JP6169475B2 - スパークプラグ - Google Patents
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Description
棒状の中心電極と、
前記中心電極が挿設される貫通孔を有する絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方の電極は、
前記火花ギャップを形成する柱状の電極チップと、
前記電極チップが端部にレーザ溶接された電極本体と、
前記レーザ溶接によって前記電極本体と前記電極チップとの間に形成され、前記電極本体の成分と前記電極チップの成分とが溶融した溶融部と、を備え、
前記電極チップの軸線に沿った2つの方向のうち、前記溶融部から見て前記電極チップ側の方向を第1方向とし、前記溶融部から見て前記電極本体側の方向を第2方向としたとき、
前記溶融部は、前記電極チップの軸線の位置において、前記電極チップの前記第2方向側の面と接触し、
前記溶融部のうち、前記電極チップの側面に露出する部位の最も前記第2方向側に位置する点を点Aとし、
前記点Aと前記電極チップの軸線を含む断面において、
前記電極チップの軸線と、前記溶融部と前記電極チップとの境界線と、の交点を点Xとし、
前記溶融部と前記電極本体との境界線上における最も前記第2方向側に位置する点を点Bとし、
前記電極チップの軸線と、前記溶融部と前記電極本体との境界線と、の交点を点Yとしたとき、
前記点Aは、前記点Xより前記第1方向側に位置し、
前記点Aと前記点Xを結ぶ線分AXと、前記点Xを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ1は、0<θ1≦10(単位は、度)を満たし、
前記点Bは、前記点Yより前記第2方向側に位置し、
前記点Bと前記点Yを結ぶ線分BYと、前記点Yを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ2は、0<θ2≦5(単位は、度)を満たす、スパークプラグ。
適用例1に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記溶融部と前記電極チップとの境界線は、前記電極チップの軸線と直交する直交方向との間の鋭角が±2度未満である第1の直交部を含み、
前記溶融部と前記電極本体との境界線は、前記直交方向との間の鋭角が±2度未満である第2の直交部を含み、
前記溶融部のうち、前記点Aが接する前記電極チップの側面とは反対側の側面と接する部位の最も前記第2方向側に位置する点を点A'とし、
前記溶融部のうち、前記点Bが位置する外表面とは反対側の外表面に露出する部位の最も前記第2方向側に位置する点を点B'としたとき、
前記点Aと前記点A'との間の前記直交方向の長さに対する、前記第1の直交部の前記直交方向の長さの割合は、70パーセント以上であり、
前記点Bと前記点B'との間の前記直交方向の長さに対する、前記第2の直交部の前記直交方向の長さの割合は、70パーセント以上である、スパークプラグ。
適用例1または適用例2に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Aと前記点Bとの間の前記第1方向の長さをEとしたとき、
E≦0.4mm(ミリメートル)を満たす、スパークプラグ。
適用例1ないし適用例3のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Xと前記点Yとの間の前記第1方向の長さをFとしたとき、
F≧0.15mm(ミリメートル)を満たす、スパークプラグ。
適用例1ないし適用例4のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記溶融部における前記電極チップの成分の含有率が、40重量パーセント以上、かつ、80重量パーセント以下である、スパークプラグ。
A−1.スパークプラグの構成:
以下、本発明の実施の態様を実施形態に基づいて説明する。図1は本実施形態のスパークプラグ100の断面図である。図1の一点破線は、スパークプラグ100の軸線CO(軸線COとも呼ぶ)を示している。軸線COと平行な方向(図1の上下方向)を軸線方向とも呼ぶ。軸線COを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、軸線COを中心とする円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図1における下方向を先端方向FDと呼び、上方向を後端方向BDとも呼ぶ。図1における下側をスパークプラグ100の先端側と呼び、図1における上側をスパークプラグ100の後端側と呼ぶ。スパークプラグ100は、絶縁体としての絶縁碍子10と、中心電極20と、接地電極30と、端子金具40と、主体金具50と、を備える。
図2は、中心電極20の先端部分の拡大斜視図である。図2においては、図1とは反対に、図の上方が先端方向FDであり、図の下方が後端方向BDである。後述する図3、図4についても同様である。
図4は、台座部27と電極チップ29との溶接方法について説明する図である。本実施形態では、YAGレーザより、細く、かつ、深い溶融部を形成可能であるファイバーレーザを用いて、台座部27と電極チップ29とを溶接している。
第1実施形態におけるスパークプラグ100の溶融部28の形状が互いに異なる15種類のサンプル1−1〜1−15を作成して評価を行った(表1)。各サンプルは、上述したレーザ溶接のレーザの照射条件を変更することによって、上述したθ11と、θ12との角度を互いに異ならせている。なお、各サンプルの電極チップ29の材料には、上述したIr−5Pt合金(5質量%の白金を含有したイリジウム合金)が用いられ、電極本体21(台座部27)の材料には、上述したインコネル600が用いられた。
電極チップ29の直径:0.6mm
電極チップ29の溶接前の厚さH1':0.5mm
台座部27の溶接前の先端の直径:0.9mm
次に、第1評価試験で明らかにされたθ11とθ12の好ましい範囲を満たす49個のサンプル2−1〜2−49を準備して、第1評価試験より厳しい条件で、冷熱試験を実行した。具体的には、第2評価試験の冷熱試験では、上述した目標温度が、摂氏950度に設定されている。なお、冷熱試験の他の条件、および、各サンプルに共通な他の寸法は、第1評価試験と同じである。
次に、第2評価試験で明らかにされた好ましい範囲を満たす6種類のサンプルを準備して、第1評価試験より厳しい条件で、火花試験を実行した。具体的には、第3評価試験の火花試験では、0.8MPaに加圧した窒素が充填されたチャンバ−内で、1秒間に100回の火花放電を発生させる火花試験を200時間行った。そして、25時間ごとに、サンプルを取り出し、電極チップ29の消耗量を測定した。複数個のサンプルでは、θ11が10度、θ12が5度に固定され、かつ、第1の直交比率(L1/M1)と第2の直交比率(J1/K1)とは、それぞれ70%に固定された。なお、各サンプルに共通な他の寸法は、第1評価試験と同じである。
次に、第2評価試験で明らかにされた好ましい範囲を満たす複数個のサンプルを準備して、第2評価試験より厳しい条件で、冷熱試験を実行した。具体的には、第4評価試験の冷熱試験では、上述した目標温度が、摂氏1000度に設定されている。なお、冷熱試験の他の条件は、第2評価試験と同じである。また、各サンプルに共通な寸法は、第1評価試験にて説明したとおりである。また、複数個のサンプルでは、θ11が10度、θ12が5度に固定され、かつ、第1の直交比率(L1/M1)と第2の直交比率(J1/K1)とは、それぞれ70%に固定された。
次に、第4評価試験で明らかにされた好ましい範囲を満たす7種類のサンプルを準備して、第4評価試験より厳しい条件で、冷熱試験を実行した。具体的には、第5評価試験の冷熱試験では、上述した目標温度が、摂氏1020度に設定されている。なお、冷熱試験の他の条件は、第4評価試験と同じである。また、7種類のサンプルでは、θ11が10度、θ12が5度に固定され、かつ、第1の直交比率(L1/M1)と第2の直交比率(J1/K1)とは、それぞれ70%に固定された。また、溶融部28の軸線CO上の長さF1が、0.3mmに固定された。
図9は、第2実施形態のスパークプラグの接地電極30Bの先端部分の拡大斜視図である。図9においては、図1と同様に、そして、図2、図3と反対に、図の下方が先端方向FDであり、図の上方が後端方向BDである。第2実施形態のスパークプラグの全体構成は、図1の第1実施形態のスパークプラグ100の全体構成と、同一である。
(1)上記第1実施形態および第2実施形態では、図1に示すように、スパークプラグ100の軸線COと、電極チップ29や接地電極30の軸線とが、同一であるタイプのスパークプラグを例に挙げた。これに代えて、スパークプラグ100の軸線COと、電極チップ29や接地電極30の軸線と、が交差するタイプ、例えば、直交するタイプのスパークプラグを採用しても良い。
および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種
々の態様での実施が可能である。
Claims (5)
- 棒状の中心電極と、
前記中心電極が挿設される貫通孔を有する絶縁体と、
前記絶縁体の外周に配置される主体金具と、
前記主体金具と電気的に導通し、前記中心電極との間で火花ギャップを形成する接地電極と、
を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方の電極は、
前記火花ギャップを形成する柱状の電極チップと、
前記電極チップが端部にレーザ溶接された電極本体と、
前記レーザ溶接によって前記電極本体と前記電極チップとの間に形成され、前記電極本体の成分と前記電極チップの成分とが溶融した溶融部と、を備え、
前記電極チップの軸線に沿った2つの方向のうち、前記溶融部から見て前記電極チップ側の方向を第1方向とし、前記溶融部から見て前記電極本体側の方向を第2方向としたとき、
前記溶融部は、前記電極チップの軸線の位置において、前記電極チップの前記第2方向側の面と接触し、
前記溶融部のうち、前記電極チップの側面に露出する部位の最も前記第2方向側に位置する点を点Aとし、
前記点Aと前記電極チップの軸線を含む断面において、
前記電極チップの軸線と、前記溶融部と前記電極チップとの境界線と、の交点を点Xとし、
前記溶融部と前記電極本体との境界線上における最も前記第2方向側に位置する点を点Bとし、
前記電極チップの軸線と、前記溶融部と前記電極本体との境界線と、の交点を点Yとしたとき、
前記点Aは、前記点Xより前記第1方向側に位置し、
前記点Aと前記点Xを結ぶ線分AXと、前記点Xを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ1は、0<θ1≦10(単位は、度)を満たし、
前記点Bは、前記点Yより前記第2方向側に位置し、
前記点Bと前記点Yを結ぶ線分BYと、前記点Yを通り前記電極チップの軸線と直交する直線とがなす鋭角の角度θ2は、0<θ2≦5(単位は、度)を満たす、スパークプラグ。 - 請求項1に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記溶融部と前記電極チップとの境界線は、前記電極チップの軸線と直交する直交方向との間の鋭角が±2度未満である第1の直交部を含み、
前記溶融部と前記電極本体との境界線は、前記直交方向との間の鋭角が±2度未満である第2の直交部を含み、
前記溶融部のうち、前記点Aが接する前記電極チップの側面とは反対側の側面と接する部位の最も前記第2方向側に位置する点を点A'とし、
前記溶融部のうち、前記点Bが位置する外表面とは反対側の外表面に露出する部位の最も前記第2方向側に位置する点を点B'としたとき、
前記点Aと前記点A'との間の前記直交方向の長さに対する、前記第1の直交部の前記直交方向の長さの割合は、70パーセント以上であり、
前記点Bと前記点B'との間の前記直交方向の長さに対する、前記第2の直交部の前記直交方向の長さの割合は、70パーセント以上である、スパークプラグ。 - 請求項1または請求項2に記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Aと前記点Bとの間の前記第1方向の長さをEとしたとき、
E≦0.4mm(ミリメートル)を満たす、スパークプラグ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記断面において、
前記点Xと前記点Yとの間の前記第1方向の長さをFとしたとき、
F≧0.15mm(ミリメートル)を満たす、スパークプラグ。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のスパークプラグであって、
前記溶融部における前記電極チップの成分の含有率が、40重量パーセント以上、かつ、80重量パーセント以下である、スパークプラグ。
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