WO2013018264A1 - スパークプラグ - Google Patents

スパークプラグ Download PDF

Info

Publication number
WO2013018264A1
WO2013018264A1 PCT/JP2012/003755 JP2012003755W WO2013018264A1 WO 2013018264 A1 WO2013018264 A1 WO 2013018264A1 JP 2012003755 W JP2012003755 W JP 2012003755W WO 2013018264 A1 WO2013018264 A1 WO 2013018264A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
noble metal
metal tip
inner layer
spark plug
straight line
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/003755
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智行 五十嵐
龍一 大野
山田　達範
勝稔 中山
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本特殊陶業株式会社 filed Critical 日本特殊陶業株式会社
Priority to EP12819333.1A priority Critical patent/EP2741384B1/en
Priority to CN201280035099.8A priority patent/CN103650269B/zh
Priority to US14/235,824 priority patent/US8841828B2/en
Publication of WO2013018264A1 publication Critical patent/WO2013018264A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/02—Details
    • H01T13/16—Means for dissipating heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug.
  • Patent Document 1 As a technique related to a spark plug including a noble metal tip at the tip of a center electrode, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known.
  • a recess for fitting the noble metal tip is provided at the tip of the center electrode, the noble metal tip is fitted into the recess, and the periphery of the noble metal tip is welded.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the heat-drawing performance of the fusion zone and the noble metal tip.
  • the present invention can take the following forms or application examples. *
  • a spark including an electrode base material, a center electrode provided inside the electrode base material and having an inner layer mainly composed of copper, and a noble metal tip provided at the tip of the center electrode.
  • a plug comprising a melting portion formed over the noble metal tip, the electrode base material, and the inner layer, and having a cross section parallel to the central axis of the central electrode, and the central axis and the melting
  • the spark plug is characterized in that, in a cross-section passing through the portion, the melting portion is in contact with the inner layer and includes a component of the noble metal tip, a component of the electrode base material, and a copper component forming the inner layer.
  • the present invention can be realized in various modes.
  • it can be realized in the form of a spark plug manufacturing method and manufacturing apparatus.
  • the thermal conductivity is large. Since the region R is a region sandwiched between the inner layer of the center electrode and the noble metal tip in the melted portion, the region R is the region that most affects the heat drawing performance of the noble metal tip. In the configuration of this application example, since the content of the copper component at the center of gravity G of the region R is 10% by weight or more, the thermal conductivity in the region R of the molten part can be increased. Therefore, it is possible to improve the heat-drawing performance of the melted part and improve the heat-drawing performance of the noble metal tip.
  • the distance b is the width of the inner layer that is in contact with the melted part or the noble metal tip. According to the spark plug of Application Example 3, the longer the distance b, the larger the area of the inner layer in contact with the melted part and the noble metal tip, so that the heat drawing performance of the melted part and the noble metal tip can be improved. In the configuration of this application example, since the distance b is 0.2 mm or more, it is possible to improve the heat drawing performance of the melted portion and improve the heat drawing performance of the noble metal tip.
  • the length a is the length of the thickest portion in the melted portion formed between the inner layer of the center electrode and the noble metal tip. According to the spark plug of Application Example 4, the closer the inner layer of the center electrode is to the noble metal tip, that is, the shorter the length a, the easier the heat of the noble metal tip is transferred to the inner layer of the center electrode. Performance can be improved. In the configuration of this application example, since the length a is 0.3 mm or less, the heat-drawing performance of the noble metal tip can be improved. According to the spark plug of Application Example 5, since the noble metal tip is in contact with the inner layer, the heat of the noble metal tip is directly transmitted to the inner layer of the center electrode. Therefore, the heat drawing performance of the noble metal tip can be improved.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an enlarged cross section of a center electrode 20 and a noble metal tip 90. It is explanatory drawing which shows the cross section of the front-end
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an enlarged cross section of a center electrode 20 and a noble metal tip 90. It is explanatory drawing which shows the cross section of the front-end
  • Embodiment B.
  • Experimental example B1.
  • FIG. 1 is a partial sectional view showing a spark plug 100 as an embodiment of the present invention.
  • the axial direction OD of the spark plug 100 in FIG. 1 is the vertical direction in the drawing
  • the lower side is the front end side of the spark plug
  • the upper side is the rear end side.
  • the appearance of the spark plug 100 is shown on the right side of the axis O
  • the cross section of the spark plug 100 cut along a plane passing through the axis O hereinafter also referred to as the central axis O
  • the central axis O is shown on the left side of the axis O. ing. *
  • the spark plug 100 includes an insulator 10, a metal shell 50, a center electrode 20, a ground electrode 30, and a terminal metal fitting 40.
  • the center electrode 20 is held in a shaft hole 12 provided in the insulator 10 in a state extending in the axial direction OD.
  • the insulator 10 functions as an insulator, and the metal shell 50 is inserted in a state of surrounding the insulator 10.
  • the terminal fitting 40 is a terminal for receiving power supply, and is provided at the rear end portion of the insulator 10. *
  • the insulator 10 is an insulator formed by firing alumina or the like.
  • the insulator 10 is a cylindrical insulator in which an axial hole 12 extending in the axial direction OD is formed along the central axis.
  • the insulator 10 is formed with a flange portion 19 having the largest outer diameter in the approximate center of the axial direction OD, and a rear end side body portion 18 is formed on the rear end side.
  • the rear end side body portion 18 is formed with a flange portion 11 for increasing the surface length and enhancing the insulation.
  • a front end side body portion 17 having an outer diameter smaller than that of the rear end side body portion 18 is formed on the front end side from the flange portion 19.
  • a long leg portion 13 having an outer diameter smaller than that of the front end side body portion 17 is formed further on the front end side than the front end side body portion 17.
  • the long leg portion 13 has a smaller outer diameter toward the distal end side.
  • the leg portion 13 is exposed to the combustion chamber of the internal combustion engine when the spark plug 100 is attached to the engine head 200 of the internal combustion engine.
  • a step portion 15 is formed between the long leg portion 13 and the front end side body portion 17.
  • the center electrode 20 extends along the central axis O from the front end side of the insulator 10 toward the rear end side, and is exposed on the front end side of the insulator 10.
  • the center electrode 20 is a rod-shaped electrode having a structure in which a core material 25 is embedded in an electrode base material 21.
  • the electrode base material 21 is formed of nickel of Inconel 600, Inconel 601 or the like (“Inconel” is a trade name) or an alloy containing nickel as a main component.
  • the core material 25 is made of copper or an alloy mainly composed of copper, which has better thermal conductivity than the electrode base material 21.
  • alloy mainly composed of copper refers to an alloy containing 95% or more of copper.
  • the core member 25 is also referred to as an “inner layer 25”.
  • the center electrode 20 is produced by filling a core material 25 inside an electrode base material 21 formed in a bottomed cylindrical shape, and performing extrusion molding from the bottom side and stretching it.
  • the center electrode 20 is electrically connected to a terminal fitting 40 provided on the rear end side of the insulator 10 through the seal body 4 and the ceramic resistor 3.
  • the metal shell 50 is a cylindrical metal fitting made of a low carbon steel material, and holds the insulator 10 inside. A portion from a part of the rear end side body portion 18 of the insulator 10 to the long leg portion 13 is surrounded by a metal shell 50. *
  • the metal shell 50 includes a tool engaging portion 51 and a mounting screw portion 52.
  • the tool engaging part 51 is a part into which a spark plug wrench (not shown) is fitted.
  • the mounting screw portion 52 of the metal shell 50 is a portion where a screw thread is formed, and is screwed into a mounting screw hole 201 of the engine head 200 provided in the upper part of the internal combustion engine.
  • the spark plug 100 is fixed to the engine head 200 of the internal combustion engine by screwing the mounting screw portion 52 of the metal shell 50 into the mounting screw hole 201 of the engine head 200 and tightening.
  • a flange-like flange portion 54 that bulges radially outward is formed.
  • An annular gasket 5 formed by bending a plate is fitted into a screw neck 59 between the mounting screw portion 52 and the flange portion 54.
  • the gasket 5 is crushed and deformed between the seat surface 55 of the flange portion 54 and the opening peripheral edge portion 205 of the attachment screw hole 201. Due to the deformation of the gasket 5, the gap between the spark plug 100 and the engine head 200 is sealed, and leakage of combustion gas through the mounting screw hole 201 is suppressed.
  • a thin caulking portion 53 is provided on the rear end side of the metal shell 50 from the tool engaging portion 51.
  • a thin buckled portion 58 is provided between the flange portion 54 and the tool engaging portion 51, similarly to the caulking portion 53.
  • Annular ring members 6, 7 are inserted between the inner peripheral surface of the metal shell 50 from the tool engaging portion 51 to the crimping portion 53 and the outer peripheral surface of the rear end side body portion 18 of the insulator 10.
  • the talc (talc) 9 powder is filled between the ring members 6 and 7. The metal shell 50 and the insulator 10 are fixed by caulking the caulking portion 53 inwardly.
  • the airtightness between the metal shell 50 and the insulator 10 is determined by the annular plate packing 8 interposed between the step portion 56 formed on the inner peripheral surface of the metal shell 50 and the step portion 15 of the insulator 10. Is retained, and combustion gas leakage is prevented.
  • the buckling portion 58 is configured to bend outwardly and deform as the compression force is applied during caulking. The buckling portion 58 secures the compression length of the talc 9 and increases the airtightness in the metal shell 50. ing. *
  • a ground electrode 30 that is bent from the tip of the metal shell 50 toward the central axis O is joined to the tip of the metal shell 50.
  • the ground electrode 30 can be formed of a nickel alloy having high corrosion resistance such as Inconel 600 or the like (“Inconel” is a trade name).
  • the ground electrode 30 and the metal shell 50 can be joined by welding.
  • the tip 33 of the ground electrode 30 faces the center electrode 20.
  • a high voltage cable (not shown) is connected to the terminal fitting 40 of the spark plug 100 via a plug cap (not shown).
  • a spark discharge is generated between the ground electrode 30 and the center electrode 20 by applying a high voltage between the terminal fitting 40 and the engine head 200.
  • columnar electrode tips 90 and 95 formed mainly of a high melting point noble metal are attached to the center electrode 20 and the ground electrode 30, respectively.
  • iridium (Ir) or iridium as a main component platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), palladium (Pd),
  • An electrode tip 90 made of an Ir alloy to which one or more of rhenium (Re) is added is attached.
  • platinum or an electrode tip 95 containing platinum as a main component is attached to the surface of the tip 33 of the ground electrode 30 facing the center electrode 20.
  • the electrode tip is also referred to as a noble metal tip. *
  • FIG. 2 is an explanatory view showing an enlarged cross section of the center electrode 20 and the noble metal tip 90.
  • FIG. 2 is drawn such that the axial direction OD is upward on the paper.
  • the cross section shown in FIG. 2 is a cross section parallel to the central axis O of the central electrode and passing through the central axis O and the melting portion 92. *
  • a melting portion 92 is formed across the noble metal tip 90, the electrode base material, and the inner layer.
  • the melting part 92 is in contact with the inner layer 25, and includes a component of the noble metal tip 90, a component of the electrode base material 21, and a copper component that forms the inner layer 25.
  • the thermal conductivity is increased, so that the thermal conductivity of the melting portion 92 can be increased and the heat drawing performance can be improved.
  • the heat drawing performance of the noble metal tip 90 can be improved as the heat drawing performance of the melting portion 92 is improved.
  • the melting part 92 can be formed by irradiating a fiber laser or an electron beam from the side surface of the boundary between the noble metal tip 90 and the center electrode 20.
  • the fiber laser and the electron beam have a large energy intensity per unit area, so that the inner layer 25 having a high melting point can be melted.
  • the melting part 92 is formed so as to surround the entire circumference of the side surface of the noble metal tip 90.
  • a point closest to the outer peripheral surface of the center electrode 20 in a portion where the melted portion 92 and the inner layer 25 are in contact is defined as a point P1.
  • a straight line passing through the point P1 and parallel to the central axis is defined as a straight line L1.
  • a region of the melted portion 92 that is closer to the central axis O than the straight line L1 is defined as a region R (a region that has been cross-hatched in FIG. 2).
  • the content of the copper component at the center of gravity G of the region R is 10% by weight or more.
  • the inner layer 25 of the center electrode 20 is formed mainly of copper, it has a high thermal conductivity. Since the region R is a region sandwiched between the inner layer 25 of the center electrode 20 and the noble metal tip 90 in the melted portion 92, the region R is the region that most affects the heat extraction performance of the noble metal tip 90. In the present embodiment, since the content of the copper component at the center of gravity G of the region R is 10% by weight or more, the thermal conductivity in the region R of the melting part 92 can be increased. Therefore, the heat-drawing performance of the melting part 92 can be improved, and the heat-drawing performance of the noble metal tip 90 can be improved. *
  • Such a melting part 92 can be realized by adjusting the content of the copper component in the inner layer 25, or adjusting the output of the fiber laser or electron beam, the irradiation time, and the irradiation direction.
  • the basis for setting the copper component content in the above numerical range will be described later.
  • the center of gravity G of the region R is also referred to as “centroid G”.
  • the second melting portion 93 is formed at a position facing the melting portion 92 across the central axis O. As described above, since the melting portion 92 is formed so as to surround the entire circumference of the side surface of the noble metal tip 90, the melting portion 92 and the second melting portion 93 surround the periphery of the side surface of the noble metal tip 90. Connected and united. *
  • a point closest to the outer peripheral surface of the center electrode 20 in a portion where the second melting portion 93 and the inner layer 25 are in contact is defined as a point P2.
  • a straight line passing through the point P2 and parallel to the central axis O is defined as a straight line L2.
  • the distance between the straight line L1 and the straight line L2 is b.
  • the spark plug 100 of the present embodiment satisfies the following relational expression. B ⁇ 0.2 mm (1) In this way, the heat-drawing performance of the melting portions 92 and 93 and the noble metal tip 90 can be improved. The reason for this will be described below. *
  • the distance b is the width of the inner layer 25 that is in contact with the melted portions 92 and 93 and the noble metal tip 90. As the distance b is longer, the area of the inner layer in contact with the melted portions 92 and 93 and the noble metal tip 90 is increased, so that the heat drawing performance of the melted portions 92 and 93 and the noble metal tip 90 can be improved.
  • the basis for setting the distance b to the above numerical range will be described later.
  • the distance b is also referred to as “inner layer width b” below. *
  • the intersection of the straight line L1 and the contour line on the noble metal tip 90 side of the melting part 92 is defined as a point P3.
  • a be the length from point P1 to point P3.
  • the spark plug 100 of the present embodiment satisfies the following relational expression. A ⁇ 0.3 mm (2) In this way, the heat extraction performance of the noble metal tip 90 can be improved. The reason for this will be described below. *
  • the length a is the length of the thickest portion in the melted portion 92 formed between the inner layer 25 of the center electrode 20 and the noble metal tip 90. As the inner layer 25 of the center electrode 20 is closer to the noble metal tip 90, that is, as the length a is shorter, the heat of the noble metal tip is more easily transferred to the inner layer of the center electrode. it can.
  • the basis for setting the length a to the above numerical range will be described later. Further, the length a is also referred to as “melting length a” below. *
  • the noble metal tip 90 is in contact with the inner layer 25. Therefore, since the heat of the noble metal tip 90 is directly transmitted to the inner layer 25, the heat drawing performance of the noble metal tip 90 can be further improved.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section near the tip of the center electrode in Comparative Examples 1 and 2 and the embodiment.
  • a support portion 20 x that surrounds and supports the noble metal tip 90 is provided at the tip of the center electrode 20.
  • the support portion 20 x is made of the same material as the electrode base material 21.
  • the melting portion 92x in the comparative example 1 is formed by melting the support portion 20x and a small amount of the noble metal tip 90, and the inner layer 25 is not melted in the melting portion 92x. That is, the melting part 92x in the comparative example 1 does not contain a copper component. *
  • Comparative Example 2 a groove 20 y for embedding the noble metal tip 90 is provided at the tip of the center electrode 20. Similar to Comparative Example 1, the molten portion 92y in Comparative Example 2 does not contain a copper component. On the other hand, the melting part 92 in the embodiment is in contact with the inner layer 25, and includes a component of the noble metal tip 90, a component of the electrode base material 21, and a copper component that forms the inner layer 25. In Comparative Examples 1 and 2 and the embodiment, the length of the exposed portion of the noble metal tip 90 and the diameter of the noble metal tip 90 are the same. Moreover, the various dimensions in Comparative Examples 1 and 2 and the embodiment are as follows.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing experimental results of the heat extraction performance in Comparative Examples 1 and 2 and the embodiment. According to FIG. 4, it can be understood that in Comparative Example 1, the temperature is hardly decreased from 900 ° C., and in Comparative Example 2, the temperature is decreased only by 10 ° C. In contrast, in the embodiment, it can be understood that the temperature is lowered by 40 ° C. or more. From the above, it can be understood that in the spark plug of the present embodiment, the heat drawing performance of the melting portion 92 is improved, and accordingly, the heat drawing performance of the noble metal tip 90 is improved. *
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing two types of samples having different diameters of the noble metal tip 90.
  • the diameter of the noble metal tip 90 is 0.6 mm
  • the diameter of the center electrode 20 is 0.7 mm.
  • the type 1 sample is manufactured by welding the noble metal tip 90 to a portion where the tip of the center electrode base member 20z is thinned.
  • the diameter of the noble metal tip 90 is 1.6 mm, and the diameter of the center electrode 20 is 1.7 mm.
  • the type 2 sample is manufactured by cutting the tip of the center electrode base member 20z along the cutting line Z and welding the noble metal tip 90 to the cut surface.
  • the “melting portion depth c” shown in both types of samples will be described in other experimental examples described later. *
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the copper content in the melting part 92 and the heat-drawing performance of the noble metal tip 90.
  • the heat-drawing performance of the noble metal tip 90 is improved and the temperature of the noble metal tip 90 is easily lowered as the copper content in the melting portion 92 increases. This tendency can be confirmed in both the type 1 where the diameter of the noble metal tip 90 is 0.6 mm and the type 2 where the diameter is 1.6 mm.
  • the temperature at the discharge surface of the noble metal tip 90 decreases to about 865 ° C., and at 20% by weight up to about 860 ° C. It can be understood that the temperature at the discharge surface of the noble metal tip 90 is lower than 860 ° C. at 30% by weight or more.
  • the copper content in the melted part 92 is preferably 10% by weight or more, more preferably 20% by weight or more, and more preferably 30% by weight or more regardless of the diameter of the noble metal tip 90. Can be understood to be particularly preferred.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a part of a manufacturing process of samples having different inner layer widths b.
  • a central electrode base member 20s having an inner layer 25 with a thin tip is prepared.
  • samples having different inner layer widths b were manufactured by changing the cutting position of the center electrode base member 20s.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the inner layer width b and the heat drawing performance.
  • the inner layer width b increases, the heat-drawing performance of the noble metal tip 90 improves and the temperature of the noble metal tip 90 tends to decrease. This tendency can be confirmed in both the type 1 where the diameter of the noble metal tip 90 is 0.6 mm and the type 2 where the diameter is 1.6 mm. More specifically, it can be understood that when the inner layer width b is 0.2 mm or more, both types of temperatures greatly decrease. And it can be understood that the heat drawing performance of the noble metal tip 90 is gradually improved as the inner layer width b becomes 0.3 mm or more and 0.4 mm or more. Therefore, the inner layer width b is preferably 0.2 mm or more, more preferably 0.3 mm or more, and particularly preferably 0.4 mm or more, regardless of the diameter of the noble metal tip 90. *
  • the depth c of the melting portion 92 (hereinafter also referred to as “melting depth c”) was changed for the two types of samples. As shown in FIG. 5, the melting depth c is the length from the side surface of the noble metal tip 90 to the tip of the melting portion 92. The melt depth c was adjusted by adjusting the laser output when forming the melted portion 92. *
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the melt width a and the heat drawing performance.
  • the melt width a is preferably 0.3 mm or less, more preferably 0.2 mm or less, and even more preferably 0.1 mm or less, regardless of the diameter of the noble metal tip 90 and the melt depth c. Is particularly preferred.
  • FIG. 10 to FIG. 14 are explanatory views showing enlarged cross sections of the center electrode 20 and the noble metal tip 90 in other embodiments.
  • the melting portions 92 b and 93 b are formed at positions moved from the boundary surface between the center electrode 20 and the noble metal tip 90 to the noble metal tip 90 side. Even in such an embodiment, the heat-drawing performance of the melting portions 92b and 93b and the noble metal tip 90 can be improved.
  • the melting portions 92 c and 93 c are formed at positions moved from the boundary surface between the center electrode 20 and the noble metal tip 90 to the side opposite to the noble metal tip 90. Even in such an embodiment, the heat-drawing performance of the melting portions 92c and 93c and the noble metal tip 90 can be improved.
  • the melting portions 92d and 93d extend obliquely downward with respect to the boundary surface between the center electrode 20 and the noble metal tip 90 (that is, the state extending to the rear end side of the spark plug). It is formed with. Even in such an embodiment, the heat-drawing performance of the melting portions 92d and 93d and the noble metal tip 90 can be improved.
  • the melting portions 92e and 93e extend obliquely upward with respect to the boundary surface between the center electrode 20 and the noble metal tip 90 (that is, a state extending to the tip end side of the spark plug). Is formed. Even in such an embodiment, the heat-drawing performance of the melting portions 92e and 93e and the noble metal tip 90 can be improved.
  • the tip of the inner layer 25f is thin. Even in such an embodiment, the heat-drawing performance of the melting portions 92 and 93 and the noble metal tip 90 can be improved.
  • the melting portion 92 and the second melting portion 93 are separated in the vicinity of the central axis, but they may be connected in the vicinity of the central axis and integrated. That is, in the cross section shown in FIG. 2, a melted part may be formed between the noble metal tip 90 and the inner layer 25, and the noble metal tip 90 may not be in contact with the inner layer 25.
  • the left side of the central axis O has been described as the melting portion 92 and the right side of the central axis O has been described as the second melting portion 93, but these may be reversed.
  • the melting part 92 is formed on the entire circumference of the side surface of the noble metal tip 90, but the melting part 92 may be formed on a part of the side surface of the noble metal tip 90. . Even in this case, if the cross section is parallel to the central axis O of the central electrode and passes through the central axis O and the melted portion 92, it includes a part of the configuration of the above-described embodiment. The heat-drawing performance of the melting part 92 and the noble metal tip 90 can be improved. *
  • Ceramic resistance 4 ... Seal body 5 ... Gasket 6 ... Ring member 8 ... Board packing 9 ... Talc 10 ... Insulator 11 ... Buttocks 12 ... shaft hole 13 ... Long leg 15 ... Step 17 ... Tip body 18 ... Rear end side trunk 19 ... Buttocks 20 ... Center electrode 20x ... support part 20y ... Groove 20z, 20s ... center electrode base member 21 ... Electrode base material 25, 25f ... Core material (inner layer) 30 ... Ground electrode 33 ... tip 40 ... Terminal fitting 50 ... metal shell 51. Tool engaging part 52 ... Mounting screw 53. Caulking part 54 ... Buttocks 55 ... Seat 56 ... Step 58 ... Buckling part 59 ... Screw neck 90, 95 ...

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

溶融部及び貴金属チップの熱引き性能を向上させることのできる技術を提供する。スパークプラグは、電極母材と電極母材の内部に設けられ銅を主体とする内層とを有する中心電極と、中心電極の先端に設けられた貴金属チップと、貴金属チップと電極母材と内層とにわたって形成された溶融部とを備える。中心電極の中心軸に平行な断面であって、かつ、中心軸及び溶融部を通る断面において、溶融部は、内層に接しており、貴金属チップの成分と、電極母材の成分と、内層を形成する銅成分とを含む。

Description

スパークプラグ
本発明は、スパークプラグに関するものである。
従来、中心電極の先端に貴金属チップを備えるスパークプラグに関する技術としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この技術では、中心電極の先端に貴金属チップを嵌め込むための凹部を設け、当該凹部に貴金属チップを嵌め込み、貴金属チップの周囲を溶接している。　
しかし、この技術では、貴金属チップの長さがある程度必要となるため、貴金属チップを短くすることが困難であり、貴金属チップの熱引き性能を向上させることが困難であった。また、溶接されて形成された溶融部における熱伝導率が小さいため、貴金属チップの熱引きが妨げられているといった問題もあった。
特開平５－１５９８６０号公報 特開平５－０１３１４５号公報
本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、溶融部及び貴金属チップの熱引き性能を向上させることのできる技術を提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。　
[適用例１]　電極母材と、当該電極母材の内部に設けられ、銅を主体とする内層とを有する中心電極と、　前記中心電極の先端に設けられた貴金属チップと、を備えたスパークプラグであって、　前記貴金属チップと、前記電極母材と、前記内層とにわたって形成された溶融部を備え、　前記中心電極の中心軸に平行な断面であって、かつ、前記中心軸及び前記溶融部を通る断面において、　前記溶融部は、前記内層に接しており、前記貴金属チップの成分と、前記電極母材の成分と、前記内層を形成する銅成分とを含むことを特徴とするスパークプラグ。　
[適用例２]　適用例１に記載のスパークプラグであって、　前記断面において、　前記溶融部と前記内層とが接する部分のうち前記中心電極の外周面に最も近い点を点Ｐ１とし、　前記点Ｐ１を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、　前記溶融部のうち、前記直線Ｌ１よりも前記中心軸寄りにある領域を領域Ｒとした場合に、　前記領域Ｒの重心Ｇにおける前記銅成分の含有量は、１０重量％以上であることを特徴とするスパークプラグ。　
[適用例３]　適用例１または適用例２に記載のスパークプラグであって、　前記断面において、　前記溶融部と前記内層とが接する部分のうち前記中心電極の外周面に最も近い点を点Ｐ１とし、　前記点Ｐ１を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、　前記中心軸を挟んで、前記溶融部に対向して形成されている第２の溶融部と前記内層とが接する部分のうち前記中心電極の外周面に最も近い点を点Ｐ２とし、　前記点Ｐ２を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ２とし、　前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ２の距離をｂとした場合に、　ｂ≧０．２ｍｍ　の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。　
[適用例４]　適用例１から適用例３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、　前記断面において、　前記溶融部と前記内層とが接する部分のうち前記中心電極の外周面に最も近い点を点Ｐ１とし、　前記点Ｐ１を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、　前記直線Ｌ１と前記溶融部の前記貴金属チップ側における輪郭線との交点を点Ｐ３とし、　前記点Ｐ１から前記点Ｐ３までの長さをａとした場合に、　ａ≦０．３ｍｍ　の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。　
[適用例５]　適用例１から適用例４のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、　前記貴金属チップは、前記内層に接していることを特徴とするスパークプラグ。　
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、スパークプラグの製造方法および製造装置等の形態で実現することができる。
適用例１のスパークプラグでは、溶融部に銅成分が含まれるので、溶融部の熱伝導率を大きくすることができる。したがって、溶融部の熱引き性能を向上させることができるとともに、貴金属チップの熱引き性能を向上させることができる。　
適用例２のスパークプラグによれば、中心電極の内層は、銅を主体として形成されているため、熱伝導率が大きい。領域Ｒは、溶融部のうち、中心電極の内層と貴金属チップとの間に挟まれた領域であるため、貴金属チップの熱引き性能に最も影響を与える領域である。本適用例の構成では、領域Ｒの重心Ｇにおける銅成分の含有量が１０重量％以上であるため、溶融部の領域Ｒにおける熱伝導率を大きくすることができる。したがって、溶融部の熱引き性能を向上させることができるとともに、貴金属チップの熱引き性能を向上させることができる。
距離ｂは、内層のうち、溶融部や貴金属チップに接する部分の幅である。適用例３のスパークプラグによれば、この距離ｂが長いほど、溶融部や貴金属チップに接する内層の面積が大きくなるので、溶融部や貴金属チップの熱引き性能を向上させることができる。本適用例の構成では、距離ｂが０．２ｍｍ以上なので、溶融部の熱引き性能を向上させることができるとともに、貴金属チップの熱引き性能を向上させることができる。
長さａは、中心電極の内層と貴金属チップとの間に形成された溶融部における最も厚い部分の長さである。適用例４のスパークプラグによれば、中心電極の内層が貴金属チップに近いほど、すなわち、長さａが短いほど、貴金属チップの熱が中心電極の内層に伝わりやすくなるため、貴金属チップの熱引き性能を向上させることができる。本適用例の構成では、長さａが０．３ｍｍ以下なので、貴金属チップの熱引き性能を向上させることができる。　適用例５のスパークプラグによれば、貴金属チップは、内層に接しているため、貴金属チップの熱が中心電極の内層に直接伝わる。したがって、貴金属チップの熱引き性能を向上させることができる。
本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００を示す部分断面図である。 中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 比較例１、２及び実施形態における中心電極の先端部近傍の断面を示す説明図である。 比較例１、２及び実施形態における熱引き性能の実験結果を示す説明図である。 貴金属チップ９０の直径が異なる２つのタイプのサンプルを示す説明図である。 溶融部９２における銅の含有率と貴金属チップ９０の熱引き性能との関係を示す説明図である。 内層幅ｂの異なるサンプルの製作工程の一部を示す説明図である。 内層幅ｂと熱引き性能との関係を示す説明図である。 溶融幅ａと熱引き性能との関係を示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。 他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。Ａ．実施形態： Ｂ．実験例：　Ｂ１．溶融部９２における銅成分の有無と熱引き性能に関する実験例：　Ｂ２．溶融部９２における銅の含有率と熱引き性能に関する実験例：　Ｂ３．内層幅ｂと熱引き性能に関する実験例：　Ｂ４．溶融幅ａと熱引き性能に関する実験例：Ｃ．他の実施形態：Ｄ．変形例：　
Ａ．実施形態：　図１は、本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００を示す部分断面図である。以下では、図１においてスパークプラグ１００の軸線方向ＯＤを図面における上下方向とし、下側をスパークプラグの先端側、上側を後端側として説明する。なお、図１では、軸線Ｏの右側にスパークプラグ１００の外観を示し、軸線Ｏの左側にスパークプラグ１００を軸線Ｏ（以下では、中心軸Ｏともいう。）を通る面で切断した断面を示している。　
スパークプラグ１００は、絶縁碍子１０と、主体金具５０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０とを備えている。中心電極２０は、絶縁碍子１０に設けられた軸孔１２内に、軸線方向ＯＤに延びた状態で保持されている。絶縁碍子１０は、絶縁体として機能しており、主体金具５０は、この絶縁碍子１０を取り囲んだ状態で内挿している。端子金具４０は、電力の供給を受けるための端子であり、絶縁碍子１０の後端部に設けられている。　
絶縁碍子１０は、アルミナ等を焼成することにより形成された絶縁体である。絶縁碍子１０は、軸線方向ＯＤへ延びる軸孔１２が中心軸に沿って形成された筒状の絶縁体である。絶縁碍子１０には、軸線方向ＯＤの略中央に外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、それより後端側には後端側胴部１８が形成されている。後端側胴部１８には、表面長さを長くして絶縁性を高めるための襞部１１が形成されている。鍔部１９より先端側には、後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成されている。先端側胴部１７よりもさらに先端側には、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は、先端側ほど外径が小さくなっている。この脚長部１３は、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド２００に取り付けられた際には、内燃機関の燃焼室内に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間には段部１５が形成されている。　
中心電極２０は、絶縁碍子１０の先端側から後端側に向かって中心軸Ｏに沿って延びており、絶縁碍子１０の先端側において露出している。中心電極２０は、電極母材２１の内部に芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。電極母材２１は、インコネル６００またはインコネル６０１等（「インコネル」は商標名）のニッケルまたはニッケルを主成分とする合金から形成されている。芯材２５は、電極母材２１よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主体とする合金から形成されている。本明細書では、「銅を主体とする合金」とは、銅を９５％以上含むものをいう。また、以下では、この芯材２５を「内層２５」ともいう。通常、中心電極２０は、有底筒状に形成された電極母材２１の内部に芯材２５を詰め、底側から押出成形を行って引き延ばすことで作製される。軸孔１２内において、中心電極２０は、シール体４およびセラミック抵抗３を介して、絶縁碍子１０の後端側に設けられた端子金具４０に電気的に接続されている。　
主体金具５０は、低炭素鋼材より形成された筒状の金具であり、絶縁碍子１０を内部に保持している。絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位は、主体金具５０によって取り囲まれている。　
主体金具５０は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２とを備えている。工具係合部５１は、スパークプラグレンチ（図示せず）が嵌合する部位である。主体金具５０の取付ネジ部５２は、ネジ山が形成された部位であり、内燃機関の上部に設けられたエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合する。このように、主体金具５０の取付ネジ部５２をエンジンヘッド２００の取付ネジ孔２０１に螺合させて締め付けることより、スパークプラグ１００は、内燃機関のエンジンヘッド２００に固定される。　
主体金具５０の工具係合部５１と取付ネジ部５２との間には、径方向外側に膨出するフランジ状の鍔部５４が形成されている。取付ネジ部５２と鍔部５４との間のネジ首
５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた際に、鍔部５４の座面５５と取付ネジ孔２０１の開口周縁部２０５との間で押し潰されて変形する。このガスケット５の変形により、スパークプラグ１００とエンジンヘッド２００間が封止され、取付ネジ孔２０１を介した燃焼ガスの漏出が抑制される。　
主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、薄肉の加締部５３が設けられている。また、鍔部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に、薄肉の座屈部５８が設けられている。主体金具５０の工具係合部５１から加締部５３にかけての内周面と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が挿入されている。さらに両リング部材６，７間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、主体金具５０と絶縁碍子１０とが固定される。主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は、主体金具５０の内周面に形成された段部５６と、絶縁碍子１０の段部１５との間に介在する環状の板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの漏出が防止される。座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の圧縮長さを確保して主体金具５０内の気密性を高めている。　
主体金具５０の先端部には、主体金具５０の先端部から中心軸Ｏに向かって屈曲した接地電極３０が接合されている。接地電極３０は、インコネル６００等（「インコネル」は商標名）の耐腐食性が高いニッケル合金で形成することが可能である。この接地電極３０と主体金具５０との接合は、溶接により行うことができる。接地電極３０の先端部３３は、中心電極２０と対向している。　
スパークプラグ１００の端子金具４０には、図示しない高圧ケーブルがプラグキャップ（図示しない）を介して接続されている。そして、この端子金具４０とエンジンヘッド２００との間に高電圧を印加することにより、接地電極３０と中心電極２０との間に火花放電が生じる。　
なお、中心電極２０と接地電極３０とのそれぞれには、高融点の貴金属を主成分として形成された円柱状の電極チップ９０，９５が取り付けられている。具体的には、中心電極２０の先端側の面には、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や、イリジウムを主成分として、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）のうち、１種類あるいは２種類以上を添加したＩｒ合金によって形成された電極チップ９０が取り付けられる。また、接地電極３０の先端部３３の中心電極２０と対向する面には、白金または白金を主成分とした電極チップ９５が取り付けられる。なお、以下では電極チップを貴金属チップともいう。　
図２は、中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。この図２は、軸線方向ＯＤが紙面の上向きとなるように描かれている。また、この図２に示された断面は、中心電極の中心軸Ｏに平行な断面であって、かつ、中心軸Ｏ及び溶融部９２を通る断面である。　
本実施形態では、貴金属チップ９０と、電極母材と、内層とにわたって溶融部９２が形成されている。溶融部９２は、内層２５に接しており、貴金属チップ９０の成分と、電極母材２１の成分と、内層２５を形成する銅成分とを含んでいる。銅成分が含まれると熱伝導率が大きくなるので、溶融部９２の熱伝導率を大きくすることができ、熱引き性能を向上させることができる。また、溶融部９２の熱引き性能の向上に伴い、貴金属チップ９０の熱引き性能も向上させることができる。　
溶融部９２は、貴金属チップ９０と中心電極２０との境界の側面から、ファイバーレーザー又は電子ビームを照射することによって形成することができる。特に、ファイバーレーザーや電子ビームは、単位面積当たりのエネルギー強度が大きいため、融点の高い内層２５も溶融させることができる。本実施形態では、溶融部９２は、貴金属チップ９０の側面の全周を取り囲むように形成されている。　
ここで、図２に示した断面において、溶融部９２と内層２５とが接する部分のうち中心電極２０の外周面に最も近い点を点Ｐ１とする。点Ｐ１を通り、中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とする。溶融部９２のうち、直線Ｌ１よりも中心軸Ｏ寄りにある領域を領域Ｒ（図２におけるクロスハッチングが施された領域）とする。本実施形態では、この領域Ｒの重心Ｇにおける銅成分の含有量は、１０重量％以上である。このようにすれば、溶融部９２の熱引き性能を向上させることができるとともに、貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。この理由について以下説明する。　
中心電極２０の内層２５は、銅を主体として形成されているため、熱伝導率が大きい。領域Ｒは、溶融部９２のうち、中心電極２０の内層２５と貴金属チップ９０との間に挟まれた領域であるため、貴金属チップ９０の熱引き性能に最も影響を与える領域である。本実施形態では、領域Ｒの重心Ｇにおける銅成分の含有量が１０重量％以上であるため、溶融部９２の領域Ｒにおける熱伝導率を大きくすることができる。したがって、溶融部９２の熱引き性能を向上させることができるとともに、貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。　
このような溶融部９２は、内層２５における銅成分の含有量を調整したり、ファイバーレーザー又は電子ビームの出力や照射時間、照射方向を調整することにより実現することができる。また、銅成分の含有量を上記の数値範囲とした根拠については後述する。また、図２に示した断面において、領域Ｒの重心Ｇを「図心Ｇ」ともいう。　
また、本実施形態では、中心軸Ｏを挟んで溶融部９２に対向した位置に、第２の溶融部９３が形成されている。上述したように、溶融部９２は、貴金属チップ９０の側面の全周を取り囲むように形成されているため、溶融部９２と第２の溶融部９３とは貴金属チップ９０の側面の周囲を取り囲んで繋がっており、一体となっている。　
ここで、第２の溶融部９３と内層２５とが接する部分のうち中心電極２０の外周面に最も近い点を点Ｐ２とする。点Ｐ２を通り、中心軸Ｏに平行な直線を直線Ｌ２とする。直線Ｌ１と直線Ｌ２の距離をｂとする。この場合において、本実施形態のスパークプラグ１００は、以下の関係式を満たしている。　ｂ≧０．２ｍｍ　　…（１）　このようにすれば、溶融部９２、９３や貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。この理由について以下説明する。　
距離ｂは、内層２５のうち、溶融部９２、９３や貴金属チップ９０に接する部分の幅である。この距離ｂが長いほど、溶融部９２、９３や貴金属チップ９０に接する内層の面積が大きくなるので、溶融部９２、９３や貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。なお、距離ｂを上記の数値範囲とした根拠については後述する。また、距離ｂを、以下では「内層幅ｂ」とも呼ぶ。　
さらに、図２に示した断面において、直線Ｌ１と溶融部９２の貴金属チップ９０側における輪郭線との交点を点Ｐ３とする。点Ｐ１から点Ｐ３までの長さをａとする。この場合において、本実施形態のスパークプラグ１００は、以下の関係式を満たしている。　ａ≦０．３ｍｍ　　…（２）　このようにすれば、貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。この理由について以下説明する。　
長さａは、中心電極２０の内層２５と貴金属チップ９０との間に形成された溶融部９２における最も厚い部分の長さである。中心電極２０の内層２５が貴金属チップ９０に近いほど、すなわち、長さａが短いほど、貴金属チップの熱が中心電極の内層に伝わりやすくなるため、貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。なお、長さａを上記の数値範囲とした根拠については後述する。また、長さａを、以下では「溶融長さａ」とも呼ぶ。　
また、本実施形態では、貴金属チップ９０は、内層２５に接している。したがって、貴金属チップ９０の熱が内層２５に直接伝わるため、貴金属チップ９０の熱引き性能をさらに向上させることができる。　
Ｂ．実験例：Ｂ１．溶融部９２における銅成分の有無と熱引き性能に関する実験例：　本実験例では、溶融部９２に銅成分が含まれているか否かと貴金属チップ９０の熱引き性能との関係を調べるため、溶融部９２に銅成分が含まれていない２つのサンプル（比較例１、２）と、溶融部９２に銅成分が含まれているサンプル（実施形態）とを用意した。そして、各サンプルの貴金属チップ９０をバーナーで９００℃まで加熱し、加熱を停止してから３０秒後に、放射温度計にて貴金属チップ９０の放電面における温度を測定して、各サンプルの熱引き性能を比較した。　
図３は、比較例１、２及び実施形態における中心電極の先端部近傍の断面を示す説明図である。比較例１では、中心電極２０の先端部に、貴金属チップ９０を取り囲んで支持する支持部２０ｘが設けられている。この支持部２０ｘは、電極母材２１と同じ材料で形成されている。この比較例１における溶融部９２ｘは、この支持部２０ｘと微量の貴金属チップ９０とが溶融して形成されており、内層２５はこの溶融部９２ｘに溶融していない。すなわち、この比較例１における溶融部９２ｘには、銅成分は含まれていない。　
比較例２では、中心電極２０の先端部に、貴金属チップ９０を埋設するための溝部２０ｙが設けられている。比較例１と同様に、この比較例２における溶融部９２ｙにも、銅成分は含まれていない。これに対して、実施形態における溶融部９２は、内層２５に接しており、貴金属チップ９０の成分と、電極母材２１の成分と、内層２５を形成する銅成分とを含んでいる。なお、比較例１、２及び実施形態において、貴金属チップ９０の露出している部分の長さ及び貴金属チップ９０の直径は同じである。また、比較例１、２及び実施形態における各種の寸法は、以下のとおりである。　貴金属チップ９０の露出している部分の長さＴ＝０．６ｍｍ　貴金属チップ９０の直径ｄ＝０．６ｍｍ　支持部２０ｘの長さＬａ＝０．６ｍｍ　支持部２０ｘの直径Ｄ＝０．９ｍｍ　比較例１における貴金属チップ９０の長さＬｂ＝１．３ｍｍ　比較例２における貴金属チップ９０の長さＬｃ＝１．０ｍｍ　
図４は、比較例１、２及び実施形態における熱引き性能の実験結果を示す説明図である。この図４によれば、比較例１では、９００℃からほとんど温度が低下しておらず、比較例２においても、温度が１０℃しか低下していないことが理解できる。これに対して、実施形態では、４０℃以上も温度が低下していることが理解できる。以上より、本実施形態のスパークプラグでは、溶融部９２の熱引き性能が向上し、これに伴って貴金属チップ９０の熱引き性能が向上していることが理解できる。　
Ｂ２．溶融部９２における銅の含有率と熱引き性能に関する実験例：　本実験例では、溶融部９２における銅の含有率と貴金属チップの熱引き性能との関係を調べるため、溶融部９２における銅の含有率の異なる複数のサンプルを用意した。そして、各サンプルの貴金属チップ９０をバーナーで９００℃まで加熱し、加熱を停止してから３０秒後に、放射温度計にて貴金属チップ９０の放電面における温度を測定して、各サンプルの熱引き性能を比較した。なお、本実験例では、サンプルとして、貴金属チップ９０の直径が０．６ｍｍのタイプと、１．６ｍｍのタイプを用意した。以下に説明する他の実験例においても同様に、２つのタイプのサンプルを用意して実験を行なった。　
図５は、貴金属チップ９０の直径が異なる２つのタイプのサンプルを示す説明図である。タイプ１のサンプルでは、貴金属チップ９０の直径は０．６ｍｍであり、中心電極２０の直径は０．７ｍｍである。タイプ１のサンプルは、貴金属チップ９０を中心電極基部材２０ｚの先端が
細くなった部分に溶接することにより製作される。　
一方、タイプ２のサンプルでは、貴金属チップ９０の直径は１．６ｍｍであり、中心電極２０の直径は１．７ｍｍである。タイプ２のサンプルは、中心電極基部材２０ｚの先端を切断線Ｚで切断し、その切断された面に貴金属チップ９０を溶接することにより製作される。なお、両方のタイプのサンプルに示された「溶融部の深さｃ」については、後述する他の実験例において説明する。　
図６は、溶融部９２における銅の含有率と貴金属チップ９０の熱引き性能との関係を示す説明図である。この図６によれば、溶融部９２における銅の含有率が大きくなるにしたがって貴金属チップ９０の熱引き性能が向上し、貴金属チップ９０の温度が低下しやすくなることが理解できる。この傾向は、貴金属チップ９０の直径が０．６ｍｍのタイプ１と、１．６ｍｍのタイプ２の両方のタイプにおいて確認することができる。具体的には、両方のタイプとも、溶融部９２における銅の含有率が１０重量％であれば、貴金属チップ９０の放電面における温度は８６５℃程度まで低下し、２０重量％では８６０℃程度まで低下し、３０重量％以上では貴金属チップ９０の放電面における温度は８６０℃を下回ることが理解できる。　
以上より、溶融部９２における銅の含有率は、貴金属チップ９０の直径に関わらず、１０重量％以上であることが好ましく、２０重量％以上であることがさらに好ましく、３０重量％以上であることが特に好ましいことが理解できる。　
Ｂ３．内層幅ｂと熱引き性能に関する実験例：　本実験例では、内層幅ｂと貴金属チップ９０の熱引き性能との関係を調べるため、内層幅ｂの異なる複数のサンプルを用意した。そして、各サンプルの貴金属チップ９０をバーナーで９００℃まで加熱し、加熱を停止してから３０秒後に、放射温度計にて貴金属チップ９０の放電面における温度を測定して、各サンプルの熱引き性能を比較した。　
図７は、内層幅ｂの異なるサンプルの製作工程の一部を示す説明図である。本実験例では、先端部が細くなっている内層２５を内部に有する中心電極基部材２０ｓを用意した。そして、中心電極基部材２０ｓの切断位置を変えることによって、内層幅ｂの異なるサンプルを製作した。　
図８は、内層幅ｂと熱引き性能との関係を示す説明図である。この図８によれば、内層幅ｂが大きくなるにしたがって貴金属チップ９０の熱引き性能が向上し、貴金属チップ９０の温度が低下しやすくなることが理解できる。この傾向は、貴金属チップ９０の直径が０．６ｍｍのタイプ１と、１．６ｍｍのタイプ２の両方のタイプにおいて確認することができる。より詳細には、内層幅ｂが０．２ｍｍ以上となると、両方のタイプとも温度が大きく低下していることが理解できる。そして、内層幅ｂが０．３ｍｍ以上、０．４ｍｍ以上となるにしたがって、貴金属チップ９０の熱引き性能は徐々に向上していることが理解できる。したがって、内層幅ｂは、貴金属チップ９０の直径に関わらず、０．２ｍｍ以上であることが好ましく、０．３ｍｍ以上であることがさらに好ましく、０．４ｍｍ以上であることが特に好ましい。　
Ｂ４．溶融幅ａと熱引き性能に関する実験例：　本実験例では、溶融幅ａと貴金属チップ９０の熱引き性能との関係を調べるため、溶融幅ａの異なる複数のサンプルを用意した。そして、各サンプルの貴金属チップ９０をバーナーで９００℃まで加熱し、加熱を停止してから３０秒後に、放射温度計にて貴金属チップ９０の放電面における温度を測定して、各サンプルの熱引き性能を比較した。　
なお、本実験例では、２つのタイプのサンプルに対して、溶融部９２の深さｃ（以下では「溶融深さｃ」とも呼ぶ。）も変化させた。溶融深さｃは、図５に示すように、貴金属チップ９０の側面から溶融部９２の先端部までの長さである。溶融深さｃの調整は、溶融部９２を形成する際のレーザーの出力を調整することによって行なった。　
図９は、溶融幅ａと熱引き性能との関係を示す説明図である。この図９によれば、溶融幅ａが小さくなるにしたがって、貴金属チップ９０の熱引き性能が向上し、貴金属チップ９０の温度が低下しやすくなることが理解できる。この傾向は、貴金属チップ９０の直径が０．６ｍｍのタイプ１と、１．６ｍｍのタイプ２の両方のタイプにおいて確認することができる。より詳細には、溶融幅ａが０．３ｍｍ以下となると、両方のタイプとも温度が大きく低下し、８７０℃を下回ることが理解できる。そして、溶融幅ａが０．２ｍｍ、０．１ｍｍとなるにしたがって、貴金属チップ９０の熱引き性能は徐々に向上していることが理解できる。したがって、溶融幅ａは、貴金属チップ９０の直径や、溶融深さｃに関わらず、０．３ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．１ｍｍ以下であることが特に好ましい。　
Ｃ．他の実施形態：　図１０ないし図１４は、他の実施形態における中心電極２０及び貴金属チップ９０の断面を拡大して示す説明図である。図１０に示した実施形態では、溶融部９２ｂ、９３ｂが、中心電極２０と貴金属チップ９０との境界面から貴金属チップ９０側に移動した位置に形成されている。このような実施形態であっても、溶融部９２ｂ、９３ｂ及び貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。　
図１１に示した実施形態では、溶融部９２ｃ、９３ｃが、中心電極２０と貴金属チップ９０との境界面から貴金属チップ９０とは反対側に移動した位置に形成されている。このような実施形態であっても、溶融部９２ｃ、９３ｃ及び貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。　
図１２に示した実施形態では、溶融部９２ｄ、９３ｄが、中心電極２０と貴金属チップ９０との境界面に対して斜め下方に延びた状態（すなわち、スパークプラグの後端側に延びた状態）で形成されている。このような実施形態であっても、溶融部９２ｄ、９３ｄ及び貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。　
図１３に示した実施形態では、溶融部９２ｅ、９３ｅが、中心電極２０と貴金属チップ９０との境界面に対して斜め上方に延びた状態（すなわち、スパークプラグの先端側に延びた状態）で形成されている。このような実施形態であっても、溶融部９２ｅ、９３ｅ及び貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。　
図１４に示した実施形態では、内層２５ｆの先端が細くなっている。このような実施形態であっても、溶融部９２、９３及び貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。　
Ｄ．変形例：　なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。　
Ｄ１．変形例１：　上記実施形態では、溶融部９２と第２の溶融部９３とは中心軸近傍において離間していたが、これらは中心軸近傍で繋がって一体となっていてもよい。すなわち、図２に示した断面において、貴金属チップ９０と内層２５との間の全てに溶融部が形成され、貴金属チップ９０が内層２５に接していない状態であってもよい。また、上記実施形態では、中心軸Ｏの左側を溶融部９２として説明し、中心軸Ｏの右側を第２の溶融部９３として説明したが、これらは反対であってもよい。　
Ｄ２．変形例２：　上記実施形態では、溶融部９２は、貴金属チップ９０の側面の全周に形成されていたが、貴金属チップ９０の側面の一部に溶融部９２が形成されていることとしてもよい。この場合であっても、中心電極の中心軸Ｏに平行な断面であって、かつ、中心軸Ｏ及び溶融部９２を通る断面において、上述した実施形態の構成の一部を備えていれば、溶融部９２及び貴金属チップ９０の熱引き性能を向上させることができる。　
Ｄ３．変形例３：　上記実施形態におけるスパークプラグの放電方向は、軸線方向ＯＤに一致しているが、本発明は、放電方向が軸線方向ＯＤに垂直な方向である、いわゆる横放電型のスパークプラグに対しても、適用することができる。　
Ｄ４．変形例４：　上記実施形態におけるスパークプラグには、電極チップ（貴金属チップ）９０，９５が設けられているが、接地電極３０の先端に設けられた電極チップ（貴金属チップ）９５は省略することとしてもよい。
３…セラミック抵抗

　　４…シール体

　　５…ガスケット

　　６…リング部材

　　８…板パッキン

　　９…タルク

　　１０…絶縁碍子

　　１１…襞部

　　１２…軸孔

　　１３…脚長部

　　１５…段部

　　１７…先端側胴部

　　１８…後端側胴部

　　１９…鍔部

　　２０…中心電極

　　２０ｘ…支持部

　　２０ｙ…溝部

　　２０ｚ、２０ｓ…中心電極基部材

　　２１…電極母材

　　２５、２５ｆ…芯材（内層）

　　３０…接地電極

　　３３…先端部

　　４０…端子金具

　　５０…主体金具

　　５１…工具係合部

　　５２…取付ネジ部

　　５３…加締部

　　５４…鍔部

　　５５…座面

　　５６…段部

　　５８…座屈部

　　５９…ネジ首

　　９０、９５…電極チップ（貴金属チップ）

　　９２、９２ｂ～９２ｅ、９２ｘ、９２ｙ…溶融部

　　９３、９３ｂ～９３ｅ…第２の溶融部

　　１００…スパークプラグ

　　２００…エンジンヘッド

　　２０１…取付ネジ孔

　　２０５…開口周縁部

　　ａ…溶融幅

　　ｂ…内層幅

Claims (5)

  1. 電極母材と、当該電極母材の内部に設けられ、銅を主体とする内層とを有する中心電極と、　前記中心電極の先端に設けられた貴金属チップと、を備えたスパークプラグであって、　前記貴金属チップと、前記電極母材と、前記内層とにわたって形成された溶融部を備え、　前記中心電極の中心軸に平行な断面であって、かつ、前記中心軸及び前記溶融部を通る断面において、　前記溶融部は、前記内層に接しており、前記貴金属チップの成分と、前記電極母材の成分と、前記内層を形成する銅成分とを含むことを特徴とするスパークプラグ。
  2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、　前記断面において、　前記溶融部と前記内層とが接する部分のうち前記中心電極の外周面に最も近い点を点Ｐ１とし、　前記点Ｐ１を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、　前記溶融部のうち、前記直線Ｌ１よりも前記中心軸寄りにある領域を領域Ｒとした場合に、　前記領域Ｒの重心Ｇにおける前記銅成分の含有量は、１０重量％以上であることを特徴とするスパークプラグ。
  3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグであって、　前記断面において、　前記溶融部と前記内層とが接する部分のうち前記中心電極の外周面に最も近い点を点Ｐ１とし、　前記点Ｐ１を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、　前記中心軸を挟んで、前記溶融部に対向して形成されている第２の溶融部と前記内層とが接する部分のうち前記中心電極の外周面に最も近い点を点Ｐ２とし、　前記点Ｐ２を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ２とし、　前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ２の距離をｂとした場合に、　ｂ≧０．２ｍｍ　の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、　前記断面において、　前記溶融部と前記内層とが接する部分のうち前記中心電極の外周面に最も近い点を点Ｐ１とし、　前記点Ｐ１を通り、前記中心軸に平行な直線を直線Ｌ１とし、　前記直線Ｌ１と前記溶融部の前記貴金属チップ側における輪郭線との交点を点Ｐ３とし、　前記点Ｐ１から前記点Ｐ３までの長さをａとした場合に、　ａ≦０．３ｍｍ　の関係式を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、　前記貴金属チップは、前記内層に接していることを特徴とするスパークプラグ。
PCT/JP2012/003755 2011-08-04 2012-06-08 スパークプラグ WO2013018264A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12819333.1A EP2741384B1 (en) 2011-08-04 2012-06-08 Spark plug
CN201280035099.8A CN103650269B (zh) 2011-08-04 2012-06-08 火花塞
US14/235,824 US8841828B2 (en) 2011-08-04 2012-06-08 Spark plug

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-170905 2011-08-04
JP2011170905A JP5226838B2 (ja) 2011-08-04 2011-08-04 スパークプラグ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013018264A1 true WO2013018264A1 (ja) 2013-02-07

Family

ID=47628820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/003755 WO2013018264A1 (ja) 2011-08-04 2012-06-08 スパークプラグ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8841828B2 (ja)
EP (1) EP2741384B1 (ja)
JP (1) JP5226838B2 (ja)
CN (1) CN103650269B (ja)
WO (1) WO2013018264A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10525912B2 (en) 2018-04-12 2020-01-07 Ford Global Technologies, Llc Capacitive proximity sensors of vehicle doors

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5815649B2 (ja) * 2013-11-20 2015-11-17 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP6017027B2 (ja) * 2013-12-20 2016-10-26 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
US11621544B1 (en) 2022-01-14 2023-04-04 Federal-Mogul Ignition Gmbh Spark plug electrode and method of manufacturing the same

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6355880A (ja) * 1986-08-26 1988-03-10 日本特殊陶業株式会社 小型スパ−クプラグの中心電極
JPH0513145A (ja) 1991-06-27 1993-01-22 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JPH05159860A (ja) 1991-12-03 1993-06-25 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグの中心電極の製造方法
JPH10106716A (ja) * 1996-09-26 1998-04-24 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ用電極の製造方法
JP2000208235A (ja) * 1998-11-11 2000-07-28 Ngk Spark Plug Co Ltd スパ―クプラグ
JP2002289319A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2005150011A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関用スパークプラグ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05234662A (ja) * 1991-12-27 1993-09-10 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ用電極およびその製造方法
US6528929B1 (en) 1998-11-11 2003-03-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug with iridium-based alloy chip
EP2033285B1 (en) * 2006-06-19 2012-11-21 Federal-Mogul Corporation Spark plug with fine wire ground electrode
JP4405572B1 (ja) * 2007-09-17 2010-01-27 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP4928596B2 (ja) * 2009-12-04 2012-05-09 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6355880A (ja) * 1986-08-26 1988-03-10 日本特殊陶業株式会社 小型スパ−クプラグの中心電極
JPH0513145A (ja) 1991-06-27 1993-01-22 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JPH05159860A (ja) 1991-12-03 1993-06-25 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグの中心電極の製造方法
JPH10106716A (ja) * 1996-09-26 1998-04-24 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ用電極の製造方法
JP2000208235A (ja) * 1998-11-11 2000-07-28 Ngk Spark Plug Co Ltd スパ―クプラグ
JP2002289319A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
JP2005150011A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Ngk Spark Plug Co Ltd 内燃機関用スパークプラグ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10525912B2 (en) 2018-04-12 2020-01-07 Ford Global Technologies, Llc Capacitive proximity sensors of vehicle doors

Also Published As

Publication number Publication date
EP2741384A1 (en) 2014-06-11
EP2741384B1 (en) 2017-08-16
CN103650269A (zh) 2014-03-19
US8841828B2 (en) 2014-09-23
JP5226838B2 (ja) 2013-07-03
CN103650269B (zh) 2016-03-02
US20140175967A1 (en) 2014-06-26
JP2013037806A (ja) 2013-02-21
EP2741384A4 (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8624473B2 (en) Spark plug
EP2624384B1 (en) Spark plug
US8506341B2 (en) Method of manufacturing sparkplugs
WO2013018264A1 (ja) スパークプラグ
US10283941B2 (en) Spark plug
JP2009129645A (ja) スパークプラグ
JP5576753B2 (ja) スパークプラグの製造方法
JP5669689B2 (ja) スパークプラグ
JP4837688B2 (ja) スパークプラグ
JP5337311B2 (ja) スパークプラグ
JP5683409B2 (ja) スパークプラグおよびスパークプラグの製造方法
JP5599840B2 (ja) スパークプラグ、スパークプラグの製造方法
JP5058114B2 (ja) スパークプラグ、および、スパークプラグの製造方法。
JP6293107B2 (ja) 点火プラグ
JP2009158408A (ja) スパークプラグの製造方法
JP2010165698A5 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12819333

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14235824

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2012819333

Country of ref document: EP