JPS59169087A - 内燃機関用点火プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車などの内燃機関に用いて好都合な点火プ
ラグに関するものである。

（３） 従来この種の点火プラグとして、中心電極の火花放電端
に、耐熱、耐消耗性の白金より成る放電部層を抵抗溶接
法等で接合し、中心電極の火花放電端の消耗を防ぐよう
になして長寿命化を図ったものがある。

しかしながら、従来の上記点火プラグによれば、放電部
層が脱落することが往々にして現われるという問題を有
している。

そこで、本発明者はその放電部層の脱落の傾向を調査し
たところ、放電部層と中心電極との接合部に亀裂を生じ
ており、この亀裂の部位で放電部層が脱落していた。

このことは、放電部層の白金と中心電極の母材金属であ
るニッケルとの間の線膨張率の相違による熱応力が大き
く起因していると思われる。

本発明は上記の点に鑑み、火花放電間隙を形成する電極
の母材金属と放電部層との間に、該母材金属のニッケル
を少なくとも含む白金合金より成る熱応力緩和層を配置
したことにより、放電部層の脱落を熱応力緩和層にて抑
止できる内燃機関用（４） 点火プラグを提供することを目的とするものである。

以下本発明を具体的実施例により詳細に説明する。第１
図、第２図において１はアルミナ磁器よりなる絶縁碍子
で、中心に軸穴１ａが設けである。

２は炭素鋼よりなる中軸で、絶縁碍子１の軸穴１ａのう
ち上部に挿通してあ乞。３は円筒状のハウジングで、耐
熱、耐蝕性の金属で構成してあり、このハウジング３の
内側にリング状機密パツキン４およびかしめリング５を
介して上記絶縁碍子１が固定しである。なおハウジング
３には内燃機関のシリンダブロックに固定するためのネ
ジ部３ａが設けである。６は中心電極であり、母材金属
としてニッケルークロム（Ｎｉ’−Ｃｒ）合金もしくは
インコネル６００（商品名）から構成しである。

７は本発明の要部である２重白金層であり、中心電極６
の先端に抵抗溶接法により接合しである。

この２重白金層７は放電部７ａと熱応力の緩和層７ｂと
から成っている。放電部層７ａは白金合金、例えば白金
（Ｐｔ）７０重量％乃至９０重量％、（５） イリジウム（Ｉｒ）３０重量％乃至１０重量％から成り
、熱応力緩和層７ｂは白金と卑金属の合金、例えばＰｔ
７０重量％乃至９０重量％、ニッケル３０重量％乃至１
０重量％から成っている。８は耐熱、耐蝕性金属からな
る接地電極で、中心電極６と同様の母材金属士構成しで
ある。９は白金チップ層で、接地電極８に抵抗溶接法に
より接合されている。この白金チップ層９は上記放電部
層７ａと同様のｐｔ金合金構成しである。１０は絶縁−
子１の軸穴１ａ内に封着した導電性ガラスシール層であ
り、銅粉末を低融点ガラスとから構成されており、この
シール層１０で中軸２と中心電極６とを電気的に接続す
ると共に、両者を絶縁碍子１の軸穴１ａに移動ないよう
固定しである。図中、Ｇは火花放電間隙を示している。

なお、上記２重層７は、放電部層７ａの素材と緩和層７
ｂの素材とを重ねて圧延し、熱処理後にプレスにて打抜
いて製造する。

従来例では、白金製放電部層を中心電極および／または
接地電極の放電面に使用することにより、（６） 該電極の耐消耗性の大幅な向上を図っている。しかし、
放電部層は白金とイリジウムの合金、もしくは白金とタ
ングステンの合金、もしくは白金とイリジウムに若干の
Ｎｉを点火した合金から成っていて単一のチップで構成
してあり、その線膨張係数は約８〜９Ｘ１０−６／’Ｃ
であり、上記放電部層とは約５×１０−６／℃の差があ
る。ところが、点火プラグは高負荷、低負荷と種々の運
転条件で使用され、即ち高温、低温が繰返され、この冷
熱繰返しと線膨張差により放電部層と両電極との間でそ
れぞれ繰返し熱応力を受け、一般的には第３図（Ａ）、
　　（Ｂ）のａ、ｂに示すように横亀裂および接合面に
選択的に酸化が発生し、最後は放電部層７が脱落する。

なお、接地電極８側の白金チップ９は横亀裂および酸化
が生じるが、接地電極８は中心電極６より高温となるた
め、この電極自体の消耗により白金チップ９自体は脱落
する。この横亀裂および酸化に対する対策には種々の方
法が考えられるが、非常に温度が高くなるエンジンや、
プラグの電極温度が高くなる例えば第４図に示す（７） ような電極構成（従来より３〜７ｆｉはど突出したプラ
グ）には必ずしも有効といえない。

そこで、本発明は電極温度が上昇した場合にも上記横亀
裂の発生がなく、かつ酸化をも軽減するものである。（
以下、不具合とする）そのためには、熱応力を減する必
要がある。この熱応力を減するため、上記放電部層７の
部分を線膨張が母材６ａのＮ＋金合金できるだけ合うよ
うｐｔとＮｉとの合金から構成した熱応力緩和装置７ｂ
と白金合金製の放電部層７ａとに分けた。ここで、熱応
力緩和層７ｂはＰｔ９０重量％乃至７０重量％とＮｉｌ
Ｏ重量％乃至３０重量％との合金組成から構成しである
。一方、放電部層７ａはＰｔ９０重量％乃至７０重量％
とＩｒｌＯ重量％乃至３０重量％の合金組成、もしくは
この合金組成に２重量％乃至５重量％のＮｉが添加され
た合金組成から構成しである。かかる合金組成により、
母材６ａと放電部層７ａとの間の線膨張は徐々に変化し
ている。即ち、母材６ａと放電部層７ａとの間にこれら
と中間の線膨張係数を有する熱応力緩和層７ｂ（８） を設けることにより、熱応力を大幅に減少し、前記横亀
裂および接合面の酸化を抑制することができた。

以下、この緩和層７ｂの作用を説明する。緩和層７ｂは
、母材６と放電部層７ａとの間に存在するため、緩和層
７ｂ自体の線膨張係数と前記両材料（母材６．放電部層
７　ａ、）の線膨張係数との差から生じる熱応力を両側
より受ける。従って、この熱応力は、緩和層材料で変化
しうるし、また緩和層７ｂの厚さｔにより、母材６．放
電部層７ａの両材料から受ける熱応力分布を変化せしめ
うろことができるのである。この−例を第５図にて示す
。第５図（Ａ）の横軸のプラグ中心端極温度は、内燃機
関の運転条件を変化させた時の指示値である。また、同
図の縦軸は第５図（Ｂ、）に示した接合面のＡ、Ｂの不
具合深さくＡ＋Ｂ）を放電部層７ａ（組成：　７８Ｐｔ
−２０１ｒ−２Ｎｉ）（７）側面より測定した値である
。なお、高温域では、横亀裂と酸化が同時に進行し、第
５図（Ｂ’）のＡ。

Ｂのごとき侵食を生じる。これを上記不具合深さく９） としである。緩和層７ｂ材質は、９０重量％ｐｔ−１０
重量％のＮｉを用い、緩和層厚さｔを０．０５ｍ、０．
１０鶴、０．１５ｍの３水準とした。なお、母材６の組
成はインコネル６００　（商品名）相当１５．５重量％
Ｃｒ　−８Ｆ　ｅ　−０，５Ｍ　ｎ−残りＮｉである。

評価は２６００　ｃｃ、４サイクルの水冷式内燃機関を
用い、アイドル１分−Ｗ、Ｏ，ＴＩ分のサイクルで１０
０Ｈ実施した結果である。この第５図（Ａ）から明らか
なように、プラグ中心電極が高温度になるにつれて上記
不具合深さは著しく進み、かつ緩和層７ｂの厚さによっ
てもその不具合深さは変化することがわかる。

ところで、本実験を踏まえ、緩和層７ｂの材料、すなわ
ち線膨張係数を変化させるとともに、緩和層７ｂの厚さ
ｔも変化させ、前述した第５図と同様の試験を実施した
結果が第６図である。緩和層材料は、９５Ｐｔ−５Ｎｉ
、８５Ｐｔ−１５Ｎ＋。

８０Ｐｔ−２ＯＮ＋、７５Ｐｔ−２５Ｎｉ、７０Ｐｔ−
３ＯＮｉ、６５Ｐｔ−３５Ｎｉ、６０Ｐｔ４０　Ｎ　＋
を用いた。なお、この材料の各数値は（１０） Ｐｔ、Ｎｉの重量％を示している。評価は、前述した第
５図と同様のエンジン強制冷熱試験である。

評価結果は、上記緩和層材料とその厚さを変化させ、上
記不具合深さが著しく進行し始める点を求め、必要緩和
層厚さとした。

なお、上述の緩和層材料におて、９５Ｐｔ−５Ｎｉ、６
０Ｐｔ−４ＯＮｉ、６５Ｐｔ−３５Ｎｉのものは不具合
深さが著しく、従って第６図には示してない。

この第６図において、例えば７０Ｐｔ−３ＯＮｉを例に
とると、プラグ中心電極温度が９００℃の場合はその材
料曲線と９００℃の線上との交点を横軸に求めれば緩和
層厚さは０．０５ｍとなる。

つまり、緩和層の材料を７０Ｐｔ、３０　Ｎ　ｉの合金
組成で構成した場合には、プラグの中心電極温度が９０
０℃の条件において、その緩和層厚さは少なくとも０．
０５ｎ必要であり、この厚さを下回ると上記不具合深さ
が著しく発生するのである。

なお、内燃機関における一般実用領域でのプラグの中心
電極の最高指示温度はほぼ９００℃であり、この９００
℃において上記不具合深さが発生しなければ実用時は問
題はないのである。

次に、上述した第６図から、緩和層材料の線膨張係数と
緩和層厚さとによって、前述の横亀裂と酸化が生じる不
具合域、これが生じない良好域の関係を示したのが第７
図である。

この第７図は第６図におけるプラグ中心電極温度９００
℃におけるデータであり、第７図中のＴａｌ〜（ｄｌは
第６図中の（ａｌ〜（ｄｌの緩和層材料に対応する。

この第７図において、前記放電部層７ａの線膨張係数は
９ｘｌＯ−６／℃の近傍であり、一方前記母材６の線膨
張係数は１３．５ｘｌＯ−６／”ｃの近傍である。従っ
て、これらの線膨張係数に近い線膨張係数をもった材料
で前記緩和層を構成すると、不具合域に入ることがわか
る。

一方、緩和層の線膨張係数がｌ０ＸＩＯ−６／’Ｃであ
れば、その厚さは少なくとも０．１５ｍ必要であり、か
かる組合せ条件に設定することにより、良好域に入るこ
とがわかる。

また、緩和層の線膨張膨張係数を１３Ｘ１０−６℃にす
れば、良好域に入るためにはその厚さは少なくとも０．
０５＋ｎ必要であることがわかる。

従って、緩和層の線膨張係数１０ＸＩＯ−６／℃〜１３
Ｘ１０−６／’Ｃの範囲内において、線膨張係数が小さ
くなるに従って緩和層の厚さを厚（し、反対に線膨張係
数が大きくなるに従って緩和層の厚さを薄くすればよい
。勿論、この厚さは少なくとも０．０５１ｍ〜少なくと
も０．１５ｍである。

次に、放電部層７ａの組成について説明する。

放電部層７ａは火花放電による消耗だけを考えれば、ｐ
ｔのみでよい。しかし、Ｐｔのみであると、第８図（ａ
ｌに示すごとく、放電部層７ａに縦亀裂すを生じる。こ
の亀裂を抑えるためにはＩｒを添加するのがよく、この
亀裂発生率とＩｒの添加量との関係を第８図（ｂ）に示
す。同図より明らかなごとく、Ｉｒの添加量は１０重量
％乃至３０重量％がよく、より好ましい範囲は１５重量
％乃至３０重量％がよい。３０重量％を越えると、放電
部層７ａを構成する材料自体の硬度が上昇し、所望形状
に加工できない。なお、上記Ｉｒの量はｐｔと合（１３
） 計して１００重量％の値である。

次に、接地電極８に設ける白金チップ層９は、該電極８
の母材であるＮｔ金合金線膨張率に近似させるとともに
耐消耗製の両面を狙って、Ｎｉの含有量を５重量％乃至
６０重量％にするのがよく、より好ましくは５重量％乃
至２０重量％がよい。

この白金チップ層９において、Ｎｉの含有量が増すと、
却って酸化による消耗が進行する。ちなみに、接地電極
８は中心電極６に比較して約１００℃程度温度が高く、
白金チップ層９中のＮｉの酸化の進行度合が中心電極６
側より速いため、白金チップ層９におけるＮｉの含有量
は少なめがよい。

本発明は上述の実施例に限定されず、以下のごとく種々
の変形が可能である。

（１１緩和層材質はＰ　ｔ　−Ｎ　ｉ合金とともに、１
０〜１３．０Ｘ１０−６／’Ｃ間の線膨張係数の材料組
合せ、例えばＡｕ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｒｈ、　
　Ｐ　ｔ　−Ａｕ、　　Ｐ　ｔ　−Ａ　ｇで構成しても
よい。

（２）接地電極９が正極性となる点火回路を用いた場合
には、この接地電極９の方に中心電極６で用（１４） いた、放電部層７ａと熱応力緩和層７ｂとの組合せを採
用すればよい。

（３）中心電極６と接地電極９との両方に、放電部層７
ａ、熱応力緩和層７ｂの２重白金層を設けてもよい。

（４）中心電極６を単品の状態で例えば１０００℃、３
時間という熱処理を施すことにより、熱応力緩和層７ｂ
と中心電極６の母材との接合部に合金層部を形成しても
よい。これにより、熱応力の緩和を一層図ることができ
る。なお、上記合金層の厚さは少な（ともに１０μが望
ましい。

（５）中心電極６の先端の径を例えば０．７ｆｉ乃至１
゜２１１１１として先細形状にしてもよい。かかる形状
により、着火性の向上を図ることができる。

（６）中心電極６側の２重白金層７の大きさは直径Ｑ、
９　＊＊＊　、肉厚０．４ｎ（約５．５　ｍ　ｇ±’ｌ
　ｍ　ｇの重畳）がよく、接地電極８例の白金チップ層
９の大きさは直径０．７ｍ、肉厚０．３ｎ（約’ｌ、　
５　ｍ　ｇ±１ｍｇの重畳）がよい。この程度の寸法、
重畳であれば、価格的に満足できるとともに寿命的にも
満足できる。

（７）中心電極６の母材は９３重量％Ｎｉ、２重量％Ｃ
ｒ、３重量％Ｍｎ、２重量％Ｓ１で構成してもよい。

（８）各層７ａ、７ｂ、９には不可避的不純物が入って
いてもよい。

以上述べたごとく本発明によれば、電極に設けた白金製
放電部層と上記電極の母材との間に、該母材に含まれる
ニッケルを含有した白金製熱応力緩和層を介在せしめた
から、放電部層と電極の母材との間の熱応力を緩和層で
緩和することができ、従って放電部層の脱落を抑止でき
るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明点火プラグの一実施例を示す半断面図、
第２図は第１図の要部を拡大して示す断面図、第３図（
Ａ）、　　（Ｂ）は従来の説明に供する部分断面図、第
４図は本発明の説明に供する半断面図、第５図（Ａ）は
本発明の説明に供する特性図、第５図（Ｂ）は第５図（
Ａ）の説明に供する模式図、第６図および第７図は本発
明の説明に供する特性図、第８図（ａｌは本発明の説明
に供する中心電極部分を示す正面図、第８図（ｂｌは本
発明の説明に供する特性図である。 ６・・・中心電極、７・・・２重白金層、７ａ・・・放
電部層、７ｂ・・・熱応力緩和層、８・・・接地電極、
９・・・白金チップ層。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 （１７） 第１図 ）＋＋４φ厭Ｊ”／　　千 くｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１少なくとも２つの対向した電極間に火花放電間隙
   を形成し、前記一方の電極に白金を含む耐消耗性の放電
   部層を設けた内燃機関用点火プラグであって、前記放電
   部層と前記一方の電極の母材との間に、該母材を構成す
   るニッケルを含有した白金合金より成る熱応力緩和層を
   配置し、該緩和層の線膨張係数をｌ０Ｘ１０−６７’ｉ
   ｌｌ：乃至１３×１０−６／’Ｃとし、かつ、この線膨
   張係数が１０ＸＩＯ−６／’Ｃのときは前記緩和層の厚
   さを少なくとも０．１５ｎ、線膨張係数が１３ＸＩＯ−
   ６／℃のときは前記緩和層の厚さを少なくとも０．０５
   鶴とし、前記線膨張係数の範囲内において、その線膨張
   係数が小さくなるに従って前記緩和層の厚さを厚くし、
   線膨張係数が大きくなるに従って前記緩和層の厚さを薄
   くした内燃機関用点火プラグ。 （２）前記放電部層は、７０重量％乃至９０重景気（１
   ） の白金、および３０重量％乃至１０重量％のイリジウム
   を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の内燃機関用点火プラグ。 （３）前記緩和層は、７０重量％乃至９０重量％の白金
   および３０重量％乃至１０重量％のニッケルを含んでい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の内燃機
   関用点火プラグ。 （４）少なくとも２つの対向した電極間に火花放電間隙
   を形成し、前記一方の電極に、白金を含む耐消耗性の放
   電部層を設けた内燃機関用点火プラグであって、前記放
   電部層と前記一方の電極の母材との間に該母材を構成す
   るニッケルを含有した白金合金より成る熱応力緩和層を
   配置し、前記他方の電極に、白金を含む耐消耗性の層を
   設け、該緩和層の線膨張係数をｌ０ＸＩＯ−６／’ｃ乃
   至１３ｘｌＯ−６／℃とし、かつ、この線膨張係数がｌ
   ０ＸＩＯ−６７’Ｃのときは前記緩和層の厚さを少すく
   トも０．１５Ｍ、線膨張係数が１３Ｘ１０−６／℃のと
   きは前記緩和層の厚さを少なくともｏ、０５ｍとし、前
   記線膨張係数の範囲内において、そ（２） の線膨張係数が小さくなるに従って前記緩和層の厚さを
   厚くし、線膨張係数が大きくなるに従って前記緩和層の
   厚さを薄くした内燃機関用点火プラグ。 （５）前記放電部層は、７０重量％乃至９０重量％の白
   金、および３０重量％乃至１０重量％のイリジウムを含
   んでいることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   内燃機関用点火プラグ。 （６）前記緩和層は、７０重量％乃至９０重量％の白金
   および３０重量％乃至１０重量％のニッケルを含んでい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の内燃機
   関用点火プラグ。 （７）前記他方の電極に設けられた耐消耗性の層は、５
   重量％乃至６０重量％のニッケル、および９５重量％乃
   至４０重量％の白金を含んでいることを特徴とする特許
   請求の範囲第６項記載の内燃機関用点火プラグ。