JP4953630B2

JP4953630B2 - スパークプラグ

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Publication number: JP4953630B2
Application number: JP2005517321A
Authority: JP
Inventors: 健一熊谷; 渉松谷; 憲司小林
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: EP1710878A4; JPWO2005071809A1; WO2005071809A1; US20080278053A1; CN100459335C; US7804232B2; EP1710878B1; EP1710878A1; CN1839525A

Description

本発明はスパークプラグに関する。更に詳しくは、高い耐久性を発揮するスパークプラグに関する。

一般的なスパークプラグとして、電極（中心電極又は外側電極）本体の先端に貴金属チップ（以下、チップとも言う）を溶接して長寿命化させたものが知られている。このようなスパークプラグでは、電極本体にニッケルを主成分とするニッケル合金が通常使用されているが、ニッケルを主成分とする電極本体に単純にチップを溶接しただけでは、使用時にチップが電極本体から剥離し、耐久性が低下するおそれがある。このため、チップにもニッケルを含有させて剥離を抑制する技術が下記特許文献１において開示されている。また、下記特許文献２では、チップをニッケル含有量が少ない部分とニッケル含有量が多い部分との２層構造のものとし、ニッケル含有量が多い部分を電極本体に溶接する技術が開示されている。

特開昭５８−２６４８０号公報特開昭６１−１３５０８１号公報

ところで、近年、従来に比べて、より過酷な使用条件においても電極消耗を抑える（耐消耗性）性能がスパークプラグに要求されている。この要求に対しては、上記特許文献１及び上記特許文献２に開示されているように、チップ中のニッケルの含有量を調整するだけでは対処できなくなりつつある。

つまり、チップの剥離を防止するだけの目的であれば、チップに電極本体の主成分であるニッケルを多く含有させることで解決する。しかし、チップにニッケルの含有量が多くなるに従い、チップの融点の低下等を生じ、チップの耐消耗性が低下する傾向にある。このため、より過酷な使用条件では、十分な耐久性を得ることが困難な場合があることが分かった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、チップのニッケル含有量を増加させることなく、チップの剥離を防止しつつ、且つ、十分な耐消耗性を得ることができるスパークプラグを提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、チップの剥離を防止できるよう外側電極の電極本体部を構成する電極材料を見直した。その結果、後述するように電極本体部を構成する成分がチップへ移行する量及びその際の成分バランス等を考慮して、チップの剥離を防止しつつ、且つ十分な耐消耗性を得ることができる電極本体部が存在することを知見し、これに基づき本発明を完成させた。

即ち、本発明は、以下に示す通りである。
（１）電極本体部及び該電極本体部に接合されたチップを備える外側電極と、火花放電ギャップを介して該チップと対向する中心電極と、を具備するスパークプラグにおいて、
上記電極本体部は、Ｃｒを１３〜１８質量％、Ｃを０．０３〜０．０８質量％、Ｍｏを２〜３質量％、Ｎｉを６８質量％以上、かつ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉを合計で０．７５質量％以下含むニッケル合金からなり、
上記チップは、Ｎｉを４質量％以下含有する白金合金からなることを特徴とするスパークプラグ。
（２）Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉの各元素の含有量が０．３５質量％以下であることを特徴とする上記（１）に記載のスパークプラグ。
（３）上記ニッケル合金の硬度が１８５〜２２０Ｈｖであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のスパークプラグ。
（４）上記ニッケル合金は、９００℃での引張強さが１２０ＭＰａより大きいことを特徴とする上記（１）乃至（３）の何れか一項に記載のスパークプラグ。
（５）上記外側電極は、負極として用いられることを特徴とする上記（１）乃至（４）の何れか一項に記載のスパークプラグ。

本発明のスパークプラグによれば、過酷な条件で使用される場合であってもチップの剥離を防止しつつ、且つ十分な耐消耗性を得ることができる。
また、ニッケル合金の硬度が所定範囲にある場合は、加工性、特に冷間加工性に優れるため、高い精度で外側電極の加工及び位置合わせを行うことができ、結果的に高いチップの剥離を防止しつつ、且つ十分な耐消耗性を得ることができる。

さらに、本発明者らは、近年要求されている使用条件のなかでも、スパークプラグの外側電極を負極側で用いる場合、熱サイクル条件によっては、従来の仕様ではチップの剥離のおそれがあることが分かった。
火花放電による電極消耗は負極側の方が多いため、負極用電極の方が各種特性はより高い耐消耗性を備えるように調整される必要がある。従来のスパークプラグでは中心電極が負極側となり、外側電極が正極側となるのが当たり前であったため、中心電極には十分な考慮が成されている。しかし、近年、複数の気筒のうち、一部の気筒は、従来通りに中心電極に負電源が接続されるが、他の気筒では、外側電極に負電源が接続される等のシステムが開発されている。即ち、スパークプラグは取り付ける気筒によって外側電極を負極側として用いる場合があり、従来想定されていたよりも過酷な条件で使用される場合が生じている。しかし、本発明のスパークプラグを用いることで、チップの剥離を防止しつつ、かつ十分な耐消耗性を得ることができる。

［図１］本発明品（実施例１）の外側電極のチップ周辺の断面を２０倍に拡大した説明図である。
［図２］比較例品（比較例９）の外側電極のチップ周辺の断面を２０倍に拡大した説明図である。
［図３］図１（実施例１）内の四角範囲を４００倍に拡大して示した説明図である。
［図４］図２（比較例９）内の四角範囲を４００倍に拡大して示した説明図である。
［図５］実施例１の外側電極の判断面の一部を４００倍に拡大して示した説明図である。
［図６］比較例９の外側電極の一部を４００倍に拡大して示した説明図である。
［図７］本発明のスパークプラグの一例を模式的に示す一部断面図である。
［図８］本発明のスパークプラグの電極近傍の一例を拡大して示す説明図である。
［図９］本発明のスパークプラグの電極近傍の他例を拡大して示す説明図である。
［図１０］本発明のスパークプラグの更に他例の電極近傍を拡大して示す説明図である。
［図１１］実施例でチップの残存率の測定を行う際のスパークプラグを説明する説明図である。

符号の説明

１００；スパークプラグ、１０；外側電極、１１；外側電極の電極本体部、１２；外側電極チップ、２０；中心電極、２１；中心電極チップ、２２１及び２２２；導電性ガラス、２３；抵抗体、２４；端子電極、３０；補助電極、４０；絶縁碍子、５０；主体金具、５１；内燃機関取付用ネジ部、５２；加締め部、６１１及び６１２；シール材、６２；タルク、Ｐ１；中心電極の先端面、Ｐ２；中心電極の側面、Ｐ３；半断面。

本発明について、以下詳細に説明する。
［１］スパークプラグ
（１）電極材料（ニッケル合金及び白金合金）
本発明のスパークプラグは、外側電極の電極本体部が、Ｃｒが１３〜１８質量％、Ｃが０．０３〜０．０８質量％、Ｍｏが１〜３．５質量％、Ｎｉが６８質量％以上であるニッケル合金からなる。

上記「ニッケル合金」は、外側電極の電極本体部を構成する。ニッケル合金中に含有される元素のうち、上記「Ｃｒ」は、電極本体部に酸化膜を形成させることができる。このＣｒの含有量は、１３〜１８質量％（好ましくは１５〜１７質量％）である。１３質量％未満であるとＣｒを含有する効果が得られ難く、耐酸化性が低下し、使用時に次第に電極本体部とチップとの界面から酸化が進行し易くなる傾向にある。このため、チップが電極本体部から剥離し易くなる。一方、１８質量％を超えると、電極本体部が硬くなり加工性が低下する傾向にある。また、熱伝導率が過度に低下し、電極本体部からの十分な熱引きが得られないためにチップの温度も上昇し易くなり耐消耗性（例えば、実施例に示す残存率等）が低下することとなる。尚、Ｃｒの含有量は、波長分散型Ｘ線分光器を用いた電子プローブマイクロアナライザー分析（以下、単に「ＷＤＳ分析」という）によるものである。

また、上記「Ｃ」は、電極本体部の高温強度を向上させることができ、熱応力によるチップの剥離防止に対して有効である。このＣの含有量は、０．０３〜０．０８質量％（好ましくは０．０４〜０．０７質量％）である。０．０３質量％未満であるとＣを含有することによる高温強度向上の効果が得られ難くなる傾向にある。一方、０．０８質量％を超えると電極本体部が硬くなり、加工性（特に冷間加工性）が低下する傾向にある。尚、Ｃの含有量は、赤外線吸収分析によるものである。

更に、上記「Ｍｏ」は、電極本体部の高温強度及び耐高温酸化性を向上させることができる。このＭｏの含有量は、２〜３質量％である。２質量％未満であるとＭｏを含有することによる高温強度向上の効果（熱応力によるチップの剥離を防止）が得られ難くなる傾向にある。また、チップ内部へニッケル合金を構成する成分が十分に拡散されず、溶接によってチップを接合する場合の接合強度を十分に確保できなくなる傾向にある。一方、３質量％を超えるとニッケル合金が硬くなり、加工性（特に冷間加工性）が低下する傾向にある。尚、Ｍｏの含有量は、ＷＤＳ分析によるものである。

更に、上記「Ｎｉ」は、このニッケル合金の主成分となるものであり、６８質量％以上（好ましくは７２質量％以上、８２質量％以下）含有されるものである。尚、Ｎｉの含有量は、ＷＤＳ分析によるものである。

また、電極本体部におけるＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以下である。通常、脱酸剤の残滓であるこれらの元素を含有すると、接合時にチップとニッケル合金との界面で塑性変形しない酸化物を形成する。また、使用中にも保護性酸化被膜内においてこの酸化物が形成される。これは熱応力によりチップが剥離する原因となっていると考えられる。これらの合計含有量が０．７５質量％を越えると他元素による耐酸化性の効果が得られ難くなる傾向にあり、使用時に次第に電極本体部とチップとの界面から酸化が進行し、チップが電極本体部から剥離し易くなる。更に、これらのＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉ各々の含有量が０．３５質量％以下であることが好ましい。尚、これらのＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉの含有量は、原子吸光分析によるものである。

このニッケル合金には、上記のＮｉ、Ｃｒ、Ｃ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉ以外にも他の元素が含有されていてもよい。他の元素としてはＦｅが挙げられる。Ｆｅは、ニッケル合金を加工製造するうえで添加効果のある元素である。Ｆｅの含有量は特に限定されないが、５〜１２質量％（より好ましくは６〜１０質量％）とすることが好ましい。この範囲であればＦｅを含有する効果、特に十分な高温強度を得ることができる。尚、Ｆｅの含有量は、ＷＤＳ分析によるものである。

また、他の元素としてはＮｂ、Ｔａ及びＷ等も挙げられる。
これら他の元素の含有量は、合計で２質量％以下（０質量％を含まない）とすることが好ましい。２質量％を超えると本発明において必要とされるニッケル合金としての性能が十分に発揮され難くなるためである。
これら他の元素（Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷ等）は１種のみが含有されてもよく、２種以上が含有されてもよい。

また、このニッケル合金は、上記の組成範囲において、２５℃における硬度が１８５〜２２０Ｈｖ（より好ましくは２００〜２２０Ｈｖ）である。この範囲であれば、溶接による接合強度が特に高く得られ、また、加工性（特に冷間加工性）にも特に優れるため、精度よい外側電極が形成できる。従って、結果的に得られるスパークプラグはチップの剥離を防止しつつ、且つ十分な耐消耗性を得ることができる。

さらに、このニッケル合金は、上記の組成範囲において、９００℃での引張強さが１２５ＭＰａ以上であることが好ましい。この範囲であれば、得られる外側電極がチップの剥離を防止しつつ、かつ十分な耐消耗性を得ることができる。

一方、チップは、Ｎｉの含有量が４質量％以下含有されている白金合金からなる。Ｎｉは前述のようにその含有により、電極本体部を構成するニッケル合金との接合性を向上することができるからである。４質量％を越えると、チップの耐熱性が低下しがちであり、十分な耐消耗性が得られない場合があるため好ましくない。尚、Ｎｉの含有量は、ＷＤＳ分析によるものである。

また、この白金合金には、通常、ｐｔ及びＮｉ以外にも他の元素を含有する。他の貴金属元素としては、各種貴金族元素（Ｉｒ、Ｒｕ及びＲｈ等）が挙げられる。これらの他の元素は１種のみが含有されてもよく、２種以上が含有されてもよい。また、これら他の元素の含有量は、合計で４０質量％以下（０質量％を含まない）とすることが好ましい。４０質量％を超えると本発明において必要とされる白金合金としての性能が十分に発揮され難くなるためである。

これら他の元素のなかでもＩｒは、Ｐｔと全率固溶し、Ｐｔ合金の融点を上げるという効果が得られる。このＩｒの含有量は特に限定されないが、５〜３０質量％（より好ましくは１０〜２５質量％）とすることが好ましい。この範囲であればＩｒを含有する効果を十分に得ることができると共に、良好な加工性を得られる。尚、Ｉｒの含有量は、ＷＤＳ分析によるものである。
また、この白金合金は、上記の組成範囲において、２５℃における硬度が２００〜５００Ｈｖ（より好ましくは２５０〜４００Ｈｖ）であることが好ましい。この範囲であれば、溶接による接合強度が特に高く得られるからである。

このように電極本体部を構成する所定のニッケル合金の場合に、チップの剥離が防止され、且つ十分な耐消耗性が得られる。この原因は、特にＭｏを所定量含有することはあると考えられる。電極本体部を構成するニッケル合金の成分は、使用中高温になると拡散係数が大きくなり、チップを構成する白金合金内へ次第に拡散されることが観察される。Ｍｏはその原子半径が大きく、しかもＮｉに固溶するため、ニッケル合金の格子にひずみを生じさせ、添加元素の拡散スピードを更に上げていると考えられる。

また、同時にこの拡散状態が変わることで、電極本体部とチップとの界面に差違を生じることも観察された。その差違とは、主にＭｏが十分に含有されない場合は、使用時に電極本体部とチップとの界面で熱応力によって次第に隙間を生じチップの剥離に至ることが分かった（図２、図４及び図６参照）。一方、Ｍｏを所定範囲で含有する場合には、チップ内（例えば、電極本体部とチップとの界面からチップ方向に２０〜３０μｍ近傍）に粒界割れ（多数の微細な割れ）を生じ、その後は、大きな変化を生じることなく、チップの剥離が認められなかった（図１、図３及び図５参照）。従って、Ｍｏが各添加元素の拡散スピードを上げることでこの粒界割れが形成されて、熱応力をうまく吸収していることが本発明品においてチップの剥離が防止されている一因として考えることができる。
この粒界割れの大きさ及び数等は特に限定されないが、通常、その長さは１０〜５０μｍ程度であり、５０μｍ四方に約１〜５本程度が認められることで、十分にチップの剥離を防止できる。

（２）電極近傍の構造
本発明のスパークプラグは、電極本体部及び電極本体部に接合された貴金属チップを備える外側電極と、この貴金属チップとの間に火花放電ギャップを介してこれと対向する中心電極と、を具備する。

上記「外側電極」は、ニッケル合金からなる電極本体部（１１）と、白金合金からなるチップ（１２）とを備える。この外側電極（１０）は、１つのみ（例えば、図７及び図８）を備えてもよく、２つ以上（例えば、図９）を備えてもよい。更には、図１０のように、本発明の外側電極（１０）を１つ備え、別の材料からなる補助電極（３０）を備えてもよい。
上記「電極本体部」は、チップ（１２）を支持する部分であり、通常、後述する主体金具（５０）（図７〜１０参照）から延設されている。尚、電極本体部と主体金具とは別体形成された後に接合されていてもよく、一体的に形成されていてもよい。

上記「チップ」は、外側電極（１０）の電極本体部（１１）の先端部に中心電極（２０）と対向して配置されている。チップ（１２）は、１つの本体部に対して１ヶ所のみを有してもよく、２ヶ所以上を有してもよい。また、このチップ（１２）は、中心電極（２０）と火花放電ギャップ（Ｇ）を介して対向されている。上記「対向」とは、中心電極（後述する中心電極チップ（２１）を有する場合には中心電極チップ）とチップ（外側電極チップ）との間を空間（火花放電ギャップ）以外を介することなく仮想直線で結ぶことができる位置関係にあることを意味する。換言すれば、中心電極及びチップ各々の表面でいずれの位置においても、その間に配置された異物に阻まれて直接的に仮想直線で結ぶことがでもできない位置関係にある場合を除く意味である。この配置関係が除かれれば、相互の位置関係は特に限定されず、例えば、図８に示すようにチップは中心電極の先端面（Ｐ１）と対向（少なくとも一部で対面）されてもよく、図９に示すように中心電極の側面（Ｐ２）と対向（少なくとも一部で対面）されてもよい。

このチップ（外側電極チップ）の形状は特に限定されず、円板形状、直方体形状及び立方体形状等とすることができる。また、その大きさは、内燃機関の仕様により適宜のものとすることが好ましいが、最も大きな面の表面積（最も広い中心電極に対向している面）が０．５ｍｍ^２以上（上限は特に限定されないが３ｍｍ^２以下程度）であることが好ましい。また、その厚さは特に限定されないが、耐消耗性の観点から０．２ｍｍ以上（上限は特に限定されないが０．６ｍｍ以下程度）であることが好ましい。
上記「火花放電ギャップ」は、中心電極（２１）とチップ（１２）との間に隔てられている空間である。この火花放電ギャップ（Ｇ）の間隔は、内燃機関の仕様等により適宜とすることが好ましいが、通常、０．５〜１．５ｍｍ程度である。

上記「中心電極」は、耐熱性金属等からなる一体物とすることができるが、通常は、外側電極（１０）と同様にその先端部に貴金属を主成分とするチップ（２１）（以下、外側電極のチップと区別するために「中心電極チップ」という）を備える。中心電極チップの形状は特に限定されず、円柱形状、四角柱形状、立方体形状、円板形状及び直方体形状等とすることができる。また、この中心電極チップを構成する材料は、電極チップとしての機能を発揮できればよく、特に限定されないが、通常、貴金属を主成分とする。なかでも、Ｉｒ及びＰｔを主成分とすることが好ましい。Ｉｒを主成分とするイリジウム合金としては、Ｉｒ以外にＲｈ、Ｐｔ、Ｒｕ及びＮｉ等のうちの１種又は２種以上を含有するものが挙げられる。更に、Ｐｔを主成分とする白金合金としては、前記外側電極のチップを構成する白金合金と同様のものを用いることができる。

（３）スパークプラグの構造
本発明のスパークプラグは、これまでに述べた上記電極近傍の構造を有すること以外、その構造は特に限定されず、公知の構造を適宜採用することができる。即ち、例えば、図７に示すように、絶縁碍子（４０）の貫通孔内に、中心電極（２０）及び端子電極（２４）等を備えることができる。また、この絶縁碍子（４０）の外周には炭素鋼（ＪＩＳ−Ｇ３５０７）等により形成された主体金具（５０）を備えることができる。この主体金具（５０）からは前述のように外側電極（１０）を延設することができる。

（４）スパークプラグの使用
本発明のスパークプラグの使用については特に限定されない。即ち、スパーク時の極性等についても特に限定されない。従って、従来と同様に、外側電極を接地電極（正極）のみとして使用することができる。しかし、本発明のスパークプラグは、特に、この外側電極を負極側として用いる場合に、特にその性能（耐剥離性、耐消耗性等）を発揮できる。
例えば、外側電極を負極として使用し、４００時間に渡って回転数５０００ｒｐｍを保持し、外側電極のチップ（１２）の最高温度が９５０℃に達する場合であっても、外側電極チップ部は剥離することなく、後述する残存率を５０％以上（更には６０％以上、特に６５％以上）に保持することができる。

以下、実施例及び図を用いて本発明を更に詳しく説明する。
［１］スパークプラグの評価
（１）スパークプラグの製造
先端に白金合金からなるチップがレーザー溶接されてなる中心電極（２０）、導電性ガラス（２２１）、抵抗体（２３）、導電性ガラス（２２２）及び端子電極（２４）の各々がこの順に絶縁碍子（４０）の貫通孔内に組み付けられた組立体を用意した。この組立体を外周に内燃機関取付ネジ部（５１）が螺刻された筒状の主体金具（５０）内に挿通し、パッキング材を介して係止した。その後、パッキング材（６１１及び６１２）及びタルク（６２）を介して主体金具（５０）の後端部の加締め部（５２）を加締めて、主体金具（５０）内に組立体を固定した。

次いで、断面が１．６ｍ×２．８ｍｍの矩形に成形された外側電極（１０）の電極本体部（１１）となる下記表１に示す各ニッケル合金からなる棒状体の一端面を、主体金具（５０）の環状端面に電気抵抗溶接により接合した。その後、主体金具（５０）に接合された電極本体部（１１）の他端に下記表１に示す各白金合金からなる直径１．０ｍｍ、高さ０．５ｍｍのチップを電気抵抗溶接により接合した。この電気抵抗溶接は、３４ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら、６０Ｈｚの交流を用いて電流値９００Ａにて、１０サイクル通電して行った。その後、外側電極チップ（１２）と中心電極チップ（２１）とが対向するように外側電極の本体部（１１）を曲げ加工機により曲げて、火花放電ギャップ（Ｇ）を成形してスパークプラグ（１００）を得た。

表中の「＊」は本発明外であることを示す。

（２）冷間加工性の評価
上記（１）において火花放電ギャップを形成する際に、外側電極（１０）の電極本体部（１１）となる棒状体を曲げ加工により塑性変形させた後に、下記式により算出されるばらつき（Ｃｐ）を用いて下記基準により評価し、その結果を表２に示した。また、この評価では各実施例及び比較例共に３０本のスパークプラグを用いて行った。
ばらつき（Ｃｐ）＝図面公差／（６×標準偏差）
評価基準：Ｃｐ≧１．６７のスパークプラグ・・・「○」
１．３３≦Ｃｐ＜１．６７のスパークプラグ・・・「△」
Ｃｐ＜１．３３のスパークプラグ・・・「×」

（３）外側電極チップ部の溶接強度評価
上記（２）の冷間加工性を評価した後、火花放電ギャップを０．９ｍｍに調整した。その後、４気筒の２．０リットルのガソリンエンジンに各スパークプラグを取り付けて下記耐久試験を施した後、外側電極チップ部の溶接強度を下記の基準により評価し、表２に併記した。耐久試験は、回転数を５０００ｒｐｍに１分間保持した後、アイドリングを１分間行うサイクルを２００時間に渡って各スパークプラグに対して行った。また、スパークプラグへ電力を供給する電源には負電極を用いた。即ち、外側電極は正電極として機能させた。尚、外側電極チップ部（１２）における最高温度は９５０℃（５０００ｒｐｍ時）であり、最低温度は４００°Ｃ（アイドリング時）であった。
評価基準：チップ（１２）が残っているスパークプラグ・・・「○」
チップ（１２）の一部が剥離したスパークプラグ・・・「△」
チップ（１２）が完全に剥離したスパークプラグ・・・「×」

（４）耐久試験後のチップ部の残存量評価
上記（２）の冷間加工性を評価した後、火花放電ギャップを０．９ｍｍに調整した。次いで、６気筒の２．０リットルのガソリンエンジンに各スパークプラグを取り付けて下記耐久試験を施した。その後、外側電極を図１１に示すようにチップ部が略半裁される半断面（Ｐ３）が表れるように切断し、表れたチップ（１２）の断面積を算出した。次いで、耐久前におけるチップ部断面積（０．３９ｍｍ^２）に対する残存率「Ｓ」を算出し、このＳについて下記の基準により評価し、表２に併記した。耐久試験は、回転数を５０００ｒｐｍに保持して４００時間に渡って各スパークプラグに対して行った。また、スパークプラグへ電力を供給する電源には正電極を用いた。即ち、外側電極は負電極として機能させた。尚、中心電極チップ部（２１）における最高温度は８５０℃であり、外側電極チップ部（１２）における最高温度は９５０℃であった。
判定基準：Ｓ≧６５％のスパークプラグ・・・「○」
５０％≦Ｓ＜６５％のスパークプラグ・・・「△」
Ｓ＜５０％のスパークプラグ・・・「×」

（５）本体部とチップ部との界面の評価
上記（３）による外側電極チップの溶接強度評価と同じ耐久試験を５０時間に渡って表１の実施例１のスパークプラグ及び比較例９のスパークプラグに対して課した。その後、各スパークプラグの外側電極を上記（４）におけると同様の半断面が表れるように切断した。次いで、酸溶液内で半断面表面の電極本体部を電解エッチングして、外側電極の電極本体部（１１）と外側電極のチップ（１２）との境界を視認できるようにした。その後、このエッチング後の半断面を各々２０倍に拡大して得られた画像による説明図を図１（実施例１）及び図２（比較例９）に示した。また、各図１及び図２内の四角枠で囲まれた部分を４００倍まで拡大した画像による説明図を各々図３（実施例１）及び図４（比較例９）に示した。

（６）実施例の効果
表１及び表２より、比較例１は、Ｃｒの含有量が下限値未満であるため、溶接強度試験においてチップ部の剥離が認められた。比較例２は、Ｃｒの含有量が上限値を超えるため、冷間加工性が低下し、放電ギャップのばらつきが大きくなった。また、熱伝導率が低下するために残存率の低下が認められた。比較例３は、Ｃの含有量が下限値未満であるため、高温強度向上の効果が得られず、溶接強度試験においてチップ部の剥離が認められた。比較例４は、Ｃの含有量が上限値を超えるため、冷間加工性が低下し、放電ギャップのばらつきが大きくなった。比較例５は、Ｍｏの含有量が下限値未満であるため、溶接強度試験においてチップ部の剥離が認められた。比較例６は、Ｍｏの含有量が上限値を超えるため、冷間加工性が低下し、放電ギャップのばらつきが大きくなった。比較例７は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉの合計含有量が上限値を超えるため、耐酸化性の効果が得られず、溶接強度試験においてチップ部の剥離が認められた。比較例８は、チップ部にＮｉの含有量が上限値を超える白金合金を用いたため、溶接強度は十分に得られたが、チップ部の残存率が低下した。比較例９は、Ｍｏが含有されず、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉの合計含有量が上限値を超えるため、耐酸化性の効果が得られず、溶接強度試験においてチップ部の剥離が認められた。比較例１０は、チップ部にＮｉの含有量が上限値を超える白金合金を用いたため、溶接強度は十分に得られたが、チップ部の残存率が低下した。尚、比較例９及び比較例１０で用いたニッケル合金は、インコネル（登録商標）であり、従来多用されているものである。

上記の各比較例に対して、実施例１〜７は、本体部として用いるニッケル合金及びチップ部として用いる白金合金のいずれもが本発明の範囲内であるために、溶接強度、残存量及び冷間加工性共にバランスのよい優れた結果となった。実施例４では、硬度が２２０Ｈｖを超えるために、冷間加工性が多少低下し、僅かなばらつきが認められたが、使用できる範囲である。また、実施例５は、硬度が１８５Ｈｖ未満であるために、溶接強度に多少の低下が認められたが、使用上は問題が無い程度である。実施例１〜３、６、７は、硬度が好ましい範囲内にあるため、チップの剥離を防止でき、且つ十分な耐消耗性を得ることができた。更に、優れた加工性が得られた。そして、実施例１〜７は、９００℃での引張強さが１２５ＭＰａ以上であるため、チップの剥離を防止しつつ、かつ十分な耐消耗性を得ることができる。

一方、図１〜図６は剥離具合を視認するための説明図である。図５は、実施例１の外側電極の判断面の一部を４００倍に拡大して示した説明図である。また、図６は、比較例９の外側電極の一部を４００倍に拡大して示した説明図である。これらの説明図から分かるように、図５では粒界割れ（Ｓ１）が認められる。一方、図６では剥離（Ｓ２）が認められる。しかし、これらの説明図からは外側電極の電極本体部（１１）と外側電極のチップ（１２）との境界は視認できないため、前述のようにエッチングを行った。その結果、図１〜図４に示すようにその境界が視認できるものとなる。

図２より、比較例９では、電極本体部（１１）からチップ（１２）が浮き上がっていることが分かる。これに対して、図１より、本発明品である実施例１のスパークプラグでは電極本体部（１１）とチップ（１２）とがしっかりと接合されていることが分かる。尚、図１における黒帯状域は、その成分に起因してエッチング時にオーバーエッチングされた境域であり、図５からも分かるとおり剥離ではない。また、図３より、電極本体部（１１）とチップ（１２）との界面を観察すると、図４では認められないチップ（１２）内の粒界割れ（２ヶ所）が認められることが分かる。この粒界割れ（Ｓ１）は、境界（本体部とチップ部との）に認められるものではなく、チップ部（１２）内に認められるものである。これに対して、図４では電極本体部（１１）とチップ（１２）との境界に剥離によるスケール部（空隙部分）が認められる。これらの結果、及び比較例９では、溶接強度試験においてチップが剥離していることを考慮すると、この図３に認められる粒界割れ（Ｓ１）は、チップ（１２）の剥離を防止している要因と考えることができる。

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。
本出願は、２００４年１月２７日出願の日本特許出願（特願２００４−０１９０１５）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明はスパークプラグ関連分野において広く利用できる。即ち、レジスタープラグ、多極型プラグ及び農林業機械用プラグ等として利用できる。また、ＧＨＰプラグ及びガスエンジン用プラグ等として利用できる。

Claims

電極本体部及び該電極本体部に接合されたチップを備える外側電極と、火花放電ギャップを介して該チップと対向する中心電極と、を具備するスパークプラグにおいて、
上記電極本体部は、Ｃｒを１３〜１８質量％、Ｃを０．０３〜０．０８質量％、Ｍｏを２〜３質量％、Ｎｉを６８質量％以上、かつ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉを合計で０．７５質量％以下含むニッケル合金からなり、
上記チップは、Ｎｉを４質量％以下含有する白金合金からなることを特徴とするスパークプラグ。
Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ及びＴｉの各元素の含有量が０．３５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。
上記ニッケル合金の硬度が１８５〜２２０Ｈｖ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。
上記ニッケル合金は、９００℃での引張強さが１２０ＭＰａより大きいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のスパークプラグ。
上記外側電極は、負極として用いられることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のスパークプラグ。