JP3196286B2

JP3196286B2 - 内燃機関用スパークプラグ

Info

Publication number: JP3196286B2
Application number: JP03147692A
Authority: JP
Inventors: 保幸佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-01-21
Filing date: 1992-01-21
Publication date: 2001-08-06
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JPH05198349A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，発火部に貴金属チップ
を設けた内燃機関用スパークプラグの電極材料に関す
る。

【０００２】

【従来技術】従来，内燃機関用のスパークプラグにおい
ては，中心電極及び接地電極の電極材料としてニッケル
基合金を用いたものがある。そして，その発火部には，
上記ニッケル基合金のみを用いるもの，該ニッケル基合
金を母材としてその表面に白金，白金合金からなる貴金
属チップを溶接したものとがある。即ち，エンジンの燃
焼室内で常時放電を行うスパークプラグの電極は，耐熱
耐食性が優れていると共に放電に対する耐消耗性の良い
ことが要求される。この要求を満たす材料として，前者
のごとくニッケルにクロム等を添加した高価なニッケル
基合金が従来より使用されてきた。また，近年，後者の
ごとく，耐消耗性に非常に優れた前記貴金属チップを発
火部に備えたものが製品化されるにあたっても，電極材
料としては，相変わらず耐熱耐食性に優れたニッケル基
合金が使用されている。上記貴金属チップは，中心電極
及び接地電極の発火部において，少なくともその一方に
溶接されている。上記のごとく，貴金属チップを上記発
火部の少なくとも一方に溶接したスパークプラグにおい
ては，耐熱耐食性と共に放電による耐消耗性にも非常に
優れている。

【０００３】

【解決しようとする課題】しかしながら，発火部に上記
貴金属チップを溶接したスパークプラグにおいては，次
の問題がある。即ち，電極材料を構成するニッケル基合
金と貴金属チップとの間においては，その線膨張係数に
大きな差がある。そのため，高温のエンジン中で長期間
使用していると，熱応力により，貴金属チップがニッケ
ル基合金の電極材料より，剥離脱落するというおそれが
ある。上記線膨張係数は，ニッケル基合金においては，
約１３×１０^-6／℃，貴金属チップにおいては約９×１
０^-6／℃である。

【０００４】そこで，ニッケル基合金と貴金属チップと
の線膨張係数の差に起因する熱応力を軽減すべく，特公
昭５９−４７４３６号公報に示されるごとく，ニッケル
基合金と貴金属チップとの溶接部に合金層を設ける提案
がなされている。また，特公平３−２２０３３号公報に
示されるごとく，ニッケル基合金と貴金属チップとの間
に，両者の間の線膨張係数を有する，別個の白金合金よ
りなる熱応力緩和層を設けることも提案されている。

【０００５】しかし，前者の合金層を設ける方法におい
ては，ニッケル基合金よりなる電極材料の表面に貴金属
チップを溶接した後，両者の間に上記合金層を形成させ
る必要がある。そのため，上記溶接後において，高温の
加熱炉中でこれらを熱処理する必要があり，コスト高と
なる。また，後者の熱応力緩和層を設ける方法において
は，ニッケル基合金よりなる電極材料と上記貴金属チッ
プとの間に，熱応力緩和層用の白金合金材料を必要とす
る。そのため，２種類の白金合金を用いることとなり，
コスト高となる。本発明はかかる従来の問題点に鑑み，
電極材料が優れた耐熱耐食性を有し，電極材料と貴金属
チップとの間の熱応力を軽減でき，かつ製造容易な内燃
機関用スパークプラグを提供しようとするものである。

【０００６】

【課題の解決手段】本発明は，絶縁碍子と該絶縁碍子に
保持した中心電極と，上記絶縁碍子の外周に固定したハ
ウジングと，該ハウジングに設けられ上記中心電極と対
向させた接地電極とよりなり，かつ上記中心電極と接地
電極の少なくとも一方の電極材料にはその発火部に白金
又は白金合金よりなる貴金属チップを溶接してなる内燃
機関用スパークプラグにおいて，上記貴金属チップを溶
接すべき電極材料は，クロム８〜１８重量％と，アルミ
ニウム，ニッケル，モリブデン，銅，チタン，ニオブ，
ジルコニウム及びセレンの中の１種以上からなる添加物
０．１〜５重量％とを含有する鉄合金により構成されて
いることを特徴とする内燃機関用スパークプラグにあ
る。本発明において最も注目すべきことは，中心電極及
び接地電極の一方又は双方に上記貴金属チップを溶接し
たスパークプラグにおいて，上記貴金属チップが溶接さ
れる電極材料は上記鉄合金を用いることである。

【０００７】上記鉄合金は，クロム（Ｃｒ）が８〜１８
重量％と鉄（Ｆｅ）とからなる基本組成を有し，アルミ
ニウム，ニッケル，モリブデン，銅，チタン，ニオブ，
ジルコニウム及びセレンの中の１種以上からなる添加物
０．１〜５重量％を含有する。Ｃｒが８重量％未満で
は，スパークプラグが用いられる内燃機関の高温腐食雰
囲気中での使用に対して，酸化抵抗が低く，耐熱耐食性
が不充分である。一方，１８重量％を越えると，中心電
極や接地電極の形状に鉄合金を成形，曲げ，切断，溶接
する際の加工性が低下する。また，Ｃｒが８〜１８重量
％の場合には，電極材料の線膨張係数が約１０〜１１×
１０^-6／℃であり，貴金属チップの線膨張係数（約９×
１０^-6／℃）に近く，電極材料と貴金属チップの間の熱
応力が大幅に軽減される。

【０００８】また，上記鉄合金は，強度，耐酸化性等の
観点よりクロムの他に，一般に鉄合金中に含有させる，
炭素（Ｃ），マンガン（Ｍｎ），シリコン（Ｓｉ）を含
有させることが好ましい。上記Ｃは０．０５〜０．１８
重量％とすることが好ましい。上記Ｍｎは０．５〜１．
２重量％とすることが好ましい。また，上記Ｓｉは０．
６〜１．２重量％とすることが好ましい。

【０００９】

【００１０】上記電極材料と貴金属チップとの溶接方法
としては，抵抗溶接等の方法がある。

【００１１】また，本発明において，上記鉄合金は，貴
金属チップを溶接するための電極材料，即ち中心電極又
は接地電極の材料として用いるものである。それ故，貴
金属チップを溶接しない中心電極又は接地電極の電極材
料としては，従来と同様のニッケル基合金を用いること
もできる。例えば，中心電極の発火部には貴金属チップ
を溶接し，接地電極の発火部には貴金属チップを溶接し
ない場合には，中心電極の電極材料は本発明にかかる上
記鉄合金を用い，一方接地電極の電極材料は従来のニッ
ケル基合金を用いる。

【００１２】

【作用及び効果】本発明の内燃機関用スパークプラグに
おいては，貴金属チップを溶接すべき電極材料として，
８〜１８重量％のＣｒを含有する鉄合金を用いている。
そのため，電極材料の耐熱耐食性が高い。即ち，内燃機
関の高温腐食雰囲気中で用いられるスパークプラグにお
いては，中心電極，接地電極ともにその高温耐酸化性が
強く要求される。この点，本発明の電極材料は，Ｆｅを
主成分とするために高温下における酸化進行が懸念され
る。しかし，本発明の電極材料は８〜１８重量％のＣｒ
を含有しているため，Ｃｒの酸化物が電極表面を緻密に
覆い，電極材料の内部への酸化進行を阻止する。それ
故，耐熱耐食性に優れている。

【００１３】また，８〜１８重量％のＣｒを含有する鉄
合金は，線膨張係数が約１０〜１１×１０^-6／℃であ
り，貴金属チップの線膨張係数（約９×１０^-6／℃）と
の差異は約１〜２×１０^-6／℃程度と小さい。そのた
め，線膨張係数差に起因する熱応力の発生は，大幅に低
減され，電極材料と貴金属チップとの間に剥離が発生す
るおそれはない。また，従来のごとく，電極材料と貴金
属チップとの間に合金層を形成するための高温熱処理は
不要となる。また，熱応力緩和層形成のために２種類の
白金合金材料を準備する必要もない。それ故，スパーク
プラグの製造が容易で，コストも低下する。

【００１４】また，上記鉄合金は，アルミニウム，ニッ
ケル，モリブデン，銅，チタン，ニオブ，ジルコニウム
及びセレンの中の１種以上からなる添加物を，上述した
範囲で添加しているため，耐熱耐食性，加工性，強度が
一層向上し，また貴金属チップとの溶接性も向上する。
したがって，本発明によれば，電極材料が優れた耐熱耐
食性を有し，電極材料と貴金属チップとの間の熱応力を
軽減でき，かつ製造容易な内燃機関用スパークプラグを
提供することができる。

【００１５】

【実施例】実施例１本発明の実施例にかかる内燃機関用スパークプラグにつ
き，図１及び図２を用いて説明する。本例のスパークプ
ラグ２は，絶縁碍子２０と，該絶縁碍子２０に保持した
本発明にかかる中心電極４と，絶縁碍子２０の外周に固
定したハウジング２５と，該ハウジング２５に設けられ
て，上記中心電極４との間にギャップ３０を設けて対向
させた本発明にかかる接地電極３とよりなる。

【００１６】上記中心電極４の発火部には，白金合金よ
りなる貴金属チップ１を溶接している。また，上記接地
電極３の発火部にも，白金合金よりなる貴金属チップ１
を溶接している。そして，上記中心電極４及び接地電極
３の電極材料は，いずれもＣｒ８〜１８重量％を含有す
る鉄合金により構成されている。また，上記両電極材料
と貴金属チップ１とは，抵抗溶接により溶接されてい
る。

【００１７】次に，上記絶縁碍子２０は高純度のアルミ
ナよりなり，リング状の気密パッキン２４及びリング２
３を介してハウジング２５の内孔にかしめ固定されてい
る。中心電極４は，その下方先端部を，絶縁碍子２０の
下方に突出させて該絶縁碍子２０に保持してある。ま
た，絶縁碍子２０の軸孔２２には，上部に端子４２１を
有する中軸４２が挿入され，導電性のガラスシール材４
４により，上記中心電極４と一体的に加熱融着してあ
る。また，接地電極３はハウジング２５の環状端面２５
１に接合されている。

【００１８】実施例２次に，実施例１に示したスパークプラグにつき，中心電
極４，接地電極３に用いた電極材料における，鉄合金の
組成を種々に変えて，評価試験を行い，その結果を表１
に示した。即ち，電極材料としては，クロム（Ｃｒ）を
０〜２４重量％，カーボン（Ｃ）を０．１０〜０．１５
重量％，マンガン（Ｍｎ）を０．７〜１．０重量％，珪
素（Ｓｉ）を０．８〜１．０重量％，残部が鉄（Ｆｅ）
よりなる鉄合金を用いた。そして，エンジンでの各材料
の酸化試験，エンジンでの貴金属チップの接合の信頼性
試験，更に電極材料の中心電極及び接地電極への加工性
の検討を実施した。上記酸化試験は電極材料の耐熱耐食
性に関するものである。以下，その詳細について述べ
る。

【００１９】エンジン試験は，４サイクル，６気筒，２
０００ｃｃのエンジンを用い，アイドリング１分間とフ
ルスロットル１分間の繰り返しを１００時間実施した。
電極材料の酸化試験は，接地電極３に関して，図３に例
示するように，上記エンジン試験後における接地電極３
の内部への酸化物３１１の生成深さを測定し，同時に評
価したニッケル基合金（従来の電極材料）の結果と比較
した。

【００２０】貴金属チップ１の接合の信頼性は，接地電
極３に関して図４に例示するように，上記エンジン試験
後における貴金属チップ１と接地電極３との接合面への
酸化物３１２の生成深さを測定し，同時に評価したニッ
ケル基合金の結果と比較した。加工性については電極材
料を中心電極４と接地電極３の形状に加工するに当たっ
て必要な，成形，曲げ，溶接等の加工性につき評価し，
ニッケル基合金と比較した。その結果を表１に示す。

【００２１】表１より知られるごとく，電極材料におけ
る酸化物の生成深さ（図３参照）は，Ｃｒが８重量％以
上の場合には，従来のニッケル基合金と同等となり，耐
熱耐食性に優れていることが分かる。また，電極材料と
貴金属チップとの接合面における酸化物の生成深さ（図
４参照）は，Ｃｒが６重量％以上の場合には，極めて少
なく，従来のニッケル基合金よりも優れた接合性を示し
ている。

【００２２】また，電極材料の加工性に関しては，Ｃｒ
が１６重量％以下の場合は，ニッケル基合金と同等であ
り，Ｃｒが１８重量％の場合にはニッケル基合金に若干
劣る。しかし，Ｃｒが２０重量％を越えると加工性がか
なり劣る。また，Ｃｒ８〜１８重量％を含有する電極材
料は，前記のごとくその線膨張係数が貴金属チップのそ
れと近似しており，熱応力に基づく剥離のおそれはな
い。以上より，鉄合金中に含有させるＣｒは，８〜１８
重量％が適切であることが分かる。

【００２３】

【表１】

【００２４】実施例３本例は，実施例２に示した電極材料の中，試料Ｎｏ５
（Ｃｒ含量８重量％）を基準として，これに前記添加物
を添付した鉄合金を用い，実施例２と同様の評価試験を
行った例である。その結果を表２に示す。上記添加物と
しては，表２に示す８種類の中の１種又は２種以上を
０．１〜５重量％添加した。各電極材料は，Ｃｒ８重量
％，Ｃ０．１４重量％，Ｍｎ及びＳｉ０．９重量％，上
記添加物０．１〜５重量％及び残部Ｆｅからなる。

【００２５】表２より知られるごとく，上記添加物を含
有させることにより，電極材料における酸化物の生成深
さが，試料Ｎｏ５の場合よりも少なくなり，耐熱耐食性
が一層向上することが分かる。また，加工性に関して
は，試料Ｎｏ５よりも若干劣るものもあるが，Ｎｏ５と
同等又はそれより優れるものが多い。このように，上記
添加物の添加により，耐熱耐食性，加工性ともに優れた
電極材料が得られる。

【００２６】

【表２】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１にかかる内燃機関用スパークプラグの
要部拡大図。

【図２】実施例１にかかる内燃機関用スパークプラグの
一部断面図。

【図３】実施例２の評価試験における，電極材料の酸化
状態を示す説明図。

【図４】実施例２の評価試験における，電極材料と貴金
属チップの接合部の酸化状態を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．貴金属チップ，２０．．．絶縁碍子，２５．．．ハウジング，３．．．接地電極，３１１，３１２．．．酸化物，４．．．中心電極，

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁碍子と該絶縁碍子に保持した中心電
極と，上記絶縁碍子の外周に固定したハウジングと，該
ハウジングに設けられ上記中心電極と対向させた接地電
極とよりなり，かつ上記中心電極と接地電極の少なくと
も一方の電極材料にはその発火部に白金又は白金合金よ
りなる貴金属チップを溶接してなる内燃機関用スパーク
プラグにおいて，上記貴金属チップを溶接すべき電極材料は，クロム８〜
１８重量％と，アルミニウム，ニッケル，モリブデン，
銅，チタン，ニオブ，ジルコニウム及びセレンの中の１
種以上からなる添加物０．１〜５重量％とを含有する鉄
合金により構成されていることを特徴とする内燃機関用
スパークプラグ。