図面 (/)

技術 スパークプラグ

出願人 日本特殊陶業株式会社
発明者 服部健吾
出願日 2019年9月5日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2019-161694
公開日 2021年3月11日 (5ヶ月経過) 公開番号 2021-039911
状態 未査定
技術分野 スパークプラグ
主要キーワード 片側断面図 酸化揮発 固溶体合金 Ir酸化物 耐酸化消耗性 Nb酸化物 塑性変形能 火花ギャップ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年3月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

耐酸化消耗性を確保しつつ耐火花消耗性を向上できるスパークプラグを提供すること。

解決手段

スパークプラグは、Ir合金からなる放電部材を備える第1電極と、放電部材と火花ギャップを介して対向する第2電極と、を備え、放電部材は、Rhを6質量%以上35質量%以下、Ruを0.1質量%以上25質量%以下、Nbを0.1質量%以上3質量%以下、Niを4質量%以下含有し、残部がIrである。

概要

背景

Irを主体とするIr合金からなる放電部材が、火花ギャップを介して電極に対向するスパークプラグが知られている。Irは融点が高いが、高温環境下では揮発性酸化物を生じて消耗し易いという性質がある。そこで、Irの酸化揮発を抑制してIr合金からなる放電部材の耐酸化消耗性を確保するため、特許文献1に開示される放電部材は、Irを主体とし、Rhを0.1〜35質量%、Ruを0.1〜17質量%含有する。

また、特許文献2に開示される放電部材は、Irを主体とし、Rhを5.5〜45原子%、Nbを0.1〜16原子%含有する。高温環境下において揮発性のあるIr酸化物よりもNb酸化物が安定に存在することを利用して、Irの酸化揮発を抑制し、放電部材の耐酸化消耗性を確保する。

概要

耐酸化消耗性を確保しつつ耐火花消耗性を向上できるスパークプラグを提供すること。スパークプラグは、Ir合金からなる放電部材を備える第1電極と、放電部材と火花ギャップを介して対向する第2電極と、を備え、放電部材は、Rhを6質量%以上35質量%以下、Ruを0.1質量%以上25質量%以下、Nbを0.1質量%以上3質量%以下、Niを4質量%以下含有し、残部がIrである。

目的

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、耐酸化消耗性を確保しつつ耐火花消耗性を向上できるスパークプラグを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

Ir合金からなる放電部材を備える第1電極と、前記放電部材と火花ギャップを介して対向する第2電極と、を備えるスパークプラグであって、前記放電部材は、Rhを6質量%以上35質量%以下、Ruを0.1質量%以上25質量%以下、Nbを0.1質量%以上3質量%以下、Niを4質量%以下含有し、残部がIrであるスパークプラグ。

技術分野

0001

本発明はIr合金からなる放電部材を備えるスパークプラグに関するものである。

背景技術

0002

Irを主体とするIr合金からなる放電部材が、火花ギャップを介して電極に対向するスパークプラグが知られている。Irは融点が高いが、高温環境下では揮発性酸化物を生じて消耗し易いという性質がある。そこで、Irの酸化揮発を抑制してIr合金からなる放電部材の耐酸化消耗性を確保するため、特許文献1に開示される放電部材は、Irを主体とし、Rhを0.1〜35質量%、Ruを0.1〜17質量%含有する。

0003

また、特許文献2に開示される放電部材は、Irを主体とし、Rhを5.5〜45原子%、Nbを0.1〜16原子%含有する。高温環境下において揮発性のあるIr酸化物よりもNb酸化物が安定に存在することを利用して、Irの酸化揮発を抑制し、放電部材の耐酸化消耗性を確保する。

先行技術

0004

特許第3672718号公報
国際公開第2018/021028号明細書

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、特許文献1及び2に開示の放電部材は耐火花消耗性に改善の余地があり、放電部材と電極との間の火花放電によって放電部材が消耗し易いという問題点がある。

0006

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、耐酸化消耗性を確保しつつ耐火花消耗性を向上できるスパークプラグを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、Ir合金からなる放電部材を備える第1電極と、放電部材と火花ギャップを介して対向する第2電極と、を備え、放電部材は、Rhを6質量%以上35質量%以下、Ruを0.1質量%以上25質量%以下、Nbを0.1質量%以上3質量%以下、Niを4質量%以下含有し、残部がIrである。

発明の効果

0008

請求項1記載のスパークプラグによれば、放電部材は、Rhを6質量%以上35質量%以下、Ruを0.1質量%以上25質量%以下、Nbを0.1質量%以上3質量%以下含有し、残部がIrである。これによりRuとNbとの相乗的な固溶硬化発現するので、放電部材の高温強度を向上できる。さらに、Nbは合金再結晶温度を上昇させ、高温環境下の結晶成長を抑制するので、高温環境下においても合金の加工組織を維持できる。これにより放電部材の高温強度がさらに向上するので、耐酸化消耗性を確保しつつ耐火花消耗性を向上できる。なお、放電部材は、Irの一部に代えてNiを4質量%以下含有しても良い。

図面の簡単な説明

0009

一実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。

0010

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は一実施の形態におけるスパークプラグ10の軸線Oを境にした片側断面図である。図1では、紙面下側をスパークプラグ10の先端側、紙面上側をスパークプラグ10の後端側という。

0011

図1に示すようにスパークプラグ10は、絶縁体11、中心電極13(第2電極)、主体金具17及び接地電極18(第1電極)を備えている。絶縁体11は、機械的特性高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体11は、軸線Oに沿って貫通する軸孔12が形成されている。

0012

中心電極13は、軸孔12に挿入されて軸線Oに沿って絶縁体11に保持される棒状の電極である。中心電極13は、母材14と、母材14の先端に接合される放電部材15とを備えている。母材14は熱伝導性に優れる芯材埋設されている。母材14は、Niを主体とする合金またはNiからなる金属材料で形成されており、芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。なお、芯材を省略することは当然可能である。放電部材15は、例えば母材14よりも耐火花消耗性の高いPt,Ir,Ru,Rh等の貴金属やW、又は、貴金属やWを主体とする合金によって形成されている。

0013

端子金具16は、高圧ケーブル(図示せず)が接続される棒状の部材であり、先端側が絶縁体11内に配置される。端子金具16は、軸孔12内で中心電極13と電気的に接続されている。

0014

主体金具17は、内燃機関ねじ穴(図示せず)に固定される略円筒状の金属製の部材である。主体金具17は導電性を有する金属材料(例えば低炭素鋼等)によって形成される。主体金具17は絶縁体11の外周に固定されている。主体金具17の先端には、接地電極18が接続されている。

0015

接地電極18は、主体金具17に接続される母材19と、母材19に接合される放電部材20と、を備えている。母材19は熱伝導性に優れる芯材が埋設されている。母材19は、Niを主体とする合金からなる金属材料で形成されており、芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。なお、芯材を省略して、Niを主体とする合金で母材19の全体を形成することは当然可能である。

0016

放電部材20は、Ir合金によって形成されている。Ir合金からなる放電部材20は、Ir,Rh,Ru,Nbを含有する。さらにNiを含有しても良い。放電部材20は、レーザ溶接抵抗溶接拡散接合等によって母材19に固着されている。放電部材20は、火花ギャップ21を介して中心電極13と対向する。

0017

スパークプラグ10は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、中心電極13を絶縁体11の軸孔12に挿入する。軸孔12に端子金具16を挿入し、端子金具16と中心電極13との導通を確保した後、予め母材19が接合された主体金具17を絶縁体11の外周に組み付ける。母材19に放電部材20を固着した後、放電部材20が中心電極13と対向するように母材19を屈曲して、スパークプラグ10を得る。

0018

放電部材20は、Rhを6質量%以上35質量%以下、Ruを0.1質量%以上25質量%以下、Nbを0.1質量%以上3質量%以下、Niを4質量%以下含有し、残部がIrである。Niを4質量%以下含有するとは、Niを含まないか、Niを4質量%以下含むことを意味する。

0019

Irは高融点金属なので、放電部材20の主成分となる。主成分とは、放電部材20を構成する元素のうち最も含有量が多い元素のことである。Irは、合金を構成する全成分の合計量に対して40質量%以上が好ましく、より好ましくは45質量%以上である。

0020

Rhは、Irの酸化揮発を抑制し、放電部材20の耐酸化消耗性を確保するための元素である。Rhの含有量は6質量%以上35質量%以下である。Ru及びNbの存在下において、Rhの含有量が6質量%未満であると、放電部材20の高温強度が低下し、耐火花消耗性が低下する。Rhの含有量が多すぎると、合金の融点および再結晶温度が低下する傾向がみられる。

0021

Ruは、放電部材20の耐酸化消耗性を向上させるための元素である。Ruの含有量は0.1質量%以上25質量%以下である。Ruの含有量が0.1質量%未満であると、放電部材20の耐酸化消耗性が低下する。Ruの含有量が多すぎると、合金の塑性変形能が低下して加工が困難になる傾向がみられ、また、耐酸化消耗性が低下する傾向がみられる。Rhの含有量とRuの含有量の合計は55質量%以下が好ましく、より好ましくは50質量%以下である。

0022

Nbは、放電部材20の耐火花消耗性を向上させるための元素である。Nbは、Ruの存在下において相乗的な固溶硬化を発現する。RuとNbとの固溶硬化により、合金の高温強度を相乗的に向上させる。さらにNbは、合金の再結晶温度を上昇させ、高温環境下における結晶成長を抑制する。これにより高温環境下においても合金の加工組織を維持できる。よって、放電部材20の高温強度が高くなり、耐火花消耗性が向上する。

0023

Nbの含有量は0.1質量%以上3質量%以下である。Nbの含有量が0.1質量%未満であると、Ruとの相乗的な固溶硬化が少なくなり高温強度が不十分になる。Nbの含有量が多すぎると、合金の塑性変形能が低下して加工が困難になる傾向がみられ、また、Nbの酸化が顕著になり耐酸化消耗性が低下する傾向がみられる。

0024

放電部材20の強度を向上させる元素として、Niが4質量%以下の範囲で含まれていても良い。Niの含有量が4質量%を超えると、Niの酸化消耗が顕著になり耐酸化消耗性が低下する傾向がみられる。

0025

Rhを6質量%以上35質量%以下、Ruを0.1質量%以上25質量%以下、Nbを0.1質量%以上3質量%以下含有し、残部をIrとすることにより、単相固溶体合金を得ることができる。そのため、このIr合金は展延性を有し、圧延加工伸線加工など、既知加工法を用いて様々な形状にできる。また、このIr合金は機械加工および溶接などの加工方法も適用できる。よって、合金インゴット板材線材に加工した後、所定の大きさに切断して得られた放電部材20を中心電極13や接地電極18に配置して、スパークプラグ10を得ることができる。

0026

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

0027

(Ir合金の調製)
試験者は、Ir,Rh,Ru,Nb,Niの各原料粉末を所定の割合で混合して、種々の混合粉末を得た。得られた混合粉末を、一軸加圧成形機を用いて成形圧粉体を得た。得られた圧粉体をアーク溶解法により溶解し、種々の合金のインゴットを作製した。作製したインゴットを熱間鍛造し、厚さ4mmの板材とした。この板材を熱間圧延して、組成が異なる厚さ1mmのIr合金製の板材を得た。

0028

試験1)
試験者は、厚さ1mmの板材から、厚さ1mmの円板状の試験片切り出した。試験片の質量M0(mg)を測定した後、試験片を電気炉にセットし、大気中、1200℃の条件で20時間保持した。冷却後、試験片の質量M1(mg)を測定し、単位面積当たり質量変化ΔM(mg/mm2)をΔM=(M1−M0)/Sの式から求めた。S(mm2)は試験前(電気炉にセットする前)の試験片の表面積である。表面積Sは試験片の寸法から算出した。

0029

試験前後の質量変化ΔM(mg/mm2)が−0.10以上(減量が0.10以下)の合金をA、ΔMが−0.10未満−0.20以上(減量が0.10を超え0.20未満)の合金をB、ΔMが−0.20未満(減量が0.20より多い)の合金をCとした。Aは耐酸化消耗性が特に良好、Bは耐酸化消耗性が良好、Cは耐酸化消耗性が悪い(酸化消耗量が多い)と評価した。

0030

(試験2)
試験1において作製したIr合金からなる試験片を放電部材20として母材19に固着し、実施形態におけるスパークプラグ10のサンプルを作製した。火花ギャップ21の大きさは1.1mmとした。投影機を用いて軸線Oに垂直に投影したときの、試験前の放電部材20(試験片)の厚さを測定した。

0031

作製したスパークプラグ10のサンプルをチャンバ(図示せず)に取り付けた後、試験ガス(本実施例では常温窒素)を0.5リットル/分の流量でチャンバに流し、チャンバの内部の圧力を0.6MPaに保った。この状態で放電部材20と中心電極13との間に、周波数100Hzで500時間、放電を起こす試験を行った。

0032

試験後、投影機を用いて軸線Oに垂直に投影したときの放電部材20(試験片)の厚さを測定した。試験前の放電部材20の厚さと試験後の放電部材20の厚さとを比較し、試験後の放電部材20の厚さの減少が、試験前の厚さに比べて0.05mm未満の合金をA、0.05mm以上の合金をBとした。Aは耐火花消耗性が良好、Bは耐火花消耗性が悪い(火花消耗量が多い)と評価した。合金の組成、耐酸化消耗性の評価、耐火花消耗性の評価を表1に記した。

0033

表1に示すように耐酸化消耗性の評価では、No.11−22はA、No.1,3−10はBであったが、No.2はCであった。耐酸化消耗性の評価B又はCのNo.1−10と、耐酸化消耗性の評価AのNo.11−22と、を比較すると、No.1−10はRhの含有量が5〜10質量%であり、No.11−22はRhの含有量が20〜35質量%であった。Rhの含有量が20質量%以上であると、耐酸化消耗性が特に良好になることがわかった。

0034

耐酸化消耗性の評価BのNo.1,3−10と、耐酸化消耗性の評価CのNo.2と、を比較すると、No.1,3−10はRuの含有量が0.1〜25質量%であり、No.2はRuを含有していなかった。Rhの含有量が5質量%以上の場合に、Ruの含有量が0.1〜25質量%であると、耐酸化消耗性が良好になることがわかった。

0035

耐火花消耗性の評価では、No.3−6,8−22はAであったが、No.1,2,7はBであった。耐火花消耗性の評価BのNo.1と、耐火花消耗性の評価AのNo.3−6,8−22と、を比較すると、No.1はRhの含有量が5質量%であり、No.3−6,8−22はRhの含有量が6〜35質量%であった。Rhの含有量が6〜35質量%であると耐火花消耗性が良好になることがわかった。

0036

耐火花消耗性の評価BのNo.2と、耐火花消耗性の評価AのNo.3−6,8−22と、を比較すると、No.2はRuを含有していなかったが、No.3−6,8−22はRuの含有量が0.1〜25質量%であった。Rhの含有量が6〜35質量%の場合に、Ruの含有量が0.1〜25質量%であると耐火花消耗性が良好になることがわかった。

0037

耐火花消耗性の評価BのNo.7と、耐火花消耗性の評価AのNo.3−6,8−22と、を比較すると、No.7はNbを含有していなかったが、No.3−6,8−22はNbの含有量が0.1〜3質量%であった。Rhの含有量が6〜35質量%、Ruの含有量が0.1〜25質量%の場合に、Nbの含有量が0.1〜3質量%であると耐火花消耗性が良好になることがわかった。

0038

以上の結果から、Rhを6〜35質量%、Ruを0.1〜25質量%、Nbを0.1〜3質量%含有し、残部がIrであるIr合金(No.3−6,8−22)は、耐酸化消耗性を確保しつつ耐火花消耗性を向上できることが明らかになった。また、Irの一部に代えてNiを4質量%以下含有しても良いことも明らかになった。

0039

これは、Rh及びRuによってIrの酸化揮発を抑制し、さらにRuとNbとの相乗的な固溶硬化によって高温強度を向上できたからであると推察される。さらに、NbはIr合金の再結晶温度を上昇させ、高温環境下の結晶成長を抑制するので、高温環境下においても加工組織を維持できる。よって、耐酸化消耗性を確保しつつ耐火花消耗性を向上できたと推察される。

0040

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

0041

実施形態では、放電部材20の形状が円板状の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の形状を採用することは当然可能である。放電部材20の他の形状としては、例えば円錐台状、楕円柱状三角柱四角柱等の多角柱状などが挙げられる。

0042

実施形態では、母材19の片方の端部に放電部材20が接合され、母材19のもう片方の端部が主体金具17に接続される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。母材19の片方の端部と放電部材20との間に中間材を介在させることは当然可能である。

0043

実施形態では、接地電極18の母材19のうち中心電極13の側を向く面に放電部材20が固着される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。放電部材20と中心電極13との間に火花ギャップ21が形成されるのであれば、母材19のどの面に放電部材20を固着しても構わない。

0044

実施形態では、第1電極として接地電極18を例示し、第2電極として中心電極13を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。中心電極13を第1電極とし、接地電極18を第2電極とすることは当然可能である。この場合、中心電極13の母材14にIr合金からなる放電部材20が固着される。

0045

実施形態では、主体金具17に接合された母材19を屈曲させる場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。屈曲した母材19を用いる代わりに、直線状の母材を用いることは当然可能である。この場合には、主体金具17の先端側を軸線O方向に延ばし、直線状の母材を主体金具17に接合して、母材を中心電極13と対向させる。接地電極18の数も適宜設定される。

実施例

0046

実施形態では、放電部材20が中心電極13と軸線方向に対向するように接地電極18を配置する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、接地電極18と中心電極13との位置関係は適宜設定できる。接地電極18と中心電極13との他の位置関係としては、例えば、中心電極13の側面と接地電極18の放電部材20とが対向するように接地電極18を配置すること等が挙げられる。

0047

10スパークプラグ
13中心電極(第2電極)
18接地電極(第1電極)
20放電部材
21 火花ギャップ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 早川耕二の「 サージカウンタ」が 公開されました。( 2021/07/08)

    【課題】取り扱いや接地線への取り付けが容易であり、高感度で、且つ低消費電力のサージカウンタを提供する。【解決手段】サージカウンタ1は、カウンタ本体2の裏面に変流器3が回転自在に取り付けられ、これらが一... 詳細

  • シャープ株式会社の「 放電装置」が 公開されました。( 2021/07/08)

    【課題・解決手段】第1および第2放電電極による放電生成物の減少を抑制する。正側および負側放電電極(11,12)の間の仕切り板(14)は、高さが正側および負側放電電極(11,12)の上端部よりも高く、風... 詳細

  • 株式会社SOKENの「 内燃機関用のスパークプラグ」が 公開されました。( 2021/07/01)

    【課題】接合部の経年劣化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。【解決手段】内燃機関用のスパークプラグ1は、筒状の絶縁碍子2と、絶縁碍子2の内側に保持されると共に絶縁碍子2の先... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ