(57)【要約】【課題】【解決手段】一対の電極支持部材（１０、２０）の端部に溶接した耐アーク性合金から成る電極チップ（１２、２２）を、微小間隙（Ｇ）を介して相対向させるよう支持して成る点火プラグ（１）において、少なくとも一方の放電面（１２２又は２２２）に少なくとも一つの微小穴（１２４、２２４）を設けたことを特徴とする上記の点火プラグ。放電面（１２２又は２２２）に設けられた微小穴（１２４、２２４）が、支持部材（１０、２０）の端部に電極チップ（１２、２２）を溶接する際、溶接に用いる高エネルギービームにより穿たれる穴である、請求項１に記載の点火プラグ。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の接地電極支持部材（１０、２０）の端部に溶接した耐アーク性合金から成る電極チップ（１２、２２）を、微小間隙（Ｇ）を介して相対向させるよう支持して成る点火プラグ（１）において、少なくとも一方の放電面（１２２又は２２２）に少なくとも一つの微小穴（１２４、２２４）を設けたことを特徴とする上記の点火プラグ。
【請求項２】
放電面（１２２又は２２２）に設けられた微小穴（１２４、２２４）が、支持部材（１０、２０）の端部に電極チップ（１２、２２）を溶接する際、溶接に用いる高エネルギービームにより穿たれる穴である、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項３】
支持部材（１０、２０）と、放電電極（１２、２２）の溶着部に生じる合金層（１４）が支持部材（１０、２０）と放電電極（１２、２２）の接合部側面に露出していないことを特徴とする請求項１又は２に記載の点火プラグ。
【請求項４】
電極チップが、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ及びＮｉ系合金から成る群の中から選ばれる少なくとも一種の金属からなる、請求項１ないし３の何れか一に記載の点火プラグ。
【請求項５】
一対の接地電極支持部材（１０、２０）の端部に溶接した耐アーク性合金から成る電極チップ（１２、２２）を、微小間隙（Ｇ）を介して相対向させるよう支持して成る点火プラグ（１）を製造する方法において、電極チップ（１２、２２）を接地電極支持部材（１０、２０）の端部に溶接する際、高温のビームを、電極チップ（１２、２２）を軸方向に貫通するよう照射し、電極チップ（１２、２２）を接地電極支持部材（１０、２０）の端部に溶接すると共に、放電面（１２２又は２２２）に少なくとも一つの微小穴（１２４、２２４）を形成することを特徴とする上記の点火プラグを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃機関その他の燃焼装置で用いられる点火プラグ、特に貴金属放電電極を用いた点火用プラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
貴金属放電電極を用いた点火用プラグについては、従来から多数の提案がなされている。例えば、特許第２９２１５２４号では、Ｉｒ含有する融点が２，２００℃以上のイリジュウム材から成る貴金属チップを、融点が１，５００〜２，２００℃、線膨張係数が８〜１１×１０−６／℃の貴金属を１％以上含有する溶融固着層を介して電極保持部材に溶着して成るプラグが開示されており、特許第３０００９５５号には、７０〜９９ｗｔ％のＩｒと、Ｉｒより耐酸化性に優れ、Ｉｒと全率個溶可能な金属材料とからなるＩｒ合金チップを用いる技術が開示されており、このチップを断面積が０．２ｍｍ２以上、１．２　ｍｍ２以下、長さ０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下とすることも開示されている。更に、特許第２８７７０３５号では、貴金属チップとしてＲｈ添加量が３〜３０ｗｔ％のＩｒ−Ｒｈ合金を用いることが開示されている。
【０００３】
又、特開平１１−３７６５号にはチップの溶接にレーザー溶接を用いる技術が開示されており、その他、特開平１０−３２０７６号、特開平０９−７７３３号、特開平０６−６８９５６号、特開平０４−３２９２８６号、特開平０２−４９３８８号、特開平０１−３１９２８４号、特開昭平５７−１３０３８４号等により様々な提案がなされている。
【０００４】
一方、例えば自動車用ガソリンエンジンの点火プラグには、走行距離１０万ｋｍ以上２０万ｋｍ程度の耐久力が要求されているが、現在達成されているのは、３〜５万ｋｍにとどまっている。
ＩｒＲｕ合金は、通常のガソリンエンジン用の点火プラグに採用される条件下で、放電一回毎に３．４×１０−８ｇ消耗する。直径２ｍｍの電極チップの場合、エンジン４，０００ｒｐｍで４００ｈｒ運転すると０．７５３ｍｍ消耗することになる。これは走行距離約５２，０００ｋｍに相当する。従って厚み１．５ｍｍの電極チップを用いれば１０万ｋｍの走行が可能となる筈であるが、実際には５万ｋｍ以下に止まるのが実情であり、このため点火プラグはかなり頻繁に交換しなければならないこととなる。
走行距離１０万ｋｍ以上２０万ｋｍ程度の耐久力を有する点火プラグが要求されており、このような点火プラグが提供されれば大変好都合である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題とするところは、走行距離１０万ｋｍ以上２０万ｋｍ程度の耐久力を有する点火プラグを提供することにある。
【０００６】
本発明は、点火プラグに用いられるＩｒ合金が高い耐火花特性を有するにも拘わらず、充分な耐久力を実現できない理由が、放電がＩｒ合金製の電極チップの対向面からだけではなく、溶接部の電極チップ材と支持部材の接合部合金層の表面や、支持部材の側面からも一定の頻度で発生し、その放電により点火プラグの寿命が損なわれると言う知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
この問題は、充分な厚みを有する電極チップを用いれば解決できるが、ＩｒＲｕ合金は高価である上、希少な資源であるため、この方法は採用できない。
本発明は、希少なＩｒやＲｕの使用を最小限度に抑えた、長寿命の点火プラグを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
叙上の課題は、点火プラグの少なくとも一方の放電面に少なくとも一つの微小穴を設け、これにより放電発生点を電極チップの表面に集中させるよう構成することにより達成される。
【発明の実施の形態】
【０００９】
望ましい実施例においては、この放電面に設ける微小穴は、支持部材の端部に電極チップを溶接する際、細く絞った高エネルギービームを、軸方向に電極チップを貫通して支持部材に達するよう照射し、電極チップに微小穴を穿つと共に、電極チップを支持部材の短部に溶接することにより形成される。
高エネルギービームとしては、レーザービーム又は電子ビームを用いることが推奨されるが、他のビームであっても良いこと勿論である。
【００１０】
又この溶接に際しては、支持部材と、電極チップの溶着部に生じる合金層が接合部側面に露出しない様にして溶接することが推奨される。
電極チップは、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ及びＮｉ系合金から成る群の中から選ばれる少なくとも一種の金属により構成されることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面により本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、本発明を適用し得る公知の点火プラグの構成を示す一部破断側面図、
図２は、本発明が適用された点火プラグの要部を示す拡大図、
図３は、図３に示した微小穴部分の拡大図である。
【００１２】
而して図１において、１は取付金具、２は絶縁体、３は中心電極の支持体、４は接地電極の支持体である。
本発明に係る点火プラグも基本的構造はこの図１に示したものと変わらないが、その放電電極の構造が図２に示すようになっているものである。
【００１３】
図２において、１０及び２０は、それぞれ耐アーク性合金からなる電極チップ１２及び２２を支持するであり、３０は取付金具、４０は絶縁体である。
電極チップ１２は、接地電極支持部材１０の先端にレーザービーム、電子ビームなどで溶接されている。溶接時、ビームは電極チップ１２の放電面１２２となる表面に直角に照射され、これにより放電面に微小穴１２４が穿たれると共に、接地電極支持部材１０と電極チップ１２の溶着部に両者の構成金属の融合体からなる合金層１４を生じさせ、これにより両者が溶接される。
【００１４】
同様にして、電極チップ２２は、接地電極支持部材２０の先端にレーザービーム、電子ビームなどで溶接される。溶接時、ビームは電極チップ２２の放電面２２２となる表面に直角に照射され、これにより放電面に微小穴２２４が穿たれると共に、接地電極支持部材２０と電極チップ２２の溶着部に両者の構成金属の融合体からなる合金層２４が生じ、これにより両者が溶接される。図面では、微小穴２２４は２箇所に示されている。
【００１５】
これらの溶接を行なう際には、合金層１４、２４の外縁部が、支持部材１０、２０と電極チップ１２、２２の接合部側面に露出しないように、溶接エネルギーを設定するこことが望ましい。
上記のように微小穴１２４、２２４を設けると、放電面１２２、２２２からの放電は、図３に示すようにそれぞれの穴のエッジＥに集中して発生するようになる。そのため、支持部材１０、２０の表面や、合金層１４、２４の外縁部からは放電が発生することが少なくなり、点火プラグとしての耐久力が向上する。
【００１６】
このような穿孔を行い、電極チップに放電を集中させるため、チップの放電面積を広くし、厚みを薄くすることが望ましい。
微小穴の個数は、最低で１箇所であるが３ないし６ヶ所設けることが望ましく、これによりできるだけ放電エッジＥの総延長を長くする。又、相対向する放電面が穴も相対向する位置に設けるのが良い。
このようにすると、放電電極対向面に放電が集中し、その部分の温度が上昇するので放電は更に放電電極対向面に集中するようになる。
【００１７】
電極表面の温度をＴＫとし、電極彪面よりの熱電子による飽和電流密度をＪとすれば、
Ｊ＝ＡＴ２ｅｘｐ（Ｗ／ｋＴ）
ここで、
Ｊ：電流密度　Ａ／ｃｍ２
Ｔ：電極温度　Ｋ
ｋ：ボルツマン常数　１．３８×１０−２３Ｊ／Ｋ
Ａ：定数　≒６００
Ｗ：仕事関数　ｅＶ
従って、電極面温度の二乗に比例して電流密度は増大することになる。
この場合放電ギャップ内の圧力は１０ａｔｍ程度となり、フレーム温度は１５００〜２０００°Ｋ程度となる。このとき電子なだれが生じ、火花放電が発生する。最低放電開始電圧は、放電ギャップ内の温度と圧力、電極間距離により変化するが、いずれにしても電極の温度が高いほど放電開始は容易となり、放電は高音部に集中することになる。
【００１８】
又電極表面の曲率が大きいほど電界強度が大きくなり、放電の発生が容易となる。
Ｅ＝κρ−０．５
ここで、
Ｅ：放電開始電界強度　ｋＶ／ｃｍ
κ：形状と放電ギャップで定まる定数　ｃｍ
ρ：電極表面の曲率半径　ｃｍ
即ち、電極の放電点における曲率半径が小さいほど同じ電圧が印加されたとき電界強度が高くなるので、放電が発生し易くなる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の係る点火プラグと公知の点火プラグの消耗比較試験結果を示す。下表は、溶接方法と電極面に微小穴があるか否かの点を除き、同一条件で製作された点火プラグの比較試験結果である。
即ち、何れも同一の組成、寸法の電極チップを、Ｎｉ製の支持部材に溶接してテストに供した。
【００２０】
使用した電極材は、表に示されているように、比較例１及び実施例１、２には９８Ｉｒ２Ｒｈが用いられ、比較例１、２及び実施例３、４には９７Ｉｒ３Ｔａ、比較例４及び実施例５、６には、９６Ｉｒ２Ｔａ２Ｎｂが用いられた。
比較例では、溶接は電極チップの側面から行なわれ、実施例では、電極チップの上面から穿孔加工を兼ねてビームを照射することによって行なわれた。
電極チップの寸法は、中心電極用が、直径Ｄ＝０．４ｍｍφ、厚みｔ＝０．５ｍｍ、接地電極用が直径Ｄ＝２ｍｍφ、厚みｔ＝０．３ｍｍであった。
溶接は、１０ＪのＴＡＧレーザー及び電子ビームによって行なわれた。
実施例で設けた微小穴の直径は０．２ｍｍ、深さは０．１５ないし０．４５ｍｍであり、数は、中沈殿曲側で１個、接地側で１ないし２個である。
【００２１】
2004022513.tif 000003
【００２２】
放電消耗テストには、繰り返し周波数１ＫＨｚのパルスを用い、１秒間１，０００パルスの放電を１ショットとし、空気を入れ替えて、１０ショットを繰り返して行い、１回のテストとし、消耗量を計測した。このテストを２５回繰り返し、平均値を算出した。表中の消耗量はこの平均値である。
このテスト終了後、溶接強度を計測した。
【００２３】
この表に示した結果から、比較例の平均消耗量が、放電１万回当り６．７ｇｒであるのに対し、実施例では、平均３．４ｇｒと半減していることが判明する。即ち、この穿孔により、寿命が２倍に延長されることになる。
これは、放電が微小穴周辺に集中するため、溶接部や、支持部材からの異常放電、異常消耗がなくなること、及び、放電電圧が低下するためであると考えられる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は上場の如く構成されるので、本発明によるときは、電極チップの消耗が少ないので、１５〜２０万ｋｍの耐久力を有する点火プラグを提供することができる。又本発明に係る点火プラグでは、放電が生じ易く、多点放電を生じる確率が高まるので、着火性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用し得る放電プラグの構成を示す一部破断側面図
【図２】本発明が適用された電極部分を示す拡大図
【図３】図３に示した微小穴部分の拡大図である。
【符号の説明】
１０　　支持部材
１２　　電極チップ
１４　　合金層
２０　　接地電極支持部材
２２　　電極チップ
２４　　合金層
１２２　　放電面
１２４　　微小穴
２２２　　放電面
２２４　　微小穴
Ｅ　　放電エッジ
【図１】
2004022513.tif 000004
【図２】
2004022513.tif 000005
【図３】
2004022513.tif 000006