JP6320354B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、接地電極にチップが設けられたスパークプラグ及びその製造方法に関する。

自動車エンジン等の内燃機関において、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。

ところで、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。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貴金属製のチップを設け、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採用されることがある。

このチップを形成する材料としては、Ｉｒ、Ｉｒ合金、Ｐｔ合金等が挙げられる（例えば特許文献１）。チップを中心電極及び接地電極に接合する方法としては、抵抗溶接が一般的である。しかしながら、接合強度が不十分になることがあり、それに対して様々な試みがなされている。

例えば、特許文献２には、「・・・前記接地電極の先端部に埋設された状態で抵抗溶接された板状の緩和層チップと、前記緩和層チップの中心電極側の部位、及び、前記接地電極のうち前記緩和層チップの中心電極側の部位の外周側の部位に抵抗溶接される一端面、及び、前記中心電極の先端部との間で間隙を形成する他端面を有する貴金属チップとを備えた内燃機関用スパークプラグであって、前記貴金属チップは、白金を主成分とする白金合金からなるとともに、前記緩和層チップは、前記貴金属チップを形成する白金合金と、前記接地電極を形成する金属材料との間の線膨張係数を有する白金合金からなり、前記緩和層チップのうち前記貴金属チップに接合される部位の面積が、前記貴金属チップの一端面の面積よりも小さく、かつ、前記接地電極と、前記貴金属チップとの境界部の外周部分の全域に、少なくとも前記貴金属チップと前記接地電極とがレーザ溶接によって溶融されてなる溶融部が設けられている」（特許文献２の請求項１）内燃機関用スパークプラグが記載されている。

特開昭５８−１９８８８６号公報 国際公開第２０１０／０５８８３５号公報

ところで、近年、自動車エンジン等の内燃機関では、その高出力化や燃費向上を図るため、燃焼室内に設けられたスパークプラグ周辺に燃料を直接噴射するエンジンや、リーンバーンといった高酸素雰囲気での燃焼条件で運転されることが多くなる傾向にある。このような条件では、チップが酸化消耗し易くなるので、耐火花消耗性に優れるＩｒ合金等よりも耐酸化性に優れるＰｔやＲｈを含有する合金からなるチップが好適に用いられる。

しかしながら、このようなＰｔ及びＲｈを含有する合金からなるチップは、図７（ａ）に示すように、厳しい冷熱サイクルが繰り返される特定の条件下において中央部が膨らんで凸状の形状に変形し、それによって火花放電ギャップが縮小して着火性が低下したり、チップが電極から剥離したりすることが分かった。
上記のような現象は、チップ及び電極に生じる熱応力が大きくなるほど起こり易い。例えば、チップをレーザ溶接により電極に接合した場合には、レーザ溶接により形成された溶融部で熱応力を軽減できるため、上記のような現象は起こらない。そこで、抵抗溶接に換えて又はこれに加えてレーザ溶接をすることにより、熱応力を軽減し、上記現象が起こらないようにすることが考えられる。しかしながら、チップをレーザ溶接で電極に接合するとかえって電極としての性能が低下することがある。例えば、高さが小さく幅の大きいチップをレーザ溶接により電極に接合した場合、火花放電に寄与するチップの放電面に溶融部が露出するため、この溶融部でチップが消耗し易くなってしまう。このように、高さが小さく幅が大きいチップを電極に接合する場合等特定の条件下では、チップをレーザ溶接で接合することによっては前記問題を解決することができないので、別の手段による解決が望まれる。

この発明は、厳しい冷熱サイクルが繰り返される特定の条件下において生じる、レーザ溶接と異なる方法で接合されたチップの変形及び剥離を抑制することができるスパークプラグ及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段は、
（１） 中心電極と、前記中心電極に間隙を介して配置された接地電極と、前記接地電極における前記中心電極に対向する対向面に接合されたチップと、を備えるスパークプラグであって、
前記チップは、放電層と緩和層とを有し、
前記緩和層は、Ｐｔ−Ｎｉ合金により形成されると共に前記対向面に拡散層を介して接合され、
前記拡散層は、前記接地電極側から前記緩和層側に向かって、Ｐｔの含有率が増大及び／又はＮｉの含有率が減少する傾斜組成を有し、
前記放電層は、Ｐｔ−Ｒｈ合金により形成されると共に前記緩和層おける前記接地電極が接合されている側とは反対側にクラッド拡散層を介して接合され、
前記クラッド拡散層は、前記緩和層側から前記放電層側に向かって、Ｐｔの含有率が増大及び／又はＮｉの含有率が減少する傾斜組成を有し、
前記クラッド拡散層の厚さをＣμｍ、前記拡散層の厚さをＤμｍとすると、Ｃ＞Ｄを満たし、
前記放電層を前記対向面に平行な面で切断したときに得られる複数の断面の平均断面積をＡｍｍ^２、前記緩和層を前記対向面に平行な面で切断したときに得られる複数の断面の平均断面積をＢｍｍ^２とすると、０．８１≦Ａ／Ｂ≦１．２１を満たすスパークプラグである。

前記（１）の好ましい態様として、次の態様を挙げることができる。
（２）前記（１）のスパークプラグにおいて、前記放電層は、Ｐｔ及びＲｈの合計含有率が９０質量％以上である。

前記別の課題を解決するための手段は、
（３） 請求項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記放電層と前記緩和層とを固相拡散接合により接合して前記チップを形成した後に、前記緩和層と前記対向面とを固相拡散接合により接合することを特徴とするスパークプラグの製造方法である。

この発明に係るスパークプラグは、Ｐｔ−Ｒｈ合金により形成された放電層とＰｔ−Ｎｉ合金により形成された緩和層とを有するチップを備え、前記放電層を前記前記対向面に平行な面で切断したときに得られる複数の断面の平均断面積Ａと、前記緩和層を前記対向面に平行な面で切断したときに得られる複数の断面の平均断面積Ｂとの比Ａ／Ｂが、０．８１≦Ａ／Ｂ≦１．２１を満たすので、チップの変形及び剥離を抑制することができる。

この発明に係るスパークプラグの製造方法は、前記放電層と前記緩和層とを固相拡散接合により接合して前記チップを形成した後に、前記緩和層と前記対向面とを固相拡散接合により接合するので、クラッド拡散層の厚さＣが拡散層の厚さＤよりも大きくなるようにクラッド拡散層と拡散層とを形成することができる。クラッド拡散層は拡散層に比べて燃焼室内の内部に配置され、厳しい環境に置かれているので、クラッド拡散層にクラックが発生した場合には、拡散層にクラックが発生した場合に比べて、クラックが進展し、チップが剥離する可能性が高くなる。この発明に係るスパークプラグの製造方法によると、クラッド拡散層の厚さＣが拡散層の厚さＤよりも大きくなるようにクラッド拡散層と拡散層とを容易に形成することができるので、厳しい環境下に置かれるクラッド拡散層にクラックが発生するのを抑制することができ、また、クラックの進展及びチップの剥離を抑制することができる。

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説明図である。 図２は、図１に示すスパークプラグの接地電極とチップとを拡大して示す断面説明図である。 図３は、他の実施形態のチップを示す断面説明図である。 図４は、他の実施形態のチップを示す断面説明図である。 図５は、他の実施形態のチップを示す断面説明図である。 図６は、他の実施形態のチップを示す断面説明図である。 図７（ａ）は、Ｐｔ−Ｒｈ合金からなる円盤状のチップが変形した状態を示す断面説明図である。図７（ｂ）は、Ｐｔ−Ｎｉ合金からなる円盤状のチップが変形した状態を示す断面説明図である。 図８は、チップの研磨面をＥＰＭＡに付属されたＷＤＳによりライン分析したときの元素の含有率Ｉと分析ラインの距離Ｘとの関係を示す概略説明図である。

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。

このスパークプラグ１は、図１に示すように、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、前記軸孔２内の前記中心電極４と前記端子金具５との間に配置された接続部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の先端に接合されると共に他端部が前記中心電極４に間隙を介して対向するように配置された接地電極８と、前記接地電極８に設けられたチップ９とを備える。

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１１よりも先端側に配置され、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の先端側に配置され、大径部１２より小さい外径を有し、接続部６を収容する。脚長部１４は、該先端側胴部１３の先端側に配置され、先端側胴部１３より小さい外径及び内径を有し、中心電極４を収容する。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、電気絶縁性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。

接続部６は、軸孔２内の中心電極４と端子金具５との間に配置され、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。

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。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。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。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。

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内に挿入されて接続部６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。

中心電極４は、接続部６に接する後端部２８と、前記後端部２８から先端側に延びる棒状部２９とを有する。中心電極４は、その先端が絶縁体３の先端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２８と棒状部２９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。

接地電極８は、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の先端との間に間隙を介して対向するように形成されている。接地電極８は、Ｎｉを主成分とする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。

チップ９は、図２に示すように、この実施形態においては円盤状であり、接地電極８における中心電極４に対向する対向面３１に設けられている。チップ９は、放電層４０と緩和層５０とを有する。緩和層５０は接地電極８の対向面３１に拡散層７０を介して接合され、放電層４０は緩和層５０における接地電極８が接合されている側とは反対側にクラッド拡散層を介して接合されている。

前述したように、発明者らがＰｔ−Ｒｈ合金からなる円盤状のチップを接地電極に固相拡散接合したスパークプラグについて、厳しい冷熱サイクルが繰り返される環境下で耐久試験を行ったところ、図７（ａ）に示すように、チップの中央部が膨らんで凸状の形状に変形することが分かった。このようにチップの形状が凸状に変形すると、火花放電ギャップＧが縮小して着火性が低下し、また、チップが電極から剥離する。一方、Ｐｔ−Ｎｉ合金からなる円盤状のチップを接地電極に固相拡散接合したスパークプラグについて、厳しい冷熱サイクルが繰り返される環境下で耐久試験を行ったところ、チップはＰｔ−Ｒｈ合金ほど変形しないが、図７（ｂ）に示すように、固相拡散接合による拘束が弱い外周部が変形し、チップの中央部が凹んだ凹状の形状になることが分かった。そこで、発明者らは、厳しい冷熱サイクルが繰り返される環境下において相反する変形形態をとるＰｔ−Ｒｈ合金とＰｔ−Ｎｉ合金とを一体化させることで、チップの変形及び剥離が抑制できると考え、この発明を完成させた。すなわち、Ｐｔ−Ｒｈ合金により形成される放電層４０を火花放電が行われる側に配置し、Ｐｔ−Ｎｉ合金からなる緩和層５０を接地電極８に接合される側に配置して一体化したチップ８を形成した。また、この発明に至る過程において、後述するように、Ｐｔ−Ｒｈ合金の平均断面積ＡとＰｔ−Ｎｉ合金の平均断面積Ｂとの比Ａ／Ｂが特定の範囲にあるときにはじめてチップの変形及び剥離を抑制することができることが分かった。
以下において、この実施形態のチップ９について詳しく説明する。

放電層４０は、Ｐｔ−Ｒｈ合金により形成される。すなわち、放電層４０はＰｔの質量含有率が最も多く、Ｒｈの質量含有率が２番目に多い。具体的には、放電層４０は、Ｐｔの含有率が６０質量％以上９５質量％以下であるのが好ましく、Ｒｈの含有率が５質量％以上４０質量％以下であるのが好ましい。放電層４０は、Ｐｔ−Ｒｈ合金により形成されるので、耐酸化性及び耐火花消耗性に優れる。特に、放電層４０におけるＰｔ及びＲｈの含有率が前記範囲にあると耐酸化性及び耐消耗性により一層優れる。放電層４０は、中心電極４との間で火花放電する放電面４１を形成する。チップ９は、放電面４１が耐酸化性及び耐火花消耗性に優れるＰｔ−Ｒｈ合金により形成されるので、耐酸化性及び耐火花消耗性に優れる。ＰｔとＲｈとの合計含有率は９０質量％以上であるのが好ましい。ＰｔとＲｈとの合計含有率が９０質量％以上であると、中心電極４の先端とチップ９の放電面４１との間の距離すなわち火花放電ギャップＧが比較的大きく、接地電極８に負荷がかかるような場合でもチップ９の耐消耗性を維持することができる。チップ９は、Ｐｔ及びＲｈ以外に含有される元素として、例えば、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｗ、Ｏｓ、Ａｌ、及びＹ等から選択される少なくとも１種の元素を挙げることができる。

緩和層５０は、Ｐｔ−Ｎｉ合金により形成される。すなわち、緩和層５０はＰｔの質量含有率が最も多く、Ｎｉの質量含有率が２番目に多い。具体的には、緩和層５０は、Ｐｔの含有率が６０質量％以上９５質量％以下であるのが好ましく、Ｎｉの含有率が５質量％以上４０質量％以下であるのが好ましい。緩和層５０は、Ｐｔ−Ｎｉ合金により形成されるので、Ｐｔ−Ｒｈ合金により形成される放電層４０に比べて低融点であり、耐火花消耗性に劣る。しかしながら、緩和層５０は、放電層４０と接地電極８との間に配置されるので火花放電に寄与する面に露出していないことから、放電層４０より耐火花消耗性が劣っていても電極としての性能はほとんど低下しない。また、上述したように、Ｐｔ−Ｎｉ合金により形成される緩和層５０は、厳しい冷熱サイクルが繰り返される環境下において中央部が凹んだ凹状の形状になり易い。チップ９は、凸状の形状になり易い放電層４０と凹状の形状になり易い緩和層５０とを一体化させて形成されることにより、チップ９の変形及び剥離を抑制することができる。

放電層４０及び緩和層５０に含まれ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の中心を通り、放電層４０及び緩和層５０の積層方向に平行な面でチップ９を切断し、切断面を露出させる。この切断面を鏡面仕上げして研磨面とする。放電層４０の研磨面において、放電層４０と緩和層５０との境界付近を除く任意の５箇所の測定点で成分分析を行い、得られた測定値の算出平均を放電層４０に含まれる各成分の含有率とする。また、緩和層５０の研磨面において、放電層４０と緩和層５０との境界付近及び緩和層５０と接地電極８との境界付近を除く任意の５箇所の測定点で成分分析を行い、得られた測定値の算術平均を緩和層５０に含まれる各成分の含有率とする。なお、成分分析は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）に付属された波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ：Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer）により行う。

この実施形態のチップ９は、同一の形状を有する放電層４０と緩和層５０とが接合されて円盤状のチップを形成しているが、放電層４０と緩和層５０との形状及び／又は大きさは異なっていてもよい。また、放電層４０及び緩和層５０の形状は円盤状に特に限定されず、楕円盤状、角盤状、円錐台形状、楕円錐台形状、角錐台形状、逆円錐台形状、逆楕円錐台形状、及び逆角錐台形状等であってもよく、このような異なる形状及び大きさを有する放電層と緩和層とが任意に組み合わされてチップを形成してもよい。例えば、図３に示すチップ３０９は、円盤状の放電層３４０とこれより大きい径を有する円盤状の緩和層３５０とがそれぞれの軸線が一致するように積層されてチップ３０９を形成している。また、図４に示すチップ４０９は、円盤状の放電層４４０とこれより小さい径を有する円盤状の緩和層４５０とがそれぞれの軸線が一致するように積層されてチップ４０９を形成している。また、図５に示すチップ５０９は、円盤状の放電層５４０と円錐台形状の緩和層５５０とがそれぞれ軸線が一致するように積層されてチップ５０９を形成している。

チップ９は、放電層４０を対向面３１に平行な面で切断したときに得られる複数の断面の平均断面積をＡｍｍ^２、緩和層５０を対向面３１に平行な面で切断したときに得られる複数の断面の平均断面積をＢｍｍ^２とすると、０．８１≦Ａ／Ｂ≦１．２１を満たす。接地電極９に接合されたチップ９は、厳しい冷熱サイクルが繰り返される環境下に曝された場合、Ａ／Ｂが０．８１より小さいと、放電層４０が緩和層５０から剥離し易くなる。Ａ／Ｂが１．２１より大きいと、チップ９が凸状の形状に変形し、火花放電ギャップＧが縮小して着火性が低下する。一方、Ａ／Ｂが０．８１以上１．２１以下であると、チップ９の変形及び剥離を抑制することができる。

放電層４０及び緩和層５０それぞれの平均断面積Ａ，Ｂは、次のようにして求めることができる。緩和層５０については、対向面３１側から放電層４０側に向かって等間隔に対向面３１に平行な断層画像をＸ線ＣＴスキャナーで撮影し、複数枚の断層画像を得る。得られた複数の断層画像における緩和層５０の面積の算術平均を平均断面積Ｂとする。同様にして、放電層４０については、緩和層５０側から放電面４１側に向かって等間隔に対向面３１に平行な断層画像をＸ線ＣＴスキャナーで撮影し、複数枚の断層画像を得る。得られた複数の断層画像における放電層４０の面積の算術平均を平均断面積Ａとする。

図２に示すように、緩和層５０と接地電極８の対向面３１とは、拡散層７０を介して接合されている。緩和層５０と放電層４０とは、拡散層６０（以下、クラッド拡散層６０と称する）を介して接合されている。拡散層７０は、緩和層５０と接地電極８の対向面３１とを固相拡散接合で接合することにより形成される。クラッド拡散層６０は、緩和層５０と放電層４０とを固相拡散接合で接合することにより形成される。固相拡散接合としては、例えば、抵抗溶接、摩擦撹拌接合、及び熱圧着等を挙げることができる。抵抗溶接は、接合する部材間に大電流を流し、発生する抵抗熱によって加熱し、圧力を加えて行う接合方法である。摩擦撹拌接合は、接合する部材の接合面において、接合用ツールを押圧しながら回転させることにより摩擦熱を発生させて、この摩擦熱により接合部分を軟化させ、その部分を撹拌することにより部材同士を接合する接合方法である。熱圧着は、接合する部材を、部材の融点以下の適切な温度で圧力を加えつつ密着させて、塑性変形を起こさせて行う接合方法である。

拡散層７０は、前記接地電極８側から前記緩和層５０側に向かって、Ｐｔの含有率が増大及び／又はＮｉの含有率が減少する傾斜組成を有する。前述したように、接地電極８はＮｉ合金等により形成され、また、緩和層５０はＰｔ−Ｎｉ合金により形成される。したがって、緩和層５０と接地電極８の対向面３１とが固相拡散接合で接合されると、Ｐｔの含有率が接地電極８に比べて緩和層５０の方が大きい場合には、緩和層５０から接地電極８に向かってＰｔが拡散し、また、Ｎｉの含有率が緩和層５０に比べて接地電極８の方が大きい場合には、接地電極８から緩和層５０に向かってＮｉが拡散する。その結果、緩和層５０と接地電極８との間に、前述した傾斜組成を有する拡散層７０が形成される。

クラッド拡散層６０は、前記緩和層５０側から前記放電層４０側に向かって、Ｐｔの含有率が増大及び／又はＮｉの含有率が減少する傾斜組成を有する。前述したように、緩和層５０はＰｔ−Ｎｉ合金により形成され、また、放電層４０はＰｔ−Ｒｈ合金により形成される。したがって、緩和層５０と放電層４０とが固相拡散接合で接合されると、Ｐｔの含有率が緩和層５０に比べて放電層４０の方が大きい場合には、放電層４０から緩和層５０に向かってＰｔが拡散し、また、Ｎｉの含有率が放電層４０に比べて緩和層５０の方が大きい場合には、緩和層５０から放電層４０に向かってＮｉが拡散する。その結果、放電層４０と緩和層５０との間に、前述した傾斜組成を有するクラッド拡散層６０が形成される。

緩和層５０と接地電極８とは、固相拡散接合のみにより接合されているのが好ましい。すなわち、緩和層５０と接地電極８との間には、固相拡散接合により形成された傾斜組成を有する拡散層７０のみが形成され、レーザ溶接等によって形成される溶融部が存在しないことが好ましい。レーザ溶接等によって形成される溶融部は、放電層４０に比べて耐消耗性に劣る。よって、溶融部の体積や露出面積が大きくなるほどチップ９の耐消耗性が低下する。したがって、耐消耗性の観点から溶融部は小さい方が好ましく、溶融部が存在しないのが特に好ましい。また、緩和層４０と接地電極８とが固相拡散接合のみにより接合され、溶融部を有さない場合に、このチップ９は特にチップ９の変形及び剥離を抑制する効果が高い。

放電層４０と緩和層５０とは、固相拡散接合のみにより接合されているのが好ましい。レーザ溶接等によって形成される溶融部は、放電層４０に比べて耐消耗性に劣る。よって、溶融部の体積や露出面積が大きくなるほどチップ９の耐消耗性が低下する。したがって、放電層４０と緩和層５０とは、固相拡散接合のみにより接合され、溶融部を有さないのが好ましい。

放電層４０と緩和層５０との間及び緩和層５０と接地電極８との間にそれぞれ拡散層６０，７０が形成されていることは、前述した放電層４０及び緩和層５０に含まれる各成分の含有率を測定するときと同様にして切断面を露出させて、接合部分の切断面を鏡面仕上げして得られた研磨面をＥＰＭＡに付属されたＷＤＳにより元素分析をすること、及び鏡面仕上げした後にシュウ酸二水和物による電解エッチングを行って得られた研磨面を金属顕微鏡で観察すること等により確認することができる。拡散層７０及びクラッド拡散層６０は、通常、数百μｍ程度の厚みを有する。拡散層７０及びクラッド拡散層６０が、それぞれ傾斜組成を有することは、前記研磨面をＥＰＭＡに付属されたＷＤＳによりマッピング分析をすると、Ｐｔ及び／又はＮｉが拡散層６０，７０の両側に隣接している部材のうちの一方の部材から他方の部材に拡散し、一方の部材側から他方の部材側に向かって、Ｐｔ及び／又はＮｉの質量含有率が連続的に又は段階的に増大又は減少している領域として確認できる。また、抵抗溶接及び熱圧着のように、接合する部材同士に圧力を加えて塑性変形を起こさせることにより部材同士を接合している場合には、部材同士が塑性変形して密着しているのが観察される。レーザ溶接等のように溶融部が形成される場合、溶融部を金属顕微鏡で観察すると、接合する部材の溶融液が凝固した後に形成される特有の結晶組織、例えばデンドライト組織等が溶融部の領域全体に観察されたり、部材同士が混合したマーブル状の溶融合金層が溶融部の領域全体に観察されたりする。なお、固相拡散接合の場合、接合する部材の融点以下の温度で接合するので、拡散層６０，７０を金属顕微鏡で観察した場合、拡散層６０，７０の一部にデンドライト組織等の結晶組織や部材同士が混合したマーブル状の溶融合金層が観察されたりすることはあっても、拡散層６０，７０の領域全体にデンドライト組織等の結晶組織や部材同士が混合したマーブル状の溶融合金層が観察されたりすることはない。

チップ９は、クラッド拡散層６０の厚さをＣμｍ、拡散層７０の厚さをＤμｍとすると、Ｃ＞Ｄを満たすのが好ましい。
チップ９と接地電極８とは、放電層４０と緩和層５０、及び緩和層５０と接地電極８という２つの接合部を有する。一方の接合部で剥離が生じると全体の応力が緩和され、他方の接合部での剥離が抑制される。Ｃ≦Ｄである場合、放電層４０と緩和層５０と間の接合強度が緩和層５０と接地電極８との間の接合強度を下回り易くなるので、放電層４０と緩和層５０との間にクラックが発生し易くなる。放電層４０と緩和層５０との間の接合部であるクラック拡散層６０は、緩和層５０と接地電極８との間の接合部である拡散層７０に比べて燃焼室内の内部に配置され、厳しい環境におかれているので、放電層４０と緩和層５０との間にクラックが発生した場合には、緩和層５０と接地電極８との間にクラックが発生した場合に比べて、クラックが進展し、チップが脱落する可能性が高い。したがって、Ｃ＞Ｄを満たす、すなわちクラッド拡散層６０の厚さＣが拡散層７０の厚さＤよりも大きい方が、厳しい環境下におかれる放電層４０と緩和層５０との接合部にクラックが発生するのを抑制することができ、また、クラックの進展及びチップの脱落を抑制することができる。

クラッド拡散層６０及び拡散層７０それぞれの厚さは、固相拡散接合の条件、例えば電流値、加熱温度、処理時間等を適宜変更することにより調製することができる。

クラッド拡散層６０及び拡散層７０それぞれの厚さは、次のようにして求めることができる。まず、前述した放電層４０及び緩和層５０に含まれる各成分の含有率を測定するときと同様にして切断面を露出させて、切断面を鏡面仕上げして研磨面とする。この研磨面において、放電層４０及び緩和層５０の積層方向に分析ラインを設定し、この分析ラインに沿ってＥＰＭＡに付属されたＷＤＳにより特性Ｘ線を測定し、例えば図８に示すライン分析プロファイルを得る。縦軸は元素の含有率Ｉ（質量％）を示し、横軸は分析ラインに沿って測定した距離Ｘを示す。図８では、Ｐｔのライン分析プロファイルＰＦ_ＰｔとＮｉのライン分析プロファイルＰＦ_Ｎｉとを示す。なお、得られたライン分析プロファイルは、ノイズ除去のために波長１μｍ未満の微小な特性Ｘ線強度の変動成分をフィルタリングにより除去することが好ましい。

次に、放電層４０、緩和層５０、及び接地電極８のそれぞれの研磨面において、それぞれの層の中心付近、すなわち他の層との境界及び表面のそれぞれから０．０５ｍｍ以上離れた任意の少なくとも３箇所の測定点でＰｔ及びＮｉの含有率（質量％）を測定する。得られた測定値の算術平均を求め、放電層４０におけるＰｔの含有率をＩ_Ｐｔ１、Ｎｉの含有率をＩ_Ｎｉ１、緩和層５０におけるＰｔの含有率をＩ_Ｐｔ２、Ｎｉの含有率をＩ_Ｎｉ２、接地電極８におけるＰｔの含有率をＩ_Ｐｔ３、Ｎｉの含有率をＩ_Ｎｉ３とする。

図８において、Ｐｔのライン分析プロファイルＰＦ_Ｐｔと、Ｐｔの含有率Ｉ＝Ｉ_Ｐｔ１−０．０３×（Ｉ_Ｐｔ１−Ｉ_Ｐｔ２）・・・式（１）が示す直線との交点のｘ座標をｘ_１、Ｎｉのライン分析プロファイルＰＦ_Ｎｉと、Ｎｉの含有率Ｉ＝Ｉ_Ｎｉ１＋０．０３×（Ｉ_Ｎｉ２−Ｉ_Ｎｉ１）・・・式（２）が示す直線との交点のｘ座標をｘ_２とし、これらの値の平均値を放電層４０とクラッド拡散層６０との境界のｘ座標ｘ_ｍ１（＝（ｘ_１＋ｘ_２）／２）とする。また、同様にして、Ｐｔのライン分析プロファイルＰＦ_Ｐｔと、Ｐｔの含有率Ｉ＝Ｉ_Ｐｔ２＋０．０３×（Ｉ_Ｐｔ１−Ｉ_Ｐｔ２）・・・式（３）が示す直線との交点のｘ座標をｘ_３、Ｎｉのライン分析プロファイルＰＦ_Ｎｉと、Ｎｉの含有率Ｉ＝Ｉ_Ｎｉ２−０．０３×（Ｉ_Ｎｉ２−Ｉ_Ｎｉ１）・・・式（４）が示す直線との交点のｘ座標をｘ_４とし、これらの値の平均値をクラッド拡散層６０と緩和層５０との境界のｘ座標ｘ_ｍ２（＝（ｘ_３＋ｘ_４）／２）とする。

さらに、Ｐｔのライン分析プロファイルＰＦ_Ｐｔと、Ｐｔの含有率Ｉ＝Ｉ_Ｐｔ２−０．０３×（Ｉ_Ｐｔ２−Ｉ_Ｐｔ３）・・・式（５）が示す直線との交点のｘ座標をｘ_５、Ｎｉのライン分析プロファイルＰＦ_Ｎｉと、Ｎｉの含有率Ｉ＝Ｉ_Ｎｉ２＋０．０３×（Ｉ_Ｎｉ３−Ｉ_Ｎｉ２）・・・式（６）が示す直線との交点のｘ座標をｘ_６とし、これらの値の平均値を緩和層５０と拡散層７０との境界のｘ座標ｘ_ｍ３（＝（ｘ_５＋ｘ_６）／２）とする。また、同様にして、Ｐｔのライン分析プロファイルＰＦ_Ｐｔと、Ｐｔの含有率Ｉ＝Ｉ_Ｐｔ３＋０．０３×（Ｉ_Ｐｔ２−Ｉ_Ｐｔ３）・・・式（７）が示す直線との交点のｘ値をｘ_７、Ｎｉのライン分析プロファイルＰＦ_Ｎｉと、Ｎｉの含有率Ｉ＝Ｉ_Ｎｉ３−０．０３×（Ｉ_Ｎｉ３−Ｉ_Ｎｉ２）・・・式（８）が示す直線との交点のｘ値をｘ_８とし、これらの値の平均値を拡散層７０と接地電極８との境界のｘ座標ｘ_ｍ４（＝（ｘ_７＋ｘ_８）／２）とする。

クラッド拡散層６０の厚さｔ_１は、ｔ_１＝|ｘ_ｍ１−ｘ_ｍ２|により、拡散層７０の厚さｔ_２は、ｔ_２＝|ｘ_ｍ３−ｘ_ｍ４|により算出する。

なお、分析ラインの設定位置により厚さｔ_１，ｔ_２が変動する場合には、分析ラインの位置を適宜変更して複数の分析ラインにおいてＰｔ及びＮｉの含有率（質量％）を測定し、上述のようにして厚さｔ_１，ｔ_２を算出し、得られた値の算術平均を最終的なクラッド層６０の厚さｔ_１及び拡散層７０の厚さｔ_２とすることが好ましい。

このチップ９は、接地電極８における平面形状の対向面３１に接合されているが、図６に示すように、対向面６３１が有底の凹部６３２を有し、この凹部６３２にチップ６０９が嵌め込まれて、緩和層６５０が固相拡散接合により形成されて成る拡散層６７０を介して凹部６３２に接合されていてもよい。凹部６３２は、緩和層６５０の形状と相補的な形状を有し、対向面６３１から対向面６３１に直交する方向に向かって切削等により形成される。また、別の態様として、電流を流しつつチップを接地電極の対向面に押し付けることによりチップが接地電極に埋設されるようにしてもよい。

なお、この実施形態では、中心電極４にチップが設けられていないが、チップは中心電極４と接地電極８との両方に設けられていてもよい。中心電極４にチップが設けられている場合には、中心電極に設けられるチップは、チップとして用いられる公知の材料で形成され、公知の接合方法で中心電極に接合されればよい。この実施形態のスパークプラグ１における火花放電ギャップＧは、中心地電極４の先端とチップ９の中心電極４に対向する放電面４１との間の最短距離である。中心電極にチップが設けられている場合には、中心電極に設けられたチップの先端と接地電極に設けられたチップの放電面との間の最短距離である。この火花放電ギャップＧは、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定され、この火花放電ギャップＧで火花放電が生じる。

このスパークプラグ１は、凸状に変形する傾向にあるＰｔ−Ｒｈ合金により形成される放電層４０と凹状に変形する傾向にあるＰｔ−Ｎｉ合金により形成される緩和層５０とを有するチップ９を備え、放電層４０の平均断面積Ａと緩和層５０の平均断面積Ｂとの比Ａ／Ｂが、０．８１≦Ａ／Ｂ≦１．２１を満たすので、チップの変形及び剥離を抑制することができる。また、火花放電が行われる側にＰｔ−Ｒｈ合金により形成される放電層４０が配置されているので、耐火花消耗性及び耐酸化性に優れる。さらに、放電層４０と緩和層５０、及び緩和層５０と接地電極８とが、それぞれ固相拡散接合により接合され、溶融部の体積は小さいので、耐消耗性に優れる。

スパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。

接地電極８及び中心電極４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。図６に示すように、接地電極６０８にチップ６０９を埋設する場合には、切削等により凹部６３２を形成する。なお、抵抗溶接等によりチップ６０９を接地電極６０８に埋設する場合には、凹部６３２を形成しなくてもよい。接地電極８を、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する場合には、接地電極８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接地電極８を形成する。中心電極４もまた接地電極８と同様に外層と芯部とにより形成してもよく、この場合には接地電極８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、中心電極４にすることができる。

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の先端に、接地電極８の一端部を電気抵抗溶接及び／又はレーザ溶接等によって接合する。

チップ９は、まず、放電層４０となる円盤体と緩和層５０となる円盤体とを作製する。例えば、放電層４０となる円盤体は、Ｐｔ及びＲｈを少なくとも含有するチップ材料を配合及び溶解して得られる溶解材を、例えば圧延により板材に加工し、その板材を打ち抜き加工により所定の形状に打ち抜いて形成する方法、Ｐｔ及びＲｈを少なくとも含有する合金を圧延、鍛造又は伸線により線状又はロッド状の素材に加工した後に、これを長さ方向に所定の長さに切断して形成する方法等を採用することができる。緩和層５０となる円盤体も放電層４０と同様にして作製することができる。

次いで、放電層４０となる円盤体と緩和層５０となる円盤体とを固相拡散接合により接合してチップ９を作製する。次いで、作製したチップ９における緩和層５０と作製した接地電極８の対向面３１とを固相拡散接合により接合する。この方法によると、クラッド拡散層６０の厚さＣが拡散層７０の厚さＤよりも大きくなるように、厚さＣ，Ｄを容易に調整することができる。クラッド拡散層６０は拡散層７０に比べて燃焼室内の内部に配置され、厳しい環境に置かれているので、クラッド拡散層６０にクラックが発生した場合には、拡散層７０にクラックが発生した場合に比べて、クラックが進展し、チップ９が剥離する可能性が高くなる。このスパークプラグ１の製造方法によると、クラッド拡散層６０の厚さＣが拡散層７０の厚さＤよりも大きくなるようにクラッド拡散層６０と拡散層７０とを容易に形成することができるので、厳しい環境下に置かれるクラッド拡散層６０にクラックが発生するのを抑制することができ、また、クラックの進展及びチップの剥離を抑制することができる。
前記方法とは別の方法として、緩和層５０となる円盤体と接地電極８の対向面３１とを固相拡散接合により接合した後に、緩和層５０における接地電極８が接合されている側とは反対側の面に放電層４０となる円盤体を積層して固相拡散接合により接合する方法を採用してもよい。その他、Ｐｔ及びＲｈを少なくとも含有するチップ材料、Ｐｔ及びＮｉを少なくとも含有するチップ材料を配合及び溶解して得られる溶解材をそれぞれ圧延等により板材に加工して固相拡散接合した後、その板材を打ち抜き加工により所定の形状に打ち抜いて形成する方法を採用してもよい。なお、各層の密着度を向上させるため、拡散層を熱処理により厚く形成する方法も採用することができる。

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、接続部６を形成する組成物を前記軸孔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接続部６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に接合されたチップ９の放電面４１が中心電極４の先端と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。

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、厳しい冷熱サイクルが繰り返される環境下にスパークプラグが曝されるような内燃機関に特に好適である。

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。

１．冷熱サイクル試験
（サンプルの作製）
ＮＣＦ６０１からなる角材に表１に示す各チップを抵抗溶接により接合してサンプルを作製した。表１に示す試験番号１〜３及び２４〜２６のチップは、チップ全体が表１に示す組成を有するチップである。表１に示す試験番号４〜２３及び２７〜２９のチップは、放電層と緩和層とを有するクラッドチップである。クラッドチップは、表１に示す組成を有する放電層となる円盤体又は角盤体と表１に示す組成を有する緩和層となる円盤体又は角盤体とを準備し、両者を抵抗溶接により接合して作製した。クラッドチップを角材に接合する際には、緩和層を角材に接触させて抵抗溶接により接合した。

試験番号４〜２３及び２７〜２９のチップにおける平均断面積Ａ，Ｂは、前述したようにＸ線ＣＴスキャナー（株式会社東芝製ＴＯＳＣＡＮＥＲ−３２３００μＦＤ）を用いて複数の断層画像を得て、得られた断層画像の算術平均により求めた。平均断面積Ｂに対する平均断面積Ａの比（Ａ／Ｂ）を算出し、表１に示した。
放電層と緩和層との密度が近い場合は、Ｘ線ＣＴスキャナーによる層の判別が難しくなるため、チップの中心を通り、放電層及び緩和層の積層方向に平行な面でチップを切断し、切断面を鏡面仕上げして研磨面とし、この研磨面において走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）に付属されたエネルギー分散型Ｘ線分析器（ＥＤＳ：Energy Dispersive Spectrometer）（日本電子株式会社製ＩＴ３００）にて組成を確認した後、Ｘ線ＣＴスキャナーにより得られた断面画像の算術平均により平均断面積Ａ及びＢを求めた。

チップの組成は、前述したように、チップの中心を通り、放電層及び緩和層の積層方向に平行な面でチップを切断し、切断面を鏡面仕上げして研磨面とし、この研磨面において、研磨面の中心付近、クラッドチップの場合には、放電層及び緩和層それぞれの中心付近における任意の５箇所の測定点で成分分析を行い、得られた測定値の算出平均をチップ、放電層、及び緩和層それぞれの組成とした。成分分析は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）に付属された波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ：Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer）（日本電子株式会社製ＪＸＡ−８５００Ｆ）により加速電圧：２０ｋＶ、スポット径１００μｍに設定して行った。なお、表１において、例えば「Ｐｔ−２０Ｒｈ」という記載は、Ｒｈの含有率が２０質量％であり、残部がＰｔであることを示す。

また、前記研磨面をＥＰＭＡに付属されたＷＤＳによりマッピング分析を行ったところ、放電層と緩和層との間及び緩和層と接地電極との間に、数百μｍの厚みを有する拡散層が確認された。いずれの拡散層も、両側に隣接している部材のうちの一方の部材側から他方の部材側に向かって、Ｐｔの含有率及び／又はＮｉの含有率が増大又は減少する傾斜組成を有していた。
放電層と緩和層との間のクラッド拡散層の厚さＣと緩和層と角材の対向面との間の拡散層の厚さＤは、前述したように求めた。まず、チップの組成を求めるときと同様にして、チップの研磨面を得て、この研磨面において、放電層及び緩和層の積層方向に分析ラインを設定し、この分析ラインに沿ってＥＰＭＡに付属されたＷＤＳにより特性Ｘ線を測定し、ライン分析プロファイルＰＦ_Ｐｔ，ＰＦ_Ｎｉを得た。また、放電層、緩和層、及び角材それぞれの中心付近におけるＰｔ及びＮｉの含有率（質量％）の平均値Ｉ_ｐｔ１、Ｉ_ｐｔ２、Ｉ_ｐｔ３、Ｉ_Ｎｉ１、Ｉ_Ｎｉ２、Ｉ_Ｎｉ３を前述したように求めた。これらの値とライン分析プロファイルＰＦ_Ｐｔ，ＰＦ_Ｎｉとから前述したようにクラッド拡散層の厚さＣ及び拡散層の厚さＤを求めた。

（冷熱サイクル試験方法）
作製したサンプルをバーナーで加熱して、１１００℃で１２０秒間維持し、６０秒間放冷するサイクルを１サイクルとして、１０００サイクル行う冷熱サイクル試験を行った。

（チップの変形量）
角材におけるチップが接合された面に直交する方向をＹとし、前記面上の点を０としてチップが配置されている方向を正とする。冷熱サイクル試験後において、チップにおける角材に接合されている側とは反対側の面のうち、Ｙの値が最大の部位と最小の部位におけるＹの値を測定し、最大値と最小値との差を変形量とした。表１において、チップの中央部のＹの値がチップの端部に比べて大きいときの変形量を正、チップの中央部のＹの値がチップの端部に比べて小さいときの変形量を負として示した。

（チップの変形抑制効果）
表１に示す「チップの変形量」の絶対値によって以下の基準にしたがってチップの変形抑制効果を評価し、表１に示した。
×：変形量が４０μｍ以上
△：変形量が２０μｍ以上４０μｍ未満
○：変形量が１０μｍ以上２０μｍ未満
◎：変形量が１０μｍ未満

（チップの剥離性評価）
冷熱サイクル試験後のサンプルを樹脂に埋入し、チップの径が測定できるようにチップの軸線を通る面で切断した。緩和層と角材との接合部分において、両者が隙間なく接合されている部分の幅ｆと、緩和層と放電層との接合部分において、両者が隙間なく接合されている部分の幅ｇとを測定した。チップの幅をＥとして、緩和層と角材との接合部分の剥離割合Ｘ、及び緩和層と放電層との接合部分の剥離割合Ｙを次の式にしたがって算出した。
Ｘ＝｛（Ｅ−ｆ）／Ｅ｝×１００（％）
Ｙ＝｛（Ｅ−ｇ）／Ｅ｝×１００（％）
剥離割合Ｘ及びＹの値によって以下の基準にしたがってチップの剥離性を評価し、表
１に示した。
×：Ｘ又はＹの値が５０％以上
△：Ｘ又はＹの値が３０％以上５０％未満
○：Ｘ又はＹの値が１０％以上３０％未満
◎：Ｘ又はＹの値が１０％未満

２．耐久試験
（スパークプラグの作製）
図１に示すスパークプラグと同様の形状を有するスパークプラグを作製した。チップは、「１．冷熱サイクル試験」と同様にして作製し、インコネル６０１製の接地電極に抵抗溶接により接合した。

（耐久試験方法）
作製したスパークプラグを、排気量２．０リットル、直列４気筒のターボエンジンに装着し、空燃比１２．０、吸引負圧１９０ｋＰａの条件にて、エンジンを全開状態で２００時間動作させた。

（チップの消耗性評価）
耐久試験前後における火花放電ギャップＧをピンゲージで測定し、火花放電ギャップＧの増加量を算出した。火花放電ギャップＧの増加量によって以下の基準にしたがってチップの消耗性を評価し、表１に示した。なお、表１における「消耗性」の欄において「通常」の場合は、耐久試験前の火花放電ギャップＧが０．７５ｍｍであり、「高負荷」の場合は、耐久試験前の火花放電ギャップＧが１．０５ｍｍである。

「通常」の場合
×：火花放電ギャップＧの増加量が０．２０ｍｍ以上
△：火花放電ギャップＧの増加量が０．１６５ｍｍ以上０．２０ｍｍ未満
○：火花放電ギャップＧの増加量が０．１５ｍｍ以上０．１６５ｍｍ未満
◎：火花放電ギャップＧの増加量が０．１５ｍｍ未満

「高負荷」の場合
×：火花放電ギャップＧの増加量が０．３０ｍｍ以上
△：火花放電ギャップＧの増加量が０．２０ｍｍ以上０．３０ｍｍ未満
○：火花放電ギャップＧの増加量が０．１６５ｍｍ以上０．２０ｍｍ未満
◎：火花放電ギャップＧの増加量が０．１５ｍｍ以上０．１６５ｍｍ未満
☆：火花放電ギャップＧの増加量が０．１５ｍｍ未満

（総合評価）
表１において、「☆」を４点、「◎」を３点、「○」を２点、「△」を１点、「×」を０点として、各サンプルにおける各評価項目の得点の合計により以下の基準にしたがって評価した。ただし、各評価項目中に一つでも「×」がある場合には、合計点によらず総合評価を「×」とした。
×：０点〜１０点
△：１１点〜１５点
○：１５点〜１７点
◎：１８点
☆：１９点

表１に示されるように、本発明に係る請求項１の範囲内にある試験番号８〜１５、１７〜２０、２２、２３、２７〜２９のサンプルは、いずれもチップの変形性、剥離性、及び消耗性の試験結果が良好であり、総合評価が良好であった。一方、本発明に係る請求項１の範囲外にある試験番号１〜７、１６、２１、２４〜２６のサンプルは、チップの変形性、剥離性、及び消耗性のいずれか少なくとも一つの試験結果が悪く、総合評価が悪かった。以下に、各サンプルについて具体的に説明する。

試験番号１及び２と試験番号８〜１０とを比較すると、Ｐｔ−２０Ｒｈ合金製のチップを備えた試験番号１のサンプルは、耐消耗性に優れる一方で、凸状に変形し、チップと接地電極との耐剥離性に劣っていた。Ｐｔ−１０Ｎｉ合金製のチップを備えた試験番号２のサンプルは、耐消耗性に劣っており、チップは凹状に変形した。一方、Ｐｔ−２０Ｒｈ合金製の放電層とＰｔ−１０Ｎｉ、Ｐｔ−２０Ｎｉ、Ｐｔ−４０Ｎｉ合金製の緩和層とをそれぞれ接合して一体化したチップを備えた試験番号８〜１０のサンプルは、いずれもチップの変形性、剥離性、及び消耗性の試験結果が良好であり、総合評価が良好であった。試験番号８〜１０のサンプルは、凸状に変形する傾向にある放電層と凹状に変形する傾向にある緩和層とを一体化したチップを備えることから、変形性及び剥離性が良好であり、火花放電が行われる部位に耐消耗性に優れるＰｔ−２０Ｒｈ合金製の放電層が配置されていることから耐消耗性が良好であることが分かる。

試験番号４及び５と試験番号１とを比較すると、いずれも火花放電が行われる部位にＰｔ−２０Ｒｈ合金が配置されていることから耐消耗性に優れる一方で、変形性及び剥離性に劣っていた。Ｐｔ製及びＰｔ−５Ａｕ合金製の緩和層をそれぞれ有する試験番号４及び５のサンプルは、試験番号１のサンプルに比べて凸状に変形する変形量が大きかった。このことから、緩和層を有していてもチップの変形及び剥離が抑制するとは限らず、緩和層の材質によっては変形量が大きくなることが分かる。

試験番号６及び７と試験番号３とを比較すると、いずれも火花放電が行われる部位にＩｒを含む合金が配置されていることから高負荷における耐消耗性に劣っていた。Ｐｔ−１０Ｎｉ合金製の緩和層を有する試験番号６及び７のサンプルは、前記緩和層を有さない試験番号３のサンプルに比べて変形量が小さく、また、剥離性も良好であった。

試験番号１７〜２０と試験番号１６とを比較すると、放電層の平均断面積Ａと緩和層の平均断面積Ｂとの比Ａ／Ｂが１．２１より大きい試験番号１６のサンプルは、比Ａ／Ｂが０．８１以上１．２１以下である試験番号１７〜２０のサンプルに比べて、チップの変形量が大きく、変形抑制効果に劣っていた。

試験番号１７〜２０と試験番号２１とを比較すると、放電層の平均断面積Ａと緩和層の平均断面積Ｂとの比Ａ／Ｂが０．８１より小さい試験番号２１のサンプルは、比Ａ／Ｂが０．８１以上１．２１以下である試験番号１７〜２０のサンプルに比べて、放電層と緩和層との間の接合部分における耐剥離性に劣っていた。

試験番号１１〜１３と試験番号１４及び１５とを比較すると、Ｐｔ及びＲｈの合計含有率が９０質量％以上であるチップを備える試験番号１１〜１３のサンプルは、Ｐｔ及びＲｈの合計含有率が９０質量％未満であるチップを備える試験番号１４及び１５に比べて、高負荷における耐消耗性が良好であった。

試験番号９と試験番号２２及び２３とを比較すると、放電層と緩和層との間のクラッド拡散層の厚さＣと緩和層と接地電極との間の拡散層の厚さとの比Ｃ／Ｄが１以下である試験番号２２及び２３のサンプルは、Ｃ／Ｄが１より大きい試験番号９のサンプルに比べて、放電層と緩和層との間の接合部分における耐剥離性に劣っていた。

試験番号２４〜２６及び試験番号２７〜２９と、試験番号１〜３及び試験番号８〜１０とは、前者が角柱状のチップであるのに対し後者が円盤状のチップである点でチップの形状のみが異なる。一方、試験番号２４〜２６と試験番号１〜３、及び試験番号２７〜２９と試験番号８〜１０とはそれぞれ同様の評価結果が得られた。したがって、チップの形状によらず同様の課題が発生し、本発明によると同様の評価結果が得られることが分かる。

以上から、Ｐｔ−Ｒｈ合金により形成された放電層とＰｔ−Ｎｉ合金により形成された緩和層とがクラッド拡散層を介して接合されたチップが接地電極に拡散層を介して接合され、放電層の平均断面積Ａと緩和層の平均断面積Ｂとの比Ａ／Ｂが０．８１以上１．２１以下であると、チップの変形性、耐剥離性、及び耐消耗性に優れることが分かる。

１ スパークプラグ
２ 軸孔
３ 絶縁体
４ 中心電極
５ 端子金具
６ 接続部
７ 主体金具
８，３０８，４０８，５０８，６０８，７０８ａ，７０８ｂ 接地電極
９，３０９，４０９，５０９，６０９，７０９ａ，７０９ｂ チップ
１１ 後端側胴部
１２ 大径部
１３ 先端側胴部
１４ 脚長部
２４ ネジ部
２５ ガスシール部
２６ 工具係合部
２７ 加締め部
２８ 後端部
２９ 棒状部
３１，６３１ 対向面
４０，３４０，４４０，５４０，６４０ 放電層
５０，３５０，４５０，５５０，６５０ 緩和層
６０ クラッド拡散層
７０ 拡散層
４１ 放電面
６３２ 凹部
Ｇ 火花放電ギャップ
Ｃ クラッド拡散層の厚さ
Ｄ 拡散層の厚さ

Claims (3)

1. 中心電極と、前記中心電極に間隙を介して配置された接地電極と、前記接地電極における前記中心電極に対向する対向面に接合されたチップと、を備えるスパークプラグであって、
   前記チップは、放電層と緩和層とを有し、
   前記緩和層は、Ｐｔ−Ｎｉ合金により形成されると共に前記対向面に拡散層を介して接合され、
   前記拡散層は、前記接地電極側から前記緩和層側に向かって、Ｐｔの含有率が増大及び／又はＮｉの含有率が減少する傾斜組成を有し、
   前記放電層は、Ｐｔ−Ｒｈ合金により形成されると共に前記緩和層おける前記接地電極が接合されている側とは反対側にクラッド拡散層を介して接合され、
   前記クラッド拡散層は、前記緩和層側から前記放電層側に向かって、Ｐｔの含有率が増大及び／又はＮｉの含有率が減少する傾斜組成を有し、
   前記クラッド拡散層の厚さをＣμｍ、前記拡散層の厚さをＤμｍとすると、Ｃ＞Ｄを満たし、
   前記放電層を前記対向面に平行な面で切断したときに得られる複数の断面の平均断面積をＡｍｍ^２、前記緩和層を前記対向面に平行な面で切断したときに得られる複数の断面の平均断面積をＢｍｍ^２とすると、０．８１≦Ａ／Ｂ≦１．２１を満たすスパークプラグ。
2. 前記放電層は、Ｐｔ及びＲｈの合計含有率が９０質量％以上である請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 請求項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記放電層と前記緩和層とを固相拡散接合により接合して前記チップを形成した後に、前記緩和層と前記対向面とを固相拡散接合により接合することを特徴とするスパークプラグの製造方法。

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