JPS59209292A - 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】 （２） 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。

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
法等で固定し、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太き
（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（３） る熱応力緩和層を少なくとも２Ｎとして配置したことに
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
ち上部に挿通しである。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
内側にリング状気密パツキン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３層タイプの白金層であり、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
３層タイプの白金層７は放電部層７ａ（４） と熱応力緩和層７ｂ、７ｃから成っている。放電部層７
ａは白金合金、例えば白金（Ｐｔ）７０重量％乃至９０
重量％、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は白金と年金属の合金、例
えばＰｔ９０重量％、ニッケル１０重量％、熱応力緩和
層７ＣはＰｔ８０重量％、ニッケル２０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
と同様の母材金属で構成しである。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は絶縁碍子１の軸穴１ａ内に封着し
た導電性ガラスシール層であり、銅粉末と低融点ガラス
との混合物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に移動なきよう固定しである。

なお、上記３重層７は、放電部層７ａの素材と緩和層７
ｂ、７ｃの素材とを重ねて圧延し、熱処（５） 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、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、放電
部層とは約５Ｘ１０−６／’Ｃ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）のａに示すように
横亀裂が発生したり、第３図（Ｂ）のｂに示すよに接合
面の酸化が生じ、最後は放電部層７が脱落する。なお、
接地電極８例の白金チップ９は横亀裂が生じるが、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（６） の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図に示すよりな電極構成（従来より３〜７１１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
裂が生じないようにするものである。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Ｎｉ合金とで
きるだけ合うようＰＬとＮｉとの合金から構成した熱応
力緩和層７ｂ。

７ｃ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、７ｃは前述したｐｔ−Ｎｉ合金から
構成しである。一方、放電部層７ａは前述したｐｔ−１
ｒ合金、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（７
） 部層７ｂ、７ｃ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の発生を抑制する
ことができた。

第５図の線図ａに従来の構成の点火プラグの中心電極温
度に対する前記横亀裂及び接合面の酸化の状況を示す。

評価は、排気量２６００ｃｃ、水冷４サイクルエンジン
にて１分アイドル→１分Ｗ。

０．７の冷熱サイクル実験を実施した結果である。

なお、従来のプラグは基本構成は第１図と同じであり、
中心電極母材に２０Ｔｒ−２Ｎｉ−残部Ｐｔの組成の白
金チップを０．３　＊＊の厚みで接合したものである。

この従来例は電極温度８００℃近傍が限界であり、さら
に厳しい条件では使用できない。これは、第６図の線図
ａに示す如く、母材６と放電チップ７　（上記白金チッ
プ）との線膨張係数差があまりにも大きいために熱応力
を生じているのが原因である。第６図の線図すに本発明
の２種の緩和層７ｂ、７ｃを設けた場合の線膨張係数の
推移を示している。即ち、放電部側緩和層７ｂは９０重
量％Ｐｉ−１０重量％Ｎｉ、母材側緩和（８） 部層７ｃは８０重量％Ｐｔ−２０重量％Ｎｉの合金組成
を有している。なお、各層７ｂ、７ｃの厚さは共に０．
１　ｖａｖｓでしなる。この線図すによると、従来に比
べ緩やかに線膨張係数が変化しているのがわかる。

第５図の線図すは、この構成において、緩和層厚さｔＩ
＋　　ｔ２共に０．１鶴としたときの状況を示したもの
である。ここで、第６図における母材６ａはインコネル
６００　（商品名）相当で、１５．５Ｃｒ−８Ｆｅ−０
，５Ｍｎ−Ｎｉ残量で、放電部層７ａは、７８重量％Ｐ
ｔ−２０重量％Ｉｒ−２重量％Ｎ＋を使用した。

第７図は、放電部側緩和層７ｂの材質と母材側緩和層７
Ｃの材質との組合せ実験を行った結果である。評価は第
５図と同様であるが、温度は点火プラグの機能限界であ
る９５０℃電極温度で実施した。緩和層材質は、９５重
量％〜５０重量％Ｎｉ間で実施した。なお、Ｎｉ含有量
は、５０重量％以上となると酸化が著しいため、５０重
量％までとした。この図から明らかな如く、母材側緩和
（９） 層７ｃは、放電部側緩和層７ｂよりもＮｉ含有量が５重
量％程度多くなっているものが良好であり、Ｎｉ含有量
の多い緩和層材料においては、使用範囲が狭くなり実用
上不利になる。火花消耗、酸化消耗の点で最も望ましい
のは、放電部側緩和層９５〜８５重量％Ｐｉ−５〜１５
重量％Ｎｉと母材側緩和層７５〜８０重量％Ｐｉ−２０
〜２５重量％Ｎｉとの組合せである。なお、これは、２
つの緩和層厚さｔｌ、ｔ２を共にＱ、　ｌ　＋ｎとした
例である。

次に、２つの緩和層の厚さの組合せについての例を第８
図に示す。第８図中、○印は、放電部側緩和層材料とし
て９０重量％Ｐｔ−１０重量％Ｎｉ１母材側緩和層材料
として８０重量％Ｐｔ−２０重量％Ｎｉを用いたもの、
△印は、同様に放電部側緩和層材料として８０重量％ｐ
ｔ−２０重１％Ｎｉ、母材側緩和層材料として７０重量
％Ｐｔ−３０重量％Ｎｉを用いたものであり、はぼ同一
傾向にある。放電部側緩和装置厚さｔｌと母材側緩和層
厚さｔ２との関係は、ｔｌ　＜　Ｏ，ｌ　＋ｎの場合、
（Ｉ　Ｏ） ｔ２≧０．１　ｍｍ、かつ１．≧０．１　ｉｎの場合、
ｔ２≧０．０５ｍが望ましい組合せである。

ところで、前記放電部層７ａは火花放電による消耗だけ
を考えれば、ｐｔのみでよい。しかし、ｐｔのみである
と、第９図（Ａ）に示すごとく、放電部層７ａに縦亀裂
すを生じる。この亀裂を押えるためには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
９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Ｎ１合金の線膨張率に近似させるとともに
耐消耗性の両面を狙って、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°Ｃ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で用いた、放電
部層７ａと２つの熱応力緩和層７ｂ。

７ｃとの組合せを採用すればよい。

（２）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、７ｃを設けてもよい。

（３）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７Ｃ
と中心電極６の母材６ａ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くとも１０μが
望ましい。

（４）中心電極６の先端の径を例えばＱ、７　ｍｍ乃至
１゜２層ｍ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。

（５）中心電極６側の３重白金層７の大きさは直径０．
９顛、肉厚０．４１１（約５．５　ｍ　ｇ±２ｍｇの重
畳）がよく、接地電極８側の白金チップ層９の大きさは
直ＰＩ！０．１ｍ、肉厚０．３ｍｍ（約２．５　ｍ　ｇ
±ｌ　ｍ　ｇ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。

（６）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％Ｓｉで構成してもよい。

（７）各層７　ａ、７　ｂ、７　ｃ、９には不可避的不
純物が入っていてもよい。

（８）第１０図に示す如く、熱応力緩和層は３層とし、
７ｂに９０重量％Ｐｔ−１０重量％Ｎｉ、７Ｃに８０重
量％Ｐｔ−２０重量％Ｎｉ、７ｄに７０重量％Ｐｔ−３
０重量％Ｎｉとした構成にしても前述と同様の効果は得
られる。

（１３） 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＞、
（Ｂ）および第６図は本発明の説明に供する特性図、第
７図および第８図、ならびに第９図（Ａ）、　　（Ｂ）
は本発明の説明に供する特性図、第１０図は本発明の他
の実施例を示す断面図であ る。 ６・・・中心電極、７・・・３重白金層、７ａ・・・放
電部層、７ｂ、７ｃ・・・熱応力緩和層。 （１４） 喝ぢ工蟹媒突功５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋１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少なく
   とも２つの熱応力緩和層が配置してあり、該２つの熱応
   力緩和層のうち前記放電部層に接する側は、前記母材に
   接する側に比べてニッケルの含有量が少な（しである内
   燃機関用点火プラグ。 （２）前記放電部層に接する側の前記熱応力緩和層内に
   占めるニッケルの含有量をＡ、前記中心電極の母材に接
   する側の前記熱応力緩和層内に占めるニッケルの含有量
   をＢとしたとき、次のいずれかを満足している特許請求
   の範囲第１項記載の内燃（１） 機関用点火プラグ。 イ；５騨ｔ％≦Ａ≦１０ｗｔ％のとき、２０ｉｖｔ％≦
   Ｂ≦５０ｗｔ％ 口；１０ｉｙｔ％〈Ａ≦２０ｗｔ％のとき、２５−ｔ％
   ≦Ｂ≦５０曽ｔ％ ハ；２０呵％〈Ａ≦３０−ｔ％のとき、３０ｉｖｔ％≦
   Ｂ≦５０ｗｔ％ 二；３０ｉｖｔ％〈Ａ≦４０籾ｔ％のとき、３５ｗｔ％
   ≦Ｂ≦５Ｑｗｔ％ ホ；４０耐％〈Ａ≦５０−ｔ％のとき、４５ｗｔ％≦Ｂ
   ≦５Ｑｗｔ％ （３）前記放電部層に接する側の前記熱応力緩和層の厚
   さ寸法をｔｌ、前記中心電極の母材に接する側の前記熱
   応力緩和層の厚さ寸法をｔ２としたとき、 ｔｌ〈０．ＩＩＩｍのときはｔ２≧０．１　ｔｍｔ、≧
   ０．１１真のときはｔ２≧０．０５ＮＴＡである特許請
   求の範囲第２項記載の内燃機関用点火プラグ。