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JPS6144391B2 - - Google Patents
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JPS6144391B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6144391B2
JPS6144391B2 JP13214179A JP13214179A JPS6144391B2 JP S6144391 B2 JPS6144391 B2 JP S6144391B2 JP 13214179 A JP13214179 A JP 13214179A JP 13214179 A JP13214179 A JP 13214179A JP S6144391 B2 JPS6144391 B2 JP S6144391B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
electrode
ceramic
spark plug
protective layer
Prior art date
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Expired
Application number
JP13214179A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5657284A (en
Inventor
Kanemitsu Nishio
Shunichi Takagi
Yasuhiko Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は、内燃機関に装着される閉端磁器点火
プラグに関する。 [従来の技術] 点火プラグの電極発火部は、燃焼室内における
最高1000℃近い温度に常時晒され、それに耐え得
るだけでなく、火花放電に対する耐消耗性燃焼ガ
スに対する化学的耐久性がなくてはならず使用条
件は非常に苛酷である。 従来より中心電極材として、白金、金系金属が
優れた特性をもつものとして知られ、一部の特殊
品には白金またはパラジウム、金、銀など貴金属
線が使用されている。しかしながら、これらは高
価であるので一般的にはニツケルを主体とした耐
熱合金が使用されている。このニツケル合金を主
体とした点火プラグは、長期間使用していると電
極発火部が消耗して電極間の火花ギヤツプが拡大
し、電源の発生電圧以上に火花放電々圧が高くな
り放電しなくなる。この欠点を改良し、点火プラ
グの耐久性を増すため中心電極を絶縁体で包み、
先端発火部に導電性を付与してサーメツト製電極
とした閉端磁器点火プラグが提案されている。 [発明が解決しようとする問題点] 上記サーメツト製電極は、従来の金属線電極に
代るものとして組成および製造条件によつては、
かなり耐熱性、耐消耗性のあるものであるが、こ
の発明者らはエンジンにサーメツト製電極(例え
ば白金粉にアルミナ粉を混合焼結したもの)を有
する閉端磁器点火プラグを装着して高温度かつ長
時間のテストをすると、上記電極は、まず表面外
縁部の金属が融け、続いて外縁部表面が消耗を始
め、これが電極の剥れにつながつてゆくことを見
出した。これは外縁部が中心部にくらべ均一さや
緻密さで劣るために、不均一で金属が孤立してお
り、熱伝導が悪く外縁部で電極側への燃焼熱の伝
導冷却が悪くて異常加熱が起こるためであると考
えられる。 本発明はかかる不具合を解消し、電極が緻密で
強固に焼結でき、火花放電や燃焼熱などに対する
優れた耐久性を有する閉端磁器点火プラグの提供
を目とする。 [問題点を解決するための手段] 本発明の閉端磁器点火プラグは、酸化物セラミ
ツクスであるAl2O3、TiO2、Cr2O3、ZrO2
SiO2、Y2O3たはLa2O3の粉末、 炭化物セラミツクスであるTiC、SiC、B4Cま
たはCr3C2の粉末、 窒化物セラミツクスであるTiN、AlNまたはBN
の粉末、 またはケイ化物セラミツクスであるMoSi2の粉
末のうちの一種以上と、 金属であるFe、Ni、Cr、Co、Mo、Mn、Ptま
たはPdの粉末のうちの一種以上との混合焼結体
が、内部に導電体軸を有する磁器絶縁体の外側電
極に対面する先端設けられた孔を封着するように
設けられてなるサーメツト製電極と、該サーメツ
ト製電極の表面に被着されたセラミツクス製保護
層とからなる中心電極を備えたことを構成とす
る。 [実施例] 次に、本発明を図に示す一実施例に基づき説明
する。 1は一端に外側電極4が突設され、外周には取
付けネジが設けられた主体金具、2は主体金具1
に収納固着され、内部に中心電極軸を構成する軸
孔3を供したアルミナを主成分とするセラミツク
ス製絶縁体、5は外側電極4と対面する絶縁体2
の軸孔3の先端に設けられた先端孔3a内に充填
されたサーメツト製電極である。 このサーメツト製電極5は、以下の、の混
合体からなり、これを高アルミナ生素地絶縁体2
の先端孔3a内に埋設し、絶縁体2と同時に一体
焼結されている。 セラミツクス粉末である以下の1、2、3ま
たは4のうちの一種以上と、 1…Al2O3、TiO2、Cr2O3、ZrO2、SiO2、Y2O3
またはLa2O3の酸化物 2…TiC、SiC、B4CまたはCr3C2の炭化物 3…AlN、BNまたはTiNの窒化物 4…MoSi2の珪化物 金属粉末である以下の5のうち一種以上と、 5…Fe、Ni、Cr、Co、Mo、Mn、PtまたはPd 6はサーメツト製電極5の表面に強固に被着し
てなるセラミツクス保護層である。 ここで用いるセラミツクス製保護層6の材料と
しては、アルミナ(Al2O3)、ムライト
(3Al2O3・2SiO2)、ジルコニア(ZrO2)、スピネ
ル(MgO・SiO2)、ジルコン(ZrO2・SiO2)、ま
たはチタニア(TiO2)のうち一種以上を好適に用
いることができる。 この保護層6は、第2図に示すように、アルミ
ナ生素地絶縁体2の先端孔3a内にサーメツト製
電極5材を充填し、さらにこの電極5の表面を覆
うようにスラリー状の上記保護層材料でコーテイ
ングした後、これを絶縁体2と同時焼結して形成
する。なおコーテイング被膜は火花放電の高電圧
で容易に貫通破壊される程度の厚さである。 また保護層6は、生素地絶縁体2とサーメツト
製電極材5を同時に一体焼結した絶縁体の電極表
面に、プラズマ等の溶射によつてコーテイングす
ることもできる。この溶射層の場合はあまり緻密
でなく多孔質であるがそれでも電極を保護し火花
消耗が少なくなる。 さらに7は導電性シール材であり、慣用の金属
粉末{Cu:50%と残部SiO2:65%、B2O3:30
%、Al2O3:50%のホウ珪酸ガラス}の混合物で
あり、8は抵抗体で同じ組成割合のホウ珪酸ガラ
ス40重量部にジルコン粉末30重量部、Si3N4粉末
30重量部およびメチルセルローズ2重量部からな
る抵抗体粉末であり、絶縁体2の電極5を備えた
軸孔3内に導電性シール材7、または該導電性シ
ール材7に抵抗体8を適量充填し、800〜1100℃
に加熱すると共に金属製端子軸9を押圧して封着
し、これを慣例の仕様で主体金具に組付けた点火
プラグである。 ここで本発明の閉端磁器点火プラグの100時間
耐久テストの結果を表1に示した。 この耐久テストは、2000c.c.のエンジンを用い
て、回転速度5000rpm負荷4/4(フルスロツト
ル開度)の条件で100時間行つた時の放電々圧の
上昇割合で示した。その結果は表1のごとく、試
料1の従来の点火プラグの放電々圧は、耐久テス
ト前の値より、100%上昇して、電極材料の消耗
が大きくなるのに対して、試料2〜15の本発明の
閉端磁器点火プラグの放電々圧は、耐久テスト前
のP値より70%以下の上昇割合に抑制されて、電
極材料の消耗が少なくなる効果が確認された(※
は還元雰囲気焼成中でサーメツト製電極を組成し
たものを示す)。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a closed-end porcelain spark plug installed in an internal combustion engine. [Prior Art] The electrode firing part of a spark plug is constantly exposed to a maximum temperature of nearly 1000°C in the combustion chamber, and must not only be able to withstand this temperature, but also have consumable resistance against spark discharge and chemical durability against combustion gas. However, the conditions of use are extremely harsh. Conventionally, platinum and gold-based metals have been known to have excellent properties as center electrode materials, and wires of noble metals such as platinum, palladium, gold, and silver are used in some special products. However, since these are expensive, heat-resistant alloys mainly made of nickel are generally used. When a spark plug mainly made of nickel alloy is used for a long period of time, the electrode firing part wears out and the spark gap between the electrodes expands, causing the spark discharge voltage to become higher than the voltage generated by the power supply and no longer discharging. . In order to improve this drawback and increase the durability of the spark plug, the center electrode is wrapped in an insulator.
A closed-end porcelain spark plug has been proposed in which the tip ignition part is made conductive and has a cermet electrode. [Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned cermet electrode can be used as an alternative to the conventional metal wire electrode, depending on the composition and manufacturing conditions.
Although it is quite heat resistant and wear resistant, the inventors installed a closed-end porcelain spark plug with a cermet electrode (for example, a mixture of platinum powder and sintered alumina powder) on the engine. When tested at high temperature and over a long period of time, it was discovered that the metal on the outer edge of the electrode's surface first melted, and then the outer edge surface began to wear out, which led to the electrode peeling off. This is because the outer edge is less uniform and dense than the center, so the metal is isolated and heat conduction is poor.The outer edge has poor conduction and cooling of combustion heat to the electrode side, causing abnormal heating. This is thought to be because it occurs. The present invention aims to solve these problems and provide a closed-end porcelain spark plug whose electrodes can be sintered densely and firmly and which has excellent durability against spark discharge and combustion heat. [Means for Solving the Problems] The closed-end porcelain spark plug of the present invention is made of oxide ceramics such as Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 ,
SiO 2 , Y 2 O 3 or La 2 O 3 powder, carbide ceramics TiC, SiC, B 4 C or Cr 3 C 2 powder, nitride ceramics TiN, AlN or BN.
Mixed sintering of one or more of the powders of MoSi2 , which is a silicide ceramic, and one or more of the powders of metals, such as Fe, Ni, Cr, Co, Mo, Mn, Pt, or Pd. A cermet electrode whose body is formed to seal a hole at the tip facing an outer electrode of a porcelain insulator having a conductive shaft inside, and a cermet electrode adhered to the surface of the cermet electrode. The structure includes a center electrode made of a ceramic protective layer. [Example] Next, the present invention will be described based on an example shown in the drawings. 1 is a metal shell having an outer electrode 4 protruding from one end and a mounting screw provided on the outer periphery; 2 is a metal shell 1;
An insulator made of ceramics mainly composed of alumina and provided with a shaft hole 3 constituting the center electrode shaft inside, 5 is an insulator 2 facing the outer electrode 4.
This is a cermet electrode filled in a tip hole 3a provided at the tip of a shaft hole 3. This cermet electrode 5 is made of a mixture of the following:
It is buried in the tip hole 3a of the insulator 2, and is sintered together with the insulator 2. One or more of the following ceramic powders 1, 2, 3, or 4: 1...Al 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , Y 2 O 3
or oxide of La 2 O 3 2 ... Carbide of TiC, SiC, B 4 C or Cr 3 C 2 3 ... Nitride of AlN, BN or TiN 4... Silicide of MoSi 2 Among the following 5 which are metal powders One or more of the following: 5...Fe, Ni, Cr, Co, Mo, Mn, Pt, or Pd 6 is a ceramic protective layer firmly adhered to the surface of the cermet electrode 5. The materials for the ceramic protective layer 6 used here include alumina (Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), spinel (MgO.SiO 2 ), and zircon (ZrO 2 ) . -SiO 2 ) or titania (TiO 2 ) can be suitably used. As shown in FIG. 2, this protective layer 6 is formed by filling the tip hole 3a of the alumina green base insulator 2 with a cermet electrode 5 material, and further covering the surface of the electrode 5 with the protective layer 6 in the form of a slurry. After coating with the layer material, this is formed by co-sintering with the insulator 2. The thickness of the coating film is such that it is easily penetrated and destroyed by the high voltage of spark discharge. The protective layer 6 can also be coated on the electrode surface of an insulator obtained by simultaneously sintering the green insulator 2 and the cermet electrode material 5 together by thermal spraying with plasma or the like. Although this sprayed layer is not very dense and porous, it still protects the electrode and reduces spark consumption. Furthermore, 7 is a conductive sealing material, which is made of conventional metal powder {Cu: 50%, balance SiO 2 : 65%, B 2 O 3 : 30
%, Al 2 O 3 : 50% borosilicate glass}, and 8 is a resistor containing 40 parts by weight of borosilicate glass with the same composition ratio, 30 parts by weight of zircon powder, and Si 3 N 4 powder.
It is a resistor powder consisting of 30 parts by weight and 2 parts by weight of methyl cellulose, and a conductive sealing material 7 is placed in the shaft hole 3 provided with the electrode 5 of the insulator 2, or an appropriate amount of the resistor 8 is added to the conductive sealing material 7. Filled and heated to 800~1100℃
This is a spark plug in which the metal terminal shaft 9 is sealed by heating and then assembled into a metal shell according to customary specifications. Table 1 shows the results of a 100-hour durability test of the closed-end porcelain spark plug of the present invention. This durability test was performed using a 2000 c.c. engine for 100 hours at a rotational speed of 5000 rpm and a load of 4/4 (full throttle opening), and was expressed as the rate of increase in discharge pressure. The results are shown in Table 1. The discharge pressure of the conventional spark plug of sample 1 increased by 100% from the value before the durability test, and the consumption of the electrode material increased, whereas the discharge pressure of the conventional spark plug of sample 1 The discharge pressure of the closed-end porcelain spark plug of the present invention was suppressed to an increase rate of 70% or less compared to the P value before the durability test, and the effect of reducing consumption of the electrode material was confirmed (*
(indicates a cermet electrode formed during firing in a reducing atmosphere).

【表】【table】

【表】 [発明の効果] 本発明の閉端磁器点火プラグは、つぎの効果を
奏する。 ア サーメツト製電極の表面がセラミツクス製保
護層で保護されているので、火花放電によつて
サーメツト製電極が損われず耐久性が良い。 イ 放電面がセラミツクスで被れるので、酸化性
の強い燃焼ガスに直接ふれず、サーメツト製電
極の燃焼ガスに対する化学的耐久性が増す効果
がある。 ウ 放電が一部に限定されるので放電抵抗が増
し、放電による電波雑音の防止にも有利とな
る。
[Table] [Effects of the Invention] The closed-end porcelain spark plug of the present invention has the following effects. Since the surface of the cermet electrode is protected by a ceramic protective layer, the cermet electrode is not damaged by spark discharge and has good durability. (a) Since the discharge surface is covered with ceramics, it does not come into direct contact with highly oxidizing combustion gas, which has the effect of increasing the chemical durability of the cermet electrode against combustion gas. C. Since the discharge is limited to a certain area, the discharge resistance increases, which is also advantageous in preventing radio noise caused by the discharge.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明にかる閉端磁器点火プラグの縦
断面図、第2図は本発明にかかる閉端磁器点火プ
ラグの要部断面図である。図中、1…主体金具、
2…絶縁体、3…軸孔、3a…先端孔、4…外側
電極、5…サーメツト製中心電極、6…セラミツ
クス製保護層。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a closed-end porcelain spark plug according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the closed-end porcelain spark plug according to the present invention. In the figure, 1...metal shell,
2... Insulator, 3... Shaft hole, 3a... Tip hole, 4... Outer electrode, 5... Cermet center electrode, 6... Ceramic protective layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) (イ) 酸化物セラミツクスであるAl2O3
TiO2、Cr2O3、ZrO2、SiO2、Y2O3または
La2O3の粉末、 炭化物セラミツクスであるTiC、SiC、
B4CまたはCr3C2の粉末、 窒化物セラミツクスであるTiN、AlNまた
はBNの粉末、 またケイ化物セラミツクスであるMoSi2
粉末のうちの一種以上と、 (ロ) 金属であるF、Ni、Cr、Co、Mo、Mn、
PtまたはPbの粉末のうちの一種以上と、 の混合焼結体が、内部に導電体軸を有する磁
器絶縁体の外側電極に対面する先端に設けら
れた孔を封着するように設けられてなるサー
メツト製電極と、 (b) 該サーメツト製電極の表面に被着されたセラ
ミツクス製保護層と、 からなる閉端磁器点火プラグ、 2 前記セラミツクス製保護層は、アルミナ、ム
ライト、ジルコニア、スピネル、ジルコンまたは
チタニアのうちの一種以上のセラミツク材料から
なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の閉端磁器点火プラグ。
[Claims] 1 (a) (a) Al 2 O 3 which is an oxide ceramic,
TiO2 , Cr2O3 , ZrO2 , SiO2 , Y2O3 or
La 2 O 3 powder, carbide ceramics TiC, SiC,
B 4 C or Cr 3 C 2 powder, nitride ceramic TiN, AlN or BN powder, and silicide ceramic MoSi 2 powder, and (b) metals F and Ni. , Cr, Co, Mo, Mn,
A mixed sintered body of one or more of Pt or Pb powder and is provided so as to seal a hole provided at the tip facing the outer electrode of a porcelain insulator having a conductive shaft inside. (b) a ceramic protective layer deposited on the surface of the cermet electrode; 2. The ceramic protective layer comprises alumina, mullite, zirconia, spinel, A closed-end porcelain spark plug according to claim 1, characterized in that it is made of one or more ceramic materials selected from zircon and titania.
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