JP2016012502A - スパークプラグ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Pa1:軸線CAに対して一方の側にある溶融部455のうち、軸線方向について端面453から最も遠い点。Pa2:他方の側にある同様の点。Pa3:軸線CAに対して一方の側にある溶融部455のうち軸線CAから最も遠い点。Pa4:他方の側にある同様の点。Pa5:軸線CAに対して一方の側にある溶融部455のうち、軸線方向について端面453に最も近い点。Pa6:他方の側にある同様の点。RL:点Pa3と点Pa4とを通る直線である基準線。C1:基準線RLと点Pa5との距離。D1:基準線RLと点Pa1との距離。C2:基準線RLと点Pa6との距離。D2:基準線RLと点Pa2との距離。スパークプラグ(10)は、C1≧D1、かつ、C2≧D2を満たす。
【選択図】図2
Description
C1≧D1、かつ、C2≧D2
の関係を満たす。
このような態様とすれば、C1<D1、または、C2<D2となる態様に比べて、溶融部におけるチップの成分を多くすることができる。その結果、溶融部とチップとの界面における熱膨張の差を小さくすることができ、溶融部とチップとの界面におけるクラックの発生および酸化スケールの進展を、抑制することができる。
C1/D1≧1.2、かつ、C2/D2≧1.2
の関係を満たす態様とすることができる。
このような態様とすれば、C1/D1<1.2、または、C2/D2<1.2となる態様に比べて、溶融部におけるチップの成分を多くすることができる。その結果、溶融部とチップとの界面における熱膨張の差を小さくすることができ、溶融部とチップとの界面におけるクラックの発生および酸化スケールの進展を、抑制することができる。
このような態様においては、熱膨張係数が異なるチップと母材とは、それらの中間の熱膨張係数を有する溶融部を挟んで配される。このため、チップと接地電極との接合部分において、クラックの発生を抑制することができる。
A1.スパークプラグの全体構成:
図1は、スパークプラグ10の部分断面を示す説明図である。図1には、スパークプラグ10の軸心である軸線CAを境界として、軸線CAより紙面左側にスパークプラグ10の外観形状が図示され、軸線CAより紙面右側にスパークプラグ10の断面形状が図示されている。本実施形態の説明では、スパークプラグ10における図1の紙面下側を「先端側」といい、図1の紙面上側を「後端側」という。
図2は、スパークプラグ10の接地電極400に設けられた電極チップ450の近傍の構成を示す断面図および平面図である。電極チップ450は、略円柱状の形状を有する。電極チップ450は、スパークプラグ10の軸線CAと電極チップ450の円柱の中心軸が一致するように、接地電極400に配される。
451:軸線CAに対して一方の側(図2において右側)にある電極チップ450の円柱状部分450pの外側面。
452:軸線CAに対して他方の側(図2において左側)にある電極チップ450の円柱状部分450pの外側面。
453:軸線方向について電極母材410が位置する側とは逆の側の電極チップ450の端面。
Pa1:軸線CAに対して一方の側(図2において右側)にある溶融部455のうち、軸線方向について端面453から最も遠い点。
Pa2:軸線CAに対して他方の側(図2において左側)にある溶融部455のうち、軸線方向について端面453から最も遠い点。
Pa3:軸線CAに対して一方の側にある溶融部455のうち軸線CAから最も遠い点。
Pa4:軸線CAに対して他方の側にある溶融部455のうち軸線CAから最も遠い点。
Pa5:軸線CAに対して一方の側にある溶融部455のうち、軸線方向について端面453に最も近い点。
Pa6:軸線CAに対して他方の側にある溶融部455のうち、軸線方向について端面453に最も近い点。
Pa7:電極チップ450と電極母材410との界面IS0の端点であって、軸線CAに対して一方の側にある端点。
Pa8:電極チップ450と電極母材410との界面IS0の端点であって、軸線CAに対して他方の側にある端点。
RL:点Pa3と点Pa4とを通る直線である基準線。
W:軸線方向について電極母材410が位置する側とは逆の側の端における電極チップ450の幅(本実施形態において、円柱状部分450pの円柱の直径)。
A1:電極チップ450の円柱状部分450pの外側面451と点Pa7との距離。
B1:電極チップ450の円柱状部分450pの外側面451と点Pa3との距離。
C1:基準線RLと点Pa5との距離。
D1:基準線RLと点Pa1との距離。
E1:軸線CAと点Pa1との距離。
なお、本明細書において、直線と点の距離は、点から直線に向かって下ろした垂線の長さとする。
A2:電極チップ450の円柱状部分450pの外側面452と点Pa8との距離。
B2:電極チップ450の円柱状部分450pの外側面452と点Pa4との距離。
C2:基準線RLと点Pa6との距離。
D2:基準線RLと点Pa2との距離。
E2:軸線CAと点Pa2との距離。
C1≧D1 ・・・ (1)
かつ、
C2≧D2 ・・・ (2)
E1 < W/3 ・・・ (3)
かつ、
E2 < W/3 ・・・ (4)
A1+A2 > B1+B2
図3は、スパークプラグ10の接地電極400に設けられた電極チップ450の近傍の他の構成を示す断面図である。図2の態様においては、断面RP内において、溶融部455の形状は軸線CAに対して非対称である。これに対して、図3に示す態様においては、断面RP内において、溶融部455の形状は軸線CAに対して略対称である。他の点は、図3の溶融部455の形状は図2の溶融部455の形状と同じである。なお、本明細書において、「ある線に対して略対称」とは、二つの図形のうちの一方を、その線を軸に反転した際に、90%以上の面積を有する部分が他方の図形と重なることをいう。
上記の各寸法を様々な値に設定して生成したサンプルを使用して、電極チップ450の耐剥離性を評価する試験を行った。なお、試験にあたっては、電極チップ450と電極母材410との界面IS0が存在する試料、すなわち電極チップ450の底面の溶け残りがある試料(図2、図3および図5参照)と、界面IS0すなわち溶け残りがない試料(図4および図6参照)とを用意した。試験に用いたスパークプラグの接地電極は、以下の構成を有する。
電極母材の材質:インコネル601
接地電極の幅:2.5mm
電極チップの材質:白金(Pt)を主成分としロジウム(Rh)20質量%を含有する合金。
C1/D1 ≧ 1.2 ・・・ (5)
C2/D2 ≧ 1.2 ・・・ (6)
B1.変形例1:
上記実施形態においては、電極母材410に接合される前の電極チップ450は円柱であり、電極母材410に接合された後の電極チップ450の端部450pは円柱状の形状を有する。しかし、電極母材に接合される前の電極チップは、四角柱や六角柱など、他の形状を有していてもよい。そして、電極母材に接合された後の電極チップの端部も、四角柱や六角柱など、他の形状を有していてもよい。ただし、電極チップおよび電極チップの端部は、柱状の形状を有することが好ましく、軸を中心とした回転対称の形状を有することがさらに好ましい。
図2の実施形態においては、溶融部455の形状は、A1+A2 > B1+B2の条件を満たす。しかし、溶融部455の形状は、A1+A2 ≦ B1+B2となるようなものであってもよい。
図2〜図6に示した実施形態においては、溶融部455のうち軸線CAから最も遠い点Pa3,Pa4は、電極母材410の表面上にある。このため、点Pa3と点Pa4とを通る直線である基準線RLは、電極母材410の表面を表す線と一致している。しかし、点Pa3と点Pa4は、必ずしも電極母材410の表面上にある必要はない。
図2、図3および図5に示す実施形態においては、電極チップ450と電極母材410との界面IS0が存在する。そして、図4および図6に示す実施形態においては、界面IS0は存在せず、電極チップ450の端部454のすべてが、溶融部455に接合されている。しかし、電極チップ450の溶融部455への接合態様は、他の態様であってもよい。たとえば、電極チップ450の端部454は、溶融部455および電極母材410以外の構成との界面を有していてもよい。
上記実施例においては、電極チップの直径Wが0.8mm、1.0mm、1.5mmのものについて、試験を行った。しかし、電極チップの直径Wが他の大きさであっても、上記式(1)、(2)を満たす限り、上記式(1)、(2)を満たさない態様に比べて、溶融部の熱膨張率を電極チップの熱膨張率に近い値とすることができる。このため、電極チップと溶融部の界面におけるクラックおよび酸化スケールの発生および進展を抑制することができる。
上記実施形態においては、溶融部の断面形状について判断する際の基準となる断面RPは、溶融部455のうち最後に照射されたレーザ光によって溶融した部分WPLを含まない面である。しかし、溶融部の断面形状について判断する際の基準となる断面は、溶融部455のうち最後に照射されたレーザ光によって溶融した部分WPLを含んでいてもよい。
90…内燃機関
100…中心電極
190…端子金具
200…絶縁体
290…軸孔
300…主体金具
310…端面
400…接地電極
410…電極母材
450…電極チップ
450p…電極チップの端部
451,452…電極チップの外側面
453…電極チップの端面
455…溶融部
910…内壁
920…燃焼室
CA…軸線
IS0…電極チップ450と電極母材410との界面
IS1,IS2…溶融部455と電極チップ450との界面
IS3,IS4…溶融部455と電極母材410との界面
RL…基準線
SG…間隙(火花ギャップ)
Pa1…軸線CAに対し一方の側にある溶融部455のうち端面453から最も遠い点
Pa2…軸線CAに対し他方の側にある溶融部455のうち端面453から最も遠い点
Pa3…軸線CAに対して一方の側にある溶融部455のうち軸線CAから最も遠い点
Pa4…軸線CAに対して他方の側にある溶融部455のうち軸線CAから最も遠い点
Pa5…軸線CAに対して一方の側にある溶融部455のうち端面453に最も近い点
Pa6…軸線CAに対して他方の側にある溶融部455のうち端面453に最も近い点
Pa7…界面IS0の軸線CAに対して一方の側にある端点
Pa8…界面IS0の軸線CAに対して他方の側にある端点
Pa9…界面IS1,IS2のうち、電極チップ450の端面453から最も遠い点
WPL…電極チップと電極母材の溶接の際に最後に溶接された部分
Claims (3)
- 一端側が柱状であって貴金属を主成分とするチップと、電極母材とを有し、前記チップと前記電極母材とが溶け合った溶融部を介して、前記チップの他端側の少なくとも一部が前記電極母材に接合された接地電極を備え、
前記柱状部分の中心軸を通る断面において、前記溶融部のうち前記中心軸に対して一方の側にあり前記中心軸の方向について最も前記チップの一端側の面から遠い第1の点と、前記溶融部のうち前記中心軸に対して他方の側にあり前記中心軸の方向について最も前記チップの一端側の面から遠い第2の点とが、前記中心軸に垂直な方向について、それぞれ前記中心軸から前記柱状部分の外側面までの長さの2/3よりも前記中心軸に近い位置にあるスパークプラグであって、
前記断面において、前記溶融部のうち前記中心軸に対して前記一方の側にあり前記中心軸から最も遠い第3の点と、前記溶融部のうち前記中心軸に対して前記他方の側にあり前記中心軸から最も遠い第4の点と、を結んだ線を、基準線とし、
前記溶融部のうち前記中心軸に対して前記一方の側にあり前記中心軸の方向について前記チップの前記一端側の面に最も近い第5の点と、前記基準線との距離をC1とし、
前記溶融部のうち前記中心軸に対して前記他方の側にあり前記中心軸の方向について前記チップの前記一端側の面に最も近い第6の点と、前記基準線との距離をC2とし、
前記第1の点と前記基準線との距離をD1とし、
前記第2の点と前記基準線との距離をD2としたとき、
C1≧D1、かつ、C2≧D2
の関係を満たす、スパークプラグ。 - 請求項1記載のスパークプラグであって、
C1/D1≧1.2、かつ、C2/D2≧1.2
の関係を満たす、スパークプラグ。 - 請求項1または2記載のスパークプラグであって、
前記チップの他端側は、前記電極母材と直接接触せず、前記溶融部を介して前記電極母材に接合されている、スパークプラグ。
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