(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地電極（４）の側面（４ｃ）に固着された貴金属耐消耗部（３２）を中心電極（３）の先端面（３１ａ）と対向させることにより火花放電ギャップ（ｇ）を形成したスパークプラグ（１００）において、
前記接地電極（４）の少なくとも側面部がニッケル合金からなる電極母材（４ｍ）とされ、
前記貴金属耐消耗部（３２）は、Ｉｒ及びＲｈの一方又は双方を合計にて８０質量％以上含有し、かつＩｒの含有量が９７質量％以下であって、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上の含有率が３質量％以上である金属にて円板状に構成されるとともに、前記電極母材（４ｍ）と前記貴金属耐消耗部（３２）との中間の線膨張係数を有する金属からなる緩和金属部（３３）を介して前記電極母材（４ｍ）に接合され、
また、前記緩和金属部（３３）は、ＲｈとＮｉとを必須とし、かつ、ＩｒとＲｈとの合計が３０質量％以上であり、かつＲｈとＮｉとの合計が２０質量％以上である金属にて構成され、さらに、
前記貴金属耐消耗部と前記中心電極との対向方向（Ｏ）を基準として見たときに、前記緩和金属部（３３）は、側周面（３３ｓ）の少なくとも一部を前記電極母材（４ｍ）中に埋没させる形で該電極母材（４ｍ）に接合される一方、その緩和金属部（３３）の前記中心電極（３）との対向側の端面外周縁部（３３ｐ）を前記接地電極（４）の側面（４ｃ）に露出させた形態にて、前記貴金属耐消耗部（３２）が、側周面（３２ｓ）の少なくとも一部を前記緩和金属部（３３）中に埋没させる形で該緩和金属部（３３）に接合されたことを特徴とするスパークプラグ（１００）。
【請求項２】
前記電極母材（４ｍ）はＮｉ含有量が６０質量％以上であり、かつＮｉ以外の残部が主にＣｒ又はＣｒ及びＦｅからなるＮｉ合金であり、
前記緩和金属部（３３）は、Ｉｒ、Ｒｈ及びＮｉの合計含有量が９０質量％以上であって、かつ、Ｉｒ、Ｒｈ及びＮｉの合計を１００質量％に換算したときの、Ｉｒ、Ｒｈ及びＮｉの組成が、図３に示すＩｒ−Ｎｉ−Ｒｈ三成分系組成正三角形上において、
Ａ点：（Ｉｒ＝８０質量％、Ｎｉ＝２０質量％、Ｒｈ＝０質量％）
Ｂ点：（Ｉｒ＝８０質量％、Ｎｉ＝０質量％、Ｒｈ＝２０質量％）
Ｃ点：（Ｉｒ＝０質量％、Ｎｉ＝０質量％、Ｒｈ＝１００質量％）
Ｄ点：（Ｉｒ＝０質量％、Ｎｉ＝７０質量％、Ｒｈ＝３０質量％）
Ｅ点：（Ｉｒ＝３０質量％、Ｎｉ＝７０質量％、Ｒｈ＝０質量％）
の各点を順次結んで得られる閉組成領域の内部（境界含む：ただし、Ｒｈ＝０質量％及びＮｉ＝０質量％の部分を除く）に設定されてなる請求項１記載のスパークプラグ（１００）。
【請求項３】
前記貴金属耐消耗部（３２）及び前記緩和金属部（３３）は、前記対向方向（Ｏ）において繊維状に引き延ばされた結晶組織を有する請求項１又は２に記載のスパークプラグ（１００）。
【請求項４】
前記貴金属耐消耗部（３２）の前記側周面（３２ｓ）の全面が前記緩和金属部（３３）に埋没している請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスパークプラグ（１００）。
【請求項５】
前記対向方向（Ｏ）において、前記貴金属耐消耗部（３２）の前記緩和金属部（３３）への接合端面（３２ｂ）が平坦に形成される一方、前記緩和金属部（３３）の前記電極母材（４ｍ）への接合端面（３３ｂ）が、中央部が外縁部よりも突出する凸曲面状に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスパークプラグ（１００）。
【請求項６】
前記緩和金属部（３３）の側周面（３３ｓ）は、前記対向方向（Ｏ）における中央部が両端部よりも半径方向に膨出する凸型に形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスパークプラグ（１００）。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のスパークプラグ（１００）の製造方法であって、
前記緩和金属部（３３）を形成するための第一金属チップ（３３’）を前記接地電極（４）の側面（４ｃ）に重ね合わせて加圧しつつ通電加熱することにより、該第一金属チップ（３３’）を前記電極母材（４ｍ）に接合する第一接合工程と、
前記緩和金属部（３３）を形成するための第一金属チップ（３３’）に対し、前記貴金属耐消耗部（３２）を形成するための、前記第一金属チップ（３３’）よりも径小の第二金属チップ（３２’）を重ね合わせて加圧しつつ通電加熱することにより、該第一金属チップ（３３’）を前記第二金属チップ（３２’）に接合する第二接合工程と、
を含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【請求項８】
前記第一金属チップ（３３’）及び前記第二金属チップ（３２’）は、厚さ方向に重ね合される円板状とされ、前記第一金属チップ（３３’）の直径が０．３〜２．５ｍｍであり、前記第二金属チップ（３２’）の直径が０．２〜２ｍｍであり、かつ、前記第一金属チップ（３３’）の直径が前記第二金属チップ（３２’）の直径の１０４〜２００％に設定される請求項７記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項９】
前記第二金属チップ（３２’）の厚さが０．１〜１．０ｍｍであり、前記第一金属チップ（３３’）の厚さが前記第二金属チップ（３２’）の厚さの２０〜３００％である請求項８記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項１０】
前記接地電極（４）の前記側面（４ｃ）の幅をＷ、前記第一チップ（３３’）の直径をｄ１として、Ｗ−ｄ１が０．１ｍｍ以上確保されている請求項７ないし９のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関に使用されるスパークプラグ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のようなスパークプラグにおいては、耐火花消耗性向上のために電極の先端にＰｔやＩｒ等を主体とする貴金属チップを溶接して耐消耗部を形成したタイプのものが多数提案されている。特に、火花放電時に負極性に設定されることの多い中心電極側の耐消耗部は、火花の強いアタックを受けて消耗しやすいことから、貴金属化の効果が特に大きい。このような貴金属耐消耗部は、Ｐｔ系金属で構成されることも多かったが、高温での耐火花消耗性に優れたIr系のものの使用が拡大しつつある。
【０００３】
一方、高出力エンジンあるいはリーンバーンエンジンへの適用が進むにつれ、接地電極側の耐消耗部についても耐消耗性が求められるようになってきており、従来、主にＰｔ系金属がその材質として採用されてきた。このようなＰｔ系金属による耐消耗部は、Ｐｔ系金属からなるチップを接地電極の母材に抵抗溶接を用いて接合することにより形成される。
【０００４】
しかしながら、スパークプラグの適用環境がますます厳しくなりつつある近年では、接地電極側の耐消耗部でさえ、Ｐｔ系金属では耐久性の不足が指摘されており、Ｉｒ系金属への転換が検討されている。しかし、Ｉｒ系金属はＰｔ系金属と比べて融点が相当に高く、抵抗溶接では接合強度を十分に確保することが困難になる問題がある。その原因は、一見、Ｉｒ系金属の高融点に起因した溶け不足にあるものと思われるが、本発明者らが検討したところによると、本質的な原因はこのような溶け不足によるものではなく、Ｉｒ系金属と接地電極の母材を構成するＮｉ系金属との、線膨張係数の不一致に起因したものであることが明らかになってきた。
【０００５】
すなわち、Ｎｉの高温での線膨張係数は、８００Ｋ（５２７℃）で１６．８×１０−６／℃であるのに対し、Ｉｒは８．１×１０−６／℃とかなり小さい。従って、溶接後に冷却する際に、あるいは、エンジンに取り付けて使用するときの冷熱サイクル付加により、耐消耗部と母材との接合面に収縮差に基づく応力が集中し、剥離等につながりやすくなるのである。
【０００６】
そこで、特開２０００−２７７２３１号公報には、Ｉｒ系金属からなる耐消耗部とＮｉ系金属からなる電極母材との間に、両者の中間の線膨張係数を有する緩和層を挿入し、接合界面への熱的な力集中を緩和して耐剥離性を向上させる提案がなされている。緩和層の材質としては、Ｐｔ−２０質量％Ｉｒ合金、Ｐｔ−２０質量％Ｉｒ−２質量％Ｎｉ合金、あるいはＰｔ−１０質量％Ｎｉ合金など、Ｐｔを主成分とした金属が用いられている。また、上記公報中では、耐消耗部となる貴金属チップを緩和層に食い込ませ、接合界面を曲面状となすことで、耐剥離性をさらに向上させる提案もなされている（公報図２、図１０等）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報のスパークプラグにおいては、次のような問題が生じやすくなる。すなわち、ガソリンエンジンの燃料の無鉛化が遅れている一部の国や地域では、アンチノック剤として四メチル鉛などを添加した有鉛ガソリンが現在でも使用されている。そして、これらの国や地域でも、高級車等においては貴金属チップを使用したスパークプラグが使用され始めているが、本発明者らの検討によると、有鉛ガソリンを使用するエンジンにおいては、Ｐｔ系の耐消耗部を使用したスパークプラグを適用すると、ガソリン中に含まれるＰｂ（鉛）成分の影響により耐消耗部が異常腐食することが判明した。従って、上記公報のように緩和層を使用するタイプのスパークプラグにおいても、その緩和層がＰｔ系金属で構成されている場合、特に、公報図２や図１０等のように、緩和層の表面が一部雰囲気中に露出する形になっている場合は、Ｐｂ成分のアタックにより緩和層が急速に腐食し、耐消耗部の剥離・脱落等につながる懸念が生ずる。この鉛腐食の問題は、電極温度の上がりやすい接地電極側にてより生じやすく、極端な場合、接地電極側の耐消耗部だけが鉛腐食の影響を大きく受けるといったこともありうる。なお、本願出願人は、特公平７−１１９７４号公報において、接地電極側ではなく、中心電極側の貴金属耐消耗部及び緩和層を、それぞれ耐鉛腐食性に優れたＩｒ−Ｎｉ系合金で構成するスパークプラグを提案している。しかし、本発明者等の検討によると、貴金属耐消耗部及び緩和層がいずれもＩｒ−Ｎｉ系合金で構成される該公報の構造を、より温度上昇の激しい接地電極側に適用した場合、貴金属耐消耗部と緩和層との接合界面でＩｒの酸化による界面腐食が著しくなり、貴金属耐消耗部の剥離・脱落が生じやすくなる問題があることがわかった。
【０００８】
本発明は、貴金属耐消耗部と接地電極母材との間に緩和金属部を設けるとともに、特に鉛腐食及び酸化腐食の進行しやすい環境下でも、貴金属耐消耗部と緩和金属部との界面の剥離耐久性に優れたスパークプラグと、その製造方法とを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明に係るスパークプラグは、接地電極の側面に固着された貴金属耐消耗部を中心電極の先端面と対向させることにより火花放電ギャップを形成したスパークプラグにおいて、
接地電極の少なくとも側面部がニッケル合金からなる電極母材とされ、
貴金属耐消耗部は、Ｉｒ及びＲｈの一方又は双方を合計にて８０質量％以上含有し、かつＩｒの含有量が９７質量％以下であって、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上の含有率が３質量％以上である金属にて構成されるとともに、電極母材と貴金属耐消耗部との中間の線膨張係数を有する金属からなる緩和金属部を介して電極母材に接合され、
また、緩和金属部は、ＩｒとＲｈとの合計が３０質量％以上であり、かつＲｈとＮｉとの合計が２０質量％以上である金属にて構成され、さらに、
貴金属耐消耗部と中心電極との対向方向を基準として見たときに、緩和金属部は、側周面の少なくとも一部を電極母材中に埋没させる形で該電極母材に接合される一方、その緩和金属部の中心電極との対向側の端面外周縁部を接地電極の側面に露出させた形態にて、貴金属耐消耗部が、側周面の少なくとも一部を緩和金属部中に埋没させる形で該緩和金属部に接合されたことを特徴とする。
【００１０】
上記本発明のスパークプラグにおいては、接地電極母材を周知のＮｉ系合金にて構成する場合、該接地電極側の貴金属耐消耗部を、その側周面の少なくとも一部を緩和金属部中に埋没させる形で貴金属耐消耗部に接合した構造となし、かつ、貴金属耐消耗部と緩和金属部とを各々上記の組成にて構成することにより、鉛腐食及び酸化腐食の双方を考慮しなければならない過酷な環境下においても、それら貴金属耐消耗部と緩和金属部との接合界面の剥離耐久性を大幅に向上させることができる。
【００１１】
また、上記本発明のスパークプラグは、緩和金属部を形成するための第一金属チップを接地電極の側面に重ね合わせて加圧しつつ通電加熱することにより、該第一金属チップを電極母材に接合する第一接合工程と、緩和金属部を形成するための第一金属チップに対し、貴金属耐消耗部を形成するための、第一金属チップよりも径小の第二金属チップを重ね合わせて加圧しつつ通電加熱することにより、該第一金属チップを第二金属チップに接合する第二接合工程とを含む本発明のスパークプラグの製造方法により製造できる。なお、第一接合工程と第二接合工程は、この順序で実施してもよいし、実施順序を逆としてもよい。なお、本明細書でいう貴金属耐消耗部及び緩和金属部の各組成は、接合されたチップのうち、溶接時に生ずる溶融部あるいは拡散部を除いた部分の組成を指すものとする。この意味において、第一金属チップは得るべき緩和金属部と同一組成のものが、また、第二金属チップは貴金属耐消耗部と同一組成のものが、それぞれ使用されることとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の、いくつかの実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１に示す本発明の一例たるスパークプラグ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貴金属耐消耗部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の先端部（ここでは、先端面）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貴金属耐消耗部３１に接地電極側貴金属耐消耗部３２が形成されており、それら中心電極側貴金属耐消耗部３１と、接地電極側貴金属耐消耗部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇとされている。
【００１３】
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を嵌め込むための孔部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、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外周面には、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。
【００１４】
中心電極３及び接地電極４は、少なくとも表層部をなす電極母材部分４ｍがＮｉ合金で構成されている。このうち、図２（ａ）に示すように、中心電極３の先端部３ａはテーパ状に縮径されるとともにその先端面が平坦に構成され、ここに中心電極側貴金属耐消耗部３１の上記合金組成が得られるように組成調整された円板状のチップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Ｂを形成してこれを固着することにより中心電極側貴金属耐消耗部３１が形成される。接地電極側貴金属耐消耗部（以下、単に貴金属耐消耗部という）３２の形成方法については、後に詳述する。
【００１５】
接地電極４は、少なくとも側面部、ここでは全体がニッケル合金からなる電極母材４ｍとされている。貴金属耐消耗部３２は、Ｉｒ及びＲｈの一方又は双方を合計にて８０質量％以上含有し、かつＩｒの含有量が９７質量％以下であって、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上の含有率が３質量％以上である金属にて構成されている。そして、図２（ｂ）に示すように、電極母材４ｍと貴金属耐消耗部３２との中間の線膨張係数を有する金属からなる緩和金属部３３を介して電極母材４ｍに接合されている。緩和金属部３３は、ＩｒとＲｈとの合計が３０質量％以上であり、かつＲｈとＮｉとの合計が２０質量％以上である金属にて構成されている。なお、緩和金属部３３はＮｉを必須成分として含有していると、Ｎｉを主体に構成する電極母材４ｍとの線膨張係数の差をさらに縮めることができるので、より望ましい。
【００１６】
そして、貴金属耐消耗部３２と中心電極３との対向方向（即ち、中心電極３の軸線方向）Ｏを基準として見たときに、緩和金属部３３は、側周面３３ｓの少なくとも一部を電極母材４ｍ中に埋没させる形で該電極母材４ｍに接合されている。また、貴金属耐消耗部３２は、緩和金属部３３の中心電極３との対向側の端面外周縁部３３ｐを接地電極４の側面４ｃに露出させた形態にて、側周面３２ｓの少なくとも一部を緩和金属部３３中に埋没させる形で該緩和金属部３３に接合されている。
【００１７】
接地電極４側の貴金属耐消耗部３２の周辺構造及び各部の組成を上記のように構成することで、有鉛ガソリンを使用した高速・高負荷条件下でスパークプラグ１００を使用する場合など、鉛腐食及び酸化腐食の双方を考慮しなければならない過酷な環境下において、それら貴金属耐消耗部３２と緩和金属部３３との接合界面ＢＤの剥離耐久性を大幅に向上させることができる。以下、その理由について詳細に説明する。
【００１８】
貴金属耐消耗部３２の組成は、高温での耐火花消耗性及び耐酸化消耗性を抑制することを一つの観点として設定されたものであるが、ＲｈやＩｒがリッチな組成であるから、高温（例えば８００Ｋ）での線膨張係数の値はおおむね９〜１０（×１０−６／℃:以下、煩雑であるので、線膨張係数の値を示すとき、「×１０−６／℃」の部分を省略して示す）程度の値となるのに対し、電極母材４ｍはＮｉリッチであり、線膨張係数の値は１５〜１６と大きい。そこで、両者の収縮差を緩和するために両者の間に、それらの中間の線膨張係数を有する緩和金属部３３が配置される。
【００１９】
しかしながら、図６（ａ）に示すように、貴金属耐消耗部３２の側周面３２ｓが電極母材４ｍと直接接する界面ＢＤＤが形成されている場合、この区間には緩和金属部３３の効果が及ばないので、冷熱サイクルが加わったとき、貴金属耐消耗部３２と電極母材４ｍとの膨張差により界面ＢＤＤを開く向きの応力が強く作用する。特に、前記した公報のごとく、接地電極４側において、鉛腐食及び酸化腐食への耐久性を両立させるための各部の組成条件を十分に考慮していない構成を採用したときは、図６（ｂ）に示すように、貴金属耐消耗部３２の側周面３２ｓから緩和金属層３３ｒの周側面を経て底面３３ｂ側に回り込む亀裂Ｃが急速に進展し、貴金属耐消耗部３２が緩和金属層３３ｒもろとも剥離しやすくなることがわかった。また、昇温時の膨張差により界面ＢＤＤに亀裂Ｃが生じたとき、応力集中する亀裂先端部での腐食が助長されると、いわゆる応力腐食割れと類似の現象により亀裂進展が促される可能性もありうる。
【００２０】
そこで、図６（ｃ）に示すように、貴金属耐消耗部３２の側周面３２ｓを緩和金属部３３中に埋没させた構造にすると、側周面３２ｓと電極母材４ｍとの間にも緩和金属部３３が挟まって応力緩和効果を生ずるので、図６（ｄ）に示すように、貴金属耐消耗部３２の側周面３２ｓにおける亀裂Ｃの進展速度は減少する。また、該亀裂Ｃは、貴金属耐消耗部３２の底面３２ｂには回り込まず、緩和金属層３３を横切って電極母材４ｍに到達する形で進展し、結果的に貴金属耐消耗部３２の剥離が生じにくくなることもわかった。なお、この効果を高めるには、図２（ｃ）に示すように、貴金属耐消耗部３２の側周面３２ｓの全面を緩和金属部３３に埋没させた構造とすることが望ましい。図６（ｂ）のような構成では、緩和金属部３３の底面外周縁が、比較的大きな曲率半径を有した形状になりやすく、その丸みを帯びた縁に沿ってクラックが底面３２ｂ側に回り込みやすくなるなるのに対し、図６（ｄ）の構成では、貴金属耐消耗部３２の底面外縁までクラックが進行しても、該外縁が比較的先鋭な形状となっているため、クラックが底面３２ｂ側に回り込まず、直進しやすくなると考えられる。
【００２１】
しかし、接合界面ＢＤＤの剥離耐久性を十分に確保するためには、それだけでは十分でなく、貴金属耐消耗部３２及び緩和金属部３３の組成を上記の範囲に調整することが不可欠である。まず、貴金属耐消耗部３２は、先にも説明した通り、高温での耐火花消耗性を確保する観点から、Ｉｒ及びＲｈの一方又は双方を合計にて８０質量％以上含有したものとする必要がある。例えば、高温での火花消耗を抑制する観点では融点のより高いＩｒを使用することが有効であるが、Ｉｒは高温では酸化揮発消耗を生じやすいので、これを抑制するために、Ｉｒの含有量は９７質量％以下とし、かつ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上の含有率を３質量％以上とする必要がある。後者の元素群は、Ｉｒが含有される場合には、その酸化揮発を抑制する効果を有する。ただし、合計含有量が３質量％未満では、十分な効果が得られない。また、酸化揮発消耗抑制をより優先させたい場合には、８０質量％以上確保されるＲｈ＋Ｉｒの合計含有量において、Ｒｈ含有量を優位とし、Ｉｒ含有量を低減することが有効となる。もちろん、Ｉｒを全く含有させない組成を採用することも可能であり、この場合は、Ｉｒの酸化揮発消耗が生じなくなることが自明である。なお、Ｒｈ含有量を増大させることは、耐鉛腐食性を向上させる観点においても効果があり、特に、Ｒｈの含有量を５０質量％以上としたときに顕著である。他方、鉛腐食抑制を考慮しつつ、高温での耐火花消耗性抑制効果をより高めたい場合には、Ｉｒ含有量を３０〜８０質量％とするのがよい。
【００２２】
次に、緩和金属部３３は、ＩｒとＲｈとの合計が４０質量％以上（１００質量％含む）であり、かつＲｈとＮｉとの合計が２０質量％以上（１００質量％含む）である金属にて構成する必要がある。緩和金属部３３は、貴金属耐消耗部３２が、Ｉｒ及び／又はＲｈを主体に構成されるので、ＩｒとＲｈとの合計含有量を４０質量％以上確保しないと、応力緩和効果が十分に達成されなくなる。他方、ＲｈとＮｉとは、耐鉛腐食性を改善する効果があり、両者の一方又は双方を合計にて２０質量％以上含有させることで、鉛腐食による緩和金属部３３自体の消耗抑制、及び貴金属耐消耗部３２との界面での、鉛腐食に起因した亀裂進展助長を抑制することができる。ここでも、鉛腐食の影響を緩和するためには、Ｒｈの含有量を増加させることがより有効であり、例えば、Ｒｈの含有量を５０質量％以上（１００質量％含む）とすると、鉛腐食の影響をさらに劇的に改善することができる。
【００２３】
そして、重要な点は、前記した貴金属耐消耗部３２の組成と上記の緩和金属部３３の組成とを組み合わせて採用した場合に限り、接地電極４側において、貴金属耐消耗部３２と緩和金属部３３との界面における、酸化腐食に起因した亀裂進展助長を抑制する効果も同時に達成することが可能になることである。すなわち、貴金属耐消耗部３２側では、Ｉｒを含有しない場合も含め、Ｉｒの酸化消耗が問題となりにくい組成が採用されているが、これが、結果としては緩和金属部３３との界面での亀裂進展をも効果的に抑制することにつながる（特に、酸化腐食に起因した応力腐食割れ的な機構が関与している場合は、亀裂進展抑制はより顕著になるものと考えられる）。そして、鉛腐食と酸化腐食の双方が問題となるスパークプラグの使用環境下では、これらのいずれの構成が欠けても、結果的に貴金属耐消耗部３２の耐剥離性を十分に確保することができなくなってしまうのである。
【００２４】
なお、緩和金属部３３の組成は、当然に、線膨張係数が貴金属耐消耗部３２と電極母材４ｍとの中間となることも考慮して選択されなければならないが、これは、採用する電極母材４ｍ及び貴金属耐消耗部３２の具体的な組成に応じて、適宜調整されなければならない。しかし、貴金属耐消耗部３２は、前述した通り、ＩｒとＲｈとの合計含有量が８０質量％以上であり、その８００Ｋでの線膨張係数は８〜１１程度の範囲にある。他方、接地電極４の電極母材４ｍの材質としては、Ｎｉ含有量が６０質量％以上（高温強度及び耐酸化性確保の関係から、上限は９５質量％程度である）であり、かつＮｉ以外の残部が主にＣｒ又はＣｒ及びＦｅからなるＮｉ合金とされることが多い。例えば、電極母材４ｍの材質として多用されるインコネル６００（商標名）は、Ｎｉ：７６質量％、Ｃｒ：１５．５質量％、Ｆｅ：８質量％（残部微量添加元素もしくは不純物）であり、インコネル６０１（商標名）は、Ｎｉ：６０．５質量％、Ｃｒ：２３質量％、Ｆｅ：１４質量％（残部微量添加元素もしくは不純物）である。Ｆｅ及びＣｒの８００Ｋでの線膨張係数がそれぞれ１６.２及び１１．８であることを考慮すれば、上記の組成の電極母材４ｍの８００Ｋでの線膨張係数は、１４〜１６程度の範囲にあると見積もられる。
【００２５】
そこで、緩和金属部３３は、前記した緩和金属部の効果が損なわれない範囲での副成分の含有を考慮して、Ｉｒ、Ｒｈ及びＮｉの合計含有量を９０質量％以上に定めたとき、Ｉｒ、Ｒｈ及びＮｉの合計を１００質量％に換算したときの、Ｉｒ、Ｒｈ及びＮｉの組成が、図３に示すＩｒ−Ｎｉ−Ｒｈ三成分系組成正三角形上において、
Ａ点：Ｉｒ＝８０質量％、Ｎｉ＝２０質量％、Ｒｈ＝０質量％
Ｂ点：Ｉｒ＝８０質量％、Ｎｉ＝０質量％、Ｒｈ＝２０質量％
Ｃ点：Ｉｒ＝０質量％、Ｎｉ＝０質量％、Ｒｈ＝１００質量％
Ｄ点：Ｉｒ＝０質量％、Ｎｉ＝７０質量％、Ｒｈ＝３０質量％
Ｅ点：Ｉｒ＝３０質量％、Ｎｉ＝７０質量％、Ｒｈ＝０質量％
の各点を順次結んで得られる閉組成領域の内部（境界含む）に設定されていることが、緩和金属部３３による応力緩和効果を十分に確保する上で望ましい。図３には、各組成にて推定される８００Ｋでの線膨張係数の値を等高線により示している（括弧内は線膨張係数の数値である）。これからもわかる通り、上記の閉組成領域は、線膨張係数の値がおおむね略９〜１５となる範囲に対応している。
【００２６】
なお、緩和金属部３３の組成は、より望ましくは、
Ａ’点：Ｉｒ＝７０質量％、Ｎｉ＝３０質量％、Ｒｈ＝０質量％
Ｂ’点：Ｉｒ＝０質量％、Ｎｉ＝１０質量％、Ｒｈ＝９０質量％
Ｄ点：Ｉｒ＝０質量％、Ｎｉ＝７０質量％、Ｒｈ＝３０質量％
Ｅ点：Ｉｒ＝３０質量％、Ｎｉ＝７０質量％、Ｒｈ＝０質量％
の各点を順次結んで得られる閉組成領域の内部（境界含む：線膨張係数の値が略１１〜１４に対応）に設定されていること、さらには望ましくは、
Ａ”点：Ｉｒ＝６０質量％、Ｎｉ＝４０質量％、Ｒｈ＝０質量％
Ｂ”点：Ｉｒ＝０質量％、Ｎｉ＝２０質量％、Ｒｈ＝８０質量％
Ｄ’点：Ｉｒ＝０質量％、Ｎｉ＝６０質量％、Ｒｈ＝４０質量％
Ｅ’点：Ｉｒ＝４０質量％、Ｎｉ＝６０質量％、Ｒｈ＝０質量％
の各点を順次結んで得られる閉組成領域の内部（境界含む：線膨張係数の値が略１２〜１４に対応）に設定されているのがよい。緩和金属部３３中のＮｉ含有量を増加させることは、電極母材４ｍとの線膨張係数差を縮小する上でより有効である。
【００２７】
上記スパークプラグ１００の貴金属耐消耗部３２は、図４に示すような、一般的な抵抗溶接を用いた工程により形成することができる。まず、（ａ）に示すように、緩和金属部３３を形成するための第一金属チップ３３’を接地電極４の側面４ｃに重ね合わせて加圧しつつ、電極ＥＬ，ＥＬ間に挟み付けて通電加熱することにより、該第一金属チップ３３’を電極母材４ｍに食い込ませながら接合する（第一接合工程）。次に、（ｂ）に示すように、緩和金属部３３を形成するための第一金属チップ３３’に対し、貴金属耐消耗部３２を形成するための、第一金属チップ３３’よりも径小の第二金属チップ３２を重ね合わせて加圧しつつ通電加熱することにより、該第一金属チップ３３’を第二金属チップ３２’に食い込ませながら接合する（第二接合工程）。これらの工程により、（ｃ）に示すように、第一金属チップ３３’と第二金属チップ３２’とは、それぞれ緩和金属部３３及び貴金属耐消耗部３２となる。
【００２８】
第一金属チップ３３’及び第二金属チップ３２’が、厚さ方向に重ね合される円板状とされる場合、第二金属チップ３２’の直径を０．２〜２ｍｍに設定するとともに、第一金属チップ３３’の直径を第二金属チップ３２’の直径の１０４〜２００％に設定するのがよい。第二金属チップ３２’の直径が０．２ｍｍ未満では、形成される貴金属耐消耗部３２が、高温ですぐに火花消耗し、寿命を十分に確保できなくなる。他方、第二金属チップ３２’の直径が２ｍｍを超えると、接合界面に働く熱応力が大きくなりすぎて、耐剥離性を十分に確保できなくなる。また、第一金属チップ３３’の直径が第二金属チップ３２’の直径の１０４％未満になると、緩和金属部３３を、貴金属耐消耗部３２の側周面３２ｓ側に十分回り込ませた構造を実現できなくなる。他方、２００％を超えると、得られる緩和金属部３３による応力緩和効果が飽和し、不要なコストアップを招く。第一金属チップ３３’の直径は、これらを考慮して０．３〜２．５ｍｍとする。
【００２９】
さらに、第二金属チップ３２’の厚さは０．１〜１．０ｍｍとするのがよく、第一金属チップ３３’の厚さは第二金属チップ３２’の厚さの２０〜３００％とするのがよい。第二金属チップ３２’の厚さが０．１ｍｍ未満では、得られる貴金属耐消耗部３２の厚さが不足し、十分な寿命を確保できなくなる。また、機械的な剛性も不足するので、熱応力による貴金属耐消耗部３２の変形も起こりやすくなる。第二金属チップ３２’の厚さが１．０ｍｍを超えると、抵抗溶接時における電極母材４ｍへの埋没量が大きくなりすぎ、電極母材４ｍの変形が甚だしくなる。他方、第一金属チップ３３’の厚さが第二金属チップ３２’の厚さの２０％未満になると、得られる緩和金属部３３の厚さが薄くなり過ぎ、応力緩和機能が不十分となる。また、３００％を超えると、得られる緩和金属部３３による応力緩和効果が飽和し、不要なコストアップを招く。
【００３０】
さらに、図４（ｄ）に示すように、接地電極４の側面４ｃの幅をＷ、第一チップ３３’の直径をｄ１としたとき、寸法差Ｌ＝Ｗ−ｄ１が０．１ｍｍ以上確保されていることが望ましい。Ｌが０．１ｍｍ未満になると、抵抗溶接時において、第一チップ３３’を電極母材４ｍ中に十分に埋没させることが困難となる。
【００３１】
なお、図２（ｃ）に示すように、貴金属耐消耗部３２及び緩和金属部３３との双方を、対向方向Ｏにおいて繊維状に引き延ばされた結晶組織を有するものとして構成すると、図６（ｃ）に示す、貴金属耐消耗部３２の底面３２ｂ側への亀裂の進展が一層進みにくくなり、耐剥離性をより高めることができる。組織をこのようなものとするには、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に切断して形成したチップ（後述する第一チップ３３’及び第二チップ３２’）を用いて貴金属耐消耗部３２及び緩和金属部３３を形成することが有効である。なお、繊維状に引き延ばされた結晶組織とは、組織延伸方向と平行な断面に観察される結晶粒子の平均的なアスペクト比（図２（ｄ）：Ｗ１／Ｗ２）が５以上となっているものをいう。
【００３２】
なお、円板状の第一金属チップ３３’及び第二金属チップ３２’を用いたとき、図５に示すように、前記した対向方向Ｏにおいて、貴金属耐消耗部３２の緩和金属部３３への接合端面３２ｂを平坦に形成し、緩和金属部３３の電極母材４ｍへの接合端面（底面）３３ｂが、中央部が外縁部よりも突出する凸曲面状に形成することができる。このようにすると、接合面積が増大して貴金属耐消耗部３２の接合強度が高められるほか、接合端面３３ｂの中央部において緩和金属部３３の厚みが増すので、該中央部での応力緩和効果が高められ、接合端面３３ｂの中央部への亀裂進展を抑制することができる。その結果、貴金属耐消耗部３２の耐剥離性をさらに向上させることができる。なお、上記のような構造を得るには、用いる第一チップ３３’の厚さｔ１と、第二チップ３２’の厚さｔ２との比ｔ１／ｔ２を０．５〜２．０に設定することが有効である。
【００３３】
さらに、図７（ｄ）に示すように、緩和金属部３３の側周面３３ｓを、対向方向Ｏにおける中央部が両端部よりも半径方向に膨出する凸型に形成することもできる。このようにすると、緩和金属部３３の凸状の側周面３３ｓが、対応する凹状に形成された電極母材４ｍ側の孔内側面４ｓと係合して、緩和金属部３３の抜け落ちが生じにくくなる。このような緩和金属部３３を形成するには、図７（ａ）に示すように、球状の第一チップ１３３を用い、これを抵抗溶接時の加熱圧縮によりつぶしながら電極母材４ｍに食い込ませればよい。なお、この実施形態では、球状の第一チップ１３３は、図７（ｂ）に示すように、抵抗溶接時の電極の先端面に対応して、上面が平坦化される形で電極母材４ｍに食い込んでおり、図７（ｃ）に示すように、ここに円板状の第二チップ３２’を重ねて、図４と同様に抵抗溶接することにより、図７（ｄ）に示すように、貴金属耐消耗部３２を形成している。これによると、貴金属耐消耗部３２の緩和金属部３３への接合端面３２ｂを平坦に形成できる一方、緩和金属部３３の電極母材４ｍへの接合端面（底面）３３ｂは、図５と同様に、中央部が外縁部よりも突出する凸曲面状に形成することができる。
【００３４】
なお、図８に示すように、１つの緩和金属部３３に対し、複数の貴金属耐消耗部３２を分散させる形で接合することもできる。
【００３５】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行なった。
（実施例１）
接地電極側の緩和金属層及び貴金属耐消耗部を形成するための第一チップ及び第二チップを、以下のように作製した。まず、貴金属耐消耗部用の第二チップは、所定量のＩｒとＲｈとを配合・溶解することにより、Ｉｒ−４０質量％Ｒｈの組成を有する合金を作製した。この合金を、１５００℃にて熱間鍛造し、次いで１３００℃で熱間圧延及び熱間スエージングし、さらに１２００℃にて熱間伸線することにより、直径１ｍｍの合金線材を得た。これを長手方向に切断することで直径１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの円板状のチップとした。また、緩和金属層用の第一チップは、種々の比率にてＩｒとＮｉとを配合・溶解することにより、表１に示す各種Ｎｉ含有量を有するＩｒ−Ｎｉ合金を作製した。そして、第二チップと同様の方法により直径１．２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの円板状のチップとした。これらチップを用いて、インコネル６００製の接地電極母材の側面（幅２．５ｍｍ）に、図４に示す方法により抵抗溶接し、図２に示す形態の接地電極側の接合構造を完成させた。なお、抵抗溶接の条件は、通電電流値６５０Ａ、加圧荷重３５ｋｇ／ｃｍ２に設定した。
【００３６】
一方、中心電極３側については、組成がＩｒ−５質量％Ｐｔであり、直径０．６ｍｍ厚さ０．８ｍｍの寸法を有する貴金属チップを、上記第二チップと同様の方法により作製し、インコネル６００製の中心電極母材の先端面に全周レーザー溶接することにより接合した。そして、これら接地電極及び中心電極を用いて図１に示す形態のスパークプラグ試験品を作成し（ただし、ギャップ間隔１．１ｍｍ）、接地電極側の貴金属耐消耗部の耐剥離性と耐鉛腐食性とを評価した。
【００３７】
まず、耐剥離性の評価は以下の通りである。まず、スパークプラグの火花放電ギャップ側の先端部をガスバーナーにより１０００℃に２分間加熱し、次いで１分空冷するサイクルを１０００回繰り返す。次に、試験品を、接地電極の貴金属耐消耗部の中心軸線を通る面にて切断・研磨して顕微鏡にて拡大観察するとともに、貴金属耐消耗部と緩和金属層部との界面の亀裂もしくは酸化スケールの進展長を観察視野上にて測定し、界面の全長で割った値を剥離進展率として算出する。そして、その剥離進展率が５０％を超えたものを不良（×）、５０％以下のものを良好（○）として評価する。
【００３８】
他方、耐鉛腐食性の評価は以下のようにして行なった。すなわち、各スパークプラグを、６気筒ガソリンエンジン（排気量２０００ｃｃ）に取り付け、４メチル鉛を０．０４質量％含有する有鉛ガソリンを燃料として、スロットル全開状態、エンジン回転数５０００ｒｐｍにて、中心電極側が負となる極性にて１００時間運転を行なった。運転終了後、試験品を、接地電極の貴金属耐消耗部と緩和金属層との中心軸線を通る面にて切断・研磨して顕微鏡にて拡大観察するとともに、緩和金属層の貴金属耐消耗部の周囲を取り囲む部分の残留率が８０％以上のものを優良（◎）、６０％以上８０％未満のものを良好（○）、６０％未満のものを不良（×）として評価する。以上の結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0004267837.tif 000002
これによると、Ｉｒ−Ｎｉ合金からなる緩和金属部の場合、Ｎｉ量が２０〜７０質量％の範囲内において、耐剥離性及び耐鉛腐食性のいずれも良好となっていることがわかる。
【００４０】
（実施例２）
貴金属耐消耗部用の第二チップをＩｒ−４０質量％Ｒｈの組成とし、緩和金属層用の第一チップを、種々の比率のＲｈ−Ｎｉ合金とした以外は、実施例１と同様のスパークプラグ試験品を作製し、同様の評価を行なった。以上の結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
0004267837.tif 000003
これによると、Ｒｈ−Ｎｉ合金からなる緩和金属部の場合、Ｎｉ量が７０質量％以下の範囲（１００質量％Ｒｈを含む）において、耐剥離性及び耐鉛腐食性のいずれも良好となっていることがわかる。
【００４２】
（実施例３）
貴金属耐消耗部用の第二チップを種々の比率のＩｒ−Ｐｔ合金とし、緩和金属層用の第一チップを、Ｉｒ−４０質量％Ｎｉの組成とした以外は、実施例１と同様のスパークプラグ試験品を作製し、同様の評価を行なった。ただし、耐鉛腐食性の評価は、貴金属耐消耗部の残留率が８０％以上のものを優良（◎）、６０％以上８０％未満のものを良好（○）、６０％未満のものを不良（×）として評価する。以上の結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】
0004267837.tif 000004
これによると、Ｉｒ−Ｐｔ合金からなる貴金属耐消耗部の場合、Ｐｔ量が３〜２０質量％の範囲において、耐剥離性及び耐鉛腐食性のいずれも良好となっていることがわかる。
【００４４】
（実施例４）
貴金属耐消耗部用の第二チップを種々の比率のＩｒ−Ｒｈ合金とし、緩和金属層用の第一チップを、Ｉｒ−４０質量％Ｎｉの組成とした以外は、実施例１と同様のスパークプラグ試験品を作製し、同様の評価を行なった。ただし、耐鉛腐食性の評価は、貴金属耐消耗部の残留率が８０％以上のものを優良（◎）、６０％以上８０％未満のものを良好（○）、６０％未満のものを不良（×）として評価する。以上の結果を表４に示す。
【００４５】
【表４】
0004267837.tif 000005
これによると、Ｉｒ−Ｒｈ合金からなる貴金属耐消耗部の場合、Ｒｈ量が１０質量％以上の範囲において、耐剥離性及び耐鉛腐食性のいずれも良好となっていることがわかる。
【００４６】
（実施例５）
貴金属耐消耗部用の第二チップをＩｒ−４０質量％Ｒｈ合金とし、緩和金属層用の第一チップを、Ｉｒ−４０質量％Ｎｉの組成として、実施例１と同様に作製した。ここで、第一チップの寸法は直径ｄ１を１．２ｍｍ、厚さを０．２ｍｍに固定したが、第二チップは厚さ０．２ｍｍに固定し、直径ｄ２を０．９〜１．１８ｍｍの種々の寸法に形成した。これらのチップを用いて、実施例１と同様のスパークプラグ試験品を作製し、耐剥離性の評価を実施例１と同様に行なった。以上の結果を表５に示す。
【００４７】
【表５】
0004267837.tif 000006
これによると、ｄ１／ｄ２が１０４％以上で耐剥離性がいずれも良好となっていることがわかる。
【００４８】
（実施例６）
貴金属耐消耗部用の第二チップをＩｒ−４０質量％Ｒｈ合金とし、緩和金属層用の第一チップを、Ｉｒ−４０質量％Ｎｉの組成として、実施例１と同様に作製した。ここで、第一チップの直径ｄ１と第二チップの直径ｄ２との比ｄ１／ｄ２を１２０％に固定し（いずれも厚さ０．２ｍｍ）、かつ第二チップの直径ｄ２を０．２〜１．５ｍｍの種々の寸法に設定した。これらのチップを用いて、実施例１と同様のスパークプラグ試験品を作製し、耐火花消耗性試験を以下の条件にて行った。すなわち、プラグを試験用チャンバに取り付けるとともにフルトランジスタ型イグナイタに接続し、チャンバ内空気圧０．４ＭＰａ（約４気圧）、最大電圧３０ｋＶにて周波数１００Ｈｚの交流電圧を１００時間印加するとともに、試験後に同様の断面観察を行い、貴金属耐消耗部の厚さが７０％以上残留していたものを良好（○）、７０％未満であったものを不良（×）として評価する。結果を表６に示す。
【００４９】
【表６】
0004267837.tif 000007
【００５０】
これによると、ｄ２が０．３ｍｍ以上で耐消耗性が良好となっていることがわかる。
【００５１】
（実施例７）
貴金属耐消耗部用の第二チップをＩｒ−４０質量％Ｒｈ合金とし、緩和金属層用の第一チップを、Ｉｒ−４０質量％Ｎｉの組成として、実施例１と同様に作製した。ここで、第一チップの直径ｄ１を、接地電極の幅Ｗ（２．５ｍｍ）を基準として、Ｌ＝Ｗ−ｄ１の値が０〜０．４ｍｍの種々の値となるように設定した。これらのチップを、実施例１と同様に接地電極に溶接するとともに、溶接後の同様の断面観察により、チップ厚みの９０％以上が埋没していたものを良好（○）、９０％未満であったものを不良（×）として評価する。結果を表７に示す。
【００５２】
【表７】
0004267837.tif 000008
【００５３】
これによると、Ｌ＝Ｗ−ｄ１の値が０．１ｍｍ以上で溶接性が良好となっていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す正面部分断面図。
【図２】その要部を示す拡大断面図。
【図３】緩和金属部の望ましい組成範囲を示す図。
【図４】接地電極側の貴金属耐消耗部の形成工程の一例を説明する図。
【図５】緩和金属部の第一の変形態様を示す断面図。
【図６】本発明のスパークプラグの作用を比較例とともに示す図。
【図７】緩和金属部の第二の変形態様を示す断面図。
【図８】貴金属耐消耗部の変形態様を示す斜視図。
【符号の説明】
３  中心電極
４  接地電極
４ｃ  側面
４ｍ  電極母材
３１ａ  先端面
３２  貴金属耐消耗部
３２ｂ  接合端面
３２ｓ  側周面
３２’  第二金属チップ
３３  緩和金属部
３３ｐ  端面外周縁部
３３ｓ  側周面
３３’  第一金属チップ
ｇ  火花放電ギャップ
【図１】
0004267837.tif 000009
【図２】
0004267837.tif 000010
【図３】
0004267837.tif 000011
【図４】
0004267837.tif 000012
【図５】
0004267837.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
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