JPH0554953A

JPH0554953A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH0554953A
Application number: JP3213697A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Oshima; 崇文大島; Kazuya Iwata; 和也岩田; Tsutomu Okayama; 勉岡山
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｉｒを主体とするサーメット製チップを用
い、前記酸化揮発による消耗が効果的に防止でき、これ
により安価で耐久性が向上できるスパークプラグの提
供。【構成】この発明のスパークプラグは、０．１〜１
５．０重量％の稀土類金属酸化物と、イリジウム、ルテ
ニウムのいずれか１以上の残余との焼結体からなるチッ
プ５を、火花放電間隙を構成するニッケル合金製電極４
の母材４１の発火部に溶接した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、中心電極の先端に耐
消耗性のチップを溶接し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、耐火花消耗性向上のため電極先端にＰｔ合金などの
貴金属チップを溶接したスパークプラグが使用されてい
る。またこの種のスパークプラグは、ニッケル（Ｎｉ）
合金製母材に熱電導性に優れた銅（Ｃｕ）芯を入れた中
心電極を使用し、母材の先端に貴金属チップを溶接して
おり、貴金属チップ溶接面とＣｕ芯との間に熱伝導性の
悪い母材層が介在していた。このため、燃焼室に露出し
た貴金属チップ表面から受ける熱を、Ｃｕ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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】白金は高価であるた
め、安価なイリジウム（Ｉｒ）を用いれば安価に製造す
ることができるが、Ｉｒは９００〜１０００℃の高温に
おいて酸化揮発し易い欠点がある。また溶解法による合
金の製造が困難であるとともに製造可能な合金も限られ
ている。よって、そのまま電極発火部に使用すると、火
花消耗よりも酸化揮発による消耗が問題となり、また上
記酸化揮発を効果的に抑制する合金は発見されていな
い。この発明の目的は、Ｉｒを主体とするサーメット製
チップを用い、前記酸化揮発による消耗が効果的に防止
でき、これにより安価で耐久性が向上できるスパークプ
ラグの提供にある。

【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、０．１〜１５．０重量％の稀土類金属酸化物と、
イリジウム、ルテニウム（Ｒｕ）のいずれか１以上の残
余との焼結体からなるチップを、火花放電間隙を構成す
るニッケル合金製電極母材の発火部に溶接した。請求項
２に記載のスパークプラグにおける前記チップは、その
基部を、純ＮｉまたはＮｉ合金製母材と、該母材の中心
部に埋設されたＣｕまたはＡｇを主体とする良熱伝導性
金属芯とからなる中心電極の先端に設けた小穴に埋め込
み、前記基部外周と母材との嵌合面の全周を溶接すると
ともに、貴金属チップと金属芯の先端とを接触させる
か、または０．５ｍｍ以内に近接させたことを特徴とす
る。

【０００５】

【発明の作用、効果】この発明では、Ｉｒ又はＲｕと、
稀土類金属酸化物とを焼結してサーメットとし、Ｉｒ又
はＲｕの粒界を稀土類酸化物で被覆することによりＩｒ
又はＲｕと酸素との接触を阻止してＩｒ又はＲｕの酸化
揮発を防止している。これにより消耗による火花放電間
隙の拡大が少なく、耐久性に優れたスパークプラグが得
られる。請求項２に記載のスパークプラグでは、サーメ
ットと、中心電極の母材であるＮｉ合金との溶接性の悪
さを、両者の嵌合と嵌合面の全周溶接とにより補うとと
もに、チップと金属芯とを接触または近接させてチップ
の温度を低く維持し、前記酸化揮発を抑制している。こ
れにより耐久性がさらに向上できる。

【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１
２にパッキン１４を介して絶縁碍子２の座面２３を係止
し、主体金具頭部１３をかしめることにより固定されて
いる。前記軸穴２１には、先端側に中心電極４が挿入さ
れ、その先端部４Ａが絶縁碍子２の先端より突出すると
共に、後端鍔部４Ｂが軸穴２２の段部に当接し、後端側
に導電性ガラスシール３３で挟まれた、モノシリック抵
抗体３２及び端子３１を備えた中軸３が加熱封着されて
いる。

【０００７】中心電極４は、図２に示すごとく、１５．
０重量％のＣｒ、８．０重量％のＦｅを含むＮｉ合金製
で、先端部４Ａが幾分径小となっている（外径Ｇが１．
０ｍｍ）円柱状母材４１と、母材４１の軸心部に埋め込
まれたＣｕまたはＡｇを主体とする良熱伝導金属製の芯
４２と、母材４１の先端部（中心電極の先端部）４Ａに
基部５１が埋め込まれて溶接されたチップ５（直径０．
５ｍｍ）とからなる。チップ５は、母材４１との嵌合面
（接合面）が全周にわたって溶接５Ａされるとともに、
端面５２は前記芯４２の先端と接触ないし０．５ｍｍ以
内に近接されている。

【０００８】チップ５は、Ｉｒの粉末８５．０重量％
と、稀土類金属酸化物であるイットリア（Ｙ₂０₃）
の粉末１５．０重量％とを焼結した焼結体からなり、円
柱状を呈する。この焼結体は図３の顕微鏡写真に示され
るように、Ｉｒ（白色部分）の粒界にイットリア（黒色
部分）が入り込んだサーメットとなっている。イットリ
アの添加量は、０．１〜１５．０重量％であることが必
要であり、望ましくは０．５から１０．０重量％の範囲
が良い。またイットリアの他にトリア（ＴｈＯ₂）、酸
化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）など他の稀土類金属酸化物を
用いることも可能である。稀土類金属酸化物の含有量
は、後記する実験データから証明されるように、０．１
重量％以下であると、９００〜１０００℃におけるＩｒ
の酸化揮発の抑止効果がほどんど生じない。また１５．
０重量％を越えると耐熱衝撃性が低下し、後記する溶接
時にひび割れの発生が増大する。またＩｒに他の金属と
して、Ｒｕを用いることができ、さらにはこれらの２以
上を含む３元系、４元系としてもよく、この場合におい
ても稀土類金属酸化物の添加割合は上記範囲内にあるこ
とが必要である。

【０００９】チップ５の溶接は、図４の（イ）、（ロ）
に示すごとく母材４１の先端面の中心に、芯４２の先端
面に達する小穴４３を設け、該小穴４３に円柱状のチッ
プ５の軸心を一致させてあてがい、レーザー溶接、電子
ビーム溶接、またはアルゴン溶接などで溶接５Ａされ
る。溶接前のチップ５の寸法および小穴４３の寸法は、
チップ５が直径Ｄ＝０．５ｍｍ、長さＨ＝１．０ｍｍの
円柱であり、小穴４３は、深さｈ＝０．５ｍｍとなって
いる。この発明においては、（イ）に示す如くチップ５
の先端５２と、芯４２の先端とが接触しているか、
（ロ）に示すごとく距離Ｌが０．５ｍｍ以内に設定され
ていることが望ましい。この距離Ｌは、従来の白金チッ
プを抵抗溶接した中心電極４においては、抵抗溶接時の
座屈を防止するため２．０ｍｍ前後に設定されている
が、母材４１であるＮｉ合金は熱伝導性が比較的小さ
く、芯による熱引きの妨げとなっている。この実施例の
如く、接触または近接していると、チップ５の温度を数
十℃前後低く保つことができる。

【００１０】図５の（イ）、（ロ）、図６（イ）、
（ロ）のグラフは、耐久試験の結果を示す。図５の
（イ）はイットリア又はルテニウムが０〜３５．０重量
％とＩｒ残余とからなる焼結体製チップを、１０００℃
の大気中に１００時間放置したときの重量の減少割合を
示す。イットリア又はルテニウムの添加量の増加ととも
に酸化揮発による消耗が低下することが分かる。図５の
（ロ）は図１および図２に示したチップ直径０．５ｍｍ
のスパークプラグを、電源エネルギー５０ｍＪ、６０回
／秒、２００時間の机上火花消耗試験を実施したときの
火花間隔の増加量を示す。イットリア又はルテニウムが
０．１〜１５．０重量％で火花消耗が少なくなる。図６
（イ）は図１および図２に示したチップ直径０．５ｍｍ
のスパークプラグを、２０００ｃｃ、６気筒のガソリン
機関に装着し、５５００ｒｐｍ、全負荷で２００時間運
転したときの火花放電間隙の増加量を示す。イットリア
又はルテニウムの添加量は０．１〜１５．０重量％でＩ
ｒの酸化揮発が良く抑制されることが分かる。図６の
（ロ）は上記図５の（ロ）と同一のエンジンテストにお
いて、チップ５と芯４２との距離Ｌと、火花放電間隙の
増加量の関係を示す。距離Ｌが０から０．５ｍｍの範囲
において、チップ５の消耗による火花放電間隙の増加量
が小さいことが実証されている。

【００１１】図７は、イットリアの添加量とレーザー溶
接によるチップ５のクラック（ひび割れ）発生率との関
係を示す。このグラフに示されるように、イットリア添
加量が１５．０重量％を越えるとクラック発生率が急激
に増大する。

【００１２】図８の（イ）、（ロ）は、中心電極４への
チップ５形状と溶接構造の他の実施例を示す。（イ）の
実施例では、チップ５を円板状とし、溶接５Ａの距離を
長くしている。（ロ）は、チップ５を円環板状とし、溶
接５Ａの距離をさらに長くしている。いずれの場合も溶
接強度を増大できる利点があり、とくにチップ５と芯４
２とを接触させた場合には、母材４１より熱膨張率の大
きい芯４２によりチップが熱応力を受けるため、溶接距
離の増大が望ましい。

【００１３】上記実施例においては、チップ５を中心電
極４の発火部に溶接した実施例について説明したが、チ
ップ５は外側電極１１の発火部に溶接してもよく、両方
に溶接することが、耐久性向上の観点から最も望まし
い。

【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】中心電極の先端部の拡大斜視図である。

【図３】中心電極の先端部の断面図の顕微鏡写真であ
る。

【図４】中心電極の先端部の拡大断面図である。

【図５】スパークプラグの耐久実験結果を示すグラフで
ある。

【図６】スパークプラグの耐久実験結果を示すグラフで
ある。

【図７】チップの溶接性を示すグラフである。

【図８】中心電極の他の実施例の先端部断面図である。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁碍子３中軸４中心電極４１中心電極母材４２良熱伝導性金属製の芯４３小穴５チップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．１〜１５．０重量％の稀土類金属酸
化物と、イリジウム、ルテニウムのいずれか１以上の残
余との焼結体からなるチップを、火花放電間隙を構成す
るニッケル合金製電極母材の発火部に溶接したスパーク
プラグ。
【請求項２】請求項１において、前記チップは、その
基部を、純ＮｉまたはＮｉ合金製母材と、該母材の中心
部に埋設されたＣｕまたはＡｇを主体とする良熱伝導性
金属芯とからなる中心電極の先端に設けた小穴に埋め込
み、前記基部外周と母材との嵌合面の全周を溶接すると
ともに、貴金属チップと金属芯の先端とを接触させる
か、または０．５ｍｍ以内に近接させたことを特徴とす
るスパークプラグ。