CN111512508A - 火花塞用电极及火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞用电极(13、14)，其在放电部(13a、14a)处设置有在IrRh合金中添加了合计0.3～7.5wt％的Ta及Nb中的至少一者的电极构件(15、16)。

Description

火花塞用电极及火花塞

关联申请的相互参照

本申请基于2017年12月19日申请的日本申请号2017-242673号和2018年11月2日申请的日本申请号2018-207496号，在此援引其记载内容。

技术领域

本申请涉及内燃机的火花塞中使用的电极。

背景技术

以往，关于火花塞用电极，有将在Ir(铱)中添加3～30wt％Rh(铑)而得到的IrRh合金用于放电部的电极构件的火花塞用电极(参照专利文献1)。根据专利文献1中记载的火花塞用电极，高温耐热性优异，同时能够提高耐消耗性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2877035号公报

发明内容

近年来，关于内燃机，为了高输出化、改善燃料效率，火花塞的高电流化及高电压化正在发展。因此，对于火花塞用电极，要求耐消耗性的进一步提高。

本申请是为了解决上述课题而进行的，主要目的是提供能够进一步提高耐消耗性的火花塞用电极。

用于解决上述课题的第1方案为火花塞用电极，

在放电部处设置有在IrRh合金中添加了合计0.3～7.5wt％的Ta及Nb中的至少一者的电极构件。

根据上述构成，在火花塞用电极的放电部处设置有电极构件。因此，在电极构件中，进行火花塞的放电。电极构件为IrRh合金，优选为包含5～50wt％的Rh的IrRh合金，进一步优选为包含5～30wt％的Rh的IrRh合金。因此，可以通过在高温下不易挥发的Rh来抑制因在高温下生成氧化物而引起的Ir的挥发消耗。

进而，在电极构件中，在上述IrRh合金中添加了合计0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％的Ta(钽)及Nb(铌)中的至少一者。根据本申请人确认到：通过在IrRh合金中添加合计0.3wt％以上的Ta、Nb，耐消耗性提高。推定Ta及Nb由于熔点比Rh高，因此能够抑制火花放电中的电极构件的熔融飞散。但是，根据本申请人确认到：若Ta、Nb的添加量合计超过6wt％而变成8wt％以上，则耐消耗性降低。推定原因是：Ta、Nb在晶界中偏析而晶界变脆，耐消耗性降低。在这一点上，根据上述构成，能够进一步提高火花塞用电极的耐消耗性。另外，在电极构件中，也可以在上述IrRh合金中不添加Nb，而添加0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％的Ta。

在第2方案中，在上述电极构件中添加了合计1～5wt％的Ta及Nb中的至少一者。根据本申请人确认到：通过在IrRh合金中添加合计1～5wt％的Ta、Nb，耐消耗性进一步提高。因此，根据上述构成，能够进一步提高火花塞用电极的耐消耗性。另外，在电极构件中也可以不添加Nb，而添加1～5wt％的Ta。

在第3方案中，在上述电极构件中添加了合计0.3～3wt％的Ni(镍)及Co(钴)中的至少一者。根据本申请人确认到：通过于在IrRh合金中添加合计0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％的Ta、Nb而得到的材料中添加合计0.3wt％以上的Ni、Co，耐消耗性提高。推定通过添加Ni、Co，能够抑制因氧化物的生成而引起的Ir的挥发消耗。但是，根据本申请人确认到：若Ni、Co的添加量合计超过3wt％，则耐消耗性降低。推定原因是：由于Ni、Co熔点比Ir、Rh低，因此火花放电中的电极构件的熔融飞散增加。在这一点上，根据上述构成，能够进一步提高火花塞用电极的耐消耗性。另外，也可以于在IrRh合金中不添加Nb而添加0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％的Ta而得到的材料中添加合计0.3～3wt％的Ni及Co中的至少一者。

在第4方案中，在上述电极构件中添加了合计0.5～1.5wt％的Ni及Co中的至少一者。根据本申请人确认到：通过于在IrRh合金中添加合计0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％的Ta、Nb而得到的材料中添加合计0.5～1.5wt％的Ni、Co，耐消耗性进一步提高。因此，根据上述构成，能够进一步提高火花塞用电极的耐消耗性。另外，也可以于在IrRh合金中不添加Nb而添加0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％的Ta而得到的材料中添加合计0.5～1.5wt％的Ni及Co中的至少一者。

第5方案为火花塞，其具备第1～第4中任一方案的火花塞用电极。

附图说明

关于本申请的上述目的及其他目的、特征和优点在参照所附附图的同时通过下述的详细描述而变得更明确。该附图如下：

图1是火花塞的半截面图，

图2是图1的局部放大图，

图3是表示添加了Ta的IrRh合金的贵金属芯片的耐消耗性试验的结果的图表，

图4是表示添加了Ta、Ni的IrRh合金的贵金属芯片的耐消耗性试验的结果的图表。

具体实施方式

以下，对具体化为内燃机中使用的火花塞的一实施方式参照附图进行说明。

如图1中所示的那样，火花塞10具备由铁等金属材料形成的圆筒状的壳体11。在壳体11的下部的外周，形成有螺纹部11a。

在壳体11的内部，同轴地插入有圆筒状的绝缘子12的下端部。绝缘子12由氧化铝等绝缘材料成型。通过将壳体11的上端部11b敛缝于绝缘子12上，从而壳体11与绝缘子12被结合为一体。而且，在绝缘子12的下部(一端部)，在贯通孔12a(中空部)中插入并保持有中心电极13。

中心电极13(火花塞用电极)以耐热性等优异的Ni合金作为母材，并形成为圆柱状。具体而言，中心电极13的内材(中心材)由铜形成，外材(外皮材)由Ni(镍)基合金形成。中心电极13的前端部13a从绝缘子12的下端(一端)露出。

在与中心电极13的前端部13a相对的位置处，配置有从壳体11的下端面(一端面)一体地弯曲而延伸的接地电极14。接地电极14(火花塞用电极)也由Ni基合金形成。

如图2中所示的那样，通过中心电极13的前端部13a和与其相对的接地电极14的前端部14a，构成火花塞10的放电部。在中心电极13的前端部13a及接地电极14的前端部14a处，分别安装有贵金属芯片15、16。贵金属芯片15、16(电极构件)通过激光焊接、或电阻焊接等接合加工分别与前端部13a、14a接合。在贵金属芯片15与贵金属芯片16之间，形成有火花间隙17。即，在贵金属芯片15与贵金属芯片16之间进行放电，形成火花。

贵金属芯片15、16均形成为圆柱状。例如，贵金属芯片15的外径A＝1.0mm、高度B＝1.5mm。贵金属芯片16的外径C＝1.0mm、高度D＝0.5mm。

返回至图1，在中心电极13的上部，如周知的那样电连接有中心轴18、端子部19。在端子部19，连接有施加火花产生用的高电压的外部电路。另外，在壳体11的螺纹部11a的上端部，设置有用于安装到内燃机上的垫圈20。

贵金属芯片15、16通过以高熔点且耐消耗性优异的Ir(铱)为基础且为了抑制Ir的高温挥发性而包含Rh(铑)的IrRh合金形成。IrRh合金在高温的大气或氧化气氛中，能够抑制Ir从结晶晶界的氧化挥发。优选包含5～50wt％的Rh的IrRh合金、进一步优选包含5～30wt％的Rh的IrRh合金在高温的大气或氧化气氛中，能够抑制Ir从结晶晶界的氧化挥发。本申请人发现：通过在IrRh合金中添加Ta，耐消耗性提高。需要说明的是，在上述IrRh合金中，除Rh、Ta以外的成分为Ir。

图3是表示添加了Ta的IrRh合金的贵金属芯片15的耐消耗性试验的结果的图表。在耐消耗性试验中，通过内燃机中安装的火花塞10，以5600rpm进行50小时对燃料的点火(火花放电)。在该图中，将未添加Ta的第1比较例的贵金属芯片15的消耗量(体积减少量)设为1，以比率示出使Ta添加量变化后的贵金属芯片15的消耗量。在该图中，对Rh的含量分别为5wt％、10wt％、30wt、50wt％的情况进行了示出。

如该图中所示的那样，不管Rh的含量为5wt％、10wt％、30wt、50wt％中的任一者，均在Ta添加量为0.3～7.5wt％的范围、优选在Ta添加量为0.3～6wt％的范围内，贵金属芯片15的消耗量减少。特别是在Ta添加量为1.0～5.0wt％的范围内，贵金属芯片15的消耗量显著减少。推定由于Ta的熔点(3027℃)高于Rh的熔点(1960℃)，因此能够抑制火花放电中的贵金属芯片15的熔融飞散。

需要说明的是，若Ta添加量超过6wt％而变成8wt％以上，则贵金属芯片15的消耗量与第1比较例(消耗比率＝1)相比增加。推定原因是：Ta在晶界中偏析而晶界变脆，耐消耗性降低。

图4是表示添加了Ta、Ni的IrRh合金的贵金属芯片15的耐消耗性试验的结果的图表。在耐消耗性试验中，通过内燃机中安装的火花塞10，以5600rpm进行50小时对燃料的点火。在该图中，将Rh的含量为10wt％且添加了Ta的第2比较例的贵金属芯片15的消耗量设为1，以比率示出使Ni(镍)的添加量变化后的贵金属芯片15的消耗量。在该图中，对Ta添加量分别为0.3wt％、3.0wt％、8.0wt％的情况进行了示出。需要说明的是，在上述IrRh合金中，除Rh、Ta、Ni以外的成分为Ir。

如该图中所示的那样，不管Ta添加量为0.3wt％、3.0wt％、8.0wt％中的任一者，均在Ni添加量为0.3～3wt％的范围内，贵金属芯片15的消耗量减少。特别是在Ni添加量为0.5～1.5wt％的范围内，贵金属芯片15的消耗量显著减少。推定通过添加氧化物的熔点高的Ni，能够抑制因氧化物的生成而引起的Ir的挥发消耗。

需要说明的是，若Ni添加量成为4wt％以上(超过3wt％)，则贵金属芯片15的消耗量与第2比较例相比增加。推定原因是：由于Ni的熔点(1450℃)低于Ir的熔点(2454℃)、Rh的熔点(1960℃)，因此火花放电中的贵金属芯片15的熔融飞散增加。

于是，在本实施方式的贵金属芯片15、16中，在IrRh合金、优选包含5～50wt％的Rh的IrRh合金、更优选包含5～30wt％的Rh的IrRh合金中添加了0.3～7.5wt％的Ta、优选0.3～6wt％的Ta、更优选1～5wt％的Ta。进一步在贵金属芯片15、16中添加了0.3～3wt％、优选0.5～1.5wt％的Ni。

以上详述的本实施方式具有以下的优点。

·贵金属芯片15、16为IrRh合金、优选包含5～50wt％的Rh的IrRh合金、进一步优选包含5～30wt％的Rh的IrRh合金。因此，能够通过在高温下不易挥发的Rh来抑制因在高温下生成氧化物而引起的Ir的挥发消耗。

·在贵金属芯片15、16中，在上述IrRh合金中添加了0.3～7.5wt％的Ta、优选0.3～6wt％的Ta。通过在IrRh合金中添加0.3wt％以上的Ta，耐消耗性提高。但是，若Ta添加量超过6wt％而变成8wt％以上，则耐消耗性降低。在这一点上，根据上述构成，能够进一步提高贵金属芯片15、16(中心电极13、接地电极14)的耐消耗性。

·在贵金属芯片15、16中添加了1～5wt％的Ta。通过在IrRh合金中添加1～5wt％的Ta，耐消耗性进一步提高。因此，能够进一步提高贵金属芯片15、16的耐消耗性。

·在贵金属芯片15、16中添加了0.3～3wt％的Ni。通过于在IrRh合金中添加0.3～8wt％的Ta而得到的材料中添加0.3wt％以上的Ni，耐消耗性提高。但是，若Ni添加量超过3wt％，则耐消耗性降低。在这一点上，根据上述构成，能够进一步提高贵金属芯片15、16的耐消耗性。

·在贵金属芯片15、16中添加了0.5～1.5wt％的Ni。通过于在IrRh合金中添加0.3～8wt％的Ta而得到的材料中添加0.5～1.5wt％的Ni，耐消耗性进一步提高。因此，能够进一步提高贵金属芯片15、16的耐消耗性。

需要说明的是，也可以如以下那样变更来实施上述实施方式。对于与上述实施方式相同的部分，通过标注同一符号而省略说明。

·图3中，示出了在IrRh合金中添加了Ta的贵金属芯片15的消耗量。与此相对，即使代替Ta而添加同样为第5族元素的Nb(铌)，也能够发挥同样的效果。总之，通过在IrRh合金中添加合计0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％、进一步优选1～5wt％的Ta、Nb，能够进一步提高贵金属芯片15、16的耐消耗性。需要说明的是，在上述IrRh合金中，除Rh、Ta、Nb以外的成分为Ir。

·图4中，示出了在Rh的含量为10wt％且添加了Ta的材料中添加了Ni的贵金属芯片15的消耗量。与此相对，即使代替Ni而添加同样为铁族元素的Co(钴)，也能够发挥同样的效果。总之，通过于在IrRh合金中合计添加0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％的Ta、Nb而得到的材料中合计添加0.3～3wt％、优选0.5～1.5wt％的Ni、Co，能够进一步提高贵金属芯片15、16的耐消耗性。需要说明的是，在上述IrRh合金中，除Rh、Ta、Nb、Ni、Co以外的成分为Ir。另外，推定通过添加Cr(铬)、Re(铼)，也能够抑制因氧化物的生成而引起的Ir的挥发消耗。因此，通过于在IrRh合金中合计添加0.3～7.5wt％、优选0.3～6wt％的Ta、Nb、Re而得到的材料中合计添加0.3～3wt％、优选0.5～1.5wt％的Ni、Co、Cr，能够进一步提高贵金属芯片15、16的耐消耗性。需要说明的是，在上述IrRh合金中，除Rh、Ta、Nb、Re、Ni、Co、Cr以外的成分为Ir。

·也可以通过与贵金属芯片15相同的材料来形成中心电极13的前端部13a整体(电极构件)。

·也可以通过与贵金属芯片16相同的材料来形成接地电极14的前端部14a整体(电极构件)。

·也可以在中心电极13的前端部13a(放电部)及接地电极14的前端部14a(放电部)中的仅一处设置相当于贵金属芯片15、16的电极构件。

本申请依据实施例进行了叙述，但可理解为本申请并不限定于该实施例、结构。本申请也包含各种变形例、同等范围内的变形。此外，各种组合、方式、进而在它们中包含仅一要素、一个以上或一个以下的其他组合、方式也纳入本申请的范畴、思想范围内。

Claims (11)

1.一种火花塞用电极(13、14)，其在放电部(13a、14a)处设置有在IrRh合金中添加了合计0.3～7.5wt％的Ta及Nb中的至少一者的电极构件(15、16)。

2.根据权利要求1所述的火花塞用电极，其中，所述IrRh合金包含5～50wt％的Rh。

3.一种火花塞用电极(13、14)，其在放电部(13a、14a)处设置有在包含5～30wt％的Rh的IrRh合金中添加了合计0.3～6wt％的Ta及Nb中的至少一者的电极构件(15、16)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的火花塞用电极，其中，在所述电极构件中添加了合计1～5wt％的Ta及Nb中的至少一者。

5.一种火花塞用电极(13、14)，其在放电部(13a、14a)处设置有在IrRh合金中添加了0.3～7.5wt％的Ta的电极构件(15、16)。

6.根据权利要求5所述的火花塞用电极，其中，所述IrRh合金包含5～50wt％的Rh。

7.一种火花塞用电极(13、14)，其在放电部(13a、14a)处设置有在包含5～30wt％的Rh的IrRh合金中添加了0.3～6wt％的Ta的电极构件(15、16)。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的火花塞用电极，其中，在所述电极构件中添加了1～5wt％的Ta。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的火花塞用电极，其中，在所述电极构件中添加了合计0.3～3wt％的Ni及Co中的至少一者。

10.根据权利要求9所述的火花塞用电极，其中，在所述电极构件中添加了合计0.5～1.5wt％的Ni及Co中的至少一者。

11.一种火花塞(10)，其具备权利要求1～10中任一项所述的火花塞用电极。

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