JP2006032185A - Spark plug - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火花放電を行う電極に電極チップを接合した内燃機関用のスパークプラグに関するものである。 The present invention relates to a spark plug for an internal combustion engine in which an electrode tip is joined to an electrode that performs spark discharge.
従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。このスパークプラグでは、一般的には、中心電極が挿設された絶縁碍子を保持する主体金具の先端部に接地電極を溶接して、接地電極の他端部を中心電極の先端部と対向させて、火花放電間隙を形成している。そして、中心電極と接地電極との間で火花放電が行われる。さらに、中心電極と接地電極との火花放電間隙を形成している部位に、耐火花消耗性向上のための電極チップが形成されている。 Conventionally, spark plugs for ignition are used in internal combustion engines. In this spark plug, generally, the ground electrode is welded to the tip of the metal shell that holds the insulator in which the center electrode is inserted, and the other end of the ground electrode is opposed to the tip of the center electrode. Thus, a spark discharge gap is formed. Then, a spark discharge is performed between the center electrode and the ground electrode. Furthermore, an electrode chip for improving the spark wear resistance is formed at a portion where a spark discharge gap is formed between the center electrode and the ground electrode.
この電極チップの材料には、従来、耐火花消耗性が良好なイリジウムが利用されている。しかし、イリジウムは高価であるためイリジウムに代わる安価な材料として、W(タングステン)を主成分とする電極チップが検討されている。Wは融点が3407℃と高く、イリジウムよりも耐熱性や耐火花消耗性に優れているが、酸素との親和力が大きく耐酸化性に劣る。そこで、耐酸化性に優れたCr(クロム)をWに含有させて、Wの耐酸化性を補うとよいことが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、WとCrとを含む合金は、融点がWと比べて低いCr(Crの融点は1857℃)の偏析が生じた場合に、Crの濃度の高い部分では耐火花消耗性が低下し、Wの濃度が高い部分では耐酸化性が低下するため、電極チップとしての耐久性の問題があった。 However, in the alloy containing W and Cr, when segregation of Cr having a lower melting point than W (Cr melting point is 1857 ° C.) occurs, the spark wear resistance is lowered at a high Cr concentration part, Since the oxidation resistance is lowered at the portion where the W concentration is high, there is a problem of durability as an electrode tip.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、火花放電を行う電極に、耐酸化性、耐火花消耗性に優れた電極チップを接合することで、安価に長寿命化を実現したスパークプラグを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and by joining an electrode chip excellent in oxidation resistance and spark consumption resistance to an electrode that performs spark discharge, the life can be extended at low cost. An object is to provide a realized spark plug.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明のスパークプラグは、内燃機関の燃焼室内に露出される火花放電電極の先端に接合される電極チップの材料に、Crを3〜20重量%、Xを0.3〜15重量%(ただし、Xは、Pd,Pt,Ir,Rh,Ru,Reのうちの一種または2種以上の組み合わせとする。)、残部をWとするW−Cr−X合金を用いたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a spark plug according to a first aspect of the present invention is a material for an electrode tip to be joined to the tip of a spark discharge electrode exposed in a combustion chamber of an internal combustion engine. , X is 0.3 to 15% by weight (where X is one or a combination of two or more of Pd, Pt, Ir, Rh, Ru, and Re), and the balance is W-Cr. -X alloy is used.
また、請求項2に係る発明のスパークプラグは、内燃機関の燃焼室内に露出される火花放電電極の先端に接合される電極チップの材料に、前記電極チップの重心を含む断面の断面積において、Cr濃度が30重量%以上である組織が5%以下であるCr偏析の少ないW−Cr−X合金を用いたことを特徴とする(ただし、Xは、Pd,Pt,Ir,Rh,Ru,Reのうちの一種または2種以上の組み合わせとする。)。
Further, the spark plug of the invention according to
また、請求項3に係る発明のスパークプラグは、請求項2に記載の発明の構成に加え、前記W−Cr−X合金は、Crを3〜20重量%、Xを0.3〜15重量%含み、残部がWからなることを特徴とする。
In addition to the structure of the invention according to
また、請求項4に係る発明のスパークプラグは、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明の構成に加え、中心電極と、軸線方向に貫通する軸孔の先端側で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲み、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、一端部が前記主体金具に接合され、他端部が前記中心電極と対向する接地電極とを備えたスパークプラグであって、前記電極チップは、少なくとも前記中心電極の先端部と前記接地電極の他端部のいずれか一方に、レーザー溶接により接合されていることを特徴とする。 A spark plug according to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to third aspects, holds the center electrode at the front end side of a center electrode and an axial hole penetrating in the axial direction. An insulator that surrounds the periphery of the insulator in the radial direction and holds the insulator; a grounding electrode having one end joined to the metal shell and the other end facing the center electrode; The spark plug is characterized in that the electrode tip is joined to at least one of the tip of the center electrode and the other end of the ground electrode by laser welding.
請求項1に係る発明のスパークプラグでは、火花放電を行う電極の先端に接合される電極チップの材料に、W、Crに加えX成分を含有させたW−Cr−X合金(ただし、Xは、Pd,Pt,Ir,Rh,Ru,Reのうちの一種または2種以上の組み合わせとする。)としたことで、Crの偏析を抑制した耐酸化性、耐火花消耗性に優れた電極チップを提供することができる。このW−Cr−X合金は単に各成分が含有されていれば上記効果を奏するものではなく、特定の成分比にて一体不可分に含有することが肝要である。 In the spark plug of the invention according to claim 1, a W—Cr—X alloy containing X component in addition to W and Cr in the material of the electrode tip joined to the tip of the electrode that performs spark discharge (where X is , Pd, Pt, Ir, Rh, Ru, Re, or a combination of two or more thereof.), Thereby preventing electrode segregation of Cr and preventing oxidation and spark consumption. Can be provided. This W—Cr—X alloy does not exhibit the above-described effects if each component is contained alone, but it is important that the W—Cr—X alloy is contained in an integral inseparable manner at a specific component ratio.
各成分が互いに奏する作用は次の通りである。Wは融点が高く耐火花消耗性に優れるが、耐酸化性が良好でないため、耐酸化性に優れたCrを含有することで両者の性質を兼ね備えた合金とすることができる。WとCrとを含む合金におけるこうした耐酸化性向上の効果は、Crの含有量を3重量%以上とすることでWに対するCrの相対的な含有量が増えるため発揮される。しかし、Wに対してCrの融点が低いことからWに対するCrの相対的な含有量が増えすぎると、WとCrとを含む合金全体での耐火花消耗性が低下してしまうが、Crの含有量を20重量%以下とすることで、耐火花消耗性の低下を抑え、耐火花消耗性の効果を十分に得ることができる。 The operation of each component is as follows. W has a high melting point and excellent spark wear resistance, but is not good in oxidation resistance. Therefore, it can be made an alloy having both properties by containing Cr having excellent oxidation resistance. Such an effect of improving the oxidation resistance in the alloy containing W and Cr is exhibited because the relative content of Cr with respect to W is increased by setting the Cr content to 3% by weight or more. However, since the melting point of Cr with respect to W is low, if the relative content of Cr with respect to W is excessively increased, the spark wear resistance of the entire alloy containing W and Cr is reduced. By setting the content to 20% by weight or less, it is possible to suppress a decrease in spark wear resistance and to sufficiently obtain the effect of spark wear resistance.
また、WとCrとを含有する合金にCrの偏析を抑制させる第3元素としてのXは、その含有量を0.3重量%以上とすることで発揮される。しかし、Wに対してXの融点もまた低いことからWに対するXの相対的な含有量が増えすぎると、W−Cr−X合金全体での耐火花消耗性が低下してしまうが、Xの含有量を15重量%以下とすることで、耐火花消耗性の低下を抑え、耐火花消耗性の効果を十分に得ることができる。 Further, X as the third element that suppresses the segregation of Cr in the alloy containing W and Cr is exhibited when the content is 0.3 wt% or more. However, since the melting point of X with respect to W is also low, if the relative content of X with respect to W increases too much, the spark erosion resistance of the W-Cr-X alloy as a whole will decrease. By setting the content to 15% by weight or less, it is possible to suppress a decrease in spark wear resistance and to sufficiently obtain the effect of spark wear resistance.
また、請求項2に係る発明のスパークプラグでは、火花放電を行う電極の先端に接合される電極チップの材料に、WにCrとXとを含有したW−Cr−X合金(ただし、Xは、Pd,Pt,Ir,Rh,Ru,Reのうちの一種または2種以上の組み合わせとする。)を用いたので、Crの偏析が少なく、耐酸化性、耐火花消耗性に優れた電極チップを提供することができる。
In the spark plug of the invention according to
このW−Cr−X合金において、Wに対するCrとXとの含有量を調整して電極チップを作製し、そのチップの重心を含む断面の面積において、Cr濃度が30重量%以上である組織が5%以下であるCrの偏析の少ないものを実現する。するとこの電極チップは、局所的にCrの濃度の高い部分や低い部分の割合をチップ全体として少なくできることとなる。さらにこの電極チップは耐火花消耗性および耐酸化性において良好なW−Cr−X合金から構成されているので、安価に長寿命化を実現したスパークプラグを提供することができる。 In this W—Cr—X alloy, an electrode tip is prepared by adjusting the contents of Cr and X with respect to W, and a structure having a Cr concentration of 30% by weight or more in the area of the cross section including the center of gravity of the tip. A material with less segregation of Cr of 5% or less is realized. Then, this electrode tip can reduce the ratio of the locally high Cr portion and the low portion as the whole tip. Furthermore, since this electrode tip is made of a W—Cr—X alloy having good spark resistance and oxidation resistance, it is possible to provide a spark plug that realizes a long life at low cost.
また、請求項3に係る発明のスパークプラグでは、融点が高く耐火花消耗性に優れるが耐酸化性が良好でないWに、耐酸化性に優れたCrを含有することで両者の性質を兼ね備えた合金とすることができる。このWとCrとを含む合金において、Wに対するCrの相対的な含有量の調整を行い、Crの含有量を3重量%以上として耐酸化性を向上させつつも、20重量%以下として耐火花消耗性の低下を防止すれば、耐酸化性、耐火花消耗性に優れた電極チップを提供することができる。このWとCrとを含む合金に、さらに、第3元素としてのXを含有させる。このとき、Xの含有量を0.3重量%以上としてCrの偏析を低減させつつも、Xの含有量を15重量%以下にして耐火花消耗性の低下を抑えれば、耐酸化性、耐火花消耗性において、より優れた電極チップを提供することができる。
Further, the spark plug of the invention according to
また、請求項4に係る発明のスパークプラグでは、請求項1乃至3のいずれかに係る発明の効果に加え、W−Cr−X合金からなる電極チップをレーザ溶接により、少なくとも中心電極の先端部と接地電極の他端部のいずれか一方に接合したので、電極チップの接合が強固に維持させることができ、電極チップの耐久性を高めることができる。 In addition, in the spark plug of the invention according to claim 4, in addition to the effect of the invention according to any of claims 1 to 3, at least the tip of the center electrode is formed by laser welding an electrode tip made of a W—Cr—X alloy. And the other end of the ground electrode are joined to each other, so that the joining of the electrode tip can be maintained firmly, and the durability of the electrode tip can be enhanced.
以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図1を参照して、本実施の形態のスパークプラグ100の構造について説明する。図1は、スパークプラグ100の部分断面図である。
Hereinafter, an embodiment of a spark plug embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the
図1に示すように、スパークプラグ100は、概略、絶縁体を構成する絶縁碍子1と、絶縁碍子1の長手方向略中央部に設けられ、この絶縁碍子1を保持する主体金具5と、絶縁碍子1内に軸線方向に保持された中心電極2と、主体金具5の先端部57に一端部(基部62)を溶接され、他端部(先端部61)が中心電極2の先端部22に対向する接地電極60と、中心電極2の上端部に設けられた端子金具4とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the
次に、このスパークプラグ100の絶縁体を構成する絶縁碍子1について説明する。絶縁碍子1は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その後端部(図1における上部)には、沿面距離を稼ぐためのコルゲーション11が形成されている。また、絶縁碍子1の先端部(図1における下部)には、内燃機関の燃焼室に曝される脚長部13が設けられている。さらに、絶縁碍子1の軸中心には軸孔12が形成され、この軸孔12には中心電極2が保持されている。中心電極2は、インコネル(商標名)600または601等のニッケル系合金等からなる電極母材21を少なくとも表層部に有している。
Next, the insulator 1 constituting the insulator of the
中心電極2の先端部22は絶縁碍子1の先端面から突出しており、先端側に向かって径小となるように形成されている。その先端部22の先端面25には、柱状の電極チップ90が、柱軸を中心電極2の軸線にあわせるようにして溶接されている。また、中心電極2は、軸孔12の内部に設けられたシール体14およびセラミック抵抗3を経由して、上方の端子金具4に電気的に接続されている。そして端子金具4には高圧ケーブル(図示外)がプラグキャップ(図示外)を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。
The
次に、主体金具5について説明する。図1に示すように、主体金具5は、絶縁碍子1を保持し、図示外の内燃機関にスパークプラグ100を固定するためのものである。絶縁碍子1は主体金具5に囲まれて支持されている。主体金具5は低炭素鋼材で形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部である六角部51と、図示外の内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部52とを備えている。主体金具5は、かしめ部53をかしめることにより、板パッキン8を介して段部56に絶縁碍子1が支持されて、主体金具5と絶縁碍子1とが一体にされる。かしめによる密閉を完全なものとするため、主体金具5と絶縁碍子1との間に環状のリング部材6,7が介在され、リング部材6,7の間にはタルク(滑石)9の粉末が充填されている。また、主体金具5の中央部には鍔部54が形成され、ねじ部52の後端部側(図1における上部)近傍、すなわち鍔部54の座面55にはガスケット10が嵌挿されている。
Next, the
次に、接地電極60について説明する。接地電極60は、耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル(商標名)600または601等のニッケル合金が用いられる。この接地電極60は自身の長手方向の横断面が略長方形を有しており、基部62が主体金具5の先端部57に溶接されている。また、接地電極60の先端部61は、中心電極2の先端部22に対向するように屈曲されている。この中心電極2に対向する側の面である接地電極60の内面63は、中心電極2の軸線方向に略直交している。この内面63には前記同様の円柱状の電極チップ90が溶接され、その電極チップ90の対向面91が、中心電極2の電極チップ90の対向面91に対向されている。対向面91同士は、電極チップ90の軸線方向に対して直交する平面となっている。
Next, the
このような材料からなる電極チップ90は、スパークプラグ100の中心電極2や接地電極60に、レーザ溶接によって接合される。以下、図2を参照して、電極チップ90のレーザ溶接について説明する。図2は、スパークプラグ100の中心電極2および接地電極60と、電極チップ90との接合部の要部拡大断面図である。
The
図2に示すように、本実施の形態のスパークプラグ100では、中心電極2の先端面25および接地電極60の内面63にはそれぞれ、柱状の電極チップ90が、柱軸を中心電極2の軸線にあわせるようにしてレーザ溶接されている。電極チップ90は、中心電極2の先端面25および接地電極60の内面63に抵抗溶接により仮接合された後、全周にわたってYAGレーザの照射を受け、レーザ溶接される。レーザ光の照射を受けて溶融した溶融部80は、抵抗溶接と比べその深度が深いため、レーザ溶接による電極チップ90の接合は、強固なものとなる。すなわち、電極チップ90の接合が強固に維持させることができ、電極チップ90の耐久性を高めることができる。また、図示しないが、接地電極60への電極チップ90の接合は、接地電極60が延ばされた状態で行われ、接合後に接地電極60が屈曲されて、中心電極2と接地電極60との双方に接合された電極チップ90の互いの対向面91同士が対向する。
As shown in FIG. 2, in the
本実施の形態では、電極チップ90の材料には、耐消耗性に優れたW(タングステン)を主成分とし、Cr(クロム)を3〜20重量%と、X(Pd(パラジウム),Pt(プラチナ),Ir(イリジウム),Rh(ロジウム),Ru(ルテニウム),Re(レニウム)のうち一種または2種以上の組み合わせをXとする。)を0.3〜15重量%とが含有された、W−Cr−X合金が用いられる。なお、主成分とは、その成分が、含有される全成分のうち最も含有量が多い成分であることを示す。
In the present embodiment, the material of the
Wは融点が3407℃と高く、耐火花消耗性が良好である。このWに耐酸化性に優れたCrを含有させることで、WとCrとを含む合金は、耐火花消耗性と耐酸化性との特徴を併せ持つことができる。このWとCrとを含む合金に第3元素としてのXを加えれば、Crの偏析を抑制する効果を得ることができる。本実施の形態の電極チップ90では、その材料に上記Xを含有させたW−Cr−X合金を用い、Crの偏析を抑制してW中に略均一にCrを固溶させるている。
W has a high melting point of 3407 ° C. and good resistance to spark consumption. By including Cr with excellent oxidation resistance in W, an alloy containing W and Cr can have both features of spark wear resistance and oxidation resistance. If X as the third element is added to the alloy containing W and Cr, the effect of suppressing the segregation of Cr can be obtained. In the
もっとも、W−Cr−X合金は単に各成分が含有されていれば上記効果を奏するものではなく、特定の成分比にて一体不可分に含有することが肝要である。W−Cr−X合金からなる電極チップ90において、Crの含有量が3重量%未満であると、相対的にWの含有量が増え、電極チップ90の耐火花消耗性は向上するが、耐酸化性が低下する。一方、Crの含有量が20重量%より多くなると、上記とは逆に、電極チップ90の耐酸化性は向上するが、融点が1857℃と低いCrの含有量が多くなることから耐火花消耗性が低下する。
However, the W-Cr-X alloy does not exhibit the above effects as long as each component is contained, and it is important that the W-Cr-X alloy is contained in an integral manner at a specific component ratio. In the
また、Xの含有量が0.3重量%未満であると、W−Cr−X合金ではCrの偏析が起こりやすくなるため局所的にCrの濃度の多い部分や少ない部分が発生してしまう。すると、Crの濃度の多い部分では相対的にWの濃度が少なくなり、耐火花消耗性が低下する。一方、Crの濃度の少ない部分では相対的にWの濃度が多くなるため、耐酸化性が低下することとなる。また、Xの含有量が15重量%より多くなると、Wと比べ融点の低いXの含有量が増えることとなり、耐火花消耗性が低下する。 Further, when the X content is less than 0.3% by weight, in the W—Cr—X alloy, the segregation of Cr is likely to occur, so that a portion having a high Cr concentration or a portion having a small Cr concentration is generated locally. Then, the W concentration is relatively reduced in the portion where the Cr concentration is high, and the spark wear resistance is lowered. On the other hand, since the W concentration is relatively high in the portion where the Cr concentration is low, the oxidation resistance is lowered. On the other hand, if the X content is more than 15% by weight, the X content, which has a lower melting point than W, will increase, and the spark wear resistance will decrease.
Crの偏析の有無は、例えば公知の電子線プローブマイクロアナライザ(EPMA)を用いて分析することによって、容易に確認することができる。本実施の形態において、電極チップ90の重心を含む面で電極チップ90を切断した切断面を用い、Crの偏析について分析を行った場合、Crが30重量%以上である組織(部分)の全面積がその切断面の面積の5%以下であることが好ましい。Crが30重量%以上である組織の全面積がその切断面の面積の5%より大きい場合、W中のCrの偏析の度合いが大きいことを意味する。すなわち、その材料を電極チップ90の材料として用いると、耐火花消耗性および耐酸化性の面で十分な効果を得ることができない。
Presence or absence of Cr segregation can be easily confirmed by, for example, analysis using a known electron beam probe microanalyzer (EPMA). In the present embodiment, when the segregation of Cr is performed using a cut surface obtained by cutting the
なお、Pdの場合はCrの偏析を抑える効果が比較的低い。上記のように、電極チップ90をW−Cr−Pd合金から構成した場合、Pdの含有量が0.3〜2重量%であっても、電極チップ90は、耐酸化性、耐火花消耗性を得ることができるが、比較的Crが偏析しやすくなるため、十分な効果を得られない場合がある。このため、望ましくは、Pdの含有量を2重量%より多くした方がよい。
In the case of Pd, the effect of suppressing the segregation of Cr is relatively low. As described above, when the
[実施例1]
このように、電極チップの材料としてのW−Cr−X合金における各元素の含有量を規定して、耐火花消耗性および耐酸化性に対し効果があるかを確認するため評価試験を行った。
[Example 1]
As described above, the content of each element in the W—Cr—X alloy as the electrode tip material was defined, and an evaluation test was performed to confirm whether it was effective for spark wear resistance and oxidation resistance. .
評価試験では、まず、表1に示すように、W−Cr−X合金の組成が異なる以下の23種類の材料を用い、Φ0.6mm、高さ0.8mmの電極チップをサンプルとして作製した。サンプル1番〜5番の組成はそれぞれ、W−10Cr,W−1Cr−3Pd,W−3Cr−3Pd,W−10Cr−3Pd,W−20Cr−3Pdとした。同様に、サンプル6番〜10番の組成はそれぞれ、W−30Cr−3Pd,W−10Cr−0.1Pd,W−10Cr−0.3Pd,W−10Cr−10Pd,W−10Cr−15Pdとした。また、サンプル11番〜14番の組成はそれぞれ、W−10Cr−20Pd,W−10Cr−3Pt,W−10Cr−3Ir,W−10Cr−3Rhとした。サンプル15番〜19番の組成はそれぞれ、W−10Cr−3Ru,W−10Cr−3Re,W−10Cr−2Pd−1Ir,W−10Cr−2Ir−1Rh,W−10Cr−2Ir−1Ruとした。そして、サンプル20番〜23番の組成はそれぞれ、W−10Cr−1Pd−1Ir−1Rh,W−10Cr−1Ir−1Rh−1Ru,W−10Cr−1Pd−1Ir−1Rh−1Ru,W−10Cr−1Pd−1Ir−1Rh−1Ru−Niとした。この各サンプルについて、机上酸化試験とエンジン試験とを行い、また、Cr偏析について分析を行った。
In the evaluation test, first, as shown in Table 1, electrode chips having a diameter of 0.6 mm and a height of 0.8 mm were prepared as samples using the following 23 types of materials having different W-Cr-X alloy compositions. The compositions of samples Nos. 1 to 5 were W-10Cr, W-1Cr-3Pd, W-3Cr-3Pd, W-10Cr-3Pd, and W-20Cr-3Pd, respectively. Similarly, the compositions of Samples 6 to 10 were W-30Cr-3Pd, W-10Cr-0.1Pd, W-10Cr-0.3Pd, W-10Cr-10Pd, and W-10Cr-15Pd, respectively. The compositions of
机上酸化試験では、各サンプル1番〜23番のそれぞれの重量を測定後、電気炉にて大気雰囲気下で、1050℃、20時間の加熱を行った。そして、加熱後に各サンプルの重量を再度測定し、数式1で示す、サンプルの重量変化a(%)をそれぞれ求めた。 In the desktop oxidation test, each sample No. 1 to No. 23 was weighed and then heated in an electric furnace at 1050 ° C. for 20 hours in an air atmosphere. Then, the weight of each sample was measured again after heating, and the weight change a (%) of the sample shown in Equation 1 was obtained.
そして、サンプルの重量変化aが50%以上105%未満であれば、酸化しなかったものとみなし「☆」と評価した。また、サンプルの重量変化aが30%以上50%未満であれば、酸化したものの電極チップとして用いる場合に影響はないとして「○」と評価した。さらに、サンプルの重量変化aが30%未満である場合、または、105%以上である場合、酸化して電極チップとして使用するには影響が生じたとして「×」と評価した。 When the weight change a of the sample was 50% or more and less than 105%, it was regarded as not oxidized and evaluated as “☆”. Moreover, if the weight change a of the sample was 30% or more and less than 50%, it was evaluated as “◯” because it was not affected when used as an electrode tip of the oxidized one. Furthermore, when the weight change a of the sample was less than 30%, or when it was 105% or more, it was evaluated as “X” because it was oxidized and used as an electrode tip.
この机上酸化試験の結果、サンプル2番は「×」と評価され、また、サンプル3番は「○」と評価された。それ以外のサンプルについては「☆」と評価された。
As a result of this desktop oxidation test,
また、エンジン試験では、各サンプル1番〜23番としての電極チップをニッケル合金製の中心電極の先端にレーザ溶接したスパークプラグをそれぞれ作製した。なお、接地電極にはΦ0.9mmのPt合金製の電極チップを接合した。このときの初期放電ギャップ(電極チップの対向面同士の間の距離)が1.1mmとなるように調整した。そして、図示外の直列6気筒エンジン(排気量2800cc)に取り付け、スロットル全開、回転数を5500rpmの条件で、100時間連続運転した。このとき、中心電極付近の温度は約900℃であった。この運転の終了後に各サンプルを用いたスパークプラグの放電ギャップを測定し、初期放電ギャップと比較することで、放電ギャップの増加量(mm)を調べた。 In the engine test, spark plugs were prepared by laser welding the electrode tips as samples No. 1 to No. 23 to the tip of the center electrode made of nickel alloy. Note that a Pt alloy electrode tip having a diameter of 0.9 mm was bonded to the ground electrode. The initial discharge gap (distance between the opposing surfaces of the electrode tip) at this time was adjusted to 1.1 mm. Then, it was attached to an in-line 6-cylinder engine (displacement of 2800 cc) (not shown), and continuously operated for 100 hours under the conditions of the throttle fully opened and the rotational speed of 5500 rpm. At this time, the temperature near the center electrode was about 900 ° C. After completion of this operation, the discharge gap of the spark plug using each sample was measured, and the increase amount (mm) of the discharge gap was examined by comparing with the initial discharge gap.
そして、放電ギャップの増加量が0.3mm未満であった場合、耐火花消耗性は良好であるとして「☆」と評価した。また、放電ギャップの増加量が0.3mm以上0.5mm未満であった場合、火花放電による消耗が多少あったものの耐火花消耗性に問題はないとして「○」と評価した。さらに、放電ギャップの増加量が0.5mm以上であった場合、火花放電によって電極チップが消耗し、耐火花消耗性に問題があるとして「×」と評価した。 And when the increase amount of the discharge gap was less than 0.3 mm, it was evaluated as “☆” because the spark wear resistance was good. Moreover, when the increase amount of the discharge gap was 0.3 mm or more and less than 0.5 mm, although there was some consumption due to the spark discharge, it was evaluated as “◯” because there was no problem in the spark consumption resistance. Furthermore, when the increase amount of the discharge gap was 0.5 mm or more, the electrode tip was consumed by the spark discharge, and it was evaluated as “x” because there was a problem in the spark consumption resistance.
このエンジン試験の結果、サンプル1番,2番,6番,7番,11番については「×」と評価され、サンプル3番,5番,8番,10番,16番については「○」と評価された。それ以外のサンプルについては「☆」と評価された。 As a result of this engine test, samples No. 1, No. 2, No. 6, No. 7, No. 11 are evaluated as “x”, and No. No. 3, No. 5, No. 8, No. 10, No. 16 are “O”. It was evaluated. The other samples were rated as “☆”.
また、Cr偏析の分析は、各サンプル1番〜23番をそれぞれ、重心を含む断面で切断した。その切断面に対し、電子線プローブマイクロアナライザ(EPMA)(JEOL社製 JXA−8800M)を用い、加速電圧:20KV、ビーム電流:2.5×10−8mA、スポット径:最小(1μm以下)の条件において分析を行った。そして、Crが30重量%で色を異ならせるように設定したEPMA画像を出力し、さらにスキャナで取り込みアドビ社製Photoshopにて二階調処理した後、切断面の面積におけるCrが30重量%以上の部分の全面積の割合(%)を算出した。 Moreover, the analysis of Cr segregation cut | disconnected each sample No. 1-23 by the cross section containing a gravity center, respectively. The electron beam probe microanalyzer (EPMA) (JXA-8800M manufactured by JEOL) is used for the cut surface, acceleration voltage: 20 KV, beam current: 2.5 × 10 −8 mA, spot diameter: minimum (1 μm or less) The analysis was performed under the following conditions. Then, an EPMA image set so that the color is different when Cr is 30% by weight is output, and is further captured by a scanner and subjected to two gradation processing by Adobe Photoshop, and then Cr in the area of the cut surface is 30% by weight or more. The ratio (%) of the total area of the part was calculated.
机上酸化試験の結果、Crが30重量%以上の部分の面積の割合が5%を越えるサンプルは、1番,6番,7番,11番であり、それぞれ12%,9%,11%,8%であった。これらのサンプルではCr偏析の度合いが大きく、電極チップとしての耐火花消耗性および耐酸化性の面において十分な効果が期待できない。また、サンプル2番〜5番,8番〜10番,12番〜23番についてはCrが30重量%以上の部分の面積の割合がそれぞれ、1%,1%,3%,5%,5%,4%,5%,3%,3%,4%,4%,5%,4%,4%,4%,4%,4%,4%,5%であった。これらのサンプルについては、耐火花消耗性および耐酸化性の面において良好であると評価できる。 As a result of the desktop oxidation test, the samples where the ratio of the area where Cr is 30% by weight or more exceeds 5% are No. 1, No. 6, No. 7, and No. 11, respectively, 12%, 9%, 11%, It was 8%. These samples have a large degree of Cr segregation, and a sufficient effect cannot be expected in terms of spark wear resistance and oxidation resistance as an electrode tip. In addition, in the samples Nos. 2 to 5, Nos. 8 to 10, and Nos. 12 to 23, the ratio of the area where Cr is 30% by weight or more is 1%, 1%, 3%, 5%, 5 respectively. %, 4%, 5%, 3%, 3%, 4%, 4%, 5%, 4%, 4%, 4%, 4%, 4%, 4%, 5%. About these samples, it can be evaluated that it is favorable in terms of spark wear resistance and oxidation resistance.
この評価試験の結果から、サンプル1番,2番,6番,7番,11番については、いずれかの試験において評価がよくなかった。サンプル1番はWとCrのみからなる合金であり、Xが含有されていないと耐火花消耗性に問題が生ずることがわかった。サンプル2番〜6番は、WとX(Pd)の含有量は一定とし、Crの含有量を変動させたものであり、Crの含有量が3〜20重量%であれば、電極チップは耐酸化性、耐火花消耗性の両面において良好であることがわかった。サンプル7番〜11番は、WとCrの含有量は一定とし、X(Pd)の含有量を変動させたものであり、Xの含有量が0.3〜15重量%であれば、電極チップは耐酸化性、耐火花消耗性の両面において良好であることがわかった。 From the results of this evaluation test, samples No. 1, No. 2, No. 6, No. 7, and No. 11 were not evaluated well in any of the tests. Sample No. 1 is an alloy composed of only W and Cr, and it has been found that if X is not contained, there is a problem in the spark wear resistance. Samples Nos. 2 to 6 are those in which the contents of W and X (Pd) are constant and the Cr content is varied. If the Cr content is 3 to 20% by weight, the electrode tip is It was found that both oxidation resistance and spark consumption were good. Samples Nos. 7 to 11 have the same W and Cr contents and varied X (Pd) contents. If the X content is 0.3 to 15% by weight, the electrodes The chip was found to be good in both oxidation resistance and spark consumption.
サンプル12番〜16番は、XをPdの代わりにPt,Ir,Rh,Ru,Reとしたものである。Xは、上記各元素のいずれかに変更しても、電極チップは耐酸化性、耐火花消耗性の両面において良好であることがわかった。サンプル17番〜23番は、XをPd,Pt,Ir,Rh,Ru,Re,Niのうちの2種以上の組み合わせとしたものである。この場合においても、電極チップは耐酸化性、耐火花消耗性の両面において良好であることがわかった。
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、電極チップ90は直接中心電極2や接地電極60に接合したが、両者間に台座となる金属チップを介在させ、スパークプラグ100を1つ製造するにあたり消費される電極チップの材料の消費量を低減させてもよい。また、電極チップ90はレーザ溶接により中心電極2や接地電極60に接合したが、抵抗溶接で行ってもよい。また、電極チップ90は円柱形状としたが、角柱形状、角錐形状または円錐形状であってもよい。
Needless to say, the present invention can be modified in various ways. For example, although the
本発明はスパークプラグに限られず、火花放電を行う電極チップの材料に、本発明の組成からなるW−Cr−X合金を用いることができる。 The present invention is not limited to a spark plug, and a W—Cr—X alloy having the composition of the present invention can be used as a material for an electrode tip that performs spark discharge.
1 絶縁碍子
2 中心電極
5 主体金具
12 軸孔
60 接地電極
61 先端部
62 基部
63 内面
90 電極チップ
100 スパークプラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記電極チップは、少なくとも前記中心電極の先端部と前記接地電極の他端部のいずれか一方に、レーザー溶接により接合されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のスパークプラグ。
A central electrode, an insulator holding the central electrode on the tip side of an axial hole penetrating in the axial direction, a metal shell surrounding the insulator in the radial direction and holding the insulator, and one end portion of the main body A spark plug having a ground electrode joined to a metal fitting and having the other end opposed to the center electrode,
The spark according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode tip is joined to at least one of a tip portion of the center electrode and the other end portion of the ground electrode by laser welding. plug.
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