JPH05135846A

JPH05135846A - 内燃機関用スパークプラグ

Info

Publication number: JPH05135846A
Application number: JP29541591A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Oshima; 崇文大島; Hiroyasu Ogura; 浩靖小倉
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1991-11-12
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁碍子から貴金属電極が突出していて、こ
れによって放電電圧が低く保たれるスパークプラグの電
極材料および突出部の適切な寸法の提供。【構成】絶縁碍子２と、貴金属電極４とが隙間無く接
合され、貴金属電極４は少なくとも片方の端部に径大部
４２を有し、かつどちらかの端部が前記絶縁碍子先端面
より突出した構造のスパークプラグであって、前記貴金
属電極４は、元素周期律表の３Ａ族あるいは４Ａ族の単
体もしくはその酸化物を少なくとも１種類以上、０．０
１重量％〜１．０重量％残余Ｐｔから成り、かつＰｔ素
材中に分散されている。また前記貴金属電極４の突出部
４１の径ｄは、０．３ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下で、か
つ突出量Ｌは、０より大きく０．６ｍｍ以下が望まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車用内燃機関に
おいて、各シリンダに装着して、機関内での爆発、燃焼
させる役目を持つ内燃機関用スパークプラグに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】絶縁碍子と貴金属電極とを隙間無く接合
した構造のスパークプラグは、従来より提案されていた
が、貴金属電極を突出した構造の貴金属材料の材質指定
はされていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来構造（絶縁碍子中
に貴金属電極が埋設される）では、純白金を用いていた
が、白金は高温（９００〜１０００℃以上）で結晶粒の
粗大化が起こり易く、特に絶縁碍子より突出した構造で
は、エンジンに装着して長時間使用するうちに粗大化し
た結晶粒の粒界からクラックが入り欠落してしまう不具
合があった。この発明の目的は、絶縁碍子から貴金属電
極が突出していて、これによって放電電圧が低く保たれ
るスパークプラグの電極材料および突出部の適切な寸法
の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明のスパークプラ
グは、絶縁碍子と、先端に貴金属電極とが隙間無く接合
され、かつ前記貴金属電極は少なくとも片方の端部に径
大部を有し、かつどちらかの端部が、前記絶縁碍子先端
面より突出した構造のスパークプラグであって、前記貴
金属電極は、高温での結晶粒の粗大化を防ぐために元素
周期律表の３Ａ族あるいは４Ａ族の単体もしくはその酸
化物を少なくとも１種類以上、０．０１重量％〜１．０
重量％、残余Ｐｔから成り、かつ前記単体もしくはその
酸化物は、Ｐｔ素材中に分散されている構成を採用し
た。また前記のスパークプラグにおいて、前記貴金属電
極の絶縁碍子先端からの突出部の径は、０．３ｍｍ以
上、１．０ｍｍ以下で、かつ突出量は、０より大きく
０．６ｍｍ以下である構成を採用した。その根拠は、放
電電圧の低減を目的とするため、できる限り貴金属電極
の径が細く、突出量の大きいものが望ましいが、径が細
いと耐久性に問題があり、０．３ｍｍ以上とした。また
貴金属電極の径が太いと電圧が高くなること、貴金属使
用量が増すこと等より１．０ｍｍを上限とした。また突
出量は、０．５〜０．６ｍｍ近辺で電圧の低減効果が飽
和すること、さらに突出量を増すと突出部の温度上昇が
顕著で、電極消耗が加速されることなどにより０．６ｍ
ｍ以下、望ましくは０．３〜０．５ｍｍが良い。

【０００５】

【作用】この発明のスパークプラグの中心電極は、先端
部に０．０１重量％〜１．０重量％のジルコニア（Ｚｒ
Ｏ₂)または、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃)、トリア（Ｔｈ
Ｏ₂)、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）など
の周期律表における３Ａ族、４Ａ族元素の単体または酸
化物と、残余Ｐｔからなる貴金属電極を設けることによ
り、中心電極を含む絶縁碍子の高温での焼成後でも貴金
属電極の粗大化がなく、結晶粒界を微細にすることがで
きる。また絶縁碍子からの貴金属電極の突出量を０より
大きく０．６ｍｍ以下で、かつ貴金属電極の径を０．３
ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることから、火花点火時に
放電電圧がばらつかず、低くすることができる。

【０００６】

【実施例】図１は、この発明にかかるスパークプラグＳ
を示し、先端面にＬ字形の外側電極１１が溶接された筒
状の主体金具１内に、軸穴２１付き絶縁碍子２を嵌め込
んでいる。絶縁碍子２は、主体金具１内周に設けた段座
１２にパッキン１４を介して絶縁碍子２の座面２２に係
止し、主体金具１の頭部１３をかしめることにより固定
されている。絶縁碍子２の軸穴２１には、先端部に絶縁
碍子２と同時焼成された貴金属電極４が封着され、その
先端部が絶縁碍子２の先端より突出する突出部４１とな
ると共に、後端鍔部である径大部４２は軸穴２１の先端
段部２１Ａに当接し、後端側に導電性ガラスシール３１
が充填されると共に、モノシリック抵抗体３２及び導電
性シール材３３を介して、端子電極３が加熱封着されて
中心電極を構成している。

【０００７】貴金属電極４は、図２にその拡大断面図を
示すごとく、導電性ガラスシール３１と接続した径小の
軸穴２１Ｂと同径の径大部４２と、その先端が絶縁碍子
２から突出量Ｌだけ突出し、軸穴２１Ｂより径小で、径
をｄとする径小部４３からなる。

【０００８】貴金属電極４は、９９．９９重量％〜９
９．００重量％のＰｔと、その合金成分として、０．０
１重量％〜１．００重量％のＹ、Ｚｒ、ＺｒＯ₂、Ｙ₂
Ｏ₃、ＴｈＯ₂などの周期律表における３Ａ族あるいは
４Ａ族元素の単体または酸化物からなる。

【０００９】絶縁碍子２は、未焼成のグリーンプレス成
形体のときに、軸穴２１の先端に貴金属電極４を装着し
て径大部４２を軸穴２１の先端段部２１Ａに係止し、１
５００℃〜１６００℃の大気雰囲気中で焼成を行い形成
する。そして絶縁碍子２は、高温焼成の後、焼結収縮に
よる力で貴金属電極４を締め付けて保持するものであ
る。その後、絶縁碍子２の軸穴２１に一体に封着された
貴金属電極４の径大部４２上に、酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルカリ土
類金属酸化物、アルカリ金属酸化物の組成からなるアル
ミノ珪酸塩ガラスとニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）
などの金属粉末からなる導電性ガラスシール３１、モノ
シリック抵抗体３２及びホウ珪酸ガラスと金属粉末の混
合物からなる導電性シール材３３を充填して端子電極３
でもって軸穴２１内に加熱封着される。

【００１０】従って、貴金属電極４は、上記のごとく絶
縁碍子２の焼成時に高温の大気雰囲気中に晒されること
となり、貴金属電極４の高温時における結晶粒の粗大化
および酸化揮発による消耗がおこる。しかし、純Ｐｔで
形成した場合と比べて、ＰｔとＹ、Ｚｒ、ランタン（Ｌ
ａ）、トリウム（Ｔｈ）などの合金を貴金属電極４に用
いると、貴金属電極４の結晶の粗大化が起こらず、スパ
ークプラグ使用中の燃焼ガスと新気ガスとの冷熱繰り返
しにより生ずる熱応力を原因とする粗大粒界部からのク
ラック発生率が低くなる。

【００１１】以下に示す表１において、絶縁碍子２先端
から径ｄ＝０．７ｍｍの径小部４３が絶縁碍子２の先端
からの突出量Ｌ＝０．５ｍｍ突出した貴金属電極４を絶
縁碍子２とともに１５００℃の大気雰囲気中で焼成し、
焼成後に重量変化と結晶粒の大きさを図３に示すごとく
組織観察して酸化揮発量を測定し、これを評価とし
た。また、上記評価物をスパークプラグとして製造し、
２０００ｃｃ、６気筒エンジンで、１分間５５００ｒｐ
ｍ全開×１分間アイドリングの冷熱パターンテストを１
００時間実施し、テスト後の貴金属電極４の割れ具合
と、白金量の火花消耗具合を評価しこれを評価とし
た。また、貴金属電極４の形状としては、径大部４２と
径小部４３の段付き形状とするための塑性加工性（ヘッ
ダー加工）を評価とした。

【００１２】

【表１】

【００１３】上記の結果から、貴金属電極４のＰｔに対
するＹ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｔｈなどの単体または酸化物の混
入量は、０．０１重量％以下であると、Ｐｔの粗大化が
抑えきれず、これによってクラック発生率が高くなって
しまう。また、貴金属電極４のＰｔに対するＹ、Ｚｒ、
Ｌａ、Ｔｈなどの混入量は、１．０重量％より多いとき
には、粗大化、酸化揮発性、火消消耗など問題は生じな
いが、伸線加工及び径大部４２の成形加工などの二次加
工が困難となる。

【００１４】つまり、高温での酸化揮発の少ないＰｔ
に、３Ａ族、４Ａ族元素の単体または酸化物を１種類以
上また、０．０１重量％〜１．０重量％混入した合金を
貴金属電極４に使用することで、二次加工性が良好で、
かつ絶縁碍子２の焼成時における高温での結晶粒の粗大
化が抑制される。なお、貴金属電極４の結晶粒微細化元
素として融点の高いＩｒや、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジ
ウム（Ｒｈ）を用いても、粗大化が進み、貴金属電極４
の劣化が進んでしまい、最適な貴金属電極４が得られな
い。

【００１５】スパークプラグＳにおいて、貴金属電極４
の先端を細くすれば中心電極の電荷が集まり易く、電界
密度が高くなって、放電電圧を低くすることができ、消
炎作用も少なくなって着火性が向上する。しかし、貴金
属電極４の先端を細くすると、熱の発散が悪くなるの
で、より温度が上昇し、酸化が激しくなって貴金属電極
４の酸化が進んでしまう。

【００１６】また、絶縁碍子２から貴金属電極４の突出
部４１の突出量Ｌを多くすると、火花の飛ぶ位置がエン
ジン燃焼室の壁面から遠ざかり、より燃焼室の中心部に
近づくため、燃料と空気の混合気の流速の速い場所で火
花を飛ばすこととなる。このため薄い混合気でも火花の
飛んでいる間に、火花と触れ合う燃料分子が多くなるた
め着火性が向上する。しかし、突出量Ｌを多くすると、
着火性の向上に伴う火花消耗の増大が起こることとな
る。また、突出量Ｌがないと、消炎効果が小さく放電電
圧が高くばらつくこととなる。このため、図４に示す放
電電圧の関係、および図５に示す耐久テストにおけるギ
ャップ増大関係から、貴金属電極４の先端は、その径ｄ
が０．３ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下で、絶縁碍子２から
突出する突出部４１の突出量Ｌが０よりも大きく０．６
ｍｍ以下であることが望ましい。

【００１７】上記実施例においては、貴金属電極４の発
火部に装着した実施例について説明したが、貴金属電極
４は外側電極１１の発火部に装着してもよく、両方に装
着することが、耐久性の観点から最も望ましい。また中
心電極は、貴金属電極４の突出部４１からの熱引きのた
めに、導電性ガラスシール３１の代わりにニッケル（Ｎ
ｉ）または、Ｎｉ合金からなる金属線を貴金属電極４に
溶接接合したものでも良い。貴金属電極４は、Ｐｔの合
金素材としての３Ａ族あるいは４Ａ族を単体でなく複数
の元素と形成してもよい。

【００１８】

【発明の効果】この発明のスパークプラグの貴金属電極
は、使用時における貴金属電極での欠落を防止でき、火
花発生時の放電電圧を低く抑えることができるため、着
火性、耐久性を確実に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のスパークプラグの断面図である。

【図２】この発明のスパークプラグの中心電極の先端部
の拡大断面図である。

【図３】１５００℃焼成後の貴金属電極の組織図であ
る。

【図４】貴金属電極の突出量と放電電圧の関係の示すグ
ラフである。

【図５】エンジン耐久テストおよび机上火花耐久テスト
における消耗割合を示すグラフである。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁碍子３端子電極４貴金属電極４１突出部４２径大部４３径小部Ｌ突出量ｄ径

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁碍子と、先端に貴金属電極とが隙間
無く接合され、かつ前記貴金属電極は少なくとも片方の
端部に径大部を有し、かつどちらかの端部が、前記絶縁
碍子先端面より突出した構造のスパークプラグであっ
て、前記貴金属電極は、高温での結晶粒の粗大化を防ぐため
に元素周期律表の３Ａ族あるいは４Ａ族の単体もしくは
その酸化物を少なくとも１種類以上、０．０１重量％〜
１．０重量％残余Ｐｔから成り、かつ前記単体もしくは
その酸化物は、Ｐｔ素材中に分散されていることを特徴
とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項２】請求項１のスパークプラグにおいて、前
記貴金属電極の絶縁碍子先端からの突出部の径ｄは、
０．３ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下で、かつ突出量Ｌは、
０より大きく０．６ｍｍ以下であることを特徴とする内
燃機関用スパークプラグ。