WO2002080321A1

WO2002080321A1 - Bougie d'allumage

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Publication number: WO2002080321A1
Application number: PCT/JP2002/003008
Authority: WO
Inventors: Wataru Matsutani; Masayuki Segawa; Satoko Ito; Osamu Yoshimoto
Original assignee: Ngk Spark Plug Co., Ltd.
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2002-10-10
Also published as: EP1246330B1; US6864622B2; US20040027042A1; EP1246330A2; EP1298768A4; EP1298768B1; US6664719B2; EP1298768A1; CN1460314A; US20030038576A1; EP1246330A3; CN100379108C

Description

明細書スパークプラグ

ぐ技術分野 >

本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の着火源として使用されるスパークプラグに関する。

<背景技術 >

自動車エンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグにおいては、エンジンの高出力化や燃費向上の目的で、燃焼室内の温度も高くなる傾向にある。また着火性向上のために、スパークプラグの火花放電ギヤップに対応する放電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、スパークプラグの放電部が高温にさらされるので、その火花消耗が進み易くなる。そこで、火花放電ギャップに対応する放電部の耐火花消耗性向上のために、電極の先端に P tや I r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。

例えば、特開平 9— 7 7 3 3号公報には、貴金属チップを I r一 R h合金にて構成することにより、高融点である I rのメリッ卜を生かしつつ、 I rの高温（約 9 0 0 °C以上）での酸化揮発を防止するための R hを添加することで、より高温における耐消耗性（以下、本明細書においては、耐火花消耗性と耐高温酸化性の両者を総称して耐消耗性ともいう）を向上させることができるスパークプラグが開示されている。

しかしながら、 R hは I rと比べて数倍高価であり、しかも R hの融点は I r の 2 4 5 4 °Cに比較して 1 9 7 0 °Cと低いために、 R hの含有量を多くし過ぎると、貴金属チップの材料コストが高騰するばかりでなく、耐火花消耗性も十分でなくなるという問題がある。

そこで、本発明者等は、 I r _ R h二元合金により構成した貴金属チップにおいて、 R hの含有量を少なめに設定し、酸化揮発による消耗を抑えつつ耐火花消耗性を向上させることを試みた。しかし、このように R hの含有量を少なめに設定すると、後述する異常消耗の発生により、却って放電部（貴金属チップ）の消耗を抑制することができない場合があることがわかった。

具体的に、本発明者等は、主成分としての I rと 2 0質量％の1 ]1を含有した貴金属チップにて構成した放電部を中心電極にのみ設けたスパークプラグを、 6 気筒ガソリンエンジン（排気量 2 0 0 0 c c ) に取り付け、無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 5 0 0 0 r p mにて運転を行なつた。そして、 2 0時間後の貴金属チップの外観を観察したところ、図 5に示すように、貴金属チップの接地電極と対向する放電面（放電部上部の面）ではない外周側面を円弧上にえぐる形態で異常消耗が生じていることが観察された。この異常消耗は、図 5をみてわかる通りその消耗形態も特殊であり、その消耗要因も単に火花放電や酸化揮発のみでは簡単に説得できないものと考えられる。この異常消耗は、図示しないが、主成分としての I rに 1 0質量％の1 11、 5質量％の1 h、 1質量％の11 11を含有したそれそれの貴金属チップを用いて上記運転（試験）を行なった際にも同様にみられ、 R hの含有量が少なくなるほど、放電部の外周側面からのえぐれ度合いが激しくなる傾向が、換言すれば異常消耗が発生し易い傾向がみられた。従って、高価な R hの含有量を少なく抑えつつ I rの含有量を増した貴金属チップを用いることで、放電部の耐火花消耗性を向上させつつ酸化消耗を抑制しょうとすると、異常消耗という新たな現象を招来することがあり、放電部の消耗を完全に解消できないものであった。

本発明の課題は、貴金属チップにて放電部を形成したスパークプラグであって、高価な R hの含有量を少なく抑えつつ I rの含有量を増した貴金属チップにて放電部を形成したスパークプラグであって、貴金属チップの外周側面をえぐる形態の異常消耗の発生を抑制することができるとともに、耐消耗性に優れた貴金属チップを備えるスパークプラグを提供することにある。ぐ発明の開示 > 上記課題を解決するために本発明のスパークプラグは、絶縁体の貫通孔の一端に保持された中心電極と、その中心電極と火花放電ギヤップを介して対向する接地電極とを備え、中心電極と接地電極との少なくとも一方の火花放電ギャップに対応する放電部に貴金属チップが溶接されたスパークブラグであって、その貴金属チップは、 9 0質量％以上の1 と、 0 . 5質量％以上の R hと、 0 . 5〜8 質量％の範囲の N iとを含有していることを特徴とする。

本発明者等が、図 5に示す異常消耗が生じた放電部（貴金属チップ）を調べたところ、該貴金属チップの表面に C a及び Z又は Pを含有する堆積物が付着していることが明らかとなった。また、該堆積物が付着する貴金属チップにおいて、異常消耗が生じない場合もあったが、異常消耗が見られる全ての貴金属チップに該 C a及び/又は Pに起因する堆積物が付着していた。これにより、前述した異常消耗はこのような堆積物が一因となっていると推測される。一方、該異常消耗は放電部（貴金属チップ）のある一定方向からのみ進行していることが図 5からも明らかである。そのため、放電部の着火が行なわれる着火雰囲気中において、何らかの流体の流れが存在しており、該流体の流れが異常消耗の一因となっているとも考えられる。例えば、上記流体とは、混合気体中の燃料を均一に拡散させるための一定の流れを有する混合気流（スワール流）であると推測することができる。また、該異常消耗は上記二つの要因により進行する消耗であると推測することもできる。いずれにしても、このような異常消耗は、火花放電による溶解 - 離散や、あるいは貴金属チップの単純な酸化揮発による消耗とは異なる機構により生じているものと推測できる。

本発明者等は、異常消耗が進行した I r—R h二元合金の貴金属チップにおいて、図 5に示すようにその貴金属チップの放電面周辺がほとんど異常消耗していないことに着目した。そして、該放電面周辺において成分分析を行い、該放電面周辺に N iが含有されていることを見出した。なお、異常消耗が生じている部分 (外周側面）において同様の成分分析を行なったところ、 N iの存在は認められなかった。つまり、この放電面周辺に存在する N iは、貴金属チップに作製当初から含有されていたものではなく、スパークプラグの使用過程において含有されたものである。すなわち、火花放電の繰り返しにより N i系耐熱合金等にて構成される接地電極から N i成分が飛び出し、その後該 N i成分が貴金属チップの放電面周辺に注入されたものと考えられる。いずれにしても、本発明者等は、異常消耗が観察される貴金属チップにおいて、異常消耗の起こりにくい部分（放電面周辺）に N iが含有されているという知見を得た。

そして、 I r— R h二元合金により構成した貴金属チップにおいて、 R hの含有量が少なくなるほど異常消耗による外周側面におけるえぐれ度合いが激しくなる傾向がみられることが本発明者等により明らかとなった。そして、本発明者等は、上記のような鋭意検討の結果、スパークプラグの放電部を、耐火花消耗性を向上させるベく融点の高い I rを 9 0質量％以上含有するとともに、 I r成分の酸化揮発による消耗を抑えるための 0 . 5質量％以上の R hと、 0 . 5〜8質量％の N iとを含有する貴金属チップにて構成すれば、耐火花消耗性を向上させつつ酸化消耗を抑制でき、さらには前述のような異常消耗をも抑制できることを見出し、本発明の完成に至ったものである。

貴金属チップに含有される N iの含有量は、 0 . 5 ~ 8質量％の範囲とする。 N iの含有量が 0 . 5質量％未満であると、異常消耗抑制の効果が十分に発揮されないことがある。一方、 N iの含有量が 8質量％を超えると、 N iの含有量が多くなりすぎ、 I rを 9 0質量％以上含有させて耐火花消耗性を向上させる効果が低減するため好ましくない。従って、貴金属チップには 0 . 5〜8質量％のN iが含有されているのがよく、より望ましくは 1〜4質量％の N iが含有されているのがよい。この N iの含有量を、 1〜4質量％の範囲内とした場合により好ましい理由は、以下の通りである。 N iの含有量が 1質量％以上となると、異常消耗の抑制の効果を十分に発揮させることができる。一方、 N iの含有量が 4質量％を超える場合、異常消耗の抑制効果は得られるものの、 N iが加工中に加えられた熱によって材料中の N i成分が酸化され、酸化された N iを起点にしてクラック等が発生して成長することがあるために、貴金属チップを鍛造、圧延あるいは打ち抜き等の加工により製造しょうとすると、その加工性が良好に得られない場合がある。また、貴金属チップは、 I rを 90質量％以上含有する I r基合金にて構成している。 I rは、高融点（ 2454°C)であることから、その含有量を 90質量％以上とすることで良好な耐火花消耗性が得られる。ただし、 11>成分は900 を超えると酸化揮発により消耗が急激に大きくなり易い問題があることから、本発明の貴金属チップにおいては、 I r成分の酸化揮発の抑制効果を図るために R hを 0.5質量％以上含有している。 Rhの含有量が 0.5質量％未満になると、 I r成分の酸化揮発の抑制効果が不十分となり、貴金属チップ（放電部）が消耗し易くなつてブラグの耐久性が確保し難くなる。

すなわち、本願発明では、高融点の I r成分を 90質量％以上含有させるとともに、 I rよりも高価であって融点が当該 I rよりも低い Rhを酸化揮発の抑制効果を発揮できる範囲内で少なめに抑えて含有させ、その上で N i成分を上記範囲にて含有させて貴金属チップを構成している。その結果、貴金属チップ（放電部）の耐消耗性を良好に確保できるとともに、 Rhの含有量を抑えたときに生じ易い異常消耗の発生を N iの添加により抑制することができ、ひいては高性能のスパークプラグを安価に構成することができるようになる。

また、貴金属チップは、 Sr、 Y、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、 G d、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 T m、 Yb、 Lu、 T i、 Zr及び Hfから選ばれる元素の酸化物（複合酸化物を含む）が含有されていてもよい。これにより、 I rの高温での酸化揮発による消耗がさらに効果的に抑制される。なお、上記酸化物としては、 & ₂0₃及び丫₂0₃の少なくとも一方が含有されているのがよいが、このほかにも Th0₂、 Z r0₂等を好ましく使用することができる。上記酸化物の含有量は 0. 5~3質量％の範囲にて設定するのがよい。 0. 5質量％未満になると、当該酸化物添加による添加金属元素成分の酸化揮発の抑制効果が十分に得られなくなる。一方、酸化物の含有量が 3質量％を超えると、貴金属チップの耐熱性が却って損なわれてしまうことがある。

<図面の簡単な説明 >

図 1は、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である。図 2は、図 1のスパークプラグの部分断面図及び要部を示す拡大断面図である。図 3は、放電部周辺を拡大して示すとともに、チップ径 D及び放電部厚さ H等の定義を説明する図である。

図 4は、図 3に続いてチップ径 D及び放電部厚さ H等の定義を説明する図であ ο

図 5は、異常消耗による中心電極側の放電部の様子を示す観察写真である。なお、図中の符号、 1 0 0はスパークプラグ、 1は主体金具、 2は絶縁体、 3 は中心電極、 4は接地電極、 6は貫通孔、 gは火花放電ギャップ、 3 1， 3 2は放電部、 3 1 '， 3 2 ' は貴金属チップ、 3 5は芯体、 Wは溶接部である。

<発明を実施するための最良の形態 >

以下、本発明におけるいくつかの実施の形態について断面を用いて説明する。図 1は本発明のスパークプラグ 1 0 0の一例を示した縦断面図であり、図 2 ( a ) はスパークプラグ 1 0 0の放電部周辺の拡大図である。本発明の一例たる抵抗体入りのスパークプラグ 1 0 0は、筒状の主体金具 1と、先端部 2 1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と、先端に形成された放電部 3 1を突出させた状態で絶縁体 2の貫通孔 6の先端（一端）に保持された中心電極 3と、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 4 a 側が側方に曲げ返されて、その側面 4 cが中心電極 3に形成された放電部 3 1と対向するように配置された接地電極 4とを備えている。また、接地電極 4には上記放電部 3 1に対向する放電部 3 2が形成されており、それら放電部 3 1と放電部 3 2とに挟まれた隙間に火花放電ギャップ gが形成されている。

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線方向に沿って延び、中心電極 3を嵌め込むための貫通孔 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 1 0 0のハウジングを構成するとともに、その外周面には、スパークプラグ 1 0 0を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのネジ部 7が形成されている。貫通孔 6の一方の端部側には端子金具 1 3が挿入 ·固定され、同じく他方の端部側に中心電極 3が挿入 ·固定されている。また、該貫通孔 6内において端子金具 1 3と中心電極 3との間に抵抗体 1 5が配置されている。この抵抗体 1 5の両端部は、導電性ガラスシール層 1 7、 1 8を介して中心電極 3と端子金具 1 3とにそれそれ電気的に接続されている。なお、放電部 3 1及び対向する放電部 3 2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、放電部 3 1又は対向する放電部 3 2及び接地電極 4又は中心電極 3との間で火花放電ギヤップ gが形成される。

放電部 3 1は、例えば、図 2 ( b ) に示すように円板上の貴金属チップ 3 1 ' を INC0NEL600 (英国 I N C O社の商標）等の N i系耐熱合金、又は F e系耐熱合金で構成される中心電極 3の先端部 3 aの端面に重ね合わせ、さらにその接合面外周縁に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、電気抵抗溶接等により溶接部 W を形成してこれを固着するようにして形成される。また、例えば INCONEL600、 INCONEL601 等の N i系耐熱合金で構成されている接地電極 4側に放電部 3 2を形成する場合には、放電部 3 2は中心電極 3側の放電部 3 1と対応する位置において、接地電極 4に貴金属チップ 3 2 ' を位置合わせし、その接合面外周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。ここで、放電部 3 1、 3 2には、主成分として 9 0質量％以上の I rを含有し、さらに 0 . 5質量％以上の R hと、 0 . 5 ~ 8質量％の範囲の N iとを含有している貴金属チップ 3 1 '、 3 2 ' を使用する。なお、上記 N iの含有量は、 1〜4 質量％であることが好ましい。

貴金属チップ 3 1 '、 3 2 ' は、例えば、以下のようにして形成される。すなわち、原料となる貴金属粉末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形成する。具体的な溶解方法としては、例えばアーク溶解や、プラズマビ一ム溶解、高周波誘導溶解等の方法が採用される。また、合金溶液を水冷銪型等により錡造、急冷インゴットとすれば、合金の偏析を低減することができるため、該方法を採用してもよい。また、上記インゴットは所望の組成にて配合した貴金属粉末を圧縮成形したあと、焼結することによって作製するようにしてもよい。その後、合金を熱間鍛造、熱間圧延及び熱間伸線の 1種又は 2種以上の組み合わ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さに切断して形成する。例えば、熱間鍛造によりロッド状に加工した後、溝付き圧延ロールによる熱間圧延と、熱間スエージングによりさらに縮怪し、最終的に熱間伸線により 0 . 8 mm以下の線径の線材に加工する。その後、該線材を所望の厚さとなるように切断し、貴金属チップ 3 1 \ 3 2，を得る。

また、貴金属チップ 3 1 '、 3 2 ' の作製は、各合金成分を配合 ·溶解することにより得られる溶解合金を熱間圧延により板状に加工し、その板材を熱間打抜加ェにより所定のチップ形状に打ち抜いて形成することも可能である。さらに、公知のアトマイズ法により球状の貴金属合金を作製し、該球状の貴金属合金をそのまま放電部として使用するようにしてもよいし、これをプレスあるいは平ダイスで圧縮して、扁平状あるいは円柱状の貴金属チップ 3 1 \ 3 2 ' とすることもでぎる。

また、本実施例のスパークプラグ 1 0 0においては、図 3に示すように放電部 3 1が細径化されている。具体的には、放電部 3 1を構成する貴金属チップのチヅプ径 Dが 0 . 3〜0 . 8 mm、放電部厚さ Hが 0 . 4〜 2 mmとなっている。これらチップ径 D及び放電部厚さ Hは図 3に示すように規定する。すなわち、チップ径 Dは放電部 3 1の外径 Dであって、放電部厚さ Hは、放電部 3 1の放電面 3 I tの外縁から、中心電極 3と貴金属チップ 3 1，を溶接する溶接部 Wの対応する端縁までの軸線方向における最短距離である。以上、中心電極 3側の放電部 3 1についてのみ示したが、接地電極 4側の放電部 3 2においても同様にチップ径 D及び放電部厚さ Hを規定することができる。

チップ径 Dが 0 . 3 mm未満となると、火花放電や酸化揮発等による通常の消耗に対しても十分な耐久性を維持できなくなる。一方、チップ径 Dが 0 . 8 mm を超えると、放電電圧の低減効果が十分に得られないことがある。また、放電部厚さ Hが 0 . 4 mm未満となると、火花放電の繰り返しによって溶接部 Wが放電面に露出し易くなり、十分な耐火花消耗性を提供することができないことがある。一方、放電部厚さ Hが 2 . 0 mmを超えると、放電部における蓄熱が過剰となりがちで、放電部の消耗が進行して貴金属チップの耐久性を十分に満足することができなくなる。

また、本実施例におけるスパークプラグ 1 0 0は、特に中心電極 3側の放電部 3 1の温度が高くなりやすい構造を有するものである。例えば、図 3に示すように中心電極 3の中心部には、表層部をなす電極母材 3 6よりも相対的に熱伝導性に優れる芯体 3 5が形成されており、軸線方向における該芯体 3 5の火花放電ギヤップ g側の先端 3 5 a (以下、単に芯体の先端ともいう）と放電部 3 1との最短距離 L 1が l〜3 mmとなっている。ここで、上記芯体 3 5は放電部 3 1からの熱を中心電極 3側に熱引きするために形成されたものであり、 C uあるいは C u合金等にて形成されている。この構成において、上記規定された L 1が 1 mm 未満であると、芯体 3 5の先端 3 5 aが絶縁体の先端 2 1 aよりも放電部 3 1側にならざるをえず、熱の過度の蓄積によって芯体 3 5が膨張し、絶縁体 2を内側から破ってしまう可能性がある。また、表層部を構成する電極母材 3 6が消耗し、芯体 3 5が露出する場合もありえる。一方、 L 1が 3 mmを超えると、放電部 3 1の温度が高温となりすぎ、火花放電の繰り返しに伴う消耗に耐えられなくなる。 L 1は望ましくは 1 . 5〜2 . 5 mmとするのがよい。

なお、貴金属チップ 3 1，と中心電極 3とを溶接する溶接部 Wは、図 4の断面図に示すように貴金属チップ 3 1，の径方向において連続して形成される場合もある。この場合も図 3の場合と同様に放電部 3 1と芯体 3 5の先端 3 5 aとの最短距離を L 1とする。

また、図 3に示すように、放電面 3 1 tと絶縁体 2の火花放電ギャップ g側の先端 2 l a (以下、単に絶縁体の先端ともいう）との軸線方向における最短距離を Jと規定したとき、 Jの範囲が 1 . 5 mm以上となっていることが好ましい。この Jの値を 1 . 5 mm以上とすることにより放電電圧が低減する。 Jの値が 1 . 5 mm未満となると、放電面 3 1 tに電界が集中し難くなり、放電電圧が上昇するため放電部 3 1を細径化する効果が失われることとなる。

さらに、図 3及び図 4に示すように、絶縁体 2の先端 2 1 aと、芯体 3 5の先端 3 5 aとの軸線方向における最短距離を L 2としたとき、芯体 3 5の先端 3 5 aが絶縁体 2の先端 2 1 aよりも放電面 3 1 t側にある場合（図 4の場合）には L 2が l mm以下であり、一方、絶縁体 2の先端 2 1 aが芯体 3 5の先端 3 5 a よりも放電面 3 1 t側にある場合（図 3の場合）には L 2が 1 . 5 mm以下となつている。このように L 2の範囲を規定することにより、上記のように規定した L 1を好適な範囲に設定し易くなる。

上記のようなスパークプラグ 1 0 0は、そのネジ部 7においてエンジンプロックに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気の着火源として使用される。使用時においては、放電部 3 1及び放電部 3 2との間に放電電圧が印加されて、火花放電ギャップ gに火花が生じる（各符号については図 1を参照）。なお、本発明のスパークプラグ 1 0 0は、 C a及び又は Pが存在する着火雰囲気中にて使用されると、前述した構成の貴金属チップにより放電部 3 1及び放電部 3 2を用いた効果が有効に発揮されることになる。また、これらの着火雰囲気中に存在する C a及び/又は Pは内燃機関に使用されるエンジンオイルに含有されるものであるため、このようなエンジンオイルを使用する内燃機関に対して、本発明のスパークプラグ 1 0 0を好適に使用することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、上記実施例では、貴金属チップ 3 1 ' を中心電極 3の先端部 3 aの端面に重ね合せ、その接合面外周縁に沿ってレーザー溶接等により溶接部 Wを形成した。しかし、貴金属チップ 3 1，の中心電極 3の先端部 3 aに対する位置決め固定を行い易くするために、チップ外形形状に対応した位置決め用溝部を先端部 3 aの端面に形成し、その位置決めよう溝部内に貴金属チップ 3 1 ' を嵌め込んだ上で溶接部 Wを形成してもよい。この場合、溶接接合を確実に行なうためには、例えば位置決め用溝部の開口周縁とチップ外周面との交差縁に向けてレーザー光を照射して溶接部 Wを形成すればよい。

また、上記実施例のスパークプラグ 1 0 0は、接地電極 4が 1つのみ形成された所謂一極タイプであつたが、接地電極を複数有する多極タイプに本発明を適用してもよい。ぐ実験例 >

本発明の効果を調べるために、以下の実験を行った。

(実験例 1 )

まず、スパークプラグの放電部に使用される貴金属チップを以下のように製造した。表 1に示す異なる組成の各種貴金属チップを形成するために、所期の元素成分を各種比率にてそれそれ配合 ·混合し、各種原料粉末を得た。次いで、この原料粉末を直径 2 0 mm、長さ 1 3 0 mmの円柱状に加圧成形した。そして、その成形体をアーク溶解炉内に配置し、アーク溶解を行って各種組成の合金ィンゴットを得た。さらに、この合金を、約 1 5 0 0 °Cにて熱間鍛造、熱間圧延及び熱間スエージングし、さらに熱間伸線することにより、外径 0 . 6 mmの合金線材を得た。これを長手方向に切断することにより、各組成について直径（チップ径 D ) 0 . 6 mm、厚さ 0 . 8 mmの円板状の貴金属チップを得た。なお、表 1に示す異なる組成の各種貴金属チップを加工により作製するにあたり、加工中にクラックが発生することなく作製できたものは〇、加工後の検査において倍率 4 0 倍の拡大鏡にてクラックの存在が確認されたものの貴金属チップとしては作製できたものは△として、貴金属チップの加工性を評価した。加工性の評価結果について表 1に示す。

そして、前述の手法にて得られた各種の貴金属チップを、 INCONEL600製の中心電極母材の先端面に載置させた状態でレーザー溶接により溶接して、図 1ないし図 2示す形態のスパークプラグを製造した。なお、上記レーザ一溶接後において、放電面の外縁から、中心電極と貴金属チップとを溶接する溶接部の対応する端縁までの最短距離（放電部厚さ H ) が 0 . 5 mmとなるように、各組成の貴金属チップに見合うレーザー溶接条件を適宜調整して上記レーザ一溶接は実施した。また、本実験においては、各スパークプラグの接地電極側の放電部はチップ径 0 . 9 mm、厚さ 0 . 6 mmであって、成分が P t— 2 0質量％N iである貴金属チップにより構成した。

00C0/Z0df/X3d IZC080/Z0 OAV 前述のようにして得た各スパークプラグの耐久試験を下記の条件にて行った。すなわち、排気量 2000 c cのガソリンエンジン（ 6気筒）にそれらスパークプラグを取り付け、スロットル全開状態、エンジン回転数 5000 rpmにて累積 300時間まで運転を行った。なお、燃料は無鉛ガソリンを使用し、中心電極の先端温度は 900°Cであった。また、各スパークプラグの火花放電ギャップについては 1. 1mmに設定して、本耐久試験を行った。

上記耐久試験後の各スパークプラグにおいて、まず放電部（貴金属チップ）の一方の側部をえぐるような形態で生ずる異常消耗の程度を、目視にて評価した。異常消耗が生じなかったものは〇、異常消耗は生じたが最後まで耐久試験に耐えられたものは△、異常消耗により耐久試験が続行不能となったものは x、異常消耗とは関係なく消耗してしまったものは—として評価した。異常消耗についての評価結果を表 1に示す。また、耐久時間まで運転を行った後における各スパークプラグのギヤップ増加量を測定した評価結果（耐消耗性の評価結果）については、火花放電ギャップの拡大量が 0. 15 mm未満のものを〇、 0. 15〜0. 3 m mのものを△、 0. 3mmを超えるものを Xとして評価した。なお、異常消耗により耐久試験が続行不能となったものは、ギヤップ増加量を測定せずに一として評価した。耐消耗性の評価結果についても表 1に示す。そして、表 1において、異常消耗の評価結果、耐消耗性ならびに加工性の評価結果の全てを加味し、全ての評価結果が〇であるものを◎、 2つの評価結果が〇であるが 1つの評価結果については△であるものを〇、それ以外のものを Xとして総合評価を行った。表 1の結果より、 I rを 90質量％以上含有しつつ、 Rhを 0. 5質量％以上含有し、さらに Niを 0. 5〜8質量％含有させた貴金属チップ及びその貴金属チップを放電部に用いたスパークプラグ（実施例 No. 1-15) では、異常消耗の発生が抑制されるとともに、耐消耗性、加工性にも優れたることがわかる。特に、 N iの含有量を 1〜4質量％の範囲とする実施例 No. 1〜4、 7〜9、 11〜15については、異常消耗の発生がより確実に抑制され、貴金属チップの加工性が良好に得られることがわかる。

一方、 Niが含有されない比較例 No. 16、 17、及び N iの含有量が 0. 5質量％未満の比較例 No. 19では、異常消耗の発生が抑制できなかった。また、 N iが含有されてはいるものの、 I rの含有量が 90質量％未満の比較例 N o.20〜22では、耐火花消耗性が低減するために耐消耗性が良好に得られず、また異常消耗、加工性のいずれかにおいて十分な評価結果が得られなかった。さらに、 Rhの含有量が 0. 5質量％未満の比較例 No. 18では、 I rの酸化揮発の抑制効果を十分に発揮できずに、耐消耗性が悪化することがわかった。

(実験例 2)

次に、放電部を構成する貴金属チップの組成を表 1の実施例 No. 3あるいは比較例 No. 16のいずれかに固定するとともに、前述の実施の形態（図 3及び図 4) において規定した L 1及び L 2の長さをそれそれ表 3のように変化させたスパークプラグを製造した。なお、チップ径 D及び放電部厚さ Hはそれそれ D ： 0. 3-0. 8mm、 H： 0. 4〜2mmとして、それ以外は実験例 1と同様のスパークプラグとした。そして、各スパークプラグにおいて、上記実験例 1と同様の耐久試験を行い、該耐久試験後の放電部における異常消耗の程度を評価した。得られた結果を表 2に示す。なお、本実験例における L 2の値において、符号がマイナス（―）になっているものは、図 4に示すように、絶縁体の先端よりも芯体の先端のほうが放電部側に位置する場合における該芯体の先端と該絶縁体の先端との最短距離を示すものとし、それ以外のものは、図 3に示すように、芯体の先端よりも絶縁体の先端のほうが放電部側に位置する場合における該芯体の先端と該絶縁体の先端との最短距離を示すものとする。

表 2

*は本発明の範囲外であることを示す。

表 2によれば、 N iを含有しない比較例の場合に、 L 1 ： l〜3mm、 L 2 ：一；！〜 1. 5mmとなる比較例 No. ：!〜 8のスパークプラグにおいて、放電部が高温となり易いため、特に顕著に放電部の異常消耗が発生した。また、 L 1及

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差替え用紙（規則 26) び L 2の値が上記範囲外の場合は、異常消耗の発生が確認されたものの、発火部の熱引きが良好に行われ、温度が高温となり難いためか、 L 1及び L 2が上記範囲内の場合に比べて消耗の程度は少なかった（比較例 N o . 9 )。一方、本実施例 N o . 1 0〜 1 8においては、 L 1及び L 2が上記規定範囲外なる場合に加えて、 L 1及び L 2が上記規定範囲内となるような放電部が比較的高温となり易い場合であっても、 N i添加による異常消耗低減の効果が十分に得られていることがわかる。

以上の 2つの実験結果から、高融点の I r成分を 9 0質量％以上含有させるとともに、 I rよりも高価であって融点が当該 I rよりも低い R hを酸化揮発の抑制効果を発揮できる範囲に抑えて含有させ、その上で N i成分を上記範囲にて含有させた貴金属チップを放電部に用いることで、貴金属チップ（放電部）の耐消耗性を良好に確保できるとともに、 R hの含有量を抑えたときに生じ易い異常消耗の発生を抑制することができ、ひいては高性能のスパークプラグを安価に構成することができることがわかる。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つて明らかである。

本出願は、 2001年 03月 28日出願の日本特許出願（特願 2001— 091585 ) 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。

<産業上の利用可能性 >

本発明は、高価な R hの含有量を少なく抑えつつ I rの含有量を増した貴金属チヅプにて放電部を形成したスパークブラグであり、貴金属チップの外周側面をえぐる形態の異常消耗の発生を抑制することができ、耐消耗性に優れるスパークプラグである。

Claims

請求の範囲

1. 絶縁体の貫通孔の一端に保持された中心電極と、その中心電極と火花放電ギャップを介して対向する接地電極とを備え、前記中心電極と前記接地電極との少なくとも一方の前記火花放電ギャップに対応する放電部に貴金属チップが溶接されたスパークプラグであって、

前記貴金属チップは、 90質量％以上の1₁^と、 0. 5質量％以上の Rhと、 0. 5〜8質量％の範囲のN iとを含有していることを特徴とするスパークブラグ。

2. 前記貴金属チップは、 1〜4質量％の範囲内で Niを含有している請求の範囲第 1項に記載のスパークプラグ。

3. 前記貴金属チップは、 La ₂0₃及び Y₂0₃の少なくとも一方を含有している請求の範囲第 1項又は第 2項に記載のスパークプラグ。

4. 前記貴金属チップは、 0. 5~3質量％の範囲内で L a ₂0₃及び Υ₂ 0₃の少なくとも一方は含有している請求の範囲第 3項に記載のスパークブラグ(