JPH1022052A - スパークプラグ - Google Patents

スパークプラグ

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JPH1022052A
JPH1022052A JP8188349A JP18834996A JPH1022052A JP H1022052 A JPH1022052 A JP H1022052A JP 8188349 A JP8188349 A JP 8188349A JP 18834996 A JP18834996 A JP 18834996A JP H1022052 A JPH1022052 A JP H1022052A
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spark plug
weight
center electrode
composite material
chip
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JP8188349A
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Wataru Matsutani
渉 松谷
Koji Okazaki
浩二 岡崎
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/20Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39Selection of materials for electrodes

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  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップ材料としてIrを含有する材料を使用
し、かつ高温での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3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、それら中心電極3と接地電極
4との少なくとも一方に固着されて火花放電ギャップg
を形成する発火部31及び32とを備え、その発火部3
1及び32が、Irを10重量%以上含有し、またR
h、Mo、Nb及びPtのうちの1種又は2種以上を合
計で0.5〜89.9重量%の範囲内で含有し、さらに
希土類酸化物を0.1〜15重量%の範囲内で含有する
金属−酸化物複合材料からなるチップにより構成され
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、これを
発火部と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。こ
の場合、Irの酸化・揮発を抑制するために、IrにY
23等の希土類酸化物を分散させた材料をチップ材料と
して使用する提案もなされているが(特開平7−376
77号)、近年のエンジンの高出力化に伴いプラグの使
用温度域はさらに上昇する傾向にあり、上記材料のチッ
プを使用したプラグもその耐久性は必ずしも十分とは言
えない問題がある。
【0004】本発明は、チップ材料としてIrを含有す
る材料を使用し、かつ高温での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10重量%以上含有し、ま
たRh、Mo、Nb及びPtのうちの1種又は2種以上
を合計で0.5〜89.9重量%の範囲内で含有し、さ
らに希土類酸化物を0.1〜15重量%の範囲内で含有
する金属−酸化物複合材料からなるチップにより構成さ
れてい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
発火部の材質として、上記材料からなるチップを使用す
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】チップを構成する上記複合材料中におい
て、そのRh、Mo、Nb及びPtの各成分(以下、合
金成分という)と希土類酸化物とは、いずれもIr成分
の酸化・揮発を抑制する働きをなす。なお、Irの含有
量が10重量%未満になるとチップの融点が低下し、耐
久性が十分に確保できなくなる。したがって、合金成分
と希土類酸化物との合計量は90重量%以下に留める必
要がある。なお、Irの含有量は望ましくは50重量%
以上とするのがよい。
【0008】次に、合金成分の合計含有量が0.5重量
%未満になると、当該合金成分添加によるIrの酸化・
揮発防止効果が十分に得られなくなる。それ故、合金成
分の合計含有量は0.5重量%以上で調整するのがよ
い。
【0009】一方、希土類酸化物の含有量が0.1重量
%未満になると、当該希土類酸化物添加によるIrの酸
化・揮発防止効果が十分に得られなくなる。一方、希土
類酸化物の含有量が15重量%を超えると、チップの耐
熱衝撃性が低下し、例えばチップを電極に溶接等により
固着する際に、ひびわれ等の不具合を生ずることがあ
る。なお、希土類酸化物としては、Y23が好適に使用
されるが、このほかにもLaO3、ThO2等を使用する
ことができる。
【0010】上記合金成分は、Irに対する固溶限以下
の範囲で含有させることが望ましい。合金成分がIrに
対する固溶限を超えて含有された場合、両成分の間で脆
弱な金属間化合物が形成され、発火部の火花に対する耐
久性や耐熱衝撃性に問題を生ずる場合がある。例えば、
合金成分としてMoないしNbを使用する場合、室温に
おけるMoのIrに対する固溶限は約12重量%であ
り、同じくNbのIrに対する固溶限は約6重量%であ
ることから、NbないしMoを単独含有させる場合に
は、それぞれ上記値よりも小さい含有量に設定すること
が望ましいといえる。ただし、上記金属間化合物の形成
量が一定以下で、発火部の耐久性等に及ぼす影響が小さ
い場合には、MoないしNbの含有量が上記固溶限を多
少超えた値となっていても差しつかえない。以上から、
例えばMoを単独で含有させる場合、その含有量は20
重量%以下、望ましくは12重量%以下とするのがよ
い。同様にNbについては、その含有量を10重量%以
下、望ましくは6重量%以下とするのがよい。なお、上
記複合材料中にMo及びNbの双方を含有させることも
可能である。この場合、その含有量は、Ir−Mo−N
b3元系におけるIrへのMo及びNbの固溶限以下の
範囲で設定することが望ましい。
【0011】次に、合金成分としてRhを含有させる場
合であるが、Rhの含有量が80重量%を超えると材料
の融点が低下し、プラグの耐久性が低下する。Rhの含
有量は、望ましくは20〜60重量%、さらに望ましく
は30〜40重量%の範囲で調整するのがよい。
【0012】なお、チップを構成する複合材料は、焼結
材料とすることができる。これにより、希土類酸化物を
均一に分散させることができ、ひいては発火部の耐久性
をさらに向上させることができる。
【0013】
【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。
【0014】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。
【0015】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10重
量%以上含有し、また合金成分として、Rh、Mo、N
b及びPtのうちの1種又は2種以上を合計で0.5〜
89.9重量%の範囲内で含有し、さらにY23等の希
土類酸化物を0.1〜15重量%の範囲内で含有する金
属−酸化物複合材料からなるチップにより構成される。
これらチップは、Irと上記合金成分とからなる合金粉
末、あるいは所定比率で配合された金属単体粉末に対
し、希土類酸化物粉末を混合・分散させ、これを成形・
焼結することにより得られる焼結複合材料として構成す
ることができるが、例えば表記組成となるように各合金
成分及び希土類酸化物粉末を配合・溶解することにより
得られる溶解材を用いることも可能である。
【0016】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、ここに円板状に形成された上記チップを重ね合
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31又は対向する発火部3
2及び接地電極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。
【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、前述の合金からなるチップ
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】Ir−1重量%Mo合金粉末及びIr−5重
量%Rh合金粉末に対し、それぞれY23粉末を混合
し、これを所定形状に成形して後焼結することにより、
Ir−1重量%Mo−1.7重量%Y23及びIr−5
重量%Rh−1.7重量%Y23の各組成を有する金属
−酸化物複合材料のチップを作製した。なお、比較例と
して、Ir−1.7重量%Y23の組成を有する焼結複
合材料を用いたチップも作製した。そして、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気筒のガソリンエ
ンジン(排気量2000cc)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6000rp
mにて200時間まで運転し(中心電極温度約850
℃)、各時間毎のチップの消耗体積を測定した。その結
果を図3に示す。
【0019】すなわち、比較例のプラグについては、チ
ップの体積消耗が著しいのに対し、実施例のプラグにつ
いては体積消耗が少ないことがわかる。
【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】各組成のチップを使用したプラグにおける、エ
ンジン運転時間とチップ消耗体積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 (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、一方の端部側から前記中心電極を突出
    させた状態で、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10重量%以上含有し、またR
    h、Mo、Nb及びPtのうちの1種又は2種以上を合
    計で0.5〜89.9重量%の範囲内で含有し、さらに
    希土類酸化物を0.1〜15重量%の範囲内で含有する
    金属−酸化物複合材料からなるチップにより構成されて
    いることを特徴とするスパークプラグ。
  2. 【請求項2】 前記チップを構成する複合材料は、前記
    合金成分をIrに対する固溶限を超えない範囲内で含有
    するものである請求項1記載のスパークプラグ。
  3. 【請求項3】 前記チップを構成する複合材料は、Mo
    を0.5〜20重量%の範囲内で含有するものである請
    求項1記載のスパークプラグ。
  4. 【請求項4】 前記チップを構成する複合材料は、Nb
    を0.5〜10重量%の範囲内で含有するものである請
    求項1記載のスパークプラグ。
  5. 【請求項5】 前記チップを構成する複合材料は、Rh
    を0.5〜80重量%の範囲内で含有するものである請
    求項1記載のスパークプラグ。
  6. 【請求項6】 前記希土類酸化物はY23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。
  7. 【請求項7】 前記チップを構成する複合材料は、焼結
    材料である請求項1ないし6のいずれかに記載のスパー
    クプラグ。
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