JP5978250B2 - スパークプラグ用の電極チップ及びスパークプラグ - Google Patents
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Description
(1) Ptを主成分とし、Rhを7質量%以上含み、PtとRhとの合計含有量が95質量%以上であり、
軸線方向に同一の断面形状を有する柱状の細部と、前記細部に隣接し、かつ前記軸線に直交する方向の断面積が前記細部よりも大きい太部とを有し、
前記軸線を含む平面で切断したときの任意の断面において、前記細部と前記太部との外表面における前記細部と前記太部との境界点から前記太部の端面の縁辺を表す2点のうちの前記境界点側の端点までの、前記太部の外表面を示す輪郭線の少なくとも一部は、前記境界点と前記端点とを結ぶ直線上及び/又は前記直線よりも前記軸線の径方向外側に存在し、
前記細部の端面から前記太部の端面までの距離であるチップ高さをH、前記境界点から前記太部の端面までの距離である太部高さをhとすると、チップ高さHに対する太部高さhの割合(h/H×100)が35%以上であり、
前記細部の端面の面積S’と前記太部の端面の面積Sとの比(S/S’)が1.2以上であり、
前記細部の硬度が220Hv以上であることを特徴とするスパークプラグ用の電極チップである。
(2)前記面積S’が0.5mm2より大きい。
(3)前記(1)又は(2)の電極チップにおいて、前記細部の端面の硬度が310Hv以上である。
(4)前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載のスパークプラグ用の電極チップであって、
前記軸線を含む平面で切断したときの任意の断面において、前記細部と前記太部との外表面における前記細部と前記太部との境界点から前記太部の端面の縁辺を表す2点のうちの前記境界点側の端点までの、前記太部の外表面を示す輪郭線の全部が、前記境界点と前記端点とを結ぶ直線上及び/又は前記直線よりも前記軸線の径方向外側に存在することを特徴とするスパークプラグ用の電極チップである。
(5) 絶縁体の軸線方向に延びる軸孔の一端側に保持された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具に一端部が接合されると共に、他端部が前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極と、を備えるスパークプラグにおいて、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方に前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の電極チップが電気抵抗溶接部を介して接合されているスパークプラグである。
(6) 絶縁体の軸線方向に延びる軸孔の一端側に保持された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具に一端部が接合されると共に、他端部が前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極と、を備えるスパークプラグにおいて、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方に前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の電極チップがレーザ溶接部を介して接合されているスパークプラグである。
さらに、上記構成とすることで、太部の軸線方向の厚さが一定以上に維持され、かつ塑性加工による加工硬化だけでなくRhを7質量%以上含有させることによる固溶強化によってチップの強度が向上しているので、電気抵抗溶接の際に太部を押える必要がなく、細部の端面に溶接電極を押し当てて比較的低電流で溶接することができる。また、前記電極チップは太部を有するので、特許文献3に示されるように、チップの底部を膨らませて鍔部を形成させるための大きな熱量も必要ない。したがって、本発明の電極チップによると、溶接電極等の治工具の寿命が大幅に改善されるので、従来の鍔部を有するチップと比較してスパークプラグを製造する際のコストを下げることができる。
この発明に係るスパークプラグ用の電極チップの一実施例である電極チップの軸線を含む平面で切断したときの電極チップの断面説明図を図1に示す。なお、図1では紙面上方を軸線Xの先端方向、紙面下方を軸線Xの後端方向として説明する。図1に示すように、第1実施形態の電極チップ1は軸線X方向に同一の断面形状を有する柱状の細部2と、前記細部2に隣接し、かつ軸線Xに直交する方向の断面積が前記細部2よりも大きい太部3とを有する。前記太部3は前記細部2の端部からテーパ状に広がり、軸線Xに直交する方向の断面積が次第に大きくなるテーパ部4とこのテーパ部4の最大断面積を有する端部に隣接し、前記最大断面積と同一の面積を有し、かつ軸線X方向に同一の断面形状を有する柱状部5とを有する。電極チップ1を電極に接合する際には、太部3の端面が電極に接合され、細部2の端面が放電面になる。前記電極チップ1は、前記細部2と前記太部3とを有するので、着火性を維持しつつ電極からの耐剥離性を向上させることができる。なお、この実施形態の電極チップ1は、軸線Xに直交する方向の断面形状が、細部2、テーパ部4、及び柱状部5のいずれにおいても円形である。前記断面形状は、円形以外の形状であってもよく、例えば三角形、方形、六角形等の多角形、楕円形等でもよい。
この発明に係るスパークプラグ用の電極チップの別の実施例である電極チップの軸線を含む平面で切断したときの断面説明図を図4に示す。この実施形態の電極チップ301は、軸線X3を含む平面で切断したときの任意の断面において、細部302と太部303との外表面における細部302と太部303との境界点Aから太部303の端面の縁辺を表す2点B,B’のうちの前記境界点A側の端点Bまでの、太部303の外表面を示す輪郭線P23が境界点Aと端点Bとを結ぶ直線AB上にあること、及び太部303の端面から後端方向に突出する突起部306を有すること以外は、第1実施形態の電極チップ1と同様である。この実施形態の電極チップ301は、前記輪郭線P23が直線AB上に存在するので、電極チップ301を電極に溶接する際に、太部303が変形し難く、その結果、溶接された電極チップはその寸法のばらつきが小さい。また、この実施形態の電極チップ301は、太部303の端面に突起部306を有するので、電極チップ301と電極とを確実に接合することができ、その結果、より一層耐剥離性に優れる。
この発明に係るスパークプラグ用の電極チップの別の実施例である電極チップの軸線を含む平面で切断したときの断面説明図を図5に示す。この実施形態の電極チップ401は、太部403が軸線X4に直交する方向の断面積が細部402よりも大きく、かつ軸線X4方向に同一の断面形状及び断面積を有する円柱体であること以外は、第1実施形態の電極チップ1と同様である。この実施形態の電極チップ401は、太部403が円柱体であるので、電極チップ401を電極に溶接する際に、太部403が変形し難く、その結果、溶接された電極チップはその寸法のばらつきが小さい。
この発明に係るスパークプラグ用の電極チップの別の実施例である電極チップの軸線を含む平面で切断したときの断面説明図を図6に示す。この実施形態の電極チップ501は、太部503が細部502の端部からテーパ状に広がり、軸線X5に直交する方向の断面積が次第に大きくなるテーパ部504とこのテーパ部504の最大断面積を有する端部から前記テーパ部504のテーパ角度θ1よりも小さいテーパ角度θ2でテーパ状に広がり、軸線X5に直交する方向の断面積が次第に大きくなる第2テーパ部505とを有すること以外は、第1実施形態の電極チップ1と同様である。この実施形態の電極チップ401は、太部403が第1テーパ部504と第2テーパ部505とにより形成され、境界点Aから端点Bまでの太部503の外表面を示す輪郭線P23が直線ABより径方向外側に存在するので、電極チップ301を電極に溶接する際に、太部403が変形し難く、その結果、溶接された電極チップはその寸法のばらつきが小さい。
電極チップは、次のようにして作製した。まず、所定の組成を有する原料粉末を配合し、これをアーク溶解してインゴットを形成した。このインゴットを熱間及び/又は冷間鍛造、熱間及び/又は冷間圧延及び熱間及び/又は冷間スエージングし、さらに、伸線加工を施すことによって、断面円形状の丸棒材とした。この丸棒材をシャー切断又はワイヤーカットにより、所定の長さに切断し、略円柱状のカット部材を得た。このカット部材を切削及び/又は成型により所望の形状に整え、電極チップとした。
表1では、丸棒材をシャー切断した場合を「S」、ワイヤーカットした場合を「W」で示した。また、電極チップの外形は、突起部が設けられていないこと以外は図4に示す電極チップと同様であるときは「a」、図1に示す電極チップと同様であるときは「b」、図5に示す電極チップと同様であるときは「c」、図8に示す電極チップと同様であるときは「d」として、表1に示した。なお、図8に示す電極チップにおける太部603は、第1テーパ部604と第2テーパ部605とにより形成され、第1テーパ部604のテーパ角度θ3が第2テーパ部605のテーパ角度θ4よりも小さい。したがって、太部603の外表面を示す輪郭線P23の全てが、直線ABよりも径方向内側に存在している。
◎:標準偏差σが0.004mm未満のとき
○:標準偏差σが0.004mm以上0.007mm未満のとき
×:標準偏差σが0.007mm以上のとき
「1.電極チップの寸法ばらつき評価」と同様にして、電極チップを作製して接地電極に接合し、これを用いて、図7に示すスパークプラグと同様の形状を有するスパークプラグ試験体を製造した。
○:消耗比が0.1未満のとき
×:消耗比が0.1以上のとき
電気抵抗溶接後、又はレーザ溶接後、又は耐久試験後において、電極チップ又は溶融部を拡大鏡を用いて30倍の倍率で観察して、電極チップ及び溶融部におけるクラックの発生の有無を確認した。クラックが観察された場合には、より高倍率で観察し、クラックの直線距離を測定した。例えば、稲妻状に屈折した形状のクラックの場合には、クラックの全長ではなく、クラックの端から端までの最短距離を測定した。表1において、クラックが観察され、その直線距離が0.05mm以上の場合には「△」、クラックが観察されなかった場合又はクラックが観察されたがその直線距離が0.05mm未満の場合には「○」で示した。
細部の端面の面積S’に対する太部の端面の面積Sの比(S/S’)を1.2に固定して、細部の端面の面積S’及び太部の端面の面積Sを種々に変更したときの電極チップの寸法ばらつきを、「1.電極チップの寸法ばらつき評価」と同様にして求めた。なお、試験に供した電極チップの組成及び構造は、細部の端面の面積S’及び太部の端面の面積S以外は試験番号42と同様にした。
また、端面の面積が細部の端面の面積S’と同じである円柱状の電極チップの寸法ばらつきを「1.電極チップの寸法ばらつき評価」と同様にして求め、この円柱状の電極チップの寸法ばらつきYSを基準として、寸法ばらつき割合((Ys/YS)×100%)を求めた。結果を図9に示す。
2,102,202,302,402,502,602 細部
3,103,203,303,403,503,603 太部
4,104,204,304,404,504,604 テーパ部
5,105,205,305,405,505,605 柱状部
306 突起部
100 スパークプラグ
200 軸孔
300 絶縁体
400 中心電極
500 端子金具
600 接続部
700 主体金具
800 接地電極
900 電極チップ
110 後端側胴部
120 大径部
130 先端側胴部
140 脚長部
150 棚部
160 鍔部
170 段部
180 テーパ部
190 板パッキン
210 抵抗体
220 第1シール体
230 第2シール体
240 ネジ部
250 ガスシール部
260 工具係合部
270 加締め部
280,290 パッキン
310 滑石
320 突起部
340 後端部
350 棒状部
Claims (6)
- Ptを主成分とし、Rhを7質量%以上含み、PtとRhとの合計含有量が95質量%以上であり、
軸線方向に同一の断面形状を有する柱状の細部と、前記細部に隣接し、かつ前記軸線に直交する方向の断面積が前記細部よりも大きい太部とを有し、
前記軸線を含む平面で切断したときの任意の断面において、前記細部と前記太部との外表面における前記細部と前記太部との境界点から前記太部の端面の縁辺を表す2点のうちの前記境界点側の端点までの、前記太部の外表面を示す輪郭線の少なくとも一部は、前記境界点と前記端点とを結ぶ直線上及び/又は前記直線よりも前記軸線の径方向外側に存在し、
前記細部の端面から前記太部の端面までの距離であるチップ高さをH、前記境界点から前記太部の端面までの距離である太部高さをhとすると、チップ高さHに対する太部高さhの割合(h/H×100)が35%以上であり、
前記細部の端面の面積S’と前記太部の端面の面積Sとの比(S/S’)が1.2以上であり、
前記細部の硬度が220Hv以上であることを特徴とするスパークプラグ用の電極チップ。 - 前記面積S’が0.5mm2より大きい請求項1に記載のスパークプラグ用の電極チップ。
- 前記細部の端面の硬度が310Hv以上である請求項1又は2に記載のスパークプラグ用の電極チップ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のスパークプラグ用の電極チップであって、
前記軸線を含む平面で切断したときの任意の断面において、前記細部と前記太部との外表面における前記細部と前記太部との境界点から前記太部の端面の縁辺を表す2点のうちの前記境界点側の端点までの、前記太部の外表面を示す輪郭線の全部が、前記境界点と前記端点とを結ぶ直線上及び/又は前記直線よりも前記軸線の径方向外側に存在することを特徴とするスパークプラグ用の電極チップ。 - 絶縁体の軸線方向に延びる軸孔の一端側に保持された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具に一端部が接合されると共に、他端部が前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極と、を備えるスパークプラグにおいて、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方に請求項1〜4のいずれか一項に記載の電極チップが電気抵抗溶接部を介して接合されているスパークプラグ。 - 絶縁体の軸線方向に延びる軸孔の一端側に保持された中心電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた主体金具に一端部が接合されると共に、他端部が前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極と、を備えるスパークプラグにおいて、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方に請求項1〜4のいずれか一項に記載の電極チップがレーザ溶接部を介して接合されているスパークプラグ。
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