(57)【要約】【課題】  この発明は、中心電極及び接地電極の少なくとも一方にチップが設けられたスパークプラグにおいて、前記チップの異常消耗を抑制することで、耐久性に優れたスパークプラグを提供することを課題とする。【解決手段】  中心電極と前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極とを備え、前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方は前記間隙を形成するチップを有し、前記チップは、組成がＰｔを主成分とし、Ｒｈが５質量％以上及びＮｉが０質量％以上８質量％未満である本体部と、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線の径方向外側に向かう表面に少なくとも設けられ、Ｎｉを８質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上である表面層とを有することを特徴とするスパークプラグ。【選択図】  図２
2015099721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極と、前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方は前記間隙を形成するチップを有し、
前記チップは、組成がＰｔを主成分とし、Ｒｈが５質量％以上及びＮｉが０質量％以上８質量％未満である本体部と、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線の径方向外側に向かう表面に少なくとも設けられ、Ｎｉを８質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上である表面層とを有することを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記本体部の組成は、Ｎｉが０質量％以上１質量％以下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】
前記表面層は、Ｎｉを４０質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記間隙を形成する前記チップの面から前記間隙の位置する側とは反対側に向かって厚さ０．２ｍｍの領域は、前記領域の全質量に対して、ＮｉとＮｉより融点の低い元素との合計含有率が７質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記チップを有する前記中心電極又は前記チップを有する前記接地電極は、前記チップにおける前記本体部が露出している面を、前記中心電極又は前記接地電極に接合することにより形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記チップが前記接地電極から０．１５ｍｍ以上突出しており、０．１５ｍｍ以上突出した任意の位置において、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線方向の径方向における断面を観察したときに、大気と接する外周面において、曲率半径Ｒ０．３３ｍｍ以上の部分が存在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパークプラグに関する。この発明は、特に、中心電極及び接地電極の少なくとも一方にチップが設けられたスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
スパークプラグは、自動車エンジン等の内燃機関の点火用に使用される。スパークプラグは、一般に、筒状の主体金具と、この主体金具の内孔に配置される筒状の絶縁体と、この絶縁体の先端側内孔に配置される中心電極と、一端が主体金具の先端側に接合され、他端が中心電極との間に火花放電間隙を有する接地電極とを備える。そして、スパークプラグは、内燃機関の燃焼室内で、中心電極の先端部と接地電極の先端部との間に形成される火花放電間隙に火花放電され、燃焼室内に充填された燃料を燃焼させる。
【０００３】
中心電極及び接地電極を形成する材料としては、Ｎｉ合金等が一般に使用される。Ｎｉ合金は、耐酸化性及び耐消耗性に関してＰｔ及びＩｒ等の貴金属を主成分とした貴金属合金に比べると多少劣る。しかし、貴金属に比べて安価であるため接地電極及び中心電極を形成する材料として好適に使用される。
【０００４】
近年、燃焼室内の温度が高温化する傾向にある。そのため、Ｎｉ合金等で形成された、接地電極の先端部と中心電極の先端部との間で火花放電が生じると、接地電極及び中心電極との対向するそれぞれの先端部が火花消耗を生じ易くなることがある。そこで、接地電極と中心電極との対向するそれぞれの先端部にチップを設け、このチップで火花放電が生じるようにすることで接地電極及び中心電極の耐消耗性を向上させる方法が開発されている。
【０００５】
このチップを形成する材料としては、耐酸化性及び耐火花消耗性に優れる貴金属を主成分とする材料が使用されることが多い。そのような材料として、Ｉｒ、Ｉｒ合金、Ｐｔ合金等がある。また、チップの耐久性を向上させる目的で、Ｉｒを主成分とする芯材の表面に保護被膜層等を設けたチップが提案されている（例えば、特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１３００号公報
【特許文献２】特開２０１２−３８７３３号公報
【特許文献３】特開２００２−３５９０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、スパークプラグにおいては、エンジンの高出力化及び燃費向上を図るために、燃料室内のプラグ周辺に燃料を直接噴射する直噴ガソリンエンジン、及び空気に対する燃料の混合比を小さくして高酸素濃度雰囲気で燃焼を可能とするリーンバーンエンジン等が開発されている。
【０００８】
このようなエンジンでは、スパークプラグに耐酸化性を有することが要求される。そのため、中心電極及び接地電極に設けられるチップを形成する材料としては、耐火花消耗性に優れることで知られるＩｒ合金よりも耐酸化性に優れることで知られるＰｔ合金の方が耐久性を確保できると考えられてきた。特に、ＰｔにＲｈを含有させることで耐酸化性及び耐火花消耗性を向上させたＰｔ−Ｒｈ合金が好適であると考えられてきた。
【０００９】
しかしながら、Ｐｔ−Ｒｈ合金からなるチップを備えたスパークプラグを、直噴ガソリンエンジンで用いると、直噴ガソリンエンジンは、高酸素濃度雰囲気であるリーンバーン状態でチップ表面に吸気ガスや燃料が直撃しやすいので、チップにおける特定の部位、特に、チップの吸気バルブ側の側面において異常消耗が発生することがあることが分った。このチップの側面における異常消耗は、スパークプラグが高温で高酸素濃度の燃焼室内で使用され、チップの表面に吸気ガスや燃料が直撃し易く、また、チップの周辺の酸素濃度や温度の変化の大きい条件下にチップが置かれた場合に起こり易いことが分った。
【００１０】
特許文献３において、Ｉｒ合金において発生する異常消耗が示されている。Ｐｔ−Ｒｈ合金からなるチップの側面における異常消耗は、特許文献３の異常消耗とは、その消耗のメカニズムが異なる。特許文献３に開示されている、Ｉｒと２０質量％のＲｈとを含有した貴金属チップは、「放電部の放電面ではない外周側面を円弧上にえぐるような形態で異常消耗が生じ」（段落番号０００５欄）るのに対し、Ｐｔ−Ｒｈ合金からなるチップは、チップにおける一方の側面全体が消失するような形態で異常消耗が生じる。両者の消耗のメカニズムが異なることは、両者の消耗形態が異なっていることからも分る。
【００１１】
この発明は、中心電極及び接地電極の少なくとも一方にチップが設けられたスパークプラグにおいて、前記チップの異常消耗を抑制することで、耐久性に優れたスパークプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するための手段は、
［１］  中心電極と、前記中心電極との間に間隙を設けて配置された接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方は前記間隙を形成するチップを有し、
前記チップは、組成がＰｔを主成分とし、Ｒｈが５質量％以上及びＮｉが０質量％以上８質量％未満である本体部と、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線の径方向外側に向かう表面に少なくとも設けられ、Ｎｉを８質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上である表面層とを有することを特徴とするスパークプラグである。
【００１３】
前記［１］の好ましい態様は、
［２］  前記本体部の組成は、Ｎｉが０質量％以上１質量％以下である。
［３］  前記［１］又は［２］に記載のスパークプラグにおいて、前記表面層は、Ｎｉを４０質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上である。
［４］  前記［１］〜［３］のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記間隙を形成する前記チップの面から前記間隙の位置する側とは反対側に向かって厚さ０．２ｍｍの領域は、前記領域の全質量に対して、ＮｉとＮｉより融点の低い元素との合計含有率が７質量％以下である。
［５］  前記［１］〜［４］のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記チップを有する前記中心電極又は前記チップを有する前記接地電極は、前記チップにおける前記本体部が露出している面を、前記中心電極又は前記接地電極に接合することにより形成されていることを特徴とするスパークプラグである。
［６］  前記［１］〜［５］のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記チップが前記接地電極から０．１５ｍｍ以上突出しており、０．１５ｍｍ以上突出した任意の位置において、前記本体部の中心から前記間隙に向かう方向に延びる軸線方向の径方向における断面を観察したときに、大気と接する外周面において、曲率半径Ｒ０．３３ｍｍ以上の部分が存在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパークプラグである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によると、中心電極と接地電極との少なくとも一方に設けられたチップが、前記組成を有する本体部の表面のうち本体部の中心から間隙に向かう方向に延びる軸線の径方向外周面（側面と称することもある）に少なくとも設けられ、Ｎｉを８質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上である表面層を有するので、スパークプラグが高温で高酸素濃度の燃焼室内で使用され、チップの表面に吸気ガスが直撃し易く、また、チップの周辺の酸素濃度や温度の変化の大きい条件下にチップが置かれても、チップの側面における異常消耗を抑制することにより、耐久性に優れたスパークプラグを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの一部断面全体説明図である。
【図２】図２は、図１におけるスパークプラグにおけるチップを拡大して示した要部説明図である。
【図３】図３は、チップの組成を測定する位置を示す断面説明図である。
【図４】図４は、この発明に係るスパークプラグの別の一実施例であるスパークプラグの一部断面要部説明図である。
【図５】図５は、チップにおける低融点元素の組成を測定する領域を示す上面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１に示す。図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の一部断面全体説明図である。なお、図１では紙面下方すなわち後述する接地電極が配置されている側を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を軸線Ｏの後端方向として説明する。
【００１７】
このスパークプラグ１は、図１に示されるように、軸線Ｏ方向に延びる軸孔２を有する略円筒形状の絶縁体３と、前記軸孔２内の先端側に配置された略棒状の中心電極４と、前記軸孔２内の後端側に配置された端子金具５と、前記中心電極４と前記端子金具５とを前記軸孔２内で電気的に接続する接続部６と、前記絶縁体３を保持する略円筒形状の主体金具７と、一端部が前記主体金具７の先端部に接合されると共に他端部が前記中心電極４と間隙Ｇを介して対向するように配置された接地電極８とを備え、前記接地電極８にはその先端部の側面にチップ９が設けられている。
【００１８】
前記絶縁体３は、軸線Ｏ方向に延びる軸孔２を有し、略円筒形状を有している。絶縁体３は、後端側胴部１１と、大径部１２と、先端側胴部１３、脚長部１４とを備えている。後端側胴部１１は、端子金具５を収容し、端子金具５と主体金具７とを絶縁する。大径部１２は、該後端側胴部よりも先端側において径方向外向きに突出している。先端側胴部１３は、該大径部１２の先端側において接続部６を収容し、大径部１２より小さい外径を有する。脚長部１４は、該先端側胴部１３の先端側において中心電極４を収容し、先端側胴部１３より小さい外径及び内径を有する。先端側胴部１３と脚長部１４との内周面は棚部１５を介して接続されている。この棚部１５に後述する中心電極４の鍔部１６が当接するように配置され、中心電極４が軸孔２内に固定されている。先端側胴部１３と脚長部１４との外周面は段部１７を介して接続される。この段部１７に後述する主体金具７のテーパ部１８が板パッキン１９を介して当接し、絶縁体３が主体金具７に対して固定されている。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具７の先端面から突出した状態で、主体金具７に固定されている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気的強度を有する材料で形成されることが望ましい。このような材料として、例えば、アルミナを主体とするセラミック焼結体が挙げられる。
【００１９】
前記絶縁体３の軸孔２内には、その先端側に中心電極４、後端側に端子金具５、中心電極４と端子金具５との間には接続部６が設けられている。接続部６は、中心電極４及び端子金具５を軸孔２内に固定すると共にこれらを電気的に接続する。前記接続部６は、抵抗体２１と、第１シール体２２と、第２シール体２３とにより形成されている。抵抗体２１は、伝播雑音を低減するために配置されている。第１シール体２２は、該抵抗体２１と中心電極４との間に設けられている。第２シール体２３は、該抵抗体２１と端子金具５との間に設けられている。抵抗体２１は、ガラス粉末、非金属導電性粉末及び金属粉末等を含有する組成物を焼結して形成され、その抵抗値は通常１００Ω以上である。第１シール体２２及び第２シール体２３は、ガラス粉末及び金属粉末等を含有する組成物を焼結して形成され、その抵抗値は通常１００ｍΩ以下である。この実施態様における接続部６は、抵抗体２１と第１シール体２２と第２シール体２３とにより形成されているが、抵抗体２１と第１シール体２２と第２シール体２３の少なくとも１つにより形成されていてもよい。
【００２０】
前記主体金具７は、略円筒形状を有しており、絶縁体３を内装することにより絶縁体３を保持するように形成されている。主体金具７における先端方向の外周面にはネジ部２４が形成されている。このネジ部２４を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。前記主体金具７は、ネジ部２４の後端側にフランジ状のガスシール部２５を有し、ガスシール部２５の後端側にスパナやレンチ等の工具を係合させるための工具係合部２６、工具係合部２６の後端側に加締め部２７を有する。加締め部２７及び工具係合部２６の内周面と絶縁体３の外周面との間に形成される環状の空間にはリング状のパッキン２８，２９及び滑石３０が配置され、絶縁体３が主体金具７に対して固定されている。ネジ部２４の内周面における先端側は、脚長部１４に対して空間を有するように配置されている。そして、径方向内向きに突出する突起部３２における後端側のテーパ状に拡径するテーパ部１８と絶縁体３の段部１７とが環状の板パッキン１９を介して当接している。主体金具７は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。
【００２１】
端子金具５は、中心電極４と接地電極８との間で火花放電を行うための電圧を外部から中心電極４に印加するための端子である。端子金具５は、絶縁体３の後端側からその一部が露出した状態で軸孔２内に挿入されて第２シール体２３により固定されている。端子金具５は、低炭素鋼等の金属材料により形成されることができる。
【００２２】
前記中心電極４は、前記接続部６に接する後端部３４と、前記後端部３４から先端側に延びる棒状部３５とを有する。後端部３４は、径方向外向きに突出する鍔部１６を有する。該鍔部１６が絶縁体３の棚部１５に当接するように配置され、軸孔２内周面と後端部３４の外周面との間に第１シール体２２が充填されていることで、中心電極４は、その先端が絶縁体３の先端面から突出した状態で絶縁体３の軸孔２内に固定され、主体金具７に対して絶縁保持されている。中心電極４における後端部３４と棒状部３５とは、Ｎｉ合金等の中心電極４に使用される公知の材料で形成されることができる。中心電極４は、Ｎｉ合金等により形成される外層と、Ｎｉ合金よりも熱伝導率の高い材料により形成され、該外層の内部の軸心部に同心に埋め込まれるように形成されてなる芯部とにより形成されてもよい。芯部を形成する材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、純Ｎｉ等を挙げることができる。
【００２３】
前記接地電極８は、例えば、略角柱形状に形成されてなり、一端部が主体金具７の先端部に接合され、途中で略Ｌ字状に屈曲され、他端部が中心電極４の先端部との間に間隙Ｇを介して対向するように形成されている。前記接地電極８は、Ｎｉ合金等の接地電極８に使用される公知の材料で形成されることができる。また、中心電極４と同様に接地電極の軸芯部にＮｉ合金よりも熱伝導率の高い材料により形成される芯部が設けられていてもよい。
【００２４】
前記チップ９は、この実施形態においては円柱状であり、接地電極８のみに設けられている。前記チップ９は、その形状は特に限定されず、中心電極４のみに設けられていてもよいし、接地電極８と中心電極４との両方に設けられていてもよい。また、接地電極８及び中心電極４に設けられたチップのうち少なくとも一方のチップが、後述する特性を有する材料により形成されたチップにより形成されていればよく、他方のチップはチップとして用いられる公知の材料で形成されてもよい。前記チップ９は、レーザ溶接及び抵抗溶接等の適宜の方法により接地電極８における中心電極４に対向する面に接合されている。この実施形態のスパークプラグ１における間隙Ｇは、接地電極８に設けられたチップ９と中心電極４との間の最短距離である。この間隙Ｇは、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定される。図４に示すように、接地電極１０８，２０８に設けられたチップ１０９，２０９の先端面と、中心電極１０４に設けられたチップ３０９の側面とが対向するように設けられているスパークプラグ１０１の場合には、接地電極１０８の先端部に設けられたチップ１０９と中心電極１０４に設けられたチップ３０９との対向するそれぞれの対向面の間の最短距離が間隙Ｇ’となり、この間隙Ｇ’で火花放電が生じる。
【００２５】
この発明の特徴部分であるチップについて、以下に詳細に説明する。
【００２６】
図２に示すように、この実施形態のチップ９は、本体部４１と、この本体部４１の周側面すなわち本体部４１の中心から間隙Ｇに向かう方向に延びる軸線Ａの径方向外周面（側面と称することもある。）に設けられている表面層４２と、を有する。
【００２７】
前記本体部４１の組成は、Ｐｔを主成分とし、Ｒｈが５質量％以上及びＮｉが０質量％以上８質量％未満である。前記本体部４１の組成は、Ｐｔを主成分とし、Ｒｈが５質量％以上４５質量％以下及びＮｉが０質量％以上７質量％以下であるのが好ましい。前記本体部４１の組成は、Ｐｔを主成分とし、Ｒｈが５質量％以上４５質量％以下及びＮｉが０質量％以上１質量％以下であるのがより好ましい。なお、「主成分」とは、本体部４１に含まれる成分のうちで最も質量割合の多い成分のことをいう。前記本体部４１が前記組成範囲にあると、耐火花消耗性及び耐酸化性に優れるものの、この本体部４１の全表面が露出している場合には後述する異常消耗が発生し易くなる。特に、Ｎｉの含有率が少なくなるほど異常消耗が発生し易くなる。しかし、この発明のチップは、本体部の表面のうち異常消耗が発生し易い面に少なくとも表面層を有するので、異常消耗の発生を抑制することができる。
【００２８】
チップ９に発生する異常消耗について、まず説明する。これまで、Ｐｔ合金からなるチップ９は、耐火花消耗性及び耐酸化性に優れると考えられてきた。しかし、スパークプラグが高温で高酸素濃度の燃焼室内で長時間稼働され、チップ９の表面に吸気ガスが直撃し易く、また、チップ９の周辺の酸素濃度及び温度の変化の大きい条件下にチップ９が置かれた場合に、チップ９における特定の部位（例えば、チップ９の側面）が消失してしまう現象（異常消耗）が発生することがあった。このチップ９が消失してしまう現象は、チップ９における吸気ガスが直撃し易い部位に発生し、排気バルブのある側に面している部位には発生していない。この現象は、火花放電によってチップ９の放電面が消失する火花消耗とは異なる。また、チップ９が酸化することによりチップ９の全表面の一部が消失する単純な酸化消耗とも異なる。したがって、火花消耗とも酸化消耗とも異なるこのようなチップ９の特定部位が消失する現象を「異常消耗」と称する。
【００２９】
異常消耗は、Ｐｔ合金からなるチップ９のうちＲｈの含有率が５質量％以上及びＮｉの含有率が８質量％未満、特に７質量％以下であるチップ９で特に発生し易い。一方、組成が前記範囲内にあるチップ９は、耐火花消耗性及び耐酸化性に優れるので、異常消耗の発生を抑制することができれば、耐久性の良好なスパークプラグを提供することができる。そこで、本発明者らは、前記組成を有する本体部４１の表面のうち少なくとも異常消耗が生じやすい面に後述する表面層４２を設けることで異常消耗の発生を抑制することを考え、本発明に至った。
【００３０】
前記表面層４２は、Ｎｉを８質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上である。前記表面層４２は、Ｎｉを４０質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上であるのが好ましい。表面層４２におけるＮｉの含有率が前記範囲内にあり、Ｎｉの含有率が８質量％以上であり、好ましくは４０質量％以上である部分の厚さが２μｍ以上であると、本体部４１に含有されるＲｈが酸化し難くなる。その結果、チップ９に異常消耗が生じ難くなる。Ｎｉの含有率が８質量％未満であると、Ｎｉ酸化物の被膜が十分に形成されず、異常消耗が生じやすくなる。表面層４２の厚さが２μｍ未満では、組成に関わらず緻密な膜が形成されず、表面層４２を本体部４１の表面に設けたことによる異常消耗の発生を抑制する効果が得られない。また、表面層４２の厚さが２μｍ未満では、スパークプラグ１の稼働時間の経過と共に本体部４１と表面層４２とにおける元素が相互拡散し、表面層４２による異常消耗の発生を抑制する効果が低下してしまう。
【００３１】
前記表面層４２を前記本体部４１の表面の少なくとも一部に設けることにより、異常消耗の発生を抑制できるのは次のような理由であると考えられる。まず、異常消耗は次のようなメカニズムによって発生すると考えられる。チップに異常消耗が発生するときのチップの置かれた環境では、吸気バルブ側から吸気ガスがチップの表面に直撃するので、その場に吸気ガスが滞留し易く、局所的に酸素濃度が上がると共に温度が急激に下がり、その後、燃焼により急激に温度が上がると共に酸素濃度が下がる。チップの置かれた環境では、このような雰囲気の変化が繰り返される。内燃機関の燃料室内のように、大気中と比較して酸素が少ない環境下において、Ｒｈ酸化物の酸素解離圧は、Ｐｔ及びＮｉ酸化物のそれと比較して酸化と還元のサイクルが生じ易い領域にあるので、酸素濃度が高くかつ比較的温度の低い酸化雰囲気でＲｈが酸化してＲｈ酸化物を形成し、その後、酸素濃度が低くかつ比較的温度の高い還元雰囲気でＲｈ酸化物が還元されて金属Ｒｈを形成する。このようにしてチップの表面でＲｈ酸化物の形成と金属Ｒｈへの還元とが繰り返される。酸素濃度や温度の変化がそれほど大きくなければ、金属Ｒｈが酸化せずにそのまま存在したり、金属Ｒｈが酸化して緻密なＲｈ酸化物の膜が形成されたりすることで優れた耐酸化性を示すはずである。しかし、Ｒｈ酸化物と金属Ｒｈとでは体積が異なり、金属Ｒｈが酸化されてＲｈ酸化物になると体積が大きくなり、Ｒｈ酸化物が還元されて金属Ｒｈになると体積が小さくなるので、このような酸化還元がチップの表面で繰り返されることにより、チップ９表面は海綿状になる。海綿状になったチップの表面は剥離して脱落し易くなり、異常消耗という現象を生じる。純Ｐｔチップ及びＩｒ合金チップでこのような現象が生じない理由は、Ｐｔの場合はそもそも酸素解離圧が非常に高く、内燃機関の燃焼室内のように酸素が少ない環境下では、Ｐｔは酸化しないためと考える。また、Ｉｒの場合は、わずかな酸素濃度でも揮発性酸化物であるＩｒＯ３を生成しやすく、雰囲気が変化しても酸化還元のサイクルが生じないためであると考えられる。
【００３２】
一方、ＰｔとＲｈとを含有する前記本体部４１の表面の少なくとも一部に、Ｎｉを本体部４１よりも多く含有する前記表面層４２が設けられていると、Ｎｉの酸化物は、Ｒｈの酸化物と比較して酸素解離圧が低いので、酸化し易く還元され難く、チップ９の表面にＮｉ酸化物の被膜が形成される。すなわち、チップ９がＲｈが酸化還元する環境下に置かれても、Ｎｉは酸化してＮｉ酸化物を形成したままで還元され難い。チップ９の表面がＮｉ酸化物の被膜で覆われていれば、本体部４１の表面付近の酸素濃度はＲｈが酸化する解離圧以下になり、Ｒｈが酸化し難くなる。本体部４１の表面に表面層４２が設けられていると、このようにして本体部４１の表面におけるＲｈの酸化還元が生じ難くなることで、チップ９の表面が海綿状になるのを防止して、異常消耗を抑制することができる。また、Ｎｉは接地電極８及び中心電極４の主成分であることが多いので、チップ９と接地電極８又は中心電極４とを溶接する際に形成される溶融部４３と表面層４２との間で拡散が起こりやすく、溶融部４３と表面層４２との境界で表面層４２が剥離し難い。その結果、表面層４２による異常消耗の発生を抑制する効果が長期間にわたって発揮される。
【００３３】
前記表面層４２は、Ｐｔと同じ面心立方格子構造を有する金属元素を含有するのが好ましく、そのような金属元素のうちＰｔと全率固溶する金属元素を含有するのが特に好ましい。そのような元素として、Ｐｔを挙げることができる。すなわち、前記表面層４２は、Ｎｉ以外の元素としてＰｔを含有するのが好ましい。前記表面層４２が面心立方格子構造を有する金属元素であって、Ｐｔと全率固溶する金属元素を含有すると、表面層４２内に析出物が形成され難く、また、本体部４１と表面層４２との間の元素の相互拡散によって大きな体積変化を生じることなく、それによって密着性が良好になり、表面層４２内におけるクラックの発生及び表面層４２の剥離が生じるのを抑えることができる。また、元素の相互拡散によるチップ９自身の熱伝導率の低下を最低限に抑えることができ、チップ９の過熱を抑制できる。
【００３４】
前記表面層４２は、Ｒｈより高融点の元素の含有率が表面層４２の全質量に対して３０質量％未満であるのが好ましく、１０質量％以下であるのがより好ましく、１質量％以下であるのが最も好ましい。Ｒｈより高融点の元素としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｒｕ、及びＲｅ等を挙げることができる。これらの元素はＮｉと合金化することで脆くなりやすく、Ｐｔ及びＲｈと比較して酸素解離圧が低く、表面層４２の内部で酸化し易い。そのため、これらの元素の含有率が多すぎると、内部酸化による圧縮応力によって表面層４２や本体部４１と表面層４２の境界部分でクラックが生じやすくなり、冷熱サイクルが加えられると表面層４２の剥離が生じやすくなる。従って、表面層４２におけるこれらの元素の含有率が少ないほど、表面層４２の剥離を防止することができる。また、これら高融点の元素は、本体部４１に含有させる場合においても、上記含有率に抑えるのが好ましい。本体部４１にこれらの元素が多量に含有されていると、スパークプラグ１の使用により本体部４１におけるこれらの元素が表面層４２に拡散することで、表面層４２に含有するのと同じように、悪影響を及ぼすためである。
【００３５】
前記表面層４２は、Ｎｉより低融点の元素の含有率が表面層４２の全質量に対して１０質量％未満であるのが好ましく、含まないのが最も好ましい。Ｎｉより低融点の元素としては、例えば、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ、及びＡｇ等を挙げることができる。これらの元素は融点が低いので、表面層４２におけるこれらの元素の含有率が少ないほど、表面層４２の耐火花消耗性の劣化を抑制することができる。
【００３６】
この発明におけるチップ９は、本体部４１の組成が、Ｐｔを主成分とし、Ｒｈが５質量％以上及びＮｉが０質量％以上８質量％未満であり、表面層４２の組成が、Ｎｉが８質量％以上であればよく、本体部４１と表面層４２とは、それぞれ５質量％より小さい含有率で、不可避不純物を含有していてもよい。本体部４１における不可避不純物としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ等を挙げることができる。表面層４２における不可避不純物としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ等を挙げることができる。これらの不可避不純物の含有率は少ない方が好ましいが、この発明の課題を達成することができる範囲内で含有していてもよく、前述した成分の合計質量を１００質量部としたときに、前述した１種類の不可避不純物の割合は０．１質量部以下、含有される全種類の不可避不純物の合計割合は０．２質量部以下であるのがよい。
【００３７】
前記本体部４１及び前記表面層４２における各成分の含有率は次のようにして求めることができる。まず、チップ９の軸線Ａを含む断面で切断して切断面を露出させる。図３に示すように、前記本体部４１の組成は、前記切断面における中心付近について、ＥＰＭＡを利用して、ＷＤＳ（Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer）分析を行うことにより、各測定箇所における質量組成を測定する。すなわち、軸線Ａ方向における切断面の端部から端部までの線分の中心を通り、前記軸線Ａに直交する方向における切断面の端部から端部までの線分の中心を中心点Ｃとして、この中心点Ｃでスポット径１００μｍの領域の分析値を本体部４１の組成とする。前記表面層４２の組成は、前記切断面の端部から内側へ２μｍの位置においてスポット径１μｍの領域を分析することにより、その測定点における組成を表面層４２の組成として求めることができる。
【００３８】
前記表面層４２の厚さは、軸線Ａに直交する方向の前記線分Ｌ上を１μｍ間隔で元素分析し、線分Ｌの端部から他端に向かう測定点において、Ｎｉの含有率が８質量％以上である部分の長さとして求めることができる。また、表面層４２の厚さが２０μｍ以上の場合は、１０μｍ間隔で分析してもよい。前記表面層４２は、本体部４１の表面に設けられているので、Ｎｉの含有率が８質量％以上である点は、通常、前記線分Ｌ上の一端から他端に向かって一定の長さにわたって存在する。軸線Ａに直交する方向の任意の複数の前記線分Ｌ上を元素分析することにより、チップ９の側面における任意の位置の厚さを求めることができる。
【００３９】
前記表面層４２は、本体部４１の全表面のうち吸気ガスが直撃し易い部位に少なくとも設けられていればよく、本体部４１の全表面に設けられていてもよい。吸気ガスが直撃し易い部位としては、図１に示すスパークプラグ１においては、中心電極４及び接地電極８のいずれに結合されるチップ９についても、本体部４１の周側面すなわち本体部４１の軸線Ａの径方向外周面であり、図４に示すスパークプラグ１０１においては、中心電極１０４に結合されているチップ３０９については中心電極１０４に結合されている面以外の全表面、接地電極１０８，２０８に結合されているチップ１０９，２０９については本体部の周側面のうち軸線Ｏ’の先端側に臨む面である。
【００４０】
前記表面層４２は、本体部４１の全表面に設けられていてもよいが、接地電極８に結合されている面には設けられていないのが好ましい。すなわち、チップ９における本体部４１が露出している面を、接地電極８に抵抗溶接、若しくはレーザ溶接、若しくは抵抗溶接を行った後にレーザ溶接を行い、これらを接合して、チップ９を有する接地電極８を形成するのが好ましい。チップ９における接地電極８に結合される面には吸気ガスが直撃することはなく、この面に異常消耗は発生しないので、表面層４２を設けても本願発明の効果が得られない。また、チップ９における接地電極８に結合される面に表面層４２が設けられていると、後述するように、チップ９を接地電極８に抵抗溶接、若しくはレーザ溶接、若しくはその両方により接合する際に、チップ９及び接地電極８等が溶融して、溶融した粒子が接合部の周辺に飛散して付着するおそれがあり、それによってスパークプラグの品質を維持できず製造不良となるおそれがある。したがって、チップ９における接地電極８に接合される面は、そのうちの少なくとも一部が本体部４１により形成されているのが好ましく、前記面はその全面が本体部４１のみにより形成されているのが特に好ましい。
【００４１】
前記間隙Ｇを形成する前記チップ９の先端面から前記間隙Ｇの位置する側とは反対側に向かって厚さ０．２ｍｍの領域について、前記領域の全質量に対して、ＮｉとＮｉより融点の低い元素との合計含有率が、０質量％を超え７質量％以下であるのが好ましい。図１に示すスパークプラグ１のように、中心電極４の先端と接地電極８に設けられた円柱状のチップ９の先端面との間に間隙Ｇが形成されている場合には、図２に示すように、チップ９における前記領域Ｔ１は、円柱状のチップ９の先端部分の厚さ０．２ｍｍの領域Ｔ１であって、その領域Ｔ１は円盤状体である。前記領域Ｔ１には、本体部４１及び表面層４２が含まれている。チップ９の先端面から厚さ０．２ｍｍの範囲内の領域にチップ９を接地電極８に溶接した際に形成された溶融部４３が含まれる場合には、前記領域には、本体部４１と表面層４２と溶融部４３とが含まれる。また、図４に示すスパークプラグ１０１のように、中心電極１０４に設けられたチップ３０９の側面と接地電極１０８，２０８に設けられたチップ１０９，２０９の先端面との間に間隙Ｇ’が形成されている場合には、図５に示すように、中心電極１０４に設けられたチップ３０９における前記領域Ｔ２は、チップ３０９の軸線Ｏ’方向の先端側からみて接地電極１０８に設けられたチップ１０９に最も近い点Ｅにおける接線Ｆ１とこの接線Ｆ１を前記間隙Ｇ’の位置する側とは反対側に向かって０．２ｍｍ移動した第２接線Ｆ２との間に含まれる領域Ｔ２であって、その領域Ｔ２は円弧切欠き柱状体である。Ｎｉより融点の低い元素としては、例えば、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ、及びＡｇ等を挙げることができる。
【００４２】
前記領域Ｔ１、Ｔ２におけるＮｉとＮｉより融点の低い元素との合計含有率が前記範囲内にあると、異常消耗の発生を抑制すると共に、耐消耗性に優れたスパークプラグを提供することができる。ＮｉとＮｉより融点の低い元素は、主に表面層４２に含有されるので、前記領域Ｔ１、Ｔ２におけるＮｉとＮｉより融点の低い元素との合計含有率によって前記領域Ｔ１、Ｔ２における表面層４２の占める体積がある程度示される。前記表面層４２の厚さは、前述したように、２μｍ以上であればよく、その上限値はこの発明の課題を達成できる範囲で適宜設定されればよく、例えば、本体部４１の直径以下である。しかし、表面層４２が厚くなるほど異常消耗の発生を抑制できる一方で、表面層４２が厚くなるほど本体部の体積が小さくなるので、逆に耐消耗性に劣るようになる。したがって、前記領域Ｔ１、Ｔ２におけるＮｉとＮｉより融点の低い元素との合計含有率を前記範囲内にすることで、異常消耗の発生を抑制すると共に、耐消耗性に優れたスパークプラグを提供することができる。
【００４３】
チップにおける前記領域の、ＮｉとＮｉより融点の低い元素との合計含有率は、次のようにして測定することができる。まず、前記間隙を形成しているチップの先端面から前記間隙Ｇの位置する側とは反対側に向かって０．２ｍｍの位置でチップを切断する。切断したチップの先端側の円盤状体を溶解した後に、化学分析（ＩＣＰ発光法）により前記元素の質量割合を測定することができる。
【００４４】
チップ９の形状は、この実施態様においては円柱状であるが、特に限定されず、円柱状以外に、楕円柱状、角柱状、及び板状等の適宜の形状を採用することができる。チップ９が接地電極８の表面から突出しており、吸気ガスが直撃し易い形状を有するチップであるほど、異常消耗が発生し易い。したがって、この発明のチップが以下の２つの条件の両方を満たすチップであると、異常消耗の発生をより一層抑制することができる。
（１）チップが接地電極の表面から０．１５ｍｍ以上突出している
（２）接地電極に設けられているチップの、接地電極の表面から前記表面に直交する方向に０．１５ｍｍ以上の任意の位置で、チップの軸線Ａに直交する断面で切断して得られた切断面の輪郭の少なくとも一部の曲率半径Ｒが０．３３ｍｍ以上である、すなわち前記切断面を観察したときに、大気と接する外周面において、曲率半径Ｒが０．３３ｍｍ以上の部分が存在する
【００４５】
前記条件（１）及び（２）を満たすチップ９としては、例えば、半径が０．３３ｍｍ以上で高さが０．１５ｍｍ以上の円柱状のチップを挙げることができる。なお、チップ９が接地電極８に設けられている場合だけでなく、中心電極に設けられている場合についても、前記条件（１）及び（２）の両方を満たすチップであると、より一層効果が得られる。なお、チップが接地電極の表面から０．６ｍｍ以上突出していると、より一層異常消耗が生じやすくなるため、この発明の効果が得られる。
【００４６】
前記チップは、変形例として、前記本体部と前記表面層との間に拡散層を有していてもよい。前記拡散層は、本体部の表面に表面層を設けたチップに熱処理を施すことで、本体部と表面層との間で元素が相互拡散し、それによって形成された層である。したがって、前記拡散層は、本体部の組成から表面層の表面部における組成へと次第に組成が変化する傾斜構造を有する。前記チップが、このような傾斜構造を有していると、本体部と表面層との密着性が良好になり、表面層が本体部から剥離し難くなり、長期間にわたって表面層による異常消耗の抑制効果が発揮される。
【００４７】
本体部と表面層との密着性を考慮する場合、前記拡散層の厚さは、少なくとも２μｍ以上であるのが好ましい。但し、拡散層が厚くなりすぎると、前記本体部と表面層の合金化が進むことで熱伝導率が低下し、火花消耗しやすくなる。従って、拡散層の厚さは２００μｍ未満であるのが好ましい。前記拡散層の厚さが前記範囲内にあると、耐火花消耗性を確保しつつ本体部と表面層との密着性が良好になり、表面層が本体部から剥離し難くなる。前記拡散層の厚さは、表面層の厚さを求める場合と同様にして求めることができる。すなわち、図３に示すように、チップの切断面において軸線Ａに直交する方向の任意の線分Ｌ上を元素分析し、線分Ｌの端部から他端に向かう測定点において、Ｎｉの含有率が次第に変動する領域の線分Ｌ上の長さを拡散層の厚さとして求めることができる。ここで、Ｎｉの含有率が次第に変動するとしているが、ほとんどの場合は、Ｎｉの含有率の多い表面層からＮｉの含有率の少ない本体部へ向かって、Ｎｉの含有率は減少する。ただし、本体部と表面層を構成する元素が３つ以上の場合であって、本体部と表面層の相互拡散によって析出物を形成するような場合には、チップの表面から中心に向かってＮｉの含有率が増大する場合がありうる。また、このような場合にも、この発明の範囲内であれば、異常消耗抑制の効果を得ることができる。
【００４８】
前記スパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。まず、チップ９は、本体部４１となる芯材を製造し、この芯材の表面に表面層４２を形成することにより製造される。
【００４９】
本体部４１となる芯材を製造する際には、まず、各成分の含有率が前述した範囲となる金属成分を配合し、原料粉末を用意する。これをアーク溶解してインゴットを形成し、このインゴットを熱間鍛造して、棒材とする。次に、この棒材を複数回溝ロール圧延して、必要に応じてスエージングを行い、ダイス引きにて伸線加工を施すことによって、断面円形状の丸棒材とし、この丸棒材を所定の長さに切断する。この丸棒材の表面に表面層を形成し、この表面層が形成された丸棒材をチップ９としての所望の長さに切断することによって、本体部４１の表面に表面層４２が設けられたチップ９を製造する。なお、本体部４１となる芯材の形状は円柱状に限定されず、例えば前記インゴットを四角形ダイスを用いて伸線加工を行い、角材に加工し、その角材を所定の長さに切断することによって例えば角棒状に形成することもできる。
【００５０】
前記芯材の表面に表面層４２を形成する方法としては、特に限定されないが、電解めっき処理、無電解めっき処理、化学蒸着法、物理蒸着法、及び芯材に円筒の棒材を張り合わせて加工する異種材の接合（クラッド材）等を挙げることができる。
【００５１】
電解めっき処理、もしくは無電解めっき処理により芯材の表面に表面層４２を形成する場合には、前述した組成を有する表面層４２が形成されるように、めっき浴の組成や電流値、電圧値や熱処理条件などを制御してめっき処理することにより形成される。芯材の表面に異なる組成のめっきを連続して形成させて複層構造としても良い。化学蒸着法（ＣＶＤ）としては、ＭＯＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、ＣＣＶＤ等を挙げることができる。物理蒸着法（ＰＶＤ）としては、真空蒸着法、ＤＣスパッタリング、高周波スパッタリング等の各種スパッタリング法、高周波イオンプレーディング等の各種イオンプレーディング法、分子線エピタキシー法、レーザアブレーション法、イオン化クラスタビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法等を挙げることができる。
【００５２】
芯材の全表面のうちの一部に表面層４２を形成し、本体部４１の一部が露出するチップ９を製造する方法としては、芯材の全表面に表面層４２を形成した後に、表面層４２を備えた芯材を該芯材の軸線に垂直に切断することで、本体部の一部が露出したチップを製造する方法、及び芯材の全表面に表面層４２を形成した後に一部の表面層４２を切削及び切断等して除去することによりチップにおける任意の部位に本体部が露出したチップを製造する方法等を挙げることができる。
【００５３】
この発明におけるチップ９は、前記工程に加えて、熱処理工程を行って、前記本体部４１と前記表面層４２における元素が相互拡散することにより形成される拡散層を形成してもよい。熱処理工程は、芯材の表面に前記表面層４２を形成した後に、例えば、６００〜１３００℃の温度に０〜１０時間維持することにより行われる。０時間維持とは、昇温してすぐに降温させることを示す。加熱方法は、特に限定されず、電気炉を用いて雰囲気制御して加熱してもよいし、バーナーによって加熱してもよい。また、前記熱処理工程を複数回行ってもよい。
【００５４】
中心電極４にチップが接合される場合には、接地電極８に接合されるチップ９と同様の方法によりチップを製造してもよいし、従来公知の方法によりチップを製造してもよい。
【００５５】
中心電極４及び接地電極８は、例えば、真空溶解炉を用いて、所望の組成を有する合金の溶湯を調製し、線引き加工等して、所定の形状及び所定の寸法に適宜調整して、作製することができる。中心電極４が、外層とこの外層の軸心部に埋め込まれるように設けられた芯部とにより形成されている場合には、中心電極４はカップ状に形成したＮｉ合金等からなる外材に、外材より熱伝導率の高いＣｕ合金等からなる内材を挿入し、押し出し加工等の塑性加工にて、外層の内部に芯部を有する中心電極４を形成する。接地電極８もまた中心電極４と同様に外層と芯部とにより形成されてもよく、この場合には中心電極４と同様にしてカップ状に形成した外材に内材を挿入し、押し出し加工等の塑性加工した後、略角柱状に塑性加工したものを、接地電極８にすることができる。
【００５６】
次いで、所定の形状に塑性加工等によって形成した主体金具７の端面に、接地電極８の一端部を電気抵抗溶接又はレーザ溶接等によって接合する。次いで、接地電極８が接合された主体金具７にＺｎめっき又はＮｉめっきを施す。Ｚｎめっき又はＮｉめっきの後に３価クロメート処理を行ってもよい。また、接地電極に施されためっきは剥離してもよい。
【００５７】
次いで、上述のように作製したチップ９を接地電極８に抵抗溶接及び／又はレーザ溶接等により溶融固着する。抵抗溶接でチップ９を接地電極８に接合する場合には、例えば、チップ９を接地電極８の所定位置に設置して押し当てながら抵抗溶接を施す。レーザ溶接でチップ９を接地電極８に接合する場合には、例えば、チップ９を接地電極８の所定位置に設置し、チップ９と接地電極８との接触面と平行方向からチップ９と接地電極８との接触部分を部分的に又は全周に渡ってレーザビームを照射する。抵抗溶接をした後にレーザ溶接を施してもよい。本体部４１の全表面に表面層４２が設けられたチップ９を接地電極８に接合する場合には、チップ９及び接地電極８が溶融して、溶融した粒子が接合部の周辺に飛散して付着するおそれがあり、それによってスパークプラグの品質を維持できず製造不良となるおそれがある。一方、チップ９における接地電極９に接合される面に表面層４２が設けられておらず、本体部４１が露出しているチップ９であると、チップ９を接地電極８に接合する際に、チップ９及び接地電極８の溶融した粒子が飛散するのを防止することができ、製造不良となるスパークプラグの数を低減することができる。したがって、製造不良となるスパークプラグの数を低減できる点で、チップ９は、チップ９における接地電極８に接合される面において、本体部が露出しているのが好ましい。なお、中心電極４にチップを接合する場合には、接地電極８にチップ９を接合する方法と同様にして接合することができる。
【００５８】
一方、セラミック等を所定の形状に焼成することによって絶縁体３を作製し、この絶縁体３の軸孔２内に中心電極４を挿設し、第１シール体２２を形成する組成物、抵抗体２１を形成する組成物、第２シール体２３を形成する組成物をこの順に前記軸孔２内に予備圧縮しつつ充填する。次いで前記軸孔２内の端部から端子金具５を圧入しつつ前記組成物を圧縮加熱する。こうして前記組成物が焼結して抵抗体２１、第１シール体２２及び第２シール体２３が形成される。次いで接地電極８が接合された主体金具７にこの中心電極４等が固定された絶縁体３を組み付ける。最後に接地電極８の先端部を中心電極４側に折り曲げて、接地電極８の一端が中心電極４の先端部と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。
【００５９】
本発明に係るスパークプラグ１は、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部２４が螺合されて、所定の位置に固定される。この発明に係るスパークプラグ１は、如何なる内燃機関にも使用することができる。この発明に係るスパークプラグ１は、高温で高酸素濃度の燃焼室内で使用され、チップの表面に吸気ガスが直撃し易く、また、チップの周辺の酸素濃度及び温度の変化の大きい条件にチップが置かれても、チップの側面における異常消耗の発生を抑制することができるので、例えば、リーンバーン状態で運転される直噴ガソリンエンジン等の内燃機関に特に好適である。
【００６０】
この発明に係るスパークプラグ１は、前述した実施例に限定されることはなく、本発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、前記スパークプラグ１は、中心電極４の先端面と接地電極８に設けられたチップ９の先端面とが、軸線Ｏ方向で、間隙Ｇを介して対向するように配置されているが、この発明において、図４に示すように、中心電極１０４に設けられたチップ３０９の側面と接地電極１０８，２０８に設けられたチップ１０９，２０９の先端面とが、中心電極の半径方向で、間隙Ｇ’を介して対向するように配置されていてもよい。この場合に、中心電極に設けられたチップ３０９の側面に対向する接地電極は、単数が設けられても、複数が設けられてもよい。
【実施例】
【００６１】
＜スパークプラグ試験体の作製＞
（試験番号１〜５９）
表面層を有する表面層有チップは、本体部となる芯材を製造し、電解めっき処理又は異種材料の張り合わせ（クラッド）によって、この芯材の表面に表面層を形成することにより製造した。
【００６２】
電解めっき処理により表面層を形成する場合、芯材は、所定の組成を有する原料粉末を配合し、アーク溶解してインゴットを形成し、このインゴットを熱間鍛造、熱間圧延及び熱間スエージングし、さらに、伸線加工を施すことによって、直径０．３５ｍｍで所定の長さの丸棒材とし、この丸棒材の周側面に、電解めっき処理によって所定の組成を有する表面層を形成し、その後所定の長さに切断することによって、直径０．３５ｍｍ、高さ０．６ｍｍの円柱状の本体部を有し、本体部の周側面に表面層が形成された表面層有チップを得た。
【００６３】
異種材料の張り合わせ（クラッド）により表面層を形成する場合、芯材は、所定の組成を有する原料粉末を配合し、アーク溶解してインゴットを形成し、このインゴットを熱間鍛造、熱間圧延及び熱間スエージングし、さらに、伸線加工を施すことによって、所定の長さの丸棒材とし、この丸棒材の周側面に、所定の組成を有する表面層に相当する円筒の材料を張り合わせて伸線加工を行い、所定の長さに切断することによって、直径０．３５ｍｍ、高さ０．６ｍｍの円柱状の本体部を有し、本体部の周側面に表面層が形成された表面層有チップを得た。
【００６４】
また、いずれの手法で本体部の表面に表面層を形成させた場合も、表面層を形成した後、必要に応じて熱処理を行ったチップについては、本体部と表面層との間で元素の拡散が生じ、拡散層が形成されるので、本体部の直径は０．３５ｍｍ未満となった。
【００６５】
表面層無チップは、表面層有チップにおける芯材と同様にして直径０．３５ｍｍの丸棒材を形成し、これを所定の長さに切断することによって、直径０．３５ｍｍ、高さ０．６ｍｍの円柱状の表面層無チップを形成した。
【００６６】
得られた表面層有チップのうちの一部については、次いで、熱処理工程として、電気炉で６００〜１３００℃の範囲内における所定の温度で、０〜１０時間の範囲における所定の時間維持して、本体部と表面層との間に拡散層を形成した。
【００６７】
得られた表面層無チップ及び表面層有チップ（チップと総称することもある）をインコネル６０１により形成された接地電極に抵抗溶接した後、レーザ溶接により接合し、図１に示す構造を有するスパークプラグ試験体を製造した。
【００６８】
（試験番号６０〜８１）
本体部の直径を０．７ｍｍに変更し、表面層の厚さ、本体部及び表面層の組成を変更したこと以外は試験番号１〜５９と同様にしてスパークプラグ試験体を製造した。なお、本体部はＰｔを主成分とし、Ｒｈを１０％含有している。表面層におけるＮｉ以外の元素は、本体部に含まれる元素のみとなるように作製した。
【００６９】
（試験番号８２〜９０）
表５に示すように、チップの半径を変更したこと以外は試験番号９、１９と同様にしてスパークプラグ試験体を製造した。あわせて、後述する「異常消耗の評価」をするために、表面層無チップを用いたときの異常消耗開始時間ｔ１を測定するのに用いるサンプルとして、試験番号８２〜９０と同じ半径を有する表面層無チップを備えたスパークプラグ試験体を作製した。
【００７０】
＜チップの組成及び表面層の厚さの測定方法＞
チップの組成は、ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製JXA-8500F）のＷＤＳ分析を行うことにより、質量組成を測定した。
本体部の組成については、チップをその軸線Ａを含む平面で切断し、この切断面において前述したように中心付近の質量組成を測定した（加速電圧：２０ｋＶ、スポット径：１００μｍ）。
表面層の組成については、スポット径を１μｍとして、前記切断面において軸線Ａに直交する方向の任意の２つの線分Ｌ上を１μｍ間隔で質量組成の測定を行い、切断面の端部すなわち線分Ｌの端部から他端に向かって２μｍの位置のＮｉの含有率を測定し、これらの測定値の算術平均値を表面Ｎｉ含有率として表１に示した。
なお、表１の表面層における「Ｎｉ以外の含有元素」の欄の記号の意味は次の通りである。
「＊１」は、Ｎｉ以外の成分を１００質量％としたときに本体部と同じ組成を有することを示す。
「＊２」は、Ｎｉ以外の元素が本体部に含まれる元素のみであることを示す（組成は異なる）。
「Ｐｔ」は、Ｎｉ以外の成分がＰｔのみであることを示す。
その他の記号は、Ｎｉを含めて１００質量％としたときの成分比を示す。
【００７１】
表面層の厚さについては、前記２つの線分Ｌの端部から他端に向かって質量組成を測定し、Ｎｉの含有率が８質量％以上である部分の長さを求め、これらの算術平均値を表面層の厚さとして表１に示した。前記表面Ｎｉ含有率が８質量％未満である場合には、表面層の厚さは、線分Ｌの端部から他端に向かって質量組成を測定し、Ｎｉの含有率が表面Ｎｉ含有率の８０％になるまでの部分の長さを表面層の厚さとした。
また、前記線分Ｌの端部から他端に向かって質量組成を測定し、Ｎｉの含有率が次第に変動する部分が２μｍ以上あった場合には、拡散層があると判断した。
【００７２】
＜Ｎｉ及び低融点元素の測定方法＞
図２に示すように、間隙Ｇを形成しているチップの面から前記間隙Ｇの位置する側とは反対側に向かって０．２ｍｍの位置でチップを切断し、チップの先端側の円盤状体を必要数量溶解した後に、化学分析（ＩＣＰ発光法）により、Ｎｉ及びＮｉより融点の低い元素の質量割合を測定した。測定結果を表３に示す。
【００７３】
＜耐久試験方法＞
製造したスパークプラグ試験体を、試験用の過給器付エンジン（初期放電電圧２０ｋＶ以上、排気量６６０ｃｃ、３気筒）に、吸気ガスが接地電極に設けたチップに直撃し易いように、接地電極を吸気ガスの流れを邪魔しない位置に調整して取付けた。空燃比（空気／燃料）は１１．３、スロットル全開で、エンジン回転数６０００ｒｐｍの状態を維持し、１００時間運転を行う耐久試験を行った。接地電極母材の先端から１ｍｍの位置の温度を熱電対によって測定したところ、９５０℃であった。
【００７４】
＜異常消耗の評価＞
前記耐久試験において、チップにおける吸気ガスが直撃する部位に消耗が生じているのが観察された場合、異常消耗が発生していると判断して、異常消耗の発生開始時間を測定した。表面層無チップを用いたときの異常消耗開始時間ｔ１に対する表面層無チップと同じ組成を有する本体部の表面に表面層を設けた表面層有チップを用いたときの異常消耗開始時間ｔ２の比（ｔ２／ｔ１）を算出し、以下の基準にしたがって異常消耗の評価を行った。結果を表１及び表２に示す。
★：前記比（ｔ２／ｔ１）が２．５以上のとき
☆：前記比（ｔ２／ｔ１）が２以上２．５未満のとき
◎：前記比（ｔ２／ｔ１）が１．５以上２未満のとき
○：前記比（ｔ２／ｔ１）が１．３以上１．５未満のとき
×：前記比（ｔ２／ｔ１）が１．３未満のとき
−：表面層無チップにおいて異常消耗の発生なし
【００７５】
【表１】
2015099721.tif 000003
【００７６】
【表２】
2015099721.tif 000004
【００７７】
＜耐消耗性の評価＞
前記耐久試験の前後に間隙Ｇの長さを測定し、耐久試験の前後での間隙Ｇの増加量を算出した。表面層無チップを用いたときの間隙増加量Ｈ１に対して、表面層有チップを用いたときの間隙増加量Ｈ２の間隙増加割合｛（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ１｝×１００を算出し、以下の基準にしたがって耐消耗性の評価を行った。結果を表３に示す。
○：前記間隙増加割合が２０％以下のとき
−：前記間隙増加割合が２０％を超えるとき
【００７８】
【表３】
2015099721.tif 000005
【００７９】
＜本体部への表面層の被覆部位の違いによる評価＞
試験番号１０のチップを接地電極に抵抗溶接する溶接試験を１０００個のチップについて行った。溶接後における接地電極からチップの先端までの寸法が、溶接前のチップの高さより０．１ｍｍ小さくなるように溶接した後に、チップ及び接地電極が溶融して飛散した金属粒子が接合部の周辺に付着しているのが観察され、その金属粒子が直径０．１ｍｍ以上であった場合に、スパッタが発生したと判断して、スパッタが発生したチップの数をカウントした。また、本体部の全表面に表面層が設けられていること以外は試験番号１０と同じである試験番号８１のチップについても同様の試験を行った。スパッタの発生率を算出し、以下の基準にしたがって評価した。結果を表４に示す。
○：スパッタ発生率が３％未満
−：スパッタ発生率が３％以上
【００８０】
【表４】
2015099721.tif 000006
【００８１】
＜チップ径の違いによる異常消耗の評価＞
表５に示すように、円柱状のチップの半径を変化させたこと以外は試験番号９及び１９と同様のチップを備えたスパークプラグ試験体を用いて、「異常消耗の評価」と同様にして評価を行った。なお、表５に示す試験番号８２〜９０の表面層有チップの異常消耗の発生開始時間ｔ２と、これと同じ半径を有する表面層無チップの異常消耗の発生開始時間ｔ１とを測定し、比（ｔ２／ｔ１）を算出し、算出された値によって異常消耗を評価した。
【００８２】
【表５】
2015099721.tif 000007
【００８３】
表１に示されるように、本発明における本体部の組成の範囲外の組成を有する試験番号１〜６のチップは、異常消耗が発生しなかった。このことから、特定の組成を有するチップに異常消耗が発生することが分る。また、表１に示されるように、表面層のない表面層無チップに比べて、Ｎｉを８質量％以上含有し、その厚さが２μｍ以上である表面層が設けられた表面層有チップは異常消耗の発生が抑制された。一方、Ｎｉの含有率が８質量％以上及びその厚さが２μｍ以上という条件のうちいずれか一方を満たさない表面層が設けられた表面層有チップは異常消耗の発生が抑制されなかった。なお、試験番号１４、２９、３０、５２、５３、５４のチップでは、本体部と表面層との境界部分で微細なクラックが生じていた。試験番号３４、５５、５６、５７のチップでは、本体部と表面層との境界部分でより大きなクラックが生じていた。試験番号５８のチップでは、本体部４１と表面層４２との境界部分でさらに大きなクラックが生じていた。
【００８４】
表２に示されるように、Ｎｉを１００％含有する表面層を備えた試験番号２０のチップは、異常消耗の発生が抑制されたのに対し、Ａｇを１００％含有する表面層を備えた試験番号５９のチップは、異常消耗の発生が抑制されなかった。このことから、Ｎｉを含有する表面層を設けることで異常消耗の発生を抑制することができることが分る。
【００８５】
表３に示されるように、チップの先端面から厚さ０．２ｍｍの範囲におけるＮｉ及び低融点元素の含有率が７質量％以下であると、表面層のないチップに劣らない耐消耗性を維持することができることが分る。
【００８６】
表４に示されるように、本体部の全表面に表面層が設けられている試験番号８１のチップに比べて、本体部の周側面のみに表面層が設けられている試験番号１０のチップの方が、スパッタ発生率が低かった。したがって、本体部の周側面のみに表面層が設けられているチップは、スパークプラグを製造する際に製造不良の発生を抑制することができる。
【００８７】
表５に示されるように、チップの半径が大きいほど、異常消耗の発生を抑制することができた。このことから、吸気ガスが直撃し易く、異常消耗が発生し易くなるような半径の大きいチップであるほど、本発明のチップは異常消耗の発生の抑制効果が高いことが分る。
【符号の説明】
【００８８】
１、１０１  スパークプラグ
２  軸孔
３  絶縁体
４、１０４  中心電極
５  端子金具
６  接続部
７  主体金具
８、１０８、２０８  接地電極
９、１０９、２０９、３０９  チップ
１１  後端側胴部
１２  大径部
１３  先端側胴部
１４  脚長部
１５  棚部
１６  鍔部
１７  段部
１８  テーパ部
１９  板パッキン
２１  抵抗体
２２  第１シール体
２３  第２シール体
２４  ネジ部
２５  ガスシール部
２６  工具係合部
２７  加締め部
２８，２９  パッキン
３０  滑石
３２  突起部
３４  後端部
３５  棒状部
４１  本体部
４２  表面層
４３  溶融部
Ｇ、Ｇ’  火花放電間隙
【図１】
2015099721.tif 000008
【図２】
2015099721.tif 000009
【図３】
2015099721.tif 000010
【図４】
2015099721.tif 000011
【図５】
2015099721.tif 000012