JPH0544149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車などの内燃機関に用いて好都合
な点火プラグに関するものである。

従来この種の点火プラグとして、中心電極の火
花放電端に、耐熱、耐消耗性の白金より成る放電
部層を抵抗溶接法等で固定し、中心電極の火花放
電極の消耗を防ぐようになして長寿命化を図つた
ものがある。

しかしながら、従来の上記点火プラグによれ
ば、放電部層が脱落することが往々にして現われ
るという問題を有している。

そこで、本発明者はその放電部層の脱落の傾向
を調査したところ、放電部層と中心電極との接合
部に亀裂を生じており、この亀裂の部位で放電部
層が脱落していた。

このことは、放電部層の白金と中心電極の母材
金属であるニツケルとの間の線膨張率の相違によ
る熱応力が大きく起因していると思われる。

本発明は上記の点に鑑み、火花放電間〓を形成
する電極の母材金属と放電部層との間に、該母材
金属のニツケルを少なくとも含み白金合金より成
る熱応力緩和層を少なくとも２層として配置した
ことにより、放電部層の脱落を熱応力緩和層にて
抑止できる内燃機関用点火プラグを提供すること
を目的とするものである。

以下本発明を具体的実施例により詳細に説明す
る。第１図、第２図において１はアルミナ磁器よ
りなる絶縁碍子で、中心に軸穴１ａが設けてあ
る。２は炭素鋼よりなる中軸で、絶縁碍子１の軸
穴１ａのうち上部に挿通してある。３は円筒状の
ハウジングで、耐熱、耐蝕性の金属で構成してあ
り、このハウジング３の内側にリング状気密パツ
キン４およびかしめリング５を介して上記絶縁碍
子１が固定してある。なおハウジング３には内燃
機関のシリンダブロツクに固定するためのネジ部
３ａが設けてある。６は中心電極であり、母材金
属としてニツケル−クロム（Ni−Cr）合金もし
くはインコネル600（商品名）から構成してある。
７は本発明の要部である３層タイプの白金層であ
り、中心電極６の先端に抵抗溶接法により接合し
てある。この３層タイプの白金層７は放電部層７
ａと熱応力緩和層７ｂ，７ｃから成つている。放
電部層７ａは白金合金、例えば白金（Pt）70重
量％乃至90重量％、イリジウム（Ir）30重量％乃
至10重量％から成り、熱応力緩和層７ｂは白金と
卑金属の合金、例えばPt90重量％、ニツケル10
重量％、熱応力緩和層７ｃはPt80重量％、ニツ
ケル20重量％から成つている。８は耐熱、耐蝕性
金属からなる接地電極で、中心電極６と同様の母
材金属で構成してある。９は白金チツプ層で、接
地電極８に抵抗溶接法により接合されている。こ
の白金チツプ層９は上記放電部層７ａと同様の
Pt合金で構成してある。１０は絶縁碍子１の軸
穴１ａ内に封着した導電性ガラスシール層であ
り、銅粉末と低融点ガラスとの混合物から構成さ
れており、このシール層１０で中軸２と中心電極
６とを電気的に接続すると共に、両者を絶縁碍子
１の軸穴１ａに移動なきよう固定してある。

なお、上記３重層７は、放電部層７ａの素材と
緩和層７ｂ，７ｃの素材とを重ねて圧延し、熱処
理後にプレスにて打抜いて製造する。

従来例では、白金製放電部層を中心電極およ
び／または接地電極の放電面に使用することによ
り、該電極の耐消耗性の大幅な向上を図つてい
る。しかし、放電部層は白金とイリジウムの合
金、もしくは白金とタングステンの合金、もしく
は白金とイリジウムに若干のNiを点火した合金
から成つていて単一のチツプで構成してあり、そ
の線膨張係数は約８〜９×10^-6／℃であり、放電
部層とは約５×10^-6／℃の差がある。ところが、
点火プラグは高負荷、低負荷と種々の運転条件で
使用され、即ち高温、低温が繰返され、この冷熱
繰返しと線膨張差により放電部層と両電極との間
でそれぞれ繰返し熱応力を受け、一般的には第３
図Ａのａに示すように横亀裂が発生したり、第３
図Ｂのｂに示すように接合面の酸化が生じ、最後
は放電部層７が脱落する。なお、接地電極８側の
白金チツプは横亀裂が生じるが、接地電極８は中
心電極６より高温となるため、この電極自体の消
耗により白金チツプ９自体は脱落する。この対策
には種々の方法が考えられるが、非常に温度が高
くなるエンジンや、プラグの電極温度が高くなる
例えば第４図に示すような電極構成（従来より３
〜７mmほど突出したプラグ）には必ずしも有効と
いえない。

そこで、本発明は電極温度が上昇した場合にも
上記横亀裂が生じないようにするものである。そ
のためには、熱応力を減ずる必要がある。この熱
応力を減ずるため、上記放電部層７の部分を線膨
張が母材６ａのNi合金とできるだけ合うようPt
とNiとの合金から構成した熱応力緩和層７ｂ，
７ｃと白金合金製の放電部層７ａとに分けた。こ
こで、熱応力緩和層７ｂ，７ｃは前述したPt−
Ni合金から構成してある。一方、放電部層７ａ
は前述したPt−Ir合金、もしくはこの合金組成に
２重量％乃至５重量％のNiが添加された合金か
ら構成してある。かかる合金組成により、母材６
ａと放電部層７ａとの間の線膨張は徐々に変化し
ている。即ち、母材６ａと放電部層７ａとの間に
これらと中間の線膨張係数を有する熱応力緩和層
７ｂ，７ｃを設けることにより、熱応力を大幅に
減少し、前記横亀裂および接合面の酸化の発生を
抑制することができた。

第５図の線図ａに従来の構成の点火プラグの中
心電極温度に対する前記横亀裂及び接合面の酸化
の状況を示す。評価は、排気量2600c.c.、水冷４サ
イクルエンジンにて１分アイドル→１分W.O.T
の冷熱サイクル実験を実施した結果である。な
お、従来のプラグは基本構成は第１図と同じであ
り、中心電極母材に20Ir−2Ni−残部Ptの組成の
白金チツプを0.3mmの厚みで接合したものである。
この従来例は電極温度800℃近傍が限界であり、
さらに厳しい条件では使用できない。これは、第
６図の線図ａに示す如く、母材６と放電チツプ７
（上記白金チツプ）との線膨張係数差があまりに
も大きいために熱応力を生じているのが原因であ
る。第６図の線図ｂに本発明の２種の緩和層７
ｂ，７ｃを設けた場合の線膨張係数の推移を示し
ている。即ち、放電部側緩和層７ｂは90重量％
Pt−10重量％Ni、母材側緩和層７ｃは80重量％
Pt−20重量％Niの合金組成を有している。なお、
各層７ｂ，７ｃの厚さは共に0.1mmでしなる。こ
の線図ｂによると、従来に比べ緩やかに線膨張係
数が変化しているのがわかる。

第５図の線図ｂは、この構成において、緩和層
厚さt₁，t₂共に0.1mmとしたときの状況を示したも
のである。ここで、第６図における母材６ａはイ
ンコネル600（商品名）相当で、15.5Cr−8Fe−
0.5Mn−Ni残量で、放電部層７ａは、78重量％
Pt−20重量％Ir−２重量％Niを使用した。

第７図は、放電部側緩和層７ｂの材質と母材側
緩和層７ｃの材質との組合せ実験を行つた結果で
ある。評価は第５図と同様であるが、温度は点火
プラグの機能限界である950℃電極温度で実施し
た。緩和層材質は、95重量％〜50重量％Ni間で
実施した。なお、Ni含有量は、50重量％以上と
なる酸化が著しいため、50重量％までとした。こ
の図から明らかな如く、母材側緩和層７ｃは、放
電部側緩和層７ｂよりもNi含有量が５重量％程
度多くなつているものが良好であり、Ni含有量
の多い緩和層材料においては、使用範囲が狭くな
り実用上不利になる。火花消耗、酸化消耗の点で
最も望ましいのは、放電部緩和層95〜85重量％
Pt−５〜15重量％Niと母材側緩和層75〜80重量
％Pt−20〜25重量％Niとの組合せである。なお、
これは、２つの緩和層厚さt₁，t₂を共に0.1mmとし
た例である。

次に、２つの緩和層の厚さの組合せについての
例を第８図に示す。第８図中、○印は、放電部側
緩和層材料として90重量％Pt−10重量％Ni、母
材側緩和層材料として80重量％Pt−20重量％Ni
を用いたもの、△印は、同様に放電部側緩和層材
料として80重量％Pt−20重量％Ni、母材側緩和
層材料として70重量％Pt−30重量％Niを用いた
ものであり、ほぼ同一傾向にある。放電部側緩和
装置厚さt₁と母材側緩和層厚さt₂との関係は、t₁
＜0.1mmの場合、t₂≧0.1mm、かつt₁≧0.1mmの場合、
t₂≧0.05mmが望ましい組合せである。

ところで、前記放電部層７ａは火花放電による
消耗だけを考えれば、Ptのみでよい。しかし、
Ptのみであると、第９図Ａに示すごとく、放電
部層７ａに縦亀裂ｂを生じる。この亀裂を押さえ
るためにはIrを添加するこがよく、この亀裂発生
率をIrの添加量との関係を第９図Ｂに示す。同図
より明らかなごとく、Irの添加量は10重量％乃至
30重量％がよく、より好ましい範囲は15重量％乃
至30重量％がよい。30重量％を越えると、放電部
層７ａを構成する材料自体の硬度が上昇し、所望
形状に加工できない。なお、上記Irの量はPtと合
計して100重量％の値である。

次に、接地電極８に設ける白金チツプ層９は、
該電極８の母材であるNi合金の線膨張率に近似
させるとともに耐消耗性の両面を狙つて、Niの
含有量を５重量％乃至60重量％にするのがよく、
より好ましくは５重量％乃至20重量％がよい。こ
の白金チツプ層９において、Niの含有量が増す
と、却つて酸化による消耗が進行する。ちなみ
に、接地電極８は中心電極６に比較して約100℃
程度温度が高く、白金チツプ層９中のNiの酸化
の進行度合が中心電極６側より速いため、白金チ
ツプ層９におけるNiの含有量は少なめがよい。

本発明は上述の実施例に限定されず、以下のご
とく種々の変形が可能である。

(1) 接地電極９が正極性となる点火回路を用いた
場合には、この接地電極９の方に中心電極６で
用いた、放電部層７ａと２つの熱応力緩和層７
ｂ，７ｃとの組合せを採用すればよい。

(2) 中心電極６と接地電極９との両方に、放電部
層７ａ、熱応力緩和層７ｂ，７ｃを設けてもよ
い。

(3) 中心電極６を単品の状態で例えば1000℃、３
時間という熱処理を施すことにより、熱応力緩
和層７ｃと中心電極６の母材６ａとの接合部に
合金層部を形成してもよい。これにより、熱応
力の緩和を一層図ることができる。なお、上記
合金層の厚さは少なくとも10μが望ましい。

(4) 中心電極６の先端の径を例えば0.7mm乃至1.2
mmとして先細形状にしてもよい。かかる形状に
より、着火性の向上を図ることができる。

(5) 中心電極６側の３重白金層７の大きさは直径
0.9mm、肉厚0.4mm（約5.5mg±２mgの重畳）がよ
く、接地電極８側の白金チツプ層９の大きさは
直径0.7mm、肉厚0.3mm（約2.5mg±１mgの重畳）
がよい。この程度の寸法、重畳であれば、価格
的に満足できるとともに寿命的にも満足でき
る。

(6) 中心電極６の母材は93重量％Ni、２重量％
Cr、３重量％Mn、２重量％Siで構成してもよ
い。

(7) 各層７ａ，７ｂ，７ｃ，９には不可避的不純
物が入つてもよい。

(8) 第１０図に示す如く、熱応力緩和層は３層と
し、７ｂに90重量Pt−10重量％Ni、７ｃに80
重量％Pt−20重量％Ni、７ｄに70重量％Pt−
30重量％Niとした構成にしても前述と同様の
効果は得られる。

以上述べたごとく本発明によれば、電極に設け
た白金製放電部層と上記電極の母材との間に、該
母材に含まれるニツケルを含有した白金製熱応力
緩和層を介在せしめたから、放電部層と電極の母
材との間の熱応力を緩和層で緩和することがで
き、従つて放電部層の脱落を抑止できるという優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明点火プラグの一実施例を示す半
断面図、第２図は第１図の要部を拡大して示す断
面図、第３図Ａ，Ｂは従来の説明に供する部分断
面図、第４図は本発明の説明に供する半断面図、
第５図Ａ，Ｂおよび第６図は本発明の説明に供す
る特性図、第７図および第８図、ならびに第９図
Ａ，Ｂは本発明の説明に供する特性図、第１０図
は本発明の他の実施例を示す断面図である。 ６……中心電極、７……３重白金層、７ａ……
放電部層、７ｂ，７ｃ……熱応力緩和層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２つの対向した電極間に火花放電
   間隙を形成し、前記一方の電極に白金を含む耐消
   耗性の放電部層を設けた内燃機関用点火プラグで
   あつて、 前記放電部層と前記一方の電極の母材との間
   に、該母材を構成するニツケルを含有した白金合
   金より成る少なくとも２つの熱応力緩和層が配置
   してあり、該２つの熱応力緩和層のうち前記放電
   部層に接する側は、前記母材に接する側に比べて
   ニツケルの含有量が少なくしてある内燃機関用点
   火プラグ。 ２ 前記放電部層に接する側の前記熱応力緩和層
   内に占めるニツケルの含有量をＡ、前記中心電極
   の母材に接する側の前記熱応力緩和層内に占める
   ニツケルの含有量をＢとしたとき、次のいずれか
   を満足している特許請求の範囲第１項記載の内燃
   機関用点火プラグ。 イ；5wt％≦Ａ≦10wt％のとき、 20wt％≦Ｂ≦50wt％ ロ；10wt％≦Ａ≦20wt％のとき、 25wt％≦Ｂ≦50wt％ ハ；20wt％≦Ａ≦30wt％のとき、 30wt％≦Ｂ≦50wt％ ニ；30wt％≦Ａ≦40wt％のとき、 35wt％≦Ｂ≦50wt％ ホ；40wt％≦Ａ≦10wt％のとき、 45wt％≦Ｂ≦50wt％ ３ 前記放電部層に接する側の前記熱応力緩和層
   の厚さ寸法をt₁、前記中心電極の母材に接する側
   の前記熱応力緩和層の厚さ寸法をt₂としたとき、 t₁＜0.1mmのときはt₂≧0.1mm t₁＜0.1mmのときはt₂≧0.05mm である特許請求の範囲第２項記載の内燃機関用点
   火プラグ。