JPH11329668A

JPH11329668A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH11329668A
Application number: JP13884698A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kano; 啓二金生
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】中心電極および／または接地電極に、緩和層
を介してＩｒを主成分とするＩｒ合金よりなるチップを
抵抗溶接してなるスパークプラグにおいて、緩和層の材
料を最適化して、チップの接合性を向上させる。【解決手段】Ｎｉ基合金よりなる中心電極３の先端部
３ａ及び接地電極４の対向部４ａには、それぞれ、Ｉｒ
を主成分とするＩｒ合金よりなるチップ５１、５２が、
層状の緩和層６１、６２を介して抵抗溶接されている。
緩和層６１、６２の構成材料は、９００℃における線膨
張係数がＩｒ合金とＮｉ基合金との間の範囲にあり、且
つ９００℃におけるヤング率がこれら両合金よりも小さ
いものとしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
等に設置されるスパークプラグに関し、特に、Ｉｒを主
成分とするＩｒ合金チップを接地電極や中心電極に設け
たスパークプラグにおけるチップの接合性向上に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スパークプラグは、取付金具内
に絶縁体を介して絶縁保持された中心電極と、取付金具
に接合された接地電極とを備える。そして、中心電極の
絶縁体から露出した部分と接地電極とを対向させ、この
対向部（火花放電部）に、火花放電が行われる放電ギャ
ップを形成する。さらに、プラグの長寿命、高性能化の
ために、放電ギャップにおいて中心電極および／または
接地電極に、火花放電部電極材としての貴金属よりなる
チップを溶接する。

【０００３】チップの構成材料である貴金属としては、
従来より、Ｐｔを主成分とするＰｔ合金が多く使用され
てきたが、Ｐｔ合金では、将来のより厳しいエンジン仕
様に対し、耐消耗性の不足が予想される。そこで近年、
Ｐｔ合金よりも高融点であるＩｒを主成分とするＩｒ合
金の使用が検討されており、例えば特開平９−７７３３
号公報のように、Ｉｒ−Ｒｈ合金チップを用いたものが
提案されている。

【０００４】ここで、中心電極および／または接地電極
においてチップが接合されるチップ接合部の構成母材
は、通常、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金であるが、上
記のようにＩｒ合金よりなるチップでは、Ｐｔを主成分
とするＰｔ合金（例えば、９０Ｐｔ−１０Ｉｒ合金、８
０Ｐｔ−２０Ｉｒ合金等）に比べて、Ｎｉ基合金との線
膨張係数の差が大きい。そのため、高温の燃焼室内で使
用されるプラグにおいては、チップとチップ接合部との
接合部分に、温度変化により両者の線膨張差に起因する
熱応力が発生する。

【０００５】従って、このＩｒ合金よりなるチップを直
接チップ接合部に溶接しようとすると、剥離を防止する
ためには、両者の溶融を十分に行うことが可能なレーザ
溶接を用いる必要がある。しかし、一方では、レーザ溶
接は、設備及び製造面等からコストが高いため、レーザ
溶接に比べて、溶接エネルギーは低いがコストの低い抵
抗溶接によって溶接したいという要請がある。

【０００６】ここで、従来より、抵抗溶接によりＩｒ合
金よりなるチップを溶接するにあたっては、チップとチ
ップ接合部との間に、両者の中間の線膨張係数を有する
緩和層を介在させ、それによって上記熱応力を低減させ
る方法がとられており、このようなものとしては、特開
平１−３１９２８４号公報に記載のものがある。これ
は、Ｉｒ−Ｎｉ合金等のＩｒ合金チップを用いて、Ｐｔ
−Ｎｉ合金等からなる緩和層を介在させたものである。
それによって、チップにかかる熱応力を低減できるとさ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、Ｉｒ合
金よりなるチップとチップ接合部とを抵抗溶接するにあ
たって、両者の中間の線膨張係数を有する緩和層を用い
たものを、種々試作し検討した。その結果、緩和層の材
料によっては、上記熱応力が発生すると、チップと緩和
層との接合界面、又は、緩和層とチップ接合部との接合
界面に、亀裂、剥離が生じ、最悪の場合チップが脱落し
てしまうことがわかった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、中心電極および／または接地電極に、緩和層を
介してＩｒを主成分とするＩｒ合金よりなるチップを抵
抗溶接してなるスパークプラグにおいて、緩和層の材料
を最適化して、チップの接合性を向上させることを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、チップと
チップ接合部とを緩和層を介して抵抗溶接するにあたっ
て、緩和層を、Ｉｒ合金とチップ接合部の構成母材との
中間の線膨張係数を有するものとしても、材料によって
は上記各接合界面に亀裂、剥離が生じてしまうことか
ら、線膨張係数以外の物性について実験検討を行った。
その結果、緩和層のヤング率が上記Ｉｒ合金及び母材よ
りも小さい値であれば、剥離が抑制され、チップの接合
性を向上できることがわかった。請求項１ないし請求項
１４記載の発明は、上記検討結果に基づいてなされたも
のである。

【００１０】すなわち、請求項１記載の発明では、Ｉｒ
を主成分とするＩｒ合金よりなるチップ（５１、５２）
とチップ接合部（３ａ、４ａ）との間に介在する層状の
緩和層（６１、６２）を、線膨張係数がＩｒ合金とチッ
プ接合部（３ａ、４ａ）の構成母材（以下、電極母材と
いう）であるＮｉ基合金との間の範囲にあり、且つヤン
グ率がこれら両合金よりも小さい材料から構成されたも
のとしたことを特徴としている。

【００１１】本発明では、緩和層（６１、６２）の構成
材料が、上記両合金の中間の線膨張係数を有するから、
少なくとも従来と同等の熱応力緩和作用を確保でき、さ
らに、上記両合金よりも小さいヤング率を有するから、
緩和層（６１、６２）を柔らかいものとでき、接合部分
の熱応力吸収が効率的になされる。従って、両方の効果
によって、従来より高いレベルでの熱応力緩和が可能と
なり、抵抗溶接によるチップの接合性を向上させること
ができる。

【００１２】ここで、上記Ｉｒを主成分とするＩｒ合金
よりなるチップ（５１、５２）は、請求項２もしくは請
求項３記載の発明のように、Ｉｒが５０ｗｔ％以上含有
されているもの、もしくは、Ｉｒが５０ｗｔ％以上含有
されておりＩｒに対してＲｈ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄおよび
Ｗのうち少なくとも１種が添加されているものを用いる
ことができる。

【００１３】また、請求項４ないし請求項６記載の発明
は、本発明者の実験検討した結果に基づき、緩和層（６
１、６２）の構成材料の線膨張係数及びヤング率の好ま
しい値を提供するものである。ここで、両物性とも、９
００℃での値としたのは、高温の燃焼室内で使用される
プラグにおいて、例えばエンジンのスロットル全開（例
えば６０００ｒｐｍ）のとき、プラグの温度が約９００
℃になることが理由である。

【００１４】すなわち、緩和層（６１、６２）の構成材
料において、請求項４記載の発明では、９００℃におけ
るヤング率が１５×１０⁴ＭＰａ以下であるスパークプ
ラグを提供し、請求項５記載の発明では、同ヤング率が
５×１０⁴ＭＰａ以上１５×１０⁴ＭＰａ以下スパーク
プラグを提供し、請求項６記載の発明では、９００℃に
おける線膨張係数が１０×１０^-6（／℃）〜１１×１０
^-6（／℃）であるスパークプラグを提供する。ここで、
ヤング率の下限を５×１０⁴ＭＰａとしたのは、過小で
あると材料が軟らかすぎて、接合界面ではなく緩和層自
体に亀裂が生じる恐れがあると考えたことによる。

【００１５】また、請求項７ないし請求項９記載の発明
は、緩和層（６１、６２）の構成材料としての具体的な
合金材料を提供するものである。また、請求項１０及び
請求項１１記載の発明は、緩和層（６１、６２）の厚さ
（ｔ）を、実験的に見いだされた好ましい範囲としたも
のである。ここで、その厚さ（ｔ）が０．２ｍｍ以上で
あれば、良好な接合性を実現できるが、０．２ｍｍより
薄いと緩和層自体に亀裂が生じてしまう。また、０．６
ｍｍを厚さ（ｔ）上限としたのは、これより厚くしても
接合性が飽和するため０．６ｍｍ以下で十分であり、
０．６ｍｍより厚くしても厚くした分だけ材料コストが
かかるという理由による。

【００１６】また、請求項１２記載の発明は、請求項７
記載の緩和層（６１、６２）において、緩和層（６１、
６２）を、チップ（５１、５２）側に配設された第１緩
和層（６１ａ、６２ａ）と、この第１緩和層（６１ａ、
６２ａ）とチップ接合部（３ａ、４ａ）との間に配設さ
れ第１緩和層（６１ａ、６２ａ）及びＮｉ基合金の中間
の線膨張係数を有する第２緩和層（６１ｂ、６２ｂ）と
の２層構造としたことを特徴している。

【００１７】本発明では、チップ（５１、５２）とチッ
プ接合部（３ａ、４ａ）との間で線膨張係数を段階的に
変えることができ、それにより熱応力も段階的に緩和で
きる。そのため、特にチップ（５１、５２）の径が大き
い場合、有効である。ここで、上記第１、第２緩和層
（６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂ）は、それぞれ、請
求項１３記載の発明のように、Ｐｔ−Ｉｒ合金、Ｐｔ−
Ｎｉ合金を用いることができる。

【００１８】また、請求項１４記載の発明では、チップ
（５１、５２）と緩和層（６１、６２）との溶接部分に
おいて、チップ（５１、５２）は緩和層（６１、６２）
よりも外周が大きいことを特徴としており、溶接部分に
おいてチップ全面に緩和層が溶接される場合に比べて、
チップ（５１、５２）にかかる熱応力を低減できるた
め、接合性を向上できる。

【００１９】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態は例えば内燃機関の点火
栓として用いられる。図１に本実施形態のスパークプラ
グの全体構成を示す半断面図である。スパークプラグ
は、円筒形状の取付金具１を有しており、この取付金具
１は、図示しないエンジンブロックに固定するための取
付ネジ部１ａを備えている。取付金具１の内部には、ア
ルミナセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）等からなる絶縁体２が
固定されており、この絶縁体２の先端部２ａは、取付金
具１から露出するように設けられている。

【００２１】中心電極３は絶縁体２の軸孔２ｂに固定さ
れ、絶縁体２を介して取付金具１に絶縁保持されてお
り、図１に示すように、中心電極３の先端部３ａは絶縁
体２の先端部２ａから露出するように設けられている。
この中心電極３は、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金
属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優
れた金属材料により構成された円柱体をなす。

【００２２】接地電極４は、取付金具１の一端に溶接に
より固定され、途中で略Ｌ字に曲げられて、溶接部分と
は反対の対向部４ａにおいて中心電極３の先端部３ａと
放電ギャップ６を隔てて対向している。この接地電極４
も、中心電極３は、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金
属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優
れた金属材料により構成されている。ここで、図２に図
１における両電極３、４の対向部の拡大図を示す。

【００２３】図２に示すように、中心電極３の先端部３
ａには、Ｉｒを主成分とするＩｒ合金（本例では９０Ｉ
ｒ−１０Ｒｈ、数値は重量％）よりなるチップ（放電
層）５１が、層状の緩和層６１を介して抵抗溶接により
固定され、一方、接地電極４の対向部４ａには、同じく
Ｉｒ合金（本例では９０Ｉｒ−１０Ｒｈ）よりなるチッ
プ（放電層）５２が、層状の緩和層６２を介して抵抗溶
接により固定されている。ここで、図３はチップ５１、
５２接合部分の断面図を示し、両電極３、４共に、チッ
プの接合断面は図３に示す同一構成である。

【００２４】これら両チップ５１、５２は、例えば径が
φ１．０ｍｍ、厚さが０．３ｍｍの円盤状で、両チップ
５１、５２の隙間（例えば約１ｍｍ）が上記の放電ギャ
ップ６をなす。また、両緩和層６１、６２は、両チップ
５１、５２と同径（例えばφ１．０ｍｍ）で、厚さｔが
０．２〜０．６ｍｍの円盤状の層である。ここで、チッ
プ接合部である中心電極３の先端部３ａ及び接地電極４
の対向部４ａは、共にＮｉ基合金であり、本例ではイン
コネル（登録商標）としている。

【００２５】そして、本発明では、両緩和層６１、６２
の構成材料において、線膨張係数αを、両チップ５１、
５２の構成材料であるＩｒ合金とチップ接合部３ａ、４
ａを構成する電極母材であるＮｉ基合金との間の範囲と
し、且つ、ヤング率ＥをＩｒ合金及びＮｉ基合金よりも
小さいものとした独自の構成としている。これは、両緩
和層６１、６２の構成材料に関する種々の実験検討を行
い、その結果に基づき見出したものである。以下、検討
の一例を述べる。

【００２６】チップと緩和層とチップ接合部との関係
は、中心電極３側と接地電極４側とでは、同一の構成及
び溶接方法であるため、接地電極４側について述べる。
本例では、チップ５２をＩｒ−１０Ｒｈ合金（Ｉｒが９
０重量％、Ｒｈ１０重量％のもの）を用いた径がφ１．
０ｍｍ、厚さが０．３ｍｍの円盤状のものとした。な
お、接地電極４の電極母材は、上述のようにＮｉ基合金
であるインコネル（登録商標）とした。

【００２７】そして、緩和層６２として、９００℃にお
ける線膨張係数α（×１０^-6／℃）が、チップ５２の構
成材料であるＩｒ−１０Ｒｈ合金とインコネル（登録商
標）との中間値を持つ、合金Ｐｔ−２０Ｉｒ（Ｐｔが８
０重量％、Ｉｒが２０重量％の意味、以下の合金も同様
に表記）、Ｐｔ−２０Ｉｒ−２Ｎｉ、Ｐｔ−１０Ｎｉ、
Ｉｒ−５０Ｎｉの各材料を用い、径がφ１．０ｍｍ、厚
さｔが０．２ｍｍの円盤状のものを作成した。

【００２８】ここで、上記線膨張係数α（×１０^-6／
℃）は、チップ５２の構成材料であるＩｒ−１０Ｒｈ合
金がα＝７．８であり、緩和層６２については、Ｐｔ−
２０Ｉｒがα＝９．５、Ｐｔ−２０Ｉｒ−２Ｎｉがα＝
１０．５、Ｐｔ−１０Ｎｉがα＝１１．６、Ｉｒ−５０
Ｎｉがα＝１１．３であり、電極母材がα＝１４．８で
ある。そして、溶接は、初めに、緩和層６２を接地電極
４の対向部４ａに抵抗溶接し、次に、チップ５２を抵抗
溶接する方法で行った。溶接条件は、加圧力が３０ｋ
ｇ、電流値が１２００Ａ、サイクル数が１０サイクルと
した。

【００２９】そして、緩和層６２を介してチップ５２が
接地電極４の対向部（チップ接合部）４ａに抵抗溶接さ
れたスパークプラグについて、緩和層６２の上記各材料
毎に接合性を調べた。接合性は、以下の耐久テストにて
調査した。テストは、６気筒２０００ｃｃエンジンで実
施し、運転条件はアイドル状態（例えば約３００℃）で
１分保持、スロットル全開状態（例えば約９００℃で）
６０００ｒｐｍ、１分保持の繰り返しを１００時間行っ
た。

【００３０】そして、接合性は、図４に示す様に、チッ
プ径Ｃに対する剥離長さ（Ａ＋Ｂ）の比（Ａ＋Ｂ）／Ｃ
に１００をかけた剥離率（％）で評価した。上記耐久テ
ストの結果を図５に示す。図５は、線膨張係数α（×１
０^-6／℃）と剥離率（％）との関係を示すもので、
（ａ）はチップ接合部４ａと緩和層６２との接合面（母
材−緩和層接合面）７０、（ｂ）はチップ５２と緩和層
６２との接合面（チップ−緩和層接合面）７１について
のものである。

【００３１】このように、緩和層６２を介してチップ５
２を溶接するため、２つの接合面７０、７１での接合性
確保が必要となるが、耐久テスト後の剥離率が５０％以
下であれば、接合性が確保されたものとした。図５に示
す様に、緩和層材料が、Ｐｔ合金系（Ｐｔ−２０Ｉｒ、
Ｐｔ−２０Ｉｒ−２Ｎｉ、Ｐｔ−１０Ｎｉ）のものは、
上記両接合面７０、７１において、剥離率が５０％以下
であり接合性が確保されている。しかし、Ｉｒ合金系
（Ｉｒ−５０Ｎｉ）は、母材−緩和層接合面において剥
離率が５０％より大きく、接合性が確保されているとは
いえず、本発明の緩和層の構成材料としては不適当であ
る。

【００３２】ここで、上記線膨張係数αについては、上
記Ｐｔ合金系及びＩｒ−５０Ｎｉ共に、Ｉｒ−１０Ｒｈ
合金と電極母材（インコネル）との中間の値であるが、
９００℃におけるヤング率Ｅ（×１０⁴ＭＰａ）は、チ
ップ５２の構成材料であるＩｒ−１０Ｒｈ合金がＥ＝３
８．０、緩和層６２については、Ｐｔ−２０ＩｒがＥ＝
１０．６、Ｐｔ−２０Ｉｒ−２ＮｉがＥ＝１０．８、Ｐ
ｔ−１０ＮｉがＥ＝１１．０、Ｉｒ−５０ＮｉがＥ＝２
５．０であり、電極母材がＥ＝１５．６であり、上記Ｐ
ｔ合金系は、ほぼ一定でＩｒ−１０Ｒｈ合金及び電極母
材よりも小さいが、Ｉｒ−５０ＮｉはＩｒ−１０Ｒｈ合
金と電極母材との中間である。

【００３３】ちなみに、本発明者のＦＥＭ解析による上
記ヤング率Ｅと熱応力との関係は、図６の様であり、緩
和層のヤング率Ｅが大きくなるに連れて熱応力も大きく
なる。なお、同図においては、緩和層の線膨張係数αを
Ｉｒ−１０Ｒｈ合金とインコネルとのほぼ中間の１１．
０（×１０^-6／℃）とし、熱応力は、各接合面７０、７
１のエッジ部７０ａ、７１ａ（図３参照）に発生する応
力の最大値を用い、且つ上記Ｐｔ合金系の母材−緩和層
接合面７０を１と規格化したときの応力比で整理してあ
る。

【００３４】本発明者は、図５及び図６に示す検討結果
に基づき、緩和層６２の構成材料の９００℃におけるヤ
ング率Ｅを、次のように規定した。Ｉｒ合金は、電極母
材であるインコネル（登録商標）よりもヤング率Ｅが大
きいため、緩和層６２の構成材料のヤング率Ｅをインコ
ネルよりも小さいものとすれば、Ｉｒ合金及び電極母材
よりも小さくなる。また、ヤング率Ｅが過小であると、
軟らかすぎて緩和層自体に亀裂が生じる恐れがあると考
え、９００℃におけるヤング率Ｅ（×１０⁴ＭＰａ）を
５以上１５以下を好ましい範囲とした。

【００３５】このように、本発明者は、電極母材がＮｉ
基合金、チップがＩｒ合金よりなる場合、の緩和層の構
成材料について、上記検討例と同様に種々検討を行い、
線膨張係数αをＩｒ合金と電極母材であるＮｉ基合金と
の間の範囲とし、且つ、ヤング率ＥをＩｒ合金及びＮｉ
基合金よりも小さいものとすれば、接合性を確保できる
ことを見出した。

【００３６】また、両接合面７０、７１における接合性
確保の両立という面からみると、図５に示す様に、Ｐｔ
−２０Ｉｒ−２Ｎｉからなる緩和層６２は、両接合面７
０、７１での剥離率が共に２５％以下であり、上記検討
例中では最も接合性に優れていると考えられる。本発明
者の検討によれば、このＰｔ−２０Ｉｒ−２Ｎｉと同程
度の接合性効果を示すものとしては、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ
合金において、Ｐｔが６５重量％〜８９重量％、Ｉｒが
１０重量％〜３０重量％、Ｎｉが１重量％〜５重量％の
組成を有するものが好ましく、また、９００℃における
線膨張係数α（×１０^-6／℃）については、１０〜１１
のものが好ましい。

【００３７】また、緩和層６２の厚さｔ（図３参照）
は、上述のように０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下として
いるが、これは、チップ厚さｔと上記接合面７０、７１
における剥離率との関係について検討した結果に基づ
く。その検討結果の一例を図７に示す。同図は、Ｐｔ−
２０Ｉｒ−２Ｎｉよりなる緩和層６２について、チップ
厚さｔ０．１〜１．０ｍｍについて、上記耐久テスト後
の母材−緩和層接合面７０における剥離率を評価し、厚
さの効果を調べたものである。

【００３８】図７から、緩和層６２が厚いほど剥離率は
小さくなり、０．６ｍｍ以上になるとほぼ一定となる。
ここで、厚さｔが０．１ｍｍ、０．１５ｍｍのもの（図
７中×マークで示す）は、接合面７０での剥離率は許容
範囲だが、緩和層６２自体に縦亀裂が生じた。他の材料
よりなる緩和層６２についても同傾向であり、これから
緩和層６２の厚さｔは、実用上好適な範囲として、０．
２〜０．６ｍｍの範囲とした。

【００３９】なお、以上のようにして接地電極４側の緩
和層６２について、線膨張係数α、ヤング率Ｅ、厚さｔ
を規定したが、中心電極３側の緩和層６１についても、
全く同様のことがいえる。以上、本実施形態について述
べてきたが、本実施形態によれば、緩和層６１、６２の
構成材料が、Ｉｒ合金と電極母材であるＮｉ基合金との
中間の線膨張係数αを有するから、少なくとも従来と同
等の熱応力緩和作用を確保でき、さらに、上記両合金よ
りも小さいヤング率Ｅを有するから、緩和層６１、６２
を柔らかいものとでき、接合部分の熱応力吸収が効率的
になされる。従って、両方の効果によって、従来より高
いレベルでの熱応力緩和が可能となり、チップ５１、５
２の接合性を向上させることができる。

【００４０】そして、本実施形態によれば、レーザ溶接
に比べて安価な抵抗溶接での接合が可能となり、Ｉｒ合
金チップを有する低コストかつ高信頼性であるプラグを
得ることができる。さらに、接合信頼性向上により、プ
ラグ交換時間の大幅拡大が可能となり、プラグの長寿命
化が図れる。また、本実施形態は、熱負荷の厳しい環境
で使用されるスパークプラグに用いて好適である。

【００４１】（他の実施形態）上記実施形態では、緩和
層６１、６２をチップ接合部３ａ、４ａに抵抗溶接し、
次に、チップ５１、５２を抵抗溶接するという、２回の
抵抗溶接を行っているが、それ以外にも、あらかじめチ
ップ５１、５２と緩和層６１、６２とが接合されたクラ
ッド状のチップを、１回で抵抗溶接してもよい。

【００４２】また、チップ径が大きくなる、すなわちチ
ップと緩和層との接合面面積及び緩和層とチップ接合部
との接合面面積が大きくなると、かかる熱応力も大きく
なる。その一例を図８に示す。ここで、図８はＦＥＭ解
析によるチップ径と熱応力との関係を示す。図８におい
ては、チップ５２（厚さ０．３ｍｍ）と緩和層６２（厚
さ０．２ｍｍ）との合計厚さ（０．５ｍｍ）をチップの
厚さとし、チップ５２の径（緩和層６２の径も同様）を
φ１．０ｍｍ、φ２．０ｍｍとした場合について、上記
図６と同様の応力比を各接合面７０、７１について調べ
たものである。図８から、チップ径が大きくなるほど応
力比が大、すなわち熱応力が大きくなり剥離しやすくな
ることがわかる。

【００４３】このような、チップ径の拡大に対応する構
成を図９に示す。図９（ａ）では、緩和層６２を、チッ
プ５２側に配設された第１緩和層６２ａと、この第１緩
和層６２ａとチップ接合部４ａとの間に配設され第１緩
和層６２ａ及びＮｉ基合金の中間の線膨張係数を有する
第２緩和層６２ｂとの２層構造としている。ここで、中
心電極３側の緩和層６１も、第１緩和層６１ａ及び第２
緩和層６２ｂの２層構造とできる。

【００４４】この場合、緩和層６１、６２が１層の場合
に比べて、チップ５１、５２とチップ接合部３ａ、４ａ
との間で線膨張係数を段階的に変えることができ、それ
により熱応力も段階的に緩和できる。そのため、図９
（ａ）の構成は、チップ径が大きい場合（例えばφ１．
５ｍｍ以上）に有効である。例えば、第１緩和層として
Ｐｔ−Ｉｒ合金、第２緩和層としてＰｔ−Ｎｉ合金を用
いることができる。

【００４５】また、図９（ｂ）では、チップ−緩和層接
合面７１において、チップ５１、５２が緩和層６１、６
２よりも外周が大きいもの、すなわち緩和層６１、６２
よりも大きなチップ５１、５２を接合すれば、接合性を
確保しつつ、耐消耗性を大幅に向上することができる。
緩和層６１、６２の径をチップ径よりも小さくすること
により、チップ径が大きくても、実質的に接合面にかか
る熱応力を小さくできる。

【００４６】なお、放電層部材であるチップ５１、５２
と、緩和層６１、６２は、円盤状以外にも、棒状、角柱
状に構成されていても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの全体
構成を示す半断面図である。

【図２】図１における中心電極と接地電極との対向部の
拡大図である。

【図３】図２におけるチップ接合部分の断面図である。

【図４】剥離率を説明する図である。

【図５】線膨張係数αと剥離率との関係を示すグラフで
あり、（ａ）は母材−緩和層接合面について、（ｂ）は
チップ−緩和層接合面についてのものである。

【図６】ＦＥＭ解析によるヤング率Ｅと熱応力との関係
を示すグラフである。

【図７】チップ厚さｔと母材−緩和層接合面における剥
離率との関係を示すグラフである。

【図８】ＦＥＭ解析によるチップ径と熱応力との関係を
示すグラフである。

【図９】本発明の他の実施形態を示す図である。

【符号の説明】

１…取付金具、３…中心電極、３ａ…中心電極の先端
部、４…接地電極、４ａ…接地電極の対向部、５１、５
２…チップ、６１、６２…緩和層、６１ａ、６２ａ…第
１緩和層、６１ｂ、６２ｂ…第２緩和層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極（３）と、前記中心電極（３）を絶縁保持する取付金具（１）と、前記取付金具（１）に固定され、前記中心電極（３）に
放電ギャップを隔てて対向する接地電極（４）とを備
え、前記両電極（３、４）の対向部において、前記中心電極
（３）および／または前記接地電極（４）に、Ｉｒを主
成分とするＩｒ合金よりなるチップ（５１、５２）が接
合されているスパークプラグであって、前記チップ（５１、５２）は、前記中心電極（３）およ
び／または前記接地電極（４）の前記チップ（５１、５
２）が接合されるチップ接合部（３ａ、４ａ）上に、層
状の緩和層（６１、６２）を介して設けられており、前記チップ接合部（３ａ、４ａ）の構成母材はＮｉ基合
金であり、前記緩和層（６１、６２）は、線膨張係数が前記Ｉｒ合
金と前記Ｎｉ基合金との間の範囲にあり、且つヤング率
が前記Ｉｒ合金及び前記Ｎｉ基合金よりも小さい材料か
ら構成されていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】前記チップ（５１、５２）は、Ｉｒが５
０ｗｔ％以上含有されているものであることを特徴とす
る請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】前記チップ（５１、５２）は、Ｉｒが５
０ｗｔ％以上含有されており、Ｉｒに対してＲｈ、Ｐ
ｔ、Ｒｕ、ＰｄおよびＷのうち少なくとも１種が添加さ
れているものであることを特徴とする請求項１に記載の
スパークプラグ。
【請求項４】前記緩和層（６１、６２）の構成材料
は、９００℃におけるヤング率が１５×１０⁴ＭＰａ以
下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
１つに記載のスパークプラグ。
【請求項５】前記緩和層（６１、６２）の構成材料
は、９００℃におけるヤング率が５×１０⁴ＭＰａ以上
であることを特徴とする請求項４に記載のスパークプラ
グ。
【請求項６】前記緩和層（６１、６２）の構成材料
は、９００℃における線膨張係数が１０×１０^-6（／
℃）〜１１×１０^-6（／℃）であることを特徴とする請
求項４または５に記載のスパークプラグ。
【請求項７】前記緩和層（６１、６２）の構成材料
は、Ｐｔを構成要素として含む合金であることを特徴と
する請求項１ないし６のいずれか１つに記載のスパーク
プラグ。
【請求項８】前記緩和層（６１、６２）の構成材料
は、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金であることを特徴とする請求
項７に記載のスパークプラグ。
【請求項９】前記Ｐｔ−Ｉｒ−Ｎｉ合金は、Ｐｔが６
５重量％〜８９重量％、Ｉｒが１０重量％〜３０重量
％、Ｎｉが１重量％〜５重量％の組成を有するものであ
ることを特徴とする請求項８に記載のスパークプラグ。
【請求項１０】前記緩和層（６１、６２）の厚さ
（ｔ）は、０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求
項１ないし９のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
【請求項１１】前記緩和層（６１、６２）の厚さ
（ｔ）は、０．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求
項１０に記載のスパークプラグ。
【請求項１２】前記緩和層（６１、６２）は、前記チ
ップ（５１、５２）側に配設された第１緩和層（６１
ａ、６２ａ）と、この第１緩和層（６１ａ、６２ａ）と
前記チップ接合部（３ａ、４ａ）との間に配設され前記
第１緩和層（６１ａ、６２ａ）及び前記Ｎｉ基合金の中
間の線膨張係数を有する第２緩和層（６１ｂ、６２ｂ）
との２層構造からなることを特徴とする請求項７に記載
のスパークプラグ。
【請求項１３】前記第１緩和層（６１ａ、６２ａ）は
Ｐｔ−Ｉｒ合金からなり、前記第２緩和層（６１ｂ、６
２ｂ）はＰｔ−Ｎｉ合金からなることを特徴とする請求
項１２に記載のスパークプラグ。
【請求項１４】前記チップ（５１、５２）と前記緩和
層（６１、６２）との溶接部分において、前記チップ
（５１、５２）は前記緩和層（６１、６２）よりも外周
が大きいことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれ
か１つに記載のスパークプラグ。