JP2002260819A

JP2002260819A - スパークプラグ

Info

Publication number: JP2002260819A
Application number: JP2001056022A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷; Masayuki Segawa; 昌幸瀬川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｉｒ系合金からなる発火部の耐消耗性を向上
させたスパークプラグを提供する。【解決手段】主成分としてのＩｒと、Ｉｒに対して固
溶状態にて含有される添加元素成分を３〜１２重量％含
有するＩｒ合金を主体とする貴金属チップによりスパー
クプラグ１００の発火部３１、３２を構成する。さら
に、その発火部３１、３２は、火花放電ギャップｇに面
する端面から深さ０．１ｍｍの位置における断面を偏析
評価領域として、これを１μｍ四方の濃度評価単位領域
に分割し、各々の単位領域毎に測定した添加元素成分の
平均濃度をＣｍ1（重量％）、偏析評価領域全領域にお
ける添加元素成分の平均濃度をＣｍ2（重量％）とし
て、｜Ｃｍ1−Ｃｍ2｜／Ｃｍ2の値が０．２５以上とな
る濃度評価単位領域を単位偏析領域とする。そして、該
単位偏析領域が２００個以上隣接してなるマクロ成分偏
析部の前記断面に占める割合を、４％以下とする。

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し、特にその発火部を構成する
貴金属チップに関する。

【従来の技術】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
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、その火花消耗が進みやすくなる。そこで、発火部の
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。

【０００２】しかしながら昨今では、さらなる内燃機関
の性能向上に際して、着火性向上のために発火部（チッ
プ）の寸法を小さくする要求があり、ただでさえ発火部
にかかる熱負荷が大きい中、ますますその熱負荷を増加
させる傾向にある。そして、Ｉｒを主体とする発火部に
おいては、高速、高負荷運転時において、Ｉｒの高温酸
化揮発により消耗が急激に大きくなりやすい問題があ
る。また、このような酸化消耗を防止するために、Ｉｒ
よりも高温揮発しにくいＰｔを含有したＩｒ−Ｐｔ合金
も使用されているが、酸化揮発は軽減できるものの、Ｐ
ｔの融点がＩｒに較べて低いために、Ｐｔの含有量が増
加するに従い、耐火花消耗性が劣化する問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような問題を解
決するために、特開平１０−３２０７６号公報及び特許
２８７７０３５号公報には、発火部の耐消耗性を向上さ
せるスパークプラグの構成が開示されている。上記公報
においては、発火部の耐消耗性を向上させるための有効
な貴金属成分、あるいは該成分を含有した発火部の形状
を規定している。しかしながら、発火部の貴金属成分の
種類や含有量、あるいは発火部の形状を規定するのみで
は、耐消耗性の改善を図る上での限界が存在する。

【０００４】本発明の課題は、貴金属にて発火部を形成
したスパークプラグにおいて、発火部の耐消耗性が向上
するスパークプラグを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために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、前記中心電極と対
抗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スパークプラグであっ
て、前記発火部は、主成分としてのＩｒと、Ｉｒに対し
て固溶状態にて含有される添加元素成分を３〜１２質量
％含有するＩｒ合金を主体に構成され、かつ、前記火花
放電ギャップに面する端面から深さ０．１ｍｍの位置に
おける断面において、該断面を１μｍ四方の濃度評価単
位領域に分割し、各々の該濃度評価単位領域にて測定し
た前記添加元素成分の平均濃度をＣｍ1（質量％）と
し、前記断面の前記添加元素成分の平均濃度をＣｍ2
（質量％）として、｜Ｃｍ1−Ｃｍ2｜／Ｃｍ2の値が
０．２５以上となる濃度評価単位領域を単位偏析領域と
して、該単位偏析領域が２００個以上隣接してなるマク
ロ成分偏析部の前記断面に占める割合が、４％以下であ
ることを特徴とする。

【０００６】本発明のスパークプラグは、上記のような
Ｉｒ合金を主体とする貴金属チップを接地電極及び／又
は中心電極の火花放電ギャップを形成することになる所
定の位置に溶接等により接合することによって発火部を
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、貴金属チップのうち、接地電極及び／又は
中心電極自身を構成する電極母材成分との接合に伴う組
成変動の影響を受けていない部分（例えば、接地電極及
び／又は中心電極との間で溶接により合金化した部分を
除く残余の部分）を指すものとする。なお、本明細書に
おいて「主成分」あるいは「主体に」とは、着目してい
る物質中において、最も含有量（質量％）の高い成分
（相を含む）を意味する。

【０００７】本発明者等は、鋭意検討の結果、発火部を
構成する貴金属合金として、上記Ｉｒ合金を採用すると
ともに、このＩｒ合金にて構成された発火部の端面近傍
にて、Ｉｒに対して固溶状態にて含有される添加元素成
分の偏析を一定レベル以下に軽減することで、上記発火
部の消耗を効果的に抑制できることを見出した。具体的
には、発火部のうちで火花放電ギャップに面する端面か
ら所定距離隔てた断面を多数の微少領域に区切り、その
微小領域における添加元素成分の濃度が断面における添
加元素成分の濃度平均値から特定レベル以上にある場合
に、その特定レベル以上の微小領域が偏って（連なっ
て）位置する領域の断面に占める比率が、ある上限値を
超えないように調整されたＩｒ合金からなる発火部で
は、発火部の消耗が効果的に抑制されることが判明し
た。

【０００８】発火部の消耗は、火花放電ギャップに面す
る端面近傍における添加元素成分の偏析の割合に依存す
るため、該端面近傍のマクロ成分偏析部の割合を評価す
ることが重要である。しかしながら、発火部の端面表面
は汚れや酸化物等の変質層の影響を受けやすいため、該
端面から深さ０．１ｍｍの位置における断面を偏析評価
領域として成分偏析評価を行う。次に、その偏析評価領
域（断面）を１μｍ四方の正方形の濃度評価単位領域に
分割し、その各々の濃度評価単位領域においてＩｒ合金
に含有される添加元素成分の平均濃度Ｃｍ1を電子線プ
ローブ微少分析法（ＥＰＭＡ）等の公知の微少分析法に
より測定する。他方、偏析評価領域全領域（断面）にお
ける添加元素成分の平均濃度をＣｍ2（質量％）とし
て、各々の濃度評価単位領域において｜Ｃｍ1−Ｃｍ2｜
／Ｃｍ2を求める。そして、｜Ｃｍ1−Ｃｍ2｜／Ｃｍ2≧
０．２５となる濃度評価単位領域を単位偏析領域とし、
測定ノイズ等の影響を軽減するため、この単位偏析領域
が２００個以上隣接してなる領域を、添加元素成分がマ
クロに偏析しているマクロ成分偏析部として規定する。

【０００９】添加元素成分は、主に、Ｉｒの酸化揮発を
軽減するために含有されるが、その効果は一定の濃度範
囲において最も有効に発揮され、その濃度範囲外では、
効果が不充分であったり、却って発火部の耐消耗性を低
下させたりする。この場合、合金全体の濃度が範囲内と
なっていても、その分布を微少に調査したとき、濃度範
囲外となる偏析部が多く存在していれば、発火部全体の
耐酸化消耗性は不充分となる。また、Ｉｒ合金中の添加
元素成分がＩｒよりも融点の低い成分の場合、上記のよ
うに濃度範囲外となる偏析部が多く生じていると、発火
部の耐火花消耗性が不足しがちで、偏消耗の発生につな
がる。

【００１０】本発明においては、このようなマクロ成分
偏析部の断面（偏析評価領域）に占める割合を偏析率と
定義して、Ｉｒ合金にて構成される発火部の火花放電ギ
ャップに面する端面近傍における、該偏析率が４％以下
となるように調整する。これによって、発火部の耐消耗
性を大幅に向上させることができる。なお、このような
マクロ成分偏析部の偏析率は、少なければ少ないほどス
パークプラグの貴金属チップの耐久性が向上するように
なり、より望ましくは、該マクロ成分偏析部が存在して
いないのがよい。ここでマクロ成分偏析部が存在しない
とは、｜Ｃｍ１−Ｃｍ２｜／Ｃｍ２の値が０．２５以上
となる単位偏析領域が２００個以上連続して形成されな
いことを示す。

【００１１】また、上記のようなマクロ成分偏析部が形
成されていなくても、｜Ｃｍ１−Ｃｍ２｜／Ｃｍ２の値
が０．２５以上となる単位偏析領域が多数存在する場合
がある。本発明者等によれば、上記にて規定したマクロ
成分偏析部に加えて、このような単位偏析領域の形成も
貴金属チップの耐消耗性に少なからず影響を及ぼすこと
がわかった。すなわち、本発明においては、単位偏析領
域の前記断面に占める割合（換言すれば前記断面に対す
る単位偏析領域の累積面積の占める割合）が４％以下で
ある貴金属チップを使用することでより耐消耗性に優れ
たスパークプラグを実現できる。なお、単位偏析領域
は、より望ましくは存在していないのがよい。単位偏析
領域が存在していないとは、全ての濃度評価単位領域に
おいて｜Ｃｍ１−Ｃｍ２｜／Ｃｍ２の値が０．２５を超
えないことを意味する。これにより、貴金属チップにお
いてほとんど偏析が生じていないこととなり、より一層
良好な耐消耗性を実現することができる。

【００１２】本発明においては、Ｉｒ合金に含有される
添加元素成分はＩｒに対して固溶する成分であり、Ｉｒ
の耐酸化消耗を抑制する効果を有するものが使用され
る。具体的には、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｌ、及びＮｉか
ら選ばれる１種又は２種以上とすることができる。これ
らの添加元素成分により高温におけるＩｒの酸化揮発を
効果的に抑制するが、含有しすぎるとＩｒ合金の融点を
低下させ、発火部の耐火花消耗性を低下させる問題を生
じる。

【００１３】そこで、このような添加元素成分は、Ｉｒ
合金に対し、合計にて３〜１２質量％の範囲で含有され
る。添加元素成分の含有量が３質量％未満であるとＩｒ
の耐酸化消耗抑制効果が十分に得られなくなる。一方、
添加元素成分の含有量が１２質量％を超えると、Ｉｒ合
金の融点が低下したり、単位偏析領域が存在しやすくな
ったりする問題を生じる。

【００１４】次に発火部は、上記Ｉｒ合金に対し、Ｙ、
Ｚｒ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｗ、Ｎｉ及びＣｒから選ばれる１種
又は２種以上の酸化物、炭化物、窒化物、及びホウ化物
の１種又は２種以上を含有させたものとすることができ
る。これにより発火部の酸化揮発消耗をより効果的に抑
制することができる。また、例えば、元素周期律表の３
Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（例えば、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物、炭化物、
窒化物及びホウ化物（複合化合物を含む）の１種又は２
種以上を０．１〜１５質量％の範囲内で含有させること
ができる。これらの化合物の含有量が０．１質量％未満
では、効果が顕著でなく、１５質量％を超えると、発火
部構成材料の耐熱衝撃性が低下し、例えば、チップの形
で溶接等により電極に固着する際にクラックや、ひび割
れ等の不具合を生じる場合がある。上記化合物の中で
は、特にＹ_２Ｏ_３、及び／又はＬａ_２Ｏ_３が好適に使用
される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態について図面を用いて説明する。図１は本発明のス
パークプラグ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１００の火花放電ギャップｇ周
辺の拡大図である。本発明の一例たる抵抗体入りスパー
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の発火部３
１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と発火部
３２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。

【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１００を図示しないエンジンブロッ
クに取付けるためのねじ部７が形成されている。貫通孔
６の一方の端部側に端子電極１３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内において端子電極１３と中心電
極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体
１５の両端部は、導電性ガラスシール層１６、１７を介
して中心電極３と端子電極１３とにそれぞれ電気的に接
続されている。なお、発火部３１及び対向する発火部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、発火部３１と対向する接地電極４、又は中心電
極３と対向する発火部３２との間で火花放電ギャップｇ
が形成されることになる。

【００１７】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は例えばINCONEL 600
（英国ＩＮＣＯ社商標名）等のＮｉ合金で構成されてい
る。なお、本体部３ａ及び４ａはＦｅを主成分とする合
金にて構成されていてもよい。一方、上記発火部３１及
び対向する発火部３２は、Ｉｒを主成分として、Ｐｔ、
Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｌ及びＮｉから選ばれる１種又は２種以
上の添加元素成分を３〜１２質量％の範囲にて固溶状態
で含有するＩｒ合金により構成されている。また、上記
Ｉｒ合金に対し、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｗ、Ｎｉ及び
Ｃｒから選ばれる１種又は２種以上の酸化物、炭化物、
窒化物、及びホウ化物の１種又は２種以上（例えば、Ｙ
_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３の少なくとも一方）を含有させるこ
ともできる。

【００１８】発火部３１、３２は同組織の貴金属チップ
を溶接部Ｗを介して中心電極３及び接地電極４に固着す
ることにより形成する。上記貴金属チップは例えば次の
ようにして製造することができる。すなわち、主成分と
なるＩｒ金属に対して添加元素成分金属を所定の比率で
配合して原料金属を調製し、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、アーク溶
解等が使用される。図３にアーク溶解によるＩｒ合金の
溶解工程を示す。図３（ａ）に示すように、水冷ハース
６２上に原料金属６０を配置し、アーク電極６３に電圧
を印加して、発生したアークＰを原料金属６０に当て
る。すると、図３（ｂ）に示すように、原料金属６０は
アークＰによって溶解し、合金インゴット２００（図３
（ｃ））となる。そして、このような溶解を合金インゴ
ット２００に対して上下を反転させながら何度か繰り返
し行うことで、得られる貴金属チップ１６０（図４参
照）にて後述するマクロ成分偏析部の低減が図れ、ひい
ては、後述する｜Ｃｍ１−Ｃｍ２｜／Ｃｍ２の値が０．
２５以上となる単位偏析領域の形成をも抑制することが
可能となる。また、マクロ成分偏析部を可及的になくす
ためには、得られた合金インゴット２００を融点直下に
て均質化焼鈍するのがよい。これによりマクロ成分偏析
部が無くなって、より耐消耗性に優れた貴金属チップを
得ることが可能となる。なお、各原料金属６０を溶解す
る方法としては、上記のようなアーク溶解法を用いるよ
うにしてもよいし、他の溶解方法、例えばプラズマビー
ム溶解や高周波誘導溶解等の方法により行ってもよい。
また、合金溶液を水冷鋳型等にて鋳造、急冷させてイン
ゴットとすれば、マクロ成分偏析部をさらに少なくする
ことができる。

【００１９】また、アーク溶解のように部分的に溶解を
繰り返して合金インゴット２００とする場合には、一旦
得られた合金インゴット２００に熱間加工を加えたり、
一度破砕を加えたりしてから再溶解すると得られる貴金
属チップにおけるマクロ偏析成分を効果的に解消するこ
とができる。例えば、合金インゴット２００を熱間溝ロ
ール等により、ある程度の寸法まで熱間線材化加工を施
し、図４に示すような線材１５０を圧延形成する。そし
て、形成された線材１５０をさらに溶解しやすいように
適当な長さに切断し、溶解してから再度線材化する工程
を行う。このような処理を、何度か繰り返し行うこと
で、得られる貴金属チップ１６０に対してのマクロ成分
偏析部の存在を効果的に抑制することができる。

【００２０】線材は最終的に熱間スエージング及び熱間
伸線により、チップ径に対応した線径とし、これを所定
長さに切断した後、表面を研磨することによって、発火
部３１又は３２に使用される貴金属チップ１６０を製造
する。

【００２１】貴金属チップ１６０におけるマクロ成分偏
析部の偏析評価単位領域（断面）に対する割合（前述に
おいて定義した偏析率）を求めるには図５に示すような
方法を用いる。まず、貴金属チップ１６０のうちで火花
放電ギャップｇを形成することになる端面側にて、その
端面から深さ１ｍｍの位置の断面が露出するように均一
に表面研磨し、この露出した断面を偏析評価領域１６０
ａとする（図５（ａ））。

【００２２】そして、図５（ｂ）に示すように上記の偏
析評価領域１６０ａを１μｍ四方の濃度評価単位領域１
７０に分割し、この濃度評価単位領域１７０毎における
添加元素成分の平均濃度Ｃｍ1をＥＰＭＡ等により測定
する。また、すべての濃度評価単位領域１７０の各Ｃｍ
1の値を合計し、領域数にて割ることにより、偏析評価
領域１６０ａの添加元素成分の平均濃度Ｃｍ2を求め
る。そして、各濃度評価単位領域１７０において｜Ｃｍ
1−Ｃｍ2｜／Ｃｍ2の値を求め、｜Ｃｍ1−Ｃｍ2｜／Ｃ
ｍ2≧０．２５となる濃度評価単位領域を単位偏析領域
１７５とする（図５（ｂ）においては、色が濃い部分が
単位偏析領域１７５である）。そして、その単位偏析領
域１７５が２００個以上隣接してなる領域をマクロ成分
偏析部１８０とし、このマクロ成分偏析部１８０の偏析
評価領域１６０ａ全体に対する割合を求めマクロ成分偏
析部の偏析率とする。単位偏析領域１７５が他の単位偏
析領域１７５と隣接していなかったり、隣接していても
隣接している単位偏析領域１７５の数が２００個未満で
ある場合は、その領域をマクロ成分偏析部１８０とはせ
ず、偏析率の評価からは除外するようにする。これは、
単位偏析領域１７５が２００個以上隣接していない領域
は、添加元素成分の偏析による発火部の消耗に少なから
ず影響は与えるものの、それほど大きな影響を与えない
と考えられるためである。なお、それ以上に偏析の程度
を詳細に評価したい場合は、偏析評価領域（断面）に対
する単位偏析領域個々を累積したときの累積面積の面積
率にて評価するようにしてもよい。

【００２３】本発明においては、上記規定の偏析率が４
％以下となるように添加元素成分とＩｒ成分とが均一に
分布している貴金属チップ１６０を、スパークプラグ１
００の発火部３１、３２として使用する。このような条
件を満たす貴金属チップ１６０により構成されている発
火部３１、３２を有するスパークプラグ１００は、高温
にて長時間使用されてもその発火部３１、３２が酸化揮
発あるいは火花放電の繰り返しによって消耗しにくくな
る。

【００２４】なお、添加元素成分の成分濃度を求める方
法としては、ＥＰＭＡ以外の微少分析方法を用いること
も可能である。なお、ＥＰＭＡにて成分分析を行う場
合、偏析評価領域１６０ａに当てる電子線プローブ径を
１μｍ以下とするのがよい。プローブ径が１μｍを超え
ると、１μｍ四方の濃度評価単位領域１７０よりも、プ
ローブが偏析評価領域１６０ａからはみ出してしまい、
濃度評価単位領域における添加元素成分の平均濃度Ｃｍ
1を精度よく測定することが不可能となるからである。
なお、偏析評価領域１６０ａの添加元素成分の平均濃度
Ｃｍ2は、偏析評価領域全面においてプローブを走査
し、得られた特性Ｘ線の偏析評価領域１６０ａにおける
強度分布から求めることも可能である。なお、濃度評価
単位領域１７０における平均濃度Ｃｍ１は、得られたＥ
ＰＭＡの二次元マッピングから１μｍ四方における平均
濃度をコンピュータ上にて計算することにより容易に求
めることが可能である。

【００２５】上記のような貴金属チップ１６０は、図２
（ｂ）に示すような形態にて接地電極４、あるいは中心
電極３に溶接され、発火部３２あるいは３１となる。中
心電極３の本体部３ａは先端部が縮径されるとともに、
その先端面が平坦に構成され、ここに上記貴金属チップ
を重ね合わせる。そして、その重ね合わせ面の外周縁に
沿ってレーザー溶接により溶接部Ｗが形成される。また
接地電極４側においても、貴金属チップを所定位置に重
ね合わせ、周方向の溶接部Ｗを形成することにより、発
火部３２とする。なお、接地電極４側が正極性となるよ
うに、電圧印加する場合、接地電極４側の発火部３２
は、負極性となる中心電極３側の発火部３１よりは、火
花消耗が起こりにくいので、Ｉｒ系合金に代えてＰｔ系
合金等で構成するこることができる。この場合、Ｐｔ系
合金チップを接地電極４に対し、抵抗溶接により接合す
ることができる。

【００２６】以下、上記のように製造された本発明のス
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の
着火源として使用される。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Ｉ
ｒ系合金は、火花放電ギャップｇに面する端面近傍にお
いて成分偏析がほとんど生じていないものが使用されて
いる。これにより、Ｉｒ系合金からなる発火部３１及び
３２の酸化揮発消耗が効果的に抑制されるとともに良好
な耐火花消耗性が得られ、耐久性が優れたスパークプラ
グ１００が実現される。

【００２７】

【実施例】本発明の効果を調べるために、以下の実験を
行った。（実施例１）まず、スパークプラグの発火部に使用され
る貴金属チップを以下のように製造した。９５０ｇのＩ
ｒの原料粉末（平均粒径１０μｍ）と５０ｇのＰｔの原
料粉末（平均粒径１０μｍ）とを配合するとともに、こ
の原料配合物を直径５０ｍｍ、長さ２２ｍｍの円形状に
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、溶解物を反転させながら繰り返しアーク溶解を
行って、合金インゴットを得た。次に、この合金に対
し、温度１４００℃で熱間鍛造加工を行った後、温度１
３００℃にて、溝ロールを用いた熱間圧延加工及び熱間
スエージングを行い、線径２．５ｍｍの線材に加工し
た。そして、該線材を適当な長さに切断し再度アーク溶
解した後、再度熱間圧延加工及び熱間スエージング加工
して、線材化する工程を５回繰り返した後、伸線ダイス
を用いて温度１２００℃で熱間伸線加工し、線径０．６
ｍｍのＩｒ合金線材とした。そして、該線材を厚さ０．
８ｍｍに切断し、貴金属チップを作製した（実施例）。
また、比較例として再溶解工程及び再伸線工程は行わず
に作製した貴金属チップを用意した。

【００２８】また、これらの貴金属チップの火花放電ギ
ャップに面することになる端面をそれぞれ、番手＃１２
００のエメリーペーパーにより表面研磨し、その端面か
ら深さ１ｍｍの位置における断面を露出させた。そし
て、この断面を偏析評価領域として、該断面におけるＰ
ｔの成分濃度分布を電子プローブ微小分光法（ＥＰＭ
Ａ）により測定し前述の定義に従って偏析率を求めた。
なお、電子線プローブ径は０．８μｍとし、各成分の特
性Ｘ線は波長分散型分光法（ＷＤＳ）により検出した。
図６は、その検出結果を示したものである。色が明るい
部分ほど、Ｐｔの平均濃度が高い領域であることを示し
ている。図６（ａ）が本発明の実施例に係る検出結果で
あり、図６（ｂ）が比較例に係る検出結果である。

【００２９】図６からわかるように、比較例に係る貴金
属チップは添加元素成分の偏析が目立って観測された
が、本発明に係るスパークプラグの貴金属チップは添加
元素成分が均一に分布しており目立った偏析も生じてい
ないことがわかる。さらに、添加元素成分の成分濃度分
布の測定結果から、実施例及び比較例の貴金属チップ
は、いずれも添加元素成分（Ｐｔ）の偏析評価領域全面
における平均濃度Ｃｍ2は略５質量％であった。しかし
ながら、比較例に係る貴金属チップにおいては、添加元
素成分の平均濃度が略２質量％となるマクロ成分偏析部
が形成されており、このマクロ成分偏析部の前述の定義
による偏析率は４％を超えていた。他方、実施例の貴金
属チップは、特に目立ったマクロ成分偏析部は観察され
ず、偏析率は約０．３％であった。

【００３０】これらの貴金属チップを用いて、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として形成するとともに（火花放
電ギャップｇの幅１．１ｍｍ）、各プラグの耐久試験を
下記の条件にて行った。すなわち、排気量２５００ｃｃ
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６０
００ｒｐｍにて累積３５０時間の運転を行った（６万ｋ
ｍ走行に相当）。なお、使用燃料は、無鉛ガソリンであ
り、中心電極の先端温度は９５０℃であった。そして、
このような条件における耐久試験後のそれぞれの貴金属
チップの消耗の程度を拡大鏡により観察した。

【００３１】図７（ａ）は実施例の貴金属チップを使用
したスパークプラグの、同図（ｂ）は比較例の貴金属チ
ップを使用したスパークプラグの、上記耐久試験後の各
中心電極側の発火部の外観写真を示したものである。す
なわち、実施例のスパークプラグにおいては、発火部の
目立った消耗が起きていないことがわかる。一方、比較
例のスパークプラグにおいては、実施例のスパークプラ
グと比較して発火部の消耗が明らかに進行していること
がわかる。（実施例２）

【００３２】インゴット再溶解及び再線材化の工程を種
々の回数に設定したり、あるいは均質化焼鈍、あるいは
急冷等して、実施例１と同様の組成の貴金属チップを作
製し、各貴金属チップにおいてＥＰＭＡによりＰｔの濃
度分布を求めるとともに、各濃度評価単位領域につい
て、Ｘ＝（Ｃｍ1−Ｃｍ2）／Ｃｍ2の絶対値（｜Ｘ｜）
の値を求めた。そして、それら濃度評価単位領域のうち
｜Ｘ｜≧０．１となるものを濃度偏差領域として、チッ
プ毎にそれら濃度偏差領域の｜Ｘ｜の値の平均値を算出
するとともに、｜Ｘ｜≧０．２５となる濃度評価単位領
域（単位偏析領域）が存在する貴金属チップに対して
は、その単位偏析領域の断面における面積率を算出し、
さらに該単位偏析領域が２００個以上隣接してなる領域
（マクロ成分偏析部）の面積率を算出した。そして、こ
れらのチップを用いてスパークプラグを作製し、実施例
１と同様の耐久試験を累積７００時間まで行って、火花
放電ギャップの拡大量を測定した。結果を表１に示す。
ギャップ増加量が０．２ｍｍ未満であるものを◎、０．
２ｍｍ以上０．３ｍｍ未満であるものを○、０．３ｍｍ
以上０．５ｍｍ未満のものを△、０．５ｍｍ以上のもの
を×として評価している。

【００３３】

【表１】

【００３４】これによると、マクロ成分偏析部が形成さ
れていないものは、火花放電ギャップのギャップ増加量
が抑制されていることがわかる。また、マクロ成分偏析
部が形成されている場合であっても、その面積率が４％
以下に保たれていれば、ギャップ拡大を効果的に抑制で
きることがわかる。さらに、単位偏析領域の面積率が４
％以下であるものは、さらに効果的にギャップ拡大を抑
制することができ、特に単位偏析領域が存在しない（単
位偏析領域の面積率が０％）場合は、より一層ギャップ
の拡大を抑制できることがわかる。

【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】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。

【図３】貴金属チップの原料合金インゴットの製造方法
の一例を拡大して示す模式図。

【図４】貴金属チップの製造工程を示した模式図。

【図５】マクロ成分偏析部の定義を説明する図。

【図６】Ｉｒ−Ｐｔ合金からなる貴金属チップに対して
行ったＥＰＭＡ分析によるＰｔ特性Ｘ線の強度分布の測
定例を示す二次元マッピング図。

【図７】耐久試験後における発火部の外観を示す写真。

【符号の説明】

１００スパークプラグ３中心電極２絶縁体１主体金具４接地電極ｇ火花放電ギャップ３１、３２発火部１６０貴金属チップ１７０濃度評価単位領域１８０マクロ成分偏析部

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、前記中心電極と対抗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
るスパークプラグであって、前記発火部は、主成分としてのＩｒと、Ｉｒに対して固
溶状態にて含有される添加元素成分を３〜１２質量％含
有するＩｒ合金を主体に構成され、かつ、前記火花放電ギャップに面する端面から深さ０．
１ｍｍの位置における断面において、該断面を１μｍ四
方の濃度評価単位領域に分割し、各々の該濃度評価単位
領域にて測定した前記添加元素成分の平均濃度をＣｍ1
（質量％）とし、前記断面の前記添加元素成分の平均濃
度をＣｍ2（質量％）として、｜Ｃｍ1−Ｃｍ2｜／Ｃｍ2
の値が０．２５以上となる濃度評価単位領域を単位偏析
領域として、該単位偏析領域が２００個以上隣接してな
るマクロ成分偏析部の前記断面に占める割合が、４％以
下であることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】前記マクロ成分偏析部が存在していない
請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】前記単位偏析領域の前記断面に占める割
合が４％以下である請求項１又は２に記載のスパークプ
ラグ。
【請求項４】前記単位偏析領域が存在していない請求
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】前記添加元素成分は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒ
ｕ、Ａｌ、及びＮｉから選ばれる１種又は２種以上であ
る請求項１ないし４のいずれかに記載のスパークプラ
グ。
【請求項６】前記発火部は、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｌａ、
Ｗ、Ｎｉ及びＣｒから選ばれる１種又は２種以上の酸化
物、炭化物、窒化物、及びホウ化物の１種又は２種以上
を含有する請求項１ないし５のいずれかに記載のスパー
クプラグ。
【請求項７】前記発火部は、Ｌａ_２Ｏ_３及びＹ_２Ｏ_３
の少なくとも一方が含有されている請求項１ないしは６
のいずれかに記載のスパークプラグ。