(57)【要約】【課題】火花消耗量を抑制して耐久性の高いスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１００は、中心電極３と、絶縁体２と、主体金具１と、接地電極４と、発火部３１と、を備える。発火部３１は、主成分５１、副成分５５、及び不可避不純物からなる金属材料の焼結体より構成されている。主成分５１は、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種である。副成分５５は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種である。副成分５５は、焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で１〜１０体積％含有されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、
前記中心電極の外側に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外側に設けられた主体金具と、
前記中心電極と対向するように配置された接地電極と、
前記中心電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備えるスパークプラグであって、
前記発火部は、主成分、副成分、及び不可避不純物からなる金属材料の焼結体より構成され、
前記主成分は、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記副成分は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記副成分は、前記焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で１〜１０体積％含有されていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記発火部では、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子間に形成された隙間の少なくとも一部に、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相が配されていることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
中心電極と、
前記中心電極の外側に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外側に設けられた主体金具と、
前記中心電極と対向するように配置された接地電極と、
前記中心電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備えるスパークプラグであって、
前記発火部は、主成分、副成分、酸化物、及び不可避不純物からなる金属−酸化物複合材料の焼結体より構成され、
前記主成分は、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記副成分は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、希土類元素の酸化物、及び３Ａ族と４Ａ族の複合酸化物からなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記副成分は、前記焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で１〜１０体積％含有され、
前記酸化物は、前記焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で３〜１０体積％含有されていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項４】
前記発火部では、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子間に形成された隙間の少なくとも一部に、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相が配されていることを特徴とする請求項３に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
スパークプラグにおいて、Ｉｒ等を主成分とした発火部を用いたものが知られている。そして、この発火部の耐火花消耗性を向上させるために、次の技術が提案されている。
すなわち、ＩｒにＲｕ、Ｒｈ、Ｐｔを添加することによって、耐火花消耗性を向上させる技術である。また、Ｉｒに酸化物を添加することによって、耐火花消耗性を向上させる技術も提案されている。これらの添加剤の添加量がそれ程多くなければ、溶解にて鋳塊を得たのち、熱間加工により細い材料（発火部の予備成形体）が得られる。ここでの熱間加工とは、鍛造、圧延、線引き加工等を意味する。ところが、耐火花消耗性を向上させようとして、添加量を増やしすぎると、材料が硬くて脆くなり、熱間加工で割れてしまう。その結果、この場合には、細い材料が得られない。
【０００３】
これに対し、発火部を焼結体から得ることで添加剤の添加量を多くできることが知られている。そして、焼結体で得られる発火部の焼結密度と火花消耗量との間には相関関係があり、発火部の焼結密度が高いほど火花消耗量が小さくなって耐久性が向上することが知られている。
よって、耐火花消耗性を向上させるためには、発火部の焼結密度を上げればよい。
現状、焼結体たる発火部は、ホットプレス法で製造されている。ここで、ホットプレス法とは、カーボン型に焼結材料（粉末）を封入し、昇温しながら加圧する方法である。Ｉｒの融点は、２４５７℃と高いため、焼結温度やプレス圧を上げれば、焼結密度が向上すると考えられる。
しかし、Ｉｒを主成分とした場合には、焼結温度やプレス圧を上げても、焼結密度は向上せず、却って火花消耗量は増大する傾向にある。これは、焼結温度が上昇すると、カーボン型や、カーボン型と焼結材料の間に挿入して用いられるカーボンシートに由来するカーボンが焼結材料中に固溶し、焼結材料が低融点化するためと思われる。よって、現状は、火花消耗量が最少となる、焼結温度及びプレス圧の条件で、ホットプレス法を実施して発火部を製造している。
【０００４】
このような状況の下、Ｉｒを主成分とし、かつＣｕ、Ａｕ及びＡｇの少なくともいずれかを合計で０．３〜８体積％含有する焼結材料が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−４０３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の技術を用いても、火花消耗量の抑制は必ずしも十分とは言えず、火花消耗量の抑制のために新たな技術が切望されていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、火花消耗量を抑制して耐久性の高いスパークプラグを提供することを目的とする。本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）中心電極と、
前記中心電極の外側に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外側に設けられた主体金具と、
前記中心電極と対向するように配置された接地電極と、
前記中心電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備えるスパークプラグであって、
前記発火部は、主成分、副成分、及び不可避不純物からなる金属材料の焼結体より構成され、
前記主成分は、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記副成分は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記副成分は、前記焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で１〜１０体積％含有されていることを特徴とするスパークプラグ。
【０００８】
この構成では、副成分であるＡｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種により、火花消耗量が抑制されて耐久性の高いスパークプラグを提供できる。
【０００９】
（２）前記発火部では、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子間に形成された隙間の少なくとも一部に、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相が配されていることを特徴とする（１）に記載のスパークプラグ。
【００１０】
この構成のスパークプラグの発火部では、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子間に形成された隙間の少なくとも一部に、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相が配されている。よって、発火部の焼結密度が向上し、火花消耗量が抑制されて耐久性の高いスパークプラグを提供できる。
【００１１】
（３）中心電極と、
前記中心電極の外側に設けられた絶縁体と、
前記絶縁体の外側に設けられた主体金具と、
前記中心電極と対向するように配置された接地電極と、
前記中心電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備えるスパークプラグであって、
前記発火部は、主成分、副成分、酸化物、及び不可避不純物からなる金属−酸化物複合材料の焼結体より構成され、
前記主成分は、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記副成分は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、希土類元素の酸化物、及び３Ａ族と４Ａ族の複合酸化物からなる群より選択された少なくとも１種であり、
前記副成分は、前記焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で１〜１０体積％含有され、
前記酸化物は、前記焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で３〜１０体積％含有されていることを特徴とするスパークプラグ。
【００１２】
この構成では、副成分であるＡｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種により、火花消耗量が抑制されて耐久性の高いスパークプラグを提供できる。
【００１３】
（４）前記発火部では、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子間に形成された隙間の少なくとも一部に、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相が配されていることを特徴とする（３）に記載のスパークプラグ。
【００１４】
この構成のスパークプラグの発火部では、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子間に形成された隙間の少なくとも一部に、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相が配されている。よって、発火部の焼結密度が向上し、火花消耗量が抑制されて耐久性の高いスパークプラグを提供できる。
【００１５】
なお、発火部は、焼結材料の焼結体からなるチップを、接地電極及び／又は中心電極に対し溶接により接合して形成することができる。この場合、本明細書でいう「発火部」とは、接合されたチップのうち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例えば、溶接により接地電極や中心電極の材料と合金化した部分を除く残余の部分）を指すものとする。
【００１６】
また、焼結体中の副成分の含有量を表す「体積％」は、本発明では下記のように定義された値を使用する。すなわち、含有される金属元素の数がｎ種類であり、それら各金属元素の重量比率をＭ１、Ｍ２…Ｍｎとする。また、それら金属元素が単体として存在する場合の常温での密度をそれぞれρ１、ρ２…ρｎとした場合、第ｉ成分（ｉ＝１、２、‥‥、ｎ）の体積％（ｖｏｌ％ｉと記す）は、下記数１により算出される値を採用するものとする。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
また、上記（３）（４）の発明では、焼結体には、焼結体の全体を１００体積％とした場合に、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、希土類元素の酸化物、及び３Ａ族と４Ａ族の複合酸化物からなる群より選択された少なくとも１種が合計で３〜１０体積％の範囲内で含有されている。ここで、「３Ａ族と４Ａ族の複合酸化物」とは、元素周期律表の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種）の複合酸化物を意味する。
この場合、上記金属元素の体積％の値は、次のようにして算出されるものを採用するものとする。希土類元素の酸化物は、希土類元素（Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の各金属元素について、Ｃｅは全てＣｅＯ２、Ｐｒは全てＰｒ６Ｏ１１、Ｔｂは全てＴｂ４Ｏ７、他は全てＭ２Ｏ３（ただしＭは、Ｃｅ、Ｐｒ及びＴｂを除く前記希土類元素）の各組成式で表される希土類酸化物の形で存在していると仮定する。
焼結体中の各酸化物（ｍ種類とする）の重量含有比率Ｎｊ（ｊ＝１、２、…、ｍ）を算出する。そして、それら酸化物の常温での密度をそれぞれｄ１、ｄ２、‥‥、ｄｍとした場合、前述のｖｏｌ％ｉを下記数２により算出する。
【００１９】
【数２】
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【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態のスパークプラグを示す正面部分断面図である。
【図２】スパークプラグの要部を示す拡大断面図である。
【図３】従来のスパークプラグの発火部を構成する焼結体の組織の一例を概念的に示す説明図である。
【図４】第１実施形態のスパークプラグの発火部を構成する焼結体の組織の一例を概念的に示す説明図である。
【図５】従来のスパークプラグの発火部を構成する焼結体の組織の一例を概念的に示す説明図である。
【図６】第２実施形態のスパークプラグの発火部を構成する焼結体の組織の一例を概念的に示す説明図である。
【図７】実験例１（比較例）の組織写真（ＥＰＭＡによる反射電子像）である。
【図８】実験例５（実施例）の組織写真（ＥＰＭＡによる反射電子像）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「〜」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０〜２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０〜２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。
【００２２】
（第１実施形態）
スパークプラグ１００の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。スパークプラグ１００は、筒状の主体金具１と、主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁体２と、を備えている。絶縁体２は、その先端部２１が突出するように主体金具１に嵌め込まれている。さらに、スパークプラグ１００は、中心電極３と、接地電極４とを備えている。中心電極３は、その先端に形成された発火部３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられている。接地電極４は、その一端が主体金具１に溶接等により結合されるとともに、他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の先端部と対向するように配置されている。接地電極４には、上記発火部３１に対向する発火部３２が形成されている。発火部３１と、発火部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇとされている。
【００２３】
絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成されている。絶縁体２の内部には、絶縁体２の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための孔部６を有している。主体金具１は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されている。主体金具１は、スパークプラグ１００のハウジングを構成する。主体金具１の外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。
【００２４】
中心電極３の本体部３ａ及び接地電極４の本体部４ａは、例えばＮｉ合金等で構成されている。
図２に示すように、中心電極３の本体部３ａは、先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構成されている。発火部３１は、本体部３ａの先端面に、発火部３１を構成する合金組成からなる円板状のチップを重ね合わせて、レーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Ｗを形成して、チップを本体部３ａに固着して形成されている。対向する発火部３２は、発火部３１に対応する位置において、接地電極４にチップを位置合わせし、レーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Ｗを形成し、チップを接地電極４に固着して形成されている。
【００２５】
なお、発火部３１及び対向する発火部３２（以下、両方をまとめて「発火部３１等」ともいう）のいずれか一方を省略する構成としてもよい。この場合には、発火部３１と接地電極４との間や、発火部３２と中心電極３との間で、火花放電ギャップｇが形成される。
【００２６】
発火部３１等は、主成分、副成分、及び不可避不純物からなる金属材料の焼結体より構成されている。発火部３１及び対向する発火部３２は、同一組成であっても、異なる組成であってもよい。
ここで、主成分は、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｔ（白金）、及びＲｈ（ロジウム）からなる群より選択された少なくとも１種である。なお、主成分とは、含有率（体積％）が５０体積％以上の物質をいう。
副成分は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂｅ（ベリリウム）、及びＩｎ（インジウム）からなる群より選択された少なくとも１種である。
【００２７】
つまり、上述の発火部３１等の構成では、発火部３１等は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種である副成分を含み、
残部がＩｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種である主成分、及び不可避不純物とされている。
【００２８】
副成分は、焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で１〜１０体積％含有されている。副成分は、２〜１０体積％含有されることがより好ましく、４〜１０体積％含有されることが更に好ましい。
この範囲内で、上述の副成分を含有することによって、発火部３１等を形成する際の焼結温度を上げることなく、発火部３１等の焼結密度を向上できる。すなわち、副成分は、主成分よりも低融点の材料である。焼結の際には、この副成分が液化し、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子間に形成された隙間に副成分が配されることにより、焼結体からなる発火部３１等の焼結密度が向上すると考えられる。その結果、発火部３１等の火花消耗量が抑制されると推測される。
【００２９】
なお、好ましい形態では不可避不純物量は合計で、０．０１質量％以下である。不可避不純物量は通常、質量比で管理されることが多いため質量％で示している。
【００３０】
ここで、発火部３１等を上記組成の金属材料の焼結体から構成することにより、その耐久性が向上する理由は下記のように推測される。
図３は、上記副成分がない場合の焼結体の組織の一例を概念的に示す図である。図４は、上記副成分がある場合の焼結体の組織の一例を概念的に示す図である。なお、図３，４において、符号５１は金属相粒の粒子、符号５３は空孔、符号５５は副成分を示している。
図３のように、副成分５５がない場合には、焼結が進まずに、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子５１間に、空孔５３（隙間）が残ってしまう。
これに対して、副成分５５がある場合には、副成分５５が主成分に比べて低融点であるから、焼結の際に副成分５５は融解して、金属相粒の粒子５１間に液体の状態で入り込む。そして、副成分５５は、金属相粒の粒子５１間に液体の状態で入り込んだ状態で焼結される。すなわち、副成分５５は、液相焼結される。従って、この場合の焼結体は、図４に示すように、金属相粒の粒子５１間に副成分５５が配されて空孔５３が埋まった状態となり、焼結密度が向上するものと考えられる。なお、副成分５５により、全ての空孔５３が埋まる必要はなく、空孔５３の一部が埋まっていてもよい。
第１実施形態では、発火部３１等の焼結密度が向上することによって、火花消耗量が抑制されて耐久性の高いスパークプラグが提供される。
【００３１】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態と、発火部３１等の構成が異なる。この点について、説明する。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
発火部３１等は、主成分、副成分、酸化物、及び不可避不純物からなる金属−酸化物複合材料の焼結体より構成されている。発火部３１及び対向する発火部３２は、同一組成であっても、異なる組成であってもよい。
ここで、主成分は、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｔ（白金）、及びＲｈ（ロジウム）からなる群より選択された少なくとも１種である。なお、主成分とは、含有率（体積％）が５０体積％以上の物質をいう。
副成分は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂｅ（ベリリウム）、及びＩｎ（インジウム）からなる群より選択された少なくとも１種である。
酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、希土類元素の酸化物、及び３Ａ族と４Ａ族の複合酸化物からなる群より選択された少なくとも１種である。
ここで、希土類元素とは、ランタノイド元素（Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）の１５元素）、及びＳｃ（スカンジウム）を意味する。
３Ａ族とは、元素周期律表の３Ａ族の希土類元素を意味する。
４Ａ族とは、元素周期律表の４Ａ族のＴｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）を意味する。
【００３３】
上述の発火部３１等の構成では、発火部３１等は、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種である副成分を含み、
Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、希土類元素の酸化物、及び３Ａ族と４Ａ族の複合酸化物からなる群より選択された少なくとも１種である酸化物を含み、
残部がＩｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種である主成分、及び不可避不純物とされている。
【００３４】
副成分は、焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で１〜１０体積％含有されている。副成分は、８〜１０体積％含有されることがより好ましい。
酸化物は、焼結体の全体を１００体積％とした場合に合計で３〜１０体積％含有されている。
この範囲内で、上述の副成分及び酸化物を含有することによって、発火部３１等を形成する際の焼結温度を上げることなく、発火部３１等の焼結密度を向上できる。すなわち、副成分は、主成分よりも低融点の材料である。焼結の際には、この副成分が液化し、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子間に形成された隙間に副成分が配されることにより、焼結体からなる発火部３１等の焼結密度が向上すると考えられる。その結果、発火部３１等の火花消耗量が抑制されると推測される。
【００３５】
なお、好ましい形態では不可避不純物量は合計で、０．０１質量％以下である。不可避不純物量は通常、質量比で管理されることが多いため質量％で示している。
【００３６】
ここで、発火部３１等を上記組成の金属−酸化物複合材料の焼結体から構成することにより、その耐久性が向上する理由は下記のように推測される。
図５は、上記副成分がない場合の焼結体の組織の一例を概念的に示す図である。図６は、上記副成分がある場合の焼結体の組織の一例を概念的に示す図である。なお、図５，６において、符号５１は金属相粒の粒子、符号５３は空孔、符号５５は副成分、符号５７は酸化物を示している。
図５のように、副成分５５がない場合には、焼結が進まずに、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１種を主成分とした金属相粒の粒子５１間に、空孔５３（隙間）が残ってしまう。
これに対して、副成分５５がある場合には、副成分５５が主成分に比べて低融点であるから、焼結の際に副成分５５は融解して、金属相粒の粒子５１間に液体の状態で入り込む。そして、副成分５５は、金属相粒の粒子５１間に液体の状態で入り込んだ状態で焼結される。すなわち、副成分５５は、液相焼結される。従って、この場合の焼結体は、図６に示すように、金属相粒の粒子５１間に副成分５５が配されて空孔５３が埋まった状態となり、焼結密度が向上するものと考えられる。なお、副成分５５により、全ての空孔５３が埋まる必要はなく、空孔５３の一部が埋まっていてもよい。
第２実施形態では、発火部３１等の焼結密度が向上することによって、火花消耗量が抑制されて耐久性の高いスパークプラグが提供される。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【００３８】
１．実験１
（１）中心電極（発火部）の作製
Ｉｒ金属粉末（平均粒径２０μｍ）に対し、Ｐｔ粉末（平均粒径１０μｍ）、及びＡｌ粉末（平均粒径４５μｍ）を所定の比率にて乳鉢で混合し、カーボン型に充填し、１５７０℃、１０Ｍｐａ、Ａｒ雰囲気中で１時間、ホットプレス焼成を実施した。その結果、２２ｍｍ×２２ｍｍ×３ｍｍの板状サンプルを得た。板状サンプルから切断して、円柱状に研削することで、φ１．６ｍｍ×２０ｍｍの中心電極（発火部）を得た。各実験例における中心電極は、Ｉｒ９５重量％とＰｔ５重量％の金属材料（Ｉｒ−５重量％Ｐｔ）を基本材料としている。表１では、焼結体である中心電極の全体（Ｉｒ、Ｐｔ及びＡｌの合計）を１００体積％とした場合の、Ａｌの含有量が体積％（ｖｏｌ％）で示されている。実験例３，４，５，６，７は実施例であり、実験例１，２，８は比較例である。
なお、Ａｌの含有量は、ＩＰＣ法により同定した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
（２）火花消耗試験（机上試験）
（２．１）試験装置の構成
チャンバー内に、中心電極を固定した。この際、チャンバー内に、中心電極を突き出させて固定した。
中心電極の軸に対して交差する方向に接地電極を固定した。
接地電極にはＰｔ−１０重量％Ｎｉの電極チップ（φ１．６ｍｍ×０．５ｍｍ）が接合されており、この外側電極チップと中心電極の先端面が対向している。
この対向した隙間をギャップとした。ギャップ隙間は、１．０５ｍｍであった。
（２．２）試験方法及び判定基準
チャンバー内を一旦真空にした後、Ｎ２ガスを充填・加圧（０．６Ｍｐａ）した。この状態で電極間に１２Ｖの電圧を印加し、キャップ間で放電させた。これを１０時間維持して、１０時間後のギャップ増加量が０．０４ｍｍ以内であればＯＫ、０．０４ｍｍを超えればＮＧとした。
【００４１】
（３）試験結果
試験結果を表１に併記する。表１の結果から、Ａｌの含有量が１〜１０体積％の場合には、ギャップ増加量が抑制されており、耐久性が高いことが分かった。特に、Ａｌの含有量が４〜１０体積％の場合には、ギャップ増加量が０．０２ｍｍ以下であり、耐久性が極めて高いことが分かった。
【００４２】
２．実験２
（１）中心電極（発火部）の作製
Ｉｒ金属粉末（平均粒径２０μｍ）に対し、Ｒｕ粉末（平均粒径１０μｍ）、Ｒｈ粉末（平均粒径２０μｍ）、及びＡｌ粉末（平均粒径４５μｍ）を所定の比率にて乳鉢で混合し、カーボン型に充填し、１５７０℃、１０Ｍｐａ、Ａｒ雰囲気中で１時間、ホットプレス焼成を実施した。その結果、２２ｍｍ×２２ｍｍ×３ｍｍの板状サンプルを得た。板状サンプルから切断して、円柱状に研削することで、φ１．６ｍｍ×２０ｍｍの中心電極（発火部）を得た。各実験例における中心電極は、Ｉｒ８１重量％とＲｕ１０重量％とＲｈ９重量％の金属材料（Ｉｒ−１０重量％Ｒｕ−９重量％Ｒｈ）を基本材料としている。表２では、焼結体である中心電極の全体（Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ及びＡｌの合計）を１００体積％とした場合の、Ａｌの含有量が体積％（ｖｏｌ％）で示されている。実験例１１，１２，１３，１４，１５は実施例であり、実験例９，１０，１６は比較例である。
なお、Ａｌの含有量は、ＩＰＣ法により同定した。
【００４３】
【表２】
2020140800.tif 000006
【００４４】
（２）火花消耗試験（机上試験）
火花消耗試験は、実験１と同様に実施した。
【００４５】
（３）試験結果
試験結果を表２に併記する。表２の結果から、Ａｌの含有量が１〜１０体積％の場合には、ギャップ増加量が抑制されており、耐久性が高いことが分かった。特に、Ａｌの含有量が２〜１０体積％の場合には、ギャップ増加量が０．０３ｍｍ以下であり、耐久性が極めて高いことが分かった。
【００４６】
３．実験３
（１）中心電極（発火部）の作製
Ｉｒ金属粉末（平均粒径２０μｍ）に対し、Ｐｔ粉末（平均粒径１０μｍ）、Ａｌ２Ｏ３粉末（平均粒径１５μｍ）、及びＡｌ粉末（平均粒径４５μｍ）を所定の比率にて乳鉢で混合し、カーボン型に充填し、１５７０℃、１０Ｍｐａ、Ａｒ雰囲気中で１時間、ホットプレス焼成を実施した。その結果、２２ｍｍ×２２ｍｍ×３ｍｍの板状サンプルを得た。板状サンプルから切断して、円柱状に研削することで、φ１．６ｍｍ×２０ｍｍの中心電極（発火部）を得た。各実験例における中心電極は、Ｉｒ９５重量％とＰｔ５重量％の金属材料（Ｉｒ−５重量％Ｐｔ）を基本材料としている。表３では、焼結体である中心電極の全体（Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｌ２Ｏ３及びＡｌの合計）を１００体積％とした場合に、Ａｌ２Ｏ３の含有量及びＡｌの含有量が体積％（ｖｏｌ％）で示されている。実験例２３，２４，２５，２８，２９，３０，３３，３４，３５は実施例であり、実験例１７，１８，１９，２０，２１，２２，２６，２７，３１，３２，３６，３７，３８，３９，４０，４１は比較例である。
なお、Ａｌの含有量は、ＩＰＣ法により同定した。
【００４７】
【表３】
2020140800.tif 000007
【００４８】
（２）火花消耗試験（机上試験）
火花消耗試験は、実験１と同様に実施した。
【００４９】
（３）試験結果
試験結果を表３に併記する。表３の結果から、Ａｌ２Ｏ３の含有量が３〜１０体積％であり、かつＡｌの含有量が１〜１０体積％の場合には、ギャップ増加量が抑制されており、耐久性が高いことが分かった。特に、Ａｌの含有量が８〜１０体積％の場合には、ギャップ増加量が０．０３ｍｍ以下であり、耐久性が極めて高いことが分かった。
【００５０】
４．実験４
（１）中心電極（発火部）の作製
Ｉｒ金属粉末（平均粒径２０μｍ）に対し、Ｐｔ粉末（平均粒径１０μｍ）、及び表４に記載の所定の金属（以下、「所定金属」ともいう）の粉末（平均粒径１０μｍ）を所定の比率にて乳鉢で混合し、カーボン型に充填し、１５７０℃、１０Ｍｐａ、Ａｒ雰囲気中で１時間、ホットプレス焼成を実施した。その結果、２２ｍｍ×２２ｍｍ×３ｍｍの板状サンプルを得た。板状サンプルから切断して、円柱状に研削することで、φ１．６ｍｍ×２０ｍｍの中心電極（発火部）を得た。各実験例における中心電極は、Ｉｒ９５重量％とＰｔ５重量％の金属材料（Ｉｒ−５重量％Ｐｔ）を基本材料としている。表４では、焼結体である中心電極の全体（Ｉｒ、Ｐｔ及び所定金属の合計）を１００体積％とした場合の、所定金属の含有量が体積％（ｖｏｌ％）で示されている。実験例４２−５１は、全て実施例である。
なお、所定金属の含有量は、ＩＰＣ法により同定した。
【００５１】
【表４】
2020140800.tif 000008
【００５２】
（２）火花消耗試験（机上試験）
火花消耗試験は、実験１と同様に実施した。
【００５３】
（３）試験結果
試験結果を表４に併記する。表４の結果から、副成分として、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｉｎを含有させた場合であっても、副成分の含有量が１〜１０体積％の場合には、ギャップ増加量が抑制されており、耐久性の高いことが分かった。
【００５４】
５．組織写真
図７に実験例１（比較例）のＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）による反射電子像を示す。黒く示されている部分に空孔が観察された。
図８に実験例５（実施例）のＥＰＭＡによる反射電子像を示す。黒い空孔は、ほとんど観察されなかった。
図７，８より、図８の実験例５（実施例）では、金属相粒の粒子間に副成分であるＡｌが配されて空孔が埋まった状態となり、焼結密度が向上していることが確認された。
これらの組織写真を考慮しつつ、火花消耗試験の結果を検討すると、実験例５（実施例）の場合には、焼結密度が向上することによって、火花消耗量が抑制されて耐久性が高くなったものと推測される。
【００５５】
＜他の実施形態（変形例）＞
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１    …主体金具
２    …絶縁体
３    …中心電極
３ａ  …本体部
４    …接地電極
４ａ  …本体部
６    …孔部
７    …ねじ部
２１  …先端部
３１  …発火部
３２  …発火部
５１  …粒子
５３  …空孔
５５  …副成分
５７  …酸化物
１００…スパークプラグ
Ｗ    …溶接部
ｇ    …火花放電ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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