JP5141769B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグに関し、より詳細には、火花放電部材として貴金属チップを設けた接地電極を備えるスパークプラグに関する。

内燃機関に使用されるスパークプラグは、筒状の主体金具に絶縁体を介して嵌め込まれた中心電極と、一端部が主体金具に接合して他端部が中心電極の先端部と対向配置した接地電極とから構成されるものが一般的である。また、着火性を高めるために、主体金具から中心電極の先端部に向かって延出する接地電極本体部に、中心電極の先端部と対向させて貴金属チップを凸設した接地電極を備えるスパークプラグも用いられている（例えば、特許文献１参照）。

日本国特開２００２−２３７３６５号公報

貴金属チップがレーザ溶接にて接合された接地電極を備えるスパークプラグでは、接地電極本体部を構成する金属として、耐食性に優れること等からＮｉを主成分とするＮｉ合金が好適であり、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ：商標名）６００やインコネル６０１等のＮｉ合金が使用されている。しかし、接地電極は、燃焼室内に最も突き出して取り付けられるため、１０００℃前後、場合によっては１０００℃以上にも達し、長期間使用すると接地電極本体部の接合部位と貴金属チップとが溶け合った溶融部が熱劣化を起こして、場合によっては溶融部の外周面の一部が細くなる（以下、「エグレ」ともいう）可能性がある。また、高温雰囲気に長時間曝されることによって、接地電極本体部が酸化する可能性がある。そして、場合によっては、貴金属チップが脱落する可能性がある。

そこで本発明は、貴金属チップがレーザ溶接等にて接合された接地電極を備えるスパークプラグにおける接地電極本体部の接合部位と貴金属チップとの溶融部のエグレ発生を抑えるとともに、接地電極本体部の高温酸化性を向上させて、貴金属チップの脱落を防止することを目的とする。

本発明者らは、接地電極本体部の接合部位と貴金属チップとの溶融部を分析したところ、酸化鉄がエグレ発生に大きく関与しており、更には接地電極本体部を構成するＮｉ合金がＦｅを含有しており、このＦｅが溶融部に溶け込むことを見出した。また、接地電極本体部の高温酸化性の向上にＡｌ及びＳｉの含有量が寄与することを見出した。そして、Ｆｅの含有量を減らすとともに、Ａｌ及びＳｉを特定量含有させることが有効であることを見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。

即ち、本発明は、下記に示すスパークプラグを提供する。
（１）筒状の主体金具と、
前記主体金具に保持された筒状の絶縁体と、
前記絶縁体内に保持された中心電極と、
一端部が前記主体金具に固着され、他端部が前記中心電極と対向する接地電極本体部と、該接地電極本体部における該中心電極の先端部と対向する位置に接合された貴金属チップとを備え、該中心電極の該先端部と該貴金属チップとの間で火花放電ギャップが形成された接地電極と、
を備えたスパークプラグであって、
該接地電極本体部のうち少なくとも該貴金属チップが接合される部位は、Ｃｒ含有量が１２質量％以上４５質量％以下、Ｆｅ含有量が７質量％以下、Ａｌ含有量が０．５質量％を超え５質量％以下、Ｓｉ含有量が０．３質量％を超え５質量％以下、及び残部の５０質量％以上がＮｉである合金にて構成されてなり、該接合部位と該貴金属チップとがレーザ溶接または電子ビーム溶接により接合されていることを特徴とするスパークプラグ。
（２）Ａｌ含有量が０．７質量％以上、Ｓｉ含有量が０．７質量％以上であることを特徴とする上記（１）記載のスパークプラグ。
（３）前記接合部位を構成する合金がＹ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄの少なくとも１種類を０．０１質量％以上０．４質量％以下含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載のスパークプラグ。
（４）前記接合部位を構成する合金がＭｎを０．００５質量％以上５質量％以下含有することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のスパークプラグ。
（５）前記貴金属チップがＰｔ合金からなることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のスパークプラグ。
（６）前記Ｐｔ合金がＩｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｎｉの少なくとも１種類以上を含有することを特徴とする上記（５）記載のスパークプラグ。
（７）前記接合部位と前記貴金属チップとが溶け合った溶融部が、Ｆｅを３質量％以下、Ｎｉを１０質量％以上６０質量％以下、Ｐｔを１５質量％以上７５質量％以下、Ｃｒを４質量％以上３５質量％以下、Ａｌを０．０３質量％以上２質量％以下、Ｓｉを０．０３質量％以上２質量％以下含有することを特徴とする上記（５）または（６）記載のスパークプラグ。
（８）前記溶融部がＡｌを０．１質量％以上、Ｓｉを０．１質量％以上含有することを特徴とする上記（７）記載のスパークプラグ。
（９）前記溶融部がＹ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄの少なくとも１種類を０．００１質量％以上０．２質量％以下含有することを特徴とする上記（７）または（８）記載のスパークプラグ。
（１０）前記溶融部がＭｎを０．００２５質量％以上３質量％以下含有することを特徴とする上記（７）〜（９）の何れか１項に記載のスパークプラグ。
（１１）前記接地電極本体部の前記主体金具との接合端部から前記貴金属チップの接合位置までの前記接地電極本体部の長手方向の長さをＬ、前記接地電極本体部の前記長手方向と直交する断面積をＳとするとき、２９≦Ｌ^２／Ｓ≦４９で、かつ、該接地電極本体部の常温での熱伝導率が１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする上記（１）〜（１０）の何れか１項に記載のスパークプラグ。
（１２）前記接地電極本体部の前記長手方向の長さＬの１／２以上の範囲において、前記接地電極本体部の前記断面積Ｓの１０％以上が銅または銅合金であり、かつ、３５≦Ｌ^２／Ｓ≦７０であることを特徴とする上記（１１）記載のスパークプラグ。
（１３）前記接地電極本体部は、自身の表面における前記中心電極の前記先端部と対向する位置に固着された台座部を備えており、
該台座部は、前記合金から構成されてなり、
前記貴金属チップは、該台座部にレーザ溶接または電子ビーム溶接により接合されてなることを特徴とする上記（１）〜（１２）の何れか１項に記載のスパークプラグ。

本発明のスパークプラグは、接地電極に貴金属チップを有するため着火性に優れるとともに、接地電極本体部の接合部位を構成するＮｉ合金のＦｅ含有量を規定値以下にしたため、接地電極本体部の接合部位と貴金属チップとの溶融部においてエグレ発生の原因となる酸化鉄の生成を抑えることが可能となる。更に、接地電極本体部の接合部位を構成するＮｉ合金がＡｌ及びＳｉを特定量含有するため、接地電極本体部の耐高温酸化性を向上させることが可能となる。このため、貴金属チップと接地電極本体部との溶接強度を向上させて、貴金属チップの脱落を防止することができる。

本発明に係るスパークプラグの断面図である。 図１に示すスパークプラグの接地電極周辺の拡大図である。 実施例における溶融部のサンプリング箇所を説明するための模式図である。

以下、本発明に係るスパークプラグの好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係るスパークプラグの断面図であり、図２は図１に示すスパークプラグの接地電極周辺の拡大図である。

図１に示すように、本発明に係るスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１１と、この主体金具１１に嵌め込まれ、この主体金具１１の先端部１１ａから自身の先端部１２ａが露出された筒状の絶縁体１２と、この絶縁体１２の先端部１２ａから自身の先端部１３ａが露出されるようにこの絶縁体１２内に配置された中心電極１３と、主体金具１１の先端部１１ａに一端部が接合され、且つ他端部が中心電極１３の先端部１３ａに対向配置された接地電極１４等を主に備えて構成されている。

主体金具１１は炭素鋼等で形成されており、主体金具１１の外周面には、スパークプラグ１００を、例えば内燃機関のシリンダヘッドに取り付けるための取付け用のねじ部１５が周方向にわたって形成されている。そして、アルミナ等のセラミックス焼成体からなる絶縁体１２には、軸方向に形成された貫通孔１６の後方側（図中上方）の端部に端子金具１７がその先端部１７ａが露出された状態で挿入・固定されており、前方側（図中下方）の端部に中心電極１３がその先端部１３ａが露出された状態で挿入・固定されている。

また、貫通孔１６内において端子金具１７と中心電極１３との中間部には、抵抗体１８が配置されており、そしてこの抵抗体１８の軸方向両端部には、導電性ガラスシール層１９，２０が配置されている。即ち、この抵抗体１８及び導電性ガラスシール層１９，２０を介して中心電極１３と端子金具１７とは電気的に接続されていることになる。これら導電性ガラスシール層１９，２０及び抵抗体１８は、導電性結合層を形成するものである。尚、抵抗体１８を省略して、端子金具１７と中心電極１３とを単一の導電性ガラスシール層で接合するようにしてもよい。

図２にも示すように、中心電極１３は、耐熱性及び耐食性に優れたＮｉ合金により円柱状に形成されており、この中心電極１３の先端部１３ａには、火花消耗に対する耐性に優れることから、例えば、Ｉｒを主成分とするＩｒ合金からなる円柱状の貴金属チップ２１がレーザ溶接等により固着されている。貴金属チップ２１は、耐消耗性を向上させるためにＰｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｎｉの少なくとも1種類を含有することが好ましい。尚、主成分とは、その成分が、含有される全成分のうち最も含有量が多い成分であることを意味する。

接地電極１４は、接地電極本体部１４Ａの中心電極１３と対向する位置に、台座２３を介して貴金属チップ２２を設けて構成されている。接地電極本体部１４Ａは、耐熱性及び耐食性に優れたＮｉ合金からなる角柱部材であり、基部１４ａが主体金具１１に溶接により固定され、先端部１４ｂが中心電極１３に対向するようにその中間部に曲部１４ｃを有して略Ｌ字型に屈曲している。ここで、貴金属チップ２２としては、例えば、Ｐｔを主成分とする円柱状のＰｔ合金を用いることができる。貴金属チップ２２は、耐消耗性を向上させるために、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｎｉの少なくとも1種類を含有することが好ましい。

台座２３は、Ｃｒ含有量が１２質量％以上４５質量％以下、Ｆｅ含有量が７質量％以下、Ａｌ含有量が０．５質量％を超え５質量％以下、Ｓｉ含有量が０．３質量％を超え５質量％以下、及び残部の５０質量％以上がＮｉである合金で形成されている。Ｃｒは台座表面にＣｒ_２Ｏ_３皮膜を形成して高温酸化を抑制する作用があるが、含有量が１２質量％未満では耐高温酸化性の向上が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が増加するのに伴い耐高温酸化性も向上するが、２０質量％を超えるとγ´相が生成して難加工性となる。このγ´相は５９０℃以下の平衡状態になった場合に生成し、５９０℃以上で溶体化・急冷を行うことによりγ´相の生成を抑制することができる。しかしながら、相生成を抑制できるのはＣｒ含有量が４５質量％以下の場合であり、４５質量％を超えるとγ´相の増加と（Ｃｒ）_Ｎｉ相が増加して加工できなくなる。尚、Ｃｒ含有量を１８質量％以上３０質量％以下とすることが、加工性及び耐高温酸化性を更に向上させる点で、より好ましい。

スパークプラグは、エンジン内において高温・振動下で使用されるため、強度も要求されることから、台座形成材料の固溶強化が有効である。そのため、台座形成材料に添加する元素としては固溶限が広く、Ｎｉの酸化物生成自由エネルギーと同等なものを選択する必要がある。更に、安価であることも重要である。これらを満たす元素として最も適するのはＦｅである。しかし、Ｆｅの酸化物生成自由エネルギーはＮｉのそれよりも低く、Ｎｉよりも優先的に酸化物を形成する。従って、Ｆｅ含有量は、理論的には０％が望ましいが、強度を考慮して０．００００５質量％を下限として含有することができる。但し、７質量％を超えると、貴金属チップ２２と台座２３との溶融部のエグレ発生が顕著になる。

台座形成材料は更に、耐高温酸化性の向上のためにＡｌ及びＳｉを含有する。Ａｌは、Ｃｒ_２Ｏ_３皮膜の直下でＡｌ_２Ｏ_３皮膜を生成して耐高温酸化性の向上が見込まれる。また、Ｓｉは不働態のＳｉＯ_２皮膜を形成し、同じく耐高温酸化性の向上が見込まれる。但し、Ａｌの含有量が多くなると加工性が低下するため、Ａｌ含有量は０．５質量％を超え５質量％以下とする。尚、耐高温酸化性を更に向上させるために、Ａｌ含有量の下限を０．７質量％とすることが好ましい。また、Ｓｉの含有量が多くなると貴金属成分、特にＰｔと低融点合金を形成し、逆に溶接強度を低下させる恐れがあるため、Ｓｉ含有量は０．３質量％を超え５質量％以下とする。尚、耐高温酸化性を更に向上させるために、Ｓｉ含有量の下限を０．７質量％とすることが好ましい。また、ＡｌとＳｉとの合計含有量は８質量％以下とすることが望ましい。

台座形成材料における上記元素成分以外の残部は、Ｎｉを５０質量％以上含有する。Ｎｉは耐食性に優れ、更には５０質量％以上含有することによりプレイグニションの発生を効果的に抑制できる。尚、残部におけるＮｉ含有量は、好ましくは６０質量％以上である。

また、台座形成材料は、耐高温酸化性をより向上させるために、Ｍｎを含有することが好ましい。Ｍｎは、Ｃｒ_２Ｏ_３皮膜と台座形成合金の母材との密着強度を高めるとともにＣｒ_２Ｏ_３皮膜の直下でＭｎＯ_２を形成し、これが酸素ゲッター的な役割を果たして台座内の酸素分圧を低下させ、内部酸化を抑制する。しかし、過度の添加は燃料やエンジンオイル等が燃焼して発生した燃焼ガス中に含まれる硫黄と反応して硫化物を形成し、酸化（腐食）を促進する。そのため、台座形成材料におけるＭｎ含有量は、０．００５質量％以上５質量％以下が好ましい。

また、台座形成材料は、Ｙ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄの少なくとも１種類を０．０１質量％以上含有することで、耐高温酸化性を更に向上させることができ、好ましい。但し、含有量が多いと加工性が悪化するため、上記元素成分の含有量は０．４質量％以下とすることが好ましい。

上記以外の成分には制限がなく、不可避不純物の他、目的に応じて適宜選択して添加することができる。

台座２３と貴金属チップ２２とは、レーザ溶接または電子ビーム溶接により接合される。溶接により生成した溶融部は、台座２３の形成材料と、貴金属チップ２２の形成材料との合金となるが、上記のように台座２３の形成材料のＦｅ含有量を７質量％以下としたため、この溶融部中のＦｅ含有量も少なくなり、エグレ発生の主因となる酸化鉄の生成も抑えられる。また、台座２３の形成材料がＡｌ及びＳｉを含み、溶融部にもＡｌ及びＳｉが含まれるため耐高温酸化性により優れたものとなる。更には、Ｍｎを含有させた場合には、耐高温酸化性がより向上する。

具体的には、貴金属チップ２２がＰｔ合金の場合、溶融部は、Ｆｅを３質量部以下、Ｎｉを１０質量％以上６０質量％以下、Ｐｔを１５質量％以上７５質量％以下、Ｃｒを４質量％以上３５質量％以下、Ａｌを０．０３質量％以上２質量％以下、Ｓｉを０．０３質量％以上２質量％以下の割合で含有する。Ａｌ及びＳｉは、共に０．１質量％以上であることが耐高温酸化性の向上においてより好ましい。更に、台座２３の形成材料がＭｎを含有する場合は、Ｍｎを０．００２５質量％以上３質量％以下含有するのが好ましい。

また、台座２３がＹ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄの少なくとも１種類を含有する場合には、溶融部にもこれら元素が含有されるが、その含有量は０．００１質量％以上０．２質量％以下が好ましい。

Ｃｒは上記のようにＣｒ_２Ｏ_３皮膜を形成して酸化を抑制するが、溶融部はスパークエロージョンを受け易く、Ｃｒ_２Ｏ_３皮膜が破壊されて溶融部の内部に酸素が侵入して内部酸化が生じる。この内部酸化に最も影響を与えるのがＦｅであり、溶融部におけるＦｅの含有量を３質量％以下に低くすることにより溶融部のエグレ発生防止に効果的となる。また、溶融部におけるＮｉ含有量やＰｔ含有量が多すぎたり少なすぎたりすると、溶融部の熱膨張係数が台座或いは貴金属チップに近い値になり、溶融部と貴金属チップ或いは台座との熱膨張係数の差が大きくなってしまう。このような状態で冷熱サイクルを受けると、溶融部と貴金属チップ或いは台座との間で割れが発生し、貴金属チップが台座から脱落してしまうおそれがある。このため、Ｐｔ及びＮｉの各含有量は、前記含有量とする。更に、溶融部におけるＡｌ及びＳｉ、更にはＭｎの含有量を前記含有量にすることにより、耐高温酸化性を高めることができる。

台座２３は、貴金属チップ２２が接合される側が円柱状の柱部をなし、接地電極本体部１４Ａに接合される側が柱部よりも径大のフランジ部となっており、台座２３のフランジ部が接地電極本体１４Ａの表面に抵抗溶接にて接合されている。そして、貴金属チップ２２と中心電極１３の先端部１３ａとの間に火花放電ギャップｇが形成されている。これら台座２３と貴金属チップ２２とは、予め、レーザ溶接または電子ビーム溶接により互いに接合されて接合体を形成し、その後、この接合体を接地電極本体部１４Ａに抵抗溶接にて接合される。

更に、接地電極本体部１４Ａは、主体金具１１との接合端部から貴金属チップ２２の接合位置の中心Ｃまでの長手方向の長さをＬとし、長手方向と直交する断面積をＳとするとき、２９≦Ｌ^２／Ｓ≦４９で、かつ、常温での熱伝導率が１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下を満足することが望ましい。接地電極本体部１４Ａの断面積Ｓが小さくなり、長さＬが長くなるほど、即ち、（Ｌ^２／ｓ）が２９以上であると、溶融部の温度が高くなり、更に接地電極本体部１４Ａの熱伝導率が１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下では接地電極１４が受けた熱が主体金具１１側に逃げ難くなるため、溶融部の温度がより高くなる傾向にあるが、台座２３を上述した合金にて構成することにより、溶融部のエグレ発生を効果的に防止することができる。尚、（Ｌ^２／Ｓ）が２９未満では、溶融部の温度がそれほど高くならず、溶融部にエグレが発生しないため、本発明の効果を得にくい。また、（Ｌ^２／Ｓ）が４９を超えると先端部１４ｂが高温になりすぎてプレイグニションが発生しやすくなる。

また、接地電極本体部１４ＡはＮｉ合金からなるが、長手方向の長さＬの１／２以上の範囲において、好ましくは全長にわたり、断面積Ｓの１０％以上が、常温での熱伝導率が２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属または合金からなり、かつ、３５≦Ｌ^２／Ｓ≦７０であることが望ましい。常温での熱伝導率が２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属または合金を用いると、溶融部の温度が上がり難くなり、エグレ発生の抑制に効果的で、プレイグニション発生も抑えられる。尚、常温での熱伝導率が２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属材料としては、安価で加工性にも優れることから銅または銅合金が好ましい。また、接地電極本体部１４Ａは、このような金属材料を芯材とし、Ｎｉ合金で包囲する構成とすることが好ましい。

本発明は種々の変更が可能であり、例えば、台座２３を省き、貴金属チップ２２を接地電極本体部１４Ａに直接レーザ溶接することもできる。このとき、接地電極本体部１４Ａのうちの少なくとも貴金属チップ２２が接合される接合部位（好ましくは、接地電飾本体部全体）が上述した合金にて構成されていればよい。

以下に試験例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（試験−１）
表１に示す材料からなるインゴットを加工することにより、断面形状が縦１．４ｍｍ横２．５ｍｍの線材、及び、直径０．８ｍｍの柱部とフランジ部とを備えた台座を作製した。そして、貴金属チップとしてＰｔ−１０Ｒｈ（１０質量％のＲｈを含有したＰｔ）からなる直径０．７４ｍｍの柱状体を準備し、貴金属チップと台座とをレーザ溶接により接合した。尚、表１における残部は不可避不純物である。ここで、線材及び台座の加工性の評価として、作製後の線材及び台座の表面または内部における傷やクラックの有無を確認し、傷やクラックがない場合に表１に「○」を記し、傷やクラックが生じた場合に表１に「×」を記した。

机上試験として、上記の台座と貴金属チップとを接合した接合体を備えたスパークプラグを１２００℃の冷熱試験機に装着し、ガスバーナによる２分間加熱−１分間冷却を１サイクルとし、６００サイクル後に溶融部を観察した。溶融部にヒゲ状の析出物がなければ合格とし、表１の机上評価の欄に「○」を記し、溶融部にヒゲ状の析出物がある場合は「×」を記した。尚、試験途中で貴金属チップが台座から脱落した場合は、「脱落」と記した。

また、実機耐久試験として、机上試験で用いたスパークプラグと同様なスパークプラグを２０００ｃｃ直列６気筒エンジンに装着し、５５００ｐｒｍ（全開）で１分間−７５０ｒｐｍ（アイドリング）で１分間を１サイクルとし、５０時間毎にエグレの発生及び貴金属チップの脱落の有無を評価した。エグレ発生の評価方法は、台座と貴金属チップとの溶融部において、外径が最小の部分が、貴金属チップの当初の側面よりも０．０５ｍｍ以上内方にエグレが発生している場合を「×」、０．０５ｍｍ未満である場合を「○」として表１の実機評価の欄に記した。また、実機耐久試験の途中で貴金属チップが台座から脱落した場合は、「脱落」と記した。

表１から、本発明で規定する組成の台座を用いることにより、台座と貴金属チップとの溶融部にけるエグレの発生が抑えられると共に溶融部における耐高温酸化性が向上して、貴金属チップの脱落が抑えられることがわかる。実用上は、２００時間以上が好ましく、本発明で規定する組成の台座を用いることの有用性は明らかである。また、本発明で規定する組成の台座は、加工性にも優れることがわかる。また、Ａｌ含有量を０．７質量％以上、Ｓｉ含有量を０．７質量％以上とすることにより、台座の耐高温酸化性が更に向上して、貴金属チップの脱落が更に抑えられることがわかる。

（試験−２）
試験−１で作製した台座と、Ｐｔ−１０Ｒｈ製の貴金属チップとをレーザ溶接した。そして、図３に模式的に示すように、半断面において、溶接部の長手方向の最大長さをａ、深さ方向の最大長さをｂとし、それぞれの方向に４等分するように３本ずつ仮想線を引き、９個の交点をサンプリングし、ＳＥＭにて組成分析を行った。分析結果において、Ｐｔ含有量が０〜８０質量％であればサンプリング箇所が溶融部内にあり、それ以外はサンプリング箇所が台座もしくは貴金属チップであると判断し、溶融部内にあるサンプリング箇所の分析値の平均を求めた。結果を表２に示す。

また、上記の台座と貴金属チップとを接合した接合体を備えたスパークプラグを作製し、試験−１と同様に実機耐久試験を行った。結果を表２に示す。

表２から、台座と貴金属チップとの溶融部にけるＦｅ含有量が３質量％以下にすることにより、溶融部のエグレの発生が抑えられることがわかる。また、Ｃｒ含有量を４質量％以上３５質量％以下、Ａｌ含有量を０．０３質量％以上２質量％以下、Ｓｉ含有量を０．０３質量％以上２質量％以下とすることにより、溶融部の耐高温酸化性が向上して、貴金属チップの脱落が抑えられることがわかる。更に、Ａｌ含有量を０．２質量％以上、Ｓｉ含有量を０．２質量％以上とすることにより、溶融部の耐高温酸化性が更に向上して、貴金属チップの脱落が更に抑えられることがわかる。

（試験−３）
溶融部の合金組成が表３になるように、組成の異なる台座と、Ｐｔ−１０Ｒｈ製の貴金属チップとを溶接した接合体を備えたスパークプラグを作製し、１０００℃の冷熱試験機に装着し、ガスバーナによる２分間加熱−１分間冷却を１サイクルとし、１０００サイクル後に溶融部を観察した。そして、溶融部の酸化スケールが５０％未満であれば「○」、５０％以上であれば「×」として表３に記した。

表３から、溶融部におけるＰｔ含有量が１５質量％以上７５質量％以下で、Ｎｉ含有量が１０質量％以上６０質量％以下である場合に、酸化スケールを５０％未満に抑えることができ、貴金属チップと台座との溶接強度を確保できることがわかる。

（試験−４）
表４に示す材料からなる台座と、Ｐｔ−１０Ｒｈ製の貴金属チップとの接合体を備えたスパークプラグを作製し、２０００ｃｃ直列６気筒エンジンに装着し、硫黄を０．０３質量％含む燃料を用い、５５００ｐｒｍ（全開）で１分間−７５０ｒｐｍ（アイドリング）で１分間を１サイクルとし、試験−１と同様にして５０時間毎にエグレの発生及び貴金属チップの脱落の有無を評価した。結果を表４に記した。

表４から、台座がＭｎを０．００５質量％以上５質量％以下含有することにより、硫黄を多く含有する燃料を用いた場合でも台座の耐高温酸化性を確保することができ、貴金属チップの脱落が抑えられることがわかる。

（試験−５）
溶融部の合金組成が表５になるように、組成の異なる台座と、Ｐｔ−１０Ｒｈ製の貴金属チップとの接合体を備えたスパークプラグを作製し、試験−４と同様にして５０時間毎にエグレの発生及び貴金属チップの脱落の有無を評価した。結果を表５に記した。

表５から、溶融部におけるＭｎ含有量を０．００２５質量％以上３質量％以下とすることにより、硫黄を多く含有する燃料を用いた場合でも溶融部の耐高温酸化性を確保することができ、貴金属チップの脱落が抑えられることがわかる。

（試験−６）
Ｎｉ合金製で熱伝導率が１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）または２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、長さＬ及び断面積Ｓが異なる接地電極本体部を作製し、各接地電極本体部に、比較例１または実施例１０の台座と、Ｐｔ−１０Ｒｈ製の貴金属チップとを接合した接合体を固着して接地電極を作製した。そして、各接地電極を備えたスパークプラグを用い、２０００ｃｃ直列６気筒エンジンに装着し、５５００ｐｒｍ（全開）で１分間−７５０ｒｐｍ（アイドリング）で１分間を１サイクルとし、試験−１と同様にして２００時間経過後にエグレの発生を評価した。結果を表６〜８に記すが、判定の欄には、比較例１の台座及び実施例１０の台座ともにエグレが発生しない場合を「−」、比較例１の台座にエグレが発生し、実施例１０の台座にはエグレが発生しない場合をエグレ発生抑制効果が有るとして「○」、比較例１の台座及び実施例１０の台座ともにエグレが発生した場合を「×」とした。また、「プレイグ」とは、プレイグニションが発生してプラグとして使用できないことを示す。

表６〜８から、接地電極本体部が、熱伝導率が１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下で、かつ、２９≦Ｌ^２／Ｓ≦４９を満足する形状であれば、熱引きが良好で、溶融部のエグレ発生がより効果的に抑えられることがわかる。

（試験−７）
接地電極本体部の断面積Ｓの８％、１０％または１４％を占めるように太さの異なる銅線を芯材とするＮｉ合金を用意して試験−６と同形状の接地電極本体部を作製し、各接地電極本体部に、比較例１または実施例１０の台座と、Ｐｔ−１０Ｒｈ製の貴金属チップとを接合した接合体を固着して接地電極を作製した。そして、各接地電極を備えたスパークプラグを用いて上記と同じ実機評価を行った。結果を表９〜１１に記すが、判定基準は試験−６と同じである。

表９〜１１から、接地電極本体部の断面積Ｓの１０％以上が銅線であり、かつ、３５≦Ｌ^２／Ｓ≦７０を満足する形状であれば、熱引きが良好で、溶融部のエグレ発生がより効果的に抑えられることがわかる。また、芯材を設けることで接地電極全体としての熱引きが良くなることもわかる。

本発明を詳細にまた特定の実施形態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って明らかである。
また、本出願は、２００８年９月９日出願の日本特許出願（特願２００８−２３０５４０）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。

１１ 主体金具
１２ 絶縁体
１３ 中心電極
１４ 接地電極
１４Ａ 接地電極本体部
２２ 貴金属チップ
２３ 台座
１００ スパークプラグ

Claims (13)

1. 筒状の主体金具と、
   前記主体金具に保持された筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体内に保持された中心電極と、
   一端部が前記主体金具に固着され、他端部が前記中心電極と対向する接地電極本体部と、該接地電極本体部における該中心電極の先端部と対向する位置に接合された貴金属チップとを備え、該中心電極の該先端部と該貴金属チップとの間で火花放電ギャップが形成された接地電極と、
   を備えたスパークプラグであって、
   該接地電極本体部のうち少なくとも該貴金属チップが接合される部位は、Ｃｒ含有量が１２質量％以上４５質量％以下、Ｆｅ含有量が７質量％以下、Ａｌ含有量が０．５質量％を超え５質量％以下、Ｓｉ含有量が０．３質量％を超え５質量％以下、及び残部の５０質量％以上がＮｉである合金にて構成されてなり、該接合部位と該貴金属チップとがレーザ溶接または電子ビーム溶接により接合されていることを特徴とするスパークプラグ。
2. Ａｌ含有量が０．７質量％以上、Ｓｉ含有量が０．７質量％以上であることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記接合部位を構成する合金がＹ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄの少なくとも１種類を０．０１質量％以上０．４質量％以下含有することを特徴とする請求項１または２記載のスパークプラグ。
4. 前記接合部位を構成する合金がＭｎを０．００５質量％以上５質量％以下含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記貴金属チップがＰｔ合金からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスパークプラグ。
6. 前記Ｐｔ合金がＩｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｎｉの少なくとも１種類以上を含有することを特徴とする請求項５記載のスパークプラグ。
7. 前記接合部位と前記貴金属チップとが溶け合った溶融部が、Ｆｅを３質量％以下、Ｎｉを１０質量％以上６０質量％以下、Ｐｔを１５質量％以上７５質量％以下、Ｃｒを４質量％以上３５質量％以下、Ａｌを０．０３質量％以上２質量％以下、Ｓｉを０．０３質量％以上２質量％以下含有することを特徴とする請求項５または６記載のスパークプラグ。
8. 前記溶融部がＡｌを０．１質量％以上、Ｓｉを０．１質量％以上含有することを特徴とする請求項７記載のスパークプラグ。
9. 前記溶融部がＹ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄの少なくとも１種類を０．００１質量％以上０．２質量％以下含有することを特徴とする請求項７または８記載のスパークプラグ。
10. 前記溶融部がＭｎを０．００２５質量％以上３質量％以下含有することを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載のスパークプラグ。
11. 前記接地電極本体部の前記主体金具との接合端部から前記貴金属チップの接合位置までの前記接地電極本体部の長手方向の長さをＬ、前記接地電極本体部の前記長手方向と直交する断面積をＳとするとき、２９≦Ｌ^２／Ｓ≦４９で、かつ、該接地電極本体部の常温での熱伝導率が１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のスパークプラグ。
12. 前記接地電極本体部の前記長手方向の長さＬの１／２以上の範囲において、前記接地電極本体部の前記断面積Ｓの１０％以上が銅または銅合金であり、かつ、３５≦Ｌ^２／Ｓ≦７０であることを特徴とする請求項１１記載のスパークプラグ。
13. 前記接地電極本体部は、自身の表面における前記中心電極の前記先端部と対向する位置に固着された台座部を備えており、
    該台座部は、前記合金から構成されてなり、
    前記貴金属チップは、該台座部にレーザ溶接または電子ビーム溶接により接合されてなることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載のスパークプラグ。

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