WO2010029944A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2010029944A1
WO2010029944A1 PCT/JP2009/065755 JP2009065755W WO2010029944A1 WO 2010029944 A1 WO2010029944 A1 WO 2010029944A1 JP 2009065755 W JP2009065755 W JP 2009065755W WO 2010029944 A1 WO2010029944 A1 WO 2010029944A1
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WO
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mass
spark plug
ground electrode
noble metal
less
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PCT/JP2009/065755
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French (fr)
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鳥居　計良
智雄 田中
鈴木　彰
無笹　守
直道 宮下
吉本　修
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日本特殊陶業株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
    • B23K35/322—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C a Pt-group metal as principal constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug, and more particularly, to a spark plug including a ground electrode provided with a noble metal tip as a spark discharge member.
  • a spark plug used for an internal combustion engine has a center electrode fitted into a cylindrical metal shell through an insulator, one end joined to the metal shell, and the other end opposed to the tip of the center electrode. Generally, it is composed of a ground electrode. Further, in order to enhance the ignitability, a spark plug is provided with a ground electrode in which a noble metal tip is protruded on the ground electrode main body portion extending from the metal shell toward the tip portion of the center electrode so as to face the tip portion of the center electrode. Is also used (see, for example, Patent Document 1).
  • a Ni alloy mainly composed of Ni is suitable as a metal constituting the ground electrode main body because of its excellent corrosion resistance.
  • Inconel (Inconel) Trade name
  • Ni alloys such as 600 and Inconel 601 are used.
  • the ground electrode protrudes most into the combustion chamber, it reaches around 1000 ° C., and in some cases reaches 1000 ° C. or more.
  • the joint portion of the ground electrode main body portion and the noble metal tip melt together. May cause thermal degradation, and in some cases, a part of the outer peripheral surface of the melted portion may become thin (hereinafter also referred to as “egre”).
  • the ground electrode main body may be oxidized by being exposed to a high temperature atmosphere for a long time. In some cases, the noble metal tip may fall off.
  • the present invention suppresses the occurrence of an escaping of the melted portion between the joining portion of the ground electrode main body portion and the noble metal tip in the spark plug including the ground electrode to which the noble metal tip is joined by laser welding or the like, and the high temperature of the ground electrode main body portion.
  • An object is to improve the oxidizability and prevent the noble metal tip from falling off.
  • the present inventors analyzed the joint between the ground electrode body portion and the melted portion of the noble metal tip. As a result, iron oxide is greatly involved in the generation of the egre. Further, the Ni alloy constituting the ground electrode body portion is Fe. It was found that this Fe melts into the melted part. Moreover, it discovered that content of Al and Si contributed to the improvement of the high temperature oxidation property of a ground electrode main-body part. And while reducing content of Fe, it discovered that it was effective to contain specific amount of Al and Si. The present invention is based on such knowledge.
  • the present invention provides the following spark plug.
  • a cylindrical metal shell A cylindrical insulator held by the metal shell; A central electrode held in the insulator; A ground electrode main body portion having one end fixed to the metal shell and the other end facing the center electrode, and a noble metal tip bonded to a position of the ground electrode main body facing the tip of the center electrode.
  • a spark plug comprising: In the ground electrode main body portion, at least the portion to which the noble metal tip is bonded has a Cr content of 12 mass% to 45 mass%, an Fe content of 7 mass% or less, and an Al content of 0.5 mass%.
  • Si content is more than 0.3% by mass and 5% by mass or less, and the remaining 50% by mass or more is made of an alloy of Ni.
  • a spark plug characterized by being joined by laser welding or electron beam welding.
  • the Al content is 0.7% by mass or more and the Si content is 0.7% by mass or more.
  • the alloy constituting the joining portion contains 0.01% by mass or more and 0.4% by mass or less of at least one of Y, Hf, Zr, La, Ce, and Nd. Or the spark plug as described in (2).
  • the noble metal tip is made of a Pt alloy.
  • the Pt alloy contains at least one of Ir, Rh, Ru, and Ni.
  • the melted portion in which the joining portion and the noble metal tip are melted together has Fe of 3% by mass or less, Ni of 10% by mass to 60% by mass, Pt of 15% by mass to 75% by mass, and Cr of 4%.
  • spark plug (8) The spark plug according to (7), wherein the melted portion contains 0.1% by mass or more of Al and 0.1% by mass or more of Si. (9) The above (7) or (8), wherein the melting part contains at least one of Y, Hf, Zr, La, Ce, and Nd in an amount of 0.001% by mass to 0.2% by mass. The described spark plug. (10) The spark plug as described in any one of (7) to (9) above, wherein the melted portion contains 0.0025% by mass to 3% by mass of Mn.
  • the length in the longitudinal direction of the ground electrode body portion from the joint end portion of the ground electrode body portion to the metal shell to the joint position of the noble metal tip is L, and the longitudinal direction of the ground electrode body portion is When an orthogonal cross-sectional area is S, 29 ⁇ L 2 / S ⁇ 49, and the thermal conductivity of the ground electrode body at room temperature is 18 W / (m ⁇ K) or less.
  • the spark plug according to any one of (1) to (10) above.
  • the ground electrode main body includes a pedestal fixed to a position facing the tip of the center electrode on its surface, The pedestal is made of the alloy, 13.
  • the spark plug of the present invention has a noble metal tip in the ground electrode, it has excellent ignitability, and the Fe content of the Ni alloy constituting the joint portion of the ground electrode main body portion is reduced to a specified value or less. It is possible to suppress the generation of iron oxide that causes the generation of an egre at the melted portion between the part and the noble metal tip. Furthermore, since the Ni alloy constituting the bonding portion of the ground electrode main body contains specific amounts of Al and Si, the high temperature oxidation resistance of the ground electrode main body can be improved. For this reason, it is possible to improve the welding strength between the noble metal tip and the ground electrode main body and to prevent the noble metal tip from falling off.
  • FIG. 2 is an enlarged view around a ground electrode of the spark plug shown in FIG. 1. It is a schematic diagram for demonstrating the sampling location of the fusion
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a spark plug according to the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view around a ground electrode of the spark plug shown in FIG.
  • a spark plug 100 is fitted into a cylindrical metal shell 11 and the metal shell 11, and its tip 12 a is exposed from the tip 11 a of the metal shell 11.
  • One end portion is joined, and the other end portion is mainly provided with a ground electrode 14 or the like disposed opposite to the tip portion 13a of the center electrode 13.
  • the metal shell 11 is made of carbon steel or the like, and on the outer circumferential surface of the metal shell 11, a mounting screw portion 15 for mounting the spark plug 100 to, for example, a cylinder head of an internal combustion engine is formed in the circumferential direction. Yes.
  • the terminal fitting 17 is exposed at the end on the rear side (upper side in the drawing) of the through hole 16 formed in the axial direction.
  • the center electrode 13 is inserted and fixed at the front end (downward in the figure) with the tip 13a exposed.
  • a resistor 18 is disposed in an intermediate portion between the terminal fitting 17 and the center electrode 13 in the through-hole 16, and conductive glass seal layers 19, 20 is arranged. That is, the center electrode 13 and the terminal fitting 17 are electrically connected through the resistor 18 and the conductive glass seal layers 19 and 20.
  • the conductive glass seal layers 19 and 20 and the resistor 18 form a conductive coupling layer.
  • the resistor 18 may be omitted, and the terminal fitting 17 and the center electrode 13 may be joined with a single conductive glass seal layer.
  • the center electrode 13 is formed in a cylindrical shape by a Ni alloy having excellent heat resistance and corrosion resistance, and the tip portion 13 a of the center electrode 13 is excellent in resistance to spark consumption.
  • a columnar noble metal tip 21 made of an Ir alloy containing Ir as a main component is fixed by laser welding or the like.
  • the noble metal tip 21 preferably contains at least one of Pt, Rh, Ru, and Ni in order to improve wear resistance.
  • a main component means that the component is a component with the largest content among all the components contained.
  • the ground electrode 14 is configured by providing a noble metal tip 22 via a pedestal 23 at a position facing the center electrode 13 of the ground electrode main body 14A.
  • the ground electrode main body portion 14A is a prismatic member made of a Ni alloy having excellent heat resistance and corrosion resistance, and a base portion 14a is fixed to the metal shell 11 by welding, and an intermediate portion thereof so that the tip end portion 14b faces the center electrode 13.
  • the noble metal tip 22 for example, a cylindrical Pt alloy containing Pt as a main component can be used.
  • the noble metal tip 22 preferably contains at least one of Ir, Rh, Ru, and Ni in order to improve wear resistance.
  • the pedestal 23 has a Cr content of 12% by mass to 45% by mass, an Fe content of 7% by mass or less, an Al content of more than 0.5% by mass and 5% by mass or less, and a Si content of 0.3% by mass. % And 5% by mass or less, and the remaining 50% by mass or more is made of an alloy of Ni.
  • Cr has the effect of suppressing high-temperature oxidation by forming a Cr 2 O 3 film on the surface of the pedestal, but if the content is less than 12% by mass, the high-temperature oxidation resistance cannot be sufficiently improved.
  • the Cr content increases, the high-temperature oxidation resistance also improves. However, when it exceeds 20% by mass, a ⁇ ′ phase is generated and difficult to process.
  • This ⁇ ′ phase is generated when an equilibrium state of 590 ° C. or lower is reached, and the formation of the ⁇ ′ phase can be suppressed by performing solution solution and rapid cooling at 590 ° C. or higher.
  • the phase formation can be suppressed when the Cr content is 45% by mass or less, and when it exceeds 45% by mass, the increase of the ⁇ ′ phase and the (Cr) Ni phase increase, and the processing becomes impossible.
  • the spark plug Since the spark plug is used in the engine under high temperature and vibration, strength is also required, so solid solution strengthening of the base forming material is effective. Therefore, it is necessary to select an element to be added to the pedestal forming material that has a wide solid solubility limit and is equivalent to the free oxide formation energy of Ni. Furthermore, it is also important that the price is low.
  • the most suitable element that satisfies these requirements is Fe.
  • the free oxide formation energy of Fe is lower than that of Ni, and the oxide is preferentially formed over Ni. Therefore, theoretically, the Fe content is preferably 0%, but 0.00005 mass% can be contained as a lower limit in consideration of strength. However, when the amount exceeds 7 mass%, the occurrence of the glazing in the melted portion between the noble metal tip 22 and the pedestal 23 becomes significant.
  • the pedestal forming material further contains Al and Si for improving high temperature oxidation resistance.
  • Al generates an Al 2 O 3 film directly under the Cr 2 O 3 film, and is expected to improve high-temperature oxidation resistance.
  • Si forms a passive SiO 2 film, which is also expected to improve high-temperature oxidation resistance.
  • the Al content exceeds 0.5% by mass and is 5% by mass or less.
  • the lower limit of the Al content is preferably 0.7% by mass.
  • a noble metal component, particularly Pt and a low melting point alloy may be formed, and conversely, the welding strength may be reduced.
  • the Si content exceeds 0.3 mass% and is 5 mass% or less. To do.
  • the lower limit of the Si content is preferably 0.7% by mass.
  • the total content of Al and Si is preferably 8% by mass or less.
  • the balance other than the above element components in the pedestal forming material contains 50 mass% or more of Ni.
  • Ni is excellent in corrosion resistance, and generation of pre-ignition can be effectively suppressed by containing 50% by mass or more.
  • the Ni content in the balance is preferably 60% by mass or more.
  • the base forming material preferably contains Mn in order to further improve the high temperature oxidation resistance.
  • Mn increases the adhesion strength between the Cr 2 O 3 film and the base material of the pedestal-forming alloy and forms MnO 2 directly under the Cr 2 O 3 film, which plays the role of an oxygen getter and serves as an oxygen partial pressure in the pedestal. Reduces internal oxidation.
  • the Mn content in the base forming material is preferably 0.005% by mass or more and 5% by mass or less.
  • the pedestal forming material preferably contains 0.01% by mass or more of at least one of Y, Hf, Zr, La, Ce, and Nd, so that the high-temperature oxidation resistance can be further improved, which is preferable.
  • the content of the element component is preferably 0.4% by mass or less.
  • Components other than those described above are not limited, and can be appropriately selected and added in addition to inevitable impurities according to the purpose.
  • the base 23 and the noble metal tip 22 are joined by laser welding or electron beam welding.
  • the melted part generated by welding becomes an alloy of the forming material of the pedestal 23 and the forming material of the noble metal tip 22, but the Fe content of the forming material of the pedestal 23 is set to 7 mass% or less as described above.
  • the Fe content in the melted portion is also reduced, and the production of iron oxide, which is the main cause of the occurrence of egre, can be suppressed.
  • the forming material of the pedestal 23 contains Al and Si and the molten part also contains Al and Si, it becomes more excellent in high-temperature oxidation resistance. Furthermore, when Mn is contained, the high-temperature oxidation resistance is further improved.
  • the melting part is 3 parts by mass or less of Fe
  • Ni is 10% by mass to 60% by mass
  • Pt is 15% by mass to 75% by mass
  • Cr is 4% by mass. It is contained in a proportion of not less than 35% by mass and not more than 35% by mass, not less than 0.03% by mass and not more than 2% by mass of Al, and not less than 0.03% by mass and not more than 2% by mass.
  • Both Al and Si are more preferably 0.1% by mass or more in improving high-temperature oxidation resistance.
  • the formation material of the base 23 contains Mn, it is preferable to contain Mn 0.0025 mass% or more and 3 mass% or less.
  • the pedestal 23 contains at least one of Y, Hf, Zr, La, Ce, and Nd, these elements are also contained in the melted portion, but the content is 0.001% by mass or more and 0 .2% by mass or less is preferable.
  • Cr forms a Cr 2 O 3 film as described above to suppress oxidation, but the melted part is susceptible to spark erosion, and the Cr 2 O 3 film is destroyed and oxygen enters the interior of the melted part. Oxidation occurs.
  • It is Fe that has the most influence on the internal oxidation, and it becomes effective in preventing the occurrence of an oggle in the molten part by lowering the Fe content in the molten part to 3% by mass or less.
  • the thermal expansion coefficient of the melted part becomes a value close to that of the pedestal or noble metal tip, and the thermal expansion coefficient between the melted part and the noble metal tip or pedestal. The difference will be larger.
  • each content of Pt and Ni is the content described above. Furthermore, high-temperature oxidation resistance can be improved by setting the contents of Al and Si, and further Mn in the melted portion to the above contents.
  • the pedestal 23 has a columnar column on the side to which the noble metal tip 22 is joined, and the side to be joined to the ground electrode main body 14A is a flange having a diameter larger than that of the column. It is joined to the surface of the ground electrode body 14A by resistance welding.
  • a spark discharge gap g is formed between the noble metal tip 22 and the tip portion 13 a of the center electrode 13.
  • the pedestal 23 and the noble metal tip 22 are previously joined together by laser welding or electron beam welding to form a joined body, and then the joined body is joined to the ground electrode main body portion 14A by resistance welding.
  • the ground electrode body 14A has a length in the longitudinal direction from the joint end to the metal shell 11 to the center C of the joint position of the noble metal tip 22 as L, and a cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction as S. 29 ⁇ L 2 / S ⁇ 49, and it is desirable that the thermal conductivity at room temperature satisfies 18 W / (m ⁇ K) or less.
  • S. 29 ⁇ L 2 / S ⁇ 49
  • the ground electrode body portion 14A is made of a Ni alloy, but in the range of 1/2 or more of the length L in the longitudinal direction, preferably over the entire length, 10% or more of the cross-sectional area S has a thermal conductivity at room temperature. It is desirable that the metal or the alloy is 250 W / (m ⁇ K) or more and that 35 ⁇ L 2 / S ⁇ 70. When a metal or alloy having a thermal conductivity at room temperature of 250 W / (m ⁇ K) or more is used, the temperature of the melted portion is difficult to increase, which is effective in suppressing the occurrence of glazing and the occurrence of preignition.
  • the metal material having a thermal conductivity at room temperature of 250 W / (m ⁇ K) or more is preferably copper or a copper alloy because it is inexpensive and excellent in workability.
  • the ground electrode main body portion 14 ⁇ / b> A has a configuration in which such a metal material is used as a core material and is surrounded by a Ni alloy.
  • the pedestal 23 can be omitted and the noble metal tip 22 can be directly laser welded to the ground electrode main body 14A.
  • the noble metal tip 22 of the ground electrode main body portion 14A to be joined preferably, the entire ground electric decoration main body portion is made of the above-described alloy.
  • Test-1 By processing an ingot made of the material shown in Table 1, a pedestal including a wire rod having a cross-sectional shape of 1.4 mm in length and 2.5 mm in width, and a column portion and a flange portion having a diameter of 0.8 mm was manufactured. A columnar body having a diameter of 0.74 mm made of Pt-10Rh (Pt containing 10% by mass of Rh) was prepared as a noble metal tip, and the noble metal tip and the base were joined by laser welding. The balance in Table 1 is inevitable impurities.
  • Pt-10Rh Pt containing 10% by mass of Rh
  • a spark plug provided with a joined body obtained by joining the above pedestal and a noble metal tip was mounted on a 1200 ° C cold heat test machine, heated for 2 minutes with a gas burner and cooled for 1 minute, and melted after 600 cycles. The part was observed. If there was no beard-like precipitate in the melted part, it was judged as acceptable, “ ⁇ ” was written in the column for desktop evaluation in Table 1, and “x” was marked if there was a beard-like precipitate in the melted part. When the noble metal tip dropped from the pedestal during the test, it was marked as “dropped”.
  • a spark plug similar to the spark plug used in the desktop test was mounted on a 2000cc in-line 6-cylinder engine, 5500prm (fully open) for 1 minute at -750rpm (idling), 1 minute for 1 cycle, 50
  • the occurrence of aggle and the presence or absence of noble metal tips were evaluated at every hour.
  • the evaluation method for the occurrence of an egre is a case where, in the melted part between the pedestal and the noble metal tip, the part with the smallest outer diameter is 0.05 mm or more inward from the original side surface of the noble metal tip. ", The case of less than 0.05 mm was marked as” O "in the column of actual machine evaluation in Table 1. In addition, when the precious metal tip dropped from the pedestal during the actual machine durability test, it was marked as “dropped”.
  • the pedestal having the composition defined in the present invention by using the pedestal having the composition defined in the present invention, the generation of the escaping in the molten portion between the pedestal and the noble metal tip is suppressed, and the high temperature oxidation resistance in the molten portion is improved, so that the noble metal tip is detached. It can be seen that is suppressed. For practical use, 200 hours or more are preferable, and the usefulness of using a pedestal having the composition defined in the present invention is clear. Moreover, it turns out that the base of the composition prescribed
  • Test-2 The pedestal produced in Test-1 and a noble metal tip made of Pt-10Rh were laser welded. Then, as schematically shown in FIG. 3, in the half cross section, the maximum length in the longitudinal direction of the welded portion is a, the maximum length in the depth direction is b, and 3 so as to be divided into four equal parts in each direction. A virtual line was drawn line by line, 9 intersections were sampled, and composition analysis was performed by SEM. In the analysis results, if the Pt content is 0 to 80% by mass, it is determined that the sampling location is in the melted portion, and otherwise the sampling location is a pedestal or a noble metal tip. The average was calculated. The results are shown in Table 2.
  • Test-3 A spark plug having a joined body in which a pedestal having a different composition and a noble metal tip made of Pt-10Rh are welded so that the alloy composition of the molten portion is as shown in Table 3, and mounted on a 1000 ° C. thermal test machine. Then, heating for 2 minutes with a gas burner and cooling for 1 minute were taken as one cycle, and the molten part was observed after 1000 cycles. And when the oxidation scale of the fusion
  • the oxide scale can be suppressed to less than 50%. It can be seen that the welding strength between the noble metal tip and the base can be secured.
  • Test-4 A spark plug having a joined body made of the material shown in Table 4 and a noble metal tip made of Pt-10Rh was prepared, mounted on a 2000cc in-line 6-cylinder engine, and a fuel containing 0.03% by mass of sulfur was used.
  • the pedestal contains 0.005 mass% or more and 5 mass% or less of Mn, the high temperature oxidation resistance of the pedestal can be secured even when a fuel containing a large amount of sulfur is used. It can be seen that shedding is suppressed.
  • Test-6 A ground electrode body made of a Ni alloy and having a thermal conductivity of 14 W / (m ⁇ K), 18 W / (m ⁇ K) or 20 W / (m ⁇ K), having a different length L and cross-sectional area S, A grounded electrode was produced by adhering a joined body obtained by joining the base of Comparative Example 1 or Example 10 and a noble metal tip made of Pt-10Rh to each grounded electrode main body. Then, using a spark plug provided with each ground electrode, it was mounted on a 2000 cc in-line 6-cylinder engine, 1 minute at 750 rpm (idling) for 1 minute at 5500 prm (fully open), and 200 cycles as in Test 1. The occurrence of Aegle was evaluated after the passage of time.
  • Test-7 Prepare Ni alloy with copper wire of different thickness as the core material to occupy 8%, 10%, or 14% of the cross-sectional area S of the ground electrode body, and prepare the ground electrode body with the same shape as Test-6
  • the ground electrode was fabricated by fixing and bonding a joined body obtained by joining the base of Comparative Example 1 or Example 10 and the noble metal tip made of Pt-10Rh to each ground electrode main body. And the same actual machine evaluation as the above was performed using the spark plug provided with each ground electrode. The results are shown in Tables 9 to 11, and the judgment criteria are the same as in Test-6.

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Abstract

　【課題】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制するとともに、接地電極本体部の高温酸化性を向上させる。 【解決手段】一端部が主体金具に固着され、他端部が中心電極と対向する接地電極本体部と、接地電極本体部の中心電極の先端部と対向する位置にレーザまたは電子ビームにより溶接接合された貴金属チップとを備えるスパークプラグにおいて、接地電極本体部の少なくとも貴金属チップが接合される部位を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する。

Description

スパークプラグ
　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≦Ｌ２／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≦Ｌ２／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Ｃｒ２Ｏ３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、Ｃｒ２Ｏ３皮膜の直下でＡｌ２Ｏ３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ＳｉＯ２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、Ｃｒ２Ｏ３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Ｃｒ２Ｏ３皮膜の直下でＭｎＯ２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Ｃｒ２Ｏ３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、Ｃｒ２Ｏ３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≦Ｌ２／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、（Ｌ２／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、（Ｌ２／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、（Ｌ２／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≦Ｌ２／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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　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≦Ｌ２／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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　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≦Ｌ２／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≦Ｌ２／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≦Ｌ２／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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