JPH1197152A

JPH1197152A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH1197152A
Application number: JP27201397A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷; Ichiro Gonda; 一郎権田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】発火部の合金組成がＩｒ−Ｒｈ系をベースと
しつつも、従来のＩｒ−Ｒｈ二元合金を使用したものと
比較して、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部
の消耗が格段に起こりにくい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、絶
縁体２の外側に設けられた主体金具１と、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を主成分として０．２
〜３重量％のＲｈと、０．１〜１．６重量％のＭｎとを
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、白金は高価であり
融点も１７６９℃程度であって耐火花消耗材料としては
十分ではないため、チップ材料としてより安価で融点も
２４５４℃程度と高いＩｒ（イリジウム）を使用する提
案がなされている。ところが、発火部をＩｒで構成した
場合、Ｉｒは９００〜１０００℃の高温域においては、
揮発性の酸化物を生じて消耗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る。

【０００３】そこで、チップを構成する合金に適当な元
素を添加して、Ｉｒの酸化揮発による消耗を抑さえる試
みがなされている。例えば、特開平９−７７３３号公報
には、Ｒｈを添加することによりＩｒ成分の酸化揮発を
抑さえ、チップの高温耐熱性と耐消耗性を改善したスパ
ークプラグが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示されたスパークプラグにおいてチップ材料とし
て使用されているＩｒ−Ｒｈ合金は、内燃機関の高速・
高負荷連続運転に耐えうるだけの酸化揮発による消耗を
抑えるためには、Ｒｈの含有量をかなり多くしなければ
ならない。しかしながら、ＲｈはＩｒと比べて数倍高価
であり、しかも融点は１９７０℃程度とＩｒよりもかな
り低いため、含有量を多くし過ぎるとチップの材料コス
トが高騰するばかりでなく、耐火花消耗性も十分ではな
くなるという問題がある。すなわち、近年では、内燃機
関の性能向上に伴いプラグの使用条件はますます厳しく
なる傾向にあり、チップをＩｒ−Ｒｈ二元合金により構
成した場合には、Ｒｈの含有量を相当に増やすと、運転
条件によっては耐火花消耗性を必ずしも十分に確保でき
ない場合がある。

【０００５】なお、上記公報の実施例には、Ｉｒ−Ｒｈ
二元合金をベースとして、これにＰｔ、Ｎｉといった第
三金属成分を、Ｉｒを置換する形で添加した合金でチッ
プを構成したときの、プラグの耐久性試験の結果が開示
されている。しかしながら、該結果によれば耐久試験後
のチップの消耗量は、ＰｔないしＮｉを添加しない合金
を用いた場合よりも却って大きくなっており、Ｉｒ−Ｒ
ｈ二元合金の耐消耗性を改善する結果にはなっていな
い。

【０００６】本発明の課題は、発火部の材料としてＩｒ
−Ｒｈ系合金を使用しつつも、Ｉｒ−Ｒｈ二元合金を使
用した従来のスパークプラグと比較して、高価なＲｈの
含有量を少なく抑さえることができ、しかも高温でのＩ
ｒ成分の酸化・揮発による発火部の消耗が格段に起こり
にくく、ひいては市街地走行においても、高速走行にお
いても優れた耐久性を確保することができるスパークプ
ラグを提供することにある。

【０００７】

【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、絶縁
体の外側に設けられた主体金具と、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、その発火部が主に、Ｉｒを主
成分として０．２〜３重量％のＲｈと、０．１〜１．６
重量％のＭｎとを含有する合金により構成されることを
特徴とする。

【０００８】本発明者らは、スパークプラグの発火部
を、Ｉｒを主体として上記組成範囲のＲｈとＭｎとを含
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、ひいてはより耐久
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。ここで、上記スパークプラグの構成におい
ては、発火部を構成する合金にＲｈとともに所定量のＭ
ｎを含有させることに特徴がある。すなわち、Ｍｎの添
加により、Ｉｒ−Ｒｈ二元合金を使用する従来のスパー
クプラグと比較して、Ｒｈ含有量を大幅に削減しても発
火部の耐消耗性を十分に確保でき、ひいては高性能のス
パークプラグをより安価に構成できるようになるのであ
る。

【０００９】なお、上記発火部は、表記組成の合金から
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。

【００１０】上記合金中のＲｈの含有量が３重量％を超
えた場合は、Ｉｒの酸化揮発抑制効果に対するＭｎ添加
の寄与が顕著でなくなり、例えば従来のＩｒ−Ｒｈ二元
合金を使用したスパークプラグに対する優位性が確保で
きなくなる。一方、Ｒｈの含有量が０．２重量％未満に
なると、Ｉｒ成分の酸化揮発抑制効果が不十分となり、
発火部が消耗しやすくなってプラグの耐久性が確保でき
なくなる。なお、合金中のＲｈの含有量は、望ましくは
０．３〜３重量％の範囲で調整するのがよい。

【００１１】次に、合金中のＭｎの含有量が１．６重量
％を超えると、Ｉｒ成分の酸化揮発抑制効果が却って不
十分となり、発火部の耐消耗性を損なうことにつなが
る。一方、Ｍｎの含有量が０．１重量％未満になるとＭ
ｎ添加によるＩｒの酸化揮発抑制効果への寄与がほとん
ど期待できなくなる。なお、Ｍｎの含有量は、望ましく
は０．２〜１．２重量％の範囲で調整するのがよく、よ
り望ましくは０．２〜０．６重量％の範囲で調整するの
がよい。

【００１２】ＲｈとＭｎとを上記範囲で含有する合金で
発火部を構成することにより、Ｉｒの酸化揮発が抑制さ
れる理由としては、合金の表面に、例えばＭｎＲｈ₂Ｏ₄
（スピネル型結晶構造）等の緻密で安定な酸化物被膜が
形成され、この酸化物皮膜が一種の不動態皮膜として作
用して、Ｉｒ成分の酸化進行が抑制される機構が推定さ
れる。

【００１３】発火部は、上記合金を主体として、元素周
期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合酸化
物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有する金
属−酸化物複合材料で構成してもよい。これにより、Ｉ
ｒ成分の酸化・揮発による消耗がさらに効果的に抑制さ
れる。上記酸化物の含有量が０．１重量％未満になる
と、当該酸化物添加によるＩｒの酸化・揮発防止効果が
十分に得られなくなる。一方、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、上記酸化物として
は、Ｙ₂Ｏ₃が好適に使用されるが、このほかにもＬａＯ
₃、ＴｈＯ₂、ＺｒＯ₂等を好ましく使用することができ
る。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】次に、図２に示すように中心電極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を主成分としてＲｈを０．２〜３重量％の範囲
で含有し、かつＭｎを０．１〜１．６重量％の範囲で含
有する合金、より望ましくはＲｈを０．３〜３重量％の
範囲で含有し、かつＭｎを０．２〜０．６重量％の範囲
で含有する合金を主体に構成される。

【００１７】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、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。

【００１８】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３２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。

【００１９】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、
加えて融点の高い材料を有効に使用できることによって
耐火花消耗性も改善される。これにより、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。さらに、発火部を構成するＩｒ合
金は、上記組成範囲でＭｎを添加することにより、発火
部の材料としてＩｒ−Ｒｈ二元合金を使用した従来のス
パークプラグと比較して高価なＲｈの含有量を削減で
き、ひいてはスパークプラグをより安価に製造できる。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）所定量のＩｒ、Ｒｈ及びＭｎを配合・溶解
することによりＩｒを主体としてＲｈとＭｎとを各種組
成で含有する合金を作製し、これを直径０．７mm、厚さ
０．５mmの円板状のチップに加工した。そして、それら
チップを試験片とし、大気中にて１１００℃で３０時間
保持した後の各試験片の重量減少率（以下、酸化減量と
もいう：単位％）を測定した。その結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】該表１の結果によれば、Ｉｒを主成分とし
てＲｈを０．２〜３重量％の範囲で含有し、かつＭｎを
０．１〜１．６重量％の範囲で含有する合金は酸化減量
が小さくなっている。また、Ｒｈを０．３〜３重量％の
範囲で含有し、かつＭｎを０．２〜０．６重量％の範囲
で含有する合金は、酸化減量がさらに小さくなってい
る。このことは、酸化減量が小さくなる表記合金組成の
チップをスパークプラグの発火部として使用した場合
に、耐消耗性に優れたものとなることを示唆するもので
ある。

【００２３】（実施例２）次に、上記作製したいくつか
のチップを用いて、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を形成した。なお、
火花放電ギャップｇの幅は１．１mmに設定した。そし
て、これら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２８００ｃ
ｃ）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５５００ｒｐｍにて４００時間連続運転
し（中心電極温度約９００℃）、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。結果を表２に
示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】すなわち、前述の組成範囲の合金で発火部
を構成したものについては、ギャップ増加量が小さく発
火部の耐消耗性が良好であるのに対し、該組成範囲を外
れる合金で発火部を構成したものはギャップ増加量が大
きく、発火部の耐消耗性に劣ることがわかる。

【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３２発火部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、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、その発火部が主に、Ｉｒを主成分として０．２〜３重量
％のＲｈと、０．１〜１．６重量％のＭｎとを含有する
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】前記合金は、Ｒｈの含有量が０．３〜３
重量％の範囲で調整されている請求項１記載のスパーク
プラグ。
【請求項３】前記合金は、Ｍｎの含有量が０．２〜
１．２重量％の範囲で調整されている請求項１又は２に
記載のスパークプラグ。
【請求項４】前記合金は、Ｍｎの含有量が０．２〜
０．６重量％の範囲で調整されている請求項３記載のス
パークプラグ。