JPH10162929A

JPH10162929A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH10162929A
Application number: JP33512096A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】発火部がＩｒを主体に構成されつつも、高温
でのＩｒ成分の酸化・揮発による消耗が起こりにくく、
耐久性に優れたスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１００は、中心電極３
と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体２と、一方
の端部側から中心電極３を突出させた状態で、絶縁体２
の外側に設けられた主体金具１と、その主体金具１に一
端が結合され、他端側が中心電極３と対向するように配
置された接地電極４とを備え、それら中心電極３と接地
電極４との少なくとも一方にチップ３１ないし３２が固
着されて火花放電ギャップｇが形成される。そして、該
チップ３１ないし３２は、Ｉｒを主体としてＰｄを１〜
３０重量％の範囲で含有する合金により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に使用され
るスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車エンジン等の内燃機関用の
スパークプラグとして、耐火花消耗性向上のために電極
の先端にＰｔ（白金）合金のチップを溶接して発火部を
形成したものが使用されているが、白金は高価であるた
めチップ材料として安価なＩｒ（イリジウム）を使用す
る提案がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のプラグにおいて
発火部をＩｒで構成した場合、Ｉｒは９００〜１０００
℃の高温域において酸化・揮発しやすい性質を有してい
るため、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る欠点がある。従
って、市街地走行のような温度の低い条件であれば耐久
性はよいが、高速連続運転の場合には、耐久性が極端に
低下してしまう問題があった。

【０００４】本発明は、発火部がＩｒを主体に構成され
つつも、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による消耗が起
こりにくく、ひいては市街地走行においても、高速走行
においても耐久性に優れたスパークプラグを提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課
題を解決するために本発明のスパークプラグは、中心電
極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、一方
の端部側から中心電極を突出させた状態で、絶縁体の外
側に設けられた主体金具と、その主体金具に一端が結合
され、他端側が中心電極と対向するように配置された接
地電極と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一
方に固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを
備え、その発火部が、Ｉｒを主体としてＰｄを１〜３０
重量％の範囲で含有する金属により構成されることを特
徴とする。

【０００６】本発明者は、火花放電ギャップを形成する
発火部を、Ｉｒを主体として上記範囲のＰｄを含有する
合金で構成することで、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発
による消耗が効果的に抑制され、ひいては耐久性に優れ
たスパークプラグが実現されることを見い出したのであ
る。

【０００７】なお、上記発火部は、表記組成の金属から
なるチップを、接地電極及び／又は中心電極に対し溶接
により接合して形成することができる。この場合、本明
細書でいう「発火部」とは、接合されたチップのうち、
溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例え
ば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金化
した部分を除く残余の部分）を指すものとする。

【０００８】上記合金中のＰｄの含有量が１重量％未満
になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、
発火部が消耗しやすくなるためプラグの耐久性が低下す
る。一方、Ｐｄの含有量が３０重量％を超えると合金の
融点が低下し、プラグの耐久性が同様に低下する。以上
のことから、Ｐｄの含有量は前述の範囲で調整するのが
よく、望ましくは１．５〜１８重量％、より望ましくは
２〜１５重量％の範囲で調整するのがよい。

【０００９】発火部を構成する上記チップは、例えば表
記組成となるように各合金成分を配合・溶解することに
より得られる溶解合金、又は合金粉末あるいは所定比率
で配合された金属単体成分粉末を成形・焼結することに
より得られる焼結合金により構成することができる。焼
結合金で構成する場合には、粉末成型によりチップの基
本的な形状が得られるので、焼結後の加工が少なくて済
むか場合によっては加工を省略できる利点がある。一
方、溶解合金を使用すれば焼結合金よりも緻密で消耗し
にくいチップを得ることが容易であり、プラグの耐久性
をさらに向上できる利点がある。

【００１０】溶解合金でチップを構成する場合は、該溶
解合金素材に対し所定の加工を施して形成されたものが
使用できる。なお、ここでいう「加工」とは、圧延、鍛
造、引き抜き、切削、切断及び打抜きの少なくともいず
れかの工程を含む方法によりなされるものを意味するも
のとする。この場合、圧延、鍛造、あるいは打抜き等の
加工は、合金を所定の温度に昇温して行ういわゆる熱間
加工（あるいは温間加工）により行うことができる。そ
の加工温度は合金組成にもよるが、例えば７００℃以上
とするのがよい。ここで、チップを構成する合金中のＰ
ｄの含有量が５重量％を超えると、材料が脆くなって加
工性が悪くなり、材料歩留まりと製造能率が低下するこ
とにつながるので、Ｐｄの含有量を５重量％以下、望ま
しくは３重量％以下の範囲で調整するのがよい。

【００１１】例えば溶解合金を熱間圧延により板状に加
工し、さらにその板材を熱間打抜き加工により所定の形
状に打ち抜いてチップを形成するようにすれば、チップ
の製造効率が著しく改善され、チップの製造単価を大幅
に低減することができる。また、溶解合金を熱間圧延又
は熱間鍛造により線状あるいはロッド状に加工した後、
これを長さ方向に所定長に切断してチップを形成する方
法も可能である。一方、溶解合金を放電加工により所定
のチップ形状に加工することも可能である。この場合
は、溶解合金中にＰｄが５重量％を超えて含有されてい
ても差しつかえない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面を用いて説明する。図１に示す本発明の一例
たるスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端
部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込
まれた絶縁体２、先端に形成された発火部３１を突出さ
せた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及
び主体金具１に一端が溶接等により結合されるとともに
他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の
先端部と対向するように配置された接地電極４等を備え
ている。また、接地電極４には上記発火部３１に対向す
る発火部３２が形成されており、それら発火部３１と、
対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇ
とされている。

【００１３】絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、そ
の内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込む
ための孔部６を有している。また、主体金具１は、低炭
素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパーク
プラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外
周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロック
に取り付けるためのねじ部７が形成されている。

【００１４】次に、中心電極３及び接地電極４の本体部
３ａ及び４ａはＮｉ合金等で構成されている。一方、上
記発火部３１及び対向する発火部３２は、Ｉｒを主体と
し、Ｐｄを１〜３０重量％の範囲で含有する合金により
構成される。なお、合金中のＰｄの含有量は、望ましく
は１．５〜１８重量％、より望ましくは２〜１５重量％
の範囲で調整される。

【００１５】図２に示すように、中心電極３の本体部３
ａは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構
成され、ここに上記発火部を構成する合金組成からなる
円板状のチップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部
に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等に
より溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより発火
部３１が形成される。また、対向する発火部３２は、発
火部３１に対応する位置において接地電極４にチップを
位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同様に溶接部
Ｗを形成してこれを固着することにより形成される。な
お、発火部３１及び対向する発火部３２のいずれか一方
を省略する構成としてもよい。この場合には、発火部３
１又は対向する発火部３２と接地電極４又は中心電極３
との間で火花放電ギャップｇが形成される。なお、これ
らチップは、例えば表記組成となるように各合金成分を
配合・溶解することにより得られる溶解材、又は合金粉
末あるいは所定比率で配合された金属単体成分粉末を成
形・焼結することにより得られる焼結材により構成する
ことができる。

【００１６】ここで、溶解合金によりチップを製造する
方法としては、溶解合金を熱間圧延により板状に加工
し、その板材を熱間打抜き加工により所定のチップ形状
に打ち抜く方法を例示することができる。しかし、溶解
合金中のＰｄの含有量が５重量％を超えると材料が脆く
なって加工性が悪くなり、特に打抜き加工時に割れや欠
け等が生じやすくなって材料歩留まり及び製造能率の低
下につながる場合がある。従って、打抜き加工によりチ
ップを製造する場合には、合金中のＰｄの含有量を５重
量％以下、望ましくは３重量％以下に設定する。

【００１７】以下、スパークプラグ１００の作用につい
て説明する。すなわち、スパークプラグ１００は、その
ねじ部７においてエンジンブロックに取り付けられ、燃
焼室に供給される混合気への着火源として使用される。
ここで、その火花放電ギャップｇを形成する発火部３１
及び対向する発火部３２が前述の合金で構成されること
で、Ｉｒの酸化・揮発による発火部の消耗が抑制される
ので、長期に渡って火花放電ギャップｇが拡大せず、プ
ラグ１００の寿命を伸ばすことができる。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）所定量のＩｒとＰｄとを配合・溶解するこ
とにより、Ｐｄを０〜１０重量％の各種比率で含有し残
部が実質的にＩｒである合金を作製し、これを放電加工
により直径０．７mm、厚さ０．５mmの円板状の試験片に
加工した（ただし、Ｐｄ＝０重量％は比較例）。そし
て、これら試験片を大気中にて１１００℃の温度で２０
時間保持した後、各試験片の重量減少を測定した。その
結果を図３に示す。すなわち、Ｉｒ−Ｐｄ合金の試験片
については、Ｐｄの含有量が増大するほどＩｒの酸化揮
発が抑制されるので、Ｐｄを含有しないＩｒ金属で構成
した比較例の試験片に比べてその重量減少が小さくなっ
ていることがわかる。このことは、そのようなＩｒ−Ｐ
ｄ合金でスパークプラグの発火部を形成すれば、プラグ
の温度が高い高速運転状態においてもチップの消耗が抑
制され、プラグの耐久性が高められることを示唆するも
のである。

【００１９】（実施例２）所定量のＩｒとＰｄとを配合
・溶解することにより、Ｐｄを各種比率で含有する合金
を作製し、これをボールミル粉砕して平均粒径が１μｍ
の合金粉末とした後、所定形状に成型して温度１９００
℃で焼結することにより、Ｐｄを０〜４０重量％の各種
比率で含有し残部が実質的にＩｒである直径０．７mm、
厚さ０．５mmの円板状のチップを得た（ただし、Ｐｄ＝
０及び４０重量％は比較例）。それらチップを用いて、
図１に示すスパークプラグ１００の発火部３１及び対向
する発火部３２を形成するとともに（火花放電ギャップ
ｇの幅１．１mm）、各プラグの性能試験を以下の条件に
て行った。すなわち、６気筒ガソリンエンジン（排気量
３０００cc）にそれらプラグを取り付け、スロットル全
開状態、エンジン回転数６０００ｒｐｍにて４００時間
連続運転し（中心電極温度約９２０℃）、運転終了後の
プラグの火花放電ギャップｇの拡大量を測定した。図４
は、その結果を、合金中のＰｄの含有量と火花放電ギャ
ップ増加量との関係で示したものである。すなわち、比
較例（Ｉｒ金属）のプラグは火花放電ギャップが著しく
拡大しているのに対し、チップの合金組成範囲が本発明
の範囲に属するプラグについては、火花放電ギャップの
増加が小さく耐久性に優れていることがわかる。

【００２０】（実施例３）所定量のＩｒとＰｄとを配合
・溶解することにより、Ｐｄを０〜５重量％（ただし０
重量％は比較例）の各比率で含有し残部が実質的にＩｒ
で構成された合金を用意し、それぞれ熱間圧延（温度７
００℃以上）により厚さ０．５mmの板材とした後、これ
を熱間打抜き加工（温度７００℃以上）することによ
り、直径０．７mm、厚さ０．５mmの円板状のチップを得
た。これらチップを用いて実施例１と同様のプラグを作
製した（なお、Ｐｄを１０重量％含有する合金について
も同様にチップの作製を試みたが、打抜き加工中に割れ
を生じてチップを得ることができなかった）。そして、
これらプラグに対し実施例１と同様の条件にて性能試験
を行った。図５は、その結果を、合金中のＰｄの含有量
と火花放電ギャップ増加量との関係で示したものであ
る。すなわち、比較例（Ｉｒ金属）のプラグは火花放電
ギャップｇが著しく拡大しているのに対し、チップの合
金組成範囲が本発明の範囲に属するプラグについては、
火花放電ギャップｇの増加が小さく耐久性に優れている
ことがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグを示す正面部分断面
図。

【図２】その要部を示す拡大断面図。

【図３】実施例１において、Ｉｒ−Ｐｄ合金中のＰｄ含
有量と酸化による重量減少との関係を示すグラフ。

【図４】実施例２における、発火部を構成する合金中の
Ｐｄ含有量と、火花放電ギャップの拡大量との関係を示
すグラフ。

【図５】実施例３における、発火部を構成する合金中の
Ｐｄ含有量と、火花放電ギャップの拡大量との関係を示
すグラフ。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁体３中心電極４接地電極３１発火部（チップ）３２対向する発火部（チップ）ｇ火花放電ギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極と、その中心電極の外側に設け
られた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金
具と、その主体金具に一端が結合され、他端側が前記中
心電極と対向するように配置された接地電極と、それら
中心電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火
花放電ギャップを形成する発火部とを備え、その発火部が、Ｉｒを主体としてＰｄを１〜３０重量％
の範囲で含有した合金により構成されることを特徴とす
るスパークプラグ。
【請求項２】前記発火部を構成する合金は、Ｐｄを
１．５〜１８重量％の範囲で含有する請求項１記載のス
パークプラグ。
【請求項３】前記発火部を構成する合金は、Ｐｄを２
〜１５重量％の範囲で含有する請求項１記載のスパーク
プラグ。
【請求項４】前記発火部を構成する合金は、Ｐｄを５
重量％以下の範囲で含有する請求項１ないし３のいずれ
かに記載のスパークプラグ。