JPH1197151A

JPH1197151A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH1197151A
Application number: JP9272012A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷; Ichiro Gonda; 一郎権田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-04-09
Also published as: US6166479A; EP0903824B1; EP0903824A1; DE69800364T2; DE69800364D1

Abstract

(57)【要約】【課題】発火部の合金組成がＩｒ−Ｒｈ系をベースと
しつつも、従来のＩｒ−Ｒｈ二元合金を使用したものと
比較して、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部
の消耗が格段に起こりにくいスパークプラグを提供す
る。【解決手段】スパークプラグ１００は、中心電極３
と、その中心電極３の外側に設けられた絶縁体２と、絶
縁体２の外側に設けられた主体金具１と、主体金具１に
一端が結合され、他端側が中心電極３と対向するように
配置された接地電極４とを備え、それら中心電極３と接
地電極４との少なくとも一方に発火部３１ないし３２が
固着されて火花放電ギャップｇが形成される。そして、
該発火部３１ないし３２は、Ｉｒを主成分として０．２
〜１０重量％のＲｈと１０重量％以下のＰｔとを含有す
るとともに、Ｐｔの含有量をＷPt（単位：重量％）、Ｒ
ｈの含有量をＷRh（単位：重量％）として、ＷPt／ＷRh
が０．１〜１．５である合金により、主に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に使用され
るスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車エンジン等の内燃機関用の
スパークプラグとして、耐火花消耗性向上のために、電
極の先端にＰｔ（白金）合金のチップを溶接して発火部
を形成したものが使用されているが、白金は高価であり
融点も１７６９℃程度であって耐火花消耗材料としては
十分ではないため、チップ材料としてより安価で融点も
２４５４℃程度と高いＩｒ（イリジウム）を使用する提
案がなされている。ところが、発火部をＩｒで構成した
場合、Ｉｒは９００〜１０００℃の高温域においては、
揮発性の酸化物を生じて消耗しやすい性質を有している
ため、そのまま電極発火部に使用すると、火花消耗より
も酸化揮発による消耗が問題となる欠点がある。従っ
て、市街地走行のような温度の低い条件であれば耐久性
はよいが、高速連続運転の場合には、耐久性が極端に低
下してしまう問題がある。

【０００３】そこで、チップを構成する合金に適当な元
素を添加して、Ｉｒの酸化揮発による消耗を抑さえる試
みがなされている。例えば、特開平９−７７３３号公報
には、Ｒｈを添加することによりＩｒ成分の酸化揮発を
抑さえ、チップの高温耐熱性と耐消耗性を改善したスパ
ークプラグが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示された
スパークプラグにおいてチップ材料として使用されてい
るＩｒ−Ｒｈ合金は、内燃機関の高速・高負荷連続運転
に耐えうるだけの酸化揮発による消耗を抑えるために
は、Ｒｈの含有量をかなり多くしなければならない。し
かしながら、ＲｈはＩｒと比べて数倍高価であり、しか
も融点は１９７０℃程度とＩｒよりもかなり低いため、
含有量を多くし過ぎるとチップの材料コストが高騰する
ばかりでなく、耐火花消耗性も十分ではなくなるという
問題がある。すなわち、近年では、内燃機関の性能向上
に伴いプラグの使用条件はますます厳しくなる傾向にあ
り、チップをＩｒ−Ｒｈ二元合金により構成した場合に
は、Ｒｈの含有量を相当に増やすと、運転条件によって
は耐火花消耗性を必ずしも十分に確保できない場合があ
る。

【０００５】なお、上記公報の実施例には、Ｉｒ−Ｒｈ
二元合金をベースとして、これにＰｔ、Ｎｉといった第
三金属成分を、Ｉｒを置換する形で添加した合金でチッ
プを構成したときの、プラグの耐久性試験の結果が開示
されている。しかし、該結果によれば耐久試験後のチッ
プの消耗量は、ＰｔないしＮｉを添加しない合金を用い
た場合よりも却って大きくなっており、Ｉｒ−Ｒｈ二元
合金の耐消耗性を改善する結果にはなっていない。

【０００６】本発明の課題は、発火部の材料としてＩｒ
−Ｒｈ系合金を使用しつつも、Ｉｒ−Ｒｈ二元合金を使
用した従来のスパークプラグと比較して、高価なＲｈの
含有量を少なく抑さえることができ、しかも高温でのＩ
ｒ成分の酸化・揮発による発火部の消耗が格段に起こり
にくく、ひいては市街地走行においても、高速走行にお
いても優れた耐久性を確保することができるスパークプ
ラグを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課
題を解決するために本発明のスパークプラグは、中心電
極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、絶縁
体の外側に設けられた主体金具と、中心電極と対向する
ように配置された接地電極と、それら中心電極と接地電
極との少なくとも一方に固着されて火花放電ギャップを
形成する発火部とを備え、その発火部が、Ｉｒを主成分
として０．２〜１０重量％のＲｈと１０重量％以下のＰ
ｔとを含有するとともに、Ｐｔの含有量をＷPt（単位：
重量％）、Ｒｈの含有量をＷRh（単位：重量％）とし
て、ＷPt／ＷRhが０．１〜１．５である合金により主に
構成されることを特徴とする。

【０００８】本発明者は、スパークプラグの発火部を、
Ｉｒを主体として上記組成範囲のＲｈとＰｔとを含有す
る合金で構成することで、高温でのＩｒ成分の酸化揮発
による消耗が効果的に抑制され、ひいてはより耐久性に
優れたスパークプラグが実現されることを見い出したの
である。ここで、上記スパークプラグの構成において
は、発火部を構成する合金中のＰｔの含有量をＲｈの含
有量の１．５倍以下とする点に特徴がある。すなわち、
Ｐｔの含有量を上述のように設定することで、Ｉｒ−Ｒ
ｈ二元合金を使用する従来のスパークプラグと比較し
て、Ｒｈ含有量を大幅に削減しても発火部の耐消耗性を
十分に確保でき、ひいては高性能のスパークプラグをよ
り安価に構成できるようになるのである。

【０００９】なお、上記発火部は、表記組成の合金から
なるチップを、接地電極及び／又は中心電極に対し溶接
により接合して形成することができる。この場合、本明
細書でいう「発火部」とは、接合されたチップのうち、
溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例え
ば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金化
した部分を除く残余の部分）を指すものとする。

【００１０】上記合金中のＲｈの含有量が１０重量％を
超えた場合は、Ｉｒの酸化揮発抑制効果に対するＰｔ添
加の寄与が顕著でなくなり、例えば従来のＩｒ−Ｒｈ二
元合金を使用したスパークプラグに対する優位性が確保
できなくなる。一方、Ｒｈの含有量が０．２重量％未満
になると、Ｉｒ成分の酸化揮発抑制効果が不十分とな
り、発火部が消耗しやすくなってプラグの耐消耗性が確
保できなくなる。

【００１１】ここで、Ｉｒの酸化揮発抑制に対するＰｔ
添加の効果は、Ｒｈ含有量が少なくなるにつれて顕著と
なる傾向がある。この場合、特にＲｈの含有量が８重量
％以下となる組成を採用することで、より少ないＲｈ含
有量でもＰｔ添加により、発火部におけるＩｒの酸化揮
発ひいては発火部の耐消耗性を顕著に向上させることが
でき、従来のＩｒ−Ｒｈ二元合金で発火部を構成したス
パークプラグに対する優位性が一層高められる。なお、
Ｒｈの含有量は、望ましくは０．２〜３重量％、より望
ましくは０．５〜２重量％の範囲で調整するとよい。

【００１２】次に、Ｐｔの含有量が１０重量％を超える
と、Ｉｒ成分の酸化揮発抑制効果が不十分となり、発火
部が消耗しやすくなってプラグの耐消耗性が確保できな
くなる。また、Ｒｈの含有量をＷRh（単位：重量％）、
Ｐｔの含有量をＷPt（単位：重量％）とすれば、ＷPt／
ＷRhは１．５以下の範囲で調整するようにする。ＷPt／
ＷRhが１．５を超えると、Ｐｔを添加しない場合と比較
して却ってＩｒの酸化揮発抑制に対する効果が損なわれ
てしまう場合がある。一方、ＷPt／ＷRhが０．１未満に
なると、Ｐｔ添加によるＩｒの酸化揮発抑制効果への寄
与がほとんど期待できなくなる。なお、ＷPt／ＷRhは、
より望ましくは０．２〜１．０の範囲で調整するのがよ
い。

【００１３】以上のことは、発火部を構成する材料中の
Ｐｔ含有量ＷPtの望ましい範囲が、Ｒｈ含有量ＷRhによ
って異なるものとなることを意味している。すなわち、
図３に示すように、ＷPtの望ましい範囲は、縦軸をＷP
t、横軸をＷRhとしたＷRh−ＷPt二次元座標平面上にお
いて、ＷPt／ＷRh＝１．５を表す直線と、ＷPt／ＷRh＝
０．１を表す直線との間に挟まれた領域によって表され
る。例えばＷRhが１重量％である場合には、ＷPtの範囲
は０．１〜１．５重量％とするのがよい。また、ＷRhが
２重量％である場合には、ＷPtの範囲は０．２〜３重量
％とするのがよい。また、ＷRhが３重量％である場合に
は、ＷPtの範囲は０．３〜４．５重量％とするのがよ
い。また、ＷRhが４重量％である場合には、ＷPtの範囲
は０．４〜６重量％とするのがよい。

【００１４】なお、上記発火部を構成する材料には、元
素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族
（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合
酸化物を含む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有さ
せることができる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発
による消耗がさらに効果的に抑制される。上記酸化物の
含有量が０．１重量％未満になると、当該酸化物添加に
よるＩｒの酸化・揮発防止効果が十分に得られなくな
る。一方、酸化物の含有量が１５重量％を超えると、チ
ップの耐熱衝撃性が低下し、例えばチップを電極に溶接
等により固着する際に、ひびわれ等の不具合を生ずるこ
とがある。なお、上記酸化物としては、Ｙ₂Ｏ₃が好適に
使用されるが、このほかにもＬａＯ₃、ＴｈＯ₂、ＺｒＯ
₂等を好ましく使用することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面を用いて説明する。図１に示す本発明の一例
たるスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端
部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込
まれた絶縁体２、先端に形成された発火部３１を突出さ
せた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及
び主体金具１に一端が溶接等により結合されるとともに
他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の
先端部と対向するように配置された接地電極４等を備え
ている。また、接地電極４には上記発火部３１に対向す
る発火部３２が形成されており、それら発火部３１と、
対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇ
とされている。

【００１６】絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、そ
の内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込む
ための孔部６を有している。また、主体金具１は、低炭
素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパーク
プラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外
周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロック
に取り付けるためのねじ部７が形成されている。

【００１７】次に、図２に示すように中心電極３及び接
地電極４の本体部３ａ及び４ａはＮｉ合金等で構成され
ている。一方、上記発火部３１及び対向する発火部３２
は、Ｉｒを主体としてＲｈを０．２〜１０重量％（望ま
しくは０．２〜８重量％、より望ましくは０．２〜３重
量％、さらに望ましくは０．５〜２重量％）の範囲で含
有し、Ｐｔを１０重量％以下の範囲で含有し、さらにＲ
ｈの含有量をＷRh（単位：重量％）、Ｐｔの含有量をＷ
Pt（単位：重量％）として、ＷPt／ＷRhが０．１〜１．
５（望ましくは０．２〜１）を満足する合金によって構
成されている。

【００１８】図２に示すように、中心電極３の本体部３
ａは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構
成され、ここに上記発火部を構成する合金組成からなる
円板状のチップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部
に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等に
より溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより発火
部３１が形成される。また、対向する発火部３２は、発
火部３１に対応する位置において接地電極４にチップを
位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同様に溶接部
Ｗを形成してこれを固着することにより形成される。な
お、これらチップは、例えば表記組成となるように各合
金成分を配合・溶解することにより得られる溶解材、又
は合金粉末あるいは所定比率で配合された金属単体成分
粉末を成形・焼結することにより得られる焼結材により
構成することができる。

【００１９】なお、発火部３１及び対向する発火部３２
のいずれか一方を省略する構成としてもよい。この場合
には、発火部３１又は対向する発火部３２及び接地電極
４又は中心電極３との間で火花放電ギャップｇが形成さ
れる。

【００２０】以下、スパークプラグ１００の作用につい
て説明する。すなわち、スパークプラグ１００は、その
ねじ部７においてエンジンブロックに取り付けられ、燃
焼室に供給される混合気への着火源として使用される。
ここで、その火花放電ギャップｇを形成する発火部３１
及び対向する発火部３２が前述の合金で構成されること
で、Ｉｒの酸化・揮発による発火部の消耗が抑制され、
加えて融点の高い材料を有効に使用できることによって
耐火花消耗性も改善される。これにより、長期に渡って
火花放電ギャップｇが拡大せず、プラグ１００の寿命を
伸ばすことができる。さらに、発火部を構成するＩｒ合
金は、Ｒｈ含有量の１．５倍以下の範囲でＰｔを添加す
ることにより、発火部の材料としてＩｒ−Ｒｈ二元合金
を使用した従来のスパークプラグと比較して高価なＲｈ
の含有量を削減でき、スパークプラグをより安価に製造
できる効果も同時に達成される。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）所定量のＩｒ、Ｒｈ及びＰｔを配合・溶解
することによりＩｒを主体としてＲｈとＰｔとを各種組
成で含有する合金を作製し、これを直径０．７mm、厚さ
０．５mmの円板状のチップに加工した。そして、それら
チップを試験片とし、大気中にて１１００℃で３０時間
保持した後の各試験片の重量減少率（以下、酸化減量と
いう。単位：％）を測定した。その結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】すなわち、本発明の請求項に記載した組成
の合金、すなわちＲｈ含有量ＷRhが０．２〜１０重量％
となり、ＷPt／ＷRhが０．１〜１．５となるようにＰｔ
含有量ＷPtを調整した合金を使用したチップについては
酸化減量が比較的小さく、スパークプラグの発火部とし
て使用可能であることが示唆されている。また、Ｐｔ添
加による酸化消耗抑制効果は、ＷRhが８重量％以下の組
成範囲で顕著となっており、ＷRhが３重量％以下の範囲
で特に効果が著しいことがわかる。一方、本発明の請求
項の組成範囲外の合金のうち、ＷPt／ＷRhが１．５を超
える合金については酸化減量がおおむね大きくなってお
り、発火部としての耐消耗性に問題が生ずることが示唆
されている。また、ＷRhが１０重量％を超えるものにつ
いては、酸化重量抑制におけるＰｔ添加の効果がそれほ
ど顕著でないことがわかる。

【００２４】（実施例２）次に、上記作製したいくつか
のチップを用いて、図１に示すスパークプラグ１００の
発火部３１及び対向する発火部３２を形成した。なお、
火花放電ギャップｇの幅は１．１mmに設定した。そし
て、これらプラグの性能試験を以下の条件にて行った。
すなわち、６気筒ガソリンエンジン（排気量２８００ｃ
ｃ）にそれらプラグを取り付け、スロットル全開状態、
エンジン回転数５５００ｒｐｍにて４００時間連続運転
し（中心電極温度約９００℃）、運転終了後のプラグの
火花放電ギャップｇの拡大量を測定した。結果を表２に
示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】すなわち、Ｒｈ含有量ＷRhが０．２〜１０
重量％となり、ＷPt／ＷRhが０．１〜１．５となるよう
にＰｔ含有量ＷPtを調整した合金で発火部を構成したも
のについては、ギャップ増加量が小さく発火部の耐消耗
性が良好であるのに対し、ＷPt／ＷRhが１．５を超える
合金、あるいは逆にＰｔを全く添加しない合金で発火部
を構成したものはギャップ増加量が大きく、発火部の耐
消耗性に劣ることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグを示す正面部分断面
図。

【図２】その要部を示す拡大断面図。

【図３】本発明のスパークプラグの発火部を構成する合
金の、望ましい組成範囲を示す説明図。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁体３中心電極４接地電極３１発火部３２発火部ｇ火花放電ギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極と、その中心電極の外側に設け
られた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金
具と、前記中心電極と対向するように配置された接地電
極と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に
固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備
え、その発火部が、Ｉｒを主成分として０．２〜１０重量％
のＲｈと１０重量％以下のＰｔとを含有するとともに、
Ｐｔの含有量をＷPt（単位：重量％）、Ｒｈの含有量を
ＷRh（単位：重量％）として、ＷPt／ＷRhが０．１〜
１．５である合金により主に構成されることを特徴とす
るスパークプラグ。
【請求項２】前記合金は、０．２〜８重量％のＲｈを
含有する請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】前記合金は、０．２〜３重量％のＲｈを
含有する請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項４】前記合金は、０．５〜２重量％のＲｈを
含有する請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項５】前記合金は、ＷPt／ＷRhが０．２〜１の
範囲で調整されている請求項１ないし４のいずれかに記
載のスパークプラグ。