JP5978348B1 - スパークプラグ - Google Patents
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Abstract
Description
[1] 中心電極、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、及び前記中心電極と前記接地電極との対向するそれぞれの先端部の少なくとも一方に設けられた軸線方向に延びるチップを備えるスパークプラグであって、
前記チップは、本体部と被覆層と高比抵抗層とを含み、
前記本体部は、Irを最も多く含有し、かつ、Rh又はPtを2質量%以上含有し、Ir、Rh、及びPtの室温での結晶構造とは異なる結晶構造を有する金属元素をA群元素としたとき、前記A群元素のいずれの金属元素も含有しないか、或いは、前記A群元素の合計含有率が24質量%以下、かつ、Ruを除くA群元素の合計含有率が7質量%未満であり、
前記高比抵抗層は、前記本体部の側周面に設けられ、Niの含有率が前記本体部のNi含有率より多く、50質量%未満であり、自身の厚さが2μm以上45μm以下であり、
前記被覆層は、前記高比抵抗層の側周面に設けられ、Niを50質量%以上含有し、自身の厚さが3μm以上20μm以下であり、
前記チップの室温における比抵抗が20×10−8Ωm以下であることを特徴とするスパークプラグである。
[2] 前記チップは、室温における比抵抗が10.5×10−8Ωm以上である。
[3] 前記[1]又は[2]に記載のスパークプラグにおいて、前記高比抵抗層は、自身の厚さが2μm以上15μm以下である。
[4] 前記[1]〜[3]のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記被覆層は、Niを70質量%以上含有する高Ni層を含み、
前記高Ni層の厚さTnと前記被覆層の厚さThとの比(Tn/Th)が0.5以上である。
[5] 前記[1]〜[4]のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記本体部は、Niを0.6質量%以上3質量%以下含有する。
[6] 前記[1]〜[5]のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記本体部は、前記軸線方向に延びた形状を有する結晶粒の集合体であり、前記結晶粒のアスペクト比が2以上である。
[7] 前記[1]〜[6]のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記本体部は、Ir、Rh、Ru、Re、及びWのうち少なくともIrとRhとRuとを含有し、Irを60質量%以上、Rhを6質量%以上32質量%以下、及び、Ruを4質量%以上含有し、Ir、Ru、Re、及びWの合計含有率が93質量%以下である。
<スパークプラグ試験体の作製>
チップは、本体部となる芯材を製造し、電解めっき処理又は異種材料の張り合わせ(クラッド)によって、この芯材の表面にNi含有層(試験番号14はAu含有層)を形成して表面Ni部材を得て、この表面Ni部材に拡散処理を施すことにより製造した。なお、被覆層に含まれるNi以外の元素は、不可避不純物を除いて、本体部に含まれる元素のみとなるように作製した。
また、拡散処理後の本体部における結晶粒のアスペクト比を2以上とする場合には、本体部が再結晶化しないように熱処理の温度及び時間等の調整を行った。
チップの組成は、FE−EPMA(日本電子株式会社製JXA-8500F)のWDS分析を行うことにより、質量組成を測定した。
本体部の組成については、前述したように、軸線Aに直交する平面で切断し、この切断面の中央部Cで点分析を行った(加速電圧:20kV、スポット径:100μm)。
被覆層等の組成及び厚さについては、前述したように、前記切断面において中央部Cを通る2つの直交するラインL1、L2上を、各端部から1μm内側の位置を起点として、中央部Cに向かって4方向から点分析を行い(加速電圧:20kV、スポット径:1μm、1μm間隔)、図4に示すように、Niの含有率が70質量%以上の領域を高Ni層、Niの含有率が50質量%以上の領域を被覆層、Niの含有率が50質量%未満であり、かつ、本体部のNiの含有率より1質量%以上大きい領域を高比抵抗層とし、4つのラインで求めた高Ni層、被覆層、及び高比抵抗層のそれぞれの領域の長さの平均値を、高Ni層、被覆層、及び高比抵抗層それぞれの厚さとした。
また、高Ni層の厚さTnと被覆層の厚さThとの比(Tn/Th)を算出し、比(Tn/Th)が0.5以上の場合を「○」として、表1に示した。
チップの室温における比抵抗は、電気抵抗測定装置「HIOKI製 3541 RESISTANCE HiTESTER」を使用して、4端子測定法により10回の測定値の平均値を比抵抗として求めた。
本体部を構成する結晶粒のアスペクト比は、次のように測定した。まず、軸線Aを含む平面でチップを切断し、切断面を研磨して研磨面を得た。この研磨面をクロスセクションポリッシャー加工(日本電子株式会社製 SM−09010)若しくはイオンミリング加工(株式会社日立テクノロジーズ製 IM−4000)を施した断面をFE−SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)(日本電子株式会社製 JSM−6330F)により、組成像を観察し、軸線Aに平行な直線と結晶粒界とが交わる2点間の最大距離Lと、軸線Aに垂直な直線と結晶粒界とが交わる2点間の最大距離Mとを測定した。5個以上の結晶粒について、同様に最大距離Lと最大距離Mとを測定し、L/Mをそれぞれ算出し、算出した値の平均値を結晶粒のアスペクト比とした。アスペクト比が2以上の場合を「大」、アスペクト比が2より小さい場合を「小」として、表1に示した。
製造したスパークプラグ試験体を、試験用のエンジンに取り付け、スロットル全開、エンジン回転数6000rpmで、中心電極の先端から0.5mmの位置の温度を熱電対で測定しときの温度が1000℃になるようにして、10分間のスロットル全開後、2分間エンジン停止を1サイクルとして、スロットル全開時間の合計時間が200時間になるまで繰り返し行う耐久試験Aを行った。
×:時間Xが50時間
○:時間Xが100時間
◎:時間Xが110時間
☆:時間Xが120時間
★:時間Xが130時間
☆☆:時間Xが160時間
★☆:時間Xが180時間
★★:時間Xが200時間
<スパークプラグ試験体の作製>
被覆層の厚さを3μmにし、被覆層はNiを70質量%以上含有する高Ni層を有さず、高比抵抗層の厚さを2〜5μmの範囲内にしたこと以外は試験番号1〜58と同様にしてスパークプラグ試験体を製造した。
製造したスパークプラグ試験体を、試験用のエンジンに取り付け、スロットル全開、エンジン回転数5000rpmで、中心電極の先端から0.5mmの位置の温度を熱電対で測定したときの温度が1000℃になるようにして、耐久試験Aと同様にスロットル全開とエンジン停止を繰り返し行う耐久試験Bを行った。
中心電極の先端から0.5mmの位置の温度を熱電対で測定しときの温度が1030℃になるようにしたこと以外は耐久試験Bと同様にして、耐久試験Cを行った。
−:Y−Z>20時間
○:Y−Z≦20時間
2 軸孔
3 絶縁体
4、104 中心電極
5 端子金具
6 接続部
7 主体金具
8、108、208 接地電極
9、109、209、309 チップ
11 後端側胴部
12 大径部
13 先端側胴部
14 脚長部
15 棚部
16 鍔部
17 段部
18 テーパ部
19 板パッキン
21 抵抗体
22 第1シール体
23 第2シール体
24 ネジ部
25 ガスシール部
26 工具係合部
27 加締め部
28,29 パッキン
30 滑石
32 突起部
34 後端部
35 棒状部
41 本体部
42 高比抵抗層
43 被覆部
44 溶融部
45 高Ni層
G、G’ 火花放電間隙
Claims (7)
- 中心電極、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、及び前記中心電極と前記接地電極との対向するそれぞれの先端部の少なくとも一方に設けられた軸線方向に延びるチップを備えるスパークプラグであって、
前記チップは、本体部と被覆層と高比抵抗層とを含み、
前記本体部は、Irを最も多く含有し、かつ、Rh又はPtを2質量%以上含有し、Ir、Rh、及びPtの室温での結晶構造とは異なる結晶構造を有する金属元素をA群元素としたとき、前記A群元素のいずれの金属元素も含有しないか、或いは、前記A群元素の合計含有率が24質量%以下、かつ、Ruを除くA群元素の合計含有率が7質量%未満であり、
前記高比抵抗層は、前記本体部の側周面に設けられ、Niの含有率が前記本体部のNi含有率より多く、50質量%未満であり、自身の厚さが2μm以上45μm以下であり、
前記被覆層は、前記高比抵抗層の側周面に設けられ、Niを50質量%以上含有し、自身の厚さが3μm以上20μm以下であり、
前記チップの室温における比抵抗が20×10−8Ωm以下であることを特徴とするスパークプラグ。 - 前記チップは、室温における比抵抗が10.5×10−8Ωm以上であることを特徴とする請求項1に記載のスパークプラグ。
- 前記高比抵抗層は、自身の厚さが2μm以上15μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のスパークプラグ。
- 前記被覆層は、Niを70質量%以上含有する高Ni層を含み、
前記高Ni層の厚さTnと前記被覆層の厚さThとの比(Tn/Th)が0.5以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のスパークプラグ。 - 前記本体部は、Niを0.6質量%以上3質量%以下含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
- 前記本体部は、前記軸線方向に延びた形状を有する結晶粒の集合体であり、前記結晶粒のアスペクト比が2以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
- 前記本体部は、Ir、Rh、Ru、Re、及びWのうち少なくともIrとRhとRuとを含有し、Irを60質量%以上、Rhを6質量%以上32質量%以下、及び、Ruを4質量%以上含有し、Ir、Ru、Re、及びWの合計含有率が93質量%以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
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