JP5987013B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグに関する。

スパークプラグとしては、接地電極の耐久性を高めるために、電極母材に電極チップを接合した接地電極を備えるスパークプラグが知られている（例えば、特許文献１を参照）。このようなスパークプラグの電極チップは、火花放電や酸化に対する耐久性が電極母材よりも優れた材質から成る。例えば、電極チップの材質は、貴金属（例えば、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウムなど）、または、貴金属を主成分とする合金などである。特許文献１のスパークプラグでは、電極母材に電極チップを接合する際の溶接によって、電極母材における電極チップの周囲に溶融部が形成されている。

接地電極の溶融部は、電極母材の成分と電極チップの成分とを含有する合金であり、電極チップと比較して火花放電によって消耗しやすい。したがって、火花放電による消耗に対する耐消耗性を向上させる観点からは、溶融部を小さくすることが望まれる。

その一方、電極チップが電極母材から剥離することを防止するために、溶融部の強度を十分に確保する必要がある。したがって、電極チップの剥離に対する耐剥離性を向上させる観点からは、溶融部を大きくすることが望まれる。

特開２００６−１２８０７６号公報

特許文献１のスパークプラグでは、電極母材における電極チップの周囲に溶融部が形成された接地電極において、耐消耗性および耐剥離性を両立させることについて十分な検討がなされていなかった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、中心電極と；前記中心電極との間に間隙を形成する電極チップと、前記電極チップが接合された電極母材とを有する接地電極と；を備えるスパークプラグが提供される。このスパークプラグにおいて、前記電極チップは、前記電極母材における先端部から基端部へと広がる母材面から、前記中心電極に向けて突出し；前記電極母材における前記電極チップの周囲に、前記電極母材の成分と前記電極チップの成分とを含有する溶融部が形成され；前記先端部から前記基端部に向かう前記電極母材の長手方向に対して平行に前記電極チップの軸心を通る仮想面で切断した前記接地電極の断面において、前記溶融部のうち、前記軸心より前記先端部側から形成された部分を第１部分とし、前記軸心より前記基端部側から形成された部分を第２部分とするとき、前記中心電極に対向する前記電極チップの先端面から前記第１部分までの長さは、前記先端面から前記第２部分までの長さより短く；前記第１部分は、貴金属成分を前記第２部分より多く含有する。この形態によれば、燃焼熱による熱応力の影響を受けやすい第１部分では、第２部分より大きさを確保することによって、電極チップの剥離に対する耐剥離性を向上させるとともに、貴金属成分を第２部分より多く含有することによって、火花放電による消耗に対する耐消耗性を向上させることができる。また、第２部分では、第１部分と比較して電極チップの先端面から離れることによって、火花放電による消耗に対する耐消耗性を向上させることができる。これらのことから、接地電極の耐消耗性および耐剥離性を両立させることができる。その結果、スパークプラグの寿命を引き延ばすことができる。

（２）上述のスパークプラグにおいて、前記第１部分および前記第２部分は、１０〜８０質量％の貴金属成分をそれぞれ含有してもよい。この形態によれば、溶融部の強度不足を回避できる。したがって、接地電極の耐剥離性を十分に確保できる。

（３）上述のスパークプラグにおいて、前記第１部分は、貴金属成分を前記第２部分より２０〜３０質量％多く含有してもよい。この形態によれば、熱応力に起因するクラック（ひび割れ）の発生を、第１部分と第２部分とに分散させることができる。これによって、第１部分と第２部分との一方に偏ってクラックが進展することに起因する電極チップの傾斜を防止できる。その結果、スパークプラグの寿命をさらに引き延ばすことができる。

（４）上述のスパークプラグにおいて、前記電極チップの外径は、０．７〜１．５ｍｍであってもよい。この形態によれば、電極チップの小径化に伴って第２部分が熱応力を受けやすくなることに起因する第２部分でのクラックの増大を防止できるとともに、電極チップの大径化に伴う溶融部の強度不足を防止できる。したがって、接地電極の耐剥離性を十分に確保できる。

（５）上述のスパークプラグにおいて、前記電極チップの主成分は白金（Ｐｔ）であってもよい。この形態によれば、電極チップの耐酸化性を十分に確保できる。

本発明は、スパークプラグ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、スパークプラグの接地電極、スパークプラグの製造方法、スパークプラグの製造装置、その製造装置を制御するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体などの形態で実現することができる。

スパークプラグの部分断面を示す説明図である。 スパークプラグの先端側を示す説明図である。 接地電極の先端側を切断した断面を示す説明図である。 電極母材に電極チップを接合する様子を示す説明図である。 スパークプラグの耐久性を評価した結果を示す表である。

Ａ．第１実施形態
Ａ−１．スパークプラグの構成
図１は、スパークプラグ１０の部分断面を示す説明図である。図１には、スパークプラグ１０の軸心である軸線ＣＡを境界として、軸線ＣＡより紙面左側にスパークプラグ１０の外観形状が図示され、軸線ＣＡより紙面右側にスパークプラグ１０の断面形状が図示されている。本実施形態の説明では、スパークプラグ１０における図１の紙面下側を「先端側」といい、図１の紙面上側を「後端側」という。

スパークプラグ１０は、中心電極１００と、絶縁体２００と、主体金具３００と、接地電極４００とを備える。本実施形態では、スパークプラグ１０の軸線ＣＡは、中心電極１００、絶縁体２００および主体金具３００の各部材における軸心でもある。

スパークプラグ１０は、中心電極１００と接地電極４００との間に形成された間隙ＳＧを先端側に有する。スパークプラグ１０の間隙ＳＧは、火花ギャップとも呼ばれる。スパークプラグ１０は、間隙ＳＧが形成された先端側を燃焼室９２０の内壁９１０から突出させた状態で内燃機関９０に取り付け可能に構成されている。スパークプラグ１０を内燃機関９０に取り付けた状態で高電圧（例えば、１万〜３万ボルト）を中心電極１００に印加した場合、間隙ＳＧに火花放電が発生する。間隙ＳＧに発生した火花放電は、燃焼室９２０における混合気に対する着火を実現する。

図１には、相互に直交するＸＹＺ軸を図示した。図１のＸＹＺ軸は、後述する他の図におけるＸＹＺ軸に対応する。

図１のＸＹＺ軸のうち、Ｘ軸は、Ｙ軸およびＺ軸に直交する軸である。Ｘ軸に沿ったＸ軸方向のうち、＋Ｘ軸方向は、図１の紙面奥から紙面手前に向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、＋Ｘ軸方向の逆方向である。

図１のＸＹＺ軸のうち、Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する軸である。Ｙ軸に沿ったＹ軸方向のうち、＋Ｙ軸方向は、図１の紙面右から紙面左に向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、＋Ｙ軸方向の逆方向である。

図１のＸＹＺ軸のうち、Ｚ軸は、軸線ＣＡに沿った軸である。Ｚ軸に沿ったＺ軸方向（軸線方向）のうち、＋Ｚ軸方向は、スパークプラグ１０の後端側から先端側に向かう方向であり、−Ｚ軸方向は、＋Ｚ軸方向の逆方向である。

スパークプラグ１０の中心電極１００は、導電性を有する電極である。中心電極１００は、軸線ＣＡを中心に延びた棒状を成す。本実施形態では、中心電極１００は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル合金（例えば、インコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は登録商標））から成る。中心電極１００の外側面は、絶縁体２００によって外部から電気的に絶縁されている。中心電極１００の先端側は、絶縁体２００の先端側から突出している。中心電極１００の後端側は、絶縁体２００の後端側へと電気的に接続されている。本実施形態では、中心電極１００の後端側は、端子金具１９０を介して絶縁体２００の後端側へと電気的に接続されている。

スパークプラグ１０の絶縁体２００は、電気絶縁性を有する碍子である。絶縁体２００は、軸線ＣＡを中心に延びた筒状を成す。本実施形態では、絶縁体２００は、絶縁性セラミックス材料（例えば、アルミナ）を焼成することによって作製される。絶縁体２００は、軸線ＣＡを中心に延びた貫通孔である軸孔２９０を有する。絶縁体２００の軸孔２９０には、中心電極１００を絶縁体２００の先端側から突出させた状態で、中心電極１００が軸線ＣＡ上に保持されている。

スパークプラグ１０の主体金具３００は、導電性を有する金属体である。主体金具３００は、軸線ＣＡを中心に延びた筒状を成す。本実施形態では、主体金具３００は、筒状に成形された低炭素鋼にニッケルめっきを施した部材である。他の実施形態では、主体金具３００は、亜鉛めっきを施した部材であっても良いし、めっきを施していない部材（無めっき）であっても良い。主体金具３００は、中心電極１００から電気的に絶縁された状態で絶縁体２００の外側面にカシメによって固定されている。主体金具３００の先端側には、端面３１０が形成されている。端面３１０の中央からは、中心電極１００と共に絶縁体２００が＋Ｚ軸方向に向けて突出している。端面３１０には、接地電極４００が接合されている。

スパークプラグ１０の接地電極４００は、導電性を有する電極である。接地電極４００は、電極母材４１０と、電極チップ４５０とを有する。電極母材４１０は、主体金具３００の端面３１０から＋Ｚ軸方向に延びた後に軸線ＣＡに向けて屈曲した形状を成す。電極母材４１０の後端側は、主体金具３００に接合されている。電極母材４１０の先端側には、電極チップ４５０が接合されている。電極チップ４５０は、中心電極１００との間に間隙ＳＧを形成する。

本実施形態では、電極母材４１０の材質は、中心電極１００と同様に、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル合金である。本実施形態では、電極チップ４５０の材質は、白金（Ｐｔ）を主成分とする合金である。他の実施形態では、電極チップ４５０の材質は、電極母材４１０より耐久性に優れた材質であればよく、純粋な貴金属（例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）など）であってもよいし、これらの貴金属を主成分とする他の合金であってもよい。白金（Ｐｔ）はイリジウム（Ｉｒ）より耐酸化性に優れるため、電極チップ４５０の主成分は白金（Ｐｔ）であることが好ましい。

Ａ−２．接地電極の詳細構成
図２は、スパークプラグ１０の先端側を示す説明図である。図２における上段の図２（Ａ）は、中心電極１００および接地電極４００を＋Ｘ軸方向から見た部分拡大図である。図２における下段の図２（Ｂ）は、接地電極４００の先端側を−Ｚ軸方向から見た部分拡大図である。図３は、接地電極４００の先端側を切断した断面を示す説明図である。図３の断面は、図２（Ｂ）の矢視Ｆ３−Ｆ３から見た接地電極４００の部分断面である。

中心電極１００は、円柱状を成す。中心電極１００は、先端面１０１と側面１０７とを有する。先端面１０１および側面１０７は、中心電極１００の先端側の端部を構成する。中心電極１００の先端面１０１は、Ｘ軸およびＹ軸に平行であるとともに＋Ｚ軸方向を向く面である。中心電極１００の側面１０７は、軸線ＣＡの周囲に形成されたＺ軸に平行な面である。本実施形態では、中心電極１００の部位のうち先端面１０１が、接地電極４００の電極チップ４５０との間に間隙ＳＧを形成する。

接地電極４００の電極母材４１０は、母材面４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６を有する。母材面４１１は、電極母材４１０の後端側から先端側にわたって形成され、接地電極４００の先端側において−Ｚ軸方向を向く面である。母材面４１２は、電極母材４１０の後端側から先端側にわたって形成され、接地電極４００の先端側において＋Ｚ軸方向を向く面である。母材面４１３は、接地電極４００の先端部を構成し、＋Ｙ軸方向を向く面である。母材面４１４は、接地電極４００の基端部を構成し、−Ｚ軸方向を向く面である。母材面４１５は、電極母材４１０の後端側から先端側にわたって形成され、−Ｘ軸方向を向く面である。母材面４１６は、電極母材４１０の後端側から先端側にわたって形成され、＋Ｘ軸方向を向く面である。電極母材４１０の部位のうち、電極母材４１０の先端部（母材面４１３）から基端部（母材面４１４）へと広がる母材面４１１の先端側には、電極チップ４５０が設けられている。

接地電極４００の電極チップ４５０は、電極母材４１０の母材面４１１から−Ｚ軸方向に向けて突出した円柱状の突出部である。本実施形態では、電極チップ４５０の軸心ＣＡｃは、Ｚ軸に平行である。電極チップ４５０は、チップ面４５１，４５３を有する。チップ面４５１は、Ｘ軸およびＹ軸に平行であるとともに−Ｚ軸方向を向く先端面である。チップ面４５１は、中心電極１００の先端面１０１との間に間隙ＳＧを形成する。チップ面４５３は、軸心ＣＡｃの周囲に形成されたＺ軸に平行な側面である。電極チップ４５０は、チップ面４５３における＋Ｚ軸方向側の周囲において電極母材４１０に接合されている。

図４は、電極母材４１０に電極チップ４５０を接合する様子を示す説明図である。本実施形態では、電極母材４１０に接合する前の電極チップ４５０は、チップ面４５３よりも外側に張り出た張出部４５９を、チップ面４５１とは反対側の端部に有する。電極母材４１０に対する電極チップ４５０の接合は、電極母材４１０の母材面４１１に電極チップ４５０の張出部４５９を向けた状態で電極母材４１０に電極チップ４５０を配置した後、電極母材４１０と電極チップ４５０との境界をレーザ溶接することによって行われる。

電極母材４１０に電極チップ４５０を接合するレーザ溶接において、レーザを入射する入射方向ＬＤは、電極母材４１０の母材面４１１および電極チップ４５０のチップ面４５３に対して傾斜する方向であって、電極チップ４５０の張出部４５９に向かう方向である。電極母材４１０に電極チップ４５０を接合するレーザ溶接において、レーザを移動させる移動方向ＬＭは、電極チップ４５０の周囲を一周する方向である。

電極母材４１０における電極チップ４５０の周囲には、電極母材４１０に電極チップ４５０を接合するレーザ溶接によって溶融部４３０が形成されている。図２には、溶融部４３０にハッチングが施されている。溶融部４３０は、レーザ溶接によって一旦溶融した電極母材４１０および電極チップ４５０に由来する金属が凝固した部位（いわゆる、溶接ビード）である。溶融部４３０は、電極母材４１０の成分と、電極チップ４５０の成分とを含有する。溶融部４３０は、電極チップ４５０に由来する貴金属成分を含有する。本実施形態では、電極母材４１０の張出部４５９は、レーザ溶接によって完全に消失している。他の実施形態では、張出部４５９の少なくとも一部は、電極母材４１０にレーザ溶接された後の電極チップ４５０に残されていてもよい。

溶融部４３０は、露出面４３１と、境界面４３３とを有する。溶融部４３０の露出面４３１は、レーザ溶接時にレーザが入射された部位に形成され、電極母材４１０および電極チップ４５０から露出した面である。露出面４３１は、チップ面４５３との接点Ａから母材面４１１との接点Ｂにわたって形成されている。溶融部４３０の境界面４３３は、電極母材４１０および電極チップ４５０との境界を画定する面である。

図３に示す接地電極４００の断面は、母材面４１３から母材面４１４に向かう電極母材４１０の長手方向（Ｙ軸方向）に対して平行に電極チップ４５０の軸心ＣＡｃを通る仮想面ＶＰで接地電極４００を切断した断面である。図３に示す溶融部４３０の断面形状において、溶融部４３０は、電極チップ４５０の軸心ＣＡｃより＋Ｙ軸方向側（母材面４１３側）から形成された第１部分４３０Ａと、電極チップ４５０の軸心ＣＡｃより−Ｙ軸方向側（母材面４１４側）から形成された第２部分４３０Ｂとを含む。第１部分４３０Ａは、貴金属成分を第２部分４３０Ｂより多く含有する。図３に示す溶融部４３０の断面形状において、チップ面４５１から第１部分４３０Ａまでの長さＬａは、チップ面４５１から第２部分４３０Ｂまでの長さＬｂより短い。これによって、接地電極４００の耐消耗性および耐剥離性を両立させることができる。長さＬａおよび長さＬｂに関する評価については後述する。

接地電極４００の耐剥離性を十分に確保する観点から、第１部分４３０Ａおよび第２部分４３０Ｂは、１０〜８０質量％の貴金属成分をそれぞれ含有することが好ましい。言い換えると、第１部分４３０Ａにおける貴金属成分の含有率ＣＲａは、１０〜８０質量％であるとともに、第２部分４３０Ｂにおける貴金属成分の含有率ＣＲｂは、１０〜８０質量％であることが好ましい。本実施形態では、含有率ＣＲａおよび含有率ＣＲｂは、それぞれ１０〜８０質量％である。他の実施形態では、含有率ＣＲａは８０質量％より多くてもよいし、含有率ＣＲｂは１０質量％より少なくてもよい。含有率ＣＲａおよび含有率ＣＲｂに関する評価ついては後述する。

第１部分４３０Ａと第２部分４３０Ｂとの一方に偏ってクラックが進展することに起因する電極チップ４５０の傾斜を防止する観点から、第１部分４３０Ａは、貴金属成分を第２部分４３０Ｂより２０〜３０質量％多く含有することが好ましい。言い換えると、含有率の差（ＣＲａ−ＣＲｂ）は、２０〜３０質量％であることが好ましい。本実施形態では、含有率の差（ＣＲａ−ＣＲｂ）は、２０〜３０質量％である。他の実施形態では、含有率の差（ＣＲａ−ＣＲｂ）は、１０質量％以上２０質量％未満であってもよいし、３０質量％超過８０質量％以下であってもよい。含有率の差（ＣＲａ−ＣＲｂ）に関する評価については後述する。

接地電極４００の耐剥離性を十分に確保する観点から、電極チップ４５０の外径ＯＤｃは、０．７〜１．５ｍｍであることが好ましい。電極チップ４５０の外径ＯＤｃに関する評価については後述する。

Ａ−３．評価試験
図５は、スパークプラグ１０の耐久性を評価した結果を示す表である。図５の評価試験では、試験者は、溶融部４３０の態様、および、電極チップ４５０の外径ＯＤｃの少なくとも一方が異なる複数のスパークプラグ１０を、試料１〜１７として評価した。試験者は、レーザ溶接によって電極母材４１０に電極チップ４５０を接合する際に、レーザ出力、加工速度および照射位置の組み合わせを設定することによって、溶融部４３０の態様が異なる試料を作製した。

各試料における電極母材４１０の仕様は、次の通りである。
・材質：インコネル６０１
・先端側における断面寸法（Ｘ軸方向の長さ）：２．７ｍｍ（ミリメートル）
・先端側における断面寸法（Ｚ軸方向の長さ）：１．３ｍｍ

各試料における電極チップ４５０の仕様は、次の通りである。
・材質：白金（Ｐｔ）を主成分とし２０質量％のイリジウム（Ｉｒ）を含有する合金
・形状：円柱
・外径ＯＤｃ：０．６〜１．６ｍｍ
・溶接前における軸心ＣＡｃ方向の長さ：１．１ｍｍ
・溶接後における母材面４１１からの突出量：０．９ｍｍ

試験者は、各試料の接地電極４００を仮想面ＶＰで切断した断面を、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe MicroAnalyser）を用いて観察した。試験者は、ＥＰＭＡによる画像を画像解析することによって、長さＬａ，Ｌｂと、含有率ＣＲａ，ＣＲｂとを測定した。

含有率ＣＲａ，ＣＲｂの測定では、第１段階として、試験者は、ＥＰＭＡが備える波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ：Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer）を用いて、各試料の接地電極４００を仮想面ＶＰで切断した断面における溶融部４３０に対して定性分析を実施した。この定性分析によって、試験者は、溶融部４３０の断面に含まれる元素を特定し、これらの元素のうち最大質量パーセント濃度となる元素を主成分元素として特定した。

第２段階として、試験者は、分析精度を向上させるためにＥＰＭＡの測定条件を決定した。この測定条件は、第１段階で特定した主成分元素を検出する際に、Ｘ線の大量入射による数え落としが起こらないビーム電流量で、測定カウント数が１万カウント以上得られる条件である。

具体的な測定条件を次に示す。
・加速電圧：２０ｋＶ（キロボルト）
・プローブ電流：２．５×１０^-8Ａ（アンペア）
・ビーム照射径：５０〜２００μｍ
・主ピーク取り込み時間：１０秒
・バックグラウンド取り込み時間：高角側および低角側でそれぞれ５秒

試験者は、溶融部４３０の第１部分４３０Ａにおける観察領域を、次の手順１〜６によって設定した。
手順１：第１部分４３０Ａにおける接点Ａおよび接点Ｂを特定。
手順２：接点Ａと接点Ｂとを結ぶ線分ＡＢの中点Ｃを特定。
手順３：第１部分４３０Ａにおいて中点Ｃから最も離れた端点Ｄを特定。
手順４：中点Ｃと端点Ｄとを結ぶ線分ＣＤが露出面４３１と交わる交点Ｅを特定。
手順５：端点Ｄと交点Ｅを結ぶ線分ＤＥを４等分する３つの点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を特定。
手順６：線分ＤＥを４等分した長さを直径とし点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３をそれぞれ中心とする円ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３を観察領域として設定。
試験者は、溶融部４３０の第２部分４３０Ｂにおける観察領域についても、第１部分４３０Ａと同様に設定した。

第３段階として、試験者は、第１段階で特定した各元素について、第２段階で決定した測定条件で定量分析を行った。具体的には、試験者は、正味のＸ線強度から得た各元素の計数率（ＣＰＳ：Count Per Second）に対して、アルミニウムの含有率が予め分析されている比較試料（ＡＳＴＩＭＥＸ社製標準試料）から同条件で得た係数率を用いたＺＡＦ補正法（Z(Atomic number) effect - Absorption effect - Fluorescence excitation correction method）によって定量計算を行った。この定量計算において、試験者は、含有率の合計が１００％になるように正規化（ノーマライズ）を行った。

試験者は、溶融部４３０の第１部分４３０Ａにおける円ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３の各観察領域に対する定量分析による測定値を平均した平均値に基づいて、第１部分４３０Ａにおける貴金属成分の含有率ＣＲａを算出した。試験者は、溶融部４３０の第２部分４３０Ｂにおける円ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３の各観察領域に対する定量分析による測定値を平均した平均値に基づいて、第２部分４３０Ｂにおける貴金属成分の含有率ＣＲｂを算出した。

試験者は、断面の観察に用いた試料とは別に、試料１〜１７の各々について複数用意した試料に対して、耐久試験を実施した。この耐久試験では、試験者は、各試料を内燃機関（排気量２．０リットル、４気筒）に取り付け、次の運転状態１，２を繰り返し、電極チップ４５０に異常が発生するまでの耐久時間を計測した。
運転状態１：スロットル全開にして５０００ｒｐｍ（回転毎分）で内燃機関を１分間運転。
運転状態２：アイドリング状態で内燃機関を１分間運転。

試験者は、電極チップ４５０の傾斜および剥離を、電極チップ４５０の異常として判断した。電極チップ４５０の傾斜は、電極チップ４５０の一部が電極母材４１０から剥離することによって、電極チップ４５０のチップ面４５１が電極母材４１０の母材面４１１に対して傾斜した状態である。電極チップ４５０の剥離は、電極チップ４５０が電極母材４１０から完全に剥離した状態である。

試験者は、試料１〜１７の各々について、電極チップ４５０に異常が発生するまでの耐久時間の平均に応じて、各試料の耐久性を次の評価基準で評価した。
☆（評価レベル５）：４００時間超過
◎（評価レベル４）：３００時間超過４００時間以下
○（評価レベル３）：２００時間超過３００時間以下
△（評価レベル２）：１００時間超過２００時間以下
×（評価レベル１）：１００時間以下

試料４〜７，１０〜１６と試料１〜３，８，９，１７との対比から、長さＬａを長さＬｂより短くするとともに、含有率ＣＲａを含有率ＣＲｂより高くすることによって、より長い耐久時間を実現できることが分かる。この結果は、次の作用に起因すると考えられる。
・燃焼熱による熱応力の影響を受けやすい第１部分４３０Ａでは、第２部分４３０Ｂより大きさを確保することによって、電極チップ４５０の剥離に対する耐剥離性が向上するとともに、貴金属成分を第２部分４３０Ｂより多く含有することによって、火花放電による消耗に対する耐消耗性が向上したこと。
・第２部分４３０Ｂでは、第１部分４３０Ａと比較して電極チップ４５０のチップ面４５１から離れることによって、火花放電による消耗に対する耐消耗性が向上したこと。

試料６，７，１０〜１２，１４〜１６と、試料４，５，１３との対比から、含有率ＣＲａおよび含有率ＣＲｂをそれぞれ１０〜８０質量％にすることによって、より長い耐久時間を実現できることが分かる。この結果は、貴金属成分の含有率が１０質量％未満または８０質量％超過になった場合には、溶融部４３０の機械的強度が低下することに起因すると考えられる。

試料６と試料７との対比、および、試料１５と試料１６との対比から、含有率の差（ＣＲａ−ＣＲｂ）を２０〜３０質量％にすることによって、より長い耐久時間を実現できることが分かる。この結果は、含有率の差（ＣＲａ−ＣＲｂ）が２０質量％未満になった場合には、第１部分４３０Ａに偏ってクラックが進展し、含有率の差（ＣＲａ−ＣＲｂ）が３０質量％超過になった場合には、第２部分４３０Ｂに偏ってクラックが進展することによって、電極チップ４５０の傾斜が発生しやすくなることに起因すると考えられる。

試料６，１１，１５と試料１０，１２との対比から、電極チップ４５０の外径ＯＤｃを０．７〜１．５ｍｍにすることによって、より長い耐久時間を実現できることが分かる。この結果は、外径ＯＤｃが０．７ｍｍ未満である場合には、第２部分４３０Ｂが熱応力を受けやすくなることに起因して第２部分４３０Ｂでのクラックが増大し、外径ＯＤｃが１．５ｍｍ超過である場合には、溶融部４３０の機械的強度が不足することに起因すると考えられる。

Ａ−４．効果
以上説明した実施形態によれば、チップ面４５１から第１部分４３０Ａまでの長さＬａは、チップ面４５１から第２部分４３０Ｂまでの長さＬｂより短く、第１部分４３０Ａは、貴金属成分を第２部分４３０Ｂより多く含有する。これによって、接地電極４００の耐消耗性および耐剥離性を両立させることができる。その結果、スパークプラグ１０の寿命を引き延ばすことができる。

また、第１部分４３０Ａおよび第２部分４３０Ｂは、１０〜８０質量％の貴金属成分をそれぞれ含有するため、溶融部４３０の強度不足を回避できる。したがって、接地電極４００の耐剥離性を十分に確保できる。

また、第１部分４３０Ａは、貴金属成分を第２部分４３０Ｂより２０〜３０質量％多く含有するため、熱応力に起因するクラックの発生を、第１部分４３０Ａと第２部分４３０Ｂとに分散させることができる。これによって、第１部分４３０Ａと第２部分４３０Ｂとの一方に偏ってクラックが進展することに起因する電極チップ４５０の傾斜を防止できる。その結果、スパークプラグ１０の寿命をさらに引き延ばすことができる。

また、電極チップ４５０の外径ＯＤｃは、０．７〜１．５ｍｍであるため、電極チップ４５０の小径化に伴って第２部分４３０Ｂが熱応力を受けやすくなることに起因する第２部分４３０Ｂでのクラックの増大を防止できるとともに、電極チップ４５０の大径化に伴う溶融部４３０の強度不足を防止できる。したがって、接地電極４００の耐剥離性を十分に確保できる。

また、電極チップ４５０の主成分は白金（Ｐｔ）であるため、電極チップ４５０の耐酸化性を十分に確保できる。

Ｂ．他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

第１部分４３０Ａにおける貴金属成分の含有率ＣＲａ、および、第２部分４３０Ｂにおける貴金属成分の含有率ＣＲｂに関し、含有率ＣＲａは、第１部分４３０Ａ全域における平均値を意図し、含有率ＣＲｂは、第２部分４３０Ｂ全域における平均値を意図する。そのため、含有率ＣＲａ，ＣＲｂを求める手法は、円ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３の各観察領域に基づく手法に限られず、第１部分４３０Ａおよび第２部分４３０Ｂの各部分全域における平均値に相当する値が得られる手法であればよい。

１０…スパークプラグ
９０…内燃機関
１００…中心電極
１０１…先端面
１０７…側面
１９０…端子金具
２００…絶縁体
２９０…軸孔
３００…主体金具
３１０…端面
４００…接地電極
４１０…電極母材
４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６…母材面
４３０…溶融部
４３０Ａ…第１部分
４３０Ｂ…第２部分
４３１…露出面
４３３…境界面
４５０…電極チップ
４５１…チップ面（先端面）
４５３…チップ面
４５９…張出部
９１０…内壁
９２０…燃焼室

Claims (3)

1. 中心電極と、
   前記中心電極との間に間隙を形成する電極チップと、前記電極チップが接合された電極母材とを有する接地電極と、を備えるスパークプラグであって、
   前記電極チップは、前記電極母材における先端部から基端部へと広がる母材面から、前記中心電極に向けて突出し、
   前記電極母材における前記電極チップの周囲に、前記電極母材の成分と前記電極チップの成分とを含有する溶融部が形成され、
   前記先端部から前記基端部に向かう前記電極母材の長手方向に対して平行に前記電極チップの軸心を通る仮想面で切断した前記接地電極の断面において、前記溶融部のうち、前記軸心より前記先端部側から形成された部分を第１部分とし、前記軸心より前記基端部側から形成された部分を第２部分とするとき、前記中心電極に対向する前記電極チップの先端面から前記第１部分までの長さは、前記先端面から前記第２部分までの長さより短く、
   前記第１部分は、貴金属成分を前記第２部分より２０〜３０質量％多く含有することを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記電極チップの外径は、０．７〜１．５ｍｍである、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記電極チップの主成分は白金（Ｐｔ）である、請求項１または請求項２に記載のスパークプラグ。

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