JP4291540B2

JP4291540B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP4291540B2
Application number: JP2002084546A
Authority: JP
Inventors: 渉松谷; 昌幸瀬川; 聡子伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2002359050A

Description

【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】
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ャ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】
例えば、特開平９−７７３３号公報には、貴金属チップをＩｒ及びＲｈを主体として構成することにより、高融点であるＩｒのメリットを生かしつつ、Ｉｒの高温（約９００℃以上）での酸化揮発を防止するために、Ｒｈを添加するによって、より高温における耐消耗性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。
【０００４】
一方、近年においては、上記のような耐消耗性の向上に加えて、着火性の向上もより一層求められている。これにより、放電部（貴金属チップ）の外径（チップ径）を小さくしたり、放電部の中心電極からの突出長を長くしたりして放電部を細径化し、放電電圧を低減することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等が実験を行ったところ、上記のように細径化された放電部の場合にあっては、前述の特開平９−７７３３号公報に記載されているような耐消耗性に優れる貴金属チップを用いても、必ずしも放電部の消耗を完全には抑制できない場合があることがわかった。本発明者等は、主成分としてのＩｒと２０質量％のＲｈ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２０００ｃｃ）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５０００ｒｐｍにて運転を行なった。そして、２０時間後の放電部の外観を観察したところ、図６に示すように、放電部の放電面ではない外周側面を円弧上にえぐるような形態で異常消耗が生じていることが観察された。図６においては、放電面は、放電部上部の面である。この異常消耗は、図６をみてわかるとお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。従って、貴金属チップからなる放電部の火花消耗や単純な酸化消耗のみを抑制しようとする従来の方法では、完全に解消できないものであった。
【０００６】
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、細径化された放電部において特に顕著にみられる上記のような異常消耗を抑制することができるスパークプラグを提供することにある。
【０００７】
【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の本発明のスパークプラグは、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前記中心電極に、貴金属チップを溶接することにより放電面を有する放電部が形成され、
前記貴金属チップの外径をチップ径Ｄ（ｍｍ）、
前記放電面の外縁から、前記中心電極と前記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を放電部厚さＨ（ｍｍ）、としたとき、
Ｄ：０．３〜０．８ｍｍ、及び
Ｈ：０．４〜２ｍｍ、であるとともに、
前記貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、１〜４質量％のＮｉとを含有する共に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上を含有してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明者等が、図６に示す異常消耗が生じた放電部を調べたところ、該放電部の表面にＣａ及び／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放電部において、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放電部に該Ｃａ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要因の一端となっていると推測される。一方、該異常消耗は放電部のある一定方向からのみ進行していることが図６から明らかである。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要因の一端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、放電部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、従来の方法では、完全に抑制するには至らないものであった。
【０００９】
本発明者等は、異常消耗が進行した放電部において、図６に示すようにその放電部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Ｎｉ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ったところ、Ｎｉ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Ｎｉ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Ｎｉ系耐熱合金等にて構成される接地電極からＮｉ成分が飛び出し、その後該Ｎｉ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Ｎｉが含有されているという知見を得た。
【００１０】
そして、該異常消耗は、着火性の向上のために、放電部の外径（貴金属チップのチップ径）を小さくし、放電部の中心電極からの突出長を長くした細径化の放電部において、特に生じやすいことが本発明者等により明らかとなった。具体的に、放電部が細径化されたスパークプラグとは、放電部としてチップ径Ｄ（ｍｍ）及び放電部厚さＨ（ｍｍ）が、それぞれ、Ｄ：０．３〜０．８ｍｍ、Ｈ：０．４〜２ｍｍとなるもの、とりわけＤ：０．３〜０．６ｍｍ、Ｈ：０．５〜２ｍｍとなるものである。つまり、チップ径Ｄが０．８ｍｍを超えたり、あるいは放電部厚さＨが０．４ｍｍ未満である場合は、放電部の細径化の概念からは逸脱してしまうとともに、前述の異常消耗が生じる環境とはなりにくいため、本発明の適用範囲外となる。なお、Ｈは０．５ｍｍ以上とするのが、細径化の効果を得るのに特に好ましい。一方、チップ径Ｄが０．３ｍｍ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。これは、本発明を適用する以前の問題であり、本発明はこのような問題を解決することを課題とはしない。また、放電部厚さＨが２ｍｍを超えると、放電部における蓄熱が過剰となりがちで、放電部の消耗が急激に進行し、本発明を適用しても効果的に消耗を抑制することができなくなる。従って、チップ径Ｄは０．３ｍｍ以上とし、放電部厚さＨは２ｍｍ以下とする。
【００１１】
上記のような細径化された放電部において異常消耗が顕著に見られるのは、放電部が細径化されるために、該放電部が高温となりやすいためであると考えられる。すなわち、放電部が高温となることにより、前述にて推測した異常消耗の要因（堆積物、燃料に起因する混合気の流れによるもの）が活性化されるものと推測される。このことから、本発明は、放電部を細径化したスパークプラグとともに、放電部の熱引きが良好に行なわれ得ないために、放電部が高温とならざるを得ないような構造を有するスパークプラグにおいても好適に適用できるといえる。そして、本発明者等は、上記のような鋭意検討の結果、細径化の放電部、具体的にはチップ径Ｄ（ｍｍ）及び放電部厚さＨ（ｍｍ）が、それぞれＤ：０．３〜０．８ｍｍ、Ｈ：０．４〜２ｍｍとなる放電部について、主成分としてのＩｒと、０．５〜８質量％のＮｉとを含有する貴金属チップにて構成すれば、前述のような異常消耗を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。なお、本発明において、「主成分としてのＩｒ」とは、貴金属チップ中にてＩｒを５０質量％以上含有していることをいうものである。
【００１２】
貴金属チップに含有されるＮｉの含有量は、０．５〜８質量％の範囲とする。Ｎｉ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。一方、Ｎｉの含有量が８質量％を超えると、Ｎｉの含有量が多くなりすぎ、火花放電による通常の消耗に対する耐久性が劣化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Ｎｉが含有されていればよいが、本発明では、１〜４質量％のＮｉが含有させている。これにより、異常消耗の抑制の効果と耐火花消耗性の観点からより優れるものとなる。なお、貴金属チップはＩｒを主成分として含有するＩｒ基合金にて構成する。Ｉｒ基合金は、火花放電に対する耐久性が良好であるため貴金属チップに好適に使用できる。
【００１３】
さらに、本発明の上記貴金属チップには、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上が含有されているものを使用している。このような元素を上記Ｉｒ基合金にてなる貴金属チップに含有することにより、上記範囲（１〜４質量％）のＮｉ成分を含有させて異常消耗を抑制するメリットに加えて、高温におけるＩｒの酸化揮発を抑制することが可能となる。さらに、これらのうちでも特にＲｈを含有させるのがよく、その含有量を０．５〜４０質量％とするのがよい。Ｒｈの含有量が０．５質量％未満であると、Ｒｈを含有させることの酸化揮発抑制に対する効果が十分に得られない。一方、４０質量％を超えると、貴金属チップの融点が低下して、火花放電による消耗を効果的に抑制することができなくなる。従って、上記範囲のＲｈを含有させることにより、火花放電による消耗とＩｒの酸化揮発による消耗等の前記異常消耗に起因しない放電部の消耗を効果的に抑制することが可能となる。
【００１４】
さらに、貴金属チップは、ＲｕあるいはＲｅの少なくとも一方が１〜５質量％含有されているものとすることもできる。これらの元素はＩｒよりは劣るもののＲｈよりも融点が高いために、火花放電に対する耐久性を向上させるのに有効であるとともに、Ｉｒよりも高温で酸化揮発しにくいため、耐高温酸化性を向上させる観点からも有効である。これらの元素の含有量が１質量％未満では十分な上記効果が得られず、５質量％を超えると逆に耐火花消耗性及び耐高温酸化性が劣化するため、上記範囲内に設定するのがよい。
【００１５】
また、貴金属チップは、Ｓｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、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、Ｉｒ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。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。なお、上記酸化物としては、
Ｌａ_２Ｏ_３及びＹ_２Ｏ_３の少なくとも一方が含有されているのがよいが、このほかにもＴｈＯ_２、ＺｒＯ_２等を好ましく使用することができる。
【００１８】
【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断面を用いて説明する。図１は本発明のスパークプラグ１００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、先端に形成された放電部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に形成された放電部３１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には上記放電部３１に対向する放電部３２が形成されており、それら放電部３１と放電部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。
【００１９】
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１００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金具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内において端子金具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１７、１８を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。なお、放電部３１及び対向する放電部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、放電部３１又は対向する放電部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。
【００２０】
放電部３１は例えば、図２（ｂ）に示すように円板上の貴金属チップ３１’をINCONEL600（英国ＩＮＣＯ社の商標）等のＮｉ系耐熱合金、又はＦｅ系耐熱合金で構成される中心電極３の先端部３ａ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Ｎｉ系耐熱合金で構成されている接地電極４側に放電部３２を形成する場合には、放電部３２は中心電極３側の放電部３１と対応する位置において、接地電極４に貴金属チップ３２’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。
【００２１】
ここで、放電部３１、３２には、主成分としてのＩｒを含有し、０．５〜８質量％のＮｉとを含有しているＩｒ基合金にてなる貴金属チップ３１’、３２’を使用する。なお、該貴金属チップ３１’、３２’は、添加元素成分として、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上を含有しており、例えば、Ｒｈを０．５〜４０質量％及び／又は、ＲｕあるいはＲｅの少なくとも一方を１〜５質量％含有している。
【００２２】
貴金属チップ３１’、３２’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、プラズマビーム溶解、高周波誘導溶解等の方法が採用される。また、合金溶液を水冷鋳型等により鋳造、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。
【００２３】
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種以上の組合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径し、最終的に熱間伸線により０．８ｍｍ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３１’、３２’を得る。
【００２４】
また、貴金属チップ３１’、３２’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工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３１’、３２’とすることもできる。
【００２５】
また、本発明のスパークプラグにおいては、図３に示すように放電部３１が細径化されている。具体的には、放電部３１を構成する貴金属チップのチップ径Ｄ（ｍｍ）が０．３〜０．８ｍｍ、放電部厚さＨ（ｍｍ）が０．４〜２ｍｍ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３１の外径Ｄであって、放電部厚さＨは、放電部３１の放電面３１ｔの外縁から、中心電極３と貴金属チップ３１’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３１についてのみ示したが、接地電極４側の放電部３２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。
【００２６】
また、本実施例におけるスパークプラグ１００は、特に中心電極３側の放電部３１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３６よりも相対的に熱伝導性に優れる芯体３５が形成されており、軸線方向における該芯体３５の火花放電ギャップｇ側の先端３５ａ（以下、単に芯体の先端ともいう）と放電部３１との最短距離Ｌ１が１〜３ｍｍとなっている。ここで、上記芯体３５は放電部３１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、ＣｕあるいはＣｕ合金等にて形成されている。該構成において、上記規定されたＬ１が１ｍｍ未満であると、芯体３５の先端３５ａが絶縁体の先端２１ａよりも放電部３１側にならざるをえず、熱の過度の蓄積によって芯体３５が膨張し、絶縁体２を内側から破ってしまう場合もある。また、表層部を構成する電極母材３６が消耗し、芯体３５が露出する場合もありえる。一方、Ｌ１が３ｍｍを超えると、放電部３１の温度が高温となりすぎ、火花放電による消耗に耐えられなくなる。Ｌ１は望ましくは１．５〜２．５ｍｍとするのがよい。
【００２７】
なお、貴金属チップ３１’と中心電極３とを溶接する溶接部Ｗは、図４に示すように貴金属チップ３１’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３１と芯体３５の先端３５ａとの最短距離をＬ１とする。
【００２８】
また、図３に示すように、放電面３１ｔと絶縁体２の火花放電ギャップｇ側の先端２１ａ（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１．５ｍｍ以上となっていることが好ましい。このＪの値を１．５ｍｍ以上とすることにより放電電圧が低減するが、放電部３１の温度が高温となりやすいため本発明の好適な適用範囲となる。Ｊの値が１．５ｍｍ未満となると、放電面３１ｔに電界が集中しにくくなり、放電電圧が上昇するため放電部３１を細径化する効果が失われることとなる。
【００２９】
さらに、図３及び図４に示すように、絶縁体２の先端２１ａと、芯体３５の先端３５ａとの軸線方向における最短距離をＬ２としたとき、芯体３５の先端３５ａが絶縁体２の先端２１ａよりも放電面３１ｔ側にある場合（図４の場合）にはＬ２が１ｍｍ以下であり、一方、絶縁体２の先端２１ａが芯体３５の先端３５ａよりも放電面３１ｔ側にある場合（図３の場合）にはＬ２が１．５ｍｍ以下となっている。このようにＬ２の範囲を規定することにより、上記のように規定したＬ１を好適な範囲に設定し易くなる。
【００３０】
上記のような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。使用時においては、放電部３１及び放電部３２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１００は、Ｃａ及び／又はＰが存在する着火雰囲気中にて使用されると、本発明を適用する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Ｃａ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本発明のスパークプラグ１００を好適に使用することができる。
【００３１】
【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ぞれ配合・混合し、各種原料粉末を得た。次いで、この原料粉末を直径２０ｍｍ、長さ１３０ｍｍ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インゴットを得た。さらに、この合金を、約１５００℃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０．６ｍｍ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）０．６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円板状の貴金属チップを得た。この貴金属チップを、INCONEL600製の中心電極母材に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、上記レーザー溶接後において、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軸線方向における最短距離（放電部厚さＨ：図３参照）が０．５ｍｍ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ー溶接は実施した。また、本実験においては接地電極側の放電部はチップ径０．９ｍｍ、厚さ０．６ｍｍであって、成分がＰｔ−２０質量％Ｎｉである貴金属チップにより構成した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
上記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２０００ｃｃ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５０００ｒｐｍ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℃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。
【００３４】
耐久時間と貴金属チップの消耗の程度との関係を、該耐久時間まで運転を行った後におけるギャップ増加量を測定することにより調べた。図５は、表１の実施例Ｎｏ．１、６、７及び比較例Ｎｏ．１８において得られた耐久時間とギャップ増加量との関係を示すものである。図５に示すように、Ｎｉを含有する本実施例においては、３００時間の耐久試験に耐えられたが、比較例においては、放電部の異常消耗により耐久試験が途中で続行不能となった。これにより、Ｎｉの添加により異常消耗が抑制されていることがわかる。また、耐久試験後の比較例の放電部周辺の光学顕微鏡による観察図を図６に示す。放電部の一方の側部が異常消耗によりえぐられているのがわかる。本実施例においても同様に放電部周辺を観察したところ、異常消耗はほとんど観察されなかった。すなわち、Ｎｉを特定の範囲で含有することにより異常消耗の発生が抑制されている。
【００３５】
また、上記耐久試験後の各スパークプラグにおいて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○、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×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ャップ増加量を測定した評価結果（耐火花消耗性の評価結果）については、火花放電ギャップの拡大量が０．１５ｍｍ未満のものを○、０．１５〜０．３ｍｍのものを△、０．３ｍｍを超えるものを×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、ギャップ増加量を測定せずに−として評価した。耐火花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と耐火花消耗性の評価結果の両者を加味して、両評価結果が○であるものを○、一方の評価結果が○であり他方の評価結果が△であるものを△、それ以外のものを×として総合評価を行った。これにより、Ｎｉを０．５〜８質量％含有させることにより、異常消耗が抑制され、耐火花消耗性も良好に得られることがわかる。
【００３６】
（実施例２）
次に、貴金属チップの組成を表１に示すＮｏ．１あるいはＮｏ．１８のどちらかの組成に固定して、貴金属チップのチップ径Ｄ（ｍｍ）及び放電部厚さＨ（ｍｍ）を表２のように各種変化させた以外は実験例１と同様となるスパークプラグを作製した。そして、実験例１と同様の条件によりスパークプラグの耐久試験を行った。そして、その後それぞれのスパークプラグにおいて放電部の周辺部を光学顕微鏡にて観察し、異常消耗の発生の程度を目視にて評価した。評価の方法は実験例１と同様の方法により行った。結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】

【００３８】
Ｎｏ．１とＮｏ．１０においては、チップ径Ｄが０．３ｍｍよりも小さいため、火花放電による消耗が急激に進行したので、Ｎｉ成分の有無に拘わらず評価対象外となった。また、Ｄが０．８ｍｍより大きく、あるいはＨが０．４ｍｍより小さくなる放電部の細径化が施されていないようなＮｏ．４、６、１３および１５のスパークプラグにおいては、いずれもＮｉの有無に拘わらず、図６に示すような異常消耗は発生しなかった。一方、Ｄ：０．３〜０．８ｍｍ、及びＨ：０．４〜２ｍｍを満たす細径化されたその他の放電部にあっては、Ｎｉの添加により異常消耗が効果的に抑制されているのがわかる。
【００３９】
（実験例３）
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．１あるいは比較例Ｎｏ．１８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Ｌ１及びＬ２の長さをそれぞれ表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はそれぞれＤ：０．３〜０．８ｍｍ、Ｈ：０．４〜２ｍｍとして、それ以外は実験例１及び２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及び２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３に示す。なお、本実験例におけるＬ２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。
【００４０】
【表３】

【００４１】
表３によれば、Ｎｉを含有しない比較例の場合に、Ｌ１：１〜３ｍｍ、Ｌ２：−１〜１．５ｍｍとなる比較例Ｎｏ．１〜８のスパークプラグにおいて、放電部が高温となりやすいため、特に顕著に放電部の異常消耗が発生した。また、Ｌ１及びＬ２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、温度が高温となりにくいためか、Ｌ１及びＬ２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Ｎｏ．９）。一方、本実施例Ｎｏ．１０〜１８においては、Ｌ１及びＬ２が上記規定範囲外なる場合に加えて、Ｌ１及びＬ２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、Ｎｉ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。
【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】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。
【図４】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。
【図５】実施例における耐久試験により得られた耐久時間とギャップ増加との関係を示す図。
【図６】異常消耗による中心電極側の放電部の様子を示す観察図。
【符号の説明】
１００スパークプラグ
３中心電極
４接地電極
１主体金具
ｇ火花放電ギャップ
３１、３２放電部
３１’、３２’ 貴金属チップ
Ｗ溶接部

Claims

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前記中心電極に、貴金属チップを溶接することにより放電面を有する放電部が形成され、
前記貴金属チップの外径をチップ径Ｄ（ｍｍ）、
前記放電面の外縁から、前記中心電極と前記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を放電部厚さＨ（ｍｍ）、としたとき、
Ｄ：０．３〜０．８ｍｍ、及び
Ｈ：０．４〜２ｍｍ、であるとともに、
前記貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、１〜４質量％のＮｉとを含有する共に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上を含有してなることを特徴とするスパークプラグ。
前記貴金属チップは、Ｒｈが０．５〜４０質量％含有されている請求項１に記載のスパークプラグ。
前記貴金属チップは、ＲｕあるいはＲｅの少なくとも一方が１〜５質量％含有されている請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
前記貴金属チップは、Ｓｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｉ、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。
前記貴金属チップは、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４のいずれかに記載のスパークプラグ。