JPH05159856A

JPH05159856A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH05159856A
Application number: JP32060891A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Oshima; 崇文大島; Tsutomu Okayama; 勉岡山
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】着火性と耐久性を同時に満足するスパークプ
ラグの発火部の最適構造を提供すること。【構成】円柱状を呈する耐蝕性ニッケル合金製母材４
１に良熱伝導製金属芯４２を配した複合材４０の先端部
４Ａを直径１．０ｍｍ〜１．８ｍｍの径小に成形し、そ
の先端面に直径０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの円柱状貴金属
チップ５を０．３ｍｍ以上突出して溶接するとともに、
チップ５と芯４２とを接触させるか、または０．５ｍｍ
以内に近接して配した中心電極４と、棒状を呈する耐蝕
性ニッケル合金製母材１１に良熱伝導製金属芯１２を配
した複合材１０の先端部１Ａを先細のテーパー状部１３
に形成した接地電極１とを有し、チップの先端部と接地
電極先端部との間に火花放電ギャップを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、発火部の着火性と耐
消耗性とを向上させたスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンなどのガソリン機関で
は、着火性向上のため中心電極の先端部を径小に形成す
るとともに、耐火花消耗性向上のため電極先端に白金
（Ｐｔ）合金など貴金属チップを溶接したスパークプラ
グが使用される。この中心電極は、通常、ニッケル（Ｎ
ｉ）合金製母材に熱伝導性に優れた銅（Ｃｕ）、銀（Ａ
ｇ）などの芯を入れた複合材の先端に貴金属チップを溶
接してなり、貴金属チップは０．６５ｍｍ〜１．５ｍｍ
の直径を有するとともにチップと芯との間には比較的熱
伝導性の悪い母材層が１．５ｍｍ以上の厚さで介在して
いた。このため、燃焼室に露出した貴金属チップが表面
から受ける熱を、芯を介して中心電極の後端側に逃が
す、いわゆる熱引きが十分でなく、高速、高負荷運転で
はチップ先端が過昇温し易かった。また、電極の表面に
よる消炎作用を低減させ、着火性を向上させるため接地
電極の先端を先細のテーパー状に形成しスパークプラグ
が製造されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、接地電極先
端部の熱容量を小さくすると、この部分が温度上昇し易
くなり、酸化揮発および火花消耗の原因となって貴金属
の消耗を招く。また、中心電極先端部を形成する貴金属
チップの小径化は、火花消耗による火花放電ギャップの
増大を増速するとともに接地電極発火部の局部に火花を
集中させ、放電ギャップの増大原因となる。発火部を構
成する中心電極の先端部と接地電極の先端部とには、着
火性向上と耐久性向上とを同時に達成するための最適な
構造が考えられる。この発明の目的は、先端に貴金属チ
ップを溶接した中心電極と、先端部の熱容量を小さくし
た接地電極により形成される発火部を備えたスパークプ
ラグにおいて、着火性と耐久性を同時に満足する発火部
の最適構造を提供することにある。

【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、円柱状を呈する耐蝕性ニッケル合金製母材に良熱
伝導性金属芯を配した複合材の先端部を直径１．０ｍｍ
〜１．８ｍｍに形成し、前記複合材の先端面に直径０．
３ｍｍ〜１．２ｍｍの円柱状貴金属チップを０．３ｍｍ
以上突出して溶接するとともに、チップと芯とを接触さ
せるか、または０．５ｍｍ以内に近接して配した中心電
極と、棒状を呈する耐蝕性ニッケル合金製母材に良熱伝
導性金属芯を配した複合材により形成した接地電極とを
有し、チップの突出部と接地電極先端部との間に火花放
電ギャップを形成した。請求項２に記載のスパークプラ
グは、前記接地電極先端部を先細のテーパー状部に形成
した。請求項３に記載のスパークプラグは、前記接地電
極のテーパー状部の発火面に貴金属層を設けた。請求項
４に記載のスパークプラグは、前記接地電極のテーパー
状部の先端に貴金属チップを突出して溶接し、中心電極
のチップと接地電極のチップとの間に火花放電ギャップ
を形成した。請求項５に記載のスパークプラグは、接地
電極の良熱伝導性金属芯の中心に、純鉄または純ニッケ
ル製の中芯を設けた。請求項６に記載のスパークプラグ
は、中心電極の先端を主体金具のガスケットシート面か
ら２２ｍｍ以上とした突出し型である。

【０００５】

【発明の作用、効果】この発明では、中心電極の発火部
を形成する貴金属チップが消炎作用を小さくするととも
に、径の細いチップと芯とが近接しているため、チップ
の熱引きが良好で、チップが低温に保たれ、高温による
消耗が防止できて耐久性に優れる。請求項２に記載の構
成では、接地電極による消炎作用が小さいため、着火性
が向上できる。請求項３に記載の構成では、中心電極の
発火部が径小であると接地電極の発火部が局部的に集中
し消耗が大きくなり、火花放電ギャップが増大すること
を貴金属層で防止している。請求項４に記載の構成で
は、接地電極の突出した貴金属により先端部（発火部）
の表面積と熱容量とを最小限にすることが可能となり、
着火性と耐久性とが著しく向上する。請求項５に記載の
構成では、接地電極の冷熱の繰り返しによる経時的な起
き上がり現象を低減できる。請求項６に記載の構成で
は、中心電極および接地電極双方の熱引きが良いため、
突出し型スパークプラグにおける着火性の向上と、電極
先端部の過昇温の防止とが、同時に達成できる。

【０００６】

【実施例】図１から図３は、この発明にかかるスパーク
プラグ１００を示し、先端面に接地電極１を溶接した円
筒状の主体金具２の内部に、軸孔３１付き絶縁碍子３を
嵌着し、軸孔３１に中心電極４を嵌め込んでなる。この
スパークプラグ１００は、図３に示すごとく中心電極４
の先端位置が主体金具２のガスケットシート面２１から
の距離Ｌが２２ｍｍ以上となっており、これによりエン
ジンに装着されたとき気筒の内壁Ａから３ｍｍ以上燃焼
室内に突出した突出し型スパークプラグとなっている。
また、距離Ｌを２２ｍｍ以上突出するために、破線で示
すように、主体金具２の先端２２を気筒の内壁Ａより長
さｌだけ突出させてもよく、この構造のスパークプラグ
は、接地電極１の全長が長さｌだけ短くなって、温度低
減させることができる。

【０００７】接地電極１は、１５．０重量％のクロム
（Ｃｒ）、８．０重量％の鉄（Ｆｅ）を含むＮｉ合金製
で、断面矩形状の棒状を呈する耐蝕性Ｎｉ合金製母材１
１に、良熱伝導性金属芯１２を配した複合材１０の先端
部１Ａを、先細のテーパー状部１３に形成してなる。複
合材１０は略Ｌ字形に曲げられ、基部１Ｂは主体金具２
の先端面に溶接されている。複合材１０は、巾２．８ｍ
ｍ、厚さ１．５ｍｍ、テーパー状部１３のテーパー角度
１３Ａは３０度から６０度の範囲に設定され、先端の巾
は１．４ｍｍとなっている。

【０００８】中心電極４は、１５．０重量％のＣｒ、
８．０重量％のＦｅを含むＮｉ合金製で、先端部４Ａが
径小（直径１．０ｍｍ）となっている直径２．５ｍｍの
円柱状母材４１、および該母材４１の軸心部に同心的に
埋め込まれたＣｕまたはＡｇを主体とする直径１．８ｍ
ｍの良熱伝導金属製の芯４２とからなる複合材４０と、
該複合材４０の先端面の中心に設けた穴４３に基部５１
が埋め込まれて溶接された円柱状貴金属チップ５とから
なる。

【０００９】チップ５の先端と前記接地電極１のテーパ
ー状部１３の中心電極側面である発火面１４との間は、
火花放電ギャップＳＧとなっている。この実施例では、
発火面１４には、直径０．７ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの
貴金属層１５が溶接して形成されている。この貴金属層
１５は、２０．０重量％のＮｉを含む白金合金（Ｐｔ−
２０Ｎｉ）が用いられる。貴金属層１５は、この発明に
おいて必須の構成要素ではないが、この発明の如く、中
心電極４の発火部が小径であると、火花放電は発火面１
４の狭い部分に集中して発生するためこの部分の火花消
耗が大きい。この火花放電の局部的集中は、火花放電ギ
ャップＳＧの拡大を促進し、スパークプラグ１００の耐
久性を低下させるため、耐久性向上の観点から貴金属層
１５を設けることが望ましい。

【００１０】複合材４０は、先端部４Ａを直径１．０ｍ
ｍ〜１．８ｍｍの径小に成形され、チップ５は、直径
０．３ｍｍ〜１．２ｍｍのチップを０．３ｍｍ以上突出
している。またチップ５は、母材４１との嵌合面が全周
にわたって溶接されるとともに、チップ５と芯４２とは
接触するか、または両者の間隔は０．５ｍｍ以内となる
ように近接して配されている。

【００１１】チップ５は、イリジウム（Ｉｒ）の粉末８
５．０体積％と、稀土類元素酸化物であるイットリア
（Ｙ₂０₃）の粉末１５．０体積％とを焼結した焼結
体（サーメット）からなり、円柱状を呈する。イットリ
アの添加量は５．０〜１５．０体積％であることが必要
であり、１０．０体積％前後が最も望ましい。またイッ
トリアの他にトリア（ＴｈＯ₂）、酸化ランタン（Ｌａ
₂Ｏ₃）など他の稀土類元素酸化物でもよく、周期律表
の２Ａ族（Ｍｇ、Ｃａなど）４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ
など）に属する元素の酸化物を用いることも可能であ
る。

【００１２】チップ５は、複合材４０の先端面の中心
に、芯４２の先端面に達する穴４３を設け、該穴４３に
円柱状のチップ５を軸心を一致させて嵌め込み、嵌合面
をレーザービーム溶接または電子ビーム溶接してなされ
る。この際チップ５と母材４１とは共融して強固に溶接
される。この実施例においては、溶接前のチップ５の寸
法および穴４３の寸法は、図２のごとくチップ５が直径
Ｄ＝０．５ｍｍ、長さＨ＝１．０ｍｍの円柱であり、穴
４３が直径ｄ＝０．５５ｍｍ、深さｈ＝０．５ｍｍとな
っている。なおチップ５は、使用時（高温時）において
母材４１と芯４２との熱膨張差による熱応力を受ける。
このため溶接は前述のごとく嵌合面の全周に沿って合金
部を形成させ、かつ深くなされることが望ましい。

【００１３】図４は第２実施例のスパークプラグ２００
を示す。この実施例においては、接地電極１のテーパー
状部（テーパー角４５度から６０度）１６の先端部に貴
金属層である貴金属チップ６を溶接し、中心電極先端の
貴金属チップ５との間で火花放電ギャップＳＧを形成し
ている。チップ６は白金合金（Ｐｔ−２０Ｎｉ）製であ
り、巾０．７ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの矩形断面を有し、
テーパー状部１６の先端から０．５ｍｍから１．０ｍｍ
突出して複合材１０に溶接されている。この実施例の如
く接地電極１の発火部を貴金属チップ６で構成すること
により、接地電極１の発火部（先端部）表面積および熱
容量を最小限に小さくでき、消炎作用の低下させて着火
性を向上させることが可能になると同時に、火花消耗性
を低減させて火花放電ギャップの増大を遅くし、スパー
クプラグの耐久性を向上できる。

【００１４】図５は第３実施例のスパークプラグ３００
を示す。この実施例では、接地電極７の芯７２の中心に
純Ｆｅまたは純Ｎｉ製の中芯７３を設けている。前記第
１実施例の母材１１中に芯１２を配した複合材１０を曲
げて形成した接地電極１は、芯１２が外皮である母材１
１より熱膨張が大きいため両者の熱膨張差により冷熱の
繰り返しを受けると、曲げた部分の曲率半径が徐々に増
大し、いわゆる接地電極１の起き上がりが生じ易い。こ
のため、この実施例の如く、母材７１の芯７２の軸心部
に、中芯７３を設けることにより熱引きをあまり損なわ
ずに接地電極７の冷熱の繰り返しによる変形を低減でき
る。なお中芯７３に純Ｆｅまたは純Ｎｉを用いるのは、
合金にすると熱伝導率が低下するので、これを防ぐ為で
ある。

【００１５】図６、図７、図８および図９は、耐久試験
の結果を示す。図６は、エンジンに装着されたとき気筒
の内壁から３ｍｍ以上燃焼室内に突出した突出し型スパ
ークプラグを２０００ｃｃ、６気筒エンジンに装着し、
アイドリング７００ｒｐｍ一定時の未燃焼ＨＣの発生数
を空燃比を変化させながら分析計を介して計測し、計測
時間内の１％完全失火時の空燃比と、ガスケットシート
面２１と中心電極４の先端との突出し距離Ｌとの関係を
示す。突出し距離Ｌが２２ｍｍ以上であると、スパーク
プラグがエンジンに装着されたとき気筒の内壁から３ｍ
ｍ以上燃焼室内に突出するために、着火性が向上するこ
とがわかる。

【００１６】図７は、第１実施例のごとく、接地電極１
にテーパー状部１３と良熱伝導性の芯１２を具備したス
パークプラグ１００と、接地電極１はテーパー状部１３
を備えるものの、良熱伝導性の芯１２のないＮｉ合金製
の母材１１のみからなる比較品Ａとを２０００ｃｃ、６
気筒エンジンに装着し、１分５０００ｒｐｍ−１分アイ
ドリングの冷熱パターンテストを行ったときの、接地電
極１と貴金属層１５との耐剥離率と耐久時間との関係を
示す。また、図８に２０００ｃｃ、６気筒エンジンで５
５００ｒｐｍ×スロットル全開の耐久テストを行ったと
きの、貴金属チップ５を有するこの発明のスパークプラ
グ１００、接地電極１はテーパー状部１３を備えるもの
の、良熱伝導性の芯１２のないＮｉ合金製の母材１１の
みからなる比較品Ａ、テーパー状部１３を備え、Ｃｕ製
の芯１２を有するが貴金属チップ５のない比較品Ｂ、お
よび貴金属チップ５を有するがテーパー状部１３や芯１
２のない比較品Ｃの接地電極１の消耗深さＭと耐久時間
との関係を示す。図７、図８によってこの発明のスパー
クプラグ１００は、貴金属チップ５と接地電極１との耐
剥離性や、接地電極１の酸化、腐食による消耗性に優
れ、長時間の使用に耐えることが分かる。

【００１７】図９は、２０００ｃｃ、６気筒エンジンに
装着し、アイドリング７００ｒｐｍ一定時の未燃焼ＨＣ
の発生数を空燃比を変化させながら分析計を介して計測
し、第２実施例の貴金属チップ６を溶接したスパークプ
ラグ２００、接地電極１の先端面にテーパー状部１６を
有するが貴金属チップ６のない比較品Ｄ、およびテーパ
ー状部１６や貴金属チップ６のない比較品Ｅの計測時間
内の１％完全失火時の空燃比と、放電間隙との関係を示
す。貴金属チップ６によって表面積および熱容量を最小
限に小さくしたため、消炎作用の低下させて着火性を向
上させることが可能になる。

【００１８】図１０は、２０００ｃｃ、６気筒エンジン
に装着し、１分５０００ｒｐｍ×スロットル全開−１分
アイドリングの冷熱パターンテストを行ったときの、第
３実施例の接地電極７にＣｕ製の芯７２とＮｉ製の中芯
７３を設けたスパークプラグ３００と、Ｃｕ製の芯７２
のみの比較品Ｆの接地電極の起き上がり量Ｎと耐久時間
との関係を示す。中芯７３を設けたために、接地電極７
の冷熱の繰り返しによる変形を低減でき、スパークプラ
グの長寿命化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例にかかるスパークプラグ
の斜視図である。

【図２】図１に示すスパークプラグの要部断面図であ
る。

【図３】図１に示すスパークプラグの要部断面図であ
る。

【図４】この発明の第２実施例にかかるスパークプラグ
の要部断面図である。

【図５】この発明の第３実施例にかかるスパークプラグ
の斜視図である。

【図６】チップの耐久実験結果を示すグラフである。

【図７】チップの耐久実験結果を示すグラフである。

【図８】チップの耐久実験結果を示すグラフである。

【図９】チップの耐久実験結果を示すグラフである。

【図１０】チップの耐久実験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１、７接地電極２主体金具３絶縁碍子４中心電極５、６貴金属チップ１Ａ、４Ａ先端部１０、４０複合材１１、４１母材１２、４２芯１３テーパー状部１３Ａテーパー角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円柱状を呈する耐蝕性ニッケル合金製母
材に良熱伝導性金属芯を配した複合材の先端部を直径
１．０ｍｍ〜１．８ｍｍに形成し、前記複合材の先端面
に直径０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの円柱状貴金属チップを
０．３ｍｍ以上突出して溶接するとともに、チップと芯
とを接触させるか、または０．５ｍｍ以内に近接して配
した中心電極と、棒状を呈する耐蝕性ニッケル合金製母材に良熱伝導性金
属芯を配した複合材により形成した接地電極と、を有し、チップの先端部と接地電極先端部との間に火花
放電ギャップを形成したスパークプラグ。
【請求項２】請求項１において、前記接地電極先端部
は、先細のテーパー状部に形成されたスパークプラグ。
【請求項３】請求項１において、前記接地電極は、テ
ーパー状部の発火面に貴金属層を設けたスパークプラ
グ。
【請求項４】請求項１において、前記接地電極は、テ
ーパー状部の先端に貴金属チップを突出して溶接し、中
心電極のチップと接地電極のチップとの間に火花放電ギ
ャップを形成したスパークプラグ。
【請求項５】請求項１、２、３または４において、接
地電極の良熱伝導性金属芯の中心に、純鉄または純ニッ
ケル製の中芯を設けたスパークプラグ。
【請求項６】請求項１、２、３、４または５におい
て、中心電極の先端は主体金具のガスケットシート面か
ら２２ｍｍ以上とした突出し型であるスパークプラグ。