JP3633019B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車などに使用される内燃機関においては，環境問題あるいは地球資源問題に対するグローバルな立場から，燃費低減が強力に推進されてきている。その具体的手段として，特にガソリンエンジンにおいては，混合気の高圧縮化，希薄混合気によるリーンバーン化等により対応がなされている。
【０００３】
そこで，近年においては，点火システムの信頼性向上のために，ディストリビュータを使わないＤＬＩシステム，ユニット点火システム及びダイオード分配点火システムが採用されてきている。そして，上記ＤＬＩシステム等の点火システムに対応する内燃機関用スパークプラグが種々提案されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の内燃機関用スパークプラグにおいては，次の問題がある。
即ち，従来のディストリビュータ点火方式でのスパークプラグは中心電極がマイナス電位の状態での放電（マイナス放電）だけであったのに対し，上記ＤＬＩシステム等においては，１個の点火コイルによって２つのスパークプラグを同時に放電させるため，一方のスパークプラグは中心電極がプラス電位の状態で放電（以下，プラス放電という）し，他方のスパークプラグは中心電極がマイナス電位の状態で放電（以下，マイナス放電という）する。
【０００５】
この場合，プラス放電あるいはマイナス放電の違いによって，電極の消耗に与える影響が異なる。即ち，マイナス放電の場合には中心電極の消耗量が大きく，プラス放電の場合には接地電極の消耗量が大きくなる。このように，従来のマイナス放電用として設定されたスパークプラグを上記ＤＬＩシステムで使用するとマイナス放電に比べプラス放電の電極消耗が大きくなり，放電電圧が上昇し，最悪の場合には失火を生じてしまう。
【０００６】
さらに，従来のスパークプラグにおいては，プラス放電に必要な放電電圧は，マイナス放電に必要な放電電圧に比べて高くなる。そのため，プラス放電するスパークプラグは，マイナス放電するスパークプラグよりも劣化が早くなる。それ故，一つの内燃機関に使用される複数のスパークプラグのうち，プラス放電に使用されたスパークプラグはマイナス放電に使用されたものに比べて早期に交換しなければならない等の不具合が生ずる。
【０００７】
この対策として，スパークプラグをマイナス放電またはプラス放電専用にすることが考えられる。しかし，一つの内燃機関に対して複数の種類のスパークプラグを適用させるのはコストアップにつながるだけでなく，プラス放電用とマイナス放電用とを逆装着すれば電極の消耗を促進させる結果となり，妥当でない。
【０００８】
上記不具合を低減させるスパークプラグとしては，接地電極を２極構造としたスパークプラグがある。接地電極を２極構造としたスパークプラグとしては，特開平５−１２９０６３号公報に示されているが，接地電極を２極構造としたのみでは，十分に対策を行うことができない。
【０００９】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，プラス放電，マイナス放電いずれの場合であっても，電極消耗量がほぼ同等の低レベルであり，長寿命の，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。
【００１０】
【課題の解決手段】
本発明は，貫通孔を有する絶縁碍子と，上記貫通孔に保持された中心電極と，上記絶縁碍子を保持するハウジングと，該ハウジングに設けられた接地電極とよりなり，該接地電極と上記中心電極の側面との間には火花ギャップを構成している内燃機関用スパークプラグにおいて，
上記中心電極は，上記接地電極の放電部との対向面には貴金属チップを配設してなり，該貴金属チップは，Ｉｒが０〜３０重量％，Ｎｉが０〜１０重量％，残部ＰｔであるＰｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金からなり，
また上記接地電極はニッケル基合金よりなり，該ニッケル基合金は，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｙのグループから選択される少なくとも１種以上の添加物を合計６重量％以下含有してなり，
また，上記中心電極における上記貴金属チップの総計チップ面積をＴ（ｍｍ２ ），上記貴金属チップにおけるＮｉ含有量をＸ（重量％）とし，
一方上記接地電極における上記中心電極と対面する総計端表面積をＳ（ｍｍ２ ）としたとき，
Ｔ≦５（ｍｍ２ ），
５≦Ｓ≦１５（ｍｍ２ ），
Ｘ≦１０（重量％），
１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７≦Ｓ≦７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１
の関係を有することを特徴とする内燃機関用スパークプラグにある。
【００１１】
本発明において最も注目すべきことは，上記中心電極は，上記組成の貴金属チップを配設してなり，また上記接地電極は上記組成のニッケル基合金よりなり，また，上記貴金属チップの総計チップ面積Ｔ，上記Ｎｉ含有量Ｘ，上記総計端表面積Ｓが上記の関係を有することである。
【００１２】
上記貴金属チップにおいて，Ｉｒの含有量が３０重量％を越える場合には，貴金属チップの硬度が高くなり，加工性が悪くなるという問題がある。
また，Ｉｒの下限値は３重量％とすることが好ましく，これ未満では貴金属チップの強度が低下し，熱応力により亀裂等が発生しやすくなるという問題がある。
【００１３】
また，貴金属チップの成分において，Ｎｉの含有量が１０重量％を越える場合には，貴金属合金の融点が低下し，耐消耗性が低下するという問題がある。これは，Ｎｉの含有量が１０重量％を越えると，合金の再結晶温度が低下し，使用中に結晶粒が粗大化して脱落するためであると考えられる。
また，Ｎｉの下限値は１重量％とすることが好ましく，これ未満ではＮｉ基合金との熱膨張差を緩和することができず，熱応力による貴金属チップの剥離等の問題を生ずるおそれがある。
【００１４】
一方，上記接地電極において，上記Ｍｎ，Ｃｒ等の添加物の含有量が合計６重量％を越える場合には，プラス放電時における接地電極の消耗量が急激に増加するという問題がある。尚，上記添加物は，主に耐高温酸化性，強度，加工性の向上を目的として添加してある。
また，上記添加物の含有量の下限は１重量％とすることが好ましい。１重量％未満では強度，耐酸化性が急激に悪化するという問題を生ずるおそれがある。
【００１５】
また，上記貴金属チップの総計チップ面積Ｔとは，中心電極側面に接合され，接地電極端面に対向する貴金属チップの表面面積の合計をいう。上記Ｔが５ｍｍ２ を越える場合には，中心電極への接合性が悪くなるという問題がある。これは，貴金属チップを中心電極に接合する場合には，抵抗溶接等の溶接を行うことが通常であるが，この場合には接合面積が大きいほど接合性が悪くなり，特に上記Ｔが５ｍｍ２ を越える場合に顕著になるためであると考えられる。
また，上記Ｔの下限は０．５ｍｍ２ とすることが好ましい。０．５ｍｍ２ 未満ではチップ微小となり加工が困難となるという問題が生ずるおそれがある。
【００１６】
また，上記接地電極における総計端表面積Ｓとは，中心電極側面に対向する様に加工された接地電極先端面の表面面積の合計をいう。上記Ｓが５ｍｍ２ 未満のときは，接地電極の熱容量が小さくなるため，使用中にヒートスポット源となり，プレイグニッションを誘発するという問題がある。
また，上記Ｓが１５ｍｍ２ を越える場合には，着火性を悪化させるという問題がある。これは，上記Ｓが大きいほど，火花放電により混合気中に生じた火炎核と接地電極との接触面積が大きくなり，消炎作用が強くなるためであると考えられ，特に上記Ｓが１５ｍｍ２ を越える場合に顕著になるためと考えられる。
【００１７】
また，上記総計端表面積Ｓが，１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７未満の場合には，特にプラス放電時における電極消耗量が増大し，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が増大するという問題がある。
一方上記Ｓが７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１を越える場合には，特にマイナス放電時における電極消耗量が増大し，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が増大するという問題がある。
【００１８】
【作用および効果】
本発明においては，上記中心電極には上記特定成分の貴金属チップを配設してある。そのため，マイナス放電させた場合においても，中心電極の消耗量は従来よりも少なくなる。それ故，マイナス放電時におけるスパークプラグの長寿命化を図ることができる。
また，上記接地電極は，上記特定の成分により構成してある。そのため，プラス放電させた場合においても，接地電極の消耗量が従来よりも少なくなる。それ故，プラス放電時におけるスパークプラグの長寿命化を図ることができる。
【００１９】
また，上記総計端表面積Ｔ，貴金属チップにおけるＮｉ含有量Ｘ，及び総計端表面積Ｓは，それぞれ上述した範囲に限定されている。そのため，プラス放電時の電極消耗量と，マイナス放電時の電極消耗量がほぼ同等の低いレベルに抑制される。
【００２０】
したがって，本発明によれば，プラス放電，マイナス放電いずれの場合であっても，電極消耗量がほぼ同等の低レベルであり，長寿命の，内燃機関用スパークプラグを提供することができる。
【００２１】
【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〜図３を用いて説明する。
本例の内燃機関用スパークプラグ１０は，図１，図２に示すごとく，貫通孔を有する絶縁碍子４と，上記貫通孔に保持された中心電極２と，上記絶縁碍子４を保持するハウジング５と，該ハウジング５に設けられた接地電極３１，３２とよりなり，該接地電極３１，３２と上記中心電極２の側面との間には火花ギャップＧを構成する。
【００２２】
上記中心電極２は，上記接地電極３１，３２の放電部３１０，３２０との対向面には貴金属チップ２１１，２１２を配設してなり，この貴金属チップ２１１，２１２は，Ｉｒが０〜３０重量％，Ｎｉが０〜１０重量％，残部ＰｔであるＰｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金からなる。また，貴金属チップ２１１，２１２の中心電極２への接合は，抵抗溶接により行った。尚，中心電極２としては，耐熱，耐酸化性に優れるＮｉ基合金（インコネル６００相当）を用いた。
【００２３】
また上記接地電極３１，３２はニッケル基合金よりなり，このニッケル基合金は，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｙのグループから選択される少なくとも１種以上の添加物を含有してなる。
【００２４】
本例においては，上記構成のスパークプラグ１０を用いて，接地電極３１，３２のニッケル基合金における上記添加物の含有量の合計が，プラス放電時の接地電極３１，３２の消耗量に対してどのように影響するかを調査した。
【００２５】
評価は，スパークプラグを内部圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２ とした気密容器中で１２００回／分の割合で１００時間火花放電させる試験方法により，プラス放電させた前後の接地電極の体積の差を求めて行った。
【００２６】
評価結果を図３に示す。図３においては，横軸に上記添加物含有量の総計（重量％）をとり，縦軸に接地電極消耗体積（ｍｍ３ ）をとった。
図３より知られるごとく，添加物が１種類であっても２種類以上であっても，その含有量の合計が６重量％を越える場合には，接地電極の電極消耗量が急激に増加した。
【００２７】
実施例２
本例においては，図１に示した実施例１のスパークプラグ１０における，貴金属チップ２１１，２１２のＮｉ含有量Ｘと電極消耗量との関係を調査した。なお，貴金属チップ２１１，２１２におけるＩｒの含有量は２０重量％に固定し，残部はＰｔとした。また，接地電極３１，３２には，上記添加物としてのＭｎ，Ｃｒ，Ｓｉを合計４重量％含有したＮｉ基合金を用いた。その他は，実施例１と同様である。
【００２８】
評価としては，火花ベンチ試験，実車による高速走行試験，実車による市街地走行試験，台上耐久試験をそれぞれ行い，各試験前後の火花ギャップＧ（図１）の差（電極消費量）を測定した。そして，上記Ｘ＝５重量％の場合，即ちＰｔ−２０重量％Ｉｒ−５重量％Ｎｉの場合における電極消費量を１．０として，これに対する比を求めて評価した。
【００２９】
評価結果を図４に示す。図４においては，横軸にＮｉ含有量Ｘ（重量％），縦軸に上記比をとった。
図４より知られるごとく，電極消耗量の上記比は，Ｎｉ含有量Ｘの増加にともなって増加していくが，特にＮｉ含有量Ｘが１０重量％を越えた場合には急激に増加する。これは，Ｎｉ含有量Ｘが１０重量％を越えると，合金の再結晶温度が低下し，スパークプラグ使用中に結晶粒が粗大化して脱落するために生ずると考えられる。したがって，本例においては，Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金中のＮｉ含有量は１０重量％以下が適切であることがわかる。
【００３０】
実施例３
以下の実施例３〜５においては，実施例１のスパークプラグ１０を用いて，接地電極の総計端表面積Ｓが，電極消耗量にどのように影響し，またプラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差がどのように変化するかを調査した。即ち，貴金属チップの総計チップ面積Ｔ及びＮｉ含有量Ｘは，各実施例ごとに一定の値に固定して，上記接地電極の総計端表面積Ｓのみを変化させて，プラス放電及びマイナス放電を行った。そして，放電前後の火花ギャップＧ（図１）の差を電極消耗量とし，これを評価した。
【００３１】
また，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であれば，そのスパークプラグはプラス放電時の性能とマイナス放電時の性能がほぼ同等で良好であると判断した。これは，次の理由による。即ち，図５に示すごとく，電極消耗量と放電電圧とは比例関係にあり，その値はプラス放電においてもマイナス放電においてもほぼ同等である。
【００３２】
そして，図５に示すごとく，電極消耗量が０．３ｍｍ変化すると，放電電圧は６ｋＶ変化する。つまり，電極消耗量が０．０５ｍｍに達すると，放電電圧は約１ｋＶ上昇する。しかしながら，１ｋＶ程度の放電電圧の上昇は，スパークプラグの性能，点火系統等にほとんど影響を及ぼさない。したがって，０．０５ｍｍの電極消耗量の差であれば，プラス放電時の性能とマイナス放電時の性能に差がないと判断することとした。
【００３３】
当実施例３においては，貴金属チップの総計端表面積Ｔ＝２．６５ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘ＝５重量％にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを５．５ｍｍ２ ，９．０ｍｍ２ ，１４．０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計端表面積Ｓに対する電極消耗量を測定した。
【００３４】
尚，電極消耗のための試験は，２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジンを用いて，フルスロットル（６０００ｒｐｍ）で２００時間保持し，その前後の電極消耗量差を測定して行った。
【００３５】
本例における電極消耗量の測定結果を図６に示す。図６においては，横軸に総計端表面積Ｓ（ｍｍ２ ），縦軸に電極消耗量（ｍｍ）をとり，プラス放電の場合（Ｅ３１）とマイナス放電の場合（Ｅ３２）を示した。
図６より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｓの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００３６】
また，特にプラス放電の場合には，マイナス放電の場合に比べて上記Ｓの変化に対する影響が大きかった。そして，プラス放電の電極消耗量は，上記Ｓが約１０ｍｍ２ を越える範囲においてはマイナス放電の場合よりも少なく，約１０ｍｍ２ 未満の範囲においてはマイナス放電の場合よりも多くなった。
また，図６に示すごとく，上記Ｓが約７〜１６ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００３７】
実施例４
本例においては，貴金属チップの総計端表面積Ｔ＝１．２７ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘは０にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを５．５ｍｍ２ ，９．０ｍｍ２ ，１４．０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計端表面積Ｓに対する電極消耗量を測定した。
【００３８】
本例における電極消耗量の測定結果を図７に示す。図７においては，図６と同様に横軸及び縦軸をとり，プラス放電の場合（Ｅ４１）とマイナス放電の場合（Ｅ４２）を示した。
図７より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｓの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００３９】
また，特にプラス放電の場合には，マイナス放電の場合に比べて上記Ｓの変化に対する影響が大きかった。そして，プラス放電の電極消耗量は，上記Ｓが約１０ｍｍ２ を越える範囲においてはマイナス放電の場合よりも少なく，約１０ｍｍ２ 未満の範囲においてはマイナス放電の場合よりも多くなった。
また，図７に示すごとく，上記Ｓが約８〜１３ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００４０】
実施例５
本例においては，貴金属チップの総計端表面積Ｔ＝３．５０ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘ＝１０重量％にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを５．５ｍｍ２ ，９．０ｍｍ２ ，１４．０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計端表面積Ｓに対する電極消耗量を測定した。
【００４１】
本例における電極消耗量の測定結果を図８に示す。図８においては，図６と同様に横軸及び縦軸をとり，プラス放電の場合（Ｅ５１）とマイナス放電の場合（Ｅ５２）を示した。
図８より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｓの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００４２】
また，特にプラス放電の場合には，マイナス放電の場合に比べて上記Ｓの変化に対する影響が大きかった。そして，プラス放電の電極消耗量は，上記Ｓが約９ｍｍ２ を越える範囲においてはマイナス放電の場合よりも少なく，約９ｍｍ２ 未満の範囲においてはマイナス放電の場合よりも多くなった。
また，図８に示すごとく，上記Ｓが約６〜１４．５ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００４３】
実施例６
以下の実施例６〜８においては，実施例１のスパークプラグ１０を用いて，貴金属チップの総計端表面積Ｔが，電極消耗量にどのように影響し，またプラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差がどのように変化するかを調査した。即ち，接地電極の総計端表面積Ｓ及びＮｉ含有量Ｘは，各実施例ごとに一定の値に固定して，上記貴金属チップの総計端表面積Ｔのみを変化させて，プラス放電及びマイナス放電を行った。そして，放電前後の火花ギャップＧ（図１）の差を電極消耗量とし，これを評価した。
【００４４】
また，実施例３〜５と同様に，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であれば，そのスパークプラグはプラス放電時の性能とマイナス放電時の性能がほぼ同等で良好であると判断した。尚，電極消耗量の試験方法も，実施例３〜５と同様の方法を用いた。
【００４５】
当実施例６においては，接地電極の総計端表面積Ｓ＝９ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘ＝５重量％にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを１．２５ｍｍ２ ，２．６５ｍｍ２ ，３．５０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計チップ面積Ｔに対する電極消耗量を測定した。
【００４６】
本例における電極消耗量の測定結果を図９に示す。図９においては，横軸に総計チップ面積Ｔ（ｍｍ２ ），縦軸に電極消耗量（ｍｍ）をとり，プラス放電の場合（Ｅ６１）とマイナス放電の場合（Ｅ６２）を曲線で示した。
図９より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｔの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００４７】
また，特にマイナス放電の場合には，プラス放電の場合に比べて上記Ｔの変化に対する影響が大きかった。そして，マイナス放電の電極消耗量は，上記Ｔが約２．４ｍｍ２ を越える範囲においてはプラス放電の場合よりも少なく，約２．４ｍｍ２ 未満の範囲においてはプラス放電の場合よりも多くなった。
また，図９に示すごとく，上記Ｔが約１．８〜３．７ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００４８】
実施例７
本例においては，接地電極の総計端表面積Ｓ＝９ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘは０にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを１．２５ｍｍ２ ，２．６５ｍｍ２ ，３．５０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計チップ面積Ｔに対する電極消耗量を測定した。
【００４９】
本例における電極消耗量の測定結果を図１０に示す。図１０においては，図９と同様に横軸，縦軸をとり，プラス放電の場合（Ｅ７１）とマイナス放電の場合（Ｅ７２）を示した。
図１０より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｔの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００５０】
また，特にマイナス放電の場合には，プラス放電の場合に比べて上記Ｔの変化に対する影響が大きかった。そして，マイナス放電の電極消耗量は，上記Ｔが約１．５ｍｍ２ を越える範囲においてはプラス放電の場合よりも少なく，約１．５ｍｍ２ 未満の範囲においてはプラス放電の場合よりも多くなった。
また，図１０に示すごとく，上記Ｔが約０．７〜２．１５ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００５１】
実施例８
本例においては，接地電極の総計端表面積Ｓ＝９ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘ＝１０重量％にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを１．２５ｍｍ２ ，２．６５ｍｍ２ ，３．５０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計チップ面積Ｔに対する電極消耗量を測定した。
【００５２】
本例における電極消耗量の測定結果を図１１に示す。図１１においては，図９と同様に横軸，縦軸をとり，プラス放電の場合（Ｅ８１）とマイナス放電の場合（Ｅ８２）を示した。
図１１より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｔの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００５３】
また，特にマイナス放電の場合には，プラス放電の場合に比べて上記Ｔの変化に対する影響が大きかった。そして，マイナス放電の電極消耗量は，上記Ｔが約４ｍｍ２ を越える範囲においてはプラス放電の場合よりも少なく，約４ｍｍ２ 未満の範囲においてはプラス放電の場合よりも多くなった。
また，図１１に示すごとく，上記Ｔが約２．６５〜５．５ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００５４】
実施例９
本例においては，図１２〜図１４に示すごとく，上記の実施例３〜８により得られた結果を基にして，上記貴金属チップのＮｉ含有量Ｘごとに，上記総計チップ面積Ｔと総計端表面積Ｓの最適な範囲を求めた。さらに，上記Ｘ，Ｔ，Ｓの関係における最適範囲の重回帰式を求めた。
【００５５】
まず，貴金属チップのＮｉ含有量Ｘが５重量％である場合を図１２に示す。図１２には，横軸に総計チップ面積Ｔ，縦軸に総計端表面積Ｓをとり，実施例３及び実施例６において得られた最適範囲の境界値をプロットした。
【００５６】
上記最適範囲の境界値とは，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍであった条件をいう。例えば実施例３においては，上記Ｔ＝２．６５ｍｍ２ に対するＳ＝７ｍｍ２ ，１４ｍｍ２ をいい，実施例６においては，上記Ｓ＝９ｍｍ２ に対するＴ＝１．８ｍｍ２ ，３．７ｍｍ２ をいう。
【００５７】
そして，図１２に示すごとく，上記境界値から２本の直線Ａ１，Ｂ１を引くとともに，貴金属チップの接合性等により制約される上記Ｔの上限値５ｍｍ２ の直線Ｃ，プレイグニッション等により制約される上記Ｓの下限値５ｍｍ２ の直線Ｄ，及び着火性等により制約される上記Ｓの上限値１５ｍｍ２ の直線Ｅを引く。これによって最適範囲が定められる。即ち，図１２に示すごとく，５本の直線Ａ１，Ｂ１，Ｃ，Ｄ，Ｅによって囲まれる範囲が，上記Ｘ＝５重量％の場合における上記Ｔ及びＳの最適範囲となる。
【００５８】
次いで同様にして，貴金属チップのＮｉ含有量Ｘが０である場合を図１３に示す。図１３には，実施例４及び実施例７における最適範囲の境界値から求めた２本の直線Ａ２，Ｂ２を引くとともに，上記直線Ｃ，Ｄ，Ｅを引いた。これら５本の直線Ａ２，Ｂ２，Ｃ，Ｄ，Ｅにより囲まれた範囲が，上記Ｘ＝０の場合における上記Ｔ及びＳの最適範囲となる。
【００５９】
次いで同様にして，貴金属チップのＮｉ含有量Ｘ＝１０重量％である場合を図１４に示す。図１４には，実施例５及び実施例８における最適範囲の境界値から求めた２本の直線Ａ３，Ｂ３を引くとともに，上記直線Ｃ，Ｄ，Ｅを引いた。これら５本の直線Ａ３，Ｂ３，Ｃ，Ｄ，Ｅにより囲まれた範囲が，上記Ｘ＝１０重量％の場合における上記Ｔ及びＳの最適範囲となる。
【００６０】
次に上記結果を基にして，上記Ｘ，Ｔ，Ｓの最適範囲の関係の重回帰式を求めると，１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７≦Ｓ≦７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１が得られた。
【００６１】
したがって， Ｔ≦５（ｍｍ２ ），５≦Ｓ≦１５（ｍｍ２ ），Ｘ≦１０（重量％）であって，１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７≦Ｓ≦７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１の関係を有することによって，プラス放電，マイナス放電いずれの場合であっても，電極消耗量がほぼ同等の低レベルであり，長寿命の，内燃機関用スパークプラグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のスパークプラグの側面図。
【図２】実施例１のスパークプラグの底面図。
【図３】実施例１における，接地電極の添加物含有量の総計と，接地電極消耗量との関係の説明図。
【図４】実施例２における，貴金属チップのＮｉ含有量と電極消耗量との関係の説明図。
【図５】実施例３における，電極消耗量と放電電圧との関係の説明図。
【図６】実施例３における，総計端表面積Ｓと電極消耗量との関係の説明図。
【図７】実施例４における，総計端表面積Ｓと電極消耗量との関係の説明図。
【図８】実施例５における，総計端表面積Ｓと電極消耗量との関係の説明図。
【図９】実施例６における，総計チップ面積Ｔと電極消耗量との関係の説明図。
【図１０】実施例７における，総計チップ面積Ｔと電極消耗量との関係の説明図。
【図１１】実施例８における，総計チップ面積Ｔと電極消耗量との関係の説明図。
【図１２】実施例９における，Ｘ＝５重量％の場合の，総計チップ面積Ｔと総計端表面積Ｓの最適範囲の説明図。
【図１３】実施例９における，Ｘ＝０の場合の，総計チップ面積Ｔと総計端表面積Ｓの最適範囲の説明図。
【図１４】実施例９における，Ｘ＝１０重量％の場合の，総計チップ面積Ｔと総計端表面積Ｓの最適範囲の説明図。
【符号の説明】
１０．．．スパークプラグ，
２．．．中心電極，
２１１，２１２．．．貴金属チップ，
３１，３２．．．接地電極，
３１０，３２０．．．放電部，
４．．．絶縁碍子，
５．．．ハウジング，
【産業上の利用分野】
本発明は，内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車などに使用される内燃機関においては，環境問題あるいは地球資源問題に対するグローバルな立場から，燃費低減が強力に推進されてきている。その具体的手段として，特にガソリンエンジンにおいては，混合気の高圧縮化，希薄混合気によるリーンバーン化等により対応がなされている。
【０００３】
そこで，近年においては，点火システムの信頼性向上のために，ディストリビュータを使わないＤＬＩシステム，ユニット点火システム及びダイオード分配点火システムが採用されてきている。そして，上記ＤＬＩシステム等の点火システムに対応する内燃機関用スパークプラグが種々提案されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の内燃機関用スパークプラグにおいては，次の問題がある。
即ち，従来のディストリビュータ点火方式でのスパークプラグは中心電極がマイナス電位の状態での放電（マイナス放電）だけであったのに対し，上記ＤＬＩシステム等においては，１個の点火コイルによって２つのスパークプラグを同時に放電させるため，一方のスパークプラグは中心電極がプラス電位の状態で放電（以下，プラス放電という）し，他方のスパークプラグは中心電極がマイナス電位の状態で放電（以下，マイナス放電という）する。
【０００５】
この場合，プラス放電あるいはマイナス放電の違いによって，電極の消耗に与える影響が異なる。即ち，マイナス放電の場合には中心電極の消耗量が大きく，プラス放電の場合には接地電極の消耗量が大きくなる。このように，従来のマイナス放電用として設定されたスパークプラグを上記ＤＬＩシステムで使用するとマイナス放電に比べプラス放電の電極消耗が大きくなり，放電電圧が上昇し，最悪の場合には失火を生じてしまう。
【０００６】
さらに，従来のスパークプラグにおいては，プラス放電に必要な放電電圧は，マイナス放電に必要な放電電圧に比べて高くなる。そのため，プラス放電するスパークプラグは，マイナス放電するスパークプラグよりも劣化が早くなる。それ故，一つの内燃機関に使用される複数のスパークプラグのうち，プラス放電に使用されたスパークプラグはマイナス放電に使用されたものに比べて早期に交換しなければならない等の不具合が生ずる。
【０００７】
この対策として，スパークプラグをマイナス放電またはプラス放電専用にすることが考えられる。しかし，一つの内燃機関に対して複数の種類のスパークプラグを適用させるのはコストアップにつながるだけでなく，プラス放電用とマイナス放電用とを逆装着すれば電極の消耗を促進させる結果となり，妥当でない。
【０００８】
上記不具合を低減させるスパークプラグとしては，接地電極を２極構造としたスパークプラグがある。接地電極を２極構造としたスパークプラグとしては，特開平５−１２９０６３号公報に示されているが，接地電極を２極構造としたのみでは，十分に対策を行うことができない。
【０００９】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，プラス放電，マイナス放電いずれの場合であっても，電極消耗量がほぼ同等の低レベルであり，長寿命の，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。
【００１０】
【課題の解決手段】
本発明は，貫通孔を有する絶縁碍子と，上記貫通孔に保持された中心電極と，上記絶縁碍子を保持するハウジングと，該ハウジングに設けられた接地電極とよりなり，該接地電極と上記中心電極の側面との間には火花ギャップを構成している内燃機関用スパークプラグにおいて，
上記中心電極は，上記接地電極の放電部との対向面には貴金属チップを配設してなり，該貴金属チップは，Ｉｒが０〜３０重量％，Ｎｉが０〜１０重量％，残部ＰｔであるＰｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金からなり，
また上記接地電極はニッケル基合金よりなり，該ニッケル基合金は，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｙのグループから選択される少なくとも１種以上の添加物を合計６重量％以下含有してなり，
また，上記中心電極における上記貴金属チップの総計チップ面積をＴ（ｍｍ２ ），上記貴金属チップにおけるＮｉ含有量をＸ（重量％）とし，
一方上記接地電極における上記中心電極と対面する総計端表面積をＳ（ｍｍ２ ）としたとき，
Ｔ≦５（ｍｍ２ ），
５≦Ｓ≦１５（ｍｍ２ ），
Ｘ≦１０（重量％），
１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７≦Ｓ≦７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１
の関係を有することを特徴とする内燃機関用スパークプラグにある。
【００１１】
本発明において最も注目すべきことは，上記中心電極は，上記組成の貴金属チップを配設してなり，また上記接地電極は上記組成のニッケル基合金よりなり，また，上記貴金属チップの総計チップ面積Ｔ，上記Ｎｉ含有量Ｘ，上記総計端表面積Ｓが上記の関係を有することである。
【００１２】
上記貴金属チップにおいて，Ｉｒの含有量が３０重量％を越える場合には，貴金属チップの硬度が高くなり，加工性が悪くなるという問題がある。
また，Ｉｒの下限値は３重量％とすることが好ましく，これ未満では貴金属チップの強度が低下し，熱応力により亀裂等が発生しやすくなるという問題がある。
【００１３】
また，貴金属チップの成分において，Ｎｉの含有量が１０重量％を越える場合には，貴金属合金の融点が低下し，耐消耗性が低下するという問題がある。これは，Ｎｉの含有量が１０重量％を越えると，合金の再結晶温度が低下し，使用中に結晶粒が粗大化して脱落するためであると考えられる。
また，Ｎｉの下限値は１重量％とすることが好ましく，これ未満ではＮｉ基合金との熱膨張差を緩和することができず，熱応力による貴金属チップの剥離等の問題を生ずるおそれがある。
【００１４】
一方，上記接地電極において，上記Ｍｎ，Ｃｒ等の添加物の含有量が合計６重量％を越える場合には，プラス放電時における接地電極の消耗量が急激に増加するという問題がある。尚，上記添加物は，主に耐高温酸化性，強度，加工性の向上を目的として添加してある。
また，上記添加物の含有量の下限は１重量％とすることが好ましい。１重量％未満では強度，耐酸化性が急激に悪化するという問題を生ずるおそれがある。
【００１５】
また，上記貴金属チップの総計チップ面積Ｔとは，中心電極側面に接合され，接地電極端面に対向する貴金属チップの表面面積の合計をいう。上記Ｔが５ｍｍ２ を越える場合には，中心電極への接合性が悪くなるという問題がある。これは，貴金属チップを中心電極に接合する場合には，抵抗溶接等の溶接を行うことが通常であるが，この場合には接合面積が大きいほど接合性が悪くなり，特に上記Ｔが５ｍｍ２ を越える場合に顕著になるためであると考えられる。
また，上記Ｔの下限は０．５ｍｍ２ とすることが好ましい。０．５ｍｍ２ 未満ではチップ微小となり加工が困難となるという問題が生ずるおそれがある。
【００１６】
また，上記接地電極における総計端表面積Ｓとは，中心電極側面に対向する様に加工された接地電極先端面の表面面積の合計をいう。上記Ｓが５ｍｍ２ 未満のときは，接地電極の熱容量が小さくなるため，使用中にヒートスポット源となり，プレイグニッションを誘発するという問題がある。
また，上記Ｓが１５ｍｍ２ を越える場合には，着火性を悪化させるという問題がある。これは，上記Ｓが大きいほど，火花放電により混合気中に生じた火炎核と接地電極との接触面積が大きくなり，消炎作用が強くなるためであると考えられ，特に上記Ｓが１５ｍｍ２ を越える場合に顕著になるためと考えられる。
【００１７】
また，上記総計端表面積Ｓが，１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７未満の場合には，特にプラス放電時における電極消耗量が増大し，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が増大するという問題がある。
一方上記Ｓが７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１を越える場合には，特にマイナス放電時における電極消耗量が増大し，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が増大するという問題がある。
【００１８】
【作用および効果】
本発明においては，上記中心電極には上記特定成分の貴金属チップを配設してある。そのため，マイナス放電させた場合においても，中心電極の消耗量は従来よりも少なくなる。それ故，マイナス放電時におけるスパークプラグの長寿命化を図ることができる。
また，上記接地電極は，上記特定の成分により構成してある。そのため，プラス放電させた場合においても，接地電極の消耗量が従来よりも少なくなる。それ故，プラス放電時におけるスパークプラグの長寿命化を図ることができる。
【００１９】
また，上記総計端表面積Ｔ，貴金属チップにおけるＮｉ含有量Ｘ，及び総計端表面積Ｓは，それぞれ上述した範囲に限定されている。そのため，プラス放電時の電極消耗量と，マイナス放電時の電極消耗量がほぼ同等の低いレベルに抑制される。
【００２０】
したがって，本発明によれば，プラス放電，マイナス放電いずれの場合であっても，電極消耗量がほぼ同等の低レベルであり，長寿命の，内燃機関用スパークプラグを提供することができる。
【００２１】
【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〜図３を用いて説明する。
本例の内燃機関用スパークプラグ１０は，図１，図２に示すごとく，貫通孔を有する絶縁碍子４と，上記貫通孔に保持された中心電極２と，上記絶縁碍子４を保持するハウジング５と，該ハウジング５に設けられた接地電極３１，３２とよりなり，該接地電極３１，３２と上記中心電極２の側面との間には火花ギャップＧを構成する。
【００２２】
上記中心電極２は，上記接地電極３１，３２の放電部３１０，３２０との対向面には貴金属チップ２１１，２１２を配設してなり，この貴金属チップ２１１，２１２は，Ｉｒが０〜３０重量％，Ｎｉが０〜１０重量％，残部ＰｔであるＰｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金からなる。また，貴金属チップ２１１，２１２の中心電極２への接合は，抵抗溶接により行った。尚，中心電極２としては，耐熱，耐酸化性に優れるＮｉ基合金（インコネル６００相当）を用いた。
【００２３】
また上記接地電極３１，３２はニッケル基合金よりなり，このニッケル基合金は，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｙのグループから選択される少なくとも１種以上の添加物を含有してなる。
【００２４】
本例においては，上記構成のスパークプラグ１０を用いて，接地電極３１，３２のニッケル基合金における上記添加物の含有量の合計が，プラス放電時の接地電極３１，３２の消耗量に対してどのように影響するかを調査した。
【００２５】
評価は，スパークプラグを内部圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２ とした気密容器中で１２００回／分の割合で１００時間火花放電させる試験方法により，プラス放電させた前後の接地電極の体積の差を求めて行った。
【００２６】
評価結果を図３に示す。図３においては，横軸に上記添加物含有量の総計（重量％）をとり，縦軸に接地電極消耗体積（ｍｍ３ ）をとった。
図３より知られるごとく，添加物が１種類であっても２種類以上であっても，その含有量の合計が６重量％を越える場合には，接地電極の電極消耗量が急激に増加した。
【００２７】
実施例２
本例においては，図１に示した実施例１のスパークプラグ１０における，貴金属チップ２１１，２１２のＮｉ含有量Ｘと電極消耗量との関係を調査した。なお，貴金属チップ２１１，２１２におけるＩｒの含有量は２０重量％に固定し，残部はＰｔとした。また，接地電極３１，３２には，上記添加物としてのＭｎ，Ｃｒ，Ｓｉを合計４重量％含有したＮｉ基合金を用いた。その他は，実施例１と同様である。
【００２８】
評価としては，火花ベンチ試験，実車による高速走行試験，実車による市街地走行試験，台上耐久試験をそれぞれ行い，各試験前後の火花ギャップＧ（図１）の差（電極消費量）を測定した。そして，上記Ｘ＝５重量％の場合，即ちＰｔ−２０重量％Ｉｒ−５重量％Ｎｉの場合における電極消費量を１．０として，これに対する比を求めて評価した。
【００２９】
評価結果を図４に示す。図４においては，横軸にＮｉ含有量Ｘ（重量％），縦軸に上記比をとった。
図４より知られるごとく，電極消耗量の上記比は，Ｎｉ含有量Ｘの増加にともなって増加していくが，特にＮｉ含有量Ｘが１０重量％を越えた場合には急激に増加する。これは，Ｎｉ含有量Ｘが１０重量％を越えると，合金の再結晶温度が低下し，スパークプラグ使用中に結晶粒が粗大化して脱落するために生ずると考えられる。したがって，本例においては，Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金中のＮｉ含有量は１０重量％以下が適切であることがわかる。
【００３０】
実施例３
以下の実施例３〜５においては，実施例１のスパークプラグ１０を用いて，接地電極の総計端表面積Ｓが，電極消耗量にどのように影響し，またプラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差がどのように変化するかを調査した。即ち，貴金属チップの総計チップ面積Ｔ及びＮｉ含有量Ｘは，各実施例ごとに一定の値に固定して，上記接地電極の総計端表面積Ｓのみを変化させて，プラス放電及びマイナス放電を行った。そして，放電前後の火花ギャップＧ（図１）の差を電極消耗量とし，これを評価した。
【００３１】
また，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であれば，そのスパークプラグはプラス放電時の性能とマイナス放電時の性能がほぼ同等で良好であると判断した。これは，次の理由による。即ち，図５に示すごとく，電極消耗量と放電電圧とは比例関係にあり，その値はプラス放電においてもマイナス放電においてもほぼ同等である。
【００３２】
そして，図５に示すごとく，電極消耗量が０．３ｍｍ変化すると，放電電圧は６ｋＶ変化する。つまり，電極消耗量が０．０５ｍｍに達すると，放電電圧は約１ｋＶ上昇する。しかしながら，１ｋＶ程度の放電電圧の上昇は，スパークプラグの性能，点火系統等にほとんど影響を及ぼさない。したがって，０．０５ｍｍの電極消耗量の差であれば，プラス放電時の性能とマイナス放電時の性能に差がないと判断することとした。
【００３３】
当実施例３においては，貴金属チップの総計端表面積Ｔ＝２．６５ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘ＝５重量％にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを５．５ｍｍ２ ，９．０ｍｍ２ ，１４．０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計端表面積Ｓに対する電極消耗量を測定した。
【００３４】
尚，電極消耗のための試験は，２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジンを用いて，フルスロットル（６０００ｒｐｍ）で２００時間保持し，その前後の電極消耗量差を測定して行った。
【００３５】
本例における電極消耗量の測定結果を図６に示す。図６においては，横軸に総計端表面積Ｓ（ｍｍ２ ），縦軸に電極消耗量（ｍｍ）をとり，プラス放電の場合（Ｅ３１）とマイナス放電の場合（Ｅ３２）を示した。
図６より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｓの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００３６】
また，特にプラス放電の場合には，マイナス放電の場合に比べて上記Ｓの変化に対する影響が大きかった。そして，プラス放電の電極消耗量は，上記Ｓが約１０ｍｍ２ を越える範囲においてはマイナス放電の場合よりも少なく，約１０ｍｍ２ 未満の範囲においてはマイナス放電の場合よりも多くなった。
また，図６に示すごとく，上記Ｓが約７〜１６ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００３７】
実施例４
本例においては，貴金属チップの総計端表面積Ｔ＝１．２７ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘは０にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを５．５ｍｍ２ ，９．０ｍｍ２ ，１４．０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計端表面積Ｓに対する電極消耗量を測定した。
【００３８】
本例における電極消耗量の測定結果を図７に示す。図７においては，図６と同様に横軸及び縦軸をとり，プラス放電の場合（Ｅ４１）とマイナス放電の場合（Ｅ４２）を示した。
図７より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｓの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００３９】
また，特にプラス放電の場合には，マイナス放電の場合に比べて上記Ｓの変化に対する影響が大きかった。そして，プラス放電の電極消耗量は，上記Ｓが約１０ｍｍ２ を越える範囲においてはマイナス放電の場合よりも少なく，約１０ｍｍ２ 未満の範囲においてはマイナス放電の場合よりも多くなった。
また，図７に示すごとく，上記Ｓが約８〜１３ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００４０】
実施例５
本例においては，貴金属チップの総計端表面積Ｔ＝３．５０ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘ＝１０重量％にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを５．５ｍｍ２ ，９．０ｍｍ２ ，１４．０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計端表面積Ｓに対する電極消耗量を測定した。
【００４１】
本例における電極消耗量の測定結果を図８に示す。図８においては，図６と同様に横軸及び縦軸をとり，プラス放電の場合（Ｅ５１）とマイナス放電の場合（Ｅ５２）を示した。
図８より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｓの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００４２】
また，特にプラス放電の場合には，マイナス放電の場合に比べて上記Ｓの変化に対する影響が大きかった。そして，プラス放電の電極消耗量は，上記Ｓが約９ｍｍ２ を越える範囲においてはマイナス放電の場合よりも少なく，約９ｍｍ２ 未満の範囲においてはマイナス放電の場合よりも多くなった。
また，図８に示すごとく，上記Ｓが約６〜１４．５ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００４３】
実施例６
以下の実施例６〜８においては，実施例１のスパークプラグ１０を用いて，貴金属チップの総計端表面積Ｔが，電極消耗量にどのように影響し，またプラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差がどのように変化するかを調査した。即ち，接地電極の総計端表面積Ｓ及びＮｉ含有量Ｘは，各実施例ごとに一定の値に固定して，上記貴金属チップの総計端表面積Ｔのみを変化させて，プラス放電及びマイナス放電を行った。そして，放電前後の火花ギャップＧ（図１）の差を電極消耗量とし，これを評価した。
【００４４】
また，実施例３〜５と同様に，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であれば，そのスパークプラグはプラス放電時の性能とマイナス放電時の性能がほぼ同等で良好であると判断した。尚，電極消耗量の試験方法も，実施例３〜５と同様の方法を用いた。
【００４５】
当実施例６においては，接地電極の総計端表面積Ｓ＝９ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘ＝５重量％にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを１．２５ｍｍ２ ，２．６５ｍｍ２ ，３．５０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計チップ面積Ｔに対する電極消耗量を測定した。
【００４６】
本例における電極消耗量の測定結果を図９に示す。図９においては，横軸に総計チップ面積Ｔ（ｍｍ２ ），縦軸に電極消耗量（ｍｍ）をとり，プラス放電の場合（Ｅ６１）とマイナス放電の場合（Ｅ６２）を曲線で示した。
図９より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｔの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００４７】
また，特にマイナス放電の場合には，プラス放電の場合に比べて上記Ｔの変化に対する影響が大きかった。そして，マイナス放電の電極消耗量は，上記Ｔが約２．４ｍｍ２ を越える範囲においてはプラス放電の場合よりも少なく，約２．４ｍｍ２ 未満の範囲においてはプラス放電の場合よりも多くなった。
また，図９に示すごとく，上記Ｔが約１．８〜３．７ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００４８】
実施例７
本例においては，接地電極の総計端表面積Ｓ＝９ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘは０にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを１．２５ｍｍ２ ，２．６５ｍｍ２ ，３．５０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計チップ面積Ｔに対する電極消耗量を測定した。
【００４９】
本例における電極消耗量の測定結果を図１０に示す。図１０においては，図９と同様に横軸，縦軸をとり，プラス放電の場合（Ｅ７１）とマイナス放電の場合（Ｅ７２）を示した。
図１０より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｔの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００５０】
また，特にマイナス放電の場合には，プラス放電の場合に比べて上記Ｔの変化に対する影響が大きかった。そして，マイナス放電の電極消耗量は，上記Ｔが約１．５ｍｍ２ を越える範囲においてはプラス放電の場合よりも少なく，約１．５ｍｍ２ 未満の範囲においてはプラス放電の場合よりも多くなった。
また，図１０に示すごとく，上記Ｔが約０．７〜２．１５ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００５１】
実施例８
本例においては，接地電極の総計端表面積Ｓ＝９ｍｍ２ ，Ｎｉ含有量Ｘ＝１０重量％にそれぞれ固定し，接地電極の総計端表面積Ｓを１．２５ｍｍ２ ，２．６５ｍｍ２ ，３．５０ｍｍ２ の３種類に変化させた。そして，上記のごとく，プラス放電とマイナス放電を行い，各総計チップ面積Ｔに対する電極消耗量を測定した。
【００５２】
本例における電極消耗量の測定結果を図１１に示す。図１１においては，図９と同様に横軸，縦軸をとり，プラス放電の場合（Ｅ８１）とマイナス放電の場合（Ｅ８２）を示した。
図１１より知られるごとく，プラス放電，マイナス放電ともに，上記Ｔの増加にしたがって電極消耗量が減少した。
【００５３】
また，特にマイナス放電の場合には，プラス放電の場合に比べて上記Ｔの変化に対する影響が大きかった。そして，マイナス放電の電極消耗量は，上記Ｔが約４ｍｍ２ を越える範囲においてはプラス放電の場合よりも少なく，約４ｍｍ２ 未満の範囲においてはプラス放電の場合よりも多くなった。
また，図１１に示すごとく，上記Ｔが約２．６５〜５．５ｍｍ２ の範囲内においては，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍ以内であった。
【００５４】
実施例９
本例においては，図１２〜図１４に示すごとく，上記の実施例３〜８により得られた結果を基にして，上記貴金属チップのＮｉ含有量Ｘごとに，上記総計チップ面積Ｔと総計端表面積Ｓの最適な範囲を求めた。さらに，上記Ｘ，Ｔ，Ｓの関係における最適範囲の重回帰式を求めた。
【００５５】
まず，貴金属チップのＮｉ含有量Ｘが５重量％である場合を図１２に示す。図１２には，横軸に総計チップ面積Ｔ，縦軸に総計端表面積Ｓをとり，実施例３及び実施例６において得られた最適範囲の境界値をプロットした。
【００５６】
上記最適範囲の境界値とは，プラス放電時とマイナス放電時の電極消耗量の差が０．０５ｍｍであった条件をいう。例えば実施例３においては，上記Ｔ＝２．６５ｍｍ２ に対するＳ＝７ｍｍ２ ，１４ｍｍ２ をいい，実施例６においては，上記Ｓ＝９ｍｍ２ に対するＴ＝１．８ｍｍ２ ，３．７ｍｍ２ をいう。
【００５７】
そして，図１２に示すごとく，上記境界値から２本の直線Ａ１，Ｂ１を引くとともに，貴金属チップの接合性等により制約される上記Ｔの上限値５ｍｍ２ の直線Ｃ，プレイグニッション等により制約される上記Ｓの下限値５ｍｍ２ の直線Ｄ，及び着火性等により制約される上記Ｓの上限値１５ｍｍ２ の直線Ｅを引く。これによって最適範囲が定められる。即ち，図１２に示すごとく，５本の直線Ａ１，Ｂ１，Ｃ，Ｄ，Ｅによって囲まれる範囲が，上記Ｘ＝５重量％の場合における上記Ｔ及びＳの最適範囲となる。
【００５８】
次いで同様にして，貴金属チップのＮｉ含有量Ｘが０である場合を図１３に示す。図１３には，実施例４及び実施例７における最適範囲の境界値から求めた２本の直線Ａ２，Ｂ２を引くとともに，上記直線Ｃ，Ｄ，Ｅを引いた。これら５本の直線Ａ２，Ｂ２，Ｃ，Ｄ，Ｅにより囲まれた範囲が，上記Ｘ＝０の場合における上記Ｔ及びＳの最適範囲となる。
【００５９】
次いで同様にして，貴金属チップのＮｉ含有量Ｘ＝１０重量％である場合を図１４に示す。図１４には，実施例５及び実施例８における最適範囲の境界値から求めた２本の直線Ａ３，Ｂ３を引くとともに，上記直線Ｃ，Ｄ，Ｅを引いた。これら５本の直線Ａ３，Ｂ３，Ｃ，Ｄ，Ｅにより囲まれた範囲が，上記Ｘ＝１０重量％の場合における上記Ｔ及びＳの最適範囲となる。
【００６０】
次に上記結果を基にして，上記Ｘ，Ｔ，Ｓの最適範囲の関係の重回帰式を求めると，１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７≦Ｓ≦７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１が得られた。
【００６１】
したがって， Ｔ≦５（ｍｍ２ ），５≦Ｓ≦１５（ｍｍ２ ），Ｘ≦１０（重量％）であって，１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７≦Ｓ≦７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１の関係を有することによって，プラス放電，マイナス放電いずれの場合であっても，電極消耗量がほぼ同等の低レベルであり，長寿命の，内燃機関用スパークプラグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のスパークプラグの側面図。
【図２】実施例１のスパークプラグの底面図。
【図３】実施例１における，接地電極の添加物含有量の総計と，接地電極消耗量との関係の説明図。
【図４】実施例２における，貴金属チップのＮｉ含有量と電極消耗量との関係の説明図。
【図５】実施例３における，電極消耗量と放電電圧との関係の説明図。
【図６】実施例３における，総計端表面積Ｓと電極消耗量との関係の説明図。
【図７】実施例４における，総計端表面積Ｓと電極消耗量との関係の説明図。
【図８】実施例５における，総計端表面積Ｓと電極消耗量との関係の説明図。
【図９】実施例６における，総計チップ面積Ｔと電極消耗量との関係の説明図。
【図１０】実施例７における，総計チップ面積Ｔと電極消耗量との関係の説明図。
【図１１】実施例８における，総計チップ面積Ｔと電極消耗量との関係の説明図。
【図１２】実施例９における，Ｘ＝５重量％の場合の，総計チップ面積Ｔと総計端表面積Ｓの最適範囲の説明図。
【図１３】実施例９における，Ｘ＝０の場合の，総計チップ面積Ｔと総計端表面積Ｓの最適範囲の説明図。
【図１４】実施例９における，Ｘ＝１０重量％の場合の，総計チップ面積Ｔと総計端表面積Ｓの最適範囲の説明図。
【符号の説明】
１０．．．スパークプラグ，
２．．．中心電極，
２１１，２１２．．．貴金属チップ，
３１，３２．．．接地電極，
３１０，３２０．．．放電部，
４．．．絶縁碍子，
５．．．ハウジング，
Claims (1)
- 貫通孔を有する絶縁碍子と，上記貫通孔に保持された中心電極と，上記絶縁碍子を保持するハウジングと，該ハウジングに設けられた接地電極とよりなり，該接地電極と上記中心電極の側面との間には火花ギャップを構成している内燃機関用スパークプラグにおいて，
上記中心電極は，上記接地電極の放電部との対向面には貴金属チップを配設してなり，該貴金属チップは，Ｉｒが０〜３０重量％，Ｎｉが０〜１０重量％，残部ＰｔであるＰｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金からなり，
また上記接地電極はニッケル基合金よりなり，該ニッケル基合金は，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｙのグループから選択される少なくとも１種以上の添加物を合計６重量％以下含有してなり，
また，上記中心電極における上記貴金属チップの総計チップ面積をＴ（ｍｍ２ ），上記貴金属チップにおけるＮｉ含有量をＸ（重量％）とし，
一方上記接地電極における上記中心電極と対面する総計端表面積をＳ（ｍｍ２ ）としたとき，
Ｔ≦５（ｍｍ２ ），
５≦Ｓ≦１５（ｍｍ２ ），
Ｘ≦１０（重量％），
１．５４Ｔ−０．５３Ｘ＋５．８７≦Ｓ≦７．２１Ｔ−１．４３Ｘ＋３．８１の関係を有することを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP04635195A JP3633019B2 (ja) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | 内燃機関用スパークプラグ |
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-
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