JPH11204233A

JPH11204233A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH11204233A
Application number: JP10022853A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 1999-07-30
Anticipated expiration: 2018-01-19
Also published as: JP3796342B2; US6304022B1

Abstract

(57)【要約】【課題】貴金属からなる発火部の合金組織を結晶粒形
態とは別の観点から制御することにより、該発火部の耐
久性を高めたスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１００は、中心電極３
と、その中心電極３の外側に設けられた絶縁体２と、そ
の絶縁体２の外側に設けられた主体金具１と、中心電極
３と対向するように配置された接地電極４と、それら中
心電極３と接地電極４との少なくとも一方に固着されて
火花放電ギャップｇを形成する発火部３１，３２とを備
える。そして、上述の発火部３１，３２が、Ｉｒ、Ｐｔ
及びＲｈから選ばれる主成分元素と、該主成分元素以外
の１種又は２種以上の添加元素成分とからなる貴金属合
金を主体に構成されるとともに、その貴金属合金には添
加元素成分の濃度分布に縞状の濃淡を生じており、その
濃淡縞の方向が発火部３１，３２における電圧印加方向
とほぼ直交するように配置される。

Description

【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
るスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、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たタイプのも
のが多数提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年で
は、内燃機関の高性能化により燃焼室内の温度も高くな
る傾向にあり、また着火性向上のために、スパークプラ
グの発火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、スパークプラグの発火部が高温にさらされる
ので貴金属チップも消耗が進みやすくなる。この傾向
は、高温で酸化揮発しやすいＩｒ系のチップを使用した
スパークプラグにおいて特に著しい。

【０００４】ここで、高温におけるチップ消耗の要因と
しては、火花によるチップが一種のスパッタリングを受
けることのほか、チップの酸化腐食あるいは酸化揮発に
より結晶粒界が脆弱化し、火花アタックにより脱粒が進
行する影響も大きいと考えられる。例えば、特開平８−
３７０８２号あるいは特開平８−４５６４３号の各公報
には、貴金属チップの組織を、偏平な結晶粒が放電面と
平行な方向に積層されたものとなるように制御すること
で粒界腐食の経路を長くし、脱粒を抑制する提案がなさ
れている。しかしながら、貴金属チップの結晶粒形態の
制御のみでは、腐食・脱粒の抑制効果は必ずしも十分で
はない。

【０００５】本発明の課題は、貴金属チップの接合によ
り発火部を形成したスパークプラグにおいて、発火部の
合金組織を結晶粒形態とは別の観点から制御することに
より、該発火部の耐久性を高めたスパークプラグを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
スパークプラグは、中心電極と、その中心電極の外側に
設けられた絶縁体と、その絶縁体の外側に設けられた主
体金具と、中心電極と対向するように配置された接地電
極と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に
固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備え
る。そして、上述の課題を解決するために、上述の発火
部が、Ｉｒ、Ｐｔ及びＲｈから選ばれる主成分元素と、
該主成分元素以外の１種又は２種以上の添加元素成分と
からなる貴金属合金を主体に構成されるとともに、該貴
金属合金には添加元素成分の濃度分布に縞状の濃淡を生
じており、その濃淡縞の方向が発火部における電圧印加
方向と交差する向きに配置されたことを特徴とする。

【０００７】なお、上記発火部は、上記貴金属合金を主
体とするチップを、接地電極及び／又は中心電極に対し
溶接により接合して形成することができる。この場合、
本明細書でいう「発火部」とは、接合されたチップのう
ち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分（例
えば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と合金
化した部分を除く残余の部分）を指すものとする。

【０００８】本発明者らは、鋭意検討の結果、発火部を
構成する貴金属合金において、その添加元素成分の濃度
分布に縞状の濃淡を生じている場合、その濃淡縞の方向
が発火部における電圧印加方向すなわち放電方向と交差
するように（例えばほぼ直交するように）当該発火部を
形成することで、発火部の消耗を極めて効果的に抑制す
ることができ、ひいては耐久性に優れたスパークプラグ
を実現できることを見い出し、本発明を完成するに至っ
たのである。

【０００９】なお、本発明においては、添加元素成分の
縞状の濃度分布において、該添加元素成分濃度が合金平
均値以上となる領域を添加元素系相領域といい、同じく
合金平均値より小さくなる領域を主成分系相領域とい
う。この場合、上記貴金属合金は、例えば上記主成分元
素を主体とする主成分系相領域と、添加元素成分の含有
量が主成分系相領域よりも多く、かつ主成分元素の含有
量が主成分系相領域の９７％以下となる添加元素系相領
域とがそれぞれ偏平形状をなして、発火部における電圧
印加方向に多数層状に積層された組織を有するものとし
て構成できる。

【００１０】発火部を構成する合金の組織形態を上述の
ように制御することで、該発火部の耐消耗性が向上する
理由は以下のように推測される。すなわち、主成分系相
領域と添加元素系相領域とでは合金組成が異なり、その
高温での腐食電位も互いに異なるものになると考えられ
る。従って、腐食環境である高温大気中に隣接するそれ
ら相領域同士の境界が露出している部分では、いわゆる
局部電池が形成され、その短絡電流によって腐食が進行
しやすくなるものと考えられる。

【００１１】ここで、上記各相領域が偏平形状をなして
積層される場合、本発明のようにその積層方向を放電方
向とほぼ一致させるようにすれば、発火部表面のうち、
特に消耗しやすい放電面（発火面）への領域境界の露出
比率が減少する。これにより、局部電池形成による発火
部の腐食が進みにくくなり、ひいては粒界腐食による脱
粒等も抑制されて発火部の耐久性が向上するものと考え
られる。

【００１２】ここで、合金中の個々の主成分系相領域及
び個々の添加元素系相領域は、合金を構成する結晶粒形
態と必ずしも関連を有していなくともよく、例えば、各
領域の少なくとも一部のものが、それぞれ多数の結晶粒
が集合して形成される偏平な集合粒領域となっており、
その集合粒領域の単位で互いに積層された形態になって
いてもよい。

【００１３】上記本発明のスパークプラグは、具体的に
は次のように構成できる。（Ａ）接地電極の一端を主体金具に結合するとともに、
他端側を中心電極側に曲げ返して、その側面が中心電極
の先端面と対向するように配置する。発火部は、中心電
極の先端面と当該先端面と対向する接地電極の側面との
少なくともいずれかに形成し、偏平形状をなす主成分系
相領域と添加元素系相領域とが、中心電極の軸線方向に
積層された組織を有するものとする。この場合、各発火
部においては、中心電極の軸線とほぼ直交する向きに放
電面が形成されるが、上記組織構造とすることで、当該
放電面での消耗が効果的に抑制されることとなる。

【００１４】（Ｂ）発火部を、中心電極の先端面に固着
する。接地電極は、その一端を主体金具に結合するとと
もに、他端側を中心電極側に曲げ返して、その先端面が
発火部の側面と対向するように配置する。そして、上記
発火部は、偏平形状をなす主成分系相領域と添加元素系
相領域とが、中心電極の軸線方向とほぼ直交する向きに
積層された組織を有するものとする。この場合、中心電
極に固着された発火部の側面に放電面が形成されるが、
上記組織構造とすることで、当該面の消耗が効果的に抑
制されることとなる。

【００１５】なお、本明細書において「偏平形状」と
は、積層方向における最大寸法が、これと直交する任意
の向きの寸法の最大値よりも小さいことをいう。例え
ば、主成分系相領域と添加元素系相領域とは、それぞれ
板状に形成されていてもよいし、一方向に延伸された棒
状ないし繊維状に形成されていてもよい。

【００１６】添加元素成分は、具体的にはＲｈ、Ｐｔ、
Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｏｓ及びＷのうち、主
成分元素とは異なる１種又は２種以上を含むものとする
ことができる。例えば、発火部を構成する合金が、Ｉｒ
を主体として、これにＲｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｕ、
Ｎｂ、Ｏｓ及びＷの１種又は２種以上を添加した組成を
有するものである場合、主成分元素はＩｒであり、添加
元素系成分はＲｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｏ
ｓ及びＷの１種又は２種以上を主体とするものとなる。
また、発火部を構成する合金が、さらに具体的に、Ｉｒ
を主成分としてＲｈ及び／又はＰｔを含有する二元又は
三元合金である場合には、主成分元素はＩｒとなり、添
加元素成分はＲｈ及び／又はＰｔを主体とするものとな
る。

【００１７】発火部を構成する合金のうち、Ｉｒを主成
分とするものとしては、例えば次のようなものを使用で
きる（ただし、本発明でいう添加元素系相領域が合金中
に形成される組成に限る）。（１）Ｉｒを主体としてＲｈを３〜５０重量％（ただし
５０重量％は含まない）の範囲で含有する合金を使用す
る。該合金の使用により、高温でのＩｒ成分の酸化・揮
発による発火部の消耗が効果的に抑制され、ひいては耐
久性に優れたスパークプラグが実現される。

【００１８】上記合金中のＲｈの含有量が３重量％未満
になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、
発火部が消耗しやすくなるため、プラグの耐久性が低下
する。一方、Ｒｈの含有量が５０重量％以上になると合
金の融点が低下し、プラグの耐久性が同様に低下する。
以上のことから、Ｒｈの含有量は前述の範囲で調整する
のがよく、望ましくは７〜３０重量％、より望ましくは
１５〜２５重量％、最も望ましくは１８〜２２重量％の
範囲で調整するのがよい。

【００１９】（２）Ｉｒを主体としてＰｔを１〜２０重
量％の範囲で含有する合金を使用する。該合金の使用に
より、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部の消
耗が効果的に抑制され、ひいては耐久性に優れたスパー
クプラグが実現される。なお、上記合金中のＰｔの含有
量が１重量％未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果
が不十分となり、発火部が消耗しやすくなるため、プラ
グの耐久性が低下する。一方、Ｐｔの含有量が２０重量
％以上になると合金の融点が低下し、プラグの耐久性が
同様に低下する。

【００２０】（３）Ｉｒを主体としてＰｔを１〜２０重
量％の範囲で含有し、さらにＲｈを１〜４９重量％の範
囲で含有した合金を使用する。該合金の使用により、高
温でのＩｒ成分の酸化・揮発による消耗が効果的に抑制
されるとともに、合金のＲｈ含有量を上記範囲で調整す
ることにより、その加工性が劇的に改善される。これに
より、耐久性（特に高速走行時の耐久性）と量産性の双
方に優れたスパークプラグを実現することができる。

【００２１】Ｒｈの含有量が１重量％未満になると、合
金の加工性改善効果が十分に達成できなくなり、例えば
加工中に割れやクラックなどが生じやすくなって、発火
部となるべきチップを製造する際の材料歩留まりの低下
につながる。また、熱間打抜き加工等によりチップを製
造する場合は、打抜き刃等の工具の消耗あるいは損傷が
生じやすくなり、製造効率が低下する。一方、４９重量
％を越えると合金の融点が低下し、プラグの耐久性低下
を招く。それ故、Ｒｈの含有量は前述の範囲で調整する
のがよく、望ましくは２〜２０重量％の範囲で調整する
のがよい。

【００２２】特に、ＲｈないしＰｔの合計含有量が５重
量％以上である場合には合金がさらに脆くなり、所定量
以上のＲｈを添加しないと、加工によるチップ製造が極
めて困難となる。この場合、Ｒｈは２重量％以上、望ま
しくは５重量％以上、さらに望ましくは１０重量％以上
添加するのがよい。なお、Ｒｈの含有量が３重量％以上
である場合には、Ｒｈは加工性の改善だけでなく、高温
でのＩｒ成分の酸化・揮発の抑制に対しても効果を生ず
る場合がある。

【００２３】また、Ｐｔの含有量が１重量％未満になる
とＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分となり、発火部
が消耗しやすくなるため、プラグの耐久性が低下する。
一方、含有量が２０重量％以上になると合金の融点が低
下し、プラグの耐久性が同様に低下したり、あるいは高
価なＰｔの含有量が増大して、チップの材料コストが増
大する割には、発火部の消耗抑制効果がそれほど期待で
きなくなる問題が生ずる。以上のことから、Ｐｔの合計
含有量は前述の範囲で調整するのがよく、望ましくは３
〜２０重量％の範囲で調整するのがよい。

【００２４】（４）Ｉｒ−Ｒｈ−Ｐｔ合金を使用する場
合、Ｉｒ成分の酸化揮発による消耗を効果的に抑制しつ
つ、なるべく高価なＰｔ及びＲｈの含有量を低減させる
観点においては、次のような合金組成を採用することも
有効である。すなわち、該合金は、主成分として０．２
〜１０重量％のＲｈと１０重量％以下のＰｔとを含有す
るとともに、Ｐｔの含有量をＷPt（単位：重量％）、Ｒ
ｈの含有量をＷRh（単位：重量％）として、ＷPt／ＷRh
を０．１〜１．５とする。

【００２５】すなわち、該合金は、Ｐｔの含有量をＲｈ
の含有量の１．５倍以下とする点に特徴がある。すなわ
ち、Ｐｔの含有量を上述のように設定することで、Ｉｒ
−Ｒｈ二元合金を使用する従来のスパークプラグと比較
して、Ｒｈ含有量を大幅に削減しても発火部の耐消耗性
を十分に確保でき、ひいては高性能のスパークプラグを
より安価に構成できるようになるのである。この場合、
上記（３）の合金と共通する組成領域を採用すれば、合
金の加工性改善効果も合わせて達成できることとなる。

【００２６】上記合金中のＲｈの含有量が１０重量％を
超えた場合は、Ｉｒの酸化揮発抑制効果に対するＰｔ添
加の寄与が顕著でなくなり、例えば従来のＩｒ−Ｒｈ二
元合金を使用したスパークプラグに対する優位性が確保
できなくなる。一方、Ｒｈの含有量が０．２重量％未満
になると、Ｉｒ成分の酸化揮発抑制効果が不十分とな
り、発火部が消耗しやすくなってプラグの耐消耗性が確
保できなくなる。

【００２７】ここで、Ｉｒの酸化揮発抑制に対するＰｔ
添加の効果は、Ｒｈ含有量が少なくなるにつれて顕著と
なる傾向がある。この場合、特にＲｈの含有量が８重量
％以下となる組成を採用することで、より少ないＲｈ含
有量でもＰｔ添加により、発火部におけるＩｒの酸化揮
発ひいては発火部の耐消耗性を顕著に向上させることが
でき、従来のＩｒ−Ｒｈ二元合金で発火部を構成したス
パークプラグに対する優位性が一層高められる。なお、
Ｒｈの含有量は、望ましくは０．２〜３重量％、より望
ましくは０．５〜２重量％の範囲で調整するとよい。

【００２８】次に、Ｐｔの含有量が１０重量％を超える
と、Ｉｒ成分の酸化揮発抑制効果が不十分となり、発火
部が消耗しやすくなってプラグの耐消耗性が確保できな
くなる。また、Ｒｈの含有量をＷRh、Ｐｔの含有量をＷ
Ptとすれば、ＷPt／ＷRhは１．５以下の範囲で調整する
ようにする。ＷPt／ＷRhが１．５を超えると、Ｐｔを添
加しない場合と比較して却ってＩｒの酸化揮発抑制に対
する効果が損なわれてしまう場合がある。一方、ＷPt／
ＷRhが０．１未満になると、Ｐｔ添加によるＩｒの酸化
揮発抑制効果への寄与がほとんど期待できなくなる。な
お、ＷPt／ＷRhは、より望ましくは０．２〜１．０の範
囲で調整するのがよい。

【００２９】以上のことは、発火部を構成する材料中の
Ｐｔ含有量ＷPtの望ましい範囲が、Ｒｈ含有量ＷRhによ
って異なるものとなることを意味している。例えばＷRh
が１重量％である場合には、ＷPtの範囲は０．１〜１．
５重量％とするのがよい。また、ＷRhが２重量％である
場合には、ＷPtの範囲は０．２〜３重量％とするのがよ
い。また、ＷRhが３重量％である場合には、ＷPtの範囲
は０．３〜４．５重量％とするのがよい。また、ＷRhが
４重量％である場合には、ＷPtの範囲は０．４〜６重量
％とするのがよい。

【００３０】（５）Ｉｒを主体としてＲｈを０．１〜３
５重量％の範囲で含有し、さらにＲｕを０．１〜１７重
量％の範囲で含有する合金を使用する。これにより、高
温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部の消耗がさら
に効果的に抑制され、ひいてはより耐久性に優れたスパ
ークプラグが実現される。Ｒｈの含有量が０．１重量％
未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分とな
り、発火部が消耗しやすくなるため、プラグの耐消耗性
が確保できなくなる。一方、Ｒｈの含有量が３５重量％
を超えると、Ｒｕを含有する合金の融点が低下して耐火
花消耗性が損なわれ、プラグの耐久性が同様に確保でき
なくなる。それ故、Ｒｈの含有量は上記範囲で調整され
る。

【００３１】一方、Ｒｕの含有量が０．１重量％未満に
なると、該元素の添加によるＩｒの酸化・揮発による消
耗を抑制する効果が不十分となる。また、Ｒｕの含有量
が１７重量％を超えると、発火部が却って火花消耗しや
すくなり、プラグの十分な耐久性が確保できなくなる。
それ故、Ｒｕの含有量は上記範囲で調整され、望ましく
は０．１〜１３重量％、さらに望ましくは０．５〜１０
重量％の範囲で調整するのがよい。

【００３２】Ｒｕが合金中に含有されることにより発火
部の耐消耗性が改善される原因の一つとして、例えばこ
の成分の添加により、合金表面に高温で安定かつ緻密な
酸化物皮膜が形成され、単体の酸化物では揮発性が非常
に高かったＩｒが、該酸化物皮膜中に固定されることが
推測される。そして、この酸化物皮膜が一種の不動態皮
膜として作用し、Ｉｒ成分の酸化進行を抑制するものと
考えられる。また、Ｒｈを添加しない状態では、Ｒｕを
添加しても合金の高温での耐酸化揮発性はそれほど改善
されないことから、上記酸化物皮膜はＩｒ−Ｒｕ−Ｒｈ
系等の複合酸化物であり、これが緻密性ないし合金表面
に対する密着性においてＩｒ−Ｒｕ系の酸化物皮膜より
優れたものとなっていることも考えられる。

【００３３】なお、Ｒｕの含有量が増え過ぎると、Ｉｒ
酸化物の揮発よりはむしろ下記のような機構により火花
消耗が進行するようになるものと推測される。すなわ
ち、形成される酸化物皮膜の緻密性あるいは合金表面に
対する密着力が低下し、該合計含有量が１７重量％を超
えると特にその影響が顕著となる。そして、スパークプ
ラグの火花放電の衝撃が繰返し加わると、形成されてい
る酸化物皮膜が剥がれ落ちやすくなり、それによって新
たな金属面が露出して火花消耗が進行しやすくなるもの
と考えられる。

【００３４】また、Ｒｕの添加により、さらに次のよう
な重要な効果を達成することができる。すなわち、Ｒｕ
を合金中に含有させることにより、Ｉｒ−Ｒｈ二元合金
を使用する場合と比較して、Ｒｈ含有量を大幅に削減し
ても耐消耗性を十分に確保でき、ひいては高性能のスパ
ークプラグをより安価に構成できるようになる。この場
合、Ｒｈの含有量は望ましくは０．１〜３重量％となっ
ているのがよい。

【００３５】なお、上記（１）〜（５）のいずれの材質
においても、チップを構成する材料には、元素周期律表
の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合酸化物を含
む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有させることが
できる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発による消耗
がさらに効果的に抑制される。上記酸化物の含有量が
０．１重量％未満になると、当該酸化物添加によるＩｒ
の酸化・揮発防止効果が十分に得られなくなる。一方、
酸化物の含有量が１５重量％を超えると、チップの耐熱
衝撃性が低下し、例えばチップを電極に溶接等により固
着する際に、ひびわれ等の不具合を生ずることがある。
なお、上記酸化物としては、Ｙ₂Ｏ₃が好適に使用される
が、このほかにもＬａ₂Ｏ₃、ＴｈＯ₂、ＺｒＯ₂等を好ま
しく使用することができる。

【００３６】

【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及び図２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、先端に形成された発火部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には上記発火部３１
に対向する発火部３２が形成されており、それら発火部
３１と、対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギ
ャップｇとされている。

【００３７】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。

【００３８】なお、発火部３１及び対向する発火部３２
のいずれか一方を省略する構成としてもよい。この場合
には、発火部３１又は対向する発火部３２及び接地電極
４又は中心電極３との間で火花放電ギャップｇが形成さ
れる。

【００３９】図２（ｂ）に示すように、中心電極３及び
接地電極４の本体部３ａ及び４ａはＮｉ合金等で構成さ
れている。一方、上記発火部３１及び対向する発火部３
２は、Ｉｒ、Ｐｔ及びＲｈから選ばれる主成分元素と、
該主成分元素以外の１種又は２種以上の添加元素成分、
例えばＲｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｏｓ及び
Ｗの１種又は２種以上とからなる貴金属合金を主体に構
成される。そして、図３にごく模式的に示すように、そ
の貴金属合金は、主成分元素を主体とする主成分系相領
域５０と、添加元素成分の含有量が主成分系相領域より
も多く、かつ主成分元素の含有量が主成分系相領域の９
７％以下となる添加元素系相領域５１とがそれぞれ偏平
形状をなして、発火部３１における電圧印加方向（すな
わち、図１において中心電極３の軸線Ｏ方向）に多数層
状に積層された組織を有している。

【００４０】以下、上記貴金属合金が、所定の臨界温度
までは全率固溶し、該臨界温度以下では溶解度を生じて
相分離を起こす合金で構成される場合について、さらに
詳しく説明する。このような合金系で、本発明の発火部
を構成しうるものとしては、例えばＩｒ−Ｒｈ系、Ｉｒ
−Ｐｔ系、Ｐｔ−Ｒｈ系、Ｉｒ−Ｐｔ−Ｒｈ系がある
が、本実施例ではＩｒ−Ｐｔ−Ｒｈ三元系合金、例えば
Ｉｒを主体としてＰｔを１〜２０重量％（望ましくは５
〜２０重量％）の範囲で含有し、さらにＲｈを１〜４９
重量％（望ましくは２〜２０重量％）の範囲で含有した
合金で発火部３１ないし３２を構成する場合を例にと
る。この場合、図３において、主成分系相領域５０はＩ
ｒを主体として残余の組成が実質的にＲｈ及びＰｔとな
る相領域となり、添加元素系相領域５１は、Ｒｈ及びＰ
ｔの平均的な含有量が上記主成分系相領域よりも多く、
かつＩｒの平均的な含有量が主成分系相領域の９０％以
下となる相領域となる。このような発火部３１ないし３
２を形成するための円板状のチップは、例えば次のよう
にして製造できる。

【００４１】すなわち、原料となるＩｒ単体金属、Ｐｔ
単体金属及びＲｈ単体金属と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作る。図５は、例えばＩ
ｒ−Ｒｈ二元系状態図を示しているが、臨界温度は約１
３３５℃であり、これ以下の温度においては合金はＲｈ
リッチ相α1とＩｒリッチ相α2とに分離する。また、Ｉ
ｒ−Ｐｔ系、及びＲｈ−Ｐｔ系も、同様の２相分離型状
態図を示す。そして、上述のようにＩｒが主体となる組
成では、冷却とともにＩｒリッチ相中にＲｈリッチ相及
び／又はＰｔリッチ相が析出（組成によってはスピノー
ダル分解の可能性もありうる）する形で相分離が進行す
るものと推測される。

【００４２】この合金インゴットを、図６に示すよう
に、例えば７００℃前後に加熱して熱間圧延により板材
３００にすると、該板材３００中には、Ｉｒリッチ相を
主体とする主成分系相領域５０と、Ｒｈリッチ相及び／
又はＰｔリッチ相の含有比率がそれよりも高い添加元素
系相領域５１とが、板厚方向に多数積層された組織が生
ずる。

【００４３】本発明者らがＩｒ−５重量％Ｒｈ−５重量
％Ｐｔ合金を用いたチップについて、ＳＥＭ（走査電子
顕微鏡）付属のＥＰＭＡ（電子プローブ微小分析）の面
分析により、断面のＩｒ濃度分布を測定したところ（後
述する図１４）、主成分系相領域５０はＩｒの含有量が
約９２重量％程度（残部Ｒｈ＋Ｐｔ）であり、添加元素
系相領域５１はＩｒの含有量が約８８重量％（主成分系
相領域の約９６％）程度であった。そして、主成分系相
領域５０と添加元素系相領域５１とはいずれも、Ｉｒを
主成分としてＰｔとＲｈで占められる固溶体相（以下、
Ｉｒリッチ相という）を主体としつつ、Ｒｈを主体とし
て残余が実質的にＩｒとＰｔで占められる固溶体相（以
下、Ｒｈリッチ相という）と、Ｐｔを主体として残余が
実質的にＩｒとＲｈで占められる固溶体相（以下、Ｐｔ
リッチ相という）とが微小な析出物となってこれに分散
形成されたものになっていると推測される。この場合、
主成分系相領域５０中のＲｈリッチ相析出物及びＰｔリ
ッチ相析出物の形成密度が、添加元素系相領域５１中の
それよりも高くなっており、結果として両領域５０，５
１間でＩｒの平均的な含有量に差が生じているものと考
えられる。

【００４４】なお、平衡状態図によればＩｒリッチ相
と、Ｒｈリッチ相及びＰｔリッチ相との間のＩｒ含有量
の差は５０重量％以上に及ぶと推測されるが、上記ＥＰ
ＭＡ面分析においては倍率１０００倍程度に拡大して
も、これに相当する濃度差を有する各相を目視にて判別
することができなかった。従ってＲｈリッチ相及びＰｔ
リッチ相の各析出物が形成されているとしても、個々の
析出物は１μｍ以下の微細粒子になっているのではない
かと推測される。

【００４５】さて、上記板材３００は、例えば熱間打抜
きにより円板状に打ち抜くことにより、あるいは放電加
工により円板状に切り出すことにより、軸方向に主成分
系相領域５０と添加元素系相領域５１とが積層されたチ
ップ１５０が得られる。

【００４６】そして、図２（ｂ）に示すように、中心電
極３の本体部３ａは先端側が縮径されるとともにその先
端面が平坦に構成され、ここに上記円板状のチップ１５
０（図６）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Ｗを形成してこれを固着することにより発火部３
１が形成される。また、対向する発火部３２は、発火部
３１に対応する位置において接地電極４にチップ１５０
（図６）を位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同
様に溶接部Ｗを形成してこれを固着することにより形成
される。

【００４７】以下、スパークプラグ１００の作用につい
て説明する。すなわち、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への着火源として使用される。
ここで、その火花放電ギャップｇを形成する発火部３１
及び対向する発火部３２を構成する合金は、いずれも中
心電極３の軸線方向、すなわち放電電圧の印加方向にお
いて、偏平形状をなす上記主成分系相領域５０と添加元
素系相領域５１とが多数積層された構造を有するものと
なっている。これにより、両発火部３１，３２の消耗を
極めて効果的に抑制することができ、ひいては耐久性に
優れたスパークプラグが実現される。

【００４８】発火部３１，３２の耐消耗性が向上する理
由は以下のように推測される。すなわち、主成分系相領
域５０と添加元素系相領域５１とでは、酸素を含有する
高温の大気中においては、主成分系相領域５０の方がＩ
ｒ成分の含有量が高いことからＩｒ成分の酸化揮発が進
行しやすい。その結果、図４に示すように、それら相領
域５０と５１との境界Ｂが露出している部分では、主成
分系相領域５０側をカソード、添加元素系相領域５１側
をアノードとする局部電池が形成され、その短絡電流に
よって腐食が進行しやすくなると考えられる。しかしな
がら、上記各相領域５０，５１の積層方向は放電方向と
ほぼ一致しており、図２において、発火部３１，３２の
表面のうち、特に消耗しやすい放電面（発火面）３１ｓ
ないし３２ｓへの領域境界Ｂの露出比率は減少する。こ
れにより、例えば図２（ｃ）に示すような方位関係で発
火部３１，３２を配置した場合よりも、局部電池形成に
よる発火部３１，３２の腐食が進みにくくなり、粒界腐
食による脱粒等も抑制されてその耐久性が向上すると考
えられる。

【００４９】なお、熱間圧延加工により板材３００（図
６）中に上記層状組織が形成される理由は、あくまでも
推測の域を出ないが、次のようなことが考えられる。ま
ず、合金原料となるＩｒ、Ｐｔ及びＲｈはいずれも非常
に高融点の貴金属であるから、次のような手法による少
量バッチ生産方式を採用するのが有利であると考えられ
る。すなわち、図８（ａ）に示すように、耐火性の容器
６２に各原料金属６０を所期の組成となるように配合
し、誘導加熱コイル（あるいは、レーザービーム、プラ
ズマアークビーム等でもよい）等の熱源６３により、原
料配合物を局所溶解させ、同図（ｂ）に示すように、そ
の溶解領域２００ａを所定の方向に徐々に移動させるこ
とにより全体を溶解させる。なお、均質な合金を得るた
めには、該方式の溶解を複数回繰り返すことが望まし
い。

【００５０】ここで、溶解領域２００ａは、既に凝固済
みの合金部分２００ｂによって指向的に冷却されるた
め、Ｒｈリッチ相及び／又はＰｔリッチ相が形成される
場合、これら各相は冷却方向に優先析出しやすくなると
考えられる。その結果、得られる合金インゴット２００
は、図８（ｃ）に示すように、該Ｒｈリッチ相及び／又
はＰｔリッチ相の形成比率が高い添加元素系相領域５１
が、主成分系相領域５０中において、熱源６３の移動方
向に長く延びた層状（あるいは柱状）の組織を呈するも
のになると考えられる。

【００５１】そして、図９に示すように、これを、添加
元素系相領域５１と主成分系相領域５０との積層方向が
圧下方向となるように１ないし複数回熱間圧延すると
（温度：例えば約７００℃）、インゴット２００は厚み
を減じて板材３００となる。このとき、添加元素系相領
域５１と主成分系相領域５０とは、その厚みを減ずる形
でもとの積層構造は維持するものと考えられるから、結
果的に板材３００は図６のような層状組織を有するもの
になると推測される。

【００５２】なお、合金インゴット２００の結晶粒は、
前述の指向性冷却の影響で圧延前の状態では、添加元素
系相領域５１と主成分系相領域５０とに対応して、長く
引き伸ばされた形状になっていることも考えられる。し
かしながら、これに上述の温度域で熱間圧延を施すと、
いわゆる動的再結晶によって結晶粒が微細化することも
ある。その一方で、上記熱間圧延温度は、合金が単相化
する温度よりはかなり低いため、結晶の微細化とは関係
なく、添加元素系相領域５１と主成分系相領域５０との
層状構造は少なくとも部分的に維持される可能性が高
い。その結果、図１０に示すように、各領域５０及び５
１の少なくとも一部のものが、それぞれ多数の結晶粒５
０ａないし５１ａが集合して形成される偏平な集合粒領
域となり、その集合粒領域の単位で互いに積層された組
織が形成されることもありうる。

【００５３】なお、図１１（ａ）に示すように、インゴ
ットの状態で添加元素系相領域５１と主成分系相領域５
０とが層状形態をなさず、例えば等軸晶に比較的近い組
織を有していた場合でも、熱間圧延により潰れて、同図
（ｂ）に示すような層状組織が形成されることもありう
る。

【００５４】一方、別の推測される機構としては、熱間
圧延中あるいは圧延後の冷却過程において、Ｒｈリッチ
相及び／又はＰｔリッチ相が、圧延応力の影響を受けて
Ｉｒリッチ相中に層状形態に析出することも考えられ
る。

【００５５】なお、本発明のスパークプラグ１００は図
１２に示すような構造とすることもできる。すなわち、
中心電極３の先端面にチップを固着して発火部３１が形
成される一方、接地電極４は複数設けられ、それぞれ一
端が主体金具１に結合されるとともに、他端側が中心電
極３側に曲げ返されて、その先端面が発火部３１の側面
と対向するように配置される。この場合、発火部３１
は、偏平形状をなす主成分系相領域５０と添加元素系相
領域５１とが、中心電極３の軸線方向とほぼ直交する向
きに積層された組織を有するものとされる。これによ
り、放電面となる発火部３１の側面における消耗を効果
的に抑制することができる。

【００５６】この場合、上記発火部３１を構成するチッ
プとして、例えば図７に示すように、主成分系相領域５
０と添加元素系相領域５１とが、それぞれ一方向（図１
２の中心電極３の軸線方向）に延伸された棒状ないし繊
維状に形成されたチップを使用するようにしてもよい。
このようなチップ１５０は、例えば図８に示す方法によ
り製造された前述のインゴット２００を、図７に示すよ
うに熱間鍛造（例えば熱間スエージング）等により円柱
状に加工してロッド２１０とし、これを放電加工等によ
り軸方向に所定の厚さで切断することにより製造するこ
とができる。

【００５７】

【実施例】所定量のＩｒとＲｈ及びＰｔとを配合・溶解
することにより、Ｉｒ−５重量％Ｒｈ−５重量％Ｐｔの
組成を有する合金を作製した。この合金に対し、温度７
００℃で熱間圧延を行い、厚さ０．５mmの板材に加工し
た。次いで、上記得られた板材を熱間打抜き加工（温度
７００℃以上）することにより、直径０．７mm、厚さ
０．５mmの円板状のチップを得た（実施例）。一方、比
較例として、合金を同じく７００℃で熱間スエージング
によりロッド状に加工し、さらに放電加工により、その
軸方向に厚さ５ｍｍに切断して作製した円板状のチップ
も用意した。

【００５８】それらチップを用いて図１及び図２（ａ）
に示すスパークプラグ１００の発火部３１及び対向する
発火部３２を形成するとともに（火花放電ギャップｇの
幅１．１mm）、各プラグの性能試験を以下の条件にて行
った。すなわち、６気筒ガソリンエンジン（排気量２０
００cc）にそれらプラグを取り付け、スロットル全開状
態、エンジン回転数５０００ｒｐｍにて累積６００時間
まで運転を行ない、各時間毎のプラグの火花放電ギャッ
プｇの拡大量を測定した。結果を図１３に示す。

【００５９】すなわち、比較例のプラグは火花放電ギャ
ップｇが著しく拡大しているのに対し、実施例のプラグ
については、火花放電ギャップの増加が小さく耐久性に
優れていることがわかる。

【００６０】また、実施例のプラグの発火部３１に対し
ては、中心電極の軸線を含む面で切断し、ＳＥＭ（走査
電子顕微鏡）付属のＥＰＭＡ（電子プローブ微小分析）
の面分析により、断面のＩｒとＲｈの濃度分布を測定し
た。図１４（ａ）は、Ｉｒ特性Ｘ線の強度分布を示す二
次元マッピングの出力結果（黒い部分ほどＩｒ濃度が高
いことを示す）、同図（ｂ）は、Ｒｈ特性Ｘ線の強度分
布を示す二次元マッピングの出力結果（黒い部分ほどＲ
ｈ濃度が高いことを示す）をそれぞれ示している。ま
た、図１４において、矢印は中心電極３の軸線方向であ
り、図面上方が放電面側である。

【００６１】まず、図１４（ａ）においては、Ｉｒ特性
Ｘ線の強度分布において、中心電極３の軸線方向に層状
をなす縞状の濃淡のコントラストが現われている。一
方、図１４（ｂ）においては、（ａ）のＩｒ特性Ｘ線の
強度が低い領域に対応して、Ｒｈ特性Ｘ線の強度が高い
領域が現われている。すなわち、発火部３１には、Ｉｒ
濃度の高い相領域（主成分系相領域）と、Ｒｈ濃度の高
い相領域（添加成分系相領域）とが、上記方向に多数積
層された組織を有しているものであることがわかる。な
お、各濃淡領域の特性Ｘ線の平均強度レベルから算出し
た主成分系相領域のＩｒ濃度は約９２重量％、Ｒｈ濃度
は約３．５重量％、Ｐｔ濃度は５．５重量％であり、同
じく添加成分系相領域のＩｒ濃度は約８８重量％、添加
成分系相領域のＲｈ濃度は約６．５重量％、Ｐｔ濃度は
約５．５重量％であった。

【００６２】図１５（ａ）は、実施例のプラグの試験終
了後における発火部の外観写真を、また、同図（ｂ）
は、比較例のプラグの試験終了後における発火部の外観
写真を、それぞれ示す。すなわち、実施例のプラグでは
発火部の消耗がそれほど進行していないことがわかる。
これは、消耗しやすい放電面（発火面）への、上記両領
域境界の露出比率が比較的少なく、局部電池形成による
発火部の腐食が進みにくくなったためであると推測され
る。一方、比較例のプラグでは、発火部は図７のチップ
１５０と同様の組織状態になっていると考えられ、発火
面となるその軸方向端面には上記境界が相当量露出して
いることから、発火部の腐食が急速に進んだのではない
かと推測される。

【００６３】以下、参考発明のスパークプラグについて
説明する。なお、この発明の構成は、本発明のスパーク
プラグの構成と組み合わせて実施することもできるし、
本発明の内容とは無関係に単独で実施することもでき
る。

【００６４】すなわち、該参考発明のスパークプラグ
は、中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁
体と、その絶縁体の外側に設けられた主体金具と、中心
電極と対向するように配置された接地電極と、それら中
心電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花
放電ギャップを形成する発火部とを備えるとともに、接
地電極には中心電極との対向面から中心電極側に突出し
て突起部が形成され、その突起部の先端面に発火部が形
成されたことを特徴とする。

【００６５】接地電極に貴金属チップを固着して発火部
を形成したスパークプラグにおいては、図２（ｂ）に示
すように、接地電極４の中心電極との対向面４ｃに直接
貴金属チップ３２’を重ねるか、あるいは図１６に示す
ように、該対向面４ｃに浅い凹部４ｄを形成してその凹
部４ｄ内にチップ３２’を配置し、その状態で該チップ
３２’の外周縁に溶接部Ｗを形成してこれを接地電極４
に接合した構造を有するものが多い。この溶接部Ｗは、
接地電極４の金属成分とチップ３２’の金属成分とが合
金化することにより概して融点が低下しており、しかも
接地電極４の表面上で発火部３２よりも外側に広がって
形成されるため、図１７に示すように火花のアタックを
受けやすく、消耗が進行しやすくなっている。そして、
図２あるいは図１６に示す構造においては、発火部３２
で発生する火花に極く近接して溶接部Ｗが存在するた
め、例えば高速・高負荷運転時など長時間高温にさらさ
れる条件下においては、発火部３２の寿命を十分に確保
できなくなる場合もありうる。

【００６６】また、近年、排気ガス規制が高まるにつ
れ、自動車エンジン等もリーンバーン型のものが増えて
おり、希薄な混合気にも確実に着火できるスパークプラ
グが要求されている。この場合、スパークプラグの着火
性を高めるためには、発火部の先端径を小さくすること
が有効である。ここで、例えば図１６の構造において
は、チップ３２’を凹部４ｄ内に埋設する形となるため
に発火部３２は突出高さが小さくなる。その結果、その
先端面４ｅは溶接部Ｗとほとんど面一となるか、あるい
は逆に溶接部Ｗが先端面４ｅよりも突出した構造となる
ので、中心電極に対向する溶接部Ｗの表面が実質的に放
電面の一部として機能する形となり、発火部の細径化ひ
いては着火性向上という観点においては不利に作用する
場合がある。

【００６７】そこで、上記参考発明のスパークプラグの
構成を採用することにより、このような問題点を一挙に
解決することができる。具体的には、図１８及び図１９
に示すように、接地電極４の対向面４ｃから中心電極３
側に突出して突起部４ｆ（例えば円形断面のもの）を形
成し、その突起部４ｆの先端面に溶接部Ｗによって貴金
属チップを固着することにより発火部３２を形成するよ
うにする。この場合、溶接部Ｗは、重ね合わされた貴金
属チップ３２’と突起部４ｆとをそれらの外周面におい
て互いに結合するものとして形成できる（なお、図１及
び図２の共通の部分には同一の符号を付して説明は省略
する）。

【００６８】これにより、溶接部Ｗは、接地電極４の対
向面４ｃから突起部４ｆの高さに相当する分だけ離間す
るので、溶接ダレ部分等が該対向面４ｃ上で大きく広が
ることが防止ないし抑制され、ひいては溶接部Ｗが火花
のアタックを受けにくくなって発火部３２の耐久性を向
上させることができる。また、図１９において発火部３
２の先端面４ｅの対向面４ｃからの突出高さＨ2を十分
大きくできるので、溶接部Ｗの影響で発火部３２の先端
径が増大する問題も生じにくい。その結果、リーンバー
ンエンジン等に使用する場合も、その発火部を容易に細
径化することができ着火性を高めることができる。さら
に、突起部４ｆに貴金属チップを接合して発火部を形成
するようにしたから、接地電極４からの突出部分の全体
を貴金属チップにより形成するのと比較して、高価な貴
金属の節約になる。

【００６９】なお、溶接部Ｗは、例えばレーザー溶接に
より形成することが、貴金属チップ３２’と突起部４ｆ
との接合強度を高める上で望ましい。ただし、貴金属チ
ップ３２’と突起部４ｆとを抵抗溶接により接合するこ
とも可能である。

【００７０】次に、対向面４ｃからの、発火部３２の先
端面４ｅの突出高さＨ2は、突起部４ｆの高さと発火部
３２の厚みＨ3との合計として表すことができる。この
場合、発火部３２の軸断面径（断面形状が非円形の場合
は、同一面積の円の直径にて代用する）をＡとして、該
Ａと前述のＨ2との比Ａ／Ｈ2は、２．０以下とすること
が望ましい。Ａ／Ｈ2が２．０を超えると溶接部Ｗが対
向面４ｃ上で広がりやすくなり、火花のアタックを受け
て消耗しやすくなる。Ａ／Ｈ2は、より望ましくは１．
５以下とするのがよい。また、Ｈ3／Ｈ2は０．６〜１．
０の範囲で調整するのがよい。Ｈ3／Ｈ2が０．６未満に
なると、発火部３２が薄くなり過ぎて寿命が早く尽きて
しまう問題がある。一方、１．０を超えると突起部４ｆ
による貴金属部分節約の効果が顕著でなくなる。

【００７１】また、中心電極３と接地電極４との対向方
向において、発火部３２の先端面４ｅから、溶接部Ｗの
先端縁までの距離Ｈ1は、０．２ｍｍ以上とすることが
望ましい。Ｈ1が０．２ｍｍ未満になると、溶接部Ｗと
中心電極３との間で放電しやすくなり、溶接部Ｗの消耗
が進みやすくなる問題を生ずる。なお、Ｈ1は、望まし
くは０．２５ｍｍ以上とするのがよい。

【００７２】例えば図２０に示すように、鍛造等により
接地電極４の対向面４ｃに突起部４ｆを一体形成してお
き、次いでこれに貴金属チップ３２’を重ね合わせ、さ
らにその外周部にレーザー溶接等により溶接部Ｗを形成
して両者を接合することにより、上記発火部３２を形成
することができる。一方、図２１に示すように、接地電
極４の対向面４ｃに、突起形成部材４ｆ’を溶接部Ｗ’
（レーザー溶接又は抵抗溶接）により接合してこれを突
起部４ｆとし、さらにこれに貴金属チップ３２’を溶接
部Ｗにより接合して発火部３２を形成するようにしても
よい。この場合、突起形成部材４ｆ’に貴金属チップ３
２’を予め接合・一体化しておいて、その接合物を接地
電極４に接合するようにしてもよい。

【００７３】なお、発火部３１，３２は、貴金属を主体
として接地電極４の構成金属よりも高融点の金属により
構成でき、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ｗ及びＲｅの１種又は２
種以上を主体とする金属により構成できる。例えばＩｒ
合金で構成する場合は、前述の（１）〜（５）のＩｒ合
金のいずれかを使用することが可能である。

【００７４】（参考実施例１）以下、上記参考発明の実
施例について説明する。所定量のＩｒとＲｈ及びＰｔと
を配合・溶解することにより、Ｉｒ−５重量％Ｒｈ−５
重量％Ｐｔの組成を有する合金を作製した。この合金に
対し、温度７００℃で熱間圧延を行い、厚さ０．６mmの
板材に加工した。次いで、上記得られた板材を熱間打抜
き加工（温度７００℃以上）することにより、直径０．
８mm、厚さ０．６mmの円板状の貴金属チップを得た。

【００７５】このチップを用いて図２０に示す方法によ
り、図１８に示すスパークプラグ１００の発火部３１及
び対向する発火部３２を形成した（火花放電ギャップｇ
の幅１．１mm：参考発明品）。なお、中心電極３と接地
電極４とは、ともにＮｉ合金（インコネル６００）によ
り構成した。また、接地電極４の断面形状は、厚さ１．
５ｍｍ、幅２．８ｍｍの角状とした。ただし、突起部４
ｆは、外径１．１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの円柱状とし、
貴金属チップ３２’はレーザー溶接により接合した。な
お、図１９における前述のＨ1の値は０．２５ｍｍ、Ｈ2
の値は０．９ｍｍ、Ｈ3の値は０．６ｍｍとした。一
方、比較のために、発火部３２を図１６に示す形態で形
成したものも作製した。ただし、凹部４ｄの深さは０．
５ｍｍ、発火部３２の先端面４ｅの対向面４ｃからの突
出高さは０．１ｍｍとし、溶接部Ｗの幅ｗ1は０．５ｍ
ｍとした。

【００７６】上述のように発火部３１，３２を形成した
スパークプラグの耐久試験を以下の条件にて行った。す
なわち、６気筒ガソリンエンジン（排気量２０００cc）
にそれらプラグを取り付け、スロットル全開状態、エン
ジン回転数５０００ｒｐｍにて累積６００時間まで運転
を行ない、各時間毎のプラグの火花放電ギャップｇの拡
大量を測定した。結果を図２２に示す。すなわち、参考
発明のスパークプラグは、比較例のスパークプラグと比
較して火花放電ギャップの増加が小さく耐久性に優れて
いることがわかる。

【００７７】（参考実施例２）参考実施例１と同様の板
材から、外径０．６〜１．５ｍｍの各種貴金属チップを
放電加工により切り出し、これを用いて図１８に示すス
パークプラグ１００の発火部３１及び対向する発火部３
２を形成した（火花放電ギャップｇの幅１．１mm）。接
地電極４の断面形状は、厚さ１．５ｍｍ、幅２．８ｍｍ
の角状とした。ただし、突起部４ｆは、外径０．８〜
１．７ｍｍ、高さ０．０５〜２．５ｍｍの円柱状とし、
貴金属チップはレーザー溶接により接合した。なお、得
られた各スパークプラグにおいて前述のＡ／Ｈ2の値
は、０．５〜２．５の範囲で変化させる形とした。

【００７８】上述のように発火部３１，３２を形成した
スパークプラグの着火性試験を以下の条件にて行った。
すなわち、４気筒ガソリンエンジン（排気量１６００c
c）にそれらプラグを取り付け、無負荷状態でアイドリ
ングさせるとともに、吸入混合気の空燃比Ａ／Ｆを１０
から３０までの範囲で徐々に増加させ、失火回数が１０
回／分となる限界Ａ／Ｆ値を測定した。なお、失火した
か否かは、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）濃度が、定常
時よりも２０％以上高くなった時に失火したものと判断
している。この場合、該Ａ／Ｆが大きいスパークプラグ
ほど、希薄混合気に対する着火性に優れていることを意
味する。以上の結果を、図２３に示す。この図におい
て、横軸は限界Ａ／Ｆ値を、縦軸はＡ／Ｈ2の値を示
す。また、◎はチップの外径Ａが０．６ｍｍ、○は同
０．８ｍｍ、△は同１．２ｍｍ、×は同１．５ｍｍであ
ることを示す。すなわち、チップの外径Ａによらず、Ａ
／Ｈ2が２以下の範囲で、スパークプラグの限界Ａ／Ｆ
値が２０以上と高く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
全体断面図。

【図２】その部分断面図及び要部を示す拡大断面図。

【図３】その発火部の合金組織の模式図。

【図４】合金組織の推測される腐食機構の説明図。

【図５】Ｉｒ−Ｒｈ系二元系状態図。

【図６】発火部形成用のチップの製造方法の一例を示す
説明図。

【図７】同じくその変形例を示す説明図。

【図８】チップの原料合金インゴットの製造方法の一例
を示す工程説明図。

【図９】チップ製造用の合金板材の製造工程説明図。

【図１０】発火部の合金組織の一例を拡大して示す模式
図。

【図１１】圧延により組織が偏平化する様子を示す模式
図。

【図１２】本発明のスパークプラグの変形例を示す正面
図。

【図１３】実施例の実験結果を示すグラフ。

【図１４】実施例の実験で使用したスパークプラグの発
火部を構成する合金断面に対して行なったＥＰＭＡ面分
析における、Ｉｒ特性Ｘ線及びＲｈ特性Ｘ線の強度分布
二次元マッピング出力。

【図１５】実施例の実験で使用した本発明のスパークプ
ラグの試験後の外観を、比較例のスパークプラグの外観
とともに示す写真。

【図１６】接地電極側の発火部の形成形態の別の例を示
す説明図。

【図１７】図１６の発火部の問題点を説明する説明図。

【図１８】参考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１９】その要部を示す拡大断面図。

【図２０】参考発明のスパークプラグの製造方法の一例
を示す説明図。

【図２１】同じく別の例を示す説明図。

【図２２】参考実施例１における実験結果を示すグラ
フ。

【図２３】参考実施例２における実験結果を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁体３中心電極４接地電極３１発火部（チップ）３２対向する発火部（チップ）ｇ火花放電ギャップ５０主成分系相領域５１添加元素系相領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極と、その中心電極の外側に設け
られた絶縁体と、その絶縁体の外側に設けられた主体金
具と、前記中心電極と対向するように配置された接地電
極と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に
固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備
え、前記発火部が、Ｉｒ、Ｐｔ及びＲｈから選ばれる主成分
元素と、該主成分元素以外の１種又は２種以上の添加元
素成分とからなる貴金属合金を主体に構成されるととも
に、該貴金属合金には前記添加元素成分の濃度分布に縞
状の濃淡を生じており、その濃淡縞の方向が前記発火部
における電圧印加方向と交差する向きに配置されたこと
を特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】前記貴金属合金は、前記主成分元素を主
体とする主成分系相領域と、前記添加元素成分の含有量
が主成分系相領域よりも多く、かつ主成分元素の含有量
が主成分系相領域の９７％以下となる添加元素系相領域
とがそれぞれ偏平形状をなして、前記発火部における電
圧印加方向に多数層状に積層された組織を有している請
求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】前記接地電極は一端が前記主体金具に結
合されるとともに、他端側が前記中心電極側に曲げ返さ
れて、その側面が前記中心電極の先端面と対向するよう
に配置され、前記発火部は、前記中心電極の先端面と当該先端面と対
向する接地電極の側面との少なくともいずれかに形成さ
れ、偏平形状をなす前記主成分系相領域と前記添加元素
系相領域とが、前記中心電極の軸線方向に積層された組
織を有する請求項２記載のスパークプラグ。
【請求項４】前記発火部は、前記中心電極の先端面に
固着され、前記接地電極は一端が前記主体金具に結合されるととも
に、他端側が前記中心電極側に曲げ返されて、その先端
面が前記発火部の側面と対向するように配置され、前記発火部は、偏平形状をなす前記主成分系相領域と前
記添加元素系相領域とが、前記中心電極の軸線方向とほ
ぼ直交する向きに積層された組織を有する請求項２記載
のスパークプラグ。
【請求項５】前記主成分系相領域と前記添加元素系相
領域とは、それぞれ板状に形成されている請求項２ない
し４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項６】前記主成分系相領域と前記添加元素系相
領域とは、それぞれ一方向に延伸された棒状ないし繊維
状に形成されている請求項２ないし４のいずれかに記載
のスパークプラグ。
【請求項７】前記添加元素成分は、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｉ
ｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｏｓ及びＷのうち、前記
主成分元素とは異なる１種又は２種以上を主体とするも
のである請求項１ないし６のいずれかに記載のスパーク
プラグ。
【請求項８】前記貴金属合金の前記主成分元素はＩｒ
であり、前記添加元素成分はＲｈ及び／又はＰｔを主体
とするものである請求項７記載のスパークプラグ。