JPS594835B2

JPS594835B2 - 内燃機関用スパ−クプラグ

Info

Publication number: JPS594835B2
Application number: JP12424081A
Authority: JP
Inventors: 鋼三高村; 保幸佐藤
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1981-08-07
Filing date: 1981-08-07
Publication date: 1984-02-01
Also published as: JPS5826480A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は耐電極消耗性のよい内燃機関用スパークプラグ
に関するものである。

従来周知のスパークプラグは、その接地電極および／ま
たは中心電極の放電部に白金ｐｔなとの貴金属をチップ
状にして埋設した構造になっている。

かかる構造のものでは貴金属の使用量が多くコスト高と
なっている。

そこで、本願の出願人は貴金属を薄いプレート状として
上記放電部に接合する構造を採用したものを先に出願し
ている。

この構造によれば、放電部に貴金属を埋設するものでは
ないので、貴金属の使用量を最小限に抑えることができ
、コストの低減を図ることができるのである。

しかしながら、中心、接地電極の放電部は、スパークプ
ラグの使用環境からして直接に燃焼ガスにさらされるた
め、各種の運転条件からくる温度変化に敏感に追従する
。

高負荷高回転下では、例えば接地電極の放電部は、１０
００℃にも達し、また低負荷低回転下では、１５０℃前
後といった低い温度となる。

従って中心、接地電極と貴金属プレートとの接合面には
、この貴金属プレート材料と両電極材料との間の熱膨張
係数差による熱応力歪が生ずる。

この歪は、運転条件によってくり返えされ、貴金属プレ
ートに過大な負荷となシ、第１図に示す如く、貴金属プ
レート３は断面破断ａに至る（第１図は接地電極２０例
）。

この現象は、当然温度変化が著しいほど多発する。

この対策として、貴金属プレート３の材料として白金に
イリジウムＩｒを添加したものを用いてその貴金属プレ
ート３の材料強度を増すことにより、この現象を軽減で
きることを発見した。

第５図にその結果を示す。

第５図において、Ｉｒの添加量を増加すれば断面破断発
生比率は低くなるが、Ｉｒ２０％以上でその効果は特に
顕著となる。

従って、プレート３の材料強度を増すと、上記断面破断
ａを防ぐことができる。

しかし、熱応力は、断面破断による緩和がなされないた
め、接合面４（第１図参照）に集中することとなる。

このため、Ｐｔ−Ｉｒのプレート材料は新たに第２図の
ごとく接合破断すを引き起こすことがわかった。

この接合面破断すは第２図に示すように接合面４のプレ
ート３側の合金属内に発生し、接合面４に沿って進行す
る。

この現象は。Ｉｒの添加量と比例して起こり、その結果
を第６図に示す。

なお、第５図および第６図は、スノく一りプラグ型式Ｗ
１６ＥＸにおいて、その接地電極に直径１−２ｍ、厚
さ０．２胴のＰｔ−Ｉｒの貴金属プレートを抵抗溶接し
たものを用い、１０００℃ １５０℃（各保持時間１分
３０秒）のくり返し、これを１サイクルとして４００サ
イクル実施した結果である。

接合面破断すは、第２図を拡大して示す第Ｔ図ａにおい
て、接地電極２の母材（耐熱Ｎｉ系金属）とプレート３
（Ｐｔ８０％−Ｉｒ２０％）との合金層７内部にて
発生する。

合金層７をＥＰＭＡで分析すると、第３図すに示すごと
＜、Ｐｔ −Ｎｉは全域均一でなく、変化している。

その合金属Ｔ内のＰｔ、Ｎｉの変化に伴い、第７図Ｃの
ごとく硬度も著しく変化する。

硬度は、２０％Ｎｉ−８０％Ｐｔの比率近傍が最も高く
なる。

この硬度ピークは、接合面４に発生する熱応力に対し、
一種の切欠き効果と同様の特性を呈し、接合面破断に至
るのである。

本発明は上記の諸点に鑑み、Ｎｉ系金属を母材金属とし
て含む、中心電極および／または接地電極の放電部に接
合する貴金属プレートを、Ｉｒ１Ｏ〜３０重量％、Ｎｉ
Ｏ，５〜２重量係、ｐｔ残部の組成で構成することによ
り、中心電極および／または接地電極と貴金属プレート
との熱膨張差による熱応力を緩和して貴金属プレートの
破断を抑制し、耐久性のよい内燃機関用スパークプラグ
を提供しようとするものである。

以下本発明を具体的に説明する。

本発明のスパークプラグの基本的構造は第３図および第
４図のごとくであり、中心電極１の放電部および接地電
極２の放電部にそれぞれ円板状の貴金属プレート３が抵
抗溶接法により接合しである。

なお、図中、８は取付金具、９は絶縁体である。

本発明は前述したごとく貴金属プレート３をＰｔ−Ｉｒ
で構成し、かつこれにＮｉを添加したものであるが、そ
のＮｉの添加効果について以下詳述する。

第８図は２０％のＩｒと１０係までのＮｉと残部ｐｔと
により成る貴金属プレートにおいて、ＮｉＯ量に１って
貴金属プレートの硬度がどのように変わるかを見たもの
である。

なお、試料に供したスパークプラグは型式Ｗ１６ＥＸで
接地電極の方にのみ直径１．２欄、厚さ０．２ｍの貴金
属プレートを抵抗溶接法で接合してあり、この接地電極
の材質はＮｉ９３％、残部ＣｒｙＭｎ５Ｓｉであ
る。

この第８図から明らかなごとく、ＮｉＯ量が増加するに
従って貴金属プレートの硬度が上昇している。

第９図はＩｒ２０％、Ｎｉ２％、残部ｐｔの貴金属プレ
ートを型式Ｗ１６ＥＸのスパークプラグの接地電極に抵
抗溶接した場合において、そのプレート３と接地電極２
との合金属７における硬度を示したものである。

この第９図から明白なように、前述した８０％Ｐｔ
−２０％Ｎｉのごとき硬度ピークが消失しているこ
とがわかる。

このことは前述の接合面破断が生じにくいことを意味し
ているのである。

第１０図は上記合金属１の厚さがＮｉ添加の有無によっ
て耐久時間とともにどのように変化するかを示したもの
である。

実験に供したスパークプラグは、ａＷｌ６ＥＸ型式の
スパークプラグの接地電極に２０％Ｉｒ−２チーＮｉ−
残部ｐｔの貴金属プレート（寸法は第８図と同じ）を抵
抗溶接したもの、ｂ上記ａにおいて貴金属プレートを２
０％Ｉｒ−８０％Ｐｔで構成したものを用いた。

なお、耐久条件は１５００ｃｃのエンジンに装着し、
５４００ｒ、ｐ、ｍの回転数で行なった。

このように第１０図から理解されるように、合金属の厚
さは理由はよくわからないが耐久時間の経過に伴なって
増加することがわかる。

このことは接地電極と貴金属プレートとの熱膨張差によ
る熱応力が合金層でのクッション作用により吸収されや
すい傾向にあることを示している。

以上第８図〜第１０図の結果から、貴金属プレートに急
激な熱応力が作用しにくくなり、プレートの破断発生が
抑制されることがわかる。

この点を冷熱サイクル実験にて第１１図に示す。

第１１図において、実験に供したスパークプラグは型式
Ｗ１６ＥＸで、その接地電極にのみ貴金属プレートを抵
抗溶接したものである。

プレートの寸法は直径１．２ｒｒｒｍ、厚さ０．２ｒ
ｒｒｍである。

なお、冷熱サイクルは前述の第５図および第６図で説明
したものと同じである。

なお、図中ａはＮｉ添加なし、ｂは０．３％Ｎｉ、ｃは
０．５％Ｎｉ、ｄは１％Ｎｉ。

ｅは２チＮｉである。

この第１１図の結果から明白なごとく、ＮｉＯ量が０．
５〜２チの範囲で特に効果が著しい。

一方、第１１図には前述の第５図、第６図の結果も同時
に示しであるが、プレートの断面破断、接合面破断を共
に低く抑えるにはＩｒＯ量は１０〜３０％であることが
わかる。

より望ましいＩｒの量は２０〜３０％であることもわか
る。

なお、プレー中のＮｉの量が２係を上回ると、そのＮｉ
が腐食雰囲気および火花放電にて酸化飛散し、プレート
の耐消耗性が劣化する。

このことを第１２図に示す。

図中、ａは２０％Ｎｉ−残部ｐｔ、ｂは１０係Ｎｉ−残
部Ｐｔ、ｃは５％Ｎｉ−残部Ｐｔ、ｄは２％Ｎｉ−残部
ｐｔ、ｅはｐｔのみ、ｆは２０％Ｉｒ−残部ｐｔの貴金
属プレートを示しており、その寸法、プラグ型式は第１
１図で説明したものと同じである。

なお、ａ−ｅのｐｔＯ代＃）［８０％Ｐｔ＋２０％ＩＴ
にしても同様の結果が得られている。

条件は、温度４００℃、火花回数８０００回／分、雰囲
気は空気である。

なお、本発明は前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。

（１）中心電極の軸方向側面に接地電極の先端が対向す
るものにも適用できる。

（２）中心電極にのみ貴金属プレートを接合してもよい
。

（３）第３図、第４図の実施例では中心電極の先端が先
細にしであるが、このようにせず同一径でもよい。

（４）貴金属プレートの接合方法としては、レーザー溶
接、ろう付け、電子ビーム溶接等でもよい。

（５）中心、接地電極の材質としては１５％Ｃｒ−８％
Ｆｅ−残部Ｎｉでもよく、要はＮｉ系金属を母材とする
ものであればよい。

（６）貴金属プレートの材料中に、微量の他の金属成分
（不純物も含む）が混入していても差支えない。

以上詳述したように本発明においては、中心電極および
／または接地電極に接合した貴金属フレートの冷熱サイ
クル下における破断を抑制でき、このため貴金属プレー
トによる中心電極および／または接地電極の耐消耗効果
の寿命を延長できる。

また、貴金属プレート自体の消耗も抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の案出基礎の説明に供する
スパークプラグの放電部を示す模式図、第３図は本発明
の一実施例を示す部分破断面図、第４図は第３図の要部
拡大断面図、第５図〜第１２図は本発明の詳細な説明に
供する特性図である。１・・・・・・中心電極、２・・・・・・接地電極、３
・・・・・・貴金属プレート。

Claims

【特許請求の範囲】１ニッケル系金属を少なくとも母材とする接地電極お
よび／またはニッケル系金属を少なくとも母材とする中
心電極の放電部に接合した貴金属プレートを備え、この
貴金属プレートを、１０〜３０重量％のイリジウム、０
．５〜２重量％のニッケル、および残部白金より構成し
た内燃機関用スパークプラグ。２前記イリジウムの量は２０〜３０重量％である特許
請求の範囲・１記載の内燃機関用スパークプラグ。