JPH0322033B2

JPH0322033B2 -

Info

Publication number: JPH0322033B2
Application number: JP20492082A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Kondo; Kozo Takamura; Kanji Higuchi
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1982-11-22
Filing date: 1982-11-22
Publication date: 1991-03-26
Also published as: JPS5994391A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は自動車などの内燃機関に用いて好都合
な点火プラグに関するものである。

従来この種の点火プラグとして、中心電極の火
花放電端に、耐熱、耐消耗性の白金より成る放電
部層を抵抗溶接法等で固定し、中心電極の火花放
電端の消耗を防ぐようになして長寿命化を図つた
ものがある。

しかしながら、従来の上記点火プラグによれ
ば、放電部層が脱落することが往々にして現われ
るという問題を有している。

そこで、本発明者はその放電部層の脱落の傾向
を調査したところ、放電部層と中心電極との接合
部に亀裂を生じており、この亀裂の部位で放電部
層が脱落していた。

このことは、放電部層の白金と中心電極の母材
金属であるニツケルとの間の線膨張率の相違によ
る熱応力が大きく起因していると思われる。

本発明は上記の点に鑑み、火花放電間隙を形成
する電極の母材金属と放電部層との間に、母材の
材料の熱膨張係数と放電部層材料の熱膨張係数と
の間の大きさの熱膨張係数を有し、５重量％乃至
60重量％の該母材金属のニツケル、および95重量
％乃至40重量％の白金を含む白金合金より成る熱
応力緩和層を配置したことにより、放電部層の脱
落を熱応力緩和層にて抑止できるとともに、放電
部層の消耗によつて緩和層が露出しても長時間使
用できる内燃機関用点火プラグを提供することを
目的とするものである。

以下本発明を具体的実施例により詳細に説明す
る。第１図、第２図において１はアルミナ磁器よ
りなる絶縁碍子で、中心に軸穴１ａが設けてあ
る。２は炭素鋼よりなる中軸で、絶縁碍子１の軸
穴１ａのうち上部に挿通してある。３は円筒状の
ハウジングで、耐熱、耐蝕性の金属で構成してあ
り、このハウジング３の内側にリング状気密パツ
キン４およびかしめリング５を介して上記絶縁碍
子１が固定してある。なおハウジング３には内燃
機関のシリンダブロツクに固定するためのネジ部
３ａが設けてある。６は中心電極であり、母材金
属としてニツケル−クロム（Ni−Cr）合金もし
くはインコネル600（商品名）から構成してある。
７は本発明の要部である２重白金層であり、中心
電極６の先端に抵抗溶接法により接合してある。
この２重白金層７は放電部７ａと熱応力の緩和層
７ｂとから成つている。放電部層７ａは白金合
金、例えば白金（Pt）70重量％乃至90重量％、
イリジウム（Ir）30重量％乃至10重量％から成
り、熱応力緩和層７ｂは白金と卑金属の合金、例
えば白金40重量％乃至95重量％、ニツケル60重量
％乃至５重量％から成つている。８は耐熱、耐蝕
性金属からなる接地電極で、中心電極６と同様の
母材金属で構成してある。９は白金チツプ層で、
接地電極８に抵抗溶接法により接合されている。
この白金チツプ層９は上記放電部層７ａと同様の
Pt合金で構成してある。１０は絶縁碍子１の軸
穴１ａ内に封着した導電性ガラスシール層であ
り、銅粉末を低融点ガラスとから構成されてお
り、このシール層１０で中軸２と中心電極６とを
電気的に接続すると共に、両者を絶縁碍子１の軸
穴１ａに移動なきよう固定してある。

なお、上記２重層７は、放電部層７ａの素材と
緩和層７ｂの素材とを重ねて圧延し、熱処理後に
プレスにて打抜いて製造する。

従来例では、白金製放電部層を中心電極およ
び／または接地電極の放電面に使用することによ
り、該電極の耐消耗性の大幅な向上を図つてい
る。しかし、放電部層は白金とイリジウムの合
金、もしくは白金とタングステンの合金、もしく
は白金とイリジウムに若干のNiを添加した合金
から成つていて単一のチツプで構成してあり、そ
の線膨張係数は約８〜９×10^-6／℃であり、両電
極とは約５×10^-6／℃の差がある。ところが、点
火プラグは高負荷、低負荷と種々の運転条件で使
用され、即ち高温、低温が繰返され、この冷熱繰
返しと線膨張差により放電部層と両電極との間で
それぞれ繰返し熱応力を受け、一般的には第３図
のａに示すように横亀裂が発生し、最後は放電部
層７が脱落する。なお、接地電極８側の白金チツ
プ９は横亀裂が生じるが、接地電極８は中心電極
６より高温となるため、この電極自体の消耗によ
り白金チツプ９自体は脱落する。この対策には
種々の方法が考えられるが、非常に温度が高くな
るエンジンや、プラグの電極温度が高くなる例え
ば第４図に示すような電極構成（従来より３〜７
mmほど突出したプラグ）には必ずしも有効といえ
ない。

そこで、本発明は電極温度が上昇した場合にも
上記横亀裂が生じないようにするものである。そ
のためには、熱応力を減ずる必要がある。この熱
応力を減ずるため、上記放電部層７の部分をPt
とNiとの合金から構成した熱応力緩和層７ｂと
白金合金製の放電部層７ａとに分けた。ここで、
熱応力緩和層７ｂはPt95重量％乃至40重量％と
Ni5重量％乃至60重量％の合金から構成してあ
る。一方、放電部層７ａはPt90重量％乃至70重
量％とIr10重量％乃至30重量％の合金、もしくは
この合金組成に２重量％乃至５重量％のNiが添
加された合金から構成してある。かかる合金組成
により、母材６ａと放電部層７ａとの間の線膨張
は徐々に変化している。即ち、母材６ａと放電部
層７ａとの間にこれら材料と中間の線膨張係数を
有する熱応力緩和層７ｂを設けることにより、熱
応力を大幅に減少し、前記横亀裂を無くすること
ができた。ここで、熱応力緩和層７ｂの厚さは少
なくとも20μの厚さを有ることが望ましい。

第５図に標準的なプラグ温度および、Ni添加
量と横亀裂発生の領域とを示す。ここで標準的な
プラグ温度とはW16X−Ｕという型式のプラグの
中心電極先端の温度であり、燃焼室内の温度の代
表値を示すものである。また、プラグ温度の本発
明における指示値は、１分WOTを160時間実施
した時の横亀裂発生状況を知るためのエンジン強
制冷熱試験のWOT時の温度を指す。第５図で一
般的には800℃が最大温度であるが（領域Ｂ）、極
端に厳しいエンジンおよび従来の一般プラグより
中心および接地電極が３〜７mmに突出したプラグ
になると900℃以上の領域Ａになる。Ｃは横亀裂
発生領域を示している。

そのため、熱緩和量７ｂのNiの含有量は５重
量％乃至60重量％が望ましい。この点を第６図に
示す。第６図より、Niの含有量が５重量％乃至
95重量％の範囲内であれば、熱応力緩和層７ｂ自
体に横亀裂が生じることは少ない。しかし、放電
部層７ａが消耗することによつて、熱応力緩和層
７ｂが露出し、熱応力緩和層７ｂが放電部層とし
て作用する場合には、Niの含有量は５重量％乃
至60重量％がよい。

これは、熱応力緩和層７ｂの酸化による消耗性
を考慮したためであり、Niの含有量が60％を越
すと、却つて酸化による消耗が進行してしまうた
めである。より一層の耐消耗性を重視すれば、
Niの含有量は５重量％乃至20重量％がよい。

一方、放電部層７ａは火花放電による消耗だけ
を考えれば、Ptのみでよい。しかし、Ptのみで
あると、第７図ａに示すごとく、放電部層７ａに
縦亀裂ｂを生じる。この亀裂を抑えるためにはIr
を添加するのがよく、この亀裂発生率とIrの添加
量との関係を第７図ｂに示す。同図より明らかな
ごとく、Irの添加量は10重量％乃至30重量％がよ
く、より好ましい範囲は15重量％乃至30重量％が
よい。30重量％を越えると、放電部層７ａを構成
する材料自体の硬度が上昇し、所望形状に加工で
きない。なお、上記Irの量はPtと合計して100重
量％の値である。

この放電部層７ａと熱応力緩和層７ｂとは互い
の線膨張率は近似したものとなり、両者間で線膨
張率の差による熱応力はほとんど生じない。

次に、接地電極８に設ける白金チツプ層９は、
該電極８の母材であるNi合金の線膨張率に近似
させるとともに耐消耗性の両者を狙つて、Niの
含有量を５重量％乃至60重量％にするのがよく、
より好ましくは５重量％乃至20重量％がよい。こ
の白金チツプ層９において、Niの含有量が増す
と、却つて酸化による消耗が進行する。ちなみ
に、接地電極８は中心電極６に比較して約100℃
程度温度が高く、白金チツプ層９中のNiの酸化
の進行度合が中心電極６側より速いため、白金チ
ツプ層９におけるNiの含有量は少なめがよい。

本発明は上述の実施例に限定されず、以下のご
とく種々の変形が可能である。

(1) 接地電極９が正極性となる点火回路を用いた
場合には、この接地電極９の方に中心電極６で
用いた、放電部層７ａと熱応力緩和層７ｂとの
組合せを採用すればよい。

(2) 中心電極６と接地電極９との両方に、放電部
層７ａ、熱応力緩和層７ｂの２重白金層を設け
てもよい。

(3) 中心電極６を単品の状態で例えば1000℃、３
時間という熱処理を施すことにより、熱応力緩
和層７ｂと中心電極６の母材との接合部に合金
層部を形成してもよい。これにより、熱応力の
緩和を一層図ることができる。なお、上記合金
層の厚さは少なくとも10μが望ましい。

(4) 中心電極６の先端の径を例えば0.7mm乃至1.2
mmとして先細形状にしてもよい。かかる形状に
より、着火性の向上を図ることができる。

(5) 中心電極６側の２重白金層７の大きさは直径
0.9mm、肉厚0.4mm（約5.5mg±２mgの重量）がよ
く、接地電極８側の白金チツプ層９の大きさは
直径0.7mm、肉厚0.3mm（約2.5mg±１mgの重畳）
がよい。この程度の寸法、重量であれば、価格
的に満足できるとともに寿命的にも満足でき
る。

(6) 中心電極６の母材は93重量％Ni、２重量％
Cr、３重量％Mn、２重量％Siで構成してもよ
い。

(7) 各層７ａ，７ｂ，９には不可避的不純物が入
つていてもよい。

以上述べたごとく本発明によれば、電極に設け
た白金製放電部層と上記電極の母材との間に、母
材の材料の熱膨張係数と放電部層材料の熱膨張係
数との間の大きさの熱膨張係数を有し、５重量％
乃至60重量％の該母材金属のニツケル、および95
重量％乃至40重量％の白金を含む白金合金より成
る熱応力緩和層を介在せしめたから、放電部層と
電極の母材との間の熱応力を緩和層で有効に緩和
することができ、従つて、亀裂による放電部層の
脱落を防止でき、さらに、放電部層の消耗によつ
て緩和層が露出しても、長時間使用できるという
耐久性に優れた点火プラグを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明点火プラグの一実施例を示す半
断面図、第２図は第１図の要部を拡大して示す断
面図、第３図は従来の説明に供する部分断面図、
第４図は本発明の説明に供する半断面図、第５図
および第６図は本発明の説明に供する特性図、第
７図ａは本発明の説明に供する中心電極部分を示
す正面図、第７図ｂ本発明の説明する供する特性
図である。６……中心電極、７……２重白金層、７ａ……
放電部層、７ｂ……熱応力緩和層、８……接地電
極、９……白金チツプ層。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも２つの対向した電極間に火花放電
間〓を形成し、ニツケルを含む母材よりなる前記
一方の電極に白金を含む耐消耗性の放電部層を設
けた内燃機関用点火プラグであつて、前記放電部層と前記一方の電極の母材との間
に、前記母材の材料の熱膨張係数と前記放電部層
材料の熱膨張係数との間の大きさの熱膨張係数を
有し、５重量％乃至60重量％のニツケルおよび95
重量％乃至40重量％の白金を含む白金合金より成
る熱応力緩和層を配置したことを特徴とする内燃
機関用点火プラグ。２前記放電部層は、70重量％乃至90重量％の白
金、および30重量％乃至10重量％のイリジウムを
含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の内燃機関用点火プラグ。３少なくとも２つの対向した電極間に火花放電
間〓を形成し、ニツケルを含む母材よりなる前記
一方の電極に、白金を含む耐消耗性の放電部層を
設けた内燃機関用点火プラグであつて、前記放電
部層と前記一方の電極の母材との間に、前記母材
の材料の熱膨張係数と前記放電部層材料の熱膨張
係数との間の大きさの熱膨張係数を有し、５重量
％乃至60重量％のニツケルおよび95重量％乃至40
重量％の白金を含む白金合金より成る熱応力緩和
層を配置し、前記他方の電極に、白金を含む耐消
耗性の層を設けたことを特徴とする内燃機関用点
火プラグ。４前記放電部層は、70重量％乃至90重量％の白
金、および30重量％乃至10重量％のイリジウムを
含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載の内燃機関用点火プラグ。５前記他方の電極に設けられた耐消耗性の層
は、５重量％乃至60重量％のニツケル、および95
重量％乃至49重量％の白金を含んでいることを特
徴とする特許請求の範囲第３項記載の内燃機関用
点火プラグ。