行によって発火部電極（６）と中心電極
（５）との接合部（８）の接合強度を十分に確保するこ
とができるものであるが、この合金層（７）が10μｍ以
上であると、耐剥離性は十分に改善されることができな
いものである。

そこで、この発明の効果を確認するために、この発明
の実施例について従来のものと比較するために実機試験
を行った。

このとき、発明の実施例は第３図に示すように、長さ
（ａ）1.0mm、径（ｂ）0.50mmのイリジウムからなる発
火部電極（６）を、添加する添加元素の量を様々に変え
たニッケル合金からなる中心電極（５）を用意し、その
中心電極（５）のクリープ強度を100時間の負荷時間に
より測定した（表）。そして、その中心電極（５）を発
火部電極（６）と中心電極（５）を各々チャック（1
5）、（16）に固定して電気抵抗溶接した後、1000℃×2
Hrの拡散処理を施すことによって少なくとも10μｍ以上
のIr−Ni合金層（７）を確保したものを用い、実機（20
00cc×６気筒）において、全開（5500rpm）１分→アイ
ドリング１分を１サイクルとするパターン耐久試験を50
00サイクル繰り返し、発火部電極（６）の酸化スケール
を測定するものであり、この結果この発明の実施例にお
いて、この発明の効果が十分に認められるものである
（表）。

また、中心電極（５）の先端は放電効果を高めるため
に先細の円錐形状（９）あるいは径小の円柱形状に加工
するとよい。

なお、第４図に示すように、酸化スケールは、中心電
極（５）に接合された発火部電極（６）の剥離状態
（X₁,X₂）が全体接合部（８）（Ｘ）に対してどの程度
の割合であるかを示したものである。

酸化スケール進展度（％）＝X/（X₁＋X₂）×100 第５図はこの発明の他の実施例を示したスパークプラ
グの要部断面図で、上記実施例の円柱形状の発火部電極
（６）に変えて薄板あるいはドーナッツ板の発火部電極
（26）をチャック（５）先端に電気抵抗溶接したもので
ある。

なお、他の構造は上記実施例と同じである。かかる発
火部電極（26）の構造にしても耐剥離性効果は、従来の
NCF600製の中心電極材に比べ、表の実施例の中心電極材
を用いた場合、耐久試験において同様に大巾に向上する
ことが認められた。

（発明の効果） 以上のとおり、耐火花消耗性に優れたイリジウム或は
イリジウム合金を発火部電極に使用し、その発火部電極
を接合する中心電極に添加元素及びカーボン含有量を低
減化させた高温強度及び耐酸化性に優位な材料を用いる
ことによって、長距離走行において発生し易い発火部電
極の剥離を抑制し、内燃機関に使用するスパークプラグ
自体の耐久性を向上させることができ、更に、使用者の
スパークプラグへのメインテナンスを容易にすることが
できる優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である内燃機関用スパークプ
ラグの全体断面図、第２図はその要部拡大断面図、第３
図は実施例の製造方法を示す状態図、第４図は酸化スケ
ールの測定方法を示す拡大断面図、第５図はこの発明の
他の実施例を示すスパークプラグの要部断面図である。 １……内燃機関用スパークプラグ、２……絶縁体、３…
…主体金具、４……外側電極 ５……中心電極、６、26……発火部電極、７……合金
層、８……接合部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−88479（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−180934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−124382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−135080（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−169087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−257193（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−100965（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線膨張係数が7.5×10^-6以下であり、且つ
   融点が1900℃以上であるイリジウムあるいはイリジウム
   合金からなる発火部電極を、Cr添加量が少なくとも17.1
   wt％以上、Fe添加量が少なくとも10.5wt％以上であり、
   その他の添加元素が少なくとも1wt％以上含有するニッ
   ケル合金よりなる中心電極および外側電極の少なくとも
   一方に、電気溶接されてなる内撚機関用スパークプラ
   グ。
2. 【請求項２】発火部電極と電気溶接される中心電極およ
   び外側電極の少なくとも一方を構成するニッケル合金に
   添加する添加元素をTi、Al、Ｙ、Zr、Si、Mnのうち１あ
   るいは２以上のものとし、１元素の場合にはその添加量
   を2wt％以下、２以上の場合でも5wt％以下としてなる請
   求項（１）に記載の内撚機関用スパークプラグ。
3. 【請求項３】発火部電極と電気溶接される中心電極およ
   び外側電極の少なくとも一方を構成するニッケル合金に
   含有されるカーボン添加量を最大で0.05wt％以下として
   なる請求項（１）又は請求項（２）記載の内撚機関用ス
   パークプラグ。
4. 【請求項４】ニッケル合金を電極母材とする中心電極お
   よび外側電極の少なくとも一方と発火部電極を構成する
   イリジウムあるいはイリジウム合金との電気溶接による
   接合部に熱処理を加えることによって、少なくとも10μ
   ｍ以上の合金層を形成させてなる請求項（１）〜請求項
   （３）に記載の内撚機関用スパークプラグ。