JP2001203060A

JP2001203060A - スパークプラグ

Info

Publication number: JP2001203060A
Application number: JP2000008262A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-27
Anticipated expiration: 2020-01-17
Also published as: JP4291484B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｉｒ系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、発火部の耐酸化消耗性に極め
て優れ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、発火部３１，
３２が、Ｉｒを主成分とし、かつ炭素含有量が４０ｐｐ
ｍ以下であるＩｒ系金属又は該Ｉｒ系金属を主成分とす
る複合材料により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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を主体
とするチップを溶接して発火部を形成したタイプのもの
が使用されている。しかしながら、近年は、耐火花消耗
性をさらに向上させるために、Ｐｔに代えてＩｒを主成
分とするチップにて発火部を構成したスパークプラグ
が、例えば特開昭６３−２５７１９３号、特開平３−１
４７５号、特開平５−５４９５３号、特開平９−７７３
３号、特開平１０−３２０７６号、特開平１０−７４５
７５号、特開平１０−２２０５２号等に各種提案されて
いる。

【０００３】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。また、最近では、自動車エンジン
のメンテナンスフリー化対策の一環として、スパークプ
ラグ無交換による例えば１６万ｋｍ以上連続走行等、以
前の状況からは想像もつかないような苛酷な要望も出さ
れるようになってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｉｒ系のチップを使用
した場合、耐久性は大幅に改善されるが、Ｉｒは高温で
酸化揮発しやすい性質を有していることから、長時間の
高速走行を繰返してある温度以上に上昇すると、急激に
発火部が消耗し、火花ギャップ間隔が拡大してしまう欠
点がある。これを解決するために、特開平９−７７３３
号、特開平１０−３２０７６号、特開平１０−７４５７
５号及び特開平１０−２２０５２号の各公報には、Ｉｒ
にＲｈやＰｔを添加して発火部の耐酸化性を向上させる
方法が提案されている。しかしながら、さらに高温で厳
しい使用環境での耐久性や、あるいは着火性向上のため
中心電極先端の発火部を厚くするなど、発火部温度がさ
らに高温化する設計が求められる状況下においては、必
ずしも十分な効果が得られているとはいい難い。

【０００５】本発明の課題は、Ｉｒ系チップの接合によ
り発火部を形成したスパークプラグにおいて、発火部の
耐酸化消耗性に極めて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。

【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、その発火部が、Ｉｒを主成分とし、かつ炭素含有量
が４０ｐｐｍ以下であるＩｒ系金属又は該Ｉｒ系金属を
主成分とする複合材料により構成されることを特徴とす
る。

【０００７】また、上記スパークプラグを製造するため
の本発明の方法は、中心電極と、その中心電極の先端面
に自身の側面が対向するように配置された接地電極とを
備え、火花放電ギャップに対応する位置においてそれら
中心電極と接地電極との少なくとも一方に、Ｉｒを主成
分とし、かつ炭素含有量が４０ｐｐｍ以下のＩｒ系金属
又は該Ｉｒ系金属を主成分とする複合材料からなるチッ
プを溶接することにより、該チップに基づく発火部を形
成することを特徴とする。

【０００８】なお、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。

【０００９】従来よりＩｒ系金属にて発火部を構成した
スパークプラグにおいては、その耐酸化性の改善は、Ｒ
ｈ等の適当な合金元素の添加により行う試みが主になさ
れてきた。それは確かに有効な手法ではあるが、本発明
者らは、積極的に添加される合金元素成分の配合量以外
に、原料等から混入する不純物元素の含有量について鋭
意検討を行った結果、Ｉｒ系金属からなる発火部の高温
での耐酸化性が、微量に含有される不純物炭素の影響を
大きく受けるとともに、その含有量レベルを重量含有率
にて４０ｐｐｍ以下に制御することで、発火部の耐酸化
消耗性が顕著に改善されることを見い出し、本発明を完
成するに至ったのである。

【００１０】発火部を構成するＩｒ系金属中の炭素含有
量が４０ｐｐｍを超えると、炭素含有量低減に伴う発火
部の耐酸化消耗性改善効果が顕著でなくなり、特に、合
金成分添加等による酸化消耗抑制を考慮しない場合に
は、発火部の高温での酸化消耗が著しくなり、耐久性が
低下することにつながる。Ｉｒ系金属中の炭素含有量
は、望ましくは２０ｐｐｍ以下、より望ましくは１０ｐ
ｐｍ以下、さらに望ましくは５ｐｐｍ以下とするのがよ
い。

【００１１】発火部を形成するためのチップ又はこれを
製造するためのチップ素材は、Ｉｒ系金属の原料を溶解
・凝固することにより製造される溶解材としてもよい
し、Ｉｒ系金属を主体とする原料粉末を所定の形状に成
形後これを焼結して得られる焼結材としてもよい。チッ
プ素材は、所定の加工を施すことにより、これをチップ
となすことができる。ここでいう「加工」とは、圧延、
鍛造、線引き（伸線）、切削、切断（放電加工を含む）
及び打抜きの少なくともいずれかを単独で、又は複数を
組み合わせてなされるものを意味するものとする。この
場合、圧延、鍛造、あるいは打抜き等の加工は、合金を
所定の温度に昇温して行ういわゆる熱間加工（あるいは
温間加工）により行うことができる。その加工温度は合
金組成にもよるが、例えば７００℃以上とするのがよ
い。例えば溶解材を熱間圧延により板状に加工し、さら
にその板材を熱間打抜き加工により所定の形状に打ち抜
いてチップを形成するようにすれば、チップの製造効率
が著しく改善され、チップの製造単価を大幅に低減する
ことができる。なお、溶解合金を熱間圧延又は熱間鍛造
により線状あるいはロッド状に加工した後、これを長さ
方向に所定長に切断してチップを形成する方法も可能で
ある。

【００１２】チップ又は該チップを製造するためのチッ
プ素材は、その炭素含有量を小さくする方法として、不
純物炭素含有量の極力小さいものを使用することが当然
に考えられる。しかしながら、高純度の原料は高価であ
り、また、溶解時における坩堝等の炭素源などから不可
避的に混入する炭素により、汚染される可能性がある場
合には、たとえ高純度の原料を使用しても炭素含有量レ
ベルを所期の値にまで低減できない可能性もある。

【００１３】そこで、チップ又は該チップを製造するた
めのチップ素材の炭素含有量が、意に反して４０ｐｐｍ
を超える値にまで高くなってしまった場合は、溶接に先
立って減圧雰囲気又は水素雰囲気にてこれを脱炭素熱処
理することが、そのＩｒ系金属中の炭素成分を除去ない
し減少させる上で非常に有効である。また、溶解材の場
合は、溶湯を水素（あるいは水素とアルゴン等の不活性
ガスとからなる水素含有ガス）中にて保持したり、水素
又は水素含有ガスを溶湯中に吹き込んだりする方法も有
効である。

【００１４】一方、焼結材においては、例えば成形体を
製造するための、Ｉｒ系金属の原料粉末中の炭素含有量
レベルが高い場合、その成型前に上記の原料粉末を、炭
素成分除去のために、減圧雰囲気又は水素雰囲気にて粉
末脱炭素熱処理することができる。また、焼結材を使用
する場合は、その焼結を、減圧雰囲気又は水素雰囲気に
てＩｒ系金属の脱炭素処理を兼ねた焼結処理（以下、脱
炭素焼結処理という）とすることもできる。なお、粉末
脱炭素熱処理あるいは脱炭素焼結処理終了時に、原料粉
末中の炭素含有量レベルが４０ｐｐｍ以下となっていて
もよいし、仮にこの段階で４０ｐｐｍを超えている場合
でも、その後、前述の脱炭素熱処理を施して、最終的に
得られるチップあるいはチップ素材の炭素含有量レベル
を４０ｐｐｍ以下とすればよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明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、先端に形成された貴金属発火部（以下、
単に発火部ともいう）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。

【００１６】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。

【００１７】中心電極３及び接地電極４のチップ被固着
面形成部位、この実施例では少なくともその表層部がＮ
ｉ又はＦｅを主成分とする耐熱合金にて構成されている
（なお、本明細書において「主成分」とは、最も重量含
有率の高い成分を意味し、必ずしも「５０重量％以上を
占める成分」を意味するものではない）。Ｎｉ又はＦｅ
を主成分とする耐熱合金としては、次のようものが使用
可能である。Ｎｉ基耐熱合金：本明細書では、Ｎｉを４０〜８５重
量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ
ｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＦｅの１種又は２種以上からなる耐
熱合金を総称する。具体的には、次のようなものが使用
できる（いずれも商品名；なお、合金組成については、
文献（改訂３版金属データブック（丸善）；ｐ１３８）
に記載されているので、詳細な説明は行わない）：ASTR
OLOY、CABOT 214、D-979、HASTELLOY C22、HASTELLOY C
276、HASTELLOY G30、HASTELLOY S、HASTELLOY X、HAYN
ES 230、INCONEL 587、INCONEL 597、INCONEL 600、INC
ONEL 601、INCONEL 617、INCONEL 625、INCONEL 706、I
NCONEL 718、INCONEL X750、KSN、M-252、NIMONIC 75、
NIMONIC 80A、NIMONIC 90、NIMONIC 105、NIMONIC 11
5、NIMONIC 263、NIMONIC 942、NIMONIC PE11、NIMONIC
PE16、NIMONIC PK33、PYROMET 860、RENE 41、RENE 9
5、SSS 113MA、UDIMET 400、UDIMET 500、UDIMET 520、
UDIMET 630、UDIMET 700、UDIMET 710、UDIMET 720、UN
ITEP AF2-1 DA6、WASPALOY。

【００１８】Ｆｅ基耐熱合金：本明細書では、Ｆｅを
２０〜６０重量％含有し、残部の主体が、Ｃｒ、Ｃｏ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｉの１種又は２種以
上からなる耐熱合金を総称する。具体的には、次のよう
なものが使用できる（いずれも商品名；なお、合金組成
については、文献（改訂３版金属データブック（丸
善）、ｐ１３８）に記載されているので、詳細な説明は
行わない）；A-286、ALLOY 901、DISCALOY、HAYNES 55
6、INCOLOY 800、INCOLOY 801、INCOLOY 802、INCOLOY
807、INCOLOY 825、INCOLOY 903、INCOLOY 907、INCOLO
Y 909、N-155、PYROMET CTX-1、PYROMET CTX-3、S-59
0、V-57、PYROMET CTX-1、16-25-6、17-14CuMo、19-9D
L、20-Cb3。

【００１９】一方、上記発火部３１及び対向する発火部
３２は、Ｉｒを主成分とする金属（Ｉｒ系金属）を主体
に構成されている。該Ｉｒ系金属からなる発火部３１，
３２は、いずれもその炭素含有量が、重量含有率にて４
０ｐｐｍ以下、望ましくは２０ｐｐｍ以下、より望まし
くは１０ｐｐｍ以下、さらに望ましくは５ｐｐｍ以下と
されている。これにより、中心電極３の温度が上昇しや
すい環境下においても、発火部３１，３２の耐消耗性を
良好なものとすることができ、かつＩｒ成分の酸化・揮
発により減耗が極めて効果的に抑制される。また、上記
のような耐熱合金に対する溶接性も良好である。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
と、発火部を有さない接地電極４の側面との間、又は対
向する発火部３２と、発火部を有さない中心電極３の先
端面との間で火花放電ギャップｇが形成されることとな
る。また、接地電極４側の、対向する発火部３２は、例
えばＰｔを主体とする貴金属など、Ｉｒ系金属以外の貴
金属にて構成してもよい。

【００２０】発火部３１，３２を構成するＩｒ系金属に
は、添加金属元素成分としてＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、
Ｎｂ及びＨｆの少なくとも１種を含有させることができ
る。これにより、発火部３１，３２の高温での耐酸化消
耗性がさらに改善される。ただし、本発明においては、
発火部３１，３２を構成するＩｒ系金属中の炭素含有量
を前述のレベルにまで低減することによる酸化消耗抑制
の効果が大きいため、添加金属元素成分の含有量をそれ
ほど増加させなくとも、発火部の酸化・揮発抑制は相当
顕著となる。このことは、添加金属元素成分が、例え
ば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ等、高価な貴金属である場
合に、その添加量を削減できる点において有利である。
この観点においては、Ｉｒ系金属は、Ｉｒの含有量を８
５重量％以上とし、残部を実質的に上記の添加金属元素
成分とすることが望ましい。

【００２１】発火部３１，３２を構成するＩｒ系金属と
しては、例えば次のようなものを使用できる。（１）Ｉｒを主体としてＲｈを１〜５０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。

【００２２】上記合金中のＲｈの含有量が１重量％未満
になると、Ｒｈ添加によるＩｒの酸化・揮発の抑制効果
が顕著でなくなる。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。

【００２３】ここで、合金中のＲｈの含有量は上記範囲
内において多くなるほど、発火部３１，３２の酸化・揮
発抑制効果は高められる。この観点において、酸化・揮
発抑制効果が最も顕著となるのは、Ｒｈ含有量が７〜３
０重量％、より望ましくは１５〜２５重量％、最も望ま
しくは１８〜２２重量％においてである。しかしなが
ら、本発明においては、発火部３１，３２を構成するＩ
ｒ系金属中の炭素含有量を前述のレベルにまで低減する
ことによる酸化消耗抑制効果が大きいため、Ｒｈの含有
量が比較的小さくとも、Ｉｒ系金属により発火部を構成
した従来のスパークプラグと比較して遜色ない、あるい
はそれ以上の酸化・揮発効果が達成される。その結果、
高価なＲｈの含有量を削減しつつも、発火部３１あるい
は３２の耐酸化消耗性をに優れたスパークプラグが実現
可能となる。例えば、前述のようにＩｒ系金属中のＩｒ
の含有量を８５重量％以上となす場合、Ｒｈの含有量
は、望ましくは１〜１５重量％、さらに望ましくは３〜
１０重量％の範囲にて調整することが望ましい。

【００２４】（２）Ｉｒを主体としてＰｔを１〜５０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。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
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。例えば、前述のようにＩｒ系
金属中のＩｒの含有量を８５重量％以上となす場合、Ｐ
ｔの含有量は、望ましくは１〜１５重量％、さらに望ま
しくは３〜１０重量％の範囲にて調整することが望まし
い。

【００２５】（３）Ｉｒを主成分とし、Ｎｂを０．５重
量％以上含有する合金を使用する。該合金を使用するこ
とにより、高温での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、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。合金中のＮｂの含有量
が０．５重量％未満になると、Ｎｂ添加によるＩｒの酸
化・揮発の抑制効果が顕著でなくなる。Ｎｂの含有量
は、望ましくは１重量％以上、さらに望ましくは５重量
％以上とするのがよい。

【００２６】この場合、さらに望ましくは、ＮｂをＩｒ
に対する固溶限以下の範囲で含有する合金を使用するの
がよい。ＮｂがＩｒに対する固溶限を超えて含有された
場合、Ｉｒ_３Ｎｂ等の脆弱な金属間化合物が形成され、
発火部の耐久性や耐衝撃性に問題を生ずる場合がある。
例えば、室温におけるＮｂのＩｒに対する固溶限は約６
重量％であることから、Ｎｂを単独含有させる場合に
は、それぞれ上記値よりも小さい含有量に設定すること
が望ましいといえる。ただし、上記金属間化合物の形成
量が一定以下で、発火部の耐久性等に及ぼす影響が小さ
い場合には、Ｎｂの含有量が上記固溶限を多少超えた値
となっていても差しつかえない。以上から、例えばＮｂ
を単独で含有させる場合、その含有量を７重量％以下、
望ましくは６重量％以下とするのがよい。

【００２７】（４）Ｉｒを主体としてＲｈを０．１〜３
０重量％の範囲で含有し、さらにＲｕ及びＲｅの少なく
ともいずれかを合計で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３０重量％を超えると、Ｒｅ
ないし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。

【００２８】一方、ＲｕないしＲｅの合計含有量が０．
１重量％未満になると、これら元素の添加による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ないしＲｅの合計含有量が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及びＲ
ｅの合計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。なお、Ｒｕ及びＲｅはいず
れか一方のみを単独で添加しても、両者を複合して添加
してもいずれでもよい。

【００２９】ＲｕないしＲｅ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、例えばこれら成分の添加により、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ないしＲｅ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，Ｒｅ）−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，Ｒｅ）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。

【００３０】なお、ＲｕないしＲｅの合計含有量が増え
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１
７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り返し加わる
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。

【００３１】また、Ｒｕ及び／又はＲｅ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及び／又はＲｅ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０．
１〜３重量％、より望ましくは０．１〜１重量％となっ
ているのがよい。

【００３２】（５）Ｉｒを主体としてＰｔ、Ｒｅ及びＰ
ｄの少なくともいずれかを合計で１〜３０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。Ｉｒを主体として上記範囲のＰｔ、
ＲｅないしＰｄを含有する合金により構成することで、
高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による消耗が効果的に抑
制さるとともに、合金がさらに上記範囲のＲｈを含有す
ることにより、その加工性が劇的に改善される。チップ
としては、原料を所定の組成となるように配合・溶解し
て得られる溶解合金に対し所定の加工を施して形成され
たものが使用できる。なお、ここでいう「加工」とは、
圧延、鍛造、切削、切断及び打抜きの少なくともいずれ
かを単独で、又は複数を組み合わせてなされるものを意
味するものとする。

【００３３】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、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。特
に、Ｐｄ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。

【００３４】ＰｔないしＰｄの合計含有量が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、チップ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３０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（例
えばＰｄ単独添加の場合）、あるいは高価なＰｔないし
Ｐｄ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、チップ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ないしＰｄ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。

【００３５】以下、本発明のスパークプラグの製造方法
の実施例について説明する。すなわち、図９に示すよう
に、中心電極３の先端面３ｓに上記発火部３１(図１)を
構成する合金組成からなる円板状のチップ３１’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
により全周レーザー溶接部（以下、単に溶接部ともい
う）１０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（図１）
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３２’（図１２）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２０を形成してこれを固着する
ことにより形成される。

【００３６】これらチップ３１’，３２’（以下、チッ
プ３１，３２を総称する場合は、符号「１５０」を用い
る場合がある）は、所定の組成となるように各合金成分
を配合・溶解することにより得られる溶解材を、例えば
熱間圧延により板材に加工し、その板材を熱間打抜き加
工により所定のチップ形状に打ち抜いて形成したもの
や、合金を熱間圧延、熱間鍛造あるいは熱間伸線により
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ものを使用できる。ま
た、アトマイズ法等により球状に成形したものも使用で
きる。上記チップ１５０は、例えば直径ｄcが０．４〜
１．２ｍｍ、厚さｔcが０．５〜１．５ｍｍのものを使
用する。結果として、例えば図７（ａ）に示すように、
発火部３１の外径Ｄも同様の寸法を有するものとなる。

【００３７】図３に示すように、チップ１５０あるいは
チップ１５０を製造するためのチップ素材３００あるい
は２１０等は、溶接に先立って減圧雰囲気又は水素雰囲
気にて脱炭素熱処理することが、これを構成するＩｒ系
金属中の炭素成分を除去する上で有効である。図３
（ａ）は、板材３００を、同（ｂ）はロッド状素材２１
０、さらに同（ｃ）は、チップ１５０に加工した状態に
て、熱処理炉ＦＫ内にて脱炭素熱処理する例を示してい
る。

【００３８】この脱炭素熱処理の望ましい条件は、以下
の通りである。まず、脱炭素熱処理の雰囲気は、酸素分
圧が２．７×１０^−２Ｐａ以下の減圧雰囲気、又は酸素
分圧が２．７×１０^−２Ｐａ以下であって水素分圧が５
×１０^４Ｐａ以上の水素雰囲気とすることが望ましい。
減圧雰囲気中にて行う場合、酸素分圧が２７×１０^３Ｐ
ａを超えると、Ｉｒ系金属中のＩｒ成分が酸化・揮発等
により目減りしてしまう恐れがある。該酸素分圧は、よ
り望ましくは１．４×１０^−２Ｐａ以下とするのがよ
い。

【００３９】また、脱炭素効果は、水素雰囲気中での脱
炭素熱処理においてより顕著である。雰囲気ガスとして
は、水素ガス、あるいは水素とアルゴン等の不活性ガス
とからなる水素含有ガスを使用できる。ただし、雰囲気
ガス中の水素分圧が５×１０ ^４Ｐａ未満では、十分な脱
炭素効果が期待できない。また、水素分圧が１.２×１
０^５Ｐａを超えると設備を含めて処理コストの高騰を招
くことがある。なお、水素分圧はより望ましくは大気圧
よりも高く設定するのがよい。このようにすると、炉内
の水素は必ず炉外へ漏れ出す方向に流れることから、処
理進行に伴う炉内雰囲気の変動を抑制することができ
る。

【００４０】次に、脱炭素熱処理の温度は、１２００〜
２０００℃の範囲にて調整するのがよい。温度が１２０
０℃未満では、十分な脱炭素効果が達成できなくなる。
他方、温度が２０００℃を超えると、Ｉｒ系金属の軟化
あるいは溶融が避けがたくなり、処理中のチップあるい
はチップ素材の溶着や変形を招く。脱炭素熱処理の温度
は、より望ましくは、１４００〜１９５０℃の範囲にて
調整するのがよい。

【００４１】また、チップ又はチップ素材中のＩｒ系金
属からの脱炭素は、脱炭素熱処理の保持時間とともに進
行する。従って、最終的に４０ｐｐｍ以下の炭素含有量
となるように、その保持時間は十分に長く設定する必要
がある。しかしながら、その必要十分な熱処理保持時間
は、脱炭素熱処理温度及びその雰囲気によって相違する
ほか、脱炭素熱処理前の炭素含有量レベルによっても異
なってくる。当然に、熱処理前にて炭素含有量レベルの
高いものは熱処理保持時間も長く設定する必要が生ず
る。しかしながら、１つの目安として、上記のレベルま
で炭素含有量を減少させるには、最低でも１時間程度は
脱炭素熱処理の温度の保持することが望ましいといえ
る。また、熱処理温度が低い場合は、脱炭素速度は小さ
くなり、逆に高い場合は脱炭素速度が大きくなる。従っ
て、同じ量の脱炭素を行う場合は、熱処理温度が高いほ
ど、脱炭素処理の時間も短くすることができる。この場
合、脱炭素熱処理の温度をＴC（℃）、熱処理保持時間
をｔh（時間）とすれば、ＴC≧１２００であって、ＴC
×ｔhが１９５０以上確保されていることが、上記のレ
ベルまで炭素含有量を減少させる上で望ましいといえ
る。

【００４２】また、チップ又はチップ素材の炭素含有量
は、脱炭素熱処理前にて１２０ｐｐｍ以下であることが
望ましい。脱炭素熱処理前にて、チップ又はチップ素材
の炭素含有量が１２０ｐｐｍを超えていると、脱炭素熱
処理の保持時間を相当長時間に設定しても、最終的に４
０ｐｐｍ以下の炭素含有量を確保することが困難な場合
がある。

【００４３】チップ又はチップ素材を上記のように脱炭
素熱処理する方法は、溶解材及び後述する焼結材のいず
れにおいても有効である。焼結材の場合、成形助剤（例
えば、結合剤あるいは潤滑剤）として各種有機添加剤を
添加することがあるが、その有機添加剤が炭素源となっ
て、得られるチップ又はチップ素材中の炭素含有量が増
大する場合がある。しかしながら、これを上記のように
脱炭素熱処理することにより、その炭素含有量を減少さ
せ、ひいては耐酸化消耗性に優れた発火部を得ることが
でる。

【００４４】次に、図４に示すように、チップ１５０
（あるいはチップ素材１３５）は、Ｉｒ系金属を主体と
する原料粉末を所定の形状に成形後これを焼結して得ら
れる焼結材としてもよい。図４（ａ）では、まず、Ｉｒ
系金属粉末を主体とする原料粉末Ｐをプレス等により成
型して成形体１４０となし、（ｂ）に示すようにこれを
焼結炉ＦＳ内にて焼結して、チップ１５０とする例を示
している。また、図４（ｃ）に示すように、ロッド状の
粉末成形体１３０を作り、これを焼結してロッド状の焼
結素材１３５を作り、さらに（ｄ）に示すようにこれを
所定長さに切断してチップ１５０とすることもできる。
いずれの場合も、成型前の段階で原料粉末Ｐに対し、減
圧雰囲気又は水素雰囲気にて粉末脱炭素熱処理を施すこ
とができるほか、焼結を減圧雰囲気又は水素雰囲気にて
行うことにより、脱炭素を図ることも可能である（脱炭
素焼結処理）。

【００４５】粉末脱炭素熱処理は、酸素分圧が２．７×
１０^−２Ｐａ以下の減圧雰囲気、又は酸素分圧が２７×
１０^３Ｐａ以下であって水素分圧が５×１０^４Ｐａ以上
の水素雰囲気にて、温度１２００〜２０００℃の範囲に
て行うことが望ましい。減圧雰囲気中にて行う場合、酸
素分圧が２．７×１０^−２Ｐａを超えると、原料粉末中
のＩｒ成分が酸化・揮発等により目減りしてしまう恐れ
がある。該酸素分圧は、より望ましくは１．４×１０
^−２Ｐａ以下とするのがよい。また、水素雰囲気中にて
行う場合は、その水素分圧が５×１０^４Ｐａ未満では、
十分な脱炭素効果が期待できない。また、水素分圧が
１.２×１０^５Ｐａを超えると設備を含めて処理コスト
の高騰を招くことがある。なお、水素分圧はより望まし
くは大気圧よりも高く設定するのがよい。このようにす
ると、炉内の水素は必ず炉外へ漏れ出す方向に流れるこ
とから、処理進行に伴う炉内雰囲気の変動を抑制するこ
とができる。また、粉末脱炭素熱処理の温度が１２００
℃未満では、十分な脱炭素効果が達成できなくなる。他
方、温度が２０００℃を超えると、Ｉｒ系金属の軟化あ
るいは溶融が避けがたくなり、粉末粒子が溶着・凝集し
て成型に使用できなくなる。粉末脱炭素熱処理の温度
は、より望ましくは、１４００〜１９００℃の範囲にて
調整するのがよい。

【００４６】また、脱炭素焼結処理は、酸素分圧が２．
７×１０^−２Ｐａ以下の減圧雰囲気、又は酸素分圧が２
７×１０^３Ｐａ以下であって水素分圧が５×１０^４Ｐａ
以上の水素雰囲気にて、温度１４００〜２０００℃の範
囲にて行うことが望ましい。減圧雰囲気中にて焼結を行
う場合、酸素分圧が２．７×１０^−２Ｐａを超えると、
原料粉末中のＩｒ成分が酸化・揮発等により目減りして
しまう恐れがある。該酸素分圧は、より望ましくは１．
４×１０^−２Ｐａ以下とするのがよい。また、水素雰囲
気中にて行う場合は、その水素分圧が５×１０^４Ｐａ未
満では、十分な脱炭素効果が期待できず、水素分圧が
１.２×１０^５Ｐａを超えると設備を含めて処理コスト
の高騰を招くことがある。なお、水素分圧はより望まし
くは大気圧よりも高く設定するのがよい。このようにす
ると、炉内の水素は必ず炉外へ漏れ出す方向に流れるこ
とから、処理進行に伴う炉内雰囲気の変動を抑制するこ
とができる。次に、脱炭素焼結処理の温度が１４００℃
未満では、焼結が不能であり、また、十分な脱炭素効果
が必ずしも達成できなくなる場合がある。他方、温度が
２０００℃を超えると、Ｉｒ系金属の軟化あるいは溶融
が避けがたくなり、得られるチップあるいはチップ素材
の溶着や変形を招く。脱炭素焼結処理の温度は、より望
ましくは、１４００〜１９５０℃の範囲にて調整するの
がよい。また、脱炭素熱処理温度での保持時間は０．５
〜５時間の範囲とするのがよい。保持時間が０．５時間
未満では十分な脱炭素効果が期待できず、５時間を超え
ると焼結時間の長大化による製造効率の低下を招く。ま
た、粉末に有機結合剤が添加されている場合に、その炭
素成分の粉末を構成するＩｒ金属中への拡散が進行し
て、金属中の炭素含有量の増大を招く場合がある。さら
に、焼結体の結晶粒子が過度にオストワルト成長して強
度不足につながることもある。

【００４７】次に、溶接方法の一例について説明する。
なお、上記の発火部３１，３２を形成するための溶接方
法は概ね同じであるので、中心電極３側の発火部３１を
中心に、以下に詳しく説明する。図９（ａ）に示すよう
に、中心電極３の先端面３ｓをチップ被固着面として、
ここにチップ３１’を重ね合わせて重ね合せ組立体７０
を作り、その重ね合せ組立体７０に対し、チップ３１’
とチップ被固着面とにまたがる全周レーザー溶接部１０
をチップ外周面に沿って形成する。このとき、レーザー
溶接の光源として、１パルス当りのエネルギーが１．５
〜６Ｊ、パルス長が１〜１０ミリ秒、パルス発生周波数
が２〜２０パルス／秒のパルス状レーザー光源（例えば
ＹＡＧレーザー光源）５０を使用する。前述の大きさの
チップ３１’を使用して上記の条件にて形成される全周
レーザー溶接部１０は、図６に示すように、チップ３
１’とチップ被固着面との重ね合わせ方向において平面
視したときの外周最大寸法ｄmaxが２．０ｍｍ未満であ
り、かつチップ３１’の厚さ方向において放電面３１ａ
に到達しないものとされる。なお、外周最大寸法ｄmax
は０．４ｍｍ以上であることが望ましい。ｄmaxが０．
４ｍｍ未満になると、レーザー光を相当に絞っても均一
な溶接部を形成することが困難になり、正常な発火部形
成に支障を来たす場合がある。

【００４８】電極素材として使用される前述の各種耐熱
合金は、８００℃における熱伝導率が概ね３０Ｗ／ｍ・
Ｋ以下と小さく、レーザー溶接時に畜熱しやすい性質が
ある。しかしながら、１パルス当りのエネルギーが１．
５〜６Ｊ、パルス長が１〜１０ミリ秒のレーザー光を使
用することにより、従来の方法と比較してはるかに大き
いパルス発生周波数である２〜２０パルス／秒を採用し
ても、均一性の高い全周溶接部１０を形成できる。具体
的には、チップのチップ被固着面への重ね合せ方向、こ
の場合、チップ３１’あるいは中心電極３の中心軸線Ｏ
の方向における、全周レーザー溶接部１０の最小幅ｌmi
nと最大幅ｌmaxとの比ｌmin／ｌmaxが０．７以上（望ま
しくは０．９以上）とすることができる。

【００４９】なお、図８（ａ）には、中心軸線Ｏと同軸
の円筒面（放電面３１ａの外径に等しい直径を有する）
にレーザー溶接部１０を投影したときの、その投影像の
展開図を示しており、上記のｌmin及びｌmaxを示してい
る。また、中心軸線Ｏの方向において、放電面３１ａの
外縁ＴＬからレーザー溶接部１０の放電面３１ａに対し
て近い側の縁までの最小距離ｈminは、ＴＬからレーザ
ー溶接部１０の放電面３１ａに対して近い側の各縁の積
分中心線ＵＣmまでの距離を平均発火部厚さｈavとし
て、ｈmin／ｈavが同様に０．７以上となっていること
が望ましい。これにより、例えばｈminとなる位置（多
くの場合、溶接部１０が最も広幅（ｌmax）となる位
置）において、貴金属発火部が少し消耗しただけで溶接
部の放電面への露出が発生し、着火ミス等を生ずる不具
合が効果的に防止される。

【００５０】また、中心電極３の先端面に固着されてい
る発火部３１は、前述の通りＩｒ系金属中の炭素含有量
レベルを低くすることにより、耐酸化消耗性が格段に向
上している。そこで、より温度上昇しやすい態様とし
て、中心電極３の軸線方向における厚さを０．４〜１．
０ｍｍ程度まで大きくしても、酸化消耗が効果的に抑制
され、ひいては発火部３１の寿命を伸ばすことができ
る。この場合、発火部３１の厚さは、図８のｈminによ
り表す。

【００５１】次に、溶接部１０は、図７（ａ）に示すよ
うに、溶接部１０の中心軸線Ｏを挟んだ両側部分が半径
方向においてつながらない場合（この場合、溶接部１０
はドーナツ状の形態を呈する）は、溶接後においてチッ
プ厚さｔcを、その軸断面から実測することが可能であ
る。しかし、同図（ｂ）に示すように、半径方向に両側
の溶接部がつながってしまう場合（溶接部１０は円板状
の形態を呈する）は、図８（ａ）に示すように、溶接部
１０の幅方向両側縁の積分中心線ＵＣm，ＬＣmの中間位
置に基準線ＣＭを設定し、その基準線ＣＭと放電面３１
ａの外縁ＴＬとの距離Ｈをチップ厚さｔcとして推定す
る。

【００５２】ここで、チップ径ｄcは、スパークプラグ
に要求される耐久性や着火性能等に応じて、０．４〜
１．２ｍｍの範囲にて適宜設定されるが、チップは一般
に高価なのでなるべくその使用量を削減するために、そ
の厚さｔcは前述の通り０．５〜１．５ｍｍと比較的小
さく設定されるのがよい。また、平均発火部厚さｈavに
ついては、０．２〜１．０ｍｍとするのがよい。この理
由としては、ｈavが０．２ｍｍ未満になると貴金属発火
部が少し消耗しただけで溶接部の放電面への露出が発生
し、スパークプラグの耐久性を低下させる場合があるか
らである。一方、ｈavが１．０ｍｍを超えると、ギャッ
プ拡大によりスパークプラグの寿命が到来したときに、
チップが相当量残留した状態にてスパークプラグが交換
されることとなるので、無駄が多くなるからである。こ
れを前提とすれば、例えば、溶接後においてもチップ厚
さｔcが確認可能な場合、平均発火部厚さｈavとチップ
厚さｔcに対する比ｈav／ｔcは、概ね０．１３〜２．０
となっていることが望ましいといえる。ただし、図８
（ｂ）に示すように、チップ３１’の放電面と反対側の
縁が、溶接部１０よりも基端側に突出して位置するよう
な場合にあっては、ｈav／ｔcが０．２〜１．０となっ
ていても、寿命到来とは無関係に、その突出部分が全て
無駄になってしまう問題を生ずることとなる。

【００５３】一方、チップの中心電極からの耐剥離性を
向上させるために、ＵＣmとＬＣmとの距離を平均溶接部
幅ｌavとして、該ｌavを０．４ｍｍ以上とすることが望
ましい。また、同様の観点において、図８（ｃ）に示す
ように溶接部の中心軸線を挟んだ両側部分が半径方向に
おいてつながらない場合は、ｔc−ｈavが０．２ｍｍ以
上となっていることが望ましい。他方、図８（ｄ）に示
すように、半径方向の両側部分がつながってしまう場合
には、中心電極３の軸線方向において、放電面３１ａか
ら、溶接部１０と発火部３１との接合面上において溶接
部１０が最も薄肉となる位置までの寸法をｔc2、同じく
溶接部１０と中心電極３との接合面上において溶接部１
０が最も薄肉となる位置までの寸法をｔc3として、ｔc3
−ｔc2が０．２ｍｍ以上となっていることが望ましい。

【００５４】夲実施例のように、チップ３１’が円板状
に形成されている場合、図９（ｂ）に示すように、該チ
ップ３１と中心電極３との重ね合せ組立体７０を、レー
ザー光源５０に対しチップ中心軸線Ｏの周りにおいて相
対的に回転させながら、チップ外周面に向けてパルス状
レーザー光ＬＢを照射する方法が、上記のような全周レ
ーザー溶接部を均一に形成する方法として合理的であ
る。この場合、組立体７０又はレーザー光源５０の一方
のみを回転させるようにしてもよいし、双方ともに（例
えば互いに逆方向に）回転させることも可能である。

【００５５】この場合、その回転速度は以下のように調
整することが望ましい。まず、重ね合せ組立体７０とレ
ーザー光源５０との相対回転速度は、レーザー光源５０
を１つのみ使用する場合は、１０ｒｐｍ以上（望ましく
は１２ｒｐｍ以上）とするのがよい。全周溶接を行うた
めには、組立体７０とレーザー光源５０とを最低１周分
は相対回転させなければならないが、その相対回転速度
が１０ｒｐｍ未満になると、１周分の溶接時間ひいては
１個のスパークプラグを製造するためのピースタイムが
長くなり、従来方法に対して必ずしも優位性を生ずるも
のとはならなくなる場合がある。

【００５６】一方、相対回転速度の上限値であるが、重
ね合せ組立体７０を回転させる場合は、溶接時に生ずる
溶融金属の遠心力による変形や飛散を防止するために、
最大でも２４０ｒｐｍ（秒速４回転）程度に留めるのが
よい。他方、溶接部１０に付加される遠心力は、外周最
大寸法ｄmaxに略比例して大きくなり、回転角速度に対
してはその２乗に略比例して大きくなると考えられるの
で、これを考慮した場合、重ね合せ組立体７０の回転速
度は、Ｖmax＝５π（２／ｄmax）１／２（単位：ラジアン／秒）‥‥ で定まる値Ｖmax未満に設定することが望ましい（ただ
し、ｄmaxの単位はｍｍ）。

【００５７】上記式によれば、ｄmaxが小さくなるほ
どＶmaxは大きく取れることになる。例えば、ｄmax＝
２．０ｍｍとすればＶmaxはおよそ１５０ｒｐｍとなる
が、ｄmax＝１．５ｍｍではＶmax＝１７３ｒｐｍであ
り、ｄmax＝０．７ｍｍではＶmax＝２５３ｒｐｍであ
る。また、組立体７０とレーザー光源５０との双方を回
転させて、所期の相対回転数を形成する場合、中心電極
側の回転速度を増やすことができれば、その分、若干複
雑にならざるを得ないレーザー光源５０側の機構の回転
速度を減ずる（あるいは非回転とする）ことができ、ひ
いてはレーザー光源５０側の機構単純化あるいは回転負
担軽減を行うことが可能となる。

【００５８】なお、式によれば、概ねｄmax ＜０．７
８ｍｍでは、Ｖmaxは前記した望ましい上限値である２
４０ｒｐｍよりも大きくなる。ただし、本発明者の検討
によれば、上記のような小径のチップの場合でも、１パ
ルス当り１．５〜６Ｊのエネルギーのレーザー光を用い
て周方向に完全に連なる溶接部１０を形成するには、１
周に対して最低でも５つ分のパルス溶接ビードを形成し
なければならない。２４０ｒｐｍは秒速４回転であり、
前記したパルス発生周波数の上限値である２０パルス／
秒を用いても、１秒当りに５パルスがやっと打てる程度
である。従って、これよりも回転速度が大きくなると、
溶接ビード１０ｄが周方向に間欠形成される形となり、
１回転の間に周方向に連なるパルス溶接ビードを形成完
了できなくなる場合がある。従って、式の観点からは
２４０ｒｐｍを超える回転速度が可能であっても、やは
り２４０ｒｐｍ程度に回転速度を留めておいたほうが有
利であるともいえる。ただし、２回転目以降の溶接を行
うことが許される場合は、溶接ビード１０ｄの形成角度
位相をずらせることにより、周方向に連なる溶接部１０
を形成することができる。

【００５９】他方、レーザー光源５０の側を回転させる
場合には、レーザー光線の照射位置ブレ等の発生を抑制
するために、その回転速度を９０ｒｐｍ以下に設定する
のがよい。

【００６０】なお、チップ３１’の厚さｔcが上記のよ
うに小さい場合、放電面３１ａにかからないように溶接
部１０を形成するために、パルス状レーザー光ＬＢを斜
め上方から照射することが有効である。具体的には、図
９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、レーザー光ＬＢのス
ポット内にチップ被固着面（この場合、中心電極３の先
端面）とチップ外周面との交差縁Ｑが入り、かつチップ
被固着面に対する照射角度θが０゜〜６０゜の範囲（例
えば４５゜）となるように重ね合せ組立体７０にパルス
状レーザー光ＬＢを照射することが望ましい。

【００６１】チップ３１’のチップ被固着面に対する位
置決め固定を行いやすくするために、図９（ｄ）に示す
ように、チップ外形形状に対応した位置決め用凹部３ａ
をチップ被固着面に形成し、その位置決め用凹部３ａ内
にチップ３１’を嵌め込んで重ね合せ組立体７０を作る
こともできる。この場合、溶接接合を確実に行うには、
その凹部３ａの開口周縁とチップ外周面との交差縁Ｑに
向けてパルス状レーザー光ＬＢを照射するのがよい。

【００６２】次に、脱炭素熱処理のために、高温に長時
間保持したＩｒ系金属のチップあるいはチップ素材は、
結晶成長が進行して結晶粒が粗大化していることが多
い。この場合、結晶粒が粗大化し過ぎていると、急加熱
・急冷却が繰り返されるレーザー溶接により、例えば図
９に示すように、チップ３１’を接合して発火部３１を
形成する際に、粒界割れ等によりチップ３１’が破壊し
てしまう場合がある。従って、これを考慮して、発火部
３１（ひいてはチップ３１’）を構成するＩｒ系金属の
平均粒径は１００μｍ以下としておくことが望ましい。
なお、５μｍ未満の平均粒径は、製造工程上の制約から
実現困難か、あるいは実現できても極めて高コストとな
るため現実的でないことが多い。なお、本明細書におい
ては、材料の研磨表面上で観察される結晶粒の外形線に
対し、その外形線と接しかつ結晶粒内を横切らないよう
に２本の平行線を、その結晶粒との位置関係を変えなが
ら各種引いたときの、上記平行線間の距離の最大値とし
て定義し、平均粒径とは、そうして求めた多数の結晶粒
の粒径の平均値を意味するものとする。

【００６３】なお、結晶粒微細化のための具体的な手法
としては、脱炭素熱処理後のチップ又はチップ素材を、
加工及び熱処理する方法がある。例えば、板材の場合
は、最終的に所望する寸法（例えば板厚ｔF）よりも若
干大きい寸法（板厚ｔP）まで圧延等により加工し、次
いで脱炭素熱処理を行う。これにより、結晶粒は粗大化
するが、これを再び熱間加工すること、例えば、図５に
示すように熱間圧延することにより、いわゆる動的再結
晶現象を利用して結晶粒の微細化を図ることができる。
この加工により、最終的に所望する寸法（例えば板厚ｔ
F）が得られるようにしておけば、さらに能率的であ
る。他方、冷間あるいは温間加工によりチップ又はチッ
プ素材内に欠陥を導入し、これを焼鈍することにより回
復・再結晶させて結晶粒の微細化を図るようにしてもよ
い。

【００６４】また、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（Ｔ
ｉ、Ｚｒ、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、酸化物粒子が結晶粒界をピ
ンニングすることから、脱炭素熱処理時（あるいは脱炭
素焼結処理時）の結晶粒成長が抑制され、上記したよう
な結晶粒の粗大化を防止することができる。また、添加
金属元素成分、特にＩｒ、Ｒｕ、Ｒｅ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
結晶粒粗大化抑制効果あるいは添加金属元素成分の酸化
・揮発防止効果が十分に期待できなくなる場合がある。
一方、酸化物の含有量が１５重量％を超えると、チップ
の耐熱衝撃性が却って損なわれてしまうことがある。な
お、上記酸化物としては、Ｙ_２Ｏ_３が好適に使用される
が、このほかにもＬａ_２Ｏ_３、ＴｈＯ_２、ＺｒＯ_２等を
好ましく使用することができる。なお、酸化物以外にも
炭化物、窒化物及びホウ化物等の無機物質粒子を含有さ
せることもできるが、この場合、無機物質粒子のマトリ
ックスをなすＩｒ系金属相中の炭素含有量が４０ｐｐｍ
以下になっている必要がある。

【００６５】次に、発火部３１，３２を構成するＩｒ系
金属において、その添加金属元素成分の濃度分布に縞状
の濃淡を生じている場合、図２（ｂ）に示すように、そ
の濃淡縞Ｊの方向を、例えば発火部３１，３２における
電圧印加方向（すなわち放電方向）とほぼ平行となるよ
うに、当該発火部３１，３２を形成することができる
（以下、平行態様という）。これによれば、次のような
効果が達成される。縞状の濃淡分布が生ずる場合、その濃淡縞Ｊの方向に
合金結晶方位の指向性が生じやすくなる。例えば、添加
金属元素成分の濃度差の大きい領域同士は、熱膨張率に
も差があり、発火部３１，３２に冷熱サイクルが繰り返
されると、濃淡縞Ｊに沿った剥離により発火部３１，３
２の消耗が進むことがある。また、濃淡縞Ｊの境界付近
での局部的な腐食により剥離が進行することも考えられ
る。しかしながら、いずれにしろ、図２（ｄ）に示すよ
うに、この剥離は上記平行態様では濃淡縞Ｊの向きであ
る電圧印加方向、すなわち火花放電ギャップｇの間隔方
向に生ずる形になるので、残っている発火部３１，３２
の合金結晶はギャップ間隔方向の寸法を比較的維持しや
すい。従って、多少の消耗が進行しても火花放電ギャッ
プｇの間隔が変化しにくい利点がある。なお、濃淡縞Ｊ
の方向に延びる合金結晶組織が、板状ではなく繊維状を
呈していると、剥離の進行も鈍くなるので、一層有利で
あるといえる。

【００６６】接地電極側面が中心電極先端面と対向す
る、いわゆる平行型スパークプラグの場合においては、
図２（ｃ）に示すように、中心電極３の軸線方向に発火
部３１の濃淡縞Ｊの方向が一致する形となり、合金結晶
の方位もこの向きに揃いやすくなる。その結果、発火部
３１は中心電極３の軸線方向の伝熱性が良好となり、発
火部の熱引き特性改善に寄与する。また、発火部３１
は、長手方向に上記濃淡縞とともに繊維状の結晶粒が成
長したロッド状の合金（回転鍛造加工あるいは伸線加工
により容易に製造できる）を、放電加工等によりいわば
輪切りにしてチップを製造でき、例えばチップ製造時に
無駄が生じにくく、製造歩留まりを向上できる。

【００６７】他方、図２（ｃ）に示すように、上記濃淡
縞Ｊの方向を、例えば発火部３１，３２における電圧印
加方向（すなわち放電方向）とほぼ直交するように当該
発火部３１，３２を形成すすることもできる（以下、直
交態様という）。この場合、上記平行態様に特有の効果
は期待できないが、代わって発火部３１，３２の消耗自
体が抑制され、火花放電ギャップ幅の増加抑制効果がさ
らに向上する。すなわち、濃淡縞Ｊの方向が放電電圧の
印加方向とは交差する形になるので、濃淡縞Ｊの境界が
発火面３１ａにほとんど露出しなくなる。その結果、濃
淡縞境界付近の局部腐食による剥離が抑制され、発火部
３１，３２の消耗が進行しにくくなるものと推測され
る。

【００６８】

【実験例】本発明の効果を確認するために、以下の実験
を行った。（実験例１）Ｉｒ金属（炭素含有量１２０ｐｐｍ）に対
し、所定量のＰｔ金属（炭素含有量９０ｐｐｍ）を配合
・溶解することにより、Ｉｒ−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０．５mm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（加工温度１７
００℃）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。この段階でのチップの炭素含
有量は約１００ｐｐｍであった。なお、Ｉｒ金属中の炭
素含有量は、酸素気流中にて試料を燃焼させながら、そ
の燃焼ガスを赤外線吸光法にて分析することにより測定
した。分析装置は堀場製作所（株）製、ＥＭＩＡ−５１
０・５２０を用い、検量線は日本鉄鋼協会のＪＳＳ１２
０２−２の低炭素鋼標準サンプルを使用して作成した。
また、測定は、チップ試料の加熱時の酸化を防止するた
めに、Ｓｎカプセルに封入した状態で行った（チップ重
量約０．４ｇに対し、カプセル重量約１ｇ）。なお、Ｓ
ｎカプセルは、炭素含有量が１６ｐｐｍ以下であること
が予め判明しているものを使用した。

【００６９】続いて、上記のチップを各種条件にて脱炭
素熱処理し、熱処理後のチップ中の炭素含有量を上記と
同様の方法により分析した。図１０は、熱処理温度を１
０４０〜２１００℃の範囲内で各種設定し、熱処理時間
は１〜５時間の範囲内にて各種設定した。また、熱処理
は、炉内を真空度７．０×１０^−３Ｐａまで排気した
後、水素ガス（純度９９．９９％）を導入し、その流量
調整により水素ガス分圧を大気圧（１．０６×１０^５Ｐ
ａ）に調整して行った。結果を図１０に示す。

【００７０】すなわち、熱処理温度ＴC（℃）が高温に
なるほど、また、熱処理時間ｔh（時間）が長くなるほ
ど炭素含有量が減少しており、特にＴC×ｔhが１９５０
以上を満足する条件にて、炭素含有量が１０ｐｐｍ以下
まで減少していることがわかる。なお、熱処理温度ＴC
が２０００℃を超える条件では、チップの変形が生じて
いた。

【００７１】上記の各種処理後のチップを、大気中にて
１０５０℃で２０時間保持した後、各試験片の重量減少
を測定することにより、耐酸化性の評価を行った。その
結果を図１１に示す。すなわち、脱炭素熱処理の条件調
整により炭素含有量を４０ｐｐｍ以下としたチップは、
耐酸化性が格段に向上しており、特に炭素含有量が２０
ｐｐｍ以下あるいは１０ｐｐｍ以下では極めて良好な結
果が得られていることがわかる。

【００７２】次に、図１２は、熱処理温度を１８００℃
に、熱処理時間を５時間に固定設定するとともに、炉内
の真空度を調整することにより、マスフローメーターで
測定した酸素分圧が０．７〜２７×１０^−２Ｐａに調整
し、さらに水素ガスを導入して水素ガス分圧を大気圧と
した場合と、同じく水素ガスを導入しなかった場合と
で、それぞれ脱炭素熱処理した場合の結果を示す。図中
のグラフは、上記と同様の方法により行った耐酸化性の
評価結果であり、表は、熱処理後におけるチップ中の炭
素含有量の分析値を示している。水素を導入した場合の
方が酸素分圧を若干高くしても脱炭素がよく進行してお
り、最終的な到達炭素含有量レベルも低くなっている。
また、これに対応して耐酸化性も、到達炭素含有量レベ
ルが低いほど良好となっていることがわかる。

【００７３】（実験例２）Ｉｒ金属（炭素含有量１２０
ｐｐｍ）に対し、所定量のＰｔ金属（炭素含有量９０ｐ
ｐｍ）又はＲｈ金属（炭素含有量８０ｐｐｍ）を配合・
溶解することにより、Ｉｒ−５重量％Ｐｔ、Ｉｒ−１０
重量％Ｒｈ及びＩｒ−２０重量％Ｒｈの組成を有する合
金を作製した。なお、得られるインゴット中の炭素含有
量が各種値となるように、溶解時にグラファイト粉末を
適量配合した。この合金を、実験例１と同様の条件によ
りチップに加工し（直径０．７mm、厚さ０．５mmの円板
状）、チップの炭素含有量を測定したところ、９０〜１
１０ｐｐｍの各種値となっていた。

【００７４】続いて、上記のチップを、熱処理温度を１
８００℃に固定し、熱処理時間を５時間に固定設定して
脱炭素熱処理した。なお、熱処理は、炉内を真空度１．
４×１０^−２Ｐａまで排気した後、水素ガス（純度９
９．９９％）を導入し、その流量調整により水素ガス分
圧を大気圧に調整して行った。熱処理後のチップ中の炭
素含有量を上記と同様の方法により分析したところ、含
有炭素量は０．５〜５０ｐｐｍの各種値となっていた。

【００７５】上記のチップを用いて、図１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、火花放電ギャップｇの幅が１．１mmとなるように形
成するとともに、実機による耐火花消耗性試験を行っ
た。すなわち、プラグを６気筒ガソリンエンジン（ＤＯ
ＨＣ、排気量２５００cc）に取り付け、スロットル全開
状態、エンジン回転数５５００ｒｐｍにて２００時間運
転を行ない、火花放電ギャップｇの拡大量を測定した。
図１３は、チップ中の炭素含有量に対し、耐久後のギャ
ップ増加量をプロットしたグラフである。いずれの合金
でチップを形成した場合でも、炭素含有量を４０ｐｐｍ
以下としたものでは、ギャップ増加量が小さく耐酸化性
が格段に向上しており、特に炭素含有量が２０ｐｐｍ以
下あるいは１０ｐｐｍ以下では、極めて良好な結果が得
られていることがわかる。

【００７６】（実験例３）所定量のＩｒ金属（炭素含有
量１２０ｐｐｍ）及びＰｔ金属（炭素含有量９０ｐｐ
ｍ）を配合・溶解することにより、Ｉｒ−５重量％Ｐｔ
の組成を有する母材金属合金を作製し、メノウ製のボー
ル及びポットを用いてボールミル粉砕（溶媒：エタノー
ル）することにより、平均粒径３μｍとなるように粉末
化した。これに、平均粒径７μｍのＹ_２Ｏ_３粉末を１．
７重量％配合し、さらに溶媒としての水と結合剤として
のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を加えて混合した
後、乾燥して成型用素地粉末とし、これを所定の円板形
状に成形して焼結することにより金属−酸化物複合材料
のチップを作成した。なお、焼結は、大気圧水素雰囲気
にて１９５０℃で１時間行った。また、得られた焼結材
チップの形状は直径０．７mm、厚さ０．５mmの円板状で
ある。

【００７７】このチップに対し、熱処理温度を１０００
〜２０００℃の各種値とし（常温から各熱処理温度まで
の昇温は１時間にて行った）、熱処理時間を１０時間に
固定設定するとともに、炉内の真空度を１．４×１０
^−２Ｐａに調整し、さらに水素ガスを導入して水素ガス
分圧を大気圧とした雰囲気中で脱炭素熱処理を施し、実
施例１と同様の方法により耐酸化性の評価を行った。図
１４中のグラフは、その評価結果を示すものであり、表
は、チップ中の熱処理後の炭素含有量の分析値を示して
いる。すなわち、脱炭素熱処理の条件調整により炭素含
有量を４０ｐｐｍ以下としたチップは、耐酸化性が格段
に向上しており、特に炭素含有量が２０ｐｐｍ以下ある
いは１０ｐｐｍ以下では極めて良好な結果が得られてい
ることがわかる。

【００７８】（実施例４）所定量のＩｒ金属（炭素含有
量１２０ｐｐｍ）及びＰｔ金属（炭素含有量９０ｐｐ
ｍ）を配合・溶解することにより、Ｉｒ−５重量％Ｐｔ
の組成を有する母材金属合金を作製し、メノウ製のボー
ル及びポットを用いてボールミル粉砕（溶媒：エタノー
ル）することにより、平均粒径３μｍとなるように粉末
化した。次いでこの粉末に対し、熱処理温度を４００〜
９００℃の各種値とし、熱処理時間を１０時間に固定設
定するとともに、炉内の真空度を１．４×１０^−２Ｐａ
に調整し、さらに水素ガスを導入して水素ガス分圧を大
気圧とした雰囲気中にて粉末脱炭素熱処理した。そし
て、処理後の粉末に溶媒としての水と結合剤としてのポ
リビニルアルコール（ＰＶＡ）を加えて混合した後、乾
燥して成型用素地粉末とし、これを所定の円板形状に成
形して焼結することによりＩｒ−５重量％Ｐｔの組成を
有するチップを作成した。なお、焼結は、大気圧水素雰
囲気にて１９５０℃で１時間行った。また、得られた焼
結材チップの形状は直径０．７mm、厚さ０．５mmの円板
状である。

【００７９】得られたチップに対し、実施例１と同様の
方法により耐酸化性の評価を行った。図１５中のグラフ
は、その評価結果を示すものであり、表は、チップ中の
熱処理後の炭素含有量の分析値を示している。すなわ
ち、脱炭素熱処理の条件調整により炭素含有量を４０ｐ
ｐｍ以下としたチップは、耐酸化性が格段に向上してお
り、特に炭素含有量が２０ｐｐｍ以下あるいは１０ｐｐ
ｍ以下では極めて良好な結果が得られていることがわか
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】発火部形成用のチップ又はチップ素材の脱炭素
熱処理方法の例を示す模式図。

【図４】脱炭素焼結処理を行うチップ又はチップ素材の
製造方法の例を示す模式図。

【図５】チップ素材の組織を加工熱処理により微細化す
る工程を示す模式図。

【図６】図１のスパークプラグの中心電極先端部の拡大
斜視図及び先端面側平面図。

【図７】図２の縦断面図及びその変形例の縦断面図。

【図８】全周溶接部の展開説明図。

【図９】図１のスパークプラグの中心電極側発火部の製
造工程説明図。

【図１０】実験例１において、脱炭素熱処理条件と処理
後のチップ中の炭素含有量との関係を示すグラフ。

【図１１】脱炭素熱処理条件と処理後のチップ中の炭素
含有量、及び対応する耐酸化試験の結果を示す図。

【図１２】脱炭素熱処理の雰囲気と処理後のチップ中の
炭素含有量、及び対応する耐酸化試験の結果を示す図。

【図１３】実験例２の実機耐久試験の結果を示すグラ
フ。

【図１４】実験例３において、脱炭素熱処理の雰囲気と
処理後のチップ中の炭素含有量、及び対応する耐酸化試
験の結果を示す図。

【図１５】実験例３において、粉末脱炭素熱処理の雰囲
気と処理後のチップ中の炭素含有量、及び対応する耐酸
化試験の結果を示す図。

【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３１’ チップ３２対向する発火部ｇ火花放電ギャップ

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る接地電
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を主成分とし、かつ炭素含有量が４
０ｐｐｍ以下であるＩｒ系金属又は該Ｉｒ系金属を主成
分とする複合材料により構成されることを特徴とするス
パークプラグ。
【請求項２】前記Ｉｒ系金属中の炭素含有量が２０ｐ
ｐｍ以下である請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】前記Ｉｒ系金属中の炭素含有量が１０ｐ
ｐｍ以下である請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項４】前記Ｉｒ系金属は、添加金属元素成分と
してＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ及びＨｆの少なくと
も１種を含有するものである請求項１ないし３のいずれ
かに記載のスパークプラグ。
【請求項５】前記Ｉｒ系金属は、Ｐｔを１〜５０重量
％の範囲で含有するものである請求項４記載のスパーク
プラグ。
【請求項６】前記Ｉｒ系金属は、Ｉｒの含有量が８５
重量％以上である請求項４又は５に記載のスパークプラ
グ。
【請求項７】前記Ｉｒ系金属は、Ｐｔを１〜１５重量
％の範囲にて含有する請求項６記載のスパークプラグ。
【請求項８】前記発火部は、元素周期律表の３Ａ族及
び４Ａ族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％の範囲内で含有するものであ
る請求項１ないし７のいずれかに記載のスパークプラ
グ。
【請求項９】前記発火部を構成する材料の平均粒径が
５〜１００μｍである請求項１ないし８のいずれかに記
載のスパークプラグ。
【請求項１０】中心電極と、その中心電極の先端面に
自身の側面が対向するように配置された接地電極とを備
え、火花放電ギャップに対応する位置においてそれら中
心電極と接地電極との少なくとも一方に、Ｉｒを主成分
とし、かつ炭素含有量が４０ｐｐｍ以下のＩｒ系金属又
は該Ｉｒ系金属を主成分とする複合材料からなるチップ
を溶接することにより、該チップに基づく発火部を形成
することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【請求項１１】前記溶接に先立って、前記チップ又は
該チップを製造するためのチップ素材を、前記Ｉｒ系金
属中の炭素成分を除去するために、減圧雰囲気又は水素
雰囲気にて脱炭素熱処理する請求項１０記載のスパーク
プラグの製造方法。
【請求項１２】前記脱炭素熱処理の雰囲気は、酸素分
圧が２．７×１０⁻ ^２Ｐａ以下の減圧雰囲気、又は酸素
分圧が２．７×１０^−２Ｐａ以下であって水素分圧が５
×１０^４Ｐａ以上の水素雰囲気である請求項１１記載の
スパークプラグの製造方法。
【請求項１３】前記脱炭素熱処理の温度が１２００〜
２０００℃の範囲にて調整される請求項１１又は１２に
記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項１４】前記チップ又は前記チップ素材の炭素
含有量は、前記脱炭素熱処理前にて１２０ｐｐｍ以下で
ある請求項１１ないし１３のいずれかに記載のスパーク
プラグの製造方法。
【請求項１５】前記脱炭素熱処理後の前記チップ素材
を、結晶粒微細化のために加工及び熱処理する請求項１
１ないし１４のいずれかに記載のスパークプラグの製造
方法。
【請求項１６】前記チップ素材は、前記Ｉｒ系金属の
原料を溶解・凝固することにより製造される溶解材であ
る請求項１１ないし１５のいずれかに記載のスパークプ
ラグの製造方法。
【請求項１７】前記チップ又は前記チップ素材は、Ｉ
ｒ系金属を主体とする原料粉末を所定の形状に成形後、
これを焼結して得られるものである請求項１１ないし１
６記載のスパークプラグの製造方法。
【請求項１８】前記成型前に前記原料粉末を、炭素成
分を除去するために、減圧雰囲気又は水素雰囲気にて粉
末脱炭素熱処理する請求項１７記載のスパークプラグの
製造方法。
【請求項１９】前記粉末脱炭素熱処理は、酸素分圧が
２．７×１０^−２Ｐａ以下の減圧雰囲気、又は酸素分圧
が２．７×１０^−２Ｐａ以下であって水素分圧が５×１
０^４Ｐａ以上の水素雰囲気にて、温度１２００〜２００
０℃の範囲にて行われる請求項１８記載のスパークプラ
グの製造方法。
【請求項２０】前記焼結を、酸素分圧が２．７×１０
^−２Ｐａ以下の減圧雰囲気、又は酸素分圧が２．７×１
０^−２Ｐａ以下であって水素分圧が５×１０ ^４Ｐａ以上
の水素雰囲気にて、温度１４００〜２０００℃の範囲に
て０．５〜５時間行う請求項１７ないし１９のいずれか
に記載のスパークプラグの製造方法。