(57)【要約】【課題】母材に接合された放電部材を剥離し難く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、母材と、自身の少なくとも一部が拡散層を介して母材に接合された放電部材と、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、を備える。母材は、Ｎｉを５０質量％以上、Ｃｒを８質量％以上４０質量％以下、Ｓｉを０．０５質量％以上２質量％以下、Ａｌを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｍｎを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材と、自身の少なくとも一部が拡散層を介して前記母材に接合された放電部材と、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、
前記母材は、Ｎｉを５０質量％以上、Ｃｒを８質量％以上４０質量％以下、Ｓｉを０．０５質量％以上２質量％以下、Ａｌを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｍｎを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有するスパークプラグ。
【請求項２】
前記母材は、Ｃｒを２２質量％以上２８質量％以下、Ｓｉを０．７質量％以上１．３質量％以下、Ａｌを０．６質量％以上１．２質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上１．１質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．０７質量％以下含有する請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記母材のＳｉの含有率をＸ（質量％）、前記母材のＦｅの含有率をＹ（質量％）としたときに、２．５≦Ｘ／Ｙを満たす請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記母材のＳｉの含有率をＸ（質量％）、前記母材のＦｅの含有率をＹ（質量％）としたときに、２．５≦Ｘ／Ｙ≦４００を満たす請求項３に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記母材は、Ｎｉを含有する固溶体の中に偏析物が存在し、
前記母材の断面において、前記母材の面積に占める前記偏析物の面積は０．０１％以上４％以下である請求項１から４のいずれか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し、特に放電部材の少なくとも一部が拡散層を介して母材に接合されたスパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの高性能化や燃焼効率の向上などに伴い、使用環境下におけるスパークプラグの電極の温度は高くなる傾向にある。母材に放電部材が接合された第１電極が火花ギャップを介して第２電極に対向するスパークプラグでは、第１電極の温度の上昇により放電部材の接合部位の熱応力が大きくなるので、放電部材の剥離が懸念される。そこで、特許文献１の技術は母材にＦｅを０．０５質量％以上５質量％以下含有させることにより、高温強度や高温耐食性を向上させながら放電部材の剥離を抑制する。特許文献２の実施例は母材にＦｅを２質量％含有させることにより、母材の高温強度を確保して放電部材の剥離を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１０５４６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、さらなる電極の高温化に伴い、上記技術では放電部材の耐剥離性を十分に確保できないおそれが見出された。つまり、母材と放電部材との接合部位では、これらの熱膨張係数の差による熱応力が発生し、クラックが生じ易い。このクラックに酸素が侵入すると、母材に由来するＦｅに酸素が結合して母材と放電部材との接合部位に酸化鉄が生成される。酸化鉄は、エンジンの使用環境下では、酸化還元により結晶構造が変化して体積変化をするので、母材と放電部材との接合部位の応力をより大きくする。これにより放電部材が母材から剥離し易くなるおそれがある。
【０００５】
特に、放電部材の少なくとも一部が拡散層を介して母材に接合された電極は、レーザ溶接による溶融部を介して放電部材が母材に接合された電極に比べ、拡散層による応力の緩衝効果が乏しいので、放電部材はさらに剥離し易くなるおそれがある。
【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、母材に接合された放電部材を剥離し難く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、母材と、自身の少なくとも一部が拡散層を介して母材に接合された放電部材と、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、を備える。母材は、Ｎｉを５０質量％以上、Ｃｒを８質量％以上４０質量％以下、Ｓｉを０．０５質量％以上２質量％以下、Ａｌを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｍｎを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のスパークプラグによれば、母材は、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有し、酸素との親和力がＦｅよりも高いＳｉを０．０５質量％以上２質量％以下含有するので、母材の脆化を抑制しつつ、拡散層と放電部材との界面、拡散層と母材との界面、拡散層における酸化鉄の生成を抑制できる。これにより母材の強度を確保し、さらに酸化鉄の体積変化による拡散層の応力を低減できるので、母材に接合された放電部材を剥離し難くできる。
【０００９】
請求項２記載のスパークプラグによれば、母材は、Ｃｒを２２質量％以上２８質量％以下、Ｓｉを０．７質量％以上１．３質量％以下、Ａｌを０．６質量％以上１．２質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上１．１質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．０７質量％以下含有する。これにより放電部材をさらに剥離し難くできる。
【００１０】
請求項３及び４に記載のスパークプラグによれば、母材のＳｉの含有率をＸ（質量％）、母材のＦｅの含有率をＹ（質量％）としたときに２．５≦Ｘ／Ｙを満たす。母材に含まれるＳｉによってＦｅの酸化および酸化鉄の体積変化の抑制効果を向上できるので、放電部材をさらに剥離し難くできる。
【００１１】
請求項５記載のスパークプラグによれば、母材はＮｉを含有する固溶体の中に偏析物が存在し、母材の断面において、母材の面積に占める偏析物の面積は０．０１％以上４％以下である。母材の高温強度を確保することにより、放電部材をさらに剥離し難くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】接地電極の断面図である。
【図３】拡散層の近傍の元素分布を示す図である。
【図４】母材の断面図である。
【図５】溶融部の近傍の元素分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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は軸線Ｏを境にした一実施の形態におけるスパークプラグ１０の片側断面図である。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（図２においても同じ）。
【００１４】
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、機械的特性や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。
【００１５】
中心電極１３は、軸孔１２に挿入されて絶縁体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が埋設されている。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。
【００１６】
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。
【００１７】
主体金具１７は、内燃機関のねじ穴（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。
【００１８】
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。母材１９は、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃ，Ｆｅを含有する。なお、これら以外の元素を含んでいても良い。
【００１９】
放電部材２０は、例えば母材１９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。放電部材２０の放電面２１は、火花ギャップ２２を介して中心電極１３と対向する。本実施形態では、放電部材２０はＰｔを主体としＮｉを含有する合金であり、円形の放電面２１をもつ円盤状に形成されている。
【００２０】
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。抵抗溶接によって母材１９に放電部材２０を接合した後、放電部材２０が中心電極１３と軸線方向に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。抵抗溶接の後、放電部材２０が接合された母材１９に熱処理を行うことは可能である。
【００２１】
図２は、放電部材２０の放電面２１の中心２３を通る直線２４のうち軸線Ｏに平行な直線２４を含む接地電極１８の断面図である。本実施形態では、スパークプラグ１０の軸線Ｏは直線２４に一致する。放電部材２０は、少なくとも一部が拡散層２５を介して母材１９に接合されている。拡散層２５は、母材１９と放電部材２０との間に生じた原子の拡散（原子間接合）により母材１９と放電部材２０とを接合する。放電部材２０及び母材１９が溶融凝固した溶融部が、放電部材２０と母材１９との界面の一部に形成されていても良い。しかし、溶融部は拡散層２５に含まれない。
【００２２】
図３は拡散層２５の近傍の元素分布を示す図である。図３は、直線２４を含む接地電極１８の研磨面において、拡散層２５に垂直な直線２４の上を、放電部材２０から母材１９まで一定間隔（例えば１μｍ）でＰｔ及びＮｉの含有率を測定し、プロットした図である。図３の横軸は元素の含有率（質量％）であり、左側は含有率が低いことを示す。縦軸は距離（スパークプラグ１０の軸線Ｏ方向の位置ともいえる）であり、下側はスパークプラグ１０の先端側を示す。
【００２３】
母材１９及び放電部材２０に含まれる元素の含有率は、熱陰極電界放射型電子銃を搭載したＦＥ−ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製ＪＸＡ８５００Ｆ）のＷＤＳ分析により求めることができる。このＷＤＳ分析により定性分析を行った後、定量分析を実施して質量組成を測定することにより、検出した元素の質量組成の総和に対する含有率（質量％）を測定する。
【００２４】
本実施形態では、Ｎｉを主体とする合金からなる母材１９はＰｔを含有していない。一方、放電部材２０はＰｔを主体としＮｉを含有している。放電部材２０のＮｉの含有率は母材１９のＮｉの含有率より低いので、Ｐｔ及びＮｉの分布がわかれば、母材１９と放電部材２０との間を原子が拡散した拡散層２５の位置を特定できる。
【００２５】
拡散層２５は、放電部材２０と母材１９との熱圧接により原子の拡散が生じている。拡散層２５は、放電部材２０に含まれる特定の元素（本実施形態ではＰｔ）の含有率が、放電部材２０から母材１９に向かって連続的に減少している。また拡散層２５は、母材１９に含まれる特定の元素（本実施形態ではＮｉ）の含有率が、母材１９から放電部材２０に向かって連続的に減少している。
【００２６】
これに対し、レーザ溶接により形成された溶融部２６について説明する。図５はレーザ溶接により形成された溶融部２６が、母材１９と放電部材２０の間に形成されたサンプルにおいて、溶融部２６の近傍の元素分布を示す図である。図５は溶融部２６を横切るように放電部材２０から母材１９まで一定間隔（例えば１μｍ）でＰｔ及びＮｉの含有率を測定し、プロットした図である。図５の横軸は含有率（質量％）であり、左側は含有率が低いことを示す。縦軸は距離（スパークプラグの軸線Ｏ方向の位置ともいえる）であり、下側はスパークプラグの先端側を示す。溶融部２６は、溶融した母材１９及び放電部材２０が流動して凝固することにより、拡散層２５とは異なり、放電部材２０や母材１９からの距離とは無関係に元素（Ｐｔ及びＮｉ）が入り交ざっている。
【００２７】
図２に戻って拡散層２５の厚さＴの測定方法を説明する。図２では、放電部材２０の放電面２１の中心２３を通る直線２４が拡散層２５に垂直に交わるので、放電部材２０から母材１９まで直線２４の上の測定点のＰｔ及びＮｉの含有率を、ＦＥ−ＥＰＭＡのＷＤＳ分析により測定する。
【００２８】
初めに、放電部材２０の放電面２１から母材１９側に向かって１０μｍ離れた測定点Ａを放電部材２０の最初の測定点（基点）として、母材１９側に向かって１０μｍ間隔で５つの測定点をとり、定量分析を行う。５つの測定点のＰｔの含有率の平均値を放電部材２０のＰｔの含有率Ｗ１とする。
【００２９】
次に、放電部材２０の５つの測定点のうち母材１９に最も近い測定点から母材１９側に向かって一定間隔（例えば１μｍ）間隔で直線２４上に測定点をとり、定量分析を行う。その測定点のうちＰｔの含有率Ｗ２がＷ１以下であり、且つ、その測定点よりも母材１９側の測定点のＰｔの含有率がＷ２以下となる全ての測定点のうち放電部材２０に最も近い測定点Ｂを特定する。測定点Ｂの位置を、Ｐｔについて測定された放電部材２０と拡散層２５との境界の位置とする。
【００３０】
次いで、放電部材２０から遠ざかる側へ向かって測定点Ｂから１００μｍ離れた直線２４上の測定点Ｃを母材１９の最初の測定点（基点）として、放電部材２０から遠ざかる側へ向かって１０μｍ間隔で直線２４上に５つの測定点をとり、定量分析を行う。５つの測定点のＰｔの含有率の平均値を母材１９のＰｔの含有率Ｗ３とする。
【００３１】
次に、母材１９の５つの測定点のうち放電部材２０に最も近い測定点Ｃから放電部材２０側に向かって一定間隔（例えば１μｍ）間隔で直線２４上に測定点をとり、定量分析を行う。その測定点のうちＰｔの含有率Ｗ４がＷ３以上であり、且つ、その測定点よりも放電部材２０側の測定点のＰｔの含有率がＷ４以上となる全ての測定点のうち母材１９に最も近い測定点Ｄを特定する。測定点Ｄの位置を、Ｐｔについて測定された母材１９と拡散層２５との境界の位置とする。測定点Ｂと測定点Ｄとの間の軸線方向の距離を、Ｐｔについて測定された拡散層２５の厚さＴ１とする。
【００３２】
同様に、放電部材２０の放電面２１から母材１９側に向かって１０μｍ離れた測定点Ａを放電部材２０の最初の測定点（基点）として、母材１９側に向かって１０μｍ間隔で直線２４上に５つの測定点をとり、定量分析を行う。５つの測定点のＮｉの含有率の平均値を放電部材２０のＮｉの含有率Ｗ５とする。
【００３３】
次に、放電部材２０の５つの測定点のうち母材１９に最も近い測定点から母材１９側に向かって一定間隔（例えば１μｍ）間隔で直線２４上に測定点をとり、定量分析を行う。その測定点のうちＮｉの含有率Ｗ６がＷ５以上であり、且つ、その測定点よりも母材１９側の測定点のＮｉの含有率がＷ６以上となる全ての測定点のうち放電部材２０に最も近い測定点Ｅを特定する。測定点Ｅの位置を、Ｎｉについて測定された放電部材２０と拡散層２５との境界の位置とする。
【００３４】
次いで、放電部材２０から遠ざかる側へ向かって測定点Ｅから１００μｍ離れた直線２４上の測定点Ｆを母材１９の最初の測定点（基点）として、放電部材２０から遠ざかる側へ向かって１０μｍ間隔で直線２４上に５つの測定点をとり、定量分析を行う。５つの測定点のＮｉの含有率の平均値を母材１９のＮｉの含有率Ｗ７とする。
【００３５】
次に、母材１９の５つの測定点のうち放電部材２０に最も近い測定点Ｆから放電部材２０側に向かって一定間隔（例えば１μｍ）間隔で直線２４上に測定点をとり、定量分析を行う。その測定点のうちＮｉの含有率Ｗ８がＷ７以下であり、且つ、その測定点よりも放電部材２０側の測定点のＮｉの含有率がＷ８以下となる全ての測定点のうち母材１９に最も近い測定点Ｇを特定する。測定点Ｇの位置を、Ｎｉについて測定された母材１９と拡散層２５との境界の位置とする。測定点Ｅと測定点Ｇとの間の軸線方向の距離を、Ｎｉについて測定された拡散層２５の厚さＴ２とする。
【００３６】
厚さＴ２、Ｐｔについて測定された拡散層２５の厚さＴ１のうち大きい方を拡散層２５の厚さＴ（図３参照）とする。拡散層２５の厚さＴは、放電部材２０の耐剥離性を考慮して５μｍ以上であることが好ましいが、通常は７０μｍ未満となる。
【００３７】
なお、測定点Ａ，Ｃ，Ｆをそれぞれ基点とする５つの測定点において母材１９及び放電部材２０の質量組成を決定するためのＦＥ−ＥＰＭＡのＷＤＳ分析は、加速電圧２０ｋＶ、スポット径１０μｍの条件で行う。拡散層２５の厚さを決定するための測定点Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇを特定するときのＷＤＳ分析は、加速電圧２０ｋＶ、スポット径１μｍの条件で行う。
【００３８】
分析を行う元素はＰｔ及びＮｉに限らない。分析を行う元素は母材１９又は放電部材２０に含まれる元素の中から適宜２種類選択すれば良い。但し、母材１９に最も多く含まれるＮｉと、放電部材２０に最も多く含まれる元素と、を選択すると容易に拡散層２５の厚さを測定できると考えられる。
【００３９】
放電部材２０の放電面２１の表面性状や拡散層２５の厚さによっては、測定点Ａ，Ｃ，Ｆにおいて濃度勾配がある場合や、測定点Ａ，Ｃ，Ｆが拡散層２５内に位置する場合があり得る。この場合は、測定点Ａ，Ｃ，Ｆにおける測定値が、放電部材２０や母材１９の組成を代表していないので、測定点Ａ，Ｃ，Ｆの位置を適宜に変更して測定を行う。要するに、測定点Ａは、接合前の放電部材２０の組成を代表する測定値が得られる部位に定めれば良く、測定点Ｃ，Ｆは、接合前の母材１９の組成を代表する測定値が得られる部位に定めれば良い。
【００４０】
図４は母材１９の断面図である。直線２４上に放電部材２０や母材１９の偏析物２７が存在する場合、拡散層２５と並んで溶融部（図示せず）が存在する場合、直線２４上に母材１９や放電部材２０のボイド（図示せず）が存在する場合など、偏析物２７やボイド等が測定値に影響を与えていると思われる場合には、その測定点の代わりに、偏析物２７やボイド等の影響がなくその測定点に最も近い２つの測定点を選択し、その２点の平均値を採用する。
【００４１】
母材１９はＮｉを含有する固溶体であり、偏析物２７は、母材１９の固溶体とは異なる結晶構造をもつ。偏析物２７は、母材１９を構成する元素や不純物の炭化物、窒化物、酸化物、金属間化合物などが挙げられる。適量の偏析物２７は、母材１９の強度を確保するのに役立つ。
【００４２】
ところで、放電部材の少なくとも一部が拡散層を介して母材に接合されたスパークプラグでは、母材がＦｅを含む場合、Ｆｅが放電部材の耐剥離性に大きな影響を与えうることが課題となる。つまり、スパークプラグの使用環境下において接地電極の温度が上昇すると、拡散層と放電部材との界面、拡散層と母材との界面、拡散層の内部へ酸素原子が拡散し、母材に由来するＦｅが酸素と結合して酸化鉄を生成する。酸化鉄は酸化還元により結晶構造が変化して体積変化をするので、拡散層の応力をより大きくする。その結果、拡散層を介して母材に接合された放電部材が剥離し易くなる。
【００４３】
一方、レーザ溶接により形成された溶融部２６（図５参照）を介して母材に放電部材が接合されたスパークプラグでは、母材と放電部材との線熱膨張係数の差による熱応力を溶融部２６が緩衝するので、母材に含まれるＦｅは、放電部材の剥離に大きな影響を与えない。
【００４４】
これに対し本実施形態では、放電部材２０の少なくとも一部が拡散層２５を介して母材１９に接合されたスパークプラグ１０において、母材１９は、Ｎｉを５０質量％以上、Ｃｒを８質量％以上４０質量％以下、Ｓｉを０．０５質量％以上２質量％以下、Ａｌを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｍｎを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有する。
【００４５】
なお、母材１９の各元素の含有率（質量％）は、測定点Ｃ（図２参照）を基点とする５つの測定点におけるＦＥ−ＥＰＭＡのＷＤＳ分析による質量組成の分析結果に基づいて算出する。但し、測定点Ｃの代わりに測定点Ｆ（図２参照）を基点とする５つの測定点から母材１９の各元素の含有率（質量％）を算出しても良い。要するに、接合前の母材１９の組成を代表する測定値が得られる箇所について測定すれば良い。
【００４６】
母材１９はＮｉを５０質量％以上含有することにより、母材１９の耐熱性を確保できる。Ｃｒを８質量％以上４０質量％以下含有することにより、母材１９の表面に形成されるＣｒ酸化膜により母材１９の耐酸化性を確保できると共に、Ｃｒ窒化物やＣｒ炭化物などの偏析物２７を生成させ難くすることができる。Ｓｉを０．０５質量％以上２質量％以下含有することにより、母材１９の耐酸化性を確保できると共に、Ｓｉ化合物からなる偏析物２７の生成を抑制できる。Ａｌを０．０１質量％以上２質量％以下含有することにより、高温強度および高温耐食性を確保できる。
【００４７】
母材１９はＭｎを０．０１質量％以上２質量％以下含有することにより、脱硫により母材１９の脆化を防ぐことができると共に、Ｍｎ硫化物などの偏析物２７の生成を抑制できる。Ｃを０．０１質量％以上０．１質量％以下含有することにより、高温強度を確保できると共に、Ｃｒ炭化物などの偏析物２７の生成を抑制できる。Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有することにより酸化鉄の生成を抑制できる。なお、母材１９のＮｉ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃ，Ｆｅ以外の元素および不可避不純物元素の含有率は、合わせて１質量％以下が好ましく、０．４質量％以下がより好ましい。
【００４８】
母材１９は、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有し、酸素との親和力がＦｅよりも高いＳｉを０．０５質量％以上２質量％以下含有する。酸素との親和性がＦｅよりも高く、且つ、エンジンの燃焼室（図示せず）に露出している部位へ拡散し易いＳｉがＦｅよりも多く含まれているので、拡散層２５と放電部材２０との界面、拡散層２５と母材１９との界面、拡散層２５において、母材１９に由来するＳｉに酸素が優先的に結合してＳｉの酸化膜が生成される。このＳｉの酸化膜の存在により、母材１９に由来するＦｅに酸素が結合した酸化鉄の生成を抑制できる。
【００４９】
また、Ｓｉの含有率が２質量％以下なので、母材１９の脆化を抑制しつつ酸化鉄の生成を抑制できる。よって、母材１９の強度を確保し、さらに酸化鉄の体積変化による拡散層２５の応力を低減できる。その結果、放電部材２０を剥離し難くできる。
【００５０】
母材１９のＳｉの含有率をＸ（質量％）、母材１９のＦｅの含有率をＹ（質量％）としたときの比率Ｘ／Ｙは、Ｘ／Ｙ≧２．５が好ましい。母材１９に含まれるＳｉによってＦｅの酸化および酸化鉄の体積変化の抑制効果を向上させ、放電部材２０をさらに剥離し難くするためである。
【００５１】
母材１９の断面において母材１９の面積に占める偏析物２７の面積は０．０１％以上４％以下が好ましい。母材１９の脆化を防ぎ、母材１９の強度を確保するためである。偏析物２７の面積が０．０１％以上であると、母材１９の高温強度がより高まるので、母材１９が変形し難くなる。これによりエンジンの燃焼室に露出している部位に生成された酸化膜が剥離し難くなるので、拡散層２５と放電部材２０との界面、拡散層２５と母材１９との界面、拡散層２５の内部へ酸素原子が拡散して酸化鉄が生成されることをより抑制できる。偏析物２７の面積が４％以下であると、母材１９の脆化が抑制される。よって、偏析物２７の面積が０．０１％以上４％以下であると、母材１９の高温強度を確保することにより、放電部材２０をさらに剥離し難くできる。
【００５２】
偏析物２７は、波長分散形Ｘ線検出器（ＷＤＸ或いはＷＤＳ）を搭載したＥＰＭＡ、エネルギー分散形Ｘ線検出器（ＥＤＸ或いはＥＤＳ）を取り付けたＳＥＭ等によるマッピング又は組成像の分析により検出できる。４００μｍ×６００μｍの大きさの矩形の視野で母材１９の断面を撮像後、画像処理により母材１９の面積に占める偏析物２７の面積（％）を求める。
【実施例】
【００５３】
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。
【００５４】
（サンプル１−４５の作成）
試験者は、表１に示す組成からなる種々の母材１９と、Ｐｔ：８０質量％，Ｒｈ：２０質量％及び検出限界以下の不可避不純物からなる円盤状の放電部材２０と、を準備した。試験者は、抵抗溶接により母材１９に放電部材２０を接合し、サンプル１−４５におけるスパークプラグ１０を得た。各サンプルについて耐剥離性の評価の他に母材１９の断面観察などを行うので、各サンプルは同一の条件で作成したものを複数準備した。母材１９と放電部材２０との間に形成された拡散層２５の厚さＴは、いずれのサンプルも７０μｍ未満であった。
【００５５】
【表１】
2020077558.tif 000003
表１には、母材のＳｉの含有率をＸ（質量％）、母材のＦｅの含有率をＹ（質量％）としたときの比率Ｘ／Ｙを記した。また、４００μｍ×６００μｍの大きさの矩形の視野で母材１９の断面を撮像後、画像処理により母材１９の面積に占める偏析物２７の面積（％）を求め、その値が０．０１％以上４％以下のサンプルは「ｇｏｏｄ」、その値が０．０１％未満または４％よりも大きいサンプルは「ｂａｄ」を表１の偏析物の欄に記した。
【００５６】
（耐剥離性試験）
試験者は各サンプルを４気筒２リットルのエンジンの各気筒に取り付け、１分間の４０００ｒｐｍの負荷に続けて１分間のアイドル回転数の負荷を繰り返し各サンプルに加える試験を１００時間実施した。４０００ｒｐｍ時の放電部材２０の温度は９５０℃であった。なお、放電部材２０の温度は、耐剥離性試験を始める前に、放電部材２０の近くに到達する穴をあけたスパークプラグを用いて、放電部材２０の近くの母材１９の先端部に熱電対の測温接点を配置して測定した。１回の火花放電において点火コイルから各サンプルへ供給されるエネルギーは１００ｍＪであった。
【００５７】
試験後、ＳＥＭを用いて、各サンプルについて、放電部材２０の放電面２１の中心２３を通る直線２４であって軸線Ｏに平行な直線２４を含む接地電極１８の断面を観察し、拡散層２５の両端から拡散層２５の中央へ向かってそれぞれ進展したクラックの長さＬ１，Ｌ２を測定した。クラックの長さの合計値Ｌ１＋Ｌ２を放電面２１の長さＬで除した値Ｍ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌを求め、Ｍに基づいてＡからＥまで５つのランクに分けた。判定基準は以下のとおり。Ａ：Ｍ＜２０％，Ｂ：２０％≦Ｍ＜３０％，Ｃ：３０％≦Ｍ＜４０％，Ｄ：４０％≦Ｍ＜５０％，Ｅ：Ｍ≧５０％又は放電部材２０が脱落した。耐剥離性試験の結果は表１の剥離性の欄に記した。
【００５８】
表１に示すようにサンプル７，１６，２３，２９，３４，３９−４５は、耐剥離性試験の判定がＥであった。サンプル７はＣｒの含有率が４０質量％よりも大きかった。サンプル１６はＳｉの含有率が２質量％よりも大きかった。サンプル２３はＡｌの含有率が２質量％よりも大きかった。サンプル２９はＭｎの含有率が２質量％よりも大きかった。サンプル３４はＣの含有率が０．１質量％よりも大きかった。サンプル３９はＣｒの含有率が８質量％よりも小さかった。
【００５９】
サンプル４０はＣｒの含有率が４０質量％よりも大きく、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎの含有率がそれぞれ２質量％よりも大きく、Ｃの含有率が０．１質量％よりも大きかった。サンプル４１−４３はＦｅの含有率が０．０４質量％よりも大きかった。サンプル４４はＳｉの含有率が２質量％よりも大きかった。サンプル４５はＡｌの含有率が２質量％よりも大きかった。
【００６０】
サンプル１−７は主にＣｒの含有率が異なるサンプルである。サンプル１−６は耐剥離性試験の判定がＡ，Ｂのいずれかであった。サンプル２，３，５はＡ判定であり、サンプル１，４，６はＢ判定であった。Ｃｒの含有率が、サンプル１は８質量％以上２２質量％未満であり、サンプル６は２８質量％よりも大きく４０質量％以下であった。サンプル４は偏析物の面積が０．０１％以上４％以下を満たしていなかった。
【００６１】
サンプル８−１６は主にＳｉの含有率が異なるサンプルである。サンプル８−１５は耐剥離性試験の判定がＡ−Ｃのいずれかであった。サンプル１０−１２はＡ判定であり、サンプル９，１３−１５はＢ判定であり、サンプル８はＣ判定であった。Ｓｉの含有率が、サンプル８，９は０．０５質量％以上０．７質量％未満であり、サンプル１３−１５は１．３質量％よりも大きく２質量％以下であった。加えて、サンプル８はＸ／Ｙ＜２．５であった。
【００６２】
サンプル１７−２３は主にＡｌの含有率が異なるサンプルである。サンプル１７−２２は耐剥離性試験の判定がＡ，Ｂのいずれかであった。サンプル１９，２０はＡ判定であり、サンプル１７，１８，２１，２２はＢ判定であった。Ａｌの含有率が、サンプル１７，１８は０．０１質量％以上０．６質量％未満であり、サンプル２１，２２は１．２質量％よりも大きく２質量％以下であった。
【００６３】
サンプル２４−２９は主にＭｎの含有率が異なるサンプルである。サンプル２４−２８は耐剥離性試験の判定がＡ，Ｂのいずれかであった。サンプル２５，２６はＡ判定であり、サンプル２４，２７，２８はＢ判定であった。Ｍｎの含有率が、サンプル２４は０．０１質量％以上０．１質量％未満であり、サンプル２７，２８は１．１質量％よりも大きく２質量％以下であった。
【００６４】
サンプル３０−３４は主にＣの含有率が異なるサンプルである。サンプル３０−３３は耐剥離性試験の判定がＡ−Ｃのいずれかであった。サンプル３０，３１はＡ判定であり、サンプル３２はＢ判定であり、サンプル３３はＣ判定であった。サンプル３２は偏析物の面積が０．０１％以上４％以下を満たしていなかった。サンプル３３はＣの含油率が０．０７質量％よりも大きく０．１質量％以下であり、加えて、偏析物の面積が０．０１％以上４％以下を満たしていなかった。
【００６５】
サンプル３５−３８は耐剥離性試験の判定がＢ−Ｄのいずれかであった。サンプル３５，３６はＢ判定であり、サンプル３７はＣ判定であり、サンプル３８はＤ判定であった。サンプル３５はＡｌの含有率が０．０１質量％以上０．６質量％未満であり、Ｍｎの含有率が１．１質量％よりも大きく２質量％以下であった。サンプル３６はＣｒの含有率が２８質量％よりも大きく４０質量％以下であった。サンプル３７はＡｌの含有率が０．０１質量％以上０．６質量％未満であり、偏析物の面積が０．０１％以上４％以下を満たしていなかった。サンプル３８はＡｌの含有率が０．０１質量％以上０．６質量％未満であり、Ｍｎの含有率が０．０１質量％以上０．１質量％未満であり、Ｘ／Ｙ＜２．５であった。
【００６６】
Ａ判定のサンプル２，３，５，１０−１２，１９，２０，２５，２６，３０，３１は、Ｎｉを５０質量％以上、Ｃｒを２２量％以上２８質量％以下、Ｓｉを０．７質量％以上１．３質量％以下、Ａｌを０．６質量％以上１．２質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上１．１質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．０７質量％以下、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有し、Ｘ／Ｙ≧２．５であり、偏析物の面積が０．０１％以上４％以下を満たしていた。
【００６７】
この実施例によれば、母材が、Ｎｉを５０質量％以上、Ｃｒを８質量％以上４０質量％以下、Ｓｉを０．０５質量％以上２質量％以下、Ａｌを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｍｎを０．０１質量％以上２質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．１質量％以下、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有することにより、耐剥離性試験の判定をＡ−Ｄのいずれにできることが明らかになった。
【００６８】
また、母材が、Ｎｉを５０質量％以上、Ｃｒを２２質量％以上２８質量％以下、Ｓｉを０．７質量％以上１．３質量％以下、Ａｌを０．６質量％以上１．２質量％以下、Ｍｎを０．１質量％以上１．１質量％以下、Ｃを０．０１質量％以上０．０７質量％以下、Ｆｅを０．００１質量％以上０．０４質量％以下含有することにより、耐剥離性試験の判定をＡ，Ｂのいずれにできることが明らかになった。加えて、Ｘ／Ｙ≧２．５、偏析物の面積が０．０１％以上４％以下を満たすことにより耐剥離性試験をＡ判定にできることが明らかになった。
【００６９】
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。
【００７０】
実施形態では、放電部材２０の形状が円盤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、三角柱や四角柱等の多角柱状などが挙げられる。
【００７１】
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。この場合、中間材は母材１９の一部であり、放電部材２０は拡散層２５を介して中間材（母材１９）に接合される。
【００７２】
実施形態では、第１電極として接地電極１８を例示し、接地電極１８の母材１９と放電部材２０との間の拡散層２５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。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と放電部材１５との間が拡散層２５を介して接合される。中心電極１３の母材１４の組成を接地電極１８の母材１９の組成と同様にすることで、上述の実施形態と同様に、放電部材１５の母材１４からの剥離を抑制できる。
【００７３】
実施形態では、抵抗溶接により母材１９と放電部材２０との間に拡散層２５を形成す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及び放電部材２０の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に母材１９と放電部材２０とを密着させ、原子の拡散を利用して拡散層２５を形成し、母材１９と放電部材２０とを接合（いわゆる拡散接合）することは当然可能である。
【００７４】
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。
【００７５】
実施形態では、中心電極１３の軸線Ｏと放電部材２０の放電面２１の中心２３とを一致させ、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。
【符号の説明】
【００７６】
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）
１９  母材
２０  放電部材
２２  火花ギャップ
２５  拡散層
２７  偏析物
【図１】
2020077558.tif 000004
【図２】
2020077558.tif 000005
【図３】
2020077558.tif 000006
【図４】
2020077558.tif 000007
【図５】
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