JPH10162930A

JPH10162930A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH10162930A
Application number: JP33512196A
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
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: JP4080015B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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、しかも加
工性に優れた材料により発火部が構成されたスパークプ
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Ｐｔ、Ｒｅ
及びＰｄの少なくともいずれかを合計で１〜３０重量％
の範囲で含有し、さらにＲｈを１〜４９重量％の範囲で
含有した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
チップを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。一方、これとは別の問題
として、Ｉｒは常温及び高温のいずれにおいても延性あ
るいは展性に乏しいことから、発火部を形成するための
チップを鍛造、圧延あるいは打抜き等の加工により製造
しようとすると、材料歩留まりと製造能率が低下して量
産性が悪化する欠点がある。

【０００４】例えば、前述の発火部の耐久性を改善する
ための一手段としては、適当な金属成分を合金に添加し
てＩｒの酸化・揮発による消耗を抑さえることが考えら
れるが、合金の加工性については必ずしも改善されなか
ったり、添加元素の種類によっては加工性が一層悪化す
ることもありうる。また、加工性の問題を回避するため
に、焼結法によりチップを製造する提案がなされている
が（例えば特開昭６１−８８４７９号公報）、焼結合金
製のチップは溶解合金製のチップに比べると耐久性に劣
る欠点がある。このように、Ｉｒ系のチップを使用した
プラグにおいて、チップの耐久性と量産性の双方に優れ
たものは未だ開発されておらず、該プラグの普及を妨げ
る大きな原因となっている。

【０００５】本発明の課題は、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、しかも加工性に優れた材料により発火部が構
成されたスパークプラグを提供することにある。

【０００６】

【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Ｐｔ及びＰｄの
少なくともいずれかを合計で１〜３０重量％の範囲で含
有し、さらにＲｈを１〜４９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。

【０００７】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ＰｔないしＰｄ
を含有する合金により構成することで、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るととも
に、合金がさらに上記範囲のＲｈを含有することによ
り、その加工性が劇的に改善されることを見い出したの
である。これにより、Ｉｒ系金属で発火部を構成した従
来のスパークプラグの問題点がことごとく解決され、ひ
いては発火部の構成材料としてＩｒを主成分とする金属
を使用しつつも、その耐久性（特に高速走行時の耐久
性）と量産性の双方に優れたスパークプラグを実現する
ことができる。

【０００８】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。

【０００９】この場合、チップは、原料を所定の組成と
なるように配合・溶解して得られる溶解合金に対し所定
の加工を施して形成された加工材により構成できる。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。本発明のスパークプラグにおけるチップ材質におい
ては、とりわけ熱間打抜きにおける加工特性が良好であ
り、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。なお、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。

【００１０】Ｒｈの含有量が１重量％未満になると、合
金の加工性改善効果が十分に達成できなくなり、例えば
加工中に割れやクラックなどが生じやすくなって、チッ
プを製造する際の材料歩留まりの低下につながる。ま
た、熱間打抜き加工等によりチップを製造する場合は、
打抜き刃等の工具の消耗あるいは損傷が生じやすくな
り、製造効率が低下する。一方、４９重量％を超えると
合金の融点が低下し、プラグの耐久性低下を招く。それ
故、Ｒｈの含有量は前述の範囲で調整するのがよく、望
ましくは２〜２０重量％の範囲で調整するのがよい。特
に、ＰｄないしＰｔの合計含有量が５重量％以上である
場合には合金がさらに脆くなり、所定量以上のＲｈを添
加しないと、加工によるチップ製造が極めて困難とな
る。この場合、Ｒｈは２重量％以上、望ましくは５重量
％以上、さらに望ましくは１０重量％以上添加するのが
よい。なお、Ｒｈの含有量が３重量％以上である場合に
は、Ｒｈは加工性の改善だけでなく、高温でのＩｒ成分
の酸化・揮発の抑制に対しても効果を生ずる場合があ
る。

【００１１】ＰｔないしＰｄの合計含有量が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、チップ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、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したり（例え
ばＰｄ単独添加の場合）、あるいは高価なＰｔないしＰ
ｄの含有量が増大して発火部の材料コストが増大する割
には、発火部の消耗抑制効果がそれほど期待できなくな
る問題が生ずる。以上のことから、ＰｔないしＰｄの合
計含有量は前述の範囲で調整するのがよく、望ましくは
３〜２０重量％の範囲で調整するのがよい。

【００１２】なお、ＰｔないしＰｄはそれぞれ単独で合
金に含有させることができ、この場合は、その含有量を
下記のように調整することが望ましい。Ｐｔを使用する場合は、その含有量を１〜２０重量％
の範囲で設定するのがよい。合金中のＰｔ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、Ｐｔの含有量が２０重量％を超え
ると、高価なＰｔの含有量が増大して発火部の材料コス
トが増大する割には、発火部の消耗抑制効果がそれほど
期待できなくなる。

【００１３】Ｐｄを使用する場合は、その含有量を１
〜３０重量％の範囲で設定するのがよい。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。

【００１４】また、Ｐｔ及びＰｄは、２種以上のものを
組み合わせて含有させることもできる。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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
してＰｔ及びＰｄの少なくともいずれかを合計で１〜３
０重量％、望ましくは３〜２０重量％の範囲で含有し、
さらにＲｈを１〜４９重量％、望ましくは２〜２０重量
％の範囲で含有した合金により構成される。

【００１８】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。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いて形成されたものが使用
されている。なお、チップは、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形成したものを使用しても
よい。

【００１９】ここで、発火部３１及び対向する発火部３
２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３１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。

【００２０】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。また、合金組
成が前述の範囲に設定されることで、発火部３１及び３
２を構成するチップを熱間圧延及び熱間打抜き等により
極めて能率よく製造できる。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）所定量のＩｒとＰｄ及び／又はＰｔとを配
合・溶解することにより、ＰｄとＰｔとを合計で０〜３
０重量％（０重量％は比較例）の各比率で含有し、さら
にＲｈを０〜１０重量％（０重量％は比較例）の各種比
率で含有して、残部が実質的にＩｒである合金を作製し
た。この合金に対し、１パス当りの圧下率を１０〜３５
％の範囲で各種値に固定的に設定して熱間圧延を行い、
厚さ０．５mmの板材に加工した。なお、圧延中は試料温
度が常に７００℃以上に保持されるよう、一定パス毎に
所定の炉を用いて試料を加熱した。そして、圧延により
得られた板材の外観を目視にて観察し、割れやクラック
の発生しなかったものを「○」、微小なクラックが発生
したものを「△」、割れの発生したものを「×」として
評価した。その結果を表１に示す（なお、各組成及び圧
延条件毎の試料数は５０００とした）。

【００２２】

【表１】

【００２３】すなわち、Ｒｈを添加しない比較例の試料
（Ｎｏ．１〜３）については、圧延時に割れやクラック
を生じやすく、特に、Ｐｔを５〜１０重量％含有するＮ
ｏ．２ないし３の試料については、圧下率を１０％とし
ても、割れ等を生ずることなく板材に加工することはほ
ぼ不可能であった。一方、Ｒｈを２重量％以上含有させ
た実施例の試料（Ｎｏ．４〜８）については、圧下率を
２５％〜３０重量程度まで増大させても問題なく圧延す
ることができ、加工性が良好であることがわかる。

【００２４】次いで、上記得られた板材を熱間打抜き加
工（温度７００℃以上）することにより、直径０．７m
m、厚さ０．５mmの円板状のチップを得た（なお、Ｒｈ
を添加しないＮｏ．２及び３の試料の板材については、
打抜き中に割れが生じたりして加工が困難であったた
め、チップの作製は断念した）。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、ギ
ャップ拡大量が０．２mm 未満のものを「○」、０．２
〜０．４mmのものを「△」、０．４mmを超えるものを
「×」として評価を行った。結果を表１に示す。

【００２５】すなわち、比較例（Ｎｏ．１：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、実施例のプラグ（Ｎｏ．４〜８）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。以
上の実験結果から、合金組成が本発明の範囲に属するチ
ップを使用したプラグは、チップの耐久性に優れ、かつ
溶解合金からの熱間加工（圧延及び打抜き）によるチッ
プの製造も容易であることがわかる。

【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。

【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Ｐｔ及びＰｄの少なく
ともいずれかを合計で１〜３０重量％の範囲で含有し、
さらにＲｈを１〜４９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、Ｒｈを２
〜２０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、Ｐｔを１
〜２０重量％の範囲で含有する請求項１又は２に記載の
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１
〜３０重量％の範囲で含有する請求項１又は２に記載の
スパークプラグ。
【請求項５】前記発火部を構成する合金は、Ｐｔ及び
Ｐｄの少なくともいずれかを合計で３〜２０重量％の範
囲で含有する請求項１ないし４のいずれかに記載のスパ
ークプラグ。
【請求項６】前記発火部を構成する合金は、Ｐｔ及び
Ｐｄの少なくともいずれかを合計で５重量％以上含有
し、Ｒｈを５重量％以上含有するものである請求項１な
いし５のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項７】前記発火部は、原料を所定の組成となる
ように配合・溶解して得られる溶解合金に対し、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加工を施して得られる加工材により
形成されたものである請求項１ないし６のいずれかに記
載のスパークプラグ。