WO2023013371A1 - スパークプラグ - Google Patents
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Classifications
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- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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Definitions
- the present invention relates to a spark plug provided with a discharge member containing Ru.
- Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200001 discloses a prior art technique in which a spark plug having a first electrode having a discharge member and a second electrode facing the discharge member across a spark gap is provided with a discharge member made of Ru alone or a Ru alloy. It is
- the present invention was made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a spark plug that can reduce wear of the discharge member and extend its service life.
- the spark plug of the present invention comprises a first electrode having a discharge member, and a second electrode facing the discharge member across a spark gap, wherein the discharge member contains Ru as a main component. , Ni or Co in an amount of 0.5% by mass or more and 30% by mass or less.
- FIG. 1 is a half cross-sectional view of a spark plug in one embodiment
- FIG. 1 is a half sectional view of a spark plug 10 of one embodiment taken along an axis O.
- the lower side of the paper surface is called the front end side of the spark plug 10
- the upper side of the paper surface is called the rear end side of the spark plug 10 .
- the spark plug 10 has a center electrode 13 (first electrode) and a ground electrode 18 (second electrode).
- the insulator 11 insulates the center electrode 13 and the ground electrode 18 .
- the ground electrode 18 is connected to the metal shell 17 .
- the insulator 11 is a substantially cylindrical member made of alumina or the like, which has excellent mechanical properties and insulating properties at high temperatures.
- the insulator 11 is provided with a shaft hole 12 penetrating along the axis O. As shown in FIG.
- the center electrode 13 is a rod-shaped electrode arranged in the shaft hole 12 along the axis O.
- the center electrode 13 includes a base material 14 and a discharge member 15 provided at the tip of the base material 14 .
- a core material having excellent thermal conductivity is embedded in the base material 14 .
- the material of the base material 14 is, for example, Ni or an alloy containing Ni as a main component, and the material of the core material is, for example, Cu or an alloy containing Cu as a main component.
- the core material can be omitted.
- a material of the discharge member 15 is a metal containing Ru as a main component.
- the discharge member 15 is fixed to the base material 14 by laser welding, resistance welding, diffusion bonding, or the like.
- the terminal fitting 16 is a rod-shaped member to which a high-voltage cable (not shown) is connected, and the tip side is arranged in the shaft hole 12 of the insulator 11 .
- the terminal fitting 16 is electrically connected to the center electrode 13 inside the shaft hole 12 .
- the metal shell 17 is a substantially cylindrical metal member that is fixed to a screw hole (not shown) of the internal combustion engine.
- the metal shell 17 is made of a conductive metal material (such as low-carbon steel).
- the metal shell 17 is fixed to the outer circumference of the insulator 11 .
- a ground electrode 18 is connected to the metal shell 17 .
- the ground electrode 18 includes a base material 19 connected to the metal shell 17 and a discharge member 20 provided on the base material 19 .
- a core material having excellent thermal conductivity is embedded in the base material 19 .
- the material of the base material 19 is an alloy containing Ni as a main component, and the material of the core material is Cu or an alloy containing Cu as a main component.
- the core material can be omitted.
- the discharge member 20 is made of a noble metal such as Pt, Ir, Ru, Rh, or the like, which has higher resistance to spark consumption than the base material 19, W, or an alloy containing the noble metal or W as a main component.
- the discharge member 20 is fixed to the base material 19 by laser welding, resistance welding, diffusion bonding, or the like.
- the ground electrode 18 faces the discharge member 15 of the center electrode 13 with the spark gap 21 interposed therebetween.
- the spark plug 10 is manufactured by, for example, the following method. First, the center electrode 13 is inserted into the shaft hole 12 of the insulator 11 . Next, after inserting the terminal fitting 16 into the shaft hole 12 to ensure electrical continuity between the terminal fitting 16 and the center electrode 13 , the metal shell 17 to which the ground electrode 18 is connected in advance is assembled around the insulator 11 . The spark plug 10 is obtained by bending the ground electrode 18 to form a spark gap 21 between the center electrode 13 and the ground electrode 18 .
- the discharge member 15 is mainly composed of Ru and contains 0.5% by mass or more and 30% by mass or less of Ni or Co.
- the discharge member 15 contains Ru as a main component and Ni or Co in an amount of 5% by mass or more and 25% by mass or less. Since Ru is a high-melting-point metal, it becomes the main component of the discharge member 15 .
- the term “main component” refers to an element having the highest content among the elements forming the discharge member 15 .
- the content of Ru is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, or 70% by mass or more with respect to the total amount of all components constituting the discharge member 15 .
- the discharge member 15 may contain metal elements other than Ru, Ni, and Co.
- Other metal elements include, for example, platinum group elements (Rh, Pd, Os, Ir, Pt) and Cr.
- the content of other metals is, for example, 3% by mass or less.
- the discharge member 15 may contain oxides such as Y 2 O 3 and Al 2 O 3 in addition to Ru, Ni, Co and other metal elements.
- the oxide content is, for example, 8% by mass or less.
- Ni and Co are elements for reducing oxidation consumption of Ru. Ni and Co are more difficult to oxidize than Ru.
- the content of Ni is 0.5% by mass or more and 30% by mass or less, preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less, or 0.5% by mass or more and 25% by mass or less, with respect to the mass of the discharge member 15. It is preferably 5% by mass or more and 25% by mass or less. If the Ni content is less than 0.5% by mass, the consumption of Ru by oxidation is hardly reduced. When the Ni content exceeds 30% by mass, the melting point of the discharge member 15 is greatly lowered, and the spark wear resistance of the discharge member 15 tends to be lowered.
- the content of Co is 0.5% by mass or more and 30% by mass or less, preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less, or 0.5% by mass or more and 25% by mass or less, with respect to the mass of the discharge member 15. It is preferably 5% by mass or more and 25% by mass or less. If the Co content is less than 0.5% by mass, the consumption of Ru by oxidation is hardly reduced. When the Co content exceeds 30% by mass, the melting point of the discharge member 15 is greatly lowered, and the spark wear resistance of the discharge member 15 tends to be lowered.
- the discharge member 15 may contain both Ni and Co.
- the total content of Ni and Co is 0.5% by mass or more and 30% by mass or less, preferably 5% by mass or more and 30% by mass with respect to the mass of the discharge member 15. % or less, or 0.5 mass % or more and 25 mass % or less, more preferably 5 mass % or more and 25 mass % or less. If the total content of Ni and Co is less than 0.5% by mass, oxidation consumption of Ru is hardly reduced. When the total content of Ni and Co exceeds 30% by mass, the melting point of the discharge member 15 is greatly lowered, and the spark wear resistance of the discharge member 15 tends to be lowered.
- the discharge member 15 is obtained by powder metallurgy in which metal powder containing Ru and Ni (or Co) is molded and the obtained compact is sintered.
- the discharge member 15 can have any shape such as a disk, a truncated cone, an elliptical cylinder, a polygonal prism such as a triangular prism or a square prism.
- the metal powder compact undergoes densification and grain growth due to sintering. There is a correlation between the sintering temperature and the density of the discharge member 15 .
- the density of the discharge member 15 is preferably 95% or more.
- the density of the discharge member 15 is measured by the Archimedes method.
- the discharge member 15 preferably has a small amount of dissolved oxygen.
- the amount of oxygen contained in the raw material metal powder is small.
- the amount of oxygen in the metal powder can be reduced by vacuum melting the raw material metal and producing metal powder by inert gas atomization.
- the tester vacuum-melted a mixture of Ru and Ni metals in various proportions and a mixture of Ru and Co metals in various proportions, and obtained various metal powders by inert gas atomization. .
- the obtained metal powder is placed in a mold and compressed to obtain a cylindrical molded body, and the molded body is sintered at about 2000 ° C. in a reducing atmosphere to determine the ratio of Ru and Ni and the ratio of Ru and Co. were obtained.
- the tester put a mixture of Y 2 O 3 powder and metal powder into a mold and compressed it to obtain a cylindrical molded body, and then sintered the molded body at about 2000 ° C. in a reducing atmosphere. As a result, two kinds of discharge members containing Y 2 O 3 were obtained.
- the chemical composition of the discharge member was measured using a wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDS).
- the measurement conditions were acceleration voltage: 20 kV, beam diameter: 20 ⁇ m, and measurement time: peak top 10 seconds.
- the obtained discharge member was cylindrical with a diameter of 0.8 mm and a thickness of 0.6 mm.
- the density of the obtained discharge member (according to the Archimedes method) was 95% or more.
- the tester produced a center electrode in which each discharge member was bonded to a base material, and similarly to the above embodiment, No. 3, in which a spark gap was provided between the discharge member of the center electrode and the ground electrode.
- 1-37 spark plug samples were obtained.
- the sample spark gap size was 0.75 mm.
- test A tester mounted each sample on an engine, generated spark discharge between the center electrode and the ground electrode, and operated the engine at a speed of 5000 rpm for 120 hours.
- the energy supplied from the ignition coil to each sample in one spark discharge was 300 mJ.
- the air-fuel ratio was 10.5
- the pressure in the combustion chamber of the engine was 62 kPa
- the temperature of the discharge member was 700°C.
- the temperature of the discharge member may be measured prior to starting the test by placing a thermocouple hot junction near the tip of the base material near the discharge member, using a spark plug with a hole reaching close to the discharge member. It was measured.
- the amount of wear (mm 3 ) of the discharge member of each sample was measured using a three-dimensional shape measuring machine.
- the 1-37 samples were divided into three ranks from A to C.
- A is less than 0.297 mm 3 in consumption
- B is 0.297 mm 3 or more and less than 0.511 mm 3 in consumption
- C is 0.511 mm 3 or more in consumption.
- the reference value of A, 0.297 mm 3 is the amount of consumption when the same test is performed using a discharge member containing 5% by mass of Pt and the balance being Ir.
- the reference value of C, 0.511 mm 3 is the amount of consumption when the same test is performed using a discharge member containing 32% by mass of Ir and the balance being Pt.
- No. Tables 1 and 2 show the chemical composition of the discharge member of sample 1-37, the amount of wear of the discharge member, and the determination based on the amount of wear.
- 1, 2, and 18, No. No. 3-17 has a Ni content of 0.5-30% by mass.
- 1, 2 and 18 had a Ni content of less than 0.5% by mass or more than 30% by mass. It was found that a discharge member containing mainly Ru and containing Ni in a range of 0.5 to 30% by mass can reduce the amount of consumption compared to a discharge member containing Ni in other proportions of Ru.
- the judgment is A or B No. 20-34, and No. 1 with a C judgment.
- No. 19 When comparing No. 19, 35, No. No. 20-34 have a Co content of 0.5-30% by mass. In Nos. 19 and 35, the Co content was less than 0.5% by mass or greater than 30% by mass. It was found that the discharge member containing mainly Ru and containing Co in the range of 0.5 to 30% by mass can reduce the amount of consumption compared to the discharge member containing Co in Ru in other proportions.
- No. 36 is No. 9 in which 6% by mass of Ru in the discharge member of No. 9 was replaced with Y 2 O 3 .
- 37 is No. 6% by mass of Ru in the discharge member of No. 24 is replaced with Y 2 O 3 .
- No. 36 and 37 are also No. The judgment was A as well as 9 and 24. It has been found that the discharge member containing Y 2 O 3 can also reduce the consumption amount.
- the discharge member 20 provided on the ground electrode 18 and the discharge member 15 provided on the center electrode 13 face each other, but this is not necessarily the case. Of course, it is possible to omit the discharge member 20 of the ground electrode 18 .
- the center electrode 13 was exemplified as the first electrode and the ground electrode 18 was exemplified as the second electrode, but they are not necessarily limited to this. It is of course possible to use the ground electrode 18 as the first electrode and the center electrode 13 as the second electrode.
- the discharge member 20 mainly composed of Ru and containing Ni in a proportion of 0.5 to 30% by mass is fixed to the base material 19 of the ground electrode 18 .
- An intermediate material may be interposed between the base material 19 and the discharge member 20 .
- the discharge member 20 is not limited to being fixed to the surface of the base material 19 of the ground electrode 18 facing the center electrode 13 side. As long as the spark gap 21 is formed between the discharge member 20 and the center electrode 13 , the discharge member 20 may be fixed to any surface of the base material 19 . It is of course possible to omit the discharge member 15 of the center electrode 13 .
- the case of bending the base material 19 of the ground electrode 18 joined to the metal shell 17 has been described. However, it is not necessarily limited to this. Instead of using a curved base material 19, it is of course possible to use a straight base material. In this case, the front end side of the metal shell 17 is extended in the axial direction, and a linear base material is joined to the metal shell 17 so that the base material faces the center electrode 13 . The number of ground electrodes 18 is also set appropriately.
- ground electrode 18 is arranged so that the discharge member 20 faces the center electrode 13 in the axial direction.
- positional relationship between the ground electrode 18 and the center electrode 13 can be appropriately set.
- Other positional relationships between the ground electrode 18 and the center electrode 13 include, for example, arranging the ground electrode 18 so that the side surface of the center electrode 13 and the discharge member 20 of the ground electrode 18 face each other.
- spark plug 13 center electrode (first electrode) 15 discharge member 18 ground electrode (second electrode) 21 spark gap
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Abstract
放電部材の消耗を低減し寿命を長くできるスパークプラグ（１０）を提供する。スパークプラグは、放電部材（１５）を備える第１電極（１３）と、放電部材と火花ギャップ（２１）を介して対向する第２電極（１８）と、を備え、放電部材は、Ｒｕを主成分とし、Ｎｉ又はＣｏを０．５質量％以上３０質量％以下含む。
Description
本発明はＲｕを含む放電部材を備えるスパークプラグに関するものである。
放電部材を備える第１電極と、放電部材と火花ギャップを介して対向する第２電極と、を備えるスパークプラグにおいて、Ｒｕの単体もしくはＲｕ合金からなる放電部材を備える先行技術が特許文献１に開示されている。
Ｒｕは高温下において酸化揮発が顕著なため、先行技術は放電部材が消耗し易く、早期にスパークプラグの寿命が尽きるおそれがある。
本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、放電部材の消耗を低減し寿命を長くできるスパークプラグを提供することを目的としている。
この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、放電部材を備える第１電極と、放電部材と火花ギャップを介して対向する第２電極と、を備え、放電部材は、Ｒｕを主成分とし、Ｎｉ又はＣｏを０．５質量％以上３０質量％以下含む。
本発明のスパークプラグによれば、放電部材の消耗を低減できるので、寿命を長くできる。
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は一実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。
図１に示すようにスパークプラグ１０は、中心電極１３（第１電極）及び接地電極１８（第２電極）を備えている。絶縁体１１は中心電極１３と接地電極１８とを絶縁する。接地電極１８は主体金具１７に接続されている。絶縁体１１は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体１１は軸線Ｏに沿って貫通する軸孔１２が設けられている。
中心電極１３は、軸線Ｏに沿って軸孔１２に配置された棒状の電極である。中心電極１３は、母材１４と、母材１４の先端に設けられた放電部材１５と、を備えている。母材１４は熱伝導性に優れる芯材が埋設されている。母材１４の材料は例えばＮｉ又はＮｉを主成分とする合金であり、芯材の材料は例えばＣｕ又はＣｕを主成分とする合金である。芯材は省略できる。放電部材１５の材料は、Ｒｕを主成分とする金属である。放電部材１５は、レーザ溶接や抵抗溶接、拡散接合等によって母材１４に固着されている。
端子金具１６は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、先端側が絶縁体１１の軸孔１２の中に配置される。端子金具１６は、軸孔１２の中で中心電極１３と電気的に接続されている。
主体金具１７は、内燃機関のねじ穴（図示せず）に固定される略円筒状の金属製の部材である。主体金具１７は導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成される。主体金具１７は絶縁体１１の外周に固定されている。主体金具１７には、接地電極１８が接続されている。
接地電極１８は、主体金具１７に接続される母材１９と、母材１９に設けられた放電部材２０と、を備えている。母材１９は熱伝導性に優れる芯材が埋設されている。母材１９の材料は、Ｎｉを主成分とする合金であり、芯材の材料はＣｕ又はＣｕを主成分とする合金である。芯材は省略できる。放電部材２０は、母材１９よりも耐火花消耗性の高いＰｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｈ等の貴金属やＷ、又は、貴金属やＷを主成分とする合金によって形成されている。放電部材２０は、レーザ溶接や抵抗溶接、拡散接合等によって母材１９に固着されている。接地電極１８は、火花ギャップ２１を介して中心電極１３の放電部材１５と対向する。
スパークプラグ１０は、例えば以下のような方法によって製造される。まず、中心電極１３を絶縁体１１の軸孔１２に挿入する。次に、軸孔１２に端子金具１６を挿入し、端子金具１６と中心電極１３との導通を確保した後、予め接地電極１８が接続された主体金具１７を絶縁体１１の外周に組み付ける。接地電極１８を屈曲して中心電極１３と接地電極１８との間に火花ギャップ２１を作り、スパークプラグ１０を得る。
放電部材１５は、Ｒｕを主成分とし、Ｎｉ又はＣｏを０．５質量％以上３０質量％以下含む。好ましくは放電部材１５は、Ｒｕを主成分とし、Ｎｉ又はＣｏを５質量％以上２５質量％以下含む。Ｒｕは高融点金属なので、放電部材１５の主成分となる。主成分とは、放電部材１５を構成する元素のうち含有量が最も多い元素のことである。Ｒｕの含有量は、放電部材１５を構成する全成分の合計量に対して５０質量％以上が好ましく、より好ましくは６０質量％以上または７０質量％以上である。
放電部材１５は、Ｒｕ，Ｎｉ，Ｃｏ以外に他の金属元素を含んでいても良い。他の金属元素は、例えば白金族元素（Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ）やＣｒが挙げられる。他の金属の含有量は例えば３質量％以下である。
放電部材１５は、Ｒｕ，Ｎｉ，Ｃｏや他の金属元素以外に、Ｙ２Ｏ３やＡｌ２Ｏ３等の酸化物を含んでいても良い。酸化物の含有量は例えば８質量％以下である。
ＮｉやＣｏは、Ｒｕの酸化消耗を低減するための元素である。ＮｉやＣｏはＲｕよりも酸化し難い性質がある。Ｎｉの含有量は、放電部材１５の質量に対して０．５質量％以上３０質量％以下、好ましくは５質量％以上３０質量％以下、又は、０．５質量％以上２５質量％以下、より好ましくは５質量％以上２５質量％以下である。Ｎｉの含有量が０．５質量％未満であると、Ｒｕの酸化消耗がほとんど低減しない。Ｎｉの含有量が３０質量％を超えると、放電部材１５の融点が大きく低下し、放電部材１５の耐火花消耗性が低下する傾向がみられる。
Ｃｏの含有量は、放電部材１５の質量に対して０．５質量％以上３０質量％以下、好ましくは５質量％以上３０質量％以下、又は、０．５質量％以上２５質量％以下、より好ましくは５質量％以上２５質量％以下である。Ｃｏの含有量が０．５質量％未満であると、Ｒｕの酸化消耗がほとんど低減しない。Ｃｏの含有量が３０質量％を超えると、放電部材１５の融点が大きく低下し、放電部材１５の耐火花消耗性が低下する傾向がみられる。
放電部材１５にＮｉとＣｏが両方含まれていても良い。放電部材１５にＮｉとＣｏが両方含まれる場合、ＮｉとＣｏを合わせた含有量は、放電部材１５の質量に対して０．５質量％以上３０質量％以下、好ましくは５質量％以上３０質量％以下、又は、０．５質量％以上２５質量％以下、より好ましくは５質量％以上２５質量％以下である。ＮｉとＣｏを合わせた含有量が０．５質量％未満であると、Ｒｕの酸化消耗がほとんど低減しない。ＮｉとＣｏを合わせた含有量が３０質量％を超えると、放電部材１５の融点が大きく低下し、放電部材１５の耐火花消耗性が低下する傾向がみられる。
放電部材１５は、Ｒｕ及びＮｉ（又はＣｏ）を含む金属粉末を成形し、得られた成形体を焼結する粉末冶金によって得られる。粉末冶金によって放電部材１５が作られると、円板、円錐台、楕円柱、三角柱や四角柱等の多角柱など、放電部材１５を任意の形状にできる。
金属粉末の成形体は、焼結によって緻密化と粒成長とが生じる。焼結温度と放電部材１５の密度との間には相関がある。耐火花消耗性を向上するため、放電部材１５の密度は９５％以上が好ましい。放電部材１５の密度はアルキメデス法で測定される。
放電部材１５の酸化消耗を低減するために、放電部材１５は溶存酸素量が少ないのが好ましい。放電部材１５の溶存酸素量を少なくするには、原料の金属粉末に含まれる酸素量は少ないのが好ましい。原料の金属を真空溶解し、不活性ガスアトマイズ法によって金属粉末を作ることで、金属粉末の酸素量を低減できる。
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（サンプルの作製）
試験者は、Ｒｕ，Ｎｉの金属を種々の割合で混合した混合物、及び、Ｒｕ，Ｃｏの金属を種々の割合で混合した混合物を真空溶解し、不活性ガスアトマイズ法によって種々の金属粉末を得た。得られた金属粉末を金型に入れ、圧縮して円柱状の成形体を得た後、成形体を還元雰囲気において約２０００℃で焼結して、ＲｕとＮｉの割合やＲｕとＣｏの割合が異なる３５種の放電部材を得た。
試験者は、Ｒｕ，Ｎｉの金属を種々の割合で混合した混合物、及び、Ｒｕ，Ｃｏの金属を種々の割合で混合した混合物を真空溶解し、不活性ガスアトマイズ法によって種々の金属粉末を得た。得られた金属粉末を金型に入れ、圧縮して円柱状の成形体を得た後、成形体を還元雰囲気において約２０００℃で焼結して、ＲｕとＮｉの割合やＲｕとＣｏの割合が異なる３５種の放電部材を得た。
また試験者は、Ｙ２Ｏ３の粉末と金属粉末とを混合したものを金型に入れ、圧縮して円柱状の成形体を得た後、成形体を還元雰囲気において約２０００℃で焼結して、Ｙ２Ｏ３を含む２種の放電部材を得た。
放電部材の化学成分は、波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）を使って測定した。測定の条件は、加速電圧：２０ｋＶ、ビーム径：２０μｍ、測定時間：ピークトップ１０秒とした。得られた放電部材は、直径０．８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円柱状であった。得られた放電部材の密度（アルキメデス法による）は９５％以上であった。
試験者は、放電部材をそれぞれ母材に接合した中心電極を作製し、上記実施形態と同様に、中心電極の放電部材と接地電極との間に火花ギャップを設けたＮｏ．１－３７のスパークプラグのサンプルを得た。サンプルの火花ギャップの大きさは０．７５ｍｍとした。
（試験）
試験者は各サンプルをエンジンに取り付け、中心電極と接地電極との間に火花放電を生じさせ、エンジンを５０００ｒｐｍの回転数で１２０時間作動する試験を行った。１回の火花放電において点火コイルから各サンプルへ供給されるエネルギーは３００ｍＪとした。試験時の空燃比は１０．５、エンジンの燃焼室の圧力は６２ｋＰａ、放電部材の温度は７００℃であった。放電部材の温度は、試験を始める前に、放電部材の近くに到達する穴をあけたスパークプラグを用いて、放電部材の近くの母材の先端付近に熱電対の測温接点を配置して測定した。
試験者は各サンプルをエンジンに取り付け、中心電極と接地電極との間に火花放電を生じさせ、エンジンを５０００ｒｐｍの回転数で１２０時間作動する試験を行った。１回の火花放電において点火コイルから各サンプルへ供給されるエネルギーは３００ｍＪとした。試験時の空燃比は１０．５、エンジンの燃焼室の圧力は６２ｋＰａ、放電部材の温度は７００℃であった。放電部材の温度は、試験を始める前に、放電部材の近くに到達する穴をあけたスパークプラグを用いて、放電部材の近くの母材の先端付近に熱電対の測温接点を配置して測定した。
試験後、３次元形状測定機を用いて各サンプルの放電部材の消耗量（ｍｍ３）を測定し、消耗量に基づいてＮｏ．１－３７のサンプルをＡからＣの３つのランクに分けた。Ａは消耗量が０．２９７ｍｍ３未満、Ｂは消耗量が０．２９７ｍｍ３以上０．５１１ｍｍ３未満、Ｃは消耗量が０．５１１ｍｍ３以上とした。Ａの基準値の０．２９７ｍｍ３は、Ｐｔを５質量％含み残部がＩｒからなる放電部材を使って同じ試験をしたときの消耗量である。Ｃの基準値の０．５１１ｍｍ３は、Ｉｒを３２質量％含み残部がＰｔからなる放電部材を使って同じ試験をしたときの消耗量である。Ｎｏ．１－３７のサンプルの放電部材の化学成分、放電部材の消耗量、消耗量に基づく判定を表１及び表２に記した。
表１に示すようにＮｏ．６－１４，２３－３１はＡ、Ｎｏ．３－５，１５－１７，２０－２２，３２－３４はＢ、Ｎｏ．１，２，１８，１９，３５はＣの判定であった。判定がＡ又はＢのＮｏ．３－１７，２０－３４の消耗量は、Ｉｒを３２質量％含み残部がＰｔからなる放電部材の消耗量よりも少なかった。判定がＡのＮｏ．６－１４，２３－３１の消耗量は、Ｐｔを５質量％含み残部がＩｒからなる放電部材の消耗量よりも少なかった。Ｎｏ．３－１７，２０－３４は、ＩｒやＰｔよりも推定埋蔵量が多いＲｕを主成分とするので、ＩｒやＰｔを主成分とする放電部材に比べ、原料費を低減できることが明らかである。さらにＩｒやＰｔを主成分とする放電部材に比べ、原料の供給安定性を向上できることも明らかである。
判定がＡ又はＢのＮｏ．３－１７と、判定がＣのＮｏ．１，２，１８と、を比較すると、Ｎｏ．３－１７はＮｉの含有量が０．５－３０質量％であり、Ｎｏ．１，２，１８はＮｉの含有量が０．５質量％未満または３０質量％を超えていた。Ｒｕを主体とし０．５－３０質量％の範囲でＮｉが含まれる放電部材は、それ以外の割合でＲｕにＮｉが含まれる放電部材に比べ、消耗量を少なくできることがわかった。
判定がＡのＮｏ．６－１４と、判定がＢのＮｏ．３－５，１５－１７と、を比較すると、Ｎｏ．６－１４はＮｉの含有量が５－２５質量％であり、Ｎｏ．３－５，１５－１７はＮｉの含有量が５質量％未満または２５質量％を超えていた。Ｒｕを主体とし５－２５質量％の範囲でＮｉが含まれる放電部材は、消耗量をさらに少なくできることがわかった。
判定がＡ又はＢのＮｏ．２０－３４と、判定がＣのＮｏ．１９，３５と、を比較すると、Ｎｏ．２０－３４はＣｏの含有量が０．５－３０質量％であり、Ｎｏ．１９，３５はＣｏの含有量が０．５質量％未満または３０質量％を超えていた。Ｒｕを主体とし０．５－３０質量％の範囲でＣｏが含まれる放電部材は、それ以外の割合でＲｕにＣｏが含まれる放電部材に比べ、消耗量を少なくできることがわかった。
判定がＡのＮｏ．２３－３１と、判定がＢのＮｏ．２０－２２，３２－３４と、を比較すると、Ｎｏ．２３－３１はＣｏの含有量が５－２５質量％であり、Ｎｏ．２０－２２，３２－３４はＣｏの含有量が５質量％未満または２５質量％を超えていた。Ｒｕを主体とし５－２５質量％の範囲でＣｏが含まれる放電部材は、消耗量をさらに少なくできることがわかった。
表２に示すようにＮｏ．３６は、Ｎｏ．９の放電部材のＲｕの６質量％をＹ２Ｏ３に置き換えたものであり、Ｎｏ．３７は、Ｎｏ．２４の放電部材のＲｕの６質量％をＹ２Ｏ３に置き換えたものである。Ｎｏ．３６，３７もＮｏ．９，２４と同様に判定はＡであった。Ｙ２Ｏ３を含む放電部材も消耗量を少なくできることが明らかになった。
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
実施形態では、母材１４に放電部材１５が接合される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。母材１４と放電部材１５との間に中間材を介在させることは当然可能である。
実施形態では、接地電極１８に設けられた放電部材２０に、中心電極１３に設けられた放電部材１５が対向する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。接地電極１８の放電部材２０を省略することは当然可能である。
実施形態では、第１電極として中心電極１３を例示し、第２電極として接地電極１８を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。接地電極１８を第１電極とし、中心電極１３を第２電極とすることは当然可能である。この場合、Ｒｕを主成分とし０．５－３０質量％の割合でＮｉを含む放電部材２０が、接地電極１８の母材１９に固着される。母材１９と放電部材２０との間に中間材が介在しても良い。
接地電極１８を第１電極とする場合には、接地電極１８の母材１９のうち中心電極１３の側を向く面に放電部材２０が固着されるものに限られない。放電部材２０と中心電極１３との間に火花ギャップ２１が形成されるのであれば、母材１９のどの面に放電部材２０を固着しても構わない。中心電極１３の放電部材１５を省略することは当然可能である。
実施形態では、主体金具１７に接合された接地電極１８の母材１９を屈曲させる場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。屈曲した母材１９を用いる代わりに、直線状の母材を用いることは当然可能である。この場合には、主体金具１７の先端側を軸線方向に延ばし、直線状の母材を主体金具１７に接合して、母材を中心電極１３と対向させる。接地電極１８の数も適宜設定される。
実施形態では、放電部材２０が中心電極１３と軸線方向に対向するように接地電極１８を配置する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、接地電極１８と中心電極１３との位置関係は適宜設定できる。接地電極１８と中心電極１３との他の位置関係としては、例えば、中心電極１３の側面と接地電極１８の放電部材２０とが対向するように接地電極１８を配置すること等が挙げられる。
１０ スパークプラグ
１３ 中心電極（第１電極）
１５ 放電部材
１８ 接地電極（第２電極）
２１ 火花ギャップ
１３ 中心電極（第１電極）
１５ 放電部材
１８ 接地電極（第２電極）
２１ 火花ギャップ
Claims (2)
- 放電部材を備える第１電極と、
前記放電部材と火花ギャップを介して対向する第２電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記放電部材は、Ｒｕを主成分とし、Ｎｉ又はＣｏを０．５質量％以上３０質量％以下含むスパークプラグ。 - 前記放電部材は、Ｎｉ又はＣｏを５質量％以上２５質量％以下含む請求項１記載のスパークプラグ。
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