JP2936730B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
内燃機関用スパークプラグInfo
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- JP2936730B2 JP2936730B2 JP41493590A JP41493590A JP2936730B2 JP 2936730 B2 JP2936730 B2 JP 2936730B2 JP 41493590 A JP41493590 A JP 41493590A JP 41493590 A JP41493590 A JP 41493590A JP 2936730 B2 JP2936730 B2 JP 2936730B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- spark plug
- inorganic material
- metal
- insulator
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，中心電極と接地電極と
の間に放電させる飛火電圧を低減させることのできる内
燃機関用スパークプラグに関する。
の間に放電させる飛火電圧を低減させることのできる内
燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来技術】近年，自動車用内燃機関においては，特に
燃費低減化の要請が強くなってきている。この要請に対
応すべく，内燃機関の高圧縮化，リーンバーン化が進め
られている。そのため，スパークプラグにおいて，その
中心電極と接地電極との間のギャップに放電させるため
の飛火電圧は，できるだけ低くすることが要求されてい
る。そこで，従来，飛火電圧低減化の対応策として，ス
パークプラグの放電面部に白金等の貴金属チップを接合
し，火花ギャップの消耗を抑制することが提案されてい
る。即ち，例えば，特開昭５７−１４５２８８号公報に
は，表面に凹凸溝を設けた貴金属チップを，スパークプ
ラグの放電面部に配設し，この凹凸溝によって形成され
る複数のエッジにより，飛火電圧の低減を図ることが示
されている。この技術は，放電エネルギーによって貴金
属チップの表面に，その微小粒子が発生し，これにより
ギャップの増加を防止すると共に，微小粒子による凹凸
形状効果が生じ，飛火電圧の上昇が抑制されるという現
象を利用するものである。そして，この効果を促進する
ために，貴金属チップの表面に上記凹凸溝を設けている
のである。
燃費低減化の要請が強くなってきている。この要請に対
応すべく，内燃機関の高圧縮化，リーンバーン化が進め
られている。そのため，スパークプラグにおいて，その
中心電極と接地電極との間のギャップに放電させるため
の飛火電圧は，できるだけ低くすることが要求されてい
る。そこで，従来，飛火電圧低減化の対応策として，ス
パークプラグの放電面部に白金等の貴金属チップを接合
し，火花ギャップの消耗を抑制することが提案されてい
る。即ち，例えば，特開昭５７−１４５２８８号公報に
は，表面に凹凸溝を設けた貴金属チップを，スパークプ
ラグの放電面部に配設し，この凹凸溝によって形成され
る複数のエッジにより，飛火電圧の低減を図ることが示
されている。この技術は，放電エネルギーによって貴金
属チップの表面に，その微小粒子が発生し，これにより
ギャップの増加を防止すると共に，微小粒子による凹凸
形状効果が生じ，飛火電圧の上昇が抑制されるという現
象を利用するものである。そして，この効果を促進する
ために，貴金属チップの表面に上記凹凸溝を設けている
のである。
【０００３】
【解決しようとする課題】】しかしながら，この放電面
部の凹凸形状によるエッジ効果を，スパークプラグ使用
中に常時維持させるためには，適切な凹部溝幅を予め加
工しておかねばならない。そして，発明者らはこの点に
関して検討した結果，上記凹凸エッジ効果を充分活用す
るためには，凹部溝幅の寸法を大きく形成して，凸部を
個々独立した要素とする必要があることを知った。しか
し，この形状では，貴金属チップを大径のものとしなけ
ればならず，白金等の高価な貴金属を多量に使用するこ
ととなり，コストアップになる。本発明はかかる従来の
問題点に鑑み，使用中においても放電面部を常時凹凸状
態に維持し，飛火電圧の上昇を抑制することができる内
燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものであ
る。
部の凹凸形状によるエッジ効果を，スパークプラグ使用
中に常時維持させるためには，適切な凹部溝幅を予め加
工しておかねばならない。そして，発明者らはこの点に
関して検討した結果，上記凹凸エッジ効果を充分活用す
るためには，凹部溝幅の寸法を大きく形成して，凸部を
個々独立した要素とする必要があることを知った。しか
し，この形状では，貴金属チップを大径のものとしなけ
ればならず，白金等の高価な貴金属を多量に使用するこ
ととなり，コストアップになる。本発明はかかる従来の
問題点に鑑み，使用中においても放電面部を常時凹凸状
態に維持し，飛火電圧の上昇を抑制することができる内
燃機関用のスパークプラグを提供しようとするものであ
る。
【０００４】
【課題の解決手段】本発明は，絶縁碍子と該絶縁碍子に
保持した中心電極と，上記絶縁碍子の外周に固定したハ
ウジングと，該ハウジングに設けられ前記中心電極との
間にギャップを設けて対向させた接地電極とよりなる内
燃機関用スパークプラグにおいて，上記中心電極と接地
電極の少なくとも一方の放電面部には，金属及び該金属
と合金化しない無機材料粉末とからなる電極材料を配設
してなり，かつ該電極材料中における無機材料粉末の含
有量Ｖ（体積％）は，該無機材料粉末の平均粒径Ｄ（μ
ｍ）との関係において，下記の関係式を満足することを
特徴とする内燃機関用スパークプラグにある。 ｌｏｇＶ≧１．１×ｌｏｇＤ−２．３ 本発明において最も注目すべきことは，放電面部を金属
と無機材料粉末とよりなる電極材料により構成すると共
に，該無機材料粉末の含有量と平均粒径との関係を，上
式のようにしたことにある。本発明において，上記電極
材料は放電面部に配設する。そして，該電極材料は，別
途作製しておいたチップを，中心電極の放電面部，接地
電極の放電面部の一方又は双方に接合することにより配
置する。或いは，該電極材料は中心電極又は接地電極の
一方又は双方の放電面部に，直接一体的に形成すること
もできる。また，上記電極材料は，金属のマトリクス中
に，無機材料粉末が分散された状態で混在しているもの
である。かかる金属としては，Ｎｉ主体のＮｉ−Ｃｒ合
金，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金などのＮｉ合金がある。ま
た，純Ｐｔ，Ｐｔ主体のＰｔ−Ｉｒ合金，Ｐｔ−Ｎｉ合
金，Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金，Ｐｔ−Ｐｈ合金等の白金属
元素の合金がある。また，白金に，Ｗ，Ｃｏ，或いはＹ
等の希土類元素を添加した白金合金がある。これらの合
金は，放電に対する耐消耗性，材料強度，高硬度を併せ
持ち，いずれも好ましい金属である。一方，上記金属中
に分散させる無機材料粉末としては，Ａｌ2 Ｏ3 （アル
ミナ），ＳｉＯ2 （シリカ），ＳｉＣ（炭化ケイ素），
Ｓｉ3 Ｎ 4（窒化ケイ素）などのセラミックス粉末，或
いは石英ガラス，ホウケイ酸ガラスなどのガラス粉末が
ある。そして，電極材料中における無機材料粉末の含有
量（体積％）は，該無機材料粉末の平均粒径（μｍ）に
応じて定め，前記の関係式（ｌｏｇは対数）を満足する
ことが必要である（図３，図４参照）。
保持した中心電極と，上記絶縁碍子の外周に固定したハ
ウジングと，該ハウジングに設けられ前記中心電極との
間にギャップを設けて対向させた接地電極とよりなる内
燃機関用スパークプラグにおいて，上記中心電極と接地
電極の少なくとも一方の放電面部には，金属及び該金属
と合金化しない無機材料粉末とからなる電極材料を配設
してなり，かつ該電極材料中における無機材料粉末の含
有量Ｖ（体積％）は，該無機材料粉末の平均粒径Ｄ（μ
ｍ）との関係において，下記の関係式を満足することを
特徴とする内燃機関用スパークプラグにある。 ｌｏｇＶ≧１．１×ｌｏｇＤ−２．３ 本発明において最も注目すべきことは，放電面部を金属
と無機材料粉末とよりなる電極材料により構成すると共
に，該無機材料粉末の含有量と平均粒径との関係を，上
式のようにしたことにある。本発明において，上記電極
材料は放電面部に配設する。そして，該電極材料は，別
途作製しておいたチップを，中心電極の放電面部，接地
電極の放電面部の一方又は双方に接合することにより配
置する。或いは，該電極材料は中心電極又は接地電極の
一方又は双方の放電面部に，直接一体的に形成すること
もできる。また，上記電極材料は，金属のマトリクス中
に，無機材料粉末が分散された状態で混在しているもの
である。かかる金属としては，Ｎｉ主体のＮｉ−Ｃｒ合
金，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金などのＮｉ合金がある。ま
た，純Ｐｔ，Ｐｔ主体のＰｔ−Ｉｒ合金，Ｐｔ−Ｎｉ合
金，Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金，Ｐｔ−Ｐｈ合金等の白金属
元素の合金がある。また，白金に，Ｗ，Ｃｏ，或いはＹ
等の希土類元素を添加した白金合金がある。これらの合
金は，放電に対する耐消耗性，材料強度，高硬度を併せ
持ち，いずれも好ましい金属である。一方，上記金属中
に分散させる無機材料粉末としては，Ａｌ2 Ｏ3 （アル
ミナ），ＳｉＯ2 （シリカ），ＳｉＣ（炭化ケイ素），
Ｓｉ3 Ｎ 4（窒化ケイ素）などのセラミックス粉末，或
いは石英ガラス，ホウケイ酸ガラスなどのガラス粉末が
ある。そして，電極材料中における無機材料粉末の含有
量（体積％）は，該無機材料粉末の平均粒径（μｍ）に
応じて定め，前記の関係式（ｌｏｇは対数）を満足する
ことが必要である（図３，図４参照）。
【０００５】
【作用及び効果】本発明のスパークプラグにおいては，
放電面部の電極材料が，導電体である金属と，その中に
混在させた無機材料粉末とにより構成されている。その
ため，放電エネルギーにより，金属は溶融するが，該溶
融金属は微小粒子となって無機材料粉末に固着した状態
を形成する。それ故，放電面部は，分散された上記無機
材料粉末の表面に固着した金属微小粒子により，凹凸状
面を形成し，放電起点が多数形成されることになる。そ
して，放電は，原則的には最も飛火し易い箇所を選択す
るが，これを観察してみると，放電起点は放電毎に移動
を繰り返し，飛火電圧にバラツキを生じている。そこ
で，この現象に対して，放電面に多数の凹凸を形成する
ことは，最小電圧値で飛火できる放電箇所を多数併列す
ることとなり，電圧のバラツキを抑制して，その最大値
を押え込むことができることとなる。そのため，本発明
のスパークプラグにおいては，放電によって放電面部の
消耗が進行しても，上記無機材料粉末への金属微小粒子
の固着に基づく凹凸表面が，常時形成されていく。それ
故，放電面部は常時飛火電圧を抑制できる形状に維持さ
れ，電極材料中の全ての金属が消耗されるまで，飛火電
圧低減効果が維持されることとなる。そして，この飛火
電圧低減効果は，図３，図４からも知られるごとく，上
記関係式を満足する場合に特に顕著である。したがっ
て，本発明によれば，放電面部を常時凹凸状態に維持
し，飛火電圧の上昇を抑制することができる内燃機関用
のスパークプラグを提供することができる。
放電面部の電極材料が，導電体である金属と，その中に
混在させた無機材料粉末とにより構成されている。その
ため，放電エネルギーにより，金属は溶融するが，該溶
融金属は微小粒子となって無機材料粉末に固着した状態
を形成する。それ故，放電面部は，分散された上記無機
材料粉末の表面に固着した金属微小粒子により，凹凸状
面を形成し，放電起点が多数形成されることになる。そ
して，放電は，原則的には最も飛火し易い箇所を選択す
るが，これを観察してみると，放電起点は放電毎に移動
を繰り返し，飛火電圧にバラツキを生じている。そこ
で，この現象に対して，放電面に多数の凹凸を形成する
ことは，最小電圧値で飛火できる放電箇所を多数併列す
ることとなり，電圧のバラツキを抑制して，その最大値
を押え込むことができることとなる。そのため，本発明
のスパークプラグにおいては，放電によって放電面部の
消耗が進行しても，上記無機材料粉末への金属微小粒子
の固着に基づく凹凸表面が，常時形成されていく。それ
故，放電面部は常時飛火電圧を抑制できる形状に維持さ
れ，電極材料中の全ての金属が消耗されるまで，飛火電
圧低減効果が維持されることとなる。そして，この飛火
電圧低減効果は，図３，図４からも知られるごとく，上
記関係式を満足する場合に特に顕著である。したがっ
て，本発明によれば，放電面部を常時凹凸状態に維持
し，飛火電圧の上昇を抑制することができる内燃機関用
のスパークプラグを提供することができる。
【０００６】
【実施例】実施例１ 本発明の実施例にかかる内燃機関用のスパークプラグに
つき，図１及び図２を用いて説明する。本例のスパーク
プラグ２は，絶縁碍子２０と，該絶縁碍子２０に保持し
た中心電極４と，該絶縁碍子２０の外周に固定したハウ
ジング２５と，該ハウジング２５に設けられて前記中心
電極４との間にギャップ３０を設けて対向させた接地電
極３とよりなる。そして，上記中心電極４の放電面部４
０には，金属及び該金属と合金化しない無機材料粉末と
からなる電極材料１を配設している。また，該電極材料
１中の無機材料粉末の含有量は，前記関係式を満足する
ものである。また，上記電極材料１は，中心電極４の放
電面部４０に溶接されている。該電極材料１の材質は，
例えば金属としての白金と，無機材料粉末としてのセラ
ミックスとよりなる。上記絶縁碍子２０は高純度のアル
ミナよりなり，リング状の気密パッキン２４及びリング
２３を介してハウジング２５の内孔にカシメ固定されて
いる。また，中心電極４は，内材が銅で，その外材が耐
熱性，耐食性に優れたＮｉ−Ｃｒ合金，又はＮｉ−Ｃｒ
−Ｆｅ合金で作製されている。そして，該中心電極４
は，その下方先端部を，絶縁碍子２０の下方に突出させ
て該絶縁碍子２０に保持してある。また，絶縁碍子２０
の軸穴２２には，上部に端子４２１を有する中軸４２が
挿入され，導電性のガラスシール材４４により，上記中
心電極４と一体的に加熱融着してある。また，中心電極
４の外材と同等の材質の接地電極３は，ハウジング２５
の環状端面２５１に接合されている。
つき，図１及び図２を用いて説明する。本例のスパーク
プラグ２は，絶縁碍子２０と，該絶縁碍子２０に保持し
た中心電極４と，該絶縁碍子２０の外周に固定したハウ
ジング２５と，該ハウジング２５に設けられて前記中心
電極４との間にギャップ３０を設けて対向させた接地電
極３とよりなる。そして，上記中心電極４の放電面部４
０には，金属及び該金属と合金化しない無機材料粉末と
からなる電極材料１を配設している。また，該電極材料
１中の無機材料粉末の含有量は，前記関係式を満足する
ものである。また，上記電極材料１は，中心電極４の放
電面部４０に溶接されている。該電極材料１の材質は，
例えば金属としての白金と，無機材料粉末としてのセラ
ミックスとよりなる。上記絶縁碍子２０は高純度のアル
ミナよりなり，リング状の気密パッキン２４及びリング
２３を介してハウジング２５の内孔にカシメ固定されて
いる。また，中心電極４は，内材が銅で，その外材が耐
熱性，耐食性に優れたＮｉ−Ｃｒ合金，又はＮｉ−Ｃｒ
−Ｆｅ合金で作製されている。そして，該中心電極４
は，その下方先端部を，絶縁碍子２０の下方に突出させ
て該絶縁碍子２０に保持してある。また，絶縁碍子２０
の軸穴２２には，上部に端子４２１を有する中軸４２が
挿入され，導電性のガラスシール材４４により，上記中
心電極４と一体的に加熱融着してある。また，中心電極
４の外材と同等の材質の接地電極３は，ハウジング２５
の環状端面２５１に接合されている。
【０００７】実施例２ 次に，実施例１に示したスパークプラグにつき，その電
極材料１の種類を代えて，飛火電圧の低減効果を測定し
た。その結果を図３及び図４に示す。即ち，まず電極材
料は，金属としてのＰｔ（白金）−２０重量％Ｉｒ（イ
リジウム）合金と，無機材料粉末としてのアルミナ粉末
とからなる焼結体を用いた。該アルミナ粉末は，平均粒
径が１，５，１０，５０μｍの種々のものを用い，また
電極材料中の含有量（体積％）を種々に変化させて，電
極材料中に混在させた。そして，該電極材料の焼結体
を，前記中心電極の放電面部４０に溶接した。また，該
電極材料の放電先端部は直径１ｍｍに細径化し，火花ギ
ャップは１．１ｍｍとした。上記のように構成したスパ
ークプラグについて，４Ｋｇ／ｃｍ2 ゲージ圧の圧縮空
気中で，１０００時間の放電を行い，此の時点における
飛火電圧低減効果を測定した。その結果を図３に示す。
図３の縦軸は電圧低減比率を示す指標で，電極材料とし
て従来の白金合金（Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｉｒ）を用いたス
パークプラグに対する，１０００時間放電時点の飛火電
圧の比率を示している。また，横軸は，電極材料中のア
ルミナ粉末の含有体積％を示している。そして，同図に
は，上記種々の平均粒径のアルミナ粉末を用いた場合の
測定値を示した。また，電圧低減比率は，電圧のバラツ
キの最大値で示した。図３より，アルミナ粉末含有量が
多い程，また平均粒子径が大きい程電圧低減率が大きい
ことが分かる。次に，明確な低減効果が認められる電圧
低減比率５％の場合において，図３よりアルミナ粉末の
粒径毎に，電極材料中の含有量を求め，これを図４に示
した。図４より，確実な電圧低減効果を得るに比要なア
ルミナ粉末の含有量Ｖ（体積％）は，平均粒径をＤ（μ
ｍ）とすると，下記の対数（ｌｏｇ）式で表されること
が分かる。ｌｏｇＶ≧１．１×ｌｏｇＤ−２．３なお，
本例においては，金属としての上記Ｐｔ−Ｉｒ合金と無
機材料粉末としてのアルミナ粉末とからなる電極材料を
用いた場合につき示したが，前記のごとき他の金属，無
機材料粉末を用いた場合も同様である。
極材料１の種類を代えて，飛火電圧の低減効果を測定し
た。その結果を図３及び図４に示す。即ち，まず電極材
料は，金属としてのＰｔ（白金）−２０重量％Ｉｒ（イ
リジウム）合金と，無機材料粉末としてのアルミナ粉末
とからなる焼結体を用いた。該アルミナ粉末は，平均粒
径が１，５，１０，５０μｍの種々のものを用い，また
電極材料中の含有量（体積％）を種々に変化させて，電
極材料中に混在させた。そして，該電極材料の焼結体
を，前記中心電極の放電面部４０に溶接した。また，該
電極材料の放電先端部は直径１ｍｍに細径化し，火花ギ
ャップは１．１ｍｍとした。上記のように構成したスパ
ークプラグについて，４Ｋｇ／ｃｍ2 ゲージ圧の圧縮空
気中で，１０００時間の放電を行い，此の時点における
飛火電圧低減効果を測定した。その結果を図３に示す。
図３の縦軸は電圧低減比率を示す指標で，電極材料とし
て従来の白金合金（Ｐｔ−２０ｗｔ％Ｉｒ）を用いたス
パークプラグに対する，１０００時間放電時点の飛火電
圧の比率を示している。また，横軸は，電極材料中のア
ルミナ粉末の含有体積％を示している。そして，同図に
は，上記種々の平均粒径のアルミナ粉末を用いた場合の
測定値を示した。また，電圧低減比率は，電圧のバラツ
キの最大値で示した。図３より，アルミナ粉末含有量が
多い程，また平均粒子径が大きい程電圧低減率が大きい
ことが分かる。次に，明確な低減効果が認められる電圧
低減比率５％の場合において，図３よりアルミナ粉末の
粒径毎に，電極材料中の含有量を求め，これを図４に示
した。図４より，確実な電圧低減効果を得るに比要なア
ルミナ粉末の含有量Ｖ（体積％）は，平均粒径をＤ（μ
ｍ）とすると，下記の対数（ｌｏｇ）式で表されること
が分かる。ｌｏｇＶ≧１．１×ｌｏｇＤ−２．３なお，
本例においては，金属としての上記Ｐｔ−Ｉｒ合金と無
機材料粉末としてのアルミナ粉末とからなる電極材料を
用いた場合につき示したが，前記のごとき他の金属，無
機材料粉末を用いた場合も同様である。
【図１】実施例１のスパークプラグの要部斜視図
【図２】実施例１のスパークプラグの一部断面図
【図３】実施例２における，アルミナ粉末含有量と電圧
低減率の関係線図
低減率の関係線図
【図４】実施例２における，電圧低減率５％の場合のア
ルミナ粉末の平均粒径と含有量との関係線図
ルミナ粉末の平均粒径と含有量との関係線図
１．．．電極材料 ２．．．スパークプラグ ２０．．．絶縁碍子 ３．．．接地電極 ４．．．中心電極
Claims (1)
- 【請求項１】絶縁碍子と該絶縁碍子に保持した中心電極
と，上記絶縁碍子の外周に固定したハウジングと，該ハ
ウジングに設けられ前記中心電極との間にギャップを設
けて対向させた接地電極とよりなる内燃機関用スパーク
プラグにおいて，上記中心電極と接地電極の少なくとも
一方の放電面部には，金属及び該金属と合金化しない無
機材料粉末とからなる電極材料を配設してなり，かつ該
電極材料中における無機材料粉末の含有量Ｖ（体積％）
は，該無機材料粉末の平均粒径Ｄ（μｍ）との関係にお
いて，下記の関係式を満足することを特徴とする内燃機
関用スパークプラグ。 ｌｏｇＶ≧１．１×ｌｏｇＤ−２．３
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41493590A JP2936730B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 内燃機関用スパークプラグ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41493590A JP2936730B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 内燃機関用スパークプラグ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229588A JPH04229588A (ja) | 1992-08-19 |
| JP2936730B2 true JP2936730B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=18523359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41493590A Expired - Lifetime JP2936730B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 内燃機関用スパークプラグ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2936730B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4930201B2 (ja) * | 2007-06-01 | 2012-05-16 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の点火プラグ |
-
1990
- 1990-12-26 JP JP41493590A patent/JP2936730B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04229588A (ja) | 1992-08-19 |
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Legal Events
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