JPS58106783A - 内燃機関用スパ−クプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 クプラグに関するものである。

従来周知のスパークプラグは、その接地電極および／ま
たは中心電極の放電部に白金（Ｐｔ）などの貴金属をチ
ップ状にして埋設した構造になっ（１） ている。

かかる構造のものでは貴金属の使用量が多くコスト高と
なっている。

そこで、本願の出願人は貴金属を薄いプレート状として
上記放電部に接合する構造を採用したものを先に出願し
ている。この構造によれば、放電部に貴金属を埋設する
ものではないので、貴金属の使用量を最小限に抑えるこ
とができ、コストの低減を図ることができるのである。

しかしながら、中心、接地電極の放電部は、スパークプ
ラグの使用環境からして直接に燃焼ガスにさらされるた
め、各種の運転条件から（る温度変化に敏感に追従する
。高負荷高回転−下では、例えば接地電極の放電部は、
１０００℃にも達し、また低負荷低回転下では、１５０
℃前後といった低い温度となる。従って、中心、接地電
極と貴金属プレートとの接合面には、この貴金属プレー
ト材料と買電極材料との間の熱膨張係数差による熱応力
歪が生ずる。この歪は、運転条件によって繰り返えされ
、貴金属プレートに過大な負荷となり、（２） 第１図に示す如く、貴金属プレート３は断面破断ａに至
る（第１図は接地電極２の例）。この現象は、当然温度
変化が著しいほど多発する。

この対策として、貴金属プレート３の材料として白金に
イリジウム（Ｉ　、、ｒ）を添加したものを用いてその
貴金属プレート３の材料強度を増すことにより、この現
象を軽減できることを発見した。

第５図にその結果を示す。第５図において、Ｉｒの添加
量を増加すれば断面破断発生比率は低くなるが、Ｉｒ２
０％以上でその効果は特に顕著となる。従って、プレー
ト３の材料強度を増すと、上記断面破断ａを防ぐことが
できる。

しかし、熱応力は、断面破断による緩和がなされないた
め、接合面４（第、１図参照）に集中することとなる。

このため、Ｐｔ−ｒｒのプレート材料は新たに第２図の
ごとく接合破断すを引き起こすことがわかった。この接
合面破断すは第２図に示すように接合面４のプレート３
側の合金属内に発生し、接合面４に沿って進行する。こ
の現象は、Ｔｒの添加量と比例して起こり、その結果を
第６（３） 図に示す。

なお、第５図および第６図は、スパークプラグ型式Ｗ１
６ＥＸにおいて、その接地電極に直径１゜２ｆｉ、厚さ
０．２ｆｉのＰｔ−Ｉｒの貴金属プレートを抵抗溶接し
たものを用い、１０００℃≠１５０℃（各保持時間１分
）の繰返し、されを１サイクルとして３０００サイクル
実施した結果である。

接合面破断すは、第２図を拡大して示す第７図（ａ）に
おいて、接地電極２の母材（耐熱Ｎｉ系金属）とプレー
ト３（Ｐｔ８０％−Ｉｒ２０％）との合金層７内部にて
発生する。合金層７をＥＰＭＡで分析すると、第７図（
ｂ）に示すごと（、Ｐｔ−Ｎｉは全域均一でなく、変化
している。その合金属７内のＰｔ、Ｎｉの変化に伴い、
第７図（Ｃ）のごとく硬度も著しく変化する。

硬度は、２０％Ｎｉ−８０％ｐｔの比率近傍が最も高く
なる。この硬度ピークは、接合面４に発生する熱応力に
対し、一種の切欠き効果と同様の特性を呈し、接合面破
断に至るのである。

本発明は上記の諸点に鑑み、Ｎｉ系金属を母材（４） 金属として含む、中心電極および／または接地電極の放
電部に接合する貴金属プレートを、ｌｒｌ。

〜３０重量％、Ｎ　ｉ　０．５〜１０重量％、ｐｔ残部
の組成で構成することにより、中心電極および／または
接地電極と貴金属プレートとの熱膨張差による熱応力を
緩和して貴金属プレートの破断を抑制し、耐久性のよい
内燃機関用スパークプラグを提供しようとするものであ
る。

以下本発明を具体的に説明する。本発明のスノで一りプ
ラグの基本的構造は第３図および第４図のごとくであり
、中心電極１の放電部および接地電極２の放電部にそれ
ぞれ円板状の貴金属プレート３が抵抗溶接法により接合
しである。なお、図中、８は取付金具、９は絶縁体であ
る。

本発明は前述したごとく貴金属プレート３をＰｔ−Ｉｒ
で構成し、かつこれにＮｉを添加したものであるが、そ
のＮｉの添加効果について以下詳述する。

第８図は２０％のＩｒと１０％までのＮｉと残部ｐｔと
より成る貴金属プレートにおいて、Ｎ１（５） の量によって貴金属プレートの硬度がどのように変わる
かを見たものである。なお、試料に供したスパークプラ
グは型式Ｗ１６ＥＸで接地電極の方にのみ直径１．２鶴
、厚さ０．２鶴の貴金属プレートを抵抗溶接法で接合し
てあり、この接地電極の材質はＮｉ９３％、残部Ｃｒ　
ｓ　Ｍ　ｎ　−、Ｓ　ｔである。

この第８図から明らかのごとく、ＮｉＯ量が増加するに
従って貴金属プレートの硬度が上昇している。

第９図はａＨＮｉ２％、残部Ｐｔ、ｂ；ＮｉｌＯ％Ｉｒ
２０％残部Ｐｔ、Ｃ：Ｎｉ２Ｏ％、Ｉｒ２０％、残部ｐ
ｔの貴金属プレートを型式Ｗ１６ＥＸのスパークプラグ
の接地電極に抵抗溶接した場合において、そのプレート
３と接地電極２との合金属７における硬度を示したもの
である。この第９図から明白なように、前述した８０％
Ｐｔ−２０％Ｎｉのごとき硬度ピークは、Ｎｉの添加が
増加するに従って消失していくのがわかる。このことは
前述の接合面破断が生じにくくなることを意味してし）
るのである。

（６） 第１０図は上記合金層７の厚さがＮｉ添加の有無によっ
て耐久時間とともにどのように変化するかを示したもの
である。実験に供したスパークプラグは、（ａ）Ｗｌ　
６ＥＸ型式のスパークプラグの接地電極に２０％Ｉｒ−
Ｎｉ−残部ｐｔの貴金属プレート（寸法は第８図と同じ
）を抵抗溶接したもの、（ｂ）上記（ａ）において貴金
属プレートを２０％Ｉｒ−８０％ｐｔで構成したものを
用いた。なお、耐久条件は１５００ｃｃのエンジンに装
着し、５４００ｒ、ｐ、ｍの回転数で行なった。

このように第１０図から理−されるように、合金層の厚
さは理由はよくわからないが耐久時間の経過に伴ってそ
の差が増加することがわかる。このことは接地電極と貴
金属プレートとの熱膨張差による熱応力が合金層でのク
ッシジン作用により吸収されやすい傾向にあることを示
している。

以上、第８図〜第１０図の結果から、貴金属プレートに
急激な熱応力が作用しにくくなり、プレートの破断発生
が抑制されることがわかる。この点を冷熱サイクル実験
にて第１１図に示す。第１１（７） 図において、実験に供したスパークプラグは型式Ｗ１６
ＥＸで、その接地電極にのみ貴金属プレートを抵抗溶接
したものである。プレートの寸法は直径１．２ｍ、厚さ
０．２ｍ＊＋である。なお、冷熱サイクルは前述の第５
図および第６図で説明したものと同じである。なお、図
中ａはＮｉ添加なし、ｂは０．５％Ｎｉｓ　ｃは５％Ｎ
ｉ、ｄは１０％Ｎｉ。

ｅは２０％Ｎｉである。

この第１１図の結果から明白なごとく、Ｎｉの量が０．
５〜２０％の範囲でとくに効果が著しい。

一方、第１１図には前述の第５図、第６図の結果も同時
に示しであるが、プレートの断面破断、接合面破断を共
に低く抑えるにはＩｒの量は１０〜３０％であることが
わかる。より望ましいＴｒの量は２０〜３０％であるこ
とがわかる。

しかし、プレート中のＮｉの量が１０％を上回ると、そ
のＮｉが腐食雰囲気および火花放電にて酸化飛散し、プ
レートの耐消耗性が劣化し、かつ上述のごとくプレート
の硬度が非常に高くなり加工が困難になる。従って、Ｎ
ｉの量は０．５〜１０（８） 重量％がよい。

なお、Ｎｉによる耐消耗性の評価結果を第１２図に示す
。図中、ａは２０％Ｎｉ−残部ｐｔ、ｂは１０％Ｎｉ−
残部ｐｔ、ｃは５％Ｎｔ−残部Ｐｔ、ｄは２％Ｎｉ−残
部ｐｔ、ｅはｐｔのみ、ｆは２０％Ｉｒ−残部ｐｔの貴
金属プレートを示しており二その寸法、プラグ型式は第
１１図で説明したものと同じである。なお、ａ−ｅのｐ
ｔの代りに８０％Ｐｔ＋２０％Ｉｒにしても同様の結果
が得られている。条件は、温度４００℃、火花回数８０
００回／分、雰囲気は空気である。

以上の結果から明白なごとく、接合面破断については、
１０〜３０重量％のＩｒ−Ｐｔの貴金属プレートにＮｉ
を添加することにより回避できる。

しかし、耐消耗性はＮｉの添加量が増すに従い加速的に
劣化する傾向となる。故に、Ｎｉの添加による耐消耗性
劣化の影響の少ない１０重量％までが、耐消耗性、接合
面破断について有効なのである。

なお、本発明は前述の実施例に限定されず、以（９） 下のごとく種々の変形が可能である。

（１）中心電極の軸方向側面に接地電極の先端が対向す
るものにも適用できる。

（２）中心電極にのみ貴金属プレートを接合してもよい
。

（３）第３図、第４図の実施例では中心電極の先端が先
細にしであるが、このようにせず同一径でもよい。

（４）貴金属プレートの接合方法としては、レーザー溶
接、ろう付け、電子ビーム溶接等でもよい。

（５）中心、接地電極の材質としては１５％Ｃｒ−８％
Ｆｅ−残部Ｎｉでもよく、要はＮｉ系金属を母材とする
ものであればよい。

（６）貴金属プレートの材料中に、微量の他の金属成分
（不純物も含む）が混入していても差支えない。

以上詳述したように本発明においては、中心電極および
／または接地電極に接合した貴金属プレートの冷熱サイ
クル下における破断を抑制でき、このため貴金属プレー
トによる中心電極および／（１０） または接地電極の耐消耗効果の寿命を延長できる。

また、貴金属プレート自体の消耗も抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の案出基礎の説明に供する
スパークプラグの放電部を示す模式図、第３図は本発明
の一実施例を示す部分破断面図、第４図は第３図の要部
拡大断面図、第５図〜第１２図は本発明の詳細な説明に
供する特性図である。 １・・・中心電極、２・・・接地電極、３・・・貴金属
プレート。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 （１１） 第　１　図　　　　　　　　　　　　竺　２１−′１３
図 （ＰｔｌＯＯＡ）　　Ｉｒｅ！加量（１量Ｚ）第６図 第７図 （２０”ｉζＩ’）　　　　　ＮｉｍＡｏｌ　　（ｔｔ
ｙ、ン第１１　　図 官吹′為虻晴間（Ｈン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニッケル系金属を少なくとも母材とする接地電極
   および／またはニッケル系金属を少なくとも母材とする
   中心電極の放電部に接合した貴金属プレートを備え、こ
   の貴金属プレートを、１０〜３０重量のイリジウム、０
   ．５〜１０重量％のニッケル、および残部白金より構成
   した内燃機関用スパークプラグ。
2. （２）前記イリジウムの量は２０〜３０重量％である特
   許請求の範囲（１）記載の内燃機関用スパークプラグ。