JP2002359050A

JP2002359050A - スパークプラグ

Info

Publication number: JP2002359050A
Application number: JP2002084546A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷; Masayuki Segawa; 昌幸瀬川; Satoko Ito; 聡子伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2002-12-13
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP4291540B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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
に見られる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。【解決手段】放電部３１を貴金属チップ３１’にて形
成する。そして、貴金属チップの外径をチップ径Ｄ（ｍ
ｍ）、放電面３１ｔの外縁から、中心電極３と貴金属チ
ップ３１’とを溶接する溶接部Ｗ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：０．４〜２．０ｍｍ、と
する。さらに、貴金属チップ３１’に、主成分としての
Ｉｒと、０．５〜８質量％のＮｉとを含有させる。

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、Ｉ
ｒ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２００
０ｃｃ）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
を解決するために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それら中心電極と接地電極との少な
くとも一方に、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
心電極及び／又は接地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、０．５〜８質量％のＮ
ｉとを含有す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Ｎ
ｉ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
有されているのがよく、より望ましくは１〜４質量％の
Ｎｉが含有されていることが、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、該貴金属チップには、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、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することができる。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、４
０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Ｒ
ｅ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、Ｈ
ｏ、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。

【００１６】また、上記課題を解決するための別の本発
明におけるスパークプラグは、中心電極と、その中心電
極の先端に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それら中
心電極と接地電極との少なくとも一方に、貴金属チップ
を溶接することにより放電部が形成され、前記貴金属チ
ップは、主成分としてのＩｒと、０．５〜４０質量％の
Ｒｈと、１〜４質量％のＮｉとを含有することを特徴と
する。

【００１７】Ｉｒを主成分とする貴金属チップに対して
Ｎｉを１〜４質量％含有し、かつＲｈを０．５〜４０質
量％含有することで、放電部の放電面ではない外周側面
をえぐるような異常消耗の発生を効果的に抑制すること
ができるとともに、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できる。その結果、長寿命
化を実現したスパークプラグを得ることができる。な
お、上記範囲の貴金属チップについても、Ｒｕあるいは
Ｒｅの少なくとも一方が１〜５質量％含有されているこ
とが、火花放電に対する耐久性を向上させる観点からみ
て好ましい。

【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１
００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３
１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Ｉ
ＮＣＯ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’、３
２’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１
００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３
５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３１
ｔ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１０
０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２０ｍ
ｍ、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）０．６
ｍｍ、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−２
０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２
０００ｃｃ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：０．４〜２ｍ
ｍを満たす細径化されたその他の放電部にあっては、Ｎ
ｉ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Ｎ
ｏ．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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G059 AA04 AA08 CC02 DD02 DD11 DD20 DD21 EE02 EE11 EE20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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それら中
心電極と接地電極との少なくとも一方に、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、前記中心電極及び／又は接地電
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、０．５〜
８質量％のＮｉとを含有することを特徴とするスパーク
プラグ。
【請求項２】前記貴金属チップは、１〜４質量％のＮ
ｉが含有されている請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】前記貴金属チップは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上が含有
されている請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】前記貴金属チップは、Ｒｈが０．５〜４
０質量％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。
【請求項５】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ないし４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項６】前記貴金属チップは、Ｓｒ、Ｙ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、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５のいずれかに記載のスパークプ
ラグ。
【請求項７】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６のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項８】中心電極と、その中心電極の先端に対向
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それら中心電極と接地電極
との少なくとも一方に、貴金属チップを溶接することに
より放電部が形成され、前記貴金属チップは、主成分としてのＩｒと、０．５〜
４０質量％のＲｈと、１〜４質量％のＮｉとを含有する
ことを特徴とするスパークプラグ。