JPH1032076A - スパークプラグ - Google Patents
スパークプラグInfo
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- JPH1032076A JPH1032076A JP9097646A JP9764697A JPH1032076A JP H1032076 A JPH1032076 A JP H1032076A JP 9097646 A JP9097646 A JP 9097646A JP 9764697 A JP9764697 A JP 9764697A JP H1032076 A JPH1032076 A JP H1032076A
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- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
- H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T13/00—Sparking plugs
- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
- H01T13/39—Selection of materials for electrodes
Abstract
スパークプラグのチップを提供する。 【解決手段】 Irに、Irよりも耐消耗性に優れ、か
つ、Irと全率固溶可能な金属材料を添加したIr合金
材料によれば、高温状態でのIrの酸化揮発を防止で
き、かつ、このIr合金材料を熱間で引き延ばす際にお
ける、材料表面のクラックの発生を防止できる。そし
て、このようなIr合金材料からなるインゴットを線状
部材に引き延ばし、この線状部材を所定長さに研磨切断
することにより、スパークプラグの中心電極3の先端部
3aに取り付けられる貴金属チップ51を形成してい
る。
Description
プラグに関するもので、自動車等の内燃機関に用いて好
適である。
は、外径0.8mmのIrからなる線材の外周部に厚さ
0.08mmのPtからなる皮膜が形成されたPt被覆
Ir材料が提案されている。このPt被覆Ir材料は、
Ir粉末を溶解してなるインゴットを、熱間にて引き延
ばして外径4mmの線材としてから、この線材を、内径
4mmのPtパイプに挿入して熱処理して、上記線材の
外周面にPt皮膜を形成した後、この線材を熱間にて引
き延ばして形成される。
覆Ir材料によれば、熱間におけるIrの酸化揮発によ
る消耗(以下、酸化消耗という)を防止できるので、P
t被覆Ir材料をスパークプラグにおける中心電極の先
端部に設けることで、スパークプラグの長寿命化を図る
ことができる。ところが、上記Pt皮膜を形成する工程
や、このPt皮膜を形成するためのPtパイプという別
部品が必要なので、Pt被覆Ir材料の製造工程が複雑
となり、コスト高となってしまう。
で、簡単な工程で製造可能な、耐消耗性に優れたスパー
クプラグのチップを提供することを目的とする。
Irよりも耐消耗性に優れ、かつ、Irと全率固溶可能
な金属材料を添加したIr合金材料によれば、高温状態
でのIrの酸化揮発を防止でき、かつ、このIr合金材
料を熱間で引き延ばす際における、材料表面のクラック
の発生を防止できることを見出し、本発明を完成したも
のである。
とを混合し、溶融して得られるIr合金材料からなるイ
ンゴットを棒状に引き延ばし、この棒材を所定長さに切
断して得られるものをチップ(51)とすることによ
り、簡単な工程で製造可能な、耐消耗性に優れたチップ
(51)を提供するものである。上記金属材料として
は、例えば、Pt、Ru、Rh等が挙げられる。なお、
上記Ir合金材料は、上記金属材料を2種類以上含むも
のであってもよい。こうして得られたチップ(51)
が、スパークプラグの中心電極(3)の先端部(3
a)、および、接地電極(4)の対向部(4a)の少な
くとも一方(3a)に配置されている。
は、高温状態における上記金属材料の酸化消耗量が、I
rの酸化消耗量よりも小さいことである。ここで、本発
明者らの実験により、スパークプラグの放電中における
チップ(51)近傍の温度である約1000℃における
Irの酸化消耗量は約0.5mg/(cm2 ・h)であ
ることが確認されている。そして、約1000℃におけ
る酸化消耗量が1×10 -2mg/(cm2 ・h)以下程
度のものであれば、Irよりも大幅に耐酸化性に優れる
とみなしている。
0-5mg/(cm2 ・h)、Ruの上記酸化消耗量は約
1×10-2mg/(cm2 ・h)、Rhの上記酸化消耗
量は約1×10-4mg/(cm2 ・h)である。また、
上記金属材料がIrと全率固溶可能であるとは、上記金
属材料がIrと全組成にわたって互いに均一に溶け合う
ことができるということである。このような上記金属材
料とIrとが均一に溶け合ったIr合金材料からなるイ
ンゴットには、Irが偏って存在する部分がなく、この
部分からIrが酸化揮発することを防止できる。
も硬度が小さく、展性に優れるため、IrにPt、R
h、およびRuのうち少なくとも1種類以上を添加する
ことにより、Irに比べてIr合金材料の硬度を小さ
く、かつ、展性をよくでき、この結果、インゴットを引
き延ばす際にインゴット表面に発生するクラックを防止
できる。
らなるインゴットを、熱間鍛造を経て棒状に引き延ばす
ことにより、インゴット中のブローホールや粗雑な組織
を消滅させて、微細な繊維組織とすることができるの
で、これによっても、インゴットを引き延ばす際のイン
ゴット表面のクラックの発生を防止できる。ここで、I
r合金材料を棒状に引き延ばすことにより得られる棒材
について、この棒材の表面のクラックの発生量が多いほ
ど、この棒材の引張強度は小さくなる。このため、後述
の実験における引張強度の測定により、線状部材の表面
のクラックの発生量を推測できる。
法を示す。まず、上記インゴットを形成し、このインゴ
ットを熱間鍛造して、微細な繊維組織を有する棒材と
し、この棒材を熱間圧延して小断面積の棒材とする。そ
の後、この小断面積の角材を熱間線引きして、所定の断
面円形状、または、断面角形状の棒材とし、この棒材を
所定長さに切断する。
ると、チップ(51)を中心電極(3)にレーザ溶接に
て固定する場合、レーザ溶接を行なうポイントが特に限
られないので好ましい。また、チップ(51)を断面角
形状であると、このチップ(51)の角部(51a)に
電界が集中しやすく、スパークプラグの放電電圧を下げ
ることができるので好ましい。
角形状の棒材を、研磨剤により研磨することにより、こ
の棒材を切断すると、切断面にバリ、クラック、凹凸等
が発生しないので好ましい。なお、微細な繊維組織を有
する棒材は、微細な繊維組織を有さないものに比べて引
張強度が大きい、ということが後述の実験により確認さ
れている。従って、微細な繊維組織を有する棒材は、こ
の表面のクラックの発生を抑制でき、この棒材を圧延、
線引きする際における棒材の破断を防止できる。
の融点が1700℃〜2400℃であることが望まし
い。これは、上記金属材料の融点が1700℃よりも小
さいと、火花放電1回当たりのチップの体積消耗量(以
下、チップ消耗量という)が1.5×10-9mm3より
も大きくなることが後述の実験により確認されており、
この結果、車両の走行距離が10万kmに達する前に、
放電ギャップ(6)が拡大して確実に火花が飛ばなくな
る恐れがあるためである。
り大きいと、Irを溶融する条件で、この金属材料を溶
融できなくなる恐れがあり、この場合、非常に高温状態
とする必要があるためである。そして、本発明において
は、上記金属材料の熱伝導率が0.1cal/(cm・
S・℃)以上であることが好ましい。
cal/(cm・S・℃)よりも小さいと、チップ消耗
量が1.5×10-9mm3 よりも大きくなることが後述
の実験により確認されているためである。また、本発明
においては、チップ(51)に関する上記金属材料の含
有率が1wt%〜30wt%であることが好ましい。
金属材料の含有率が1wt%よりも小さいと、チップ
(51)の引張強度が40kg/mm2 よりも小さくな
ることが後述の実験により確認されており、この結果、
スパークプラグの組付工程中等の衝撃によりチップが損
傷する恐れがある、ということが本発明者らの経験によ
りわかっているためである。
いと、チップ消耗量が1.5×10 -9mm3 よりも大き
くなることが後述の実験により確認されているためであ
る。さらに、チップ(51)の断面積は、0.2mm2
以上、1.2mm2 以下であり、かつ、チップ(51)
の長さは、0.5mm以上、2.0mm以下であること
が好ましい。
mm2 未満で、長さが2.0mmよりも大きいと、スパ
ークプラグの使用中に、チップ(51)の放電ギャップ
(6)側から中心電極(3)側への熱の引けが悪くな
り、チップ(51)の放電ギャップ(6)側が異常に高
温となって、チップ(51)の消耗量が増加し、長寿命
のスパークプラグの仕様を満たさない恐れがある、とい
うことが発明者らの経験によりわかっているためであ
る。
m2 より大きくなると、チップ(51)の放電ギャップ
(6)側における電界の集中程度が弱くなり、スパーク
プラグの放電電圧が増大する、ということが発明者らの
経験によりわかっているためである。また、チップ(5
1)の放電ギャップ(6)側表面に火炎は形成されるも
のであるが、このチップ(51)の長さが0.5mm未
満であると、上記火炎と中心電極(3)との距離が近づ
き、上記火炎が中心電極(3)により冷却されてしまい
(以下、消炎作用という)、スパークプラグの着火性が
低下する恐れがある、ということが発明者らの経験によ
りわかっているためである。
について説明する。 (第1の実施形態)本実施形態のスパークプラグを図1
に示す。図1に示すように、スパークプラグは、円筒形
状の取付金具1を有しており、この取付金具1は、図示
しないエンジンブロックに固定するための取付ネジ部1
aを備えている。取付金具1の内部には、アルミナセラ
ミック(Al2 O3 )等からなる絶縁体2が固定されて
おり、この絶縁体2の軸孔2aに中心電極3が固定され
ている。絶縁体2の先端部2bは、取付金具1から露出
するように設けられている。
優れた金属材料、外材がNi基合金等の耐熱性および耐
食性に優れた金属材料により構成された円柱体で、図2
に示すように、その先端部3aが絶縁体2の先端部2b
から露出するように設けられている。取付金具1の一端
には、接地電極4が溶接により固定されている。この接
地電極4は、Ni基合金等の金属材料からなり、中心電
極3の先端部3aと放電ギャップ6を隔てて対向してい
る。
徴であるIr合金材料からなる貴金属チップ51が設け
られている。この貴金属チップ51は円柱体で、95w
t%Ir−5wt%Rh(以下、95Ir−5Rhと示
す)からなる。Rhは、Irと全率固溶可能で、Irよ
りも耐酸化性に優れている。そして、貴金属チップ51
の熱の引けと、中心電極3および接地電極4の消炎作用
とを考慮して、貴金属チップ51の直径は例えば0.7
mm、長さは1.5mmとしている。
aには細径部3cが形成されており、この細径部3cに
は孔3bが形成されている。そして、この孔3bに貴金
属チップ51の一部を挿嵌し、先端部3a外周部からか
しめた後、レーザ溶接により溶融層8を形成して、貴金
属チップ51を確実に先端部3aに固定している。この
レーザ溶接は、細径部3cの外周部から軸方向に垂直的
に、かつ、細径部3cの外周部の周方向に45°間隔で
8点行なっている。なお、レーザ溶接において中心電極
3と貴金属チップ51との溶融層8を確実に形成するた
めに、細径部3cが形成されている。
aに対向する対向部4aには貴金属チップ52が抵抗溶
接により固定されている。貴金属チップ52も円柱形状
で、78Pt−20Ir−2Niからなる。貴金属チッ
プ52の直径は0.7mm(断面積は約0.4m
m2 )、長さは0.3mmとしている。ここで、一般
に、中心電極3側の貴金属チップ51の方が、接地電極
4側の貴金属チップ52よりも、火花放電による消耗量
が大きい。よって、本実施形態では、貴金属チップ51
のみをIr合金材料にて形成し、貴金属チップ52に
は、従来と同様のものを用いている。
1の形成方法を図3に基づいて説明する。まず、直径が
10μm程度のIr粉末を760g、直径が10μm程
度のRh粉末を40gを計量し(図3中S1)、これら
Ir粉末とRh粉末とを混合して(図3中S2)、混合
粉末を準備する。次に、混合粉末を冷間、例えば25℃
程度で圧粉成型して略直方体状に固める(図3中S
3)。
m×10mmの直方体状のくぼみを備えた型に配置し、
アーク溶解により、Irの融点(2454℃)以上の温
度、例えば、約2500℃で溶解させる(図3中S
4)。これにより、40mm×100mmの断面で、高
さが約10mmの直方体状のインゴットが得られる。上
記インゴットに関して、流動性が完全になくなるととも
に、塑性変形が行える程度の温度、例えば、約1300
℃になったら、鉄製のハンマにより熱間鍛造を行い、イ
ンゴットを約10mm角の角材(棒材)とする(図3中
S5)。このときの、インゴットに加える圧力は、例え
ば104 〜105 kg/cm2 であり、このような高圧
力による熱間鍛造を行うことにより、インゴット中のブ
ローホールや粗雑な組織を消滅させることができ、微細
な繊維組織を持つ角材とすることができる。
%程度の圧延加工を上記角材に繰り返し行い、約1mm
角の小断面積の角材(小断面積の棒材)とする(図3中
S6)。ここで、溝ロールは、この溝ロールの耐熱温度
である約700℃に保たれ、角材は約1300℃に保た
れている。なお、溝ロールの耐熱温度が700℃より高
いものであれば、溝ロールは角材の温度に近い温度とす
るのが好ましい。
9%程度の線引き加工を上記小断面積の角材に繰り返し
行い、直径0.7mmの線材(断面円形状の棒材)とす
る(図3中S7)。ここで、円形ダイスは、この円形ダ
イスの耐熱温度である約700℃に保たれており、上記
線材は約1300℃に保たれている。そして、円形ダイ
スを通過した線材は、所定長さ(例えば10cm)に切
断され、この所定長さに切断された線材を、室温に放置
して室温程度の温度としてから、所定長さ(本実施形態
では1.5mm)に研磨切断する(図3中S8)ことに
より、上記貴金属チップ51が形成されている。
により切断するものであり、この研磨切断に用いられる
研磨切断機としては、輪状にしたピアノ線(例えば線径
が0.2mm)の表面に研磨剤(例えば径が1μm程度
のダイヤモンド)を接着し、所定位置に配置される複数
のプーリーに上記ピアノ線を複数本かけわたしたものを
用いている。なお、複数のピアノ線は、所定間隔(換言
すれば、貴金属チップ51の長さに対応する間隔)を隔
てて並列的にかけわたわれている。
所定本(例えば50本)束ね、これを樹脂にて一体成形
して樹脂成形体とし、複数のプーリー上にて複数のピア
ノ線を一方向に移動させ、この移動する複数のピアノ線
を上記樹脂成形体に当てることにより、樹脂成形体が研
磨剤にて研磨される。この結果、上記樹脂成形体は複数
個の樹脂成形体に切断され、この後、複数個の樹脂成形
体のうち樹脂を燃やすことにより、複数の貴金属チップ
51が得られる。
された水を線状に噴射させることが可能なウォータジェ
ットを用いてもよい。以下に、Irと、種々の上記金属
材料とからなるチップの引張強度および消耗量を測定し
た実験について図4に基づいて説明する。図4には、実
施例1〜9および比較例1〜15に関して、Irに添加
される上記金属材料の融点および熱伝導率と、上記熱間
鍛造加工(図3中S5)の有無とを示した。なお、比較
例1および比較例2に関しては、Irの融点および熱伝
導率を示してある。
施例1〜9および比較例1〜15の貴金属チップは、図
4に示す組成割合で、かつ、直径1.0mm(断面積は
約0.8mm2 )、長さ2.0mmであり、この貴金属
チップを2つずつ形成した。なお、比較例1、5、8、
11の貴金属チップは、上記熱間鍛造加工(図3中S
5)の代わりに、上記インゴットを切断して約10mm
角の角材を得て、その後、熱間圧延加工(図3中S
6)、熱間線引き加工(図3中S7)を行って形成し
た。
9および比較例1〜15の貴金属チップを軸方向に引っ
張る引張試験により引張強度[kg/mm2 ]を測定
し、この結果を図4に示した。残りの1つは、図2に示
すスパークプラグの貴金属チップ51として取り付け、
内部空気圧力が5kgf/cm2 である気密容器中で、
スパークプラグを600回/minの割合で100時間
火花放電させた後の、実施例1〜9および比較例1〜1
5の体積消耗量を測定した。
プ消耗量を算出し、これをチップ消耗量[mm3 ]とし
て図4に示した。なお、スパークプラグのネジ部1aの
径Eは14mm、中心電極3の径Aは2.5mm、中心
電極3の先端部3aの径Bは1.5mm、先端部3aの
高さCは1.0mm、放電ギャップ6の長さDは1.1
mmとした。
プラグでは、図5(a)に示すように、中心電極3の先
端部3aには、徐々に細径となるテーパ部3dが形成さ
れており、このテーパ部3dの径と貴金属チップ51の
径とが同じとなっている。そして、このテーパ部3dの
先端面に貴金属チップ51を設置し、抵抗溶接等により
仮固定した後、レーザ溶接により溶融層8を形成して、
貴金属チップ51を先端部3aに本固定している。この
レーザ溶接は、図5(b)に示すように、テーパ部3d
と貴金属チップ51との接触面近傍の外周部から、この
接触面に対して斜めに(例えば45°程度)、かつ、接
触面近傍の外周部の周方向に45°間隔で8点行なって
いる。
プラグでは、図5(c)に示すように、貴金属チップ5
1の断面形状が四角形状(角形状)である。なお、テー
パ部3dの先端面は円形状であるが、この先端面から貴
金属チップ51がはみ出ないようになっている。本実施
形態のレーザ溶接は、テーパ部3dの先端面と貴金属チ
ップ51の角部51aとの接触面近傍において合計4点
行なっている。
ため、本実施形態では、上記第1の実施形態におけるス
テップS7の熱間線引き加工工程において、四角形ダイ
スにより、断面減少率99%程度の線引き加工を上記小
断面積の角材に繰り返し行い、断面形状を、一辺が例え
ば0.5mmの正四角形状とする。 (第4の実施形態)本実施形態のスパークプラグでは、
図5(d)に示すように、貴金属チップ51の断面形状
が六角形状(角形状)である。なお、テーパ部3dの先
端面は円形状であるが、この先端面から貴金属チップ5
1がはみ出ないようになっている。本実施形態のレーザ
溶接は、テーパ部3dの先端面と貴金属チップ51の角
部51aとの接触面近傍において合計6点行なってい
る。
ため、本実施形態では、上記第1の実施形態におけるス
テップS7の熱間線引き加工工程において、六角形ダイ
スにより、断面減少率99%程度の線引き加工を上記小
断面積の角材に繰り返し行い、断面形状を、一辺が例え
ば0.35mmの正六角形状とする。
グの半断面図である。
グの要部断面図である。
る。
および消耗量を示す図表である。
ークプラグの要部断面図、(b)〜(d)は、第2〜第
4の実施形態に係わる(a)のF矢視図である。
部、4…接地電極、4a…対向部、51…貴金属チッ
プ、6…放電ギャップ。
Claims (7)
- 【請求項1】 中心電極(3)と、 前記中心電極(3)の先端部(3a)を露出させた状態
で前記中心電極(3)の周囲を覆う絶縁体(2)と、 前記絶縁体(2)の先端部(2b)を露出させた状態で
前記絶縁体(2)を保持する取付金具(1)と、 前記取付金具(1)に固定され、前記中心電極(3)の
前記先端部(3a)に、放電ギャップ(6)を隔てて対
向する対向部(4a)を有する接地電極(4)とを備
え、 前記中心電極(3)の先端部(3a)、および、前記接
地電極(4)の前記対向部(4a)の少なくとも一方
(3a)には、Ir合金材料からなるチップ(51)が
備えられているスパークプラグにおいて、 Irよりも耐酸化性に優れ、Irと全率固溶可能な金属
材料と、Irとを混合し、溶融することにより、前記I
r合金材料は形成されており、 前記チップ(51)は、前記Ir合金材料からなるイン
ゴットを、熱間鍛造を経て所定断面形状の棒材に引き延
ばした後、この棒材を所定長さに切断して得られるもの
であることを特徴とするスパークプラグ。 - 【請求項2】 前記金属材料は、融点が1700℃以
上、2400℃以下で、熱伝導率が0.1cal/(c
m・S・℃)以上であり、 前記チップ(51)に関する前記金属材料の含有率は、
1wt%以上、30wt%以下であることを特徴とする
請求項1に記載のスパークプラグ。 - 【請求項3】 前記チップは、断面積が0.2mm2 以
上、1.2mm2 以下で、長さが0.5mm以上、2.
0mm以下であることを特徴とする請求項1または2に
記載のスパークプラグ。 - 【請求項4】 前記金属材料は、Pt、Rh、およびR
uの少なくとも1種類以上からなることを特徴とする請
求項1ないし3のいずれか1つに記載のスパークプラ
グ。 - 【請求項5】 請求項1ないし4に記載のスパークプラ
グにおける前記チップ(51)を製造するチップの製造
方法であって、 Irと前記金属材料とを混合し、溶融して、インゴット
を形成する工程(S2、S4)と、 このインゴットを熱間鍛造して棒材とする工程(S5)
と、 この棒材を熱間圧延して小断面積の棒材とする工程(S
6)と、 この小断面積の棒材を熱間線引きして所定の断面円形状
の棒材とする工程(S7)と、 この所定の断面円形状の棒材を所定長さに切断する工程
(S8)とを含むことを特徴とするチップの製造方法。 - 【請求項6】 請求項1ないし4に記載のスパークプラ
グにおける前記チップ(51)を製造するチップの製造
方法であって、 Irと前記金属材料とを混合し、溶融して、前記インゴ
ットを形成する工程(S2、S4)と、 このインゴットを熱間鍛造して棒材とする工程(S5)
と、 この棒材を熱間圧延して小断面積の棒材とする工程(S
6)と、 この小断面積の棒材を熱間線引きして所定の断面角形状
の棒材とする工程(S7)と、 この所定の断面角形状の棒材を所定長さに切断する工程
(S8)とを含むことを特徴とするチップの製造方法。 - 【請求項7】 前記切断する工程(S8)において前記
棒材を研磨剤により研磨することにより前記棒材を切断
することを特徴とする請求項5または6に記載のチップ
の製造方法。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
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JP11798096 | 1996-05-13 | ||
JP9097646A JP3000955B2 (ja) | 1996-05-13 | 1997-04-15 | スパークプラグ |
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JP3000955B2 JP3000955B2 (ja) | 2000-01-17 |
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