JP5815649B2 - スパークプラグ - Google Patents
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Description
[1] 中心電極と、前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方は前記間隙を形成するチップを有し、
前記チップは、組成がPtを主成分とし、Rhが5質量%以上及びNiが0質量%以上8質量%未満である本体部と、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線の径方向外側に向かう表面に少なくとも設けられ、Niを8質量%以上含有し、その厚さが2μm以上である表面層とを有することを特徴とするスパークプラグである。
[2] 前記本体部の組成は、Niが0質量%以上1質量%以下である。
[3] 前記[1]又は[2]に記載のスパークプラグにおいて、前記表面層は、Niを40質量%以上含有し、その厚さが2μm以上である。
[4] 前記[1]〜[3]のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記間隙を形成する前記チップの面から前記間隙の位置する側とは反対側に向かって厚さ0.2mmの領域は、前記領域の全質量に対して、NiとNiより融点の低い元素との合計含有率が7質量%以下である。
[5] 前記[1]〜[4]のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記チップを有する前記中心電極又は前記チップを有する前記接地電極は、前記チップにおける前記本体部が露出している面を、前記中心電極又は前記接地電極に接合することにより形成されていることを特徴とするスパークプラグである。
[6] 前記[1]〜[5]のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記チップが前記接地電極から0.15mm以上突出しており、0.15mm以上突出した任意の位置において、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線方向の径方向における断面を観察したときに、大気と接する外周面において、曲率半径R0.33mm以上の部分が存在することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のスパークプラグである。
(1)チップが接地電極の表面から0.15mm以上突出している
(2)接地電極に設けられているチップの、接地電極の表面から前記表面に直交する方向に0.15mm以上の任意の位置で、チップの軸線Aに直交する断面で切断して得られた切断面の輪郭の少なくとも一部の曲率半径Rが0.33mm以上である、すなわち前記切断面を観察したときに、大気と接する外周面において、曲率半径Rが0.33mm以上の部分が存在する
(試験番号1〜59)
表面層を有する表面層有チップは、本体部となる芯材を製造し、電解めっき処理又は異種材料の張り合わせ(クラッド)によって、この芯材の表面に表面層を形成することにより製造した。
本体部の直径を0.7mmに変更し、表面層の厚さ、本体部及び表面層の組成を変更したこと以外は試験番号1〜59と同様にしてスパークプラグ試験体を製造した。なお、本体部はPtを主成分とし、Rhを10%含有している。表面層におけるNi以外の元素は、本体部に含まれる元素のみとなるように作製した。
表5に示すように、チップの半径を変更したこと以外は試験番号9、19と同様にしてスパークプラグ試験体を製造した。あわせて、後述する「異常消耗の評価」をするために、表面層無チップを用いたときの異常消耗開始時間t1を測定するのに用いるサンプルとして、試験番号82〜90と同じ半径を有する表面層無チップを備えたスパークプラグ試験体を作製した。
チップの組成は、EPMA(日本電子株式会社製JXA-8500F)のWDS分析を行うことにより、質量組成を測定した。
本体部の組成については、チップをその軸線Aを含む平面で切断し、この切断面において前述したように中心付近の質量組成を測定した(加速電圧:20kV、スポット径:100μm)。
表面層の組成については、スポット径を1μmとして、前記切断面において軸線Aに直交する方向の任意の2つの線分L上を1μm間隔で質量組成の測定を行い、切断面の端部すなわち線分Lの端部から他端に向かって2μmの位置のNiの含有率を測定し、これらの測定値の算術平均値を表面Ni含有率として表1に示した。
なお、表1の表面層における「Ni以外の含有元素」の欄の記号の意味は次の通りである。
「*1」は、Ni以外の成分を100質量%としたときに本体部と同じ組成を有することを示す。
「*2」は、Ni以外の元素が本体部に含まれる元素のみであることを示す(組成は異なる)。
「Pt」は、Ni以外の成分がPtのみであることを示す。
その他の記号は、Niを含めて100質量%としたときの成分比を示す。
また、前記線分Lの端部から他端に向かって質量組成を測定し、Niの含有率が次第に変動する部分が2μm以上あった場合には、拡散層があると判断した。
図2に示すように、間隙Gを形成しているチップの面から前記間隙Gの位置する側とは反対側に向かって0.2mmの位置でチップを切断し、チップの先端側の円盤状体を必要数量溶解した後に、化学分析(ICP発光法)により、Ni及びNiより融点の低い元素の質量割合を測定した。測定結果を表3に示す。
製造したスパークプラグ試験体を、試験用の過給器付エンジン(初期放電電圧20kV以上、排気量660cc、3気筒)に、吸気ガスが接地電極に設けたチップに直撃し易いように、接地電極を吸気ガスの流れを邪魔しない位置に調整して取付けた。空燃比(空気/燃料)は11.3、スロットル全開で、エンジン回転数6000rpmの状態を維持し、100時間運転を行う耐久試験を行った。接地電極母材の先端から1mmの位置の温度を熱電対によって測定したところ、950℃であった。
前記耐久試験において、チップにおける吸気ガスが直撃する部位に消耗が生じているのが観察された場合、異常消耗が発生していると判断して、異常消耗の発生開始時間を測定した。表面層無チップを用いたときの異常消耗開始時間t1に対する表面層無チップと同じ組成を有する本体部の表面に表面層を設けた表面層有チップを用いたときの異常消耗開始時間t2の比(t2/t1)を算出し、以下の基準にしたがって異常消耗の評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
★:前記比(t2/t1)が2.5以上のとき
☆:前記比(t2/t1)が2以上2.5未満のとき
◎:前記比(t2/t1)が1.5以上2未満のとき
○:前記比(t2/t1)が1.3以上1.5未満のとき
×:前記比(t2/t1)が1.3未満のとき
−:表面層無チップにおいて異常消耗の発生なし
前記耐久試験の前後に間隙Gの長さを測定し、耐久試験の前後での間隙Gの増加量を算出した。表面層無チップを用いたときの間隙増加量H1に対して、表面層有チップを用いたときの間隙増加量H2の間隙増加割合{(H2−H1)/H1}×100を算出し、以下の基準にしたがって耐消耗性の評価を行った。結果を表3に示す。
○:前記間隙増加割合が20%以下のとき
−:前記間隙増加割合が20%を超えるとき
試験番号10のチップを接地電極に抵抗溶接する溶接試験を1000個のチップについて行った。溶接後における接地電極からチップの先端までの寸法が、溶接前のチップの高さより0.1mm小さくなるように溶接した後に、チップ及び接地電極が溶融して飛散した金属粒子が接合部の周辺に付着しているのが観察され、その金属粒子が直径0.1mm以上であった場合に、スパッタが発生したと判断して、スパッタが発生したチップの数をカウントした。また、本体部の全表面に表面層が設けられていること以外は試験番号10と同じである試験番号81のチップについても同様の試験を行った。スパッタの発生率を算出し、以下の基準にしたがって評価した。結果を表4に示す。
○:スパッタ発生率が3%未満
−:スパッタ発生率が3%以上
表5に示すように、円柱状のチップの半径を変化させたこと以外は試験番号9及び19と同様のチップを備えたスパークプラグ試験体を用いて、「異常消耗の評価」と同様にして評価を行った。なお、表5に示す試験番号82〜90の表面層有チップの異常消耗の発生開始時間t2と、これと同じ半径を有する表面層無チップの異常消耗の発生開始時間t1とを測定し、比(t2/t1)を算出し、算出された値によって異常消耗を評価した。
2 軸孔
3 絶縁体
4、104 中心電極
5 端子金具
6 接続部
7 主体金具
8、108、208 接地電極
9、109、209、309 チップ
11 後端側胴部
12 大径部
13 先端側胴部
14 脚長部
15 棚部
16 鍔部
17 段部
18 テーパ部
19 板パッキン
21 抵抗体
22 第1シール体
23 第2シール体
24 ネジ部
25 ガスシール部
26 工具係合部
27 加締め部
28,29 パッキン
30 滑石
32 突起部
34 後端部
35 棒状部
41 本体部
42 表面層
43 溶融部
G、G’ 火花放電間隙
Claims (6)
- 中心電極と、前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方は前記間隙を形成するチップを有し、
前記チップは、組成がPtを主成分とし、Rhが5質量%以上及びNiが0質量%以上8質量%未満である本体部と、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線の径方向外側に向かう表面に少なくとも設けられ、Niを8質量%以上含有し、その厚さが2μm以上である表面層とを有することを特徴とするスパークプラグ。 - 前記本体部の組成は、Niが0質量%以上1質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のスパークプラグ。
- 前記表面層は、Niを40質量%以上含有し、その厚さが2μm以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のスパークプラグ。
- 前記間隙を形成する前記チップの面から前記間隙の位置する側とは反対側に向かって厚さ0.2mmの領域は、前記領域の全質量に対して、NiとNiより融点の低い元素との合計含有率が7質量%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
- 前記チップを有する前記中心電極又は前記チップを有する前記接地電極は、前記チップにおける前記本体部が露出している面を、前記中心電極又は前記接地電極に接合することにより形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
- 前記チップが前記接地電極から0.15mm以上突出しており、0.15mm以上突出した任意の位置において、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線方向の径方向における断面を観察したときに、大気と接する外周面において、曲率半径R0.33mm以上の部分が存在することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
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