JPS5994391A - 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。

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本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ｌの軸穴ｌａ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）合金もしくハイ
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％、イリジウム（Ｉｒ
）３０重量％乃至１０重量％から成り、熱応力緩和Ｎ７
ｂは白金と卑金属の合金、例えばＰｔ２０重景％乃至９
５重量％、ニッケル８０重量％乃至５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Ｎ９は上記放電部層７ａと同様のＰｔ
合金で構成しである。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に移動なきよう固定しである。

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、ｌ／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Ｎｔ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図のａに示すように横
亀裂が発生し、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
すような電極構成（従来より３〜７鰭はど突出したプラ
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Ｐｔ９５重量％乃至５重
量％とＮｉ５重量％乃至９５５重量％合金から構成しで
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、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和層７ｂを設けること
により、熱応力を大幅に減少し、前記横亀裂を無くする
ことができた。ここで、熱応力緩和層７ｂの厚さは少な
くとも２０μの厚さを有ることが望ましい。

第５図に標準的なプラグ温度および、Ｎｉ添加量と横亀
裂発生の領域とを示す。ここで標準的なプラグ温度とは
Ｗ１６Ｘ−Ｕという型式のプラグの中心電極先端の温度
であり、燻焼室内の温度の代表値を示すものである。ま
た、プラグ温度の本発明における指示値は、１分ＷＯＴ
を１６０時間実施した時の横亀裂発生状況を知るための
エンジン強制冷熱試験のＷＯＴ時の温度を指す。第５図
で一般的には８００℃が最大温度であるが（領域Ｂ）、
極端に厳しいエンジンおよび従来の一層プラグより中心
および接地電極が３〜７簡に突出したプラグになると９
００℃以上の領域Ａになる。Ｃは横亀裂発生領域を示し
ている。

そのため、熱緩和層７ｂのＮｉの含有量は５重量％乃至
９５重量％が望ましい。この点を第６図に示す。上記Ｎ
ｉの範囲内であれば、第６図より、熱応力緩和層７ｂ自
体に横亀裂が生じることはない。また、放電部層７ａが
消耗し熱応力緩和層７ｂを放電部として用いる場合を考
えると、該緩和層７ｂ中のＮｉの含有量が多いほど消耗
度合が増すので、Ｎｉの含有量は５重量％乃至８０重重
量が好ましい。より一層の耐消耗性を重視すれば、Ｎｉ
の含有量は５重量％乃至２０重量％がよい。

これは第６図の結果より理解される。

一方、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７
図（ａｌ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７図（ｂ
ｌに示す。同図より明らかなごとく、Ｉｒの添加量は１
０重ｆ％乃至３０重量％がよく、より好ましい範囲は１
５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１ｒの量はｐｔと合
計して１００重量％の値である。

この放電部Ｆｔ７ａと熱応力緩和層７ｂとは互いの線膨
張率は近似したものとなり、両者間で線膨張率の差によ
る熱応力はほとんど生じない。

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Ｎｉ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（、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。

（１）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と熱応力緩和層７ｂ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の２重白金層を設けてもよい。

（３）中心電極６を単品の状態で例えば１０００°Ｃ１
３時間という熱処理を施すことにより、熱応力緩和層７
ｂ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くとも１０μが望
ましい。

（４）中心電極６の先端の径を例えば０．７ｆｉ乃至１
゜２１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２重白金層７の大きさは直径０．
９鶴、肉厚０．４ｍｍ（約５．５ｍｇ±２−ｍｇ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
径０．７鰭、肉厚０．３ａｍ（約２．５ｍｇ±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？ａ、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（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
ニッケルを含を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図および第６図は本発明の説明
に供する特性図、第７図（ａ）は本発明の説明に供する
中心電極部分を示す正面図、第７図（ｂ）本発明の説明
する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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （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熱応力緩和層を
   配置したことを特徴とする内燃機関用点火プラグ。
2. （２）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２項記載の
   内燃機関用点火プラグ。
3. （３）前記緩和層は、５重量％乃至９５重量％の白金お
   よび９５重量％乃至５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. （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
   耗性の層を設けたことを特徴とする内燃機関用点火プラ
   グ。
5. （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. （６）前記緩和層層は、５重量％乃至９５重量％の白金
   および９５重量％乃至５重量５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. （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％の二・ノケル、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。