JP5980247B2 - Spark plug - Google Patents
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Description
本発明は、スパークプラグに関する。 The present invention relates to a spark plug.
スパークプラグとしては、着火性および耐久性を高めるために、電極母材における基端部から先端部へと広がる母材面に、電極チップを接合した接地電極を備えるスパークプラグが知られている(例えば、特許文献1を参照)。このようなスパークプラグの電極チップは、火花放電や酸化に対する耐久性が電極母材よりも優れた材質から成る。例えば、電極チップの材質は、貴金属(例えば、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムなど)、または、貴金属を主成分とする合金などである。 As a spark plug, there is known a spark plug including a ground electrode in which an electrode tip is joined to a base material surface extending from a base end portion to a tip end portion of an electrode base material in order to improve ignitability and durability ( For example, see Patent Document 1). The electrode tip of such a spark plug is made of a material that is more resistant to spark discharge and oxidation than the electrode base material. For example, the material of the electrode tip is a noble metal (for example, platinum, iridium, ruthenium, rhodium, etc.) or an alloy containing the noble metal as a main component.
特許文献1のスパークプラグにおいて、電極チップより基端部側では、火炎核と接地電極との接触によって火炎核の熱エネルギが接地電極に奪われることから、電極チップより先端部側と比較して、火炎核の広がりが阻害されやすいという課題があった。そのため、火炎核の起点を接地電極の先端部側へ誘導することによって、スパークプラグの着火性を向上させたいとの要望があった。
In the spark plug of
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。本発明の第1の形態は、中心電極と、前記中心電極との間に間隙を形成する電極チップと、前記電極チップが接合された電極母材とを有する接地電極と、を備えるスパークプラグであって、前記電極チップは、前記電極母材における先端部から基端部へと広がる母材面から、前記中心電極に向けて突出し、前記電極母材における前記電極チップの周囲に、前記電極母材の成分と前記電極チップの成分とを含有する溶融部が形成され、前記先端部から前記基端部に向かう前記電極母材の長手方向に対して平行に前記電極チップの軸心を通る仮想面に直交する方向から見た前記電極チップと前記溶融部との境界線は、前記境界線と前記仮想面との前記先端部側の交点Aから、前記境界線と前記仮想面との前記基端部側の交点Bに向かうにつれて、前記中心電極に対向する前記電極チップの先端面から遠ざかり、前記電極母材は、前記母材面と前記先端部の先端面との間に、傾斜面および湾曲面の少なくとも一方によって構成された面取り部を有する、スパークプラグとして提供される。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms. A first aspect of the present invention is a spark plug comprising a center electrode, an electrode tip that forms a gap between the center electrode, and a ground electrode having an electrode base material to which the electrode tip is joined. The electrode tip protrudes toward the center electrode from a base material surface extending from a front end portion to a base end portion of the electrode base material, and around the electrode tip of the electrode base material, the electrode base A fusing part containing a material component and an electrode tip component is formed, and passes through the axis of the electrode tip in parallel to the longitudinal direction of the electrode base material from the tip portion toward the base end portion. A boundary line between the electrode tip and the melted portion viewed from a direction orthogonal to the plane is an intersection A between the boundary line and the virtual surface on the tip end side, and the base line between the boundary line and the virtual surface is As you go to the intersection B on the end side, The electrode base material is chamfered by at least one of an inclined surface and a curved surface between the base material surface and the front end surface of the front end portion, away from the front end surface of the electrode tip facing the center electrode. Provided as a spark plug.
(1)本発明の一形態によれば、中心電極と;前記中心電極との間に間隙を形成する電極チップと、前記電極チップが接合された電極母材とを有する接地電極と;を備えるスパークプラグが提供される。このスパークプラグにおいて、前記電極チップは、前記電極母材における先端部から基端部へと広がる母材面から、前記中心電極に向けて突出し;前記電極母材における前記電極チップの周囲に、前記電極母材の成分と前記電極チップの成分とを含有する溶融部が形成され;前記先端部から前記基端部に向かう前記電極母材の長手方向に対して平行に前記電極チップの軸心を通る仮想面に直交する方向から見た前記電極チップと前記溶融部との境界線は、前記境界線と前記仮想面との前記先端部側の交点Aから、前記境界線と前記仮想面との前記基端部側の交点Bに向かうにつれて、前記中心電極に対向する前記電極チップの先端面から遠ざかる。この形態によれば、溶融部の仕事関数は、電極母材の成分によって電極チップより低く、さらに、溶融部の先端部側は、溶融部の基端部側より先端面に近い。そのため、仕事関数の低い方に飛火しやすい火花放電は、電極チップの基端部側より電極チップの先端部側に発生しやすくなる。したがって、火炎核の起点を接地電極の先端部側へ誘導できる。その結果、スパークプラグの着火性を向上させることができる。 (1) According to one aspect of the present invention, a center electrode; and a ground electrode having an electrode tip that forms a gap between the center electrode and an electrode base material to which the electrode tip is joined are provided. A spark plug is provided. In this spark plug, the electrode tip protrudes toward the center electrode from a base material surface extending from a distal end portion to a base end portion of the electrode base material; around the electrode tip in the electrode base material, A melted portion containing an electrode base material component and an electrode tip component is formed; the axial center of the electrode tip is parallel to the longitudinal direction of the electrode base material from the tip portion toward the base end portion. The boundary line between the electrode tip and the melted portion viewed from the direction orthogonal to the passing virtual plane is the intersection between the boundary line and the virtual plane on the tip end side from the boundary A and the virtual plane. As it goes to the intersection B on the base end side, it moves away from the tip surface of the electrode tip facing the center electrode. According to this embodiment, the work function of the melting portion is lower than that of the electrode tip due to the component of the electrode base material, and the distal end side of the melting portion is closer to the distal end surface than the proximal end portion side of the melting portion. For this reason, a spark discharge that tends to fly to the lower work function is more likely to occur on the distal end side of the electrode tip than on the proximal end side of the electrode tip. Therefore, the starting point of the flame kernel can be guided to the tip side of the ground electrode. As a result, the ignitability of the spark plug can be improved.
(2)上述のスパークプラグにおいて、前記交点Aと前記交点Bとを通る仮想線ABが前記先端面となす角度Sは、3°≦S≦20°を満たしてもよい。この形態によれば、着火性を十分に確保できるとともに、電極チップの剥離に対する耐剥離性を十分に確保できる。 (2) In the spark plug described above, an angle S formed by a virtual line AB passing through the intersection A and the intersection B and the tip surface may satisfy 3 ° ≦ S ≦ 20 °. According to this embodiment, it is possible to sufficiently ensure the ignitability and sufficiently ensure the peeling resistance against the peeling of the electrode tip.
(3)上述のスパークプラグにおいて、前記先端面から前記交点Aまでの長さLaは、0.25mm≦La≦0.60mmを満たしてもよい。この形態によれば、着火性を十分に確保できるとともに、火花放電による電極チップの消耗に対する耐消耗性を十分に確保できる。 (3) In the spark plug described above, a length La from the tip surface to the intersection A may satisfy 0.25 mm ≦ La ≦ 0.60 mm. According to this embodiment, sufficient ignitability can be secured, and sufficient wear resistance against wear of the electrode tip due to spark discharge can be secured.
(4)上述のスパークプラグにおいて、前記中心電極の先端外径OD1と前記電極チップの外径OD2との関係は、0.0mm<(OD2−OD1)≦0.6mmを満たしてもよい。この形態によれば、着火性を効果的に向上させることができる。 (4) In the above-described spark plug, the relationship between the tip outer diameter OD1 of the center electrode and the outer diameter OD2 of the electrode tip may satisfy 0.0 mm <(OD2-OD1) ≦ 0.6 mm. According to this form, ignitability can be improved effectively.
(5)上述のスパークプラグにおいて、前記電極母材は、前記電極チップより前記先端部側に、傾斜面および湾曲面の少なくとも一方によって構成された面取り部を有してもよい。この形態によれば、電極チップより先端部側において、火炎核と接地電極との接触を面取り部によって遅延させている間に、火炎核の広がりを促進できる。その結果、スパークプラグの着火性をいっそう向上させることができる。 (5) In the spark plug described above, the electrode base material may have a chamfered portion formed of at least one of an inclined surface and a curved surface on the tip side from the electrode tip. According to this embodiment, the spread of the flame kernel can be promoted while the contact between the flame kernel and the ground electrode is delayed by the chamfered portion on the tip side from the electrode tip. As a result, the ignitability of the spark plug can be further improved.
本発明は、スパークプラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、スパークプラグの接地電極、スパークプラグの製造方法、スパークプラグの製造装置、その製造装置を制御するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体などの形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms other than the spark plug. For example, it may be realized in the form of a spark plug ground electrode, a spark plug manufacturing method, a spark plug manufacturing apparatus, a computer program for controlling the manufacturing apparatus, a non-temporary recording medium storing the computer program, and the like. it can.
A.第1実施形態
A−1.スパークプラグの構成
図1は、スパークプラグ10の部分断面を示す説明図である。図1には、スパークプラグ10の軸心である軸線CAを境界として、軸線CAより紙面左側にスパークプラグ10の外観形状が図示され、軸線CAより紙面右側にスパークプラグ10の断面形状が図示されている。本実施形態の説明では、スパークプラグ10における図1の紙面下側を「先端側」といい、図1の紙面上側を「後端側」という。
A. First embodiment A-1. Configuration of Spark Plug FIG. 1 is an explanatory view showing a partial cross section of a
スパークプラグ10は、中心電極100と、絶縁体200と、主体金具300と、接地電極400とを備える。本実施形態では、スパークプラグ10の軸線CAは、中心電極100、絶縁体200および主体金具300の各部材における軸心でもある。
The
スパークプラグ10は、中心電極100と接地電極400との間に形成された間隙SGを先端側に有する。スパークプラグ10の間隙SGは、火花ギャップとも呼ばれる。スパークプラグ10は、間隙SGが形成された先端側を燃焼室920の内壁910から突出させた状態で内燃機関90に取り付け可能に構成されている。スパークプラグ10を内燃機関90に取り付けた状態で高電圧(例えば、1万〜3万ボルト)を中心電極100に印加した場合、間隙SGに火花放電が発生する。間隙SGに発生した火花放電は、燃焼室920における混合気に対する着火を実現する。
The
図1には、相互に直交するXYZ軸を図示した。図1のXYZ軸は、後述する他の図におけるXYZ軸に対応する。 FIG. 1 shows XYZ axes orthogonal to each other. The XYZ axes in FIG. 1 correspond to the XYZ axes in other figures described later.
図1のXYZ軸のうち、X軸は、Y軸およびZ軸に直交する軸である。X軸に沿ったX軸方向のうち、+X軸方向は、図1の紙面奥から紙面手前に向かう方向であり、−X軸方向は、+X軸方向の逆方向である。 Of the XYZ axes in FIG. 1, the X axis is an axis orthogonal to the Y axis and the Z axis. Among the X-axis directions along the X-axis, the + X-axis direction is a direction from the back of the sheet of FIG. 1 toward the front of the sheet, and the −X-axis direction is a direction opposite to the + X-axis direction.
図1のXYZ軸のうち、Y軸は、X軸およびZ軸に直交する軸である。Y軸に沿ったY軸方向のうち、+Y軸方向は、図1の紙面右から紙面左に向かう方向であり、−Y軸方向は、+Y軸方向の逆方向である。 Of the XYZ axes in FIG. 1, the Y axis is an axis orthogonal to the X axis and the Z axis. Among the Y-axis directions along the Y-axis, the + Y-axis direction is a direction from the right side to the left side in FIG. 1, and the −Y-axis direction is a direction opposite to the + Y-axis direction.
図1のXYZ軸のうち、Z軸は、軸線CAに沿った軸である。Z軸に沿ったZ軸方向(軸線方向)のうち、+Z軸方向は、スパークプラグ10の後端側から先端側に向かう方向であり、−Z軸方向は、+Z軸方向の逆方向である。
Of the XYZ axes in FIG. 1, the Z axis is an axis along the axis CA. Of the Z-axis direction (axial direction) along the Z-axis, the + Z-axis direction is a direction from the rear end side to the front-end side of the
スパークプラグ10の中心電極100は、導電性を有する電極である。中心電極100は、軸線CAを中心に延びた棒状を成す。本実施形態では、中心電極100は、ニッケル(Ni)を主成分とするニッケル合金(例えば、インコネル600(「INCONEL」は登録商標))から成る。中心電極100の外側面は、絶縁体200によって外部から電気的に絶縁されている。中心電極100の先端側は、絶縁体200の先端側から突出している。中心電極100の後端側は、絶縁体200の後端側へと電気的に接続されている。本実施形態では、中心電極100の後端側は、端子金具190を介して絶縁体200の後端側へと電気的に接続されている。
The
スパークプラグ10の絶縁体200は、電気絶縁性を有する碍子である。絶縁体200は、軸線CAを中心に延びた筒状を成す。本実施形態では、絶縁体200は、絶縁性セラミックス材料(例えば、アルミナ)を焼成することによって作製される。絶縁体200は、軸線CAを中心に延びた貫通孔である軸孔290を有する。絶縁体200の軸孔290には、中心電極100を絶縁体200の先端側から突出させた状態で、中心電極100が軸線CA上に保持されている。
The
スパークプラグ10の主体金具300は、導電性を有する金属体である。主体金具300は、軸線CAを中心に延びた筒状を成す。本実施形態では、主体金具300は、筒状に成形された低炭素鋼にニッケルめっきを施した部材である。他の実施形態では、主体金具300は、亜鉛めっきを施した部材であっても良いし、めっきを施していない部材(無めっき)であっても良い。主体金具300は、中心電極100から電気的に絶縁された状態で絶縁体200の外側面にカシメによって固定されている。主体金具300の先端側には、端面310が形成されている。端面310の中央からは、中心電極100と共に絶縁体200が+Z軸方向に向けて突出している。端面310には、接地電極400が接合されている。
The
スパークプラグ10の接地電極400は、導電性を有する電極である。接地電極400は、電極母材410と、電極チップ450とを有する。電極母材410は、主体金具300の端面310から+Z軸方向に延びた後に軸線CAに向けて屈曲した形状を成す。電極母材410の後端側は、主体金具300に接合されている。電極母材410の先端側には、電極チップ450が接合されている。電極チップ450は、中心電極100との間に間隙SGを形成する。
The
本実施形態では、電極母材410の材質は、中心電極100と同様に、ニッケル(Ni)を主成分とするニッケル合金である。本実施形態では、電極チップ450の材質は、白金(Pt)を主成分とする合金である。他の実施形態では、電極チップ450の材質は、電極母材410より耐久性に優れた材質であればよく、純粋な貴金属(例えば、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)など)であってもよいし、これらの貴金属を主成分とする他の合金であってもよい。白金(Pt)はイリジウム(Ir)より耐酸化性に優れるため、電極チップ450の主成分は白金(Pt)であることが好ましい。
In the present embodiment, the material of the
A−2.接地電極の詳細構成
図2は、スパークプラグ10の先端側を示す説明図である。図2における上段の図2(A)は、中心電極100および接地電極400を+X軸方向から見た部分拡大図である。図2における下段の図2(B)は、接地電極400の先端側を−Z軸方向から見た部分拡大図である。図3は、+X軸方向から見た接地電極400の先端側を更に拡大した部分拡大図である。
A-2. Detailed Configuration of Ground Electrode FIG. 2 is an explanatory view showing the tip side of the
中心電極100は、円柱状を成す。中心電極100は、先端面101と側面107とを有する。先端面101および側面107は、中心電極100の先端側の端部を構成する。中心電極100の先端面101は、X軸およびY軸に平行であるとともに+Z軸方向を向く面である。中心電極100の側面107は、軸線CAの周囲に形成されたZ軸に平行な面である。本実施形態では、中心電極100の部位のうち先端面101が、接地電極400の電極チップ450との間に間隙SGを形成する。
The
接地電極400の電極母材410は、母材面411,412,413,414,415,416を有する。母材面411は、電極母材410の後端側から先端側にわたって形成され、後端側から先端側に向かう途中で湾曲しており、接地電極400の先端側において−Z軸方向を向く面である。本実施形態では、母材面411は、後端側ではX軸およびZ軸に平行かつ+Y軸方向を向き、先端側ではX軸方向およびY軸方向に平行かつ−Z軸方向を向いている。本実施形態では、母材面411が母材面413となす角度は、ほぼ直角である。
The
母材面412は、電極母材410の後端側から先端側にわたって形成され、接地電極400の先端側において+Z軸方向を向く面である。母材面413は、接地電極400の先端部を構成し、+Y軸方向を向く面である。母材面414は、接地電極400の基端部を構成し、−Z軸方向を向く面である。母材面415は、電極母材410の後端側から先端側にわたって形成され、−X軸方向を向く面である。母材面416は、電極母材410の後端側から先端側にわたって形成され、+X軸方向を向く面である。電極母材410の部位のうち、電極母材410の母材面413から母材面414へと広がる母材面411の先端側には、電極チップ450が設けられている。
The
接地電極400の電極チップ450は、電極母材410の母材面411から−Z軸方向に向けて突出した円柱状の突出部である。本実施形態では、電極チップ450の軸心CAcは、軸線CA上にあり、Z軸に平行である。電極チップ450は、先端面451と側面453を有する。先端面451は、X軸およびY軸に平行であるとともに−Z軸方向を向く先端面である。先端面451は、中心電極100の先端面101との間に間隙SGを形成する。側面453は、軸心CAcの周囲に形成されたZ軸に平行な側面である。電極チップ450は、側面453における+Z軸方向側の周囲において電極母材410に接合されている。
The
図4は、電極母材410に電極チップ450を接合する様子を示す説明図である。本実施形態では、電極母材410に接合する前の電極チップ450は、側面453よりも外側に張り出た張出部459を、先端面451とは反対側の端部に有する。電極母材410に対する電極チップ450の接合は、電極母材410の母材面411に電極チップ450の張出部459を向けた状態で電極母材410に電極チップ450を配置した後、電極母材410と電極チップ450との境界をレーザ溶接することによって行われる。
FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the
電極母材410に電極チップ450を接合するレーザ溶接において、レーザを入射する入射方向LDは、電極母材410の母材面411および電極チップ450の側面453に対して傾斜する方向であって、電極チップ450の張出部459に向かう方向である。電極母材410に電極チップ450を接合するレーザ溶接において、レーザを移動させる移動方向LMは、電極チップ450の周囲を一周する方向である。
In laser welding in which the
電極母材410における電極チップ450の周囲には、電極母材410に電極チップ450を接合するレーザ溶接によって溶融部430が形成されている。図2には、溶融部430にハッチングが施されている。溶融部430は、レーザ溶接によって一旦溶融した電極母材410および電極チップ450に由来する金属が凝固した部位(いわゆる、溶接ビード)である。溶融部430は、電極母材410の成分と、電極チップ450の成分とを含有する。溶融部430は、電極チップ450に由来する貴金属成分を含有する。本実施形態では、電極母材410の張出部459は、レーザ溶接によって完全に消失している。他の実施形態では、張出部459の少なくとも一部は、電極母材410にレーザ溶接された後の電極チップ450に残されていてもよい。他の実施形態では、張出部459が形成されていない電極チップ450を用いて接地電極400を作製してもよい。
Around the
図2(B)に示す仮想面VPは、母材面413から母材面414に向かう電極母材410の長手方向に対して平行に電極チップ450の軸心CAcを通る。X軸方向は、仮想面VPに直交する方向である。図2(A)および図3に示すように、電極チップ450と溶融部430との境界線435は、X軸方向から見た場合、境界線435と仮想面VPとの母材面413側の交点Aから、境界線435と仮想面VPとの母材面414側の交点Bに向かうにつれて遠ざかる。本実施形態では、X軸方向から見た境界線435は、曲がりくねりながら交点Aと交点Bとを繋ぐ曲線である。他の実施形態では、X軸方向から見た境界線435は、−Z軸方向に張り出した曲線であってもよいし、+Z軸方向に張り出した曲線であってもよいし、直線状であってもよい。
2B passes through the axis CAc of the
電極チップ450の剥離に対する耐剥離性を十分に確保する観点から、交点Aと交点Bとを通る仮想線ABが先端面451となす角度Sは、3°≦S≦20°を満たすことが好ましい。角度Sの評価については後述する。
From the viewpoint of sufficiently securing the peeling resistance against peeling of the
角度Sは、次の関係式で表される。
tanS=(Lb−La)/OD2
La:先端面451から交点Aまでの長さ
Lb:先端面451から交点Bまでの長さ
OD2:電極チップ450の外径
The angle S is expressed by the following relational expression.
tanS = (Lb−La) / OD2
La: Length from the
火花放電による電極チップ450の消耗に対する耐消耗性を十分に確保する観点から、長さLaは、0.25mm≦La≦0.60mmを満たすことが好ましい。長さLaの評価については後述する。長さLbは、電極チップ450が母材面411から突出する突出長Lsより短い。
From the viewpoint of sufficiently ensuring the wear resistance of the
図5は、第1変形例の接地電極401を示す説明図である。第1変形例の接地電極401は、面取り部417cを有する電極母材410を備える点を除き、上述した接地電極400と同様である。面取り部417cは、電極チップ450より母材面413側における母材面411と母材面413との間に形成されている。面取り部417cは、母材面411および母材面413に対して傾斜した傾斜面によって構成されている。面取り部417cの一部は、湾曲面であってもよい。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the
図6は、第2変形例の接地電極402を示す説明図である。第2変形例の接地電極402は、面取り部417rを有する電極母材410を備える点を除き、上述した接地電極400と同様である。面取り部417rは、電極チップ450より母材面413側における母材面411と母材面413との間に形成されている。面取り部417rは、外側に張り出した湾曲面によって構成されている。面取り部417rの一部は、平面であってもよい。
FIG. 6 is an explanatory view showing a
A−3.評価試験
図7〜図11は、スパークプラグ10の着火性および耐剥離性を評価した結果を示す表である。図7〜図11の評価試験では、試験者は、中心電極100および接地電極400に各種寸法が異なる複数のスパークプラグ10を試料として用意し、各試料の着火性および耐剥離性を評価した。
A-3. Evaluation Test FIGS. 7 to 11 are tables showing the results of evaluating the ignitability and peel resistance of the
これらの試料では、次の各種寸法の少なくとも1つが異なる。
・中心電極100の先端外径OD1
・電極チップ450の外径OD2
・電極チップの突出長Ls
・先端面451から交点Aまでの距離La
・先端面101から先端面451までの間隙距離Lsg
・仮想線ABが先端面451となす角度S
These samples differ in at least one of the following various dimensions.
-Tip electrode outer diameter OD1 of the
・ Outer diameter OD2 of
・ Projection length Ls of electrode tip
-Distance La from
-Gap distance Lsg from
The angle S formed by the imaginary line AB and the
各試料に共通する仕様は、次の通りである。
・電極母材410の材質:インコネル601
・電極チップ450の材質:白金(Pt)を主成分とし20質量%のイリジウム(Ir)を含有する合金
The specifications common to each sample are as follows.
-Material of electrode base material 410: Inconel 601
-Material of the electrode tip 450: an alloy containing platinum (Pt) as a main component and containing 20% by mass of iridium (Ir)
試験者は、着火性を評価するために、各試料に対して火花試験を実施した。火花試験では、試験者は、火花試験装置の試験室(雰囲気:窒素、圧力:1.2MPa)に据え付けた試料に、通電によって周波数100Hzで負極性放電を発生させ、高速度カメラを用いて火花放電を撮影した。その後、試験者は、火花放電を撮影した画像を解析することによって、電極チップ450における+Y軸方向側(電極母材410の先端部側)に飛火した火花放電と、電極チップ450における−Y軸方向側(電極母材410の基端部側)に飛火した火花放電とを計測し、先端部側の火花放電と基端部側の火花放電との割合である飛火割合を算出した。具体的には、試験者は、火花放電を撮影した画像に基づいて、試験開始から先端部側において火花放電が10回確認されるまで、先端部側および基端部側における火花放電を計数し、それぞれ計数された回数から飛火割合を算出した。
The tester performed a spark test on each sample in order to evaluate the ignitability. In the spark test, the tester generates a negative discharge at a frequency of 100 Hz by energizing a sample installed in a test chamber (atmosphere: nitrogen, pressure: 1.2 MPa) of the spark test apparatus, and uses a high-speed camera to spark. The discharge was photographed. Thereafter, the tester analyzes an image obtained by photographing the spark discharge, thereby causing a spark discharge that has struck to the + Y-axis direction side (the tip portion side of the electrode base material 410) in the
図7〜図11の火花試験によれば、境界線435が交点Aから交点Bに向かうにつれて先端面451から遠ざかるように角度Sを0°より大きくすることによって、先端部側における火花放電の割合が大きくなることが分かる。先端部側における火花放電の割合が大きくなる程、火炎核の起点を接地電極400の先端部側へ誘導できるため、スパークプラグ10の着火性が向上する。この結果は、溶融部430の仕事関数が電極母材410の成分によって電極チップ450より低く、さらに、溶融部430の先端部側が溶融部430の基端部側より先端面451に近いため、仕事関数の低い方に飛火しやすい火花放電が電極チップ450の基端部側より電極チップ450の先端部側に発生しやすくなることに起因すると考えられる。
According to the spark test of FIGS. 7 to 11, the ratio of the spark discharge on the tip side is increased by making the angle S larger than 0 ° so that the
試験者は、耐剥離性を評価するために、各試料に対して、次の手順1,2を1000回繰り返す冷熱サイクル試験を実施した。
(手順1)電極チップ450の温度が1000℃になるように、2分間、電極母材410に接合された電極チップ450をバーナで加熱。
(手順2)1分間、電極チップ450を徐冷。
In order to evaluate the peel resistance, the tester performed a thermal cycle test in which the following
(Procedure 1) The
(Procedure 2) Slowly cool the
試験者は、冷熱サイクル試験を終えた後、溶融部430におけるクラック(ひび割れ)の有無を確認した。試験者は、次の評価基準に基づいて各試料の耐剥離性を評価した。
◎(優):クラックなし
○(並):クラックあり
×(劣):電極チップ450の剥離
The tester confirmed the presence or absence of a crack (crack) in the fusion | melting
◎ (Excellent): No crack ○ (Normal): Cracked × (Inferior): Peeling of
図7〜図11の冷熱サイクル試験によれば、角度Sが20°を越える場合、耐剥離性が低下することが分かる。この結果は、角度Sが大きすぎる場合、電極チップ450より−Y軸方向側に溶融部430の大きさを十分に確保できないことに起因すると考えられる。したがって、着火性および耐剥離性を十分に確保する観点から、角度Sは3°≦S≦20°を満たすことが好ましい。
According to the thermal cycle test of FIGS. 7-11, when angle S exceeds 20 degrees, it turns out that peeling resistance falls. This result is considered to be because when the angle S is too large, the size of the
図12は、スパークプラグ10の着火性および耐消耗性を評価した結果を示す表である。図12の評価試験では、試験者は、距離Laおよび角度Sの少なくとも一方が異なる複数のスパークプラグ10を試料として用意し、各試料の着火性および耐消耗性を評価した。図12の評価試験における試料では、電極母材410および電極チップ450の各材質は、図7〜図11の評価試験における試料と同様である。
FIG. 12 is a table showing the results of evaluating the ignitability and wear resistance of the
試験者は、着火性を評価するために、図7〜図11の評価試験と同様に、各試料に対して火花試験を実施した。図12の火花試験によれば、先端面451から交点Aまでの距離Laを大きくすることによって、先端部側における火花放電の割合が大きくなり、その結果、スパークプラグ10の着火性が向上することが分かる。
In order to evaluate the ignitability, the tester performed a spark test on each sample in the same manner as the evaluation tests in FIGS. According to the spark test of FIG. 12, by increasing the distance La from the
試験者は、耐消耗性を評価するために、各試料に対して、火花試験と同条件で、200時間、火花放電を発生させる耐久試験を実施した。試験者は、次の評価基準に基づいて各試料の耐剥離性を評価した。
◎(優):間隙距離Lsgの増加量が0.2mm未満
○(並):間隙距離Lsgの増加量が0.2mm以上0.3mm未満
×(劣):間隙距離Lsgの増加量が0.3mm以上
In order to evaluate the wear resistance, the tester performed a durability test for generating a spark discharge for 200 hours under the same conditions as the spark test. The tester evaluated the peel resistance of each sample based on the following evaluation criteria.
A (excellent): the increase amount of the gap distance Lsg is less than 0.2 mm ○ (ordinary): the increase amount of the gap distance Lsg is 0.2 mm or more and less than 0.3 mm x (poor): the increase amount of the gap distance Lsg is 0. 3mm or more
図12の耐久試験によれば、距離Laが0.25mm未満である場合、耐消耗性が低下することが分かる。この結果は、距離Laが短かすぎる場合、溶融部430が火花放電による消耗の影響を受けやすくなるためであると考えられる。試験者による他の評価試験によれば、距離Laが0.60mmを越える場合、先端部側における火花放電の割合を十分に確保できなかった。したがって、着火性および耐消耗性を十分に確保する観点から、距離Laは0.25mm≦La≦0.60mmを満たすことが好ましい。
According to the durability test of FIG. 12, it can be seen that when the distance La is less than 0.25 mm, the wear resistance decreases. This result is considered to be because, when the distance La is too short, the melted
図13は、スパークプラグ10の着火性を評価した結果を示す表である。図13の評価試験では、試験者は、電極チップ450の外径OD2が異なる複数のスパークプラグ10を試料として用意し、各試料の着火性を評価した。図13の評価試験における試料では、電極母材410および電極チップ450の各材質は、図7〜図11の評価試験における試料と同様である。
FIG. 13 is a table showing the results of evaluating the ignitability of the
試験者は、着火性を評価するために、図7〜図11の評価試験と同様に、各試料に対して火花試験を実施した。図13の評価試験では、試験者は、火花放電を撮影した画像に基づいて、試験開始から先端部側において火花放電が30回確認されるまで、先端部側および基端部側における火花放電を計数し、それぞれ計数された回数から飛火割合を算出した。図13の火花試験によれば、中心電極100の先端外径OD1に対して電極チップ450の外径OD2が大きくなる程、先端部側における火花放電の割合が大きくなり、その結果、スパークプラグ10の着火性が向上することが分かる。したがって、着火性を効果的に向上させる観点から、先端外径OD1と外径OD2との関係は、0.0mm<(OD2−OD1)≦0.6mmを満たすことが好ましい。
In order to evaluate the ignitability, the tester performed a spark test on each sample in the same manner as the evaluation tests in FIGS. In the evaluation test of FIG. 13, the tester performs the spark discharge on the distal end side and the proximal end side from the start of the test until the spark discharge is confirmed 30 times on the distal end side based on the image obtained by photographing the spark discharge. Counting was performed, and the ratio of fire was calculated from the counted number. According to the spark test of FIG. 13, the larger the outer diameter OD2 of the
A−4.効果
以上説明した実施形態によれば、境界線435は、+Y軸方向側の交点Aから−Y軸方向側の交点Bに向かうにつれて先端面451から遠ざかる。これによって、仕事関数の低い方に飛火しやすい火花放電は、電極チップ450の+Y軸方向側より電極チップ450の−Y軸方向側に発生しやすくなる。したがって、火炎核の起点を接地電極400の+Y軸方向側へ誘導できる。その結果、スパークプラグ10の着火性を向上させることができる。
A-4. Effects According to the embodiment described above, the
また、仮想線ABが先端面451となす角度Sが3°≦S≦20°を満たす場合、着火性を十分に確保できるとともに、電極チップ450の剥離に対する耐剥離性を十分に確保できる。
Further, when the angle S formed by the virtual line AB with the
また、先端面451から交点Aまでの長さLaが0.25mm≦La≦0.60mmを満たす場合、着火性を十分に確保できるとともに、火花放電による電極チップ450の消耗に対する耐消耗性を十分に確保できる。また、中心電極100の先端外径OD1と電極チップ450の外径OD2との関係が0.0mm<(OD2−OD1)≦0.6mmを満たす場合、着火性を効果的に向上させることができる。
In addition, when the length La from the
また、電極母材410が、電極チップ450より+Y軸方向側に、傾斜面および湾曲面の少なくとも一方によって構成された面取り部417c,417rを有する場合、電極チップ450より+Y軸方向側において、火炎核と接地電極400との接触を面取り部417c,417rによって遅延させている間に、火炎核の広がりを促進できる。その結果、スパークプラグ10の着火性をいっそう向上させることができる。
Further, when the
B.他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
B. Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10…スパークプラグ
90…内燃機関
100…中心電極
101…先端面
107…側面
190…端子金具
200…絶縁体
290…軸孔
300…主体金具
310…端面
400,401,402…接地電極
410…電極母材
411,412,413,414,415,416…母材面
417c,417r…面取り部
430…溶融部
435…境界線
450…電極チップ
451…先端面
453…側面
459…張出部
910…内壁
920…燃焼室
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記中心電極との間に間隙を形成する電極チップと、前記電極チップが接合された電極母材とを有する接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記電極チップは、前記電極母材における先端部から基端部へと広がる母材面から、前記中心電極に向けて突出し、
前記電極母材における前記電極チップの周囲に、前記電極母材の成分と前記電極チップの成分とを含有する溶融部が形成され、
前記先端部から前記基端部に向かう前記電極母材の長手方向に対して平行に前記電極チップの軸心を通る仮想面に直交する方向から見た前記電極チップと前記溶融部との境界線は、前記境界線と前記仮想面との前記先端部側の交点Aから、前記境界線と前記仮想面との前記基端部側の交点Bに向かうにつれて、前記中心電極に対向する前記電極チップの先端面から遠ざかり、
前記電極母材は、前記母材面と前記先端部の先端面との間に、傾斜面および湾曲面の少なくとも一方によって構成された面取り部を有する、スパークプラグ。 A center electrode;
A spark plug comprising: an electrode tip that forms a gap with the center electrode; and a ground electrode having an electrode base material to which the electrode tip is joined,
The electrode tip protrudes toward the center electrode from the base material surface that spreads from the distal end portion to the base end portion of the electrode base material,
Around the electrode tip in the electrode base material, a melting portion containing the component of the electrode base material and the component of the electrode tip is formed,
A boundary line between the electrode tip and the melted portion as viewed from a direction orthogonal to a virtual plane passing through the axis of the electrode tip parallel to the longitudinal direction of the electrode base material from the distal end toward the base end The electrode tip that faces the central electrode from the intersection A on the distal end side of the boundary line and the virtual plane toward the intersection B on the proximal end side of the boundary line and the virtual plane rent farther away from the tip surface,
The electrode base material is a spark plug having a chamfered portion formed by at least one of an inclined surface and a curved surface between the base material surface and a front end surface of the front end portion .
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