JP4927955B2

JP4927955B2 - 点火プラグ

Info

Publication number: JP4927955B2
Application number: JP2009548137A
Authority: JP
Inventors: オム・デヨル; ナック・ジェイ・キム; ベ・ジュンホ; ソン・ソクキ; キム・ヒュンジョン; イム・ジョンヒュン
Original assignee: Yura Tech Co Ltd
Current assignee: Yura Tech Co Ltd
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: EP2122156A1; KR20090029225A; EP2122156A4; WO2008093922A1; CN101622443B; US20100026159A1; JP2010517248A; CN101622443A; KR100950690B1; US8217562B2; EP2122156B1

Description

本発明は、内燃機関用の点火プラグに関するものである。

自動車エンジンのような従来の内燃機関用の点火プラグは、スパーク消耗に対する抵抗性を高めるために電極の端部に白金のような貴金属材質により形成された電極チップが用いられていた。然し、貴金属は高価であるので高級車両に主に使用され、中低価の車両にはイリジウム（Ir）が主に使われる。

ところが、イリジウムは酸化しやすくて９００℃乃至１０００℃の高温で蒸発しやすいという短所があるので、イリジウムが電極の点火部に直接用いられると酸化及び蒸発により容易に消耗される。従って、電極の点火部にイリジウムを使用する点火プラグは、都市の道路で運転する場合のような低温条件下では耐久性が非常に高いが、高速で持続的に走行する間は耐久性が非常に低下する。

より詳しくは、電極チップの主要成分であるイリジウムは酸化時酸素と結合するものの、ＩｒＯ₂の場合は非揮発性を有するため耐腐食性を有するが、温度が高くなると（約９００℃）揮発性のＩｒＯ_３が生成される。シリンダー内部の温度は通常１０００℃、激しい場合は２０００℃程度まで上がるので揮発性のＩｒＯ_３が主に生成される。耐腐食性の弱いＩｒＯ_３を防止するためにＲｈが一般に使われる。Ｉｒ−Ｒｈ合金は高温で酸化されると合金の表面にＲｈＯ_２が生成されて電極チップの表面を覆う現象が発生し、これはＩｒＯ_３の揮発を防止する役割をする。従って、高温で作動をしても電極チップが容易に消耗されることを防止する。

然し、Ｒｈも高価であるので、より低廉で同等な効果を発揮する合金が要求されている。

本発明は、上述したような問題点を解決するために鑑みたもので、低価格のイリジウムを使用しながらも、都市の道路で運転する場合のような低温条件下でだけでなく、高速で持続的に走行する条件下でもイリジウム成分が酸化及び蒸発により消耗されることに対して十分な抵抗性を有する点火プラグを提供することをその目的とする。

本発明は上述したような目的を達成するために、中心電極；上記中心電極の外部に配置された絶縁体；上記絶縁体の外部に配置された金属ハウジング；一端は上記金属ハウジングに連接して、他端は上記中心電極に対抗する接地電極；及び上記中心電極と上記接地電極のうちの少なくとも一つに固定される電極チップ；を含んで、上記電極チップは、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｈｆ及びＮｂ合金により形成され、上記電極チップ全体に対してＨｆが０．０１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％の範囲で含有され、上記電極チップ全体に対してＮｂが０．０１ｗｔ％〜５．０ｗｔ％の範囲で含有されたことを特徴とする点火プラグを提供する。

ここで、上記電極チップは、上記電極チップ全体に対してＨｆが０．１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％範囲だけ含有されることが好ましい。

また、上記電極チップは、上記電極チップ全体に対してＮｂが０．１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％範囲だけ含有されることが効果的である。

以上説明したような本発明の実施例によると、次のような事項を含む様々な効果を期待することができる。但し、本発明が下記のような効果を全て発揮してこそ成立するものではない。

本発明に係る点火プラグは、低価格のイリジウムを使用しながらも、都市の道路で運転する場合のように低温条件下だけでなく、高速で持続的に走行する条件下でもイリジウム成分が酸化や蒸発により消耗されることに対する十分な抵抗性を有する。

以上では本発明の好ましい実施例を例示的に説明したが、本発明の範囲はこのような特定実施例だけに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で適切に変更することが可能である。

図１は、点火プラグを示した一部破断断面図である。図２は、図１の中心電極及び接地電極の一部拡大断面図である。図３は、本発明の第１の実施例の電極チップを酸化前に成分分析したグラフである。図４は、図３の電極チップを酸化後に成分分析したグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

但し、本発明を説明することにおいて、公知された機能あるいは構成に対する具体的な説明は省略する。

図１は、点火プラグを示した一部破断断面図である。

図１に示すように、点火プラグは、中心電極３と、中心電極３の外部に配置された絶縁体２と、絶縁体２の外部に配置された金属ハウジング１と、一端は金属ハウジング１に連接して他端は中心電極３に対抗される接地電極４と、を含む。中心電極３と接地電極４との対向する位置には電極チップ３１、３２がそれぞれ形成される。

図２は、図１の中心電極及び接地電極の一部拡大断面図である。

図２に示すように、中心電極３の主要本体３aはその端部がテーパー状になり、その端部面は平らに形成される。電極チップ３１はディスク状に形成され平らな端部面に配置されて、レーザー接合、電子ビーム接合、抵抗接合またはそれ以外の適切な接合技術が接合線（W）を形成するために連接面の外面に応用され、その結果、電極チップ３１は中心電極３の端部面に堅固に固定される。対向する電極チップ３２は接地電極４に配置され、接合線（W）は同様に連接面の外面に形成されて、その結果、電極チップ３２は接地電極４に堅固に固定される。

場合によって２個の対向する電極チップ３１、３２中の一つを省略することができる。若し、そのような場合にはスパーク放電間隙（g）は、電極チップ３１、３２中の一つと接地電極４（または中心電極３）間で形成される。

電極チップ３１、３２は、必要合金成分を混合しその混合物を溶かして得た溶解された物質から形成するか、稠密した合金粉末型により形成するか、または、基本的な金属成分粉末を特定の割合で混合しその稠密した合金粉末を焼結して得られた焼結体により形成することができる。

仮に、電極チップ３１、３２が溶解された合金により形成されると、溶解された合金の生物質は、ローリング作業、焼き戻し作業、伸展作業、切断作業、剪断作業及び焼結作業中の一つ以上を含む作業工程を経由することが可能で、これによって電極チップは特定形状に生産される。

以下、電極チップの合金成分に対して説明する。

上述したように、ＲｈＯ_２が電極チップの表面を覆ってＩｒＯ_３の揮発を防止する役割を行う。Ｒｈのこのような役割を行う添加元素を開発することが本発明の目的である。多数の硬度の高い元素を含んだ合金を用いて実験した結果、下記の実施例のような有効な性能を発揮する合金元素を見出すことができた。

（実施例１）
図３及び図４は、電極チップの第１の実施例の成分に対するＸ−Ｒａｙ回折分析結果である。

第１実施例の電極チップは、Iｒ−Hｆ３．０ｗｔ％−Ｎｂ５．０ｗｔ％組成比で形成された合金で、図３のグラフは酸化前の成分分析結果、図４のグラフは酸化後の成分分析結果、である。

酸化前のグラフで最大ピーク値を有する成分はＩｒ_３Ｈｆであった。酸化後のグラフではＩｒ_３Ｈｆ成分はなくなってＨｆＯ_２が最も多く生成された。即ち、酸化後のグラフで最大ピーク値を有する成分はＨｆＯ_２である。ＨｆＯ_２はＲｈＯ_２と同様にＩｒチップの表面に形成されて揮発性のＩｒＯ_３の揮発を防止する役割をする。

これを実験により確認するためにＨｆとＮｂの成分比を変化させながら間隙（g）の成長率を測定した。間隙成長率とは、最初間隙に対して更に発生した間隙の割合である。実験条件は、エンジン実験装置で６、０００ｒｐｍで３００時間可動した結果である。以後の実施例でも同一条件下で実験した。

その結果は下記の表１と同様である。

実験結果を見ると、Ｈｆだけを追加した時、Ｈｆの成分比が０．１ｗｔ％〜５．０ｗｔ％であるときの間隙成長率がＩｒ単独である時に比べて著しく低下したことが分かる。また、Ｈｆだけを追加した時、最も小さい間隙成長率を示したＨｆ３．０ｗｔ％を基準にした時、Ｎｂを混合した場合、一つの場合を除いては間隙成長率が低下したことが分かる。特にＮｂ１．０ｗｔ％〜Ｎｂ７．０ｗｔ％での間隙成長率が著しく低下したことが分かる。

（実施例２）
実施例２は、Ｉｒ−Ｒｈ５．０ｗｔ％にＨｆ及びＮｂの比率を変化させて実験した。

その結果は下記の表２と同様である。

実験結果を見ると、ＲｈとＨｆを追加した時、Ｉｒだけの時よりも遥かに小さい間隙成長率を有し、最小間隙成長率を有するＩｒ−Ｒｈ５．０ｗｔ％−Ｈｆ１．０ｗｔ％を基準にして、Ｎｂ０．１ｗｔ％〜Ｎｂ５．０ｗｔ％で間隙成長率が低下していることが分かる。特に、Ｎｂ３．０ｗｔ％付近で間隙成長率が著しく低下したことを確認することができる。

（実施例３）
実施例３はＩｒ−Ｒｈ３．０ｗｔ％にＨｆの比率を変化させて実験を行った。また、実施例２よりもＨｆの量が微細な場合も実験を行った。

その結果は下記の表３と同様である。

実験結果を見ると、ＲｈとＨｆを追加した時、Ｉｒだけの時より遥かに小さい間隙成長率を有することが分かる。実質的に間隙成長率が３．０以内である場合、Ｉｒに比べて耐久性に優れるとすると、Ｈｆが０．０１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％である時、全てが向上された耐久性を示している。ただし、Ｈｆが３．０ｗｔ％を超過した時には脆性によって電極チップの製造が不可能であった。

（実施例４）
実施例４は、Ｉｒ−Ｒｈ３．０ｗｔ％−Ｈｆ０．０１ｗｔ％にＮｂの割合を変化させて実験を行った。

その結果は下記の表４と同様である。

実験結果を見ると、Ｎｂ０．０１ｗｔ％〜Ｎｂ５．０ｗｔ％で間隙成長率が０．３以下であることが分かる。特に、Ｎｂ１．０ｗｔ％付近で間隙成長率が著しく低下したことを確認することができる。

（実施例５）
実施例５はＩｒ−Ｒｕ（ruthenium）合金を割合を変化させて実験を行った。

その結果は下記の表５と同様である。

実験結果を見ると、Ｒｕにより合金をした時、Ｉｒ単独よりは摩耗率が著しく低下し、特に、Ｒｕ０．５ｗｔ％〜Ｒｕ５．０ｗｔ％で間隙成長率０．３以下の向上された耐磨耗性を示した。

（実施例６）
実施例６はＩｒ−Ｒｕ４．０ｗｔ％にＨｆの割合を変化させて実験を行った。

その結果は下記の表６と同様である。

実験結果を見ると、ＲｕとＨｆを追加した時、Ｉｒだけの時よりも遥かに小さい間隙成長率を有することが分かる。実質的に間隙成長率が３．０以内である場合、Ｉｒに比べて耐久性に優れるとすると、Ｈｆが０．０１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％である時、全て向上された耐久性を示している。ただし、Ｈｆが３．０ｗｔ％を超過した時には脆性によって電極チップの製造が不可能であった。

（実施例７）
実施例７は、Ｉｒ−Ｒｕ４．０ｗｔ％−Ｈｆ０．０１ｗｔ％にＮｂの割合を変化させて実験を行った。

その結果は下記の表７と同様である。

実験結果を見ると、Ｎｂ０．０１ｗｔ％〜Ｎｂ５．０ｗｔ％で間隙成長率が０．３以下であることが分かる。特に、Ｎｂ２．０ｗｔ％付近で間隙成長率が著しく低下したことが確認される。

点火プラグ１００は次のような動作方式によって作動する。点火プラグ１００はねじ山７によりエンジンブロックに螺合され、燃焼室に供給される空気と燃料との混合物が点火プラグのスパーク放電間隙（g）間に位置する。二つの電極チップ３１、３２は上述した合金により形成されるのでイリジウムの酸化及び蒸発による点火部の消耗は充分に抑制されてスパーク放電間隙（g）が増加することを防止し、その結果、スパークプラグ１０の寿命を延長させる。

Claims

中心電極；
上記中心電極の外部に配置された絶縁体；
上記絶縁体の外部に配置された金属ハウジング；
一端は上記金属ハウジングに連接して、他端は上記中心電極に対抗する接地電極；及び
上記中心電極と上記接地電極のうちの少なくとも一つに固定される電極チップ；
を含んで、
上記電極チップは、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｈｆ及びＮｂ合金により形成され、
上記電極チップ全体に対してＨｆが０．０１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％の範囲で含有され、
上記電極チップ全体に対してＮｂが０．０１ｗｔ％〜５．０ｗｔ％の範囲で含有されたことを特徴とする点火プラグ。
上記電極チップは、上記電極チップ全体に対してＨｆが１．０ｗｔ％〜３．０ｗｔ％の範囲で含有されたことを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
上記電極チップは、上記電極チップ全体に対してＮｂが０．１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％の範囲で含有されたことを特徴とする請求項１または２に記載の点火プラグ。