(57)【要約】【課題】貴金属チップにて放電部を形成したスパークプラグであって、放電部の火花消耗や酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、放電部表面における貴金属チップの剥離を抑制することができるスパークプラグを提供する。【解決手段】中心電極（３）と、その中心電極（３）の先端部に自身の側面が対向するように配置された接地電極（４）とを備え、火花放電ギャップｇに対向する位置においてそれら中心電極（３）と接地電極（４）との少なくとも一方に、中心電極側貴金属チップ（３１’）、接地電極側貴金属チップ（３２’）を溶接することにより中心電極側放電面（３１ｔ）、接地電極側放電面（３２ｔ）を有する中心電極側放電部（３１）、接地電極側放電部（３２）が形成され、中心電極側貴金属チップ（３１’）、接地電極側貴金属チップ（３２’）は、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を含有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、その中心電極の先端部に自身の側面が対向するように配置された接地電極と、を備え、火花放電ギャップに対向する位置においてそれら中心電極と接地電極との少なくとも一方に、貴金属チップを溶接することにより放電面を有する放電部が形成され、
前記貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を含有することを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、Ｎｉの含有量以上であ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】
前記貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、１〜２０質量％であ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４】
前記貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、４〜８質量％であることを特徴とする請求項３に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記貴金属チップは、０．５〜８質量％のＮｉが含有されていることを特徴とする請求項１乃至４に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記貴金属チップは、０．５〜４０質量％のＲｈが含有されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記貴金属チップは、Ｓｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆから選ばれる元素の酸化物（複合酸化物を含む）が含有されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記貴金属チップは、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３及びＺｒ２Ｏ３の少なくとも一方が含有されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項９】
中心電極と、その中心電極の先端部に中心電極側貴金属チップが溶接されてなる中心電極側放電部と、前記中心電極の先端部に自身が対向するように配置された接地電極と、接地電極に接地電極側貴金属チップが溶接されてなる接地電極側放電部を備え、中心電極側放電部と接地電極側放電部とにより火花放電ギャップを形成し、
前記中心電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を含有し、
前記接地電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有し、かつ、前記中心電極側貴金属チップよりもＲｈの含有量が多いことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項１０】
前記接地電極側貴金属チップには、０．５〜８質量％のＮｉが含有されていることを特徴とする請求項９に記載のスパークプラグ。
【請求項１１】
前記接地電極側貴金属チップには、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方が１〜２０質量％含まれていることを特徴とする請求項９または１０に記載のスパークプラグ。
【請求項１２】
前記接地電極側貴金属チップには、５．２〜４１質量％のＲｕが含有されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１３】
前記中心電極側貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、Ｎｉの含有量以上であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１４】
前記中心電極側貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、１〜２０質量％であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１５】
前記中心電極側貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくとも一方の含有量が、４〜８質量％であることを特徴とする請求項１４に記載のスパークプラグ。
【請求項１６】
前記中心電極側貴金属チップは、０．５〜８質量％のＮｉが含有されていることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１７】
前記中心電極側貴金属チップは、０．５〜４０質量％のＲｈが含有されていることを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項１８】
中心電極と、その中心電極の先端部に中心電極側貴金属チップが溶接されてなる中心電極側放電部と、前記中心電極の先端部に自身が対向するように配置された接地電極と、接地電極に接地電極側貴金属チップが溶接されてなる接地電極側放電部を備え、中心電極側放電部と接地電極側放電部とにより火花放電ギャップを形成し、
前記中心電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、０．５〜４０質量％のＲｈと、０．５〜８質量％のＮｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を４〜８質量％含有し、
前記接地電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、０．５〜４０質量％のＲｈと、０．５〜８質量％のＮｉ、８〜２０質量％のＲｕとを含有することを特徴とするスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグにおいては、エンジンの高出力化や燃費向上の目的で、燃焼室内の温度が高くなる傾向にある。また、着火性向上のために、スパークプラグの火花放電ギャップに対向する放電部を燃焼室内部に突き出させるタイプのエンジンも多く使用されるようになってきている。このような状況では、スパークプラグの放電部が高温にさらされるので、その火花消耗が進み易くなる。そこで火花放電ギャップに対向する放電部の耐火花性向上のために、電極の先端にＩｒ等を主体とする貴金属チップを溶接したタイプのものが多数提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、主体としてＩｒと、Ｒｈ及びＮｉで構成される貴金属チップが記載されている。これは、Ｉｒが高融点（２４１０℃）であるため、火花放電による消耗（以下、火花消耗ともいう）に対する耐久性が良好であることを生かしつつ、Ｉｒの高温（約９００℃以上）での酸化揮発による消耗（以下、酸化消耗とも言う）を防止するために、Ｒｈを添加することにより耐酸化消耗性を向上させることができる。しかし、使用条件によっては、主成分としてのＩｒと、Ｒｈが含有された貴金属チップにて構成された放電部からなるスパークプラグでは、運転後に放電部の火花放電ギャップに対する位置である放電面ではない、外周側面を円弧状にえぐるような形態で異常消耗が生じていた。そこで、特許文献１では、異常消耗を抑制する成分として、Ｎｉに着目し、主成分としてのＩｒとＲｈを含有した貴金属チップにさらにＮｉを含有させることで、火花消耗とＩｒの酸化消耗を防止しつつ、上記のような異常消耗を抑制することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５９０５０公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉで構成された貴金属チップを放電部に用いても、その使用条件によっては、放電部の表面に粒状のダレが生じる発汗が生じ、さらには放電部の表面が膜状に剥離する現象が出るものもあった。本発明者等は主成分のＩｒと、１質量％のＲｈと、１質量％のＮｉを含有した貴金属チップを構成した放電部を中心電極のみ設けたスパークプラグを、スロットル全開状態、９６００ｒｐｍにて一分間、アイドリングにて３０秒の繰り返しにて運転をおこなった。そして、１００時間後の放電部の外観を観察したところ、図３に示すように、放電部の表面に貴金属の剥離が生じていることが観察された。この剥離が生ずると、放電部の体積が減少してしまい、耐久性を損なってしまう。なお、この剥離は、放電部の火花消耗や酸化消耗、異常消耗を抑制する従来の方法では、完全に解消することができなかった。
【０００６】
本発明の課題は、貴金属チップにて放電部を形成したスパークプラグであって、放電部の火花消耗や酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、放電部表面における貴金属の発汗、剥離を抑制することができるスパークプラグを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１のスパークプラグは、中心電極と、その中心電極の先端部に自身の側面が対向するように配置された接地電極とを備え、火花放電ギャップに対向する位置においてそれら中心電極と接地電極との少なくとも一方に、貴金属チップを溶接することにより放電面を有する放電部が形成され、前記貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を含有することを特徴とする。
【０００８】
そこで、本発明者等の検討の結果、主成分としてのＩｒと、Ｒｈ、Ｎｉで構成される貴金属チップに、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を含有させた放電部とすることで、この発汗、剥離を抑制することができる知見を得た。よって、主成分のＩｒと、Ｒｈ、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくとも一方を含有する貴金属チップから構成される放電部とすることで、従来からの火花消耗及び酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、さらに、放電部表面における貴金属の発汗、剥離も抑制することができる。なお、本発明において、「主成分としてのＩｒ」は、貴金属チップ中にＩｒが５０重量％以上含有されていることを言うものである。
【０００９】
また、貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、Ｎｉの含有量以上であることが好ましい。ＰｔとＰｄとの合計の含有量が、Ｎｉの含有量未満であると、上記剥離抑制の十分な効果が得られない虞がある。従って、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、Ｎｉの含有量以上であることで、放電部表面における貴金属の発汗、剥離を効果的に抑制することができる。
【００１０】
また、貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、１〜２０質量％であることが好ましい。ＰｔとＰｄとの合計の含有量が１％未満であると、上記剥離抑制の十分な効果が得られない虞がある。一方、ＰｔとＰｄとの合計の含有量が２０質量％を超えると、貴金属チップの融点が低下して、放電部の耐火花消耗が低下するので余り好ましくない。従って、上記範囲のＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方を上記範囲で含有させることにより、主成分としてのＩｒとＲｈ、Ｎｉが含有した放電部表面における貴金属の剥離を効果的に抑制することが可能である。また、剥離に至らない発汗をも防止するためには、貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、４〜８質量％であることがより好ましい。なお、貴金属チップはＩｒを主成分として含有するＩｒ基合金にて構成する。Ｉｒ基合金は、火花放電に対する耐久性が良好であるため放電部に好適に使用できる。
【００１１】
さらに、貴金属チップに含有されるＮｉの含有量は、０．５〜８質量％の範囲が良い。Ｎｉの含有量が０．５質量％未満であると、異常消耗抑制の十分な効果が得られないことがある。一方、Ｎｉの含有量が８質量％を超えると、Ｎｉの含有量が多くなりすぎ、放電部の耐火花消耗が低下したり、Ｎｉ酸化物が増大し、放電部の耐酸化消耗が低下し余り好ましくない。従って、上記範囲のＮｉを含有させることにより、主成分としてのＩｒとＲｈが含有した放電部の異常消耗を効果的に抑制することが可能である。
【００１２】
さらに、貴金属チップに含有されるＲｈの含有量は、０．５〜４０質量％の範囲が良い。Ｒｈの含有量が０．５質量％未満であると、放電部の酸化消耗を抑制する十分な効果が得られないことがある。一方、Ｒｈの含有量が４０質量％を超えると、Ｒｈの含有量が多くなりすぎ、貴金属チップの融点が低下して、放電部の火花消耗を効果的に抑制することができなくなることがある。従って、上記範囲のＲｈを含有させることにより、Ｉｒが含有される放電部の酸化消耗を効果的に抑制することが可能である。
【００１３】
さらに、貴金属チップは、Ｓｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆから選ばれる元素の酸化物（複合酸化物を含む）が含有されていてもよい。これにより、Ｉｒの高温での酸化消耗がさらに効果的に抑制される。上記酸化物の含有量は、０．５〜３質量％の範囲にて適宜設定すればよい。０．５質量％未満になると、当該酸化物による添加金属元素成分の酸化消耗防止効果が十分に得られなくなることがある。一方、酸化物の含有量が３質量％を越えると、放電部の耐熱性が却って損なわれてしまうことがある。なお、上記酸化物としては、Ｙ２Ｏ３及びＺｒ２Ｏ３の少なくとも一方が含有されているのがよい。
【００１４】
一方、上記課題を解決するための請求項９のスパークプラグは、中心電極と、その中心電極の先端部に中心電極側貴金属チップが溶接されてなる中心電極側放電部と、前記中心電極の先端部に自身が対向するように配置された接地電極と、接地電極に接地電極側貴金属チップが溶接されてなる接地電極側放電部を備え、中心電極側放電部と接地電極側放電部とにより火花放電ギャップを形成し、前記中心電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を含有し、前記接地電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有し、前記中心電極側貴金属チップよりもＲｈの含有量が多いことを特徴とする。
【００１５】
本発明では、中心電極側放電部及び接地電極側放電部に使用される貴金属チップ（中心電極側貴金属チップ及び接地電極側貴金属チップ）として、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有する。このように中心電極側貴金属チップ及び接地電極側貴金属チップがＩｒを主成分とすることで、中心電極側放電部及び接地電極側放電部の耐火花消耗を向上させることができ、さらに、Ｒｈを含有させることで、Ｉｒの耐酸化消耗を向上することができる。
【００１６】
そして、中心電極側貴金属チップは、Ｎｉと、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方とを含有する。このように、中心電極側放電部に用いられる中心電極側貴金属チップとして、Ｎｉを含有することで、ＩｒとＲｈが含有した中心電極側貴金属放電部の異常消耗を抑制しつつ、さらに、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方とを含有することで、ＩｒとＲｈとＮｉが含有した中心電極側貴金属放電部の放電部表面における貴金属の剥離も抑制することができる。
【００１７】
ところで、一般的なスパークプラグは、中心電極側放電部と比べて、接地電極側放電部は燃焼機関内に突き出すこと等により中心電極側放電部に比べて温度が高くなるため、酸化消耗の割合が高くなる。そこで、本発明では、接地電極側放電部に用いられる接地電極側貴金属チップは、中心電極側貴金属チップよりもＲｈの含有量を多くする。Ｒｈを中心電極側貴金属チップよりも多く添加することにより、接地電極側放電部が高温になるが故に生ずるＩｒの酸化消耗を抑制することができる。これに対し、接地電極側放電部と比較し、酸化消耗の程度が低い中心電極側貴金属チップのＲｈ含有量を接地電極側貴金属チップよりも少なく抑えることで、スパークプラグ全体における高価なＲｈの使用量をできるだけ小さくすることができる。
【００１８】
また、接地電極側貴金属チップには、０．５〜８質量％のＮｉが含有されていることがよい。これにより、ＩｒとＲｈとが含有した接地電極側放電部の異常消耗を抑制することができる。Ｎｉの含有量が０．５質量％未満であると、異常消耗抑制の十分な効果が得られないことがある。一方、Ｎｉの含有量が８質量％を超えると、Ｎｉの含有量が多くなりすぎ、接地電極側放電部の耐火花消耗が低下したり、Ｎｉ酸化物が増大し、接地電極側放電部の耐酸化消耗が低下し、余り好ましくない。
【００１９】
また、接地電極側貴金属チップには、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、１〜２０質量％であることが良い。これにより、主成分としてのＩｒとＲｈ、Ｎｉが含有した接地電極側放電部の放電部表面における貴金属の剥離を効果的に抑制することが可能である。ＰｔとＰｄとの合計の含有量が１％未満であると、上記剥離抑制の十分な効果が得られない虞がある。一方、ＰｔとＰｄとの合計の含有量が２０質量％を超えると、接地電極側貴金属チップの融点が低下して、接地電極側放電部の耐火花消耗が低下するので余り好ましくない。また、接地電極側貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、４〜８質量％であることがより好ましい。
【００２０】
また、接地電極側貴金属チップには、５．２〜４１質量％のＲｕが含有されていることを特徴とすることがよい。これにより、接地電極側放電部の剥離の発生を抑制し、接地電極側放電部の消耗や変形を抑制することができる。接地電極側貴金属チップには、８〜２０質量％のＲｕが含有されていることがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す正面全体断面図である。
【図２】図１のスパークプラグの部分断面図及び要部を示す拡大断面図である。
【図３】剥離による中心電極側の放電部の様子を示す観察写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態について断面を用いて説明する。図１は本発明のスパークプラグ１００の一例を示した縦断面図であり、図２（ａ）はスパークプラグ１００の放電部周辺の拡大図である。本発明の一例たる抵抗体入りスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された中心電極側放電部３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及び主体金具１に一端が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に形成された中心電極側放電部３１と対向するように配置された接地電極４等を備えている。また、接地電極４には上記中心電極側放電部３１に対向する接地電極側放電部３２が形成されており、それら中心電極側放電部３１の中心電極側放電面３１ｔと接地電極側放電部３２の接地電極側放電面３２ｔとに挟まれた隙間に火花放電ギャップｇが形成されている。
【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、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有している。また、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おり、その外周面には、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。貫通孔６の一方の端部側に端子１３が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内において端子１３と中心電極３との間には抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端側は、導電性ガラスシール層１６、１７を介して中心電極３と端子１３とをそれぞれに電気的に接続されている。なお、中心電極側放電部３１及びそれに対向する接地電極側放電部３２のいずれか一方を省略する構成としても良い。この場合には、中心電極側放電部３１の中心電極側放電面３１ｔ又はそれに対向する接地電極側放電部３２の接地電極側放電面３２ｔ及び接地電極４または中心電極３との間で火花放電ギャップｇが形成される。
【００２４】
中心電極側放電部３１は例えば、図２（ｂ）に示すように、円板上の中心電極側貴金属チップ３１´をＩＮＣＯＮＥＬ６００、ＩＮＣＯＮＥＬ６０１（英国ＩＮＣＯ社の商標）等のＮｉ系耐熱合金、又はＦｅ系耐熱合金で構成される中心電極３の先端部３ａの端面に重ね合わせ、さらにその接合面外周縁に沿ってレーザ溶接、電子ビーム溶接により溶接部Ｗを形成してこれを固着するようにして形成される。また、例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ６００、ＩＮＣＯＮＥＬ６０１等のＮｉ系耐熱合金で構成されている接地電極４に接地電極側放電部３２を形成する場合には、接地電極側放電部３２は中心電極側放電部３１と対向する位置において、接地電極４に接地電極側貴金属チップ３２´を位置あわせし、その接合面に、例えば、抵抗溶接により溶接部Ｗ´を形成してこれを固着することにより形成される。
【００２５】
ここで、中心電極側放電部３１、接地電極側放電部３２には、主成分としてのＩｒを含有し、０．５〜４０質量％のＲｈと、０．５〜８質量％のＮｉと、１．０〜２０重量％のＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方とを含有しているＩｒ基合金にてなる中心電極側貴金属チップ３１´、接地電極側貴金属チップ３２´を使用する。これにより、中心電極側放電部３１、接地電極側放電部３２の火花消耗及び酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、中心電極側放電部３１の放電部表面、接地電極側放電部３２の放電部表面における貴金属の剥離も抑制することができる。なお、中心電極側貴金属チップ３１´、接地電極側貴金属チップ３２´は、添加元素成分として、Ｓｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆから選ばれる元素の酸化物（複合酸化物を含む）が含有されていてもよい。これにより、さらに、酸化消耗を効果的に抑制することができる。
【００２６】
また、スパークプラグ１００は、中心電極側放電部３１の温度が高くなりやすい構造を有するものである。例えば、図２示すように中心電極３の中心部には、表層部をなす電極母材よりも相対的に熱伝導性に優れる芯体３５が形成されている。この芯体３５は中心電極側放電部３１からの熱を中心電極３側に熱引きするために形成されたものであり、ＣｕやＣｕ合金等にて形成されている。また、スパークプラグ１００は中心電極３側のみに芯体３５が形成されていたが、接地電極４に芯体が設けられていてもよい。
【００２７】
以下、スパークプラグ１００の製造方法について説明する。まず、中心電極側貴金属チップ３１´、接地電極側貴金属チップ３２´は、原料となる貴金属粉末を所期の比率で配合し、これを溶解して合金インゴットを形成する。具体的溶解方法としては、例えば、アーク溶解や、プラズマビーム溶解等の方法が採用される。また、上記インゴットは所望の組成にて配合した貴金属粉末を圧縮成形したあと、焼結することによって作製するようにしてもよい。
【００２８】
その後、合金を熱間鍛造、熱間圧延及び熱間伸線の１種又は２種以上の組合せにより線状あるいはロッド状の素材に加工した後、これを長さ方向に所定長さに切断して形成する。例えば、熱間鍛造によりロッド上に加工した後、溝付圧延ロールによる熱間圧延と、熱間スエージングによりさらに縮径し、最終的に熱間伸線により０．８ｍｍ以下の線径の線材に加工する。その後、該線材を所望の厚さとなるように切断し、中心電極側貴金属チップ３１´、接地電極側貴金属チップ３２´を得る。
【００２９】
また、中心電極側貴金属チップ３１´、接地電極側貴金属チップ３２´の作製は、さらに公知のアドマイズ法により球状の貴金属合金を作製し、該球状の貴金属合金をそのまま放電部として使用するようにしてもよいし、扁平状あるいは円柱状の中心電極側貴金属チップ３１´、接地電極側貴金属チップ３２´とすることもできる。さらに、原料となる貴金属粉末とバインダを所期の比率で配合し、金型プレス成形、ＣＩＰ成形、ＨＩＰ成形等の圧紛成形により成形体を作製する。そして、この成形体を脱脂後に焼結し、中心電極側貴金属チップ３１´、接地電極側貴金属チップ３２´を得ることもできる。
【００３０】
そして、中心電極３に中心電極側貴金属チップ３１´を溶接し、中心電極側貴金属チップ３１´が溶接された中心電極３を絶縁体２の貫通孔６内に中心電極側貴金属チップ３１´が絶縁体２から突出するように取り付ける。そして、中心電極３の後端側に導電性のガラスシール（圧入固定後にガラスシール層１７となる。）、抵抗体（圧入固定後に抵抗体１５となる。）、導電性のガラスシール（圧入固定後にガラスシール層１７となる。）の順に挿入し、絶縁体２の後端側に端子１３を挿入して、公知の方法で圧入固定される。そして、中心電極３や端子１３等が組み付いた絶縁体２を、接地電極４が接合された主体金具１に組み付け、さらに接地電極４に接地電極側貴金属チップ３２´を溶接し、接地電極４が放電ギャップｇを形成するように中心電極３側に曲げ、スパークプラグ１００を得ることができる。
【００３１】
上記のような本発明のスパークプラグ１００は、そのねじ部７においてエンジンブロックに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気の着火源として使用される。使用時においては、中心電極側放電部３１及び接地電極側放電部３２との間に放電電圧が印加されて、火花放電ギャップｇに火花が生じる。
【００３２】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２を説明する。
【００３３】
なお、実施形態２のスパークプラグ２００は、実施形態１のスパークプラグ１００と比較して、中心電極放電部３１を構成する中心電極側貴金属チップ３１´及び接地電極側放電部３２を構成する接地電極側貴金属チップ３２´が主に異なるものであり、その他の部分についてはほぼ同様である。従って、実施形態１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００３４】
図２に示すように、中心電極側放電部３１は例えば、円板上の中心電極側貴金属チップ３１´をＩＮＣＯＮＥＬ６００、ＩＮＣＯＮＥＬ６０１（英国ＩＮＣＯ社の商標）等のＮｉ系耐熱合金、又はＦｅ系耐熱合金で構成される中心電極３の先端部３ａの端面に重ね合わせ、さらにその接合面外周縁に沿ってレーザ溶接、電子ビーム溶接により溶接部Ｗを形成してこれを固着するようにして形成される。また、例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ６００、ＩＮＣＯＮＥＬ６０１等のＮｉ系耐熱合金で構成されている接地電極４に接地電極側放電部３２を形成する場合には、接地電極側放電部３２は中心電極側放電部３１と対向する位置において、接地電極４に接地電極側貴金属チップ３２´を位置あわせし、その接合面に、例えば、抵抗溶接により溶接部Ｗ´を形成してこれを固着することにより形成される。
【００３５】
この、中心電極側貴金属チップ３１´は、Ｉｒ−１ｗｔ％Ｒｈ−５ｗｔ％Ｐｔ−１ｗｔ％Ｎｉといった、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方とを含有しているＩｒ合金からなる。これにより、中心電極側放電部３１の火花消耗、酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、中心電極側放電部３１の放電部表面における貴金属の剥離も抑制することができる。
【００３６】
一方、接地電極側貴金属チップ３２´も、Ｉｒ−１０ｗｔ％Ｒｈ−５ｗｔ％Ｐｔ−１ｗｔ％Ｎｉといった、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方とを含有しているＩｒ合金からなる。これにより、接地電極側放電部３２の火花消耗、酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、接地電極側放電部３２の放電部表面における貴金属の剥離も抑制することができる。そのうえ、接地電極側貴金属チップ３２´のＲｈの含有量は、中心電極側貴金属チップ３１´よりも多くなっている。このように、接地電極側貴金属チップ３２´のＲｈの含有量が中心電極側貴金属チップ３１´よりも多く添加することにより、接地電極側放電部３２の温度が高くなることにより生ずる接地電極側放電部３２のＩｒの酸化消耗を抑制することができる。
【００３７】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３を説明する。
【００３８】
なお、実施形態３のスパークプラグ３００は、実施形態１のスパークプラグ１００、実施形態２のスパークプラグ２００と比較して、中心電極放電部３１を構成する中心電極側貴金属チップ３１´及び接地電極側放電部３２を構成する接地電極側貴金属チップ３２´が主に異なるものであり、その他の部分についてはほぼ同様である。従って、実施形態１、実施形態２と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００３９】
図２に示すように、中心電極側放電部３１は例えば、円板上の中心電極側貴金属チップ３１´をＩＮＣＯＮＥＬ６００、ＩＮＣＯＮＥＬ６０１（英国ＩＮＣＯ社の商標）等のＮｉ系耐熱合金、又はＦｅ系耐熱合金で構成される中心電極３の先端部３ａの端面に重ね合わせ、さらにその接合面外周縁に沿ってレーザ溶接、電子ビーム溶接により溶接部Ｗを形成してこれを固着するようにして形成される。また、例えば、ＩＮＣＯＮＥＬ６００、ＩＮＣＯＮＥＬ６０１等のＮｉ系耐熱合金で構成されている接地電極４に接地電極側放電部３２を形成する場合には、接地電極側放電部３２は中心電極側放電部３１と対向する位置において、接地電極４に接地電極側貴金属チップ３２´を位置あわせし、その接合面に、例えば、抵抗溶接により溶接部Ｗ´を形成してこれを固着することにより形成される。
【００４０】
この、中心電極側貴金属チップ３１´は、Ｉｒ−１ｗｔ％Ｒｈ−５ｗｔ％Ｐｔ−１ｗｔ％Ｎｉといった、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方とを含有しているＩｒ合金からなる。これにより、中心電極側放電部３１の火花消耗、酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、中心電極側放電部３１の放電部表面における貴金属の剥離も抑制することができる。
【００４１】
一方、接地電極側貴金属チップ３２´は、Ｉｒ−８ｗｔ％Ｒｈ−１１ｗｔ％Ｒｕ−１ｗｔ％Ｎｉといった、主成分としてのＩｒと、Ｒｈと、Ｎｉとを含有し、さらにＲｕを含有しているＩｒ合金からなる。これにより、接地電極側放電部３２の火花消耗、酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、接地電極側放電部３２の放電部表面における貴金属の剥離の発生を抑制し、接地電極側放電部３２の消耗や変形を抑制することができる。そのうえ、接地電極側貴金属チップ３２´のＲｈの含有量は、中心電極側貴金属チップ３１´よりも多くなっている。このように、接地電極側貴金属チップ３２´のＲｈの含有量が中心電極側貴金属チップ３１´よりも多く添加することにより、接地電極側放電部３２の温度が高くなることにより生ずる接地電極側放電部３２のＩｒの酸化消耗を抑制することができる。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
本発明の効果を調べるために、以下の実験を行った。
【００４３】
まず、スパークプラグのそれぞれの放電部に使用される貴金属チップを以下のように製造した。表１に示す、異なる組成の各種貴金属チップを形成するために、初期の元素成分を各種比率にてそれぞれ配合・混合し、各種原料粉末を得た。次いでこの原料粉末を１０ｍｍ×１０ｍｍ×１３０ｍｍの直方体状に加圧成形した。そして、その成形体をアーク溶解炉内に配置し、アーク溶解を行って各種組成の合金インゴットを得た。さらに、この合金を、約１５００℃にて熱間鍛造、熱間圧延及び熱間スエージングし、さらに熱間伸線することにより、外径０．６ｍｍの合金線材を得た。これを長手方向に切断することにより、各組成について直径（チップ径）０．６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円柱状の貴金属チップを得た。
【００４４】
なお、試料１７については、上記製造方法で貴金属チップを作製したのではなく、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｙ２Ｏ３の原料紛を表１に示すような比率にて配合・混合し、さらに、例えば、ＰＶＡのバインダを混合して、混合物とする。次いで、混合物を直径０．６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円柱状の成形体を加圧形成した。さらに、この成形体を、水素雰囲気中で９００℃〜１０００℃にて５時間加熱し、成形体からバインダを除去する。そして、バインダ除去後の成形体を、２１００℃で１時間焼結し、貴金属チップを得た。
【００４５】
【表１】
2011003545.tif 000003
【００４６】
上記のようにして得た貴金属チップの酸化消耗試験を下記の条件にて行った。すなわち、大気中にて、１１００℃の温度で２０時間保持した後の各貴金属チップの重量と、試験前の貴金属チップの重量とを比較した。そして、試験後の貴金属チップの重量が、試験前の貴金属チップの重量よりも９０％以上のものを○、９０％未満のものを×とした。しかし、すべての貴金属チップは、試験後の重量が、試験前の重量の９０％以上であった。
【００４７】
さらに、上記の貴金属チップを、中心電極側貴金属チップ３１´として、ＩＮＣＯＮＥＬ６００製の中心電極母材３ａにレーザ溶接により溶接して、図１ないし図２に示す形態のスパークプラグ１００を製造した。また、本実験において、ＩＮＣＯＮＥＬ６００製の接地電極４の接地電極側放電部３２は、チップ径０．９ｍｍ、厚さ０．６ｍｍであって、成分がＰｔ−２０質量％Ｎｉである接地電極側貴金属チップ３２´により構成した。そして、上記のようにして得た各スパークプラグ１００の耐久試験を下記の条件にて行った。すなわち、排気量２０００ｃｃのガソリンエンジン（６気筒）にそれらスパークプラグ１００を取り付け、スロットル全開条件、エンジン回転数５６００ｒｐｍにて累積５０時間まで運転を行った。また、各スパークプラグ１００の火花放電ギャップｇについては１．１ｍｍに設定して、耐久試験を行った。
【００４８】
なお、上記耐久試験後の各スパークプラグ１００において、異常消耗の程度を目視にて評価した。しかし、いずれのスパークプラグ１００の中心電極側放電部３１にも異常消耗は生じていなかった。
【００４９】
そして、上記耐久試験後の各スパークプラグ１００において、剥離の程度を目視にて評価した。剥離が生じなかったものを○（このうち発汗すら生じなかったものを◎）、剥離は生じたが、耐久試験を最後まで行えたものを△、剥離が生じ、耐久試験を続けることができないものを×として評価した。剥離についての評価結果を表１に示す。また、耐久時間まで運転を行った後における各スパークプラグ１００のギャップ増加量を測定した評価結果（耐火花消耗性の評価結果）については、火花放電ギャップの拡大量が０．０５ｍｍ未満のものを○、０．０５〜０．１ｍｍのものを△、０．１ｍｍを越えるものを×として評価した。そして、表１において、剥離の評価結果と耐火花消耗性の評価結果の両者を加味して、両評価結果が○以上であるものを○、一方の評価結果が○であり他方の評価結果が△であるものを△、それ以外のものを×として総合評価を行った。これによると、ＰｔまたはＰｄの少なくとも一方を含有させることにより、剥離が抑制される事がわかる。さらに、ＰｔまたはＰｄの少なくとも一方を１．０〜２０質量％含有させることで、効果的に剥離が抑制され、耐火花消耗性も良好に得られることがわかる。
【００５０】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【００５１】
なお、本発明においては、上述した具体的な実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施形態とすることができる。例えば、本発明のスパークプラグ１００において、中心電極３と溶接する溶接部Ｗは、図２（ｂ）のように接合面外周縁に設けたが、これに限られず、中心電極側貴金属チップ３１´の径方向において連続して形成されてもよい。それにより、より強固に中心電極側貴金属チップ３１´を中心電極３に溶接することができる。
【００５２】
また、接地電極４と接地電極側貴金属チップ３２´の溶接を抵抗溶接により溶接部Ｗ´を形成しているが、抵抗溶接後、さらにその接合面外周縁に沿ってレーザ溶接、電子ビーム溶接により溶接部Ｗ´を形成してこれを固着するようにしてもよいし、レーザ溶接により溶接部Ｗ´を形成してもよい。これにより、より強固に接地電極４に接地電極側貴金属チップ３２´を溶接することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１００，２００，３００  スパークプラグ
１  主体金具
３  中心電極
４  接地電極
３１  中心電極側放電部
３２  接地電極側放電部
３１´  中心電極側貴金属チップ
３２´  接地電極側貴金属チップ
Ｗ，Ｗ´  溶接部
【図１】
2011003545.tif 000004
【図２】
2011003545.tif 000005
【図３】
2011003545.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月19日(2010.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、その中心電極の先端部に自身の側面が対向するように配置された接地電極と、を備え、火花放電ギャップに対向する位置においてそれら中心電極と接地電極との少なくとも一方に、貴金属チップを溶接することにより放電面を有する放電部が形成され、
前記貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有し、さらにＮｉを０．５〜８質量％、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を４〜８質量％で、かつＮｉの含有量以上含有することを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記貴金属チップは、０．５〜４０質量％のＲｈが含有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】
前記貴金属チップは、Ｓｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆから選ばれる元素の酸化物（複合酸化物を含む）が含有されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記貴金属チップは、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３及びＺｒ２Ｏ３の少なくとも一方が含有されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
中心電極と、その中心電極の先端部に中心電極側貴金属チップが溶接されてなる中心電極側放電部と、前記中心電極の先端部に自身が対向するように配置された接地電極と、接地電極に接地電極側貴金属チップが溶接されてなる接地電極側放電部を備え、中心電極側放電部と接地電極側放電部とにより火花放電ギャップを形成し、
前記中心電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有し、さらにＮｉを０．５〜８質量％、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を４〜８質量％で、かつＮｉの含有量以上含有し、
前記接地電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有し、かつ、前記中心電極側貴金属チップよりもＲｈの含有量が多いことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項６】
前記接地電極側貴金属チップは、０．５〜８質量％のＮｉが含有されていることを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記接地電極側貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方が１〜２０質量％含有されていることを特徴とする請求項５または６に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記接地電極側貴金属チップは、５．２〜４１質量％のＲｕが含有されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記中心電極側貴金属チップには、０．５〜４０質量％のＲｈが含有されていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
中心電極と、その中心電極の先端部に中心電極側貴金属チップが溶接されてなる中心電極側放電部と、前記中心電極の先端部に自身が対向するように配置された接地電極と、接地電極に接地電極側貴金属チップが溶接されてなる接地電極側放電部を備え、中心電極側放電部と接地電極側放電部とにより火花放電ギャップを形成し、
前記中心電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、０．５〜４０質量％のＲｈと、０．５〜８質量％のＮｉとを含有し、さらにＰｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を４〜８質量％で、かつＮｉの含有量以上含有し、
前記接地電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、０．５〜４０質量％のＲｈと、０．５〜８質量％のＮｉ、８〜２０質量％のＲｕとを含有することを特徴とするスパークプラグ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１のスパークプラグは、中心電極と、その中心電極の先端部に自身の側面が対向するように配置された接地電極と、を備え、火花放電ギャップに対向する位置においてそれら中心電極と接地電極との少なくとも一方に、貴金属チップを溶接することにより放電面を有する放電部が形成され、前記貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有し、さらにＮｉを０．５〜８質量％、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を４〜８質量％で、かつＮｉの含有量以上含有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
そこで、本発明者等の検討の結果、主成分としてのＩｒと、Ｒｈで構成される貴金属チップに、さらに特定量のＮＩと、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を特定量含有させた放電部とすることで、この発汗、剥離を抑制することができる知見を得た。よって、主成分のＩｒと、Ｒｈとを含有し、さらにＮｉと、Ｐｔ及びＰｄの少なくとも一方を含有する貴金属チップから構成される放電部とすることで、従来からの火花消耗及び酸化消耗、異常消耗を抑制しつつ、さらに、放電部表面における貴金属の発汗、剥離も抑制することができる。なお、本発明において、「主成分としてのＩｒ」は、貴金属チップ中にＩｒが５０重量％以上含有されていることを言うものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、Ｎｉの含有量以上である。ＰｔとＰｄとの合計の含有量が、Ｎｉの含有量未満であると、上記剥離抑制の十分な効果が得られない虞がある。従って、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、Ｎｉの含有量以上であることで、放電部表面における貴金属の発汗、剥離を効果的に抑制することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、剥離に至らない発汗をも防止するためには、貴金属チップは、ＰｔとＰｄの少なくともいずれか一方の含有量が、４〜８質量％である。なお、貴金属チップはＩｒを主成分として含有するＩｒ基合金にて構成する。Ｉｒ基合金は、火花放電に対する耐久性が良好であるため放電部に好適に使用できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
さらに、貴金属チップに含有されるＮｉの含有量は、０．５〜８質量％である。Ｎｉの含有量が０．５質量％未満であると、異常消耗抑制の十分な効果が得られないことがある。一方、Ｎｉの含有量が８質量％を超えると、Ｎｉの含有量が多くなりすぎ、放電部の耐火花消耗が低下したり、Ｎｉ酸化物が増大し、放電部の耐酸化消耗が低下し余り好ましくない。従って、上記範囲のＮｉを含有させることにより、主成分としてのＩｒとＲｈが含有した放電部の異常消耗を効果的に抑制することが可能である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
一方、上記課題を解決するための請求項５のスパークプラグは、中心電極と、その中心電極の先端部に中心電極側貴金属チップが溶接されてなる中心電極側放電部と、前記中心電極の先端部に自身が対向するように配置された接地電極と、接地電極に接地電極側貴金属チップが溶接されてなる接地電極側放電部を備え、中心電極側放電部と接地電極側放電部とにより火花放電ギャップを形成し、前記中心電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有し、さらにＮｉを０．５〜８質量％、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方を４〜８質量％で、かつＮｉの含有量以上含有し、前記接地電極側貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、Ｒｈとを含有し、前記中心電極側貴金属チップよりもＲｈの含有量が多いことを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
そして、中心電極側貴金属チップは、Ｎｉと、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方とを特定量含有する。このように、中心電極側放電部に用いられる中心電極側貴金属チップとして、Ｎｉを含有することで、ＩｒとＲｈが含有した中心電極側貴金属放電部の異常消耗を抑制しつつ、さらに、Ｐｔ及びＰｄの少なくともいずれか一方とを含有することで、ＩｒとＲｈとＮｉが含有した中心電極側貴金属放電部の放電部表面における貴金属の剥離も抑制することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
【表１】
2011003545.tif 000007