JPWO2014097983A1 - スパークプラグ - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 中心電極と、接地電極と、前記中心電極及び前記接地電極の少なくとも一方(以下、電極と称する)にレーザ溶接され、他方の電極との間に間隙を形成する間隙形成面を有する貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、前記レーザ溶接により形成された溶融部を介して前記電極に接合されて成り、
前記溶融部は、前記間隙形成面、及び/または前記貴金属チップが接合された第1電極表面とは反対側の第2電極表面に溶融部が露出されて成る第1溶融部と、前記貴金属チップの側周面に溶融部が露出されて成る第2溶融部とを有することを特徴とするスパークプラグである。
(2) 前記(1)のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップと前記貴金属チップが接合された電極とは、両者が対向する対向面をそれぞれ有する。
(3) 前記(2)のスパークプラグにおいて、前記第2溶融部の前記間隙に最も近い点を含む前記貴金属チップの径方向の仮想平面における前記貴金属チップの側周面で囲まれた第1の領域の面積に対して、
前記第1の領域を前記第1電極表面に投影した第2の領域における前記溶融部の占める面積割合が少なくとも60%である。
(4) 前記(3)のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップの前記間隙形成面とは反対側の全面は、前記貴金属チップが接合された電極と、前記溶融部を介して接合されて成る。
(5) 前記(1)〜(4)のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、前記貴金属チップが接合された電極の平坦面に載置されて接合されて成り、又は、前記電極の表面に形成された凹部に前記貴金属チップの一部が埋設されて接合されて成り、前記貴金属チップの前記凹部に埋設されている部位の軸線方向長さが0.15mm以下である。
図4に示すように、このスパークプラグにおける貴金属チップ92は、貴金属チップ92における間隙形成面322とは反対側の全面が、溶融部82を介して接地電極72に接合されている。このとき、前記面積割合[(S2/S1)×100]は100%になる。貴金属チップ92における前記間隙形成面322とは反対側の全面が、溶融部82を介して接地電極72に接合されていると、貴金属チップ92と接地電極72とが対向する対向面が存在しないので、この対向面を起点にして、貴金属チップ92が剥離するのを防止することができ、貴金属チップ92の耐剥離性をより一層向上させることができる。このようなスパークプラグは、冷熱サイクルが厳しく、振動の激しい、貴金属チップが剥離し易い環境下において、好適に使用される。
図2に示す貴金属チップ9は、略角柱形状の接地電極7の平坦面に載置されて接合されているが、図5に示すように、接地電極73の第1電極表面313に形成された凹部に貴金属チップ93の一部が埋設されてレーザ溶接により接合されていてもよい。貴金属チップ93の一部が接地電極73に埋設されている場合には、貴金属チップ93が埋設されている部位の軸線X3方向の長さhが、0.15mm以下であるのが好ましい。貴金属チップ93の一部が接地電極73に埋設されている場合には、図5に示すように、第2溶融部363が貴金属チップ93の側周面353にほとんど露出しないようにレーザ溶接して形成することができるので、貴金属チップ93の表面積すなわち距離H3を最大限に確保することができる。よって、貴金属チップ93の一部が接地電極73に埋設されて接合されていると、貴金属チップ93の耐消耗性の効果が第2溶融部363により低減するのを抑えることができる。また、貴金属チップ93の一部が接地電極73に埋設されて接合されていると、接地電極73に埋設されていない場合に比べて耐剥離性が向上する。一方、図5に示すように接合された貴金属チップでは、貴金属チップ93の接地電極73に埋設されている部位は、耐消耗性の向上にあまり寄与しないので、貴金属チップ93の接地電極73に埋設されている部位の長さhが大きくなるほど、貴金属チップ93の体積に応じた耐消耗性の効果が得られなくなる。したがって、貴金属チップ93の接地電極73に埋設されている部位の長さが0.15mm以下であると、貴金属チップ93と接地電極73との耐剥離性を向上させつつ貴金属チップ93による耐消耗性の効果が得られる。
(接地電極試験体の作製)
貴金属チップとして直径1.0mm、高さ1.0mmの円柱状の白金とロジウムとの合金を用い、電極母材として1.5mm×2.8mmの角柱形状のINC601を用いて評価を行った。なお、以下においては円柱状の貴金属チップと断面が四角形の角柱状の電極母材とを用いた例を示しているが、貴金属チップが円柱状の場合だけでなく、円盤状、多角柱状、多角板状、これらを組み合わせた形状等他の形状の貴金属チップを用いた場合においても、また、電極母材が角柱状の場合だけでなく、その断面形状が円形、楕円形、多角形等他の形状を有する棒状体の電極母材を用いた場合においても、同様の効果を得ることができた。
前述したように作製した接地電極試験体における貴金属チップが接合された部分を、ガスバーナで加熱することにより1000℃で120秒間保持後、室温で60秒間放冷する熱サイクルを1サイクルとして、これを1000サイクル繰り返した。なお、この熱サイクル試験は市場における10万km走行に相当する机上試験である。
熱サイクル試験後の接地電極試験体を、貴金属チップの軸線を含む面で切断し、得られた切断面において、貴金属チップと接地電極との接合部分に隙間が観察されること等により、貴金属チップが接地電極に対して剥離していることが認められた部分の線分の長さを剥離長さとして測定した。前記接合部分の長さに対する前記剥離長さの割合を剥離率として算出し、この剥離率が90%以下のときを「A」、90%を超えるときを「B」と表した結果を表1に示した。
(試験体の作製)
直径1.0mm、高さ0.8mmの円柱状の貴金属チップを用いたこと以外は耐剥離性試験と同様にして貴金属チップを接地電極に接合し、表2に示すように貴金属チップの接地電極に埋設されている部位の軸線方向長さ(埋設量)の異なる接地電極を作製した。
作製した接地電極とインコネル600により形成された中心電極とを用いて、前述のようにしてスパークプラグの試験体を製造した。
接地電極に接合された貴金属チップの間隙形成面と中心電極の先端面との距離(間隙G)はいずれの試験体も0.90mmであった。また、各接地電極について、貴金属チップの間隙形成面から第2溶融部における間隙Gに最も近い点までの最短距離を測定した。この測定値を「ストレート長」として表2に示す。
製造したスパークプラグの試験体をエンジンに取り付け、回転数6500rpm、WOT(Wide-Open Throttle)の条件で200時間保持する耐久試験を行った。
耐久試験後の間隙Gを測定し、耐久試験前後の間隙増加量を算出した。その結果を表2に示す。
2 軸孔
3 絶縁体
4 中心電極
5 端子金具
6 主体金具
7 接地電極
8 溶融部
9 貴金属チップ
10,11 シール体
12 抵抗体
13 鍔部
14 後端側胴部
15 先端側胴部
16 脚長部
17 ネジ部
18 ガスシール部
19 ガスケット
20 工具係合部
21 加締め部
22,23 パッキン
24 滑石
25 露出部
26 柱状部
27 外層
28 芯部
30 先端面
31 第1電極表面
32 間隙形成面
33 第2電極表面
34 第1溶融部
35 側周面
36 第2溶融部
37 第1対向面
38 第2対向面
G 間隙
(1) 中心電極と、接地電極と、前記中心電極及び前記接地電極の少なくとも一方(以下、電極と称する)にレーザ溶接され、他方の電極との間に間隙を形成する間隙形成面を有する貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、前記レーザ溶接により形成された溶融部を介して前記電極に接合されて成り、
前記貴金属チップは、前記貴金属チップが接合された電極の平坦面に載置されて接合されて成り、又は、前記電極の表面に形成された有底の凹部に前記貴金属チップの一部が埋設されて接合されて成り、
前記溶融部は、前記間隙形成面、及び/または前記貴金属チップが接合された第1電極表面とは反対側の第2電極表面に溶融部が露出されて成る第1溶融部と、前記貴金属チップの側周面に溶融部が露出されて成る第2溶融部とを有することを特徴とするスパークプラグである。
(2) 前記(1)のスパークプラグにおいて、前記第2溶融部は、前記第1電極表面に対して斜め方向に延びた溶融部であり、前記第1溶融部と前記第2溶融部とは接触しない。
(3) 前記(1)又は前記(2)のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップと前記貴金属チップが接合された電極とは、両者が対向する対向面をそれぞれ有する。
(4) 前記(1)〜前記(3)のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記第2溶融部の前記間隙に最も近い点を含む前記貴金属チップの径方向の仮想平面における前記貴金属チップの側周面で囲まれた第1の領域の面積に対して、
前記第1の領域を前記第1電極表面に投影した第2の領域における前記溶融部の占める面積割合が少なくとも60%である。
(5) 前記(1)又は前記(2)のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップの前記間隙形成面とは反対側の全面は、前記貴金属チップが接合された電極と、前記溶融部を介して接合されて成る。
(6) 前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、前記電極の表面に形成された有底の凹部に前記貴金属チップの一部が埋設されて接合されて成り、前記貴金属チップの前記凹部に埋設されている部位の軸線方向長さが0.15mm以下である。
(7) 前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、Ptを主成分として、Pd、Rh、Ru、W、Os、Ni、及びIrから選ばれる少なくとも1種の副成分貴金属が含有された貴金属合金により形成される。
(1) 中心電極と、接地電極と、前記中心電極及び前記接地電極の少なくとも一方(以下、電極と称する)に接合され、他方の電極との間に間隙を形成する間隙形成面を有する貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、レーザ溶融部を介して前記電極に接合されて成り、
前記貴金属チップは、前記貴金属チップが接合された電極の平坦面に載置されて接合されて成り、又は、前記電極の表面に形成された有底の凹部に前記貴金属チップの一部が埋設されて接合されて成り、
前記レーザ溶融部は、前記間隙形成面、及び/または前記貴金属チップが接合された第1電極表面とは反対側の第2電極表面にレーザ溶融部が露出されて成る第1溶融部と、前記貴金属チップの側周面にレーザ溶融部が露出されて成る第2溶融部とを有し、
前記第1溶融部と前記第2溶融部とは接触しないことを特徴とするスパークプラグである。
(2) 前記(1)のスパークプラグにおいて、前記第2溶融部は、前記第1電極表面に対して斜め方向に延びたレーザ溶融部である。
(3) 前記(1)又は前記(2)のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップと前記貴金属チップが接合された電極とは、両者が対向する対向面をそれぞれ有する。
(4) 前記(1)〜前記(3)のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記第2溶融部の前記間隙に最も近い点を含む前記貴金属チップの径方向の仮想平面における前記貴金属チップの側周面で囲まれた第1の領域の面積に対して、
前記第1の領域を前記第1電極表面に投影した第2の領域における前記レーザ溶融部の占める面積割合が少なくとも60%である。
前記課題を解決するための手段は、
(5) 中心電極と、接地電極と、前記中心電極及び前記接地電極の少なくとも一方(以下、電極と称する)に接合され、他方の電極との間に間隙を形成する間隙形成面を有する貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、レーザ溶融部を介して前記電極に接合されて成り、
前記貴金属チップは、前記貴金属チップが接合された電極の平坦面に載置されて接合されて成り、又は、前記電極の表面に形成された有底の凹部に前記貴金属チップの一部が埋設されて接合されて成り、
前記レーザ溶融部は、前記間隙形成面、及び/または前記貴金属チップが接合された第1電極表面とは反対側の第2電極表面にレーザ溶融部が露出されて成る第1溶融部と、前記貴金属チップの側周面にレーザ溶融部が露出されて成る第2溶融部とを有し、
前記貴金属チップの前記間隙形成面とは反対側の全面は、前記貴金属チップが接合された電極と前記レーザ溶融部を介して接合されて成ることを特徴とするスパークプラグである。
(6) 前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、前記電極の表面に形成された有底の凹部に前記貴金属チップの一部が埋設されて接合されて成り、前記貴金属チップの前記凹部に埋設されている部位の軸線方向長さが0.15mm以下である。
(7) 前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記貴金属チップは、Ptを主成分として、Pd、Rh、Ru、W、Os、Ni、及びIrから選ばれる少なくとも1種の副成分貴金属が含有された貴金属合金により形成される。
Claims (5)
- 中心電極と、接地電極と、前記中心電極及び前記接地電極の少なくとも一方(以下、電極と称する)にレーザ溶接され、他方の電極との間に間隙を形成する間隙形成面を有する貴金属チップとを備えるスパークプラグであって、
前記貴金属チップは、前記レーザ溶接により形成された溶融部を介して前記電極に接合されて成り、
前記溶融部は、前記間隙形成面、及び/または前記貴金属チップが接合された第1電極表面とは反対側の第2電極表面に溶融部が露出されて成る第1溶融部と、前記貴金属チップの側周面に溶融部が露出されて成る第2溶融部とを有することを特徴とするスパークプラグ。 - 前記貴金属チップと前記貴金属チップが接合された電極とは、両者が対向する対向面をそれぞれ有する請求項1に記載のスパークプラグ。
- 前記第2溶融部の前記間隙に最も近い点を含む前記貴金属チップの径方向の仮想平面における前記貴金属チップの側周面で囲まれた第1の領域の面積に対して、
前記第1の領域を前記第1電極表面に投影した第2の領域における前記溶融部の占める面積割合が少なくとも60%である請求項2に記載のスパークプラグ。 - 前記貴金属チップの前記間隙形成面とは反対側の全面は、前記貴金属チップが接合された電極と前記溶融部を介して接合されて成る請求項3に記載のスパークプラグ。
- 前記貴金属チップは、前記貴金属チップが接合された電極の平坦面に載置されて接合されて成り、又は、前記電極の表面に形成された凹部に前記貴金属チップの一部が埋設されて接合されて成り、前記貴金属チップの前記凹部に埋設されている部位の軸線方向長さが0.15mm以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
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